TWI521239B - 自動立體顯示裝置 - Google Patents

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TWI521239B
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史瓦特 西比 迪
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Description

自動立體顯示裝置
本發明係關於一種類型的立體顯示裝置，其包括：一顯示面板，其具有用於產生一顯示之一顯示像素陣列；及複數個成像構件(諸如雙凸透鏡元件)，其配置在該顯示面板上方且透過該等成像構件可看到該等顯示像素。
GB 21966166 A中描述一種已知立體顯示裝置。此已知裝置包括一二維液晶顯示面板，該二維液晶顯示面板具有用以產生顯示之充當一空間光調變器之一顯示像素列與行陣列。彼此平行延伸之一加長雙凸透鏡元件陣列覆蓋該顯示像素陣列，且透過此等雙凸透鏡元件可觀察該等顯示像素。
該等雙凸透鏡元件設置為一元件薄片，該等元件之每一者包括一加長半圓柱透鏡元件。該等雙凸透鏡元件在該顯示面板之行方向上延伸，每一雙凸透鏡元件覆蓋顯示像素之兩個或兩個以上相鄰行之一各別組。
舉例而言，在每一雙凸透鏡與兩行顯示像素相關聯之一配置中，每一行中之該等顯示像素提供一各別二維子影像之一垂直片段。該雙凸透鏡薄片將此等兩個片段及對應片段自與其他雙凸透鏡相關聯之顯示像素行引導至位於該薄片前面之一使用者之左眼及右眼，使得該使用者觀察到一單一立體影像。雙凸透鏡元件薄片因此提供一光輸出引導功能。
在其他配置中，每一雙凸透鏡與列方向上之一組四個或四個以上相鄰顯示像素相關聯。每一組中之顯示像素之對應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。當一使用者之頭自左移動至右時，感知一系列連續不同立體視圖，產生(舉例而言)一觀望印象。
上文描述的裝置提供一有效三維顯示。然而，應瞭解為提供立體視圖，需要犧牲裝置之水平解析度。此解析度犧牲對於特定應用係不可接受的，諸如對於短距離觀看小文本字符之顯示。出於此原因，已提出提供一種可在二維模式與三維(立體)模式間切換之顯示裝置。
可在上文描述的雙凸透鏡類型顯示器中實施此切換功能。在二維模式中，可切換裝置之雙凸透鏡元件以一「通過」模式進行操作，即，其等以與一平坦透光材料薄片相同的方式作用。所得顯示具有一高解析度，等於顯示面板之固有解析度，此適宜於顯示短觀看距離之小文本字符。當然，二維顯示模式不能提供一立體影像。
在三維模式中，可切換裝置之雙凸透鏡元件提供一光輸出引導功能，如上文描述。所得顯示能夠提供立體影像，但亦經受上文提到的不可避免的解析度損失。
為提供可切換顯示模式，可切換裝置之雙凸透鏡元件由一光電材料(諸如一液晶材料)形成，該光電材料具有可在兩個不同偏光值間切換之一折射率。接著藉由將一適當電位施加至該等雙凸透鏡元件上方及下方設置的電極層，該裝置在該等模式之間切換。該電位改變與一相鄰透光層之折射率有關的該等雙凸透鏡之折射率。或者，該相鄰透光層可由該光電材料形成，具有改變與該透光層有關的該等雙凸透鏡之折射率之相同結果。
亦可使用其他顯示技術實施一2D/3D可切換系統，諸如利用基於眼鏡的系統(諸如基於偏光或基於快門眼鏡)。在此情況中，存在去掉眼鏡之一全解析度2D模式及戴上眼鏡之一3D模式。取代可切換雙凸透鏡系統亦可使用可切換阻障系統。
可切換LC雙凸透鏡之一問題在於相比於製造標準LCD面板，需要對LCD製造過程之大量調適。然而，一可切換自動立體技術對於基於眼鏡的系統之使用者較佳。
本發明之一目標係提供可在一自動立體顯示模式與一二維顯示模式之間切換之一自動立體顯示器。
本發明由隨附申請專利範圍定義。隨附申請專利範圍提供有利的實施例。
根據本發明，提供有如技術方案1中定義之一顯示裝置。
此配置避免對於用以實施一可切換2D/3D顯示之一可切換透鏡陣列之需要。可簡單關斷該第一LED顯示面板使得該透鏡陣列在產生一3D輸出中不起作用。該第二LED顯示面板接著產生期望之2D影像。來自該第二面板之光直接或透過該透鏡陣列提供至觀看者，但透鏡動作不影響輸出，因為該透鏡陣列以一適宜方式不與該第二LED顯示面板分開以產生視圖。因此可用低成本過程製造本發明之此顯示器。
