CN102450026A - 自动立体显示设备 - Google Patents

Abstract

一种自动立体显示设备，包括栅栏装置和透镜装置。提供了对于不同横向观察方向的多个视野。至少一部分视场具有自动立体输出，具有自动立体输出的部分没有单独的2D视野的重复，且包括至少三个单独的2D视野。这意味着，在观看椎体边界位置不存在立体视野反转(伪立体视野)，这是因为不存在观看椎体边界。

Description

自动立体显示设备

技术领域

本发明涉及一种自动立体显示设备，该类型的自动立体显示设备包括带有产生显示的显示像素阵列的显示面板以及引导不同视野到不同空间位置的成像装置。

背景技术

用于这类显示器的成像装置的第一实例例如为具有狭缝的栅栏(barrier)，该狭缝相对于显示器下面的像素(underlying pixel)被设计尺寸和定位。在双视野设计中，如果观看者的头位于固定的位置，则他/她能够感知到3D图像。栅栏定位于显示面板前，并且经设计使得来自奇数和偶数像素列的光分别引导朝向观看者的左眼和右眼。

这种双视野显示设计的缺点为：观看者不得不位于固定的位置，并且仅仅能向左或者向右移动大约3cm。在更优选实施例中，在每个狭缝下方并非是两个子像素列，而是多个。这样，允许观看者向左和向右移动，并且在他/她的眼中一直能够感知到立体图像。

栅栏装置生产简单，但光效率不够。因此优选的替代方式为使用透镜装置作为成像装置。例如，细长的双凸透镜元件(lenticular element)阵列被提供为彼此平行延伸并且覆盖在显示像素阵列之上，通过这些双凸透镜元件观察显示像素。

双凸透镜元件被提供为元件薄片，每个元件薄片包括细长的半柱面透镜元件。该双凸透镜元件在显示面板的列方向上延伸，每个双凸透镜元件覆盖在相应组的两个或更多个相邻列的显示像素上。

例如，在一装置中，每个双凸透镜与两列显示像素关联，每列显示像素提供相应的二维子图像的纵向切片。双凸透镜薄片将这两个切片以及相应的切片，从与其他双凸透镜相关的显示像素列引导至位于薄片前的观察者的左眼和右眼，以使得观察者观察到单个立体图像。因此，该双凸透镜元件的薄片提供光输出引导功能。

在其他配置中，每个双凸透镜与行方向上四个或更多相邻的显示像素的组相关。每个组中相应的显示像素列被适当放置，以提供来自相应二维子图像的纵向切片。随着观察者的头部从左向右移动，一系列连续的、不同的立体视图被感知，产生例如环顾四周(look-around)的印象。

以上描述的设备提供了有效的三维显示。不过，应了解的是，为了提供立体视野，在设备的水平分辨率方面需要作出必要的损失。该分辨率的损失随着产生的视野数目而增加。因此，使用大量视野的主要缺点在于：降低了每个视野的图像分辨率。全部数量的可用像素需要分布在这些视野上。在具有纵向双凸透镜的n-视野3D显示器的情形下，沿水平方向感知到的每个视野的分辨率相对于2D情形将减小至1/n。在纵向上，分辨率将保持相同。使用倾斜的栅栏或双凸透镜可以降低水平和纵向中的分辨率之间的差异。在那种情况下，分辨率损失可均匀地分布在水平和纵向之间。

增加视野数目从而提高了3D印象，但降低了观看者感知的图像分辨率。单个视野位于每个所谓的视锥(viewing cones)中，并且这些视锥通常在视场(field of view)中重复。

由于观看者不能完全自由地选择他们在显示设备的视场中的位置，也就是在显示器的视场中视锥间的边界观看3D显示器或电视的位置，从而妨碍了观看体验，3D效果缺失，并且产生恼人的重像。本发明涉及这一问题。

发明内容

本发明的一个目的是降低视锥边界的数目并且优选为消除视锥边界。

如独立权利要求中限定的本发明实现了该目的。从属权利要求限定了有益的实施例。

根据本发明的自动立体设备结合透镜和栅栏开口，以允许宽的视场，并且在自动立体输出区域没有视野的重复。优选地，显示面板包括显示像素阵列，栅栏装置被设置为使得来自像素的光仅仅到达一个栅栏开口。这防止了单个视图从多个栅栏开口输出，从而防止视锥的重复。

垂直方向优选地是相对于显示面板。

像素可为本领域中常见的具有不同颜色的子像素。

横向观看方向与纵向观看方向垂直，其中纵向具有其通用含义。

透镜装置的透镜可位于栅栏装置的开口处。在这种情况下，每个透镜装置的半径优选为栅栏装置和显示面板之间间距的0.2到0.5倍之间。

在一优选设计中，所有的视场具有自动立体输出。不过，为了减少视野的总数目(进而降低分辨率的减小)，视场的中心部分可以有自动立体输出，视场的横向部分具有2D输出。进而与视场的横向部分的2D视野相比，视场中心部分的单独2D视野可更加紧密地放置。

为实现这样的设置，在一种配置中，可在显示面板和栅栏装置之间设置透镜装置，其包括中心部分和横向部分具有不同曲率半径的透镜。这种曲率变化使正常视野比横向视野更加密集地集中。在栅栏装置的开口处可以设置附加的透镜元件。

在另一实施例中，可在显示面板和透镜装置之间设置栅栏装置，每个透镜元件接收来自相应栅栏开口的所有光。

在这种情况下，透镜元件可具有仅接收来自一个栅栏开口的光的中心部分，以及接收来自两个相邻栅栏开口的光的共用边缘部分。这使得透镜元件具有规则的或者周期变化的形状，例如正弦轮廓。透镜元件可包括两个透镜子元件的堆叠，每个子元件为正弦轮廓。再次，在栅栏装置的开口处可设置附加的透镜元件。

在这些配置中，中心部分的每个2D视野优选地分开0.5到3度。

栅栏装置可包括至少一个透明板，该板成形为具有裁剪部分的矩形形状的横截面，其中该裁剪部分设置在显示面板和栅栏装置之间的光路被限制区域之外的区域。这允许减小显示设备的重量。

在一个实施例中，显示面板(例如LCD显示面板)包括空间光调制器，并且该自动立体显示器包括将光提供至空间光调制器以通过空间光调制器的背光。优选地，背光为准直背光，其提供准直光到空间光调制器。由于至少一些另外损失的光被重新导向到视野，这为自动立体显示器提供了增强的亮度。

优选地，背光经设置使得准直光为平行的或者会聚的，并且限制在垂直于显示面板方向的每侧的至少第一范围。这样，背光的光完全没有损耗。优选地，准直背光经设置以提供由一个或多个沿单个方向发射的平行光束或者会聚光束构成的准直光。优选的，该方向与背光的照明方向垂直。

