图像显示设备、便携终端设备以及显示板 【技术领域】
本发明涉及一种能够朝向多个观察点显示不同图像的图像显示设备，一种其中安装了这样的图像显示设备的便携终端设备，以及一种安装在这样的图像显示设备中的显示板，更具体地，本发明涉及一种图像显示设备、一种便携终端设备以及液晶显示板，它们都能够减少电能耗。
背景技术
现在，已经对于能够显示三维图像的显示设备作了许多研究。关于双目镜观察，希腊数学家欧几里德在公元前280年陈述：“双目镜观察是人在用自己的左右眼同时注视两个不同图像时得到的视觉，其中这两个不同的图像是通过从不同方向观看一个物体而得到的。”(例如见Chihoro Masuda的文章“Three-Dimensional Display”，Sangyo-Tosho，K.K.，下面将其引用为非专利文献1)。即，需要三维图像显示设备，其为左右眼提供视差互不相同的两个图像。
过去，为了真正实现这样的功能，研究了大量三维图像显示方法。这些方法可以大概分为需要眼镜的和无需使用眼镜的。利用色差的彩色立体图方法以及利用偏振的偏振眼镜方法属于需要使用眼镜地方法。因为要避免由于使用眼镜而带来的麻烦相当困难，所以近年来主要研究无需使用眼镜的方法。
双面透镜方法以及视差隔板方法等属于无需使用眼镜的方法。双面透镜方法于1910年左右由Ives等人发明。视差隔板方法由Berthier在1896年提出，在1903年由Ives实现。
正如在非专利文献1中所述，视差隔板是具有许多细带状开口，即以相互平行的方向延伸的狭缝，的光屏障(隔板)。显示板放置在视差隔板的后侧。在显示板中，在与狭缝的长度方向相垂直的方向上重复排列用于人左眼的象素和用于人右眼的象素。结果，从每一象素发出的部分光当通过视差隔板时被截取。更特别的，象素被排列为，从用于左眼的象素发出的光到达观看者的左眼，而向右眼传播的光被截取，相反，从用于右眼的象素发出的光到达右眼，而向左眼传播的光被截取。因此，从用于左眼的象素发出的光和从用于右眼的象素发出的光分别到达左眼和右眼，使得观看者能够识别三维图像。
图1是使用视差隔板的现有双眼型三维图像显示设备的透视图，图2是显示三维图像显示设备的光学模型的图。如图1和2所示，现有的三维图像显示设备装备了透射液晶显示板21，并且显示象素以矩阵的形式排列在透射液晶显示板21中。每一显示板包括一个用于左眼的象素43和一个用于右眼的象素44。在这种情况中，用于左眼的象素43和用于右眼的象素44分别由相应的光屏障部分6划界。这些光屏障部分6用于阻止颜色在图像中混合，并将显示信号传输至象素。
另外，视差隔板7被放置在液晶显示板21的前部，即在观看者一侧。在一个方向在延伸的狭缝7a形成于视差隔板7中。狭缝7a是为用于左眼的象素43和用于右眼的象素44组成的象素对放置的。另外，光源10放置在液晶显示板21的后部。
如图2所示，从光源10发出的光在透射液晶显示板21中经过用于左眼的象素43和用于右眼的象素44，然后当光经过视差隔板7的狭缝7a时，部分光被截取。然后，光来到区域EL或ER。相应地，如果观看者令他的左眼52位于区域EL且右眼位于区域ER，则用于左眼的图像由他的左眼52接收并且用于右眼的图像由他的右眼52接收，从而三维图像能够由观看者识别出来。
在展示视差隔板方法之初，在显示板和观看者的眼镜之间放置一视差隔板，从而由于它的妨碍而降低了可见度。然而，在最近的液晶显示设备中，视差隔板放置在显示板后部中，从而提高了可见度。于是，已经作出了大量研究，并且事实上，已经实现了新的产品(见2003年1月6日出版的“Nikkei Electronics”(下面称为非专利文献2)，No.838，pp.26-27的表1)。非专利文献2中描述的产品是使用透射液晶显示板的视差隔板方法型三维图像显示设备。
另一方面，双面透镜方法是使用双面透镜的三维图像显示方法。这种双面透镜是在一侧具有平面而在另一侧有一个方向上的多个拱凸部分(柱面透镜)的透镜。用于显示用于右眼的图像的象素以及用于显示用于左眼的图像的象素交替排列在透镜的焦平面上。每一象素部分都包含一个用于右眼的象素和一个用于左眼的象素，这些象素部分沿在一个方向上延伸的一条线排列，使得象素部分属于凸起部分。结果，从每一象素发出的光由双面透镜偏转，使得它或者射向左眼或者射向右眼，并从而可以由右眼和左眼分别感知互不相同的两个图像，从而使得观看者可以确认三维图像。
图3是使用双面透镜的现有双眼型三维图像显示设备的透视图。图4是显示三维图像显示设备的光学模型的图。如图3和4所示，现有的三维图像显示设备装备有透射液晶显示板21，并且显示象素以矩阵的形式排列在透射液晶显示板21中。每一显示板包括一个用于左眼的象素43和一个用于右眼的象素44。在这种情况中，双面透镜3放置在液晶显示板21的前部，即在观看者一侧。在一个方向上延伸的拱凸部分的柱面透镜3a相互平行的形成在双面透镜3中。柱面透镜3a与透射液晶显示板21中的两个象素保持一致地放置，即与用于左眼的象素43和用于右眼的象素44组成的象素对保持一致。另外，光源10放置在液晶显示板21的后部。
如图4所示，从光源10发出的光经过透射液晶显示板21中用于左眼的象素43和用于右眼的象素44，然后由柱面透镜3a向区域EL或区域ER偏转。于是，当观看者令其左眼52位于区域EL且右眼51位于区域ER时，用于左眼的图像由左眼52感知且用于右眼的图像由右眼51感知，从而观看者能够确认三维图像。
