自动立体显示设备及其滤光器的制作方法

专利名称：自动立体显示设备及其滤光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动立体显示设备，包括但不限于彩色自动立体显示设备以及可在自动立体显示模式和二维(2-D)显示模式之间切换的自动 立体显示设备。立体显示器提供了由不同视点处的不同子图像构成的图像。如果向 观看者的左眼和右眼提供适当调整的不同子图像(即，具有合适的双 眼不一致性)，观看者将整体图像感知为三维图像。 一种提供差异化 图像的已知方法是通过改变色彩内容，其中观看者需要戴上在每个目 镜上具有不同色彩吸收透镜的特殊眼镜。提供由不同视点处的不同子图像构成的图像而无需观看者戴上特 殊眼镜的立体显示器已知为自动立体显示器。典型的自动立体显示器 包括矩阵液晶显示器(LCD)面板，其包括按行和列排列的显示元件的阵示面板上的给定点提供的视觉输出依赖于视角的装置。这意味着观看 者的右眼和左眼将看到不同的视图，从而提供了期望的立体或者三维 图像。输出光引导装置的公知形式是覆盖显示面板的透镜片。例如以聚合 物材料的模制或机制片形式的透镜片利用其透镜元件覆盖显示面板的 输出端，该透镜片包括在列方向上延伸的(半)柱镜元件，其中每个 透镜元件与显示元件的两个或更多个相邻列的各个组相关联，并与显 示元件列平行地延伸。在其中每个微透镜与两列显示元件相关联的布 置中，驱动显示面板以显示包括两个垂直交错的2-D子图像的组合图 像，其中显示元件的相隔列显示两个图像，并且每列中的显示元件提 供各个2-D子图像的垂直片断(slice)。透镜片将这两个片断、以及来 自与其它微透镜相关联的显示元件列的对应片段分别引导到镜片前的 观看者的左眼和右眼，以便通过具有适当的双眼不一致性的子图像， 使观看者感知到单个立体图像。在其它(所谓多视图)布置中，其中 每个孩i透镜与沿行方向的超过两个相邻显示元件的组相关联，并且适 当地布置每组中的显示元件的对应列，以提供来自各个2-D(子)图像的垂直片段，然后，随着观看者的头移动，感知到一系列连续、不同、 立体的视图，以创建(例如)更高的观看自由度和/或环顾印象。此类自动立体显示设备可用于各种应用，例如医学成像、虚拟现实、游戏、移动电话和CAD领域。已知可在2-D和自动立体操作之间切换的自动立体显示设备。例射状态抵消掉^:透镜的光引导效应，由此将自动立体视^;争低为2-D视图。典型地，在自动立体模式下，由于沿着给定像素的行方向为不同视 图提供分离的、给定色彩的可单独寻址显示元件而损失了空间分辨率。 而且，在自动立体模式下，在显示器(即，沿行方向)上出现了亮度变化。如例如在EP-A-0791847中所公开的，已4吏用双凸透4竟相对于^f象素 列方向的倾斜定向来减轻如上所述的自动立体显示器中的空间分辨率 损失效应。 一般说来，这样的布置倾向于在行和列方向之间"分享" 分辨率的损失，由此(尤其是对于多视图显示的较大量视图而言)降 低4亍方向上的分辨率不足(starkness)。双凸透4竟相对于^f象素列方向的 倾斜定向的使用还降低了行方向上的亮度变化；但是，这不会消除亮 度变化。在文章"Image preparation for 3D-LCD，，， Cees Van Berkel， proc SPIE, vol.3639, pages 84-91, 1999中讨论了使用双凸透镜的 倾斜定向的其它细节。图l是示出按行方向4和列方向6排列的、传统彩色滤光器1中的 各个颜色如红、蓝和绿(分别表示为R、 G或B)的可单独寻址显示元 件2的典型传统形状和布局的示意图(未按比例)。每个可单独寻址 的显示元件2的形状近似为矩形，单独寻址显示元件 的形状不是矩形，例如，如以下参考文献中的;青 况那样。US 5,833，507 /^开了l象素被这样定形(shape)和排列，以^使两 列或更多列像素开口 (即，像素之间的间距)的组被定义为每组中的 列基本邻接。W0 2005/006777A公开了一种像素形状，其垂直高度在中 心部分是平的，并向着边缘而增加。EP-A-0 833 184 />开了一种自动 立体显示器，其中像素水平重叠，以便存在重叠区域和非重叠区域。WO 97/02709公开了一种自动立体显示器，其成形为非矩形平行四边形 或三角形、相继的形状反向、或互相交叉、或排列为两行或更多行。 US 2005/0036221A公开了以三角形排列布置的彩色滤光器的八角形色 彩元件，而且在元件之间没有间隙。本发明人已经意识到自动立体显示器的可单独寻址元件的传统形 状和排列引起行方向上的亮度变化，尤其是在尽管使用了双凸透镜的 倾斜定向仍保留的行方向的亮度变化。本发明人还意识到可通过对自这样的亮度变化。在第一方面，本发明提供了一种自动立体显示设备，包括多个可 单独寻址显示元件，以行和列的阵列排列；以及光引导装置，包括多 个光引导元件；在光引导元件和可单独寻址显示元件的阵列的列方向 之间具有倾角；该显示器在操作时提供在阵列上方延伸的、与光引导元 件的长轴平行的多个光收集线路；其中，可单独寻址显示元件的形状 基本包括在去除一个或多个切除区域时矩形覆盖区所剩余的形状；相 对于光引导元件的所述倾角来定位所述一个或多个切除区域，以便各 个光收集线路中的每一个重叠所述可单独寻址显示元件的程度比其中 根据矩形覆盖区而定形的可单独寻址显示元件的情况更均等。在另一方面中，本发明提供了一种自动立体显示设备，包括多个 可单独寻址显示元件，以行和列的阵列排列；以及光引导装置，包括 多个光引导元件；在光引导元件和可单独寻址显示元件的阵列的列方 向之间具有倾角；该显示器在操作时提供在阵列上方延伸的、与光引导 元件的长轴平行的多个光收集线路；其中，可单独寻址显示元件的形 状基本包括在去除一个或多个切除区域时矩形覆盖区所剩余的形状； 相对于光引导元件的所述倾角来定位所述一个或多个切除区域，以便 各个光收集线路中的每一个重叠所述可单独寻址显示元件的程度对于 所有的光收集线路基本均等。