專利名稱：在交通工具內(nèi)顯示圖像的顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在交通工具內(nèi)顯示圖像的顯示系統(tǒng)，特別是涉及被設(shè)置用來同時對多個觀看者顯示不同圖像的一種顯示系統(tǒng)。例如在汽車環(huán)境中，司機和乘客可能想要在兩者之間使用一個位于儀表板上的顯示器。然而，通常他們想要看到的信息內(nèi)容的性質(zhì)不同。司機想要基于知識方面的信息，例如駕駛或?qū)Ш叫畔ⅰ３丝涂赡芨胍趭蕵奉惖男畔?，例如電影或英特網(wǎng)。
本發(fā)明進一步涉及包含這個顯示系統(tǒng)用來顯示圖像的一種交通工具。
背景技術(shù)：
已知WO 98/09842的公開文本中描述了本文開篇段落中所述的顯示系統(tǒng)的一個實施例。該系統(tǒng)包括兩個顯示屏。一個顯示屏專用于顯示交通工具的司機用的圖像，而第二個顯示屏專用于顯示乘客用的圖像。兩個顯示屏上的圖像相互獨立地產(chǎn)生。顯示屏優(yōu)選安裝在相互間可移動的框架上和交通工具的內(nèi)部，這樣一個顯示屏司機可以看到，而另一個面對乘客。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的該系統(tǒng)的缺點是它相對較大，即深度相對較深。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種如開篇段落中描述的一類顯示系統(tǒng)，它相對較薄。
可以通過在交通工具內(nèi)用于顯示圖像的顯示系統(tǒng)實現(xiàn)本發(fā)明的這個目的，其包括-用于產(chǎn)生第一圖像和第二圖像的顯示屏；和-光學選擇屏，用于選擇性地將第一圖像以第一方向通向第一觀察者，并且將第二圖像以第二方向通向第二觀察者，第一和第二觀察者位于交通工具內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)中，設(shè)置有一個顯示屏以同時產(chǎn)生給第一觀察者如司機的圖像和第二觀察者如乘客的圖像，其中乘客坐在司機的附近。優(yōu)選這個顯示系統(tǒng)放置的位置相對靠近光學選擇屏，從而形成一個相對較薄的顯示系統(tǒng)。有限的深度的一個優(yōu)勢在于便于將顯示系統(tǒng)安裝在交通工具內(nèi)，即它為設(shè)計者提供了很大的自由。有限的深度還使顯示系統(tǒng)顯得精致，從而產(chǎn)生高科技的感覺。這是感覺質(zhì)量的一個主要方面。
采用立體顯示系統(tǒng)為觀察者產(chǎn)生3D效果是已知的。這些系統(tǒng)設(shè)計為產(chǎn)生兩個視圖，即兩套圖像。在立體觀察的情況下，兩套圖像的各個圖像相互對應(yīng)以形成立體對。目的是每對圖像中的一個圖像被觀察者的左眼看到以及每對圖像中的另一個圖像被觀察者的右眼看到。
在大量的文獻中已經(jīng)考慮了將這個原理應(yīng)用到各種顯示器中。例如在SPIE學報1256(1990)、1457(1991)和1669(1992)卷中；Neil Davies、MalcolmMcCormick和Li Yang在Appl.Optics vol.27 no 21 pp 4520-4528(1988)的文章“Three-dimensional imaging systemsa new development”中；和MalcolmMcCormick和Neil Davies在Physics World，June(1992)的文章“3D Worlds”中。
除了立體顯示系統(tǒng)顯示的圖像是成對的這個事實以外，在立體觀看的情況下還有另外一個重要方面觀察者兩眼間的距離相對較小(平均7厘米)，這就導(dǎo)致在每對圖像的左側(cè)圖像傳輸方向和每對圖像的右側(cè)圖像傳輸方向之間形成了相對較小的角度。
根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)是基于一個立體顯示系統(tǒng)的組成部分，這個立體顯示系統(tǒng)是3D顯像領(lǐng)域已知的。然而卻存在主要的區(qū)別。首先，看到的圖像不是由成對的圖像形成的。換句話來講，顯示給第一觀察者的圖像與顯示給第二觀察者的圖像是相互獨立的。第二，顯示屏和光學選擇屏的元件尺寸適于在第一方向和第二方向之間獲得相對較大的角度。顯示屏的元件表示用來產(chǎn)生或調(diào)節(jié)第一和第二圖像的像素光線的發(fā)光元件。在包含例如有機發(fā)光二極管(OLED)和聚合物發(fā)光二極管(PolyLED)的有源顯示屏的情況下，設(shè)置發(fā)光元件以產(chǎn)生光線。在包含背光和例如液晶(LCD)的無源顯示屏的情況下，設(shè)置發(fā)光元件以調(diào)節(jié)光線?；蛘唢@示屏為電-色顯示屏或鐵電顯示屏。光學選擇屏的元件表示用來部分阻礙來自顯示屏的光線的光學元件，即一個阻礙物，或者用來彎曲來自顯示屏的光線的光學元件，例如透鏡。優(yōu)選采用置于垂直方向的圓柱形透鏡。
由于這些區(qū)別，在交通工具設(shè)計領(lǐng)域工作的技術(shù)人員應(yīng)用立體顯示系統(tǒng)的組成部分構(gòu)造一個滿足交通工具內(nèi)的多點觀看要求的顯示系統(tǒng)并不是顯而易見的事。通過這個事實強調(diào)這一論斷即立體顯示系統(tǒng)已經(jīng)存在了許多年，但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的知識，沒有在交通工具內(nèi)的顯示系統(tǒng)包括一個顯示屏，其同時產(chǎn)生給第一觀察者的第一圖像和給第二觀察者的第二圖像。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的實施例中，光學選擇屏包括多個遮光條(bar)和縫隙，設(shè)置縫隙用來在第一方向通過第一圖像和在第二方向通過第二圖像，設(shè)置遮光條用來在第二方向阻礙第一圖像和在第一方向阻礙第二圖像。