專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)立體顯示裝置的制作方法
自動(dòng)立體顯示裝置
本發(fā)明涉及一種類(lèi)型的自動(dòng)立體顯示裝置，其包括具有用于產(chǎn)生 顯示的顯示像素陣列的顯示面板，和用于將不同的視圖指向不同空間 位置的成像裝置。
用于上述顯示類(lèi)型顯示器的成像裝置的第一實(shí)例是障柵
(barrier )，例如具有相對(duì)于下面的顯示器像素設(shè)置大小和位置的縫 隙(slit)。如果觀察者的頭部位于固定位置，則可以感知3D圖像。 該障柵(barrier)位于顯示面板的前面，并設(shè)計(jì)成將奇數(shù)和偶數(shù)像素 列的光指向觀察者的左眼和右眼。
上述類(lèi)型的雙視覺(jué)顯示設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是該觀察者必須處在固定的位 置，并且僅僅可向左或向右移動(dòng)3cm。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，在每個(gè)縫 隙下不是兩個(gè)子像素列，而是幾個(gè)。這樣，觀察者可以向左右移動(dòng)并 可以一直用眼睛感知到立體圖像。
所述障柵裝置生產(chǎn)筒單但光效率低。因此， 一個(gè)優(yōu)選的可替代方 案是使用透鏡裝置作為該成像裝置。例如，提供一列伸長(zhǎng)的透鏡元件， 相互平行延伸且覆蓋所述顯示像素陣列，并且該顯示像素通過(guò)這些透 鏡元件纟皮觀察。
所提供的透鏡元件是元件片，其中，每個(gè)元件包括伸長(zhǎng)的半圓柱 形透鏡元件。該透鏡元件沿顯示面板的列方向延伸，每個(gè)透鏡元件覆 蓋由兩個(gè)或兩個(gè)以上的相鄰顯示像素列構(gòu)成的相應(yīng)組。
在一種布置中，例如，每個(gè)透鏡與兩列顯示像素相關(guān)聯(lián)，每列的 顯示像素提供相應(yīng)二維子圖像的垂直片段(slice )。該透鏡片將這兩 個(gè)片段和與其它透鏡相關(guān)聯(lián)的顯示像素列的相應(yīng)片段指向位于透鏡片
前面的使用者的左右眼，使得該使用者可以觀察到單個(gè)的立體圖像。 由此，該片透鏡元件提供光輸出指向功能。
在另一種布置中，每個(gè)透鏡與行方向的四個(gè)或更多的顯示像素構(gòu) 成的組相關(guān)聯(lián)。每個(gè)組中相應(yīng)列的顯示像素被適當(dāng)設(shè)置以提供來(lái)自相
應(yīng)二維子圖像的垂直片段。當(dāng)使用者的頭部從左向右移動(dòng)時(shí)， 一系列 連續(xù)、不同、立體的視覺(jué)被感知建立，例如，環(huán)顧四周的印象.
上述裝置提供了一種有效的三維顯示。但是，很明顯，為了提供 立體視覺(jué)，該裝置的水平分辨率會(huì)有必要的犧牲。對(duì)于某些應(yīng)用，這 樣的分辨率犧牲是不能接受的，例如觀察短間距文字字符的顯示。由 于上述原因，提出了一種顯示裝置，其在二維模式和三維模式(立體) 之間切換。
實(shí)現(xiàn)上述的一種方式是提供一種電切換透鏡陣列。在二維模式中， 該可切換裝置的透鏡元件在"通過(guò)"模式下工作，即，它們以與光透 明材料平板相同的方式工作。得到的顯示器具有高分辨率，其相當(dāng)于 顯示器平板的本征分辨率，適用于短視覺(jué)距離的小文案字符的顯示。 當(dāng)然，該二維顯示模式不能提供立體圖像。
在三維模式中，所述可切換裝置的透鏡元件提供光輸出指向功能， 如上所述。得到的顯示器可以提供立體圖像，但不可避免地會(huì)有上述 的分辨率損失。
為提供可切換顯示模式，所述可切換裝置的透鏡元件由電光材料 構(gòu)成，例如液晶材料，它的折射率在兩個(gè)值之間切換。通過(guò)向在所述 透鏡元件的上下的平板電極施加合適電勢(shì)，上述裝置在模式之間切換。 電勢(shì)改變了透鏡元件相對(duì)于相鄰光學(xué)傳輸層的折射率。該可切換裝置
的結(jié)構(gòu)和操作的更多細(xì)節(jié)公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利"69650中。
