多视图显示装置的制作方法
专利名称：多视图显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如自动立体或双视图显示器的多视图显示器，该多视图显示器使用调节器用于调节来自显示面板的光束的方向。
背景技术：
US2007/0008617公开了一种2D/3D可切换自动立体显示装置，其中可切换柱镜装置具有两个透镜片，第一和第二电光介质位于这些片之间，半波片位于透镜片之间。
发明内容
根据本发明，提供了一种如独立权利要求中定义的多视图显示装置。从属权利要求提供有利实施例。在这种装置中，调节器配置成能够调节由光源生成的光束(“光束”或“束”)的方向。通常，调节器布置成拦截光束(当光源接通时)。在各状态的至少其一中，调节器对于至少部分的由该调节器布置到的光源生成的光是至少部分透射的。优选地，在接通和切断状态二者中，调节器对于至少部分的由该调节器布置到的光源生成的光是至少部分透射的。短语“用于调节光束的方向”特别是指当调节器接通时，光束调节光束。在一实施例中， 当调节器被切断时，光束可以通过调节器而基本上不改变。短语“具有切断状态和接通状态”是指调节器配置成具有至少两种状态，这些状态在此处进一步详细说明。在切断状态中，光束可以通过调节器而基本上不受调节器影响。 在接通状态中，束至少部分地被调节器操纵。注意，术语“接通状态”可以指多个接通状态。 取决于应用到双折射材料的条件(诸如电压)，可以获得不同接通状态，并且因而获得对光束的不同操纵。以此方式，用户可以依据用户期望来操纵束。另外在此处，“接通状态”被用于调节器在接通时至少可以提供的特定状态。因而，切断状态和具体定义的接通状态之间的中间状态也可以是可选择的以用于调节器。术语“层的堆叠”是指基本上相邻的层(另外也见下文)。这不排除两个相邻层之间的界面可具有一个或多个曲线或一个或多个角度。特别地，固体双折射材料层和可切换双折射材料之间的界面可以包含一种或多种微结构，诸如棱镜结构。界面优选地是非平面的。第一和第二材料层的外表面然而优选地布置成基本上平行。这些表面优选地是平面的，而在与可切换双折射材料的界面的层(因而)优选地是基本上非平面的并且包含一种或多种微结构。第一界面和第二界面优选地具有多个透镜或棱镜的形状。透镜可以直接相邻，但是透镜或棱镜之间也可以存在非零距离。优选地，透镜或棱镜的形状为基本上彼此的镜像。因此，优选地在实施例中，第一界面和第二界面具有多个ID透镜的形状。透镜装置被用于定义诸如自动立体或双视图显示装置的多视图显示装置的可切换柱镜成像装置。对于自动立体显示器，优选地使用透镜阵列，因为这使能实现多于3个视图。
多视图显示装置可以是自动立体显示装置。这种装置能够为至少一个观看者提供三维(3D)图像。这种情况下在接通状态中，多视图模式为3D模式，而在切断状态中单视图模式可以是2D模式。可替换地，多视图显示装置可以是双视图显示装置。这种情况下在接通状态中，多视图模式用于提供至少两个不同2D图像给至少两个观看者。因而例如双视图显示器可以在三视图显示器生效，该三视图显示器能够提供三个不同2D图像给三个观看者。单视图模式可以用于提供单个二维图像。术语图像包含任意类型的静止图像、静态图像或视频显示。这种可切换柱镜透镜装置适合于与生成光束的OLED显示面板一起使用。这具有非偏振光输出，但是调节器设计不要求偏振光输入。它可以工作，OLED显示面板的光不丢失或者不必被抛弃。通常提供非偏振光的显示面板可以被使用而没有效果的损失。第一和第二固体材料层优选地包含双折射的固体材料。术语“固体双折射材料”涉及一种双折射材料，其光轴配向不像可切换双折射材料那样是可变的。双折射或者双重折射是指一个光线在经过某种类型材料时取决于光的偏振而分解为两个光线(寻常光线和非寻常光线)。只有当材料的结构是各向异性(具有方向依存性)时，这种效应才会出现。 如果材料具有单个各向异性轴或光轴(即它是单轴的)，通过将通常称为寻常折射率和非寻常折射率的两个不同折射率分配给材料而可以使双折射形式化(formalize)。术语光轴在本领域中是已知的，并且是指单轴介质中某一位置处的方向，使得经过该位置的所有寻常光线具有垂直于该光轴的偏振。经常，在液晶的情形中，光轴接近分子的方向。另外参考 Hecht (Optics，第四版，E. Hecht, Addison-Wesley)。用于第一和第二材料层的合适材料的实例例如是基于包含在光聚合体系中的 LC (液晶)，诸如来自Merck的RMM3k或RMM257 LC0这种体系例如描述于W02004059565 并且对于本领域技术人员是已知的。对于每个界面在“切断状态”中，在该界面两侧的介质会形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向的非偏振光，该折射率在该界面的两侧基本上相同(切断状态)。在两个界面的每一个处的可切换(双折射)介质可以被切换到称为“接通状态”的状态，其中对于第一界面，在该界面两侧的介质会形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向并且具有在第二方向(该第二方向配向到或垂直于第一方向)的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上相同，并且形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向并且具有在与第二方向垂直的方向的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上不同；并且其中对于第二界面，在该界面两侧的介质形成一折射率，对于被配向到该堆叠的法向并且具有在第三方向(该第三方向配向到或垂直于第一方向)的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上相同，并且形成一折射率，对于被配向到该堆叠的法向并且具有在与第三方向垂直的方向的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上不同。该堆叠包含第一固体材料层、可切换双折射材料的层以及第二固体材料层的堆叠。第一光轴和第二光轴优选地是垂直的。这种调节器基本上由三个层组成，其中第一和第二固体材料层夹置可切换双折射材料。可切换双折射包含扭转向列液晶或手征向列液晶材料。另外，第一光轴和第二光轴可以在堆叠的平面内取向。这种装置提供简单构造并且仅仅需要一组电极用于切换。单个可切换层的使用使能实现薄的构造，这意味着不同的偏振体验到由于折射发生的深度不同造成的减小的路径差异。在切断状态中，在第一界面的可切换双折射材料的光轴垂直于在第二界面的同一可切换材料的光轴。通过例如使用扭转向列液晶，基本上90°的扭转可以被强加到材料层上方的可切换材料的光轴。在接通状态中，可切换双折射材料层中的双折射材料的光轴(或多个光轴)改变到一种状态，在该状态中，光轴垂直于第一固体材料层的光轴和第二材料层的光轴这二者。 在接通状态中，可切换材料中的光轴基本上全部配向。此实施例的优点在于，仅仅利用三个层可以获得比较简单的调节器。如本领域中所已知，对于液晶的配向，可以使用标准聚酰亚胺层，该聚酰亚胺层被摩擦以使得LC取向接近表面。可以使用电场用于强加LC的第二取向。为了生成电场，可以应用(透明铟锡氧化物(ITO)电极。因此，术语“层的堆叠”是指基本上相邻层，其中在两个基本上相邻层之间也存在ITO层和/或聚酰亚胺层。此处，参考对于调节器是关键的三个或更多个层来具体描述该调节器，即第一固体材料层、第二固体材料层和一个或多个可切换双折射材料层。除非另外指出，并且在适用以及技术上可行情况下，短语“选自由多个元件组成的群组”也可以指两个或更多个所列举元件的组合。比如“下方”、“上方”、“顶部”和“底部” 的术语是指在下述情形中将获得的项目的位置或布置照明系统布置成基本上平整到一基本上水平表面，特别是在该基本上水平表面的下方，该照明系统底面基本上平行于该基本上水平表面并且背向天花板进入房间。然而，这不排除以其它布置使用该照明系统，诸如倚着壁或者以其它(例如竖直)布置。