当自动立体显示设备经设置使得垂直于显示面板方向的每侧的第一范围中，会聚光束离开显示面板，接着自动立体显示器可包括位于显示面板和准直背光之间的交织的透镜阵列，用于提供会聚的准直光束到显示面板，使得在空间光调制器的平面处，在相邻会聚光束之间不存在未被至少一个光束照射的区域。

在这种情况下，优选地，背光在其整个照射区域上提供平行准直光。备选地，交织的透镜阵列可集成在背光中，以向显示面板提供照射整个显示面板区域的光的会聚光束。

另一配置进一步包括具有开口阵列的第二栅栏装置，在显示面板和透镜装置之间具有所述栅栏装置(将被称为“第一”栅栏装置)和第二栅栏装置。第二栅栏装置具有比第一栅栏装置更宽的开口。这种双栅栏装置允许比单个栅栏装置进一步降低了第一栅栏装置的栅栏开口之间的间距。这意味着，系统不需要将第一栅栏装置更贴近显示面板，即不需要必须降低第一栅栏装置和显示面板之间的间隔，就能获得高分辨率显示器的收益。

例如，对于显示器的至少一些像素，在第一范围的角度内，像素输出投射到栅栏装置的至少两个栅栏开口。这为单个栅栏装置带来多圆锥输出。不过，第二栅栏装置阻挡光，使得来自像素的光仅通过第二栅栏装置开口中的一个开口。这样恢复了单个圆锥输出。

附图说明

现在仅仅通过举例的方式，结合附图来说明本发明的实施例，其中：

图1为已知的自动立体显示设备的示意透视图；

图2示出双凸透镜阵列如何提供不同的视野到不同的空间位置；

图3示出了栅栏装置如何提供不同的视野到不同的空间位置；

图4示出了多视野自动立体显示器的布局的横截面；

图5为图4的特写视图；

图6示出了9视野系统，其中圆锥集合中的每一个圆锥生成的视野相同；

图7示意性示出了重复圆锥和圆锥过渡出现问题的理想解决方案；

图8示出了图7所示的“单圆锥”显示器的基本实施例；

图9a示出了一种可能的显示器设计，图9b和9c示出了本发明的两种实施例；

图10示出了本发明的显示器的另一实施例；

图11示出了比较现有技术和本发明的透镜功能；

图12a和12b示出了进一步的实施例，其中在距像素面板不同的距离处设置透镜和栅栏；

图13a和13b示出了进一步的实施例，其具有用于主透镜的简化设计；

图14a和14b示出了进一步实施例，其中在栅栏和透镜装置之间具有增大的距离；

图15示出了用于42”(107cm)显示器的实际设计；

图16示出了一种可能的对于背光设计的修改；

图17示出了进一步的实施例，其可从增大的像素分辨率中获得收益；

图18用于说明图7中设计的衬底部分，根据本发明的进一步实例该衬底部分可被移除；

图19示出了移除了衬底部分的图7的设计；

图20示出了对图19的设计的修改；

图21用于说明图17中设计的第二衬底部分，同样可以根据本发明的进一步实例将其移除；

图22示出移除了第二衬底部分的图17的设计；

图23为示出的准直背光；

图24示出了根据本发明的具有准直背光的自动立体显示设备。

具体实施方式

本发明公开了一种具有视场的自动立体显示设备，其中使用了栅栏装置和透镜装置。在视场中的不同的横向观看方向提供有多个视野。视场的至少一部分具有自动立体输出(3D)，并且具有自动立体输出的部分没有单独(2D)视野的重复。这意味着，在视锥边界处，不存在立体视野(“伪立体视野”)的反转，这是因为不存在视锥边界。

在对本发明进行说明之前，将首先详细说明本发明所要处理的问题。

图1为已知的直视(direct view)自动立体显示设备1的示意透视图。已知的设备1包括有源矩阵类型的液晶显示面板3，其作为产生显示的空间光调制器。

显示面板3具有按行和列排列的显示像素5的正交阵列。为清楚起见，图中仅示出了少量的显示像素5。实际上，显示面板3可包括大约一千行和数千列显示像素5。

液晶显示面板3的结构是完全常见的。特别地，面板3包括一对分隔的透明玻璃衬底，其间设置有对准的扭曲向列相液晶材料或者其他液晶材料。在衬底的衬面上，衬底携带有透明的氧化铟锡(ITO)电极的图案。衬底的外表面上还具有偏振层。

每个显示像素5包括在衬底上的相对电极，其间具有插入的液晶材料。电极的形状和布局决定了显示像素5的形状和布局。显示像素5彼此之间由间隙而规则地分隔开。

每个显示像素5与开关元件相关，例如薄膜晶体管(TFT)或者薄膜二极管(TFD)。通过提供寻址信号到开关元件，显示像素被操作以产生显示，对于本领域技术人员来说，合适的寻址方案为已知的。

显示面板3由光源7照射，在本情形下，光源7包括在显示像素阵列区域上延伸的平面背光。来自光源7的光被引导通过显示面板3，单独显示像素5被驱动来调制光并且产生显示。

显示设备1还包括设置在显示面板3的显示侧上的双凸透镜薄片9，其执行视野形成功能。双凸透镜薄片9包括彼此平行延伸的一行双凸透镜元件11，为清楚起见，仅以放大的尺寸示出了其中的一个。

双凸透镜元件11为凸柱状透镜，其作为光输出引导设备，从显示面板3提供不同的图像或视野到位于显示设备1前面的用户的眼睛。

图1所示的自动立体显示设备1能够提供不同方向上的多个不同透视视野。特别地，每个双凸透镜元件11覆盖每行上的一小组显示像素5。双凸透镜元件11在不同的方向上投影一组显示像素中的每个显示像素5，从而形成多个不同的视野。随着用户的头部从左向右移动，他/她的眼睛将依次接收到多个视图中的不同视图。

本领域人员将理解的是，光偏振装置必须结合上述阵列使用，这是由于液晶材料为双折射的，折射率的切换仅仅应用在特别的偏振光上。光偏振装置可被提供为显示面板的一部分或设备的成像装置。

图2示出了如上所述的双凸透镜类型成像装置的操作原理，还示出了背光20、例如LCD的显示设备24以及双凸透镜装置28。图2示出了双凸透镜装置28如何将不同的像素输出引导至三个不同的空间位置26、26’和26”。像素可为单色显示器的像素，或者，如本实例中的(未示出附图标记，但明显可从图中阴影部分的像素确定)彩色显示器的子像素。显示器的构思图，即分配子像素到显示器生成的视野，使得每个视野具有全色彩图像信息。用于构思图的适当方案是本领域技术人员所公知的，这是因为在现有技术中已经对其详细说明。

图3示出了栅栏类型的成像装置的操作原理，示出了背光20、栅栏设备22以及例如LCD的显示设备24。图3示出了栅栏设备22如何提供图案化的光输出。这意味着，非连续的光源区域照射不同的像素，具有实现光导向功能的效果。如图所示，某一视野的像素29a从某一方向被照射，另一视野的像素29b从另一方向被照射。观看者56的双眼接收到由显示器的不同像素调制的光。

