專利名稱：立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過雙凸透鏡系統(tǒng)(lenticular system)實(shí)現(xiàn)立體視覺的立體顯不器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，允許用裸眼而不佩戴專用眼鏡實(shí)現(xiàn)立體視覺的立體顯示系統(tǒng)之一 被稱為采用雙凸透鏡(lenticular lens)的雙凸透鏡系統(tǒng)。如圖12所示，雙凸透鏡為柱面 透鏡陣列302，其中僅在一維方向上具有折射能力的被稱為柱面透鏡303的大量半柱狀透 鏡布置在一維方向上。雙凸透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造為柱面透鏡陣列302布置為面對由二維顯示 構(gòu)造的顯示面板301的顯示表面。每個(gè)柱面透鏡303都布置為延伸在顯示面板301的顯示 表面的縱向方向上，并且具有在橫向方向上的折射能力。多個(gè)顯示像素規(guī)律地二維布置在 顯示面板301的顯示表面上。在雙凸透鏡系統(tǒng)中，兩個(gè)或多個(gè)像素布置在一個(gè)柱面透鏡303 的后表面上，并且來自像素的光線通過透鏡的折射能力發(fā)射在不同的水平方向上以滿足雙 眼視差，由此立體視覺是可實(shí)現(xiàn)的。在透鏡的后表面上布置的像素的數(shù)量為3或更多的情 況下，獲得運(yùn)動視差，并且當(dāng)像素的數(shù)量增加時(shí)，容許精確地再現(xiàn)從真實(shí)三維物體發(fā)射的光 線。在圖12所示的示例中，顯示面板301的顯示表面上的兩個(gè)相鄰像素行301R和 301L分配到每個(gè)柱面透鏡303，并且右視差圖像顯示在一個(gè)像素行301R上，而左視差圖像 顯示在另一個(gè)像素行301L上。顯示的視差圖像分別通過每個(gè)柱面透鏡303分布到右光程 402和左光程403。因此，當(dāng)觀看者400在預(yù)定的方向上從預(yù)定的位置觀看立體顯示時(shí)，右 視差圖像和左視差圖像分別適當(dāng)?shù)氐竭_(dá)觀看者400的右眼401R和左眼401L，由此觀看者 400感覺到立體圖像。而且，在多觀看系統(tǒng)的情況下，在對應(yīng)于三個(gè)或更多視點(diǎn)的位置和方向上獲取的 多個(gè)視差圖像在柱面透鏡303的橫向方向上以透鏡節(jié)距等分，然后被分配而被顯示。因此， 三個(gè)或更多個(gè)視差圖像由柱面透鏡陣列302以連續(xù)不同的角范圍發(fā)射以形成圖像。在此情 況下，通過改變觀看者400的視點(diǎn)的位置和方向感知多個(gè)不同的視差圖像。對應(yīng)于視點(diǎn)的 不同視差圖像的數(shù)量增加的越多，可獲得的三維外觀越逼真。作為柱面透鏡陣列302，例如，可應(yīng)用形狀和透鏡效果固定的樹脂模制透鏡陣列，但是在此情況下，固定了透鏡效果，從而該顯示器僅用于三維顯示。而且，作為柱面透鏡陣 列302，例如，可應(yīng)用由液晶透鏡構(gòu)造的可變透鏡陣列。由液晶透鏡構(gòu)造的可變透鏡陣列在 產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)和不產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)之間可電轉(zhuǎn)換，從而在兩種顯示模式之間轉(zhuǎn) 換，就是說，通過結(jié)合可變透鏡陣列和二維顯示，允許實(shí)施二維顯示模式和三維顯示模式。 更具體地，在二維顯示模式中，該透鏡陣列變成不產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)(透鏡陣列不具有 折射能力的狀態(tài))，并且來自二維顯示的顯示圖像的光原樣通過透鏡陣列。在三維顯示模式 中，透鏡陣列轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)，并且來自二維顯示的顯示圖像的光偏向在多個(gè) 視角方向上以實(shí)現(xiàn)立體視覺。
圖13A、13B、14和15圖解了由液晶透鏡構(gòu)造的可變透鏡陣列的示例。如圖13A和 13B所示，透鏡陣列包括由例如玻璃材料制作的第一透明基板101和第二透明基板102，以 及夾設(shè)在第一基板101和第二基板102之間的液晶層103。第一基板101和第二基板102 布置為以其間的距離d彼此面對。如圖14和15所示，由諸如ITO膜的透明導(dǎo)電膜構(gòu)造的第一透明電極111均勻地形成在第一基板101面對第二基板102的側(cè)的基本整個(gè)表面上。而且，如圖14和15所示， 由諸如ITO膜的透明導(dǎo)電膜構(gòu)造的第二透明電極112部分地形成在第二基板102面對第一 基板101的側(cè)上。如圖15所示，第二透明電極112具有例如電極寬度L，并且延伸在縱向 上。在產(chǎn)生透鏡效果時(shí)，多個(gè)第二透明電極112以對應(yīng)于透鏡節(jié)距ρ的間隔平行布置。兩 個(gè)相鄰第二透明電極112之間的空間是具有寬度A的開口。另外，在圖15中，為了描述第 二電極112的布置，圖解了可變透鏡陣列被倒置的狀態(tài)，就是說，第一基板101定位在上側(cè)， 而第二基板102定位在下側(cè)。另外，配向膜(未示出)形成在第一透明電極111和液晶層103之間。而且，配向 膜以相同的方式形成在第二透明電極112和液晶層103之間。在液晶層103中，均勻地分 布折射系數(shù)各向異性的液晶分子104。如圖13A所示，在透鏡陣列中，在施加電壓為OV的常態(tài)中，液晶分子104 —致地取 向在由配向膜確定的預(yù)定方向上。因此，透射光線的波陣面201是平面波，并且透鏡陣列變 成無透鏡效果的狀態(tài)。另一方面，在透鏡陣列中，如圖14和15所示，第二透明電極112在 其間布置有寬度為A的開口，從而在圖14所示的狀態(tài)下施加預(yù)定的驅(qū)動電壓時(shí)，偏置了液 晶層103中的電場分布。更具體地，產(chǎn)生這樣的電場，其電場強(qiáng)度根據(jù)與形成第二透明電極 112的區(qū)域相對應(yīng)的部分中的驅(qū)動電壓而增加，并且隨著到具有寬度A的開口的中心部分 的距離的減少而逐漸降低。因此，如圖13B所示，液晶分子104的取向根據(jù)電場強(qiáng)度分布而 變化。因此，改變了透射光線的波陣面202，使得通過改變液晶層103中的折射系數(shù)分布而 透鏡陣列轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
在采用雙凸透鏡系統(tǒng)的立體顯示器中，諸如液晶顯示器的平板顯示器常常用作顯 示裝置。在典型的平板顯示器中，與圖16所示的顯示面板301的情況一樣，R、G和B顏色的 子像素41R、41G和41B布置成垂直條。換言之，顏色的子像素41R、41G和41B布置為使得 相同顏色的子像素布置在縱向方向上，而不同顏色的子像素周期地布置在橫向方向上。在 圖16中，圖解了具有這樣的像素構(gòu)造的顯示面板301和柱面透鏡陣列302的最簡單結(jié)合， 并且柱面透鏡303的柱面軸(中心軸)平行于顯示面板301的縱向方向結(jié)合和布置。另 夕卜，在圖16中，X、Y和Z表示其中布置立體顯示器的空間中的坐標(biāo)軸。Xl和Yl表示顯示面 板301上的坐標(biāo)軸。在圖16中，構(gòu)造空間中的X軸方向(橫向方向)與顯示面板301上的 第一坐標(biāo)軸方向(XI軸方向)一致，并且構(gòu)造空間中的Y軸方向(縱向方向)與顯示面板 301上的第二坐標(biāo)軸方向(Yl軸方向)一致。而且，在圖16中，Px和Py分別表示每個(gè)子像 素41R、41G和41Β的較短方向上的像素節(jié)距和縱向方向上的像素節(jié)距。在圖16中，子像素 41R、41G和41B的每一個(gè)都具有矩形形狀，并且矩形形狀的縱向方向與顯示面板301上的 Yl軸方向一致。
