CN104076674B - 全息图像显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种全息图像显示装置及其驱动方法，其可使全息图像的亮度稳定并减少闪烁。所述全息图像显示装置包括：用于发射激光的激光背光单元；面光转换器，用于将激光转换为面光型激光并发射面光型激光；空间光调制器（SLM），实现输入全息干涉图案，并使用面光型激光在视点处投射全息图像；和光学开关单元，位于所述激光背光单元与所述SLM之间并控制激光的偏振，其中所述光学开关单元用于：在每帧的阻挡模式中阻挡发射到所述SLM的激光，该阻挡模式与所述SLM向各个像素加载全息干涉图案的周期对应；以及在每帧的透射模式中透射发射到所述SLM的激光，该透射模式与已完成全息干涉图案的加载之后的周期对应。

Description

全息图像显示装置及其驱动方法

本申请要求2013年3月29日提交的韩国专利申请No.10-2013-0034310的优先权，在此援引该专利申请作为参考，如同在这里完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及一种全息图像显示装置，尤其涉及一种可使全息图像的亮度稳定并减少闪烁的全息图像显示装置及其驱动方法。

背景技术

以增强的真实性显示3D图像的立体图像显示装置已应用于各种领域，如医学、教育、游戏、电影和TV产业。作为显示立体图像的方法，具有立体法、全息法、积分成像等。在这些方法之中，全息方法是观看者可使用全息图观看与实际物体等同的立体图像的自动立体方法，其被认为是观看者可感受到具有出色3D效果的立体图像而没有疲劳感的最理想的方法。

全息方法使用下述原理，即记录通过由物体反射的光（物体波）和具有相干性的光（参考波）的交叠而获得的干涉信号并再现干涉信号。记录在膜上的干涉图案被称作全息图，其中干涉图案是通过经由与物体的碰撞而具有高相干性的激光的散射所形成的物体波与在不同方向上入射的参考波交汇形成的。当物体波和参考波交汇时，通过其间的干涉形成干涉图案，物体的振幅和相位信息被记录在这种干涉图案中。通过向干涉图案发射参考光将被记录为全息图的立体图像恢复为3D图像的技术称为全息术。

在全息图像显示装置中，计算机系统产生与立体图像对应的全息干涉图案图像，并将全息干涉图案图像传输到空间光调制器（SLM），通过面光转换器将从激光背光单元发射的激光（参考光）转换为面光，并将面光发射到SLM。包括透射型液晶显示面板的SLM显示全息干涉图案并使发射的光衍射，因而在视点处投射全息图像。

然而，因为SLM中使用的液晶显示面板的液晶响应时间较慢，所以如果激光背光单元持续开启，则甚至在液晶被驱动时光也会达到视点，因而会产生有缺陷的图像。为了防止这种问题，使用了闪烁技术（blinking technique），其中液晶在每帧被驱动的同时（在向面板施加一帧的图像数据的同时）关闭激光背光单元，然后在液晶被完全驱动之后（在一帧的图像数据被完全施加给面板之后）开启激光背光单元。因为激光背光单元仅在液晶被完全驱动的时间点处开启，所以这种闪烁技术可消除有缺陷的图像，仅显示一帧的完美图像。因此，为了缓解眼睛疲劳感并使观看者观看舒适图像的目的，应用闪烁技术。

然而，因为只有当激光背光单元从关闭状态转换为开启状态之后经过指定的时间时，激光背光单元才达到每个激光都稳定的饱和状态，所以闪烁技术不稳定地改变全息图像的亮度。

图1是表示特定激光根据时间的亮度变化的曲线。从图1可以理解，在从激光背光单元的开启经过指定时间之后，激光饱和。

然而，因为闪烁技术执行将每帧分割为关闭周期和开启周期的时间分割，所以开启周期比激光达到饱和状态的周期短，因而使用了具有不稳定亮度的激光。由此，当观看者观看全息图像时，会导致观看者的眼睛疲劳，不能获得清晰的图像。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题的全息图像显示装置及其驱动方法。

本发明的一个目的是提供一种可使全息图像的亮度稳定并减少闪烁的全息图像显示装置及其驱动方法。

在下面的描述中将部分列出本发明的附加优点、目的和特点，这些优点、目的和特点的一部分在研究下面的描述之后对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，或者可从本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构可实现和获得本发明的这些目的和其他优点。

为了实现这些目的和其他优点并根据本发明的意图，如在此具体化和概括描述的，一种全息图像显示装置包括：用于发射激光的激光背光单元；面光转换器，所述面光转换器用于将激光转换为面光型激光并发射面光型激光；空间光调制器（SLM），所述SLM实现输入全息干涉图案，并使用面光型激光在视点处投射全息图像；和光学开关单元，所述光学开关单元位于所述激光背光单元与所述SLM之间并控制激光的偏振，其中所述光学开关单元用于：在每帧的阻挡模式中阻挡发射到所述SLM的激光，该阻挡模式与所述SLM向各个像素加载全息干涉图案的周期对应；以及在每帧的透射模式中透射发射到所述SLM的激光，该透射模式与已完成全息干涉图案的加载之后的周期对应。

