專利名稱：用于2d和3d顯示的雙偏振光濾光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及三維(3D)圖像顯示方法和裝置以及三維圖像記錄方法和裝置，二者都利用偏振光，更為具體的，涉及一種組合的二維(2D)和三維顯示和記錄的方法和裝置。
背景技術：
人類通過兩只眼睛看到的兩幅畫面，即使用所謂立體視覺，察覺物質世界。人類大腦對兩幅畫面進行解讀，從畫面產(chǎn)生空間距離，從而形成3D視覺。3D顯示方法就是模擬立體圖像觀察過程的方法。
基本上有兩類三維顯示方法自動立體顯示和立體顯示。自動立體顯示是一類觀看者不需戴特殊眼鏡觀看3D圖像的方法。這類方法一般具有如功能視角窄和功能可視區(qū)小的缺陷。
立體顯示是一類要求觀看者佩戴特殊眼鏡觀看3D圖像的方法。早期的技術利用帶色彩的濾光片和帶色彩的圖像分離左、右圖像形成3D效果。進一步的技術利用偏振光傳遞立體圖像并通過相應的偏振光眼鏡將立體圖像分離至觀察圖像的不同的眼睛。這類方法通常要求這兩個圖像重疊在一起從而大腦可以將它們解讀成來自同一場景。
在該領域已知一系列利用偏振的三維成像系統(tǒng)。在這里通過參考引入，F(xiàn)aris，美國專利號6,359,664，批準于2002年3月19日，公開了一種用于三維立體成像的電—光學顯示系統(tǒng)。Faris使用微偏光器將偏振賦予從光學透明的圖樣發(fā)射的光，以形成偏振的空間復合的圖像。同樣在這里通過參考引入，F(xiàn)aris，美國專利號6,563,553，批準于2003年5月13日，公開了一種用于便攜式電腦的電—光學圖像顯示系統(tǒng)。該設備包括電學有源和無源的膽甾型液晶元件(cholesteric liquid crystal element)的陣列，這些元件以邏輯樹(logictree)形式排列以操縱電磁波束。然而，根據(jù)其文件，F(xiàn)aris使用電學“無源的”圓偏振濾光器來實現(xiàn)其微偏振區(qū)域。
Vrex(Reveo)目前應該擁有Faris專利。在http://www.vrex.com/about/timeline.shtml可以找到他們三維成像開發(fā)的完整進程。從LCD屏幕產(chǎn)生三維圖像的唯一產(chǎn)品是從外部附加到便攜式電腦之類的可用夾子夾住的“微偏振(micropol)”屏幕(見http://www.verx.com/products/_download/vrex_mp_kit.pdf，在這里通過參考引入)。從包裝和價格方面考慮，提供集成到LCD面板本身中的三維技術將更有效。
Kwon，公開于2002年3月19日的美國專利申請?zhí)?002/0145682，公開了一種立體液晶顯示器設備，它具有帶有第一和第二微偏振區(qū)域的液晶聚合物薄膜以及第一偏振板。Kwon也公開了為他的設備使用公共電極。Kwon公開了使用對顯示器的不同部分進行偏振的“微偏振”區(qū)域的LCD立體顯示器。與Faris不同，Kwon使用液晶器件實現(xiàn)偏振(見段落0030)。此外，Kwon描述了兩層偏振板和一層公共電極板的使用。
根據(jù)Kwon的圖4，如果去除層104，Kwon使用典型的LCD結構。然而與Faris一樣，他使用一層無源的偏振膜來產(chǎn)生用于顯示的左、右圖像。層104為液晶聚合物薄膜，它是一種較新的材料。聚合物基底中的液晶分子的狀態(tài)可以用UV光線或其他方法進行改變并鎖定從而形成可以極化的薄膜。Kwon使用這種材料來制作他的雙偏振層，其實就是Faris專利中描述的無源偏振膜層。
Tomono，公開于2003年4月10日的美國專利申請?zhí)?003/0067563，公開了一種二維與三維可轉換的顯示器，它具有底板帶有微孔陣列的液晶層。該陣列可消除從而實現(xiàn)二維與三維顯示的轉換。Tomono在這一點上與Reveo相似，即提供可消除的屏幕來轉換到三維顯示。
Yamazaki，批準于2002年2月19日的美國專利號6,348,957，公開了一種直接觀看型的LCD顯示器——其中對兩組液晶層進行布局處理，其中對應的第一和第二圖像在這兩組液晶層上形成。
盡管現(xiàn)有的設備在產(chǎn)生3-D顯示上取得了一些成功，但是本領域中提供無需加裝或去除屏幕或偏振膜或類似物而產(chǎn)生2-D和3-D圖像兩者的顯示器的需求依然存在。此外，本領域中提供產(chǎn)生2-D和3-D圖像兩者而不是只能進行3-D顯示的顯示器的需求依然存在。此外，提供可以集成到LCD顯示平板顯示器中來實現(xiàn)緊湊和廉價的結構的2-D/3-D顯示器的需求依然存在。

發(fā)明內容
在本發(fā)明中，為3-D畫面而攝取兩幅圖像以模擬人類使用雙眼的觀察方式。將這兩幅圖像分別稱為左圖像和右圖像。將兩幅圖像的像素以某種組織方式混合并在顯示器屏幕上著色，從而使左、右圖像或者在同一時間在屏幕上不同的顯示單元處重疊在一起(空間復合)，或者在不同的時間在屏幕上相同的顯示單元處重疊(時間復合)。
在下文中稱為DP的雙偏振光濾光器上的，在下文中稱為單元的每個微區(qū)域，與顯示屏幕上的像素單元以一一對應的關系對齊。每個屏幕像素單元發(fā)出的光穿過DP濾光器上與之對齊的單元并變成偏振光。由于在任何時候都可以在DP濾光器的每個單元中控制偏振方向，顯示左圖像像素的屏幕像素單元發(fā)出的光通過DP濾光器之后總是成為某一個方向的偏振光而顯示右圖像像素的屏幕像素單元總是發(fā)出另一個方向的偏振光。
這兩個從DP濾光器射出的偏振光的偏振方向通常是正交的。如果左圖像的光和右圖像的光的偏振方向分別與偏振眼鏡的左透鏡和右透鏡的偏振軸與平行觀看者可以通過偏振眼鏡從這種混合的像素光看到3D場景。
在本發(fā)明的精神和范圍之內，有許多方法可進行左右圖像的混合并將它們著色到顯示屏幕上。一個例子是將左圖像和右圖像隔行交錯并分別著色于奇數(shù)像素單元行和偶數(shù)像素單元行。在一個實施例中，將左圖像的奇數(shù)像素行著色到屏幕的奇數(shù)像素單元行上而將右圖像的偶數(shù)像素行著色到屏幕的偶數(shù)像素單元行上。將不同的控制電壓相應地加在DP濾光器的奇數(shù)單元行或者偶數(shù)單元行上，從而左圖像像素與右圖像像素可以通過它們正交的偏振方向來區(qū)分。
當本發(fā)明應用于記錄設備時，用分開適當距離以模擬人眼的間距的兩組透鏡組收集左圖像光和右圖像光。用右和左圖像分別的、相互正交的偏振方向對穿過不同透鏡(比如左透鏡和右透鏡)的光進行偏振化。隨后將通過左透鏡和右透鏡的光合并后導向圖像記錄設備，該圖像記錄設備可以包括領域內公知的多種電子或模擬圖像記錄設備中的任何一種。
DP濾光器位于記錄媒介(比如膠片或電光傳感器)之前。以一種方式控制DP濾光器單元從而它在不同的單元處或者阻斷左透鏡光或者阻斷右透鏡光，并且一半的單元阻斷左透鏡光，而另一半的單元阻斷右透鏡光。從而在膠片或電子傳感器(如CCD或其類似物)上不同的像素單元處記錄左圖像和右圖像。
