專利名稱：一種多視角方向顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多視角方向顯示器。該方向顯示器可以同時顯示兩幅或多幅圖片，其中各圖片被顯示于不同的方向上。本發(fā)明也涉及一種雙視角顯示器和一種自動立體顯示器，其合并一個多視角方向顯示器。
Strakes在“Int.J.Virtual Reality”Vol.1 No.2(1995)中描述了多視角方向顯示器的概要原理，

圖1中示出了常規(guī)的多視角方向顯示器1的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計圖。圖1中的顯示器1包括圖像顯示設(shè)備2和視差鏡3。該圖像顯示設(shè)備2包括放置在第一和第二光傳導(dǎo)襯底5、6之間的像素級圖像顯示層4。該像素級顯示層4可能是，比如說一種液晶層，并且可以通過任意一種常規(guī)技術(shù)進(jìn)行尋址來顯示兩幅或更多的隔行交織圖像。圖1示出了兩幅在顯示層4上顯示出來的圖像，此兩幅圖像被顯示于交錯的像素列上；一幅圖像顯示在像素列C1、C3、C5上，第二幅圖像顯示在像素列C2、C4、C6上。(像素列延展入紙平面)。該圖像顯示設(shè)備被光源(未示出)發(fā)出的光線7照亮。光源可以是任何合適的光源，例如，具有低空間一致性的散射源。器件8和9是線性偏振鏡。
多視角方向顯示器1的視差鏡3的作用為分隔在圖像顯示層4上顯示的兩幅或多幅圖像，這樣每幅圖像都在不同的方向上被顯示。在圖1里面視差鏡由視差柵形成，該視差柵包括多個被不透明的區(qū)域11分隔開的透明縫隙10。該透明縫隙10并行地伸展到像素列上(因此在圖1中垂直伸展到紙平面上)。視差柵可以被裝配到透明襯底12上，用來提供物理支撐。
如圖1所示，由于視差柵的圖像分離效應(yīng)，建立起了兩個視窗13、14。在第一視窗13上，在像素列C1、C3、C5上顯示的圖像是可見的，而在像素列C2、C4、C6上顯示的圖像是不可見的，這是因為視差柵上的不透明區(qū)域11在第一視窗的方向上阻止了光線透過那些像素列；相反地，在第二視窗14上，在像素列C2、C4、C6上顯示的圖像是可見的，而在像素列C1、C3、C5上顯示的圖像是不可見的，這是因為視差柵3上的不透明區(qū)域11在第二視窗的方向上阻止了光線透過那些像素列。
圖1顯示了結(jié)合在自動立體顯示器內(nèi)的多視角方向顯示器。使用的時候，觀察者將調(diào)整他們的位置使他們的右眼正好對齊第二視窗14，并使他們的左眼正好跟第一視窗對齊——因此在圖1中這些視窗將稱作“右視窗”和“左視窗”。在圖像顯示設(shè)備1上將顯示出立體圖像對，右眼的圖像顯示在像素列C2、C4、C6上，左眼的圖像顯示在像素列C1、C3、C5上。觀察者調(diào)整位置使他們的左眼和右眼正好分別與左視窗和右視窗重合，這樣左眼會看到左眼圖像，右眼會看到右眼圖像，因此觀察者將會感受到三維圖像。
圖1中的顯示器1里的視差鏡即為視差柵，由被不透明區(qū)域分隔的透明條紋組成。如我們所知此外還有其他類型的視差鏡。比如，廣為人知，也可以使用透鏡陣列作為視差鏡——透鏡陣列通常包括多個圓柱形鏡頭，用來將像素級顯示層4上不同區(qū)域的圖像導(dǎo)向不同的方向上以獲得定向效果。
作為另一種選擇，多視角方向顯示器也可以結(jié)合在“雙面”顯示器內(nèi)。雙面顯示器用來給一位觀察者顯示一幅圖像同時給另一位觀察者顯示一幅不同的圖像。作為例子，在汽車中的雙面顯示器可以給汽車駕駛員顯示地圖，同時給乘客顯示電視節(jié)目或者電影。雙面顯示器的原理概括地說跟自動立體顯示器的原理相似，但是在雙面顯示器的圖像顯示層上顯示的兩幅圖像將會是獨立的圖像，而不是立體圖像對中的左眼和右眼圖像。更進(jìn)一步地，由于在雙面顯示器上顯示的兩幅圖像是想用來為不同的觀察者所見的，視角距V(即為這兩幅圖像的各自視窗中心之間的角距)，對于給定的觀察距離而言，通常要求雙面顯示器的視角距大于自動立體顯示器的視角距。
視角距V為兩幅圖像的各自視窗中心間的角距，因此也就是觀察者在顯示器上不同的視圖之間轉(zhuǎn)換需要移動的角度，對于使用視差鏡作為視差柵的多視角顯示器而言，視角距V，用弧度表示，近似被給出為V＝np/s (1)其中n為隔離視差柵3和圖像顯示層4的材料的折射率(在圖1中，n為圖像顯示設(shè)備中的后部透明襯底5的折射率)，p為圖像顯示層的像素間距，s為在視差柵3和圖像顯示層4之間的分離距離。對于給定的圖像質(zhì)量(分辨率)，像素間距p是大致恒定的。方向顯示器1的襯底通常由玻璃做成，對于絕大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用的相關(guān)玻璃來說，其折射率基本上不會有很大變化。
一種增加視角距的方法是減少該圖像顯示設(shè)備的后部襯底5的厚度，從而減少了視差鏡3和圖像顯示層4之間的分離距離。然而，襯底5的厚度不能被顯著減少到低于0.5mm，否則會易于損壞、難于制造、并且不能提供足夠的結(jié)構(gòu)支撐。因此，存在實質(zhì)性的困難來減少后部襯底5的厚度使之能夠產(chǎn)生實質(zhì)性的視角增加。
另外也存在著需要降低視角距的一些情形。比如，當(dāng)在很長的觀察距離上想要觀察顯示器的時候，顯示器的視角距可能大于需要的視角距。常規(guī)上通過使用增加襯底厚度，即增加s的方法來減少視角距，但這樣顯著增加了顯示器的重量。
本發(fā)明的第一個方面提供了一種多視角方向顯示器，包括視差鏡；像素級圖像顯示層；以及一個成像裝置，用來形成視差鏡和圖像顯示層其中之一的圖像，以使視差鏡和圖像顯示層其中之一的圖像跟視差鏡和圖像顯示層中的另外一個之間的距離小于視差鏡和圖像顯示層之間的距離，從而增加了顯示器產(chǎn)生的兩個視窗之間的角距。
在本發(fā)明的顯示器中，視角距通過，一方面來說，視差鏡和圖像顯示層其中之一上的圖像，另一方面，視差鏡和圖像顯示層中的另外一個未成像的，這兩者之間的距離決定。通過使該距離小于視差鏡和圖像顯示層之間的距離，就可以增加視角距。本發(fā)明不需要減小顯示器中的任何襯底的厚度，這樣就可以使用厚實的，結(jié)構(gòu)堅固的襯底。
有很多內(nèi)含成像裝置的現(xiàn)有技術(shù)顯示器。不過，現(xiàn)有技術(shù)顯示器并沒有為增加視角距而使用該成像裝置來形成視差鏡或圖像顯示板上的圖像。
關(guān)于方向顯示器中透鏡的一般性現(xiàn)有技術(shù)(比如上面的Strake et al.的文章)描述了將透鏡系統(tǒng)中的透鏡本身用作圖像分割器。換句話說，該透鏡分隔了視圖并且可以將多套像素成像到多個窗口中。因此，該透鏡陣列的特征即為它在觀察者眼睛的位置上將像素重成像到顯示面上。
圖2A為現(xiàn)有技術(shù)的方向顯示器15的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，在EP-A-0 597 629有其描述，其結(jié)合了成像裝置LS1。在此現(xiàn)有顯示器中，兩幅隔行交織圖像顯示在像素級顯示板16上，并且被視差鏡LS2分離。顯示器被一個開關(guān)照明器18照亮，照明器傳來的光線被成像裝置LS1聚焦到散射體17上，并且，當(dāng)此光線從成像裝置LS1穿到散射體上時，被像素級顯示板16調(diào)制。因此，在此現(xiàn)有技術(shù)顯示器上，成像裝置LS1在像素板上產(chǎn)生被大量衰減過的開關(guān)照明器18的圖像。其意圖是確保從擴(kuò)展的照明器上的所有點上傳來的光線都能夠正確地穿過像素點和視差鏡LS2。成像裝置LS1對增加視角距沒有貢獻(xiàn)。
圖2B示出了進(jìn)一步的現(xiàn)有技術(shù)顯示器15，在EP-A-0 597 629有其描述。其大體上相當(dāng)于圖2A的顯示器，除了像素級顯示板16被放置于開關(guān)照明器18和成像裝置LS1之間。在這個顯示器中，成像裝置LS1將照明器重成像到散射面上，其再與跟照明器變化同步的時間順序顯示器一起給出全解析度的三維顯示。透鏡陣列LS2為圖像分割器。
圖3示出了另一個現(xiàn)有技術(shù)自動立體顯示器，在EP-A-0 656 555有其描述。該顯示器被一個擁有可移動照明器陣列的自動立體投影單元20所照亮。圖像被投射到一個雙透鏡屏幕21上。屏幕21上的兩個透鏡陣列22，23具有不同的焦距，該透鏡屏幕21改變了投影圖像的視角距。在此現(xiàn)有技術(shù)顯示器中，第一個透鏡屏幕產(chǎn)生開關(guān)照明器18的圖像。此現(xiàn)有技術(shù)顯示器僅適用于內(nèi)部組件為全異的、投影類型的顯示器，并不適合更小的、整體式的“桌面”或“直觀式”類型的顯示器。
圖4是更進(jìn)一步的現(xiàn)有技術(shù)方向顯示器24的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，其類型在“Reduction of the Thickness of Lenticular Stereoscopic Display Using Full ColourLED Panel”，Proc，SPIE Vol.4660，p236(2002)中被Yamamoto et al所描述。該顯示器24為自動立體顯示器，在其內(nèi)部的非常大的海報大小的LED顯示器27的前面放置了兩個透鏡陣列25，26。該顯示器27具有很大的像素間距以及較短的觀察距離，因此通常并不適合作為大屏海報/廣告類型應(yīng)用的自動立體顯示器，這是因為在所需的(很長的)觀察距離上，圖像之間的間距將會大于人眼之間的平均間距。為減小視角距，第一個透鏡柵25將顯示板27上的像素點縮小，以形成所顯示的具有小得多的像素間距的圖像。第二個透鏡板26將LED板上的兩幅隔行交織圖像分隔開，但是，由于減小了被成像的LED板上的像素間距，從而降低了視角距，這樣這兩幅圖像就可能比較舒服地被觀察者的左眼和右眼所觀察到。
US 2002/008096揭示了一種使用多光源的用于測量體積的三維顯示器。每一個光源被提供有一個光束掃描裝置，比如鏡子，以及微透鏡單元，光源上的移動圖像在觀察者和顯示器之間的空間中產(chǎn)生三維圖象。此顯示器不具有像素級圖像顯示層。
在“Analysis of viewing parameters for two display methods based on integralphotography”，Applied Optics Vol.40 No.29 p5217(2001)中，Park et al透露了一種工作在積分成像原理上的自動立體顯示器。該原理包括使用透鏡陣列使顯示器上的小塊圖像區(qū)域(一個透鏡對應(yīng)于一塊區(qū)域)成像到視圖和顯示器之間的圖像板上。積分成像可以考慮被用于具有很高數(shù)量視圖的多視角顯示器，其中各視圖間的距離遠(yuǎn)小于人眼的間距。其透鏡陣列可被看成為一種視差鏡，雖然該透鏡只是將像素板區(qū)域聚焦到觀察者和顯示器之間的圖像平面上，而不是聚焦到觀察者的圖像平面上。不過，此圖像的位置并不會影響顯示器的視角。
JP-10 206 795揭示了一種使用透鏡陣列作為視差鏡以產(chǎn)生兩幅顯示視圖間角距的自動立體顯示器。進(jìn)一步來說，該顯示器包括一個視差柵，用來限制通過透鏡陣列的光線，從而減小串?dāng)_并幫助形成視窗。該視差柵和透鏡陣列大約位于同一平面上。透鏡陣列也是圖像分割器，并且該視差柵通過限制光線通過透鏡頭來減小系統(tǒng)的串?dāng)_。該透鏡并不對該視差柵或者像素重新成像(除了作為普通透鏡會將像素成像到視圖平面上)。
US-A-6 304 288揭示了一種可被跟蹤的自動立體顯示系統(tǒng)，它具有兩個透鏡柵，一個位于圖像顯示板的前方，另一個位于圖像顯示板的后方。顯示器被一個光源陣列照亮，位于圖像顯示板后方的透鏡柵將光源成分聚焦到像素板上。位于圖像顯示板前方的透鏡柵產(chǎn)生在圖像顯示板上顯示的兩幅圖像之間的角距。
US-A-6 061 179揭示了一種可在二維顯示模式和三維顯示模式之間切換的顯示器。在一個實施例中，此顯示器包括一個單一模片和一個單一透鏡柵，顯示模式間的切換通過移動透鏡柵使之靠近或者遠(yuǎn)離模片來完成。
US-A-5 682 215揭示了一種具有單元內(nèi)透鏡的液晶顯示板。這些透鏡用來將光線重新導(dǎo)向，否則這部分光線將會遇到不透明組件例如門或者源線，以此來提高顯示板的亮度。此顯示器不是方向顯示器。
EP-A-1 089 115揭示了一種提供有外部微透鏡的液晶單元。此種顯示器不是方向顯示器，而且此種微透鏡并不用來分隔視圖。此種顯示器更適合作為投影顯示中使用的反射式顯示器。
EP-A-0 721 132揭示了一種自動立體顯示器，在其內(nèi)部一個宏觀透鏡頭和一個宏觀投影鏡頭依照發(fā)出不同偏振光的兩個光源以及像素級圖像顯示層形成兩塊窗口區(qū)域。該圖像顯示層被放置在宏觀透鏡頭和投影鏡頭之間。像素圖像被透鏡屏幕重新投影出來。
本發(fā)明的第二個方面提供了一種多視角方向顯示器，包括視差鏡；像素級圖像顯示層；以及一個成像裝置，用來形成該視差鏡上的圖像，以使視差鏡的圖像和圖像顯示層間的間隔小于或者大于視差鏡和圖像顯示層之間的間隔，從而分別增加或減小了該顯示器所產(chǎn)生的兩幅視窗之間的角距。
本發(fā)明的第三個方面提供了一種多視角方向顯示器，包括視差鏡；像素級圖像顯示層；以及一個成像裝置，用來形成視差鏡和圖像顯示層其中之一的圖像，以使視差鏡或者圖像顯示層的圖像的像素間距大體上相當(dāng)于視差鏡或者圖像顯示層上的像素間距。
依照本發(fā)明的第二或第三個方面的顯示器既可以被用于減小也可以被用于增加視角距。特別地說，當(dāng)觀察者想要從離顯示器較遠(yuǎn)的距離上觀察顯示器的情況下，它不需要使用很厚的玻璃襯底就可以減小視角距。當(dāng)顯示器從另一方面來說在給定的觀察距離上不能提供足夠的角距的情況下，本發(fā)明的這些方面也可以被用來增加視角距。
在依照第三個方面的顯示器內(nèi)，成像裝置被用來產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的圖像，使其上的像素間距能夠大體上相當(dāng)于視差鏡或者圖像顯示層的像素間距。在圖4里的現(xiàn)有技術(shù)顯示器24上，像素級顯示層的圖像的像素間距被特意地做得小于該顯示層的像素間距以減小視角距。然而，如果視差鏡(或者圖像顯示層)的圖像的像素間距根本不同于視差鏡(或者圖像顯示層)的像素間距，那么此顯示器的可視屬性，比如分辨率，就被改變了。因此就希望視差鏡(或者圖像顯示層)的圖像的像素間距與視差鏡(或者圖像顯示層)的像素間距相同或者相當(dāng)，因為這樣可以使本發(fā)明在只將顯示器的其它部件作最小改動的情況下獲得實現(xiàn)。
依照第一或者第二個方面的顯示器的成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的圖像，并使其像素間距與視差鏡或者圖像顯示層的像素間距大體上相同。
依照第三方面的顯示器，成像裝置可以在使用中形成視差鏡或者圖像顯示層的圖像，使得視差鏡和圖像顯示層兩者其中之一的圖像與視差鏡和圖像顯示層兩者中另外一個之間的間距小于或者大于視差鏡和圖像顯示層之間的間距，從而分別增加或者減小該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗之間的角距。
該視差鏡可以被放置在該圖像顯示層后面，而該成像裝置可以被放置在該視差鏡和圖像顯示層之間，在使用中，可以形成視差鏡上的圖像。或者，圖像顯示層可以被放置在視差鏡的后面，而成像裝置可以被放置在圖像顯示層和視差鏡之間，在使用中，可以形成圖像顯示層上的圖像。
在此使用的術(shù)語“后面”和“前面”指的是人們在該顯示器所需的觀察位置上觀察顯示器時所看到的組件的順序。
