專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像顯示裝置，尤其涉及一種能夠實現(xiàn)追蹤觀看者并可轉換為2D顯示模式而不損失視角的圖像顯示裝置。
背景技術：
當前，基于高速信息通信網(wǎng)絡構建的快速傳播信息的服務已經(jīng) 從諸如現(xiàn)在電話的簡單“聽說”服務，發(fā)展到基于用于快速處理字符、聲音和圖像的數(shù)字終端的“視聽”多媒體型服務，并預計最終發(fā)展為實現(xiàn)擺脫時空約束的虛擬現(xiàn)實和立體觀看的超空間三維立體信息通信服務。通常，通過觀看者的雙眼基于立體視覺原理實現(xiàn)表現(xiàn)三維的立體圖像。然而，因為觀看者的雙眼彼此隔開約65毫米、即具有雙眼視差，所以由于雙眼之間的位置差異，左眼和右眼感知略微不同的圖像。這種由于雙眼之間的位置差異引起的圖像差異稱為雙眼視差。三維立體圖像顯示裝置基于雙眼視差而設計，使左眼只觀看左眼圖像，右眼只觀看右眼圖像。左眼和右眼分別觀看不同的二維圖像。如果這兩幅不同的圖像通過視網(wǎng)膜被傳送到大腦，則大腦會把這兩幅圖像準確地結合，再現(xiàn)原始三維(3D)圖像的深度感和真實性。這種能力通常稱為立體平畫法(立體視法)，而應用了所述立體視法的顯示裝置稱為立體
顯示裝置。可根據(jù)與實現(xiàn)三維(3D)圖像有關的方法和特性來分類立體顯示裝置。在一個示例中，立體顯示裝置被分類為眼鏡型立體顯示裝置和無眼鏡(免除眼鏡)型立體顯示裝置。無眼鏡型立體顯示裝置使觀看者不需要使用眼鏡便能看到3D圖像，并可被分類為雙眼視差型裝置和真實3D型裝置。上述常規(guī)無眼鏡型立體顯示裝置具有如下問題。在最近的無眼鏡型立體顯示裝置中，已經(jīng)通過按多視圖方法獲得多幅聚焦圖像來實現(xiàn)圖像。然而，因為諸如分辨率惡化或串擾等許多缺點，這種多視圖型裝置的商業(yè)化為時過早。此外，無眼鏡型立體顯示裝置當觀看者移動時不能提供對觀看者的追蹤，因此需要解決這樣不足。如果在3D模式下可投影最佳的圖像，則一旦轉換為2D模式，則會不利地限制視角。因此，對適于2D和3D模式兩者的圖像顯示裝置的需求正在增加。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明涉及一種基本上避免了由于現(xiàn)有技術的限制和不足導致的一個或多個問題的圖像顯示裝置。本發(fā)明的目的是提供一種能夠實現(xiàn)追蹤觀看者并可轉換為2D顯示模式而不損失視角的圖像顯示裝置。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特點的一些將在下面的描述中列出，這些優(yōu)點、目的和特點的另一些在后續(xù)描述的基礎上，對于本領域的普通技術人員來說是顯而易見的，或可以通過對本發(fā)明的實施而獲悉。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可以通過書面描述、權利要求書以及附圖中具體指出的結構來實現(xiàn)和獲得。為實現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點，并根據(jù)本發(fā)明的意圖，如這里具體和概括地描述的，一種圖像顯示裝置包括圖像面板，配置為呈現(xiàn)二維(2D)圖像；背光單元，配置為將準直光引導至所述圖像面板；在所述背光單元上方的散射光轉換單元，所述散射光轉換單元配置為在2D顯示時散射準直光，而在3D顯示時直接發(fā)出準直光；以及在所述背光單元上方的全息光學元件，所述全息光學元件配置為在3D顯示時調整光路來設定符合觀看者的位置的
