TW201307898A - 自動立體顯示裝置 - Google Patents

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Philip Steven Newton
Adrianus Sempel
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Abstract

本發明揭示一種自動立體顯示裝置，其包括諸如一發射式顯示配置或一反射式顯示配置之一顯示配置，該顯示配置具有一經間隔像素陣列。一光導配置具有一光導行陣列，其中一個行在每一顯示像素上方或在一像素群組(諸如一行)上方。該等光導行包括向外漸縮以定義一漏斗形狀之一側壁，其中該像素在該漏斗之較小基底處。該漏斗提供準直以減少該顯示器中之串擾，串擾對三維(3D)自動立體顯示器而言係尤其成問題的。

Description

自動立體顯示裝置
本發明係關於一種如此類型之自動立體顯示裝置：其包括具有用於產生一顯示之一顯示像素陣列及用於將不同視圖引導至不同空間位置之一成像配置之一顯示面板。
用於此種類型之顯示器之一成像配置之一第一實例係一阻障，舉例而言具有關於該顯示器之下伏像素定大小及定位之狹縫。在一雙視圖設計中，若觀看者之頭部係在一固定位置處，則其能夠感知到一3D影像。該阻障係定位於顯示面板前面且經設計以使得分別朝向觀看者之左眼及右眼引導來自奇數像素行及偶數像素行之光。
此類型之雙視圖顯示設計之一缺點係觀看者不得不在一固定位置處，且僅可向左或向右移動大約3 cm。在一更佳實施例中，在每一狹縫下面存在不是兩個而是數個子像素行。以此方式，允許觀看者向左及向右移動且始終在其眼睛中感知到一立體影像。
該阻障配置易於產生但不具光效益。因此，一較佳替代形式係使用一透鏡配置作為成像配置。舉例而言，可提供彼此平行延伸且上覆該顯示像素陣列之一細長柱狀元件陣列，並透過此等柱狀元件觀察該等顯示像素。
該等柱狀元件係提供為一元件薄片，其每一者係一細長半圓柱形透鏡元件。該等柱狀透鏡沿該顯示面板之行方向延伸，其中每一柱狀元件上覆兩個或兩個以上毗鄰行之顯 示像素之一各別群組。
在其中(舉例而言)每一柱狀透鏡與兩行顯示像素相關聯之一配置中，每一行中之顯示像素提供一各別二維子影像之一垂直片段。該柱狀薄片將此兩個片段及來自與其他柱狀物相關聯之顯示像素行之對應片段引導至定位於該薄片前面之一使用者之左眼及右眼，以使得該使用者觀察到一單個立體影像。該柱狀元件薄片因此提供一光輸出引導功能。
在其他配置中，每一柱狀物皆沿列方向與四個或四個以上毗鄰顯示像素之一群組相關聯。每一群組中之對應顯示像素行經適當配置以提供來自一各別二維子影像之一垂直片段。隨著一使用者之頭部自左至右地移動，觀察到一系列連續、不同、立體視圖，從而形成(舉例而言)一環視印象。
習知自動立體顯示器使用液晶顯示器來產生影像。
正越來越關注發射顯示器(諸如電致發光顯示器，舉例而言，發光二極體(OLED)顯示器)之使用，此乃因該等顯示器不需要偏振器，且由於與使用一連續光照背光之LCD面板相比該等像素在不用於顯示一影像時被關斷而使得該等顯示器潛在地應能夠提供增加之效率。
亦越來越關注對諸如電泳顯示器及電潤濕顯示器之反射式顯示器之使用。
本發明係基於在一自動立體顯示系統內對係發射式或反射式之一顯示配置之使用。
諸如OLED顯示器之發射式顯示器及諸如電泳顯示器之反射式顯示器與LCD顯示器在如何自像素發射光方面顯著不同。OLED像素係在一寬廣範圍之方向上發射光之發射器，且電泳像素係在一寬廣範圍之方向上反射光之反射器。在本發明之上下文中，此等發射器及反射器亦分別稱為漫射發射器及漫射反射器。對於一習用(2D)顯示器，OLED顯示器相對於要求一背光且在不採取特別措施之情形中僅以一窄光束發射光之LCD顯示器具有一明顯優點。然而，OLED材料之漫射發射亦提出一挑戰，此乃因大量光係在有機層內部再循環而不發射，從而導致一低效率。為進行改良，已探尋此各種解決方案以改良對自OLED離開之光之外部耦合。
