三维图像显示设备的制作方法

三维图像显示设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月25日提交的日本专利申请号2020-217579的权益，其全部公开通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及三维图像显示设备。


背景技术：

4.在相关技术中，深度融合3d(dfd)型三维图像显示设备被称为显示裸眼可视的三维图像(3d图像)的显示设备。例如，未审查日本专利申请公开号2005-129983描述了一种三维显示设备，包括显示设备，其交替地显示两个二维图像；偏振板，其将来自显示设备的输出光投射为偏振光；偏振切换设备，其切换从偏振板投射的输出光的偏振方向；以及偏振双焦点透镜。
5.利用未审查日本专利申请公开号2005-129983的三维显示设备，两个二维图像交替地形成在相应的显示表面上，从观察者的视角，所述显示表面位于不同的深度位置，并且两个二维图像的亮度或透射率被独立地改变以显示三维图像。
6.利用未审查日本专利申请公开号2005-129983的三维显示设备，两个二维图像交替地显示。因此，当发生两个二维图像之间的串扰时，三维图像可能不会显示在正确的位置。
7.鉴于上述情况而作出本公开，并且本公开的目的是提供能够抑制串扰的三维图像显示设备。


技术实现要素：

8.实现上述目的的本公开的三维图像显示设备，包括：
9.显示单元，其顺序地显示由第一图像信号所显示的第一图像和由第二图像信号所显示的第二图像，并且投射第一图像的显示光和第二图像的显示光；
10.可变焦透镜单元，其在用于第一图像的显示光的焦距与用于第二图像的显示光的焦距之间切换；以及
11.控制器，其控制显示单元投射第一图像的显示光和第二图像的显示光所处的投射定时，其中
12.第一图像和第二图像是通过将显示对象从观察者一侧投射在第一显示表面和第二显示表面中的每个上而获得的二维图像，从观察者的视角，第一显示表面和第二显示表面被定位在深度方向上的不同位置处，
13.可变焦透镜单元在第一显示表面和第二显示表面中的每个上形成第一图像和第二图像中的每个以作为虚像，并且
14.控制器基于开始将不同图像的图像信号写入到显示单元的像素所处的开始定时，
来控制投射定时。
15.应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述两者都是示例性和解释性的，并非对本公开是限制性的。
16.根据本公开，可以抑制串扰。
附图说明
17.当结合以下附图考虑下面的详细描述时，可以获得对本技术更完整的理解，在附图中：
18.图1是示出根据实施例1的三维图像显示设备的示意图；
19.图2是示出根据实施例1的液晶显示面板的平面图；
20.图3是示出根据实施例1的光源的示意图；
21.图4是示出根据实施例1的偏振切换单元的截面图；
22.图5是示出根据实施例1的偏振双焦点透镜的截面图；
23.图6是示出根据实施例1的控制器的框图；
24.图7是示出根据实施例1的控制器的硬件配置的图；
25.图8是示出根据实施例1的三维图像显示设备的操作定时的图；
26.图9是示出根据实施例2的偏振切换单元的截面图；
27.图10是示出根据实施例2的三维图像显示设备的操作定时的图；
28.图11是示出根据实施例3的液晶显示面板的平面图；
29.图12是示出根据实施例3的光源的示意图；
30.图13是示出根据实施例3的偏振切换单元的平面图；
31.图14是示出根据实施例3的三维图像显示设备的操作定时的图；
32.图15是示出根据实施例4的三维图像显示设备的示意图；
33.图16是示出根据实施例4的液晶透镜的平面图；
34.图17是图16所示的沿线a-a剖切的液晶透镜的截面图；
35.图18是示出根据实施例4的控制器的框图；
36.图19是示出根据实施例4的三维图像显示设备的操作定时的图；
37.图20是示出根据实施例5的像素的写入电压的极性的图；
38.图21是示出根据实施例5的像素电路的示意图；
39.图22a是示出根据实施例5的通过帧反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
40.图22b是示出根据实施例5的通过帧反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
41.图22c是示出根据实施例5的通过帧反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
42.图22d是示出根据实施例5的通过帧反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
43.图22e是示出根据实施例5的通过像素反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
44.图22f是示出根据实施例5的通过像素反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
45.图22g是示出根据实施例5的通过像素反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
46.图22h是示出根据实施例5的通过像素反转驱动进行所写入到像素的电压的极性反转的图；
47.图23是示出根据改进示例的三维图像显示设备的示意图；
48.图24是示出根据改进示例的三维图像显示设备的示意图；
49.图25是示出根据改进示例的施加到像素的电压的极性的图；
50.图26是示出根据改进示例的显示图像的重写入的示例的图；以及
51.图27是示出根据另一改进示例的施加到像素的电压的极性的图。
具体实施方式
52.在下文中，参考附图的同时，描述了根据各种实施例的三维图像显示设备。
53.实施例1
54.参考图1-8的同时，描述了根据本实施例的三维图像显示设备10。三维图像显示设备10是通过深度融合3d(dfd)来显示三维图像的显示设备。在一个示例中，三维图像显示设备10与目镜结合，并且用作头戴式显示器。注意，在本实施例中，描述了使用单色液晶面板的三维图像显示设备10的示例。
55.整体配置
