CN1853421A - 图像显示设备 - Google Patents

Abstract

一种显示设备，包括：显示板(62)，具有用于显示图像的多个可独立寻址像素(64)，配置第一组所述像素(64a)，以提供第一偏振态(P)的出射光，并且配置第二组所述像素(64b)，以提供第二偏振态(S)的出射光；屏蔽层(68)，与显示板光学相关，从而部分地挡住所述出射光，该屏蔽层具有使第一或第二偏振态中一种偏振态的光通过的第一多个区域(72)，以及用于使第一和第二偏振态中另一种偏振态的光通过的第二多个区域(74)，和用于挡住所述出射光的第三多个区域(76)；并且其中该屏蔽层的第一区域(72)和第二区域(74)分别与第一组像素(64a)和第二组像素(64b)对准，从而提供所述显示板显示的图像的不同视图。

Description

图像显示设备

技术领域

本发明涉及图像显示设备，尤其涉及多视图显示设备，其中多个用户中的每个用户能够看到与一个或多个其它用户不同的图像。

背景技术

生成三维图像通常要求显示设备能够向该显示设备的用户的左眼和右眼提供不同的视图。利用特殊结构的眼镜，通过向用户的每只眼睛直接提供独立的图像就能够实现这种效果。在一个实例中，显示器按照时间编排方式提供交替的左、右视图，利用同步观察眼镜可以使这些视图进入观察者的相应眼睛。

与之形成对比的是，本发明涉及多种类型的显示设备，其中根据相对于单个显示板的视角能够观察到图像的不同视图。下文中，这些设备通常称作多视图显示设备。然而，应当理解这些种类的显示设备不限于三维显示设备，还包括显示多个图像、但不显示立体图像的设备。

本发明尤其涉及适于显示两个视图的多视图显示设备。这种设备称作双视图显示设备。

一种已知种类的3D显示设备是液晶显示器，其中实现了视差屏蔽(parallax barrier)方法。图1中表示了这种系统。

参照图1，视差屏蔽型显示设备100包括背板11，其提供了多个分立光源。如图所示，通过覆盖有不透明掩模或者屏蔽层13的面光源12(例如光致发光板)来构成该背板11，该不透明掩模或屏蔽层具有分布在表面上的多个狭缝14a到14d。因此，每个狭缝14用作线光源。

液晶显示板(LCD)15包括多个像素(例如图1中的标记1到10)，根据已知技术，利用电信号可以对这些像素进行独立寻址，以便改变其各自的透光特性。背板11靠近LCD板15放置，使得每个线光源14对应于像素组16。例如，表示为组16₁的像素1到5对应于狭缝14a，表示为组16₂的像素6到10对应于狭缝14b，等等。

像素组16的每个像素对应于图像的多个可能视图(V_-2、V_-1、V₀、V₁、V₂)中的一个视图V，因此能够通过对应于该视图的像素1到5中的一个来观察各自的线光源14a。每个组16中的像素数量确定了所显示的图像的视图数量，在所示配置中为五个。视图数量越多，3D效果越逼真，从而提供更倾斜的视角。

在本说明书中，正在显示的“图像”是指利用显示板中的所有像素生成的整个图像，该图像由利用特定视角确定的多个“视图”构成。

多视图显示设备的另一种用途是显示多个视图，其中每个视图可以彼此无关。每个视图对于与每个其它视图不同的用户而言可以是可见的。这种设备在汽车领域具有特定的用途，其中例如对于驾驶者和乘客而言，希望看到在同一屏幕上显示的不同信息。例如，驾驶者可能观察路线计划器，而乘客查看电子邮件或者观看DVD。

在这种多视图显示器中，应当将同时可见来自不止一个视图的信息的区域保持最小，该区域即为串扰区域。此外，观察区通常应当较大。

尤其是对于汽车用途而言，出于安全考虑，重要的是驾驶者不能看到呈现给乘客的信息。

在大多数目前已知的设备中，在分别用于驾驶者和乘客的观察区之间存在一个区域，其中用于两个观察者的信息是同时可见的。在该区域中存在串扰。对于汽车用途而言，这是不希望的，因为例如坐在后排车座中央的乘客正好坐在了该串扰区域中，并且观察到混乱的信息。

