BR112012029368B1

BR112012029368B1 - dispositivo de display, comutável entre um modo de vista simples e um modo multivistas e método para o controle da função da lente de uma lente lenticular de um dispositivo autoestereoscópio de display

Info

Publication number: BR112012029368B1
Application number: BR112012029368-0A
Authority: BR
Inventors: Marcellinus P. C. M. Krijn; Dirk Kornelis Gerhardus De Boer
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2020-11-24
Also published as: JP5841131B2; JP2013531271A; BR112012029368A2; EP2914004A1; PL2572511T3; KR20130086156A; EP2572511B1; US20130201228A1; TWI563331B; US9111507B2; RU2012155591A; WO2011145045A1; CN102893615A; CN102893615B; TW201211654A; RU2582888C2; KR101594547B1; ES2537070T3; EP2572511A1

Abstract

DISPOSITIVO DE DISPLAY, COMUTÁVEL ENTRE UM MODO DE VISTA SIMPLES E UM MODO MULTIVISTAS E MÉTODO PARA O CONTROLE DA FUNÇÃO DA LENTE DE UMA LENTE LENTICULAR DE UM DISPOSITIVO AUTOESTEREOSCÓPICO DE DISPLAY Um dispositivo autoestereoscópico de display comutável 2D-3D tem um arranjo de imagens (109) comutável eletricamente entre um modo 2D e um modo 3D, que compreende eletrodos de comutação em plano compreendendo linhas de eletrodos paralelos e coplanares. As linhas de eletrodos são dispostas como uma pluralidade de conjuntos de linhas paralelas, cada conjunto definindo uma área da lente lenticular. Cada conjunto compreende primeiras linhas de eletrodos nos limites opostos entre a área da lente e as áreas da lente adjacente, e pelo menos um primeiro par de linhas de eletrodos dispostas entre os limites opostos e simétrico em relação ao centro da área da lente, em que cada conjunto compreende no máximo seis linhas de eletrodos entre os limites opostos. Isto fornece um layout de eletrodos de simples fabricação e tendo ainda sido comprovado de boa qualidade óptica de lente.

Description

DISPOSITIVO DE DISPLAY, COMUTÁVEL ENTRE UM MODO DE VISTA SIMPLES E UM MODO MULTIVISTAS E MÉTODO PARA O CONTROLE DA FUNÇÃO DA LENTE DE UMA LENTE LENTICULAR DE UM DISPOSITIVO AUTOESTEREOSCÓPIO DE DISPLAY

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a um dispositivo de display comutáveis entre um modo de vista simples e um modo multivistas que usam um dispositivo de conformação de feixe controlável entre estados de conformação de feixe para a provisão dos modos simples e multivistas.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

É conhecida a implementação de conformação de feixe baseada na orientação do alinhamento das moléculas de cristal líquido em uma célula de cristal líquido. Esse alinhamento pode ser controlado aplicando-se ao mesmo um campo elétrico. A reorientação das moléculas de cristal líquido resulta em um gradiente do índice refrativo, que leva a um raio de luz que passa pela célula de cristal líquido que está sendo redirecionada. Assim, a direção e/ou a conformação de um feixe de luz pode ser controlada eletricamente.

Dispositivos autoestereoscópicos de display incluem um painel de display tendo um conjunto de pixels de display para a produção de um display e um arranjo de imagens para o redirecionamento das diferentes vistas para diferentes posições espaciais na frente do display. É bem conhecido o uso de um conjunto de elementos lenticulares alongados que são providos se prolongando paralelamente entre si e superpondo-se no conjunto de pixels do display como um arranjo de imagens, sendo os pixels do display observados por esses elementos lenticulares. Esses displays são exemplos de displays multivistas.

Em um arranjo em que, por exemplo, cada lentículo esteja associado a duas colunas de pixels do display, os pixels do display de cada coluna fornecem uma fatia vertical de uma respectiva subimagem bidimensional. A placa lenticular direciona essas duas fatias e as fatias correspondentes das colunas de pixels do display associadas aos outros lentículos, para os olhos esquerdo e direito de um usuário posicionado na frente da placa, de maneira que o usuário observa uma imagem estereoscópica simples. A placa de elementos lenticulares provê assim uma função de direcionamento de produção luminosa.

Em outros arranjos, cada lentículo está associado a um grupo de quatro ou mais pixels do display adjacente na direção da fileira. As colunas correspondentes dos pixels do display de cada grupo são dispostas de maneira adequada para prover uma fatia vertical de uma respectiva subimagem bidimensional. Quando a cabeça do usuário se move da esquerda para a direita, uma série de vistas estereoscópicas sucessivas e diferentes é percebida criando, por exemplo, uma impressão de percepção â volta.

O dispositivo supramencionado provê um efetivo display tridimensional. Entretanto, será apreciado que, para prover vistas estereoscópicas, existe um sacrifício necessário na resolução horizontal do dispositivo. Esse sacrifício na resolução é inaceitável para determinadas aplicações, como o display de pequenos caracteres de texto para a visualização de curtas distâncias. Por isso, foi proposto prover um dispositivo de display que seja comutável entre um modo bidimensional (modo de vista simples) e um modo tridimensional (estereoscópico) (modo multivistas).

Uma maneira de implementar isto, é prover um conjunto lenticular eletricamente comutável. No modo bidimensional, os elementos lenticulares do dispositivo comutável operam em um modo de "passagem", isto é, operam da mesma forma que operaria uma placa planar de material oticamente transparente. O display resultante tem alta resolução, igual à resolução nativa do painel do display, que é adequado para o display de caracteres de texto pequeno a partir de curtas distâncias de vista. O modo de display bidimensional não pode, é claro, prover uma imagem estereoscópica.