觀看窗口。所述全息光學元件可在2D顯示時起透明薄膜的作用。所述背光單元可包括光源陣列，包括按行排列的多個光源，每個光源獨立地打開或關閉；以及導光板，包括面對所述光源陣列的較薄的鄰近側和與所述鄰近側相對的遠端偵牝所述導光板具有厚度從所述鄰近側起逐漸增加的垂直截面。所述導光板的遠端側可具有曲面。所述散射光轉換單元可包括布置成彼此面對的第一基板和第二基板；分別在所述第一基板和所述第二基板上形成的第一電極和第二電極；在所述第一基板和所述第二基板之間的每個都含有向列液晶的多個微膠囊；以及填充所述第一基板和所述第二基板之間除所述多個微膠囊外的空間的聚合物層。所述圖像面板可以是液晶面板、有機發(fā)光顯示面板、量子點發(fā)光面板、電場發(fā)光顯示面板和等離子體顯示面板的任何一種。所述圖像面板可以是空間光調制器(SLM)。所述全息光學元件可在3D顯示時具有衍射功能。可替代地，所述全息光學元件在3D顯示時可具有折射功能。所述散射光轉換單元和所述全息光學元件可設置在所述圖像面板的上方。所述圖像顯示裝置可進一步包括追蹤與觀看者的位置有關的信息的追蹤單元。所述與觀看者的位置有關的信息可被傳輸至所述光源陣列。所述光源陣列的光源可根據(jù)所述與觀看者的位置有關的信息來選擇性地打開或關閉。所述光源陣列的所有光源可在2D顯示時都打開。所述光源可以是發(fā)光二極管(LED)、有機發(fā)光二極管(OLED)和激光二極管的任何一種。應該理解的是，前面的概括描述和下面的詳細描述都是示例性和解釋性的，意在提供對要求保護的本發(fā)明的進一步說明。


被包括來提供對本發(fā)明的進一步理解且并入并構成說明書的一部分的附解了本發(fā)明的實施例，并且連同文字描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置的截面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像顯示裝置的截面圖；圖3是示出用在本發(fā)明的圖像顯示裝置中的背光單元的平面圖；圖4A和圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的散射光轉換單元的打開/關閉操作的截面圖；圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的2D觀看模式和3D觀看模式的截面圖；以及圖6A和圖6B是示出相對于根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的3D顯示模式，當觀看者靜止或者觀看者移動時在上面形成3D圖像的觀看窗口的視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的立體顯示裝置，這些立體顯示裝置的示例在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中相同的附圖標記將用于指代相同或相似的部件。以下將參照附圖來詳細描述根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置的截面圖，圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像顯示裝置的截面圖。此外，圖3是示出用在本發(fā)明的圖像顯示裝置中的背光單元的平面圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置是通過從下往上一個在另一個上方地順序層疊背光單元100、圖像面板200、散射光轉換單元300和全息光學元件400而形成的。圖像面板200呈現(xiàn)2D圖像，背光單元100將準直光照射至圖像面板200。散射光轉換單元300在3D顯示時起直接發(fā)出準直光的作用，而在2D顯示時起散射從背光單元100穿過圖像面板200的準直光的作用。全息光學元件400在3D顯示時起調整光路來設定符合觀看者的位置的觀看窗口的作用。全息光學元件400在2D顯示時起透明薄膜的作用。參照圖3，背光單元100由光源陣列和導光板120組成。光源陣列包括按行排列的多個光源110，用于將準直光照射至上方的圖像面板200，每個光源110獨立地打開或關閉。導光板120包括面對光源陣列110的較薄的鄰近側，以及與鄰近側相對的遠端側。導光板120具有厚度從鄰近側向遠端側逐漸增加的垂直截面。這種形狀稱為楔形，適合于引導準直光。導光板120的遠端側優(yōu)選具有曲面。同樣地，有需要時，導光板120的鄰近側可具有曲面，以便與遠端側的曲面平行?？砂催@種方式設計導光板120，即導光板120在兩個不平行側(在鄰近側和遠端側之間的另外兩側)之間的長度從鄰近側到遠端側逐漸增加。確定導光板120的設計需要來保證在導光板120內全反射的光以特定角度到達每一邊界，以作為準直光向上照射。有需要時，光源陣列可布置為靠近導光板120的遠端側，而不是鄰近側。