在一實施中，一偏光器設置在該透鏡元件陣列與該第一LED顯示面板之間，且用於改變偏光狀態之一阻滯器係在該透鏡元件陣列與該第一LED顯示面板之間。該第一LED面板接著具有一後反射器。此配置吸收反射(以改良顯示對比度)。特定言之，該阻滯器可係一四分之一波板且該偏光器可係一線性偏光器。
在另一實施中，該第一LED面板具有一後吸收器。此使能在不需要基於偏光的組件情況下吸收反射。
該透鏡元件陣列較佳包括一雙凸透鏡陣列，該雙凸透鏡陣列用於產生複數個視圖且將其等引導至不同橫向方向。
該透鏡陣列可係在該第一LED顯示面板與該第二LED顯示面板之間或在該第二LED顯示面板與該第一LED顯示面板之相對側上。
本發明亦提供一種操作一自動立體顯示裝置之方法，該方法包括：在一3D模式中，使用一第一LED顯示面板以輸出多個視圖，且投射此等視圖穿過與該第一LED顯示面板(30)分開近似等於該等透鏡元件之焦距(f)之一距離之一不可切換透鏡元件陣列，且在一至少半透明關斷模式中，操作一第二LED顯示面板，來自該第一LED顯示面板之輸出通過該第二LED顯示面板(34)；及在一2D模式中，關斷該第一LED顯示面板且使用該第二LED顯示面板以輸出一單一2D影像。
可以一組合的2D/3D模式操作該裝置，其中該第一LED顯示面板提供3D影像內容且該第二LED顯示面板提供覆蓋的2D影像內容。
現在將參考隨附圖式僅例示性描述本發明之實施例。
本發明提供一種可切換自動立體顯示裝置，其包括一第一LED顯示面板、一不可切換透鏡元件陣列及一第二LED顯示面板。此配置避免對於用以實施一可切換2D/3D顯示之一可切換透鏡陣列之需要。可簡單關斷該第一LED顯示面板使得該透鏡陣列在產生一3D輸出中不起作用。該第二LED顯示面板接著產生期望之2D影像。
圖1係闡述一已知基於LC的系統之操作原理之一已知可切換自動立體顯示裝置1之一示意透視圖。
該已知裝置1包括主動矩陣類型之一液晶顯示面板3，其充當用以產生顯示之一空間光調變器。該顯示面板3具有呈列及行配置之顯示像素5之一正交陣列。出於簡明之故，該圖中展示少量顯示像素5。在實踐中，該顯示面板3可包括大約一千列及數千行顯示像素5。
該液晶顯示面板3之結構係完全習知的。特定言之，該面板3包括一對分開之透明玻璃基板，一對齊式扭轉向列或其他液晶材料設置在該對分開之透明玻璃基板之間。該等基板在其等之對向表面上載有透明氧化銦錫(ITO)電極之圖案。偏光層亦設置在該等基板之外表面上。
每一顯示像素5包括其間具有液晶材料之該等基板上之相對電極。該等顯示像素5之形狀及佈局由該等電極之形狀及佈局決定。該等顯示像素5通常藉由間隙而彼此分開。
每一顯示像素5與一切換元件相關聯，諸如一薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD)。藉由將定址信號提供至該等切換元件操作該等顯示像素以產生顯示，且適宜定址方案將係熟習此項技術者已知。
該等顯示像素5之間之間隙由一不透明黑色遮罩覆蓋。該遮罩設置為一吸光材料網格之形式。該遮罩覆蓋該等切換元件且定義個別顯示像素區域。
在此情況中，該顯示面板3由包括在顯示像素陣列區域上方延伸之一平坦背光之一光源7照亮。來自該光源7之光經引導穿過該顯示面板3，驅動該等個別顯示像素5以調變該光且產生顯示。
該顯示裝置1亦包括定位在該顯示面板3之顯示側上方之一雙凸透鏡元件配置9，此配置可控制以選擇性執行一視圖形成功能。該雙凸透鏡元件配置9包括彼此平行延伸之雙凸透鏡元件11之一陣列，出於簡明之故，用放大尺寸僅展示其中一個。
該雙凸透鏡元件配置9包括一對透明玻璃基板，該對透明玻璃基板具有由其等之對向表面上設置之氧化銦錫(ITO)形成之透明電極層。每一電極層係複數個平行加長電極之形式，且各個不同層之電極彼此垂直配置。使用一複製技術形成之一反向雙凸透鏡(inverse lenticular)結構設置在相鄰於該等基板之一較高者之基板之間。向列液晶材料亦設置在該等基板之間且界定雙凸透鏡形狀。此材料可在狀態間切換使得可開啟及關斷透鏡動作(在透鏡邊界處)。
預料若干年後OLED將變成主要顯示技術，因為該等顯示係超薄、非常快、光效率高且可具有一非常高解析度。然而，當前不存在使用此技術製作一可切換3D顯示之適宜方法。可能製作偏光OLED顯示器輸出使得可使用已知之可切換LC雙凸透鏡，但此仍需要一基於LC之光學元件，因此首先消除使用OLED技術之優點。
