CN1833450A - 自动立体感显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种自动立体感显示装置(1)，包括显示屏(10)、柱状透镜光栅(15)和可电控制的漫射器(80)。可电控制的漫射器(80)包括光学介质(94)，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，该光学介质(94)具有与电光介质(95)相抵靠的结构化表面，电光介质(95)例如为小滴聚合物弥散液晶(PDLC)层。电光材料(95)的折射率随着所施加的电场(或者零电场)变化，并且至少可以在至少两个值之间进行切换，这两个值是(i)基本上与光学介质(94)的折射率相配的值(n2)，该值提供了基本上不漫射的模式，因此提供了显示装置的3D操作，和(ii)不同于光学介质(94)的折射率的值(n1)，因此在结构化表面(98)处造成了折射，该结构化表面(98)提供不同的折射角(θo)，以致提供了总体漫射的效果，因此提供了2D操作。漫射器(80)可以作为独立的单元给出。

Description

自动立体感显示设备
技术领域
本发明涉及自动立体感显示设备，包括彩色自动立体感显示设备，尤其是在自动立体感显示模式和二维显示模式之间可电切换的自动立体感显示设备。本发明还涉及可电控制或电切换的漫射屏，这样的漫射屏是可以在漫射模式和非漫射模式之间电控制或电切换的。
背景技术
立体感显示器能够提供由在不同观察点上不同的子图像构成的图像。如果为观看者的左眼和右眼提供经过适当调节的不同子图像(即，具有合适的双眼视差)，则观看者感受到的总的图像是三维图像。提供相异图像的一种公知方法是通过改变颜色含量，同时观看者需要带上特殊的眼镜，这种眼镜在各个目镜中具有不同的颜色吸收透镜。
在不需要观看者佩戴特殊的眼镜的情况下给出由在不同观察点上不同的子图像构成的图像的立体感显示器称为自动立体感显示器。典型的自动立体感显示器包括矩阵液晶显示(LCD)屏，该液晶显示屏包括按行和列排列的显示单元的阵列。这种显示器此外还包括用于引导来自显示单元阵列的输出光线以致使得从显示屏上的给定点给出的可见输出取决于观察角度的构件。这意味着观看者的右眼看到的景象与左眼看到的景象不同，给出了所期望的立体感或三维图像。
输出光线导向部件的公知形式是重叠在显示屏上的柱状透镜光栅(lenticular sheet)。柱状透镜光栅(例如具有聚合物材料的模制或机加工片的形式)是这样重叠在显示屏的输出侧上的：柱状透镜光栅的透镜间光栅元件(lenticular element)(包括(半)圆柱状透镜单元)沿着列方向延伸，同时各个透镜间光栅元件与相应的一组两列或多列显示单元的相邻列相关并且与显示单元列平行地延伸。在各个微型柱状透镜(lenticules)与两列显示单元相关的方案中，将显示屏驱动成显示包括两个垂直交错的2-D子图像的复合图像，由交替的两列显示单元显示这两个图像，并且各列中的显示单元给出各自的2-D子图像的垂直片段。柱状透镜光栅将这两个片段以及来自与其它微型柱状透镜相关的显示单元列的相应片段分别引向处于该柱状透镜光栅前方的观看者的左右眼，从而，通过具有适当双眼视差的子图像，观看者感觉到单独一个立体图像。在其它一些多视图方案中，其中各个微型柱状透镜与行方向上的一组超过两个相邻的显示单元相关，并且将各个组中显示单元的相应列适当地排列，以提供来自各自的2-D(子)图像的垂直片段，于是随着观看者头部的移动，会感受到一连串连续的、不同的立体视图，以产生例如环顾的效果。由于需要透镜间光栅元件与显示像素精确对齐，因此常规上是以固定不变的方式将微型柱状透镜屏幕安装在显示屏上，以致于透镜间光栅元件的位置相对于像素阵列是固定的。
此类自动立体感显示设备可以用于各种不同的应用，例如用于医疗成像、虚拟现实、游戏、移动电话和CAD领域。
US-A-2003/0011884公开了一种配备有可采用电子手段切换光漫射层的自动立体感显示设备，该光漫射层包括夹在相对电极之间的电光材料，例如，聚合物弥散液晶(PDLC)层。通过对这些电极施加适当的电位差，可以使该层从不散射状态变成强漫射状态，从而由于漫射状态抵消了柱状透镜光栅的光学效果，使得该设备从3D模式改变成2-D模式。
发明内容
本发明人已经认识到，传统可电切换的光漫射层(比如用于US-A1-2003/0011884公开的设备中的PDLC层)的散射或漫射特性对于它们在这样的装置中所起到的具体漫射作用来说并不是最佳的。具体来说，本发明人已经认识到，公知的漫射层的角散射特性并不最适于这样的处理：对穿过柱状透镜光栅的光线进行漫射，以提供来自与给定微型柱状透镜相关的像素或子像素的光线的高水平混合，同时仍然尽可能保持来自与不同微型柱状透镜相关的像素或子像素的光线分离。
