專利名稱：圖像顯示設(shè)備和便攜式終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可向多個視點顯示圖像的圖像顯示設(shè)備以及裝配 有該圖像顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備。
背景技術(shù)：
試圖已研制出可向多個角度顯示不同圖像的圖像顯示設(shè)備。 一個 示例是三維圖像顯示設(shè)備。三維圖像顯示設(shè)備可顯示右眼和左眼的視 差圖像，并且利用兩眼觀看到左右之間有區(qū)別的圖像的觀察者可感知 到三維圖像。為了具體的實現(xiàn)這些功能，已研究出許多三維圖像顯示系統(tǒng)。三 維圖像顯示系統(tǒng)可廣泛的分為兩類， 一類使用眼鏡并且另一類使用非 眼鏡。前者進(jìn)一步被分成利用顏色差異的立體影片型以及偏振眼鏡型。 但是這兩者具有觀察者必須使用眼鏡這樣的實質(zhì)問題。為此，使用非 眼鏡的后者更加流行，并且將其子分成視差隔板型以及雙面透鏡型。首先對視差隔板型進(jìn)行描述。視差隔板型是由Berthier在1896年 所構(gòu)想的并且由Ives在1903年所證實的。圖12是示出了視差隔板系 統(tǒng)的三維顯示方法的光學(xué)模型圖示。如圖12所示，視差隔板105是這 樣的光隔板，即在該光隔板上形成有許多呈垂直帶狀的開口，也就是 說形成有狹縫105a。在該視差隔板105的一個表面附近，排列有顯示 板106。在該顯示板106上，右眼的像素123 (在下文中"右眼像素") 和左眼的像素124 (在下文中"左眼像素")排列在與狹縫105a的縱向
相垂直的方向上。在視差隔板105的另一個表面附近，也就是說在顯示板106的相反側(cè)上，排列有光源108。視差隔板105部分的截斷了光源108所發(fā)出的光。另一方面，穿 過狹縫105a而沒有被視差隔板105所截斷的部分光通過右眼像素123 以成為光通量181或者通過左眼像素124以成為光通量182。此后通過 視差隔板105與該像素之間的位置關(guān)系來確定可感知到三維圖像的觀 察者的位置。因此，觀察者104的右眼141必須位于與多個右眼像素 123相匹配的所有光通量181所經(jīng)過的這樣一個區(qū)域之內(nèi)，并且觀察者 104的左眼142必須位于所有光通量182所經(jīng)過的這樣一個區(qū)域之內(nèi)。 當(dāng)觀察者右眼141與左眼142之間的中點143位于圖12所示的矩形三 維可見區(qū)107之內(nèi)時，觀察者可感知到三維圖像。三維可見區(qū)107中的在右眼像素123和左眼像素124的排列方向 上延伸的線段當(dāng)中，穿過三維可見區(qū)107中的對角線交點107a的線段 最長。為此，因為當(dāng)中點143位于交點107a上時，觀察者位置的橫向 偏差的容許誤差最大，因此這是觀察最可取的位置。因此，通過該三維圖像顯示方法，交點107a與顯示板106之間的 距離被認(rèn)為是最佳觀察距離OD，并且推薦觀察者在該距離上觀看圖 像。三維可見區(qū)107中的與顯示板106間隔最佳觀察距離OD的假定平 面被認(rèn)為是最佳觀察面107b。這可使來自右眼像素123和左眼像素124 的光分別到達(dá)觀察者的右眼141和左眼142。結(jié)果是，觀察者可將顯示 板106上所顯示的圖像感知為三維圖像。例如，在2003年1月6日所出版的、No. 838、第26 — 27頁、Nikkei Electronics (參考資料1)的目錄1中包含了裝配有3D可兼容液晶板 的蜂窩式電話。構(gòu)成了蜂窩式電話中的三維圖像顯示設(shè)備的液晶顯示 板的對角線大小是2.2英寸并且分別在水平上具有176顯示點且在垂直 上具有220顯示點。此外，提供了可在視差隔板的開關(guān)效果之間進(jìn)行
轉(zhuǎn)換的液晶顯示面板以在三維顯示與二維顯示之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。接下來對雙面透鏡類型進(jìn)行描述。如chihiro Masuda， Three — Dimensional Display, Sangyo Tosho Kabushiki Kaisha， p.l (參考資料1) 中所描述的，由Ives和他人在1910年左右所發(fā)明的雙面透鏡型。圖13 給出了雙面透鏡的透視圖，并且圖14給出了雙面透鏡型的三維顯示方 法的光學(xué)模型圖示。如圖13所示，雙面透鏡121的一個表面是平的， 并且另一個平面上形成有彼此相平行的在一個方向上延伸的多個凸?fàn)?半圓柱面透鏡122。此后，如圖14所示，在雙面透鏡型的三維圖像顯示設(shè)備中，按照 遠(yuǎn)離觀察者的順序而排列有雙面透鏡121、顯示板106、以及光源108， 并且顯示板106的像素位于雙面透鏡121的焦平面上。在顯示板106 上，用于顯示右眼141圖像的像素123和用于顯示左眼142圖像的像 素124交替排列。在這種排列中，由彼此相鄰的像素123和像素124 所構(gòu)成的各個組與雙面透鏡121的一個或另一個柱面透鏡(凸面)122 相匹配。該排列可使從光源108發(fā)射而出并且透過各個像素的光由雙 面透鏡121的柱面透鏡122所劃分而進(jìn)入朝著左右眼的方向并且可使 左眼和右眼感知到不同的圖像。因此可使觀察者感知到三維圖像。通 過顯示右眼的圖像以及左眼的圖像而可使觀察者感知到三維圖像的系 統(tǒng)被稱為兩視點系統(tǒng)，因為其包含兩個視點的形成。接下來對裝備有傳統(tǒng)雙面透鏡和顯示板的三維圖像顯示設(shè)備的各 個部分的大小進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖15給出了裝備有傳統(tǒng)雙面透鏡型的 三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖，并且圖16給出了該三維圖像顯示 設(shè)備的三維可見區(qū)的光學(xué)模型示圖。如圖15所示，雙面透鏡121的頂點與顯示板106的像素之間的距 離由H來表示、雙面透鏡121的折射率由n來表示、焦距由f來表示、 并且透鏡元件的排列周期即透鏡間距由L來表示。顯示板106的顯示
像素按照左眼像素124和右眼像素123彼此成對的方式而排列。這些像素的間距由p來表示。因此，每一對由一個左眼像素124和一個右眼像素123所組成的 顯示像素的排距是2P。將一個柱面透鏡122排列成與由一個左眼像素 124和一個右眼像素123所組成的這些顯示像素的每一對之一相匹配。假定雙面凸透鏡121與觀察者之間的距離是最佳觀察距離OD，那 么由e來表示位于該距離OD的像素的延伸投射寬度，即左眼像素124 和右眼像素123在與該透鏡距離OD且與該透鏡相平行的虛平面上的各 個投射圖像的寬度。此外，由WL來表示水平方向112上的從位于雙面凸透鏡121中 心上的柱面透鏡122的中心至位于雙面凸透鏡121端部上的柱面透鏡 122的中心的距離，并且由WP來表示透鏡排列方向112上的由左眼像 素124和右眼像素123所組成的成對顯示像素的中心與位于顯示板106 端部上的顯示像素的中心之間的距離。此后，由a和e來分別表示光 在位于雙面透鏡121中心上的柱面透鏡122上的入射角和發(fā)射角，并 且由Y和S分別表示位于透鏡排列方向112上的雙面透鏡121端部上 的柱面透鏡122的入射角和發(fā)射角。此外由C表示距離WL與WP之 間的差值，并且由2m表示包含在距離WP區(qū)域之內(nèi)的像素數(shù)目。因為柱面透鏡122的排列周期L與像素的排列周期P相關(guān)，因此 一個是基于另一個而確定的，但是通常將雙面透鏡設(shè)計成與顯示板相 匹配，像素的排列周期P被認(rèn)為是常數(shù)。折射率n是通過選擇雙面透 鏡121的材料而確定的。