图2表示了一种已知的多视图显示设备。该显示设备20包括置于LCD显示器24前的透镜状屏幕22。这种设备还能够用于生成多视图3D显示，其中来自不同子像素的信息分别对准用户的左眼和右眼，从而生成自动立体画面。这种已知设备的缺点在于，利用目前可以获得的玻璃厚度为0.5或1.1mm的LCD屏幕，不可能生成大视角。尤其是对于双视图显示器而言，必须具有大视角和不同视图之间的小夹角。然而，玻璃厚度越大，视角越小。此外，存在仅具有串扰的大区域。

如图3所示，还已知利用前屏蔽生成两个或多个视图。该设备30包括LCD板32和前屏蔽34。该设备30还能够用于生成自动立体显示器。同样，这种设备的缺点在于小观察区域36、38和大量的串扰40。此外，这种设备发光效率较差，这是因为屏蔽遮挡了大量的光。

用于显示一个或多个三维立体图像的已知多视图显示设备显示了多个视图，每个视图具有相对较窄的视场。此外，相邻视图之间存在很小的间隔，或者不存在间隔。

发明内容

本发明的目的是提供一种多视图显示设备，其中每个视图具有相对较大的视场，并且在不同视图之间存在较少的串扰或者没有串扰。

根据本发明的第一方面，提供了一种显示设备，包括：

显示板，具有用于显示图像的多个可独立寻址像素，配置第一组所述像素，以提供第一偏振态的出射光，并且配置第二组所述像素，以提供第二偏振态的出射光；

屏蔽层，与显示板光学相关，从而部分地挡住所述出射光，该屏蔽层具有使第一或第二偏振态中一种偏振态的光通过的第一多个区域，以及用于使第一和第二偏振态中另一种偏振态的光通过的第二多个区域，和用于挡住所述出射光的第三多个区域；

该屏蔽层的第一和第二区域分别与第一和第二组像素对准，从而提供所述显示板显示的图像的不同视图。

利用本发明，提供了一种多视图显示设备，其中不同视图之间的夹角相对较大，相邻视图之间的夹角相对较小。

优选的是，每个不同视图的视角约为90°，然而本发明也可以提供更小的视角。

优选的是，相邻的不同视图之间的夹角约为10°，然而本发明也可以产生更小或更大的相邻视图夹角。

本发明尤其用于提供在汽车或其它车辆中使用的多视图显示设备。

当希望将根据本发明的显示设备用于汽车中时，该设备优选产生两个视图，并且该设备称作双视图显示设备。

在根据本发明的显示设备的一个实施例中，屏蔽层中的第一多个区域中的每个区域使第一偏振态的光通过，第二多个区域中的每个区域使第二偏振态的光通过。

然而，这种设备将造成相邻观察区之间的串扰，这种串扰会分散例如汽车中坐在驾驶者与前排乘客之间的、后排座椅上的乘客的注意力。

因此，优选的是，该屏蔽层中的第一多个区域中的每个区域使第二偏振态的光通过，并且第二多个区域中的每个区域使第一偏振态的光通过。

在该实施例中，在两个相邻视图之间存在少量串扰(如果存在的话)。在双视图设备中，串扰会完全或主要出现在每个观察区域远离其它观察区域的一侧。

有利的是，显示板中的每组像素包括多个间隔开的像素单元。优选的是，构成第一组的像素单元与构成第二组的像素单元交替。有利的是，每个像素单元包括多个像素。

如果根据本发明的显示设备将用作双视图设备，那么每个像素单元将包括两个像素。

在每个像素单元包括多个像素的设备中，该显示设备将产生多个视图。

权利要求2到14和18中描述了根据本发明第一方面的显示设备的优选和有利特征。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于显示图像的不同视图的方法，包括以下步骤：

由显示板中的多个可独立寻址像素形成图像，组合这些像素，从而将第一组像素配置为提供第一偏振态的出射光，并且将第二组像素配置为提供第二偏振态的出射光；

利用与显示板光学相关的屏蔽层部分地挡住出射光，该屏蔽层具有使第一和第二偏振态中一种偏振态的光通过的第一多个区域，以及用于使第一和第二偏振态中另一种偏振态的光通过的第二多个区域，和用于挡住所述出射光的第三多个区域；