本发明关注视野重复问题，以下进行说明。

图4示出了多视野自动立体显示器例如图2中所示显示器的布局的横截面。再次，LCD面板24上承载有双凸透镜阵列28。双凸透镜阵列包括单个的双凸透镜28’、28”等。在特定的双凸透镜28’、28”等下的每个像素会对视野41到47中的具体视野有影响。在这种情况下，每个像素为红、绿、蓝显示面板彩色像素的子像素。不同的彩色子像素由不同的阴影表示。这个透镜下的所有像素一同构成角度Φ中包含的视野圆锥。角度Φ决定的该圆锥的宽度由多个参数的组合所确定：其取决于像素面到双凸透镜面的距离D。其还取决于透镜间距P_L。

图5为图4的特写视图，并示出了显示器24的像素发出的光由距该像素最近的双凸透镜收集，也由该双凸透镜装置的相邻透镜收集。因此，来自每一像素的信息被引导至不同的视锥，这样在图中平面上，具有相同信息的全部视锥是重复的。这是产生重复的视野圆锥的起因。这类重复通常发生在横向方向。

圆锥(Φ)宽度对于这些参数的相关性大致由以下公式决定：

$\mathrm{\Φ}=2\arctan \left[\frac{n{P}_L}{2D}\right].$

在该表达式中，n为像素面和双凸透镜面之间材料的平均折射率(典型地，n位于1.0(空气)到1.6的范围内)。

注意，两个视野之间的角度间隔越小，3D效果越好。

在每个视锥中产生的相应视野相同。图6中示意性示出了9视野自动立体系统60的该效果。该系统具有视场62，包括11个重复的视锥61，每个视锥61中有9个视野。这9个视野中的每一个都具有要被显示的整个图像的2D图像信息，这样不同的视野具有用来提供立体感知整幅图像的视差中的轻微差异。如本申请的前序部分中说明的，现在在一个圆锥内，可能存在具有关于要被显示图像内容的不同透视的立体视图，从而获得环顾四周的能力。

为了达到3D效果和分辨率损失之间可接受的折衷，视野的总数通常限制为9或15个，不过也可以作出其他配置。这些视野的角宽度通常为1°-2°。这些视野和圆锥具有周期性的特性。如果用户沿显示器(例如，在横向方向上)移动，其将在某一点跨越相邻视锥之间的视锥边界63。因此，沿着这些边界的特定区域中，双眼中的图像就视差和/或观察而言没有正确地匹配。其针对图6中的观看者64示出。在例如该9视野系统的情形下，左眼将接收例如第9个2D图像，右眼将接收例如显示的整个图像的第一个2D图像。首先，左图像和右图像为反转的，这意味着图像是伪立体的。其次，更严重的是，图像之间存在很大的差异。这被称为“超级伪立体”观看。在观看者沿圆锥边界移动时，会观察到非常恼人的不连续的跳跃。

仅仅有完全位于特定圆锥内的观看者(例如图6中左侧的观看者65)才能够体验到3D效果，这是因为引导他的左眼和右眼的视野在之后具有轻微差异(例如，对于左眼和右眼的视野4和5分别具有视差)。

总结一下，本发明公开的目的为针对圆锥过渡现象同时保持良好3D效果提供一种解决方案。

接下来将参照图7来说明根据本发明的第一实施例，其中图7示出了针对出现重复圆锥和圆锥过渡问题的理想解决方案。图7示出了仅仅具有单个圆锥71的系统70，该圆锥包括多个视野(即，角度Φ接近180°)，这样不存在圆锥过渡。因此，视锥宽度和系统70的视场相同。

图8示出了这样的“单圆锥”显示器的基本实施例。其由具有显示面板的显示器构成，该显示面板具有像素面86，像素面86装配有具有相对窄的透明孔(狭缝)82的栅栏80。栅栏到显示面板的距离为D。从背光照明装置(未示出)发出的光84从背光侧进入显示器的玻璃81。在玻璃中，入射光到显示器的角度通常在0°到42°之间变化(假设在空气中，来自背光的光在0°到90°之间变化，并且显示器玻璃的折射率为1.5)。由于玻璃内光的角展度(angular spread)是受限的，因此通过使栅栏的间距P足够大，可以避免重复的视图。作为经验法则(a rule of thumb)，栅栏的间距P通常应为栅栏到像素面86的距离D的两倍。间距和距离的精确比例取决于狭缝(孔的开口)宽度和像素86与栅栏80之间玻璃/介质83的折射率。

这种配置需要许多视野87(在图8中，许多视野中仅仅有一个视野具有附图标记)以获得良好的3D效果：这意味着每个视野的空间分辨率会很低。像素面板(本例中为LC面板)的可用像素数量需要在视野之间划分；视野越多，每个视野可用的像素数目越少。

仅仅有使用具有非常多数量像素(例如，使用超高清晰度(quad-full-high-definition)面板(3840x2160像素))的像素面板(本例中为LC面板)才能克服该缺陷。此外，由于缩小的孔尺寸，光吞吐量会受到限制。

为提供180度的视场，以及提高光效率，还可以使用透镜。特别地，这需要宽透镜(大透镜间距P_L)以及非常强大的透镜与像素面到双凸透镜面微小距离(D)结合使用。这类强大的透镜在实践中无法制造(它们的曲率半径R要小于P_L/2，意味着即使半球透镜也不足够强大)。

参照图9说明的方式可以克服该缺陷。这涉及加宽栅栏80中的孔82，并在每个孔处(基本上位于各孔的平面中)放置透镜90，用来提高光吞吐量。

因此，本发明涉及组合了栅栏和透镜装置的各种配置。

LC面板内存在的光线的角度大小被限制为θmax＝sin^-1(1/n)。这里，n表示LC面板的衬底和盖片玻璃的折射率。典型地，n＝1.52，得到θmax＝±41°。

这仅仅是斯内尔定律(Snell’s law)的结果：源自背光的光在进入LC面板的玻璃衬底时，将向垂直方向折射。

这表明，采用图9a中示出的布局，示出一简单的光阻挡栅栏，其在LC面板前具有周期的透明狭缝阵列，倘若满足以下表达式，将生成单个视野圆锥：

P_L-S≥2D·tan(θ_mas)。

在该关系中，S为栅栏中狭缝的宽度，D为栅栏装置和LC面板之间的间隔。实践中，S应当小，从而不加宽单独视野。那种情况下，结合tan(θmax)≈1，P_L的最小值为P_L≈2D；因此，优选地，P_L＞2D。

对于狭缝宽度S，小数值意味着低透射：大部分光被损失。一种解决方案为，增大狭缝的宽度并组合双凸透镜和狭缝，如图9b和9c中所示。双凸透镜应具有焦距f，其大体类似于透镜到像素面的距离。这保证了保持相邻视野之间的重叠较小。

