显示器的制作方法
专利名称：显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器。这种显示器可以用作方向性显示器，例如用于移动电话、膝上 型个人计算机、电视机、桌面监视器等。这种显示装置可以具备多图像显示功能，例如，常规 显示器、私密显示器、自动立体3D显示器。
背景技术：
多个用户可以同时观看常规显示装置上的相同图像。常规显示装置的特性在于观 看者能够相对于显示器从不同角度看到相同图像(后文称作“公开模式”)。这在许多用户 需要从显示器——例如，机场和火车站的出发信息显示器——获取相同信息的应用中是有 效的。然而，在许多应用中希望单独的用户或多个用户能够从同一显示器看到角度相关信 息。示例1—“双视”希望位于汽车仪表台上的单一显示器向司机转播卫星导航数据，而 同时乘客观看电影。示例2——“私密性”单一的显示器用户希望在公共场所观看机密材 料，并因此希望仅在轴显示机密图像(即，仅对用户的眼睛显示)，并离轴显示第三方能看 到的非机密图像。示例3——“3D功能”为了从显示器观看3D图像(具有感知深度的图 像)，单一用户需要不同图像(立体对)进入到每一只眼睛中。GB2405542描述了使用视差光学部件和显示器来建立方向性显示器。GB2405542 中的实施例集中于实现双视显示器，从而在两个不同主方向上可观看到两个独立图像。强 调了其在车内使用中的应用，因此一幅图像可在显示器法向轴左侧观看，同时第二图像可 在显示器法向轴右侧观看。通过将相同图像引导至左右视图，实现常规“公开”模式。公开 模式的主要缺点在于与没有安装视差光学部件的同等图像面板相比，图像只有50%的分 辨率以及约50%的亮度。这种相对差的公开模式性能将这种显示模式的应用限制在相对小 众的市场。GB2405542还提到了也可以实现能够进行公开宽观看模式和私密窄观看模式的 可切换私密显示器。然而，GB2405542没有明确说明如何实现私密显示器，也没有描述如何 在所述私密显示器的公开宽观看模式和私密窄观看模式之间进行电切换。在2006年9月27日，夏普宣布了“三视方向性观看IXD”(后文称作“三视显示 器”)，其通过将现有液晶装置(LCD)与视差光学部件相结合，实现了同时显示三副独立图 像，如附图中图1所示。显示器9x包括显示装置9b以及形成于基板7上的视差光学部件2， 并显示三个视图使得它们在观看区域28中可观看。该LCD具备如下图像功能公开宽观看 模式以及三视模式。在三视模式中，显示可从不同方向观看的三幅独立图像，使得一幅图像 基本上可由观看者5在轴观看，另一幅图像基本上可由观看者5b在显示器左侧离轴观看， 而另一幅图像基本上可由观看者5c在显示器右侧离轴观看。三视模式也用作私密模式，因 为在轴用户5能够观看不能离轴观看的内容。通过将相同图像引导到左侧至观看者5b，引 导到中间至观看者5，以及引导到右侧至观看者5c，在三视显示器上实现了常规公开模式。 公开模式的主要缺点在于与没有安装视差光学部件的同等图像面板相比，图像只有33% 的分辨率以及约33%的亮度。这种相对差的公开模式性能将这种显示模式的应用限制在相 对小众的市场。
GB2426352描述了能够实现公开宽观看模式、私密窄观看模式以及自动立体3D模 式的显示器。US11/348602描述了能够实现公开宽观看模式、私密窄观看模式、双视模式以 及自动立体3D模式的显示器。GB2426352和USl 1/348602的主要缺点在于为了实现具 有额外图像功能的显示器，需要额外的液晶开关单元。额外的液晶开关单元使整个显示模 块的相对厚度和重量增加了约40%。额外的重量和厚度是极为不希望的，尤其对于诸如 移动电话、膝上型个人计算机等移动显示产品。使用额外的液晶单元来改变显示面板的视 角特性的方法在 GB2413394、GB2427033、GB2439961、JP09230377、JP3607272、JP3607286、 US5825436 和 W004070451 中也有记载。有多种技术描述了通过利用液晶显示器的自然视角依赖性来建立可切换私密 性的方式，这些技术包括 JP0923077、US05844640、US20070040975A1、US20070121047A1、 US20060109224、US20040207594 以及 GB2428152A1、JP1999-11-30783、US6646707、 JP1999-11-30783、US20060267905A1、US20070046881、GB2428101、GB 专利申请
No. 0721255. 8。尽管所有这些方法在不向现有显示面板增加额外厚度或重量方面是有利 的，但是它们专用于液晶显示器(LCD)模式，而不能用于(例如)制造可切换私密有机发光 二极管(OLED)显示器。US5844640.US20070040975 和 US20070121047 公开了用于改变单层 LCD 面板的视 角特性的技术。这针对垂直对准向列(VAN)液晶模式来实现。这些技术中视差光学部件不 是必要的。使用透镜和视差光学部件来建立不可切换私密显示器的相关现有技术包括 JP2002299039,JP2006236655,US6809470,US7091652,US6935914,W00133598,W003007663o 不能在公开宽观看模式和私密窄观看模式之间切换的显示器与可在两种模式之间切换的 显示器相比内在地是不利的。不利用运动部件从公开模式切换到私密模式的一种方法是在显示面板之后安装 光控制膜，并在光控制膜与面板之间放置可电开关的漫射器。当漫射器未激活时，光控制膜 限制视角范围，且显示器处于私密模式。当漫射器打开时，其使以宽角度范围行进的光通过 面板，且显示器处于公开模式。也可以在面板之前安装光控制膜，并在光控制膜之前放置 可切换漫射器，以实现相同效果。这种类型的可切换私密设备在US5831698、US6211930和 US05877829中有记载。它们均具有这样的缺点光控制膜总是吸收入射到其上的光的一大 部分，无论显示器处于公开模式还是私密模式。因此，这种显示器在光的利用方面是低效 的。由于在公开模式中漫射器将光扩展到宽的角度范围中，这些显示器在公开模式中要比 在私密模式中暗，除非将背光调亮来予以补偿。在US6421033中描述了一种应用于LED和OLED显示器的寻址方案，其中使用多 个相对电极来控制有源矩阵显示器的有效分辨率增强，而不用增加薄膜晶体管(TFT)的总 数。然而，US6421033并没有提出使用多个相对电极来得到多图像功能显示器。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种显示器，包括视差光学部件，具有多个视差 元件；显示装置，具有设置成组的多个像素，每一组与视差光学部件的视差元件中相应一个 视差元件相协作，从而组中相应的像素在相应的不同观看区域中可观看；以及控制装置，能够选择显示装置的任意第一和第二区域，并能够针对图像显示，同时选择第一区域中每一 组的像素的第一组合以及第二区域中每一组的像素的不同于第一组合的第二组合，以提供 同时的、具备不同观看范围特性的第一和第二显示观看模式。控制装置可以能够选择显示装置的任意至少一个另一区域，并能够针对图像显 示，选择所述至少一个另一区域中每一组的像素的不同于第一和第二组合的至少一个另一 组合，以提供同时的、具有不同于第一和第二模式的观看范围特性的至少一个另一观看模 式。所述至少一个另一区域可以包括单独的第三区域。备选地，所述至少一个另一区域可 以包括多个另外区域。第一模式可以是公开模式。观看区域中相邻的观看区域可以部分交迭。视差光学部件可以是非可控的。显示模式的选择可以由每一组的像素选择唯一地确定。每一模式可以选自以下各项中的至少某些项第一私密模式，其观看区域包括显 示器轴；第二私密模式，其观看区域偏离显示器轴；公开模式；第一双视模式，其观看区域 位于显示器轴两侧；第二双视模式，其观看区域位于显示器轴一侧；以及自动立体模式。至 少一个模式可以包括自动立体模式，且该显示器可以包括用于生成用户可操作控制装置的 三维图像以由显示装置显示的图像发生器以及用于检测用户操作的输入装置，其中图像发 生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置图像的感知深度位置。控制 装置可以是控制按钮。图像发生器可以被设置为响应于输入装置的检测，改变控制按钮图 像的上表面的感知深度平面。输入装置可以包括鼠标、触摸屏、姿态识别装置和接近度检测 器之一。每一视差元件可以提供二维视差。每一视差元件可以提供一维视差。每一组可以包括与相协作的视差元件的中心对 准的第一像素、位于第一像素的相反侧的第二和第三像素、以及位于第二或第三像素与第 一像素相反一侧的至少一个第四像素。所述至少一个第四像素可以由相邻组共享。每一组可以包括位于包含相协作的视差元件的中心线且实质上垂直于视差光学 部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及位于第一和第二像素与所述平面相反侧的 第三像素。至少一个第三像素可以由相邻组共享。每一组可以包括位于包含相协作的视差元件的中心线且实质上垂直于视差光学 部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及分别位于第一和第二像素与所述平面相反 侧的第三和第四像素。每一组的像素可以具有相同颜色。视差光学部件可以包括视差元件的一维阵列。备选地，视差光学部件可以包括视 差元件的二维阵列。视差光学部件可以包括透镜阵列。备选地，视差光学部件可以包括视差隔栅。每 一视差元件可以包括含有透镜的孔。视差光学部件可以形成于显示装置的基板上。备选地，视差光学部件可以附于显 示装置的基板上。视差光学部件可以置于显示装置的外侧元件之间。
7
显示装置可以是透射型装置、反射型装置和透反型装置之一。显示装置可以是液 晶装置。显示装置可以是发射型装置。显示装置可以是发光二极管装置、有机发光二极管 装置、等离子显示装置、场发射装置和阴极射线管之一。视差光学部件可以置于显示装置和观看区域之间。该显示器可以包括手动输入装置，该手动输入装置与显示装置相协作以允许手动 选择观看模式。手动输入装置可以包括触摸屏装置。根据本发明的第二方面，提供了一种显示器，包括视差光学部件以及具有设置成 组的多个像素的显示装置，每一组与视差光学部件的视差元件相协作并包括与视差元件对 准的第一像素、处于第一像素相反侧的第二和第三像素、以及处于第二或第三像素与第一 像素相反侧的至少一个第四像素。根据本发明的第三方面，提供了一种交互式三维显示器，包括显示装置；图像发 生器，用于生成用户可操作控制装置的三维图像以便由显示装置显示；以及输入装置，用于 检测用户操作，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置 图像的感知深度位置。显示装置可以是自动立体显示装置。控制装置可以是控制按钮。图像发生器可以被配置为响应于输入装置的检测，改 变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。输入装置可以包括鼠标、触摸屏、姿态识别装置和接近度检测器之一。因此，可以提供一种显示器，其能够同时提供具有不同角度观看特性的不同观看 模式。这些不同模式可以提供在显示器上任何地方，这在配置显示器以进行所需操作方面 提供了完全的灵活性。可以完全任意地选择区域，因为通过选择每一组中哪些像素激活来 选择模式。因此，所有像素组提供相同观看区域能力。如果希望，整个显示器可以工作于单 一模式，且这可以从具体实施例中可获得的任一模式中选择。然而，显示器能够在显示器的 任意区域中提供可用模式中的任何观看模式，且同时在显示器的任何其他任意区域提供任 何其他可用模式。在典型的实施例中，与像素化图像显示器结合的视差光学部件对于图像显示器的 像素建立了角度相关观看区域。通过将数据适当寻址到图像显示器的像素，可以实现至少 四种不同图像显示功能。这些图像显示功能包括但不限于公开模式、私密模式、双视模式和 自动立体3D模式。在公开模式中，从所有方向可观看所显示的图像。在私密模式中，显示 至少两幅可从不同方向观看的独立图像，使得一幅图像基本上可在轴观看，而另一幅图像 基本上可离轴观看。在双视模式中，显示至少两幅独立图像，使得一幅图像基本上可在显示 器左侧离轴观看，而另一幅图像基本上可在显示器右侧离轴观看。在自动立体3D模式(下 文称为3D模式)中，显示被感知为具有深度的图像；因此也实现了三维图像。像素化图像显示装置可以包括但不限于液晶显示器(IXD)或有机发光二极管 (OLED)显示器或等离子显示面板(PDP)或电泳显示器或电润湿显示器或场发射显示器 (FED)，或表面传导电子发射显示器(SED)或发光二极管LED显示器或等离子显示器(PDP) 或场发射显示器等。像素化图像显示器可以是但不限于透射型显示器或发射型显示器或反射型显示器或透反型显示器。像素在图像面板上的配置布局并不重要。因此，像素化图像显示器可以是但不限 于像素色彩的一维阵列或者以Pentile RGBW 配置来设置的色彩或像素的2维阵列。视差光学部件可以是由透射区域和非透射区域构成的视差隔栅。视差光学部件可 以由透镜阵列构成。视差光学部件可以由视差隔栅和透镜阵列构成。视差光学部件可以在 一维中是周期性的。视差光学部件可以在二维中是周期性的。透镜元件可以将光聚焦到平 面上(柱状透镜)或者聚焦为点(球状透镜)。视差光学部件可以制造在基板上，该基板随后被附于图像显示装置上。视差光学 部件可以直接形成在图像面板最靠近观看者的基板上。视差光学部件可以形成于构成图像 面板的基板之间。视差光学部件上结构的间距可以选择为对于位于显示器中心轴附近的用户实现 在图像面板显示器的整个范围上均勻观看图像。视差光学部件的间距可以基本上等于四个像素的间距。视差光学部件建立了每个 像素的角度相关观看区域。第一像素可以基本上相对于图像显示器在轴观看。第二像素可 以部分在轴观看且可以部分在图像显示器右侧离轴观看。第三像素可以部分在轴观看且可 以部分在图像显示器左侧离轴观看。第四像素可以基本上相对于图像显示器离轴观看。视差光学部件和将图像寻址到像素化图像显示装置的方法可以与任意类型的像 素化信息显示器例如液晶显示器(LCD)或有机发光二极管显示器(OLED)或等离子显示器 或场发射显示器(FED)或电泳显示器等结合使用。这种技术也与透射、发射、反射和透反型 像素化显示器类型兼容。这种对于任何类型像素化信息显示器的广泛应用性具有商业优 点，因为仅仅一种技术的开发就实现了将多图像功能应用于任意像素化信息显示器。视差光学部件可以是添加到信息显示器中的唯一物理元件。视差光学部件相对薄 (< 500 μ m)，因此没有给图像显示器增加可察觉的厚度或重量。为了实现显示器的多图像 功能，有时必须减小图像显示器中基板的厚度，使得视差光学部件可以紧密靠近图像显示 器的像素。因此，包括图像显示装置加上视差光学部件在内的显示器的总体厚度和重量与 原始未改进的图像显示面板大致相同。该特征对于厚度和重量是重要指标的移动显示产品 如移动电话、膝上型计算机等尤其重要。一旦将视差光学部件正确安装到图像显示器上，通过图像寻址方法可以激活所有 多图像功能。因此，多图像功能之间的切换是廉价、可靠和快速的。图像寻址的方法也非常 简单，因此需要极少的计算能力。可以非常快速地激活图像功能，例如私密模式。一般而言， 任一图像显示功能的激活时间与显示器的刷新时间紧密相关，显示器的刷新时间典型的快 于IOOms且对于某些显示器能够快于1ms。另一优点在于通过适当设计视差光学部件，可以实现水平、垂直和对角线方向 (360° )上的私密性。另一优点在于可以在使用双视模式或3D模式同时激活私密选项。另一优点在于可以提供多种私密强度选项。因此，用户可以选择私密强度和私密 方向，以适应其需求和环境。例如，用户可以对用户的左侧选择“标准”图像私密强度，而对 用户的右侧不选择图像私密性。在另一示例中，用户可以对用户的左侧选择“强”图像私密 强度，而对用户的右侧不选择图像私密性。私密模式的多样性使得用户能够最大化图像显 示的在轴亮度和分辨率，同时又保持所需的图像私密水平。
另一优点在于显示器的多图像功能可以在显示器表面上的不同空间位置同时激 活。因此，可以实现这样的显示器，该显示器的一部分隐蔽机密信息(例如密码或图片)，该 显示器的另一部分呈现3D内容，且该显示器的另一部分呈现双视内容。一般而言，显示器 的任何空间位置可以提供任何前述图像功能。公开模式性能在亮度和分辨率方面可以大大优于提供多图像显示功能的其他方 向性显示器。由于公开模式可能在大多数时间激活，因此公开模式的有利性能具有重要意 义。夏普的三视显示器的在轴分辨率是原有图像显示器的三分之一，但是本发明典型实施 例的在轴分辨率是原有图像显示器的四分之三。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示出了三视显示器——现有技术；图2示出了在基板上形成且附于图像面板的视差光学部件；图如示出了像素化显示器(图像面板)；图3b示出了在基板上形成且附于图像面板的视差光学部件；图4示出了像素化显示器(图像面板)；图5a示出了在图像面板的基板上形成的视差光学部件；图5b示出了在图像面板的基板上形成的视差光学部件；图fe示出了像素化显示器(图像面板)；图6b示出了形成于图像面板的基板之间的视差光学部件；图7a示出了形成于基板上、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的视差光学部件；图7b示出了形成于基板上、包括透镜阵列的视差光学部件；图7c示出了形成于基板上、包括紧密封装透镜阵列的视差光学部件；图7d示出了形成于基板上、包括非透射视差隔栅的视差光学部件；图8a示出了形成于图像显示器的基板上、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的视 差光学部件；图8b示出了形成于图像显示器的基板上、包括透镜阵列的视差光学部件；图8c示出了形成于图像显示器的基板上、包括紧密封装透镜阵列的视差光学部 件；图8d示出了形成于图像显示器的基板上、包括非透射视差隔栅的视差光学部件；图9a示出了形成于图像显示器的基板之间、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的 视差光学部件；图9b示出了形成于图像显示器的基板之间、包括透镜阵列的视差光学部件；图9c示出了形成于图像显示器的基板之间、包括紧密封装透镜阵列的视差光学 部件；图9d示出了形成于图像显示器的基板之间、包括非透射视差隔栅的视差光学部 件；图IOa示出了由光学元件条构成的视差光学部件；
