專利名稱：多視圖定向顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多視圖定向顯示器，可顯示兩幅或兩幅以上的圖像，其中每幅圖像從不同的方向可見。因而從不同方向觀看顯示器的兩個觀察者能夠看到彼此不同的圖像。該顯示器可用作，例如自動立體顯示裝置或者雙視圖顯示裝置。
長久以來，傳統(tǒng)的顯示裝置都設(shè)計成被多個用戶同時觀看。顯示裝置的顯示特性造成觀看者從顯示器的不同角度都能看到同樣好的畫面質(zhì)量。這在某些多個用戶需要從顯示器獲得同樣信息的應(yīng)用當中比較有效，例如在機場或火車站顯示出發(fā)信息。然而，在一些應(yīng)用中，可能需要多個用戶能夠在同一顯示器上看到不同的信息。例如，在機動車中，司機希望觀看衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，而乘客希望觀看電影。這種矛盾的需求可以通過提供兩個單獨的顯示裝置來滿足，但是會占用更多的空間并增加成本。更進一步，上述實例中如果使用兩個單獨的顯示器，那么如果司機移動頭部，就有可能司機也去看乘客的顯示器，從而會分散司機的注意力。又例如，在兩個或多個游戲者參與的電腦游戲中，每個游戲者都希望從其自己的角度來觀看游戲?，F(xiàn)有技術(shù)是通過每個游戲者在一個單獨的顯示器屏幕上觀看游戲，使得每個游戲者能夠在單獨的屏幕上看到屬于他們自己的游戲畫面。但是，為每個游戲者提供一個單獨的顯示器屏幕要占用大量的空間，并且對于便攜式游戲來說也是不實用的。
為了解決上述問題，發(fā)明了多視圖定向顯示器。多視圖定向顯示器的一種應(yīng)用是“雙視圖顯示器”，可同時顯示兩幅或更多不同的圖像，其中每幅畫面僅能從特定的方向可見，所以從一個方向觀看顯示裝置的觀察者將看到一幅圖像，而從另一個不同的方向觀看顯示裝置的觀察者將看到一幅不同的圖像。一個能顯示不同圖像給兩個或者更多用戶的顯示器，相對于使用兩個或更多的單獨的顯示器來說，節(jié)省了可觀的空間和成本。
上面給出了多視圖定向顯示裝置的可能的應(yīng)用實例，但還有很多其它的應(yīng)用。例如，其可用于飛機上，在飛行中提供給每個乘客他們自己單獨的娛樂節(jié)目。現(xiàn)有技術(shù)中給每個乘客提供一個單獨的顯示裝置，通常是位于前排座位的后背上。使用一個多視圖定向顯示器可以節(jié)省可觀的成本、空間和重量，因為可以使一個顯示器用于兩個或多個乘客，同時能允許每個乘客選擇他們自己的電影。
多視圖定向顯示器的另一優(yōu)點是具有阻止用戶看到其它用戶的視圖的功能。這在一些要求安全性的應(yīng)用中是有必要的，比如銀行或銷售交易的自動取款機(ATM)中，前面所述的電腦游戲的例子也是。
多視圖定向顯示器的另一種應(yīng)用是用于產(chǎn)生三維顯示。通常來說，人的兩只眼睛從不同的角度認知世界上的圖像，因為它們位于頭部的不同位置。然后大腦使用這兩個角度來估計場景中的不同對象的距離。為了建立可有效地顯示三維圖像的顯示器，需要重建這些場景并且提供一種所謂的圖像的“立體像對”，其中一個圖像對應(yīng)觀察者的一只眼睛。
三維顯示器根據(jù)其所用于給眼睛提供不同視圖的方法分成兩種類型。一個立體顯示器通常在一個寬廣的可視范圍內(nèi)顯示立體圖像對的兩個圖像。每個圖像都被編碼，例如通過顯示的顏色，偏振狀態(tài)，或者時間。用戶需要佩戴一個帶濾色系統(tǒng)的眼鏡，從而分離視圖并使每只眼睛只看到為其所準備的圖像。
一個自動立體顯示器從不同方向顯示右眼視圖和左眼視圖，因此每個視圖僅在所定義的相應(yīng)的空間區(qū)域可見。整個顯示器的有效范圍中能看到圖像的空間區(qū)域被稱為“視窗”。如果使觀察者位于一個適當?shù)奈恢谩顾麄兊淖笱畚挥诹Ⅲw對的左眼視圖的視窗中，他們的右眼位于立體對的右眼視圖的視窗中，那么視圖將被觀察者的每只眼睛看到，并且獲得了三維圖像。自動立體顯示器不需要觀察者佩戴觀看工具。
自動立體顯示器在原理上類似于雙視圖顯示器。但是，在自動立體顯示器上顯示的兩個圖像是立體圖像對的左眼視圖和右眼視圖，因此它們彼此是獨立的。并且，兩幅圖像被顯示使得它們對于一個單獨的觀察者來說是可見的，其中每幅圖像對于觀察者的每只眼睛是可見的。
對于純平的自動立體顯示器，視窗的形成典型的是由立體顯示器的圖像顯示單元中圖像元件(或“像素”)結(jié)構(gòu)，和一個通常被稱為視差光學(xué)部件的光學(xué)元件結(jié)合而成。視差光學(xué)部件的一個例子是視差柵欄，它是一個具有可透射區(qū)域的屏幕，通常是由不透明區(qū)域所分離的狹縫的形式。這個屏幕可以置于一個具有二維圖像元件陣列的空間光調(diào)制器(SLM)之前或之后，用于生成自動立體顯示。


圖1所示是一個傳統(tǒng)多視圖定向裝置即一個自動立體顯示器的平面圖。定向顯示器1包括一個形成圖像顯示裝置的空間光調(diào)制器(SLM)4，以及一個視差柵欄5。圖1所示的SLM是液晶顯示(LCD)裝置形式的，具有一個活性矩陣薄膜晶體管(TFT)基片6，一個反基片7，以及一個位于基片和反基片之間的液晶層8。SLM具有尋址電極(未示出)用于定義一系列獨立尋址的圖像元件，并且具有對準層(未示出)用于對準液晶層。觀看角度增加薄膜9和線性起偏振器10位于每個基片6，7的外表面。光線11由背景光提供(未示出)。
