CN103026287B - 光束偏转布置和具有相同布置的多视图显示 - Google Patents

Abstract

公开了一种光束偏转布置，其可以用在自动立体显示设备中。布置包括：基板；例如以光学上各向同性的固体形成并且具有朝向基板的弯曲表面的第一层；以及例如由限制在基板和第一层之间的液晶材料形成的第二层。第一和第二层之间的界面可以例如限定平行的凸透镜的阵列。对于预定偏振的光，第二层的折射率可以在与第一层的折射率匹配的第一值和不同于第一层的折射率的第二值之间切换，由此选择性地提供束偏转功能。基板由从基板或者从第一层开始延伸的多个间隔物与第一层间隔一定距离，间隔物与基板和第一层中的另一个形成点或者线接触。间隔物可以包括具有平行于基板平面的长度方向的延长的间隔物。基板和第一层可以由柔性塑料材料形成，在所述实例中，布置可以通过使用卷到卷的处理技术来制造。

Description

光束偏转布置和具有相同布置的多视图显示

技术领域

本发明涉及以下类型的光束偏转布置，其中，光在固体材料和气体/液体材料之间的界面处折射。其中，布置包括基板、由具有第一折射率以及具有朝向基板的弯曲表面的光学透明固体材料形成的第一层，以及由限制在基板和第一层之间的气体和/或液体材料形成并且具有第二折射率的第二层，其中，第二折射率与第一折射率不同。

本发明还涉及包括光束偏转布置的多视图显示。在所述实例中，布置被配置成接收来自具有子像素的显示设备的光并且将不同子像素的光投射到不同的方向以及投射到多个视图中的不同视图中。

本发明还涉及形成光束偏转布置的方法。

背景技术

GB 2196166A中描述了一种自动立体显示设备。该已知设备包括二维发射液晶显示面板，其具有充当图像形成布置的显示子像素的行和列阵列，以产生显示。彼此平行延伸的延长的凸透镜（透镜）阵列放在显示子像素阵列上面并且充当光束偏转布置。来自显示像素的输出投射通过这些凸透镜，所述凸透镜被操作以形成到多个视图中的输出。

根据通常的限定和出于本发明的目的，像素意味着代表用于表现图像点的显示面板的最小单元。因而，在彩色显示中，像素能够向图像点提供所有的色彩并且可以因此被细分成表现基本的或者原色（例如，红色、绿色和蓝色）的子像素。以额外的原色子像素或者白像素形式的额外子像素可以存在。对于单色显示，子像素因而对应像素，因为不存在任何颜色。

GB 2196166A中的光学视图束偏转布置因而被提供为一片元件，每片元件包括延长的半圆柱形透镜元件。凸透镜在显示面板的子像素列方向延伸，而每个凸透镜放在显示子像素的两个或者更多个相邻列的各个组上。每个透镜的焦点与由显示像素的阵列所限定的平面近似一致。

在例如每个凸透镜与显示子像素的两列相关联的布置中，每列中的显示子像素提供各自二维子图像的垂直切片。凸透镜片将这两个切片和来自与其它凸透镜相关联的显示像素列的对应切片投射到位于片前方的用户的左和右眼上，以使得用户观察单个的立体像。对于具有红色、绿色和蓝色子像素列的有规律的显示面板像素布局，在行方向中的三个相邻凸透镜提供两个视图，每个视图具有红色和绿色和蓝色的子像素输出。

在其它的布置中，每个凸透镜与一组行方向中的三个或者多个相邻显示像素相关联。在每组中显示像素的相应列被适当地布置以提供来自各自二维子图像的垂直切片。当用户的头从左到右运动时，可以观察到一系列连续的、不同的、立体的视图，从而创建例如，环视的感觉。

以上所述的设备提供了一种有效的三维显示。然而，将要理解的是，提供立体视图包括分辨率的必要的减少，因为每个视图由显示面板的子像素的子集来形成。而且，对于给定的显示面板分辨率，在如由视图的数量所确定的三维深度的现实感知和每个视图的分辨率之间存在权衡（trade off）。

已经提出了：提供一种显示设备，其在使用中是可切换的，以起传统的二维显示设备和自动立体显示设备的作用。在这种设备中，光束偏转布置本质上在第一和第二模式之间切换。第一模式是通过模式，其中，由布置所接收的光基本上透过而不改变其方向。第二模式是视图形成模式，其中，光被指向不同的方向以形成立体视图。在第一（通过）模式中使用光束偏转布置适于有助于高显示分辨率的应用，例如，文本显示。在第二（图像生成）模式中使用该布置适于有助于三维效果的应用，例如，视频显示。