與這些因素不同，將透鏡與觀察者之間的觀 察距離OD以及位于觀察距離OD上的像素的延伸投射寬度e設(shè)置成所 希望的值。這些值用于確定透鏡頂點與像素之間的距離H以及透鏡間 距L。根據(jù)斯涅爾折射定律和幾何關(guān)系，可保持下列公式1至6。 n X sin a = sin 0 OD X tanP =e H X tana =P n X sin Y = sin 5 H X tan Y = C OD X tanS = WL 還保持以下公式7至9。(公式1)(公式2) (公式3) (公式4) (公式5) (公式6)WP —WL = C (公式7)WP=2X m X P (公式8)WL=mXL (公式9) 從上述公式1至3可分別導(dǎo)出下列公式10至12。P = arctan (e / OD) a = arcsin (1 / n X sin P ) H = P / tan a從上述公式6和公式9可導(dǎo)出下列公式13,(公式10) (公式11) (公式12)S = arctan ( mL/OD) (公式13 )此外從上述公式7和公式8可導(dǎo)出下列公式14。C = 2XmXP — mXL 此外從上述公式5可導(dǎo)出下列公式15t(公式14)Y = arctan (C/ H)(公式15)順便說一下，因為雙面透鏡頂點與像素之間的距離H通常等于雙 面透鏡的焦距f，所以可保持下列公式16，并且通過下列公式17可算 出在這里由r所表示的透鏡的曲率半徑。
f=H (公式16) r = HX(n —1) /n (公式17)如圖16所示，將來自右眼像素123的每個光所到達(dá)的區(qū)域定義為 右眼區(qū)域171，并且將來自左眼像素124的每個光所到達(dá)的區(qū)域定義為 左眼區(qū)域172。如果觀察者使他的右眼141位于右眼區(qū)域171中并且使 他的左眼142位于左眼區(qū)域172中，那么此后他可感知到三維圖像。然而，由于觀察者兩眼之間的距離是固定的，因此右眼141和左 眼142不能分別位于右眼區(qū)域171和左眼區(qū)域172中的每個期望位置 上，但是兩眼的可見范圍受限于兩眼之間的距離保持恒定。因此，只 有當(dāng)右眼141與左眼142之間的中點位于三維可見區(qū)107中時，可進(jìn) 行三維觀察。在距三維圖像顯示設(shè)備的距離等于最佳觀察距離OD的位 置上，在三維可見區(qū)107中沿著水平方向112的長度最長，并且因此 在這里觀察者位置在水平方向112上的偏差的容許誤差最大。為此， 距三維圖像顯示設(shè)備的距離等于最佳觀察距離OD的位置是理想觀察 位置。雖然先前所描述的視差隔板系統(tǒng)利用隔板而"隱藏"了不必要的 光，但是雙面透鏡系統(tǒng)可改變光的傳播方向，并且按照其絕對原理， 由于存在雙面透鏡而使顯示屏的明亮度沒有任何降低。為此，對于對 高亮度顯示及低電耗的要求尤其嚴(yán)格的便攜式裝置來說該應(yīng)用是很有 前景的。在上述參考資料2中描述了利用雙面透鏡型所開發(fā)的三維圖像顯 示設(shè)備。構(gòu)成了該三維圖像顯示設(shè)備的液晶顯示面板的大小是對角線 為7英寸并且具有水平的800顯示點和垂直的480顯示點。通過使雙 面透鏡與液晶顯示面板之間的距離改變0.6 mm，這可實現(xiàn)在三維顯示 與二維顯示之間的轉(zhuǎn)換。
作為可向多個視點顯示不同圖像的圖像顯示設(shè)備的另一個例子， 公開了可同時顯示多個圖像的一設(shè)備(參見日本專利公開號No. H06 —332354 (參見其圖9)的申請)。在相同的條件下，通過利用雙面透 鏡的圖像部分之外的功能，該顯示可同時顯示一個觀察方向不同于另 一個的二維圖象，并且因此利用單個顯示設(shè)備可使多個不同觀察者同 時觀看分別不同方向上的不同二維圖像。圖17給出了同時顯示多個圖像的透視圖。如圖17所示，在同時 顯示多個圖像的過程中，雙面透鏡121和顯示板106排列在遠(yuǎn)離觀察 者104的方向上。在顯示板106上，用于顯示第一視點的圖像的第一 視點像素125以及用于顯示第二視點的圖像的第二視點像素126交替 的排列。在該排列中，由彼此相鄰的像素125和像素'126所組成的每 個組與雙面透鏡121的一個或另一個柱面透鏡(凸面)122相匹配。因 為該排列可使透過像素的光由雙面透鏡121的柱面透鏡122劃分而透 射進(jìn)入不同方向，因此觀察者可在不同位置感知到不同圖像。與裝配 與觀察者一樣多的顯示設(shè)備相比，通過利用同時顯示多個圖像可節(jié)省 裝配空間、電功率等等。另一方面，發(fā)現(xiàn)借助于低電耗及其他優(yōu)點的液晶顯示器尤其廣泛 應(yīng)用在包括便攜式終端這樣的較小尺寸的物品上。液晶顯示板要求一 些外界光源，因為它是通過對外部光進(jìn)行調(diào)制來顯示圖像的非自發(fā)光 型。在普通的透射液晶顯示板中，在從觀察者側(cè)所看的液晶顯示板的 后側(cè)裝備有稱為背光的照明裝置(參見Akira Tanaka， "The latest trend of backlights for liquid crystals",月刊，1997年6月，p. 75 (參考資料3))。參考資料3中的圖1給出了液晶板所使用的背光單元的結(jié)構(gòu)。通 常，將背光單元配置成 一光導(dǎo)板，該光導(dǎo)板用于對來自發(fā)光源的光 進(jìn)行傳播；發(fā)光源，該發(fā)光源即就是排列在光導(dǎo)板一側(cè)上的邊緣燈(側(cè) 燈)；以及一光學(xué)片，該光學(xué)片排列在光導(dǎo)板的觀察者側(cè)上。當(dāng)邊緣燈 所發(fā)射出的光沿著光導(dǎo)板而傳送時，光的一部分朝著觀察者而發(fā)射出、
在通過光學(xué)片根據(jù)諸如均勻性和角度分配這樣的光學(xué)特性而成形之后 穿過透射液晶顯示板、并且入射到觀察者上。
圖18給出了使用雙面透鏡的傳統(tǒng)三維顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖。 如參考資料3所描述的，分別由許多棱鏡或透鏡所組成的棱鏡片或透 鏡片經(jīng)常用作背光單元的光學(xué)片。如圖18所示，在該棱鏡片或透鏡片 的表面上，存在有從棱鏡或透鏡的結(jié)構(gòu)而得來的凸面或凹面。
然而，上述現(xiàn)有技術(shù)的示例存在問題。便攜式終端設(shè)備要求很薄 以增強可攜帶性，并且因此裝配在便攜式終端設(shè)備上的圖像顯示設(shè)備 也要求很薄。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述及其他示例性問題，本發(fā)明人試圖減少像素與背光單元 之間的距離，并且發(fā)現(xiàn)了這樣的問題，即在顯示圖像中形成了條紋并 且該條紋可使顯示質(zhì)量嚴(yán)重惡化。
因此鑒于這些問題，本發(fā)明的示例性特征就是提供一種很薄且具 有極好顯示質(zhì)量的圖像顯示設(shè)備以及裝備有該圖像顯示設(shè)備的便攜式 終端設(shè)備。
該發(fā)明的第一示例性方面涉及一種圖像顯示設(shè)備，該圖像顯示設(shè) 備包括 一顯示板，該顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，這 多個顯示單元至少包括用于顯示第一視點和第二視點的圖像的像素；一透鏡，該透鏡用于將通過第一視點的像素透射的光以及通過第二視 點的像素透射的光分配到相互不同的方向上；以及一照明元件，該照明元件排列在顯示板的后面并且在其朝著顯示板的表面上形成了多個 凸面或凹面。
在這里下列公式18適用于照明元件中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的
