CN100339249C - 在交通工具内显示图像的显示系统 - Google Patents

Abstract

一种显示系统(100)，其同时从不同的数据流(1，2)显示图像。对应于第一数据流(1)的图像显示给交通工具内的第一观察者(106)，而对应于第二数据流(2)的图像显示给交通工具内的第二观察者(108)。显示系统(100)包括：一个显示屏(102)，用于产生第一图像和第二图像；和一个光学选择屏(104)，用于选择性地将第一图像以第一方向(101)通向第一观察者(106)，并且将第二图像以第二方向(103)通向第二观察者(108)。该显示系统对于由显示屏(102)产生来自两个数据流(1，2)的图像来讲是有利的。

Description

在交通工具内显示图像的显示系统

技术领域

本发明涉及一种在交通工具内显示图像的显示系统，特别是涉及被设置用来同时对多个观看者显示不同图像的一种显示系统。例如在汽车环境中，司机和乘客可能想要在两者之间使用一个位于仪表板上的显示器。然而，通常他们想要看到的信息内容的性质不同。司机想要基于知识方面的信息，例如驾驶或导航信息。乘客可能更想要基于娱乐类的信息，例如电影或英特网。

本发明进一步涉及包含这个显示系统用来显示图像的一种交通工具。

发明背景

已知WO 98/09842的公开文本中描述了本文开篇段落中所述的显示系统的一个实施例。该系统包括两个显示屏。一个显示屏专用于显示交通工具的司机用的图像，而第二个显示屏专用于显示乘客用的图像。两个显示屏上的图像相互独立地产生。显示屏优选安装在相互间可移动的框架上和交通工具的内部，这样一个显示屏司机可以看到，而另一个面对乘客。根据现有技术的该系统的缺点是它相对较大，即深度相对较深。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种如开篇段落中描述的一类显示系统，它相对较薄。

可以通过在交通工具内用于显示图像的显示系统实现本发明的这个目的，其包括：

-用于产生第一图像和第二图像的显示屏；和

-光学选择屏，用于选择性地将第一图像以第一方向通向第一观察者，并且将第二图像以第二方向通向第二观察者，第一和第二观察者位于交通工具内。

在根据本发明的显示系统中，设置有一个显示屏以同时产生给第一观察者如司机的图像和第二观察者如乘客的图像，其中乘客坐在司机的附近。优选这个显示系统放置的位置相对靠近光学选择屏，从而形成一个相对较薄的显示系统。有限的深度的一个优势在于便于将显示系统安装在交通工具内，即它为设计者提供了很大的自由。有限的深度还使显示系统显得精致，从而产生高科技的感觉。这是感觉质量的一个主要方面。

采用立体显示系统为观察者产生3D效果是已知的。这些系统设计为产生两个视图，即两套图像。在立体观察的情况下，两套图像的各个图像相互对应以形成立体对。目的是每对图像中的一个图像被观察者的左眼看到以及每对图像中的另一个图像被观察者的右眼看到。

在大量的文献中已经考虑了将这个原理应用到各种显示器中。例如在SPIE学报1256(1990)、1457(1991)和1669(1992)卷中；Neil Davies、MalcolmMcCormick和Li Yang在Appl.Optics vol.27 no 21 pp 4520-4528(1988)的文章“Three-dimensional imaging systems：a new development”中；和MalcolmMcCormick和Neil Davies在Physics World，June(1992)的文章“3D Worlds”中。

除了立体显示系统显示的图像是成对的这个事实以外，在立体观看的情况下还有另外一个重要方面：观察者两眼间的距离相对较小(平均7厘米)，这就导致在每对图像的左侧图像传输方向和每对图像的右侧图像传输方向之间形成了相对较小的角度。

根据本发明的显示系统是基于一个立体显示系统的组成部分，这个立体显示系统是3D显像领域已知的。然而却存在主要的区别。首先，看到的图像不是由成对的图像形成的。换句话来讲，显示给第一观察者的图像与显示给第二观察者的图像是相互独立的。第二，显示屏和光学选择屏的元件尺寸适于在第一方向和第二方向之间获得相对较大的角度。显示屏的元件表示用来产生或调节第一和第二图像的像素光线的发光元件。在包含例如有机发光二极管(OLED)和聚合物发光二极管(PolyLED)的有源显示屏的情况下，设置发光元件以产生光线。在包含背光和例如液晶(LCD)的无源显示屏的情况下，设置发光元件以调节光线。或者显示屏为电-色显示屏或铁电显示屏。光学选择屏的元件表示用来部分阻碍来自显示屏的光线的光学元件，即一个阻碍物，或者用来弯曲来自显示屏的光线的光学元件，例如透镜。优选采用置于垂直方向的圆柱形透镜。

