TWI624691B - 透明自動立體顯示器 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種3D凸鏡狀顯示器,其使用垂直隔開之條帶形顯示器形成。每一此條帶具有一掃描線之功能,因此該顯示器之垂直解析度由條帶之數目判定。該等條帶由一發射層及一凸鏡狀透鏡組成。該顯示器係藉助於條帶之間的間隔而為至少部分透明的。
Description
本發明係關於透明顯示器,且特定而言係關於透明自動立體顯示器。
透明顯示器使得能夠觀看顯示器後面之一背景以及顯示器輸出。該顯示器因此具有一特定透射位準。透明顯示器具有諸多可能應用,諸如建築或汽車之窗及購物中心之展示窗。
預期(舉例而言)在構造、通告及公共資訊領域中,大部分現有顯示器市場將由透明顯示器替換。透明顯示器尚未具有3D觀看能力,且特定而言尚未使用免戴眼鏡自動立體方法,諸如用凸鏡狀透鏡。
一透明顯示器通常在觀看者意欲觀看顯示器內容時具有一顯示模式,且在顯示器關閉且觀看者意欲能夠看穿顯示器時具有一窗模式。若顯示器係透明的,則一顯示器頂部上之一凸鏡狀透鏡之一習用組合(如在自動立體3D顯示器中常見)致使一問題,此乃因凸鏡狀透鏡將導致顯示器後面之影像之一失真視圖。因此,窗模式不提供窗後面之場景之一正確視圖。
本發明係由申請專利範圍定義。
根據本發明之一項態樣,提供一種顯示器,該顯示器包括複數
個顯示條帶,該等條帶各自包括一或多個像素列及用於在不同方向上引導來自不同像素之像素輸出藉此實現自動立體觀看之一凸鏡狀配置,其中該等條帶在像素行方向上間隔開,該等條帶之間具有一透射間隔。
該間隔使得該顯示器能夠具透射性。在此設計中,每一條帶具有一掃描線(或多個掃描線)之功能。該顯示器之垂直解析度因此由條帶之數目判定。該等條帶由至少一發射層及呈適當間隔以在該發射層上具有足夠焦點之一凸鏡狀透鏡組成。
每一顯示條帶可包括一反射器、反射器上方之一發射顯示配置、發射顯示配置上方之一間隔件及間隔件上方之一凸鏡狀透鏡陣列。反射器防止來自顯示器之光在相反方向上射出顯示器(其將給出一反轉影像)。
凸鏡狀透鏡陣列較佳地包括用於每一條帶之一單個透鏡列。該列中之該等透鏡可取決於所選子像素佈局覆蓋一個子像素列或多個子像素列。然而,較佳地條帶係用於一個像素列(不管子像素是否在一個或多個列中)以使得條帶係用於影像之一個掃描線。
該發射顯示配置可包括一第一發射顯示配置且每一顯示條帶可接著進一步包括在反射器之另一側上方對著第一發射顯示配置之一第二發射顯示配置,以使得每一條帶包括面向相反方向之兩個發射顯示配置。一個顯示配置可係用於自動立體顯示器,且另一顯示配置可係用於2D顯示器。以此方式,顯示器可在一個方向上(例如,在其中觀看者之位置已知之一窗之外側)呈現3D影像資料且在另一方向上(例如,在其中在不同位置處存在諸多觀看者之一商店之內側)呈現2D影像資料。
該等條帶較佳地安裝於可係一玻璃支撐件之一支撐件上。此支撐件可係顯示器固定至之結構(諸如一窗),或其可係顯示器結構之部
分。
該等顯示條帶可包括在一支撐件之一側上提供之第一複數個顯示條帶及在支撐件之另一側上提供之第二複數個顯示條帶。
此使得能夠在兩個方向上自顯示器提供3D影像。第二複數個顯示條帶中之每一者可因此亦包括一或多個像素列及用於在不同方向上導引來自不同像素之像素輸出藉此實現自動立體觀看之一凸鏡狀配置,其中該等條帶在像素行方向上間隔開,該等條帶之間具有一透射間隔。較佳地,第一及第二顯示條帶經對準以最大化透射面積。