各个光收集线路中的每一个重叠所述可单独寻址显示元件的程度 在任何两个光收集线路之间的变化可小于25%、小于10%、或小于5%。在另一方面，本发明提供了一种自动立体显示设备，包括多个可 单独寻址显示元件，以行和列的阵列排列；以及光引导装置，包括多之间具有倾角；其中，可单独寻址显示元件的形状基本包括在去除一个 或多个切除区域时矩形覆盖区所剩余的形状；相对于光引导元件的所 述倾角来定位所述一个或多个切除区域，以便与根据矩形覆盖区而定 形的可单独寻址显示元件将会提供的、沿着行方向的亮度变化相比， 减少该亮度变化。在另一方面，本发明提供了一种自动立体显示设备，包括多个可 单独寻址显示元件，以行和列的阵列排列；以及光引导装置，包括多 个光引导元件；在光引导元件和可单独寻址显示元件的阵列的列方向 之间具有倾角；其中，可单独寻址显示元件的形状基本包括在去除一个 或多个切除区域时矩形覆盖区所剩余的形状； 一个或多个切除区域的 高度基本等于行方向上的掩模间隙尺寸除以倾角的正切值， 一个或多 个切除区域的宽度基本等于列方向上的掩模间隙尺寸乘以倾角的正切 值。在每一个上述方面中，可单独寻址显示元件的形状可基本包括在从 矩形覆盖区的 一 角去除单个基本为矩形的切除区域时该矩形覆盖区所 剩余的形状。在每一个上述方面中，可单独寻址显示元件的形状可基本包括在从 矩形覆盖区的中心去除单个基本为矩形的切除区域时该矩形覆盖区所 剩余的形状。在每一个上述方面中，可单独寻址显示元件的形状可基本包括在从 矩形覆盖区的第 一角去除第 一切除区域并从该矩形覆盖区的第二角去 除第二切除区域时该矩形覆盖区所剩余的形状，该第二角与该第一角 对角相对。第一切除区域和第二切除区域可一起形成有效矩形切除区 域。在每一个上述方面中，可单独寻址显示元件的形状和可单独寻址显 示元件之间的间距满足以下准则每个光收集线路仅仅覆盖每行上的 一个可单独寻址显示元件。在另一方面中，本发明提供了一种在显示器中使用的单色或彩色滤 光器，该滤光器包括以行和列的阵列排列的多个单独滤光器元件；其 中单独滤光器元件的形状包括在去除一个或多个切除区域时矩形覆盖 区所剩余的形状；沿着跨越所述矩形覆盖区的对角线方向来定位一个或多个切除区域。单独滤光元件的形状可基本包括在从矩形覆盖区的 一 角去除单个 基本为矩形的切除区域时该矩形覆盖区所剩余的形状。单独滤光器元件的形状可基本包括在从矩形覆盖区的中心去除单 个基本为矩形的切除区域时该矩形覆盖区所剩余的形状。单独滤光器元件的形状可基本包括在从矩形覆盖区的第 一 角去除 第一切除区域并从该矩形覆盖区的第二角去除第二切除区域时该矩形 覆盖区所剩余的形状，其中该第二角与该第一角对角相对。第一切除 区域和第二切除区域可一起形成有效矩形切除区域。参照附图，现在将通过示例来描述本发明的实施例，附图中

图1是示出可单独寻址显示元件的典型传统形状和布局的示意图 (未按比例)；图2是可切换(在自动立体操作和2-D操作之间)彩色显示设备的 第一实施例的示意透视图(未按比例)；图3是示出图2的彩色显示设备中的彩色滤光器13和透镜片15 的进一步细节的示意图(未按比例)；图4a是示出两个传统矩形的、可单独寻址显示元件的示意图(未 按比例)；图4b是示出被定形为减少亮度变化的两个可单独寻址显示元件2 的示意图(未按比例)；图5是示出第一行中的两个可单独寻址显示元件和第二相邻行中 的两个可单独寻址显示元件的示意图(未按比例)；图6a是示出被定形为减少亮度变化的三个可单独寻址显示元件的 示意图(未按比例)；图6b是示出根据经由等式达到的尺度而布置的实施例的三个可单 独寻址显示元件的示意图(未按比例)；图7是示出另一实施例的可单独寻址显示元件的示意图(未按比 例)；图8是示出另一实施例中的两个的示意图(未按比例)； 图9是示出另一实施例的两个可单独寻址显示元件的示意图(未按 比例)；图10a是示出另一实施例的两个可单独寻址显示元件的示意图(未 按比例)；图10b示意性地示出图10a中的元件的操作； 图lla是示出另一实施例的两个可单独寻址显示元件的示意图(未 按比例)；以及图llb示意性地示出图lla的元件的操作。图2是可切换(在自动立体操作和2-D操作之间)彩色显示设备8 的第一实施例的示意透视图(未按比例)，该可切换彩色显示设备8 包括自动立体显示装置IO和电可切换光散射器80。自动立体显示器10包括有源彩色矩阵液晶显示(AMLCD)面板11， 其用作空间光调制器，并具有以相互垂直的对齐行和列排列的可单独 寻址显示元件2的平面阵列，即，给定行(除了第一行之外)中的每 个可单独寻址显示元件2就在该给定行上面一行的可单独寻址显示元 件2的下方。由彩色滤光器13提供用于每个可单独寻址显示元件2的 各个颜色。为了简洁起见，仅仅以每行和每列中的相对稍少的数目来 示意性地示出可单独寻址显示元件2。由光源14照射显示面板11，光 源14可以是任何适当的类型，并且在此例中，其包括与显示元件阵列 的区域具有共同边界的平面背光。入射到面板上的光由可单独寻址显 示元件2利用向其施加的适当驱动电压来调制，以便产生期望的图像 显示输出。在显示面板11的输出侧上方布置了透镜片15,其提供细长、平行 的透镜元件16阵列。透镜元件16包括光学上为柱形的会聚透镜，例 如4皮形成为相互平行地延伸的凸柱4竟，并且在此实施例中，其与可单 独寻址显示元件2的列成一个倾角，并且用来以已知方式向面对远离 显示面板11的透镜片15侧的观看者的两眼提供分离的图像(其以垂 直交错的方式在显示面板11的阵列中生成)，以便可感知到立体或3-D 图像。