CN1890988B - 2d/3d图像显示器 - Google Patents

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Abstract

显示器(8)，其包含：显示面板(9)、偏振器(10)、偏振旋转器(13)以及散射体(12)，该散射体被配置成对相对于具有第二偏振的光具有第一偏转的光进行散射。通过对应地操作所述偏振旋转器(13)，该显示器(8)能够在2D和3D模式间进行切换。在3D模式中，偏振旋转器(13)相对较小地或不改变光线的偏振的情况下传送光。由散射体(12)传送的光接着被用于显示三维图像(50)。在2D模式中，偏振旋转器(13)改变光的偏振，并且被散射体(12)散射的光被用于显示二维图像(51)。偏振旋转器(13)可以被设置成：照射在它的第一区域上的光的偏振的变化与照射在第二区域上的光在偏振的变化不同，以便同时显示2D和3D图像(51、50)。

Description

2D/3D图像显示器
技术领域
本发明涉及能够呈现二维和三维图像的显示器。 
背景技术
众所周知，在诸如液晶显示器(LCD)的光阀显示设备中，是通过使用液晶矩阵在逐个像素的基础上对背光进行调制的。这样的设备通常产生二维(2D)图像。然而，三维(3D)显示的研究和发展已经取得了快速的进步。由于性价比及使用方便的原因，已经开发出了不需要用户佩戴特殊眼镜来感受3D图像的显示系统。这些显示系统被称作自动立体显示器。 
自动立体显示器通常包含传统的诸如液晶显示器(LCD)的显示面板，其与其他装置一起提供一对图像，其中一个图像呈现给观众的左眼而另一个图像被呈现给观众的右眼。在一些现有技术的显示器中，3D图像是通过利用放置在显示面板前的透镜状屏幕产生的。在这样的配置中，透镜将来自不同像素列或子像素列的光线聚焦到不同的空间区域中，这样，距离所述显示面板一定距离的观众就可以感受到3D图像。 
一种用于呈现3D图像的不太复杂方法使用平行的光栅。参照图1，传统的光栅类型的自动立体显示器1包含显示面板2，背光3和光栅4。通常，光栅4是具有平行的透明线或缝隙图案5a到5d的不透明的屏幕，并且其位于背光3和显示面板2之间或位于显示面板2之前。当使用时，由背光3发射的光线透射过光栅4的缝隙5a到5d，这样显示面板2被多个狭窄的细长光源有效地照射。显示面板2的交替的子像素列被驱动以分别显示左眼图像A和右眼图像B。所述子像素具有间距Pd并且显示面板2被放置在距离光栅4的距离为c的位置上，这样每一个“细长光源”照射一对子像素列。当距离显示面板2的距离为d的用户6使用显示器1时，用户的左眼和右眼分别感受到左眼图像A和右眼图像B。然而，如果光栅4阻挡了背光3产生的大部分光线，则这种配置类型效率很差。 
然而，在上文所讨论的两种现有配置中，显示面板2是由垂直的光线照射 的。与子像素间距Pd有关的光线间距的很小的误差可能导致所显示图像中的视觉假象，其以晶格光干涉效应的形式出现。一种用于避免所述假象的技术是调整背光3，这样，光线相对于显示面板2的子像素列而言是倾斜的，如同在US6,064,424中关于包含透镜屏幕的显示器的描述那样。这一技术降低了显示器的分辨率但是该分辨率的降低是在水平和垂直方向之间分布的。 
在具有两个视图A和B的自动立体显示器的情况下，只能在一个视角观看所显示的3D图像。例如，在3D图像呈现物体的地方，当从一个角度看时，所显示的图像呈现的是物体。然而，对于显示器而言有可能显示来自多个视角的物体。为了提供在多个视角上可以观看的3D图像和/或给观众更大的移动自由，需要更多的视图，例如C，D等等。 
在光线相对于子像素列而言不倾斜的显示器中，光源的间距pi和视图数量m之间的关系如下所示： 
P l = a · p d a - p d m ≈ p d · m - - - [ 1 ]
其中，pd是子像素的间距，并且a是在用户的位置处每个视图之间所需的视差。观看距离d，视差a和光栅到显示面板的距离c之间的关系由等式2给出： 
a ≈ d c · p d - - - [ 2 ]
不管自动立体显示器是否包含物理的光栅或透镜屏幕，显示面板的交替的像素被用于创建不同的视图A、B、C、D等等。因此，和显示在同一装置上的2D图像相比，3D图像只能以较低的分辨率显示。当不需要显示高分辨率的图像时这可能不是问题，但对于显示文本或其他的2D图像时，降低的分辨率可能是无法接受的。通过提供能够在2D和3D显示模式间进行切换的显示器，在一定程度上克服了这一问题。 
这里，可切换的显示器包含物理的光栅，在光栅4和显示面板2之间必须包含可切换的散射体7。当显示器1被用于3D显示模式时，散射体7被切换至传输状态以允许从缝隙5a到5d传送来的光线透射。在2D显示模式中，散射体7被切换至散射状态，这样来自背光3的光线被散射并且显示器2被均匀地照射。然而，如同上文所提到的，配置光栅的方式是没有效率的，由背光3产生的大部分光线都丢失了。例如，在2D显示模式中，大部分光线被散射偏离了显示面 板2。在3D显示模式中，没有进入缝隙5a到5d的光线被浪费了。 