在本發(fā)明精神和范圍之內可以有許多不同的配置來控制DP濾光器單元。在一個實施例中，將DP濾光器上的奇數(shù)單元行配置成透過左透鏡光而阻斷右透鏡光，同時將DP濾光器上的偶數(shù)單元行配置成透過右透鏡光而阻斷左透鏡光。當來自左右透鏡的合并后的光穿過DP濾光器并到達膠片或光傳感器時，膠片或光傳感器上的奇數(shù)像素行記錄左圖像像素的奇數(shù)行而偶數(shù)像素行記錄右圖像像素的偶數(shù)行。
在本發(fā)明中，DP濾光器利用液晶(LC)的特有屬性來實現(xiàn)偏振和其他分離功能。自然狀態(tài)下的LC分子是以一種松散地有序的方式排列的，其長軸方向相互平行。當LC分子與有著精細凹槽的表面接觸時，LC分子會以其長軸方向與凹槽的方向一致的方向進行排列。在LC分子夾在兩片平板之間，并且兩片平板相對的表面都有精細凹槽而且兩片平板的凹槽方向相互正交的情況下，LC分子的長軸方向將在兩片平板之間逐漸扭轉90度。
當偏振光穿過LC材料時，在偏振方向平行于第一平板的凹槽方向的情況下，偏振光將跟隨LC分子的長軸方向。從而入射光的偏振方向在光通過LC之后扭轉了90度。
當在LC上加上電場后，LC分子將以其長軸方向與電場方向一致進行重新排列。從而當在第一平板和第二平板之間加電壓時，LC分子因重新排列而不再扭轉入射光。穿過LC的光保持其原有的振動方向。
在本發(fā)明中，將可選線性偏振膜與液晶夾心結構組合在一起，該液晶夾心結構中液晶分子長軸方向逐漸扭轉90度。使用控制加到每個單元上的電壓的兩個透明電極層，就產(chǎn)生了電學可控的DP濾光器。透明電極層上的每個透明電極定義了DP濾光器的可單獨控制的微區(qū)域，稱為單元。
可以動態(tài)地改變和控制DP濾光器的每個期望的單元上的偏振方向，這為顯示器行業(yè)、媒體行業(yè)、電腦軟、硬件行業(yè)提供了3D成像的不同領域上的巨大靈活性，比如圖像記錄、圖像數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)信號轉換、信號廣播、信號混合及著色等等。
對DP濾光器的結構的微小更改，可使本發(fā)明應用于任何自發(fā)光的顯示設備，無論是常規(guī)光還是偏振光。本發(fā)明也可以應用于任何圖像記錄設備。當DP濾光器的單元的控制配置與圖像顯示著色配置一致時，可以將圖像數(shù)據(jù)處理要求最小化，甚至圖像無需任何處理即可直接顯示。
本發(fā)明利用了現(xiàn)代LCD生產(chǎn)設備和技術，因此這一新型技術評估的成本是最小化了的。本發(fā)明同時包含了DP濾光器的制造方法。使用本發(fā)明不會引起2D圖像信號與3D圖像信號之間的沖突。如果著色2D圖像信號，具有DP濾光器的顯示設備自然地顯示2D圖像。具有DP濾光器的圖像記錄設備也可自然地記錄二維圖像。對于2D圖像應用，偏振光對人的裸眼或光傳感器沒有影響。


圖1是本發(fā)明的DP濾光器的一個實施例的透視圖。
圖2是本發(fā)明的DP濾光器的另一個實施例的透視圖。
圖3顯示了圖1的單元偏振控制層，它由透明電極和驅動電路組成。
圖4顯示了圖2的單元偏振控制層106。
圖5顯示了圖1實施例的DP濾光器的一個單元以及當加在透明電極上的電壓隨時間變化時發(fā)光的偏振方向如何變化。
圖6是沒有可選用的線性偏振膜的圖1的DP濾光器的透視圖。
圖7是圖1的DP濾光器的透視圖，其中將第二玻璃基板部分去除從而清楚地顯示單元偏振控制層上的透明電極的排列。
圖8是具有不同的透明電極排列的圖1的DP濾光器的透視圖，其中將第二玻璃基板部分去除從而清楚地顯示單元偏振控制層。
圖9顯示了用于通過透明電極動態(tài)地控制圖1的DP濾光器上的每個單元的偏振方向的有源矩陣電路和開關晶體管TFT。
圖10顯示了對于圖8的實施例，如何在每隔一行或每隔一列上形成透明電極的靜態(tài)控制電路。
圖11是集成了圖1的DP濾光器的通用的2D和3D LCD設備的透視圖。
圖12是從圖2的線“A”切割的DP濾光器的剖面圖，其中入射光來自第一基板102一邊。
圖13是如同圖12中的DP濾光器的另一個剖面圖，其中入射光來自第二基板107一邊。
圖14是一個簡單化的圖2的單元偏振控制層106的示意圖，其中電壓可以靜態(tài)地加在形成的透明電極并與公共電極層(圖2的元件108)一起驅動液晶。
圖15是圖14的單元偏振控制層106的剖面圖，其中入射光來自第一基板102一邊。
圖16是圖15所示的DP濾光器結構的相同剖面圖，其中入射光來自第二基板107一邊。
圖17是應用DP濾光器的3D顯示器的透視圖，其中將第二基板107部分去除以顯示單元偏振控制層106的結構。
圖18是應用了沒有圖1的可選用線性偏振膜1的DP濾光器的3D顯示器的透視圖，其中將第二基板107部分去除以顯示單元偏振控制層106的結構。
圖19是具有集成的DP濾光器的通用的2D和3D LCD顯示設備的實施例的透視圖。
圖20顯示了用于記錄立體圖像數(shù)據(jù)的本發(fā)明DP濾光器的一個應用。
圖21顯示了圖2的DP濾光器100上的一個圖12的單元109，隨著時間對偏振方向進行控制。
圖22顯示了圖2的DP濾光器100上的一個圖13的單元109，隨著時間有選擇性地阻斷不同偏振方向的入射偏振光。
圖23顯示了一種對圖14中所顯示的替換方法，用于構建雙偏振控制層從而達到透明電極材料的更好的性能和更高的透明度。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的DP濾光器14的一個實施例的透視圖。第一玻璃基板2和第二玻璃基板7相互面對并相互隔開。一公共電極層8形成在第一玻璃基板2的內表面。一單元偏振控制層6形成在第二玻璃基板7的內表面。一液晶夾心結構層15形成在單元偏振控制層6與公共電極層8之間。一可選擇的線性偏振片1形成在第一玻璃基板2的外表面。一任何類型的顯示屏幕11與DP濾光器14粘接在一起。如果顯示屏幕11發(fā)射偏振光，線性偏振膜1可以省略。
液晶層15具有第一導向層3和第二導向層5，液晶材料4灌注在它們之間。為了保持導向層之間一致的空間距離，可以在第一導向層3和第二導向層5之間使用墊片(圖中沒有顯示)。導向層3和導向層5的凹槽方向相互垂直。
圖3顯示了單元偏振控制層6，它由透明電極10和驅動電路25組成。驅動電路25可以具有電壓信號導體21，開關信號導體20，和將透明電極10與電路導體21連接的開關晶體管22。圖3顯示的透明電極10和驅動電路25的排列只是不同電極排列和不同驅動電路的眾多可能組合之一。取決于驅動液晶夾心結構15和在顯示屏幕11上著色圖像的方式，可選擇不同的驅動電路和透明電極的排列來形成單元偏振控制層6。每個透明電極10所占的空間與圖1的DP濾光器的一個單元9對應。單元9的尺寸與顯示屏幕11的像素單元16的尺寸相同。每個單元9都和一個像素單元16對齊。