視差柵欄5由一個在其接近SLM4的表面具有視差柵欄開口陣列13的基片12構(gòu)成。開口陣列包括透明開口15，該透明開口是由不透明部分14所分離的并且是垂直延伸的(即延伸進入圖1的紙張平面)。一個抗反射(AR)涂層16在視差柵欄基片12的相反面(即形成顯示器1的輸出表面)上形成。
SLM4的像素按行和列來排列，其中的列延伸到圖1的紙張的平面。像素間距(一個像素的中間與相鄰像素的中間之間的距離)在行或水平方向是p。開口陣列13的垂直延伸的透射狹縫15的寬度是2w，以及透射狹縫15的水平間距是b。柵欄開口陣列13的平面距液晶顯示層8平面的距離是s。
實際操作中，顯示裝置1形成一幅左眼圖像和一幅右眼圖像，觀察者將他們頭部置于合適的位置，使得其左眼和右眼視圖與左眼視窗2和右眼視窗3相應(yīng)的重合，即可看到一幅三維圖像。左眼和右眼視窗2，3形成于位于窗口平面17，該窗口平面位于距顯示器的距離是所需的觀看距離。窗口平面與開口陣列13平面的距離為r0。窗口2，3在窗口平面上相鄰，并且具有間距e，e對應(yīng)于人兩只眼睛的平均距離。到每個窗口10，11中心的半角，從垂直軸到顯示器法線是αs。
視差柵欄5中狹縫15的間距選擇為SLM4的像素間距的整數(shù)倍，因此像素列組與視差柵欄的一個特定的狹縫相關(guān)。圖1所示是一個顯示裝置，其中SLM4的兩個像素列與視差柵欄的每個透射狹縫15相關(guān)。
圖2所示是由SLM4和視差柵欄5產(chǎn)生的光線的角度區(qū)域，其中視差柵欄的間距精確為像素列間距的整數(shù)倍。這種情況下，來自顯示板表面的不同方位的角度區(qū)域是混雜的，可純粹的觀看圖像1或者圖像2(其中“圖像1”和“圖像2”表示由SLM4所顯示的兩幅圖像)的區(qū)域不存在。為了達到上述目的，視差柵欄的間距最好是稍微減小，使得它稍微小于像素列間距的整數(shù)倍。因此，角度區(qū)域集中在顯示器前面的一個預(yù)先定義的平面(“窗口平面”)。上述效果如附圖3所示，其中還示出了SLM4和修正后視差柵欄5’建立的圖像區(qū)域。按照上述方法創(chuàng)建的觀看區(qū)域，在平面圖上基本是風箏形狀的。
圖4所示是另一種傳統(tǒng)多視圖定向顯示裝置1’的平面圖。其基本對應(yīng)于圖1所示的顯示裝置1，只是其中的視差柵欄5置于SLM4之后，所以它在背景光和SLM4之間。該裝置的優(yōu)點是視差柵欄對于觀察者來說比較不可見，并且顯示器的像素與裝置的前面更加接近。更進一步，盡管圖1和4都示出了一個由背景光照明的透射顯示裝置，但是使用周圍光線(在明亮條件下)的反射裝置也是公知的。在透射和反射裝置的情況下，圖4所示的后面的視差柵欄將不會吸收周圍光線，因為它被關(guān)上來提供一個2-D顯示模式。如果顯示器有使用反射光線的2-D模式，這是一個優(yōu)點。
在圖1和4所示的顯示裝置中，視差柵欄被用作視差光學(xué)部件。其它種類的視差光學(xué)部件也是公知的。例如雙凸透鏡陣列可用于將交織的圖像導(dǎo)向不同的方向，使得形成一個立體圖像對或者形成兩個或兩個以上的圖像，每個位于不同的方向。
分離圖像的全息方法是公知的，但是實際上上述方法受制于觀看角度問題，幻視區(qū)域問題，以及缺乏對圖像的簡單控制。
另一種視差光學(xué)部件是一種微起偏振器顯示器，使用一種偏振方向光源以及模式化的高精度微起偏振器元件與SLM的像素對準，上述顯示器具有高的窗口圖像質(zhì)量以及一個集成裝置的潛力，以及在2D顯示模式和3D顯示模式之間切換的能力。在使用微起偏振器顯示器作為視差光學(xué)部件時的首要問題是，需要避免當把微起偏振器元件裝入SLM的視差問題。
當需要彩色顯示時，通常給SLM4的每個像素一個與三基色之一相關(guān)聯(lián)的濾光片。通過控制三個一組的像素組，其中每個像素都有一個不同顏色的濾光片，即可產(chǎn)生所有可見的顏色。在自動立體顯示器中，每個立體圖像的通道必須包含足夠的彩色濾光片而便于平衡的彩色輸出。為了便于制造，很多SLM的彩色濾光片都是按垂直的列安裝，所以在給定列中的像素具有同樣的彩色濾光片與其相關(guān)聯(lián)。如果視差光學(xué)部件安裝在SLM上，其中的三列像素與視差光學(xué)部件的每個狹縫或者透鏡相關(guān)聯(lián)，那么每個觀看區(qū)域?qū)H能看到一種顏色的像素。必須對彩色濾光片的布局特別謹慎來避免出現(xiàn)這種情況。適當?shù)牟噬珵V光片布局在EP0752610A中有詳細的描述。
視差光學(xué)部件在附圖1和4中所示的定向顯示裝置中的功能，是限制光線通過SLM4的像素達到某些輸出角度。上述限制定義了在視差光學(xué)部件的給定元件(例如透射狹縫)之后每個象素列的觀看角度。每個像素的視圖的角度范圍由像素間距p，像素平面和視差光學(xué)部件平面的間隔s，以及像素平面和視差光學(xué)部件平面之間的材料(在圖中是基片7)的折射率n決定。H Yamamoto et al.，在IEICE Trans Electron.，卷.E83-C，No.10，第1632頁(2000)，“使用視差柵欄的立體彩色LED顯示器的最佳參數(shù)和觀看區(qū)域”中，說明了自動立體顯示器的圖像之間的分離角度要根據(jù)顯示器像素和視差柵欄之間的距離來確定。