如WO 03/015424A2所公开的，在另一个现有的可切换的显示器中提供了没有检偏器(analysing polariser)的LCD。透镜屏幕，包含双折射透镜的阵列及检偏器，该透镜阵列位于LCD之前并与液晶(LC)单元一起，该LC单元充当可切换的半波片。该显示器通过利用所述LC单元在2D和3D显示模式间切换。当显示2D图像时，LC单元使通过其的光的偏振改变。当显示3D图像时，显示器被操作以便透射过LC单元的光线的偏振不发生任何变化。如果具有合适的偏振时，透射过LC单元的光线可以继续透射过所述检偏器。然而，现有的显示器基于所显示的是2D还是3D图像而工作在不同的模式。当显示2D图像时，该显示器工作在“常黑”和“常白”模式中的一种模式中，并且当显示3D图像时，该显示器工作在“常黑”和“常白”模式中的另一种模式中。在许多情况下，现有显示器对于“常白”和“常黑”模式中的一种来说是最佳的，因此在这两种模式中的另一种当中工作时，对比度将会下降，并因此降低了图像质量。此外，在现有技术显示器当中，透镜屏幕必须包含非标准的偏振选择的微透镜的矩阵。这样的矩阵造价昂贵，因为所需材料的成本较高并且制作复杂。 
发明内容
文献“Developments in Autostereoscopic Technology at DimensionTechnologies Inc.”Porc.Spie，Bellingham，VA，US，vol.1915，1993年2月1日，第177-186页(XP008008966)披露了一种使用可切换散射体的可切换2D/3D系统。 
US6239907披露了一种后投射显示屏，其中所述水平视角能被控制以使得用户能够在视角和图像对比度和亮度均匀性之间选择一个理想的折衷。 
本发明希望实现如下的一个或多个目的：提供能够显示光效率比现有的光栅方法的光效率高的2D和3D图像的显示器，与现有的可切换的显示器相比其更便宜且易于生产，并且提供能够单独或同时呈现2D和3D图像，而不需要降低2D图像的分辨率的显示器。 
依照本发明的第一个方面，显示器包含显示面板、偏振器、偏振旋转器和依赖于偏振的散射体；所述偏振旋转器被选择性的操作以改变透射过其的光线的偏振，所述散射体被配置为对具有相对于具有第二偏振光的第一偏振光进行散射，所述偏振旋转器被操作，以便在第一显示模式中，由散射体散射的光线 被用于呈现二维图像，并且在第二显示模式中，相对未散射的光线被用于呈现三维图像。偏振旋转器可以被配置成使得：在其中一个显示模式中，具有第一输入偏振并进入偏振旋转器的光线，在离开偏振旋转器时，具有第二偏振，而当具有第二输入偏振并进入到偏振旋转器的光线，在离开偏振旋转器时，具有第一偏振；并且在另一个显示模式中，具有第一输入偏振并进入到偏振旋转器的光线，在离开偏振旋转器时，具有第一偏振，而当具有第二输入偏振并进入到偏振旋转器的光线，在离开偏振旋转器时，具有第二偏振。这样的偏振旋转器可被操作以使具有第一和第二输入偏振并进入偏振旋转器的第一区域的光线，在离开偏振旋转器时分别具有第一和第二偏振，而具有第一和第二输入偏振并进入偏振旋转器的第二区域的光线，在离开偏振旋转器时分别具有第二和第一偏振。 
当光线入射在依赖于偏振的散射体上时，具有第一偏振光被散射，而具有第二偏振光相对未散射地透射过该散射体。在一些实施例中，来自光线的第一偏振光和第二偏振光照射在散射体上，该散射体散射具有第一偏振的光，这可以为2D图像的显示提供均匀的背光，而使具有第二偏振的光很少散射地或不散射地透射过该散射体，以便以光线图案的形式为3D图像的显示提供合适的背光。 
使用依赖于偏振的散射体而不是双折射透镜屏幕，实现了很多超过所述现有技术的优点。例如，散射体可以由更低廉的材料制成并且其制造也更为简便。此外，散射体不需要与由照明系统以及显示面板的子像素或像素产生的光线精确地对准，因此简化了对显示器的组装。 
通过提供对显示面板的照明或将图像信息传送给一个或多个观看区域，所述的光线可以用于呈现二维或三维的图像。 
本发明使得显示器能够同时显示2D和3D图像。 
该显示器可以包含照明系统，其被配置成产生多个包含具有第一偏振的分量和具有第二偏振的分量的光线。可选地，还可以提供透镜屏幕并且将其配置成使光线在透镜屏幕和显示面板之间的位置上成像。在这样一种配置中，偏振器可以被设置在所述的照明系统和透镜屏幕之间，透镜屏幕可以被配置成通过聚焦第一偏振的分量而在透镜屏幕和显示面板之间的位置上创建光线的图像。在两种情况下，透镜屏幕可以包含对入射光进行折射而不考虑该光的偏振的标 准透镜的阵列。 
可选地，所述显示面板可以发光显示设备。 