在国际专利申请WO 1998/021620中公开了一种已知的可切换光束偏转布置。它包括凸透镜阵列，其被布置以使得凸透镜表面被限定在双折射材料的一侧上以及光学上各向同性材料的另一侧上。各向同性材料的折射率与双折射材料的寻常折射率或者非寻常折射率相匹配，以使得第一偏振光不由透镜偏转以及第二偏振光被偏转。透镜的功能可以通过适当地控制由光束偏转布置所接收的或者从光束偏转布置透过的光的偏振来接通或者关断。双折射材料典型地是液晶材料。

需要一种改进的光束偏转布置，以当它含有液体和/或气体层时根据光学性能用在例如多个视图显示中。

GB 2 403 815公开了一种透镜阵列结构，其使用两个正交的透镜阵列，其中，基于入射光的偏振，一个透镜阵列或者另一个透镜阵列是有效的。

发明内容

本发明的目的是满足上述需求。

该目的是通过在独立权利要求中所限定的本发明来达到的。从属权利要求提供有益的实施例。

本发明提供一种在多视图显示设备中使用的光束偏转布置，其中，基板表面由多个间隔物与第一层的弯曲表面间隔一定距离，所述间隔物从基板和/或从第一层开始延伸，以及其中，多个间隔物中的每一个与基板和第一层中的另一个形成点或者线接触。

光学布置的性能被增强，因为它可以被确保：基本上第一层的整个偏转表面与第二层的气体或者液体材料接触，而间隔物的点和/或线接触最小化缺少这种接触的区域。因此，间隔物接触偏转表面的区域的可见性（光学效果）被最小化并且因此间隔物的可见性也被最小化。

同时，并入了特定间隔物的光束偏转布置的结构允许基板表面和第一层具有远离彼此的限定距离。因此，布置的第二层可以提供有更一致的厚度，所述一致性甚至可以减少另外的光学缺陷。

而且，布置的复杂性通过提供从基板或者第一层开始延伸的（例如，与其集成或者连接的）间隔物来最小化。这提供了超过包括例如，球或者圆柱形构件的分立间隔物的布置（特别地相对于布置的制造）的优点。将要理解的是，本发明的间隔物不是具有圆形横截面的球或者圆柱形构件。

光束偏转表面由多个更小的弯曲表面构成。这些弯曲表面可以是棱镜、凹的和/或凸的透镜或者凸透镜。优选地，它们是单个的棱镜、透镜或者凸透镜。多个弯曲表面优选地是弯曲表面的阵列。阵列可以在阵列在其中延伸的一个或者两个（可选地互相垂直的）方向中是有规律的。因此，弯曲表面代表重复的弯曲表面的阵列，例如，具有凸透镜阵列的凸透镜片。

基底和/或第一层可以由柔性材料形成，例如，塑料材料或者（有机）聚合物材料。这些材料的实例包括聚碳酸酯或者在便携式电脑或者手持设备的例如液晶显示（LCD）面板的显示面板中所发现的材料。在这些实例中，当制造过程中或者布置的最终状态中第二层包括例如气体和/或液体的非固体材料时，具有间隔物可以是必须的。在第一实施例中，本发明提供一种以下类型的光束偏转布置，其中，光在是第一层材料的固体材料和包括气体和/或液体材料或者由气体和/或液体材料构成的第二层之间的界面处被折射。在该实例中，在布置的最终状态中的第二层包括液体和/或气体。因而，本发明是有益的，因为它对于液体、液体混合物和气体扩大了用于第二层的材料的范围。对于在其中第二层用来切换其折射率的光学布置，该优点特别地显著。

因而，在液体和或气体具有不同于第二折射率，但是与第一折射率相同的另外的折射率的情况下，本发明的布置可以在两个光学状态之间是可切换的。第一状态是因此与在偏转表面处提供第二折射率的第二层相关联，以及第二状态因此与在偏转表面处提供另外的折射率的第二层相关联。

可替代地，第二和另外的折射率可以都与第一折射率不同并且彼此不同，以使得布置提供两种不同的光束偏转模式。

优选地，第二层包括具有第二和另外的折射率的液体材料。这种材料可以是液晶材料。以此方式，通过使用例如在光束偏转表面的一个或者多个侧面的一个多个部分上的电极而将电场施加到第二层，第二层的折射率可以在第二和另外的折射率之间切换。每个弯曲表面可以具有第一部分，其中弯曲表面与基板表面间隔有最小的局部距离，以及其中，间隔物从基板开始延伸，以便于对于弯曲表面的第一子集，线和/或点接触发生在弯曲表面的第一子集内部的第一部分中。以此方式，接触总是在接触弯曲表面的顶上。布置可以与偏振器一起使用，用于提供具有预定偏振的光，但是这种偏振器可以已经存在于在其中使用该布置的设备的另一部分中。

