專利名稱：多視圖顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素陣列的顯示面板和布置在顯示面板上且通過(guò)其觀看顯示像素的透鏡狀裝置的類型的多視圖顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
存在兩種基本類型的多視圖顯示設(shè)備。一種類型是用于同時(shí)向不同空間位置處的不同觀看者呈現(xiàn)不同圖像的顯示設(shè)備。例如，一個(gè)觀看者可能處在車輛的駕駛員座位上，而另一個(gè)可能處在乘客座位上?？梢韵蝰{駛員顯示與駕駛員相關(guān)的內(nèi)容，比如衛(wèi)星導(dǎo)航內(nèi)容，并且可以向乘客顯示娛樂(lè)內(nèi)容。對(duì)于多個(gè)觀看者，可以存在超過(guò)兩個(gè)視圖。另一種類型是用于針對(duì)不同的眼睛向不同空間位置顯示視圖的自動(dòng)立體顯示器。對(duì)于在單個(gè)位置處的單個(gè)觀看者，可以存在兩個(gè)視圖，但是可以存在更多的視圖(例如9個(gè)或15個(gè))，使得多個(gè)觀看者可以處在視場(chǎng)中和/或使得觀看者可以相對(duì)于顯示器移動(dòng)以體驗(yàn)環(huán)顧的效果。在這些設(shè)備中不同視圖的生成和空間分離背后的原理是相同的?；旧希煌?D內(nèi)容同時(shí)被投影到不同的空間位置。唯一的差別在于，與對(duì)于其中觀看者的兩只眼睛接收相同的圖像的多視圖顯示器相比，對(duì)于自動(dòng)立體顯示器而言視圖的角距(近似為2度)典型地更小。典型地，不同的空間位置沿著水平線延伸，因?yàn)橛^看者的眼睛相對(duì)于顯示器通常處于相同的垂直高度，但是處于不同的水平位置。為了說(shuō)明的目的，將參照自動(dòng)立體顯示設(shè)備描述本發(fā)明。已知的自動(dòng)立體顯示設(shè)備包括二維液晶顯示面板，其具有充當(dāng)空間光調(diào)制器的顯示像素的行和列陣列以產(chǎn)生顯示。相互平行地延伸的細(xì)長(zhǎng)透鏡狀元件的陣列覆蓋在顯示像素陣列上，并且顯示像素通過(guò)這些透鏡狀元件被觀察到。透鏡狀元件被提供為元件片，每個(gè)元件包括細(xì)長(zhǎng)的半圓柱形透鏡元件。透鏡狀元件在顯示面板的列方向上延伸，每個(gè)透鏡狀元件覆蓋在顯示像素的兩個(gè)或更多鄰近列的相應(yīng)組上。在其中例如每個(gè)透鏡狀元件與顯示像素的兩列相關(guān)聯(lián)的布置中，每列中的顯示像素提供相應(yīng)二維子圖像的垂直切片。透鏡狀片將這兩個(gè)切片和來(lái)自與其他透鏡狀元件相關(guān)聯(lián)的顯示像素列的對(duì)應(yīng)切片導(dǎo)向位于該片前面的用戶的左眼和右眼，使得該用戶觀察到單個(gè)立體圖像。透鏡狀元件的片因此提供了光輸出導(dǎo)向功能。在其他布置中，每個(gè)透鏡狀元件與例如在行方向上的四個(gè)或更多鄰近顯示像素的組相關(guān)聯(lián)。每個(gè)組中的顯示像素的對(duì)應(yīng)的列被適當(dāng)?shù)夭贾靡蕴峁﹣?lái)自相應(yīng)的二維子圖像的垂直切片。當(dāng)用戶的頭從左向右移動(dòng)時(shí)，一系列連續(xù)的、不同的、立體視圖被感知，從而創(chuàng)建例如環(huán)顧的印象。上述設(shè)備提供一種有效的三維顯示器。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，為了提供立體視圖，在設(shè)備的水平分辨率方面存在必要的犧牲(這同樣適用于多視圖2D系統(tǒng)中不同圖像的分辨率)。這種在分辨率方面的犧牲對(duì)某些應(yīng)用而言是不可接受的，比如用于從短距離觀看的小文本字符的顯示或者需要高分辨率的圖形應(yīng)用。由于這個(gè)原因，已經(jīng)提出提供一種可在二維(2D)模式和三維(3D立體)模式之間切換的自動(dòng)立體顯示設(shè)備。在US-A-6，069, 650中描述了這種設(shè)備，所述文獻(xiàn)的整體通過(guò)引用合并于此。在該設(shè)備中，形成一個(gè)或多個(gè)立體對(duì)的不同像素組被觀看者的相應(yīng)眼睛通過(guò)透鏡狀元件看到。透鏡狀元件包括具有可切換的折射率以便允許去除透鏡狀元件的折射效應(yīng)的電光材料。在二維模式中，可切換設(shè)備的透鏡狀元件在“穿過(guò)”模式中操作，即它們以與光學(xué)透明材料的平片差不多相同的方式起作用。所得到的顯示器具有等于顯示面板的原始分辨率的高分辨率，這適合用于從短觀看距離顯示小文本字符。二維顯示模式當(dāng)然不能提供立體圖像。在三維模式中，可切換設(shè)備的透鏡狀元件提供如上所述的光輸出導(dǎo)向功能。所得到的顯示器能夠提供立體圖像，但也遭受上面所提及的不可避免的分辨率損失。為了提供 可切換顯示模式，可切換設(shè)備的透鏡狀元件使用諸如液晶材料之類的電光材料，其具有可在兩個(gè)不同值之間切換的針對(duì)偏振光的折射率。