在如圖16所示的像素構(gòu)造和柱面透鏡陣列302的布置中，連續(xù)布置在水平方向上 的三個(gè)子像素41R、41G和41B的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素(1個(gè)像素)。在此情況下， 子像素41R、41G和41B在一個(gè)像素中的水平位置彼此不同，從而顏色的子像素41R、41G和 41B在柱面透鏡303具有折射能力的水平方向上擴(kuò)展。因此，存在這樣的問題 光的顏色在 水平方向上的位置之間的差異在該顏色到達(dá)觀看者的眼睛時(shí)引起顏色不均勻的視覺。而 且，遮光部分(黑矩陣)設(shè)置在子像素之間，從而不發(fā)光的部分被察覺為亮度不均勻。已知 下面的三種方法作為這樣問題的解決方案。(1)散焦，如 Makoto Okui、Masaki Kobayashi Jun Arai 禾口 Fumio Okano 發(fā)表白勺〃 Moire fringe reduction by optical filters in integral three-dimensional imaging on a color flat-panel display " , APPLIED OPTICS, Vol. 44，No. 21，2005，p4475_4483 中所述，(2)采用散射板，如 Makoto Okui>Masaki Kobayashi Jun Arai 禾口 FumioOkano 發(fā) 表白勺〃 Moire fringe reduction by optical filters in integralthree-dimensional imaging on a color flat-panel display “ , APPLIED OPTICS, Vol. 44, No. 21,2005, p4475-4483 中所述，(3)采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)，如日本未審查專利申請公開No. 2005-309374中所述。方法(1)是其中柱面透鏡陣列302的折射能力或光學(xué)距離改變以引起散焦的方 法，由此混合了來自各顏色的子像素的顏色，以防止顏色不均勻和亮度不均勻。方法(2)是 其中在顯示面板301和柱面透鏡陣列302之間布置散射板以減少顏色不均勻和亮度不均勻 的方法。然而，在方法(1)和(2)中，通過散焦或散射光而破壞了被顯示圖像的清晰度，并 且這樣的被顯示圖像清晰度上的破壞會引起立體效果的降低。在方法(3)中，如圖18所示，二維地利用構(gòu)造彩色顯示的單位像素的多個(gè)子像素 41R、41G和41B，并且每個(gè)單位像素都由傾斜方向上的子像素41R、41G和41B的結(jié)合而構(gòu) 造。而且，柱面透鏡303沿著子像素結(jié)合的角度傾斜地布置。在圖18中，在平行于顯示面 板301的顯示表面的平面中，柱面透鏡303的柱面軸(中心軸)C1從構(gòu)造空間中的Y軸方 向(其與圖18的布置中顯示面板301的Yl軸方向一致)以角度θ傾斜。另外，在圖18 中，被分配相同數(shù)量的相鄰子像素41R、41G和41B(Ri、Gi和Bi, i = 1,2,3,...)的結(jié)合形 成彩色顯示的單位像素。例如，在傾斜方向上彼此相鄰的子像素(R2、G2和B2)的結(jié)合形成 了單位像素。在該方法中，構(gòu)造1個(gè)像素的子像素41R、41G和41B布置在沿著柱面透鏡303 不具有折射能力的柱面軸Cl的方向上，從而不發(fā)生顏色不均勻。而且，在柱面透鏡303沒 有折射能力的方向上混合顏色，從而遮光部分42中的亮度變化太小而不被察覺，由此基本 上消除了亮度不均勻。在典型的靜止顯示的情況下，一貫地固定屏幕的縱向方向和橫向方向上的顯示狀 態(tài)。例如，在屏幕橫向取向的靜止顯示的情況下，顯示狀態(tài)一貫地固定到如圖16所示的橫 向取向狀態(tài)。然而，例如，在諸如近來的移動電話的移動裝置中，已經(jīng)開發(fā)了這樣的顯示器 其中顯示部分的屏幕的顯示狀態(tài)可在縱向取向狀態(tài)(在屏幕的高寬比中屏幕的高度較長 的狀態(tài))和橫向取向狀態(tài)(在屏幕的高寬比中屏幕的寬度較長的狀態(tài))之間轉(zhuǎn)換。例如， 通過在平行于顯示表面的平面中單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置或者顯示屏幕90°并且也旋轉(zhuǎn)被顯 示圖像90°，縱向取向顯示狀態(tài)和橫向取向顯示狀態(tài)之間的如此轉(zhuǎn)換是可實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，要考慮的是在允許在縱向取向狀態(tài)和橫向取向狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的裝置中執(zhí)行三維顯示。圖17圖解了立體顯示器在第二布置狀態(tài)下被構(gòu)造的示例，該第二布置狀態(tài)是顯 示面板301的布置方向在平行于顯示表面的平面中從圖16中的第一布置狀態(tài)中的顯示面 板301的布置方向旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)。在此情況下，顯示面板301上的第二坐標(biāo)軸方向(Y1 軸方向)與構(gòu)造空間中的X軸方向(橫向方向)一致，而顯示面板301上的第一坐標(biāo)軸方 向(XI軸方向)與構(gòu)造空間中的Y軸方向(縱向方向)一致。因此，R、G和B顏色的子像 素41R、41G和41B布置成水平條。換言之，作為顏色的子像素41R、41G和41B的布置，同色 的子像素布置在橫向方向上，而不同顏色的子像素周期地布置在縱向方向上。在圖17中， 圖解了具有這樣的像素構(gòu)造的顯示面板301和柱面透鏡陣列302X的最簡單結(jié)合。顯示面 板301和柱面透鏡陣列302X的結(jié)合布置為使得每個(gè)柱面透鏡303X的柱面軸平行于顯示面 板301上的XI軸方向(其與圖17中的布置的構(gòu)造空間中的Y軸方向一致)。在如圖17所示的水平條布置的情況下，在構(gòu)造空間中的縱向方向(Y軸方向)上 連續(xù)布置的R、G和B顏色的三個(gè)子像素41R、41G和41B的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素(1 個(gè)像素)。在此情況下，1個(gè)像素中的顏色的子像素41R、41G和41B的布置方向垂直于柱面 透鏡303X具有折射能力的方向，從而不產(chǎn)生顏色不均勻。然而，還是在此情況下，存在像素 間的遮光部分42，從而尚有亮度不均勻。在水平條布置中，如圖19所示，采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)以消除亮度不均勻性。在圖 19中，柱面透鏡303X的柱面軸(中心軸)C2以角度0在平行于顯示面板301的顯示表面 的平面中從構(gòu)造空間中的Y軸方向(其與在圖19的布置中的顯示面板301上的XI軸方向 一致)傾斜。當(dāng)采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)以消除亮度不均勻性時(shí)，在水平條布置的情況下，水平 方向上的子像素節(jié)距大于垂直條布置情況中的子像素節(jié)距。換言之，當(dāng)較短方向上的像素 節(jié)距為Px，并且縱向方向上的像素節(jié)距為Py(Py > Px)時(shí)，在垂直條布置的情況下，水平方 向上的子像素節(jié)距為Px，但是在水平條布置的情況下，水平方向上的子像素節(jié)距為Py。因 此，增加了柱面透鏡303X的傾斜角e，因此難以分離水平方向上的視差圖像。另外，在圖 19中，被分配相同數(shù)量的相鄰子像素41R、41G和41B(Ri、Gi和Bi，i = 1,2,3,...)的結(jié)合 形成彩色顯示的單位像素。例如，在傾斜方向上彼此相鄰的子像素(R2、G2和B2)的結(jié)合形 成單位像素。在圖19中的構(gòu)造示例中，構(gòu)造1個(gè)像素的子像素41R、41G和41B以1行和1列的 間隔布置。柱面透鏡303X此時(shí)的傾斜角e通過e = tan-^Py/Px)獲得。在典型的顯示 面板中，1個(gè)像素的高寬比為1 1，從而建立了 Py = 3PX。因此，圖19中的柱面透鏡303X 的傾斜角9為71. 6°。在此情況下，垂直方向(Y方向)上的折射能力大于水平方向(X方 向)上的折射能力，從而垂直方向上的視差圖像的分離程度大于水平方向。在立體視覺中， 水平方向上的視差是重要的，因此需要傾斜角e為45°或更小。因此，如圖20中的構(gòu)造示 例所示，考慮通過增加構(gòu)造1個(gè)像素的子像素41R、41G和41B之間在垂直方向上的距離而 減小柱面透鏡303X的傾斜角0的方法。在圖20中的構(gòu)造示例中，構(gòu)造1個(gè)像素的子像素41R、41G和41B以4行和1列的 間隔布置。因此，柱面透鏡303X的傾斜角e通過e = tarT1 (Py/4Px)獲得。在此情況下， 傾斜角9因？7 = 3 1而為36.9°，并且增加了視差圖像在水平方向上的分離程度。然而， 在此情況下，增加了子像素41R、41G和41B之間的距離，由此難以察覺子像素41R、41G和
