УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТОБРАЖЕНИЕМ
DISPLAY DEVICE AND A DISPLAY CONTROL METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к устройству отображения, которое способно обеспечивать конфиденциальный режим и общедоступный режим. Оно относится, в частности, но не исключительно к автостереоскопическому устройству отображения с панелью отображения, имеющей массив пикселей устройства отображения для формирования отображения и устройство формирования изображений для направления разных видов в разные пространственные положения.
Уровень техники
Первым примером устройства формирования изображений для применения в автостереоскопическом устройстве отображения этого типа отображения является барьер, например, с зазорами, которые имеют размеры и положения, соответствующие нижележащим пикселям устройства отображения. При двухвидовой конструкции наблюдатель способен воспринимать 3D изображение, если его/ее голова находится в фиксированном положении. Барьер расположен перед панелью отображения и спроектирован так, чтобы свет от нечетных и четных столбцов пикселей направлялся соответственно к левому и правому глазам наблюдателя.
Недостаток этого типа конструкции двухвидового устройства отображения заключается в том, что наблюдатель должен находится в фиксированном положении и может перемещаться только приблизительно на 3 см влево или вправо. В более предпочтительном варианте осуществления под каждым зазором имеется не два, а несколько столбцов пикселей. Благодаря этому допускается перемещение наблюдателя влево и вправо, и наблюдатель воспринимает стереоизображение своими глазами безостановочно.
Конструкция барьера проста в изготовлении, но не обеспечивает достаточную светоотдачу. Предпочтительной альтернативой, поэтому, является использование линзового устройства в качестве устройства формирования изображений. Массив вытянутых линз, идущих параллельно друг другу, перекрывает массив пикселей устройства отображения и функционирует в качестве средства формирования видов. Они известны как «лентикулярные линзы». Выводы пикселей устройства отображения проецируются через эти лентикулярные линзы, функция которых состоит в изменении направлений выводов.
Лентикулярные элементы предусмотрены в качестве слоя элементов, каждый из которых содержит вытянутый частично цилиндрический (например, полуцилиндрический) линзовый элемент. Лентикулярные элементы в целом продолжаются в направлении столбцов панели отображения, причем каждый лентикулярный элемент перекрывает соответствующую группу из двух или более смежных столбцов субпикселей устройства отображения.
Панель отображения, например, содержит двухмерную жидкокристаллическую панель отображения, имеющую массив рядов и столбцов пикселей устройства отображения (причем «пиксель», как правило, содержит набор «субпикселей», и «субпиксель» является наименьшим индивидуально адресуемым одноцветным элементом изображения). Субпиксели вместе функционируют в качестве средства формирования видов для формирования отображения.
В конструкции, в которой, например, каждая цилиндрическая линза связана с двумя столбцами субпикселей устройства отображения, субпиксели устройства отображения в каждом столбце обеспечивают вертикальное сечение соответствующего двухмерного субизображения. Лентикулярный слой направляет эти два сечения и соответствующие сечения из столбцов пикселей устройства отображения, связанных с другими цилиндрическими линзами, в левый и правый глаза пользователя, находящегося перед слоем, так что пользователь наблюдает единое стереоскопическое изображение. Слой лентикулярных элементов, таким образом, обеспечивает функцию направления светового выхода.
В других устройствах каждая цилиндрическая линза связана с группой из четырех или более смежных субпикселей устройства отображения в направлении ряда. Соответствующие столбцы субпикселей устройства отображения в каждой группе расположены подходящим образом, чтобы обеспечивать вертикальное сечение из соответствующего двухмерного субизображения. По мере перемещения головы пользователя слева направо воспринимается набор последовательных, разных, стереоскопических видов, создавая при этом, например, впечатление кругового осмотра.
Увеличение числа видов улучшает 3D впечатление, но снижает разрешение изображения, воспринимаемого наблюдателем, поскольку все виды отображаются в одно и то же время изначальным устройством отображения. Как правило, находится компромисс, согласно которому некоторое число видов (например, 9 или 15) отображается в так называемых конусах просмотра, и эти конусы просмотра повторяются на протяжении поля зрения. Итоговым результатом является отображение с большим углом просмотра, хотя наблюдатели не совсем свободны в выборе своих положений, из которых требуется смотреть на 3D монитор или телевизор: на границах между конусами просмотра 3D эффект исчезает, и появляются фантомные изображения. Этот широкий угол просмотра представляет собой проблему в ситуациях, в которых пользователь устройства отображения предпочел бы исключить подсматривание всех или конкретных частей отображаемого контента. Одним типичным примером является чтение почты и документов во время поездки на работу и обратно.
Было предложено снабжать устройство отображения режимами конфиденциального и общедоступного просмотра. Это было также предложено в отношении 3D автостереоскопических устройств отображения, например, в WO 2013/179190.
Этот документ раскрывает автостереоскопическое устройство отображения на основе линз, в котором устройство блокировки света предусмотрено между смежными местоположениями линз, причем устройство отображения может конфигурироваться в по меньшей мере два разных режима: конфиденциальный режим, при котором устройство блокировки света блокирует свет, который направляется между линзами; и общедоступный режим, при котором устройство блокировки света не блокирует свет, который направляется между линзами.