使用透镜片结合矩阵显示面板的自动立体显示设备是公知的， 并且不必在此详细描述其操作。在US-A1-2003/0011884和 GB-A-2196166中描述或引用了这样的设备和它们的操作的示例，它们 两者的内容都通过引用合并于此。每个透镜元件16可覆盖包括可单独 寻址显示元件2的两个、三个或更多个相邻列在内的各个组，以提供相应数目的-见图。每个透镜元件以彼此不同的倾角(angular)方向从每个相关联像素 列提供空间离散的输出光束。驱动显示面板，以便通过所产生的、包 括多个要分别由观者的左眼和右眼看到的交错2-D(子)图像的显示， 来由每列子像素产生2-D(子)图像的窄垂直片断。由此，每个透镜元 件16提供多个输出光束，其中每个光束来自其相关子像素列中的每个 列，这些光束的光轴在相互不同的方向上，并且围绕透镜元件的长轴 倾角扩展。通过将适当的2-D图像信息施加到显示元件的各个列、然 后施加到其眼睛接收不同光束之一的观看者，感知到3-D图像。通过 将每个透镜元件与几个子像素列中的多个相关联，则可在观看者的头 部沿行方向移动时观看到不同的立体图像或图像对。在其它实施例中， 透镜元件可以基本上与子像素列对齐，然而在此实施例中，如下面参 照图3更详细描述的那样，并且如在EP-A-0791847 (其内容通过引用 合并于此)中描述的那样，它们相对于列是倾斜的。图3是示出彩色显示设备8的彩色滤光器13和透镜片15的进一步 细节的示意图(未按比例)。可单独寻址显示元件2以行和列排列。 为简洁起见，仅仅示出了两行和六列，但显示器包括多得多的行和列。 彩色滤光器13向每个可单独寻址显示元件2提供颜色红(表示为R)、 绿(表示为G)或蓝(表示为B)之一。 一行中的三个相邻可寻址显示 元件2提供2-D操作模式下的彩色像素。透镜片15包括纵长透镜元件16。透镜元件16相对于可单独寻址 显示元件2列倾斜布置，即，透镜元件16的主长轴7与可单独寻址显 示元件2的阵列的列方向6成角度a。根据所需视图的数目，与可单独寻址显示元件2沿行方向4的节距 (pitch)相关地选择透镜元件16的节距，并且除了位于显示元件阵列 边上的那些透镜元件16之外，每个透镜元件16从显示元件阵列的顶 部延伸到底部。注意到，在图3中仅仅示意性地而没有按照比例显示 出这些尺度和关系。在此实施例中，tan a=l/3，并且自动立体显示 器10是5视图显示器，即，透镜元件16具有与行中的可单独寻址显 示元件2的节距相关的宽度，并且倾角a使得提供5视图排列。在通 过引用合并于此的EP-A-0 791 847中给出了关于视图数目的其它细节。在此实施例中，可单独寻址显示元件2不是基本为矩形的形状。相反，可单独寻址显示元件的形状包括(使用从图3的例子来看而表示 的术语"右，，和"左"，并使用从图3的例子来看在页面更上边而表 示的术语"上方")位于第二矩形2b上方的第一矩阵2a,第一矩阵 2a宽度小于第二矩阵2b，而且第一矩阵2a位于第二矩阵2b的右手侧， 以使得第一矩阵2a的右手侧和第二矩阵2b的右手侧形成可单独寻址 显示元件2的连续的基本直线的右手侧。可单独寻址显示元件2的形 状的另一种描述是，除了已经从右上角去除了的基本或近似矩形的部 分2c (下文中称为切除区域2c)之外，可单独寻址显示元件2为基本 或近似矩形的形状。下面将描述此形状的其它细节。如下面将更详细 描述的那样，这个形状结合可单独寻址显示元件之间的间距，趋向于 提供沿行方向4的亮度变化的减少。通过首先考虑已经由本发明人实现且在图4a中示出的、现有技术 可单独寻址显示元件2的操作的特征，可最佳地理解此实施例的可单 独寻址显示元件2的形状的效果。图4a是示出两个传统的矩形可单独 寻址显示元件2的示意图(未按比例)。传统的矩形可单独寻址显示 元件2位于透镜片15的透镜元件16的焦平面上(如上参照图.3所述， 但为了简洁，未在图4a中示出)。因而，通过考虑透镜元件16沿着 连续的多个光收集线路收集光以便发射到特定方向(例如，对应于观 看者眼睛的远端位置的方向)中的方式，可最佳地理解透镜元件16的 操作。每个光收集线路与透镜元件16的长轴7平行，即，每个光收集 线路与可单独寻址显示元件2的阵列的列方向6成角度a。例如，让 我们考虑图4a中由附图标记21表示的第一光收集线路。透镜元件16 有效地收集沿着第一光收集线路21 (其在阵列的所有行上都叠加可单 独寻址显示元件2上)的整个部分的光，但是为了便利，在图4a中仅 仅显示了一行。现在，让我们再考虑再图4a中由附图标记22表示的 第二光收集线路。如可从图4a中看到的，第二光收集线路22重叠可 单独寻址显示元件2的量小于第一光收集线路21重叠可单独寻址显示 元件2的量。换言之，由透镜元件16在第二光收集线路22 (即，对应 于第二方向)的情况下收集的光量小于在第一光收集线路21 (即，对 应于第一方向)的情况下收集的光量。因而，在自动立体模式下，显 示器10在对应于第二光收集线路22的第二方向下看到的显示器部分 比在对应于第一收集线路21的第一方向下看到的显示器10的部分中显得更暗。这本身表现为行方向4上的亮度变化。
图4b是示出如上参照图3所述的、被定形来减少亮度变化的两个 可单独寻址显示元件2的示意图(未按比例)。如同图4a的传统布置 那样，可单独寻址显示元件2近似位于透4竟片15的透4竟元件16的焦 平面上(如上参照图3所述，但为简洁，未在图4b中示出)。如同上 面现有技术操作的分析那样，让我们考虑在图4b中由附图标记31 - 33 表示的、平行于透镜元件16的主长轴7的多个光收集线路。透镜元件 16有效地收集沿着叠加在可单独寻址显示元件2之上的第一光收集线 路31的整个部分的光。类似地，透镜元件收集沿着在图4b中由附图 标记32表示的第二光收集线路的光。
