CN102893615A - 可切换的单视图-多视图模式显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种2D-3D可切换的自动立体显示设备具有可在2D模式和3D模式之间电学切换的成像布置(109)，该成像布置包括面内切换电极，该面内切换电极包括共平面平行电极线。电极线布置成多组平行线，每组定义一个柱镜透镜区域。每组包括在透镜区域和毗邻透镜区域之间的相对边界处的第一电极线，以及布置在所述相对边界之间并且关于透镜区域的中心对称的至少第一对电极线，其中每组包括位于所述相对边界之间的至多6条电极线。这提供了一种制造简单但是已被发现提供良好光学透镜质量的电极布局。

Description

可切换的单视图-多视图模式显示设备
技术领域
本发明涉及使用束整形设备的可在单视图和多视图模式之间切换的显示设备，该束整形设备在多个束整形状态之间是可控制的以用于提供单视图模式和多视图模式。
背景技术
已知的是基于液晶单元中液晶分子的配向取向来实施束整形。这种配向可以通过向其应用电场来控制。液晶分子的重新取向导致折射率梯度，该折射率梯度使得穿过液晶单元的光线被重新定向。借此，可以电学上控制光束的方向和/或形状。
自动立体显示设备包括具有显示像素阵列以用于产生显示的显示面板以及用于将不同视图引导到显示器前方的不同空间位置的成像布置。公知的是使用细长柱镜元件的阵列，所述细长柱镜元件设为彼此平行地延伸并且位于显示像素阵列上面作为成像布置，并且显示像素通过这些柱镜元件被观察。这种显示器是多视图显示器的示例。
在例如每个柱镜与两列显示像素关联的布置中，每列中的显示像素提供相应二维子图像的垂直切片。柱镜板(lenticular sheet)将这两个切片以及来自与其它柱镜关联的显示像素列的相应切片引导到定位在板前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。柱镜元件的板因而提供光输出引导功能。
在其它布置中，每个柱镜与在行方向上的一组四个或更多个毗邻显示像素关联。每组中的相应列的显示像素被适当地布置以提供来自相应二维子图像的垂直切片。当用户的头部从左到右移动时，一系列连续的不同的立体视图被感知，从而形成例如环视印象。
上述设备提供了一种有效的三维显示器。然而将理解，为了提供立体视图，需要牺牲设备的水平分辨率。这种分辨率牺牲对于诸如用于从近距离观看的小文本字符显示器的某些应用是无法接受的。由于这种原因，已经提出了提供一种可在二维模式(单视图模式)和三维(立体)模式(多视图模式)之间切换的显示设备。
实施这一点的一种方式是提供一种电学可切换柱镜阵列。在二维模式中，可切换设备的柱镜元件在“通过(pass through)”模式中操作，即它们行为方式与光学透明材料的平面板相同。得到的显示器具有等于显示面板的原生分辨率的高分辨率，该分辨率适合于近的观看距离的小文本字符显示器。二维显示模式当然无法提供立体图像。
在三维模式中，可切换设备的柱镜元件如上所述提供光输出引导功能。得到的显示器能够提供立体图像，但是如上所述具有不可避免的分辨率损失。
为了提供可切换的显示模式，可切换设备的柱镜元件可以形成为具有可在两种值之间切换的折射率的电光材料(诸如液晶材料)的束整形布置。通过应用适当电势到设于柱镜元件之上和之下的平面电极，该设备随后在所述模式之间切换。电势相对于毗邻光学透明层的折射率而改变柱镜元件的折射率。
可以在美国专利No.6,069,650中找到该可切换设备的结构和操作的更详细描述。
WO2008/126049公开了一种使用第一和第二面内电极的束整形设备，所述第一和第二面内电极产生面内电场。这被发现可以实现更大的折射率梯度，并且由此可以获得更高效的束发散/会聚。在优选布置中，束整形设备具有一组电极，其被驱动到不同电势，从而定义跨过束整形设备的形状的折射率平滑变化。此文献还公开了使用附加厚层，通过影响在LC层内产生的电场来增大焦距。
这种方法形成基于所谓梯度折射率(GRIN)透镜的柱镜。这些可切换柱镜是基于夹置在平坦基板和平坦覆盖层之间的液晶(LC)层。基板配备有相当复杂的电极结构。通过在这些电极上设置正确的电势分布，获得了具有良好光学质量的透镜。与基于复制的可切换柱镜相比，GRIN基可切换柱镜具有若干优点：
它们的制造与已有LC面板工厂中的LC面板制作技术兼容，并且它们具有理想的2D模式。
本发明旨在降低实施GRIN透镜的结构的复杂性。
发明内容
前述目的是通过本发明来实现。本发明由独立权利要求定义。从属权利要求提供有利实施例。
根据本发明，提供了一种如权利要求1定义的显示设备。此布置具有用于控制柱镜(柱镜被理解为透镜)切换功能的可控制电极线的简单单层结构，并且具有至多8个电极。在透镜边界处的电极线可以被共享，使得于是平均每个透镜存在至多7条电极线。
