显示器的制作方法
专利名称：显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有私密操作模式和公开操作模式的显示器。在第一“公开”模式中， 这种显示器可以具有用于一般使用的宽视角。在第二“私密”模式中，这种显示器针对由合 法用户观看的主图像可以具有窄视角。在较宽视角下，可以显示副图像，或者显示器可以表 现为空白，防止离轴观看者看到私密信息。这种显示器可以用在用户可能希望查看机密信息但又不能控制其他人可能看到 的许多应用中。这样的例子包括移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、桌面监视 器、自动取款机(ATM)和电子收款机(EPOS)设备。这种显示器也可以用在对于特定观看者 (例如，司机或操作重型机械的驾驶员)而言能够看到特定图像如街边广告或车内电视屏 会分散注意力并因此是不安全的情况下。
背景技术：
电子显示装置，如用于计算机的监视器以及电话和便携式信息设备内置的屏幕， 通常设计为具有尽可能宽的视角，使得能够从任意观看位置对其进行阅读。然而，在某些情 况下显示器仅在窄的角度范围内可见是有用的。例如，某人可能希望在拥挤的火车上使用 便携式计算机来阅读私密文档。已经知道若干设备对能够观看到显示器的角度或位置的范围进行限制。不可切换私密显示器US6552850(E Dudasik ;Citicorp Inc. 2003)描述了一种用于在提款机上显示私 密信息的方法。该机器的显示器发出的光具有固定的偏振状态，并且该机器及其用户被一 片状偏振器的大隔板所包围，该偏振器吸收所述偏振状态的光而透射正交状态。路人可以 看到用户和机器，但是并不能看到屏幕上显示的信息。控制光方向的通用方法是由类似于软百叶窗(Venetian blind)设置的交替透明 和不透明层构成的“百叶窗(louvred) ”膜。同软百叶窗一样，当光沿与层平行或几乎平行的 方向行进时其允许光通过；而吸收同层平面成大角度行进的光。这些层可以垂直于膜的表 面或者同膜的表面成其他角度。在3M公司所递交的一系列专利中描述了用于生产这种膜 的方法USRE27617(F 0 Olsen ；3M 1973)，US4766023 (S L Lu ；3M 1988)以及 US4764410 (R F Grzywinski ； 3M 1988)。存在其他方法用来制造与百叶窗膜具有类似性质的膜。例如在US05147716(P A Bellus ；3M 1992)以及 US05528319 (R R Austin ；Photran Corp. 1996)中描述了这样的方 法。US6239911(T Koike ；Kimoto Co. Ltd. 1997)描述了一种视角控制片，其由光可透过聚 合物层构成，所述聚合物层包含在方向上规则的裂纹。该片透射沿着与裂纹平行的方向行 进的光，而阻挡沿其他方向行进的光线。该光控制膜的动作非常类似于百叶窗，同时不必要 的光吸收较小。大多数显示方法浪费了功率，因为它们沿所有方向发光，而常常只需要向单一或 少数用户发光。有鉴于此，存在一些专利公开了使用透镜以将发出的光引导到特定方向上或者单一平面中，用以节电或者亮度增强的目的。例如，US6570324(L Tutt ；Eastman Kodak Company2003)描述了将来自有机发光二极管(0LED)显示器的光引导至单一用户的方法， 这通过对位于球形微透镜的2D阵列之下的小0LED像素进行定位来实现。由于要被寻址的 0LED材料区域要小得多，对于针对用户的相同输出亮度，功耗大大降低。该显示器于是只能 够从单一位置观看，因此这种设置同样得到了私密性。GB2405542描述了使用透镜作为引导 光的方式主要用于双视(dual view)显示器，尽管提到了私密显示器。该后一篇专利没有 描述如何实现可电切换私密性，也没描述如何优化像素尺寸以维持公开模式中的在轴分辨 率。使用透镜来引导光的不可切换私密性领域中的其他相关现有技术包括1.JP2002299039(N Furumiya, Sanyo Electric Co Ltd,2002)2. JP2006236655(K Furukawa, Konica Minolta Holdings Inc，2006)3.US6809470(R M Morley ；Intel Corporation 2000)4. US7091652(R M Morley ；Intel Corporation 2004)5. US6935914(A Ito ；Mitsubishi 2001)6. W00133598Q C Strurm ；Princeton University 2000)7. W003007663 (S Moller； Princeton University 2002)可切换私密显示器尽管所有上述技术可以用来建立私密显示器，但是在所有这些情况下私密性均不 可切换使得显示器可以转换到对大范围的用户可见。US专利申请2002/0158967 (J M Janick ；IBM，2002年公布)展示了如何将光控制
膜安装在显示器上使得其可以移动到显示器正面以给出私密模式，或者机械缩回显示器旁 边或背后的支架中以给出公开模式。该方法的缺点在于其包含可能出现故障或受损的移动 部件，且使得显示器体积增大很多。有多种方法来制造可电切换的显示器。例如，诸如在前面部分中描述的光控制膜 可以跟随有可切换漫射器(通常是聚合物分布的液晶单元)，如在以下专利中所述1. US831698(S ff Depp ； IBM 1998)2. US6211930(ff Sautter ；NCR Corp. 2001)3. US05877829(M Okamoto ； Sharp KK 2001)可选地，可切换百叶窗系统是可行的，其中在百叶窗中使用染色或未染色液晶 (LC)元件1. US5825436(K R Knight ；NCR Corp. 1998)2. GB2405544(A Evans ； Sharp KK 2003)另一备选方案是在显示器的顶部使用额外的LC单元以电切换显示器的视角特 性1. GB2413394(ffinlow)2. GB2421346 (Evans)3. GB2418518 (Bonnett)4. W004070451(G J ffoodgate ；Ocuity Ltd. 2004)上述所有可电切换技术导致向现有显示面板增加额外的厚度和重量，因此对于同 在尺寸和厚度上不断减小的便携式设备中的屏幕一起使用而言，是不那么令人满意的。存在若干技术描述了通过使用液晶显示器的自然视角依赖性来建立可切换私密性的方法1. JP09230377 以及 US05844640 (Sharp, 1996)2. US20070040975A1 (LG Philips, 2005)以及 SID，07 Digest pp756_7593. US20070121047A1(LG Philips, 2005)以及 SID，06 Digest pp729_7314. US20060109224(Au Optronics, 2005)5. US20040207594 (Sharp, 2003)以及 GB2428152A1 (Sharp，2005)6. Rocket Software,Inc. (http://www, rocketsoftware, com)7. JP1999-11-30783(Mitsubishi，1999)8.US6646707(B0E Hydis,2001)9. JP1999-11-30783 以及 US20060267905A1 (Casio, 2005)10. US20070046881 (Casio,2005)ll.GB2428101(Gass)12.英国专利申请 No. 0721255. 8 (Broughton)尽管所有这些方法在向现有显示面板不增加额外厚度方面是有利的，但是它们专 用于液晶显示器(LCD)模式，而不能(例如)用于制造可切换私密0LED显示器。显然，存在对于这样一种私密技术的需求，该私密技术向现有显示面板增加很少 或者不增加额外厚度，并且还可以适用于所有类型的显示器模式，包括阴极射线管(CRT)、 IXD、等离子显示面板(PDP)、0LED、场发射显示器(FED)、表面传导电子发射显示器(SED)寸。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视 差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一 个第二像素，所述至少一个第一像素与所述视差元件对准使得通过所述至少一个第一像素 的中心且通过所述视差元件的中心的直线延伸到第一观看区域中，视差元件将第一像素的 观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为 在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二 像素来显示第一非私密图像。至少一个像素组可以位于显示装置中像素所处的表面的中间或与该表面的中间 相邻，且所述直线可以与该表面基本上垂直相交。该表面可以基本上是平面。每一视差元件可以是具有中心线的一维视差元件，所述至少一个第一像素可以包 括第一像素的行，该行的中心线与视差元件的中心线对准，使得包含视差元件和第一像素 的该行的中心线的平面的至少一部分延伸到第一观看区域中，并且所述至少一个第二像素 可以包括第二像素的第一行和第二行，所述第一行和第二行平行于第一像素的所述行且位 于第一像素的所述行的相反侧。在每一对相邻组中，一组中的第二像素的第一行可以包括 另一组中第二像素的第二行，且可以与相关联的视差元件的中心线之间的中线对准。显示装置可以被设置为在私密观看模式中通过第二像素显示第二非私密图像。第 二非私密图像可以与第一非私密图像相同。