No modo tridimensional, os elementos lenticulares do dispositivo comutável proporcionam uma função de direcionamento da produção luminosa, como acima descrita. O display resultante é capaz de prover imagens estereoscópicas, mas tem a inevitável perda de resolução acima mencionada.

Para prover modos comutáveis de display, os elementos lenticulares do dispositivo comutável podem ser formados como um arranjo de conformação de feixe de um material eletro-óptico, como um material de cristal líquido, tendo índice de refração comutável entre dois valores. O dispositivo é então comutado entre os modos aplicando um potencial elétrico adequado aos eletrodos planares providos acima e abaixo dos elementos lenticulares. O potencial elétrico altera o índice de refração dos elementos lenticulares com relação ao de uma camada adjacente oticamente transparente.

Uma descrição mais detalhada da estrutura e da operação do dispositivo comutável pode ser encontrada na Patente norte-americana número 6,069,650.

O documento WO 2008/126049 revela um dispositivo de conformação de feixe que usa primeiros e segundos eletrodos no plano, que geram um campo elétrico no plano. Isso pode permitir um maior gradiente do índice refrativo, podendo assim ser obtida uma divergência/convergência de feixe mais eficiente. Em arranjos preferidos, o dispositivo de conformação de feixe tem um conjunto de eletrodos, acionados em diferentes potenciais, para definir uma suave alteração no índice de refração através da forma do dispositivo de conformação de feixe. Este documento também revela o uso de outras camadas espessas para aumentar a distância focal influenciando o campo elétrico que é gerado no interior da camada LC.

Essa abordagem forma lenticulares baseados nas denominadas lentes de índice gradiente (GRIN). Esses lenticulares comutáveis se baseiam em uma camada de cristal líquido (LC) inserida entre um substrato plano e uma camada de cobertura plana. O substrato é equipado com uma estrutura bem complicada de eletrodos. Colocando a correta distribuição de potenciais nesses eletrodos, são obtidas lentes com boa qualidade óptica. Comparados com lenticulares comutáveis replicáveis, os lenticulares comutáveis GRIN possuem várias vantagens:
Sua fabricação é compatível com a tecnologia de fabricação de painéis LC nas fábricas existentes de painéis LC, possuindo um perfeito modo 2D.

O documento WO 2007/072289 revela um display autostereoscópico que usa um conjunto de lente índice graduada comutável que é comutável entre os modos 2D e 3D.

Esta invenção visa a redução da complexidade da estrutura de constituição das lentes GRIN.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo supramencionado é obtido pela presente invenção. A invenção é definida pelas reivindicações independentes. As reivindicações dependentes proporcionam realizações vantajosas.

De acordo com a invenção, é provido um dispositivo de display de acordo com a reivindicação 1. Este arranjo tem uma simples estrutura de camada única para as linhas de eletrodos controláveis para o controle da função de comutação do lenticular (um lenticular é entendido como sendo uma lente), e com no máximo 8 eletrodos. As linhas de eletrodos nos limites da lente podem ser compartilhadas, de maneira a haver então no máximo 7 linhas de eletrodos por lente na média.

Os elementos de pixel de display podem ser pixels do display em um painel de display monocromático ou colorido e podem ser sub-pixels de um painel de display colorido. Os elementos de pixel de display podem ser dispostos em fileiras e colunas. A camada LC pode ser composta de um material de fase azul, dotado de uma fase isotrópica. Um arranjo tendo esse material de fase azul é descrito em detalhes no pedido de patente européia não pré-publicada 09161377.8, no protocolo do agente número PH012922EP1.

Um eletrodo contador simples é preferivelmente disposto em um lado do segundo substrato, e este eletrodo pode ser aterrado.

Cada conjunto de linhas de eletrodos pode compreender exatamente um par de linhas de eletrodos além das primeiras linhas de eletrodos. Assim, existem somente quatro linhas de eletrodos por lente, e se as linhas de eletrodos limites forem compartilhadas, estas se tornam na média três. Somente são necessárias duas tensões diferentes para constituir a função da lente, e o projeto pode evitar os cruzamentos entre linhas de eletrodos ao serem conectadas as linhas de eletrodos às duas entradas da fonte de tensão necessárias.

Cada conjunto pode compreender exatamente dois pares de linhas de eletrodos, além das primeiras linhas de eletrodos. Isto permite um melhor desempenho óptico da lente, mas não exige cruzamentos (e, portanto pelas conexões) para ligar as linhas de eletrodos às três entradas da fonte de tensão necessárias. São usadas então três diferentes tensões para acionar os eletrodos coplanares.

As primeiras linhas de eletrodos podem ser mais estreitas que as linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos. Isto pode ser adequado quando o estado desligado da lente (modo 2D) tem as moléculas LC orientadas paralelas às linhas de eletrodos.

Em outro projeto, as primeiras linhas de eletrodos são mais largas que as linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos. Isso pode ser adequado quando o estado desligado da lente (modo 2D) tiver moléculas LC orientadas perpendicular às linhas de eletrodos. A largura das linhas de eletrodos pode ser progressivamente mais estreita a partir do limite da área da lente na direção do centro da área da lente.

Em todos os casos, é aplicado um conjunto de tensões aos eletrodos, e preferivelmente uma tensão de mais alta magnitude é aplicada às primeiras linhas de eletrodos (nos limites da lente) do que às linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos.

A invenção também provê um método para o controle da função da lente de uma lente de um dispositivo autoestereoscópico de display.

O painel de display pode ser um painel regular ou específico para o display de cristal líquido (LCD). Alternativamente, o painel de display pode ser um painel de diodo emissor de luz como, por ex. , um painel de diodo orgânico emissor de luz (OLED), ou qualquer outro painel dotado de elementos de pixel de display.

