自动立体显示器件的制作方法

专利名称：自动立体显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动立体显示器件，该自动立体显示器件包含诸如具有显示像素 阵列的显示面板的图像形成装置以及一视图形成装置。该视图形成装置可以是布置在该图 像形成元件之上的柱镜透镜阵列，显示像素通过该视图形状装置而被观看到。本发明还涉 及驱动自动立体显示器件的方法。
背景技术：
已知的自动立体显示器件描述于GB 2196166A。此已知器件包含具有显示像素的 行和列阵列的二维发射液晶显示面板作为图像形成装置以产生显示。相互平行地延伸的细 长柱镜透镜阵列位于显示像素阵列之上并作为视图形成装置。来自显示像素的输出被投射 通过这些柱镜透镜，所述柱镜透镜起到调整输出方向的作用。柱镜透镜是作为元件片提供的，其每一个包含细长的半圆柱形透镜元件。柱镜透 镜沿显示面板的列方向延伸，每个柱镜透镜位于对应一组的两个或更多个相邻的显示像素 列之上。在例如每个柱镜透镜与两列显示像素关联的布置中，每一列中的显示像素提供对 应的二维子图像的垂直片段。柱镜片将这两个片段以及来自与其它柱镜透镜关联的显示像 素列的相应片段投射到定位在该片前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。在其它布置中，每个柱镜透镜与沿行方向的一组三个或更多个相邻显示像素相关 联。每一组中相应的显示像素列被恰当地布置以提供来自对应的二维子图像的垂直片段。 当用户的头从左移动到右时，观察到一系列连续的、不同的立体视图，建立了例如环视印象。上述自动立体显示器件产生具有良好亮度水平的显示。然而，与该器件关联的问 题在于，由柱镜片投射的视图被暗区所分离，该暗区是通过“成像”不发光的黑色矩阵而导 致的，该不发光的黑色矩阵典型地定义显示像素阵列。作为以横过显示器分隔开的暗垂直 带形式的亮度不均勻性，这些暗区容易被用户观察到。当用户从左到右移动时，所述带横过 显示器移动，以及当用户朝向或者离开显示器移动时，所述带的节距改变。已经提出许多方法用以减小不均勻性的幅度。例如，可以通过将柱镜透镜相对于 显示像素阵列的列方向倾斜成锐角的公知技术来减小不均勻性的幅度。然而，仍难以将通 过成像黑色矩阵而引入的强度调制深度减小至低于1%，在该水平下不均勻性对于用户而 言仍是可感知的并且分散其注意力。用以减小不均勻性的幅度的另一方法是所谓的分数视图(fractionalview)布 置，其详细描述于WO 2006/117707A2。具有分数视图布置的器件特征在于倾斜柱镜透镜的 节距不等于显示像素的节距(即彩色显示器中的子像素节距)的整数倍，以及连续柱镜透 镜之下的像素按水平交替方式来定位。结果，连续透镜同时投射不同数量的黑色矩阵，引起 相互相位偏移的强度调制。总强度的一次谐波抵消，留下弱得多的不均勻性效应。根据此方法，通过成像黑色矩阵而引入的强度调制深度可以减小至远低于1%。已经发现在上述器件中通过成像黑色矩阵而引入的强度调制深度还作为柱镜透 镜聚焦能力的函数而改变。一般而言，通过增大器件中透镜的焦距而使它们散焦导致通过 成像黑色矩阵而引入的强度调制深度的减小。然而，使透镜散焦也引起由柱镜片投射的视 图之间的串扰，这对于用户感知到的三维效应是有害的。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种自动立体显示器件，该器件包含图像形成装置，其具有显示像素的阵列用于产生显示，该显示像素在空间上由不 透明矩阵定义；视图形成装置，其与该图像形成装置对齐布置并且具有可配置成将显示像素组的 输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件的阵列，从而使得能够自动 立体成像，其中视图形成装置的聚焦强度(focusing strength)是电学可切换的；以及驱动装置，其布置成使用用于该多个视图的视频数据来驱动该图像形成装置以及 在基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度调制深度的局部极小值的第一和第 二值之间切换该视图形成装置的聚焦强度。已经发现视图形成装置的聚焦强度和通过成像黑色矩阵而引入的强度调制深度 之间的关系是非线性的，当聚焦强度减小时(例如，通过增大定义视图形成装置的透镜元 件的焦距)，调制深度呈现连续地更小的局部极小值。通过在对应于这些局部极小值的值之 间切换视图形成装置的聚焦强度，可以提供多种显示模式，每个模式提供不同的通过成像 该不透明矩阵而引入的强度调制深度以及不同量的视图间串扰。特别地，该器件可提供第一和第二显示模式，在所述第一和第二显示模式中视图 形成装置的聚焦强度分别切换到第一和第二值。