自动立体显示设备的制作方法

本发明涉及自动立体显示设备和用于这样的显示设备的驱动方法。
背景技术：
：已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，所述显示面板具有充当图像形成部件以产生显示的显示像素的行和列阵列（其中“像素”典型地包括“子像素”的集合，并且“子像素”是最小的可单独寻址、单个颜色的图片元素）。平行于彼此延伸的细长透镜的阵列叠覆显示像素阵列并且充当视图形成部件。这些被称为“透镜状透镜”。来自显示像素的输出通过这些透镜状透镜投射，这些透镜状透镜的功能是修改输出的方向。像素包括子像素的最小集合，其可以被寻址以产生所有可能的颜色。出于本说明书的目的，还定义了“单位单元”。将单位单元定义为重复以形成完整子像素图案的子像素的最小集合。单位单元可以是与像素相同的子像素布置。然而，单位单元可以包括比像素更多的子像素。如果存在例如具有不同取向的子像素的像素，则情况是这样。总体子像素图案然后以比像素更大的基本单位（单位单元）重复。将透镜状透镜提供为透镜元件片，其中每一个包括细长的部分柱形（例如半柱形）透镜元件。透镜状透镜在显示面板的列方向上延伸，其中每一个透镜状透镜叠覆显示子像素的两个或更多相邻列的相应组。每一个透镜状透镜可以与显示子像素的两列相关联，以使得用户能够观察单个立体图像。替代性地，每一个透镜状透镜可以与行方向上的三个或更多相邻显示子像素的组相关联。每一个组中的显示子像素的对应列适当地布置成从相应的二维子图像提供竖直切片。当用户的头部从左向右移动时，观察到一系列接连、不同的立体视图，创建例如环顾印象。图1是已知的直视自动立体显示设备1的示意性透视图。已知设备1包括有源矩阵类型的液晶显示面板3，其充当空间光调制器以产生显示。显示面板3具有显示子像素5的行和列的正交阵列。为了清楚起见，在图中仅示出小数目的显示子像素5。在实践中，显示面板3可能包括大约一千行和几千列的显示子像素5。在黑白显示面板中，子像素事实上构成完整的像素。在彩色显示器中，子像素是完整的彩色像素的一个颜色分量。根据通用术语，完整的彩色像素包括对于创建所显示的最小图像部分的所有颜色而言必要的所有子像素。因此，例如，完整的彩色像素可以具有红色（r）绿色（g）和蓝色（b）子像素，可能地扩充有白色子像素或一个或多个其它基本颜色子像素。液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包括一对间隔的透明玻璃衬底，在它们之间提供对准的扭曲向列或其它液晶材料。衬底在其面对的表面上承载透明氧化铟锡（ito）电极的图案。偏振层也提供在衬底的外表面上。每一个显示子像素5包括衬底上的相反电极，其中居间液晶材料处在其之间。显示子像素5的形状和布局由电极的形状和布局确定。显示子像素5以间隙与彼此规则间隔。每一个显示子像素5与开关元件相关联，所述开关元件诸如薄膜晶体管（tft）或薄膜二极管（tfd）。显示像素操作成通过向开关元件提供寻址信号来产生显示，并且合适的寻址方案对于本领域技术人员将是已知的。显示面板3由光源7光照，光源7在该情况下包括在显示像素阵列的区域之上延伸的平面背光。来自光源7的光定向穿过显示面板3，其中驱动各个显示子像素5以调制光并且产生显示。显示设备1还包括布置在显示面板3的显示侧之上的透镜状片9，透镜状片9执行光定向功能以及因而视图形成功能。透镜状片9包括平行于彼此延伸的透镜状元件11的行，为了清楚起见仅以夸大的尺寸示出其中的一个。透镜状元件11以凸柱形透镜的形式，每一个具有垂直于元件的柱形弯曲延伸的细长轴12，并且每一个元件充当光输出定向部件以便从显示面板3向位于显示设备1前方的用户的眼睛提供不同的图像或视图。