三维图像系统 |
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| 申请号 | CN201010281079.1 | 申请日 | 2010-09-10 | 公开(公告)号 | CN102116961B | 公开(公告)日 | 2014-08-13 |
| 申请人 | 乐金显示有限公司; | 发明人 | 李宇根; 朴贤珍; 禹宗勋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及三维图像系统。本发明提出了一种三维图像系统，其包括：显示设备，其被配置为交替地呈现左图像及右图像； 液晶 快 门 ，其具有液晶层并被配置为在λ/2 相位 延迟状态与0 相位延迟 状态之间切换；以及偏振眼镜，其包括具有第一偏振轴的右眼镜窗和具有第二偏振轴的左眼镜窗。根据本发明，能够分别由左眼和右眼精确地识别出左图像和右图像，而没有任何串扰问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种三维图像系统，其包括： |
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| 说明书全文 | 三维图像系统技术领域[0001] 本发明涉及三维(或“3D”)图像系统。特别地，本发明涉及使左右图像之间的串扰(cross-talk)最小化的3D图像系统。 背景技术[0002] 作为许多公司正在竞争以期预先得到技术和市场份额的下一代信息及通信服务，3D图像系统技术广泛应用于包括广播系统、医疗系统、教育系统、军事系统、动画系统、虚拟现实系统、CAD系统、工业系统等的高技术领域。亦即，3D技术是下一代多媒体信息通信领域的基础和核心技术。 [0003] 人类所识别出的屏幕容量(screen volume)是由以下因素的任意组合而引起：根据物体位置的眼晶状体的厚度变化、物体的左图像与右图像之间的角度差、物体的左图像与右图像之间的位置和形状变化、根据物体运动的视差(parallax)误差、以及根据观察者的记忆和思维的影响。由彼此分开6至7厘米的人类双眼所导致的双目视差是感受3D图像的最重要因素。由于双目视差的原因，从左眼到物体的左视线与从右眼到物体的右视线并不相同，而是具有角度差。由于该角度差，左眼的图像形状与右眼的图像形状不同。这两个不同的图像从双眼传送到大脑，随后大脑通过将这两个不同的视觉图像合并而识别出3D图像。 [0004] 存在利用2D显示设备实现3D图像的各种方法。在大多数方法中，主要开发了快门(shutter)法，在快门法中，使用液晶面板交替呈现左图像和右图像。对于3D系统而言，最重要的是应当将左图像和右图像分别精确地发送到左眼和右眼。如果在短时间内左图像被发送到右眼(或相反)，则无法欣赏3D图像。该问题被称为静态串扰。在3D系统中，最重要的是防止串扰问题。 发明内容[0005] 为了克服上述缺点，本发明的目的是提出一种由左眼和右眼分别识别左图像和右图像的三维图像系统。本发明的另一目的是提出一种在左图像与右图像之间没有任何静态串扰的三维图像系统。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提出了一种三维图像系统，其包括：显示设备，其被配置为交替地呈现左图像及右图像；液晶快门，其具有液晶层并被配置为在λ/2相位延迟状态与0相位延迟状态之间切换；以及偏振眼镜，其包括具有第一偏振轴的右眼镜窗和具有第二偏振轴的左眼镜窗。 [0008] 所述补偿膜具有α相位延迟。 [0010] 当所述第一电极与所述第二电极之间被施加了电场时，所述液晶层具有+α相位延迟。 [0011] 所述补偿膜按如下方式附接在所述第二衬底的外侧：使得所述补偿膜的透光轴与所述液晶层的初始排列方向垂直相交。 [0012] 所述液晶层包括垂直排列(VA：vertial alignment)模式液晶、电控双折射(ECB：electrically controlled birefringence)模式液晶和光学补偿弯曲(OCB：optically compensated bend)模式液晶中的至少一种。 [0013] 所述显示设备使用45°的线性偏振光来呈现所述左图像和所述右图像；所述液晶层具有0°的初始排列方向；并且所述第一偏振方向被设置为45°，所述第二偏振方向被设置为135°。 [0014] 所述显示设备通过在第一方向上偏振来呈现所述左图像和所述右图像；所述液晶层的初始排列方向与所述第一方向的角度差为45°；所述第一偏振方向与所述第一方向平行，而所述第二偏振方向与所述第一方向垂直。 [0015] 根据本发明的使用具有由垂直电场操作的液晶层的液晶快门的3D图像系统，通过消除因未被电场影响的液晶分子而引起的残留延迟，从而在3D图像中不存在任何静态串扰。因此，根据本发明，能够分别由左眼和右眼精确地识别出左图像和右图像，而没有任何串扰问题。附图说明 [0017] 在附图中： [0018] 图1是例示根据本发明的3D图像系统的结构的立体图。 [0019] 图2是例示根据本发明的在显示设备中使用时间共享方法来呈现左图像和右图像的示例的图。 [0020] 图3是例示根据本发明的第一实施方式的液晶快门的截面图。 [0021] 图4是根据本发明的3D图像系统的3D眼镜的示例的图。 [0022] 图5是例示根据本发明的第一实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别左图像的图。 [0023] 图6是例示根据本发明的第一实施方式的3D图像系统如何呈现右图像及观察者如何通过右眼识别右图像的图。 [0024] 图7是例示根据本发明的第二实施方式的液晶快门的截面图。 [0025] 图8是例示根据本发明的第二实施方式的3D图像系统如何呈现右图像及观察者如何通过右眼识别出右图像的图。 [0026] 图9是例示根据本发明的第二实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别出左图像的图。 [0027] 图10是例示根据本发明的第三实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别出左图像的图。 具体实施方式[0028] 参照以下结合附图而详细描述的实施方式，本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法将变得清楚。以下将参照附图详细描述本发明的一些优选实施方式。然而，本发明并不限于这些实施方式，而是在不改变技术精神的情况下可以应用于多种变化或修改。在以下实施方式中，部件的名称是出于容易描述的目的而选择的，因而这些名称可能与实际名称不同。 [0029] 参照图1至10，将说明根据本发明的优选实施方式的使用液晶快门的3D图像系统。图1是例示根据本发明的3D图像系统的结构的立体图。 [0030] 参照图1，根据本发明的第一实施方式的3D图像系统包括显示设备100、该显示设备所呈现的3D图像的观察者所使用的偏振眼镜300、以及设置于显示设备100与偏振眼镜300之间的液晶快门200。 [0031] 第一实施方式的显示设备100提供2D图像或3D图像。该3D图像包括以一个帧周期交替呈现的左图像和右图像。显示设备100可以是CRT(阴极射线管)、液晶显示设备(LCD)、等离子体显示设备(PDP)、及有机发光二极管显示设备(OLED)中的任意一种。当提供3D图像时，显示设备100在预定时间周期内呈现左图像，随后在下一预定时间周期内呈现右图像。 [0032] 图2是例示在根据本发明的显示设备中使用时间共享方法来呈现左图像和右图像的示例的图。在第一个1/120秒期间，呈现第一帧的左图像，随后在下一个1/120秒期间，呈现第一帧的右图像，使得可以在1/60秒期间呈现3D图像的完整的第一帧。显示设备100可以使用沿第一方向的线性偏振光而显现左图像和右图像。在本发明的第一实施方式中，考虑在下文中描述的液晶材料层251的光学特性，所述光优选地以45°方向线性偏振。 [0033] 根据第一实施方式的液晶快门200具有如图3所示的结构。图3是例示根据本发明的第一实施方式的液晶快门的截面图。液晶快门200包括彼此接合在一起的第一透明衬底211和第二透明衬底231，以及插入在第一透明衬底211和第二透明衬底231间的液晶层251。在第一衬底211及第二衬底231的各内表面上，分别形成有用于驱动液晶层251的第一透明电极213和第二透明电极233。在初始条件下，液晶层251被布置为水平地平行于第一衬底211和第二衬底231。