全息3d显示器的制造方法

全息3d显示器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种不会出现3D串扰问题的全息三维显示器。本发明提出了一种用于显示全息图像的装置，包括：呈现全息图像的显示面板；设置在显示面板后侧用于提供背光的背光单元；第一光路偏转单元，设置在显示面板前方，用于沿第一方向形成第一棱镜图案，第一方向自显示面板的水平轴起旋转预定角度；和第二光路偏转单元，设置在第一光路偏转单元前方，用于沿垂直于第一方向的第二方向形成第二棱镜图案。
【专利说明】全息3D显示器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有2013年4月8日提交的韩国申请No. 10-2013-0038206的优先权， 将该专利申请的全部内容并入本文。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及一种不会出现3D串扰问题的全息三维显示器。本发明尤其涉及一种 其中分别将左眼全息图像呈现给左眼、右眼全息图像呈现给右眼的没有任何3D串扰问题 的自动立体型显示器。

【背景技术】
[0004] 近来，正积极发展用于形成并再现3D (三维）图像/视频的多种技术和研究。因 为涉及3D图像/视频的媒体是用于虚拟现实的新概念媒体，所以其可更好地提高视觉信 息，并将引领下一代显示装置。常规的2D图像系统仅提供投射成平面视图的图像和视频数 据，但3D图像系统可给观看者提供完整真实的图像数据。因此，3D图像/视频技术是True North图像/视频技术。
[0005] -般来说存在用于再现3D图像/视频的一些方法，例如，立体法、自动立体法、体 积法、全息法和积分成像法。在这些方法之中，其中观看者不用专门的眼镜而使用激光观看 全息图像的全息法是享受真实3D显示质量的最佳方法。因为全息法具有出色的3D深度且 观看者即使通过一只眼睛也可在3D模式中观看显示物体，所以其被认为是用于显示3D图 像的没有任何缺点的最理想的方法。
[0006] 为了产生图像中每一点处的光波相位的记录，作为体积显示型之一的全息法使用 与来自景象或物体的光(物体光束）相结合的基准光束。如果这两个光束是相干的，则由于 光波的重叠，基准光束与物体光束之间的光学干涉产生可被记录在标准摄影胶片上的一系 列强度条纹。这些条纹在胶片上形成一种被称为全息图的衍射光栅。全息图的主要目的是 当被记录的光栅之后被替代基准光束照射时，原始的物体光束被重建(或再现)，产生3D图 像/视频。
[0007] 最新发展了计算机生成全息图(或CGH)，即一种数字地产生全息干涉图案的方法。 例如通过用计算机数字地计算全息干涉图案并将其印刷到蒙片（mask)或胶片上，随后通过 合适的相干光源照射蒙片或胶片产生全息图像。可通过全息3D显示器唤醒全息图像，不需 要每次都制备全息干涉图案的"硬拷贝"。
[0008] 计算机生成的全息图具有这样的优点：想要显示的物体根本不必具有任何物理实 体。如果光学地产生现有物体的全息数据，但被数字地记录和处理并随后进行显示，这也称 为CGH。例如，通过计算机系统产生全息干涉图案并将全息干涉图案发送到诸如LCSML (液 晶空间光调制器)这样的空间光调制器，之后通过给空间光调制器照射基准光束重建/再现 对应于全息干涉图案的3D图像/视频。图1是图解根据现有技术的使用计算机生成的全 息图的数字全息图像/视频显示装置的结构图。
[0009] 参照图1，计算机1产生将要显示的图像/视频数据的全息干涉图案。所产生的全 息干涉图案发送给SLM2。作为透射型液晶显示装置的SLM2可呈现全息干涉图案。在SLM2 的一侧，设有用于产生基准光束的激光源3。为了将来自激光光源3的基准光束9照射到 SLM2的整个表面上，可依次设置放大器4和透镜系统5。从激光源3输出的基准光束9穿 过放大器4和透镜系统5后照射到SLM2的一侧。对于SLM2为透射型液晶显示器的情形来 说，对应于全息干涉图案的3D图像/视频将在SLM2的另一侧处重建/再现。
[0010] 全息型3D显示器包括占据较大空间的体积元件，如产生基准光束9的光源3、放大 器4和透镜系统5。由于这些体积元件，显示器将会具有较大的体积和较重的重量，以致于 不适于当前流行的轻薄便携型显示器。因此，更需要研制薄板型全息3D显示器和永无眼镜 型（eternal non-glasses type) 3D 显不器。
[0011] 如此，对于基于IXD装置再现全息图的情形来说，IXD的像素间距过大，以致于准 确观看全息图的视角非常小。因此，观看者只有在非常小的视角内才能观看3D图像。


【发明内容】

[0012] 为了克服上述缺陷，本发明的目的是提出一种用于显示3D全息图像的装置，其中 尽管全息显示装置具有非常窄的视角，但观看者仍可在任意位置享受全息图像。本发明的 另一个目的是提出一种分别将左眼3D全息图像提供给左眼、右眼3D全息图像提供给右眼 的用于显示全息图像的装置。本发明的再一个目的是提出一种用于显示全息图像的装置， 其中不会产生诸如将左眼3D全息图像提供给右眼或反之这样的任何3D串扰问题。
[0013] 为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提出了一种用于显示全息图像的装 置，包括：呈现全息图像的显示面板；设置在所述显示面板的后侧用于提供背光的背光单 元；第一光路偏转单元，所述第一光路偏转单元设置在所述显示面板的前方，用于沿第一方 向形成第一棱镜图案，所述第一方向自所述显示面板的水平轴起旋转预定角度；和第二光 路偏转单元，所述第二光路偏转单元设置在所述第一光路偏转单元的前方，用于沿垂直于 所述第一方向的第二方向形成第二棱镜图案。