在第一模式中，视图形成装置的聚焦强度切换到对应于强度调制深度的第一局部 极小值的第一值，该聚焦强度接近(但是略微低于)视图形成装置的焦平面与显示像素阵 列的平面重合时的聚焦强度。该第一模式可以以比较高的强度调制深度为代价来提供低的 视图间串扰。在第二模式中，视图形成装置的聚焦强度切换到对应于强度调制深度的第二(较 低)局部极小值的较低的第二值(例如，通过增大定义视图形成装置的透镜元件的焦距)。 该第二模式可以以较高的视图间串扰为代价来提供较低的强度调制深度。当需要非常良好的三维性能时，例如在广告应用中或者在具有大量“深度”的视频 序列中，第一模式会是合适的。当图像质量更重要时，例如在具有少量“深度”的视频序列 中或者在静止图像中，第二模式会是合适的。该图像形成装置可以是包含背光用于产生发射显示器的液晶显示面板。视图形成元件的阵列可配置成起到具有透射狭缝阵列的屏障层的作用，这种情况 下聚焦强度是通过改变狭缝的宽度来切换。可替换地，视图形成装置可以采取具有电学可切换的聚焦强度的元件阵列的形 式，该元件阵列能够起到用于调整来自显示像素的输出的方向的透镜的作用。例如，在第一组实施例中，该视图形成装置包含串行布置的多个视图形成单元，视图形成单元至少其一包含在具有电极层的透明衬底之间形成为柱镜元件阵列的电光材料， 诸如定向的液晶材料。衬底其中之一被定形以提供电光材料的柱镜形式。通过选择性应用电场以维持或者除去该单元的光输出方向调整功能，该电光材料 的折射率是可切换的。驱动装置随后布置成通过选择性地应用电场到视图形成单元的电光 材料而切换视图形成装置的聚焦强度。通过改变其光输出方向调整功能被维持的选定一个视图形成单元，和/或通过改 变其光输出方向调整功能同时被维持的多个视图形成单元，该驱动装置可布置成切换视图 形成装置的聚焦强度。在后一情形中，视图形成装置的聚焦强度是由视图形成单元的组合 效应定义。通过对所有视图形成单元都不维持其光输出方向调整功能，使得光经过整个视图 形成装置而不调整其方向，该驱动装置可进一步布置成提供二维操作模式。这种情况下，驱 动装置布置成使用用于单一视图的常规视频数据来驱动图像形成装置。在第二组实施例中，该视图形成装置包含串行布置的视图形成单元和可切换光漫 射器，其中该视图形成单元配置成或者可配置成起到用于调整来自该显示像素的输出的方 向的透镜阵列的作用，其中该可切换光漫射器布置成可选择地执行光束扩展功能，以及其 中该驱动装置布置成通过选择性地激活该可切换光漫射器的光束扩展功能而切换该视图 形成装置的聚焦强度。在第三组实施例中，视图形成装置包含布置在具有电极层的透明衬底之间的电光 材料，诸如定向的液晶材料，该电极层至少其一包含单独可寻址电极阵列用于应用电场跨 过该电光材料以弓I起透镜功能取向。该驱动装置随后布置成通过选择性地提供电势到该单 独可寻址电极而切换该视图形成装置的聚焦强度。由这种布置定义的透镜称为所谓的渐变 折射率(GRIN)透镜。该驱动装置可布置成通过选择性地提供电势到单独可寻址电极的不同可寻址电 极，使得具有该电势的相邻电极之间的距离改变，从而切换视图形成装置的聚焦强度。该驱动装置可进一步布置成通过对所有所述单独可寻址电极不提供电势或者对 所有所述单独可寻址电极提供电势来提供二维操作模式。在自动立体显示器件的一些实施例中，该视图形成装置可配置成起到与该显示像 素的列方向成锐角布置的细长柱镜透镜阵列的作用，也就是说所谓的倾斜柱镜透镜。这种情况下，该自动立体显示器件可附加地具有如WO 2006/117707A2中所描述 的所谓分数视图布置。这种布置特征在于，细长柱镜透镜的中心轴和显示像素沿列方向的 中心线在它们的交叉点处至少对于部分显示器定义截面，在特定中心线处截面的位置是由 位置数确定，该位置数表示以沿第一方向的显示像素节距为单位的、相对于该中心线处的 第一截面的位置，每个位置数为正或负整数与分数位置数之和，该分数位置数具有大于或 者等于零且小于一的数，在特定中心线处所有截面分布在多个k集合内，每个集合具有在 0，l/k，2/k，(k-l)/k，其中k > 0的范围内的分数位置数，分数部分的不同集合对该中 心线的分数部分总数的贡献是基本上相等的。k的值可以是例如2、3或者4。在自动立体显示器件的实施例中，该驱动装置布置成在时间上改变视图形成装置 的聚焦强度；也就是说，对于视频序列，视图形成装置的聚焦强度将发生帧到帧改变。可替换地或者附加地，该驱动装置可布置成在空间上改变视图形成装置的聚焦强度，也就是说，对于视频数据序列，视图形成装置的聚焦强度将在每帧内改变。该驱动装置可进一步包含一装置，该装置用于接收和解码指示视频数据将用其而 被显示的该视图形成装置的聚焦强度的视频数据成份。这种情况下，视图形成装置的聚焦 强度是根据视频数据的专用成份来确定的并且可以提前设置。可替换地，该驱动装置可进一步包含一装置，该装置用于分析视频数据以及基于 该分析来确定该视频数据将用其而被显示的该视图形成装置的聚焦强度。