按照第一方面，本发明提供了一种可电控制或可电切换的光漫射器，包括：光学介质或基板和电光介质或层；透明电极，设置成用来在电光介质上提供电场，以便通过在电光介质上施加或不施加电场或者通过改变在电光介质上的电场实现对电光介质的折射率的控制；将光学介质和电光介质设置成在光学介质的第一表面与电光介质的第一表面之间具有有效光学接口，该有效光学接口是例如通过电光介质和光学介质直接邻接而形成的，或者例如借助处于它们之间的另一层(例如透明电极)而形成；其中至少将光学介质的第一表面和电光介质的第一表面至少之一构造成具有表面外形，该表面外形包括具有多个表面角或小平面角(facet angles)，或者表面角或小平面角的分布或提供不同角度或多个角度的轮廓，以致(i)当通过施加或不施加电场而将电光介质的折射率控制成基本等于光学介质的折射率时，基本上没有由光学介质的第一表面与电光介质的第一表面之间的有效光学接口引发的折射，并且以致(ii)当通过施加或不施加电场而将电光介质的折射率控制成不同于光学介质的折射率时，在光学介质的第一表面与电光介质的第一表面之间的有效光学接口处发生折射，并且，借助于该表面外形，例如有多个表面角或小平面角，或者例如该表面外形包括表面角或小平面角的分布或提供不同角度或多个角度的轮廓，所述折射将光线引向相应的多个角度或方向，从而提供了漫射效果或模式。
最好，多个表面角是不同地分布在不同的表面方向上的，以致于将光线漫射到不同表面方向上的不同范围内。
最好，电光介质包括较小的小滴聚合物弥散液晶(droplet polymerdispersed liquid crystal)。
按照另一个方面，本发明提供了一种自动立体感显示装置，包括按照上述第一方面或者上面介绍的第一方面的变形方式中的任何一种的可电控制的漫射器。
最好，该自动立体感显示器包括显示屏，例如液晶显示屏；和导向部件，例如柱状透镜光栅。将可电控制的漫射器设置成在至少一种电场模式下提供漫射效果，以扰乱导向部件的效果，所述电场模式包括在电光介质上施加给定幅度的电场或电压，或者在电光介质上不施加电场或电压。
最好，在上面介绍的电场模式中的另一种不同的模式下，基本上没有漫射发生。另一种可能是发生中间漫射效果，提供例如介于2D和3D中间的图像。
最好，在漫射效果期间，漫射的范围足以提供用来提供基本上为2D图像的充分混合。
最好，显示屏包括按照行和列排列成矩阵形式的子像素或像素；导向部件包括基本上平行于所述列排列的透镜间光栅元件，以致沿着行的子像素或像素的组是按照相应的透镜间光栅元件排列的；并且多个表面角不同地分布在行和列方向上，以致于在漫射模式下，在行方向上光线的漫射多于在列方向上光线的漫射。
最好，表面角的分布或变化是这样进行的：它以大于衍射极限但小于子像素间隔的数值范围变化，因此所观察到的效果是关于子像素的间隔的漫射器的效果。
按照本发明的另一方面，提供了一种自动立体感显示装置，包括显示屏、导向部件(例如柱状透镜光栅)和可电控制的漫射器。可电控制的漫射器包括光学介质，例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate)(PET)，该光学介质具有与电光介质相抵靠的结构化表面，电光介质例如为较小的小滴聚合物弥散液晶(PDLC)层。电光材料的折射率随着所施加的电场(或者零电场)变化，并且可以在至少两个值之间进行切换，这两个值是(i)基本上与光学介质的折射率相配的值，该值提供了基本上不漫射的模式，因此提供了显示装置的3D操作，和(ii)不同于光学介质的折射率的值，因此在结构化表面处造成了折射，该结构化表面提供不同的折射角，以致提供了总体漫射的效果，因此提供了2D操作。漫射器可以作为独立的单元给出。
在本发明中，漫射或者有效漫射效果是由来自光学介质和电光介质之间的变粗糙表面以不同角度输出的变化而给出的。这种角度变化可以通过改变结构化表面的表面外形和/或通过改变光学介质和/或电光介质的折射率，和通过改变或选择在电光介质上施加的电压电平或电场的强度来控制或预定。这能够将漫射光线的角度分布据此控制、选择或预定成，至少是近似地，比可通过传统的依赖于通过电光或其它可切换层的体积实现的体漫射的可电控制的漫射器得到的分布更加适当的分布。
附图说明
现在将参照附图借助实例对本发明的实施方式加以介绍，其中：
附图1是包括自动立体感显示装置和可电切换的光漫射器的彩色显示设备的示意性透视图；
附图2以平面图方式表示附图1中的设备产生两个视图显示输出的操作；
