CN101843105A - 自动立体显示设备 - Google Patents

Abstract

多视图自动立体显示设备包含：背光，其具有沿该自动立体显示设备的宽度方向布置的多个背光区域；空间光调制器，其布置在该背光之上且与该背光对准，该空间光调制器具有成用于调制从该背光接收到的光的、行和列布置的显示形成元件的阵列；以及视图形成层，其布置在该空间光调制器之上且与该空间光调制器对准，该视图形成层具有沿该显示设备的宽度方向布置的多个视图形成元件，每个视图形成元件配置成将来自相邻组的显示形成元件的受调制光集中到多个视图内，用于沿不同方向投射朝向用户。背光是可切换的以在该显示设备的驱动周期的不同部分中激励这些背光区域的不同背光区域，使得在驱动周期的不同部分中，来自激活背光区域的受调制光以对应的不同入射角入射在每个视图形成元件上。以此方式，可以增加整体视角或者有效三维显示分辨率。

Description

自动立体显示设备

发明领域

本发明涉及一种包含图像形成装置和视图形成装置的自动立体显示设备，该图像形成装置为例如具有显示像素阵列的显示面板，以及该显示像素是通过该视图形成装置来观看。本发明还涉及一种驱动自动立体显示设备的方法和一种计算机编程的产品。

背景技术

GB 2196166 A公开一种自动立体显示设备，其包含具有显示像素的行和列阵列的二维液晶显示面板作为图像形成元件以产生显示。相互平行地延伸的柱镜元件(lenticular element)阵列位于显示像素阵列之上并作为视图形成元件。通过这些柱镜元件来观察显示像素。

柱镜元件是作为元件片提供的，每个柱镜元件包含细长的半圆柱形透镜元件。柱镜元件沿显示面板的列方向延伸，每个柱镜元件位于对应一组的两个或更多个相邻的显示像素列之上。

在例如每个柱镜(lenticule)与两列显示像素相关的布置中，每一列中的显示像素提供对应的二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前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。

在另外的布置中，每个柱镜与沿行方向的一组三个或更多个相邻显示像素相关联。在每个组中，相应的显示像素列被适当地布置，以提供来自对应的二维子图像的垂直片段。当用户的头从左移动到右时，感知到一系列连续的、不同的、立体的视图，建立了例如环视的印象。

上述设备提供有效的三维显示。然而，将理解，为了提供立体视图，必须牺牲设备的水平分辨率，引起在自动立体模式中垂直分辨率和水平分辨率之间的显著差异。

还将理解，在显示器的视角和显示器中的三维感知深度之间存在折衷。特别地，为了提供具有宽视角的显示器，必须将被投射视图分布在例如60°的大的角度之上。然而，这种显示器提供具有很小感知深度的浅三维图像。相反，为了提供具有良好深度的逼真三维图像，必须将所有的被投射视图集中跨过小的视角上。

因此，使用已知技术难以提供具有良好图像分辨率、宽视角和良好感知深度的显示器。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的自动立体显示设备。

本发明由独立权利要求定义。从属权利要求定义有利实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种自动立体显示设备，该设备包含：

背光(107；207；307)，其具有沿该自动立体显示设备的宽度方向布置的多个背光区域；

空间光调制器(103)，其布置在该背光(107；207；307)之上且与该背光对准，该空间光调制器(103)具有用于调制从该背光接收到的光的、成行和列布置的显示形成元件的阵列；以及

视图形成层(109)，其布置在该空间光调制器(103)之上且与该空间光调制器对准，该视图形成层(109)具有沿该显示设备的宽度方向布置的多个视图形成元件，每个视图形成元件配置成将来自显示形成元件组的受调制光引导到多个视图内朝向用户，

其中该背光(107；207；307)是可切换的以在该显示设备的驱动周期的不同部分中激励所述背光区域的不同背光区域，使得在驱动周期的不同部分中，来自激活背光区域的受调制光以对应的不同入射角入射在每个视图形成元件上。

在该设备的使用中，来自每个背光区域的光被空间光调制器调制，且在窄的角范围内入射在每个视图形成元件上。因而，当背光被驱动以顺序激励这些背光区域的不同背光区域时，视图形成元件被顺序地提供具有不同入射角的受调制光。

与背光的驱动同步地，使用显示数据来顺序驱动该空间光调制器。例如，可以使用用于不同的多个视图的显示数据来顺序驱动该空间光调制器。来自空间光调制器的光以顺序变化的角分布入射在每个视图形成元件上，以及这种情况下，不同的多个视图沿不同的水平方向被投射朝向用户。由显示设备提供的视图总数和可用视角以此方式均可增加。

