CN1525212A - 图像显示设备，便携式终端设备，显示板和图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

三维图像/二维图像显示设备包括多个显示像素以及用于三维显示的双面透镜。每个显示像素是由M×N个子像素组成的以可从N个视点进行观看。排列在双面透镜的隆起凸面部分的纵向上的子像素的间距a和排列在与双面透镜的纵向相垂直方向上的子像素的间距b满足下列表达式a∶b＝N∶1。包含在每一个所述显示像素中的M×N个子像素形成于一正方形区域之内。

Description

图像显示设备，便携式终端设备，显示板和图像显示方法
技术领域
本发明涉及一种可分别对从多个视点所观看的图像进行显示并且当从多个视点来观看彼此不同的图像时无需降低分辨率即可显示一图像的图像显示设备、一种其上装有该图像显示设备的便携式终端设备、一种装在该图像显示设备之内的显示板、以及一种图像显示方法。尤其是，本发明涉及一种无需降低分辨率即可显示三维图像、可以相同的分辨率显示二维图像和三维图像、并且进一步的可以混合的方式在任何位置上显示二维图像和三维图像的图像显示设备、一种其上装有该图像显示设备的便携式终端设备、一种装在该图像显示设备之内的显示板、以及一种图像显示方法。
背景技术
传统地，已经研究出可显示三维图像的显示设备。在公元前280年，希腊数学家欧几里德思考并定义了“双目视觉是当他/她利用他的/她的左眼和右眼同时来观看从不同方向看时所产生的相同对象的不同图像时这个人所获得的感觉”(非专利文献1：Chihiro Masuda，“Three-dimensional Display”，Sangyo Tosho，K.K.)。也就是说，三维显示设备应具有可将具有视差的图像分别散发给左右眼的能力。
传统的已研究出多个三维图像显示方法并且将其开发为用于实现上述能力的一方法，并且将这些方法主要分成两类方法，即利用眼镜的方法和不利用眼镜的方法。利用眼镜的这类方法中的一个方法可以是其利用色差的彩色立体图方法、利用偏振的偏振眼镜方法等等。然而，在利用眼镜的方法中，眼镜的用户基本上不能卸掉戴眼镜的负担，并且考虑到这种问题，近年来已紧张的研究并开发出不利用眼镜所执行的无眼镜观察。无眼镜观察包括诸如利用双面透镜的方法以及利用视差隔板的方法。
Berthier在1896年构思了视差隔板方法并且Ives在1903年将其付诸实际。图1给出了一光学模型，该光学模型示出了其利用视差隔板的三维图像显示方法。如图1所示，视差隔板5是在其上形成有大量薄的、呈垂直带状的开口、也就是狭缝105a的隔板(遮光罩)。此外，显示板106位于该视差隔板105的一个表面附近。在显示板106上，右眼像素123和左眼像素124排列在与狭缝的纵向相垂直的方向上。此外，光源108位于视差隔板105的另一个表面附近，也就是说，位于显示板106的相对侧上。
光从光源108发射而出并且通过视差隔板105的开口(狭缝105a)且此后透过右眼像素123，从而流出以作为光通量181。同样地，光从光源108发射而出并且通过狭缝105a且此后透过左眼像素124，从而流出以作为光通量182。在这种情况下，由视差隔板105与像素之间的位置关系可确定其可识别三维图像的观察者的位置。也就是说，要求观察者104的右眼141属于这样一个区域之内，即与右眼的多个像素123相对应的所有光通量181经过了该区域，并且要求观察者104的左眼142属于这样一个区域之内，即与左眼的多个像素124相对应的所有光通量182经过了该区域。如图1所示，眼睛与光通量之间的位置关系对应于这样一种情况，即观察者的右眼141与左眼142之间的中点143属于如图1所示的四边形三维可见范围107之内。在右眼像素123和左眼像素124在三维可见范围107中沿着其排列的方向上延伸的线段中，穿过三维可见范围107中的对角线交点107a的线段最长。因此，在中点143位于交点107a上的情况下，当观察者的位置在向右或者向左的方向上移动时所允许的位移范围最大，因此，当中点143位于交点107a上时，可断定观察者从最好的位置来观看图像。考虑到上述事实，建议将三维图像显示方法构造成当假定交点107a与显示板106之间的距离是最佳观察距离OD时，观察者与显示板保持距离OD来观看图像。值得注意的是三维可见范围107中的与显示板106间隔最佳观察距离OD的虚平面被认为是最佳观察面107b。这可使来自右眼像素123和左眼像素124的光分别到达观察者的右眼141和左眼142。因此，观察者可能将显示板6上的图像显示识别为三维图像。
在刚开始出现利用视差隔板的方法时，视差隔板位于像素与眼睛之间，因此，出现了这样一个问题，即视差隔板妨碍了观看并且足以使所显示的图像的能见度很低。然而，最新的液晶显示板商品可使视差隔板105位于显示板106的后面以提高所显示图像的能见度。目前这导致了要加强对利用视差隔板的三维图像显示设备的研究和开发。
在2003年1月6日所出版的(非专利文献2)、No.838、第26-27页、Nikkei Electronics的目录1中描述了使用视差隔板并且将其变成商业事实的一个产品例子。该产品是其上安装有3D(三维)液晶显示面板的移动电话，并且可装配成三维图像显示设备的该液晶显示面板的对角线大小是2.2英寸并且具有176列220点以作为显示点。此外，提供了可在视差隔板的开关效果之间进行转换的液晶显示面板以可使面板上的显示器在三维显示与二维显示之间进行转换。尽管该显示设备以垂直方向和水平方向上均为128dpi的能见度来显示二维图像，但是在显示三维图像时，显示设备以纵条纹形式并且以交替方式来显示左眼图像和右眼图像，因此，该显示设备以垂直方向上为128dpi的能见度并且水平方向为垂直方向一半的64dpi能见度来显示图像。
此外，1910年左右由Ives等人发明了诸如上述非专利文献1中所描述的利用双面透镜的方法。图2给出了双面透镜的透视图，图3给出了一光学模型，该光学模型示出了其利用双面透镜的三维显示方法。如图2所示，将双面透镜121设计成该透镜的一个表面是平的以提供一平面并且其另一个平面上形成有多个其每一个均在一个方向上延伸的背部拱曲的凸面部分(柱面透镜122)，以便该凸面部分的纵向彼此平行。
另外，如图3所示，当观察者观看时，将利用双面透镜的该类三维图像显示设备配置成双面透镜121、显示板106以及光源108按照观察者所观看时的顺序依次排列，并且显示板106的像素位于双面透镜121的焦平面上。将显示板106设计成以交替的方式来排列用于显示右眼141图像的像素123和用于显示左眼142图像的像素124。在这种情况下，提供了由彼此相邻的像素123和像素124所构成的各个组，以便分别与双面透镜121的柱面透镜(凸面部分)122相对应。这可使光从光源108发射而出并且通过双面透镜121的柱面透镜122所分配的各个像素而在朝着左眼和右眼的方向上传播。因此，左眼和右眼可识别彼此不同的图像，从而可使观察者识别三维图像。
尽管利用视差隔板的方法是通过利用一障碍来“屏蔽”不必要光线的方法，但是利用双面透镜的方法是用于改变光传播方向的方法，因此可得出这样的结论，即理论上提供双面透镜决不会降低显示屏的亮度。因此，允许将利用双面透镜的方法应用到便携式设备等等上，该便携式设备可显示高亮度图像并且以低功率进行操作被认为是尤其重要。
在上述非专利文献2中已描述了利用双面透镜所开发的三维图像显示设备的一个例子。构成三维图像显示设备的液晶显示面板的大小是对角线为7英寸并且具有800列480点以作为显示点。此外，将双面透镜与液晶显示面板之间的距离改变0.6mm，这可使在三维显示与二维显示之间进行转换。排列在水平方向上的视点数目是五个，并且当观察者改变他的/她的水平方向上的观察角时，他/她可观看五个不同的图像。也就是说，将显示三维图像时所达到的显示能见度降低为显示二维图像时所达到的显示能见度的五分之一。
此外，同时显示多个图像的同时多图像显示已发展为利用一双面透镜的图像显示(例如，参看专利文献1：日本专利公开号No.H06(1994)-332354(图13))。将该显示配置成通过利用可散发图像的双面透镜，这可在相同条件下同时显示从不同方向所观看的彼此不同的图像。这可使单个的同时多图像显示同时为多个相对于显示器而言位于彼此不同方向上的观察者提供彼此不同的图像。专利文献1公开了当利用同时多图像显示时可实现节省显示器的装配空间并且可减少电费，但是在配备了与观察者数目相对应的多个显示的情况下不能获得这些有益效果。
然而，上述传统方法具有下列问题。也就是说，当显示彼此不同的图像以便可从多个视点来观看该图像时，不利的是降低了所显示的各个图像的分辨率。尤其是，显示三维图像时所显示图像的分辨率的降低程度比显示二维图像时分辨率的降低程度更大。图4给出了其利用视差隔板的且可从两个视点进行观看的上述三维图像显示设备中的子像素的俯视图。显示三维图像时所使用的一个显示像素是由显示二维图像时所使用的两个像素组成的。在显示三维图像时，这两个显示像素作为左眼像素和右眼像素以可使显示设备分别显示左眼图像以及右眼图像。左眼像素和右眼像素均是由其具有原色红、蓝、以及绿的三原色子像素组成的，并且三个狭缝开口与一个显示像素相对应。更详细的说，左眼的红色子像素411以及右眼的绿色子像素422与第一狭缝开口相对应。此外，左眼的蓝色子像素413以及右眼的红色子像素421与第二狭缝开口相对应。另外，左眼的绿色子像素412和右眼的蓝色子像素423与第三狭缝开口相对应。值得注意的是由一遮光屏部分6来分隔各个子像素。当假定排列在狭缝开口纵向上的原色子像素的间距是 a并且排列在与狭缝开口的纵向相垂直方向(水平方向12)上的原色子像素的间距是 b时，生成了下述表达式：