距離V，其中S是像素與凸面或凹面之間的距離，f是透鏡的焦距，并 且L是透鏡的排列周期V《LXS/f (公式18)因此，將凸面間隔或凹面間隔與透鏡排列周期之間的關(guān)系設(shè)置為 凸面間隔小于由像素與凸面之間的距離與透鏡的焦距之間的比率所確 定的給定值。然而由于凸面的傾斜角而使照明元件所發(fā)出的光在方向 分配上不同，因此公式18所定義的距離V可降低由于凸面所造成的發(fā) 射光的方向分配的影響。因此，通過滿足公式18的條件，可使觀察面 上的一個透鏡所投射的凸面數(shù)目為一個或多個，并且因此可使分配的 影響平坦。按照這種方式，該發(fā)明可減小圖像顯示設(shè)備的厚度而無需 犧牲顯示質(zhì)量。焦距f比透鏡與像素之間的距離要短。這可將透鏡的焦點位置設(shè) 置為比像素更靠近透鏡并且因此可使更廣范圍的光線用在照明元件 中。結(jié)果是，相鄰?fù)姑嬷g的距離延伸了，并且因此無需犧牲顯示質(zhì) 量即可減小圖像顯示設(shè)備的厚度，因為它足以降低由于凸面所造成的 發(fā)射光的方向分配的影響。此外，因為透鏡的焦點位置離開了像素表 面，因此像素之間的非顯示區(qū)是不清楚的，并且因此還可防止由于非 顯示區(qū)所造成的顯示圖像的惡化。在使用凹面以代替凸面而獲得發(fā)射光的情況下，可將上面描述中 的凸面讀作"凹面"以解釋相同效果。根據(jù)本發(fā)明第二示例性方面的圖像顯示設(shè)備包括 一顯示板，該顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，這多個顯示單元至少包括有用于顯示第一視點和第二視點的圖像的像素； 一透鏡，該透鏡用于 將通過第一視點的像素透射的光以及通過第二視點的像素透射的光分 配到相互不同的方向上；以及一照明元件，該照明元件排列在顯示板 的后面并且在其朝著顯示板的表面上有規(guī)則的形成了多個凸面或凹
面，其中照明元件上的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離不大于0.6mm。本發(fā)明可減小圖像顯示設(shè)備的厚度而無需犧牲顯示質(zhì)量，本發(fā)明 使用像素間距為0.15 mm并且透鏡的排列周期為0.3 mm的透射液晶 板，并且其中顯示像素包括兩類像素，所述像素間距目前在便攜式終 端的顯示板中最常使用。該透鏡可以是蠅眼透鏡，在該蠅眼透鏡中多個凸透鏡排列成矩陣 形狀。因為這可將通過透鏡透射的光分配在四個方向上，因此可在所 分配的兩維上顯示不同圖像。根據(jù)本發(fā)明第三示例性方面的圖像顯示設(shè)備包括 一顯示板，該 顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，這多個顯示單元至少包括 有用于顯示第一視點和第二視點的圖像的像素； 一雙面透鏡，該雙面 透鏡具有用于將通過第一視點的像素透射的光以及通過第二視點的像素透射的光分配在相互不同方向上的柱面透鏡；以及一照明元件，該 照明元件排列在顯示板的后面并且在其朝著顯示板的表面上形成有向 柱面透鏡的縱向傾斜角度0的多個凸面或凹面，其中下列公式19適用 于照明元件上的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離V ，中S是像素與凸面或 凹面之間的距離，f是透鏡的焦距，L是透鏡的排列周期，并且Pv是在 柱面透鏡縱向上的像素間距。V《 L X S X (cos9 ) /f+PvX (sin6 )(公式19)根據(jù)本發(fā)明，通過利用柱面透鏡的一維透鏡作用，可防止由于照 明元件的凸面或凹面所造成的顯示質(zhì)量的惡化。根據(jù)本發(fā)明第四示例性方面的圖像顯示設(shè)備包括 一顯示板，該 顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，這多個顯示單元至少包括有用于顯示第一視點和第二視點的圖像的像素； 一雙面透鏡，該雙面 透鏡具有用于將通過第一視點的像素透射的光以及通過第二視點的像素透射的光分配在相互不同方向上的柱面透鏡以及一照明元件，該 照明元件排列在顯示板的后面并且在其朝著顯示板的表面上形成有多 個凸面或凹面，其中下列公式20適用于在其向柱面透鏡的縱向傾斜角 度e的方向上照明元件中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離Vv，并且下列 公式21適用于在與下述方向相垂直的方向上照明元件中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離V，所述方向向柱面透鏡的縱向傾斜一定角度其中s是像素與凸面或凹面之間的距離，f是透鏡的焦距，L是透鏡的排列周期，并且Pv是在柱面透鏡縱向上的像素間距。Vv《 Pv/cos0 (公式20) V《 LXSX (cos 9 ) /f+PvX (sin 9 )(公式21)焦距f可以比雙面透鏡與像素之間的距離要短。這可將透鏡的焦 點位置設(shè)置的比像素更靠近透鏡，并且因此更寬范圍的光線用于照明 元件。結(jié)果是，相鄰?fù)姑嬷g的距離延伸了，并且因此圖像顯示設(shè)備 的厚度降低了而無需犧牲顯示質(zhì)量，因為它足以減少由于凸面或凹面 所造成的發(fā)射光的方向分配的影響。此外，因為透鏡的焦點位置離開 像素表面，因此可減輕像素之間的非顯示區(qū)的影響，并且因此還可防 止由于非顯示區(qū)所造成的顯示圖像惡化。本發(fā)明可減小圖像顯示設(shè)備的厚度而無需犧牲顯示質(zhì)量，因為它 足以減少由于形成于照明元件上的凸面或凹面所造成的發(fā)射光的方向 分配的影響。


圖1給出了本發(fā)明第一示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué) 模型示圖。圖2給出了裝配有圖1的三維圖像顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備的 透視圖。
圖3給出了本發(fā)明第二示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué) 模型示圖。圖4給出了蠅眼透鏡的透視圖。圖5給出了本發(fā)明第三示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的部分 透視圖。圖6 (a)和6 (b)給出了本發(fā)明第三示例性實施例的三維圖像顯 示設(shè)備的示意性剖面圖。圖7給出了本發(fā)明第四示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的部分 透視圖。圖8給出了本發(fā)明第五示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的咅6分 透視圖。圖9給出了本發(fā)明第六示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的部分 透視圖。圖10給出了本發(fā)明第七示例性實施例的便攜式終端設(shè)備的透視圖。圖ll給出了具體體現(xiàn)了該模式下的本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備的操作 的光學(xué)模型示圖。圖12給出了視差隔板系統(tǒng)的三維顯示方法的光學(xué)模型示圖。 圖13給出了雙面透鏡的透視圖。圖14給出了雙面透鏡型的三維顯示方法的光學(xué)模型示圖。 圖15給出了裝備有傳統(tǒng)雙面透鏡型的雙透鏡三維圖像顯示設(shè)備 的光學(xué)模型示圖。圖16給出了圖15所示雙透鏡三維圖像顯示設(shè)備的三維可見區(qū)的光學(xué)模型示圖。圖17給出了同時顯示多個圖像的透視圖。圖18給出了使用雙面透鏡的傳統(tǒng)三維顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖。 其中，各圖中使用的標(biāo)號如下圖1: 2顯示板，3雙面透鏡，3a柱面透鏡，5背光單元，10 3D 圖像顯示設(shè)備，41左眼像素，42右眼像素，51光學(xué)片，61、 62光
