TWI479201B - 自動立體顯示裝置 - Google Patents

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TWI479201B TW097137515A TW97137515A TWI479201B TW I479201 B TWI479201 B TW I479201B TW 097137515 A TW097137515 A TW 097137515A TW 97137515 A TW97137515 A TW 97137515A TW I479201 B TWI479201 B TW I479201B
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Zwart Siebe Tjerk De
Oscar Hendrikus Willemsen
Michel Cornelis Josephus Marie Vissenberg
Thomas Caspar Kraan
De Beeck Marc Joseph Rita Op
Remco Theodorus Johannes Muijs
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

自動立體顯示裝置
本發明係關於一自動立體顯示裝置，其包括影像形成構件，例如具有一顯示像素陣列之一顯示面板，及視圖形成構件。該視圖形成構件可為在透過其觀看該等顯示像素之影像形成元件上配置的柱狀元件(lenticular element)之一陣列。本發明亦係關於驅動一自動立體顯示裝置之一方法。
一已知自動立體顯示裝置係描述於GB 2196166A中。此已知裝置包括一二維液晶顯示面板，其具有用作一影像形成元件以產生顯示之顯示像素之一列與行陣列。彼此平行延伸之伸長柱狀元件之一陣列覆蓋該顯示像素陣列且用作一視圖形成元件。一使用者或檢視者透過該等柱狀元件觀看該等顯示像素。
柱狀元件係提供一元件片，其各包括一伸長半圓柱形透鏡元件。該等柱狀元件在顯示面板的行方向上延伸，並且每一柱狀元件覆蓋顯示像素之兩個或兩個以上相鄰行之一個別群組。
在其中(例如)每一微透鏡係與兩行顯示像素相關聯之一配置中，每一行中的顯示像素提供一個別二維子影像之一垂直切片。該柱狀片分別將此等二切片及來自與其他微透鏡相關聯之該等顯示像素行之對應切片引導至定位在該片前方的一使用者的左右眼，使得該使用者能感知一單一立體影像。
在其他配置中，每一微透鏡係與在列方向上的三個或三個以上相鄰顯示像素之一群組相關聯。在每一群組中顯示像素之對應行經適當配置以提供來自一個別二維子影像之一垂直切片。隨著使用者頭部從左向右移動，會感知一系列連續不同的立體圖，進而(例如)產生一環視印象。
上述裝置提供一有效的三維顯示。然而，應明白，為提供立體視圖，需要犧牲該裝置的水平解析度。例如，具有600列及800行之顯示像素之一陣列的一顯示面板可提供一四視角自動立體顯示器，其中每一視角包括600列及200行之顯示像素之一陣列。在垂直與水平解析度之間的此實質差異係不合需要的。
此外，亦應明白，在顯示視角與顯示中的三維深度感知之間存在一折衷。特定言之，為提供具有一寬視角之一顯示，需要在一大角度(例如60°)上散佈所投射之視圖。然而，此一顯示提供具有很少深度感知的一淺的三維影像。相反，為提供具有良好深度之一實際三維影像，需要在一小視角上聚集所有投射視圖。
本發明之一目的係提供具有一良好影像解析度、一寬視角及一良好深度感知的一顯示。
本發明係藉由申請專利範圍之獨立項來定義。申請專利範圍附屬項定義有利的具體實施例。
根據本發明之一態樣，提供用於一自動立體顯示裝置中的一配置。該自動立體裝置可為一多視圖自動立體顯示裝置。
在使用中，視圖偏轉構件改變朝使用者或檢視者投射藉由視圖形成構件形成的複數個視圖之方向。特定言之，在雙折射稜鏡處視圖之折射隨顯示光的偏光方向而變化。已發現包括偏光開關之視圖偏轉構件可具有高切換速度，此係由於所形成的該偏光開關可以很薄及/或具有一恆定厚度。