a∶ b＝3∶1                                   (表达式1)其结果是，由下列表达式2来表示排列在狭缝开口纵向上的显示像素的间距 a与排列在与狭缝开口的纵向相垂直方向上的显示像素的间距 c之间的关系。也就是说，当由图4所示的三维图像显示设备来显示三维图像时，由狭缝开口纵向上的 a和与纵向相垂直方向上的 c来表示一个显示像素的大小。
a∶ c＝1∶2                              (表达式2)
另一方面，当由图4所示的三维图像显示设备来显示二维图像时，移走视差隔板105并且在显示三维图像时所使用的一个显示像素被用作两个显示像素。值得注意的是移走视差隔板的方法包括诸如上述非专利文献2中所示的由液晶显示板来构成视差隔板以可在视差隔板的开关效果之间进行转换并且可改变液晶显示板的各个元件的透光率。此外，当利用的是双面透镜而不是视差隔板时，改变显示板与双面透镜之间的距离可消除双面透镜的效果。
更详细的说，在显示二维图像时，如图4所示，即就是左眼的红色子像素411、右眼的绿色子像素422、以及左眼的蓝色子像素413这三个子像素被用作一个显示像素，并且即就是右眼的红色子像素421、左眼的绿色子像素412、以及右眼的蓝色子像素423被用作一个显示像素。其结果是，由狭缝开口纵向上的 a和与纵向相垂直方向上的( c/2)来表示一个显示像素的大小。因此，可得出在显示三维图像时所使用的排列在与狭缝开口的纵向相垂直方向上的像素的间距成为在显示二维图像时所使用的排列在相同方向上的像素的间距的两倍。因此，如上述非专利文献1中所描述的三维图像显示设备的情况下，将显示三维图像时所显示图像在水平方向12上的分辨率降低为显示二维图像时所显示图像的分辨率的一半。
所显示图像的分辨率的降低是成问题的，尤其是当三维图像与字符信息一起显示时以及当三维的显示字符信息时。因为显示像素采用其长宽比为1∶2的矩形形状，因此水平方向上的分辨能力降低了并且当显示字符时产生了缺少构成字符的垂直线。其结果是，所显示字符的能见度降低了很大程度。当视点数目增加时，该问题更加突出。
与上述这些问题相类似的问题并不局限于三维图像显示设备，但是在用于显示图像的以便可从多个视点观看图像的一般显示设备中都可以观察到。也就是说，当显示图像以便可从彼此不同的多个视点来观看图像时，排列在从多个视点所观看的子像素的排列方向上的图像的分辨率降低到比在显示单个图像时所达到的分辨率的程度要大，尤其是降低到比当一起显示字符以及从多个视点所观看的图像时的分辨率要大的程度，因此字符的能见度是不利的并且显著的降低了。
此外，出现了这样一个问题，即当利用与上述三维图像显示设备有关的传统方法时，在整个屏幕上执行三维显示与二维显示之间的转换，因此不可能以混合的方式将三维图像和二维图像显示在任何位置上。
发明内容
本发明的一个目的就是提出一种图像显示设备，一种其上装有这种图像显示设备的便携式终端设备、一种装在这种图像显示设备之内的显示板、以及利用其的图像显示方法。当从多个视点来观看彼此不同的图像时，尤其是当显示三维图像时、显示高能见度的字符时、以相同分辨率来显示二维图像和三维图像时、以及可以混合方式在任何位置上显示三维图像和二维图像时，该图像显示设备无需降低分辨率就可显示一图像。
根据本发明第一方面的图像显示设备包括：一显示板和一双面透镜。可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括其排列在一矩阵中的多个显示像素，每个显示像素具有M×N个子像素(M和N均表示一自然数)，所述M×N个子像素包含在每个所述显示像素中，而每个所述显示像素形成于一正方形区域之内。该双面透镜将来自所述子像素的光线分别散发到所述视点。
在本发明中，包含在多个显示像素的一个中的M×N个子像素形成于一正方形区域之内。因此，显示像素可使从N个视点独立的观看图像。此外，如果N不小于2，那么可将右眼的图像和左眼的图像散发到彼此不同的视点，这可显示三维图像。在这种情况下，造成了显示像素要采用正方形形状。另外，当由N个子像素来显示相同的图像时，换句话说，当对构成一个显示像素的N个子像素进行操作以发射出具有相同强度的光时，包括N个子像素的图像显示设备完全能显示二维图像。在这种情况下，图像的分辨率与当显示三维图像时所达到的分辨率相同，并且造成了显示像素要采用正方形形状。按照这种方法，在该发明中，因为可使显示三维图像时所达到的分辨率和显示二维图像时所达到的分辨率彼此相等，因此以混合的方式显示三维图像和二维图像决不会造成观察者感觉不舒适，这使可在显示二维图像的任何地方上显示三维图像。此外，因为造成了显示像素要采用正方形形状，因此可高能见度的显示图像并且尤其是，可高能见度的显示字符。同样地，当显示彼此不同的二维图像以作为从N个视点所观看的图像时，造成了显示像素要采用正方形形状，这可防止每个二维图像分辨率的降低并且尤其可提高所显示的字符的能见度。
此外，上述显示板是一单色显示板且M表示1，并且当假定沿着双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的子像素的间距是 a并且排列在与双面透镜的纵向相垂直方向上的子像素的间距是 b时，这些间距满足下列表达式3。
a∶ b＝N∶1                           (表达式3)或者，显示板是其包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且当假定沿着双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的子像素的间距是 a并且排列在与双面透镜的纵向相垂直方向上的子像素的间距是 b时，这些间距可满足下列表达式4。
a∶ b＝3×N∶1                        (表达式4)
如上所述，因为每个显示像素具有三原色的子像素，因此产生了彩色显示。
或者，显示板是其包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且当假定沿着双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的子像素的间距是 a并且排列在与双面透镜的纵向相垂直方向上的子像素的间距是 b时，这些间距可满足下列表达式5。
a∶ b＝N∶3                               (表达式5)
因此，三个子像素排列在双面透镜的纵向上且N个子像素排列在与纵向相垂直的方向上，这即意味着子像素以分布式方式而排列在显示设备的垂直和水平方向上。其结果是，显示设备的水平方向上的像素密度降低了，这有利于可很容易的制造该显示设备。
根据本发明第二方面的图像显示设备包括：一显示板和一双面透镜。可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括N个(N表示自然数)子像素。将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式6。
a∶ b＝L∶P                               (表达式6)
在该发明中，因为显示像素具有上述表达式6所定义的形状，因此当通过双面透镜来观看时，显示像素呈现为精确的正方形。此外，如果N不小于2，那么可将右眼图像和左眼图像散发到彼此不同的视点，这可显示三维图像。另外，当由N个子像素来显示相同的图像时，换句话说，当对构成一个显示像素的N个子像素进行操作以发射出具有相同强度的光时，该图像显示设备可显示整个二维图像。按照这种方法，因为可使显示三维图像时所达到的分辨率和显示二维图像时所达到的分辨率彼此相等，因此以混合方式来显示三维图像和二维图像决不会造成观察者感觉不舒服，这使可在显示二维图像的任何地方显示三维图像。此外，因为显示像素呈现为精确的正方形，因此可显示高能见度的图像，尤其是显示高能见度的字符。同样地，此外当显示彼此不同的二维图像以作为从N个视点所观看的图像，可造成显示像素要采用正方形形状，这可防止降低每个二维图像的分辨率并且尤其是可提高所要显示的字符的能见度。
根据本发明第三方面的图像显示设备包括：一显示板和一双面透镜。可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括3×N个(N表示自然数)原色子像素。将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式7。
a∶ b＝3×L∶P                              (表达式7)
在该发明中，显示像素呈现为精确的正方形并且另外可显示彩色图像。
根据本发明第四方面的图像显示设备包括：一显示板和一双面透镜。可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括3×N个(N表示自然数)原色子像素。将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式8。