光源110可以是發(fā)光二極管(LED)、有機發(fā)光二極管(OLED)和激光二極管的任何一種。如果將光源陣列配置為多個光源的每一個都是選擇性和獨立可驅動的，則可分別用其它光源代替這些光源。散射光轉換單元300和全息光學元件400的每一個對于3D顯示和2D顯示實現(xiàn)不同的光學功能。例如，根據(jù)是否被施加電壓可實現(xiàn)在不同的光學功能之間的轉換?？捎墒褂谜哌x擇或由初始設定值來確定是否施加電壓。全息光學元件400在3D顯示時起衍射或折射光的作用，使得圖像形成在特定的觀
看窗口上。對于3D顯示操作，為了根據(jù)觀看者的位置而設定觀看窗口，可額外提供能夠追蹤與觀看者的位置有關的信息的追蹤單元500。 現(xiàn)在將描述圖像顯示裝置在2D在顯示時的操作。首先，打開背光單元100的所有光源110，以從背光單元100的整個表面發(fā)出準直光。準直光向上照射至圖像面板200、散射光轉換單元300和全息光學元件400。在這種情況下，散射光轉換單元300處在未被施加電壓狀態(tài)，使得入射的準直光被散射并向外發(fā)出。在散射光轉換單元300上方的全息光學元件400起透明薄膜的作用，而不是沿特殊方向折射或衍射光。在這種情況下，利用散射光轉換單元300的光散射效果，盡管使用用于3D顯示的具有方向性的準直光，也能夠防止觀看窗口變窄。在這種情況下，通常甚至諸如電視機等的大尺寸產品都能在2D模式下給觀看者提供寬的觀看窗口。圖像顯示裝置在3D顯示時的操作如下。首先，追蹤單元500檢測觀看者的位置，存儲與觀看者的位置有關的信息，將所述信息傳輸至背光單元100。根據(jù)與觀看者的位置有關的信息，打開背光單元100的某些光源110，所述某些光源100與相應觀看者的位置對應。利用對光源110的選擇性驅動，具有方向性的準直光從導光板120向上發(fā)出。然后，光直接穿過散射光轉換單元300，當穿過全息光學元件400時，使得圖像形成在特定區(qū)域、即觀看者的觀看窗口上。即使存在多個觀看者，光源也可獨立地操作，因此，根據(jù)與每個觀看者的位置有關的信息，利用對光源110的選擇性驅動，在與每個觀看者對應的觀看窗口上形成圖像。更具體地，在存在多個觀看者的情況下，可根據(jù)與觀看者的位置有關的信息，通過對光源的時分驅動或空間劃分驅動來為每位觀看者提供觀看窗口。在3D顯示時，散射光轉換單元300保持在未被施加電壓狀態(tài)，起作為透明單元連續(xù)地提供入射光和出射光的作用。如上所述，實現(xiàn)2D顯示還是3D顯示取決于觀看者的選擇。可替代地，實現(xiàn)2D顯示還是3D顯示可根據(jù)施加給圖像面板200的圖像信息是二維信息還是三維信息來自動調難
iF. O例如，散射光轉換單元300起漫射體的作用，使得當被施加電壓時，諸如聚合物分散液晶(PDLC)的內部液晶垂直取向以發(fā)出準直光，而當未被施加電壓時，諸如聚合物分散液晶(PDLC)的內部液晶隨機分布，從而呈現(xiàn)對入射光的散射效果。然而，本發(fā)明的散射光轉換單元300不是必須是H)LC，而是可被其他結構替代，只要這些結構能夠根據(jù)是否施加電壓而實現(xiàn)在2D顯示和3D顯示之間的轉換，并能根據(jù)是否施加電壓而起散射光的作用或起透明單元的作用。圖像面板200可以是液晶面板、有機發(fā)光顯不面板、量子點發(fā)光面板、電場發(fā)光顯示面板和等離子體顯示面板的任何一種。除了起顯示面板的作用，圖像面板200還可起空間光調制器(SLM)的作用。如果圖像面板200是空間光調制器，則可在3D模式下針對特定觀看窗口對背光單元100的光源110進行選擇性驅動和對全息光學元件400進行控制。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，全息光學元件400和散射光轉換單元300的位置與上述第一實施例相比進行了上下顛倒。第二實施例在2D顯示和3D顯示時實現(xiàn)與第一實施例相同的光學效果。