在一組實例中,該等條帶固定於適當位置中。其可垂直於顯示器之平面或與垂線成一角度(亦即,以與觀看者之意欲位置適合地對準之透射間隔)固定。
另一選擇係,該等條帶可圍繞一像素列方向樞轉。此意指方向可向上及向下傾斜以匹配觀看者位置。
每一條帶可具有反射上部及下部內表面。此等表面確保射出條帶之光具有一寬垂直角展度。每一條帶可具有鏡面反射上部及下部外表面。此等表面減小透射(窗)模式之影像失真或在顯示模式中顯示器後面之場景之可見性。
透射間隔之高度係(舉例而言)一顯示條帶之高度的至少雙倍。此意指透射功能係有效的。
10‧‧‧條帶/發射層/玻璃條帶/顯示器條帶/第一及第二顯示器條帶
12‧‧‧發射層
14‧‧‧透鏡狀透鏡/透鏡狀配置/透鏡/透鏡狀透鏡陣列
16‧‧‧間隔
20‧‧‧玻璃支撐件/玻璃支撐件界面/支撐件
22‧‧‧垂直支撐件/光學垂直支撐件
30‧‧‧反射層/反射鏡
32‧‧‧發射層/發射堆疊/發射顯示器配置/第二發射顯示器配置
34‧‧‧透明頂部電極/發射堆疊/發射顯示器配置/第二發射顯示器配置
36‧‧‧間隔件層
40‧‧‧透鏡類型
100‧‧‧周圍光
現將參考隨附圖式來詳細地闡述一實例,其中:圖1展示在本發明之顯示器中使用之一顯示條帶之設計;圖2展示本發明之顯示器之一第一實例之三個視圖;圖3更詳細展示顯示條帶之層;圖4展示顯示條帶之替代層;圖5展示一第一可能像素佈局;
圖6展示兩個可能替代像素佈局;圖7展示本發明之顯示器之一第二實例之兩個視圖;圖8展示本發明之顯示器之一第三實例;圖9展示條帶可如何經傾斜以匹配一觀看者之位置;圖10展示透射光撞擊條帶之效應;且圖11展示一進一步替代條帶設計。
本發明提供一種使用垂直隔開之條帶形顯示器形成之3D凸鏡狀顯示器。每一此條帶具有一掃描線之功能,因此顯示器之垂直解析度由條帶之數目判定。條帶由一發射層及一凸鏡狀透鏡組成。顯示器係藉助於條帶之間的間隔而為至少部分地透明的。
圖1展示一單個此條帶10之一俯視圖及一側視圖。該等條帶由至少一發射層12及呈適當間隔16以聚焦於發射層10上之一凸鏡狀透鏡14組成。
圖2展示總體顯示器組態之一項實例。圖2(a)展示一透視圖(不展示透鏡形狀),圖2(b)展示前視圖且圖2(c)展示一俯視圖。
顯示器包括在一側上具有條帶10之一玻璃支撐件20及視情況垂直支撐件22以保存結構完整性。
條帶10各自包括帶有與像素相關聯之一透鏡配置之一顯示像素列。每一透鏡通常覆於一像素子陣列上,因此來自不同像素之光藉由相關聯之透鏡成像至一特定方向(以眾所周知之方式)。
圖2之實例僅顯示一側之一3D影像,且條帶固定至支撐件20。
在無玻璃支撐件20之情況下,該等條帶可用作百葉窗,取決於垂直支撐件之實施方案處於一固定角度或者可旋轉。
此外,自兩側之3D觀看係藉由將條帶施加至一玻璃支撐件之兩側可能的。在此情形中,可期望每一側上之條帶較佳地經對準以最大
化周圍光之透射。此外,可不需要支撐件。
每一條帶具有反射上部及下部邊界表面(如圖1中之側視圖中所展示)。以此方式,凸鏡狀條帶由於條帶之頂部及底部上之此等反射而用作一全凸鏡狀薄片。通過凸鏡狀條帶之在後焦平面處發射之光具有一窄水平分佈但垂直地擴展開。條帶之頂部及底部表面較佳地具有一鏡面塗層。
條帶之間的區域允許周圍光之透射。
通常,一玻璃支撐件20可用作3D顯示器之一基座。在一互動櫥窗或一公共資訊顯示器之應用中,此玻璃支撐件係實際上玻璃窗或將層壓於一窗之頂部上之一層。條帶10放置於玻璃支撐件之頂部上。視情況,垂直支撐件22可用以強化顯示器。
