TW201105110A - Autostereoscopic display device - Google Patents

Description

201105110 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種自動立體顯示裝置，該自動立體顯示 裝置係屬於包括具有用於產生一顯示之顯示像素之一陣列 及用於引導不同視圖至不同空間位置之一成像配置的一顯 • 示面板的類型。 【先前技術】 用於此類型顯示器中之一成像配置之一第一實例係（例 如）具有相對於該顯示器之下伏像素定大小且定位之若干 狹縫的一屏障。在一種二視角設計中，若觀看者之頭部處 於一固定位置，則他/她能夠感知一3D影像。該屏障被定 位在該顯示器面板之前，且經設計使得來自奇數與偶數像 素行之光分別經引導朝向觀看者之左眼與右眼。 此類型二視角顯示器設計之一缺點在於觀看者必須處於 一固定位置，且僅可向左或向右移動大約3公分。在一更 佳的實施例中，各狹縫之下不是存在兩個 存在若干子像素行。以此方式，允許觀看者 動，且觀看者在他/她的眼中始終感知一立體影像。 產生該屏障配置係簡單，但是其不具光效率。因此，一 較佳的替代係㈣—透鏡配置作為該成像配置。例如，可 提供彼此平行延伸且上覆於該顯示器像素陣列之伸長的凸 :狀元件之一陣列，且該等顯示像素係透過此等凸鏡狀元 該等元件之各者 將该等凸鏡狀元件提供為一元件薄片 147881.doc

201105110 包括一伸長的半圓桎透 ’ 器面板之行方向上延伸，# °辑凸鏡狀元件在該顯禾 ^ U V Μ Ίτ ^ η 各凸鏡狀元件上覆於兩行或雨 灯以上鄰近的顯示器像素之-各自群組。 在(例如)各凸鏡係與兩行顯示像素相關聯之一配置中， 之該等顯示像素提供一各自二維子影像的一垂直切 山狀溥片將來自與其他凸鏡相關聯之顯示像素行 之此兩個切片及對應的 m ^ ;刀片引導至定位在該薄片之前的一 的左眼與右眼，使得使用者觀察—單—立體影像。 該凸鏡狀元件薄片因此接供 六U此钕供一光輸出引導功能。 在其他配置中，各凸箱·役τ丨 -兄係與在列方向上之四個或四個以 上鄰近顯不像素之-群組相關聯。各群組中之對應的顯示 像素行經合適配置以提供來自—各自：維子影像之一垂直 切片。隨著-使用者的頭部從左移到右，感知—系列連 續、不同、立體視圖’從而建立（例如）—身歷其境〇〇〇k_ around)印象。 上文所述之裝置提供一有效的三維顯示。然而，應瞭解 的疋，為了提供立體視圖，存在該裝置之一必要的水平解 析度犧牲。此解析度犧牲隨著所產生之視角的數目而增 加。因此’使用大量視角之一主要缺點在於降低每一視角 之影像解析度。必須在該等視角之間分配可用像素之總數 目。在具有垂直凸透鏡之一 η視角3D顯示器的情況下，沿 著水平方向之各視角的感知解析度將相對於2D情況降低至 1 / η。在垂直方向上’解析度將保持相同。使用一傾斜的 屏障或凸鏡可降低水平方向解析度與垂直方向解析度之間 147881.doc 201105110 的像差。在該情況下，解析度損失可均勻地分散在該水平 方向與該垂直方向之間。 因此，增加視角數目將改良31)印象，但是降低如觀看者 所感知之影像解析度。該等個別的視角處於各個所謂的視 錐中，且此等視錐通常跨視域重複。 觀看者非完全自由地選擇其等在顯示裝置之視域内之位 置（亦即，觀看者觀看一 3D監視器或電視機之位置）之事實 使觀看體驗受妨礙，位於該顯示器之該視域内的視錐之間 的邊界處之感受，3D效果缺失且出現惱人的重影。本發明 係關於此問題。 【發明内容】 本發明之一目的係減少視錐邊界之數目，且較佳消除該 寻視錐邊界。 ί 該目的係藉由如獨立技術方案所定義之本發明而達成。 附屬技術方案定義有利實施例。 根據本發明之自動立體裝置組合透鏡及屏障開口來實現 一寬廣的視域且在立體輸出區域中無視圖重複。較佳地， 顯不面板包括顯示像素之一陣列，且屏障配置經配置使得 來自像素之光僅到達一屏障開口。此防止個別視圖透過 夕重屏障開口而輸出，且藉此防止視錐之重複。 法向方向可較佳相對於該顯示面板。 象素可為子像素，各子像素具有如此項技術中普通之不 同色彩。 铋向觀看方向係正交於垂直觀看方向，其中垂直具有其 147881.doc 201105110 之普通意義。 該透鏡配置之透鏡可定位於該屏障配置之該等開口處。 在此情況下，各透鏡配置之半徑係較佳介於該㈣配=與 該顯示面板之間的間隔之〇·2倍與〇 5倍之間。 在-較佳設計中，該視域之全部具有自動立體輸出。缺 而，為了減少視圖總數目（且藉此減少解析度降低），該視 域之-中心部分可具有自動立體輸出，且該視域之橫向X部 分具有2D輸出。然後可比該視域之該等橫向部分中之扣 視圖更緊密地定位該視域之該中心部分的個別2〇視圖。 為達成此目的’在一配置中’可在該顯示面板與該屏障 配置之間提供該透鏡配置，且該透鏡配置包括在一中心部 分中與橫向部分中具有不同曲率半徑的透鏡。此曲率變動 使法向視圖比橫向視圖更稠密聚集。可在該屏障配置之該 等開口處提供額外的透鏡元件。 在另一配置中，可在該顯示面板與該透鏡配置之間提供 該屏障配置，而使各透鏡元件接收來自一各自的屏障開口 之光的全部。 在此情況下，該等透鏡元件可具有接收僅來自一屏障開 口之光的一中心部分及接收來自兩個鄰近屏障開口之光的 共用邊緣部分。此使該等透鏡元件具有一規則或週期形 狀，例如一正弦輪廓。該等透鏡元件可包括兩個透鏡子元 件之一堆疊，各透鏡子元件具有一正弦輪廓。再者，可在 該屏障配置之該等開口處提供額外的透鏡元件。 在此等配置中，該中心部分之該等個別2D視圖係較佳相 147881.doc 201105110 隔0.5度至3度。 該屏障配置可包括至少—透明板片，其中該板片被塑形 為具有帶有裁剪部分之一矩形形狀的一橫載面，其中該等 裁剪部分係定位於該顯示面板與該屏障配置之間的光路徑 所限於之區域外側的區域中。此使可減輕該顯示裝置之重 量。 在一貫施例中’該顯示面板（諸如’例如一 LCD顯示面 板）包括一空間光調變器，且該自動立體顯示器包括提供 光至該空間光調變器以通過該空間光調變器之一背光。較 佳地，該背光係提供經準直的光至該空間光調變器之一經 準直的背光。因為另外損失的光之至少一些被重新引導進 入該等視圖’故此提供該自動立體顯示器之一改良的亮 度。 較佳地，該背光經組態使得該經準直之光係平行或會 聚’且限於法向垂直於該顯示面板之一方向之各側處的至 少第一範圍。以此方式，完全不損失該背光之光。較佳 地，該經準直背光經組態使得其提供由在一單一方向上所 發射之一個或多個平行或會聚光束所組成之經準直的光。 較佳地，此方向係正交於該背光之照明方向。 當該自動立體顯示器經組態使得法向垂直於該顯示面板 之一方向之各側處的該第一範圍係使得一會聚光東離開該 顯示器面板時’則該自動立體顯示器可包括該顯示面板與 該準直背光中間的一交織透鏡陣列，該交織透鏡陣列用於 提供一會聚、經準直的光束至該顯示面板使得在該空間光 147881.doc 201105110 調變器之平面處不存在未由至少一光束照明之鄰近會聚光 束中間的區域。 在此情況下’較佳地’該背光提供遍及其之整個照明區 域之平行的經準直之光。