專利名稱：自動立體顯示器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自動立體顯示器件，該自動立體顯示器件包含諸如具有顯示像素 陣列的顯示面板的圖像形成裝置以及一視圖形成裝置。該視圖形成裝置可以是布置在該圖 像形成元件之上的柱鏡透鏡陣列，顯示像素通過該視圖形狀裝置而被觀看到。本發(fā)明還涉 及驅動自動立體顯示器件的方法。
背景技術：
已知的自動立體顯示器件描述于GB 2196166A。此已知器件包含具有顯示像素的 行和列陣列的二維發(fā)射液晶顯示面板作為圖像形成裝置以產生顯示。相互平行地延伸的細 長柱鏡透鏡陣列位于顯示像素陣列之上并作為視圖形成裝置。來自顯示像素的輸出被投射 通過這些柱鏡透鏡，所述柱鏡透鏡起到調整輸出方向的作用。柱鏡透鏡是作為元件片提供的，其每一個包含細長的半圓柱形透鏡元件。柱鏡透 鏡沿顯示面板的列方向延伸，每個柱鏡透鏡位于對應一組的兩個或更多個相鄰的顯示像素 列之上。在例如每個柱鏡透鏡與兩列顯示像素關聯的布置中，每一列中的顯示像素提供對 應的二維子圖像的垂直片段。柱鏡片將這兩個片段以及來自與其它柱鏡透鏡關聯的顯示像 素列的相應片段投射到定位在該片前方的用戶的左眼和右眼，使得用戶觀察到單個立體圖像。在其它布置中，每個柱鏡透鏡與沿行方向的一組三個或更多個相鄰顯示像素相關 聯。每一組中相應的顯示像素列被恰當地布置以提供來自對應的二維子圖像的垂直片段。 當用戶的頭從左移動到右時，觀察到一系列連續(xù)的、不同的立體視圖，建立了例如環(huán)視印象。上述自動立體顯示器件產生具有良好亮度水平的顯示。然而，與該器件關聯的問 題在于，由柱鏡片投射的視圖被暗區(qū)所分離，該暗區(qū)是通過“成像”不發(fā)光的黑色矩陣而導 致的，該不發(fā)光的黑色矩陣典型地定義顯示像素陣列。作為以橫過顯示器分隔開的暗垂直 帶形式的亮度不均勻性，這些暗區(qū)容易被用戶觀察到。當用戶從左到右移動時，所述帶橫過 顯示器移動，以及當用戶朝向或者離開顯示器移動時，所述帶的節(jié)距改變。已經提出許多方法用以減小不均勻性的幅度。例如，可以通過將柱鏡透鏡相對于 顯示像素陣列的列方向傾斜成銳角的公知技術來減小不均勻性的幅度。然而，仍難以將通 過成像黑色矩陣而引入的強度調制深度減小至低于1%，在該水平下不均勻性對于用戶而 言仍是可感知的并且分散其注意力。用以減小不均勻性的幅度的另一方法是所謂的分數視圖(fractionalview)布 置，其詳細描述于WO 2006/117707A2。具有分數視圖布置的器件特征在于傾斜柱鏡透鏡的 節(jié)距不等于顯示像素的節(jié)距(即彩色顯示器中的子像素節(jié)距)的整數倍，以及連續(xù)柱鏡透 鏡之下的像素按水平交替方式來定位。結果，連續(xù)透鏡同時投射不同數量的黑色矩陣，引起 相互相位偏移的強度調制。總強度的一次諧波抵消，留下弱得多的不均勻性效應。根據此方法，通過成像黑色矩陣而引入的強度調制深度可以減小至遠低于1%。已經發(fā)現在上述器件中通過成像黑色矩陣而引入的強度調制深度還作為柱鏡透 鏡聚焦能力的函數而改變。一般而言，通過增大器件中透鏡的焦距而使它們散焦導致通過 成像黑色矩陣而引入的強度調制深度的減小。然而，使透鏡散焦也引起由柱鏡片投射的視 圖之間的串擾，這對于用戶感知到的三維效應是有害的。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種自動立體顯示器件，該器件包含圖像形成裝置，其具有顯示像素的陣列用于產生顯示，該顯示像素在空間上由不 透明矩陣定義；視圖形成裝置，其與該圖像形成裝置對齊布置并且具有可配置成將顯示像素組的 輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件的陣列，從而使得能夠自動 立體成像，其中視圖形成裝置的聚焦強度(focusing strength)是電學可切換的；以及驅動裝置，其布置成使用用于該多個視圖的視頻數據來驅動該圖像形成裝置以及 在基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度調制深度的局部極小值的第一和第 二值之間切換該視圖形成裝置的聚焦強度。已經發(fā)現視圖形成裝置的聚焦強度和通過成像黑色矩陣而引入的強度調制深度 之間的關系是非線性的，當聚焦強度減小時(例如，通過增大定義視圖形成裝置的透鏡元 件的焦距)，調制深度呈現連續(xù)地更小的局部極小值。通過在對應于這些局部極小值的值之 間切換視圖形成裝置的聚焦強度，可以提供多種顯示模式，每個模式提供不同的通過成像 該不透明矩陣而引入的強度調制深度以及不同量的視圖間串擾。特別地，該器件可提供第一和第二顯示模式，在所述第一和第二顯示模式中視圖 形成裝置的聚焦強度分別切換到第一和第二值。