显示像素元件可以是单色或彩色显示面板中的显示像素并且可以是彩色显示面板的子像素。显示像素元件可以布置在多行和多列中。LC层可以由具有各向同性相的蓝相材料构成。在代理人卷号为PH012922EP1的未提前公开欧洲专利申请09161377.8中详细描述了具有这种蓝相材料的布置。
单个对电极优选地布置在第二基板的一侧，并且此电极可以接地。
除了第一电极线之外，每组电极线可以包括恰好一对电极线。因而，每个透镜仅仅有4条电极线，并且如果边界电极线被共享，则变为平均3条。仅仅需要两个不同电压来实施透镜功能，并且该设计可以避免在将电极线连接到所需要的两个电压源输入时电极线之间的交叉(cross-over)。
除了第一电极线之外，每组可以包括恰好两对电极线。这使能实现透镜的改进的光学性能，但是确实需要交叉(以及因此通路连接)以将电极线链接到三个所需要的电压源输入。三个不同电压于是用于驱动共平面电极。
第一电极线可以窄于第一对电极线的电极线。当透镜切断状态(2D模式)使LC分子平行于电极线取向时，这会是恰当的。
在另一设计中，第一电极线宽于第一对电极线的电极线。当透镜切断状态(2D模式)使LC分子垂直于电极线取向时，这会是恰当的。电极线的宽度可以从透镜区域的边界朝向透镜区域的中心逐渐更窄。
在所有情况下，一组电压被应用到电极，并且优选地与应用到第一对电极线的电极线的电压幅值相比，更高的电压幅值被应用到第一电极线(在透镜边界处)。
本发明还提供了一种控制自动立体显示设备的透镜的透镜功能的方法。
显示面板可以是常规或特定液晶显示器(LCD)面板。可替换地，显示面板诸如可以是例如有机发光二极管(OLED)面板的发光二极管面板，或者具有显示像素元件的任何其它面板。
显示设备优选地被配置使得单视图模式为二维模式并且多视图模式为自动立体三维模式。在显示设备的布置处于3D模式的该显示设备的此实施例中，不同显示像素的光在显示器视场内的不同方向(视图)中被发送，使得这些不同像素的光可以到达一个观看者的不同眼睛。如果随后不同像素代表图像的视差左和右子图像的光，则观看者可以体验3D图像而不必佩戴附加的观看辅助工具。因此获得自动立体3D模式。
可替换地，显示设备可以配置为使得单视图模式为常规二维模式并且多视图模式为对至少两位不同观看者提供至少两个不同图像的模式。在该后一种模式中，显示设备可以是例如能够在其多视图模式中对显示设备视场内不同位置处的两个不同观看者提供两个视图的双视图显示设备。两个视图诸如可以具有不同信息，例如用于车辆驾驶员/飞行员的业务信息以及用于驾驶员以外的旅客(诸如挨着她/他坐的旅客)的娱乐。车辆可以是轿车、公共汽车、卡车等，或者是飞机或船只。
在上述形式的多视图显示器的二者中，单视图模式优选地使得该布置这样起作用，使得它不提供视图引导功能。优选地该布置对于像素元件的光是基本上透明的，使得此光的传播方向不被该布置改变。
附图说明
参考示出本发明的当前优选实施例的附图，现在将更详细描述本发明的这些和其它方面，在附图中：
图1a为可以依据本发明调整的示例性束整形设备的透视图；
图1b为电极两端不应用电压时，图1a中的束整形设备沿着线A-A’的截面图；
图1c为电极两端应用电压V时，图1a中的束整形设备沿着线A-A’的截面图；
图2a和2b示出一种已知透镜设计的特性；
图3a和3b示出一种调整透镜设计的已知方式；
图4示出一种已知自动立体显示设备；
图5和6用于说明一种已知可切换的自动立体显示设备可以如何起作用；
图7示出一种自动立体显示设备所需要的透镜功能；
图8示出提供电压到自动立体显示设备的柱镜阵列的透镜的第一种已知方式；
图9示出提供电压到自动立体显示设备的柱镜阵列的透镜的第二种已知方式；
图10示出本发明的自动立体显示设备的可切换柱镜布置的第一示例；
图11在平面图中示出图10的设计的电极布局；
图12示出本发明的自动立体显示设备的可切换柱镜布置的第二示例；
图13在平面图中示出图12的设计的电极布局；
图14在平面图中示出本发明的自动立体显示设备的可切换柱镜布置的第三示例的电极布局；以及
图15用于解释电压如何被选择用于图14的示例。
具体实施方式
在下述描述中，参考自动立体显示器中的束整形设备描述本发明，该自动立体显示器具有垂直(homeotropically)配向液晶层——当电压不应用到电极时，LC层中包括的液晶(LC)分子垂直于基板取向。应指出，这绝不是限制本发明的范围，本发明同样可应用于其中液晶层按任何其它方式配向的束整形设备，诸如其中LC分子在平行于基板的平面中取向的平面取向。在这种取向中，LC分子可以平行于或垂直于电极取向，或者具有混合取向，其中在该混合取向中，LC分子具有毗邻第一基板的第一取向以及与第一取向正交的毗邻第二基板的第二取向。
再者，为了不使本发明被与其无直接关联的细节所模糊，本领域技术人员所公知的另外层(诸如用于配向LC分子的配向层等)既未在附图中描述，也未在此处详细描述。
