CN100371870C - 输入与输出设备及终端设备 - Google Patents

Abstract

一种输入与输出设备及终端设备，其中双凸透镜被提供在由多个像素组成的液晶面板的前面。在该情况下，这样安排双凸透镜，使得一个柱面透镜对应于相邻的两个像素。然后，从这两个像素发出的光线被这一个柱面透镜折射，并在位于图形输入板表面上的某一点相交，然后分别到达用户的右眼和左眼。

Description

输入与输出设备及终端设备

技术领域

本发明涉及一种包括被安装在显示单元上的平面输入单元并且在输入同时实时地显示通过手写输入到平面输入单元中的字符和图形的输入与输出设备，以及使用该输入与输出设备的终端设备。尤其是，本发明能够更适用于配备有诸如蜂窝电话、移动终端、个人数字助理(PDA)、游戏机、数字相机、数字摄像机及个人计算机的终端设备的输入与输出设备，并且能够以手写感觉输入数据，并且终端设备包括输入与输出设备。

背景技术

作为用于把数据输入到计算机中的装置，键盘一般是众所周知的。然而，目前，要输入到计算机中的数据不仅是由被分配给键盘的字母和数字的排列组成的文本数据，而且是要以类似于用笔在纸上手写字符和图形的方式来输入的数据。作为用于在看显示屏幕的同时输入信息的装置，鼠标、图形输入板(tablet)和触摸板已经变得可行。然而，其中鼠标被用户用来从和显示屏幕分开的位置输入操作，以致不能获得类似用笔划字符和图形的感觉。

另一方面，在使图形输入板和触摸板(以下将它们一般地称为图形输入板)覆在诸如液晶显示器(以下也称为LCD)的平板显示器上的输入与输出设备的情况下，用户可以仅仅通过使输入笔的尖端或他/她的指尖靠近显示屏幕、来输入信息，并且输入的数据被实时地显示在平板显示器上。因此，利用这种输入与输出设备，获得了类似用笔划字符和图形的感觉，从而该设备用于支持用户把数据输入到计算机中。

图1所示为常规输入与输出设备的横断面视图。如图1所示，该常规输入与输出设备包括LCD 51、覆盖在该LCD 51上的图形输入板52、以及用于把数据输入到该图形输入板52中的笔53。在LCD 51中，上面形成了例如数据总线、栅极总线(gate bus)、像素电极和薄膜晶体管(以下称为TFT)的TFT衬底48、以及上面形成了由铟锡氧化物(ITO)构成的透明电极和滤色器的滤色器衬底49相互平行地排列，并且液晶层50被布置在TFT衬底48和滤色器衬底49之间。例如，TFT衬底48和滤色器衬底49是厚度约为0.5mm的玻璃衬底，并且在图形输入板52中，具有由ITO等构成的透明电极的膜被层压并固定到支持衬底上，并且该支持衬底的厚度大约为1mm。

然而，上述常规技术具有以下问题。如图1所示，假定用户使笔53的尖端和图形输入板52的点A接触、以便输入图像数据。在该情况下，图形输入板52检测到笔53的接触并将接触位置数据输出到LCD 51，并且LCD 51基于该位置数据在与该位置相对应的点B处显示。在这一点上，如图1所示，点A和点B相距与图形输入板52和LCD 51的滤色器衬底49的总厚度相对应的距离。例如，在该输入与输出设备的情况下，图形输入板52的厚度为1mm，LCD 51的滤色器衬底49的厚度为0.5mm，从而点A和点B总共相距1.5mm。因此，当用户看这些点时，图像看起来深，并且用户具有不舒服的感觉。由于该“深度感觉”，用户的输入操作失去准确性，并且操作效率大大降低、并使用户感到疲劳。

为了解决该问题，已提出了以下方法。例如，日本专利公开No.H4-114224披露了一种利用光纤来减小深度感觉的技术。图2所示为日本专利公开No.H4-114224中披露的常规输入与输出设备的透视图，并且图3是其横断面示意图。如图2和图3所示，在该常规输入与输出设备中提供了照明背光58，并且平面显示器57被布置在该背光58的前面。平面显示器57是液晶显示器，其中两个衬底相互平行地排列，并且液晶层(未显示)置于这两个衬底之间。另外，通过把光纤捆成平板形状而形成的视差校正板56被设置在平面显示器57的前面，并且图形输入板55被设置在视差校正板56的前面。当笔54与图形输入板55接触时，图形输入板55检测到笔54的接触位置。在图3中，显示了从背光58发射的光的路径59。

