使用机电显示元件的三维(3d)图像生成的制作方法
【专利说明】使用机电显示元件的H维（3D)图像生成
[000。 相关申请秦
[0002] 本专利申请案主张2012年8月10日申请的标题为"THREE DIMENSIONAL (3D) IMAGE GE肥RATION USING ELECTROMECHANICAL DISPLAY ELEMENTS"的第 13/571，868 号美国实用 申请案的优先权，且其受让与本受让人，且特此明确地W引用的方式并入本文中。
技术领域
[000引本发明设及机电系统（EM巧的领域。确切地说，本发明设及使用机电显示元件的 S维（3D)图像生成。
【背景技术】
[0004] 通过形成或加强图像的深度错觉而w =维形式感知图像。上述情形是通过向观 看者的左眼及右眼单独呈现两个偏移图像而进行。传统上，已通过为观看者提供透过变化 技术使得观看者的眼睛中的每一者能够观看稍微不同图像的眼镜来达成3D观看。举例来 说，使用不同偏光性或不同色彩的光及相应地包含偏光滤光器或滤色器的由观看者所佩戴 的眼镜来形成用于每一眼睛的图像。两个图像之间的差异导致深度感知，或经感知的第S 维度。对无眼镜3D显示的需求正在增加。观看者不再想要必须佩戴专口眼镜来感知3D图 像，尤其当使用移动装置时。
【发明内容】
[0005] 本发明的系统、方法及装置各自具有数项创新性方面，所述方面中的任何单一者 皆不单独地决定本文中所揭示的所期望属性。
[0006] 本发明中所阐述的标的物的一项创新性方面可实施于用于显示S维（3D)图像的 设备中，所述设备包含显示元件阵列及控制器。所述控制器可控制所述阵列中的一组显示 元件W通过致使将所述显示元件驱动到第一组状态中而在第一时间处形成对应于输入数 据的第一眼图像。所述第一眼图像包含朝向所述设备的第一侧加权的光的角分布。所述控 制器还可控制所述相同组的显示元件W通过致使将所述显示元件驱动到第二组状态中而 在第二时间处形成对应于输入数据的第二眼图像。所述第二眼图像包含朝向与所述第一侧 相对的所述设备的第二侧加权的光的角分布。在某些实施方案中，所述设备可包含具有后 光圈的后光圈层及具有前光圈的前光圈层，其中所述显示元件阵列定位于所述后光圈层与 所述前光圈层之间。
[0007] 在某些实施方案中，所述显示元件中的每一者包含快口且经配置W被驱动到至少 =个状态中，所述至少=个状态包含；其中光调制器的快口实质上阻碍对应光圈的不透射 状态；其中所述快口在第一侧上部分地阻碍所述对应光圈的第一光透射状态；及其中所述 快口在与所述第一侧相对的第二侧上部分地阻碍所述光圈的第二光透射状态。
[000引在某些实施方案中，所述控制器可致使将基于所述输入数据而选择的所述显示元 件中的至少某些显示元件驱动到所述第一光透射状态中W形成所述第一眼图像且致使将 基于所述输入数据而选择的所述显示元件中的至少某些显示元件驱动到所述第二透射状 态中。在某些实施方案中，所述控制器可通过致使将第一电压施加到禪合到显示元件的致 动器而致使将所述显示元件驱动到第一光透射状态中，且可通过将第二不同电压施加到所 述致动器而致使将所述显示元件驱动到第二光透射状态中。
[0009] 在某些实施方案中，所述控制器经配置W致使将至少一个显示元件驱动到提供中 屯、光分布的第=透射状态中。在某些实施方案中，所述控制器经配置W通过致使将所述显 示元件驱动到所述第=光透射状态中而生成二维图像。