При переключаемом конфиденциальном режиме возможно включать и отключать повторение конусов. При повторении конусов устройство отображения функционирует в точности как нормальное автостереоскопическое устройство отображения на основе линз с широким углом просмотра, как и в случае с нормальным 3D лентикулярным устройством отображения. Без повторения конусов (вследствие функции блокировки между линзами) только первичный конус является видимым, а все другие конусы становятся черными. В конфиденциальном режиме выходная яркость в отношении требуемого конуса просмотра не снижается, и используется полное разрешение устройства отображения.
3D лентикулярное устройство отображения может быть также переключаемыми между 2D и 3D режимами, либо в силу того, что линза является электро-оптически переключаемой, либо в силу того, что линза является двулучепреломляющей, и поляризация панели отображения может регулироваться. Особенно когда модуляция света устройством блокировки света не основана на поляризации, эти две функции могут быть независимыми, и может быть четыре объединенных режима (2D конфиденциальный, 2D общедоступный, 3D конфиденциальный и 3D общедоступный).
Структуры для блокировки света тем не менее потенциально сложны в изготовлении, поскольку они являются вертикальными структурами.
US 2009/0067156 раскрывает систему отображения с переменным угловым диапазоном освещения. Ограниченный излучаемый пучок света от задней подсветки используется для ограниченного конфиденциального режима, а широкий излучаемый пучок света от задней подсветки используется для широкого общедоступного режима.
Следовательно, существует необходимость в устройстве блокировки света для реализации конфиденциального и общедоступного режимов, которое может быть изготовлено с низкими затратами и низкой сложностью.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению, предложены устройство отображения и способ, охарактеризованные в независимых пунктах формулы изобретения.
В одном аспекте изобретение обеспечивает устройство отображения, содержащее:
панель отображения; и
первый слой цветового фильтра, пространственно удаленный от панели отображения и выполненный с возможностью приема света от панели отображения, содержащий массив первых участков цветового фильтра для по меньшей мере трех цветов;
при этом панель отображения выполнена с возможностью конфигурирования в:
конфиденциальный режим для обеспечения только центральной зоны просмотра, при котором панель отображения формирует области вывода разного цвета светового выхода, причем области вывода выровнены с соответствующими первыми цветовыми участками первого слоя цветового фильтра; и
общедоступный режим для обеспечения центральной и боковых зон просмотра, при котором панель отображения формирует свет, содержащий все выводимые цвета в каждой из областей вывода.
Благодаря пространственному удалению слоя цветового фильтра от панели отображения цветовая фильтрация используется для управления диапазоном углов, в пределах которого выводится изображение. Если панель отображения предусматривает участок изображения одного цвета под слоем цветового фильтра, тогда свет этого цвета может выходить только в перпендикулярном направлении, поскольку другие участки цветового фильтра по бокам блокируют этот свет. Если панель отображения обеспечивает свет всех цветов, некоторая часть света может выходить через все участки цветового фильтра, обеспечивая широкий угол просмотра. Слой цветового фильтра, в сущности, отделен от панели отображения. Пространственный промежуток между ними и ширина участков цветового фильтра определяют степень, с которой ограничено угловое направление светового выхода.
Применение цветового фильтра для реализации функции конфиденциальности упрощает конструкцию и изготовление в силу того, что конструкция становится основанной на простой многослойной структуре.
Конфиденциальный режим представляет собой режим, при котором изображение является видимым только перед устройством отображения. Например, устройство отображения имеет зоны просмотра, расположенные в боковом направлении по всему полю зрения. Центральная зона просмотра направлена прямо, и с каждой стороны от нее имеются боковые зоны просмотра. За счет предотвращения моментального достижения светом боковых зон просмотра (посредством двойной фильтрации) обеспечивается только прямое отображение. Отображение с более широким углом создается за счет обеспечения возможности отображения в боковые зоны просмотра (поскольку обеспечиваются все выводимые цвета).
Каждый участок слоя цветового фильтра, например, предназначен для пропускания конкретного цвета. Например, красный участок цветового фильтра позволяет пропускать красный цвет.
Упомянутые по меньшей мере три цвета, например, содержат красный, зеленый и синий.
Цветовые участки слоя цветового фильтра могут представлять собой полосы. Полосы в вертикальном направлении (или на самом деле слегка смещенные от вертикального направления) обеспечивают управление степенью, с которой изображения являются видимыми сбоку, что представляет наибольший интерес для конфиденциальных отображений.
В первом наборе примеров панель отображения может быть настроена под конфиденциальный режим для обеспечения областей вывода разного цвета светового выхода в виде полос разного цвета в одно и то же время и под общедоступный режим для обеспечения вывода белого цвета.
Эта версия обеспечивает вывода устройства отображения либо в виде набора полос одновременно (например, красное, зеленое и синее изображения полос), либо еще в виде вывода белого цвета. Когда обеспечивается вывод белого цвета, слой цветового фильтра функционирует в виде фильтра панели отображения и задает разные цветные субпиксели. Когда обеспечивается вывод цветных полос, имеются две функции цветовой фильтрации. Это позволяет блокировать направленный вбок свет, при этом разрешен только световой выход, при котором выводимый цвет от панели отображения совпадает с участком цветового фильтра в слое цветового фильтра.
