CN101507288A - 显示设备 - Google Patents

Abstract

一种多视图自动立体显示设备(101)，包括：图像形成装置(103)；视图形成装置(109，117)；以及驱动装置(119)。所述驱动装置设置成：在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素(105)，以及在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素。第二组视图在与第一组视图不同的方向上被投射，由此拓宽设备的视角。

Description

显示设备

技术领域

本发明涉及一种自动立体显示设备(autostereoscopic displaydevice)，其包括图像形成装置，比如具有显示像素阵列的显示面板，和视图形成装置(view forming means)。视图形成装置可以是设置于图像形成元件上方的微透镜元件(lenticular elements)阵列，显示像素通过所述微透镜元件阵列观看。本发明还涉及一种驱动自动立体显示设备的方法。

背景技术

在GB2196166 A中描述了一种已知的自动立体显示设备。这种已知设备包括二维液晶显示面板，其具有显示像素的行和列的阵列，用作产生显示的图像形成元件。相互平行延伸的细长微透镜元件阵列在显示像素阵列之上，并且用作视图形成元件。显示像素通过这些微透镜元件被观看。

微透镜元件被设置成元件板，每一个均包括细长的半圆柱透镜元件。这些微透镜元件沿着显示面板的列方向延伸，每个微透镜元件在两个或更多个相邻列的显示像素的相应组之上。

例如，在每个微透镜与两列显示像素相关的设置方案中，每列中的显示像素提供相应的二维子图像的垂直片(vertical slice)。微透镜板将这两个片以及来自与其他微透镜相关的显示像素列的相应小片引导至位于所述板前方的用户的左眼和右眼，从而使得用户观看到单个的立体图像。

在其他设置方案中，每个微透镜与在行方向上三个或更多个相邻显示像素的组相关。每组中显示像素的相应列被适当地设置成从相应二维子图像提供垂直片。随着用户的头从左向右移动，会察觉到一系列不同的连续立体视图，形成例如环顾感觉。

前述设备提供了一种有效的三维显示。但是，将会明白的是，为了提供立体视图，必须牺牲这种设备的水平分辨率。例如，具有600行和800列显示像素的阵列的显示面板可以提供四视图自动立体显示，其中每个视图均包括显示像素的600行和200列的阵列。在垂直与水平分辨率之间的这种明显差异是不希望的。

另外，还将会明白的是，在显示器的视角与显示器中三维深度感觉(perception of three dimensional depth)之间存在折衷。尤其是，为了提供具有宽视角的显示器，必须将投射视图分布在大角度上，例如60度。但是，这种显示器会提供深度感觉很小的浅三维图像。相反，为了提供具有良好深度的逼真三维图像，必须将所有的投射视图集中在小的视角上。可以看出，三维显示被感知而不出现过度模糊的的深度范围与n/tan(θ/2)近似成比例，其中n是视图的数目，而θ是显示器的视角。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有良好图像分辨率、宽视角和良好深度感觉的显示器。

本发明由独立权利要求加以限定。从属权利要求提供了优选的实施例。

本发明提供了具有图像形成装置和视图形成装置的这种类型的多视图自动立体显示设备。所述设备包括设置成利用针对不同视图的信息顺序驱动每个像素的驱动装置。与显示像素的驱动同步，通过在透射与屏蔽状态之间切换视图形成元件，在不同方向上投射出不同视图。由此通过视图形成元件中不同的视图形成元件以各不同的角度顺序投射不同的视图。第二组视图在与第一组视图不同的方向上被投射。以这种方式，可以拓宽所述设备的视角。

本发明由此提供了一种多视图自动立体显示设备，其中视图的数目和视角得以增大，但显示分辨率并没有任何牺牲。这主要是通过利用针对不同视图的信息顺序驱动图像形成装置并通过切换视图形成装置的视图形成元件以控制视图被投射的角度来实现的。由此，显示设备给用户提供了更大的深度感觉和/或具有更大的视角。只要图像形成装置的帧频(以及视图形成装置的切换速率)并不太低，用户将不会察觉图像质量的任何下降。

在驱动周期的第一部分，第一组视图可以通过第一(透射)视图形成元件观看。但是，这些视图也可以通过其他处于透射状态的视图形成元件进行观看。这些视图是在不同方向上投射的重复视图。类似地，在驱动周期的第二部分，第二组视图能够通过此刻处于透射状态的数个视图形成元件观看，包括第二视图形成元件。同样，这些视图是重复视图。

在本发明的某些实施例中，图像形成装置包括液晶显示面板或者等离子体显示面板。这些类型的显示面板能够以高帧频被驱动，从而防止图像质量的任何下降，比如帧闪烁。

在某些实施例中，视图形成装置包括用于所述图像形成装置的空间可切换背光。视图形成效果通过使背光与图像形成装置以有效距离间隔开并且照亮背光的特定部分来提供。

在其他实施例中，视图形成装置包括呈透射狭缝(transmissiveslits)或者微透镜型透镜形式的视图形成元件的阵列。狭缝或者透镜优选地被设置成使它们的主轴平行于图像形成装置的列方向，或者与所述列方向呈锐角。

由于微透镜型透镜提供了具有良好亮度水平的显示设备，因此尤为优选地用作视图形成元件。每一个视图形成元件优选地设置为完整的微透镜，但是在某些实施例中，一个或多个透镜的部分可以形成视图形成元件。

