自動立體顯示設備的製作方法

2023-10-10 15:59:49 1

專利名稱：自動立體顯示設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及以下類型的自動立體顯示設備，其包括具有用於產生顯示的顯示像素陣列的顯示面板以及布置在顯示面板上方並且通過所述顯示面板看見顯示像素的多個成像裝置，例如，微透鏡元件。
背景技術：
GB 2196166 A中描述了一種已知的自動立體顯示設備。該已知設備包括具有顯示像素的行和列的陣列的二維液晶顯示面板，其充當空間光調製器，以產生顯示。彼此平行延伸的細長微透鏡元件的陣列覆蓋在顯示像素陣列上面，並且顯示像素通過這些微透鏡元件被觀察。
微透鏡元件被設置為元件的薄片，每個元件包括細長的半圓柱形透鏡元件。微透鏡元件在顯示面板的列方向延伸，而每個微透鏡元件覆蓋在顯示像素的兩個或者更多個相鄰列的對應組上。在其中例如每個微透鏡(Ienticule)與兩列顯示像素相關聯的布置中，在每列中的顯示像素提供各個二維子圖像的垂直切片。微透鏡的薄片將這兩個切片和來自與其它微透鏡相關聯的顯示像素列的相應切片指向位於薄板前方的用戶的左眼和右眼，以使得用戶觀察單個的立體圖像。微透鏡元件薄板因而提供光輸出引導功能。在其它的布置中，每個微透鏡在行方向與四個或者更多個相鄰顯示像素的組相關聯。在每個組中對應列的顯示像素被適當地布置，以提供來自各個二維子圖像的垂直切片。因為用戶的頭從左向右移動，一系列連續的、不同的、立體的視圖被察覺到，從而創建例如環視的感覺。以上所述的設備提供了有效的三維顯示。然而，將要理解的是，為了提供立體視圖，在設備的水平解析度中存在必要的犧牲。在解析度中的該犧牲對於某些應用是不可接受的，例如，對於從短距離來觀看小文本字符的顯示。為此，已經提出了 提供一種在二維模式和三維(立體的)模式之間可切換的顯示設備。該切換功能可以以以上所述的微透鏡顯示的類型來實現。在二維模式中，可切換設備的微透鏡元件以「通過」模式來操作，即，它們以與光學透明材料的平的薄板一樣的方式起作用。因而所得的顯示具有等於顯示面板自身解析度的高解析度，其適用於具有短的觀看距離的小的文本字符的顯示。二維顯示模式當然不能提供立體圖像。在三維模式中，可切換設備的微透鏡元件提供光輸出引導功能，正如上所述。因而得到的顯示器可以提供立體圖像，但是也遭受以上所提及的不可避免的解析度損失。為了提供可切換的顯示模式，可切換設備的微透鏡元件以電光材料(例如，液晶材料)來形成，其具有對於偏振光的在兩個不同值之間可切換的折射率。通過將合適的電勢施加到微透鏡元件以上和以下所設置的電極層，設備然後在模式之間切換。電勢改變與相鄰光學透明層的折射率相關的微透鏡元件的折射率。可替代的，相鄰光學透明層可以以電光材料來形成，結果相同，與光學透明材料相關的微透鏡元件的折射率被改變。
2D/3D可切換系統還可以通過使用其它的顯示技術(例如，具有基於玻璃的系統(例如，基於偏振的或者基於光閘的玻璃))來實現。在該情況中，當玻璃關時是全解析度2D模式，以及當玻璃開時，是3D模式。可切換柵欄系統還可以用來代替可切換微透鏡系統。利用可切換LC微透鏡的問題在於，與標準IXD面板的製造相比較，對IXD製造工藝需要重要的適應。然而，對於用戶，可切換自動立體技術優選的是基於玻璃的系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種自動立體顯示器，其在顯示器的自動立體模式和二維模式之間是可切換的。本發明由獨立權利要求來限定。從屬權利要求提供有益的實施例。根據本發明，提供一種如權利要求I中所限定的顯示設備。·該布置避免了為實現可切換2D/3D顯示而對於可切換透鏡陣列的需求。第一 LED顯示面板可以簡單地被關掉，以使得透鏡陣列在生成3D輸出時不起作用。第二 LED顯示面板然後產生理想的2D圖像。來自第二面板的光直接或者通過透鏡陣列提供給觀看者，但是透鏡作用不影響輸出，因為透鏡陣列未以合適的方式與第二 LED顯示面板隔開來生成視圖。