在视差隔板方法中，隔板“隐藏”了不期望的光束，然而在双面透镜方法中，由于光的传播方向被偏转，所以与二维显示相比，三维显示中显示板上的亮度没有被显著减小。考虑到这个事实，现在关于便携设备等的双面透镜方法的应用作出了大量研究，其中特别强调高亮度显示和减少的电能耗。
然而，在诸如户外这样的很亮的位置经常使用诸如蜂窝电话等便携终端设备，其中安装了这样的三维图像显示设备。因此在这样的位置，需要显示板亮度的充分提高，以保证足以令人满意的可见度。在当这种三维图像显示设备安装在这样的便携终端设备中的情况下，电池通常用作电源。然而，便携终端设备的重量和尺寸被严格限制，因而电池的容量也被严格限制。因此，便携终端设备的尺寸减小和重量减轻以及显示板亮度的增加，共同减少了充电后持续操作的可用周期。
除了三维图像显示设备之外，已经开发了一种用于同时显示多个图像的显示器，作为使用双面透镜的图像显示设备(参见日本未决申请第332354/1994号(图9)，这里作为专利文献1参考)。这种显示器使用双面透镜的图像分布能力，在相同条件下在观看方向上同时显示互不相同的图像。这种单个的显示设备可以向相对于显示设备位于不同方向的多个观看者提供互不相同的图像。专利文献1说明，与使用待显示的图像的数目的普通单个图像显示设备的情况相比，这种显示设备的使用可以减少所需的安装空间以及能耗率。
另一方面，之前已经研究了能够在现有的二维图像显示设备中以反射和透射方式显示的半透射液晶显示设备(例如，见NikkeiMicrodevices Separate Sheets“flat panel display”，Nikkei BP Co.Ltd.，pp.108-113和图13(下面称为非专利文献3))。图5是在非专利文献3中公开的现有半透射液晶显示设备的平面图。如图5所示，在现有的半透射液晶显示设备中，半透射液晶显示板22中的每个象素40都包含三个颜色区：R(红)区、G(绿)区和B(蓝)区。另外，每一颜色区可以分为投射区和反射区。换言之，象素40可以分为六个区：透射区(红)41R；反射区(红)42R；透射区(绿)41G；反射区(绿)42G；透射区(蓝)41B；和反射区(蓝)42B。
在每一反射区中，在半透射液晶显示板22中的两个玻璃衬底的后玻璃衬底的表面上相差一金属膜(未显示)，在这种情况中，液晶接触上述表面。金属膜反射外部光。因此，在透射区中，来自光源(未显示)的光经过液晶板中的液晶层(未显示)，以形成图像。在反射区中，外部光，诸如自然光、室内照明光等，经过液晶层，并且这样经过的光线被金属膜反射然后再经过液晶层，以形成图像。于是，外部光在充满外部光的明亮位置可以用作部分光源。因此，半透射液晶显示设备与透射液晶显示装置相比，在显示平面上提供了更高的亮度并减少了激活光源所需的电能耗。
然而，在上述现有技术中存在下列问题。图6是在双面透镜方法中使用板透射液晶显示板的现有双眼型三维图像显示设备的投射图，图7是显示其光学模型的图。
可以想象，为了减少三维图像显示设备中的电能耗，可以在图3所示的双面透镜方法的三维图像显示设备中使用图5所示的半透射液晶显示板22。然而，在这样的半透射三维图像显示设备中有下列问题。
在图5所示的半透射液晶显示板22中，每一象素40都近似为方的，并且每一象素40都被分为三个颜色区R、G和B，使得每一颜色区变为矩形。于是，当每一颜色区被分为透射区和反射区时，每一颜色区是沿长度方向上延伸的线划分的。
在当图5所示的半透射液晶显示板22用作三维图像显示设备的显示板的情况下，用于显示用于左眼的图像的象素(下面称为用于左眼的象素43)和用于显示用于右眼的图像的象素(下面成为用于右眼的象素44)组成的象素对被用作基本象素部分。因此，成对象素和双面透镜3之间的关系可以由图6表示。图5所示的单个象素(即，用于左眼的象素43)的透射区(红)41R、透射区(绿)41G和透射区(蓝)41B被看作用于左眼的象素的透射区410，并且用于左眼的象素43的反射区(红)42R、反射区(绿)42G和反射区(蓝)42B被看作用于左眼的象素的反射区420，而用于右眼的象素44(与用于左眼的象素43成对的象素)的透射区(红)41R、透射区(绿)41G和透射区(蓝)41B被看作用于右眼的象素的透射区430，并且用于右眼的象素44的反射区(红)42R、反射区(绿)42G和反射区(蓝)42B被看作用于右眼的象素的反射区440。
在三维图像显示设备中，用于左眼的象素的透射区410、用于左眼的象素的反射区420、用于右眼的象素的透射区430和用于右眼的象素的反射区440以这个顺序按照柱面透镜3a的排列方向12排列，即，以柱面透镜3a的长度方向11垂直的方向排列，以提供对于每一柱面透镜3a的一致性。在三维显示设备中除上述之外的结构排列与图3所示的现有设备中的相同。
结果，如图7所示，在半透射液晶显示板22中从光源10发出的光经过用于左眼的象素中的透射区410和用于右眼的象素中的透射区430，然后由双面透镜3的柱面透镜3a偏转，并进一步传播至区域ETL或ETR。另一方面，外部光在经过双面透镜3之后，入射到半透射液晶板22上。外部光经过用于左眼的象素中的反射区420中的液晶层和用于右眼的反射区440中的液晶层，然后由金属膜反射，使它再次经过液晶层。然后，外部光由柱面透镜3a偏转，并射向区域ERL或ERR。结果，当观看者令其左眼52位于区域ETL且右眼51位于区域ERL，则观察到由透射的光得到的三维图像，并且当观看者令其左眼52位于区域ERL且右眼51位于区域ERR时，观察到由反射的光得到的三维图像。因此，如图7所示，使用半透射液晶显示板的三维图像显示设备与使用透射液晶显示板的三维图像显示设备相比，提供了大为减少的由透射光和反射光分别得到的三维可视范围。
