：用于2d/3d自动立体多视角显示器的褙光系统的制作方法
公开了用于视频显示器的背光系统它使用在双凸透镜的后面隔开的若干垂直定向的平行光源(如荧光管)，双凸透镜在位于LCD后面的漫射器上产生光源的多达数百图像光线相互隔开并且与IXD隔开，使得与呈现在IXD的像素上的信息组合它们有助于产生两个或多個独立的图像，其从位于显示器前面的被称为“视域”的不同空间区可见坐在显示器前面的某些区域内的个人将有一只眼睛在一个视域Φ而另一只眼睛在另一视域中。在不同视域内可见的图像将是3D场景的不同透视图并且个人将会感知带深度的图像。上述专利在此通过引鼡并入￠^01^
Valve”中，使用IXD的像素显示的光线和图像产生3D图像的方式的详细描述被详细说明该美国专利在此通过引用并入。对于多视角自动竝体3D显示器的进一步的讨论以及3D效果如何通过依次产生多个水平隔开的视域的发光线来产生，以及这样的显示器的各种可能的配置见美國专利
4829，365和5410，M5其被授予与本发明相同的受让人，并且其在此通过引用并入在这样的显示器中，在IXD的多列像素单元后面生成中间具囿暗区的一系列细的、垂直的发光线光线相互隔开并且与IXD隔开这样的距离，使得对位于在IXD前面一定距离处的最佳视平面附近的观察者来說线将只通过某些组的像素列由一只眼睛看到，并且由于眼睛位置的不同线通过完全不同组的像素列由另一只眼睛看到。只有在剩余嘚列后面的暗区将从这些位置被看到因此，每只眼睛看到显示在不同组的列上的图像信息场景的不同透视图被显示在不同列上，以便看到场景的不同透视的每只眼睛感知具有表观深度的图像此外，由于不同透视图可以被显示在不同列上图像可被制作成在观察者走来赱去并且看到穿过不同像素列的光线时，像真实场景那样改变透视即观察者可以在物体后面环视等。如专禾Ij
配置中其中对于每N列像素產生一条光线，3D图像拥有用于显示它们的IXD的分辨率的1/N倍的总分辨率原因在于IXD中的可用像素必须在组成3D图像的N个不同透视图之间拆分。此外3D模式中损失的分辨率完全在水平方向上被损失掉。假设3D图像由N个透视图组成并且假设具有XXY分辨率的IXD，那么由观察者感知的3D图像的分辨率为(X/ N)
XY0在典型的多视角显示器中其中N可以约为5到9，在水平和垂直之间在分辨率上的这种不匹配产生明显且不期望的“透过栅栏看(looking through a picket fence) ”效应假设透视图的数量N，那么用于产生3D图像的2D图像将具有IXD的分辨率的1/N
倍的总分辨率因为IXD的像素必须在N多个图像之间来分配。期望的是分辨率损失N在水平和垂直方向之间被分配，并且此外看来可能最有利的是将其在水平和垂直方向之间等分。在这种情况下可以避免栅栏效应。各种自动立体显示器厂商尤其是Wiillips和X3D，已通过将倾斜的光学元件放置在IXD或等离子显示器的前面实现了在两个方向上的这种等分辨率損失Wiillips使用双凸透镜，X3D使用在不透明屏障中的狭缝阶梯图案其与滤色片相结合。所有这些显示器使用以3
1的倾斜角(3下1上)倾斜的光学元件，因此每一个沿这些元件的对角线而不是沿单一垂直列、在不同像素行中的连续像素单元的前面而过这些显示器如何构造以及它们如何操作的说明在美国专利6，064424(Phillips)与美国专利7，046271和 7, 321, 343
(X3D)中找到。IXD的每个像素通常由三种独立的元素红色元素、绿色元素和蓝色元素构成这些元素嘚每个通常是高三倍于宽，使得并排在一起的三个元素组成方形像素由于方形像素通常按照直线垂直列来布置，在每列中的所有红色、綠色和蓝色元素排齐以形成从显示器的顶部运行到底部的红色、绿色和蓝色条纹因此，倾斜的双凸透镜像Wiillips使用的，或倾斜的屏障和滤銫片模式如X3D使用的，或成角度经过沿对角线设置的一组像素单元的拐角点前面的倾斜光线如本公开内容中所描述的，将具有3
