CN116009277A - 显示设备 - Google Patents

Abstract

一种显示设备包括图像显示器、第一透镜元件和第二透镜元件。图像显示器包括多个像素，并且显示对应于沿预定方向的N1个视点(其中N1是2或更大的整数)中的每一个的视差图像和对应于沿预定方向的N2个视点(其中N2是大于N1的整数)中的每一个的视差图像。当对应于N1个视点中的每一个的视差图像被显示在图像显示器上时，第一透镜元件在N1个视点之间分割从多个像素发射的光。当对应于N2个视点中的每一个的视差图像被显示在图像显示器10上时，第二透镜元件在N2个视点的每一个之间分割从多个像素发射的光。

Description

显示设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月21日提交的日本专利申请号2021-172132的利益，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种显示设备。

背景技术

已知显示二维图像(2D图像)和三维图像(3D图像)的而不使用眼睛佩戴的显示设备。此外，已知能够在显示三维图像时切换视点数量的显示设备。能够切换视点数量的显示设备可以通过减少视点数量来显示高分辨率三维图像。此外，能够切换视点数量的显示设备可以通过增加视点数量将运动视差赋予三维图像。例如，日本专利号5694556的图像显示设备包括折射率分布根据施加电压而变化的光学元件、控制施加到光学元件的电压使得光学元件充当具有不同步数的两个菲涅耳透镜的电压控制器、以及显示图像的显示器。

对于日本专利号5694556的图像显示设备，通过切换光学元件中菲涅耳透镜的透镜间距来切换视差数量(视点数量)。此外，在日本专利号5694556中，当Lp_1是视差数量较少的第一模式中的菲涅耳透镜的透镜间距，并且Lp_2是视差数量较多的第二模式中的菲涅耳透镜的透镜间距时，满足关系Lp_1×m＝Lp_2×n(其中n是1或更大的整数，并且m是大于n的整数)。

当视点数量较少时，期望图像显示设备在最佳观看距离处具有更宽的视点间距，以防止反向观看。同时，当视点数量较多时，期望图像显示设备具有窄的视点间距，以便平滑运动视差。最佳观看距离是视点区域最大的距离。视点间距是视点区域的宽度。基于最佳观看距离、像素间距、透镜和像素之间的间隙以及透镜的折射率来确定视点间距。然而，对于日本专利号5694556的图像显示设备，即使当通过电压控制来切换透镜间距时，透镜与像素之间的间隙、透镜的折射率等也不会改变，并且同样地，视点间距也不会改变。

本公开是鉴于上述情况而做出的，并且本公开的目的是提供一种显示设备，该显示设备能够使得其中视点数量较多的三维图像显示中的视点间距比其中视点数量较少的三维图像显示中的视点间距窄。

发明内容

实现上述目的的本公开的显示设备包括：

图像显示器，其包括多个像素，并且显示对应于沿预定方向的N1个视点中的每一个的视差图像和对应于沿预定方向的N2个视点中的每一个的视差图像，N1为2或更大的整数，并且N2为大于N1的整数；

第一透镜元件，其被堆叠在图像显示器上，并且当对应于N1个视点中的每一个的视差图像被显示在图像显示器上时，在对应于每个视差图像的N1个视点的每一个之间分割从显示每个视差图像的多个像素发射的光；以及

第二透镜元件，其被堆叠在图像显示器上，并且当对应于N2个视点中的每一个的视差图像被显示在图像显示器上时，在对应于每个视差图像的N2个视点的每一个之间分割从显示每个视差图像的多个像素发射的光。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都是示例性和解释性的，并且不限制本公开。

根据本公开，可以使视点数量较多的三维图像显示中的视点间距比视点数量较少的三维图像显示中的视点间距窄。

附图说明

当结合以下附图考虑以下详细描述时，可以获得对该申请的更完整的理解，在附图中：

图1是示出根据实施例1的显示设备的截面的示意图；

图2是示出根据实施例1的图像显示器的像素的俯视图；

图3是示出根据实施例1的包括垂直于显示表面的显示设备中心线的XZ截面中的三维图像显示(N1＝2)的示意图；

图4是示出根据实施例1的第一透镜元件的截面的示意图；

图5是示出根据实施例1的第一透镜元件的第二基板的俯视图；

图6是用于解释根据实施例1的第一透镜元件的操作的示意图；

图7是示出根据实施例1的包括垂直于显示表面的显示设备中心线的XZ截面中的三维图像显示(N1＝6)的示意图；

图8是示出根据实施例1的第二透镜元件的截面的示意图；

图9是示出根据实施例1的第二透镜元件的第四基板的俯视图；

图10是示出根据实施例1的示例1、示例2、比较示例1和比较示例2的透镜间距值、视点间距值和最佳观看距离值的图；

图11是示出根据实施例2的在显示设备中心的N1个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图12是示出根据实施例2的在显示设备中心的N2个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图13是示出根据实施例2的在显示设备的+X方向端的N1个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图14是示出根据实施例2的在显示设备的+X方向端的N2个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图15是示出根据实施例2的示例3和示例4的透镜间距值、视点间距值和最佳观看距离值的图；

