專利名稱：用于2d/3d自動立體多視角顯示器的背光系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于顯示器的背光的領域。更特別地，本發明涉及用于液晶(LCD)或其它顯示器的背光系統。相關技術描述410, 345"Stroboscopic Illumination System for Video Displays" 公開了用于視頻顯示器的背光系統。它使用在雙凸透鏡的后面隔開的若干垂直定向的平行光源(如熒光管)，雙凸透鏡在位于LCD后面的漫射器上產生光源的多達數百圖像。光線相互隔開并且與IXD隔開，使得與呈現在IXD的像素上的信息組合，它們有助于產生兩個或多個獨立的圖像，其從位于顯示器前面的被稱為“視域”的不同空間區可見。坐在顯示器前面的某些區域內的個人將有一只眼睛在一個視域中而另一只眼睛在另一視域中。在不同視域內可見的圖像將是3D場景的不同透視圖，并且個人將會感知帶深度的圖像。上述專利在此通過引用并入。￠^01^ 4, 717, 949 "Autostereoscopic Display with Illuminating Lines and Light Valve”中，使用IXD的像素顯示的光線和圖像產生3D圖像的方式的詳細描述被詳細說明，該美國專利在此通過引用并入。對于多視角自動立體3D顯示器的進一步的討論，以及3D效果如何通過依次產生多個水平隔開的視域的發光線來產生，以及這樣的顯示器的各種可能的配置見美國專利 4，829，365和5，410，M5，其被授予與本發明相同的受讓人，并且其在此通過引用并入。在這樣的顯示器中，在IXD的多列像素單元后面生成中間具有暗區的一系列細的、垂直的發光線。光線相互隔開并且與IXD隔開這樣的距離，使得對位于在IXD前面一定距離處的最佳視平面附近的觀察者來說，線將只通過某些組的像素列由一只眼睛看到，并且由于眼睛位置的不同，線通過完全不同組的像素列由另一只眼睛看到。只有在剩余的列后面的暗區將從這些位置被看到。因此，每只眼睛看到顯示在不同組的列上的圖像信息。場景的不同透視圖被顯示在不同列上，以便看到場景的不同透視的每只眼睛感知具有表觀深度的圖像。此外，由于不同透視圖可以被顯示在不同列上，圖像可被制作成在觀察者走來走去并且看到穿過不同像素列的光線時，像真實場景那樣改變透視，即觀察者可以在物體后面環視等。如專禾Ij 4，717，949,4, 829，365和5，410，345中所描述的系統的特征是，在多視角
配置中，其中對于每N列像素產生一條光線，3D圖像擁有用于顯示它們的IXD的分辨率的1/N倍的總分辨率，原因在于IXD中的可用像素必須在組成3D圖像的N個不同透視圖之間拆分。此外，3D模式中損失的分辨率完全在水平方向上被損失掉。假設3D圖像由N個透視圖組成，并且假設具有XXY分辨率的IXD，那么由觀察者感知的3D圖像的分辨率為(X/ N) XY0在典型的多視角顯示器中，其中N可以約為5到9，在水平和垂直之間在分辨率上的這種不匹配產生明顯且不期望的“透過柵欄看(looking through a picket fence) ”效應。假設透視圖的數量N，那么用于產生3D圖像的2D圖像將具有IXD的分辨率的1/N 倍的總分辨率，因為IXD的像素必須在N多個圖像之間來分配。期望的是，分辨率損失N在水平和垂直方向之間被分配，并且此外，看來可能最有利的是將其在水平和垂直方向之間等分。在這種情況下，可以避免柵欄效應。各種自動立體顯示器廠商，尤其是Wiillips和X3D，已通過將傾斜的光學元件放置在IXD或等離子顯示器的前面實現了在兩個方向上的這種等分辨率損失。Wiillips使用雙凸透鏡，X3D使用在不透明屏障中的狹縫階梯圖案，其與濾色片相結合。所有這些顯示器使用以3 1的傾斜角(3下，1上)傾斜的光學元件，因此每一個沿這些元件的對角線而不是沿單一垂直列、在不同像素行中的連續像素單元的前面而過。這些顯示器如何構造以及它們如何操作的說明在美國專利6，064，424(Phillips)與美國專利7，046，271和 7, 321, 343 (X3D)中找到。IXD的每個像素通常由三種獨立的元素紅色元素、綠色元素和藍色元素構成。這些元素的每個通常是高三倍于寬，使得并排在一起的三個元素組成方形像素。