CN104755995A - 具有透明操作模式的自动立体显示设备 - Google Patents

Abstract

显示设备具有第一、透视操作模式（30），（34），其中显示面板不发射光并且显示设备阻挡第一偏振（状态A）的光但允许第二偏振（状态B）的光在两个相反方向上穿过。在第二、3D显示模式中，发射像素从显示输出面输出第一偏振（状态A）的光并且视图形成装置在一个输出方向上形成多个视图（36）。

Description

具有透明操作模式的自动立体显示设备

技术领域

该发明涉及带有具有显示像素阵列的显示面板和用于将不同视图引导到不同物理位置的装置的自动立体显示设备。本发明特别地涉及透明显示器，其可以例如在被关断时起窗户的作用。

背景技术

自动立体显示设备是众所周知的。最常见的示例包括具有充当产生显示的图像形成构件的显示像素的行和列阵列的二维发射液晶显示面板。平行于彼此延伸的细长透镜状透镜的阵列覆盖显示像素阵列并且充当视图形成构件。来自显示像素的输出通过这些透镜状透镜投射，所述透镜状透镜起作用以修改输出的方向。

透镜状透镜被提供为元件片，每一个元件包括细长半圆柱形透镜元件。透镜状透镜在显示面板的列方向上延伸，其中每一个透镜状透镜覆盖显示像素的两个或更多相邻列的相应组。

如果透镜状透镜与显示像素的两列相关联，每一列中的显示像素提供相应二维子图像的竖直片段。透镜状片将这两个片段，以及来自与其它透镜状透镜相关联的显示像素列的对应片段投射到定位于片前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。

在其它装置中，每一个透镜状透镜与行方向上的三个或更多相邻显示像素的组相关联。每一组中的显示像素的对应列被适当地布置成提供来自相应二维子图像的竖直片段。当用户的头部从左向右移动时，一系列连续的、不同立体视图被观察到创建例如环视印象。

用于在这种类型的显示器中使用的成像装置的另一示例是例如具有缝隙的屏障，与显示器的底层像素有关地对所述缝隙进行尺寸设计和定位。在双视图设计中，如果观看者的头部处于固定位置，则他/她能够感知到3D图像。屏障定位在显示面板前方并且设计成使得来自奇数和偶数像素列的光分别朝向观看者的左眼和右眼引导。

根据由Displaybank新近发布的报告“Transparent Display Technology and Market Forecast”，透明显示器将会在2012年首次上市并且急剧增长到2025年创建$ 872亿的市场，其从传统扁平面板显示器争取到一些市场份额，而且增加市场的总体大小。

透明显示器是具有以下特性的显示器类型：由于显示器本身具有某个水平的透射率而显示出显示器后面的背景。透明显示器具有许多可能的应用，诸如用于建筑物或机动车的窗户以及购物中心中的显示窗口。

尚不存在用于为所提出的透明显示器提供3D观看能力并且特别地不使用以上所概述的无镜片透镜状透镜或视差屏障3D方案的任何技术。当试图在常规透明显示器的顶部上组合透镜状透镜或视差屏障时出现问题。不仅由显示器生成的光，而且通过显示器透射的光都受到透镜状透镜或视差屏障的影响，这阻碍显示器后面的图像的未失真视图。

发明内容

本发明在独立权利要求中限定。

根据本发明，提供如独立权利要求中所限定的显示设备和方法。

本发明提供一种显示设备，包括：

具有显示输出面的发射显示面板；

在显示输出面之上的偏振敏感视图形成装置，其用于将来自不同像素的给定第一偏振的光引导到不同方向上，从而使得能够同时在不同方向上显示多个视图，其中视图形成装置在不明显改变方向的情况下传递第二正交偏振的光；

- 布置在显示输出面后面的用于阻挡第一偏振的光的偏振滤光器，

其中显示设备具有至少两个操作模式：

第一、透视操作模式，其中显示面板不发射光并且显示设备阻挡第一偏振的光但允许第二偏振的光在两个相反方向上穿过；以及

第二、3D显示模式，其中发射像素从显示输出面输出第一偏振的光并且视图形成装置在一个输出方向上形成多个视图。

视图形成装置仅影响光的一个偏振状态，第一状态。垂直于第一偏振状态的第二偏振状态可以不受干扰地通过视图形成装置传播。这样，当发射显示器被关断时，启用透视操作模式。通过接通显示器，启用3D模式。在该模式中，光仅从一侧输出显示，因为第一偏振被显示器后面的偏振滤光器阻挡。