当在第一透明电极213与第二透明电极233之间施加垂直电场时，液晶层251根据该电场方向而在与第一衬底211及第二衬底231垂直的方向上重新排列。由垂直电场驱动的液晶层251可以为垂直排列(VA)模式、电控双折射(ECB)模式或光学补偿弯曲(OCB)模式。此外，当光穿过液晶层251时，由于液晶材料的光学各向异性特征而使得光具有相位延迟。在第一实施方式中，液晶层251优选地被设计成，使得光穿过液晶层251之后该光具有λ/2(λ为光的波长)的相位延迟。为此，液晶层251的初始排列方向应当为0°。 [0034] 最终，根据第一实施方式的偏振眼镜300具有如图4所示的结构。作为用于观察以时间共享模式呈现的3D图像的设备，偏振眼镜300包括用于透过沿第一偏振方向Pol1的偏振光的右眼镜窗371和用于透过沿第二偏振方向Pol2的偏振光的左眼镜窗373。在第一实施方式中，右眼镜窗371的第一偏振方向Pol1被设置为45°，左眼镜窗373的第二偏振方向Pol2被设置为135°。图4是例示根据本发明的3D图像系统的3D眼镜的图。 [0035] 参照图5和图6，将说明根据第一实施方式的3D图像系统的工作原理。图5是例示根据本发明的第一实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别左图像的图。图6是例示根据本发明的第一实施方式的3D图像系统如何呈现右图像及观察者如何通过右眼识别右图像的图。 [0036] 如图2所示，显示设备100将左图像Limage呈现1/120秒。显示设备100使用沿45°方向的线性偏振光来呈现所有图像。即，在1/120秒期间，呈现沿第一偏振方向(45°方向)偏振的第一帧的左图像Limage。此时，在液晶快门200的第一电极213与第二电极 233之间没有电场。因此，液晶层251的所有液晶分子维持在初始排列条件下，与第一衬底 211及第二衬底231的表面水平地平行。具体而言，液晶分子在第一衬底211及第二衬底 231的平面上排列成0°方向。随后，入射到液晶快门200的左图像Limage遇到长轴与第一偏振方向Pol1以45°相交的液晶层251。液晶层251的长轴折射率不同于短轴折射率。 因此，由于液晶层251的光学各向异性特征，左图像Limage具有相位延迟。由于如上所述的液晶快门200被设计成具有λ/2的相位延迟，因此，穿过液晶层251的左图像具有90°的相位延迟，从而左图像的偏振方向在沿着135°方向的方向上改变。线性偏振方向发生改变的左图像Limage能够穿过偏振眼镜300的左眼镜窗373，但不能穿过右眼镜窗371。因此，观察者仅能够识别出穿过左眼的左图像Limage。 [0037] 在下一1/120秒期间，显示设备100呈现沿第一偏振方向(45°方向)偏振的第一帧的右图像Rimage。此时，在液晶快门200的第一电极213与第二电极233之间施加用于驱动液晶层251的垂直电场。随后，第一透明衬底211与第二透明衬底231之间的液晶层251的排列方向改变为垂直方向。在该情况下，入射到液晶快门200的右图像Rimage遇到排列成与第一衬底211及第二衬底231的表面垂直的方向的液晶层251。因此，仅存在短轴折射率。结果，右图像Rimage没有相位延迟(0相位延迟)，使得右图像能够以原始偏振方向(45°方向)穿过液晶层251。具有原始偏振方向(45°方向)的右图像不能穿过偏振眼镜300的左眼镜窗373，而能够穿过右眼镜窗371。因此，观察者仅能够通过右眼识别右图像Rimage。 [0038] 类似地，在第一1/120秒期间识别出第一帧的左图像Limage，随后在下一1/120秒期间识别出第一帧的右图像Rimage，从而可以在1/60秒期间识别出第一帧的完整3D图像。不断地重复这些处理，观察者就能够欣赏完整的3D视频图像。 [0039] 根据上述第一实施方式，当呈现右图像时，液晶层251最下面的分子和最上面的分子未被垂直电场重新排列，如图6所示。这是因为液晶层251的最下面的分子和最上面的分子被附着于第一衬底211及第二衬底231内表面的配向层(未示出)所固定。由于这些残留的液晶分子维持着初始排列条件，因此右图像Rimage可能具有残留的延迟。例如，右图像Rimage的相位延迟并不具有真实的0相位延迟，而是具有α相位延迟。 [0040] 在设计液晶快门200时，优选的是，左眼镜窗的相位延迟应当为λ/2，而右眼镜窗的相位延迟应当为0。