該設(shè)備然后通過(guò)將適當(dāng)?shù)碾娢皇┘拥教峁┰谕哥R狀元件上面或下面的電極層來(lái)在模式之間切換。該電位相對(duì)于鄰近的光學(xué)透明層的折射率改變透鏡狀元件的折射率。可替代地，鄰近的光學(xué)透明層可以由電光材料形成，其具有相同的結(jié)果:改變透鏡狀元件相對(duì)于光學(xué)透明層的折射率。然而，已經(jīng)遇到了在可切換的多視圖/單視圖顯示器的2D模式中在被以斜角觀看時(shí)不想要的顯示偽影的問(wèn)題。在這樣的角度處，在顯示輸出中存在可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，其看來(lái)與透鏡狀片的結(jié)構(gòu)相關(guān)，而當(dāng)與顯示面板和透鏡狀陣列的平面正交地觀看時(shí)沒(méi)有這樣的結(jié)構(gòu)是可見(jiàn)的。已經(jīng)建議了用于解決該問(wèn)題的多種不同的途徑。例如，W02007/099488公開(kāi)了鄰近可切換雙折射透鏡結(jié)構(gòu)的雙折射(不可切換)復(fù)制結(jié)構(gòu)的使用。通過(guò)由雙折射材料形成透鏡狀裝置的光學(xué)透明層，可以在減少斜角處2D模式顯示中的前述不想要的顯示偽影方面實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的改善。然而，需要雙折射復(fù)制結(jié)構(gòu)的附加的復(fù)雜性。還存在改善橫向視角處圖像質(zhì)量的其他解決方案，但是這些解決方案全都給所述顯示器引入附加的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
存在對(duì)解決上述問(wèn)題的多視圖顯示器的需要。上述問(wèn)題利用如獨(dú)立權(quán)利要求中限定的本發(fā)明來(lái)解決。從屬權(quán)利要求限定了有利實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，提供如權(quán)利要求1中所述的顯示設(shè)備。在該布置中，再次使用可切換的雙折射電光材料和不可切換的光學(xué)透明層。可切換的雙折射電光材料實(shí)現(xiàn)了將入射到不可切換的光學(xué)透明層上的光的線性偏振對(duì)準(zhǔn)到給定方向上的功能，用于單視圖(例如2D)模式操作。不可切換的光學(xué)透明層具有基本等于雙折射電光材料的非常折射率的折射率。如果顯示面板的輸出偏振不在期望的方向上，則該對(duì)準(zhǔn)可能涉及偏振扭曲功能。從顯示面板輸出的光的偏振是線性的并且與雙折射電光材料的光軸對(duì)準(zhǔn)，這然后實(shí)現(xiàn)了偏振扭曲(如果需要的話)，例如以便使偏振線性且在透鏡狀透鏡的方向上。在本發(fā)明的描述中，如光學(xué)理論中通常定義的那樣，光軸與LC材料的導(dǎo)向器(director)相同。它是液晶樣本的體積元素中分子排列的“優(yōu)選方向”。術(shù)語(yǔ)“鄰近…”優(yōu)選地意指與…接觸。
在一個(gè)示例中，第一狀態(tài)是LC材料的非切換的狀態(tài)(S卩非電壓要求松弛狀態(tài))，而第二狀態(tài)是LC材料的切換的(即電壓驅(qū)動(dòng)的)狀態(tài)。在多視圖(例如3D)模式中，雙折射電光材料限定了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，光軸垂直于顯示輸出表面而對(duì)準(zhǔn)(垂直(homeotropically)對(duì)準(zhǔn))。特征的這種組合在給定的視平面(比如水平視平面)中提供了無(wú)圖像偽影的高質(zhì)量單視圖模式。電光材料優(yōu)選地包括扭曲的向列液晶材料，因?yàn)橹笃衽で赡茉贚C材料層的扭曲狀態(tài)中提供。不可切換的光學(xué)透明層優(yōu)選地包括各向同性的材料，但是也可以使用雙折射材料。顯示面板優(yōu)選地包括液晶顯示面板。這些提供了偏振光?？商娲兀梢允褂锰峁┓瞧窆獾娘@示面板，其附帶條件是諸如線性偏振層之類的偏振裝置用來(lái)為光導(dǎo)向裝置提供偏振光。該設(shè)計(jì)可以與具有不同輸出偏振的不同顯示器類型一起使用。例如，從顯示面板輸出的光的偏振的方向可以:
平行于透鏡狀透鏡的細(xì)長(zhǎng)軸；或 在顯示列方向上；或 在顯示行方向上；或 與顯示行和列方向成45度?？梢栽陲@示面板輸出端與透鏡狀裝置之間提供偏振器。這允許使用固有地提供非偏振或非線性偏振光的顯示面板，比如包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)面板的發(fā)光二極管(LED)面板或等離子面板。已知OLED是光高效的，甚至當(dāng)偏振濾波器被用來(lái)偏振顯示器的光時(shí)也是如此。任何顯示器具有視場(chǎng)，在視場(chǎng)中該顯示器顯示的圖像可以被坐在顯示器前面的觀看者看到。術(shù)語(yǔ)“全視場(chǎng)”意指表示在顯示器前面的可以觀看到2D或3D模式的所有位置。在針對(duì)多個(gè)觀看者的多視圖模式中，顯示器典型地具有多個(gè)2D模式，每個(gè)2D模式可以被僅處在全視場(chǎng)的一部分中的特定觀看者觀看到。例如，雙視圖顯示器可以具有兩個(gè)2D模式，一個(gè)在全視場(chǎng)的左半邊被觀看，一個(gè)在全視場(chǎng)的右半邊被觀看。本發(fā)明還提供一種控制權(quán)利要求12所限定的本發(fā)明的顯示設(shè)備的方法。通過(guò)閱讀僅通過(guò)舉例給定的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的下面描述并參照附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明白，在附圖中。


圖1是可以應(yīng)用本發(fā)明的已知的自動(dòng)立體顯示設(shè)備的示意性透視 圖2是圖1中所示的已知的顯示設(shè)備的元件的詳細(xì)示意 圖3A和3B被用來(lái)說(shuō)明圖1中所示的已知顯示設(shè)備的操作原理；
圖4是圖1的設(shè)備中的兩個(gè)典型透鏡狀元件的描繪操作中的光學(xué)效應(yīng)的示意性截面
圖5是在使用雙折射不可切換透鏡狀復(fù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中與透鏡狀陣列的部分的圖4的視圖類似的視 圖6A和6B示出在2D和3D模式中本發(fā)明的顯示設(shè)備；以及 圖7示出對(duì)圖6的設(shè)備的修改。
具體實(shí)施例方式具有可觀看的顯示區(qū)域的、可以在二維顯示模式和三維顯示模式之間切換的可切換顯示設(shè)備是已知的。模式之間的切換通過(guò)跨越包括諸如LC材料之類的電光材料的透鏡元件陣列的電光材料施加電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在二維模式中，透鏡元件表現(xiàn)得好像它們是透明材料的普通片。在三維模式中，透鏡元件提供光輸出導(dǎo)向功能，以便使得立體圖像能夠被感知。相同的切換概念可以應(yīng)用到2D多視圖顯示器，以便在用于全2D視場(chǎng)的單視圖與被導(dǎo)向不同空間位置的多視圖之間切換，使得多個(gè)觀看者能夠在顯示器的總視場(chǎng)的不同部分中觀察到不同的2D內(nèi)容。圖1是已知的可切換自動(dòng)立體顯示設(shè)備I的示意性透視圖，并且本發(fā)明可以應(yīng)用到該自動(dòng)立體顯示設(shè)備。顯示設(shè)備I以展開(kāi)的形式被示出。已知的設(shè)備I包括充當(dāng)空間光調(diào)制器的有源矩陣型的液晶顯示面板3以便產(chǎn)生所述顯示。顯示面板3具有在行和列中布置的顯示像素5的正交陣列。為了清楚的目的，在該圖中僅示出了少量的顯示像素5。在實(shí)踐中，顯示面板3可以包括大約一千行和數(shù)千列的顯示像素5。液晶顯示面板3的結(jié)構(gòu)完全是常規(guī)的。特別地，面板3包括一對(duì)隔開(kāi)的透明玻璃襯底，在它們之間提供了對(duì)準(zhǔn)的扭曲向列液晶材料或其他液晶材料。襯底在它們的相互面對(duì)的表面上承載透明的氧化銦錫(ITO)電極模式。偏振層也被提供在襯底的外表面上。每個(gè)顯示像素5在襯底上包括相對(duì)的電極，其間是介入的液晶材料。顯示像素5的形狀和布局由電極的形狀和布局確定。顯示像素5通過(guò)間隙規(guī)則地相互隔開(kāi)。每個(gè)顯示像素5與切換元件(比如薄膜晶體管(TFT)或薄膜二極管(TFD))相關(guān)聯(lián)。顯示像素被操作來(lái)通過(guò)向切換元件提供尋址信號(hào)產(chǎn)生顯示，并且適當(dāng)?shù)膶ぶ贩桨笇?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是已知的。顯示像素5之間的間隙被不透明的黑色掩模覆蓋。該掩模以光吸收材料的網(wǎng)格形式提供。該掩模覆蓋切換元件并且限定了單獨(dú)的顯示像素區(qū)域。顯示面板3由光源7照射，該光源在此情況下包括在顯示像素陣列的區(qū)域上擴(kuò)展的平面背光。來(lái)自光源7的光被導(dǎo)向通過(guò)顯示面板3，單獨(dú)的顯示像素5被驅(qū)動(dòng)以調(diào)制光并
產(chǎn)生顯示。顯示設(shè)備I還包括透鏡狀裝置，其包括位于顯示面板3的顯示輸出側(cè)上的透鏡狀元件布置9，該布置是可控的以選擇性地執(zhí)行視圖形成功能。透鏡狀元件布置9包括相互平行地延伸的透鏡狀元件11的陣列，為了清楚起見(jiàn)僅以夸張尺寸示出了一個(gè)透鏡元件。圖2中更詳細(xì)地示意性示出透鏡狀元件布置9。該布置9以展開(kāi)的形式被示出。參照?qǐng)D2，可以看出，透鏡狀元件布置9包括一對(duì)透鏡玻璃襯底13、15，在它們相互面對(duì)的表面上提供了由氧化銦錫(ITO)形成的透明電極層17、19。每個(gè)電極層17、19的形式為多個(gè)平行的細(xì)長(zhǎng)電極，并且相應(yīng)的不同層17、19的電極相互垂直地布置。細(xì)長(zhǎng)電極以其間具有小間隙布置，使得它們能夠單獨(dú)地被尋址。