通常偏轉每一構件使得其可填充在非偏轉視圖之間的實質暗角。一典型偏轉角度為大約一度。以此方式可減少或消除散焦該顯示以減少暗角效應之需要。在許多情形下，該影像形成構件係由發出顯示光之像素及分離該等像素之陰暗區域構成。該等陰暗區域可由一黑色遮罩形成。視圖形成構件亦將該等陰暗區域成像在所謂暗角之角度處的視圖之間。暗角效應一般亦稱為暗帶，此歸因於暗帶分離檢視者所觀察到的視圖。減少暗帶之一方法係正好在視圖形成構件之焦點外放置影像成形構件，隨即在某種程度使檢視者所觀察到之影像模糊不清且模糊該等暗帶。
若與視圖偏轉構件之操作同步，依序以第一及第二複數個視圖之資料驅動影像形成構件，則可使視圖數量有效加倍而不會有任何解析度損失。若以相同的複數個視圖之資料恆定驅動影像形成構件，則可增加每一視圖之角度，且如上所述，可減少或消除用於散焦顯示以減少暗角效應之需要。
偏光開關可包括一可切換偏光旋轉器，其係配置成可選擇性將透射光之偏光方向自第一方向改變至第二方向。在此情形下，偏光開關亦包括一構件，其用於將顯示光偏光，以便向該偏光旋轉器提供具有第一偏光方向之光。然而，此偏光構件可形成影像形成構件及/或視圖形成構件之一功能部分。
該可切換偏光旋轉器可包括佈置於透明電極之間的一液晶材料。接著在該等電極上施加電壓以誘導該液晶材料變形，該液晶材料可為一扭轉向列(TN)或任何其他類型之液晶材料。在電極上施加電壓改變藉由液晶材料旋轉顯示光之偏光方向的程度。
該至少一雙折射稜鏡可包括用於接收光至該稜鏡中的一第一表面及用於自該稜鏡向外透射光之一第二表面，該稜鏡之該等第一及第二表面界定一銳角。該銳角可在(例如)1°至3°範圍內。
該雙折射稜鏡可具有與該稜鏡之第二表面相鄰配置之一個別介接材料層。該介接材料層比雙折射稜鏡具有更高光學等向性，且對於一給定偏光之光，藉由視圖形成構件偏轉視圖之程度取決於在雙折射稜鏡與介面層之間的折射率。此致能藉由選擇材料設定偏轉。
介接材料層可界定一第二稜鏡，該第二稜鏡具有與該雙折射稜鏡之第二表面相鄰地提供之一第一表面及與該雙折射稜鏡之第一表面平行配置的一第二表面。
有利的係，介接材料層對於具有第一及第二偏光方向的光具有相同折射率，且該介接材料層之折射率大體上係該第一或第二折射率。使用此配置，視圖偏轉構件可在未引起偏轉之一狀態與引起偏轉之一狀態之間切換。
所提供的雙折射稜鏡與第二稜鏡之陣列每一者均可具有一鋸齒配置以便最小化個別層之厚度。該等稜鏡可與或可不與視圖形成元件對齊。
該視圖形成構件可組態成在藉由大體上恆定角度分離之方向上投射複數個視圖。此外，視圖偏轉構件可配置成可選擇性改變大體上藉由恆定角度投射複數個視圖之方向。此外，在藉由視圖形成構件投射之視圖之間的角度較佳為藉由視圖偏轉構件所改變之複數個視圖之角度的兩倍。此較佳配置提供用於一顯示裝置之一配置，其中視圖數量可加倍且在整個視野之相等角度處擴展。
視圖形成元件之陣列包括柱狀透鏡之一陣列或具有透射狹縫之一陣列的一阻障層。在為柱狀透鏡之情形下，視圖形成構件可係與該等柱狀透鏡之一平面表面相鄰或與該等柱狀透鏡之一凸面表面相鄰地配置。
可將視圖偏轉構件之多個構件串聯堆疊以提供三倍或甚至更多的藉由一顯示裝置所提供之視圖數量之增加。然而，此等配置相比於包括一單一視圖偏轉構件之此類配置需要更快的切換時間。
根據本發明之另一態樣，提供一種自動立體顯示裝置，其包括：一影像形成構件，其具有用於產生一顯示之一顯示像素陣列；以及上述與該影像形成構件對準之配置。該影像形成構件可包括一液晶顯示(LCD)面板、一以LED像素為主之顯示面板、CRT面板或任何其他顯示面板。一LCD及LED面板由於可完全平坦因此係有利的。此外，由於LED之低功率高效能，一LED面板可為一能量節約選擇。該顯示裝置可為一多視圖自動立體顯示裝置。
根據本發明之另一態樣，該顯示裝置可進一步包括一驅動構件，其係配置成與控制視圖偏轉構件以在不同方向上投射第一及第二複數個視圖同步地以用於該第一及第二複數個視圖之顯示資料驅動影像形成構件。
更特定言之，該驅動構件可係配置成：在一驅動週期之一第一部分中，以用於第一複數個視圖之顯示資料之一圖框驅動影像形成構件且控制視圖偏轉構件，以便在第一複數個方向上朝使用者投射該複數個視圖；且在該驅動週期之一第二部分中，以用於第二複數個視圖之顯示資料之一圖框驅動影像形成構件且控制視圖偏轉構件，以便在與該第一複數個方向不同之第二複數個方向上朝使用者投射該複數個視圖。