图16是示出根据实施例3的显示设备的截面的示意图；

图17是示出根据实施例3的在显示设备中心的N1个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图18是示出根据实施例3的在显示设备中心的N2个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图19是示出根据实施例3的在显示设备的-X方向端的N1个视点处的三维图像显示的光学模型的示意图；

图20是示出根据实施例3的示例5的透镜间距值、视点间距值和最佳观看距离值的图；

图21是示出根据实施例4的显示设备的截面的示意图；以及

图22是示出根据实施例4的示例6的透镜间距值、视点间距值和最佳观看距离值的图。

具体实施方式

在下文中，参考附图的同时描述根据各种实施例的显示设备。

实施例1

参考图1至图10描述根据本实施例的显示设备100。显示设备100显示二维图像和三维图像。此外，当显示三维图像时，显示设备100可以将多个视点切换到N1个视点(其中N1是2或更大的整数)和N2个视点(其中N2是大于N1的整数)。如图1所示，显示设备100包括图像显示器10、第一透镜元件20和第二透镜元件30。在本说明书中，为了便于理解，给出了以下描述，其中在图1中，显示设备100的向右方向(纸上的向右方向)被称为“+X方向”，向上方向(纸上的向上方向)被称为“+Z方向”，并且垂直于+X方向和+Z方向的方向(纸上的深度方向)被称为“+Y方向”。

在本实施例中，第一透镜元件20和第二透镜元件30被依次堆叠在图像显示器10的显示表面10a上。当显示设备100显示二维图像时，显示正在图像显示器10上显示的二维图像，而第一透镜元件20和第二透镜元件30不起透镜的作用。当显示设备100在N1个视点显示三维图像时，只有第一透镜元件20起透镜的作用。当显示设备100在N2个视点显示三维图像时，只有第二透镜元件30起透镜的作用。

显示设备100的图像显示器10显示二维图像、对应于沿X方向的N1个视点(其中N1是2或更大的整数)中的每一个的视差图像、以及对应于沿X方向的N2个视点(其中N2是大于N1的整数)中的每一个的视差图像。图像显示器10包括被排列成矩阵的多个像素12。

图2示出了图像显示器10的像素12。如图2所示，像素12由在Y方向上排列的红色(R)子像素12R、绿色(G)子像素12G和蓝色(B)子像素12B构成。子像素12R、子像素12G和子像素12B在Y方向上按顺序被重复排列，并且相同颜色的子像素12R、12G和12B在X方向上以像素间距P被排列(水平条纹排列)。在本实施例中，当在N1个视点处显示三维图像时，在X方向上相邻的N1个像素12显示对应于N1个视点的视差图像。在本说明书中，显示视差图像的在X方向上相邻的N1个像素12被称为第一像素单元14。当P是像素12的间距时，第一像素单元14的间距是P×N1。注意，图2示出了其中N1＝2的第一像素单元14。

当在N2个视点处显示三维图像时，在X方向上相邻的N2个像素12显示对应于N2个视点的视差图像。在本说明书中，显示视差图像的在X方向上相邻的N2个像素12被称为第二像素单元16。第二像素单元16的间距为P×N2。注意，图2示出了其中N2＝6的第二像素单元16。在一个示例中，图像显示器10被实施为有机电致发光(EL)显示面板。

显示设备100的第一透镜元件20被堆叠在图像显示器10上，并被设置在图像显示器的显示表面10a侧。当对应于N1个视点中的每一个的视差图像被显示在图像显示器10上时，如图3所示，第一透镜元件20在对应于视差图像的N1个视点中的每一个之间分割从显示视差图像的第一像素单元14中包括的像素12发射的光。注意，在图3中，附图标记H1表示像素12与第一透镜元件20的透镜的顶点Lt1之间的间隙。附图标记J表示垂直于显示设备100的显示表面101的中心线。

具体地，当在图像显示器10上显示对应于N1个视点中的每一个的视差图像时，第一透镜元件20用作双凸透镜阵列，其中在Y方向上延伸的双凸透镜沿X方向被排列。第一透镜元件20的双凸透镜之一将从显示在X方向上相邻的N1个视差图像的第一像素单元14发射的光在沿着X方向在N1个视点之间进行分割。在本实施例中，第一透镜元件20的X方向上的透镜间距Lp1被设置为略小于第一像素单元14的间距P×N1。此外，第一透镜元件20的焦距被设置为基本上等于透镜的顶点Lt1和像素12之间的间隙H1。