显示设备具有控制器13，控制器13控制背光和显示面板。图1中所示的自动立体显示设备1能够在不同方向上提供若干不同视角的视图，即它能够使像素输出定向到显示设备的视场内的不同空间位置。特别地，每一个透镜状元件11叠覆每一行中的显示子像素5的小组，其中，在当前示例中，行垂直于透镜状元件11的细长轴延伸。透镜状元件11在不同方向上投射组中的每一个显示子像素5的输出，以便形成若干不同视图。当用户的头部从左向右移动时，他/她的眼睛将依次接收若干视图中的不同个体。技术人员将领会到，光偏振部件必须结合以上描述的阵列来使用，因为液晶材料是双折射的，其中折射率切换仅适用于特定偏振的光。可以将光偏振部件提供为设备的视图形成布置或显示面板的部分。图2示出如以上描述的透镜状类型视图形成布置的操作原理，并且示出光源7、显示面板3和透镜状片9。该布置提供三个视图，每一个投射在不同的方向上。显示面板3的每一个子像素以用于一个特定视图的信息来驱动。在以上设计中，背光生成静态输出，并且所有视图方向通过透镜状布置实施，所述透镜状布置提供空间复用方案。类似的方案通过使用视差屏障来实现。透镜状布置仅提供关于显示器的一个特定取向的自动立体效果。然而，许多手持设备可在竖向和横向观看模式之间旋转。因此，固定的透镜状布置不允许不同观看模式中的自动立体观看效果。将来的3d显示器，特别是用于平板电脑、移动电话和其它便携式设备，将因而具有从许多方向并且针对不同屏幕取向观察3d图像的可能性。具有现有像素设计的现代lcd和oled显示面板不适于该应用。已经认识到该问题，并且存在各种解决方案。动态解决方案牵涉提供可切换的透镜布置，可切换的透镜布置可以在不同模式之间切换以激活不同取向中的视图形成效果。本质上可以存在两种透镜状布置，其中一个在穿过模式中起作用并且另一个在透镜化模式中起作用。可以通过切换透镜状布置自身（例如使用lc可切换透镜阵列）或通过控制入射在透镜状布置上的光的偏振来控制用于每一个透镜状布置的模式。静态解决方案牵涉设计在不同取向中起作用的透镜布置。简单的示例可以组合显示器中的方形子像素的矩形网格与微透镜的矩形网格（其中透镜网格方向关于像素网格方向倾斜或不倾斜）以创建两个显示取向中的多个视图。子像素形状应当优选地接近1:1横纵比，因为这将允许避免用于竖向/横向取向中的各个视图的不同角宽度的问题。该方案的一个可能的缺陷是条带效应，其中子像素之间的黑矩阵区域作为规则图案投射到观看者。部分地，它可以通过使透镜阵列倾斜而解决。具体地，为了减少由于周期性黑色像素矩阵的投射所致的条带效应，视图形成布置需要关于像素寻址方向（行/列）进行选择。技术实现要素：本发明由权利要求限定。根据示例，提供了一种自动立体显示器，包括：像素化显示面板，包括单个颜色的像素的阵列或不同颜色的子像素的阵列，其中子像素的相应组一起定义完整的彩色像素；以及视图形成布置，包括透镜元件的阵列，位于显示面板之上，用于使来自不同像素或子像素的光定向到不同空间位置，从而使得三维场景的不同视图能够显示在不同空间位置中，其中显示面板的像素形成具有从90度到20度或更小的最大内部角度偏差的矩形或平行四边形网格，并且其中矩形或平行四边形网格以基本平移矢量x和y重复，并且基本平移矢量x和y的长度具有在0.66和1之间的较短者与较长者的横纵比，并且其中视图形成布置包括微透镜的二维阵列，微透镜以基本平移矢量p’和q’在规则网格中重复；其中将无量纲矢量p定义为(px,py)，其满足：并且将矢量p的分量py和px的空间中的圆形区定义为：其中对于整数值n和m，其中定义每一个圆形的半径并且定义圆形中心，基本平移矢量x、y、p’和q’被选择有值使得p落在排除集合p1,1或p2,2或p4,4的矢量空间中，其中并且。