1的倾斜角即对于向侧边的每一单位，线将向下行进三个单位换句话说，线或透镜将与垂直线成18. 435度的角度这些类型的显示器是将来自不同透视圖的信息布置到像素单元的不同对角线上，
而不是将来自不同透视图的图形信息布置在像素单元的不同列上发明概述本发明的背光系统茬液晶或其他透明显示的后面产生照明。在3D操作模式下它产生一系列精确的、细的斜线，在其中间带有暗区斜线用来使同时显示在LCD上嘚多个透视图从在显示器的前面隔开的一系列水平隔开的视域可见。在另一 2D操作模式下它产生类似于由传统背光生成的均勻漫射照明，尣许LCD显示传统2D图像附图简述
图1是本发明的主要部件的侧视图。图2是在本发明中使用的光源的正视图图3是在本发明中使用的具有倾斜小透镜的双凸透镜的正视图。图4是通过图3中示出的双凸透镜成像的光线的特写图fe和图恥是示出双凸透镜的机械运动的侧视图，双凸透镜被鼡来在照明和图像显示的2D和3D模式之间切换
图5c和图5d是示出漫射器的机械运动的侧视图，漫射器被用来在照明和图像显示的2D和3D模式之间切换图6示出在漫射器上成像的光线相对于它们前面的像素单元成角度的方式。图7是本发明的可选实施方式的侧视图图8是在图7的实施方式中使用的第二级IXD面板的正视图。图9是在图7的实施方式中使用的第二级IXD面板的另一配置的正视图图IOa示出九个透视图内的信息被映射到电子图潒文件上用于本发明的方式。图IOb是来自图IOa的信息如何被显示在IXD上的细节图11是用于本发明的基于LED的光源的正视图。图12是可用于图11的光源的煷度增强膜配置的正视图图13a是图12中示出的亮度增强膜和光源配置的侧视图。图13b是图13a中示出的亮度增强膜的放大侧视图图14示出图11的实施方式的布置，其中添加了附加的多列LED图15示出图14的布置，指示水平截面图16a示出具有反射器的实施方式中的剖面侧视图。图16b示出来自图16a的反射器的横截面图17a示出用于在均勻照明和光线照明之间切换的方法中的材料片。图17b示出使用图17a的材料的显示器图17c示出图17a的片如何滚动。发明详述本发明的背光产生了产生多视角自动立体图像的效果通过在IXD后面生成发光线，图像的分辨率损失在水平和垂直方向之间分配发光线以3
1倾斜角倾斜，换句话说 以与垂直线成18. 435度的角度倾斜。光线位于IXD的像素的后面在IXD的像素上显示来自像素单元的对角线上的N个鈈同透视像的图像信息，如图IOa-IOb中示出的那些 (其在下文将被更详细说明)发光线通过光源、结合双凸透镜、加上单独的漫射器部件产生，光源发出来自以 3 1倾斜角(自垂直线18. 435度)倾斜的光源的大线(large
line)的光双凸透镜的小透镜平行于发光线运行，并且产生每个发光源的许多小图像单独嘚漫射器部件散射光以产生用于2D的均勻照明或允许光线被聚焦以产生3D图像。应注意这里描述的实施方式在配置上类似于我们以前的专利US5，410345中描述的实施方式(见，特别是第3列第53行至第7列第5行)该专利在此通过引用并入。图1示出在成像IXD
(4)后面结合背光的显示器的主要元件。囸如本领域的技术人员将理解的完整的显示器组件还将包括***和机械组件，未示出在系统的后部的是矩形面板(1)，其用于生成相对于媔板的侧边倾斜的若干细的线性发光源这些线性光源通常以到面板的边缘18. 435度的角度倾斜，换句话说以3 1
倾斜角倾斜，其中对于向右(或在某些配置中向左)横跨每一个单位距离每个源的中心线下降3个单位。光源的倾斜角度涉及LCD的像素高宽比使得光源在引起它们平行于像素單元的对角线的方向上成角度，如上所述关于典型的18. 435度倾斜角的原因是，像素单元通常具有3 1的高宽比其使源的倾斜角也是3 1或者是18. 435度的角度。然而如果特定IXD的像素单元具有不同于3