在某些实施例中，视图形成元件的每一个包括设置成能够在透射状态和屏蔽状态之间切换的液晶材料。更为具体地说，视图形成元件的每一个可以包括设置于液晶配向层(liquid crystal alignmentlayers)、透明电极以及偏振膜之间的液晶材料。所述偏振膜的偏振方向优选地被设置成基本上相互垂直。切换功能由此通过跨越所述电极施加电压来提供，所述电压产生电场，所述电场促使液晶材料相对于所述偏振膜采取不同取向。

可替代地，在其他实施例中，视图形成装置还包括与视图形成元件的阵列串连设置的空间可切换栅栏，以便提供透射状态和屏蔽状态。在这种情况下，空间可切换栅栏优选地定位成尽可能靠近视图形成元件的阵列。

例如，空间可切换栅栏可以包括：设置于图像形成装置与视图形成元件的阵列之间的光偏振层，从而使得来自于图像形成装置的光在第一方向上偏振；与多个视图形成元件对齐形成的延迟器(retarder)，用于将通过其透射的光的偏振方向从第一方向改变至第二方向；以及设置成选择性地阻挡在第一和第二方向上偏振的光的光学装置(optical arrangement)，其中所述空间可切换栅栏的元件设置成通过改变由所述光学装置阻挡的光的偏振方向而在透射与屏蔽状态之间切换。所述栅栏的光偏振层可以形成所述图像形成装置的功能部件。

在这种情况下，所述光学装置可以包括用于选择性地改变光的偏振方向的旋转器装置，以及用于阻挡在第一或第二方向上偏振的光的透射的偏振层。

在一个实施例中，视图形成元件的视图形成功能可以在“关”状态与“开”状态之间切换，其中在“关”状态下，不提供视图形成效果，而在“开”状态下，提供视图形成效果。这例如可以通过提供液晶微透镜元件来实现，所述液晶微透镜元件具有能够在两个值之间切换的折射率。折射率的第一值与界面材料的折射率相同，而折射率的第二值不同于界面材料的折射率。仅当在界面处存在折射率差异的时候才提供视图形成效果。

如果所述视图形成功能以这种方式切换，那么驱动装置可以被设置成提供二维操作模式，其中所述视图形成元件和/或空间可切换栅栏被切换成透射的而不执行视图形成功能，以及所述驱动装置设置成利用针对单一视图的显示数据驱动所述图像形成装置。以这种方式，所述设备可以如同具有更高水平分辨率的常规二维显示器那样工作。这样的模式对于例如监视器应用是有用的。

在优选实施例中，显示像素的每一组与两个视图形成元件相关，从而使得每一组的输出能够交替地通过所述两个视图形成元件进行观看。这种设备具有两倍于常规自动立体显示设备的视图。每组显示像素可以在水平方向上位于与其相关的两个视图形成元件之间。在这些实施例中，优选具有至少100Hz帧频的图像形成装置，以防止屏幕闪烁。

在某些实施例中，视图形成元件可以相对于图像形成装置的列方向倾斜一角度。以这种方式，为了提供多个视图而需要的分辨率损失可以在水平方向与垂直方向之间分摊。图像形成装置的显示像素优选地以正交的行和列设置。

在特定实施例中，通过改变来自于背光的光的偏振方向，并且提供光必须穿过的偏振和延迟器层装置，视图形成装置的视图形成元件能够在透射与屏蔽状态之间切换。

特别地，在本实施例中，视图形成装置包括空间可切换背光，同时视图形成元件包括在水平方向上间隔开的透射狭缝，所述狭缝形成在设置于背光与图像形成装置之间的栅栏中。更为具体地说，所述背光包括偏振光源的阵列，所述偏振光源的阵列设置成在水平方向上提供具有交替的偏振方向的光。这些狭缝每隔一个设有延迟器，例如半波延迟器，用于改变通过其透射的光的偏振方向。所述视图形成装置还包括设置于所述栅栏与图像形成装置之间的偏振层。在使用中，由于所述偏振层，具有不同偏振方向的光、即来自于所述光源中的不同光源的光选择性地透过所述狭缝中的不同狭缝。

所述偏振层可以形成所述图像形成装置和视图形成装置两者的功能部件。这例如可以是图像形成装置是液晶显示面板的情况。

在本实施例中，呈狭缝形式的视图形成元件被构造成在来自于背光的光通过所述狭缝被限制的意义上对显示像素各组的输出进行集聚(focus)，从而形成视图。在形成为视图的来自于背光的光通过所述狭缝被透射的意义上，这些视图能够通过这些视图形成元件观看。

在优选实施例中，驱动装置被设置成切换视图形成元件，使得在驱动周期的第一和第二部分中的每一部分中，具有透射状态和屏蔽状态的视图形成元件在显示像素的行方向和列方向上交替分布。通过以这种方式切换所述视图形成元件，可以避免出现与交错驱动(interlaced driving)相关的不良效应，例如线爬行(line crawling)。

本发明还提供了一种驱动多视图自动立体显示设备的方法，所述设备包括图像形成装置和视图形成装置，所述图像形成装置具有用于产生显示的以行和列设置的显示像素的阵列，所述视图形成装置定位成与所述图像形成装置对齐并具有视图形成元件的阵列，所述视图形成元件每一个构造成将所述显示像素各组的输出集聚成在不同水平方向上被投射的多个视图，所述方法包括：

在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素，并将在水平方向上彼此相邻的第一和第二视图形成元件分别切换至透射状态和屏蔽状态，从而使得通过所述第一视图形成元件观看所述第一组视图；以及

在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素，并将所述第一和第二视图形成元件分别切换至屏蔽状态和透射状态，从而使得通过所述第二视图形成元件观看所述第二组视图。