这种情况下，视 图形成装置的聚焦强度是基于内容，诸如数据的深度图成份而动态地确定。当然，视图形成装置的聚焦强度可以可替换地由用户基于观看偏好通过手动选择 而简单地确定。根据本发明另一方面，提供一种操作自动立体显示器件的方法，该器件包含图像形成装置，其具有显示像素的阵列用于产生显示，该显示像素在空间上由不 透明矩阵定义；以及视图形成装置，其与该图像形成装置对齐布置并且具有可配置成将显示像素组的 输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件的阵列，从而使得能够自动 立体成像，其中视图形成装置的聚焦强度是电学可切换的，其中该方法包含使用用于该多个视图的第一视频数据驱动该图像形成装置以及同时将该视图形 成装置的聚焦强度控制为基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度调制深度的 第一局部极小值的第一值；以及使用用于该多个视图的第二视频数据驱动该图像形成装置以及同时将该视图形 成装置的聚焦强度控制为基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度调制深度的
第二局部极小值的第二值。根据本发明又一方面，提供一种分析用于自动立体显示器件的视频数据的方法， 该器件包含图像形成装置，其显示像素的阵列用于产生显示，该显示像素在空间上由不透明 矩阵定义；以及视图形成装置，其与该图像形成装置对齐布置并且具有可配置成将显示像素组的 输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件的阵列，从而使得能够自动 立体成像，其中视图形成装置的聚焦强度是电学可切换的，该方法包含分析视频数据以及基于该分析来确定该视频数据将用其而被显示的 该视图形成装置的聚焦强度。本发明还提供一种计算机程序，其包含当所述程序在计算机上运行时调适为执行 上述方法的所有步骤的计算机程序代码装置。本发明可以是用于执行本发明方法的步骤的 计算机程序产品的形式。


本发明的实施例现在将参考附图仅通过实例的方式予以描述，在附图中图1为一种已知的自动立体显示器件的示意性透视视图；图2为图1所示显示器件的示意性截面视图3a、3b和3c为用于解释另一已知的自动立体显示器件的操作的图示；图4为示出对于两种已知的自动立体显示器件，针对透镜半径绘制的亮度不均勻 性的模拟强度的曲线图；图5为根据本发明的自动立体显示器件的示意性透视视图；图6为图5所示显示器件的元件的示意性截面视图；图7a和7b为用于解释图6所示元件的操作的图示；图8a和8b为用于解释图6所示元件的可替换布置的操作的示意性截面视图；以 及图9为用于图8a和8b所示元件的可替换布置的示意性截面视图。
具体实施例方式本发明提供这种类型的多视图自动立体显示器件，其具有图像形成装置和视图形 成装置。该器件还具有驱动装置，该驱动装置布置成使用用于多个视图的视频数据来驱动 该图像形成装置。该图像形成装置具有显示像素的阵列用于产生显示，显示像素在空间上由不透明 矩阵定义。视图形成装置与图像形成装置对齐布置并且具有视图形成元件的阵列，该视图形 成元件的阵列可配置成将显示像素组的输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图。视 图形成装置的聚焦强度是电学可切换的。该驱动装置附加地布置成在基本上对应于通过成像不透明矩阵而引入的强度调 制深度的局部极小值的第一和第二值之间切换视图形成装置的聚焦强度。按此方式，提供 不同的三维显示模式。图1为已知多视图自动立体显示器件1的示意性透视视图。该已知器件1包含充 当图像形成装置的有源矩阵类型的液晶显示面板3以产生显示。显示面板3具有以行和列布置的显示像素5的正交阵列。为了清楚起见，只有少 数显示像素5示于图中。实践中，显示面板3可包含大约一千行和几千列的显示像素5。液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包含一对隔开的透明玻璃 衬底，对准扭曲向列或其它液晶材料被提供在这对隔开的透明玻璃衬底之间。衬底在它们 相面对的表面上具有透明铟锡氧化物(ITO)电极的图案。极化层也被提供在该衬底的外表 面上。每个显示像素5包含位于衬底上的相对电极，介于其间的液晶材料位于所述相对 电极之间。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局以及设于面板3前面的黑色矩阵 布置决定。显示像素5通过间隙相互等间距隔开。每个显示像素5与诸如薄膜晶体管(TFT)或薄膜二极管(TFD)的切换元件关联。 通过提供寻址信号到切换元件来操作显示像素以产生显示，且本领域技术人员将知晓合适 的寻址方案。显示面板3由光源7照射，这种情况下光源7包含在显示像素阵列的区域上延伸 的平面背光。来自光源7的光被引导穿过显示面板3，单独的显示像素5被驱动以调制光并