该屏蔽设置为屏蔽层的第一和第二区域分别与第一和第二组像素对准。

权利要求16、17和19中描述了根据本发明第二方面的显示设备的优选和有利特征。

附图说明

现在，参照附图仅通过举例的方式进一步描述本发明，在附图中：

图1表示了使用视差屏蔽方法显示三维图像的LC设备现有设计的示意横截面图；

图2表示了使用透镜状屏幕显示三维图像的LC设备现有设计的示意横截面图；

图3是使用前屏蔽显示三维图像的LC设备第二现有设计的示意横截面图；

图4a图形表示了图1所示类型的设备在假想狭缝宽度为0时的不同视图位置。

图4b图形表示了每个视图的视场如何作为图1所示设备的屏蔽中狭缝的宽度(或透射率)的函数而变化；

图5示意表示了用于汽车用途的显示设备中希望的两个视图的位置；

图6表示了本发明第一实施例的示意横截面图，其表示了在观察区之间具有串扰区域的两个观察区域；

图7图形表示了图6所示的实施例中视角随着透射率如何变化；

图8表示了本发明的第二实施例，其中在两个观察区1和2之间存在较少的串扰或没有串扰；

图9表示了图8所示的实施例中的视角随着透射率如何变化；

图10是与图8所示的实施例相似的本发明第三实施例的示意横截面图，但是其中屏蔽的偏振垂直条纹已经略微向右移动；

图11a、b和c是表示适于构成根据本发明的显示设备的液晶显示板中的叠层的示意图。

具体实施方式

参照图4a和4b，图形表示了由图1所示的设备的像素产生的光信号。该光信号41-46是由像素41a-46a产生的。

在图4b中，以下的符号表示光信号41到46。注意，符号

不对应于光信号41-46中的任意一个。

构成LCD显示板15的像素约为300μm长，并且屏蔽13的黑矩阵宽度约为25μm。构成屏蔽13的玻璃厚度为700μm。不同观察区的位置表示为该设备透射率的函数(即屏蔽13中狭缝14的宽度)。特别是从图4b中可以看出，具有不存在串扰的小区域40和存在串扰的大区域47。没有串扰的区域40限定了观察区的宽度。可获得的最大观察区对应于前屏蔽的等于0的透射率，其中观察区40接近40度。特别是从图4b中可以看出，当透射率为25％时，观察区40已经减小到约10度，并且在从-10到+10度范围内的相邻视图之间存在串扰。

参照图5，表示了适用于汽车中的显示设备中希望的两个视图的位置。希望的是，对于双视图显示设备而言，其中没有信息的区域54将第一观察区50和第二观察区52彼此间隔开。在这种理想情况下，在观察区50和观察区52之间没有串扰。

现在参照图6，附图标记60总体上表示了根据本发明第一实施例的显示设备。该显示设备包括LCD板62，该板包括安装在第一玻璃衬底66上的二维像素矩阵64。第二玻璃衬底68安装在像素64上。在第二玻璃衬底68的外表面70上，沉积了条纹72、74，在本实例中为垂直条纹。条纹72具有第一偏振P，条纹74具有第二偏振S。在本实施例中，S和P是指具有正交偏振方向的线偏振光。然而，在另一实施例中，S和P可以分别指左、右旋圆偏振光。

像素64构成了像素单元65。在本实施例中，每个像素单元包括一对像素64。相邻的像素单元65具有不同的偏振。构成第一像素单元65的像素64a具有第一偏振，其与条纹72的偏振相同，构成第二像素单元65的像素64b具有与条纹74的偏振相同的偏振。不透明材料构成的条带或者点使像素64彼此间隔开，这些条带称作黑矩阵。

在条纹72、74之间的是黑矩阵76的条纹。

第一玻璃衬底的厚度由d表示，像素64之间的黑矩阵的宽度由b表示，偏振的宽度由w表示，像素的尺寸由p表示。对应于像素j的视图以下面的角度开始和结束：

${\mathrm{\α}}_j=\arctan (-\frac{w}{2}+\frac{b}{2}-\mathrm{jp})$

${\mathrm{\β}}_j=\arctan (\frac{w}{2}-\frac{b}{2}-(j-1)p)---\left(1\right)$

对于j-...，0，1，4，5，8，9，...

在从玻璃到空气的表面处，发生了折射。该折射产生了以下角度：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_j=\arcsin \left(\max (-1,\min \left(\mathrm{1,1.5}\sin \left({\mathrm{\α}}_j\right)\right))\right)$

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_j=\arcsin \left(\max (-1,\min \left(\mathrm{1,1.5}\sin \left({\mathrm{\β}}_j\right))\right)\right)---\left(2\right)$