由于方形像素通常按照直線垂直列來布置，在每列中的所有紅色、綠色和藍色元素排齊以形成從顯示器的頂部運行到底部的紅色、綠色和藍色條紋。因此，傾斜的雙凸透鏡，像Wiillips使用的，或傾斜的屏障和濾色片模式，如X3D使用的，或成角度經過沿對角線設置的一組像素單元的拐角點前面的傾斜光線，如本公開內容中所描述的，將具有3 1的傾斜角，即對于向側邊的每一單位，線將向下行進三個單位。換句話說，線或透鏡將與垂直線成18. 435度的角度。這些類型的顯示器是將來自不同透視圖的信息布置到像素單元的不同對角線上， 而不是將來自不同透視圖的圖形信息布置在像素單元的不同列上。發明概述本發明的背光系統在液晶或其他透明顯示的后面產生照明。在3D操作模式下，它產生一系列精確的、細的斜線，在其中間帶有暗區，斜線用來使同時顯示在LCD上的多個透視圖從在顯示器的前面隔開的一系列水平隔開的視域可見。在另一 2D操作模式下，它產生類似于由傳統背光生成的均勻漫射照明，允許LCD顯示傳統2D圖像。附圖簡述
圖1是本發明的主要部件的側視圖。圖2是在本發明中使用的光源的正視圖。圖3是在本發明中使用的具有傾斜小透鏡的雙凸透鏡的正視圖。圖4是通過圖3中示出的雙凸透鏡成像的光線的特寫。圖fe和圖恥是示出雙凸透鏡的機械運動的側視圖，雙凸透鏡被用來在照明和圖像顯示的2D和3D模式之間切換。
圖5c和圖5d是示出漫射器的機械運動的側視圖，漫射器被用來在照明和圖像顯示的2D和3D模式之間切換。圖6示出在漫射器上成像的光線相對于它們前面的像素單元成角度的方式。圖7是本發明的可選實施方式的側視圖。圖8是在圖7的實施方式中使用的第二級IXD面板的正視圖。圖9是在圖7的實施方式中使用的第二級IXD面板的另一配置的正視圖。圖IOa示出九個透視圖內的信息被映射到電子圖像文件上用于本發明的方式。圖IOb是來自圖IOa的信息如何被顯示在IXD上的細節。圖11是用于本發明的基于LED的光源的正視圖。圖12是可用于圖11的光源的亮度增強膜配置的正視圖。圖13a是圖12中示出的亮度增強膜和光源配置的側視圖。圖13b是圖13a中示出的亮度增強膜的放大側視圖。圖14示出圖11的實施方式的布置，其中添加了附加的多列LED。圖15示出圖14的布置，指示水平截面。圖16a示出具有反射器的實施方式中的剖面側視圖。圖16b示出來自圖16a的反射器的橫截面。圖17a示出用于在均勻照明和光線照明之間切換的方法中的材料片。圖17b示出使用圖17a的材料的顯示器。圖17c示出圖17a的片如何滾動。發明詳述本發明的背光產生了產生多視角自動立體圖像的效果，通過在IXD后面生成發光線，圖像的分辨率損失在水平和垂直方向之間分配，發光線以3 1傾斜角傾斜，換句話說， 以與垂直線成18. 435度的角度傾斜。光線位于IXD的像素的后面，在IXD的像素上顯示來自像素單元的對角線上的N個不同透視像的圖像信息，如圖IOa-IOb中示出的那些 (其在下文將被更詳細說明)。發光線通過光源、結合雙凸透鏡、加上單獨的漫射器部件產生，光源發出來自以 3 1傾斜角(自垂直線18. 435度)傾斜的光源的大線(large line)的光，雙凸透鏡的小透鏡平行于發光線運行，并且產生每個發光源的許多小圖像，單獨的漫射器部件散射光以產生用于2D的均勻照明或允許光線被聚焦以產生3D圖像。應注意，這里描述的實施方式在配置上類似于我們以前的專利US5，410，345中描述的實施方式(見，特別是第3列第53行至第7列第5行)，該專利在此通過引用并入。圖1示出在成像IXD (4)后面，結合背光的顯示器的主要元件。正如本領域的技術人員將理解的，完整的顯示器組件還將包括安裝和機械組件，未示出。在系統的后部的是矩形面板(1)，其用于生成相對于面板的側邊傾斜的若干細的線性發光源。這些線性光源通常以到面板的邊緣18. 435度的角度傾斜，換句話說，以3 1 傾斜角傾斜，其中對于向右(或在某些配置中向左)橫跨每一個單位距離，每個源的中心線下降3個單位。光源的傾斜角度涉及LCD的像素高寬比，使得光源在引起它們平行于像素單元的對角線的方向上成角度，如上所述。關于典型的18. 435度傾斜角的原因是，像素單元通常具有3 1的高寬比，其使源的傾斜角也是3 1或者是18. 435度的角度。然而，如果特定IXD的像素單元具有不同于3 1的高寬比，則將必須使用不同的角度。