圖1和4所示的半角α是如下計算的sinα＝nsin(arctan(p/2s))(1)許多已有多視圖定向顯示器所存在的一個問題就是兩幅畫面的角度分離太小。原理上，視窗之間的角度2α將隨像素間距p的增加，隨視差光學(xué)部件和像素的距離s的減小，或者隨基片的折射率n的增加而增加。
待決的UK專利申請?zhí)枮?315170.1的申請描述了通過增加像素的有效間距來增加多視圖定向顯示器的視窗之間的角度分離。這可通過將像素分組，使得兩個或更多相鄰像素表示同樣的圖像。如果彩色子像素交替顯示圖像1和圖像2，這被稱為NP1，如果彩色子像素對交替顯示圖像1和圖像2，這被稱為NP2。如果三個彩色子象素組交替顯示圖像1和圖像2，這被稱為NP3。上述方法有一個缺點就是，因為有效像素間距變大，使得視差柵欄的間距增加，因而增加了視差柵欄對于觀察者的可見性。
圖5所示是安裝在機動車中的雙視圖顯示器。這個雙視圖顯示器18是被安裝在機動車的儀表板19上的。顯示在雙視圖顯示器上的一幅圖像是地圖，如果機動車配備了GPS定位系統(tǒng)的話，還可顯示機動車的位置。這幅視圖對于機動車的司機來說是可見的。雙視圖顯示器19顯示的另一副畫面是娛樂節(jié)目，例如電影，并且對于例如機動車前面座位上的乘客來說是可見的。這種用于機動車中，特別是用于機動轎車中，是雙視窗顯示器的日益重要的應(yīng)用。
圖6所示是具有傳統(tǒng)的由不透明部分14和透明部分15組成的視差柵欄13的雙視圖顯示器所存在的問題。如圖6a所示，當觀看者位于觀看畫面1的正確的位置20來，他僅能通過狹縫15看見像素21。但是如果觀看者移動至另一不同位置22，他能看見顯示不同畫面的相鄰兩個像素21，23。因此他能馬上從上述位置看到兩幅畫面。圖6b所示是觀看者能看到圖像1和圖像2的相應(yīng)的角度區(qū)域24，25。在中間區(qū)域26他就能看到兩幅畫面。這被稱為“串擾”。
解決上述問題的一種方法就是減小透明部分15的寬度，如圖6c所示?，F(xiàn)在觀看者在一些位置20，22，能看到顯示圖像1的像素21，而不能看到與其相鄰的像素23。如圖6d所示，觀看者在其中能看到兩幅畫面的區(qū)域26減少了，而僅能看到圖像1或者圖像2的區(qū)域24，25增加了。不幸的是，減小了透明狹縫15的寬度導(dǎo)致了觀看著看到的圖像的亮度的減小。為了提供給觀看者頭部足夠的自由移動的空間，透明狹縫15的寬度必須是像素寬度的一半，那么面板的亮度將是非多視圖面板亮度的四分之一。
G Hamagishi et al在1998年的的SID 98 Digest，第915頁的“特邀論文具有2-D/3-D兼容性的顯示系統(tǒng)”，其中描述了在自動立體顯示器中使用兩個視差柵欄。根據(jù)柵欄的狹縫寬度，兩個柵欄既可阻止觀看者看到兩個視圖中的串擾區(qū)域(一只眼睛看到一幅視圖)，也可消除當觀看著在面板前移動時產(chǎn)生的亮度變化。
JP-A-8146346公開了像素被分成三個一組的LCD。像素組交替顯示左邊和右邊的圖像片斷(NP3交織)。使用一個彩色濾光片視差柵欄來允許來自像素組的光線發(fā)射向不同的方向。彩色濾光片柵欄以及LCD彩色濾光片使用同樣的三基色。
JP-A-8146347描述了一種類似于JP-A-8146346的設(shè)計。彩色濾光片柵欄的每個狹縫只允許光線通過一個LCD彩色濾光片。
JP-A-8163605公開了另一種用于把像素分成三個一組的LCD的彩色濾光片柵欄設(shè)計。每個彩色濾光片狹縫與其相應(yīng)的像素的顏色相同。
美國專利號為5751479公開了一種左邊和右邊的圖像是逐個像素交織(NP1交織)的LCD的彩色濾光片柵欄設(shè)計。彩色濾光片柵欄用于將左邊和右邊的圖像發(fā)送到合適的方向。位于彩色濾光片柵欄上的每部分顏色是像素寬度的兩倍。
US-A-2003/0067539涉及一種關(guān)于兩個以上視圖(多視圖)的彩色濾光片柵欄。
美國專利號6392690公開了一種具有彩色狹縫的NP1視差柵欄。這意味著彩色濾光片和柵欄可以位于同一個平面上。只要求一層彩色濾光片(即在兩個濾色層之間沒有視差效果)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種多視圖定向顯示器，包括一個由一系列圖像元件構(gòu)成的圖像顯示裝置，以及由一排彩色濾光片構(gòu)成的視差光學(xué)部件。
根據(jù)本發(fā)明的顯示器能夠在比以前更寬的范圍的角度內(nèi)觀看。因此可增加用戶的頭部自由度并且不會造成顯示器亮度的降低。另外，可降低與顯示器90°的區(qū)域，即串擾產(chǎn)生的范圍。這也可防止雙顯示裝置的觀看者同時看到兩幅圖畫。
每個彩色濾光片最好和各自的一組圖像元件對準，彩色濾光片可位于視差光學(xué)元件的開口處。
在一種優(yōu)選實施方式中，每個圖像元件用于發(fā)射出一種基色的光線，并且至少一個彩色濾光片用于傳遞多于一種基色的光線。使用可傳遞合成色的彩色濾光片允許在視差光學(xué)部件的設(shè)計上有更大的自由度。因此也可使光學(xué)部件安裝在離圖像顯示裝置更近的地方。這亦可便于提供一種“黑色”中心視窗來減小串擾的發(fā)生。