本發明在不需要LC技術情況下提供一可切換3D OLED顯示器。藉由堆疊兩個OLED面板，該等OLED面板之一者係透明的，可能藉由開啟一個面板或另一個面板而在2D模式與3D模式之間切換。顯示器與一固定不可切換雙凸透鏡組合。如下文將描述，在一實例中，使用一阻滯器薄膜及一偏光器薄片，但其等全係可用大量處理技術製作之組件。
術語OLED顯示器(有機發光二極體顯示器)意欲有時包含描述為發光聚合體(LEP)及有機電致發光(OEL)之技術。發光二極體(LED)具有由一有機化合物薄膜組成之一發射電致發光層。該層通常含有允許沈積適宜有機化合物之一聚合體物質。該等有機化合物在列及行中通常藉由一簡單「印刷」過程被沈積至一平坦載體上。所得像素矩陣可發射不同顏色的光。
已知在電視螢幕、電腦監測器、小型可攜式系統螢幕(諸如手機及PDA)、廣告、資訊及指示中使用OLED顯示器技術。OLED亦可用在用於一般空間照明及大面積發光元件之光源中。OLED通常發射比通常對用作為點光源而設計之基於無機固態的LED更少的每單元面積光。
OLED顯示器超過傳統液晶顯示器(LCD)之一明顯優點在於OLED不需要一背光作用。因此，其等可顯示深黑色階、汲取遠少的多的功率且可比一LCD面板更薄更輕。OLED顯示器亦自然實現比LCD監測器更高的對比率。
OLED顯示器之最常見類別係頂部發射顯示之類別。在此情況中，底部基板由一非常高度反射介質覆蓋或製成，該介質充當一電極且反射發射至底部的光。此反射底層具有一重大缺點在於顯示之日光對比度嚴重減小。
此可藉由將一1/4波板及一偏光器定位在該顯示器前面而改良，以消除日光反射。圖2中展示此配置。
進入光20未被偏光(即，隨機偏光)。其通過一線性偏光器22，接著通過呈一四分之一波板形式之一阻滯器。在此實例中，該阻滯器對準該偏光器之傳輸軸之45度處使得輸出係經圓形偏光的光。因此，該線性偏光器與該阻滯器一起作用為一圓形偏光器。一旦由一反射基板26(此情況中係基板鏡面)反射，即改變圓形偏光之旋光性，且最終由所展示之該偏光器22阻擋反射光。
以此方式，避免不需要的外界光反射。
OLED顯示之另一類別係透明顯示。在此情況中，該顯示器之底部基板與頂部基板兩者由透明材料製成。雖然還未成熟，但在主要顯示器會議中已展示工作原型。
本發明組合此等兩種類型的LED顯示器以提供不需要可切換LC組件之一可切換自動立體顯示器。圖3中展示本發明之顯示裝置之一第一實例。
該顯示裝置包括一第一LED顯示面板30及配置在該第一顯示面板30上方之一不可切換透鏡元件陣列32，用於引導顯示像素之光輸出以便提供一自動立體影像。該透鏡元件陣列與該第一LED顯示面板分開近似等於該等透鏡元件之焦距f之一距離。
一第二LED顯示面板34比該第一LED顯示面板更靠近該透鏡元件陣列32，且該第二LED顯示面板具有一透明關斷模式及一影像顯示開啟模式。
以此方式，一透明第二OLED面板堆疊在一頂部發射第一OLED面板之頂部上。該雙凸透鏡與該雙凸透鏡之聚焦面板放置在近乎該頂部發射面板30之位置處。
在圖3之實例中，該頂部發射面板30設置有一偏光器36及一四分之一波板38，以用參考圖2闡述之方式移除不需要的反射(以及來自該透明OLED顯示器之向後照明)。
該顯示器操作如下：對於2D模式，開啟該透明OLED面板34且關斷該頂部發射OLED面板30。投射至觀看者之光不通過任何光學元件，因此將給出一完美2D模式。由該透明面板34朝向後面發射的光由該頂部發射面板之頂部上之該偏光器及該阻滯器有效吸收。該雙凸透鏡經設計以儘可能反射少量光。
對於3D模式，開啟該頂部發射OLED面板30且關斷該透明OLED面板34。來自該頂部發射顯示器之光由該透鏡準直，產生用於3D顯示之多個視圖。在該雙凸透鏡之後，該光通過該透明OLED面板而不被折射。
對圖3之實施例之一修改可具有直接放置在該頂部發射OLED 30上之該雙凸透鏡陣列32。接著以與圖3中相同的次序放置該四分之一波板38、該偏光器36及該透明OLED 34。此對於具有對應於一寬視角之非常短聚焦長度之該雙凸透鏡陣列之透鏡將係適當的。
圖4展示具有與圖3中相同的所有組件之一第二實施例。相對於該第一實施例之差異僅在於該透明OLED 3移位在該雙凸透鏡32後面。