此外，在本实施例中，由于第一透镜元件20的透镜间距Lp1被设置为略小于第一像素单元14的间距P×N1，因此从对应于第一像素单元14的N1个视点中的每一个的像素12发射的光在视点区域SR1中重叠，无论第一像素单元14在图像显示器10中的位置如何。视点区域SR1是指当观察者的右眼或左眼被定位在其中时，观察者只能观察对应于每个视点的视差图像的区域。在本说明书中，显示设备100的显示表面101和观察平面S之间的+Z方向上的距离被定义为最佳观看距离OD1，在该距离处视点区域SR1的X方向上的宽度可以变得最宽。此外，在本说明书中，通过将像素12投影到设置在最佳观看距离OD1处的观察平面S上而获得的投影图像的宽度(投影图像的周期)被定义为视点间距e1。

在一个示例中，第一透镜元件20被实施为用作双凸透镜阵列的液晶透镜。如图4所示，第一透镜元件(液晶透镜)20包括第一基板21、第二基板22、第一电极24、第二电极25和26以及液晶28。在本实施例中，如图1所示，第二基板22被设置在图像显示器10的显示表面10a上。

第一基板21和第二基板22是透光基板。在一个示例中，第一基板21和第二基板22被实施为平板玻璃基板。如图4所示，第一基板21和第二基板22通过密封材料29彼此固定，并夹住液晶28。

第一电极24以矩形形状形成在第一基板21的第一主表面21a上。第一电极24由氧化铟锡(ITO)形成。第一电极24面对稍后描述的第二电极25的梳齿25a和第二电极26的梳齿26a。第一电极24被连接到未示出的控制器。

第二电极25和第二电极26以梳齿形状形成在第二基板22的第一主表面22a上。第二电极25和第二电池26由ITO形成。如图5所示，第二电极25和第二电极26分别包括梳齿25a和梳齿26a。梳齿25a在+Y方向上延伸并且梳齿26a在-Y方向上延伸。梳齿25a和梳齿26a沿X方向以交替的方式彼此平行设置。当从+Z方向观看显示设备100时，梳齿25a的中心线之间的间隙是第一透镜元件20在X方向上的透镜间距Lp1，并且梳齿25a的中心线和与其相邻的梳齿26a的中心线之间的间隙是Lp1的1/2。与第一电极24一样，第二电极25和26被连接到控制器。

液晶28被夹在第一基板21和第二基板22之间。在一个示例中，液晶28被实施为正向列液晶。液晶28通过未示出的取向膜在X方向上对齐。

接下来，描述第一透镜元件20的操作。

在一个示例中，当控制器将第一电极24和第二电极25和26的电位设置为相同的电位(例如，接地电位)时，电压不被施加到液晶28，并且因此，液晶28保持在X方向上的取向。在液晶28在X方向上的取向被保持的同时，透镜效应不会发生，并且因此，第一透镜元件20不起双凸透镜阵列的作用。

同时，由于单独控制施加在第一电极24和第二电极25之间的电压以及施加在第二基板的第一电极24与第二电极26之间的电压，在第一基板21和第二基板22之间形成具有二次曲线形状的电位。由于形成的二次曲线形状的电位，液晶28的分子M如图6所示取向。当液晶28的取向改变时，在第一透镜元件20中出现沿二次曲线形状电位的折射率分布，并且第一透镜元件20用作在Y方向上延伸的双凸透镜阵列。形成的双凸透镜阵列的透镜间距为Lp1。此外，形成的双凸透镜阵列的焦距基本上等于间隙H1。因此，当图像显示器10上显示对应于N1个视点中的每一个的视差图像时，显示设备100可以在N1个视点处显示三维图像。

显示设备100的第二透镜元件30被设置在图像显示器10的显示表面10a侧上。在本实施例中，第二透镜元件30被设置在第一透镜单元20上。

当图像显示器10上显示对应于N2个视点中的每一个的视差图像时，如图7所示，第二透镜元件30在对应于视差图像的N2个视点中的每一个之间分割从显示视差图像的第二像素单元16中包括的像素12发射的光。注意，在图7中，附图标记H2表示像素12与第二透镜元件30的透镜的顶点Lt2之间的间隙。