顯示器之垂直解析度由條帶之數目判定,此乃因每一條帶提供一像素列。水平及角解析度由條帶之解析度及透鏡形狀判定。
圖3更詳細展示條帶之一個可能結構之一實例。在玻璃支撐件界面20上方,提供一反射層30、包含驅動電子器件之一發射層32(例如,主動或被動矩陣)、一透明頂部電極34、一間隔件層36及接著凸鏡狀透鏡14。
一典型發射技術係有機發光二極體(OLED)但諸如有機發光電晶體(OLET)或量子點(QDOT)之替代方案亦存在。可替代地使用電致發光顯示器或離散LED。亦可採用具有光外部耦合結構及一電光快門之諸如LCD之一波導光源。
反射層30不僅改良光效率,而亦防止光透過另一側離開玻璃支撐件。此情況被避免,此乃因在於相對側上不具有一凸鏡狀薄片之情況下,影像在自另一側觀看時將失真以及出現鏡像化。
使用與針對習用凸鏡狀自動立體顯示器相同之方法設計凸鏡狀條帶之光學參數。凸鏡狀間距(隨像素間距而變)判定視圖之有效數
目。視圖之數目係至少兩個。
視角錐半角判定視圖之角寬度。焦距通常經選擇以與所期望錐角及凸鏡狀間距配合。
條帶之厚度由所選焦距及材料之折射率判定。凸鏡狀條帶應係足夠薄以允許周圍光之充分透射且足夠厚以形成足夠發射表面及材料強度。
如圖3中所展示之透鏡形狀僅係一項實例。替代方案展示於圖4中,其中圖4(a)展示具有一平坦外側表面及向內面向之透鏡之一實心堆疊。在此情形中分離層可係空氣。圖4(b)展示利用其他透鏡類型40之一透鏡堆疊,該透鏡堆疊可係陡度折射率(GRIN)透鏡、電潤濕透鏡、繞射透鏡(亦即,線性菲涅耳波帶片)或菲涅耳透鏡。透鏡配置可係可切換的,舉例而言如關於基於LC雙折射透鏡、電潤濕透鏡及/或LC GRIN透鏡可能的。
圖5展示其中每一透鏡14覆蓋三個子像素列(配置為RGB列)之一較佳傾斜像素圖案。在水平解析度比垂直解析度更重要時,較佳地在垂直方向上具有色彩分量(亦即,三個像素列)及在水平方向上具有由像素提供之不同視圖。RGB色彩分量之旋轉(以使得每一列係一RGB序列而非所有皆為一個色彩)可稍微改良均勻性,但固定色彩列可較簡單地製造。
圖6展示兩個替代像素佈局。左影像展示傾斜像素,其中每列一個色彩,而右影像展示一單個子像素列,以使得沿著列方向之三個子像素形成每一像素三重態。
由像素結構之非發射部分所致之條帶化可藉由改變像素形狀(例如藉由如圖6之左影像中所展示使其傾斜)而緩解。一寬廣範圍之其他像素形狀係可能的。
現將呈現可能尺寸之一實例。
對於一窗顯示器,顯示器可係2m寬及1m高,且每視圖一有效解析度可係約2百萬像素或2000×1000像素。一意欲觀看距離可係3米,且針對彼距離兩個連續(真實)視圖之間的分離應係大致等於眼距或60mm。
當端坐或四處走動時,在3m處具有600mm之一寬度之一錐體(5.7度半角)允許舒服地觀看。此意指600/60=10個子像素之一凸鏡狀間距係足夠的。
使用圖6之左部分之像素佈局(其中一個像素三重態在列方向上具有僅一個子像素之寬度),最小(3D)單位單元(亦即,像素組)係針對10個視圖10個子像素寬及3個子像素高(R、G及B)。凸鏡狀間距係2m除以2000(其等於1mm),以使得水平子像素間距應係100μm。具有600:3000(在最佳觀看距離處之錐體寬度與彼最佳觀看距離之間的比率)之一錐體比率及1mm之一間距,焦距必須接近於5mm。
條帶在垂直方向上之間距亦係1mm(1m除以1000像素)。