741B為1個(gè)像素，因此可能會察覺到與推想將被顯示的圖像不同的圖像。因此，考慮到在垂直條布置和水平條布置作為像素構(gòu)造二者的情況下，難以在不 破環(huán)立體圖像的立體效果的前提下消除顏色不均勻和亮度不均勻。換言之，在采用雙凸透 鏡系統(tǒng)的立體顯示器中，產(chǎn)生下面的問題。作為第一個(gè)問題，在垂直條布置的情況下產(chǎn)生顏 色不均勻和亮度不均勻。該第一個(gè)問題通過采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)得到解決。作為第二個(gè)問 題，在水平條布置的情況下，不適合采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)，從而難以消除亮度不均勻。在現(xiàn)有技術(shù)中的雙凸透鏡系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)容許在縱向取向狀態(tài)和橫向取向狀態(tài)之 間轉(zhuǎn)換的立體圖像顯示的情況下，難以實(shí)現(xiàn)在顯示為縱向取向和橫向取向二者的情況下都 不發(fā)生顏色不均勻和亮度不均勻的裝置。另一方面，在立體顯示中，為了消除顏色不均勻和亮度不均勻或者在水平方向上 靠近地布置像素的目的，未必最期望采用用于通常的二維顯示的顯示面板。例如，使用如日 本未審查專利申請公開No. 2005-316372中所描述的具有圖21所示的特定像素構(gòu)造的顯示 面板被認(rèn)為是有效的。在圖21所示的像素構(gòu)造中，在水平方向上沒有間隔地布置在第一水 平線上的多個(gè)顏色的每個(gè)的子像素和相鄰于第一水平線的第二水平線上的相同顏色的子 像素。當(dāng)采用圖21所示的像素構(gòu)造的顯示面板時(shí)，獲得與圖18所示的斜雙凸透鏡系統(tǒng) 相同的效果而不用傾斜地布置柱面透鏡陣列302來消除顏色不均勻和亮度不均勻。然而， 即使采用這樣的顯示面板，但在顯示器旋轉(zhuǎn)90°的情況下，遮光部分42仍連續(xù)地出現(xiàn)在垂 直方向上，由此導(dǎo)致亮度不均勻。只要在顯示面板中存在遮光部分42，則在顯示器縱向取向 和橫向取向的兩種情況下就難以實(shí)現(xiàn)其中每個(gè)顏色的子像素連續(xù)布置的像素構(gòu)造。而且， 在顯示器從圖21所示的布置狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90°的情況下，增加了水平方向的像素節(jié)距，從而難 以在水平方向上靠近地布置像素。因此，斜雙凸透鏡系統(tǒng)不適合于布置狀態(tài)，并且難以消除 亮度不均勻。期望提供這樣的立體顯示器，其在布置方向彼此相差90°的第一布置狀態(tài)和第二 布置狀態(tài)二者中允許實(shí)現(xiàn)具有較小的顏色不均勻和較小的亮度不均勻的優(yōu)良的立體視覺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所提供的立體顯示器包括顯示面板，構(gòu)造為在彼此可轉(zhuǎn) 換的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)中顯示圖像，該第二布置狀態(tài)定義為其中顯示面板的布 置狀態(tài)在平行于顯示面板的顯示表面的平面中從顯示面板在第一布置中的布置方向旋轉(zhuǎn) 90°的狀態(tài)；以及透鏡陣列裝置，布置為面對顯示面板的顯示表面，并且包括多個(gè)柱面透 鏡，該多個(gè)柱面透鏡被構(gòu)造為沿著根據(jù)顯示面板的布置狀態(tài)的方向平行布置。當(dāng)顯示面板 為第一布置狀態(tài)時(shí)，多個(gè)柱面透鏡沿著水平方向平行布置，使得柱面透鏡的軸在平行于顯 示表面的平面中從垂直方向傾斜，并且當(dāng)顯示面板為第二布置狀態(tài)時(shí)，多個(gè)柱面透鏡沿著 水平方向平行布置，使得柱面透鏡的軸導(dǎo)向到平行于顯示表面的平面中的垂直方向。而且， 顯示面板具有多個(gè)子像素二維布置的像素構(gòu)造，該多個(gè)子像素的每一個(gè)都對應(yīng)于彩色顯示 所需的多個(gè)顏色的每一個(gè)，并且作為結(jié)合用于構(gòu)造彩色顯示的單位像素的每個(gè)子像素的位 置在第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)之間改變。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的立體顯示器中，在顯示面板中，通過任意改變到顯示面板 的布置方向彼此相差90°的兩種布置狀態(tài)之一而顯示二維圖像。當(dāng)顯示面板為第一布置狀 態(tài)時(shí)，多個(gè)柱面透鏡平行布置，使得柱面透鏡的軸在平行于顯示表面的平面中從垂直方向
8傾斜。當(dāng)顯示面板為第二布置狀態(tài)時(shí)，多個(gè)柱面透鏡在平行于顯示表面的平面中沿著水平 方向平行布置。而且，用作彩色顯示的單位像素的子像素的結(jié)合的位置在第一布置狀態(tài)和 第二布置狀態(tài)之間改變。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的立體顯示器中，作為透鏡陣列裝置，例如，具有液晶層的可 變液晶透鏡陣列是可適用的，該液晶層被構(gòu)造為選擇性地產(chǎn)生如同多個(gè)柱面透鏡的效果的 柱面透鏡效果，通過電改變液晶層中的折射系數(shù)分布而允許該柱面透鏡效果產(chǎn)生在兩個(gè)不 同方向的任何一個(gè)方向上。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的立體顯示器中，柱面透鏡的布置方向和用作彩色顯示的單 位像素的子像素的結(jié)合根據(jù)顯示面板的布置狀態(tài)而優(yōu)化，從而可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的立體視覺。換 言之，在顯示面板的布置方向彼此像差90°的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)二者中，可實(shí) 現(xiàn)具有較小的顏色不均勻和較小的亮度不均勻的優(yōu)良的立體視覺。通過下面的描述，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯易懂。


圖1是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器中第二布置狀態(tài)中的像素布置 和柱面透鏡布置之間關(guān)系的示意圖。圖2是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器中第一布置狀態(tài)中的像素布置 和柱面透鏡布置之間關(guān)系的示意圖。圖3是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器的構(gòu)造示例的截面圖。圖4是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器的透鏡陣列裝置的電極部分的 構(gòu)造示例的透視圖。圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡陣列裝置中電壓施加狀態(tài)和所產(chǎn)生的 透鏡效果之間的對應(yīng)關(guān)系的示意圖。圖6(A)到(C)是光學(xué)等效地圖解在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡陣列裝置中通 過采用柱面透鏡轉(zhuǎn)換透鏡效果的狀態(tài)的示意圖。圖7(A)到(D)是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器中顯示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn) 換示例的示意圖。圖8 (A)到(C)是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡陣列裝置中電極構(gòu)造示例和 所產(chǎn)生的透鏡效果之間的對應(yīng)關(guān)系的示意圖。圖9(A)到(C)是圖解根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡陣列裝置中電極構(gòu)造的另一 個(gè)示例和所產(chǎn)生的透鏡效果之間的對應(yīng)關(guān)系的示意圖。圖10是圖解根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的立體顯示器中第二布置狀態(tài)中的像素布置 和柱面透鏡布置之間的關(guān)系的示意圖。圖11是圖解根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的立體顯示器中第一布置狀態(tài)中的像素布置 和柱面透鏡布置之間的關(guān)系的示意圖。圖12是通過雙凸透鏡系統(tǒng)圖解立體顯示器的概念的示意圖。圖13A和13B是分別圖解在無透鏡效果的狀態(tài)中和產(chǎn)生透鏡效果的狀態(tài)中由液晶 透鏡構(gòu)造的可變透鏡陣列的構(gòu)造示例的截面圖。圖14是圖13A和13B所示的液晶透鏡中電極部分的構(gòu)造示例的截面圖。
