CN101331776B - 显示设备 - Google Patents

Abstract

一种自动立体显示设备，包括：一个显示板，它具有显示像素的阵列，用于产生显示。显示板按照垂直正交的行和列安排显示像素。该设备还包括定位在显示板上的平行柱镜元件的一个阵列。柱镜元件具有光学焦轴，光学焦轴向显示像素的列倾斜一个角度。显示像素的显示区具有边缘，所述的边缘基本上平行于柱镜元件的轴，因此防止不同景象的像素投射到相同的观察区，借此防止了景象之间的串扰并减少了光强度的变化(归因于成像的不透明黑色掩模的变化量)。在垂直于柱镜元件的轴的方向，每个像素显示区的光强度输出也发生变化。

Description

显示设备

技术领域

本发明涉及自动立体显示设备，所述的自动立体显示设备包括一个具有显示像素阵列以产生显示的显示板和多个柱镜元件，所述的柱镜元件(lenticular elements)安排在显示板上并且通过柱镜元件来观看显示像素。

背景技术

在GB 2196166 A中描述了一种已知的自动立体显示设备。这个已知的自动立体显示设备包括一个两维的液晶显示板，具有显示像素的行和列的阵列，显示像素用作空间光调制器以便产生显示。相互平行地延伸的细长柱镜元件阵列重叠在显示像素阵列上，通过这些柱镜元件观看显示像素。

柱镜元件是作为元件片提供的，每个柱镜元件包括一个细长的半柱形透镜元件。柱镜元件在显示板的列的方向延伸，每个柱镜元件设置在对应一组的两个或多个相邻的显示像素列上。

在例如每个柱镜与两列显示像素相关的装置中，每一列中的显示像素提供对应的两维子图像的垂直片段。柱镜片引导这两个片段和来自与其它柱镜关联的显示像素列的对应片段至定位在这个片段前方的用户的左眼和右眼，从而使所述的用户观察到单个立体图像。

在另外的装置中，每个柱镜与一组4或更多相邻的行方向的显示像素相关联。适当地安排每个组中对应列的显示像素提供来自对应的两维子图像的一个垂直片段。当用户的头从左到右移动时，可感受到有一系列连续的、不同的立体景象(views)，例如产生一个景观(look-around)印象。

上述的设备提供有效的三维显示。然而，可以认识到，为了提供立体景象，必须牺牲设备的水平分辨率。例如，具有600行和800列显示像素阵列的一个显示板，可以提供一个4个景象的自动立体显示，其中的每个景象包括600行和200像素的阵列。在垂直和水平分辨率之间的这个明显的差别是不期望出现的。

美国专利No.6064424公开了一个与以上所述类似的自动立体显示设备，只是细长的柱镜元件相对于显示板的列方向倾斜一个角度。水平分辨率的某些减小在某些情况下是需要的，通过倾斜柱镜元件使水平分辨率的某些减小转换成垂直分辨率。因此，“消耗”垂直分辨率和水平分辨率这两者以便增加由设备显示的景象的数目变成可能的了。

在上述的美国专利中公开的设备克服了与水平分辨率中的减小关联的问题。但是，通过向显示像素的列倾斜柱镜元件一个角度，引入了其它问题。具体来说，当用户的头从左向右移动的时候，观察到光强度的变化。这些强度的变化是由柱镜元件成像变化数量的不透明黑色掩模(mask)引起的，黑色掩模确定了显示板的像素区。

光强度变化的问题可以通过改变柱镜元件的焦轴来解决，因此可以使较宽的显示板带成像。然而，又带来了在不同景象之间的串扰，这个串扰也是不期望的。

发明内容

按照本发明，提供一种自动立体显示设备，包括：一个显示板，它具有显示像素的阵列，用于产生显示，按照行和列安排显示像素；定位在显示板上的平行柱镜元件的一个阵列，柱镜元件具有光学焦轴，光学焦轴向显示像素的列倾斜一个角度，其中显示像素的显示区具有边缘，所述的边缘基本上平行于柱镜元件的轴。

通过提供具有像素显示区的设备，所述的显示区具有平行于柱镜元件轴的边缘，光强度变化和景象之间串扰的问题得以减小或消除。然而，柱镜元件的轴仍旧向显示像素的列倾斜一个角度，并且因而仍旧可能“消耗”垂直和水平分辨率这两者来增加由设备显示的景象数目。

显示板可以包括第一掩模装置，用于提供具有边缘的像素显示区，所述的边缘基本上平行于显示像素的列。这样的显示板完全是常规的，因此本发明的基础是批量生产的单元。自动立体显示设备然后还包括第二掩模装置，第二掩模装置定位在第一掩模装置的上方，并且安排成修改像素显示区，使像素显示区具有基本上平行于柱镜元件的轴的边缘。

