专利名称：自动立体显示器及其操作方法
技术领域：
本发明涉及包含显示面板和视差屏障(parallax barrier)的自动立体显示器,并进一步涉及操作该自动立体显示器的方法。
背景技术：
3D画面或3D电影的立体显示需要向观众(viewer)的左右眼呈现不同的图像。当今用在大多数3D电影院中的直接解决方案是偏振眼镜和立体图像对的偏振投影。然而，看电影时必须戴眼镜对许多客户来说意味着不舒服的观看体验。尤其对于家庭娱乐，需要的是无需戴着像例如快门或偏振眼镜那样的任何辅助部件向观众提供立体视图的立体显示器。通常，无需辅助部件的立体3D显示器使用视差屏障以向观众的左右眼提供不同图像。这种屏障通常是刚性的(rigid)。因此，观众必须保持预定水平位置以将与右眼不同的视图提供给左眼。可以将多个不同视图提供给多个观看者(spectators)。但是，如果用户的一只眼睛处在一个视图到相邻视图的边界上，则讨厌的伪像(artifact)会导致不愉快的用户体验。此外，由于视差屏障是刚性的，所以需要显示面板为每个视图提供单独的像素。这意味着各个3D显示设备(例如，平板屏幕)支持的视图越多，每个视图的像素分辨率就越低。像双凸透镜(lenticular lens)系统那样的可替代技术具有类似的问题。举例来说，在JP 09-230286中公开了使用视差屏障的3D显示器，其中将光栅用作视差屏障。为了使立体显示与屏幕前面的观众位置相适配，配备头部跟踪系统以便调整视差屏障。调整该屏障，使得光栅与连接观众两眼的直线垂直。使用视差屏障的另外3D显示器根据JP 2005-157033已知。在这个文献中，视差屏障水平振动，并且交替地向观众显示左右图像。
发明内容
本发明的目的是提供在提高每个视图的像素分辨率的同时提供许多被支持的不同视图的自动立体显示器以及操作该自动立体显示器的方法。在本发明的一个方面中，自动立体显示器包含显示面板和安排在该显示面板的观看侧的视差屏障，其中该视差屏障包含具有多个电子墨水颗粒的第一电子墨水平面，该电子墨水颗粒围绕倾斜轴可旋转一个倾角，并且在第一方向是透光的并且在第二方向是不透光的。优选地，除了第一方向之外，该电子墨水颗粒在与倾斜轴正交的所有方向都是不透光的。这样，该电子墨水颗粒只在与倾斜轴正交的单个方向透光。该自动立体显示器进一步包含控制单元，其被配置成使电子墨水颗粒倾斜，以便将电子墨水颗粒设置成共同倾角，并且另外使显示面板的画面再现与电子墨水颗粒的倾斜同步，以便向用户提供立体视图。有利地，电子墨水平面的所有电子墨水颗粒同步地旋转。因此，在每个时刻相对于面板只有一个可能观看的方向。但是，这个观看方向优选水平地旋转。在这种旋转期间使用快速显示面板再现不同图像，以便向用户的左眼和右眼或甚至向不同用户提供不同视图。可能视图的数量只受显示面板的频率限制。有利地，每个视图的像素分辨率与显示面板的像素分辨率相同，并且与受支持视图的数量无关。同时，可以提供任意数量的视图。有利地向不同观众，例如，观看电影的多个观看者提供不同视图。他们的每一个将享受与显示设备可能提供的分辨率和深度有关的充分质量(full quality)。在现有技术中已知的传统系统中，3D场景的立体再现只对屏幕或显示器前面的单个最佳地点是完美的。对于坐在不同地方的观看者，3D再现的质量随相对于上述最佳地点的距离增大而下降。3D场景可能变形或者视觉深度可能变浅。提出的解决方案克服了这种缺陷。另外，在同一个对象的不同视角(perspective)上有益地指定不同视图，类似于将全息视图指定给该对象。按照这个方面，向观看者提供具有全像素(full pixel)以及全深度分辨率(full depth resolution)的画面。