具体地，当图像显示器10上显示对应于N2个视点中的每一个的视差图像时，第二透镜元件30用作双凸透镜阵列，其中在Y方向上延伸的双凸透镜被排列在X方向上。第二透镜元件30的双凸透镜之一在沿着X方向的N2个视点之间分割从显示在X方向上相邻的N2个视差图像的第二像素单元16发射的光。在本实施例中，第二透镜元件30的X方向上的透镜间距Lp2被设置为略小于第二像素单元16的间距P×N2。此外，第二透镜元件30的焦距被设置为基本上等于透镜的顶点Lt2和像素12之间的间隙H2。

此外，由于第二透镜元件30的透镜间距Lp2被设置为略小于第二像素单元16的间距P×N2，因此从与第二像素单元16的N2个视点中的每一个对应的像素12发射的光在视点区域SR2中重叠，无论第二像素单元16在图像显示器10中的位置如何。与视点区域SR1一样，视点区域SR2是指当观察者的右眼或左眼被定位于其中时，观察者只能观察对应于每个视点的视差图像的区域。在本说明书中，显示设备100的显示表面101和观察平面S之间的+Z方向上的距离被定义为最佳观看距离OD2，在该距离处视点区域SR2的X方向上的宽度可以变得最宽。此外，在本说明书中，通过将像素12投影在设置在最佳观看距离OD2处的观察平面S上而获得的投影图像的宽度(投影图像的周期)被定义为视点间距e2。

与第一透镜元件20一样，第二透镜元件30被实施为用作双凸透镜阵列的液晶透镜。如图8所示，第二透镜元件(液晶透镜)30包括第三基板31、第四基板32、第三电极34、第四电极35和36以及液晶38。在本实施例中，如图1所示，有第四基板32被设置在第一透镜元件20的第一基板21上。第二透镜元件30的第三基板31、第四基板32和液晶38与第一透镜元件20的第一基板21、第二基板22和液晶28相同，并且因此第三电极34和第四电极35和36被描述。

第三电极34以矩形形状形成在第三基板31的第一主表面31a上。第三电极34由ITO形成。第三电极34面对稍后描述的第四电极35的梳齿35a和第四电极36的梳齿36a。第三电极34被连接到未示出的控制器。

第四电极35和第四电极36以梳齿形状形成在第四基板32的第一主表面32a上。第四电极35和第四电极36由ITO形成。如图9所示，第四电极35和第四电极36分别包括梳齿35a和梳齿36a。梳齿35a在+Y方向上延伸，并且梳齿36a在-Y方向上延伸。梳齿35a和梳齿36a沿X方向以交替的方式彼此平行设置。当从+Z方向观看显示设备100时，梳齿35a的中心线之间的间隙是第二透镜元件30的X方向上的透镜间距Lp2，并且梳齿35a的中心线和与其相邻的梳齿36a的中心线之间的间隙是Lp2的1/2。与第三电极34一样，第四电极35和36被连接到控制器。

当控制器将第三电极34和第四电极35和36的电位设置为相同电位时，电压不被施加到液晶38，并且因此，第二透镜元件30中不会出现透镜效应。因此，第二透镜元件30不用作双凸透镜阵列。同时与第一透镜元件20一样，由于单独控制施加在第三电极34和第四电极35之间的电压以及施加在第三电极34和第四电极36之间的电压，第二透镜元件30用作在Y方向上延伸的双凸透镜阵列。形成的双凸透镜阵列的透镜间距为Lp2。此外，形成的双凸透镜阵列的焦距基本上等于间隙H2。因此，当图像显示器10上显示对应于N2个视点中的每一个的视差图像时，显示设备100可以在N2个视点处显示三维图像。

在本实施例中，第二透镜元件30的X方向上的透镜间距Lp2满足以下公式(1)的条件。

由于满足公式(1)的条件，可以使N2(其中N2>N1)个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1(2或更大的整数)个视点处的三维图像显示中的视点间距e1窄。例如，当图像显示器10是像素间距P为60μm的6.9英寸对角线宽四边形高清晰度(WQHD)显示器时，第一透镜元件20的条件被设置为N1＝2、H1＝0.5mm、Lp1＝119.9μm、OD1＝399mm和e1＝71.9mm，并且透镜和第二透镜元件30的顶点Lt2与像素12之间的间隙H2被设置为H2＝1.5mm，满足公式(1)的条件，并且可以使视点间距e2比视点间距e1窄，如图10的示例1和示例2所示。然而，如图10的比较示例1和比较示例2中所示，当满足Lp1×(N2/N1)＝Lp2时，不能使视点间距e2比视点间距e1窄。

此外，如图10所示，由于满足公式(1)的条件，可以减小N2个视点处三维图像显示中的最佳观看距离OD2与N1个视点处的三维图像显示中的最佳观看距离OD1之间的差。因此，在切换视点数量时，可以减少观察者在Z方向上的移动。