本發明的該顯示器可以因而利用低成本工藝來製造。在一個實現方式中，偏振器設置在透鏡元件陣列和第一 LED顯示面板之間，並且用於改變偏振狀態的延遲器(retarder)在透鏡元件陣列和第一 LED顯示面板之間。第一LED面板然後具有後部反射器。該布置吸收反射(以改進顯示器的對比度)。特別地，延遲器可以是四分之一波片，以及偏振器可以是線性偏振器。在另一個實現方式中，第一 LED面板具有後部吸收器。這使得反射被吸收，而不需要基於偏振的部件。透鏡元件陣列優選地包括微透鏡陣列，用於生成多個視圖並將它們引向不同的側面方向。透鏡陣列可以在第一和第二 LED顯示面板之間，或者在第二 LED顯示面板對於第一 LED顯示面板的相反側上。本發明還提供一種用於操作自動立體顯示設備的方法，包括
在3D模式中，使用第一 LED顯示面板來輸出多個視圖，並且將這些視圖投射通過與第一 LED顯示面板(30)間隔大約等於透鏡元件焦距(f)的不可切換透鏡元件的陣列，並且在至少半透明關模式中操作第二 LED顯示面板，其中，來自第一 LED顯示面板的輸出通過第二LED顯示面板(34);以及
在2D模式中，關閉第一 LED顯示面板並且使用第二 LED顯示面板來輸出單個的2D圖像。設備可以以結合的2D/3D模式來操作，其中，第一 LED顯示面板提供3D圖像內容以及第二 LED顯示面板提供覆蓋的2D圖像內容。


現在將完全經由示例，參考附圖來描述本發明的實施例，其中
圖I是用於解釋操作原理的已知自動立體顯示設備的示意性透視圖；圖2示出了具有環境光反射的抑制的已知OLED顯示器；
圖3示出了本發明的顯示設備的第一示例；
圖4示出了本發明的顯示設備的第二示例；以及 圖5示出了本發明的顯示設備的第三示例。
具體實施例方式本發明提供一種可切換的自動立體顯示設備，其包括第一 LED顯示面板、不可切換的透鏡元件的陣列和第二 LED顯示面板。該布置避免了為實現可切換2D/3D顯示而對於可切換透鏡陣列的需求。第一 LED顯示面板可以簡單地被關掉，以使得透鏡陣列在生成3D輸出時不起作用。第二 LED顯示面板然後生成理想的2D圖像。圖I是用於解釋已知基於LC的系統的操作原理的已知可切換自動立體顯示設備 I的示意性透視圖。顯示設備I以展開的形式來示出。已知設備I包括有源矩陣類型的液晶顯示面板3，其充當空間光調製器，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，在圖中僅僅示出了少量的顯示像素5。實際上，顯示面板3可以包括大約一千行和幾千列的顯示像素5。液晶顯示面板3的結構全部是常規的。特別地，面板3包括一對隔開的透明玻璃基板，在所述基板之間，設置對準的扭曲向列的或者其它的液晶材料。基板在它們的面對的表面上攜帶透明的氧化銦錫(ITO)電極的圖案。偏振層也設置在基板的外表面上。每個顯示像素5包括在基板上的相對電極，而液晶材料介入在其中間。顯示像素5的形狀和布局由電極的形狀和布局來確定。顯示像素5有規律地彼此隔開間隙。每個顯示像素5與切換元件(例如，薄膜電晶體(TFT)或者薄膜二極體(TFD))相關聯。顯示像素被操作，以通過向切換元件提供尋址信號來生成顯示，並且合適的尋址方案對於本領域普通技術人員是已知的。顯示像素5之間的間隙由不透明的黑色掩模來覆蓋。掩模被設置為光吸收材料的網格的形式。掩模覆蓋切換元件並且限定單獨的顯示像素區域。顯示面板3由光源7來照亮，在該情況中，所述光源7包括遍布顯示像素陣列的區域的平坦的背光照明。來自光源7的光被引導通過顯示面板3，而單獨的顯示像素5被驅動以調製光和產生顯示。顯示設備I還包括設置在顯示面板3的顯示側面上方的微透鏡元件布置9，所述布置是可控制的，以選擇性地執行視圖形成功能。微透鏡元件布置9包括彼此平行延伸的微透鏡元件11的陣列，為了清楚，僅僅利用誇張的尺寸顯示了其中一個。微透鏡元件布置9包括一對透明玻璃基板，而以氧化銦錫(ITO)形成的透明電極層設置在它們的面對的表面上。