[發明專利]具有輸出的方向性控制的顯示設備以及用于這種顯示設備的背光源和光導向方法

在審

• 申請號: 201680018600.8
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN107407818A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: O.V.維多溫;E.G.范普坦;B.克魯恩;M.T.約翰遜
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;F21V8/00;H04N13/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 王興秋,陳嵐

技術領域

本發明涉及一種用于顯示設備的背光源，其特別適用于其中在窄范圍的輸出方向上顯示圖像的顯示設備。一個示例是自動立體顯示設備，其包括具有顯示像素陣列的顯示面板和用于將不同視圖導向到不同物理位置的布置。另一示例是其中僅在觀看者的方向上提供顯示圖像的私密顯示器。

背景技術

一種已知的自動立體顯示設備包括二維液晶顯示面板，其具有充當用于產生顯示的圖像形成構件的顯示像素（其中“像素”典型地包括“子像素”集合，并且“子像素”是最小單獨可尋址的單色圖片元素）的行和列陣列。彼此平行延伸的伸長的鏡頭的陣列覆在顯示像素陣列的上面并充當視圖形成構件。這些被稱為“透鏡鏡頭”。來自顯示像素的輸出被投射穿過這些透鏡鏡頭，透鏡鏡頭的功能是用于修改輸出的方向。

將透鏡鏡頭提供為鏡頭元件的薄片，所述鏡頭元件中的每一個包括伸長的部分圓柱體（例如，半圓柱體）鏡頭元件。透鏡鏡頭在顯示面板的列方向上延伸，其中，每個透鏡鏡頭覆在由兩列或更多列相鄰顯示子像素構成的相應組的上面。

每個透鏡鏡頭可以與兩列顯示子像素相關聯，以使用戶能夠觀看單一立體圖像。替代地，每個透鏡鏡頭可以與行方向上的三個或更多個相鄰顯示子像素的組相關聯。每組中的對應列的顯示子像素被適當布置以提供來自相應二維子圖像的縱向切片。隨著用戶的頭從左向右移動，觀看到一系列連續不同的立體視圖，從而創建了例如環視（look-around）的印象。

圖1是已知直視自動立體顯示設備1的示意透視圖。已知設備1包括充當用于產生顯示的空間光調制器的有源矩陣型的液晶顯示面板3。

顯示面板3具有顯示子像素5的行和列的正交陣列。為了清楚起見，圖中示出了僅少數顯示子像素5。在實踐上，顯示面板3可以包括大約一千行和數千列的顯示子像素5。在黑白顯示面板中，子像素事實上構成全像素。在彩色顯示器中，子像素是全色像素的一個顏色組件。根據通用術語，全色像素包括創建所顯示的最小圖像部分的全部顏色所需的全部子像素。因此，例如全色像素可以具有可能地用白色和/或黃色子像素和/或用一個或更多個其他基本有色子像素增加的紅色（R）、綠色（G）和藍色（B）子像素。液晶顯示面板3的結構是完全常規的。特別地，面板3包括一對隔開的透明玻璃基板，在其之間提供了對準扭曲向列的（aligned twisted nematic）或其他的液晶材料。基板在它們面對的表面上承載透明銦錫氧化物（ITO）電極的圖案。還在基板的外表面上提供偏振層。

每個顯示子像素5包括基板上的相對電極，在相對電極之間具有介于中間的液晶材料。顯示子像素5的形狀和布局是由電極的形狀和布局確定的。顯示子像素5通過間隙彼此規則地隔開。

每個顯示子像素5與比如薄膜晶體管（TFT）或薄膜二極管（TFD）之類的開關元件相關聯。顯示像素被操作以通過將尋址信號提供給開關元件而產生顯示，并且合適的尋址方案對于本領域技術人員而言將是已知的。

顯示面板3通過光源7照明，在這種情況下，該光源7包括延伸遍及顯示像素陣列的區域的平面背光源。來自光源7的光被導向穿過顯示面板3，其中個體化顯示子像素5被驅動以調制光并產生顯示。背光源7具有側邊緣7a和7b、頂邊緣7c和底邊緣7d。它具有光從其輸出的正面。

顯示設備1還包括布置在顯示面板3的顯示側的上方的透鏡薄片9，其執行光導向功能以及因此執行視圖形成功能。透鏡薄片9包括彼此平行延伸的透鏡元件11的行，為清楚起見，以放大尺寸示出其中的僅僅一個透鏡元件11。

透鏡元件11呈凸狀（半）圓柱體鏡頭的形式，每個鏡頭具有垂直于元件的圓柱體曲面而延伸的伸長的軸12，并且每個元件充當光輸出導向構件以提供從顯示面板3到定位在顯示設備1前面的用戶的眼睛的不同圖像或視圖。

透鏡型成像布置導致產生多個觀看錐體。在每個錐體內，不同視圖的集合被重復。對于多觀看者的顯示器而言，這是有利的，原因在于它使得全視場能夠充滿視圖。對于移動觀看者而言可能尤其有利的是，在跟蹤單一或少數觀看者的位置的頭部跟蹤系統中使用例如單一觀看錐體。

顯示設備具有控制背光源和顯示面板的控制器13。

圖1中示出的自動立體顯示設備1能夠在不同方向上提供若干不同的透視圖，即它能夠將像素輸出導向至顯示設備的視場內的不同空間位置。特別地，每個透鏡元件11覆在每行中的一小組顯示子像素5的上面，其中在當前示例中，行垂直于透鏡元件11的伸長軸延伸。透鏡元件11在不同方向上投射一組的每個顯示子像素5的輸出，以形成若干不同視圖。隨著用戶的頭從左向右移動，他/她的眼睛將進而接收所述若干視圖中的不同視圖。