现在将参考所附示意性图示仅仅通过实例的方式来描述本发明各实施例，图中相应的参考符号表示相应的部件，并且在图中
图1示意性地描述本发明的一些原理；
图示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的实施例一此实施例被用于本发明的显示器；
图3a_;3b示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的另一实施例； 图4a_4b示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的又一实施例； 图示意性地描述微结构化界面的实施例； 图6a_6c示意性地描述包括调节器的光学装置的实施例； 图7被用于解释可切换透镜装置可以如何用于提供可切换2D/3D显示； 图8示出在2D模式中的自动立体显示器中使用的光学装置的第一实例； 图9示出在3D模式中的图8的光学装置；
图10示出用于在2D模式中的自动立体显示器的本发明的光学装置的第一实例； 图11示出在3D模式中的图10的光学装置；
图12示出用于在2D模式中的自动立体显示器的本发明的光学装置的第二实例；以及图13示出在3D模式中的图12的光学装置。
具体实施例方式在描述本发明之前，首先将描述申请人发展(但未公布)的光学调节器的一些设计和使用。图1示意性地描述用于调节光束5的方向的调节器1。调节器1包含层的堆叠 10。堆叠10包含具有第一光轴(未示出，见图的第一固体材料层100、具有第二光轴(未示出，见图加-仙)的第二固体材料层200以及可切换双折射材料30。可切换双折射材料可以布置在单个层中或布置在分开的各层中(见下文)。为了理解起见，聚酰亚胺层和诸如ITO层的电极层未在图中画出。这些特征为本领域技术人员所已知。术语“相邻”在此处因而在一些实施例中可以表示例如聚酰亚胺层和/或(透明)ITO层存在于至少部分的相邻项目之间。该堆叠还包含第一固体材料层100和双折射材料30之间的第一界面130以及第二固体材料层200和双折射材料30之间的第二界面230。第一材料层100和第二材料层200的材料以及可切换双折射材料被选择和配置为使得(a)在切断状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有平行于第一光轴的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有平行于第二光轴的光轴；以及(2) 在接通状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有垂直于第一光轴的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有垂直于第二光轴的光轴。第一和第二固体材料层100、200优选地包含双折射的固体材料。可切换双折射材料优选地为液晶，诸如扭转向列液晶或手征向列液晶。特别地，界面130、230可以包含一种或多种微结构(见下文)。然而，第一和第二材料层的外表面优选地布置成基本上平行。这些表面优选地为平面的，而在与可切换双折射材料的界面130、230的层(因而)优选地是基本上非平面的并且包含一种或多种微结构 (见下文)。在图(分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的特定实施例中，堆叠10包含第一固体材料层100、可切换双折射材料30的层300以及第二固体材料层200的堆叠。 用附图标记111表示的第一光轴以及用附图标记211表示的第二光轴被选择为垂直的。这种调节器1基本上由三个层组成，其中第一和第二固体材料层夹置可切换双折射材料。特别地，在这种实施例中，可切换双折射材料30比如包含扭转向列液晶材料，诸如来自Merck 的 TL213。本发明涉及在可切换自动立体显示装置中使用这种类型的调节器，如下文所进一步解释。在切断状态中，在相应界面130和230的可切换双折射材料的光轴(或这里的多个光轴，因为特别是手征向列材料被应用作为可切换双折射材料)用附图标记311表示，该光轴与(在相应界面的另一侧的固体材料的)光轴111和211平行地配向。因此，在界面 130、230，光轴分别在所述界面的两侧是平行配向。双折射材料层的光轴可以旋转90°以获得相对于第一和第二固体材料100、200的第一和第二光轴111、211的所述光轴的期望配置。在此实施例中可切换双折射层的层厚度可以在约40-100 μ m的范围，诸如为约 50μπι，其中双折射材料可以包含扭转向列LC。这种厚度可以足以形成90°旋转。
当调节器1接通时，可切换双折射材料30的光轴的配向改变，并且分别垂直于第一和第二材料层的光轴配向。此处，穿过基本上整个材料的双折射材料的光轴311垂直于第一和第二材料层的光轴111、211配向。在图3a_3b (分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的另外特定实施例中，堆叠 10包含下述的堆叠10
可切换双折射材料30的第一层301 ； 第一固体材料层100 ； 可切换材料30的第二层302 ；以及第二固体材料层200。可切换双折射材料30的第一层301与第一固体材料层100形成第一界面130。可切换材料30的第二层302与第二固体材料层200形成第二界面230。实际上，此堆叠10包含2个单元，即第一层301和第一固体材料100，以及第二层302和第二固体材料200。这两个单元可以布置成相邻，即第一材料100和第二层302形成另外界面400。此另外界面 400优选地是平面的。在可切换双折射材料30的相应第一和第二层301、302中的光轴分别用附图标记311(1)和311 (2)表示。此处，在此实施例中第一光轴111和第二光轴211是垂直的。第一层301的光轴 311(1)(基本上在可切换双折射材料30的第一层301的材料各处)与第一光轴111平行。 第二层302的光轴311( (基本上在可切换双折射材料30的第二层302的材料各处)与第二光轴211平行。在切断状态中，在相应界面130和230的光轴311(1)和311(2)因而分别与第一固体材料层100和第二固体材料层200的光轴111和211平行地配向。当调节器1接通时，可切换双折射材料30的光轴的配向改变，并且分别与第一和第二材料层二者的光轴垂直以及彼此垂直地配向。参考图北，可切换双折射材料30的第一层301的光轴311(1)垂直于第一固体材料层100的光轴111并且垂直于可切换双折射材料30的第二层302的光轴311( 。可切换双折射材料30的第二层302的光轴311( 垂直于第二固体材料层200 的光轴211并且垂直于可切换双折射材料30的第一层301的光轴311 (1)。在图4a_4b (分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的又一特定实施例中，堆叠 10包含下述的堆叠
第一固体材料层100 ；
可切换双折射材料30的第一层301 ；
包括诸如扭转向列单元的偏振旋转器的中间层500 ；
可切换材料30的第二层302 ；以及