另外，視差光學(xué)部件可包括至少一個充分透明區(qū)域用于傳遞所有的三基色的光線?？蛇x擇的，所有的彩色濾光片可以是合成色，只用于傳遞兩種基色。
圖像元件可以交替顯示兩幅圖像的部分(稱為NP1交織)?？蛇x擇的，像素被分成兩個或三個一組用于顯示每幅圖像(NP2和NP3交織)。很明顯的是更多數(shù)目的像素可被分組來顯示每幅圖像，盡管彩色濾光片的設(shè)計將變得更加復(fù)雜彩色濾光片優(yōu)選是安排成一種周期重復(fù)的模式。圖像元件也可安排成一種周期重復(fù)發(fā)射彩色光線的模式，并且彩色濾光片的模式和圖像元件的模式可以不同。在模式的單個周期中彩色濾光片的的數(shù)目優(yōu)選是大于三個。
在一種優(yōu)選實施方式中，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；以及一個第四濾光片用于只傳遞第三基色的光線。
可替換的，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第一基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色的光線；以及一個第五濾光片用于只傳遞第三基色的光線。
還有一種可替換的，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色的光線；以及一個第五濾光片用于傳遞第一基色的光線。
在上述實施方式中，第三基色最好是綠色。這可允許綠色(第三)彩色濾光片位于模式的中間。它的優(yōu)點是如果綠色彩色濾光片漏掉了一些紅色和藍色，效果也不明顯。這可解決由于彩色濾光片的滲漏所造成的串擾。
在一個圖像元件模式的周期中的圖像元件數(shù)目將大于三。例如，圖像元件模式將包括元件用于按照第一，第二，第三，第三，第二，第一的順序發(fā)射基色光線。
在另一種實施方式中，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線。這種情況下，一個圖像元件模式的周期可包括如下元件，用于按照第一，第三，第二，第二，第三，第一的順序發(fā)射基色光線。
在另一種實施方式中，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線；以及一個第五濾光片用于只傳遞第一基色的光線。
每個彩色濾光片的寬度優(yōu)選和圖像元件的間距基本相同。彩色濾光片模式的一個周期還包括一個不透明膜。但是，不透明膜也不總是必要的。
在一些實施方式中，彩色濾光片的寬度是變化的，允許對來自圖像元件所發(fā)出的光線的走向有更好的控制。
更進一步的實施方式包括一安裝方式，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第一不透明膜；一個第四濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第五濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第六濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第二不透明膜；一個第七濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第八濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線；一個第九濾光片用于只傳遞第一基色的光線；以及一個第三不透明膜。
在這種方式下，第二，第五和第八濾光片可能會比第一，第三，第四，第六，第七和第九個濾光片寬。
在另一種實施方式中，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第五濾光片用于只傳遞第三基色的光線；以及一個第六濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線。第一，第三和第五濾光片最好比第二，第四和第六個濾光片寬。
在一種可替代的實施方式中，彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個透明部分用于傳遞所有三種基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于只傳遞第三基色的光線。透明部分優(yōu)選比彩色濾光片要窄。
彩色濾光片是可轉(zhuǎn)換的，使得圖像窗口的位置能夠響應(yīng)于觀看者的移動而調(diào)節(jié)，或者可以使顯示器在雙視窗顯示和單視窗顯示之間切換。
顯示器優(yōu)選是雙視窗顯示器。
彩色濾光片優(yōu)選配置為使得位于顯示器90°的區(qū)域?qū)τ谟^看者來說是黑暗的。
根據(jù)本發(fā)明第二方面提供一種視差光學(xué)部件，包括彩色濾光片陣列，至少一個傳遞多于一種的基色。
在另一種實施方式中，背景光可發(fā)射具有不同顏色的光線，不需要多余的彩色濾光片。因此根據(jù)本發(fā)明第三方面提供一種多視窗定向顯示器，包括一個具有由光源陣列照亮的一系列圖像元件的圖像顯示裝置，至少一個發(fā)射合成色的光線。