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的一個優(yōu)勢在于其相對較易構(gòu)造。優(yōu)選光學選擇屏是包括透明和不透明帶的箔，例如一個其上涂刷或打印出遮光條的透明箔。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中顯示屏包括多個發(fā)光元件，它們每個都具有一個第一尺寸并且相互間以第一距離設(shè)置，而且第一個縫隙的尺寸基本上等于第一發(fā)光元件的第一尺寸與第一距離的和。根據(jù)本發(fā)明，這個實施例的一個優(yōu)點是對應(yīng)于一個圖像的光的量在相對較大的觀察角度上相對恒定。這表示如果一個觀察者移動他的頭部例如從左到右(或相反)，那么對于圖像亮度的外觀不發(fā)生改變或基本不變。應(yīng)當注意，在立體顯示系統(tǒng)中縫隙的尺寸相對于發(fā)光元件的尺寸和位置通常小得多。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，顯示屏包括多個發(fā)光元件，第一發(fā)光元件具有第一尺寸和小于第一尺寸的第二尺寸，第一縫隙具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一發(fā)光元件定向為使得第一尺寸基本垂直于第一縫隙的第三尺寸。這個實施方式的一個優(yōu)點為觀看錐體相對較大，對應(yīng)于主要的彩色成分，紅、綠、藍的三重發(fā)光元件結(jié)合成基本為正方形的組合發(fā)光元件。換句話講，將一套矩形的子像素組合成正方形像素。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，光學選擇屏包括多個透鏡以第一方向?qū)⒌谝粓D像選擇性地通向第一觀察者并且以第二方向?qū)⒌诙D像選擇性地通向第二觀察者。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的一個優(yōu)點是其相對較易構(gòu)造。優(yōu)選光學選擇屏包括多個圓柱形的透鏡，其具有基本上對應(yīng)于顯示屏高度的長度。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的另一個優(yōu)點是，除了將遮光條作為光學選擇屏的情況，通過顯示屏產(chǎn)生的大多數(shù)光都通過光學選擇屏。除了透鏡外還可以應(yīng)用微棱鏡將光線分為兩個方向。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，顯示屏包括多個發(fā)光元件，它們每個都具有第一尺寸并且相互間保持第一距離，而且其中第一透鏡到屬于第一透鏡的第一發(fā)光元件之間的第二距離基本上與第一個透鏡的焦距不同。優(yōu)選第二距離是這樣的相鄰于其中一個發(fā)光元件的黑點包含在透鏡的焦點與透鏡的物理邊界構(gòu)成的圓錐形中。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的一個優(yōu)點在于對于相對較大的觀看角度，對應(yīng)于一個圖像的光量是相對恒定的。這表示如果一個觀察者從左到右(或相反)移動其頭部，那么圖像在亮度方面表現(xiàn)不發(fā)生改變或基本不改變。應(yīng)當注意在立體顯示系統(tǒng)中發(fā)光元件通常位于相應(yīng)透鏡的焦點位置或在其附近。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，顯示屏包括多個發(fā)光元件，第一發(fā)光元件具有第一尺寸和小于第一尺寸的第二尺寸，第一透鏡具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一個發(fā)光元件定向為使得第一尺寸基本上垂直于第一個透鏡的第三尺寸。這個實施例的一個優(yōu)點在于觀察錐體相對較大，而對應(yīng)于主要彩色成分，紅、綠和藍的三重發(fā)光元件結(jié)合為基本為正方形的組合發(fā)光元件。換句話講，將一套矩形的子像素組合為正方形像素。
根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例包括接收裝置，用于接收第一觀察者的位置信息，在這里顯示屏為無源顯示屏，它包括一個引導(dǎo)的背光，基于第一觀察者的位置信息的來對引導(dǎo)的背光進行控制。相比于散射的背光，通過定位第一觀察者，就可以在他的準確位置上為第一圖像提供一個高得多的亮度。為了定位第一觀察者，優(yōu)選使用頭部跟蹤裝置，例如基于照相機。可以選擇將通過照相機裝置獲得的圖像用于其它用途，例如用于檢查司機是否沒睡著。優(yōu)選接收裝置設(shè)置為接收關(guān)于眼睛準確位置的信息，即眼部跟蹤裝置?？梢赃x擇眼部跟蹤裝置給出觀察者注視方向的信息。如果跟蹤裝置檢測出來觀察者沒有注視顯示系統(tǒng)而是例如在看路，那么可以切換背光和/或停止為觀察者產(chǎn)生圖像。這對于交通工具的司機是有利的，因為當司機不再關(guān)心或暫時不關(guān)心顯示系統(tǒng)裝置提供的信息時，在這個情況下司機可不被來自顯示系統(tǒng)的光線打擾。為了產(chǎn)生給兩個觀察者提供的圖像，至少要求兩個背光或要求具有雙向特性的背光。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，顯示屏設(shè)置為產(chǎn)生第三圖像，并且顯示屏包括一個切換單元，用于將光學選擇元件從-選擇性地以第一方向通過第一圖像和以第二方向通過第二圖像的多點觀看狀態(tài)；切換到