56.首先，描述了三维图像显示设备10的整体配置。如图1所示，三维图像显示设备10包括显示单元20、可变焦透镜单元40和控制器80。
57.显示单元20以时间划分、顺序地显示第一图像和第二图像。在本实施例中，显示单元20投射第一图像和第二图像的显示光l1以作为偏振光。偏振光的偏振方向是预定的第一方向。可变焦透镜单元40在用于第一图像的显示光l1的焦距与用于第二图像的显示光l1的焦距之间切换，以在第一显示表面102和第二显示表面104上分别形成第一图像和第二图像以作为虚像。在本实施例中，可变焦透镜单元40包括偏振切换单元50和偏振双焦点透镜60。偏振切换单元50在预定的第一方向与预定的第二方向之间切换从显示单元20投射的显示光l1的偏振方向的同时进行投射。偏振双焦点透镜60是其中用于从偏振切换单元50投射的输出光的焦距取决于输出光的偏振方向而不同的透镜。控制器80控制显示单元20投射显示光l1所处的投射定时。另外，控制器80向显示单元20供应用于显示第一图像的第一图像信号和用于显示第二图像的第二图像信号。此外，控制器80控制偏振切换单元50的偏振方向的切换。
58.在本描述中，为了便于理解，在图1的三维图像显示设备10中，向左方向(纸上的向左方向)被称为“ z方向”，向上方向(纸上的向上方向)被称为“ y方向”，并且垂直于 y方向和 z方向的方向(纸上的向前方向)被称为“ x方向”。另外，用于显示第一图像的第一图像信号和用于显示第二图像的第二图像信号被统称为“图像信号”。
59.三维图像显示设备10的显示单元20包括液晶显示面板22和光源32。显示单元20的液晶显示面板22基于从控制器80供应的用于显示第一图像的第一图像信号和用于显示第
二图像的第二图像信号，来调制从光源32发射的光，从而以时间划分、顺序地显示第一图像和第二图像。液晶显示面板22投射图像(例如，第一图像和第二图像)的显示光l1以作为偏振光。偏振光的偏振方向是预定的第一方向。从液晶显示面板22投射的显示光l1进入偏振切换单元50。在本实施例中，预定的第一方向是x方向。
60.第一图像和第二图像是通过将显示对象从观察者一侧投射在第一显示表面102和第二显示表面104中的每个上而获得的二维图像，从观察者的视角，所述第一显示表面102和第二显示表面104被定位在深度方向( z方向)上的不同位置处。稍后描述第一显示表面102和第二显示表面104。
61.在示例中，液晶显示面板22被实施为透射扭曲向列型(tn)液晶显示器，其是由薄膜晶体管(tft)驱动的有源矩阵。如图2所示，液晶显示面板22包括以矩阵排列的像素p、栅极驱动器23g和数据驱动器23d。栅极驱动器23g逐行顺序地选择像素p，并在-y方向上执行逐行扫描。数据驱动器23d向所选择的像素p中的每个供应对应于图像信号的电压，从而将图像信号写入到像素p中的每个。注意，图2仅示出了以矩阵排列的像素p中的一部分。另外，液晶显示面板22包括偏振板、液晶等。
62.显示单元20的光源32基于从控制器80供应的且与图像信号同步的光源驱动信号，在液晶显示面板22上间歇地发射光。控制器80向光源32供应光源驱动信号，以控制光源32发射光所处的发光定时t30，从而控制显示单元20投射显示光l1所处的投射定时。稍后讨论光源驱动信号以及光源32发射光所处的发光定时t30。
63.在一个示例中，光源32被实施为设置在液晶显示面板22的背面上的直下式背光。如图3所示，光源(背光)32包括壳体33、多个发光二极管(led)元件34和驱动器电路36。另外，光源32包括未示出的反射片、漫射片等。
64.壳体33容纳led元件34、驱动器电路36等。led元件34发射白光。led元件34安装在安装板35上，并且串联连接在液晶显示面板22的像素p的行方向( x方向)上。安装板35沿着液晶显示面板22的逐行扫描方向(-y方向)布置，并且连接到驱动器电路36。驱动器电路36基于光源驱动信号来向led元件34供应电流，从而致使led元件34发射光。在本实施例中，驱动器电路36基于光源驱动信号，致使所有的led元件34立刻发射光。因此，利用本实施例的光源32，光源32的整个表面在相同的定时发射光。即，显示光l1在相同的定时从显示单元20的整个表面进行投射。
65.三维图像显示设备10的偏振切换单元50基于从控制器80供应且与图像信号同步的切换信号，在预定的第一方向(x方向)与预定的第二方向之间切换从显示单元20投射的显示光l1的偏振方向。在本实施例中，预定的第二方向是y方向。具体地，当第一图像显示在显示单元20的液晶显示面板22上时，偏振切换单元50将入射显示光l1的偏振方向保持在x方向上并且投射。当第二图像显示在显示单元20的液晶显示面板22上时，偏振切换单元50将入射显示光l1的偏振方向切换到y方向并且投射。
66.在示例中，偏振切换单元50被实施为具有90
°
扭曲角的tn液晶元件。如图4所示，偏振切换单元(tn液晶元件)50包括：液晶52、包括向液晶52施加电压的电极53在内的两个透光基板54a和54b、以及使液晶52配向的配向膜(未示出)。这里，两个透光基板54a和54b夹持着液晶52。透光基板54a和透光基板54b由密封材料56彼此粘附。当供应截止(off)电平切换信号时，偏振切换单元50将显示光l1的偏振方向旋转90
°
，并且投射显示光l2。显示光l2的
偏振方向是y方向。当向偏振切换单元50供应导通(on)电平切换信号时，液晶52垂直于透光基板54a和54b配向，并且偏振切换单元50在将显示光l1的偏振方向保持在x方向上的同时投射显示光l2。从偏振切换单元50投射的显示光l2进入偏振双焦点透镜60。稍后描述切换信号。
67.三维图像显示设备10的偏振双焦点透镜60是其用于从偏振切换单元50投射的显示光l2的焦距取决于显示光l2的偏振方向(x方向和y方向)而不同的透镜。偏振双焦点透镜60在第一显示表面102和第二显示表面104中的每个上形成第一图像和第二图像中的每个，以作为从观察者的视角的虚像。第一显示表面102和第二显示表面104是假想显示表面，从观察者的视角，其被定位在沿深度方向( z方向)上的不同位置处。在本实施例中，如图1所示，从观察者的视角，第一显示表面102和第二显示表面104被定位在比显示单元20更远的位置。另外，第二显示表面104被定位比第一显示表面102更靠近观察者一侧(-z侧)。