或者，可將該交織透鏡陣列整合 在S玄背光中以給該顯示面板提供照明整個顯示面板區域之 會聚光束。 另一配置進一步包括含一開口陣列之一第二屏障配置’ 而使該屏障配置（將被稱為「第一」屏障配置）及該第二屏 障配置介於該顯示面板與該透鏡配置之間。該第二屏障配 置具有比該第一屏障配置更寬的開口。此雙屏障配置使該 第一屏障配置之屏障開口之間的節距與一單一屏障配置情 況下可能之節距相比進一步減小。此意為該系統實現無需 使D亥第#障配置任意更接近該顯示面板（亦即無需減小 該第一屏障配置與該顯示面板之間的間隔）而獲得高解析 度顯示器之益處。 例如，對於第一角度範圍内之該顯示器之至少一些像 素，像素輸出被投影至該屏障配置之至少兩個屏障開:。 此將給予-單-屏障配置之一多圓錐輸出。然而，該第二 屏障配置阻擔光使得來自像素之光僅通過該等第二屏障配 置開口之一開口。此恢復一單一圓錐輸出。 【實施方式】 現在將參考隨附圖式，純粹藉由實例而描述本發 施例。 Θ 一屏障配置與一 本發明提供一種具有 一視域且其中使用 147881.doc 201105110 透鏡配置兩者之自動立體顯示裝置。複數個視圖被提供至 該視域内之不同的橫向觀看方向。該視域之至少一部分具 有自動立體輸出（3D) ’且具有自動立體輸出之該部分不具 有個別（2D)視圖之重複。此意為不存在視錐邊界處之立體 視圖的反轉（「凹凸相反的假立體視圖（pSeUd〇 stere〇 view)」），因為不存在視錐邊界。 在提供對本發明之一解釋前，將首先較詳細地描述本發 明所解決之問題。 圖1係一已知直視自動立體顯示裝置〗之一示意透視圖。 該已知裝置1包括具有充當產生顯示之一空間光調變器的 主動矩陣類型之一液晶顯示面板3。 該顯示面板3具有配置為列及行之顯示像素5之一正交陣 列。為清晰起見，圖式中僅展示少量的顯示像素5。實際 上，該顯示面板3可包括大約一千列及數千行的顯示像素 5。 該液晶顯示面板3之結構係完全習知。特定言之，該面 板3包括一對間隔開的透明玻璃基板，該等透明玻璃基板 之間提供一對齊的扭轉向列或其他液晶材料。該等基板在 其等之面對表面上承載透明銦錫氧化物（IT〇)電極之圖 案。該等基板之外表面上亦提供偏振層。

則地彼此間隔開。 液 等 147881.doc 201105110 各顯示像素5係與一切換元件（諸如一薄膜電晶體（TFT) 或薄膜二極體（TFD))相關聯。該等顯示像素經操作以藉由 k供疋址彳§號至该4切換元件而產生顯示，且適用的定址 方案對於熟習此項技術者將為已知。 該顯示面板3係由在（此情況下）包括延伸遍及該顯示像 素陣列之區域的一平面背光的一光源7照明。來自該光源7 之光經引導透過該顯示面板3 ,而該等個別顯示像素5經驅 動以調變該光並產生顯示。 該顯示裝置1亦包括配置在該顯示面板3之顯示側上之執 行一視圖形成功能之一凸鏡狀薄片9。該凸鏡狀薄片9包括 彼此平行延伸之一列凸鏡狀元件u，為清晰起見，僅以放 大的尺寸展示該等元件之一元件。 該等凸鏡狀元件11係呈凸圓柱透鏡之形式，且其等充當 -光輸出引導構件以自該顯示面板3提供不同的影像或視 圓至位於該顯示裝置丨之前的一使用者之眼睛。 圖1中所展示之該自動立體顯示裝置丨係能夠在不同方向 上提供若干不同的透視視圖。特定言之，各凸鏡狀元件】】 上覆於各列中之顯不像素5之一小群組。該凸鏡狀元件11 在一不同方向上投影一群組之各顯示像素5以便於形成若 干不同的視圖。隨著使用者之頭部從左移到右，他/她的 眼睛將依次接收該若干視圖之不同視圓。 熟習此項技術者應瞭解’因為在折射率切換僅應用於具 有一特定偏振之光的情況下，液晶材料係雙折射，故-光 偏振構件必須結合該上述陣列使用。可將該光偏振構件提 H788I.doc 201105110 供為該裝置之顯示面板或成像配置之部分。 圖2展示如上所述之一凸鏡狀類型成像配置之操作原 理，並且展示該背光20、顯示裝置2氕諸如一 LCD)及該凸 鏡狀陣列28。圖2展示該凸鏡狀配置28如何將不同的像素 輸出引導至三個不同的空間位置26、26,及26" »該等像素 可為一單色顯示器之像素或如本實例中之彩色顯示器的子 像素（未由參考編號所指示，但是自圖式中之像素陰影顯 而易見該顯示器之呈現（亦即將子像素指派給該顯示器 所產生之視圖）將使得每一視圖具有全部彩色影像資訊。 因為已經在先前技術中詳細描述用於呈現之適當的方案， 故該等方案對於熟習此項技術者將為已知。 圖3展示一屏障類型成像配置（其展示該背光2〇、屏障裝 置22及顯示裝置24(諸如—LCD))之操作原理。圖3展示該 屏障裝置22如何提供一圖案化光輸出。此意為不同的像素 係由不連續的光源區域照明，一光引導功能係使用該效果 而實施。如展示，自一方向照明一視圖之像素29a，且自 另方向照明另一視圖之像素29b。觀看者56之兩隻眼睛 接收該顯示器之不同像素所調變之光。 本發明涉及下文將解釋之視角重複問題。 圖4展不一多視角自動立體顯示器（例如，諸如圖2之該 夕視角自體顯示器）之布肩的一橫截&。該LCD面板 24再-人在頂部支撐該凸鏡狀陣列28。該凸鏡陣列具有個別 凸鏡28’、28"莖。甘 π 寻。系一凸鏡28,、28，，等之下方的各像素將 對視角41至47之-特定視圖有貢獻。在此情況下，各像素 147881.doc 201105110 係I色像素、紅色、綠色、藍色顯示面板之一子像素。 不同的彩色子像素係由不同的陰影表示。此透鏡下方之全 部像素將一起對如含於角度φ中之視圖的一圓錐有貢獻。 如由該角度Φ所決定之此圓敎寬度係由若干參數之組合 所決定：圓錐寬度取決於自該像素平面至該等凸透鏡之平 面的距離£)。圓錐寬度亦取決於透鏡節距尸乙。 圖5係圖4之一近視圖，並展示該顯示器24之一像素所發 射之光係由最接近該像素之凸透鏡收集，但是亦由該凸鏡 狀配置之鄰近透鏡收集。因此，來自各像素之資訊被引導 進入不同的視錐，使得具有相同資訊之全部視錐在該圖式 平面中重複。此為出現重複視圖圓錐之根源。此種重複一 般出現在橫向方向上。 一圓錐之寬度（Φ)對此等參數之相依性近似地由下列關 係所決定： Φ = 2 arctan - 〇 2D _ 在此運算式中，《為該像素平面與該等凸透鏡之平面中 間的材料的平均折射率（《通常處於1 〇(空氣）至1 ·6之範圍 中）。 應注意，兩個視圖之間的角度間隔越小，3E)效果越佳。 該等視錐之各者中所產生之對應視圖係相等。圖6中示 意地展示對於一 9視角自動立體系統60之此效果。該系統 具有一視域62，該視域62具有11個重複視錐61(各視錐61 中有9個視角）。該9個視角各具有待顯示之整個影像之2d 147881 .doc 12 201105110 影像資tfl，使得不同的視角具有一細㈣視差差異以提供 整個影像之立體感知。如在本申請案之[先前技術]中所解 釋’-圓錐内現在將存在可能具有朝向待顯示之該影像内 容之不同透視的立體觀看，使得達成身歷其境能力。 對於3D效果與解析度損失之間的一可接受之權衡，視角 總數目通常限於9或15，但是可進行其他配置。此等視角 通常具有1。至2。的一角度寬度。該等視角及該等圓錐具有 週期屬性。若使用者圍繞該顯示器行走（例如在橫向方向 上），則使用者將處於跨於鄰近視錐之間的視錐邊界63的 某一點處。