如图3所示，用户侧的平面显示器57衬底厚度被定义为d1，并且图形输入板55的厚度被定义为d2。如果没有提供视差校正板56，则从用户观看的平面显示器57上的显示位置是位于液晶层上的点C。因此，当笔54和图形输入板55接触时，笔54在图像输入板55表面上的接触点E与平面显示器57上的显示点C之间的距离为(d1+d2)。另一方面，当把视差校正板56插入平面显示器57和图形输入板55之间时，从背光58发射并透过显示器57的光沿着视差校正板56的光纤中的路径59透射，并成像在点D。由此，显示位置(点D)与输入位置(点E)之间的距离变为d2，借此与没有提供视差校正板56的情况相比、可以减小深度感觉。

另外，例如日本专利公开No.H10-283114披露了一种利用微透镜和光漫射层来在输入与输出设备的表面上形成图像的技术。图4所示为日本专利公开No.H10-283114中披露的常规输入与输出设备的横断面示意图。如图4所示，在该输入与输出设备中，提供了电磁交换型传感器衬底63，并且在该传感器衬底63的前面，按顺序设置了背光64、液晶显示单元65、微透镜阵列片69和光漫射层70。在液晶显示单元65中，液晶层68被置于上衬底66和下衬底67之间。另外，在微透镜阵列片69中，许多透镜被形成在上衬底66那一侧。此外，光漫射层70使通过微透镜阵列片69会聚的光漫射。传感器衬底63借助于电磁交换方法来检测笔71的尖端的位置。

当没有提供微透镜阵列片69和光漫射层70时，透过液晶显示单元65的点A的光显得是从点A发出的。因此，即使当用户试图从上面使笔71的尖端与点A接触时，点A和笔71的尖端也相互偏离与上衬底66相对应的厚度。另一方面，通过提供微透镜阵列片69和光漫射层70，从点A发出的光通过在微透镜阵列片69上形成的透镜被会聚到光漫射层70，并成像在光漫射层70的点B上。由此，当用户看该点时，图像显得被显示在光漫射层70上的点上，借此能够减小由于上衬底66的厚度造成的深度感觉。

然而，常规技术具有以下问题。关于图2和图3中所示的日本专利公开No.H4-114224中描述的技术，即使利用视差校正板56也不能校正由于图形输入板55的厚度d2造成的深度感觉。另外，因为是通过用树脂捆扎和粘合光纤来制造视差校正板56，因此难以制造大尺寸视差校正板。此外，要捆扎的光纤数量与面积成比例增加，因此，为制造具有较大面积的面板，如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)的监视器或个人计算机的监视器，则必须捆扎大量的光纤，并且成本极高。

另外，图4所示日本专利公开No.H10-283114中描述的技术采用以下方法：利用透镜在输入与输出设备的表面上形成图像，使得必须通过光漫射层70、使光在输入与输出设备的表面上散射。然而，光漫射层70不仅使从液晶显示单元65发出的光散射，而且也使外部进入的光散射。因此，显示单元的对比度大大降低了，并且这降低了用户的操作效率。另外，因为例如当显示字符时，要显示的图像的光被散射了，因此字符变得模糊不清，或者变得比实际图像粗。光漫射层的这种使用降低了显示质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减小图像的深度感觉并以低成本实现高显示质量的输入与输出设备，以及包括该输入与输出设备的终端设备。

根据本发明的输入与输出设备包括：显示单元，该显示单元包括由排列成矩阵的多个像素组成的像素组；光学元件，该光学元件使从属于每一像素组的像素当中的第一像素发出的光转向第一方向并使从属于每一像素组的像素当中的第二像素发出的光转向第二方向，并且从受相同信号驱动的第一像素和第二像素发出的第一光和第二光的轨迹相交；以及平面输入单元，该平面输入单元被置于显示单元前面，并透射从显示单元发出的光，并且当从正面接触该平面输入单元时，它检测接触点的坐标其中，在从所述第一像素发出的光到达用户右眼并且从所述第二像素发出的光到达用户左眼、用户双眼之间的间隔被定义为W、在所述光学元件分配光的方向上的所述像素排列间距被定义为P、从所述显示单元的显示面到所述平面输入单元的正面的距离被定义为T、从所述平面输入单元的正面到用户双眼的距离被定义为L、以及等于或大于0的整数被定义为n的安排的情况下，以下公式被满足：W∶L＝P×(2n+1)∶T。由此，上述虚拟显示面能够匹配平面输入单元的正面，借此能够消除深度感觉。