如可从图4b中看到的那样，由于可单独寻址显示元件2的形状， 第二光收集线路32重叠可单独寻址显示元件2的量与第一光收集线路 31重叠可单独寻址显示元件2的量近似相同。换言之，由透镜元件16 在第二光收集线路32的情况下收集的光量与由透镜元件16在第一光 收集线路31的情况下收集的光量近似相同。因此，由于可单独寻址显 示元件2的形状，在自动立体模式下，显示器IO在对应于第二光收集 线路32的第二方向下观看到的显示器部分的亮度与在对应于第一光收 集线路31的第一方向上观看到的显示器10的部分的亮度相同。这本 身表现为在利用传统形状的可单独寻址显示元件2时出现的行方向4 上的前述亮度变化的减少或消除。
事实上，在本实施例中，即使在对应于第三光收集线路33的第三 方向下观看到的显示器IO的第三部分也具有与第一和第二方向近似相 等的亮度，其中该第三亮度收集线路33穿过两个相邻的可单独寻址显 示元件2，即，其中对应的第三方向收集来自两个相邻可单独寻址显示 元件2的光。
已经通过仅仅考虑一行而方便地描述了上述效果，在此实施例中， 上述效果通过为此实施例的特定几何形状逐行重复对称结构而成为可 能。然而，应理解，此单个行的阐述给出了如何使由例如整个光收集 线路31收集的光基本等于通过例如整个光收集线路32收集的光(即， 每个线路都在所有行上扩展)的简化说明。
注意，可通过返回参照图3并注意长轴7 (对应于图4b的光收集 线路31-33)如何穿过第一行和第二行中的可单独寻址显示元件2的相同部分(例如，为观察到这一点，跟随单长轴7穿过第一行中的绿 色(G)可单独寻址显示元件2和第二行中的蓝色(B)可单独寻址显示元 件2时的路径，并注意两种情况下长轴7如何从切除区域的左下角穿 到可单独寻址显示元件的右下角)，来理解在上一段中提到的逐行对
称结构。
由此，通过"去除"传统的矩形可单独寻址显示元件2的一部分来 增加亮度均匀性。这导致了不期望的像素孔径的损失，但与改善的亮 度均匀性的权衡在许多应用中仍然将是所期望的。
现在将参照图5描述该实施例的可单独寻址显示元件2的形状和它 们之间的间距的其它细节，其中示出了第 一行的两个可单独寻址显示 元件2和第二相邻行的两个可单独寻址显示元件2的示意图(未按比 例)，并且如上参照图3所述，对可单独寻址显示元件2进行定形来 减少亮度变化。总而言之，切除区域2c的尺寸的适当尺度(即如图5 所示的切除高度41和切除宽度42)将取决于透镜片15中的透镜元件 16的倾角a，并取决于在图5中所示的以下尺度可单独寻址显示元 件2的主高度43，即，从中去除了切除区域2c以提供可单独寻址显示 元件2的完整矩形覆盖区(footprint)的高度；可单独寻址显示元件2 的主宽度44,即，从中去除了切除区域2c以提供可单独寻址显示元件 2的完整矩形覆盖区的宽度；可单独寻址显示元件2之间的间距的尺度， 即，可单独寻址显示元件2之间的黑掩模(mask)间隙，更具体地，水 平掩模间隙45和垂直掩模间隙46。
在此实施例中，通过如下公式提供切除尺度。切除高度41等于水 平掩模间隙45除以tana。切除宽度42等于水平掩模间隙46乘以tan a。在此实施例中，显示器是5视图自动立体显示器，并且倾角是oc =arctan(l/3)，即，tana=l/3。另外，水平掩模间隙45是12 ju m，并 且垂直掩模间隙46是24. 3pm。因此，在此实施例中，切除高度41是 36jum,而切除宽度42是8. 1 iam。
尽管在此方法中，主要基于黑掩模间隙45和46来得出适当的切除 尺度，但仍然有设计约束，即，可单独寻址显示元件2的主尺度43和 44必须大到足以容纳切除尺度41和42。在此实施例中，可单独寻址 显示元件2的主高度43是89. 7 n m,而可单独寻址显示元件2的主宽 度44是26jam。在另一实施例中，通过考虑选择水平掩模间隙45和/或垂直掩模间 隙46的尺度以改善或优化所需性能的方式，来进一步采取牺牲孔径以 达到更好的3D性能的想法。这通常涉及与传统布置相比增加或进一步 增加水平掩模间隙45和/或垂直掩模间隙46的尺寸，从而进一步减小 孔径。另一方面，在某些情况下，切除本身可使得水平掩模间隙45的 尺寸减少。暂时不考虑后一点，现在将参照图6a和6b来描述自动立 体性能的这样优化方法的一个实施例(尽管孔径有很大的权衡损失),。
图6a是示出如上参照图3所述、被定形以减少亮度变化的三个i 单独寻址显示元件2的示意图(未按比例)。图6a示出可单独寻址l 示元件2之间的节距50、以及上述水平掩模间隙45。图6a中还示出 了类型与如上参照图4b所述的光收集线路31、 32、 33相同的三个视 图光收集线路51、 52、 53。更具体地，在图6a中，光收集线路51、 52、 53表示将自动立体显示器10的观看者所看到的视图划分为"纯视 图，，区域54和"混合视图"区域55。在纯视图区域54中，仅仅从每 行上的一个可单独寻址显示元件2中对光进行采样。在混合视图区域 55中，从每行上的两个相邻可单独寻址显示元件2中对光进行采样。
由此，由于切除形状，光收集线路全部覆盖像素面积中基本相等的 量，但在对应于"混合视图"区域的观看方向上，观看者看到两个视 图的混合。如果这些视图之间的立体差异(不一致性)相对平淡，则 这种串扰可能有利于在观看者的眼睛相对于显示器8移动时、从一个 视图到另一视图的混和或过渡。然而，如果不一致性较大，则此"串 扰"可能成为限制自动立体性能的非常不利的假象(artifact)。在此 实施例中，优化像素孔径以完全消除"混合视图"区域。通过执行需 要"混合视图，，区域为零且同时需要孔径本身必须尽量大的计算，我 们获得两个未知量，即，水平掩模间隙45和垂直掩模间隙46的两个 等式，其可被如下所述求解来提供设计尺度。