该显示面板可以是液晶设备(LCD)，其中不具有后偏振片或顶偏振片。可选地，该显示面板可以是液晶设备并且偏振器可以是液晶设备的后偏振片。 
所述散射体可以包含散布着多个伸长的颗粒的箔，或者包含压印有栅格图案的箔。该箔可以是由PET或PEN形成的拉伸的箔。 
附图说明
该显示器可以包含第二散射体，被配置成对具有相对于具有第一偏振的光的第二偏振光进行散射。当显示器工作在3D显示模式中时，该第二散射体能够散射用于呈现该3D图像的光线，因此增加了观看区域的尺寸。 
本发明还提供了包含这样的显示器的设备、用于或在音频/视频设备中的计算设备或显示设备，以及这样的显示器或设备的使用；其中该包含显示器的设备是例如诸如移动电话的通信设备。 
现在将结合附图，通过示例的方式对本发明的实施例进行描述，其中： 
图1是已知的自动立体显示器的示意图，其用于产生图像的多个视图； 
图2是依照发明的第一实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式时穿过显示器的光路； 
图3a和3b描述了适合在图2的显示器中使用的散射元件； 
图4描述了适合在图2的显示器中使用的另一个散射元件； 
图5描述了当同时显示2D和3D图像时，从图2所示的显示器的偏振旋转器中产生的光； 
图6是适合在图2所示的显示器中使用的照明系统的示意图； 
图7是依照本发明的第二实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图8是依照本发明的第三实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图9是依照本发明的第四实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图10是依照本发明的第五实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在 3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图11是依照本发明的第六实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图12是依照本发明的第七实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图13是依照本发明的第八实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图14是依照本发明的第九实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图15是依照本发明的第十实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图16是依照本发明的第十一实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图17是依照本发明的第十二实施例的显示器的示意图，其示出了当工作在3D和2D显示模式中时穿过显示器的光路； 
图18是包含图2所示的显示器的移动电话的示意图； 
图19是包含图2所示的显示器的个人数字助理的示意图；以及 
图20描述了包含图2所示的显示器的桌面监视器。 
具体实施方式
图2描述了显示器8，其包含显示面板9，其中定义了子像素的二维阵列；偏振器10；透镜屏幕11；依赖于偏振的散射体12以及可切换的偏振旋转器13。该显示器8还包含照明系统14，如同在下文详细描述的那样，其被配置成产生用于显示面板9的背光。在该具体示例中，每一个光线使得显示面板9中的四个子像素的列被照亮。该列中的每一个子像素可以表示不同的视图，例如视图A、B、C和D，这样通过对准合适的画面对，处于合适位置的观众可以感受到3D图像。 
在该具体实施例中，显示面板9和偏振旋转器13均包含夹在两个透光基板(未图示)间的电光活性材料层，诸如液晶材料。在液晶层的情况下，层的操作可以基于例如扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、垂直配向向列(VAN)、 光学补偿双折射(OCB)、面内切换向列(IPS)或用于调制入射光的偏振方向的铁电效应。电光活性材料层夹在两个基板(未图示)之间，该基板利用诸如玻璃、二氧化硅(SiO2)、石英或适合的塑料材料的透明材料制成。 
显示面板9被细分为子像素的阵列并且具有用于以本身是公知的方式驱动像素以显示图像的有源矩阵或无源矩阵装置(未图示)。该显示面板9还包含前偏振器或检偏器(未图示)，其透射从液晶层出射的具有合适偏振的光，并且阻止(未图示)，但是与传统的显示面板不同，不配备后偏振器。 