成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的圖像，并使其寬度大體上等于視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的寬度。該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的單元放大。
另一種選擇，該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的圖像，并使其寬度大于視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的寬度。該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的圖像，并使其寬度大體上整數(shù)倍于視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的寬度。該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的非單元放大(大于單元放大)。
另一種選擇，該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的圖像，并使其寬度小于視差鏡或者圖像顯示層的像素間距。它可以被用來產(chǎn)生視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的圖像，并使其寬度大體上等于視差鏡的單元或者圖像顯示層的像素的寬度除以一個整數(shù)。該成像裝置可以被用來產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的非單元放大(小于單元放大或即縮小)。
該顯示器可以包括屏蔽裝置，用來屏蔽視差鏡的一個或多個單元的圖像。該屏蔽裝置可以被用來阻止，比如，第二視窗的產(chǎn)生。
該屏蔽裝置包括在成像裝置和視差鏡或者圖像顯示層兩者其中之一之間延展的大量不透明區(qū)域。該不透明區(qū)域可以使成像裝置的單元形成視差鏡或者圖像顯示層中對應(yīng)的單元的圖像，但是屏蔽了該成像裝置的單元和視差鏡或者圖像顯示層中其余單元之間的光線通路。
該成像裝置可以擁有可變的焦距，而且該顯示器可以擁有一個控制器用來控制該成像裝置的焦距。
該顯示器可以包括一個散射層，該散射層的位置可使其正好跟視差鏡的圖像或者圖像顯示層的圖像的平面重合。
此外，該顯示器還可以包括第一跟蹤裝置以判斷該顯示器和觀察者之間的距離，其中的控制器在使用中接收該跟蹤裝置的輸出，從而基于該顯示器和觀察者之間的距離來控制成像裝置的焦距。
該成像裝置可以擁有可變的焦距和可變的放大率，而且該顯示器可以擁有一個控制器以控制該成像裝置的焦距和放大率。
此外，該顯示器還可以包括一個散射層。在擁有可變焦距成像裝置的顯示器中提供散射層可被用于產(chǎn)生出這樣一種顯示器，其中通過控制該圖像產(chǎn)生的位置，從而控制該散射層上的視差鏡的單元的圖像尺寸或者圖像顯示層的像素尺寸。這樣就允許變化地控制視差鏡單元的圖像或者像素的圖像的有效大小。
該成像裝置可以包括透鏡陣列。
該成像裝置可以包括第一和第二可被禁止的透鏡陣列，第一透鏡陣列相對于第二透鏡陣列橫向放置；并且該顯示器可以包括一個控制器，用于啟用第一個透鏡陣列或第二個透鏡陣列中的一個，同時禁用第一和第二透鏡陣列中的另一個。
該成像裝置可以相對于視差鏡和圖像顯示層其中之一進(jìn)行橫向移動。
該顯示器可以包括第二跟蹤裝置，以確定觀察者相對于顯示器的橫向位置。在使用中，控制器可以接收該第二跟蹤裝置的輸出。成像裝置相對于視差鏡和圖像顯示層其中之一的橫向位置可以基于該第二跟蹤裝置的輸出進(jìn)行控制。
該成像裝置可以相對于視差鏡和圖像顯示層其中之一而固定，并且可以相對于視差鏡和圖像顯示層中的另一個而移動。該相對移動可能在橫向和/或縱向上。該相對移動可以基于一種跟蹤相對顯示器的觀察者的橫向和/或縱向移動的觀察者跟蹤設(shè)備來進(jìn)行控制。在此實施例中，該成像裝置相對于其成像的組件的位置是固定的。舉例來說，在成像裝置對視差鏡成像的實施例中，視差鏡的圖像相對于圖像顯示層的位置可以通過相對于圖像顯示層同時移動成像裝置和視差鏡來控制。
該顯示器可以進(jìn)一步包括用于鑒別該顯示器的觀察者的裝置。
該成像裝置可適用于產(chǎn)生視差鏡或圖像顯示層的圖像，在此該圖像相對于圖像顯示層或者視差鏡具有一個橫向偏移量，從而在使用中，該顯示器顯示出第一和第二圖像，其中該第一圖像的角度范圍不同于該第二圖像的角度范圍。
該成像裝置可以是一種非對稱的成像裝置。這是用于形成具有不同角度范圍的第一和第二圖像的另一種方法。
該成像裝置的每一單元都可以包括具有第一焦距的第一部分和第二焦距的第二部分，其中第二焦距不同于第一焦距。這會產(chǎn)生視差鏡或者圖像顯示層的兩幅圖像，并且導(dǎo)致具有不同角度范圍的第一和第二圖像。
該成像裝置可以被配置來使得視差鏡或者圖像顯示層的圖像為虛像。
視差鏡或者圖像顯示層可以跟該成像裝置協(xié)作產(chǎn)生具有非統(tǒng)一像素間距的視差鏡或者圖像顯示層的圖像。
視差鏡或者圖像顯示層可以跟該成像裝置協(xié)作產(chǎn)生出視差鏡或圖像顯示層的圖像，該圖像位于該視差鏡和圖像顯示層中的另一個到視差柵或者圖像顯示層的相反側(cè)上。比如說，在視差柵位于圖像顯示層的后方，而且產(chǎn)生出視差柵的圖像的顯示器里，視差柵的圖像可以位于該圖像顯示層到該視差柵的相反側(cè)上。
視差鏡或者圖像顯示層可以跟成像裝置協(xié)作在顯示器之外產(chǎn)生該視差鏡或圖像顯示層的圖像。
本發(fā)明的第四個實施例提供了一種多視角方向顯示器，包括校準(zhǔn)背光；像素級圖像顯示層；以及成像裝置，用于在該圖像顯示層上或其附近產(chǎn)生該校準(zhǔn)背光的圖像。
該成像裝置可以大體上在該圖像顯示層的平面上對校準(zhǔn)背光成像?；蛘?，該成像裝置也可以在該背光和圖像顯示層之間的平面上，或者在該圖像顯示層到該背光的相反側(cè)上對該校準(zhǔn)背光成像。
該背光可以可選地工作在校準(zhǔn)背光或者非校準(zhǔn)背光中任一種上。這樣就可允許選用定向顯示模式或者二維顯示模式。
本發(fā)明的第五個方面提供了一種光學(xué)設(shè)備，包括光傳導(dǎo)襯底，它的一面與視差鏡相連，另一面與透鏡陣列相連。該視差鏡可被構(gòu)造于襯底的一面或與該面相鄰。該透鏡陣列可以被構(gòu)造于襯底的另一面或與該面相鄰。該襯底、該視差鏡以及該透鏡陣列可以被構(gòu)造為一整體單元。
將參考伴隨的附圖通過說明性例子來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中；圖1為現(xiàn)有技術(shù)多視角方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖；圖2A和2B示出了進(jìn)一步的現(xiàn)有技術(shù)方向顯示器；圖3示出了更進(jìn)一步的現(xiàn)有技術(shù)方向顯示器；圖4示出了更進(jìn)一步的現(xiàn)有技術(shù)方向顯示器；
圖5是依照本發(fā)明的第一實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖6舉例說明了圖5顯示器的一種改進(jìn)；圖7A到7I是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖8A是依照本發(fā)明更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖，其具有可變焦距的成像裝置；圖8B和8C是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖9A是依照本發(fā)明更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖，其具有多鏡頭的體系；圖9B是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖，其具有兩個分別可控的透鏡陣列；圖9C是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖，其具有一可橫向移動的視差柵或成像系統(tǒng)；圖9D是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖，其具有一可移動的視差柵和成像系統(tǒng)；圖10是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖11是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖12是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖13A和13B是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖14是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖15是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的方向顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖16是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖17是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖18是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖19是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖20舉例說明了適用于本發(fā)明的顯示器的背光；圖21舉例說明了另一個適用于本發(fā)明的顯示器的背光；圖22舉例說明了另一個適用于本發(fā)明的顯示器的背光；并且圖23舉例說明了另一個適用于本發(fā)明的顯示器的背光。
貫穿說明書和附圖，相同的參考數(shù)字表示相同的組件。
圖5是依照本發(fā)明的第一實施例的多視角方向顯示器28的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；該顯示器28包括一個包含像素級圖像顯示層4，比如，一個配置在第一和第二光傳導(dǎo)襯底5、6之間的活性基質(zhì)TFT液晶顯示層的圖像顯示設(shè)備2。該顯示器28由一個放置在該顯示器后面的光源(未示出)發(fā)出的光線7所照亮，并且該圖像顯示層可以是任何傳導(dǎo)性顯示層；在此實施例中該圖像顯示層4是一個液晶層，而且該顯示設(shè)備2包括分別放置在該圖像顯示層兩邊的第一和第二偏振鏡8、9。此外，圖像顯示單元2還將包含諸如像素電極、開關(guān)單元等等的尋址裝置，用來對該液晶層的像素尋址，不過這些可以是完全傳統(tǒng)的，因而在圖5中被省掉了。
此外，該顯示器28還包括一個放置在圖像顯示單元2后面的視差鏡3。在這個實施例中，視差鏡3是一個具有延展入圖5的紙平面的光傳導(dǎo)縫10的視差柵，該視差柵為不透明部分11所分離。操作中，驅(qū)動裝置(未示出)驅(qū)動該像素級顯示層4顯示兩幅隔行交織圖像，在圖5中體現(xiàn)為間隔的像素列C1、C3、C5被涂上陰影來代表一幅圖像，同時其他的像素列C2、C4、C6無陰影來代表另一幅圖像(像素列延展到圖5的紙平面里)。這是用來指出一幅圖像是顯示在像素列C1、C3、C5上，而第二幅圖像是顯示在另外的像素列C2、C4、C6上的。視差柵3產(chǎn)生顯示在圖像顯示層4上的這兩幅圖像的角距，因此兩個視窗依照圖5所示被構(gòu)建起來。顯示在像素列C1、C3、C5上的圖像在視窗13上可見，因而該窗口被填為灰色陰影。另一幅圖像，顯示在像素列C2、C4、C6上，在右邊的視窗14上可見。
迄今為止，該顯示器28的結(jié)構(gòu)為常規(guī)的結(jié)構(gòu)。
視差柵3被放置在第一光傳導(dǎo)襯底12和第二光傳導(dǎo)襯底12′之間。
依照本發(fā)明的顯示設(shè)備進(jìn)一步包括一個成像裝置，用來形成視差鏡3和圖像顯示層4其中之一的圖像。在此本發(fā)明被應(yīng)用于一個后柵顯示器，其中視差鏡被放置在圖像顯示單元2的后面，如圖5中的情況，成像裝置被放置在視差鏡3和圖像顯示層4之間并且形成該視差鏡3的圖像。在圖5中，該成像裝置由一個透鏡陣列29組成，并形成該視差柵3的圖像30。透鏡陣列29的各個透鏡大體上平行伸展于圖像顯示層4的像素列C1...C6。
雖然圖5示出了將透鏡陣列作為成像裝置，本發(fā)明并不僅僅被限制在此種類型的成像裝置上。原則上，任何會聚的、衍射的或者折射的微結(jié)構(gòu)(比如，菲涅耳透鏡)都可被用于代替標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。該成像裝置還可以利用全息光學(xué)單元形成。
在沒有成像裝置的情況下，圖5中顯示器28形成的視角距將由圖像顯示層4的像素間距p、圖像顯示層4和視差鏡3之間的間距s、以及分隔圖像顯示層4和視差鏡3的材料的折射率決定。依照本發(fā)明，該視差鏡的圖像30的形成方式為，圖像顯示層4和該視差鏡的圖像30之間的間距，在圖5中以s′表示，小于該圖像顯示層4和該視差鏡3之間的間距——也就是說s′＜s。圖5中顯示器的視角距由視差鏡的圖像30和圖像顯示層之間的間距決定，依照V＝np/s′ (2)其中n為分離圖像顯示層4和視差鏡的圖像30的材料的折射率(所以在圖5中，n即為襯底5的折射率)，p為圖像顯示層4的像素間距。
根據(jù)給定的方程式(2)，該襯底5的厚度并不影響視角距。因此襯底5可以相對較厚，以提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
視差鏡的圖像30的位置由該透鏡陣列中的透鏡的焦距(或者更一般地說，由該成像裝置的成像能力)決定，還決定于視差鏡3和該透鏡陣列之間(或者，更一般地說，該視差鏡和該成像裝置之間)的間距。該成像裝置和該視差鏡之間的間距由分離視差鏡3和該成像裝置的襯底12′的厚度決定。從而該視差鏡的圖像30可以通過相應(yīng)地選擇成像裝置的成像能力、以及成像裝置和視差鏡之間的間距，而被置于任何期望的垂直于該顯示器的軸的平面上。
應(yīng)該理解的是，圖5中示出的第一光傳導(dǎo)襯底12對于該顯示器的工作來說不是必需的并可以被忽略。視差鏡3、第二光傳導(dǎo)襯底12′以及透鏡陣列29最好作為一個整體單元制造。
圖6示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器28′的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。這個實施例基本上類似于圖5的實施例，在此將不重復(fù)該實施例的詳細(xì)描述。
在圖5的顯示器里，視差鏡的圖像30被形成于圖像顯示層4到視差鏡10的同一側(cè)上。
該視差鏡的圖像30也可以被形成于該圖像顯示層4到該視差鏡10的相反側(cè)上，此即為圖6中的顯示器的情況。進(jìn)而，在圖6的顯示器28′中，成像裝置(由透鏡陣列29組成)的成像能力以及分隔視差鏡3和圖像顯示層4的襯底12′、5的厚度被設(shè)置為使得該視差鏡的圖像30不是被形成于顯示器28′的內(nèi)部，而是被形成于該顯示器和觀察者之間。此實施例中的可視間距仍然由該視差鏡的圖像30和圖像顯示層4之間的間距確定，在此仍表示為s′。假如該視差鏡的圖像30的位置使得s′＜s，其中s為圖像顯示層4和視差鏡3之間的距離，圖6中的實施例將會獲得一個增加的視角距。或者，如果該視差鏡的圖像30的位置使得s′＞s，此實施例可產(chǎn)生一個減小的視角距。這可用在當(dāng)該顯示器被用于需要很大觀察距離的應(yīng)用從而要求較小的視角距的時候，因為本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)使用的很厚的、沉重的玻璃襯底。