圖15是圖解圖13A和13B所示的液晶透鏡中電極部分的構(gòu)造示例的透視圖。圖16是通過雙凸透鏡系統(tǒng)圖解立體顯示器中第一布置示例的示意圖。圖17是通過雙凸透鏡系統(tǒng)圖解立體顯示器中第二布置示例的示意圖。圖18是圖解在垂直條像素布置的情況中傾斜布置柱面透鏡的狀態(tài)下，現(xiàn)有技術(shù) 中減少亮度不均勻和顏色不均勻的技術(shù)示例的示意圖。圖19是在水平條像素布置的情況中傾斜布置柱面透鏡的狀態(tài)下，現(xiàn)有技術(shù)中減 少亮度不均勻和顏色不均勻的技術(shù)示例的示意圖。圖20是圖解其中柱面透鏡傾斜布置以使傾斜角小于圖19中的布置的狀態(tài)的示意 圖。圖21是圖解在為立體顯示器適當(dāng)布置像素的狀態(tài)下，現(xiàn)有技術(shù)中減少亮度不均 勻和顏色不均勻的技術(shù)示例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，將參考附圖詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例。第一實(shí)施例立體顯示器的總體構(gòu)造圖3圖解了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的立體顯示器的構(gòu)造示例。根據(jù)該實(shí)施例的立 體顯示器包括顯示面板2和透鏡陣列裝置1，顯示面板2允許顯示二維圖像，透鏡陣列裝置 1總體上布置為面對顯示面板2的顯示表面2A。立體顯示器允許通過改變顯示面板2到兩 種布置狀態(tài)即第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)之一而實(shí)現(xiàn)立體顯示。第二布置狀態(tài)是顯示面 板2的布置方向在平行于顯示表面2A的平面中從顯示面板2在第一布置狀態(tài)中的布置方 向旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)。而且，立體顯示在兩種顯示模式即二維顯示模式和三維顯示模式之間 可轉(zhuǎn)換。另外，在該實(shí)施例中，X、Y和Z表示其中布置立體顯示器的空間的坐標(biāo)軸，并且XI 和Y1表示顯示面板2上(顯示表面2A上)的坐標(biāo)軸。除非另有注明，否則"橫向方向" 或者"水平方向"是指在構(gòu)造空間中平行于X軸方向的方向，并且"縱向方向"或者"垂 直方向〃是指構(gòu)造空間中平行于Y軸方向的方向。而且，在該立體顯示器中，在視差圖像在 構(gòu)造空間中的X軸方向上分開并且觀看者的雙眼位于構(gòu)造空間中的X軸方向上的情況下， 可實(shí)現(xiàn)立體視覺。而且，在該實(shí)施例中，“第一布置狀態(tài)"是指構(gòu)造空間中的X軸方向與顯示面板 2上的第一坐標(biāo)軸方向(XI軸方向)一致，并且構(gòu)造空間中的Y軸方向與顯示面板2上的 第二坐標(biāo)軸方向(Y1軸方向)一致。該狀態(tài)對應(yīng)于圖16所示的現(xiàn)有技術(shù)的布置狀態(tài)。此 外，“第二布置狀態(tài)"是指這樣的狀態(tài)，構(gòu)造空間中的X軸方向與顯示面板2上的第二坐 標(biāo)軸方向(Y1軸方向)一致，并且構(gòu)造空間中的Y軸方向與顯示面板2上的第一坐標(biāo)軸方 向(XI軸方向)一致。該狀態(tài)對應(yīng)于圖17所示的現(xiàn)有技術(shù)的布置狀態(tài)。顯示面板2由例如液晶顯示器或有機(jī)EL(電致發(fā)光)顯示器構(gòu)造。顯示面板2在 實(shí)現(xiàn)二維顯示的情況下根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)顯示圖片，并且顯示面板2在實(shí)現(xiàn)三維顯示的情 況下根據(jù)三維圖像數(shù)據(jù)顯示圖片。另外，三維圖像數(shù)據(jù)是包括多個(gè)視差圖像的數(shù)據(jù)，該多個(gè) 視差圖像對應(yīng)于三維顯示中的多個(gè)視角方向。例如，在實(shí)現(xiàn)雙眼三維顯示的情況下，三維圖像數(shù)據(jù)是包括用于右眼顯示和左眼顯示的視差圖像的數(shù)據(jù)。透鏡陣列裝置1是利用如將稍后描述的液晶透鏡系統(tǒng)的可變透鏡陣列，并且允許 電控制透鏡效果的開/關(guān)狀態(tài)。透鏡陣列裝置1通過響應(yīng)顯示模式控制透鏡效果而選擇性 地改變來自顯示面板2的光線的透射狀態(tài)。而且，透鏡陣列裝置1具有如稍后所描述的被 構(gòu)造為選擇性地產(chǎn)生柱面透鏡效果的液晶層，該柱面透鏡效果允許通過電改變液晶層中的 折射系數(shù)分布而在兩個(gè)不同方向的任何一個(gè)上產(chǎn)生。另外，稍后將參考圖1和2詳細(xì)地描述顯示面板2的優(yōu)選像素構(gòu)造和透鏡陣列裝 置1的柱面透鏡的優(yōu)選布置方向。透鏡陣列裝置1的總體構(gòu)造為了描述透鏡陣列裝置1的基本構(gòu)造和效果，首先，作為示例，將描述這樣的情 況產(chǎn)生透鏡效果的方向(柱面透鏡的布置方向)在彼此相差90°的縱向方向和橫向方向 之間轉(zhuǎn)換。如圖3所示，透鏡陣列裝置1包括第一基板10和第二基板20，以其間的距離d彼 此面對；以及布置在第一基板10和第二基板20之間的液晶層3。第一基板10和第二基板 20是透明基板，例如，由玻璃材料或樹脂材料制作。在第一基板10面對第二基板20的側(cè)上 形成第一電極組14，延伸在第一方向上的多個(gè)透明電極在第一電極組14中以寬度方向上 的間隔平行布置。配向膜13形成在第一基板10上，其間具有第一電極組14。在第二基板 20面對第一基板10的側(cè)上形成第二電極組24，在第二電極組24中延伸在與第一方向不同 的第二方向上的多個(gè)透明電極以寬度方向上的間隔平行布置。配向膜23形成在第二基板 20上，其間具有第二電極組24。液晶層3包括液晶分子5，通過響應(yīng)于施加給第一電極組14和第二電極組24的 電壓改變液晶分子5的配向方向而控制透鏡效果。液晶分子5具有折射系數(shù)各向異性，并 且具有例如折射率橢球構(gòu)造，其在縱向方向和較短方向上關(guān)于透射光線具有不同的折射系 數(shù)。液晶層3響應(yīng)于施加給第一電極組14和第二電極組24的電壓狀態(tài)電改變成三個(gè)狀態(tài) 即無透鏡效果的狀態(tài)、第一透鏡狀態(tài)和第二透鏡狀態(tài)之一。第一透鏡狀態(tài)是產(chǎn)生延伸在第 一方向上的第一柱面透鏡的透鏡效果的狀態(tài)。第二透鏡狀態(tài)是產(chǎn)生延伸在第二方向上的第 二柱面透鏡的透鏡效果的狀態(tài)。另外，在透鏡陣列裝置1中，產(chǎn)生透鏡效果的基本原理與圖 13A和13B所示的液晶透鏡相同，除了透鏡陣列裝置1通過在兩個(gè)不同方向之間轉(zhuǎn)換透鏡效 果的方向而產(chǎn)生透鏡效果之外。透鏡陣列裝置1的電極構(gòu)造圖4圖解了透鏡陣列裝置1的電極構(gòu)造的構(gòu)造示例。在圖4中，為了易于識別與 圖15所示的現(xiàn)有技術(shù)的電極構(gòu)造的區(qū)別，圖解了圖3中的透鏡陣列裝置1倒置的狀態(tài)，就 是說，第一基板10設(shè)置在上側(cè)，并且第二基板20設(shè)置在下側(cè)。第一電極組14的構(gòu)造為，其中作為多個(gè)透明電極，具有不同電極寬度的兩種電極 交替地平行布置。換言之，第一電極組14的構(gòu)造包括交替平行布置的多個(gè)X方向第一電極 (第一電極11X)和多個(gè)X方向第二電極(第二電極12X)。第一電極11X的每一個(gè)都具有 第一寬度Ly，并且延伸在第一方向(XI軸方向)上。第二電極12X的每一個(gè)都具有大于第 一寬度Ly的第二寬度Sy，并且延伸在第一方向上。多個(gè)第一電極11X以對應(yīng)于產(chǎn)生透鏡效 果的第二柱面透鏡31X的透鏡節(jié)距p的間隔平行布置。第一電極11X和第二電極12X以間隔a布置。第二電極組24也有這樣的構(gòu)造，其中作為多個(gè)透明電極，具有不同電極寬度的兩 種電極交替地平行布置。換言之，第二電極組24的構(gòu)造為包括交替平行布置的多個(gè)Y方 向第一電極(第一電極21Y)和多個(gè)Y方向第二電極(第二電極22Y)。第一電極21Y的每 一個(gè)都具有第一寬度Lx，并且延伸在第二方向(Y1軸方向)上。