由于这些区别，在交通工具设计领域工作的技术人员应用立体显示系统的组成部分构造一个满足交通工具内的多点观看要求的显示系统并不是显而易见的事。通过这个事实强调这一论断：即立体显示系统已经存在了许多年，但是根据现有技术的知识，没有在交通工具内的显示系统包括一个显示屏，其同时产生给第一观察者的第一图像和给第二观察者的第二图像。

在根据本发明的显示系统的实施例中，光学选择屏包括多个遮光条(bar)和缝隙，设置缝隙用来在第一方向通过第一图像和在第二方向通过第二图像，设置遮光条用来在第二方向阻碍第一图像和在第一方向阻碍第二图像。根据本发明的这个实施例的一个优势在于其相对较易构造。优选光学选择屏是包括透明和不透明带的箔，例如一个其上涂刷或打印出遮光条的透明箔。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中显示屏包括多个发光元件，它们每个都具有一个第一尺寸并且相互间以第一距离设置，而且第一个缝隙的尺寸基本上等于第一发光元件的第一尺寸与第一距离的和。根据本发明，这个实施例的一个优点是对应于一个图像的光的量在相对较大的观察角度上相对恒定。这表示如果一个观察者移动他的头部例如从左到右(或相反)，那么对于图像亮度的外观不发生改变或基本不变。应当注意，在立体显示系统中缝隙的尺寸相对于发光元件的尺寸和位置通常小得多。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，显示屏包括多个发光元件，第一发光元件具有第一尺寸和小于第一尺寸的第二尺寸，第一缝隙具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一发光元件定向为使得第一尺寸基本垂直于第一缝隙的第三尺寸。这个实施方式的一个优点为观看锥体相对较大，对应于主要的彩色成分，红、绿、蓝的三重发光元件结合成基本为正方形的组合发光元件。换句话讲，将一套矩形的子像素组合成正方形像素。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，光学选择屏包括多个透镜以第一方向将第一图像选择性地通向第一观察者并且以第二方向将第二图像选择性地通向第二观察者。根据本发明的这个实施例的一个优点是其相对较易构造。优选光学选择屏包括多个圆柱形的透镜，其具有基本上对应于显示屏高度的长度。根据本发明的这个实施例的另一个优点是，除了将遮光条作为光学选择屏的情况，通过显示屏产生的大多数光都通过光学选择屏。除了透镜外还可以应用微棱镜将光线分为两个方向。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，显示屏包括多个发光元件，它们每个都具有第一尺寸并且相互间保持第一距离，而且其中第一透镜到属于第一透镜的第一发光元件之间的第二距离基本上与第一个透镜的焦距不同。优选第二距离是这样的：相邻于其中一个发光元件的黑点包含在透镜的焦点与透镜的物理边界构成的圆锥形中。根据本发明的这个实施例的一个优点在于对于相对较大的观看角度，对应于一个图像的光量是相对恒定的。这表示如果一个观察者从左到右(或相反)移动其头部，那么图像在亮度方面表现不发生改变或基本不改变。应当注意在立体显示系统中发光元件通常位于相应透镜的焦点位置或在其附近。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，显示屏包括多个发光元件，第一发光元件具有第一尺寸和小于第一尺寸的第二尺寸，第一透镜具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一个发光元件定向为使得第一尺寸基本上垂直于第一个透镜的第三尺寸。这个实施例的一个优点在于观察锥体相对较大，而对应于主要彩色成分，红、绿和蓝的三重发光元件结合为基本为正方形的组合发光元件。换句话讲，将一套矩形的子像素组合为正方形像素。

根据本发明的显示系统的一个实施例包括接收装置，用于接收第一观察者的位置信息，在这里显示屏为无源显示屏，它包括一个引导的背光，基于第一观察者的位置信息的来对引导的背光进行控制。相比于散射的背光，通过定位第一观察者，就可以在他的准确位置上为第一图像提供一个高得多的亮度。为了定位第一观察者，优选使用头部跟踪装置，例如基于照相机。可以选择将通过照相机装置获得的图像用于其它用途，例如用于检查司机是否没睡着。优选接收装置设置为接收关于眼睛准确位置的信息，即眼部跟踪装置。可以选择眼部跟踪装置给出观察者注视方向的信息。如果跟踪装置检测出来观察者没有注视显示系统而是例如在看路，那么可以切换背光和/或停止为观察者产生图像。这对于交通工具的司机是有利的，因为当司机不再关心或暂时不关心显示系统装置提供的信息时，在这个情况下司机可不被来自显示系统的光线打扰。为了产生给两个观察者提供的图像，至少要求两个背光或要求具有双向特性的背光。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，显示屏设置为产生第三图像，并且显示屏包括一个切换单元，用于将光学选择元件从：