近似地，双凸透镜的焦距满足关系式f≈Rn/(n-1)，其中R为透镜的曲率半径。假设n＝1.52，并且f＝D，得到R≈D/3。优选地，0.2D＜R＜0.5D。

通过选择栅栏中的狭缝窄于透镜的宽度(如图9b所示)可以改善双凸透镜的光质量。

如果使用OLED显示面板(或不需要背光和空间光调制的任意其他发光像素面板)代替LC面板，则OLED像素发出的光不受限于有限的角度范围；相反，其跨越OLED的玻璃盖片内从-90°到90°的全部范围。因此，以大角度发射的光可以容易到达相邻狭缝以及下一相邻的狭缝。不过，如果使用全内反射机制来确保这些光线不能离开OLED面板的盖片玻璃91，则这些杂散光(spurious rays)不会带来问题。图9c中示意性图示了这种全内反射解决方案的实例，其中通过确保透镜曲率面对发光像素面板(OLED面板)的盖片玻璃而由光的入射角约束进入透镜的光的输出耦合。因此，对于这两类显示器，显示面板和栅栏装置之间的光路角度受限于垂直方向的每侧的第一范围。这使得栅栏起作用，以确保来自一个像素的光仅到达一个栅栏开口。

透镜和栅栏的结合意味着到显示设备的视场的光路角度位于垂直方向每侧的第二范围内，该第二范围大于第一范围。在极限处，第二范围为90度，这样视场的显示输出进而视锥为整个180度。

参照图10对根据本发明第二实施例的自动立体设备100进行说明。再次，仅仅有单个视锥跨越视场102。这种情况下，在视角小的位置，视野的密度高，在视角大的位置，视野的密度低。这导致在例如观看者105的相对小的视角(在横向方向上)有良好的3D图像质量，在例如观看者104的较大的视角有良好的2D图像质量。

因此，包括例如视野101’、101”和101”’的视野101以非线性方式分布。也就是说，视野配置为，近乎垂直离开显示器的视野(即，小的视角，例如视野101”’)的视野间隔非常小。为增大视角，增大视野间隔(例如，视野101”和101’)。因此，不是所有的视野都具有相同的视野宽度。

如上所述，相邻视野之间的角度间隔越小，3D效果越显著，反之亦然。这表示在小的视角位置观看显示器的观看者会看到高质量的3D图像(例如观看者105)，然而在增大的视角位置，3D效果会逐渐减弱，最终降低为2D图像(例如观看者104)。

其优点在于，这种方式仅仅需要有限数量的视野，意味着在每个视野内可以获得良好的空间分辨率。同时，不会发生视图重复。

可在小视角的相邻视野之间提供小的重叠(这有助于达成良好的3D效果)，且随着视角增加而逐渐增加重叠。尤其在3D效果将降低的大视角处，可通过提供视野之间的巨大重叠而获得良好质量的2D效果。通过构思具有相同图像内容的外围视野并允许这些视野之间的较大重叠，来增大观看者看到的图像的表面空间分辨率。换句话说，对于小视角，视野被构思为3D视野，而对于大视角，视野被构思为2D视野。

视野构思是为需要的像素分配适当图像信息从而在要求的视野上结束信息的过程。本领域技术人员将能够使用传统的电子和显示设备寻址像素面板，以使得他获得这样的构思。

现在说明以非线性方式重新分布视野的方式。

参照图5，使θ_in为特定像素发射光线的角度，θ_out为该光线离开3D显示器的角度。θ_in和θ_out之间的关系满足斯内尔定律：

nsin(θ_in)＝sin(θ_out)。

注意在这个关系式中，n为LC面板的盖片玻璃的折射率。从该关系式中，我们可以确定θ_out的变化相对于轻微变化的θ_in为：

$\frac{d{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}}{d{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}}=\frac{1}{n}\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)}{\sqrt{1-n^2{\sin }^2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)}}$

定义函数f(θ_in)：

$f\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)=n\frac{d{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}}{d{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}}$

可以得出结果为：

$f_{\mathrm{prior\; art}}\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)=\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)}{\sqrt{1-n^2{\sin }^2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}\right)}}$

该函数与dθ_out/dθ_in成比例(因此，与相邻视野之间的角距离成比例)，并且对于θ_in＝0(对应于视角0)，其标准化为一。对于n＝1.52，该关系式在图11中图示。实线110表示现有技术遵循的性能。虚线112表示根据本发明的一个实例。

因此，优选的视野分布为，以函数f(θ_in)为特征，对于θ_in的所有数值，其满足f(θ_in)＞1.05f_prior art(θ_in)的关系。这对应于图11中占据了阴影区域的视野分布。图中的阴影区域对应于f(θ_in)＞f_prior art(θ_in)。

上述在孔处具有透镜的实例的缺点在于：视野间距不能容易地调节。该间距主要由孔或透镜的玻璃一空气界面位置的折射规定。得到的观看间距随着(中心)视角到显示器法线的角度的增大而增大，但是可能要求较陡的增大。

因此，对上述实例的改进再次基于至少一个具有光阻挡部件(栅栏)的层以及至少一个具有双凸透镜(透镜)的层的结合。然而，这些层到下面的显示器具有不同的特定距离。这种测量允许根据需要来调整视野间距。

从上述实例中可以明确，栅栏的功能为从通过该系统的所有光线中进行特定的选择。通过在相对于像素面的不同距离放置透镜和栅栏，对应于不同出射角的光轨迹会在不同位置与透镜表面相交。可根据出射角(或其函数)调整在这些位置上的透镜的倾斜和曲率。这样，可改变视野之间(视野宽度)的间隔。

图12a中示出了第一实施例。沿着从像素面86中的显示像素到观看者的光，这些光线首先遇到透镜120，之后遭遇栅栏。栅栏的孔最初可假设为窄的“针孔”狭缝。通过追溯穿过栅栏孔的来自外部的光线，可最容易地理解设计要求。在该情况下，栅栏和透镜之间的介质中的光线相对于显示器法线的角度为0°到42°(假设n＝1.5)。透镜应当“捕获”所有从这些孔“射出”的光。设d＝d_b-d₁，d表示最接近栅栏的透镜部分和栅栏之间的距离。现在，如图5中所示的几何关系，d近似满足：d/p≈0.5。

透镜的具体形状取决于视野间隔的有关要求。出于实践目的，圆形的或者椭圆的横截面能够提供可接受的视野分布。一般地，透镜可以为但不必须为，完全非球面的。透镜(透镜120)中心的曲率半径由所需的显示法线周围的视野的视野间隔决定。

使用栅栏中非常窄孔的缺点在于：栅栏的平均透射进而显示器的亮度变低。如果不经进一步测量而增大孔尺寸，亮度会增加，但是视野间的角度重叠(串扰)也会增加。为避免这种现象，可在该孔或者非常接近该孔的位置放置附加的透镜(透镜122)。这在图12b中示出。在所示的情况下，透镜122为负值的。