图IOb示出了由光学元件的棋盘配置构成的视差光学部件；图Ila示出了由球状透镜构成的视差光学部件；图lib示出了由球状透镜构成的视差光学部件；图12a示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12b示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12c示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12d示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12e示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图13a示出了 1维彩色像素布局；图13b示出了 2维彩色像素布局；图13c示出了结合白像素的彩色像素布局(Pentile显示器)；图13d示出了交错彩色像素布局；图14示出了对显示器用户的视点校正图；图15示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图16a示出了像素Ia的观看窗口 ；图16b示出了像素Ia的亮度的建模角度响应；图17a示出了像素Ib的观看窗口 ；图17b示出了像素Ib的亮度的建模角度响应；图18a示出了像素Ic的观看窗口 ；图18b示出了像素Ic的亮度的建模角度响应；图19a示出了像素Id的观看窗口 ；图19b示出了像素Id的亮度的建模角度响应；图20a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图20b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图20c示出了寻址到像素、产生私密模式的图像；图20d示出了寻址到像素、产生冲刷图像相消私密观看模式的图像；图20e示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20f示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20g示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20h示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20i示出了寻址到像素、产生双视模式的图像；图20j示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的双视模式的图像；图20k示出了寻址到像素、产生带有在轴私密性的双视模式的图像；图201示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的双视模式的图像；图20m示出了寻址到像素、产生在轴3D模式的图像；图20η示出了寻址到像素、产生离轴3D模式的图像；图20ο示出了寻址到像素、产生离轴3D模式的图像；图20ρ示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的在轴3D模式的图像；图20q示出了寻址到像素、产生带有离轴冲刷私密性的在轴3D模式的图像；
11
图21示出了其中视差光学部件夹在偏振器之间的透射型LCD ；图22a示出了其中视差光学部件位于层叠偏振器外部的透射型IXD ；图22b示出了其中视差光学部件位于单元内偏振器外部的透射型IXD ；图23示出了其中视差光学部件和补偿层仅位于一侧的透射型IXD ；图24示出了其中视差光学部件与背光相邻的透射型LCD ；图25示出了带有视差光学部件的反射型IXD ；图26a和26b示出了带有视差光学部件的透反型IXD ；图27示出了带有视差光学部件、不使用偏振器来形成图像的显示器；图28a示出了 OLED显示器的阳极配置的平面图；图28b示出了 OLED显示器的阴极配置的平面图；图28c示出了 OLED显示器的侧视图，其中示出了视差光学部件和像素；图29示出了同时展现4种不同图像显示功能的显示器；图30示出了具有用户定义图像功能区域的显示器；图31示出了具有用户定义图像功能窗口的显示器；图32示出了具有示出3D按钮的窗口的显示器；图33示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图34a示出了像素Ie的观看窗口 ；图34b示出了像素Ie的亮度的建模角度响应；图35a示出了像素If的观看窗口 ；图35b示出了像素If的亮度的建模角度响应；图36a示出了像素Ih的观看窗口 ；图36b示出了像素Ih的亮度的建模角度响应；图37a示出了像素Ig的观看窗口；图37b示出了像素Ig的亮度的建模角度响应；图38a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图38b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图38c示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图38d示出了寻址到像素、产生强私密3D模式的图像；图38e示出了寻址到像素、产生3D模式的图像；图39示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图40a示出了像素Ij的观看窗口 ；图40b示出了像素Ij的亮度的建模角度响应；图41a示出了像素Ik的观看窗口；图41b示出了像素Ik的亮度的建模角度响应；图42a示出了像素11的观看窗口 ；图42b示出了像素11的亮度的建模角度响应；图43a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图43b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图43c示出了寻址到像素、产生强私密3D模式的图像；
图43d示出了寻址到像素、产生3D模式的图像；
具体实施例方式图29图示了多图像功能显示器22，该显示器同时呈现但不限于四种不同图像功 能40、41、42、43。图像功能40、41、42、43具有给定的尺寸和形状，并处于显示器上不同的 空间位置。图像功能可以是但并不局限于常规模式40、3D模式41、私密模式42和双视模 式43。图像功能40、41、42、43可以在显示器的预定区域中激活，或者可以在显示器上用户 定义的区域50中激活(图30)。图像功能40、41、42、43也可以与运行应用程序如字处理软 件、电子制表软件、图片图像浏览器或视频图像浏览器的特定窗口 61(图31)相关联。这种 窗口 61将保持所分配的图像功能，而无论该窗口在显示器22上的位置如何。显示器22包含控制装置(或者与外部控制装置相协作)，其选择由显示装置的哪 些区域执行哪些图像功能或“显示观看模式”。显示装置的任何区域，典型地包括多个“拓 扑相连”像素，能够执行任一图像功能，从而控制装置可以根据显示器的当前应用，任意选 择任一显示装置区域来执行任一图像功能。图像功能同时执行，并且由控制装置排他地选 择，该控制装置选择与相应视差元件相关联的每一像素组中哪些显示装置像素来显示哪些 图像像素，如后所述。因此，在图29所示的示例中，控制装置选择显示装置中与40相对应的“任意”第 一区域以及第一区域中每一像素组的像素的第一组合，以提供具有第一观看范围特性的第 一显示观看模式(例如常规模式)。控制装置同时选择显示装置中与41、42、43相对应的 “任意”第二、第三和第四区域以及相应显示装置区域中每一组的像素的第二、第三和第四 组合，以提供具有与第一观看范围特性不同、且彼此不同的观看范围特性的第二(3D)、第三 (私密)和第四(双视)显示观看模式。图30示出了多图像功能显示器22上的用户定义区域50。多图像功能显示器22 具有运行应用程序例如字处理软件、电子制表软件、图片图像浏览器或视频图像浏览器的 窗口 60。用户定义区域50可以通过输入装置如鼠标、键盘或触摸屏来建立。然后预定图像 功能40、41、42、43可以分配给用户定义区域50，使得与用户定义区域在空间上交迭的窗口 60进行与用户定义区域50相关联的图像功能。该图像功能可以是但不限于常规模式40、 3D模式41、私密模式42和双视模式43。参考图30，考虑具有用户定义图像功能区域50的多功能显示器22的具体示例。 在该示例中，用户定义区域50的图像功能是私密模式42，而用户定义区域50之外的所有区 域是常规模式40。与图像功能为私密模式42的用户定义区域50在空间上交迭的窗口 60 中包含的信息可由相对显示器基本上位于在轴位置的人观看。然而，与用户定义区域50在 空间上交迭的窗口 60中包含的信息不可由相对显示器基本上位于离轴位置的人观看。与 用户定义区域50在空间上不交迭的窗口 60中包含的信息可由相对显示器位于在轴和离轴 位置的人观看，即，与用户定义区域50在空间上不交迭的窗口 60是常规模式。图31示出了带有窗口 61的多图像功能显示器22，其中窗口 61具有用户定义图像 功能40、41、42、43。窗口 61例如可以包含应用程序，如字处理软件、图片浏览器、web浏览 器等。窗口 61例如可以包含图片和/或文本和/或视频信息。与窗口 61相关联的图像功 能可以是但不限于常规模式40、3D模式41、私密模式42和双视模式43。用户通过输入装
13置如鼠标、键盘或触摸屏，可以定义窗口 61的图像功能。自动化处理可以定义窗口 61的图 像功能。用户或者自动化处理可以在显示器上移动(“托和拉”)窗口 61，同时窗口 61保 持与之相关联的图像功能。参考图31，考虑带有具备用户定义图像功能的窗口 61的多功能显示器22的具体 示例。在该示例中，窗口 61的图像功能是私密模式42，而窗口 61之外的所有区域是常规模 式40。窗口 61中包含的信息可由相对显示器基本上位于在轴位置的人观看。窗口 61中包 含的信息不可由相对显示器基本上位于离轴位置的人观看。允许任意选择不同显示装置区域以具备观看范围特性不同的不同观看模式的功 能在下述实施例中描述。图15中示意性示出了优选实施例，该实施例包括非可控视差光学部件2和显示器 9，如图3b详细所示。视差光学部件根据图7a形成，且包括透镜元件4的阵列，其中透镜元 件之间的间隔填充有非透明材料3。图7b、c和d中示出了备选视差光学部件。透镜元件 4是柱状会聚型，并提供一维视差。然而，可选地，透镜元件4可以为球状会聚，并可以提供 二维视差(例如，如图Ila和lib所示)。图15中的视差光学部件2所具有的间距(间距 1)基本上与显示器9的四个像素的间距(间距2)相同。间距2结合了像素类型A、B、C和 D。与每一透镜元件4相关联的A、B、C和D类像素构成一组，其中第一像素Ia与透镜元件 4对准，第二和第三像素lb、lc在第一像素Ia相反侧，且第四像素Id在第二和第三像素之 外。每一第四像素由相邻的像素组共享。分别为A、B、C和D类型的像素la、lb、lc和Id可 以是白像素。分别为A、B、C和D类型的像素la、lb、lc和Id可以是彩色子像素。透镜4顶 点基本上居中于像素类型A周围。当非透明材料3(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和 40%之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得 到好的成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须 选择隔栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置 的隔栅(图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用60μπι的 隔栅宽度、240 μ m的透镜宽度、50 μ m的透镜高度以及曲率半径为200 μ m的透镜，可以得到 优选的性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在 30 μ m和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在IOOym左右时得到 优选的性能。一般而言，当基板6的厚度使得视差光学部件针对像素类型A产生如图16b 所示的角度相关观看窗口从而像素类型A基本上可由显示器的观看者5在轴观看而基本上 不可由显示器的观看者5b、5c离轴观看时，得到优选的成像性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。每 一组的各像素类型A、B、C和D与相应的透镜相协作，使得组中相应的像素可在显示器9和 视差光学部件2 (因而位于显示器9和观看窗口之间)之前的相应不同观看区域或“窗口” 中观看。像素类型A的角度相关观看区域或窗口 5A在图16a中示意性示出，并且在图16b 中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型A基本上提供可由观看者5在轴 以及绕显示器9的“中心”轴5’观看的图像。像素类型A不提供显示器9的观看者5b、5c 基本上离轴可观看的图像。像素类型B的角度相关观看区域或窗口 5B在图17a中示意性示出，并且在图17b中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型B基本上提供可由观看者5在轴 观看以及可由显示器9的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型B不提供显示器9 的观看者5c在右侧基本上离轴可观看的图像。像素类型C的角度相关观看区域或窗口 5C在图18a中示意性示出，并且在图18b 中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型C基本上提供可由观看者5在轴 观看以及可由显示器的观看者5c在右侧离轴观看的图像。像素类型C不提供显示器9的 观看者5b在左侧基本上离轴可观看的图像。像素类型D的每一角度相关观看区域或窗口 5D在图19a中示意性示出，并且在图 19b中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型D基本上提供可由显示器9 的观看者5c在右侧离轴观看以及显示器的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型D 不提供显示器9的观看者5基本上在轴可观看的图像。通过设置像素类型A、B、C和D以在 显示器的任一给定行和/或列中产生相同颜色，可以最小化不希望的图像假象。从图16b、17b、18b和19b中可以看到，像素类型A、B、C和D与透镜元件4相协作， 以产生观看区域，这些观看区域中相邻的观看区域部分交迭。使用如图15所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为具 体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。显示模式的选择由每一组中像素的选择排 他地确定。将图像寻址到图15所示实施例的像素类型A、B、C和D的一种方法在图20a_q 中示出。图20a图示了通过以相同图像(人脸)来寻址像素类型A、B、C和D，从而实现宽 角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到人脸)。图20b图示了通过以第一图像(人 脸)来寻址像素类型A，以与第一图像不同的第二图像(花朵)来寻址像素类型D，且以基 本上是黑色图像(黑方框)的第三图像来寻址像素类型B和C，从而实现强私密模式，其中 第一图像(人脸)基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者 5b、5c离轴观看。图20c图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A、B和C且以第二图像 (花朵)来寻址像素类型D，从而实现私密模式，其中第一图像(人脸)基本上可由观看者5 在轴观看，而观看者5b、5c可离轴观看的图像是第一和第二图像的交织(脸部和花朵的交 织)。因此，提供了对于在轴第一图像(人脸)的一定程度的私密性。图20b所提供的私密 强度(即，在轴图像对于离轴观看者的模糊程度)优于图20c所提供的私密强度。然而，通 过图20c中的寻址方案所提供的在轴图像质量在亮度和分辨率方面优于图20b所示的寻址 方案。图20d图示了以第一图像(人脸)来寻址像素类型A、B和C且以第二图像(人 脸)来寻址像素类型D，其中第二图像由第一图像通过以预定方式改变亮度值使得第二图 像亮度有效地为第一图像的逆或“负”来得到(即，第一图像中具有低亮度值的像素在第二 图像中变为具有高亮度值的像素，反之亦然)。原始人脸图像(亮度值未变更)基本上可由 观看者5在轴观看，而观看者5b、5c可离轴观看的图像是人脸和“负”人脸图像的交织，这 导致离轴图像基本上不具备对比度从而难以解读(即，实现了离轴私密功能)。图20d中所 示寻址方案的私密强度可以强于图20c中所示寻址方案提供的私密强度。图20e图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和B，以基本上是黑色(黑方框)的第二图像来寻址像素类型C，且以第三图像(花朵)来寻址像素类型D，从而对 于显示器9的观看者5c在右侧离轴观看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对 于显示器9的观看者5b在左侧离轴观看，实现了如图20c所述寻址方案的私密性。图20f 图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和C，以基本上是黑色(黑方框)的第二 图像来寻址像素类型B，且以第三图像(花朵)来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观 看者5b在左侧离轴观看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观 看者5c在右侧离轴观看，实现了如图20c所述寻址方案的私密性。图20g图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和B，以基本上是黑色 (黑方框)的第二图像来寻址像素类型C，且以作为寻址到像素类型A和B的图像之“负” 的第三图像(“负”人脸)来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观看者5c在右侧离轴观 看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观看者5b在左侧离轴观 看，实现了如图20d所述寻址方案的私密性。图20h图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和C，以基本上是黑色 (黑方框)的第二图像来寻址像素类型B，且以作为寻址到像素类型A和C的图像(人脸) 之“负”的第三图像来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观看者5b在左侧离轴观看，实 现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观看者5c在右侧离轴观看，实 现了如图20d所述寻址方案的私密性。