該設備(1)的正視圖被示出在圖2中(正視圖被定義為從成像LCD和觀察者的方向看的視圖)。這些光源( 可以是它們本身發光的發射器、發出在它們后面生成的光的孔徑或者反射其它地方生成的光的反射器，或者這三者的某種組合。存在許多方式來產生這樣的線。一個優選的方法由共同地形成圖2中所示的發光線源的斜行單個白色LED發射器構成。這樣的LED發射器可以被表面安裝在PCB板上。發光線(10)的圖案被示出在圖2 中。因此形成的發光線將趨向于在寬度上約為1-2毫米，中心到中心的間距(節距)約為 9-18毫米，這取決于系統的精確設計。線之間的空間優選地是單一黑色(flat black)，以便不發出或反射光。如圖1中示出的并如圖3中的正視圖，帶有圓柱形小透鏡(11)的雙凸透鏡(2)被隔開在發光線的前面。這個透鏡略大于IXD的有效面積，并且在其表面上的圓柱形小透鏡 (11)也沿相同的3 1斜率傾斜，平行于發光線，如圖3中所示。雙凸透鏡⑵通常由附著到玻璃基板(6)的一層模制塑料或環氧樹脂小透鏡( 構成，后者為了剛性和熱穩定性的目的。透鏡側可面向發光源或背對著發光源，但對于透鏡側朝著IXD的方向避開通常是有必要的，這是出于它們形成的光線和LCD之間的間距考慮。雙凸透鏡具有這樣的尺寸以致對于每N列像素單元粗略有一個小透鏡，其中N是正在產生的透視圖的數目。每個小透鏡產生發光線的小圖像。選擇小透鏡的間距、它們的焦距、發光線和小透鏡之間的距離以及發光線的節距，使得通過一個透鏡產生偏移向一側的線總是與通過相鄰透鏡產生的線一致。總之，小透鏡產生一系列的小發光線，一條線用于像素單元的每N條對角線。此外，在水平方向上測量的線的間距略大于水平方向上像素單元的節距。圖4是漫射器的一個角的放大視圖，在其上光線被成像。參考圖4，為了最好的結果，假設使用N組像素單元產生N個透視圖，如沿平行于LCD中的像素行橫切聚焦線的水平線(13)所測量的聚焦線(14)的寬度(12)及其節距(15)(沿相同的線中心至中心的距離) 之間的比應為1/N，并且如由觀察者看到的，線的表觀寬度等于像素單元的水平寬度(和節距)。這通常意味著，在發光線源的寬度及其節距之間的比例也等于1/N。描述正如沿水平線(13)所測量的、需要產生N個不同的透視圖(，其中每個透視圖在寬E毫米(E通常近似63毫米，其相當于一對成人眼瞳之間的平均間隔，或者近似31. 5 毫米，其是一對成人眼瞳之間的平均間隔的一半)的單獨的視域內是可見的)的所需的光線中心到中心的間距的公式，在數學上等于本受讓人所擁有的前面提到的專利中給定的公式，但在這里為了清楚起見其被簡化為
權利要求
1.一種用于在IXD顯示器上產生多個透視圖的背光系統，所述背光系統的位置在成像 LCD的后面，所述成像LCD具有像素單元的行和列以及對角線，所述背光系統包括a)矩形面板，其包括多個細的線性發光源，所述光源在使所述線性發光源平行于像素單元的對角線的方向上以相對于所述面板的側邊的一傾斜角傾斜，；以及b)雙凸透鏡，其在所述矩形面板和所述LCD之間，在所述發光源的前面隔開，包括在所述雙凸透鏡的表面上的多個圓柱形小透鏡，所述圓柱形小透鏡在使所述小透鏡平行于所述矩形面板的所述線性發光元件的方向上以相對于所述雙凸透鏡的側邊的一傾斜角傾斜；以使所述線性發光源和所述小透鏡產生一系列的小發光線，一條線對像素單元的每N 條對角線，其中N是要產生的透視圖的數量。
2.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述線性發光源的所述傾斜角與所述LCD的所述像素單元的高寬比有關。
3.如權利要求2所述的背光系統，其中，所述像素單元具有3 1的高寬比，并且所述斜率是3 1。
4.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述線性發光源生成它們自己的光。
5.如權利要求4所述的背光系統，其中，所述線性發光源是多行LED發射器，所述多行 LED發射器共同地形成所述線性發光源。
6.如權利要求5所述的背光系統，還包括在所述LED發射器和所述雙凸透鏡之間的亮度增強膜。