在其它实施例中，可以使用用于相同的多个视图的不同单元的显示数据来驱动该空间光调制器。这种情况下，每个视图的有效分辨率可以增加。

背光区域可定义多个分隔开的平行带，带的长度方向从该背光的顶部边缘延伸到底部边缘。背光区域之间的间隔可大于它们的宽度。

背光可包含布置在背光区域中的多个发光二极管。在其它实施例中，背光可包含布置在背光区域中的多个细长光源。光散射元件可被提供在背光区域中。

在一些实施例中，背光可包含不透明掩模，该掩模在背光区域被图案化以允许光的透射。这允许使用已知掩模技术以简单且成本有效的方式，采用具有例如均匀照射面积的常规或已知的背光，使得它们根据背光区域来发射光以用于本发明。

视图形成元件的阵列可包含柱镜元件或透镜的阵列或者其中形成有光透射狭缝阵列的阻挡层。也可以使用其它产生视差的视图形成元件而不丧失优点。空间光调制器可包含透射液晶显示面板。显示形成元件可布置成行和列，且该布置可以是正交的。

在驱动周期的不同部分中，从最近的激活背光区域入射在每个显示形成元件上的光可被投射朝向这些视图形成元件的不同视图形成元件。这种布置可提供显示设备的视图数目和整体视角的增加。

该设备可进一步包含布置成驱动背光和空间光调制器的显示驱动器。显示驱动器可布置成，在驱动周期的不同部分中，使用用于不同的多个视图的信息来驱动空间光调制器。

备选地，在驱动周期的不同部分中，从最近的激活背光区域入射在每个显示形成元件上的光可被投射朝向同一视图形成元件的不同部分。这种布置提供了由显示设备提供的每个视图的有效分辨率的增加。

这种情况下，该设备可进一步包含布置成驱动背光和空间光调制器的显示驱动器，其中显示驱动器布置成，在驱动周期的不同部分中，使用用于相同的多个视图的不同单元的信息来驱动空间光调制器，以由此增加由显示设备提供的每个视图的有效分辨率。

在使用用于不同的多个视图的显示数据来顺序驱动空间光调制器的实施例中，背光和空间光调制器可布置成使得：

以及

其中w_light为每个背光区域的宽度，p_light为背光区域之间的节距，d_light为背光和空间光调制器的平面之间的距离，以及

为将由视图形成层形成的每个视图的视角。这种布置为每个视图形成元件提供具有充分不同的入射角的光。

在某些这些实施例中，背光和空间光调制器也可布置成使得：

其中

为在任何一个时间将由视图形成层形成的多个视图的组合视角，即，N和

的乘积，其中N为将由视图形成层形成的多个视图的每一个中的视图数目。例如，背光和空间光调制器可布置成使得：

这种布置可被配置以避免或最小化该多个视图的每一个的外部视图(outer view)之间的串扰。

在实施例中，背光可由与空间光调制器分隔第一距离的第一数目的虚拟(virtual)背光区域定义。这些虚拟背光区域可由与空间光调制器分隔第二距离的第二数目的真实(real)背光区域以及一柱镜透镜阵列定义。第一数目可大于第二数目，以及第一距离可小于第二距离。这种布置可用于通过整体减小背光区域与空间光调制器的平面之间的距离来提供更薄的显示设备。

根据本发明另一方面，提供了一种驱动根据本发明的自动立体显示设备的方法。

根据本发明另一方面，提供了一种驱动如权利要求1所述的自动立体显示设备的方法，该方法包含：

在该驱动周期的第一部分中，切换该背光区域以提供第一空间光分布以及同时使用用于多个视图的第一多个单元的信息来驱动该空间光调制器；以及

在该驱动周期的第二部分中，切换该背光区域以提供与该第一空间光分布不同的第二空间光分布，以及同时使用用于该多个视图的与该第一多个单元不同的第二多个单元的信息来驱动该空间光调制器。

在上述方法中，第一和第二空间光分布可由互相排斥的激活背光区域集合来定义。

本发明还提供一种可以在计算机可读取介质上或者在芯片内实现的计算机程序，以及一种适于执行以上方法的显示驱动器。该程序可以是显示驱动器。本发明提供形式为例如显示驱动器的计算机程序产品，该产品使得可编程设备能够实施根据本发明的方法。

