CN103109226B - 多视图显示设备 - Google Patents

Abstract

一种多视图显示器是可在单视图与多视图模式之间切换的，并且使用布置在显示面板上的透镜状装置（9），其包括邻近不可切换的光学透明层（60）的双折射电光材料（62）。不可切换的光学透明层（60）具有基本等于双折射电光材料（62）的非常折射率的折射率（n）。在单视图模式中，双折射电光材料（62）限定了非切换状态，并且从显示面板输出且入射到透镜状装置上的光的偏振（64）是线性的且在接收显示输出光的表面处与双折射电光材料（62）的光轴对准。在多视图模式中，双折射电光材料（62）限定了切换状态，其中光轴垂直于显示输出表面而对准。

Description

多视图显示设备

技术领域

本发明涉及一种包括具有用于产生显示的显示像素阵列的显示面板和布置在显示面板上且通过其观看显示像素的透镜状装置的类型的多视图显示设备。

背景技术

存在两种基本类型的多视图显示设备。一种类型是用于同时向不同空间位置处的不同观看者呈现不同图像的显示设备。例如，一个观看者可能处在车辆的驾驶员座位上，而另一个可能处在乘客座位上。可以向驾驶员显示与驾驶员相关的内容，比如卫星导航内容，并且可以向乘客显示娱乐内容。对于多个观看者，可以存在超过两个视图。

另一种类型是用于针对不同的眼睛向不同空间位置显示视图的自动立体显示器。对于在单个位置处的单个观看者，可以存在两个视图，但是可以存在更多的视图（例如9个或15个），使得多个观看者可以处在视场中和/或使得观看者可以相对于显示器移动以体验环顾的效果。

在这些设备中不同视图的生成和空间分离背后的原理是相同的。基本上，不同的2D内容同时被投影到不同的空间位置。唯一的差别在于，与对于其中观看者的两只眼睛接收相同的图像的多视图显示器相比，对于自动立体显示器而言视图的角距（近似为2度）典型地更小。典型地，不同的空间位置沿着水平线延伸，因为观看者的眼睛相对于显示器通常处于相同的垂直高度，但是处于不同的水平位置。为了说明的目的，将参照自动立体显示设备描述本发明。

已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，其具有充当空间光调制器的显示像素的行和列阵列以产生显示。相互平行地延伸的细长透镜状元件的阵列覆盖在显示像素阵列上，并且显示像素通过这些透镜状元件被观察到。透镜状元件被提供为元件片，每个元件包括细长的半圆柱形透镜元件。透镜状元件在显示面板的列方向上延伸，每个透镜状元件覆盖在显示像素的两个或更多邻近列的相应组上。

在其中例如每个透镜状元件与显示像素的两列相关联的布置中，每列中的显示像素提供相应二维子图像的垂直切片。透镜状片将这两个切片和来自与其他透镜状元件相关联的显示像素列的对应切片导向位于该片前面的用户的左眼和右眼，使得该用户观察到单个立体图像。透镜状元件的片因此提供了光输出导向功能。

在其他布置中，每个透镜状元件与例如在行方向上的四个或更多邻近显示像素的组相关联。每个组中的显示像素的对应的列被适当地布置以提供来自相应的二维子图像的垂直切片。当用户的头从左向右移动时，一系列连续的、不同的、立体视图被感知，从而创建例如环顾的印象。

上述设备提供一种有效的三维显示器。然而，应当领会，为了提供立体视图，在设备的水平分辨率方面存在必要的牺牲（这同样适用于多视图2D系统中不同图像的分辨率）。这种在分辨率方面的牺牲对某些应用而言是不可接受的，比如用于从短距离观看的小文本字符的显示或者需要高分辨率的图形应用。由于这个原因，已经提出提供一种可在二维（2D）模式和三维（3D立体）模式之间切换的自动立体显示设备。在US-A-6,069,650中描述了这种设备，所述文献的整体通过引用合并于此。在该设备中，形成一个或多个立体对的不同像素组被观看者的相应眼睛通过透镜状元件看到。透镜状元件包括具有可切换的折射率以便允许去除透镜状元件的折射效应的电光材料。