Для этой версии панель отображения может быть светоизлучающей панелью отображения, или она может быть задней подсветкой и массивом светомодулирующих субпикселей. Задняя подсветка может затем быть способной формировать многоцветный вывод в разных местоположениях в одно и то же время.
Когда задняя подсветка и массив управляемых светомодулирующих субпикселей объединены, они позволяют управлять выводимыми цветами из разных областей панели отображения.
Во втором наборе примеров задняя подсветка выполнена с возможностью управления для обеспечения разных цветных выводов последовательно, при этом в конфиденциальном режиме массив субпикселей выполнен с возможностью обеспечивать полосы выводимых субпикселей синхронно с последовательностью задней подсветки, причем другие субпиксели устанавливаются в состояние без вывода, тем самым последовательно обеспечивая области вывода разного цвета светового выхода.
Эта версия обеспечивает последовательную во времени работу. Для каждого цвета задней подсветки используется только побнабор субпикселей, а другие субпиксели переключены в режим черного цвета. Это означает, что вывод полос панелью отображения обеспечивается последовательно в разных цветах. Этот подход не требует разделенной задней подсветки, и весь вывод задней подсветки всегда одного и того же цвета.
Панель отображения может иметь ограниченный в угловом направлении световой выход (например, ограничивая диапазон углов излучения для вывода задней подсветки), так что свет от областей вывода света панели отображения не достигает следующих смещенных вбок соответствующих цветовых участков из массива цветового фильтра. Цветовая фильтрация используется для моментальной блокировки света, идущего в стороны от перпендикулярного направления (которое является направлением, в котором выровнены цветовые фильтры), и конструкция задней подсветки используется для предотвращения достижения светом дополнительных смещенных вбок углов просмотра.
Вместо этого (или вдобавок к этому) устройство отображения может содержать второй слой цветового фильтра между панелью отображения и массивом линз. Это вновь может использоваться для блокировки света при бóльших боковых углах просмотра. Например, второй слой цветового фильтра может содержать слой цветового вычитательного фильтра, расположенный таким образом, что световой выход из областей вывода света панели отображения фильтруется до достижения им следующих смещенных вбок соответствующих цветовых участков слоя цветового фильтра.
Второй слой цветового фильтра предпочтительно смещен от первого слоя цветового фильтра на половину шага участков слоя цветового фильтра.
Устройство может содержать массив линз, пространственно удаленный от панели отображения, причем каждая линза из массива линз имеет один участок слоя цветового фильтра.
Массив линз может использоваться для реализации автостереоскопического устройства отображения на основе линз. При переключаемом конфиденциальном режиме может включаться и выключаться повторение конусов. При повторении конусов устройство отображения функционирует в точности как нормальное автостереоскопическое устройство отображения на основе линз. Без повторения конусов (вследствие функции блокировки цветового фильтра) угол просмотра ограничен одним конусом. Угол раскрытия одного конуса просмотра зависит от конструкции линзы, основанной на отношении между шагом линзы и толщиной слоя.
Примеры в соответствии с другим аспектом изобретения обеспечивают способ управления устройством отображения для обеспечения конфиденциального режима и общедоступного режима, причем устройство отображения содержит панель отображения и первый слой цветового фильтра, пространственно удаленный от панели отображения и выполненный с возможностью приема света от панели отображения, содержащий массив первых участков цветового фильтра для по меньшей мере трех цветов;
при этом способ содержит этапы, на которых:
в конфиденциальном режиме для обеспечения только центральной зоны просмотра, управляют панелью отображения для формирования областей вывода разного цвета светового выхода, причем области вывода выровнены с соответствующими первыми цветовыми участками первого слоя цветового фильтра; и
в общедоступном режиме для обеспечения центральной и боковых зон просмотра, управляют панелью отображения для формирования света, содержащего все выводимые цвета во всех областях вывода.
Это способ использует цветовую фильтрацию для обеспечения ослабления боковых видов при конфиденциальном режиме. Способ может содержать управление задней подсветкой в конфиденциальном режиме для обеспечения областей вывода разного цвета светового выхода в виде полос разного цвета одновременно и управление задней подсветкой в общедоступном режиме для обеспечения вывода белого цвета.
В качестве альтернативы способ может содержать управление задней подсветкой для обеспечения выводов разного цвета последовательно и управление в конфиденциальном режиме массивом субпикселей для обеспечения полос выводимых субпикселей синхронно с последовательностью задней подсветки, причем другие субпиксели установлены в состояние без вывода, тем самым последовательно обеспечивая области вывода разного цвета светового выхода.