-以第一方向和第二方向通過第三圖像的單點觀看狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例設(shè)置為在多點觀看和標準單點觀看之間的切換。第三圖像的圖像分辨率是第一或第二圖像的分辨率的兩倍。同樣的規(guī)律適用于對應(yīng)各個圖像的光的量。例如如果一個司機在第一分辨率下觀看導(dǎo)航信息時想要在更大的分辨率下察看地圖，這將會是一個優(yōu)勢。在更大的分辨率下察看地圖可能是因為他想在地圖上看出一個特定街道或建筑的名稱。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，光學選擇屏包括多個遮光條，設(shè)計這些遮光條用來在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間切換。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的一個優(yōu)點在于它相對較易構(gòu)造。優(yōu)選遮光條根據(jù)電場或磁場在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間切換。根據(jù)電流的切換叫做電色切換。根據(jù)電場的切換通常應(yīng)用在液晶板上并且稱為鐵電切換?；蛘呋谧贤饩€(UV)的切換，這稱為光色切換。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，光學選擇屏包括多個透鏡，這些透鏡放置在一個貯存器中，在這個貯存器中，第一折射率基本上等于透鏡材料的第二折射率的液體被盛入或排出，以使光學選擇單元分別在單點觀看狀態(tài)和多點觀看狀態(tài)之間切換。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的一個優(yōu)點在于其相對較易構(gòu)造。優(yōu)選光學選擇屏包括多個圓柱形透鏡，它們具有基本上對應(yīng)于顯示屏高度的長度。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的另一個優(yōu)點在于，除了遮光條用作光學選擇屏的情況外，由顯示屏產(chǎn)生的大部分光都通過光學選擇屏。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種交通工具，已在上面的開篇段落中進行描述，包含一個相對較薄的顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的這個目的實現(xiàn)了，因為交通工具包含了這個如權(quán)利要求1所述的用來顯示圖像的顯示系統(tǒng)。
顯示系統(tǒng)的改進及其變化可對應(yīng)于所述交通工具的改進和變化。


根據(jù)下文結(jié)合附圖描述的實施方法和實施例及其相應(yīng)解釋，可以使得顯示系統(tǒng)的這些方面與其它方面，以及根據(jù)本發(fā)明的交通工具的這些方面與其它方面變得明顯，其中圖1示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例；圖2A示意地顯示了包含基于一個光學遮光條的一個光學選擇屏的顯示系統(tǒng)實施例；圖2B示意地顯示了包含基于透鏡的一個光學選擇屏的顯示系統(tǒng)實施例；圖3示意地顯示了包含一個用彩色矩陣顯示器作為顯示屏的顯示系統(tǒng)實施例；圖4示意地顯示了根據(jù)圖2A的顯示系統(tǒng)的觀察位置所觀察到的視圖；圖5示意地顯示了包含一個導(dǎo)向的背光的顯示系統(tǒng)的實施例；圖6A示意地顯示了本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的實施例的多點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)設(shè)置為能在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換；圖6B示意地顯示了本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的實施例的單點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)設(shè)置為能在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換；圖7A示意地顯示了顯示系統(tǒng)的光學選擇屏實施例的多點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)設(shè)置為能在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換；圖7B示意地顯示了顯示系統(tǒng)的光學選擇屏實施例的單點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)設(shè)置為能在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換；圖8示意地顯示了兩個觀看圓錐的幾何圖形；圖9A示意地顯示了玻璃厚度d＝700μm、像素寬度p＝100μm、和黑點尺寸b＝25μm的觀看角度；圖9B示意地顯示了玻璃厚度d＝300μm、像素寬度p＝100μm、和黑點尺寸b＝25μm的觀看角度；圖9C示意地顯示了玻璃厚度d＝700μm、像素寬度p＝300μm、和黑點尺寸b＝25μm的觀看角度。
圖9D示意地顯示了玻璃厚度d＝300μm、像素寬度p＝300μm、和黑點尺寸b＝25μm的觀看角度。
圖10示意地顯示了標準LCD中采用的像素結(jié)構(gòu)和彩色濾光片設(shè)置；以及圖11示意地顯示了關(guān)于光學選擇屏的像素結(jié)構(gòu)。
在整個附圖中，相同的附圖標記用于表示相同的部件。
具體實施例方式