O dispositivo de display preferivelmente é configurado de maneira que o modo de vista simples seja um modo bidimensional e o modo multivistas seja um modo autoestereoscópico tridimensional. Nessa realização do dispositivo de display com este arranjo no modo 3D, a luz de diferentes pixels do display ê enviada em diferentes direções (vistas) dentro do campo de visão do display, de maneira que a luz desses diferentes pixels possa alcançar os diferentes olhos de um observador. Se então os diferentes pixels representarem a luz de subimagens paraláticas esquerda e direita da imagem, o observador pode ver uma imagem 3D sem precisar usar outros auxílios da visão. Assim, é obtido um modo 3D autoestereoscópico.

Alternativamente, o dispositivo de display pode ser configurado de maneira que o modo de vista simples seja um modo regular bidimensional e o modo multivistas seja um modo para prover pelo menos duas imagens diferentes para pelo menos dois diferentes observadores. Nesse último modo, o dispositivo de display pode ser, por ex. , um dispositivo de display de vista dupla capaz de, em seu modo multivistas, prover duas vistas a dois diferentes observadores em diferentes locais dentro do campo de visão do dispositivo de display. As duas vistas podem ter diferentes informações como, por ex., informações de tráfego para um motorista/piloto de um veículo e entretenimento para um passageiro além do motorista, como aquele que se senta no banco do carona. Um veículo pode ser um carro, ônibus, caminhão ou similar ou ainda um avião ou um navio.

Em ambas as formas supramencionadas do display multivistas, o modo de vista simples preferivelmente tem um arranjo que funciona de maneira a não prover uma função de direcionamento de vista. Preferivelmente, o arranjo é substancialmente transparente para a luz dos elementos de pixel, de maneira que a direção de propagação dessa luz não seja alterada pelo arranjo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Esses e outros aspectos da presente invenção serão agora descritos em maiores detalhes, com referência aos desenhos anexos, mostrando uma realização atualmente preferida da invenção, em que:
A Fig. 1a é uma vista em perspectiva de um dispositivo exemplar em formato de feixe que pode ser modificado de acordo com a presente invenção;
A Fig. 1b é uma vista em corte do dispositivo em formato de feixe na Fig. 1a, ao longo da linha A-A' quando nenhuma tensão estiver aplicada aos eletrodos;
A Fig. 1c é uma vista em corte do dispositivo em formato de feixe na Fig. 1a ao longo da linha A-A' quando uma tensão V estiver aplicada aos eletrodos;
As Figs. 2a e 2b mostram as características de um conhecido projeto de lentes;
As Figs. 3a e 3b mostram uma maneira conhecida para a modificação do projeto da lente;
A Fig. 4 mostra um conhecido dispositivo autoestereoscópico de display;
As Figs. 5 e 6 são usadas para ilustrar como um conhecido dispositivo autoestereoscópico de display comutãvel pode funcionar;
A Fig. 7 mostra a função requerida de lente para um dispositivo autoestereoscópico de display;
A Fig. 8 mostra uma primeira maneira conhecida para prover tensões às lentes do conjunto lenticular do dispositivo autoestereoscópico de display;
A Fig. 9 mostra uma segunda maneira conhecida para prover tensões às lentes do conjunto lenticular do dispositivo autoestereoscópico de display;
A Fig. 10 mostra um primeiro exemplo de um arranjo lenticular comutável de um dispositivo autoestereoscópico de display da invenção;
A Fig. 11 mostra em vista de plano o layout de eletrodos para o projeto da Fig. 10;
A Fig. 12 mostra um segundo exemplo de um arranjo lenticular comutável para um dispositivo autoestereoscópico de display da invenção;
A Fig. 13 mostra em vista de plano o layout de eletrodos para o projeto da Fig. 12;
A Fig. 14 mostra em vista de plano o layout de eletrodos para um terceiro exemplo do arranjo lenticular comutável para um dispositivo autoestereoscópico de display da invenção; e
A Fig. 15 é usada para explicar como são escolhidas as tensões para o exemplo da Fig. 14.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES

Na descrição a seguir, a presente invenção é descrita com referência a um dispositivo em formato de feixe dentro de um display autoestereoscópico, tendo uma camada de cristal líquido homeotropicamente alinhada - as moléculas de cristal líquido (LC) compreendidas na camada LC são orientadas perpendicularmente aos substratos quando não é aplicada nenhuma tensão aos eletrodos. Deve ser notado que, isto não limita de nenhuma forma o escopo da presente invenção, que é igualmente aplicável ao dispositivo em formato de feixes em que a camada de cristal líquido estiver alinhada de qualquer outra forma, como uma orientação planar em que as moléculas de LC são orientadas em um plano paralelo aos substratos. Nessa orientação, as moléculas de LC podem ser alinhadas em paralelo ou perpendicularmente aos eletrodos, ou terem uma orientação híbrida onde as moléculas de LC tiverem uma primeira orientação adjacente ao primeiro substrato e uma segunda orientação ortogonal à primeira orientação, adjacente ao segundo substrato.

Além disso, para não obscurecer a presente invenção com detalhes não diretamente a ela relacionados, outras camadas bem conhecidas dos técnicos no assunto, como camadas de alinhamento para alinhar as moléculas LC, etc., não foram mostradas nos desenhos de acompanhamento, nem descritas em detalhes na presente.

Deve ser notado que os desenhos não estão em escala. Entretanto, para dar uma idéia das dimensões adequadas, pode ser dito que a largura de uma linha condutora nos eletrodos variaria tipicamente na faixa de lµm a 20µm. Além disso, as linhas condutoras são tipicamente espaçadas de l0µm a 100 µm, e a espessura da camada LC se situa geralmente entre 5µm e 50μm.

A invenção se refere ao uso de um dispositivo de conformação de feixe dentro de um dispositivo de display comutável 2D/3D. Entretanto, serão primeiramente descritos os conceitos gerais referentes ao dispositivo em formato de feixe, seguidos por uma explicação da constituição dentro de um display 2D/3D.