在圖1中，光線12來自于圖像顯示屏幕11，進入DP濾光器14，并且在穿過線性偏振膜1后成為偏振光13。當偏振光13透過液晶夾心結構層15時，其偏振方向或者在電壓加到透明電極10上的地方保持不變，或者在電壓沒有加到透明電極10的地方扭轉90度。于是透過DP濾光器14的不同單元的光線可以正交的具有兩種不同的偏振方向。
在圖1中，可以對DP濾光器14的每個單元形成透明電極10。加上電壓并且電壓只加在奇數(shù)行的所有透明電極10上。從而從奇數(shù)行的單元上射出的光保持入射光的偏振方向，而從偶數(shù)行的單元上射出的光將入射光的偏振方向扭轉了90度。
圖5顯示了DP濾光器14的一個單元9并且當加在圖3的透明電極10上的電壓隨時間變化時出射的偏振方向18變化。在圖5中，入射光13具有水平的偏振方向。從時間點t1至t2，透明電極10上未加電壓。其間出射的偏振光具有垂直的偏振方向。從時間點t2至t3將電壓V加到透明電極10上，其間出射光具有水平的偏振方向。從時間點t3至t4，電壓降回到0，從而出射光再次具有垂直的偏振方向。從時間點t4至t5，加到電極10上的電壓信號再一次升回到值V，其間出射光的偏振方向再次變成水平，并如此變化。該圖顯示了DP濾光器的任何單元可以根據(jù)不同時間電極上的電壓信號在不同時間點發(fā)出偏振方向正交變化的偏振光。
圖6是沒有可選的線性偏振膜1的圖1的DP濾光器14的透視圖。在圖6中，顯示屏幕11發(fā)出偏振光13。
圖7是DP濾光器14的透視圖，其中將第二玻璃基層7部分地去除從而清楚地顯示單元偏振控制層6上透明電極10的排列。圖7顯示了透明電極10的許多可能排列的一種。對于DP濾光器14的每一個單元9安置透明電極10。這種排列提供了對于每個單元的偏振方向最為靈活的控制。偏振控制電壓可以通過，但不僅限于，使用未在圖中顯示的有源矩陣驅動電路和薄膜晶體管(TFT)動態(tài)地加到電極上。電壓信號可以與刷新顯示屏幕的像素單元的圖像信號同步的刷新DP濾光器的單元。通過對于不同的固定的圖像著色圖樣使用不同的驅動電路，還可以將偏振控制電壓靜態(tài)地加到電極上。
圖8是DP濾光器14的透視圖，其中將第二玻璃基層7部分地去除以便清楚地顯示單元偏振控制層6。對于許多可能的固定的圖像混合以及著色圖樣的一種，僅在相間隔的行上形成透明電極10。左圖像的像素在奇數(shù)行上著色而右圖像的像素在偶數(shù)行上著色。可以預先確定DP濾光器14的奇數(shù)行可以保持偏振方向而偶數(shù)行可以將偏振方向扭轉90度。圖8顯示了只在奇數(shù)行上形成電極，從而當加上電壓時可以保持偏振方向，而穿過偶數(shù)行的偏振光將總是扭轉90度。通過，但不僅限于，將所有電極連接到公共電源，可以靜態(tài)地施加控制電壓。也可通過使用有源矩陣驅動電路和薄膜晶體管(TFT)動態(tài)地施加電壓。TFT開關信號可以與顯示屏幕的奇數(shù)行掃描信號同步。
圖9顯示了可用于通過透明電極10動態(tài)控制DP濾光器14上的每個單元9的偏振方向的有源矩陣電路和開關晶體管TFT。開關信號導體20，電壓信號導體21，和開關晶體管22，與透明電極10共同在同一玻璃基板上構成單元偏振控制層6，這一玻璃基板可以是第一基板7也可以是第二基板2。液晶夾心結構15形成在單元偏振控制層6與公共電極層8之間。加在21上的電壓信號由加在導體20上的開關信號控制通斷，所以每個單元9可以可控制地施加電壓信號，從而可以獨立的控制每個單元9上的偏振方向。
圖10顯示了形成在間隔的行或間隔的列上的、圖8中說明的透明電極10的靜態(tài)控制電路。電壓導體24與透明電極10一起作為單元偏振控制層6，對于同一玻璃基板上的奇數(shù)行或列形成，這一玻璃基板可以是第一基板7也可以是第二基板2。對于偶數(shù)行或列既不形成電壓導體也不形成透明控制電極。液晶夾心結構15形成在單元偏振控制層6與公共電極層8之間。所有電壓導體24可以連接到公共靜態(tài)電源上從而使電壓靜態(tài)地加到DP濾光器上奇數(shù)行或列上的所有單元上，從而保持在這些行或列上入射光的偏振方向不變。穿過偶數(shù)行上的所有單元的光線的偏振方向總是扭轉90度。
DP濾光器結構可以有多種可替換的實施例而不影響內在的功能。一個例子是單元偏振控制層6和公共電極層8的位置可以互換。
圖11是一個集成了DP濾光器的通用2D和3D LCD設備的實施例的透視圖。第一玻璃基板2和第二玻璃基板7相互面對并相互隔開。顯示像素電極層32，顯示液晶夾心結構40，顯示公共電極層36，第二線性偏振膜38，元件公共電極層8，元件液晶夾心結構39，元件單元偏振控制層6，和顯示色彩濾光器層37依次形成在第一玻璃基板2的內表面和第二玻璃基板7的內表面之間。第一線性偏振膜31形成在第一玻璃基板2的外表面上。
第一偏振膜31面對LCD背光源41。第一偏振膜的偏振軸方向可以是水平或垂直的。該例子中第一偏振膜的水平偏振軸方向的選擇只是為了以下描述這一新型LCD結構的方便。顯示液晶夾心結構40包含了顯示第一導向層33和顯示第二導向層35，液晶34灌注在它們之間。第一導向層33可以具有與第一偏振膜31的偏振軸平行的水平凹槽。顯示第二導向層35可以具有與層33的凹槽方向正交的垂直凹槽。
第二偏振膜38具有與第一偏振膜31的偏振軸正交的垂直偏振軸。元件液晶夾心結構39包含元件第一導向層3和元件第二導向層5，液晶4灌注在它們之間。元件第一導向層3可以具有垂直凹槽。元件第二導向層5可以具有水平凹槽，與層3的導向方向正交。
每個像素單元9具有形成在層32中的三個透明電極，形成在層6中的一個透明電極，層37中的三個色彩濾光器，它們可以包括紅色的、綠色的、和藍色的。有源矩陣電路和TFT(未在圖中顯示)用來驅動顯示液晶夾心結構40。從而電導體20，21和開關晶體管22與透明電極一起形成在層32中。根據(jù)所選擇的驅動元件液晶夾心結構39的不同方法，組成不同驅動電路的導體和開關晶體管與透明電極一起形成在層6中。為了保持導向層之間一致的空間距離，層33和層35之間及層3和層5之間都使用了墊片。
層31，32，40，36，和38一起作為光遮光器工作。對于每個像素單元加在層32中的透明電極上的電壓信號，也就是圖像信號，決定了是否阻斷背光源40或者可以透過的背光源40的光量。層8，39，和6一起組成了光扭轉器，它對從單元射出的光的色彩和亮度都沒有影響。對于每個像素單元加在層6中的透明電極上的電壓決定了出射光的偏振方向。層37提供了出射光的色彩。
在本發(fā)明的精神和范圍之內，有多種可替換的實施例可以采用。比如，在一個替代的實施例中，第一偏振膜31可以沿著光線傳播軸轉動任意角度alpha，并且相應地層38也可以轉動角度alpha從而第一偏振膜31的偏振軸和第二偏振膜38的偏振軸保持正交。這個“角度alpha”只是意味著線形偏振膜的偏振軸方向與液晶夾心中的導向層的導向方向之間可以成任何角度，同時LCD面板的液晶夾心的導向方向與DP濾光器的液晶夾心的導向方向的之間可以成任何角度。圖中使用的是特定的情況，即它們或者平行或者垂直。顯示液晶夾心結構40和元件液晶夾心結構39同樣可以沿著光線傳播軸轉動不同的角度。可以使用不同的驅動電路，和/或將層37移到不同的位置，如層38和8之間，或層36和38之間等等。