[0014] 在一个实施方式中，所述第一光路偏转单元在垂直于所述第一方向的第一轴上折 射来自所述显示面板的光，并且所述第二光路偏转单元在垂直于所述第二方向的第二轴上 折射来自所述第一光路偏转单元的光。
[0015] 在一个实施方式中，自所述水平轴起的所述预定角度为选自10度至80度的任意 一个角度。
[0016] 在一个实施方式中，所述预定角度为45度。
[0017] 在一个实施方式中，所述第一方向自所述水平轴起以顺时针方向和逆时针方向中 的任意一个方向旋转所述预定角度。
[0018] 在一个实施方式中，所述装置进一步包括：设置在所述第一光路偏转单元与所述 第二光路偏转单元之间的相位延迟片。
[0019] 在一个实施方式中，所述相位延迟片将来自所述第一光路偏转单元的光的相位延 迟90度。
[0020] 在一个实施方式中，其中所述第一光路偏转单元包括沿所述水平轴及垂直于所述 水平轴的垂直轴以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且所述多个液晶单元通过使沿所述第 一方向的液晶单元具有第一相同电压来形成所述第一棱镜图案。
[0021] 在一个实施方式中，所述第二光路偏转单元包括沿所述水平轴及垂直于所述水平 轴的垂直轴以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且所述多个液晶单元通过使沿所述第二方 向的液晶单元具有第二相同电压来形成所述第二棱镜图案。
[0022] 在一个实施方式中，所述第一光路偏转单兀包括沿所述第一方向和所述第二方向 以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且所述多个液晶单元通过使沿所述第一方向的液晶单 兀具有第一相同电压来形成所述第一棱镜图案。
[0023] 在一个实施方式中，所述第二光路偏转单元包括沿所述第一方向和所述第二方向 以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且所述多个液晶单元通过使沿所述第二方向的液晶单 元具有第二相同电压来形成所述第二棱镜图案。
[0024] 不管观看者的距离如何，根据本发明的用于显示全息3D图像的装置都可阻止如 下这样问题的成因：左眼全息3D图像同时提供给左右眼或者右眼全息3D图像同时提供给 左右眼的问题。因此，根据本发明的用于显示全息3D图像的装置不具有其中左眼全息3D 图像提供给右眼或右眼全息3D图像提供给左眼的3D串扰问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 被包括在内以给本发明提供进一步理解并结合在本说明书中组成本说明书一部 分的附图图解了本发明的实施方式，所述附图与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0026] 图1是图解根据现有技术的数字全息图像/视频显示装置的结构图；
[0027] 图2是图解根据本发明第一个实施方式的全息3D显示器的结构的透视图；
[0028] 图3是沿线III-III切割的剖面图，用于图解根据本发明第一个实施方式的光路 偏转单元的结构；
[0029] 图4是图解将光折射到+Φ方向（上侧方向)的第一光路偏转单元的棱镜图案的剖 面图；
[0030] 图5是图解将光折射到-Φ方向（下侧方向)的第一光路偏转单兀的棱镜图案的剖 面图；
[0031] 图6是图解将光折射到+ Θ方向的第二光路偏转单元的棱镜图案的剖面图；
[0032] 图7是图解将光折射到-Θ方向的第二光路偏转单元的棱镜图案的剖面图；
[0033] 图8是说明在根据本发明第一个实施方式的全息3D显示器中产生3D串扰的机理 的示图；
[0034] 图9是图解根据本发明第二个实施方式的全息3D显示器的结构的透视图；
[0035] 图10是说明在根据本发明第二个实施方式的全息3D显示器中解决3D串扰的机 理的示图；
[0036] 图11是图解根据表示本发明第二个实施方式的第一个例子的第一光路偏转单元 和第二光路偏转单元的结构和操作方法的示意图；
[0037] 图12是图解根据表示本发明第二个实施方式的第二个例子的第一光路偏转单元 和第二光路偏转单元的结构和操作方法的示意图。

【具体实施方式】
[0038] 将参照附图描述本发明的优选实施方式。在整个详细描述中相同的参考标记表示 相同的元件。然而，本发明并不限于这些实施方式，而是可在不改变技术精神的情况下应用 各种变化或修改。在下面的实施方式中，为了便于解释而选用了元件的名称，这些名称可能 不同于实际的名称。
[0039] 在下文中，将解释根据本发明第一个实施方式的全息3D显示器。图2是图解根据 本发明第一个实施方式的全息3D显示器的结构的透视图。参照图2,根据本发明第一个实 施方式的全息3D显示器包括全息图显示面板10、包括第一光路偏转单元30a和第二光路偏 转单元30b以及位于它们之间的相位延迟片30c的偏转器30(或"光偏转单元")、显示面板 驱动器50、偏转器驱动器60、控制器80和检测相机90。
[0040] 在第一个实施方式中，全息图显示面板10可具有与图1中所示的相似结构。例如， 全息图显示面板10可由透射型液晶显示面板形成。全息图显示面板10可通过从计算机或 视频处理器（图中未示出）接收与干涉条纹图案相关的数据呈现干涉条纹图案。然后，当来 自设置于全息图显示面板10 -侧的激光源的准直光照射到全息图显示面板10时，可在全 息图显示面板10的另一侧显示全息图像40。
