[发明专利]具有光学放大的自动立体显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有由显示面板产生的图像的光学放大的显示装置。最普通的示例是在显示面板上具有透镜状片（lenticular sheet）的自动立体显示装置。

背景技术

自动立体显示器提供了由在不同的观看点处的不同子图像构成的图像。如果将适当调整的不同子图像（即，利用适当的双眼视差）提供给观看者的左眼和右眼，则整体图像被观看者感知为三维图像。一种已知的提供不同图像的方法是通过改变颜色含量进行，其中观看者需要佩戴在每个目镜中具有不同的颜色吸收透镜的特殊眼镜。

在观看者不需要佩戴特殊眼镜的情况下提供由在不同观看点处的不同子图像构成的图像的立体显示器被称为自动立体显示器。典型的自动立体显示器包括矩阵液晶显示器（LCD）面板，该面板包括以行和列布置的显示元件阵列。该显示器进一步包括用于引导来自显示元件阵列的输出光以使得从显示面板上的给定点提供的视觉输出取决于观看角度的装置。这意味着观看者的右眼将看到与左眼所看到的视图不同的视图，从而提供期望的立体或三维图像。

输出光引导装置的一种公知形式是覆盖显示面板的透镜状片。例如聚合物材料的模制的或机械加工的片形式的透镜状片覆盖显示面板的输出侧，该透镜状片的透镜状元件（包括（半）柱面透镜元件）在列方向上延伸，其中每个透镜状元件与显示元件的两个或更多相邻列构成的相应组相关联并且与这些显示元件列平行地延伸。

在其中每个微透镜（lenticule）与两列显示元件相关联的布置中，显示面板被驱动以显示包括两个垂直交错的2D子图像的合成图像，其中显示元件的交替列显示这两个图像并且每列中的显示元件提供相应2-D子图像的垂直切片。透镜状片将这两个切片以及来自与其他微透镜相关联的显示元件列的对应切片分别引导到该透镜状片前面的观看者的左眼和右眼，使得由于这些子图像具有适当的双眼视差，观看者感知到单个立体图像。在其他所谓的多视图布置（其中每个微透镜与在行方向上超过两个相邻显示元件构成的组相关联并且每个组中显示元件的对应列被适当地布置成提供来自相应2-D（子）图像的垂直切片）中，则随着观看者的头移动，一系列连续的不同立体视图被感知以便创建例如更大的观看自由度和/或环视印象。

这种自动立体显示装置可以用于各种应用，例如用在医学成像、虚拟现实、游戏、移动电话和CAD领域。

可在2-D与自动立体操作之间切换的自动立体显示装置是已知的。这例如通过提供可在漫射与非漫射状态之间切换的漫射层来提供，使得漫射状态抵消透镜状透镜的光定向效应，从而将自动立体视图降低到2-D视图。

典型地，在自动立体模式中（或在仅具有3D模式的显示器中），由于提供了沿着给像素中行方向用于不同视图的给定颜色的单独的可个别寻址的显示元件，所以损失了空间分辨率。同样，跨越显示器（即在行方向上）发生亮度变化。

如上文所讨论的自动立体显示器中空间分辨率损失的效应已经通过使用透镜状透镜相对于像素的列方向的倾斜的取向而减轻。这样的布置倾向于在行和列方向之间“分配”分辨率的损失，从而降低行方向上的分辨率的显著度（starkness），特别是对于更大数量视图的多视图显示器。

然而，通过以相对于显示像素的列成一定角度倾斜透镜状元件，引入了其他问题或使其他问题恶化。随着用户的头从左向右移动，观察到光强度的变化。这些强度变化是由于透镜状元件成像限定显示面板像素区域的不透明黑色掩模的变化量造成的。所述变化被用户观察为莫尔条纹干涉。

光强度变化的问题可以通过改变透镜状元件的焦轴来解决，使得显示面板的更宽的带被成像。然而，这样引入了不同视图之间的串扰，这也是不期望的。

US7800703公开了一种布置，其中显示像素的显示区域具有基本平行于透镜状元件轴的边缘。通过向具有显示像素区域的设备提供平行于透镜状元件轴的边缘，光强度变化和各视图之间的串扰的问题得到减轻或消除。然而，透镜状元件轴保持以相对于显示像素列成一定角度倾斜，并且因此仍然有可能“消耗”竖直和水平分辨率，以增加设备显示的视图的数量。

像素子结构（比如黑色矩阵）对观看者可见的问题是任何具有对显示面板输出的光学放大的显示装置中潜在的问题。在像素输出处具有光学透镜布置的自动立体显示器的另一个示例是近来由申请人提出（但尚未公布）的免聚焦（free focus）自动立体显示器设计。