在二维模式中，可切换设备的透镜状元件在“穿过”模式中操作，即它们以与光学透明材料的平片差不多相同的方式起作用。所得到的显示器具有等于显示面板的原始分辨率的高分辨率，这适合用于从短观看距离显示小文本字符。二维显示模式当然不能提供立体图像。

在三维模式中，可切换设备的透镜状元件提供如上所述的光输出导向功能。所得到的显示器能够提供立体图像，但也遭受上面所提及的不可避免的分辨率损失。

为了提供可切换显示模式，可切换设备的透镜状元件使用诸如液晶材料之类的电光材料，其具有可在两个不同值之间切换的针对偏振光的折射率。该设备然后通过将适当的电位施加到提供在透镜状元件上面或下面的电极层来在模式之间切换。该电位相对于邻近的光学透明层的折射率改变透镜状元件的折射率。可替代地，邻近的光学透明层可以由电光材料形成，其具有相同的结果：改变透镜状元件相对于光学透明层的折射率。

然而，已经遇到了在可切换的多视图/单视图显示器的2D模式中在被以斜角观看时不想要的显示伪影的问题。在这样的角度处，在显示输出中存在可见的结构，其看来与透镜状片的结构相关，而当与显示面板和透镜状阵列的平面正交地观看时没有这样的结构是可见的。

已经建议了用于解决该问题的多种不同的途径。例如，WO2007/099488公开了邻近可切换双折射透镜结构的双折射（不可切换）复制结构的使用。通过由双折射材料形成透镜状装置的光学透明层，可以在减少斜角处2D模式显示中的前述不想要的显示伪影方面实现相当大的改善。然而，需要双折射复制结构的附加的复杂性。还存在改善横向视角处图像质量的其他解决方案，但是这些解决方案全都给所述显示器引入附加的复杂性。

发明内容

存在对解决上述问题的多视图显示器的需要。上述问题利用如独立权利要求中限定的本发明来解决。从属权利要求限定了有利实施例。

根据本发明，提供如权利要求1中所述的显示设备。

在该布置中，再次使用可切换的双折射电光材料和不可切换的光学透明层。可切换的双折射电光材料实现了将入射到不可切换的光学透明层上的光的线性偏振对准到给定方向上的功能，用于单视图（例如2D）模式操作。不可切换的光学透明层具有基本等于双折射电光材料的非常折射率的折射率。如果显示面板的输出偏振不在期望的方向上，则该对准可能涉及偏振扭曲功能。

从显示面板输出的光的偏振是线性的并且与双折射电光材料的光轴对准，这然后实现了偏振扭曲（如果需要的话），例如以便使偏振线性且在透镜状透镜的方向上。在本发明的描述中，如光学理论中通常定义的那样，光轴与LC材料的导向器（director）相同。它是液晶样本的体积元素中分子排列的“优选方向”。

术语“邻近…”优选地意指与…接触。

在一个示例中，第一状态是LC材料的非切换的状态（即非电压要求松弛状态），而第二状态是LC材料的切换的（即电压驱动的）状态。

在多视图（例如3D）模式中，双折射电光材料限定了一种状态，在该状态中，光轴垂直于显示输出表面而对准（垂直（homeotropically）对准）。

特征的这种组合在给定的视平面（比如水平视平面）中提供了无图像伪影的高质量单视图模式。

电光材料优选地包括扭曲的向列液晶材料，因为之后偏振扭曲可能在LC材料层的扭曲状态中提供。

不可切换的光学透明层优选地包括各向同性的材料，但是也可以使用双折射材料。

显示面板优选地包括液晶显示面板。这些提供了偏振光。可替代地，可以使用提供非偏振光的显示面板，其附带条件是诸如线性偏振层之类的偏振装置用来为光导向装置提供偏振光。

该设计可以与具有不同输出偏振的不同显示器类型一起使用。例如，从显示面板输出的光的偏振的方向可以：

平行于透镜状透镜的细长轴；或

在显示列方向上；或

在显示行方向上；或

与显示行和列方向成45度。

可以在显示面板输出端与透镜状装置之间提供偏振器。这允许使用固有地提供非偏振或非线性偏振光的显示面板，比如包括有机发光二极管（OLED）面板的发光二极管（LED）面板或等离子面板。已知OLED是光高效的，甚至当偏振滤波器被用来偏振显示器的光时也是如此。