已有的多視圖顯示器受制于在觀看顯示器上多個畫面之一時觀看者有限的頭部活動空間。另一個問題就是在顯示器的兩幅視圖之間區(qū)域的串擾。本發(fā)明的實施方式使得在沒有造成顯示器的亮度降低的同時，增加了可利用的頭部活動空間。一些實施方式也在減小或消除串擾時提供了中心黑色視窗。
一些本發(fā)明的優(yōu)選實施方式將由下列實例參考下列附圖來說明，其中圖1所示是一個傳統(tǒng)自動立體顯示裝置的示意平面圖；圖2所示是一個由傳統(tǒng)多視圖顯示裝置提供的視窗的示意圖；圖3所示是一個由另一種傳統(tǒng)多視圖定向顯示裝置提供的視窗的示意平面圖；圖4所示是另一種傳統(tǒng)自動立體顯示裝置的示意平面圖；圖5所示是一個安裝在機動車中的傳統(tǒng)雙視面裝置；圖6a到圖6d所示是一種已知的減小雙視面顯示器的圖像之間的串擾的方法；圖7a到圖7c所示是一種根據(jù)本發(fā)明增加每幅圖像的角度并且減小串擾的方法；圖8所示是彩色濾光片視差柵欄的設(shè)計參數(shù)；圖9所示是一種具有大的柵欄和像素間距的自動立體顯示器以及一個不具有彩色濾光片的NP3交織的圖解；圖10所示是一種具有小的柵欄和像素間距的自動立體顯示裝置以及NP1交織的圖解；圖11所示是一種具有大的柵欄和像素間距的自動立體顯示裝置以及NP1交織的圖解；圖12所示是一種具有大的柵欄和像素間距的自動立體顯示裝置以及NP3交織的圖解；圖13所示是一種具有大的柵欄和像素間距的自動立體顯示裝置以及NP1交織的圖解，其中在柵欄上沒有不透明部分；圖14所示是一種具有大的柵欄和像素間距的雙視圖顯示器以及NP1交織的圖解；圖15所示是一種具有大的柵欄和像素間距的雙視圖顯示器以及NP3交織的圖解；圖16所示是一種具有大的柵欄和像素間距的雙視圖顯示裝置以及NP1交織的圖解，其中在柵欄上沒有不透明部分；圖17a和圖17b所示是本發(fā)明一種實施方式的操作原理。
圖18所示是一種具有傳遞合成色的彩色濾光片的雙視圖顯示器；圖19a和19b所示是具有多于三個彩色濾光片的重復(fù)模式的兩個顯示器；圖20a和20b所示是具有變化寬度的彩色濾光片的兩個顯示器；圖21a和21b所示是具有彩色濾光片和在視差柵欄上具有透明部分的顯示器；圖22a和22b所示是變化了像素順序的顯示器；圖23a和23b所示是本發(fā)明的一種實施方式是如何降低柵欄和顯示器的間距。
附圖中所使用的相同的附圖標記表示的都是相同的部件。
圖7a所示是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的具有LCD像素陣列8和一個視差柵欄13的雙視圖顯示器1的前視圖。像素是利用NP3交織系統(tǒng)來安排，因此前三個像素27，28，29發(fā)射對應(yīng)于圖像2的紅，綠，藍光；接著的三個像素30，31，32發(fā)射對應(yīng)于圖像1的紅，綠，藍光；接著的三個像素33，34，35發(fā)射對應(yīng)于圖像2的紅，綠，藍光。
視差柵欄13包括不透明區(qū)域14和狹縫15，與圖6中的柵欄的方式類似。在每個狹縫15處都安裝了一系列彩色濾光片36，37，38，39。彩色濾光片與像素的間隔是幾乎相同的，在如圖所示的實施方式中在每個狹縫中都有四個彩色濾光片，分別是紅，黃，青和藍色。紅色濾光片只傳遞紅光。黃色濾光片傳遞紅光和綠光，青色濾光片傳遞綠光和藍光，藍色濾光片只傳遞藍光。在這個以及接下來的圖中，彩色濾光片按照顏色標注“R”是紅色，“B”是藍色，“G”是綠色，“Y”是黃色，“C”是青色，以及“M”是紫色。
狹縫中的濾光片36，37，38，39的間距與像素的間距幾乎相同。紅色濾光片36與傳遞圖像1的三個像素中心的綠色像素31對準。黃色濾光片37與圖像1的組的邊緣的藍色濾光片32對準。青色濾光片38與相鄰的圖像2的組的起始位置的紅色像素33對準，以及藍色濾光片39與圖像2的組的中心的綠色像素對準。
從圖7a中可看出觀看者僅能看到圖像1的角度范圍20，22相對于圖6a中的排列明顯增加了。另外，狹縫寬度相對于圖6c中的狹縫寬度也明顯增加，結(jié)果是使得亮度明顯增加。因此觀看者獲得了更大的頭部活動自由度而使圖像的亮度損失更小。
圖7a所示排列的另一個優(yōu)點相對于圖7b更加明顯。當顯示器在90°被觀看，濾光片36，37，38，39與像素31，32，33，34對準，這樣的話來自像素的光線都不會通過濾光片，因此，當觀看者從90°觀看顯示器，它將不會看到顯示器發(fā)射出光線。這將充分減小或者甚至消除由于使用傳統(tǒng)不透明/透明視差柵欄產(chǎn)生的圖像混合(串擾)。
這種方式如圖7c所示。在圖的右手邊的區(qū)域24中，觀看著只能看到圖像1，在圖的左手區(qū)域25中，觀看著僅能看到圖像2。在這兩個區(qū)域之間的窄區(qū)域26中，沒有光線發(fā)射并且該裝置在觀看者看起來是黑色的。
圖8所示是對包含彩色濾光片的視差柵欄最重要的設(shè)計參數(shù)。如圖8所示，像素被安排成可以交替發(fā)射“左邊”和“右邊”圖像的光線，使用交織系統(tǒng)NP1。應(yīng)當理解的是包括彩色濾光片的視差柵欄可以利用任何交織系統(tǒng)，NP1，NP2，NP3等來設(shè)計。