Краткое описание чертежей
Вариант осуществления изобретения будет далее описан исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид в перспективе известного автостереоскопического устройства отображения;
Фиг. 2 показывает, как лентикулярный массив обеспечивает разные виды в разных пространственных местоположениях;
Фиг. 3 показывает поперечное сечение схемы многовидового автостереоскопического устройства отображения;
Фиг. 4 представляет собой крупный план Фиг. 3;
Фиг. 5 показывает 9-видовую систему, в которой виды, формируемые в каждом из набора конусов, являются одинаковыми;
Фиг. 6 показывает пример устройства отображения, раскрытого в WO2013/179190;
Фиг. 7 показывает первый пример устройства отображения согласно изобретению;
Фиг. 8 показывает первый пример панели отображения;
Фиг. 9 показывает второй пример панели отображения;
Фиг. 10 показывает второй пример устройства отображения согласно изобретению в первом режиме; и
Фиг. 11 показывает пример устройства отображения согласно изобретению во втором режиме.
Осуществление изобретения
Изобретение обеспечивает устройство отображения, имеющее панель отображения и слой цветового фильтра, пространственно удаленный от панели отображения, содержащий массив участков цветового фильтра. В конфиденциальном режиме панель отображения формирует области вывода разного цвета светового выхода, прием области выровнены с соответствующими цветовыми участками слоя цветового фильтра. В общедоступном режиме панель отображения формирует свет, содержащий все выводимые цвета во всех областях вывода.
Благодаря пространственному удалению слоя цветового фильтра от панели отображения цветовая фильтрация используется для управления диапазоном углов, в пределах которого выводится изображение. Слой цветового фильтра, в сущности, отделен от панели отображения. Пространственный промежуток между ними и ширина участков цветового фильтра определяют степень, с которой ограничено угловое направление светового выхода. Применение цветового фильтра для реализации функции конфиденциальности упрощает конструкцию и изготовление в силу того, что конструкция становится основанной на простой многослойной структуре.
Изобретение будет описано применительно к автостереоскопическому устройству отображения, однако оно может быть использовано для обеспечения, в общем, режимов конфиденциального и общедоступного просмотра.
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид в перспективе известного автостереоскопического устройства 1 отображения с прямым наблюдением. Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую панель 3 отображения активного матричного типа, которая функционирует в качестве пространственного модулятора света для формирования отображения.
Панель 3 отображения имеет ортогональный массив субпикселей 5 устройства отображения, расположенных по рядам и столбцам. С целью ясности, только небольшое количество субпикселей 5 устройства отображения показано на фигуре. На практике панель 3 отображения может содержать около одной тысячи рядов и несколько тысяч столбцов субпикселей 5 устройства отображения. В черно-белой панели отображения субпиксель фактически составляет полный пиксель. При цветном отображении субпиксель представляет собой один цветовой компонент полного цветного пикселя. Полный цветной пиксель, согласно общепринятой терминологии, содержит все субпиксели, необходимые для создания всех цветов наименьшей отображаемой части изображения.
Полный цветной пиксель может иметь красный (R), зеленый (G) и синий (B) субпиксели, по возможности, дополненные белым субпикселем или одни или более другими субпикселями основных цветов. Например, хорошо известен массив RGB (красный, зеленый, синий) субпикселей, хотя также известны и другие конфигурации субпикселей, такие как RGBW (красный, зеленый, синий, белый) или RGBY (красный, зеленый, синий, желтый).
Структура жидкокристаллической панели 3 отображения является полностью общепринятой. В частности, панель 3 содержит пару пространственно разнесенных прозрачных стеклянных подложек, между которыми предусмотрен ориентированный скрученный нематический или другой жидкокристаллический материал. На обращенных друг к другу поверхностях подложек содержатся структуры прозрачных электродов на основе оксида индия и олова (ITO). Поляризующие слои также предусмотрены на внешних поверхностях подложек.
Каждый субпиксель 5 отображения содержит противоположные электроды на подложках, причем между ними расположен промежуточный жидкокристаллический материал. Форма и схема субпикселей 5 отображения определяются формой и схемой электродов. Субпиксели 5 устройства отображения равномерно пространственно разнесены друг от друга зазорами.
Каждый субпиксель 5 устройства отображения связан с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Субпиксели устройства отображения выполнены с возможностью формирования отображения посредством предоставления сигналов адресации переключающим элементам, причем подходящие схемы адресации должны быть хорошо известны специалистам в данной области техники.
Панель 3 отображения освещается источником 7 света, содержащим, в этом случае, планарную заднюю подсветку, проходящую по площади массива субпикселей устройства отображения. Свет от источника 7 света направляется через панель 3 отображения, причем отдельные субпиксели 5 устройства отображения возбуждаются для модулирования света и формирования отображения.
Устройство 1 отображения также содержит лентикулярный слой 9, расположенный над стороной отображения панели 3 отображения, который выполняет функцию формирования видов. Лентикулярный слой 9 содержит ряд лентикулярных элементов 11, проходящих параллельно друг другу, из которых только один показан с увеличенными размерами с целью ясности.
Лентикулярные элементы 11 выполнены в форме выпуклых цилиндрических линз, и они функционируют в качестве средства направления светового выхода для обеспечения разных изображений или видов из панели 3 отображения к глазам пользователя, находящегося перед устройством 1 отображения.
Устройство имеет контроллер 13, который управляет задней подсветкой и панелью отображения.