上述说明是关于使用双面透镜的三维图像显示设备。然而，对于使用视差隔板的三维图像显示设备也发生类似的问题。下面，说明这个问题。图8是在使用半透射液晶显示板的视差隔板方法中的现有双眼型三维图像显示设备的透视图，图9是显示其光学模型的图。
如图8所示，在三维图像显示设备中，在用于左眼的象素中的透射区410、用于左眼的象素中的反射区420、用于右眼的象素中的透射区430和用于右眼的象素中的反射区440被以此顺序且以狭缝7a的排列方向12排列，即，以垂直于狭缝7a的长度方向11的方向排列，使得它对于视差隔板7的每一狭缝7a都一致。三维图像显示设备除此之外的结构排列与图1所示的现有设备的相同。
结果，如图9所示，从官员10发出的光经过用于左眼的象素中的透射区410和用于右眼的象素中的透射区430，然后在光经过视差隔板7的狭缝7a的情况时部分光被截取。然后经过的光进入区域ETL或ETR。另一方面，外部光经由狭缝7a入射到半透射液晶板22上，然后在用于左眼的象素的反射区420和用于右眼的象素的反射区440中反射。然后，外部光进入区域ERL或ERR。于是，如果观看者令其左眼52位于区域ETL且右眼51位于区域ETR，则他可以观察到由透射光得到的三维图像。当观看者令其左眼52位于区域ERL且右眼51位于区域ERR的情况下，他能够观察到由反射光得到的三维图像。如上所示，即使在使用视差隔板方法的半透射三维图像显示设备中，也存在透射显示和反射显示中的三维可视范围与透射三维图像显示设备相比显著减少的问题。
类似的问题通常不仅发生在三维图像显示设备中，而且发生在前面提到的同时显示多个图像的显示器中。换言之，与透射图像显示设备相比，半透射图像显示设备对于透射显示和反射显示的可视范围都明显变窄。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种图像显示设备，其在保证更宽的可视范围的同时，保证显示平面上的高亮度以及减少的电能耗。
本发明的另一个目的是提供一种便携终端设备，其中安装了这样的图像显示设备，使得可以在保证更宽的可视范围的同时，保证显示平面上的高亮度以及减少的电能耗。
本发明的另一个目的是提供一种显示板，其可以安装在这样的图像显示设备中，使得可以在保证更宽的可视范围的同时，保证显示平面上的高亮度以及减少的电能耗。
上述目的通过以下措施实现：
在本发明的第一个方面中，图像显示设备包括：光源；显示板，其放置在光源的前面，并且具有矩阵形式的多个象素部分，每一象素部分包括用于为第一观察点显示图像的第一象素和用于为第二观察点显示图像的第二象素，第二象素以第一方向放置在与第一象素相分离的位置；和光学单元，其放置在显示板的前面，用于偏转从第一方向上的第一和第二象素发出的光。而且，每一第一和第二象素都包括一透射区和一反射区，透射区用于将从光源发出的光透射至光学单元，反射区用于反射从光学单元的前部入射的外部光。在每一象素中，透射区和反射区以垂直于第一方向的第二方向排列。
根据本发明的第一个方面，透射区和反射区使得有可能根据外部光的强度调整来自光源的光的强度，从而能够降低电能耗，保持图像的高亮度。另外，在光学单元偏转从第一方向上的每一象素发出的光的情况，透射区和反射区的排列方向在垂直于第一方向的第二方向上对齐，使得从透射区发出的光和从反射区发出的光不互相分离。因此，观看者能够在任何观看位置观看从透射区和反射区发出的光。结果，可视范围不再由于透射区和反射区的分离而减少。
在这种情况中，光学单元可以是其中以第一方向排列了多个柱面透镜的双面透镜，柱面透镜放置在在每条线中，其中所述象素部分以对应于柱面透镜的长度方向的第二方向延伸。
或者，光学单元可以是其中以第一方向排列了多条狭缝的视差隔板，对于每一条线形成了狭缝，其中象素部分在对应于狭缝的长度方向的第二方向上延伸。
在本发明的第二个方面中，图像显示设备包括：光源；显示板，其位于光源的前面，并且具有矩阵形式的多个象素部分，每一象素部分至少包括用于为第一观察点显示图像的第一象素和用于为第二观察点显示图像的第二象素，第二象素位于在第一方向上与第一象素相分离的位置；和视差隔板，其插在光源和显示板之间，视差隔板是通过将用于偏转从第一光源发出的光的多条狭缝以第一方向排列而形成的，在这种情况中，狭缝位于象素部分的每条线中，以垂直于第一方向的第二方向延伸，第二方向是狭缝的长度方向。并且，每一第一和第二象素都包括一透射区和一反射区，透射区用于透射从光源发出并经过视差隔板的狭缝的光，反射区用于反射从前部入射的外部光。透射区和反射区在每一象素中以第二方向排列。
根据本发明的第二个方面，透射区和反射区使得有可能根据外部光的强度调整来自光源的光的强度，从而能够降低电能耗，保持图像的高亮度。另外，视差隔板使得从光源发出的光能够在经过相应象素后，在第一方向上偏转。然而，透射区和反射区的排列方向在第二方向上对齐，使得从透射区发出的光和从反射区发出的光互不分离。因此，观看者能够在任何观察位置观看从透射区和反射区发出的光。结果，可视范围不再由于透射区和反射区的规定而减小。另外，由于视差隔板放置在显示板的后部，所以可以提高可见度。
在这些情况中，每一个透射区和反射区都可以对于互不相同的颜色分为多个子区，并且对于相同颜色的子区沿第一方向排列。这样可以显示彩色图像。