線組，9便攜式終端設(shè)備；圖3: 2顯示板，5背光單元，8蠅眼透鏡，20 3D圖像顯示設(shè)備， 41左眼像素，42右眼像素，51光學(xué)片；圖4: 8蠅眼透鏡；圖5: 3雙面透鏡，3a柱面透鏡，30 3D圖像顯示設(shè)備，41左眼 像素，42右眼像素，51光學(xué)片；圖6: 5背光單元，51光學(xué)片；圖7: 40 3D圖像顯示設(shè)備，52光學(xué)片；圖8: 2顯示板，3雙面透鏡，3a柱面透鏡，5背光單元，41左 眼像素，42右眼像素，50 3D圖像顯示設(shè)備，51光學(xué)片；，'圖9: 2顯示板，5背光單元，8蠅眼透鏡，41左眼像素，42右 眼豫素，60 3D圖像顯示設(shè)備；圖10: 3a柱面透鏡，9便攜式終端設(shè)備，11縱向，12橫向；圖11: 2顯示板，3雙面透鏡，3a柱面透鏡，5背光單元，70圖 像顯示設(shè)備；圖12: 104觀察者，105視差隔板，105a狹縫，106顯 示板，107 3D可視區(qū)，107a對角線交點，107b最佳觀察面，143右 眼141與左眼142之間的中點，181、 182光通量；圖13: 121雙面透鏡，122柱面透鏡；圖14: 106顯示板，108光源，123右眼像素，124左眼像素， 141右眼，142左眼；圖15: 106顯示板，121雙面透鏡，122柱面透鏡，123右眼像 素，124左眼像素，112縱向；圖16: 107 3D可視區(qū)，141右眼，142左眼，171右眼區(qū)域，172 左眼區(qū)域；圖17: 106顯示板，104觀察者，121雙面透鏡，122柱面透鏡， 125第一視點的像素，126第二視點的像素；圖18: 2顯示板，3雙面透鏡，5背光單元，51光學(xué)片。
具體實施方式
為了解決上述問題，本發(fā)明人認(rèn)真的力圖減小諸如上述三維圖像
顯示設(shè)備這樣的同時顯示多個圖像的圖像顯示設(shè)備的厚度并且力圖將 該顯示裝配在便攜式終端設(shè)備上。結(jié)果是，獲得了與在所顯示的圖像 上出現(xiàn)了條紋有關(guān)的下列發(fā)現(xiàn)。在三維圖像顯示設(shè)備中，如果目的僅 僅是顯示三維圖像，那么如圖16所示僅考慮像素對觀察者側(cè)的光學(xué)模 型就足以了。然而，如果要減小設(shè)備的厚度并且提高圖像質(zhì)量，那么如圖l所示應(yīng)該考慮從顯示像素(右眼像素42和左眼像素41)至背光 單元5上的光學(xué)片51的距離以及形成于光學(xué)片51表面上的凸面形狀。(第一示例性實施例)參考附圖，以特定術(shù)語來對本發(fā)明示例性實施i列的'圖像顯示設(shè)備進(jìn)行說明。首先對本發(fā)明第一示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行 說明。圖1給出了具體體現(xiàn)了這種模式下的本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè) 備的光學(xué)模型。在圖1中，為了容易繪制以理解而省去了對顯示板上 除像素之外的其他組件進(jìn)行圖解。如圖1所示，在具體體現(xiàn)了這種模式下的本發(fā)明的三維圖像顯示 設(shè)備10中，雙面透鏡3、顯示板2、與背光單元5按照遠(yuǎn)離觀察者的 順序而排列。圖像顯示設(shè)備1中的顯示板2可以是例如透射液晶板， 并且顯示板上的顯示像素可以包括相互相鄰的右眼像素42和左眼像素 41。各組顯示像素排列在柱面透鏡3a的縱向上，并且將雙面透鏡3排 列成一個或另一個柱面透鏡3a與這些所排列的顯示像素的每一排相匹 配。在顯示板2側(cè)的背光單元5的表面上，將一個表面上形成有在一 個方向上延伸的凸面的光學(xué)片51排列成具有該凸面的表面面對顯示板 2側(cè)。形成于光學(xué)片51之上的這些凸面形狀例如是棱形的，并且由V 來表示相鄰?fù)姑嬷g的距離，即表示凸面的重復(fù)間距。在該示例性實 施例的圖像顯示設(shè)備10中，顯示像素集中，形成了雙面透鏡3的柱面 透鏡3a的焦距f等于透鏡頂點與顯示像素之間的距離。
此外，光學(xué)片51的凸面排列在一個方向上，并且其縱向與柱面透鏡3a的縱向相同。因此，光學(xué)片51的凸面排列在與柱面透鏡3a相同 的方向上。由L所表示的柱面透鏡的排列周期、由S所表示的顯示像 素與光學(xué)片51之間的距離、以及光學(xué)片51上的凸面的間距V滿足下 列公式24的條件。V《 LXS/f (公式24)接下來就顯示板2的顯示像素當(dāng)中的一個點來對根據(jù)第一示例性 實施例的三維圖像顯示設(shè)備10的操作進(jìn)行描述。。背^;單元5所發(fā)出的 光以多個不同角度進(jìn)行傳播。因此，穿過了顯示像素當(dāng)中某一點的光 線被分散，并且同時朝著雙面透鏡3的方向而傳播。注意形成了雙面 透鏡3的柱面透鏡3a之一，入射在柱面透鏡3a上的光線組形成了這樣 的三角形，該三角形的底邊是透鏡間距L并且高度是焦距f。另一方面， 背光單元5發(fā)出的并且集中到顯示像素當(dāng)中的上述一個點上的光線組 也形成了三角形。這三角形的高度是從顯示像素至光學(xué)片51的距離S。 因為這兩個三角形彼此相似，因此可保持下列公式25的關(guān)系，其中X 是后者三角形的長度。L:f-X:S (公式25)由上述公式25所表示的三角形的長度X不過是之前所述公式24 的右側(cè)。因此，在具體體現(xiàn)了該模式下的本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備10 中，注意顯示板2的顯示像素當(dāng)中的一個點，由背光單元5所發(fā)出的 光線組所形成的且入射在顯示像素當(dāng)中一個點上的三角形的底的長度 X不短于背光單元5的光學(xué)片51上的棱形凸面的間距V。因為光學(xué)片51上的棱形凸面在不同位置的表面傾斜角度不同，因
此背光單元5發(fā)出的光的方向分配在不同的發(fā)射位置也不同。例如， 在三角形的底的長度X比凸面的間距V要短的情況下，取決于凸面位 置的發(fā)射光的方向分配的效果要大。然而，因為在示例性實施例的三 維圖像顯示設(shè)備IO中三角形的底的長度X不短于凸面間距V，因此即 使方向分配隨著發(fā)射位置而不同，也可減輕該效果，這是因為在一個 周期或多個周期中進(jìn)行了平均。此外，穿過顯示像素當(dāng)中一個點的且穿過柱面透鏡3a的光投射到 觀察面上，并且基于一對一，與顯示像素當(dāng)中的一個點相匹配。因此， 光學(xué)片51上的有限范圍X與觀察面上的挺一+點相匹配，并且光學(xué)片 51上的有限范圍X與觀察面上的點相匹配地進(jìn)行變化。注意，在某一 有限范圍X之內(nèi)的光學(xué)片51的亮度分布情況下，如果發(fā)射光的方向分 配即亮度分布就光學(xué)片上的有限范圍X的位置而不同，那么觀察面上 的亮度就隨位置而變化。因為觀察到在所顯示的圖像上疊加有亮度變 化，因此圖像質(zhì)量嚴(yán)重惡化了。為了解決該問題，有效的是使有限范圍X中的亮度分布均勻而不 管其在光學(xué)片上的位置。因為公式24適用于該示例性實施例的三維圖 像顯示設(shè)備10并且將有限范圍X設(shè)置為光學(xué)片51上的棱形凸面的間 距V或之上，因此可使有限范圍X中的亮度分布均勻而不管其在光學(xué) 片51上的位置。這可實現(xiàn)使薄圖像顯示設(shè)備具有極好的顯示質(zhì)量。