[0010] 在某些实施方案中，所述设备包含具有多个后光圈的后光圈层及具有多个前光圈 的前光圈层。所述显示元件阵列定位于所述后光圈层与所述前光圈层之间。在某些实施方 案中，所述前光圈层包含光阻挡材料。在某些实施方案中，所述后光圈层包含接近所述显示 元件阵列的第一表面且所述光圈层的所述第一表面包含反射材料及光吸收材料中的至少 一者。在某些实施方案中，所述显示元件包括光调制器。在某些实施方案中，所述光调制器 包含基于快口的光调制器。在某些实施方案中，所述设备包含并入有所述显示元件阵列及 所述控制器的显示模块。经配置W处理图像数据的处理器W及经配置W与所述处理器通信 的存储器装置。
[0011] 在某些实施方案中，所述控制器包含所述处理器及所述存储器装置中的至少一 者。在某些实施方案中，所述设备包含经配置W将至少一个信号发送到所述显示模块的驱 动器电路且所述处理器进一步经配置W将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器 电路。
[0012] 在某些实施方案中，所述设备包含经配置W将所述图像数据发送到所述处理器的 图像源模块。在某些此些实施方案中，所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至 少一者。在某些实施方案中，所述设备包含经配置W接收输入数据并将所述输入数据传递 到所述处理器的输入装置。
[0013] 本发明中所阐述的标的物的另一创新性方面可实施于用于生成3D图像的显示设 备中，所述显示设备具有包含后光圈的后光圈层、第一组EMS基于快口的显示元件，每一 EMS基于快口的显示元件包含具有光阻挡部分及至少一个快口光圈的快口。所述显示元件 经配置W在不透射状态（其中所述快口的所述光阻挡部分阻挡通过对应后光圈的实质上 所有光）与第一光透射状态之间驱动。在所述第一光透射状态中，所述快口的所述至少一 个快口光圈的中屯、沿第一方向相对于对应后光圈的中屯、偏移，W使得通过所述至少一个快 口光圈的光具有朝向所述第一方向较重加权的角分布。所述显示设备还包含第二组EMS基 于快口的显示元件，每一 EMS基于快口的显示元件包含具有光阻挡部分及至少一个快口光 圈的快口。此些光调制器经配置W在所述不透射状态（其中所述快口的所述光阻挡部分阻 挡通过对应后光圈的实质上所有光）与第二光透射状态之间驱动。在所述第二光透射状态 中，所述快口的所述至少一个快口光圈的中屯、沿第二方向相对于对应后光圈的中屯、偏移， W使得通过所述至少一个快口光圈的光具有朝向所述第二方向较重加权的角分布。在某些 实施方案中，所述第一组EMS基于快口的显示元件形成包含朝向所述显示设备的第一侧加 权的光的角分布的第一眼图像，且所述第二组EMS基于快口的显示元件形成包含朝向所述 显示设备的第二侧加权的光的角分布的第二眼图像。
[0014] 在某些实施方案中，所述第一组EMS基于快口的显示元件中的所述显示元件包含 若干第一光学元件，所述第一光学元件对应于所述第一前光圈且经配置w朝向所述显示设 备的所述第一侧引导光。所述第二组EMS基于快口的显示元件中的所述显示元件包含多个 第二光学元件，所述第二光学元件对应于所述第二前光圈且经配置W朝向所述显示设备的 所述第二侧引导光。在某些实施方案中，所述第一光学元件及所述第二光学元件包含微透 镜及棱镜中的至少一者。
[0015] 在某些实施方案中，所述显示设备包含具有前光圈的前光圈层。第一组MEMS基于 快口的显示元件及第二组MEMS基于快口的显示元件定位于所述后光圈层与所述前光圈层 之间。在某些实施方案中，所述前光圈层包含第一表面，所述第一表面包含光阻挡材料。在 某些实施方案中，所述后光圈层包含第一表面，所述第一表面包含反射材料及光吸收材料 中的至少一者。在某些实施方案中，所述EMS基于快口的显示元件包含MEMS装置。