然而，2D顯示器之此改良實際上係3D自動立體OLED顯示器之一問題。用於增加光輸出之解決方案不能用於自動立體柱狀顯示器中，此乃因意欲自一個柱狀透鏡發射之光可在玻璃中反射至一鄰近透鏡。此減小對比度且增加串擾。
諸如電泳顯示器及電潤濕顯示器之反射式顯示器可引起如上文針對呈OLED顯示器形式之發射式顯示器所述之類似缺點。
因此，存在對使用發射式顯示器及反射式顯示器之期望與對一3D自動立體顯示器內之低串擾之期望之間的衝突。
根據本發明，提供一種自動立體顯示裝置，其包括： - 一顯示配置，其包括一經間隔像素陣列；- 一光導配置，其包括一光導行陣列，其中一個行在每一顯示像素或一像素群組上方，其中該等光導行構成向外漸縮以定義一漏斗形狀之一側壁，其中該或該等像素在該漏斗之較小基底處；及- 一自動立體透鏡配置，其包括在該光導配置上方之複數個透鏡。
在本發明之一實施例中，該顯示配置係諸如一電致發光顯示器之一發射式顯示器，舉例而言，一OLED顯示器。在本發明之另一實施例中，該顯示配置係一反射式顯示器，諸如一電泳顯示器或一電潤濕顯示器。
呈光漏斗形式之光導配置之功能係有意地減小顯示像素之孔徑比。該等漏斗具有針對自動立體顯示器(尤其是透鏡配置)特別最佳化之一構造，以減少串擾及改良效能。
可在透鏡配置之每一透鏡下面提供複數個像素(但每像素一單個微透鏡亦係可能的)。舉例而言，該自動立體透鏡配置可包括沿一像素行方向延伸或與像素行方向成一銳角斜置之複數個柱狀透鏡，其中每一透鏡覆蓋複數個像素行。因此該等透鏡覆蓋若干像素行。藉由減少平行於顯示器平面或與其成一小角度延伸之光的量，減少了串擾。
側壁可在沿柱狀透鏡之寬度方向之一個側上具有一第一斜度，且在相反側上具有一不同的第二斜度。此意指漏斗限定光之成角度擴展之方式在像素之不同側處係不同的。像素係在透鏡下面的不同位置處，且此特徵使得能夠依賴 於在自像素輻射之光錐邊緣處之透鏡局部形狀來控制入射於透鏡表面上之角度。漏斗之基底可具有對應於像素之發射式或反射式區域之寬度(此將標識為「像素寬度」)的一寬度。
改變光在不同側上之成角度擴展之另一方式係使得側壁在沿柱狀透鏡之寬度方向之兩個側上具有相同斜度，但漏斗之基底可具有大於像素寬度之一寬度，且相對於該像素非對稱地定位。
漏斗形狀可在其較大頂部處合併，藉此填充像素之間的間隔，或者漏斗形狀可在其頂部處間隔開。以此方式，側壁斜度可係較大或較小的，以便控制藉由漏斗達成之光準直之量。
側壁可係反射式的，以便定義一光錐。
當在一頂部發光實施方案中顯示配置係一電致發光顯示配置時，該電致發光顯示配置包括一基板、在該基板上方之一反射式陽極陣列、在該等陽極上方之一電致發光層部分陣列及在該等電致發光層部分上方之一透明陰極陣列，其中該光導配置及隨後該自動立體透鏡配置係提供於陰極上方。
可在像素之間提供間隔件，該等間隔件在陰極上面投影，且光導配置在該等間隔件上方延伸。可在該等間隔件上方提供一反射式塗層。
當在一底部發光實施方案中顯示配置係一電致發光顯示配置時，該電致發光顯示配置包括一基板、在該基板上方 之光導配置、在該光導配置上方之一透鏡陽極陣列、在該等陽極上方之一電致發光層部分陣列及在該等電致發光層部分上方之一反射式陰極陣列，其中該自動立體透鏡配置係提供於與光導配置相反之基板側上。
本發明亦提供一種顯示自動立體影像之方法，該方法包括：使用包括一經間隔像素陣列之一顯示配置來產生一像素化影像；- 使用包括一光導行陣列之一光導配置來指引該像素光輸出，其中一個行在每一顯示像素或每一像素群組上方，其中該等光導行構成向外漸縮以定義一漏斗形狀之一側壁，其中該或該等像素在該漏斗之較小基底處；及- 使用包括在該光導配置上方之複數個透鏡之一自動立體透鏡配置來沿不同方向引導來自不同像素之光。
現將參照附圖僅以實例方式闡述本發明之一實施例。