在本发明中，因为从受相同信号驱动的第一和第二像素发出的光的轨迹相交，从第一像素发出的光到达用户右眼，并且从第二像素发出的光到达用户左眼，因此使得用户把从第一和第二像素发出的光识别为从交点发出的光，以致把通过显示单元显示的图像识别为显示在由一组交点组成的虚拟平面上。由此，可以减小图像的深度感觉。在本发明中，因为没有使用特殊部件，因此成本低，并且因为光没有发生漫射，因此显示质量高，并且不必在屏幕等上形成图像。

优选地，第一光的轨迹和第二光的轨迹在平面输入单元的正面上相交。由此，上述虚拟显示面可以和平面输入单元的正面匹配，借此消除了深度感觉。

此外，光学元件可以是双凸透镜(lenticular lens)。由此，可以用简单透镜系统来形成光学元件，并且这降低了成本。

本发明的另一输入与输出设备包括：光源，用于交替地在第一方向和第二方向上发光；液晶面板，该液晶面板被置于光源的前面并包括多个像素；以及平面输入单元，该平面输入单元被置于液晶面板的前面并透射从液晶面板发出的光，并且当从正面接触该平面输入单元时它检测接触位置的坐标。当光源在第一方向上发光时，液晶面板中受某一信号驱动的第一像素透射要通过平面输入单元正面的点的光线，并且当光源在第二方向上发光时，液晶面板中受和这个信号相同的信号驱动的第二像素透射要通过平面输入单元正面的该点的光线；其中，在从所述第一像素发出的光到达用户右眼并且从所述第二像素发出的光到达用户左眼、用户双眼之间的间隔被定义为W、在所述光学元件分配光的方向上的所述像素排列间距被定义为P、从所述显示单元的显示面到所述平面输入单元的正面的距离被定义为T、从所述平面输入单元的正面到用户双眼的距离被定义为L、以及等于或大于0的整数被定义为n的安排的情况下，以下公式被满足：W∶L＝P×(2n+1)∶T。

在本发明中，可以用时分系统来驱动第一和第二像素。由此，用于分配光的光学元件变得不必要。

根据本发明的终端设备具有该输入与输出设备。

根据本发明的终端设备可以是蜂窝电话、PDA、移动终端、游戏机、数字相机或数字摄像机。

根据本发明，因为从受相同信号驱动的第一和第二像素发出的光的轨迹相交，因此使得用户能够识别位于显示单元的实际显示面前面的虚拟显示面，借此能够减小图像的深度感觉。另外，本发明的输入与输出设备不需要特殊部件，从而成本低，并且因为光没有发生漫射，因此显示质量高。

附图说明

图1所示为常规输入与输出设备的横断面视图；

图2所示为日本专利公开No.H4-114224中披露的常规输入与输出设备的透视图；

图3所示为图2中显示的输入与输出设备的横断面示意图；

图4所示为日本专利公开No.H10-283114中披露的常规输入与输出设备的横断面示意图；

图5所示为根据本发明第一实施例的输入与输出设备的透视图；

图6所示为图5中显示的输入与输出设备的部分横断面视图；

图7显示了图5中所示的输入与输出设备的光学结构；

图8显示了根据第一实施例的改进例子的输入与输出设备的像素和透镜；

图9显示了根据本发明第二实施例的输入与输出设备的光学结构；

图10一般地显示了根据实施例的输入与输出设备的光学结构；

图11所示为本发明第三实施例中的液晶面板的平面视图；

图12所示为实施例的输入与输出设备的像素和透镜的视图；以及

图13显示了根据本发明第四实施例的输入与输出设备的光学结构。

具体实施方式

以下，将参考附图来详细描述本发明的实施例。首先，描述本发明第一实施例。图5所示为第一实施例的输入与输出设备的透视图，图6是图5中所示的输入与输出设备的部分横断面视图，以及图7显示了图5中所示的输入与输出设备的光学结构。该实施例的输入与输出设备是被安装在个人数字助理(PDA)中的输入与输出设备。

