[发明专利]自动立体显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动立体显示设备，其包括具有显示像素阵列的用于产生显示的显示面板，以及用于将不同的视点指向不同的空间位置的成像装置。

背景技术

供这种显示器使用的成像装置的第一实例为栅栏，例如，具有相对于显示器的下层像素进行定尺寸和定位的狭缝。如果观看者的头在固定位置处，则他/她能够感知3D图像。栅栏被放置在显示面板的前面，其被设计为将来自奇数和偶数像素列的光导向观看者的左眼和右眼。

这种双视点显示器设计的缺点是观看者必须在固定位置，并只能向左或向右移动大约3cm。在较优选的实施例中，在每个狭缝下的不是两个子像素列，而是一些。这样就允许观看者向左和向右移动，而他的眼睛中始终能够感知立体图像。

栅栏装置的制造简单，但却没有光效率。因此，优选的替代方案是使用透镜装置作为成像装置。举例来说，可以提供细长的透镜元件阵列，透镜元件彼此平行延伸并覆盖显示器像素阵列，通过这些透镜元件观看所述显示器像素。

以片状元件提供所述透镜元件，每一个都包括细长的半柱面透镜元件。该透镜元件沿着显示面板的列方向延伸，每个透镜元件分别覆盖显示器像素的两个或更多相邻列的组。

例如，在每个微透镜与两列显示器像素相关的装置中，每个列中的显示器像素分别提供二维子图像的垂直薄片。透镜片将这两个薄片及对应的薄片从与另一个微透镜相关的显示器像素列指向位于该片前面的用户的左眼和右眼，这样，该用户观看到单个的立体图像。因此，透镜元件的薄片提供了光输出指向功能。

在其它装置中，每个微透镜与行的方向上的四个或更多个相邻显示器像素的组相关。在每个组中，显示器像素的相应列被适当地设置，以分别提供来自二维子图像的垂直薄片。当用户的头从左移动到右时，感知到一系列连续的、不同的、立体的视图，例如建立了环视的感受。

上述设备提供有效的三维显示器。然而，可以理解，为了提供立体视图，必须牺牲设备的水平分辨率。对某些应用来说，例如，显示短距离查看的小的文字标志，这个分辨率的牺牲是无法接受的。为此，已经提出了提供可以在二维模式和三维(立体)模式之间切换的显示设备。

实现这个提议的一个办法是提供可电切换的透镜阵列。在二维模式中，该可切换设备的透镜元件工作在″透过″模式，即，它们的表现如同光学透明材料的平片一样。产生的显示具有高分辨率，等于显示面板的原始分辨率，其适用于显示来自短查看距离的小的文字标志。当然，该二维显示模式不能提供立体图像。

在三维模式中，该可切换设备的透镜元件提供如上所述的光输出指向功能。产生的显示能够提供立体图像，但是如上所述地，不可避免地具有分辨率损失。

为了提供可切换的显示模式，由折射率可以在两个值之间进行切换的电光材料(如液晶材料)形成该可切换设备的透镜元件。然后，通过向在透镜元件之上或之下提供的平面电极施加适当的电势来在各模式之间切换该设备。该电势改变了透镜元件相对于相邻的光学透明层的折射率。可以在专利US 6,069,650中找到该可切换设备的结构和操作的更为详细的说明。

双视点和多视点3D显示器的缺点是它们都要求以特殊的方式来提供图像。特别地，应该考虑显示面板的像素布局和成像装置(透镜或栅栏)的布局来提供图像。举例来说，在9-视点3D显示器上，为5-视点3D显示器提供的图像将不会给出正确的3D感受。还没有用于3D图像/视频广播或存储的标准。

因此，需要为不同的图像格式或显示模式提供不同的成像函数，而且，期望其能够用于单个设备中。

还有显示设备的其它应用，其中希望具有可被用于两个3D模式的可切换2D/3D显示器，以允许该显示器被旋转90度。一个实例是移动设备显示应用。上述透镜装置只在一个平面(与透镜方向垂直的平面)里创建深度。如果该显示器被旋转90度，则没有深度，并因此没有3D效果。

因此，还需要为不同的观看方向提供不同的显示模式，而且，也期望其能够用于单个设备。特别地，希望能够有选择地提供在水平和垂直方向上具有深度或视差的显示器。

已经提出通过使用圆透镜而不是圆柱透镜来提供水平和垂直视差。通过与上述用于圆柱透镜相类似的方式，可以将这样的透镜制为可切换。遗憾的是，圆透镜导致分辨率损失增加。例如，为在垂直和水平方向上创建9个视点，圆透镜将获得因数9×9的分辨率损失，对大多数应用来说，这都是无法接受的。

因此，期望一种可在模式之间切换而没有分辨率损失的设计。

发明内容

根据本发明，提供可切换的自动立体显示设备，包括：

-用于产生显示的显示面板，其具有显示像素阵列，该显示像素以行和列设置；与