任何显示器具有视场，在视场中该显示器显示的图像可以被坐在显示器前面的观看者看到。术语“全视场”意指表示在显示器前面的可以观看到2D或3D模式的所有位置。在针对多个观看者的多视图模式中，显示器典型地具有多个2D模式，每个2D模式可以被仅处在全视场的一部分中的特定观看者观看到。例如，双视图显示器可以具有两个2D模式，一个在全视场的左半边被观看，一个在全视场的右半边被观看。

本发明还提供一种控制权利要求12所限定的本发明的显示设备的方法。

通过阅读仅通过举例给定的本发明的优选实施例的下面描述并参照附图，本发明的其他特征和优点将变得清楚明白，在附图中。

附图说明

图1是可以应用本发明的已知的自动立体显示设备的示意性透视图；

图2是图1中所示的已知的显示设备的元件的详细示意图；

图3A和3B被用来说明图1中所示的已知显示设备的操作原理；

图4是图1的设备中的两个典型透镜状元件的描绘操作中的光学效应的示意性截面图；

图5是在使用双折射不可切换透镜状复制结构的设计中与透镜状阵列的部分的图4的视图类似的视图；

图6A和6B示出在2D和3D模式中本发明的显示设备；以及

图7示出对图6的设备的修改。

具体实施方式

具有可观看的显示区域的、可以在二维显示模式和三维显示模式之间切换的可切换显示设备是已知的。模式之间的切换通过跨越包括诸如LC材料之类的电光材料的透镜元件阵列的电光材料施加电场来实现。在二维模式中，透镜元件表现得好像它们是透明材料的普通片。在三维模式中，透镜元件提供光输出导向功能，以便使得立体图像能够被感知。相同的切换概念可以应用到2D多视图显示器，以便在用于全2D视场的单视图与被导向不同空间位置的多视图之间切换，使得多个观看者能够在显示器的总视场的不同部分中观察到不同的2D内容。

图1是已知的可切换自动立体显示设备1的示意性透视图，并且本发明可以应用到该自动立体显示设备。显示设备1以展开的形式被示出。

已知的设备1包括充当空间光调制器的有源矩阵型的液晶显示面板3以便产生所述显示。显示面板3具有在行和列中布置的显示像素5的正交阵列。为了清楚的目的，在该图中仅示出了少量的显示像素5。在实践中，显示面板3可以包括大约一千行和数千列的显示像素5。

液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包括一对隔开的透明玻璃衬底，在它们之间提供了对准的扭曲向列液晶材料或其他液晶材料。衬底在它们的相互面对的表面上承载透明的氧化铟锡（ITO）电极模式。偏振层也被提供在衬底的外表面上。

每个显示像素5在衬底上包括相对的电极，其间是介入的液晶材料。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局确定。显示像素5通过间隙规则地相互隔开。

每个显示像素5与切换元件（比如薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管（TFD））相关联。显示像素被操作来通过向切换元件提供寻址信号产生显示，并且适当的寻址方案对本领域技术人员而言将是已知的。

显示像素5之间的间隙被不透明的黑色掩模覆盖。该掩模以光吸收材料的网格形式提供。该掩模覆盖切换元件并且限定了单独的显示像素区域。

显示面板3由光源7照射，该光源在此情况下包括在显示像素阵列的区域上扩展的平面背光。来自光源7的光被导向通过显示面板3，单独的显示像素5被驱动以调制光并产生显示。

显示设备1还包括透镜状装置，其包括位于显示面板3的显示输出侧上的透镜状元件布置9，该布置是可控的以选择性地执行视图形成功能。透镜状元件布置9包括相互平行地延伸的透镜状元件11的阵列，为了清楚起见仅以夸张尺寸示出了一个透镜元件。