該顯示器以大體相同的方式作用。在該2D模式中，再次開啟該透明OLED面板34且關斷該頂部發射OLED面板30。穿過該透鏡傳播的來自該透明OLED 34之光將不產生視圖，因此該顯示器將顯現為2D模式。然而2D模式之視覺品質將低於圖3之實例之2D模式之視覺品質。該透鏡之焦距不再對應於至該OLED面板之路徑長度，使得不由該等透鏡產生視圖。
阻擋發射至該顯示器34之背面之光在此設計中尤其重要，因為任何反射光將顯現為來自該像素面板後面之一位置。再次使用該偏光器及該阻滯器以吸收以與外界光同樣的方式自該背面發射的光。
在3D模式中，開啟該頂部發射OLED且關斷該透明OLED面板。來自該頂部發射顯示器之光未被偏光且在通過該偏光器之後將被線性偏光。
該透鏡將準直來自該等像素之光，因此產生用於一3D顯示之視圖。
藉由使用該等OLED面板之間之一圓形偏光器(該線性偏光器與該四分之一波板之組合)，有效移除來自外部光之反射。此致能該裝置具有與配備有一圓形偏光器之一頂部發射OLED顯示器類似的對比度。
該顯示器之亮度類似於配備有一圓形偏光器之一習知頂部發射OLED顯示器之亮度。此係因為所提出顯示器在一個方向(2D模式)或在多個方向上且穿過一偏光器及一透明顯示器(3D模式)發射光。一習知頂部發射OLED顯示器亦損失來自一偏光器之光之一半。
圖5展示一第三實施例。
此配置使用兩個透明OLED面板50、34，但該底部OLED面板50係吸收性(黑色)。在此情況中，可省略該偏光器及該四分之一波板以減少成本，使得僅該不可切換雙凸透鏡陣列在該等OLED顯示器34、50之間。此配置具有缺點在於該底部OLED顯示器50之光效率較低。
該頂部OLED顯示器34係如上文實例中之一透明裝置。可再次交換透明OLED顯示器34與雙凸透鏡之位置。
兩個顯示面板之像素可具有相等大小及像素佈局。然而，此對於本發明並非必要的。該顯示器可配置為一分段2D/3D顯示器。
亦可能藉由同時開啟該兩個面板之像素而組合一較低解析度3D顯示器與一較高解析度2D顯示器。此可用於在該顯示器之平面處需要高解析度之文本應用，諸如子標題。
該雙凸透鏡陣列通常將產生至少三個視圖，舉例而言5、9或15個視圖。該等透鏡之間距將對應於像素數目使得每一透鏡下方之不同像素成像至不同橫向位置。該等透鏡可係垂直或傾斜的。該等透鏡之一傾斜可用於分擔在列方向與行方向之間之解析度減小。此等措施係熟知的。
所述該第二OLED為透明的。當然，完全透明度係不可能的，且此術語意指入射光之至少30%可通過，更佳至少40%或甚至50%的光通過。透明度受每一像素中之一不透明TFT之存在以及所使用材料之不完全透明度以及反射損失限制。若該頂部發射OLED面板30之亮度夠，則30%之一透明度仍可致能該系統作用。適宜之透明OLED面板市場有售。當然，透明度越大，3D模式中該系統越有效率。
熟習此項技術者在實踐本發明中從研習隨附圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍可理解且達成所揭示實施例之其他變體。在申請專利範圍中，詞「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數。在互相不同的隨附申請專利範圍中列舉某些措施之純事實並不指示不能使用此等措施之一組合以更具有優越性。申請專利範圍中之任何參考符號不應解釋為限制本發明。
1．．．自動立體顯示裝置
3．．．顯示面板
5．．．顯示像素
7．．．光源
9．．．雙凸透鏡元件配置
11．．．雙凸透鏡元件
20．．．進入光
22．．．偏光器
26．．．反射基板
30．．．第一顯示面板/第一LED顯示面板/頂部發射OLED面板
32．．．透鏡元件陣列/透鏡陣列
34．．．第二LED顯示面板/透明OLED面板
36．．．偏光器
38．．．四分之一波板/阻滯器
50．．．透明OLED面板/底部OLED面板
f．．．焦距
圖1係闡述操作原理之一已知自動立體顯示裝置之一示意透視圖；
圖2展示抑制外界光反射之一已知OLED顯示器；
圖3展示本發明之顯示裝置之一第一實例；
圖4展示本發明之顯示裝置之一第二實例；及
圖5展示本發明之顯示裝置之一第三實例。
30．．．第一顯示面板/第一LED顯示面板/頂部發射OLED面板
32．．．透鏡元件陣列/透鏡陣列
34．．．第二LED顯示面板/透明OLED面板
36．．．偏光器
38．．．四分之一波板/阻滯器
f．．．焦距

Claims (10)