使水平掩模间隙45为h。使垂直掩模间隙46为v。使节距50为p。 而且，再次地，倾角a是使得tanoc=l/3。
混合视图区域55(l/3)v-h
纯视图区域54的宽度—l/3)v+h
我们试图获得混合视图区域54的宽度=0，
即，(l/3)v+h=p同时，我们试图使得孔径尽量大，孔径=[(p-h) (3p-v) - (3h (1/3) v) ] /3p2即，孔径—p-h)h/p其得到h=p/2,(并注意还有v=(3/2)p)其得到 孔径=25%。由此，求解等式得到水平掩模间隙45是可单独寻址显示元件2的 节距的一半，并且垂直掩模间隙46是可单独寻址显示元件2的垂直节 距的一半。总孔径则是25%。这是相对低的孔径值，但在需要改善的 3D性能的自动立体显示应用中，这是值得的权衡，这是因为其中最小 化了混合视图区域。图6 b是示出根据经由以上等式达到的尺度而布置的实施例中的三 个可单独寻址显示元件2的示意图(未按比例)。光收集线路61、 62 与上面参照图4b所述的光收集线路31、 32和33具有相同类型，即， 这些光收集线路对应于不同观看方向。更具体地，在图6b中，光收集 线路61和62显示了在此实施例中由自动立体显示器10的观看者看到 的视图如何仅仅包括纯视图区域(如纯视图区域64)而没有混合一见图 区域。图7是示出其中如上面参照图3所述、可单独寻址显示元件2再次 定形来减少亮度变化的另一实施例的示意图(未按比例)。在此实施 例中，倾角a使得tana=l/6。例如，图7示出了三行乘三列的可单独 寻址显示元件(在底部行的情况下，仅仅示出了每个可单独寻址显示 元件的顶部)。再次用"R，，(红)、"G"(绿)和"B"(蓝)来指 示可单独寻址显示元件的颜色，更具体地，在第一行中用Rl、 Gl、 Bl; 在第二行中用R2、 G2、 B2;以及在第三行中用R3、 G3、 B3。让我们再 次考虑在图7中由附图标记71 - 73中通过示例表示的、与透镜元件16 的主长轴7平行的多个光收集线路。在此实施例中，存在每两行的对称结构，即，我们需要考虑在两个 连续行的路线(course)上、光收集线路和可单独寻址显示元件的重叠。 如可从图7中看到的，(i)第一光收集线路71重叠可单独寻址显示元 件Rl和R2的量(当相加各个重叠时)、(ii)第二光收集线路72重叠可单独寻址显示元件Rl和G2的量(当相加各个重叠时)、以及(iii) 第三光收集线路73重叠可单独寻址显示元件Gl和G2的量中的每个都 近似相等。
而且，这本身表现为利用传统形状的可单独寻址显示元件2时出现 的行方向4上的前述亮度变化的减少或消除。
已经通过仅仅考虑两行而参照图7方便地描述了上述效果，在此实 施例中，通过为此实施例的特定几何形状、在两4亍接两行的基础上对 称地重复上述效果是可能的。然而，应理解，此两行的阐述表示了如 何使由每个光收集线路71、 72和73 (当在所有行上扩展时)整体收集 的各个光量基本相等的简化说明。
在上述实施例中，如相对于附图的定向所看到的，通过从矩形可单 独寻址显示元件2的覆盖区的左上角去除切除区域2c来提供可单独寻 址显示元件2的形状。这具有的制造优点在于，这是诸如薄膜晶体管、 存储电容器、接触孔等之类的有源矩阵组件可位于的方便位置。但是， 在其它实施例中，可提供其它形状的可单独寻址显示元件2,其中这些 形状包括当从矩阵覆盖区的其它部分"去除" 一个或多个切除区域时、 从矩阵的覆盖区剩余的形状。现在将参照图8-11描述这样的实施例 的例子。
图8是示出另一实施例的两个可单独寻址显示元件2的示意图(未 按比例)。在此实施例中，如从与先前附图中的定向相同定向(例如， 就倾角a等而言)所看到的，矩形切除区域2c位于可单独寻址显示元 件2的右下角。此实施例按照上述实施例的相同方式来操作。
事实上，根据诸如图4b中所示的光收集线路31、 32、 33之类的前 述光收集线路的意义或方向，矩形切除区域原则上可位于任何位置， 即，在前面附图的定向的情况下，沿着从传统矩形可单独寻址显示元 件2的覆盖区的左上方到右下方的对角线的任何位置，现在将参照图9 描述其例子。
图9是示出另一实施例的两个可单独寻址显示元件2的示意图(未 按比例)。在此实施例中，从与前面附图相同的定向来看，矩形切除 区域2c近似位于可单独寻址显示元件2的中心。此实施例的优点在于 采用了对称形状的可单独寻址显示元件2。后面将更详细地讨论此有利 特征。现在将参照图10和ll描述以下例子，其中，可单独寻址显示元件 2包括当"去除"两个分离的切除区域时、从传统矩形可单独寻址显示 元件的覆盖区保留的形状。
图10a是示出另 一实施例中的两个可单独寻址显示元件2的示意图 (未按比例)。在此实施例中，从与前面附图相同的定向(例如，就 倾角ot等而言)来看，第一矩形切除区域2d位于可单独寻址显示元件 2的左上角，而第二矩形切除区域2e位于可单独寻址显示元件2的右 下角。图10b示意性地示出了在操作中第一矩形切除区域2d和第二矩 形切除区域2e的组合效果如何近似等于在前述实施例中采用的单个切 除区域2c的效果。
图11a是示出另一实施例中的两个可单独寻址显示元件2的示意图 (未按比例)。在此实施例中，从与前面附图相同的定向(例如，就 倾角a等而言)来看，第一三角形切除区域2f位于可单独寻址显示元 件2的左上角，而第二三角形切除区域2g位于可单独寻址显示元件2 的右下角。图lib示意性地示出了在操作中第一三角形切除区域2f和 第二三角形切除区域2g的组合效果如何近似等于在前述实施例中采用 的单个切除区域2c的效果。