第二固体材料层200。可切换双折射材料30的第一层301与第一固体材料层100形成第一界面130。可切换材料30的第二层302与第二固体材料层200形成第二界面230。此处同样提供了两个单元，这些单元均包含可切换双折射材料和(双折射)固体材料层。单独单元(分别为100/301和200/302)中的光轴(111/311(1)和211/311 )) 平行地配向。另外，在切断状态中，所有光轴可以平行地配向。偏振旋转器500布置在两个单元之间。所述单元可以夹置偏振旋转器500。在特定实施例中，可切换双折射材料30的第一层301与偏振旋转器500形成界面501。在另外特定实施例中，可切换双折射材料30的第二层302与偏振旋转器500形成界面502。在接通状态中，对于第一层301和第二层302 二者，可切换双折射材料30的光轴的方向改变。光轴311(1)和311(2)调换到分别相对于固体材料层100、200的光轴111、 211的垂直状态。另外，它们调换到它们互相平行的状态。另外，它们可以调换到它们基本上垂直于外表面(即基本上平行于堆叠1的法向)的状态。图5a4b非限制地描述在界面130和230上的微结构的一些实施例。这些微结构在图fe中为透镜形状，并且在图恥中为锯齿形状。注意，微结构优选地是一维的。因此， 图5a/^b可以示意性地描述堆叠10的实施例的截面。在一些实施例(例如见图1-3)中，在接通状态中通过第一界面的束的偏转部分的折射率变化的符号与通过第二界面的束的偏转部分的折射率变化相反。当要求在每个界面的相同动作时(例如，重定向在某一方向或者聚焦)，则对于小的折射率差异，微结构的形状可以基本上是镜像。然而可以引入小的差异用以获得最佳效果。对于图的实施例， 界面优选地不包含微结构。图6a_6b示意性地描述包括调节器1的光学装置600的实施例。光学装置600包含光源601，其配置成生成光束5。光学装置600还包含调节器1， 其用于调节光束5的方向。光学装置600可以布置成生成单个光束，但是也可以配置成生成多个光束5。此处，通过实例的方式，图6a的光学装置600包含显示装置，该显示装置包括多个像素602作为光源601。如下文所进一步解释，本发明特别地涉及在自动立体显示装置中使用光学调节器。调节器1配置成调节多个光束5的方向。多个像素602生成多个光束5，所述多个光束可以被调节器1操纵。在特定实施例中，光学装置600可以可选地包含多个调节器1。在另一实施例中，光学装置600为照明装置，见图6b。这种照明装置可以是灯， 特别是基本上点源灯，诸如聚光灯。因此，在实施例中，光学装置600包含聚光灯作为光源 601。特别地，光源601配置成生成具有张角(2*θ)的光束5，该张角选自2-20°，诸如优选地2-10°的范围。当调节器1接通时，在调节器1下游的经调节的束(或经调节的光束) 用附图标记5’表示。图6c示意性地描述光学装置600的实施例，其中该装置布置成检测光。光学装置 600包含诸如CCD阵列的光学传感器651以及如此处所述的调节器1。调节器可以用于将光束5重定向在光学传感器的方向上。例如，以此方式可以扫描或扫过各区域。上述的调节器用于调节光束5的方向。调节器1具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠10。堆叠10包含具有第一光轴111的第一固体材料层100、具有第二光轴211 的第二固体材料层200以及可切换双折射材料30。另外，该堆叠包括第一固体材料层100 和双折射材料30之间的第一界面130以及第二固体材料层200和双折射材料30之间的第二界面230。在切断状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有平行于第一光轴 111的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有平行于第二光轴211的光轴。 在接通状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有垂直于第一光轴111的光轴， 并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有垂直于第二光轴211的光轴。此装置可以用于重定向光束，例如用于聚光灯、显示装置或光学传感器。已经在上文中结合用于重定向诸如聚光灯或车辆头灯的光束的装置描述了调节器的使用。本发明特别涉及应用到自动立体显示装置的这种类型的调节器的使用。自动立体显示器可以分为两组，一组需要眼镜并且一组不需要。对于后一组，显示器发出依赖于角度的图像。进行设计使得左眼和右眼接收不同图像并且3D印象被获得。依赖于角度的图像可以从这样的IXD-TV获得，该IXD-TV具有特殊背光或者具有附着到显示器前部的柱镜。柱镜包含圆柱形透镜的阵列，并且将LC像素平面投影到无穷远。在这样的情况下，透镜将位置中的差异转变为角度中的差异。这意味着从某一角度只能看到像素的选集。用于更多角度的更多不同视图造成更好的3D印象。然而，除了给出3D 印象之外，更多视图也自动地减小被看到的分辨率，因为所有可用像素已经在各视图之间划分更多视图意味着每个视图的像素更少。这造成分辨率和视图数目之间的权衡。就固体材料(不可切换的)柱镜阵列的设计而言，构建自动立体显示装置的一种方式的详细说明描述于例如美国专利6064424，其内容通过引用结合于此。可以使用其它设计自动立体显示器的方式。分辨率损失对于示出3D内容而言是可以接受的，但是对于显示2D内容(其中所有视图相同)，它经常是不可接受的。为了克服这个问题，若干所谓的2D/3D可切换显示器已经被提出。这些具有固定的柱镜结构，该柱镜结构用双折射液晶填满。通过切换液晶，柱镜可以被接通和切断。这种装置的设计和工作的更详细说明在例如美国专利6069650中被发现，其内容通过引用结合于此。特别地，关于2D或3D模式，用于提供柱镜的透镜功能或透明功能的方式被详细描述。该专利中描述的可切换原理会要求来自显示器的光被偏振， 例如对于常规LCD面板被用作显示面板的情形。已知这种LCD面板通常提供偏振光。OLED显示器的输出基本上没有偏振。为了应用标准可切换柱镜，在该系统中需要偏振器用于移除具有错误偏振的光。这将使光输出减小50%，引起亮度损失或者功率效率损失。图7示出可切换柱镜可以如何控制光路径。左图示出无透镜动作，而右图示出透镜动作。LC的取向在两个图中是不同的。由于光被偏振，在左图中它将遇到与复制物 (replica)匹配的寻常折射率。由于这种匹配，不存在透镜动作。在右图中，光将遇到非寻常折射率，该非寻常折射率与复制物不匹配，从而形成透镜动作。这种系统的问题在于它只能用于光的一个偏振，使得它不适合于非偏振OLED显不器。上述的光调节器可以用于提供可切换透镜功能。界面130、230成为柱镜透镜表图8和9示出适合于非偏振显示输出(诸如OLED显示器)并且使用如上所述的光重定向构思的可切换柱镜装置的实施方式的第一实例。图8示出在2D模式中的系统。这对应于参考图加解释的配置，但是具有分开的可切换层30a、30b和两个固定的层100、200。在弯曲透镜表面处，材料的光学属性没有差异并且因此没有透镜动作。这将给出完美的2D图像。图9示出在3D模式中的系统。这对应于参考图2解释的配置，但是另外具有分开的可切换层30a、30b和两个固定的层100、200。中间的介质切换并且下层200折射偏振之一，而上层100切换另一偏振。结果是即使对于非偏振光输入，透镜动作可以被接通和切断。图10和11示出依据本发明的可切换柱镜装置的实施方式的第一实例，其适合于非偏振显示输出(诸如OLED显示器)并且使用上文解释的光光重定向构思。图10示出在2D模式中的系统。这甚至更接近地对应于参考图加解释的配置，其具有单个可切换层30和两个固定的层100、200。从制作角度来说，此实施方式更容易进行。 此外将存在更少的串扰。如上所述，单个可切换层30用液晶填充，其将偏振旋转90度。由于光学属性在界面是匹配的，将不出现透镜动作。这是2D模式。图11示出在3D模式中的系统。由于液晶在单元中不扭转，两个偏振都将折射。图10和11的设计存在两个潜在问题。第一个问题是在透镜装置中心该可切换LC 层的厚度控制不好。在一些情形中这会造成假像。第二个问题在于，在下方柱镜穿过某一透镜界面的光可以在偏移了一个或多个透镜的上方柱镜穿过另一透镜界面。这造成可能是恼人的串扰。这用箭头1100表示。为了解决此问题，柱镜可以置为彼此非常接近，使得透镜的侧面几乎彼此接触。图 12和13示出使用此构思的依据本发明的第二实例。具体而言，不可切换透镜之间的最小间距小于透镜的深度(参考图12，s<d)。优选地，最小间距s小于两个阵列的透镜的深度。 两个阵列的透镜典型地具有相同深度和节距(如所示)，但这不是关键的。间距的这种减小造成串扰减小。图12示出2D模式，并且图13示出3D模式。为了使这是可能的，在光学材料的可能组合上存在一些约束。双折射材料经常用 Δη=ηΕ-ηΟ来指定，其中ηΕ为非寻常折射率并且ηΟ为寻常折射率。对于图12和13的实施例，所使用的三种材料(两个固定的柱镜以及可切换的LC) 的寻常折射率和非寻常折射率应都相同。此外，对于所示的透镜形状，Δη还应是负的(例如从而提供朝向图13的左部中的法向的弯折)。可以通过组合配向层、适当定位的电极以及合适类型的LC(特别是Δ ε属性)实现液晶的切换。配向层可以例如迫使接近边界的LC自身与边界成一角度取向，其中此角度可以例如接近0或90度。为了提供沿着透镜界面的LC配向，例如可以使用面内切换电极。这些方法对于本领域技术人员都是公知的。在上述设计中层的布置可以互换。两个透镜装置示为具有相同透镜节距，但是这些可以不同。如果期望的话，两个固定的透镜装置也可以具有不同角度。固定的柱镜也可以垂直地(homeotopically)配向。在上述装置中，两个可切换柱镜分别作用在入射光的垂直偏振分量上。柱镜被可切换非各向同性介质隔开，并且柱镜本身是非各向同性的，具有相应光学折射率属性作为它们之间的介质。这意味着两个偏振都可以被使用，使得该系统是高效的。在图中，为了清楚起见而没有(全部)绘出不那么相关的特征，比如电缆等。在上述实施例中，调节器被用于以能够实现自动立体观看的方式形成多个视图。