或者，該顯示裝置之一驅動構件可係配置成使用複數個視圖之顯示資料驅動影像形成構件並控制視圖偏轉構件以在不同方向上投射該複數個視圖。在該情形下，驅動構件可係配置成：在一驅動週期之一第一部分中，以用於複數個視圖之顯示資料之一圖框驅動影像形成構件且控制視圖偏轉構件，以便在第一複數個方向上朝使用者投射該複數個視圖；且在該驅動週期之一第二部分中，以用於該複數個視圖之顯示資料的相同圖框驅動影像形成構件且控制視圖偏轉構件，以便在與該第一複數個方向不同之第二複數個方向上朝使用者投射該複數個視圖。
該驅動構件可具有有可能包括在一晶片或小電腦中的一積體電路之形式。可使用(例如)標準電子及/或半導體方法製備該積體電路、晶片或電腦。
可按一方式在影像形成構件與視圖偏轉構件之間配置視圖形成構件，使得視圖形成構件與視圖偏轉構件之間的一間隔S deflection 由下列等式給出：
其中m 及n 係正整數，P係一影像形成構件之一水平重複間距，X shift,view 係用於連續視圖之X view 值之間的差異，X view 係產生一視圖之一像素的中心與一相關聯之視圖形成元件之軸之間的水平距離，且S viewform 係影像形成構件與視圖形成構件之間的間隔。對於經配置具有紅色、綠色及藍色像素之重複三重態的一彩色影像形成構件，水平重複間距通常係像素間距之三倍。
在實際顯示裝置中，視圖形成構件與視圖偏轉構件之間的一間隔S deflection 係不可避免的。在大多數組態中，此間隔引起未偏轉及偏轉視圖不均勻地隔開。然而，具有符合上述等式之參數的顯示裝置能夠提供具有一均勻間隔之角分佈及均勻間隔之像素結構之視圖，即使在視圖形成構件與視圖偏轉構件之間存在一真實且顯著之間隔S deflection 時亦然。
影像形成構件與視圖形成構件之間的間隔S viewform 可係配置成一整數倍，例如為視圖形成構件與視圖偏轉構件之間的間距S deflection 的五倍。在此情形下，根據上述等式，且將m 及n 設定為0，則可最小化視圖偏轉構件所提供之偏轉以避免顯著像差，而與此同時提供一相當小的裝置厚度。或者，該等式可用於藉由代入可製造的最小S deflection 提供最小實際裝置厚度。
根據本發明之另一態樣，提供用於驅動根據本發明之一多視圖自動立體顯示裝置之一驅動方法。
本發明亦提供一電腦程式產品，其致能一可程式化裝置以執行根據本發明之驅動方法之步驟。本發明可在電腦程式編碼中體現，該電腦程式編碼係調適成當在一電腦上運行該程式時，執行上述方法之所有步驟。
該電腦程式可在一電腦可讀媒體上執行。
根據本發明之另一態樣，提供用於根據本發明之一多視圖自動立體顯示裝置之一驅動裝置。該驅動裝置可具有使用(例如)標準半導體方法製造的一IC晶片或小電腦之形式。
根據本發明之另一態樣，提供一種多視圖自動立體顯示裝置，該裝置包括：一影像形成構件，其具有用於產生一顯示之一顯示像素陣列；
一視圖形成構件，其係位在該影像形成構件上且與其重合，且具有視圖形成元件之一陣列，該等視圖形成元件每一者均可組態成將該等顯示像素群組之輸出聚焦於朝一使用者在不同方向投射之複數個視圖中；以及一視圖偏轉構件，其係位在視圖形成構件上且與其重合，該視圖偏轉構件係配置成可選擇性改變朝該使用者投射複數個視圖之方向，其中在視圖形成構件與視圖偏轉構件之間的間隔S deflection 為：
其中m 及n 係正整數，P係一影像形成構件之一水平重複間距，X shift,view 係用於連續視圖之X view 值之間的差異，X view 係產生一視圖之一像素的中心與一相關聯之視圖形成元件之軸之間的水平距離，且S lenticular 係影像形成構件與視圖形成構件之間的間隔。對於經配置具有紅色、綠色及藍色像素之重複三重態的一彩色影像形成構件，水平重複間距通常係像素間距之三倍。此具體實施例可獨立於提供第一及第二偏光之偏光開關而使用。
美國專利第6,064,424號揭示類似於上述之一自動立體顯示裝置，除了伸長柱狀元件與顯示面板之行方向成一角度傾斜外。藉由傾斜該等柱狀元件，將其他應用中所需要的某一水平解析度減少轉移至垂直解析度。因此使"消耗"垂直與水平解析度兩者來增加該裝置所顯示的視圖數量成為可能。不過，仍需要犧牲解析度以獲得具有一寬視角及/或良好深度感知之一顯示。
本發明提供具有一影像形成元件及一視圖形成元件之類型的一自動立體顯示裝置。該顯示器可為一多視圖自動立體顯示器。該裝置包括併入一晶片或電腦中的一積體電路之形式的一驅動構件，其係配置成用不同視圖之資訊依序驅動每一像素。與驅動該等顯示像素同步，藉由切換一視圖偏轉構件在不同方向上投射該等不同視圖。藉此，藉由視圖偏轉構件在不同方向上投射不同視圖。