構(gòu)成透鏡狀本體且形式為具有逆透鏡狀結(jié)構(gòu)的片或板形式的光學(xué)透明層21被提供在襯底13、15之間、鄰近上面的那個(gè)襯底13。使用復(fù)制技術(shù)用塑料材料制作透鏡狀本體21。向列液晶材料23也被提供在襯底13、15之間、鄰近下面那個(gè)襯底15。透鏡狀本體21的逆透鏡結(jié)構(gòu)使得液晶材料23在透鏡狀本體21與下襯底15之間呈現(xiàn)平行的、細(xì)長(zhǎng)半圓柱形透鏡狀形狀，如圖中所示。與液晶材料23接觸的本體21的逆透鏡結(jié)構(gòu)和下襯底15的表面還設(shè)有取向?qū)?5和26，用于定向液晶材料23。在使用中，圖1中所示的已知的可切換顯示設(shè)備I可操作來(lái)提供顯示輸出，其中的離散部分可以在二維(2D)與三維(3d)顯示模式之間獨(dú)自地或以組合方式切換。以此方式，可以在三維顯示區(qū)域中提供一個(gè)或多個(gè)二維顯示窗口。顯示輸出的離散部分在模式之間的可切換性是通過(guò)跨越由液晶材料23形成透鏡狀元件施加電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該電場(chǎng)通過(guò)跨越電極層17、19的電極施加電位而生成。電位被施加到每個(gè)電極層17、19中選定數(shù)量的鄰近的細(xì)長(zhǎng)電極。上電極的選擇限定了要被切換的顯示窗口的高度，并且下電極的選擇限定了要被切換的顯示窗口的寬度。取代如圖所示的那樣被細(xì)分，電極17和19中的每一個(gè)可以是在像素陣列上連續(xù)延伸的單個(gè)電極并可簡(jiǎn)單地通過(guò)將適當(dāng)電壓施加于此而操作以在2D與3D顯示模式之間整體切換顯示輸出。所施加的電位使得顯示區(qū)域的選定部分中的透鏡狀元件在保持與移除光輸出導(dǎo)向功能之間切換，現(xiàn)在將參照?qǐng)D3A和3B來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。由于其靜態(tài)介電各向異性，LC材料的取向可以通過(guò)所施加的電場(chǎng)來(lái)控制。在光學(xué)領(lǐng)域中，也存在介電各向異性，并且LC材料的折射率與相對(duì)介電常數(shù)相關(guān)。LC材料具有尋常和非常折射率，前者適用于具有垂直于導(dǎo)向器的電場(chǎng)偏振的光，而后者適用于具有平行于導(dǎo)向器的電場(chǎng)偏振的光。圖3A是在沒(méi)有電位施加到電極時(shí)透鏡狀元件布置9的部分的示意性截面圖。這里，取向?qū)?5和26的摩擦方向和顯示光的偏振在Z-方向(透鏡軸的方向)上并且在此情況下垂直于圖3A描繪的平面延伸。結(jié)果，有效透鏡盡管是光學(xué)雙折射的，但是可以近似為具有與LC材料的非常折射率對(duì)應(yīng)的折射率的各向同性透鏡。在該狀態(tài)中，液晶材料23針對(duì)由顯示面板提供的線性偏振光的折射率(其為非常折射率)明顯高于本體21的折射率，并且因此透鏡狀形狀提供光輸出導(dǎo)向功能，如圖所示。圖3B是在大約50伏特的交變電位被施加到電極時(shí)透鏡狀元件布置9的部分的示意性截面圖。電場(chǎng)在y_方向上創(chuàng)建，并且LC分子與場(chǎng)線對(duì)準(zhǔn)。結(jié)果，LCF材料的導(dǎo)向器也基本在I—方向上。來(lái)自顯示面板的光的偏振方向仍然是線性偏振的，即光的E場(chǎng)在Z-方向上。隨著顯示器的光在Z-方向上的偏振，有效透鏡將具有尋常折射率，并且光將不被折射，因?yàn)樵贚C材料與透鏡狀本體21之間存在指數(shù)匹配。因此，在該狀態(tài)中，LC材料23針對(duì)由顯示面板提供的線性偏振的光的折射率與本體21的逆透鏡結(jié)構(gòu)的折射率基本相同，使得透鏡狀形狀的光輸出導(dǎo)向功能被取消，如圖所示。因此陣列在“穿過(guò)”模式中有效地起作用。隨著光輸出導(dǎo)向功能的保持，如圖3A所示，由LC材料23限定的透鏡狀元件充當(dāng)凸柱面透鏡，并且從顯示面板3向位于顯示設(shè)備I前面的用戶的眼睛提供不同的圖像或視圖。因此，可以提供三維圖像。
隨著光輸出導(dǎo)向功能的移除，如圖3B所示，由液晶材料23限定的透鏡狀元件假裝它們是充當(dāng)沒(méi)有視圖導(dǎo)向功能的穿過(guò)層的透明材料平片。因此，可以采用顯示面板3的完全原始分辨率提供高分辨率二維圖像。用于在顯示模式之間切換的電位控制由控制器12提供給透鏡狀元件布置9的電極?？梢栽诿绹?guó)專利說(shuō)明書(shū)N0.6，069, 650中找到已知的可切換自動(dòng)立體顯示設(shè)備的