本發明提供一種包括一顯示配置之自動立體顯示裝置，該顯示配置包括一經間隔像素陣列。一光導配置具有一光導行陣列，其中一個行在每一顯示像素上方或在一像素群組(諸如一行)上方。該等光導行構成向外漸縮以定義一漏斗形狀之一側壁，其中像素在該漏斗之較小基底處。該漏斗提供準直以減少該顯示器中之串擾，串擾對3D自動立體顯示器而言尤其成問題。
在下文中，將基於一電致發光顯示器(其係一發射式顯 示器之一實例)來闡述本發明之實施例。熟習此項技術者將理解，本發明不僅可應用於包括任一類型之發射式顯示之基於柱狀透鏡之自動立體顯示配置中，且亦可應用於包括任一類型之反射式顯示之基於柱狀透鏡之自動立體顯示配置，此乃因在所有此等顯示類型中光將在一寬廣範圍之方向上自一像素引導(經由發射或經由反射)至柱狀透鏡。
下文將首先闡述一習知3D自動立體顯示器之基本操作。
圖1係使用一LCD面板來產生影像之一習知直接視圖自動立體顯示裝置1之一示意性透視圖。習知裝置1包括主動矩陣型之一液晶顯示面板3，其用作一空間光調變器以產生顯示。
顯示面板3具有配置成列及行之顯示像素5之一正交陣列。為清楚起見，圖中僅顯示少量顯示像素5。實際上，顯示面板3可包括約一千列及數千行顯示像素5。
共同用於自動立體顯示器中之液晶顯示面板3之結構係完全習用的。特定而言，面板3包括一對間隔開之透明玻璃基板，其間提供有一配向扭轉向列型或其他液晶材料。該等基板在其面向表面上承載透明氧化銦錫(ITO)電極圖案。亦在該等基板之外表面上提供偏振層。
每一顯示像素5包括在該等基板上之相對電極，其間具有介入液晶材料。顯示像素5之形狀及佈局係由該等電極之形狀及佈局判定。顯示像素5係藉由間隙而彼此規則間隔開。
每一顯示像素5與諸如一薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體 (TFD)之一切換元件相關聯。該等顯示像素經操作以藉由將定址信號提供至該等切換元件來產生顯示，且熟習此項技術者將知曉適合的定址方案。
顯示面板3係由一光源7照射，在此情形中，光源7包括在顯示像素陣列之區域上方延伸之一平面型背光。來自光源7之光經指引穿過顯示面板3，其中個別顯示像素5經驅動以調變該光並產生顯示。
顯示裝置1亦包括配置於顯示面板3之顯示側上方之一柱狀薄片9，柱狀薄片9執行一視圖形成功能。柱狀薄片9包括彼此平行延伸之一列柱狀元件11，為清楚起見，以誇大尺寸展示該等柱狀元件中之僅一者。
柱狀元件11係呈凸面圓柱形透鏡形式，且其用作一光輸出引導構件以將來自顯示面板3之不同影像或視圖提供至位於顯示裝置1前面之一使用者之眼睛。
該裝置具有控制該背光及該顯示面板之一控制器13。
圖1中所示之自動立體顯示裝置1能夠沿不同方向提供若干不同透視圖。特定而言，每一柱狀元件11上覆每一列中之一小群組之顯示像素5。柱狀元件11沿一不同方向投影一群組中之每一顯示像素5，從而形成數個不同視圖。隨著使用者的頭部自左向右移動，其眼睛將依次接收該數個視圖中之不同視圖。
在一LCD面板之情形中，亦必須結合上文所述之陣列使用一光偏振構件，此乃因液晶材料係雙折射的，其中折射率切換僅適用於一特定偏振之光。該光偏振構件可提供為 該裝置之顯示面板或成像配置之部分。
圖2展示如上文所述之一柱狀型成像配置之操作原理且展示背光20、諸如一LCD之顯示裝置24及柱狀陣列28。圖2展示柱狀配置28如何將不同像素輸出引導至三個不同空間位置22'、22"、22'''。此等位置皆在一所謂的視角錐中，其中所有視圖皆不同。該等視圖在藉由通過毗鄰透鏡之像素光產生之其他視角錐中重複。空間位置23'、23"、23'''係在下一視角錐中。
對一OLED顯示器之使用避免對一單獨背光及若干偏振器之需要。OLED有望成為未來之顯示技術。然而，當前關於OLED顯示器之一問題係自該裝置離開之光提取。在不採取任何措施之情形中，自OLED離開之光提取可低到20%。
圖3示意性地展示一OLED顯示器之一單個像素之結構，且呈一反向發射結構(亦即，穿過基板)之形式。
該顯示器包括一玻璃基板30、一透明陽極32、一發光層34及一鏡像陰極36。