图2中更详细地示意性示出透镜状元件布置9。该布置9以展开的形式被示出。

参照图2，可以看出，透镜状元件布置9包括一对透镜玻璃衬底13、15，在它们相互面对的表面上提供了由氧化铟锡（ITO）形成的透明电极层17、19。每个电极层17、19的形式为多个平行的细长电极，并且相应的不同层17、19的电极相互垂直地布置。细长电极以其间具有小间隙布置，使得它们能够单独地被寻址。

构成透镜状本体且形式为具有逆透镜状结构的片或板形式的光学透明层21被提供在衬底13、15之间、邻近上面的那个衬底13。使用复制技术用塑料材料制作透镜状本体21。向列液晶材料23也被提供在衬底13、15之间、邻近下面那个衬底15。透镜状本体21的逆透镜结构使得液晶材料23在透镜状本体21与下衬底15之间呈现平行的、细长半圆柱形透镜状形状，如图中所示。与液晶材料23接触的本体21的逆透镜结构和下衬底15的表面还设有取向层25和26，用于定向液晶材料23。

在使用中，图1中所示的已知的可切换显示设备1可操作来提供显示输出，其中的离散部分可以在二维（2D）与三维（3d）显示模式之间独自地或以组合方式切换。以此方式，可以在三维显示区域中提供一个或多个二维显示窗口。

显示输出的离散部分在模式之间的可切换性是通过跨越由液晶材料23形成透镜状元件施加电场来实现的。该电场通过跨越电极层17、19的电极施加电位而生成。

电位被施加到每个电极层17、19中选定数量的邻近的细长电极。上电极的选择限定了要被切换的显示窗口的高度，并且下电极的选择限定了要被切换的显示窗口的宽度。

取代如图所示的那样被细分，电极17和19中的每一个可以是在像素阵列上连续延伸的单个电极并可简单地通过将适当电压施加于此而操作以在2D与3D显示模式之间整体切换显示输出。

所施加的电位使得显示区域的选定部分中的透镜状元件在保持与移除光输出导向功能之间切换，现在将参照图3A和3B来说明这一点。

由于其静态介电各向异性，LC材料的取向可以通过所施加的电场来控制。在光学领域中，也存在介电各向异性，并且LC材料的折射率与相对介电常数相关。LC材料具有寻常和非常折射率，前者适用于具有垂直于导向器的电场偏振的光，而后者适用于具有平行于导向器的电场偏振的光。

图3A是在没有电位施加到电极时透镜状元件布置9的部分的示意性截面图。这里，取向层25和26的摩擦方向和显示光的偏振在z-方向（透镜轴的方向）上并且在此情况下垂直于图3A描绘的平面延伸。结果，有效透镜尽管是光学双折射的，但是可以近似为具有与LC材料的非常折射率对应的折射率的各向同性透镜。在该状态中，液晶材料23针对由显示面板提供的线性偏振光的折射率（其为非常折射率）明显高于本体21的折射率，并且因此透镜状形状提供光输出导向功能，如图所示。

图3B是在大约50伏特的交变电位被施加到电极时透镜状元件布置9的部分的示意性截面图。电场在y-方向上创建，并且LC分子与场线对准。结果，LCF材料的导向器也基本在y-方向上。来自显示面板的光的偏振方向仍然是线性偏振的，即光的E场在z-方向上。随着显示器的光在z-方向上的偏振，有效透镜将具有寻常折射率，并且光将不被折射，因为在LC材料与透镜状本体21之间存在指数匹配。因此，在该状态中，LC材料23针对由显示面板提供的线性偏振的光的折射率与本体21的逆透镜结构的折射率基本相同，使得透镜状形状的光输出导向功能被取消，如图所示。因此阵列在“穿过”模式中有效地起作用。

随着光输出导向功能的保持，如图3A所示，由LC材料23限定的透镜状元件充当凸柱面透镜，并且从显示面板3向位于显示设备1前面的用户的眼睛提供不同的图像或视图。因此，可以提供三维图像。