在另一实施例中，实现了以下显示细节。可单独寻址显示元件的形 状如图lla所示。显示装置是4. 57cm (即，1. 8")四分之一一见频图形 阵列(QVGA) 564点每厘米(222点每英寸)透射孔径有源矩阵液晶显 示器，配有倾角a-arctan(l/3)的4视图可切换2D/3D透镜系统。在 3D模式下，透镜具有在玻璃中的1. 5mm的焦长，其与液晶显示器图像 平面恰好一致。视点被设计为在显示器前面的400mm处，但是由于显 示器的多视图性质，可近得多地感受到3D效果。3D模式下的分辨率是 每视图120 x 160三联图(triplet)。 2D分辨率是240 x 320。显示器在 2D和3D模式下都提供了基本完全的亮度。
已经模拟了上述各个实施例中的 一些的性能。每个模拟结果都显示 出与传统矩形可单独寻址显示元件的比较模拟相比、沿着行方向的更 均匀亮度。
如现在将解释的那样，模拟结果显示出由图9 (即，其中切除区域 2c位于或近似位于可单独寻址显示元件2的中心)所示的可单独寻址 显示元件提供了另一特定改进。在由其它实施例提供的模拟图像中，存在以带状出现的残余像素结构。此像素结构不带来亮度变化，并且 从合适的距离看不到，但如果从近旁观看显示器，则可能注意到。此像素结构假象的原因可通过再次参照图6a来阐述。如所提及的，在"混 合视图"区域中，透镜元件从相邻的像素收集光，在此之间，其从黑 掩模收集光(没有光)。这意味着透镜元件填有由水平黑带分隔的两 个明亮区域。除了垂直像素分隔的黑带之外，出现此黑带。在"纯视 图"区域中，透镜元件简单地填有单个明亮区域和单个水平黑区域。 图9所示的可单独寻址显示元件形状通过在"纯视图"区域中产生类 似分开的明亮区域而减少此假象。上述实施例中的可单独寻址显示元件的各个尺度、掩模间隙尺寸、 切除区域尺寸、倾角、视图数目等仅仅是示例方式的，并且在其它实 施例中，这些值的一个或多个可不同于上述的那些。在上面的一些实施例中，在每个可单独寻址显示元件中存在一个切 除区域。在其它实施例中，在每个可单独寻址显示元件中存在两个切 除区域(例如，图10a和图lla)。在其它实施例中，在每个可单独寻 址显示元件中可存在超过两个的切除区域。在上述实施例中，倾角使得在示意图中，对于如所示定向的附图， 透镜元件和结果得到的光收集线路从页面的左边向右下倾斜。然而， 不需要是这种情况，在其它实施例中，对于如所示定向的附图，透镜 元件和结果得到的光收集线路从页面的右边向左下倾斜。在此情况下， 可单独寻址显示元件将被成形为使得切除区域(或多个切除区域)也 位于从矩形可单独寻址显示元件的覆盖区的右上到左下的近似对角线 方向上。在上述实施例中，通过与透镜片15的整体矩形形状相比是倾斜的 透镜元件16来提供透镜元件16的长轴和列方向6之间的倾角；可单 独寻址显示元件2的阵列的行方向4和列方向6相互垂直(即，传统 的行和列方向)。然而，在其它实施例中，相反，可通过行方向和列 方向倾斜的阵列、同时让透镜片包括未倾斜的透镜元件，来提供透镜 元件和可单独寻址显示元件的阵列的列方向之间的倾角。实际上，甚 至可能由倾斜透镜元件和倾斜列方向的组合来提供整体倾角。在以上描述中，为方便和简洁起见，经常按照当"去除" 一个和多 个切除区域时从矩形覆盖区剩余的形状来描述可单独寻址显示元件的件的不同形状和它们的功能的示例。将理解，此术语的使用不暗示或 意味着实际通过首先产生矩形可单独寻址显示元件、然后按字面意思 去除切除区域(或多个切除区域)来制造这样的可单独寻址显示元件。 相反，可按照任何方便或适当的方式来产生非矩形的可单独寻址显示 元件，例如，直接使用具有最终非矩形形状的掩模。
在上述实施例中，可单独寻址显示元件的形状不同于传统的矩形形 状达到从所有不同的光收集线路收集的光相等、近似相等或基本相等 的程度。然而，在其它实施例中，可仅仅在较低的程度上使用这样的 形状，例如，较小的切除尺寸，以便从不同光收集线路收集的光比矩 形可单独寻址显示元件的情况更均等，但仅仅达到不如上述实施例中 那样多地减少亮度变化的程度。
然而，总体上有利地是，提供以下实施例，其中每个相应光收集线 路与可单独寻址显示元件重叠的程度在任何两个光收集线路之间的变
化小于25%。更有利的是，提供以下实施例，其中每个相应光收集线路 与可单独寻址显示元件重叠的程度在任何两个光收集线路之间的变化 小于10%。并且更加有利的是，提供以下实施例，其中每个相应光收集 线路与可单独寻址显示元件重叠的程度在任何两个光收集线路之间的 变化小于5%。
在前述实施例中，存在光收集线路如何穿过可单独寻址显示元件的 逐行的对称性(例如，图4b实施例)，或者光收集线路如何穿过可单 独寻址显示元件的基于2行的对称性(例如，图7实施例)。然而， 其它对称性也是可能的，例如，对于tan a =1/9，将存在三行的对称性。 而且，在其它实施例中，当考虑所有行时，可使光收集线路穿过可单 独寻址显示元件的程度更加相同，即使可能行之间不存在这种对称性 也是如此。
在以上说明中引用的光收集线路在实践中可具有有限宽度，并且， 如果透镜元件由于制造公差、温度效应等而散焦，则此宽度可能是比 如10jum。上面说明中的分析和描述性方法仍保持有效，例如，其中将 术语"线路"理解为表示例如"窄条"或"窄带"。另一看待这一点 的方法是，可将宽线路当作许多窄线路的光集合。本发明的功能性意 味着每个窄线路上的重叠在观看方向上基本不变，因此与相应或总宽线路的整体重叠也在观看方向上基本不变。实际上，在极端情况下， 即使透镜元件使得每个观看方向对应于每个(双焦)透镜下方的两个 或更多个线路，本发明也起作用。每个线路上的重叠是恒定的，并因 此在每个线路集合上也是恒定的。在上述实施例中，可单独寻址显示元件的颜色是红、绿和蓝。不需 要是这种情况，在其它实施例中，可使用其它颜色，例如青、品红和 黄。