a∶ b＝L/3∶P                            (表达式8)
在该发明中，因为排列在双面透镜的纵向上的子像素的间距是L，因此造成了显示像素最好是采用正方形。此外，可显示彩色图像。另外，三个显示像素排列在双面透镜的纵向上且N个显示像素排列在与纵向相垂直的方向上，这意味着可以分布式方式将显示像素排列在显示设备的垂直与水平方向上。其结果是，该显示设备的水平方向上的像素密度降低了，这有利于可很容易的制造该显示设备。
另外，具有相同颜色的上述原色子像素排列在与双面透镜的纵向相垂直的方向上。
或者，在根据该发明的图像显示设备中，相对于双面透镜的中心轴而言具有相同位置关系的且彼此邻近的一组三个子像素构成了其具有原色红色、蓝色、以及绿色的原色子像素。
在该发明中，原色子像素不是排列成色条图案，而是排列成马赛克图案中，这可使显示设备适于显示自然景色的图像等等。
此外，在根据该发明的图像显示设备中，双面透镜的焦距和透镜顶点与像素之间的距离彼此不同。这使得双面透镜所发射出的光以传播方式而到达观察者。其结果是，降低了显示设备受到遮光屏部分的影响程度。这防止从其亮度降低的区域中观看二维图像，这可提高所显示的二维图像的效果质量。
另外，沿着双面透镜的隆起凸出部的纵向可以是所要显示的图像的水平方向。该意味着当图像显示设备安装在便携式终端设备之内时，仅改变便携式终端的角度即可使观察者从多个彼此不同的视点来观看图像显示设备以使观察者可观看多个图像。尤其是，当多个图像彼此相关时，仅通过改变观察角即可使观察者观看各个图像，并且因此便携式终端设备变得非常方便观察者。另外，因为多个视点排列在图像的垂直方向上，因此观察者通过他的/她的双眼必定可观看到各个图像，这可提高各个图像的能见度。
根据本发明第五方面的图像显示设备包括：一显示板和一视差隔板。该显示板可从N个视点来观看并且该显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，每个显示像素具有M×N个(N和N均表示自然数)子像素，所述M×N个子像素包含在其形成于一正方形区域之内的每一个所述显示像素中。该视差隔板将所述子像素所发射出的光线分别散发到所述视点。
在本发明中，虽然通过利用双面透镜可降低所显示的图像的质量，但是通过利用视差隔板可防止出现所显示图像的质量的降低，图像质量的降低是由于透镜的图形(pattern)所造成的。
另外，视差隔板中的狭缝开口的纵向可以是所显示图像的水平方向。这意味着当图像显示设备安装在便携式终端设备之内时，仅改变便携式终端设备的角度即可从多个彼此不同的视点观看多个图像。
根据该发明的便携式终端设备可以是移动电话、便携式终端、PDA、游戏机、数字摄象机、或者数字照相机。
根据本发明第六方面的显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括N个(N表示一自然数)子像素，其中所述显示板是一单色显示板并且当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b，表达式 a∶ b＝N∶1成立。
根据本发明第七方面的彩色显示板包括多个排列在一矩阵中的多个显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括3×N(N表示一自然数)个三原色子像素。将所述显示板进一步构造成当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝3×N∶1成立。
根据本发明第八方面的彩色显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括3×N(N表示一自然数)个三原色子像素，将所述显示板进一步构造成当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝N∶3成立。
上述显示板可安装在图像显示设备之内并且当一个方向与三维图像/二维图像显示设备的双面透镜的隆起凸出部的纵向或者与视差隔板的狭缝开口的纵向平行时，造成了显示板要采用正方形形状并且所显示的图像的能见度提高了。
根据本发明第九方面的图像显示方法的特征在于，在显示三维图像时，N个视点的M×N(M表示一自然数并且N表示不小于2的一自然数)个子像素中的左眼和右眼的两个视点的至少M×2个子像素显示具有视差的图像并且双面透镜将两个视点的所述子像素所发射出的光线分别散发到所述视点，上述N个视点包含在其排列在一矩阵中的多个显示像素的每一个中以构成显示板；并且在显示二维图像时，左眼和右眼的两个视点的所述子像素显示不具有视差的图像，所述M×N个子像素包含在其形成于一正方形区域之内的每个所述显示像素中。
根据本发明第十方面的图像显示方法的特征在于，在显示三维图像时，N个视点的M×N(M表示一自然数并且N表示不小于2的一自然数)个子像素中的左眼和右眼的两个视点的至少M×2个子像素显示具有视差的图像并且视差隔板将两个视点的所述子像素所发射出的光线分别散发到所述视点，上述N个视点包含在其排列在一矩阵中的多个显示像素的每一个中以构成显示板；并且在显示二维图像时，左眼和右眼的两个视点的所述子像素显示不具有视差的图像，所述M×N个子像素包含在其形成于一正方形区域之内的每个所述显示像素中。
附图说明
图1给出了一光学模型示意图，该光学模型示出了其利用一视差隔板的三维图像显示方法；
图2给出了一双面透镜的透视图；
图3给出了一光学模型，该光学模型示出了其利用一双面透镜的三维显示方法；
图4给出了传统的三维图像显示设备中的子像素的俯视图；
图5给出了根据本发明第一实施例的图像显示设备的透视图；
图6给出了根据该实施例的便携式终端设备的透视图；
图7给出了根据该实施例的图像显示设备的子像素的俯视图；
图8给出了一光学模型，该光学模型示出了根据该实施例的图像显示设备是如何操作的；
图9给出了一光学模型，该光学模型示出了其利用典型的双面透镜的双眼型三维图像显示设备；
图10给出了一光学模型，该光学模型示出了在该实施例中是怎样执行模拟的；
图11给出了由该模拟所产生的曲线图，在该曲线图中横轴表示位于光接收表上的观察位置的坐标并且纵轴表示观察位置的亮度；
图12给出了由该模拟所产生的曲线图，在该曲线图中横轴表示位于光接收面上的观察位置的坐标，纵轴表示观察位置的亮度，并且假定双面透镜的焦距为1.88mm；
图13给出了根据本发明第二实施例的图像显示设备的透视图；
图14给出了排列该在显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图15给出了根据本发明第三实施例的图像显示设备的透视图；
图16给出了排列在该显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图17给出了根据本发明第四实施例的图像显示设备的透视图；
图18给出了排列该在显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图19给出了根据本发明第五实施例的图像显示设备的透视图；
图20给出了排列该在显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图21给出了根据本发明第六实施例的图像显示设备的透视图；
图22给出了排列在该显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图23给出了根据本发明第七实施例的图像显示设备的透视图；
图24给出了排列在该显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图25给出了根据本发明第八实施例的图像显示设备的透视图；
图26给出了排列在该显示设备上的子像素的间距的俯视图；
图27给出了一光学模型，该光学模型示出了根据实施例的图像显示设备是如何操作的。
具体实施方式
参考随后的附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。
(第一实施例)
图5给出了根据本发明第一实施例的图像显示设备的透视图，图6给出了根据该实施例的便携式终端的透视图，并且图7给出了根据该实施例的图像显示设备的子像素的俯视图。根据该实施例的图像显示设备是一三维图像/二维图像显示设备，该显示设备可显示图像以便可从即就是左眼视点和右眼视点这两个视点来独立的观看图像并且可显示三维图像和二维图像。如图5所示，根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备1(在下文还被简单的称为三维显示设备1)具有按照从观察者的位置所观看到的这些部件顺序而依次位于其上的一双面透镜3、一显示板2、以及一光源(未给出)。显示板2例如是透射的液晶显示板。显示板2是由若干个显示像素组成的，并且在这种情况下一个显示像素是由两个子像素41和42组成的。