此外，显示板可以包括一个掩模装置，将所述的掩模装置安排成提供具有边缘的像素显示区，所述的边缘基本上平行于柱镜元件的轴。这样的显示板不是常规的，因此可能需要经过特殊设计的像素布局。但这样的非常规显示板对于一个给定的像素间距的确允许实现较大的像素显示区。这些像素显示区可以具有长方形的形状。

掩模装置可以集成到彩色显示板的红、绿、蓝色滤光片中。

每个柱镜元件可以放在沿行的方向和/或列的方向的多个显示像素上。可以有放在显示板上的单行柱镜元件。

在垂直于柱镜元件的轴的方向，像素显示区的间距和像素显示区的宽度之间的比例可以大于或等于2∶1。

在垂直于柱镜元件的轴的方向，像素显示区的宽度可以等于像素显示区之间的间隙的宽度(例如由掩模提供)。

显示像素的行和列可以是正交的。可在显示像素的行和列的每个交点提供显示像素。

显示板可以是液晶显示板。这样的显示板特别适合用在自动立体显示设备中。

在垂直于柱镜元件的轴的方向，每个像素显示区的光强度输出可以发生变化，优选地像素显示区的边缘部分的光强度输出可以发生变化。具体来说，每个显示像素在像素显示区中心的光强度输出可以大于在像素显示区边缘的光强度输出。为实现之，可以调整掩模装置，以使确定像素显示区的光透射部分具有光衰减功能。以此方式，相邻景象之间的过渡可能更加平滑，进而减小了光强度的变化。

附图说明

现在参照附图，只借助实例描述本发明的实施例，其中：

图1是已知的自动立体显示设备的示意透视图；

图2是图1所示的显示设备的示意平面图；

图3是本发明的第一实施例的示意透视图；

图4是图3所示的显示设备的示意平面图；

图5是本发明的第二实施例的示意透视图；

图6是图5所示的显示设备的示意平面图。

具体实施方式

本发明提供一种自动立体显示设备，其中的柱镜元件的轴和像素显示区的边缘都向显示像素的列倾斜同一个角度。通过提供具有平行于柱镜元件轴的边缘的像素显示区，可以减小或者消除景象之间的光强度变化和串扰。

图1是已知的直视自动立体显示设备1的示意透视图。已知的设备1包括一个有源矩阵型的液晶显示板3，它的作用是一个空间光调制器，用于产生显示。

显示板3有一个安排成行和列的显示像素5的正交阵列。为清楚起见，在图中仅示出少数显示像素5。在实践中，显示板3可以包括大约一千行和几千列的显示像素5。

液晶显示板3的结构完全是常规的。具体来说，板3包括一对分开的透明玻璃基板，在基板之间提供一种对齐的扭曲的向列型的液晶材料或其它的液晶材料。基板在它们面对的表面上携带透明氧化铟锡(ITO)电极的图形。在基板的外部表面上还提供极化层。

每个显示像素5包括在基板上的相对的电极，在电极之间插入液晶材料。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局确定。显示像素5通常由间隙相互分开。

每个显示像素5都与一个开关元件相关联，所述开关元件例如薄膜晶体管(TFT)或薄膜二极管(TFD)。操作显示像素以便通过向开关元件提供寻址信号来产生显示，合适的寻址方案对于本领域的普通技术人员来说都是公知的。

在显示像素5之间的间隙是由不透明的黑色掩模覆盖的。以吸光材料的栅网的形式提供掩模。该掩模覆盖开关元件，并且确定各个显示像素区。

显示板3通过一个光源7照射，在这种情况下光源7包括在显示像素阵列区域的上方延伸的一个平面形的背光照明。通过显示板3引导来自光源7的光，同时驱动各个显示像素5以便调制所述的光并产生显示。

显示设备1还包括安排在显示板3的显示侧上方的柱镜片9。柱镜片9包括相互平行延伸的一行柱镜元件。

在图2中更加清晰地表示显示像素5和柱镜元件11的安排，图2是图1所示的显示设备1的示意平面图。再一次地，为清楚起见，只表示出小数目的显示像素5。

从图2可以看出，柱镜元件11(图中只表示出一个柱镜元件11)向显示像素5的列的方向倾斜一个角度，即它们的纵轴与显示像素5的列的方向确定一个锐角。

柱镜元件11是凸柱镜的形式，它们的作用是光学引导器装置，从显示板3向定位在显示设备1前方的用户眼睛提供不同的图像或景象。当用户的头在显示设备1前方从左到右移动的时候，柱镜元件11还向用户眼睛提供一系列不同的图像或景象。

图1和图2所示的自动立体显示设备1能够提供9个不同的景象。具体来说，对于一个柱镜元件11覆盖的每一组的18个显示像素5，柱镜元件11在9个不同的方向中的每一个方向投射2个显示像素5，因此形成9个不同的景象。从“1”到“9”标记图2中的显示像素5，表示它们对应于哪一个景象。