因此，在圍繞此等邊界之某一區域中，兩隻眼 睛中的影像未關於視差及/或透視而適合地匹配。此係對 於圖6中之觀看者64而展示。在（例如）一 9視角系統之情況 下，左眼將接收（例如）第9個2D影像，且右眼將接收（例如） 所顯不之總影像的第1個2D影像。首先，保留左影像及右 景像’此思為该影像係反視立體影像（pSeU£J〇SC〇piC)。其次 且更嚴重的是’存在該等影像之間的一非常巨大的像差。 此被稱為「超級反視立體」觀看。隨著觀看者移動跨過圓 錐邊界’將觀察到非常惱人的不連續跳躍。 僅完全位於某一圓錐内之一觀看者（例如圖6左側之觀看 者65)體驗一 3D效果’因為此時被引導朝向其之左眼及右 眼的視圖具有細微差異（例如，左眼及右眼之視圖4及視圖 5分別係視差）。 總結而言’本揭示内容之目的在於對出現圓錐轉換同時 保留一良好的3D效果的一解決方案。 147881.doc •13- 201105110 接著將參考圓7描述根據本發明之一第—實施例，其展 示對出現重複圓錐及圓錐轉換之問題的理想解決方案。圖 7展示僅具有由許多視角組成之一單一圓錐71 (亦即角度〇 接近180。）的一系統70，使得不存在圓錐轉換。因此，該 視錐寬度係與該系統70之視域相同。 圖8展示此種「單一圓錐」顯示器之一基本實施例。該 顯示器由具有一顯示面板之一顯示器組成，該顯示面板具 有配備具有相對窄的透明孔隙（狹縫）82之一屏障8〇的一像 素平面86 ^該屏障與該顯示面板隔開一距離D。由一背光 照明配置（未展示）所產生之光84自背光側進入該顯示器之 玻璃81。在該玻璃内側，進入光與顯示器法向之間的角度 在0與42之間變化（假設來自該背光之光於空氣中在〇。與 90°之間變化，且該顯示器玻璃之折射率為15)。因為該玻 璃内側之s亥光的角度擴散係有限，故可藉由使該屏障之節 距Ρ足夠大而避免重複的視圖。就經驗法則而言，該屏障 之節距Ρ通常應為該屏障至該像素平面86之距離D的兩倍。 節距與距離之間的精確比率取決於狹縫寬度（該等孔隙之 開口）及該等像素86與該屏障80之間的玻璃/介質83的折射 率。 此配置需要許多視角87(在圖8中僅該等視角之一視角具 有參考編號）來達成一良好的3D效果：此隱含該等視圖之 各者的空間解析度將非常低。必須在該等視圖之間分配該 像素面板（在此情況下為LC面板）之可用的像素數目；視圖 越多’各視圖之可用的像素數目越少。 147881.doc •14· 201105110 此缺點僅可藉由使用具有非常多的像素的一像素面板 (在此情況下為LC面板）（例如，藉由使用一全象限高清晰 度面板（3840x2160像素））而解決。歸因於減小的孔隙大 小，光通過量亦將受到限制。 為提供180度的視域，且為改良光效率，亦可使用透 鏡。特定言之，此需要與像素平面至該等凸透鏡之平面的 一短距離（D)組合之寬透鏡（大的透鏡節距^^)以及非常強的 透鏡。此等強透鏡實際上不可製作（其等之曲率半徑及將小 於h/2，從而隱含即使一半球透鏡係非足夠強）。 此缺點可以參考圖9所解釋之一方式而解決。此涉及使 該屏障80中之該孔隙82變寬且在各孔隙處放置—透鏡9〇 (且基本上處於各孔隙之平面中）以改良光通過量。 因此，本發明係關於組合屏障配置與透鏡配置之各種配 置。 存在於—LC面板内之光線的角度限度限於0max=sin-i (1/«)。此處，《係該LC面板之基板及蓋玻璃的折射。通 常《=1.52 ’從而引起〜ax=±41〇。 此僅為斯料定律（Snell，s law)之結果：發源於背光之 光線在進入LC面板之玻璃基板時被折射往法向方向。 此隱含在圖9a(其展示具有—LC面板之前的透明狹縫之 一週期陣列的—簡單的光阻擋屏障）中料之布局的情況 下，只要滿足下式即可產生一單一視錐： PL-S>2D-\m{emsK) ° 147881.doc 201105110 在此關係中，係該屏障中之該等狹縫的寬度且D係該屏 障配置與該LC面板之間的間隔。實際上，$應為短小以不 使個別視圖變寬。在該情況下，與tan(^max)wl相組合，h 之最小值係户/：«2 ;因此，較佳地戶l>2 £)。 該等狹縫之寬度S的一微小值隱含一低的透射：大部分 光被損失。一解決方案為增加該等狹縫之寬度並且組合該 等狹縫與一凸透鏡’如圖9b及圖9c中所示。該凸透鏡應具 有大致上類似於透鏡至像素平面之距離的一焦距y。此確 保鄰近視角之間的重疊仍為微小。 藉由近似法，一凸透鏡之焦距遵守關係>/^/(„_丨），其 中及為該透鏡之曲率半徑。假設；ί = 1 · 5 2且戶=£)，則有 。較佳地，0.2 D<i?<0.5 £)。 可藉由選擇該屏障_之該等狹縫比該等透鏡之寬度更窄 (如圖9b中所示）而改良該等凸透鏡之光學品質。 若使用一 OLED顯示面板（或無需背光照明及空間光調變 之任意其他的發光像素面板）替代一 LC面板，則一 〇LED像 素所發射之光線並非侷限於一有限的角度範圍；而是其等 橫跨該OLED之玻璃蓋内側之-90。至+90。的全範圍。因此， 以大角度發射之光線可容易地到達鄰近狹縫及次鄰近狹 縫。然而，倘若使用一内部全反射機制來確保此等光線不 可離開該OLED面板之蓋玻璃91，則此等混附光線 (spurious rays)未構成一問題。圖9c中示意地展示此種内部 全反射解決方案之一實例，其中現在藉由確保透鏡曲面面 對該發光像素面板（OLED面板）之蓋玻璃而由光的入射角 147881.doc •16· 201105110 約束外搞合光進入該等透㉟。因&，對於兩種類型的顯示 益，介於該顯示面板與該屏障配置之間的光路徑的角度限 ;法亡方向之各側的一第一範圍》此使該屏障起作用以 確保來自一像素之光僅到達一屏障開口。 S亥透鏡與屏障之組合意為至該顯示裝置之該視域的光路 徑的角度係處於一法向方向之各側處的一第二範圍中而 該第二範圍大於該第一範圍。在極限處，該第二範圍係9〇 度’使得顯示輸出視域及（因此）視錐係全18〇度。 參考圖10描述根據一第二實施例（根據本發明）之一自動 立體裝置100。再次，僅存在橫跨視域1 〇2之一單一的視 錐。在此情況下，視圖密度在小視角處為高，且在大視角 處為低。此引起對於（例如）觀看者1〇5之在相對小的視角 (在橫向方向上）處的一良好的3D影像品質，及對於（例如） 觀看者104之在較大視角處之一良好的2D影像品質。 因此’包含（例如）視角10Γ、101，·及之視角1〇1係以 一非線性方式分佈。亦即，該等視角經配置使得對於幾乎 正父地離開該顯示器之視角（亦即小視角，諸如（例如）視角 101 "')，視角間隔係微小。視角間隔隨著視角增加而增加 (諸如，對於（例如）視角101”及101’）。因此，並非全部的視 角皆具有相同的視角寬度。 如上文所提及，鄰近視角之間的角度間隔越小，3D效果 越明顯，且反之亦然。此隱含以小視角觀看該顯示器之一 觀看者將看見一高品質的3D影像（例如觀看者〗，然而 隨著增加視角’該3D效果將逐漸下降並且最後降為一 2d I4788I.doc .17- 201105110 影像（例如觀看者1 04)。 優點在於，以此方式僅需要有限數目的視圖，從而隱含 可在各視圖内獲得一良好的空間解析度。同時不出現視圖 重複。 