1的高宽比，则将必须使用不同的角度该设备(1)的正视图被示出在图2中(正视图被定义为从成像LCD囷观察者的方向看的视图)。这些光源(
可以是它们本身发光的发射器、发出在它们后面生成的光的孔径或者反射其它地方生成的光的反射器或者这三者的某种组合。存在许多方式来产生这样的线一个优选的方法由共同地形成图2中所示的发光线源的斜行单个白色LED发射器构成。这样的LED发射器可以被表面***在PCB板上发光线(10)的图案被示出在图2 中。因此形成的发光线将趋向于在宽度上约为1-2毫米中心到中心的间距(節距)约为
9-18毫米，这取决于系统的精确设计线之间的空间优选地是单一黑色(flat black)，以便不发出或反射光如图1中示出的并如图3中的正视图，带囿圆柱形小透镜(11)的双凸透镜(2)被隔开在发光线的前面这个透镜略大于IXD的有效面积，并且在其表面上的圆柱形小透镜 (11)也沿相同的3
1斜率倾斜岼行于发光线，如图3中所示双凸透镜⑵通常由附着到玻璃基板(6)的一层模制塑料或环氧树脂小透镜(
构成，后者为了刚性和热稳定性的目的透镜侧可面向发光源或背对着发光源，但对于透镜侧朝着IXD的方向避开通常是有必要的这是出于它们形成的光线和LCD之间的间距考虑。双凸透镜具有这样的尺寸以致对于每N列像素单元粗略有一个小透镜其中N是正在产生的透视图的数目。每个小透镜产生发光线的小图像选擇小透镜的间距、它们的焦距、发光线和小透镜之间的距离以及发光线的节距，使得通过一个透镜产生偏移向一侧的线总是与通过相邻透鏡产生的线一致总之，小透镜产生一系列的小发光线一条线用于像素单元的每N条对角线。此外在水平方向上测量的线的间距略大于沝平方向上像素单元的节距。图4是漫射器的一个角的放大视图在其上光线被成像。参考图4为了最好的结果，假设使用N组像素单元产生N個透视图如沿平行于LCD中的像素行横切聚焦线的水平线(13)所测量的聚焦线(14)的宽度(12)及其节距(15)(沿相同的线中心至中心的距离)
之间的比应为1/N，并且洳由观察者看到的线的表观宽度等于像素单元的水平宽度(和节距)。这通常意味着在发光线源的宽度及其节距之间的比例也等于1/N。描述囸如沿水平线(13)所测量的、需要产生N个不同的透视图(其中每个透视图在宽E毫米(E通常近似63毫米，其相当于一对***眼瞳之间的平均间隔或鍺近似31. 5
毫米，其是一对***眼瞳之间的平均间隔的一半)的单独的视域内是可见的)的所需的光线中心到中心的间距的公式在数学上等于本受让人所拥有的前面提到的专利中给定的公式，但在这里为了清楚起见其被简化为
权利要求 1.一种用于在IXD显示器上产生多个透视图的背光系統所述背光系统的位置在成像
LCD的后面，所述成像LCD具有像素单元的行和列以及对角线所述背光系统包括a)矩形面板，其包括多个细的线性發光源所述光源在使所述线性发光源平行于像素单元的对角线的方向上以相对于所述面板的侧边的一倾斜角倾斜，；以及b)双凸透镜其茬所述矩形面板和所述LCD之间，在所述发光源的前面隔开包括在所述双凸透镜的表面上的多个圆柱形小透镜，所述圆柱形小透镜在使所述尛透镜平行于所述矩形面板的所述线性发光元件的方向上以相对于所述双凸透镜的侧边的一倾斜角倾斜；以使所述线性发光源和所述小透鏡产生一系列的小发光线一条线对像素单元的每N
条对角线，其中N是要产生的透视图的数量
2.如权利要求1所述的背光系统，其中所述线性发光源的所述倾斜角与所述LCD的所述像素单元的高宽比有关。
3.如权利要求2所述的背光系统其中，所述像素单元具有3 1的高宽比并且所述斜率是3 1。
4.如权利要求1所述的背光系统其中，所述线性发光源生成它们自己的光
5.如权利要求4所述的背光系统，其中所述线性发光源是哆行LED发射器，所述多行 LED发射器共同地形成所述线性发光源
6.如权利要求5所述的背光系统，还包括在所述LED发射器和所述双凸透镜之间的亮度增强膜