与显示像素5一样，柱镜元件11还要投射在显示像素5之间提供的黑色掩模13的部分。

例如，图2中所示的柱镜元件11放在一组18个显示像素5的上面。虚线15表示由柱镜元件11在一个特定的方向投射从而可以产生9个不同的景象之一的显示板3的一部分。由图可见，对于景象“4”，投射的是两个显示像素，这是黑色掩模13的有意义的量。对于相邻的景象“3”和“5”，也要投射少量的显示像素，这是作为景象之间的串扰观察到的。

可以认识到，当用户的头从左到右移动的时候，他/她的眼睛依次接受9个景象中的几个不同的景象。当用户的头按此方式移动时，由用户的眼睛接受的黑色掩模13的比例也在变化，由此引起光强度变化。这些不期望出现的光强度变化是作为莫尔图形(moirépattern)观察到的。

上述与已知的自动立体显示设备1关联的问题通过按照本发明的自动立体显示设备得到解决。图3和图4分别是按照本发明的第一自动立体显示设备21的示意透视图和平面图。

图3和图4所示的显示设备21在许多方面都与图1和图2所示的设备类似，相同的附图标记表示相同的特征。具体来说，显示设备21包括显示板3、光源7、和柱镜片9，它们与上述参照图1描述的那些完全相同。参照图4可以看出，柱镜片9包括一行倾斜的柱镜元件11，但为清楚起见，只示出了一个柱镜元件11。

图3和图4所示的显示设备21此外还包括一个掩模装置23，掩模装置23定位在显示板3和柱镜片9之间。这个掩模装置23附加到作为显示板3的一部分提供的并且确定显示板3的正常长方形像素的掩模装置上。

这个附加的掩模装置23的功能是修改显示板3的长方形像素5的形状，提供具有特殊形状的像素显示区。

现在参照附图4，可以看出，附加的掩模装置23包括倾斜的长方形的不透明区25的一个阵列。不透明区25倾斜一个角度，从而它们的较长侧平行于柱镜元件11的光学焦轴。定位所述的不透明区25，使其覆盖显示板3的显示像素5之间的区域。然而，因为不透明区25是倾斜的，它们本身还覆盖相邻的显示像素5的部分，借此提供修改的像素显示区。

可以在一个支架片上提供与在显示板3的掩模装置中所使用的类似的、黑色吸光材料形式的、附加掩模装置23的不透明区25。

因此，附加的掩模装置23的效果是，修改了设备21的像素显示区，使它们的边缘部分平行于柱镜元件的轴，如图4所示。

与参照图1和图2描述的设备1一样，图3和图4表示的设备21也能够提供9个不同的景象。具体来说，对于由柱镜元件11覆盖的每组18个显示像素5，柱镜元件11在9个不同的方向中的每一个方向投射两个像素5，从而可以形成9个不同的景象。图4的显示像素5标记为“1”到“9”，以便可以指示它们对应于哪一个景象。

柱镜元件11还投射在显示像素5之间提供的黑色掩模13部分以及显示像素5。例如，图4所示的柱镜元件11覆盖一组18个显示像素5。虚线15表示由柱镜元件11在一个特定方向投射因而产生9个不同景象之一的显示板3的一部分。

如图可见，投射景象“4”的两个显示像素，它是黑色掩模13的有意义的量。然而，由于像素显示区已由附加的掩模装置23修改，所以不会投射相邻的景象“3”和“5”的显示像素部分。因此，防止了不同景象之间的不期望出现的串扰。

光强度的变化是在视角变化时观察到的，而像素显示区的这种修改还会引起不期望的光强度变化减小。具体来说，当他/她的头从左向右移动的时候，由用户的眼睛接收的显示像素和黑色掩模的相对数量以较小的程度变化。

图5和6分别表示按照本发明的第二自动立体显示设备31的示意透视图和平面图。

图5和6所示的显示设备31与图1和2所示的设备类似，相同的附图标记表示相同的特征。具体来说，显示设备31包括光源7和柱镜片9，它们与上述参照图1和2描述的那些相同。参照图6可以看出，柱镜片9包括一行倾斜的柱镜元件，尽管，为清楚起见，图中只表示了一个柱镜元件11。

在图5和6中所示的显示设备31还包括定位在光源7和柱镜片9之间的显示板3。显示板3与参照图1和2所述的显示板相同，只是长方形的显示像素5向显示像素的列倾斜一个角度。具体来说，显示像素5是倾斜的，从而使显示像素5的较长边缘平行于柱镜元件的轴。

于是，尽管图3和4所示的设备21使用了一个附加的掩模装置23来修改显示板的常规像素显示区，但图5和6所示的设备31使用了非常规的已经具有倾斜显示像素5的显示板3。