在第一模式中，視圖形成裝置的聚焦強度切換到對應于強度調制深度的第一局部 極小值的第一值，該聚焦強度接近(但是略微低于)視圖形成裝置的焦平面與顯示像素陣 列的平面重合時的聚焦強度。該第一模式可以以比較高的強度調制深度為代價來提供低的 視圖間串擾。在第二模式中，視圖形成裝置的聚焦強度切換到對應于強度調制深度的第二(較 低)局部極小值的較低的第二值(例如，通過增大定義視圖形成裝置的透鏡元件的焦距)。 該第二模式可以以較高的視圖間串擾為代價來提供較低的強度調制深度。當需要非常良好的三維性能時，例如在廣告應用中或者在具有大量“深度”的視頻 序列中，第一模式會是合適的。當圖像質量更重要時，例如在具有少量“深度”的視頻序列 中或者在靜止圖像中，第二模式會是合適的。該圖像形成裝置可以是包含背光用于產生發(fā)射顯示器的液晶顯示面板。視圖形成元件的陣列可配置成起到具有透射狹縫陣列的屏障層的作用，這種情況 下聚焦強度是通過改變狹縫的寬度來切換?？商鎿Q地，視圖形成裝置可以采取具有電學可切換的聚焦強度的元件陣列的形 式，該元件陣列能夠起到用于調整來自顯示像素的輸出的方向的透鏡的作用。例如，在第一組實施例中，該視圖形成裝置包含串行布置的多個視圖形成單元，視圖形成單元至少其一包含在具有電極層的透明襯底之間形成為柱鏡元件陣列的電光材料， 諸如定向的液晶材料。襯底其中之一被定形以提供電光材料的柱鏡形式。通過選擇性應用電場以維持或者除去該單元的光輸出方向調整功能，該電光材料 的折射率是可切換的。驅動裝置隨后布置成通過選擇性地應用電場到視圖形成單元的電光 材料而切換視圖形成裝置的聚焦強度。通過改變其光輸出方向調整功能被維持的選定一個視圖形成單元，和/或通過改 變其光輸出方向調整功能同時被維持的多個視圖形成單元，該驅動裝置可布置成切換視圖 形成裝置的聚焦強度。在后一情形中，視圖形成裝置的聚焦強度是由視圖形成單元的組合 效應定義。通過對所有視圖形成單元都不維持其光輸出方向調整功能，使得光經過整個視圖 形成裝置而不調整其方向，該驅動裝置可進一步布置成提供二維操作模式。這種情況下，驅 動裝置布置成使用用于單一視圖的常規(guī)視頻數據來驅動圖像形成裝置。在第二組實施例中，該視圖形成裝置包含串行布置的視圖形成單元和可切換光漫 射器，其中該視圖形成單元配置成或者可配置成起到用于調整來自該顯示像素的輸出的方 向的透鏡陣列的作用，其中該可切換光漫射器布置成可選擇地執(zhí)行光束擴展功能，以及其 中該驅動裝置布置成通過選擇性地激活該可切換光漫射器的光束擴展功能而切換該視圖 形成裝置的聚焦強度。在第三組實施例中，視圖形成裝置包含布置在具有電極層的透明襯底之間的電光 材料，諸如定向的液晶材料，該電極層至少其一包含單獨可尋址電極陣列用于應用電場跨 過該電光材料以弓I起透鏡功能取向。該驅動裝置隨后布置成通過選擇性地提供電勢到該單 獨可尋址電極而切換該視圖形成裝置的聚焦強度。由這種布置定義的透鏡稱為所謂的漸變 折射率(GRIN)透鏡。該驅動裝置可布置成通過選擇性地提供電勢到單獨可尋址電極的不同可尋址電 極，使得具有該電勢的相鄰電極之間的距離改變，從而切換視圖形成裝置的聚焦強度。該驅動裝置可進一步布置成通過對所有所述單獨可尋址電極不提供電勢或者對 所有所述單獨可尋址電極提供電勢來提供二維操作模式。在自動立體顯示器件的一些實施例中，該視圖形成裝置可配置成起到與該顯示像 素的列方向成銳角布置的細長柱鏡透鏡陣列的作用，也就是說所謂的傾斜柱鏡透鏡。這種情況下，該自動立體顯示器件可附加地具有如WO 2006/117707A2中所描述 的所謂分數視圖布置。這種布置特征在于，細長柱鏡透鏡的中心軸和顯示像素沿列方向的 中心線在它們的交叉點處至少對于部分顯示器定義截面，在特定中心線處截面的位置是由 位置數確定，該位置數表示以沿第一方向的顯示像素節(jié)距為單位的、相對于該中心線處的 第一截面的位置，每個位置數為正或負整數與分數位置數之和，該分數位置數具有大于或 者等于零且小于一的數，在特定中心線處所有截面分布在多個k集合內，每個集合具有在 0，l/k，2/k，(k-l)/k，其中k > 0的范圍內的分數位置數，分數部分的不同集合對該中 心線的分數部分總數的貢獻是基本上相等的。k的值可以是例如2、3或者4。在自動立體顯示器件的實施例中，該驅動裝置布置成在時間上改變視圖形成裝置 的聚焦強度；也就是說，對于視頻序列，視圖形成裝置的聚焦強度將發(fā)生幀到幀改變?？商鎿Q地或者附加地，該驅動裝置可布置成在空間上改變視圖形成裝置的聚焦強度，也就是說，對于視頻數據序列，視圖形成裝置的聚焦強度將在每幀內改變。該驅動裝置可進一步包含一裝置，該裝置用于接收和解碼指示視頻數據將用其而 被顯示的該視圖形成裝置的聚焦強度的視頻數據成份。這種情況下，視圖形成裝置的聚焦 強度是根據視頻數據的專用成份來確定的并且可以提前設置?？商鎿Q地，該驅動裝置可進一步包含一裝置，該裝置用于分析視頻數據以及基于 該分析來確定該視頻數據將用其而被顯示的該視圖形成裝置的聚焦強度。