随着光输出导向功能的移除，如图3B所示，由液晶材料23限定的透镜状元件假装它们是充当没有视图导向功能的穿过层的透明材料平片。因此，可以采用显示面板3的完全原始分辨率提供高分辨率二维图像。

用于在显示模式之间切换的电位控制由控制器12 提供给透镜状元件布置9的电极。

可以在美国专利说明书No.6,069,650中找到已知的可切换自动立体显示设备的结构的进一步细节，请参考该文献。

已经发现，当以斜角（例如相对于显示面板的平面成大约45度）在二维模式中观看显示器时，在该设备的显示输出中不期望的显示伪影是可见的。这些伪影的形式为可见的暗条带或阴影线，其结构看来与透镜状阵列相关。当观看与显示面板正交的2D模式显示输出时，伪影结构不存在。相信伪影是由于某种残余透镜效应引起的。

结构的可见性可被说明如下。在2D模式中，在透镜状元件两端施加电压并且将LC材料的分子近似与显示面板3的平面正交取向。图4示意性图示了在该模式中阵列中的两个代表性的透镜状元件的施加的效果并且示出了LC材料在这些元件中的正交取向。基本垂直于显示面板和透镜状阵列行进的光线没有经历（see）透镜表面（在LC材料23与透镜状本体21之间的半圆柱边界）处折射率的变化，因为LC材料和透镜状本体21的折射率是匹配的，并且因此不改变光的路径。这在图4中针对左侧透镜状元件被描绘。

然而，对于斜光线（不垂直于透镜或显示面板），LC材料23 的有效折射率不等于针对某些偏振方向的寻常折射率（典型地大约为1.5），但是将具有介于寻常与非常折射率（典型地大约为1.7）之间的值，该值尤其取决于射线的斜度。因此，射线将在弯曲的透镜表面处被折射，如在图4针对右侧透镜状元件所描绘的。因此，由于LC材料的双折射属性的缘故，当以斜角度观看显示器时存在残余透镜效应。看来，透镜状元件的焦距是角度相关的。在垂直于显示面板的法线角处，焦度（focal power）为零，而对于更大的视角而言它会增加。对于某个视角，透镜状元件的焦点在显示面板的像素结构处。结果，在面板中围绕像素的黑色矩阵在无穷远处被成像，并且这被认为是可见伪影结构的原因。

该效应取决于在透镜表面处的入射光的偏振的方向。在图4的示例中，来自显示器的光被假定在水平方向（图3中所示的x方向）上偏振，即在跨越透镜状透镜状物（lenticular）的方向上偏振，如图所示。如果来自显示器的光如针对图3的示例说明的那样在垂直的z方向上偏振，则LC材料的光轴保持始终垂直于偏振的方向，并且该图的平面中的光线始终经历寻常折射率。在此情况下，不存在伪影。因此，2D模式中的伪影取决于入射光的偏振方向。

为了克服该问题，双折射材料可以被用于透镜状本体21。优选地，双折射材料具有与LC材料相同的寻常和非常折射率。这解决了针对所有视角的问题。其效应在图5中被图示，图5是包括两个典型的透镜状元件11的透镜状阵列9的一部分的截面图并且类似于图4。透镜状本体21的光轴的取向优选地在垂直方向上，如图5中所示。

在3D操作模式中，来自显示面板的光被偏振，使得在透镜表面处获得折射。光线在LC材料23中经历非常折射率和在透镜状本体21中经历寻常折射率。

在2D操作模式中，如图5中所描绘，电压被施加到透镜状元件两端并且LC材料分子再次在y方向上取向。在该模式中，LC材料和透镜状本体21的材料的寻常和非常折射率匹配并且在透镜表面处没有折射。图5中左侧的透镜状元件11描绘了针对垂直于显示器行进的光的效应，而右侧的透镜状元件11 描绘了针对倾斜地行进的光的效应。可以看出，在两种情况下，光线没有经历在透镜表面处折射率的变化并且未被折射。

