RU2638084C2 - Устройство автостереоскопического отображения - Google Patents

Abstract

Устройство автостереоскопического отображения использует электролюминесцентный дисплей и лентикулярный растр. Под каждым линзовым элементом растра в поперечном направлении расположено множество пикселов. Поверхности пикселей размещаются под углом к поверхности подложки дисплея, что обеспечивает перпендикулярность вывода излучения к поверхности элемента линзового растра от соответствующего пиксела. Технический результат заключается в исключении перекрёстных помех между видами в 3D-дисплее. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к устройству автостереоскопического отображения типа, который содержит панель отображения, имеющую массив пикселов отображения для воспроизведения изображения и структуру формирования изображения для направления различных видов в различные пространственные положения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Первым примером структуры формирования изображения для использования в этом типе устройства отображения является барьер, например, с щелями, которые сформированы по размеру и позиционируются относительно лежащих под ним пикселов отображения. В конструкции с двумя проекциями зритель имеет возможность воспринимать 3D-изображение, если его/ее голова находится в фиксированном положении. Барьер спозиционирован перед панелью отображения и спроектирован так, что свет от нечетных и четных столбцов пикселов направляется к левому и правому глазу зрителя, соответственно.

Недостатком конструкции отображения двух проекций такого типа является то, что зритель должен находиться в фиксированном положении и может лишь перемещаться приблизительно на 3 см влево или вправо. В более предпочтительном варианте осуществления существует не два столбца субпикселов под каждой щелью, а несколько. Таким образом, зрителю предоставляется возможность перемещаться влево и вправо и воспринимать стереоизображение своими глазами все время.

Компоновка перегородок является простой в изготовлении, но не является эффективной с точки зрения света. Предпочтительной альтернативой поэтому является использование линзовой структуры в качестве структуры формирования изображения. Например, может быть предусмотрен массив растянутых линзообразных элементов, протягивающихся параллельно друг другу и перекрывающих массив пикселов отображения, и пикселы отображения наблюдаются сквозь эти линзообразные элементы.

Линзообразные элементы предоставляются как лист элементов, каждый из которых содержит вытянутый полуцилиндрический линзообразный элемент. Линзообразные элементы протягиваются в вертикальном направлении панели отображения, где каждый линзообразный элемент перекрывает соответствующую группу из двух или более соседних столбцов пикселов отображения.

В структуре, в которой каждая цилиндрическая линза ассоциирована с двумя столбцами пикселов изображения, пикселы изображения в каждом столбце представляют вертикальный фрагмент соответствующего двухмерного субизображения. Лист линзообразных элементов направляет эти два фрагмента и соответствующие фрагменты от столбцов пикселов изображения, ассоциированных с другими цилиндрическими линзами, в левый и правый глаза пользователя, расположенного перед листом, так что пользователь наблюдает единое стереоскопическое изображение. Лист линзообразных элементов, таким образом, обеспечивает функцию направления вывода света.

В других структурах каждая цилиндрическая линза ассоциируется с группой из четырех или более соседних пикселов изображения в горизонтальном направлении. Соответствующие столбцы пикселов изображения в каждой группе размещаются соответствующим образом, чтобы предоставлять вертикальный фрагмент из соответствующего двухмерного субизображения. Когда голова пользователя перемещается слева направо, последовательность следующих один за другим, различных стереоскопических видов воспринимается, создавая, например, впечатление осмотра вокруг.

Известные устройства автостереоскопического отображения используют жидкокристаллические дисплеи для формирования изображения.

Существует увеличивающийся интерес в использовании дисплеев на органических светоизлучающих диодах (OLED), в целом, поскольку они не нуждаются в поляризаторах, и потенциально они имеют возможность предлагать повышенную эффективность, поскольку пикселы выключаются, когда не используются, чтобы отображать изображение, по сравнению с LCD-панелями, которые используют непрерывно излучаемую заднюю подсветку. Однако эти пикселы изображения излучают свет в широком диапазоне направлений, а в 3D-дисплеях это представляет особую проблему перекрестной помехи.

Это изобретение основывается на использовании OLED или другого тонкопленочного излучающего дисплея, такого как электролюминесцентный дисплей, в системе автостереоскопического отображения и использует дополнительную гибкость конструкции, предлагаемую такими дисплеями, для того чтобы устранять проблему перекрестных помех между видами в 3D-линзообразном дисплее.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение задается посредством независимых пунктов формулы изобретения. Дополнительные признаки определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению, предоставляется устройство автостереоскопического отображения, содержащее:

- структуру электролюминесцентного дисплея, содержащую массив разнесенных пикселов поверх подложки, каждый из которых имеет поверхность светового выхода;

- структуру формирования автостереоскопического вида, содержащую набор элементов формирования вида поверх структуры дисплея,

при этом набор пикселов предоставляется под каждым элементом формирования вида, по меньшей мере, с двумя пикселами в поперечном направлении элемента формирования вида, при этом пикселы в поперечном направлении элемента формирования вида размещаются, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями своей поверхности светового выхода относительно подложки.

