[发明专利]具有输出方向控制的显示设备及用于这种显示设备的背光

说明书

一种显示背光，包括边缘发光式波导，该边缘发光式波导具有光耦出结构的阵列，光耦出结构的每一个例如包括伸入到波导内的突起。每个突起具有射束重定向面，其与法线形成角a。将角a和波导的折射率以及波导外部(输出面之上)的折射率设计为满足各种关系，这确保可以将光学输出选为处于大致向前的方向上的期望的角度范围内(并且因此不被消减)。

技术领域

本发明涉及一种用于显示设备的背光，其特别适用于其中图像显示在窄范围的输出方向上的显示设备。一个示例是自动立体显示设备，其包括具有显示像素阵列的显示面板和用于向不同物理位置引导不同视图的装置。另一示例是防窥显示装置，其中只在观看者的方向上提供显示图像。

背景技术

已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，该二维液晶显示面板具有显示像素的行和列的阵列(其中一个“像素”典型地包括一组“子像素”，并且“子像素”是单独可寻址的、单色的最小图像元件)，其充当了图像形成装置以产生显示。彼此平行延伸的细长透镜的阵列覆盖显示像素阵列并且充当视图形成装置。这些透镜被称为“柱状透镜(lenticular lens)”。来自显示像素的输出穿过这些柱状透镜被投射，所述柱状透镜起到修改输出方向的作用。

柱状透镜设置为透镜元件的板状物，每个透镜元件包括细长的半圆柱型透镜元件。柱状透镜在显示面板的列方向上延伸，每个柱状透镜覆盖显示子像素的两个或更多个相邻列的相应的组。

每个柱状透镜可以与两列显示子像素相关联，以使得用户能够观察到单个立体图像。替代性地，每个柱状透镜可以与行方向上的三个或更多个相邻显示子像素的组相关联。每个组中的显示子像素的对应列适当地布置成从相应的二维子图像提供垂直分片(slice)。随着用户的头部从左向右移动，观察到一系列连续的、不同的、立体的视图，这创建了例如环顾印象。

图1是已知的直视式自动立体显示设备1的示意性透视图。已知的设备1包括有源矩阵型的液晶显示面板3，其充当空间光调制器以产生显示。

显示面板3具有显示子像素5的行和列的正交阵列。为了清楚起见，图中只示出了少数的显示子像素5。实际上，显示面板3可以包括大约一千行和几千列显示子像素5。在黑白显示面板中，子像素实际上构成了完整的像素。在彩色显示装置中，子像素是全彩像素的一个颜色组件。根据通用术语，全彩像素包括对于创建所显示的最小图像部分的所有颜色而言所必须的所有子像素。因此，例如，全彩像素可以具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素，可能增加白色子像素或者一个或多个其他基本颜色子像素。液晶显示面板3的结构是完全常规的。特别地，面板3包括一对间隔的透明玻璃基板，它们之间设置有排列的扭曲向列型的液晶材料或其他液晶材料。基板在它们的面对的表面上承载了透明氧化铟锡(ITO)电极的图案。在各基板的外表面上还设置有偏振层。

每个显示子像素5包括在各基板上的相对的电极，在相对的电极之间具有介于中间的液晶材料。显示子像素5的形状和布局由电极的形状和布局确定。显示子像素5有规律地通过间隙彼此间隔开。

每个显示子像素5与开关元件(诸如薄膜晶体管(TFT)或薄膜二极管(TFD))相关联。通过向开关元件提供寻址信号，操控显示像素以产生显示，并且对本领域技术人员而言，合适的寻址方案是已知的。

显示面板3由光源7照亮，在这种情况下，光源7包括在显示像素阵列的区域之上延伸的平面背光。来自光源7的光被定向穿过显示面板3，独立的各显示子像素5被驱动以调制光并产生显示。背光7具有侧边缘7a和7b、顶边缘7c和底边缘7d。其具有前面，光从所述前面输出。

显示设备1还包括透镜板9，其布置在显示面板3的显示侧之上，该透镜板执行导光功能并且因此执行视图形成功能。透镜板9包括彼此平行地延伸的透镜元件11的行，为了清晰起见，仅以放大的尺寸示出了透镜元件中的一个。