注意，图10中所示的视点间距e2、最佳观看距离OD2等的值可以从光学模型获得。此外，通常，最佳观看距离OD1和OD2取决于图像显示器10的尺寸。例如，当图像显示器10的尺寸在对角线上为从4到13英寸时，优选最佳观看距离OD1和OD2在150mm到750mm之间。当图像显示器10的尺寸在对角线上为从14到30英寸时，优选最佳观看距离OD1和OD2为250mm到1300mm。

如上所述，显示设备100可以在显示三维图像时将视点数量切换为N1(2或更大的整数)和N2(其中N2>N1)，并且可以使N2个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。也就是说，可以使视点数量较多的三维图像显示中的视点间距比视点数量较少的三维图像显示器中的视点间距窄。此外，当切换视点数量时，可以减小最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2之间的差。

实施例2

在实施例1中，第二透镜元件30的透镜间距Lp2满足公式(1)的条件。然而，在本实施例中，第二透镜元件30的间隙H2和透镜间距Lp2分别满足以下公式(2)的条件和公式(3)的条件。本实施例的其他配置与实施例1中描述的相同。注意，当满足公式(2)和公式(3)的条件时，公式(1)的条件被满足。

由于满足公式(2)和公式(3)的条件，可以使N2个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。此外，可以消除N2个视点处的三维图像显示中的最佳观看距离OD2与N1个视点处的三维图像显示中最佳观看距离OD1之间的差。也就是说，可以使最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2彼此相等。下面参照图11至图15描述公式(2)和公式(3)。

首先，描述公式(2)。图11示出了在显示设备100的中心的N1个视点处的三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N1个视点处的三维图像显示中，具有像素间距P的像素12通过第一透镜元件20以视点间距e1被投影在位于最佳观看距离OD1处的观察平面S上。因此，建立了以下公式(2-1)、(2-2)和(2-3)。

这里，n表示显示设备100的折射率。

当θ1和

足够小时，sinθ1＝tanθ1和

的近似是可能的，并且从公式(2-1)到(2-3)可以得到以下公式(2-4)。

图12示出了在显示设备100的中心的N2个视点处的三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N2个视点处的三维图像显示中，具有像素间距P的像素12通过第二透镜元件30以视点间距e2被投影在位于最佳观看距离OD2处的观察平面S上。因此，建立了以下公式(2-5)、(2-6)和(2-7)。

当θa和

足够小时，sinθa＝tanθa和

的近似是可能的，并且从公式(2-5)到(2-7)可以得到下面的公式(2-8)。

此外，由于最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2是相等的，因此可以从公式(2-4)和(2-8)中得到公式(2)。

接下来，描述公式(3)。图13示出了显示设备100的+X方向端的N1个视点处三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N1个视点处的三维图像显示中，第一透镜元件20的透镜间距Lp1被设置为略小于第一像素单元14的间距P×N1。因此，建立了以下公式(3-1)、(3-2)和(3-3)。这里，n表示显示设备100的折射率，以及m1表示第一透镜元件20中从显示设备100的中心到+X方向端的双凸透镜的数量。

当θ2和

足够小时，sinθ2＝tanθ2和

的近似是可能的，并且可以从公式(3-1)到(3-3)获得以下公式(3-4)。

图14示出了在显示设备100的+X方向端的N2个视点处三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N2个视点处的三维图像显示中，第二透镜元件30的透镜间距Lp2被设置为略小于第二像素单元16的间距P×N2。因此，建立了以下公式(3-5)，(3-6)和(3-7)。这里，n表示显示设备100的折射率，并且m2表示第二透镜元件30中从显示设备100的中心到+X方向端的双凸透镜的数量。

当θb和

足够小时，sinθb＝tanθb和

的近似是可能的，并且可以从公式(3-5)到(3-7)获得以下公式(3-8)。

此外，由于最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2是相等的，因此可以从公式(2)、(3-4)和(3-8)获得公式(3)。

例如，当图像显示器10是像素间距P为60μm的6.9英寸对角线宽四边形高清晰度(WQHD)显示器时，如图15的示例3和示例4所示，满足公式(2)和公式(3)的条件，并且因此，可以使视点间距e2比视点间距e1窄，并且可以使最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2彼此相等(第一透镜元件20的条件：N1＝2、H1＝0.5mm、Lp1＝119.9μm、OD1＝399mm和e1＝71.9mm)。

如上所述，由于满足公式(2)和公式(3)的条件，可以使N2个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。此外，可以使N1个视点处的三维图像显示的最佳观看距离OD1和N2个视点处的三维图像显示的最佳观看距离OD2彼此相等。