10在一个实例中，这可以通过设计柱镜使得显示面板的单独像素被投影到不同视图来完成。 关于详细说明，参考此处前文提到的美国专利以及本发明的说明书。然而本发明的调节器同样非常适合用于提供双视图显示器，其中多个观看者可以观察到不同2D内容。例如车辆或飞机的驾驶员/飞行员以及副驾驶员/副飞行员可以分别被提供诸如电影或其它的交通数据和非交通数据。在例如国际申请PCT/IB03/03844中提供了这种显示器的详细描述，该国际申请的内容通过引用结合于此。该申请提供具有视差屏障或具有柱镜阵列的双视图显示器。无需重复该申请的内容，PCT/IB03/03844中涉及具有柱镜阵列的显示器的实施例的描述提供了就像素尺度和柱镜设计方面而言如何构建双视图显示器的实例。为了达成本发明的双视图显示器，PCT/IB03/03844的显示器的柱镜必须用本发明的调节器替换，其中将选择的调节器柱镜的尺度遵从PCT/IB03/03844的显示器的相关实施例的描述。另外，LCD显示装置可以诸如用提供基本上非偏振光的显示面板(例如OLED显示面板)替换。此处诸如在“基本上平坦”或“基本上由…组成”等中的术语“基本上”将为本领域技术人员所理解。在实施例中，形容用词基本上可以移除。在适用的情况下，术语“基本上” 也可以包含具有“完全地”、“彻底地”、“全部地”等的实施例。在适用的情况下，术语“基本上”也可以指90%或更高，诸如95%或更高，特别地99%或更高，包括100%。术语“包含”也包括其中术语“包含”是指“由…组成”的实施例。另外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等被用于在相似元件之间进行区分并且不一定用于描述先后或时间顺序。将理解，这样使用的术语在适当情形下是可互换的并且此处描述的本发明的实施例能够按此处描述或说明的顺序以外的顺序工作。此处例如是在操作期间描述该装置。本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作的方法或者在操作中的装置。应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应解读为限制权利要求。使用动词“包含“及其变型不排除存在权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤。术语“和/或”包括一个或多个关联的所列项目的任一和所有组合。元件前的冠词"一"或“一个“不排除存在多个这种元件。元件前的冠词“该 “不排除存在多个这种元件。本发明可以借助包含若干不同元件的硬件以及借助适当编程的计算机来实施。在列举若干装置的装置权利要求中，若干这些装置可以由一个且相同项目的硬件实施。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.一种多视图显示装置，其包括具有用于生成光束的像素的显示面板以及用于调节光束的方向的调节器(1)，其中调节器(1)具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠(10)， 其中该堆叠(10)包含具有第一光轴(111)的第一固体材料层(100)、具有第二光轴(211) 的第二固体材料层Ooo)以及可切换双折射扭转向列液晶材料(30)或手征向列液晶材料； 以及该第一固体材料层(100)和双折射材料(30)之间的第一界面(130)以及该第二固体材料层(200)和双折射材料(30)之间的第二界面030)，其中该第一界面(130)和该第二界面(230)分别定义用于调节光束(5)的方向的柱镜透镜或棱镜的阵列，其中在切断状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有平行于第一光轴 (111)的光轴，并且在第二界面O30)的双折射材料(30)配置成具有平行于第二光轴 (211)的光轴；以及在接通状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第一光轴 (111)的光轴，并且在第二界面O30)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第二光轴 (211)的光轴，以及其中在接通状态中，该多视图显示装置具有多视图模式，并且在切断状态中，该多视图显示装置具有单视图模式。
2.根据权利要求1所述的多视图显示装置，其中第一光轴(111)和第二光轴011)是垂直的并且其中第一光轴(111)和第二光轴(211)在该堆叠(10)的平面中取向。
3.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，包括显示面板，该显示面板生成具有非偏振光的光束。
4.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中该显示面板为有机发光二极管显示面板或发光二极管显示面板。
5.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中第一固体材料层和第二固体材料层之间的最小间距小于柱镜透镜阵列的柱镜透镜的深度。
6.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中该多视图显示装置为自动立体显示装置，并且该多视图模式为三维模式以及该单视图模式为二维模式。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的多视图显示装置，其中该多视图显示装置为双视图显示装置，并且该多视图模式为一种用于提供至少两个不同二维图像给至少两个观看者的多视图模式以及该单视图模式为用于提供单个二维图像。
全文摘要
本发明提供一种自动立体显示装置，其具有用于调节光束(5)的方向的调节器。调节器(1)具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠(10)。堆叠(10)包含具有第一光轴(111)的第一固体材料层(100)、具有第二光轴(211)的第二固体材料层(200)以及可切换双折射扭转向列液晶材料(30)或手征向列液晶材料。另外，该堆叠包括第一固体材料层(100)和双折射材料(30)之间的第一界面(130)以及第二固体材料层(200)和双折射材料(30)之间的第二界面(230)。在切断状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有平行于第一光轴(111)的光轴，并且在第二界面(230)的双折射材料(30)配置成具有平行于第二光轴(211)的光轴。在接通状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第一光轴(111)的光轴，并且在第二界面(230)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第二光轴(211)的光轴。