68.观察者查看以时间划分、顺序地显示的第一显示表面102上的第一图像的虚像和第二显示表面104上的第二图像的虚像，并且认出显示对象被定位在第一显示表面102与第二显示表面104之间。观察者认出的显示对象的位置可以通过调节第一图像与第二图像的亮度(例如光亮度)比来改变。例如，当第一图像与第二图像的亮度比为1:1时，观察者认出显示对象被定位在第一显示表面102与第二显示表面104之间。
69.在一个示例中，偏振双焦点透镜60被实施为液晶透镜。如图5所示，偏振双焦点透镜(液晶透镜)60包括第一透光基板61、第二透光基板62和液晶64。
70.在一个示例中，第一透光基板61和第二透光基板62被实施为玻璃基板。第一透光基板61包括在面对第二透光基板62的第一主表面61a上的树脂菲涅耳(fresnel)透镜66。第一透光基板61和第二透光基板62由密封材料67彼此粘附。第一透光基板61和第二透光基板62夹持着液晶64。在一个示例中，液晶64被实施为具有正折射率各向异性(δn＝ne-no》0，其中ne是非常光线的折射率且no是寻常光线的折射率)的向列型液晶。液晶64由未示出的配向膜在x方向上配向。
71.当具有x方向为偏振方向的第一图像的显示光l2进入偏振双焦点透镜60时，具有正折射率各向异性的向列型液晶与x方向配向，并且像这样，用于显示光l2的偏振双焦点透镜60的焦距较短，并且第一图像形成在第一显示表面102上。当具有y方向为偏振方向的第二图像的显示光l2进入偏振双焦点透镜60时，用于显示光l2的偏振双焦点透镜60的焦距较长，并且第二图像形成在第二显示表面104上。
72.三维图像显示设备10的控制器80基于从未示出的外部设备所输入的输入信号，来控制显示单元20和偏振切换单元50。如图6所示，控制器80包括显示驱动器82、偏振切换驱动器84和光源驱动器86。
73.控制器80的显示驱动器82从输入信号生成用于显示第一图像的第一图像信号和用于显示第二图像的第二图像信号。另外，显示驱动器82向液晶显示面板22供应图像信号。此外，显示驱动器82向偏振切换驱动器84和光源驱动器86供应同步信号，该同步信号使供应图像信号的开始(即，开始写入图像信号所处的开始定时)同步。
74.控制器80的偏振切换驱动器84基于从显示驱动器82供应的同步信号，生成切换信号。另外，偏振切换驱动器84向偏振切换单元50供应所生成的切换信号。在本实施例中，当第一图像显示在液晶显示面板22上时，偏振切换驱动器84将切换信号设置为导通电平，并
且向偏振切换单元50供应切换信号。
75.控制器80的光源驱动器86基于从显示驱动器82供应的同步信号，生成光源驱动信号。另外，光源驱动器86向光源32的驱动器电路36供应所生成的光源驱动信号。在本实施例中，当要写入与所已经写入的图像信号不同的图像信号时，光源驱动器86生成光源驱动信号并且将其供应到光源32。
76.图7示出了控制器80的硬件配置。控制器80包括中央处理单元(cpu)92、只读存储器(rom)94、随机存取存储器(ram)96和输入/输出接口98。cpu 92、rom 94、ram 96和输入/输出接口98连接到总线99。cpu 92执行各种类型的处理。rom 94存储程序和数据。ram 96存储数据。输入/输出接口98在cpu 92与液晶显示面板22、光源32、偏振切换单元50以及外部设备之间输入和输出信号。cpu 92执行存储在rom 94中的程序以实现控制器80的功能。
77.接下来，描述了光源32的发光定时t30。图8是示出三维图像显示设备10的操作定时的图。在图8中，第一层示出了输入到液晶显示面板22中的图像信号(第一图像信号和第二图像信号)。图8的第二层示出了液晶显示面板22的逐行扫描中的第一行的像素p的透射率。图8的第三层示出了液晶显示面板22的逐行扫描中的最后一行的像素p的透射率。图8的第四层示出了切换信号的定时。图8的第五层示出了从偏振切换单元50投射的显示光l2的偏振方向。图8的第六层示出了光源驱动信号的定时。
78.在本实施例中，显示驱动器82在240hz的循环(一帧周期：4.2ms)上向液晶显示面板22供应图像信号。液晶显示面板22在240hz的循环上执行逐行扫描(即，对像素p的写入)。另外，如图8的第一层所示，显示驱动器82向液晶显示面板22连续两次供应相同的图像信号。液晶显示面板22顺序地显示第一图像和第二图像。在图8中，第一图像的写入从定时t11和t12开始。然后，第二图像的写入从定时t21和t22开始。
79.因此，如图8的第二和第三层所示，液晶显示面板22的第一行的像素p的透射率从定时t11和定时t21改变，并且液晶显示面板22的最后一行的像素p的透射率从定时t12和定时t22改变。定时t11对应于开始将第一个第一图像写入所处的开始定时。定时t12对应于开始将第二个第一图像写入所处的开始定时。定时t21对应于开始将第一个第二图像写入所处的开始定时。定时t22对应于开始将第二个第二图像写入所处的开始定时。
80.在本实施例中，如图8的第四层所示，在从第一个第一图像的开始写入的定时t11之前的0.2ms的定时t25起至第一个第二图像的开始写入的定时t21之前的0.2ms的定时t26的时段内，偏振切换驱动器84向偏振切换单元50供应导通电平切换信号。由于此，如图8的第五层所示，从定时t25起，从偏振切换单元50所投射的显示光l2的偏振方向从y方向切换到x方向。另外，从定时t26起，从偏振切换单元50所投射的显示光l2的偏振方向从x方向切换到y方向。
81.光源驱动器86基于开始不同图像的图像信号的写入所处的开始定时，来设置发光定时t30。在本实施例中，定时t11和定时t21对应于开始不同图像的图像信号的写入所处的开始定时。在下文中，开始不同图像的图像信号的写入所处的开始定时被称为“不同图像开始定时t11和t21”。
82.在本实施例中，光源驱动器86将发光定时t30设置为从不同图像开始定时t11和t21起经过了不同图像开始定时t11和t12之后以下动作中最晚结束的时间量所处的定时：偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换、液晶显示面板22的像素p对第一图像信号