在语言上，以上的主要等式读作如下：（第一行）等于p的值的集合，使得从矢量v到矢量p的差矢量的模（即长度）小于针对集合中的矢量v的所有值的。这定义在值的集合上定心的圆形。（第2行）是矢量值的集合，其中i和j作为整数值（即正和负整数和零）的二维矢量空间中的矢量，并且针对其应用于j矢量的矢量内积函数给出答案m。矢量内积函数为，对于，则。矢量p定义像素（或子像素）网格与透镜网格之间的空间关系。因此，它定义像素（或子像素）和透镜之间的映射。特别地，矢量p的分量是从像素网格矢量空间（由x和y定义）和透镜网格矢量空间（由p’和q’定义）的矩阵变换的项。要指出的是，术语“像素网格”用于指示像素的网格（如果每一个像素仅具有一个可寻址元素的话），或者子像素的网格（如果每一个像素具有多个可独立寻址的子像素的话）。矢量p的分量进而定义不同的像素（或子像素）如何贡献于不同的透镜相位以及黑色掩蔽区域如何通过透镜网格进行成像。因此，矢量p可以被视为定义透镜与像素之间的关系的最基础的方式。“基本平移矢量”意指从像素或透镜区域内的一个点到相邻像素或透镜区域中的对应点的矢量平移。透镜和像素区域是二维的，因此存在两个平移矢量——每一个网格方向一个。对于矩形网格，基本平移矢量在正交的行和列方向上。对于偏斜网格，基本平移矢量不是正交的，而是遵循网格的行和列方向。圆形区定义用于矢量p的分量的可能值的集合并且因而定义相关特性区。通过排除定义为的区，防止条带问题。例如，区的中心包括由于具有像素网格与透镜网格之间的整数关系的单色面板引起的p的值。其它常规面板设计，例如具有每一个透镜之下的子像素的整数阵列，以及部分设计，对应于落在、或区的中心中的p的值。以此方式，本发明提供了用于显示面板布局的设计参数，其解决以上提到的条带问题并且使得能够实现具有良好性能的可旋转多视图自动立体3d显示器。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在集合中，其中并且。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在集合中，其中并且。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在集合中，其中并且。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在集合中，其中并且。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在集合中，其中并且。这些不同区表示逐渐更好的条带性能，使得通过在用于矢量p的设计空间中排除逐渐更多的区域，其余设计选项给出逐渐更好的条带性能。基本平移矢量x、y、p’和q’可以具有值使得p不在如以上关于定义的集合中。这定义了每一个被排除区段的更大半径，因而更小的其余设计空间。还存在针对矢量p的矢量空间中的优选区。在一个示例中，基本平移矢量x、y、p’和q’具有值使得p在集合中，其中并且。在另一示例中，基本平移矢量x、y、p’和q’具有值使得p在集合中，其中并且。如以上提到的，像素网格优选地接近方形。例如，矩形或平行四边形可以具有在0.83和1之间的较短侧与较长侧的长度的横纵比。矩形或平行四边形可以具有从90度到5度或更小的最大内部角偏差。显示设备可以使用在便携式设备中，其中便携式设备可配置成在竖向显示模式和横向显示模式中操作。它可以是移动电话或平板电脑。