結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考該文獻(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以斜角(例如相對(duì)于顯示面板的平面成大約45度)在二維模式中觀看顯示器時(shí)，在該設(shè)備的顯示輸出中不期望的顯示偽影是可見(jiàn)的。這些偽影的形式為可見(jiàn)的暗條帶或陰影線，其結(jié)構(gòu)看來(lái)與透鏡狀陣列相關(guān)。當(dāng)觀看與顯示面板正交的2D模式顯示輸出時(shí)，偽影結(jié)構(gòu)不存在。相信偽影是由于某種殘余透鏡效應(yīng)引起的。結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)性可被說(shuō)明如下。在2D模式中，在透鏡狀元件兩端施加電壓并且將LC材料的分子近似與顯示面板3的平面正交取向。圖4示意性圖示了在該模式中陣列中的兩個(gè)代表性的透鏡狀元件的施加的效果并且示出了 LC材料在這些元件中的正交取向?；敬怪庇陲@示面板和透鏡狀陣列行進(jìn)的光線沒(méi)有經(jīng)歷(see)透鏡表面(在LC材料23與透鏡狀本體21之間的半圓柱邊界)處折射率的變化，因?yàn)長(zhǎng)C材料和透鏡狀本體21的折射率是匹配的，并且因此不改變光的路徑。這在圖4中針對(duì)左側(cè)透鏡狀元件被描繪。然而，對(duì)于斜光線(不垂直于透鏡或顯示面板)，LC材料23的有效折射率不等于針對(duì)某些偏振方向的尋常折射率(典型地大約為1.5)，但是將具有介于尋常與非常折射率(典型地大約為1.7)之間的值，該值尤其取決于射線的斜度。因此，射線將在彎曲的透鏡表面處被折射，如在圖4針對(duì)右側(cè)透鏡狀元件所描繪的。因此，由于LC材料的雙折射屬性的緣故，當(dāng)以斜角度觀看顯示器時(shí)存在殘余透鏡效應(yīng)?？磥?lái)，透鏡狀元件的焦距是角度相關(guān)的。在垂直于顯示面板的法線角處，焦度(focal power)為零，而對(duì)于更大的視角而言它會(huì)增加。對(duì)于某個(gè)視角，透鏡狀元件的焦點(diǎn)在顯示面板的像素結(jié)構(gòu)處。結(jié)果，在面板中圍繞像素的黑色矩陣在無(wú)窮遠(yuǎn)處被成像，并且這被認(rèn)為是可見(jiàn)偽影結(jié)構(gòu)的原因。該效應(yīng)取決于在透鏡表面處的入射光的偏振的方向。在圖4的示例中，來(lái)自顯示器的光被假定在水平方向(圖3中所示的X方向)上偏振，即在跨越透鏡狀透鏡狀物(lenticular)的方向上偏振，如圖所示。如果來(lái)自顯示器的光如針對(duì)圖3的示例說(shuō)明的那樣在垂直的z方向上偏振,則LC材料的光軸保持始終垂直于偏振的方向，并且該圖的平面中的光線始終經(jīng)歷尋常折射率。在此情況下，不存在偽影。因此，2D模式中的偽影取決于入射光的偏振方向。為了克服該問(wèn)題，雙折射材料可以被用于透鏡狀本體21。優(yōu)選地，雙折射材料具有與LC材料相同的尋常和非常折射率。這解決了針對(duì)所有視角的問(wèn)題。其效應(yīng)在圖5中被圖示，圖5是包括兩個(gè)典型的透鏡狀元件11的透鏡狀陣列9的一部分的截面圖并且類似于圖4。透鏡狀本體21的光軸的取向優(yōu)選地在垂直方向上，如圖5中所示。在3D操作模式中，來(lái)自顯示面板的光被偏振，使得在透鏡表面處獲得折射。光線在LC材料23中經(jīng)歷非常折射率和在透鏡狀本體21中經(jīng)歷尋常折射率。在2D操作模式中，如圖5中所描繪，電壓被施加到透鏡狀元件兩端并且LC材料分子再次在y方向上取向。在該模式中，LC材料和透鏡狀本體21的材料的尋常和非常折射率匹配并且在透鏡表面處沒(méi)有折射。圖5中左側(cè)的透鏡狀元件11描繪了針對(duì)垂直于顯示器行進(jìn)的光的效應(yīng)，而右側(cè)的透鏡狀元件11描繪了針對(duì)傾斜地行進(jìn)的光的效應(yīng)?？梢钥闯?，在兩種情況下，光線沒(méi)有經(jīng)歷在透鏡表面處折射率的變化并且未被折射。特別地，光學(xué)透明層包括具有在垂直于顯示面板的表面的第一方向與該表面的平面中第二橫向方向之間的雙折射的雙折射材料。更詳細(xì)地，透鏡狀元件11內(nèi)部的LC材料23可以由均勻的單軸各向異性介質(zhì)來(lái)近似。光在單軸各向異性介質(zhì)中的傳播可以由兩個(gè)獨(dú)立的偏振模式來(lái)描述。每個(gè)獨(dú)立模式的折射率取決于偏振的方向和相對(duì)于雙折射介質(zhì)的光軸的傳播方向。具有尋常折射率的尋常