然而，由于残留延迟，右眼镜窗的相位延迟可能为α。因此可能出现由于α相位延迟而导致的串扰。 [0041] 在本发明的第二实施方式中，所提出的3D图像系统不存在第一实施方式的问题。图7是例示了根据本发明的第二实施方式的液晶快门200的截面图。根据本发明的第二实施方式，在液晶快门200的第二透明衬底231的外侧部分进一步包括了用于补偿α相位延迟的补偿膜700。补偿膜700优选地包括具有α相位延迟的光学相位补偿膜，例如A板。 此外，为了补偿由于残留延迟而引起的α相位延迟，最终的相位延迟应当为-α。为此，应当按如下方式附接具有α相位延迟的A板：使得A板的透光轴与导致残留延迟的液晶分子(液晶层251的最上面的液晶分子)垂直相交。即，液晶层251的初始排列方向与补偿膜的透光轴应当以90°相交。 [0042] 如图8所示，当由于液晶层251的残留延迟而引起的相位延迟为α时，通过使用补偿膜700，能够消除α延迟。因此，右图像的相位延迟可以真正为0。结果，根据第二实施方式，去除了由于液晶层251的残留延迟而引起的串扰。图8是例示根据本发明的第二实施方式的3D图像系统如何呈现右图像及观察者如何通过右眼识别出右图像的图。 [0043] 然而，当呈现左图像时，使用具有根据第二实施方式的结构的液晶快门200存在另一问题。当呈现左图像时，左图像应当具有λ/2的相位延迟。如同9所示，由于补偿膜700的相位延迟α，导致左图像的相位延迟为λ/2-α。图9是例示根据本发明的第二实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别出左图像的图。即，在本发明的第二实施方式中，能够消除残留延迟，但左图像存在由于补偿膜700而导致的新的串扰问题。 [0044] 本发明的第三实施方式提出了能够消除第一及第二实施方式中存在的任何串扰问题的3D图像系统。液晶快门200优选地被设计成按如下方式工作：使得液晶层251的相位延迟在λ/2+α与α之间切换。例如，在第一电极213与第二电极233之间不存在电场的初始条件下，液晶层251的相位延迟优选地为λ/2+α。当在第一电极213与第二电极233之间施加垂直电场时，液晶层251的相位延迟优选地为α。此外，在第二衬底231的外侧部分附接具有相位延迟α的光学补偿膜700。 [0045] 特别地，由于光学补偿膜700是用于消除因残留延迟导致的α相位延迟，因此其应当被附接为具有-α相位延迟。为此，应当按如下方式附接具有α相位延迟的补偿膜700：使得补偿膜700的透光轴与导致残留延迟的液晶分子(液晶层251的最上面的液晶分子)垂直相交。即，液晶层251的初始排列方向与补偿膜的透光轴应当以90°相交。随后，当呈现左图像时，液晶快门200的相位延迟为(λ/2+α)-α，使得其具有λ/2的相位延迟。 图10是例示根据本发明的第三实施方式的3D图像系统如何呈现左图像及观察者如何通过左眼识别出左图像的图。 [0046] 在此期间，当呈现右图像时，条件与示出了根据本发明的第二实施方式的3D图像系统如何呈现右图像及观察者如何通过右眼识别出右图像的图8相同。即，在液晶层251处，由于残留延迟而导致右图像的相位延迟为α。然而，借助于补偿膜700，液晶快门200的最终相位延迟为(α-α)＝0。图8和图10中的(-α)表示，附接具有相位延迟为α的光学补偿膜以消除由于液晶层251而引起的相位延迟。即，这表示液晶层251的初始排列方向与补偿膜的透光轴应当以90°相交。 [0047] 虽然液晶层251在(λ/2+α)相位延迟状态与α相位延迟状态之间切换，但具有补偿膜700的液晶快门200在λ/2相位延迟状态与0相位延迟状态之间切换。结果，在左图像与右图像之间不存在串扰。 [0048] 尽管参照附图详细描述了本发明的实施方式，但本领域技术人员应理解的是，在不改变本发明的技术精神或必要特征的情况下，能够以其他具体形式实现本发明。因此，应当注意的是，前述实施方式在所有方面仅是出于例示的目的，而不应解释为对本发明的限制。本发明的范围由所附权利要求书而非本发明的详细描述来限定。在权利要求书的意义及范围内作出的所有改变或修改或其等同物应当解释为落入本发明的范围之内。 |
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