如图5所示，在该实施例的输入与输出设备1中，提供了液晶显示单元3作为输出单元，并且在该液晶显示单元3的前面提供了图形输入板2作为输入单元。在图形输入板2的前面，提供了输入/输出区5。响应用户用作为输入装置的笔4压按输入/输出区5，数据被输入到图形输入板2中。图形输入板2整体发光，并且用户能够观看输入/输出区5中通过液晶显示单元3显示的图像。另外，提供了用于从图形输入板2接收数据输入、处理输入的数据、并将数据输出到液晶显示单元3的控制单元(未显示)。

另外，如图6所示，在液晶显示单元3中，提供了背光(back light)8，并且在背光8的前面提供了液晶面板3a。在液晶面板3a中，提供了作为背面衬底的TFT衬底7、在TFT衬底7的前面与TFT衬底7相对且作为正面衬底的滤色器衬底6、以及位于TFT衬底7和滤色器衬底6之间的液晶层12，并且在滤色器衬底6的正面和TFT衬底7的背面上分别粘贴了偏振膜10和11。在液晶显示单元3和图形输入板2之间，提供了用于把从液晶显示单元3发出的光线分配到多个方向上的透镜9。透镜9是包括例如相互平行排列的多个柱面透镜9a的双凸透镜。

此外，如图7所示，在液晶面板3a中，提供了多个像素。在图7中，为方便起见只显示了六个像素15至20，然而，实际上在液晶面板3a中提供了更多的像素。在图7中，省略了滤色器衬底6、TFT衬底7、偏振片10和11、以及背光8。透镜9的每个柱面透镜9a都对应于在柱面透镜9a的纵向上排成两行中的像素。例如，一个柱面透镜9a对应于相邻的两个像素16和19。从像素16和19发出的光线被该柱面透镜9a折射和会聚，在位于图形输入板2上的点F处相交，然后分别到达用户的右眼13和左眼14。

因此，当把用户双眼之间的间隔定义为W，把在柱面透镜9a排列方向上的像素排列间距定义为P1，把从液晶面板3a中的液晶层12(见图6)与滤色器衬底6(见图6)之间的界面到图形输入板2的正面的距离定义为T1，以及把图形输入板2的正面与用户的右眼13和左眼14之间的距离定义为L1，则以下公式1被满足。

(公式1)

W1∶L1＝P1∶T1

接下来，描述如上述构成的该实施例的输入与输出设备的操作。当用户使笔4的尖端与图形输入板2的输入/输出区5接触时，图形输入板2将笔4的尖端位置检测为二维平面上的坐标数据，并把该坐标数据输出到控制单元(未显示)。控制单元处理并存储该坐标数据，然后将该坐标数据输出到液晶显示单元3。然后，液晶显示单元3基于该坐标数据，在液晶面板3a上与笔4尖端的坐标相对应的坐标处，实时地显示预定标记(例如黑点)。在该情况下，控制单元连续存储图形输入板2中输入的坐标数据，借此诸如线的图形能够被输入并显示在液晶显示单元3上。

在该情况下，液晶显示单元3使由相对于透镜9的每个柱面透镜9a的相同位置处的多个像素组成的像素组显示一个图像，并且也使相对于每个柱面透镜9a的另一位置处的另一像素组显示图像。即，使由像素15、16和17组成的像素组显示图像，并且同样使由像素18、19和20组成的另一像素组显示图像。因此，与透镜9的柱面透镜9a相对应的一对像素，例如像素16和19，受相同信号驱动，像素15和18受另一相同信号驱动，并且像素17和20受又一相同信号驱动。

在该状态下，背光8发光，并且该光透过液晶面板3a的像素并进入透镜9。在这一点上，例如透过像素16和19的光线被透镜9的一个柱面透镜9a折射和会聚，并在位于图形输入板2正面上的点F处相交，并且透过像素16的光线到达用户的右眼，而透过像素19的光线到达用户的左眼14。同样，透过像素15和18的光线在位于图形输入板2正面上的另一点(未显示)相交，并分别到达用户的右眼13和左眼14。透过像素17和20的光线在位于图形输入板2正面上的又一点(未显示)相交，并分别到达右眼13和左眼14。即，像素15、16和17显示相对于右眼的图像，而像素18、19和20显示相对于左眼的图像。右眼图像和左眼图像彼此相同，然而它们在液晶面板3a上的显示位置相互偏离一个像素的距离。

