專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，包括可控制LC(液晶)層、雙折射透鏡層的，所述雙折射透鏡層包括在主方向延伸的多個(gè)柱面透鏡；旋轉(zhuǎn)器層，該旋轉(zhuǎn)器層提供偏振扭曲，用于旋轉(zhuǎn)從所述LC層接收的光線的偏振方向，使得該偏振方向和所述主方向平行或者垂直，所述透鏡層根據(jù)所述光線的偏振方向而對其進(jìn)行不同的折射；以及可切換雙折射層，所述可切換雙折射層從所述透鏡層接收光線并對這些光線提供可變化量的偏振扭曲，以為所述雙折射透鏡層選擇操作模式。
背景技術(shù)：
這種設(shè)備在WO,A2,03/015424中公開，其產(chǎn)生可在2D模式和3D模式之間切換的顯示器。旋轉(zhuǎn)器層可用于適應(yīng)可購買的可控制LC層，這種可控制LC層通常和透鏡層的主方向成45°或者135°方位角，透鏡層的主方向在用戶看來是垂直的(方位角90+/-10°)。
這種設(shè)備的一個(gè)問題是，2D模式或者3D模式對比度對許多應(yīng)用而言是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種前述的顯示裝置，無論使用透鏡層的何種操作模式，這種裝置都可以實(shí)現(xiàn)良好的對比度特性。
該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置實(shí)現(xiàn)。
具體而言，所述顯示裝置包括可控制LC層；雙折射透鏡層，該雙折射透鏡層包括在主方向延伸的多個(gè)柱面透鏡，和旋轉(zhuǎn)器層，該旋轉(zhuǎn)器層提供偏振扭曲，用于旋轉(zhuǎn)從所述LC層接收的光線的偏振方向，使得所述偏振方向和所述主方向平行或者垂直，所述透鏡層根據(jù)所述光線的偏振方向而對其進(jìn)行不同的折射；以及可切換雙折射層，該可切換雙折射層從所述透鏡層接收光線并對這些光線提供可變化量的偏振扭曲，以為所述雙折射透鏡層選擇操作模式，其中，雙折射補(bǔ)償層放置在所述雙折射透鏡層和所述可切換雙折射層之間，所述雙折射補(bǔ)償層提供和所述旋轉(zhuǎn)器層的偏振變化相比，變化量基本上相等而方向相反的偏振變化。
所增加的雙折射補(bǔ)償層提供和所述旋轉(zhuǎn)器層相比方向相反的扭曲，并且已表明，其對由所述旋轉(zhuǎn)器引入的任何橢圓率進(jìn)行補(bǔ)償，使得這兩層結(jié)合在一起為所述顯示器提供了實(shí)質(zhì)上改進(jìn)的對比度。
可以通過使所述雙折射補(bǔ)償層的延遲值基本上等于所述旋轉(zhuǎn)器層的延遲值實(shí)現(xiàn)該效果。
優(yōu)選地，所述雙折射補(bǔ)償層的偏振扭曲量與所述旋轉(zhuǎn)器層的偏振扭曲量基本上相等，而方向相反。
優(yōu)選地，所述雙折射補(bǔ)償層的后光軸垂直于所述旋轉(zhuǎn)器層的前光軸。
在優(yōu)選實(shí)施例中，可切換雙折射層的延遲值也基本上等于LC層的延遲值。這也提供改進(jìn)的對比度效果。
可切換雙折射層的偏振扭曲量也可以和LC層的偏振扭曲量基本上相等，而方向相反。
可切換雙折射層的后光軸也可以垂直于LC層的前光軸。
在一個(gè)實(shí)施例中，可切換雙折射層可具有多個(gè)分別可控制的子區(qū)域。這樣可以支持混合顯示模式，其中顯示器的一部分為2D模式，另一部分為3D模式。
所述顯示裝置可用作可切換2D-3D顯示器。那么，主方向在用戶看來近似垂直。
本發(fā)明的這些和其他發(fā)明將通過下文參考附圖進(jìn)行的描述而變得清楚易懂。


圖1示出了用于自動立體顯示的復(fù)合圖像的產(chǎn)生。
圖2示出了將該圖像的圖像信息投影到用戶的左眼和右眼的結(jié)構(gòu)。
圖3示出了雙折射透鏡的工作原理。
圖4簡要示出了根據(jù)在先技術(shù)的可切換2D/3D顯示器。
圖5示出了圖4的顯示器的仿真對比度特性。
圖6簡要示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可切換2D/3D顯示器。
圖7示出了圖6的顯示器的仿真對比度特性。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2簡要示出了獲得自動立體圖像的概念。自動立體圖像意指不使用特殊眼鏡，用戶看起來就是三維的圖像。
參考圖1，第一圖像1希望顯示給用戶的左眼，第二圖像2期望顯示給用戶的右眼。這些圖像可以通過例如用兩個(gè)偏移攝像機(jī)向人眼那樣地對物體拍照。當(dāng)然，也可以用其他多種方法獲得這種圖像。