[0041] 在准直光的路径（图2的+Z轴)上，第一光路偏转单元30a可紧挨着全息图显示面 板10设置。第一光路偏转单兀30a可原样透射来自全息图显不面板10的光。或者，第一 光路偏转单元30a可将光折射到上侧（ + Φ)或下侧（-Φ)(图2的Y轴方向上)。因此，在 与全息图显示面板10间隔的距离处再现的全息图像40可通过第一光路偏转单元30a呈现 在垂直轴上（Y轴上）的上侧/下侧偏移位置处。
[0042] 紧挨着第一光路偏转单元30a，可进一步设置第二光路偏转单元30b。第二光路偏 转单元30b可原样透射来自第一光路偏转单元30a的光。或者，第二光路偏转单元30b将 光折射到左侧（-Θ)或右侧+ Θ (图2的X轴上)。因此，全息图像40可通过第二光路偏转 单元30b呈现在水平轴上（X轴上）的左侧/右侧偏移的位置处。
[0043] 全息图显示面板驱动器50包括栅极驱动器和数据驱动器。数据驱动器从控制器 80接收全息图数据DATA，然后使用从伽马电压产生器(未示出)提供的正/负伽马补偿电压 将全息图数据DATA转换为正/负模拟数据电压。数据驱动器将正/负模拟数据电压提供 给全息图显示面板10的数据线。通过控制来自控制器80的信号，栅极驱动器依次给全息 图显示面板10的栅极线提供与数据电压同步的栅极脉冲(或"扫描脉冲")。
[0044] 偏转器驱动器60分别给第一光路偏转单元30a和第二光路偏转单元30b提供用 于控制偏转器30的驱动电压。驱动电压可决定形成在偏转器30处的棱镜图案的倾斜量， 以便全息图像40可照射到用户/观看者的合适位置。驱动电压可以是线性增大或减小的 多组电压，用于线性控制设置在液晶单元中的液晶分子的取向。
[0045] 偏转器驱动器60可包括查找表，查找表存储用于将提供给第一光路偏转单兀30a 的光原样透射的第一驱动电压、用于将光折射到上侧的第二驱动电压、用于将光折射到下 侧的第三驱动电压、用于将提供给第二光路偏转单元30b的光原样透射的第四驱动电压、 用于将光折射到左侧的第五驱动电压以及用于将光折射到右侧的第六驱动电压。在该情形 中，响应于来自控制器80的控制信号，偏转器驱动器60选择性地读取第一驱动电压至第六 驱动电压之中的电压并将其输出。在此，查找表可存储决定与观看者的各个位置相对应的 棱镜图案的倾斜角的多个驱动电压。
[0046] 控制器80可控制用于驱动全息图显示面板10的全息图显示面板驱动器50。控制 器80给栅极驱动器提供栅极控制信号GCS并给数据驱动器提供数据控制信号DCS和全息 图数据DATA。栅极控制信号GCS可包括栅极起始脉冲、栅极移位时钟、栅极输出使能信号 等。数据控制信号DCS可包括源极起始脉冲、源极采样时钟、源极输出使能信号、极性信号 等。
[0047] 检测相机90拍摄观看者的图片并将其发送给控制器80。控制器80分析图片的图 像并计算观看者的位置。控制器80将所检测的观看者的位置与基准位置相比较，以决定观 看者自基准位置起向左侧/右侧和上侧/下侧的相对位置。根据观看者的该相对位置，控 制器80控制偏转器驱动器60并分别给第一光路偏转单元30a和第二光路偏转单元30b提 供驱动电压，以形成具有适当倾斜角的棱镜图案。
[0048] 在下文中，将解释第一光路偏转单元30a。第一光路偏转单元30a形成与水平方向 (图2的X轴）平行的棱镜图案，所以可沿与水平的棱镜图案排列方向相同的图2的X轴设 置第一电极33。相反，第二光路偏转单元30b形成与垂直方向（图2的Y轴)平行的棱镜图 案，所以可沿与垂直的棱镜图案排列方向相同的图2的Y轴设置第一电极33。
[0049] 参照图3,将更详细地解释第一光路偏转单元30a和第二光路偏转单元30b的一个 示例性构造。第一光路偏转单元30a的剖面图实际上与第二光路偏转单元30b非常相似。 在此，仅参照图3解释第二光路偏转单元30b，图3图解了沿图2中的线III-III切割的剖 面图。
[0050] 参照图3,第一光路偏转单元30a或第二光路偏转单元30b具有这样的结构：第一 基板31与第二基板32面对并彼此结合，在第一基板31与第二基板32之间具有液晶单元 LC〇
[0051] 第一基板31可由塑料或玻璃基板制成。第一电极33形成在第一基板31上。第 一电极33可由诸如ΙΤ0 (氧化铟锡)或ΙΖ0 (氧化铟锌)这样的透明导电材料形成在第一基 板31上。多个第一电极33可形成为沿一个方向延伸。每个第一电极33彼此间隔预定的 距离。多个第一电极33彼此平行设置，从而多个第一电极33形成为光栅图案。在图3中， 第一电极33平行延伸到纸外(在Y轴上)，以便第一电极33与来自显示面板10的光的线偏 振方向平行。第一电极33可由第一透明钝化层35覆盖。第一透明钝化层35可包括无机 材料，如硅氧化物（SiO x)或硅氮化物（SiNx)。
[0052] 与第一基板31相同的是，第二基板32可由塑料或玻璃基板形成。第二基板32可 设置在光透射而出的一侧。第二电极34形成在第二基板32上。与第一电极33不同的是， 第二电极34可形成为覆盖第二基板32的整个表面的片状电极。第二电极34由诸如ΙΤ0 或ΙΖ0这样的透明导电材料形成。第二电极34还可由第二透明钝化层36覆盖。第二透明 钝化层36可包括无机材料，如硅氧化物（SiO x)或硅氮化物（SiNx)。