OLED-излучатели, таким образом, параллельны наклонной поверхности, так что OLED излучает свет, концентрированный вокруг направления, которое не является перпендикулярным дисплею, направление излучения отличается для различных OLED-пикселов. Таким образом, характеристика вывода излучения улучшается посредством структуры для того, чтобы направление излучения света было практически перпендикулярно желаемой поверхности излучения структуры формирования вида (такой как микролинза или массив лентикулярных линз). Подход также дает в результате уменьшение перекрестных помех между различными видами, поскольку они становятся более разделенными под углом посредством наклона.

Угол наклона задается предпочтительно в плоскости, перпендикулярной плоскости подложки дисплея и параллельной поперечному направлению элемента формирования вида (т.е., в вертикальном сечении через дисплей в поперечном направлении).

В случае вытянутых лентикулярных линз, направление вытянутой оси линзы остается параллельным плоскости поверхности светового выхода, так что угол наклона может рассматриваться как угол относительно вытянутой оси линзы. Поверхности светового выхода, таким образом, наклонены способом, который в целом соответствует (или отражает) форме поверхности линзы.

Лентикулярные линзы предпочтительно протягиваются в направлении столбцов пикселов или наклонены на острый угол к направлению столбцов пикселов, при этом каждая линза охватывает набор столбцов пикселов.

Структура электролюминесцентного дисплея может содержать массив отражающих анодов поверх подложки, массив частей электролюминесцентного слоя поверх анодов и массив прозрачных катодов поверх частей электролюминесцентного слоя. Это задает структуру с излучением от верхней части. В этом случае, электролюминесцентные части находятся между подложкой и линзовой структурой.

Вместо этого, структура электролюминесцентного дисплея может содержать массив прозрачных анодов поверх подложки, массив частей электролюминесцентного слоя поверх анодов и массив отражающих катодов поверх частей электролюминесцентного слоя. Это определяет структуру с излучением от нижней части. В этом случае, подложка находится между электролюминесцентными частями и линзовой структурой.

В дополнительных вариантах осуществления и анод, и катод могут быть, по меньшей мере, частично прозрачными, давая в результате прозрачную электролюминесцентную излучающую структуру.

Подложка может быть плоской, а устройство может в таком случае содержать разделители, по меньшей мере, между некоторыми из пикселов и подложкой, чтобы задавать различные угловые ориентации. Различные высоты пикселов могут также быть предоставлены посредством разделителей относительно подложки, так что все пикселы лежат на фокальной поверхности линз.

Альтернативно, подложка может иметь неплоскую форму, чтобы, таким образом, задавать различные ориентации и опять же необязательно с желаемыми различными высотами.

Изобретение также предоставляет способ отображения автостереоскопических изображений, содержащий:

- формирование пикселизированного изображения с помощью структуры электролюминесцентного дисплея, содержащей массив разнесенных пикселов поверх подложки; и

- направление различных субизображений в различных направлениях с помощью структуры формирования вида, содержащей набор элементов формирования вида поверх структуры дисплея, при этом набор пикселов предоставляется под каждым элементом формирования вида, каждый имеет поверхность светового выхода, по меньшей мере, с двумя пикселами в поперечном направлении элемента формирования вида,

при этом способ дополнительно содержит позиционирование пикселов в поперечном направлении элемента формирования вида, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями их поверхности светового выхода относительно подложки.

Изобретение также предоставляет способ изготовления устройства автостереоскопического отображения, содержащий:

- формирование структуры электролюминесцентного дисплея, содержащей массив разнесенных пикселов поверх подложки;

- предоставление структуры формирования вида, содержащей набор элементов формирования вида поверх структуры дисплея, при этом набор пикселов предоставляется под каждым элементом формирования вида, каждый имеет поверхность светового выхода, по меньшей мере, с двумя пикселами в поперечном направлении элемента формирования вида,

при этом способ содержит размещение пикселов в поперечном направлении элемента формирования вида, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями их поверхности светового выхода относительно подложки.

Различные угловые ориентации обеспечиваются посредством следующего:

- предоставление разделителей, по меньшей мере, между некоторыми из пикселов и плоской подложкой; или

- формирование структуры электролюминесцентного дисплея поверх подложки с заданным контуром; или

- формирование структуры электролюминесцентного дисплея поверх плоской подложки и впоследствии формирование контура.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вариант осуществления изобретения описан, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 - это схематический вид в перспективе известного устройства автостереоскопического отображения;

Фиг. 2 показывает, как массив линз обеспечивает различные виды в различных пространственных местоположениях;

Фиг. 3 схематично показывает структуру одного пиксела OLED-дисплея и в форме обратно излучающей структуры;

Фиг. 4 используется, чтобы объяснять проблему формирования лентикулярной линзы поверх панели электролюминесцентного дисплея.

Фиг. 5 показывает первый пример пиксельной структуры в соответствии с изобретением;

Фиг. 6 показывает второй пример пиксельной структуры в соответствии с изобретением;

Фиг. 7 показывает третий пример пиксельной структуры в соответствии с изобретением;

Фиг. 8 показывает четвертый пример пиксельной структуры в соответствии с изобретением.