应指出，图不是按比例的。然而，为了表现合适的尺寸，可以说电极中导线的宽度范围典型地为1μm至20μm。再者，导线典型地间隔10μm至100μm，并且LC层的厚度通常为5μm至50μm。
本发明涉及在2D/3D可切换的显示设备中使用束整形设备。然而，首先将描述与束整形设备有关的整体构思，接着解释在2D/3D显示器中的实施方式。
本发明以WO2008/126049中描述的方法为基础。
图1a-c示意性说明如WO2008/126049中描述的并且可以由本发明调整的示例性束整形设备。
在图1a中示出束整形设备1，其包括夹置在第一透明基板3和第二透明基板4之间的垂直配向液晶(LC)层2。在第一基板3上，面向LC层2提供第一梳状透明电极5和第二梳状透明电极6。通过在这些电极5、6上应用电压V，入射在束整形设备上的准直光束7可以如图1a中示意性说明地被偏转。
图1b为沿着图1a中的线A-A’的截面图，示意性示出在电极5、6两端不应用电压的情形。由于不应用电压，不形成电场，并且因此LC分子具有由配向层(未示出)施加在它们上的取向。对于图1b中说明的情形，LC分子垂直配向，并且此处由三条平行光线11a-c代表的入射光束7通过束整形设备1而不改变形状。
参考示意性示出其中在电极5、6两端应用电压V的情形的图1c，现在将更详细描述图1a中的束整形设备使用的束整形机制。
如图1c示意性示出，LC层2中包含的液晶(LC)分子10a-c配向到电极5、6之间的电场线。由于这种重新取向，形成了具有不同折射率的LC层2的多个区域。在图1c说明的示例性情形中，由在(局部)垂直束整形设备1的方向上撞击束整形设备1的光束7体验的折射率在垂直于LC层2取向的LC分子10a引起的寻常折射率no和由平行于LC层2取向的LC分子10c引起的非寻常折射率ne之间变化。撞击其一部分具有“垂直”LC分子10a和其一部分具有“平行”LC分子10c之间的束整形设备1的光将体验到撞击LC分子10b的中间折射率。分子配向循着面内电场。这是指场线穿过基本上在同一平面中的电极。场线弯曲并且延伸到LC中，但是场线在至少部分其长度上平行于LC层的平面从而定义从一个电极到另一个电极的连续路径。整体效应是定义渐变折射率(GRIN)透镜。
在图1c中，代表偏振方向垂直于LC分子长轴的非偏振光的线偏振分量的三条射线12a、b、c(寻常射线)通过束整形设备1，实际上没有体验到折射率梯度。因而这些射线12a-c在通过LC层2时方向都没有显著变化。
另一方面，代表在分子长轴的平面内偏振的光的其它偏振分量，即射线13a、b、c(非寻常射线)体验到折射率梯度并且因此如图1c中示意性所示被折射。
因此，非偏振光束7中最多50%的光可由图1a-c中的束整形设备1控制。
如WO2008/126049中描述，通过堆叠束整形元件，可以获得对非偏振光束中基本上所有的光的控制。
当使用该束整形设备实施如用于在自动立体显示器中使用所需要的透镜功能时，每个透镜需要超过两个电极，从而能够非线性地改变透镜两端的电压。图2示出具有23个电极的GRIN透镜的理论分析。对于两个不同驱动电压的折射率分布图示于图2(a)，并且角度分布图示于图2(b)。
如WO2008/126049中讨论，曲线图具有由于GRIN透镜中衍射效应引起的显著波动，并且WO2008/126049给出了这个问题的解决方案。
图3(a)示出基础GRIN透镜设计，面内电极20位于接触LC层22的绝缘体层21的表面处，其中在LC层22中定义了折射率图案。图3(b)示出在电极和LC层之间用于降低LC层中光栅效应的帽层24。
图4为一种已知的直视自动立体显示设备100的示意性透视图。已知设备100包括有源矩阵类型的液晶显示面板103，其充当空间光调制器以产生显示。
显示面板103具有布置在多个行和多个列中的显示像素105的正交阵列。为了清楚起见，在图中仅仅示出少量显示像素105。实践中，显示面板103可包括大约一千行和几千列的显示像素105。
液晶显示面板103的结构完全是常规的。特别地，面板103包括一对隔开的透明玻璃基板，在所述玻璃基板之间提供配向扭转向列或其它液晶材料。基板在它们面对的表面上承载透明铟锡氧化物(ITO)电极的图案。偏振层也提供在基板的外表面上。
每个显示像素105可以包括在基板上的相对的电极，中间液晶材料位于所述电极之间。显示像素105的形状和布局由电极的形状和布局确定。显示像素105通过间隙而彼此均匀地隔开。
每个显示像素105与诸如薄膜晶体管(TFT)或薄膜二极管(TFD)的切换元件关联。通过提供寻址信号到切换元件，显示像素被操作以产生显示，并且合适的寻址方案将为本领域技术人员所知晓。
显示面板103由光源107照明，这种情况下该光源包括在显示像素阵列的区域上延伸的平面背光。来自光源107的光被引导通过显示面板103，各个显示像素105被驱动从而调制光并且产生显示。
