三维图像显示设备及显示面板制造技术

在用于显示彩色三维图像的三维图像显示设备中，从观察者侧按此顺序提供蝇眼透镜、显示面板和光源。显示面板具有按（２×２）矩阵排列、与蝇眼透镜的一个透镜元件相关的四个像素。在ｊ为自然数的情况下，根据观察者的平均瞳距Ｙ，将在第二方向中的像素放大投影宽度ｅ设置在下述表达式的范围内，ｅ／３≠Ｙ／（２×ｊ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能显示三维图像的彩色三维图像显示设备、安装三维 图像显示设备的便携终端设备，以及内置在三维图像显示设备中的显 示面板和蝇眼透镜，更具体地说，涉及即使在三维图像显示设备不仅 仅位于一个方向中，而且位于垂直于这一方向的另一方向中的情况下， 也能立体视图的三维图像显示设备、便携终端设备、显示面板和蝇眼 透镜。应用本专利技术的应用的例子包括便携终端设备，诸如手持电话、 PDA、游戏设备、数码相机和数字摄像机。
技术介绍
传统上，已经研究能显示三维图像的显示设备。在公元前280年， 希腊数学家欧几里德评述过"深度感觉是通过每个眼接收每个眼的同 时印象，相同物体的两个不同图像"(例如，见"Three-dimensional Display" (Chihiro Masuda, pub. Sangyo Tosho Publishing Co丄td.))。即，三维图像显示设备应具有将具有视差的图像独立地显示给观察者 的每个眼的功能。关于用于实现这种功能的方法，具体地，尽管已经研究了用于显 示三维图像的各种方法很长时间，这些方法大致能分成使用眼镜的方 法和不使用眼镜的方法。在这些中，使用眼镜的方法的例子包括使用 色差的彩色立体图方法以及使用偏振的偏振眼镜方法。然而，由于这 些方法不能避免必须戴眼镜的麻烦，近年来，已经深入地研究不必戴眼镜的方法。不必戴眼镜的方法的例子包括双面透镜方法和视差隔板 方法。首先，将描述有关双面透镜方法。如在上述"Three-dimensional Display"(Chihiro Masuda， pub. Sangyo Tosho Publishing Co丄td..)中所描述的，例如，1910年左右Ives等人已经专利技术了双面透镜方法。图 l是示例说明了双面透镜的透视图，以及图2是示例说明使用双面透镜 的传统三维图像显示方法的光学模型图。如图1所示，双面透镜121具 有扁平表面的一个面以及另一面，在其上形成均在一个方向中延伸的 圆形背部的多个凸面部分(柱面透镜122)，以便其纵向彼此平行。随后，如图2所示，通过使用双面透镜方法的三维图像显示设备， 从观察者侧，按顺序放置双面透镜121、显示面板106以及光源108， 以及显示面板106的像素位于双面透镜121的焦平面上。在显示面板 106上，交替地排列用于显示右眼141图像的像素123和用于显示左眼 142图像的像素124。此时，由彼此相邻的像素123和像素124所构成 的组对应于双面透镜121的每个柱面透镜(凸面部分)。因此，从光 源108发出的光透过每个像素，并通过双面透镜121的柱面透镜122， 分配在朝左眼的方向中和朝右眼的方向中。这允许左右眼识别彼此不 同的图像，从而可使观察者识别三维图像。如上所述，用于显示左眼 上的左眼图像和右眼上的右眼图像，以及使观察者识别三维图像的方 法被称为用于形成两个视点的双视点方法。接着，描述有关包括标准双面透镜和显示面板的三维图像显示设 备的每个部件的大小。图3是示例说明使用标准双面透镜方法的双视 点三维图像显示设备的光学模型的图，以及图4是示例说明这一双视 点三维图像显示设备的立体视觉区的图。如图3所示，假定双面透镜 121的顶点与显示面板106的像素之间的距离是H，双面透镜121的折 射率是n，焦距是f以及透镜元件的排列周期，即透镜间距是L。将显 示面板106的显示像素配置成每个左眼像素124和每个右眼像素123的一个组。假定此像素的间距是P。因此，由每个左眼像素124和每个 右眼像素123组成的显示像素的排列间距为2P。对应于由每个左眼像 素124和每个右眼像素123的两个像素组成的显示像素，配置一个柱 面透镜122。同时，假定双面透镜121与观察者之间的距离是最佳的观察距离 OD，以及在该距离OD中的一个像素的放大投影宽度，gp，在相距透 镜距离OD并平行于透镜的虚平面上的左眼像素124和右眼像素123 的投影图像的宽度分别为e。