(0)波具有垂直于光軸的偏振方向和波向量k。。非常(E)波具有垂直于0波的偏振方向的偏振方向。E波的非常折射率取決于波向量與光軸之間的角度。區(qū)分0波的傳播與E波的傳播是可能的。對(duì)于0波，折射率不取決于傳播的方向。然而，對(duì)于E波，取決于相對(duì)于光軸的傳播方向，折射率存在變化。換言之，該折射率也取決于視角。如果角度增加，則有效折射率也增加。對(duì)于某個(gè)視角，透鏡狀物的折光力已經(jīng)達(dá)到其中可切換透鏡狀物的焦點(diǎn)恰好在顯示面板的像素結(jié)構(gòu)處的情況下的值。上面討論的問(wèn)題的另一個(gè)解決方案是使用分級(jí)折射率透鏡(GRIN透鏡)。在此情況下，可切換LC材料的控制被局部地執(zhí)行，使得透鏡形狀由LC分子取向限定。當(dāng)被關(guān)閉時(shí)，不存在限定的透鏡形狀，使得該結(jié)構(gòu)對(duì)通過(guò)透鏡的光傳播的方向不敏感。上述不同的方法導(dǎo)致關(guān)于視角相關(guān)性的不同的性能。圖4的方法的角度相關(guān)性取決于顯示器的偏振。目前，正在產(chǎn)生一些顯示器，其中偏振是顯示器上的對(duì)角線。對(duì)于這些顯示器，水平或垂直平面都沒(méi)有給出良好的視角相關(guān)性。本發(fā)明目的在于在不使顯示器設(shè)計(jì)顯著地復(fù)雜化的情況下且以可以適于來(lái)自顯示面板的不同的輸出偏振的方式解決在寬視角處2D模式中圖像偽影的問(wèn)題。存在LC的兩種模式:垂直對(duì)準(zhǔn)(垂直于顯不器表面)表面和與表面在同一平面中。在圖3的布置中，在2D模式(圖3B)中，液晶被垂直對(duì)準(zhǔn)，而在3D模式(圖3A)中，液晶被平面對(duì)準(zhǔn)。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的配置的示意圖。圖6A示出2D模式，且圖6B示出3D模式。在所示的示例中，顯示器66的偏振64是線性的并且處在顯示器的平面中(對(duì)于垂直發(fā)射的光，即垂直于顯示器平面發(fā)射的光)。在下面的描述中，如果偏振被認(rèn)為在顯示器的平面中，則這涉及來(lái)自顯示面板的垂直發(fā)射的光(即相對(duì)于顯示面板垂直發(fā)射的光)，因?yàn)闄M向發(fā)射的線性偏振光將具有垂直于傳播方向的偏振方向，并且因此不再處在顯不器的平面中。不同于本無(wú)下面所指示的不同特征，該示例的顯示器可以如針對(duì)圖2和3的顯示器描述的那樣構(gòu)建。透鏡狀物60是不可切換的且優(yōu)選地是各向同性的，并且可切換的LC單元62用于透鏡的復(fù)制部分。各向同性的透鏡狀物60的折射率(n)與LC 62的非常折射率匹配。非常折射率通常高于尋常折射率，并且透鏡以已知方式成形以在多視圖(在此情況下為3D)模式下提供期望的光學(xué)聚焦。特別地，因?yàn)榉浅Ｕ凵渎释ǔ８哂趯こＵ凵渎?，不可切換的光學(xué)透明層包括凸形透鏡狀物。該透鏡狀物凸出到可切換雙折射層中。因?yàn)樵撔螤钍峭範(fàn)畹模虼丝梢允沟每汕袚Q層的液晶的量小于通常的凹形不可切換光學(xué)透明層。這節(jié)省了液晶材料的量并且減少了生產(chǎn)成本。因此，透鏡狀物是不可切換的并且扭曲的LC單元用于透鏡的復(fù)制部分。多視圖3D模式基于垂直對(duì)準(zhǔn)的LC 62。在此情況下，光主要體驗(yàn)尋常折射率，使得在LC尋常折射率與各向同性復(fù)制品的非常折射率之間的邊界處存在透鏡界面。在3D模式中，折射率是角度相關(guān)的，因?yàn)樵谄竦姆较蚺cLC折射率之間構(gòu)成的角度依據(jù)光照方向而變化。然而，這被發(fā)現(xiàn)不會(huì)以與2D模式明顯受到這種偽影的影響的相同方式不利地影響3D模式。而且，與針對(duì)垂直光相比，針對(duì)大視角，透鏡狀物更遠(yuǎn)。偽影導(dǎo)致角度相關(guān)的透鏡焦距，并且這補(bǔ)償了到像素平面的不同路徑長(zhǎng)度。以此方式，3D模式中的透鏡偽影在橫向視圖的聚焦質(zhì)量方面帶來(lái)了積極的益處。為了關(guān)閉透鏡，2D模式中的光應(yīng)當(dāng)主要體驗(yàn)非尋常折射率，以便匹配復(fù)制品的折射率。在本發(fā)明的布置的一個(gè)示例中，在關(guān)狀態(tài)(2D模式)中，顯示器的偏振被旋轉(zhuǎn)，使得在透鏡界面或至少在LC層的光出射表面處，光的偏振具有期望的偏振方向。使用扭曲的向列LC單元，其中LC取向與在顯示器側(cè)處顯示輸出的偏振方向?qū)?zhǔn)。在圖6A所示的示例中，顯示輸出的偏振64再次在顯示器的平面中被示出。這可以沿著透鏡軸或跨越透鏡。在2D模式中，扭曲導(dǎo)致偏振方向的取向在顯示器的平面中和在用于與透鏡狀透鏡本體的折射率匹配的期望的方向上。最好的水平性能可以通過(guò)在扭曲之后將LC平行于透鏡狀透鏡的圓柱軸而對(duì)準(zhǔn)來(lái)獲得。這是圖6A和圖6B中示出的對(duì)準(zhǔn)，并且它意味著圖像偽影不被引入到橫向視角。特別地，當(dāng)在光學(xué)透明層的表面處可切換雙折射層的光軸沿著透鏡狀物的取向?qū)?zhǔn)時(shí)，2D模式中的角度偽影可被移除。偏振方向和LC的光軸之間的角度對(duì)于垂直于透鏡結(jié)構(gòu)的取向的視平面而言是基本恒定的(即零)。該視平面是基本水平的，使得這匹配使用顯示器的方式。這可以被實(shí)現(xiàn)，而不管面板的原始偏振如何。