-选择性地以第一方向通过第一图像和以第二方向通过第二图像的多点观看状态；切换到

-以第一方向和第二方向通过第三图像的单点观看状态。

根据本发明的这个实施例设置为在多点观看和标准单点观看之间的切换。第三图像的图像分辨率是第一或第二图像的分辨率的两倍。同样的规律适用于对应各个图像的光的量。例如如果一个司机在第一分辨率下观看导航信息时想要在更大的分辨率下察看地图，这将会是一个优势。在更大的分辨率下察看地图可能是因为他想在地图上看出一个特定街道或建筑的名称。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，光学选择屏包括多个遮光条，设计这些遮光条用来在透明状态和不透明状态之间切换。根据本发明的这个实施例的一个优点在于它相对较易构造。优选遮光条根据电场或磁场在透明状态和不透明状态之间切换。根据电流的切换叫做电色切换。根据电场的切换通常应用在液晶板上并且称为铁电切换。或者基于紫外线(UV)的切换，这称为光色切换。

在根据本发明的显示系统的一个实施例中，光学选择屏包括多个透镜，这些透镜放置在一个贮存器中，在这个贮存器中，第一折射率基本上等于透镜材料的第二折射率的液体被盛入或排出，以使光学选择单元分别在单点观看状态和多点观看状态之间切换。根据本发明的这个实施例的一个优点在于其相对较易构造。优选光学选择屏包括多个圆柱形透镜，它们具有基本上对应于显示屏高度的长度。根据本发明的这个实施例的另一个优点在于，除了遮光条用作光学选择屏的情况外，由显示屏产生的大部分光都通过光学选择屏。

本发明的另一个目的是提供这样一种交通工具，已在上面的开篇段落中进行描述，包含一个相对较薄的显示系统。

本发明的这个目的实现了，因为交通工具包含了这个如权利要求1所述的用来显示图像的显示系统。

显示系统的改进及其变化可对应于所述交通工具的改进和变化。

附图说明

根据下文结合附图描述的实施方法和实施例及其相应解释，可以使得显示系统的这些方面与其它方面，以及根据本发明的交通工具的这些方面与其它方面变得明显，其中：

图1示意地显示了根据本发明的显示系统的一个实施例；

图2A示意地显示了包含基于一个光学遮光条的一个光学选择屏的显示系统实施例；

图2B示意地显示了包含基于透镜的一个光学选择屏的显示系统实施例；

图3示意地显示了包含一个用彩色矩阵显示器作为显示屏的显示系统实施例；

图4示意地显示了根据图2A的显示系统的观察位置所观察到的视图；

图5示意地显示了包含一个导向的背光的显示系统的实施例；

图6A示意地显示了本发明的显示系统的实施例的多点观看状态，该显示系统设置为能在多点观看状态和单点观看状态之间切换；

图6B示意地显示了本发明的显示系统的实施例的单点观看状态，该显示系统设置为能在多点观看状态和单点观看状态之间切换；

图7A示意地显示了显示系统的光学选择屏实施例的多点观看状态，该显示系统设置为能在多点观看状态和单点观看状态之间切换；

图7B示意地显示了显示系统的光学选择屏实施例的单点观看状态，该显示系统设置为能在多点观看状态和单点观看状态之间切换；

图8示意地显示了两个观看圆锥的几何图形；

图9A示意地显示了玻璃厚度d＝700μm、像素宽度p＝100μm、和黑点尺寸b＝25μm的观看角度；

图9B示意地显示了玻璃厚度d＝300μm、像素宽度p＝100μm、和黑点尺寸b＝25μm的观看角度；

图9C示意地显示了玻璃厚度d＝700μm、像素宽度p＝300μm、和黑点尺寸b＝25μm的观看角度。

图9D示意地显示了玻璃厚度d＝300μm、像素宽度p＝300μm、和黑点尺寸b＝25μm的观看角度。

图10示意地显示了标准LCD中采用的像素结构和彩色滤光片设置；以及

图11示意地显示了关于光学选择屏的像素结构。

在整个附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。

具体实施方式

图1示意地显示了根据本发明的显示系统100的一个实施例，包括：

-显示屏102，用于产生第一系列的图像和第二系列的图像；和

-光学选择屏104，用于以第一方向101将第一系列的图像选择通向第一观察者106，并且以第二方向103将第二系列的图像选择通向第二观察者108。

由显示系统的第一个输入连接器130提供第一数据流1，而由显示系统100的第二个输入连接器132提供第二数据流2。第一和第二数据流1、2例如可以对应于导航信息、电影、互联网的网页、游戏等。第一和第二数据流1、2提供给显示屏102，显示屏102设置为将数据流1、2分别转化为第一系列图像和第二系列图像。显示屏102包括多个发光元件110、128，它们等距设置。这些发光元件的第一组120、128设置为根据第一数据流1产生第一系列的图像，而这些发光元件的第二组110、118设置为根据第二数据流2产生第二系列的图像。这些发光元件的第一组120、128例如对应于奇数列的发光元件而第二组110、118例如对应于偶数列的发光元件。