附图3是附图1中的设备中的显示单元的一行的一部分的示意性平面图；
附图4A表示(未按比例)现有技术中用作体漫射器的传统PDLC层的典型角漫射(散射)分布；
附图4B表示理想角度漫射(散射)分布；
附图5表示附图1中的设备中设置的可电切换的光漫射器的细节；和
附图6示意性表示垂直照射在附图5的可电切换的光漫射器上的光线的路径。
具体实施方式
附图1是包括自动立体感显示装置10和可电切换的光漫射器80的彩色显示设备1的示意性透视图。
自动立体感显示器10包括传统的有源彩色矩阵液晶显示(AMLCD)屏11，该显示屏用作空间光调制器并且具有排列成彼此垂直的直线行和列的显示单元12的平面阵列。为了简单明了，在各个行和列中，显示单元只是相对较少地示意性示出。显示屏11由光源14照亮，该光源14可以具有任何适当的类型并且在这个例子中包括与显示单元阵列的面积共同扩张(co-extensive)的平面背光源。通过对其施加适当的驱动电压，由各个显示单元或子像素12对入射到屏上光线加以调制，以致产生期望的图像显示输出。
通过叠加显示屏11的输出侧，设置了柱状透镜光栅15，它提供细长的平行的透镜间光栅元件16的阵列。透镜间光栅元件16包括光学圆柱会聚微型柱状透镜，例如形成为凸圆柱透镜，这些凸圆柱透镜与显示单元的列平行地延伸，并且用来按照公知方式向面对柱状透镜光栅15一侧的远离显示屏11的观看者的双眼提供分离的图像，按垂直隔行扫描(interleaved)的方式以显示屏11的阵列产生该分离图象，以致使观看者能够感受到立体的或3D的图像。使用与矩阵显示屏相结合的柱状透镜光栅的自动立体感显示设备是公知的，因此认为没有必要在这里详细介绍它们的操作。这样的设备和它们的操作的例子在前面提到的US-A1-2003/0011884和GB-A-2196166中介绍过或引用过，这两篇文献的内容以引用的方式并入本文。各个透镜间光栅元件16可以重叠在一组两个、三个或更多的相邻子像素列上，以提供相应数量的视图(views)。
各个透镜间光栅元件沿着相互不同的角方向提供来自各个相关像素列的空间上不连续的输出光束。将该显示屏驱动，以便由各个子像素列产生很窄的2-D(子)图像的垂直片段，同时所产生的显示包括将分别由观看者的左眼和右眼看到的多个隔行扫描(interleaved)2-D(子)图像。这样，各个透镜间光栅元件16提供多个输出光束，每一个光束来自于一个该透镜间光栅元件的相关子像素列，这些光束的光轴处于相互不同的方向上并且围绕着透镜间光栅元件的纵轴按一定角度分散开。通过施加给各个显示单元列然后又施加给双眼接收到不同光束的观看者的适当的2-D图像信息，使观看者感受到了3-D图像。由于各个透镜间光栅元件与多至数个子像素列相关，于是随着观看者的头部沿着行方向进行移动，可以看到不同的立体感图像。虽然透镜间光栅元件通常基本上是与子像素列对齐的，但是也可以使它们相对于这些列稍有倾斜，这在美国专利US6064424中有过介绍。
附图2以平面图方式表示在这个例子中所述设备产生二视图显示输出的操作，其中各个透镜间光栅元件16重叠在相邻子像素列的相应的一组21(在这个例子中是一对)上，以致于呈现给观看者两个垂直带，每个垂直带代表相应2-D视图的垂直片段。在施加给子像素12的适当2-D图像信息的情况下，并且在观看者的眼睛处于接收输出光束中的不同光束的适当距离上的情况下，会感受到3-D图像。可以将视图的数量从附图2中所示的给出单独一个立体感图像的仅仅两个视图改变为多个视图，例如给出六个立体感图像的七个视图。(为了简明起见，附图2中没有示出可电切换的光漫射器80)。
附图3是表示彩色矩阵LCD屏11中的显示单元行的一部分的示意性平面图。屏11包括这样的彩色像素布局：其中各个彩色像素30包括在行中构成水平RGB三元组(triplet)30的三个(红色R、绿色G、蓝色R)相邻子像素12。这种彩色像素布局是使用垂直滤色带通过按照重复的方式将显示屏11的显示单元12排列成各个R、G和B列而形成的。这种显示屏的像素间距是显示屏中像素的间距的衡量标准。在通常情况下，对于传统的彩色矩阵LCD屏，在垂直、列方向上和水平、行方向上像素间距是基本相等的。附图3表示八个RGB彩色像素30，它们各自包括三个子像素12。水平间距K等于像素的宽度加上相邻像素之间的间隔(未示出)。这种显示屏11的分辨率是观看者感受到像素的空间频率的衡量标准。当然希望有高的分辨率，因为这会产生高质量的图像输出。在通常情况下，对于传统的彩色矩阵LCD屏，分辨率在垂直、列方向上和水平、行方向上是基本相等的。