線表示光在自有機層中之一點38發射時可採取之路徑。當光自源發射時，其可沿所有方向行進。當光達到自一個層至另一層之轉變時，該等層中之每一者之折射率之間的差判定該光是否可逸出一層且進入至下一層。折射率係由在該材料中之光速判定且係由斯涅耳定律(Snell's law)給出：
v=速度(m/s)
n=折射率(無單位)
在圖3之實例中，形成發光層34之有機材料之折射率係高的(n=1.8)，而玻璃之折射率為1.45。
當自具有一高折射率之一材料行進至具有一低折射率之一材料之光之入射角足夠大時，光不能離開該材料。對於進入玻璃之有機材料而言，入射角為臨界角且由α=arcsin(n2/n1)給出。此給出54度。
因此，很明顯，產生於有機層中之大量光從不離開該層而是保留於材料中，其中其被重新吸收並驅動另一光子發射或變成熱量。
確實離開該有機層且進入玻璃基板之光亦如此。大量光不能在玻璃至空氣界面處離開玻璃。
已提出數個解決方案用於確保自有機層離開之光耦合至玻璃中及用於將自玻璃離開之光耦合至空氣中。
D.S.Mehta等人之論文「Light out-coupling strategies in organic light emitting devices」(Proc.of ASID'06，10月8日至12日，New Delhi)給出各種解決方案之概述。
雖然OLED裝置通常係底部發光的，且穿過該玻璃基板發射光，但另一方法係使得OLED堆疊頂部發光，以使得光發射穿過一透明陰極及一薄囊封層而不穿過該玻璃基板。一般而言，用以增加光提取之不同方法更(或僅)適用於頂部發光OLED結構或底部發光OLED結構。
下文主要基於對一頂部發光OLED顯示器之使用來闡述本發明。然而，本發明背後之基本原理亦可適用於一底部發光OLED顯示器，且所有實施例皆可適用於頂部發光OLED結構及底部發光OLED結構。
雖然已知解決方案有助於針對照明應用及針對2D顯示器改良光提取效率高達80%，但其不提供對一自動立體顯示器之一良好解決方案。當在該OLED顯示器上裝配一柱狀透鏡以形成一自動立體TV時出現一問題。甚至對於一頂部發光OLED，光仍將注入至一相對厚的玻璃層中，致使上文所強調提示之問題，且大量光將以波導模式保持於玻璃中。原則上，與一底部發光OLED相比，使用一柱狀透鏡會改良自玻璃至空氣中之光提取，但對於一3D顯示器而言，此具有減小對比度及增加串擾之副作用。對於3D顯示器而言，此尤其係一問題。對於2D顯示器，在諸多情形中，毗鄰像素將顯示相同色彩(亦即，一螢幕之白色或彩色區域、單色線等)以便若任何光自一鄰近像素逸出，則此將僅增加所期望之色彩。然而，在一3D顯示器中，毗鄰像素通常彼此不具有任何關係，此乃因其屬於不同視圖且通常將具有不同色彩含量。因此，若任何光自一鄰近像素逸出，則此將嚴重影響影像之品質。
此外，大量光仍將以波導模式保留於玻璃中。此大量光之部分將被重新吸收。
圖4展示當將一柱狀透鏡應用於一頂部發光結構時如何影響光路徑。該頂部發光結構包括一玻璃基板40、鏡像陽 極42、定義像素44之發光層及一透明陰極46。一密封與鈍化層48係在陰極46與玻璃柱狀陣列49之間。
如圖4中所圖解說明，光係產生於有機層中且有些光進入柱狀配置49之玻璃。該光中有些光將藉助內反射50而以波導模式保留於該玻璃中並進入一鄰近視圖(或像素/子像素)之光學路徑。此處，該光可被反射回來且穿過透鏡離開(如針對光線52所示)或其可在像素中被重新吸收。
若該光確實離開鄰近視圖之透鏡，則其將形成串擾。
本發明提供一種像素結構，該像素結構有意地減小OLED發射器之孔徑比且添加經設計以將大於臨界角發射之光重新引導至更垂直於顯示器表面之方向中之光重新引導結構(呈漏斗/錐體形式)，藉此將發射更多光。
圖5展示根據本發明之像素結構之一第一實例。
數個像素50係形成於一單個柱狀透鏡52下方，以使得該等透鏡光學器件導致沿不同方向引導來自不同像素之光。圖5展示一頂部發光3D OLED顯示器。