该介质或芯片可以是根据标准半导体设计和制造方法或者标准电子工程技术和制造方法来制作的集成电路或电子设备。其可以是模拟或数字芯片。

美国专利No.6,064,424公开了一种与上述相似的自动立体显示设备，不同之处为细长柱镜元件被倾斜与显示面板的列方向成一角度。通过倾斜柱镜元件，原本将需要的某些水平分辨率的减小转移到垂直分辨率。因而有可能“消耗”垂直分辨率和水平分辨率这两者以增加由该设备显示的视图的数目。然而，仍然必须牺牲分辨率以获得具有宽视角和/或良好感知深度的设备。

附图说明

本发明的实施例现在将参考附图仅通过示例的方式予以描述，在附图中：

图1为示出已知自动立体显示设备的操作的示意透视图；

图2为图1中所示的显示设备的示意平面图；

图3为根据本发明的自动立体显示设备的实施例的示意透视图；

图4a和4b为示出图3中所示设备的操作的示意平面图；

图5为示出图3所示设备的操作的更为详细的示意平面图，且其包含放大部分；

图6为与图5的视图类似的视图，用于解释视图之间的串扰如何可以被消除或最小化；

图7a和7b为示出根据本发明的另一自动立体显示设备的操作的示意平面图；以及

图8为用于解释根据本发明的自动立体显示设备的厚度如何可以减小的视图。

具体实施方式

本发明提供一种自动立体显示设备，这种类型的自动立体显示设备具有背光、空间光调制器和视图形成层。使用用于不同的多个视图或者相同的多个视图的不同单元的显示信息来顺序驱动空间光调制器。同时，背光被驱动从而为视图形成层的视图形成元件提供具有顺序变化的入射角的受调制光。这些变化的入射角引起不同的多个视图或相同的多个视图的不同单元被投射朝向用户，以提供增加数目的视图或具有增加分辨率的视图。

图1为已知多视图自动立体显示设备1的示意透视图。该已知设备1包含充当空间光调制器的有源矩阵类型的液晶显示面板3以产生显示。

显示面板3具有以行和列排布的显示形成元件或像素5的正交阵列。为了清楚起见，只有少数显示像素5示于图中。实践中，显示面板3可包含大约一千行和几千列的显示像素5。

液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包含一对隔开的透明玻璃衬底，对准扭曲向列或其它液晶材料被提供在这对隔开的透明玻璃衬底之间。衬底在它们的相对表面上具有透明铟锡氧化物(ITO)电极的图案。极化层也被提供在该衬底的外表面。

每个显示像素5包含位于衬底上的相对电极，居间的液晶材料位于相对电极之间。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局决定。显示像素5通过间隙有规律地相互隔开。

每个显示像素5与诸如薄膜晶体管(TFT)或薄膜二极管(TFD)的开关元件关联。通过提供寻址信号到开关元件来操作显示像素以产生显示，且本领域技术人员将知晓合适的寻址方案。

显示面板3由在显示像素阵列的区域上延伸的平面的漫射背光7照射。来自背光7的光被引导穿过显示面板3，单独的显示像素5被驱动以调制光并产生显示。

显示设备1还包含布置在显示面板3的显示侧之上的视图形成层9，该视图形成层9执行视图形成功能。视图形成层9包含相互平行地延伸的一行柱镜元件11，为了清楚起见，仅一行柱镜元件11以夸大的尺寸示出。柱镜元件11充当视图形成元件以执行视图形成功能。

柱镜元件11为凸圆柱形透镜的形式，且它们充当光输出引导装置，以从显示面板3提供不同的图像或视图到定位于显示设备1前方的用户的眼睛。图1所示的柱镜元件11的圆柱形表面背对显示面板3。然而，在其它布置中，柱镜元件11的圆柱形表面可面向显示面板3。图1所示的自动立体显示设备1能够在不同的方向提供若干不同的透视图。特别地，每个柱镜元件11在每一行中位于一小组显示像素5之上。柱镜元件11沿不同方向投射一组的每个显示像素5，从而形成若干不同的视图。当用户的头从左到右移动时，他/她的眼睛将依次接收到这些若干视图的不同视图。

图2示出如上所述的柱镜类型成像布置的操作原理，并示出光源7、显示面板3和视图形成层9。该布置提供三个视图A、B和C，每一个视图沿不同方向投射。显示面板3的每个像素使用用于一个特定视图的信息来驱动。

图3为根据本发明的(多视图)自动立体显示设备101的示意透视图。设备101与图1和2所示的设备1类似。特别地，设备101包含形式为用于执行显示形成功能的显示面板103的空间光调制器以及用于执行视图形成功能的视图形成层109。这些元件通常与参考图1如上所述的那些元件相同。然而，注意对于本发明而言，该柱镜不需要为圆柱形。一般而言，只要提供多个视图，可使用任何的视图形成元件。