在應用層面上，可以使用對于左和右圖像的多像素混合及著色圖樣。這可能影響、也可能不影響圖11中顯示的LCD結構。比如，使用圖8中描述的混合及著色圖樣可以減少層6中的透明電極的數(shù)量并使用圖10中描述的簡化的驅動電路。也可以在不同的層上施加特定的涂層以達到不同的目的，比如，但不局限于，獲得更好的透光性或減少表面光反射，或更高的能量效率，更好的性能，或是為了制造工藝的需要等等。
不同的DP濾光器結構與不同的電路驅動方法的組合，及其與不同的圖像混合及著色圖樣的組合可以是多種多樣的。對于這個領域的技術人員而言，在制造本發(fā)明的DP濾光器的方法中可以進行各種的修改和變型是顯而易見的。更進一步的，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍下，可以集成顯示器設備設計。比如，在圖1中，當DP濾光器集成在諸如等離子電視的顯示設備中時可以省略掉第一玻璃基板2。
圖2是DP濾光器的第二個實施例100的透視圖。DP濾光器100由第一透明基板102，雙偏振功能單元115，第二透明基板107，和附加到第一透明基板102外表面的線性偏振膜101構成。雙偏振功能單元115的由公共電極層108，一液晶夾心結構124，和雙偏振控制層106構成。液晶夾心結構124包括第一導向層103，液晶層104，第二導向層105，以及處于兩層導向層之間的墊片(未顯示)以保證層103和105之間的距離一致。第一基板102和第二基板107相對而相互隔開。雙偏振功能單元115形成在基板102和基板107之間。公共電極層108形成在第一基板102的內表面上。單元偏振控制層106形成在第二基板107的內表面上。液晶夾心結構124形成在單元偏振控制層106和公共電極層108之間。可選擇的線性偏振膜101，其偏振軸方向為119，形成在第一基板102的外表面。當來自第一基板102的入射光是偏振光時，線性偏振膜101可以省略。
液晶層124具有第一導向層103和第二導向層105，液晶104灌注在它們之間。為保持第一導向層103和第二導向層105之間一致的距離空間，可在第一導向層103和第二導向層105之間使用墊片(未顯示)。如圖所示，第一導向層103和第二導向層105每個都具有形成在它們的內表面上的凹槽。第一導向層103和第二導向層105具有以相互垂直的方向形成的凹槽。
單元偏振控制層106可以包括透明電極和電導體，所述電導體包括控制加到透明電極上的電壓的開關晶體管(未顯示)。每個透明電極110形成在由電導體隔開的空間內并通過開關晶體管與電導體連接。每個透明電極110可以定義了功能的并且可獨立控制的DP單元109。
圖4顯示了圖2中顯示為元件106的單元偏振控制層，它提供對于每個單獨透明電極的動態(tài)電壓控制，從而用公共電極層(圖2中的元件108)驅動液晶(圖2中的元件104)以保持或扭轉穿過液晶層104的偏振光的偏振方向，從而控制從DP濾光器100射出的光的的偏振方向。圖4的偏振控制層包括透明電極110和驅動電路，該驅動電路包括電壓信號導體203，開關信號導體202及連接透明電極110和電路導體的開關晶體管201。
圖4所示的透明電極110的排列和驅動電路只是不同的電極排列和不同的驅動電路的眾多可能組合中的一種。取決于用于驅動液晶層104的方法，DP濾光器(圖2的元件100)的使用及入射到入DP濾光器的圖像光，可以選用不同的驅動電路和電極配置來構成單元偏振控制層106。每個透明電極110的空間對應于DP濾光器的每個單元(圖2中的元件109)的空間。
圖12是圖2的DP濾光器沿“A”線的剖面圖。單元偏振控制層106上的透明電極110定義了DP濾光器100上的單個單元109。這些單個單元可分為兩類，L單元112和R單元113。L單元是那些透明電極110上加了電壓的單元，R單元是那些透明電極110上不加電壓的單元。線性偏振膜101的偏振方向是119。
當來自線形偏振膜101的常規(guī)入射光116進入DP濾光器100時，它在通過線形偏振膜101之后變成了偏振光。其偏振方向與偏振軸方向119一致。當該偏振光穿過DP濾光器功能元件115時，在透明電極上加電壓的L單元112中偏振方向保持不變。而在透明電極上不加電壓的R單元113中偏振方向扭轉90度。因此穿過DP濾光器100的不同單元的光可以具有兩種不同的、相互正交的偏振方向117和118。
圖13是圖12的DP濾光器的另一個剖面圖?；旌狭似穹较蛳嗷フ坏膬煞N偏振光束120和121的入射光，來自第二基板107。入射光121的偏振方向119與偏振膜101的偏振軸方向一致。入射光120的偏振方向與方向119正交。當光線穿過DP濾光器功能元件115時，入射光120和121在L單元112中都保持其原有的偏振方向不變。偏振膜101阻斷了偏振光120的透過，從而從第一基板側的L單元112射出的光122是入射光121。同時，入射光120和121在穿過DP濾光器的功能元件115時在R單元113中其偏振方向都扭轉了90度。偏振膜101阻斷了偏振光121的透過從而從第一基板側的R單元113射出的光123是入射光120。由此，在不同的單元上DP濾光器有選擇性地讓具有正交的偏振方向的偏振光透過。
圖14是簡化的單元偏振控制層106的示意圖，其中控制電壓可以靜態(tài)地加在形成的電極上并與公共電極層一起(圖2中的元件108)驅動液晶。在圖14中，所有的L單元(圖12中的元件112)和R單元(圖12中的元件113)排列并形成在分開的行中，并且L單元行和R單元行交替排列。透明電極行510對于相同行上那些單元在空間上連續(xù)地形成在第二基板(圖2的107)上。這些電極行均勻地分布在整個單元偏振控制層106上。形成了透明電極的空間包括DP濾光器的L部分512，沒有透明電極的空間包括DP濾光器的R部分513。
電導體533形成在第二基板(圖2的元件107)的邊緣并通過導體514與透明電極連接。當將電壓靜態(tài)地加到電導體533時，該電壓傳到所有的透明電極行510上，從而液晶層104可以通過透明電極行510和公共電極層(圖2中的元件108)來驅動。在加電壓的情況下，穿過DP濾光器功能元件(圖12的中的元件115)的偏振光在形成了電極的所有單元行上都保持其偏振方向不變，而在沒有形成電極的所有單元行上都扭轉其偏振方向。
也可改變圖14中的電極布局來使第二基板(圖2中的元件107)由透明電極完全覆蓋。這種布局把DP濾光器(圖2中的元件100)變成單個單元濾光器。從而DP濾光器可以通過控制電極上的靜態(tài)電壓以在不同時間改變通過的光的偏振方向或在不同時間阻斷不同方向的偏振入射光。