的响应、以及液晶显示面板22的像素p对第二图像信号的响应。偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换对应于可变焦透镜单元40中用于第一图像的显示光l2的焦距和用于第二图像的显示光l2的焦距的切换。
83.具体地，当td1和td2分别是从不同图像开始定时t11和t21起直至偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换结束的时间量，tp1是从不同图像开始定时t11直至液晶显示面板22的像素p对第一图像信号的响应结束的时间量，以及tp2是从不同图像开始定时t21直至液晶显示面板22的像素p对第二图像信号的响应结束的时间量时，时间量td2最长，如图8所示。因此，如图8的第六层所示，光源驱动器86将发光定时t30设置为从不同图像开始定时t11和t21起已经经过时间量td2所处的定时。作为结果，液晶显示面板22的最后一行的像素p的响应结束，接下来，显示光l2的偏振方向改变，并且其后，光源32发射光。因此，可以防止由第一图像信号显示的第一图像和由第二图像信号显示的第二图像的混合。注意，在本实施例和以下实施例中，短语“直至液晶显示面板22的像素p的响应结束”指的是“直至像素p的透射率或亮度达到目标值的99％”。短语“直至偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换结束”指的是“直至显示光l2的偏振方向达到目标方向的99％”。例如，当从具有100％透射率的(白色)图像显示具有0％透射率的(黑色)图像时，短语“直至显示结束”意味着“直至透射率达到1％”。
84.另外，光源驱动器86将光源32的发射时段te设置为直至偏振切换单元50的偏振方向开始切换之前。在本实施例中，光源驱动器86将发射时段te设置为直至偏振切换单元50的偏振方向开始切换之前的0.2ms。因此，光源32致使所有的led元件34从发光定时t30至下一个不同图像开始定时t11或t21之前的0.4ms立刻发光。
85.如上所述，在本实施例中，基于开始将显示不同图像的图像信号写入到液晶显示面板22的像素p所处的开始定时(不同图像开始定时)t11和t21，来设置光源32的发光定时t30。具体地，将光源32的发光定时t30设置为从不同图像开始定时t11和t21已经经过时间量td2所处的定时，时间量td2在不同图像开始定时t11和t21之后持续时间最长。因此，液晶显示面板22的最后一行的像素p的响应结束，接下来，显示光l2的偏振方向改变，并且其后，光源32发射光。因此，可以防止第一图像与第二图像的混合，并且可以抑制第一图像与第二图像之间的串扰。
86.实施例2
87.在实施例1中，从不同图像开始定时t21起至当显示光l2的偏振方向的切换结束时的时间量td2最长。在本实施例中，描述了时间量tp2最长的情况，其中，时间量tp2从不同图像开始定时t21起至当液晶显示面板22的像素p对第二图像信号的响应结束时。
88.在本实施例中，锆钛酸铅镧(plzt)元件用于偏振切换单元50，代替实施例1的tn液晶元件。另外，三维图像显示设备10的操作定时与实施例1不同。三维图像显示设备10的其它配置与实施例1中的相同。
89.如图9所示，本实施例的偏振切换单元(plzt元件)50包括两个透光基板511和512、两个电极513和514、以及plzt 516。透光基板511和透光基板512夹持着plzt 516。电极513和电极514施加电压到plzt 516。plzt 516被实施为半透明铁电陶瓷元件。典型地，plzt元件可以以比tn液晶元件更高的速度在x方向与y方向之间切换显示光l1的偏振方向(plzt元件的响应时间：几μm至几百μm)。
90.接下来，描述了本实施例的光源32的发光定时t30。这里，主要描述了与实施例1的定时的区别。
91.图10是示出本实施例的三维图像显示设备10的操作定时的图。在本实施例中，如图10的第四层所示，在从第一个第一图像的写入开始的定时t11(不同图像开始定时)至第一个第二图像的写入开始的定时t21(不同图像开始定时)的时段中，偏振切换驱动器84向偏振切换单元50供应导通电平切换信号。由于此，如图10的第五层所示，从不同图像开始定时t11起，从偏振切换单元50投射的显示光l2的偏振方向从y方向切换到x方向。另外，从不同图像开始定时t21起，从偏振切换单元50投射的显示光l2的偏振方向从x方向切换到y方向。在本实施例中，plzt元件用于偏振切换单元50，并且像这样，如图10的第五层所示，从不同图像开始定时t11和t21起直至显示光l2的偏振方向的切换结束的时间量td1和td2可以缩短。
92.在本实施例中，如图10所示，从不同图像开始定时t11和t21起直至偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换结束的时间量td1和td2，从不同图像开始定时t11起直至液晶显示面板22的像素p对第一图像信号的响应结束的时间量tp1，以及从不同图像开始定时t21起直至液晶显示面板22的像素p对第二图像信号的响应结束的时间量tp2之中，时间量tp2最长。因此，如图10的第六层所示，光源驱动器86将发光定时t30设置为：从不同图像开始定时t11和t21起已经经过时间量tp2所处的定时。另外，光源驱动器86将发射时段te设置为：直至在不同图像开始定时t11和t21之前为止。在本实施例中，光源驱动器86将发射时段te设置为：直至在不同图像开始定时t11、t21之前的0.2ms为止。
93.在本实施例中，将发光定时t30设置为：从不同图像开始定时t11和t21起已经经过时间量tp2所处的定时，并且像这样，显示光l2的偏振方向被切换，接下来，对液晶显示面板22的最后一行的像素p的响应结束，并且其后，光源32发射光。因此，可以防止第一图像与第二图像的混合，并且可以抑制第一图像与第二图像之间的串扰。
94.实施例3
95.在实施例1和2中，显示光l1在相同定时从显示单元20的整个表面投射。在本实施例中，三维图像显示设备10的显示单元20由多个投射区域中的每个顺序地投射显示光l1。在本实施例中，描述了显示单元20被划分为四个投射区域的情况。