7.如權利要求6所述的背光系統，其中，所述亮度增強膜包括薄塑料片，其中所述膜的一個表面覆蓋有在線性區域中的脊結構，使得以從法線的高角度射出的、來自所述LED的光將被所述脊結構攔截并以更接近法線的角度被重定向向前，所述膜具有在所述線性區域之間的透明間隙，所述間隙的中心到中心的距離和寬度是這樣的，從所述LED的前面看，所述間隙占據單獨的LED之間的空間。
8.如權利要求7所述的背光系統，其中，所述脊結構的角度以及所述塑料片和所述矩形面板的所述LED被安裝在其上的表面之間的距離被選擇，以使所述LED的折射圖像相對于彼此及所述LED均勻地隔開。
9.如權利要求4所述的背光系統，其中，所述線性發光源是以18.435度角度設置的 CCFL 燈。
10.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述線性發光源是孔徑，所述孔徑使來自所述孔徑后面的光源的光穿過。
11.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述線性發光源是反射光的反射器。
12.如權利要求11所述的背光系統，其中，所述線性發光源是在任一端帶有LED的反射光通道。
13.如權利要求11所述的背光系統，其中，所述線性發光源是在一個表面上擁有線性反射結構的光導。
14.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述矩形面板上的所述線性發光源之間的空間是黑色的。
15.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述雙凸透鏡包括連接到玻璃基板的一層模制的小透鏡。
16.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述小透鏡具有這樣的大小，以致對于所述 IXD上的每N列像素單元存在一個小透鏡。
17.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述小透鏡的間隔、所述小透鏡的焦距、所述矩形面板的所述線性發光源和所述雙凸透鏡的所述小透鏡之間的距離以及所述線性發光源的節距被選擇，以使通過一個透鏡產生偏移的線與通過相鄰的透鏡產生的線一致。
18.如權利要求1所述的背光系統，其中，來自所述線性發光源、通過所述雙凸透鏡的所述小透鏡聚焦的光，形成具有寬度和節距的多條聚焦線，并且按沿橫切所述聚焦線的、平行于所述LCD中的所述像素單元的行的水平線所測量的所述線的寬度與所述聚焦線的節距之間的比為1/N，并且如由觀察者所看到的，所述線的表觀寬度等于所述LCD的所述像素單元的水平寬度和節距。
19.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述線性發光源的寬度和節距之間的比為1/N。
20.如權利要求1所述的背光系統，還包括所述線性發光源和所述雙凸透鏡之間的電控漫射器，所述漫射器在漫射器是漫射的第一狀態和漫射器是清晰的第二狀態之間是電可控的。
21.如權利要求20所述的背光系統，其中，所述電控漫射器被放置在所述線性發光源的前面足夠遠的地方，以使當所述漫射器處于所述第一狀態時，從所述漫射器的相對于面向所述線性發光源的一側的側面看，所述源被漫射入彼此中，使得透過所述漫射器來的照明在其表面上均勻地傳播。
22.如權利要求21所述的背光系統，其中，所述顯示器通過在所述第一狀態到所述第二狀態之間改變所述電控漫射器的狀態而在2D模式和3D模式之間切換，以使當所述電控漫射器處于所述源被漫射入彼此中的所述第一狀態時，所述顯示器處于2D模式，并且當所述電控漫射器處于第二清晰狀態時，所述顯示器處于3D模式。
23.如權利要求1所述的背光系統，還包括在所述雙凸透鏡和所述LCD之間用于提供所述LCD的均勻照明的漫射器。
24.如權利要求23所述的背光系統，其中，所述漫射器包括連接到薄玻璃或塑料基板的漫射材料薄層，所述基板面向所述LCD。
25.如權利要求23所述的背光系統，其中，所述漫射器在第一位置和第二位置之間可移動，所述第一位置靠近所述LCD，其中來自所述線性發光源線的光線通過所述雙凸透鏡成像到所述漫射器上，并且對于所述LCD前面的觀察者可見，而所述第二位置靠近所述雙凸透鏡，其中所述漫射器攔截并散射所述光，以使產生漫射照明。
