视差屏障和多视图显示器的制作方法

专利名称：视差屏障和多视图显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及视差屏障(parallax barrier)和包含该视差屏障的多视图显示器(multiple view display)。当两个或多个不同人员需要在同一显示屏上看到两个或多个不同的图像时可以使用这种显示器。优选地，两个观看者之间的视角差值相当大(大约60度)。
这种显示器也可用作三维(3D)显示器，尤其可用作自动立体显示器。这种显示器可用于3D移动电话，3D游戏，3D计算机监视器，3D便携式电脑显示器，3D工作站和3D专业成像(例如，用于医疗、设计或建筑用途)。在某些3D显示器中，对于特殊的观察距离必需增大两眼间距(eye separation)或者对于特殊的两眼间距必需减少观察距离。这两种情形都需要更大的分隔角。
关于显示器，如今用于多个使用者的显示器已经设计了多年并已经最优化，使得观看者能够从不同的角度观看到一样优质的图像。这是假定多个使用者要求从显示器上获得相同的信息。然而，在许多应用中单个使用者希望能够从同一显示器观看到不同的信息。例如在汽车中，司机希望看到卫星导航信息，而乘客希望看电影。如果在这种情况下使用两个显示器，则司机可能看到会分散注意力的电影，而且提供的两个显示器将占用额外空间，增加成本。在电脑游戏中，每个玩家都希望从他或她自己的透视图中观看游戏。在单个屏幕上观看他们自己的透视图是当前每个玩家的做法。这将占用大量空间并且对于便携式游戏机来说也是不可行的。
通过在一个显示器上向多个使用者显示多个图像，能够大量节省空间和成本。这在配有乘客自己的显示屏的飞机中可能是理想的事情。通过向两个或多个乘客提供一个中心屏但是保留他们自己选择电影的能力，能够大量节省成本和空间，并减轻重量。这也能够防止使用者看到相互之间的视图。这不但在游戏机中而且在证券应用比如银行业务或者销售交易中也都是理想的事情。
在正常视觉下，因为人的两只眼睛在头部范围内的位置间距，所以人的两只眼睛自不同的透视图感知世界景物。然后大脑利用这两个透视图估算出景像中不同物体的距离。为了构造一个能有效地显示三维图像的显示器，必须重建(re-creat)这个位置并提供所谓的图像的“立体对”(stereoscopic pair)，观看者一只眼睛对应一个。
依据向眼睛提供不同的视图所使用的方法，将三维显示器分成两类。典型地，立体显示器在一个宽阔的观察范围内显示两个图像。另一方面，用例如色彩、偏振状态或者显示时间对每个视图进行编码，使得观看者所佩戴的玻璃滤光器系统能够将视图分离开，使每只眼睛只观看到提供给它的视图。
自动立体显示器不需要观看者佩戴观看辅助装置，但是只能从限定的空间区域内看见两个视图。所述空间区域称为“观察区”，在该空间区域从整个显示器的工作区域上能看见一个图像。如果观看者处于这样的状态，即他们的一只眼睛位于一个观察区中，另一只眼睛位于两个图像中的另一图像的观察区中，那么观看者可以看到一组正确的视图并看到三维图像。
对于平板立体显示器，典型地，观察区的构成归因于显示单元的像素结构和光学部件的组合，所述光学元件一般称为视差光学部件，这种视差光学部件的一个实例是视差屏障。该视差屏障元件是一个具有由不透光区域分开的垂直透射狭缝的屏幕。该屏幕设置在具有二维阵列的像素孔结构的空间光调制器(SLM)的前面，如

图1所示。
显示器包括例如液晶显示屏(LCD)的透射空间光调制器，所述液晶显示屏包括有源矩阵薄膜晶体管(TFT)基底1，与基底1反向的基底2，由液晶层形成的像素(影像元素)平面3，起偏器4和观察角增大膜5。由具有照度的背光源(未示出)沿箭头6指示的方向照亮SLM。所述显示器是前置视差屏障，包括一视差屏障，该视差屏障具有基体7、小孔阵列8和抗反射(AR)涂层9。
如此配置SLM，使得为了正常观看，将像素列设置成垂直延长并且像素列的水平间距为p。视差屏障设有小孔阵列8或者狭缝，所述狭缝彼此平行、并且与像素列平行延长。狭缝宽度为2w，水平间距为b，并以间隔s与像素平面3分开。