由此，用户用右眼13观看通过像素15、16和17显示的右眼图像，并用左眼14观看通过像素18、19和20显示的左眼图像，然而，对于用户，透过像素16的光和透过像素19的光看起来像是从位于图形输入板2正面上的同一点F(未显示)发出的。同样，透过像素15的光和透过像素18的光看起来像是从位于图形输入板2正面上的另一相同点(未显示)发出的，并且透过像素17的光和透过像素20的光同样看起来像是从位于图形输入板2正面上的又一相同点(未显示)发出的。这同样适用于图7中未显示的其它像素对。结果，对于用户，图像看起来像是被显示在图形输入板2的正面上。

允许将输入/输出区5的背景设置为简单的(例如全白)，并且只显示由用户用笔4输入的数据，或者预先显示某一图像，并且用户在观看该图像时改写该图像。

接下来，描述本发明的效果。如上所述，在该实施例中，通过一个像素组来显示相对于右眼的图像，并将该右眼图像提供给用户的右眼，并且通过另一像素组来显示相对于左眼的图像、并将该左眼图像提供给用户的左眼。然后，用于显示右眼图像每一点的光线和用于显示左眼图像每一点的光线相交。由此，对于用户，用于显示右眼图像和左眼图像上彼此对应的点的两条光线看起来像是从交点发出的，并且用户将由一组交点形成的平面识别为虚拟显示面。于是，该虚拟显示面与输入与输出设备的表面匹配，借此能够消除图像的深度感觉。由此，用户的输入操作变得容易，且输入准确性和效率提高了。该实施例的输入与输出设备不需要使用诸如光纤的昂贵部件，从而成本低。此外，不必在屏幕等上形成图像，从而光不发生漫射并且显示质量没有降低。

在图7中，透过像素的光路以线条表示，然而在实际显示单元中，每个像素具有固定的有限区，并且从每个像素发出的光也在各个方向上输出。因此，在输入与输出设备1的前面用于被供给右眼图像的位置和用于被供给左眼图像的位置的每一个都不是在一条线上，而是都作为具有固定视角的空间区域而存在。因此，当用户使他/她的右眼13和左眼14位于各自空间区域中时，他/她能够认出虚拟显示面。因此，用于消除深度感觉的视点不是图7中的一个点。

接下来，描述该第一实施例的改进例子。图8显示了该改进例子的输入与输出设备的像素和透镜。如图8所示，在改进例子中，六个像素21至26对应于透镜9的一个柱面透镜9b。透过像素21至26的光线被双凸透镜9b折射和会聚，并在一个点相交，然后在不同方向上输出。由此，实现了多视点显示。通过像素21至26中的一个像素来显示相对于右眼的图像，并且通过像素21至26中的另一个像素来显示相对于左眼的图像，借此获得了与第一实施例中相同的效果。另外，例如，像素21、23和25显示相对于左眼的相同图像，并且像素22、24和26显示相对于右眼的相同图像，借此用户能够延伸他/她能够识别虚拟显示面的位置。除这些以外的该改进例子的结构、操作和效果与第一实施例相同。

接下来，描述本发明的第二实施例。图9显示了该实施例的输入与输出设备的光学结构。如图9所示，在该实施例中，部件的尺寸不同于第一实施例。即，当把用户双眼之间的间隔定义为W，把在柱面透镜9a排列方向上的像素排列间距定义为P1，把从液晶面板3a中的液晶层12(见图6)与滤色器衬底6(见图6)之间的界面到图形输入板2的正面的距离定义为T2，以及把图形输入板2的正面与用户的右眼13和左眼14之间的距离定义为L2，则以下公式2近似被满足。除这些以外的该实施例结构与第一实施例相同。

(公式2)

W∶L2＝P1×3∶T2

接下来，描述该实施例的操作。在该实施例中，在液晶面板3a中，沿柱面透镜9a排列方向相隔两个像素的一对像素分别显示相同的相对于右眼的图像和相对于左眼的图像。例如，图9中所示的像素16显示右眼图像，并且像素18显示与该右眼图像相对应的左眼图像。即，像素16和18受相同信号驱动。然后，透过像素16的光线和透过像素18的光线进入相邻的两个柱面透镜9a，并且被这两个柱面透镜9a折射，在位于图形输入板2正面上的点G相交，并且透过像素16的光到达用户的右眼13，而透过像素18的光到达用户的左眼14。同样，当像素17和19显示彼此对应的右眼图像和左眼图像时，透过像素17和19的光线被相邻的两个柱面透镜9a折射，在图形输入板2正面上的另一点(未显示)相交，并分别到达用户的右眼13和左眼14。该实施例中除此以外的操作和第一实施例相同。