圖14公開了本發(fā)明的一個實施例，而不是對雙偏振控制層的一種限制。根據(jù)不同的應用和生產(chǎn)工藝，可以修改其結構而不影響雙偏振控制層的功能。圖23顯示了圖14的實施例的替代方法，用于為了透明電極材料的更好性能和更高透明度構造雙偏振控制層，包括，但不局限于，ITO(Indium Tin Oxide，銦錫氧化物)薄膜之類。在圖23中，透明電極510以與圖14同樣的方式形成在第二基板107上。然而，電導體533可以沿著每個條形區(qū)域形成。電導體533可以與形成在它底下的透明電極510直接連接，或者在沿著條狀電極的多個點處通過導體連接到透明電極510。從而功能L條形區(qū)域512和功能R條形區(qū)域513為沒有被電導體533覆蓋的區(qū)域。
圖15是具有圖14的單元偏振控制層106的本發(fā)明的剖面圖。形成在第二基板107上的透明電極510均勻地分割第二基板的空間。透明電極510和它們之間的空間構成了雙偏振行單元區(qū)域129。沒有電極的空間是R區(qū)域513而有電極的空間是L區(qū)域512。在L區(qū)域512，加在電極上的靜態(tài)電壓驅動這一區(qū)域的液晶從而使偏振光穿過并保持其偏振方向不變。在R區(qū)域513，沒有加電壓，從而當偏振光穿過LC104的時候偏振方向總是扭轉90度。所以當常規(guī)光116從偏振膜101射入DP濾光器時，從第二基板側射出的光117和118在區(qū)域R513和區(qū)域L512分別具有正交的偏振方向。
圖16顯示了與圖15所示同樣的DP濾光器結構的剖面圖，其中入射光來自于第二基板107一邊。當控制電壓靜態(tài)地加在透明電極行510上時，射入DP濾光器的偏振方向相互正交的兩種偏振光120和121可以在不同的行形狀區(qū)域選擇性地透過DP濾光器。偏振光120通過并從偏振膜101處的R區(qū)域513透射出來成為出射光123，其偏振方向與其入射前的偏振方向相比扭轉了90度。偏振光121通過并從偏振膜101處的L區(qū)域512透射出來成為出射光122，并保持了其原有的偏振方向。
圖17是使用DP濾光器的三維顯示器的透視圖，其中將第二基板107部分去除以顯示單元偏振控制層106的結構。在圖17中，顯示屏幕800在每個通常的像素單元上發(fā)出常規(guī)光。圖像以一種特殊的方式在顯示屏幕上著色，即左圖像和右圖像重疊并且著色到顯示屏幕的不同行上，比如左圖像像素在奇數(shù)顯示行801上著色而右圖像像素在偶數(shù)顯示行802上著色。在圖17中，圖14中描述的電極層被用作單元偏振控制層106。形成在第二基板107上的每個電極行(圖14中的510)與奇數(shù)顯示行801一一對齊。控制電壓靜態(tài)并恒定地加在所有的電極上。
從顯示屏幕800射出的光線在穿過偏振膜101后成為具有偏振方向119的偏振光。奇數(shù)顯示行射出的光線在穿過DP濾光器功能元件115后保持其偏振方向并從第二基板107射出成為出射光118。偶數(shù)顯示行射出的光線在穿過DP濾光器功能元件115后偏振方向扭轉90度并從第二基板107射出成為出射光117。因此左圖像像素由一個偏振方向的光呈現(xiàn)而右圖像像素由另一個偏振方向的光呈現(xiàn)。這兩種示例光的偏振方向相互正交。這些正交偏振光可以通過一副偏振眼鏡區(qū)分開來，從而分別進入觀看者的左眼和右眼，以形成三維效果。
圖17只描述了根據(jù)本發(fā)明的一種可能的結構和圖像著色組合。比如，使用圖2中描述的單元偏振控制層結構，或使用與圖14相聯(lián)系地描述的交替電極布局，即一個連續(xù)的電極覆蓋整個第二基板，則可以在顯示屏幕800上交錯地著色左和右圖像幀。用加在電極上的電壓信號同步顯示屏幕800上的圖像幀信號，從而只有在顯示屏幕800上著色左圖像時將電壓加在所有電極上。可以用一個方向的光傳遞左圖像而用正交方向的光傳遞右圖像。當左右圖像在顯示屏幕800上足夠快地交替顯示時，觀看者的眼睛將無法區(qū)分左右圖像切換(例如，閃爍)從而看到三維影像。
圖18是使用DP濾光器的三維顯示器的透視圖，其中將第二基板107部分去除以顯示單元偏振控制層106的結構。在圖18中，顯示屏幕900在每個常規(guī)像素單元上射出偏振方向為919的偏振光。在圖18中省略了可選偏振膜(圖2中的101)。第一導向層103的凹槽方向與第二導向層105的凹槽方向相互正交。在圖18中，單元偏振控制層106，顯示屏幕900上的圖像著色，和其他結構特征與圖17中的描述類似。很明顯，構造偏振控制層的方式和著色立體圖像的方法并不局限于這里的描述。
圖19是具有集成的DP濾光器的通用二維和三維LCD顯示設備的實施例的透視圖。在圖19中，設備1000包括三個主要部件，背光單元1001，LCD面板單元1040，和DP濾光器單元1080。在制造流程之后將LCD面板單元1040和DP濾光器單元1080逐個像素地對準并粘合在一起。LCD面板1040包括第一線性偏振膜1002，第一透明基板1003，信號控制電極層1004，第一液晶夾心層1019，公共電極層1008，第一透明薄基板1009，和第二線性偏振膜1010。第一線性偏振膜1002具有偏振軸方向1022并且第二線性偏振膜1010具有與1022正交的偏振軸方向。第一液晶夾心層1019包括第一導向層1005，液晶層1006，和第二導向層1007，兩個導向層1005和1007之間具有墊片以保證它們之間的間距一致。
兩個導向層1005和1007上的凹槽方向相互正交。信號控制電極層1004包括透明電極和通過開關晶體管(如TFT)連接到每個電極的電極導體(未顯示)。每個像素單元1039中包含了三個獨立的電極，用于獨立地控制該像素單元的紅、綠、藍三色之一。通?？梢詫CD面板單元1040看作沒有色彩濾光器層的常規(guī)LCD面板。
該LCD面板單元可以用與常規(guī)LCD面板略為不同的方法構造。信號控制電極層1004形成在第一透明基板(可以是玻璃基板)1003的內表面上。然后第一導向層1005可以形成在信號控制電極層1004之上。將第一透明薄基板1009(可以是一層透明薄膜)貼在一臨時玻璃基板上。將貼了薄基板的臨時玻璃基板當作常規(guī)玻璃基板并將公共電極層1008形成在第一薄基板1009上，然后將第二導向層1007形成在公共電極層1008之上。在兩導向層之間放上墊片，將兩個完成的面封合在一起并灌入液晶材料。將第一偏振膜1002形成在第一基板1003的外表面，將臨時玻璃基板與第一薄基板脫離移開并在第一薄基板1009的外表面上形成第二偏振膜1010。