产生显示。
显示器件1还包含布置在显示面板3的显示侧之上的柱镜片9，该柱镜片9执行视 图形成功能。柱镜片9包含相互平行地延伸的一行柱镜透镜11，为了清楚起见，仅一行柱镜 透镜11以夸大的尺寸示出。柱镜透镜11充当视图形成元件以执行视图形成功能。柱镜透镜11为凸圆柱形元件的形式，且它们充当光输出引导装置，以从显示面板 3提供不同图像或视图到定位于显示器件1前方的用户的眼睛。图1所示的自动立体显示器件1能够在不同方向提供若干不同透视视图。特别地， 每个柱镜透镜11在每一行中位于一小组显示像素5之上。柱镜元件11沿不同方向投射一 组的每个显示像素5，从而形成若干不同视图。当用户的头从左到右移动时，他/她的眼睛 将依次接收到这些若干视图的不同视图。图2示出如上所述的柱镜类型成像布置的操作原理，并示出光源7、显示面板3和 柱镜片9。该布置提供三个视图，每一个视图沿不同方向投射。显示面板3的每个像素使用 用于一个特定视图的信息来驱动。上述自动立体显示器件产生具有良好亮度水平的显示。然而，与这种器件关联的 问题在于，由柱镜片投射的视图被通过成像不发光的黑色矩阵而导致的暗区所分离，该不 发光的黑色矩阵典型地定义显示像素阵列。作为以横过显示器分隔开的暗垂直带形式的亮 度不均勻性，这些暗区容易被用户观察到。当用户从左到右移动时，所述带横过显示器移 动，以及当用户朝向或者离开显示器移动时，所述带的节距改变。在具有高比例的其显示器 区域作为黑色矩阵的器件，诸如针对移动应用设计的高分辨率显示器中，所述带特别成问 题。已经提出许多方法用以减小不均勻性的幅度。例如，可以通过将柱镜透镜相对于 显示像素阵列的列方向倾斜成锐角的公知技术来减小不均勻性的幅度。然而，仍难以将通 过成像黑色矩阵而引入的强度调制深度减小至低于1%，在该水平下不均勻性对于用户而 言仍是可感知的并且分散其注意力。用以减小不均勻性的幅度的另一方法是所谓的分数视图布置，其详细描述于WO 2006/117707A2。现在将参考图3a、3b和3c描述具有分数视图布置的自动立体显示器件。具有分数视图布置的器件特征在于倾斜柱镜透镜的节距P不等于显示像素的节 距P (即彩色显示器中的子像素节距)的整数倍，以及连续柱镜透镜之下的像素按水平交替 方式来定位。在图3a中示出具有“4. 5视图”布置的显示器件，其中柱镜透镜的节距P等于像素 (或子像素)节距P的4. 5倍。对于这种显示，可以辨别两种类别的透镜。称为“奇数”透镜且在图中通过它们的倾斜透镜轴15来辨别的第一类透镜特征 在于像素的中心与透镜轴分隔了距离(nXp)，其中η为整数。称为“偶数”透镜且在图中 通过它们的倾斜透镜轴17来辨别的第二类透镜特征在于像素的中心与透镜轴分隔了距离 ((η+0. 5) Xp)，其中η为整数。两种类别的透镜15、17产生如图中所示的对应强度分布19、21，每个强度分布具 有与具有倾斜柱镜透镜的常规自动立体显示器件(不具有分数视图布置)的调制深度非常 类似的调制深度。强度分布19、21相互不同之处在于，出现最大值和最小值的角度互换，使 得它们的相位相互偏移。结果，总强度的一次谐波抵消，留下弱得多的不均勻性效应，如图 3a中强度分布23所说明。
现在将具体参考图3b和3c来解释用户观察图3a所示的分数视图布置的方式。图3b为观察显示器件13的用户25的示意性平面视图。实践中，当用户25从左 到右观察显示器件时，他可以扫描一角度使得在不同角度(j，j+1，...)观察到单独的柱镜 透镜。用户观察到的第一透镜为偶数类型透镜17，该透镜在角度j且以强度A(j)被观察 到。用户观察到的第二透镜为奇数类型透镜15，该透镜在角度(j+Ι)且以强度B(j+1)被观 察到。因而，用户观察到的强度序列为A (j)，B (j+1)，A(j+2)，B(j+3)，· · ·在图3c中针对观看角度来绘制用户观察到的强度。该图示出高频调制，其调制深 度等于单独贡献的调制深度。此调制称为透镜到透镜调制，该调制趋于比上述亮度不均勻 性更不显著，因为它在小得多的等级上发生。再者，图3c所示的调制具有等于图3a所示的总强度分布23的平均值。与图3a中 所示分离的强度分布19、21相比，此总强度分布23具有更高的空间频率以及更显著的是， 更低的调制深度。出于本发明的目的，分数视图布置与WO 2006/117707 —致地定义为这样的布置， 其中细长柱镜透镜的中心轴和显示像素沿列方向的中心线在它们的交叉点处至少对于部 分显示器定义截面，在特定中心线处截面的位置是由位置数确定，该位置数表示以沿第一 方向的显示像素节距为单位的、相对于该中心线处的第一截面的位置，每个位置数为正或 负整数与分数位置数之和，该分数位置数具有大于或者等于零且小于一的数，在特定中心 线处所有截面分布在多个k集合内，每个集合具有在0，1/k，2/k，. . .