TW201218179A - Multi-view display device - Google Patents

Description

201218179

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I 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種包括具有用於產生一顯示之—顯示像 素陣列之-顯示面板及用於將不同畫面引導至不同空間位 * 置之一成像配置之類型的多重畫面顯示裝置。 【先前技術】 多重畫面顯示裝置可用於將不同畫面提供至不同位置 (例如’-駕駛員及其前座乘客）或用於產生一自動立體顯 示輸出。了文之此詳細描述係基於一自動立體顯示器，但 疋所述概念同樣適用於多重晝面顯示器。 在此類型之顯示器中使用之一成像配置之一第一實例係 -視差屏障’例如該視差屏障具有相對於顯示器之下伏像 素而：大小及定位之狭縫。在一自動立體顯示器之情形 中，若觀看者的頭部在一固定位置，則他/她可感知一 3D 〜像S障係疋位力顯示面板的前面且經設計使得來自奇 數像素行與偶數像素行之光被引導朝向觀看者的左眼與右 眼。因此，觀看者以左眼與右眼感知一影像的不同晝面， 建立3D體驗。或者，屏障使得該等晝面被分離成致使其等 . 纟容許*同觀看者相該等畫面之-者之位置結束的一程 - 度以建立一雙晝面2D顯示器。 此類型之兩個晝面3D顯示器設計之一缺點在於觀看者須 在一固定位置，且僅可向左或向右移動約3 em。在一更佳 只化例中#名夾縫下並非為兩個子像素行，而為若干個 子像素行。以此方;气，容許觀看著向左及向右移動且在觀 I58301.doc 201218179 看者眼中一直感知一立體影像。 視差屏障配置容易生產但是光效率低。因此，一較佳替 代為使用一透鏡配置作為成像配置。舉例而言，可提供長 形雙凸透鏡元件之-陣列，該等雙凸透鏡元件彼此平行地 延伸且上覆於顯示像素陣列，並 平亚且透過此等雙凸透鏡元件 觀察顯示像素。 一：等雙凸透鏡元件係設置成一元件薄板，其之各者包括 +31㈣& ^件1等雙凸透鏡元件在顯示面板 。“申*中各雙凸透鏡元件上覆於兩個或更多 個郇近之顯示像素行的一各自群組。 在其中例如各雙凸透鏡與兩行顯示像素相關聯之一配置 k顯㈣素提供—各自二料影像的—垂直圖 s似。6亥雙凸透鏡薄板將此兩個圖塊及來自盥盆他雙 鏡相關聯之顯示像素行之對應圖塊引導至定位於該薄 板則面之一使用者的左眼 „一 ^ 艮/、右眼，使得該使用者觀察到一 早一立肢影像0因此， m . 又凸透鏡70件溥板提供一光輸出引 导工力成0 鄰近顯示像：：丄各雙凸透鏡係與列方向上四個或更多個 行經適心配置h群组相關聯。各群組中之對應顯示像素 :二:配置以提供來自-各自二維子影像之-垂直圖 續、不同的立體書面建Γ 感知到一系列連 印象。 —面，建立例如身歷其境（look-around)的 上述裝置提供—有效三維顯示。“，應心，為提供 158301.doc 201218179 二體畫面，必須犧牲裝置的水平解析度。對於某些應用 。如顯不小文字字元以從短距離觀看广解析度上之此 牲是令人無法接受的。出於此原因，已提出提供一種可在 隹模式/、—維（立體）模式之間切換的顯示裝置。 實：此之彳式為提供一電可切換的雙凸透鏡陣列。在 一’准杈式中’可切換裝置之雙凸透鏡元件操作於一「通 ^」杈式t ’亦即’該等雙凸透鏡元件以與光學透明材料 之二平面型薄板相同的方式作用。所得顯示具有等於顯示 面之=解析度的一高解析度’其適於從短觀看距離顯 T文子子凡。當然’二维顯示模式無法提供一立體影 像。 列失仍為3D模式中之一問題。一主要困境係由下 量的方面，對於—良好3D印象，每角度需要大 ㈣旦’且另一方面’對於一足夠高之解析度（亦即， 像素之數目），每視角需要少量的畫面。 大量畫面意指每晝面之影像解析度減小，因為顯示面板 之可用像素之總數目必須在該等晝面之間分佈。相對於20 :形’，具有垂直雙凸透鏡之一 n晝面3D顯示器之情形 ，沿者水平方向之各晝面之感知解析度將減小至。 ^直方向上’解析度將保持相同。使用一傾 凸透鏡可減小水平方向上之解析度與垂直方向上之解析度 之間之此像差。在該情形中，解 又 水平方向與*直方向之間。度“可均勻地分佈在 存在與使用可切換之雙凸透鏡相關聯之許多問題。 158301.doc 201218179 須極小心地選擇LC層及複製品之材料參數以免在扣模 式中得到一殘餘透鏡作用。當在一角度下觀看顯示器時仍 可能存在一殘餘透鏡作用。換言之，2D模式受損。複製品 之形狀須極為精確且一基於LC之可切換雙凸透鏡極為『 責。 