值得注意的是，由于圖5和6中的視差鏡的圖像被形成于圖像顯示層的相反側(cè)，此兩幅圖像的像素列的分配在該兩幅圖中是不一樣的。比如，穿過圖5中的有陰影的像素欄C1、C3、C5的光線被導(dǎo)向左側(cè)視窗13，而穿過圖6中的有陰影的像素欄C1、C3、C5的光線被導(dǎo)向右側(cè)視窗14。相應(yīng)地圖5中的左側(cè)視窗13有陰影，而圖6中的右側(cè)視窗14有陰影。
在圖5和6中的顯示器里，成像裝置被設(shè)置為使視差鏡的圖像的像素間距等同或者大體上等于視差鏡的像素間距——因此在視差鏡的圖像30中，視差鏡的圖像30中的小孔10′之間的間距b′大體上等于原來的視差鏡3的間距b。此外，該視差鏡的單元圖像的寬度近似相等于此單元的寬度——所以，圖5和6中的柵縫的圖像10′的寬度w′近似相等于此視差柵的能傳送的縫10的寬度w。不過，本發(fā)明并不受限于視差鏡的圖像(或者圖像顯示層的圖像，在成像裝置形成此圖像顯示層的圖像的實施例中)和原來的視差鏡相比沒有被顯著放大的顯示器。圖7A為依照本發(fā)明的另一個顯示設(shè)備28″的設(shè)計剖面圖，其中視差鏡的圖像與原來的視差鏡相比被放大了(在此情形中，大于一)。
圖7A的顯示設(shè)備28″大致對應(yīng)于圖5的顯示設(shè)備28，因此將不詳細(xì)描述。不過，在該顯示設(shè)備28″中，在此實施例中依然是透鏡陣列29的成像裝置對視差鏡3成像，并使得該視差鏡的單元圖像與原來的單元相比被放大了。此放大通過使用透鏡陣列29來獲得，該透鏡陣列的焦距可使該透鏡陣列和該視差鏡的圖像30之間的距離大于該視差鏡和該透鏡陣列之間的距離。在圖7A中示出的顯示器中的視差鏡為具有被不透明的區(qū)域11所分隔的能傳送的縫10的視差柵3，雖然本發(fā)明的此實施例不局限于視差鏡的此種特殊方式。
更詳細(xì)地說，視差柵的能傳送的縫10的圖像10的寬度w′大于原視差柵3中的能傳送的縫10的寬度w。不過，此視差柵的圖像30的像素間距b′等于或者近似相等于原視差柵3的間距b，因為各透鏡段可使其特定的小孔成像。該透鏡陣列的像素間距最好跟該視差柵的像素間距b相同。
在一個特別的優(yōu)選方案中，視差柵縫的圖像10′的寬度w′近似相等于該視差柵3的傳輸縫10的寬度w的整倍數(shù)。在圖7A中，視差柵圖像30中的傳輸縫的圖像10′的寬度w′大約兩倍于該視差柵3中的傳輸縫10的寬度w，不過任何近似的整倍數(shù)都能被使用。使傳輸縫的圖像10′的寬度w整倍數(shù)于該視差柵的傳輸縫10的寬度w意味著次視窗31不會與主視窗13、14重疊。因此觀察者可以觀察顯示器28″而不用經(jīng)歷串?dāng)_。使傳輸縫的圖像10′的寬度w′大于，而不是整數(shù)倍于，視差柵3的傳輸縫10的寬度w會導(dǎo)致串?dāng)_。比如，如果左眼影像形成的次視窗(就自動立體顯示器來說)與針對右眼影像的主視窗重疊，觀察者就將經(jīng)歷到一些串?dāng)_，因為他們的右眼將看到左眼和右眼影像的混合物。
不過，在一些應(yīng)用中，可以使用傳輸縫寬度的非整倍放大，假定串?dāng)_被降低到一個可接受的程度。
圖7B是一個更進(jìn)一步的顯示器28″的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。其仍然大致類似于圖5和7A的顯示器，因此將不詳細(xì)描述。
圖7B的顯示器28″的成像裝置，其仍然是透鏡陣列29，產(chǎn)生該顯示器的視差鏡的圖像30。該視差鏡仍然為視差柵3。透鏡陣列產(chǎn)生該視差柵的圖像30，其中的傳輸縫的圖像10′的寬度w′小于該傳輸縫的寬度w。此外，該視差柵圖像的像素間距b′小于視差柵3的像素間距b。也就是說，W′＜w且b′＜b，縫寬和柵距都減少了同樣的值。
圖7B中視差柵3的傳輸縫的圖像10的寬度w′近似為視差柵3的縫隙10的寬度w的一半。
使該傳輸縫的圖像10′的寬度w′小于該視差柵的傳輸縫10的寬度w意味著視差柵3中的傳輸縫的圖像的空間范圍被減少了，如果圖像顯示層4的像素的寬度較小的話，這將增加該顯示器的亮度——如果該縫隙比像素孔寬，光線就會損失在顯示層的黑色印記中，所以減少縫隙10的圖像寬度w′可允許更多的光線穿越像素。并且，通常，更小的像素孔和柵縫會導(dǎo)致串?dāng)_減小。此外，如果該傳輸縫的圖像10′的寬度w被做得比較小，光線的發(fā)散性將會增加，于是該顯示器的視角范圍也會被做得更大。
雖然成像裝置以小于一的放大倍數(shù)產(chǎn)生視差鏡圖像會帶來上述好處，同時，一個明顯的缺點為，由于該視差柵的圖像30的像素間距b′也被減少了，將會產(chǎn)生與主窗重疊的次視窗，這將會導(dǎo)致串?dāng)_。
比如，在圖7B中，視差柵的傳輸縫10的圖像10′a產(chǎn)生出一個標(biāo)記為A的主視窗。該視差柵的傳輸縫10的相鄰圖像10′b產(chǎn)生出一個標(biāo)記為B的次視窗。從圖7B可以看出，這兩個視窗重疊了，位于重疊區(qū)域的觀察者將會經(jīng)歷串?dāng)_。
圖7C是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示設(shè)備32的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。圖7C的顯示器大致對應(yīng)于7B的顯示器并且，特別地，該成像裝置(在此實施例中為透鏡陣列29)產(chǎn)生近似于一半的放大倍數(shù)，從而該視差鏡的單元的圖像寬度近似為該視差鏡的單元寬度的一半。
在圖7C中該視差鏡被表示為一個具有傳輸縫10和不透明的部分11的視差柵；在該視差柵的圖像30中，傳輸縫的圖像10′的寬度w′近似為視差柵3的傳輸縫10的寬度w的一半。在圖7C中相當(dāng)于圖7B中顯示器28″的顯示器的單元將不再描述。
此外，圖7C的顯示器32還包括用來屏蔽視差鏡中一個或多個單元的屏蔽裝置。在圖7C的顯示器32中，該屏蔽裝置屏蔽視差柵3中傳輸縫10的間隔圖像。從而，該視差柵的圖像30由傳輸區(qū)域10′組成，該傳輸區(qū)域10的寬度w′近似相等于該視差柵的傳輸區(qū)域10的寬度w的一半，而該視差柵的圖像30的像素間距b′等于或者近似等于該視差柵本身的像素間距b(w′≈1/2w，b′≈b)。因為該縫隙的圖像10′具有小于此視差柵的縫隙10的寬度，上述關(guān)于圖7B中提高亮度和改善視角的好處也適合于圖7C中的顯示器32。不過，因為傳輸縫10的圖像10′的像素間距等同于或者近似相等于此視差柵的傳輸縫10的像素間距，所以刪除了次視窗，僅保留了主視窗13、14。圖7B中的存在于顯示器28″顯示的圖像中的串?dāng)_就已經(jīng)被消除了。因此，圖7C中的顯示器32特別適合于作為自動立體顯示器來使用，其中主窗口13、14各自對應(yīng)于左眼和右眼的視窗。
在圖7C中屏蔽裝置包括一個模板式偏振鏡33和一個模板式半波阻尼器34。模板式偏振鏡33和偏振鏡8、9中的陰影方向指示了此偏振鏡的傳輸軸的方向，在此實施例中，該偏振鏡為線性偏振鏡?？梢钥闯?，模板式偏振鏡33的單元的傳輸軸被設(shè)置為交替平行于或者90°于圖像顯示單元2的后部偏振鏡8的傳輸軸。也就是說，位于傳輸縫10A后面的該模板式偏振鏡的區(qū)域33A其傳輸軸與后部偏振鏡8的軸平行，覆蓋該視差柵的縫隙10B的區(qū)域33B其傳輸軸90°于后部偏振鏡8的傳輸軸等等。
模板式半波阻尼器34由具有零阻尼的區(qū)域34B間隔半波阻尼的區(qū)域34A、34C組成。該模板式阻尼器34的各區(qū)域34A、34B、34C大致分別對應(yīng)于該透鏡陣列中的透鏡。在圖7C中穿過視差柵3的中央裂縫10B的光線將穿越后部偏振鏡8的中部——它穿過傳輸軸為+45°的模板式偏振鏡的一部分，該光線穿越一個零阻尼的區(qū)域，然后照到傳輸軸為+45°的偏振鏡8上。不過，圖7C中的穿越上面或者下面縫隙10A、10C的光線由模板式偏振鏡上面或者下面的單元33A、33C在-45°極化，然后穿越一個零阻尼區(qū)域再被傳輸軸在+45°的偏振鏡8阻擋。從而，該視差柵的縫隙的各間隔圖像也被阻擋住。
圖7D示出了依照本發(fā)明的另一個顯示器32′。它大體上類似于圖7C中的顯示器，因此僅描述兩顯示器之間的差異。
圖7D中的顯示器32′仍然包括一個用來屏蔽視差鏡中選定單元的圖像的屏蔽裝置。該視差鏡仍然是一個視差柵，該屏蔽裝置的效果是，使該視差柵的圖像30包括了該視差柵的縫隙10的，寬度約為此視差柵縫隙的寬度一半的圖像10′，而且其像素間距等于，或者近似等于該視差柵的像素間距。不過，在圖7D的實施例中，透明縫隙的圖像10′的位置可以不產(chǎn)生主窗，而產(chǎn)生左邊和右邊的次視窗35、36。一塊在其中無法看見圖象的黑暗區(qū)域37分隔開左邊和右邊的次視窗。因此圖7D中的顯示器32特別適用于想用來對兩位不同觀察者顯示兩幅獨立圖像的雙視圖顯示器。
當(dāng)顯示器32′被用作雙視圖顯示器時，一位觀察者將位于左邊的次視窗36并將看到一幅圖像，同時第二位觀察者將位于右邊的次視窗35并將看到一幅不同的圖像。中央黑暗區(qū)域的存在可防止觀察者在移動或者轉(zhuǎn)頭時無意中看到不正確的圖像。
圖7D顯示器32′中的屏蔽裝置仍然由其內(nèi)部不同區(qū)域具有正交傳輸軸的模板式線性偏振鏡33，以及模板式半波阻尼器34形成。該模板式線性偏振鏡33位于光線穿越該視差柵的傳輸縫10的路徑上，該模板式半波阻尼器位于偏振鏡8的相鄰位置。該屏蔽裝置工作在類似于圖7C的屏蔽裝置的方式上。
圖7E是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器28的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。此實施例大體上相當(dāng)于圖7B中的顯示器28；特別地，該成像裝置(在此實施例中為透鏡陣列29)產(chǎn)生出視差鏡的圖像，其中視差單元的寬度、以及該視差鏡的像素間距近似被減少了一半。圖7E中的顯示器28大體上類似于圖7B中的顯示器28″，在此僅描述其中的差異。
圖7E中的顯示器28中，視差鏡即為具有被不透明的部分11分離的傳輸縫10的視差柵3。在此實施例中，該視差柵的隙縫寬度和像素間距被設(shè)置為可產(chǎn)生出該縫隙的圖像10′的期望寬度以及視差柵的圖像30的期望像素間距。在圖7E中示出的情形下，透鏡陣列29產(chǎn)生一個具有近似一半放大倍數(shù)的圖像，因而視差柵3的縫隙寬度w近似兩倍于期望縫隙寬度。這樣可保證該視差柵的圖像30中的縫隙圖像10′的寬度w′將具有所期望的寬度。類似地，視差柵3的像素間距近似為期望間距的兩倍，從而使該視差柵的圖像30的像素間距b′等于期望間距，次視窗受到抑制，串?dāng)_也被消除。不過，由于該視差柵的圖像30中的縫隙圖像10′的寬度w′也被減小，所以保留了更高的亮度以及更高的散射光的好處。
圖7F示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器60。圖7F中的顯示器60大體上對應(yīng)于圖7B中的顯示器28″，僅描述其中的差異。圖7F中的顯示器60包括在視差鏡3和成像裝置29″之間延展的不透明的“凸邊”57。該凸邊大體上平行延展于該顯示器的軸線，并大體上延展到該顯示器的整個垂直高度上(也就是說，它們延展入圖7F的紙平面)。相鄰?fù)惯?7之間的距離d等于成像裝置29′的像素間距。
凸邊57可以使該成像裝置的各單元29a、29b 29c形成該視差鏡3的唯一對應(yīng)單元10a、10b、10c的圖像。在圖7F中，視差鏡3顯示為具有傳輸孔10a、10b、10c的視差柵，并且該成像裝置顯示為一組具有透鏡單元29a、29b、29c的透鏡陣列。比如，圖7F中示出的中央透鏡單元29b能夠形成該視差柵的中央傳輸孔10b的圖像，如圖中所示。然而，該透鏡陣列的中央透鏡29b不能形成該視差柵中上面或者下面的孔10a、10c的圖像，由于凸邊57阻止了穿過視差鏡中上面或者下面的小孔10A、10C的光線到達(dá)該透鏡陣列的中央透鏡29b。類似地，該透鏡陣列的上部透鏡單元29a僅可以形成該視差柵的上部縫隙10a的圖像，并且該透鏡陣列的下部透鏡29c僅可以形成該視差柵的下部縫隙10c的圖像。
結(jié)果，在該視差柵的圖像30中，各傳輸縫10a、10b、10c的圖像10′經(jīng)由該透鏡陣列的放大率(在圖7F中該透鏡陣列提供近似一半的放大率，不過該實施例可以被用于任何小于1的放大率上)在寬度上被降低了。因而，此前給出的與圖7B中的顯示器相關(guān)的優(yōu)點被保留了。然而，不透明的凸邊57的存在表明該視差柵圖像的像素間距等同于或者近似相等于原來的視差柵3的像素間距b。因此，阻止了次視窗的產(chǎn)生，并且串?dāng)_也減少了。由于不存在次視窗，在主視帶以外該顯示器為全黑，當(dāng)本發(fā)明被用于保密顯示屏?xí)r這可以成為一個優(yōu)點。相應(yīng)地，凸邊57作為屏蔽裝置，以阻止該成像裝置的各單元形成該視差鏡的超過一個單元的圖像。圖7C中的實施例里的模板式偏振鏡33和模板式半波阻尼器34會產(chǎn)生同樣的效果。
襯底12′可以由幾個玻璃塊形成，各塊之間放置不透明層來形成凸邊。或者，襯底上可以做出很深的切口，各切口里填充上不透明材料以形成凸邊57。
圖7G示出了更進(jìn)一步的依照本發(fā)明的實施例的顯示器62。圖7G中的顯示器62大體上對應(yīng)于圖5中的顯示器28和圖7A中的顯示器28″，在此僅描述其中的差異。在圖7G的實施例中，成像裝置29包括一個弱聚光鏡，它并不在成像裝置29的前面將視差柵3成像，而是在成像裝置29的后面產(chǎn)生視差柵3的虛像30，該視差柵圖像30和顯示層4之間的間距s′大于實際的視差柵3和顯示層4之間的間距s。這會導(dǎo)致視角距窄于不存在成像裝置29時由實際的視差柵3和顯示層4所產(chǎn)生的視角距。
圖7H示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器63。圖7H中的顯示器63大體上對應(yīng)于圖7G中的顯示器62，在此僅描述其中的差異。在圖7H的實施例中，成像裝置29包括一個發(fā)散透鏡，可在成像裝置29后面，并且在此實施例中也在視差柵3的前面，產(chǎn)生視差柵3的虛像30，該視差柵圖像30和顯示層4之間的間距s′小于實際的視差柵3和顯示層4之間的間距s。這會導(dǎo)致視角距寬于不存在成像裝置29時由實際的視差柵3和顯示層4所產(chǎn)生的視角距。
圖7I示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器64。圖7I中的顯示器64大體上對應(yīng)于圖7H中的顯示器63，在此僅描述其中的差異。圖7I的實施例中，相鄰圖像顯示層4，成像裝置29被布置在光傳導(dǎo)襯底5的正面，而不是光傳導(dǎo)襯底12′的正面。成像裝置29包括發(fā)散透鏡，其可在成像裝置29的后面，在此實施例中，也在視差柵3的前面且在光傳導(dǎo)襯底5的內(nèi)部，產(chǎn)生出視差柵3的虛像30。該視差柵圖像30和顯示層4之間的間距s′小于實際的視差柵3和顯示層4之間的間距s。這會導(dǎo)致視角距寬于不存在成像裝置29時由實際的視差柵3和顯示層4所產(chǎn)生的視角距。弱聚光鏡還可以被用于成像裝置29中。成像裝置29還可以與圖像顯示層4一起被整體形成；比如成像裝置可以由像素板本身內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)形成。