显示装置可以被设置为在公开观看模式下通过第一和第二像素显示第一非私密 图像。第一和第二观看区域可以部分交迭，并且在公开观看模式中第一和第二像素可以被 设置为显示第一非私密图像的不同图像像素。第二观看区域可以包括多个子区域。子区域可以基本上不交迭。第一观看区域可 以位于子区域中的第一和第二子区域之间。阵列可以是规则阵列。视差光学部件可以包括透镜阵列，且每一视差元件可以包括该阵列中的透镜。视差光学部件可以包括视差隔栅，且每一视差元件可以包括孔。视差光学部件可 以包括在隔栅的每一孔处的相应透镜。根据本发明的第二方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括通过不透明区域彼此分隔 的透镜的阵列，每一透镜与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个 第一像素和至少一个第二像素，使得透镜将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许 在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素 来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。视差元件的间距可以与像素组的间距不同，以提供视点校正。第一像素与第二像素的尺寸可以不同。根据本发明的第三方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视 差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一 个第二像素，使得视差元件将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区 域观看第二像素，第一像素与第二像素的尺寸不同，所述显示装置被配置为在私密观看模 式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第 一非私密图像。每一第一像素可以小于每一第二像素。每一第一像素可以窄于每一第二像素。
每一组可以包括至少一个另一像素。显示装置可以被设置为对通过其中的光进行调制。显示装置可以是液晶装置。显示装置可以是光发射型装置。显示装置可以是发光二极管装置，所述发光二极 管装置包括多个像素限定电极，所述像素限定电极面对分别限定第一和第二像素的图案化 第一和第二电极。视差光学部件可以位于显示装置同第一和第二观看区域之间。显示装置可以至少部分透射，且可以位于视差光学部件同第一和第二观看区域之 间。因此，可以提供一种具有可电切换视角的显示器。这种可切换性可以通过将每个 像素分成多个子像素来获得，其中每个子像素向不同的视角范围发射光。所发射光的方向 性可以通过使用微透镜、视差隔栅、或这两者的组合来实现。“私密”或“公开”观看模式可 以通过独立控制子像素来获得。在“私密”模式中，离轴观看可以是空白，或者可选地，基本 上同等亮度的可控副图像。这类显示器的优点在于其可以应用于任何类型的显示器模式， 因此可以同等地适用于背光透射型(例如，IXD)、发射型(例如，PDP、0LED)或反射型(例如，电泳、LCD)显示器模式。另一优点在于该技术的设计使得向整个显示面板增加很少或 没有增加额外厚度。这是非常重要的，因为用于便携式设备的显示模块变得越来越薄。另 一优点在于通过适当设计视差光学部件，可以实现水平和垂直方向上的私密性。最后，该 显示器可以被设计为在公开模式中实现在轴全像素分辨率，或者显示副图像(例如，可以 用于显示广告)。结合附图，考虑以下对本发明的详细描述，本发明的前述以及其他目的、特征和优
点将更易于理解。
图1图示了构成本发明实施例的显示器以及观看者在不同视角能观察到的光强 度；图2图示了用于将透镜和隔栅配置(3+4)应用到显示器中的若干备选方案；图3图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图4图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图5图示了距显示器有限距离的观看者观察的显示器中“视点校正”的需要。图6图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图7图示了本发明另一实施例中使用的修改像素布局(a)以及交错透镜和隔栅配 置(b)；图8图示了透镜为条状而非交错式的交错像素实施例变体；图9图示了透镜之间没有隔栅的实施例；图10图示了没有透镜覆盖隔栅狭缝的实施例；图11图示了适于在两个维度上提供私密性的实施例的像素布局(a)以及透镜和 隔栅配置(b)的示例；图12图示了适于在两个维度上提供私密性的实施例的像素布局(a)以及透镜和 隔栅配置(b)的另一示例；图13图示了所使用显示器类型为带有常规偏振器的透射型LCD的本发明实施 例；图14图示了偏振器均位于透镜和隔栅配置一侧的图13中显示器的变体；图15图示了使用单元内偏振器(以及可选的单元内延迟器)而非常规偏振器的 变体；图16图示了透镜和隔栅配置位于背光和IXD之间而非IXD和观看者之间的另一 实施例；图17图示了使用反射型IXD的本发明另一实施例，其中反射元件置于显示器之 下；图18图示了使用透反型LCD的本发明另一实施例，其中使用的像素具有反射部分 和透射部分；图19图示了反射元件置于LC层与IT0电极之间的变体；图20图示了任何其他反射技术用于显示器例如电泳显示器的另一实施例；以及图21图示了可应用于LED或0LED显示器的混合寻址方法。
具体实施例方式图1的(a)部分和(b)部分示出了包括像素的矩形阵列的显示面板，其中像素被 分为两种类型，即第一像素1和第二像素2。这两种类型形成交替的行或列，它们可以具有 不同宽度。图1的(a)部分示出了像素列1比像素列2窄的情况，但是该实施例不限于该情 况。位于像素和观看者(5)之间的是隔栅(barrier)层形式的视差(parallax)光学部件， 其中隔栅层包括由一系列平行条(3)所分隔的孔或狭缝形式的视差元件的规则阵列，平行 条的间距等于一对像素列1和2的间距。这些条由光吸收材料制成，如用于在LCD中掩蔽 薄膜晶体管(TFT)的黑色光刻胶。在隔栅条之间的狭缝中，形成一系列柱状透镜(4)，柱状 透镜的宽度可以完全覆盖或者可以没有完全覆盖隔栅条之间的间隙。隔栅层相对于图像形成层的对准是这样的隔栅条与像素列平行，并且隔栅的中 心位于像素列2的中心。因此，隔栅条之间的狭缝的中心与像素列1的中心对准。具体地， 每一第一像素1的中心21与协作视差元件4的中心22对准，使得通过中心21和22的直 线23延伸到第一观看区域20a中。在图la所示的实施例中，透镜4伸长且柱状会聚以提 供一维视差且每一组的第一像素1被设置为列，21和22表示像素列和视差元件的中心线， 且23表示包含这些中心线的平面，其中平面23的至少一部分延伸到第一观看区域20a中。 类似地，第二像素2的每一列的中心线24 (平行于第一像素1的列)同平面23平行与另一 中心线25对准，其中中心线25位于相邻中心线22之间的中间。每一透镜4与相应的像素组协作，所述像素组在该实施例中包括第一像素1的相 邻列以及在第一像素列相反侧上的第二像素2的相邻第一和第二列。在这种情况下，对于 相邻的像素组，一组的第二像素2的第一列构成了相邻组的第二像素的第二列。在其他实 施例中，例如如图6a所示以及下文所述的示例，每一像素组可以包括另外的像素，例如设 置为位于第二像素2的列相对于第一像素1的列的相反侧上的其他一列或多列。在图la所示的实施例中，像素1和2设置于平面表面上，线23基本上与该表面垂 直相交。然而，对于包括如下所述的视点校正且用于垂直于显示器中间来观看的显示器，这 适用于位于或接近显示器中间的像素。如图1的(b)部分所示，当照射像素列1而不照射像素列2时，导致从显示器发出 的光仅对于处于或靠近第一观看区域20a中法向入射方向的观看者可见；因此，该数据是 “私密”的。然而，当照射像素列2而不照射像素列1时，得到的发射光在第二观看区域的子 区域20b和20c中对于相对于显示器处于法向入射方向和斜入射方向的观看者都可见，因 此该数据是“公开”的。在该实施例中，第一观看区域20位于子区域20b和20c中第一和 第二子区域之间。当像素列20b和20c均被照射时，在靠近法向入射方向的地方两组像素 都可见，因此在“公开模式”下对于在轴观看者而言可实现完全分辨率。给出图1的(b)部分所示观看窗口的像素布局以及透镜和隔栅设计的一个例子如 下。类型1的像素具有40 ym的宽度，类型2的像素具有12.0 ym的宽度。透镜(4)的曲率 半径为80 iim，折射率为1.52，且在隔栅(3)的平面中宽度为130 y m。隔栅的宽度为30 ym。 透镜和隔栅配置(3+4)与像素的间隔总共为llOym，其中50 ym是直接位于像素上方的玻 璃，且其中60 ym是透镜和玻璃之间折射率为1. 37的胶层。这些尺寸是该类显示器的合适 设计的示例，但是显示器并不限于这种情况。像素的尺寸以及观看窗口之间所需的角距(angular separation)需要像素平面(1+2)与透镜和隔栅平面(3+4)之间的间隔通常远小于典型显示器顶部玻璃基板(6)(图2 的(a)部分)。