A invenção se integra à abordagem descrita no documento WO 2008/126049.

As Figs. 1a-c ilustram esquematicamente um dispositivo exemplar em formato de feixe como descrito no documento WO 2008/126049 e que pode ser modificado por esta invenção.

Na Fig. 1a, é mostrado um dispositivo em formato de feixe 1, compreendendo uma camada 2 de cristal líquido (LC) alinhado homeotropicamente inserida entre o primeiro 3 e segundo 4 substratos transparentes. No primeiro substrato 3, faceando a camada LC 2, são providos o primeiro 5 e o segundo 6 eletrodos transparentes em forma de pente. Aplicando uma tensão V nesses eletrodos 5, 6, um feixe de luz colimado 7 incidente no dispositivo em formato de feixe pode ser defletido como esquematicamente ilustrado na Fig. 1a.

A Fig. 1b, que é uma vista em corte ao longo da linha A-A' na Fig. 1a, mostra esquematicamente a situação em que não é aplicada tensão nos eletrodos 5, 6. Como não são aplicadas tensões, nenhum campo elétrico é formado, e, consequentemente, as moléculas de LC têm a orientação neles imposta pelas camadas de alinhamento (não mostradas). No caso ilustrado na Fig. 1b, as moléculas de LC são alinhadas homeotropicamente, e o formato do feixe de luz incidente 7, aqui representado por três raios paralelos 11a-c da luz é inalterado pela passagem pelo dispositivo em formato de feixe 1.

Com referência à Fig. 1c, que mostra esquematicamente a situação em que não é aplicada tensão V nos eletrodos 5, 6, o mecanismo formador de feixe utilizado pelo dispositivo em formato de feixe na Fig. 1a será agora descrito em maiores detalhes.

Como esquematicamente mostrado na Fig. 1c, as moléculas de cristal líquido (LC) 10a-c compreendidas na camada LC 2 estão alinhadas com as linhas do campo elétrico entre os eletrodos 5, 6. Devido à essa reorientação, as regiões da camada LC 2 são formadas tendo diferentes índices de refração. No caso exemplar ilustrado na Fig. 1c, o índice de refração experimentado por um feixe de luz 7 incidente no dispositivo em formato de feixe 1 em uma direção que é a ele (localmente) perpendicular varia entre o índice de refração comum no que resulta das moléculas LC 10a orientadas perpendicularmente à camada LC 2 e o extraordinário índice de refração ne que resulta das moléculas LC 10c orientadas em paralelo com a camada LC 2. A luz incidente no dispositivo em formato de feixe 1 entre sua parte com moléculas LC "perpendiculares" 10a e uma sua parte com moléculas LC "paralelas" 10c terão um índice de refração intermediário, incidente nas moléculas LC 10b. O alinhamento das moléculas segue um campo elétrico no plano. Isto significa que as linhas de campo passam entre os eletrodos que estão substancialmente no mesmo plano. As linhas de campo são curvas e se prolongam no LC, mas as linhas de campo são paralelas ao plano da camada LC por pelo menos uma parte de seus comprimentos de maneira a definir um caminho contínuo de um eletrodo para outro. O efeito geral é definir uma lente com índice de refração (GRIN) graduado.

Na Fig. 1c, os três raios 12a, b, c que representam a componente de polarização linear da luz não polarizada tendo uma direção de polarização que é perpendicular ao grande eixo das moléculas LC (raios comuns) passa pelo dispositivo em formato de feixe 1 praticamente sem experimentar um gradiente do índice refrativo. Assim nenhum desses raios 12a-c tem sua direção alterada de forma significativa durante a passagem pela camada LC 2.

A outra componente de polarização, os raios 13a, b, c, que representam a luz polarizada no plano do grande eixo das moléculas (raios extraordinários) por outro lado experimentam um gradiente do índice refrativo sendo, portanto refratada como esquematicamente indicado na Fig. 1c.

Como consequência, um máximo de 50% da luz em um feixe de luz não polarizada 7 é controlável pelo dispositivo em formato de feixe 1 nas Figs. 1a-c.

Como descrito no documento WO 2008/126049, empilhando os elementos de conformação de feixe, pode ser obtido o controle de substancialmente toda a luz em um feixe de luz não polarizada.

Quando é usado o dispositivo de conformação de feixe pra constituir uma função de lente, como exigido no uso de um display autoestereoscópico, são necessários mais de dois eletrodos por lente, para poder variar as tensões de forma não linear na lente. A Fig. 2 mostra a análise teórica de uma lente GRIN com 23 eletrodos. O perfil do índice de refração está mostrado na Fig. 2(a) para duas diferentes tensões de acionamento, sendo o perfil angular mostrado na Fig. 2(b).

Como discutido no documento WO 2008/126049, as plotagens têm ondulações proeminentes que são um resultado dos efeitos da difração nas lentes GRIN, sendo que o documento WO 2008/126049 apresenta uma solução para este problema.

A Fig. 3(a) mostra o projeto básico de lente GRIN, com os eletrodos no plano 20 na superfície de uma camada de isolante 21 em contato com a camada LC 22 em que o padrão do índice de refração é definido. A Fig. 3(b) mostra uma camada de capeamento 24 entre os eletrodos e a camada LC que é usada para reduzir os efeitos de gradeamento na camada LC.

A Fig. 4 é uma vista esquemática em perspectiva de um conhecido dispositivo autoestereoscópico de display em vista direta 100. O dispositivo conhecido 100 compreende um painel de display de cristal líquido 103 do tipo de matriz ativa que atua como um modulador de luz espacial para produzir o display.