图20i图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和D， 以第二图像(人脸)来寻址图像类型B，且以第三图像(花朵)来寻址图像类型C，从而实 现双视显示器9，其中第二图像(人脸)基本上可由显示器9的用户5b在左侧离轴观看，第 三图像(花朵)基本上可由显示器9的用户5c在右侧离轴观看。图20j图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第 二图像(人脸)来寻址图像类型B，以以第三图像(花朵)来寻址图像类型C，且以第四图 像(太阳)来寻址像素类型D，从而实现了带有离轴私密性(如图20e中所述)的双视显示 (如图20i所述)。参考图17b、图18b、图19b和图20j，第二图像(人脸)的观看窗口在显 示器左侧离轴 5至 30度的角度，第三图像(花朵)的观看窗口在显示器右侧离轴 5 至 30度的角度，同时对于所有离轴角度> 30度，得到私密性。图20k图示了通过以第一图像(太阳)来寻址像素类型A，以第二图像(人脸)来 寻址像素类型B，以第三图像(花朵)来寻址像素类型C，且以基本上是黑色(黑方框)的 第四图像来寻址图像类型D，从而实现了带有在轴私密性的双视显示(如图20i所述)。参 考图16b、图17b、图18b、图19b和图20k，第二图像(人脸)的观看窗口在显示器左侧离轴 > 30度的角度，第三图像(花朵)的观看窗口在显示器右侧离轴> 30度的角度，同时 观看者基本上在轴观看到由第一、第二和第三图像构成的交织图像。图201图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第 二图像(人脸)来寻址像素类型B，以第三图像(花朵)来寻址像素类型C，且以第二图像 的“负”的第四图像(“负”人脸)来寻址图像类型D，从而实现了带有离轴私密性的双视显 示(如图20j所述)。图20m图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和 D，以第二图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，且以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型C，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第二和第三图像是“立体图 像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。图20η图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和C， 以第二图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型B，且以第三图像(人左眼看到的船只) 来寻址像素类型D，从而可在显示器左侧离轴观看船只的自动立体图像。图20ο图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和B， 以第二图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型C，且以第三图像(人右眼看到的船只) 来寻址像素类型D，从而可在显示器右侧离轴观看船只的自动立体图像。图20ρ图示了以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型Α，以第二图 像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素 类型C，且以第四图像(太阳)来寻址像素类型D，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同 时带有图20c所述的离轴私密性。图20q图示了以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第二图 像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素 类型C，且以第四图像(“负”船只)来寻址像素类型D，从而可在轴观看船只的自动立体图 像，同时带有图20d所述的离轴私密性。图2示出了多图像功能显示器22，包括像素化显示器9、视差光学部件2以及视差 光学部件所形成于的基板7。眼睛5指示多图像功能显示器22的观看侧。图3a示出了常 规像素化显示器9，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的基板6、与基板6相对的 第二基板6b、以及像素1的阵列。图3b示出了图3a所示常规显示器如何通过增加视差光 学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。可能需要减薄图像面板基板6以便 使视差光学部件7位于相距像素1适当距离处。为了减小多图像功能显示器22的厚度和 重量，可以在将视差光学部件2附至图像显示器9之后来减薄基板7。图4示出了多图像功能显示器22，包括像素化显示器9以及直接形成于图像显示 器上的视差光学部件2。用户5的眼睛指示多图像功能显示器22的观看侧。图5a示出了 常规像素化显示器，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的基板6、与基板6相对 的第二基板6b、以及像素1的阵列。图5b示出了图5a所示常规显示器9如何通过增加视 差光学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。可能需要减薄图像面板基板6 以便使视差光学部件2位于相距像素1适当距离处。第二基板6b可以保持不变。由于省 略了视差光学部件所形成于的基板7，图5b所示具有多图像功能的显示装置可以比图3b所 示的显示装置更薄和更轻。图6a示出了常规像素化显示器9，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的 基板6、与基板6相对的第二基板6b、以及像素1的阵列。图6b示出了图6a所示显示器如 何通过增加视差光学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。视差光学部件2 位于图像显示面板22的基板6和基板6b之间。图7图示了形成于基板7上，可以用于实现如图3b或6b所示多图像功能显示器 22的各种类型视差光学部件2。图7a示出了由透镜元件4的阵列构成的视差光学部件2，其中透镜元件之间的间 隔填充有非透明材料3。该配置形成视差隔栅(barrier)，其中每一视差元件包括含有透镜的孔。图7b示出了由透镜元件4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件之间具有透明区 域。图7c示出了由透镜元件4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图7d示出了由非透 明材料3形成的非透射区域的周期性阵列所构成的视差光学部件。图8图示了可以直接形成于像素化显示器9的基板6上以便实现如图5b所示多 图像功能显示器22的各种类型视差光学部件2。图8a示出了由透镜元件4的阵列构成的 视差光学部件2，其中透镜元件之间的间隔填充有非透明材料3。图8b示出了由透镜元件 4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件4之间具有透明区域。图8c示出了由透镜元件 4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图8a、图8b和图8c所示的透镜元件可以通过刻 蚀工艺或模制工艺直接形成于基板6中。图8d示出了由非透明材料3形成的非透射区域 的周期性阵列所构成的视差光学部件。图9图示了可以形成于像素化显示器9的基板6和基板6b之间以便实现如图6b 所示多图像功能显示器22的各种类型视差光学部件2。图9a示出了由透镜元件4的阵列 构成的视差光学部件2，其中透镜元件之间的间隔填充有非透明材料3。图9b示出了由透镜 元件4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件之间具有透明区域。图9c示出了由透镜元 件4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图9d示出了由非透明材料3形成的非透射区 域的周期性阵列所构成的视差光学部件。在图9(a-d)的所有示例中，透明偏振层20可以 用于偏振化视差光学部件，并使视差光学部件与像素1相隔预定量。偏置层可以根据SU-8 2050 (MicroChem)来制造。图IOa示出了由透镜元件4、21以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如 何可以制造为仅在一维中为周期性的结构。透镜元件4可以是柱状的，以提供柱状汇聚。图 IOb图示了由透镜元件4、21以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如何可以制造为 在二维中为周期性且形成棋盘配置的结构。透镜元件4可以为柱状或球状。对于非透明材 料的相同覆盖面积，同图IOa中所示的配置相比，图IOb中的棋盘配置可见度低且产生较少 的不希望图像假象。图Ila图示了由球状透镜元件4以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如 何可以制造为在二维中为周期性的结构。图Ila中的透镜元件能够将光聚焦为点。图lib 图示了由球状透镜元件4以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如何可以制造为在 二维中为周期性的结构。图lib中的透镜元件能够将光聚焦为点。图12图示了如何将视差光学部件附至像素化显示器9的基板6以实现如图3b所 示的多图像功能显示器22。图12a图示了如何使用胶8或胶状材料8b来粘附视差光学部 件。为了使透镜阵列执行成像功能，图12a中的胶8或胶状材料8b必须具有与构成透镜的 材料实质上不同的折射率。将视差光学部件2胶粘至像素化显示器9建立了物理上健壮 的光学系统。为了增加透镜的成像能力，图12a中所示的胶层可以以空气替代。图12b、图 12c、图12d以及图12e图示了如何将视差光学部件附至基板6使得空气23界面基本上围 绕透镜。具备多图像功能的显示器22可以由像素化显示器9来建立，无论像素化显示器9 的像素布局配置如何。图13a、图13b、图13c和图13d图示了与多图像功能显示器22兼容 的不同像素布局配置的一些但并非穷尽的列表。红、绿、蓝和白像素分别以24、25、26和27 示出。
18
图14图示了对于处于有限距离处的观看者5，位于像素化显示器9中心的像素的 角度观看函数必须不同于位于像素化显示器9外围的像素的角度观看函数。为了有助于对 中心像素和外围像素实现不同观看函数，视差光学部件的间距需要小于或等于具体像素配 置的间距(即，对于图15、图33和图39，间距2彡间距1)。这被称作视点校正。典型的， α间距1 =间距2，其中α取1至0. 99的值。参考图21，所使用的显示器类型为透射型IXD，其具有例如由玻璃制成的基板6和 17。光源是置于显示器与视差光学部件2相反侧的背光10。在该情况下，图像形成层是液 晶11的薄层，其通过连接至透明电极13的TFT来寻址。为了形成图像，液晶层必须夹在一 对偏振器14之间，并且图像质量经常由于使用位于液晶层任一侧且位于偏振器内部的补 偿膜15来得以改善。在该实施例中，透镜4和隔栅3视差光学部件处于偏振器之间，从而 从背光到观看者的方向光学元件的顺序为偏振器14、补偿层15、液晶层11、透镜4和隔栅 配置3、补偿层15、偏振器14。参考图22，示出了透射型IXD，其中由透镜4和隔栅3构成的视差光学部件2位于 偏振器对14外部。从背光10到观看者的方向光学元件的顺序现在为偏振器14、补偿层 15、液晶层11、补偿层15、偏振器14、透镜4和隔栅配置3。偏振器和补偿层可以具有层叠 于将液晶层夹于中间的玻璃基板6、17上的类型，如图22a所示。备选地，偏振器和补偿层 可以为单元内型，从而它们位于玻璃基板和液晶层之间，如图22b所示。备选地，可以具有 单元内光学元件(偏振器、补偿膜)和可层叠光学元件(偏振器、补偿膜)的任意组合。参考图23，所使用的显示器类型为透射型IXD。在该情况下，偏振器14位于透镜 4和隔栅3的任一侧，但是补偿层均处于透镜和隔栅配置的一侧，如图23所示。同样，补偿 层15可以位于玻璃基板外部或者与液晶层11相邻。偏振器14形成显示器的“外侧元件”， 且由隔栅3和透镜形成的视差光学部件位于这些外侧元件之间。参考图24，所使用的显示器类型为透射型IXD，其中由透镜4和隔栅3构成的视差 光学部件2位于背光和IXD之间。参考图25，所使用的显示器类型为反射型IXD。在此，光源为环境光，环境光通过 前偏振器14，然后通过可选的补偿层15，然后通过形成视差光学部件2的透镜4加隔栅3以 及液晶层11，之后被反射器16反射，且然后通过光学系统(液晶层至视差光学部件至偏振 器)返回。在图25中，反射器16位于电极13b之上。反射器16可以位于电极13a之下， 或者位于基板17的外表面上。参考图26，所使用的显示器类型为透反型IXD，其中显示器的每一像素具有透射 和反射部分。图26图示了每一像素的透射区域和反射区域可以沿着透镜的对称轴设置。图 26a示出了反射部分内该装置的截面图，图26b示出了透射部分内的截面图。参考图27，本发明的另一实施例使用并不利用偏置光学部件来形成图像的显示 器。图27图示了图像形成层18，该图像形成层可以为电泳层或有机发光二极管(OLED)层 或发光二极管(LED)层或等离子显示层或场效应装置(FED)层或表面传导电子发射(SED) 层或荧光层。参考图28a、图28b和图28c，本发明的另一实施例利用仅工作于反向或正向偏置 的显示器，例如LED显示器或OLED显示器。这里，使用OLED显示器的示例来说明本发明该 实施例的构思。图28a中示出了电极(可以是阳极)和电子开关配置的平面图，其中每一像素包括两个区域Ix和Iy。电压Vl施加于区域Ix和Iy。Ix和Iy的横向宽度可以相同， 但是区域Iy的优选横向宽度约为区域Ix横向宽度的2至4倍。图28b中示出了电极配置(可以是阴极)的平面图，其中图28a中所示的像素区 域Ix和Iy分别直接位于电极19a和19b下方。电压V2和V3分别独立施加于电极19a和 19b。图28c图示了具有像素区域Ix和Iy的显示器的侧视图以及视差光学部件的相对 定位以便为区域Ix和Iy提供角度相关观看窗口。在工作于正向偏置的OLED显示器的情 况下，可以利用相同的电子开关12b，例如提供OLED发射所需电流的薄膜晶体管(TFT)配 置，来寻址像素区域Ix和ly。为了接通区域Ix和ly，V2和V3设置为与V1充分不同，使得 越过二极管光发射阈值并进行光发射。为了关闭区域ly，V3设置为与V1充分不同，使得不越过二极管光发射阈值且不出 现光发射。通过从像素区域Ix和Iy发光的情况改变为只有区域Ix发光的情况，显示器的 视角将从宽变为窄(公开变为私密)，这是由于如图28c所示的视差光学部件所提供的成像 功能。该系统的优点在于因为相同数据施加到像素区域Ix和ly，只需要1个电子开关来 控制区域Ix和ly。通过将相对电极19a、19b图案化为与像素区域Ix和Iy重合且独立控 制施加于19a和19b的电压，可以选择是否在像素区域Ix或Iy或两个区域或者不在其上 显示TFT数据。这种驱动技术对于LED或OLED显示器起作用，因为这种显示器需要正向偏 置，但是不能用于(例如)向列LCD中，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 (例如铁电或挠曲电(flexoelectrics)物质)，这种IXD依赖于为对其寻 址而施加的电压的符号来开关。US20070146236A1中描述的方法可以用来增加多图像功能显示器的亮度。GB 2445982中描述的方法可以用来增强多图像功能显示器的图像质量。显示器或者结合有显示器的装置或设备的另一功能(例如输出特征)可以同时根 据图像显示功能或模式来控制。例如，当显示器在公开模式和私密模式之间改变时，可以改
变声音设置的音量。用户可以通过手动输入装置，例如触摸屏、专用控制按钮、语音识别输入或姿态识 别输入，将给定的图像显示功能(例如，公开模式)改变为不同的图像显示功能(例如，私 密模式)。可以通过预定的自动化处理，将给定的图像显示功能(例如，公开模式)改变为 不同的图像显示功能(例如，私密模式)。参考图32，对于数据输入可以实现3D触摸按钮应用70。能够对在轴用户5进行 3D模式41的多图像功能显示器22包括图像发生器或与图像发生器相协作，以显示具有3D 外观的按钮的图像。3D按钮图像的顶部表面可以被设计成表现为基本上处于显示器的平面 之上71或者基本上处于显示器的平面中72或者基本上处于显示器的平面之下73。通过输 入装置，例如鼠标、触摸屏、姿态识别单元等，用户可以与3D按钮交互以调用动作。在与特 定3D按钮交互时，图像发生器改变3D按钮图像，以改变图像的感知深度位置。例如，所表 现出来的3D按钮顶部所处的平面发生改变，即，一旦记录了交互，3D按钮的顶部基本上表 现为处于不同平面中。对所表现出来的3D按钮顶部所处的平面进行改变，提供了对用户的 视觉确认与3D按钮的交互过程已被记录，信息已被成功输入。如果多图像功能显示器22 装配有具备接近度检测功能的触摸传感器，则用户可以与3D按钮交互，而无需物理触摸多