在这种情况下，因此必须使顶部玻璃基板大大减薄，然后再将透镜和隔栅基 板(7)附至显示器顶部。这种设置在图2的(b)部分中示出，其中显示器的顶部基板(6) 与透镜和隔栅基板(7)之间的平坦化间隙(8)可以是空气隙或胶层。显示器的总体不平度 不会受到影响，因为形成有透镜和隔栅配置的基板的厚度通常大于或等于从原始显示器顶 部玻璃基板中去除的玻璃的厚度。在相等的情况下(如图2所示)，显然显示器总体厚度基 本上同常规显示器一样。可选地，透镜和隔栅阵列(3+4)可以不形成在单独的基板(7)上，而是可以直接形 成在显示器的顶部基板(6)上，如图2的(c)部分所示。另一备选方案是透镜和隔栅阵列 (3+4)形成在像素元件(1和2)与显示器的顶部基板(6)之间。如图2的(d)部分所示，像 素元件通过平坦化层(8)与透镜和隔栅阵列(3+4)分隔。在本发明的第二实施例中，像素列1和2的相对宽度和/或透镜和隔栅设计不同 于前一实施例，如图3的(a)部分所示。现在，当照射像素列2而不照射像素列1时，得到的 发射光在法向入射方向不可见，而仅在斜入射方向可见，如图3中的(b)部分所示。因此， 当为了显示第一“非私密”或公开图像，照射像素列1和2两者时，只有像素组1在靠近法 向入射的地方可见，因此在“公开模式”中仅感受到一半的分辨率。然而，由于不存在从像 素组1和2发出的光之间的交迭，所以当像素组1正在向靠近法向入射方向的观看者提供 主“私密”图像时，可以使用像素组2来显示副图像(或第二非私密图像)。该副图像可以 与主图像完全无关，可以与第一非私密图像相同，并且例如可以用于显示广告。在本发明的第三实施例中，像素列1和2的宽度彼此相等，从而像素布局相对于不 具备私密功能的普通显示器实质上没有改变。利用这种像素布局，可以获得前述两个实施 例中两个令人满意的特征中任一个，即，法向入射处的完全分辨率(实施例1)或者分离的 副图像(实施例2)。然而，为了以像素尺寸相同的显示器实现这一点，必须以牺牲私密性或 亮度为代价。这种较低成本的解决方案可能对于某些应用是合适的。在本发明的第四实施例中，隔栅层相对于图像形成层的对准与前述实施例中不 同。隔栅条仍然保持与像素列平行。但是，隔栅条的中心不再与像素列2对准而是略有偏 移，如图4的(a)部分所示。这具有使得两个像素组可见的视角发生偏移的效果，如图4的 (b)部分所示。具体地，像素组1不再是位于法向入射方向下可以最佳观看，而是在某一角 度下可以最佳观看，该角度由隔栅相对于像素的偏移量确定。该特征对于设计针对特定应 用的私密显示器可能是有用的，这种特定应用例如汽车中央控制台中的DVD播放器，其图 像应当对车中的乘客可见而对于司机则不可见。在本发明的第五实施例中，隔栅层的间距略微小于像素列1和2的组合间距，而不 是如之前实施例中那样相等。这被称作“视点校正”，且考虑到观看者(5)在有限的观看距 离观看屏幕(9)，因此从相同屏幕上不同点进入观看者眼睛的光是不同的(见图5)。为了 使得显示器的私密功能在屏幕上的所有点处均能正确工作而不仅仅是在中心处工作，在屏 幕中不同点处隔栅必须相对于像素布局偏移(如前一实施例中那样)不同的量。该可变偏 移在屏幕上连续改变，因此导致与像素列间距(1+2)相比略小的隔栅间距。在本发明的前述实施例中，对于透镜加上隔栅配置的每一间距，有两列像素(1和 2)。在本发明的第六实施例(可适用于所有上述实施例)中，对于每一单独隔栅间距，有多于两列的像素。这使得可以一次展现多于两幅的图像。例如，图6的(a)部分示出了有四 列像素从而每一组包括像素l、2a、2b和2c的情况，在该情况下，显示器可以工作于许多模 式。如果所有四列像素显示相同图像，则该图像可从所有视角可见(“公开模式”)。然而， 如果像素列2b关闭，则图像只能从有限范围的角度观看，这建立了私密效果。另外，如果像 素列2a和2c也关闭，视角的范围进一步受到限制，给出了非常强的私密效果。在另一模式 下，像素列1和2b关闭，而像素列2a和2c接通但是展示不同图像取决于观看距离和所使 用图像类型，这能得到双视显示器或者自动立体显示器。不同工作模式下的视角在图6的 (b)部分中示出。在本发明的第七实施例中，像素布局相对于之前实施例中的布局发生改变。图7 的(a)部分示出了相对于上述布局修改后的像素布局图。仍然有两组宽度不同的像素1和 2，但是不是如前述实施例中那样按列设置，而是像素1和2的对准逐行改变使得像素“交 错”。相应地，修改隔栅设计，使得同第一实施例中相同的规则适用，即，隔栅的中心与像素 2的中心重合，透镜的中心与像素1的中心重合。结果如图7b所示，并且经常称作“棋盘” 隔栅，但是由于透镜和隔栅宽度可以不相等，因此棋盘格不必是方形的。棋盘设计的优点在 于对于给定的隔栅间距和条宽度，与条状隔栅相比，通过使用棋盘隔栅大大降低了隔栅对 用户的可见性。在本发明的第八实施例中，还是使用交错隔栅，但是此时透镜不交错，而是如优选 实施例中那样成条状，除了透镜的间距必须减半以便覆盖所有隔栅狭缝之外。如此造成的 结果是如果透镜与隔栅的宽度之比大于1，则透镜彼此合并。因此，该实施例更适合于透 镜与隔栅之比小于1的情况，如图8的(a)和(b)部分所示。在本发明的第九实施例(适用于所有上述实施例)中，在透镜之间没有隔栅，如图 9所示。在私密性不如光通量重要的情况下，这可能是最好的可能设计。在本发明的第十实施例(同样适用于实施例1 8)中，没有透镜覆盖隔栅狭缝， 如图10所示。与具有透镜的系统相比，这种配置在亮度方面较差。但是，或者为了成本原 因，或者在LCD的情况下为了偏振保持的原因，使用无透镜系统可能是必要的。在本发明的前述实施例中，由于像素布局、柱状透镜和条状隔栅的几何关系的原 因，得到的私密性处于单一平面中。例如，该技术典型地可以应用在膝上型计算机屏幕中， 使得坐在合法观看者任一侧座位上的观看者不能看到私密图像。然而，立于合法用户之后 的观看者将能够非常清楚地看到图像。因此，在某些情况下，希望能够在所有平面中实现私 密性。在本发明的第十一实施例中，这通过使用球状透镜而非柱状透镜来实现，并且像素形 状极为不同。图11示出了使用方形格子的像素类型1和2的可能布局、以及相应的透镜和 隔栅配置(3+4)。图12示出了该设计的变体，其中使用六边形格子。在本发明的第十二实施例中，所使用的显示器类型为透射型IXD。光源是置于显 示器中与透镜加上隔栅设置相反一侧的背光(10)。在这种情况下，图像形成层是液晶薄层 (11)，其通过与透明氧化铟锡(IT0)电极(13)相连的TFT(12)来寻址。为了形成图像，液 晶层必须夹在一对偏振器(14)之间，并且经常通过使用位于液晶层任一侧且处于偏振器 内部的补偿膜(15)来改进图像质量。在该实施例中，透镜和隔栅配置(3+4)可以位于偏振 器之间，从而从背光到观看者方向的元件顺序为偏振器(14)、补偿层(15)、液晶层(11)、 透镜和隔栅配置(3+4)、补偿层(15)、偏振器(14)。该配置在图13中示出。
在本发明的第十三实施例中，所使用的显示器类型仍然为透射型LCD，同前一实施 例中一样。然而，在该情况下，透镜和隔栅配置(3+4)可以位于偏振器(14)外部，如图14的
(a)和(b)部分所示。现在，从背光到观看者方向的元件顺序为偏振器(14)、补偿层(15)、 液晶层(11)、补偿层(15)、偏振器(14)、透镜和隔栅配置(3+4)。偏振器和补偿层可以是层 叠到夹着液晶层的玻璃基板上的类型，如图14的(a)部分所示。备选地，它们可以是单元 内类型，从而它们处于玻璃基板和液晶层之间(图14的(b)部分)。备选地，可以是两种类 型的组合，例如，单元内补偿层但是层叠型偏振器。在本发明的第十四实施例中，所使用的显示器类型仍然为透射型LCD，同前一实施 例中一样。在该情况下，偏振器位于透镜和隔栅配置两侧，但是补偿层均位于透镜和隔栅配 置的一侧，如图15所示。同样，补偿层(15)可以位于玻璃基板外部或者位于玻璃基板内部 与液晶层(11)相邻。在本发明的第十五实施例中，所使用的显示器类型还是透射型IXD。然而，如图16 所示，透镜加上隔栅配置置于背光和LCD之间。在本发明的第十六实施例中，所使用的显示器类型为反射型LCD，如图17所示。在 此，光源为环境光，其通过前偏振器(14)，然后通过可选的补偿层(15)，然后通过透镜加隔 栅配置(3+4)以及液晶层(11)，之后被反射器(16)反射，然后再次通过液晶层、透镜加隔栅 配置和偏振器。在该实施例中，反射器位于下基板(17)之下。在本发明的第十七实施例中，所使用的显示器类型为反射型LCD，同前一实施例中 一样，除了反射器位于下电极(13b)和LC层(11)之间而不是在下基板(17)之下，如图18 所示。在本发明的第十八实施例中，所使用的显示器类型为透反型LCD，其中显示器的每 个像素具有透射和反射部分。理想地，每一像素向这两种区域的划分沿着透镜轴进行，使得 这些区域沿着透镜轴交替。图19的(a)部分示出了反射部分内该设备的截面图，图19的
(b)部分视差了透射部分内的截面图。在本发明的第十九实施例中，所使用的显示器类型是不依赖于偏振光学装置的任 意其他类型反射型显示器。例如，图19示出了电泳显示器，其中元件18是电泳层。可以使用任何类型的发射型显示器，如CRT、LED、OLED、PDP、FED、SED。在本发明的第二十实施例中，所使用的显示器类型是仅工作于反向或正向偏置下 的任何类型，例如LED或0LED显示器。在此，使用0LED显示器的示例(图20)来说明本发 明该实施例的构思。该实施例还仅适用于不需要副图像的情况所需的只是改变单一图像 的视角。在该情况下，当显示器用于“私密”模式时，像素组2简单地关闭，S卩，不需要通过 与施加到像素组1的数据组不同的单独数据组来进行寻址。在工作于正向偏置的0LED显 示器的情况下，可以利用相同TFT (或者TFT的组合，以提供0LED发射所需的必要电流)来 寻址像素1和2。图21的(a)部分示出了透明阳极/TFT基板的可能像素布局。示出了六个相同像 素，每一像素包括TFT (或TFT集)(12)，TFT连接至与像素组2相对应的透明导体的区域， 该区域又连接至与像素组1相对应的透明导体的另一区域。因此，在每一像素中，与像素组 1和2相对应的透明阳极部分上的电压相同。一般而言，该电压在0至力(力<0)的范围 中。