显示设备100还包括布置在显示面板103的显示侧上的柱镜板109，该柱镜板执行视图形成功能。柱镜板109包括彼此平行地延伸的一行柱镜元件111，为了清楚起见以夸大尺寸示出仅仅一个柱镜元件。
柱镜元件111为凸圆柱形透镜的形式，并且它们充当光输出引导装置，从而从显示面板103提供不同图像或视图到位于显示设备100前方的用户的眼睛。
图4所示的自动立体显示设备100能够在不同方向上提供若干不同透视图。特别地，每个柱镜元件111位于每行中的一小组显示像素105上。柱镜元件111将一组的每个显示像素105投影在不同方向上，从而形成若干不同视图。当用户的头从左到右移动时，他/她的眼睛将依次接收所述若干视图中的不同视图。
如上所述，已经提出提供电学可切换的透镜元件。这使得显示器能够在2D和3D模式之间切换。
图5和6示意性示出电学可切换柱镜元件115阵列。该阵列包括一对透明玻璃基板119、121，由铟锡氧化物(ITO)形成的透明电极123、125设于它们的面对的表面上。使用复制技术形成的倒转透镜结构127被提供在基板119、121之间，毗邻所述基板中的上基板119。液晶材料129也被提供在基板119、121之间，毗邻所述基板中的下基板121。
倒转透镜结构127致使液晶材料129在倒转透镜结构127和下基板121之间呈现平行的细长柱镜形状，如图5和6中的截面所示。接触液晶材料的倒转透镜结构127和下基板121的表面也设有用于使液晶材料取向的取向层(未示出)。
图5示出当电势不被应用到电极123、125时的阵列。在这种状态下，对于具体偏振的光，液晶材料129的折射率显著高于倒转透镜阵列127的折射率，并且柱镜形状因此提供光输出引导功能，即透镜作用，如所示。
图6示出当大约50至100伏特的交变电势被应用到电极123、125时的阵列。在这种状态下，对于具体偏振的光，液晶材料129的折射率基本上与倒转透镜阵列127的折射率相同，使得柱镜形状的光输出引导功能取消，如所示。因而，在这种状态下，该阵列实际上在“通过”模式中起作用。
技术人员将理解，光偏振装置必须结合上述阵列使用，因为液晶材料是双折射的，折射率切换仅适用于具体偏振的光。光偏振装置可以被提供作为该设备的显示面板或成像布置的一部分。
图7示出如上所述的柱镜类型成像布置的操作原理，并且示出背光130、诸如LCD的显示设备134以及柱镜阵列138。
图5和6中示出的设备的制造使用复制柱镜，这需要在生产设施中不是标准的设备。如上所述的具有横向受控渐变折射率透镜功能的束整形设备的使用因而简化了制造工艺。
当束整形设备用于实施柱镜透镜时，电极平行于细长透镜轴伸展(使得透镜形状跨过透镜宽度被定义)。
如上所述，先前已经意识到对于每个透镜多个电极是期望的，并且一组电压被应用到电极。同一组电压可以被应用到每个柱镜透镜的电极组，并且WO2008/126049提出通过在电压线的总线140上提供该电极组来简化对电极的电压供应，如图8所示。
图8示出0.38mm宽的每个圆柱形透镜由23个不同电压驱动的布局的一部分。该图示出四个圆柱形透镜的一部分，每个圆柱形透镜被在上下方向上伸展的23个ITO电极覆盖。该组电压被应用到一个柱镜透镜的电极，应用的顺序与应用到毗邻柱镜透镜的电极的顺序相反。这给出在总线140和电极线142之间示出的分接点的三角形连接图案。
在切断状态中，LC分子垂直于电极配向。
在此设计中，如果使用宽度相等的电极，并且如果必须使用几十个电极以获得正确的电场分布，则这进而暗示着电极的宽度将是小的。另外，需要几百个透镜并且因此几千个电极。实践中，这引起制造问题，诸如电极之间出现短路。这还引起跨过透镜的光的衍射，在一定程度上破坏透镜的光学质量。
Hyung Ki Hong等人的“Autostereoscopic 2D/3D switching Display using Electric-field driven LC lens (ELC lens)”，SID 08，p.348(paper 026)，2008和Hyung Ki Hong等人的“Electric-field-driven LC lens for 3-D/2-D autostereoscopic display”，JSID 17，p.399，2009中公开了一种简化的方法。
GRIN透镜的截面示于图9。这分别示出两个相邻透镜的右半部和左半部。LC层150夹置在基板152和覆盖件154之间。覆盖件154具有处于地电势的均匀电极。基板152具有两层电极156、158。最靠近LC层的层156具有处于比较高电势的窄电极。更远离LC层的层158具有处于比较低电势的宽电极。所述电极垂直于图取向。
LC材料是向列类型。在切断状态中，LC分子平行于电极(即垂直于图)取向：接触LC层的配向层的摩擦方向垂直于图。
此方法依赖于具有两层电极的基板，介质层位于这两层电极之间，这也使该制造方法复杂化。
本发明提供一种GRIN透镜设计，其具有少量电极，并且驱动电极都位于单个平面内。再者，这不使透镜的光学质量折衷。