第二组视图在与第一组视图不同的方向上被投射。以这种方式，可以使设备的视角变宽。

在某些实施例中，在所述视图形成元件的透射状态和屏蔽状态之间的切换包括跨越液晶材料施加电场。

所述驱动周期的第二部分之后紧接着的是随后的驱动周期的第一部分，从而使得每组像素的输出能够交替地通过两个视图形成元件被观看。以这样的方式，与常规自动立体显示设备相比，所提供的视图的数目加倍。

图像形成装置优选地以至少100Hz的帧频被驱动，从而使屏幕闪烁最小化。

所述方法还包括提供二维操作模式，在所述二维操作模式中：所述视图形成元件被切换为透射的而不执行所述视图形成功能；以及所述驱动装置利用针对单一视图的显示数据驱动图像形成装置。以这种方式，所述设备如同常规二维显示设备那样进行工作。

本发明还提供了一种用于多视图自动立体显示设备的显示驱动器，所述显示设备包括图像形成装置和视图形成装置，所述图像形成装置具有用于产生显示的以行和列设置的显示像素的阵列，所述视图形成装置定位成与所述图像形成装置对齐并具有视图形成元件的阵列，所述视图形成元件每一个构造成将所述显示像素各组的输出集聚成在不同水平方向上被投射的多个视图，其中所述显示驱动器用于利用显示数据驱动所述图像形成装置并用于切换所述视图形成装置的视图形成元件，并且，其中所述显示驱动器设置成：

在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素，并将在水平方向上彼此相邻的第一和第二视图形成元件分别切换至透射状态和屏蔽状态，从而使得通过所述第一视图形成元件观看所述第一组视图；以及

在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素，并将所述第一和第二视图形成元件分别切换至屏蔽状态和透射状态，从而使得通过所述第二视图形成元件观看所述第二组视图。

美国专利No.6064424公开了一种类似于前面所述的自动立体显示设备，除了细长的微透镜元件以一个角度相对于显示面板的列方向发生倾斜。通过使微透镜元件发生倾斜，要不然将会是必需的水平分辨率的一些下降被转移至垂直分辨率。由此，有可能“消耗”垂直和水平分辨率两者从而增加由所述设备显示的视图数目。然而，仍需要牺牲分辨率来获得具有宽视角和/或良好深度感觉的显示器。

EP1489858 A2也公开了一种类似于前面所述的自动立体显示设备，除了在显示面板与微透镜元件的阵列之间额外地设置空间可切换光栅栏(light barrier)。在使用中，控制光栅栏以提供与微透镜元件对齐的多个狭缝区域，每个狭缝区域以预定的周期在透射状态与屏蔽状态之间切换。与狭缝区域的切换同步，利用针对多个视图的图像数据的不同部分驱动显示面板。切换和驱动周期足够短，以便用户观看到针对这些视图的所有图像数据，跨越所述周期，用户的眼睛将针对每个视图的图像数据的不同部分整合。由此，能够提供具有多视图的自动立体显示设备，而分辨率没有任何下降。但是，在显示器的视角与显示中的深度感觉之间仍然存在折衷。

附图说明

下面将参照附图仅通过实例的方式对本发明的实施例进行描述，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中所示显示设备的示意性平面图；

图3是另一已知的自动立体显示设备的示意性平面图；

图4是根据本发明的自动立体显示设备的示意性透视图；

图5A和5B是用于解释图4中所示显示设备的操作的视图；

图6A和6B是用于解释图4中所示显示设备的操作的进一步的视图；

图7A和7B是根据本发明的另一自动立体显示设备的示意性平面图；

图8A和8B是根据本发明的另一自动立体显示设备的示意性平面图；

图9是根据本发明的又一自动立体显示设备的示意性平面图；

图10是根据本发明的又一自动立体显示设备的示意性平面图；以及

图11是根据本发明的又一自动立体显示设备的空间可切换栅栏的示意图。

具体实施方式

本发明提供了具有图像形成元件和视图形成元件的这种类型的多视图自动立体显示设备。该设备包括驱动装置，该驱动装置被设置成利用针对不同视图的信息顺序驱动每个像素。通过与显示像素的驱动同步在透射状态和屏蔽状态之间切换视图形成装置中的视图形成元件，可以在不同方向投射出不同视图。这些不同视图由此通过视图形成元件中的不同元件以相应的不同角度被顺序地投射。

图1是一种已知的多视图自动立体显示设备1的示意性透视图。该已知装置1包括有源矩阵型液晶显示面板3，其用作产生显示的图像形成装置。

显示面板3具有以行和列设置的显示像素5的正交阵列。为了清楚起见，在图中仅示出了少数显示像素5。实际上，显示面板3可以包括大约一千行和数千列的显示像素5。

液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包括一对分开的透明玻璃基板，在它们之间设置有对准扭曲向列(alignedtwisted nematic)或者其它液晶材料。所述基板在它们的相面对的表面上承载有透明铟锡氧化物(ITO)电极的图案。在所述基板的外表面上还设置有偏振层。

每个显示像素5包括位于所述基板上的对置电极，它们之间有插入的液晶材料。显示像素5的形状和布局取决于电极的形状和布局。显示像素5通过间隙相互规则地间隔开。

每个显示像素5与开关元件相关，所述开关元件比如是薄膜晶体管(TFT)或者薄膜二极管(TFD)。通过向所述开关元件提供寻址信号，使显示像素被操作以产生显示，其中合适的寻址方案对于本领域技术人员而言是已知的。