按照本发明的另一个有利方面，该自动立体显示器进一步包含第二电子墨水平面，该第二电子墨水平面包含围绕倾斜轴可旋转一个倾角的多个电子墨水颗粒，其中该电 子墨水颗粒在第一方向是透光的并且在第二方向是不透光的，以及其中第二电子墨水平面的电子墨水颗粒具有与第一电子墨水平面的电子墨水颗粒的倾斜轴不同的倾斜轴。并且，优选地，除了第一方向之外，该电子墨水颗粒在与倾斜轴正交的所有方向都是不透光的。第一电子墨水平面允许在第一旋转平面中，例如，水平地提供不同视图。第二电子墨水平面允许在不同于第一平面的另一个平面中提供另外的视图。优选地，将第二平面垂直对齐。还支持对于例如由于例如不同观看位置引起用户倾斜头部(即，两眼之间的连线)的附加视图。有利地，同一个电子墨水平面内的电子墨水颗粒的倾斜轴彼此平行。一个电子墨水平面内的所有电子墨水颗粒的共同对齐相对于生产各种视差屏障是有利的。另一方面，尤其在视差屏障的外围区域中的各个电子墨水颗粒旋转的略微倾斜轴可以提供屏幕到用户脸部的改进聚焦。换句话说，用户的感觉是一个点(即，眼睛)而不是像具有在共同方向对齐的倾斜轴的电子墨水颗粒所提供的一条直线或狭缝(slit)。按照另一个有利实施例，将第一平面的电子墨水颗粒的倾斜轴垂直对齐，并且将第二电子墨水平面的电子墨水颗粒的倾斜轴水平对齐。在本发明的另一个有利方面中，该电子墨水颗粒是包含透光半球和在半球之间的不透光层的球体。按照本发明的另一个实施例，在与倾斜轴平行的方向拉长该电子墨水颗粒。优选地，该颗粒近似具有长椭球的形状，其中该长椭球的极轴大于它的赤道直径(equatorial diameter)。优选地电子墨水颗粒在相对侧上带有相反电荷，并且通过施加电场可旋转。但是，磁矩(magnetic moment)同样适用于引起颗粒相应地倾斜。在这种情况下，球状电子墨水颗粒具有优选的是与倾斜轴垂直的净磁矩(net magnetic moment)。这是通过携带磁性材料的半球实现的，其中有选择地将颗粒磁化。颗粒的倾斜在上述两种情况下通过施加电场和/或磁场引起。具有球状或椭球状的形状的电子墨水颗粒由于构成电子墨水单元的充液室(liquid-filled chamber)内的低摩擦损失而提供高开关频率。通过施加电场开关电子墨水颗粒为各个电子墨水单元的控制电路(control electronics)的设计提供了简单并且快速的解决方案。按照本发明的另一个有利实施例，该自动立体显示器包含用于跟踪用户的头部的位置和/或取向的头部跟踪器，其中该控制单元被进一步配置成针对用户头部的所确定位置调整电子墨水颗粒的倾角和显示面板的画面同步再现。优选地，该头部跟踪器还适合跟踪不止一个人的头部。头部跟踪器允许针对观众的头部的实际位置调整第一和第二立体图像的投影点。相应地，提供更好的观看体验。按照另一个有利实施例，第一和/或第二电子墨水平面包含第一和第二交错子层。按照一个方面，提供另外的子层，例如，第三或第四子层。子层的数量是降低显示器的亮度与避免残留图像之间的权衡。由于如下考虑，交错结构提高了投影的亮度。电子墨水单元的电极的构建空间是必不可少的。相应地，在单个电子墨水单元之间存在横向间隙。这些不可避免的间隔允许显示面板产生的光线的少部分通过这些相应间隙。这种散射光可能降低显示器的亮度和对比度。相应地，将交错层放置在第一子层的前面，并且通过第一子层中的间隙的光线被第二交错子层聚焦到观看点(viewing spots)上。结果,提高了屏幕的亮度和对比度，更加满足观看体验。在本发明的另一个方面中，提供了操作按照上述方面之一的自动立体显示器的方法。该方法包含以下步骤，使电子墨水颗粒倾斜共同倾角以及使电子墨水颗粒的倾斜与显 示面板的画面再现同步以便向用户提供立体视图。有利地，使电子墨水颗粒的倾斜与显示面板的画面再现同步的步骤进一步包含以第一倾角显示立体图像对的第一图像和以第二倾角显示立体图像对的第二图像。已经将针对按照本发明的自动立体显示器所提及的相同或相似优点应用于操作自动立体显示器的方法。