Фиг. 9 используется, чтобы объяснять, как виды во вторичных конусах могут быть затронуты.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предоставляет устройство автостереоскопического отображения, использующее электролюминесцентный дисплей, при этом набор пикселов предоставляется под структурой формирования вида, с набором пикселов в поперечном направлении элемента формирования вида. Пикселы в поперечном направлении размещаются, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями относительно подложки. Это предоставляет возможность пикселам выводить поверхности, и они могут следовать за областью, на которой свет фокусируется двояковыпуклыми линзами.

Перед описанием изобретения сначала будет описана основная работа известного 3D-устройства автостереоскопического отображения.

Фиг. 1 - это схематичный вид в перспективе известного устройства 1 автостереоскопического отображения прямого наблюдения, использующего LCD-панель для формирования изображений. Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую панель 3 отображения типа активной матрицы, которая функционирует как пространственный модулятор света, чтобы создавать изображение.

Панель 3 отображения имеет ортогональный массив пикселов 5 отображения, размещенных в строках и столбцах. Ради ясности только небольшое число пикселей 5 отображения показаны на чертеже. На практике панель 3 отображения может содержать около тысячи строк и несколько тысяч столбцов пикселов 5 отображения.

Структура жидкокристаллической панели 3 отображения, обычно используемая в устройствах автостереоскопического отображения, является полностью традиционной. В частности, панель 3 содержит пару расположенных прозрачных стеклянных подложек, между которыми предусмотрен выровненный твистнематический или другой жидкокристаллический материал. Подложки несут сетки прозрачных электродов из оксида индия и олова (ITO) на своих лицевых поверхностях. Поляризующие слои также предоставляются на внешних поверхностях подложек.

Каждый пиксел 5 отображения содержит противоэлектроды на подложках с находящимся между ними жидкокристаллическим материалом. Форма и компоновка пикселов 5 отображения определяются формой и компоновкой электродов. Пикселы 5 отображения равномерно отделены друг от друга зазорами.

Каждый пиксел 5 отображения ассоциируется с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Пикселы отображения управляются, чтобы создавать изображение, посредством предоставления сигналов адресации переключающим элементам, и подходящие схемы адресации известны специалистам в данной области техники.

Панель 3 отображения освещается источником 7 света, содержащим, в этом случае, плоскую заднюю подсветку, протягивающуюся поверх области массива пикселов отображения. Свет из источника 7 света направляется через панель 3 отображения, причем отдельные отображаемые пикселы 5 возбуждаются с возможностью модулировать свет и формировать отображение.

Устройство 1 отображения также содержит лист 9 линз, размещенный поверх стороны отображения панели 3 отображения, который выполняет функцию формирования вида. Лист 9 линз содержит строки линзообразных элементов 11, протягивающиеся параллельно друг другу, из которых только одна показана с увеличенными размерами ради ясности.

Линзообразные элементы 11 имеют форму выпуклых цилиндрических линз, и они выступают в качестве средства направления вывода света, чтобы предоставлять различные изображения, или виды, от панели 3 отображения к глазам пользователя, расположенного перед устройством 1 отображения.

Устройство имеет контроллер 13, который управляет задней подсветкой и панелью отображения.

Автостереоскопическое устройство 1 отображения, показанное на фиг. 1, допускает предоставление нескольких различных видов в перспективе в различных направлениях. В частности, каждый линзообразный элемент 11 перекрывает небольшую группу пикселов 5 отображения в каждой строке. Линзообразный элемент 11 проецирует каждый пиксел 5 отображения из группы в различном направлении с тем, чтобы формировать несколько различных видов. Когда голова пользователя перемещается слева направо, его глаза будут принимать различные виды из нескольких видов, по очереди.

В случае LCD-панели, средство поляризации света также должно быть использовано вместе с вышеописанным массивом, поскольку жидкокристаллический материал является двоякопреломляющим, с переключением коэффициента преломления, применяемым только к свету конкретной поляризации. Средство поляризации света может быть предусмотрено как часть панели отображения или структуры формирования изображения устройства.

Фиг. 2 показывает принцип работы лентикулярной компоновки формирования изображений, как описано выше, и показывает заднюю подсветку 20, устройство 24 отображения, такое как ЖК-дисплей, и лентикулярный массив 28. Фиг. 2 показывает то, как лентикулярная компоновка 28 направляет различные пиксельные выводы в три различные пространственные местоположения. Эти местоположения все находятся в так называемом зрительном конусе, в котором все виды являются различными. Виды повторяются в других зрительных конусах, которые сформированы посредством света пиксела, проходящего через соседние линзы. Пространственные местоположения 23', 23'', 23''' находятся в следующем зрительном конусе.

Изобретение основано на использовании технологии электролюминесцентного дисплея, такого как OLED-дисплей, вместо LCD-дисплея, показанного на фиг. 1 и 2. Использование OLED-дисплея устраняет необходимость в отдельной задней подсветке и поляризаторах. OLED обещает быть технологией отображения будущего.