根据本发明的设备101包含背光107。该背光107不是散射的平面背光，反而包含沿设备101的宽度方向相互分离的多个狭窄的背光区域107a。为了清楚起见，只有少数背光区域107a示于图3中。

每一背光区域107a具有线性形状，并沿着基本上与显示面板103的列方向平行的方向从背光107的顶部边缘延伸到底部边缘。在该实施例中，背光区域107a之间的距离远远大于背光区域107a的宽度，该宽度相对较小(为了清楚起见，夸大了图中背光区域107a的宽度)。在图3所示的设备101中，背光区域107a分别由多个线性地排列的发光二极管定义。

背光区域107a是独立地可切换的，以在设备101的驱动周期的不同部分中提供不同的空间光分布。

图3所示的设备101还包括用于使用用于不同的多个视图的信息来顺序驱动显示面板103的显示驱动器119，所述不同的多个视图即为第一个五个视图和第二个五个视图。显示驱动器119还顺序驱动背光区域107a的切换以提供不同的空间光分布，即第一和第二光分布。

图4a和4b为示出图3中所示设备的操作的示意平面图。图4a示出在驱动周期的第一部分中的设备101，以及图4b示出在驱动周期的第二部分中的设备101。第二部分紧跟着第一部分，且该第二部分本身被下一驱动周期的第一部分紧跟着。为了清楚起见，背光107、显示面板103和视图形成层109之间的距离未按比例绘出。

在驱动周期的第一部分中，如图4a所示，第一多个背光区域107a(只示出其中的两个)被激励以提供第一空间光分布。在所示的设备101中，第一多个背光区域107a包含背光区域107a的交替背光区域。

如图4a所示，来自每个被激励的背光区域107a的光入射在显示面板103的每个显示像素105上，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109的柱镜元件111上。为了清楚起见，该图只示出来自两个激活(active)背光区域107a经过一个显示像素105的光。

在与激励第一多个背光区域107a相同的时间，显示驱动器119使用用于第一五个自动立体视图的显示信息来驱动显示面板103。来自被激励的背光区域107a的光由显示面板103调制，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109上。视图形成层109沿不同的水平方向投射该第一五个视图，所述不同的水平方向一起定义第一整体视角。图4a仅示出该第一五个被投射视图(连同右手侧的重复视图)其中之一的单元。

视图形成层109投射该第一五个视图的方向依赖于来自背光区域107a的受调制光入射的角度。在该驱动周期的第一部分中，可以看到，该视图将被投射跨过(across)一方向范围，该方向范围基本上中心是位于垂直于显示设备101平面的方向上。如上所述，重复视图也被投射，这些重复视图的其中之一的单元在图4a中在右手侧示出。

在该驱动周期的第二部分中，如图4b所示，第二多个背光区域107a(仅示出其中的两个)被激励以提供第二空间光分布。在所示设备101中，该第二多个背光区域107a还包含背光区域107a的交替的背光区域，在这种情况下这些背光区域定位于定义第一多个背光区域107a的那些背光区域之间。

如图4b所示，来自每个被激励的背光区域107a的光再次入射在显示面板103的每个显示像素105上，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109的每个柱镜元件111上。然而，这些入射角不同于驱动周期的第一部分中的那些入射角。

在与激励第二多个背光区域107a相同的时间，显示驱动器119使用用于第二五个自动立体视图的显示信息来驱动显示面板103。来自被激励的背光区域107a的光由显示面板103调制，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109上。视图形成层109沿不同的水平方向投射该第二五个视图，所述不同的水平方向一起定义第二整体视角。图4b仅示出该第二五个被投射视图(连同右手侧的重复视图)的其中之一。

视图形成层109投射该第二五个视图的方向依赖于来自背光区域107a的受调制光入射的角度。该第二五个视图被投射跨过一方向范围，该方向范围与第一五个视图已被投射的方向成大约20°的范围。如上所述，重复视图也被投射，这些重复视图的其中之一在图4b中示出。

跨过整个驱动周期上，显示面板103用十个不同视图来驱动并提供用于十个不同视图的输出。如图4a和4b所示，这些视图沿不同的方向被投射。

技术人员将理解，在任何一个时间，用于该十个视图的仅一半的信息被设备101投射。然而，假如设备的帧速率足够高，无论是观察这十个视图的哪些视图，用户将不会注意到任何屏幕闪烁。

