CN105191301A - 透明自动立体显示器 - Google Patents

Abstract

使用竖直间隔的条带形显示器形成3D透镜状显示器。每一个这样的条带具有扫描线的功能，因此显示器的竖直分辨率由条带的数目确定。条带包括发射层和透镜状透镜。凭借条带之间的间隔，显示器至少部分透明。

Description

透明自动立体显示器

技术领域

本发明涉及透明显示器，并且具体地涉及透明自动立体显示器。

背景技术

透明显示器使得能够观看显示器后面的背景以及显示器输出。显示器因而具有某种水平的透射率。透明显示器具有许多可能的应用，诸如用于建筑物或汽车的窗户以及用于购物中心的展示窗口。

预期到许多现有显示器市场将被透明显示器取代，例如在建筑、广告和公共信息的领域中。具有3D观看能力的透明显示器尚不可得，并且特别地尚未使用无眼镜的自动立体方案，诸如利用透镜状透镜。

透明显示器典型地在观看者意图观看显示内容时具有显示模式，并且在显示器关闭且观看者意图能够看穿显示器时具有窗口模式。如果显示器是透明的，如在自动立体3D显示器中常见的显示器顶部上的透镜状透镜的常规组合会导致问题，因为透镜状透镜将导致显示器后面的图像的失真视图。因而，窗口模式没有提供窗口后面的场景的正确视图。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一方面，提供一种包括多个显示条带的显示器，每一个显示条带包括一行或多行像素以及用于在不同方向上引导来自不同像素的像素输出从而使得能够实现自动立体观看的透镜状布置，其中条带在像素列方向上以条带之间的透射性间隔而间隔开。

间隔使得显示器能够是透射性的。在该设计中，每一个条带具有扫描线（或多个扫描线）的功能。显示器的竖直分辨率因而由条带数目确定。条带至少包括发射层以及具有适当间隔以具有发射层上的充足聚焦的透镜状透镜。

每一个显示条带可以包括反射器、反射器之上的发射显示布置、发射显示布置之上的间隔物以及间隔物之上的透镜状透镜阵列。反射器防止来自显示器的光在相反方向上离开显示器（这将给出倒转图像）。

透镜状透镜阵列优选地包括用于每一个条带的单行透镜。该行中的透镜可以取决于所选子像素布局而覆盖一行子像素或多行子像素。然而优选地，条带用于一行像素（而不管子像素在一行还是多行中）使得条带用于图像的一个扫描线。

发射显示布置可以包括第一发射显示布置，并且每一个显示条带然后还可以包括相对于第一发射显示布置处于反射器的另一侧之上的第二发射显示布置，使得每一个条带包括面向相反方向的两个发射显示布置。一个显示布置可以用于自动立体显示，并且另一个可以用于2D显示。这样，显示器可以在一个方向上（例如向其中观看者的位置已知的窗口外部）呈现3D图像数据，并且在另一方向上（例如向其中存在不同位置处的许多观看者的商店内部）呈现2D图像数据。

条带优选地安装在支撑物上，该支撑物可以为玻璃支撑物。该支撑物可以是显示器固定到的结构，诸如窗口，或者其可以是显示器结构的部分。

显示条带可以包括提供在支撑物的一侧之上的第一多个显示条带，以及提供在支撑物的另一侧之上的第二多个显示条带。

这使得能够在两个方向上从显示器提供3D图像。第二多个显示条带中的每一个因而还可以包括一行或多行像素以及用于在不同方向上引导来自不同像素的像素输出从而使得能够实现自动立体观看的透镜状布置，其中条带在像素列方向上以条带之间的透射性间隔而间隔开。优选地，第一和第二显示条带对准以最大化透射性区域。

在一组示例中，条带固定就位。它们可以垂直于显示器的平面或者与垂线成角度（即具有与观看者的意图位置适当对准的透射性间隔）地固定。

可替换地，条带可以关于像素行方向可枢转。这意味着方向可以向上和向下倾斜以匹配观看者位置。

每一个条带可以具有反射上部和下部内表面。这些确保离开条带的光具有宽的竖直角度扩展。每一个条带可以具有镜面反射上部和下部外表面。这些减小了透射（窗口）模式的图像失真或者显示模式中的显示器后面的场景的可见性。