OLED-дисплеи значительно отличаются от LCD-дисплеев в том, как свет излучается от пиксела. OLED-пикселы являются диффузионными излучателями, которые излучают свет во всех направлениях. Для 2D это является явным преимуществом над LCD-дисплеями, которые требуют задней подсветки и которые, без принятия специальных мер, излучают свет только в узком луче. Диффузионное излучение OLED-материала также ставит трудную задачу, поскольку много света рециркулирует внутри органических слоев и не излучается, способствуя низкой эффективности. Например, без принятия каких-либо мер, извлечение света из OLED может составлять всего лишь 20%.

Чтобы улучшать это, были предложены различные решения, чтобы улучшать вывод светового излучения из OLED.

Однако, то, что является улучшением для 2D-дисплеев, является проблемой для создания 3D-автостереоскопических OLED-дисплеев. Решения для увеличения светового выхода не могут быть использованы в автостереоскопических лентикулярных дисплеях, поскольку свет, излучаемый от одной лентикулярной линзы, может отражаться в стекле на соседнюю линзу. Это уменьшает контрастность и увеличивает перекрестные помехи.

Фиг. 3 схематично показывает структуру одного пиксела OLED-дисплея и в форме обратно излучающей структуры (т.е., сквозь подложку). В то время как OLED-устройства в типичном варианте излучают снизу, как показано, и излучают свет сквозь стеклянную подложку, другим подходом является создание OLED-стека, излучающего сверху, так что свет излучается сквозь прозрачный катод (и тонкий инкапсулирующий слой), а не через стеклянную подложку.

На фиг. 3 дисплей содержит стеклянную положку 30, прозрачный анод 32, светоизлучающий слой 34 и зеркально отражающий катод 36.

Линии представляют путь, который свет может принимать, когда излучается из точки 38 в органическом слое. Когда свет излучается из источника, он может двигаться во всех направлениях. Когда свет достигает перехода из одного слоя в другой слой, разница между коэффициентом преломления каждого из слоев определяет, может ли свет покидать один слой и входить в следующий. Коэффициент преломления определяется скоростью света в материале и устанавливается по закону Снелла:

v - это скорость, а n - это коэффициент преломления.

Типично, коэффициент преломления органического материала является высоким n=1,8, в то время как коэффициент преломления стекла равен 1,45.

Когда угол падения света, который движется от материала с высоким коэффициентом преломления к материалу с низким коэффициентом преломления, является достаточно большим, свет не может покидать материал. Этот угол падения является критичным углом и устанавливается как α=arcsin(n2/n1). Для перехода органический материал - стекло он задается как: arcsin(1,45 / 1,8) = 54 градуса. Это делает очевидным то, что много света, сформированного в органическом слое, никогда не покидает слой, а остается внутри материала, где он повторно поглощается и побуждает другое излучение фотона или превращается в тепло.

То же случается для света, который покидает органический слой и входит в стекло. Много света не может покинуть стекло на границе стекла с воздухом.

Было предложено несколько решений как для улучшения выхода света из органических слоев в стекло, так и для выхода из стекла в воздух.

В то время как традиционные OLED-устройства излучают свет через стеклянную подложку, другой подход, как упомянуто выше, должен создавать OLED-стек, так что свет излучается через прозрачный катод и тонкий инкапсулирующий слой, а не через стеклянную подложку. Это называется OLED с излучением от верхней части. В целом, различные подходы к увеличению извлечения света работают лучше (или только) с OLED-структурами либо с излучением от верхней части, либо с излучением от нижней части.

Это изобретение применимо как к использованию OLED-дисплеев с излучением от нижней части, так и к OLED-дисплеям с излучением от верхней части.

В то время как известные решения помогают улучшать эффективность извлечения света вплоть до 80% для осветительных приборов и для 2D-дисплеев, они не предоставляют хорошего решения для автостереоскопического 3D-телевизора. Проблема возникает при помещении лентикулярной линзы на OLED-дисплей для создания автостереоскопического телевизора. Здесь, даже с OLED с излучением от верхней части, свет будет все еще впускаться в относительно толстый стеклянный слой, вызывая проблемы, выделенные выше. Некоторые из известных способов улучшают извлечение света из органического материала, но значительное количество света будет оставаться в световодном режиме в стекле, часть которого будет поглощаться.

Это имеет нежелательный побочный эффект уменьшения контрастности и увеличения перекрестных помех. Это является больше проблемой для 3D-дисплеев, поскольку для 2D-дисплеев, во многих случаях, соседние пикселы будут отображать одинаковый цвет (т.е., белые или цветные области экрана, линии одного цвета и т.д.), в результате чего, если какой-либо свет покидает соседний пиксел, он будет просто добавляться к желаемому цвету. Однако, в 3D-дисплее соседние пикселы, как правило, не имеют какой-либо связи друг с другом, поскольку они принадлежат различным видам и будут, как правило, иметь различное цветное содержимое. В этом случае, если какой-либо свет покидает соседний пиксел, это будет серьезно влиять на качество изображения.