或者，每一个透射区和反射区都可以划分为对于互不相同的颜色的多个子区，并且对于相同颜色的子区沿第二方向排列。这样，可以使用现有的垂直带状滤色镜显示彩色图像。
另外，第一方向可以是显示平面的水平方向，在这种情况中，对于第一观察点的图像可以是用于左眼的图像且对于第二观察点的图像可以是用于右眼的图像，用于左眼的图像相对于用于右眼的图像具有视差，从而提供了三维图像。在这种结构下，光学单元将从用于第一观察点的象素发出的光射向观看者的左眼并将从用于第二观察点的象素发出的光射向观看者的右眼，于是观看者能够识别三维图像。
或者，第一方向可以是显示平面上的垂直方向。例如，在图像显示设备安装在便携终端设备中的情况，这种结构使得观看者仅仅改变便携终端设备的角度便可以从互不相同的多个观察点观看图像显示设备，并选择性地观看多个图像之一。在多个图像具有相同的相关性的情况，特别地，可以在多个图像之间切换以通过改变观察角度的简单方案进行观看，使得可用性大为提高。由于将用于第一观察点的图像和用于第二观察点的图像分离的第一方向是显示平面的垂直方向，所以观看者总是能够用双眼观看到用于第一观察点的图像和用于第二观察点的图像。这提高了单个图像的可见度。
根据本发明的便携终端设备包括根据第一和第二方面的图像显示设备。这种便携终端设备可以是蜂窝电话、便携终端、PDA(个人数字助理)、游戏机、数码相机和数码摄像机中的任何一种。
根据本发明的显示板包括矩阵形式的多个象素。并且，每一象素包括用于透射光的透射区和用于反射光的反射区。每一透射区和反射区被划分为红子区、绿子区和蓝子区。并且在每一象素中，透射区和反射区的排列方向与红子区、绿子区和蓝子区的相同。
根据本发明的显示板安装在图像显示设备中，该图像显示设备装备有光源和光学单元，光学单元位于光源前面，用于在一个方向上偏转入射光。显示板插在光源和光学单元之间，用于将从光源发出的光在透射后引导至光学单元，并将从前部入射的外部光反射向光学单元。通过将板中透射区和反射区的排列方向设置为与光学单元偏转光线的方向相垂直，可以实现根据第一或第二方面的图像显示设备。
在根据本发明的图像显示设备中，每一象素包括透射区和反射区，并且因此，使用来自光源的透射光和外部光的反射光，可以减少电能耗，保持图像的高亮度。另外，关学单元偏转从第一方向上的各个象素发出的光，并且通过将透射区和反射区的排列方向设置为垂直于第一方向的第二方向，从透射区发出的光和从反射区发出的光不能相互分离，从而能够实现更宽的可视范围。
【附图说明】
图1是使用视差隔板的现有双眼型三维图像显示设备的透视图；
图2是显示图1中三维图像显示设备的光学模型的图；
图3是使用双面透镜的现有双眼型三维图像显示设备的透视图；
图4是显示图3中三维图像显示设备的光学模型的图；
图5是现有半透射液晶显示设备的平面图；
图6是在双面透镜方法中使用半透射液晶显示板的现有双眼型三维图像显示设备的透视图；
图7是图6的三维图像显示设备的光学模型的图；
图8是在视差隔板方法中使用半透射液晶显示板的现有双眼型三维图像显示设备的透视图；
图9是显示图8的三维图像显示设备的光学模型的图；
图10是本发明第一实施例中的三维图像显示设备的透视图；
图11是该实施例的便携终端设备的透视图；
图12是显示从图10中A-A线看的截面中的光学模型的图；
图13是显示从图10中B-B线看的截面中的光学模型的图；
图14是在本发明第二实施例中的三维图像显示设备的透视图；
图15是在本发明第三实施例中的三维图像显示设备的透视图；
图16是在本发明第四实施例中的三维图像显示设备的透视图；
图17是显示从图16中C-C线看的截面中的光学模型的图；
图18是显示从图16中D-D线看的截面中的光学模型的图；
图19是在本发明第五实施例中的三维图像显示设备的透视图；
图20是显示从图19中E-E线看的截面中的光学模型的图；
图21是显示从图19中F-F线看的截面中的光学模型的图；
图22是本发明第六实施例中的便携终端设备的透视图；和
图23是显示在实施例中图像显示设备的操作的光学模型的图。
【具体实施方式】
在本发明中，例如，在半透射三维图像显示设备中，用于左眼的象素和用于右眼的象素被周期性地或者以双面透镜中柱面透镜的排列方向排列，或者以视差隔板中狭缝的排列方向排列。每一象素包括一透射区和一反射区。进一步，每一象素中的透射区和反射区被周期性地或者以双面透镜中柱面透镜的长度方向排列，或者以视差隔板中狭缝的长度方向排列。
根据这种结构排列，得到：从用于左眼的象素发出的光和从用于右眼的象素发出的光被朝向左眼或右眼的方向偏转，然而在各个象素中从透射区发出的光和从反射区发出的光没有朝互不相同的方向偏转，这使得它们没有互相分离。结果，根据本发明的半透射三维图像显示设备与现有的透射三维图像显示设备相比，提供了更高的亮度和减小的电能耗，而没有减小三维可视范围。
现在参考附图，具体说明本发明的优选实施例。首先，说明本发明的第一实施例。图10是根据第一实施例的三维图像显示设备的透视图，图11是根据第一实施例的便携终端设备的透视图。图10显示了液晶显示板中的一对象素以及对应于这对象素的单个柱面透镜。
如图10所示，根据第一实施例的三维图像显示设备1装备有光源10(见图12)，并且半透射液晶显示设备2放置在光源10的前部，即观看者一侧。双面透镜3放置在液晶显示板2的前表面上。例如，光源10包含：导光板(未显示)，其中半透射液晶显示板2插在双面透镜3和导光板之间；和放置在导光板侧部的侧光(未显示)。在这种情况中，从侧光发出的光由导光板引导至半透射液晶显示板2，将光线朝半透射液晶显示板2的方向反射。