可對於微小的視角在鄰近視角之間提供一微小的重疊 (此有助於達成-良好的3D效果），且隨著視角增加而逐漸 增加重疊。尤其在3D效果將減弱之大視角處，可藉由提供 視圖之間的一巨A重疊而獲得—良好品質的2D效果。藉由 呈現具有相同影像内容之外部視圖且允許此等視圖之間的 一巨大重疊，如一觀看者所看見之該影像之表觀空間解析 度將增加。換言之，對於微小視角，該等視圖被呈現為3d 視圖’且對於大的視角，該等視圖被呈現為2d視圖。 視圖呈現係將適合的影像資訊指派給所需的像素使得該 資訊最後處於所需的視圖上之程序。熟習此項技術者將能 夠使用習知的電子及顯示設備來定址該像素平面，使得其 達成此種呈現。 現在將解釋可以一非線性方式重新分佈視圖之方式。 參考圖5，使&成為某一像素發射一光線之角度且使心以 成為此光線離開該3D顯示器之角度。化„與6»〇ut之間的關係 遵守斯涅耳定律： «sin(0J = sin(0oJ。 應注意’在此關係中係該LC面板之蓋玻璃的折射 率。自此關係’吾等可確定在稍微改變h之後0。“的變 147881.doc -18- 201105110 化： ^.〇«L - 1 c〇sffl”） n~^n2sm\9in) mn) 可展示結果為： /—(九)=了」°和 〇 φ-η2 sin2(^„) 此函數係與deout/dein成比例（且因此與鄰近視圖之間的角 度距離成比例）’且對於θίη=0(對應於零視角）此函數被正規 化為l(unity)。對於n=1.52，圖u中以圖形描繪此關係。實 線U0表示先前技術所遵守之行為。虛線112表示根據本發 明之一實例。 因此，特徵在於遵守關係f(ein)>1.05 fpri〇rart(0in)(對於全 的θ1η值）之函數f(0in)的視圖分佈係較佳。此對應於佔據 圖11中之陰影區域之視圖分佈。該圖中之陰影區域對應於 f(ein)>fpri〇r art(Qin)。 具有該孔隙中之一透鏡之該等以上實例的一缺點在於不 可容易地調諧視圖間隔。該間隔係主要由在孔隙或透鏡之 玻璃空氣界面處之折射決定。所得之視圖間隔隨著該等視 圖與邊顯示器法向之（中心）角度增加而增加，但是可期望 一較陡的增加。 因此’该專以上實例之一細敏化係再次基於具有光阻擋 元件（屏障）之至少一層與具有凸鏡（透鏡）之至少一層之一 147881.doc -19- 201105110 j而此等層處於離該下伏顯示器不同的特定距 離。此措施實現根據需要修改該視圖間隔。 自該等以上實例易得知該屏障之功能係自通過該系統之 王口p光線中進行某-選擇。藉由在離該像素平面不同距離 處放置該透鏡及該屏障，對應於不同射出角度之光軌線將 在不同位置處與透鏡表面相交。此等位置處之該透鏡的斜 率及曲率可取決於該射出角度（或以該射出角度之-函數） 而調整。以此方式，可變動該等視圖之間的間隔（該等視 圖之寬度）。 圖123中展示一第-實施例。沿循自處於該像素平面86 中之該等顯示像素朝向觀看者的光，該等光線首先遇到透 鏡120，且然後遇到該屏障。可最初假設該屏障中之孔隙 係狹窄的「針孔」狹縫。可藉由透過該屏障孔隙自外側回 溯追蹤該等光線而最容易地瞭解設計需求。在該情況下， 介於屏障與透鏡之間的介質中的光線佔據相對於顯示器法 向之0與42之間的角度（假設n=1 5)。自該孔隙「射出」 之王。卩光線應由該透鏡「擷取」。設定d=db_di，d係最接近 該屏障之透鏡的部分與該屏障之間的距離。現在如在圊 5中所示之幾何情況下’ d應近似滿足d/p«0.5。 該透鏡之詳細形狀取決於關於視圖間隔之需要。出於實 用目的，一圓形或橢圓形橫截面可提供可接受的視圖分 佈。一般而言，該透鏡可為但不必為完全非球面。該透鏡 (透鏡120)之中心的曲率半徑係由圍繞該顯示器法向之該等 視圖所需的視圖間隔決定。 I47881.doc •20- 201105110 使用該屏障中之一非常窄的孔隙的一缺點在於該屏障之 平均透射及因此該顯示器之亮度變得低。若在無進一步措 施情況下增加該孔隙之大小，則不但亮度將增加，而且該 等視圖之間的角度重疊（串擾）將增加。為避免此情況，可 在該孔隙中或非常接近該孔隙放置一額外的透鏡（透鏡 122)。此情況展示於圖12b中。在該所示之情況下，透鏡 122係負透鏡。 透鏡120及122之作用/設計流程係使得透鏡12〇經設計以 提供與一針孔類型屏障配合之適合的視圖分佈。然後，透 鏡122經設計使得在自產生中心視圖之該顯示器像素之中 心的一窄角度範圍内射出之一束光線在通過透鏡12〇之中 心之後及在通過透鏡122之後作為朝向觀看者之一平行光 束而被發射。將該孔隙之寬度選擇為儘可能大，但是以此 方式未過多權衡該等視圖之間的串擾。遵循此設計流程將 獲得1)視圖間距、2)該等視圖之間的串擾與3)亮度之間的 一良好的權衡。 在圖12之設計中’該透鏡120離該顯示面板86之距離（di) 與該屏障配置80離該顯示面板86之距離db之比率係處於〇 3 至0.6的範圍中。 圖12中所展示之兩項實施例的一可能的問題在於該透鏡 之形狀就可製造性而言並不非常符合實際。該透鏡趨於變 得非常「深」，且在兩個鄰近透鏡相交之若干點處，透鏡 曲線幾乎與顯示器法向相切。 圖13a中展示一更佳的實施例。沿循自該顯示像素朝向 147881.doc -21- 201105110 觀看者之光，該等光線首先遇到該屏障，且然後遇到該透 鏡。5亥屏障經選擇使得可不出現重複的視圖（參見圖5)，因 此db/p«0.5。結果是一波浪狀透鏡對於可接受的視圖分佈 係較佳。此種幾何形狀之優點在於其不太深且不含有「困 難」斜率。應注意，在一透鏡節距内，該透鏡曲線兩次觸 石亚屏障與透鏡之間的玻璃。該透鏡係高度非球面。自該屏 障孔隙射出之全部光線應由該透鏡「擷取」。此意為，若 吾等設定d=di-db，則d應近似滿足d/pRi〇 5。 在此情況下，該透鏡120離該顯示面板86之距離di與該 屏障配置80離該顯示面板86之距離九之比率較佳處於15至 2.5的範圍中。 如在先前實施例之情況下，可增加該等屏障中之孔隙且 該等孔隙可配備透鏡122。此情況展示於圖13b中。 對於貫際设δ·}*，有利地將該屏障放置為儘可能接近該等 顯示像素。通常’ &最小的距離為大約i毫米。此意為屏 障與透鏡之距離亦為大約i毫米，且屏障/透鏡節距大約為 2毫米。取決於考慮中的顯示器，視圖之總數目可為⑽至 4〇。接近表面法向之該等視圖的間隔係由處於中心之透鏡 表面的曲率決定。通常，接近該表面法向之所要的視圖間 隔係1至2。。在許多實際的情形中，此意為該中心處之曲 率必須經選擇使得對應的焦平面非常接近該屏障（稍微在 °玄屏障之下」）。為達成此目的，該曲率必須強大。現 在，若吾等欲使該孔隙變寬且在其中放置一透鏡（透鏡122) 以保持該等視圖更加準直或不太準直，則將產生一問題。 14788 丨.doc -22- 201105110 因為該主要的透鏡（透鏡120)被強烈彎曲，故透鏡122必須 為一經強烈彎曲的負透鏡。實際上，結果是此限制該等孔 隙之大小及/或該系統之效能。因此，透鏡120較佳地被放 置於進一步遠離該屏障之處，使得處於中心的曲率可相應 地降低。 圖14a中展示具有增加的屏障透鏡距離之一第三實施 例。主要透鏡係餘弦形狀❶當與先前實施例相比時，該屏 P早至透鏡距離已翻倍。