在圖8以及以后的附圖中，像素將用它們是哪一部分圖像以及它們將發(fā)射的光線的顏色來標注。例如，一個標注為LB的像素是一個為左邊圖像發(fā)射藍光的像素。一個標注為RG的像素表示為右邊圖像發(fā)射綠光的像素。
在圖8中，像素8和視差柵欄13之間的間距被標注成“d”。在視差柵欄中使用適當?shù)牟噬珵V光片的排列，使得在一個寬范圍的不同的分開間距都能達到圖像之間的同樣的角度分離。例如，在圖14中所示的柵欄13距像素8是圖18中所示柵欄的三倍，但是兩種情況下圖像的角度分離是相同的。
圖8中的柵欄13中的狹縫寬度標注為“s”。圖8所示是僅包含一個紅色濾光片作為實例的狹縫。狹縫寬度幾乎控制著能夠看到左邊或者右邊像素的角度范圍β。為了獲得好的頭部自由度，這個角度范圍需要是很大的。這個實例可以參照圖15和16。在圖15中，狹縫寬度很窄，并且像素只能從一個很小的角度范圍內(nèi)看到。在圖16中狹縫寬度變大，并且像素能夠從一個大的角度范圍內(nèi)看到。
圖9所示是已知的自動立體顯示器，其中的視差柵欄13具有不透明部分14和透明狹縫15，但是沒有彩色濾光片。交織系統(tǒng)是NP3。柵欄像素的間距很大并且狹縫的寬度與一組三個像素寬度相當(即形成例如左邊圖像的部分的三個相鄰像素)。用于觀看者右眼的光線40從右邊像素30，31，32通過狹縫15。同樣的，用于左眼的光線41從左邊像素27，28，29通過狹縫15。
右邊圖像的每個像素29，30，31對著狹縫的角度范圍由虛線示出。很明顯的是觀看者的左眼41也可看到一些來自右邊圖像的至少一些紅色像素30的光線。因此圖像之間的串擾很大，并且盡管每幅畫面的亮度很高，觀看者能看到彩色贗象并且只有很小的頭部活動自由度。
圖10所示是類似的自動立體顯示器，盡管這種情況下的像素8是使用NP1交織系統(tǒng)來排列，并且柵欄像素之間的間距很小。每個狹縫15的寬度相當于每個單獨像素的寬度。每個右邊像素48，50，52對著狹縫的角度范圍也是用虛線標出的。這次將會沒有串擾或者彩色贗象，但是亮度和頭部自由度都很小。
圖11所示是在自動立體顯示器中使用彩色濾光片。柵欄和像素的間距很大并且狹縫和像素的寬度也相當，按照NP1交織排列。相對于類似的用空的狹縫代替彩色濾光片的顯示器，顯示器有良好的頭部自由度和亮度，并且沒有彩色贗象。
圖12所示是與圖9類似的排列，但是紅色，綠色和藍色濾光片55，56，57被插入狹縫15。這個減小了顏色贗象發(fā)生的機會。
圖13所示是自動立體顯示器，其中的彩色濾光片排列使得從視差柵欄13中完全去除了不透明區(qū)域。這個形成了很好的頭部自由度和亮度，而不造成顏色贗象。
圖14，15和16是和圖11，12和13示出的顯示器類似的設(shè)計，除了每種情況下柵欄被移動到與像素更接近。這個增加了兩幅畫面之間的角度分離并且使得這種顯示器在用作自動立體顯示器之外被用作雙視圖顯示器。這些顯示器都允許很好的頭部自由度并且在顯示器90°處觀看時具有一個黑色中心“窗口”。圖14-16中的“左邊”和“右邊”所指的是左和右觀看位置，而不是觀看者的左眼或右眼。
黑色中心窗口對雙視圖顯示器尤其重要。自動立體顯示器的中心區(qū)域?qū)⒙湓谟脩舻膬芍谎劬χg，因此不會被看見，因而這個區(qū)域中的串擾沒有關(guān)系。但是，回到圖5中所示的汽車里的雙視圖顯示器，位于中間的觀看者(例如在后面的位置)，將從90°看到顯示器18。因此上述顯示器應(yīng)該具有一個黑色中心區(qū)域而不是串擾的區(qū)域是很重要的。
圖11-13和14-16所示的所有顯示器使用允許一個單獨的基色通過的彩色濾光片。通過使用允許多于一種的基色通過的濾光片，在視差柵欄的設(shè)計上獲得了更大的靈活性。
圖17a所示是一個具有大的狹縫并且具有在每個像素處對著每個彩色濾光片有大的角度的柵欄13。顯示器使用NP3交織系統(tǒng)并且顯示了必須使各自的紅色，綠色和藍色光通過的區(qū)域58，59，60。為了獲得更好的角度變化，上述區(qū)域是互相重疊的。應(yīng)該注意的是傳遞紅光的區(qū)域58比通過相應(yīng)光的紅色像素27，30要大得多。這些從每個像素傳遞光線的大的區(qū)域增加了亮度和觀看者的頭部自由度。
圖17b所示是實際操作中上述柵欄如何制造。在要同時傳遞綠色和紅色光時使用黃色濾光片61。要同時傳遞綠色和藍色光時使用青色濾光片62。換句話說，一些彩色濾光片可以是合成色而不是基色。應(yīng)該注意的是每個濾光片的寬度與像素的寬度幾乎相同，但是如17a所示，傳遞每個基色的區(qū)域58，59，60比相應(yīng)像素的寬度要大得多。該顯示器具有良好的亮度、每幅畫面的好的角度范圍，并且沒有串擾。
圖18所示是與圖10類似的顯示器，其中合成色濾光片被插入狹縫15。彩色濾光片在這樣一個柵欄中的使用去除了柵欄被從斜角即在通常左邊和右邊的觀看區(qū)域之外觀看的串擾。
圖19a所示是NP3顯示器，其中的狹縫被進一步擴大。這個顯示器可被用作自動立體顯示器或者雙視圖顯示器。彩色濾光片被“重新排列”從而使它們不再按照簡單的紅，綠，藍的模式，在每個狹縫15中都有五個濾光片63-67。圖19b所示是只使用基色濾光片63-67的類似的排列，但是在每個狹縫中仍有五個。在圖19b中像素的順序也改變了左邊像素的順序是右邊像素順序的鏡像。