在半透射液晶显示板2中，象素对以矩阵的形式沿方向11和12排列，其中每一个象素对是一个具有用于左眼的象素43和用于右眼的象素44的象素部分。图10所示的方向11是双面透镜3中柱面透镜3a的长度方向，而方向12是柱面透镜3a的排列方向。用于左眼的象素43和用于右眼的象素44沿方向12交替放置，即方向12与从用于左眼的象素43到用于右眼的象素44的方向相同。另外，用于左眼的象素43和用于右眼的象素44沿方向11分别排列成一条直线和另一条直线。在这种情况下，在方向12上的成对象素的排列周期与柱面透镜的排列周期近似相同。在排列方向上，成对象素以方向11排列所沿的直线与柱面透镜3a相等。每一个用于左眼的象素43和用于右眼的象素44都由光屏障部分6划界。
另外，用于左眼的象素43包括一透射区410和一反射区420，并且用于右眼的象素44包括一透射区430和一反射区440。各个区域410、420、430或440的形状都是矩形。在用于左眼的象素43中的透射区410和反射区420交替地沿柱面透镜的长度方向11重复排列，并且在用于右眼的象素44中的透射区430和反射区440也交替地沿柱面透镜的长度方向11重复排列。另一方面，透射区410和430交替地沿柱面透镜的排列方向12重复排列，并且反射区420和440交替地沿柱面透镜的排列方向12重复排列。另外，从光源10发出的光以前向方向经过透射区410和430。在反射区420和440中，由例如铝制成的金属膜(未显示)形成在液晶显示板2中的玻璃衬底(未显示)的后部表面上，液晶层(未显示)接触该表面。结果，来自前部并经过液晶显示板2的液晶层的光线由金属膜反射，然后再次经过液晶层，使得它以前向方向离开该层。在这种情况下，每一个区域410、420、430和440都具有例如相同的面积。
如图11所示，根据第一实施例的便携终端设备是例如其中安装了三维图像显示设备1的蜂窝电话8。图10所示的柱面透镜3a的长度方向是三维图像显示设备1的显示平面的长度方向或垂直方向，并且柱面透镜3a的排列方向12是三维图像显示设备1的显示平面的横向方向或水平方向。在蜂窝电话8中，三维图像显示设备1由安装在蜂窝电话8内的电池(未显示)供能。
下面，说明根据第一实施例的具有上述结构排列的三维图像显示设备的功能。图12显示了图10所示的三维图像显示设备中从A-A线观看的截面的光学模型，图13示了图10中从B-B线观看的截面的光学模型。如图10、12和13所示，从外部控制单元(未显示)向液晶显示板2输入信号，使得用于左眼的象素43和用于右眼的象素44分别生成用于左眼的图像和用于右眼的图像。
在这种情况下，打开光源10，从光源10发出的光入射到半透射液晶显示板2上。在入射到半透射液晶显示板2之后进入反射区420和440的光线由金属膜截取，使得光线不能经过液晶显示板2。另一方面，进入透射区410和430的光线经过液晶显示板2，并进一步入射到双面透镜3上。外部光，诸如自然光、室内照明光等，从前部经过双面透镜3，然后入射到液晶显示板2上。在入射到液晶显示板2之后进入透射区410和430的光线经过液晶显示板2并传播到其后部，即朝向光源传播，于是对于成像没有贡献。另一方面，入射到反射区420和440上的光线经过液晶显示板2中的液晶层。然后，经过的光线由金属膜反射，然后再次经过液晶层，并进一步入射到双面透镜3上。
进入双面透镜3的光线被每一柱面透镜3a偏移，并被分离为沿垂直于柱面透镜3a的长度方向11的不同方向传播的光线。各个光线的传播方向都相对于柱面透镜3a的光轴平面3b朝向方向12倾斜。结果，从用于左眼的象素43中的透射区410和反射区420发出的光线传播至区域EL，从用于右眼的象素44中的透射区430和反射区440发出的光线传播至区域ER。
在这种情况下，如上所述，双面透镜3是由一维排列的柱面透镜构成的复合结构，因此双面透镜3在长度方向11上没有提供透镜作用，即没有将光线朝向长度方向11偏转。因此，从用于左眼的象素43和用于右眼的象素44发出的光线在柱面透镜的排列方向12上分裂。然而，从用于左眼的象素43中的透射区410和反射区420发出的光线没有分裂，并以混合的状态传播至同一区域EL，并且从用于右眼的象素44中的透射区430和反射区440发出的光线没有分裂，并以混合的状态传播至同一区域ER。结果，对于柱面透镜的长度方向11，可以得到与观察位置无关的显示。因此，当观看者令其左眼52位于区域EL且右眼51位于区域ER时，他能够观看到三维图像。
在三维图像显示设备放置在黑暗环境中并因此无法仅靠外部光显示图像的情况下，通过打开光源10并通过使用由其发射的光线以及外部光的反射光，能够显示三维图像。在这种情况下，可以通过根据外部光的光线强度调节光源10的光强，即或者通过在外部光强较弱时增加光源10的光强，或者通过在外部光强较强时减小光源10的光强，而在整个区域上调节图像亮度之后，与环境亮度无关地维持更亮的图像。另外，在三维图像显示设备位于足够亮的环境中并且外部光的光强足以仅靠外部光就显示三维图像的情况下，在关闭光源10之后可以仅靠反射的光线显示三维图像，从而能够减少电能耗。即使在希望以牺牲一定程度的可见度而节能的情况下，例如，当希望在充电后长时间显示操作时，通过使用透射光和反射光可以在最弱亮度的操作状态下减少电能耗。