所述偏振旋转器13被设置以便它能够在第一模式中操作，其中偏振旋转器13的像素可以将穿过它们的光的偏振从第一输入偏振改变为第一输出偏振，下文中称为S偏振，以及从第二输入偏振改变为第二输出偏振，下文中称为P偏振。该偏振旋转器13还可以工作在第二模式中，其中具有第一输入偏振的入射光以第二输出偏振，也就是P偏振离开偏振旋转器，而具有第二输入偏振的输入光第一输出偏振，S偏振，离开偏振旋转器13。在该具体实施例中，当工作在第二模式时，偏振旋转器13将穿过它的光的偏振从P偏振改变为S偏振以及反之亦然，在第一模式中，穿过该偏振旋转13的光线的偏振没有发生变化。 
如果需要，偏振旋转器13可以被细分为像素矩阵，如同在这个具体实施例中那样。该偏振旋转器13因此具有用于驱动像素的有源矩阵或无源矩阵装置(未图示)。因此通过驱动像素，该偏振旋转器13可以在第一和第二模式间进行切换。这样的配置还允许偏振旋转器13的不同像素同时工作在不同的模式中，因此穿过偏振旋转器13的其中一个区域的光的偏振被改变，而穿过另一区域的光线却未受影响。 
在该示例中，显示面板9和偏振旋转器13。控制器15用于接收图像信号i并且通过向其相应的有源矩阵或无源矩阵排列提供合适的信号，来相应地驱动显示面板9的子像素以及偏振旋转器13。如果需要，控制器15还可以控制照明系统14。 
依赖于偏振的散射体12包含箔，该箔将在第一方向上线性偏振的入射光散射到比在第二方向上线性偏振的光大得多的程度。在该示例中，散射体12散射S偏振的光，而P偏振的光将经历相对小地或没有被散射。 
WO97/32223 A1中公开了合适的散射箔，该文献描述了一种包含聚合粒 子的基本上非双折射阶段的膜，散布在连续的双折射射聚合基质中。散布的阶段和聚合基质的折射系数在两个正交的方向上类似，但是在第三个正交方向上相互之间显著不同。平行于第三正交方向被偏振的入射光被散射到比平行于其他正交方向被偏振的入射光大得多的程度。 
用于散射体12的适合的散射元件的示例在图3a和3b中被示出，其以箔16的形式，包含散布在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基质中的核壳粒子16a，具有1∶9的重量比。在该示例中，核壳粒子16a具有大约200nm的初始直径，但是在给定的方向S上伸出或拉伸4倍。图3a是箔16垂直于拉伸方向S的剖面图，而图3b是平行于拉伸方向S的箔的剖面图。 
光沿着垂直于拉伸方向S的方向入射在散射体12上。在图3b中，入射光指向纸面中。在平行于拉伸方向S上的方向上偏振的光被散射，其在该实施例中是S偏振光。然而与S偏振光相比较，在正交方向P上偏振的光，在这里也就是P偏振光，以相对小的和没有散射而穿过箔16。 
图4描述了适合的散射元件的另一个示例。PET、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或类似聚合物的箔17被伸出或拉伸了4至5倍，这样其在拉伸方向S上的折射系数n1高于其在垂直于拉伸方向S的方向上的折射系数n2。例如，对于PET箔，折射系数n1和n2分别是1.7和1.53。对于PEN箔，折射系数n1和n2分别是1.85和1.56。箔17压印有微光栅图案并且具有涂层18，垂直于拉伸方向S，该涂层的折射系数基本上匹配于箔17的折射系数n2。 
虽然图4示出了箔17压印有规则图案，然而微光栅图案并非必须具有恒定的周期。事实上，在替代的散射体中，压印表面可以具有多种倾斜的小平面以便提供折射和漫射效果。 
该散射体12最好被设置成使得光主要在正向上一个狭窄的角度范围内被散射，指向显示面板9。这样，可以降低反向散射，该反向散射可能导致背景照明的漫射并且当显示器工作在3D模式下时降低光线的对比度。 
透镜屏幕11包含标准透镜的矩阵，其不考虑入射光的偏振而对入射光进行折射。然而，如果入射光是在既不平行也不垂直于透镜表面的方向上偏振的，则所述折射可能会改变其偏振。如果是这种情况，就需要配置偏振器10和/或散射体12，以便它们被适当地取向。然而，具有偏振器10和散射体12的透镜屏幕11的对准不需要非常精确，因为微小的排列误差不会妨碍显示器的功能。 例如在透镜屏幕11倾斜于子像素列放置，以避免产生Moiré效应和其他的视觉假象的实施例中，偏振器10和散射体12必须被相应地取向。在这两种的情况下，照明系统14必须被设置成产生与透镜屏幕11对准的光线。 
为了下列讨论的目的，P偏振表示沿着平行于图平面的方向的线性偏振，而垂直于图平面的偏振被表示为S偏振。然而，应该注意到两个偏振方向不需要是所描述的那样的，并且这样的设置也是可能的，即其中如果需要的话，散射体12对P及S偏振光的作用可以对应于偏振器10的改变而进行互换，而不影响本发明的性能。 
图2描述了当显示器8处于3D显示模式时，在照明系统14的位置14a和14b处产生的光线所遵循的光路。由照明系统14产生的光线包含P和S偏振光。然而，光的S偏振分量大部分被偏振器10阻挡，因此穿过偏振器10用于由透镜屏幕11成像的光通常是P偏振的。 