圖1係一已知多視圖自動立體顯示裝置1之一示意透視圖。已知裝置1包括主動矩陣類型之一液晶顯示面板3，其用作一影像形成構件以產生該顯示。
顯示面板3具有配置成列與行之顯示像素5之一正交陣列。為簡化起見，圖中僅顯示少量顯示像素5。實際上，顯示面板3可包括大約一千列及幾千行之顯示像素5。
液晶顯示面板3包括一對彼此間隔的透明玻璃基板，其間提供一對齊之扭轉向列或其他液晶材料。該等基板在其相對表面上承載透明氧化銦錫(ITO)電極之圖案。在基板之外表面上亦提供偏光層。
每一顯示像素5包括在該等基板上的相對電極，其間具有插入的液晶材料。顯示像素5之形狀及佈局係由電極之形狀及佈局決定。顯示像素5彼此藉由間隙規則間隔。
每一顯示像素5係與一切換元件相關聯，例如一薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD)。該等顯示像素經操作以藉由提供定址信號至切換元件產生該顯示，且適當的定址方案將為熟悉此項技術者已知。
藉由一光源7照明顯示面板3，在此情形下，該顯示光源7包括在顯示像素陣列之區域上延伸的一平坦背光。透過顯示面板3引導自光源7之光，並驅動各自顯示像素5以調變該光且產生該顯示。
顯示裝置1亦包括配置在顯示面板3之顯示側上的一柱狀片9，其實行一視圖形成功能。柱狀片9包括彼此平行延伸之柱狀元件11之一陣列，其中為簡化起見，僅顯示具有放大尺寸之一柱狀元件。柱狀元件11用作視圖形成元件以執行一試圖形成功能。
柱狀元件11係為凸面圓柱形透鏡之形式，且其用作一光輸出引導構件以向位於顯示裝置1前方的一使用者之雙眼提供自顯示面板3之不同影像或視圖。圖11所示的柱狀元件11之圓柱形表面面朝顯示面板3之另一面。然而，在其他配置中，柱狀元件11之圓柱形表面可面朝顯示面板3。
圖1中所示的自動立體顯示裝置1能夠在不同方向上提供若干不同的透視圖。特定言之，每一柱狀元件11覆蓋每一列中的顯示像素5之一小群組。柱狀元件11將一群組之每一顯示像素5投射於一不同方向上，以便形成若干不同的視圖。隨著使用者頭部自左向右移動，該使用者的眼睛將依次接收若干視圖中之不同視圖。
圖2顯示上述一柱狀型成像配置之操作原理且顯示光源7、顯示面板3及柱狀片9。該配置提供各在不同方向上投射的三個視圖。針對一特定視圖，使用資訊驅動顯示面板3之每一像素。
圖3顯示一阻障型成像配置之一操作原理。該阻障型配置類似於柱狀型配置且包括一光源7及一顯示面板3。然而，阻障型配置具有界定複數個窄狹縫15之一阻障裝置13來取代柱狀片。如圖所示，阻障型配置以與柱狀型配置大致相同之方式操作，即作為視圖形成元件操作以提供複數個視圖。在所示範例中，提供兩個視圖。
圖4係根據本發明之一多視圖自動立體顯示裝置101之一示意透視圖P 裝置101與圖1及圖2所示的裝置1類似。特定言之，裝置101包括實行一影像形成功能之一顯示面板103、用於具有像素105之顯示面板103之一光源107，及實行一視圖形成功能之一柱狀片109。除柱狀元件11之圓柱形表面面朝顯示面板3外，該等元件與以上參照圖1所述者相同。
參考圖4可見，根據本發明之裝置101額外包括一視圖偏轉層117，其係配置在柱狀片109上且與其重合。視圖偏轉層117係配置成可選擇性改變朝使用者投射藉由柱狀元件11形成之複數個視圖的方向。裝置101亦包括一顯示驅動器119，其用於驅動顯示面板103及用於切換視圖偏轉層117。
視圖偏轉層117之結構更詳細地顯示於圖5A及5B中，其中亦顯示其操作原理。視圖偏轉層117包括雙折射稜鏡117a之陣列且視需要包括彼此接觸配置之等向性稜鏡117b。稜鏡117a、117b之個別陣列係分別配置在顯示區域上，且每一稜鏡陣列界定"鋸齒"圖案。
稜鏡117a、117b經配置使得自柱狀片109之顯示光透過雙折射稜鏡117a之第一表面進入該雙折射稜鏡117a中且透過雙折射稜鏡117a之第二表面離開雙折射稜鏡117a。雙折射稜鏡117a之第一表面係配置成與柱狀片109之平面平行，且雙折射稜鏡117a之第二表面係配置成界定與該等第一表面之一2°銳角。
稜鏡117a、117b係亦配置成使得自雙折射稜鏡117a之顯示光透過與雙折射稜鏡117a之第二表面接觸配置之等向性稜鏡117b之第一表面直接進入該等向性稜鏡117b中。該顯示光透過等向性稜鏡117b之第二表面離開等向性稜鏡117b且朝使用者投射。等向性稜鏡117b之第二表面係配置成平行於雙折射稜鏡117a之第一表面。