图1的光学选择屏104基于一个遮光条。来自发光元件第一组120、128的每一个发光元件的光都部分地被遮光条的遮光条挡住。结果是该光线不能到达位于第二位置的第二观察者108。而来自发光元件第一组120、128的每一个发光元件的另一部分光则利用位于遮光条之间的缝隙通过光学选择屏104。这个光线对位于第一位置的第一观察者106是可见的。来自发光元件第二组110、118的每一个发光元件的光都部分地被遮光条的遮光条挡住。然而，这导致该光线不能到达位于第一位置的第一观察者106。而来自发光元件第二组110、118的每一个发光元件的另一部分光利用位于遮光条之间的缝隙通过光学选择屏104。这个光线对位于第二位置的第二观察者108是可见的。

第一和第二观察者106、108位于交通工具内，例如汽车、火车、公共汽车、轮船或飞机。观察者可以都是乘客，也可以一个观察者是乘客而另一个观察者在驾驶交通工具。除了两个观察者都在控制交通工具例如在飞机内的可能情况。

图2A示意地显示了包含基于一个光学遮光条的一个光学选择屏104的显示系统实施例。光学选择屏104包含多个遮光条212-216和缝隙218-220，缝隙218-220设置用来以第一方向101通过第一系列的图像和以第二方向103通过第二系列的图像，遮光条212-216设置用来在第二方向103上阻碍第一系列的图像和在第一方向101上阻碍第二系列的图像。显示屏102包括多个发光元件110、112，其用于产生对应于第二系列图像的相应像素的光，以及多个发光元件120、122，用于产生对应于第一系列图像的相应像素的光。每个发光元件110、112、120、122都具有第一尺寸w_LE并且设置在离相邻发光元件110、112、120、122为第一距离w_B的位置。换句话讲，在发光元件110、112、120、122之间存在黑点202-210。第一个缝隙218的尺寸l基本上等于第一个发光元件110的第一尺寸w_LE与第一距离w_B的和。见等式1：

l≈w_LE+w_B                  (1)

在显示屏102和光学选择屏之间的距离d，以及第一个缝隙218的尺寸l基本上相等。见等式2：

l≈d                       (2)

然而用一个较小的d值以获得较大的观看角度也是可能的：l＞d。下面的等式也适用。

w≈2l                      (3)

根据本发明的这个实施例具有一个相对较大的观看角度，这使本发明的显示系统非常适合用于汽车内，在汽车内，与观察者离显示系统的距离相比，观察者座位之间的距离较远。除此之外，第一系列图像和第二系列图像的光学分离相对较好。另见图4。

图2B示意地显示了包含基于透镜228、230的一个光学选择屏104的显示系统实施例，这个光学选择屏104用于以第一方向101将第一系列的图像选择通向第一观察者106，并且以第二方向103将第二系列的图像选择通向第二观察者108。显示屏102包括多个发光元件110、112，用于产生对应于第二系列图像的相应像素的光线，以及多个发光元件120、122，用于产生对应于第一系列图像的相应像素的光线。每个发光元件110、112、120、122都具有第一尺寸w_LE并且设置在离相邻发光元件110、112、120、122为第一距离w_B的位置上。第一透镜228到与该第一透镜228对准的第一发光元件110之间的距离d基本上不同于第一透镜228的焦距长度f。这个距离d是这样的，与一个发光元件110相邻的大多数黑点204包含在透镜228的焦点222和透镜228的物理边界构成的圆锥形226中。此外，与另一个发光元件120相邻的大多数黑点204也包含在透镜228的另一个焦点224和透镜228的物理边界构成的圆锥形中。通过“包含”黑点202-210，获得了一个宽的观看角度，并且接收到的图像具有基本上恒定的强度。