96.与实施例1的三维图像显示设备10一样，本实施例的三维图像显示设备10包括显示单元20、偏振切换单元50、偏振双焦点透镜60和控制器80。本实施例的偏振双焦点透镜60的配置与实施例1的偏振双焦点透镜60相同，因此，描述了显示单元20、偏振切换单元50和控制器80。
97.与实施例1的显示单元20一样，本实施例的显示单元20包括液晶显示面板22和光源32。如图11所示，本实施例的液晶显示面板22在逐行扫描方向上被划分为四个区域，即第一显示区域211至第四显示区域214。第一显示区域211至第四显示区域214分别对应于四个发射区域，即光源32的第一发射区域311至第四发射区域314，这稍后将描述。本实施例的液晶显示面板22的其它配置与实施例1的液晶显示面板22的配置相同。
98.与实施例1的光源32一样，本实施例的光源32包括壳体33、多个led元件34和驱动器电路36。另外，光源32包括未示出的反射片、漫射片等。如图12所示，本实施例的光源32在液晶显示面板22的逐行扫描方向上被划分为四个区域，即第一发射区域311至第四发射区
域314。本实施例的驱动器电路36基于从控制器80的光源驱动器86供应的光源驱动信号，致使led元件34由第一发射区域311至第四发射区域314中的每个发射光。在本实施例中，第一发射区域311至第四发射区域314分别对应于液晶显示面板22的第一显示区域211至第四显示区域214，并且像这样，显示单元20投射第一发射区域311至第四发射区域314中的每个的显示光l1。第一发射区域311至第四发射区域314对应于显示单元20的投射区域。
99.与实施例1的偏振切换单元50一样，本实施例的偏振切换单元50被实施为tn液晶元件。如图13所示，本实施例的偏振切换单元50被划分为四个区域，即第一切换区域521至第四切换区域524，其分别对应于光源32的第一发射区域311至第四发射区域314。第一切换区域521至第四切换区域524基于从控制器80的偏振切换驱动器84供应的切换信号，在x方向与y方向之间独立地切换显示光l1的偏振方向。注意，在本实施例中，偏振切换单元50的电极53在逐行扫描方向上被划分为四个电极，以便将切换信号单独地供应到第一切换区域521至第四切换区域524。
100.与实施例1的控制器80一样，本实施例的控制器80包括显示驱动器82、偏振切换驱动器84和光源驱动器86。另外，本实施例的控制器80的硬件配置与实施例1中的相同。
101.与实施例1的显示驱动器82一样，本实施例的显示驱动器82从输入信号生成图像信号，并且向液晶显示面板22供应所生成的图像信号。此外，每当显示驱动器82将图像信号供应到第一显示区域211至第四显示区域214中的每个时，显示驱动器82将同步信号供应到偏振切换驱动器84和光源驱动器86，所述同步信号与供应图像信号的开始(开始写入图像信号所处的开始定时)同步。
102.与实施例1的偏振切换驱动器84一样，本实施例的偏振切换驱动器84基于从显示驱动器82供应的同步信号来生成切换信号，并且向偏振切换单元50供应所生成的切换信号。本实施例的偏振切换驱动器84单独地向偏振切换单元50的第一切换区域521至第四切换区域524中的每个供应切换信号。
103.与实施例1的光源驱动器86一样，本实施例的光源驱动器86基于从显示驱动器82供应的同步信号生成光源驱动信号，并且向光源32的驱动器电路36供应所生成的光源驱动信号。每当在液晶显示面板22的第一显示区域211至第四显示区域214的每个中显示不同的图像时，本实施例的光源驱动器86向驱动器电路36供应光源驱动信号。像这样，驱动器电路36致使led元件34在发光定时t300由第一发射区域311至第四发光区域314中的每个顺序地发射光。
104.接下来，描述了本实施例的光源32的发光定时t300。图14是示出三维图像显示设备10的操作定时的图。在图14中，第一层示出了输入到液晶显示面板22中的图像信号(第一图像信号和第二图像信号)。图14的第二层至第五层各自示出了液晶显示面板22的第一显示区域211至第四显示区域214的最后一行的像素p的透射率。图14的第六层至第九层各自示出偏振切换单元50的第一切换区域521至第四切换区域524中的切换信号的定时和所投射的显示光l2的偏振方向。图14的第十层至第十三层各自示出了光源32的第一发射区域311至第四发射区域314的光源驱动信号的定时。
105.在本实施例中，显示驱动器82在120hz的循环(一帧周期：8.3ms)上向液晶显示面板22供应图像信号。液晶显示面板22在120hz的循环上执行逐行扫描(对像素p的写入)。在图14中，将第一图像写入到第一显示区域211从定时t111开始。将第二图像写入到第一显示
区域211从定时t211开始。将第一图像写入到第二显示区域212从定时t112开始。将第二图像写入到第二显示区域212从定时t212开始。将第一图像写入到第三显示区域213从定时t113开始。将第二图像写入到第三显示区域213从定时t213开始。将第一图像写入到第四显示区域214从定时t114开始。将第二图像写入到第四显示区域214从定时t214开始。
106.在这种情况下，为了便于理解，使用第一显示区域211、第一切换区域521和第一发射区域311来描述发光定时t300的示例。
107.在第一显示区域211中，在从定时t111至定时t112的时段中，写入第一图像，并且在从定时t211至定时t212的时段中，写入第二图像。因此，如图14的第二层所示，第一显示区域211的最后一行的像素p的透射率从定时t112和定时t212开始改变。另外，定时t111和定时t211对应于开始将显示不同图像的图像信号写入到第一显示区域211中时的开始定时(不同图像开始定时)。在下文中，定时t111和定时t211分别被称为“不同图像开始定时t111”和“不同图像开始定时t211”。
108.如图14的第六层所示，在从不同图像开始定时t111至不同图像开始定时t211的时段中，本实施例的偏振切换驱动器84向偏振切换单元50供应导通电平切换信号。从不同图像开始定时t111起，从第一切换区域521投射的显示光l2的偏振方向从x方向切换到y方向。另外，从不同图像开始定时t211起，从第一切换区域521投射的显示光l2的偏振方向从y方向切换到x方向。