該結構提供有光外部耦合結構51。此等結構51在像素上方延伸。其具有上覆該像素之一基底54，且其隨其在像素上面之高度增加而加寬(發散)。此定義一漏斗型結構，其中像素在漏斗之較小端部處。該漏斗用作一光準直器。支撐件56係定義於基底54之間，且此等支撐件係作為製造方法之部分而存在。支撐件56漸縮以使得定義斜側面。該等支撐件塗佈有一反射式表面以使得側面係反射式的。此等反射式表面限定光沿平行於或近乎平行於基板之一方向在 像素之間的前進，且藉此其限定波導問題。
光外部耦合結構之折射率係相對於毗鄰層選擇以避免結構51之材料內的波導。
舉例而言，光外部耦合結構51可由具有大於空氣之折射率且小於OLED堆疊之毗鄰層之材料之折射率的折射率n(亦即，1<n<1.8)之材料組成，以使得其具有在OLED堆疊材料與空氣之折射率之間的一折射率。此將被稱為一「中間折射率」。
一較高折射率將導致在最終界面處提取光之問題，因此結構51之折射率之上限。n=1係物理下限。然而，結構51之折射率可高於柱狀透鏡材料之折射率，此乃因此將增強來自OLED之光之提取。
柱狀透鏡結構49係提供於光外部耦合結構51上方。
結構51之形狀可藉由光阻劑之結構化或一層之不對稱蝕刻以便在其傾斜側處形成支撐件56、後續接著一反射式塗層58(諸如一薄鋁膜)之沈積而獲得。支撐件56及結構51可係為相同材料，諸如光阻劑。
於此情形中，結構51係在其經沈積之後建造於OLED頂部上。結構51可具有一修圓花盆之形式，沿所有方向具有傾斜側-圖5展示沿垂直於柱狀透鏡之方向之一方向的一剖面圖。
亦可能形成具有一更方形、矩形、三角形、六邊形(或其他形狀)之頂部輪廓之結構，且未必所有側皆係傾斜及/或反射式的。
結構51藉由在中間折射率之媒體中重新引導OLED之朗伯(lambertian)發射光來操作，以使得該光以比正常情形低的角度入射於玻璃/空氣界面(在透鏡輸出處)上。理想地，光受限於低於針對n=1.5之玻璃之臨界角(通常為42°)之一角度。以此方式，提取更多光或所有光，且減少串擾。
為針對支撐件56在像素之間形成空間，增加像素間隔，且藉此減小發射器區域之面積。然而，增加之光學效率至少部分地補償發射器表面減少。
圖6更詳細地展示該結構。陽極42、發射器材料44及陰極46皆與圖4相同，因此使用相同元件符號。一薄覆蓋膜60係提供於OLED結構上方且此可包含一吸氣層。
圖7展示適用於一底部發光OLED之相同概念。
該OLED結構包括玻璃基板40、光外部耦合結構51及其反射式塗層58、一透明陽極72、發光層44及一鏡像陰極74。一薄膜覆蓋層76及吸氣材料覆蓋陰極74。
於此設計中，光在通過柱狀透鏡49之前發射穿過玻璃基板40。同樣，光外部耦合結構51由具有大於空氣之折射率且通常小於OLED材料之折射率之折射率n之一材料組成。實施層51之材料(諸如光阻劑(SU8))之結構化以形成傾斜側，後續接著沈積一反射式塗層，諸如一薄鋁膜。於此情形中，在沈積OLED堆疊之前將結構51建造於玻璃基板上。該等結構同樣可具有沿所有方向具有傾斜側之一修圓花盆或其他形狀之形式。
結構51以與上文所述之方式相同的方式操作，在中間折 射率之媒體中重新引導該OLED之朗伯發射光，以使得該光以比正常情形低的角度入射於玻璃/空氣界面上。
應用圖6及圖7中所展示之設計之問題中之一者係透鏡功能意指來自像素之光係成像於透鏡之不同部分上，其並非直接在發射器像素區域上面，且此意指可導致具有高於臨界角之角度的光線。
下文闡述對此問題之不同解決方案。
在圖8之實例(其可應用於頂部發光及底部發光OLED結構兩者)中，反射表面58經配置以使得以一更準直方式發射光。
此係藉由具有較陡峭側表面而達成。另一選擇係，可藉由增加側表面之高度而獲得更多經準直光。
此意指減小光可退出漏斗而不被反射之角度範圍。幾乎平行於基板且由側壁反射之光在其離開漏斗時仍將具有一淺角度。然而，漏斗越長，準直性越好(此乃因在每一反射處，光接近法向)。然而，一較長漏斗及較陡峭側將減小光效率，此乃因將反射較多光。因此，在選擇漏斗之長度及側之陡峭度時，存在光效率與準直度之間的一折衷。