在來自圖3之簡單光學設計及折射率1.5且忽略顯示器層之厚度之情況下,凸鏡狀條帶之厚度(亦即,其自玻璃支撐件延伸多遠)係約7.5mm。
假設顯示器不能直接被觸摸或具有一保護覆蓋玻璃,則200μm之一條帶高度係足夠強大的。因此,對於周圍光之最佳透射角度為(1mm減去200μm)除以1mm(等於80%)減去任何玻璃反射。三個子像素列之垂直子像素間距變為67μm。
因此,可見對於一充分大顯示器,在維持一相等之垂直像素間距及水平透鏡間距之同時80%透射係可能的。此意指一所觀看3D影像在列及行方向上具有一均勻像素間距(在此實例中為1mm)。
本發明可經修改以實現在一側上3D觀看及在另一側2D觀看。
圖7展示左側之透視圖及右側之俯視圖之此修改。反射器30夾在
兩個發射堆疊32(發射層)與34(頂部電極)之間。不同像素佈局可用於兩個觀看側,舉例而言其中在2D觀看側上具有一較大間距。
條帶配置意指看穿功能仍然係透過顯示器在兩個方向上有效的。
本發明亦可經修改以藉由在如圖8中所展示之一玻璃支撐件20之兩側上提供條帶10而在兩側上提供3D觀看。條帶接著較佳地經對準以最大化周圍光之透射。此版本需要兩個發射堆疊。
在上文實例中,玻璃條帶10藉由玻璃支撐件20用光學垂直支撐件22固持在適當位置。然而,可設想在無一玻璃支撐件20之情況下使用本發明,在該情形中結構完整性以及對準由垂直間隔件22形成。
在此情形中,顯示器可以軟百葉窗之方式調整。在上文實例中,條帶10垂直於玻璃支撐件20放置,但若顯示器之意欲觀看方向係如圖9中所展示偏軸的,則條帶可經旋轉以允許一較佳周圍視圖。條帶之旋轉可係預定的(靜態的)或可透過人工或自動(例如,電)操作調整。
本發明在周圍光之透射與3D資訊之顯示之間做出一折衷。條帶自玻璃支撐件延伸達某一距離,此乃因凸鏡狀透鏡需要玻璃支撐件之頂部上之一合理焦點。此限制周圍光以大傾斜角透過玻璃支撐件透射。此並非不像關於常規軟百葉簾之情形。
圖10展示以傾斜角透過玻璃支撐件透射之周圍光100發生什麼情況。藉助條帶10之反射頂部及底部外表面側(若不存在塗層則其將產生問題),光可如所展示經偏轉以具有一不同垂直角。此形成周圍光之一垂直擴散效應。可能的係此效應由一設計者期望,但當視為一問題時,條帶10可經塗佈而以漫射方式反射或吸收周圍光。為維持3D顯示效應(其需要在條帶內之全內反射),可首先施加一反射塗層。
用以製造具有玻璃條帶之透明顯示器之較佳方式係將所有條帶
10之玻璃澆注為一個整體。當冷卻下來時,導電、反射及發射層可藉由微影程序形成同時條帶仍然處於模製中。垂直支撐件22可係模製之部分或可在玻璃支撐件20之後經添加。應注意不給發射層施加應力,此乃因其通常係易碎的。
玻璃可由塑膠(亦即,一透明聚合物)替代,藉此形狀可藉由一噴射模製技術形成。圖11展示此一經模製形式可如何經塑形之一放大實例。藉助此一形式可不需要垂直支撐件。條帶10經形成為自一連續基座延伸之突出部。
本發明係關於用於任何所期望應用(舉例而言,用於互動櫥窗)之透明3D顯示器。
在上文給出之實例中,透射區域係顯示器區域之80%。更一般而言,透射區域大於該區域之50%,且更佳地大於75%。藉由使用亮發射像素,儘管每一像素與像素間距相比佔據一相對小區域(在行方向上),但可獲得一良好品質影像。本發明特別關注自一顯著距離觀看之大顯示器,此乃因接著該實施方案係更實際的。
如上文所提及,顯示條帶之間的間隔具透射性(亦即,透明的)以允許後面場景之觀看。當然,完美透明度並非必需的,且實際上支撐件20將在實務上並非完全透明的。應相應地理解措辭「透射」,其表示供一觀看者看穿顯示器之彼部分之一足夠透明位準。舉例而言,可見光光譜之至少50%透射度係足夠的(針對條帶之間的間隔),但大於75%或85%透明度係較佳的。