透射性间隔的高度例如至少为显示条带的高度的两倍。这意味着透射功能是有效的。

附图说明

现在将参照附图详细地描述示例，其中：

图1示出了本发明的显示器中所使用的显示条带的设计；

图2示出了本发明的显示器的第一示例的三个视图；

图3更详细地示出了显示条带的层；

图4示出了用于显示条带的可替换层；

图5示出了第一可能像素布局；

图6示出了两个可能的可替换像素布局；

图7示出了本发明的显示器的第二示例的两个视图；

图8示出了本发明的显示器的第三示例；

图9示出了条带可以如何倾斜以匹配观看者的位置；

图10示出了透射光撞击条带的效果；以及

图11示出了另外的可替换条带设计。

具体实施方式

本发明提供一种使用竖直地间隔的条带形显示器形成的3D透镜状显示器。每一个这样的条带具有扫描线的功能，因此显示器的竖直分辨率由条带数目确定。条带包括发射层和透镜状透镜。凭借条带之间的间隔，显示器至少部分透明。

图1示出了单个这样的条带10的顶视图和侧视图。条带至少包括发射层12以及具有适当间隔16以聚焦于发射层10上的透镜状透镜14。

图2示出了总体显示器配置的一个示例。图2(a)示出了透视图（没有示出透镜形状），图2(b)示出了正视图并且图2(c)示出了顶视图。

显示器包括具有一侧上的条带10的玻璃支撑物20以及可选地保持结构完整性的竖直支撑物22。

每一个条带10包括具有与像素相关联的透镜布置的显示像素行。每一个透镜典型地叠覆像素子阵列，因此来自不同像素的光通过相关联的透镜成像到特定方向（以众所周知的方式）。

图2的示例仅向一侧显示3D图像，并且条带固定到支撑物20。

在没有玻璃支撑物20的情况下，条带可以充当百叶窗（blinds），其取决于竖直支撑物的实现方式而处于固定角度或者可旋转。

此外，通过将条带应用到玻璃支撑物的两侧，从两侧的3D观看是可能的。在该情况下，每一侧上的条带优选地对准以最大化环境光的透射是合期望的。同样，可以不需要支撑物。

每一个条带具有反射上部和下部边界表面（如图1中的侧视图中所示）。这样，透镜状条带由于条带顶部和底部上的这些反射而充当完整透镜状片。在后焦平面处发射的穿过透镜状条带的光具有窄水平分布，但是竖直地扩展开。条带的顶表面和底表面优选地具有镜面涂层。

条带之间的区域允许环境光的透射。

典型地，玻璃支撑物20可以用作用于3D显示器的基座。在交互式商店窗口或公共信息显示器的应用中，该玻璃支撑物实际上是玻璃窗，或者是将层压在窗顶部上的层。条带10放置在玻璃支撑物的顶部上。可选地，竖直支撑物22可以用于加固显示器。

显示器的竖直分辨率由条带数目确定，因为每一个条带提供像素行。水平分辨率和角分辨率由条带的分辨率和透镜形状确定。

图3更详细地示出了条带的一种可能结构的示例。在玻璃支撑物界面20之上，提供反射层30、包括驱动电子器件（例如有源或无源矩阵）的发射层32、透明顶部电极34、间隔物层36以及然后的透镜状透镜14。

典型的发射技术是有机发光二极管（OLED），但是存在诸如有机发光晶体管（OLET）或量子点（QDOT）之类的可替换方案。可以替代性地使用电致发光显示器或离散的LED。还可以采用诸如LCD之类的具有光出耦合结构和电光快门的波导光源。

反射层30不仅改进光效率，而且还防止光通过另一侧离开玻璃支撑物。这被避免，因为在没有相对侧上的透镜状片的情况下，如从另一侧观看到的图像将失真以及看起来为镜像。

使用与用于常规透镜状自动立体显示器的相同方案来设计透镜状条带的光学参数。透镜状间距（作为像素间距的函数）确定视图的有效数目。视图的数目至少为二。

观看锥半角确定视图的角宽度。焦距典型地选择成与期望的锥角和透镜状间距相适合。

条带的厚度通过所选焦距和材料的折射率来确定。透镜状条带应当足够薄以允许环境光的充足透射，并且足够厚以创建足够的发射表面和材料强度。

如图3中所示的透镜形状仅是一个示例。在图4中示出可替换方案，其中图4(a)示出了具有平坦外表面和面向内的透镜的固体（solid）堆叠。分离层在该情况下可以是空气。图4(b)示出了利用其它透镜类型40的透镜堆叠，所述其它透镜类型40可以是渐变折射率（GRIN）透镜、电润湿透镜、扩散透镜（即线性菲涅尔波带片）或菲涅尔透镜。透镜布置可以例如是可切换的，如对于基于LC双折射的透镜、电润湿透镜和/或LCGRIN透镜所可能的那样。