柱状透镜光栅15是按照各个细长的透镜间光栅元件16基本上覆盖着相邻子像素列的相应对21的方式重叠在显示屏11上的。微型柱状透镜的间距p是两个相邻的细长透镜间光栅元件16各自的中心之间的距离。应当意识到，仅仅示出了显示屏11的一行，因此仅示出了在水平方向上相邻的一对子像素21与各个透镜间光栅元件16相对应。还应当意识到，微型柱状透镜阵列15是示意性画出的，因此示出的是一行的一部分的横截面。单独一个微型柱状透镜15将来自相应子像素32、33的输出光线引向相互不同的方向。再次参照附图2，观看者将会感受到二视图的立体感图像。来自各个对21的左侧上的各个子像素32的输出被引向区域A，并且因此在附图2中，由观看者的右眼看到。在A处看到的图像35的感觉上的水平像素间距L两倍于显示屏水平像素间距K的长度。同样地，来自各个对21的右侧上各个子像素33的输出被引向区域B，并且因此在附图2中，由观看者的左眼看到。在B处看到的图像36感觉上具有水平像素间距L。因此二视图立体感图像的水平分辨率是在没有柱状透镜光栅15的情况下看到的相应2-D图像的一半。
虽然上面的例子介绍了二视图系统的情况，但是在具有超过两个视图的立体感图像的情况下，分辨率也会降低。例如，各个微型柱状透镜可以基本上覆盖着四个相邻的子像素列，给出具有相应2-D显示的四分之一水平分辨率的四视图立体感显示。
再次参照附图1，现在将更加详细介绍可电切换的光漫射器80的作用。在第一种条件下，使可电切换的光漫射器80切换成基本上不漫射的状态，即，基本上清澈的状态，以致于观看者感受到如上所述的立体感3-D图像，并且得到图像35和36。在第二种条件下，使可电切换的光漫射器80切换到基本上散射的状态，以致于柱状透镜光栅15的定向效应基本上得到消除，结果观看者感受到2-D图像。可电切换的光漫射器80设置得非常接近(最好直接接触)柱状透镜光栅15的表面。
在附图3中示意性示出了可电切换的光漫射器80处于上述第二种条件下(即，切换到基本上散射的状态)时的效果。会出现这样一种平均效果：将来自各个对21中的各个子像素的光输出引向基本相同的方向。因此观看者的双眼看到相同的图像50。相应的处于底层的子像素对21内的所有子单元对来自与各个透镜间光栅元件16相应的各个被感受的像素的输出都做出了贡献。例如，在可电切换的光漫射器80切换到清澈状态的情况下，右眼观看到来自红色子像素的输出而左眼观看到来自相邻绿色子像素的输出，而现在，在可电切换的光漫射器80切换到散射状态的情况下，两眼观看到来自红色和绿色子像素二者的输出的混合结果。因此观看者看到了双眼接收到来自所有子像素的光输出而形成的图像50，因此感受到的是2-D图像。在这个例子中，六个显示单元(每种颜色两个)的输出对混合三元组51做出了贡献。混合三元组51的间距M与在立体图像下感觉到的水平间距L相同。不过，各个混合三元组51的总体输出包括两种颜色“未混合”像素三元组的输出。因此2-D感觉到的水平像素间距是混合三元组间距M的一半。这样，2-D图像的分辨率大于立体感图像的分辨率。对于上面例子中介绍的两视图显示，通过按照这种方式切换可电切换的光漫射器80，分辨率得到了完全恢复。
可电切换的光漫射器80在切换到如上所述的基本散射状态时的作用和效果是用理想可电切换的光漫射器80实现的理想的或最优的结果。实际上，上述的解释说明假设了光漫射层的角漫射属性是理想的，以致，首先，来自与某一特定透镜间光栅元件相应的两个子像素的光线是完全且同等地混合的(例如，如图像50的组合子像素图像52中的“R+G”)，其次，没有使来自与某一特定透镜间光栅元件相应的两个子像素的光线任意更宽地散射到比如到达沿着行方向相邻的子像素的光路内(例如，使得没有蓝色B存在于图像50的“R+G”组合子像素图像52中)或者来自沿着同一列相邻的子像素(即，沿着特定透镜间光栅元件再向下)的光路中。
使用传统的可电切换光漫射层(比如再前面提到的US-A1-2003/0011884中介绍的体PDLC层)可以实现比较好的性能。不过，这样的传统漫射器层对于上面介绍的用途而言，并不具有特别合适的角漫射属性。
附图4A表示(未按比例)传统体PDLC层的典型角漫射(这也可看作散射)分布80。传统角漫射分布80包含不受阻地经过PDLC层的光线强“冲击(ballistic)”峰82和宽复合散射肩84。没有一种特征是想要的。强冲击峰82降低了来自与某一特定透镜间光栅元件相应的两个子像素的光线完全和等同混合的程度。宽复合散射肩84增大了使来自与某一特定透镜间光栅元件相应的两个子像素的光线更宽散射成比如到达其它子像素的光路中的程度。