[0016] 本发明中所阐述的标的物的另一创新性方面可实施于用于生成3D图像的显示设 备，所述显示设备包含具有后顾安全的后光圈层、沉积于所述显示设备的前衬底上的前光 圈层包含光阻挡材料层及形成于所述光阻挡材料层上的前光圈。所述前光圈相对于所述后 光圈定位，W使得所述光阻挡材料与第一组后光圈的第一边缘重叠W使得通过第一组所述 后光圈的光射出所述显示设备W形成包含朝向所述显示设备的第一侧加权的光的角分布 的第一眼图像。所述前光圈还相对于所述后光圈定位W使得所述光阻挡材料与第二组后光 圈的第二边缘（与所述第一边缘相对）重叠，W使得通过所述第二组后光圈的光射出所述 显示设备W形成包含朝向所述显示设备的与所述第一侧相对的第二侧加权的光的角分布 的第二眼图像。所述显示设备还包含经配置W选择性地控制从所述后光圈通过所述前光圈 的光的量的多个显示元件。
[0017] 在某些实施方案中，所述显示设备包含；多个第一光学元件，其对应于所述第一后 光圈，经配置W朝向所述显示设备的所述第一侧引导光；及多个第二光学元件，其对应于所 述第二后光圈且经配置W朝向所述显示设备的所述第二侧引导光。在某些实施方案中，所 述多个第一光学元件及所述多个第二光学元件包含微透镜及棱镜中的至少一者。
[0018] 在某些实施方案中，所述前光圈是由光阻挡材料的第一部分及光阻挡材料的第二 部分界定。针对所述第一组后光圈中的每一者，光阻挡材料的对应第一部分沿第一方向与 相应后光圈的第一边缘重叠。针对所述第二组后光圈中的每一者，光阻挡材料的对应第二 部分沿与所述第一方向相反的第二方向与相应后光圈的第二边缘重叠。在某些实施方案 中，针对所述第一组后光圈中的每一者，光阻挡材料的第二部分沿所述第一方向与所述对 应后光圈的所述第二边缘对准，且针对所述第二前光圈中的每一者，光阻挡材料的所述第 一部分沿与所述第一方向相反的所述第二方向与所述对应后光圈的所述第一边缘对准。
[0019] 在某些实施方案中，所述显示设备包含经配置W将光调制器驱动到选定状态中W 形成所述第一眼及第二眼图像的控制器。在某些实施方案中，所述第一组后光圈及所述第 二组后光圈相对于彼此所述显示设备的每一行及每一列地交替。在某些实施方案中，所述 第一组后光圈及所述第二组后光圈相对于彼此所述显示设备的每一列地交替。
[0020] 本发明中所阐述的标的物的另一创新方面可实施于用于使用显示器生成3D图像 的方法中。所述方法包含；控制显示元件阵列W通过致使将所述显示元件驱动到第一组状 态中而在第一时间处形成对应于输入数据的第一眼图像。所述第一眼图像包含朝向所述显 示器的第一侧加权的光的角分布。使光源照明W显示所述第一眼图像。所述方法还包含控 制所述显示元件阵列w通过致使将所述相同显示元件驱动到第二组状态中而在第二时间 处形成对应于输入数据的第二眼图像。所述第二眼图像包含朝向所述显示器的第二侧加权 的光的角分布。使所述光源照明W显示所述第二眼图像。在某些实施方案中，所述方法还 包含控制所述显示元件阵列W通过致使将所述相同显示元件驱动到第=组状态而形成对 应于输入数据的中性图像，其中中性图像包含朝向所述显示器的第一侧及所述显示器的所 述第二侧实质上相等加权的光的角分布。使所述光源照明W显示所述中性图像。
[0021] 在某些实施方案中，可通过将第一电压施加到与所述显示元件相关联的致动器来 致使将所述显示元件驱动到所述第一组状态中。可通过将第二不同电压施加到与所述显示 元件相关联的所述致动器来致使将所述显示元件驱动到所述第二组状态中。在某些实施方 案中，所述显示元件包含快口，所述快口具有当将所述显示元件驱动到所述第一组位置中 时与所述相应光圈的第一部分重叠且当将所述显示元件驱动到所述第二组位置中时与所 述相应光圈的第二不同部分重叠的光阻挡部分。在某些实施方案中，可根据其中W交替方 式显示所述第一眼图像及所述第二眼图像的子帖顺序显示所述第一眼图像及所述第二眼 图像。