在优选的实施例中，最小局部距离与基板表面和光束偏转表面的弯曲表面的第一部分之间的最小间隔距离相同。同样，形成接触的弯曲表面互相完全相同。在该构造中，间隔物可以是具有一样高度的延长间隔物，以使得基板朝向第一层的间隔是一样的。

间隔物可以因而是具有平行于基板平面延伸的长度方向的延长的间隔物。因而，间隔物可以与多个弯曲表面形成接触。

弯曲表面优选地是具有圆柱体轴的半圆柱形透镜，透镜的所有圆柱体轴平行并且相对于间隔物长度方向限定非零角度。优选地，延长的间隔物与多个弯曲表面形成接触并且它们的长度轴相对于凸透镜状的透镜的圆柱体轴限定角度。因此，间隔物与凸透镜仅仅形成点接触并且基板和第一层之间的接触可以被最小化。同时，基板和第一层不需要任何精密的对齐，以对于光束偏转布置具有好的和一样的间隔构造。这使制造相当便利。同时，可以创建用于整个布置的弯曲的边缘，而不需要实质改变间隔值。

间隔物和凸透镜之间的角度可以是不同于零度的任何角度，但是优选地位于2到90度的范围，或者更特别地在15到80度的范围。

间隔物（41）具有从其开始延伸的表面所测量的间隔物高度和垂直于间隔物高度的间隔物厚度，间隔物高度和间隔物厚度贯穿间隔物横截面，其中，间隔物厚度随着增加的间隔物厚度以线性关系、或者小于线性关系或者大于线性关系，但是小于由圆形间隔物横截面所限定的关系而减小。只要间隔物形成点或者线接触，它们可以具有任何横截面形状，包括：具有锥形侧面和/或圆形侧面和/或在一点终结的形状，以用于最小化接触区域。例如，间隔物可以具有抛物线形或者三角形的横截面。

在间隔物的横截面形状在一点终结的情况中，接触的特征为“赫兹（Hertz）”接触，并且该布置是优选的，因为这种接触附近的区域中的基板和第一层之间的距离比较大，以便于对于光束偏转布置的切换，在改变其定向的过程中，例如在这些区域中的第二层的液晶材料将被更少地束缚。

面朝第一层的基板的表面可以是平面的（平坦的）。可替代地，该表面可以是弯曲的或者具有如此处在以下关于其它实施例将描述的其它形状。

在光束偏转布置和并入其的系统的上下文中，术语气体或者液体材料意味着限定：这些材料在制造和/或操作光束操控布置的温度范围的至少一部分时具有这些属性。

间隔物确保：基本上第一层的整个表面由第二视图形成层的双折射材料来环绕，甚至在最接近基板的部分处。由此，束偏转功能可以基本上在第一层的整个表面上被有效地切换。

与第二层的液晶材料接触的基板和/或第一层的表面可以提供有对齐微结构，用于在第一预定定向对液晶材料的光轴进行对齐。微结构可以包括机械摩擦聚酰亚胺层。对齐微结构可以与延长的间隔物一起对齐，以简化表面的处理以及提供改进的对齐属性。

基板还可以包括透明电极层，例如，氧化铟锡（ITO），其可以面对第二层。电极层可以用来提供横过第二层的电场，用于诱导液晶材料的定向的改变，由此改变用于具有预定偏振的光的液晶材料的折射率。间隔物可以由电极层（和设置有对齐微结构的任何上面层）来整个地限定。可替代地，间隔物可以由在电极层下面或者上面的附加结构层来限定。

在第二组实施例中，间隔物从第一视图形成层开始延伸并且与基板的表面形成点或者线接触。在该实例中，间隔物可以从相邻的凸透镜之间的第一视图形成层开始延伸，以便于它们不形成凸透镜表面的一部分。间隔物可以是平行于凸透镜的机械轴延伸的平行的延长间隔物。

延长间隔物可以具有小于凸透镜宽度的宽度，例如，小于凸透镜宽度的20%或者小于10%。只要间隔物形成点或者线接触，它们可以具有任何横截面形状，包括具有锥形侧面和/或在一点终结的形状，用于最小化接触区域。在间隔物的横截面形状在一点终结的情况中，接触的特征为“赫兹”接触，并且该布置是优选的。

在以上所述的任何一个实施例中，基板可以是例如，以塑料材料形成的柔性基板。第一层还可以由柔性塑料材料形成，其然后实现用来制造视图形成布置的有效的卷到卷处理技术。实施例可以进一步地包括例如由塑料材料形成和/或设置有第二透明电极层的第二柔性基板，其布置在第一层的非透镜表面。该类型的柔性光束偏转布置可以被层压到更加刚性的（例如，以玻璃形成的）基板上，用于支撑。