O painel de display 103 tem um conjunto ortogonal de pixels do display 105 disposto em fileiras e colunas. Para maior clareza, somente um pequeno número de pixels do display 105 é conhecido na figura. Na prática, o painel de display 103 pode compreender cerca de mil fileiras e vários milhares de colunas de pixels do display 105.

A estrutura do painel de display de cristal líquido 103 é totalmente convencional. Em particular, o painel 103 compreende um substrato de vidros transparentes espaçados, entre os quais é provido um nemático torcido alinhado ou outro material de cristal líquido. Os substratos possuem em suas superfícies de face padrões de eletrodos de óxido de estanho índio transparentes (ITO). São também providas camadas polarizadoras nas superfícies exteriores dos substratos.

Cada pixel de display 105 pode compreender eletrodos opostos nos substratos, com o material interveniente material de cristal líquido no intermédio. A forma e o layout dos pixels do display 105 são determinados pela forma e o layout dos eletrodos. Os pixels do display 105 são regularmente espaçados por meio de folgas.

Cada pixel de display 105 está associado a um elemento comutador, como um transistor de filme fino (TFT) ou um diodo de filme fino (TFD) . Os pixels do display são operados para produzir o display provendo sinais de direcionamento para os elementos comutadores, sendo que esquemas adequados de direcionamento serão conhecidos pelos técnicos no assunto.

O painel de display 103 é iluminado por uma fonte luminosa 107 compreendendo, nesse caso, um backlight plano que se projeta em uma área do conjunto de pixels do display. A luz da fonte luminosa 107 é direcionada para o painel de display 103, com os pixels individuais do display 105 sendo acionados para modular a luz e produzir o display.

O dispositivo de display 100 também compreende uma placa lenticular 109, disposta ao lado do display do painel de display 103, que realiza uma função de formação de visão. A placa lenticular 109 compreende fileiras de elementos lenticulares 111 que se prolongam paralelas entre si, das quais somente uma é mostrada com dimensões exageradas para haver clareza.

Os elementos lenticulares 111 têm a forma de lentes cilíndricas convexas, e podem atuar como meios de direcionamento de produção luminosa para prover diferentes imagens ou vistas, do painel de display 103 para os olhos de um usuário posicionado na frente do dispositivo de display 100.

O dispositivo autoestereoscópico de display 100 mostrado na Fig. 4 é capaz de prover várias diferentes vistas em perspectiva em diferentes direções. Em particular, a cada elemento lenticular 111 se sobrepõe um pequeno grupo de pixels do display 105 em cada fileira. O elemento lenticular 111 projeta cada pixel de display 105 de um grupo em uma direção diferente, de maneira a formar várias vistas diferentes. Quando a cabeça do usuário se move da esquerda para a direita, seus olhos recebem as diferentes várias vistas, por vez.

Foi proposto a provisão de elementos de lentes comutáveis eletricamente como acima mencionado. Isso permite ao display ser comutado entre os modos 2D e 3D.

As Figs. 5 e 6 mostram esquematicamente um conjunto de elementos lenticulares eletricamente comutáveis 115. O conjunto compreende um par de substratos de vidro transparente 119, 121, com eletrodos transparentes 123, 125 formados por óxido de estanho índio (ITO) provido em suas superfícies de face. É provida uma estrutura de lente inversa 127, formada usando uma técnica de replicação entre os substratos 119, 121, adjacentes a um dos substratos superiores 119. O material de cristal líquido 129 é também provido entre os substratos 119, 121, adjacentes a um dos substratos inferiores 121.

A estrutura de lente inversa 127 faz o material de cristal líquido 129 assumir formatos lenticulares alongados e paralelos entre a estrutura de lente inversa 127 e o substrato inferior 121, como mostrado em seção transversal nas Figs. 5 e 6. As superfícies da estrutura de lente inversa 127 e o substrato inferior 121 que estão em contato com o material de cristal líquido também possuem uma camada de orientação (não mostrada) para orientar o material de cristal líquido.

A Fig. 5 mostra o conjunto quando não há potencial elétrico aplicado aos eletrodos 123, 125. Nesse estado, o índice de refração do material de cristal líquido 129 para a luz com uma determinada polarização é substancialmente maior que o do conjunto de lente inversa 127 e, portanto como ilustrado, as formas lenticulares proporcionam uma função de direcionamento da produção luminosa, isto é, uma ação de lente.

A Fig. 6 mostra o conjunto quando é aplicado um potencial elétrico alternado de aproximadamente 50 a 100 volts aos eletrodos 123, 125. Nesse estado, o índice de refração do material de cristal líquido 12 9 para a luz de determinada polarização é substancialmente o mesmo que o do conjunto de lente inversa 127, de maneira que a função de direcionamento da produção luminosa das formas lenticulares é cancelada, como ilustrado. Assim, nesse estado, o conjunto atua efetivamente em um modo de "passagem".

O técnico no assunto apreciará que a o meio de polarização da luz deve ser usado em conjunto com o conjunto acima descrito, já que o material de cristal líquido é birefringente, com a comutação do índice de refração somente se aplicando à luz de uma determinada polarização. O meio de polarização da luz pode ser provido como parte do painel de display ou do arranjo de imagens do dispositivo.

A Fig. 7 mostra o princípio de operação de um arranjo de imagens do tipo lenticular como acima descrito e mostra o backlight 130, o dispositivo de display 134 como um LCD e o conjunto lenticular 138.

A fabricação do dispositivo mostrado nas Figs. 5 e 6 usa lenticulares réplica, que exige equipamentos não padrão nas dependências de produção. O uso de um dispositivo de conformação de feixe como acima descrito, tendo uma função de lente de índice graduado controlado lateralmente, simplifica assim o processo de fabricação.

Quando o dispositivo de conformação de feixe é usado para constituir lentes lenticulares, os eletrodos se situam paralelos ao eixo da lente alongada (de maneira que o formato da lente é definido na largura da lente).