透鏡節距仍然相同，但是該透鏡僅 每一節距一次觸碰該下伏玻璃。透過一屏障孔隙進入的光 線貫際上係由兩個（或替代地，一半+ 一個+ 一半）透鏡「操 取」。充當一屏障孔隙之「中心部分」的該透鏡的一部分 充當鄰近孔隙之「邊緣部分」。該透鏡之各部分被使用兩 次，亦即自兩個孔隙照射到光。優點在於該透鏡在中心處 可為不太彎曲。因此，可增加該屏障孔隙且需要一不太負 的透鏡來準直中心視圖。在此情況下，該透鏡12〇離該顯 不面板86之距離d丨與該屏障配置8〇離該顯示面板％之距離 db之比率較佳處於2.5至3·5的範圍中。 在圖13及圖14中，該屏障配置80離該顯示面板86之距離 db” 4屏障配置80之該等開口 82的節距p之比率處於ο ]至 0.6的範圍中。 圖15展示一42”（1〇7公分）顯示器（192〇xl〇8〇像素）之—實 際設計。主要透鏡12〇由兩個堆疊的餘弦透鏡之一組合組 成。原因在於此與具有「雙深度」之一透鏡相比更容㈣ 造。出於簡單’選擇-合理寬的孔隙(10%透射)且不使用 147881.doc 23· 201105110 °亥透鏡122。若該透鏡（或透鏡堆疊）之中心的曲率經選擇使 得焦平面與|素平面重合，則彳進行此操作。此確保該等 視圖被準直。假設該透鏡係餘弦形狀且知道曲率，則該設 計係固定。 當然，該等透鏡無需為精確正弦形狀。一般而言，其等 將具有介於交替最大與最小之間的一週期形狀，而介於一 鄰近最小與最大之間的距離對應於該透鏡節距之一半。 圖15中之圖表展示所得的視圖分佈。視圖總數目為22。 在該顯示器法向附近之視圖係相對緊密地間隔。對於較大 的遠離法向的角度，該等視圖變得間隔更寬。根據此設計 之一顯示器將能夠對位於該顯示器法向附近之一觀看者顯 不3D内容，且對以較傾斜的角度看到該顯示器之一觀看者 顯示2D内容。如所預期，該屏障使光減少。平均的透射率 為10%。光量在該顯示器法向附近達到高峰。最大的透射 率為25%。在3D區域中，亮度減弱為原始（亦即，在無透 鏡/屏障之情況下）的25%，而對於較大的角度，亮度減弱 為10°/❶以下《當然，此等數值取決於若干設計選擇，且可 改良此等數值。 以上貫施例之總強度分佈係典型。因此，當以較大視角 觀看時，該3 D顯示將顯得相當昏暗。在計算中，已假設來 自背光之光的角度分佈為朗伯（Lambertian)漫射方式。為 改良s玄強度分佈之角度相依性，該背光可經調適以小角度 處之光度為代價而增加其在大角度處之光度。此示意地展 示於圖16中。達成此目的之一實際方式為使亮度增強箔 I47881.doc •24- 201105110 (如由Vikuity(3M公司）製造之BEF)翻轉（亦即，使經圖案化 之表面遠籬該面板且朝向該背光定向）。 以上實例組合一單一透鏡配置與一單一屏障配置。下文 描述使用兩個屏障配置之一修改。像素大小將可能在近期 繼續減小’且顯示器解析度將可能在近期增加。當對於一 單一圓錐顯示器實施上文之該單一屏障方法時，此意為需 要在設計中相應地按比例減小該LC面板蓋玻璃的厚度，使 得來自一像素之光僅到達一單一屏障開口。在該單一圓錐 顯示器設計中使用一第二屏障避免.在像素解析度增加時需 要按比例減小該玻璃面板的厚度。 一解析度增加實現一方面增加視圖數目或另一方面增加 解析度之間的一權衡。此選擇可以對該屏障中之該等狹縫 之節距的一合適選擇而實施。在該等上文實例中，最小節 距係由該LC面板蓋玻璃的厚度定義。下文將展示使用一第 二屏障使此制約得以避免。 圖17展示一雙屏障設計之一實例，其包括該Lc面板 86、該第一屏障配置80及該（主要）透鏡配置12〇。在該第一 屏障配置80之輸出與該透鏡配置12〇之間提供一第二屏障 配置130。該LC面板86與該第一屏障配置80之間的間隔為 dB1 ’且此間隔具有由該lc面板蓋玻璃之厚度所決定的一 最小值。該LC面板86與該第二屏障配置13〇之間的間隔為 dB2。 預期像素大小減小，但是最小的LC面板蓋玻璃之厚度 未隨之減小。此意為將不可能明顯地減小D的值（其在上文 147881.doc •25- 201105110 分析十給出最小的屏障節距户㈣)。此意為雖然較多的像 素係可用’但是因為所感知之解析度係由不可明顯減小 (因為4厚度D不可進—步減小）之該屏障節距^決定，所 以該等3D視圖之表觀解析度不可明顯增加。圖^所展示 之s亥第二屏障13 0解決此問題。 兩個屏障之節距係大致上相等。此配置使該屏障節距減 小為低於先前限制2D(亦即2dB1)。gj此，〜％<2〜。 此意為# 一像素所發射之光線可通過該帛 — 個以上狹縫，從而引起重複的圓錐。為防止重複的圓錐到 達觀看者，混附光線被該第二屏障阻擋。此顯示於圖Η 中。 該第二屏障i对之該等狹縫比該第—屏障中之該等狹 縫更寬：*^<5^。 通常，將厶/設定為等於該Lc面板蓋玻璃之厚度。而 且，通常1.2<dB2/dB丨<2.0。類似地，通常丨2<jW5^<5 〇。 以與該等上文實例相同之方式，該第一屏障中之該等狹 縫的寬度係由實際的像素大小、該LC面板前蓋玻璃之厚度 及該蓋玻璃之折射率決定。該等狹縫之週期係由與凸鏡傾 斜角組合之所選的3D視圖數目定義。 該兩個屏障之組合意為來自一像素之光再次未被耦合至 一個以上視圖中，使得視錐重複得以避免。因此，該第二 屏障給予更大的設計自由度，以在較高的顯示器解析度變 得可用時權衡視圖數目對每—視圖之解析度。 兩個屏障配置可位於單獨的薄膜箔片上，或可整合在_ 147881.doc -26 - 201105110 基板層132之任—侧上。該第二屏障中之狹縫的必要寬度 取決於该第一屏障中之狹縫寬度的選擇以及自第一屏障層 至第二屏障層之距離。自-設計透視，（對於較小的光線 角度）有益地具有介於兩個屏障層之間的具有折射率η之一 中間介質。兩個屏障層可與此基板光學接觸。 在4屏J5早堆疊之頂部上提供一第二基板134。此基板之 前表面具有可擁有與如上文概述相同之設計（例如一餘弦 形狀橫截面）的類似凸透鏡陣列。如在該等上文實例中， 此透鏡陣列無限地朝向該顯示器之像素平面成像。該透鏡 陣列之橫截面形狀決定該等不同視圖之角度擴散。該透鏡 陣列之基板可與該第二屏障層光學接觸或可不與該第二屏 障層光學接觸。 可以與如對該等以上實例所解釋相同之方式給一個或兩 個屏Ρ早中之狹縫提供額彳的透鏡’以實現增加該狹縫大小 同時仍然具有-可接受之3〇品質。增加狹縫大小將引起較 少的光被該等屏障阻擋，藉此引起—更具成本效率的系 統。 該等以上設計中之不同的基板層（含有光學特徵）可具有 大致的厚度，從而引起該3D顯示器之增加的重量。因此， 對該等以上設計之-額外的修改涉及消除該等不同基板層 之非光學作用區域中之材料。 將對於圖8及圖17中所示之設計類型解釋此方法。 圖8之單一阻擋屏障單圓錐3D顯示器之操作依賴於藉由 使用充當對於在全内反射之臨界角以外的光線之—光導的 14788l.doc -27· 201105110 一基板而選擇該咖之像素的—特定群组的原理。 圖18示意地展示相關聯的角度。-空氣間隙81存在於該 阻撞屏障8G與該基板14㈣，且因此存在分❹空氣折 射率與該基板之折射率的比率的反正弦所定義之一臨界 角。 wi方光配置尚未提供該角度擴散之限制，則需要此空 氣間隙81。例如，在圖8尹，該背光與該LCD面板之間的 空氣玻璃界面提供角度限制^若料光係直接與該[CD面 板接觸（例如-0LED背光），則該空氣間_可用於提供 所要的角度限制。 在此情況下不可任意選擇基板厚度Η。基板厚度η之最 大厚度⑻取決於該LCD中之像素的大小（ρ)、視圖之數目 (Ν)(亦即，-特定凸鏡下方的像素數目）及基板材料之折射 率及狹縫大小（S)。該基板厚度被表達為： Η =