每個電極層是以多個平行的細長電極的形式，並且各個不同層的電極被布置成彼此垂直。使用複製技術來形成的反向微透鏡結構設置在基板之間與基板中上面一個相鄰。向列液晶材料還設置在基板之間，並且限定微透鏡的透鏡形狀。該材料在狀態之間是可切換的，以使得(透鏡邊界處的)透鏡動作(action )可以在開和關之間切換。希望的是，在幾年中，OLED將變成佔優勢的顯示技術，因為顯示器是超薄的、非常快速的、光效高的並且可以具有非常高的解析度。然而，目前沒有合適的方法來用於使用該技術製成可切換的3D顯示器。可以使得OLED顯示器輸出起偏，以使得已知的可切換LC微透鏡可以被使用，但是這仍然需要基於LC的光學元件，並且因而首先消除使用OLED技術的益處。本發明提供一種可切換的3D OLED顯示器，而不需要LC技術。通過堆疊兩個OLED面板，其中一個是透明的，可以通過打開一個或者另一個面板來在2D和3D模式之間切換。顯示器與固定的不可切換微透鏡相結合。正如以下將解釋的，在一個示例中，使用延遲器薄膜和偏振器薄板，但是這些全是可以利用大規模加工技術來製成的部件。術語OLED顯示器(有機發光二極體顯示器)旨在包括有時被描述為發光聚合體(LEP)和有機電致發光(OEL)的技術。發光二極體(LED)具有由有機化合物的薄膜組成的發射型電致發光層。該層通常含有聚合體物質，其允許合適的有機化合物被沉積。它們典型地由簡單的「印製」工藝以行和列方式沉積到平的載體上。所得到的像素矩陣可以發射 不同顏色的光。已知的是，在電視屏幕、計算機監視器、例如蜂窩電話和PDA的小的可攜式系統屏幕、廣告、信息和指示中使用OLED顯示技術。OLED還可以用在用於通常空間照明的光源，以及大面積發光元件中。OLED典型地比基於無機固態的LED (其通常被設計用作點光源)每單位面積發射更少的光。OLED顯示器相對於傳統的液晶顯示器(IXD)的明顯優點在於，OLED不要求背光起作用。因而，它們可以顯示深黑等級，汲取更少的功率，並且可以比LCD面板更薄和更輕。OLED顯示器還比IXD監視器自然地達到更高的對比度。OLED顯示器的最普通的類別是頂發射顯示器的類別。在該情況中，底部基板由非常高反射的介質遮蓋或者製成，所述介質充當電極並且反射向底部發射的光。該反射性底部層具有重要的缺點，顯示器的日光對比度嚴重地減少。這可以通過在顯示器前面設置1/4波片和偏振器以消除日光反射來改進。該布置在圖2中被示出。入射光20是非偏振的(S卩，任意地偏振)。它通過線性偏振器22，以及，然後是以四分之一波片形式的延遲器。在該示例中，延遲器以45度與偏振器的透射軸對齊，以使得輸出是圓偏振光。因而，線性偏振器和延遲器一起用作圓偏振器。一旦由反射表面26 (在該情況中是基板鏡子)反射，圓偏振的旋向被改變，並且反射光如所示出的被偏振器22最終阻擋。由此，避免了環境光的多餘反射。另一個種類的OLED顯示器是透明顯示器。在該情況中，顯示器的底部和頂部基板由透明材料製成。雖然還不成熟，但是工作原型已經在重要的顯示會議上被示出。本發明將這兩種類型的LED顯示器相結合，以提供不需要任何可切換LC部件的可切換的自動立體顯示器。本發明的顯示設備的第一示例在圖3中被示出。顯不設備包括第一 LED顯不面板30和布置在第一顯不面板30上方、用於引導顯示像素的光輸出以便於提供立體圖像的不可切換透鏡元件的陣列32。透鏡元件的陣列與第一 LED顯示面板間隔大約等於透鏡元件焦距的距離。第二 LED顯示面板34比第一 LED顯示面板更靠近透鏡元件的陣列32，並且第二LED面板具有透明的關模式和圖像顯示的開模式。
由此，透明的第二 OLED面板堆疊在頂發射的第一 OLED面板的頂部。微透鏡被放置，其中微透鏡的焦平面大約在頂發射面板30的位置處。在圖3的示例中，頂發射面板30設置有偏振器36和四分之一波片38，從而以參考圖2所解釋的方式去除多餘的反射(以及來自透明的OLED顯示器的向後照明)。顯示器操作如下