通過順序交織第一和第二圖像1、2的豎條L1、L2等、R1、R2等(從左至右第二圖像的最左側(cè)的條，第一圖像的最左側(cè)的條，第二圖像的最左側(cè)第二條等)，可以從第一和第二圖像1、2獲得復(fù)合圖像3。復(fù)合圖像可以使用液晶顯示器(LCD)顯示。
圖2示出了向用戶的眼睛6、7投影由液晶顯示屏4顯示的這種復(fù)合圖像的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括透鏡層5，該透鏡層5包括多個(gè)并排的圓柱平凸鏡。每個(gè)透鏡覆蓋顯示的復(fù)合圖像的兩條R、L，并且將來自條R的光投影到用戶的右眼6并將來自條L的光投影到用戶的左眼7。這和所謂的“3維明信片”中使用的概念很像，其中復(fù)合圖像印刷在紙上，透鏡層包括模制的塑料薄片。
圖3以截面概要示出了本發(fā)明的實(shí)施例中可以使用的雙折射透鏡10的工作原理。透鏡10包括第一和第二透明材料11、12。第一材料11是各向同性的，這意味著無論通過該材料的光的偏振方向如何，其折射率n1是相同的。相反，第二材料12是雙折射的，對于紙平面內(nèi)的第一偏振方向13的光，該材料具有第一折射率n2，對于和紙平面垂直的第二偏振方向14，該材料具有第一折射率n3?；蛘?，第一材料11是雙折射的，第二材料12是各向同性的。第一和第二材料11、12之間的界面15是彎曲表面，這樣第一材料11自身包括圓柱平凸鏡。
假定n1＝n2且n1＞n3，具有偏振方向13的通過該透鏡的偏振光線16在通過界面15之前和之后經(jīng)歷相同的折射率，因此不會被折射。然而，如圖3所示，具有偏振方向14的偏振光線17會被折射，因?yàn)榻缑?5之前和之后的折射率不同。因此，通過改變光的偏振方向，可以選擇透鏡10是起作用的還是不起作用的?；蛘撸哥R可以構(gòu)建成n1＝n2且n1＜n3。
圖4簡要示出根據(jù)在先技術(shù)的2D/3D顯示器。顯示器包括下面幾層。后起偏振器20，其將來自背光結(jié)構(gòu)(未示出)的光偏振成45°的方位角。該光由具有多個(gè)象素的扭曲向列型TFT(薄膜晶體管)LC(液晶)層21調(diào)制，該液晶層可以對通過其中的光施加90°的偏振扭曲。
來自TFT-LC層21的光通過透鏡層22，透鏡層22根據(jù)前面結(jié)合圖3討論的原理工作，包括大量的方位方向?yàn)?0°的圓柱透鏡，即，在用戶看來是垂直的。透鏡層22后面是可切換的雙折射層23，該雙折射層23可以在將入射光偏振90°和0°之間切換。該層可以設(shè)計(jì)為扭曲向列層，即，具有第一和第二透明電極，每個(gè)電極覆蓋大部分的層表面。扭曲的量隨著施加在電極之間的變化的控制電壓Vc而改變。
實(shí)質(zhì)上，透鏡層22為一個(gè)偏振方向提供和圖2中的透鏡層5相似的透鏡功能，而不為另外的方向提供此功能?？汕袚Q雙折射層23可以將顯示器從正常發(fā)光(+90°扭曲)切換到正常黑色模式(blackmode)(0°)。這樣，在2D模式，可切換雙折射層23可以例如提供90°扭曲，因而使前起偏振器(分析儀)24阻擋由透鏡層22折射的光。在3D模式，可切換雙折射層23可以提供0°扭曲，因而使得由透鏡層22折射的光被起偏振器24阻擋。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以提供這樣的具有兩個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的可控制子區(qū)域(每個(gè)由施加在單獨(dú)的電極間的單獨(dú)電壓控制)的可切換雙折射層23。這允許使用混合模式，其中顯示器的一部分，例如上半部分作為2D顯示器，而其他部分，例如下部分，同時(shí)作為3D顯示器。
請注意，TFT LC層應(yīng)該接收和2D模式相比處于3D模式的反轉(zhuǎn)信號，因?yàn)樵谶@些模式之一，顯示器是正常的黑色，而在另一個(gè)模式，其是正常發(fā)光的。哪個(gè)模式是正常發(fā)光的以及哪個(gè)是正常黑色的取決于透鏡層22的雙折射材料的方向。
如果在可切換雙折射層23使用混合模式，這當(dāng)然也用于TFT LC層。
透鏡層22的透鏡位于垂直方向，因此，在黑色和白色象素的情況下，到達(dá)透鏡層中各向同性和各向異性材料之間的界面的光應(yīng)該在方位方向0°或者90°偏振。對于灰度級，不同的偏振狀態(tài)是可能的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)可用的TFT LC層21位于45°或者135°，在TFT LC層21和透鏡層22之間提供旋轉(zhuǎn)器層25。
然而，引入該旋轉(zhuǎn)器層25在正常黑色模式和正常發(fā)光模式都造成下降的對比度。