109.本实施例的光源驱动器86将第一发射区域311的发光定时t300设置为：从不同图像开始定时t111和t211起经过了不同图像开始定时t111和t211之后以下动作中最晚结束的时间量所处的定时：第一切换区域521的显示光l2的偏振方向的切换、对第一图像信号的响应、以及第一显示区域211的像素p对第二图像信号的响应。在本实施例中，如图14所示，从不同图像开始定时t211直至第一切换区域521的显示光l2的偏振方向的切换结束的时间量td2最长。因此，如图14的第十层所示，本实施例的光源驱动器86将第一发射区域311的发光定时t300设置为：在从不同图像开始定时t111和t211起已经经过时间量td2所处的定时。因此，第一显示区域211的最后一行的像素p的响应结束，接下来，第一切换区域521的显示光l2的偏振方向改变，并且此后，光从光源32的第一发射区域311发射。因此，可以防止由第一图像信号所显示的第一图像和由第二图像信号所显示的第二图像的混合。注意，在本实施例中，偏振切换单元50切换显示光l1的偏振方向对应于切换用于可变焦透镜单元40的第一图像的显示光l1的焦距与用于第二图像的显示光l1的焦距。
110.本实施例的光源驱动器86将第一发射区域311的发射时段te设置为：从发光定时t300至下一个不同图像开始定时t111和t211。因此，从发光定时t300至不同图像开始定时t111和t211，在光源32的第一发射区域311中发射光。
111.与第一显示区域211、第一切换区域521和第一发射区域311一样，同样将发光定时t300和发射时段te设置在第二显示区域212、第二切换区域522和第二发射区域312，第三显示区域213、第三切换区域523和第三发射区域313，以及第四显示区域214、第四切换区域524和第四发射区域314中。
112.如上所述，在本实施例中，光源32的第一发射区域311至第四发射区域314中的发光定时t300分别基于不同图像开始定时t111至t214进行设置。具体而言，将发光定时t300设置为已经经过时间量td2所处的定时，其中，对于从不同图像开始定时t111至t214起直至
不同图像开始定时t211至t214结束的时间量，时间量td2最长。像这样，可以防止第一图像与第二图像的混合，并且可以抑制第一图像与第二图像之间的串扰。
113.实施例4
114.在实施例1-3中，可变焦透镜单元40包括偏振切换单元50和偏振双焦点透镜60。其中可变焦透镜单元40被实施为液晶透镜600的配置是可能的。
115.与实施例1的三维图像显示设备10一样，本实施例的三维图像显示设备10包括显示单元20、可变焦透镜单元40和控制器80。本实施例的三维图像显示设备10的显示单元20的配置与实施例1的显示单元20相同。这里，描述了可变焦透镜单元40、控制器80和发光定时t30。
116.如图15所示，本实施例的可变焦透镜单元40被实施为液晶透镜600。作为施加电压的结果，液晶透镜600改变了用于具有作为偏振方向的预定的第一方向(x方向)的偏振光的焦距，即，用于从显示单元20投射的显示光l1的焦距。具体地，液晶透镜600基于从控制器80供应的的且与图像信号同步的切换信号，改变用于从显示单元20投射的显示光l1的焦距。作为液晶透镜600切换用于从显示单元20投射的显示光l1的焦距的结果，当第一图像显示在显示单元20上时，第一图像形成在第一显示表面102上，且当第二图像显示在显示单元20上时，第二图像形成在第二显示表面104上。如图16和17所示，液晶透镜600包括第三透光基板610、第四透光基板620和液晶630。
117.在一个示例中，第三透光基板610被实施为平板玻璃基板。第三透光基板610和第四透光基板620由密封材料615彼此粘附。第三透光基板610和第四透光基板620夹持着液晶630。第三透光基板610包括第一电极612和配向膜(未示出)。
118.第三透光基板610的第一电极612以矩形形状形成在第三透光基板610的第一表面610a上。第一电极612面对第四透光基板620的第二电极622(稍后描述)。第一电极612连接到控制器80。
119.第三透光基板610的配向膜设置在第一电极612上。配向膜使液晶630与x方向配向。在一个示例中，配向膜被实施为已经经受摩擦处理的聚酰亚胺配向膜。
120.与第三透光基板610一样，第四透光基板620被实施为平板玻璃基板。第四透光基板620和第三透光基板610由密封材料615彼此粘附。第四透光基板620和第三透光基板610夹持着液晶630。第四透光基板620包括两个第二电极622和配向膜(未示出)。
121.第四透光基板620的两个第二电极622分别布置在第四透光基板620的第一主表面620a的 x侧端和-x侧端。第二电极622中的每个在y方向上延伸并且连接到控制器80。
122.第四透光基板620的配向膜设置在第一主表面620a和第二电极622上。与第三透光基板610的配向膜一样，配向膜使液晶630与x方向配向。
123.液晶630被实施为具有正介电各向异性和正折射率各向异性的向列型液晶。当不施加电压时，液晶630与x方向配向。
124.当查看液晶透镜600的xz截面时，作为在第一电极612与第二电极622之间施加电压的结果，在两个第二电极622之间形成了具有二次曲线形状的电位。液晶630沿着所形成的二次曲线形状的电位配向。由于液晶630沿着二次曲线形状的电位配向，液晶透镜600运行为从显示单元20投射的显示光l1的透镜。液晶透镜600的焦距取决于所施加的电压值。
125.在本实施例中，当在第一电极612与第二电极622之间施加预定的第一电压时，液
晶透镜600将显示光l1的焦距切换到第一焦距，从而将第一图像的显示光l1集中在第一显示表面102上。另外，当在第一电极612和第二电极622之间施加预定的第二电压(第一电压》第二电压)时，液晶透镜600将显示光l1的焦距切换到第二焦距，从而将第二图像的显示光l1集中在第二显示表面104上。
126.本实施例的控制器80基于从未示出的外部设备所输入的输入信号，来控制显示单元20和液晶透镜600。如图18所示，控制器80包括显示驱动器82、焦点切换驱动器814和光源驱动器86。本实施例的显示驱动器82和光源驱动器86的配置与实施例1中的相同，并且因此，描述了焦点切换驱动器814。