相反，如非专利文献2所述，在仅使用透射光的三维图像显示设备的情况中，图像的亮度在外部光的光强极强时与环境亮度相比较小，从而使得可见度降低。类似地，在仅使用反射光的三维图像显示设备的情况中，图像的亮度在外部光的光强弱时也较小，从而导致可见度降低。
如上所述，即使如图5所示的现有半透射液晶显示板安装在如图3所示的现有三维图像显示设备中，反射光和透射光也朝向互不相同的方向偏转，使得三维可视范围变窄。相反，在本发明的第一实施例中，反射光和透射光不朝互不相同的方向偏转，使得三维可视范围不再变窄。
因此，在本发明的第一实施例中，三维图像显示设备使用来自光源的透射光和外部光的反射光，提供了更宽的三维可视范围，并且使得能够显示更亮的三维图像。因而，在具有高亮度光强的明亮环境中，能够节省提供给光源的能量，从而能够减少电能耗。结果，包括本发明第一实施例的三维图像显示设备的蜂窝电话保证了在电池充电后的较长操作周期，而无需增加电池的尺寸或容量。
因此，根据第一实施例的三维图像显示设备最优地应用于便携终端设备，诸如蜂窝电话等，并保证提供令人满意的三维图像，同时减少电能耗。如果根据第一实施例的三维图像显示设备用在便携设备中，则由于观看者能够任意调节其眼睛与显示板之间的位置关系，所以可以无延迟地找到最佳可视范围，这与将其安装在大尺寸的显示设备中的情况不同。
只要每一象素包括一个反射区和透射区，并且适用性充分独立于反射区与透射区的面积比，液晶显示板就可以应用于这种便携设备。换言之，尽管说明了反射区与透射区的面积比为1∶1的半透射液晶显示板，但是在本发明第一实施例中，透射区与反射区的面积比可以被指定为例如6∶4。或者对于透射区比反射区的面积大的轻反射液晶显示板，或者对于反射区比透射区的面积大的轻透射液晶显示板，根据本发明第一实施例的结构安排都可类似适用。
另外，象素的电极可以或者由有源矩阵方法(例如TFT(薄膜晶体管)激活方法、TFD(薄膜二极管)激活方法)激活，或者由无源矩阵方法(例如STN(超扭曲向列液晶)方法等)激活。显示板可以是具有为每一象素提供的一透射区和一反射区的任何类型，而不限于液晶显示板。
双眼三维图像显示设备仅具有用于左眼的象素和用于右眼的象素，在第一实施例的上述说明中专门对其进行了解释。然而，本发明还可应用于N眼型三维图像显示设备(N为大于2的整数)。
另外，在本发明的第一实施例中，可以利用分时方法显示彩色图像。
另外，根据本发明第一实施例的便携终端设备不限于蜂窝电话，还可应用于诸如便携终端、PDA、游戏机、数码相机、数码摄像机等终端设备。
下面，说明本发明的第二实施例。图14是根据第二实施例的三维图像显示设备的透视图。如图14所示，与第一实施例相比，第二实施例的特征在于，包括滤色镜等的一颜色显示装置添加至半透射液晶显示板。这种滤色镜的相同的颜色部分被排列为，沿柱面透镜3a的排列方向12重复放置。
例如，在用于左眼的象素43中，用于左眼的象素中的透射区(红)411、用于左眼的象素中的反射区(红)421、用于左眼的象素中的透射区(绿)412、用于左眼的象素中的反射区(绿)422、用于左眼的象素中的透射区(蓝)413以及用于左眼的象素中的反射区(蓝)423以此顺序沿柱面透镜3a的长度方向11排列。
而且，在用于右眼的象素44中，用于右眼的象素中的透射区(红)431、用于右眼的象素中的反射区(红)441、用于右眼的象素中的透射区(绿)432、用于右眼的象素中的反射区(绿)442、用于右眼的象素中的透射区(蓝)433以及用于右眼的象素中的反射区(蓝)443以此顺序沿长度方向11排列。
与此相结合，带状形式的红色滤色镜(未显示)位于用于左眼的象素中的透射区(红)411、用于左眼的象素中的反射区(红)421、用于右眼的象素的透射区(红)431和用于右眼的象素中的反射区(红)441中。带状形式的绿色滤色镜(未显示)位于用于左眼的象素中的透射区(绿)412、用于左眼的象素中的反射区(绿)422、用于右眼的象素的透射区(绿)432和用于右眼的象素中的反射区(绿)442中。而且，带状形式的蓝色滤色镜(未显示)位于用于左眼的象素中的透射区(蓝)413、用于左眼的象素中的反射区(蓝)423、用于右眼的象素的透射区(蓝)433和用于右眼的象素中的反射区(蓝)443中。这些滤色镜的每一个都沿方向12延伸。根据第二实施例的三维图像显示设备的结构安排和功能与根据第一实施例的相同。
根据本发明的第二实施例，可以得到能够使用透射光和放射光，以更宽的三维可视范围和减少的电能耗执行彩色显示的三维图像显示设备，并且也能得到包括这种三维显示设备的便携信息终端。第二实施例除以上之外的优点与第一实施例中的相同。
另外，第二实施例中的色彩安排仅在一个例子中指定，本发明并不限定于这种安排顺序。
在第二实施例中，解释了双眼型三维图像显示设备。然而，这里根据第二实施例实施的结构安排也可以应用于N眼型三维图像显示设备(N是大于2的整数)。
下面，说明本发明的第三实施例。图15是根据第三实施例的三维图像显示设备的透视图。如图15所示，与第二实施例相比，第三实施例的特征在于，用于同一颜色的透射区和反射区沿圆柱透镜的长度方向11放置在半透射液晶显示板2b中。例如，在用于双面透镜3的柱面透镜3a中，用于左眼的象素中的透射区(红)411和用于左眼的象素中的反射区(红)421沿柱面透镜的长度方向11放置，并且邻近这样排列成一条直线的区域，用于右眼的象素中的透射区(绿)432和用于右眼的象素中的反射区(绿)442进一步沿长度方向11放置。换言之，四个区，即，用于左眼的象素中的透射区(红)411、用于左眼的象素中的反射区(红)421、用于右眼的象素中的透射区(绿)432和用于右眼的象素中的反射区(绿)442属于柱面透镜3a。