第二電極22Y的每一個(gè)都 具有大于第一寬度Lx的第二寬度Sx，并且延伸在第二方向上。多個(gè)第一電極21Y以對應(yīng)于 作為透鏡效果產(chǎn)生的第一柱面透鏡31Y的透鏡節(jié)距p的間隔平行布置。第一電極21Y和第 二電極22Y以間隔a布置。制造透鏡陣列裝置在制造透鏡陣列裝置1時(shí)，首先，例如，諸如IT0膜的透明導(dǎo)電膜以預(yù)定圖案形成 在由例如玻璃材料或樹脂材料制造的第一基板10和第二基板20上，以分別形成第一電極 組14和第二電極組24。配向膜13和23通過摩擦法或者SiO的斜向蒸發(fā)法等形成，在摩擦 法中用布在一個(gè)方向上摩擦諸如聚酰亞胺的聚合物化合物。因此，液晶分子5的長軸取向 在一個(gè)方向上。為了保持第一基板10和第二基板20之間的距離d均勻，在配向膜13和23 上印刷密封材料，在該密封材料中分散有由玻璃材料或樹脂材料制作的隔離物4。然后，第 一基板10和第二基板20接合在一起，并且固化包括隔離物4的密封材料。其后，從密封材 料的開口在第一基板10和第二基板20之間注入已知的液晶材料，如TN液晶或STN液晶， 然后將密封材料的開口密封。然后，液晶組合物加熱到其各向同性相，然后慢慢冷卻以完成 透鏡陣列裝置1。另外，在該實(shí)施例中，液晶分子5的折射系數(shù)各向異性An越大，獲得的透 鏡效果越大，從而液晶材料優(yōu)選具有這樣的組分。另一方面，在液晶組合物具有大的折射系 數(shù)各向異性An的情況下，由于破壞了液晶組合物的物理特性而增加了粘度，所以會難以 將液晶組合物注入在基板之間，或者液晶組合物會變成在低溫下接近晶體形式的狀態(tài)，或 者可能增加內(nèi)部電場而導(dǎo)致增加用于液晶要素的驅(qū)動電壓。因此，液晶材料優(yōu)選具有基于 可制造性和透鏡效果二者的組分。透鏡陣列裝置的控制操作接下來，參考圖5和圖6，將在下面描述透鏡陣列裝置1的控制操作(透鏡效果的 控制操作)。圖5圖解了在具有電極的連接關(guān)系的透鏡陣列裝置1中電壓施加狀態(tài)和產(chǎn)生 的透鏡效果之間的對應(yīng)關(guān)系。圖6光學(xué)等效地示出了透鏡陣列裝置1中產(chǎn)生的透鏡效果。在透鏡陣列裝置1中，液晶層3根據(jù)給第一電極組14和第二電極組24施加電壓 的狀態(tài)電改變成三種狀態(tài)即無透鏡效果的狀態(tài)、第一透鏡狀態(tài)和第二透鏡狀態(tài)之一。第一 透鏡狀態(tài)是產(chǎn)生延伸在第二方向(Y1軸方向)上的第一柱面透鏡的透鏡效果的狀態(tài)。第二 透鏡狀態(tài)是產(chǎn)生延伸在第一方向(XI軸方向)上的第二柱面透鏡的透鏡效果的狀態(tài)。在透鏡陣列裝置1中，在液晶層3變成無透鏡效果狀態(tài)的情況下，電壓變成第一電 極組14的多個(gè)透明電極和第二電極組24的多個(gè)透明電極具有相同電勢(0V)的電壓狀態(tài) (圖5中中間部分圖解的狀態(tài))。在此情況下，液晶分子5以預(yù)定方向一致地取向，該預(yù)定 方向通過與圖13A所示的情況相同的原理由配向膜13和23確定，從而液晶層3變成無透 鏡效果的狀態(tài)。而且，在液晶層3變成第一透鏡狀態(tài)的情況下，在對應(yīng)于第二電極組24的第一電 極21Y的部分中產(chǎn)生在液晶層3上下的透明電極之間的預(yù)定電勢差，該電勢差容許改變液
12晶分子5的取向。例如，公用電壓施加給第一電極組14的所有多個(gè)透明電極。此時(shí)，預(yù)定 的驅(qū)動電壓僅選擇性施加給第二電極組24的多個(gè)透明電極的第一電極21Y(參見圖5的頂 部中圖解的狀態(tài))。在此情況下，液晶層3中的電場分布通過與圖13B中圖解的情況相同 的原理被偏置。更具體地，產(chǎn)生這樣的電場，在該電場中電場強(qiáng)度根據(jù)對應(yīng)于形成第一電極 21Y的區(qū)域的部分上的驅(qū)動電壓而增加，并且隨著距第一電極21Y距離的增加而逐漸減少。 換言之，電場分布改變?yōu)樵诘谝环较?XI軸方向)上產(chǎn)生透鏡效果。如圖6(A)所示，透鏡 陣列裝置1等效地變成這樣的透鏡狀態(tài)，其中沿著XI軸方向平行地布置延伸在Y1軸方向 且在XI軸方向上具有折射能力的多個(gè)第一柱面透鏡(Y方向柱面透鏡)31Y。在此情況下， 電壓僅選擇性施加給第二電極組24中對應(yīng)于第一柱面透鏡31Y的透鏡節(jié)距p的位置的透 明電極(第一電極21Y)。而且，在液晶層3變成第二透鏡狀態(tài)的情況下，在對應(yīng)于第一電極組14的第一電 極11X的部分中產(chǎn)生在液晶層3上下的透明電極之間的預(yù)定電勢差，該電勢差允許液晶分 子5的取向改變。例如，公用電壓施加給第二電極組24的所有多個(gè)透明電極(第一電極 21Y和第二電極22Y)。此時(shí)，預(yù)定驅(qū)動電壓僅選擇性施加給第一電極組14的多個(gè)透明電 極(第一電極11X和第二電極12X)的第一電極11X(參見圖5的底部中所示的狀態(tài))。在 此情況下，液晶層3中的電場分布通過與圖13B所示情況相同的原理偏置。更具體地，所產(chǎn) 生電場的電場強(qiáng)度根據(jù)對應(yīng)于形成第一電極11X的區(qū)域的部分中的驅(qū)動電壓而增加，并且 隨著距第一電極11X距離的增加而逐漸減小。換言之，電場分布改變以便在第二方向(Y方 向)上產(chǎn)生透鏡效果。如圖6(B)所示，透鏡陣列裝置1等效地變成這樣的透鏡狀態(tài)，其中 沿著Y1軸方向平行地布置延伸在XI軸方向且在Y1軸方向上具有折射能力的多個(gè)第二柱 面透鏡(X方向柱面透鏡)31X。在此情況下，電壓僅選擇性施加給第一電極組14中對應(yīng)于 第二柱面透鏡31X的透鏡節(jié)距p的位置的透明電極(第一電極11X)。在第一電極組14和第二電極組24中，當(dāng)電極寬度(Ly和Lx等)或電極之間的間 隔a可以彼此相等(例如，Ly = Lx)時(shí)，允許產(chǎn)生在不同方向上具有相等的透鏡節(jié)距p和 相等的折射能力的柱面透鏡效果。另一方面，當(dāng)?shù)谝浑姌O組14和第二電極組24具有不同 的電極寬度或者不同的電極間間隔a時(shí)，在第一透鏡狀態(tài)和第二透鏡狀態(tài)中允許產(chǎn)生具有 不同透鏡節(jié)距的柱面透鏡效果。立體顯示器的控制操作參考圖7，將在下面描述采用透鏡陣列裝置1的立體顯示器的控制操作。圖7圖解 了立體顯示器中顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的示例。這里，作為示例，例如將在下面描述這樣的情況，其 中立體顯示器應(yīng)用于屏幕的顯示狀態(tài)可在縱向取向狀態(tài)和橫向取向狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的例如 移動裝置的裝置。而且，作為示例，將在下面描述立體顯示器可在二維顯示模式和三維顯示 模式之間轉(zhuǎn)換的情況。在立體顯示器中，二維顯示和三維顯示之間的電轉(zhuǎn)換通過在上述的無透鏡效果狀 態(tài)、第一透鏡狀態(tài)和第二透鏡狀態(tài)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)透鏡陣列裝置1變成 無透鏡效果的狀態(tài)時(shí)，來自顯示面板2的顯示圖像光不偏轉(zhuǎn)且原樣透過，由此實(shí)現(xiàn)二維顯 示。圖7(C)圖解了這樣的屏幕示例，其中在屏幕的顯示狀態(tài)為橫向取向的狀態(tài)(第一布置 狀態(tài))中實(shí)現(xiàn)二維顯示，并且圖7(D)圖解了這樣的屏幕示例，其中在屏幕的顯示狀態(tài)為縱 向取向的狀態(tài)(第二布置狀態(tài))中實(shí)現(xiàn)二維顯示。