透镜120和122的作用/设计思路为：透镜120被设计为与针孔类型的栅栏配合以提供适当的视野分布。之后透镜122经设计使得从生成中心视野的显示像素的中心的窄角度范围内射出的一束光在通过透镜120的中心以及随后通过透镜122后，作为平行光束向观看者发射。孔的宽度选择为尽可能大，但是此方式未过多权衡视野间的串扰。根据这个设计思路，获得了1)视野间隔、2)视野间串扰和3)亮度之间的良好权衡。

在图12的设计中，透镜120到显示面板86的距离(d₁)与栅栏装置80到显示面板86的距离d_b的比值在0.3到0.6的范围之内。

图12中所示的两个实施例面临的一个可能问题在于：透镜的形状并非特别适于制造。透镜往往变得很“深”，并且在两个相邻透镜相交的点，透镜曲线几乎正切到显示法线。

图13a示出了更优选的实施例。沿着从显示像素到观看者的光，这些光线首先遇到栅栏，之后遇到透镜。选择栅栏使得不出现重复的视野(参见图5)，因此：d_b/p≈0.5。已经证明对于可接受的视野分布，优选波浪状的透镜。这种几何结构的优点在于：其不太深，并且不包含“不容易的”倾斜。注意，在一个透镜间隔内，透镜曲线两次接触栅栏和透镜之间的玻璃。透镜是高度非球形的。从栅栏孔射出的所有光应被透镜“捕获”。这意味着，如果我们设d＝d₁-d_b，d应近似满足：d/p≈0.5。

在这种情况下，透镜120到显示面板86的距离d₁与栅栏装置80到显示面板86的距离d_b的比值优选位于1.5到2.5的范围内。

对于之前的实施例，可增大栅栏中的孔，并装配透镜122。这在图13b中示出。

出于实践设计目的，将栅栏尽可能的靠近显示像素放置是有利的。通常，这一最小距离为大约1mm。这表示栅栏-透镜距离也为大约1mm，栅栏/透镜间隔近似为2mm。取决于考虑中的显示设备，视野的总数可为20-40。通过中心的透镜表面的曲率确定接近表面法线的视野的间隔。通常，期望的接近表面法线的视野间隔为1°-2°。在实际许多情形中，这意味着必须选择中心位置的曲率，以使得相应的焦平面非常接近栅栏(稍微地“低于”该栅栏)。为了达到这一效果，曲率必须为强烈的。现在，如果我们想要加宽孔并在其内放置透镜(透镜122)以保持视野或多或少准直，则会出现一问题。由于主透镜(透镜120)强烈弯曲，透镜122必须为强烈弯曲的凹透镜。已经证明，在实践中，这限制了孔尺寸和/或系统的性能。因此，透镜120优选地远离栅栏设置，这样中心的曲率可相应较低。

图14a示出了第三实施例，其具有增大的栅栏透镜距离。主透镜为余弦形状。当与之前的实施例比较时，栅栏-透镜距离翻倍。透镜间距保持相同，不过透镜在每个间隙仅接触下方的玻璃一次。通过栅栏孔的光线实际上被两个透镜(或者可替代的，半个+一个+半个)“捕获”。作为一个栅栏孔的“中心部分”的一部分透镜作为相邻孔的“边缘部分”。透镜的每个部分被使用两次，即从两个孔照射。优点在于，透镜在中心可较少弯曲。因此，栅栏孔可被增大，并且需要较不凹的透镜来校准中心视野。这种情况下，显示面板86到透镜120的距离d₁与显示面板86到栅栏装置80的距离d_b的比值优选位于2.5到3.5的范围内。

在图13和14中，从显示面板86到栅栏装置80的距离d_b与栅栏装置80的开口82的间距p的比值位于0.3到0.6的范围内。

图15示出了用于42”(107cm)显示器(1920x1080像素)的实际设计。主透镜120包括两个堆叠的余弦透镜的组合。原因在于：相比具有“双倍深度”的一个透镜，这样更容易制造。为简便起见，选择合理宽的孔(10％透射)，并且不使用透镜122。如果选择了透镜(或透镜堆叠)中心的曲率，则可以这样做，使得焦平面与像素平面一致。这确保了视野为准直的。假设透镜为余弦形状并且知晓曲率，则设计为固定的。

这些透镜当然不需要精确的正弦形状。一般地，它们会具有在交替的最大值和最小值之间的周期形状，其中相邻的最小值和最大值之间的距离对应透镜间隔的一半。

图15中的图示出了得到的视野分布。视野的总数为22个。显示器法线附近的视野相对紧密地隔开。对于偏离法线较大的角度，视野变得间隔更宽。根据这一设计的显示器将能够向位于显示器法线附近的观看者显示3D内容，并向位于更加倾斜的角度观看显示器的观看者显示2D内容。如所预料的，栅栏减损光。平均透射率为10％。光量在显示器法线附近达到峰值。最大透射率为25％。在3D区域亮度降低为最初的25％(即没有透镜/栅栏)，然而对于更大的角度，亮度降低为小于10％。这些数字当然取决于一些设计选择，并可以被改进。

对于上面的实施例，总的强度分布是典型的。因此，当以大的视角观看时，3D显示看起来非常暗淡。在这些计算中，已经假设，来自背光的光的角度分布为朗伯(Lambertian)分布。为改进强度分布的角度相关性，背光可经调整以小角度的亮度代价来增大其在大角度的亮度。这在图16中示意性示出。实现这一效果的一种实际手段为，倒置(即，图案化的表面离开面板并朝着背光取向)亮度增强箔片(由Vikuity(3M公司)生产的BEF)。

之上的实例组合了单个透镜装置和单个栅栏装置。下面说明一种使用两个栅栏装置的修改。在不久的将来，像素尺寸将可能持续降低并且显示分辨率将可能增大。当对于单个圆锥显示而实施上述单个栅栏方法时，这意味着需要在设计中相应降低LC面板盖片玻璃的厚度，使得来自像素的光仅仅到达单个栅栏开口。在单个圆锥显示设计中使用第二栅栏避免了在增大像素分辨率时降低玻璃面板厚度的需要。

分辨率的增加允许在一方面增多的视野数目和在另一方面增大的分辨率之间折衷。通过合适地选择栅栏中狭缝的间距可实现这一选择。在之前的实例中，最小的间距由LC面板盖片玻璃的厚度限定。下面会说明使用第二栅栏可避免这一限制。

图17示出了一种双栅栏设计的实例，其包括LC面板86、第一栅栏装置80以及(主)透镜装置120。第二栅栏装置130位于第一栅栏装置80的输出和透镜装置120之间。LC面板86和第一栅栏装置80之间的间距为d_B1，并且其具有由LC面板盖片玻璃的厚度决定的最小值。LC面板86和第二栅栏装置130之间的间距为d_B2。