[0022] 本发明中所阐述的标的物的另一创新性方面可实施于计算机可读存储媒体中，所 述计算机可读存储媒体具有存储于所述存储媒体上的计算机可执行指令。所述计算机可执 行指令在由计算机执行时可致使所述计算机控制显示元件阵列W通过致使将显示元件驱 动到第一组状态中而在第一时间处形成对应于输入数据的第一眼图像。所述第一眼图像包 含朝向所述显示器的第一侧加权的光的角分布。还可致使所述计算机使光源照明W显示所 述第一眼图像。还可致使所述计算机控制所述显示元件阵列W通过致使将所述相同显示元 件驱动到第二组状态中而在第二时间处形成对应于输入数据的第二眼图像。所述第二眼图 像包含朝向所述显示器的第二侧加权的光的角分布。还可导致所述计算机使所述光源照明 W显示所述第二眼图像。
[0023] 在某些实施方案中，可通过将第一电压施加到与所述显示元件相关联的致动器来 致使将所述显示元件驱动到所述第一组状态中。还可通过将第二不同电压施加到与所述显 示元件相关联的所述致动器来致使将所述显示元件驱动到所述第二组状态中。在某些实施 方案中，还可致使所述计算机控制所述显示元件阵列W通过致使将所述相同显示元件驱动 到第=组状态中而形成对应于输入数据的中性图像，其中中性图像包含朝向所述显示器的 第二侧及所述显示器的所述第二侧实质上相等加权的光的角分布。还可致使所述计算机使 所述光源照明W显示所述中性图像。
[0024] 在某些实施方案中，可通过将第一电压施加到与所述显示元件相关联的致动器来 致使将所述显示元件驱动到所述第一组状态中。可通过将第二电压施加到与所述显示元件 相关联的致动器来致使将所述显示元件驱动到所述第二组状态中。在某些实施方案中，所 述显示元件包含快口，所述快口具有当将所述显示元件驱动到所述第一组位置中时与所述 相应光圈的第一部分重叠且当将所述显示元件驱动到所述第二组位置中时与所述相应光 圈的第二不同部分重叠的光阻挡部分。在某些实施方案中，可根据其中W交替方式显示所 述第一眼图像及所述第二眼图像的子帖顺序显示所述第一眼图像及所述第二眼图像。
[0025] 附图及下文的说明中陈述本说明书中所阐述的标的物的一或多个实施方案的细 节。尽管主要就基于MEMS的显示器阐述本
【发明内容】
中所提供的实例，但本文中所提供的概 念可适用于其它类型的显示器（例如液晶显示器（LCD)、有机发光二极管（OLED)、电泳及场 发射显示器）W及其它非显示MEMS装置（例如MEMS麦克风、传感器及光开关）。根据说 明、图式及权利要求书，将明了其它特征、方面及优点。应注意，W下图的相对尺寸可能并非 按比例绘制。
【附图说明】
[0026] 图1A展示直观式基于MEMS的显示设备的实例示意图。
[0027] 图1B展示主机装置的实例框图。
[002引图2A展示说明性基于快口的光调制器的实例透视图。
[0029] 图2B展示基于滚动致动器快口的光调制器的剖面图。
[0030] 图2C展示说明性非基于快口的微机电系统（MEM巧光调制器的剖面图。
[0031] 图2D展示基于电润湿的光调制阵列的剖面图。
[0032] 图3A展示控制矩阵的实例示意图。
[0033] 图3B展示连接到图3A的控制矩阵的基于快口的光调制器阵列的透视图。
[0034] 图4A及4B展示双重致动器快口总成的实例视图。
[0035] 图5展示并入有基于快口的光调制器的显示设备的实例剖面图。
[0036] 图6展示供用于显示器的MEMS朝下配置中的光调制器衬底及光圈板的剖面图。
[0037] 图7A展示生成供用于由观看者观看的左眼图像及右眼图像的实例显示设备。