DP濾光器單元包括第二薄基板1011，DP濾光器功能元件1020，色彩濾光器層1017，和第二透明基板1018。DP濾光器功能元件1020包括公共電極層1012，液晶夾心結構1024，和雙偏振控制層1016。液晶夾心結構1024與1019的結構布局相同，包括第一導向層1013，液晶層1014，第二導向層1015以及為保證兩個導向層1013和1015之間的間距一致而位于它們之間的墊片(未顯示)。第三導向層1013中的凹槽方向與LCD面板單元中的第一導向層1005一致。第四導向層1015的凹槽方向與第二導向層1007一致。第三和第四導向層上的凹槽方向相互正交。偏振控制電極層1016包括在間隔的像素行(比如所有的奇數(shù)像素行)上形成的電壓導體和透明電極。因此，與圖14的實施例類似，奇數(shù)像素行成為透過的偏振光保持偏振方向不變的L區(qū)域(圖14里的512)，而偶數(shù)像素行成為透過的偏振光偏振方向扭轉90度的R區(qū)域(圖14里的513)。每個像素單元1039在其所占空間內包含處于色彩濾光器層1017上的三個不同的色彩濾光器。它們與相同像素單元的信號控制電極層1004中的三個信號控制電極對應并對齊，從而在這個像素單元上傳遞不同的色彩和亮度。
該DP濾光器單元可以使用與制造LCD單元類似的方法進行制造。色彩濾光器層1017可以形成在第二基板(可以是玻璃基板)1018的內表面。偏振控制電極層1016可以隨后形成在色彩濾光器層1017上面，然后是導向層1015。第二透明薄基板1011，可以是象第一薄基板1009一樣的透明薄膜，可以貼在一臨時玻璃基板上。將貼了第二薄基板的臨時玻璃基板當作常規(guī)玻璃基板并將公共電極層1012形成在第二薄基板層1011上，然后將第三導向層1013形成在公共電極層1012之上。在兩個導向層之間放上墊片，將完成的兩個面封合在一起并在其間灌入液晶材料。
將臨時玻璃基板與第二薄基板1011脫離并將LCD單元1040和DP濾光器1080組裝起來，使得LCD單元的第二偏振膜1010和DP濾光器單元的第二薄基板1011面對面地粘合在一起，并且使LCD單元上的像素單元與DP濾光器單元上的像素單元按行和列對齊。最后將背光源1001與第一偏振膜1002合在一起形成完整的顯示面板1000。
層1002，1004，1019，1008，和1010作為光線遮光器工作。對于每個像素單元加在層1004中的透明電極上、代表圖像信號的電壓決定是否阻斷背光單元1001射出的光或可以透過的背光的量。穿過LCD單元1040并從線性偏振膜1010射出的光線總是在垂直于1022的方向偏振。層1020作為光扭轉器工作，它對從線性偏振膜1010射出的光線的強度沒有影響，因此對從第二玻璃基板1018射出的光線的色彩和亮度都沒有影響。只是在沒有在偏振控制電極層1016中形成透明電極的那些像素單元上，射出的光的偏振方向扭轉了90度。色彩濾光器層1017為每個像素單元提供從玻璃基板1018射出的光的了色彩。當左圖像和右圖像信號交錯而且左圖像著色到奇數(shù)像素行、右圖像著色到偶數(shù)像素行時，LCD設備1000上射出的呈現(xiàn)它們的光線包括兩個相互正交的偏振光1033和1032。
在體現(xiàn)本發(fā)明的精神和范圍之內，這種新型顯示器可以有多種可替換的實施例而不影響其功能或目的。比如，色彩濾光器層1017可以移動到不同的位置上；在使用不同于上面描述的制造方法的情況下可以去除薄基板1009和1011。信號控制電極層1004和它所對應的公共電極層1008的位置可以互換。偏振控制電極層1016和它所對應的公共電極層1012的位置也可以互換。對在信號控制電極層1004和偏振控制電極層1016中采用何種類型的驅動電路沒有任何的限制。偏振控制電極層1016可以采用不同的布局來形成電極，并針對不同的圖像信號混合及著色采用不同的驅動電路。比如將上述偏振控制電極層旋轉90度可以支持左圖像和右圖像在間隔的像素列上交替著色，而不是在間隔的像素行上。另外，可以將不同的特殊涂層加在不同的層上以到達不同的目的，例如，但不局限與，獲得更好的光透性或降低表面反射，或更高的能源效率或更好的性能和類似的目的。
圖20顯示了用于記錄立體圖像數(shù)據(jù)的本發(fā)明的DP濾光器的另一個實施例。圖20中的實施例包含記錄媒介1150，DP濾光器1140，和一光學系統(tǒng)。光學系統(tǒng)包含了兩個光學透鏡系統(tǒng)(未顯示)，分別用于將傳送通過右和左透鏡系統(tǒng)的光束轉向的兩個反射面1110和1114。光學系統(tǒng)還包括兩片線性偏振膜1120和1121，分別用于將來自右和左透鏡系統(tǒng)的光束變成偏振光，以在相互正交的偏振方向對光進行偏振。另外，第三反射面1111將或者來自左透鏡系統(tǒng)或者來自右透鏡系統(tǒng)的光束轉向。分光鏡1170將來自兩組光通道的光束疊加在一起。
在圖20中，反射面1110和1114具有100％反射涂層以將左或右通道光束轉向90度。反射面1111具有100％反射涂層并與表面1110平行。分光鏡1170具有兩個表面1112和1113。表面1112具有0％反射涂層而表面1113具有50％反射涂層。分光鏡1170與面1114平行并與面1111成90度。線性偏振膜1120和1121的偏振軸方向分別是1130和1131。這兩個偏振軸方向相互正交。偏振膜1120置于光線到達反射面1111之前的右通道光的光程上，偏振膜1121置于光線到達反射面1113之前的左通道光的光程上。
在這樣的配置下，左通道光1171成為偏振方向為1131的偏振光1173。從面1113反射的入射光1173的50％偏振方向改變90度，從而進入DP濾光器1140的原始左通道光1171的50％具有偏振方向1130。相對應的，右通道光1161在穿過偏振膜1120后成為偏振方向為1130的偏振光1163。該偏振光由反射面1111完全反射并且偏振方向改變90度。光線1164到達面1112并且100％透射進入分光鏡1170并且50％的光透過面1113，從而進入DP濾光器1140的原始右通道光1161的50％具有偏振方向1131。
記錄媒介1150包含用于接受圖像入射光的圖像記錄器件，如數(shù)字相機的CCD或CMOS傳感器，或常規(guī)相機的膠片。DP濾光器1140在光線1165和1174到達記錄媒介前的光程中置于記錄媒介1150之前。DP濾光器1140的有效分辨率與記錄媒介1150的有效分辨率相同，而且DP濾光器1140與記錄媒介1150之間的距離是經(jīng)過仔細計算和配置的，從而透過DP濾光器1140的每個單元的光到達記錄媒介1150上對應的像素單元。DP濾光器1140中圖13中的偏振膜101的圖13中的偏振軸方向119可以與1130或1131的方向相同。
來自右通道的光1161由反射面1110轉向90度。反射光1162由偏振膜1120偏振化。偏振方向為1130的偏振光1163在面1111再次轉向90度射向記錄媒介1150。偏振光1163的偏振方向在反射面1110上改變90度。反射光1164的偏振方向為1131。光1164完全折射到分光鏡1170中并且光的50％通過成為在方向1131偏振的1165，而另50％被反射掉成為1168。