127.焦点切换驱动器814基于从显示驱动器82供应的同步信号，生成两种类型的焦点切换信号，即第一焦点切换信号和第二焦点切换信号。另外，偏振切换驱动器84将焦点切换信号供应到液晶透镜600。在本实施例中，当第一图像要显示在液晶显示面板22上时，焦点切换驱动器814生成第一焦点切换信号(第一电压)，并且将第一焦点切换信号供应到液晶透镜600。另外，当第二图像要显示在液晶显示面板22上时，焦点切换驱动器814生成第二焦点切换信号(第二电压)，并且将第二焦点切换信号供应到液晶透镜600。
128.接下来，描述了本实施例的光源32的发光定时t30。这里，主要描述了与实施例1中的定时的区别。
129.图19示出了本实施例的三维图像显示设备10的操作定时。在本实施例中，如图19的第四层所示，在从第一个第一图像的写入开始的定时t11之前的0.2ms的定时t25至第一个第二图像的写入开始的定时t21之前的0.2ms的定时t26的时段中，焦点切换驱动器814将第一焦点切换信号(第一电压)供应到液晶透镜600。另外，在从定时t26至定时t25的时段中，焦点切换驱动器814将第二焦点切换信号(第二电压)供应到液晶透镜600。作为结果，如图19的第五层所示，从定时t25起，液晶透镜600的焦距从第二焦距切换到第一焦距。另外，从定时t26起，液晶透镜600的焦距从第一焦距改变到第二焦距。
130.在本实施例中，如图19所示，从不同图像开始定时t11和t21起至液晶透镜600的焦距的切换结束的时间量td1和td2，从不同图像开始定时t11至液晶显示面板22的像素p对第一图像信号的响应结束的时间量tp1，以及从不同图像开始定时t21开始的tp2至液晶显示面板22的像素p对第二图像信号的响应结束的时间量之中，时间量td2最长。因此，如图19的第六层所示，光源驱动器86将发光定时t30设置为：从不同图像开始定时t11和t21起已经经过时间量td2所处的定时。注意，切换液晶透镜600的焦距对应于切换可变焦透镜单元40的用于第一图像的显示光l1的焦距和用于第二图像的显示光l1的焦距。
131.在本实施例中，将发光定时t30设置为：从不同图像开始定时t11和t21起已经经过时间量td2所处的定时，并且因此，液晶透镜600的显示光l1的焦距(图像形成位置)被切换，接下来，对液晶显示面板22的最后一行的像素p的响应结束，并且此后，光源32发射光。因此，可以防止第一图像与第二图像的混合，并且可以抑制第一图像与第二图像之间的串扰。另外，在本实施例中，通过使用可变焦透镜单元40的液晶透镜600，消除了单独提供实施例1-3中的偏振切换单元50的需要。
132.实施例5
133.在实施例1、2和4中，显示驱动器82连续两次向液晶显示面板22供应相同的图像信号。即，显示驱动器82连续地将相同的图像信号写入到液晶显示面板22的像素p。在这种情
况下，如图20所示，优选的是，写入到每个像素p的电压的极性在每次写入时被反转。这种配置使得能够抑制液晶显示面板22的图像残留。
134.具体地，在图21所示的像素电路中，在每次写入时，显示驱动器82反转液晶显示面板22的公共极性电位vcom与液晶显示面板22的tft侧的电位vpi之间的大小关系。作为结果，如图20所示，在每次写入时，写入到液晶显示面板22的像素p的电压的极性被反转。
135.图22示出了当显示图20中的第一图像和第二图像时，写入到像素p的电压的极性变化的示例。这里，第一图像显示数字“1”，且第二图像显示数字“2”。图22a-22d示出了帧反转驱动，其中所有像素采用相同的极性反转。图22e-22h示出了像素反转驱动，其中相邻像素的极性不同。
136.在从图20中的t11起开始的第一帧中，如图22a所示，用于显示第一图像的电压采用 极性被写入到每个像素p。然后，在从t12起开始的第二帧中，如图22b所示，用于显示第一图像的电压采用-极性被写入到每个像素p。接下来，在从t21起开始的第三帧中，如图22c所示，用于显示第二图像的电压采用 极性被写入到每个像素p。接下来，在从t22起开始的第四帧中，如图22d所示，用于显示第二图像的电压采用-极性被写入到每个像素p。因此，在每次写入时执行帧反转。
137.作为另一反转驱动，在从图20中的t11起开始的第一帧中，如图22e所示，用于显示第一图像的电压采用对于每个相邻像素p不同的极性被写入。然后，在从t12起开始的第二帧中，如图22f所示，用于显示第一图像的电压通过反转每个像素的极性来被写入。接下来，在从t21开始的第三帧中，如图22g所示，用于显示第二图像的电压通过反转来自第二帧的每个像素的极性而被写入。接下来，在从t22起开始的第四帧中，如图22h所示，用于显示第二图像的电压通过反转来自第三帧的每个像素的极性而被写入。因此，在每次写入时执行像素反转。
138.除了帧反转和像素反转之外，例如，可以应用用于逐行反转极性的扫描线反转、用于逐列反转极性的信号线反转或诸如此类的。
139.改进示例
140.已经描述了实施例，但在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开作出各种修改。
141.实施例1-4的显示单元20包括液晶显示面板22和光源32，但是显示单元20的配置不限于此。例如，如图23所示的以下配置是可能的，其中，代替包括液晶显示面板22和光源32的显示单元20，三维图像显示设备10包括显示单元20a，该显示单元20a包括发光显示面板712和快门714，。在一个示例中，发光显示面板712被实施为由tft驱动的有源矩阵的有机电致发光(el)显示面板。快门714间歇地阻挡从发光显示面板712发射的光。在一个示例中，快门714是以tn模式操作的液晶快门。在这种情况下，代替光源驱动信号，控制器80向快门714供应阻挡信号。快门714基于包括在阻挡信号中的阻挡定时和阻挡时段，来阻挡从发光显示面板712发射的光。即，控制器80控制快门714阻挡从发光显示面板712所发射的光所处的阻挡定时，从而控制显示单元20投射显示光l1所处的投射定时。
142.另外，如图24所示的以下配置是可能的，其中，代替包括液晶显示面板22和光源32的显示单元20，三维图像显示设备10包括显示单元20b，该显示单元20b包括发光显示面板716和偏振板718。发光显示面板716使用公知技术，以在与实施例1-3的光源32的发光定时