本发明人进一步认识到，更加合适的角漫射(散射)分布是附图4B中所示的(未按比例)角漫射分布86。本发明人认识到，在理想情况下，可电切换的光漫射器应该不会引发垂直散射，而是应该沿着水平方向有较窄的角度范围内的高斯漫射。散射角度在理想情况下正好足以混合来自属于处于给定透镜下面或与给定透镜相应的同一子像素组的子像素的光线，即，散射角度在理想情况下约为观察区域的宽度，由下式给出
φ = 2 tan - 1 p 2 f
其中p是透镜间距，f是焦距。对于目前显示器，p和f的典型值为p＝0.4mm和f＝1.5mm，给出15°的散射角(FWHM)。预计将来会想要更大的φ。在大于φ的角度的范围内的散射将有降低亮度(光线损失到大的角度中)和对比度(散射混合了来自处于不同透镜间光栅元件下面的像素的光线)的趋势。参照附图4B，角漫射分布86包括小于1％的垂直散射分量88和接近10％的水平散射分量90。
附图5表示按照本实施方式给出的可电切换的光漫射器80的更多细节。
可电切换的光漫射器80包括两个间隔开的透明基板92、94，例如由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成的薄塑料基板，从而形成了夹入小滴PDLC材料95的间隔空间。在基板92、94的内表面上设置(即，相对设置)有例如由铟锡氧化物制成的透明电极96、97。引线81(如附图1中所示)与透明电极96、97相连。在操作中，引线81和透明电极96、97用于按照需要传递和施加在小滴PDLC材料95上电场。
基板94的内表面98是具有粗糙的、不均匀的或其它不平坦表面外形的结构化表面。该结构化表面可以使用任何适当的手段形成，包括，举例来说，用机械、模压、复制或光学手段。(此后，将把具有结构化表面的基板称为结构化基板94，而把其它基板称为平坦基板92。)按照本实施方式，对该表面进行的是模压。
小滴PDLC材料95取决于是否在其上施加电场而具有不同的有效折射率。当没有施加电场时，小滴PDLC材料95的折射率不同于结构化基板94的折射率，因此由于粗糙表面处折射率失配造成散射和漫射的发生，这将在下面更加详细地介绍。
不过，当在小滴PDLC材料95上施加电场时，小滴PDLC材料95的折射率变得接近或基本上等于结构化基板94的折射率，因此在变粗糙表面处没有折射率失配，从而不会发生散射和漫射。注意，这里使用的小滴PDLC材料95并不在光线穿过该材料的时候对光线提供任何实质上的体漫射效应，不管是当在该材料上施加电场时还是当没有在该材料上施加电场时(这与上面提到的US-A1-2003/0011884中的通过标准PDLC材料采用的体漫射效应的现有技术相反)。
小滴PDLC材料95具有约为或小于可见光波长的泡大小。这种类型的材料在所谓的全息PDLC中已经采用过，并且在J H M Neijzen、H M J Boots、F A M A Paulissen、M B van der Mark和H J Cornelissen的《液晶(Liquid Crystals)》(vol.22，第255-264页，1997)和《Natlab技术手册TN021/96(Natlab technical note TN021/96)》中介绍过，这些公开文本的内容以引用的方式并入本文。
由于液晶分子的泡到泡的随机取向，单元(cell)表现为具有这样的有效折射率的介质：
n 1 = 2 3 n o + 1 3 n e
当在小滴PDLC材料95层上施加了足够强的电场时，泡中的液晶分子将会按照电场的方向排列。对于垂直通过该层的光线(即，平行于电场)，小滴PDLC材料95层现在将会表现出这样的有效折射率：
n2＝no
ne和no的典型值分别是1.807和1.527，由上面的公式，给出值n1＝1.620和n2＝1.527。
附图6示意性表示垂直照射在可电切换的光漫射器80上的光线101的路径，此时没有在透明电极96、97之间施加电场，因此PDLC材料95的有效折射率是n1＝1.620。
光线101从自动立体感显示器10的外层进入到结构化基板94中，在这个例子中基板是折射率接近n2的玻璃基板105。
结构化基板94也具有等于n2的折射率。第一次折射发生在结构化表面98处，该结构化表面倾斜了角度，并且折射率在这里从n2和n1变化。第二次折射发生在平坦基板92和空气108之间的界面处。注意，平坦基板92的折射率是不重要的，结果得到的角度θ0完全是由从n1到空气的过渡确定的。同样，透明电极97的存在也不会造成什么实际的影响，在附图6中没有示出该透明电极，但是它实际上处于第二基板94和小滴PDLC层95之间，因为它的折射作用本身是相互抵消的，即，尽管有透明电极97存在于结构化基板94和小滴PDLC层95之间，在它们之间的结构化表面98处也提供了有效光学界面。