圖1示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)100的一個實施例，包括-顯示屏102，用于產(chǎn)生第一系列的圖像和第二系列的圖像；和-光學選擇屏104，用于以第一方向101將第一系列的圖像選擇通向第一觀察者106，并且以第二方向103將第二系列的圖像選擇通向第二觀察者108。
由顯示系統(tǒng)的第一個輸入連接器130提供第一數(shù)據(jù)流1，而由顯示系統(tǒng)100的第二個輸入連接器132提供第二數(shù)據(jù)流2。第一和第二數(shù)據(jù)流1、2例如可以對應(yīng)于導(dǎo)航信息、電影、互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)頁、游戲等。第一和第二數(shù)據(jù)流1、2提供給顯示屏102，顯示屏102設(shè)置為將數(shù)據(jù)流1、2分別轉(zhuǎn)化為第一系列圖像和第二系列圖像。顯示屏102包括多個發(fā)光元件110、128，它們等距設(shè)置。這些發(fā)光元件的第一組120、128設(shè)置為根據(jù)第一數(shù)據(jù)流1產(chǎn)生第一系列的圖像，而這些發(fā)光元件的第二組110、118設(shè)置為根據(jù)第二數(shù)據(jù)流2產(chǎn)生第二系列的圖像。這些發(fā)光元件的第一組120、128例如對應(yīng)于奇數(shù)列的發(fā)光元件而第二組110、118例如對應(yīng)于偶數(shù)列的發(fā)光元件。
圖1的光學選擇屏104基于一個遮光條。來自發(fā)光元件第一組120、128的每一個發(fā)光元件的光都部分地被遮光條的遮光條擋住。結(jié)果是該光線不能到達位于第二位置的第二觀察者108。而來自發(fā)光元件第一組120、128的每一個發(fā)光元件的另一部分光則利用位于遮光條之間的縫隙通過光學選擇屏104。這個光線對位于第一位的第一觀察者106是可見的。來自發(fā)光元件第二組110、118的每一個發(fā)光元件的光都部分地被遮光條的遮光條擋住。然而，這導(dǎo)致該光線不能到達位于第一位置的第一觀察者106。而來自發(fā)光元件第二組110、118的每一個發(fā)光元件的另一部分光利用位于遮光條之間的縫隙通過光學選擇屏104。這個光線對位于第二位置的第二觀察者108是可見的。
第一和第二觀察者106、108位于交通工具內(nèi)，例如汽車、火車、公共汽車、輪船或飛機。觀察者可以都是乘客，也可以一個觀察者是乘客而另一個觀察者在駕駛交通工具。除了兩個觀察者都在控制交通工具例如在飛機內(nèi)的可能情況。
圖2A示意地顯示了包含基于一個光學遮光條的一個光學選擇屏104的顯示系統(tǒng)實施例。光學選擇屏104包含多個遮光條212-216和縫隙218-220，縫隙218-220設(shè)置用來以第一方向101通過第一系列的圖像和以第二方向103通過第二系列的圖像，遮光條212-216設(shè)置用來在第二方向103上阻礙第一系列的圖像和在第一方向101上阻礙第二系列的圖像。顯示屏102包括多個發(fā)光元件110、112，其用于產(chǎn)生對應(yīng)于第二系列圖像的相應(yīng)像素的光，以及多個發(fā)光元件120、122，用于產(chǎn)生對應(yīng)于第一系列圖像的相應(yīng)像素的光。每個發(fā)光元件110、112、120、122都具有第一尺寸wLE并且設(shè)置在離相鄰發(fā)光元件110、112、120、122為第一距離wB的位置。換句話講，在發(fā)光元件110、112、120、122之間存在黑點202-210。第一個縫隙218的尺寸1基本上等于第一個發(fā)光元件110的第一尺寸wLE與第一距離wB的和。見等式11≈wLE+wB(1)在顯示屏102和光學選擇屏之間的距離d，以及第一個縫隙218的尺寸1基本上相等。見等式21≈d (2)然而用一個較小的d值以獲得較大的觀看角度也是可能的1＞d。下面的等式也適用。
w≈21(3)根據(jù)本發(fā)明的這個實施例具有一個相對較大的觀看角度，這使本發(fā)明的顯示系統(tǒng)非常適合用于汽車內(nèi)，在汽車內(nèi)，與觀察者離顯示系統(tǒng)的距離相比，觀察者座位之間的距離較遠。除此之外，第一系列圖像和第二系列圖像的光學分離相對較好。另見圖4。
圖2B示意地顯示了包含基于透鏡228、230的一個光學選擇屏104的顯示系統(tǒng)實施例，這個光學選擇屏104用于以第一方向101將第一系列的圖像選擇通向第一觀察者106，并且以第二方向103將第二系列的圖像選擇通向第二觀察者108。顯示屏102包括多個發(fā)光元件110、112，用于產(chǎn)生對應(yīng)于第二系列圖像的相應(yīng)像素的光線，以及多個發(fā)光元件120、122，用于產(chǎn)生對應(yīng)于第一系列圖像的相應(yīng)像素的光線。每個發(fā)光元件110、112、120、122都具有第一尺寸wLE并且設(shè)置在離相鄰發(fā)光元件110、112、120、122為第一距離wB的位置上。第一透鏡228到與該第一透鏡228對準的第一發(fā)光元件110之間的距離d基本上不同于第一透鏡228的焦距長度f。這個距離d是這樣的，與一個發(fā)光元件110相鄰的大多數(shù)黑點204包含在透鏡228的焦點222和透鏡228的物理邊界構(gòu)成的圓錐形226中。此外，與另一個發(fā)光元件120相鄰的大多數(shù)黑點204也包含在透鏡228的另一個焦點224和透鏡228的物理邊界構(gòu)成的圓錐形中。通過“包含”黑點202-210，獲得了一個寬的觀看角度，并且接收到的圖像具有基本上恒定的強度。
圖3示意地顯示了包含一個彩色矩陣顯示器作為顯示屏1 02的顯示系統(tǒng)實施例。其中的彩色矩陣顯示器包括多個產(chǎn)生紅、綠和藍光的發(fā)光元件112-126，這些發(fā)光元件112-126位于一個彩色矩陣顯示器的標準構(gòu)造中三重RGB發(fā)光元件被黑點分隔。彩色矩陣顯示器的控制是這樣的，相鄰的發(fā)光元件接收來自不同數(shù)據(jù)流1、2的數(shù)據(jù)?？梢郧宄乜闯鲇捎诠鈱W選擇屏104的光學分離，新的三重RGB光線形成了。