Como acima mencionado, foi visto anteriormente que são desejados múltiplos eletrodos por lente, sendo aplicado um conjunto de tensões aos eletrodos. O mesmo conjunto de tensões pode ser aplicado ao conjunto de eletrodos de cada lente lenticular, e o documento WO 2008/126049 propõe simplificar o fornecimento de tensões aos eletrodos provendo um conjunto de eletrodos em um barramento de linhas de tensões 140 como mostrado na Fig. 8.

A Fig. 8 mostra parte de um layout em que cada lente cilíndrica com largura 0,38 mm é acionada por 23 diferentes tensões. A figura mostra parte de quatro lentes cilíndricas, cada qual coberta por 23 eletrodos ITO na direção de cima para baixo. É aplicado o conjunto de tensões aos eletrodos de uma lente lenticular na ordem oposta aos eletrodos das lentes lenticulares adjacentes. Isso proporciona um padrão de conexão triangular de pontos de ligação mostrado entre o barramento 140 e as linhas de eletrodos 142.

No estado desligado, as moléculas LC são alinhadas perpendicularmente aos eletrodos.

Nesse projeto, se forem usados eletrodos de igual largura, e se várias dezenas de eletrodos forem usados para obter a correta distribuição de campo elétrico, isso por sua vez implica que a largura dos eletrodos será pequena. Também, serão necessárias centenas de lentes e, portanto milhares de eletrodos. Na prática, isso conduz a problemas de fabricação como a ocorrência de curtos entre eletrodos. Também leva à difração da luz que cruza as lentes, prejudicando de certa forma a qualidade óptica das lentes.

É revelada uma abordagem simplificada em Hyung Ki Hong et al., "Autoestereoscópico 2D/3D switching Display using Electric-field driven LC lens ( ELC lens)", SID 08, p.348 (paper 026), 2008 e Hyung Ki Hong et al., "Electric-field-driven LC lens for 3-D/2-D autoestereoscopic display", JSID 17, p.399, 2009.

É mostrada uma seção transversal da lente GRIN na Fig. 9. Esta mostra a metade direita e a metade esquerda de duas lentes vizinhas, respectivamente. Uma camada de LC 150 se situa entre um substrato 152 e uma cobertura 154. A cobertura 154 tem um eletrodo uniforme em um potencial de solo. O substrato 152 tem duas camadas de eletrodos 156,158. A camada 156 mais próxima à camada LC tem eletrodos estreitos em um potencial relativamente alto. A camada 158 mais distante da camada LC tem eletrodos largos em potencial relativamente baixo. Os eletrodos são orientados perpendicular ao desenho.

O material LC é do tipo nemático. No estado desligado, as moléculas LC são orientadas paralelas aos eletrodos (isto é, perpendiculares ao desenho): a direção de atrito das camadas de alinhamento em contato com a camada LC é perpendicular ao desenho.

Esse método se baseia em um substrato com duas camadas de eletrodos com uma camada dielétrica no intermédio, que também complica o método de fabricação.

A invenção provê um projeto de lente GRIN com um pequeno número de eletrodos, e com todos os eletrodos de acionamento em um único plano. Além disso, isto é feito sem comprometer a qualidade óptica da lente.

A invenção provê alguns exemplos. Alguns podem ser considerados como layouts simplificados comparados com o arranjo da Fig. 9 (em que os estado desligado das moléculas LC é orientado em paralelo aos eletrodos), e outros podem ser considerados como layouts simplificados comparados ao arranjo da Fig. 8 (em que os estado desligado das moléculas LC é orientado perpendicular aos eletrodos).

Uma primeira realização de acordo com a invenção é descrita com referência às Figs. 10 e 11.

Como no exemplo da Fig. 9, no estado desligado (sem tensões ou zero tensões nos eletrodos), as moléculas LC são orientadas paralelas aos eletrodos (isto é, perpendiculares ao desenho na Fig. 10 figura superior).

A estrutura da lente compreende uma camada simples 160 de eletrodos. Para cada lente, existe um eletrodo estreito 162 com potencial relativamente alto e dois eletrodos largos 164 com potencial relativamente baixo. Um exemplo das possíveis tensões é apresentado na Fig. 10 (e na Fig. 12 abaixo), mas isso não é limitante, já que as tensões dependem do material LC usado. A camada LC pode ter espessura por volta de 50µm e a largura da lente fica por volta de 200 µm. A metade do desenho é o limite entre duas lentes vizinhas, e o eletrodo estreito está nesse limite, compartilhado entre as lentes de cada lado do limite. Na figura inferior da Fig. 10, são mostrados resultados da simulação.

A Fig. 10 também mostra um eletrodo contador 165 que nesse exemplo está aterrado, no lado oposto da camada LC 166 com relação aos eletrodos no plano 160.

O índice de refração efetivo versus a posição lateral ao longo da lente é mostrado como plotagem 166 (que se aproxima de uma parábola 166' como desejado) e a plotagem 168 mostra o ângulo de deflexão versus a posição lateral (que se aproxima de uma linha reta 168' como desejado, demonstrando a boa qualidade óptica).

Na Fig. 11, é mostrada uma vista superior do layout do eletrodo. As linhas pontilhadas verticais indicam os limites das lentes individuais. PL indica o passo das lentes. O layout é simples e não exige cruzamento de eletrodos.

Apesar de os dois eletrodos largos vizinhos 164 próximos à metade de cada lente serem do mesmo potencial, não são combinados em um eletrodo muito largo: a folga entre eles melhora o desempenho óptico. Assim, os eletrodos vizinhos mais próximos ao centro de cada unidade de lente são do mesmo potencial e separados por uma folga.

Uma segunda realização de acordo com a invenção é descrita com referência às Fig. 12 e Fig. 13.