Фиг. 4 показывает, что на практике случается при применении лентикулярной линзы к структуре с излучением от верхней части.

Дисплей содержит стеклянную подложку 40, отражающий анод 42, OLED-слой 44 и верхний прозрачный катод 46. Пикселы 45 определяются с одним OLED-слоем посредством конструкции электрода пиксела. Герметизирующий и пассивирующий слой 48 находится между дисплеем и массивом 50 лентикулярных линз. Даже с выводом всего света из панели отображения в лентикулярный массив, все еще будет присутствовать световодный эффект в самом лентикулярном массиве, который не может быть предотвращен посредством известных мер, чтобы улучшать вывод света.

Как иллюстрировано на фиг. 4, некоторая часть света будет оставаться в световодном режиме в стекле лентикулярного массива и входить в оптический путь соседнего вида (или пиксела/субпиксела). Здесь он может быть отражен обратно и может уходить через линзу, или он повторно поглощается в пикселе. Если свет не покидает линзу соседнего вида, он будет создавать некоторую перекрестную помеху.

Изобретение предоставляет OLED-излучатели на наклонной поверхности относительно общей плоскости дисплея, т.е. относительно подложки дисплея. Таким образом, каждый OLED-пиксел излучает свет, сконцентрированный вокруг направления, которое не является перпендикулярным дисплею, направление излучения отличается для различных пикселов под данной линзой и, таким образом, отличается для областей поверхности линзы, через которую вывод пиксела главным образом направлен. Характеристика вывода излучения улучшается посредством структуры для того, чтобы направление излучения света было практически перпендикулярным к желаемой поверхности излучения массива (лентикулярных) линз. Подход также дает в результате уменьшение перекрестных помех между различными видами, так как они становятся более разделенными под углом посредством наклона.

Фиг. 5 показывает первый вариант осуществления 3D OLED-дисплея с излучением от нижней поверхности с излучателями, наклоненными относительно поверхности отображения.

В этом первом варианте осуществления показана структура OLED-дисплея с излучением от нижней части, и OLED-излучатели, ассоциированные с каждой лентикулярной линзой, имеют заданные различные углы наклона их поверхности светового выхода относительно плоскости поверхности отображения.

Поперечное сечение на фиг. 5 (и на других чертежах) является вертикальным (т.е., перпендикулярным плоскости отображения) и вдоль поперечного направления лентикулярной линзы. Угол наклона задан в этой плоскости. Направление вытянутой оси линзы задается в или из страницы и находится в плоскости поверхности светового выхода.

Угол наклона задается в плоскости, перпендикулярной плоскости подложки дисплея и параллельной поперечному направлению линзы (т.е., в вертикальном сечении через дисплей в поперечном направлении линзы). Направление вытянутой оси линзы остается параллельным плоскости поверхности светового выхода, так что угол наклона может рассматриваться как наклон относительно вытянутой оси линзы. Поверхности светового выхода, таким образом, наклонены способом, который, в целом соответствует (или отражает) форме поверхности линзы. В некоторых случаях наклон может также быть в плоскости, перпендикулярной плоскости подложки дисплея и под углом к поперечному направлению линзы. Это может быть практичным решением, если, например, лентикулярная линза выстроена под углом к направлению столбца дисплея. Наклон может тогда быть задан в плоскости, перпендикулярной плоскости подложки дисплея и перпендикулярной направлению столбца пикселов.

OLED-пикселы показаны ссылкой 60. Структура их слоя является традиционной, например, как описано выше в связи с фиг. 3 или 4, и не повторяется. OLED-пикселы находятся на нижней стороне главной стеклянной подложки 62 дисплея, с массивом 64 лентикулярных линз на противоположной стороне подложки 62 по отношению к пикселам 60.

Фиг. 5 (и другие чертежи) не начерчена по масштабу: типично, толщина OLED-слоев является субмикронной, тогда как вертикальные размеры лентикулярной линзы составляют сотни-тысячи микрон, а поперечный размер пикселов составляет порядка сотен микрон. Таким образом, на практике, угол наклона OLED будет меньше, чем предложенный чертежами.

Угол наклона зависит, например, от угловой ширины поверхности линзы. С изогнутой поверхностью линзы, обращенной наружу, максимальный необходимый угол равен примерно 45 градусам. Когда линза имеет реплику, максимальный угол, под которым свет входит в линзу, определяется по коэффициенту преломления стекла. Например, когда стекло имеет обычное значение коэффициента преломления n, равное 1,5, тогда критический угол на границе стекло-воздух равен sin^-1(1/n), что равно 42 градусам. Для чрезмерного значения n, равного 1,7, он дает 36 градусов, а для n, равного 1,3, он дает 50 градусов.