接下來根據(jù)使用下述顯示板2的兩個視點三維圖像顯示設(shè)備來對 三維圖像顯示設(shè)備的優(yōu)點進(jìn)行描述，所述顯示板2舉例來說例如是玻 璃襯底(未給出)是0.7mm厚度并且像素間距是0.15mm的透射液晶 顯示板。在該三維圖像顯示設(shè)備中雙面透鏡3的頂點與顯示像素之間 的距離以及焦距f均與玻璃襯底(未給出)相等，也就是說等于0.7 mm。此外，在顯示像素與光學(xué)片51之間，除了排列有上述玻璃襯底(未 給出)之外，還依次排列有作為透射液晶顯示板的重要部件的起偏振片(未給出)、用于增強亮度的多層光薄膜(未給出)、以及用于相互 固定背光單元5和液晶顯示板的光透射粘性薄膜(未給出)。玻璃襯底 的厚度是0.7 mm、起偏振片的厚度是0.3 mm、光薄膜的厚度是0.2mm、 并且粘性薄膜的厚度是0.2 mm。因此，顯示像素至光學(xué)片51的距離S即最小厚度可使這些元件的 排列是1.4mm。根據(jù)公式24，通過將光學(xué)片51上的凸面間距V設(shè)置 為0.6mm或之下，可減輕光學(xué)片51上的凸面的方向分配的效果，這 可實現(xiàn)使圖像顯示設(shè)備具有極好的顯示質(zhì)量。另一方面，如果光學(xué)片51的凸面間距V大于0.6 mm，那么從顯 示像素至光學(xué)片51的距離將應(yīng)延伸以防止顯示質(zhì)量的惡化。例如，如 果如圖18所示光學(xué)片51的凸面間距V是lmm而大于X,那么顯示像 素至光學(xué)片51的距離S應(yīng)該是2 mm，這會導(dǎo)致浪費顯示像素與光學(xué) 片51之間的間隙并且隨之而來的會增大圖像顯示設(shè)備的厚度。因此，通過保持背光單元5上的光學(xué)片51的凸面間距為0.6 mm 或之下，可形成具有極好顯示質(zhì)量的薄三維圖像顯示設(shè)備。圖2給出裝配有圖1所示三維圖像顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備的 透視圖。如圖2所示，該三維圖像顯示設(shè)備IO安裝在諸如蜂窩式電話 這樣的便攜式終端設(shè)備9上。雖然其表面上形成有在一個方向上延伸的棱形凸面的光學(xué)片用于 該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備10中，但是本發(fā)明并不局限于該 結(jié)構(gòu)。例如，其表面上形成有在一個方向上延伸的棱形凸面的兩個光 學(xué)片可排列在背光單元5上以便凸面的延伸方向在平面圖內(nèi)垂直相交。 在這種情況下，下述光學(xué)片的間距V位于上述公式24所定義的范圍之 內(nèi)，所述光學(xué)片的凸面在與柱面透鏡3a的排列方向相同的方向上延伸。 還可使用棱形凸面排列成矩陣形狀的光學(xué)片。因為下述照明元件 排列在背光單元上，所述照明元件包括有其上形成有凸面的光學(xué)片， 因此使用其上的凸面排列成矩陣形狀的光學(xué)片可給出與其上的凸面在 一個方向上延伸的光學(xué)片用于兩個層相同的效果。其結(jié)果是，組件的 數(shù)目減少了，同時相應(yīng)成本節(jié)省了。雖然在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備10中在光學(xué)片51上 形成了凸面，但是本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。例如在凸面形成于背光 單元5上的光導(dǎo)板的表面上的情況下，通過使凸面間距保持在上述公式24所定義的范圍之內(nèi)可實現(xiàn)禾l同僉果。如果該凸面具有面內(nèi)分配， 那么更可取的是間距V的最小值滿足上述公式24的要求。因此，即使 距離v具有面內(nèi)分配，圖像顯示設(shè)備無需犧牲其顯示質(zhì)量也可具有較 小厚度。此外，凸面的形狀并不局限于棱形，但是作為替代凸面可位于背 光單元5的表面上，并且存在凸面會導(dǎo)致發(fā)射光在微小區(qū)域中不同方 向的分配。此外光散元件，更準(zhǔn)確地說其具有光散射效果的光薄膜等 等可形成于在背光單元5上所形成的凸面上。這可降低凸面的影響。雖然上面的描述是指棱形凸面，但是與反轉(zhuǎn)棱鏡形狀類似的凹面 證明是有效的。此外，雖然在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備10中透射液晶 板被認(rèn)為是用作顯示板2，然而該發(fā)明并不局限于此，但是可應(yīng)用于其 利用背光單元5的任何顯示板。液晶板可由諸如薄膜晶體管(TFT)系 統(tǒng)或薄膜二極管(TFD)系統(tǒng)這樣的有源矩陣系統(tǒng)或者諸如超扭向列型 液晶(STN)系統(tǒng)這樣的矩陣系統(tǒng)來驅(qū)動。該示例性實施例中的圖像顯 示設(shè)備1不但可應(yīng)用于蜂窩式電話或個人數(shù)字助理(PDA)而且還可 應(yīng)用于其包括有游戲機、數(shù)字式照相機、數(shù)字?jǐn)z像機、筆記本電腦、 視頻播放機、DVD播放機、自動售貨機、供醫(yī)學(xué)之用的f視器、以及 ATM (自動柜員機)的多種其他便攜式終端。(第二示例性實施例) 接下來對根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行 描述。圖3給出了具體體現(xiàn)了該模式下的本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖，并且圖4給出了蠅眼透鏡的透視圖。如圖3所示， 該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備20與上述第一示例性實施例的三 維圖像顯示設(shè)備IO相同，除了使用下述蠅眼透鏡而非雙面透鏡之外， 在所述蠅眼透鏡中形成了矩陣形狀的組成透鏡。因為該示例性實施例 的三維圖像顯示設(shè)備20 i吏用蠅眼透鏡8，因此可將穿過透鏡透射的像 素的光分配到上下左右這四個方向上。其結(jié)果是，即使轉(zhuǎn)動了三維圖 像顯示設(shè)備20的排列方向，也可顯示三維圖像。順便說一下，在蠅眼透鏡8的透鏡間距隨排列方向不同的情況下， 優(yōu)選的是使光學(xué)片51的凸面間距V最好是在間距減小方向上的上述公 式24的范圍之內(nèi)。在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備20中，與 上述第一示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備10相同，在光學(xué)片51上 所形成的凸面排列在一個方向上或者排列成矩陣形狀。在排列其表面上形成有在一個方向上的棱形凸面的兩個光學(xué)片51 的每一個，使得在平面圖中凸面的方向彼此相垂直的情況下，顯示板2 側(cè)上的光學(xué)片的間距V最好是在上述公式24所定義的范圍之內(nèi)。也就 是說，因為顯示板2側(cè)上的光學(xué)片的距離比顯示像素要短，因此要防 止顯示質(zhì)量惡化的條件更嚴(yán)格。此外，除上面所描述的之外，該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè) 備20的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點的另一方面與先前所描述的第一示例性實施例的三 維圖像顯示設(shè)備10相同。(第三示例性實施例)