图3示意地显示了包含一个彩色矩阵显示器作为显示屏102的显示系统实施例。其中的彩色矩阵显示器包括多个产生红、绿和蓝光的发光元件112-126，这些发光元件112-126位于一个彩色矩阵显示器的标准构造中：三重RGB发光元件被黑点分隔。彩色矩阵显示器的控制是这样的，相邻的发光元件接收来自不同数据流1、2的数据。可以清楚地看出由于光学选择屏104的光学分离，新的三重RGB光线形成了。

图4示意地显示了根据图2A的显示系统的观察位置所观察到的视图。X轴402对应于观看位置，即观察者的位置。Y轴404对应于接收到的视图即图像的强度。对于第一个414范围的观察者位置来讲，对应于第一数据流，只能接收到第一系列的图像。对于所有这些位置，第一视图的强度都是相同的。这可以从对应于第一414位置范围的曲线406为平坦的这个事实得出。在第二416位置范围，第一系列图像和第二系列图像都可以接收到。在第二范围416的第一部分，第一视图的强度高于第二视图的强度。在第二范围416的第二部分，第一视图的强度低于第二视图的强度。在第三418位置范围，对应于第二数据流，只可以接收到第二系列图像。在第四420位置范围，第一系列图像和第二系列图像都可以接收到。对于观察者的第五422位置范围，只有第一系列的图像可以接收到，等等。注意，如果所有的图像都是均匀的，即所有的像素都具有相同的亮度值，那么接收到的视图的强度与接收到的光线数量相符合。

图5示意地显示了包含一个导向的背光502的根据本发明的显示系统500的实施例。除了两个输入连接器130、132用来接收表示将要产生的图像的数据流1、2，显示系统500还包含一个输入连接器508，在这里给出观察者的位置信息。这个位置信息通过头部跟踪器504计算出来的。优选头部跟踪器包括一个摄像机504。或者头部跟踪器基于超声波、电磁场或红外线。显示系统500包括一个接收单元506，用来接收位置信息并且根据位置信息计算导向的背光的适当位置。在图5中，用箭头表示的导向的背光具有三个自由度：在三个轴方向上的平移。或者导向背光不发生物理移动，而是采用多重光源的结构，它可以根据位置信息进行开或关。这可以基于一种叫做“平面内切换”(in-planeswitching)的技术，如H.de Koning等人在第7届International Display Workshop的IDW2000论文集中的文章“Dynamic contrast filter to improve the luminancecontrast performance of cathode ray tubes”描述的内容。它如下这样工作。一个光源放置在某个特定板的边缘以将光引入特定的板中，并且这个光线从特定板的特定位置发出，该特定位置对应于导向背光要求的位置，朝向光学选择屏104。光线就像在玻璃纤维中一样沿着特定的板通过。在特定的位置，构造材料是暂时不同的。因此在这个特定的位置光线将离开板。根据这项技术的一个实施例的优势在于可降低能量消耗。

描述这项技术的其它文献有：S.Kobayashi在SID国际座谈会，旧金山(USA)(1972)，Digest of Technical Papers III 68中的“Preparation of alphanumericliquid crystal displays with liquid crystals”；R.A.Soref在Appl.Phys.45(1974)5466中的“Field effects in nematic liquid crystals obtained with interdigitated electrode”。另一个可以采用的技术称为“多重垂直对齐LC(Multi-Vertically Aligned LC)”，其优势在于直接采用可切换的透明/不透明附加LC层，其工作原理是基于铁电效应的。这一技术描述于下列文献中：S.Yamauchi，M.Aizawa，J.F.Clerc，T.Uchida和J.Duchene，在SID国际座谈会上，巴尔的摩(USA)(1989)，Digest of Technical Papers XX3中的“Homeotropic alignment for color LCD”；J.F.Clerc，M.Aizawa，S.Yamauch Duchene，在第9届International Display Research，Japan Display，Ky(Japan)(1989)188的会议论文集中的“Highly multiplexedsuper homeotropic LCD”。

虽然只描绘有一个背光502，很明显，显示系统500可以包括多重背光。这表示至少有一个背光给观察者。显示屏500为一个无源显示屏，例如一个LCD，用作屏幕光线调节器。在图5中，描绘了将显示屏102设置在背光502和光学选择屏104之间。然而，其它的构造也是可能的。例如将光学选择屏104放置于背光502和光学选择屏之间。如图5描绘的光学选择屏104是基于一个遮光条的。然而光学选择屏104也可以基于透镜。

图6A示意地显示了显示系统600的实施例的多点观看状态，显示系统600设置为在多点观看状态和单点观看状态之间切换。显示系统600包括一个输入连接器604，以为系统提供一个开关，以便从一个状态向另一个状态切换。这种切换可以基于观察者的明确指令，但是也可以基于自动产生的脉冲。例如若系统为多点观看状态，在司机座位上的一个传感器给出存在一个观察者的信号时，这种自动脉冲可以产生。在一个精密的配置中，可能存在一个眼部跟踪装置，它给出其中一个观察者没有观看显示装置的信号。