本发明的另外方面将从如下参考附图对本发明实施例的描述中得出，在附图中图I是按照本发明实施例的具有视差屏障的自动立体显示器的简化俯视图，其中插图示出了视差屏障的一个示例性电子墨水单元(e-ink cell)；图2示意性地例示了电子墨水单元内部的电子墨水颗粒的对齐；图3示出了电子墨水单元的第一实施例的简化视图；图4描绘电子墨水单元的第二实施例的简化视图；图5示出了电子墨水单元的第三实施例的简化视图；图6是按照本发明实施例的包含视差屏障和交错视差屏障的自动立体显示器的简化俯视图；以及图7是按照本发明另外实施例的交错电子墨水单元的简化俯视图。
具体实施例方式图I是自动立体显示器2的简化俯视图，该自动立体显示器2包含具有多个像素6的显示面板4、和包含带有多个电子墨水单元10的电子墨水平面8的视差屏障。每个电子墨水单元10的内部空间12充满使显示面板4生成(S卩，显示面板4的各个像素6生成)的光线选择性透过的电子墨水颗粒(e-ink particles)。电子墨水颗粒选择性透过是因为可以调整用箭头为显示面板4的四个像素6示例性例示的发射光的方向。如果显示面板4的光线被完全阻挡了，则电子墨水颗粒的倾角将是零。在90°的倾角上，光线在与显示面板4的发光表面垂直的方向透过。位于电子墨水单元10的内部空间12中的电子墨水颗粒的倾角通过将电场君施加于电子墨水颗粒使电子墨水颗粒像电子墨水单元10的内部空间12中的旋转箭头所指的那样围绕它们的转轴旋转(rotate)来调整。时间相关电场f(t；)由受适当控制单元(未示出)控制的适当前电极14和后电极16生成。由于要求电极14、16对于显示面板4的像素6生成的光线是透明的，所以选择像氧化铟锡(ITO)那样的适当透
明材料。在本示例中，由于电场妄(X)的矢量在纸面内，所以电子墨水颗粒的转轴与之垂直。图2示出了典型位于电子墨水单元1 0的内部空间12中的多个电子墨水颗粒18的简化详图。施加电场穿的方向用相应箭头示例性指示。电子墨水颗粒18由小球体或圆球组成，其中每个球体或圆球由两个透明半球20组成。两个半球20之间的边界面或中间层22优选是黑色、无反射平面。一个半球20具有“ + ”所指的正电荷，而另一个半球20
具有所指的负电荷。相应地，电子墨水颗粒18被施加电场对齐，并且存在通过相
应电场穿(!^可旋转和可调整的光透射的优选方向DT。在与光透射方向DT垂直的方向，即，
光阻挡方向DB，电子墨水颗粒18完全阻挡了光线。多个电子墨水颗粒18不仅阻挡了在DB方向的光线，而且阻挡了在与光透射的方向DT明显不同的方向的光线。相应地，通过视差屏障提供了方向选择光屏障，其中视差屏障透射的光束的角范围由视差屏障在光透射的方向的厚度和位于相应电子墨水单兀10的内部空间12中的电子墨水颗粒18的数量定义。形成电子墨水平面8的电子墨水单元10以小条纹(small strips)排列在显示面
板4的前面,并且优选的是通过生成电场君⑴的电动电压(electric moving voltage)来寻址(address)。施加的电场使电子墨水平面8的各个电子墨水单元10的电子墨水颗