此外，双面透镜3具有多个彼此并行排列的柱面透镜3a。在该实施例中，假定柱面透镜3a的纵向是垂直方向11并且假定柱面透镜3a沿着其而排列的方向是水平方向12。将构成了双面透镜3的多个柱面透镜当中的一个柱面透镜3a配置成与显示板2的各个子像素41、42相对应，并且根据它们相对于柱面透镜3a的位置关系，各个子像素41、42分别用作左眼的子像素41和右眼的子像素42。在各个子像素之间提供了遮光屏部分6。遮光屏部分6的用途是防止图像的颜色混合并且将一显示信号发送到一像素。
图7示出了在不对左眼的子像素41和右眼的子像素42进行彼此区分的情况下，如何设计排列的子像素的间距。也就是说，排列在双面透镜3纵向(垂直方向11)上的子像素的间距 a与排列在与双面透镜3的纵向相垂直方向(水平方向12)上的子像素的间距 b的比率为2∶1。
此外，如图6所示，根据该实施例的三维显示设备1安装在诸如移动电话9之内。
随后，将对如上述所构造的三维显示设备1以及即就是根据该实施例所构造的用于显示三维图像和二维图像的方法这样的该实施例的操作进行详细的描述。图8给出了一光学模型，该光学模型示出了根据该实施例的三维显示设备是如何操作的。如图8所示，当打开光源10时，从光源10所发射出的光进入显示板2。此时，控制设备(未给出)驱动显示板2，以通过左眼的子像素集合41和右眼的子像素集合42来分别显示左眼的图像和右眼的图像。此后，入射到显示板2中的左眼子像素41和右眼子像素42上的光透过这些子像素并传播到双面透镜3。此后，由双面透镜3来折射这些光并且从双面透镜出射，并且此后，分别传送到区域EL和ER。在这种情况下，当观察者移动他的/她的眼睛以使左眼61位于区域EL中并且右眼62位于区域ER中时，左眼的图像(在下文中也被成为左眼图像)进入到左眼61并且同时，右眼的图像(在下文中也被成为右眼图像)进入到右眼62。当左眼图像和右眼图像之间存在视差时，观察者可将那些图像识别为三维图像。当那些图像之间不存在视差时，观察者可将这些图像识别为二维图像。
在这种情况下，来自左眼子像素41的光穿过与左眼子像素41相对应的一个柱面透镜3a并且从透镜3a出射，并且此后，传播到区域EL。因此，位于区域EL中的左眼61不能确定左眼子像素41的间距 b，但是可将柱面透镜3a的间距L确定为所要显示的图像的宽度，该宽度与一个像素相对应并且与水平方向12平行。因为将柱面透镜配置成与如上所述的左眼子像素41以及右眼子像素42相对应，因此柱面透镜的排列间距L大约是子像素排列间距 b的两倍。也就是说，将在一个显示像素上所显示的与水平方向12相平行的图像宽度确定为(2× b)。虽然上述对左眼子像素以及左眼进行了详细的说明，但是该说明同样可用于右眼子像素以及右眼，因为如图8的光学模型的特征在于左右对称。
另一方面，因为所要显示的图像的垂直方向11对应于柱面透镜3a的纵向，因此不会产生柱面透镜的影响。因此，通常在利用一般二维显示设备的情况下，所要显示的与一个显示像素相对应的并且与垂直方向11相平行的图像宽度等于垂直方向11上的左眼子像素或者右眼子像素的排列间距。
为了使所要显示的图像的垂直分辨率和水平分辨率彼此相等，必须将构成所要显示图像的一个显示像素配置成垂直方向上11的宽度与水平方向12的宽度彼此相等。如上所述，垂直方向上的显示像素的宽度是 a并且其水平方向上的宽度是(2× b)，因此，当使这些宽度彼此相等时，所要显示的图像的垂直分辨率和水平分辨率则变得彼此相等。也就是说，生成了下列表达式9。下列表达式10是由下列表达式9生成的。这些表达式专指排列在双面透镜纵向(垂直方向11)上的子像素的间距与排列在与双面透镜的纵向相垂直方向(水平方向12)上的子像素的间距的比率未2∶1。
a＝2× b                          (表达式9)
a∶ b＝2∶1                       (表达式10)
如上所述，在该实施例中，一个显示像素具有位于其上的两个子像素，即左眼子像素41和右眼子像素42，因此，该实施例的显示设备可显示三维图像。此外，因为垂直方向11上的每个子像素宽度 a与水平方向12上的每个子像素宽度 b的比率是2∶1，因此造成了该显示像素要采用正方形形状。因此，在显示三维图像时，显示像素的形状变成了正方形。这可使所要显示的图像具有很高的能见度。
另外，尤其是当将显示字符信息显示为三维图像时，尤其增大了使用该实施例所产生的有益效果。其理由是当出现了图像的垂直或者水平分辨率降低时，出现了缺乏用于构成字符信息的垂直或者水平线并且观察者在确定字符信息时要面临极端的困难。因此，当所要显示的图像的垂直分辨率与水平分辨率相等时，最好是以三维的形式来显示该字符信息。
此外，为使根据该实施例的三维显示设备1可显示二维图像，将该显示设备配置成由左眼子像素和右眼子像素来显示相同信息。这可使由左右眼所识别的信息变得相同，因此在显示三维图像时所出现的视差信息则不会出现了，这可将所显示的图像确定为二维图像。在这种情况下，所显示的图像的分辨率与在显示三维图像时所达到的分辨率相同，并且造成了显示像素要采用正方形形状。如上所述，在该实施例中，可使在显示三维图像时和在显示二维图像时所达到的分辨率彼此相等，因此，即使当以混合方式来显示三维图像和二维图像时，观察者决不会感觉到不舒服，这可使在显示二维图像的任何位置上显示三维图像。也就是说，在三维显示设备的屏幕上可显示图像，以便当由像素显示三维图像时，分别由左眼子像素和右眼子像素来显示具有视差信息的左眼图像和右眼图像，并且当由像素显示二维图像时，由左眼子像素和右眼子像素分别显示具有相同信息，即就是具有无视差信息的左眼图像和右眼图像，从而可以混合的方式来将三维图像和二维图像显示在可显示图像的任何位置上。
此外，因为根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备采用双面透镜以作为显示三维图像的装置，因此它优于利用视差隔板的显示设备，因为不会产生由于视差隔板所造成的黑色边缘并且光损失很小。
根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备最好是应用于诸如移动电话这样的并且最好是可显示三维图像和二维图像的便携式设备中。当根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备应用于便携式设备时，观察者可选的可调整他的/她的双眼与显示屏幕之间的位置关系，然而当根据实施例的三维图像/二维图像显示设备应用于大型显示设备时则不可能执行该操作，因此，观察者立刻就可发现最佳的可见区。另外，根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备不但可应用于移动电话，并且可应用于诸如便携式终端、PDA、游戏机、数字摄象机、以及数字照相机这样的便携式终端设备。
应该理解的是最好是将双面透镜的焦距设置成不同于双面透镜与显示像素之间的距离。这可降低所要显示的图像的亮度变化，该变化是当观察者改变他的/她的观察位置时由用于分隔显示像素的遮光屏部分所造成的，并且另外这可使所显示图像的亮度变得均匀而无需考虑观察者的观察位置。
为了解释上述有益效果，首先说明怎样确定其上安装有典型的显示板以及双面透镜的双眼型三维图像显示设备每一部分的尺寸。图9给出了一光学模型，该光学模型示出了其利用典型的双面透镜的双眼型三维图像显示设备。如图9所示，将双眼型三维图像显示设备构造成双面透镜3的焦距与双面透镜3的顶点与显示板2的像素之间的距离相等。除了上面所描述的结构以外，该三维显示设备的结构类似于图8中所示的三维显示设备1的结构以及根据该实施例所构造的结构。
在图9所示的设备中，假定双面透镜3的顶点与显示板2的像素之间的距离是H，双面透镜3的折射率和焦距分别是n和f，并且构成双面透镜3的透镜的间距是L。将显示板2的显示像素构造成排列多个由左眼的一个子像素41和右眼的一个子像素42所构成的组。假定这些子像素的间距是P。因此，其每一个均包括左眼的一个子像素41和右眼的一个子像素42的显示像素的排列间距是2P。将一个柱面透镜3a配置成与由即就是左眼的一个子像素41和右眼的一个子像素42这样两个子像素所组成的显示像素相对应。
另外，假定双面透镜3与观察者之间的距离是最佳的观察距离OD，并且下述宽度是e，即一个子像素以放大的形式投射到与双面透镜3相距该距离OD的一平面上的宽度，也就是，每个左眼子像素41和右眼子像素42以放大的形式投射到与透镜相距该距离OD并且与透镜相平行的一虚平面上的宽度。此外，假定在水平方向12上位于双面透镜中心部上的柱面透镜3a的中心与位于双面透镜3端部上的柱面透镜3a的中心之间的距离是WL，并且假定在水平方向12上由位于显示板2中心部上的两个子像素即左眼子像素41和右眼子像素42所组成的显示像素的中心与位于显示板2端部上的显示像素的中心之间的距离是WP。此外，假定入射到位于双面透镜3中心部上的柱面透镜3a上的光的入射角以及从柱面透镜3a出射的光的出射角分别是α和β，并且假定入射到位于水平方向12的双面透镜3端部上的凸面部分(柱面透镜)3a上的光的入射角以及从相同凸面部分3a出射的光的出射角分别是γ和δ。并且此外，假定距离WL与距离WP之间的差值是C，并且包含在其覆盖了距离WP的一区域内的子像素数目是2m。