在图6A中，可以看出数据流1和2都接收到了，并且提供给了显示屏102。所描绘的显示屏102后面的发光元件交替处理两个数据流1或2中的一个。这表示例如显示屏102奇数列中的发光元件产生对应于数据流1的图像的相应像素的光线，而显示屏102偶数列中的发光元件产生对应于数据流2的图像的相应像素的光线。光学选择屏104设置的状态为以第一方向选择性地通过对应于数据流1的图像并且以第二方向通过对应于数据流2的图像。结合图1、2A和2B，描述这个光学选择屏104的工作。

多点观看状态例如可以用于汽车内，为司机显示导航信息并为坐在司机旁边的乘客显示娱乐信息。优选汽车在这些相应的观看者旁边包含扩音器。这样，基本上只为司机提供了属于导航信息的音频，并且基本上只为乘客提供了属于娱乐信息的音频。或者有音频导向装置，将对应于不同数据流1、2的声音导向相应的观察者。

图6B示意地显示了显示系统600的实施例的单点观看状态，该显示系统600设置为能在多点观看状态和单点观看状态之间切换。或者换句话来讲，图6B示意地显示了描绘于图6A中的显示系统600的实施例的单点观看状态。在图6B中可以看出数据流1和2都接收到了，但是只有一个数据流2在实际上提供给了显示屏102。其描绘为显示屏102后面的发光元件只处理数据流2。这表示在显示屏102的奇数列和偶数列中的发光元件均能为对应于数据流2的图像的相应像素产生光线。光学选择屏104设置的状态为以所有方向通过光线。光学选择屏104没有在预定的方向上阻碍光线。通过机械移动光学选择屏104，可实现将光学选择屏104设置为在所有方向上通过显示屏102的光线。或者还可以通过将电或磁场施加到光学选择屏104上将遮光条从透明状态转变为不透明状态，而将光学选择屏104从一个状态转变为另一个状态。结合图7A和7B对光学选择屏104的另一个实施例进行了描述。

单点观看状态例如可以用于汽车内为司机显示详细的导航信息。例如在显示系统上的标有街道名称的城市地图。单点观看状态下的显示系统分辨率是多点观看状态下的两倍。然而多点观看状态例如可以用于乘客和司机在停好车的情况下观看一部电影。

图7A示意地显示了显示系统的光学选择屏700实施例的多点观看状态，该显示系统设置为在多点观看状态和单点观看状态之间切换。光学选择屏700包括放置在贮存器718中的多个透镜702-712，在贮存器718中，液体的盛入或排出可以以使光学选择单元700分别在单点观看状态和多点观看状态之间切换，该液体的第一折射率基本上等于透镜702-712材料的第二折射率。图7B示意地显示了描述于图7A中的光学选择屏700的实施例的单点观看状态。可以利用泵将液体从容器716转移到贮存器718。优选这个泵还设计为将液体从贮存器718转移回容器716。或者这个液体利用重力或毛细管作用流动。在液体存于含有透镜702-712的贮存器718的情况下，来自显示屏102的光线不再因为光学选择屏104而弯曲和/或通过光学选择屏104而聚焦。结果光线同时以第一方向101通向第一观察者和以第二方向103通向第二观察者。由于透镜702-712的材料与液体具有基本上相同的折射率，由透镜702-712产生的弯曲被液体预料了。

来自用于第一观察者的像素的光线减少了第二观察者的观看锥面，反之亦然。由发光元件110、112、120和122、相邻于发光元件110、112、120和122的黑点204-210、介质例如发光元件与阻碍物的遮光条212-216之间的玻璃的几何形状，以及阻碍物的缝隙宽度l决定观看锥面的尺寸。已经确定了的由阻碍物缝隙宽度l的变化引起的相邻像素能产生多个观看锥面。通过两个角度确定了玻璃内像素j的锥面，如等式4和5表示的：

α(j)＝arctan(-l/2+b/2-jp)        (4)

β(j)＝arctan(-l/2-b/2-(j-1)p)    (5)

由于在玻璃-空气转变时产生的折射，最终角度表示于等式6和7中：

$\widetilde{\mathrm{\α}}\left(j\right)=\arcsin \left(1.5\sin (\mathrm{\α}\left(j\right)\right)---\left(6\right)$

$\widetilde{\mathrm{\β}}\left(j\right)=\arcsin \left(1.5\sin \right(\mathrm{\β}\left(j\right))---\left(7\right)$

