[发明专利]具有输出的方向性控制的显示设备以及用于这种显示设备的背光源和光导向方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于显示设备的背光源，其特别适用于其中在窄范围的输出方向上显示图像的显示设备。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将不同视图导向到不同物理位置的布置。另一示例是其中仅在观看者的方向上提供显示图像的私密显示器。

背景技术

一种已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，其具有充当用于产生显示的图像形成构件的显示像素（其中“像素”典型地包括“子像素”集合，并且“子像素”是最小单独可寻址的单色图片元素）的行和列阵列。彼此平行延伸的伸长的镜头的阵列覆在显示像素阵列的上面并充当视图形成构件。这些被称为“透镜镜头”。来自显示像素的输出被投射穿过这些透镜镜头，透镜镜头的功能是用于修改输出的方向。

将透镜镜头提供为镜头元件的薄片，所述镜头元件中的每一个包括伸长的部分圆柱体（例如，半圆柱体）镜头元件。透镜镜头在显示面板的列方向上延伸，其中，每个透镜镜头覆在由两列或更多列相邻显示子像素构成的相应组的上面。

每个透镜镜头可以与两列显示子像素相关联，以使用户能够观看单一立体图像。替代地，每个透镜镜头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。每组中的对应列的显示子像素被适当布置以提供来自相应二维子图像的纵向切片。随着用户的头从左向右移动，观看到一系列连续不同的立体视图，从而创建了例如环视（look-around）的印象。

图1是已知直视自动立体显示设备1的示意透视图。已知设备1包括充当用于产生显示的空间光调制器的有源矩阵型的液晶显示面板3。

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，图中示出了仅少数显示子像素5。在实践上，显示面板3可以包括大约一千行和数千列的显示子像素5。在黑白显示面板中，子像素事实上构成全像素。在彩色显示器中，子像素是全色像素的一个颜色组件。根据通用术语，全色像素包括创建所显示的最小图像部分的全部颜色所需的全部子像素。因此，例如全色像素可以具有可能地用白色和/或黄色子像素和/或用一个或更多个其他基本有色子像素增加的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）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包括一对隔开的透明玻璃基板，在其之间提供了对准扭曲向列的（aligned twisted nematic）或其他的液晶材料。基板在它们面对的表面上承载透明铟锡氧化物（ITO）电极的图案。还在基板的外表面上提供偏振层。

每个显示子像素5包括基板上的相对电极，在相对电极之间具有介于中间的液晶材料。显示子像素5的形状和布局是由电极的形状和布局确定的。显示子像素5通过间隙彼此规则地隔开。

每个显示子像素5与比如薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管（TFD）之类的开关元件相关联。显示像素被操作以通过将寻址信号提供给开关元件而产生显示，并且合适的寻址方案对于本领域技术人员而言将是已知的。

显示面板3通过光源7照明，在这种情况下，该光源7包括延伸遍及显示像素阵列的区域的平面背光源。来自光源7的光被导向穿过显示面板3，其中个体化显示子像素5被驱动以调制光并产生显示。背光源7具有侧边缘7a和7b、顶边缘7c和底边缘7d。它具有光从其输出的正面。

显示设备1还包括布置在显示面板3的显示侧的上方的透镜薄片9，其执行光导向功能以及因此执行视图形成功能。透镜薄片9包括彼此平行延伸的透镜元件11的行，为清楚起见，以放大尺寸示出其中的仅仅一个透镜元件11。

透镜元件11呈凸状（半）圆柱体镜头的形式，每个镜头具有垂直于元件的圆柱体曲面而延伸的伸长的轴12，并且每个元件充当光输出导向构件以提供从显示面板3到定位在显示设备1前面的用户的眼睛的不同图像或视图。

透镜型成像布置导致产生多个观看锥体。在每个锥体内，不同视图的集合被重复。对于多观看者的显示器而言，这是有利的，原因在于它使得全视场能够充满视图。对于移动观看者而言可能尤其有利的是，在跟踪单一或少数观看者的位置的头部跟踪系统中使用例如单一观看锥体。

显示设备具有控制背光源和显示面板的控制器13。

图1中示出的自动立体显示设备1能够在不同方向上提供若干不同的透视图，即它能够将像素输出导向至显示设备的视场内的不同空间位置。特别地，每个透镜元件11覆在每行中的一小组显示子像素5的上面，其中在当前示例中，行垂直于透镜元件11的伸长轴延伸。透镜元件11在不同方向上投射一组的每个显示子像素5的输出，以形成若干不同视图。随着用户的头从左向右移动，他/她的眼睛将进而接收所述若干视图中的不同视图。