文档编号G02F1/29GK102597865SQ201080048666
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月30日
发明者F.皮尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
技术领域：
本发明涉及诸如自动立体或双视图显示器的多视图显示器，该多视图显示器使用调节器用于调节来自显示面板的光束的方向。
背景技术：
US2007/0008617公开了一种2D/3D可切换自动立体显示装置，其中可切换柱镜装置具有两个透镜片，第一和第二电光介质位于这些片之间，半波片位于透镜片之间。
发明内容
根据本发明，提供了一种如独立权利要求中定义的多视图显示装置。从属权利要求提供有利实施例。在这种装置中，调节器配置成能够调节由光源生成的光束(“光束”或“束”)的方向。通常，调节器布置成拦截光束(当光源接通时)。在各状态的至少其一中，调节器对于至少部分的由该调节器布置到的光源生成的光是至少部分透射的。优选地，在接通和切断状态二者中，调节器对于至少部分的由该调节器布置到的光源生成的光是至少部分透射的。短语“用于调节光束的方向”特别是指当调节器接通时，光束调节光束。在一实施例中， 当调节器被切断时，光束可以通过调节器而基本上不改变。短语“具有切断状态和接通状态”是指调节器配置成具有至少两种状态，这些状态在此处进一步详细说明。在切断状态中，光束可以通过调节器而基本上不受调节器影响。 在接通状态中，束至少部分地被调节器操纵。注意，术语“接通状态”可以指多个接通状态。 取决于应用到双折射材料的条件(诸如电压)，可以获得不同接通状态，并且因而获得对光束的不同操纵。以此方式，用户可以依据用户期望来操纵束。另外在此处，“接通状态”被用于调节器在接通时至少可以提供的特定状态。因而，切断状态和具体定义的接通状态之间的中间状态也可以是可选择的以用于调节器。术语“层的堆叠”是指基本上相邻的层(另外也见下文)。这不排除两个相邻层之间的界面可具有一个或多个曲线或一个或多个角度。特别地，固体双折射材料层和可切换双折射材料之间的界面可以包含一种或多种微结构，诸如棱镜结构。界面优选地是非平面的。第一和第二材料层的外表面然而优选地布置成基本上平行。这些表面优选地是平面的，而在与可切换双折射材料的界面的层(因而)优选地是基本上非平面的并且包含一种或多种微结构。第一界面和第二界面优选地具有多个透镜或棱镜的形状。透镜可以直接相邻，但是透镜或棱镜之间也可以存在非零距离。优选地，透镜或棱镜的形状为基本上彼此的镜像。因此，优选地在实施例中，第一界面和第二界面具有多个ID透镜的形状。透镜装置被用于定义诸如自动立体或双视图显示装置的多视图显示装置的可切换柱镜成像装置。对于自动立体显示器，优选地使用透镜阵列，因为这使能实现多于3个视图。
多视图显示装置可以是自动立体显示装置。这种装置能够为至少一个观看者提供三维(3D)图像。这种情况下在接通状态中，多视图模式为3D模式，而在切断状态中单视图模式可以是2D模式。可替换地，多视图显示装置可以是双视图显示装置。这种情况下在接通状态中，多视图模式用于提供至少两个不同2D图像给至少两个观看者。因而例如双视图显示器可以在三视图显示器生效，该三视图显示器能够提供三个不同2D图像给三个观看者。单视图模式可以用于提供单个二维图像。术语图像包含任意类型的静止图像、静态图像或视频显示。这种可切换柱镜透镜装置适合于与生成光束的OLED显示面板一起使用。这具有非偏振光输出，但是调节器设计不要求偏振光输入。它可以工作，OLED显示面板的光不丢失或者不必被抛弃。通常提供非偏振光的显示面板可以被使用而没有效果的损失。第一和第二固体材料层优选地包含双折射的固体材料。术语“固体双折射材料”涉及一种双折射材料，其光轴配向不像可切换双折射材料那样是可变的。双折射或者双重折射是指一个光线在经过某种类型材料时取决于光的偏振而分解为两个光线(寻常光线和非寻常光线)。只有当材料的结构是各向异性(具有方向依存性)时，这种效应才会出现。 如果材料具有单个各向异性轴或光轴(即它是单轴的)，通过将通常称为寻常折射率和非寻常折射率的两个不同折射率分配给材料而可以使双折射形式化(formalize)。术语光轴在本领域中是已知的，并且是指单轴介质中某一位置处的方向，使得经过该位置的所有寻常光线具有垂直于该光轴的偏振。经常，在液晶的情形中，光轴接近分子的方向。另外参考 Hecht (Optics，第四版，E. Hecht, Addison-Wesley)。用于第一和第二材料层的合适材料的实例例如是基于包含在光聚合体系中的 LC (液晶)，诸如来自Merck的RMM3k或RMM257 LC0这种体系例如描述于W02004059565 并且对于本领域技术人员是已知的。对于每个界面在“切断状态”中，在该界面两侧的介质会形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向的非偏振光，该折射率在该界面的两侧基本上相同(切断状态)。在两个界面的每一个处的可切换(双折射)介质可以被切换到称为“接通状态”的状态，其中对于第一界面，在该界面两侧的介质会形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向并且具有在第二方向(该第二方向配向到或垂直于第一方向)的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上相同，并且形成一折射率，其中对于被配向到该堆叠的法向并且具有在与第二方向垂直的方向的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上不同；并且其中对于第二界面，在该界面两侧的介质形成一折射率，对于被配向到该堆叠的法向并且具有在第三方向(该第三方向配向到或垂直于第一方向)的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上相同，并且形成一折射率，对于被配向到该堆叠的法向并且具有在与第三方向垂直的方向的偏振的光，该折射率在该界面的两侧基本上不同。该堆叠包含第一固体材料层、可切换双折射材料的层以及第二固体材料层的堆叠。第一光轴和第二光轴优选地是垂直的。这种调节器基本上由三个层组成，其中第一和第二固体材料层夹置可切换双折射材料。可切换双折射包含扭转向列液晶或手征向列液晶材料。另外，第一光轴和第二光轴可以在堆叠的平面内取向。这种装置提供简单构造并且仅仅需要一组电极用于切换。单个可切换层的使用使能实现薄的构造，这意味着不同的偏振体验到由于折射发生的深度不同造成的减小的路径差异。在切断状态中，在第一界面的可切换双折射材料的光轴垂直于在第二界面的同一可切换材料的光轴。通过例如使用扭转向列液晶，基本上90°的扭转可以被强加到材料层上方的可切换材料的光轴。在接通状态中，可切换双折射材料层中的双折射材料的光轴(或多个光轴)改变到一种状态，在该状态中，光轴垂直于第一固体材料层的光轴和第二材料层的光轴这二者。 在接通状态中，可切换材料中的光轴基本上全部配向。此实施例的优点在于，仅仅利用三个层可以获得比较简单的调节器。如本领域中所已知，对于液晶的配向，可以使用标准聚酰亚胺层，该聚酰亚胺层被摩擦以使得LC取向接近表面。可以使用电场用于强加LC的第二取向。为了生成电场，可以应用(透明铟锡氧化物(ITO)电极。因此，术语“层的堆叠”是指基本上相邻层，其中在两个基本上相邻层之间也存在ITO层和/或聚酰亚胺层。此处，参考对于调节器是关键的三个或更多个层来具体描述该调节器，即第一固体材料层、第二固体材料层和一个或多个可切换双折射材料层。除非另外指出，并且在适用以及技术上可行情况下，短语“选自由多个元件组成的群组”也可以指两个或更多个所列举元件的组合。比如“下方”、“上方”、“顶部”和“底部” 的术语是指在下述情形中将获得的项目的位置或布置照明系统布置成基本上平整到一基本上水平表面，特别是在该基本上水平表面的下方，该照明系统底面基本上平行于该基本上水平表面并且背向天花板进入房间。然而，这不排除以其它布置使用该照明系统，诸如倚着壁或者以其它(例如竖直)布置。