[0053] 夹在第一基板31与第二基板32之间的液晶单元LC可由ECB (电控双折射）模式 排列并驱动。在ECB模式中，设置在最靠近第一基板31和第二基板32的液晶分子最初可 沿形成在第一基板31和第二基板32的内侧上的取向层（图中未示出）的摩擦方向排列。在 最外侧的分子之间的其它液晶分子最初按照长轴平行于第一电极33 (平行于Y轴）的方式 排列。因此，在ECB模式中，在提供任何驱动电压之前，几乎所有的液晶分子都按照它们的 长轴平行于第一电极33的方式排列。在提供驱动电压之后，液晶分子会旋转，从而它们的 长轴会根据第一电极33与第二电极34之间形成的电场重新排列。例如，在ECB模式中，液 晶分子可在水平方向与垂直方向之间改变它们的取向方向，就是说，它们可在90度范围内 旋转。
[0054] 在参照图3的上述解释中，光路偏转单元由具有光栅图案的多个电极的液晶面板 构成。然而，电极的结构不限于光栅图案。作为另一个例子，光路偏转单元可由其中以矩阵 方式设置有多个像素电极的液晶面板构成。在下文中，将解释通过液晶面板形成棱镜图案 的驱动方法。在此，将参照图3中所示的情形进行解释，可通过具有以矩阵方式设置的多个 像素电极的液晶面板形成棱镜图案。
[0055] 图4和图5是用于解释在第一光路偏转单元30a中形成的棱镜图案的例子的示 图。图4是图解将光折射到+ Φ方向（上侧方向)的第一光路偏转单元的棱镜图案的剖面图。 图5是图解将光折射到-Φ方向（下侧方向）的第一光路偏转单元的棱镜图案的剖面图。
[0056] 如图中所示，在ECB模式中，通过控制液晶分子的取向方向可呈现棱镜图案1PP和 2PP。在ECB模式中，液晶分子可具有平行于第一电极33的水平状态（图4和5上的X轴） 与垂直于第一电极33的垂直状态（图4和5上的Z轴）之间的任意方向角。
[0057] 在ECB模式中，当液晶分子排列为垂直于第一电极33的垂直方向（平行于图4和5 的Z轴）时，折射率no为最小值。当液晶分子排列为平行于第一电极33的水平方向（平行 于图4和5的X轴）时，折射率ne为最大值。当来自全息图显示面板10的光水平偏振(平 行于X轴)时，该偏振光的折射率会根据第一光路偏转单兀30a的液晶分子的取向方向而变 化。当水平偏振光穿过垂直排列(平行于Z轴）的液晶分子时，折射率可为最小值no。当水 平偏振光穿过水平排列(平行于X轴）的液晶分子时，折射率可为最大值ne。
[0058] 如图4中所示，通过控制棱镜图案1PP和2PP的一个节距IP中包含的液晶分子的 排列方向，从而沿-Y轴(从上侧到下侧）逐渐从垂直状态(平行于Z轴）变为水平状态(平行 于X轴)，可形成具有+ Φ倾斜角的棱镜图案。如图5中所示，通过沿+Y轴(从下侧到上侧） 控制液晶分子的排列方向，可形成具有-Φ倾斜角的棱镜图案。
[0059] 首先，在如图4中所示棱镜图案具有+Φ倾斜角的情形中，给第一电极33提供第 二驱动电压，第二驱动电压包括沿-Y轴逐渐减小的电压。可给第二电极34提供地电压或 基准电压。例如，在第一棱镜图案1PP的一个节距1P内沿-Y轴设置5个第一电极33 电极、?电极、⑥电极、@电极和⑥电极。给@电极提供VI电压，给⑥电极提供V2电压， 给⑥电极提供V3电压，给@电极提供V4电压，给⑥电极提供V5电压。在此，这5个电压 应当逐渐减小，就是说它们之间的关系是V1>V2>V3>V4>V5。
[0060] 此外，在如图5中所示棱镜图案具有-Φ倾斜角的情形中，给第一电极33提供第 三驱动电压，第三驱动电压包括沿-Y轴逐渐增大的电压。可给第二电极34提供地电压或 基准电压。例如，如上所述，在第一棱镜图案1PP的一个节距1P内沿-Y轴设置5个第一 电极33。在此，构成第三驱动电压的这5个电压应当逐渐增大，就是说它们之间的关系是 V1〈V2〈V3〈V4〈V5。
[0061] 在ECB模式中，当不给液晶单元提供电场时，所有液晶分子在平行于第一电极33 的延伸方向（沿X轴）即初始取向方向（或水平方向）上排列。当液晶单元LC中的所有液晶 分子排列为垂直方向时，液晶单元的折射率具有相同值ne。因此，来自全息图显示面板10 的水平偏振光将穿过第一光路偏转单元30a而没有任何折射。
[0062] 另一方面，由于在第一光路偏转单兀30a中提供驱动电压的第一电极33排列为水 平方向，所以ECB模式的液晶单元将自水平方向，即初始排列方向旋转90度。因此，为了形 成棱镜图案，需要水平(平行于X轴）偏振光。
[0063] 与此同时，在第二光路偏转单元30b中，第一电极33沿垂直方向延伸。因此，构成 第二光路偏转单元30b中的液晶单元的液晶分子可自平行于第一电极33的初始垂直方向 (沿Y轴)旋转90度。当给第二光路偏转单元30b提供水平偏振光时，不存在折射率各向异 性，从而不会形成棱镜图案。
[0064] 因此，需要进一步包括用于将光在第一光路偏转单元30a与第二光路偏转单元 30b之间延迟90度的相位延迟片30c。穿过第一光路偏转单元30a的水平偏振光在穿过相 位延迟片30c之后成为垂直偏振光。
[0065] 现在，将参照图6和7解释如何通过第二光路偏转单元30b将光折射到左侧/右 侦k图6和7是用于解释第二光路偏转单元30b中形成的棱镜图案的例子的示图。图6是 图解将光折射到+ Θ方向的第二光路偏转单元的棱镜图案的剖面图。图7是图解将光折射 到-Θ方向的第二光路偏转单元的棱镜图案的剖面图。
[0066] 如图中所示，在ECB模式中，通过控制液晶分子的取向方向可呈现棱镜图案1PP和 2PP。在ECB模式中，液晶分子可具有平行于第一电极33的垂直状态（图6和7上的Y轴)与 垂直于第一电极33的水平状态（图6和7上的Z轴)之间的任意方向角。在ECB模式中，当 液晶分子排列为垂直于第一电极33的水平方向（平行于Z轴）时，折射率no为最小值。当 液晶分子排列为平行于第一电极33的垂直方向（平行于Y轴）时，折射率ne为最大值。当 来自全息图显示面板10的光垂直偏振(平行于Y轴)时，该偏振光的折射率可根据第二光路 偏转单元30b的液晶分子的取向方向而变化。当垂直偏振(沿Y轴）光穿过水平排列(平行 于Z轴）的液晶分子时，折射率可为最小值no。当垂直偏振光穿过垂直排列(平行于Y轴） 的液晶分子时，折射率为最大值ne。
