具有條紋背光和兩個(gè)雙凸透鏡狀透鏡陣列的自動(dòng)立體顯示設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及下述類型的自動(dòng)立體顯示設(shè)備：其包括具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素 陣列的顯示面板以及用于將不同視圖引導(dǎo)至不同空間位置的成像布置。
【背景技術(shù)】
[0002] 用在這種類型的顯示器中的成像布置的第一示例是屏障，例如其具有關(guān)于顯示器 的底層像素定位和定大小的縫隙。在雙視圖設(shè)計(jì)中，觀看者能夠感知3D圖像，如果他/她 的頭在固定位置處的話。該屏障定位在顯示面板前方并且被設(shè)計(jì)成使得來(lái)自奇數(shù)和偶數(shù)子 像素列的光分別朝向觀看者的左眼和右眼引導(dǎo)。
[0003] 該類型的雙視圖顯示設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于，觀看者必須在固定位置處，并且只能向左 或向右移動(dòng)大約3cm。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，在每個(gè)縫隙下方不是存在兩個(gè)子像素列， 而是若干個(gè)。以此方式，允許觀看者向左和右移動(dòng)并且始終在他/她的眼睛中感知立體圖 像。
[0004] 屏障布置制作簡(jiǎn)單，但不是光高效的。因此，一種優(yōu)選的可替換方案是將透鏡布置 用作成像布置。例如，可以提供伸長(zhǎng)的雙凸透鏡元件的陣列，其彼此平行地延伸且覆蓋在顯 示像素陣列上，并且顯示像素通過(guò)這些雙凸透鏡元件而被觀察到。
[0005] 雙凸透鏡元件被提供為元件片，其中每一個(gè)元件包括伸長(zhǎng)的半柱狀透鏡元件。該 雙凸透鏡元件在顯示面板的列方向上延伸，其中每個(gè)雙凸透鏡元素覆蓋在顯示子像素的兩 個(gè)或更多鄰近列的相應(yīng)群組上。
[0006] 如果每個(gè)微透鏡與顯示子像素的兩列相關(guān)聯(lián)，每列中的顯示子像素提供相應(yīng)的二 維子圖像的垂直切片。雙凸透鏡片將這兩個(gè)切片和對(duì)應(yīng)的切片從與其他微透鏡相關(guān)聯(lián)的顯 示子像素列引導(dǎo)至定位在該片前方的用戶的左眼和右眼，使得用戶觀察到單個(gè)立體圖像。 該片雙凸透鏡元件因而提供光輸出引導(dǎo)功能。
[0007] 在其他布置中，每個(gè)微透鏡與行方向上的四個(gè)或更多鄰近顯示子像素的群組相關(guān) 聯(lián)。在每個(gè)群組中顯示子像素的對(duì)應(yīng)列被適當(dāng)?shù)夭贾靡蕴峁﹣?lái)自相應(yīng)的二維子圖像的垂直 切片。隨著用戶的頭從左向右移動(dòng)，一系列連續(xù)的、不同的立體視圖被感知，從而創(chuàng)建例如 環(huán)顧印象。
[0008] 上述設(shè)備提供有效的三維顯示。然而，將被領(lǐng)會(huì)的是，為了提供立體視圖，在設(shè)備 的水平分辨率中存在必要的犧牲。分辨率方面的這種犧牲隨著所生成的視圖數(shù)量而增加。 因而，使用大量視圖的主要缺點(diǎn)在于，降低了每個(gè)視圖的圖像分辨率。可用子像素的總數(shù)必 須被分布在視圖之中。在具有垂直雙凸透鏡狀透鏡的η視圖3D顯示器的情況下，沿著水平 方向的每個(gè)視圖的感知分辨率將降低至相對(duì)于2D情況的η分之一。在垂直方向上，分辨率 將保持不變。傾斜的屏障或微透鏡的使用可以減小水平與垂直方向上分辨率之間的該差 另IJ。在這種情況下，分辨率損失可以在水平和垂直方向之間均勻分布。
[0009] 因而，增加視圖的數(shù)量改善了 3D印象，但降低了如由觀看者感知的圖像分辨率。 各個(gè)視圖中的每一個(gè)在所謂的視錐中，并且這些視錐跨視場(chǎng)重復(fù)。