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而且，當(dāng)透鏡陣列裝置1變成第一透鏡狀態(tài)時(shí)，來自顯示面板2的顯示圖像光偏轉(zhuǎn) 在垂直于第二方向(Y1軸方向)的第一方向(XI軸方向)上，由此獲得三維顯示，其中當(dāng)觀 看者的雙眼沿著第一方向定位時(shí)獲得立體效果。這對應(yīng)于這樣的情況其中在屏幕的顯示 狀態(tài)為如圖7(A)所示的橫向取向的狀態(tài)(第一布置狀態(tài))下實(shí)現(xiàn)三維顯示。在此狀態(tài)下， 產(chǎn)生如圖6(A)所示狀態(tài)下的透鏡效果，從而，在屏幕的顯示狀態(tài)為橫向取向的狀態(tài)下，當(dāng) 雙眼沿著橫向方向(構(gòu)造空間中的X軸方向)定位時(shí)，獲得立體效果。此外，當(dāng)透鏡陣列裝置1變成第二透鏡狀態(tài)時(shí)，來自顯示面板2的顯示圖像光偏 轉(zhuǎn)在垂直于第一方向(XI軸方向)的第二方向(Y1軸方向)上，由此實(shí)現(xiàn)當(dāng)雙眼沿第二方 向定位時(shí)獲得立體效果的三維顯示。這對應(yīng)于這樣的情況其中在屏幕的顯示狀態(tài)為如圖 7(B)所示的縱向取向的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的三維顯示。在此狀態(tài)下，產(chǎn)生了圖6(C)所示狀態(tài)(圖 6(B)所示狀態(tài)在結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài))下的透鏡效果，從而，在屏幕的顯示狀態(tài)為縱向 取向的狀態(tài)下，當(dāng)雙眼沿著橫向方向(構(gòu)造空間中的X軸方向)定位時(shí)，獲得立體效果。在透鏡陣列裝置1中在傾斜方向上產(chǎn)生透鏡效果的電極構(gòu)造示例在圖4、5和6中，描述了這樣的情況其中在透鏡陣列裝置1中產(chǎn)生透鏡效果的方 向從縱向方向到橫向方向改變90°，或者反之亦然。然而，方向改變的角度不限于縱向方向 和橫向方向上的90°，而是該方向允許改變?nèi)我饨嵌取Q言之，第一柱面透鏡31Y和第二柱 面透鏡31X的透鏡效果之一或二者允許產(chǎn)生在傾斜方向上。圖8(A)圖解了這樣的電極構(gòu)造示例，其中與圖4和5所示的電極構(gòu)造相比，第二 電極組24(第一電極21Y和第二電極22Y)在顯示表面中從縱向方向(Y1軸方向)傾斜角 度9。當(dāng)?shù)诙姌O組24以這樣的方式傾斜時(shí)，如圖8(B)所示，在第一透鏡狀態(tài)中，允許將 柱面透鏡效果產(chǎn)生為中心軸(柱面軸)C1以角度0從Y1軸方向傾斜的柱面透鏡的效果。 換言之，等效地，可構(gòu)造這樣的柱面透鏡陣列，其中平行地布置中心軸(柱面軸)C1從Y1軸 方向以角度9傾斜的多個(gè)第一柱面透鏡31Y。另外，在第二透鏡狀態(tài)中，與圖6(B)的情況 一樣，透鏡陣列裝置1等效地變成這樣的透鏡狀態(tài)其中延伸在XI軸方向且在Y1軸方向上 具有折射能力的多個(gè)第二柱面透鏡31X平行地沿著Y1軸方向布置(參考圖8 (C))。圖9(A)圖解了這樣的電極構(gòu)造示例，其中與圖4和5所示的電極構(gòu)造相反，第一 電極組14(第一電極11X和第二電極12X)在顯示表面中從橫向方向(XI軸方向)傾斜角 度9。當(dāng)?shù)谝浑姌O組14以這樣的方式傾斜時(shí)，如圖9(C)所示，作為第二透鏡狀態(tài)，允許將 柱面透鏡效果產(chǎn)生為中心軸(柱面軸)C2從XI軸方向以角度0傾斜的柱面透鏡的效果。 換言之，等效地，可構(gòu)造這樣的柱面透鏡陣列，其中平行地布置中心軸(柱面軸)C2從XI軸 方向以角度e傾斜的多個(gè)第二柱面透鏡31X。另外，在第一透鏡狀態(tài)中，與圖6(A)的情況 一樣，透鏡陣列裝置1等效地變成這樣的透鏡狀態(tài)，其中延伸在Y1軸方向且在XI軸方向上 具有折射能力的多個(gè)第一柱面透鏡31Y沿著XI軸方向平行布置(參見圖9(B))。顯示面板2的像素構(gòu)造和柱面透鏡31X和31Y的布置方向接下來，將在下面描述該實(shí)施例中顯示面板2的布置狀態(tài)與用作彩色顯示的單位 像素的子像素結(jié)合之間的優(yōu)選關(guān)系。同時(shí)，將在下面描述顯示面板2的布置狀態(tài)與柱面透 鏡31X和31Y在透鏡陣列裝置1中的布置方向之間的優(yōu)選關(guān)系。圖1圖解了顯示面板2第二布置狀態(tài)中的像素布置和透鏡陣列裝置1中第二柱面 透鏡31X的布置之間的關(guān)系。圖2圖解了顯示面板2第一布置狀態(tài)中的像素布置和透鏡陣列裝置1中第一柱面透鏡31Y的布置之間的關(guān)系。在顯示面板2在第一布置狀態(tài)中的情況 下，如圖2所示，在透鏡陣列裝置1中，多個(gè)第一柱面透鏡31Y平行設(shè)置，使得第一柱面透鏡 31Y的軸在平行于顯示表面2A的平面中從垂直方向傾斜。而且，在顯示面板2在第二布置 狀態(tài)中的情況下，如圖1所示，多個(gè)第二柱面透鏡31X沿著水平方向平行布置，使得第二柱 面透鏡31X的軸在平行于顯示表面2A的平面中導(dǎo)向到垂直方向。另外，在透鏡陣列裝置1 中，為了將透鏡效果在這樣兩個(gè)方向之間轉(zhuǎn)換，可以采用如圖8(A)所示的電極構(gòu)造。換言 之，在第一布置狀態(tài)中，產(chǎn)生圖8(B)所示狀態(tài)下的透鏡效果。在第二布置狀態(tài)下，產(chǎn)生圖 8(C)所示狀態(tài)下的透鏡效果，并且透鏡陣列裝置1與顯示面板2 —起在結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)90°， 由此第二柱面透鏡31X沿著構(gòu)造空間中的X軸方向平行布置。顯示面板2具有其中二維布置彩色顯示所需的多個(gè)顏色的多個(gè)子像素的像素構(gòu) 造。在顯示面板2中，用作彩色顯示的單位像素的子像素的結(jié)合位置在第一布置狀態(tài)和第 二布置狀態(tài)之間改變。在圖1和2中的構(gòu)造示例中，三種顏色R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))的 子像素41R、41G和41B結(jié)合為用于彩色顯示的1個(gè)像素。作為顯示面板2的像素，多個(gè)像 素布置為對應(yīng)于由透鏡陣列裝置1形成的柱面透鏡31X或31Y的節(jié)距p。在三維顯示模式 中，等于對應(yīng)于柱面透鏡31X或31Y的節(jié)距p的像素?cái)?shù)量的三維顯示中光線數(shù)量(視線數(shù) 量)被提供。在該實(shí)施例中，在第一布置狀態(tài)中(參見圖2)，在顯示面板2中，形成沿著垂直線 (在Y軸方向上)周期布置顏色的子像素41R、41G和41B的像素構(gòu)造。而且，在第二布置狀 態(tài)中(參見圖1)，形成在水平線上(在X軸方向上)周期布置子像素41R、41G和41B的像 素構(gòu)造。同時(shí)，在第二布置狀態(tài)下，形成第一水平線上的一顏色的子像素和與該第一水平線 相鄰的第二水平線上相同顏色的子像素在水平方向上沒有間隔地布置的像素布置。例如， 在圖1中，注意由附圖標(biāo)記R1、R2、R3和R4表示的陰影且突出顯示的紅子像素41R。因此， 很明顯，每個(gè)顏色的子像素連續(xù)而沒有間隔地布置在水平方向上。在圖1和2中，被分配相同數(shù)量的子像素41R、41G和41B(Ri、Gi和Bi，i = 1,2, 3，...)的結(jié)合形成彩色顯示的單位像素。在圖1和2的每個(gè)中，例如，在傾斜方向上彼此 相鄰的子像素(R2、G2和B2)的結(jié)合形成單位像素。換言之，在第二布置狀態(tài)下，如圖1所示，布置在相應(yīng)不同水平線上的不同顏色的 子像素41R、41G和41B的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素。在第一布置狀態(tài)中，如圖2所示， 設(shè)置在相應(yīng)不同垂直線上的不同顏色的子像素41R、41G和41B的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素。在這樣的像素構(gòu)造中，在第二布置狀態(tài)下，各顏色的子像素41R、41G和41B被連接 以便彼此部分交疊，并且遮光部分42不連續(xù)地出現(xiàn)在垂直方向上。因此，在第二布置狀態(tài) 下，消除了顏色不均勻和亮度不均勻而不用傾斜地布置第二柱面透鏡31X。因此，在第二布 置狀態(tài)下，與圖19中構(gòu)造示例不同，不發(fā)生由于第二柱面透鏡31X的大傾斜角而斜雙凸透 鏡系統(tǒng)難以分離視差圖像的問題。另一方面，在第一布置狀態(tài)中，傾斜第一柱面透鏡31Y以利用斜雙凸透鏡系統(tǒng)，由 此允許消除顏色不均勻和亮度不均勻。在此情況下，當(dāng)?shù)谝恢嫱哥R31Y的傾斜角e太大 時(shí)，因?yàn)樾彪p凸透鏡系統(tǒng)的缺點(diǎn)，發(fā)生難以分離視差圖像的問題。因此，傾斜角e優(yōu)選滿足 下面的條件。