p 因此’需要—種用於實現不具有上述缺點之一單—書 面-多重晝面可切換顯示的替代方法。 【發明内容】 本心明之—目的係提供一種交替型單一-多重晝面顯示 裝置。本發明係由獨立技術方案定義。附屬技術方案提供 有利實施例。 根據本發明’提供-種如技術方案1之多重晝面顯示裝 置。 本發明之裝置具有一背光配置，該背光配置具有用於產 〜：間隔線形式之照明的一第一背光裝置。此係用於 照亮顯示面板以將不同影 个1』〜像匕影至不同空間位置且藉此提 供多重畫面輸出。提供_坌_ 弟—背光裝置，其用於產生呈覆 盍为光輸出區域之一；袭择肪。。 連’’、、、明區域之形式的照明。此係用 於一單一晝面模式。 此方法將措施定位於. _ 、在員不面板後面而非該顯示面板前 面提供單一晝面-多重全 忠面切換，作為背光設計之一部 分0 當該裝置操作於一單一查 3面槟式時，兩個背光裝置均被 …、冗’而在一多重書而p丄、 一 故式時，僅該第一背光裝置被照 158301.doc 201218179 亮。 各背光裝置可包括一邊緣發光型照明面板。此意指一成 熟技術可用於該兩個背光配置。 β玄弟一背光配置之該組間隔線可由該面板之一表面上之 刷塗區域或由該面板之一表面上之表面輪廓定義。 本發明可用於一自動立體顯示裝置或用於一多重晝面顯 示器。 本發明亦提供一種如技術方案丨丨之操作一顯示裝置的方 法。 【實施方式】 現將參考附圖僅藉由實例描述本發明之一實施例。 圖1之已知裝置1包括主動矩陣類型之—液晶顯示面板 3，其用作一空間光調變器以產生顯示。顯示面板亦可為 被動類型（例如在較小面積顯示器之情形中）。 該顯示面板3具有配置成列及行的顯示像素5之一正交陣 列。為清楚之故’圖式中僅展示少量顯示像素5。實務 上顯不面板3可包括約一千列及數千行的顯示像素$。 液晶顯示面板3之結構係完全習知的。特定言之，面板3 =—對間隔開的透明玻璃基板，於其間設置—對準的扭 型：其他液晶材料。該等基板在其相面對的表面上 上pH化銦錫（IT〇)f極㈣。在料基板之外表面 上亦s又置偏光層。 各顯示像素5包括在該等基板上之 電極之間目士 λ 成寻相對 "液晶材料。顯示像素5之形狀及佈局係 15830l.doc 201218179 由電極之形狀及佈局決定。該等顯示像素5係藉由間隙而 有規則地彼此間隔開。 各顯示像素5係與諸如一薄膜電晶體（TFT)或薄膜二極體 (TFD)之一切換元件相關聯。該等顯示像素經操作以藉由 將定址信號提供至該等切換元件而產生顯示，且熟悉此項 技術者將知道適當的定址方案。 顯示面板3係由一光源7照亮，在此情形中，該光源7包 括在顯示像素陣列之區域上延伸的—平面型背光。透過顯 示面板3引導來自光源7之光，其中個別顯示像素5經驅動 以調變光並且產生顯示。 該顯示裝置!亦包括一雙凸透鏡薄板9,該雙凸透鏡薄板 9係配置於顯示面板3之顯示側上且執行一畫面形成功能。 該雙凸透鏡薄板9包括彼此平行延伸的一列雙凸透鏡元件 Η，為清楚之故，僅以放大尺寸顯示其中之一者。 ,該等雙&透鏡元件U為圓柱形凸透鏡之形式，且其等充 當一光輸出引導槿孙，w脱也a s _ 午乂將來自顯示面板3之不同影像或 -面提供至定位於顯示裝置】前面之一使用者之眼睛。 圖1亦示意性展示用於驅動顯示裝置的-控制器13。 圖1所展不之自動立轉雜+壯 .’、、不裝置1能夠在不同方向上提供 若干不同透視圖。特定+ ’、 5之’各雙凸透鏡元件11上覆於各 列中之小群組 之.，.，員不像素5。雙凸透鏡元件u在不同方向 上投影一群組之各顯 岭— ，.’貞不像素5 ’以便形成若干不同晝面。 酼者使用者頭部從左向 #1Π右移動’觀看者的眼睛將輪流接收 右干畫面之不同者。 I5830I.doc 201218179 1 熟悉此項技術者應明白，由於液晶材料係雙折射的，而 且折射率切換僅應用於一特定偏振之光，所以一偏光構件 必須結合上述陣列一起使用。偏光構件可設置成該裝置之 顯示面板或成像配置的一部分。 - 圖2展示如上所述之一雙凸透鏡類型成像配置的操作原 • 理且展示背光20、顯示裝置24(諸如一 LCD)及雙凸透鏡陣 列28。圖2展示雙凸透鏡配置28如何將不同像素輸出引導 至不同空間位置。 本發明係基於使用一條式背光以在不同方向上照亮不同 像素，以產生多重空間分離畫面《為在2D(亦即，單一晝 面）模式與3D(亦即’多重晝面）模式之間提供可切換性， 設置一第二背光。 圖3展示本發明之一顯示器之一實例。 在圖3中，基於一規則LCD面板30(例如，諸如對圖j之 已知裝置所描述之面板）且結合兩個背光32、34展示一 2D 至3D可切換顯示器。 兩個背光係基於一光導。若干LED 36之光係從一或多個 邊緣耦合至各光導中。