這種情況下，視 圖形成裝置的聚焦強度是基于內容，諸如數據的深度圖成份而動態(tài)地確定。當然，視圖形成裝置的聚焦強度可以可替換地由用戶基于觀看偏好通過手動選擇 而簡單地確定。根據本發(fā)明另一方面，提供一種操作自動立體顯示器件的方法，該器件包含圖像形成裝置，其具有顯示像素的陣列用于產生顯示，該顯示像素在空間上由不 透明矩陣定義；以及視圖形成裝置，其與該圖像形成裝置對齊布置并且具有可配置成將顯示像素組的 輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件的陣列，從而使得能夠自動 立體成像，其中視圖形成裝置的聚焦強度是電學可切換的，其中該方法包含使用用于該多個視圖的第一視頻數據驅動該圖像形成裝置以及同時將該視圖形 成裝置的聚焦強度控制為基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度調制深度的 第一局部極小值的第一值；以及使用用于該多個視圖的第二視頻數據驅動該圖像形成裝置以及同時將該視圖形 成裝置的聚焦強度控制為基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度調制深度的
第二局部極小值的第二值。根據本發(fā)明又一方面，提供一種分析用于自動立體顯示器件的視頻數據的方法， 該器件包含圖像形成裝置，其顯示像素的陣列用于產生顯示，該顯示像素在空間上由不透明 矩陣定義；以及視圖形成裝置，其與該圖像形成裝置對齊布置并且具有可配置成將顯示像素組的 輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件的陣列，從而使得能夠自動 立體成像，其中視圖形成裝置的聚焦強度是電學可切換的，該方法包含分析視頻數據以及基于該分析來確定該視頻數據將用其而被顯示的 該視圖形成裝置的聚焦強度。本發(fā)明還提供一種計算機程序，其包含當所述程序在計算機上運行時調適為執(zhí)行 上述方法的所有步驟的計算機程序代碼裝置。本發(fā)明可以是用于執(zhí)行本發(fā)明方法的步驟的 計算機程序產品的形式。


本發(fā)明的實施例現在將參考附圖僅通過實例的方式予以描述，在附圖中圖1為一種已知的自動立體顯示器件的示意性透視視圖；圖2為圖1所示顯示器件的示意性截面視圖3a、3b和3c為用于解釋另一已知的自動立體顯示器件的操作的圖示；圖4為示出對于兩種已知的自動立體顯示器件，針對透鏡半徑繪制的亮度不均勻 性的模擬強度的曲線圖；圖5為根據本發(fā)明的自動立體顯示器件的示意性透視視圖；圖6為圖5所示顯示器件的元件的示意性截面視圖；圖7a和7b為用于解釋圖6所示元件的操作的圖示；圖8a和8b為用于解釋圖6所示元件的可替換布置的操作的示意性截面視圖；以 及圖9為用于圖8a和8b所示元件的可替換布置的示意性截面視圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供這種類型的多視圖自動立體顯示器件，其具有圖像形成裝置和視圖形 成裝置。該器件還具有驅動裝置，該驅動裝置布置成使用用于多個視圖的視頻數據來驅動 該圖像形成裝置。該圖像形成裝置具有顯示像素的陣列用于產生顯示，顯示像素在空間上由不透明 矩陣定義。視圖形成裝置與圖像形成裝置對齊布置并且具有視圖形成元件的陣列，該視圖形 成元件的陣列可配置成將顯示像素組的輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖。視 圖形成裝置的聚焦強度是電學可切換的。該驅動裝置附加地布置成在基本上對應于通過成像不透明矩陣而引入的強度調 制深度的局部極小值的第一和第二值之間切換視圖形成裝置的聚焦強度。按此方式，提供 不同的三維顯示模式。圖1為已知多視圖自動立體顯示器件1的示意性透視視圖。該已知器件1包含充 當圖像形成裝置的有源矩陣類型的液晶顯示面板3以產生顯示。顯示面板3具有以行和列布置的顯示像素5的正交陣列。為了清楚起見，只有少 數顯示像素5示于圖中。實踐中，顯示面板3可包含大約一千行和幾千列的顯示像素5。液晶顯示面板3的結構完全是常規(guī)的。特別地，面板3包含一對隔開的透明玻璃 襯底，對準扭曲向列或其它液晶材料被提供在這對隔開的透明玻璃襯底之間。襯底在它們 相面對的表面上具有透明銦錫氧化物(ITO)電極的圖案。極化層也被提供在該襯底的外表 面上。每個顯示像素5包含位于襯底上的相對電極，介于其間的液晶材料位于所述相對 電極之間。顯示像素5的形狀和布局由電極的形狀和布局以及設于面板3前面的黑色矩陣 布置決定。顯示像素5通過間隙相互等間距隔開。每個顯示像素5與諸如薄膜晶體管(TFT)或薄膜二極管(TFD)的切換元件關聯。 通過提供尋址信號到切換元件來操作顯示像素以產生顯示，且本領域技術人員將知曉合適 的尋址方案。顯示面板3由光源7照射，這種情況下光源7包含在顯示像素陣列的區(qū)域上延伸 的平面背光。來自光源7的光被引導穿過顯示面板3，單獨的顯示像素5被驅動以調制光并