图像形成布置可以包括液晶显示（LCD）设备，其提供偏振的光输出。可替代地，其它类型的图像形成布置可以被使用，其包括等离子体、阴极射线、发光二极管（LED）或者有机发光二极管（OLED）。当由基于其工作的光束偏转布置所要求时，偏振器可以存在以使相关的图像形成布置的显示输出偏振。

间隔物可以位于图像形成布置（例如，常规的LCD或者OLED面板）的黑矩阵的位置处，因为那时间隔物不位于提供显示图像的像素的光输出部分处，并且因而间隔物将更不可见。

对于多视图显示，优选地，光束偏转布置具有弯曲的表面，以便于其限定凸透镜的二维阵列，每个凸透镜是例如半圆柱体，或者平行的延长凸透镜的一维阵列，每一个延长凸透镜具有例如半圆柱体的形状。凸透镜可以然后相对于图像形成布置来定向，以便于凸透镜的长轴是平行于图像形成布置的像素或者子像素的，或者相对于图像形成布置的像素或者子像素的列倾斜。倾斜可以用来限定3D像素形状或者减少条带。凸透镜相对于像素列倾斜以达到这些效果的示例更加详细地在WO 12998/021620或者EP 1566683B1中被详述，该文档通过引用全部并入于此。当倾斜被使用时，以下因而是有益的：应用本发明以便于间隔物平行于图像形成布置的像素列延伸，可选地，设置在黑矩阵上方并且沿着黑矩阵，同时间隔物相对于光束偏转布置的平行凸透镜的角度是适于倾斜以如前述文档中所述的减少条带和/或优化3D像素形状的角度。此处，3D像素形状是像素的布局，正如由观看显示的多视图模式的观看者所察觉到的。

以下，本发明的其它特征和优点将从本发明的详细描述中变得显而易见。

附图说明

参考附图，本发明的特定实施例现在将被描述，其中：

图1是已知的自动立体显示设备的示意图；

图2是图1中所示出的显示设备的示意性横截面图，以用于解释其工作原理；

图3是示出了本发明所基于的视图形成布置的示意性横截面图；

图4是更加详细地示出了图3的部分的视图；

图5a和5b是根据本发明的第一视图形成布置的构造的示意图；

图6a和6b是根据本发明的第二视图形成布置的构造的示意图；

图7a和7b是根据本发明的第三视图形成布置的构造的示意图；

图8是包括根据本发明的视图形成布置的自动立体显示设备的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种光束偏转布置，其包括：基板、由光学透明的固体材料形成的第一层，以及由限定在基板和第一层之间的气体和/或液体材料形成的第二层。第一层具有第一折射率并且具有朝向基板的弯曲表面。第二层具有不同于第一折射率的第二折射率。基板由多个间隔物与第一层的弯曲表面间隔一定距离，所述间隔物从基板或者从第一层开始延伸。间隔物与基板和第一层中的另一个形成点或者线接触。

正如此处所使用的，匹配折射率的概念通常不仅仅指的是完全相同的折射率，而且指的是：对于在具有各自折射率的介质之间的界面，彼此足够接近的折射率，从而提供实际上不明显的偏转。短语“从......开始延伸”可以包括被整体地形成或者连接在一起来提供整体结构的结构。

本发明的特定实施例提供一种用于自动立体显示设备的可切换视图形成布置。在下文将被描述的这些实施例中，第一层的弯曲表面限定凸透镜阵列。而且，第二层由双折射液晶材料来形成并且具有不同于第二折射率的另外的折射率。另外的折射率与第一层的第一折射率匹配。用于预定偏振的光的第二层的折射率可以通过使用引起第二层的液晶材料对齐改变的电场而直接在第二折射率和另外的折射率之间切换。

图1是已知的多视图自动立体显示设备的示意性透视图。已知的设备1包括有源矩阵类型的液晶显示面板3，其充当图像形成装置，以产生显示。

显示面板3具有以行和列的方式布置的显示像素5的正交阵列。这些显示像素可以是彩色显示的子像素或者单色显示的像素。出于清楚的原因，仅仅在图中示出了少量的显示像素5。实际上，显示面板3可以包括大约1000行和几千列的显示像素5。

液晶显示面板3的结构完全是传统的。具体地，面板3包括一对间隔的透明玻璃基板，在所述透明玻璃基板之间设置对齐扭曲向列的或者其它的液晶材料。基板在它们的衬面上带有透明氧化铟锡（ITO）电极的图案以及液晶对齐微结构。偏振层也设置在基板的外表面上。

每个显示像素5包括在基板上的相对电极，而中介的液晶材料介于其之间。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局以及设置在面板3前方的黑矩阵布置来确定。显示像素5有规律地彼此间隔间隙。