本发明提供多个示例。这些示例的某些可以被认为是与图9的布置(其中在切断状态中，LC分子平行于电极取向)相比的简化布局，并且其它示例可以被认为是与图8的布置(其中在切断状态中，LC分子垂直于电极取向)相比的简化布局。
参考图10和11描述根据本发明的第一实施例。
如在图9的示例中，在切断状态中(电极两端没有电压/电压为零)，LC分子平行于电极(即垂直于图10上图中的图)取向。
透镜结构包括单层160电极。对于每个透镜，存在处于比较高电势的一个窄电极162和处于比较低电势的两个宽电极164。可能的电压的示例在图10中(以及在下面的图12中)给出，但是这不旨在是限制性的，因为电压将取决于所使用的LC材料。LC层可以具有大约50μm的厚度并且透镜宽度大约为200μm。图的中间为两个相邻透镜之间的边界，并且窄电极位于此边界处，在边界的每侧上的透镜之间被共享。在图10下图中示出仿真结果。
图10还示出在LC层166的与面内电极160相对的一侧上的对电极165，在此示例中该对电极接地。
有效折射率与沿着透镜的横向位置的关系被示为曲线166(它与期望的抛物线166'接近)并且曲线168示出偏转角度与横向位置的关系(它与期望的直线168'接近，演示了良好的光学质量)。
在图11中示出电极布局的俯视图。竖直虚线表示各个透镜的边界。PL表示透镜的节距。该布局简单并且不需要电极交叉。
尽管靠近每个透镜中间的两个相邻宽电极164处于同一电势，它们不被组合成一个非常宽的电极：它们之间的间隙被发现使光学性能改善。因而，最靠近每个透镜单元的中心的相邻电极处于同一电势并且由间隙分隔。
参考图12和图13描述根据本发明的第二实施例。
在第一实施例中，含有仅仅具有两种类型电极的单层电极的基板足以获得具有合理光学质量的GRIN透镜。通过允许超过两种类型的电极，可以改进光学质量。具有三种类型的电极的布局示于图12和13。此布局将给出更佳的光学质量，但是一些电极需要交叉。
在图12的布局中，存在位于透镜边界处的一个窄的高电势电极162，并且存在用于每个透镜的四个中心电极。外面两个164a(最靠近透镜边界)应用较低电压，并且中间两个164b(最靠近透镜中心)应用最低电压。如图13所示，存在三条线170用于寻址。这些线可以都位于一侧，或者两侧分布。另外，为了冗余，它们可以在两侧是相似的。
如第一实施例中的情形那样，靠近每个透镜中间的两个相邻电极164b被驱动到同一电势，但是它们不组合成一个非常宽的电极。这种布局需要通路171形成与电压源线170的连接，因为需要交叉线。
参考图14描述根据本发明的第三实施例，该图示出电极布局的俯视图。
此实施例可以被认为定义与图8示例相比简化的电极布局。不是具有宽度相同的许多电极，而是提供具有不同宽度的较少电极。
在图14的布局中，同样存在三种类型的电极，并且因此存在三条线170用于寻址。从透镜的中间朝向透镜的边界，电极的宽度增大，使得在中心存在窄电极。这种情况下，存在单个中心电极，接着是一对横向电极，接着是在边界处的电极对。
理想地，沿着透镜宽度的电压分布具有抛物线形状，如图15中虚线曲线所说明。
设V(x)为沿着透镜的宽度的电压分布(透镜的中心对应于x=0)。理想地，
Figure 942242DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 881248DEST_PATH_IMAGE002
。
此处，c为常数。在透镜的边界内，该曲线被分割为对应于电极数目的多个区域。
设Vi和Si分别为应用到电极i的电压和电极i的宽度。在理想电压分布的导数小的位置，电极可以是宽的。在导数大的位置，电极必须是窄的。
通过近似(参考图15)，Vi应该是由电极i占据的区域内的平均电势：
Figure 703710DEST_PATH_IMAGE003
。
应指出，上述调整和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。
在以上实施例中，显示器构造成使得在多视图模式它起到自动立体显示设备的作用。在多视图显示设备的其它实施例中，显示器可以构造成使得在多视图模式中它提供至少两个不同视图给至少两个不同观看者，而在单视图模式中它的行为与在根据本发明的显示器的前述自动立体实施例的单视图模式中相同。因而，例如车辆或飞行器的驾驶员/飞行员以及副驾驶员/领航员可以被分别提供业务数据以及诸如电影或其它的非业务数据。在例如国际专利申请PCT/IB03/03844中提供了这种显示器的详细描述，该国际专利申请的内容通过引用结合于此。此国际申请提供具有视差屏障或具有柱镜阵列的双视图显示器。不需要重复该申请的内容，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柱镜设计和像素尺寸的关系而言如何构造双视图显示器的示例。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(adjuster)替代，其中调节器柱镜的尺寸将遵照PCT/IB03/03844的显示器的相关实施例来选择。因而本发明的布置的电极必须被选择为使得相应柱镜透镜区域对应于针对PCT/IB03/03844的显示器所描述和需要的柱镜透镜。