圖8A是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；圖8A中的顯示器38大體上對應(yīng)圖5中的顯示器28，在此僅描述其中的差異。
在圖8A中的顯示器38中，成像裝置(在此實施例中形成視差鏡的圖像)具有可變焦距。該成像裝置的焦距由控制器40控制。因此，有可能控制該視差柵圖像的位置，并從而控制圖像顯示層4和該視差柵圖像之間的間距。這樣可允許該顯示器的視角距受控。比如，如果設(shè)定焦距使該視差柵的圖像被形成于位置30a，該圖像和圖像顯示層4之間的間距會相對較低，因此獲得了較寬的視場角——對于該顯示器工作為雙視圖顯示器，其圖像需要被不同的觀察者觀看的情況來說這是需要的。相反地，如果該視差柵的圖像被形成在另一個位置30b，該視差柵的圖像和圖像顯示層4之間的間距會更大(雖然仍然小于該視差柵和該圖像顯示層之間的間距)，與該視差柵的圖像位于第一個位置30a相比這將導(dǎo)致一個更低的視場角——這可能適合于想要被用作自動立體顯示器的顯示器，此時視場角必須使得圖象間距對應(yīng)于人眼間距。因此，通過適當(dāng)?shù)乜刂瞥上裱b置的焦距，有可能改變顯示器38的視場角——這允許為適合特定的應(yīng)用而調(diào)節(jié)視場角，尤其是，允許該顯示器在雙視圖顯示模式和自動立體顯示模式之間切換。也有可能在后柵模式和前柵模式之間切換，后柵模式中視差鏡的圖像被放置在圖像顯示層4的后面，前棚模式中視差鏡的圖像被放置在圖像顯示層4的前面。
任何適當(dāng)?shù)木哂锌勺兘咕嗟某上裱b置都可以被用于圖8A中的顯示器38。比如，模態(tài)液晶透鏡、像素級液晶透鏡，或者填充了液晶的微透鏡結(jié)構(gòu)都可以被使用。在所有情況下，這些透鏡的焦距都會隨穿過該液晶透鏡的外加電壓而改變。此時控制器40將會控制穿過該透鏡陣列的外加電壓。從而，該成像裝置的焦距可以簡單地通過使用控制器40控制穿過該透鏡的外加電壓的大小來控制。
圖8B是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器38′的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。圖8B中的顯示器38′大體上類似于圖8A中的顯示器38，在此僅描述其中的差異。
此外，圖8B中的顯示器38′還擁有用來判斷該顯示器和觀察者之間的縱距的跟蹤裝置41。用來控制該成像裝置的焦距的控制器40接收，作為輸入，跟蹤裝置41的指示出在該顯示器和觀察者之間的縱距的輸出信號。因此，基于觀察者和該顯示器之間的縱距，控制器40能改變該成像裝置的焦距，從而改變該視差鏡的圖像30的位置。當(dāng)該顯示器被用于自動立體顯示模式時，視角距可以基于顯示器38′和觀察者之間的縱距而被改變，這可使左邊和右邊的視窗之間的間距持續(xù)相等于觀察者的眼間距。相反，常規(guī)的自動立體顯示器被設(shè)定為觀察者從距顯示器固定的距離上觀看，視角距被設(shè)成可以在那個距離上正確地為觀察者分隔左眼和右眼影像。然而，如果該觀察者接近或者遠(yuǎn)離該顯示器，視窗之間的橫向間隔就會減小或者增加，從而不再等于觀察者的眼間距。
圖8C是更進(jìn)一步的依照本發(fā)明的實施例的顯示設(shè)備38″的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。在此實施例中，成像裝置仍然是具有可變焦距的成像裝置，它的焦距通過一個適當(dāng)?shù)目刂破?0來控制。
在圖8C中的顯示器38″中，視差鏡就是視差柵3。可變焦距的成像裝置39被設(shè)置成使得它可以在圖像顯示層4的平面上產(chǎn)生該視差柵的圖像。此外，該視差柵的寬度和像素間距，以及由成像裝置39產(chǎn)生的放大率，被設(shè)置成使得視差柵30的圖像不會在圖像顯示層4的平面上或者圖像顯示層4的平面后形成黑色區(qū)域，正如在圖8C中示意的那樣。(在圖8C中，該視差柵具有一個2:1的黑色區(qū)域傳輸縫比率和位于位置30C的該視差柵的圖像被放大了一個約為3的因子)。因此，可以有效地禁用視差柵3，從而可獲得一種二維顯示模式。從而，此顯示設(shè)備可以通過控制該成像裝置在三維顯示模式和二維顯示模式之間切換以提供視差柵3的適當(dāng)?shù)膱D像。當(dāng)該視差柵的圖像在像素平面后面形成黑色區(qū)域時，如圖8C中的30B所示，將會如圖5或者6所示的那樣導(dǎo)致一種三維顯示模式。
進(jìn)一步地，圖8C中的顯示設(shè)備38″可以在不同的三維顯示模式之間切換。比如，參照上面圖8B所解釋的，透鏡陣列39的焦距可以被控制來產(chǎn)生雙視圖顯示模式或者自動立體顯示模式，以及一種二維顯示模式(雖然這可能需要更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)諸如，舉例來說，圖9A中示出的光學(xué)系統(tǒng))。
圖9A是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示設(shè)備42的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；此實施例大體上相當(dāng)于圖5中的顯示設(shè)備28，在此僅描述其中的差異。
圖9A中的顯示設(shè)備42包括一個由多層透鏡組成的成像裝置。在圖9A中顯示了43、44和45三個層次，各層共同組成一個透鏡陣列。其中的兩層包括具有可變焦距的透鏡，它們?yōu)橹醒胪哥R44和一個其他的透鏡層(在圖9A中該中央透鏡層和右手邊的透鏡層44、45是可控制的)。具有可變焦距的該透鏡可以是液晶透鏡，如上所述，相對于圖8A中的顯示器而言。該變焦距透鏡層44，45通過一個適當(dāng)?shù)目刂破?未示出)彼此獨立地被控制。此實施例允許獨立控制焦距和該成像裝置的放大率。因而，顯示器42可以在二維和三維顯示模式之間，以及/或在不同的三維顯示模式之間切換，參照上面圖8A到8C所述。
由于圖9A中的該實施例提供了該成像裝置的焦距以及放大率兩者的獨立控制，因此有可能保證該視差鏡(或者圖像顯示層)圖像的像素間距總是等于該視差鏡(或者圖像顯示層)的像素間距，不管該圖像的位置在哪里。相反，在8A、8B以及8C的實施例中，僅成像裝置的焦距可以被控制，實際上，改變該成像裝置的焦距有可能導(dǎo)致使該成像裝置的放大率產(chǎn)生一個伴隨變化，此時該視差鏡(或者圖像顯示層)圖像的像素間距會隨著該圖像的位置而輕微地改變。對于該視差鏡(或者圖像顯示層)圖像的一些位置來說，這可以引起次視窗的產(chǎn)生；這些次視窗可以使用，舉例來說，圖7C、7D或者7F中的方法來消除。
圖9B示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的實施例的顯示器46。此實施例的顯示器46可以用來對關(guān)于該顯示器做橫向移動的觀察者進(jìn)行跟蹤。
顯示器46的成像裝置包含兩個可被禁止的透鏡陣列47、48，其中一個被放置在另一個的后面。在圖9B中，這兩個透鏡陣列47、48具有相同的像素間距，不過彼此之間相對橫向偏移了大約八分之一個像素間距。這兩個透鏡陣列的焦距基本相同，因此陣列47、48可產(chǎn)生出視差鏡3的各自圖像30A、30B，它們的縱向位置相同而彼此之間相對橫向偏移了四分之一的像素間距。(在圖9B中，兩幅視差鏡的圖像30A、30B顯示為具有縱向偏移，不過這只是為了描繪清楚——更準(zhǔn)確地說，這兩幅圖像30A、30B處于相同的平面上)。
依靠控制器40，兩個透鏡陣列47、48可被獨立地控制。特別地，控制器40可以啟用透鏡陣列47、48中的任一個以及禁用另一個。
更進(jìn)一步地，顯示器46包括一個跟蹤裝置41，用于跟蹤相對于該顯示器的觀察者的橫向位置。該控制器40作為輸入接收一個該跟蹤裝置41產(chǎn)生的關(guān)于觀察者橫向位置信息的輸出信號。依據(jù)相對于該顯示器的觀察者的橫向位置，控制器40可以選擇透鏡陣列47、48中的任一個。由于通過這兩個透鏡陣列而產(chǎn)生的該視差鏡的圖像30A、30B相對橫向偏移了四分之一的像素間距，透鏡陣列47產(chǎn)生的視窗從透鏡陣列48產(chǎn)生的視窗上轉(zhuǎn)移了一個角度。在圖9B中，由透鏡陣列47產(chǎn)生的主視窗的中心位置以實線表示，而由透鏡陣列48產(chǎn)生的視窗的中心位置以虛線表示。
因此，通過從一個透鏡陣列切換到另一個，有可能使視窗橫向轉(zhuǎn)移，以跟隨觀察者的移動。
現(xiàn)在將描述一種產(chǎn)生可切換的透鏡陣列47、48的方法。此方法中，各透鏡陣列由被放置在比如玻璃的傳輸襯底47b、48b里的液晶透鏡47a、48a組成。如果透鏡47a、48a的折射率與其周圍的襯底47b、48b的折射率相匹配，該透鏡就被有效地禁用且不會產(chǎn)生透鏡效果，而如果透鏡47a、48a的液晶材料的折射率不同于各自的襯底47b、48b的折射率，那么就會產(chǎn)生出透鏡效果。因此，通過施加一個適當(dāng)?shù)碾妷捍┻^透鏡47a、48a的液晶材料并進(jìn)而控制他們的折射率，就有可能選擇該透鏡陣列中的一個而禁用另一個透鏡陣列。
在一個另外的實施例(未示出)中，透鏡陣列47、48不可被控制。在此實施例中，針對一種偏振方向的光線，一個透鏡陣列被設(shè)置為使其液晶材料的折射率與環(huán)繞其的襯底相匹配，針對具有正交偏振狀態(tài)的光線，另一個透鏡陣列48被設(shè)置為使該透鏡陣列的折射率與環(huán)繞其的襯底相匹配。此時，可以通過控制一個適當(dāng)?shù)臉O化開關(guān)(未示出)，以控制照射到該透鏡陣列上的光線的極性，從而選擇該透鏡陣列中的某一個。
圖9C示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器49。此顯示器49仍然能夠改變視窗的角位置以跟隨，比如說，觀察者的橫向運動。
在圖9C的顯示器中，成像裝置，這里顯示為一個常規(guī)的透鏡陣列29，被設(shè)置成可關(guān)于該視差鏡橫向移動。在圖9C中，該成像裝置顯示為可進(jìn)行機(jī)械移動，不過除該成像裝置之外或者代替該成像裝置，該視差柵也可能做橫向移動。通過改變該成像裝置相對于視差鏡的橫向位置，該視差鏡的單元圖像的橫向位置也被改變了。舉例來說，當(dāng)該視差鏡就是視差柵時，改變成像裝置相對于該視差柵的橫向位置將會導(dǎo)致該視差柵的傳輸縫10的圖像10′的橫向位置改變。如關(guān)于圖9B的解釋那樣，這將會反過來改變該顯示器49產(chǎn)生的視窗的角位置。
控制器40作為輸入接收跟蹤器41跟蹤相對于顯示器49的觀察者的橫向位置的輸出信號。該成像裝置的橫向位置，相對于該視差柵，由控制器40基于跟蹤器41的輸入來控制，以改變視窗的角位置，從而跟隨觀察者的橫向運動。
該顯示器49的其余組件對應(yīng)于圖5中的顯示器28中的相應(yīng)部分，并將不再做更進(jìn)一步的描述。
在此實施例的一個改型中，視差柵3內(nèi)嵌了一個空間光調(diào)制器諸如，舉例來說，一個液晶板。在此實施例中，該視差柵的橫向運動通過對該空間光調(diào)制器重新尋址來模擬，從而使該視差柵的傳輸縫的橫向位置進(jìn)行橫向移動。
圖9D是本發(fā)明的更進(jìn)一步的多視角方向顯示器49′的設(shè)計剖面圖。該顯示器49′大體上對應(yīng)于圖9C中的顯示器49，該顯示器49′中和圖9C中的顯示器49一樣的特點將會再次被描述。
在圖9D中的顯示器中，這里顯示為一個常規(guī)的透鏡陣列29的成像裝置的位置，相對于視這里顯示為一個視差柵的差鏡3是固定的。這可以通過裝配該成像裝置到該視差鏡的襯底12′中的一個上面去來實現(xiàn)。相對于圖像顯示設(shè)備2，該成像裝置和視差鏡是可共同活動的。在圖9D中該成像裝置和視差鏡顯示為可機(jī)械移動，不過除該成像裝置之外或者代替該成像裝置，該圖像顯示設(shè)備也將可能是可移動的。
相對于圖像顯示設(shè)備2，成像裝置29和視差鏡3可以一起橫向并且/或者縱向地活動。通過改變該成像裝置和視差鏡的相對于該圖像顯示設(shè)備的橫向位置，該視差鏡的單元圖像的橫向位置也被改變了。正如對于圖9B的解釋，這將會反過來改變由顯示器49′產(chǎn)生的視窗的角位置，從而允許該顯示器跟蹤觀察者相對于該顯示器的橫向移動。
通過改變該成像裝置和視差鏡的相對于該圖像顯示設(shè)備的縱向位置，該視差鏡的單元圖像的縱向位置也被改變了。正如對于圖8B的解釋，這將會反過來改變由顯示器49′產(chǎn)生的視窗的視角距，從而允許該顯示器跟蹤觀察者相對于該顯示器的縱向移動。該顯示器可以提供一個視窗之間的恒定橫向間隔而不管該顯示器和觀察者之間的縱距是多少。
該成像裝置和視差鏡相對于該圖像顯示設(shè)備的橫向和/或縱向運動由控制器40控制。其中該成像裝置和視差鏡可以相對于該顯示器作橫向和縱向兩個方向的移動，控制器40最好能夠獨立地分別控制橫向運動和縱向運動。
控制器40可以作為輸入接收觀察者跟蹤裝置41發(fā)出的跟蹤觀察者相對于顯示器49′的縱向和/或橫向位置的輸出信號。基于觀察者跟蹤裝置41的輸出，該控制器40能夠控制該成像裝置和視差鏡相對于該圖像顯示設(shè)備的縱向和/或橫向位置。
圖10是本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器28″″的設(shè)計剖面圖。在此實施例中，本發(fā)明被應(yīng)用于一個前柵顯示器，其中視差鏡被放置在像素級顯示層的前面，而不是視差鏡的圖像的前面。
在圖10中，視差鏡顯示為一個視差柵3，其具有由不透明的區(qū)域11分隔的光傳導(dǎo)縫10。該成像裝置顯示為一個透鏡陣列，其像素間距大體上等于或者整數(shù)倍于像素級顯示層4的像素間距。該透鏡陣列29形成圖像顯示層4的圖像，使得視差柵3和圖像顯示層4的圖像30之間的縱向間隔s′小于視差柵3和圖像顯示層4之間的縱向間隔s。因而增加了視角距，正如對于圖5的上述解釋。
圖10中的該顯示器28″″的其余單元大體上對應(yīng)于圖5中的顯示器28的那些部分，為此這里將不再重復(fù)對它們的描述。然而，應(yīng)當(dāng)指出，此實施例的圖像顯示層4可以是一個由背光(未示出)照明的傳導(dǎo)性圖像顯示層或者一個諸如等離子體或者有機(jī)發(fā)光設(shè)備(OLED)的放射性顯示層。
在圖10中的顯示器里，圖像顯示層的圖像30被形成于該顯示器內(nèi)部，其透鏡陣列具有固定焦距，并且產(chǎn)生一個約為1的放大率。不過，原則上，圖6-9C中的實施例可被全部應(yīng)用于圖10中示出類型的前柵顯示器(雖然實際上將圖7C和7D中的顯示器歸入前柵顯示器可能存在困難，因為其主像可能會與對立像素的次像相重疊)。
在圖10中的顯示器里，圖像顯示層的圖像30所形成的像素間距大體上與圖像顯示層4的像素間距相同。也存在這種可能性使透鏡陣列29具有與圖像顯示層4不同的像素間距，或者多或者少。如果該透鏡陣列29的像素間距被設(shè)置成具有很大的像素間距，那么該圖像顯示層的圖像30的最終像素間距將會大于該圖像顯示層4的像素間距，導(dǎo)致視角距的更進(jìn)一步增加。
圖11示出了依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器50。該顯示器50的特征簡而言之和圖5中的顯示器28一樣，在此將不再描述。
此實施例中，成像裝置包括一個透鏡陣列51。該透鏡陣列的透鏡52的平面沒有被設(shè)置成垂直于該顯示器的軸。相反地，該透鏡52被配置在微結(jié)構(gòu)53上，從而該透鏡52的平面與該顯示器的縱軸有一個角度。