所述显示器有一预定观察距离r0，与在限定窗平面12的观察区的最宽部分的左右观察窗10和11相对应。观察窗10和11之间的间距为e，一般令e基本上等于标准的或者平均的人的两眼之间的间距。每个基本的观察窗10和11的中心相对显示器的法线形成半角α。
可以选择使视差屏障中狭缝的间距b近似为SLM的像素间距p的整数倍，以便把像素列组与视差屏障的特定狭缝联结起来。图1表示一种SLM，其中把两个像素列与视差屏障的每个狭缝联结起来。
附图2表示从SLM和视差屏障产生的光线的视角区域，其中视差屏障的间距b恰好是像素列间距p的整数倍。在这种情况下，穿过显示板表面来自整个显示板表面的不同位置的视角区域相互重叠，不存在专门用于图像1或者图像2的区域。为了说明这个，稍微减少视差光学部件的间距b，使视角区域汇聚在显示器前的窗平面12。这种在视差光学部件间距方面的改变称为“视点校正”，如附图3所示。以这种方式形成的观察区的形状大体类似于风筝形。
对于彩色显示器，一般每个像素配有一个涂有三原色之一的滤光器。通过控制每组的三个像素，每个像素配有不同的彩色滤光器，基本上可以形成所有可见色彩。在自动立体显示器中，为了平衡颜色输出，每个立体图像“通道”都必须包含足够多的彩色滤光器。由于容易制造，因而许多SLM在垂直列设置有彩色滤光器，所以给定列中的所有像素都配有相同的彩色滤光器。如果使用具有这种SLM的视差光学部件，使得三像素列与每个狭缝(或者微透镜lenslet)相联合，那么在每个观察区将只看见一种色彩。使用例如EP 0 752 610中公开的技术可以避免上述问题。
视差光学部件的作用是将透过像素的光束限制到一定的输出角。这种限制定义了在给定狭缝后面的每个像素列的视角。每个像素的视角范围取决于玻璃的折射率n、像素宽度p和像素与视差光学平面之间的间隔s，由下式给出sinα=nsin(arctan(p2s))]]>为了增大视窗之间的夹角，必须增大像素间距p，减小视差光学部件和像素之间的间隙s，或者增大玻璃的折射率n。改变这些变量中的任一个都不容易。较大地改变基底玻璃的折射率并不是可行的或有效地降低成本。典型地，由所需的平板分辨率规格限定像素间距，因此是不能改变的。此外，增大像素间距则要求视差屏障的间距同样增大，这将使更多的视差屏障屏可见，从而降低最终图像的质量。减小s会产生与生产和处理薄玻璃相关的制造难题。因此，很难使用标准视差屏障生产具有宽视角的三维(3D)或者多视图显示器。
用于增大像素间距从而增大视角的一个选择是转动像素结构，使得彩色子像素如JP 7-28015中所描述的那样水平运转而不是垂直运转。这导致像素宽度增大三倍，因此视角也大体增大三倍。如上所述，这是不利的，因为视差屏障的间距随着像素间距的增大而增大时，反过来也使视差屏障的可见度增大。这种非标准平板的制造和驱动也不能有效地降低成本。此外，也有需要视角增大超过三倍标准结构的应用，因此简单地旋转像素是不够的。
观看窗平面限定了显示器的最佳观看距离。当观看者的眼睛位于这个平面时将会看到最好的显示效果。当它们在这个平面内横向移动时，显示器上的图像将一直保持到它们到达观看区的边缘，而当眼睛移动到相邻的观看区时整个显示器将迅速地转换到下一个图像。在观察区范围内的观看窗平面的线有时称为“视窗”。
在图1，2和3中所示的一类理想的显示器中，在每个视窗表面的光强分布是一个“大礼帽”(top hat)函数。换句话说，对于每个视窗，在观看平面中视窗内的光强度是常数，而在视窗外的光强度是零。然而，由于视窗强度分布的衰减，使得与图3中所示的相比观看者横向和纵向的观看自由度减少了。这可能是由在窗口边缘的黑暗区域中产生的小孔和像素间的间隙的衍射引起的。在理想显示器中，右眼的图像数据不会出现在左眼的观看区中，反之亦然。然而，事实上，出现的色度亮度干扰使每只眼都能看到一些供给另一只眼的光线。
当把特定的视差元件(狭缝或微透镜)与一组像素列大体联结起来时，相邻组的像素列也通过该视差元件成像。这些组的成像在中心，或者零级，突起的任一侧产生重复的观看区突起。这些突起具有中心突起的所有特性，但是一般受光学系统的缺陷和象差的影响的程度很大，并且当这些突起级数增加时，它们最终将变得没有用处。为了使观看窗之间的角度更宽，可以使用这些更高级数的突起。然而，性能将大大地降低。