因而，已经使用LCD显示面板描述本发明。然而可以使用具有显示像素元件的任何其它面板。在那种情况下，可以使用发光二极管(LED)面板或有机发光二极管(OLED)面板。如果切换布置在偏振光上操作，偏振器可以用于偏振提供非偏振光的显示面板(诸如LED或OLED面板)的光。如果切换布置使用非偏振光操作，例如通过在液晶层中使用蓝相液晶材料，当使用提供非偏振光的显示面板时，可以省略附加偏振器。关于蓝相材料的更多细节，参考通过引用结合于此的内部代理人卷号为PH012922EP1的未提前公开欧洲专利申请09161377.8。
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。措词“包括”不排除存在权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤。元件前的措词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。在列举若干装置的设备权利要求中，若干的这些装置可以由单个相同的硬件项目来实施。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些的组合。

Claims (13)

1.一种可在单视图模式和多视图模式之间切换的显示设备(100)，该多视图显示显示设备包括：
- 显示面板(107)，其具有显示像素元件(105)的阵列以用于产生显示；以及
- 成像布置(109)，其是至少部分地电学可切换的以提供单视图模式或多视图模式，其中在多视图模式中该成像布置包括柱镜透镜区域，该柱镜透镜区域将来自不同显示像素元件的输出引导到显示设备的视场中的不同空间位置，并且其中该成像布置(109)包括：
- 第一和第二光学透明基板，夹置在第一和第二光学透明基板之间的液晶层(150)，以及布置在所述第一基板的一侧的包括共平面平行电极线(162，164)的面内切换电极(160)，其中电极线布置成多组平行线，每组定义一个柱镜透镜区域，其中每组包括在该柱镜透镜区域和毗邻柱镜透镜区域之间的相对边界处的第一电极线(162)，以及布置在所述相对边界之间并且关于柱镜透镜区域的中心对称的至少第一对电极线(164)，其中除了在边界处的第一电极线(162)之外，每组包括位于所述相对边界之间的至多6条电极线。
2.如权利要求1所述的显示设备，还包括布置在第二基板的一侧的单个对电极(165)。
3.如前述权利要求中任意一项所述的显示设备，其中除了第一电极线之外，每组包括恰好一对电极线(164)。
4.如权利要求1或2所述的显示设备，其中除了第一电极线(162)之外，每组包括恰好两对电极线(164a，164b)。
5.如前述权利要求中任意一项所述的显示设备，其中第一电极线(162)窄于第一对电极线(164)的电极线。
6.如权利要求5所述的显示设备，其中在2D模式中，液晶层的液晶分子平行于电极线(162，164)取向。
7.如权利要求1至4中任意一项所述的显示设备，其中第一电极线(162)宽于第一对电极线(164)的电极线。
8.如权利要求7所述的显示设备，其中在2D模式中，液晶层的液晶分子垂直于电极线取向。
9.如权利要求7或8所述的显示设备，其中电极线的宽度从柱镜透镜区域的边界朝向柱镜透镜区域的中心逐渐更窄。
10.如前述权利要求中任意一项所述的显示设备，其中一组电压被应用到电极，并且其中与应用到第一对电极线(164)的电极线的电压幅值相比，更高的电压幅值被应用到第一电极线(162)。
11.如前述权利要求中任意一项所述的显示设备，其中单视图模式为常规二维模式，并且多视图模式为自动立体三维模式。
12.如前述权利要求中任意一项所述的显示设备，其中单视图模式为常规二维模式，并且多视图模式为对均驻留在显示设备的视场中的至少两位不同观看者提供至少两个不同图像的模式。
13.一种控制自动立体显示设备的柱镜透镜的透镜功能的方法，该自动立体显示设备可在单视图模式和多视图模式之间切换，其中该显示设备具有成像布置，该成像布置包括第一和第二光学透明基板，夹置在第一和第二光学透明基板之间的液晶层(150)，以及布置在所述第一基板的一侧的面内切换电极(160)，
其中该方法包括：