光藉由實質上無損失的全内反射 (TIR)在此光導内行進。光係藉由一出耦合結構而從光導 . 中耦合出。該出耦合結構可由塗料點或塗料線組成。或 者’其可由具有一特定形狀或粗糙度的表面壓痕組成。 對於實現一 3D模式之第一邊緣發光型光導32，出耦合結 構由以某一距離（圖3中之piine)間隔開之薄平行線33之一圖 案組成。結果將為線源之圖案。此等線源結合lcd面板之 158301.doc 201218179 像素可實現3D呈現：相關於一下伏線源之位置的各像素之 位置決定-晝面方向。各像素對應於若干類似晝面（等效 於雙凸透鏡配置中產生之重複晝面現象）。存在若干視 錐，在每-錐内具有唯-晝面。各視錐之角大小為（近似 值）： 9r =nFjJ2£. d 此處，η為在像素與線源之間之材料之有效折射率，而d 為像素與線源之間之實體距離。 圖4更清楚地展示如何形成多重畫面，例如3晝面，、 V2、V3。在此實例中，發光線（Ught Hne)之間之間距係 (子）像素間距的整數倍，使得各發光線對上方之像素產生 相同組之角度。以此方丨’從各發光線產生相同組之照明 方向。虛線展示在下個視錐中產生的晝面重複。 然而，間距不必一定為（子）像素間距的整數倍；亦容許 為非整數倍。此類似於其中在一顯示面板前面存在具有為 子像素間距之非整數倍之一間距的一雙凸透鏡的情形。此 有助於減小由具有黑矩陣之像素陣列及雙凸透鏡陣列之週 期性特性所引起的莫爾（m〇ir0)效應。 視域之總寬度將受限於光導内的全内反射-因為在—給 疋角度之外，來自線光源之光將不會從光導處逃逸，.且將 在該光導内繼續一全内反射路徑，直至其再次藉由光源散 射。離開光導之光線將在多達9〇度之角度下離開該光導。 當行進通過顯示面板時，此等光線朝垂直於面板之一方向 折射且不會滿足TIR條件。因此，離開光導之所有光線將 15830l.doc 201218179 可行進通過該面板。 在線源平行於像素行之情形中，唯一晝面之數目等於 Nview=pline/Ppixel，其中ppixei為子像素大小。在線源相對於 像素行傾斜之情形中，此數目較大（例如，在傾斜1/6的情 形中，該數目為 Nview=2 pline/ppixel)。 線源之寬度應為小的（圖3中之wnne)。實務上，其應不超 過子像素間距ppixel。若線源寬度過大，則個別3D畫面將變 寬至令人無法接受之一位準。 第二邊緣發光型光導34實現一 2D模式，且類似於第—光 導32，不同之處在於第二邊緣發光型光導34提供LCD面板 之一均勻照明。此光導上之出耦合結構使得可獲得一均勻 照明。該第一光導32對於由第二光導所產生之光係大體上 透明的。 對於第一光導32，由線源發射之光應僅朝LCD面板發 射：往錯誤方向發射之光可從第二光導之出耦合圖案散射 且導致各3D晝面中之對比度的損失。 達成此之一方式為對出耦合結構使用白色塗料，其足夠 厚而使光無法通過或塗有一吸收或反射層。 對於第一光導32，發光線之寬度可跨越光導而變化以確 保各線產生相同量的光。在所有線之寬度相同之情形中， 離LED最遠之線將比其他者產生更少光，此係因為在該位 置，較少光留在光導内。 對於第一光導32，出耦合結構不必一定由直線組成，儘 管如此是較佳的。該等線可為交錯的。該結構亦可為線段 158301.doc -11 - 201218179 的一二維圖案。 在兩個光導32、34之間可定位一擴散器以在2D模式中提 供一更均勻照明。 在2D模式中，用於3D模式之第一光導32之LED應經驅動 使得由第一光導32之發光線所產生之強度等於由第二（2D 模式）光導34所發射之光的強度。此確保第一光導32之發 光線在2D模式中保持不可見。 第二光導34可為傳遞一均勻照明的任何普通背光技術， 包含無需光導的技術。 因此本發明提供一種可切換的多重晝面顯示器，該多重 畫面顯示器具有用於一單一畫面（例如，2D)模式之一規則 背光且在此背光與一 LCD面板之間存在緊密地間隔開之窄 線源之一陣列。較佳言之，線源陣列係由具有線形出耦合 結構的一邊緣發光型光導產生。此等線源產生朝向LCD面 板引導（而非在朝向規則背光之相反方向上）的光。 在3D模式中，關閉負責2D模式之背光，而在2〇模式 中切換負責3 D模式之線源以便發射遮掩其存在之一光位 準〇 可由控制器（圖1中之〗3)且在一電腦程式之控制下實施 模式間之切換。可由使用者手動執行模式切換，或者可基 於摘測正被顯不之影像内容之格式而自動實施模式切換。 一潛在問題為小型像素引起之光繞射，其可導致加寬之 畫面。 歸因於繞射，一光線（在相同方向上行進之光子之一集 15830 丨.doc