20图像功能显示器22。这具有这样的优点避免多图像功能显示器22被指尖触摸，而这会降 低图像质量。图33示意性示出的实施例包括视差光学部件2和显示器9，如图3b详细所示。视 差光学部件根据图7a形成，包括透镜元件4的阵列，其中透镜元件之间的间隔填充有非透 明材料3。备选的视差光学部件选项在图7b、c和d中示出。图33中的视差光学部件2具 有的间距(间距1)基本上与显示器9的四个像素的间距(间距2)相同。间距2结合了像 素类型分别为E、F、G和H的第一至第四像素。像素类型E、F、G和H可以是白像素。像素 类型E、F、G和H可以是彩色像素。透镜4顶点相对于像素类型E和F对称居中。具体地， 类型E和F的第一和第二像素位于包含透镜4的中心线31且基本上垂直于视差光学部件2 延伸的平面30的相反侧。类型G和H的第三和第四像素分别位于第一和第二像素与平面 30相反的一侧。当非透明材料(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和40% 之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得到好的 成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须选择隔 栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置的隔栅 (图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用30 μ m的隔栅宽 度、120 μ m的透镜宽度、40 μ m的透镜高度以及曲率半径为65 μ m的透镜，可以得到优选的 性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在30 μ m 和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在75 μ m左右时得到优选的 性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。像素类型E的角度相关观看窗口在图34a中示意性示出，并且在图34b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型E基本上提供可由观看者5在轴观看以及 显示器9的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型F的角度相关观看窗口在图35a中示意性示出，并且在图35b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型E基本上提供可由观看者5在轴观看以及 显示器9的观看者5c在右侧离轴观看的图像。像素类型H的角度相关观看窗口在图36a中示意性示出，并且在图36b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型H基本上提供可由显示器9的观看者5c 在右侧离轴观看的图像。像素类型G的角度相关观看窗口在图37a中示意性示出，并且在图37b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型G基本上提供可由观看者5b在左侧离轴 观看的图像。通过设置像素类型E、F、G和H以在任一给定行和/或列中产生相同颜色，可 以最小化不希望的图像假象。使用如图33所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为 具体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。将图像寻址到图33所示实施例的像素类 型E、F、G和H的一种方法在图38a-e中示出。图38a图示了通过以相同图像(人脸)来寻 址像素类型E、F、G和H，从而实现宽角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到微笑的人 脸)。图38b图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型E和F，且以与第一图像不同的第二图像(花朵)来寻址像素类型G和F，从而实现强私密模式，其中第一图像(人脸) 基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者5b、5c离轴观看。图38c图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型E和F，以第二图像(太 阳)来寻址像素类型G，且以第三图像(花朵)来寻址图像类型H，从而实现了私密模式，其 中第一图像(人脸)基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(太阳)可由观看者5b在 左侧离轴观看，同时第三图像(花朵)可由观看者5c在右侧离轴观看。因此，对于在轴第 一图像(人脸)提供了一定程度的私密性。图38d图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型E且以第二 图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型F，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第一 和第二图像是“立体图像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。通过以第三图像(花 朵)来寻址像素类型G和H，实现了 3D私密模式，其中可在轴观看船只的自动立体图像，且 离轴看到花朵的图像。图38e图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型E，以第二图 像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型F，且以第三图像(船只的非立体图像)来寻址像 素类型G和H，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同时可离轴观看相同船只图像的非立 体图像。图39示意性示出的实施例包括视差光学部件2和显示器9，如图3b详细所示。视 差光学部件根据图7a形成，包括透镜元件4的阵列，其中透镜元件之间的间隔填充有非透 明材料3。备选的视差光学部件选项在图7b、c和d中示出。图39中的视差光学部件2具 有的间距(间距1)基本上与显示器9的三个像素的间距(间距3)相同。间距3结合了像 素类型分别为J、K和L的第一至第三像素。像素类型J、K和L可以是白像素。像素类型 J、K和L可以是彩色像素。透镜4顶点相对于像素类型J和K对称居中。具体地，类型J和 K的第一和第二像素位于平面30的相反侧，类型L的第三像素位于第一和第二像素与平面 30的相反侧。除了显示器边缘之外的第三像素由第一至第三像素的相邻组所共享。当非透明材料(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和40% 之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得到好的 成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须选择隔 栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置的隔栅 (图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用35 μ m的隔栅宽 度、113 μ m的透镜宽度、30 μ m的透镜高度以及曲率半径为39 μ m的透镜，可以得到优选的 性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在30 μ m 和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在75 μ m左右时得到优选的 性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。像素类型J的角度相关观看窗口在图40a中示意性示出，并且在图40b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型J基本上提供观看者5可在轴观看以及显 示器9的观看者5b可在左侧离轴观看的图像。像素类型K的角度相关观看窗口在图41a中示意性示出，并且在图41b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型K基本上提供观看者5可在轴观看以及显 示器9的观看者5c可在右侧离轴观看的图像。
像素类型L的角度相关观看窗口在图42a中示意性示出，并且在图42b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型L基本上提供观看者5c可在右侧离轴观 看以及显示器9的观看者5b可在左侧离轴观看的图像。使用如图39所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为 具体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。将图像寻址到图39所示实施例的像素类 型J、K和L的一种方法在图43a-d中示出。图43a图示了通过以相同图像(微笑的人脸)来寻址像素类型J、K和L，从而实 现宽角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到微笑的人脸)。图43b图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型J和K且以与第一图像不 同的第二图像(花朵)来寻址像素类型L，从而实现强私密模式，其中第一图像(人脸)基 本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者5b在左侧以及观看者 5c在右侧离轴观看。图43c图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型J且以第二 图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型K，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第一 和第二图像是“立体图像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。通过以第三图像(花 朵)来寻址像素类型L，实现了 3D私密模式，其中可在轴观看船只的自动立体图像，且离轴 看到花朵的图像。图43d图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型J，以第二图 像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型K，且以第三图像(船只的非立体图像)来寻址像 素类型L，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同时可离轴观看相同船只图像的非立体图像。参考图15、图17、图18和图20m，可以实现自动立体3D模式，其中观看者5在轴 感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感知到2D图像。参考图33、图34、图35、图38d和图 38e，可以实现自动立体3D模式，其中观看者5在轴感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感 知到2D图像。参考图39、图40、图41、图43c和图43d，可以实现自动立体3D模式，其中观 看者5在轴感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感知到2D图像。具有3D图像的单一观看 位置而所有其他观看位置提供2D图像的自动立体3D显示系统，如上述这些系统，具有如下 优点用户不会经历“逆3D图像”。逆3D图像使得左眼图像和右眼图像反转，从而左眼图像 被右眼看到，反之亦然。逆3D图像是非跟踪自动立体3D显示器的共同问题，且在用户横向 移动头部离开正确3D观看位置可察觉到的距离时发生。3D图像和逆3D图像之间的图像抖 动对于用户而言是不舒适且令人扫兴的。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。
2权利要求
一种显示器，包括视差光学部件，具有多个视差元件；显示装置，具有设置成组的多个像素，每一组与视差光学部件的视差元件相协作，从而组中相应的像素在相应的不同观看区域中可观看；以及控制装置，能够选择显示装置的任意第一和第二区域，并能够针对图像显示，同时选择第一区域中每一组的像素的第一组合以及第二区域中每一组的像素的不同于第一组合的第二组合，以提供同时的、具备不同观看范围特性的第一和第二显示观看模式。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，控制装置能够选择显示装置的任意至少一个 另一区域，并能够针对图像显示，选择所述至少一个另一区域中每一组的像素的不同于第 一和第二组合的至少一个另一组合，以提供同时的、具有不同于第一和第二模式的观看范 围特性的至少一个另一观看模式。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述至少一个另一区域包括单独的第三区域。
4.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述至少一个另一区域包括多个另外区域。
5.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，第一模式是公开模式。
6.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，观看区域中相邻的观看区域部分交迭。
7.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件是非可控的。
8.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示模式的选择由每一组的像素选择 唯一地确定。
9.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一模式选自以下各项中的至少某些 项第一私密模式，其观看区域包括显示器轴；第二私密模式，其观看区域偏离显示器轴； 公开模式；第一双视模式，其观看区域位于显示器轴两侧；第二双视模式，其观看区域位于 显示器轴一侧；以及自动立体模式。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中，至少一个模式包括自动立体模式，且该显示 器包括用于生成用户可操作控制装置的三维图像以由显示装置显示的图像发生器以及用 于检测用户操作的输入装置，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作， 改变控制装置图像的感知深度位置。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中，控制装置是控制按钮。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中，图像发生器被设置为响应于输入装置的检 测，改变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的显示器，其中，输入装置包括鼠标、触摸屏、 姿态识别装置和接近度检测器之一。
14.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一视差元件提供二维视差。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的显示器，其中，每一视差元件提供一维视差。
16.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括与相协作的视差元件的中心对 准的第一像素、位于第一像素的相反侧的第二和第三像素、以及位于第二或第三像素与第 一像素相反一侧的至少一个第四像素。
17.根据权利要求16所述的显示器，其中，所述至少一个第四像素由相邻组共享。
18.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括位于包含相协作的视差元件的 中心线且实质上垂直于视差光学部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及位于第一和第二像素与所述平面相反侧的第三像素。
19.根据权利要求18所述的显示器，其中，至少一个第三像素由相邻组共享。
20.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括位于包含相协作的视差元件的 中心线且实质上垂直于视差光学部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及分别位于 第一和第二像素与所述平面相反侧的第三和第四像素。
21.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一组的像素具有相同颜色。
22.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差元件的一维阵列。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差元件的 二维阵列。
24.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件包括透镜阵列。
25.根据权利要求1至23中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差隔栅。
26.根据权利要求25所述的显示器，其中，每一视差元件包括含有透镜的孔径。
27.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件形成于显示装置的基板上。
28.根据权利要求1至26中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件附于显示装置的 基板上。
29.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件置于显示装置的外侧元 件之间。
30.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置是透射型装置、反射型装置 和透反型装置之一。
31.根据权利要求30所述的显示器，其中，显示装置是液晶装置。
32.根据权利要求1至29中任一项所述的显示器，其中，显示装置是发射型装置。
33.根据权利要求32所述的显示器，其中，显示装置是发光二极管装置、有机发光二极 管装置、等离子显示装置、场发射装置和阴极射线管之一。
34.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件置于显示装置和观看区 域之间。
35.根据前述任一权利要求所述的显示器，包括手动输入装置，该手动输入装置与显示 装置相协作以允许手动选择观看模式。
36.根据权利要求35所述的显示器，其中，手动输入装置包括触摸屏装置。
37.一种显示器，包括视差光学部件以及具有设置成组的多个像素的显示装置，每一组 与视差光学部件的视差元件相协作并包括与视差元件对准的第一像素、处于第一像素相反 侧的第二和第三像素、以及处于第二或第三像素与第一像素相反侧的至少一个第四像素。
38.一种交互式三维显示器，包括 显示装置；图像发生器，用于生成用户可操作控制装置的三维图像以便由显示装置显示；以及 输入装置，用于检测用户操作，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置图像的感知 深度位置。
39.根据权利要求38所述的显示器，其中，显示装置是自动立体显示装置。
40.根据权利要求38或39所述的显示器，其中，控制装置是控制按钮。