图21的(b)部分示出了如何相对于透明像素电极13来对准(通常为反射型)阴 极19。在普通0LED显示器中，阴极将不进行构图。然而，在该实施例中，阴极分为两个区域 19a和19b，它们分别与像素组1和2的透明阳极对准。为了照射这两组像素，电极19a和 19b的电压应当设为0。为了关闭像素组2，所需的只是将电极19b上的电压降低至负值V2 < A，从而像素组2不再处于正向偏置，且没有光从这些像素发出。通过从所有像素均被照 射的情况改变为只有像素组1被照射的情况，显示器的视角将从宽变为窄。该系统的优点在于因为相同数据施加到像素组1和2，只需要1个TFT (或者，常 规显示器中控制单个像素所需的相同数目TFT)来控制一对像素1和2。通过将相对电极构 图以与像素区域1和2重合并独立地控制它们，可以选择是在像素组1、2、两者还是不在像 素组1、2上显示TFT数据。这对于LED或0LED显示器起作用，因为这种显示器需要正向偏 置，而不能用于(例如)向列LCD，因为其对正负电压都进行响应。然而，其可以用于双稳态 或极性IXD (如铁电或挠曲电(f lexoelectrics)物质)，这种IXD对于它们的寻址依赖于所 施加电压的符号。描述了本发明，但是显然，可以进行多种改变。这种改变不应被视为脱离了本发明 的精神和范围，并且对本领域技术人员明显的所有这种修改应包括在所附权利要求的范围 内。
权利要求
一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素，所述至少一个第一像素与所述视差元件对准使得通过所述至少一个第一像素的中心且通过所述视差元件的中心的直线延伸到第一观看区域中，视差元件将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
2.如权利要求1所述的显示器，其中，至少一个像素组位于显示装置中像素所处的表 面的中间或与该表面的中间相邻，以及所述直线与该表面实质上垂直相交。
3.如权利要求2所述的显示器，其中，所述表面实质上是平坦的。
4.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一视差元件是一维视差元件，所述至少 一个第一像素包括第一像素的行，该行的中心线与视差元件的中心线对准，使得包含视差 元件和第一像素的该行的中心线的平面的至少一部分延伸到第一观看区域中，并且所述至 少一个第二像素包括第二像素的第一行和第二行，所述第一行和第二行平行于第一像素的 所述行且位于第一像素的所述行的相反侧。
5.如权利要求4所述的显示器，其中，在每一对相邻组中，一组中的第二像素的第一行 包括另一组中第二像素的第二行，且与相关联的视差元件的中心线之间的中线对准。
6.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置被设置为在私密观看模式中通 过第二像素显示第二非私密图像。
7.如权利要求6所述的显示器，其中，所述第二非私密图像与第一非私密图像相同。
8.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置被设置为在公开观看模式下通 过第一和第二像素显示第一非私密图像。
9.如权利要求8所述的显示器，其中，第一和第二观看区域部分交迭，并且在公开观看 模式中第一和第二像素被设置为显示第一非私密图像的不同图像像素。
10.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，第二观看区域包括多个子区域。
11.如权利要求10所述的显示器，其中，所述子区域实质上不交迭。
12.如权利要求10或11所述的显示器，其中，第一观看区域位于子区域中的第一和第 二子区域之间。
13.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述阵列是规则阵列。
14.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括透镜阵列，且每 一视差元件包括该阵列中的透镜。
15.如权利要求1至13中任一项所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括视差隔 栅，且每一视差元件包括孔。
16.如权利要求15所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括在隔栅的每一孔处的 相应透镜。
17.一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光 学部件，所述视差光学部件包括通过不透明区域彼此分隔的透镜的阵列，每一透镜与显示 装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素， 使得透镜将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观 看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
18.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差元件的间距与像素组的间距不同， 以提供视点校正。
19.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，第一像素与第二像素的尺寸不同。
20.一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光 学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视差元件与显示装置中的相应像素 组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素，使得视差元件将第 一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，第一像素与第 二像素的尺寸不同，所述显示装置被配置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密 图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
21.如权利要求19或20所述的显示器，其中，每一第一像素小于每一第二像素。
22.如权利要求21所述的显示器，其中，每一第一像素窄于每一第二像素。
23.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一组包括至少一个另一像素。
24.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述显示装置被设置为对通过其中的光 进行调制。
25.如权利要求24所述的显示器，其中，所述显示装置是液晶装置。
26.如权利要求1至23中任一项所述的显示器，其中，所述显示装置是光发射型装置。
27.如权利要求26所述的显示器，其中，所述显示装置是发光二极管装置，所述发光二 极管装置包括多个像素限定电极，所述像素限定电极面对分别限定第一和第二像素的图案 化第一和第二电极。
28.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述视差光学部件位于显示装置与第一 和第二观看区域之间。
29.如权利要求24或25所述的显示器，其中，所述显示装置至少部分透射，且位于视差 光学部件与第一和第二观看区域之间。
全文摘要
提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式。该显示器包括显示装置和视差光学部件(3)，视差光学部件包括视差元件(4)的阵列。每一元件(4)与像素组(1，2)协作，像素组具有至少一个第一像素(1)和至少一个第二像素(2)。通过每一第一像素(1)的中心(21)且通过协作的视差元件(4)的中心(22)的直线(23)延伸到第一观看区域(20a)中。视差元件(4)将第一像素(1)的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素(2)。显示装置在私密观看模式中仅通过第一像素(1)来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素(2)来显示非私密图像。
文档编号G09F9/00GK101946272SQ20098010544
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月21日