重新排列彩色濾光片允許柵欄更加接近面板。也允許綠色濾光片(如圖19b所示)在狹縫的中間。如果綠色濾光片漏掉了一些紅光和藍光影響也不明顯。這可幫助減小由于彩色濾光片漏色而產(chǎn)生的串擾問題。
圖20a所示是本發(fā)明的另一種實施方式。在這種實施方式中濾光片不是統(tǒng)一寬度的。每個狹縫15包括一個合成色濾光片68，其側(cè)面之一是一個更窄的基色濾光片69。這可使得對傳送光線的方向有更進一步的控制。
圖20b是一個與圖20a類似的設(shè)計，但是去除了不透明區(qū)域14。在不透明區(qū)域兩側(cè)的基色濾光片都擴張來填充這個區(qū)域，因此每個像素的角度范圍，以及頭部活動的自由度很大，但是仍然有很小的串擾以及高的亮度。
圖21所示是本發(fā)明的另一種實施方式。圖21a所示的區(qū)域58’，59’，60’，類似于圖17a所示的區(qū)域58-60，其中分別傳遞紅色，綠色和藍色光。在所有三個區(qū)域重疊的狹縫中心，所有三基色的所有光線都將通過。將其用于實際的柵欄13如圖21b。中心區(qū)域70幾乎是透明的使得能夠傳遞所有三基色的光線，并且兩側(cè)是合成色濾光片71，72。
圖22提供了根據(jù)本發(fā)明的另一種可能的排列的實例。都是用NP3交織，在兩種情況下對于左邊和右邊圖像的像素順序而不同。
圖23所示是如何使用合成色濾光片能使得柵欄13與像素8更加接近來達到在圖像之間同樣的角度分離。在圖23a中濾光片都是基色濾光片并且柵欄像素的間距很大。在圖23b中，使用合成色濾光片和一個透明部分70使得柵欄更接近像素。在效果上，圖23a中通過每個基色的區(qū)域比圖23b的要大。
應(yīng)當理解的是圖23b的排列提供了一個比圖23a更大的頭部自由度。這是因為在圖23a每個通過單獨一種基色的彩色濾光片相當于像素的寬度。在圖23b中，通過單獨一種基色的區(qū)域更大—大于像素的寬度的兩倍。
本發(fā)明提供了一種多視圖定向顯示器，上述顯示器包括一個顯示裝置和具有彩色濾光片陣列的視差光學(xué)部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述實施方式進行不同的修改。
例如，上述的實施方式都是參考圖1所示的在空間光調(diào)制器4前具有視差柵欄5的多視圖顯示器來說明的。應(yīng)當理解的是本發(fā)明也可等同的應(yīng)用于圖4所示的顯示器，其中的視差柵欄5位于背景光11和SLM之間。另一種可替換的方式中，視差柵欄開口陣列13可以完全移開，背景光本身被排列用于發(fā)射不同顏色的光線。例如，背景光可包括LED陣列，一些或者全部都發(fā)射合成色的光線。
在另一種改進中，彩色濾光片或者背景光彩色陣列是可轉(zhuǎn)換的。這可使得左邊和右邊視窗的位置改變。上述是很有用的，例如在一個自動立體顯示器中。如果觀看者的頭部活動了，顯示器可以動態(tài)重新裝配使得左邊和右邊的圖像仍然位于它們的眼睛里?？商鎿Q的，轉(zhuǎn)換視差柵欄中的所有的彩色濾光片和不透明區(qū)域使得它們都是透明的，雙視窗顯示器可以重新裝配成為一個單視窗顯示器。
權(quán)利要求
1.一個多視圖定向顯示器，包括包含一組圖像元件的圖像顯示裝置，以及包含一排彩色濾光片的視差光學(xué)部件。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中每個彩色濾光片和各自的一組圖像元件對準。
3.如權(quán)利要求1或2所述的顯示器，其中的彩色濾光片安裝在視差光學(xué)部件的開口處。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的顯示器，其中的每個圖像元件用于發(fā)出一種基色的光線，并且其中至少一個彩色濾光片被用于傳遞多于一種基色的光線。
5.如前面的權(quán)利要求之一所述的顯示器，其中視差光學(xué)部件包括至少一個充分透明區(qū)域用于傳遞所有三基色的光線。
6.如權(quán)利要求4所述的顯示器，其中所有的彩色濾光片都是合成色，用于傳遞兩種基色。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示器，其中圖像元件交替的顯示兩幅圖像的部分。
8.如前面的權(quán)利要求之一所述的顯示器，其中彩色濾光片是按照周期重復(fù)的模式排列的。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中圖像元件被排列按照周期重復(fù)的模式發(fā)射彩色光線，并且彩色濾光片和圖像元件的模式不同。
10.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；以及一個第四濾光片用于只傳遞第三基色的光線。
11.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第一基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色的光線；以及一個第五濾光片用于只傳遞第三基色的光線。
12.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色的光線；以及一個第五濾光片用于傳遞第一基色的光線。