例如，借助使用间距为b～3p的视差光学部件，能够使用附图4中的观看窗A和C进行三维观看或“双视图”，而窗口B可以为黑色或包含随机数据。当给出增大的观看角时，亮度则降低到由间距为b～2p的视差屏障产生的亮度的2/3，因为在未使用的窗口中“观看”到了各个第三像素。视差屏障间距的增加使视差屏障的可见度增加并且水平分辨率降低。所述观看窗比附图4b中所示的相同视角的双视图系统的观看窗更小，因而减少了观看自由度。这个实例的另一个问题是，如果彩色滤光器以RGB列设置，那么每个观看窗口只能看到一种颜色的“子像素”。
附图5表示狭缝宽度为3p和分隔间距为b～6p的视差屏障。这导致观看窗的分隔角是间距为b～2p的标准视差屏障的分隔角的三倍。因为狭缝宽3p，所以可以相同的比例看到全部三色滤光器的色彩15，16和17。然而，这仅仅在视窗的正中心处才是成立的，如附图5a所示。只要观看者一偏离视窗的中心，就会看到相邻图像的数据15a，并出现色度亮度干扰，如附图15b所示。
为了减小这种色度亮度干扰，可以将狭缝宽度减小到小于3p。可是，这会引起不均匀的色彩平衡。如附图6a所示，当观看者位于视窗的中心处时，“白”像素将呈现绿光，因为与红和蓝子像素15和17中任一个相比，可以看到更多的绿色像素16。由于狭缝宽度减小，观看者可以偏离视窗的中心，却不会看到相邻的图像数据。然而彩色平衡随着视角而改变，如附图6b所示当沿一个方向移动时，“白”像素将呈现青色。
另一种得到更大分隔角的方法是使用标准的b～2p屏障和附图7a中的两个第二突起A和D，这两个突起相隔两个窗口宽度。这将具有与附图7b中所示的具有相同分隔角的双视图系统一样的屏障可见度、亮度和水平分辨率。然而，观看自由度却大大减少。
另一种已知类型的定向显示器是后置视差屏障显示器，如附图8所示。在这种类型中，视差屏障7，8放置在SLM 1-5之后，即位于SLM和背光源之间。这种布置的优点是屏障保持在SLM之后远离可能的破坏。
透镜状屏幕用于向多个方向直接交织图像，这可以设计为在多个方向上给出3D图像或者给出多个图像。实际用的透镜往往具有散射和差的抗反射能力以致于在周围和和背后环境的表面都很容易看见。因而，透镜状屏幕的图像质量较差，其系统具有与视差屏障相同的问题比如需要精确地接近图像像素。
还有一种分离图像的全息照相方法，但是它们具有图像视角问题、幻视区域和缺乏简单控制的缺点。
微起偏器显示器使用偏振化的定向光源和与LCD像素对准的图案化的高精度微偏振器元件。在小型装置中这种显示器为高质量的窗口图像和2D/3D函数提供电势。主要的要求是合并到微起偏器元件的LCD中以避免视差问题。
美国US 6 424 323公开了一种图像偏移系统，包括叠加在显示装置上面的透镜状屏幕。控制该显示器以提供将要从不同观看位置观看的至少两个独立的图像。
日本JP 7-28015公开了一种具有透镜状屏障的图案化的像素模型的运用，其中由显示器形成的观看窗具有最小的色度亮度干扰。通过移动像素的相应位置和适当地设置间距和方向，可减少色度亮度干扰。
在WO 98/274541，DE 19 822 342和JP H 7-104212中分别公开了其它类型公知的多视图显示器。
日本JP-A-8-36145公开一种视差屏障，其中狭缝间距从多个预先给定的间距中任意选择。所选择的间距可以重复作为整个屏障的组之间的间距。
GB-2352573公开一种视差屏障，其中狭缝均匀地间隔开，每个狭缝包含多个子孔。
根据本发明的第一方面，提供一种视差屏障，包括多组平行的狭缝，每组狭缝包括N条狭缝，其中N是大于1的整数，每组中的狭缝在垂直于狭缝的方向上相互以第一间距b1分隔开，多组之间在垂直于狭缝的方向上相互以第二间距b2分隔开，b2大于N·b1。
通过一组中的每个狭缝的光的最大透射率基本上是相同的。
相邻狭缝之间用具有有限宽度的屏障部件分隔开。
第二间距b2基本上等于2·N·b1。
在一个实施例中，N等于2。在另一个实施例中，N等于3。