最好的垂直性能可以通過(guò)將LC (在扭曲之后)跨越(即垂直于)透鏡狀物的圓柱軸且再次平行于透鏡界面而對(duì)準(zhǔn)來(lái)獲得。因此，本發(fā)明可以解決基本水平的平面中偽影的問(wèn)題，而不管下面的面板的偏振如何。在圖3B中，偽影在水平平面中大多是不可見(jiàn)的，因?yàn)閷?duì)于所有這些角度，光的偏振垂直于LC的光軸。然而，如果顯不器的偏振沒(méi)有與透鏡狀物方向?qū)?zhǔn)(如一般的情況那樣)，則這些偽影的確出現(xiàn)。本發(fā)明的布置解決了這個(gè)問(wèn)題。上面描述的布置使用90度扭曲，這基于在行方向上(跨越透鏡狀物)顯示面板的假定的輸出偏振。本發(fā)明可以應(yīng)用到具有與行和列方向成45度的輸出偏振的顯示器。在此情況下，45度的偏振扭曲可以由可切換LC層引入，以向不可切換透鏡狀物提供期望的偏振方向輸入。偏振旋轉(zhuǎn)的程度由LC層的相對(duì)側(cè)上的表面對(duì)準(zhǔn)方向以已知方式來(lái)規(guī)定,并且可以被控制以提供任何期望的旋轉(zhuǎn)程度。如果顯示面板具有期望的輸出偏振方向(例如在列方向或透鏡狀物的方向上)，則可能不需要扭曲。在此情況下可切換LC可以在沒(méi)有扭曲的平面線性偏振與垂直偏振對(duì)準(zhǔn)之間切換。關(guān)鍵點(diǎn)在于在可切換雙折射層的輸出側(cè)從(即在透鏡界面處)的偏振方向是線性的并且在期望的方向上(比如平行于透鏡狀物細(xì)長(zhǎng)軸)。線性偏振方向平行于顯示器面板以用于正常(垂直于顯示面板)發(fā)射的光。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)所需的角度扭曲的量取決于從顯示面板輸出的光的偏振方向。單視圖/多視圖(例如2D/3D)可切換顯示器目前被認(rèn)為是高端顯示器。從消費(fèi)者的角度，在2D模式中具有偽影被認(rèn)為是不可接受的。這可能是由于下述事實(shí)引起的:消費(fèi)者最熟悉2D模式。本發(fā)明的設(shè)計(jì)將2D模式用作要成為非切換模式的第一模式。這導(dǎo)致更小的殘余透鏡作用(并且因此導(dǎo)致更少的偽影)。理論上，可以爭(zhēng)辯偽影的問(wèn)題已被轉(zhuǎn)移到3D模式，但是根據(jù)用戶測(cè)試，看來(lái)這些偽影在3D模式中比在2D模式中更不明顯。通過(guò)具有可用于2D模式的非切換模式，顯著改善了 2D模式的質(zhì)量。在圖6的示例中，在非切換模式中，偏振被旋轉(zhuǎn)，使得它平行于透鏡狀透鏡的幾何軸并平行于LC的光軸。隨著在透鏡狀透鏡的表面處的偏振與幾何軸對(duì)準(zhǔn)，在水平視平面(即在觀看顯示器時(shí)的左-右平面)中沒(méi)有體驗(yàn)偽影。該平面主要由消費(fèi)者使用。顯示器可以具有跨越透鏡狀透鏡(如圖6中那樣)、沿著透鏡軸或事實(shí)上沿著顯示器的對(duì)角線的輸出偏振。LC對(duì)準(zhǔn)被選擇來(lái)匹配顯示器的類型。本發(fā)明避免了對(duì)雙折射復(fù)制品的需要(如圖5的示例中那樣)，但是雖然如此，可以使用雙折射透鏡狀物。為了避免對(duì)要被設(shè)計(jì)用于特定顯示輸出偏振的可切換透鏡布置的需要，可以在顯示輸出與透鏡狀物布置之間使用偏振器或偏振旋轉(zhuǎn)元件，作為顯示器的頂層或透鏡布置的底層。偏振器70的這種使用在圖7中被示出。因此，LED、OLED或等離子顯示器也可以從本發(fā)明獲益。如上所說(shuō)明，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有單視圖2D模式的顯示器和其中每個(gè)觀看者可以體驗(yàn)3D效果的多視圖3D顯示器或向顯示器前面的不同位置呈現(xiàn)多個(gè)2D視圖以使得不同觀看者可以看到不同內(nèi)容的多視圖顯示器。盡管已經(jīng)針對(duì)多視圖3D模式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是用于多個(gè)觀看者的多視圖2D模式的示例可能與必須設(shè)計(jì)視圖導(dǎo)向裝置以使得它將適當(dāng)視圖導(dǎo)向顯示器前面的適當(dāng)位置的重要實(shí)例幾乎相同。因此，如本發(fā)明的引言部分中針對(duì)3D顯示器所說(shuō)明的那樣，要被導(dǎo)向以便針對(duì)觀看者的左眼和右眼限定不同視圖的像素的不同列現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)偏轉(zhuǎn)，以使得它們針對(duì)多個(gè)觀看者生成不同的視圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)通過(guò)研究附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變形。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的起碼事實(shí)并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求