-12- 201218179 合）之角範圍將加寬一量： ΑΘ〇 =C~D~~，其中 c=l-2。 ^ pixel 常數 另一方面 P pixel ? 此處，λ為光的波長且單位量級的某 一個別晝面之角寬度為·· Αθ„

其中11為像素與線源之間之材料夕古A 材科之有效折射率且d為像素 與線源之間之實體距離（參看圖3)。 要求由繞射引起之晝面加寬不超過_畫面之寬度換言 之，Δθ£)<Δθν。因此，要求：

Ppixel >〇 λ— ο η 連同一視錐大小： ec = n^-, d 其中Pnne為線源之間距且畫面之數目為

Nview = Piine/ppixel(以無傾斜為例），結果：

Ppixe,>cX^ , ec 作為貫例，若c=2，λ=450 nm(最壞情形：藍光）， 15且θ(：_2〇。因此要求Ppixei>39 μηι。此由當前像 素尺寸滿足。因此，實務上繞射將不起重要作用。 以上貝例使用一液晶顯示器。然而，當採用其他照明顯 示技術時，仍可獲得本發明之優點。本發明適用於使用一 照明源及一光閘（shutter)類型像素化顯示器的任何顯示器 配置。 已結合自動立體顯示器描述本發明。本發明亦可應用於 15830I.doc •13· 201218179 將不同影像提供至不同空間位置的多重晝面顯示器；但是 此等影像對於不同位置之不同觀看者通常為不同單像（2d) 影像（儘管其等對於不同觀看者亦可為不同立體影像或一 組合）。此類顯示器通常稱為雙畫面顯示器或分割式螢幕 顯示器。 如上所述，光出耦合結構可為塗有諸如塗料的一表面或 圖案化或塑形諸如三肖形凹槽（以改變反射角且藉此允許 從光導逃逸）的一表面或例如藉由噴砂而粗糙化=表面: 或者’可使用S光材料條，諸如麟光體（黃色）或有機發光 材料。在此情形中，可將藍光耦合至光導中， 產生及釋放白光。 先導 較佳實施方案對於單-畫面（2 D)模式將兩個光導開啟。 然而，此非為必要的，尤其是若第一背光之線源足夠小， 其等對第二背光產生之陰影不會被觀看者感知。若险影係 可感知的，則開啟第一背光以重新產生一均勾照明場w、 在研習圖式、揭示内容及隨附申請專利範圍[熟悉此 項技術者在實踐本發明中可理解且實現對所揭示之實施例 的其他變動。〇請專利範圍中，用詞「包括」不排= 他元：：步驟’且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數 個二一早-處理器或其他單元可滿足申請專利範圍令所述 之右干項目之功能。在互不相同之附屬請求項中述及某些 措施的純粹事實並不表示*能有利使用此等措施之組合。 -電腦程式可儲存/分佈於與其他硬體一起供應或作為其 他硬體之-部分的一適當媒體上’諸如一光學儲存媒體或 15830 丨.doc •14· 201218179 一固態媒體，但是亦可以其他方 万式々佈，诸如經由網際網 路或其他有線或無線電㈣統分佈。t請專利範圍中之任 何參考符號不應視為用於限制範疇。 【圖式簡單說明】 圖1係-已知自動立體顯示裝置的一示意性透視圖； 圖2展示一雙凸透鏡陣列如何將不同晝面提供至 * 間位置； = 圖3展示本發明之一顯示裝置·，及 圖4係用於更清楚地展示多重晝面產生。 【主要元件符號說明】 1 顯示裝置 3 液晶顯示面板 5 顯示像素 7 光源 9 雙凸透鏡薄板 11 雙凸透鏡元件 13 控制器 20 背光 24 顯示裝置 28 雙凸透鏡陣列/雙凸透鏡配置 30 顯示面板/規則LCD面板 32 背光/第一邊緣發光型光導 33 薄平行線 34 背光/第二邊緣發光型光導 158301.doc -15· 201218179