對於2D模式，透明的OLED面板34被打開，並且頂發射OLED面板30被關閉。投射到觀看者的光不通過任何光學元件，並且因此將給出完美的2D模式。由透明面板34朝向後面發射的光由頂發射面板的頂部上的偏振器和延遲器來有效吸收。微透鏡被設計成反射盡 可能少的光。對於3D模式，頂發射OLED面板30被打開並且透明的OLED面板34被關閉。來自頂發射顯示器的光由透鏡來準直，從而創建用於3D顯示的多個視圖。在微透鏡之後，光通過透明的OLED面板，而不被折射。對圖3的實施例的修改可以具有直接放置在頂發射OLED 30上的微透鏡陣列32。四分之一波片38、偏振器36和透明的OLED 34可以然後按照圖3中的相同順序來放置。這將適用於具有非常短聚焦長度的微透鏡陣列的透鏡，其對應於廣視角。圖4示出了具有與圖3中全部相同的部件的第二實施例。相對於第一實施例的僅有區別在於，透明OLED 34移動到微透鏡32後面。顯示器以本質上相同的方式工作。在2D模式中，透明OLED面板34再次被打開，並且頂發射OLED面板30被關閉。來自透明OLED 34、傳播通過透鏡的光將不生成視圖，並且因此，顯示器將看起來在2D模式中。2D模式的可見質量然而將低於圖3的示例的2D模式的可見質量。透鏡的焦距不再對應於OLED面板的路徑長度，以使得視圖不由透鏡來創建。在該設計中特別重要的是，阻擋向顯示器34背後發射的光，因為任何反射光將看起來來自像素平面後面的位置。偏振器和延遲器再次用來以與環境光相同的方式吸收從背後所發射的光。在3D模式中，頂發射OLED被打開，並且透明的OLED面板被關閉。來自頂發射顯示器的光是未偏振的並且在通過偏振器之後將是線性偏振的。透鏡將準直來自像素的光，由此創建用於3D顯示的視圖。通過在OLED面板之間使用圓偏振器(線性偏振器和四分之一波片的組合)，來自外部光的反射被有效去除。這使得設備具有與裝備有圓偏振器的頂發射OLED顯示器相似的對比度。顯示器的亮度與裝備有圓偏振器的傳統頂發射OLED顯示器的亮度相似。這是因為所提出的顯示器在一個方向中(2D模式)或者在多個方向並且通過偏振器和透明顯示器(3D模式)發射光。傳統的頂發射OLED顯不器還釋放其來自偏振器的光的一半。圖5示出了第三實施例。該布置使用兩個透明OLED面板50、34，但是底部OLED面板50的後面是吸收的(黑色)。在該情況中，偏振器和四分之一波片可以被省略以減少成本，以使得僅有不可切換的微透鏡陣列在OLED顯示器34、50之間。該布置具有如下缺點底部OLED顯示器50具有更少的光效率。頂部OLED顯示器34是如在以上的示例中的透明設備。透明OLED顯示器34和微透鏡的位置可以再次被互換。兩個顯示面板的像素可以具有相等的尺寸和像素布局。然而，這對於本發明不是必需的。顯示器可以被布置為分段的2D/3D顯示器。還可以通過同時打開兩個面板的像素來將低解析度3D顯示器和高解析度2D顯示器相結合。這將用於在顯示平面處需要高解析度的文本應用，例如，子標題。微透鏡的透鏡陣列將典型地生成至少三個視圖，例如，5、9或者15個視圖。透鏡的間距將對應於大量的像素，以使得在每個透鏡下的不同像素被成像到不同的側面位置。透鏡可以是垂直的或者傾斜的。透鏡的傾斜可以用來分擔行方向和列方向之間解析度的減小。這些措施是眾所周知的。第二 OLED被描述為透明的。當然，完全的透明度是不可能的，並且該術語旨在意味著至少30%的入射光可以通過，以及更優選的至少40%或者甚至50%的光通過。透明度由在每個像素中不透明的TFT的存在以及所使用材料的不完全透明度、以及反射損耗來限制。30%的透明度可以仍然使得系統工作，從而提供頂發射OLED面板30的亮度是足夠的。合適的透明OLED面板在商業上是可以得到的。當然，透明度越大，在3D模式中的系統更有效。通過研究附圖、公開內容和所附權利要求，本領域普通技術人員在實踐所要求保護的發明時可以理解和實現所公開實施例的其它變型。在權利要求中，單詞「包括」不排除其它元件或者步驟，不定冠詞「一」不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中詳述某些措施的僅有事實不表明這些措施的結合不能被使用以獲益。權利要求中的任何附圖標記不應解釋為限制範圍。