Автостереоскопическое устройство 1 отображения, показанное на Фиг. 1, способно обеспечивать несколько разных видов в перспективе в разных направлениях. В частности, каждый лентикулярный элемент 11 перекрывает небольшую группу субпикселей 5 устройства отображения в каждом ряду. Лентикулярный элемент 11 проецирует каждый субпиксель 5 устройства отображения из группы в разном направлении, чтобы формировать несколько разных видов. По мере перемещения головы пользователя слева направо его/ее глаза будут принимать разные виды из упомянутых нескольких видов поочередно.
Специалист должен понимать, что средство поляризации света должно быть использовано в сочетании с вышеописанным массивом, поскольку жидкокристаллический материал является двулучепреломлящим, причем переключение показателя преломления применяется только к свету определенной поляризации. Средство поляризации света может быть выполнено в виде части панели отображения или устройства формирования изображений показанного устройства.
Фиг. 2 показывает принцип функционирования устройства формирования изображений лентикулярного типа, описанного выше, и показывает заднюю подсветку 20, устройство 24 отображения, такое как LCD, и лентикулярный массив 28 линз 27. Фиг. 2 показывает, как лентикулярное устройство 28 направляет разные выводы пикселей в три разные пространственные местоположения.
При применении к автостереоскопическому устройству отображения изобретение относится к повторению видов в таких устройствах отображения, которое поясняется ниже.
I
VII
I
VII
L
Фиг. 3 показывает поперечное сечение схемы многовидового автостереоскопического устройства отображения. Каждый субпиксель 31- 31 под конкретной лентикулярной линзой 27 будет вносить вклад в конкретный вид 32 - 32. Все субпиксели под этой линзой будут вместе вносить вклад в конус видов. Ширина этого конуса (между линзами 37' и 37") определяется комбинацией нескольких параметров: она зависит от расстояния 34 (D) от плоскости пикселей до плоскости лентикулярных линз. Она также зависит от шага 35 (Ρ) линзы.
IV
Фиг. 4 представляет собой крупный план Фиг. 3 и показывает, что свет, излучаемый (или модулируемый) пикселем устройства 24 отображения, собирается лентикулярной линзой 27, ближайшей к пикселю, но и также соседними линзами 27' и 27" лентикулярного устройства 28. Это первопричина возникновения повторяемых конусов видов. Пиксель 31, например, вносит вклад в показанные конусы 29', 29" и 29'" просмотра.
Соответствующие виды, формируемые в каждом из конусов, являются одинаковыми. Этот эффект схематически показан на Фиг. 5 для 9-видовой системы (т.е. 9 видов в каждом конусе).
Для приемлемого компромисса между 3D эффектом и ухудшением разрешения полное число видов ограничено, как правило, 9 или 15. Эти виды имеют угловую ширину, как правило, от 1 до 2 градусов. Виды и конусы обладают тем свойством, что они являются периодичными.
Фиг. 6 показывает одно примерное устройство из WO 2013/179190, в котором элементы 62 блокировки света предусмотрены между линзами. Устройство как единое целое (необязательно части между линзами) может переключаться в режим пропускания или блокировки света. Благодаря этому свет от пикселя, который бы покидал устройство отображения из соседней линзы, может блокироваться, в то время как первичный конус просмотра является неизменным. Система может быть реализована в виде оптических элементов между цилиндрическими линзами и дополнительными слоями, которые обеспечивают управление светом, входящим/выходящим из лентикулярных линз, так что включается или отключается функция блокировки света.
Примеры возможного устройства блокировки света, раскрытые в WO2013/179191, представляют собой следующее:
(i) Структура блокировки света является поляризатором, и оптический путь включает в себя по меньшей мере одну фазовую пластинку.
(ii) Структура блокировки света является фазовой пластинкой, и оптический путь включает в себя поляризатор.
(iii) Структура блокировки света является электрофорезной ячейкой.
Фиг. 6 основана на применении поляризатора в качестве элемента блокировки света. Первый поляризатор 60 предусмотрен между панелью 24 отображения и лентикулярным массивом 28. Расположение вторых поляризаторов 62 предусмотрено между линзовыми элементами. Оптическая фазовая пластинка 64 предусмотрена между поляризаторами 60, 62.
Лентикулярный слой может быть изготовлен посредством тиснения лентикулярного слоя и наполнения его материалом, который после сушки обладает функцией поляризации. Альтернатива состоит в формировании лентикулярных и поляризующих полос по отдельности, а затем в склеивании их вместе для формирования лентикулярного слоя. Этот слой может быть далее размещен сверху других слоев устройства отображения.
Фазовая пластинка 64 может, например, быть одной жидкокристаллической ячейкой, покрытой с обеих сторон одним прозрачным (например, ITO) электродом, так что фазовая пластинка как единое целое может переключаться между состояниями полярности. В качестве альтернативы фазовая пластинка 64 может быть сформирована таким образом, чтобы LC ячейка покрывала один субпиксель, пиксель или набор пикселей. В этом случае ячейки могут переключаться независимо. Это обеспечивает конфиденциальные режимы для контента, задач или приложений, такие, что секретная информация на устройстве отображения (например, электронная почта) является видимой только в малом конусе просмотра, в то время как несекретная информация не является таковой.