稜鏡117a、117b係配置成使得該等稜鏡根據入射在其上的顯示光之偏光方向，在其邊界處選擇性地折射該顯示光。因此，視圖偏轉層117進一步包括一偏光開關117c，其係提供在柱狀片109與稜鏡117a、117b之間用於可選擇性向稜鏡117a、117b提供在第一或第二方向上偏光之顯示光。
偏光開關117c包括夾在一對透明電極之間的一扭轉向列液晶材料層。每塊基板具有透明對齊層用於對齊在該等基板與用於施加電壓波形至該等電極上的透明電極之間的液晶材料。熟悉此項技術者將明白適當的對齊與電極層。偏光開關117c亦包括覆蓋液晶單元之一偏光層，其給液晶單元提供偏光。在所示範例中，偏光層係顯示面板3之一功能元件，其同時輸出經偏光之顯示光。
在使用中，切換視圖偏轉層117以間歇性地偏轉柱狀元件11所形成之複數個視圖。在圖5A所示之狀態下，在偏光開關117c之電極上施加一電壓波形以解扭已對齊之液晶材料。在此狀態下，開關117c之液晶材料未改變自柱狀片109之顯示光的偏光方向，該顯示光具有一第一偏光方向。用於具有第一偏光方向之顯示光的雙折射稜鏡117a之折射率與等向性稜鏡117b之折射率相同。因此，在稜鏡117a、117b之間的邊界處無折射，且朝使用者投射的該等視圖具有輕微橫向偏移但無角度偏轉。
在圖5B所示之狀態下，已移除橫跨在偏光開關117c之電極上的電壓波形，從而引起已對齊之液晶材料返回至其自然扭轉組態。在此狀態下，液晶材料將顯示光之偏光方向自第一方向扭轉至第二方向。用於具有扭轉第二偏光方向之顯示光的雙折射稜鏡117a之折射率與等向性稜鏡117b之折射率不同。因此，在稜鏡117a、117b之間的邊界處存在顯示光之折射，且朝使用者投射的該等視圖具有輕微橫向偏移及角度偏轉。
未偏轉之視圖係顯示於圖6A(斷面圖)及圖7A(光強度I相對視角A之一標繪圖)中。偏轉視圖顯示於圖6B(斷面圖)及圖7B(光強度I相對視角A之一標繪圖)中。非偏轉與偏轉視圖組合顯示於圖8中。自該等圖可見，偏轉視圖填充非偏轉視圖之間的暗角，使得當該等視圖彼此疊合以模擬一使用者眼睛之整合時，暗角消除且顯示裝置圍繞該使用者的觀看經驗提供一自然景象。因此，無需散焦顯示裝置以掩蓋視圖間暗角的傳統實踐。該等圖中所示的每一狀態提供四個主視圖，其中該等視圖係在該等主視圖之任一側上重複。
顯示驅動器119係配置成用複數個視圖之資訊依序驅動顯示面板103且將視圖偏轉層117在未偏轉與偏轉狀態之間切換。顯示驅動器119係配置成使用一特定驅動技術實行此驅動，現在將參考圖5A、5B、6A、6B、7A、7B加以說明。
圖5A、6A及7A顯示在一驅動週期之一第一半部期間的裝置101，且圖5B、6B及7B顯示在該驅動週期之一第二半部期間的該裝置。
在驅動週期之第一半部中，顯示驅動器119在偏光開關117c之電極上施加一電壓波形。在此狀態下，如上所述，視圖偏轉層117未偏轉藉由柱狀片109所形成之視圖，且因此在第一複數個方向上投射該等視圖，如圖6A及7A所示。
大體上在施加電壓波形於偏光開關117c之電極上的同時，顯示驅動器119用前四個視圖(即視圖1、2、3、4)之資訊驅動顯示面板103。以習知方式藉由柱狀片109在不同方向上投射用於四個不同視圖之輸出，且經過視圖偏轉層117之輸出未偏轉。
參考圖6B及7B，在驅動週期之第二半部中，顯示驅動器119自偏光開關117c之電極上移除電壓波形。因此，在此狀態下，藉由柱狀片形成視圖且在第二複數個方向上投射該等視圖，如圖6B及7B所示。因此，視圖偏轉層117已進入視圖偏轉狀態。
大體上在自偏光開關117c之電極上移除電壓波形的同時，顯示驅動器119用不同於前四個視圖1、2、3、4之後四個視圖(即視圖1'、2'、3'、4')之資訊驅動顯示面板103。藉由柱狀片109在不同方向上投射該等四個額外視圖之輸出，但在朝使用者投射該等視圖之前，視圖偏轉層117接著偏轉該等視圖。
因此，在整個驅動週期內，用八個不同視圖驅動顯示面板103且為該八個不同視圖提供一輸出。該等視圖係在不同方向上投射，如圖8所示。
熟悉此項技術者應明白，在任一時間，藉由裝置101投射該等視圖之一半之資訊。然而，倘若裝置之圖框速率足夠高，則不論是否觀看到該八個視圖，使用者將不會注意到任何螢幕閃爍。