[0010] 觀看體驗(yàn)受下述事實(shí)的阻礙：觀看者在選擇他們的地點(diǎn)（從其觀看3D監(jiān)視器或電 視機(jī)）時(shí)不完全自由：在視錐之間的邊界處3D效應(yīng)缺失且出現(xiàn)討厭的鬼像。因此，存在具 有盡可能寬的視錐的期望，例如使得觀看者可以保持在單個(gè)中心視錐內(nèi)并且仍然能夠移動(dòng) 位置。然而，設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)以提供寬視錐是以不同視圖的圖像之間增加的串?dāng)_或由于附加 視圖的生成引起的空間分辨率的大量損失為代價(jià)的。而且，這樣的光學(xué)系統(tǒng)可能需要厚的 光學(xué)堆疊。
[0011] EP0786912公開了一種自動(dòng)立體顯示器，其中提供了橫向重疊觀看窗口以實(shí)現(xiàn)觀 察者跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明由權(quán)利要求限定。
[0013] 依照一個(gè)方面，提供了一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，包括：背光；包括像素的行和列的 顯示面板；以及雙凸透鏡布置，其中背光提供條紋輸出，其包括在列方向上或相對(duì)于列方向 偏移銳角的條紋，其中雙凸透鏡布置包括面向顯示輸出以用于在不同方向上引導(dǎo)不同的顯 示面板像素輸出的顯示面板的側(cè)上的第一雙凸透鏡狀透鏡陣列以及面向背光以用于提供 條紋背光輸出的準(zhǔn)直的顯示面板的相對(duì)側(cè)上的第二雙凸透鏡狀透鏡陣列。
[0014] 該布置利用條紋背光來(lái)實(shí)現(xiàn)要達(dá)成的串?dāng)_與光學(xué)堆疊厚度之間的更好的折衷。
[0015] 注意到，該定義中的術(shù)語(yǔ)"像素"被用來(lái)表示最小的可尋址圖像元素。對(duì)于彩色顯 示器，這將是子像素。除非特別地討論作為子像素的群組的像素，術(shù)語(yǔ)"像素"應(yīng)當(dāng)被相應(yīng) 地理解為最小的顯示像素。
[0016] 第一雙凸透鏡布置優(yōu)選地為負(fù)并且提供將不同視圖引導(dǎo)至不同角位置的視圖擴(kuò) 展功能。優(yōu)選地為正的第二雙凸透鏡布置提供使背光條紋輸出準(zhǔn)直的功能。
[0017] 由于來(lái)自條紋的光不僅與最近的透鏡相互作用，而且與雙凸透鏡狀透鏡陣列中的 其他透鏡相互作用，每個(gè)條紋形成多個(gè)光束。視錐是兩個(gè)連續(xù)的這種光束之間的角度。
[0018] 第二(準(zhǔn)直）雙凸透鏡狀透鏡陣列的視錐(表示為角正切）優(yōu)選地是第一雙凸透鏡 狀透鏡陣列的視圖擴(kuò)展(再次表示為角正切）的整數(shù)倍N。
[0019] 這意味著這兩個(gè)雙凸透鏡狀透鏡陣列可以被設(shè)計(jì)成滿足：
其中是來(lái)自第一雙凸透鏡陣列的透鏡的光的角度擴(kuò)展，且α2是到用于給出準(zhǔn)直輸 出的第二雙凸透鏡陣列的透鏡的光的視錐。
[0020] 當(dāng)N=1時(shí)，存在到每一個(gè)準(zhǔn)直雙凸透鏡狀透鏡的一個(gè)背光條紋。背光條紋布置的 效應(yīng)是提供準(zhǔn)直的光輸出。第二(準(zhǔn)直）雙凸透鏡狀透鏡陣列的視錐然后對(duì)應(yīng)于初級(jí)(視圖 擴(kuò)展）雙凸透鏡陣列的視圖擴(kuò)展。
[0021] 當(dāng)N>1時(shí)，存在到每一個(gè)雙凸透鏡狀透鏡的N個(gè)背光條紋。不同背光條紋可以按 時(shí)間順序操作以隨時(shí)間構(gòu)建大視錐。在N=2的情況下，可能存在兩個(gè)子幀，每個(gè)子幀提供視 錐的一半。初級(jí)(視圖擴(kuò)展）雙凸透鏡狀透鏡的視圖擴(kuò)展然后應(yīng)當(dāng)是次級(jí)透鏡的視錐的一 半，以滿足上述關(guān)系。