屏障可以包括有源装置(active device)，用于在第一工作模式中提供狭缝组，和在第二工作模式中提供狭缝的交替排列。在第二模式中，所述狭缝在垂直于狭缝的方向上基本上以相同的间距分隔开。所述屏障可以有第三工作模式，在该模式中所述屏障基本上在整个工作区域上都是均匀透光的。
根据本发明的第二方面，提供一种多视图显示器，包括根据本发明的第一方面的屏障和空间光调制器。
调制器可以包括平行于狭缝延伸的多个像素列。
像素列在垂直于列的纵向方向的方向上具有第三间距p，其不同于第一间距，以便提供视点校正。第一间距b1可由下式给出b1=p1±pe]]>其中p是列间距，e是由显示器产生的主视窗之间的间距。像素列在垂直于列的纵向方向的方向上具有第三间距p，其大于第一间距。像素列可以包含红、绿和蓝色列。
像素列可以以重复多组的形式排列，每组以蓝、红、蓝、红、绿、蓝、绿、蓝、红、绿、红、绿的次序排列。
像素列可以以重复多组的形式排列，每组以绿、绿、蓝、蓝、红、红的次序排列。
像素列可以以重复18组的形式排列，其中每组包括有三个相同的三个一组的连续对，所述三个一组的连续对的颜色次序由一个位置相对于彼此滚动。
像素列可以以重复36组的形式排列，其中每组包括有六个相同的三个一组的连续对，所述相同的三个一组的连续对具有的次序包含红、绿、蓝的所有排列。
显示器可以包括一个显示驱动器，用于向调制器以交织列的形式提供表示多视图的图像信号。图像信号可以表示两个视图。显示器可以包括一个自动立体显示器，其中图像信号表示至少一对立体视图。
因此能够提供一种视差屏障，其适用于多视图显示器，在观看区之间具有相当宽的视角。这种显示器的不同实施例具有不同的优点如降低了屏障的可见度；减少了窗口之间的色度亮度干扰；提高了观看自由度；增加了亮度；和改进了色彩匹配。
参考附图，通过实施例进一步描述本发明，其中图1是概略地表示已知多视图显示器的水平截面图；图2是概略地表示图1的显示器产生的角观看区的平面图；图3是概略地表示图1的显示器中视点校正的平面图；图4的(a)和(b)分别表示多视图显示器的两个比较性的实施例；图5的(a)和(b)分别表示在对心观看和离心观看时像素列的可见度；图6显示的视图与图5相似，表示减小了狭缝宽度的视差屏障；图7显示的视图与图4相似，表示多视图显示器的另一个比较性的实施例；图8是已知的后置视差屏障的多视图显示器的截面图；图9中(a)表示构成本发明的一个实施例的视差屏障和显示器的截面图，(b)概略表示视差屏障的前视图。
图10表示图9的显示器的平面图，说明观看区的形成；图11的视图与图10相似，表示本发明的另一实施例；图12的(a)和(b)分别表示在对心观看和离心观看时图11中显示的显示器的像素列的可见度；
图13的(a)和(b)分别表示在对心观看和离心观看时显示了像素列的可见度的图11和12中显示的显示器的一种改进；图14表示在面板上的彩色子像素的排列和用于图9所示的具有三种不同次序的彩色子像素的显示器的左右视图。
图15表示的视图与图14相似，用于图11所示的显示器。
图16表示构成本发明一个实施例的视差屏障和相伴的像素彩色滤光器的排列。
全部附图中相同的附图标记代表相同的部件。
图9中所示的显示器是双视图定向显示器，其可用作自动立体3D显示器或者可向不同的观看者提供两个不相关视图的显示器。该显示器包括以LCD 20形式的空间光调制器，例如图1中的标记1-5表示的类型。LCD 20被像素化并以透射模式工作以便调制来自背光源(未示出)的透过像素的光。然而，可以使用其它类型的显示器以透射或反射模式调制光线或者在显示装置自身内产生光(在前置视差屏障排列的情况下)。
显示器还包括视差屏障21，所述视差屏障设置在LCD 20的前面，即在LCD20和一个观看者或多个观看者之间。例如，为了提供例如22和23的区域和区域之间的狭缝，其中所述区域基本上不透射来自LCD 20的光，所述狭缝基本上能透射来自LCD 20的光，可以使用标准感光乳剂技术或抑制剂和起偏振器技术或以任何适当的方法使屏障21具体化。区域22和23的宽度有限，并且所有狭缝具有相同的最大光透射率。
将LCD 20像素化以便形成像素列，其在垂直于列的纵轴的方向上具有基本上相同的间距p，在显示器正常使用期间该方向通常是水平的。