另外，在其它实施例中，可存在超过三种的色彩，例如，在其它实 施例中，可单独寻址显示元件可具有四种颜色，例如，红、绿、蓝和在其它实施例中，显示器可以是单色显示器，并且每个可单独寻址 显示元件具有相同颜色，例如，白。在上述实施例中，使用包括纵长透镜元件的透镜片(透镜)来将光 引导到不同的位置，以提供自动立体操作。然而，在其它实施例中，在上述实施例中，根据可单独寻址显示元件沿行方向的节距来选取 透镜片中的透镜元件的节距，以提供多视图(即，超过两个的视图)自动立体操作。特别是，上面描述了 5视图显示器的示例。然而，不 需要是这种情况，而且在其它实施例中，自动立体显示器仅仅提供"2 视像"，即，单个3-D图像。而且，再次考虑多视图实施例，可 提供除了 4或6个之外的视图数目，例如，7视图、9视图，甚至分数 数目的视图，例如4. 5。在以上实施例中，在可切换(在自动立体操作和2-D操作之间)彩 色显示设备中采用各种形式的彩色滤光器。然而，应当理解当仅仅对 自动立体模式使用上述彩色滤光器布局，即，即使不在2-D操作中实际使用时，仍然得到这些优点，因此也可在包括这样的彩色滤光器的 自动立体显示设备中实施本发明，即使这样的自动立体彩色显示设备 不能切换到2-D模式，即这样的设备不包括可切换散射器也是如此。在以上实施例中，当以可在2-D模式和立体模式之间切换的形式提 供显示设备时，通过可切换散射器来提供这样的切换能力。然而，不 需要是这种情况，而且在其它实施例中提供其它可切换装置，例如， 如通过引用合并于此的US 6,069,650中描述的有源透镜(例如液晶透镜)。
此外，还以具有诸如在以上实施例中描述的那些形状之类的彩色滤 光器元件形状的彩色滤光器(和单色)本身来实施本发明。在此情况 下，使用上面的术语"可单独寻址显示元件"来指示从彩色滤光器本 身的有关区域的存在而得到的有效彩色显示元件，在离散彩色滤光器
的情况下，可将单独彩色元件2方便地称为"单独彩色滤光器元件2",
并且在以上实施例中描述的有关可单独寻址显示元件的形状的细节以 对应于上述的方式而施加到这样的彩色滤光器实施例中的单独彩色滤 光器元件上。
将理解，对自动立体显示设备的各种已知改进可容易地应用于本发 明的实施例。例如，为进一步减少亮度变化，透镜可被布置为以散焦 方式进行操作。
在上述实施例中，在有源彩色矩阵液晶显示器中实施本发明。然而， 在其它实施例中，可以其它形式的彩色阵列显示设备来实施本发明，
例如，有机发光二极管(OLED)显示装置或"电子墨水"显示设备。
在上述实施例中，在直接观看显示设备中实施本发明。然而，在其
它实施例中，可在投影显示设备中实施本发明，如在通过引用合并于
此的EP-A-0 791 847中描述的投影显示设备。
根据上述实施例将清楚地得知不同实施例的共同特征在于，结合透
以提供从穿过;单独寻址显示元件的^同光收集线路更均等地收集 光。 一般地说，这通过提供相对于矩形形状的一个或多个切除区域来 实现。更具体地，切除区域有效地避免或减少从传统矩形可单独寻址 显示元件的一部分收集光，否则由于光收集线路穿过可单独寻址显示 元件的几何形状或区域的角度方向、其将代表与可单独寻址显示元件 的另一部分相比增加的光收集量。上述实施例代表了用于实现这一点 的形状的某些实例，但将理解，本领域技术人员一旦理解了此方法， 则可基于常规而得到其它确切的形状。具体地，注意到，通过由上述 实施例及其分析所提供的理解，本领域技术人员可按照多种方法中的 任一个，例如，通过使用模拟、试验和误差等来容易且常规地评估其 它想象形状的合适性。根据本说明书，本领域技术人员容易试出不同 形状的可单独寻址显示元件，然后建模或相反评估所得到的自动立体性能(例如，在亮度均匀性方面)，以评估他已经考虑的任何特定形 状的可用性，并且实现示出合适结果的任何形状。通过考虑在以上说明书的介绍性部分中提及的现有技术文档(即，US 5,833,507; WO 2005/006777A; EP-A-0 833 184; WO 97/02709A;和US 2005/0036221A ) 中公开的各种自动立体设备的可单独寻址显示元件形状，这将更加明 显。首先，不提供倾角的规定。其次，即使考虑了假定的倾斜光收集 线路，显而易见的是像素形状不提供使得每个这样的各个倾斜光收集 线路所收集的光更均等的本发明的效果，事实上，其中公开的大部分 或全部现有技术的非矩形实际使得这方面更差。
权利要求
1、一种自动立体显示设备，包括多个可单独寻址显示元件(2)，以行和列的阵列排列；以及光引导装置(15)，包括多个光引导元件(16)；在光引导元件(16)和可单独寻址显示元件(2)的阵列的列方向(6)之间具有倾角(α)；该显示器在操作时提供在阵列上延伸的、与光引导元件(16)的长轴(7)平行的多个光收集线路(31-33；71-73)；其中，所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在去除一个或多个切除区域(2c)时矩形覆盖区所剩余的形状；所述一个或多个切除区域(2c)相对于光引导元件(16)的倾角(α)定义，以使得各个光收集线路(31-33；71-73)的每一个重叠所述可单独寻址显示元件(2)的程度比根据矩形覆盖区而定形的可单独寻址显示元件的情况更均等。
2、 一种自动立体显示设备，包括多个可单独寻址显示元件(2)，以行和列的阵列排列；以及光引导装置(15),包括多个光引导元件(16);在光引导元件(16)和可单独寻址显示元件(2)的阵列的列方向(6) 之间具有倾角(a);该显示器在操作时提供在阵列上延伸的、与光引导元件(16)的长轴 (7)平行的多个光收集线路(31-33; 71-73);其中，所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在去除一个或 多个切除区域(2 c)时矩形覆盖区所剩余的形状；所述一个或多个切除区域(2c)相对于光引导元件(16)的所述倾角 (a)来定位，以使得各个光收集线路(31-33; 71-73)的每一个重叠所述 可单独寻址显示元 件(2)的程度对于所有光收集线路(31-33; 71-73)是 基本均等的。