圖4示意地顯示了根據(jù)圖2A的顯示系統(tǒng)的觀察位置所觀察到的視圖。X軸402對應(yīng)于觀看位置，即觀察者的位置。Y軸404對應(yīng)于接收到的視圖即圖像的強度。對于第一個414范圍的觀察者位置來講，對應(yīng)于第一數(shù)據(jù)流，只能接收到第一系列的圖像。對于所有這些位置，第一視圖的強度都是相同的。這可以從對應(yīng)于第一414位置范圍的曲線406為平坦的這個事實得出。在第二416位置范圍，第一系列圖像和第二系列圖像都可以接收到。在第二范圍416的第一部分，第一視圖的強度高于第二視圖的強度。在第二范圍416的第二部分，第一視圖的強度低于第二視圖的強度。在第三418位置范圍，對應(yīng)于第二數(shù)據(jù)流，只可以接收到第二系列圖像。在第四420位置范圍，第一系列圖像和第二系列圖像都可以接收到。對于觀察者的第五422位置范圍，只有第一系列的圖像可以接收到，等等。注意，如果所有的圖像都是均勻的，即所有的像素都具有相同的亮度值，那么接收到的視圖的強度與接收到的光線數(shù)量相符合。
圖5示意地顯示了包含一個導(dǎo)向的背光502的根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)500的實施例。除了兩個輸入連接器130、132用來接收表示將要產(chǎn)生的圖像的數(shù)據(jù)流1、2，顯示系統(tǒng)500還包含一個輸入連接器508，在這里給出觀察者的位置信息。這個位置信息通過頭部跟蹤器504計算出來的。優(yōu)選頭部跟蹤器包括一個攝像機504。或者頭部跟蹤器基于超聲波、電磁場或紅外線。顯示系統(tǒng)500包括一個接收單元506，用來接收位置信息并且根據(jù)位置信息計算導(dǎo)向的背光的適當位置。在圖5中，用箭頭表示的導(dǎo)向的背光具有三個自由度在三個軸方向上的平移。或者導(dǎo)向背光不發(fā)生物理移動，而是采用多重光源的結(jié)構(gòu)，它可以根據(jù)位置信息進行開或關(guān)。這可以基于一種叫做“平面內(nèi)切換”(in-planeswitching)的技術(shù)，如H.de Koning等人在第7屆International Display Workshop的IDW2000論文集中的文章“Dynamic contrast filter to improve the luminancecontrast performance of cathode ray tubes”描述的內(nèi)容。它如下這樣工作。一個光源放置在某個特定板的邊緣以將光引入特定的板中，并且這個光線從特定板的特定位置發(fā)出，該特定位置對應(yīng)于導(dǎo)向背光要求的位置，朝向光學選擇屏104。光線就像在玻璃纖維中一樣沿著特定的板通過。在特定的位置，構(gòu)造材料是暫時不同的。因此在這個特定的位置光線將離開板。根據(jù)這項技術(shù)的一個實施例的優(yōu)勢在于可降低能量消耗。
描述這項技術(shù)的其它文獻有S.Kobayashi在SID國際座談會，舊金山(USA)(1972)，Digest of Technical Papers III68中的“Preparation ofalphanumericliquid crystal displays with liquid crystals”；R.A.Soref在Appl.Phys.45(1974)5466中的“Field effects in nematic liquid crystals obtained with interdigitated electrode”。另一個可以采用的技術(shù)稱為“多重垂直對齊LC(Multi-Vertically Aligned LC)”，其優(yōu)勢在于直接采用可切換的透明/不透明附加LC層，其工作原理是基于鐵電效應(yīng)的。這一技術(shù)描述于下列文獻中S.Yamauchi，M.Aizawa，J.F.Clerc，T.Uchida和J.Duchene，在SID國際座談會上，巴爾的摩(USA)(1989)，Digest ofTechnical Papers XX3中的“Homeotropic alignment for color LCD”；J.F.Clerc，M.Aizawa，S.Yamauch Duchene，在第9屆International Display Research，Japan Display，Ky(Japan)(1989)188的會議論文集中的“Highly multiplexedsuper homeotropic LCD”。
雖然只描繪有一個背光502，很明顯，顯示系統(tǒng)500可以包括多重背光。這表示至少有一個背光給觀察者。顯示屏500為一個無源顯示屏，例如一個LCD，用作屏幕光線調(diào)節(jié)器。在圖5中，描繪了將顯示屏102設(shè)置在背光502和光學選擇屏104之間。然而，其它的構(gòu)造也是可能的。例如將光學選擇屏104放置于背光502和光學選擇屏之間。如圖5描繪的光學選擇屏104是基于一個遮光條的。然而光學選擇屏104也可以基于透鏡。
圖6A示意地顯示了顯示系統(tǒng)600的實施例的多點觀看狀態(tài)，顯示系統(tǒng)600設(shè)置為在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換。顯示系統(tǒng)600包括一個輸入連接器604，以為系統(tǒng)提供一個開關(guān)，以便從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)切換。這種切換可以基于觀察者的明確指令，但是也可以基于自動產(chǎn)生的脈沖。例如若系統(tǒng)為多點觀看狀態(tài)，在司機座位上的一個傳感器給出存在一個觀察者的信號時，這種自動脈沖可以產(chǎn)生。在一個精密的配置中，可能存在一個眼部跟蹤裝置，它給出其中一個觀察者沒有觀看顯示裝置的信號。