图5示出了其中每一个透镜14覆盖三行子像素（被布置为RGB行）的优选斜向像素图案。由于水平分辨率比竖直分辨率更重要，因此优选的是具有竖直方向上的颜色分量（即三行像素）以及由水平方向上的像素提供的不同视图。RGB颜色分量的轮转（使得每一行是RGB序列而不是全部一种颜色）可以略微改进均匀性，但是固定颜色行制造起来可以更简单。

图6示出了两个可替换的像素布局。左边的图像示出了具有每行一种颜色的斜向像素，而右边的图像示出了单行子像素，使得沿行方向的三个子像素形成每一个像素三元组。

由于像素结构的非发射部分所致的条带效应（banding）可以通过改变像素形状而缓解，例如通过使它们斜向，如图6的左边图像中所示。大范围的其它像素形状是可能的。

现在将呈现可能的尺寸的示例。

对于窗口显示器，显示器可以是2m宽和1m高，并且每个视图的有效分辨率可以为2兆像素或2000x1000像素左右。意图观看距离可以为3米，但是对于该距离，两个接连（真实）视图之间的分离应当大致等于两眼间距离或60mm。

具有3m处的600mm宽度（5.7度半角）的锥体允许坐着或四处走动时的舒适观看。这意味着600/60=10个子像素的透镜状间距是足够的。

使用图6的左部的像素布局（其中一个像素三元组具有仅一个子像素的行方向上的宽度），最小（3D）单元体（即像素组）为用于10个视图的10个子像素宽以及3个子像素高（R，G和B）。透镜状间距是2m除以2000，其等于1mm，使得水平子像素间距应当为100μm。在锥比为600:3000（最佳观看距离处的锥体宽度与该最佳观看距离之间的比）并且间距为1mm的情况下，焦距必须接近5mm。

竖直方向上的条带的间距同样为1mm（1m除以1000个像素）。

利用来自图3的简单光学设计和折射率1.5，并且忽略显示层的厚度，透镜状条带的厚度（即其从玻璃支撑物延伸多远）大约为7.5mm。

假定显示器不能被直接触摸或者具有保护覆盖玻璃，则200μm的条带高度足够强。因而，对于最佳角度而言，环境光的透射为（1mm减去200μm）除以1mm，等于80%，减去任何玻璃反射。对于三行子像素而言，竖直子像素间距变为67μm。

因而可以看出，对于足够大的显示器，80%的透射是可能的，而同时维持相等的竖直像素间距和水平透镜间距。这意味着所观看的3D图像具有行和列方向上的均匀像素间距（在该示例中为1mm）。

本发明可以修改成使得能够实现一侧上的3D观看，以及另一侧上的2D观看。

图7在左边以透视图并且在右边以顶视图示出了这种修改。反射器30夹在两个发射堆叠32（发射层）和34（顶部电极）之间。不同像素布局可以用于两个观看侧，例如在2D观看侧上具有较大间距。

条带布置意味着在两个方向上通过显示器的看穿功能仍旧有效。

本发明还可以修改成提供两侧上的3D观看，如图8中所示，通过提供玻璃支撑物20的两侧上的条带10。条带然后优选地对准以最大化环境光的透射。该版本要求两个发射堆叠。

在以上示例中，玻璃条带10通过玻璃支撑物20保持就位，利用可选的竖直支撑物22。然而可设想到的是，在没有玻璃支撑物20的情况下使用本发明，在该情况下结构整体性以及对准通过竖直支撑物22来创建。

在该情况下，显示器可以以活动百叶窗的方式进行调节。在以上示例中，条带10放置成垂直于玻璃支撑物20，但是如果显示器的意图观看方向如图9中所示的是离轴的，则条带可以旋转以允许更好的环境视图。条带的旋转可以是预确定的（静态）或者通过手动或自动（例如电）操作可调节的。

本发明在环境光的透射与3D信息的显示之间做出了折衷。条带从玻璃支撑物延伸某个距离，因为透镜状透镜要求合理聚焦在玻璃支撑物的顶部上。这限制了具有大倾斜角度的环境光通过玻璃支撑物透射。这与利用正常活动百叶窗的情形不同。