該透鏡52的焦距被設(shè)置成可使它們產(chǎn)生視差鏡的單元圖像(此時為視差柵3的傳輸縫10的圖像10′)，其正好與像素級顯示層4的像素54重合。也就是說，傳輸縫的圖像10′處于像素級顯示層4的平面上，并且重合于或者大體上重合于圖像顯示層4的像素54的顯示區(qū)域。
縫隙10的圖像10′與圖像顯示層4的平面成一個角度，如圖11中大略所示。這是透鏡52被配置到微結(jié)構(gòu)53上的結(jié)果。于是，該顯示器50可以在相對于該顯示器垂直軸的較大角度上提供優(yōu)質(zhì)的視窗。圖11的顯示器50中，在常規(guī)顯示器中發(fā)生在寬視度上的典型畸變會被顯著地消除或者減少。該縫隙的圖像10′將聚焦在該圖像顯示層的平面上，因為存在著兩個透鏡分別對應(yīng)于每一個柵縫。如果該縫隙的圖像10′處于該圖像顯示層的前面，或者后面，通常兩倍數(shù)量的該縫隙的圖像和三維視窗將會被淹沒。
圖11中的實施例也可以被概括在一個前柵顯示器里，其中視差鏡被放置在圖像顯示層4的前面。
如上所述的實施例中，由該透鏡光線的虛光描繪的觀察錐角將會決定可視的最大視場角。這些線條標(biāo)記在關(guān)于該實施例的圖中。值得注意的是，就被放大的圖像來說，其圖像大小大于原來的隙縫寬度，從而其錐角也被減少了。這就是如上所述的關(guān)于圖7D中該實施例其后隱藏的部分基本原理。
圖12是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的顯示器55的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖；該顯示器55的特征簡而言之和圖5中的顯示器28一樣，在此將不再描述。
在此實施例中，圖像顯示設(shè)備2的其中一個襯底內(nèi)部放置了一個散射層56。在圖12中該散射層56顯示為位于第一襯底5的內(nèi)部，相應(yīng)地形成了兩個襯底5a、5b，該散射層即夾在它們之間，不過該散射層56也可以在該圖像顯示單元的第二襯底6的內(nèi)部提供。
該擴(kuò)散層大體上與該顯示器的軸垂直。圖1 2中的顯示器55是一個后柵顯示器，其中成像裝置(在圖12中為一個透鏡陣列29)形成該視差鏡的圖像30。在此實施例中，擴(kuò)散層位于可使該視差鏡的圖像30大體上正好與該擴(kuò)散層相重合的位置上。在圖12中該視差鏡和該擴(kuò)散層56的圖像30顯示為被縱向地分隔開，不過這是為了說明清楚，該擴(kuò)散層最好位于可使該視差鏡的圖像30正好與該擴(kuò)散層的平面相重合的位置上。
該顯示器的錐角依賴于聚焦在聚焦面上的光線的擴(kuò)張角，超過此角度將會出現(xiàn)虛光。配備擴(kuò)散層56可以改善該顯示器的視角。
圖12中的擴(kuò)散層56可以被應(yīng)用于任何如上所述的實施例中，其中成像裝置產(chǎn)生視差鏡的圖像，并且具有一個固定的成像能力，從而該視差鏡的圖像位置也是固定的，其中該視差鏡的圖像被形成于該顯示器內(nèi)部。圖12中的該實施例也可以被應(yīng)用于前柵實施例內(nèi)，其中成像裝置產(chǎn)生一個圖像顯示層4的圖像，假如該成像裝置的成像能力是固定的，那么該圖像顯示層的圖像位置也是固定的。
圖12中的擴(kuò)散層也可以被應(yīng)用于可在三維模式和二維模式之間切換的顯示器。比如，該擴(kuò)散層56可以被并入圖8C中示出類型的顯示器中，也就是說可操作在三維或者雙視圖顯示模式以及二維顯示模式上。在三維或者雙視圖顯示模式中，該擴(kuò)散層將位于可使其與該視差鏡的圖像正好重合的位置上，于是在三維或者雙視圖顯示模式中將可獲得一個增加的視角。在二維模式內(nèi)，該視差柵的圖像從該擴(kuò)散層上將會很好地形成，從而在二維顯示模式中該散射層變成了一個標(biāo)準(zhǔn)的背光。
圖13A是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步的多視角方向顯示器58的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。該顯示器58大體上對應(yīng)于圖12中的顯示器55，在此將不再描述這兩個顯示器中共有的特征。
在圖13A中的顯示器58中，成像裝置29具有一個可變焦距并且可以是，舉例來說，一個具有如圖13A所示的可變焦距的透鏡陣列。
視差鏡3和成像裝置29被設(shè)置來產(chǎn)生該視差鏡的圖像，其中該視差鏡單元的圖像較小。此處該視差鏡就是一個視差柵，比如，一個具有相對窄縫的視差柵可以被用在這里。進(jìn)一步地，或者換種方法，一個具有小于一的放大率的成像裝置可以被用在這里，從而該視差柵的圖像30中的縫隙10′的圖像窄于該視差柵中的縫隙10，參照上述圖7B到7E的描述。
使用一個適當(dāng)?shù)目刂破?未示出)可控制該成像裝置的焦距以改變該視差鏡的圖像30的位置。從而有可能使該視差鏡的圖像30被形成于散射層的后面，或者在該散射層平面上。因此，通過控制該視差鏡的圖像30的位置，有可能改變位于該散射層上的該視差鏡單元的圖像尺寸，并從而改變該視差鏡單元的圖像的有效尺寸——從而可制造一個其中的視差鏡單元的有效尺寸可控的顯示器。不管該視差鏡單元的有效尺寸是多少，視角距總是恒定的，并由該散射層和該圖像顯示層之間的間距決定。
圖13A中的顯示器58也可以工作于二維顯示模式，通過控制該成像裝置的焦距，使得該視差鏡的圖像被形成于遠(yuǎn)離散射層56的位置，從而該散射層成為一種標(biāo)準(zhǔn)背光。
圖13A中的顯示器58也可以工作在二維顯示模式上，如果該成像裝置29是可被禁止的話。通過禁用該成像裝置，將不會形成視差柵圖像。從該視差柵3上來的光線被散射層56擴(kuò)散開，從而可重新獲得一種二維顯示模式，如圖13B所示。此實施例的可被禁止的成像裝置可以由，比如，圖9B實施例中可被禁止的透鏡陣列47、48組成。
圖12和13中的實施例也可以被應(yīng)用于一個前柵顯示器里，其中視差鏡被放置在圖像顯示層4的前面。
在圖8A到13中的實施例中，該視差鏡的圖像(或者該圖像顯示層的圖像)的像素間距等同于或者大體上等于該視差鏡(或者圖像顯示層)的像素間距。
包含一個觀察者跟蹤器的圖8B、9B、9C和9D中的實施例可以更進(jìn)一步的具有用于鑒別該顯示器的用戶的裝置。比如，該顯示器可以具有一個可以跟蹤用戶眼睛的位置，并還可以鑒別用戶的跟蹤/鑒別設(shè)備26。比如，圖8B、9B、9C或者9D中的跟蹤裝置41可以包含虹膜傳感器和/或指紋傳感器，其具有該顯示器的授權(quán)用戶的虹膜或者指紋模板信息。
當(dāng)有人企圖激活該裝置時，跟蹤裝置41判斷此人是否為該系統(tǒng)的一個授權(quán)用戶，并將讓該系統(tǒng)僅被授權(quán)用戶激活。此外，該跟蹤裝置41可以儲存最經(jīng)常被各授權(quán)用戶使用的顯示模式的有關(guān)信息——當(dāng)該系統(tǒng)被激活時，該跟蹤裝置41將會盡可能地指示控制器40將該顯示器設(shè)置到該用戶最常用的顯示模式上。
在上述的顯示器中，襯底、偏振鏡、視差柵以及透鏡陣列可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现圃?。原則上，該圖像顯示層4可以是任何像素級顯示層。在圖像顯示層被放置在視差鏡之前任何的實施例中，任何傳導(dǎo)性圖像顯示層都可以被使用，而在圖像顯示層被放置在視差鏡之后的實施例中，任何傳導(dǎo)性或者放射性圖像顯示層都可以被使用。
依靠該圖像顯示層4的自然屬性，可以不需要圖像顯示設(shè)備2的偏振鏡8、9。
本發(fā)明也可以被用來獲得非對稱視窗——也就是說，提供一種顯示器，其中的一個視窗的角范圍不同于另一個視窗的角范圍。這可以通過利用一種成像系統(tǒng)來實現(xiàn)，該成像系統(tǒng)產(chǎn)生相對于圖像顯示層具有橫向偏移的視差鏡的圖像，或者產(chǎn)生相對于視差鏡具有橫向偏移的圖像顯示層的圖像。這可以通過對該成像裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋M向校準(zhǔn)來實現(xiàn)。
在共同未決的英國專利申請0320365中描述了非對稱視窗的制作。在此共同未決的申請中揭示的用于獲得非對稱視窗的一種技術(shù)將使用一種大體上相對于該圖像顯示層存在位移的視差柵。大家都知道，為提供“視點校正”，需要使視差柵的像素間距稍微小于像素級圖像顯示板的像素間距，并且此類顯示器中在視差柵的小孔和圖像顯示板的像素(或者像素列)之間會有一些小的位移。不過，在上述共同未決的申請中，視差柵和圖像顯示層之間的位移明顯大于當(dāng)前所知的顯示器中的。比如，有代表性地，在該顯示器中心，一種視差柵的小孔被放置在距離對齊位置大約20°的地方。此位移的效果是使一個視窗變小，由此產(chǎn)生具有彼此不同角范圍的視窗。
在本發(fā)明的上述實施例中，通過成像裝置的合適的橫向位置，有可能產(chǎn)生出相對于圖像顯示層具有大體上位移的視差鏡的圖像(或者產(chǎn)生出相對于視差鏡具有大體上位移的圖像顯示層的圖像)，從而以共同未決的英國專利申請No.0320365.0中教導(dǎo)的方式產(chǎn)生出非對稱視窗。
圖9C中的實施例可以提供一種可受控產(chǎn)生對稱視窗或者非對稱視窗中任一個的顯示器。如果該透鏡陣列與該視差鏡正確對準(zhǔn)，該視差鏡的圖像將會與該圖像顯示層對準(zhǔn)，于是將會獲得對稱視窗。通過相對于該視差鏡橫向移動透鏡陣列，有可能產(chǎn)生出相對于圖像顯示層具有明顯位移的視差鏡圖像，從而產(chǎn)生出非對稱視窗。這也可應(yīng)用于圖9C中的前柵改型。
圖14示出了一種本發(fā)明的多視角方向顯示器59，它可以產(chǎn)生出非對稱視窗。該顯示器59大體上對應(yīng)于圖5中的顯示器28，在此僅描述圖14中的顯示器和圖5中的顯示器之間的差異。
在圖14中的顯示器59里，成像裝置是非對稱的，該成像裝置的各單元上的成像能力是不恒定的。在圖14中示出的特定成像裝置里，該成像裝置就是一種具有非對稱式鏡頭的透鏡陣列29。每個透鏡都包括具有較長焦距的部件29a以及具有較短焦距的部件29b。因此，該透鏡陣列29可產(chǎn)生出該視差柵的兩幅圖像。該視差柵的第一幅圖像30a由該透鏡陣列的透鏡的長焦部件29a產(chǎn)生。該視差柵的第二幅圖像30b由該透鏡陣列的透鏡的短焦部件29b形成，因而該視差柵的第二幅圖像30b處于該視差柵的第一幅圖像30a和該透鏡陣列29之間。該視差柵的這兩幅圖像30a、30b彼此相互橫向?qū)?zhǔn)。此外，這兩幅圖像大體上彼此大小一樣。
這兩幅圖像以隔行交織的方式被顯示于圖像顯示層上，圖14示出了顯示在像素列C1、C3、C5上的左眼圖像，以及顯示在像素列C2、C4、C6上的右眼圖像。顯示左眼圖像的像素列為穿過該透鏡的短焦區(qū)域29b的光線所照亮，而顯示右眼圖像的像素列為穿過該透鏡的長焦區(qū)域29a的光線所照亮。因而，圖像顯示層4和該視差柵的圖像之間的間距與左眼圖像和右眼圖像之間的距離不同。用于左眼圖像的間距(sL)等于該視差柵的短焦圖像30b和圖像顯示層4之間的間距，而用于右眼圖像的間距(sr)就是該視差柵的長焦圖像30a和圖像顯示層4之間的間距，從而sL＞sR。所以，用于右眼圖像的視窗14具有比用于左眼圖像的視窗13大的角范圍。
圖14中的實施例也可以被應(yīng)用于這種顯示器，其中成像裝置形成圖像顯示層的圖像。
圖15是依照本發(fā)明的更進(jìn)一步實施例的多視角方向顯示器63的設(shè)計剖面圖。該顯示器63包括一種圖像顯示設(shè)備，其中包含被放置在光傳導(dǎo)襯底5上的像素級圖像顯示層4。該顯示器63由放置在該顯示器之后的光源(未示出)發(fā)出的光線7所照亮。此圖像顯示層可以是任何傳導(dǎo)性的顯示層；在此實施例中，圖像顯示層4是一種液晶層諸如，舉例來說，一種活性基質(zhì)TFT液晶顯示層。該圖像顯示設(shè)備還將包括諸如放置在該圖像顯示層4的各邊的第一和第二偏振鏡、放置在圖15中示出的該圖像顯示層4到襯底5的對邊上的第二透明襯底，以及諸如像素電極、開關(guān)單元等等用于對液晶層的像素尋址的尋址裝置，不過這些本來應(yīng)該是很普通的，因此在圖15中被忽略掉了。
此外，該顯示器63還包括一種被放置在圖像顯示單元之后的視差鏡3。在此實施例中，視差鏡3是一種視差柵，其具有延展入圖15中的紙平面的，由不透明的部件11分隔的光傳導(dǎo)縫隙10。工作中，驅(qū)動裝置(未示出)驅(qū)動該像素級顯示層4顯示兩幅隔行交織圖像，在圖15中這通過把相隔的像素列C1、C3、C5標(biāo)識為“R”來代表一幅圖像，同時把其他的像素列C2、C4、C6標(biāo)識為“L”來代表另一幅圖像(該像素列延展入圖15中的紙平面)來指示。這是想用來指出一幅圖像顯示在像素列C1、C3、C5上，并且在右視窗上可見。第二幅圖像顯示在像素列C2、C4、C6上，并且在左視窗上可見。
此外，顯示器63還包括在視差柵3和圖像顯示層4之間提供的兩個成像裝置60、61。在圖15中的實施例里，各成像裝置60、61是由一種透鏡陣列組成的。各透鏡陣列的每個透鏡大體上與圖像顯示層4的像素列C1...C6平行延展。圖15中示出的這兩個透鏡陣列形成于公共光傳導(dǎo)襯底62的相對面上，不過原則上每個透鏡陣列都可以被形成于單獨的襯底上。
雖然圖15示出了作為成像裝置的透鏡陣列，本發(fā)明并不僅僅被限制在此種類型的成像裝置上。原則上，任何會聚的、衍射的或者折射的微結(jié)構(gòu)(比如，菲涅耳透鏡)都可被用于代替標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。該成像裝置還可以利用全息光學(xué)單元形成。
顯示器63的工作原理是視差柵3和第一成像裝置60產(chǎn)生定向照明的區(qū)域。在圖15中的實施例里，第一成像裝置60就是一個透鏡陣列，穿越視差柵3的小孔10的部分光線照射到雙面凸透鏡的部件60R上，并基本上被轉(zhuǎn)向右視窗，另一部分光線照射到相鄰的雙面凸透鏡的部件60L上，并基本上被轉(zhuǎn)向左視窗。(涉及該顯示器方向的術(shù)語“右”、“左”指的是觀察者從正常觀察位置觀看該顯示器時所看到的。)第二成像裝置61使定向照明的圖案成像，該定向照明由視差柵3和在圖像顯示層4(或者在接近于該圖像顯示層平面的平面)上的第一成像裝置60產(chǎn)生。于是，顯示左側(cè)圖像的像素列C2、C4、C6等等，主要由傳向左視窗的光線照亮，而顯示右側(cè)圖像的像素列C1、C3、C5等等，主要由傳向右視窗的光線照亮。這兩幅圖像顯示在不同的方向，從而產(chǎn)生出一種多視角顯示器。
圖15中的顯示器63可提供(與標(biāo)準(zhǔn)視差柵顯示器相比)更高的圖像亮度。在圖1示出類型的常規(guī)顯示器中，圖像顯示層的像素由指向左邊和右邊的光線照亮，不管該像素是否顯示左側(cè)圖像或者右側(cè)圖像。不過，在圖15中的顯示器63里，透鏡陣列將穿越視差柵3的傳導(dǎo)性的區(qū)域10的光線重新分配，從而顯示左側(cè)(或右側(cè))圖像的圖像顯示層的像素主要由指向左邊(或者右邊)的光線照亮。這可使該視差柵的傳導(dǎo)區(qū)域10比常規(guī)的視差柵顯示器更寬。圖15中的該顯示器63的更進(jìn)一步的優(yōu)點是可減少串?dāng)_。
由于顯示左側(cè)(或者右側(cè))圖像的像素列主要由指向左邊(或者右邊)的光線照亮，該顯示器63還可產(chǎn)生更小的圖象混合地帶。此外，幾乎沒有光線被第一成像裝置導(dǎo)向到該顯示器的軸方向上，這樣提供了左側(cè)圖像和右側(cè)圖像之間的一塊低亮度區(qū)域。