发明者乔纳森·马瑟, 内森·詹姆斯·史密斯, 本·约翰·布劳顿, 格兰特·布希尔, 艾玛·珍妮·沃尔顿, 莱斯利·安妮·帕里-琼斯, 迈克尔·萨加多布鲁 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及具有私密操作模式和公开操作模式的显示器。在第一“公开”模式中， 这种显示器可以具有用于一般使用的宽视角。在第二“私密”模式中，这种显示器针对由合 法用户观看的主图像可以具有窄视角。在较宽视角下，可以显示副图像，或者显示器可以表 现为空白，防止离轴观看者看到私密信息。这种显示器可以用在用户可能希望查看机密信息但又不能控制其他人可能看到 的许多应用中。这样的例子包括移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、桌面监视 器、自动取款机(ATM)和电子收款机(EPOS)设备。这种显示器也可以用在对于特定观看者 (例如，司机或操作重型机械的驾驶员)而言能够看到特定图像如街边广告或车内电视屏 会分散注意力并因此是不安全的情况下。
背景技术：
电子显示装置，如用于计算机的监视器以及电话和便携式信息设备内置的屏幕， 通常设计为具有尽可能宽的视角，使得能够从任意观看位置对其进行阅读。然而，在某些情 况下显示器仅在窄的角度范围内可见是有用的。例如，某人可能希望在拥挤的火车上使用 便携式计算机来阅读私密文档。已经知道若干设备对能够观看到显示器的角度或位置的范围进行限制。不可切换私密显示器US6552850(E Dudasik ;Citicorp Inc. 2003)描述了一种用于在提款机上显示私 密信息的方法。该机器的显示器发出的光具有固定的偏振状态，并且该机器及其用户被一 片状偏振器的大隔板所包围，该偏振器吸收所述偏振状态的光而透射正交状态。路人可以 看到用户和机器，但是并不能看到屏幕上显示的信息。控制光方向的通用方法是由类似于软百叶窗(Venetian blind)设置的交替透明 和不透明层构成的“百叶窗(louvred) ”膜。同软百叶窗一样，当光沿与层平行或几乎平行的 方向行进时其允许光通过；而吸收同层平面成大角度行进的光。这些层可以垂直于膜的表 面或者同膜的表面成其他角度。在3M公司所递交的一系列专利中描述了用于生产这种膜 的方法USRE27617(F 0 Olsen ；3M 1973)，US4766023 (S L Lu ；3M 1988)以及 US4764410 (R F Grzywinski ； 3M 1988)。存在其他方法用来制造与百叶窗膜具有类似性质的膜。例如在US05147716(P A Bellus ；3M 1992)以及 US05528319 (R R Austin ；Photran Corp. 1996)中描述了这样的方 法。US6239911(T Koike ；Kimoto Co. Ltd. 1997)描述了一种视角控制片，其由光可透过聚 合物层构成，所述聚合物层包含在方向上规则的裂纹。该片透射沿着与裂纹平行的方向行 进的光，而阻挡沿其他方向行进的光线。该光控制膜的动作非常类似于百叶窗，同时不必要 的光吸收较小。大多数显示方法浪费了功率，因为它们沿所有方向发光，而常常只需要向单一或 少数用户发光。有鉴于此，存在一些专利公开了使用透镜以将发出的光引导到特定方向上或者单一平面中，用以节电或者亮度增强的目的。例如，US6570324(L Tutt ；Eastman Kodak Company2003)描述了将来自有机发光二极管(0LED)显示器的光引导至单一用户的方法， 这通过对位于球形微透镜的2D阵列之下的小0LED像素进行定位来实现。由于要被寻址的 0LED材料区域要小得多，对于针对用户的相同输出亮度，功耗大大降低。该显示器于是只能 够从单一位置观看，因此这种设置同样得到了私密性。GB2405542描述了使用透镜作为引导 光的方式主要用于双视(dual view)显示器，尽管提到了私密显示器。该后一篇专利没有 描述如何实现可电切换私密性，也没描述如何优化像素尺寸以维持公开模式中的在轴分辨 率。使用透镜来引导光的不可切换私密性领域中的其他相关现有技术包括1.JP2002299039(N Furumiya, Sanyo Electric Co Ltd,2002)2. JP2006236655(K Furukawa, Konica Minolta Holdings Inc，2006)3.US6809470(R M Morley ；Intel Corporation 2000)4. US7091652(R M Morley ；Intel Corporation 2004)5. US6935914(A Ito ；Mitsubishi 2001)6. W00133598Q C Strurm ；Princeton University 2000)7. W003007663 (S Moller； Princeton University 2002)可切换私密显示器尽管所有上述技术可以用来建立私密显示器，但是在所有这些情况下私密性均不 可切换使得显示器可以转换到对大范围的用户可见。US专利申请2002/0158967 (J M Janick ；IBM，2002年公布)展示了如何将光控制
膜安装在显示器上使得其可以移动到显示器正面以给出私密模式，或者机械缩回显示器旁 边或背后的支架中以给出公开模式。该方法的缺点在于其包含可能出现故障或受损的移动 部件，且使得显示器体积增大很多。有多种方法来制造可电切换的显示器。例如，诸如在前面部分中描述的光控制膜 可以跟随有可切换漫射器(通常是聚合物分布的液晶单元)，如在以下专利中所述1. US831698(S ff Depp ； IBM 1998)2. US6211930(ff Sautter ；NCR Corp. 2001)3. US05877829(M Okamoto ； Sharp KK 2001)可选地，可切换百叶窗系统是可行的，其中在百叶窗中使用染色或未染色液晶 (LC)元件1. US5825436(K R Knight ；NCR Corp. 1998)2. GB2405544(A Evans ； Sharp KK 2003)另一备选方案是在显示器的顶部使用额外的LC单元以电切换显示器的视角特 性1. GB2413394(ffinlow)2. GB2421346 (Evans)3. GB2418518 (Bonnett)4. W004070451(G J ffoodgate ；Ocuity Ltd. 2004)上述所有可电切换技术导致向现有显示面板增加额外的厚度和重量，因此对于同 在尺寸和厚度上不断减小的便携式设备中的屏幕一起使用而言，是不那么令人满意的。存在若干技术描述了通过使用液晶显示器的自然视角依赖性来建立可切换私密性的方法1. JP09230377 以及 US05844640 (Sharp, 1996)2. US20070040975A1 (LG Philips, 2005)以及 SID，07 Digest pp756_7593. US20070121047A1(LG Philips, 2005)以及 SID，06 Digest pp729_7314. US20060109224(Au Optronics, 2005)5. US20040207594 (Sharp, 2003)以及 GB2428152A1 (Sharp，2005)6. Rocket Software,Inc. (http://www, rocketsoftware, com)7. JP1999-11-30783(Mitsubishi，1999)8.US6646707(B0E Hydis,2001)9. JP1999-11-30783 以及 US20060267905A1 (Casio, 2005)10. US20070046881 (Casio,2005)ll.GB2428101(Gass)12.英国专利申请 No. 0721255. 8 (Broughton)尽管所有这些方法在向现有显示面板不增加额外厚度方面是有利的，但是它们专 用于液晶显示器(LCD)模式，而不能(例如)用于制造可切换私密0LED显示器。显然，存在对于这样一种私密技术的需求，该私密技术向现有显示面板增加很少 或者不增加额外厚度，并且还可以适用于所有类型的显示器模式，包括阴极射线管(CRT)、 IXD、等离子显示面板(PDP)、0LED、场发射显示器(FED)、表面传导电子发射显示器(SED)寸。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视 差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一 个第二像素，所述至少一个第一像素与所述视差元件对准使得通过所述至少一个第一像素 的中心且通过所述视差元件的中心的直线延伸到第一观看区域中，视差元件将第一像素的 观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为 在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二 像素来显示第一非私密图像。至少一个像素组可以位于显示装置中像素所处的表面的中间或与该表面的中间 相邻，且所述直线可以与该表面基本上垂直相交。该表面可以基本上是平面。每一视差元件可以是具有中心线的一维视差元件，所述至少一个第一像素可以包 括第一像素的行，该行的中心线与视差元件的中心线对准，使得包含视差元件和第一像素 的该行的中心线的平面的至少一部分延伸到第一观看区域中，并且所述至少一个第二像素 可以包括第二像素的第一行和第二行，所述第一行和第二行平行于第一像素的所述行且位 于第一像素的所述行的相反侧。在每一对相邻组中，一组中的第二像素的第一行可以包括 另一组中第二像素的第二行，且可以与相关联的视差元件的中心线之间的中线对准。显示装置可以被设置为在私密观看模式中通过第二像素显示第二非私密图像。第 二非私密图像可以与第一非私密图像相同。