因为柱面透镜3a的排列间距L和子像素的排列间距P彼此相关，因此确定两个间距中的一个即可确定两个间距中的另一个。然而，在很多情况下，将双面透镜设计成可装配显示板，并且因此将子像素的排列间距P处理为常数。另外，选择双面透镜3的材料可确定折射率n。考虑到按照上述所确定的折射率，可确定透镜与观察者之间的观察距离OD以及下述宽度e以使其具有一理想值，其中该宽度e指一个子像素以放大的形式投射到与双面透镜3相距距离OD的一平面上的宽度。通过使用这些值，可确定透镜的顶点与显示像素之间的距离H以及透镜的间距L。由上述假定所产生的Snell定律以及几何关系可生成下列表达式11至16。另外，可生成下列表达式17至19。
n×sinα＝sinβ                                                                (表达式11)
OD×tanβ＝e                                  (表达式12)
H×tanα＝P                                   (表达式13)
n×sinγ＝sinδ                                                                (表达式14)
H×tanγ＝C                                   (表达式15)
OD×tanδ＝WL                                (表达式16)
WP-WL＝C                                    (表达式17)
WP＝2×m×P                                  (表达式18)
WL＝m×L                                     (表达式19)
上述表达式11至13可分别生成了下述表达式20至22。
β＝arctan(e/OD)                              (表达式20)
α＝arcsin((l/n)×sinβ)                      (表达式21)
H＝P/tanα                                                                          (表达式22)
另外，上述表达式16至19可生成表达式23。此外，上述表达式18和19可生成表达式24。另外，上述表达式15可生成下列表达式25。
δ＝arctan(mL/OD)                         (表达式23)
C＝2×m×P-m×L                           (表达式24)
γ＝arctan(C/H)                           (表达式25)
值得注意的是如上所述，双面透镜的顶点与显示像素之间的距离H通常与双面透镜的焦距f相等，并且因此，生成了下列表达式26，并且另外，当假定透镜的曲率半径是r，那么由下列表达式27来确定曲率半径r。
f＝H                                      (表达式26)
r＝H×(n-1)/n                             (表达式27)
如图9所示，假定来自右眼所有子像素42的光所到达的区域是右眼区域71并且来自左眼所有子像素41的光所到达的区域是左眼区域72。当观察者移动他的/她的眼以便右眼62位于右眼区域71中并且左眼61位于左眼区域72中时，他/她可识别三维图像。值得注意的是因为观察者的两眼间隔是常数，因此观察者不必移动他的/她的眼睛以便右眼62和左眼61分别位于右眼区域71和左眼区域72之内的任何位置上，并且双眼位于其可使两眼间隔为一常数的特定区域上。也就是说，只有当右眼62与左眼61之间的中点位于三维可见范围7之内时，可实现双目观察。其距离显示板6的距离变为最佳观察距离OD的位置可使三维可见范围7之内的沿着水平方向12的长度变得最大并且从而使观察者在水平方向12上的位移幅度变得最大。这意味着其距离显示板6的距离变为最佳观察距离OD的位置是最理想的观察位置。
此外，假定其位于三维可见范围7之内的并且与显示板6相距最远的一点与显示板6之间的距离是最大观察距离D。为了计算最大观察距离D，如图9所示，可确定如下述所限定的点与显示板2之间的距离，该点被限定为在该图中可确定从位于显示板2右端部分的右眼子像素42的左端所发射出的光线25并且此后可确定在图中的左边方向上其位于光线25上的与光学系统中心线26相距(e/2)的一点。图9所示的几何关系可生成下列表达式28，依次由下列表达式29可确定最大观察距离D。
WL∶OD＝(WL+e/2)∶D                       (表达式28)
D＝OD×(WL+e/2)/WL                        (表达式29)
根据上述的几何设计，可由计算机通过使用在市场上可买到的光线追踪模拟器来模拟该三维图像显示设备。图10给出了一光学模型，该光学模型示出了在该实施例中怎样执行模拟。如图5和图6所示，在该模拟过程中，假定显示板2具有位于其上的子像素，该子像素具有0.24mm的间距P。此外，为便于模拟，假定显示板2仅具有一组位于显示板2中心部上的左眼子像素41和右眼子像素42。将每个子像素构造成发光区(未给出)位于子像素的中心上并且不发光区位于发光区的两侧。不发光区与所放置的遮光屏部分相对应，该遮光屏部分用于防止图像的混色并且将显示信号发送到一像素上。一个子像素的宽度是0.24mm，该宽度与子像素的排列间距P相等，并且假定发光区的宽度是0.186mm。因此，一个不发光区的宽度是0.027mm，这是由表达式(0.240-0.186)/2＝0.027mm所确定的。
另外，假定构成双面透镜3的材料是其折射率n为1.49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)并且透镜与观察者之间的观察距离OD是280mm。也就是说，光接收面18与双面透镜3的表面相距280mm的距离。此后，假定一个子像素以放大的形式投射到光接收面18上的宽度e(参考图9)是65mm并且上述m的值是60。这可根据上述各个表达式得出下述结论：透镜表面与显示像素之间的距离H是1.57mm、透镜的焦距f是1.57mm、透镜的间距L是0.4782mm、并且透镜的曲率半径r是0.5161mm。
图11给出了由该模拟所产生的一曲线图，在该曲线图中横轴表示位于光接收面上的观察位置的坐标并且纵轴表示观察位置的亮度。值得注意的是可参考图9所示的光学系统中心线26来确定观察位置的坐标。如图11所示，当观察位置的坐标在-60mm至0mm范围之内时，亮度变高了并且整体来看亮度值很均匀。也就是说，当右眼位于在-60mm至0mm范围内时，足够数量的光源进入右眼。此外，当观察位置的坐标在0mm至+60mm范围之内时，亮度变高了并且整体来看亮度值很均匀。也就是说，当左眼在0mm至+60mm范围内时，足够数量的光源进入左眼。这意味着当三维图像显示设备实际上进行操作以便由左眼子像素显示左眼图像并且由右眼子像素来显示右眼图像时，左眼图像进入到左眼并且右眼图像进入到右眼，并且在这种情况下，可足以确保这两个图像的分离，从而可使观察者清楚的识别出三维图像。
另一方面，与坐标0mm和±60mm相对应的观察位置周围的亮度降低了。为此，位于该观察位置上的观察者不能对图像进行识别。这是由于遮光屏部分的影响所造成的。在该实施例中，尤其是在显示三维图像时，观察者搜索观察位置以发现适合于观看三维图像的观察位置并且潜能的将他的/她的视点移动到三维可见范围。然而，在显示二维图像时，观察者通过他的/她的左右眼来观看相同的图像，并且因此观察者不能确定三维可见范围的位置。因此，观察者移动他的/她的眼睛到亮度已降低的观察位置上以观看二维图像的概率在显示二维图像时比在显示三维图像时更高，这使得观察者觉得所显示的二维图像的效果质量降低了。
考虑到上述问题，将根据该实施例的三维图像/二维图像显示设备配置成双面透镜的焦距不同于双面透镜的顶点与显示像素之间的距离。也就是说，代替上述表达式26，可使用下述表达式30或者表达式31。
f＞H                                    (表达式30)
f＜H                                    (表达式31)
因此，从双面透镜出射的光以传播方式而到达了观察者。其结果是，可降低遮光屏部分的影响。图12给出了由于该模拟所产生的一曲线图，在该曲线图中横轴表示位于光接收面上的观察位置的坐标，纵轴表示观察位置的亮度，并且假定双面透镜的焦距是1.88mm。如图12所示，应该理解的是使双面透镜的焦距f不同于双面透镜的顶点与显示像素之间的距离H降低了与坐标0mm和±60mm相对应的观察位置上的亮度降低程度。这可使观察者不从亮度降低的区域来观看二维图像，从而可提高所显示的二维图像的质量。
当显示三维图像时也可获得上述有益效果。然而，在显示三维图像时，左眼图像和右眼图像彼此不同，并且因此可增加出现串扰的概率，该串扰是在由左眼观看到右眼图像这样的情况下所定义的。相反，在显示二维图像时，左眼图像和右眼图像是相同的，并且因此决不会出现串扰。
值得注意的是虽然在上述说明中改变了焦距，但是，也可保持该焦距不变并且改变双面透镜的顶点与显示像素之间的距离以便产生与上述有益效果相类似的有益效果。