将屏障21的狭缝非周期性地排列并平行于像素列的纵轴延长。特别地，狭缝以均匀间隔的狭缝组排列，其中每组中的狭缝也是均匀隔开的。在图示实施例中，每组包含两个狭缝，每组中的狭缝以间距b1隔开，b1与像素列的间距p相似，但起点不同，从而提供在上文中所描述的视点校正。因而，间距b1稍小于图9中所示的一类前置视差屏障显示器的间距p，但稍大于图8中所示的一类后置视差屏障显示器的像素列间距p。特别地，在前置视差屏障的情况下，间距b1由式p/(1+(p/e))给出，而在后置视差屏障的情况下，间距b1由式p/(1-(p/e))给出。
所有狭缝组中狭缝数量相同，具有相同的间距b1，在所示实施例中，狭缝沿整个视差屏障21的高度延伸。狭缝组在垂直于狭缝(在显示器正常使用时是水平的)的方向相互以相同间距b2分隔开，其中间距b2等于间距b1的四倍，因而近似等于像素列间距p的四倍。
显示器由图9中附图标记25略示的显示驱动器驱动，以便将要显示的两个视图的图像数据以垂直条纹的形式交织。显示驱动器25可以设置成接收用于显示的图像和交织数据，以便保证各个像素列显示图像的校正垂直条片。显示驱动器25可以形成为显示器的一部分或者部分地或整个地嵌入在其它设备中，例如计算机，微处理器等等。图像可以“实”像捕获或由计算机生成。图像可以形成用于显示器的自动立体3D运用的立体对，或立体地不相关的图像例如用于两个玩家的游戏的完全不同的视点图像，或用于向一个观看者显示电影的一系列电影图像和给另一个观看者比如汽车司机的卫星导航图像。
如图9和10所示，屏障21的狭缝对准或相邻于像素列的中线。实际上，使狭缝少量偏离这些对准中线以便提供视点校正。显示驱动器25将垂直图像切片(slices)提供给最接近各组狭缝的一组四列的像素，其中图像切片由图10中的标记1-4表示。屏障21的狭缝配合LCD 20的像素图案一起限定或产生观看区，由图10中的标记A-E所示。在每个观看区，每组狭缝限制像素列的可见度，使得从观看区观看显示器的观看者仅仅可以看见两个相邻的像素列。因而，在0级突起观看区C，只有显示图像切片2和3的这些列可见。在+1级突起观看区D，只有显示图像切片1和2的像素列可见，而在-1级突起观看区B，只有显示图像切片3和4的像素列可见。同样地，在±2级突起观看区E和A，只有显示图像切片1和4的像素列可见。
显示驱动器25向LCD 20提供像素图像数据，使得从一个图像提供图像切片1和2，而从另一个图像提供图像切片3和4。从而，形成第一和第二视图的第一和第二图像分别可在观看区D和B中可见。当提供自动立体视图时，假定观看者的左右眼分别位于观看区B和D中，就能正确地观看立体图像对从而产生三维效果。相反，观看者的眼睛位于观看区D中时能看到一个图像而不能看到另一个图像，反之观看者的眼睛位于观看区B中时能看到另一个图像而不能看到第一个图像。
对向显示器的观看区B和D的中心的半角α由下式给出α=sin-1(nsin(tan-1ps))]]>
与图1-3和4(a)中所示的传统类型的显示器相比，视图间的夹角近似等于两倍。在自动立体显示器的情况下，与传统设置相比，这允许最佳的观看距离或者观看窗平面离显示器近似为传统装置距离的一半。相反，在“不相关”视图的情况下，使用不相关图像的视图间的夹角基本上增加。
位于实际使用的区域B和D的任一侧的观察区包含每个图像的50％。从而，来自相邻观看区的色度亮度干扰的影响减少，因为50％的散射光来自相同的图像源。与图4(a)所示的三视图排列相比，图9和10所示的显示器利用50％的有效光，每个图像显示50％的像素，因此水平分辨率是LCD分辨率的50％。在图4(a)的三视图显示器的情况下，每个图像使用33％的光和33％的LCD分辨率。
图11所示的显示器在视差屏障21和由LCD 20显示的图像切片的排列方面不同于图9和10所示的显示器。在该实施例中，屏障21包括多组三狭缝，每组狭缝有与图9和10中所示的显示器的狭缝组相同的间距b1。然而，在视点校正范围内狭缝组以水平间距b2分隔，b2等于6倍的间距b1，近似等于6倍的像素列间距p。此外，每个狭缝与LCD 20的各个相邻的像素列对之间的边界对准(在视点校正范围内)。