粒8以同步方式旋转。因此，在每个时刻“t”，对于显示面板4只有一个视图。这个视图依照电子墨水颗粒18的旋转水平移动。随着自动立体显示器2通过显示面板4产生不同像素，即，不同画面，在电子墨水单元10中的电子墨水颗粒18旋转期间提供不同视图。显示面板4的优点是可以不损失显示分辨率地将任意数量的视图提供给相应数量的观众。优选的是，显示面板4对画面或图像的同步显示(与电子墨水单元10中的电子墨水颗粒18的旋转同步)可以通过应用确定观众头部的位置和/或倾角的头部跟踪系统来改善。因此，可以将电子墨水颗粒18的倾斜与显示面板4的画面再现之间的同步调整以将立体图像聚焦在用户眼睛上。图3到图5示出了按照本发明进一步实施例的电子墨水单元10的可替代设计的简化俯视图。按照图3，将前电极14和后电极16缩小成位于电子墨水单元10的相应角上的小条纹。这样，将较少的材料用于相应电极14、16，并且使它们的透明特性较不重要。按照图4，围绕电子墨水单元10的内室12放置前电极14、后电极16和两个侧电
极15，以便生成适当电场可以将导电平面放置在相邻电极之间，以避免向相邻电子墨
水单元中引入不希望的电场。按照在图5中示出的另一个实施例，将圆柱形状用于电子墨水单元10。这种特定形状的电子墨水电极，即，提供围绕内室12的前电极14、后电极16和侧电极15的圆柱段(cylinder segments)简化了电极在视差屏障内的安排。改善了电子墨水颗粒18的旋转。
图6是按照本发明另一个实施例的自动立体显示器2的进一步简化俯视图。显示器2包含具有多个像素6的显示面板4以及包含第一和第二子层24、26的视差屏障，第一和第二子层24，26相互交错相应电子墨水单元10的横向宽度的大小的一半。有利的是，显示面板4的各个像素6发出的光线(如三个箭头所指)透过第一子层24的电子墨水单元10以及透过第二子层26的电子墨水单元10。一些散射光可能在两个相邻电子墨水单元10之间或边界上的横向区域中通过第一子层24。如从在图3到5中示出的实施例的示例性电
子墨水单元10中清楚的那样，这个边界区包含生成电场的电极。相应地，在这个区域
中通过电子墨水平面的第一子层24的光线未被相应子层24的电子墨水颗粒阻挡。这些散射光可能降低了向相应观众呈现的立体画面、帧或电影的亮度和对比度，并且相应地导致不愉快的观看体验。通过将第二交错子层(即，第二子层26)放置在第一子层24的前面，通过第一子层24的电子墨水单元10之间的边界区域的光线被第二交错子层26的电子墨水单元10阻挡。
图7示出了包含第一和第二子层24、26的视差屏障的详图，其中以交错方式排列圆柱形电子墨水单元10。按照另一个实施例，将第一和第二电子墨水平面8放置在显示面板4的前面，其中第一电子墨水平面的电子墨水颗粒18的倾角优选垂直于在第二电子墨水平面的电子墨水颗粒18的倾斜轴。有利的是，第一电子墨水平面具有垂直的倾斜轴，并且允许光线水平分布，而第二电子墨水平面的倾斜轴被水平安排，并且由此提供透射角在垂直平面内的变化。通过使第一和第二电子墨水平面同步，可以提供水平平面内(即，为并排坐着的观看者)的多个不同视图，以及垂直平面内的多个不同视图，从而向例如由于放松躺着观看位置将他或她的头部倾斜的人提供立体视图。按照本发明的进一步有利实施例，一个电子墨水平面内的电子墨水颗粒的倾斜轴相互平行(除了技术上不希望有偏离之外)。换句话说，视差屏障的电子墨水颗粒18围绕相同的转轴旋转。这可以通过定义依次(in turn)引起电子墨水单元10内的电子墨水颗
粒18旋转的电场豆⑴的形状的前、后和侧电极14、16、15的任何安排来实现。但是，由于立
体图像投影的焦点是用户的眼睛，所以尤其在显示面板4的外围区域中的倾角可以稍微偏离屏幕的中心的倾角。可以优化用户的观看体验。尽管上面参考特定实施例已经描述了本发明，但本发明不局限于这个实施例，并且毫无疑问，本领域的技术人员将想出在要求保护的本发明范围之内的另外替代。