本发明因而提供一种显示器，其中观察者可以恰当地在3D显示模式中看到来自显示器的3D内容并且在穿过模式中看到显示器后面的布景的未失真视图。

不同设计使得能够实现不同显示效果。例如，3D模式可以仅呈现3D显示输出，或者后方布景的视图可以与被覆盖的3D视图组合。

在第一示例集合中，发射显示面板包括间隔开的像素的阵列，其中像素区域小于总显示区域的50%（并且优选地小于30%，或甚至20%或甚至10%）。该间隔然后在透视模式中提供对第二偏振的光的显示器的透明性。像素可以包括用于阻挡第二偏振的光以确保像素输出具有第一偏振的输出偏振器。这样，像素在透视模式中阻挡光，并且因而小像素孔是所期望的。

当处于3D模式中时，该装置将透视方面与主动显示输出组合。因而，观看者可以看到显示内容（例如广告）以及显示器后面的场景（例如商店中的实际物品）。

在一个版本中，视图形成装置包括具有双折射透镜元件和复制品装置的透镜状透镜装置，其被布置成使得在透镜元件和复制品界面处仅针对第一偏振的光提供透镜功能。

在另一版本中，视图形成装置包括屏障元件的装置，其中屏障元件被形成为阻挡第一偏振的光的偏振器。通过使用作为偏振器的屏障，它们仅起用于第一偏振的屏障的作用，即用于3D模式。

在第二示例集合中，发射显示面板包括间隔开的像素的阵列，其中像素区域大于总显示区域的60%（或甚至大于70%），并且其中显示面板包括在光发射层的每一侧上的可切换偏振器。

在该装置中，像素盖住全部（或几乎全部）显示区域。当处于穿过模式中时，它们需要传递第二偏振的光。出于此目的，在第一、透视操作模式中，可切换偏振器阻挡第一偏振的光，并且在第二、3D显示模式中，可切换偏振器阻挡第二偏振的光。

在该示例中，3D模式不与***组合，因为存在两个相对的偏振器。因而，在一侧上存在正常3D显示模式，并且在相对侧上显示器是黑的。

该装置可以与第三、双向2D操作模式一起使用，其中可切换偏振器阻挡第一偏振的光并且显示面板被控制成显示单个2D图像。

该2D图像在显示器的前方和后面发射。

再次，对于该第二示例集合，视图形成装置可以包括透镜状透镜装置或屏障元件的装置。

在所有示例中，第一和第二偏振中的一个可以包括线性水平偏振并且另一个可以包括线性竖直偏振。可替换地，第一和第二偏振中的一个可以包括顺时针圆偏振并且另一个可以包括逆时针圆偏振。

本发明还提供操作显示设备的方法，该设备包括：

具有显示输出面的发射显示面板；

在显示输出面之上的偏振敏感视图形成装置，其用于将来自不同像素的给定第一偏振的光引导到不同方向上，从而使得能够同时在不同方向上显示多个视图，其中视图形成装置在不明显改变方向的情况下传递第二正交偏振的光；

布置在显示输出面后面的用于阻挡第一偏振的光的偏振滤光器，

其中该方法包括在不同时间处在至少两个操作模式中操作显示设备：

第一、透视操作模式，其中显示面板不发射光并且显示设备阻挡第一偏振的光但允许第二偏振的光在两个相反方向上穿过；以及

第二、3D显示模式，其中显示面板从显示输出面输出第一偏振的光并且视图形成装置在一个输出方向上形成多个视图。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出根据本发明的显示设备的第一示例；

图2示出图1的设备的不同操作模式；

图3示出根据本发明的显示设备的第二示例；

图4示出图3的设备的不同操作模式；以及

图5示出根据本发明的显示设备的第三示例。

具体实施方式

本发明提供一种具有第一、透视操作模式的显示设备，在第一、透视操作模式中，显示面板不发射光并且显示设备阻挡第一偏振的光但允许第二偏振的光在两个相反方向上穿过。在第二、3D显示模式中，发射像素从显示输出面输出第一偏振的光并且视图形成装置在一个输出方向上形成多个视图。