Крайние лучи, близкие к этому критическому углу, типично не будут в первичном конусе (см. фиг. 2), таким образом, максимальный угол наклона может быть меньшим. Для текущих продуктов угол зрительного конуса типично равен лишь 10 градусам, так что подход изобретения является менее критичным. С помощью OLED-технологии, предоставляющей увеличенное разрешение, углы конуса будут увеличиваться: создание трехкратных видов предоставляет возможность конуса в 30 градусов полного угла относительно конуса текущей типовой конструкции. В этом случае, некоторые пиксельные излучатели должны быть наклонены на 15 градусов.

Световые лучи излучаются концентрированными вокруг направления, перпендикулярного поверхности вывода OLED-пиксела, но с широким распространением. Широта распространения зависит от деталей OLED-стека. Конструкция такова, что центр этого распространения - где интенсивности являются наивысшими - перпендикулярен поверхности локального выхода. На чертежах представлено только это центральное направление выхода с наивысшей интенсивностью для распределения света.

Углы наклона проектируются так, что OLED-свет выходит из поверхности лентикулярной линзы под углом, близким к перпендикулярному, к поверхности локального выхода линзы. Таким образом, поверхность светового выхода каждого OLED-пиксела имеет нормальное направление (стрелки, показанные на фиг. 5), которое пересекает поверхность линзы перпендикулярно локальной касательной поверхности к линзе. Угол наклона увеличивается от центра лентикулярной линзы симметричным образом. Таким образом, интенсивность света, излучаемого от дисплея, максимизируется. Кроме того, угол наклона также уменьшает количество света, который излучается от пиксела в направлении его соседа, тем самым количество перекрестных помех дополнительно уменьшается.

В производственных целях наклон может быть реализован несколькими способами:

(i) использование плоского OLED-листа, который позже деформируется, например, посредством наслаивания гибкого или конформного OLED-листа (такого как реализованный с помощью пластика (полиимида) или подложки из металлической фольги) на более жесткую предварительно сформованную подложку;

(ii) нанесение набора OLED на предварительно сформованную подложку. Поскольку требуемая топография поверхности ограничена, и возможны технологии термовакуумного напыления (которые используются, например, для нанесения OLED), и традиционные технологии обработки поверхности (такие как покрытие, полученное методом центрифугирования);

(iii) Использование стандартной стеклянной подложки и использование фоторезиста (такого как SU8) или диэлектрического слоя (такого как SiO₂) или их комбинации, чтобы формировать наклонные структуры.

Опыт формирования таких слоев в обработке дисплея был получен из LCD с так называемыми пикселами с защищенным полем из LCD, работающих на пропускание и отражение (где ячейка имеет два различных промежутка LC-ячейки), и для формирования печатных перемычек для полимерных OLED-дисплеев.

Второй вариант осуществления показан на фиг. 6 с помощью структуры OLED-дисплея с излучением от верхней части с излучателями, наклоненными относительно поверхности дисплея.

OLED-пикселы опять показаны ссылкой 60. OLED-пикселы 60 находятся на верхней стороне основной стеклянной подложки 62 дисплея, с массивом 64 лентикулярных линз поверх пикселов 60. Опять, OLED-излучатели имеют различные наклоны относительно плоскости поверхности дисплея. Тем же образом, что и в варианте осуществления на фиг. 5, световые лучи излучаются концентрированными вокруг направления, перпендикулярного OLED-пикселам, и выходят из лентикулярной линзы под углом, близким к перпендикулярному к поверхности локального выхода.

Одной проблемой, связанной с этим вариантом осуществления, является ввод светового излучения в лентикулярную линзу, поскольку желательно избегать внутреннего отражения на нижней границе лентикулярной структуры. Это может быть улучшено посредством использования коллимированного OLED-излучателя, посредством локальной (наклонной) входной грани снизу лентикулярной линзы или посредством использования среды с промежуточным коэффициентом преломления между излучателем и линзой.

Доступны те же варианты производства, что и обсужденные выше.

Фиг. 7 показывает вариант, в котором наклонные OLED-излучатели 60 позиционируются на вогнутой рельефной поверхности 70, расположенной непосредственно под (выпуклой) лентикулярной линзой 64.

В этом случае дополнительным преимуществом является то, что все OLED-пиксельные излучатели могут быть приведены в фокус одновременно. В частности, пикселы в поперечном направлении линзы размещаются с различными высотами над подложкой, так что они могут быть расположены ближе к фокальной кривой/поверхности лентикулярной линзы. Таким образом, пикселы предпочтительно располагаются на высотах, соответствующих фокальной поверхности лентикулярной линзы. Это также может быть достигнуто в варианте осуществления на фиг. 6 посредством соответствующего проектирования высоты, а также ориентации, предоставленной пикселам. Таким образом, все пикселы ниже лентикулярной линзы приводятся в фокус посредством изменения разнесения между подложкой и наклонными излучателями повторяющимся образом между лентикулярными линзами. В случае структуры с излучением от верхней части разнесение увеличивается по направлению к краю каждой лентикулярной линзы.

Как упомянуто выше, могут быть использованы коллимирующие OLED-излучатели, и фиг. 8 показывает модификацию фиг. 7, чтобы показать схематично использование коллимированных OLED-пикселов 60.