每个显示像素5与切换元件相关联，例如，薄膜晶体管（TFT）或者薄膜二极管（TFD）。显示像素工作以通过向切换元件提供寻址信号而产生显示，并且合适的寻址方案对于本领域普通技术人员将是已知的。

显示面板3由光源7来照射，在该实例中，所述光源7是在显示像素阵列的区域上延伸的平面背光。来自光源7的光被引导通过显示面板3，而单独的显示像素5被驱动以调制光和产生显示。

显示设备1还包括布置在显示面板3的显示侧上的凸透镜片9，其执行视图形成功能。凸透镜片9包括在显示面板3的列方向中彼此平行延伸的一排凸透镜11，其中，出于清楚的原因，利用夸大的尺寸仅仅示出一个。凸透镜11具有焦点，其近似地与显示面板3的平面一致并且充当视图形成元件，以执行视图形成功能。凸透镜具有长轴12和宽度14。

凸透镜11在该实例中是以凸圆柱形元件的形式，并且它们充当光输出指引装置，以提供从显示面板3到位于显示设备1前方的用户眼睛的不同的图像、或者视图。

凸透镜片9被形成为重复的透镜结构，正如现有技术中已知的。透镜11的平坦表面由提供刚度的玻璃基板（未示出）来限制。透镜11的凸表面由硅树脂填充物（未示出）来限制，所述填充物沉积在凸透镜11和另一个玻璃基板（未示出）之间。硅树脂填充物具有不同于透镜11折射率的折射率，以使得穿过其之间界面的光被折射。硅树脂填充物可以由已知设备1中的气隙来代替。

图1中所示出的自动立体显示设备1能够在不同的方向投射若干个不同的透视图。特别地，每个凸透镜11放在每行中的一小组显示像素5上。凸透镜11在不同的方向投射一组的每个显示像素5，以便于形成若干个不同的视图。当用户的头从左向右运动，他的/她的眼睛将依次接收若干个视图中的不同视图。

图2示出了如以上所述的凸透镜类型图像布置的工作原理并且示出了光源7、显示面板3和凸透镜片9。布置提供三个视图2，2’和2’’，每个视图在不同的方向投射。显示面板3的每个像素利用用于一个特定视图的信息来驱动。

当视图被驱动以使得它们含有用于三个视图的合适的视差信息时，以上所述的设备提供一种有效的三维显示。将要理解的是，提供立体视图包含分辨率的必要的减少，因为每个视图由显示面板的像素的子集来形成，除非可以提供视图的时间序列显示。而且，对于给定的显示面板分辨率，在由如视图的数量所确定的三维深度的实际感知和每个视图的分辨率之间存在权衡。

图3和4是示出了本发明的实施例所基于的包括可切换视图形成布置23的显示设备的示意性横截面视图。视图形成布置23在使用中是可切换的，以使得显示设备起传统的二维显示设备和自动立体显示设备的作用。在这种设备中，视图形成布置本质上在两种模式之间开关：用于提供高分辨率显示的通过模式和用于提供自动立体显示的视图形成模式。在通过模式中，没有任何光束指向发生，同时在视图形成模式中，光束指向发生。

由此，图3的显示设备与图1和2中所示出的已知设备1类似，因为它包括背光（未示出）和起图像形成装置作用的传统的液晶显示面板25。由于LCD显示面板25的工作原理，其光输出具有预定的偏振。

在图3的显示中，凸透镜片9（见图1和2）利用视图形成布置23来代替。图3和4中所示出的视图形成布置23包括第一和第二视图形成层29和31，其被夹在第一和第二基板27a、27b和33a、33b之间。第一层29是由光学上各向同性材料形成。第一层29具有光束偏转表面30（透镜表面），而多个弯曲表面29’面朝第一基板27a、27b，以及平坦基板表面面朝第二基板29a、29b。第二层31由双折射液晶材料形成并且有效地填充第一基板27a、27b和第一层29之间的空间。

第一和第二基板27a、27b、33a、33b中每一个包括薄膜27a、33a和由氧化铟锡（ITO）形成的透明电极层27b、33b。电极层27b、33b彼此面对，用于横跨第二层31施加电场。接触第二电极层31的液晶材料的第一基板27a、27b的表面还设置有以机械摩擦聚合物表面（未示出）的形式的对齐微结构。对齐微结构用来对具有第一定向的液晶材料进行对齐，正如此处以下所描述的。为此，可以使用众所周知的聚酰亚胺摩擦层。

密封线35被设置在图像形成布置23的边缘处，以进一步地限定第二视图形成层31的液晶材料。在该实例中以上所述的视图形成布置23的部件被层压到提供支撑的刚性玻璃基板37上。在布置23的制造过程中，柔性结构可以在玻璃基板的层压之前通过卷到卷技术来处理。