[0022] 因而，該設(shè)備優(yōu)選地進(jìn)一步包括控制器，其適于： 在N個(gè)子幀的序列中驅(qū)動(dòng)顯示面板，每個(gè)子幀與相應(yīng)組背光條紋的光照同步。
[0023] 該設(shè)備可以被設(shè)計(jì)成具有：
其中Wl是顯示面板的子像素的寬度，pi是第一(視圖擴(kuò)展）雙凸透鏡狀透鏡陣列的(在 寬度方向上的）雙凸透鏡間距（Pitch)，w2是背光條紋的寬度，且p2是第二(準(zhǔn)直）雙凸透鏡 狀透鏡陣列的雙凸透鏡間距，并且其中C優(yōu)選地低于1. 0,例如在0. 5至1. 0的范圍內(nèi)。
[0024]C的值的該范圍提供了光輸出（由于w2/p/變得越小，生成背光輸出區(qū)域越小)與串 擾之間的折衷。
[0025] 背光條紋優(yōu)選地向顯示列方向傾斜。優(yōu)選地，雙凸透鏡狀透鏡和背光條紋二者的 光軸平行延伸。
【附圖說(shuō)明】
[0026]現(xiàn)在將僅通過(guò)示例方式參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中： 圖1是已知的自動(dòng)立體顯示設(shè)備的示意性透視圖； 圖2示出雙凸透鏡陣列如何向不同空間地點(diǎn)提供不同視圖； 圖3示出屏障布置如何向不同空間地點(diǎn)提供不同視圖； 圖4示出在視錐中如何提供多個(gè)視圖； 圖5示出背光條紋、像素和整個(gè)系統(tǒng)的光學(xué)響應(yīng)的分析； 圖6示出本發(fā)明的顯示設(shè)備的第一示例； 圖7示出系統(tǒng)帶寬如何響應(yīng)于背光條紋寬度的改變而變化； 圖8示出系統(tǒng)帶寬如何響應(yīng)于背光條紋寬度和像素孔徑中的改變而變化； 圖9用于示出在不同傾斜情況下針對(duì)像素的串?dāng)_效應(yīng)； 圖10示出本發(fā)明的顯示設(shè)備的第二示例并且示出時(shí)間順序操作如何可以起作用； 圖11示出跨透鏡的距離可以如何等同于視角； 圖12將系統(tǒng)的強(qiáng)度分布示出為兩個(gè)分布的圓周卷積； 圖13示出當(dāng)每個(gè)雙凸透鏡存在一個(gè)背光條紋時(shí)的強(qiáng)度分布； 圖14示出當(dāng)每個(gè)雙凸透鏡存在兩個(gè)背光條紋時(shí)的強(qiáng)度分布； 圖15用于解釋用于圖14的時(shí)間順序的操作； 圖16示出用于雙相背光的一個(gè)可能的電極結(jié)構(gòu)； 圖17示出具有更多分段條紋的更先進(jìn)的背光；以及 圖18用于以圖形方式示出角（^和α2的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中條紋背光與雙層雙凸透鏡布置結(jié)合使 用。該布置提供了背光輸出的準(zhǔn)直，以及提供了視圖形成功能。
[0028]在提供本發(fā)明的解釋之前首先將更詳細(xì)地描述本發(fā)明所要解決的問(wèn)題。
[0029] 圖1是已知的直視自動(dòng)立體顯示設(shè)備1的示意性透視圖。已知設(shè)備1包括充當(dāng)空 間光調(diào)制器以產(chǎn)生顯示的有源矩陣型的液晶顯示面板3。
[0030] 顯示面板3具有按行和列布置的顯示像素5 (或更精確地用于彩色顯示器的子像 素）的正交陣列。為了清楚起見(jiàn)，在圖中僅示出了少量顯示像素5。在實(shí)踐中，顯示面板3 可以包括大約一千行和數(shù)千列的顯示像素5。
[0031] 液晶顯示面板3的結(jié)構(gòu)完全是常規(guī)的。特別地，面板3包括一對(duì)隔開的透明玻璃 襯底，在它們之間提供了對(duì)齊的扭曲向列或其他液晶材料。襯底在它們的面對(duì)的表面上承