Конструкции, упомянутые выше, предназначаются, чтобы обеспечивать лучшее впечатление от просмотра в первичном конусе (объясненном выше со ссылкой на фиг. 2). Как показано на фиг. 9, для непрямых углов и, следовательно, для поперечных (вторичных) зрительных конусов, свет исходит от уменьшенного набора пикселов, представляющих уменьшенный набор видов, и, таким образом, параллакс и тем самым 3D-эффект уменьшается. На фиг. 9 показан световой луч от второго пиксела от края области линзы, который является синим (суб-)пикселом. Краевой пиксел, который показан как зеленый, не будет вносить вклад во вторичные зрительные конусы слева, тогда как все пикселы для плоскопанельного дисплея будут вносить вклад во вторые зрительные конусы в каждую сторону. Это может быть хорошо приемлемым для некоторых применений, но для однопользовательских устройств может быть оптимальным уменьшать зрительный диапазон первичным конусом.

Это может быть достигнуто посредством блокирования нежелательных лучей света, например, с помощью блокирующих структур между линзами, и даже возможно делать этот выбор адаптивным.

Альтернативой является проектирование оптики так, что предоставляется решение с полным одним конусом. Например, выход из одного конуса может охватывать полностью 180 градусов, или, в другом случае, меньший угол, такой как 120 градусов, без обзора за пределами области этого одного конуса. Решение с одним конусом может, например, использовать технологии, описанные в WO 2009/147588. Для дисплея с одним конусом самые отдаленные виды все еще не будут иметь очень хорошего качества, таким образом, оптическая конструкция должна быть оптимизирована, например, на 45-90 градусов.

Отметим, что кривизна наклонных излучателей может быть отрегулирована, чтобы корректировать монохроматические аберрации.

Снаружи зоны с правильным разделением обзора стереоскопический признак теряется, но признак параллакса движения может быть сохранен. Однако может быть более оптимальным сформировать левую и правую 2D-область, если 3D-информация отсутствует в контенте. Это предоставляет возможность использования больших излучателей для 2D-областей и уменьшает некоторую сложность активной матрицы и другой электроники дисплея.

Дисплей может содержать любую технологию электролюминесцентного дисплея, такую как PLED (полимерные LED) или OLED (органические LED).

Технология, используемая для формирования пикселов отображения, не изменяется посредством реализации изобретения. Аналогично, структура лентикулярной линзы не изменяется. Вместо этого используются наклоны, чтобы модифицировать компоновку пикселов, чтобы она подходила для линзовой структуры.

Как упомянуто выше, угол наклона относительно мал, а также любое желаемое смещение высоты равно доле ширины пиксела, так что обработка не усложняется.

Дисплей будет в типичном варианте содержать дисплей с активной матрицей, с электронной схемой возбуждения, ассоциированной с каждым пикселом дисплея, для переключения тока возбуждения на выбранные пикселы. Это может выполняться рутинным образом и не подвержено влиянию изобретения. По этой причине электронная схема возбуждения не показана или не описана подробно. Соединения с анодами и катодами пикселов необходимо пошагово повышать на различные высоты, или иначе сквозное межсоединение может быть использовано для соединения с контактами пикселов на различной высоте.

Примеры, показанные схематично выше, имеют четыре или пять пикселов в ширину под линзой. Число пикселов под каждой линзой диктует число видов, а также зрительных конусов дисплея, и может быть больше или меньше, например, 3, 9 или 11. В целом, существует, по меньшей мере, два пиксела в ширину для каждой линзы.

Шаг пикселов слегка больше шага линз, так что пикселы эффективно окружают лентикулярный экран, чтобы создавать пару видов в идеальном направлении просмотра.

Может быть, по меньшей мере, три пиксела в ширину каждой линзы для многопроекционной системы.

Шаг линз может быть нецелым кратным шага пикселов, и в этом случае зрительные конусы распределены по соседним линзам.

Примеры, приведенные выше, используют лентикулярные линзы в качестве структуры формирования вида. Однако также может быть использован массив микролинз. Каждая микролинза опять же охватывает набор пикселов в поперечном (т.е., строчном) направлении, и различные пикселы имеют различные наклонные ориентации. Микролинза будет, в целом, также отображать кривизну в направлении столбца. Если ассоциированы более чем с одним пикселом в направлении столбца, различные пикселы имеют различные наклонные ориентации в ширину линзы в направлении столбца - таким образом, элемент формирования вида, по существу, состоит из двух отдельных поперечных направлений. Типично, направление наклона этих пикселов будет задано в плоскости, перпендикулярной плоскости наклона пикселов в направлении строки. Кроме того, могут быть пикселы, ассоциированные с углами микролинз, где плоскость наклона является промежуточной между другими пикселами. В направлении столбца каждая микролинза может быть ассоциирована с одним или более пикселами. Пример лентикулярной линзы может рассматриваться как микролинза, протягивающаяся до предельного охвата полного столбца пикселов.