图4详细示出了第一基板27a、27b的一部分39以及第一和第二层29、31。第一和第二层29、31之间的界面限定由弯曲表面29’所限定的多个平行的凸透镜状的透镜，其可以起传统方式中的视图形成装置的作用；即，通过将从显示面板25所接收的光聚焦到在各个不同方向投射的多个视图中（见以上和例如图1和2）。

光学上各向同性的第一视图形成层29的折射率基本上在所有光的偏振方向是固定的。相反，对于具有预定偏振方向的光，第二层31的双折射液晶材料的折射率取决于其分子定向。在由第一基板27a、27b和第一层29的对齐微结构所引起的第一定向中，具有预定偏振的光的折射率（寻常折射率）与第一层29的固定折射率匹配。在通过使用电极层27b、33b将电场施加到液晶材料两端而引起的第二定向中，具有预定偏振的光的折射率（非寻常折射率）小于第一层29的固定折射率。

通过将光束指向布置用作具有来自显示面板25的偏振光输出的视图形成布置23，以及通过合适地控制第二层31的液晶材料的定向，视图形成功能可以接通和关断；即，视图形成布置23可以在通过模式和视图形成模式之间切换。

这种自动立体显示的更加详细的描述可以在US专利6064424和US专利6069650中找到。

可以在图4中看到：第一基板27a、27b接触第一层29的透镜表面的一部分。因此，透镜表面不是整个地由第二视图形成层31的液晶材料来环绕。此外，与接触区域直接邻近处，存在在其中液晶层非常薄的区域。已知的是，薄层难于切换。该效应不限于液晶层，并且是由于材料主体和表面属性之间的不同。这些接触区域在视图形成布置23的使用中可以引起光学缺陷，因为布置23的局部区域不能有效地在通过和视图形成模式之间切换。因此，已经认识到：需要减少横过显示屏幕区域的这种区域。

优选地，人们因而想通过例如增加透镜和第一基板之间的间距来去除接触。然而，整个布置的稳定性那么将被损害，因为基板现在将不由大面积上的透镜来支撑。当出于成本和/或重量考虑，基板层必须薄并且布置的一部分或者全部由例如塑料的柔性材料制成时，该问题特别严重。因而，优选地，第一层29和/或层27a和27b和/或层33a和33b由这种塑料制成。变形将容易地发生，从而引起透镜之间的接触，这又可以是看见的。粘结甚至可能发生。本发明提供一种通过引入作为支撑构件的间隔物来减少可见接触区域的方法。这些间隔物可以被特别地定向或者成形，以便于减少横过显示屏幕区域的非切换区域。

为了描述本发明的光束指向布置，在图3和4中所示出的设备被用作具有必要调整的示例。第一实施例在图5a和5b中示出，其中，间隔物从基板表面27a、27b开始延伸。图5a和5b是示意图。图示出了第一基板27a、27b和第一层29；布置的其它部件本质上与图3中所示出的相同。

在第一构造101中，线性延长的间隔物41从第一基板27a、27b开始延伸，并且与第一层29形成点接触。间隔物41被设置为图案化结构层，其在电极层27b上形成。结构层由介电材料形成，以使得间隔物41不成为电极层27b的功能部分。用于提供这种间隔物的其它构造是可能的。

间隔物41在与对齐微结构（未示出）平行的方向中延伸，所述对齐微结构被提供用于对第二视图形成层31的液晶材料进行对齐。由此，对齐微结构还可以在已经形成间隔物41之后通过机械摩擦来方便地形成。

延长的间隔物41具有如从它们的基部所测量的高度的正方形横截面，在该实例中，所述基部是在基板表面28处，并且宽度垂直于高度以及垂直于间隔物的长轴50。间隔物41的宽度明显小于凸透镜的宽度。延长的间隔物和由弯曲表面29’所限定的凸透镜状的透镜的机械轴52限定在表面28的平面中所测量的近似30度的角度。由此，每个间隔物41接触超过一个凸透镜，但是点接触区域仍然被最小化。效果在于，利用简单的结构和定向，获得简单的制作，这导致基板和第一层的鲁棒的夹层。一旦有位置的小的机械错位，将总是形成接触并且空间将不被拉进凸透镜之间的凹部（pit）。

明显的是，其它的角度被选择具有相同的效果。虽然更小的角度引起更大的接触线，但是它们减少了接触区域的数量。所选择的准确构造可以取决于光束偏转设备的层的材料的柔性。柔性越大，可能需要更大的接触区域。而且，凸透镜的形状和宽度14（对于定义，见图1）还对接触数量以及接触至少两个相邻凸透镜所需的角度具有影响。