将首先给出二者都使用透镜状透镜的本发明的两个实施例的详细描述。然后，将示出这些实施例可以如何进行简单修改以使用视差屏障。

图1示出依照本发明的显示设备的结构的第一实施例。

该实施例的目标在于，站在左边的观察者可以看到由显示器生成的3D内容和不受干扰的右侧上的布景二者。站在右边的观察者也可以看到不受干扰的左边的布景但是不能看到任何3D内容。典型应用可以是交互式商店橱窗、公共信息显示器、交互式广告显示器或透明计算机屏幕。显示器包括在其顶部上具有透镜的复制品12的双折射透镜状透镜10。复制品的折射率等于透镜的双折射材料的折射率之一。这样，透镜与复制品的组合将充当用于一个偏振状态的透镜状透镜和用于与其正交的另一偏振状态的正常间隔器层。

像素14小于它们之间的典型间隔，从而留下填充有与双折射透镜状透镜10相同的材料的空区域。可以将显示像素14、透镜10和复制品12的整个堆叠放置到具有偏振器层18的透明衬底16上。

在交互式商店橱窗或公共信息显示器的应用中，该衬底16实际上是玻璃窗。

偏振器18可以是吸收偏振器，或者其可以是反射偏振器。

正如在其它自动立体显示器中那样，存在可能用于实现透镜状透镜的多个变型。可替换方案可以是在外侧上具有弯曲透镜表面的堆叠（诸如图1中所示）、具有平坦外侧的固体堆叠或者任何其它透镜堆叠。

像素14的结构以展开形式在图1中示出。像素包括吸收器20（其是可选的）、也可以充当底部电极的反射器22、可以例如为有机发光二极管（OLED）结构的发射器24、透明顶部电极26和顶部偏振器28的堆叠。顶部偏振器优选地是反射性的，但是其也可以是吸收偏振器。

吸收器20吸收通过偏振器18透射并撞击像素的任何光，从而减小像素对于右侧观察者的可见性。反射器22将来自发射器24的发射朝向左侧引导以优化朝向该侧的光输出。

偏振器28确保离开像素的任何光恰当地偏振。

现在将解释设备的操作。设备使用两个不同偏振状态。一个偏振（状态A）被用来生成3D内容，并且正交偏振（状态B）被用来在左侧和右侧之间透射任何不受干扰的光。

这些偏振状态的两个可能的示例为：

示例1：

状态A=线性水平偏振

状态B=线性竖直偏振

示例2：

状态A=顺时针圆偏振

状态B=逆时针圆偏振。

在以下各图中，虚线交叉和虚线被用来指示光学元件在特定偏振上是如何工作的。为了清楚并且为了避免混淆，各图中的交叉和线与偏振之间的关系如下：

（i）虚线交叉指示元件在偏振状态A上工作，这意味着：

偏振器透射状态A并且吸收/反射状态B

状态A实际上将双折射透镜+复制品看作透镜状透镜

状态B实际上将双折射透镜+复制品看作间隔器

（ii）虚线指示元件在偏振状态B上工作，这意味着：

偏振器透射状态B并且吸收/反射状态A

状态B实际上将双折射透镜+复制品看作透镜状透镜

状态A实际上将双折射透镜+复制品看作间隔器。

图2示出光如何与结构相互作用。“透视”模式在左边示出并且3D模式在右边示出。

对于透视模式，首先考虑其中物体在右边并且观察者在左边的情形。利用虚线交叉示出透镜，因此其对状态A起透镜作用并且传递状态B。偏振器利用虚线示出，因此其吸收状态A。状态A由进入/离开页面的轴表示，如暗点所示，并且状态B由竖直轴表示。这从图2的符号表是清楚的。

射线30从右向左传递。射线30的偏振状态B可以有效不受干扰地通过结构传播，而偏振状态A被偏振器18阻挡。如果光正好入射在像素14的位置处，如由射线32所示，则像素的吸收部分将吸收光。站在左边的用户可以看到不受干扰的右边的完整布景，除像素所处于的位置之外，其将看起来为暗斑。出于此原因，相比于像素之间的典型间距，像素是小的。

当观察者站在右边而物体在左边时，光线34是相关的。射线34的状态B仍可以不受干扰地通过结构传播。状态A将被透镜状透镜折射，但是不能到达观察者，因为偏振器18吸收状态A。