因此，對于第二實施例，將省略對與第一實施例相同的部分的描述。 有需要時，可考慮將散射光轉換單元300設置在圖像面板200的下方的情形。然而，根據(jù)圖像面板200的種類，無一例外地必須將散射光轉換單元300設置在圖像面板200的上方。以下將參照附圖來描述散射光轉換單元300的功能。圖4A和圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的散射光轉換單元的打開/關閉操作的截面圖。如圖4A所示，散射光轉換單元300包括布置成彼此面對的第一基板310和第二基板350、分別在第一基板310和第二基板350上形成的第一電極311和第二電極351、在第一基板310和第二基板350之間的每個都含有向列液晶335的多個微膠囊330以及填充第一基板310和第二基板350之間除多個微膠囊330外的空間的聚合物層320。圖4A示出未被施加電壓狀態(tài)。在第一電極311和第二電極351處于浮置狀態(tài)期間，微膠囊330內的向列液晶335隨機排列，這會使入射光在穿過微膠囊330時碰撞具有不同折射率的界面，導致發(fā)出散射光。圖4B示出被施加電壓狀態(tài)。如果給第一電極311和第二電極351施加不同的電壓，則聚合物層320中的向列液晶335豎直，這會使入射光沿與其入射方向相同的方向連續(xù)地直接發(fā)出?，F(xiàn)在將描述在利用上述結構的散射光轉換單元的2D/3D模式下的操作。圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的2D觀看模式和3D觀看模式的截面圖。如圖5A所示，在2D模式的情況下，上述散射光轉換單元300處于未被施加電壓狀態(tài)，進入散射光轉換單元300的準直光作為散射光發(fā)出。如圖5B所示，在3D模式的情況下，在散射光轉換單元300內的向列液晶335豎直，由此來自背光單元100的入射準直光作為準直光連續(xù)地直接發(fā)出。然后，在散射光轉換單元300上方的全息光學元件400根據(jù)與觀看者的位置有關的信息，使與觀看者的左眼和右眼對應的圖像形成在相應的觀看窗口上，這樣就使觀看者能夠看到3D圖像。在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，除了為靜止的觀看者顯示3D圖像外，追蹤單元的設置有利地實現(xiàn)了跟隨觀看者的移動來顯示3D圖像。圖6A和圖6B是示出在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的3D顯示模式下，當觀看者靜止或者移動時在上面形成3D圖像的觀看窗口的視圖。如圖6A所示，當觀看者靜止時，與觀看者的左眼和右眼對應的圖像形成在初始設定的窗口上，或者形成在基于預先存儲的與觀看者的位置有關的信息的特定觀看窗口上。如圖6B所示，如果存在兩個觀看者并且分別在不同的區(qū)域移動，則與每個觀看者的位置有關的信息被傳輸至背光單元的光源陣列，這樣就能夠根據(jù)與每個觀看者的位置有關的信息獨立地驅動在對應位置的光源。在這種情況下，背光單元引導具有方向性的準直光穿過圖像面板，穿過圖像面板的包含圖像信息的光進入全息光學元件，由此被衍射或折射至兩個觀看者的觀看窗口，這樣就能夠在各個觀看者的不同的觀看窗口上形成圖像。顯然，根據(jù)以上描述，本發(fā)明的圖像顯示裝置具有以下效果。在常規(guī)的無眼鏡型裝置中，特別是，采用了全息光學元件來根據(jù)觀看者的位置利用具有方向性的準直光在特定位置形成圖像的裝置由于所述全息光學元件的存在而不利地限制了在2D模式下觀看者的視角。本發(fā)明的圖像顯示裝置進一步包括散射光轉換單元， 所述散射光轉換單元能夠根據(jù)是否被施加電壓進行切換來發(fā)出散射光或準直光，這樣就能夠消除由全息光學元件引起的在2D模式下受到限制的觀看視角。此外，由于設置了追蹤單元和可在3D模式下被選擇性劃分驅動的楔形背光單元，所以就能夠通過追蹤觀看者的位置而在想要的觀看窗口上形成3D圖像。于是，即使存在多個觀看者或者即使觀看者移動，也能夠跟隨觀看者的移動實現(xiàn)生動的3D圖像的顯示。在不違背本發(fā)明的精神或不超出本發(fā)明的范圍的情況下，對本發(fā)明作出各種修改和變型對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明旨在涵蓋落入所附權利要求書及其等同物的范圍內的對本發(fā)明的各種修改和變型。