期望的是减小像素尺寸，但是最小的LC面板盖片玻璃的厚度不会以同一步调减小。这意味着不可能明显地降低D的数值(在上述分析中给出最小的栅栏间距P_L≈2D)。这表明尽管有更多的像素可用，由于厚度D不能进一步降低，栅栏间距P_L不能显著降低，又由于栅栏间距决定感知分辨率，因此3D视野的可见分辨率不能显著增大。图17中示出的第二栅栏130解决了这一问题。

两个栅栏的间距大体相同。这一设置使得在之前的2D(即2d_B1)的限制下可以降低栅栏间距。这样P_B1＝P_B2＜2d_B1。

这表明从特定像素射出的光线可以穿过第一栅栏中的一个以上的狭缝，导致重复的圆锥。为防止重复的圆锥到达观看者，由第二栅栏阻挡杂射的光线。这在图17中示出。

第二栅栏130中的狭缝比第一栅栏的狭缝要宽：S_B1＜S_B2。

通常，将d_B1设为等于LC面板盖片玻璃的厚度。而且，通常1.2＜d_B2/d_B1＜2.0。类似地，通常1.2＜S_B2/S_B1＜5.0。

与之前的实例相同，第一栅栏中的狭缝宽度由实际的像素尺寸、LC面板前盖片玻璃的厚度以及盖片玻璃的折射率决定。狭缝的周期由选择的3D视野的数目结合双凸透镜倾斜角来限定。

两个栅栏的组合表明来自像素的光没有被再次耦合到一个以上的视野中，从而避免了视锥的重复。这样，当可获得更高的显示分辨率时，第二栅栏给予更大的设计自由度以折衷针对于每一视野分辨率的视野数目。

两个栅栏装置可以位于单独的薄膜箔片上，或者集成在衬底层132的任意一侧。第二栅栏中狭缝的必要宽度取决于第一栅栏中狭缝的宽度选择以及第一栅栏层到第二栅栏层之间的距离。从设计角度来看，在栅栏层之间具有折射率为n的中间介质(对于较小的光线角度来说)是有益的。两个栅栏层可与这个衬底光学接触。

第二衬底134位于栅栏堆叠的顶部。这个衬底的前表面配置有类似双凸透镜的透镜阵列，其具有与之前列出的相同的设计，例如余弦形状的横截面。如上面实例中，这一透镜阵列朝着无限远对显示器的像素面成像。透镜阵列的横截面形状决定不同视野的角展度。透镜阵列的衬底可与第二栅栏层光学接触，或者不光学接触。

与上述实例中说明的方式相同，一个或者两个栅栏中的狭缝处可放置附加的透镜，从而增大狭缝的尺寸，同时仍然具有可接受的3D质量。增大的狭缝尺寸会导致较少的光被栅栏阻挡，因此得到更节省成本的系统。

上述设计中的不同衬底层(包括光学特征)可具有相当大的厚度，导致3D显示器的重量增大。因此，对上述设计的一种附加修改涉及消除不同衬底层的光学非有源区域中的材料。

将针对图8和17中示出的设计类型说明这一方法。

图8中的单个阻挡栅栏单圆锥3D显示器的操作依赖于：通过使用对于所有全内反射临界角之外的光束作为光导的衬底，来选择LCD的一组特定像素的原理。

图18示意性示出了相关角度。空气间隙81位于阻挡栅栏80和衬底140之间，因此存在分别由空气折射率和衬底折射率的比例的反正弦确定的临界角。

如果背光装置还未提供角展度限制，则需要该空气间隙81。例如，在图8中，背光和LCD面板之间的空气-玻璃界面提供角度限制。如果诸如OLED背光的背光与LCD面板直接接触，接着空气间隙81可用来提供期望的角度限制。

在这种情况下，不能任意选择衬底厚度H。其最大厚度(H)取决于LCD中的像素尺寸(P)、视野的数目(N)(即特定双凸透镜下的像素的数目)、衬底材料的折射率以及狭缝尺寸(S)。衬底厚度由：

表示。

图18中的阴影区域142(以及其他相应区域-所示出的阴影区域是针对栅栏狭缝的周期的一半)表示可移除而不影响光学功能的衬底材料。如果狭缝开口S不大于双凸透镜间距的10％，则理论上可获得45％的重量减轻。

具有被移除材料的衬底片140在图19中示出。栅栏80可应用于该双凸透镜阵列的底部表面。

实践中，如图20所示，为了维持单个衬底板具有足够的机械刚性，最小高度h是必需的。那种情况下，最大的体积(重量)的减小为：

$[1-{\left(\frac{h}{\sqrt{2}.H}\right)}^2].50\%$

代替使用平面栅栏80，图20还示出了吸收光的侧壁144。通过用光吸收剂覆盖重新成形的衬底，除提供期望的栅栏开口功能之外，可以阻挡不期望的菲涅耳背反射进入到衬底片。

当显示器分辨率增大(即，像素尺寸P缩小)时，如上限定的最大的衬底厚度

不能可行的获取到。从而，将第二阻挡栅栏集成在光学系统中以将视场(通过第一狭缝)限制在正确的像素集合是必要的，由此提供图17中的双栅栏单圆锥3D显示器实例。

图21示出了对应于图17的配置，不过其中使用如图20所示的重量降低的覆盖衬底来代替下面的栅栏。第一和第二衬底光学接触。

利用几何计算，可以说明第二衬底板150的厚度最小应当为：

H为第一阻挡栅栏衬底140的厚度，N为单个圆锥中视野的数目(即，单一双凸透镜下像素的数目)。第二栅栏130具有宽度为2b的阻挡吸收区域，其中 $b=\frac{N}{(N+1)}.\frac{P}{2}.(N-\mathrm{\β}-2\mathrm{N\β}).$

参数P为LCD中单个像素的尺寸。参数β为第一透射狭缝的开口的缩放因子。实践中，β最大为双凸透镜间距的10％(＝0，10.N.P)，从而保持视野的加宽较小。

在图21中，可从第二衬底层安全地移除的材料区域再次阴影化为区域152。其他对应的区域也可被移除。由于光线在同类材料中沿直线轨迹行进，其不能在连接第一和第二透射狭缝的边缘线之外出现。图22中示出了得到的再次成形的第二衬底。通过使用参数b和H，可以看出，

的体积减少是可能的。例如，如果第一栅栏的狭缝具有10％的开口(β＝0.1)，并且屏幕具有9个视野(N＝9)，在第二衬底板中体积减少80％是可能的。

图22还示出了可用吸收涂层154代替栅栏层130。

因此，可以看出，对于这两种设计，栅栏装置包括至少一个透明片，其中该片成形为具有裁剪部分的矩形形状的横截面，其中这些裁剪部分位于显示面板和栅栏装置之间光路被限制的区域之外的区域。当使用单个栅栏时，这种方法对于单个片是可行的；或者，当使用两个栅栏装置时，这种方法对于两个片是可行的。