顯示面板103可為具有一適當頻率之圖框速率之一液晶顯示裝置。此等頻率包括(例如)60赫茲之頻率或更高的頻率(例如80、100、120赫茲等)。此一圖框速率可使用(例如)光學補償雙折射(optically compensated birefringent；OCB)液晶效應實現，熟悉此項技術者將明白其中的細節。該液晶顯示器提供可提供至視圖偏轉構件117之偏光開關117c的偏光顯示光。
亦應明白，相較於用於增加視圖數量之許多習知技術，使用顯示面板103以依序輸出不同視圖之資訊不會導致每一視圖中之解析度降低。
圖9顯示藉由視圖偏轉層提供之偏轉角DA相對用於上述裝置101之顯示光的入射角IA之一標繪圖。由圖可見，對於一寬範圍之入射角，偏轉角大體上保持恆定。因此，顯示裝置101能夠提供均勻間隔之非偏轉與偏轉視圖。
圖10係顯示裝置101之一示意圖，其將用於說明該裝置之詳細設計。
在本發明之實際具體實施例中，始終將視圖偏轉層117與提供視圖形成功能之柱狀元件11之圓柱形表面隔離一段距離S deflection 。此間隔S deflection 導致顯示光之橫向偏移一度。因此難以提供一種藉由偏轉視圖界定之虛擬像素在非偏轉視圖之像素之間出現相等且均勻的間隔之實際配置。
參考圖10，藉由顯示面板103之相鄰像素之間的一偏移X shift,view 及顯示面板103與柱狀元件11之間的一間隔S viewform 界定相鄰非偏轉視圖之間的角度。X shift,view 係用於連續視圖之X view 值之間的差異，X view 係產生一視圖之一像素之中心與一相關聯之視圖形成元件之軸之間的水平距離。
自該圖清楚可見，該配置提供相等且均勻間隔之偏轉視圖，當S deflection 為0時，一偏轉角對應於(n +)X shift,view 之一偏移，其中n 係一正整數。
如同一均勻間隔之視圖角度分佈，使用者所見之一視圖的像素結構亦應規則地間隔。這可當在非偏轉視圖之像素之間的中心觀看偏轉視圖之虛擬像素時實現。對於具有一像素間距P 之一配置中，此對應於(m +)P 之一像素位置偏移。
對於S deflection 非零之一實際具體實施例，在圖中可見一偏轉視圖之一虛擬像素之位置。可看出虛擬偏移X (S deflection +S viewform ) 與像素偏移X (S viewform )有關：
或：
藉由將(n +)X shift,view 及(m +)P 代入此等式中，可發現用於n 及m 之每一組合的偏向器之最佳距離：
對於具有有1/6之一傾斜度之柱狀元件的一九視圖系統之一典型配置，可顯示偏移X shift,view 等於間距P 之1/6。因此：
以上等式可用於最佳化該配置以(例如)提供最小可能的偏轉角度。為避免顯著像差，射線之偏轉應選擇儘可能小(即n =0)。此外，較佳具有一小的S deflection 以使整個配置保持較薄。當n =0時，在m =0時發現最小堆疊。在此特定情形下，S deflection 之公式簡化為：
S deflection =5S lenticular
此配置亦可經最佳化以提供一薄堆疊。藉由代入最小實際間隔S deflection,min 與一預定義間距S lenticular ，發現
對於每一n (n =1、2、3、4…)，可計算m 的對應最小值，其經發現為大於m min 的第一整數。
以上已說明本發明之一較佳具體實施例。然而，熟習此項技術者應明白，可在不背離本發明之精神下進行各種改變及修改。
例如，上述具體實施例採用一柱狀片作為一視圖形成構件。然而，可使用另一視圖形成構件，例如具有透射狹縫之一陣列的一阻障層。
在上述具體實施例中，在視圖形成構件上一起提供偏光開關與視圖偏轉構件之雙折射稜鏡陣列。然而，可在影像形成構件上的任何位置提供偏光開關與稜鏡陣列。偏光開關與稜鏡亦可彼此分離，即作為兩個不同層提供。
上述具體實施例中之影像形成構件係一液晶顯示面板。然而，可採用影像形成構件的其他形式。若影像形成構件未輸出偏光顯示光，則視圖偏轉構件必須在偏光開關下方具有一偏光層。
在上述具體實施例中，藉由用不同視圖之資料依序驅動影像形成構件增加顯示裝置所提供之視圖數量。在替代性具體實施例中，顯示裝置所提供之視圖數量未增加，但每一視圖之角度增加以便填充(否則)視圖之間的暗角。此等具體實施例可有利地避免散焦顯示裝置以掩蓋暗角之需要。