，(k-1) /k，其中k > 0 的范围内的分数位置数，分数部分的不同集合对该中心线的分数部分总数的贡献是基本上 相等的。k的值可以是例如2、3或4。尽管使柱镜透镜倾斜以及提供分数视图布置的技术可用于减小通过成像黑色矩 阵而导致的所感知的亮度不均勻性，通过使柱镜透镜散焦可以有利地实现进一步显著的减 小。然而这些进一步减小是以引入视图间串扰为代价的，该串扰对于器件的所感知的三维 性能是有害的。当柱镜透镜被散焦时此串扰通常增大。图4为示出对于两种自动立体显示器件，由成像黑色矩阵而导致的模拟强度调制 深度针对透镜半径关系绘制的曲线图。透镜半径在此用作聚焦强度的度量(透镜半径和聚 焦强度具有反比关系)。图中绘制的值是通过光线追踪通过柱镜几何进行数值模拟而获得 的。强度调制深度绘制于图4中的第一已知器件为“5视图”器件，柱镜透镜具有 arctan(l/3)的倾斜角度。强度调制深度绘制于图4中的第二已知器件为具有上文参考图 3a和3b所描述的分数视图布置的“4. 5视图”器件。对于两种器件，183微米的透镜半径提供与显示像素阵列的平面重合的焦平面 (即理想聚焦)。在此透镜半径处，强度调制深度是最大的。当透镜通过增大透镜半径而散 焦(并且从而减小聚焦强度)时，强度调制深度减小并且由一系列减小的局部极小值来表 征。例如，对于“4. 5视图”器件，这些局部极小值对应于198微米、228微米和263微 米的透镜半径。在这些透镜半径中，198微米最接近焦平面与显示像素阵列的平面重合的透 镜半径，并且因此提供最少数量的视图间串扰。263微米的透镜半径提供最低的强度调制深 度，但是是以更大串扰为代价。对于三个透镜半径，透镜到透镜调制也是不同的。
因此将看出，在选择用于器件的透镜半径时，在低的强度调制深度和低的视图间 串扰的期望属性之间存在折衷。本发明意识到这种折衷并且也意识到这样的事实，对于不同的显示应用，与所述 局部极小值的不同局部极小值对应的透镜半径是适当的。例如，在“4. 5视图”器件中，如果 要求良好的三维性能(即低的串扰)，例如在广告应用中或者在具有大量“深度”的视频序 列中，198微米的透镜半径会是适当的。另一方面，如果图像质量更重要(即低的强度调制 深度)，例如在具有少量“深度”的视频序列中或者在静止图像中，263微米的透镜半径会是 适当的。因此，本发明提供一种自动立体显示器件，其中视图形成装置的聚焦强度在对应 于上述局部极小值的值之间是可切换的，从而提供适合于不同应用的显示模式。现在将参 考图5描述根据本发明的器件。参考该图，根据本发明的自动立体显示器件101在总体结构类似于图1和2所示 的已知器件1。因而，器件101包含执行图像形成功能的显示面板103、用于显示面板103 的光源107以及执行视图形成功能的柱镜片109。显示面板103和光源107特别地与上文 参考图1所述相同。根据本发明的器件101与图1和2所示的器件不同在于，柱镜片109的柱镜透镜 111具有电学可切换的聚焦强度(或者有效透镜半径)。这允许该器件在对应于强度调制 深度局部极小值的不同显示模式之间切换。尽管出于清楚的原因而未在图中示出，柱镜透 镜111相对于显示面板103的列方向倾斜成锐角并且具有参考图3a、3b和3c所描述的分 数视图布置。再者，根据本发明的器件101包含驱动装置117，该驱动装置117布置成既用于使 用用于视图的视频数据来驱动显示面板103，又用于驱动具有可切换聚焦强度的柱镜透镜 111，如下文所解释。现在将更详细描述具有带有可切换聚焦能力的透镜111的柱镜片109。参考图6， 柱镜片109包含一对视图形成单元119，其串行布置且每一个覆盖显示面板103的整个区 域。每个单元119包含一对玻璃板121，其相面对的表面设有由铟锡氧化物(ITO)形成 的透明电极123。例如通过已知复制技术形成的透镜结构125提供在玻璃板121之间。单 元119的透镜结构125具有不同的透镜半径。在每个单元119内，在它们之间定义一空间的透镜结构125的表面和玻璃板121 其中之一的表面设有由聚酰亚胺形成的定向层(未示出)。该空间用液晶材料127填充，该 液晶材料在聚酰亚胺层的影响下对准且具有在电场影响下改变的折射率。在柱镜片109的使用中，驱动装置117用于选择性地应用电压跨过每个视图形成 单元119的电极123。在每个单元的第一驱动状态中，液晶材料127的折射率匹配透镜结构 125的折射率并且单元199对所传输的光的方向没有或者具有可忽略的整体影响。对于所 述单元119的其中一个，这种状态示于图7b。在每个单元的第二驱动状态中，液晶材料127的折射率高于透镜结构125的折射 率且单元199于是起到透镜阵列的作用以调整所传输的光的方向。对于所述单元119的其 中一个，这种状态示于图7a。