显示面板103为具有100Hz或其它适合于驱动的频率的帧速率的液晶显示设备。这种帧速率例如可以使用光学补偿双折射(OCB)液晶效应来获得，本领域技术人员将知晓其细节。

还将理解，与用于增加由自动立体显示设备提供的视图数目的许多常规技术相比，使用显示面板103顺序输出用于不同视图的信息，这引起每个视图的分辨率不减小。

图5为示出图3所示设备101的更为详细的示意平面图，其更精确地示出设备101的元件的相对布置。该图包含一放大部分，其示出传播经过显示面板103的单独的显示像素105的光。

图5示出三个相邻的背光区域107a，所述背光区域的中央一个背光区域在驱动周期的第一部分中(在时间t)被激励，以及所述背光区域的外部背光区域在驱动周期的第二部分中(在时间t+1)被激励。为了解释的目的，来自全部三个背光区域107a的光线被示出。

可看出，来自每个背光区域107a的光入射在显示面板103的每个显示像素105上，且随后在特定(且窄)的角范围内入射在视图形成层109的柱镜元件111上。背光107和显示面板103的平面之间的距离d_light足够大，使得来自每个背光区域107a入射在每个显示像素105和柱镜元件111上的光线基本上平行。

具体参考图5的放大部分，可以看出在驱动周期的第一部分中(在时间t)来自定位在中央的背光区域107a的光线以及在驱动周期的第二部分中(在时间t+1)来自外部背光区域107a的光线以不同角度入射在视图形成层109的每个柱镜元件111上。在驱动周期的不同部分中由视图形成层109形成的视图因此沿对应的不同方向被投射。

对于图中所示设备101，每个视图单独的视角

由下述方程给出：

其中p_pixel为显示面板103的显示像素105之间的节距，且d_lens为显示面板103和视图形成层109的平面之间的距离。在驱动周期的每个部分中投射的五个视图的组合视角

于是由下述方程给出：

其中N为视图数目，这种情况下N为5，且w_lens为视图形成层109的每个柱镜元件111的宽度。

假设柱镜元件111的宽度接近于显示像素宽度的N倍，上述近似适用于大多数的根据本发明的显示设备。

对于根据本发明的设备101的有效操作，背光107应该配置为满足下述要求：

其中w_light为每个背光区域107a的宽度，p_light为背光区域107a之间的节距，以及d_light为背光107和显示面板103的平面之间的距离。

上述要求确保了从每个背光区域107a入射在显示面板103的每个显示像素105上的光基本上平行，以及从相邻背光区域(在驱动周期的不同部分中被激励)入射的光以适当地不同的角度入射，以确保对应的多个自动立体视图沿不同方向投射。

如上所述，由设备101投射的第一五个视图和第二五个视图一起提供十个自动立体视图，每个自动立体视图分隔小的角度。优选的是第一和第二五个视图的相邻外部视图之间的串扰被最小化，因为这些视图基本上位于设备101的可使用视角的中心处，即这十个视图的视图五和六。

第一和第二五个视图的相邻视图之间的串扰典型地由来自显示面板103的显示像素105的这样的光引起，该光入射在视图形成层109的两个相邻柱镜元件111之间的边界上。

例如，图5的放大部分示出，在时间t，光垂直地经过显示面板103的中央显示像素105，并瞄准(target)视图形成层109的相邻柱镜元件111的中间部分。每侧有若干个柱镜元件111，来自该中央显示像素105(来自其它的背光区域107a)的光瞄准在两个相邻柱镜元件111之间边界上的视图形成层109。这种对柱镜元件111之间的边界的瞄准引起串扰。

通过配置背光107和显示面板103以满足下述要求，上述的串扰被最小化或消除：

例如，背光107和显示面板103可以方便地配置为满足以下要求：

以此方式，可以确保经过显示像素105(来自不同背光区域107a)的光瞄准不同的柱镜元件111。也就是说，当来自显示像素105(以及背光区域107a)的光入射在两个相邻柱镜元件111之间的边界上时，还将存在来自相同的显示像素105(但不同的背光区域107a)的光，所述光完全地瞄准相邻柱镜元件111的每一个。

以这种方式配置显示设备101的效果示于图6中。特别地，图6示出减小p_light使得显示设备101满足上述方程(6)的效果。该图的放大部分示出来自不同的背光区域107a经过显示像素105的光，以及来自至少一个背光区域107a完全地瞄准每个柱镜元件111的光。