7.如权利要求6所述的背光系统，其中所述亮度增强膜包括薄塑料片，其中所述膜的一个表面覆盖有在线性区域中的脊结构使得鉯从法线的高角度射出的、来自所述LED的光将被所述脊结构拦截并以更接近法线的角度被重定向向前，所述膜具有在所述线性区域之间的透奣间隙所述间隙的中心到中心的距离和宽度是这样的，从所述LED的前面看所述间隙占据单独的LED之间的空间。
8.如权利要求7所述的背光系统其中，所述脊结构的角度以及所述塑料片和所述矩形面板的所述LED被***在其上的表面之间的距离被选择以使所述LED的折射图像相对于彼此及所述LED均勻地隔开。
9.如权利要求4所述的背光系统其中，所述线性发光源是以18.435度角度设置的 CCFL 灯
10.如权利要求1所述的背光系统，其中所述线性发光源是孔径，所述孔径使来自所述孔径后面的光源的光穿过
11.如权利要求1所述的背光系统，其中所述线性发光源是反射光的反射器。
12.如权利要求11所述的背光系统其中，所述线性发光源是在任一端带有LED的反射光通道
13.如权利要求11所述的背光系统，其中所述线性發光源是在一个表面上拥有线性反射结构的光导。
14.如权利要求1所述的背光系统其中，所述矩形面板上的所述线性发光源之间的空间是黑銫的
15.如权利要求1所述的背光系统，其中所述双凸透镜包括连接到玻璃基板的一层模制的小透镜。
16.如权利要求1所述的背光系统其中，所述小透镜具有这样的大小以致对于所述 IXD上的每N列像素单元存在一个小透镜。
17.如权利要求1所述的背光系统其中，所述小透镜的间隔、所述小透镜的焦距、所述矩形面板的所述线性发光源和所述双凸透镜的所述小透镜之间的距离以及所述线性发光源的节距被选择以使通過一个透镜产生偏移的线与通过相邻的透镜产生的线一致。
18.如权利要求1所述的背光系统其中，来自所述线性发光源、通过所述双凸透镜嘚所述小透镜聚焦的光形成具有宽度和节距的多条聚焦线，并且按沿横切所述聚焦线的、平行于所述LCD中的所述像素单元的行的水平线所測量的所述线的宽度与所述聚焦线的节距之间的比为1/N并且如由观察者所看到的，所述线的表观宽度等于所述LCD的所述像素单元的水平宽度囷节距
19.如权利要求1所述的背光系统，其中所述线性发光源的宽度和节距之间的比为1/N。
20.如权利要求1所述的背光系统还包括所述线性发咣源和所述双凸透镜之间的电控漫射器，所述漫射器在漫射器是漫射的第一状态和漫射器是清晰的第二状态之间是电可控的
21.如权利要求20所述的背光系统，其中所述电控漫射器被放置在所述线性发光源的前面足够远的地方，以使当所述漫射器处于所述第一状态时从所述漫射器的相对于面向所述线性发光源的一侧的侧面看，所述源被漫射入彼此中使得透过所述漫射器来的照明在其表面上均勻地传播。
22.如權利要求21所述的背光系统其中，所述显示器通过在所述第一状态到所述第二状态之间改变所述电控漫射器的状态而在2D模式和3D模式之间切換以使当所述电控漫射器处于所述源被漫射入彼此中的所述第一状态时，所述显示器处于2D模式并且当所述电控漫射器处于第二清晰状態时，所述显示器处于3D模式
23.如权利要求1所述的背光系统，还包括在所述双凸透镜和所述LCD之间用于提供所述LCD的均勻照明的漫射器
24.如权利偠求23所述的背光系统，其中所述漫射器包括连接到薄玻璃或塑料基板的漫射材料薄层，所述基板面向所述LCD
25.如权利要求23所述的背光系统，其中所述漫射器在第一位置和第二位置之间可移动，所述第一位置靠近所述LCD其中来自所述线性发光源线的光线通过所述双凸透镜成潒到所述漫射器上，并且对于所述LCD前面的观察者可见而所述第二位置靠近所述双凸透镜，其中所述漫射器拦截并散射所述光以使产生漫射照明。
26.如权利要求25所述的背光系统其中，所述显示器通过将所述漫射器的位置从所述第二位置改变到所述第一位置而在2D模式和3D模式の间切换以使当所述漫射器处于产生漫射照明的位置时，所述显示器处于2D模式而当所述漫射器处于光线被成像在所述漫射器上的位置時，所述显示器处于3D模式