Изобретение может быть применено к 3D-дисплеям, которые используются в телевизорах, планшетах и телефонах.

Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и употребление элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. Простой факт того, что определенные меры упомянуты во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие рамки.

Claims (27)

1. Устройство автостереоскопического отображения, содержащее:

- структуру электролюминесцентного дисплея, содержащую массив разнесенных пикселов (60) поверх подложки (62), каждый из которых имеет поверхность светового выхода, и

- структуру формирования автостереоскопического вида, содержащую набор элементов (64) формирования вида поверх структуры дисплея, при этом набор упомянутых пикселов (60) предусмотрен под каждым элементом формирования вида, по меньшей мере, с двумя из упомянутых пикселов, размещенными поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины,

отличающееся тем, что пикселы, размещенные поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины, размещены, по меньшей мере, в двух различных угловых ориентациях их поверхностей светового выхода относительно подложки (62).

2. Устройство по п. 1, в котором набор пикселов (60) под каждым упомянутым элементом (64) формирования вида содержит, по меньшей мере, три из упомянутых пикселов, размещенные поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором структура формирования вида содержит массив лентикулярных линз (64).

4. Устройство по п. 3, в котором пикселы расположены на высотах, соответствующих фокальной поверхности лентикулярных линз (64).

5. Устройство по п. 3, в котором лентикулярные линзы (64) продолжаются в направлении столбца пикселов или наклонены под острым углом к направлению столбца пикселов, при этом каждая линза (64) охватывает множество столбцов пикселов.

6. Устройство по п. 1, в котором структура электролюминесцентного дисплея содержит массив отражающих анодов поверх подложки (62), массив частей электролюминесцентного слоя поверх анодов и массив прозрачных катодов поверх частей электролюминесцентного слоя.

7. Устройство по п. 6, в котором части электролюминесцентного слоя находятся между подложкой и структурой формирования вида.

8. Устройство по п. 1, в котором структура электролюминесцентного дисплея содержит массив прозрачных анодов поверх подложки (62), массив частей электролюминесцентного слоя поверх анодов и массив отражающих катодов поверх частей электролюминесцентного слоя.

9. Устройство по п. 8, в котором подложка (62) находится между частями электролюминесцентного слоя и структурой формирования вида.

10. Устройство по п. 1, в котором подложка является плоской, при этом устройство содержит разделители, по меньшей мере, между некоторыми из пикселов и подложкой, чтобы задавать различные углы наклона.

11. Устройство по п. 1, в котором подложка является плоской, при этом устройство содержит разделители, по меньшей мере, между некоторыми из пикселов и подложкой, чтобы задавать различные высоты пикселов относительно подложки.

12. Устройство по п. 1, в котором подложка (70) имеет неплоскую форму, чтобы, таким образом, определять различные углы наклона на поверхности подложки.

13. Способ отображения автостереоскопических изображений, содержащий этапы, на которых:

- формируют пикселизированное изображение с помощью структуры электролюминесцентного дисплея, содержащей массив разнесенных пикселов (60) поверх подложки (62); и

- направляют различные субизображения в различных направлениях с помощью структуры формирования вида, содержащей набор элементов (64) формирования вида поверх структуры дисплея, при этом набор пикселов обеспечен под каждым элементом (64) формирования вида, каждый пиксел из упомянутого набора пикселов имеет поверхность светового выхода, по меньшей мере, с двумя из упомянутых пикселов, размещенными поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины,

при этом способ отличается тем, что дополнительно содержит этап, на котором позиционируют пикселы таким образом, чтобы они были размещены поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями их поверхностей светового выхода относительно подложки.

14. Способ изготовления устройства автостереоскопического отображения, содержащий этапы, на которых:

- формируют структуру электролюминесцентного дисплея, содержащую массив разнесенных пикселов (60) поверх подложки (62);

- обеспечивают структуру формирования вида, содержащую множество элементов (64) формирования вида поверх структуры дисплея, при этом набор упомянутых пикселов обеспечен под каждым элементом (64) формирования вида, каждый из упомянутых пикселов имеет поверхность светового выхода, по меньшей мере, с двумя из упомянутых пикселов, размещенными поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины,

при этом способ отличается тем, что содержит этап, на котором размещают пикселы поперек каждого упомянутого элемента формирования вида в направлении его ширины, по меньшей мере, с двумя различными угловыми ориентациями их поверхностей светового выхода относительно подложки.

15. Способ по п. 14, в котором различные угловые ориентации обеспечиваются посредством этапов, на которых:

- формируют упомянутую подложку в виде плоской подложки и обеспечивают разделители, по меньшей мере, между некоторыми из пикселов и плоской подложкой; или

- формируют упомянутую подложку в виде подложки с заданным контуром и формируют структуру электролюминесцентного дисплея поверх упомянутой подложки; или

- формируют упомянутую подложку в виде плоской подложки, формируют структуру электролюминесцентного дисплея поверх упомянутой подложки и впоследствии формируют контур.

Images