透镜屏幕11将光线聚焦，以便在透镜屏幕11和显示面板9之间的位置上产生光线的图像。该成像减小了照明系统14和显示面板9之间的有效距离。换句话说，和照明系统14与显示面板9之间的实际距离c相比，这一配置的效果等效于在距离显示面板9缩短的距离c’处产生光线。 
在该示例中，P偏振光进入所述偏振旋转器13，该旋转器工作在第二模式下，并且允许P偏振光在其偏振没有任何变化的情况下被透射。在这里，散射体12对于P偏振光很大程度上是半透明的。因此显示面板9由P偏振光线照射，使得在“常白”模式下呈现3D图像。 
图2也示出了当显示器8处于2D显示模式时，在照明系统14的位置14e处产生的光线所遵循的光路。在这个图中，P偏振光使用实线示出，而S偏振光由虚线示出。 
在这里，光线中光的P偏振分量穿过偏振器10并且由透镜屏幕11成像。然而，偏振旋转器13被切换至第一模式，这样P偏振光从偏振旋转器13中呈现为S偏振光。S偏振光由散射体12在随机的方向上进行散射，因此为显示面板9提供了均匀的照明以用于呈现2D图像。在这种情况下，显示面板9在“常黑”模式下被驱动。然而，显示的图像可以被电子反转，即通过以本身是公知的方式对控制显示面板9的子像素的成像信号进行反转，这样观众将感受到好像是在“常白”模式下显示的图像。 
如前所述，在偏振旋转器13被细分为像素矩阵的情况下，例如它可以同时在第一和第二模式下工作，这样穿过偏振旋转器13的第一区域的光的偏振可以发生变化，而穿过第二区域的光不受影响。因此，提供了适合的照明以便使显示器8同时呈现2D图像和3D图像。例如，诸如文字的2D图像可以和3D图像同时显示，而不需要降低其分辨率。同时显示2D图像和3D图像所需的照明的示例在图5中示出，其中穿过第一区域的光在显示面板9的对应的第一区域19a当中提供了均匀的照明，而穿过第二区域的光线形成了用于照明显示面板9的对应的第二区域19b的光线的图案。这样，显示器8可以在2D图像中显示3D图像“窗口”，反之亦然。 
在图6中对用于显示器8的适当的照明系统14进行了详细的描述。该照明系统14包含诸如荧光棒灯的光源20，以及可选地包含反射器21。所述显示面板9也在图中示出了，但是显示器8涉及的部件，诸如偏振器10、透镜屏幕11、散射体12以及偏振旋转器13被省略了。 
由光源18发射的光线进入包含漫射层23的波导22，该漫射层包含漫射部分24a至24f的阵列。合适的漫射材料的示例包括聚合物弥散液晶(PDLC)，其在缺乏电场时是散布性的；以及包含用于对入射光进行散射的另一种材料的颗粒的塑料材料，诸如包含嵌入了二氧化钛颗粒的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 
漫射部分24a至24f由非漫射部分25a至25g分隔开，其包含没有散射颗粒的透明材料。漫射层23夹在基板26和27之间。基板26、27由诸如玻璃、二氧化硅(SiO2)、石英或适合的塑料材料制成。优选地，非漫射区域和基板26、27的折射系数基本上相同。 
波导22的端面28被安排用于接收由光源20直接发出的光，如果提供了反射器21，其还用于接收来自光源20的反射光。光传播通过波导22并且在基板26、27的外表面受到内部全反射。然而，入射在漫射部分24a至24f的光在随机的方向上被散射，并且可以通过设置为面向显示面板9的出射面29离开波导20。通过出射面29离开波导22的光形成光线的图案。在波导22中遵循的光路的示例由虚线示出。 
部分24a至24f，25a至25g的尺寸被选择成使视图A、B、C、D间的串扰被限制在可接受的程度内。在该具体示例中，部分25a至25g具有大约405 μm的宽度，部分24a至24f具有大约50μm的宽度。然而，在本发明的其他实施例中所使用的尺寸将依赖于显示器8的类型及其s子像素的尺寸。作为通常的指导，部分24a至24f，25a至25g被设置成使得产生的光线具有选自10到800μm范围的宽度，而间距在100μm至10mm之间。光线的宽度可以小于或等于间距的一半以便限制串扰。 
光可以连续地传播通过波导22直到其被漫射部分24a至24f散射并且通过出射面29、远离显示面板9的基板26的面30或波导20的端面，例如端面28从波导22出射。尽管光线穿过除了出射面29之外的波导20的面而损失，但与现有技术的隔障配置相比，波导22的光效率很有利，如在图1中所示的那样，其中光线是通过阻挡并丢弃不需要的光形成的。在不使光线对比度降低的情况下光不能够被恢复。然而，在替代配置中，这种损失可以通过在基板27上提供光折射表面(未图示)或者代替基板27来降低。由于漫射层21适当地接近光折射表面，因此当产生具有适当的对比度的光线的图案时，这一配置增加了光效率。 