显示面板3由光源7提供照明，在这种情况下，光源7包括在显示像素阵列区域上方延伸的平面背光。来自于光源7的光被引导通过显示面板3，各个显示像素5被驱动以调整光并且产生显示。

显示设备1还包括设置在显示面板3的显示侧上的微透镜板9，其执行视图形成功能。微透镜板9包括相互平行延伸的一行微透镜元件11，为了清楚起见仅以夸大的尺寸示出了其中之一。微透镜元件11用作视图形成元件来执行视图形成功能。

微透镜元件11呈凸柱透镜形式，并且它们用作光输出引导装置来从显示面板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者视图。

图1所示的自动立体显示设备1能够沿着不同方向提供若干个不同的透视视图。特别地，每个微透镜元件11位于每行中的一小组显示像素5上方。微透镜元件11沿着不同方向对组中的每个显示像素5进行投射，以便形成数个不同视图。随着用户的头从左向右移动，他/她的眼睛将依次接收到数个视图中的不同视图。

图2示出了如前所述的微透镜型成像装置的工作原理，并且示出了光源7、显示面板3以及微透镜板9。这种设置提供了三个视图，每个视图在不同方向上被投射。利用针对一个特定视图的信息来驱动显示面板3的每个像素。

图3示出了栅栏(barrier)型成像装置的工作原理。这种栅栏型装置类似于所述微透镜型装置，并且包括光源7和显示面板3。但是，取代微透镜板，栅栏型装置设置有限定出多个窄狭缝15的栅栏设备13。如图所示，栅栏型装置以与微透镜型装置基本相同的方式工作，在工作中由视图形成元件提供多个视图。在所示出的例子中，提供两个视图。

发明人已经认识到，前述设备的视图数目和/或视角可以通过利用针对多于一个视图的信息顺序驱动显示面板的像素而增加。这样做时，发明人已经认识到并且解决了如何在多于一个的方向上引导每个像素的输出的问题。

图4是根据本发明的多视图自动立体显示设备101的示意性透视图。设备101类似于图1和2中示出的设备1。特别地，设备101包括执行图像形成功能的显示面板103，用于显示面板103的光源107，以及执行视图形成功能的微透镜板109。这些元件与前面参照图1描述的那些元件相同。

参照图4，可以看到，根据本发明的设备101额外包括空间可切换栅栏117，其与微透镜板107串连设置，以提供透射状态和屏蔽状态。设备101还包括用于驱动显示面板103并且用于切换栅栏117的显示驱动器119。

栅栏117的结构类似于透射型液晶显示器。特别是，栅栏117包括一对分开的透明玻璃基板，在它们之间设置有对准扭曲向列或者其它液晶材料。所述基板在它们相面对的表面上承载有透明铟锡氧化物(ITO)电极的图案。在所述基板的外表面上还设置有偏振层。

栅栏117中的每个可切换栅栏元件包括位于所述基板上的对置电极，它们之间插入有液晶材料。栅栏元件的形状和布局与微透镜元件111的形状和布局匹配，从而使得每个微透镜元件111与相应的栅栏元件对齐。

每个栅栏元件与开关元件相关，所述开关元件比如是薄膜晶体管(TFT)或者薄膜二极管(TFD)。通过向开关元件提供寻址信号，栅栏元件在透射状态与屏蔽状态之间切换，合适的寻址方案对于本领域技术人员而言是已知的。

栅栏117被设置成与微透镜板109的平坦侧接触，以便最小化任何不希望的视差效应。

如前所述，显示驱动器119被设置成利用针对多个视图的信息驱动显示面板103，并且将栅栏117的栅栏元件在透射状态与屏蔽状态之间切换。显示驱动器119被设置成利用特定驱动技术来执行这种驱动，现将参照图5A、5B、6A和6B描述这种特定驱动技术。

图5A、5B、6A和6B示出了根据本发明的设备101的工作原理。图5A和6A示出了在驱动周期前半时期间的设备101，而图5B和6B示出了在驱动周期后半时期间的设备101。

如图5A和5B中所示，每个微透镜元件111a、111b、111c位于显示面板103的三个显示像素的组之上。因此，像素的每一组能够同时投射针对三个不同视图的输出，所述输出通过微透镜元件形成各独立的视图。栅栏117直接设置在微透镜元件111之下并且与微透镜元件111接触，从而使栅栏117能够将微透镜元件111在透射状态和屏蔽状态之间切换。

参照图5A，在驱动周期的前半时，显示驱动器119将栅栏117中的栅栏元件每隔一个切换至透射状态，而其余元件被切换至屏蔽状态。在图5A中，示出了设备101的包括三个微透镜元件111a、111b、111c的部分，两个外侧微透镜元件111a、111c被屏蔽而中间的微透镜元件111b是透射的。栅栏元件和微透镜元件的这种配置在图6A中示出，图6A示出了设备101的更大的区域，并且其中奇数元件是透射的而偶数元件是屏蔽的(阴影部分)。

基本上与将栅栏元件切换至前述配置的同时，显示驱动器119利用针对前三个视图(a first three views)，即视图1、2、3的信息驱动位于中间微透镜元件111b下方的那组像素。特别地，利用针对三个视图中不同视图的像素的信息来驱动所述组中的每个像素。通过中间微透镜元件111b以常规方式沿着不同方向投射针对三个不同视图的输出。在图中，为了清楚起见，仅示出了针对视图2的输出。虚线代表了被处于屏蔽状态的微透镜元件阻挡的视图的投射。