13.如權(quán)利要求12所述的顯示器，其中圖像元件模式包括用于按照第一，第二，第三，第三，第二，第一的順序發(fā)射基色光線的元件。
14.如權(quán)利要求12或13所述的顯示器，其中的第三基色是綠色。
15.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第二濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線。
16.如權(quán)利要求15所述的顯示器，其中圖像元件模式包括用于按照第一，第三，第二，第二，第三，第一的順序發(fā)射基色光線的元件。
17.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線；以及一個第五濾光片用于只傳遞第一基色的光線。
18.如權(quán)利要求10至17之一所述的顯示器，其中圖像元件被排列成三個一組，因而三個相鄰的圖像元件顯示是同一副圖像。
19.如權(quán)利要求10至18之一所述的顯示器，其中每個顏色過濾片的寬度與圖像元件之間的間距實質(zhì)上相等。
20.如權(quán)利要求10至19之一所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期還包括一個不透明膜。
21.如權(quán)利要求8或9所述的顯示器，其中彩色濾光片的寬度是變化的。
22.如權(quán)利要求8，9或21所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第一不透明膜；一個第四濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第五濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第六濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第二不透明膜；一個第七濾光片用于只傳遞第三基色的光線；一個第八濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線；一個第九濾光片用于只傳遞第一基色的光線；以及一個第三不透明膜。
23.如權(quán)利要求22所述的顯示器，其中第二，第五和第八濾光片比第一，第三，第四，第六，第七和第九濾光片寬。
24.如權(quán)利要求8，9或21所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個第三濾光片用于只傳遞第二基色的光線；一個第四濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第五濾光片用于只傳遞第三基色的光線；以及一個第六濾光片用于傳遞第三和第一基色的光線。
25.如權(quán)利要求24所述的顯示器，其中第一，第三和第五濾光片比第一，第二，第四和第六濾光片要寬。
26.如權(quán)利要求24或25所述的顯示器，其中的視差元件不包括不透明部分。
27.如權(quán)利要求8，9或21所述的顯示器，其中彩色濾光片模式的一個周期包括一個第一濾光片用于只傳遞第一基色的光線；一個第二濾光片用于傳遞第一基色和第二基色的光線；一個透明部分用于傳遞所有三種基色的光線；一個第三濾光片用于傳遞第二基色和第三基色的光線；一個第四濾光片用于只傳遞第三基色的光線。
28.如權(quán)利要求27所述的顯示器，其中的透明部分比彩色濾光片窄。
29.如權(quán)利要求1至7之一所述的顯示器，其中的彩色濾光片是按照周期重復(fù)的模式安裝的，并且模式的單獨一個周期內(nèi)的彩色濾光片的數(shù)目大于三個。
30.如權(quán)利要求1至7之一所述的顯示器，其中的圖像元件是按照周期重復(fù)的模式安裝的，并且模式的單獨一個周期內(nèi)的圖像元件的數(shù)目大于三個。
31.如權(quán)利要求1至7之一所述的顯示器，其中彩色濾光片的寬度是變化的。
32.如前面的權(quán)利要求之一所述的顯示器，其中部分或者所有的彩色濾光片是可轉(zhuǎn)換的。
33.如前面的權(quán)利要求之一所述的顯示器，其中的顯示器是一個雙視圖顯示器。
34.如權(quán)利要求33所述的雙視圖顯示器，其中彩色濾光片被排列使得位于顯示器90°的區(qū)域在觀看者看來是黑暗的。
35.一個多視圖定向顯示器，包括一個圖像顯示裝置，該圖像顯示裝置包括一組由一排光源照亮的圖像元件，其中至少一個光源發(fā)射一種合成色的光線。
36.一個視差光學(xué)部件，包括一排彩色濾光片，其中至少一個彩色濾光片傳遞多于一種基色的光線。
全文摘要
一種多視圖定向顯示器包括，具有一組圖像元件構(gòu)成的圖像顯示裝置，以及具有一排彩色濾光片的視差光學(xué)部件。部分或者所有的濾光片可傳遞多于一種基色的光線。
文檔編號H04N15/00GK1619352SQ20041010233
公開日2005年5月25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J·馬瑟, D·J·蒙特戈梅利, D·U·基恩, G·布西爾, G·R·瓊斯 申請人:夏普株式會社