這一現(xiàn)象的原因是，如旋轉(zhuǎn)器的扭曲的雙折射結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波在可見光譜上不能是完全理想的。根據(jù)Gooch-Tarry最大值獲得良好的旋轉(zhuǎn)器 其中，N＝1，2，3，4…，λ是波長，Δn是雙折射，d是雙折射材料厚度，是扭曲角。顯而易見的是，該條件只有在一個(gè)波長的情況下才能滿足。通常選擇λ＝550nm，dΔn/λ的值越小，對其他可見波長，越好地滿足該條件，黑色和發(fā)光狀態(tài)對波長的依賴越小。
因而，在圖4所示結(jié)構(gòu)的仿真中，為旋轉(zhuǎn)器層25選擇N＝1(45°扭曲)，為TFT LC層21和可切換雙折射層23選擇N＝2(都為90°扭曲)。
對于正常發(fā)光模式(模式1)和正常黑色模式(模式2)，在發(fā)光和黑色狀態(tài)所得的透射(乘以眼睛的敏感度函數(shù))如圖5所示。
正常發(fā)光模式的對比度很好，約為CR＝1000，但是正常黑色模式的對比度只有CR＝50。如前所述，哪個(gè)模式用于2D哪個(gè)模式用于3D可以任意選擇。
圖6簡要示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的2D/3D顯示器。將圖4的顯示設(shè)備修改成包括雙折射補(bǔ)償層26。此外，和圖4的旋轉(zhuǎn)器25相比，旋轉(zhuǎn)器層25’將透射光的偏振在相反方向扭曲，盡管該變化不是必需的?？汕袚Q雙折射層23’和前起偏振器24’的偏振方向也可以相應(yīng)改變。雙折射補(bǔ)償層26可以對由旋轉(zhuǎn)器層25所引起的任何不理想偏振扭曲進(jìn)行補(bǔ)償。這意味著對于偏振由于旋轉(zhuǎn)器層25’的不完美旋轉(zhuǎn)而變成橢圓行的任何波長，該橢圓特性被補(bǔ)償層去除，這是因?yàn)檎w而言，對于兩層25’、26的等效雙折射效果是零。就是說，在圖6的實(shí)施例中，由于總折射是0°，兩層的延遲值dΔn相同，雙折射補(bǔ)償層26的后光軸垂直于旋轉(zhuǎn)層25的前光軸(如圖6所示，分別為水平和垂直的)。
這可用通過忽略透鏡自身而降旋轉(zhuǎn)層25、26分成細(xì)段實(shí)現(xiàn)。然后，可以去除雙折射補(bǔ)償層26和旋轉(zhuǎn)器層26的光學(xué)上鄰近的薄單軸段，因?yàn)樗鼈兊男Ч嗷サ窒?。可以這樣做，直到補(bǔ)償層26和旋轉(zhuǎn)器層25被完全去除。
總體的發(fā)明構(gòu)思可以表述為提供雙折射補(bǔ)償層26，其具有和所述旋轉(zhuǎn)器層25的偏振變化相比，變化量基本上相等而方向相反的偏振變化，并且優(yōu)選地具有近似相同的波長依賴性。
這在很大程度上可以通過使雙折射補(bǔ)償層26的延遲值(dΔn)基本上等于旋轉(zhuǎn)器層25的延遲值實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，還使雙折射補(bǔ)償層26的偏振扭曲與旋轉(zhuǎn)器層25的偏振扭曲在量上基本相等，而方向相反。
優(yōu)選地，還使雙折射補(bǔ)償層26的后光軸垂直于旋轉(zhuǎn)器層25的前光軸而設(shè)置。
這三種措施的每一個(gè)都提供實(shí)質(zhì)上改進(jìn)的對比度，但是優(yōu)選地，三種措施都采用。
在優(yōu)選實(shí)施例中，相同的總體概念可用于包括LC層21和可切換雙折射層23’的一對層。
因此，優(yōu)選地，可切換雙折射層23’的延遲值可以基本上等于LC層21的延遲值。此外，可切換雙折射層23’的偏振扭曲量可以基本上等于LC層21的偏振扭曲量，而偏振扭曲方向相反。最后，可切換雙折射層23’的后(朝向背光結(jié)構(gòu))光軸可以垂直于LC層21的前(朝向用戶)光軸。
在圖6的實(shí)施例中，優(yōu)選地，為旋轉(zhuǎn)器層25選擇N＝1(對于λ＝550nm)(＝45°)，為TFT LC層21和可切換雙折射層23’選擇N＝2(＝90°)。這樣，根據(jù)Gooch-Tarry最大值，為每一層確定d(層厚度)和Δn(LC材料的雙折射)之間的關(guān)系。
圖7示出了圖6的顯示器的仿真對比度特性。如圖7所示，現(xiàn)在對比度非常好，而且在兩種模式對比度相同(圖形重合)。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，其可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