其中将最小和最大表达式用于表示全内折射。(在图6中，未示出玻璃-空气表面上的折射)。

从图6中可以看出，本实施例产生了两个观察区200、210，这两个区被串扰区域220分开。

图7表示了作为S和P偏振垂直条纹宽度w的函数的角度

和 的曲线。

参照图7，符号“+”表示了像素1产生的光(图6)，符号“*”表示了像素0产生的光(图6)。

将串扰区域220表示为两个观察区之间的重叠区域。

观察区200、210是不存在串扰的区域。

图8表示了第二实施例，为了便于理解，相同的附图标记表示了相对应的部件。本实施例与图6所示的第一实施例相似，不同之处在于偏振的垂直条纹72、74在玻璃外表面上的位置。P和S偏振互换。如图8所示，这种结构产生了中间没有重叠的两个视图82、84。串扰区域86、88位于每个观察区82、84远离另一个观察区的一侧。

对于第二实施例，可以如下计算各个角度：

${\mathrm{\α}}_j=\arctan (-\frac{w}{2}+\frac{b}{2}-\mathrm{jp})$

${\mathrm{\β}}_j=\arctan (\frac{w}{2}-\frac{b}{2}-(j-1)p)---\left(3\right)$

对于j＝...，-2，-1，2，3，...

同样，在从玻璃到空气的表面上发生折射。这种折射产生了以下角度：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_j=\arcsin \left(\max (-1,\min \left(\mathrm{1,1.5}\sin \left({\mathrm{\α}}_j\right))\right)\right)$

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_j=\arcsin \left(\max (-1,\min \left(\mathrm{1,1.5}\sin \left({\mathrm{\β}}_j\right)\right))\right)---\left(4\right)$

其中将最小和最大表达式用于表示全内折射。(在图8中，未示出玻璃-空气表面上的折射)。

图9表示了作为S和P偏振垂直条纹宽度w的函数的角度

和 的曲线。

符号“x”表示了像素0产生的光(图8)，符号“*”表示了像素1产生的光(图8)。

将这两个实施例进行比较可以发现。第一实施例60在两个视图之间具有串扰，而第二实施例80仅在视图的外侧具有串扰。详细比较表明，对于0.5的透射率，这两个视图对于这两个实施例而言是相同的。

总之，如果不希望在两个视图之间存在任何串扰，如汽车用途中的情况，本发明的第二实施例是优选实施例。

在一些汽车用途中，将两个视图非对称地设置在显示屏幕上是有利的。例如，如果显示器距离驾驶者较近，或者如果朝驾驶者旋转该显示器，则视图不是对称分布的。这可以很容易地通过朝一个方向少量移动偏振垂直条纹72、74而实现，如图10所示，表示了显示设备1000形式的本发明的第三实施例。典型的是，使垂直条纹72、74移动了相邻像素间距的0到2倍。

可以看出，两个观察区1010和1020非对称设置，并且在每个视图的外侧出现串扰1030、1040。

通过在透射型LCD中应用盒内(in-cell)光学组件，能够制造图6、8和10所示的实施例。通过图案化(pattern)盒内偏振片或者盒内延迟片，能够获得两种不同的偏振态P和S，并且因此该偏振态为线偏振光或者圆偏振光。

图11a到11c表示了构成根据本发明第一方面的显示设备一部分的显示板的三种不同配置。

图11表示了根据本发明的适于使用左、右旋圆偏振光的显示器300的横截面图，其中延迟片被图案化。

上玻璃板310包含滤色片320、偏振片330和图案化的延迟片340。下玻璃板350包含TFT层365、图案化的延迟片360和外部偏振片380。两个玻璃板之间的液晶层370会改变通过它的光的偏振态。该液晶层的光学模式可以是ECB、TN、STN VAN或者IPS。

在玻璃板310、350之间的是偏振片400和带图案的延迟片390以及ITO层395。

将延迟片360和偏振片380组合，从而生成圆偏振光。这表示延迟片360是四分之一波片，延迟片360的光轴相对于偏振片380的透射轴的方向为45度。为了在相邻的像素对之间生成两种不同的偏振态，一对像素中的延迟片矢量相对于偏振片应为-45度，同时在另一对像素中，获得了右旋圆偏振光。上玻璃板上的盒内带图案的延迟片390相对于偏振片400的方向也是45度，使得根据液晶层来吸收或透射偏振光。

在LCD的上面，将带图案的延迟片340与偏振片330组合的一个附加层添加到LCD，以生成双视图图像。组合该延迟片和偏振片，使其透射或者吸收图6和8中表示的透射型LCD的圆偏振光。