附图说明现在将纯粹通过示例的方式参照随附各图来描述本发明的实施例，其中：图1是已知的自动立体显示设备的示意性透视图；图2是图1中所示的显示设备的示意性截面视图；图3a-e示出各种可能的像素网格；图4示出叠覆在方形像素阵列之上的透镜网格，其中间距矢量p定义它们之间的关系；图5是针对用于表征像素阵列和透镜网格的参数的图形解释；图6示出针对给定间距矢量p的可见条带的图；图7示出来自图6的图的区的第一可能表征；图8示出来自图6的图的区的第二可能表征；图9a-d示出针对不同透镜设计的图3（c）的2d像素布局的3d像素结构的光线追迹渲染模拟；图10a-d是针对与图9a-d中的相同示例的作为两个维度中的透镜相位的函数的亮度（l*）的图；以及图11a-d示出针对与图9a-d中的相同示例而绘制的颜色偏差。要指出的是，图3a-e和4意图示出方形像素和透镜网格，并且图5至8意图示出圆形区。从方形和圆形表示的任何失真是不精确图像再现的结果。具体实施方式本发明提供一种自动立体显示器，包括像素化显示面板和视图形成布置，像素化显示面板包括单个颜色的像素的阵列或不同颜色的子像素的阵列，视图形成布置包括透镜元件的阵列。像素形成方形（或接近方形）网格，并且透镜也在方形（或接近方形）网格中重复。定义矢量p，矢量p涉及像素网格与透镜网格之间的映射。标识针对该矢量p的二维空间中的区，其给出良好或欠佳的条带性能，并且选择更好条带性能区。在以下描述中，关于规则4重对称大体方形网格上的像素来讨论显示面板设计，在其顶部上存在光调制器，光调制器同样具有规则4重对称网格中的元素。出于解释的目的，需要一些定义。特别地，需要定义面板的坐标系（即像素网格），并且需要依据相对于面板的坐标系的几何（物理）坐标和逻辑坐标来定义视图形成布置的坐标系。图3示出各种可能的像素网格。每一个示例使用在本说明书中采用的定义来示出最小的单位单元30（即子像素31的最小几何，子像素31重复以形成子像素图案，如以上所定义）和像素32。像素32是所有原色的最小方形布置，使得像素大小和形状在两个正交取向中相同。将子像素示出为方形。然而，实际的子像素形状可以不同。例如，实际的像素孔径典型地将是非规则形状，因为它可能例如取决于像素电路元件（诸如在有源矩阵显示面板的情况下，开关晶体管）的大小和位置。像素网格形状是重要的，而不是各个像素或子像素的确切形状。还示出像素间距矢量x和y。这些分别是行方向和列方向上的相邻像素中心之间的平移矢量。最小单位单元30中的字母指示原色：r=红色，g=绿色，b=蓝色，w=白色。图3（a）示出rggb单位单元和rggb像素，图3（b）示出rgbgbgrg单位单元和rgbg像素，图3（c）示出rgbw单位单元和rgbw像素，图3（d）示出rgbwbwrg单位单元和rgbw像素，并且图3（d）示出w单位单元和w像素。像素网格基于两个矢量x和y而定义，两个矢量x和y以下称为像素间距矢量。矢量形成具有长度单位（例如米）的点阵矩阵。存在像素的多个可能的定义，包括最小单位单元，然而，对于本说明书，像素是近似方形的。因此x应当选择为形成子像素的近似方形区。如图3（a）至（d）中所示，对于彩色显示器，像素定义最简单地导致具有2×2子像素的区。当单位单元更大时，如在图3（b）和（d）中，像素组看起来旋转或成镜像以形成更大的单位单元，但是在这些情况下x同样保持2×2区。对于单色显示器，像素是单个子像素的区。像素不需要优选为方形。它们可以近似为方形，这意味着任何角度内的旋转、有限的偏航或有限的伸长都在范围内。横纵比定义为：并且网格的角度为：。然后将偏航表述为。因而对于近似方形网格，成立的是并且。例如，a优选地在0.9和1.1之间，并且在80和100度之间（当然，如果一对拐角角度是在80度，则另一对将在100度处）。为了定义透镜网格，可以定义透镜间距矢量。图4示出叠覆在具有每像素32的2×2子像素31的方形像素阵列40之上的透镜网格42（诸如在图3（a）和（c）中）。