显示装置可以被设置为在公开观看模式下通过第一和第二像素显示第一非私密 图像。第一和第二观看区域可以部分交迭，并且在公开观看模式中第一和第二像素可以被 设置为显示第一非私密图像的不同图像像素。第二观看区域可以包括多个子区域。子区域可以基本上不交迭。第一观看区域可 以位于子区域中的第一和第二子区域之间。阵列可以是规则阵列。视差光学部件可以包括透镜阵列，且每一视差元件可以包括该阵列中的透镜。视差光学部件可以包括视差隔栅，且每一视差元件可以包括孔。视差光学部件可 以包括在隔栅的每一孔处的相应透镜。根据本发明的第二方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括通过不透明区域彼此分隔 的透镜的阵列，每一透镜与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个 第一像素和至少一个第二像素，使得透镜将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许 在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素 来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。视差元件的间距可以与像素组的间距不同，以提供视点校正。第一像素与第二像素的尺寸可以不同。根据本发明的第三方面，提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式， 该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视 差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一 个第二像素，使得视差元件将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区 域观看第二像素，第一像素与第二像素的尺寸不同，所述显示装置被配置为在私密观看模 式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第 一非私密图像。每一第一像素可以小于每一第二像素。每一第一像素可以窄于每一第二像素。
每一组可以包括至少一个另一像素。显示装置可以被设置为对通过其中的光进行调制。显示装置可以是液晶装置。显示装置可以是光发射型装置。显示装置可以是发光二极管装置，所述发光二极 管装置包括多个像素限定电极，所述像素限定电极面对分别限定第一和第二像素的图案化 第一和第二电极。视差光学部件可以位于显示装置同第一和第二观看区域之间。显示装置可以至少部分透射，且可以位于视差光学部件同第一和第二观看区域之 间。因此，可以提供一种具有可电切换视角的显示器。这种可切换性可以通过将每个 像素分成多个子像素来获得，其中每个子像素向不同的视角范围发射光。所发射光的方向 性可以通过使用微透镜、视差隔栅、或这两者的组合来实现。“私密”或“公开”观看模式可 以通过独立控制子像素来获得。在“私密”模式中，离轴观看可以是空白，或者可选地，基本 上同等亮度的可控副图像。这类显示器的优点在于其可以应用于任何类型的显示器模式， 因此可以同等地适用于背光透射型(例如，IXD)、发射型(例如，PDP、0LED)或反射型(例如，电泳、LCD)显示器模式。另一优点在于该技术的设计使得向整个显示面板增加很少或 没有增加额外厚度。这是非常重要的，因为用于便携式设备的显示模块变得越来越薄。另 一优点在于通过适当设计视差光学部件，可以实现水平和垂直方向上的私密性。最后，该 显示器可以被设计为在公开模式中实现在轴全像素分辨率，或者显示副图像(例如，可以 用于显示广告)。结合附图，考虑以下对本发明的详细描述，本发明的前述以及其他目的、特征和优
点将更易于理解。
图1图示了构成本发明实施例的显示器以及观看者在不同视角能观察到的光强 度；图2图示了用于将透镜和隔栅配置(3+4)应用到显示器中的若干备选方案；图3图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图4图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图5图示了距显示器有限距离的观看者观察的显示器中“视点校正”的需要。图6图示了构成本发明另一实施例的显示器及其光强度相对于视角的关系；图7图示了本发明另一实施例中使用的修改像素布局(a)以及交错透镜和隔栅配 置(b)；图8图示了透镜为条状而非交错式的交错像素实施例变体；图9图示了透镜之间没有隔栅的实施例；图10图示了没有透镜覆盖隔栅狭缝的实施例；图11图示了适于在两个维度上提供私密性的实施例的像素布局(a)以及透镜和 隔栅配置(b)的示例；图12图示了适于在两个维度上提供私密性的实施例的像素布局(a)以及透镜和 隔栅配置(b)的另一示例；图13图示了所使用显示器类型为带有常规偏振器的透射型LCD的本发明实施 例；图14图示了偏振器均位于透镜和隔栅配置一侧的图13中显示器的变体；图15图示了使用单元内偏振器(以及可选的单元内延迟器)而非常规偏振器的 变体；图16图示了透镜和隔栅配置位于背光和IXD之间而非IXD和观看者之间的另一 实施例；图17图示了使用反射型IXD的本发明另一实施例，其中反射元件置于显示器之 下；图18图示了使用透反型LCD的本发明另一实施例，其中使用的像素具有反射部分 和透射部分；图19图示了反射元件置于LC层与IT0电极之间的变体；图20图示了任何其他反射技术用于显示器例如电泳显示器的另一实施例；以及图21图示了可应用于LED或0LED显示器的混合寻址方法。
具体实施例方式图1的(a)部分和(b)部分示出了包括像素的矩形阵列的显示面板，其中像素被 分为两种类型，即第一像素1和第二像素2。这两种类型形成交替的行或列，它们可以具有 不同宽度。图1的(a)部分示出了像素列1比像素列2窄的情况，但是该实施例不限于该情 况。位于像素和观看者(5)之间的是隔栅(barrier)层形式的视差(parallax)光学部件， 其中隔栅层包括由一系列平行条(3)所分隔的孔或狭缝形式的视差元件的规则阵列，平行 条的间距等于一对像素列1和2的间距。这些条由光吸收材料制成，如用于在LCD中掩蔽 薄膜晶体管(TFT)的黑色光刻胶。在隔栅条之间的狭缝中，形成一系列柱状透镜(4)，柱状 透镜的宽度可以完全覆盖或者可以没有完全覆盖隔栅条之间的间隙。隔栅层相对于图像形成层的对准是这样的隔栅条与像素列平行，并且隔栅的中 心位于像素列2的中心。因此，隔栅条之间的狭缝的中心与像素列1的中心对准。具体地， 每一第一像素1的中心21与协作视差元件4的中心22对准，使得通过中心21和22的直 线23延伸到第一观看区域20a中。在图la所示的实施例中，透镜4伸长且柱状会聚以提 供一维视差且每一组的第一像素1被设置为列，21和22表示像素列和视差元件的中心线， 且23表示包含这些中心线的平面，其中平面23的至少一部分延伸到第一观看区域20a中。 类似地，第二像素2的每一列的中心线24 (平行于第一像素1的列)同平面23平行与另一 中心线25对准，其中中心线25位于相邻中心线22之间的中间。每一透镜4与相应的像素组协作，所述像素组在该实施例中包括第一像素1的相 邻列以及在第一像素列相反侧上的第二像素2的相邻第一和第二列。在这种情况下，对于 相邻的像素组，一组的第二像素2的第一列构成了相邻组的第二像素的第二列。在其他实 施例中，例如如图6a所示以及下文所述的示例，每一像素组可以包括另外的像素，例如设 置为位于第二像素2的列相对于第一像素1的列的相反侧上的其他一列或多列。在图la所示的实施例中，像素1和2设置于平面表面上，线23基本上与该表面垂 直相交。然而，对于包括如下所述的视点校正且用于垂直于显示器中间来观看的显示器，这 适用于位于或接近显示器中间的像素。如图1的(b)部分所示，当照射像素列1而不照射像素列2时，导致从显示器发出 的光仅对于处于或靠近第一观看区域20a中法向入射方向的观看者可见；因此，该数据是 “私密”的。然而，当照射像素列2而不照射像素列1时，得到的发射光在第二观看区域的子 区域20b和20c中对于相对于显示器处于法向入射方向和斜入射方向的观看者都可见，因 此该数据是“公开”的。在该实施例中，第一观看区域20位于子区域20b和20c中第一和 第二子区域之间。当像素列20b和20c均被照射时，在靠近法向入射方向的地方两组像素 都可见，因此在“公开模式”下对于在轴观看者而言可实现完全分辨率。给出图1的(b)部分所示观看窗口的像素布局以及透镜和隔栅设计的一个例子如 下。类型1的像素具有40 ym的宽度，类型2的像素具有12.0 ym的宽度。透镜(4)的曲率 半径为80 iim，折射率为1.52，且在隔栅(3)的平面中宽度为130 y m。隔栅的宽度为30 ym。 透镜和隔栅配置(3+4)与像素的间隔总共为llOym，其中50 ym是直接位于像素上方的玻 璃，且其中60 ym是透镜和玻璃之间折射率为1. 37的胶层。这些尺寸是该类显示器的合适 设计的示例，但是显示器并不限于这种情况。像素的尺寸以及观看窗口之间所需的角距(angular separation)需要像素平面(1+2)与透镜和隔栅平面(3+4)之间的间隔通常远小于典型显示器顶部玻璃基板(6)(图2 的(a)部分)。