间隔物在它们的长度方向中不必须是连续的。在不存在任何预示接触的那些位置处，它们可以不存在。这可以进一步减少光学缺陷。它们可以存在于横过基板表面的某些图案中。

凸透镜状的透镜阵列可以具有互相完全相同的凸透镜状的透镜，其具有完全相同的弯曲表面。在该实例中，间隔物可以都具有相等的几何形状。可替代地，凸透镜状的透镜可以不都互相完全相同。它们可以关于它们的曲率和/或它们的高度和/或宽度不同。不同可以在一个或者多个方向横过凸透镜阵列有规律地发生，其中，凸透镜状的透镜阵列的平面延伸，即，例如，平行于基板的平面。因此，间隔物可以被配置成仅仅接触互相相等的凸透镜状的透镜弯曲表面的子集。优选地，接触是在弯曲表面的顶上。在一个变形中，所有的接触是与基板表面28最接近的弯曲表面的子集。又在该实例中，所有的间隔物可以具有相同的几何形状，以便于达到基板和第一层29的一样间隔。可替代地，间隔物可以接触任何其它的子集或者组合。这将要求：间隔物是不连续的或者在不同的位置具有不同的高度，以便于达到基板和第一层的一样间隔。

图6a和6b是根据本发明的第二视图形成布置的构造201的示意图。再一次，图示出了第一基板27a、27b和第一视图形成层29；布置的其它部件本质上与图3中所示出的相同。

在该构造201中，间隔物43从第一视图形成层29开始延伸并且与第一视图形成层29整体形成。间隔物43布置在相邻的凸透镜之间，但是不形成凸透镜表面的一部分。间隔物43在平行于透镜的方向延伸。

间隔物43的横截面形状具有锥形侧壁并且在一点终结，以便于间隔物与第一基板27a、27b形成线接触。间隔物43具有明显小于凸透镜宽度的宽度。

图7a和7b是根据本发明的第三视图形成布置的构造301的示意图。构造301与图6a和6b中所示出的构造201类似，除了间隔物45具有不同的横截面形状之外。

图8A到8F示出了间隔物的横截面，所述间隔物对于将基板与第一层的透镜隔开是有益的。每个图示出了具有高度81（对于仅仅两个子图被指示）的间隔物80。还示出了凸透镜状的透镜的弯曲表面82。间隔物具有在垂直于高度的制图平面中所测量的宽度。明显的是，当从图8A到具有圆形横截面的图8B，到具有超过圆形（例如，抛物线）横截面的图8C，到具有尖锐末端（赫兹接触）和成圆形边的图8E，到具有三角形横截面具有赫兹接触的图8D，到具有赫兹接触和凹形边的图8E，对于间隔物，在它们的基部处所测量的宽度相同，在其中切换困难的接触区域将减少。

图8A到F的形状可以单独地提供优点，但是特别地，利用例如图5a和5b中的、与凸透镜状的透镜形成角度的间隔物提供优点。

图9是自动立体显示设备401的示意图，所述自动立体显示设备401包括具有根据以上所述的发明101、201、301的构造之一的视图形成布置23。

显示设备401包括传统的背光液晶显示面板25，其起图像形成装置的作用。视图形成布置23布置在显示面板25上并且与显示面板25对准。

设备401还包括控制器47，其在使用时向控制面板25提供显示数据并且控制视图形成布置23的模式。在横过第一视图形成层31不存在电场的第一模式中，视图形成布置23以通过模式工作并且显示面板25被提供有二维显示数据。在横过第一视图形成层31提供电场的第二模式中，视图形成布置23以视图形成模式工作并且显示面板25被提供有三维（多视图）显示数据。

以上已经描述了本发明的特定实施例。本领域普通技术人员可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求，在实践所要求保护的发明时理解和实现公开实施例的变形。

例如，代替凸的透镜表面，第一视图形成层可以以具有凹的透镜表面来代替。在该实例中，从基板开始延伸的间隔物可以接触凸透镜的尖端。

凸透镜状的透镜可以是半圆柱形的圆形弯曲的或者弯曲具有其它形状。这些凸透镜状的透镜可以横过整个的显示在它们的圆柱轴方向是连续的。然而，它们还可以是不连续的，可能放在例如限定自动立体显示的视图数量的某些数量的像素上。凸透镜状的透镜可以在两个独立方向中是弯曲的。