实施例3

在实施例1和实施例2中，第一透镜元件20和第二透镜元件30被设置在图像显示器10的显示表面10a侧上。然而，第一透镜元件20被设置在图像显示10的显示表面10a侧的相对侧上的配置是可能的。

如图16所示，本实施例的显示设备100包括图像显示器10、第一透镜元件20、第二透镜元件30和光源310。在本实施例中，第一透镜元件20被设置在与图像显示器10的显示表面10a侧的相对侧上。第二透镜元件30被设置在图像显示器10的显示表面10a侧上。在本实施例中，如在实施例1中，当显示设备100显示二维图像时，显示正在图像显示器10上显示的二维图像，而第一透镜元件20和第二透镜元件30没有用作透镜。当显示设备100在N1个视点处显示三维图像时，只有第一透镜元件20用作透镜。当显示设备100在N2个视点处显示三维图像时，只有第二透镜元件30用作透镜。

在一个示例中，本实施例的图像显示器10被实施为透射式液晶显示面板。本实施例的图像显示器10的其他配置与实施例1的图像显示器10的配置相同。

光源310用作图像显示器(透射式液晶显示面板)10的背光。光源310被设置在图像显示器10的显示表面10a侧的相对侧。光源310包括未示出的发光二极管(LED)、扩散片等。

本实施例的第一透镜元件20被堆叠在图像显示器10上，并被设置在图像显示器20和光源310之间。当图像显示器10上显示与N1个视点中的每个视点对应的视差图像时，本实施例第一透镜元件20分割从光源310发射的光，以在对应于视差图像的N1个视点中的每一个之间分割从显示视差图像的第一像素单元14中包括的像素12发射的光。结果，本实施例的显示设备100可以在N1个视点处显示三维图像。

对于本实施例的第一透镜元件20，透镜间距Lp1被设置为略大于第一像素单元14的间距P×N1。本实施例第一透镜元件20的其他配置与实施例1的第一透镜元件20的配置相同。

本实施例的第二透镜元件30被堆叠在图像显示器10上，并被设置在图像显示器的显示表面10a侧上。本实施例的第二透镜元件30的透镜间距Lp2满足以下公式(4)的条件。由于满足公式(4)条件，可以使N2(其中N2>N1)个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1(2或更大的整数)个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。本实施例的第二透镜元件30的其他配置与实施例1的第二透镜元件30的配置相同。注意，当满足公式(4)的条件时，公式(1)的条件被满足。

接下来，描述公式(4)。首先，获得视点间距e1。图17示出了本实施例的显示设备100的中心的N1个视点处的三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N1个视点处的三维图像显示中，具有像素间距P的像素12由第一透镜元件20以视点间距e1被投影到位于最佳观看距离OD1处的观察平面S上。因此，建立了以下公式(4-1)、(4-2)和(4-3)。这里，n表示显示设备100的折射率。

当θ3和

足够小时，sinθ3＝tanθ3和

的近似是可能的，并且可以从公式(4-1)至(4-3)获得以下公式(4-4)。

接下来，获得视点间距e2。图18示出了本实施例的显示设备100的中心的N2个视点处的三维图像显示的光学模型(XZ截面)。具有像素间距P的像素12通过第二透镜元件30以视点间距e2被投影到位于最佳观看距离OD2处的观察平面S上。因此，建立了以下公式(4-5)、(4-6)和(4-7)。

当θ4和

足够小时，sinθ4＝tanθ4和

的近似是可能的，并且可以从公式(4-5)至(4-7)获得以下公式(4-8)。

接下来，获得最佳观看距离OD1。图19示出了在本实施例的显示设备100的-X方向端处的N1个视点处的三维图像显示的光学模型(XZ截面)。在N1个视点处的三维图像显示中，第一透镜元件20的透镜间距Lp1被设置为略大于第一像素单元14的间距P×N1。因此，建立了以下公式(4-9)、(4-10)和(4-11)。

当θ5和

足够小时，sinθ5＝tanθ5和

的近似是可能的，并且可以从公式(4-9)至(4-11)获得以下公式(4-12)。

接下来，获得最佳观看距离OD2。根据与实施例2的图13中所示的光学模型相同的光学模型，最佳观看距离OD2由以下公式(4-13)表示。

当视点间距e2比视点间距e1窄时，根据公式(4-4)和(4-8)建立以下公式(4-14)。可以从公式(4-12)至(4-14)获得以下公式(4-15)。

此外，第二透镜元件30分割从N2个像素12发射的光，并且因此，透镜间距Lp2满足以下公式(4-16)。公式(4)可以从公式(4-15)和(4-16)获得。

Lp2>(N2-1)×P   (4-16)