接下来，描述该实施例的效果。如上所述，相隔两个像素的一对像素16和18显示彼此对应的右眼图像和左眼图像，并且透过这两个像素的两条光线在位于图形输入板2正面上的点G相交，并分别到达用户的右眼13和左眼14，借此对于用户，这两条光线看起来像是从点G发出的。因此，用户能够识别在图形输入板2正面上的虚拟显示面，借此能够消除图像的深度感觉。在该实施例中，可以使图形输入板2的厚度大于第一实施例中的图形输入板的厚度。该实施例的其它效果和第一实施例相同。

在第一实施例中，通过一对相邻的像素来显示彼此对应的左眼图像和右眼图像，并且在第二实施例中，通过一对相隔两个像素的一对像素来显示彼此对应的左眼图像和右眼图像，然而，用于显示彼此对应的左眼图像和右眼图像的像素对的位置关系不限于第一和第二实施例的例子。图10一般地显示了该实施例的输入与输出设备的光学结构。如图10所示，输入与输出设备中的像素对位置关系与部件尺寸之间的关系一般表示如下。即，当把要夹在像素对之间的像素数定义为2n(n为等于或大于0的整数)时，以下公式3近似被满足。第一实施例是在以下公式3中n等于0的情况，并且第二实施例是n等于1的情况。

(公式3)

W∶L2＝P1×(2n+1)∶T2

如公式3所示，可以提供一种即使当液晶面板3a和图形输入板2的表面改变了，即到笔尖接触位置的距离改变了，也减小深度感觉的输入与输出设备。其原因是可以通过选择n值、来选择用于显示右眼图像的像素和用于显示左眼图像的像素，由此能够通过两个被选择的像素之间的距离、来调节点G与液晶面板3a之间的距离。

接下来，描述本发明的第三实施例。图11所示为第三实施例的液晶面板3a的平面图，并且图12显示了该实施例的输入与输出设备的像素和透镜。该实施例的输入与输出设备被安装在蜂窝电话中。在该实施例的输入与输出设备中，图形输入板2与液晶显示单元3之间的位置关系以及液晶显示单元3中各组件的位置关系和图5及图6所示的第一实施例的输入与输出设备相同。以下，参考图5和图6来描述该实施例的结构。

在该实施例中，液晶显示单元3的液晶面板3a具有4英寸的对角线屏幕尺寸，并具有垂直480像素(像元)和水平320像素的像素数。图形输入板2是把ITO用于透明电极的抗蚀膜图形输入板。该实施例的输入与输出设备用于移动终端中。此外，背光8是使用发光二极管的背光。TFT衬底7向液晶层12施加一个用于控制液晶层12的定向的信号电压。透镜9是由丙烯酸树脂构成的双凸透镜，并且每个柱面透镜9a的高度都是例如10微米。从液晶层12与滤色器衬底6之间的界面到图形输入板2的正面的距离，即到要和笔4接触的那一侧的表面的距离，为例如1.6mm。

另外，如图11所示，在液晶面板3a中，许多像元(像素)41排列成矩阵形式。在每个像元41中，六个像素42至47以3线和2行的形式排成矩阵。即，在每个像素41中，像素42、44和46沿线方向按此顺序排成行，并且像素43、45和47沿线方向按此顺序排成行。另外，像素42和43、像素44和45以及像素46和47分别沿行方向排成行。一个像元41由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的像素组成，并且像素42和43是红色像素，像素44和45是绿色像素，以及像素46和47是蓝色像素。另外，像素42、44和46是相对于右眼的、用于显示右眼图像的像素，并且像素43、45和47是相对于左眼的、用于显示左眼图像的像素。

由一组六个像素组成的该像元41排列成垂直480、水平320的矩阵形式，以形成显示部分。如图12所示，透镜9的柱面透镜9a在线方向即液晶面板3a的垂直方向上延伸，并且一个柱面透镜9a对应于在线方向上、在一行上排列的一行像元41。即，一个柱面透镜9a的宽度等于像元41的宽度。

接下来，参考图9来描述该实施例的操作。在该实施例中，用户双眼之间的间隔、即右眼13与左眼14之间的距离W被设置为65mm，并且右眼13及左眼14和输入与输出设备1的表面之间的距离L2被设置为400mm。另外，如上所述，从液晶层12与滤色器衬底6之间的界面到图形输入板2的正面的距离被设置为1.6mm。当用于显示彼此对应的右眼图像和左眼图像的一对像素之间的距离被定义为X时，由公式3、以下公式4被满足。即，通过确定X以便满足以下公式4，来实现其中消除了深度感觉的显示。