應注意，上述具體實施例係用以解說而非限制本發明，且熟習技術人士可設計出很多替代具體實施例，而不致脫離隨附的申請專利範圍之範疇。在申請專利範圍中，任何置於括號之間的參考符號不應視為限制該申請專利範圍。字詞"包含"並不排除申請專利範圍以外的元件或步驟。元件前面之字詞"一"或"一個"不排除存在複數個此類元件。在列舉了一些構件的裝置請求項中，其中的一些構件可藉由同一項硬體體現。唯一事實為，在彼此不同的申請專利範圍附屬項中所引用的某些方法並不指示不能突顯優點而使用此等方法的組合。
1．．．自動立體顯示裝置
3．．．液晶顯示面板
5．．．顯示像素
7．．．光源
9．．．柱狀片
11．．．柱狀元件
13．．．阻障裝置
15．．．狹縫
101．．．多視圖自動立體顯示裝置
103．．．影像形成構件
105．．．顯示像素
107．．．光源
109．．．視圖形成構件/柱狀片
117．．．視圖偏轉構件/視圖偏轉層
117a．．．雙折射稜鏡
117b．．．等向性稜鏡
117c．．．偏光開關
119．．．顯示驅動器
上文已純粹藉由範例參考附圖來說明本發明之具體實施例，其中：
圖1係一已知自動立體顯示裝置之一示意透視圖；
圖2係圖1所示顯示裝置之一示意斷面圖；
圖3係另一已知自動立體顯示裝置之一示意斷面圖；
圖4係根據本發明之一自動立體顯示裝置之一示意透視圖；
圖5A及5B係用於說明圖4所示顯示裝置之一元件之操作的示意斷面圖；
圖6A及6B係用於說明圖4所示顯示裝置之操作的示意斷面圖；
圖7A及7B係亦用於說明圖4所示顯示裝置之操作的光強度對視角之標繪圖；
圖8係亦用於說明圖4所示顯示裝置之操作的光強度對視角之另一標繪圖；
圖9係圖4所示顯示裝置之視圖偏轉對入射角之一標繪圖；以及
圖10係用於說明圖4所示顯示裝置之詳細設計的一示意斷面圖。
11．．．柱狀元件
101．．．多視圖自動立體顯示裝置
103．．．影像形成構件
105．．．顯示像素
107．．．光源
109．．．視圖形成構件/柱狀片
117．．．視圖偏轉構件/視圖偏轉層
119．．．顯示驅動器

Claims (23)

  1. 一種用於一自動立體(auto-stereoscopic)顯示裝置之系統，該顯示裝置包含一影像形成構件，其包括用於產生一顯示之顯示像素之一陣列，該系統包括：視圖(view)形成構件，其用於與該影像形成構件對齊(in registration)配置且具有視圖形成元件之一陣列，該等視圖形成元件之每一者均可組態成將該等顯示像素之群組的輸出聚焦於朝一使用者在不同方向投射之複數個視圖中；以及視圖偏轉(deflecting)構件，其係與該視圖形成構件對齊定位，該視圖偏轉構件係配置成可選擇性改變朝該使用者投射的所有該複數個視圖之方向，其中該視圖偏轉構件包括至少一雙折射稜鏡(birefringent prism)，其具有用於具有一第一偏光(polarization)方向之光的一第一折射率及用於具有一第二偏光方向之光的一第二折射率，該視圖偏轉構件進一步包括與該雙折射稜鏡對齊之一偏光開關(polarization switch)，其用於向該雙折射稜鏡提供選擇性地具有該第一或第二偏光方向之顯示光。
  2. 如請求項1之系統，其中該偏光開關包括一可切換偏光旋轉器，其係配置成可選擇性將透射光之偏光方向自該第一方向改變至該第二方向。
  3. 如請求項2之系統，其中該可切換偏光旋轉器包括設置在透明電極之間的一液晶材料。
  4. 2或3之系統，其中該至少一雙折射稜鏡包括用於接收光至該稜鏡中的一第一表面及用於自該稜鏡向外透射光之一第二表面，該稜鏡之該等第一及第二表面界定一銳角。
  5. 如請求項4之系統，其中該至少一雙折射稜鏡具有與該稜鏡之該第二表面相鄰配置的一個別介接材料層。
  6. 如請求項5之系統，其中該介接材料層比該個別雙折射稜鏡具有更高光學等向性。
  7. 如請求項5之系統，其中該介接材料層對於具有該等第一及第二偏光方向的光具有相同折射率，且該介接材料層之該折射率大體上係第一或第二折射率。
  8. 如請求項5之系統，其中該介接材料層界定一第二稜鏡，該第二稜鏡具有與該雙折射稜鏡之該第二表面相鄰地提供的一第一表面及與該雙折射稜鏡之該第一表面平行配置的一第二表面。
  9. 如請求項8之系統，其包括雙折射稜鏡及第二稜鏡之陣列，其各具有一鋸齒配置。