与屏障21的每组狭缝相结合，每组像素列显示一个垂直图像或视图切片，如图11中的标记1-6。与LCD 20的像素列相关的屏障21的排列会产生多个观察区，如图11中的标记A-G。在第1级观看区D，可以看见显示视图切片3，4和5的像素列，而在观看区E，可以看见显示视图切片2，3和4的像素列。在观看区C，可以看见显示视图切片4，5和6的像素列，而在观看区F，可以看见显示视图切片1，2和3的像素列。在观看区B，可以看见显示视图切片5，6和1的像素列，而在观看区G，可以看见显示视图切片6，1和2的像素列。显示驱动器25向LCD 20提供图像数据，使得视图切片4，5和6是第一图像，而视图切片1，2和3是第二图像。因而，在观看区C，第一图像是可见的，第二图像是不可见的，而在观看区F，第二图像是可见的，第一图像是不可见的。观看区C和F的半角α由下式给出α3=sin-1(nsin(tan-13p2s))]]>其中给出了视图间的角，其近似等于图4(a)表示的显示器的角度的3倍。因而，对于自动立体显示器，最佳的观看距离或观看窗平面更接近于显示器。相反，对于观看不相关的图像可提供更大的观看区分离。
在图11的显示器中，位于用于观看的每个窗口的任一侧的视窗包含同一图像数据的66.7％。这样，因为66.7％的散射光来自同一图像源，所以来自相邻窗口的色度亮度干扰的影响会减少。每个图像利用了LCD分辨率的50％和50％的有效光。
正如图11所示，通过运用显示供给第一图像的视图切片4，5和6和供给第二图像的视图切片1，2和3的像素列，分别显示红，绿和蓝数据，可以保持彩色平衡。图12(a)分别表示红，绿和蓝像素列15，16和17的对心观看。然而，色度亮度干扰的主要原因是由每组狭缝的外部边缘引起的，这是因为这些边缘更接近于具有对应的图像数据的像素列。当观看者从观看窗的中心移开时，就会看到相邻的图像数据，出现色度亮度干扰，如图12的(b)所示。
正如图13所示，通过减小狭缝宽度和减小每组狭缝的狭缝间距可以降低色度亮度干扰。图13(a)和(b)分别表示在对心观看和离心观看，分别与图12的(a)和(b)所示的视图相对应。尽管减小狭缝宽度会减少显示器的光输出，但是当允许每个观看者具有更大的横向移动的自由度时，色度亮度干扰会降低。尽管和图12的设置相比，图13的设置中每组的狭缝间距减少，但每个狭缝组之间的间距不变。
图14(a)表示传统类型的LCD的运用，其中“白”像素被分成重复的彩色子像素组。特别地，每组三列的像素列备有红，绿和蓝色滤光器条纹，使得在整个显示器上用图案化红(R)，绿(G)和蓝(B)重复排列，每列中所有彩色子像素显示相同的色彩，相邻的列对显示不同的色彩。如左右视图所示，尽管用这种排列可获得彩色平衡校正，但是每个视图的单个色彩的间隔基本上不相同。特别地，如图14(a)中突出显示的，红子像素的间隔在9和3彩色子像素之间交替变换。这种不均匀的间隔是明显可见的，尤其是低分辨率显示器，从而降低图像质量。此外，对于每个视图，彩色子像素的次序不是按照相同的三彩色子像素的重复图案。例如，在右视图中，第一白像素由R，G和B子像素构成，但是实际的次序是R，G，G，和B彩色子像素。因而，一个G子像素属于另一白像素，这种每个白像素的元素的次序的交错进一步导致不理想的图像赝象。
为了避免或减少这些问题，像素列的色彩可以从标准的重复RGB排列改变，例如图14(b)和(c)中所示的交替排列。在图14(b)中，列的色彩次序改变成重复图案GBBRBRGBGBRGRG。因而每个视图的彩色子像素重复RGB子像素组排列，使得在白像素的元素的次序上没有交错。进一步地，每个视图中单个彩色子像素的间距在5和7子像素之间交替变换，这提高了间距的均匀度，从而提高了图像质量。
这种排列的一个不足是，如果显示器也要求以2D模式工作，则子像素的次序回复到实际的LCD 20的次序，不再重复三彩色子像素组排列。这将导致一些白像素的元素的次序交错，进而导致不理想的图像赝象。然而，这种损害是可以接受的，因为在2D模式中使用LCD的全部空间分辨率，这有助于降低清晰度(visibility)的交错效果。