(公式4)

65∶400＝X∶1.6

由公式4，得到X＝0.26mm。然后，液晶面板3a的对角线屏幕尺寸为4英寸，并且像元数为垂直480和水平320，从而像元的排列间距为177微米。因此，如图12所示，像素的排列间距是像元排列间距的二分之一，从而P＝88.5微米。因此，通过以下公式5来确定与距离X相对应的像素周期数N。

(公式5)

$N=X\÷P=0.26\÷0.0885\≅3$

由公式5，在该实施例中，使彼此相距三倍像素排列间距的一对像素显示彼此对应的右眼图像和左眼图像，借此使用户能够识别几乎在输入与输出设备的表面即图形输入板2正面上的虚拟显示面，并且能够几乎完全消除深度感觉。这意谓，如图9所示，使中间夹入了两个像素的像素16和18显示彼此对应的右眼图像和左眼图像。该实施例的其它操作和效果和第二实施例相同。

接下来，描述本发明的第四实施例。图13显示了该实施例的输入与输出设备的光学结构。该实施例不同于第三实施例之处在于，相邻的一对像素显示彼此对应的右眼图像和左眼图像，并且从液晶层12与滤色器衬底6之间的界面到图形输入板2正面的距离为0.7mm。除此之外的结构和第三实施例相同。即，图形输入板2与液晶显示单元3之间的位置关系以及液晶显示单元3中各组件的位置关系和图5及图6所示第一实施例的输入与输出设备相同，并且图形输入板2是抗蚀膜图形输入板，液晶面板3a的对角线屏幕尺寸为4英寸，像素数为垂直480像元和水平320像元，每个像元41中的像素42至47的排列如图12所示，以及柱面透镜9a的高度为10微米。

如图13所示，用户双眼之间的距离被设置为65mm，右眼13及左眼14和输入与输出设备1的表面之间的距离L3被设置为400mm。另外，如上所述，从液晶层12与滤色器衬底6之间的界面到图形输入板2正面的距离T3被设置为0.7mm。此外，透过一对相邻像素例如图13所示的像素16和19的光线的交点被定义为点H，从液晶层12与滤色器衬底6之间的界面到交点H的距离被定义为T4，并且从交点H到用户右眼13和左眼14的距离被定义为L4。此外，如在第三实施例的情况下一样，像元41(见图12)的排列间距为177微米，并且像素的排列间距为88.5微米。由此，由图13、以下公式6和7被满足。

(公式6)

L4+T4＝L3+T3＝400+0.7

(公式7)

65∶L4＝0.0885∶T4

从公式6和7计算的距离L4和T4为L4＝400.155mm及T4＝0.545mm。距离T3为0.7mm，且距离T4为0.545mm，从而T3与T4之差为0.155mm。

因此，虽然在常规输入与输出设备中液晶面板3a的显示点J和笔4接触点I之间的距离大约为0.7mm，但是在该实施例中垂直显示点H和笔4接触点I之间的距离为0.155mm。因此，与常规输入与输出设备相比，该实施例的输入与输出设备能够大大减小深度感觉。该实施例中除此之外的操作和效果和第三实施例相同。

在第三和第四实施例中，使用了抗蚀膜型图形输入板2，并且响应图形输入板2与笔4的接触来执行位置检测，然而本发明不限于此，而可以使用静电电容耦合图形输入板，并且即使利用被置于显示单元和用户之间使用的其它任何类型图形输入板，也能获得与第三和第四实施例相同的效果。

在上述实施例中，图形输入板2被置于液晶显示单元3和用户之间，然而本发明不限于此，而是允许将图形输入板布置在显示单元的背面上，只要输入是可能的。例如，即使当把电磁感应型图形输入板布置在液晶显示单元3的背面上并检测到笔尖端的位置，也可获得与第三和第四实施例相同的效果。在该情况下，只消除了由液晶面板的正面衬底造成的深度感觉。在液晶显示面板3a中，对于滤色器衬底6和TFT衬底的层次关系没有特殊限制。

此外，在上述实施例中，输出设备是液晶显示单元，然而本发明不限于此，而是可以把除液晶显示单元以外的显示单元、例如有机电致发光(EL)显示器、等离子体显示器等用作输出设备。