如由射线35所示，当入射光正好落在像素14上时，光将被反射回到物体或被像素中的偏振器吸收（取决于所使用的是吸收还是反射偏振器）。

对于3D模式，仅站在结构的左侧的观察者可以看到所显示的图像。构造像素的方式确保仅状态A的光将被发射。该光（射线36）被生成若干不同视图的透镜状透镜以与使用透镜状透镜功能的已知自动立体显示器相同的方式折射。

透视模式和3D模式共存。这样，结构可以在处于结构的另一侧上的真实内容的顶部上覆盖3D内容。

透镜状透镜的设计和像素的驱动可以使用与已知自动立体显示器相同的方案来实行。

图3示出依照本发明的显示设备的结构的第二实施例。

该实施例的目标在于，站在左边的观察者看到由显示器生成的3D内容或者可以看到不受干扰的右侧上的布景。显示器可以在这些模式之间切换。站在右边的观察者可以看到不受干扰的左边布景或者将看到黑屏幕（如将从下文的解释清楚的）。该实施例进一步提供以原始分辨率向站在两侧的用户递送普通2D内容的可能性，尽管一侧将是另一侧的镜面图像。

该实施例的典型应用可以再次为交互式商店橱窗、公共信息显示器、交互式广告显示器或透明计算机屏幕。

该实施例的元件与图1的实施例的几乎正好相同。给予相同组件相同的参考标号。不同之处驻留在像素结构方面。

透镜结构再次被示出为设计成透镜状态A和传递状态B并且非可切换偏振器18透射状态B。

相比而言，该实施例的一个重要不同在于，像素现在直接靠近彼此，其在它们之间具有对于常规显示器而言典型的间隔，使得显示输出区域大于显示区域的60%（或甚至大于70%）。这允许3D模式中的更多视图并且放松对每一个单独像素的光输出的约束，因为其可以跨越较大区域。这要求像素本身是透明的。透明显示技术是众所周知的，例如使用透明ITO用于像素电极。

像素因而由透明发射器40制成，诸如透明OLED，其夹在两个可切换偏振器42之间。可切换偏振器的状态耦合到透明OLED的状态，如以下所示。

正如第一实施例那样，偏振器18透射不被透镜结构折射的偏振。当结构在透视模式中使用时，可切换偏振器42被切换成透射与偏振器18相同的偏振。为了在3D模式中使用结构，可切换偏振器42被设定成透射正交偏振。

图4示出在没有任何内容（左上部）和具有到显示器的两侧的2D生成内容（右上部）以及具有仅到一侧的3D内容（底部）的情况下作为透视显示器的设备的操作。

当透明OLED像素被置于透明状态中并且可切换偏振器透射偏振状态B时，显示器充当普通透明屏幕，其允许射线50和52不受干扰地通过显示器传播。这是透视模式。

如果透明OLED像素被接通并且发射光，则像素将仅在偏振状态B中朝向左侧（射线54）和右侧（射线56）二者发射光（作为可切换偏振器围绕像素发射层的结果）。该偏振可以不受干扰地通过双折射透镜状透镜及其复制品传播，从而创建普通2D内容。同样，在结构的右侧，2D内容是可见的（尽管是镜像）。

在3D模式中，可切换偏振器42被设定成透射状态A并且透明OLED像素被接通。像素仅在偏振状态A中发射光（作为可切换偏振器围绕像素发射层的结果）。传播到右边的光将被非可切换偏振器18吸收。传播到左边的光（射线58）将被双折射透镜折射，从而如常规自动立体显示器中那样生成视图。

来自显示器外部的光，来自左边的射线60和来自右边的射线62，不能通过显示器传播并且将被至少一个偏振器18或42吸收或反射。

通过在空间上对可切换偏振器定址，可能选择性地制作显示器的不同部分2D、3D或透视。

上述实施例可以利用视差屏障而不是透镜状透镜来实现。然而，普通的视差屏障将导致通过显示器透射的图像的受干扰的视图。因此为了得到最佳性能，屏障可以被形成为偏振器。

如果屏障偏振器的状态被选择成等于偏振器18的状态，则通过显示器透射的光可以不受干扰地行进至观察者，同时对于由像素14创建的内容，观察者可以通过视差屏障看到它们。

图5示出使用视差屏障的图1中所示的***的实现方式。

再次使用与图1中相同的参考符号。

双折射透镜和复制品已经被视差屏障取代。视差屏障包括在间隔器72的顶部上的偏振器70。偏振器70透射与偏振器18相同的偏振状态。

用偏振屏障和间隔器对透镜和复制品的相同替换可以对图3的示例实现。

本发明对于透明3D显示器而言是令人感兴趣的，例如对于用作交互式商店橱窗、公共信息显示器或交互式3D广告显示器。

从上文将明显的是，显示器仅透射一个偏振状态，使得典型地环境光的一半被阻挡，从而减小当看过显示器时的亮度。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过对附图、公开内容和随附权利要求的研究，可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。