產生顯示。
顯示器件1還包含布置在顯示面板3的顯示側之上的柱鏡片9，該柱鏡片9執(zhí)行視 圖形成功能。柱鏡片9包含相互平行地延伸的一行柱鏡透鏡11，為了清楚起見，僅一行柱鏡 透鏡11以夸大的尺寸示出。柱鏡透鏡11充當視圖形成元件以執(zhí)行視圖形成功能。柱鏡透鏡11為凸圓柱形元件的形式，且它們充當光輸出引導裝置，以從顯示面板 3提供不同圖像或視圖到定位于顯示器件1前方的用戶的眼睛。圖1所示的自動立體顯示器件1能夠在不同方向提供若干不同透視視圖。特別地， 每個柱鏡透鏡11在每一行中位于一小組顯示像素5之上。柱鏡元件11沿不同方向投射一 組的每個顯示像素5，從而形成若干不同視圖。當用戶的頭從左到右移動時，他/她的眼睛 將依次接收到這些若干視圖的不同視圖。圖2示出如上所述的柱鏡類型成像布置的操作原理，并示出光源7、顯示面板3和 柱鏡片9。該布置提供三個視圖，每一個視圖沿不同方向投射。顯示面板3的每個像素使用 用于一個特定視圖的信息來驅動。上述自動立體顯示器件產生具有良好亮度水平的顯示。然而，與這種器件關聯的 問題在于，由柱鏡片投射的視圖被通過成像不發(fā)光的黑色矩陣而導致的暗區(qū)所分離，該不 發(fā)光的黑色矩陣典型地定義顯示像素陣列。作為以橫過顯示器分隔開的暗垂直帶形式的亮 度不均勻性，這些暗區(qū)容易被用戶觀察到。當用戶從左到右移動時，所述帶橫過顯示器移 動，以及當用戶朝向或者離開顯示器移動時，所述帶的節(jié)距改變。在具有高比例的其顯示器 區(qū)域作為黑色矩陣的器件，諸如針對移動應用設計的高分辨率顯示器中，所述帶特別成問 題。已經提出許多方法用以減小不均勻性的幅度。例如，可以通過將柱鏡透鏡相對于 顯示像素陣列的列方向傾斜成銳角的公知技術來減小不均勻性的幅度。然而，仍難以將通 過成像黑色矩陣而引入的強度調制深度減小至低于1%，在該水平下不均勻性對于用戶而 言仍是可感知的并且分散其注意力。用以減小不均勻性的幅度的另一方法是所謂的分數視圖布置，其詳細描述于WO 2006/117707A2?，F在將參考圖3a、3b和3c描述具有分數視圖布置的自動立體顯示器件。具有分數視圖布置的器件特征在于傾斜柱鏡透鏡的節(jié)距P不等于顯示像素的節(jié) 距P (即彩色顯示器中的子像素節(jié)距)的整數倍，以及連續(xù)柱鏡透鏡之下的像素按水平交替 方式來定位。在圖3a中示出具有“4. 5視圖”布置的顯示器件，其中柱鏡透鏡的節(jié)距P等于像素 (或子像素)節(jié)距P的4. 5倍。對于這種顯示，可以辨別兩種類別的透鏡。稱為“奇數”透鏡且在圖中通過它們的傾斜透鏡軸15來辨別的第一類透鏡特征 在于像素的中心與透鏡軸分隔了距離(nXp)，其中η為整數。稱為“偶數”透鏡且在圖中 通過它們的傾斜透鏡軸17來辨別的第二類透鏡特征在于像素的中心與透鏡軸分隔了距離 ((η+0. 5) Xp)，其中η為整數。兩種類別的透鏡15、17產生如圖中所示的對應強度分布19、21，每個強度分布具 有與具有傾斜柱鏡透鏡的常規(guī)自動立體顯示器件(不具有分數視圖布置)的調制深度非常 類似的調制深度。強度分布19、21相互不同之處在于，出現最大值和最小值的角度互換，使 得它們的相位相互偏移。結果，總強度的一次諧波抵消，留下弱得多的不均勻性效應，如圖 3a中強度分布23所說明。
現在將具體參考圖3b和3c來解釋用戶觀察圖3a所示的分數視圖布置的方式。圖3b為觀察顯示器件13的用戶25的示意性平面視圖。實踐中，當用戶25從左 到右觀察顯示器件時，他可以掃描一角度使得在不同角度(j，j+1，...)觀察到單獨的柱鏡 透鏡。用戶觀察到的第一透鏡為偶數類型透鏡17，該透鏡在角度j且以強度A(j)被觀察 到。用戶觀察到的第二透鏡為奇數類型透鏡15，該透鏡在角度(j+Ι)且以強度B(j+1)被觀 察到。因而，用戶觀察到的強度序列為A (j)，B (j+1)，A(j+2)，B(j+3)，· · ·在圖3c中針對觀看角度來繪制用戶觀察到的強度。該圖示出高頻調制，其調制深 度等于單獨貢獻的調制深度。此調制稱為透鏡到透鏡調制，該調制趨于比上述亮度不均勻 性更不顯著，因為它在小得多的等級上發(fā)生。再者，圖3c所示的調制具有等于圖3a所示的總強度分布23的平均值。與圖3a中 所示分離的強度分布19、21相比，此總強度分布23具有更高的空間頻率以及更顯著的是， 更低的調制深度。出于本發(fā)明的目的，分數視圖布置與WO 2006/117707 —致地定義為這樣的布置， 其中細長柱鏡透鏡的中心軸和顯示像素沿列方向的中心線在它們的交叉點處至少對于部 分顯示器定義截面，在特定中心線處截面的位置是由位置數確定，該位置數表示以沿第一 方向的顯示像素節(jié)距為單位的、相對于該中心線處的第一截面的位置，每個位置數為正或 負整數與分數位置數之和，該分數位置數具有大于或者等于零且小于一的數，在特定中心 線處所有截面分布在多個k集合內，每個集合具有在0，1/k，2/k，. . .