(N.P^S) 2. tan 9C 圖18中之晝影線區域142(及其他對應區域-所展示之該 影線區域係對於該等屏障狹縫之週期的一半）表示可被移 除而不影響光學功能之基板材料。若該狹縫開口8不大於 該凸鏡節距之10%，則理論上可獲得45%的重量減輕。圖 19中繪示具有移除材料之基板片14〇。可在該凸鏡狀陣列 之頂表面處施加該屏障80。 實際上，如圖20中所示，一最小的高度h對於維持一單 一基板具有足夠的機械剛度係必需。在該情況下，最大的 147881.doc •28· 201105110 體積（重量）減小為： 卜(刻.' 替代使用一平面屏障80，圖20亦展示製成吸收光的側壁 144。藉由以一光吸收體塗佈重新塑形之基板，除提供所 要之屏障開口功能以外’可阻擋進入該基板片之不欲的菲 淫耳（Fresnel)背反射。 當該顯示器解析度增加（亦即，像素大小p按比例減小〕 QLP — S) / J ’ 時，不可能達成上文定義為好=2.tan0c之最大的基板厚度。 然後必需將一第二阻擋屏障併入至該光學系統中以（透過 第一狹縫）使視域限於右組像素，因此提供圖17之雙屏障 單圓錐3D顯示器實例。 圖21展示對應於圖17之一配置，但是其中下屏障已由如 圖20中所示之一減輕重量之塗佈基板所替換。該第一基板 與該第二基板處於光學接觸。 N 丞板150之厚度最小應兩 夜TryH，Η係該第一阻擋屏障基板14〇之厚度，且N係該單 一圓錐令之視圖數目（亦即’亦為-單一凸鏡下方的像素 數目）。該第，，障削具有擁有一寬度孔之一阻擋吸收區 使用幾何計算可展示 .-.(Ν-β-2Νβ) 域 b 而 ϋ-€ν+ΐ}'2' 參數Ρ係該LCD中之一單一像素的大小。參數β係第-透 射狹縫之開Π的按比例調整因數。實際上，為凸鏡 節距之丨〇%(=〇，10·Ν.Ρ)以使視圖變寬保持微小。 在圖21中’再次將可在該第二基板層中安全地移除之材 147881.doc •29· 201105110 料區域畫影線為區域152。其他對應區域亦可被移除。因 為光線在一均質材料中沿著直線轨跡行進，所以其等不可 存在於連接該第一透射狹縫及該第二透射狹縫之邊緣的線 條以外。圖22中繪示所得之經重新塑形的第二基板。藉由 使用參數b及Η，可展示的是， (2Ν — 2β — 3βΝ + 1) ~~~~~'5G%係可&。例如，若該第-屏障之狹縫具 有—10%(P=0.1)的開口，且螢幕具有9個視圖（N=9)，則該 第二基板中可能有一 80%的體積減小。 體積減小 圖22亦展示可以一吸收塗層154替換該屏障層13〇。 因此，可知的是，對於兩種設計，該屏障配置包括至少 一透明板片，纟中該板片被塑形為具有帶有若干裁剪部分 之-矩形形狀的-橫截面，纟中該等裁剪部分係定位在該 顯示面板與該屏障配置之間的光路徑受限制之區域的外側 區域中。此方法在使用一單一屏障時對於該單一板片係可 能，或在使用兩個屏障配置時對於兩個板片係可能。 因為本發明之顯示器使用具有相對窄的狹縫的一屏障以 選擇來自待透射至所產生之視圖中的像素之光線的一部 分，所以該屏障之平均透射係相對低，使得一顯示器之亮 度可變得低。此可為（例如）在該顯示面板係具有遍及一寬 角度分佈而發射其之光的一規則一致照明背光之一 lcd時 的情況《可在該等前述實例（諸如，例如圖12及圖13之實 Ή )中得知，僅该背光之光的部分將通過該等孔隙以對觀 看者提供顯示。 為了改良本發明之該顯示器的亮度，該顯示器可包括一 14788】.doc 201105110 光源（例如提供經準直之光的一準直背光），其中該準直係 使得經準直光束至少部分匹配於視圖產生光學器件（屏障 及透鏡配置）之光學構造所選擇之光束。較佳地，該準直 係使得光束完全匹配，使得完全不損失光。該光準直確保 省煮光之較多光最後處於待觀察之視圖中，藉此增強具有 該規則一致照明背光之一顯示器的亮度。 接著將描述具有準直背光之顯示器的實例。較佳地，經 準直之背光經組態使得其提供由在一單一方向上發射之一 或多個平行光束所組成之經準直的光。較佳地，此方向係 正交於該背光之照明方向。 圖23係可用於本發明之顯示器中之一準直背光22〇的一 實例。該準直背光包括一光源陣列（諸如發光二極體 (LED)221)、一背光屏障222(具有用於使光源光通過之背 光孔隙223)及#光透鏡224(用於準直通過該等孔隙之光）。 較佳地，每一光源係與一孔隙及一透鏡光學相關聯，使得 光源之光僅通過-孔隙，纟通過該孔隙之光僅被一透鏡 收集。該等光源可以中間的黑暗區域隔開以助於該光學相 關聯。 在圖23之實施例中，該光源位於與其相關聯之透鏡的焦 或平面巾U此方4，通過該子匕隙之光被該透鏡準直以 形成具有—平行光束寬度226之—平行光束出。該平行光 束之方向227可根據一般幾何光學原理(亦即藉由改變(例 如^目對於該源等之該背光透鏡的位置）而設定或控制。在 實施例中平行光束之方向係正交於準直背光照明區 147881.doc 31 201105110 域。該背光屏障中之孔隙可為相對寬以至少防止來自一源 之混附光線進入一鄰近背光透鏡（亦即（例如）不與產生該光 之源光學相關聯的一透鏡）。較佳地，如在圖23中，該透 鏡陣列中之該等背光透鏡具有一寬度及一位置，使得其等 之邊緣重合’且該等背光孔隙之寬度及位置係使得該光源 之光填充與其光學相關聯之整個透鏡，亦即各光源所發射 之光被限制在角度限度中以命中全透鏡寬度。應注意，該 等孔隙及/或透鏡之橫截面形狀可使得離開該背光之該等 光束的橫截面形狀填充該準直背光之照明區域的平面。以 此方式，該背光以遍及其之整個照明區域之平行光束提供 大致上一致的照明❹如所述，此等光束在此情況下係正 交。 因此，一準直背光可提供侷限於一或多個光束（其等之 各者具有一有限的角度限度）内之光，從而區分該準直背 光與該規則一致的背光。該等經準直光束之較佳形狀在準 直限度（該光束之角度侷限的限度）及橫截面形狀方面係由 根據本發明之一顯示器的詳細構造決定。下文將給出實 例。 選擇最後處於一自動立體顯示器之視圖内的平行光束的 該自動立體顯示器可有利地裝配提供此等平行光束之一準 直背光。在一實施例中，此種顯示器可為參考圖12所述之 顯示器。較佳地，該準直背光經組態使得其之平行光束具 有匹配於該透鏡配置之該等透鏡120之橫截面區域的一橫 截面區域。在該情況下，無光被損失。因此，在圖12之該 147881 .doc -32- 201105110 顯示器具有處於選擇具有大致上矩形橫截面形狀之光束的 配置中的半圓柱透鏡120時，該背光較佳經組態使得其之 光束匹配於此矩形形狀。更佳地，因為然後在該顯示器中 選擇該背光所提供之全部光以最後處於該等視圖中，所以 該經準直背光之光束的矩形形狀區域係至少與該所選光束 之區域一樣小。可使用與該等背光透鏡之形狀組合之該等 背光孔隙之形狀而選擇該準直背光之該等光束的形狀。