成像裝置60、61的最適當(dāng)?shù)慕咕嗫梢允沟谝怀上裱b置60在第二成像裝置61的平面上形成柵欄3的圖像，并且第二成像裝置61在圖像顯示層4的平面上形成第一成像裝置60的圖像。相應(yīng)地，該視差柵的圖像和該圖像顯示層之間的間距小于該和該圖像顯示層之間的間距，從而左視圖和右視圖之間的角距如早先的實施例中描寫的那樣被增加了。這樣當(dāng)該成像裝置和視差柵3相對遠(yuǎn)離于該圖像顯示層時，就可以在視圖間取得較寬的角距。這可以使系統(tǒng)的制造變得更容易，比如，可使該成像裝置的襯底5和襯底62都被做得相對厚且結(jié)實。舉例來說，襯底5、62可以有大約0.5mm的厚度。
該透鏡的最佳的像素間距可以使第一成像裝置60的像素間距大約與圖像顯示層4的像素間距相同，并且第二成像裝置61的像素間距與圖像4的像素間距相比大約相同，或者約為其兩倍。
第二成像裝置的單元最好與第一成像裝置的單元對齊。比如，當(dāng)成像裝置由透鏡陣列組成時，第二透鏡陣列的透鏡61a最好與對應(yīng)的第一透鏡陣列的透鏡60a直接對齊。不過，其他的結(jié)構(gòu)也是有可能的。視差鏡3的像素間距最好為第一成像裝置的像素間距的兩倍。該視差鏡的各單元與第一成像裝置60的兩個單元之間的邊界大致對齊，所以當(dāng)該視差鏡為視差柵并且第一成像裝置為透鏡陣列時，如圖15所示，該視差柵3的每個傳導(dǎo)區(qū)域10的中心與第一透鏡陣列60的兩個透鏡單元之間的邊界大致對齊。
圖15中示出的視差鏡的對齊方式、第一透鏡陣列和第二透鏡陣列提供了關(guān)于該顯示器的垂直軸對稱排列的左右視窗。該視差鏡、第一透鏡陣列或者第二透鏡陣列其中任意間的橫向位移將不會影響此兩視窗的位置，不過它將會導(dǎo)致兩視窗之間的串?dāng)_。
一種隔離物(未示出)可以被提供來保證第一成像裝置60和視差柵3之間的間距維持在期待值上。比如，第一成像裝置60可以具有(在不定的空間間隔內(nèi)的)隔離列以維持第一成像裝置60和視差柵3之間的間距。
該視差柵3可以是一種固定視差柵，其中光傳導(dǎo)襯底(未示出)上堆積了不透明區(qū)域11。換句話說，它可以是一種可被禁用的視差柵——比如透明的區(qū)域10和不透明的區(qū)域11可以被定義在一種可尋址層上諸如，舉例來說，一種其柵欄可以通過開關(guān)液晶而被禁用的液晶層，以使其區(qū)域上具有同一標(biāo)準(zhǔn)的透射率。使用可被禁用的視差柵讓該顯示器63可被切換到常規(guī)的二維顯示模式。
圖16是本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器63′的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。該顯示器63′在許多方面對應(yīng)于圖15中的顯示器63，在此將僅描述此兩顯示器之間的差異。
在圖16中的顯示器63′中，不存在圖15中的視差柵3和分離的背光。相反地，該顯示器63′具備一種由波導(dǎo)管64和沿波導(dǎo)管側(cè)面排列的一個或多個光源65組成的背光66。圖16中示出的兩個光源65，沿該波導(dǎo)管64的相對面排列，不過本發(fā)明并不局限于圖16中示出的特定的背光結(jié)構(gòu)、單光源、或者兩個以上光源都能被使用。該光源65最好沿著該波導(dǎo)管所有的或者大體上所有的相應(yīng)側(cè)面延展，并且可以是，比如熒光管。
眾所周知，光源65發(fā)出的光線進(jìn)入波導(dǎo)管64并在該波導(dǎo)管64內(nèi)經(jīng)全內(nèi)反射現(xiàn)象而被捕獲——光線在該波導(dǎo)管內(nèi)傳播，照射到該波導(dǎo)管64的前表面67或者后表面68上，經(jīng)歷全內(nèi)反射且沒有從該波導(dǎo)管散發(fā)出去。
依照圖16中的實施例，在該波導(dǎo)管的背面68的選定區(qū)域69上產(chǎn)生了散射點。如果在該波導(dǎo)管內(nèi)傳播的光線照射到該波導(dǎo)管背面68的，其上有散射點的區(qū)域69上，該光線不會在背面68發(fā)生鏡面反射，而是被該散射點散射，正如圖16中所述。因此，一些散射光跟正常情況成一定角度照射到該波導(dǎo)管的正面67上，其角度小于臨界角，并因此被折射出該波導(dǎo)管而射向圖像顯示層4。
光線僅于存在散射點的區(qū)域69被散射出波導(dǎo)管64，在波導(dǎo)管64上沒有散射點的部分沒有光線發(fā)出。因此該波導(dǎo)管64具有發(fā)光的區(qū)域(對應(yīng)于存在散射點的區(qū)域69)以及不明顯發(fā)光的區(qū)域。如果具有散射點的區(qū)域69由延展入圖16的紙平面的條紋形成，那么該波導(dǎo)管64的發(fā)光區(qū)域在大小、形狀以及位置上對應(yīng)于圖15中的視差柵3的傳導(dǎo)區(qū)域10，并且該波導(dǎo)管64的不發(fā)光區(qū)域在大小、形狀以及位置上對應(yīng)于圖15中的視差柵3的不透明區(qū)域11。從而圖16中的顯示器的背光66結(jié)合了常規(guī)的背光和圖15中的顯示器的視差鏡3，并且第二透鏡陣列可以被看成在對視差鏡成像。該視差鏡的圖像和圖像顯示層之間的間距小于該視差鏡和圖像顯示層之間的間距，從而左視圖和右視圖之間的角距如先前的實施例中描寫的那樣被增加了，于是獲得了先前的實施例中的優(yōu)點。
波導(dǎo)管64的沒有散射點的區(qū)域69可以被一種吸收材料包裹，以確保沒有光線由此區(qū)域散射。這可減少對應(yīng)于圖15中視差柵3的不透明區(qū)域11的該波導(dǎo)管區(qū)域發(fā)出的光強(qiáng)度。
該散射點可以配備在該波導(dǎo)管的正面67上，而不是，或者以及，該波導(dǎo)管的背面68上。
該散射點可以由散射結(jié)構(gòu)、衍射結(jié)構(gòu)或者微折射結(jié)構(gòu)組成。它們的精確結(jié)構(gòu)并不重要，只要光線在有散射點的區(qū)域69散射以及在無散射點的區(qū)域沒有明顯的散射。
圖17是本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器63″的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。該顯示器63″大體上對應(yīng)于圖15中的顯示器63，在此僅描述其中的差異。
圖17中的顯示器63″仍然擁有一種由波導(dǎo)管64和沿著該波導(dǎo)管64的側(cè)面64a、64b排列的至少兩個光源65a、65b組成的背光66。圖16中示出的兩個光源65a、65b沿著波導(dǎo)管64的相對面排列，不過本發(fā)明并不局限于此背光的此種特定配置。該光源65a、65b最好沿著該波導(dǎo)管所有的或者大體上所有的相應(yīng)側(cè)邊延展，并且可以是，比如熒光管。
該背光66包括至少一個在可見光譜范圍內(nèi)發(fā)光的光源65b。此外，它還包括至少一個光源65a，其在可見光譜范圍內(nèi)不發(fā)光，而僅僅在可見光譜范圍外的波長上發(fā)光，比如僅在光譜紫外線區(qū)域的波長上?？梢姽庠?5b和可見光譜外光源65a可互相獨立地被控制。
在該背光66中，該波導(dǎo)管64的背面68不是平滑的，而是被制造得很粗糙，從而使在波導(dǎo)管64內(nèi)傳播，從而照射到該波導(dǎo)管背面68的光線被散射開而不是被鏡面反射。于是，當(dāng)源65b發(fā)出可見光時(并且另一個光源65a被關(guān)掉)，波導(dǎo)管64從它的前表面以一種在其區(qū)域上大體上均勻一致的強(qiáng)度發(fā)出可見光。從而該顯示器63″成為一種常規(guī)的二維顯示器并且沒有方向效應(yīng)。
在該波導(dǎo)管70的背面68的選定區(qū)域上，還提供一種材料70，當(dāng)它被處于可見光譜外的源65a上的光線照射時會發(fā)出可見光。在光源65a發(fā)出紫外線的實施例中，材料70可以是，舉例來說，一種可發(fā)熒光且當(dāng)被紫外線照射時可發(fā)出可見光的材料。最好選擇可見光源65b發(fā)出的光線的光譜和該材料70使當(dāng)僅僅由可見光源65b照明時，該材料70完全無效。
當(dāng)光源65a打開并且可見光源65b關(guān)掉時，紫外線進(jìn)入該波導(dǎo)管并照射到材料70的區(qū)域上。該材料70發(fā)出可見光，但是在不存在該材料70的區(qū)域71上沒有可見光發(fā)出。于是，可見光僅僅從該波導(dǎo)管64上存在該材料70的地方發(fā)出，而在該波導(dǎo)管64上不存在該材料70的地方?jīng)]有可見光發(fā)出。因此該波導(dǎo)管64具有發(fā)出可見光的區(qū)域(對應(yīng)于存在該材料70的區(qū)域)以及不明顯發(fā)出可見光的區(qū)域71。如果具有該材料70的區(qū)域由延展入圖17的紙平面的條紋形成，那么該波導(dǎo)管64的發(fā)可見光的區(qū)域在大小、形狀以及位置上對應(yīng)于圖15中的視差柵3的傳導(dǎo)區(qū)域10，并且該波導(dǎo)管64的不發(fā)可見光的區(qū)域在大小、形狀以及位置上對應(yīng)于圖15中的視差柵3的不透明區(qū)域11。從而圖16中的顯示器的背光66結(jié)合了常規(guī)背光和圖15中顯示器的視差鏡3的功能，該顯示器工作在定向模式，并且第二透鏡陣列61可以被看成在對視差鏡成像。該視差鏡的圖像和圖像顯示層之間的間距小于該視差鏡和圖像顯示層之間的間距，從而獲得了前述優(yōu)點。
該材料70可以配備在該波導(dǎo)管的正面67上而不是，或者以及，該波導(dǎo)管的背面68上。適用于作為該材料70的熒光帶在共同未決的英國專利申請No.0401064.1中描述，其作為參考資料結(jié)合在此處。
提供于圖17實施例中的波導(dǎo)管67上的材料70不局限于熒光物質(zhì)，換句話說，可以是，比如，一種發(fā)磷光物質(zhì)。
顯示器63″可以很容易地從二維顯示模式切換到定向顯示模式。通過打開可見光源65b并關(guān)掉另一個光源65a，它可以工作在二維模式上，或者通過關(guān)掉可見光源65b并打開另一個光源65a，它可以工作在定向模式上。
圖18是本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器72的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。該顯示器72在許多方面對應(yīng)于圖15中的顯示器63，在此僅描述其中的差異。
在圖18中的顯示器72里，不存在圖15中的視差柵3和分離的背光。相反地，該顯示器72具有背光73，或者被背光73所照亮，該背光73發(fā)出一種最好沿該顯示器72的軸平行的光線。
圖18的顯示器72中，不存在圖15中顯示器的第一成像裝置60。相反地，一種光線導(dǎo)向單元60′被用來將平行光從該背光上大致導(dǎo)向到右視窗或者左視窗中的任一個上。此外，該光線導(dǎo)向單元和第二成像裝置61被設(shè)置成可使指向右視窗的光線穿越顯示右邊圖像的像素列C1、C3、C5等等，而且指向左視窗的光線穿越顯示左邊圖像的像素列C2、C4、C6等等。因而，圖18中的顯示器具有一種改善了的亮度，參照以前關(guān)于圖15中的顯示器63的描述。
在圖18的實施例中，光線導(dǎo)向單元60′是一排延展入圖18紙平面的棱鏡。該棱鏡陣列的像素間距Pp最好近似為圖像顯示層4的像素間距的兩倍。進(jìn)入該棱鏡陣列的表面76的光線被直接轉(zhuǎn)至透鏡陣列61的一個或多個單元上，該透鏡陣列61的各單元再將光線聚焦到各自的像素上。該光線可以被聚焦在像素平面上的點77上，或者該透鏡陣列和像素4的平面之間的平面里的點77上。
背光傳來的光線聚焦到點77上，該點77此時也作為光傳導(dǎo)縫。點77之間的區(qū)域是黑暗的。左側(cè)圖像和右側(cè)圖像之間的角距決定于點77的平面和圖像顯示層4之間的間距Sv。因而，此實施例允許在視圖之間產(chǎn)生出較寬的角距，同時允許襯底5和成像裝置的襯底75兩者都可被制造得相對厚而且堅固。
舉例來說，襯底5、75可以有大約0.5mm的厚度。
該光線導(dǎo)向單元不局限于棱鏡陣列，換句話說，比如，可以由透鏡陣列組成。
在圖18中的實施例中，該光線導(dǎo)向單元60′以及第二成像裝置61顯示為具有公共的光傳導(dǎo)襯底62。也有可能使光線導(dǎo)向單元60′和第二成像裝置61具有分離的襯底。
在一種最優(yōu)方案中，背光73可在發(fā)出平行光的校準(zhǔn)模式和發(fā)出非平行光的非校準(zhǔn)模式之間切換。當(dāng)背光發(fā)出非平行光時，該光線導(dǎo)向單元不能將光線僅僅導(dǎo)入左和右視窗里，于是該顯示器工作在常規(guī)的二維模式中。因而，在此最優(yōu)方案中，通過調(diào)整背光分別發(fā)出非平行光或者平行光，圖18中的顯示器72可以工作在二維顯示模式或者方向顯示器模式中的任意一種。這可以通過在該背光73的前面配備一種可開關(guān)的散射體來實現(xiàn)。當(dāng)該散射體被關(guān)掉時，該背光的平行特性被保留，于是如上所述獲得了一種定向顯示模式。當(dāng)該散射體被打開時，該背光的平行特性被破壞，于是獲得了一種二維顯示模式。
圖19是本發(fā)明的更進(jìn)一步的顯示器72′的結(jié)構(gòu)設(shè)計剖面圖。正如圖18的實施例，此實施例的顯示器72′具有發(fā)出平行光，且最好沿該顯示器72′的軸而平行的光的背光73，或者被其所照亮。
成像裝置74被用來將該背光73傳來的光線聚焦。該成像裝置74將背光73傳來的光線聚焦到大量橫向分隔的點77上，其中的各點被放置于該背光73和圖像顯示層4之間。在圖19中的顯示器里，成像裝置由形成在光傳導(dǎo)襯底75上的透鏡陣列形成。每一個透鏡陣列中的每一個透鏡大體上平行延展于圖像顯示層4的像素列C1...C6，并且將該背光的相應(yīng)區(qū)域上傳來的光線聚焦到點76中的一個上。
背光傳來的光線聚焦到點77上，該點77此時也作為光傳導(dǎo)縫。點77之間的區(qū)域是黑暗的。左側(cè)圖像和右側(cè)圖像之間的角距決定于點77的平面和圖像顯示層4之間的間距Sv。因而，此實施例允許在視圖之間產(chǎn)生出較寬的角距，同時允許襯底5和成像裝置的襯底75兩者都可被制造得相對厚而堅固。舉例來說，襯底5、75可以有大約0.5mm的厚度。
在圖19中其上聚焦有背光光線的點77位于背光73和圖像顯示層4之間。其上聚焦有背光光線的點77也可以位于圖像顯示層4到背光73的對邊上。如果其上聚焦有背光光線的點77位于圖像顯示層4到背光73的對邊上，那它們可以處于該顯示器的另一個襯底內(nèi)部，或者它們可以處于該顯示器和觀察者之間(按圖6中視差柵的圖像30′的類似方式)。在圖19中顯示為被分配給左側(cè)圖像的像素將，如果其上聚焦有背光光線的點77在圖像顯示層4到背光73的對邊上，將被分配給右側(cè)圖像，反之亦然，參照圖6中的描述。
在一個優(yōu)選實施例中，該成像裝置的橫向像素間距約為該圖像顯示層的像素間距的兩倍。此最優(yōu)方案有如下好處，顯示左側(cè)(或者右側(cè))圖像的像素列主要由指向左邊(或者右邊)的光線照亮，所以該顯示器72′可進(jìn)一步產(chǎn)生更小的圖象混合地帶以及更明亮的視窗。
在更進(jìn)一步的優(yōu)選實施例中，圖19中的該顯示器72′的背光73可在發(fā)出平行光的校準(zhǔn)模式以及發(fā)出非平行光的非校準(zhǔn)模式之間切換。當(dāng)該背光發(fā)出非平行光時，該成像裝置74無法將背光光線聚焦到點76上，于是該顯示器工作在常規(guī)的二維模式中。因而，在此最優(yōu)方案中，通過調(diào)整背光分別發(fā)出非平行光或者平行光，圖19中的顯示器72′可以工作在二維顯示模式或者方向顯示器模式中的任意一種。這可以通過在該背光73的前面配備一種可開關(guān)的散射體來實現(xiàn)。當(dāng)該散射體被關(guān)掉時，該背光的平行特性被保留，于是如上所述一種獲得了一種定向顯示模式。當(dāng)該散射體被打開時，該背光的平行特性被破壞，于是獲得了一種二維顯示模式。