几何图形和参数的说明在图8中给出。第一个圆锥通过两条光线802和804确定，而第二个圆锥通过两条光线806和808确定。像素的尺寸通过p表示，黑点的宽度由b表示，玻璃的厚度由d表示，以及阻碍物上的缝隙宽度由l表示。在计算中，假定玻璃的折射率为1∶5。(注意b＝w_B和p＝w_LE+w_B。)

在第一个计算中，使用了下列值：p＝100μm、d＝700μm和b＝25μm。缝隙的宽度l发生了变化。在图9A中描绘了相邻像素产生的观看圆锥的角度分布随着显示系统光传输的变化。光传输T可以表示为两个因素的结果：

$T=\frac{p-\mathrm{bl}}{p.2p}---\left(8\right)$

第一个因素是由于黑点的存在引起了显示屏102的光传输。第二个因素是阻碍物105的光传输。在图9A中，可以观察到对于缝隙宽度l为零，即l＝0，这对应于光传输为零，即T＝0，得到了独立的观看圆锥，每一个对应于一个视图。在图9A中，对于7个不同的视图-3、-2、-1、0、1、2、3，用对于多个光的传输T的值，两个最大角 和 和这两个最大值之间可能的值来描绘圆锥。如果缝隙的宽度l增加，视图开始混合。当l进一步增加，有效视图(即没有串扰的视图)开始变得越来越小。如果光传输T增加到0.4以上，就不再能看到独立的视图(即没有串扰的视图)。总之，如果系统的传输为零，采用普通架上的典型尺寸的LCD，观看圆锥大约为10度。通过增加传输，就能减小观看锥面的尺寸。因此，这种设置不能满足机动车应用的要求。

为了改进前端阻碍物的性能，对于用架上LCD显示装置作为显示屏102的情况，建议采用两种方式。首先，减小玻璃基材的厚度，第二，像素设置旋转90度使子像素的长边，即红、绿和蓝分量为水平方向。换句话讲，将矩形子像素的最大尺寸基本上导向为垂直于缝隙的最大尺寸。

首先考虑减小玻璃厚度。对于移动电话的应用来说，要求采用薄LCD显示屏。因此，利用蚀刻工艺玻璃厚度减小到大约300μm到400μm。如果这个玻璃厚度用于计算，可以得到改进的观看区域。见图9B。然而，像素-1和0的观看圆锥还是相对较小，并且可能不能充分导向司机和乘客。此外，传输T在视图分离的区域也很小。

第二，改变像素结构，以使子像素的长边为水平方向。在一个普通的LCD中，子像素的取向如图10中所示。这表示彩色滤光片从顶端运行到底端，并且子像素在水平方向上比在垂直方向上小。然而，对于多点观看显示屏来说，在水平方向上采用大像素是有利的。因此建议将像素结构旋转90度。见图11。对于玻璃厚度d＝700μm，所得的观看角度就如图9C中所示。

在两种措施结合的情况下，可以得到更加改良的观看区域和观看圆锥，其可以更好地导向司机和乘客。对于玻璃厚度d＝300μm并且子像素的长边为水平方向，即p＝300μm，其结果显示在图9D中。在这种情况下，如果阻碍物的传输较低，两个重要观看圆锥0、1的尺寸就会较大。对于一个传输为0.3的情况，还是有一个大于20度的观看圆锥。所以，这个设计适用于在引言中讨论的机动车应用领域。

假定汽车和乘客相对于显示屏形成相同的角度。如果显示屏稍微旋转，例如朝向司机的方向，观看圆锥就需要调整。这可以轻易地实现。其不是将阻碍物定位在相邻像素之间，而是将阻碍物向左或向右移动。

在光学选择屏102基于透镜的情况下，还要求采用相对较薄的介质，例如在发光元件和光学选择屏102之间的玻璃。对于子像素相对于透镜的取向，这也是有利的，该取向类似于所述的缝隙取向。

图10示意地显示了架下LCD中采用的像素结构和彩色滤光片设置。彩色滤光片1001-1012通常设置在垂直方向上。子像素1013-1016在垂直方向上大于水平方向。三个子像素1013-1016一起形成了一个单一像素。

图11示意地显示了关于光学选择屏102的像素结构。在阻碍物型光学选择屏102的情况下遮光条或缝隙的方向用箭头1113指示，或者，在基于透镜的光学选择屏102的情况下透镜的方向用箭头1113指示。不同的子像素1101-1112，即红、绿和蓝彩色成分通常为矩形。这表示每个子像素，即发光元件，具有第一尺寸，其中w_LE大于第二尺寸。通常第一尺寸比第二尺寸大三倍。因此，三重子像素基本上为正方形。在根据本发明的一个显示系统中，子像素相对于光学选择屏102优选设置为子像素的最长边基本上垂直于遮光条或透镜的最长边。通常透镜或遮光条取向为垂直方向，而子像素为水平方向。