在圖6A中，可以看出數(shù)據(jù)流1和2都接收到了，并且提供給了顯示屏102。所描繪的顯示屏102后面的發(fā)光元件交替處理兩個數(shù)據(jù)流1或2中的一個。這表示例如顯示屏102奇數(shù)列中的發(fā)光元件產(chǎn)生對應(yīng)于數(shù)據(jù)流1的圖像的相應(yīng)像素的光線，而顯示屏102偶數(shù)列中的發(fā)光元件產(chǎn)生對應(yīng)于數(shù)據(jù)流2的圖像的相應(yīng)像素的光線。光學選擇屏104設(shè)置的狀態(tài)為以第一方向選擇性地通過對應(yīng)于數(shù)據(jù)流1的圖像并且以第二方向通過對應(yīng)于數(shù)據(jù)流2的圖像。結(jié)合圖1、2A和2B，描述這個光學選擇屏104的工作。
多點觀看狀態(tài)例如可以用于汽車內(nèi)，為司機顯示導(dǎo)航信息并為坐在司機旁邊的乘客顯示娛樂信息。優(yōu)選汽車在這些相應(yīng)的觀看者旁邊包含擴音器。這樣，基本上只為司機提供了屬于導(dǎo)航信息的音頻，并且基本上只為乘客提供了屬于娛樂信息的音頻?；蛘哂幸纛l導(dǎo)向裝置，將對應(yīng)于不同數(shù)據(jù)流1、2的聲音導(dǎo)向相應(yīng)的觀察者。
圖6B示意地顯示了顯示系統(tǒng)600的實施例的單點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)600設(shè)置為能在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換?；蛘邠Q句話來講，圖6B示意地顯示了描繪于圖6A中的顯示系統(tǒng)600的實施例的單點觀看狀態(tài)。在圖6B中可以看出數(shù)據(jù)流1和2都接收到了，但是只有一個數(shù)據(jù)流2在實際上提供給了顯示屏102。其描繪為顯示屏102后面的發(fā)光元件只處理數(shù)據(jù)流2。這表示在顯示屏102的奇數(shù)列和偶數(shù)列中的發(fā)光元件均能為對應(yīng)于數(shù)據(jù)流2的圖像的相應(yīng)像素產(chǎn)生光線。光學選擇屏104設(shè)置的狀態(tài)為以所有方向通過光線。光學選擇屏104沒有在預(yù)定的方向上阻礙光線。通過機械移動光學選擇屏104，可實現(xiàn)將光學選擇屏104設(shè)置為在所有方向上通過顯示屏102的光線?；蛘哌€可以通過將電或磁場施加到光學選擇屏104上將遮光條從透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该鳡顟B(tài)，而將光學選擇屏104從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)。結(jié)合圖7A和7B對光學選擇屏104的另一個實施例進行了描述。
單點觀看狀態(tài)例如可以用于汽車內(nèi)為司機顯示詳細的導(dǎo)航信息。例如在顯示系統(tǒng)上的標有街道名稱的城市地圖。單點觀看狀態(tài)下的顯示系統(tǒng)分辨率是多點觀看狀態(tài)下的兩倍。然而多點觀看狀態(tài)例如可以用于乘客和司機在停好車的情況下觀看一部電影。
圖7A示意地顯示了顯示系統(tǒng)的光學選擇屏700實施例的多點觀看狀態(tài)，該顯示系統(tǒng)設(shè)置為在多點觀看狀態(tài)和單點觀看狀態(tài)之間切換。光學選擇屏700包括放置在貯存器718中的多個透鏡702-712，在貯存器718中，液體的盛入或排出可以以使光學選擇單元700分別在單點觀看狀態(tài)和多點觀看狀態(tài)之間切換，該液體的第一折射率基本上等于透鏡702-712材料的第二折射率。圖7B示意地顯示了描述于圖7A中的光學選擇屏700的實施例的單點觀看狀態(tài)?？梢岳帽脤⒁后w從容器716轉(zhuǎn)移到貯存器718。優(yōu)選這個泵還設(shè)計為將液體從貯存器718轉(zhuǎn)移回容器716。或者這個液體利用重力或毛細管作用流動。在液體存于含有透鏡702-712的貯存器718的情況下，來自顯示屏102的光線不再因為光學選擇屏104而彎曲和/或通過光學選擇屏104而聚焦。結(jié)果光線同時以第一方向101通向第一觀察者和以第二方向103通向第二觀察者。由于透鏡702-712的材料與液體具有基本上相同的折射率，由透鏡702-712產(chǎn)生的彎曲被液體預(yù)料了。
來自用于第一觀察者的像素的光線減少了第二觀察者的觀看錐面，反之亦然。由發(fā)光元件110、112、120和122、相鄰于發(fā)光元件110、112、120和122的黑點204-210、介質(zhì)例如發(fā)光元件與阻礙物的遮光條212-216之間的玻璃的幾何形狀，以及阻礙物的縫隙寬度1決定觀看錐面的尺寸。已經(jīng)確定了的由阻礙物縫隙寬度1的變化引起的相鄰像素能產(chǎn)生多個觀看錐面。通過兩個角度確定了玻璃內(nèi)像素j的錐面，如等式4和5表示的α(j)＝arctan(-1/2+b/2-jp)(4)β(j)＝arctan(-1/2-b/2-(j-1)p)(5)由于在玻璃-空氣轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的折射，最終角度表示于等式6和7中α~(j)=arcsin(1.5sin(α(j))---(6)]]>β~(j)=arcsin(1.5sin(β(j))---(7)]]>幾何圖形和參數(shù)的說明在圖8中給出。第一個圓錐通過兩條光線802和804確定，而第二個圓錐通過兩條光線806和808確定。像素的尺寸通過p表示，黑點的寬度由b表示，玻璃的厚度由d表示，以及阻礙物上的縫隙寬度由1表示。在計算中，假定玻璃的折射率為1∶5。(注意b＝wB和p＝wLE+wB。)在第一個計算中，使用了下列值p＝100μm、d＝700μm和b＝25μm?？p隙的寬度1發(fā)生了變化。在圖9A中描繪了相鄰像素產(chǎn)生的觀看圓錐的角度分布隨著顯示系統(tǒng)光傳輸?shù)淖兓?。光傳輸T可以表示為兩個因素的結(jié)果