另外，假定在水平方向112上位于双面透 镜121中心部上的柱面透镜122的中心与位于双面透镜121端部上的 柱面透镜122的中心之间的距离是Wl，以及在水平方向112上由位于 显示面板106中心部上的左眼像素124和右眼像素123所组成的显示 像素的中心与位于显示面板106端部上的显示像素的中心之间的距离 是Wp。此外，假定位于双面透镜121中心部上的柱面透镜122中的光 的入射角和出射角分别是a和P，以及在水平方向112中，位于双面透 镜121端部上的凸面部分122中的光的入射角和出射角分别是y和s 。 此外，假定距离Wl与距萬Wp之间的差值是C,并且包含在距离Wp 中的像素数目是2m。由于柱面透镜122的排列间距L和像素的排列间距P彼此相关， 因此协调一个来确定另一个。然而，通常，经常通过协调显示面板设 计双面透镜，因此，像素的排列间距P处理为常数。同时，选择双面 透镜121的材料确定折射率n。另一方面，关于透镜和观察者间的观察 距离OD，以及观察距离OD中的像素放大投影宽度e，设置期望值。 将使用上述值来确定透镜的顶点和像素间的距离H以及透镜间距L。 由于Snell定律和几何关系，建立下述表达式1至6。还建立下述表达 式7至9。(表达式1) rixsina = sin(3(表达式2) ODxtanp = e(表达式3) Hxtana = P(表达式4) nxsin Y = sin 5(表达式5) Hxtan Y = C(表达式6) ODxtan S = W](表达式7) Wpx WL= C(表达式8) Wp = 2xmxp(表达式9) WL = mxL从上述表达式1至3,分别建立下述表达式10至12。(表达式IO) p = arctan(e/OD)(表达式ll) a = arcsin(l/nxsin p)(表达式12) H = P/tana同时，由上述表达式6和9建立下述表达式13。此外，由上述表 达式8和9建立下述表达式14。此外，由上述表达式5建立下述表达 式15。(表达式13) S = arctan(mL/OD)(表达式14) C = 2xmxP- mxL(表达式15) Y = arctan(C/H)由于双面透镜的顶点和像素间的距离H通常设置成等于双面透镜 的焦距f，建立下述表达式16。如果假定双面透镜的曲率半径为r，由 下述表达式17获得曲率半径。(表达式16) f =H(表达式27) r = Hx(n-l)/n如图4所示，假定来自所有右眼像素123的光所到达的区域是右 眼区171，以及来自所有左眼像素124的光到达的区域是左眼区172。 观察者能通过将右眼141定位到右眼区171，以及将左眼142定位到左 眼区171来识别三维图像。然而，由于观察者瞳距是恒定的，右眼141 和左眼142不能分别定位在右眼区171和左眼区172的任意位置上， 因此，位置限定到瞳距能保持常数的区域。换句话说，仅在右眼141 和左眼142的中点位于立体视觉区107的情况下，才能获得立体视图。 由于在立体视觉区107，沿水平方向112的长度在离显示面板106的距 离等于最佳观察距离OD的位置处变得最长，在观察者的位置偏向水平 方向112的情况下的公差达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维图像显示设备，包括：　显示面板，其上在第一方向以及垂直于所述第一方向的第二方向中，以矩阵方式排列多个显示单元，其包括用于显示右眼图像的像素和用于显示左眼图像的像素；以及　蝇眼透镜，它的多个透镜元件以矩阵方式排列在所述第一和第二方向中，用于沿所述第一方向将从所述第一方向中排列的像素发射的光分配到相互不同的方向，并且也沿所述第二方向将从所述第二方向中排列的像素发射的光分配到相互不同的方向，其中以Ｚ种颜色将用于显示右眼图像的所述像素和用于显示左眼图像的所述像素着色，Ｚ表示自然数，沿所述第一方向连续排列具有相同颜色的所述像素，在所述第一方向中的所述透镜元件的排列间距和在所述第二方向中的所述透镜元件的排列间距相互不同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：上原伸一，池田直康，高梨伸彰，
申请(专利权)人：NEC液晶技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]