特别地，光学透明层包括具有在垂直于显示面板的表面的第一方向与该表面的平面中第二横向方向之间的双折射的双折射材料。

更详细地，透镜状元件11内部的LC材料23可以由均匀的单轴各向异性介质来近似。光在单轴各向异性介质中的传播可以由两个独立的偏振模式来描述。每个独立模式的折射率取决于偏振的方向和相对于双折射介质的光轴的传播方向。具有寻常折射率的寻常（O）波具有垂直于光轴的偏振方向和波向量k_o。非常（E）波具有垂直于O波的偏振方向的偏振方向。E波的非常折射率取决于波向量k_e与光轴之间的角度Ə。

区分O波的传播与E波的传播是可能的。对于O波，折射率不取决于传播的方向。然而，对于E波，取决于相对于光轴的传播方向，折射率存在变化。换言之，该折射率也取决于视角。如果角度Ə增加，则有效折射率也增加。对于某个视角，透镜状物的折光力已经达到其中可切换透镜状物的焦点恰好在显示面板的像素结构处的情况下的值。

上面讨论的问题的另一个解决方案是使用分级折射率透镜（GRIN透镜）。在此情况下，可切换LC材料的控制被局部地执行，使得透镜形状由LC分子取向限定。当被关闭时，不存在限定的透镜形状，使得该结构对通过透镜的光传播的方向不敏感。

上述不同的方法导致关于视角相关性的不同的性能。图4的方法的角度相关性取决于显示器的偏振。目前，正在产生一些显示器，其中偏振是显示器上的对角线。对于这些显示器，水平或垂直平面都没有给出良好的视角相关性。

本发明目的在于在不使显示器设计显著地复杂化的情况下且以可以适于来自显示面板的不同的输出偏振的方式解决在宽视角处2D模式中图像伪影的问题。

存在LC的两种模式：垂直对准（垂直于显示器表面）表面和与表面在同一平面中。

在图3的布置中，在2D模式（图3B）中，液晶被垂直对准，而在3D模式（图3A）中，液晶被平面对准。

图6是示出根据本发明的配置的示意图。图6A示出2D模式，且图6B示出3D模式。

在所示的示例中，显示器66的偏振64是线性的并且处在显示器的平面中（对于垂直发射的光，即垂直于显示器平面发射的光）。在下面的描述中，如果偏振被认为在显示器的平面中，则这涉及来自显示面板的垂直发射的光（即相对于显示面板垂直发射的光），因为横向发射的线性偏振光将具有垂直于传播方向的偏振方向，并且因此不再处在显示器的平面中。

不同于本无下面所指示的不同特征，该示例的显示器可以如针对图2和3的显示器描述的那样构建。

透镜状物60是不可切换的且优选地是各向同性的，并且可切换的LC单元62用于透镜的复制部分。

各向同性的透镜状物60的折射率（n）与LC 62的非常折射率匹配。非常折射率通常高于寻常折射率，并且透镜以已知方式成形以在多视图（在此情况下为3D）模式下提供期望的光学聚焦。特别地，因为非常折射率通常高于寻常折射率，不可切换的光学透明层包括凸形透镜状物。该透镜状物凸出到可切换双折射层中。因为该形状是凸状的，因此可以使得可切换层的液晶的量小于通常的凹形不可切换光学透明层。这节省了液晶材料的量并且减少了生产成本。因此，透镜状物是不可切换的并且扭曲的LC单元用于透镜的复制部分。

多视图3D模式基于垂直对准的LC 62。在此情况下，光主要体验寻常折射率，使得在LC寻常折射率与各向同性复制品的非常折射率之间的边界处存在透镜界面。

在3D模式中，折射率是角度相关的，因为在偏振的方向与LC折射率之间构成的角度依据光照方向而变化。然而，这被发现不会以与2D模式明显受到这种伪影的影响的相同方式不利地影响3D模式。而且，与针对垂直光相比，针对大视角，透镜状物更远。伪影导致角度相关的透镜焦距，并且这补偿了到像素平面的不同路径长度。以此方式，3D模式中的透镜伪影在横向视图的聚焦质量方面带来了积极的益处。