T=p-blp.2p---(8)]]>第一個因素是由于黑點的存在引起了顯示屏102的光傳輸。第二個因素是阻礙物105的光傳輸。在圖9A中，可以觀察到對于縫隙寬度1為零，即1＝0，這對應(yīng)于光傳輸為零，即T＝0，得到了獨立的觀看圓錐，每一個對應(yīng)于一個視圖。在圖9A中，對于7個不同的視圖-3、-2、-1、0、1、2、3，用對于多個光的傳輸T的值，兩個最大角 和 和這兩個最大值之間可能的值來描繪圓錐。如果縫隙的寬度1增加，視圖開始混合。當1進一步增加，有效視圖(即沒有串擾的視圖)開始變得越來越小。如果光傳輸T增加到0.4以上，就不再能看到獨立的視圖(即沒有串擾的視圖)?？傊绻到y(tǒng)的傳輸為零，采用普通架上的典型尺寸的LCD，觀看圓錐大約為10度。通過增加傳輸，就能減小觀看錐面的尺寸。因此，這種設(shè)置不能滿足機動車應(yīng)用的要求。
為了改進前端阻礙物的性能，對于用架上LCD顯示裝置作為顯示屏102的情況，建議采用兩種方式。首先，減小玻璃基材的厚度，第二，像素設(shè)置旋轉(zhuǎn)90度使子像素的長邊，即紅、綠和藍分量為水平方向。換句話講，將矩形子像素的最大尺寸基本上導(dǎo)向為垂直于縫隙的最大尺寸。
首先考慮減小玻璃厚度。對于移動電話的應(yīng)用來說，要求采用薄LCD顯示屏。因此，利用蝕刻工藝玻璃厚度減小到大約300 μm到400μm。如果這個玻璃厚度用于計算，可以得到改進的觀看區(qū)域。見圖9B。然而，像素-1和0的觀看圓錐還是相對較小，并且可能不能充分導(dǎo)向司機和乘客。此外，傳輸T在視圖分離的區(qū)域也很小。
第二，改變像素結(jié)構(gòu)，以使子像素的長邊為水平方向。在一個普通的LCD中，子像素的取向如圖10中所示。這表示彩色濾光片從頂端運行到底端，并且子像素在水平方向上比在垂直方向上小。然而，對于多點觀看顯示屏來說，在水平方向上采用大像素是有利的。因此建議將像素結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度。見圖11。對于玻璃厚度d＝700μm，所得的觀看角度就如圖9C中所示。
在兩種措施結(jié)合的情況下，可以得到更加改良的觀看區(qū)域和觀看圓錐，其可以更好地導(dǎo)向司機和乘客。對于玻璃厚度d＝300μm并且子像素的長邊為水平方向，即p＝300μm，其結(jié)果顯示在圖9D中。在這種情況下，如果阻礙物的傳輸較低，兩個重要觀看圓錐0、1的尺寸就會較大。對于一個傳輸為0.3的情況，還是有一個大于20度的觀看圓錐。所以，這個設(shè)計適用于在引言中討論的機動車應(yīng)用領(lǐng)域。
假定汽車和乘客相對于顯示屏形成相同的角度。如果顯示屏稍微旋轉(zhuǎn)，例如朝向司機的方向，觀看圓錐就需要調(diào)整。這可以輕易地實現(xiàn)。其不是將阻礙物定位在相鄰像素之間，而是將阻礙物向左或向右移動。
在光學選擇屏102基于透鏡的情況下，還要求采用相對較薄的介質(zhì)，例如在發(fā)光元件和光學選擇屏102之間的玻璃。對于子像素相對于透鏡的取向，這也是有利的，該取向類似于所述的縫隙取向。
圖10示意地顯示了架下LCD中采用的像素結(jié)構(gòu)和彩色濾光片設(shè)置。彩色濾光片1001-1012通常設(shè)置在垂直方向上。子像素1013-1016在垂直方向上大于水平方向。三個子像素1013-1016一起形成了一個單一像素。
圖11示意地顯示了關(guān)于光學選擇屏102的像素結(jié)構(gòu)。在阻礙物型光學選擇屏102的情況下遮光條或縫隙的方向用箭頭1113指示，或者，在基于透鏡的光學選擇屏102的情況下透鏡的方向用箭頭1113指示。不同的子像素1101-1112，即紅、綠和藍彩色成分通常為矩形。這表示每個子像素，即發(fā)光元件，具有第一尺寸，其中wLE大于第二尺寸。通常第一尺寸比第二尺寸大三倍。因此，三重子像素基本上為正方形。在根據(jù)本發(fā)明的一個顯示系統(tǒng)中，子像素相對于光學選擇屏102優(yōu)選設(shè)置為子像素的最長邊基本上垂直于遮光條或透鏡的最長邊。通常透鏡或遮光條取向為垂直方向，而子像素為水平方向。
應(yīng)當注意，上述的實施例用來說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計出可替換的實施例而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，放在括號內(nèi)的任何參考標志都不能理解為對叔利要求的限制。詞語“包括”不排除存在沒有列舉在權(quán)利要求中的元件或步驟的存在。用在一個元件之前的詞語“一個”并不排除存在許多這樣的元件。本發(fā)明可以利用包含幾個獨立元件的硬件實施，和利用合適的程序化計算機實施。在列舉的幾種方式的權(quán)利要求部分，這些方式中的幾種可以通過一個硬件和相同項目的硬件實施。
權(quán)利要求
1.一種顯示系統(tǒng)(100、500、600)，用于在交通工具內(nèi)顯示圖像，包括-顯示屏(102)，用于產(chǎn)生第一圖像和第二圖像；和-光學選擇屏(104)，用于選擇性地將第一圖像以第一方向(101)通向第一觀察者(106)，并且將第二圖像以第二方向(103)通向第二觀察者(108)，第一和第二觀察者(106、108)位于交通工具內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中光學選擇屏(104)包括多個遮光條(212-216)和縫隙(218、220)，設(shè)置縫隙(218、220)用來在第一方向(101)通過第一圖像和在第二方向(103)通過第二圖像，設(shè)置遮光條(212-216)用來在第二方向(103)阻礙第一圖像和在第一方向(101)阻礙第二圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中顯示屏(102)包含多個發(fā)光元件(110、112、120、122)，每個發(fā)光元件都具有第一尺寸(wLE)并且設(shè)置為相互間隔第一距離(wB)，并且其中第一縫隙(218)的尺寸(1)基本上等于第一發(fā)光元件(110)的第一尺寸(wLE)與第一距離(wB)的和。