[0067] 如图6中所示，通过控制棱镜图案1PP和2PP的一个节距IP中包含的液晶分子的 排列方向，从而沿+X轴(从左侧到右侧）逐渐从水平状态(平行于Z轴）变为垂直状态(平行 于Y轴)，可形成具有+ Θ倾斜角的棱镜图案。如图7中所示，通过沿-X轴(从右侧到左侧） 控制液晶分子的排列方向，可形成具有-Θ倾斜角的棱镜图案。
[0068] 首先，在如图6中所示棱镜图案具有+ Θ倾斜角的情形中，给第一电极33提供第 五驱动电压，第五驱动电压包括沿+X轴逐渐减小的电压。可给第二电极34提供地电压或 基准电压。例如，在第一棱镜图案1PP的一个节距1P内沿+X轴设置5个第一电极33 :_另:_ 电极，?电极，⑥电极，@电极和⑥电极。给@电极提供VI电压，给⑥电极提供V2电压， 给⑥电极提供V3电压，给@电极提供V4电压，给⑥电极提供V5电压。在此，这5个电压 应当逐渐减小，就是说它们之间的关系是V1>V2>V3>V4>V5。
[0069] 此外，在如图7中所示棱镜图案具有-Θ倾斜角的情形中，给第一电极33提供第 六驱动电压，第六驱动电压包括沿+X轴逐渐增大的电压。可给第二电极34提供地电压或 基准电压。例如，如上所述，在第一棱镜图案1PP的一个节距1P内沿+X轴设置5个第一 电极33。在此，构成第六驱动电压的这5个电压应当逐渐增加，就是说它们之间的关系是 V1〈V2〈V3〈V4〈V5。
[0070] 在ECB模式中，当不给液晶单元提供电场时，所有液晶分子在平行于第一电极33 延伸方向的垂直方向（沿Y轴）即初始取向方向上排列。当液晶单元LC中的所有液晶分子 排列为水平方向（沿Y轴）时，液晶单元的折射率具有相同值ne。因此，来自全息图显示面 板10的垂直偏振光将穿过第二光路偏转单元30b而没有任何折射。
[0071] 再次参照图2,将解释根据第一个实施方式的全息3D显示器的驱动方法。显示面 板10从显示面板驱动器50接收全息图视频数据，然后给观看者提供全息图像。
[0072] 此外，检测相机90拍摄观看者的图像并将图像发送给控制器80。控制器80分析 观看者的图像，以计算观看者的位置值(或坐标)。在此，位置值包括与观看者的左/右方向 相关的X轴坐标值以及与观看者的上/下方向相关的Y轴坐标值。控制器80将经检测并 计算的观看者的位置值与基准位置值进行比较，决定观看者自基准位置起的相对位置(上/ 下或左/右)。
[0073] 根据决定结果，控制器80选择第一驱动电压至第三驱动电压中的任意一个以及 第四驱动电压至第六驱动电压中的任意一个。在此，因为第一驱动电压至第三驱动电压涉 及观看者的Y轴坐标值，所以它们被提供给第一光路偏转单元30a，以形成棱镜图案。此外， 因为第四驱动电压至第六驱动电压涉及观看者的X轴坐标值，所以它们被提供给第二光路 偏转单元30b，以形成棱镜图案。
[0074] 当最新检测并计算的观看者的位置小于预定阈值时，意味着观看者位于基准位置 处。第一光路偏转单元30a可选择第一驱动电压，第二光路偏转单元30b可选择第四驱动 电压。就是说，可以控制第一光路偏转单元30a和第二光路偏转单元30b不形成任何棱镜 图案。
[0075] 由于光的衍射现象，所以当光穿过光偏转单元时，可被离散为不同级次的光。当通 过帧划分左眼图像和右眼图像来呈现全息图像时，离散的级次光可被提供给同一只眼睛。 这导致3D串扰问题。例如，全息图显示面板10可在第一帧时呈现左眼图像，可在第二帧时 呈现右眼图像。由于衍射现象，在第二帧时可与右眼图像同时提供第一帧的左眼图像。
[0076] 在下文中，参照图8,将解释在根据本发明第一个实施方式的光路偏转单元中如何 导致3D串扰。图8是说明在根据本发明第一个实施方式的全息3D显示器中产生3D串扰 的机理的示图。
[0077] 来自全息图显示面板10的用于呈现全息3D图像的光可根据其中在水平方向上设 置棱镜图案的第一光路偏转单元30a而在Y轴31a (上/下方向）上具有目标位置。此外， 所述光根据其中在垂直方向上设置棱镜图案的第二光路偏转单元30b而在X轴31b (左/ 右方向）上具有目标位置。如上所述，穿过第一光路偏转单元30a的光被衍射，从而离散为 各个级次的光。详细地说，在第一光路偏转单元30a中形成的第一电极为水平长条形，从而 第一电极作为狭缝工作。结果，沿Y轴31a形成了通过衍射而成的离散光。
[0078] 在衍射光之中，因为0级衍射光意味着没有被衍射，所以0级衍射光包括背景干 扰。因此，可以不使用〇级衍射光。可具有最多图像信息的1级衍射光主要用于呈现全息 图像。因而，1级衍射光应当照射到观看者正确的眼睛。例如，当全息图显示面板10提供 右眼图像时，第一光路偏转单元30a可形成棱镜图案，从而+1级衍射光照射到观看者的右 眼R所处的Y轴坐标值。在该情形中，具有与+1级衍射光相同的右眼图像的-1级衍射光 会远离观看者的左眼照射，就是说，照射到左眼范围之外。从而，第一光路偏转单元30a对 导致3D串扰问题没有贡献。
[0079] 然而，在光穿过第二光路偏转单元30b之后，情况则完全不同。由于第二光路偏转 单元30b的第一电极具有垂直长条形，从而所述第一电极作为狭缝工作。结果，沿X轴31b 形成通过衍射而成的离散光。如上所述，当全息图显示面板10提供右眼图像时，第二光路 偏转单元30b可形成棱镜图案，此时+1级衍射光照射到观看者的右眼R所处的X轴坐标 值。在该情形中，具有与+1级衍射光相同的右眼图像的-1级衍射光可照射到观看者的左 眼。从而，第二光路偏转单元30b会导致3D串扰问题。