由于本发明的显示器使用具有相对窄狭缝的栅栏，从而选择要透射的从像素发出的一部分光线到生成的视野，所以栅栏的平均透射率相当低，这样显示器的亮度会变低。这例如为当显示面板为LCD的情形，其具有规则均匀的照明背光，该背光向宽分布角上照射其光。可以看出，在前述实例中，例如图12和13中的实例，仅仅有背光的部分光会通过孔为观看者提供显示。

为提高本发明显示器的亮度，显示器可包含光源，例如提供准直光的准直背光，其中准直为，使得准直光束至少部分地匹配由视野生成光学的光构造(栅栏和透镜设备)来选择的光。优选地，准直使得光束整体匹配，从而完全不损失光。光的准直保证了背光中更多的光结束在要观看的视野内，因此增强了具有规则均匀的发射背光的显示器的亮度。

接下来，将说明具有准直背光的显示器的实例。优选地，准直背光经设置以提供在单一方向上发射的、由一个或多个平行光束构成的准直光。优选地，该方向与背光的照射方向垂直。

图23为一个能用于本发明显示器的准直背光220的实例。准直背光包括例如发光二极管(LED)221的光源阵列、具有供光源光通过的背光孔223的背光栅栏222、以及使光准直通过孔的背光透镜224。优选地，每个光源与一个孔和一个透镜光学关联，这样某一光源的光仅仅通过一个孔，并且单个透镜仅仅收集通过该孔的光。光源可与其间的暗区域分隔开以助于光学关联。

在图23的实施例中，光源位于与其关联的透镜的焦点或焦平面上。这样，透镜使得通过孔的光准直以形成具有平行光束宽度226的平行光束225。可根据一般的几何光学原理设置或引导平行光束的方向227，也就说，通过改变例如相对于源的背光透镜的位置，等等。在这一实施例中，平行光束的方向与准直背光照射区域垂直。背光栅栏中的孔可相对宽，从而至少防止来自某一光源的杂射光线进入相邻的背光透镜，也就是说，该某一光源与光起源的光源没有光学上关联。优选地，如图23中的，透镜阵列中的背光透镜具有宽度和位置，这样它们的边缘一致，并且背光孔的宽度和位置使得光源的光填充与其光学关联的全部透镜，即，每个光源发出的光被限制在命中整个透镜宽度的角度范围内。注意，孔和/或透镜的横截面形状为，离开背光的光束的横截面形状填充了准直背光的照射区域的平面。这样，背光在其整个照射区域中具有平行光束，提供基本均匀的照射。如所述的，在这一情形下，这些光束为垂直的。

因此，准直背光可提供限定在一个或多个光束中的光，每一光束具有受限的角度范围，从而区分准直背光与规则均匀的背光。优选地，就准直的范围(光束的角度限制的范围)和横截面形状而言，准直光束的优选形状由根据本发明的显示器的具体构造决定。下面给出实例。

有利的，选择平行光束以在其视野内结束的自动立体显示器可安装有提供这类平行光束的准直背光。在一个实施例中，显示器可以是参照图12说明的这类显示器。优选地，准直背光经配置使得其平行光束具有一横截面区域，其匹配透镜装置的透镜120的横截面区域。在那种情况下没有光损耗。因此，由于图12的显示器具有半柱面透镜120，其被配置为选择具有大体矩形截面形状的光束，背光优选地经配置使得其光束匹配这一矩形形状。更加优选地，由于之后在显示器中选择背光提供的所有光结束于该视野，准直背光光束的矩形形状区域至少与所选光束的矩形形状区域一样小。可使用背光孔的形状结合背光透镜的形状，选择准直背光的光束形状。因此在图12中，背光孔优选地为矩形狭缝，并且背光透镜为半柱面透镜。

应清楚的是，可使用有关形状的其他配置，如由自动立体显示器的视野生成光学规定的。例如，准直背光光束可具有由相应的横截面形状的孔和/或透镜获得的方形或者六角形横截面区域。

对具有平行光束选择的显示器的替代为，参照例如图8、13或14有关的上文中说明的，可构造有利的选择会聚光束结束于其视野内的自动立体显示器。这样的自动立体显示器可装配有提供这类会聚光束的准直背光。

因此，适用于这一目的的准直背光中，准直背光220的背光透镜224被放置在到光源的距离比焦距大的位置，这样形成会聚光束。

注意，不过结果为，光线仍然在相对于背光(透镜)的某些距离处会聚，相邻光束之间会存在没有光线的区域。因此，这些区域中的规则像素平面的像素不被点亮。或者，调整显示面板的像素结构以忽略未点亮的像素或者简单地不使用这些像素。

然而，在一优选实施例中，准直背光之后被构造，使得在其会聚光束中的某点不存在这类“暗”的、未点亮的区域，从而可使用最大数目的像素。这可以通过使用具有交织透镜的光学设备来完成，其中相邻的透镜通过相邻透镜的透镜部分之间的分段变化而重叠。图24中的显示器240示出了一个实例。

在图24中使用了提供平行垂直导向的光束241的图23中的准直背光(背光未示出)。除参照图13或14说明的自动立体显示器的实施例之外，交织透镜242的阵列用来将平行光束241转换为会聚光束243，其在会聚范围方面与具有狭缝244的栅栏选择的光束244匹配。为了为一个选择的光束244提供充分的照明，交织透镜242阵列的透镜必须要具有使得由线246表示的这一阵列中的相邻透镜不得不重叠的宽度245。其可通过构造交织透镜阵列，使得阵列具有重叠相邻透镜的透镜部分分段变化，以得到透镜表面247来完成。注意，重叠透镜实际上为虚构透镜，其提供如上指示的选择光束的充分照明。实际交织透镜阵列的透镜表面的一些部分与重叠的“虚构”透镜的透镜表面重合，同时其他部分不重合。明显的，如果没有获得充分的照明，可根据上述原理来调整透镜表面以达到这一效果。

通过调整平行光束的光强度，可以调整跨过会聚光束的可能非均匀的光强度，这样其抵消了这样的非均匀性。可使用滤光片或者调整的背光透镜形状来达到这一目的。

方便地，交织透镜阵列可与背光透镜集成，为准直背光提供整个会聚光束的能力。

分案申请基础

如果准直背光经设置提供平行或者会聚的光束，其具有至少充分的准直程度以保证全部光束落入自动立体显示器的光学配置转化为视野的光束之内，则在原理上可从栅栏装置中省略选择栅栏。因此，例如如果准直背光的平行光束完全匹配进入图4的透镜120的平行光束，这样可省略栅栏80。类似地，如果光束为会聚的，从而匹配通过图13和14的像素阵列的光束，可在没有损耗效果的情况下省略栅栏80。