，(k-1) /k，其中k > 0 的范圍內的分數位置數，分數部分的不同集合對該中心線的分數部分總數的貢獻是基本上 相等的。k的值可以是例如2、3或4。盡管使柱鏡透鏡傾斜以及提供分數視圖布置的技術可用于減小通過成像黑色矩 陣而導致的所感知的亮度不均勻性，通過使柱鏡透鏡散焦可以有利地實現進一步顯著的減 小。然而這些進一步減小是以引入視圖間串擾為代價的，該串擾對于器件的所感知的三維 性能是有害的。當柱鏡透鏡被散焦時此串擾通常增大。圖4為示出對于兩種自動立體顯示器件，由成像黑色矩陣而導致的模擬強度調制 深度針對透鏡半徑關系繪制的曲線圖。透鏡半徑在此用作聚焦強度的度量(透鏡半徑和聚 焦強度具有反比關系)。圖中繪制的值是通過光線追蹤通過柱鏡幾何進行數值模擬而獲得 的。強度調制深度繪制于圖4中的第一已知器件為“5視圖”器件，柱鏡透鏡具有 arctan(l/3)的傾斜角度。強度調制深度繪制于圖4中的第二已知器件為具有上文參考圖 3a和3b所描述的分數視圖布置的“4. 5視圖”器件。對于兩種器件，183微米的透鏡半徑提供與顯示像素陣列的平面重合的焦平面 (即理想聚焦)。在此透鏡半徑處，強度調制深度是最大的。當透鏡通過增大透鏡半徑而散 焦(并且從而減小聚焦強度)時，強度調制深度減小并且由一系列減小的局部極小值來表 征。例如，對于“4. 5視圖”器件，這些局部極小值對應于198微米、228微米和263微 米的透鏡半徑。在這些透鏡半徑中，198微米最接近焦平面與顯示像素陣列的平面重合的透 鏡半徑，并且因此提供最少數量的視圖間串擾。263微米的透鏡半徑提供最低的強度調制深 度，但是是以更大串擾為代價。對于三個透鏡半徑，透鏡到透鏡調制也是不同的。
因此將看出，在選擇用于器件的透鏡半徑時，在低的強度調制深度和低的視圖間 串擾的期望屬性之間存在折衷。本發(fā)明意識到這種折衷并且也意識到這樣的事實，對于不同的顯示應用，與所述 局部極小值的不同局部極小值對應的透鏡半徑是適當的。例如，在“4. 5視圖”器件中，如果 要求良好的三維性能(即低的串擾)，例如在廣告應用中或者在具有大量“深度”的視頻序 列中，198微米的透鏡半徑會是適當的。另一方面，如果圖像質量更重要(即低的強度調制 深度)，例如在具有少量“深度”的視頻序列中或者在靜止圖像中，263微米的透鏡半徑會是 適當的。因此，本發(fā)明提供一種自動立體顯示器件，其中視圖形成裝置的聚焦強度在對應 于上述局部極小值的值之間是可切換的，從而提供適合于不同應用的顯示模式?，F在將參 考圖5描述根據本發(fā)明的器件。參考該圖，根據本發(fā)明的自動立體顯示器件101在總體結構類似于圖1和2所示 的已知器件1。因而，器件101包含執(zhí)行圖像形成功能的顯示面板103、用于顯示面板103 的光源107以及執(zhí)行視圖形成功能的柱鏡片109。顯示面板103和光源107特別地與上文 參考圖1所述相同。根據本發(fā)明的器件101與圖1和2所示的器件不同在于，柱鏡片109的柱鏡透鏡 111具有電學可切換的聚焦強度(或者有效透鏡半徑)。這允許該器件在對應于強度調制 深度局部極小值的不同顯示模式之間切換。盡管出于清楚的原因而未在圖中示出，柱鏡透 鏡111相對于顯示面板103的列方向傾斜成銳角并且具有參考圖3a、3b和3c所描述的分 數視圖布置。再者，根據本發(fā)明的器件101包含驅動裝置117，該驅動裝置117布置成既用于使 用用于視圖的視頻數據來驅動顯示面板103，又用于驅動具有可切換聚焦強度的柱鏡透鏡 111，如下文所解釋。現在將更詳細描述具有帶有可切換聚焦能力的透鏡111的柱鏡片109。參考圖6， 柱鏡片109包含一對視圖形成單元119，其串行布置且每一個覆蓋顯示面板103的整個區(qū) 域。每個單元119包含一對玻璃板121，其相面對的表面設有由銦錫氧化物(ITO)形成 的透明電極123。例如通過已知復制技術形成的透鏡結構125提供在玻璃板121之間。單 元119的透鏡結構125具有不同的透鏡半徑。在每個單元119內，在它們之間定義一空間的透鏡結構125的表面和玻璃板121 其中之一的表面設有由聚酰亞胺形成的定向層(未示出)。該空間用液晶材料127填充，該 液晶材料在聚酰亞胺層的影響下對準且具有在電場影響下改變的折射率。在柱鏡片109的使用中，驅動裝置117用于選擇性地應用電壓跨過每個視圖形成 單元119的電極123。在每個單元的第一驅動狀態(tài)中，液晶材料127的折射率匹配透鏡結構 125的折射率并且單元199對所傳輸的光的方向沒有或者具有可忽略的整體影響。對于所 述單元119的其中一個，這種狀態(tài)示于圖7b。在每個單元的第二驅動狀態(tài)中，液晶材料127的折射率高于透鏡結構125的折射 率且單元199于是起到透鏡陣列的作用以調整所傳輸的光的方向。對于所述單元119的其 中一個，這種狀態(tài)示于圖7a。