對(duì)于3D工作模式，有一個(gè)重大難題，即一方面每個(gè)角度要有大量 視圖才能呈現(xiàn)好的3D影像，而另一方面，每個(gè)角度需要少量的視圖以 便每個(gè)視圖有足夠高的分辨率(即，像素的個(gè)數(shù))。
少量的透視圖將給出具有小景深的淺3D圖像。每個(gè)角度的視圖越 多，3D的感知越像真實(shí)的3D圖像，例如全息圖像。在小角度內(nèi)集中所 有的視圖將給出一個(gè)很好的^印象，但視角有限。
使用大量視圖的主要缺點(diǎn)是降低了每個(gè)視圖的分辨率。所有有效 像素不得不分散在這些視圖中。在具有垂直透鏡的n視圖3D顯示器情 況中，沿水平方向的每個(gè)圖像的感知分辨率對(duì)于^情況會(huì)降低一個(gè)系 數(shù)n。在垂直方向，仍保持相同的水平。使用傾斜的障柵或透鏡可以減 少水平方向和垂直方向的分辨率的不一致。在這種情況下，分辨率損
失可以平均分布在水平方向和垂直方向上。
增加視圖的數(shù)量，由此來(lái)改進(jìn)3D圖像，但降低了觀察者感知的圖 像分辨率。因此，需要增加上述布置中每幅圖像的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種可切換自動(dòng)立體顯示裝置，其包括 -顯示平板，具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素元件陣列，所述顯示
像素元件按行、列排列；和
-成像裝置，將來(lái)自不同像素元件的輸出指向不同空間位置以呈
現(xiàn)立體圖像，
其中該成像裝置可在至少兩個(gè)3D模式之間電切換，其中在所述模 式之間該成像裝置的有效位置可以相對(duì)于像素元件橫向移動(dòng)一個(gè)量， 該量為像素元件之間的間距的非整數(shù)倍的量。
上述兩種模式可以通過(guò)增加在中間像素位置的視圖，來(lái)增加每種 模式的分辨率，或可以增加視圖的數(shù)量.這就減少了由生成3D圖像造 成的性能損失。移動(dòng)的量可以包括半個(gè)所述像素元件之間間距。顯示 像素元件可包括彩色像素三元組的子像素。
該成像裝置還可以切換到2D模式。
在一個(gè)例子中，該圖像裝置包括用于照明顯示面板的可控光源裝置。
在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，提供可控光柵(light barrier)裝置， 用于控制光從背光到達(dá)顯示面板。
然后，所述成像裝置可以包括矩陣可尋址液晶光調(diào)制器裝置，其 用于提供電可控光吸收或反射圖案，以提供光阻擋功能，由此實(shí)現(xiàn)可 控的光指向功能。
使用該障柵裝置降低了光輸出，且在優(yōu)選的實(shí)施中，所述的成像 裝置包括可控透鏡裝置，例如電可配置梯度折射率透鏡陣列。
在這種情況下，該透鏡陣列可以包括夾在第一和第二電極層之間 的液晶材料層，所述電極用于控制液晶層上的電勢(shì)。
至少一個(gè)電極層可以包括單獨(dú)可尋址的平行電極陣列。于是，該 電極間距優(yōu)選為像素元件間距的 一部分。
本發(fā)明還提供了一種控制自動(dòng)立體顯示裝置的方法，該自動(dòng)立體
顯示裝置包括顯示面板，和用于將顯示面板輸出指向不同空間位置以
呈現(xiàn)立體圖像的成像裝置，該方法包括 -使用成像裝置顯示第一組視-相對(duì)于顯示像素元件，將成像裝置的有效位置橫向移動(dòng)一個(gè)量， 該量是像素元件之間間距的非整數(shù)倍的量；以及 -使用所述成像裝置顯示第二組視圖。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將在下面描述，僅以實(shí)施例的方式，參考附 圖，其中
圖l是已知的自動(dòng)立體顯示裝置的示意透視圖2和圖3用于解釋如

圖1所示的顯示裝置的透鏡陣列的工作原
理；
圖4表示透鏡陣列如何向不同空間位置提供不同視圖； 圖5表示障柵結(jié)構(gòu)如何向不同空間位置提供不同視圖； 圖6表示公知的障柵布置； 圖7用于解釋傾斜的聚焦設(shè)置的好處；
圖8用于解釋本發(fā)明的方法；
圖9表示黑掩模層對(duì)相鄰視圖的作用；
圖10 (a)和(b)示出本發(fā)明的障柵設(shè)置并顯示其是如何使用；
圖11 (a)和(b)示出使用本發(fā)明的障柵的可替代方式；
圖12表示在兩個(gè)不同的控制模式下本發(fā)明電可控制GRIN透鏡裝
置；