所述光学开关单元可包括：第一偏振板和第二偏振板，所述第一偏振板和第二偏振板具有其偏振方向彼此垂直的偏振特性；和位于所述第一偏振板和第二偏振板之间的液晶单元。其中，位于所述光学开光单元的发光部的第二偏振板的偏振方向可被设计为与所述SLM的偏振方向相同。

在所述阻挡模式中，所述液晶单元可保持由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量，以被所述第二偏振板吸收；以及在所述透射模式中，所述液晶单元可将由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量转换为在与所述第二偏振板的偏振方向相同的方向上的偏振分量，以由所述第二偏振板透射。

所述激光背光单元可发射点光型激光；所述光学开关单元可位于所述激光背光单元与所述面光转换器之间，具有与所述激光背光单元的尺寸相同的尺寸，并控制点光型激光的偏振。

另一方面，所述光学开关单元可位于所述面光转换器与所述SLM之间并控制面光型激光的偏振。

所述全息图像显示装置还可包括控制器，所述控制器用于向所述SLM提供全息干涉图案并控制所述SLM和所述光学开关单元的驱动时序，其中所述控制器可通过使所述光学开关单元与所述SLM同步，控制在所述阻挡模式和所述透射模式中的光学开关单元的驱动。

在本发明的另一个方面中，一种用于驱动全息图像显示装置的方法包括：通过激光背光单元发射激光；通过面光转换器将激光转换为面光型激光并发射面光型激光；通过空间光调制器（SLM），实现输入全息干涉图案并使用面光型激光在视点处投射全息图像；以及通过位于所述激光背光单元与所述SLM之间的光学开关单元控制激光的偏振，其中控制激光的偏振包括：在阻挡模式中使所述光学开关单元阻挡发射到所述SLM的激光，该阻挡模式与所述SLM向各个像素加载全息干涉图案的周期对应；以及在透射模式中使所述光学开关单元透射发射到所述SLM的激光，该透射模式与已完成全息干涉图案的加载之后的周期对应。

应当理解，本发明前面的大体性描述和下面的详细描述都是例示性的和解释性的，意在对要求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并且并入本申请中组成本申请一部分的附图图解了本发明的实施方式，并与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：

图1是表示常规的激光背光单元在开启之后根据时间的亮度变化的曲线；

图2是图解根据本发明一个实施方式的全息图像显示装置的构造的示图；

图3是图解图2中所示的控制器执行的每帧的时分驱动模式的示图；

图4A和4B是图解图2中所示的全息图像显示装置的阻挡模式和透射模式的示图；以及

图5是图解根据本发明另一个实施方式的全息图像显示装置的构造的示图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施方式，附图中图解了这些优选实施方式的一些例子。尽可能地在整个附图中使用相同的参考标记表示相同或相似的部件。

图2是图解根据本发明一个实施方式的全息图像显示装置的构造的示图。

图2中所示的全息图像显示装置包括激光背光单元10、光学开关单元20、面光转换器30和空间光调制器（SLM）40。此外，全息图像显示装置包括用于控制光学开关单元20和SLM40的驱动时序的控制器50、以及用于产生全息干涉图案图像并提供产生的全息干涉图案图像的计算机系统60。优选地，控制器50通过使光学开关单元20与SLM40同步，控制在阻挡模式和透射模式中的光学开关单元20的驱动。

激光背光单元10发射具有平行且径直传播特性的激光。激光背光单元10通过输入电力（未示出）开启，并在全息图像显示装置被驱动的同时保持开启状态。

光学开关单元20通过控制从激光背光单元10发射的激光的偏振来阻挡或透射激光。为此，光学开关单元20包括具有偏振方向彼此垂直的偏振特性的第一和第二偏振板、以及位于第一和第二偏振板之间的液晶单元。位于发光部的第二偏振板的偏振方向被设计为与SLM40的偏振方向相同。通过使光学开关单元20位于激光背光单元10前方，即位于激光背光单元10与面光转换器30之间，光学开关单元20的尺寸可被减小为点光源的尺寸，即激光背光单元10的尺寸。

通过在第一和第二基板之间插入液晶层的条件下使用密封材料将设置有第一电极的第一基板和设置有第二电极的第二基板接合，形成液晶单元。在液晶单元中，根据施加在第一和第二电极之间的驱动电压驱动液晶层，并控制由第一偏振板透射的、具有确定偏振分量的激光的偏振，因而使激光被第二偏振板阻挡或透射。