權利要求
1.一種圖像顯示裝置，包括 圖像面板，配置為呈現(xiàn)二維圖像； 背光單元，配置為將準直光引導至所述圖像面板； 在所述背光單元上方的散射光轉換單元，所述散射光轉換單元配置為在2D顯示時散射準直光，而在3D顯示時直接發(fā)出準直光；以及 在所述背光單元上方的全息光學元件，所述全息光學元件配置為在3D顯示時調整光路來設定符合觀看者的位置的觀看窗口。
2.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述全息光學元件在2D顯示時起透明薄膜的作用。
3.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述背光單元包括 光源陣列，包括按行排列的多個光源，每個光源獨立地打開或關閉；以及 導光板，包括面對所述光源陣列的較薄的鄰近側和與所述鄰近側相對的遠端側，所述導光板具有厚度從所述鄰近側起逐漸增加的垂直截面。
4.根據(jù)權利要求3所述的圖像顯示裝置，其中所述導光板的遠端側具有曲面。
5.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述散射光轉換單元包括 布置成彼此面對的第一基板和第二基板； 分別在所述第一基板和所述第二基板上形成的第一電極和第二電極； 在所述第一基板和所述第二基板之間的每個都含有向列液晶的多個微膠囊；以及 填充所述第一基板和所述第二基板之間除所述多個微膠囊外的空間的聚合物層。
6.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述圖像面板是液晶面板、有機發(fā)光顯示面板、量子點發(fā)光面板、電場發(fā)光顯示面板和等離子體顯示面板的任何一種。
7.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述圖像面板是空間光調制器。
8.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述全息光學元件在3D顯示時具有衍射功能。
9.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述全息光學元件在3D顯示時具有折射功能。
10.根據(jù)權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中所述散射光轉換單元和所述全息光學元件設置在所述圖像面板的上方。
11.根據(jù)權利要求3所述的圖像顯示裝置，進一步包括追蹤與觀看者的位置有關的信息的追蹤單元。
12.根據(jù)權利要求11所述的圖像顯示裝置，其中所述與觀看者的位置有關的信息被傳輸至所述光源陣列。
13.根據(jù)權利要求12所述的圖像顯示裝置，其中所述光源陣列的光源根據(jù)所述與觀看者的位置有關的信息來選擇性地打開或關閉。
14.根據(jù)權利要求3所述的圖像顯示裝置，其中所述光源陣列的所有光源在2D顯示時都打開。
15.根據(jù)權利要求3所述的圖像顯示裝置，其中所述光源是發(fā)光二極管、有機發(fā)光二極管和激光二極管的任何一種。
全文摘要
公開了一種能夠追蹤觀看者并可轉換為2D顯示模式而不損失視角的圖像顯示裝置，所述圖像顯示裝置包括呈現(xiàn)二維圖像的圖像面板；將準直光引導至圖像面板的背光單元；設置在背光單元上方的散射光轉換單元，散射光轉換單元在2D顯示時散射準直光，而在3D顯示時直接發(fā)出準直光；以及設置在背光單元上方的全息光學元件，所述全息光學元件在3D顯示時調整光路來設定符合觀看者的位置的觀看窗口。
文檔編號G02F1/13357GK102799021SQ20111044832
公開日2012年11月28日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年5月25日
發(fā)明者李根植, 林希珍, 方炯錫 申請人:樂金顯示有限公司