现在将对本发明的其他实施例进行说明。由于该显示器包含许多，甚至全部的在图2中示出的显示器的部件，相同的附图标记将被用来标识类似的部件。 
图7描述了依照本发明的第二个实施例的显示器31。类似于图2所示的显示器8，该显示器31包含显示面板9、偏振器10、透镜屏幕11、依赖于偏振散射体12、偏振旋转器13和照明系统14。该显示器31与第一实施例的显示器8之间的不同在于偏振器10位于透镜屏幕11和偏振旋转器13之间。 
照明系统14发出包含P和S偏振的分量的光线。该光线由透镜屏幕11成像。光线中的光的P偏振分量由偏振器10透射，而S偏振分量被阻挡。 
如图8所示，当显示器31被用于显示3D图像时，就位于照明系统14的位置14a和14b处发出的光线而论，偏振旋转器13工作在第二模式中。因此，P偏振光的光线从偏振旋转器13射出并且穿过了偏振器12，经历了很少的散射或不经历散射而照射所述显示面板9。 
图7还描述了当显示器用于呈现2D图像时，在照明系统14的位置14e处发射的光线的光路。在这种情况下，偏振旋转器工作于第一模式中。因此，来自偏振旋转器13的光线是S偏振的并且被散射体12散射，为显示面板9提供了均匀的照明。 
图8描述了依照本发明的第三实施例的显示器32。该显示器32与图2所示的显示器8之间的不同在于显示面板9是LCD，其配置了后偏振器33。该后偏振器33被用于代替第一实施例中的偏振器10。此外，散射体12位于透镜屏幕11和偏振旋转器13之间。 
照明系统14发出P和S偏振的分量的光线，该光线由透镜屏幕11成像。光线的S偏振的分量接着被散射体12散射，而P偏振光相对未被散射地穿过了散射体。 
如图8所示，当显示器32被用于显示3D图像时，就位于照明系统14的位置14a和14b处发出的光线而论，偏振旋转器13工作于第二模式中。因此，穿过后偏振器33的P偏振光照射所述显示面板9，而散射的S偏振光被后偏振器33阻挡。 
图8还描述了当显示器32呈现2D图像时，在照明系统14的位置14e处产生的光线的光路。这里，偏振旋转器13工作于其第一模式中。因此，来自偏振旋转器13的光线是S偏振并且被后偏振器33阻挡，而离开偏振旋转器13的光线是P偏振。该P偏振散射后的光穿过后偏振器33，为显示面板9提供了均匀的照明。 
在图9中示出了依照本发明的第四实施例的显示器34。如同之前的实施例，照明系统14发出包含P及S偏振分量的光线。S偏振的光被偏振器10阻挡，而S偏振的光穿过并进入偏振旋转器13。 
当显示器33显示3D图像时，偏振旋转器13工作在其第二模式中，因此离开偏振旋转器13的光线是P偏振的。该P偏振光由透镜屏幕11成像并且很少散射地或不散射地穿过散射体12，以照射显示面板9。对于在照明系统14的位置14a和14b处发射的光线，在3D成像模式下显示器33的工作在图9中示出。 
当显示器33显示2D图像时，偏振旋转器13工作在其第一模式中，这样来自偏振旋转器13的光线是S偏振的。因此该光线被散射体12散射以便为显示面板9提供均匀的照明。对于在照明系统14的位置14e处发射的光线，在2D成像模式下显示器33的工作在图9中被示出。 
图10描述了依照本发明的第五实施例的显示器35。该显示器35与图8所示的不同之处在于依赖于偏振的散射体12的定位。在该实施例中，散射体12 位于偏振旋转器13和透镜屏幕11之间。 
如针对之前的实施例而进行的描述那样，照明系统14发出包含P和S偏振的分量的光线。该S偏振的分量被偏振器10阻挡，而P偏振的分量被透射。 
当显示器35显示3D图像时，偏振旋转器13工作在其第二模式中。因此，P偏振的光以很少被散射地或不被散射地穿过散射体12并且由透镜屏幕11成像，以照射显示面板9，如图中关于在照明系统14的位置14b处发射的光线所示出的。 
当显示器35显示2D图像时，来自偏振旋转器13的光线时S偏振的并且在由透镜屏幕11聚焦之前，由散射体12散射。在图10中这是对于由照明系统14的位置14e处发出的光线进行描述的。被散射的光线为显示面板9提供了均匀的照明。 
图11描述了依照本发明的第六实施例的显示器36。如上述的第三实施例所述，显示器36包含具有后偏振器33的LCD形式的显示面板9，其用于替换单独的偏振器。此外，散射体12位于照明系统14和偏振旋转器13之间。 
现在将参考在照明系统14的位置14b处发射的光线的示例，对显示器36在3D显示模式下的工作进行说明。光线的P偏振分量以很少被散射或不被散射地穿过散射体12并且进入偏振旋转器13。这里，偏振旋转器13工作于其第二模式，因此不改变穿过它的光线的偏振。P偏振光接着由透镜屏幕11成像，穿过后偏振器33并且照亮显示面板9。 
同时，光线的S偏振分量被散射体12散射。该S偏振的散射光穿过偏振旋转器13并且在被后偏振器33阻挡之前，由透镜屏幕11成像。 