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為了產生三維顯示，視圖形成單元119被驅動使得所述單元119其中之一處于第 一驅動狀態(tài)(不提供透鏡功能)且所述單元119的另一個處于第二驅動狀態(tài)(提供透鏡功 能)。由于單元119的透鏡結構125具有不同的透鏡半徑，對具有第一驅動狀態(tài)的單元119 的選擇用于選擇特定的透鏡半徑(即聚焦強度)。在此實例中，視圖形成單元119的透鏡半 徑可提供適當的聚焦強度用于與圖4所示第一和局部極小值對應的顯示模式。器件101的驅動裝置117也布置成提供二維操作模式。該模式是通過用第一驅動 狀態(tài)驅動兩個視圖形成單元119來獲得，使得兩個視圖形成單元均不提供任何透鏡功能。 在此模式中，顯示面板103可以用普通二維視頻數據來驅動，該普通二維視頻數據是以最 大分辨率來顯示。適合用作圖6、7a和7b所示的視圖形成單元119的布置的結構和操作更詳細地描 述于 US 6069650。圖8a和8b示出用于根據本發(fā)明的器件101的柱鏡片109的可替換布置。此 可替換布置采用所謂的漸變折射率(GRIN)透鏡，該透鏡的結構和大體操作描述于WO 2007/072330A1。該可替換布置包含由夾置在一對玻璃板129之間的液晶材料131形成的液晶單 元，所述玻璃板在它們相面對的表面上具有電極層133。電極層133具有例如由銦錫氧化物(ITO)形成的單獨可尋址的透明電極結構。在 它們之間定義一空間的玻璃板129的表面也設有由用于定向液晶材料131的聚酰亞胺(未 示出)形成的定向層。在該可替換布置的使用中，驅動裝置117被用于應用電壓跨過所述電極133的選 定電極。在合成電場存在時，液晶分子采取圖8a和8b所示的取向。由該布置傳輸的光穿 過具有不同折射率的液晶材料131的區(qū)域，使得該布置提供透鏡功能。直接定位在電壓應用到其的電極結構133之間的液晶材料131的相對小的區(qū)域不 提供透鏡功能，即不存在漸變折射率，且此區(qū)域被在玻璃板129的其中一個上形成的掩模 層135遮蔽，如圖中所示。圖8a和8b所示的布置的透鏡功能用下述方程來近似
P2Z = -Tr-~T其中f為透鏡的焦距，P為透鏡的節(jié)距，d為單元間隙以及~和η。分別為非尋常 折射率和尋常折射率?；谏鲜龉娇梢钥闯觯ㄟ^改變透鏡的有效節(jié)距可以改變聚焦強度。這可以通 過有效地加寬電壓應用跨過其的電極區(qū)域使得其間距離減小來實現。在圖8a和8b中，由成對布置的四個電極組成的電極圖案133提供在每個玻璃板 129上。圖8a示出當使用每對中的電極的其中之一，特別是每對中的左邊或者右邊電極來 應用電壓時液晶材料131的取向。這種情況下，透鏡具有比較大的有效節(jié)距且因此具有比 較大的焦距，如上面的方程所定義。圖8b示出當使用每對中的兩個電極來應用電壓時液晶 材料131的取向。這種情況下，透鏡具有較小的有效節(jié)距且因此具有較小的焦距，如上面的 方程所定義。通過選擇性地應用電壓跨過單獨可尋址電極133的不同電極，可以獲得具有不同聚焦強度的布置用以提供不同的三維顯示模式。通過從電極結構完全除去電壓，使得該布置不為所傳輸的光提供透鏡功能，則也 可以獲得二維顯示模式。圖9為可替換布置的示意性截面視圖。在此布置中，定義每個透鏡的電極的其中 之一設有附加的不同的電壓V3，該電壓大于供應到其它電極的電壓。按此方式，形成在相面 對的玻璃板129上的電極之間的電場分布可以被擾亂，使得掩模層135是不需要的。合適 的電極尺寸、位置和電壓可以通過實驗針對具體布置來確定。本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經在上文描述。然而本領域技術人員將理解，可以進行各 種變化和調整而不背離本發(fā)明的范圍。例如，具有可切換聚焦強度的柱鏡片的三種布置已經予以描述，但是其它布置是 可能的。特別地，具有可切換聚焦強度的柱鏡片可具有下述實施方式其中之一(i)兩個視圖形成單元如圖6中所示串行布置，每個視圖形成單元提供可切換的 透鏡功能。所述單元可以如上所述起到具有不同透鏡半徑的透鏡的作用，或者可以可替換 地起到具有相同透鏡半徑的透鏡的作用，這種情況下它們每一個提供的散焦效應(或者聚 焦強度)將依賴于它們與焦平面的間距而變化。(ii)提供固定透鏡功能的一個視圖形成單元和提供可切換透鏡功能的一個視圖 形成單元串行布置。這種情況下，固定單元可以獨自提供足夠的聚焦強度用于一種顯示模 式，可切換單元可選擇地提供附加的聚焦強度用于另一顯示模式。(iii)提供固定透鏡功能的一個視圖形成單元以及一可切換光漫射元件串行布 置。