權利要求
1.一種自動立體顯示設備，其能夠具有二維顯示模式和/或自動立體顯示模式，顯示設備包括 第一發光二極體(LED)顯示面板(30)； 布置在顯示面板(30)上方的透鏡元件的陣列(32)，用於引導顯示像素的光輸出以便於向觀看者提供立體圖像，透鏡元件的陣列與第一發光二極體(LED)顯示面板間隔大約等於透鏡元件焦距(f)的距離；以及 第二發光二極體(LED)顯示面板(34)，其布置在從第一發光二極體(LED)顯示面板開始的輸出路徑中，其中，第二發光二極體(LED)顯示面板具有至少半透明的關模式和圖像顯示的開模式。
2.根據權利要求I的設備，其中，顯示設備在自動立體顯示模式和二維顯示模式之間是可切換的。
3.根據權利要求I或者2的設備，進一步地包括 在透鏡元件陣列(32)和第一發光二極體(LED)顯示面板(30)之間的偏振器(36);以及 延遲器(38)，用於改變透鏡元件陣列和第一發光二極體(LED)顯示面板(30)之間的偏振狀態， 以及其中，第一發光二極體(LED)面板(30)具有後部反射器。
4.根據權利要求3的設備，其中，延遲器(38)包括四分之一波片。
5.根據權利要求3或者4的設備，其中，偏振器包括(36)線性偏振器。
6.根據權利要求I的設備，其中，第一發光二極體(LED)面板(50)具有後部吸收器。
7.根據任何一個前述權利要求的設備，其中，透鏡元件的陣列(32)包括微透鏡陣列，用於生成多個視圖並將它們引導向不同的側面方向。
8.根據任何一個前述權利要求的設備，其中，透鏡陣列(32)在第一(30)和第二(34)發光二極體(LED)顯示面板之間。
9.根據權利要求I到7中任何一個的設備，其中，透鏡陣列(32)在第二發光二極體(LED)顯示面板(34)對於第一發光二極體(LED)顯示面板(30)的相反側上。
10.根據權利要求9的設備，其中，第二發光二極體(LED)顯示面板(34)和透鏡陣列(32 )之間的間距小於透鏡元件的焦距(f)。
11.一種操作自動立體顯示設備的方法,所述自動立體顯示設備能夠具有二維顯示模式和/或自動立體顯示模式，顯示設備包括 在自動立體顯示模式中，使用第一發光二極體顯示面板(30)來輸出多個視圖，並且將這些視圖投射通過與第一發光二極體顯示面板(30)間隔大約等於透鏡元件焦距(f)的透鏡元件陣列(32)，並且在至少半透明的關模式中操作第二發光二極體顯示面板(34)，其中，來自第一發光二極體顯示面板的輸出通過第二發光二極體顯示面板(34);以及 在二維的顯示模式中，關閉第一發光二極體顯示面板(30)並且使用第二發光二極體顯示面板(34)來輸出單個的二維圖像。
12.根據權利要求11的方法，包括通過在透鏡元件的陣列(32)和第一發光二極體顯示面板(30)之間布置偏振器(36)和延遲器(38)，減弱來自第一發光二極體顯示面板的反射；以及提供具有後部反射器的第一發光二極體面板(30)。
13.根據權利要求11或者12的方法，進一步地包括在結合的二維/自動立體顯示模式中操作設備，其中，第一發光二極體顯示面板(30)提供三維圖像內容，以及第二發光二極體顯示面板(34)提供覆蓋的二維圖像內容。
全文摘要
一種可切換的自動立體顯示設備包括第一LED顯示面板、不可切換的透鏡元件的陣列以及第二LED顯示面板。該布置避免了為實現可切換2D/3D顯示而對於可切換透鏡陣列的需求。第一LED顯示面板可以簡單地被關掉，以便於透鏡陣列在生成3D輸出中不起作用。第二LED顯示面板然後產生理想的2D圖像。
文檔編號H04N13/00GK102959456SQ201180032500
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月24日 優先權日2010年6月30日
發明者O.H.維勒姆森, F.皮爾曼, S.T.德滋瓦特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司