当显示器36显示2D图像时，散射体12以很少或不散射光线的方式透射P偏振光并且散射S偏振光，如在图11中所示的对于在照明系统14的位置14e处发出的光线。该偏振旋转器13工作于其第一模式。因此，入射P偏振光从偏振旋转器呈现为S偏振光线，其由透镜屏幕11成像，接着被偏振器33阻挡。进入偏振旋转器13的散射的S偏振光以P偏振呈现，并且在穿过后偏振器33之前被透镜屏幕11成像以照亮显示面板9。 
图12描述了依照本发明的第七实施例的显示器37。该显示器37类似于图11所示的显示器36。然而与之前的实施例相比较，在该配置中，显示面板9可以使用具有相对大的开度角的光线来照亮。这是通过提供第二依赖于偏振 散射体38实现的。如同上述实施例，散射体12被配置用于散射S偏振光。然而，第二散射体38被用于散射P偏振光而允许S偏振光未散射地穿过。 
对于由照明系统14在位置14b和14e处发出的光线的图11的显示器36，关于它们经过散射体12、偏振旋转器13和透镜屏幕11，对这一配置的工作进行描述。 
当显示器37工作在3D显示模式中时，由透镜屏幕11成像的P偏振光被第二散射体38散射，但是接着穿过后偏振器38以照亮显示面板9。由于第二散射体38的影响，照亮显示面板9的光线的开度角增加了。同时，S偏振光穿过第二散射体38并且由后偏振器33阻挡。在照明系统14的位置14b处发出的光线的P和S偏振分量所遵循的光路在图12中示出。 
当显示器37工作在2D显示模式中时，由偏振旋转器13呈现的光线具有S偏振。这对于照明系统14的位置14e处发出的光线在图12中示出。该光线由透镜屏幕11成像并且很少或不散射地穿过第二散射体38。然而，作为S偏振，光线被后偏振器33阻挡。由偏振旋转器13呈现的散射后的光线是P偏振的，并且在被第二散射体38散射之前由透镜屏幕11成像。散射后的光线接着穿过后偏振器33以便为显示面板9提供均匀的照明。 
图13示出了依照本发明的第八实施例的显示器39。该显示器39与图11的显示器36之间的差别在于透镜屏幕11和偏振旋转器13的位置被互换了。 
如上述实施例所述的，由照明系统14产生包含P和S偏振分量的光线。散射体12很少或不散射地传输P偏振光但却散射S偏振光。产生的P偏振光线和S偏振的散射光在进入偏振旋转器13之前，由透镜屏幕11聚焦。 
当显示器39显示3D图像时，偏振旋转器13工作在其第二模式，因此P偏振光线由偏振旋转器13呈现并且穿过后偏振器33以便照亮显示面板9。然而，S偏振的散射光被后偏振器33阻挡。图13示出了由照明系统14在位置14b处发出的光线的P和S偏振分量所遵循的光路。 
参照由照明系统14在位置14e处发出的光线，当显示器39显示2D图像时，P偏振光线在穿过偏振旋转器13时变为S偏振，并且被后偏振器33阻挡。偏振旋转器13将散射的S偏振光的偏振改变为P偏振。然后，该散射的光线穿过后偏振器33，照射显示面板9。 
图14描述了依照本发明的第九实施例的显示器40。该显示器40类似与 图9所述的显示器34，但是不同之处在于并没有提供第四实施例中的透镜屏幕11。 
当省略了透镜屏幕以提供比现有装置的成本低廉的装置时，由照明系统14产生的光线并不在显示器40中聚焦。因此，与前述实施例的显示器相比，光线看起来是产生在进一步远离显示面板9的位置上的，因此显示器40创建了相对较小的观看区域。为了抵消这一影响，对于显示面板9的LCD有必要包含相对薄的基板。例如，如果显示器40构成了移动电话(未图示)的一部分，则观众和显示器40之间的距离通常时400mm。为了与潜在的观众的左眼和右眼对应，用于多个视图A和B的观看区域在观看距离d上具有大约65mm的视差。如果像素间距Pd是45μm，则照明系统14距离显示面板9的距离c可以通过前述的等式[2]确定为大约270μm。这远远小于在移动电话中的LCD的基板的一般厚度，一般的厚度至少是400μm。 
当显示器40显示3D图像时，例如在照明系统14的位置14a和14b处发出的光线的P偏振分量穿过偏振器10并且不改变其偏振而穿过偏振旋转器13。P偏振光接着穿过散射体12以照亮显示面板9。光线的S偏振分量被偏振器10阻挡。 
当显示器40显示2D图像时，诸如在照明系统14的位置14e处发出的光线的P偏振分量穿过偏振器10，而S偏振分量被阻挡。产生的P偏振光接着穿过偏振旋转器13并且呈现为S偏振光，其被散射体12散射。S偏振的散射后的光线因此为显示面板9提供了均匀的照明。 
除了上述的低廉成本外，透镜屏幕的省略可以为图像的显示提供更大的灵活性。如果照明系统14能够在例如控制器15的控制下在产生光线的位置14a、14b和14e中改变，则缺少透镜屏幕可以使用于多个视图A、B的观看区域的位置发生变化以适应观众的移动。 
图15描述了依照本发明的第十实施例的显示器41。该显示器41与图14所示的显示器40类似，但是不同之处在于散射体12和偏振器10的位置进行了互换。 