在这种情况下，因此必须使顶部玻璃基板大大减薄，然后再将透镜和隔栅基 板(7)附至显示器顶部。这种设置在图2的(b)部分中示出，其中显示器的顶部基板(6) 与透镜和隔栅基板(7)之间的平坦化间隙(8)可以是空气隙或胶层。显示器的总体不平度 不会受到影响，因为形成有透镜和隔栅配置的基板的厚度通常大于或等于从原始显示器顶 部玻璃基板中去除的玻璃的厚度。在相等的情况下(如图2所示)，显然显示器总体厚度基 本上同常规显示器一样。可选地，透镜和隔栅阵列(3+4)可以不形成在单独的基板(7)上，而是可以直接形 成在显示器的顶部基板(6)上，如图2的(c)部分所示。另一备选方案是透镜和隔栅阵列 (3+4)形成在像素元件(1和2)与显示器的顶部基板(6)之间。如图2的(d)部分所示，像 素元件通过平坦化层(8)与透镜和隔栅阵列(3+4)分隔。在本发明的第二实施例中，像素列1和2的相对宽度和/或透镜和隔栅设计不同 于前一实施例，如图3的(a)部分所示。现在，当照射像素列2而不照射像素列1时，得到的 发射光在法向入射方向不可见，而仅在斜入射方向可见，如图3中的(b)部分所示。因此， 当为了显示第一“非私密”或公开图像，照射像素列1和2两者时，只有像素组1在靠近法 向入射的地方可见，因此在“公开模式”中仅感受到一半的分辨率。然而，由于不存在从像 素组1和2发出的光之间的交迭，所以当像素组1正在向靠近法向入射方向的观看者提供 主“私密”图像时，可以使用像素组2来显示副图像(或第二非私密图像)。该副图像可以 与主图像完全无关，可以与第一非私密图像相同，并且例如可以用于显示广告。在本发明的第三实施例中，像素列1和2的宽度彼此相等，从而像素布局相对于不 具备私密功能的普通显示器实质上没有改变。利用这种像素布局，可以获得前述两个实施 例中两个令人满意的特征中任一个，即，法向入射处的完全分辨率(实施例1)或者分离的 副图像(实施例2)。然而，为了以像素尺寸相同的显示器实现这一点，必须以牺牲私密性或 亮度为代价。这种较低成本的解决方案可能对于某些应用是合适的。在本发明的第四实施例中，隔栅层相对于图像形成层的对准与前述实施例中不 同。隔栅条仍然保持与像素列平行。但是，隔栅条的中心不再与像素列2对准而是略有偏 移，如图4的(a)部分所示。这具有使得两个像素组可见的视角发生偏移的效果，如图4的 (b)部分所示。具体地，像素组1不再是位于法向入射方向下可以最佳观看，而是在某一角 度下可以最佳观看，该角度由隔栅相对于像素的偏移量确定。该特征对于设计针对特定应 用的私密显示器可能是有用的，这种特定应用例如汽车中央控制台中的DVD播放器，其图 像应当对车中的乘客可见而对于司机则不可见。在本发明的第五实施例中，隔栅层的间距略微小于像素列1和2的组合间距，而不 是如之前实施例中那样相等。这被称作“视点校正”，且考虑到观看者(5)在有限的观看距 离观看屏幕(9)，因此从相同屏幕上不同点进入观看者眼睛的光是不同的(见图5)。为了 使得显示器的私密功能在屏幕上的所有点处均能正确工作而不仅仅是在中心处工作，在屏 幕中不同点处隔栅必须相对于像素布局偏移(如前一实施例中那样)不同的量。该可变偏 移在屏幕上连续改变，因此导致与像素列间距(1+2)相比略小的隔栅间距。在本发明的前述实施例中，对于透镜加上隔栅配置的每一间距，有两列像素(1和 2)。在本发明的第六实施例(可适用于所有上述实施例)中，对于每一单独隔栅间距，有多于两列的像素。这使得可以一次展现多于两幅的图像。例如，图6的(a)部分示出了有四 列像素从而每一组包括像素l、2a、2b和2c的情况，在该情况下，显示器可以工作于许多模 式。如果所有四列像素显示相同图像，则该图像可从所有视角可见(“公开模式”)。然而， 如果像素列2b关闭，则图像只能从有限范围的角度观看，这建立了私密效果。另外，如果像 素列2a和2c也关闭，视角的范围进一步受到限制，给出了非常强的私密效果。在另一模式 下，像素列1和2b关闭，而像素列2a和2c接通但是展示不同图像取决于观看距离和所使 用图像类型，这能得到双视显示器或者自动立体显示器。不同工作模式下的视角在图6的 (b)部分中示出。在本发明的第七实施例中，像素布局相对于之前实施例中的布局发生改变。图7 的(a)部分示出了相对于上述布局修改后的像素布局图。仍然有两组宽度不同的像素1和 2，但是不是如前述实施例中那样按列设置，而是像素1和2的对准逐行改变使得像素“交 错”。相应地，修改隔栅设计，使得同第一实施例中相同的规则适用，即，隔栅的中心与像素 2的中心重合，透镜的中心与像素1的中心重合。结果如图7b所示，并且经常称作“棋盘” 隔栅，但是由于透镜和隔栅宽度可以不相等，因此棋盘格不必是方形的。棋盘设计的优点在 于对于给定的隔栅间距和条宽度，与条状隔栅相比，通过使用棋盘隔栅大大降低了隔栅对 用户的可见性。在本发明的第八实施例中，还是使用交错隔栅，但是此时透镜不交错，而是如优选 实施例中那样成条状，除了透镜的间距必须减半以便覆盖所有隔栅狭缝之外。如此造成的 结果是如果透镜与隔栅的宽度之比大于1，则透镜彼此合并。因此，该实施例更适合于透 镜与隔栅之比小于1的情况，如图8的(a)和(b)部分所示。在本发明的第九实施例(适用于所有上述实施例)中，在透镜之间没有隔栅，如图 9所示。在私密性不如光通量重要的情况下，这可能是最好的可能设计。在本发明的第十实施例(同样适用于实施例1 8)中，没有透镜覆盖隔栅狭缝， 如图10所示。与具有透镜的系统相比，这种配置在亮度方面较差。但是，或者为了成本原 因，或者在LCD的情况下为了偏振保持的原因，使用无透镜系统可能是必要的。在本发明的前述实施例中，由于像素布局、柱状透镜和条状隔栅的几何关系的原 因，得到的私密性处于单一平面中。例如，该技术典型地可以应用在膝上型计算机屏幕中， 使得坐在合法观看者任一侧座位上的观看者不能看到私密图像。然而，立于合法用户之后 的观看者将能够非常清楚地看到图像。因此，在某些情况下，希望能够在所有平面中实现私 密性。在本发明的第十一实施例中，这通过使用球状透镜而非柱状透镜来实现，并且像素形 状极为不同。图11示出了使用方形格子的像素类型1和2的可能布局、以及相应的透镜和 隔栅配置(3+4)。图12示出了该设计的变体，其中使用六边形格子。在本发明的第十二实施例中，所使用的显示器类型为透射型IXD。光源是置于显 示器中与透镜加上隔栅设置相反一侧的背光(10)。在这种情况下，图像形成层是液晶薄层 (11)，其通过与透明氧化铟锡(IT0)电极(13)相连的TFT(12)来寻址。为了形成图像，液 晶层必须夹在一对偏振器(14)之间，并且经常通过使用位于液晶层任一侧且处于偏振器 内部的补偿膜(15)来改进图像质量。在该实施例中，透镜和隔栅配置(3+4)可以位于偏振 器之间，从而从背光到观看者方向的元件顺序为偏振器(14)、补偿层(15)、液晶层(11)、 透镜和隔栅配置(3+4)、补偿层(15)、偏振器(14)。该配置在图13中示出。
在本发明的第十三实施例中，所使用的显示器类型仍然为透射型LCD，同前一实施 例中一样。然而，在该情况下，透镜和隔栅配置(3+4)可以位于偏振器(14)外部，如图14的
(a)和(b)部分所示。现在，从背光到观看者方向的元件顺序为偏振器(14)、补偿层(15)、 液晶层(11)、补偿层(15)、偏振器(14)、透镜和隔栅配置(3+4)。偏振器和补偿层可以是层 叠到夹着液晶层的玻璃基板上的类型，如图14的(a)部分所示。备选地，它们可以是单元 内类型，从而它们处于玻璃基板和液晶层之间(图14的(b)部分)。备选地，可以是两种类 型的组合，例如，单元内补偿层但是层叠型偏振器。在本发明的第十四实施例中，所使用的显示器类型仍然为透射型LCD，同前一实施 例中一样。在该情况下，偏振器位于透镜和隔栅配置两侧，但是补偿层均位于透镜和隔栅配 置的一侧，如图15所示。同样，补偿层(15)可以位于玻璃基板外部或者位于玻璃基板内部 与液晶层(11)相邻。在本发明的第十五实施例中，所使用的显示器类型还是透射型IXD。然而，如图16 所示，透镜加上隔栅配置置于背光和LCD之间。在本发明的第十六实施例中，所使用的显示器类型为反射型LCD，如图17所示。在 此，光源为环境光，其通过前偏振器(14)，然后通过可选的补偿层(15)，然后通过透镜加隔 栅配置(3+4)以及液晶层(11)，之后被反射器(16)反射，然后再次通过液晶层、透镜加隔栅 配置和偏振器。在该实施例中，反射器位于下基板(17)之下。在本发明的第十七实施例中，所使用的显示器类型为反射型LCD，同前一实施例中 一样，除了反射器位于下电极(13b)和LC层(11)之间而不是在下基板(17)之下，如图18 所示。在本发明的第十八实施例中，所使用的显示器类型为透反型LCD，其中显示器的每 个像素具有透射和反射部分。理想地，每一像素向这两种区域的划分沿着透镜轴进行，使得 这些区域沿着透镜轴交替。图19的(a)部分示出了反射部分内该设备的截面图，图19的