這種情況下，固定單元可以獨自提足夠的聚焦強度供用于一種顯示模式，可切換漫射元 件可選擇地提供散焦或者光束擴展功能?？汕袚Q光漫射元件為本領域技術人員所已知。(iv)提供可切換透鏡功能的一個視圖形成單元以及一可切換光漫射元件串行布 置。(ν)諸如圖8a、8b和9所示的漸變折射率(GRIN)透鏡布置。據設想，柱鏡片可附加地通過其它裝置來實施，例如通過采用液晶單元的材料折 射率的電學可切換差異。上述柱鏡片包含液晶單元。然而，可以使用其它電光材料，只要通過應用電場或者 其它外部影響可以改變它們的折射率。根據本發(fā)明的上述器件提供了二維和三維顯示模式。在二維模式中，柱鏡片不提 供視圖形成功能。在本發(fā)明的其它實施例中，諸如在使用具有固定透鏡功能的視圖形成單 元來實施的那些實施例中，可僅提供三維操作模式。所有上述視圖形成裝置是使用起到透鏡陣列作用的柱鏡片來實施的。本發(fā)明還可 應用于這樣的器件，在該器件中視圖形成裝置包含設有分隔開的光透射狹縫的陣列的屏障 層，這種類型的器件對于本領域技術人員是公知的。在這些器件中，通過改變光透射狹縫的 寬度，例如通過將屏障層實施為可切換的透射液晶單元的陣列，則可以根據本發(fā)明提供可 切換的聚焦強度。該驅動裝置可驅動該視圖形成裝置使得聚焦強度在空間上變化(即在顯示區(qū)域 上變化)或者在時間上變化(即幀到幀變化)。這可以是響應于用戶選擇、正在顯示的視頻 數據的特定成份、或者對視頻數據內容的實時分析。
本發(fā)明的顯示器和方法具有的優(yōu)點為，通過改變深度，將根據所顯示的內容來調 節(jié)顯示器的性能。因此，可以將參數賦予該內容，該參數針對深度編碼且該參數在空間上在 顯示區(qū)域上和/或在時間上變化從而吸引觀看者的注意。因此該顯示器和方法在例如警報 系統(tǒng)或者標志目的中會是有用的。在權利要求中，任何置于括號之間的參考符號不應解讀為限制該權利要求。詞語 “包含”不排除存在權利要求中所列出的元件或步驟以外的元件或步驟。元件之前的詞語 “一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。在列舉若干裝置的器件權利要求中，這些裝置 的若干個可以通過一個并且相同項的硬件來實現。在互不相同的從屬權利要求中列舉了某 些措施的純粹事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權利要求
一種自動立體顯示器件，包含圖像形成裝置(103)，其具有顯示像素(105)的陣列用于產生顯示，所述顯示像素在空間上由不透明矩陣定義；視圖形成裝置(109)，其與該圖像形成裝置(103)對齊布置并且具有可配置成將該顯示像素(105)組的輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件(111)的陣列，從而使得能夠自動立體成像，其中該視圖形成裝置(109)的聚焦強度是電學可切換的；以及驅動裝置(117)，其布置成使用用于所述多個視圖的視頻數據來驅動該圖像形成裝置(103)以及在基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度調制深度的局部極小值的第一和第二值之間切換該視圖形成裝置(109)的聚焦強度。
2.根據權利要求1的自動立體顯示器件，其中所述視圖形成元件(111)的陣列可配置 成起到具有透射狹縫陣列的屏障層的作用。
3.根據權利要求1的自動立體顯示器件，其中所述視圖形成元件(111)的陣列可配置 成起到用于調整來自該顯示像素的輸出的方向的透鏡陣列的作用。
4.根據權利要求3的自動立體顯示器件，其中該視圖形成裝置(109)包含串行布置的 多個視圖形成單元(119)，所述視圖形成單元至少其一包含在具有電極層(123)的透明襯 底(121)之間形成為柱鏡元件陣列的電光材料(127)，通過選擇性應用電場以維持或者除 去該單元(119)的光輸出方向調整功能，該電光材料的折射率是可切換的，以及其中該驅 動裝置(117)布置成通過選擇性地應用電場到該視圖形成單元(119)的該電光材料(127) 而切換該視圖形成裝置(109)的聚焦強度。
5.根據權利要求3的自動立體顯示器件，其中該視圖形成裝置(109)包含串行布置的 視圖形成單元和可切換光漫射器，其中該視圖形成單元配置成或者可配置成起到用于調整 來自該顯示像素的輸出的方向的透鏡陣列的作用，其中該可切換光漫射器布置成可選擇地 執(zhí)行光束擴展功能，以及其中該驅動裝置(117)布置成通過選擇性地激活該可切換光漫射 器的光束擴展功能而切換該視圖形成裝置(109)的聚焦強度。
6.根據權利要求3的自動立體顯示器件，其中該視圖形成裝置(109)包含布置在具有 電極層(133)的透明襯底(129)之間的電光材料(131)，所述電極層至少其一包含單獨可 尋址電極陣列用于應用電場跨過該電光材料(131)以引起透鏡功能取向，以及其中該驅動 裝置(117)布置成通過選擇性地提供電勢到所述單獨可尋址電極而切換該視圖形成裝置 (109)的聚焦強度。