Раскрытые структуры требуют электрически управляемые слои или полосы с их соответствующими компоновками электродов, и это увеличивает сложность конструкции лентикулярной структуры.
Данное изобретение использует устройство цветового фильтра для обеспечения конфиденциального режима и общедоступного режима.
Фиг. 7 показывает один пример.
Устройство отображения содержит панель отображения, которая в целом обозначена как 70. Панель отображения также способна формировать участки изображения разного цвета. Фиг. 7 показывает участки поверхности панели отображения с разными цветами, такими как красный 70R, зеленый 70G и синий 70В. Разные способы формирования участков изображения разного цвета будут обсуждаться ниже.
Слой 72 цветового фильтра пространственно отделен от панели отображения и содержит массив участков 72R, 72G и 72В цветового фильтра. Цветовой фильтр 72 имеет участки одного и того же набора цветов, что и панель 70 отображения. Как показано, красный участок 72R цветового фильтра выровнен с красным участком вывода панели отображения, и другие цвета также выровнены. Под выравниванием понимается то, что цвета выровнены в перпендикулярном направлении к панели отображения.
Панель 70 отображения может функционировать в конфиденциальном режиме. Например, синий участок 70В вывода панели отображения формирует синий свет, который может проходить через синий участок 72В фильтра в перпендикулярном направлении. Это обеспечивает центральную зону просмотра. Таким образом, панель отображения формирует области вывода разного цвета светового выхода, причем области выровнены с соответствующими цветовыми участками слоя 72 цветового фильтра.
Свет, идущий в сторону от зоны просмотра, блокируется. Например, синий свет, идущий вправо или влево под углом всего лишь к одному участку цветового фильтра, блокируется красным и зеленым участками 72R, 72G фильтра. Благодаря этому происходит двойная фильтрация.
Фильтры позволяют пройти только выбранному цвету, так что двойная фильтрация с разными цветовыми фильтрами действует как функция блокировки света.
В общедоступном режиме панель отображения формирует свет, содержащий все выводимые цвета во всех областях вывода. В этом случае имеется только один слой цветового фильтра. Устройство отображения затем функционирует как обычное устройство отображения несмотря на то, что цветовые фильтры для субпикселей смещены от панели отображения в положение, пространственно удаленное от панели отображения.
Благодаря пространственному удалению слоя цветового фильтра от панели отображения цветовая фильтрация используется для управления диапазоном углов, в пределах которого выводится изображение.
Слой 72 цветового фильтра блокирует свет только тогда, когда цвета фильтра являются разными. Для света 74, который проходит через следующий расположенный сбоку синий фильтр 72В, свет может выйти.
Свет должен быть блокирован для обеспечения одной зоны конфиденциального просмотра. Это может быть достигнуто посредством ограничения углового выхода из панели 70 отображения, например, за счет управления угловой шириной выводимого света из задней подсветки.
Пространственный промежуток между слоем 72 цветового фильтра и панелью отображения, а также ширина участков цветового фильтра определяют степень, с которой ограничивается угловое направление светового выхода. Например, пространственный промежуток между слоем 72 цветового фильтра и верхней поверхностью панели отображения может быть равен, по меньшей мере, ширине w участков цветового фильтра.
Предпочтительно, если пространственный промежуток, по меньшей мере, в 1,5 раза больше ширины, и более предпочтительно, если, по меньшей мере, в 2 раза больше ширины. Чем больше пространственный промежуток, тем меньше ширина конуса центрального вида (так что вывод является более конфиденциальным), но больше необходимость в блокировке боковых видов, таких как 74, поскольку они будут присутствовать при менее острых углах.
Как упомянуто выше, изобретение может быть применено к автостереоскопическим устройствам отображения. Фиг. 7 показывает массив 76 линз для этой цели. Как показано, каждый участок цветового фильтра связан с одной линзой. Линзы являются лентикулярными полосами, и цветовые участки слоя цветового фильтра также являются полосами. Полосы в вертикальном направлении (или на самом деле слегка смещенные от вертикального направления) обеспечивают управление степенью, с которой изображения являются видимыми сбоку, что представляет наибольший интерес для конфиденциальных отображений.
Существуют разные способы реализации панели отображения.
В первом наборе примеров панель отображения может быть настроена под конфиденциальный режим для обеспечения областей вывода разного цвета светового выхода в виде полос разного цвета в одно и то же время и под общедоступный режим для обеспечения вывода белого цвета.
Фиг. 8 показывает одну реализацию. Панель 70 отображения содержит пиксельную излучающую панель отображения. Она имеет массив субпикселей 80, который может управляться для изменения выводимого цвета каждого пикселя, причем пиксель имеет размер одной области вывода, такой как 70R.