Na primeira realização, um substrato com uma única camada de eletrodos tendo somente dois tipos de eletrodos é suficiente para a obtenção de lentes GRIN com razoável qualidade óptica. A qualidade óptica pode ser melhorada aceitando-se mais de dois tipos de eletrodos. Um layout tendo três tipos de eletrodos é mostrado nas Figs. 12 e 13. Este layout proporcionará uma melhor qualidade óptica, mas com a necessidade do cruzamento de alguns eletrodos.

No layout da Fig. 12, existe um eletrodo estreito de alto potencial 162 nos limites da lente, e quatro eletrodos centrais para cada lente. Os dois exteriores 164a (mais próximos ao limite da lente) têm menor tensão aplicada, e os dois do meio 164b (mais próximos ao centro da lente) têm a menor tensão aplicada. Como mostrado na Fig. 13, existem três linhas 170 para direcionamento. Essas linhas podem estar todas de um lado, ou distribuídas entre dois lados. Também, para redundância, podem ser similares em ambos os lados.

Como foi o caso da primeira realização, os dois eletrodos vizinhos 164b próximos à metade de cada lente são acionados pelo mesmo potencial, mas não são combinados em um eletrodo muito largo. Este layout exige vias 171 para fazer a conexão com as linhas de fonte de tensão 170, porque são necessárias linhas de cruzamento.

Uma terceira realização de acordo com a invenção é descrita com referência à Fig. 14, que mostra a vista superior do layout do eletrodo.

Essa realização pode ser considerada como definindo um layout simplificado dos eletrodos quando comparado ao exemplo da Fig. 8. Ao invés de ter muitos eletrodos com larguras iguais, são providos menos eletrodos com larguras diferentes.

No layout da Fig. 14, existem novamente três tipos de eletrodos e, portanto três linhas 170 para direcionamento. A partir do meio da lente na direção dos limites da lente, a largura dos eletrodos aumenta, de maneira que existe um eletrodo estreito no centro. Nesse caso, existe um único eletrodo central, seguido por um par de eletrodos laterais, seguidos pelo par de eletrodos nos limites.

De maneira ideal, a distribuição de tensão ao longo da largura de uma lente tem o formato parabólico, como mostrado na curva pontilhada da Fig. 15.

Seja V(x) a distribuição de tensões ao longo da largura de uma lente (o centro da lente correspondendo a x=0). Idealmente,
V(x) = c x (|x| - PL) para - PL/2 < x < PL/2 .

Aqui, c é uma constante. Dentro dos limites de uma lente, essa curva é dividida em algumas regiões, correspondentes a alguns eletrodos.

Seja Vi e Si serem as tensões aplicadas ao eletrodo i e a largura do eletrodo i, respectivamente. Nos locais em que a derivada da distribuição de tensão é pequena, os eletrodos podem ser largos. Nos locais em que a derivada é grande, os eletrodos devem ser estreitos.

Por aproximação (com referência à Fig. 15), deve ser o potencial médio dentro da região ocupada pelo eletrodo i;

Deve ser notado que as modificações e realizações supramencionadas melhor ilustram que limitam a invenção, e que os técnicos no assunto poderão projetar muitas realizações alternativas sem abandonar o escopo das reivindicações anexas.

Nas realizações acima, o display é construído de maneira que no modo multivistas opera como um dispositivo de display autoestereoscópico. Em outras realizações do dispositivo de display multivistas, o display pode ser construído de modo que no modo multivistas proveja pelo menos duas vistas diferentes a pelo menos diferentes observadores, enquanto no modo de vista simples comporta-se como no modo de vista simples da realização autoestereoscópica anteriormente descrita do display de acordo com a invenção. Assim, por exemplo, o motorista/piloto e comotorista/copiloto de um veículo ou de uma aeronave pode receber dados de tráfego e dados de não tráfego como um filme ou outros, respectivamente. Uma descrição detalhada desses displays é provida, por ex., no pedido internacional de patente PCT/IB03/03844, cujo teor segue incorporado por referência. Este pedido internacional fornece displays de dupla visão com barreiras de paralaxe ou dotados de conjuntos lenticulares. Sem precisar repetir o teor do pedido, a descrição das realizações que se referem ao display tendo um conjunto lenticular na PCT/IB03/03844 dá exemplos de como construir um display de dupla visão em termos de dimensões de pixel e de projeto lenticular. Para se chegar a um display de dupla visão da presente invçnção, o lenticular do display da PCT/IB03/03844 deve ser substituído pelo ajustador da presente invenção, onde as dimensões dos lenticulares ajustadores devem ser escolhidas de acordo com a descrição das realizações relevantes do display da PCT/IB03/03844. Assim, os eletrodos do arranjo da presente invenção devem ser escolhidos de maneira que as áreas das lentes lenticulares correspondentes correspondam às lentes lenticulares descritas e necessárias para o display do documento PCT/IB03/03844.

Assim, a invenção foi descrita usando um painel LCD de display. Qualquer outro painel tendo elementos de pixel de display pode, entretanto ser usado. Nesse caso, um painel de diodo emissor de luz (LED) ou um painel de diodo orgânico emissor de luz (OLED) pode ser usado. Se o arranjo de comutação operar na luz polarizada, pode ser usado um polarizador para polarizar a luz dos painéis de display que fornecem luz não polarizada, como painéis LED ou OLED. Se o arranjo de comutação operar usando luz não polarizada, por ex., usando um material de fase azul de cristal líquido na camada de cristal líquido, o outro polarizador pode ser omitido quando forem usados os painéis de display que fornecem luz não polarizada. Para maiores detalhes sobre o material de fase azul, é feita referência ao pedido europeu de patente não pré-publicada 09161377.8, protocolo interno do agente número PH012922EP1, que segue incorporado por referência à presente.