四个子像素31的每一个像素组中的一个被突显（即以白色示出）。矢量x和y是如以上解释的该网格的像素间距矢量。透镜网格42包括具有组织在方形网格上的球形透镜44的微透镜阵列。矢量p’和q’是该网格的间距矢量。它们由像素间距矢量的线性组合形成。替代于以米为单位的物理透镜间距矢量，可以将逻辑和无量纲透镜间距矢量定义为：对于选定的px和py并且。依据逻辑透镜间距矢量而将几何（物理）间距矢量p’和q’（例如以米计）定义为：。像素网格中的变形应当反映在透镜网格的相等变形中。注意，但不一定，因为我们不要求。类似地，但不一定。出于本说明书的目的，针对整数值n和m定义区。这些区包括多个圆形，它们自身组织在圆形网格上。这样的区通过以下来定义：其中。项指定从v到p的矢量的长度，并且因而不相等定义具有由v定义的中心的圆形的集合。v自身是由l项的集合定义的矢量的集合。作为置于整数值上的条件的结果，这具有离散数目的成员，其构成二维矢量i和j。在此是每一个圆形的半径。该半径因而随n增加而减小。定义中心的集合，并且指代内积，使得当时，则。我们还定义速记法。要指出的是，存在整数k，对于整数k而言不存在针对其成立的整数i和j的可能组合。作为结果，p3、p6和p7集合为空。作为示例，集合p5可以利用开始探索。关于，我们指示所有，其中i和j是整数（负、零或正）。对的解的集合为：。存在图5中分别所示的作为高斯整数及其倒易点阵的j和j/n的图形解释。图5（a）中的每一个点利用高斯整数的坐标来标记，其中并且范数。图5（b）包括相同的点，但是点的坐标除以其范数，因而对应于j/n而不是j。来自以上所示的针对j的解的集合的任何组合在中。两个示例为和。区p5然后包括具有那些中心和半径的圆形区。要指出的是，存在围绕每一个p1圆形的八个p5圆形，因为存在对的八个解。为了针对具有近似方形网格上的像素的可旋转显示器而最小化条带问题，呈现一种显示设计，其中视图形成布置的阵列（典型地，微透镜阵列）形成可以通过方向p依据像素坐标描述的方形网格，其中在引起条带的区pn之外选择p。为了分析条带问题，已经使用了两个模型。第一模型基于像素结构和透镜结构二者中的空间频率的分析，并且第二个基于光线追迹。第一模型使用摩尔方程和可见度函数来估计针对给定间距矢量p的可见条带量。该模型导致诸如图6之类的图，其中较明亮的区域指示较多的条带（在对数尺度上）。图6绘制了py与px的关系。应当理解到，实际的图取决于参数，诸如微透镜和像素结构的视觉角度。针对具有单个发射区域的像素的情况而生成图6中的图，所述单个发射区域具有整个像素表面的孔径1/8、随透镜孔径缩放的高斯透镜点扩散函数（psf）和20arcsec的恒定透镜视觉角度。作为psf缩放的结果，更多的条带分量由于更精确的聚焦而对于更小的是可见的（在图6的左上部中）。已经观察到，各种条带“团块”的强度取决于实际的像素结构（参见图3），但是团块的位置总是相同。本发明部分地基于以下认识：该条带图中的结构的大部分可以使用pn区域来解释，其中具有较高n的pn对应于较小的区域。具有明显条带的区域的大部分通过来解释。通过将半径和拟合到该图，结果得到图7中所示的图像。在其它情形中，可能存在更少的条带，并且作为结果，足够严苛。图8示出将半径拟合到图5的图的结果。在图7和8中，还绘制了优选区，即和。这些区通过最好地描述。本发明是基于避免引起条带的区段，即避免矢量的值的某些范围。要避免的第一区段是区(即，)，它引起最大条带。在图8中，在较小半径值的情况下，被排除区段较小。因此，要排除的第一区段是基于。在设计像素网格与透镜网格之间的关系时要排除的区段为：1.其中半径并且，2.直接如以上的并且还有，3.