此外，在上述实施例中，透镜9是凸起部分朝向用户侧的双凸透镜，然而本发明不限于此，而是例如可以使用鹰眼透镜(fry-eye lens)、只要它能够如上述那样在笔尖位置显示虚像，并且透镜形状不受特殊限制。代替双凸透镜，也可能将视差障栅置于液晶面板3a和背光8之间，使得从像素发出的光的方向受控，以便把来自像素的光分配到右眼图像和左眼图像。另外，例如，即使当把图形输入板2和透镜9置于偏振膜10和滤色器衬底6之间，也可获得和上述实施例相同的效果。

此外，也可能使用高速响应的液晶面板以及高速分配发出光方向的背光，通过液晶面板交替地显示右眼图像和左眼图像，并且与此同步、背光分配光发出方向，借此当液晶面板显示右眼图像时、右眼图像被供给用户右眼，以及当液晶面板显示左眼图像时、左眼图像被供给用户左眼。在该情况下，显示彼此对应的右眼图像和左眼图像的两条光线的轨迹也变得在位于输入与输出设备的正面上的某一点相交。由此，如在上述实施例中一样，由于眼睛的视觉保留，用户能够识别虚拟显示面。

此外，在上述实施例中，输入与输出设备被安装在PDA或移动终端中，然而本发明不限于此，而是可以将上述每个实施例的输入与输出设备安装在蜂窝电话、游戏机、数字相机或数字摄像机中。它也可以用作个人计算机的终端设备。

Claims (10)

1.一种输入与输出设备，包括：

显示单元，该显示单元包括多个排列成矩阵的像素组，每个所述像素组都具有多个像素；

光学元件，该光学元件使从属于每一所述像素组的像素当中的第一像素发出的光转向第一方向，并使从属于每一所述像素组的所述像素当中的第二像素发出的光转向第二方向，并且从受相同信号驱动的所述第一像素和所述第二像素发出的第一光和第二光的轨迹相交；以及

平面输入单元，该平面输入单元被置于所述显示单元前面，并透射从所述显示单元发出的光，并且当从正面接触该平面输入单元时，它检测接触点的坐标；

其中，在从所述第一像素发出的光到达用户右眼并且从所述第二像素发出的光到达用户左眼、用户双眼之间的间隔被定义为W、在所述光学元件分配光的方向上的所述像素排列间距被定义为P、从所述显示单元的显示面到所述平面输入单元的正面的距离被定义为T、从所述平面输入单元的正面到用户双眼的距离被定义为L、以及等于或大于0的整数被定义为n的安排的情况下，以下公式被满足：

W∶L＝P×(2n+1)∶T。

2.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中所述第一光的轨迹和所述第二光的轨迹在所述平面输入单元的正面上相交。

3.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中所述显示单元是液晶面板。

4.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中所述平面输入单元是图形输入板。

5.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中所述光学元件是双凸透镜。

6.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中所述光学元件是鹰眼透镜。

7.根据权利要求1所述的输入与输出设备，其中一个像元由一个所述像素组或连续排列的多个所述像素组组成，并且所述像元排列在矩形区域中。

8.一种输入与输出设备，包括：

光源，用于交替地在第一方向和第二方向上发光；

液晶面板，该液晶面板被置于所述光源的前面，并包括多个像素；以及

平面输入单元，该平面输入单元被置于所述液晶面板的前面，并透射从所述液晶面板发出的光，并且当从正面接触该平面输入单元时它检测接触位置的坐标，当所述光源在所述第一方向上发光时所述液晶面板中受某一信号驱动的第一像素透射通过所述平面输入单元正面的点的光线，并且当所述光源在第二方向上发光时所述液晶面板中受和所述某一信号相同的信号驱动的第二像素透射通过所述平面输入单元正面的所述点的光线；

其中，在从所述第一像素发出的光到达用户右眼并且从所述第二像素发出的光到达用户左眼、用户双眼之间的间隔被定义为W、在所述光学元件分配光的方向上的所述像素排列间距被定义为P、从所述显示单元的显示面到所述平面输入单元的正面的距离被定义为T、从所述平面输入单元的正面到用户双眼的距离被定义为L、以及等于或大于0的整数被定义为n的安排的情况下，以下公式被满足：

W∶L＝P×(2n+1)∶T。

9.一种包括根据权利要求1至8中任一权利要求所述的所述输入与输出设备的终端设备。

10.根据权利要求9所述的终端设备，其中所述终端设备是蜂窝电话、个人数字助理、移动终端、游戏机、数字相机或数字摄像机。

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