现在将参考所附示意性图示仅仅通过实例的方式来描述本发明各实施例，图中相应的参考符号表示相应的部件，并且在图中
图1示意性地描述本发明的一些原理；
图示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的实施例一此实施例被用于本发明的显示器；
图3a_;3b示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的另一实施例； 图4a_4b示意性地描述处于“切断”和“接通”状态的调节器的又一实施例； 图示意性地描述微结构化界面的实施例； 图6a_6c示意性地描述包括调节器的光学装置的实施例； 图7被用于解释可切换透镜装置可以如何用于提供可切换2D/3D显示； 图8示出在2D模式中的自动立体显示器中使用的光学装置的第一实例； 图9示出在3D模式中的图8的光学装置；
图10示出用于在2D模式中的自动立体显示器的本发明的光学装置的第一实例； 图11示出在3D模式中的图10的光学装置；
图12示出用于在2D模式中的自动立体显示器的本发明的光学装置的第二实例；以及图13示出在3D模式中的图12的光学装置。
具体实施例方式在描述本发明之前，首先将描述申请人发展(但未公布)的光学调节器的一些设计和使用。图1示意性地描述用于调节光束5的方向的调节器1。调节器1包含层的堆叠 10。堆叠10包含具有第一光轴(未示出，见图的第一固体材料层100、具有第二光轴(未示出，见图加-仙)的第二固体材料层200以及可切换双折射材料30。可切换双折射材料可以布置在单个层中或布置在分开的各层中(见下文)。为了理解起见，聚酰亚胺层和诸如ITO层的电极层未在图中画出。这些特征为本领域技术人员所已知。术语“相邻”在此处因而在一些实施例中可以表示例如聚酰亚胺层和/或(透明)ITO层存在于至少部分的相邻项目之间。该堆叠还包含第一固体材料层100和双折射材料30之间的第一界面130以及第二固体材料层200和双折射材料30之间的第二界面230。第一材料层100和第二材料层200的材料以及可切换双折射材料被选择和配置为使得(a)在切断状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有平行于第一光轴的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有平行于第二光轴的光轴；以及(2) 在接通状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有垂直于第一光轴的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有垂直于第二光轴的光轴。第一和第二固体材料层100、200优选地包含双折射的固体材料。可切换双折射材料优选地为液晶，诸如扭转向列液晶或手征向列液晶。特别地，界面130、230可以包含一种或多种微结构(见下文)。然而，第一和第二材料层的外表面优选地布置成基本上平行。这些表面优选地为平面的，而在与可切换双折射材料的界面130、230的层(因而)优选地是基本上非平面的并且包含一种或多种微结构 (见下文)。在图(分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的特定实施例中，堆叠10包含第一固体材料层100、可切换双折射材料30的层300以及第二固体材料层200的堆叠。 用附图标记111表示的第一光轴以及用附图标记211表示的第二光轴被选择为垂直的。这种调节器1基本上由三个层组成，其中第一和第二固体材料层夹置可切换双折射材料。特别地，在这种实施例中，可切换双折射材料30比如包含扭转向列液晶材料，诸如来自Merck 的 TL213。本发明涉及在可切换自动立体显示装置中使用这种类型的调节器，如下文所进一步解释。在切断状态中，在相应界面130和230的可切换双折射材料的光轴(或这里的多个光轴，因为特别是手征向列材料被应用作为可切换双折射材料)用附图标记311表示，该光轴与(在相应界面的另一侧的固体材料的)光轴111和211平行地配向。因此，在界面 130、230，光轴分别在所述界面的两侧是平行配向。双折射材料层的光轴可以旋转90°以获得相对于第一和第二固体材料100、200的第一和第二光轴111、211的所述光轴的期望配置。在此实施例中可切换双折射层的层厚度可以在约40-100 μ m的范围，诸如为约 50μπι，其中双折射材料可以包含扭转向列LC。这种厚度可以足以形成90°旋转。
当调节器1接通时，可切换双折射材料30的光轴的配向改变，并且分别垂直于第一和第二材料层的光轴配向。此处，穿过基本上整个材料的双折射材料的光轴311垂直于第一和第二材料层的光轴111、211配向。在图3a_3b (分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的另外特定实施例中，堆叠 10包含下述的堆叠10
可切换双折射材料30的第一层301 ； 第一固体材料层100 ； 可切换材料30的第二层302 ；以及第二固体材料层200。可切换双折射材料30的第一层301与第一固体材料层100形成第一界面130。可切换材料30的第二层302与第二固体材料层200形成第二界面230。实际上，此堆叠10包含2个单元，即第一层301和第一固体材料100，以及第二层302和第二固体材料200。这两个单元可以布置成相邻，即第一材料100和第二层302形成另外界面400。此另外界面 400优选地是平面的。在可切换双折射材料30的相应第一和第二层301、302中的光轴分别用附图标记311(1)和311 (2)表示。此处，在此实施例中第一光轴111和第二光轴211是垂直的。第一层301的光轴 311(1)(基本上在可切换双折射材料30的第一层301的材料各处)与第一光轴111平行。 第二层302的光轴311( (基本上在可切换双折射材料30的第二层302的材料各处)与第二光轴211平行。在切断状态中，在相应界面130和230的光轴311(1)和311(2)因而分别与第一固体材料层100和第二固体材料层200的光轴111和211平行地配向。当调节器1接通时，可切换双折射材料30的光轴的配向改变，并且分别与第一和第二材料层二者的光轴垂直以及彼此垂直地配向。参考图北，可切换双折射材料30的第一层301的光轴311(1)垂直于第一固体材料层100的光轴111并且垂直于可切换双折射材料30的第二层302的光轴311( 。可切换双折射材料30的第二层302的光轴311( 垂直于第二固体材料层200 的光轴211并且垂直于可切换双折射材料30的第一层301的光轴311 (1)。在图4a_4b (分别为“切断状态”和“接通状态”)描述的又一特定实施例中，堆叠 10包含下述的堆叠
第一固体材料层100 ；
可切换双折射材料30的第一层301 ；
包括诸如扭转向列单元的偏振旋转器的中间层500 ；
可切换材料30的第二层302 ；以及