图11b也表示了使用左旋和右旋偏振光的显示板302。

各层与图11a所示的显示板中的各层相同，不同之处在于偏振片380位于带图案的延迟片360与玻璃板350之间。

图11c表示了用于生成线偏振光的显示板304。该显示板与显示板300、302相似。然而，已经利用带图案的偏振片385取代了带图案的延迟片360和偏振片380。类似的是，已经利用带图案的偏振片305取代了偏振片330和带图案的延迟片340。

利用光对准，能够制造上述LCD中的图案化盒内延迟片。首先，利用偏振UV光的两个曝光步骤可以图案化光对准层。在该对准层上面沉积延迟片混合物。从而，在氮气中通过UV曝光步骤使该延迟片层交联。

还可以使用一个带图案的延迟片，其为一对像素上的半波片，但是对于另一对像素没有延迟。在这种情况下，两个偏振态S和P将为线偏振光。可以利用温度图案化(patterning)技术或者异构化技术制造这种带图案的延迟片。

Claims (19)

1.一种显示设备(60)，包括：

显示板(62)，具有用于显示图像的多个可独立寻址像素(64)，配置第一组(64a)所述像素，以提供第一偏振态(P)的出射光，并且配置第二组(64b所述像素)，以提供第二偏振态(S)的出射光；

屏蔽层(68)，与显示板光学相关，从而部分地挡住所述出射光，该屏蔽层具有使第一或第二偏振态中一种偏振态的光通过的第一多个区域(72)，以及用于使第一和第二偏振态中另一种偏振态的光通过的第二多个区域(74)，和用于挡住所述出射光的第三多个区域(76)；

该屏蔽层的第一区域(72)和第二区域(74)分别与第一组像素(64a)和第二组像素(64b)对准，从而提供所述显示板显示的图像的不同视图。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中屏蔽层中的第一多个区域(72)中的每个区域使第一偏振态的光通过，屏蔽层中的第二多个区域(74)中的每个区域使第二偏振态的光通过。

3.根据权利要求1所述的显示设备，其中屏蔽层中的第一多个区域(72)中的每个区域使第二偏振态的光通过，屏蔽层中的第二多个区域(74)中的每个区域使第一偏振态的光通过。

4.根据前面任一项权利要求所述的显示设备，其中显示板中的每组像素(64a、64b)包括多个间隔开的像素单元(65)。

5.根据权利要求4所述的显示设备，其中构成第一组(64a)的像素单元(65)与构成第二组(64b)的像素单元(65)交替。

6.根据权利要求4或5所述的显示设备，其中每个像素单元(65)包括多个像素(64)。

7.根据权利要求6所述的显示设备，其中每个像素单元(65)包括两个像素。

8.根据权利要求6所述的显示设备，其中每个像素单元包括三个像素。

9.根据前面任一项权利要求所述的显示设备，其中显示板中的相邻像素(64)相互分开。

10.根据权利要求9所述的显示设备，其中黑矩阵(78)将相邻像素(64)相互分开。

11.根据前面任一项权利要求所述的显示设备(60)，其中每个不同视图的视角约为90°。

12.根据前面任一项权利要求所述的显示设备(60)，其中相邻的不同视图之间的夹角约为10°。

13.根据前面任一项权利要求所述的显示设备(60)，其中第一和第二偏振态是圆偏振。

14.根据权利要求1-12中任一项所述的显示设备(60)，其中第一和第二偏振态是线偏振。

15.一种用于显示图像的不同视图的方法，包括以下步骤：

由显示板(62)中的多个可独立寻址像素(64)形成图像，组合这些像素，从而将第一组(64a)像素配置为提供第一偏振态(P)的出射光，并且将第二组(64b)像素配置为提供第二偏振态(S)的出射光；

利用与显示板光学相关的屏蔽层(68)部分地挡住出射光，该屏蔽层具有使所述第一或第二偏振态中一种偏振态的光通过的第一多个区域(72)，以及用于使所述第一或第二偏振态中另一种偏振态的光通过的第二多个区域，和用于挡住所述出射光的第三多个区域(78)；

该屏蔽层(68)设置为使得屏蔽层的第一和第二区域分别与第一和第二组像素对准。

16.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤：相对于显示板定位屏蔽层(68)，使得该屏蔽层的第一多个区域使第一偏振态的光通过，并且该屏蔽层中的第二多个区域使第二偏振态的光通过。

17.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤：相对于显示板定位屏蔽层(68)，使得该屏蔽层的第一多个区域使第二偏振态的光通过，并且该屏蔽层中的第二多个区域使第一偏振态的光通过。

18.一种基本上如上文中参照图6到11c所述的显示设备。

19.一种基本上如上文中参照图6到11c所述的方法。

Images