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为了产生三维显示，视图形成单元119被驱动使得所述单元119其中之一处于第 一驱动状态(不提供透镜功能)且所述单元119的另一个处于第二驱动状态(提供透镜功 能)。由于单元119的透镜结构125具有不同的透镜半径，对具有第一驱动状态的单元119 的选择用于选择特定的透镜半径(即聚焦强度)。在此实例中，视图形成单元119的透镜半 径可提供适当的聚焦强度用于与图4所示第一和局部极小值对应的显示模式。器件101的驱动装置117也布置成提供二维操作模式。该模式是通过用第一驱动 状态驱动两个视图形成单元119来获得，使得两个视图形成单元均不提供任何透镜功能。 在此模式中，显示面板103可以用普通二维视频数据来驱动，该普通二维视频数据是以最 大分辨率来显示。适合用作图6、7a和7b所示的视图形成单元119的布置的结构和操作更详细地描 述于 US 6069650。图8a和8b示出用于根据本发明的器件101的柱镜片109的可替换布置。此 可替换布置采用所谓的渐变折射率(GRIN)透镜，该透镜的结构和大体操作描述于WO 2007/072330A1。该可替换布置包含由夹置在一对玻璃板129之间的液晶材料131形成的液晶单 元，所述玻璃板在它们相面对的表面上具有电极层133。电极层133具有例如由铟锡氧化物(ITO)形成的单独可寻址的透明电极结构。在 它们之间定义一空间的玻璃板129的表面也设有由用于定向液晶材料131的聚酰亚胺(未 示出)形成的定向层。在该可替换布置的使用中，驱动装置117被用于应用电压跨过所述电极133的选 定电极。在合成电场存在时，液晶分子采取图8a和8b所示的取向。由该布置传输的光穿 过具有不同折射率的液晶材料131的区域，使得该布置提供透镜功能。直接定位在电压应用到其的电极结构133之间的液晶材料131的相对小的区域不 提供透镜功能，即不存在渐变折射率，且此区域被在玻璃板129的其中一个上形成的掩模 层135遮蔽，如图中所示。图8a和8b所示的布置的透镜功能用下述方程来近似
P2Z = -Tr-~T其中f为透镜的焦距，P为透镜的节距，d为单元间隙以及~和η。分别为非寻常 折射率和寻常折射率。基于上述公式可以看出，通过改变透镜的有效节距可以改变聚焦强度。这可以通 过有效地加宽电压应用跨过其的电极区域使得其间距离减小来实现。在图8a和8b中，由成对布置的四个电极组成的电极图案133提供在每个玻璃板 129上。图8a示出当使用每对中的电极的其中之一，特别是每对中的左边或者右边电极来 应用电压时液晶材料131的取向。这种情况下，透镜具有比较大的有效节距且因此具有比 较大的焦距，如上面的方程所定义。图8b示出当使用每对中的两个电极来应用电压时液晶 材料131的取向。这种情况下，透镜具有较小的有效节距且因此具有较小的焦距，如上面的 方程所定义。通过选择性地应用电压跨过单独可寻址电极133的不同电极，可以获得具有不同聚焦强度的布置用以提供不同的三维显示模式。通过从电极结构完全除去电压，使得该布置不为所传输的光提供透镜功能，则也 可以获得二维显示模式。图9为可替换布置的示意性截面视图。在此布置中，定义每个透镜的电极的其中 之一设有附加的不同的电压V3，该电压大于供应到其它电极的电压。按此方式，形成在相面 对的玻璃板129上的电极之间的电场分布可以被扰乱，使得掩模层135是不需要的。合适 的电极尺寸、位置和电压可以通过实验针对具体布置来确定。本发明的优选实施例已经在上文描述。然而本领域技术人员将理解，可以进行各 种变化和调整而不背离本发明的范围。例如，具有可切换聚焦强度的柱镜片的三种布置已经予以描述，但是其它布置是 可能的。特别地，具有可切换聚焦强度的柱镜片可具有下述实施方式其中之一(i)两个视图形成单元如图6中所示串行布置，每个视图形成单元提供可切换的 透镜功能。所述单元可以如上所述起到具有不同透镜半径的透镜的作用，或者可以可替换 地起到具有相同透镜半径的透镜的作用，这种情况下它们每一个提供的散焦效应(或者聚 焦强度)将依赖于它们与焦平面的间距而变化。(ii)提供固定透镜功能的一个视图形成单元和提供可切换透镜功能的一个视图 形成单元串行布置。这种情况下，固定单元可以独自提供足够的聚焦强度用于一种显示模 式，可切换单元可选择地提供附加的聚焦强度用于另一显示模式。(iii)提供固定透镜功能的一个视图形成单元以及一可切换光漫射元件串行布 置。这种情况下，固定单元可以独自提足够的聚焦强度供用于一种显示模式，可切换漫射元 件可选择地提供散焦或者光束扩展功能。可切换光漫射元件为本领域技术人员所已知。(iv)提供可切换透镜功能的一个视图形成单元以及一可切换光漫射元件串行布 置。(ν)诸如图8a、8b和9所示的渐变折射率(GRIN)透镜布置。