7.根據前述權利要求任意一項的自動立體顯示器件，其中該驅動裝置(117)進一步布 置成提供二維操作模式。
8.根據前述權利要求任意一項的自動立體顯示器件，其中該視圖形成裝置(109)可配 置成起到與該顯示像素(105)的列方向成銳角布置的細長視圖形成元件(111)的陣列的作用。
9.根據權利要求8的自動立體顯示器件，其中該細長視圖形成元件(111)的中心軸和 該顯示像素(105)沿列方向的中心線在它們的交叉點處至少對于部分顯示器定義截面，在 特定中心線處所述截面的位置是由位置數確定，該位置數表示以沿第一方向的顯示像素節(jié) 距為單位的、相對于該中心線處的第一截面的位置，每個位置數為正或負整數與分數位置數之和，該分數位置數具有大于或者等于零且小于一的數，在特定中心線處所有截面分布 在多個k集合內，每個集合具有在0，1/k，2/k，(k-1) /k，其中k > 0的范圍內的分數位 置數，分數部分的不同集合對該中心線的分數部分總數的貢獻是基本上相等的。
10.根據前述權利要求任意一項的自動立體顯示器件，其中該驅動裝置(117)布置成 在時間上和/或在空間上改變該視圖形成裝置度(109)的聚焦強度。
11.根據前述權利要求任意一項的自動立體顯示器件，其中該驅動裝置(117)還包含 一裝置，該裝置用于接收和解碼指示視頻數據將用其而被顯示的該視圖形成裝置的聚焦強 度的視頻數據成份。
12.根據權利要求1至10任意一項的自動立體顯示器件，其中該驅動裝置(117)還包 含一裝置，該裝置用于分析視頻數據以及基于該分析來確定該視頻數據將用其而被顯示的 該視圖形成裝置(109)的聚焦強度。
13.一種操作自動立體顯示器件的方法，該器件包含圖像形成裝置(103)，其具有顯示像素(105)的陣列用于產生顯示，所述顯示像素在空 間上由不透明矩陣定義；以及視圖形成裝置(109)，其與該圖像形成裝置(103)對齊布置并且具有可配置成將該顯 示像素(105)組的輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件(111)的 陣列，從而使得能夠自動立體成像，其中該視圖形成裝置(109)的聚焦強度是電學可切換 的，其中該方法包含使用用于所述多個視圖的第一視頻數據驅動該圖像形成裝置(103)以及同時將該視 圖形成裝置(109)的聚焦強度控制為基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度 調制深度的第一局部極小值的第一值；以及使用用于所述多個視圖的第二視頻數據驅動該圖像形成裝置(103)以及同時將該視 圖形成裝置(109)的聚焦強度控制為基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度 調制深度的第二局部極小值的第二值。
14.一種分析用于自動立體顯示器件的視頻數據的方法，該器件包含圖像形成裝置(103)，其具有顯示像素(105)的陣列用于產生顯示，所述顯示像素在空 間上由不透明矩陣定義；以及視圖形成裝置(109)，其與該圖像形成裝置(103)對齊布置并且具有可配置成將該顯 示像素(105)組的輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件(111)的 陣列，從而使得能夠自動立體成像，其中該視圖形成裝置(109)的聚焦強度是電學可切換 的，該方法包含分析視頻數據以及基于該分析來確定該視頻數據將用其而被顯示的該視 圖形成裝置(109)的聚焦強度。
15.一種計算機程序，其包含當所述程序在計算機上運行時調適為執(zhí)行權利要求13或 14的所有步驟的計算機程序代碼裝置。
全文摘要
一種自動立體顯示器件，其具有多種操作模式用以提供不同的亮度不均勻性和串擾顯示特性。該器件包含圖像形成裝置，其具有顯示像素的陣列用于產生顯示，該顯示像素在空間上由不透明矩陣定義；以及視圖形成裝置，其與該圖像形成裝置對齊布置并且具有可配置成將顯示像素組的輸出聚焦到沿不同方向朝用戶投射的多個視圖的視圖形成元件的陣列，從而使得能夠自動立體成像，其中視圖形成裝置的聚焦強度是電學可切換的。該器件還包含驅動裝置，其布置成使用用于該多個視圖的視頻數據來驅動該圖像形成裝置以及在基本上對應于通過成像該不透明矩陣而引入的強度調制深度的局部極小值的第一和第二值之間切換該視圖形成裝置的聚焦強度。
文檔編號H04N13/00GK101939998SQ200980104479
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月2日 優(yōu)先權日2008年2月8日
發(fā)明者O·H·威廉森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司