41.根据权利要求40所述的显示器，其中，图像发生器被配置为响应于输入装置的检 测，改变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的显示器，其中，输入装置包括鼠标、触摸屏、 姿态识别装置和接近度检测器之一。
全文摘要
一种显示器包括视差光学部件(2)例如组合的视差隔栅和透镜阵列、以及像素化显示装置(1)。显示装置(1)的像素设置成组，其中像素组与视差光学部件(2)的视差元件(4)相协作。每一组包括与视差元件(4)的中心对准的第一像素(A)、位于第一像素(A)各侧的第二和第三像素(B、C)、以及与相邻组共享且位于第二像素(B、C)外部的第四像素(D)。视差元件(4)使得每一组中不同的像素在不同的观看区域中可见。控制装置选择显示器的区域，并选择每一组中像素的不同组合以在响应区域中进行图像显示，从而提供同时呈现的、具有不同观看范围特性的不同观看模式。
文档编号G09G3/20GK101971237SQ200980105430
公开日2011年2月9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, 哈里·加斯·沃尔顿, 本杰明·约翰·布劳顿, 莱斯利·安妮·帕里-琼斯 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及显示器。这种显示器可以用作方向性显示器，例如用于移动电话、膝上 型个人计算机、电视机、桌面监视器等。这种显示装置可以具备多图像显示功能，例如，常规 显示器、私密显示器、自动立体3D显示器。
背景技术：
多个用户可以同时观看常规显示装置上的相同图像。常规显示装置的特性在于观 看者能够相对于显示器从不同角度看到相同图像(后文称作“公开模式”)。这在许多用户 需要从显示器——例如，机场和火车站的出发信息显示器——获取相同信息的应用中是有 效的。然而，在许多应用中希望单独的用户或多个用户能够从同一显示器看到角度相关信 息。示例1—“双视”希望位于汽车仪表台上的单一显示器向司机转播卫星导航数据，而 同时乘客观看电影。示例2——“私密性”单一的显示器用户希望在公共场所观看机密材 料，并因此希望仅在轴显示机密图像(即，仅对用户的眼睛显示)，并离轴显示第三方能看 到的非机密图像。示例3——“3D功能”为了从显示器观看3D图像(具有感知深度的图 像)，单一用户需要不同图像(立体对)进入到每一只眼睛中。GB2405542描述了使用视差光学部件和显示器来建立方向性显示器。GB2405542 中的实施例集中于实现双视显示器，从而在两个不同主方向上可观看到两个独立图像。强 调了其在车内使用中的应用，因此一幅图像可在显示器法向轴左侧观看，同时第二图像可 在显示器法向轴右侧观看。通过将相同图像引导至左右视图，实现常规“公开”模式。公开 模式的主要缺点在于与没有安装视差光学部件的同等图像面板相比，图像只有50%的分 辨率以及约50%的亮度。这种相对差的公开模式性能将这种显示模式的应用限制在相对小 众的市场。GB2405542还提到了也可以实现能够进行公开宽观看模式和私密窄观看模式的 可切换私密显示器。然而，GB2405542没有明确说明如何实现私密显示器，也没有描述如何 在所述私密显示器的公开宽观看模式和私密窄观看模式之间进行电切换。在2006年9月27日，夏普宣布了“三视方向性观看IXD”(后文称作“三视显示 器”)，其通过将现有液晶装置(LCD)与视差光学部件相结合，实现了同时显示三副独立图 像，如附图中图1所示。显示器9x包括显示装置9b以及形成于基板7上的视差光学部件2， 并显示三个视图使得它们在观看区域28中可观看。该LCD具备如下图像功能公开宽观看 模式以及三视模式。在三视模式中，显示可从不同方向观看的三幅独立图像，使得一幅图像 基本上可由观看者5在轴观看，另一幅图像基本上可由观看者5b在显示器左侧离轴观看， 而另一幅图像基本上可由观看者5c在显示器右侧离轴观看。三视模式也用作私密模式，因 为在轴用户5能够观看不能离轴观看的内容。通过将相同图像引导到左侧至观看者5b，引 导到中间至观看者5，以及引导到右侧至观看者5c，在三视显示器上实现了常规公开模式。 公开模式的主要缺点在于与没有安装视差光学部件的同等图像面板相比，图像只有33% 的分辨率以及约33%的亮度。这种相对差的公开模式性能将这种显示模式的应用限制在相 对小众的市场。
GB2426352描述了能够实现公开宽观看模式、私密窄观看模式以及自动立体3D模 式的显示器。US11/348602描述了能够实现公开宽观看模式、私密窄观看模式、双视模式以 及自动立体3D模式的显示器。GB2426352和USl 1/348602的主要缺点在于为了实现具 有额外图像功能的显示器，需要额外的液晶开关单元。额外的液晶开关单元使整个显示模 块的相对厚度和重量增加了约40%。额外的重量和厚度是极为不希望的，尤其对于诸如 移动电话、膝上型个人计算机等移动显示产品。使用额外的液晶单元来改变显示面板的视 角特性的方法在 GB2413394、GB2427033、GB2439961、JP09230377、JP3607272、JP3607286、 US5825436 和 W004070451 中也有记载。有多种技术描述了通过利用液晶显示器的自然视角依赖性来建立可切换私密 性的方式，这些技术包括 JP0923077、US05844640、US20070040975A1、US20070121047A1、 US20060109224、US20040207594 以及 GB2428152A1、JP1999-11-30783、US6646707、 JP1999-11-30783、US20060267905A1、US20070046881、GB2428101、GB 专利申请
No. 0721255. 8。尽管所有这些方法在不向现有显示面板增加额外厚度或重量方面是有利 的，但是它们专用于液晶显示器(LCD)模式，而不能用于(例如)制造可切换私密有机发光 二极管(OLED)显示器。US5844640.US20070040975 和 US20070121047 公开了用于改变单层 LCD 面板的视 角特性的技术。这针对垂直对准向列(VAN)液晶模式来实现。这些技术中视差光学部件不 是必要的。使用透镜和视差光学部件来建立不可切换私密显示器的相关现有技术包括 JP2002299039,JP2006236655,US6809470,US7091652,US6935914,W00133598,W003007663o 不能在公开宽观看模式和私密窄观看模式之间切换的显示器与可在两种模式之间切换的 显示器相比内在地是不利的。不利用运动部件从公开模式切换到私密模式的一种方法是在显示面板之后安装 光控制膜，并在光控制膜与面板之间放置可电开关的漫射器。当漫射器未激活时，光控制膜 限制视角范围，且显示器处于私密模式。当漫射器打开时，其使以宽角度范围行进的光通过 面板，且显示器处于公开模式。也可以在面板之前安装光控制膜，并在光控制膜之前放置 可切换漫射器，以实现相同效果。这种类型的可切换私密设备在US5831698、US6211930和 US05877829中有记载。它们均具有这样的缺点光控制膜总是吸收入射到其上的光的一大 部分，无论显示器处于公开模式还是私密模式。因此，这种显示器在光的利用方面是低效 的。由于在公开模式中漫射器将光扩展到宽的角度范围中，这些显示器在公开模式中要比 在私密模式中暗，除非将背光调亮来予以补偿。在US6421033中描述了一种应用于LED和OLED显示器的寻址方案，其中使用多 个相对电极来控制有源矩阵显示器的有效分辨率增强，而不用增加薄膜晶体管(TFT)的总 数。然而，US6421033并没有提出使用多个相对电极来得到多图像功能显示器。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种显示器，包括视差光学部件，具有多个视差 元件；显示装置，具有设置成组的多个像素，每一组与视差光学部件的视差元件中相应一个 视差元件相协作，从而组中相应的像素在相应的不同观看区域中可观看；以及控制装置，能够选择显示装置的任意第一和第二区域，并能够针对图像显示，同时选择第一区域中每一 组的像素的第一组合以及第二区域中每一组的像素的不同于第一组合的第二组合，以提供 同时的、具备不同观看范围特性的第一和第二显示观看模式。控制装置可以能够选择显示装置的任意至少一个另一区域，并能够针对图像显 示，选择所述至少一个另一区域中每一组的像素的不同于第一和第二组合的至少一个另一 组合，以提供同时的、具有不同于第一和第二模式的观看范围特性的至少一个另一观看模 式。所述至少一个另一区域可以包括单独的第三区域。备选地，所述至少一个另一区域可 以包括多个另外区域。第一模式可以是公开模式。观看区域中相邻的观看区域可以部分交迭。视差光学部件可以是非可控的。显示模式的选择可以由每一组的像素选择唯一地确定。每一模式可以选自以下各项中的至少某些项第一私密模式，其观看区域包括显 示器轴；第二私密模式，其观看区域偏离显示器轴；公开模式；第一双视模式，其观看区域 位于显示器轴两侧；第二双视模式，其观看区域位于显示器轴一侧；以及自动立体模式。至 少一个模式可以包括自动立体模式，且该显示器可以包括用于生成用户可操作控制装置的 三维图像以由显示装置显示的图像发生器以及用于检测用户操作的输入装置，其中图像发 生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置图像的感知深度位置。控制 装置可以是控制按钮。图像发生器可以被设置为响应于输入装置的检测，改变控制按钮图 像的上表面的感知深度平面。输入装置可以包括鼠标、触摸屏、姿态识别装置和接近度检测 器之一。每一视差元件可以提供二维视差。每一视差元件可以提供一维视差。每一组可以包括与相协作的视差元件的中心对 准的第一像素、位于第一像素的相反侧的第二和第三像素、以及位于第二或第三像素与第 一像素相反一侧的至少一个第四像素。所述至少一个第四像素可以由相邻组共享。每一组可以包括位于包含相协作的视差元件的中心线且实质上垂直于视差光学 部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及位于第一和第二像素与所述平面相反侧的 第三像素。至少一个第三像素可以由相邻组共享。每一组可以包括位于包含相协作的视差元件的中心线且实质上垂直于视差光学 部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及分别位于第一和第二像素与所述平面相反 侧的第三和第四像素。每一组的像素可以具有相同颜色。视差光学部件可以包括视差元件的一维阵列。备选地，视差光学部件可以包括视 差元件的二维阵列。视差光学部件可以包括透镜阵列。备选地，视差光学部件可以包括视差隔栅。每 一视差元件可以包括含有透镜的孔。视差光学部件可以形成于显示装置的基板上。备选地，视差光学部件可以附于显 示装置的基板上。视差光学部件可以置于显示装置的外侧元件之间。
7
显示装置可以是透射型装置、反射型装置和透反型装置之一。显示装置可以是液 晶装置。显示装置可以是发射型装置。显示装置可以是发光二极管装置、有机发光二极管 装置、等离子显示装置、场发射装置和阴极射线管之一。视差光学部件可以置于显示装置和观看区域之间。该显示器可以包括手动输入装置，该手动输入装置与显示装置相协作以允许手动 选择观看模式。手动输入装置可以包括触摸屏装置。根据本发明的第二方面，提供了一种显示器，包括视差光学部件以及具有设置成 组的多个像素的显示装置，每一组与视差光学部件的视差元件相协作并包括与视差元件对 准的第一像素、处于第一像素相反侧的第二和第三像素、以及处于第二或第三像素与第一 像素相反侧的至少一个第四像素。根据本发明的第三方面，提供了一种交互式三维显示器，包括显示装置；图像发 生器，用于生成用户可操作控制装置的三维图像以便由显示装置显示；以及输入装置，用于 检测用户操作，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置 图像的感知深度位置。显示装置可以是自动立体显示装置。控制装置可以是控制按钮。图像发生器可以被配置为响应于输入装置的检测，改 变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。输入装置可以包括鼠标、触摸屏、姿态识别装置和接近度检测器之一。因此，可以提供一种显示器，其能够同时提供具有不同角度观看特性的不同观看 模式。这些不同模式可以提供在显示器上任何地方，这在配置显示器以进行所需操作方面 提供了完全的灵活性。可以完全任意地选择区域，因为通过选择每一组中哪些像素激活来 选择模式。因此，所有像素组提供相同观看区域能力。如果希望，整个显示器可以工作于单 一模式，且这可以从具体实施例中可获得的任一模式中选择。然而，显示器能够在显示器的 任意区域中提供可用模式中的任何观看模式，且同时在显示器的任何其他任意区域提供任 何其他可用模式。在典型的实施例中，与像素化图像显示器结合的视差光学部件对于图像显示器的 像素建立了角度相关观看区域。通过将数据适当寻址到图像显示器的像素，可以实现至少 四种不同图像显示功能。这些图像显示功能包括但不限于公开模式、私密模式、双视模式和 自动立体3D模式。在公开模式中，从所有方向可观看所显示的图像。在私密模式中，显示 至少两幅可从不同方向观看的独立图像，使得一幅图像基本上可在轴观看，而另一幅图像 基本上可离轴观看。在双视模式中，显示至少两幅独立图像，使得一幅图像基本上可在显示 器左侧离轴观看，而另一幅图像基本上可在显示器右侧离轴观看。在自动立体3D模式(下 文称为3D模式)中，显示被感知为具有深度的图像；因此也实现了三维图像。像素化图像显示装置可以包括但不限于液晶显示器(IXD)或有机发光二极管 (OLED)显示器或等离子显示面板(PDP)或电泳显示器或电润湿显示器或场发射显示器 (FED)，或表面传导电子发射显示器(SED)或发光二极管LED显示器或等离子显示器(PDP) 或场发射显示器等。像素化图像显示器可以是但不限于透射型显示器或发射型显示器或反射型显示器或透反型显示器。像素在图像面板上的配置布局并不重要。因此，像素化图像显示器可以是但不限 于像素色彩的一维阵列或者以Pentile RGBW 配置来设置的色彩或像素的2维阵列。视差光学部件可以是由透射区域和非透射区域构成的视差隔栅。视差光学部件可 以由透镜阵列构成。视差光学部件可以由视差隔栅和透镜阵列构成。视差光学部件可以在 一维中是周期性的。视差光学部件可以在二维中是周期性的。透镜元件可以将光聚焦到平 面上(柱状透镜)或者聚焦为点(球状透镜)。视差光学部件可以制造在基板上，该基板随后被附于图像显示装置上。视差光学 部件可以直接形成在图像面板最靠近观看者的基板上。视差光学部件可以形成于构成图像 面板的基板之间。视差光学部件上结构的间距可以选择为对于位于显示器中心轴附近的用户实现 在图像面板显示器的整个范围上均勻观看图像。视差光学部件的间距可以基本上等于四个像素的间距。视差光学部件建立了每个 像素的角度相关观看区域。第一像素可以基本上相对于图像显示器在轴观看。第二像素可 以部分在轴观看且可以部分在图像显示器右侧离轴观看。第三像素可以部分在轴观看且可 以部分在图像显示器左侧离轴观看。第四像素可以基本上相对于图像显示器离轴观看。视差光学部件和将图像寻址到像素化图像显示装置的方法可以与任意类型的像 素化信息显示器例如液晶显示器(LCD)或有机发光二极管显示器(OLED)或等离子显示器 或场发射显示器(FED)或电泳显示器等结合使用。这种技术也与透射、发射、反射和透反型 像素化显示器类型兼容。这种对于任何类型像素化信息显示器的广泛应用性具有商业优 点，因为仅仅一种技术的开发就实现了将多图像功能应用于任意像素化信息显示器。视差光学部件可以是添加到信息显示器中的唯一物理元件。视差光学部件相对薄 (< 500 μ m)，因此没有给图像显示器增加可察觉的厚度或重量。为了实现显示器的多图像 功能，有时必须减小图像显示器中基板的厚度，使得视差光学部件可以紧密靠近图像显示 器的像素。因此，包括图像显示装置加上视差光学部件在内的显示器的总体厚度和重量与 原始未改进的图像显示面板大致相同。该特征对于厚度和重量是重要指标的移动显示产品 如移动电话、膝上型计算机等尤其重要。一旦将视差光学部件正确安装到图像显示器上，通过图像寻址方法可以激活所有 多图像功能。因此，多图像功能之间的切换是廉价、可靠和快速的。图像寻址的方法也非常 简单，因此需要极少的计算能力。可以非常快速地激活图像功能，例如私密模式。一般而言， 任一图像显示功能的激活时间与显示器的刷新时间紧密相关，显示器的刷新时间典型的快 于IOOms且对于某些显示器能够快于1ms。另一优点在于通过适当设计视差光学部件，可以实现水平、垂直和对角线方向 (360° )上的私密性。另一优点在于可以在使用双视模式或3D模式同时激活私密选项。另一优点在于可以提供多种私密强度选项。因此，用户可以选择私密强度和私密 方向，以适应其需求和环境。例如，用户可以对用户的左侧选择“标准”图像私密强度，而对 用户的右侧不选择图像私密性。在另一示例中，用户可以对用户的左侧选择“强”图像私密 强度，而对用户的右侧不选择图像私密性。私密模式的多样性使得用户能够最大化图像显 示的在轴亮度和分辨率，同时又保持所需的图像私密水平。
另一优点在于显示器的多图像功能可以在显示器表面上的不同空间位置同时激 活。因此，可以实现这样的显示器，该显示器的一部分隐蔽机密信息(例如密码或图片)，该 显示器的另一部分呈现3D内容，且该显示器的另一部分呈现双视内容。一般而言，显示器 的任何空间位置可以提供任何前述图像功能。公开模式性能在亮度和分辨率方面可以大大优于提供多图像显示功能的其他方 向性显示器。由于公开模式可能在大多数时间激活，因此公开模式的有利性能具有重要意 义。夏普的三视显示器的在轴分辨率是原有图像显示器的三分之一，但是本发明典型实施 例的在轴分辨率是原有图像显示器的四分之三。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示出了三视显示器——现有技术；图2示出了在基板上形成且附于图像面板的视差光学部件；图如示出了像素化显示器(图像面板)；图3b示出了在基板上形成且附于图像面板的视差光学部件；图4示出了像素化显示器(图像面板)；图5a示出了在图像面板的基板上形成的视差光学部件；图5b示出了在图像面板的基板上形成的视差光学部件；图fe示出了像素化显示器(图像面板)；图6b示出了形成于图像面板的基板之间的视差光学部件；图7a示出了形成于基板上、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的视差光学部件；图7b示出了形成于基板上、包括透镜阵列的视差光学部件；图7c示出了形成于基板上、包括紧密封装透镜阵列的视差光学部件；图7d示出了形成于基板上、包括非透射视差隔栅的视差光学部件；图8a示出了形成于图像显示器的基板上、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的视 差光学部件；图8b示出了形成于图像显示器的基板上、包括透镜阵列的视差光学部件；图8c示出了形成于图像显示器的基板上、包括紧密封装透镜阵列的视差光学部 件；图8d示出了形成于图像显示器的基板上、包括非透射视差隔栅的视差光学部件；图9a示出了形成于图像显示器的基板之间、包括透镜阵列和非透射视差隔栅的 视差光学部件；图9b示出了形成于图像显示器的基板之间、包括透镜阵列的视差光学部件；图9c示出了形成于图像显示器的基板之间、包括紧密封装透镜阵列的视差光学 部件；图9d示出了形成于图像显示器的基板之间、包括非透射视差隔栅的视差光学部 件；图IOa示出了由光学元件条构成的视差光学部件；