图14(b)所示的排列的另一个优点可以在这种显示器的自动立体3D应用中体现。在这种情况下，具有0差别即对左右两眼在显示器相同的位置出现的3D像素，只有两子像素残差。这表示对图14(a)所示的排列的改进，图14(a)中的残差6子像素，既在相同方向也在屏幕前和屏幕后交替。
图14(c)表示彩色子像素的又一种排列。在这种情况下，重复每个彩色元素，使得所述使列成对排列，每对显示相同彩色元素。这种排列在多视图模式中避免了交错赝象，并为两个视图提供更均匀的彩色元素的间距。当在2D模式使用时，显示器使用LCD的空间分辨率的一半，但是没有白像素的元素交错。这种排列可以用在例如具有高分辨率的显示器中或者双视图显示器中，其LCD的基本分辨率已经提高到可向每个观看者提供高分辨率图像。
在图12-13表示的实施例中，色彩的次序是图15所示的传统RGB LCD 20的次序。因此通过使用间距基本上等于6倍像素列间距的单个宽狭缝，可以避免看到的不理想的彩色赝象。然而，如果在这些狭缝的间距、宽度或者间隔的制造中出现错误，就可能会保留部分彩色赝象。在图15(a)所示的排列中，如果每组三个相邻RGB像素列的影响比率不相等，就不能达到白平衡。如果每组RGB像素列都出现这种错误，则错误会扩展到整个显示器。
图15(b)表示一种彩色子像素的交替次序以避免或减少这些问题的影响。在这种排列中，对每个视图中的每组子像素，彩色子像素的次序从一个位置滚动。这种图案每三组重复一次，假如提供的LCD 20具有足够高的分辨率，那么任何错误将会在整个面板上平均掉，观看者能看见很少或看不见。然而，每个视图中单个彩色子像素以5，5和8像素图案变化，就会导致不理想的图像赝象。
图15(c)表示又一种排列以克服或减少这些错误的影响和提供更均匀的彩色子像素间隔。在这种排列中，两个相邻彩色子像素的次序交换而第三个保持在相同位置。这种图案每6组重复。因而，尽管错误没有像15(b)所示的排列一样有效地平均掉，但是单个彩色子像素的间隔以7，7，6，5，5，6像素图案变化，因此很少能看见。
一般地，用于提供立体地相关图像的自动立体显示的多视图显示器在视图之间提供大约5-10度的角度间隔。然而，在打算向不同观看者提供不同图像的多视图显示器例如双视图显示器的情况下，通常要求更大的角度间隔，典型地在50到100度之间。图16表示一种排列，其能够在不同工作模式下提供这种宽的不同间隔角度。这种排列也可布置成提供单一视图或2D工作模式。模式切换可利用电子装置完成。
在图16所示的排列中，视差屏障21是有源或可控制型，可以例如包括具有适当的控制电极图案的液晶装置和用于选择不同工作模式的合适的控制装置。图16表示的图案可用作控制电极构图，其具有相同的屏蔽或阴影区，由相同的控制信号控制。
如果要求2D工作模式，那么操作视差屏障液晶显示器使整个有源区透光，和在整个显示装置上具有基本上均匀的透光度。因而基本上看不见屏障结构，可以操作显示器以提供全部分辨率单视图模式。
当显示器需要提供相对小的角度间隔时，例如用于自动立体3D工作模式，可以控制与区域30和31相对应的电极，以便这些区域透光而装置的其它部分基本上不透光。因而屏障21起到具有狭缝的传统周期性屏障的作用，整个屏障的狭缝基本上以恒定的间距隔开。
当显示器需要在视图间用宽的角度间隔工作时，可以控制与区域31和32相对应的电极，以便这些区域透光而屏障的剩余部分基本上不透光。则屏障以与上文中描述的用于本发明先前的实施例相同方式起非周期性屏障的作用。
如果不需要单视图模式，那么图16中所示屏蔽成黑色的区域例如35可固定不透光，也不需要任何控制装置。
尽管在自动立体和非自动立体应用中每次使用时都涉及到更小的分隔角和更宽的分隔角模式，但这是不重要的，这些模式也分别可以用于非自动立体和自动立体操作。此外，尽管图16所示的屏障21在更宽的分隔角模式中为每组提供3个狭缝，但是每组也可包含不同数量的狭缝。例如，通过对电极31和32提供适当的控制连接，将能够在每组中用2个狭缝操作屏障。
图16的上部分表示在相关的液晶显示装置中的用于像素列的彩色滤光器排列。所述列分别以红，绿和蓝像素组15，16和17重复排列。虚线例如38表示具有像素列的屏障21的可控狭缝的相应准线。
权利要求