为了关闭透镜，2D模式中的光应当主要体验非寻常折射率，以便匹配复制品的折射率。

在本发明的布置的一个示例中，在关状态（2D模式）中，显示器的偏振被旋转，使得在透镜界面或至少在LC层的光出射表面处，光的偏振具有期望的偏振方向。使用扭曲的向列LC单元，其中LC取向与在显示器侧处显示输出的偏振方向对准。在图6A所示的示例中，显示输出的偏振64再次在显示器的平面中被示出。这可以沿着透镜轴或跨越透镜。

在2D模式中，扭曲导致偏振方向的取向在显示器的平面中和在用于与透镜状透镜本体的折射率匹配的期望的方向上。

最好的水平性能可以通过在扭曲之后将LC平行于透镜状透镜的圆柱轴而对准来获得。这是图6A和图6B中示出的对准，并且它意味着图像伪影不被引入到横向视角。

特别地，当在光学透明层的表面处可切换双折射层的光轴沿着透镜状物的取向对准时，2D模式中的角度伪影可被移除。偏振方向和LC的光轴之间的角度对于垂直于透镜结构的取向的视平面而言是基本恒定的（即零）。该视平面是基本水平的，使得这匹配使用显示器的方式。这可以被实现，而不管面板的原始偏振如何。

最好的垂直性能可以通过将LC（在扭曲之后）跨越（即垂直于）透镜状物的圆柱轴且再次平行于透镜界面而对准来获得。

因此，本发明可以解决基本水平的平面中伪影的问题，而不管下面的面板的偏振如何。在图3B中，伪影在水平平面中大多是不可见的，因为对于所有这些角度，光的偏振垂直于LC的光轴。然而，如果显示器的偏振没有与透镜状物方向对准（如一般的情况那样），则这些伪影的确出现。本发明的布置解决了这个问题。

上面描述的布置使用90度扭曲，这基于在行方向上（跨越透镜状物）显示面板的假定的输出偏振。本发明可以应用到具有与行和列方向成45度的输出偏振的显示器。在此情况下，45度的偏振扭曲可以由可切换LC层引入，以向不可切换透镜状物提供期望的偏振方向输入。偏振旋转的程度由LC层的相对侧上的表面对准方向以已知方式来规定，并且可以被控制以提供任何期望的旋转程度。

如果显示面板具有期望的输出偏振方向（例如在列方向或透镜状物的方向上），则可能不需要扭曲。在此情况下可切换LC可以在没有扭曲的平面线性偏振与垂直偏振对准之间切换。

关键点在于在可切换双折射层的输出侧从（即在透镜界面处）的偏振方向是线性的并且在期望的方向上（比如平行于透镜状物细长轴）。线性偏振方向平行于显示器面板以用于正常（垂直于显示面板）发射的光。实现这一点所需的角度扭曲的量取决于从显示面板输出的光的偏振方向。

单视图/多视图（例如2D/3D）可切换显示器目前被认为是高端显示器。从消费者的角度，在2D模式中具有伪影被认为是不可接受的。这可能是由于下述事实引起的：消费者最熟悉2D模式。

本发明的设计将2D模式用作要成为非切换模式的第一模式。这导致更小的残余透镜作用（并且因此导致更少的伪影）。理论上，可以争辩伪影的问题已被转移到3D模式，但是根据用户测试，看来这些伪影在3D模式中比在2D模式中更不明显。通过具有可用于2D模式的非切换模式，显著改善了2D模式的质量。

在图6的示例中，在非切换模式中，偏振被旋转，使得它平行于透镜状透镜的几何轴并平行于LC的光轴。随着在透镜状透镜的表面处的偏振与几何轴对准，在水平视平面（即在观看显示器时的左-右平面）中没有体验伪影。该平面主要由消费者使用。