例如，当图像显示器10是像素间距P为60μm的6.9英寸对角线宽四边形高清晰度(WQHD)显示器时，如图20的示例5所示，满足公式(4)的条件，并且照此，可以使视点间距e2比视点间距e1窄(第一透镜元件20的条件：N1＝2，H1＝0.5mm，Lp1＝119.9μm，OD1＝399mm，和e1＝72.1mm)。此外，可以减小最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2之间的差。

如上所述，在本实施例中，由于满足公式(4)的条件，可以使N2个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。此外，可以减小最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2之间的差。在本实施例中，当从观察者观看时，第二透镜元件30、图像显示器10和第一透镜元件20被依次堆叠，并且照此，可以设置第一透镜元件20的透镜的顶点Lt1与像素12之间的间隙H1、以及第二透镜元件30的透镜的顶点Lt2与像素12间的间隙H2，而不管其他透镜元件的厚度如何。此外，可以提高第一透镜元件20和第二透镜元件30在图像显示器10上的堆叠精度。

实施例4

在实施例3中，第一透镜元件20被设置在图像显示器10的显示表面10a侧的相对侧上。然而，第一透镜单元20被设置在图像显示器10的显示表面10a侧的一侧上，并且第二透镜元件30被设置在图像显示器10的显示表面10a侧的相对侧上的配置是可能的。

如图21所示，本实施例的显示设备100包括图像显示器10、第一透镜元件20、第二透镜元件30和光源310。在本实施例中，第一透镜元件20被设置在图像显示器10的显示表面10a侧的一侧上。第二透镜元件30被设置在图像显示10的显示表面10a侧的相对侧上。本实施例的图像显示器10和光源310的配置与实施例3的图像显示器10和光源310的配置相同。此外，本实施例的第一透镜元件20与实施例1的第一透镜元件20相同。因此，这里描述本实施例中的第二透镜元件30。

本实施例的第二透镜元件30被堆叠在图像显示器10上，并被设置在图像显示器20和光源310之间。当与N2个视点中的每一个相对应的视差图像显示在图像显示器100上时，本实施例的第二透镜元件30分割从光源310发射的光，以在对应于视差图像的N2个视点中的每一个之间分割从显示视差图像的第二像素单元16中包括的像素12发射的光。结果，本实施例的显示设备100可以在N2个视点处显示三维图像显示。

在本实施例中，由于满足公式(5)的条件，可以使N2(其中N2>N1)个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1(2或更大的整数)个视点处的三维图像显示中的视点间距e1窄。本实施例的第二透镜元件30的其他配置与实施例1的第二透镜元件30的配置相同。

接下来，描述公式(5)。根据与实施例3的图18中所示的光学模型相同的光学模型，视点间距e1由以下公式(5-1)表示。

此外，根据与实施例3的图17中所示的光学模型相同的光学模型，视点间距e2由以下公式(5-2)表示。

此外，根据与实施例2的图13中所示的光学模型相同的光学模型，最佳观看距离OD1由以下公式(5-3)表示。根据与实施例3的图19中所示的光学模型相同的光学模型，最佳观看距离OD2由以下公式(5-4)表示。

当视点间距e2比视点间距e1窄时，根据公式(5-1)和(5-2)建立以下公式(5-5)。可以从公式(5-3)至(5-5)获得以下公式(5-6)。

此外，第二透镜元件30分配从N2个像素12发射的光，并且因此，透镜间距Lp2满足以下公式(5-7)。公式(5)可从公式(5-6)和(5-7)获得。

(N2+1)×P>Lp2  (5-7)

例如，当图像显示器10是像素间距P为60μm的6.9英寸对角线宽四边形高清晰度(WQHD)显示器时，如图22的示例6所示，满足公式(5)的条件，并且照此，可以使视点间距e2比视点间距e1窄(第一透镜元件20的条件：N1＝2，H1＝0.5mm，Lp1＝119.9μm，OD1＝400mm，和e1＝71.9mm)。此外，可以减小最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2之间的差。

如上所述，在本实施例中，由于满足公式(5)的条件，可以使N2个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比N1个视点处三维图像显示中的视点间距e1窄。此外，可以减小最佳观看距离OD1和最佳观看距离OD2之间的差。在本实施例中，当从观察者观看时，第一透镜元件20、图像显示器10和第二透镜元件30被依次堆叠，并且照此，可以设置第一透镜元件20的透镜的顶点Lt1与像素12之间的间隙H1、以及第二透镜元件30的透镜的顶端Lt2与像素12间的间隙H2，而不管其他透镜元件的厚度如何。此外，可以提高第一透镜元件20和第二透镜元件30在图像显示器10上的堆叠精度。此外，在视点数量(N1)较少的三维图像显示中用作双凸透镜的第一透镜元件20位于观察者侧。因此，视点数量较少且具有高清晰度的三维图像可以被显示，而不会使来自第一透镜元件20的发射光被其他构件干扰。