在顯示面板2中，顏色的子像素41R、41G和41B的每一個(gè)都具有相同大小的矩形 形狀。于是，顯示面板2具有這樣的像素布置其中在第一布置狀態(tài)下(參見圖2)，每個(gè)子 像素41R、41G和41B的縱向方向沿著垂直方向，并且在第二布置狀態(tài)下(參見圖1)，每個(gè) 子像素41R、41G和41B的較短方向沿著垂直方向。此時(shí)，每個(gè)子像素41R、41G和41B的較 短方向和縱向方向的像素節(jié)距分別定義為Px和Py。而且，較短方向和縱向方向上的像素 寬度分別定義為Wx和Wy。此外，在第二布置中，作為用于立體圖像的單位像素，構(gòu)造〃三 維像素〃的在垂直方向上的子像素41R、41G和41B的數(shù)量為N?！S像素〃由像素組構(gòu) 成，像素組的數(shù)量等于立體顯示器中的視差數(shù)。在第二布置狀態(tài)下，為了將相同顏色的子像 素41R、41G或41B連續(xù)布置在水平方向上而沒有間隔且不彼此交疊，縱向方向上的像素寬 度Wy必須滿足下面的關(guān)系式Wy = Py(l-1/N)在第一布置狀態(tài)中，作為像素構(gòu)造優(yōu)選第一柱面透鏡31Y的傾斜角0為45°或更 小且子像素之間的距離很小。在圖2所示的像素布置中，當(dāng)子像素41R、41G和41B(R1、G2 和B3)的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素時(shí)，通過下面的關(guān)系式獲得傾斜角e 0 = tarT1 ((Py-ffy) /Px)在此情況下，如上所述，通過Wy = Py(l_l/N)獲得縱向方向上的像素寬度Wy，以致 于傾斜角9為53. 1°，該角度太大。因此，作為子像素41R、41G和41B的結(jié)合，優(yōu)選在垂直 方向上彼此不交疊且以距彼此很小的距離布置的子像素(R1、G1和B1)的結(jié)合。此時(shí)，通過 下式獲得第一柱面透鏡31Y的傾斜角e 0 = tan_1(Px/Py(l+l/N))此時(shí)，在Py = 3Px的情況下，傾斜角0為14.9°，這是可實(shí)現(xiàn)視差圖像分開程度 在水平方向上很大的狀態(tài)的值。換言之，傾斜角e具有在水平方向上實(shí)現(xiàn)立體視覺的足夠 的值。如上所述，在該實(shí)施例中，根據(jù)顯示面板2的布置狀態(tài)優(yōu)化了柱面透鏡的布置方 向和用作彩色顯示的單位像素的子像素的結(jié)合，從而可實(shí)現(xiàn)良好的立體視覺。換言之，在顯 示面板2的布置方向彼此相差90°的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)二者的情況下，可實(shí)現(xiàn) 較小顏色不均勻和較小亮度不均勻的自然立體視覺。因此，在根據(jù)該實(shí)施例的立體顯示器 應(yīng)用于顯示部分可在縱向取向狀態(tài)和橫向取向狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的裝置，諸如，用于例如便攜 式電話、數(shù)字照相機(jī)等中的移動式顯示器的情況下，可實(shí)現(xiàn)縱向方向和橫向方向上沒有不 均勻性的立體視覺。第二實(shí)施例接下來，將在下面描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的立體顯示器。與根據(jù)第一實(shí)施例 的立體顯示器相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示，且不再進(jìn)一步描述。在根據(jù)該實(shí)施例的立體顯示器中，顯示面板2與根據(jù)第一實(shí)施例的立體顯示器具 有不同的像素構(gòu)造。透鏡陣列裝置1的柱面透鏡的布置角對應(yīng)于該像素構(gòu)造。根據(jù)第二實(shí) 施例的立體顯示器的其它基本構(gòu)造與根據(jù)第一實(shí)施例的立體顯示器相同。圖10示出了根據(jù)該實(shí)施例的立體顯示器中顯示面板2第二布置狀態(tài)中的像素布 置和透鏡陣列裝置1的第二柱面透鏡31X的布置之間的關(guān)系。圖11圖解了顯示面板2第一 布置狀態(tài)中的像素布置和透鏡陣列裝置1的第一柱面透鏡31Y的布置之間的關(guān)系。而且，
16在該實(shí)施例中，在顯示面板2在第一布置狀態(tài)中的情況下，如圖11所示，在透鏡陣列裝置1 中，平行地布置多個(gè)第一柱面透鏡31Y，使得柱面透鏡31Y的軸在平行于顯示表面2A的平面 中從垂直方向傾斜。而且，在顯示面板2為第二布置狀態(tài)下的情況下，如圖10所示，多個(gè)第 二柱面透鏡31X沿著水平方向平行布置，使得第二柱面透鏡31X的軸導(dǎo)向到平行于顯示表 面2A的平面中的垂直方向。另外，還是在該實(shí)施例中，為了在透鏡陣列裝置1中將透鏡效 果在這樣兩個(gè)方向之間轉(zhuǎn)換，可以采用圖8(A)所示的電極構(gòu)造。換言之，在第一布置狀態(tài) 下產(chǎn)生圖8(B)所示狀態(tài)下的透鏡效果。在第二布置狀態(tài)下，產(chǎn)生圖8(C)所示狀態(tài)下的透 鏡效果，并且透鏡陣列裝置1與顯示面板2 —起在結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)90°，由此第二柱面透鏡31X 沿著構(gòu)造空間中的X軸方向平行設(shè)置。在該實(shí)施例中，在第二布置狀態(tài)下(參見圖10)的情況下，顯示面板2的像素構(gòu)造 為其中構(gòu)造彩色顯示的單位像素的不同顏色的子像素43R、43G和43B的結(jié)合布置為形成 三角形布置。而且，在第一布置狀態(tài)下(參見圖11)的情況下，布置在相應(yīng)不同垂直線上的 不同顏色的子像素43R、43G和43B的結(jié)合用作彩色顯示的單位像素。在圖10和11中，被分配相同數(shù)量的相鄰子像素43R、43G和43B(Ri、Gi和Bi，i = 1,2,3,...)的結(jié)合形成彩色顯示的單位像素。在圖10和11的每一個(gè)中，例如，由虛線圍 繞的子像素43R、43G和43B(R2、G2和B2)的結(jié)合形成單位像素。在這樣的像素構(gòu)造中，在第二布置狀態(tài)下，單位像素的構(gòu)造為三角形布置，并且 顏色的子像素43R、43G和43B 二維地布置。因此，通過第二柱面透鏡31X的擴(kuò)散效果 (diffusion effect)減少了顏色不均勻。而且，遮光部分42不連續(xù)地出現(xiàn)在垂直方向上， 從而允許消除顏色不均勻和亮度不均勻而不用傾斜地布置第二柱面透鏡31X。因此，在第二 布置狀態(tài)的情況下，與圖19中的構(gòu)造示例不同，不發(fā)生斜雙凸透鏡系統(tǒng)由于第二柱面透鏡 31X的大傾斜角而難以分離視差圖像的問題。另一方面，在第一布置狀態(tài)中，傾斜第一柱面透鏡31Y以利用斜雙凸透鏡系統(tǒng)，由 此允許消除顏色不均勻和亮度不均勻。在此情況下，當(dāng)?shù)谝恢嫱哥R31Y的傾斜角e太大 時(shí)，作為斜雙凸透鏡系統(tǒng)的缺點(diǎn)，產(chǎn)生難以分開視差圖像的問題。因此，傾斜角e優(yōu)選滿足 下面的條件。在顯示面板2中，顏色的子像素43R、43G和43B的每一個(gè)都具有相同大小的正方 形形狀。然后，在第一布置狀態(tài)下(參見圖11)，每個(gè)子像素43R、43G和43B的水平方向和 垂直方向上的像素節(jié)距分別定義為Px和Py。而且，水平方向和垂直方向上的像素寬度分別 定義為Wx和Wy。在第一布置狀態(tài)的情況下，作為像素構(gòu)造，優(yōu)選第一柱面透鏡31Y的傾斜 角9為45°或更小，并且子像素之間的距離是小的。在此情況下，在圖11所示的像素布置 中，當(dāng)連續(xù)設(shè)置在斜方向上的子像素43R、43G和43B(R1、G3和B5)的結(jié)合用作彩色顯示的 單位像素時(shí)，通過下式獲得傾斜角e 0 = tarT1 (2Px/Wy)在此情況下，在三角形布置中，當(dāng)各顏色的子像素43R、43G和43B的每個(gè)的高寬比 為1 1時(shí)，確定Wx = Wy和Px = Py，并且傾斜角e因Wx<Px而大于45°。因此，作為 子像素43R、43G和43B的結(jié)合，優(yōu)選在垂直方向上彼此不交疊且彼此以小距離布置的子像 素(R1、G1和B1)的結(jié)合。此時(shí)，通過下式獲得第一柱面透鏡31Y的傾斜角e 0 = tarT1 (Wx/ (2Py+ffy/2))