1.一種可在單視圖與多視圖模式之間切換的多視圖顯示設(shè)備，該顯示器包括顯示面板(3)和布置在顯示面板的顯示輸出側(cè)上的顯示面板上的透鏡狀透鏡裝置(9)，該透鏡狀透鏡裝置包括透鏡狀透鏡裝置(60，62)的陣列，該陣列包括鄰近不可切換的光學(xué)透明層(60)的雙折射電光材料(62)以限定透鏡狀透鏡裝置，其中電光材料(62)的折射率是可控的以限定顯示器設(shè)備的操作的單視圖和多視圖模式， 其中不可切換的光學(xué)透明層(60)具有基本等于雙折射電光材料(62)的非常折射率的折射率(n)， 其中從顯示面板輸出且入射到透鏡狀透鏡裝置上的光的偏振方向(64)是線性的， 其中 在單視圖模式中，雙折射電光材料(62 )限定了第一狀態(tài)，在第一狀態(tài)中它的光軸與在顯不輸出光進(jìn)入雙折射電光材料的表面處從顯不面板輸出光的偏振方向?qū)?zhǔn)，以及 在多視圖模式中，雙折射電光材料(62)限定了第二狀態(tài)，在第二狀態(tài)中雙折射電光材料的光軸垂直于顯不輸出表面而對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備,其中雙折射電光材料(62)的折射率是可通過(guò)將電場(chǎng)選擇性地施加到電光材料的至少一部分而切換的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中在單視圖模式中在不可切換光學(xué)透明層的表面處雙折射電光材料的光軸與透鏡狀透鏡元件的細(xì)長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中電光材料(62)包括扭曲向列液晶材料。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中顯示面板(3)包括液晶顯示面板。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中不可切換光學(xué)透明層(60)包括雙折射材料。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中不可切換光學(xué)透明層(60)包括各向同性材料。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備,其中從顯不面板輸出的光的偏振的方向: 平行于透鏡狀透鏡的細(xì)長(zhǎng)軸；或 在顯示列方向上；或 在顯示行方向上；或 與顯示行和列方向成45度。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括在顯示面板輸出側(cè)與透鏡狀透鏡裝置之間的偏振器(70)。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的顯示器，包括自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中單視圖模式包括2D模式，且多視圖模式包括3D模式。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的顯示器，包括雙視圖顯示設(shè)備，其中單視圖模式在顯示器的全視場(chǎng)中包括2D模式，并且多視圖模式在顯示器的全視場(chǎng)的不同部分處包括兩個(gè)至少部分分尚的2D模式。
12.—種控制如任一前述權(quán)利要求所述的可切換顯示設(shè)備的方法，該方法包括: 在單視圖模式中，將雙折射電光材料(62)置于非切換狀態(tài)中，其中從顯示面板輸出的光的偏振(64)是線性的并且在接收顯不輸出光的表面處與雙折射電光材料(62)的光軸對(duì)準(zhǔn)，以及 在多視圖模式中，將雙折射電光材料(62 )切換到其中光軸垂直于顯不輸出表面而對(duì)準(zhǔn)的 狀態(tài)。
全文摘要
一種多視圖顯示器是可在單視圖與多視圖模式之間切換的，并且使用布置在顯示面板上的透鏡狀裝置(9)，其包括鄰近不可切換的光學(xué)透明層(60)的雙折射電光材料(62)。不可切換的光學(xué)透明層(60)具有基本等于雙折射電光材料(62)的非常折射率的折射率(n)。在單視圖模式中，雙折射電光材料(62)限定了非切換狀態(tài)，并且從顯示面板輸出且入射到透鏡狀裝置上的光的偏振(64)是線性的且在接收顯示輸出光的表面處與雙折射電光材料(62)的光軸對(duì)準(zhǔn)。在多視圖模式中，雙折射電光材料(62)限定了切換狀態(tài)，其中光軸垂直于顯示輸出表面而對(duì)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G02B27/22GK103109226SQ201180045772
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者F.皮爾曼, J.范德霍斯特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司