应当注意，上述的实施例用来说明而不是限制本发明，并且本领域的技术人员将能够设计出可替换的实施例而不偏离所附权利要求的范围。在权利要求中，放在括号内的任何参考标志都不能理解为对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在没有列举在权利要求中的元件或步骤的存在。用在一个元件之前的词语“一个”并不排除存在许多这样的元件。本发明可以利用包含几个独立元件的硬件实施，和利用合适的程序化计算机实施。在列举的几种方式的权利要求部分，这些方式中的几种可以通过一个硬件和相同项目的硬件实施。

Claims (10)

1.一种显示系统(100、500、600)，用于在交通工具内显示图像，包括：

-显示屏(102)，用于产生第一图像和第二图像；和

-光学选择屏(104)，用于选择性地将第一图像以第一方向(101)通向第一观察者(106)，并且将第二图像以第二方向(103)通向第二观察者(108)，第一和第二观察者(106、108)位于交通工具内，

其中，该光学选择屏(104)包括下列其中之一

-多个遮光条(212-216)和缝隙(218、220)，设置缝隙(218、220)用来在第一方向(101)通过第一图像和在第二方向(103)通过第二图像，设置遮光条(212-216)用来在第二方向(103)阻碍第一图像和在第一方向(101)阻碍第二图像，或者

多个透镜(228、230)，用于选择性地将第一图像以第一方向(101)通向第一观察者(106)，并且将第二图像以第二方向(103)通向第二观察者(108)，以及

其中显示屏(102)包括多个发光元件(110、112、120、122)，第一发光元件(110)具有第一尺寸(w_LE)和小于第一尺寸的第二尺寸，第一缝隙(218)具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，或者第一透镜(228)具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一发光元件(110)定向为使第一尺寸(w_LE)基本上垂直于第一缝隙(218)的第三尺寸，或第一透镜(228)的第三尺寸。

2.如权利要求1所述的显示系统(100、500、600)，其中显示屏(102)包含多个发光元件(110、112、120、122)，每个发光元件都具有第一尺寸(w_LE)并且设置为相互间隔第一距离(w_B)，并且其中第一缝隙(218)的尺寸(1)基本上等于第一发光元件(110)的第一尺寸(w_LE)与第一距离(w_B)的和。

3.如权利要求1所述的显示系统(100、500、600)，其中显示屏(102)包括多个发光元件(110、112、120、122)，每个发光元件都具有第一尺寸(w_LE)并且设置为相互间隔第一距离(w_B)，并且其中第一透镜(228)到属于该第一透镜(228)的第一发光元件(110)之间的第二距离(d)不同于第一透镜(228)的焦距长度(f)。

4.如权利要求1所述的显示系统(100、500、600)，包含接收装置(506)，用于接收第一观察者(106)的位置信息，并且其中显示屏(102)是无源显示屏(102)，该显示屏(102)包括导向的背光(502)，根据第一观察者(106)的位置信息对背光(502)进行控制。

5.如权利要求1所述的显示系统(100、500、600)，其中设置显示屏(102)以产生第三图像，并且其中显示屏(102)包括切换单元(602)，用于将光学选择元件(104)从：

-以第一方向(101)通过第一图像和以第二方向(103)通过第二图像的多点观看状态切换到

-以第一方向(101)和第二方向(103)通过第三图像的单点观看状态。

6.如权利要求5所述的显示系统(100、500、600)，其中光学选择屏(104)包括多个遮光条(212-216)，所述遮光条(212-216)被设计用来在透明状态和不透明状态之间切换。

7.如权利要求6所述的显示系统(100、500、600)，其中遮光条(212-216)根据电场或磁场在透明状态和不透明状态之间切换。

8.如权利要求5所述的显示系统(100、500、600)，其中光学选择屏(104)包括多个放置在贮存器(700)中的透镜(702-712)，其中可以通过盛入或排出液体以使光学选择单元(104)在单点观看状态和多点观看状态之间切换，所述液体所具有的第一折射率基本上等于透镜(702-712)材料的第二折射率。

9.一种包含如权利要求1中所述的用来显示图像的显示系统(100、500、600)的交通工具。

10.一种包含如权利要求5中所述的用来显示图像的显示系统(100、500、600)交通工具，其包括传感器，用来检测第二观察者(108)是否存在并且用来控制切换单元。

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