В этой конструкции разрешение панели отображения больше, чем разрешение цветового фильтра 72. Устройство отображения может приводиться в действие для вывода полос некоторого цвета с разной интенсивностью в разных местоположениях вдоль полосы для обеспечения строки пикселей одного цвета. Когда вывод цветных полос обеспечен, выполняются, по существу, две операции цветовой фильтрации; одна реализована процессом формирования цвета панели отображения, а другая в слое 72 фильтра. Это позволяет блокировать направленный вбок свет, при этом световой выход разрешен только там, где выводимый цвет из панели отображения совпадает с участком цветового фильтра в слое 72 цветового фильтра.
В общедоступном режиме устройство отображения может излучать белый свет вновь с интенсивностью, изменяемой на пиксельном уровне. В этом режиме панель отображения обеспечивает управление интенсивностью на пиксельном уровне, и она объединяется со слоем 72 цветового фильтра для формирования всего цветного отображения.
Во втором наборе примеров панель отображения содержит заднюю подсветку и массив субпикселей. Задняя подсветка является управляемой для обеспечения выводов разного цвета последовательно.
В конфиденциальном режиме массив субпикселей обеспечивает полосы выводимых субпикселей синхронно с последовательностью задней подсветки, причем другие субпиксели устанавливаются в состояние без вывода, тем самым последовательно обеспечивая области вывода разного цвета светового выхода.
Фиг. 9 показывает пример панели 70 отображения. Она имеет заднюю подсветку 90 и массив 24 пикселей. Задняя подсветка может формировать разные цвета. Она может, например, содержать волновод задней подсветки, причем свет разного цвета может поступать в волновод (например, от LED) для формирования требуемого выводимого цвета или белого цвета.
Эта версия обеспечивает последовательное во времени функционирование. Для каждого цвета задней подсветки используется только поднабор из субпикселей, при этом другие субпиксели переключаются в режим черного цвета. Таким образом, в конфиденциальном режиме каждый субпиксель настроен на черный цвет в двух из трех подкадрах.
Это означает, что вывод полос панелью отображения обеспечивается в виде последовательности разных цветов, причем полосы разного цвета находятся в разных физических положениях. Этот подход не требует разделенной задней подсветки, при этом полный выход задней подсветки всегда одного и того же цвета. Общедоступный режим имеет эффективный конус просмотра, который в три раза шире в сравнении с первичным конусом. Наличие такого большого конуса просмотра дает большое преимущество, поскольку он дает наблюдателю больше свободы в перемещении перед устройством отображения. Кроме того, он обладает эффектом обеспечения доступа к зоне просмотра с бóльших расстояний наблюдения.
Следует отметить, что в этих конструкциях, благодаря перемещению цветовых фильтров от субпикселей, например, к массиву лентикулярных линз в случае его использования, поглощение свет смещается, но не увеличивается, так что светоотдача остается такой же.
Задняя подсветка может обладать ограниченным в угловом направлении световым выходом, так чтобы свет из областей вывода света панели отображения не достигал следующих смещенных вбок соответствующих цветовых участков из массива цветового фильтра. Благодаря этому предотвращается распространение лучей 74, показанных на Фиг. 7. Цветовая фильтрация используется для блокировки света моментально по бокам от перпендикулярного направления (которое представляет собой направление, в котором выровнены цветовые фильтры), и конструкция задней подсветки используется для предотвращения достижения светом дополнительных смещенных вбок углов просмотра.
Когда используется цветовой фильтр с тремя цветами, только вторичные и третичные конусы блокируются цветовыми фильтрами. Бóльшие углы легче блокировать подходящей конструкцией задней подсветки, например, вводя в заднюю подсветку микроструктуры, такие как решетчатые или пористые структуры.
В примере, использующем три цвета фильтра, результатом является конфиденциальный режим с углом просмотра 1 конус и общедоступный режим с углом просмотра 5 конусов. Изобретение, в особенности, подходит для обычного близкого расстояния просмотра, при котором угол конуса больше, например, 20°, так что общедоступный режим охватывает широкий угол просмотра, например, 100°.
Когда линзы используются для создания автостереоскопического устройства отображения, ширина 3D пикселя на выводимом изображении составляет три линзы, без необходимости наличия множества пикселей под каждой линзой. Если есть намерение иметь квадратные пиксели и устройство отображения для формирования N видов, тогда субпиксели устройства отображения должны иметь коэффициент отношения 1:3N.
По этой причине, изобретение представляет основной интерес для автостереоскопических устройств отображения с небольшим числом видов, например, 2, 3 или 4 или дробным числом в том же диапазоне от 2 до 4.
Вместо (или вдобавок к) блокировки (блокировке) больших углов светового выхода устройство отображения может содержать второй слой цветового фильтра между панелью отображения и массивом линз.
Фиг. 10 показывает пример, в котором второй цветовой фильтр имеет элементы 10C (голубой), 100М (пурпурный) и 100Y (желтый) цветного вычитательного фильтра. Область 70В вывода синего цвета отправляет свет через пурпурный и голубой вычитательные фильтры, что позволяет синему цвету проходить к синему участку 72В фильтра основного слоя 72 фильтра.
Боковой свет 74, который был направлен к первому смещенному вбок синему участку фильтра, блокируется желтым вычитательным фильтром. Желтый фильтр блокирует третий конус слева и справа. Это исключает необходимость в блокировке больших углов в задней подсветке. Аналогичным образом голубой фильтр блокирует красный свет, а пурпурный фильтр блокирует зеленый свет.