如图6所示通过配置显示设备101以满足方程(6)而引起的不对称可导致莫尔图案。然而，如果这些图案出现，这些图案可以通过调节显示面板103的显示像素105的光强度来防止或取消。

图7a和7b为示出根据本发明的另一多视图自动立体显示设备201的操作的示意平面图。代替增加自动立体视图的数目，该设备201配置为提供每个视图的感知分辨率的有效增加。

图7a和7b所示的显示设备201与上述设备101类似，并且相似的参考符号用于表示相似的结构。图7a和7b所示的显示设备201只在下述方面不同于上述的设备101：背光区域207a的布置以及由显示驱动器(未示出)采用的驱动方案。

图7a示出驱动周期的第一部分中的设备201，以及图7b示出驱动周期的第二部分中的设备201。第二部分紧跟着第一部分，且该第二部分本身被下一驱动周期的第一部分紧跟着。为了清楚起见，背光207、显示面板103和视图形成层109之间的距离未按比例绘出。

在驱动周期的第一部分中，如图7a所示，第一多个背光区域207a(只示出其中的四个)被激励以提供第一空间光分布。在所示的设备201中，第一多个背光区域207a包含背光区域207a的交替的背光区域。

如图7a所示，来自每个被激励的背光区域207a的光入射在显示面板103的每个显示像素105上，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109的每个柱镜元件111的左手部分上。为了清楚起见，该图只示出来自四个激活背光区域207a经过一个显示像素105的光。

在与激励第一多个背光区域207a相同的时间，显示驱动器使用用于五个自动立体视图的交替列的单元的显示信息来驱动显示面板103。来自被激励的背光区域207a的光由显示面板103调制，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109上。视图形成层109沿不同的水平方向投射该五个视图的单元，所述不同的水平方向一起定义整体视角。图7a仅示出该五个被投射视图(连同每一侧上的重复视图)其中之一的单元。

视图形成层109投射该五个视图的方向依赖于来自背光区域207a的受调制光入射的角度。在该驱动周期的第一部分中，可以看到，视图将被投射跨过一方向范围，该方向范围基本上中心是位于与显示设备201的平面垂直的方向上。如上所述，重复视图也被投射。

在该驱动周期的第二部分中，如图7b所示，第二多个背光区域207a(仅示出其中的四个)被激励以提供第二空间光分布。在所示设备201中，该第二多个背光区域207a还包含背光区域207a的交替的背光区域，在这种情况下这些背光区域定位于定义第一多个背光区域207a的那些背光区域之间。

如图7b所示，来自每个被激励的背光区域207a的光再次入射在显示面板103的每个显示像素105上，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109的每个柱镜元件111的右手部分。这些入射角不同于驱动周期的第一部分中的入射角，但是定义的与法线的角度与在驱动周期的第一部分中的与法线的角度相同(在驱动周期的第一和第二部分中，入射角关于法线对称)。

在与激励第二多个背光区域207a相同的时间，显示驱动器使用用于五个自动立体视图的交替列的单元的显示信息来驱动显示面板103，这些列为位于在驱动周期的第一部分中驱动显示面板103所使用的列之间的列。来自被激励的背光区域207a的光由显示面板103调制，并且随后在特定角范围内入射在视图形成层109上。视图形成层109沿不同的水平方向投射该五个视图的单元，所述不同的水平方向一起定义与在该驱动周期的第一部分中定义的整体视角相同的整体视角。图4b仅示出该五个被投射视图(连同重复视图)的其中之一。

在该驱动周期的每个部分中视图形成层109投射五个视图的单元的方向依赖于来自背光区域107a的受调制光入射的角度。然而，因为入射角关于法线方向对称，在驱动周期的每个部分中视图被有效地沿相同方向投射。驱动周期的第一和第二部分之间的差异在于，五个视图的单元从柱镜元件111的不同部分(分别地从左手和右手部分)被投射。

因而，跨过整个驱动周期上，显示面板103用五个不同视图的所有单元来驱动并提供用于五个不同视图的所有单元的输出。如图7a和7b所示，这些视图沿相同的方向被投射，且它们的有效分辨率翻倍。

技术人员将理解，在任何一个时间，用于每个该五个视图的仅一半的信息被设备201投射。然而，假如设备的帧速率足够高，无论是观察这十个视图的哪些视图，用户将不会注意到任何屏幕闪烁。

如图5所示，用于形成本发明工作实施例的必需的背光区域107a被提供在距显示面板103的平面一距离d_light处且具有节距p_light。由于需要将背光107与显示面板103分隔开，这些背光区域107a的定位得到的显示设备101具有比其它已知显示设备显著更大的厚度。