  1. 一種具有一二維顯示模式及一自動立體顯示模式之自動立體顯示裝置，該顯示裝置包括：一第一發光二極體(LED)顯示面板(30)；一透鏡元件陣列(32)，其配置在該顯示面板(30)上方用於引導顯示像素之光輸出以便對一觀看者提供一立體影像，該透鏡元件陣列與該第一發光二極體(LED)顯示面板分開近似(approximately)等於該等透鏡元件之焦距(f)之一距離；及一第二發光二極體(LED)顯示面板(34)，其配置在來自該第一發光二極體(LED)顯示面板之輸出之路徑中，其中該第二發光二極體(LED)顯示面板具有一至少半透明關斷模式(off-mode)及一影像顯示開啟模式(on-mode)，其中：該裝置進一步包括一偏光器(36)，其在該透鏡元件陣列(32)與該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)之間；及一阻滯器(retarder)(38)，其用於改變該透鏡元件陣列與該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)之間之偏光狀態，且其中該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)具有一後反射器(rear reflector)；或該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)具有一後吸收器(rear absorber)。
  2. 如請求項1之裝置，其中該顯示裝置可在該自動立體顯示模式與該二維顯示模式之間切換。
  3. 如請求項1之裝置，其中該阻滯器(38)包括一四分之一波板。
  4. 如請求項1之裝置，其中該偏光器(36)包括一線性偏光器。
  5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該透鏡元件陣列(32)包括用於產生複數個視圖(views)且將其等引導至不同橫向方向之一雙凸透鏡(lenticular)陣列。
  6. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該透鏡陣列(32)在該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)與該第二發光二極體(LED)顯示面板(34)之間。
  7. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該透鏡陣列(32)在該第二發光二極體(LED)顯示面板(34)對該第一發光二極體(LED)顯示面板(30)之相對側上。
  8. 如請求項7之裝置，其中該第二發光二極體(LED)顯示面板(34)與該透鏡陣列(32)之間之間隔係至少該等透鏡元件之焦距(f)。
  9. 一種操作具有一二維顯示模式及一自動立體顯示模式之一自動立體顯示裝置之方法，該方法包括：在一自動立體顯示模式中，使用一第一發光二極體顯示面板(30)以輸出多個視圖，且投射此等視圖穿過與該第一發光二極體顯示面板(30)分開近似等於該等透鏡元件之焦距(f)之一距離之一透鏡元件陣列(32)，且在一至少半透明關斷模式中，操作一第二發光二極體顯示面板(34)，來自該第一發光二極體顯示面板之輸出通過該第 二發光二極體顯示面板(34)；及在一二維顯示模式中，關斷該第一發光二極體顯示面板(30)且使用該第二發光二極體顯示面板(34)以輸出一單一二維影像，其中該方法進一步包括：藉由在該透鏡元件陣列(32)與該第一發光二極體顯示面板(30)之間配置一偏光器(36)及一阻滯器(38)且為該第一發光二極體顯示面板(30)提供一後反射器，而減弱(attenuating)來自該第一發光二極體顯示面板之反射；或藉由在該第一發光二極體顯示面板(30)配置一後吸收器，而減弱來自該第一發光二極體顯示面板之反射。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括以一組合之二維/自動立體顯示模式操作該裝置，其中該第一發光二極體顯示面板(30)提供三維影像內容且該第二發光二極體顯示面板(34)提供覆蓋之二維影像內容。
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