来自于所述三个视图的输出也通过微透镜元件中同时处于透射状态的其他微透镜元件(未示出)而被投射。这些视图是有效“重复”的视图。

参照图5B，在驱动周期的后半时，显示驱动器119将栅栏117中的所有栅栏元件切换至相反状态。由此，在驱动周期前半时透射的栅栏元件被切换至屏蔽，反之亦然。在图5B中，示出了设备101中与图5A所示相同的部分，两个外侧微透镜元件111a、111c是透射的而中间微透镜元件111b是屏蔽的。栅栏元件和微透镜元件的这种配置在图6B中示出，图6B示出了设备101的更大区域，并且其中偶数元件是透射的而奇数元件是屏蔽的(阴影部分)。

基本上在与将栅栏元件切换至前述配置的同时，显示驱动器119利用针对后三个视图(a second three views)，即视图1’、2’、3’的信息驱动位于中间微透镜元件111b下方的那组像素，其中后三个视图1’、2’、3’不同于前三个视图1、2、3。特别地，利用针对三个附加视图中不同视图的像素的信息驱动所述组中的每个像素。针对这三个附加视图的输出通过微透镜元件沿着不同方向被投射，如同在驱动周期的前半时针对前三个视图的情况那样。但是，在驱动周期的后半时，中间微透镜元件111b已经被切换至屏蔽状态，因此所述三个附加视图将通过外侧微透镜元件111a、111c沿着不同方向被投射。在图中，为了清楚起见，仅示出了针对视图2’的输出。虚线代表了被处于屏蔽状态的微透镜元件阻挡的视图投射。重复视图也通过微透镜元件中同时处于透射状态的其他微透镜元件(未示出)而被投射。

由此，横跨整个驱动周期，位于中间微透镜元件111b下方的三个显示像素的组被驱动，并且提供针对六个不同视图的输出。这些视图通过不同微透镜元件111a、111b、111c被投射在不同的方向上。特别地，前三个视图通过中间微透镜元件111b(以及其它微透镜元件)被投射，而后三个视图通过外侧微透镜元件111a、111c(以及其它微透镜元件)被投射。使用不同微透镜元件来投射每个像素的输出确保了不仅视图总数增加，而且显示设备101的视角增大。

参照图5A和5B，需要注意的是，位于外侧微透镜元件111a、111c下方的像素利用数据被驱动，并且以类似于前述位于中间微透镜元件111b下方的显示像素的方式进行工作。特别地，在驱动周期的两个部分，利用针对前三个视图1、2、3的信息驱动位于处在透射状态的微透镜元件下方的像素，这些视图1、2、3通过位于正上方的微透镜元件被投射。利用针对后三个视图1’、2’、3’的信息驱动位于处在屏蔽状态的微透镜元件下方的像素，这些视图1’、2’、3’通过在像素左侧和右侧的微透镜元件被投射。通过像素左侧和右侧的微透镜元件投射的视图是重复视图，即它们是相同的。

正如本领域技术人员将会明白的那样，在任何某一时刻，通过设备101投射针对一半视图的信息。因此，如果设备的帧频(frame rate)足够高，则不管6个视图中的哪个(哪些)视图被观看，用户将不会注意到任何屏幕闪烁。

在本实施例中的显示面板103是具有100Hz帧频的液晶显示设备。这样的帧频可以例如使用光学补偿双折射(OCB)液晶效应来实现，其细节对于本领域技术人员而言是已知的。

还将会明白的是，与常规的自动立体显示设备相比，使用每个像素来顺序地输出针对两个不同视图的信息会使得显示分辨率没有降低。

图7A和7B示出了根据本发明的第二多视图自动立体显示设备201。设备201与前述设备101相同，除了栅栏217的切换不与微透镜元件211a、211b、211c的设置相对应。取而代之，栅栏217的透射部分和屏蔽部分相对于微透镜板211有效偏移。本领域技术人员将会明白，与用于驱动图4中所示设备的显示面板103的数据相比，用于驱动显示面板203的数据被修改。

在图7A和7B中示出的实施例提供了有效分辨率加倍的显示器。特别地，当用户观看在图2中所示类型的已知多视图自动立体显示设备时，每个像素看起来像微透镜元件的宽度那样大。但是，对于图7A和7B中示出的实施例来说，仅微透镜元件的一半有助于在驱动周期第一部分中的显示。微透镜元件的另一半有助于在驱动周期第二部分中的显示。在本实施例中，水平分辨率由此被有效加倍。

图8A和8B示出了根据本发明的第三多视图自动立体显示设备301。设备301与前述设备101相同，除了微透镜板103和可切换栅栏117被单个可切换栅栏317所取代，可切换栅栏317利用多个窄狭缝317a、317b、317c提供视图形成功能，并且能够在透射和屏蔽状态之间切换。栅栏317位于显示面板303的后方。第三设备301可以额外地仅通过将栅栏317切换至全部透射而以二维模式进行工作，如同常规的二维显示设备那样。

图9示出了根据本发明的第四多视图自动立体显示设备401。设备401包括具有显示像素阵列的常规液晶显示面板403，其提供图像形成功能。显示面板403包括多个层，包括偏振器403a和分析器(analyser)403b。在图中，显示面板403被设置成使得偏振器403a阻挡没有垂直于图的平面发生偏振的光，即，其仅透射在该方向上发生偏振的光。

作为视图形成装置，第四设备401包括与形成有窄狭缝417a的光栅栏(light barrier)417对齐设置的光源407的阵列，所述狭缝417a是视图形成元件。光源407的数目稍微少于狭缝417a的数目。显示面板403的偏振器403a也形成了视图形成装置的功能部件。