在另一相邻的柱面透镜3a中，用于左眼的象素中的透射区(蓝)413、用于左眼的象素中的反射区(蓝)423、用于右眼的象素中的透射区(红)431以及用于右眼的象素中的反射区(红)441被类似地排列。另外，在另一相邻的柱面透镜3a中，用于左眼的象素中的透射区(绿)412、用于左眼的象素中的反射区(绿)422、用于右眼的象素中的透射区(蓝)433以及用于右眼的象素中的反射区(蓝)443被类似地排列。一组上面的柱面透镜3a构成一个象素部分。第三实施例中除以上之外的结构安排和功能与第二实施例中的相同。
在现有的二维板显示设备中，滤色镜以垂直方向排列，类似于根据第三实施例的显示设备，即，以带状的形式沿柱面透镜的长度方向11延声。于是，根据第三实施例的彩色三维图像显示设备与包括垂直带形式的现有滤色镜的彩色显示设备兼容，并使用透射光和反射光提供更宽的三维可视范围。第三实施例除上述之外的其它结构安排、功能和优点与第二实施例中的相同。
在第三实施例中，说明了双眼型三维显示设备。然而，第三实施例也可应用于N眼型三维显示设备(N为大于2的整数)。
下面，说明本发明的第四实施例。图16是根据第四实施例的三维图像显示设备的透视图。如图16所示，第四实施例与第一实施例有以下不同点：视差隔板7代替柱面透镜3(参见图10)放置在半透射液晶显示板2前面。在视差隔板7中，金属膜沉积在例如玻璃衬底的表面上，并且通过构造金属膜以从中移除部分区域而在金属膜中形成狭缝7a。沿视差隔板7的狭缝7a的长度方向11，交替放置用于左眼的象素43的透射区410和反射区420，还交替放置用于右眼的象素44中的透射区430和反射区440。另外，沿狭缝7a的排列方向12，交替放置透射区410和430，还交替放置反射区420和440。第四实施例除上述之外的结构安排与第一实施例的相同。
接下来，说明根据第四实施例的三维图像显示设备。图17显示了从图16中的线C-C观测的三维图像显示设备的光学模型，图18显示了从图16中的线D-D观测三维图像显示设备的光学模型。在这种情况中，狭缝7a的减小的宽度提供了经过狭缝7a的光的减小的强度，从而使得显示变暗。考虑这个事实，狭缝7a被设计为具有预定宽度。实际上，用于右眼的图像和用于左眼的图像在某种程度上互相重叠。然而，在下面的说明中，为了简化而忽略由于狭缝7a而造成的图像重叠。
如图17所示，从打开的光源10发出的光入射到半透射液晶显示板2上。在半透射液晶显示板2中，入射到用于左眼的象素中的透射区410的光和入射到用于右眼的象素中的透射区430的光分别经过相应的区，然后进入视差隔板7。当光经过视差隔板7中的狭缝7a时，一部分光被截取。然后，经过用于左眼的象素中的透射区410的光传播至区域EL，经过用于右眼的象素中的透射区430的光传播至区域ER。另外，在半透射液晶显示板2中，入射到用于左眼的象素中的反射区420上的光以及入射到用于右眼的象素中的反射区440上的光被放置在这些区中的金属膜(未显示)截取。
另一方面，如图18所示，外部光在经过狭缝7a之后，从前侧进入半透射液晶显示板2。在半透射液晶显示板2中，入射到用于左眼的象素中的反射区420上的光和入射到用于右眼的象素中的反射区440上的光经过这些区中相应的液晶层(未显示)，然后由相应的金属膜(未显示)反射。然后，它们再次经过液晶层，并传播至视差隔板7。一部分光在经过视差隔板7中的狭缝7a时被截取，并且从用于左眼的象素中的反射区420发出的光传播至区域EL，并且从用于右眼的象素中的反射区440发出的光传播至区域ER。入射到用于左眼的象素中的透射区410和用于右眼的象素中的透射区430的外部光经过这些区域，然后传播至光源10，从而对于成像没有贡献。
因此，当观看者令其左眼52位于区域EL，右眼51位于区域ER时，他能够观看由透射光和反射光得到的三维图像。
在视差隔板7中形成的狭缝7a具有一维形状，因此没有提供在长度方向11上的屏蔽光的效果。结果，可以在方向11上得到与观察位置无关的显示。因此，从用于左眼的象素中的透射区410发出的光和从用于左眼的象素中的反射区420发出的光没有在互不相同的方向上偏转，并且从用于右眼的象素中的透射区430发出的光和从用于右眼的象素中的反射区440发出的光也没有沿互不相同的方向偏转。结果，即使每个象素都具有这样的一个透射区和反射区，也没有减小三维可视范围。
因此，在第四实施例中，如果观看者令其左眼52位于区域EL，右眼51位于区域ER，则可以观察到三维显示。在这种情况中，可以观看三维图像的三维可视范围比如图9所示的每一个区域ETL、ETR、ERL和ERR大。因此，在第四实施例中，可以实现能够提供更宽三维可视范围的三维图像显示设备，并且使用透射光和反射光保证了增加的亮度，同时减少电能耗。
在第四实施例中，使用视差隔板7代替双面透镜，从而抑制了由于透镜的表面反射而引起的条纹，并且因此可以避免显示图像质量的降低。第四实施例除上述之外的优点与第一实施例的相同。
在第四实施例中，与上述第二或第三实施例类似，可以使用滤色镜将每个象素划分为用于各个颜色的区。使用这种方法，可以显示彩色图像。另外，彩色显示也可以利用时分方法实现。
在第四实施例中，说明了双眼型三维图像显示设备。然而，与上述第一至第三实施例类似，第四实施例也可应用于N眼型三维图像显示设备(N是大于2的整数)。