圖13示出如何控制圖12中透鏡以提供本發(fā)明的透鏡移動(dòng)功能；
和
圖14示出使用圖12的透鏡可以達(dá)到的其他透鏡效果。
本發(fā)明提供一種可切換自動(dòng)立體顯示裝置，其中成像裝置把來(lái)自 不同像素的輸出指向不同的空間位置以使得能觀看到立體圖像。這些 裝置可以是透鏡、障柵或?qū)虻墓庠?。為了使用時(shí)分復(fù)用方法使圖像 的分辨率或數(shù)量增加，該成像裝置在兩種3D模式之間是可電切換的。
圖1是已知直視自動(dòng)立體顯示裝置1的示意透視圖。該已知裝置1
包括有源矩陣型的液晶面板3，用作空間光調(diào)制器以形成顯示。
顯示面板3具有以行和列設(shè)置的顯示像素5的正交陣列。為了清 楚起見(jiàn)，在圖中僅示出了少量的顯示像素5。實(shí)際上，顯示面板3可以 包括約一千行和幾千列的顯示像素5。
液晶顯示面板3的結(jié)構(gòu)是完全傳統(tǒng)的。具體地，面板3包括一對(duì) 隔開(kāi)的透明玻璃襯底，在其之間提供對(duì)準(zhǔn)的扭曲向列或其它液晶材料。 該襯底在它們的相對(duì)面(facing surface )上具有透明的氧化銦錫(ITO) 電極的圖形。在該村底的外表面上還提供極化層.
每個(gè)顯示像素5包括村底上相對(duì)電極，在它們之間插有液晶材料。 顯示像素5的形狀和布置由電極的形狀和布置確定.顯示像素5彼此 通過(guò)間隙有規(guī)律地隔開(kāi)。
每個(gè)顯示像素5與開(kāi)關(guān)元件關(guān)聯(lián)，例如薄膜晶體管(TFT)或薄膜 二極管(TFD)。通過(guò)提供尋址信號(hào)到所述開(kāi)關(guān)元件(switching element),操作所述顯示像素以形成顯示，并且相配的尋址模式對(duì)本 領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。
顯示面板3通過(guò)光源7照明，在這種情況下，光源7包括在布置 在該顯示像素陣列區(qū)域上的平面背光。來(lái)自光源7的光穿過(guò)顯示面板3, 其中單個(gè)顯示像素5被驅(qū)動(dòng)以調(diào)制光并產(chǎn)生顯示。
顯示裝置1也包括透鏡片9，該透鏡片布置在在顯示面板3的顯示 側(cè)面上，其執(zhí)行視圖形成功能。透鏡片9包括一行彼此平行延伸的透 鏡元件ll，其中為了清楚起見(jiàn)僅僅放大了其中一個(gè)的尺寸。
透鏡元件11為凸圓柱透鏡形，它們用作光輸出導(dǎo)向裝置以從顯示 面板3向位于顯示裝置1前面的用戶眼睛提供不同的圖像或視圖。
圖1示出的自動(dòng)立體顯示裝置1能提供在不同方向上的幾個(gè)不同 的透視圖。特別地，每個(gè)透鏡元件ll位于在由每行中的顯示像素5構(gòu) 成一小組的上方。透鏡元件11在不同方向上投射一組中的每個(gè)顯示像 素5，以形成幾個(gè)不同的視圖。隨著用戶的頭從左向右移動(dòng)，他/她的 眼睛將會(huì)依次接收幾個(gè)視圖中的不同視圖。
已建出提供如上所述的電可切換透鏡元件。這使得所述顯示器能 在2D和3D模式之間切換。
圖2和3示意性地示出了能在圖1中所示裝置中采用的電可切換
透鏡元件35的陣列。該陣列包括一對(duì)透明玻璃襯底39、 41,其具有在 它們的相對(duì)表面上提供的由氧化銦錫(IT0)形成的透明電極43、 45。 在襯底39、 41之間鄰近襯底39的上面部分，使用復(fù)制技術(shù)形成了相 反的(inverse)透鏡結(jié)構(gòu)47。在襯底39、 41之間鄰近襯底41的下面 部分提供了液晶材料49。
相反的透鏡結(jié)構(gòu)47使液晶材料49在相反透鏡結(jié)構(gòu)47和下襯底41 之間保持平行、延長(zhǎng)透鏡形狀，如圖2和3中截面所示。相反透鏡結(jié) 構(gòu)47和與液晶材料接觸的下村底41的表面也具有導(dǎo)向(取向)層(未 示出)，用于導(dǎo)向(orientiate)液晶材料。
圖2示出了當(dāng)電極43、 45之間沒(méi)有施加電壓時(shí)的陣列。在這種情 況下，液晶材料49對(duì)特殊偏振光的折射系數(shù)顯著地高于相反透鏡陣列 47的折射系數(shù)，透鏡形狀由此提供了光輸出導(dǎo)向功能，即如所述的透 鏡功能。