雖然圖19示出了將透鏡陣列作為成像裝置，本發(fā)明并不僅僅被限制在此種類型的成像裝置上。原則上，任何會聚的、衍射的或者折射的微結(jié)構(gòu)(比如，菲涅爾透鏡)都可被用于代替標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。該成像裝置還可以利用全息光學(xué)單元形成。
在圖15到19的實施例中，各透鏡陣列60、61、61′可以是或者不是與襯底62集成在一起。如果透鏡陣列60、61、61′沒有與該襯底62集成，該透鏡陣列的折射率可以與該襯底62的折射率相同或者不同。該襯底62可以是，比如，玻璃襯底。
在圖15到19的實施例中，成像裝置60、60′、61(例如該圖中示出的透鏡或者棱鏡層)可以通過使用一種粘合劑附屬于該圖像顯示板的襯底5和/或背光73上。該粘合劑的折射率最好與該透鏡或者棱鏡層的材料的折射率相比低得多。該透鏡或者棱鏡層可以由任何合適的材料例如，舉例來說，玻璃或者塑性材料來制造。
上述實施例包含一種標(biāo)準(zhǔn)形式的視差柵，其中的縫隙排列整齊地反復(fù)橫越該柵欄。共同未決的英國專利申請nos.0228644.1、0306516.6以及0315170.1揭示了具有非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)視差柵的顯示器。比如，共同未決的申請No.0306516.6揭示了一種視差柵，其中的縫隙被設(shè)置在由一種組間間隔分開的重復(fù)組中，各組中的縫隙再被一種小于組間間隔的組內(nèi)間隔分開。通過確認(rèn)視差鏡和成像裝置合作產(chǎn)生視差鏡的圖像具有該要求的非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，此類非標(biāo)準(zhǔn)視差柵可以被整合入本發(fā)明的實施例中。這可以由以下方式實現(xiàn)(a)具有非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的視差鏡3結(jié)合如前所述的標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列29；(b)具有如前所述的標(biāo)準(zhǔn)視差鏡3結(jié)合非標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列29；該非標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列29可以適當(dāng)?shù)鼐哂胁灰欢ㄊ菆A柱形、不一定筆直的透鏡的樣式或者可以在透鏡面上包含有不透明斑點；或者(c)兼?zhèn)浞菢?biāo)準(zhǔn)視差鏡3和非標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列29。
在上述任何一個包括透鏡陣列的實施例中，該透鏡陣列可以是GRIN(漸變折射率)透鏡。
圖20顯示了圖16中的顯示器63′背光的一種改型。圖20中的該背光包括第一波導(dǎo)管94和一個或多個沿第一波導(dǎo)管側(cè)面排列的第一光源95。圖20中示出了兩個第一光源95，它們沿第一波導(dǎo)管94的相對側(cè)面94a、94b排列，不過本發(fā)明并不局限于這種特定配置，也可以僅有一個光源或者具有兩個以上的光源。該光源95最好為沿第一波導(dǎo)管的所有或者大體上所有的相應(yīng)的側(cè)面延展并且可以是，比如熒光管。
在第一波導(dǎo)管94的背面94c的選定區(qū)域84上配備了散射點。在該區(qū)域84上存在散射點的地方可以，舉例來說，是條紋狀的并延展入圖20的紙面，如果在第一波導(dǎo)管內(nèi)傳播的光線照射到該波導(dǎo)管正面94c的區(qū)域84中具有散射點的地方，該光線將不被鏡面反射而是被散射出第一波導(dǎo)管，正如以上關(guān)于圖16的解釋(在圖20中觀察者假定位于該頁的最高處，而且被散射出第一波導(dǎo)管94的光線大致在向上的方向上)。
此外，該背光還包括第二波導(dǎo)管94′以及一個或多個沿第一波導(dǎo)管的邊排列的第二光源95′。第二波導(dǎo)管94′被放置在第一波導(dǎo)管94之后，并大致上與其平行；第二波導(dǎo)管94′在大小與形狀上大致對應(yīng)于第一波導(dǎo)管94。圖20中示出的兩個光源95′沿著第二波導(dǎo)管94的相對側(cè)94a′、94b′排列，不過本發(fā)明并不局限于此特定配置，也可使用僅僅一個第二光源或者兩個以上第二光源。該光源95′最好沿著第二波導(dǎo)管所有的或者大體上所有的相應(yīng)側(cè)面延展，并且可以是，比如熒光管。
散射點大體上位于第二波導(dǎo)管94的所有正面94d′上。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)诙庠?5′照射時，光線在第二波導(dǎo)管的前表面94d′的大部分區(qū)域上被散射出去。
因而圖20中的背光可在“模板模式”和“統(tǒng)一模式”之間切換。在“模板模式”中，第一光源95進(jìn)行照明而第二光源95′沒有照明。光線僅僅在第一波導(dǎo)管94中傳播，該背光具有發(fā)光區(qū)域(此區(qū)域?qū)?yīng)于區(qū)域84中存在散射點的的地方)，以及不發(fā)光的區(qū)域(此區(qū)域?qū)?yīng)于不存在散射點的區(qū)域)。在“統(tǒng)一模式”中，第二光源95進(jìn)行照明而且光線在第二波導(dǎo)管中傳播。由于散射點89大體上位于第二波導(dǎo)管94′的整個正面94d′上，在該“統(tǒng)一模式”中，該背光大體上在其整個面積上提供均勻照明。通過將背光從″模板模式″切換到″統(tǒng)一模式″，圖20中的擁有該背光的顯示器可以從方向顯示器模式切換到常規(guī)二維顯示模式。
在“統(tǒng)一模式”中，第一光源95可以進(jìn)行照明或者可以不照明。如果需要，第一光源可以被持續(xù)打開，于是通過分別打開或者關(guān)上第二光源95′該背光可處于“統(tǒng)一模式”或者“模板模式”(保持模板波導(dǎo)管在統(tǒng)一模式下照明可能導(dǎo)致橫越該背光區(qū)域的光強(qiáng)度發(fā)生一些變化，不過在一些應(yīng)用中，相比于這種可能的缺點，更需要僅僅對第二光源95′進(jìn)行開關(guān))。
為確保內(nèi)部反射發(fā)生在第一波導(dǎo)管的后側(cè)面94c上，有必要使第一波導(dǎo)管94和第二波導(dǎo)管94′之間的空間具有低于第一波導(dǎo)管94的折射率。這可以通過在第一波導(dǎo)管94和第二波導(dǎo)管94′之間設(shè)置一個空氣間隙，或者也可以在第一波導(dǎo)管94和第二波導(dǎo)管94′中的空間內(nèi)填充上一種具有低折射率的光傳導(dǎo)材料來很方便地實現(xiàn)。
第一波導(dǎo)管94上配備了散射點的區(qū)域84的后表面可以被制造得具有反射性，比如，通過采用金屬外套。如果做到這點，任何被散射點散射向第二波導(dǎo)管94′的光線將被反射回朝向觀察者的方向。(如果第一波導(dǎo)管94上配備了散射點的區(qū)域84的后表面被制造得具有反射性，就有必要使第一光源和第二光源進(jìn)行照明以獲得統(tǒng)一模式，因為反射鏡將會屏蔽從第二波導(dǎo)管94′響上散射的光線。)各波導(dǎo)管可以擁有一種抗反射涂層(未示出)。
圖21示出了本發(fā)明的另一種背光。該背光包括波導(dǎo)管94和一個或多個沿該波導(dǎo)管側(cè)邊排列的光源95。圖21中示出的兩個光源95，沿著波導(dǎo)管94的相對側(cè)面94a、94b排列，不過本發(fā)明并不局限于此特定配置，也可使用僅僅一個光源或者兩個以上光源。該光源95最好沿著該波導(dǎo)管所有的或者大體上所有的相應(yīng)側(cè)面延展，并且可以是，比如熒光管。
該波導(dǎo)管94包括夾在兩個光傳導(dǎo)襯底92、93之間的液晶材料層87。該液晶層是可尋址的，比如依靠電極(未示出)產(chǎn)生應(yīng)用在該液晶層87上的電場。該液晶層的區(qū)域87A、87B(在圖21中以虛線指示)是可相互獨立尋址的，比如通過適當(dāng)?shù)乩每蓪㈦妶鰬?yīng)用到該液晶層的選定區(qū)域上的模板電極。該液晶層的區(qū)域87A、87B可以是，舉例來說，條紋狀的并延展入圖21的紙平面。
該液晶層的區(qū)域87A、87B可以被切換到一種散射模式或者一種清晰的、光傳導(dǎo)模式上。如果所有的液晶區(qū)域都被切換到光傳導(dǎo)模式上，光線將在該波導(dǎo)管內(nèi)以最小散射的方式傳播——光線在上部襯底92的頂面92a經(jīng)歷內(nèi)部反射，穿越該上部襯底92和液晶層87進(jìn)入下部襯底93，在下部襯底93的底面93b上經(jīng)歷內(nèi)部反射并被反射回上部襯底92等等。該波導(dǎo)管幾乎不發(fā)出任何光線。
為了從該波導(dǎo)管中發(fā)出光線，一個或多個液晶區(qū)域被切換來形成圖21中圖示為85的散射區(qū)域。當(dāng)在第一波導(dǎo)管內(nèi)傳播的光線照射到該散射區(qū)域85上時，光線被散射出波導(dǎo)管，參照此前圖16中所解釋的內(nèi)容(在圖21中觀察者假定位于該頁的最高處，并且光線在大致朝上的方向上被散射出波導(dǎo)管94)。
圖21顯示了間隔的液晶區(qū)域87A被切換來產(chǎn)生散射區(qū)域85的波導(dǎo)管。另一液晶區(qū)域87B被切換使其具有非散射性。光線僅僅從大致對應(yīng)于該散射區(qū)域85的波導(dǎo)管94的正面區(qū)域發(fā)出，且該背光工作于“模板模式”。
如果所有的液晶區(qū)域87A、87B都被切換來形成散射區(qū)域，該液晶層87將大體上在它的全部面積上散射光線，從而光線大體上從該波導(dǎo)管94的全部面積上被發(fā)出。因而，當(dāng)所有的液晶區(qū)域87A、87B都被切換來形成散射區(qū)域時，該背光則工作于“統(tǒng)一模式”。因此，通過相應(yīng)地切換液晶區(qū)域，該背光可以在“模板模式”和“統(tǒng)一模式”之間切換。通過將背光從″模板模式″切換到″統(tǒng)一模式″，圖21中的擁有該背光的顯示器可以從方向顯示器模式切換到常規(guī)二維顯示模式。
在圖21中的背光的一種實現(xiàn)方式中，上部襯底92的背面92b平滑覆蓋它的全部面積。此實現(xiàn)方式要求層87包含一種液晶材料，比如，諸如聚合體發(fā)散液晶(PDLC)，它可以在傳導(dǎo)光線時不發(fā)生明顯散射的狀態(tài)和散射光線的狀態(tài)之間切換。通過將該液晶層區(qū)域切換到散射模式，從而獲得了散射區(qū)域85。
因而，舉例來說，該液晶層的區(qū)域87A被切換到散射模式以產(chǎn)生散射區(qū)域85；從上部襯底92穿越至該液晶層的區(qū)域87A的光線被該液晶散射，一些光線被向上反射并可穿出該波導(dǎo)管94的正面。相反地，該液晶層的區(qū)域87B被切換到非散射模式；從上部襯底92穿越至該液晶層的區(qū)域87B的光線沒有被該液晶散射，只是簡單地穿入下部襯底。當(dāng)該液晶層的區(qū)域87B處于非散射模式時，該背光處于“模板模式”。
為得到該背光的“統(tǒng)一模式”，該液晶層的所有區(qū)域87A、87B都被切換到它們的散射模式上。于是該波導(dǎo)管94的背面大體上散射到它的整個面積上。
在此實現(xiàn)方式中，有可能改變散射區(qū)域85以及非散射區(qū)域的尺寸和位置。比如，將有可能把兩個相鄰液晶區(qū)域切換到散射模式，下一個液晶區(qū)域切換到非散射模式，下兩個液晶區(qū)域切換到散射模式，再下一個液晶區(qū)域切換到非散射模式等等，以模擬一種具有2∶1小孔∶柵比率的視差柵。
作為選擇，對應(yīng)于散射區(qū)域85的期望位置的上部襯底92的背面92b的區(qū)域可以被制造得很粗糙，從而這些區(qū)域?qū)⒖偸巧⑸涔饩€。通過將該液晶區(qū)域分別切換到散射模式或者非散射模式，該背光可以在“統(tǒng)一模式”以及“模板模式”之間切換。
作為更進(jìn)一步的選擇，在光學(xué)上，上部襯底的背面92b可以在其整個面積上都是粗糙的。此實施例需要一種具有可變折射率的液晶材料層87。通過切換對應(yīng)的液晶區(qū)域87A，可得到散射區(qū)域85，從而使該液晶的折射率與波導(dǎo)管94的折射率不匹配。在上部襯底內(nèi)傳播的光線將會“看見”該上部襯底的背面的光學(xué)粗糙面，并將被散射出去。
通過切換對應(yīng)的液晶區(qū)域87B，可得到一種非散射區(qū)域，從而區(qū)域87B中的液晶的折射率與上部襯底92的折射率相匹配，在上部襯底內(nèi)傳播的光線將不會“看見”光學(xué)粗糙面，并將會沒有散射地(隨后在下部襯底的后側(cè)面93b被內(nèi)部反射)進(jìn)入該液晶層。
在散射區(qū)域85的后面可以配置一種反射鏡，如果該散射區(qū)域的位置固定的話，如圖21中所示。任何被散射區(qū)域85散射向后部襯底93的光線將被該反射鏡86反射向觀察者。
圖22示出了更進(jìn)一步的背光。該背光包括波導(dǎo)管94和一個或多個沿該波導(dǎo)管側(cè)邊排列的光源95。圖22中示出的兩個光源95，沿著波導(dǎo)管94的相對側(cè)面94a、94b排列，不過本發(fā)明并不局限于此特定配置，也可使用僅僅一個光源或者兩個以上光源。該光源95最好沿著該波導(dǎo)管所有的或者大體上所有的相應(yīng)側(cè)面延展，并且可以是，比如熒光管。
在波導(dǎo)管94的背面94c的選定區(qū)域84上配置了散射點。在該區(qū)域84上存在散射點的地方可以，舉例來說，是條紋狀的并延展入圖20的紙面，如果在第一波導(dǎo)管內(nèi)傳播的光線照射到該波導(dǎo)管正面94c的區(qū)域84中具有散射點的地方，該光線將不被鏡面反射而是被散射出第一波導(dǎo)管，正如以上關(guān)于圖16的解釋(在圖22中觀察者假定位于該頁的最高處，而且被散射出第一波導(dǎo)管94的光線大致在向上的方向上)。
在波導(dǎo)管94的前面放置了一個透鏡陣列88。該透鏡陣列將波導(dǎo)管94發(fā)出的光線大部分導(dǎo)入第一方向(或者方向的第一范圍)90以及第二方向(或者方向的第二范圍)91。第一方向(或者方向的第一范圍)90和第二方向(或者方向的第二范圍)91最好通過包括標(biāo)準(zhǔn)方向的方向的第三范圍分隔開。由于光線被大部分導(dǎo)向第一和第二方向(或者方向的第一和第二范圍)90、91，第一和第二方向(或者方向的第一和第二范圍)上的光強(qiáng)度大于在方向的第三范圍上的強(qiáng)度。第一方向(或者方向的第一范圍)90和第二方向(或者方向的第二范圍)91位于標(biāo)準(zhǔn)方向的相對側(cè)，并最好大體上相對于該標(biāo)準(zhǔn)方向?qū)ΨQ。
圖22中的背光特別適用于方向顯示器。一個典型的雙視圖顯示器，比如，沿著標(biāo)準(zhǔn)方向的相對側(cè)顯示兩幅圖像。圖22中的背光將光線大部分導(dǎo)入雙視圖顯示器顯示兩幅圖像的方向，從而產(chǎn)生出很明亮的圖像。相反，常規(guī)背光的最大亮度是沿著標(biāo)準(zhǔn)方向的，于是當(dāng)從離軸方向觀察時，其亮度較低。