下面，说明本发明的第五实施例。图19是根据第五实施例的三维图像显示设备的透视图。如图19所示，与第四实施例相比，第五实施例的特征在于，视差隔板7放置在半透射液晶显示板2的后侧，即，插在半透射液晶显示板2和光源10之间(参见图20)。除此之外的结构安排与第四实施例中相同。
下面，说明根据第五实施例的三维图像显示设备得到的功能和优点。图20显示了从图19中的线E-E剖面观测的设备的光学模型，图21显示了沿图19中的F-F线的剖面观测到的设备的光学模型。如图21和21所示，从打开的光源10发出的光入射到视差隔板7上。一部分入射到视差隔板7上的光经过狭缝7a，然后进入半透射液晶显示板2，而光的剩余部分被截取。在这种情况中，半透射液晶显示板2中入射到用于左眼的象素中的透射区410上的光和入射到用于右眼的象素中的透射区430上的光经过相应区，然后分别传播至区域EL和ER，而在半透射液晶显示板2中入射到用于左眼的象素中的反射区420的光和入射到用于右眼的象素中的反射区440上的光被这些区中相应的金属膜截取，从而对于显示没有贡献。
另一方面，如图21所示，外部光从前侧进入半透射液晶显示板2。入射到用于左眼的象素中的反射区420以及用于右眼的象素中的反射区440的外部光由这些区中的相应金属膜(未显示)反射，然后不被视差隔板7截取地到达前侧，并且到达区域EL和ER。然而，入射到用于左眼的象素中的透射区410和用于右眼的象素中的透射区430的光经过视差隔板7，从而对于显示没有贡献。
因此，当观看者令其左眼52位于区域EL，右眼51位于区域ER时，他可以观看到由透射光得到的三维图像。在这种情况中，反射光既没有朝区域EL由没有朝区域ER偏转，使得反射光得到的显示成为二维显示。然而，在第五实施例中，通过将视差隔板7放置在半透射液晶显示板2的后侧，可以抑制由于视差隔板引起的可视性降低。第五实施例除以上的其它优点与第四实施例的相同。
第五实施例中说明了双眼型三维图像显示设备。然而，第五实施例也可应用于N眼型三维图像显示设备(N是大于2的整数)。
下面说明本发明的第六实施例。图22是显示第六实施例的便携终端设备的透视图，图23是说明该实施例中图像显示设备的操作的光学模型的图。如图22所示，图像显示设备安装在作为便携终端设备的蜂窝电话9中。第六实施例与第一实施例的不同之处在于，构成双面透镜3的柱面透镜3a的长度方向11是图像显示设备的横向方向或者图像的水平方向，并且柱面透镜3a的排列方向12是图像的长度方向或垂直方向。尽管图22为了简化说明仅显示了四个柱面透镜3a，实际上，存在的柱面透镜3a的数目与沿方向11放置的象素的数目相同。
如图23所示，多对象素以矩阵形式排列在显示板2上，每一对象素都由用于第一观察点的象素45(下面称为“第一观察点象素45”)和用于第二观察点的象素46(下面称为“第二观察点象素46”)组成。单个象素对中第一观察点象素45和第二观察点象素46的排列方向是柱面透镜3a的排列方向12或者长度方向(垂直方向)。在每一个象素45和46中都提供一透射区和一反射区，并且该透射区和反射区沿柱面透镜3a的长度方向11或者显示平面的横向方向(水平方向)排列。第六实施例除了上述讨论之外的其它结构与第一实施例的相同。
下面说明根据本实施例的图像显示设备的操作。如图23所示，光源发出进入显示板2的光。此时，第一观察点象素45显示用于第一观察点的图像，第二观察点象素46显示用于第二观察点的图像。用于第一观察点的图像和用于第二观察点的图像不是具有视差的三维图像，而是二维图像。尽管两个图像都是独立图像，但是它们可以是指示有关它们之间的相关性的信息的图像。
已经进入显示板2的第一观察点象素45和第二观察点象素46的透射区的光透过这些区并射向双面透镜3。这些光由双面透镜3的柱面透镜3a折射，并分别向区域E1和E2输出。区域E1和E2沿长度方向排列。外部光，诸如自然光或照明光，从前部透过双面透镜3并进入液晶显示板2。在输入液晶显示板2的光中，进入各个象素的透射区的光成分向液晶显示板2的后部传播，即，光源10对显示没有贡献。
同时，进入各个象素的反射区的光成分透过液晶显示板2的液晶层，由金属膜反射，然后再次透射液晶层以进入双面透镜3。此时，当观看者令双眼都位于区域E1时，观看者可以观看到用于第一观察点的图像，而当观看者令双眼都位于区域E2时，观看者可以观看到用于第二观察点的图像。
第六实施例具有这样的优点：通过仅仅改变蜂窝电话9的角度，观看者可以令其双眼都位于区域E1或者区域E2，以选择性地观看用于第一观察点的图像或者用于第二观察点的图像。在用于第一观察点的图像和用于第二观察点的图像具有一定相关性的情况，特别地，通过改变观看角度的简单方案可以在图像间切换以供观看，从而显著提高了可用性。
在用于第一观察点的图像和用于第二观察点的图像沿横向方向排列的情况，右眼和左眼可以看到取决于观看位置的不同图像。在这种情况中，观看者可能发生误解，无法识别用于单一观察点的图像。在如第六实施例中那样用于多个观察点的图像沿长度方向排列的情况，通过比较，观看者总是能够用双眼观看用于单一观察点的图像，并且因此能够轻易地识别图像。第六实施例的其它优点与第一实施例的相同。第六实施例可以与第二至第五实施例中的任何一个相结合。
上面对于第一至第六实施例的说明是对于这样的图像显示设备给出的：其安装在便携电话等内部，并提供对于一个观看者的右眼和左眼具有视差的图像以提供三维图像，或者同时向一个观看者提供多种类型的图像。然而，根据本发明的图像显示设备不限于这种类型，而可以是具有大型显示板并向多个观看者提供多个不同图像的图像显示设备。