[003引图7B展示指示在图7A中所绘示的显示设备中形成左眼图像及右眼图像的光的角 分布的两个曲线的实例图。
[0039] 图8A展示显示器的实例部分。
[0040] 图8B展示显示器的另一实例部分。
[0041] 图8C展示在两个时间点处的显示器的实例部分。
[0042] 图9到12展示包含两个像素的实例显示设备。
[0043] 图13展示用W形成3D图像的包含两个像素的实例显示设备。
[0044] 图14展示通过其控制器可显示3D图像的时间多路复用显示过程的实例流程图。
[0045] 图15展示用于显示图像的显示过程的实例流程图。
[0046] 图16A及16B是图解说明包含多个显示元件的显示装置的系统框图。
[0047] 各种图式中的相同元件符号及名称指示相同元件。
【具体实施方式】
[0048] 本发明设及使用显示元件生成S维（3D)图像的系统及方法。确切地说，包含显示 元件的某些显示设备可用于在观看者不需要佩戴眼镜的情况下达成3D图像生成。为生成 3D图像，可致使显示设备形成右眼图像及左眼图像。右眼图像是由具有朝向观看者的右眼 较重加权的角分布的光形成的图像，左眼图像是由具有朝向所述观看者的左眼较重加权的 角分布的光形成的图像。
[0049] 可采用数个架构来使用显示元件生成3D图像。在某些实施方案中，所述显示元件 可为机电系统（EM巧显示元件或微机电系统（MEM巧显示元件。在某些实施方案中，所述显 示元件可为光调制器。某些架构依赖于两组光调制器的空间多路复用。在使用此架构的某 些实施方案中，显示器依赖于光阻挡层的光阻挡部分相对于形成于下伏光圈层中的光圈的 相对定位W生成不同左眼图像及右眼图像。在其它实施方案中，光学元件用于通过重新引 导光W使得由像素所透射的光具有相对于显示设备的一侧朝向相对侧较重加权的角分布 来生成左眼图像及右眼图像。在某些其它实施方案中，显示器依赖于在快口处于敞开位置 中时快口的光阻挡部分与形成于下伏光圈层中的对应光圈之间存在的重叠的程度。在此些 实施方案中，某些显示器可经由光调制器的时间多路复用而非依赖于两组光调制器的空间 多路复用来形成3D图像。目P，在某些实施方案中，此些显示器可经配置W交替地使用相同 组的光调制器来产生左眼图像及右眼图像两者。
[0化0] 可实施本发明中所阐述的标的物的特定实施方案W实现W下潜在优点中的一或 多者。具有朝向左眼较重加权的角分布的左眼图像及具有朝向观看者的右眼较重加权的角 分布的右眼图像可形成3D的感知。使用本文中所阐述的技术，显示设备可生成左眼图像及 右眼图像W形成可在非必须使用专口眼镜的情况下由观看者感知的3D图像。在某些实施 方案中，可甚至在不需要减少屏幕分辨率的情况下通过左眼图像与右眼图像之间的时间多 路复用来形成3D图像。本文中所揭示的显示设备可在二维（2D)图像显示与3D图像显示 之间动态切换。在专口眼镜可不容易获得的情形下，此尤其有用于移动装置中的显示器。 [0化1] 图1A展示直观式基于MEMS的显示设备100的示意图。显示设备100包含布置成 行及列的多个光调制器102a至Ij 102d(通常为"光调制器102")。在显示设备100中，光调 制器102a及102d处于敞开状态，从而允许光通过。光调制器10化及102c处于关闭状态， 从而阻碍光通过。通过选择性地设定光调制器102a到102d的状态，显示设备100可用于 形成背照显示器（如果由一或多个灯105照明）的图像104。在另一实施方案中，设备100 可通过反射源自所述设备前面的周围光来形成图像。在另一实施方案中，设备100可通过 反射来自定位于所述显示器前面的一或多个灯的光（即，通过使用前光）来形成图像。
[0052] 在某些实施方案中，每一光调制器102对应于图像