显示器可以具有跨越透镜状透镜（如图6中那样）、沿着透镜轴或事实上沿着显示器的对角线的输出偏振。LC对准被选择来匹配显示器的类型。

本发明避免了对双折射复制品的需要（如图5的示例中那样），但是虽然如此，可以使用双折射透镜状物。

为了避免对要被设计用于特定显示输出偏振的可切换透镜布置的需要，可以在显示输出与透镜状物布置之间使用偏振器或偏振旋转元件，作为显示器的顶层或透镜布置的底层。偏振器70的这种使用在图7中被示出。因此，LED、OLED或等离子显示器也可以从本发明获益。

如上所说明，本发明可以应用于具有单视图2D模式的显示器和其中每个观看者可以体验3D效果的多视图3D显示器或向显示器前面的不同位置呈现多个2D视图以使得不同观看者可以看到不同内容的多视图显示器。

尽管已经针对多视图3D模式详细描述了本发明，但是用于多个观看者的多视图2D模式的示例可能与必须设计视图导向装置以使得它将适当视图导向显示器前面的适当位置的重要实例几乎相同。因此，如本发明的引言部分中针对3D显示器所说明的那样，要被导向以便针对观看者的左眼和右眼限定不同视图的像素的不同列现在应当偏转，以使得它们针对多个观看者生成不同的视图。

本领域技术人员在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求能够理解并实现对所公开的实施例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (11)

1.一种可在单视图与多视图模式之间切换的多视图显示设备，该显示设备包括显示面板（3）和布置在显示面板的显示输出侧上的显示面板上的透镜状透镜装置（9），该透镜状透镜装置包括透镜状透镜元件（60,62）的阵列，该透镜状透镜元件包括邻近不可切换的光学透明层（60）的双折射电光材料（62）以限定透镜状透镜元件，其中电光材料（62）的折射率是可控的以限定显示设备的操作的单视图和多视图模式，

其中不可切换的光学透明层（60）具有基本等于双折射电光材料（62）的非常折射率的折射率（n），

其中从显示面板输出且入射到透镜状透镜装置上的光的偏振（64）是线性的，

其中

在单视图模式中，双折射电光材料（62）限定了第一状态，在第一状态中它的光轴与在显示输出光进入双折射电光材料的表面处从显示面板输出光的偏振方向对准，以及

在多视图模式中，双折射电光材料（62）限定了第二状态，在第二状态中双折射电光材料的光轴垂直于显示输出表面而对准，

其中在单视图模式中在不可切换的光学透明层的表面处双折射电光材料的光轴与透镜状透镜元件的细长轴对准。

2.根据权利要求1的设备，其中双折射电光材料（62）的折射率是可通过将电场选择性地施加到电光材料的至少一部分而切换的。

3.根据任一前述权利要求的设备，其中电光材料（62）包括扭曲向列液晶材料。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中显示面板（3）包括液晶显示面板。

5.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中不可切换的光学透明层（60）包括双折射材料。

6.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中不可切换的光学透明层（60）包括各向同性材料。

7.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中从显示面板输出的光的偏振的方向：

平行于透镜状透镜元件的细长轴；或

在显示列方向上；或

在显示行方向上；或

与显示行和列方向成45度。

8.如权利要求1或权利要求2所述的设备，进一步包括在显示面板输出侧与透镜状透镜装置之间的偏振器（70）。

9.如权利要求1或权利要求2所述的设备，包括自动立体显示设备，其中单视图模式包括2D模式，且多视图模式包括3D模式。

10.如权利要求1或权利要求2所述的设备，包括双视图显示设备，其中单视图模式在显示器的全视场中包括2D模式，并且多视图模式在显示器的全视场的不同部分处包括两个2D模式。

11.一种控制如任一前述权利要求所述的多视图显示设备的方法，该方法包括：

在单视图模式中，将双折射电光材料（62）置于非切换状态中，其中从显示面板输出的光的偏振（64）是线性的并且在接收显示输出光的表面处与双折射电光材料（62）的光轴对准，以及

在多视图模式中，将双折射电光材料（62）切换到其中光轴垂直于显示输出表面而对准的状态，

其中在单视图模式中在不可切换的光学透明层的表面处双折射电光材料的光轴与透镜状透镜元件的细长轴对准。