圖3示出了當(dāng)大約50至100伏的交變電壓施加到電極43、 45時(shí) 的陣列。在這種情況下，液晶材料"對(duì)特殊偏振光的折射系數(shù)基本與 相反透鏡陣列47的折射系數(shù)相同，因此透鏡形狀的光輸出導(dǎo)向功能被 取消，如所示。因此，在這種情況下，陣列有效地工作在"通過(guò)"模 式。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，光偏振裝置必須與上述陣列結(jié)合使用， 由于液晶材料是雙折射的，折射系數(shù)切換僅僅適用于施加的特殊偏振 光。該光偏振裝置可以用作顯示面板或所述裝置的成像裝置的一部分。
美國(guó)專(zhuān)利No. 6069650中詳細(xì)公開(kāi)了，用于圖1中示出的顯示裝置
中的可切換透鏡元件陣列的結(jié)構(gòu)和工作原理。
圖4示出了如上所述的透鏡型成像裝置的工作原理并示出了背光 50、顯示裝置54例如LCD和透鏡陣列58。圖5示出了透鏡裝置58如 何把不同的像素輸出指向不同的空間位置。
圖5示出了障柵(barrier)型成像裝置的工作原理，示出了背光 50、障柵裝置52和顯示裝置54例如LCD。圖5示出了障柵裝置52如 何提供圖案化的光輸出。這表示不同的像素由不連續(xù)的光源區(qū)域照明， 并具有實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)向功能的效果。如所示，用于一個(gè)視圖的像素58從一 個(gè)方向照明，用于另一視圖的像素59從另一方向照明。觀察者兩只眼 睛56接收由顯示器不同像素調(diào)制的光。
在圖6中示出了已知的障柵結(jié)構(gòu)，其由具有筒單電極結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單 的被動(dòng)矩陣液晶(LC)面板構(gòu)成。在兩塊玻璃板其中之一上的電極按 列設(shè)置。在電極下的LC材料可以切換以使在偏光器的幫助下，光能傳 輸或被阻擋。在這種情況下，得到了可切換的障柵圖案，使2-視圖或 多視圖顯示能在3D和2D模式之間切換。使用所述成像裝置，例如透 鏡裝置或障柵裝置，本發(fā)明提供了用于增加每個(gè)視圖的分辨率的機(jī)制。
通過(guò)示例的方式，圖7示出了 9-視圖顯示的子像素結(jié)構(gòu)，其使用 了傾斜的透鏡。列依次設(shè)置為紅、綠和藍(lán)的子像素列，并且示出了三 種重疊的透鏡。示出的數(shù)字表示子像素貢獻(xiàn)的視圖數(shù)字，具有從-4到 +4的視圖，具有沿著透鏡軸的視圖0。當(dāng)如示例中所示子像素的孔徑 比為1:3 (每個(gè)像素包括三個(gè)子像素的行)，最優(yōu)傾斜角度為 tan(6)=l/6。結(jié)果，每個(gè)視圖觀察到的在水平和垂直方向上的分辨率 損失(與2D的情況相比)是因數(shù)3，而不是當(dāng)傾斜角為O時(shí)，在水平 方向上是9的因數(shù)。也很大程度上抑制了由黑底導(dǎo)致的暗帶的產(chǎn)生。 當(dāng)tan(0)-O或tan(6)-l/3時(shí)，黑底將是非常明顯的(暗帶)。
參考圖7中示出的9視圖彩色顯示器描述本發(fā)明提供的方法。
第一方法用來(lái)提高每個(gè)圖像的分辨率。
在某一視圖中某種顏色的子像素的位置被分開(kāi)得相當(dāng)遠(yuǎn)。與常規(guī) 2D顯示器的分辨率相比，這被理解為分辨率損失.例如，在圖7中， 貢獻(xiàn)給視角零的綠色子像素的位置示出為矩形陰影。
通過(guò)以時(shí)間順序方法相對(duì)于LCD移動(dòng)透鏡，在陰影子像素之間的 空間隔可以被填充。例如，通過(guò)把透鏡向左或右移動(dòng)1又I/2子像素， 圖7中的第一行子像素中所有綠色子像素能為視圖0作貢獻(xiàn)。水平方 向上的分辨率能有效地乘三倍。
本發(fā)明通過(guò)以時(shí)間順序方式相對(duì)于圖像形成元件(顯示器)移動(dòng) 視圖形成元件(透鏡或障柵)，增加了每個(gè)視圖的分辨率。例如，在幀 率為100Hz時(shí)，該視圖形成元件可以在兩個(gè)位置之間交替。位置在每 1/100秒后切換。這樣，每個(gè)視圖的分辨率可以倍增。從下面的描述可 以清楚地知道，該移動(dòng)是通過(guò)結(jié)構(gòu)的電子控制實(shí)現(xiàn)，而不是通過(guò)機(jī)械 控制實(shí)現(xiàn)。 除了倍增每個(gè)視圖的分辨率，也可能使每個(gè)視圖的分辨率增加到 三倍。向原來(lái)位置的左邊和右邊該移動(dòng)圖像形成元件就可以實(shí)現(xiàn)這樣 的效果。