面光转换器30将经由光学开关单元20入射到面光转换器30上的激光转换为面光型激光（可简称为面光），并向SLM40的整个表面发射面光。面光转换器30包括将点状光，即点光型激光扩展为面光并向SLM40的整个表面均匀发射面光的扩展器（extender）、以及多个光学元件比如透镜。

SLM40包括具有其上形成有全息图案的像素矩阵的透射型液晶显示面板。SLM40通过形成经控制器50从计算机系统60输入的全息干涉图案来衍射从面光转换器30发射的光，以改变所述光的强度和相位，因而在视点处显示全息图像。

控制器50向SLM40提供从计算机系统60提供的全息干涉图案，并控制SLM40和光学开关单元20的驱动。控制器50将每帧Fn，Fn+1，…时间分割为用于阻挡全息图像投射的阻挡模式和用于投射全息图像的透射模式，因而同步地控制SLM40和光学开关单元20，如图3中所示。

阻挡模式表示SLM40向各个像素加载接收的全息干涉图案图像数据的周期。在这种阻挡模式中，控制器50控制光学开关单元20，从而阻挡从激光背光单元10发射的激光，因而防止由于数据的未加载而导致不稳定的全息图像投射在视点处。

透射模式表示在通过SLM40的数据加载完成之后的周期。在这种透射模式中，控制器50控制光学开关单元20，从而透射从激光背光单元10发射的激光，因而使稳定加载到SLM40的图像作为稳定的全息图像投射在视点处。

图4A和4B是图解图2中所示的全息图像显示装置的阻挡模式和透射模式的示图。

为便于描述，只是在附图4A和4B放大了光学开关单元20。光学开关单元20包括位于作为垂直偏振板的第一偏振板22与作为水平偏振板的第二偏振板26之间的液晶单元24。位于发光部的第二偏振板26的偏振方向被设计为与SLM40的偏振方向相同。

在图4A所示的阻挡模式中，当从激光背光单元10发射的激光穿过垂直偏振板22时，激光仅具有垂直偏振分量。在液晶单元24中，液晶分子通过驱动电压排列在与垂直偏振板22相同的垂直方向上，激光在保持垂直偏振分量的同时穿过液晶单元24。到达水平偏振板26的垂直偏振的激光没有穿过水平偏振板26，并且被消除。由此，在阻挡模式中，激光没有入射到SLM40上，因而可防止加载到像素矩阵的不稳定的图像投射在视点处。也就是说，在阻挡模式中，液晶单元保持由第一偏振板例如垂直偏振板透射的激光的偏振分量，以被第二偏振板例如水平偏振板吸收。

在图4B所示的透射模式中，当从激光背光单元10发射的激光穿过垂直偏振板22时，激光仅具有垂直偏振分量。在液晶单元24中，液晶分子通过驱动电压排列在与垂直偏振板22垂直的水平方向上，并且当激光穿过液晶单元24时，激光的垂直偏振分量被转换为水平偏振分量。水平偏振的激光穿过水平偏振板26并通过面光转换器30被转换为面光，面光发射到SLM40。由此，在透射模式中，完成像素矩阵加载的稳定的图像作为全息图像通过发射的激光被投射在视点处。也就是说，在透射模式中，液晶单元将由第一偏振板例如垂直偏振板透射的激光的偏振分量转换为在与第二偏振板例如水平偏振板的偏振方向相同的方向上的偏振分量，以由第二偏振板例如水平偏振板透射。

图5是图解根据本发明另一个实施方式的全息图像显示装置的构造的示图。

通过使图2中所示的光学开关单元20位于激光背光单元10前方，即位于激光背光单元10与面光转换器30之间，可仅通过具有与用作光源的激光背光单元10的尺寸对应的小尺寸的液晶单元来控制整个激光的偏振。

另一方面，在根据图5中所示实施方式的全息图像显示装置中，光学开关单元20’可位于面光转换器30与SLM40之间，将省略对根据本实施方式的基本上与图2中所示实施方式相同的其他部件的详细描述。图5中所示的光学开关单元20’具有比图2中所示的光学开关单元20的尺寸大的尺寸，即具有与面光转换器30的尺寸对应的尺寸，并控制面激光的偏振。由此，光学开关单元20’在阻挡模式中防止面激光发射到SLM40，并在透射模式中将面激光发射到SLM40，从而在SLM40上显示的图像可作为全息图像被投射在视点处。

通过上面的描述很显然，根据本发明一个实施方式的全息图像显示装置通过使用光学开关单元控制激光的偏振，选择性地阻挡传播到SLM的激光，因而在无需开启/关闭激光背光单元的条件下，在阻挡模式中防止正在进行数据加载的不稳定的全息图像投射在视点处，并在透射模式中将已完成数据加载的稳定的全息图像投射在视点处。