準直度應增加至足以計及柱狀透鏡之斜度之最陡峭角度-其可高達20°，經調整以計及媒體之中間折射率。
舉例而言，在典型情形中，光發射可被限定至約30°至35°。此係藉由以較陡峭角度配置反射式表面而達成，如圖8中所展示。以此方式，將存在較少光以超過臨界角之角度入射於透鏡之(局部)表面上，因此更有效地發射光且 減少串擾。然而，此方法之一個問題係可由於光之過準直而抑制某些較高角度重複視圖。
在圖8之設計中，光外部耦合結構之底部以及頂部係間隔開的，且較陡峭側形成一光管。
側壁之角度將取決於透鏡之寬度及顯示器之總觀看角度。特定而言，側壁將定義直接發射光之最大角度，且此最大角度係藉由圖8中之較陡峭側壁而減小。在圖6及圖7之實例中，側壁通常係在與法線(對基板區域之法線)成30°至60°之範圍中，而在圖8之實例中，側壁通常將在與法線成10°至40°之範圍中。
壁之角度判定如何使光準直。若壁過於陡峭，則來自發射器之射線將在出去之前擊中兩個錐形壁。此意指射線之表觀來源可變為另一像素，其由於此有效地對應於串擾而應係被避免的。
角度應基本上經選擇以避免波導，且此將取決於透鏡形狀及尺寸。
在圖9之實例中(其同樣可應用於頂部發光OLED結構及底部發光OLED結構兩者)，反射表面58經配置以使得以一非對稱準直方式發射光。此係藉由賦予光外部耦合結構在不同側上之不同傾斜角而達成，其中一「側」係視為沿透鏡寬度之方向。通常，準直之非對稱性應使得在由透鏡成像時在來自像素之發光輪廓之兩側上達成一等同準直度。
準直應發生在此發光錐之兩側上之臨界角附近。以此方式，將存在較少光以超過臨界角之角度入射於透鏡之(局 部)表面上，藉此更有效地發射光且減少串擾且對較高角度重複視圖之抑制減少。
圖10展示相對於光外部耦合結構具有非對稱像素發射器安置之一進一步修改(其同樣可應用於頂部發光及底部發光OLED結構兩者)。
反射表面58經配置以使得以一非對稱準直方式發射光。此係藉由與基底54相比進一步減小發射器之孔徑且與光外部耦合結構相比以一非對稱方式定位OLED發射器而達成。以此方式，在一非對稱錐體中發射光，而不管反射式表面之斜度角度在像素兩側上相同之事實如何。
圖10更清楚地展示光外部耦合結構如何提供準直。展示為100之射線係最陡峭之射線，其可自光外部耦合結構直接逸出。於此情形中，且出於簡易之目的，假設光外部耦合結構51與柱狀物49之玻璃具有相同折射率，因此不展示任何角度改變。
如在圖9之實例中，準直之非對稱性應使得在由透鏡成像時在像素之發光方向兩側上達成一等同準直度。光束在位置102與104處與透鏡表面之法線成的角度相同，且離開透鏡表面之光錐關於視角錐之期望發射方向對稱，如106所展示。因此，避免內部反射，且同時維持期望之輸出光分佈。
應注意，該等圖係示意性的，且光線不應視為展示正確的相對角度。
結構51在柱狀透鏡之(局部)發射表面處影響光錐。理想 擴展(由離開位置102及104之光定義之光包絡)將係藉助恰好呈針對全內反射(TIR)之臨界角之最極端光線。然而，較陡峭側壁將導致此等極端射線具有小於TIR角之一角度(亦即，TIR之80%)。
在兩種情形中，由可自光漏斗直接逸出之最陡峭射線形成之角度係在臨界角附近或低於臨界角，因此將存在較少光以超過臨界角之角度入射於透鏡之(局部)表面上，因此更有效地發射光且減少串擾。
與圖9之實例相比，此實例之優勢係其僅需定義整個顯示器之反射式表面之斜度之一單個角度。此係一主要技術優勢，此乃因可在一單個處理步驟(例如，一蝕刻步驟)中實施斜度之形成。另外，可能僅藉由調整像素中之發射器之位置及大小之佈局而將顯示器細調至不同光學(柱狀)結構或期望視角錐。此僅係光罩設計之一選擇，同時維持相同製造製程。
粗箭頭106指示發射錐之中心方向，細箭頭100指示發射錐之邊緣(圖式並未按比例)。