关于公式(1)

实施例1的公式(1)可以从与实施例2的三维图像显示的光学模型相同的光学模型获得。

具体地，以下公式(1-1)可以从公式(2-4)获得，并且以下公式(1-2)可以从公式(2-5)获得。

为了使在N2(其中N2>N1)个视点处的三维图像显示中的视点间距e2比在N1(2或更大的整数)个视点处(e1>e2)的三维图像显示器中的视点间距e1窄，在公式(1-1)和(1-2)的基础上必须满足以下公式(1-3)。

同时，可以从公式(3-4)获得以下公式(1-4)，并且可以从公式(3-5)获得以下公式(1-5)。

可以从公式(1-3)至(1-5)获得以下公式(1-6)。

此外，与实施例3一样，第二透镜元件30的透镜间距Lp2满足公式(4-16)。因此，可以从公式(1-6)和(4-16)中获得公式(1)。

修改示例

已经描述了实施例，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改。

例如，图像显示器10不限于有机EL显示面板。实施例1和实施例2的图像显示器10可以被实施为透射式液晶显示面板。

图像显示器10的像素12的排列不限于水平条纹排列。像素12的排列可以是垂直条纹排列、三角洲排列等。此外，像素12不限于红色、绿色和蓝色三种颜色，并且也可以是四种颜色。

第一透镜元件(液晶透镜)20可以包括第一电极24和第二电极25和26上的绝缘层、介电层等。此外，第二透镜元件(液晶透镜)30可以包括第三电极34和第四电极35和36上的绝缘层、介电层等。此外，第一透镜元件(液晶透镜)20和第二透镜元件(液晶透镜)30可以是不同类型的液晶梯度折射率(GRIN)透镜。

在实施例1和实施例2中，第一透镜元件20和第二透镜元件30按照第一透镜元件20和第二透镜元件30的顺序被依次堆叠在图像显示器10的显示表面10a上。然而，第一透镜元件20和第二透镜元件30按照第二透镜元件30和第一透镜元件20的顺序可以被堆叠在图像显示器10的显示表面10a上。

出于解释目的，前面描述了一些示例实施例。尽管前面的讨论已经呈现了具体实施例，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明更广泛的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，该详细描述不被理解为限制意义，并且本发明的范围仅由所包括的权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来限定。

Claims (5)

1.一种显示设备，包括：

图像显示器，其包括多个像素，并且显示对应于沿预定方向的N1个视点中的每一个视点的视差图像和对应于沿所述预定方向的N2个视点中的每一个视点的视差图像，N1为2或更大的整数，并且N2为大于N1的整数；

第一透镜元件，其被堆叠在所述图像显示器上，并且当对应于所述N1个视点中的每一个视点的视差图像被显示在所述图像显示器上时，在对应于所述视差图像中的每一个视差图像的所述N1个视点中的每一个视点之间分割从显示视差图像中的每一个视差图像的多个像素发射的光；以及

第二透镜元件，其被堆叠在所述图像显示器上，并且当对应于所述N2个视点中的每一个视点的视差图像被显示在所述图像显示器上时，在对应于视差图像的中的每一个视差图像的所述N2个视点的每一个视点之间分割从显示视差图像中的每一个视差图像的多个像素发射的光。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中

所述第二透镜元件被设置在所述图像显示器的显示表面侧上，以及

当所述第一透镜元件的透镜间距为Lp1、所述第二透镜元件的透镜间距为Lp2并且在所述多个像素的预定方向上的像素间距为P时，满足

3.根据权利要求2所述的显示设备，其中

所述第一透镜元件被设置在所述图像显示器的显示表面侧上，以及

当所述第一透镜元件的透镜顶点与所述像素之间的间隙为H1、所述N1个视点的视点间距为e1、所述第二透镜元件的透镜顶点与所述像素之间的间隙为H2、所述N2个视点的视点间距为e2时，满足

4.根据权利要求2所述的显示设备，其中

所述第一透镜元件被设置在所述图像显示器的显示表面侧的相对侧上，并且，满足

5.根据权利要求1所述的显示设备，其中

所述第一透镜元件被设置在所述图像显示器的显示表面侧上，

所述第二透镜元件被设置在所述图像显示器的显示表面侧的相对侧上，以及

当所述第一透镜元件的透镜间距为Lp1、所述第二透镜元件的透镜间距为Lp2并且在所述像素的所述预定方向上的像素间距为P时，满足

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