1.一种视差屏障，其特征在于包括许多组平行狭缝，每组内包括N条狭缝，其中N是大于1的整数，所述每组内的狭缝在垂直于狭缝的方向相互以第一间距b1分隔开，所述各组在垂直于狭缝的方向相互以第二间距b2分隔开，b2大于N·b1。
2.如权利要求1要求的视差屏障，其特征在于通过每组中的每条狭缝的最大光透射率基本上是相同的。
3.如权利要求1或2要求的视差屏障，其特征在于相邻的狭缝之间由有限宽度的屏障区(22，23)分隔开。
4.如上述权利要求1-3中任一个要求的视差屏障，其特征在于第二间距b2基本上等于2·N·b1。
5.如上述权利要求1-4中任一个要求的视差屏障，其特征在于N等于2。
6.如上述权利要求1-4中任一个要求的视差屏障，其特征在于N等于3。
7.如上述权利要求1-6中任一个要求的视差屏障，其特征在于包括一有源装置，用于在第一工作模式中提供多组狭缝(31，32，33)和在第二工作模式中提供狭缝(30，31)的交替排列。
8.如权利要求7要求的视差屏障，其特征在于在第二模式中，狭缝(30，31)在垂直于狭缝的方向相互以基本相同的间距分隔开。
9.如权利要求7或8要求的视差屏障，其特征在于具有第三工作模式，在该模式中，视差屏障的整个工作区基本上均匀透光。
10.一种多视图显示器，其特征在于包括如上述权利要求1-9中任一个所要求的视差屏障(21)和空间光调制器(20)。
11.如权利要求10要求的显示器，其特征在于空间光调制器包括许多平行于狭缝延长的像素列。
12.如权利要求11要求的显示器，其特征所述列之间在与列的纵轴方向垂直的方向具有第三间距p，p与第一间距不相同，以便提供视点校正。
13.如权利要求12要求的显示器，其特征在于第一间距b1为b1=p1±pe]]>其中，p是列间距，e是由显示器产生的主视窗之间的间距。
14.如权利要求11要求的显示器，其特征在于所述列之间在与列的纵轴方向垂直的方向具有第三间距p，p大于第一间距。
15.如上述权利要求11-14中任一个要求的显示器，其特征在于所述列包括红色，绿色和蓝色列(15，16，17)。
16.如权利要求15要求的显示器，其特征在于所述列(15，16，17)以重复组的形式排列，每组是以蓝、红、蓝、红、绿、蓝、绿、蓝、红、绿、红、绿的次序排列的，以及N等于2。
17.如权利要求15要求的显示器，其特征在于所述列(15，16，17)以重复组的形式排列，每组是以绿、绿、蓝、蓝、红、红的次序排列的，以及N等于2。
18.如权利要求15要求的显示器，其特征在于所述列(15，16，17)以重复18为一组的形式排列，每组包括三个相同的三个一组的连续对，所述三个一组的连续对的颜色次序是由一个位置相对于彼此滚动，以及N等于3。
19.如权利要求15要求的显示器，其特征在于所述列(15，16，17)以重复36为一组的形式排列，每组包括六个相同的三个一组的连续对，所述三个一组的连续对包括红、绿和蓝的所有排列次序，以及N等于3。
20.如上述权利要求10-19中任一个要求的显示器，其特征在于包括显示驱动器(25)，用于以交织列的形式向调制器(20)提供表示许多视图的图像信号。
21.如权利要求20要求的显示器，其特征在于所述图像信号代表两个视图。
22.如权利要求20或21要求的显示器，其特征在于包括一自动立体显示器，其中的图像信号代表至少一对立体视图。
全文摘要
一种视差屏障(21)，包括均匀相隔的多组狭缝。每组包括两个或更多条均匀间隔的狭缝，所述组之间周期相隔，所述周期大于每组中的狭缝数与每组的狭缝周期的乘积。这种屏障(21)可与具有数列像素的空间光调制器(20)一起使用，在多视图显示器比如自动立体显示器或向两个或更多观看者提供两个或更多不同视图的显示器中，所述空间光调制器的结构与视差屏障的结构配合以提供视图之间更宽的视角。
文档编号G02F1/13GK1534328SQ20041003309
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月21日
发明者D·C·基恩, D·J·蒙特戈梅利, J·麦西亚, G·布西尔, G·R·琼斯, D C 基恩, 琼斯, 蒙特戈梅利, 鞫, 餮 申请人:夏普株式会社