据设想，柱镜片可附加地通过其它装置来实施，例如通过采用液晶单元的材料折 射率的电学可切换差异。上述柱镜片包含液晶单元。然而，可以使用其它电光材料，只要通过应用电场或者 其它外部影响可以改变它们的折射率。根据本发明的上述器件提供了二维和三维显示模式。在二维模式中，柱镜片不提 供视图形成功能。在本发明的其它实施例中，诸如在使用具有固定透镜功能的视图形成单 元来实施的那些实施例中，可仅提供三维操作模式。所有上述视图形成装置是使用起到透镜阵列作用的柱镜片来实施的。本发明还可 应用于这样的器件，在该器件中视图形成装置包含设有分隔开的光透射狭缝的阵列的屏障 层，这种类型的器件对于本领域技术人员是公知的。在这些器件中，通过改变光透射狭缝的 宽度，例如通过将屏障层实施为可切换的透射液晶单元的阵列，则可以根据本发明提供可 切换的聚焦强度。该驱动装置可驱动该视图形成装置使得聚焦强度在空间上变化(即在显示区域 上变化)或者在时间上变化(即帧到帧变化)。这可以是响应于用户选择、正在显示的视频 数据的特定成份、或者对视频数据内容的实时分析。
本发明的显示器和方法具有的优点为，通过改变深度，将根据所显示的内容来调 节显示器的性能。因此，可以将参数赋予该内容，该参数针对深度编码且该参数在空间上在 显示区域上和/或在时间上变化从而吸引观看者的注意。因此该显示器和方法在例如警报 系统或者标志目的中会是有用的。在权利要求中，任何置于括号之间的参考符号不应解读为限制该权利要求。词语 “包含”不排除存在权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤。元件之前的词语 “一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举若干装置的器件权利要求中，这些装置 的若干个可以通过一个并且相同项的硬件来实现。在互不相同的从属权利要求中列举了某 些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
一种自动立体显示器件，包含图像形成装置(103)，其具有显示像素(105)的阵列用于产生显示，所述显示像素在空间上由不透明矩阵定义；视图形成装置(109)，其与该图像形成装置(103)对齐布置并且具有可配置成将该显示像素(105)组的输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件(111)的阵列，从而使得能够自动立体成像，其中该视图形成装置(109)的聚焦强度是电学可切换的；以及驱动装置(117)，其布置成使用用于所述多个视图的视频数据来驱动该图像形成装置(103)以及在基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度调制深度的局部极小值的第一和第二值之间切换该视图形成装置(109)的聚焦强度。
2.根据权利要求1的自动立体显示器件，其中所述视图形成元件(111)的阵列可配置 成起到具有透射狭缝阵列的屏障层的作用。
3.根据权利要求1的自动立体显示器件，其中所述视图形成元件(111)的阵列可配置 成起到用于调整来自该显示像素的输出的方向的透镜阵列的作用。
4.根据权利要求3的自动立体显示器件，其中该视图形成装置(109)包含串行布置的 多个视图形成单元(119)，所述视图形成单元至少其一包含在具有电极层(123)的透明衬 底(121)之间形成为柱镜元件阵列的电光材料(127)，通过选择性应用电场以维持或者除 去该单元(119)的光输出方向调整功能，该电光材料的折射率是可切换的，以及其中该驱 动装置(117)布置成通过选择性地应用电场到该视图形成单元(119)的该电光材料(127) 而切换该视图形成装置(109)的聚焦强度。
5.根据权利要求3的自动立体显示器件，其中该视图形成装置(109)包含串行布置的 视图形成单元和可切换光漫射器，其中该视图形成单元配置成或者可配置成起到用于调整 来自该显示像素的输出的方向的透镜阵列的作用，其中该可切换光漫射器布置成可选择地 执行光束扩展功能，以及其中该驱动装置(117)布置成通过选择性地激活该可切换光漫射 器的光束扩展功能而切换该视图形成装置(109)的聚焦强度。
6.根据权利要求3的自动立体显示器件，其中该视图形成装置(109)包含布置在具有 电极层(133)的透明衬底(129)之间的电光材料(131)，所述电极层至少其一包含单独可 寻址电极阵列用于应用电场跨过该电光材料(131)以引起透镜功能取向，以及其中该驱动 装置(117)布置成通过选择性地提供电势到所述单独可寻址电极而切换该视图形成装置 (109)的聚焦强度。
7.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示器件，其中该驱动装置(117)进一步布 置成提供二维操作模式。