实践中，图5所示的背光107可以使用定位为更靠近显示设备103的平面的不同背光组件来替代。用于减小d_light且由此减小显示设备整体厚度的合适背光组件307在图8中予以说明。

图8中的背光组件307包含多个(真实)背光区域325a、325b和柱镜透镜阵列327。背光区域325a、325b被提供在距柱镜透镜阵列327的平面一距离d_o处且柱镜透镜具有节距p_light。柱镜透镜阵列327与在上述显示设备101、201中作为视图形成装置使用的那些相似，但是柱镜透镜具有节距p_lent和焦距f_lent。

背光区域325a、325b和柱镜透镜阵列327一起定义多个虚拟背光区域307a、307b。这些虚拟背光区域307a、307b被定义在距视图形成元件阵列327的平面一距离d_i处，该距离小于d_o。正是这些虚拟背光区域在上述设备101、201中被采用作为背光区域。

背光区域325a、325b和虚拟背光区域307a、307b的布置是这样的，用于驱动周期的第一部分的虚拟背光区域307a由背光区域325a定义，以及用于驱动周期的第二部分的虚拟背光区域307b由背光区域325b定义。

为了使情况是如此，该布置必需满足下述要求：

$p_{\mathrm{lent}}=2\frac{d_i}{d_o+d_i}\·p_{\mathrm{light}}$ (7)

$f_{\mathrm{lent}}=\frac{d_o{d}_i}{d_o+d_i}$ (8)

于是目的是减小显示设备的整体厚度。这可以通过将背光组件307(且更具体地，虚拟背光区域325a、325b)与显示面板103分隔距离d’_light来获得，该距离显著小于上述设备107、207中的相应距离d_light。通过使用虚拟背光区域307a、307b来促进这种间隔的减小，这些虚拟背光区域具有非常小的宽度和非常小的节距。

设备的厚度可以用下述方程表示：

d_ovgrall＝d_i+d_o+d′_light(9)

其中d_overall为设备(不包括视图形成装置)的整体厚度。

可以导出上述设备107、207的背光107、207使用的d_light和当背光107、207用图8所示背光组件307替代时使用的d’_light之间的下述关系：

$\left[\begin{array}{c}{p}_{\mathrm{light}}^{\′}\\ w_{\mathrm{light}}^{\′}\\ d_{\mathrm{light}}^{\′}\end{array}\right]=\frac{d_i}{d_o}\left[\begin{array}{c}{p}_{\mathrm{light}}\\ w_{\mathrm{light}}\\ d_{\mathrm{light}}\end{array}\right]---\left(10\right)$

其中p_light、w_light和d_light为虚拟背光区域307a、307b的参数，以及p_light’、w_light’和d_light’为背光区域325a、325b的参数。

因而，当图8所示的背光布置307被采用时，所有背光属性用d_i/d_o来缩放。

上面的方程(3)至(6)的要求仅仅涉及p_light、w_light和d_light的比率，这些仍然有效。因而，我们发现：

$d_{\mathrm{overall}}=d_i+d_o+\frac{d_i}{d_o}{d}_{\mathrm{light}}---\left(11\right)$

从这里，有可能选择小于1的d_i/d_o值。通过选择显著小于原始d_light的d_i和d_o二者的值，可以使“开销”d_i+d_o变得无关紧要。

在上文已经描述了本发明的优选实施例。

本领域技术人员将理解，上述实施例说明而非限制本发明，且可以进行各种变化和调整而不背离本发明的范围。

例如，透镜的形状无需是圆柱形的，即，其它实施例可以根据需要使用各种形状，只要这些透镜至少提供如下文所解释的多个视图，

例如，上述实施例采用柱镜片作为视图形成层。然而，可以使用诸如具有透射狭缝阵列的阻挡层的另一种视图形成层。

上述实施例中的图像形成装置为液晶显示面板。然而，可以采用其它形式的图像形成装置。

此外，已经结合沿显示器的一个方向即宽度方向的视图形成描述了本发明的效果。然而将理解，使用本发明可以沿高度方向备选地或附加地创建多个视图。这例如意味着视图形成装置包含沿高度方向，或者沿宽度方向和高度方向二者提供视图的视图形成元件的格栅。