來自左通道的光1171由反射面1114轉向90度。反射光1172由偏振膜1121偏振化。偏振方向為1131的偏振光1173的50％在面1113穿過成為光1175而另外50％由面1113反射成為光1174射向記錄媒介1150，并且其偏振方向改變90度。反射光1174具有偏振方向1130。
來自右通道的、穿過面1113的、具有偏振方向1131的50％的光與來自左通道的、由面1113反射的、具有偏振方向1130的50％的光在離開面1113后混合。它們一起到達DP濾光器1140并且DP濾光器1140在圖13中的不同的單位單元109上選擇性地阻斷不同方向的偏振光。
可以使用預設的圖像著色規(guī)則。例如，對于左通道圖像使用奇數(shù)行，對于右通道圖像使用偶數(shù)行?？梢允沟没騽討B(tài)控制DP濾光器1140以在奇數(shù)行單元上阻斷偏振方向為1131的入射偏振光并在偶數(shù)行單元上阻斷偏振方向為1130的入射偏振光。以這種方式，只有左通道光在奇數(shù)行處通過DP濾光器1140并到達記錄媒介1150上的奇數(shù)行像素單元，同時只有右通道光在偶數(shù)行處通過DP濾光器1140并到達記錄媒介1150上的偶數(shù)行像素單元。
圖20顯示了用于產(chǎn)生立體圖像或圖像數(shù)據(jù)的本發(fā)明的一個實施例的原理。對本領域的技術人員而言，可以將一個或多個透鏡組加到這里描述的結構中以達到不同的目的，例如聚焦，縮放，變焦距和其他傳統(tǒng)的鏡頭設計功能。
圖20的目的是描述本發(fā)明的內在原理，而不是對本發(fā)明的精神或范圍進行限制。比如，偏振軸方向為1131的偏振膜1120可以安置在面1111和面1112之間。偏振膜1120也可安置在右通道光到達面1110之前的光程上。類似的，偏振膜1121也可安置在左通道光到達面1114之前的光程上?？梢园仓妹?111以補償光程偏差和其他入射的光學效應，這種偏差是由面1112和1113上的折射率不等于1引起的。
也可以制作和控制DP濾光器1140以在不同的時間段在圖2中的每個單元109上阻斷左通道光和右通道光，從而記錄媒介1150可以在一個時間段接受并記錄左通道圖像而在下一時間段接受并記錄右通道圖像。當這兩個時間段足夠接近時，可以將立體圖像對記錄在不同的幀上，一幀為左圖像，下一幀為右圖像。
圖21顯示了圖2的DP濾光器100上的圖12的一個單元109，其隨時間對偏振方向進行控制。圖21顯示了當加在圖12的透明電極110上的電壓隨時間變化時偏振方向的變化。在圖21中，進入圖12的偏振膜101的入射光116的偏振方向是偏振軸方向1211。在時間段t2-t3和t4-t5上將電壓加在圖12的透明電極110上。在時間段t1-t2，t3-t4和t5-t6上沒有電壓加在電極上。當拍攝圖片時，對于圖21的例子的當前時間周期是t6。在時間段t2-t3和t4-t5出射光的偏振方向是1211。而在時間段t1-t2，t3-t4和t5-t6出射光的偏振方向是與方向1211垂直的1210。
圖22顯示了圖2的DP濾光器100上的一個圖13的單元109如何隨時間選擇性的阻斷不同偏振方向的入射偏振光。圖22顯示了當加在該單元的圖13的透明電極110上的電壓隨時間變化時阻斷的光的偏振方向。在圖22中，來自圖13的第二基板107的入射光混合了具有正交方向1210和1211的兩種偏振光。圖13的DP濾光器101的偏振膜101的偏振軸方向是1210。在時間段t2-t3和t4-t5將電壓加在圖13的透明電極110上。在時間段t1-t2，t3-t4和t5-t6沒有電壓加在透明電極110上。在這個例子中當拍攝圖像時當前時刻是t6。則在時間段t2-t3和t4-t5通過DP濾光器101的光1212是入射光1210。在時間段t1-t2，t3-t4和t5-t6通過DP濾光器101的光1213是入射光1211但其偏振方向扭轉了90度。
不同的DP濾光器結構和不同的電路驅動方法以及不同的圖像混合及著色圖樣的組合方式可以是多種多樣的。對于這個領域的技術人員而言，對DP濾光器的制造方法和提出的各種實施例進行各種修改和改型，或在本發(fā)明的精神或范圍之內將其與不同的顯示設備設計集成是顯而易見的。因此，提出的發(fā)明涵蓋了在雙偏振濾光器的范圍之內的本發(fā)明的修改和改型以及它們的等價體。
盡管在此公開并詳細描述了本發(fā)明優(yōu)選的實施例和多個可選的實施例，在不偏離本發(fā)明的精神及范圍的情況下可以對它們進行形式上和細節(jié)上的各種更改，這對于本領域的技術人員是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于產(chǎn)生三維圖像的裝置，包括雙偏振濾光器，所述雙偏振濾光器包括第一基板和第二基板，相互面對且相互隔開，和雙偏振元件，用于對穿過第一基板和第二基板的部分的光線選擇性地進行偏振化；其中，雙偏振元件對穿過裝置的光線選擇性地進行偏振化，以產(chǎn)生具有第一和第二偏振方向的第一和第二圖像部分，第一和第二圖像部分組成三維圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中雙偏振元件包括形成在第一基板表面的公共電極層，面向第二基板，形成在第二基板表面的單元偏振控制層，面向第一基板，和形成在單元偏振控制層和公共電極層之間的液晶夾心結構層。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中液晶夾心層進一步包括第一導向層和第二導向層，它們之間灌注了液晶，其中第一導向層和第二導向層分別具有形成在至少一個表面上的凹槽，第一導向層和第二導向層上的凹槽具有基本相互垂直的方向。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中單元偏振控制層包括透明電極和電導體，所述電導體包括控制加到透明電極上的電壓的開關晶體管單元，其中每個透明電極形成在由電導體分割的空間內并通過開關晶體管單元與電導體連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中第二基板包括多個可以選擇性地改變偏振光偏振方向的單元，并且每個透明電極定義了一個可以單獨控制的可改變偏振光偏振方向的單元。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中單元偏振控制層進一步對每個單獨電極提供電壓控制，從而與公共電極層一起驅動液晶來保持或扭轉穿過液晶層的偏振光的偏振方向，從而選擇性地控制從裝置發(fā)出的光的偏振方向。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中單元偏振控制層包括與單元偏振層的對應部分對應的透明電極，和與透明電極對應的驅動電路，用于選擇性地激活單元偏振層的對應部分以選擇性地對單元偏振層的至少部分進行偏振光方向的改變。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中驅動電路的進一步包括用于將電壓導入單元偏振層的電壓信號導體，開關信號導體，用于將開關信號電壓傳導至單元偏振層的選定部分，和開關晶體管，將透明電極連接到電壓信號導體以及開關信號導體，以選擇性地控制加至單元偏振層的選定部分的電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中單元偏振控制層包括多個單獨的單元，這些單獨的單元包括第一圖像單元和第二圖像單元，其中第一圖像單元在對應的透明電極上沒有加電壓，從而穿過第一圖像單元的光的偏振方向保持不變，并且，其中第二圖像單元在對應的透明電極上加了電壓，從而穿過第二圖像單元的光的偏振狀態(tài)產(chǎn)生基本正交的改變。