理論上，對(duì)于n視圖系統(tǒng)，分辨率的n倍增加是可能的在n視 圖系統(tǒng)這種情況中，對(duì)于每個(gè)視圖，需要通過(guò)因子n的時(shí)分多路復(fù)用 來(lái)重新獲得在2D模式中得到的分辨率。
對(duì)于幀速率的需求并不是很高.例如，為了倍增每個(gè)視圖的分辨 率，通過(guò)因子2的時(shí)分復(fù)用并不需要意味著幀率需要倍增。在幀速率 為50Hz的情況下，僅以25Hz的幀速率對(duì)于該視圖形成元件的兩個(gè)位 置的每一位置產(chǎn)生圖像。由于對(duì)于這兩個(gè)位置產(chǎn)生的圖像非常近似， 由觀察者的觀察到的幀速率仍然是50Hz而不是25Hz,
在移動(dòng)透鏡或障柵裝置時(shí)，每個(gè)視圖的圖像內(nèi)容需要相應(yīng)的調(diào)整， 例如通過(guò)原始圖像的圖像內(nèi)容的插入/外插。
第二方法是，保持該分辨率，并增加視圖數(shù)量(例如倍增)。
這可以參考圖8解釋?zhuān)渲袌D8(a)示出了在所述的形成元件(LCD) 中的像素的已知布置(layout)和視圖形成元件(透鏡)的布置。圖 8 (b)示出了根據(jù)
具體實(shí)施例方式將透鏡向左移動(dòng)到半個(gè)子像素的寬 度。由移動(dòng)的透鏡所形成的視圖位于原始視圖之間。
圖8示出了簡(jiǎn)單的基于LCD和前面的透鏡的單色(例如黑和白) 3-視圖顯示。三個(gè)視圖如圖8(a)中所示產(chǎn)生(視圖1、 2、 3)。通過(guò)把 透鏡在水平方向上移動(dòng)半個(gè)像素間距(向任一側(cè))，又形成了三個(gè)視圖 (#見(jiàn)圖1， ，2， ，3，)。然而，該視圖位于原始視圖方向之間的方向上。 例如，如果原始視圖處于角度-4。 ，0。 ，4° ，相對(duì)于LCD面板向左移 動(dòng)透鏡導(dǎo)致視圖指向角度-6° ，-2° ，2° 。
在這種情況下，視圖的數(shù)量可以通過(guò)在基本垂直于圓柱透鏡的方 向的橫向方向上移動(dòng)而倍增。
如果視圖形成元件的位置在每1/100秒后切換，從而倍增視圖的 數(shù)量，那么在n視圖顯示的情況下，在n視圖的兩組中產(chǎn)生了 h個(gè)視 圖。每個(gè)組以50Hz的幀速率示出。每組;現(xiàn)圖50Hz的幀速率是最小可 接受的幀速率，因?yàn)楦偷膸俾蕰?huì)導(dǎo)致煩人的幀閃爍。
如果該圖像形成元件的像素彼此間沒(méi)有間隔，倍增視圖的數(shù)量也
僅具有有限的值，在這種情況下單個(gè)視圖之間沒(méi)有間隔。
圖9示出了在某一視圖內(nèi)的光強(qiáng)度，對(duì)于具有傾斜角為零的三視 圖系統(tǒng)，是角度的函數(shù)。圖9(a)示出了當(dāng)沒(méi)有黑底時(shí)的視圖交疊，并 且圖9(b)示出了由像素之間的黑底提供的視圖分離。
如圖9(a)中所示，附加的視圖可以與原始視圖重疊。實(shí)際上，在 像素之間存在黑底(如上所述)，從而屏蔽下面的有源矩陣電路和電源 /電壓引線。如果不采取特殊措施，例如使用傾斜的透鏡或使用非整數(shù) 的視圖使得視圖重疊，該黑底容易形成如圖9(b)中所示的暗帶.所有 的這些減小暗帶效應(yīng)的方法都具有不利之處。
本發(fā)明通過(guò)利用附加的視圖填充它們，使暗帶被除去。當(dāng)使用傾 斜角例如tan(6) =0或1/3時(shí)，暗帶產(chǎn)生。
某些使用LC材料的平面內(nèi)(in-plane)切換的LCD設(shè)計(jì)達(dá)到了 100Hz的幀速率。有一種趨勢(shì)是使用LC效應(yīng)，其產(chǎn)生更快的LC響應(yīng)(例 如，所謂的光學(xué)補(bǔ)償雙折射(OCB)效應(yīng))，使幀速率達(dá)到了例如180Hz。
現(xiàn)在將給出如上所述的需要實(shí)施本發(fā)明的硬件。下面的示例保持 圖1的基本結(jié)構(gòu)，即光源、顯示面板和用于提供指向光輸出的成像裝 置。