图IOb示出了由光学元件的棋盘配置构成的视差光学部件；图Ila示出了由球状透镜构成的视差光学部件；图lib示出了由球状透镜构成的视差光学部件；图12a示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12b示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12c示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12d示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图12e示出了附于图像显示器的基板上的视差光学部件；图13a示出了 1维彩色像素布局；图13b示出了 2维彩色像素布局；图13c示出了结合白像素的彩色像素布局(Pentile显示器)；图13d示出了交错彩色像素布局；图14示出了对显示器用户的视点校正图；图15示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图16a示出了像素Ia的观看窗口 ；图16b示出了像素Ia的亮度的建模角度响应；图17a示出了像素Ib的观看窗口 ；图17b示出了像素Ib的亮度的建模角度响应；图18a示出了像素Ic的观看窗口 ；图18b示出了像素Ic的亮度的建模角度响应；图19a示出了像素Id的观看窗口 ；图19b示出了像素Id的亮度的建模角度响应；图20a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图20b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图20c示出了寻址到像素、产生私密模式的图像；图20d示出了寻址到像素、产生冲刷图像相消私密观看模式的图像；图20e示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20f示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20g示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20h示出了寻址到像素、产生非对称私密强度的图像；图20i示出了寻址到像素、产生双视模式的图像；图20j示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的双视模式的图像；图20k示出了寻址到像素、产生带有在轴私密性的双视模式的图像；图201示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的双视模式的图像；图20m示出了寻址到像素、产生在轴3D模式的图像；图20η示出了寻址到像素、产生离轴3D模式的图像；图20ο示出了寻址到像素、产生离轴3D模式的图像；图20ρ示出了寻址到像素、产生带有离轴私密性的在轴3D模式的图像；图20q示出了寻址到像素、产生带有离轴冲刷私密性的在轴3D模式的图像；
11
图21示出了其中视差光学部件夹在偏振器之间的透射型LCD ；图22a示出了其中视差光学部件位于层叠偏振器外部的透射型IXD ；图22b示出了其中视差光学部件位于单元内偏振器外部的透射型IXD ；图23示出了其中视差光学部件和补偿层仅位于一侧的透射型IXD ；图24示出了其中视差光学部件与背光相邻的透射型LCD ；图25示出了带有视差光学部件的反射型IXD ；图26a和26b示出了带有视差光学部件的透反型IXD ；图27示出了带有视差光学部件、不使用偏振器来形成图像的显示器；图28a示出了 OLED显示器的阳极配置的平面图；图28b示出了 OLED显示器的阴极配置的平面图；图28c示出了 OLED显示器的侧视图，其中示出了视差光学部件和像素；图29示出了同时展现4种不同图像显示功能的显示器；图30示出了具有用户定义图像功能区域的显示器；图31示出了具有用户定义图像功能窗口的显示器；图32示出了具有示出3D按钮的窗口的显示器；图33示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图34a示出了像素Ie的观看窗口 ；图34b示出了像素Ie的亮度的建模角度响应；图35a示出了像素If的观看窗口 ；图35b示出了像素If的亮度的建模角度响应；图36a示出了像素Ih的观看窗口 ；图36b示出了像素Ih的亮度的建模角度响应；图37a示出了像素Ig的观看窗口；图37b示出了像素Ig的亮度的建模角度响应；图38a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图38b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图38c示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图38d示出了寻址到像素、产生强私密3D模式的图像；图38e示出了寻址到像素、产生3D模式的图像；图39示出了由视差光学部件和像素化显示器构成的方向性显示器；图40a示出了像素Ij的观看窗口 ；图40b示出了像素Ij的亮度的建模角度响应；图41a示出了像素Ik的观看窗口；图41b示出了像素Ik的亮度的建模角度响应；图42a示出了像素11的观看窗口 ；图42b示出了像素11的亮度的建模角度响应；图43a示出了寻址到像素、产生公开宽观看模式的图像；图43b示出了寻址到像素、产生强私密模式的图像；图43c示出了寻址到像素、产生强私密3D模式的图像；
图43d示出了寻址到像素、产生3D模式的图像；
具体实施例方式图29图示了多图像功能显示器22，该显示器同时呈现但不限于四种不同图像功 能40、41、42、43。图像功能40、41、42、43具有给定的尺寸和形状，并处于显示器上不同的 空间位置。图像功能可以是但并不局限于常规模式40、3D模式41、私密模式42和双视模 式43。图像功能40、41、42、43可以在显示器的预定区域中激活，或者可以在显示器上用户 定义的区域50中激活(图30)。图像功能40、41、42、43也可以与运行应用程序如字处理软 件、电子制表软件、图片图像浏览器或视频图像浏览器的特定窗口 61(图31)相关联。这种 窗口 61将保持所分配的图像功能，而无论该窗口在显示器22上的位置如何。显示器22包含控制装置(或者与外部控制装置相协作)，其选择由显示装置的哪 些区域执行哪些图像功能或“显示观看模式”。显示装置的任何区域，典型地包括多个“拓 扑相连”像素，能够执行任一图像功能，从而控制装置可以根据显示器的当前应用，任意选 择任一显示装置区域来执行任一图像功能。图像功能同时执行，并且由控制装置排他地选 择，该控制装置选择与相应视差元件相关联的每一像素组中哪些显示装置像素来显示哪些 图像像素，如后所述。因此，在图29所示的示例中，控制装置选择显示装置中与40相对应的“任意”第 一区域以及第一区域中每一像素组的像素的第一组合，以提供具有第一观看范围特性的第 一显示观看模式(例如常规模式)。控制装置同时选择显示装置中与41、42、43相对应的 “任意”第二、第三和第四区域以及相应显示装置区域中每一组的像素的第二、第三和第四 组合，以提供具有与第一观看范围特性不同、且彼此不同的观看范围特性的第二(3D)、第三 (私密)和第四(双视)显示观看模式。图30示出了多图像功能显示器22上的用户定义区域50。多图像功能显示器22 具有运行应用程序例如字处理软件、电子制表软件、图片图像浏览器或视频图像浏览器的 窗口 60。用户定义区域50可以通过输入装置如鼠标、键盘或触摸屏来建立。然后预定图像 功能40、41、42、43可以分配给用户定义区域50，使得与用户定义区域在空间上交迭的窗口 60进行与用户定义区域50相关联的图像功能。该图像功能可以是但不限于常规模式40、 3D模式41、私密模式42和双视模式43。参考图30，考虑具有用户定义图像功能区域50的多功能显示器22的具体示例。 在该示例中，用户定义区域50的图像功能是私密模式42，而用户定义区域50之外的所有区 域是常规模式40。与图像功能为私密模式42的用户定义区域50在空间上交迭的窗口 60 中包含的信息可由相对显示器基本上位于在轴位置的人观看。然而，与用户定义区域50在 空间上交迭的窗口 60中包含的信息不可由相对显示器基本上位于离轴位置的人观看。与 用户定义区域50在空间上不交迭的窗口 60中包含的信息可由相对显示器位于在轴和离轴 位置的人观看，即，与用户定义区域50在空间上不交迭的窗口 60是常规模式。图31示出了带有窗口 61的多图像功能显示器22，其中窗口 61具有用户定义图像 功能40、41、42、43。窗口 61例如可以包含应用程序，如字处理软件、图片浏览器、web浏览 器等。窗口 61例如可以包含图片和/或文本和/或视频信息。与窗口 61相关联的图像功 能可以是但不限于常规模式40、3D模式41、私密模式42和双视模式43。用户通过输入装
13置如鼠标、键盘或触摸屏，可以定义窗口 61的图像功能。自动化处理可以定义窗口 61的图 像功能。用户或者自动化处理可以在显示器上移动(“托和拉”)窗口 61，同时窗口 61保 持与之相关联的图像功能。参考图31，考虑带有具备用户定义图像功能的窗口 61的多功能显示器22的具体 示例。在该示例中，窗口 61的图像功能是私密模式42，而窗口 61之外的所有区域是常规模 式40。窗口 61中包含的信息可由相对显示器基本上位于在轴位置的人观看。窗口 61中包 含的信息不可由相对显示器基本上位于离轴位置的人观看。允许任意选择不同显示装置区域以具备观看范围特性不同的不同观看模式的功 能在下述实施例中描述。图15中示意性示出了优选实施例，该实施例包括非可控视差光学部件2和显示器 9，如图3b详细所示。视差光学部件根据图7a形成，且包括透镜元件4的阵列，其中透镜元 件之间的间隔填充有非透明材料3。图7b、c和d中示出了备选视差光学部件。透镜元件 4是柱状会聚型，并提供一维视差。然而，可选地，透镜元件4可以为球状会聚，并可以提供 二维视差(例如，如图Ila和lib所示)。图15中的视差光学部件2所具有的间距(间距 1)基本上与显示器9的四个像素的间距(间距2)相同。间距2结合了像素类型A、B、C和 D。与每一透镜元件4相关联的A、B、C和D类像素构成一组，其中第一像素Ia与透镜元件 4对准，第二和第三像素lb、lc在第一像素Ia相反侧，且第四像素Id在第二和第三像素之 外。每一第四像素由相邻的像素组共享。分别为A、B、C和D类型的像素la、lb、lc和Id可 以是白像素。分别为A、B、C和D类型的像素la、lb、lc和Id可以是彩色子像素。透镜4顶 点基本上居中于像素类型A周围。当非透明材料3(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和 40%之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得 到好的成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须 选择隔栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置 的隔栅(图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用60μπι的 隔栅宽度、240 μ m的透镜宽度、50 μ m的透镜高度以及曲率半径为200 μ m的透镜，可以得到 优选的性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在 30 μ m和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在IOOym左右时得到 优选的性能。一般而言，当基板6的厚度使得视差光学部件针对像素类型A产生如图16b 所示的角度相关观看窗口从而像素类型A基本上可由显示器的观看者5在轴观看而基本上 不可由显示器的观看者5b、5c离轴观看时，得到优选的成像性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。每 一组的各像素类型A、B、C和D与相应的透镜相协作，使得组中相应的像素可在显示器9和 视差光学部件2 (因而位于显示器9和观看窗口之间)之前的相应不同观看区域或“窗口” 中观看。像素类型A的角度相关观看区域或窗口 5A在图16a中示意性示出，并且在图16b 中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型A基本上提供可由观看者5在轴 以及绕显示器9的“中心”轴5’观看的图像。像素类型A不提供显示器9的观看者5b、5c 基本上离轴可观看的图像。像素类型B的角度相关观看区域或窗口 5B在图17a中示意性示出，并且在图17b中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型B基本上提供可由观看者5在轴 观看以及可由显示器9的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型B不提供显示器9 的观看者5c在右侧基本上离轴可观看的图像。像素类型C的角度相关观看区域或窗口 5C在图18a中示意性示出，并且在图18b 中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型C基本上提供可由观看者5在轴 观看以及可由显示器的观看者5c在右侧离轴观看的图像。像素类型C不提供显示器9的 观看者5b在左侧基本上离轴可观看的图像。像素类型D的每一角度相关观看区域或窗口 5D在图19a中示意性示出，并且在图 19b中根据上述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型D基本上提供可由显示器9 的观看者5c在右侧离轴观看以及显示器的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型D 不提供显示器9的观看者5基本上在轴可观看的图像。通过设置像素类型A、B、C和D以在 显示器的任一给定行和/或列中产生相同颜色，可以最小化不希望的图像假象。从图16b、17b、18b和19b中可以看到，像素类型A、B、C和D与透镜元件4相协作， 以产生观看区域，这些观看区域中相邻的观看区域部分交迭。使用如图15所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为具 体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。显示模式的选择由每一组中像素的选择排 他地确定。将图像寻址到图15所示实施例的像素类型A、B、C和D的一种方法在图20a_q 中示出。图20a图示了通过以相同图像(人脸)来寻址像素类型A、B、C和D，从而实现宽 角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到人脸)。图20b图示了通过以第一图像(人 脸)来寻址像素类型A，以与第一图像不同的第二图像(花朵)来寻址像素类型D，且以基 本上是黑色图像(黑方框)的第三图像来寻址像素类型B和C，从而实现强私密模式，其中 第一图像(人脸)基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者 5b、5c离轴观看。图20c图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A、B和C且以第二图像 (花朵)来寻址像素类型D，从而实现私密模式，其中第一图像(人脸)基本上可由观看者5 在轴观看，而观看者5b、5c可离轴观看的图像是第一和第二图像的交织(脸部和花朵的交 织)。因此，提供了对于在轴第一图像(人脸)的一定程度的私密性。图20b所提供的私密 强度(即，在轴图像对于离轴观看者的模糊程度)优于图20c所提供的私密强度。然而，通 过图20c中的寻址方案所提供的在轴图像质量在亮度和分辨率方面优于图20b所示的寻址 方案。图20d图示了以第一图像(人脸)来寻址像素类型A、B和C且以第二图像(人 脸)来寻址像素类型D，其中第二图像由第一图像通过以预定方式改变亮度值使得第二图 像亮度有效地为第一图像的逆或“负”来得到(即，第一图像中具有低亮度值的像素在第二 图像中变为具有高亮度值的像素，反之亦然)。原始人脸图像(亮度值未变更)基本上可由 观看者5在轴观看，而观看者5b、5c可离轴观看的图像是人脸和“负”人脸图像的交织，这 导致离轴图像基本上不具备对比度从而难以解读(即，实现了离轴私密功能)。图20d中所 示寻址方案的私密强度可以强于图20c中所示寻址方案提供的私密强度。图20e图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和B，以基本上是黑色(黑方框)的第二图像来寻址像素类型C，且以第三图像(花朵)来寻址像素类型D，从而对 于显示器9的观看者5c在右侧离轴观看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对 于显示器9的观看者5b在左侧离轴观看，实现了如图20c所述寻址方案的私密性。图20f 图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和C，以基本上是黑色(黑方框)的第二 图像来寻址像素类型B，且以第三图像(花朵)来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观 看者5b在左侧离轴观看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观 看者5c在右侧离轴观看，实现了如图20c所述寻址方案的私密性。图20g图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和B，以基本上是黑色 (黑方框)的第二图像来寻址像素类型C，且以作为寻址到像素类型A和B的图像之“负” 的第三图像(“负”人脸)来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观看者5c在右侧离轴观 看，实现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观看者5b在左侧离轴观 看，实现了如图20d所述寻址方案的私密性。