因 此，在圖12中，該等背光孔隙較佳為矩形狹縫，且該等背 光透鏡為半圓柱透鏡。 應清楚的是，可使用關於如由該自動立體顯示器之視圖 產生光學器件所決定之形狀的其他組態。例如，經準直背 光光束可具有由具有對應的橫截面形狀之孔隙及/或透鏡 所獲得之正方形或六角形橫截面區域。 替代具有平行光束選擇之顯示器，可建構選擇會聚光束 以最後有利地處於一自動立體顯示器之視圖内的該自動立 體顯示器，如下文關於（例如）圖8、圖13或圖14所述。此等 自動立體顯示器可裝配提供此等會聚光束之一準直背光。 因此，適用於此目的之該準直背光將為其中該準直背光 220之該等背光透鏡224將被放置在離該等光源大於焦距之 一段距離之處使得會聚光束將產生的一背光。 然而應注意，因此在離該背光（透鏡）某一距離之處（其中 該光束仍為會聚），鄰近光束中間將存在無光的區域。因 此，此等區域中之一規則像素平面的像素將不被點亮。該 顯不面板之任一像素結構可經調整以省略未被點亮之像 147881.doc -33- 201105110 素，或簡單地不使用此等像素。 然而，在—較佳實施例中，該經準直背光然後被建構使 得無此等「黑暗」未點亮區域存在於其之會聚光束中的某 -點處’使得可使用-最大的像素數目。此操作可使用且 有交織透鏡之-光學配置而進行，其中鄰近錢❹Μ 該等鄰近透鏡之透鏡片段之間的逐段變動而重疊。圖24之 顯示器240展示一實例。 使用提供圖24中之平行的正交定向光束241之圖23的該 準直背光（未展示該背光）。除如參考圖13或圖14所述之該 自動立體顯不器實施例以外，提供一交織透鏡242陣列以 將該等平行光束24!變換為在會聚限度方面匹配於具有狹 縫244之該屏障所選的該等光束244的會聚光束243。為了 以全照明提供一所選的光束244，該交織透鏡242陣列之透 鏡將必須具有一寬度245，使得以線條246所指示之鄰近透 鏡在此陣列中將必須重疊。此目的係藉由建構該交織透鏡 陣列使得該陣列具有該等重疊鄰近透鏡之透鏡片段的逐段 變動以產生透鏡表面247而達成。應注意，該等重疊透鏡 實際上為將提供如上所指示之該所選光束的全照明的假想 透鏡。該交織透鏡實際陣列之透鏡表面的某些部分與該重 疊的「假像」透鏡之透鏡表面重合，而其他部分不重合。 應清楚’若待達成非全照明，則可根據以上原理調整該透 鏡表面以達成此效果。 跨該會聚光束之可能的非一致光強度可藉由調整該等平 行光束之光強度使得其抵銷此等非一致性而調整。濾光片 I47881.doc •34· 201105110 或經調整的背光透鏡形狀可用於達成此目的。 合宜地，該交織透鏡陣列可與該等背光透鏡整合以對該 準直背光提供完全的會聚光束能力。 分割申請案基礎 若該準直背光經配置使得其提供平行或會聚之光束，該 等光束具有至少足以確保全部光束落於之被該自動立體顯 示器之光學配置傳遞至視圖中的光束内的一準直限度，則 在原理上可自該屏障配置省略選擇屏障。因此，例如，若 該準直背光之該等平行光束精確匹配於進入圖4之該等透 鏡120之平行光束，則可省略該屏障8〇。類似地若該等 光束將為會聚以匹配於通過圖13及圖14之像素陣列的光 束’則可省略該屏障80而無效果損失。 本發明提供一種多視角顯示器。特定言之，單一圓錐立 體區域具有至少3個不同的2D視圖（對應於兩個3D觀看位 置）。較佳地，該立體區域具有至少5個2D視圖，更佳地具 有9個或9個以上視圖，且甚至可能具有丨5個或丨5個以上視 圖。2D視圖的數目將基於解析度與可使用更多視圖而達成 之身歷其境印象之間的所要的權衡以及立體觀看區域之所 要的寬度（如該等2D視圖相隔（例如）〇·5度至3度）而選擇。 雖然以上描述已專注於一「光閥」顯示器（如一 LCD)， 但是本發明亦適用於發射類型顯示器（如（例如）有機 LED(OLED)顯示器）。在後一種情況下，存在於該顯示器 之玻璃内的光並非侷限於一 2x42。的頂角圓錐，而是彳占據 整個角度空間。在該等屏障孔隙必須具有如圖9c中所示之 147881.doc -35- 201105110 一空氣間隙之一修改的情況下，可使用以上全部實施例。 ”亥二氣間隙確保來自一像素的光僅可通過一屏障孔隙。如 應瞭解，可以具有相同效果之任意其他間隙替換該空氣間 隙全β卩的其他屏障孔隙被全内反射阻擋。該屏障節距p /、SX屏障至像素距離d之間的關係必須與圖5中所示之關係 相同。一空氣間隙可用於但不必用於一光閥顯示器（如一 LCD)。 上文已經展示僅具有一主要透鏡（透鏡12〇)之一些實 例。實際上，如在圖丨5中所示之實際設計中，可有益地將 该主要透鏡分為兩個折射表面。此可具有技術原因或光學 品質原因。此外，在一主要透鏡之情況下，該透鏡可直接 形成於屏障與透鏡之間的玻璃上。就該像素至透鏡之距離 di的定義而言，可將此視為自該像素平面至圖13及圖μ之 该透鏡（或透鏡堆疊）的一部分之可能最小的距離。對於圖 12，可將山視為自該像素平面至該透鏡的一部分之可能最 大的距離。 在該等圖式中’已將該觀看區域（亦即該單一圓錐）展示 為大致上覆蓋輸出角度之全180度範圍。然而，此並不重 要。例如’暗帶可存在於陡峭角度處，使得該視錐更加有 限。例如’中心120度可界定該顯示器之觀看區域（視域）， 且各側處之30度可為黑暗區域。 自對圖式、揭示内容及附加申請專利範圍之一研究，熟 習此項技術者在實施所申明之發明中可瞭解並且實現對該 等所揭示之實施例的其他變更。在申請專利範圍中，用詞 147881.doc •36- 201105110 包括」並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「_」並 不排除複數。在互相不同的隨附申請專利範圍中列舉‘些 措施之純事實並不代表此等措施之—組合不能優化❹y 不應將中請專利範圍中之任意參考符號視為限制範嘴。 【圖式簡單說明】 圖1展示一已知自動立體顯示裝置之一示意透視圖； 圖2展示一凸鏡狀陣列如何提供不同視圖至不同的空間 位置； 圖3展示一屏障配置如何提供不同視圖至不同的空間位 置； 圖4展示一多視角的自動立體顯示器之布局的一橫截 面； 圖5係圖4之一近視圖； 圖6展示一 9視角系統，其中圓錐組之各者中所產生之視 圖係相等； 圖7示意地展示出現重複圓錐及圓錐轉變之問題的理想 解決方案； 圖8展示一「單一圓錐」顯示器（諸如圖7中所示）之一基 本實施例； 圖9a展示一可能的顯示器設計，且圖9b及圖9(：展示本發 明之兩項實施例； 圖10展示本發明之一顯示器之另一實施例； 圖11展示比較先則技術與本發明之透鏡功能； 圖12a及圖12b展示進一步實施例，其中該透鏡及該屏障 147881.doc -37- 201105110 置於離像素平面不同距離之處； 圖13a及圖13b展示具有主要透鏡之簡化設計之進一步實 施例； 圖14a及圖14b展示具有介於該屏障配置與該透鏡配置之 間的增加的距離之進一步實施例。 