如圖10中所示，第一示例使用電可設(shè)置的障柵(barrier )。在這 種情況下，障柵(barrier)是具有獨(dú)立可尋址像素的列和/或行的有 源矩陣單色LC面板。當(dāng)使用這樣的面板(與極化器結(jié)合)時(shí)，可以形 成可重新設(shè)置的障柵圖案。
矩陣元件的分辨率小于所希望的障柵間距，以使得能實(shí)施不同的 障柵結(jié)構(gòu)。在圖10的示例中，障柵的矩陣分辨率是障柵節(jié)距(pitch) 的1/8。障柵矩陣元件可以具有等于像素間距的節(jié)距。
這可以例如被用于，實(shí)現(xiàn)將障柵圖案從對(duì)應(yīng)于2視圖3D顯示的圖 案變換到對(duì)應(yīng)于4視圖3D圖案。圖10示出了基于單色LCD的障柵圖 案(用于4視圖顯示器)，該LCD具有獨(dú)立可尋址的列或獨(dú)立可尋址行 的以行和列方式排布的像素。
圖10示出了障柵圖案可以在圖10(a)和圖10(b)示出的位置之間 如箭頭所示方向電學(xué)地變化。優(yōu)選地，列間距等于該圖像形成元件的 (子)像素節(jié)距(間距)的一半。這表示透鏡位置可以以等于(子)
像素節(jié)距的一半的量移動(dòng)。
也可以給障柵圖案一個(gè)傾斜角，如圖11所示。如上所述，由于具
有自由度，所以當(dāng)在水平和垂直方向之間觀看3D時(shí)可以分散分辨率損 失，這可能是有利的。如所示，傾斜角也可以在視圖(幀)之間倒轉(zhuǎn)。 于是，也會(huì)需要相應(yīng)地改變顯示器上圖像的顯示。
通過(guò)使像素化發(fā)射面板形成由發(fā)射光的線構(gòu)成的可重新設(shè)置圖案 來(lái)取得與有源矩陣光柵相同的效果。這樣的發(fā)射面板可以例如是有機(jī)
LED(OLED)顯示器。
使用障柵圖案有低輸出光效率的缺點(diǎn)。然而，相同的重新設(shè)置的 原理可以用于透鏡陣列。
參考圖12和13說(shuō)明了該方法，其中示出使用了梯度系數(shù)(GRIN) 透鏡。
這些透鏡包括在玻璃板96、 98上提供的電極層92、 94之間夾著 的LC材料層。
該電極層具有透明電極結(jié)構(gòu)，例如由ITO形成。每個(gè)玻璃板具有 受到摩擦的聚酰亞胺層，并且該板相對(duì)于顯示器(黑板)的摩擦方向 與光離開(kāi)顯示器的偏振方向匹配。前板的摩擦方向優(yōu)選地也是一樣， 以避免2D模式中的極化旋轉(zhuǎn)和附加折射。在優(yōu)選實(shí)施例中，在LC材 料中沒(méi)有扭曲。
如果在LC單元之間沒(méi)有電壓差，該單元取向平行于玻璃板的平面， 且LC單元是非有源的，因?yàn)樗鳛槠叫袑?。如果在所述單元之間存在 電壓差，該LC分子取向不同。
圖12 (a)表示具有連續(xù)頂部電極層和分段(segmented)底部電 極層的成像裝置。如以下討論，該頂部電極也被分段，但垂直于底電 極層，由此該分段在圖中看不到。
每個(gè)電極可以被單獨(dú)地尋址，例如通過(guò)有源矩陣電路。通過(guò)在電 極上應(yīng)用合適的電勢(shì)，可以指向LC材料中的分子，以便折射率獲得一 個(gè)分布(profile),其有效地產(chǎn)生透鏡效果，這就是所謂的梯度系數(shù) (GRIN)透鏡。在圖12中，兩個(gè)分段的電極99具有所施加的相反電 壓，其引起LC分子在垂直方向?qū)R。之間的電極未切換，因此LC分 子被控制在電極99之間進(jìn)行180度扭轉(zhuǎn)。
通過(guò)控制連續(xù)的分段電極之間橫向上的電勢(shì)分布，可以改變有效
透鏡形狀和尺寸。圖12 (a)中的虛線表示透鏡聚焦功能。
該電極裝置的其中之一可以包括同一個(gè)方向上的一列電極，其他 的可以包括在垂直方向上的一列電極。例如，圖12(a)是沿上電極方 向的一個(gè)截面圖，而圖12 (b)是沿底電極方向的垂直截面圖。通過(guò)選 擇哪個(gè)電極圖案被驅(qū)動(dòng)為單個(gè)共同電極，以及哪個(gè)被單獨(dú)地尋址為矩 陣陣列，可以控制透鏡取向，例如用以使能顯示器的90度旋轉(zhuǎn)顯示。
通過(guò)設(shè)置施加到矩陣電極陣列的電勢(shì)，透鏡的位置可以在橫向上 移動(dòng)，以增加分辨率或增加視圖，如圖13所示，其中示出在圖13(a) 和13 (b)之間的橫向移動(dòng)。