因此空气108中的角度是由下列等式中的θo给出的：
我们现在来考虑粗糙表面98的代表性部分98a的角度。可以将其简称为代表性部分的小平面角，并且在附图6中标为。在作为整体的结构化表面98上，存在这样的小平面角的分布，各个小平面角沿不同角度θo折射入射光线，并且导致出射角的分布。换句话说，交界面整体上起到了漫射器的作用。
小平面角的分布或变化是这样进行的，它以大于衍射极限但小于子像素间隔的数值范围变化，因此所观察到的效果是关于子像素的间隔的漫射器的效果。
在打开状态下，当施加电场时，PDLC的有效折射率等于n2并且不发生折射；单元表现为清澈的、不散射的表面，即，不漫射条件。
上面的等式可以用于将粗糙基板表面的小平面角度分布的宽度与漫射分布的宽度关联起来，即，
在这个例子中，通过取σ＝44°，我们计算出σθ＝5°。可以看出，因为n1和n2相当接近，并且如果施加弱电场则更加接近，因此可以按照需要使θ尽可能小。按照其它一些实施方式，这对在显示器上产生中间2D/3D效果(即，仍然有一定的3D的效果，只是深度减小，但是分辨率升高)是很有用的。
按照这种实施方式，将结构化表面模压成具有包括大量的小不连续区域的表面外形。各个区域小于透镜(例如，小于200μm)并且大于光波长(例如，1μm或更大)。按照这种实施方式，使用了比较方便的数量的不同的小平面角度，比如说一百个。使得每个区域具有一个小平面角，例如，有一万个区域具有第一小平面角，一万个区域具有第二小平面角，等等。所有区域混杂在该表面上，以致于在任何局部区域内，优选至少有多达这一百个不同小平面角的分布。这些区域可以是采用机械方法(即，粗糙打磨)或光刻方法(采用半随机固定设计)制成的。
而且，按照不同的实施方式，达到附图4B的理想散射分布的程度可以通过将基板的结构化表面外形成这样而得到增大：使得在水平方向上和垂直方向上不同。按照这种实施方式，这可以通过控制模压设置中不同不连续区域的分布来实现。
一种一般性的优点是，仅仅需要很小的折射率n1到n2的变化。
另一种有益之处在于，单元结构非常简单并且可以使用薄的塑料基板材料，因为不需要精确对齐。
再有一种有益之处在于，2D(散射)状态不需要消耗电力。
按照上述的实施方式，透明电极基本上分布在基板92、94的整个区域上，从而在2D和3D模式之间切换整个显示区域。不过，按照其它一些实施方式，可以对透明电极96、97进行图案化，以在2D显示中提供3D窗口或者在3D显示中提供2D窗口。这可以按照前面提到的US-A1-2003/0011884中介绍的方式来实施。
虽然如前面实施方式中那样，将可电切换的光漫射器80定位在导向部件15的前面是优选的，但是可以想到，也可以将它定位在导向部件与显示屏11之间，从而使得它与导向部件的输入侧紧密配合在一起。
按照上述的实施方式，透镜间光栅元件的弯曲面面向观看者。这通常给出最佳的光学特性。不过，按照其它一些实施方式，出于其它一些原因，比如为了使制造或组装容易，微型柱状透镜的弯曲面可以背离观看者。
按照上述实施方式，显示器是具有颜色不同的子像素的彩色显示器。不过，按照其它实施方式，可电切换的光漫射器可以与黑白显示构件结合起来使用。
而且，虽然在上面的实施方式中介绍的可电切换的光漫射器尤其适于与上面介绍的显示部件一起使用，但是按照其它一些实施方式，可电切换的光漫射器可以与任何其它类型的显示装置或者需要或有可能利用可电切换的光漫射器的设备一起使用。实际上，本发明延伸到了任何其它合乎需要的光学应用中的可电切换的漫射器，并且在这个意义上讲，上面实施方式中涉及这样的可电切换的漫射器的细节要看作为代表按照本发明的各个方面的独立的可电切换的漫射器的实施方式。
按照上述实施方式，结构化表面的表面外形是通过模压形成的。不过，按照其它实施方式，结构化表面的表面外形可以使用任何适合的手段来形成，包括，举例来说，用机械、复制、化学蚀刻、光学手段等等来形成。
按照上述实施方式，结构化表面的表面外形包括接近一万个独立的区域，它们之间以空间分布的方式分享了十种不同的小平面角度。结果，当在由结构化表面限定的交界面处发生折射时，会出现十种(在这个例子中)不同的输出角度的空间混合分布。在各个区域本身的内部，表面基本上是平坦的，虽然它是以小平面角表征的。不过，按照其它实施方式，结构化表面可以具有任何其它适当的形式。
例如，按照上述实施方式的变形方式，所采用的区域的数量和/或不同小平面角的数量可以是不同的。
按照上述实施方式中的任何一种，对于这些区域，一种可能是，彼此具有近似相等的面积，而另一种可能是，对于某些或全部区域，具有不同的面积。