26.如權利要求25所述的背光系統，其中，所述顯示器通過將所述漫射器的位置從所述第二位置改變到所述第一位置而在2D模式和3D模式之間切換，以使當所述漫射器處于產生漫射照明的位置時，所述顯示器處于2D模式，而當所述漫射器處于光線被成像在所述漫射器上的位置時，所述顯示器處于3D模式。
27.如權利要求23所述的背光系統，其中，所述漫射器被定位鄰近所述LCD，并且所述雙凸透鏡在更靠近所述LCD的第一位置和更遠離所述LCD的第二位置之間可移動，其中，在所述第一位置和所述第二位置的一個中，光線被聚焦在所述漫射器上，而在另一位置中，漫射照明被投射在所述漫射器上。
28.如權利要求27所述的背光系統，其中，所述顯示器通過在所述第一位置和所述第二位置之間改變所述雙凸透鏡的位置而在2D模式和3D模式之間切換，以使當所述雙凸透鏡處于漫射照明被投射在所述漫射器上的位置時，所述顯示器處于2D模式，而當所述雙凸透鏡處于光線被聚焦在所述漫射器上的位置時，所述顯示器處于3D模式。
29.如權利要求1所述的背光系統，還包括在所述線性發光源之間并平行于所述線性發光源的多組閃光。
30.如權利要求1所述的背光系統，其中，所述矩形面板大于所述LCD，以使所述線性發光源端部超過所述LCD的有效區域。
31.如權利要求30所述的背光系統，還包括在封住所述LCD和背光的外殼的至少一個壁上的反射器。
32.如權利要求31所述的背光系統，其中，所述反射器具有鋸齒形橫截面，每個鋸齒的平面是反射性的并與所述外殼的所述壁成18. 435度的角度，并且與所述線性發光源的方向成90度的角度。
33.如權利要求1所述的背光系統，還包括定位在所述矩形面板和所述成像LCD之間的片，該片具有漫射的第一部分和透明的第二部分，所述第一部分和所述第二部分的每個與所述成像LCD至少一樣大，所述片從漫射器位置和透明位置可移動，在所述漫射器位置中， 所述第一部分在所述矩形面板和所述成像IXD之間，在所述透明位置中，所述第二部分在所述矩形面板和所述成像IXD之間。
34.如權利要求33所述的背光系統，其中，所述顯示器通過將所述片的位置從所述漫射器位置改變到所述透明位置而從2D模式切換到3D模式，以使當所述片處于所述漫射器位置時，所述顯示器處于2D模式，而當所述片處于所述透明位置時，所述顯示器處于3D模式。
35.如權利要求33所述的背光系統，其中，所述片是柔性的并被安裝在所述成像LCD的側邊上的輥子上，以使所述片通過從一個棍子滾動到另一輥子在所述漫射位置和所述透明位置之間移動。
36.如權利要求33所述的背光系統，其中，所述片在所述雙凸透鏡的后面并接近于所述雙凸透鏡。
37.一種產生多個透視圖的IXD顯示器，包括a)成像LCD，其具有像素單元的行和列及對角線；b)第二IXD面板，其毗鄰所述成像IXD，所述第二 IXD面板能夠從清晰透明狀態切換到成圖案狀態，該成圖案狀態包括黑暗不透明線性區域和在不透明區域之間的透明區域，該透明區域是以相對于所述面板的側邊的一傾斜角傾斜的傾斜線或階梯線段圖案的形狀，且該透明區域的方向為使得所述透明區域平行于所述成像LCD中像素單元的對角線，產生一系列的小發光線，一條線對像素單元的每N條對角線，其中N是要產生的透視圖的數量；以及背光，其在所述成像LCD和所述第二 LCD面板的后面，使光照射穿過所述成像LCD和所述第二 IXD面板。
38.如權利要求37所述的IXD顯示器，其中，所述第二IXD面板在所述成像IXD和所述背光之間。
39.如權利要求37所述的IXD顯示器，其中，所述成像IXD在所述背光和所述第二IXD 面板之間。
40.如權利要求37所述的IXD顯示器，其中，如由觀察者所看到的，所述透明區域的表觀寬度等于所述IXD的所述像素單元的水平寬度和節距。
全文摘要
本發明的背光系統在液晶或其他透明顯示器后面產生照明。在一種操作模式下，它產生一系列精確的、細的斜線，在其之間具有暗區，斜線用來使同時顯示在LCD上的多個透視圖從顯示器前面隔開的一系列水平隔開的視域可見。在另一種操作模式下，它產生類似于由傳統背光生成的均勻漫射照明，允許LCD顯示傳統2D圖像。
文檔編號H04N13/04GK102272665SQ200980153804
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月6日 優先權日2008年11月7日
發明者杰西·B·埃辛勞布 申請人:迪美森科技公司