接下來對本發(fā)明第三示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描 述。圖5給出了根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的 部分透視圖。順便說一下，圖5僅給出了雙面透鏡的一部分，即就是 給出了光學(xué)片及一對顯示像素這一部分，但是省去了對所有其他組成 元件的圖解。如圖5所示，在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備30中，其形成了雙面透鏡3的柱面透鏡3a的縱向與光學(xué)片表面上所形成的棱形凸 面的延伸方向不同。光學(xué)片51上的凸面的重復(fù)間距V滿足下列公式 26的條件，其中、是'由柱面透鏡3a的縱向與棱形凸面的延伸方向所形 成的角度，并且Pv是柱面透鏡3a在縱向上的像素間距。V《 L X SX (cos 0 ) /f+PvX (sin8 ) (公式26)圖6 (a)和6 (b)示意性的給出了該示例性實施例的三維圖像顯 示設(shè)備的背光單元的剖面圖，其中圖6 (a)是沿著圖5中的線A — A 的剖面圖并且圖6 (b)是沿著線B — B的剖面圖。在該示例性實施例 的三維圖像顯示設(shè)備中，因為將雙面透鏡3和光學(xué)片51排列成在柱面 透鏡3a的縱向與棱形凸面的延伸方向之間所形成的角度是e ，因此圖 6 (a)和6 (b)中的凸形的相對位置相差值(PvXtane )。在光學(xué)片51的凸面間距V處在柱面透鏡3a的排列方向上的分量 是值(V/cos e )。因為在該示例性實施例中光學(xué)片相對于柱面透鏡而傾斜，因此應(yīng)該考慮傾斜角e。此外，因為柱面透鏡在其連續(xù)方向(以下簡稱為縱向)上不具有透鏡作用，因此在縱向上不存在分離作用。因此，雖然 在透鏡的排列方向上(以下簡稱為橫向)存在顯著的分離，但是在縱 向上不存在分離。
在光學(xué)片具有縱向上的凸面或者凹面的情況下，只需考慮透鏡的 分離作用，但是在其旋轉(zhuǎn)式排列的情況下，還應(yīng)考慮柱面透鏡的透鏡 作用的各向異性。在本發(fā)明的示例性實施例中，肯定利用柱面透鏡在縱向上不存在 分離作用。在縱向上不存在分離作用是指允許疊加。然而，如果疊加 范圍超過了縱向上的像素間距，那么將會發(fā)生像素之間的差異，這將 極可能導(dǎo)致不平的觀測。因此，保持縱向上的疊加范圍在縱向上的像 素間距范圍之內(nèi)。由于傾斜角度e所造成的凸面/凹面形狀在橫向上的相對位置的差異在縱向像素間距Pv范圍之內(nèi)為Pvxtane ?？梢韵氲玫降氖?，由于柱面透鏡作用以及旋轉(zhuǎn)式排列所造成的縱向上的疊加結(jié)果是，凸面/凹 面間距相應(yīng)降低了。因為固有的凸面/凹面間距是V并且橫向上的間距是V/cos0 ，因此在凸面/凹面相對于柱面透鏡而旋轉(zhuǎn)式排列的情況下間距是V/cos 9 —PvXtan0該值要小于本發(fā)明第一示例性實施例中的LXS/f。因為柱面透鏡3a在其連續(xù)方向上不具有透鏡效果，因此光學(xué)片51 的效果歸因于圖6 (a)和6 (b)所示的凸面排列的疊加。因此，光學(xué) 片51上的凸面變得與當(dāng)其以擴大了值(Pvxtane )的寬度而排列時的 凸面相等同。此外，因為由值(V/cosS)來表示在光學(xué)片51的凸面 間距V處柱面透鏡3a排列方向上的分量，因此當(dāng)保持下列公式27時， 該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備提供了與上述第一示例性實施例 的三維圖像顯示設(shè)備IO相同的效果。V/cos 9 —PvXtan6《LXS/f (公式27) 此外，可將上述公式27重新排列為先前所述的公式26。通過對下述光學(xué)片51進(jìn)行排列，所述光學(xué)片51上形成有其在一個方向上延 伸的凸面相對于柱面透鏡3a的縱向而傾斜，并且因此利用柱面透鏡的 一維透鏡作用以防止由于光學(xué)片51的凸面所造成的顯示質(zhì)量的惡化， 該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備30更薄并且顯示質(zhì)量很高。雖然該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備中的光學(xué)片51相對于 柱面透鏡3a的縱向而旋轉(zhuǎn)式的排列，但是只要使光學(xué)片51上的凸面 延伸方向與柱面透鏡3a的縱向不同就足以了 。例如，可將光學(xué)片51排列成利用旋轉(zhuǎn)式排列的雙面透鏡3而使其 凸面的延伸方向與三維圖像顯示設(shè)備的某一側(cè)相平行。然而，因為雙 面透鏡3的傾斜排列可使用戶感覺難以使用，因此可將雙面透鏡3排 列成柱面透鏡3a的縱向與顯示板的一側(cè)相平行。從難以使用的意義上 來說這可解除用戶。此外，光散元件最好是排列在顯示板與光學(xué)片51之間。這可減輕 顯示圖像上的由于光板51的凸面所造成的發(fā)射光的方向分配的影響。 其結(jié)果是，可獲得具有顯示質(zhì)量極好的薄圖像顯示設(shè)備。(第四示例性實施例) 接下來對本發(fā)明第四示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描 述。圖7給出了本發(fā)明示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的部分透視 圖。順便說一下，圖7僅給出了雙面透鏡的一部分，即就是給出了光 學(xué)片及一對顯示像素這一部分，但是省去了對所有其他組件的圖解。 如圖7所示，該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備40具有其上形成有 矩陣形狀的凸面的光學(xué)片52以代替其上形成有在一個方向上延伸的凸 面的光學(xué)片51。順便說一下，該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備40 的結(jié)構(gòu)的其他方面與上述第三示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備30相 類似。
在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備40中，柱面透鏡3a的縱
向與形成于光學(xué)片52表面上的棱形凸面的延伸方向不同，并且其相對 于柱面透鏡3a的延伸方向而傾斜角度e的凸面的間距Vv滿足下列公 式28的條件。順便說一下，下列公式28中的Pv表示柱面透鏡3a縱向 上的像素間距。
VvXcos6《Pv (公式28)
'、第三示例性實施例相同，該示例性實施例通過利用柱面透鏡的 透鏡作用的各向異性可提高顯示質(zhì)量。因此，使用縱向上的疊加原理 要求必須對縱向上的間距進(jìn)行定義。
在其上形成有矩陣形狀的凸面的光學(xué)片52上，在縱向上所投射的
凸面間距是vvxcose ，其中Vv是凸面間距并且e是該片的轉(zhuǎn)動角。 因為如果該值未超過縱向上的像素間距pv，那么為每個像素排列多個 凸面，因此可降低凸面的影響。
雖然橫向上的凸面間距是規(guī)定的并且在第一和第二示例性實施例 中極其細(xì)微，但是其僅在橫向上細(xì)微將會招致不平衡并且會使制造設(shè) 備更困難，因此還使用縱向上的效果。
因為這可使每個像素(右眼像素42或者左眼像素41)覆蓋兩個 或多個凸面，因此通過柱面透鏡3a的一維透鏡作用還可等效的提高凸 面的空間頻率并且因此可防止由于凸面所造成的顯示質(zhì)量的惡化。
通過對下述光學(xué)片52進(jìn)行排列，所述光學(xué)片52上形成有其在一 個方向上延伸的矩陣形狀的凸面相對于柱面透鏡3a的縱向而傾斜，并 且因此利用柱面透鏡的一維透鏡作用以防止由于凸面所造成的顯示質(zhì) 量的惡化，該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備40更薄并且顯示質(zhì)量
很高。