权利要求
1.一种自动立体显不器(2),包含 a)显示面板(4)； b)安排在该显示面板(4)的观看侧的视差屏障，其中该视差屏障包含具有多个电子墨水颗粒(18)的第一电子墨水平面(8)，该电子墨水颗粒(18)可围绕倾斜轴旋转一个倾角，以及其中该电子墨水颗粒(18)在第一方向是透光的并且在第二方向是不透光的；以及 c)控制单元，其被配置成使电子墨水颗粒(18)倾斜，以便将电子墨水颗粒(18)设置成共同倾角，并且使显示面板⑷的画面再现与电子墨水颗粒(18)的倾斜同步，以便向用户提供立体视图。
2.根据权利要求I所述的自动立体显示器(2)，进一步包含第二电子墨水平面，其包含可围绕倾斜轴旋转一个倾角的多个电子墨水颗粒(18)，其中该电子墨水颗粒(18)在第一方向是透光的并且在第二方向是不透光的，以及其中第二电子墨水平面的电子墨水颗粒(18)具有与第一电子墨水平面(8)的电子墨水颗粒(18)的倾斜轴不同的倾斜轴。
3.根据权利要求I或2所述的自动立体显示器(2)，其中同一个电子墨水平面(24，26)内的电子墨水颗粒(18)的倾斜轴彼此平行。
4.根据权利要求I到3之一所述的自动立体显示器(2)，其中将第一电子墨水平面(8)的电子墨水颗粒(18)的倾斜轴垂直对齐，而将第二电子墨水平面的电子墨水颗粒(18)的倾斜轴水平对齐。
5.根据权利要求I到4之一所述的自动立体显示器(2)，其中该电子墨水颗粒(18)是具有透光半球(20)和在半球(20)之间的不透光边界面(22)的球体。
6.根据权利要求I到5之一所述的自动立体显示器(2)，其中该电子墨水颗粒(18)在相对侧上带有相反电荷，并且通过施加电场可旋转。
7.根据权利要求I到6之一所述的自动立体显示器(2)，进一步包含用于跟踪用户的头部的位置和/或取向的头部跟踪器，其中该控制单元被进一步配置成针对用户头部的所确定位置调整该电子墨水颗粒(18)的倾角和显示面板(4)的画面同步再现。
8.根据权利要求I到7之一所述的自动立体显示器(2)，其中第一和/或第二电子墨水平面(8)包含第一和第二交错子层(24，26)。
9.一种操作按照前面权利要求之一所述的自动立体显示器(2)的方法，该方法包含如下步骤 a)使电子墨水颗粒(18)倾斜共同倾角；以及 b)使电子墨水颗粒(18)的倾斜与显示面板(4)的画面再现同步以便向用户提供立体视图。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使电子墨水颗粒(18)的倾斜与显示面板(4)的画面再现同步的步骤进一步包含 a)以第一倾角显示立体图像对的第一图像；以及 b)以第二倾角显示立体图像对的第二图像。
全文摘要
本文描述了一种自动立体显示器(2)，其包含显示面板(4)；安排在该显示面板(4)的观看侧的视差屏障，其中该视差屏障包含具有多个电子墨水颗粒(18)的第一电子墨水平面(8)，该电子墨水颗粒(18)围绕倾斜轴可旋转一个倾角，以及其中该电子墨水颗粒(18)在第一方向是透光的并且在第二方向是不透光的；以及控制单元，其被配置成使电子墨水颗粒(18)倾斜，以便将电子墨水颗粒(18)设置成共同倾角，并且使显示面板(4)的画面再现与电子墨水颗粒(18)的倾斜同步，以便向用户提供立体视图。
文档编号G09G3/20GK102654647SQ20121005111
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者M.温特 申请人:汤姆森特许公司