光源407每一个都被设置成产生偏振光，并且为此目的，每个光源407包括偏振器407a、407b。光源407沿着水平方向设置有具有交替的偏振方向的偏振器407a、407b，如图所示。特别地，第一组偏振器407a使得光在平行于图的平面的方向上发生偏振，而第二组偏振器407b使得光在垂直于图的平面的方向上发生偏振。光源407的数目并不关键，只要能够产生每个偏振方向的适当均匀的光即可。

光栅栏417的多个窄狭缝417a设置成透射光。狭缝417a每隔一个设置有半波延迟器417b，用于改变通过狭缝417a的光的偏振方向。

在使用中，利用针对不同多个视图的显示数据顺序驱动显示面板403，如同对于前述设备101的情况那样。与这种驱动同步，具有不同偏振器407a、407b的光源407被顺序给予能量，从而使得光源407产生具有交替的偏振方向的光。

在驱动周期的第一部分，具有偏振器407a的光源407被给予能量。如图所示，来自于这些光源的偏振光通过栅栏417的狭缝417a透射，通过每隔一个的狭缝417a透射的光的偏振方向被延迟器417b改变。显示面板403的偏振器403a仅透射垂直于图的平面偏振的光，即已经通过栅栏417的每隔一个狭缝417a透射的光。所述光通过显示像素透射以形成第一组视图(a first plurality of views)。

在驱动周期的第二部分，具有偏振器407b的光源被给予能量。如图所示，来自于这些光源的光以与前述类似的方式被透射和偏振，除了显示面板的偏振器403a透射已经通过狭缝417a中与以上不同的狭缝透射的偏振光。来自于狭缝417a中与以上不同的狭缝的光通过显示像素透射以形成第二组视图(a second plurality of views)。

由此，实际上，光源407、光栅栏417以及显示面板403的偏振器403a有效地用作能够在透射状态和屏蔽状态之间切换的视图形成元件的阵列。通过改变来自于光源407的光的偏振方向来执行切换。

图10示出了根据本发明的第五多视图自动立体显示设备501。设备501类似于前面参照图4至6描述的设备，并相应地包括执行图像形成功能的显示面板503，用于显示面板503的光源(未示出)，以及执行视图形成功能的微透镜板509。如同图4至6的实施例那样，这些元件与前面参照图1描述的那些元件相同。特别地，显示面板503包括多个层，包括偏振器503a和分析器503b，并因此产生偏振成像光。

根据本发明的第五设备501也包括用于驱动显示面板503的显示驱动器(未示出)，其类似于前面参照图4至6描述的显示驱动器119。

第五设备501还具有与微透镜板509对齐设置的空间可切换栅栏517，以便提供透射状态和屏蔽状态。但是，空间可切换栅栏517的结构与前面所描述的明显不同。

特别地，第五设备501的空间可切换栅栏517包括半波延迟器517a和光学装置517b，所述半波延迟器517a倚靠(against)每隔一个的微透镜元件511的平坦表面(沿着水平方向)设置，所述光学装置517b设置在微透镜板509之上用于选择性地阻挡偏振光。

半波延迟器517a呈厚度为50至100微米的薄箔(thin foil)的形式。半波延迟器517a被定向成使得通过其透射的光的偏振方向旋转90度。由此，来自于显示面板503的偏振光通过每隔一个的设置有半波延迟器517a的微透镜元件511透射并且其偏振方向被改变，而通过其它微透镜元件511透射的光的偏振方向没有被改变。

用于选择性阻挡偏振光的光学装置517b包括用于使得穿过其的光的偏振方向旋转的旋转器，和设置成用以选择性阻挡来自于显示面板503或者来自于半波延迟器517a的偏振光的偏振器，所述旋转器与偏振器串连设置。尽管旋转器和偏振器在图10中作为单一单元示出，但是实际上它们可以彼此分开，并且旋转器甚至可以独立于偏振器设置，例如设置在显示面板503与微透镜板509之间。在图10所示的设备501中，光学装置517b是与偏振层组合的可切换液晶单元。

在使用中，利用针对不同多个视图的显示数据顺序驱动显示面板503，如同前述设备501的情况那样。与所述驱动同步，光学装置517b进行工作来顺序地阻挡具有不同偏振方向的光，从而使得来自于显示面板503的成像光通过每隔一个的微透镜元件511被顺序透射。

在驱动周期的第一部分，光学装置517b进行工作来阻挡来自于显示面板503的偏振光。由此，仅仅其偏振方向已被半波延迟器517a改变并因此又通过每隔一个的微透镜元件511透射的光被光学装置517b透射。

在驱动周期的第二部分，光学装置517b进行工作来阻挡来自于半波延迟器517a的偏振光。由此，仅仅其偏振方向未被半波延迟器517a改变并因此通过微透镜元件511中其它的微透镜元件透射的光被光学装置517b透射。

因此，实际上，半波延迟器517a和光学装置517b有效地用作可切换栅栏。但是，仅半波延迟器517a需要倚靠(against)微透镜元件511设置，并且半波延迟器517a的简单结构和无源操作(passiveoperation)允许实现这点而具有可忽略的视差效应。

在图10中示出的装置特别适合于图像形成装置是液晶显示面板的情况，因为这些类型的设备发出偏振成像光。但是，所述装置也可以与其它类型的图像形成装置一起使用，只要图像形成装置设置有用于提供偏振成像光的偏振层即可。