图20h图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型A和C，以基本上是黑色 (黑方框)的第二图像来寻址像素类型B，且以作为寻址到像素类型A和C的图像(人脸) 之“负”的第三图像来寻址像素类型D，从而对于显示器9的观看者5b在左侧离轴观看，实 现了如图20b所述寻址方案的强私密性，而对于显示器9的观看者5c在右侧离轴观看，实 现了如图20d所述寻址方案的私密性。图20i图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和D， 以第二图像(人脸)来寻址图像类型B，且以第三图像(花朵)来寻址图像类型C，从而实 现双视显示器9，其中第二图像(人脸)基本上可由显示器9的用户5b在左侧离轴观看，第 三图像(花朵)基本上可由显示器9的用户5c在右侧离轴观看。图20j图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第 二图像(人脸)来寻址图像类型B，以以第三图像(花朵)来寻址图像类型C，且以第四图 像(太阳)来寻址像素类型D，从而实现了带有离轴私密性(如图20e中所述)的双视显示 (如图20i所述)。参考图17b、图18b、图19b和图20j，第二图像(人脸)的观看窗口在显 示器左侧离轴 5至 30度的角度，第三图像(花朵)的观看窗口在显示器右侧离轴 5 至 30度的角度，同时对于所有离轴角度> 30度，得到私密性。图20k图示了通过以第一图像(太阳)来寻址像素类型A，以第二图像(人脸)来 寻址像素类型B，以第三图像(花朵)来寻址像素类型C，且以基本上是黑色(黑方框)的 第四图像来寻址图像类型D，从而实现了带有在轴私密性的双视显示(如图20i所述)。参 考图16b、图17b、图18b、图19b和图20k，第二图像(人脸)的观看窗口在显示器左侧离轴 > 30度的角度，第三图像(花朵)的观看窗口在显示器右侧离轴> 30度的角度，同时 观看者基本上在轴观看到由第一、第二和第三图像构成的交织图像。图201图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第 二图像(人脸)来寻址像素类型B，以第三图像(花朵)来寻址像素类型C，且以第二图像 的“负”的第四图像(“负”人脸)来寻址图像类型D，从而实现了带有离轴私密性的双视显 示(如图20j所述)。图20m图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和 D，以第二图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，且以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型C，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第二和第三图像是“立体图 像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。图20η图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和C， 以第二图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型B，且以第三图像(人左眼看到的船只) 来寻址像素类型D，从而可在显示器左侧离轴观看船只的自动立体图像。图20ο图示了通过以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A和B， 以第二图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型C，且以第三图像(人右眼看到的船只) 来寻址像素类型D，从而可在显示器右侧离轴观看船只的自动立体图像。图20ρ图示了以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型Α，以第二图 像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素 类型C，且以第四图像(太阳)来寻址像素类型D，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同 时带有图20c所述的离轴私密性。图20q图示了以基本上是黑色(黑方框)的第一图像来寻址像素类型A，以第二图 像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型B，以第三图像(人右眼看到的船只)来寻址像素 类型C，且以第四图像(“负”船只)来寻址像素类型D，从而可在轴观看船只的自动立体图 像，同时带有图20d所述的离轴私密性。图2示出了多图像功能显示器22，包括像素化显示器9、视差光学部件2以及视差 光学部件所形成于的基板7。眼睛5指示多图像功能显示器22的观看侧。图3a示出了常 规像素化显示器9，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的基板6、与基板6相对的 第二基板6b、以及像素1的阵列。图3b示出了图3a所示常规显示器如何通过增加视差光 学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。可能需要减薄图像面板基板6以便 使视差光学部件7位于相距像素1适当距离处。为了减小多图像功能显示器22的厚度和 重量，可以在将视差光学部件2附至图像显示器9之后来减薄基板7。图4示出了多图像功能显示器22，包括像素化显示器9以及直接形成于图像显示 器上的视差光学部件2。用户5的眼睛指示多图像功能显示器22的观看侧。图5a示出了 常规像素化显示器，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的基板6、与基板6相对 的第二基板6b、以及像素1的阵列。图5b示出了图5a所示常规显示器9如何通过增加视 差光学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。可能需要减薄图像面板基板6 以便使视差光学部件2位于相距像素1适当距离处。第二基板6b可以保持不变。由于省 略了视差光学部件所形成于的基板7，图5b所示具有多图像功能的显示装置可以比图3b所 示的显示装置更薄和更轻。图6a示出了常规像素化显示器9，其不具备多图像功能，包括与观看者5最接近的 基板6、与基板6相对的第二基板6b、以及像素1的阵列。图6b示出了图6a所示显示器如 何通过增加视差光学部件2进行改进以实现具备多图像功能的显示器22。视差光学部件2 位于图像显示面板22的基板6和基板6b之间。图7图示了形成于基板7上，可以用于实现如图3b或6b所示多图像功能显示器 22的各种类型视差光学部件2。图7a示出了由透镜元件4的阵列构成的视差光学部件2，其中透镜元件之间的间 隔填充有非透明材料3。该配置形成视差隔栅(barrier)，其中每一视差元件包括含有透镜的孔。图7b示出了由透镜元件4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件之间具有透明区 域。图7c示出了由透镜元件4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图7d示出了由非透 明材料3形成的非透射区域的周期性阵列所构成的视差光学部件。图8图示了可以直接形成于像素化显示器9的基板6上以便实现如图5b所示多 图像功能显示器22的各种类型视差光学部件2。图8a示出了由透镜元件4的阵列构成的 视差光学部件2，其中透镜元件之间的间隔填充有非透明材料3。图8b示出了由透镜元件 4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件4之间具有透明区域。图8c示出了由透镜元件 4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图8a、图8b和图8c所示的透镜元件可以通过刻 蚀工艺或模制工艺直接形成于基板6中。图8d示出了由非透明材料3形成的非透射区域 的周期性阵列所构成的视差光学部件。图9图示了可以形成于像素化显示器9的基板6和基板6b之间以便实现如图6b 所示多图像功能显示器22的各种类型视差光学部件2。图9a示出了由透镜元件4的阵列 构成的视差光学部件2，其中透镜元件之间的间隔填充有非透明材料3。图9b示出了由透镜 元件4的阵列构成的视差光学部件，在透镜元件之间具有透明区域。图9c示出了由透镜元 件4的紧密封装阵列构成的视差光学部件。图9d示出了由非透明材料3形成的非透射区 域的周期性阵列所构成的视差光学部件。在图9(a-d)的所有示例中，透明偏振层20可以 用于偏振化视差光学部件，并使视差光学部件与像素1相隔预定量。偏置层可以根据SU-8 2050 (MicroChem)来制造。图IOa示出了由透镜元件4、21以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如 何可以制造为仅在一维中为周期性的结构。透镜元件4可以是柱状的，以提供柱状汇聚。图 IOb图示了由透镜元件4、21以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如何可以制造为 在二维中为周期性且形成棋盘配置的结构。透镜元件4可以为柱状或球状。对于非透明材 料的相同覆盖面积，同图IOa中所示的配置相比，图IOb中的棋盘配置可见度低且产生较少 的不希望图像假象。图Ila图示了由球状透镜元件4以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如 何可以制造为在二维中为周期性的结构。图Ila中的透镜元件能够将光聚焦为点。图lib 图示了由球状透镜元件4以及非透明材料3的阵列构成的视差光学部件如何可以制造为在 二维中为周期性的结构。图lib中的透镜元件能够将光聚焦为点。图12图示了如何将视差光学部件附至像素化显示器9的基板6以实现如图3b所 示的多图像功能显示器22。图12a图示了如何使用胶8或胶状材料8b来粘附视差光学部 件。为了使透镜阵列执行成像功能，图12a中的胶8或胶状材料8b必须具有与构成透镜的 材料实质上不同的折射率。将视差光学部件2胶粘至像素化显示器9建立了物理上健壮 的光学系统。为了增加透镜的成像能力，图12a中所示的胶层可以以空气替代。图12b、图 12c、图12d以及图12e图示了如何将视差光学部件附至基板6使得空气23界面基本上围 绕透镜。具备多图像功能的显示器22可以由像素化显示器9来建立，无论像素化显示器9 的像素布局配置如何。图13a、图13b、图13c和图13d图示了与多图像功能显示器22兼容 的不同像素布局配置的一些但并非穷尽的列表。红、绿、蓝和白像素分别以24、25、26和27 示出。
18
图14图示了对于处于有限距离处的观看者5，位于像素化显示器9中心的像素的 角度观看函数必须不同于位于像素化显示器9外围的像素的角度观看函数。为了有助于对 中心像素和外围像素实现不同观看函数，视差光学部件的间距需要小于或等于具体像素配 置的间距(即，对于图15、图33和图39，间距2彡间距1)。这被称作视点校正。典型的， α间距1 =间距2，其中α取1至0. 99的值。参考图21，所使用的显示器类型为透射型IXD，其具有例如由玻璃制成的基板6和 17。光源是置于显示器与视差光学部件2相反侧的背光10。在该情况下，图像形成层是液 晶11的薄层，其通过连接至透明电极13的TFT来寻址。为了形成图像，液晶层必须夹在一 对偏振器14之间，并且图像质量经常由于使用位于液晶层任一侧且位于偏振器内部的补 偿膜15来得以改善。在该实施例中，透镜4和隔栅3视差光学部件处于偏振器之间，从而 从背光到观看者的方向光学元件的顺序为偏振器14、补偿层15、液晶层11、透镜4和隔栅 配置3、补偿层15、偏振器14。参考图22，示出了透射型IXD，其中由透镜4和隔栅3构成的视差光学部件2位于 偏振器对14外部。从背光10到观看者的方向光学元件的顺序现在为偏振器14、补偿层 15、液晶层11、补偿层15、偏振器14、透镜4和隔栅配置3。偏振器和补偿层可以具有层叠 于将液晶层夹于中间的玻璃基板6、17上的类型，如图22a所示。备选地，偏振器和补偿层 可以为单元内型，从而它们位于玻璃基板和液晶层之间，如图22b所示。备选地，可以具有 单元内光学元件(偏振器、补偿膜)和可层叠光学元件(偏振器、补偿膜)的任意组合。参考图23，所使用的显示器类型为透射型IXD。在该情况下，偏振器14位于透镜 4和隔栅3的任一侧，但是补偿层均处于透镜和隔栅配置的一侧，如图23所示。同样，补偿 层15可以位于玻璃基板外部或者与液晶层11相邻。偏振器14形成显示器的“外侧元件”， 且由隔栅3和透镜形成的视差光学部件位于这些外侧元件之间。参考图24，所使用的显示器类型为透射型IXD，其中由透镜4和隔栅3构成的视差 光学部件2位于背光和IXD之间。参考图25，所使用的显示器类型为反射型IXD。在此，光源为环境光，环境光通过 前偏振器14，然后通过可选的补偿层15，然后通过形成视差光学部件2的透镜4加隔栅3以 及液晶层11，之后被反射器16反射，且然后通过光学系统(液晶层至视差光学部件至偏振 器)返回。在图25中，反射器16位于电极13b之上。反射器16可以位于电极13a之下， 或者位于基板17的外表面上。参考图26，所使用的显示器类型为透反型IXD，其中显示器的每一像素具有透射 和反射部分。图26图示了每一像素的透射区域和反射区域可以沿着透镜的对称轴设置。图 26a示出了反射部分内该装置的截面图，图26b示出了透射部分内的截面图。参考图27，本发明的另一实施例使用并不利用偏置光学部件来形成图像的显示 器。图27图示了图像形成层18，该图像形成层可以为电泳层或有机发光二极管(OLED)层 或发光二极管(LED)层或等离子显示层或场效应装置(FED)层或表面传导电子发射(SED) 层或荧光层。参考图28a、图28b和图28c，本发明的另一实施例利用仅工作于反向或正向偏置 的显示器，例如LED显示器或OLED显示器。这里，使用OLED显示器的示例来说明本发明该 实施例的构思。图28a中示出了电极(可以是阳极)和电子开关配置的平面图，其中每一像素包括两个区域Ix和Iy。电压Vl施加于区域Ix和Iy。Ix和Iy的横向宽度可以相同， 但是区域Iy的优选横向宽度约为区域Ix横向宽度的2至4倍。图28b中示出了电极配置(可以是阴极)的平面图，其中图28a中所示的像素区 域Ix和Iy分别直接位于电极19a和19b下方。电压V2和V3分别独立施加于电极19a和 19b。图28c图示了具有像素区域Ix和Iy的显示器的侧视图以及视差光学部件的相对 定位以便为区域Ix和Iy提供角度相关观看窗口。在工作于正向偏置的OLED显示器的情 况下，可以利用相同的电子开关12b，例如提供OLED发射所需电流的薄膜晶体管(TFT)配 置，来寻址像素区域Ix和ly。为了接通区域Ix和ly，V2和V3设置为与V1充分不同，使得 越过二极管光发射阈值并进行光发射。为了关闭区域ly，V3设置为与V1充分不同，使得不越过二极管光发射阈值且不出 现光发射。通过从像素区域Ix和Iy发光的情况改变为只有区域Ix发光的情况，显示器的 视角将从宽变为窄(公开变为私密)，这是由于如图28c所示的视差光学部件所提供的成像 功能。该系统的优点在于因为相同数据施加到像素区域Ix和ly，只需要1个电子开关来 控制区域Ix和ly。通过将相对电极19a、19b图案化为与像素区域Ix和Iy重合且独立控 制施加于19a和19b的电压，可以选择是否在像素区域Ix或Iy或两个区域或者不在其上 显示TFT数据。这种驱动技术对于LED或OLED显示器起作用，因为这种显示器需要正向偏 置，但是不能用于(例如)向列LCD中，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 (例如铁电或挠曲电(flexoelectrics)物质)，这种IXD依赖于为对其寻 址而施加的电压的符号来开关。US20070146236A1中描述的方法可以用来增加多图像功能显示器的亮度。GB 2445982中描述的方法可以用来增强多图像功能显示器的图像质量。显示器或者结合有显示器的装置或设备的另一功能(例如输出特征)可以同时根 据图像显示功能或模式来控制。例如，当显示器在公开模式和私密模式之间改变时，可以改
变声音设置的音量。用户可以通过手动输入装置，例如触摸屏、专用控制按钮、语音识别输入或姿态识 别输入，将给定的图像显示功能(例如，公开模式)改变为不同的图像显示功能(例如，私 密模式)。可以通过预定的自动化处理，将给定的图像显示功能(例如，公开模式)改变为 不同的图像显示功能(例如，私密模式)。参考图32，对于数据输入可以实现3D触摸按钮应用70。能够对在轴用户5进行 3D模式41的多图像功能显示器22包括图像发生器或与图像发生器相协作，以显示具有3D 外观的按钮的图像。3D按钮图像的顶部表面可以被设计成表现为基本上处于显示器的平面 之上71或者基本上处于显示器的平面中72或者基本上处于显示器的平面之下73。通过输 入装置，例如鼠标、触摸屏、姿态识别单元等，用户可以与3D按钮交互以调用动作。在与特 定3D按钮交互时，图像发生器改变3D按钮图像，以改变图像的感知深度位置。例如，所表 现出来的3D按钮顶部所处的平面发生改变，即，一旦记录了交互，3D按钮的顶部基本上表 现为处于不同平面中。对所表现出来的3D按钮顶部所处的平面进行改变，提供了对用户的 视觉确认与3D按钮的交互过程已被记录，信息已被成功输入。如果多图像功能显示器22 装配有具备接近度检测功能的触摸传感器，则用户可以与3D按钮交互，而无需物理触摸多