[0080] 在第一个实施方式中，为了防止3D串扰问题，观看者的位置应具有距全息图显示 面板10足够的距离，从而不会导致3D串扰。该足够的距离可满足下述条件：当+1级衍射 光瞄准右眼时，-1级衍射光不会瞄准左眼。
[0081] 在下文中，将提出本发明的第二个实施方式，在第二个实施方式中不论观看者距 全息图显示面板的距离如何都不会导致3D串扰。图9是图解根据本发明第二个实施方式 的全息3D显示器的结构的透视图。
[0082] 参照图9,根据本发明第二个实施方式的全息3D显示器包括全息图显示面板100、 包括第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单元300b以及位于它们之间的相位延迟片 300c的偏转器300 (或"光偏转单元")、显示面板驱动器500、偏转器驱动器600、控制器800 和检测相机900。多数兀件与第一个实施方式相似。不同之处在于第一光路偏转单兀300a 和第二光路偏转单元300b的构造及其驱动方法。
[0083] 在第二个实施方式中，全息图显示面板100可具有与图1中所示相似的结构。例 如，全息图显示面板100可由透射型液晶显示面板制成。全息图显示面板100可通过从计 算机或视频处理器（图中未示出）接收与干涉条纹图案相关的数据来呈现干涉条纹图案。 然后，当来自设置于全息图显示面板100的一侧的激光源的准直光照射到全息图显示面板 100时，可在全息图显示面板100的另一侧显示全息图像40。
[0084] 在准直光的路径（图9的+Z轴）上，第一光路偏转单元300a可紧挨着全息图显示 面板100设置。第一光路偏转单兀300a可原样透射来自全息图显不面板100的光。或者， 第一光路偏转单元300a可通过形成沿第一轴方向（自X轴起顺时针方向旋转特定角度）设 置的棱镜图案将光折射到右上侧或左下侧。因此，在与全息图显示面板100间隔的距离处 再现的全息图像40可通过第一光路偏转单元300a呈现在第一轴上的右上侧/左下侧偏移 的位置处。
[0085] 紧挨着第一光路偏转单元300a，可进一步设置第二光路偏转单元300b。第二光 路偏转单元300b可原样透射来自第一光路偏转单元300a的光。或者，第二光路偏转单元 300b可通过形成沿垂直于第一轴方向的第二轴方向（自Y轴起顺时针方向旋转特定角度） 设置的棱镜图案将光折射到左上侧或右下侧。因此，全息图像40可通过第二光路偏转单元 300b呈现在垂直于第一轴的第二轴上的左上侧/右下侧偏移的位置处。
[0086] 全息图显示面板驱动器500包括栅极驱动器和数据驱动器。数据驱动器从控制器 800接收全息图数据DATA，然后使用从伽马电压产生器(未示出）提供的正/负伽马补偿电 压将全息图数据DATA转换为正/负模拟数据电压。数据驱动器将正/负模拟数据电压提 供给全息图显示面板100的数据线。栅极驱动器通过控制来自控制器800的信号依次给全 息图显示面板100的栅极线提供与数据电压同步的栅极脉冲(或"扫描脉冲")。
[0087] 偏转器驱动器600分别给第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单元300b提供 用于控制偏转器300的驱动电压。驱动电压可决定形成在偏转器300处的棱镜图案的倾斜 量，从而能够将全息图像40照射到用户/观看者的合适位置。驱动电压可以是线性增大或 减小的多组电压，用于线性控制设置在液晶单元中的液晶分子的取向。
[0088] 偏转器驱动器600可包括查找表，查找表存储用于将提供给第一光路偏转单兀 300a的光原样透射的第一驱动电压、用于将光折射到右上侧的第二驱动电压以及用于将光 折射到左下侧的第三驱动电压。此外，查找表可存储用于将提供给第二光路偏转单元300b 的光原样透射的第四驱动电压、用于将光折射到左上侧的第五驱动电压以及用于将光折射 到右下侧的第六驱动电压。在该情形中，响应于来自控制器800的控制信号，偏转器驱动器 600选择性地读取第一驱动电压至第六驱动电压之中的电压并将其输出。在此，查找表可存 储决定与观看者的各个位置相对应的棱镜图案的倾斜角的多个驱动电压。
[0089] 控制器800可控制用于驱动全息图显示面板100的全息图显示面板驱动器500。 控制器800给栅极驱动器提供栅极控制信号GCS并给数据驱动器提供数据控制信号DCS和 全息图数据DATA。栅极控制信号GCS可包括栅极起始脉冲、栅极移位时钟、栅极输出使能信 号等。数据控制信号DCS可包括源极起始脉冲、源极采样时钟、源极输出使能信号、极性信 号等。
[0090] 检测相机900拍摄观看者的图片并将其发送给控制器800。控制器800分析图片 的图像并计算观看者的位置。控制器800将所检测的观看者的位置与基准位置相比较，以 决定观看者自基准位置起向左侧/右侧和上侧/下侧的相对位置。根据观看者的该相对位 置，控制器800控制偏转器驱动器600并分别给第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单 元300b提供驱动电压，以形成具有适当倾斜角的棱镜图案。
[0091] 在下文中，将解释第一光路偏转单元300a。第一光路偏转单元300a形成与第一 轴方向（自X轴起旋转特定角度）平行的棱镜图案。在图9中的第一光路偏转单元300a上 从左上侧到右下侧的对角线方向是棱镜图案的排列方向。相反，第二光路偏转单元300b形 成与第二轴方向（自Y轴起旋转特定角度)平行的棱镜图案。在图9中的第二光路偏转单元 300b上从右上侧到左下侧的对角线方向是棱镜图案的排列方向。在此，第二轴方向垂直于 第一轴方向。