此外，虽然该实施例使用透射的液晶显示板作为显示板，但是本发明并不局限于该实施例，而是可使用反射的液晶显示板或者具有每一个像素所提供的一透射区和一反射区的半透射液晶显示板。另外，用于驱动液晶显示板的方法可以是诸如TFT(薄膜晶体管)方法和TFD(薄膜二极管)方法这样的有源矩阵方法，或者可以是诸如STN(超扭曲式向列型液晶)方法这样的无源矩阵方法。另外，该发明可采用除液晶显示板以外的诸如有机场致发光显示板、等离子体显示板、CRT(阴极射线管)显示板、LED(发光二极管)显示板、场致发射显示板、或者PALC(等离子液晶)板这样的显示板。
此外，虽然已经通过将其应用到从两个视点来观看图像这样的情况下的一个例子来对本实施例进行说明，并且因此一个显示像素是由两个子像素组成的，但是本发明同样可应用到从N(N是大于2的整数)个视点来观看图像这样的情况下。
然而此外，虽然该实施例采用一双面透镜，但是该实施例可也采用蝇眼透镜以代替双面透镜。并且此外，可将该实施例配置成以分时法来显示彩色图像。
(第二实施例)
随后，下面对本发明的第二实施例进行详细的说明。图13给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图14给出了排列在显示板上的子像素的间距的俯视图。如图9和图10所示，该实施例与上述第一实施例的不同之处在于显示板2具有诸如滤色器这样的彩色显示装置，并且其结果是一个显示像素由从两个视点所观看的六原色子像素组成。另外，双面透镜3的三柱面透镜3a与一个显示像素相对应，左眼的红色子像素411和右眼的绿色子像素422这样一组与一个柱面透镜3a相对应，左眼的蓝色子像素413和右眼的红色子像素421这样一组与另一个柱面透镜3a相对应，并且左眼的绿色子像素412和右眼的蓝色子像素423与又一个柱面透镜3a相对应。也就是说，一个显示像素具有沿着水平方向12而一个接一个依次排列成一行的左眼的红色子像素411、右眼的绿色子像素422、左眼的蓝色子像素413、右眼的红色子像素421、左眼的绿色子像素412、以及右眼的蓝色子像素423。此外，排列在双面透镜3纵向(垂直方向11)上的子像素的间距 a和排列在与双面透镜3的纵向相垂直方向(水平方向)上的子像素的间距 b满足下列表达式32。
a∶ b＝3×N∶1                              (表达式32)
将根据该实施例的三维显示设备配置成可从两个视点来观看所显示的图像，也就是说，表达式32中的N是2，并且因此由上述表达式32生成了 a∶ b＝6∶1。另外，如图13所示，六个子像素沿着那些子像素的较短侧而排成一行以形式一个显示像素，并且因此造成显示像素要采用正方形形状。除上述结构以外，本实施例的结构和操作与第一实施例的结构和操作相类似。
根据该实施例，可显示彩色图像。除上述有益效果以外，该实施例的有益效果与上述第一实施例的有益效果相类似。也就是说，可实现这样一个彩色三维图像/二维图像显示设备，即该显示设备可显示三维图像而不会降低分辨率，同时可显示具有相同分辨率的二维图像和三维图像，并且可以混合的方式将三维图像和二维图像显示在可显示图像的任何位置上。
值得注意的是该实施例的三维显示设备所采用的颜色配置仅仅是一个例子并且该发明并不局限于在上述颜色配置中所观察到的顺序。此外，虽然在该实施例中给出了可从两个视点进行观看的三维显示设备，但是该发明并不局限于这种结构，而是可应用到可从N(不小于3的整数)个视点进行观看的显示设备中。
(第三实施例)
随后，下面对本发明的第三实施例进行详细的说明。图15给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图16给出了排列在显示板上的子像素的间距的俯视图。如图11和图12所示，该实施例与上述第二实施例的不同之处在于子像素在显示像素内的排列方式不同。其结果是，将该实施例配置成双面透镜3的一个柱面透镜3a与一个显示像素相对应并且每个均由诸如滤色器这样的彩色显示装置所组成的相同色区连续排列的方向与双面透镜的纵向相垂直，即就是水平方向12。
也就是说，该实施例的三维显示设备1具有位于其上的一个显示像素以便左眼的红色子像素411、左眼的绿色子像素412、以及左眼的蓝色子像素413沿着垂直方向11而依次排成一行，并且另外，右眼的红色子像素421、右眼的绿色子像素422、以及右眼的蓝色子像素423沿着垂直方向11而依次排成一行。另外，左眼的红色子像素411和右眼的红色子像素421沿着水平方向12而依次排成一行，左眼的绿色子像素412和右眼的绿色子像素422水平方向12而依次排成一行，并且左眼的蓝色子像素413和右眼的蓝色子像素423沿着横向12而依次排成一行。此外，排列在双面透镜纵向(垂直方向11)上的子像素的间距 a和排列在与双面透镜的纵向相垂直方向(水平方向12)上的子像素的间距 b满足下列表达式33。
a∶ b＝N∶3                               (表达式33)
根据该实施例的三维显示设备可使从两个视点进行观看，即就是，对应于N＝2这样一种情况，并且因此由上述表达式33而生成了 a∶ b＝2∶3。另外，如图15所示，六个子像素排列在两列三行的一矩阵中以形成一个显示像素并且因此造成了该显示像素要采用正方形形状。除上述结构与操作以外，该实施例的结构和操作与第一实施例的结构和操作相似。
根据上述第二实施例，一个显示像素具有(3×N)个子像素，这些子像素排列在与双面透镜的纵向相垂直的方向(水平方向12)上。然而在该实施例中，三个子像素排列在双面透镜的纵向上并且N个子像素排列在与纵向相垂直的方向上，这可使子像素以分布式方式排列在位于显示板之内的垂直方向11和水平方向12上。其结果是，降低了将子像素并入到显示板之内的水平方向12上的该子像素的数量程度，这有利于便于制造显示设备。
值得注意的是该实施例中所采用的颜色配置仅仅是一个例子并且该发明并不局限于在上述颜色配置中所观察到的顺序。此外，虽然在该实施例中给出了可从两个视点进行观看的三维显示设备，但是该发明并不局限于这种结构，而是可应用到可从N(不小于3的整数)个视点进行观看的显示设备中。
(第四实施例)
随后，下面对本发明的第四实施例进行详细的说明。图17给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图18给出了排列在显示设备上的子像素的间距的俯视图。如图13和图14所示，该实施例与上述第三实施例的不同之处在于原色子像素在显示像素内的排列方式不同。如图16所示，虽然上述第三实施例具有在水平方向12上排成一行的相同颜色的子像素，但是如图13和14示例性的所示，左眼的红色子像素411和右眼的蓝色子像素423在水平方向12上排成一行，左眼的绿色子像素412和右眼的红色子像素421在水平方向12上排成一行，并且左眼的蓝色子像素413和右眼的绿色子像素422在水平方向12上排成一行。也就是说，与各个颜色相对应的子像素排列成一马赛克图案。另外，相对于双面透镜3的柱面透镜3a的中心轴而言，子像素之间的位置关系是相同的，并且三个子像素彼此邻近的排列以形成一组具有原色红色、蓝色、和绿色的原色子像素。
该实施例和上述第三实施例彼此不同之处在于第三实施例的原色子像素排列成色条图案，而该实施例的原色子像素排列成马赛克图案，这使得该实施例的显示设备适于显示自然景色的图像等等。除上述结构、操作、以及有益效果之外，该实施例结构、操作、以及有益效果与上述第三实施例相类似。
值得注意的是该实施例中所采用的颜色配置仅仅是一个例子并且该发明并不局限于在上述颜色配置中所观察到的顺序。此外，虽然在该实施例中给出了可从两个视点进行观看的三维显示设备，但是该发明并不局限于这种结构，而是可应用到可从N(不小于3的整数)个视点进行观看的显示设备中。
(第五实施例)
随后，下面对本发明的第五实施例进行详细的说明。图19给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图20给出了排列在显示设备上的子像素的间距的俯视图。该实施例与上述第一实施例的不同之处在于在该实施例中，排列在双面透镜纵向(垂直方向11)上的子像素的间距 a和排列在与双面透镜的纵向相垂直方向(水平方向12)上的子像素的间距 b不满足上述表达式10，但是满足下列表达式34。值得注意的是双面透镜的间距L和子像素的间距P具有由上述表达式11至19所确定的值。除上述结构和操作以外，该实施例的结构和操作与上述第一实施例的结构和操作相类似。
a∶ b＝L∶P                                (表达式34)
如图15和16所示，因为观察者通过双面透镜3来观看子像素，因此出现了双面透镜3将子像素在水平方向12上的长度放大为(L/P)× b。另一方面，子像素在垂直方向11上所呈现出的长度保持不变并且等于 a。在该实施例中，所排列的子像素的间距满足上述表达式34并且因此子像素在纵向11上所呈现出的长度变得与子像素在水平方向12上所呈现出的长度(L/P)× b相等。其结果是，当观察者通过双面透镜3来观看显示板2时，使得显示像素呈现为完全的正方形。这另外提高了所显示图像的能见度并且尤其且显著的提高了所显示字符的能见度。除上述有益效果以外，该实施例的有益效果与第一实施例的有益效果相类似。