3、 如权利要求1或权利要求2所述的自动立体显示设备，其中各 个光收集线路(31-33; 71-73)的每一个重叠所述可单独寻址显示元件 (2)的程度在任何两个光收集线路之间的变化小于25%。
4、 如权利要求1或权利要求2所述的自动立体显示设备，其中各 个光收集线路(31-33; 71-73)的每一个重叠所述可单独寻址显示元件(2)的程度在任何两个光收集线路之间的变化小于10%。
5、 如权利要求1或权利要求2所述的自动立体显示设备，其中各 个光收集线路(31-33; 71-73)的每一个重叠所述可单独寻址显示元件 (2)的程度在任何两个光收集线路之间的变化小于5%。
6、 一种自动立体显示设备，包括多个可单独寻址显示元件(2)，以行和列的阵列排列；以及光引导装置(15)，包括多个光引导元件(16);在光引导元件(16)和可单独寻址显示元件(2)的阵列的列方向(6) 之间具有倾角(oc);其中，所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在去除了 一个 或多个切除区域(2 c)时矩形覆盖区所剩余的形状；所述一个或多个切除区域(2c)相对于光引导元件(16)的所述倾角 (a)来定位，以便与根据矩形覆盖区而定形的可单独寻址显示元件将 会提供的沿着行方向(4)的亮度变化相比，减少该亮度变化。
7、 一种自动立体显示设备，包括多个可单独寻址显示元件(2)，以行和列的阵列排列；以及光引导装置(15)，包括多个光引导元件(16);在光引导元件(16)和可单独寻址显示元件(2)的阵列的列方向(6) 之间具有倾角(ot);其中，所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在去除了 一个 或多个切除区域(2 c)时矩形覆盖区所剩余的形状；所述一个或多个切除区域(2c)的高度基本等于沿所述行方向(4)上 的掩模间隙尺寸(45)除以倾角(a)的正切值，而且所述一个或多个切 除区域(2c)的宽度基本等于沿所述列方向(6)上的掩模间隙尺寸(46) 乘以倾角(a)的正切值。
8、 如权利要求1至7中的任一个所述的自动立体显示设备，其中 所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在从矩形覆盖区的一角 去除单个基本为矩形的切除区域(2c)时该矩形覆盖区所剩余的形状。
9、 如权利要求1至7的任一个所述的自动立体显示设备，其中所除i个基本为矩形的切除区域(2c)^该矩形覆盖区所剩余的形状。
10、 如权利要求1至7的任一个所述的自动立体显示设备，其中所述可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在从矩形覆盖区的第一角 去除第 一切除区域(2d)并从该矩形覆盖区的第二角去除第二切除区域 (2e)时该矩形覆盖区所剩余的形状，其中该第二角与该第一角对角相对。
11、 如权利要求10所述的自动立体显示设备，其中所述第一切除 区域(2d)和第二切除区域(2e) —起形成有效矩形切除区域(2c)。
12、 如权利要求1至11的任一个所述的自动立体显示设备，其中 所述可单独寻址显示元件(2)的形状和所述可单独寻址显示元件(2)之 间的间距满足以下准则每个光收集线路仅仅覆盖每行上的 一 个可单 独寻址显示元件(2)。
13、 一种在显示器中使用的单色或彩色滤光器，该滤光器包括以行 和列的阵列排列的多个单独滤光器元件；其中所述单独滤光器元件的形状包括在去除了一个或多个切除区 域时矩形覆盖区所剩余的形状；沿着跨越所述矩形覆盖区的对角线方向来定位所述一个或多个切 除区域。
14、 如权利要求13所述的滤光器，其中所述单独滤光器元件的形 状基本包括在从矩形覆盖区的 一角去除单个基本为矩形的切除区域时 该矩形覆盖区所剩余的形状。
15、 如权利要求13所述的滤光器，其中所述单独滤光器元件的形 状基本包括在从矩形覆盖区的中心去除单个基本为矩形的切除区域时 该矩形覆盖区所剩余的形状。
16、 如权利要求13所述的滤光器，其中所述单独滤光器元件的形 状基本包括在从矩形覆盖区的第一角去除第一切除区域并从该矩形覆 盖区的第二角去除第二切除区域时该矩形覆盖区所剩余的形状，其中 该第二角与该第一角对角相对。
17、 如权利要求16所述的滤光器，其中所述第一切除区域和第二 切除区域一起形成有效矩形切除区域。
全文摘要
一种自动立体显示设备(8)，包括多个可单独寻址显示元件(2)，以行和列的阵列排列；以及光引导装置(15)，包括与列方向(6)成倾角(α)的多个光引导元件(16)；其中可单独寻址显示元件(2)的形状基本包括在去除一个或多个切除区域(2c)时矩形覆盖区所剩余的形状；相对于光引导元件(16)的倾角(α)来定位一个或多个切除区域(2c)，以便与根据矩形覆盖区而定形的可单独寻址显示元件将会提供的沿着行方向(4)的亮度变化相比，减少该亮度变化。
文档编号H04N13/00GK101263722SQ200680033881
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月11日 优先权日2005年9月16日
发明者C·范伯克尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司