- 使用布置在所述第一基板的一侧的包括共平面平行电极线的面内切换电极，在多个束整形状态之间控制该成像布置，其中电极线布置成多组平行线，每组定义一个柱镜区域，其中每组包括在该柱镜透镜区域和毗邻柱镜透镜区域之间的相对边界处的第一电极线(162)，以及布置在所述相对边界之间并且关于柱镜透镜区域的中心对称的至少第一对电极线(164)，其中除了在边界处的第一电极线(162)之外，每组包括位于所述相对边界之间的至多6条电极线，其中该方法包括应用一组电压到所述组的各电极线，其中相同电压被应用到所述对的各电极，并且与应用到第一对电极线(164)的电极线的电压幅值相比，更高的电压幅值被应用到第一电极线(162)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106707578A (zh) * 2017-03-20 2017-05-24 京东方科技集团股份有限公司 液晶光栅、显示装置及其控制方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN2014CN03497A (zh) 2011-11-09 2015-07-03 Koninkl Philips Nv
CN102650792A (zh) * 2012-02-20 2012-08-29 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜及其制造方法、制造设备和3d显示装置
CN103257471A (zh) * 2012-02-21 2013-08-21 群康科技(深圳)有限公司 具有切换模式的显示装置
CN103543552B (zh) * 2012-07-10 2016-07-06 群康科技(深圳)有限公司 液晶显示面板、其驱动方法及包含其的液晶显示器
CN103716616A (zh) 2012-10-09 2014-04-09 瀚宇彩晶股份有限公司 可切换二维与裸眼立体显示模式的显示装置的显示方法
JP2014081419A (ja) * 2012-10-15 2014-05-08 Japan Display Inc 液晶表示装置
US9612445B2 (en) 2012-11-27 2017-04-04 Merck Patent Gmbh Lens element
JP6028975B2 (ja) * 2012-12-05 2016-11-24 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 立体画像表示装置
GB2508844A (en) * 2012-12-12 2014-06-18 Sharp Kk Analogue parallax barrier
KR20150092396A (ko) * 2014-02-03 2015-08-13 삼성디스플레이 주식회사 표시장치
KR102440113B1 (ko) * 2015-01-02 2022-09-05 삼성디스플레이 주식회사 광 변조 장치
DE102019213840A1 (de) * 2019-09-11 2021-03-11 Psa Automobiles Sa Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines autostereoskopischen Bildes, Kraftfahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung
EP4014066A4 (en) 2019-12-11 2023-01-25 Samsung Electronics Co., Ltd. ELECTRONIC DEVICE AND ASSOCIATED CONTROL METHOD
DE102021200422A1 (de) * 2021-01-18 2022-07-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Anzeigevorrichtung und Kraftfahrzeug umfassend eine Anzeigevorrichtung
WO2024117907A1 (en) * 2022-12-01 2024-06-06 Dimenco Holding B.V. Method for preparing a lenticular device for a 2d / 3d switchable autostereoscopic display

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007052323A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 電気光学装置及び電子機器
CN101444105A (zh) * 2005-12-20 2009-05-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 自动立体显示设备