由此，与常规的全息图像显示装置不同，根据本发明实施方式的全息图像显示装置没有开启/关闭激光背光单元，因而在开启激光背光单元之后可持续使用已稳定到饱和状态的亮度来稳定地投射全息图像，而不会产生亮度变化。因此，根据本发明实施方式的全息图像显示装置可减少由于全息图像的亮度变化导致的闪烁，并可显示自然的全息图像。

在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求书范围及其等同范围内的对本发明的所有修改和变化。

Claims (12)

1.一种全息图像显示装置，包括：

用于发射激光的激光背光单元；

面光转换器，所述面光转换器用于将激光转换为面光型激光并发射面光型激光；

空间光调制器(SLM)，所述SLM实现输入全息干涉图案，并使用面光型激光在视点处投射全息图像；和

光学开关单元，所述光学开关单元位于所述激光背光单元与所述SLM之间并控制激光的偏振，

其中所述光学开关单元用于：

在每帧的阻挡模式中阻挡发射到所述SLM的激光，该阻挡模式与所述SLM向各个像素加载全息干涉图案的周期对应；以及

在每帧的透射模式中透射发射到所述SLM的激光，该透射模式与已完成全息干涉图案的加载之后的周期对应，

其中所述空间光调制器包括透射型液晶显示面板，在所述透射型液晶显示面板上形成有全息图案的像素矩阵。

2.根据权利要求1所述的全息图像显示装置，其中所述光学开关单元包括：

第一偏振板和第二偏振板，所述第一偏振板和第二偏振板具有其偏振方向彼此垂直的偏振特性；和

位于所述第一偏振板和第二偏振板之间的液晶单元。

3.根据权利要求2所述的全息图像显示装置，其中位于所述光学开光单元的发光部的第二偏振板的偏振方向被设计为与所述SLM的偏振方向相同。

4.根据权利要求3所述的全息图像显示装置，其中：

在所述阻挡模式中，所述液晶单元保持由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量，以被所述第二偏振板吸收；以及

在所述透射模式中，所述液晶单元将由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量转换为在与所述第二偏振板的偏振方向相同的方向上的偏振分量，以由所述第二偏振板透射。

5.根据权利要求4所述的全息图像显示装置，其中：

所述激光背光单元发射点光型激光；以及

所述光学开关单元位于所述激光背光单元与所述面光转换器之间，具有与所述激光背光单元的尺寸相同的尺寸，并控制点光型激光的偏振。

6.根据权利要求4所述的全息图像显示装置，其中所述光学开关单元位于所述面光转换器与所述SLM之间并控制面光型激光的偏振。

7.根据权利要求4所述的全息图像显示装置，还包括控制器，所述控制器用于向所述SLM提供全息干涉图案并控制所述SLM和所述光学开关单元的驱动时序，

其中所述控制器通过使所述光学开关单元与所述SLM同步，控制在所述阻挡模式和所述透射模式中的光学开关单元的驱动。

8.一种用于驱动全息图像显示装置的方法，包括：

通过激光背光单元发射激光；

通过面光转换器将激光转换为面光型激光并发射面光型激光；

通过空间光调制器(SLM)，实现输入全息干涉图案并使用面光型激光在视点处投射全息图像；以及

通过位于所述激光背光单元与所述SLM之间的光学开关单元控制激光的偏振，

其中控制激光的偏振包括：

在阻挡模式中使所述光学开关单元阻挡发射到所述SLM的激光，该阻挡模式与所述SLM向各个像素加载全息干涉图案的周期对应；以及

在透射模式中使所述光学开关单元透射发射到所述SLM的激光，该透射模式与已完成全息干涉图案的加载之后的周期对应，

其中所述空间光调制器包括透射型液晶显示面板，在所述透射型液晶显示面板上形成有全息图案的像素矩阵。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述光学开关单元包括：

第一偏振板和第二偏振板，所述第一偏振板和第二偏振板具有其偏振方向彼此垂直的偏振特性；和

位于所述第一偏振板和第二偏振板之间的液晶单元，其中：

在所述阻挡模式中，所述液晶单元保持由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量，以被所述第二偏振板吸收；以及

在所述透射模式中，所述液晶单元将由所述第一偏振板透射的激光的偏振分量转换为在与所述第二偏振板的偏振方向相同的方向上的偏振分量，以由所述第二偏振板透射。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述激光背光单元发射点光型激光；以及

所述光学开关单元位于所述激光背光单元与所述面光转换器之间并控制述点光型激光的偏振。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述光学开关单元位于所述面光转换器与所述SLM之间并控制面光型激光的偏振。

12.根据权利要求9所述的方法，其中通过控制器使所述光学开关单元与所述SLM同步，以控制在所述阻挡模式和所述透射模式中的光学开关单元的驱动。