(第六实施例)
随后，下面对本发明的第六实施例进行详细的说明。图21给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图22给出了排列在显示设备上的子像素的间距的俯视图。该实施例与上述第二实施例的不同之处在于在该实施例中，排列在双面透镜纵向(垂直方向11)上的子像素的间距 a和排列在与双面透镜的纵向相垂直方向(水平方向12)上的子像素的间距 b不满足上述表达式32，但是满足下列表达式35。除上述结构以外，该实施例的结构与上述第二实施例的结构相类似。
a∶ b＝3×L∶P                      (表达式35)
如图17和18所示，因为观察者通过双面透镜3来观看子像素，因此出现了双面透镜3将水平方向12上的子像素长度放大为(L/P)× b。另外，一个显示像素具有其排列在水平方向12上的三个颜色的子像素，因此水平方向12上的显示像素所呈现出的长度等于3×(L/P)×b。另一方面，子像素在垂直方向11上所呈现出的长度保持不变，也就是说等于 a，并且因为一个显示像素具有沿着垂直方向11而排列的一个子像素，因此该子像素在垂直方向11上所呈现出的长度也等于 a。在该实施例中，因为所排列的子像素的间距满足上述表达式35，因此显示像素在垂直方向11上所呈现出的长度变得与显示像素在水平方向12上所呈现出的长度3×(L/P)× b相等。其结果是，当子像素如图17、18所示排列并且观察者通过双面透镜3来观看显示板2时，使得显示像素呈现为完全的正方形。这进一步提高的所显示图像的能见度，并且尤其是显著的提高所显示字符的能见度。除上述有益效果以外，该实施例的有益效果与第二实施例的有益效果相类似。
(第七实施例)
随后，下面对本发明的第七实施例进行详细的说明。图23给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图并且图24给出了排列在显示设备上的子像素的间距的俯视图。该实施例与上述第三实施例的不同之处在于在该实施例中，排列在双面透镜纵向上的子像素的间距 a和排列在与双面透镜的纵向相垂直方向上的子像素的间距 b不满足上述表达式33，但是满足下列表达式36。值得注意的是双面透镜的柱面透镜的间距L和子像素的间距P具有由上述表达式11至19所确定的值。除上述结构和操作以外，该实施例的结构和操作与上述第三实施例的结构和操作相类似。
a∶ b＝L/3∶P                              (表达式36)
如图19和20所示，因为观察者通过双面透镜3来观看子像素，因此出现了双面透镜3将水平方向12上的子像素长度放大为(L/P)× b。另外，一个显示像素具有其排列在水平方向12上的两个子像素，因此显示像素在水平方向12上所呈现出的长度等于(L/P)× b。另一方面，子像素在垂直方向11上所呈现出的长度保持不变，也就是说等于a，并且因为一个显示像素具有沿着垂直方向11而排列的三个颜色的三个子像素，因此该显示像素在垂直方向11上所呈现出的长度等于3× a。在该实施例中，因为所排列的子像素的间距满足上述表达式36，因此显示像素在垂直方向11上所呈现出的长度变得与显示像素在水平方向12上所呈现出的长度(L/P)× b相等。其结果是，当子像素如图19、20所示排列并且观察者通过双面透镜3来观看显示板2时，使得显示像素呈现为完全的正方形。另外这可提高所显示图像的能见度，并且尤其是可显著的提高所显示字符的能见度。除上述有益效果以外，该实施例的有益效果与第三实施例的有益效果相类似。
值得注意的是该实施例中所采用的颜色配置仅仅是一个例子并且该发明并不局限于在上述颜色配置中所观察到的顺序。此外，虽然在该实施例中给出了可从两个视点进行观看的三维显示设备，但是该发明并不局限于这种结构，而是可应用到可从N(不小于3的整数)个视点进行观看的显示设备中。
(第八实施例)
随后，下面对本发明的第八实施例进行详细的说明。图25给出了根据该实施例的图像显示设备的透视图。另外，其示出了排列在显示设备上的子像素的间距的俯视图与图7所示的俯视图相同。如图25所示，该实施例与上述第一实施例的不同之处在于提供了视差隔板8以代替双面透镜。除上述结构之外，该实施例的结构与上述第一实施例的结构相似。
此后，参考图21和图4对该实施例的三维显示设备如何操作进行详细的说明。如图25所示，光源(未给出)发射出光，并且光进入显示板2。此时，在显示板2中，由左眼的子像素41集合来显示左眼图像且由右眼的子像素42集合来显示右眼图像。此后，入射到左眼子像素41和右眼子像素42这两个位于显示板2上的子像素中的光通过那些子像素并且传播到视差隔板8。此后，光透过视差隔板8的狭缝8a并且从该狭缝出射，并且此后，分别传播到区域EL和ER(参看图8)。在这种情况下，当观察者移动他的/她的眼睛以便左眼61位于区域EL并且右眼62位于区域ER时，左边图像进入到左眼61并且同时，右眼图像进入到右眼62。当左眼图像与右眼图像之间存在视差时，观察者可将这些图像识别为三维图像。当这些图像之间不存在视差时，观察者可将该图像识别为二维图像。
因为该实施例采用视差隔板8，因此该实施例优于其采用双面透镜的例子在于，决不会出现所显示图像的质量降低，图像质量的降低是由于透镜的图形(pattern)所造成的。除上述有益效果之外，该实施例的有益效果与上述第一实施例的有益效果相似。值得注意的是上述第二至第七实施例也可采用视差隔板以代替双面透镜。
在对上述第一至第八实施例的描述中，已根据这样一个三维图像/二维图像显示设备对图像显示设备进行了详细的说明，该三维图像/二维图像显示设备允许从即就是左眼视点和右眼视点这两个视点进行观看并且可显示三维图像和二维图像。然而，根据该发明的图像显示设备并不局限于上述结构，而是可以是其允许从三个或更多视点来进行观看并且允许观察者从各个视点通过他的/她的双眼来观看图像的图像显示设备。因此，当一个图像显示设备显示彼此不同的图像以便从彼此不同的视点来观看图像并且多个观察者从彼此不同的角度来观看图像显示设备时，多个观察者可观看彼此不同的图像。此外，当一个图像显示设备显示彼此不同的图像以便从彼此不同的视点来观看图像并且观察者可改变他的/她的视角时，观察者通过在多个图像的视点之间进行转换而可观看到多个图像。在对本第九实施例的下述描述中，说明了这样的一个图像显示设备。
(第九实施例)
随后，下面对发明的第九实施例进行详细的说明。图26个给出了根据该实施例的便携式终端设备的透视图并且图27给出了一光学模型，该光学模型示出了根据该实施例图像显示设备是如何操作的。如图26所示，在该实施例中，图像显示设备安装在诸如便携式终端设备这样的移动电话9之内。此外，该实施例与上述第一实施例的不同之处在于构成双面透镜3的柱面透镜3a的排列方向是垂直方向11，即所显示图像的垂直方向，并且柱面透镜3a的垂直方向是水平方向12，即所显示图像的水平方向。另外，如图27所示，第一视点的子像素43和第二视点的子像素44在显示板2的一个显示像素之内的排列方向是柱面透镜3a所排列的垂直方向11。值得注意的是在图26中，为了简化说明，仅仅给出了四个柱面透镜3a，然而实际上，所提供的柱面透镜3a与排列在垂直方向11上的显示像素的数目相对应。除上述结构之外，该实施例的结构与上述第一实施例的结构相似。
此后，对该实施例的图像显示设备如何操作进行说明。如图27所示，光源10发射出光并且光进入显示板2。在这种情况下，在显示板2中，首先由第一视点的子像素43来显示一图像并且由第二视点的子像素44来显示一图像。然后，进入到第一视点的子像素43和第二视点的子像素44这两个位于显示板2上的子像素上的光透过那些子像素并且传播到双面透镜3。此后，由双面透镜3的柱面透镜3a对那些光进行折射并且从柱面透镜3a出射，并且此后，分别传播传播到区域E1和E2。区域E1和E2沿着垂直方向11而排列。在这种情况下，当观察者移动他的/她的双眼以便双眼位于区域E1中时，观察者可观看第一视点的图像，并且当观察者移动他的/她的眼睛以便双眼位于区域E2中时，观察者可观看第二视点的图像。
在该实施例中，仅改变移动电话9的角度就可使观察者使他的/她的双眼位于区域E1或者E2中，并且从而有利于观察者观看第一视点的图像或者第二视点的图像。尤其是，当第一视点的图像和第二视点的图像彼此相关时，观察者仅仅通过改变视角就可观看各个图像并且因此移动电话变得非常方便用户。值得注意的是当从多个视点所观看的多个图像以分布式方式而排列在水平方向上并且观察者位于这样一个位置，即观察者从该位置可通过他的/她的左眼和右眼来观看要从不同视点所观看的图像时，观察者胡涂了并且不能识别从各个视点所观看的图像。相反，如对该实施例的描述所示，当从多个视点所观看的多个图像以分布式方式排列在垂直方向上时，观察者必定可通过他的/她的双眼来观看要从各个视点所观看的图像，这使得观察者很容易的识别那些图像。除上述有益效果之外，该实施例的有益效果与上述第一实施例的有益效果相似。值得注意的是该实施例的结构还可应用到上述第二至第八实施例中。

Claims (28)

1.一种图像显示设备，包括：
一显示板，可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括其排列在一矩阵中的多个显示像素，每个显示像素具有M×N个子像素(M和N均表示自然数)，所述M×N个子像素包含在形成于一正方形区域之内的每一个所述显示像素中；以及