一個四視圖照明系統(tǒng)可以使用二維微透鏡陣列以及二維散射點陣列產(chǎn)生，這將會產(chǎn)生出四幅視圖，其中兩幅視圖位于另兩幅視圖之上，從而產(chǎn)生出具有水平以及垂直間隔的視圖。
圖23示出了更進(jìn)一步的背光。此背光類似于圖22中的背光，它具有一個用于將發(fā)射光導(dǎo)入兩個最佳方向(或者方向范圍)90、91的透鏡陣列。此外，圖23中的背光還包括沿第二波導(dǎo)管95的相應(yīng)邊排列的第二波導(dǎo)管94′和第二光源95′。大體上在第二波導(dǎo)管95′的整個正面都配置有散射點89。圖23中的第二波導(dǎo)管95′大致對應(yīng)于圖20中的第二波導(dǎo)管95′。圖23中的背光可以以上述用于圖20中背光的方式在“模板模式”和“統(tǒng)一模式”之間切換。
圖20到23中的背光可以并入，比如，圖16中的顯示器63′或者圖17中的顯示器63″。
在圖20到23的實施例中，可以調(diào)節(jié)散射點的密度以改變空間照明的均勻性，以補償因為距光源95的距離增加而減少的波導(dǎo)管內(nèi)傳播的光線的強(qiáng)度。這可以被應(yīng)用于圖20和23的實施例中的兩個波導(dǎo)管上。
在圖20到23的實施例中，散射點可以由諸如棱鏡、突點等等的微反射結(jié)構(gòu)來替代。舉例來說，這可以被用于控制從配置了散射點的波導(dǎo)管區(qū)域上發(fā)射光線的方向。
上述實施例可以在很多方面變化而仍然處于附加的權(quán)利要求的范疇內(nèi)。可能的變化包括，但并不局限于下列在所有的實施例中，提供一種由單個透鏡陣列形成的成像裝置，在該實施例中針對該成像裝置的位置來說，該成像裝置也可以由一組實際的透鏡陣列組成，該透鏡陣列的有效等價物是具有相同有效焦距的單個透鏡陣列。
在所有上述實施例中，該成像裝置形成該視差鏡的圖像，該顯示器可以包括一個以上視差鏡。該成像裝置對一個第一視差鏡成像，如上所述。可以配置另一個視差鏡以改變光線來改善串?dāng)_或者消除次視窗。配置一個第二視差鏡將會提供一個針對，比如，圖7B中描述的問題的解決方案。可以連同上述的其他技術(shù)使用第二視差鏡以減小串?dāng)_或者次視窗。
上述顯示器顯示兩幅視圖，不過沒有一個所描述的實施例被限制于僅僅顯示兩幅視圖，兩幅以上的視圖也可以被顯示。此外，上述顯示器產(chǎn)生橫向分隔的視窗，不過本發(fā)明可以被應(yīng)用于產(chǎn)生垂直分隔的視窗，或者產(chǎn)生橫向分隔視窗和垂直分隔視窗的顯示器中。
圖9D中的顯示器的成像裝置也可以按類似于圖9A中顯示器的成像裝置的形成方式由三個透鏡陣列構(gòu)成。
圖11中的顯示器可以具有一個類似于圖7F中的顯示器所擁有的不透明凸邊的百葉窗布置，以消除扭曲的次視窗。
權(quán)利要求
1.一種多視角方向顯示器包括視差鏡(3)；像素級圖像顯示層(4)；以及成像裝置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于對該視差鏡(3)和該圖像顯示層(4)中的一個成像，使得在該視差鏡和該圖像顯示層中的一個的圖像和該視差鏡和該圖像顯示層中的另一個之間的間距小于該視差鏡和該圖像顯示層之間的間距，由此增加在該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗(13、14)之間的角距。
2.一種多視角方向顯示器包括視差鏡(3)；像素級圖像顯示層(4)；以及成像裝置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于對該視差鏡(3)成像，使得在該視差鏡(3)的圖像(30、30′)和該圖像顯示層(4)之間的間距小于或者大于該視差鏡(3)和該圖像顯示層(4)之間的間距，由此分別增加或者降低在該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗(13、14)之間的角距。
3.一種多視角方向顯示器包括視差鏡(3)；像素級圖像顯示層(4)；以及成像裝置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于對該視差鏡(3)和該圖像顯示層(4)中的一個成像，使得該視差鏡或者該圖像顯示層的圖像具有的像素間距大體上等于該視差鏡或者圖像顯示層的像素間距。
4.如權(quán)利要求1或2中所述的顯示器，其中成像裝置被設(shè)置成可產(chǎn)生該視差鏡或者該圖像顯示層的圖像，該圖像的像素間距大體上等于該視差鏡或者圖像顯示層的像素間距。
5.如權(quán)利要求3中所述的顯示器，其中在使用中，成像裝置形成該視差鏡或者圖像顯示層的圖像，使得在該視差鏡和該圖像顯示層其中之一的圖像和該視差鏡和該圖像顯示層中的另一個之間的間距小于或者大于在該視差鏡和該圖像顯示層之間的間距，由此分別增加或者減少在該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗之間的角距。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該視差鏡(3)被放置在該圖像顯示層(4)之后，并且其中該成像裝置被放置在該視差鏡(3)和該圖像顯示層(4)之間并在使用中，形成該視差鏡(3)的圖像(30、30′)。
7.如權(quán)利要求1到5中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該圖像顯示層(4)被放置在該視差鏡(3)之后，并且其中該成像裝置被放置在該圖像顯示層(4)和該視差鏡(3)之間并在使用中，形成該圖像顯示層的圖像。
8.如權(quán)利要求1到7中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成產(chǎn)生該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的圖像，其寬度大體上等于該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的寬度。
9.如權(quán)利要求1到7中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成產(chǎn)生該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的圖像，其寬度大于該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的寬度。
10.如權(quán)利要求9中所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成產(chǎn)生該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的圖像，其寬度大體上是該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的寬度的整數(shù)倍。
11.如權(quán)利要求1到7中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成產(chǎn)生該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的圖像，其寬度小于該視差鏡或者該圖像顯示層的寬度。
12.如權(quán)利要求11中所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成產(chǎn)生該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的圖像，其寬度大體上等于該視差鏡的單元或者該圖像顯示層的像素的寬度除以一個整數(shù)。
13.如權(quán)利要求11或者12中所述的顯示器，此外還包括用于屏蔽該視差鏡的一個或多個單元的圖像的屏蔽裝置。
14.如權(quán)利要求13中所述的顯示器，其中該屏蔽裝置包括大量的延展于該成像裝置和該視差鏡以及該圖像顯示層中的一個之間的不透明區(qū)域。
15.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，包括一個散射層，該散射層的位置可使其與該視差鏡的圖像或者該圖像顯示層的圖像的平面大體上重合。
16.如權(quán)利要求1到14中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置具有可變焦距。
17.如權(quán)利要求16中所述的顯示器，其具有一個用于控制該成像裝置焦距的控制器。
18.如權(quán)利要求17中所述的顯示器，此外還包括用于確定在該顯示器和觀察者之間距離的第一跟蹤裝置，其中該控制器在使用中，接收來自該跟蹤裝置的輸出，并由此基于在該顯示器和觀察者之間的距離來控制該成像裝置的焦距。
19.如權(quán)利要求1到14中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置具有可變焦距以及可變放大率。
20.如權(quán)利要求19中所述的顯示器，其具有一個用于控制該成像裝置的焦距和放大率的控制器。
21.如權(quán)利要求16到20中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，此外還包括一個散射層。
22.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該成像裝置包括一個透鏡陣列。
23.如權(quán)利要求1到15中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置包括第一和第二可被禁用的透鏡陣列，第一透鏡陣列被相對于第二透鏡陣列橫向移位；并且其中該顯示器包括一個控制器，用于啟動第一透鏡陣列或者第二透鏡陣列之中的任一個，同時禁用第一和第二透鏡陣列中的另一個。
24.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該成像裝置相對于該視差鏡和該圖像顯示層中的一個可橫向移動。
25.如權(quán)利要求23或者24中所述的顯示器，并且包括第二跟蹤裝置，用于判斷觀察者相對于該顯示器的橫向位置。
26.如權(quán)利要求23中所述的顯示器，并且包括第二跟蹤裝置，用于確定觀察者相對于該顯示器的橫向位置，其中該控制器在使用中接收第二跟蹤裝置的輸出。
27.如權(quán)利要求24中所述的顯示器，包括第二跟蹤裝置，用于判斷觀察者相對于該顯示器的橫向位置，其中該成像裝置相對于該視差鏡和圖像顯示層中的一個的橫向位置可基于第二跟蹤裝置的輸出而被控制。
28.如權(quán)利要求18到27中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，此外還包括用于鑒別該顯示器的觀察者的裝置。
29.如權(quán)利要求1到15中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置相對于該視差鏡和該圖像顯示層中的一個固定，并且相對于該視差鏡和該圖像顯示層中的另一個可移動。
30.如權(quán)利要求1到22中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置可適應(yīng)于產(chǎn)生該視差鏡或者圖像顯示層的圖像，該圖像相對于該圖像顯示層或者該視差鏡具有橫向偏移，借此該顯示器在使用中顯示第一和第二圖像，使得第一圖像的角范圍不同于第二圖像的角范圍。
31.如權(quán)利要求1到22中任意一個權(quán)利要求所述的顯示器，其中該成像裝置是一種非對稱成像裝置。
32.如權(quán)利要求31中所述的顯示器，其中該成像裝置的各單元包括一個具有第一焦距的第一部件和一個具有不同于第一焦距的第二焦距的第二部件。
33.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該成像裝置被設(shè)置成使得該視差鏡或者圖像顯示層的圖像是一個虛像。
34.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該視差鏡或者圖像顯示層與該成像裝置協(xié)作產(chǎn)生該視差鏡或者圖像顯示層的具有不均勻的像素間距的圖像。
35.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該視差鏡或者圖像顯示層與該成像裝置協(xié)作產(chǎn)生該視差鏡或者圖像顯示層的圖像，該圖像位于該視差鏡和該圖像顯示層中的另一個到該視差鏡或者圖像顯示層的面的相對側(cè)上。
36.如此前任意一個權(quán)利要求中所述的顯示器，其中該視差鏡或者圖像顯示層與該成像裝置協(xié)作在該顯示器以外產(chǎn)生該視差鏡或者圖像顯示層的圖像。
37.一種多視角方向顯示器包括校準(zhǔn)背光(73)；像素級圖像顯示層(4)；以及成像裝置(61、74)，用于在該圖像顯示層上或其附近產(chǎn)生該校準(zhǔn)背光的圖像。
38.如權(quán)利要求37中所述的顯示器，其中該成像裝置(61、74)大體上在該圖像顯示層的平面上產(chǎn)生該校準(zhǔn)背光的圖像。
39.如權(quán)利要求37中所述的顯示器，其中該成像裝置(61、74)在該背光和該圖像顯示層之間的平面上產(chǎn)生該校準(zhǔn)背光的圖像。
40.如權(quán)利要求37中所述的顯示器，其中該成像裝置(61、74)在該圖像顯示層到該背光面的相對側(cè)平面上產(chǎn)生該校準(zhǔn)背光的圖像。
41.如權(quán)利要求37、38、39或者40中所述的顯示器，其中該背光可有選擇地工作在校準(zhǔn)背光或者非校準(zhǔn)背光上。
42.一種光學(xué)裝置，包括一個光傳導(dǎo)襯底，其上一面與一個視差鏡相聯(lián)，另一面與一個透鏡陣列相聯(lián)。
43.如權(quán)利要求42中所述的光學(xué)裝置，其中該視差鏡被形成于該襯底的一面上或與該面相鄰。
44.如權(quán)利要求42或者43中所述的光學(xué)裝置，其中該透鏡陣列被形成于該襯底的另一面上或與該面相鄰。
45.加權(quán)利要求42、43或者44上所述的光學(xué)裝置，其中該襯底、該視差鏡以及該透鏡陣列被作為整體單元形成。
全文摘要
一種多視角方向顯示器包括視差鏡(3)、像素級圖像顯示層(4)以及用于對該視差鏡和該圖像顯示層中的一個成像的成像裝置(29)。該圖像可以被形成使得在該圖像和該視差鏡和該圖像顯示層之間的另一個之間的間距小于該視差鏡和該圖像顯示層之間的間距，由此增加該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗之間的角距。該成像裝置(29)可以形成該視差鏡的圖像，使該圖像和該圖像顯示層之間的間距小于或者大于該視差鏡和該圖像顯示層之間的間距，由此增加或者減少該顯示器產(chǎn)生的兩幅視窗之間的角距。該成像裝置(29)可以形成該視差鏡和該圖像顯示層其中之一的圖像，使該視差鏡或者該圖像顯示層的圖像的像素間距大體上等于該視差鏡或者圖像顯示層的像素間距。
文檔編號H04N13/04GK1607418SQ20041010050
公開日2005年4月20日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月30日
發(fā)明者D·J·蒙特格米里, J·馬色, A·M·S·賈克布斯, G·布西爾, G·R·瓊斯 申請人:夏普株式會社