本发明的光束偏转布置可以适用于不同于自动立体显示的应用，例如，电泳系统。

在上文，自动立体显示提供多视图显示的一个示例。还可以为一个或者多个观看者的每一个提供多个视图，以便于他们中的每一个可以被提供有视差信息并且被给出观看体验。

多视图显示的另一个示例是在其中多个观看者可以看见完全不同的信息（无论是2D或者甚至3D以及两者）的示例。这种多视图显示经常被称为双视图或者分屏幕显示。这种双视图显示的示例类似于图2中所示出的示例，利用该不同，像素和透镜现在被组织以便于每个像素的像素信息被引导到显示的整个视图场内部的左侧上的视图内或者被引导到该视图场的右侧上的视图内。例如，像素（对于彩色显示为子像素）中的相邻两列中的每一对上面可以被放有一个透镜9，以达到该目的。因而，每个视图被提供具有来自显示面板的整个区域的像素子集的信息。这个显示的一个应用可以是适于游戏的计算机监视器。那么两个游戏者可以在整个显示上来享受它们各自的游戏，而代替仅仅在半个显示区域上。可替代地，这种显示可以用在汽车或者其他交通工具的控制台中，其中，空间是受限的并且两个观看者想被提供有不同的信息。司机可以因而被提供有交通信息，而挨着他的乘客可以享受电影、互联网或者其它娱乐。在US 专利7365707中公开了特别地具有作为视图形成元件的透镜的这种双视图显示的工作原理和可能结构的更详细的描述。

特别地，这种显示区域还提供有可切换视图形成布置。在双视图模式中，两个观看者可以具有供他们自由处理的一半的显示像素分辨率。在无需视图形成的单个视图模式中，完全的像素分辨率是可用的。本发明同等好地可用于具有所有其优点的这种显示中。

在多视图显示设备的以上示例中，显示面板是基于LCD的面板，即，透射面板。然而，不损失优点，对于本发明，这种面板可以同等好地是发射面板，例如，发光二极管（LED）或者有机发光二极管（OLED）面板或者反射的LCD、LED或者OLED面板。

在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中被陈述的仅有事实不指示这些措施的结合不能被使用以受益。权利要求中的任何附图标记不应当解释为限制权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种多视图显示设备，用于向一个或者多个观看者提供多个视图，设备包括：

图像形成布置（25），具有用于产生显示的显示像素的阵列；以及

光束偏转布置（23），其被布置成与图像形成布置（25）一起定位，以便于来自不同像素的光由光束偏转布置指向多视图中的不同视图中，

其中，光束偏转布置包括：

由具有基板表面的固体材料形成的基板（27），

由光学透明的固体材料形成的第一层（29），其具有第一折射率并且具有至少部分地由多个弯曲表面所限定的光束偏转表面，

其特征在于，光束偏转布置包括：

第二层，其限制在基板表面和光束偏转表面之间，并且具有第二折射率，其中，第二折射率不同于第一折射率，

其特征在于，基板（27）表面由多个间隔物（41,43,45）与光束偏转表面间隔一定距离，所述间隔物从基板（27）和/或从第一层（29）开始延伸，并且其中，间隔物与基板表面和光束偏转表面中的另一个的一个或者多个第一部分形成点和/或线接触，

其中，间隔物是延长的，具有长度和垂直于长度的宽度，其中，间隔物长度和间隔物宽度在平行于基板平面的平面中延伸，以及其中，每个间隔物与至少两个不同的弯曲表面形成点和/或线接触。

2.根据权利要求1的显示设备，其中，基板（27）和/或第一层（29）由柔性材料形成。

3.根据权利要求1的显示设备，其中，第二层包括液体材料，或者由液体材料构成，并且其中，液体材料具有不同于第二折射率的另外的折射率，另外的折射率与第一层（29）的第一折射率匹配。

4.根据前述权利要求中任何一个的显示设备，其中，对于该弯曲表面，弯曲表面的第一部分的每一个与基板表面间隔有最小局部距离，并且其中，间隔物从基板开始延伸，以使得对于弯曲表面的第一子集，线和/或点接触发生在第一子集的弯曲表面的第一部分中。

5.根据权利要求4的显示设备，其中，最小局部距离与基板表面和光束偏转表面的弯曲表面的第一部分之间的最小间隔距离相同。

6.根据权利要求1-3和5中任何一个的显示设备，其中，弯曲表面的第一子集包括互相相同的弯曲表面。

7.根据权利要求1-3和5中任何一个的显示设备，其中，多个弯曲表面在平行于基板表面的第一阵列方向中以有规律的阵列来布置。

8.根据权利要求7的显示设备，其中，每个弯曲表面是具有圆柱体轴的半圆柱形透镜的表面，透镜的所有圆柱体轴平行，并且相对于间隔物长度方向限定非零的角度。

9.根据权利要求1-3、5和8中任何一个的显示设备，其中，图像形成布置具有黑矩阵，并且其中，间隔物至少部分地设置在黑矩阵的顶上。