按照上述实施方式中的任何一种，一种可能是，各个小平面角可以有近似相等数量的区域，而另一种可能是，某些或全部不同的小平面角有不同数量的区域。
按照上述实施方式，结构化表面是使用模压工具/压模压制的，该工具/压模具有通过使用例如计算机辅助(CAD)工艺详细设计形成的上面介绍的轮廓细节。不过，按照其它实施方式，可以将表面外形形成为具有随机或伪随机表面外形细节。例如，如果使用了(粗糙)打磨或蚀刻工艺，就可能出现这种情况。另一种可能是，可以借助自动设计工艺，包括例如，设计成用来提供适当的小平面角和特征的混合分布的计算机算法，来产生伪随机表面。
另一种可能是，结构化表面包括(整体地或局部地)彼此具有不同弯曲角度的弯曲表面的区域或者尽管如此还以预定或伪随机或随机方式发生偏移的表面的区域，以致于出现折射角的混合结果。
显然，实现结构化表面的准确形式可以有很多的方法，不胜枚举。因此，可以理解，上述的例子和可能性仅仅是说明性的，并且尽管如此，本发明包含提供多个输出折射角度以致发生大片的有效散射或漫射的任何结构化表面外形。
按照上述实施方式，使用小滴PDLC作为在施加电场的条件下改变折射率的电光材料或介质。不过，按照其它实施方式，可以使用其它的材料或手段作为在施加电场的条件下改变折射率的电光材料或介质，最好是少量改变折射率。例如，可以以超扭曲向列形式使用传统的液晶材料(LC)。PDLC的优点是，在没有电场的情况下，该材料将会较快松弛(relax)，并且对有效折射率n1具有好的形态。使用传统LC的优点是，可以使LC层沿着有利的方向定向，即，沿着液晶显示器的偏振镜的方向。在散射状态下，对于n1，可以得到ne的完整值，而在小滴PDLC的情况下，最高可能值是由上面的等式给出的。在不散射状态下，PDLC和LC都可以设置成具有n2＝no的折射率。
另一种用作可以在施加电场的条件下改变其折射率的电光材料或介质的可能是使用所谓的“电浸湿”结构。在“电浸湿”结构中，流体在表面上浸湿性质是通过采用电子手段改变流体表面接触角度而操作的。按照这样的实施方式，具有n＝1.5的与结构化表面的折射率相配的油膜可以由n＝1.33的水膜完全代替(即借助施加在液体上的电场的作用使液体发生物理移动)。后一(水)状态将会导致散射，因此是2D模式，前一(油)状态产生不散射表面，因此是3D模式。
按照上述的实施方式，当不施加电场时，会出现散射/漫射效果，并且当施加电场时，使可电切换的漫射器实质上呈现为不散射。按照其它实施方式，通过使电光材料的折射率在不施加电场的时候与结构化表面的折射率相配，这一效果就反过来了。
按照上述的实施方式，透明电极是直接处于电光材料的任何一侧上的，因此将透明电极之一设置于结构化基板的结构化表面上，从而使它直接抵靠着电光材料，即，处于结构化表面和电光材料之间(尽管它不会对折射输出角造成任何总体影响，因为在基板和透明导体之间的交界面处的任何折射都被透明导体与电光材料之间的交界面处的任何折射抵消了)。按照其它实施方式，可以将透明电极之一或二者放在例如基板的外表面上，例如，放在结构化基板的外(平坦)表面上。在这种情况下，当在透明导体之间施加电场时，一部分电场落在一个或多个基板上，一部分落在电光材料上。
按照上述实施方式，所使用的电光材料的折射率值之一是针对没有电场的情况的折射率。按照其它实施方式，不采用通过不施加电场实现的一种操作条件，两种操作条件都是借助施加各自幅度不同的电场而实现的。在这种情况下，例如，一种电场幅度下的折射率可以近似匹配结构化基板的折射率(即，没有漫射)，而在第二种电场幅度下的折射率可以不同于结构化基板的折射率。虽然这意味着需要为2D和3D两种模式消耗电力，但是这会给出这样的优点：对电光材料的折射率要匹配结构化基板的折射率的要求可以得到放宽，使得材料的选择范围更宽并且增加了制造公差。
按照上述实施方式，将结构化表面配备在非电光介质上，并且定位得与电光材料(即，在施加电场的条件下改变其折射率的介质)相邻。不过，按照其它实施方式，如果使用固态电光材料，可以将结构化表面设置在电光材料上。
按照上述实施方式，使用了包括透镜间光栅元件的柱状透镜光栅作为光线导向部件。不过，按照其它实施方式，可以使用任何其它适当的导向部件。例如，可以使用包括用于各个子像素对或其它子像素组的独立的球形透镜的薄片。

Claims (11)

1.一种可电控制的光漫射器(80)，包括：
光学介质(94)和电光介质(95)，设置成在光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间具有有效光学接口；和
透明电极，设置成用来提供在电光介质(95)上的电场，以便通过在电光介质(95)上施加或不施加电场实现对电光介质(95)的折射率的控制；其中