第二固体材料层200。可切换双折射材料30的第一层301与第一固体材料层100形成第一界面130。可切换材料30的第二层302与第二固体材料层200形成第二界面230。此处同样提供了两个单元，这些单元均包含可切换双折射材料和(双折射)固体材料层。单独单元(分别为100/301和200/302)中的光轴(111/311(1)和211/311 )) 平行地配向。另外，在切断状态中，所有光轴可以平行地配向。偏振旋转器500布置在两个单元之间。所述单元可以夹置偏振旋转器500。在特定实施例中，可切换双折射材料30的第一层301与偏振旋转器500形成界面501。在另外特定实施例中，可切换双折射材料30的第二层302与偏振旋转器500形成界面502。在接通状态中，对于第一层301和第二层302 二者，可切换双折射材料30的光轴的方向改变。光轴311(1)和311(2)调换到分别相对于固体材料层100、200的光轴111、 211的垂直状态。另外，它们调换到它们互相平行的状态。另外，它们可以调换到它们基本上垂直于外表面(即基本上平行于堆叠1的法向)的状态。图5a4b非限制地描述在界面130和230上的微结构的一些实施例。这些微结构在图fe中为透镜形状，并且在图恥中为锯齿形状。注意，微结构优选地是一维的。因此， 图5a/^b可以示意性地描述堆叠10的实施例的截面。在一些实施例(例如见图1-3)中，在接通状态中通过第一界面的束的偏转部分的折射率变化的符号与通过第二界面的束的偏转部分的折射率变化相反。当要求在每个界面的相同动作时(例如，重定向在某一方向或者聚焦)，则对于小的折射率差异，微结构的形状可以基本上是镜像。然而可以引入小的差异用以获得最佳效果。对于图的实施例， 界面优选地不包含微结构。图6a_6b示意性地描述包括调节器1的光学装置600的实施例。光学装置600包含光源601，其配置成生成光束5。光学装置600还包含调节器1， 其用于调节光束5的方向。光学装置600可以布置成生成单个光束，但是也可以配置成生成多个光束5。此处，通过实例的方式，图6a的光学装置600包含显示装置，该显示装置包括多个像素602作为光源601。如下文所进一步解释，本发明特别地涉及在自动立体显示装置中使用光学调节器。调节器1配置成调节多个光束5的方向。多个像素602生成多个光束5，所述多个光束可以被调节器1操纵。在特定实施例中，光学装置600可以可选地包含多个调节器1。在另一实施例中，光学装置600为照明装置，见图6b。这种照明装置可以是灯， 特别是基本上点源灯，诸如聚光灯。因此，在实施例中，光学装置600包含聚光灯作为光源 601。特别地，光源601配置成生成具有张角(2*θ)的光束5，该张角选自2-20°，诸如优选地2-10°的范围。当调节器1接通时，在调节器1下游的经调节的束(或经调节的光束) 用附图标记5’表示。图6c示意性地描述光学装置600的实施例，其中该装置布置成检测光。光学装置 600包含诸如CCD阵列的光学传感器651以及如此处所述的调节器1。调节器可以用于将光束5重定向在光学传感器的方向上。例如，以此方式可以扫描或扫过各区域。上述的调节器用于调节光束5的方向。调节器1具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠10。堆叠10包含具有第一光轴111的第一固体材料层100、具有第二光轴211 的第二固体材料层200以及可切换双折射材料30。另外，该堆叠包括第一固体材料层100 和双折射材料30之间的第一界面130以及第二固体材料层200和双折射材料30之间的第二界面230。在切断状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有平行于第一光轴 111的光轴，并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有平行于第二光轴211的光轴。 在接通状态中，在第一界面130的双折射材料30配置成具有垂直于第一光轴111的光轴， 并且在第二界面230的双折射材料30配置成具有垂直于第二光轴211的光轴。此装置可以用于重定向光束，例如用于聚光灯、显示装置或光学传感器。已经在上文中结合用于重定向诸如聚光灯或车辆头灯的光束的装置描述了调节器的使用。本发明特别涉及应用到自动立体显示装置的这种类型的调节器的使用。自动立体显示器可以分为两组，一组需要眼镜并且一组不需要。对于后一组，显示器发出依赖于角度的图像。进行设计使得左眼和右眼接收不同图像并且3D印象被获得。依赖于角度的图像可以从这样的IXD-TV获得，该IXD-TV具有特殊背光或者具有附着到显示器前部的柱镜。柱镜包含圆柱形透镜的阵列，并且将LC像素平面投影到无穷远。在这样的情况下，透镜将位置中的差异转变为角度中的差异。这意味着从某一角度只能看到像素的选集。用于更多角度的更多不同视图造成更好的3D印象。然而，除了给出3D 印象之外，更多视图也自动地减小被看到的分辨率，因为所有可用像素已经在各视图之间划分更多视图意味着每个视图的像素更少。这造成分辨率和视图数目之间的权衡。就固体材料(不可切换的)柱镜阵列的设计而言，构建自动立体显示装置的一种方式的详细说明描述于例如美国专利6064424，其内容通过引用结合于此。可以使用其它设计自动立体显示器的方式。分辨率损失对于示出3D内容而言是可以接受的，但是对于显示2D内容(其中所有视图相同)，它经常是不可接受的。为了克服这个问题，若干所谓的2D/3D可切换显示器已经被提出。这些具有固定的柱镜结构，该柱镜结构用双折射液晶填满。通过切换液晶，柱镜可以被接通和切断。这种装置的设计和工作的更详细说明在例如美国专利6069650中被发现，其内容通过引用结合于此。特别地，关于2D或3D模式，用于提供柱镜的透镜功能或透明功能的方式被详细描述。该专利中描述的可切换原理会要求来自显示器的光被偏振， 例如对于常规LCD面板被用作显示面板的情形。已知这种LCD面板通常提供偏振光。OLED显示器的输出基本上没有偏振。为了应用标准可切换柱镜，在该系统中需要偏振器用于移除具有错误偏振的光。这将使光输出减小50%，引起亮度损失或者功率效率损失。图7示出可切换柱镜可以如何控制光路径。左图示出无透镜动作，而右图示出透镜动作。LC的取向在两个图中是不同的。由于光被偏振，在左图中它将遇到与复制物 (replica)匹配的寻常折射率。由于这种匹配，不存在透镜动作。在右图中，光将遇到非寻常折射率，该非寻常折射率与复制物不匹配，从而形成透镜动作。这种系统的问题在于它只能用于光的一个偏振，使得它不适合于非偏振OLED显不器。上述的光调节器可以用于提供可切换透镜功能。界面130、230成为柱镜透镜表图8和9示出适合于非偏振显示输出(诸如OLED显示器)并且使用如上所述的光重定向构思的可切换柱镜装置的实施方式的第一实例。图8示出在2D模式中的系统。这对应于参考图加解释的配置，但是具有分开的可切换层30a、30b和两个固定的层100、200。在弯曲透镜表面处，材料的光学属性没有差异并且因此没有透镜动作。这将给出完美的2D图像。图9示出在3D模式中的系统。这对应于参考图2解释的配置，但是另外具有分开的可切换层30a、30b和两个固定的层100、200。中间的介质切换并且下层200折射偏振之一，而上层100切换另一偏振。结果是即使对于非偏振光输入，透镜动作可以被接通和切断。图10和11示出依据本发明的可切换柱镜装置的实施方式的第一实例，其适合于非偏振显示输出(诸如OLED显示器)并且使用上文解释的光光重定向构思。图10示出在2D模式中的系统。这甚至更接近地对应于参考图加解释的配置，其具有单个可切换层30和两个固定的层100、200。从制作角度来说，此实施方式更容易进行。 此外将存在更少的串扰。如上所述，单个可切换层30用液晶填充，其将偏振旋转90度。由于光学属性在界面是匹配的，将不出现透镜动作。这是2D模式。图11示出在3D模式中的系统。由于液晶在单元中不扭转，两个偏振都将折射。图10和11的设计存在两个潜在问题。第一个问题是在透镜装置中心该可切换LC 层的厚度控制不好。在一些情形中这会造成假像。第二个问题在于，在下方柱镜穿过某一透镜界面的光可以在偏移了一个或多个透镜的上方柱镜穿过另一透镜界面。这造成可能是恼人的串扰。这用箭头1100表示。为了解决此问题，柱镜可以置为彼此非常接近，使得透镜的侧面几乎彼此接触。图 12和13示出使用此构思的依据本发明的第二实例。具体而言，不可切换透镜之间的最小间距小于透镜的深度(参考图12，s<d)。优选地，最小间距s小于两个阵列的透镜的深度。 两个阵列的透镜典型地具有相同深度和节距(如所示)，但这不是关键的。间距的这种减小造成串扰减小。图12示出2D模式，并且图13示出3D模式。为了使这是可能的，在光学材料的可能组合上存在一些约束。双折射材料经常用 Δη=ηΕ-ηΟ来指定，其中ηΕ为非寻常折射率并且ηΟ为寻常折射率。对于图12和13的实施例，所使用的三种材料(两个固定的柱镜以及可切换的LC) 的寻常折射率和非寻常折射率应都相同。此外，对于所示的透镜形状，Δη还应是负的(例如从而提供朝向图13的左部中的法向的弯折)。可以通过组合配向层、适当定位的电极以及合适类型的LC(特别是Δ ε属性)实现液晶的切换。配向层可以例如迫使接近边界的LC自身与边界成一角度取向，其中此角度可以例如接近0或90度。为了提供沿着透镜界面的LC配向，例如可以使用面内切换电极。这些方法对于本领域技术人员都是公知的。在上述设计中层的布置可以互换。两个透镜装置示为具有相同透镜节距，但是这些可以不同。如果期望的话，两个固定的透镜装置也可以具有不同角度。固定的柱镜也可以垂直地(homeotopically)配向。在上述装置中，两个可切换柱镜分别作用在入射光的垂直偏振分量上。柱镜被可切换非各向同性介质隔开，并且柱镜本身是非各向同性的，具有相应光学折射率属性作为它们之间的介质。这意味着两个偏振都可以被使用，使得该系统是高效的。在图中，为了清楚起见而没有(全部)绘出不那么相关的特征，比如电缆等。在上述实施例中，调节器被用于以能够实现自动立体观看的方式形成多个视图。