每條帶可存在一個像素列,且如上文所論述此意指像素可形成一規則網格-若期望在行方向上具有與在列方向上之相同視圖之間的像素間距(亦即,透鏡間距)相同之像素間距。然而,此等間距不需要係相同的。此外,可在每一條帶中存在多個像素列。此將導致一非均勻像素網格,但可提供仍然係可期望之一顯示效應。
熟習此項技術者可自對圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究在實踐所主張之發明時理解及實現所揭示實施例之其他變化。在申請專利範圍中,措辭「包括」不排除其他元件或步驟且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數個。在相互不同之附屬請求項中敍述某些措施之單純事實並不指示不可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皆不應解釋為限制範疇。
Claims (15)
- 一種包括複數個顯示條帶(10)之顯示器,每一條帶包括:一或多個像素列(rows of pixels);及用於在不同方向上引導(directing)來自不同像素之像素輸出藉此實現自動立體觀看(autostereoscopic viewing)之一凸鏡狀配置(14),其中該等條帶在像素行方向上間隔開,該等條帶之間具有一透射間隔。
- 如請求項1之顯示器,其中每一顯示條帶(10)包括一反射器(30)、該反射器上方之一發射顯示配置(32、34)、該發射顯示配置上方之一間隔件(36)及該間隔件上方之一凸鏡狀透鏡陣列(14)。
- 如請求項2之顯示器,其中該凸鏡狀透鏡陣列(14)包括用於每一條帶之一單個透鏡列。
- 如請求項2之顯示器,其中該發射顯示配置包括一第一發射顯示配置,且每一顯示條帶進一步包括在該反射器(30)之另一側上方對著該第一發射顯示配置之一第二發射顯示配置(32、34),以使得每一條帶包括面向相反方向之兩個發射顯示配置。
- 如請求項4之顯示器,其中該等條帶安裝於一支撐件(20)上。
- 如請求項1之顯示器,其中該等顯示條帶包括第一複數個顯示條帶且提供於一支撐件(20)之一側上方,且其中第二複數個顯示條帶(10)提供於該支撐件(20)之另一側上方。
- 如請求項6之顯示器,其中第二複數個顯示條帶中之每一者包括一或多個像素列及用於在不同方向上引導來自不同像素之該像素輸出藉此實現自動立體觀看之一凸鏡狀配置,其中該等條帶在該像素行方向上間隔開,該等條帶之間具有一透射間隔。
- 如請求項7之顯示器,其中該等第一及第二顯示條帶(10)經對準。
- 如請求項1之顯示器,其中該等條帶固定於適當位置中。
- 如請求項9之顯示器,其中該等條帶(10)固定於垂直於該顯示器之平面或與該垂線成一角度之一位置中。
- 如請求項1之顯示器,其中該等條帶(10)可圍繞一像素列方向樞轉。
- 如請求項1之顯示器,其中每一條帶具有反射上部及下部內表面。
- 如請求項12之顯示器,其中每一條帶具有鏡面反射上部及下部外表面。
- 如請求項1之顯示器,其中該透射間隔之高度係一顯示條帶之高度的至少兩倍。
- 如請求項1之顯示器,其提供於一窗上方。
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