  10. 如請求項1至3中任一項之系統，其中該視圖形成構件係可組態成在藉由大體上恆定角度隔離之方向上投射該複數個視圖，且其中該視圖偏轉構件係配置成可選擇性改變藉由大體上恆定角度投射該複數個視圖之方向。
  11. 如請求項10之系統，其中藉由該視圖形成構件投射之該複數個視圖之間的角度大體上係藉由該視圖偏轉構件改變該複數個視圖之角度的兩倍。
  12. 如請求項1至3中任一項之系統，其中視圖形成元件之該陣列包括柱狀透鏡之一陣列，且其中該視圖形成構件係與該等柱狀透鏡之一平面表面相鄰或與該等柱狀透鏡之一凸面表面相鄰地配置。
  13. 一種自動立體顯示裝置，其包括：一影像形成構件，其具有用於產生一顯示之顯示像素之一陣列；以及如前述請求項1-12中任一項之系統，其係與該影像形成構件對齊。
  14. 如請求項13之自動立體顯示裝置，其進一步包括一驅動構件，該驅動構件係配置成以用於複數個視圖之顯示資料驅動該影像形成構件並控制該視圖偏轉構件以在不同方向上投射該複數個視圖。
  15. 如請求項14之自動立體顯示裝置，其中該驅動構件係配置成以用於第一及第二複數個視圖之顯示資料驅動該影像形成構件，並控制該視圖偏轉構件以在不同方向上投射該第一及第二複數個視圖。
  16. 如請求項14之自動立體顯示裝置，其該驅動構件係配置成：在一驅動週期之一第一部分中，以用於第一複數個視圖之顯示資料之一第一圖框驅動該影像形成構件並控制該視圖偏轉構件，以便在第一複數個方向上朝該使用者投射該複數個視圖；以及在該驅動週期之一第二部分中，以用於第二複數個視 圖之顯示資料之一第二圖框驅動該影像形成構件並控制該視圖偏轉構件，以便在不同於該第一複數個方向之第二複數個方向上朝該使用者投射該複數個視圖。
  17. 如請求項16之自動立體顯示裝置，其中顯示資料之該第一及第二圖框相同。
  18. 如請求項13至17中任一項之自動立體顯示裝置，其中該視圖形成構件係配置在該影像形成構件與該視圖偏轉構件之間，且其中該視圖形成構件與該視圖偏轉構件之間的間隔S deflection 為： 其中m 及n 係正整數，P係該影像形成構件之一水平重複間距，X shift,view 係用於連續視圖之X view 值之間的差異，X view 係產生一視圖之一顯示像素的中心與一相關聯之視圖形成元件之軸之間的水平距離，且S lenticular 係該影像形成構件與該視圖形成構件之間的間隔。
  19. 如請求項13至17中任一項之自動立體顯示裝置，其中該視圖形成構件係配置在該影像形成構件與該視圖偏轉構件之間，且其中該影像形成構件與該視圖形成構件之間的間隔為該視圖形成構件與該視圖偏轉構件之間的間隔之兩倍。
  20. 一種用於驅動如請求項13之自動立體顯示裝置之方法，該方法包括： 以顯示資料驅動該影像形成構件；以及控制該視圖偏轉構件以改變朝該使用者投射藉由該視圖形成構件形成的所有該複數個視圖之方向。
  21. 一種用於致能一可程式化裝置以執行如請求項20之方法的電腦程式產品。
  22. 一種用於如請求項13之自動立體顯示裝置之驅動裝置，該驅動裝置包括：驅動構件，其用於以顯示資料驅動該影像形成構件；以及一偏轉控制器，其用於控制該視圖偏轉構件以改變朝該使用者投射藉由該視圖形成構件形成的所有該複數個視圖之方向。
  23. 一種自動立體顯示裝置，該裝置包括：影像形成構件，其具有用於產生一顯示之顯示像素之一陣列；視圖形成構件，其係位在該影像形成構件上且與其對齊，並且具有視圖形成元件之一陣列，該等視圖形成元件之每一者均可組態成將該等顯示像素之群組的輸出聚焦於在不同方向上朝一使用者投射之複數個視圖中；以及一視圖偏轉構件，其係位在該視圖形成構件上且與其對齊，該視圖偏轉構件係配置成可選擇性改變朝該使用者投射的所有該複數個視圖之方向，其中該視圖形成構件與該視圖偏轉構件之間的間隔 (separation)S deflection 係非零的且為： 其中m 及n 係正整數，P係該影像形成構件之一水平重複間距，X shift,view 係用於連續視圖之X view 值之間的差異，X view 係產生一視圖之一顯示像素的中心與一相關聯之視圖形成元件之軸之間的水平距離，且S lenticular 係該影像形成構件與該視圖形成構件之間的間隔。
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