(b)部分视差了透射部分内的截面图。在本发明的第十九实施例中，所使用的显示器类型是不依赖于偏振光学装置的任 意其他类型反射型显示器。例如，图19示出了电泳显示器，其中元件18是电泳层。可以使用任何类型的发射型显示器，如CRT、LED、OLED、PDP、FED、SED。在本发明的第二十实施例中，所使用的显示器类型是仅工作于反向或正向偏置下 的任何类型，例如LED或0LED显示器。在此，使用0LED显示器的示例(图20)来说明本发 明该实施例的构思。该实施例还仅适用于不需要副图像的情况所需的只是改变单一图像 的视角。在该情况下，当显示器用于“私密”模式时，像素组2简单地关闭，S卩，不需要通过 与施加到像素组1的数据组不同的单独数据组来进行寻址。在工作于正向偏置的0LED显 示器的情况下，可以利用相同TFT (或者TFT的组合，以提供0LED发射所需的必要电流)来 寻址像素1和2。图21的(a)部分示出了透明阳极/TFT基板的可能像素布局。示出了六个相同像 素，每一像素包括TFT (或TFT集)(12)，TFT连接至与像素组2相对应的透明导体的区域， 该区域又连接至与像素组1相对应的透明导体的另一区域。因此，在每一像素中，与像素组 1和2相对应的透明阳极部分上的电压相同。一般而言，该电压在0至力(力<0)的范围 中。
图21的(b)部分示出了如何相对于透明像素电极13来对准(通常为反射型)阴 极19。在普通0LED显示器中，阴极将不进行构图。然而，在该实施例中，阴极分为两个区域 19a和19b，它们分别与像素组1和2的透明阳极对准。为了照射这两组像素，电极19a和 19b的电压应当设为0。为了关闭像素组2，所需的只是将电极19b上的电压降低至负值V2 < A，从而像素组2不再处于正向偏置，且没有光从这些像素发出。通过从所有像素均被照 射的情况改变为只有像素组1被照射的情况，显示器的视角将从宽变为窄。该系统的优点在于因为相同数据施加到像素组1和2，只需要1个TFT (或者，常 规显示器中控制单个像素所需的相同数目TFT)来控制一对像素1和2。通过将相对电极构 图以与像素区域1和2重合并独立地控制它们，可以选择是在像素组1、2、两者还是不在像 素组1、2上显示TFT数据。这对于LED或0LED显示器起作用，因为这种显示器需要正向偏 置，而不能用于(例如)向列LCD，因为其对正负电压都进行响应。然而，其可以用于双稳态 或极性IXD (如铁电或挠曲电(f lexoelectrics)物质)，这种IXD对于它们的寻址依赖于所 施加电压的符号。描述了本发明，但是显然，可以进行多种改变。这种改变不应被视为脱离了本发明 的精神和范围，并且对本领域技术人员明显的所有这种修改应包括在所附权利要求的范围 内。
权利要求
一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视差元件与显示装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素，所述至少一个第一像素与所述视差元件对准使得通过所述至少一个第一像素的中心且通过所述视差元件的中心的直线延伸到第一观看区域中，视差元件将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
2.如权利要求1所述的显示器，其中，至少一个像素组位于显示装置中像素所处的表 面的中间或与该表面的中间相邻，以及所述直线与该表面实质上垂直相交。
3.如权利要求2所述的显示器，其中，所述表面实质上是平坦的。
4.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一视差元件是一维视差元件，所述至少 一个第一像素包括第一像素的行，该行的中心线与视差元件的中心线对准，使得包含视差 元件和第一像素的该行的中心线的平面的至少一部分延伸到第一观看区域中，并且所述至 少一个第二像素包括第二像素的第一行和第二行，所述第一行和第二行平行于第一像素的 所述行且位于第一像素的所述行的相反侧。
5.如权利要求4所述的显示器，其中，在每一对相邻组中，一组中的第二像素的第一行 包括另一组中第二像素的第二行，且与相关联的视差元件的中心线之间的中线对准。
6.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置被设置为在私密观看模式中通 过第二像素显示第二非私密图像。
7.如权利要求6所述的显示器，其中，所述第二非私密图像与第一非私密图像相同。
8.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置被设置为在公开观看模式下通 过第一和第二像素显示第一非私密图像。
9.如权利要求8所述的显示器，其中，第一和第二观看区域部分交迭，并且在公开观看 模式中第一和第二像素被设置为显示第一非私密图像的不同图像像素。
10.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，第二观看区域包括多个子区域。
11.如权利要求10所述的显示器，其中，所述子区域实质上不交迭。
12.如权利要求10或11所述的显示器，其中，第一观看区域位于子区域中的第一和第 二子区域之间。
13.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述阵列是规则阵列。
14.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括透镜阵列，且每 一视差元件包括该阵列中的透镜。
15.如权利要求1至13中任一项所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括视差隔 栅，且每一视差元件包括孔。
16.如权利要求15所述的显示器，其中，所述视差光学部件包括在隔栅的每一孔处的 相应透镜。
17.一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光 学部件，所述视差光学部件包括通过不透明区域彼此分隔的透镜的阵列，每一透镜与显示 装置中的相应像素组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素， 使得透镜将第一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，所述显示装置被设置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密图像，并且在公开观 看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
18.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差元件的间距与像素组的间距不同， 以提供视点校正。
19.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，第一像素与第二像素的尺寸不同。
20.一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式，该显示器包括显示装置和视差光 学部件，所述视差光学部件包括视差元件的阵列，每一视差元件与显示装置中的相应像素 组协作，其中所述像素组包括至少一个第一像素和至少一个第二像素，使得视差元件将第 一像素的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素，第一像素与第 二像素的尺寸不同，所述显示装置被配置为在私密观看模式中仅通过第一像素来显示私密 图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素来显示第一非私密图像。
21.如权利要求19或20所述的显示器，其中，每一第一像素小于每一第二像素。
22.如权利要求21所述的显示器，其中，每一第一像素窄于每一第二像素。
23.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一组包括至少一个另一像素。
24.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述显示装置被设置为对通过其中的光 进行调制。
25.如权利要求24所述的显示器，其中，所述显示装置是液晶装置。
26.如权利要求1至23中任一项所述的显示器，其中，所述显示装置是光发射型装置。
27.如权利要求26所述的显示器，其中，所述显示装置是发光二极管装置，所述发光二 极管装置包括多个像素限定电极，所述像素限定电极面对分别限定第一和第二像素的图案 化第一和第二电极。
28.如前述任一权利要求所述的显示器，其中，所述视差光学部件位于显示装置与第一 和第二观看区域之间。
29.如权利要求24或25所述的显示器，其中，所述显示装置至少部分透射，且位于视差 光学部件与第一和第二观看区域之间。
全文摘要
提供了一种显示器，具有私密观看模式和公开观看模式。该显示器包括显示装置和视差光学部件(3)，视差光学部件包括视差元件(4)的阵列。每一元件(4)与像素组(1，2)协作，像素组具有至少一个第一像素(1)和至少一个第二像素(2)。通过每一第一像素(1)的中心(21)且通过协作的视差元件(4)的中心(22)的直线(23)延伸到第一观看区域(20a)中。视差元件(4)将第一像素(1)的观看限制在第一观看区域，并允许在第二观看区域观看第二像素(2)。显示装置在私密观看模式中仅通过第一像素(1)来显示私密图像，并且在公开观看模式中至少通过第二像素(2)来显示非私密图像。
文档编号G09F9/00GK101946272SQ20098010544
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月21日
发明者乔纳森·马瑟, 内森·詹姆斯·史密斯, 本·约翰·布劳顿, 格兰特·布希尔, 艾玛·珍妮·沃尔顿, 莱斯利·安妮·帕里-琼斯, 迈克尔·萨加多布鲁 申请人:夏普株式会社
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