在一自動立體3D顯示器中，柱狀(或其他)透鏡陣列之存在意指自像素至透鏡之光之所要方向將取決於像素與透鏡相比之定位處及將形成視圖之光錐之方向而係空間變化的。上述某些實例使得能夠以遵循3D產生光學器件所定義之局部幾何形狀之一方式逐像素地調適外部耦合光學器件。
上文所述之實例在每一像素上面具有光漏斗。為形成 此，支撐件56環繞該像素且定義完全圍繞該像素之一側壁。藉由在像素處具有開口之支撐件56來定義一網格。
然而，該等光外部耦合結構基本上僅係跨越柱狀透鏡寬度沿像素之列方向，此乃因正是跨越列方向之視圖之間的串擾係一問題。因此，漏斗側可係僅在沿列方向之像素之間的空間中。圖11展示像素110及僅在行之間的間隔件112之一示意性平面圖，因此光漏斗形狀僅係沿透鏡寬度方向。於此情形中，每一漏斗係一長矩形，且覆蓋一行像素。
相反，間隔件可圍繞每一像素，藉此定義圍繞每一像素且在其上面之一錐體。該等底部發光實例並未使用間隔件來定義漏斗側壁，但相同問題適用於光準直可視情形限定至透鏡寬度方向之情形。
OLED通常包括一主動矩陣型顯示器，其具有一列及行導體陣列，具有定義於交叉點處之像素，且具有一各別切換元件，及視情形具有與每一像素相關聯之電流驅動電子電路。
本發明之解決方案係略為違反直覺的，此乃因通常花費大精力以最大化顯示器之孔徑，及確保顯示器之結構跨越顯示器均勻(亦即，不適用於3D光學器件)。
本發明使得能夠根據在像素位置處之顯示器之3D光學器件之幾何形狀來調整像素光學器件，以增加自OLED經由柱狀物進入空氣中之光提取以改良效能。此外，由於柱狀透鏡之形式(亦即，頂部表面與底部表面彼此偏斜)，因此 必須在某些情形中定義光學結構以將光方向減小至顯著低於進入柱狀透鏡結構中之光之臨界角，以便在柱狀透鏡之頂部處發射光。
上文所述之本發明之實例適用於任何基於OLED之顯示器，其中垂直於顯示器表面之方向跨越顯示器而變化，諸如可在多焦點顯示器、具有添加至顯示器頂部上之觸控板之顯示器、具有添加至表面之觸覺結構之顯示器中實現。
用於陰極或陽極之透明材料通常可包括ITO。
根據對圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之一研究，熟習此項技術者可在實踐所主張發明時瞭解及實現所揭示實施例之其他變化形式。在申請專利範圍中，措辭「包括」不排除其他元件及步驟，且不定冠詞「一(a)」或「一(an)」不排除複數。某些措施係在相互不同之附屬請求項中陳述之單純事實並不指示不能有利地使用此等措施之一組合。申請專利範圍中之任何參考符號不應視為限制該範疇。
1‧‧‧直接視圖自動立體顯示裝置/習知裝置
3‧‧‧液晶顯示面板/顯示面板/面板
5‧‧‧顯示像素
7‧‧‧光源
9‧‧‧柱狀薄片
11‧‧‧柱狀元件
13‧‧‧控制器
20‧‧‧背光
22'‧‧‧空間位置
22"‧‧‧空間位置
22'''‧‧‧空間位置
23'‧‧‧空間位置
23"‧‧‧空間位置
23'''‧‧‧空間位置
24‧‧‧顯示裝置
28‧‧‧柱狀陣列
30‧‧‧玻璃基板
32‧‧‧透明陽極
34‧‧‧發光層
36‧‧‧鏡像陰極
38‧‧‧點
40‧‧‧玻璃基板
42‧‧‧鏡像陽極/陽極/反射式陽極
44‧‧‧像素/發射器材料/發光層/電致發光層部分
46‧‧‧透明陰極/陰極
48‧‧‧密封與鈍化層
49‧‧‧玻璃柱狀陣列/柱狀配置/柱狀透鏡結構/柱狀透鏡/柱狀物/自動立體透鏡配置
50‧‧‧內反射/像素
51‧‧‧光外部耦合結構/結構/層/光導配置
52‧‧‧光線/柱狀透鏡
54‧‧‧基底
56‧‧‧支撐件/間隔件
58‧‧‧反射式塗層/反射表面
60‧‧‧薄覆蓋膜
72‧‧‧透明陽極
74‧‧‧鏡像陰極/反射式陰極
76‧‧‧薄膜覆蓋層
100‧‧‧最陡峭之射線/發射錐之邊緣
102‧‧‧位置/光離開位置
104‧‧‧位置/光離開位置
106‧‧‧離開透鏡表面之光錐/發射錐之中心方向
110‧‧‧像素
112‧‧‧間隔件