4.如權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中顯示屏(102)包括多個發(fā)光元件(110、112、120、122)，第一發(fā)光元件具有第一尺寸(wLE)和小于第一尺寸的第二尺寸，第一縫隙(218)具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一發(fā)光元件(110)定向為使其第一尺寸(wLE)基本上垂直于第一個縫隙(218)的第三尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中光學選擇屏(104)包括多個透鏡(228、230)，用于選擇性地將第一圖像以第一方向(101)通向第一觀察者(106)，并且將第二圖像以第二方向(103)通向第二觀察者(108)。
6.如權(quán)利要求5所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中顯示屏(102)包括多個發(fā)光元件(110、112、120、122)，每個發(fā)光元件都具有第一尺寸(wLE)并且設(shè)置為相互間隔第一距離(wB)，并且其中第一透鏡(228)到屬于該第一透鏡(228)的第一發(fā)光元件(110)之間的第二距離(d)基本上不同于第一透鏡(228)的焦距長度(f)。
7.如權(quán)利要求5所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中顯示屏(102)包括多個發(fā)光元件(110、112、120、122)，第一發(fā)光元件(110)具有第一尺寸(wLE)和小于第一尺寸的第二尺寸，第一透鏡(228)具有第三尺寸和小于第三尺寸的第四尺寸，第一發(fā)光元件(1 10)定向為使其第一尺寸(wLE)基本上垂直于第一透鏡(228)的第三尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，包含接收裝置(506)，用于接收第一觀察者(106)的位置信息，并且其中顯示屏(102)是無源顯示屏(102)，該顯示屏(102)包括導(dǎo)向的背光(502)，根據(jù)第一觀察者(106)的位置信息對背光(502)進行控制。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中設(shè)置顯示屏(102)以產(chǎn)生第三圖像，并且其中顯示屏(102)包括切換單元(602)，用于將光學選擇元件(104)從-以第一方向(101)通過第一圖像和以第二方向(103)通過第二圖像的多點觀看狀態(tài)切換到-以第一方向(101)和第二方向(103)通過第三圖像的單點觀看狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中光學選擇屏(104)包括多個遮光條(212-216)，所述遮光條(212-216)被設(shè)計用來在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間切換。
11.如權(quán)利要求10所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中遮光條(212-216)根據(jù)電場或磁場在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間切換。
12.如權(quán)利要求9所述的顯示系統(tǒng)(100、500、600)，其中光學選擇屏(104)包括多個放置在貯存器(700)中的透鏡(702-712)，其中可以通過盛入或排出液體以使光學選擇單元(104)在單點觀看狀態(tài)和多點觀看狀態(tài)之間切換，所述液體所具有的第一折射率基本上等于透鏡(702-712)材料的第二折射率。
13.一種包含如權(quán)利要求1中所述的用來顯示圖像的顯示系統(tǒng)(100、500、600)的交通工具。
14.一種包含如權(quán)利要求9中所述的用來顯示圖像的顯示系統(tǒng)(100、500、600)交通工具，其包括傳感器，用來檢測第二觀察者(108)是否存在并且用來控制切換單元。
全文摘要
一種顯示系統(tǒng)(100)，其同時從不同的數(shù)據(jù)流(1，2)顯示圖像。對應(yīng)于第一數(shù)據(jù)流(1)的圖像顯示給交通工具內(nèi)的第一觀察者(106)，而對應(yīng)于第二數(shù)據(jù)流(2)的圖像顯示給交通工具內(nèi)的第二觀察者(108)。顯示系統(tǒng)(100)包括一個顯示屏(102)，用于產(chǎn)生第一圖像和第二圖像；和一個光學選擇屏(104)，用于選擇性地將第一圖像以第一方向(101)通向第一觀察者(106)，并且將第二圖像以第二方向(103)通向第二觀察者(108)。該顯示系統(tǒng)對于由顯示屏(102)產(chǎn)生來自兩個數(shù)據(jù)流(1，2)的圖像來講是有利的。
文檔編號G09F9/00GK1675085SQ03819556
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月19日
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