图10示出了对在倾斜角度处通过玻璃支撑物透射的环境光100所发生的情况。利用条带10的反射顶部和底部外表面侧（如果没有涂层则其将产生），光可以偏转成具有如所示出的不同竖直角度。这创建了环境光的竖直扩散效果。可能的是，该效果是设计者所期望的，但是当被视为问题时，条带10可以被涂覆以漫反射或吸收环境光。为了维持3D显示效果，其要求条带内的全内反射，可以首先应用反射涂层。

制造具有玻璃条带的透明显示器的优选方式是将用于所有条带10的玻璃铸造为一件。当冷却下来时，传导的反射和发射层可以通过光刻过程形成，而同时条带仍处于模具中。竖直支撑物22可以是模具的部分或者可以在玻璃支撑物20之前添加。应当注意不使发射层受应力，因为其典型地是脆弱的。

玻璃可以用塑料（即透明聚合物）来取代，由此形状可以通过注射模塑技术而形成。图11示出了这样的模塑形式可以如何成形的夸大示例。可以不要求利用这样的形式的竖直支撑物。条带10可以形成为从连续底座延伸的突起。

本发明涉及用于任何期望应用的透明3D显示器，例如用于交互式商店窗口。

在以上给出的示例中，透射性区域为显示区域的80%。更一般地，透射性区域大于区域的50%，并且更优选地大于75%。通过使用明亮发射像素，即使与像素间距相比，每一个像素占据相对小的区域（在列方向上），也可以获得良好质量的图像。本发明对于从大距离观看的大显示器而言尤其是感兴趣的，因为该实现然后更加实际。

如上文所提及的，显示条带之间的间隔是透射性的（即透明的）以允许观看后面的场景。当然，完美的透明度不是绝对必要的，并且实际上支撑物20在实践中将不是完美透明的。词语“透射性”应当因此理解，其表示用于使观看者看穿显示器的该部分的充足水平的透明度。例如，对于可见光谱的至少50%的透明度是足够的（对于条带之间的间隔），尽管大于75%或85%的透明度是优选的。

可以存在每个条带的一行像素，并且如上文所讨论的，这意味着像素可以形成规则网格——如果期望具有与行方向上的相同视图之间的像素间距（即透镜间距）相同的列方向上的像素间距的话。然而，这些间距不需要是等同的。此外，可以存在每一个条带中的多个像素行。这将导致非均匀的像素网格，但是可以提供仍旧合期望的显示效果。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种包括多个显示条带（10）的显示器，每一个包括一行或多行像素以及用于在不同方向上引导来自不同像素的像素输出从而使得能够实现自动立体观看的透镜状布置（14），其中条带在像素列方向上以条带之间的透射性间隔而间隔开。

2.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中每一个显示条带（10）包括反射器（30）、反射器之上的发射显示布置（32,34）、发射显示布置之上的间隔物（36）以及间隔物之上的透镜状透镜阵列（14）。

3.如权利要求2中所要求保护的显示器，其中透镜状透镜阵列（14）包括用于每一个条带的单行透镜。

4.如权利要求2中所要求保护的显示器，其中发射显示布置包括第一发射显示布置，并且每一个显示条带还包括相对于第一发射显示布置处于反射器（30）的另一侧之上的第二发射显示布置（32,34），使得每一个条带包括面向相反方向的两个发射显示布置。

5.如权利要求4中所要求保护的显示器，其中条带安装在支撑物（20）上。

6.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中显示条带包括第一多个显示条带并且提供在支撑物（20）的一侧之上，并且其中第二多个显示条带（10）提供在支撑物（20）的另一侧之上。

7.如权利要求6中所要求保护的显示器，其中第二多个显示条带中的每一个包括一行或多行像素以及用于在不同方向上引导来自不同像素的像素输出从而使得能够实现自动立体观看的透镜状布置，其中条带在像素列方向上以条带之间的透射性间隔而间隔开。

8.如权利要求7中所要求保护的显示器，其中第一和第二显示条带（10）对准。

9.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中条带固定就位。

10.如权利要求9中所要求保护的显示器，其中条带（10）垂直于显示器的平面或者与垂线成角度地固定就位。

11.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中条带（10）关于像素行方向可枢转。

12.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中每一个条带具有反射上部和下部内表面。

13.如权利要求12中所要求保护的显示器，其中每一个条带具有镜面反射上部和下部外表面。

14.如权利要求1中所要求保护的显示器，其中透射性间隔的高度为至少显示条带的高度的两倍。

15.如权利要求1中所要求保护的显示器，其提供在窗口之上。