優(yōu)選的，所述的電極間距是圖像形成元件的一半像素間距的1/n 倍(n是整數(shù))。這意味著所述電極允許每個(gè)透鏡位置可以通過(guò)增加像 素間距的1/n來(lái)移動(dòng)，其中n是所形成的不同視圖的數(shù)量或代表分辨 率增加。與圖13 (a)比較，圖13 (b)以電極間距向右移動(dòng)。
僅需要一個(gè)分段電極陣列就可以實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，且該相反電極可 以作為公共層驅(qū)動(dòng)，或可以物理地設(shè)計(jì)為非結(jié)構(gòu)化電極層。因此，電 極矩陣可以設(shè)置在LC層的一側(cè)上，另一側(cè)上是覆蓋整個(gè)LC層的單個(gè) 相反電極(counter electrode )。除了移動(dòng)透鏡剖面(profile),透 鏡的直徑和強(qiáng)度也可以在一定范圍內(nèi)改變。由此，這種裝置提供了充
足的自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的透鏡結(jié)構(gòu)。
代替移動(dòng)GRIN透鏡，也可以調(diào)節(jié)電極的電勢(shì)，以使得實(shí)際上取得
增加有棱鏡的圓形透鏡。該圓形透鏡部分起聚焦作用，而棱鏡部分起 傾斜(tilt)作用。
如圖14所示，其中圖14 (a)表示光束向右傾斜，圖l4 (b)表 示透鏡開(kāi)啟以及棱鏡關(guān)閉以提供不傾斜的光束。圖"(c)表示光束向 左傾斜，且圖14 (d)表示對(duì)于2D模式透鏡關(guān)閉且棱鏡關(guān)閉。
上述實(shí)施例討論了 3D顯示模式作為通常圖像格式的情況。還可將 顯示器的各區(qū)域切換到各種3D格式。 一個(gè)例子是，將顯示器大部分切 換成2D模式，以及使顯示器的一個(gè)區(qū)域顯示n視像/視頻，而使 另外的區(qū)域顯示m視像/視頻，其中n與m不同。
上述實(shí)施例使用了液晶顯示面板，其例如具有在50pm-100Mm范圍的顯示像素間距。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯可以使用其
他類(lèi)型的顯示面板，例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或陰極射線管(CRT) 顯示裝置。
用于制造顯示器的制造方法和材料沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明，因?yàn)檫@些是本 領(lǐng)域常用且公知的。
可控透鏡陣列優(yōu)選實(shí)施例具有分段的行和列電極，但只需要分段 的列電極來(lái)使能與多個(gè)不同視圖兼容。
上述像素間距的參考值意指最小的顯示元件，其當(dāng)然可以是單色 子像素。
各種改進(jìn)方式對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)是顯見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種可切換自動(dòng)立體顯示裝置，包括-顯示面板(3)，具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素元件(5)陣列，所述顯示像素元件按行和列設(shè)置；和-成像裝置(9)，其將來(lái)自不同像素元件的輸出指向到不同的空間位置，以使得呈現(xiàn)和排布立體圖像，以致同時(shí)指向?qū)τ谟^察者兩眼的顯示像素輸出，其中該成像裝置可在至少兩個(gè)3D模式之間電學(xué)地切換，其中在所述模式之間，成像裝置的有效位置相對(duì)于顯示像素元件橫向地移動(dòng)一個(gè)量，該量為像素元件之間間距的非整數(shù)倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，移動(dòng)的量包括半個(gè)所述像素 元件之間的間距。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的顯示裝置，其中所述顯示像素元件包括彩色像素三元組的子像素。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的顯示裝置，其中所述成像裝置還可切 換至2D模式。