一双面透镜，该双面透镜将来自所述子像素的光线分别散发到所述视点。
2.根据权利要求1的图像显示设备，其中上述显示板是一单色显示板且M表示1，并且其中当假定沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝N∶1成立。
3.根据权利要求1的图像显示设备，其中所述显示板是包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且其中当假定沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a并且排列在与所述双面透镜的纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝3×N∶1成立。
4.根据权利要求1的图像显示设备，其中所述显示板是包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且其中当假定沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a并且排列在与所述双面透镜的纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝N∶3成立。
5.一种图像显示设备，包括：
一显示板，可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括N个(N表示自然数)子像素；以及
一双面透镜，
将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式：
a∶ b＝L∶P。
6.一种图像显示设备，包括：
一显示板，可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括3×N个(N表示自然数)原色子像素；以及
一双面透镜，
将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式：
a∶ b＝3×L∶P。
7.一种图像显示设备，包括：
一显示板，可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个显示像素，每个显示像素包括3×N个(N表示自然数)原色子像素；以及
一双面透镜，
将所述图像显示设备进一步构造成当假定所述双面透镜中的透镜阵列的间距是L、所述显示像素的所述子像素的间距是P、沿着所述双面透镜的隆起凸出部而排列在纵向上的所述子像素的间距是 a、并且排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足下列表达式：
a∶ b＝L/3∶P。
8.根据权利要求4或7的图像显示设备，其中相同颜色的上述原色子像素排列在与所述双面透镜的所述纵向相垂直的方向上。
9.根据权利要求4或7的图像显示设备，其中相对于双面透镜的中心轴而言具有相同位置关系的且彼此邻近的一组三个子像素构成了具有原色红色、蓝色、以及绿色的原色子像素。
10.根据权利要求1至9中任一个权利要求的图像显示设备，其中所述双面透镜的焦距和所述透镜顶点与所述像素之间的距离彼此不同。
11.根据权利要求1至10中任一个权利要求的图像显示设备，其中沿着所述双面透镜的隆起凸出部的所述纵向是要显示的图像的水平方向。
12.一种图像显示设备，包括：
一显示板，可从N个视点来观看该显示板并且该显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，每个显示像素具有M×N个(N和N均表示自然数)子像素，所述M×N个子像素包含在形成于一正方形区域之内的每一个所述显示像素中；以及
一视差隔板，该视差隔板将来自所述子像素的光线分别散发到所述视点。
13.根据权利要求12的图像显示设备，其中所述显示板是一单色显示板且M表示1，并且其中当假定排列在所述视差隔板的狭缝开口的纵向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述狭缝开口的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足表达式 a∶ b＝N∶1。
14.根据权利要求12的图像显示设备，其中所述显示板是包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且其中当假定排列在所述视差隔板的狭缝开口的纵向上的子像素的间距是 a且排列在与所述狭缝开口的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足表达式 a∶ b＝3×N∶1。
15.根据权利要求12的图像显示设备，其中所述显示板是包括有三原色的子像素的一彩色显示板且M表示3，并且其中当假定排列在所述视差隔板的狭缝开口的纵向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述狭缝开口的所述纵向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，所述间距满足表达式 a∶ b＝N∶3。
16.根据权利要求15的图像显示设备，其中具有相同颜色的原色子像素排列在与所述狭缝开口的所述纵向相垂直的方向上。
17.根据权利要求15的图像显示设备，其中相对于狭缝开口的中心线而言具有相同位置关系的且彼此邻近的一组三个子像素构成了具有原色红色、蓝色、以及绿色的原色子像素。
18.根据权利要求12至17中任一个权利要求的图像显示设备，其中所述视差隔板的所述狭缝开口的所述纵向是要显示的图像的水平方向。
19.根据权利要求1至10和12至17中任一个权利要求的图像显示设备，其中将所述显示像素配置成从两个视点来观看所述显示像素并且所述显示像素包括一左眼子像素和一右眼子像素，其中分别由左眼子像素和右眼子像素来显示左眼图像和右眼图像，并且其中当显示三维图像时，由所述左眼子像素和所述右眼子像素来显示具有视差的图像，并且其中当显示二维图像时，由所述左眼子像素和所述右眼子像素来显示相同图像。
20.根据权利要求1至19中任一个权利要求的图像显示设备，其中所述显示板是一液晶显示板。
21.一种便携式终端设备，该设备包括权利要求1至20中任一个权利要求中所描述的所述图像显示设备。
22.根据权利要求21的便携式终端设备，其中所述便携式终端设备是移动电话、便携式终端、PDA、游戏机、数字摄象机、或者数字照相机。
23.一种显示板，该显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括N(N表示一自然数)个子像素，其中所述显示板是一单色显示板，并且当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a并且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝N∶1成立。
24.一种彩色显示板，该显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括3×N个(N表示一自然数)三原色子像素，将所述显示板进一步构造成当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝3×N∶1成立。
25.一种彩色显示板，该显示板包括多个排列在一矩阵中的显示像素，可从N个视点来观看每个显示像素并且每个显示像素包括3×N个(N表示一自然数)三原色子像素，将所述显示板进一步构造成当假定排列在一个方向上的所述子像素的间距是 a且排列在与所述一个方向相垂直方向上的所述子像素的间距是 b时，表达式 a∶ b＝N∶3成立。
26.根据权利要求23至25中任一个权利要求的显示板，其中所述显示板是一液晶显示板。
27.一种图像显示方法，在该方法中，
在显示三维图像时，N个视点的M×N(M表示一自然数并且N表示不小于2的一自然数)个子像素中的左眼和右眼的两个视点的至少M×2个子像素显示具有视差的图像并且双面透镜将从两个视点的所述子像素所发出的光线分别散发到所述视点，上述N个视点包含在排列在一矩阵中的多个显示像素的每一个中以构成显示板；并且
在显示二维图像时，左眼和右眼的两个视点的所述子像素显示不具有视差的图像，
所述M×N个子像素包含在形成于一正方形区域之内的每个所述显示像素中。
28.一种图像显示方法，在该方法中，
在显示三维图像时，N个视点的M×N(M表示一自然数并且N表示不小于2的一自然数)个子像素中的左眼和右眼的两个视点的至少M×2个子像素显示具有视差的图像并且视差隔板将从两个视点的所述子像素所发射出的光线分别散发到所述视点，上述N个视点包含在排列在一矩阵中的多个显示像素的每一个中以构成显示板；并且
在显示二维图像时，左眼和右眼的两个视点的所述子像素显示不具有视差的图像，
所述M×N个子像素包含在形成于一正方形区域之内的每个所述显示像素中。
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