10在一个实例中，这可以通过设计柱镜使得显示面板的单独像素被投影到不同视图来完成。 关于详细说明，参考此处前文提到的美国专利以及本发明的说明书。然而本发明的调节器同样非常适合用于提供双视图显示器，其中多个观看者可以观察到不同2D内容。例如车辆或飞机的驾驶员/飞行员以及副驾驶员/副飞行员可以分别被提供诸如电影或其它的交通数据和非交通数据。在例如国际申请PCT/IB03/03844中提供了这种显示器的详细描述，该国际申请的内容通过引用结合于此。该申请提供具有视差屏障或具有柱镜阵列的双视图显示器。无需重复该申请的内容，PCT/IB03/03844中涉及具有柱镜阵列的显示器的实施例的描述提供了就像素尺度和柱镜设计方面而言如何构建双视图显示器的实例。为了达成本发明的双视图显示器，PCT/IB03/03844的显示器的柱镜必须用本发明的调节器替换，其中将选择的调节器柱镜的尺度遵从PCT/IB03/03844的显示器的相关实施例的描述。另外，LCD显示装置可以诸如用提供基本上非偏振光的显示面板(例如OLED显示面板)替换。此处诸如在“基本上平坦”或“基本上由…组成”等中的术语“基本上”将为本领域技术人员所理解。在实施例中，形容用词基本上可以移除。在适用的情况下，术语“基本上” 也可以包含具有“完全地”、“彻底地”、“全部地”等的实施例。在适用的情况下，术语“基本上”也可以指90%或更高，诸如95%或更高，特别地99%或更高，包括100%。术语“包含”也包括其中术语“包含”是指“由…组成”的实施例。另外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等被用于在相似元件之间进行区分并且不一定用于描述先后或时间顺序。将理解，这样使用的术语在适当情形下是可互换的并且此处描述的本发明的实施例能够按此处描述或说明的顺序以外的顺序工作。此处例如是在操作期间描述该装置。本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作的方法或者在操作中的装置。应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应解读为限制权利要求。使用动词“包含“及其变型不排除存在权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤。术语“和/或”包括一个或多个关联的所列项目的任一和所有组合。元件前的冠词"一"或“一个“不排除存在多个这种元件。元件前的冠词“该 “不排除存在多个这种元件。本发明可以借助包含若干不同元件的硬件以及借助适当编程的计算机来实施。在列举若干装置的装置权利要求中，若干这些装置可以由一个且相同项目的硬件实施。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.一种多视图显示装置，其包括具有用于生成光束的像素的显示面板以及用于调节光束的方向的调节器(1)，其中调节器(1)具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠(10)， 其中该堆叠(10)包含具有第一光轴(111)的第一固体材料层(100)、具有第二光轴(211) 的第二固体材料层Ooo)以及可切换双折射扭转向列液晶材料(30)或手征向列液晶材料； 以及该第一固体材料层(100)和双折射材料(30)之间的第一界面(130)以及该第二固体材料层(200)和双折射材料(30)之间的第二界面030)，其中该第一界面(130)和该第二界面(230)分别定义用于调节光束(5)的方向的柱镜透镜或棱镜的阵列，其中在切断状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有平行于第一光轴 (111)的光轴，并且在第二界面O30)的双折射材料(30)配置成具有平行于第二光轴 (211)的光轴；以及在接通状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第一光轴 (111)的光轴，并且在第二界面O30)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第二光轴 (211)的光轴，以及其中在接通状态中，该多视图显示装置具有多视图模式，并且在切断状态中，该多视图显示装置具有单视图模式。
2.根据权利要求1所述的多视图显示装置，其中第一光轴(111)和第二光轴011)是垂直的并且其中第一光轴(111)和第二光轴(211)在该堆叠(10)的平面中取向。
3.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，包括显示面板，该显示面板生成具有非偏振光的光束。
4.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中该显示面板为有机发光二极管显示面板或发光二极管显示面板。
5.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中第一固体材料层和第二固体材料层之间的最小间距小于柱镜透镜阵列的柱镜透镜的深度。
6.根据任一在前权利要求所述的多视图显示装置，其中该多视图显示装置为自动立体显示装置，并且该多视图模式为三维模式以及该单视图模式为二维模式。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的多视图显示装置，其中该多视图显示装置为双视图显示装置，并且该多视图模式为一种用于提供至少两个不同二维图像给至少两个观看者的多视图模式以及该单视图模式为用于提供单个二维图像。
全文摘要
本发明提供一种自动立体显示装置，其具有用于调节光束(5)的方向的调节器。调节器(1)具有切断状态和接通状态并且包含层的堆叠(10)。堆叠(10)包含具有第一光轴(111)的第一固体材料层(100)、具有第二光轴(211)的第二固体材料层(200)以及可切换双折射扭转向列液晶材料(30)或手征向列液晶材料。另外，该堆叠包括第一固体材料层(100)和双折射材料(30)之间的第一界面(130)以及第二固体材料层(200)和双折射材料(30)之间的第二界面(230)。在切断状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有平行于第一光轴(111)的光轴，并且在第二界面(230)的双折射材料(30)配置成具有平行于第二光轴(211)的光轴。在接通状态中，在第一界面(130)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第一光轴(111)的光轴，并且在第二界面(230)的双折射材料(30)配置成具有垂直于第二光轴(211)的光轴。
文档编号G02F1/29GK102597865SQ201080048666
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月30日
发明者F.皮尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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