通過利用其上形成有矩陣形狀的凸面的光學(xué)片52可產(chǎn)生與其上 使用在一個方向上延伸的凸面的兩個光學(xué)片相同的效果。其結(jié)果是， 可減少組件數(shù)目，同時相應(yīng)的可節(jié)省制造成本。
(第五示例性實施例) 接下來對本發(fā)明第五示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描
述。圖8給出了該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖。 在圖8中，利用視圖以使示圖更易理解，省去了對除顯示板2上的像 素之外的其他組件的圖解。在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備50 中，將其形成了雙面透鏡3的柱面透鏡3a的焦點設(shè)置成比顯示像素更 靠近雙面透鏡3，從而使焦距f比透鏡頂點與像素之間的距離H要短。 因此可保持下列公式29。
f<H (公式29)
在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備50中，因為將透鏡3a的 焦點設(shè)置成比顯示像素更靠近雙面透鏡3，因此可使用背光單元5上的 更寬范圍的光線。
其結(jié)果是，可使用凸面間距更長的光學(xué)片，并且因此可減輕由于 凸面所造成的發(fā)射光的方向分配的影響。此外，因為透鏡的焦點位置 離開像素表面，因此可減輕像素之間的非顯示區(qū)的影響，并且因此還 可防止由于非顯示區(qū)所造成的顯示圖像的惡化。另外，除上述之外的 該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備50的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點的其他方面與先 前所描述的第一示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備IO相類似，雖然該 示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備50中的從透鏡焦點位置至光板51 的距離由S來表示。
(第六示例性實施例) 接下來對本發(fā)明第六示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描 述。圖9給出了該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型示圖。 在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備中，將其形成了蠅眼透鏡8的
透鏡的焦點設(shè)置成比顯示像素更靠近蠅眼透鏡8，從而使焦距f比透鏡 頂點與像素之間的距離H要短。因此可保持下列公式30。另外，該示 例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備60的結(jié)構(gòu)的其他方面與上述第二示例 性實施例的三維圖像顯示設(shè)備20相同。
f<H (公式30)
在該示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備60中，因為將透鏡的焦點 位置設(shè)置成比顯示像素更靠近蠅眼透鏡8，因此除了上述第二示例性實 施例的三維圖像顯示設(shè)備20的效果之外，還可使用背光單元5上的更 寬范圍的光線。其結(jié)果是，可使用凸面間距更長的光學(xué)片，并且因此 可減輕由于凸面所造成的發(fā)射光的方向分配的影響。此外，因為透鏡 的焦點位置離開像素表面，因此可減輕像素之間的非顯示區(qū)的影響， 并且因此還可防止由于非顯示區(qū)所造成的顯示圖像的惡化。
第一至第六示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備也可作為二維圖像 顯示設(shè)備。例如在將該圖像顯示設(shè)備裝配在便攜式終端設(shè)備上的情況 下，用戶通過僅僅改變便攜式終端設(shè)備的角度即可觀看多個視點的圖 像。尤其是在多個視點的圖像相關(guān)的情況下，通過改變視角這樣的簡 單方法即可觀看每個圖像，這將從實質(zhì)上改善了便利性?；蛘咴诙鄠€ 視點的圖像排列在縱向上的情況下，觀察者利用兩眼可一直觀看每個 視點的圖像，這將提高對每個視點的圖像的感知力。此外，液晶顯示 板可用作顯示板。
(第七示例性實施例) 接下來對本發(fā)明第七示例性實施例的便攜式終端設(shè)備進(jìn)行描述。
圖10給出了該示例性實施例的便攜式終端設(shè)備的透視圖，并且圖11 給出了裝配在具體體現(xiàn)了該模式下的本發(fā)明的便攜式終端設(shè)備上的圖 像顯示設(shè)備的操作的光學(xué)模型示圖。
如圖10和圖11所示，該示例性實施例的便攜式終端設(shè)備9是內(nèi) 嵌有圖像顯示設(shè)備70的蜂窩式電話。在該便攜式終端設(shè)備9中，形成
了雙面透鏡3的柱面透鏡3a的排列方向是縱向11，也就是圖像的垂直 方向，并且柱面透鏡3a的縱向是橫向12,也就是圖像的水平方向。顯 示板的一對顯示像素中的第一視點像素43和第二視點像素44的排列 方向是與柱面透鏡3a的排列方向相同的縱向11。順便說一下，雖然為 了使圖解簡單化，圖IO僅給出了四個柱面透鏡，但是事實上形成了其 與顯示像素的陣列一樣多的柱面透鏡3a。該示例性實施例的便攜式終 端設(shè)備9中的圖像顯示設(shè)備70的結(jié)構(gòu)的其他方面與先前所描述的第一 示例性實施例中的三維圖像顯示設(shè)備相同。
接下來，對該示例性實施例的便攜式終端設(shè)備9中的圖像顯示設(shè) 備70的操作進(jìn)行描述。如圖11所示，背光單元5發(fā)射入射到顯示板2 的光。此后，顯示板2的第一視點像素43顯示第一視點圖像，并且第 二視點像素44顯示第二視點圖像。入射到顯示板2的第一視點像素43 和第二視點像素44上的光通過這些像素而透射，并且朝著雙面透鏡3 的方向而傳播。這些光通過雙面透鏡3的柱面透鏡3a而折射，并且朝 著區(qū)域E1和E2的方向而射出。區(qū)域E1和E2排列在縱向11上。此后 如果觀察者使他的眼睛位于區(qū)域E1中，那么他可觀看到第一視點圖像， 或者如果他使他的眼睛位于區(qū)域E2中，那么他可觀看到第二視點圖像。
該示例性實施例的便攜式終端設(shè)備9具有這樣的優(yōu)點，即觀察者 通過僅僅改變便攜式終端設(shè)備9的角度即可使他的眼睛位于區(qū)域El或 者E2中，并且因此可觀看第一視點圖像或者第二視點圖像。尤其是在 第一視點圖像和第二視點圖像相關(guān)的情況下，他通過改變視角的簡單 方法可觀看每個圖像，這將從實質(zhì)上改善了便利性。
順便說一下，如果多個視點的圖像排列在橫向上，那么將存在右 眼和左眼可看到不同視點的圖像這樣的一位置，并且觀察者將會混淆 以至于不能感知到每個視點的圖像。如本發(fā)明的示例性實施例中所示 在多個視點的圖像排列在縱向上的情況下，觀察者總是可利用兩眼而 觀看到不同視點的圖像并且因此可很容易感知到這些圖像。該示例性 實施例的便攜式終端設(shè)備9的其他優(yōu)點與先前所描述的第一示例性實 施例的三維圖像顯示設(shè)備相類似。該第七示例性實施例還可應(yīng)用于上 述第三、第四、以及第五示例性實施例的三維圖像顯示設(shè)備。
上述實施例可使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員制造出并使用本發(fā)明。此外， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可很容易明白對這些實施例的各種修改，并且無 需使用創(chuàng)造性能力即可將這里所定義的一般原則和具體示例應(yīng)用到其 他實施例中。因此，本發(fā)明并不局限于這里所描述的實施例，而是基 于權(quán)利要求及其等效體的限制所定義的最寬的范圍。