权利要求中的任何参考符号不应解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种显示设备，包括：

- 具有显示输出面的发射显示面板（14,16）；

- 在显示输出面之上的偏振敏感视图形成装置（10,12），其用于将来自不同像素的给定第一偏振的光引导到不同方向上，从而使得能够同时在不同方向上显示多个视图，其中视图形成装置在不明显改变方向的情况下传递第二正交偏振的光；以及

- 布置在显示输出面后面的用于阻挡第一偏振的光的偏振滤光器（18），

其中显示设备具有至少两个操作模式：

- 第一、透视操作模式，其中显示面板（14,16）不发射光并且显示设备阻挡第一偏振的光但允许第二偏振的光在两个相反方向上穿过；以及

- 第二、3D显示模式，其中发射像素从显示输出面输出第一偏振的光并且视图形成装置在一个输出方向上形成多个视图。

2.如权利要求1中要求保护的设备，其中发射显示面板包括间隔开的像素（14）的阵列，其中像素区域小于总显示区域的50%。

3.如权利要求2中要求保护的设备，其中像素包括用于阻挡第二偏振的光的输出偏振器（28）。

4.如权利要求2中要求保护的设备，其中视图形成装置包括具有双折射透镜元件（10）和复制品装置（12）的透镜状透镜装置，其被布置成使得在透镜元件和复制品界面处仅针对第一偏振的光提供透镜功能。

5.如权利要求2中要求保护的设备，其中视图形成装置包括屏障元件（70）的装置，其中屏障元件被形成为阻挡第一偏振的光的偏振器。

6.如权利要求1中要求保护的设备，其中发射显示面板包括间隔开的像素的阵列，其中像素区域大于总显示区域的60%，并且其中显示面板包括在光发射层（40）的每一侧上的可切换偏振器（42）。

7.如权利要求6中要求保护的设备，其中在第一、透视操作模式中，可切换偏振器（42）阻挡第一偏振的光；并且其中在第二、3D显示模式中，可切换偏振器（42）阻挡第二偏振的光。

8.如权利要求7中要求保护的设备，其中显示设备具有第三、双向2D操作模式，其中可切换偏振器阻挡第一偏振的光并且显示面板被控制成显示单个2D图像。

9.如权利要求6中要求保护的设备，其中视图形成装置包括具有双折射透镜元件（10）和复制品装置（12）的透镜状透镜装置，其被布置成使得在透镜元件和复制品界面处仅针对第一偏振的光提供透镜功能。

10.如权利要求6中任一项要求保护的设备，其中视图形成装置包括屏障元件（70）的装置，其中屏障元件被形成为阻挡第一偏振的光的偏振器。

11.如权利要求1中要求保护的设备，其中第一和第二偏振中的一个包括线性水平偏振并且另一个包括线性竖直偏振。

12.如权利要求1中要求保护的设备，其中第一和第二偏振中的一个包括顺时针圆偏振并且另一个包括逆时针圆偏振。

13.如权利要求1中要求保护的设备，其中发射显示面板包括发光二极管显示面板。

14.一种操作显示设备的方法，所述设备包括：

- 具有显示输出面的发射显示面板（14,16）；

- 在显示输出面之上的偏振敏感视图形成装置（10,12），其用于将来自不同像素的给定第一偏振的光引导到不同方向上，从而使得能够同时在不同方向上显示多个视图，其中视图形成装置在不明显改变方向的情况下传递第二正交偏振的光；以及

- 布置在显示输出面后面的用于阻挡第一偏振的光的偏振滤光器（18），

其中所述方法包括在不同时间处在至少两个操作模式中操作显示设备：

- 第一、透视操作模式，其中显示面板（14,16）不发射光并且显示设备阻挡第一偏振的光但允许第二偏振的光在两个相反方向上穿过；以及

- 第二、3D显示模式，其中显示面板（14,16）从显示输出面输出第一偏振的光并且视图形成装置（10,12）在一个输出方向上形成多个视图。