20图像功能显示器22。这具有这样的优点避免多图像功能显示器22被指尖触摸，而这会降 低图像质量。图33示意性示出的实施例包括视差光学部件2和显示器9，如图3b详细所示。视 差光学部件根据图7a形成，包括透镜元件4的阵列，其中透镜元件之间的间隔填充有非透 明材料3。备选的视差光学部件选项在图7b、c和d中示出。图33中的视差光学部件2具 有的间距(间距1)基本上与显示器9的四个像素的间距(间距2)相同。间距2结合了像 素类型分别为E、F、G和H的第一至第四像素。像素类型E、F、G和H可以是白像素。像素 类型E、F、G和H可以是彩色像素。透镜4顶点相对于像素类型E和F对称居中。具体地， 类型E和F的第一和第二像素位于包含透镜4的中心线31且基本上垂直于视差光学部件2 延伸的平面30的相反侧。类型G和H的第三和第四像素分别位于第一和第二像素与平面 30相反的一侧。当非透明材料(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和40% 之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得到好的 成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须选择隔 栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置的隔栅 (图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用30 μ m的隔栅宽 度、120 μ m的透镜宽度、40 μ m的透镜高度以及曲率半径为65 μ m的透镜，可以得到优选的 性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在30 μ m 和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在75 μ m左右时得到优选的 性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。像素类型E的角度相关观看窗口在图34a中示意性示出，并且在图34b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型E基本上提供可由观看者5在轴观看以及 显示器9的观看者5b在左侧离轴观看的图像。像素类型F的角度相关观看窗口在图35a中示意性示出，并且在图35b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型E基本上提供可由观看者5在轴观看以及 显示器9的观看者5c在右侧离轴观看的图像。像素类型H的角度相关观看窗口在图36a中示意性示出，并且在图36b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型H基本上提供可由显示器9的观看者5c 在右侧离轴观看的图像。像素类型G的角度相关观看窗口在图37a中示意性示出，并且在图37b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型G基本上提供可由观看者5b在左侧离轴 观看的图像。通过设置像素类型E、F、G和H以在任一给定行和/或列中产生相同颜色，可 以最小化不希望的图像假象。使用如图33所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为 具体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。将图像寻址到图33所示实施例的像素类 型E、F、G和H的一种方法在图38a-e中示出。图38a图示了通过以相同图像(人脸)来寻 址像素类型E、F、G和H，从而实现宽角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到微笑的人 脸)。图38b图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型E和F，且以与第一图像不同的第二图像(花朵)来寻址像素类型G和F，从而实现强私密模式，其中第一图像(人脸) 基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者5b、5c离轴观看。图38c图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型E和F，以第二图像(太 阳)来寻址像素类型G，且以第三图像(花朵)来寻址图像类型H，从而实现了私密模式，其 中第一图像(人脸)基本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(太阳)可由观看者5b在 左侧离轴观看，同时第三图像(花朵)可由观看者5c在右侧离轴观看。因此，对于在轴第 一图像(人脸)提供了一定程度的私密性。图38d图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型E且以第二 图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型F，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第一 和第二图像是“立体图像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。通过以第三图像(花 朵)来寻址像素类型G和H，实现了 3D私密模式，其中可在轴观看船只的自动立体图像，且 离轴看到花朵的图像。图38e图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型E，以第二图 像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型F，且以第三图像(船只的非立体图像)来寻址像 素类型G和H，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同时可离轴观看相同船只图像的非立 体图像。图39示意性示出的实施例包括视差光学部件2和显示器9，如图3b详细所示。视 差光学部件根据图7a形成，包括透镜元件4的阵列，其中透镜元件之间的间隔填充有非透 明材料3。备选的视差光学部件选项在图7b、c和d中示出。图39中的视差光学部件2具 有的间距(间距1)基本上与显示器9的三个像素的间距(间距3)相同。间距3结合了像 素类型分别为J、K和L的第一至第三像素。像素类型J、K和L可以是白像素。像素类型 J、K和L可以是彩色像素。透镜4顶点相对于像素类型J和K对称居中。具体地，类型J和 K的第一和第二像素位于平面30的相反侧，类型L的第三像素位于第一和第二像素与平面 30的相反侧。除了显示器边缘之外的第三像素由第一至第三像素的相邻组所共享。当非透明材料(隔栅)的宽度与视差光学部件的间距(间距1)之比在0%和40% 之间，优选值在20%左右时，得到满意的成像性能。大的隔栅宽度与透镜宽度之比得到好的 成像能力。然而，如果该比值过大，由于隔栅变得可见而出现图像假象。因此，必须选择隔 栅宽度，使其对于观看者基本上不醒目，但又实现足够的成像结果。按棋盘配置设置的隔栅 (图IOb)相对于一维隔栅配置(图IOa)给出较少的可见图像假象。使用35 μ m的隔栅宽 度、113 μ m的透镜宽度、30 μ m的透镜高度以及曲率半径为39 μ m的透镜，可以得到优选的 性能。与基板6的厚度相等的距离将透镜的顶点与像素层分开。当基板6的厚度在30 μ m 和200 μ m之间改变时，得到满意的成像性能。当基板6的厚度在75 μ m左右时得到优选的 性能。当根据图12d将视差光学部件附到像素化显示器上时，得到优选的成像性能。像素类型J的角度相关观看窗口在图40a中示意性示出，并且在图40b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型J基本上提供观看者5可在轴观看以及显 示器9的观看者5b可在左侧离轴观看的图像。像素类型K的角度相关观看窗口在图41a中示意性示出，并且在图41b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型K基本上提供观看者5可在轴观看以及显 示器9的观看者5c可在右侧离轴观看的图像。
像素类型L的角度相关观看窗口在图42a中示意性示出，并且在图42b中根据上 述优选成像条件的详情予以准确建模。像素类型L基本上提供观看者5c可在右侧离轴观 看以及显示器9的观看者5b可在左侧离轴观看的图像。使用如图39所示的视差光学部件2和像素化显示器9，实现了具备多图像功能的 显示器。为了实际实现多图像功能，必须以预定方式将图像寻址到像素化显示器上。更为 具体地，不同图像必须以预定方式在空间上交织。将图像寻址到图39所示实施例的像素类 型J、K和L的一种方法在图43a-d中示出。图43a图示了通过以相同图像(微笑的人脸)来寻址像素类型J、K和L，从而实 现宽角度观看公开模式(即，可从所有方向观看到微笑的人脸)。图43b图示了通过以第一图像(人脸)来寻址像素类型J和K且以与第一图像不 同的第二图像(花朵)来寻址像素类型L，从而实现强私密模式，其中第一图像(人脸)基 本上可由观看者5在轴观看，而第二图像(花朵)基本上可由观看者5b在左侧以及观看者 5c在右侧离轴观看。图43c图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型J且以第二 图像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型K，从而可在轴观看船只的自动立体图像。第一 和第二图像是“立体图像对”，且表示每一只眼睛观看到的船只图像。通过以第三图像(花 朵)来寻址像素类型L，实现了 3D私密模式，其中可在轴观看船只的自动立体图像，且离轴 看到花朵的图像。图43d图示了通过以第一图像(人左眼看到的船只)来寻址像素类型J，以第二图 像(人右眼看到的船只)来寻址像素类型K，且以第三图像(船只的非立体图像)来寻址像 素类型L，从而可在轴观看船只的自动立体图像，同时可离轴观看相同船只图像的非立体图像。参考图15、图17、图18和图20m，可以实现自动立体3D模式，其中观看者5在轴 感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感知到2D图像。参考图33、图34、图35、图38d和图 38e，可以实现自动立体3D模式，其中观看者5在轴感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感 知到2D图像。参考图39、图40、图41、图43c和图43d，可以实现自动立体3D模式，其中观 看者5在轴感知到3D图像，而观看者5b、5c离轴感知到2D图像。具有3D图像的单一观看 位置而所有其他观看位置提供2D图像的自动立体3D显示系统，如上述这些系统，具有如下 优点用户不会经历“逆3D图像”。逆3D图像使得左眼图像和右眼图像反转，从而左眼图像 被右眼看到，反之亦然。逆3D图像是非跟踪自动立体3D显示器的共同问题，且在用户横向 移动头部离开正确3D观看位置可察觉到的距离时发生。3D图像和逆3D图像之间的图像抖 动对于用户而言是不舒适且令人扫兴的。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。
2权利要求
一种显示器，包括视差光学部件，具有多个视差元件；显示装置，具有设置成组的多个像素，每一组与视差光学部件的视差元件相协作，从而组中相应的像素在相应的不同观看区域中可观看；以及控制装置，能够选择显示装置的任意第一和第二区域，并能够针对图像显示，同时选择第一区域中每一组的像素的第一组合以及第二区域中每一组的像素的不同于第一组合的第二组合，以提供同时的、具备不同观看范围特性的第一和第二显示观看模式。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，控制装置能够选择显示装置的任意至少一个 另一区域，并能够针对图像显示，选择所述至少一个另一区域中每一组的像素的不同于第 一和第二组合的至少一个另一组合，以提供同时的、具有不同于第一和第二模式的观看范 围特性的至少一个另一观看模式。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述至少一个另一区域包括单独的第三区域。
4.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述至少一个另一区域包括多个另外区域。
5.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，第一模式是公开模式。
6.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，观看区域中相邻的观看区域部分交迭。
7.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件是非可控的。
8.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示模式的选择由每一组的像素选择 唯一地确定。
9.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一模式选自以下各项中的至少某些 项第一私密模式，其观看区域包括显示器轴；第二私密模式，其观看区域偏离显示器轴； 公开模式；第一双视模式，其观看区域位于显示器轴两侧；第二双视模式，其观看区域位于 显示器轴一侧；以及自动立体模式。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中，至少一个模式包括自动立体模式，且该显示 器包括用于生成用户可操作控制装置的三维图像以由显示装置显示的图像发生器以及用 于检测用户操作的输入装置，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作， 改变控制装置图像的感知深度位置。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中，控制装置是控制按钮。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中，图像发生器被设置为响应于输入装置的检 测，改变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的显示器，其中，输入装置包括鼠标、触摸屏、 姿态识别装置和接近度检测器之一。
14.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一视差元件提供二维视差。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的显示器，其中，每一视差元件提供一维视差。
16.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括与相协作的视差元件的中心对 准的第一像素、位于第一像素的相反侧的第二和第三像素、以及位于第二或第三像素与第 一像素相反一侧的至少一个第四像素。
17.根据权利要求16所述的显示器，其中，所述至少一个第四像素由相邻组共享。
18.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括位于包含相协作的视差元件的 中心线且实质上垂直于视差光学部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及位于第一和第二像素与所述平面相反侧的第三像素。
19.根据权利要求18所述的显示器，其中，至少一个第三像素由相邻组共享。
20.根据权利要求15所述的显示器，其中，每一组包括位于包含相协作的视差元件的 中心线且实质上垂直于视差光学部件延伸的平面相反侧的第一和第二像素、以及分别位于 第一和第二像素与所述平面相反侧的第三和第四像素。
21.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，每一组的像素具有相同颜色。
22.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差元件的一维阵列。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差元件的 二维阵列。
24.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件包括透镜阵列。
25.根据权利要求1至23中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件包括视差隔栅。
26.根据权利要求25所述的显示器，其中，每一视差元件包括含有透镜的孔径。
27.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件形成于显示装置的基板上。
28.根据权利要求1至26中任一项所述的显示器，其中，视差光学部件附于显示装置的 基板上。
29.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件置于显示装置的外侧元 件之间。
30.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，显示装置是透射型装置、反射型装置 和透反型装置之一。
31.根据权利要求30所述的显示器，其中，显示装置是液晶装置。
32.根据权利要求1至29中任一项所述的显示器，其中，显示装置是发射型装置。
33.根据权利要求32所述的显示器，其中，显示装置是发光二极管装置、有机发光二极 管装置、等离子显示装置、场发射装置和阴极射线管之一。
34.根据前述任一权利要求所述的显示器，其中，视差光学部件置于显示装置和观看区 域之间。
35.根据前述任一权利要求所述的显示器，包括手动输入装置，该手动输入装置与显示 装置相协作以允许手动选择观看模式。
36.根据权利要求35所述的显示器，其中，手动输入装置包括触摸屏装置。
37.一种显示器，包括视差光学部件以及具有设置成组的多个像素的显示装置，每一组 与视差光学部件的视差元件相协作并包括与视差元件对准的第一像素、处于第一像素相反 侧的第二和第三像素、以及处于第二或第三像素与第一像素相反侧的至少一个第四像素。
38.一种交互式三维显示器，包括 显示装置；图像发生器，用于生成用户可操作控制装置的三维图像以便由显示装置显示；以及 输入装置，用于检测用户操作，其中图像发生器被设置为响应于输入装置检测到用户操作，改变控制装置图像的感知 深度位置。
39.根据权利要求38所述的显示器，其中，显示装置是自动立体显示装置。
40.根据权利要求38或39所述的显示器，其中，控制装置是控制按钮。
41.根据权利要求40所述的显示器，其中，图像发生器被配置为响应于输入装置的检 测，改变控制按钮图像的上表面的感知深度平面。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的显示器，其中，输入装置包括鼠标、触摸屏、 姿态识别装置和接近度检测器之一。
全文摘要
一种显示器包括视差光学部件(2)例如组合的视差隔栅和透镜阵列、以及像素化显示装置(1)。显示装置(1)的像素设置成组，其中像素组与视差光学部件(2)的视差元件(4)相协作。每一组包括与视差元件(4)的中心对准的第一像素(A)、位于第一像素(A)各侧的第二和第三像素(B、C)、以及与相邻组共享且位于第二像素(B、C)外部的第四像素(D)。视差元件(4)使得每一组中不同的像素在不同的观看区域中可见。控制装置选择显示器的区域，并选择每一组中像素的不同组合以在响应区域中进行图像显示，从而提供同时呈现的、具有不同观看范围特性的不同观看模式。
文档编号G09G3/20GK101971237SQ200980105430
公开日2011年2月9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, 哈里·加斯·沃尔顿, 本杰明·约翰·布劳顿, 莱斯利·安妮·帕里-琼斯 申请人:夏普株式会社
最新回复(0)