直接如以上的并且还有，4.直接如以上的并且还有，5.直接如以上的并且还有，6.以上中的任何一个但是其中半径。在通过排除区而留下的空间内，存在特别感兴趣的一些区，因为对于宽范围的参数而言条带特别低。这些区是：1.其中半径，2.其中半径。优选地，子像素在方形网格上，但是小变化是可能的。横纵比优选地限于，或者更优选地限于。网格从方形/矩形向菱形/平行四边形的偏航优选地是到，或甚至是到。说明本发明的摩尔方程的可替换方案是对显示完全白色图像的具有透镜的显示器的模型进行光线追迹。图9示出针对如图3（c）的2d像素布局的这样的渲染。无条带设计的任何渲染将看起来平均是白色的，而对于具有条带的设计，强度和/或颜色取决于观看者位置（即透镜相位）。图9（a）示出针对透镜相位的p1区中的透镜设计的渲染。尽管在图9（a）的渲染中没有示出，但是白色和大部分蓝色原色丢失。图9（b）示出针对透镜相位的p2区中的透镜设计的渲染，其中多于平均量的黑矩阵是可见的。图9（c）示出针对透镜相位的p4区中的透镜设计的渲染，其中几乎没有黑矩阵是可见的。图9（d）示出针对中心处的透镜设计的渲染，其中针对该相位和所有其它相位而言原色的（实际上）相等分布处在该补块内。诸如图9中所示的补块可以针对各种透镜相位进行渲染，因为不同的透镜相位（这意味着透镜位置，其负责向特定观看位置生成视图）引起子像素的不同分布。更有效的是针对每一个这样的补块计算平均cie1931xyz颜色值。从该平均值，可以计算ciel*a*b*颜色值，这给出比较感知条带效应的定量手段。在该感知颜色空间中，两个颜色值之间的l2距离（以下由指代）指示那些颜色之间的所感知的差异。目标是对应于的白色。在图10中，针对与图9中的相同示例，将亮度（l*）绘制为两个维度中的透镜相位的函数，对应于由透镜投射到不同观看者位置的不同视图。无量纲的透镜相位变量具有在（0,1）范围中的值。由于像素网格和透镜网格的周期性，透镜相位0和1对应于相同的所生成的视图。由于显示器使用2d微透镜阵列，因此透镜相位本身也是2d的。在图11中，再次针对相同示例绘制颜色误差（）。取决于情形，刚好是可见的。图10（d）和11（d）中的无条带示例分别看起来为均匀的并且，而其它示例在颜色随观看者位置（即透镜相位）变化时明显具有条带。由于显示器使用2d微透镜阵列，因此透镜相位本身也是2d的。可以通过在整个相位空间内取的均方根（rms）值来对图进行归纳。在以下表格中，已经针对点的列表而完成此，所述点对应于根据以上解释的条带模型而应当排除或包括的区。区6.0002.000111.5767.0003.00063.3756.0003.00012.7237.2003.6003.6097.6003.2005.7386.5002.5002.2894.5004.5001.4957.3333.3330.4672.6002.6001.3083.3503.3500.7963.4003.4000.8716.1433.2860.1807.2862.1430.185在两个圆形之间6.0003.2860.155在两个圆形之间7.0003.6000.611在两个圆形之间5.0003.4000.289从该表格清楚的是，两个模型在条带预测方面大部分一致。正区域具有低值，并且最大负区域（具有最低序数）具有最高值。以上第一模型提供条带效应的概览，而第二模型提供更多细节和可视化。本发明适用于自动立体3d显示器的领域，更具体地适用于全视差可旋转多视图自动立体显示器。本发明涉及像素网格与透镜网格之间的关系。它可以应用于任何显示技术。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。当前第1页12