t30和t300相同的定时处发射光。偏振板718投射从发光显示面板716所投射的光以作为显示光l1。显示光l1的偏振方向是预定的第一方向。
143.在实施例1中，显示单元20的光源32被实施为直下式背光，但是光源32不限于直下式背光。例如，其中显示单元20的光源32被实施为侧边式背光的配置是可能的。
144.偏振切换单元50不限于tn液晶元件和plzt元件。例如，其中偏振切换单元50被实施为使用法拉第效应(faraday effect)的元件的配置是可能的。
145.此外，可变焦透镜单元40不限于：偏振切换单元50和偏振双焦点透镜60，以及液晶透镜600。其中可变焦透镜单元40被实施为液体透镜的配置是可能的，在液体透镜中，焦距基于所施加的电压而改变。例如，可以利用使用电润湿作为液体透镜的液体透镜。使用电润湿的液体透镜包括：覆盖有绝缘疏水层的导电基板、沉积在导电基板上的绝缘液滴、以及施加电压到绝缘液滴的导电液体。在使用电润湿的液体透镜中，绝缘液滴的形状由于导电基板和导电液体施加电压到绝缘液滴而改变。作为结果，使用电润湿的液体透镜的焦距改变。另外，液体透镜的另一示例是一种包括高折射液体(折射率：1.4-1.7)和夹持着高折射液体的聚二甲基硅氧烷(pdms)膜的液体透镜。在这种情况下，焦距由于pdms膜的形状改变而改变。
146.在实施例1中，在从不同图像开始定时t11之前的0.2ms的定时t25至不同图像开始定时t21之前的0.2ms的定时t26的时段中，偏振切换驱动器84向偏振切换单元50供应导通电平切换信号。定时t25和t26不限于在不同图像开始定时t11和t21之前的0.2ms。另外，光源驱动器86将发射时段te设置为从发光定时t30起至定时t25和t26之前的0.2ms的时段，但是发射时段te不限于直至定时t25和t26之前的0.2ms为止。此外，在实施例4中，定时t25和t26不限于在不同图像开始定时t11和t21之前的0.2ms。
147.在实施例3中，液晶显示面板22、光源32和偏振切换单元50各自被划分为四个区域，但是所划分区域的数量不限于四个。
148.在实施例3中，其中设置液晶透镜600代替偏振切换单元50和偏振双焦点透镜60的配置是可能的。在这种情况下，液晶透镜600被划分为四个可变区域，其分别对应于光源32的第一发射区域311至第四发射区域314。可变区域中的每个基于从焦点切换驱动器814供应的切换信号，独立地切换显示光l1的焦距。注意，为了独立地供应切换信号到可变区域中的每个，第一电极612和第二电极622在逐行扫描方向上被划分。
149.在实施例1-4中，短语“直至液晶显示面板22的像素p的响应结束”是指“直至像素p的透射率或亮度达到目标值的99％”。短语“直至偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换结束”是指“直至显示光l2的偏振方向达到目标方向的99％”。“直至响应或切换结束”是“直至透射率、亮度、偏振方向等的变化量充分减小”就是足够的。例如，当偏振方向像实施例2的偏振切换单元50一样突然改变时，“直至偏振切换单元50的显示光l2的偏振方向的切换结束”可以被定义为“直至显示光l2的偏振方向达到目标方向的90％”。
150.在实施例5中，将相同图像的图像信号连续两次写入到液晶显示面板22的像素p，并且写入到液晶显示面板22的像素p的电压的极性在第一次写入和第二次写入时被反转。如图25所示，即使在每一次写入第一图像和第二图像的情况下，也可以应用本公开。具体地，如下配置是可能的，其中，在第一图像和第二图像的连续显示中，显示驱动器82使得写入到液晶显示面板22的像素p的电压的极性相同，并且为了显示下一个第一图像和第二图
像，显示驱动器82反转写入到液晶显示面板22的像素p的电压的极性。
151.图26示出了图25的图像的重写入的示例。在这种情况下，像素p由栅极驱动器23g以线顺序的方式逐行选择，并且要显示的图像根据图像信号来重写入。具体地，当在图25所示的t11时写入第一图像的图像信号时，由图26中的圆圈所示的第二图像以线顺序的方式被重写入到第一图像，并且在t12的定时，显示器切换到由图26中的白色矩形所示的第一图像。图26示出了从t11至t12的时段，但是对于t21至t22，执行相同的操作，其中仅要重写入的图像是不同的。注意，在图25中，在两帧上显示相同的图像，但是写入相同的图像至少一帧是足够的。
152.图27示出了与施加到像素的电压的极性相关的另一示例。在图27中，单帧周期t11-t21由图像信号的写入周期t11-t1b和在单帧周期内没有图像信号的消隐周期t1b-t21组成。另外，随后的单帧周期t21-t11由图像信号的写入周期t21-t2b和消隐周期t2b-t11组成。同样在这种情况下，与图25中相同极性的电压可以被施加到像素p。另外，同样在图25和图27所示的示例中，可以施加反转驱动，诸如图22所示的帧反转和像素反转、扫描线反转、信号线反转等。
153.当在头戴式显示器中使用三维图像显示设备10时，其中三维图像显示设备10包括右眼可变焦透镜单元40和左眼可变焦透镜单元40的配置是可能的。另外，其中头戴式显示器包括右眼三维图像显示设备10和左眼三维图像显示设备10的配置是可能的。
154.在每个实施例中，描述了使用单色液晶面板的三维图像显示设备10的示例，但是其中使用彩色液晶面板代替单色液晶面板的配置是可能的。在这种情况下，像素p可以被配置为颜色划分为红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)或诸如此类的子像素。
155.前面出于解释性目的描述了一些示例性实施例。虽然前面的讨论已经提出了具体的实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。所以，说明书和附图将被视为是以说明性的意义而非限制性的意义。因此，本详细描述不应以限制性意义来理解，并且本发明的范围仅由所包括的权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来限定。