圖1係一習知自動立體顯示裝置之一示意性透視圖；圖2展示一柱狀陣列如何將不同視圖提供至不同空間位置；圖3示意性地展示一OLED顯示器之一單個像素之結構，且呈一反向發射結構之形式；圖4展示當將一柱狀透鏡應用於一頂部發光結構時如何影響光路徑； 圖5展示根據本發明之像素結構之一第一實例；圖6更詳細展示圖5之像素結構；圖7展示根據本發明之像素結構之一第二實例；圖8展示根據本發明之像素結構之一第三實例；圖9展示根據本發明之像素結構之一第四實例；圖10展示根據本發明之像素結構之一第五實例；且圖11以平面圖展示本發明之實施方案之一項實例。
49‧‧‧玻璃柱狀陣列/柱狀配置/柱狀透鏡結構/柱狀透鏡/柱狀物/自動立體透鏡配置
50‧‧‧內反射/像素
51‧‧‧光外部耦合結構/結構/層/光導配置
54‧‧‧基底
56‧‧‧支撐件/間隔件
58‧‧‧反射式塗層/反射表面

Claims (15)

  1. 一種自動立體顯示裝置，其包括：一顯示配置，其包括一經間隔像素(50)陣列；一光導配置，其包括一光導行(51)陣列，其中一個行(51)在每一顯示像素(50)或一像素群組上方，其中該等光導行(51)包括向外漸縮以定義一漏斗形狀之一側壁，其中該或該等像素在該漏斗之較小基底處；及一自動立體透鏡配置(49)，其包括在該光導配置上方之複數個透鏡。
  2. 如請求項1之裝置，其中該顯示配置係一發射式顯示配置。
  3. 如請求項2之裝置，其中該發射式顯示配置係一電致發光顯示配置。
  4. 如請求項1之裝置，其中該顯示配置係一反射式顯示配置。
  5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中複數個像素係提供於該透鏡配置中之每一透鏡下面。
  6. 如請求項5之裝置，其中該自動立體透鏡配置(49)包括沿一像素行方向延伸或與該像素行方向成一銳角斜置之複數個柱狀透鏡，其中每一透鏡覆蓋複數個像素行。
  7. 如請求項6之裝置，其中該側壁在沿該柱狀透鏡之寬度方向之一個側上具有一第一斜度且在相反側上具有一不同第二斜度。
  8. 如請求項7之裝置，其中該漏斗之該基底具有對應於像 素寬度之一寬度。
  9. 如請求項6之裝置，其中該側壁在沿該柱狀透鏡之該寬度方向之兩個側上具有相同斜度，且其中該漏斗之該基底具有大於該像素寬度之一寬度，且相對於該像素非對稱地定位。
  10. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中該等漏斗形狀在其較大頂部處合併，藉此填充該等像素之間的間隔。
  11. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中該等漏斗形狀在其頂部處間隔開。
  12. 如請求項1至11中任一項之裝置，其中該顯示配置係一電致發光顯示配置，該電致發光顯示配置包括一基板(40)、在該基板上方之一反射式陽極(42)陣列、在該等陽極上方之一電致發光層部分(44)陣列及在該等電致發光層部分上方之一透明陰極(46)陣列，其中該光導配置(51)及然後該自動立體透鏡配置(49)係提供於陰極(46)上方。
  13. 如請求項12之裝置，其進一步包括在該等像素之間的間隔件(56)，該等間隔件在該等陰極上面投影，且該光導配置在該等間隔件上方延伸。
  14. 如請求項13之裝置，其進一步包括在該等間隔件上方之一反射式塗層(58)。
  15. 如請求項1至11中任一項之裝置，其中該顯示配置係一電致發光顯示配置，該電致發光顯示配置包括一基板(40)、在該基板上方之該光導配置(51)、在該光導配置 上方之一透明陽極(72)陣列、在該等陽極上方之一電致發光層部分(44)陣列及在該等電致發光層部分上方之一反射式陰極(74)陣列，其中該自動立體透鏡配置(49)係提供於與該光導配置相反之該基板(40)之側上。
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