图11示出了根据本发明的第六多视图自动立体显示设备的空间可切换栅栏617。第六设备类似于前面参照图4至6描述的设备，不同之处仅在于栅栏的透射和屏蔽栅栏元件的设置。

特别地，在前述设备中，栅栏元件设置成呈列地在透射和屏蔽状态之间切换，这样会引起诸如爬行(crawling)问题的不良赝象(undesirable artefacts)。在第六设备中，在驱动周期中的任何时刻，栅栏元件的透射状态和屏蔽状态具有如图11中所示的棋盘排布。

在图11中示出的棋盘排布提供了比前述设备的交替的基于列的排布更为均匀分布的透射和屏蔽图案。其它排布也可以应用于透射状态和屏蔽状态，只要它们每一个等于显示面板区域的一半。但是，优选的是使得所述排布与显示面板的像素排布对准。因此，栅栏装置的元件的垂直间距应当等于下层显示面板的垂直像素间距的整数倍。类似地，显示像素和栅栏装置的水平边界应当对齐。

前面已经描述了本发明的优选实施例。但是，对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的前提下可以对所述实施例进行多种改变和修改，本发明的范围由所附权利要求限定。

例如，在图4中示出的包括微透镜板作为视图形成装置的实施例，可以被修改成额外提供二维操作模式，类似于由图8A和8B所示实施例提供的二维操作模式。这可以通过提供微透镜板来实现，在所述微透镜板中，微透镜元件能够在“关”状态与“开”状态之间切换，在“关”状态下不提供视图形成效果，而在“开”状态下提供视图形成效果。这例如可以通过提供液晶微透镜元件来实现，所述液晶微透镜元件具有能够在两个值之间切换的折射率。折射率的第一值与界面材料的折射率相同，而折射率的第二值不同于界面材料的折射率。仅当在界面处存在折射率差异的时候才提供视图形成效果。合适的可切换微透镜元件的结构和操作的进一步的细节可以在美国专利US6069650中找到。

在某些实施例中，可切换栅栏的微透镜元件和/或切换部分可以相对于显示面板的列方向倾斜。以这种方式，可以减轻水平与垂直分辨率之间的任何不一致。关于使用倾斜微透镜元件的进一步的信息可以在美国专利US6064424中找到。

具有不同数目的视图的实施例对于本领域技术人员来说是明显的。这可以通过提供不同数目的像素以从所述设备同时投射不同数目的视图来实现，或者通过利用针对不同数目视图的信息顺序驱动每个像素来实现。视图的角度方向可以通过改变显示像素、可切换栅栏以及微透镜元件的相对位置来加以调节。

在前述实施例中，栅栏元件由薄膜晶体管或者薄膜二极管有源地驱动。但是，在这些以及某些其它实施例中，利用一个基板上的梳状电极图案和另一基板上的连续电极的简单设置来无源地驱动(passively drive)所述栅栏元件而没有晶体管或二极管，也是适合的。

Claims (28)

1.一种多视图自动立体显示设备(101)，包括：

图像形成装置(103)，具有用于产生显示的显示像素(105)的阵列，所述显示像素(105)以行和列设置；

视图形成装置(109，117)，定位成与所述图像形成装置(103)对齐并具有能够在透射状态和屏蔽状态之间切换的视图形成元件(111)的阵列，所述视图形成元件(111)每一个构造成将所述显示像素(105)各组的输出集聚成在不同水平方向上被投射的多个视图；以及

驱动装置(119)，设置成利用显示数据驱动所述图像形成装置(103)并切换所述视图形成装置(109，117)的视图形成元件(111)，

其中，所述驱动装置(119)设置成：

在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素(105)，并将在水平方向上彼此相邻的第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至透射状态和屏蔽状态，从而使得能够通过所述第一视图形成元件(111b)观看所述第一组视图；以及

在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素(105)，并将所述第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至屏蔽状态和透射状态，从而使得能够通过所述第二视图形成元件(111c)观看所述第二组视图。

2.根据权利要求1所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述图像形成装置(103)包括液晶显示面板或者等离子体显示面板。

3.根据权利要求1或2所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置(109，117)包括用于所述图像形成装置(103)的空间可切换背光。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置(109，117)的视图形成元件(111)包括透射狭缝或者微透镜型透镜。

5.根据权利要求4所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成元件(111)的每一个包括液晶材料，所述液晶材料设置成可切换的以提供透射状态和屏蔽状态。

6.根据权利要求4所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置(109，117)的视图形成元件(111)包括空间可切换栅栏(117)，所述空间可切换栅栏与视图形成元件(111)的阵列串连设置，以提供透射状态和屏蔽状态。

7.根据权利要求6所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述空间可切换栅栏(117)包括液晶材料，所述液晶材料设置成能够在透射状态和屏蔽状态之间切换。

8.根据权利要求6或7所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述空间可切换栅栏(117)定位成倚靠所述视图形成元件(111)的阵列。

9.根据权利要求6所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述空间可切换栅栏包括：

光偏振层(503a)，设置在所述图像形成装置(503)与所述视图形成元件(511)的阵列之间，从而使得来自所述图像形成装置(503)的光在第一方向上偏振；

延迟器(517a)，形成为与多个视图形成元件(511)对齐，用于将通过其透射的光的偏振方向从所述第一方向改变至第二方向；以及

光学装置(517b)，设置成选择性地阻挡在所述第一和第二方向上偏振的光，

其中所述空间可切换栅栏(517)的元件设置成通过改变被所述光学装置(517b)阻挡的光的偏振方向，在透射状态和屏蔽状态之间进行切换。

10.根据权利要求9所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述光学装置(517b)包括用于选择性地改变光的偏振方向的旋转器装置，和用于阻挡在所述第一或第二方向上偏振的光的透射的偏振层。