此時(shí)，Wx和Wy的每一個(gè)都具有任意值，但是在Wy約等于Py (Py ^ ffy)的情況下， 確定0 =^1^(2/5)，由此傾斜角e為約21.8°。因此，傾斜角e具有這樣的值在此值 下可實(shí)現(xiàn)視差圖像的分開程度在水平方向上很大的狀態(tài)。換言之，傾斜角e具有在水平方 向上獲得立體視覺的足夠的值。如上所述，還是在該實(shí)施例中，柱面透鏡的布置方向和用作彩色顯示的單位像素 的子像素的結(jié)合根據(jù)顯示面板2的布置狀態(tài)而優(yōu)化，從而可實(shí)現(xiàn)良好的立體視覺。換言之， 在顯示面板2的布置方向彼此相差90°的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)二者中，可實(shí)現(xiàn)顏 色不均勻較小且亮度不均勻較小的自然立體視覺。具體地，在該實(shí)施例中，作為顯示面板2 的像素構(gòu)造，采用典型的三角形布置，從而易于獲得與第一實(shí)施例相同的效果而不采用圖1 和2所示的特殊像素構(gòu)造。本發(fā)明包含與于2009年4月13日提交到日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2009-097371中公開的相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、 結(jié)合、部分結(jié)合和替換，只要它們在所附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種立體顯示器，包括顯示面板，構(gòu)造為在可彼此轉(zhuǎn)換的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)中顯示圖像，所述第二布置狀態(tài)定義為這樣的狀態(tài)所述顯示面板的布置方向在平行于所述顯示面板的顯示表面的平面中從所述顯示面板在所述第一布置狀態(tài)中的布置方向旋轉(zhuǎn)90°；以及透鏡陣列裝置，布置為面對所述顯示面板的顯示表面，并且包括多個(gè)柱面透鏡，所述多個(gè)柱面透鏡被構(gòu)造為沿著根據(jù)所述顯示面板的所述布置狀態(tài)的方向平行布置，其中當(dāng)所述顯示面板為所述第一布置狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)柱面透鏡沿著水平方向平行布置，使得所述柱面透鏡的軸在平行于所述顯示表面的平面中從垂直方向傾斜，并且當(dāng)所述顯示面板為所述第二布置狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)柱面透鏡沿著所述水平方向平行布置，使得所述柱面透鏡的所述軸在平行于所述顯示表面的平面中導(dǎo)向到垂直方向，并且所述顯示面板具有多個(gè)子像素二維地布置的像素構(gòu)造，所述多個(gè)子像素的每個(gè)對應(yīng)于彩色顯示所需的多個(gè)顏色的每個(gè)，并且結(jié)合用于構(gòu)造彩色顯示的單位像素的每個(gè)子像素的位置在所述第一布置狀態(tài)和所述第二布置狀態(tài)之間改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其中所述透鏡陣列裝置是具有液晶層的可變液晶透鏡陣列，所述可變液晶透鏡陣列被構(gòu)造 為選擇性地產(chǎn)生相當(dāng)于所述多個(gè)柱面透鏡的效果的柱面透鏡效果，通過電改變所述液晶層 中的折射系數(shù)分布而允許所述柱面透鏡效果產(chǎn)生在兩個(gè)不同方向的任一個(gè)方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其中當(dāng)所述顯示面板為所述第一布置狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)顏色的所述子像素沿著垂直線周期 地布置，并且當(dāng)所述顯示面板為所述第二布置狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)顏色的所述子像素沿著水 平線周期地布置，而第一水平線上的一顏色的子像素和相鄰于所述第一水平線的第二水平 線上的相同顏色的子像素布置為在所述水平方向上沒有間隔，而且當(dāng)所述顯示面板為所述第二布置狀態(tài)時(shí)，布置在相應(yīng)不同水平線上的不同顏色的子像 素的結(jié)合用作彩色顯示的所述單位像素，并且當(dāng)所述顯示面板為所述第一布置狀態(tài)時(shí)，布 置在相應(yīng)不同垂直線上的不同顏色的子像素的結(jié)合用作彩色顯示的所述單位像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體顯示器，其中 所述顯示面板中的所述子像素具有矩形形狀，當(dāng)所述顯示面板為所述第一布置狀態(tài)時(shí)，所述子像素的縱向方向與所述垂直方向一 致，并且當(dāng)所述顯示面板為所述第二布置狀態(tài)時(shí)，所述子像素的較短方向與所述垂直方向一致，所述縱向方向上的像素寬度Wy滿足下面的關(guān)系式 Wy = Py(l_l/N)，并且 角度9滿足下面的表達(dá)式 0 = tan_1(Px/Py(l+l/N)),其中Px和Py分別表示所述子像素的所述較短方向和所述縱向方向上的像素節(jié)距， Wy表示所述子像素在所述縱向方向上的像素寬度，e表示在所述第一布置狀態(tài)下所述柱面透鏡的所述軸相對于所述顯示面板的所述垂 直方向的傾斜角，并且N表示在所述第二布置狀態(tài)下子像素在所述垂直方向上的數(shù)量，所述子像素構(gòu)造三維像素作為立體圖像的單位像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其中當(dāng)所述顯示面板為所述第二布置狀態(tài)時(shí)，構(gòu)造彩色顯示的所述單位像素的不同顏色的 子像素的結(jié)合布置為形成三角形布置，并且當(dāng)所述顯示面板為所述第一布置狀態(tài)時(shí)，布置在相應(yīng)不同垂直線上的不同顏色的子像 素的結(jié)合用作彩色顯示的所述單位像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的立體顯示器，其中所述顯示面板中的所述子像素具有四方形形狀，并且角度9滿足下面的表達(dá)式0 = tarT1 (ffx/ (2Py+ffy/2))，其中e表示在所述第一布置狀態(tài)下所述柱面透鏡的所述軸相對于所述顯示面板的所 述垂直方向的傾斜角，Py表示所述子像素在垂直方向上的像素節(jié)距，并且Wx和Wy分別表示在所述第一布置狀態(tài)下所述子像素在水平方向和垂直方向上的像素 寬度。
7.一種立體顯示器，包括顯示面板，構(gòu)造為在兩個(gè)或多個(gè)布置狀態(tài)的任一個(gè)中顯示圖像，所述兩個(gè)或多個(gè)布置 狀態(tài)包括可彼此轉(zhuǎn)換的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)；以及透鏡陣列裝置，布置為面對所述顯示面板的顯示表面，其中所述透鏡陣列裝置在一方向上產(chǎn)生透鏡效果，效果的所述方向在所述第一布置狀 態(tài)和所述第二布置狀態(tài)之間改變，并且所述顯示面板包括多個(gè)子像素的陣列，并且用作單位像素的子像素的結(jié)合在所述第一 布置狀態(tài)和所述第二布置狀態(tài)之間改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的立體顯示器，其中所述第二布置狀態(tài)定義為這樣的狀態(tài)所述顯示面板的布置方向在平行于所述顯示面 板的顯示表面的平面中從所述顯示面板在所述第一布置狀態(tài)中的布置方向旋轉(zhuǎn)90°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的立體顯示器，其中所述透鏡陣列裝置包括第一基板、第二基板和布置在所述第一基板與所述第二基板之 間的液晶層，延伸在第一方向上的多個(gè)第一電極組平行地布置在所述第一基板面對所述第二基板 的側(cè)上，延伸在第二方向上的多個(gè)第二電極組平行地布置在所述第二基板面對所述第一基板 的側(cè)上，并且施加給所述第一電極組和所述第二電極組的電壓在所述第一布置狀態(tài)和所述第二布 置狀態(tài)之間改變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種立體顯示器，包括顯示面板，構(gòu)造為在兩個(gè)或多個(gè)布置狀態(tài)的任一個(gè)中顯示圖像，該兩個(gè)或多個(gè)布置狀態(tài)包括彼此可轉(zhuǎn)換的第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)；以及透鏡陣列裝置，布置為面對顯示面板的顯示表面。透鏡陣列裝置在一方向上產(chǎn)生透鏡效果，效果的該方向在第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)之間變化。顯示面板包括多個(gè)子像素的陣列，并且用作單位像素的子像素的結(jié)合在第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)之間變化。
文檔編號G02F1/29GK101859028SQ20101015857
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者坂本祥, 石岡宏治, 秋田正義, 高橋賢一 申請人:索尼公司