[0092] 第一轴方向可自X轴起顺时针方向旋转。亦或相反，第一轴方向可自X轴起逆时 针方向旋转。在此，为了方便，将结合第一轴方向自X轴起顺时针旋转的情形进行解释。此 夕卜，旋转角度是选自〇度至90度之间的一个值。优选地，旋转角度可以为10度至80度之 间的任意一个度数。可按照如下方式选择旋转角度：当右眼图像的+1级衍射光瞄准观看者 的右眼时，右眼图像的-1级衍射光处于观看者的左眼范围之外。例如，旋转角度可设为45 度。
[0093] 进一步参照图10,将详细解释在根据本发明第二个实施方式的光路偏转单元中防 止3D串扰的机理。图10是解释在根据本发明第二个实施方式的全息3D显示器中解决3D 串扰的机理的不图。
[0094] 通过具有沿第一方向（左上到右下）设置的棱镜图案的第一光路偏转单元300a， 来自全息图显示面板100的用于呈现全息3D图像的光可在轴方向为右上到左下的第一轴 301a上具有目标位置。与此同时，通过具有沿第二方向（右上到左下)设置的棱镜图案的第 二光路偏转单元300b，呈现全息3D图像的光可在轴方向为左上到右下的第二轴301b上具 有目标位置。如上所述，穿过第一光路偏转单元300a的光被衍射，从而离散为各个级次的 光。结果，沿第一轴301a形成了通过衍射而成的离散光。
[0095] 在衍射光之中，因为0级衍射光意味着没有被衍射，所以0级衍射光包括背景干 扰。因此，可以不使用〇级衍射光。可具有最多图像信息的1级衍射光主要用于呈现全息 图像。因而，1级衍射光应当照射到观看者正确的眼睛。例如，当全息图显示面板100提供 右眼图像时，第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单元300b可形成棱镜图案，从而光照 射到观看者的右眼R。在具有第一轴301a和第二轴301b的坐标系统上，可控制+1级衍射 光照射到观看者的右眼R的位置P ( α，β )。
[0096] 详细地说，第一光路偏转单元300a可控制右眼图像的+1级衍射光，从而其瞄准在 第一轴301a上的观看者的右眼的β坐标值。在该情形中，具有与+1级衍射光相同的右眼 图像的-1级衍射光可照射到(斜向下）远离观看者左眼的位置(左眼范围之外）。
[0097] 之后，第二光路偏转单元300b可控制右眼图像的+1级衍射光，从而其瞄准第二 轴301b上的观看者的右眼的α坐标值。在该情形中，具有与+1级衍射光相同的右眼图像 的-1级衍射光可照射到(斜向上）远离观看者左眼的位置(左眼范围之外)。
[0098] 连接左眼和右眼的线是沿X轴的，但连接+1级衍射光的目标位置和-1级衍射光 的目标位置的线是沿第一轴或第二轴的。因此，不论观看者距全息图显示面板100的距离 如何，都不会出现3D串扰问题。因而，根据本发明第二个实施方式的光路偏转单元具有防 止出现3D串扰问题的结构。
[0099] 在下文中，参照图11和图12,将对在以预定角度旋转Χ-Υ坐标系统的平面坐标系 统中，用于驱动根据第二个实施方式的光路偏转单元300a和300b的结构的一些示例性实 施方式进行解释。图11是图解根据表示本发明第二个实施方式的第一个例子的第一光路 偏转单元和第二光路偏转单元的结构和操作方法的示意图。图12是图解根据表示本发明 第二个实施方式的第二个例子的第一光路偏转单元和第二光路偏转单元的结构和操作方 法的示意图。
[0100] 首先，参照图11，第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单元300b可包括其中 在X-Y坐标系统上以矩阵方式设置有多个像素单元的液晶显示器。例如，第一像素排列方 向沿X-Y坐标系统的X轴，第二像素排列方向沿X-Y坐标系统的Y轴。
[0101] 对于第一光路偏转单元300a的情形来说，棱镜图案设置在自X轴起顺时针方向旋 转预定角度S的第一方向上。具有相同电压电平的像素单元可沿第一方向排列，以形成棱 镜图案。然后，入射到第一光路偏转单兀300a中的光可沿垂直于第一方向的第一轴301a 衍射。通过控制棱镜图案的倾斜角度，可调整沿第一轴301a的折射角，从而可确定光的目 标位置。
[0102] 对于第二光路偏转单元300b的情形来说，棱镜图案设置在自Y轴起顺时针方向旋 转预定角度S的第二方向上。具有相同电压电平的像素单元可沿第二方向排列，以形成棱 镜图案。在此，第二方向应当垂直于第一方向。然后，入射到第二光路偏转单元300b中的 光可沿垂直于第二方向的第二轴301b衍射。通过控制棱镜图案的倾斜角度，可调整沿第二 轴301b的折射角，从而可确定光的目标位置。
[0103] 接下来，参照图12,第一光路偏转单元300a和第二光路偏转单元300b可包括在 α-β坐标系统上以矩阵方式设置有多个像素单元的液晶显示器，其中α-β坐标系统自 Χ-Υ坐标系统顺时针方向旋转预定角度δ。就是说，α轴与以预定角度δ顺时针方向旋 转的X轴相同，β轴与以预定角度S顺时针方向旋转的Υ轴相同。
[0104] 第一光路偏转单元300a上形成的棱镜图案可沿平行于α轴301b的第一方向。换 句话说，具有相同电压电平的像素单元可沿第一方向(平行于α轴301b)排列，以形成棱镜 图案。然后，入射到第一光路偏转单元300a中的光可在β轴301a上衍射。通过控制棱镜 图案的倾斜角度，可调整沿β轴301a的折射角，从而可确定光的目标位置。