Nas reivindicações, todos os sinais de referência colocados entre parênteses não serão entendidos como limitadores da reivindicação. A palavra "compreendendo" não exclui a presença de elementos ou etapas diferentes das listadas em uma reivindicação. A palavra "um" ou "uma" precedendo um elemento não exclui a presença de uma pluralidade desses elementos. Na reivindicação de dispositivo que enumera vários meios, vários desses meios podem ser podem ser realizados por um único elemento de hardware. O mero fato de que certas medidas são mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que a combinação dessas medidas não possa ser usada com vantagem.

Claims

DISPOSITIVO DE DISPLAY (100), COMUTÁVEL ENTRE UM MODO DE VISTA SIMPLES E UM MODO MULTIVISTAS, o display multivistas do dispositivo de display compreendendo:
- - um painel de display (103) tendo um conjunto de elementos de pixels de display (105) para a produção de um display; e
- - um arranjo de imagens (109) provido sobre um painel de display que é pelo menos parcialmente comutável eletricamente para prover o modo de vista simples ou o modo multivistas, em que no modo multivistas o arranjo de imagens compreende áreas das lentes lenticulares que direcionam a saida dos diferentes elementos de pixel de display para diferentes posições espaciais dentro de um campo de vista do dispositivo de display, e em que o arranjo de imagens (109) compreende:
- - primeiro e segundo substratos opticamente transparentes, uma camada de cristal liquido (150) entre eles inserida, e eletrodos de comutação em plano (160) dispostos em um lado do dito primeiro substrato, compreendendo linhas de eletrodos paralelos e coplanares (162,164), em que as linhas de eletrodos são dispostas como uma pluralidade de conjuntos de linhas paralelas, cada conjunto definindo uma área da lente lenticular, em que cada conjunto compreende primeiras linhas de eletrodos (162) nos limites opostos entre a área da lente lenticular e as áreas adjacentes das lentes lenticulares, e pelo menos um primeiro par de linhas de eletrodos (164) dispostas entre os limites opostos e simétricos em relação ao centro da área da lente lenticular, em que cada conjunto compreende no máximo seis linhas de eletrodos entre os limites opostos além das primeiras linhas de eletrodos (162) nos limites, em que no modo 2D, as moléculas de cristal liquido da camada de cristal liquido são orientadas perpendicular às linhas de eletrodos,
caracterizado pelas primeiras linhas de eletrodos (162) serem mais largas que as linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos (164), e em que a largura das linhas de eletrodos é progressivamente mais estreita a partir do limite da área da lente lenticular na direção do centro da área da lente lenticular.
DISPOSITIVO DE DISPLAY, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um eletrodo contador simples (165) disposto em um lado do segundo substrato.
DISPOSITIVO DE DISPLAY, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que cada conjunto é caracterizado por compreender exatamente um par de linhas de eletrodos (164) além das primeiras linhas de eletrodos.
DISPOSITIVO DE DISPLAY, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que cada conjunto é caracterizado por compreender exatamente dois pares de linhas de eletrodos (164a, 164b) além das primeiras linhas de eletrodos (162).
DISPOSITIVO DE DISPLAY, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ser aplicado um conjunto de tensões aos eletrodos, e em que uma tensão de mais alta magnitude é aplicada às primeiras linhas de eletrodos (162) do que às linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos (164).
DISPOSITIVO DE DISPLAY de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo modo de vista simples ser um modo regular bidimensional e o modo multivistas é um modo autoestereoscópico tridimensional.
DISPOSITIVO DE DISPLAY, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo modo de vista simples ser um modo regular bidimensional e o modo multivistas ser um modo para provisão de pelo menos duas imagens diferentes a pelo menos dois diferentes observadores, ambas residindo no campo de visão do dispositivo de display.
MÉTODO PARA O CONTROLE DA FUNÇÃO DA LENTE DE UMA LENTE LENTICULAR DE UM DISPOSITIVO AUTOESTEREOSCÓPICO DE DISPLAY que é comutável entre um modo de vista simples e um modo multivistas, em que o dispositivo de display tem um painel de display e um arranjo de imagens provido sobre um painel de display compreendendo primeiro e segundo substratos opticamente transparentes, uma camada de cristal liquido (150) inserida entre os dois, e eletrodos de comutação em plano (160) dispostos em um lado do dito primeiro substrato,
em que o método compreende:
- - controlar o arranjo de imagens entre estados de conformação de feixe, usando eletrodos de comutação em plano dispostos em um lado do dito primeiro substrato compreendendo linhas de eletrodos paralelos e coplanares, em que as linhas de eletrodos são dispostas como uma pluralidade de conjuntos de linhas paralelas, cada conjunto definindo uma área lenticular, em que cada conjunto compreende primeiras linhas de eletrodos (162) nos limites opostos entre a área lenticular e as áreas lenticulares adjacentes, e pelo menos um primeiro par de linhas de eletrodos (164) disposto entre os limites opostos e simétricos em relação ao centro da área lenticular, em que cada conjunto compreende no máximo seis linhas de eletrodos entre os limites opostos além das primeiras linhas de eletrodos (162) nos limites, em que no modo 2D, as moléculas de cristal liquido da camada de cristal liquido são orientadas perpendicular às linhas de eletrodos,
caracterizado pelas primeiras linhas de eletrodos (162) serem mais largas que as linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos (164), e em que a largura das as linhas de eletrodos é progressivamente mais estreita a partir do limite da área da lente lenticular na direção do centro da área da lente lenticular,
em que o método compreende a aplicação de um conjunto de tensões às linhas de eletrodos do conjunto, em que as mesmas tensões são aplicadas aos eletrodos do par, e uma tensão de mais alta magnitude é aplicada às primeiras linhas de eletrodos (162) com relação às linhas de eletrodos do primeiro par de linhas de eletrodos (164).