10.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中單元偏振控制層包括多個單獨的單元，這些單獨的單元包括第一圖像單元和第二圖像單元，其中第一圖像單元在對應的透明電極上加了電壓從而穿過第一圖像單元的光的偏振方向保持不變，并且，其中第二圖像單元在對應的透明電極上沒有加電壓從而穿過第二圖像單元的光的偏振狀態(tài)產(chǎn)生基本正交的改變。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中雙偏振濾光器集成在LCD顯示器中以產(chǎn)生組合的二維和三維顯示器。
12.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中將雙偏振濾光器集成在非LCD顯示器中以產(chǎn)生組合的二維和三維顯示器。
13.根據(jù)權利要求1所述的裝置的設備，其中將雙偏振濾光器集成在圖像記錄設備中用于接收包括不同地偏振化了的部分的光源，從而雙偏振濾光器將不同地偏振化了的部分選擇性地傳送到圖像記錄設備的不同區(qū)域。
14.根據(jù)權利要求3所述的裝置設備，其中可以選擇性地激活透明電極的至少一個以改變通過雙偏振顯示元件的偏振光的選定部分的偏振方向。
15.根據(jù)權利要求14所述的裝置，其中至少一個透明電極包括多個電極，其中每個對應于多個像素中的一個或者多個，從而雙偏振濾光器的每個單元可以為對應的像素選擇性地改變光的偏振方向。
16.一種用于記錄三維圖像的裝置，包括兩透鏡，間隔預設的距離以模擬人眼之間的距離，兩透鏡接收左圖像光和右圖像光，用于對左圖像光和右圖像光進行偏振化的裝置，從而使右圖像光和左圖像光的方向相互之間大致成正交，和用于將左圖像光和右圖像光合并在一起并且將合并的圖像改向至圖像記錄設備的裝置。
17.根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中圖像記錄設備包括電子和模擬圖像記錄設備中的至少一個。
18.根據(jù)權利要求17所述的裝置，進一步包括位于記錄設備之前的雙偏振濾光器，控制雙偏振濾光器從而它在圖像記錄設備的不同部分處或者阻斷左透鏡光或者阻斷右透鏡光，使得大致上一半的單元阻斷左透鏡光并且大致一半的單元阻斷右透鏡光，從而在記錄設備的不同像素位置上記錄左圖像和右圖像。
19.根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中雙偏振濾光器包括第一和第二基板，相互隔開并且具有相互面對的內表面；處于第一基板內表面上的公共電極；處于第二基板內表面上的驅動電路；與驅動電路連接的單元電極；處于第一基板外表面上的線性偏振膜，具有預設的偏振軸；和位于公共電極和單元電極之間的液晶層，包括夾在第一導向板和第二導向板之間的液晶，每個導向板都有形成在面對的表面上的精細的凹槽，其中第一和第二導向板的精細凹槽相互之間大致正交。
20.一種產(chǎn)生三維圖像的方法，其組成步驟是使用代表從觀看者的左眼和右眼看到的二維畫面的兩幅二維圖像記錄三維圖像，并分別存儲左和右畫面的兩幅二維圖像，選擇性地將三維圖像的左畫面和右畫面顯示在二維顯示器上，以及，使用偏振眼鏡觀看二維顯示器以觀看三維圖像，此處來自左畫面和右畫面的光的偏振方向分別平行于偏振眼鏡的左透鏡和右透鏡的偏振軸，從而戴上偏振眼鏡的觀看者觀看到三維圖像，其中將二維顯示器的像素單獨或成組地偏振化，以同時顯示左畫面和右畫面的像素，從而使左畫面的像素的至少部分在一個方向偏振而右畫面的像素在另一個方向偏振，其中戴上偏振眼鏡的觀看者主要通過左眼看到左畫面而主要通過右眼看到右畫面。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中將二維顯示器中的像素交替地偏振化以連續(xù)顯示左畫面和右畫面的像素，從而使左畫面的像素的至少部分在一個方向偏振而右畫面的像素在另一個方向偏振，其中戴上偏振眼鏡的觀看者主要通過左眼看到左畫面而主要通過右眼看到右畫面。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中二維顯示器包括多個形成圖像的像素和多個偏振單元，每個偏振單元與二維顯示器中的對應像素以一對一的關系對齊，其中透過每個像素發(fā)出的光穿過對應的偏振單元而成為偏振光。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中每個偏振單元控制來自每個對應像素的光的偏振方向，從而顯示左畫面的像素在第一偏振方向而顯示右畫面的像素在不同于第一方向的第二偏振方向。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中第一方向和第二方向大致正交。
25.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中左畫面和右畫面在二維顯示器上交錯，從而顯示左畫面像素的一行或多行與顯示右畫面像素的一行或多行是行交替的。
26.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中左畫面和右畫面在二維顯示器上交錯，從而顯示左畫面像素的一列或多列與顯示右畫面像素的一列或多列是列交替的。
全文摘要
揭示了一種立體顯示和記錄元件，更為特定的一種雙偏振光濾光器(100)，和應用它進行立體圖像顯示和立體圖像記錄的方法。可以靜態(tài)或動態(tài)地控制雙偏振光濾光器以在不同時間在濾光器上的不同的微區(qū)域傳遞或接收不同方向的偏振光。本發(fā)明可用于產(chǎn)生同時適用于2D和3D圖像的新型顯示器和新型記錄方法?？梢詫⒃郊拥斤@示器上或者集成到顯示器制造工藝中。
文檔編號G02B27/26GK1938644SQ200580010287
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權日2004年4月3日
發(fā)明者孫犁, 老婉明 申請人:孫犁, 老婉明