例如，即便參照可切換2D-3D顯示器描述了本發(fā)明，其中不同的內(nèi)容可以分別顯示在用戶的左眼和右眼上，該顯示器同樣可用作通常的可切換雙視點(diǎn)/單視點(diǎn)顯示器。那么，不是向用戶的左眼和右眼顯示第一和第二圖像，而是在第一和第二用戶的方向顯示第一和第二圖像。然后，例如，汽車駕駛員在觀看顯示器時(shí)，可以看到行駛相關(guān)的信息，例如導(dǎo)航信息，而乘客在觀看同一顯示器時(shí)，可以看電影。
總而言之，本發(fā)明涉及具有沿主方向延伸的圓柱透鏡的雙折射透鏡系統(tǒng)的顯示器。由LC層調(diào)制的光的偏振被旋轉(zhuǎn)器層扭曲，以和主方向垂直或平行。使用雙折射補(bǔ)償層來去除任何由旋轉(zhuǎn)器層造成的橢圓性。在顯示設(shè)備用作例如可切換2D/3D顯示器時(shí)，這提供了改進(jìn)的對比度。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，包括-可控制LC層(21)，-雙折射透鏡層(22)，該雙折射透鏡層(22)包括在主方向延伸的多個(gè)柱面透鏡，和旋轉(zhuǎn)器層(25’)，該旋轉(zhuǎn)器層(25’)提供偏振扭曲，用于旋轉(zhuǎn)從所述LC層(21)接收的光線的偏振方向，使得所述偏振方向和所述主方向平行或者垂直，所述透鏡層(22)根據(jù)所述光線的偏振方向而對其進(jìn)行不同的折射，以及-可切換雙折射層(23’)，該可切換雙折射層(23’)從所述透鏡層(22)接收光線并對這些光線提供可變化量的偏振扭曲，以為所述雙折射透鏡層(22)選擇操作模式，其中，雙折射補(bǔ)償層(26)放置在所述雙折射透鏡層(22)和所述可切換雙折射層(23’)之間，所述雙折射補(bǔ)償層(26)提供的偏振變化和所述旋轉(zhuǎn)器層(25’)的偏振變化相比，變化量基本上相等而方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中所述雙折射補(bǔ)償層(26)的延遲值基本上等于所述旋轉(zhuǎn)器層(25’)的延遲值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯示裝置，其中所述雙折射補(bǔ)償層(26)的所述偏振扭曲的扭曲量基本上等于所述旋轉(zhuǎn)器層(25’)的偏振扭曲的扭曲量，但是方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的顯示裝置，其中所述雙折射補(bǔ)償層(26)的后光軸垂直于所述旋轉(zhuǎn)器層(25’)的前光軸。
5.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯示裝置，其中所述可切換雙折射層(23’)的延遲值基本上等于所述LC層(21)的延遲值。
6.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯示裝置，其中所述可切換雙折射層(23’)的偏振扭曲的扭曲量基本上等于所述LC層(21)的偏振扭曲的扭曲量，但是方向相反。
7.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯示裝置，其中所述可切換雙折射層(23’)的后光軸垂直于所述LC層(21)的前光軸。
8.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯示裝置，其中所述可切換雙折射層(23’)具有多個(gè)分別可控制的子區(qū)域。
9.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯示裝置，其中所述顯示裝置是可切換2D-3D顯示器，所述主方向在用戶看來近似垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有沿主方向延伸的圓柱透鏡的雙折射透鏡系統(tǒng)的顯示器。由LC層調(diào)制的光的偏振被旋轉(zhuǎn)器層(25’)扭曲，以和主方向垂直或平行。使用雙折射補(bǔ)償層(26)來去除任何由旋轉(zhuǎn)器層(25’)造成的橢圓性。在顯示設(shè)備用作例如可切換2D/3D顯示器時(shí)，這提供了改進(jìn)的對比度。
文檔編號H04N13/00GK101065702SQ200580040177
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者S·J·羅森達(dá)爾, C·范貝克爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司