将光学介质(94)的第一表面和电光介质(95)的第一表面之一构造成具有表面外形，该表面外形具有多个表面角，以致(i)当通过施加或不施加电场而将电光介质(95)的折射率控制成基本等于光学介质(94)的折射率时，基本上没有由光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间的有效光学接口引发的折射，并且以致(ii)当通过施加或不施加电场而将电光介质(95)的折射率控制成不同于光学介质(94)的折射率时，在光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间的有效光学接口处发生折射，并且，借助于有多个表面角，所述折射将光线引向相应的多个角度，从而提供了漫射效果。
2.按照权利要求1所述的漫射器，其中多个表面角是不同地分布在不同的表面方向上的，以致于将光线漫射到不同表面方向上的不同范围内。
3.按照权利要求1或2所述的漫射器，其中当在电光介质(95)上施加电场时，电光介质(95)的折射率基本上等于光学介质(94)的折射率，并且当在电光介质(95)上不施加电场时，电光介质(95)的折射率不同于光学介质(94)的折射率。
4.按照权利要求1到3中任何一项所述的漫射器，其中电光介质(95)包括小滴聚合物弥散液晶。
5.一种自动立体感显示装置，包括：
子像素(12)或像素(30)的阵列；
导向部件(15)，包括多个导向单元(16)；
按照相应的导向单元(16)排列的子像素(12)或像素(30)组，各个组包括多个子像素(12)或像素(30)；和
可电控制的漫射器(80)；该可电控制的漫射器(80)包括：
光学介质(94)和电光介质(95)，设置成在光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间具有有效光学接口；并且该可电控制的漫射器(80)进一步还包括：
透明电极，设置成用来提供在电光介质(95)上电场，以便通过在电光介质(95)上施加或不施加电场实现对电光介质(95)的折射率的控制；其中
将光学介质(94)的第一表面和电光介质(95)的第一表面之一构造成具有表面外形，该表面外形具有多个表面角，以致(i)当通过施加或不施加电场而将电光介质(95)的折射率控制成基本等于光学介质(94)的折射率时，基本上没有由光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间的有效光学接口引发的折射，从而提供不漫射模式，并且以致(ii)当通过施加或不施加电场而将电光介质(95)的折射率控制成不同于光学介质(94)的折射率时，在光学介质(94)的第一表面与电光介质(95)的第一表面之间的有效光学接口处发生折射，并且，借助于有多个表面角，所述折射将光线引向相应的多个角度，从而提供了漫射模式；
子像素(12)或像素(30)、导向部件(15)和可电控制的漫射器(80)设置成这样：
当漫射器(80)处于不漫射模式下时，来自组中不同的子像素(12)或像素(30)的光线由相应的导向单元引向不同的方向，从而提供3D模式；和
当漫射器(80)处于漫射模式下时，使来自组中不同的子像素(12)或像素(30)的光线发生混合。
6.按照权利要求5所述的显示装置，其中在漫射模式下，漫射的范围足以提供用来提供基本上为2D的图像的充分混合。
7.按照权利要求5所述的显示装置，其中在漫射模式下，漫射的范围仅够提供用来提供介于2D和3D中间的图像的充分混合。
8.按照权利要求5到7中任何一项所述的显示装置，其中导向部件(15)是柱状透镜光栅，并且导向单元(16)是透镜间光栅元件。
9.按照权利要求8所述的显示装置，其中子像素(12)或像素(30)按照行和列排列；透镜间光栅元件与所述列基本平行，以致沿着行的子像素(12)或像素(30)的组是按照相应的透镜间光栅元件排列的；并且多个表面角不同地分布在行和列方向上，以致于在漫射模式下，在行方向上光线的漫射多于在列方向上的漫射。
10.按照权利要求5到9中任何一项所述的显示装置，其中当在电光介质(95)上施加电场时，电光介质(95)的折射率基本上等于光学介质(94)的折射率，并且当在电光介质(95)上不施加电场时，电光介质(95)的折射率不同于光学介质(94)的折射率，从而当不施加电场时实现了漫射模式。
11.按照权利要求5到10中任何一项所述的显示装置，其中电光介质(95)包括小滴聚合物弥散液晶。
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