此外，發(fā)明人的意圖是即使在申請期間對權(quán)利要求進(jìn)行了修訂， 也要保留有請求權(quán)項的發(fā)明的所有等效體。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示設(shè)備，包括一顯示板，該顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，該多個顯示單元的每一個至少包括有用于顯示第一視點的圖像和第二視點的圖像的像素；一透鏡，該透鏡用于將通過所述第一視點的像素透射的光以及通過所述第二視點的像素透射的光分配到相互不同的方向上；以及一背光，該背光排列在所述顯示板的后面并且其具有不平坦結(jié)構(gòu)，其中形成了多個凹面或凸面，其中所述背光中的相鄰?fù)姑嬷g的距離V滿足公式V≤L×S/f，其中S是所述像素與所述凸面之間的距離，f是所述透鏡的焦距，并且L是所述透鏡的排列周期。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述焦距f比所述透 鏡與所述像素之間的距離短。
3. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述距離V是相鄰?fù)?面或凹面之間的最小可能距離。
4. 如權(quán)利要求l所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡包括這樣的 雙面透鏡，即將該雙面透鏡中的多個柱面透鏡排列成在其縱向上彼此 相平行。
5. 如權(quán)利要求4所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述凸面或者凹面在 一個方向上延伸，并且所述凸面或者凹面的延伸方向與所述柱面透鏡 的縱向彼此相平行。
6. 如權(quán)利要求4所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述凸面或者凹面成矩陣形狀。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡包括這樣的 蠅眼透鏡，即該蠅眼透鏡中的多個凸透鏡排列成矩陣形狀。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括一光散元件， 該光散元件排列在所述顯示板與所述背光之間。
9. 如權(quán)利要求l所述的圖像顯示設(shè)備，其包括三維圖像顯示設(shè)備。
10. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其包括二維圖像顯示設(shè)備。
11. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述顯示板包括液 晶顯示板。
12. —種圖像顯示設(shè)備，包括一顯示板，在該顯示板中，多個顯示單元排列成矩陣形狀，所述 多個顯示單元的每一個至少包括用于顯示第一視點的圖像和第二視點 的圖像的像素；一透鏡，該透鏡用于將通過所述第一視點的像素透射的光以及通 過所述第二視點的像素透射的光分配到相互不同的方向上；以及一背光，該背光排列在所述顯示板的后面并且其具有不平坦結(jié)構(gòu)， 其中形成了多個凹面或凸面，其中所述背光上的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離不大于0.6mm。
13. 如權(quán)利要求12所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡包括這樣 的雙面透鏡，即將該雙面透鏡中的多個柱面透鏡排列成在其縱向上彼 此相平行。
14. 如權(quán)利要求12所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡包括這樣 的蠅眼透鏡，即該蠅眼透鏡中的多個凸透鏡排列成矩陣形狀。
15. —種圖像顯示設(shè)備，包括一顯示板，在該顯示板中，多個顯示單元排列成矩陣形狀，所述 多個顯示單元的每一個至少包括用于顯示第一視點的圖像和第二視點 的圖像的像素；一雙面透鏡，該雙面透鏡具有用于將通過所述第一視點的像素透 射的光以及通過所述第二視點的像素透射的光分配在相互不同方向上的柱面透鏡；以及一背光，該背光排列在所述顯示板的后面并且其具有不平坦結(jié)構(gòu)， 其中形成了向所述柱面透鏡的縱斜傾斜角度e的多個凸面或凹面，其中公式V《LXSXcos8/ f + PyXsine適用于所述背光上的相鄰?fù)?面或凹面之間的距離V，其中，S是所述像素與所述凸面或凹面之間的距離， f是所述透鏡的焦距， L是所述透鏡的排列周期，并且Pv是在所述柱面透鏡縱向上的像素間距。
16. 如權(quán)利要求15所述的圖像顯示設(shè)備，其中將所述雙面透鏡排 列成所述顯示板的一側(cè)與所述柱面透鏡的縱向彼此相平行。
17. 如權(quán)利要求15所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述焦距f比所述 雙面透鏡與所述像素之間的距離短。
18. —種圖像顯示設(shè)備，包括一顯示板，在該顯示板中，多個顯示單元排列成矩陣形狀，所述 多個顯示單元的每一個至少包括用于顯示第一視點的圖像和第二視點 的圖像的像素； 一雙面透鏡，該雙面透鏡具有用于將通過所述第一視點的像素透 射的光以及通過所述第二視點的像素透射的光分配在相互不同方向上 的柱面透鏡；以及一背光，該背光排列在所述顯示板的后面并且其具有不平坦結(jié)構(gòu)， 其中形成了多個凹面或凸面，其中公式Vv《Pv / cos 6禾口 V《LXSXcos 8 / f + PvXsin 6適用于在向所述柱面透鏡的縱向傾斜角度e的方向上所述背光中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離Vv、以及在與向所述柱面透鏡的縱向傾斜角度9的方向相垂直的方向上所述背光中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離v，其中，s是所述像素與所述凸面或凹面之間的距離，f是所述透鏡的焦距，L是所述透鏡的排列周期，并且Pv是在所述柱面透鏡縱向上的像素間距。
19. 如權(quán)利要求18所述的圖像顯示設(shè)備，其中將所述雙面透鏡排 列成所述顯示板的一側(cè)與所述柱面透鏡的縱向彼此相平行。
20. 如權(quán)利要求18所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述焦距f比所述 雙面透鏡與所述像素之間的距離短。
21. —種具有權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備。
全文摘要
一種圖像顯示設(shè)備包括一顯示板，該顯示板中的多個顯示單元排列成矩陣形狀，這多個顯示單元至少包括有用于顯示第一視點和第二視點的圖像的像素；一透鏡，該透鏡用于將通過第一視點的像素透射的光以及通過第二視點的像素透射的光分配到相互不同的方向上；以及一照明元件，該照明元件排列在顯示板的后面并且在其朝著顯示板的表面上形成了多個凸面或凹面，其中照明元件中的相鄰?fù)姑婊虬济嬷g的距離V滿足公式V≤L×S/f，其中S是像素與凸面或凹面之間的距離，f是透鏡的焦距，并且L是所述透鏡的排列周期。
文檔編號G02B27/22GK101158751SQ20071016134
公開日2008年4月9日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者上原伸一, 池田直康, 高梨伸彰 申請人:日本電氣株式會社