36 發光二極體/LED VI 晝面 V2 晝面 V3 畫面 -16· 158301.doc

Claims (1)

1. 201218179 七、申請專利範圍： 1. 一種多重畫面顯示裝置，其包括： 一背光配置（32、34);及 一顯示面板（30)，其用於調變從該背光配置（32、34) 輸出之光且包括複數個像素； 其中該背光配置包括： —第一背光裝置（32) ’其用於產生呈一組間隔線形 式之照明’用於照亮該顯示面板（30)以將不同影像投 影至不同空間位置；及 第一背光裝置（34) ’其用於產生呈覆蓋該背光配 置區域之一連續照明區域之形式的照明； 其中s亥第一背光裝置（32)係在該顯示面板（3〇)與該第 二背光裝置（34)之間，且在該等間隔線之區域之外對該 第二背光裝置之光係透明的。 2·如請求項1之裝置，其中該裝置係可操作於其中兩個背 光裝置（32、34)均被照亮的一單一晝面模式，及其中僅 該第一背光裝置（32)被照亮的一多重畫面模式。 3. 如請求項2之裝置，其包括用於控制操作模式的一顯示 控制器C13)。 4. 如前述任一請求項之裝置，其中該第一背光裝置（32)包 括一邊緣發光型照明面板。 5·如請求項4之裝置，其中該組間隔線係由該照明面板之 一表面上之刷塗區域定義。 6.如請求項4之裝置’其中該組間隔線係由該照明面板之 158301.doc 201218179 表面上之表面輪扉定義。

   如前述任一諳免g 自動立體顯示裝 〇月承項之裝置’其包括— 置。 裝置，其用於產生至少三個個別2〇畫面。 .了項1至6中任—項之裝置，其中該裝置係可將至少 兩個不同2D及/或3D影像提供$宏a 〜彳豕杈供至夂位於顯示器前面之不 同位置之兩個不同觀看者的雙畫面顯示裝置。 1〇_如前述任一請求項裝 ，、T 6亥顯不面板（30)包括一 液晶顯示器。 11. -種操作-顯示裝置以提供一單—畫面輸出及一多重畫 面顯不輸出兩者的方法，該方法包括： 在一第一多重畫面模式中，控制—背光配置之一第一 :光裝置(32)以產生呈一組間隔線形式之照明，用於照 亮該顯示面板（30)以將不同影像投影至不同空間位置； 及 一， 在一第二單一晝面模式中，控制相對於一顯示面板 (3〇)在該第一背光裝置（32)後面的該背光配置之一第二 背光裝置(34)，以產生呈覆蓋背光區域之一連續照明： 域之形式的照明； 其中在各模式中，從該背光配置（32、34)輸出之光係 由該顯示面板調變。 12.如請求項1〗之方法，其中在該第二單一晝面模式中，該 背光配置之該第一背光裝置（32)經控制以產生3 ^至一組間 隔線形式之照明。 158301.doc 201218179 13.如咐求項u或12之方法，其包括在該第一模式中產生一 自動立體顯示影像。 士 β求項13之方法，其用於產生至少三個個別2D畫面。 15. —種包括電腦程式碼構件的電腦程式，當該程式運行於 一電腦上時，用於實施請求項8至14中任一項之方法。 158301.doc 3·