[0105] 第二光路偏转单元300b上形成的棱镜图案可沿平行于β轴301a的第二方向。换 句话说，具有相同电压电平的像素单元可沿第二方向(平行于β轴301a)排列，以形成棱镜 图案。然后，入射到第二光路偏转单元300b中的光可在α轴301b上衍射。通过控制棱镜 图案的倾斜角度，可调整沿α轴301b的折射角，从而可确定光的目标位置。
[0106] 图11中所示的光路偏转单元中使用的液晶面板与常用的液晶显示面板非常相 似。通过控制或改变驱动液晶单元的方法，可形成具有任意想要形状的棱镜图案。然而，对 于在棱镜图案中具有相同电场的单元排列而言，很难形成为完美的线性形状。原因是当单 元被选择沿对角线方向形成棱镜图案时，所选择的单元组不具有线性形状，而是具有锯齿 形状。
[0107] 在图12所示的光路偏转单元中，液晶单元沿平行于棱镜图案的方向的轴以矩阵 方式排列。与图11中所示的第一个例子相比，图12中所示的第二个例子具有以线性形状 形成棱镜图案的优点。然而，根据第二个例子的单元的排列方法和结构与常用的液晶面板 不同，从而应当通过专门系统制造。
[0108] 考虑到显示面板的特性和制造条件，可选择第一个例子和第二个例子中的任意一 个例子。在任何情形中，不论观看者距全息3D显示器的距离如何，观看者的眼睛在多数情 形中沿X轴排列。相反，+1级衍射光和-1级衍射光沿斜轴(第一轴或第二轴)排列。因此， 左眼图像不会提供给观看者的右眼，或者右眼图像不会提供给观看者的左眼。可在结构上 防止3D串扰问题。
[0109] 尽管参照多个示例性的实施方式描述了本发明，但应当理解的是：本领域技术人 员能设计出落在本发明的原理范围内的大量其它修改和实施方式。更具体地说，可在说明 书、附图和所附权利要求书的范围内对主体组合方案的组成部件和/或布置进行各种变化 和修改。除了组成部件和/或布置的变化和修改之外，替代使用对于本领域技术人员来说 也将是显而易见的。
【权利要求】
1. 一种用于显示全息图像的装置，包括： 呈现全息图像的显示面板； 设置在所述显示面板的后侧用于提供背光的背光单元； 第一光路偏转单元，所述第一光路偏转单元设置在所述显示面板的前方，用于沿第一 方向形成第一棱镜图案，所述第一方向自所述显示面板的水平轴起旋转预定角度；和 第二光路偏转单元，所述第二光路偏转单元设置在所述第一光路偏转单元的前方，用 于沿垂直于所述第一方向的第二方向形成第二棱镜图案。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光路偏转单元在垂直于所述第一方向的 第一轴上折射来自所述显示面板的光，并且 所述第二光路偏转单元在垂直于所述第二方向的第二轴上折射来自所述第一光路偏 转单元的光。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中自所述水平轴起的预定角度为选自10度至80度 的任意一个角度。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中所述预定角度为45度。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一方向自所述水平轴起以顺时针方向和逆 时针方向中的任意一个方向旋转所述预定角度。
6. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括： 设置在所述第一光路偏转单元与所述第二光路偏转单元之间的相位延迟片。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中所述相位延迟片将来自所述第一光路偏转单元的 光的相位延迟90度。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光路偏转单元包括沿所述水平轴及垂直 于所述水平轴的垂直轴以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且 所述多个液晶单元通过使沿所述第一方向的液晶单元具有第一相同电压来形成所述 第一棱镜图案。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中所述第二光路偏转单元包括沿所述水平轴及垂直 于所述水平轴的垂直轴以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且 所述多个液晶单元通过使沿所述第二方向的液晶单元具有第二相同电压来形成所述 第二棱镜图案。
10. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光路偏转单元包括沿所述第一方向和 所述第二方向以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且 所述多个液晶单元通过使沿所述第一方向的液晶单元具有第一相同电压来形成所述 第一棱镜图案。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中所述第二光路偏转单元包括沿所述第一方向和 所述第二方向以矩阵方式排列的多个液晶单元，并且 所述多个液晶单元通过使沿所述第二方向的液晶单元具有第二相同电压来形成所述 第二棱镜图案。
【文档编号】G02F1/29GK104102062SQ201310721801
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年4月8日
【发明者】崔祐荣, 朴株成, 崔东俊 申请人:乐金显示有限公司