11.根据权利要求9或10所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述空间可切换栅栏的光偏振层(503a)形成所述图像形成装置(503)的功能部件。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成元件(111)的视图形成功能是可切换的，并且其中所述驱动装置(119)设置成提供二维操作模式，在所述二维操作模式中，所述视图形成元件(111)和/或所述空间可切换栅栏(117)被切换为透射的而不执行所述视图形成功能，所述驱动装置(119)设置成利用针对单一视图的显示数据驱动所述图像形成装置(103)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，显示像素(105)的每一组与两个视图形成元件(111)相关，从而使每组的输出能够交替地通过所述两个视图形成元件被观看。

14.根据权利要求13所述的多视图自动立体显示设备，其中，显示像素(105)的每一组在水平方向上位于与其相关的所述两个视图形成元件(111)之间。

15.根据权利要求13或14所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述图像形成装置(103)的帧频至少为100Hz。

16.根据前述权利要求中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成元件(111)相对于所述图像形成装置(103)的列方向倾斜一角度。

17.根据前述权利要求中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述图像形成装置(103)的显示像素(105)以正交的行和列设置。

18.根据权利要求1所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置包括：

背光(407)，设置成产生在第一和第二方向上选择性偏振的光；

光栅栏(417)，设置在所述图像形成装置(403)与所述背光(407)之间，具有呈在水平方向上设置的多个窄狭缝(417a)形式的视图形成元件，用于透射来自所述背光(407)的光，多个狭缝(417a)设置成改变通过其透射的光的偏振方向；以及

光偏振层(403a)，设置在所述图像形成装置(403)与所述光栅栏(417)之间，并且设置成透射具有所述第一或第二偏振方向的光并阻挡具有所述第一和第二偏振方向中另一个偏振方向的光，

其中，通过改变由所述背光(407)产生的光的偏振方向，使所述视图形成元件(417a)在透射状态和屏蔽状态之间切换。

19.根据权利要求18所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置的背光(407)包括多个光源，每个光源设置成产生在所述第一或第二方向上偏振的光，其中设置成产生在所述第一和第二方向上偏振的光的光源被设置成能够选择性地被激活。

20.根据权利要求18或19所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置的光偏振层形成所述图像形成装置的功能部件。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述视图形成装置的光栅栏的多个狭缝设置有半波延迟器，用于改变通过其透射的光的偏振方向。

22.根据权利要求1所述的多视图自动立体显示设备，其中，所述驱动装置(119)设置成切换所述视图形成元件(111)，使得在所述驱动周期的第一和第二部分中的每一部分，具有透射状态和屏蔽状态的视图形成元件(111)在所述显示像素(105)的行方向和列方向上交替分布。

23.一种驱动多视图自动立体显示设备的方法，所述设备包括图像形成装置(103)和视图形成装置(109，117)，所述图像形成装置(103)具有用于产生显示的以行和列设置的显示像素(105)的阵列，所述视图形成装置(109，117)定位成与所述图像形成装置(103)对齐并具有视图形成元件(111)的阵列，所述视图形成元件(111)每一个构造成将所述显示像素(105)各组的输出集聚成在不同水平方向上被投射的多个视图，所述方法包括：

在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素(105)，并将在水平方向上彼此相邻的第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至透射状态和屏蔽状态，从而使得能够通过所述第一视图形成元件(111b)观看所述第一组视图；以及

在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素(105)，并将所述第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至屏蔽状态和透射状态，从而使得能够通过所述第二视图形成元件(111c)观看所述第二组视图。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述视图形成元件(111)的透射状态和屏蔽状态之间的切换包括跨越液晶材料施加电场。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，所述驱动周期的第二部分之后紧接着的是随后的驱动周期的第一部分，从而使得每组像素的输出能够交替地通过所述两个视图形成元件(111b，111c)被观看。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述图像形成装置(103)以至少100Hz的帧频被驱动。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，还包括提供二维操作模式，在所述二维操作模式中：

所述视图形成元件(111)被切换为透射的而不执行所述视图形成功能；以及

驱动装置(119)利用针对单一视图的显示数据驱动所述图像形成装置(103)。

28.一种用于多视图自动立体显示设备(101)的显示驱动器(119)，所述显示设备(101)包括图像形成装置(103)和视图形成装置(109，117)，所述图像形成装置(103)具有用于产生显示的以行和列设置的显示像素(105)的阵列，所述视图形成装置(109，117)定位成与所述图像形成装置(103)对齐并具有视图形成元件(111)的阵列，所述视图形成元件(111)每一个构造成将所述显示像素(105)各组的输出集聚成在不同水平方向上被投射的多个视图，其中所述显示驱动器(119)用于利用显示数据驱动所述图像形成装置(103)并用于切换所述视图形成装置(109，117)的视图形成元件(111)，并且，其中所述显示驱动器(119)设置成：

在驱动周期的第一部分，利用针对第一组视图的显示数据驱动第一组显示像素(105)，并将在水平方向上彼此相邻的第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至透射状态和屏蔽状态，从而使得能够通过所述第一视图形成元件(111b)观看所述第一组视图；以及

在驱动周期的第二部分，利用针对第二组视图的显示数据驱动所述第一组显示像素(105)，并将所述第一和第二视图形成元件(111b，111c)分别切换至屏蔽状态和透射状态，从而使得能够通过所述第二视图形成元件(111c)观看所述第二组视图。

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