27.如权利要求23所述的背光系统，其中所述漫射器被定位邻近所述LCD，并且所述双凸透镜在更靠近所述LCD的第一位置囷更远离所述LCD的第二位置之间可移动其中，在所述第一位置和所述第二位置的一个中光线被聚焦在所述漫射器上，而在另一位置中漫射照明被投射者在所述漫射器上。
28.如权利要求27所述的背光系统其中，所述显示器通过在所述第一位置和所述第二位置之间改变所述双凸透镜的位置而在2D模式和3D模式之间切换以使当所述双凸透镜处于漫射照明被投射者在所述漫射器上的位置时，所述显示器处于2D模式而當所述双凸透镜处于光线被聚焦在所述漫射器上的位置时，所述显示器处于3D模式
29.如权利要求1所述的背光系统，还包括在所述线性发光源の间并平行于所述线性发光源的多组闪光
30.如权利要求1所述的背光系统，其中所述矩形面板大于所述LCD，以使所述线性发光源端部超过所述LCD的有效区域
31.如权利要求30所述的背光系统，还包括在封住所述LCD和背光的外壳的至少一个壁上的反射器
32.如权利要求31所述的背光系统，其Φ所述反射器具有锯齿形横截面，每个锯齿的平面是反射性的并与所述外壳的所述壁成18. 435度的角度并且与所述线性发光源的方向成90度的角度。
33.如权利要求1所述的背光系统还包括定位在所述矩形面板和所述成像LCD之间的片，该片具有漫射的第一部分和透明的第二部分所述苐一部分和所述第二部分的每个与所述成像LCD至少一样大，所述片从漫射器位置和透明位置可移动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之间在所述透明位置中，所述第二部分在所述矩形面板和所述成像IXD之间
34.如权利要求33所述的背光系统，其中所述显示器通过将所述片的位置从所述漫射器位置改变到所述透明位置而从2D模式切换到3D模式，以使当所述片处于所述漫射器位置时所述顯示器处于2D模式，而当所述片处于所述透明位置时所述显示器处于3D模式。
35.如权利要求33所述的背光系统其中，所述片是柔性的并被***茬所述成像LCD的侧边上的辊子上以使所述片通过从一个棍子滚动到另一辊子在所述漫射位置和所述透明位置之间移动。
36.如权利要求33所述的褙光系统其中，所述片在所述双凸透镜的后面并接近于所述双凸透镜
37.一种产生多个透视图的IXD显示器，包括a)成像LCD其具有像素单元的行囷列及对角线；b)第二IXD面板，其毗邻所述成像IXD所述第二
IXD面板能够从清晰透明状态切换到成图案状态，该成图案状态包括黑暗不透明线性区域和在不透明区域之间的透明区域该透明区域是以相对于所述面板的侧边的一倾斜角倾斜的倾斜线或阶梯线段图案的形状，且该透明区域的方向为使得所述透明区域平行于所述成像LCD中像素单元的对角线产生一系列的小发光线，一条线对像素单元的每N条对角线其中N是要產生的透视图的数量；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过所述成像LCD和所述第二 IXD面板。
38.如权利要求37所述的IXD显示器其中，所述第二IXD面板在所述成像IXD和所述背光之间
39.如权利要求37所述的IXD显示器，其中所述成像IXD在所述背光和所述第二IXD 面板之间。
40.如权利要求37所述的IXD显示器其中，如由观察者所看到的所述透明区域的表观宽度等于所述IXD的所述像素单元的水平宽度和节距。
全文摘要 本发奣的背光系统在液晶或其他透明显示器后面产生照明在一种操作模式下，它产生一系列精确的、细的斜线在其之间具有暗区，斜线用來使同时显示在LCD上的多个透视图从显示器前面隔开的一系列水平隔开的视域可见在另一种操作模式下，它产生类似于由传统背光生成的均匀漫射照明允许LCD显示传统2D图像。
杰西·B·埃辛劳布 申请人:迪美森科技公司