圖15展示一 42”（ 107公分）顯示器之一實際設計； 圖16展示對該背光設計之一可能的修改； 圖17展示-進一步實施例’其實現自一增加的像素解析 度所獲得之益處； 圖1 8係用於解釋根據本發明之一進一步實例可移除之圖 7之設計的該基板之部分； 圖19展示在移除該等基板部分情況下之圖7的設計； 圖20展示對圖19之設計的一修改； 圖21係用於解釋根據本發明之一進一步實例亦可移除之 圖17之設計的該第二基板之部分；及 圖22展示在移除該第二基板部分情況下之圖丨7的設計； 圖23係一示意準直背光； 圖24展示根據本發明之具有一準直背光的—自動立體顯 示裝置。 【主要元件符號說明】 1 自動立體顯示裝置 3 液晶顯示面板 5 顯示像素 7 光源 1478Sl.doc • 38- 201105110 9 凸鏡狀薄片 11 凸鏡狀元件 20 背光 22 屏障裝置 24 顯示裝置 26 空間位置 26' 空間位置 26" 空間位置 28 凸鏡狀陣列 28， 凸鏡 28" 凸鏡 29a 像素 29b 像素 41 視角 42 視角 43 視角 44 視角 45 視角 46 視角 47 視角 56 觀看者 60 9視角自動立體系統 61 視錐 62 視域 147881.doc - 39 - 201105110 63 視錐邊界 64 觀看者 65 觀看者 70 系統 71 圓錐 80 屏障 81 玻璃/空氣間隙 82 透明孔隙/狹縫 83 玻璃/介質 84 光 86 像素平面 87 視角 90 透鏡 100 自動立體裝置 10Γ 視角 101" 視角 101"' 視角 104 觀看者 105 觀看者 112 虛線 120 透鏡 122 透鏡 130 第二屏障配置 132 基板層 147881.doc •40 201105110 134 第二基板 140 基板 142 畫影線區域 144 側壁 150 第二基板 154 吸收塗層 220 準直背光 221 發光二極體（LED) 222 背光屏障 224 背光透鏡 225 平行光束 241 平行的法向定向光束 242 交織透鏡 243 會聚光束 244 狹縫 245 寬度 246 線條 147881.doc -41 -

Claims (1)

1. 201105110 七、申請專利範圍： ι·—種自動立體顯示裝置，其具有在一橫向方向及一垂直 方向上之一視域，該自動立體顯示器包括： 一顯示面板（86); 一屏障配置（80)，其包括一開口（82)陣列，該屏障配 • 置（80)與該顯示面板（86)相間隔開，其中該顯示面板（86) 與該屏障配置（80)之間的光路徑的角度係限於法向垂直 於該顯示面板之一方向的各側處之一第一範圍； 一透鏡配置’其具有與各屏障配置開口（82)相關聯之 至少一透鏡（90); 其中至該顯示裝置之該視域的光路徑的角度係限於法 向垂直於該顯示面板之該方向的各側處之一第二範圍， 該第二範圍大於該第一範圍； 其中該顯示面板經調適以對不同的橫向觀看方向提供 複數個視圖，其中該視域之至少一部分具有自動立體輸 出’且其中具有自動立體輸出之該部分不具有個別2〇視 圖之重複且包括至少三個個別2D視圖。 2_如請求項丨之自動立體顯示裝置，其中該顯示面板（86)包 • 括一顯示像素陣列，且該屏障配置（80)經配置使得來自 一像素之光僅到達一屏障開口。 3. 如請求項丨之自動立體顯示裝置，其中該透鏡配置之該 等透鏡（90)係定位於該屏障配置之該等開口（82)處。 4. 士 '^求項3之自動立體顯示裝置，其中該透鏡配置之各 透鏡（90)的半徑（R)係介於該屏障配置與該顯示面板之間 147881.doc 201105110 的間隔（D)的〇·2倍至0.5倍之間。 5.如請求項丨之自動立體顯示裝置，其中該視域之全部具 有自動立體輸出。 6·如請求項丨之自動立體顯示裝置，其中該視域之一令心 部分具有自動立體輸出，且該視域之諸橫向部分具有2〇 輸出* 7. 如請求項6之自動立體顯示裝置，其中該視域之該中心 部分的個別2D視圖係比該視域之該等橫向部分中的2£>視 圖更緊密地定位，其中該中心部分之該等個別犯視圖較 佳地相隔〇. 5度至3度。 8. 如請求項7之自動立體顯示裝置，其中該透鏡配置（12〇) 係提供於該顯示面板（86)與該屏障配置（8〇)之間，且其 中該等透鏡（120)離該顯示面板（86)之距離（dl)與該屏障 配置（8〇)離該顯示面板（86)之距離（db)的比率係處於〇3至 〇·6的範圍中。 9·如請求項7之自動立體顯示裝置，其中該屏障配置（8〇)係 提供於該顯示面板（86)與該透鏡配置（120)之間，各透鏡 元件接收來自一各自屏障開口之全部光。 10.如請求項9之自動立體顯示裝置，其中： 該等透鏡（120)離該顯示面板86之距離（七）與該屏障配 置（80)離該顯示面板（86)之距離（db)之該比率係處於1 5至 2·5的範圍中；及/或 該屏障配置（8〇)離該顯示面板（86)之距離（db)與該屏障 配置（80)之該等開口（82)之節距的比率係處於0.3至0.6的 147881.doc 201105110 範圍中。 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 如請求項9之自動立體顯示裝置，其中該等透鏡元件具 有接收僅來自-屏障開σ之光的—中心部分及接收來自 兩個鄰近屏障開口之光的共用邊緣部分。 如請求項U之自動立體顯示裝置，其中該等透鏡⑽)離 该顯不面板⑽之距離（dl)與該㈣配置（8〇)離該顯示面 板（86)之距離（db)之該比率係處於2 5至3 $的範圍中。 如明求項11之自動立體顯示裝置，其中該等透鏡元件 (12〇)包括兩個透鏡子元件之一堆疊。 如請求項1之自動立體顯示裝置，其進一步包括位於該 障配置（80)之该等開口處的若干額外的透鏡元件 (122)。 如刖述請求項中任一項之自動立體顯示器，其中該顯示 面板包括一空間光調變器及用於提供光至該空間光調變 盗之—背光，其中該背光係提供經準直光至該空間光調 變器之一經準直背光。 如請求項15之自動立體顯示器，其中該經準直光係平行 或會聚，使得其限於法向垂直於該顯示面板之一方向的 各側處之至少該第一範圍。 如請求項16之自動立體顯示裝置，其包括該顯示面板與 «玄準直背光之光源中間的一交織透鏡陣列，該準直背光 用於提供一會聚、經準直的光束至該顯示面板，使得在 °亥二間光調變器之平面處，鄰近會聚光束之間不存在未 受到至少一光束照明的區域。 147881.doc 201105110 18.如。月求们之自動立體顯示裝置其進一步包括一 屏障配置（130)，兮筮-θ址 ^第一屏障配置（130)包括一開口陣 列，該屏障配置_及”二屏障配置介 (86)與該透鏡配置阐之間，其中該第二屏障二面； 比該第一屏障配置更寬的開口。 A如^項18之自動立體⑹裝置，其中該顯示面板包括 一象素化的顯示器，其中對於該第一角度範圍内之至少 -些像素，像素輸出被投影至該屏障配置之至少兩個屏 障開口且其令該第二屏障配置阻擔光使得來自像素之 光僅通過該等第二屏障配置開口之一開口。 、 20. 如任1述請求項之裝置，其中該屏障配置包括至少一 透明板片’其中該板片被塑形為具有帶有若干裁剪部分 之-矩形形狀的-橫截面，其中該等裁剪部分係定位在 該顯示面板與該屏障配置之間的光路徑所限於之區域的 外側區域中。 21. 種準直背光，其包括一或多個光源及一交織透鏡陣 列，用於提供被引導至―唯—相同方向之複數個會聚光 束0 147881.doc