8.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示器件，其中该视图形成装置(109)可配 置成起到与该显示像素(105)的列方向成锐角布置的细长视图形成元件(111)的阵列的作用。
9.根据权利要求8的自动立体显示器件，其中该细长视图形成元件(111)的中心轴和 该显示像素(105)沿列方向的中心线在它们的交叉点处至少对于部分显示器定义截面，在 特定中心线处所述截面的位置是由位置数确定，该位置数表示以沿第一方向的显示像素节 距为单位的、相对于该中心线处的第一截面的位置，每个位置数为正或负整数与分数位置数之和，该分数位置数具有大于或者等于零且小于一的数，在特定中心线处所有截面分布 在多个k集合内，每个集合具有在0，1/k，2/k，(k-1) /k，其中k > 0的范围内的分数位 置数，分数部分的不同集合对该中心线的分数部分总数的贡献是基本上相等的。
10.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示器件，其中该驱动装置(117)布置成 在时间上和/或在空间上改变该视图形成装置度(109)的聚焦强度。
11.根据前述权利要求任意一项的自动立体显示器件，其中该驱动装置(117)还包含 一装置，该装置用于接收和解码指示视频数据将用其而被显示的该视图形成装置的聚焦强 度的视频数据成份。
12.根据权利要求1至10任意一项的自动立体显示器件，其中该驱动装置(117)还包 含一装置，该装置用于分析视频数据以及基于该分析来确定该视频数据将用其而被显示的 该视图形成装置(109)的聚焦强度。
13.一种操作自动立体显示器件的方法，该器件包含图像形成装置(103)，其具有显示像素(105)的阵列用于产生显示，所述显示像素在空 间上由不透明矩阵定义；以及视图形成装置(109)，其与该图像形成装置(103)对齐布置并且具有可配置成将该显 示像素(105)组的输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件(111)的 阵列，从而使得能够自动立体成像，其中该视图形成装置(109)的聚焦强度是电学可切换 的，其中该方法包含使用用于所述多个视图的第一视频数据驱动该图像形成装置(103)以及同时将该视 图形成装置(109)的聚焦强度控制为基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度 调制深度的第一局部极小值的第一值；以及使用用于所述多个视图的第二视频数据驱动该图像形成装置(103)以及同时将该视 图形成装置(109)的聚焦强度控制为基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度 调制深度的第二局部极小值的第二值。
14.一种分析用于自动立体显示器件的视频数据的方法，该器件包含图像形成装置(103)，其具有显示像素(105)的阵列用于产生显示，所述显示像素在空 间上由不透明矩阵定义；以及视图形成装置(109)，其与该图像形成装置(103)对齐布置并且具有可配置成将该显 示像素(105)组的输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件(111)的 阵列，从而使得能够自动立体成像，其中该视图形成装置(109)的聚焦强度是电学可切换 的，该方法包含分析视频数据以及基于该分析来确定该视频数据将用其而被显示的该视 图形成装置(109)的聚焦强度。
15.一种计算机程序，其包含当所述程序在计算机上运行时调适为执行权利要求13或 14的所有步骤的计算机程序代码装置。
全文摘要
一种自动立体显示器件，其具有多种操作模式用以提供不同的亮度不均匀性和串扰显示特性。该器件包含图像形成装置，其具有显示像素的阵列用于产生显示，该显示像素在空间上由不透明矩阵定义；以及视图形成装置，其与该图像形成装置对齐布置并且具有可配置成将显示像素组的输出聚焦到沿不同方向朝用户投射的多个视图的视图形成元件的阵列，从而使得能够自动立体成像，其中视图形成装置的聚焦强度是电学可切换的。该器件还包含驱动装置，其布置成使用用于该多个视图的视频数据来驱动该图像形成装置以及在基本上对应于通过成像该不透明矩阵而引入的强度调制深度的局部极小值的第一和第二值之间切换该视图形成装置的聚焦强度。
文档编号H04N13/00GK101939998SQ200980104479
公开日2011年1月5日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月8日
发明者O·H·威廉森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司