Шестой конус слева и справа будет в принципе передаваться (как указано областью 102), но он может быть заблокирован вследствие полного внутреннего отражения на границе с воздухом. Таким образом, только первичный конус излучается устройством отображения.
Фиг. 10 показывает конфиденциальный режим. Фиг. 11 показывает общедоступный режим, когда нет выключенных субпикселей. Она показывает направление вывода синего цвета из устройства отображения для пикселя не под синим участком фильтра. Как показано, одна площадь 70х пикселя вносит вклад в два направления светового выхода (один конус слева и два конуса справа). В примере с синим цветом световой выход создается во всех случаях, когда есть путь через синий участок фильтра в слое 72 фильтра, который также не проходит через желтый участок фильтра второго слоя 100 фильтра. Свет под острым углом вновь блокируется за счет полного внутреннего отражения.
Как показано, второй слой 100 цветового фильтра предпочтительно смещен от первого слоя 72 цветового фильтра на половину шага w участков слоя цветового фильтра. Участки фильтров двух слоев имеют один и тот же шаг, как и с друг другом.
Как пояснено выше, в одном примере задней подсветки используются LED. Это дает хороший энергетический выход, и они могут включаться и выключаться быстро и, тем самым, обеспечивать покадровое локальное ослабление яркости для улучшения уровня черного и коэффициента полезного действия. Другой этап состоит в использовании LED на основе RGB вместо белых LED с тем преимуществом, что может быть увеличена цветовая гамма. LED могут быть размещены перед панелью отображения или по бокам сформированного волновода для формирования устройства отображения с боковой подсветкой.
Однако вместо этого может использоваться задняя подсветка на основе флуоресцентных ламп с холодным катодом («CCFL»), которая, как правило, содержит ряд CCFL ламп, размещенных в полости с диффузным (Ламбертиановым) тыльным отражателем белого цвета. Свет из CCFL ламп либо напрямую, либо через тыльное покрытие проходит через диффузор, чтобы заслонить лампы и обеспечить достаточно однородную интенсивность экрана.
Органические светоизлучающие диоды (OLED), органические светоизлучающие транзисторы (OLET) и LED на основе квантовых точек (QLED) могут также использоваться для создания задних подсветок в качестве средств, позволяющих создавать равномерно излучающую поверхность. Это устраняет необходимость в диффузорах и волноводах и, таким образом, может снизить число компонентов и сделать устройство отображения даже тоньше. Однако, чтобы использовать весь потенциал этих средств, сами пиксели могут быть излучателями для улучшения эффективности, как пояснено выше со ссылкой на Фиг. 8.
Можно тогда обойтись и без задней подсветки при формировании изображения, подлежащего отображению, если используется технология устройства отображения с прямым излучением.
Изобретение может применяться ко всем этим типам устройства отображения.
Примеры, описанные выше, показывают непереключаемые автостереоскопические устройства отображения.
За счет выполнения линзы многовидового устройства отображения переключаемой становится возможным иметь 2D режим с высоким разрешением в сочетании с 3D режимом. Другие применения переключаемых линз заключаются в увеличении числа видов последовательно во времени (WO 2007/072330) и обеспечении множества 3D режимов (WO 2007/072289). Известные способы формирования 2D/3D переключаемого отображения заменяют лентикулярную линзу с помощью:
(i) Полости в форме линзы, заполненной жидкокристаллическим материалом, причем функция линзы включается/выключается посредством электродов, которые управляют ориентацией LC молекул, или включается/выключается посредством изменения поляризации света (через переключаемую фазовую пластинку).
(ii) Полости в форме коробки, заполненной жидкокристаллическим кристаллом, при этом электроды управляют ориентацией LC молекул для создания линзы с градиентным показателем преломления (см., например, WO 2007/072330).
(iii) Полученной электросмачиванием линзы из капель, форма которой регулируется электрическим полем.
(iv) Полости в форме линзы, заполненной прозрачными электрофоретическими частицами в текучей среде с разным показателем преломления (WO 2008/032248).
Данное изобретение может применяться к переключаемым автостереоскопическим устройствам отображения, например, вышеописанных типов.
Приведенные выше примеры показывают использование изобретения в автостереоскопическом устройстве отображения. Изобретение тем не менее может быть использовано для 2D устройств отображения, чтобы обеспечивать режимы конфиденциального и общедоступного просмотра.
Все показанные конструкции линз в вышеприведенных примерах обращены в сторону от панели отображения (т.е. они являются выпуклыми, если смотреть со стороны панели отображения, и вогнутыми, если смотреть с выходной стороны устройства отображения). Линзы могут быть искривлены в противоположном направлении с созданием коэффициента преломления на границе раздела «твердое тело - твердое тело» вместо границы раздела «твердое тело - воздух», показанной выше.
Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть додуманы и осуществлены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и употребление элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. Тот факт, что конкретные действия упомянуты во взаимно разных зависимых пунктах, не означает, что комбинация этих действий не может быть использована с преимуществом. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем правовой охраны изобретения.