US20100026920A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Electro-optic unit, driving method of the electro-optic unit, and display apparatus having the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2862462B2 (ja) * 1993-09-09 1999-03-03 シャープ株式会社 ３次元ディスプレイ装置
GB9623682D0 (en) 1996-11-14 1997-01-08 Philips Electronics Nv Autostereoscopic display apparatus
JP4679147B2 (ja) 2002-08-19 2011-04-27 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 車両内で画像を表示する表示システム
KR101122199B1 (ko) * 2005-07-07 2012-03-19 삼성전자주식회사 2차원/3차원 영상 호환용 입체영상 디스플레이 장치
US7359105B2 (en) * 2006-02-07 2008-04-15 Sharp Kabushiki Kaisha Spatial light modulator and a display device
CN100529861C (zh) 2006-06-27 2009-08-19 乐金显示有限公司 液晶透镜及包括其的图像显示器件
US20100149444A1 (en) 2007-04-17 2010-06-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Beam-shaping device
CN201126495Y (zh) * 2007-12-03 2008-10-01 北京超多维科技有限公司 2d-3d可转换立体显示装置
KR101481671B1 (ko) * 2008-07-21 2015-01-13 엘지디스플레이 주식회사 액정 전계 렌즈를 구비한 입체 표시 장치
JP5521380B2 (ja) * 2009-04-13 2014-06-11 ソニー株式会社 立体表示装置
WO2010136951A1 (en) 2009-05-28 2010-12-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Autostereoscopic display device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007052323A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 電気光学装置及び電子機器
CN101444105A (zh) * 2005-12-20 2009-05-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 自动立体显示设备
US20100026920A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Electro-optic unit, driving method of the electro-optic unit, and display apparatus having the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106707578A (zh) * 2017-03-20 2017-05-24 京东方科技集团股份有限公司 液晶光栅、显示装置及其控制方法
WO2018171142A1 (zh) * 2017-03-20 2018-09-27 京东方科技集团股份有限公司 液晶光栅、显示装置及其控制方法
CN106707578B (zh) * 2017-03-20 2020-02-28 京东方科技集团股份有限公司 液晶光栅、显示装置及其控制方法
US10627663B2 (en) 2017-03-20 2020-04-21 Boe Technology Group Co., Ltd. Liquid crystal grating, display device and methods for controlling thereof

Also Published As

Publication number Publication date
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