上述实施例涉及由两个部分组成的驱动周期。然而，在其它实施例中，驱动周期可包含三个或更多个部分。附加部分可用于进一步增加设备的整体视角或者有效三维分辨率。

概言之，提供了一种多视图自动立体显示设备，该设备包含：背光，其具有沿该显示设备的宽度方向布置的多个背光区域；空间光调制器，其布置在该背光之上且与该背光对准，该空间光调制器具有用于调制从该背光接收到的光的、成行和列布置的显示形成元件的阵列；以及视图形成层，其布置在该空间光调制器之上且与该空间光调制器对准，该视图形成层具有沿该显示设备的宽度方向布置的多个视图形成元件，每个视图形成元件配置成将来自相邻组的显示形成元件的受调制光集中到多个视图内，用于沿不同方向投射朝向用户。背光是可切换的以在该显示设备的驱动周期的不同部分中激励所述背光区域的不同背光区域，使得在驱动周期的不同部分中，来自激活背光区域的受调制光以对应的不同入射角入射在每个视图形成元件上。以此方式，可以增加整体视角或有效三维显示分辨率。

在权利要求中，任何置于括号之间的参考符号不应解读为限制该权利要求。措词“包含”不排除存在权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤。元件之前的措词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置的若干个可以通过一个并且相同项的硬件来实现。在互不相同的从属权利要求中列举了某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (10)

1.一种自动立体显示设备，包含：

背光(107；207；307)，其具有沿该自动立体显示设备的宽度方向布置的多个背光区域；

空间光调制器(103)，其布置在该背光(107；207；307)之上且与该背光对准，该空间光调制器(103)具有用于调制从该背光接收到的光的、成行和列布置的显示形成元件的阵列；以及

视图形成层(109)，其布置在该空间光调制器(103)之上且与该空间光调制器对准，该视图形成层(109)具有沿该显示设备的宽度方向布置的多个视图形成元件，每个视图形成元件配置成将来自显示形成元件组的受调制光引导到多个视图内朝向用户，

其中该背光(107；207；307)是可切换的以在该显示设备的驱动周期的不同部分中激励所述背光区域的不同背光区域，使得在驱动周期的不同部分中，来自激活背光区域的受调制光以对应的不同入射角入射在每个视图形成元件上。

2.根据权利要求1的自动立体显示设备，其中该背光区域定义多个分隔开的平行带，带的长度方向从该背光(107；207；307)的顶部边缘延伸到底部边缘。

3.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示设备，其中该背光(107；207；307)包含使用透射区域来图案化的不透明掩模，该透射区域提供该背光区域。

4.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示设备，其中在驱动周期的不同部分中，从最近的激活背光区域入射在每个显示形成元件上的光被投射朝向所述视图形成元件的不同视图形成元件。

5.根据权利要求4的自动立体显示设备，进一步包含布置成驱动该背光(107；207；307)和该空间光调制器(103)的显示驱动器(119)，其中该显示驱动器(119)布置成，在驱动周期的不同部分中，使用用于不同的多个视图的信息来驱动该空间光调制器(103)，以由此增加由该显示设备提供的有效视图数目。

6.根据权利要求1至3任意一项的自动立体显示设备，其中在驱动周期的不同部分中，从最近的激活背光区域入射在每个显示形成元件上的光被投射朝向同一视图形成元件的不同部分。

7.根据权利要求6的自动立体显示设备，进一步包含布置成驱动该背光(107；207；307)和该空间光调制器(103)的显示驱动器(119)，其中该显示驱动器(119)布置成，在驱动周期的不同部分中，使用用于相同的多个视图的不同单元的信息来驱动该空间光调制器(103)，以由此增加由该显示设备提供的每个视图的有效分辨率。

8.一种用于驱动如权利要求1所述的多视图自动立体显示设备的方法，该方法包含：

在该驱动周期的第一部分中，切换该背光区域以提供第一空间光分布以及同时使用用于第一多个视图的信息来驱动该空间光调制器(103)；以及

在该驱动周期的第二部分中，切换该背光区域以提供与该第一空间光分布不同的第二空间光分布，以及同时使用用于与该第一多个视图不同的第二多个视图的信息来驱动该空间光调制器(103)。

9.一种用于驱动如权利要求1所述的多视图自动立体显示设备的方法，该方法包含：

在该驱动周期的第一部分中，切换该背光区域以提供第一空间光分布以及使用用于多个视图的第一多个单元的信息来驱动该空间光调制器(103)；以及

在该驱动周期的第二部分中，切换该背光区域以提供与该第一空间光分布不同的第二空间光分布，以及同时使用用于该多个视图的与该第一多个单元不同的第二多个单元的信息来驱动该空间光调制器(103)。

10.一种计算机程序产品，用于使得可编程设备能够实施权利要求8或9的方法。

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