本发明提供了一种多视野显示器。特别地，单圆锥立体区域具有至少三个不同的2D视野(对应于两个3D观看位置)。优选地，立体区域具有至少5个2D视野，更优选地，为9个或者更多，甚至可能有15个或者更多视野。2D视野的数目可基于分辨率和使用较多视野可获得的环顾效果之间的期望折衷以及立体观看区域的期望宽度(例如，2D视野以0.5到3度分开)来选择。

尽管上述说明书集中于例如LCD的“光阀”显示器，本发明还应用于发射型显示器，例如有机LED(OLED)显示器。在后一情形中，在显示器的玻璃内存在的光不限定在2x42°的顶角圆锥，而是占据整个角空间。可使用上述的所有实施例，进行一修改：栅栏孔必须具有图9c中示出的空气间隙。该空气间隙保证像素发出的光仅仅通过一个栅栏孔。可以理解，空气间隙可由任何具有相同效果的其他间隙代替。全内反射阻挡了所有其他的栅栏孔。栅栏间隙p和栅栏-像素距离d之间的关系必须与图5中示出的相同。空气间隙孔可用于但不必须用于例如LCD的光阀显示器。

已经示出上述的一些实例仅仅具有一个主透镜(透镜120)。实践中，如图15中示出的实际设计，将主透镜分割为两个折射表面是有益的。这可能具有技术原因或光学质量的原因。而且，在一个主透镜的情形下，透镜可直接在栅栏和透镜之间玻璃上成形。只要考虑了像素-透镜距离d₁的定义，对于图13和14，这可以考虑为从像素面到部分透镜(或者透镜叠层)的可能的最小距离。对于图12，d₁可以认为是从像素面到部分透镜的可能的最大距离。

在这些图中，已经示出观看区域(即单个圆锥)，其基本覆盖输出角度的全部180度范围。不过，这不是必要的。例如，在陡峭角度位置可能会出现暗带使得视锥更加有限。例如，中心120度可定义显示器的观看范围(视场)，在每侧的30度可为暗区域。

从附图、说明书和附加的权利要求书的研究，本领域技术人员在实施本发明中，可以理解并且实现对于公开实施例的其他变更。在这些权利要求中，词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互相不同的从属权利要求中描述了一些措施这一事实并不表示这些措施的组合不具有优越性。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限定权利要求的范围。

Claims (21)

1.一种自动立体显示设备，具有横向和纵向上的视场，该自动立体显示器包括：

显示面板(86)；

栅栏装置(80)，包括与显示面板(86)分隔的开口(82)阵列，其中显示面板(86)和栅栏装置(80)之间的光路角度被限制到垂直于显示面板方向的每侧的第一范围；

透镜装置，具有与每个栅栏装置开口(82)关联的至少一个透镜(90)，

其中到该显示设备的视场的光路角度被限定在垂直于显示面板方向的每侧的第二范围，该第二范围大于第一范围；

其中显示面板适于提供多个视野到不同的横向观看方向，其中视场的至少一部分具有自动立体输出，其中具有自动立体输出的部分没有单独2D视野的重复，并且包括至少三个单独的2D视野。

2.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中显示面板(86)包括显示像素阵列，栅栏装置(80)经设置使得来自像素的光仅仅到达一个栅栏开口。

3.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中透镜装置的透镜(90)位于栅栏装置的开口(82)处。

4.如权利要求3所述的自动立体显示设备，其中透镜装置的每个透镜(90)的半径(R)处于栅栏装置和显示面板之间间隔(D)的0.2到0.5倍之间。

5.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中所有视场具有自动立体输出。

6.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中视场的中心部分具有立体输出，并且视场的横向部分具有2D输出。

7.如权利要求6所述的自动立体显示设备，其中视场中心部分的单独2D视野比视场横向部分的2D视野更加紧密地放置，其中中心部分的单独2D视野优选地以0.5到3度分开。

8.如权利要求7所述的自动立体显示设备，其中透镜装置(120)位于显示面板(86)和栅栏装置(80)之间，其中显示面板(86)到透镜(120)的距离(d₁)与显示面板(86)到栅栏装置(80)的距离(d_b)的比值为0.3到0.6范围内。

9.如权利要求7所述的自动立体显示设备，其中栅栏装置(80)位于显示面板(86)和透镜装置(120)之间，每个透镜元件接收来自相应栅栏开口的所有光。

10.如权利要求9所述的自动立体显示设备，其中：

显示面板(86)到透镜(120)的距离(d₁)与显示面板(86)到栅栏装置(80)的距离(d_b)的比值为1.5到2.5范围内；和/或

显示面板(86)到栅栏装置(80)的距离(d_b)与栅栏装置(80)的开口(82)的间隔的比值为0.3到0.6范围内。

11.如权利要求9所述的自动立体显示设备，其中透镜元件具有仅仅从一个栅栏开口接收光的中心部分和从两个相邻栅栏开口接收光的共用边缘部分。

12.如权利要求11所述的自动立体显示设备，其中显示面板(86)到透镜(120)的距离(d₁)与显示面板(86)到栅栏装置(80)的距离(d_b)的比值为2.5到3.5范围内。

13.如权利要求11所述的自动立体显示设备，其中透镜元件(120)包括两个透镜子元件的堆叠。

14.如权利要求1所述的自动立体显示设备，进一步包括在栅栏装置(80)开口处的附加透镜元件(122)。

15.根据在前权利要求的任意一个所述的自动立体显示设备，其中显示面板包括空间光调制器和向空间光调制器提供光的背光，其中该背光为提供准直光到空间光调制器的准直背光。

16.根据权利要求15所述的自动立体显示设备，其中准直光为平行的或者会聚的，从而其受限于垂直于显示面板方向的每侧的至少第一范围。

17.根据权利要求16所述的自动立体显示设备，包括位于显示面板和提供会聚的准直光束到显示面板的准直背光的光源之间的交织透镜阵列，使得在空间光调制器平面，在相邻的会聚光束之间不存在未被至少一个光束照射的区域。

18.如权利要求1所述的自动立体显示设备，进一步包括具有开口阵列的第二栅栏装置(130)，在显示面板(86)和透镜装置(120)之间具有所述栅栏装置(80)和第二栅栏装置，其中第二栅栏装置具有比第一栅栏装置更宽的开口。

19.如权利要求18所述的自动立体显示设备，其中显示面板包括像素化显示器，其中对于在第一角度范围内的至少一些像素，像素输出被投影到栅栏装置的至少两个栅栏开口，其中第二栅栏装置阻挡光，这样来自像素的光仅仅通过第二栅栏装置开口中的一个开口。

20.如任一在前的权利要求所述的设备，其中栅栏装置包括至少一个透明的平板，其中平板成形为具有裁剪部分的矩形形状的横截面，其中该裁剪部分位于像素面板和栅栏装置之间光路受限区域之外的区域。

21.一种准直背光，包括一个或多个光源、以及交织透镜阵列，该交织透镜阵列用于提供被引导到同一个方向的多个会聚光束。

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