在图5和6中所示设备31中，显示像素5的倾斜形状由显示板3内的掩模装置本身确定。但是，显示像素5的整个结构，其中包括电极图形和液晶材料，是可以修改的，从而可以提供具有比图3和4所示设备21的像素显示区大的像素显示区的设备31。以此方式，增加显示设备31的亮度。

图5和6所示的设备的操作与图3和4所示的设备的操作完全相同，因此省去了详细描述。只要记住显示板3经过修改的掩模装置的效果与图3和4所示的附加的掩模装置23的效果是相同的便足矣，即所提供的像素显示区的边缘平行于柱镜元件的轴，这就有效地防止了不同景象之间的串扰。同时还减小了当用户的头从左到右移动时光强度的变化。事实上，因为倾斜的像素显示区的形状是长方形的，所以柱镜元件11投射的是数量不变的像素显示区。于是，当用户的头从左到右移动时，光强度几乎保持不变。

已经描述了本发明的特定实施例。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，对于这些实施例可以进行各种不同的变化和改进而不偏离本发明的范围。

例如，已经描述了其中提供9个景象的装置。然而，本领域的普通技术人员显而易见的是，通过具有较宽和/或较长的柱镜元件的装置可以提供不同数目的景象。通过具有不同柱镜元件结构的装置，还可以提供相同数目的景象。

以上所述的特定例子使用了液晶显示板，例如它的显示像素间距的范围为50微米到1000微米。然而，本领域的普通技术人员显而易见的是，还可以使用可替换类型的显示板，如有机发光二极管(OLED)、或阴极射线管(CRT)的显示设备。

在上述的第二例中，对于显示板的像素的整个结构进行修改以提供倾斜的像素显示区。然而，在另外的实施例中，这些修改可能限于显示板的掩模装置。在某些彩色显示设备实施例中，可以将显示板的掩模装置与显示像素的彩色滤光片集成在一起。

在上述的实施例中，视角变化时，在各种不同的景象之间有相对突然的过渡。因此需要像素显示区的精确定位，以便避免在景象之间过渡期间发生瞬时的但大的光强度变化。但附加的掩模装置和/或显示板的掩模装置是可以修改的，以使确定像素显示区的光透射部分具有光衰减功能。具体来说，显示像素的光输出可以安排成向像素显示区的边缘逐渐地减弱，以平滑景象之间的过渡。

在整个这份公开中，使用了术语“像素”。这个术语意指独立的可开关显示元件，因此还包括彩色显示中的子像素。

Claims (12)

1.一种自动立体显示设备(21)，包括：

显示板(3)，其具有显示像素(5)的阵列，用于产生显示，按行和列来安排所述显示像素；和

被定位在显示板之上的平行的柱镜元件(11)的阵列(9)，所述柱镜元件(11)具有光学焦轴，所述光学焦轴向显示像素列倾斜一个角度，当用户的头在显示设备的前面从左移动到右时，所述柱镜元件(11)给用户的眼睛提供许多不同的景象，

其特征在于，所述显示像素的显示区具有基本上与柱镜元件轴平行的边缘，以致对于在特定方向中被柱镜元件(11)投射的显示板(3)的部分(15)，一个景象的显示像素被投射，而没有相对于表示在特定方向中被柱镜元件(11)投射的显示板(3)的部分(15)的线而言左右的相邻景象的显示像素的部分被投射，和

所述显示板(3)包括第一掩模装置，用于提供具有基本上与显示像素列平行的边缘的像素显示区，并且所述自动立体显示设备包括被定位在第一掩模装置之上的第二掩模装置(23)，用于修改像素显示区以具有基本上与柱镜元件轴平行的边缘，

或所述显示板(3)包括第一掩模装置，用于提供具有基本上与柱镜元件轴平行的边缘的像素显示区。

2.根据权利要求1所述的自动立体显示设备，其中所述像素显示区具有长方形形状。

3.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中所述掩模装置包括彩色滤光片。

4.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中每个柱镜元件(11)放在行方向中的多个显示像素上。

5.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中每个柱镜元件放在列方向中的多个显示像素上。

6.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中在与柱镜元件轴垂直的方向中，像素显示区的间距和像素显示区的宽度之间的比值大于或等于2∶1。

7.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中在与柱镜元件轴垂直的方向中，像素显示区的宽度等于像素显示区之间的间隙 的宽度。

8.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中显示像素的行和列是正交的。

9.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中在显示像素行和列的每个交点上提供显示像素(5)。

10.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中所述显示板(3)是液晶显示板。

11.根据权利要求1或2所述的自动立体显示设备，其中在与柱镜元件轴垂直的方向中，在每个像素显示区上的光强度输出改变。

12.根据权利要求11所述的自动立体显示设备，其中每个显示像素(5)在像素显示区的中心上的光强度输出大于在像素显示区的边缘上的光强度输出。 

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