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的顯示裝置，其中所述顯示面板包括單 獨(dú)可尋址的、發(fā)射、透射、折射或衍射性顯示像素的陣列。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的顯示裝置，其中所述顯示面板(3) 是液晶顯示面板。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的顯示裝置，其中所述成像裝置包括用 于照明顯示面板的可控光源裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一的顯示裝置，其中所述成像裝置包括 可控光柵裝置，用于控制光從背光到達(dá)顯示面板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的顯示裝置，其中所述成像裝置包括矩陣可尋 址液晶光調(diào)制器，用于提供電可控光吸收?qǐng)D案，以提供光阻擋功能， 由此以實(shí)施可控的光導(dǎo)向功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一顯示裝置，其中所述成像裝置包括可控透鏡裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的顯示裝置，其中所述可控透鏡裝置包括電 可配置的梯度系數(shù)透鏡陣列。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的顯示裝置，其中所述透鏡陣列包括液晶材 料層(90)，其夾在用于控制液晶材料層(90)的電勢(shì)的第一和第二電 極層(92， 94)之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的顯示裝置，其中至少一個(gè)所述電極層(92, 94)包括單獨(dú)尋址的平行電極的陣列。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其中所述電極間距是像素元件 間多巨的幾分之一。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的顯示裝置，其中所述電極間距是像素元件 間距的一半。
16. —種控制自動(dòng)立體顯示裝置的方法，該顯示裝置包括顯示面 板(3)和成像裝置(9)，該成像裝置用于將顯示面板輸出指向到不同 的空間位置以呈現(xiàn)立體圖像，所述方法包括-使用成像裝置顯示笫一組視圖，對(duì)于觀察者兩眼的視圖同時(shí)顯示；-相對(duì)于顯示像素元件，將該成像裝置的有效位置橫向地移動(dòng)一 個(gè)量，該量為像素元件之間間距的非整數(shù)倍；和-使用所述成像裝置顯示第二組視圖，對(duì)于觀察者兩眼的視圖同 時(shí)顯示。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的控制方法，其中電學(xué)地切換所述成像裝置 包括控制電可配置梯度系數(shù)透鏡陣列的電極電壓。
全文摘要
一種可切換自動(dòng)立體顯示裝置，包括顯示面板，其具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素元件陣列，該顯示像素按行和列排列。成像裝置將來(lái)自不同像素元件的輸出指向到不同的空間位置來(lái)呈現(xiàn)立體圖像。該成像裝置可以在兩個(gè)3D模式之間電學(xué)地切換，其中在所述的模式之間，該成像裝置的有效位置可以相對(duì)于顯示像素元件橫向地移動(dòng)一個(gè)量，其為像素元件間距的非整數(shù)倍。這兩種模式通過(guò)在中間像素位置添加視圖使每種模式的分辨率都增加了，或者使視圖的數(shù)量增加。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101341763SQ200680048482
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者E·J·K·弗斯特根, M·P·C·M·克里恩, P·-A·雷德特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司