当显示器41显示3D图像时，偏振旋转器13工作在其第二模式中。因此，在本示例中，光线的P偏振分量很少或不散射地穿过散射体12，并在其偏振不发生明显变化的情况下穿过偏振旋转器13。P偏振光接着穿过偏振器10以照 亮显示面板9，如同在图15中示出的在照明系统14的位置14a和14b处发出的光线。S偏振分量被散射体12散射，并且在被偏振器10阻挡之前，不改变偏振地穿过偏振旋转器13。 
当显示器41在显示2D图像时，光线的P偏振的分量穿过散射体12及偏振旋转器13，由偏振旋转器13呈现为S偏振的光被偏振器10阻挡。同时，光线的S偏振的分量被散射体12散射，并且从偏振旋转器13中呈现为P偏振光。散射的P偏振光穿过偏振器10并且照射显示面板9。这在图15中结合所示出的在照明系统14的位置14e处发出的光线进行了描述。 
应该注意到，在该具体实施例中，散射体12必须位于和照明系统14合适的位置上，以便在显示器41工作在2D成像模式下时，被散射体12散射的光线均匀地照射在显示面板9上。 
图16描述了依照本发明的第十一实施例的显示器42。该显示器42包含具有后偏振器33的LCD形式的显示面板9。然而，没有配备用于传送来自LCD的子像素42的光线的顶偏振器或检偏器。显示器42还包含透镜屏幕11、依赖于偏振散射体12、偏振旋转13和偏振器10，它们排列在显示面板9的前面，这样它们能够对来自子像素43的光起作用。这一配置与之前描述的实施例不同，不同在于相同的部件位于显示面板9的后面。 
显示面板9被传统的背光43照亮，其产生完全均匀的照明。依赖于后偏振器33的配置，具有P偏振或S偏振的光进入显示面板9并照亮子像素44。 
当显示器42在显示3D图像时，子像素44被设置成使P偏振的光从显示面板9输出，如同在图16中示出的子像素44a和44b那样。P偏振的光被透镜屏幕11在观看区域中成像，并且很少或不散射地穿过散射体12。P偏振的光接着穿过偏振旋转器13，并且穿过偏振器10，之后离开显示器42，以便在各自的观看区域内呈现多个视图A和B，其中该旋转器传输光线而不改变其偏振。 
现在将结合在图16中示出的来自子像素44c和44d的光线的光路说明由显示器42对2D图像的显示。S偏振的光来自子像素44，其由透镜屏幕11聚焦并且在进入偏振旋转器13之前，由散射体12散射。来自偏振旋转器13的S偏振的光具有P偏振，因此穿过偏振器10并离开显示面板9。 
依照本发明的第十二实施例的显示器45在图17中示出。该显示器45类似于图16所示的显示器42，但是不同之处在于透镜屏幕11和散射体12的位 置发生了互换。 
当该显示器45在显示3D图像时，子像素44被配置成使P偏振的光从显示面板9输出，如图16中示出的子像素44a和44b。P偏振的光很少或不散射地穿过散射体12，并且然后由透镜屏幕11聚焦，以便在它们各自的观看区域内产生视图A、B的图像。P偏振的光接着不改变它的偏振的情况下穿过偏振旋转器13。P偏振的光能够这样穿过偏振器10并离开显示器45。 
当显示器45在显示2D图像时，S偏振的光来自子像素44，如图16所示的子像素44c和44d。在被透镜屏幕11聚焦之前，该S偏振的光被散射体12散射。偏振旋转器13使得该光线变为P偏振的。该P偏振的光因此穿过偏振器10并离开显示面板9。 
在该具体实施例中，当显示2D图像时，为了避免相邻子像素列44c和44d引起图像模糊而导致分辨率下降，对散射体12的散射分布进行限定。基于对显示器42的设置，适合的散射角度可以位于5°至20°的范围内。 
上述的显示器8、14、32、34、35、36、37、39、40、41、42和45可以应用在任何被设置成显示图像的设备中。图18、19以及20描述了包含图2所述的显示器8的示范性设备。 
图18描述了移动电话手持装置46，其包含以显示器8和按键47、麦克风48和扬声器49的形式出现的用户接口。该显示器8所具有的分辨率足以用于显示图像和视频，并且如果需要的话能够显示彩色图像。在图18中，显示器8被用于显示3D图片50，其包含两个视图A和B。在3D图片50周围的区域中，显示了诸如文字51或壁纸的2D图像。 
图19描述了在用户接口中包含显示器8的个人数字助理(PDA)52，其还包含按键47。图19示出了以3D图像50和2D文字51的形式显示的图像的示例。 
图20描述了包含显示器8的桌面监视器53，该显示器用于基于来自个人计算机(PC)54的输出图像数据来显示图像。如果需要的话，显示器8、键盘55和鼠标设备(未图示)为该PC54提供了用户接口。在该图示中，所示出的桌面监视器52同时显示3D图像50和2D文字51。 
当图18、19和20描述了包含依照本发明的显示器8的移动电话听手持装置46、PDA52和桌面监视器53时，本发明的显示器并不限于使用在这些特定 设备中。例如显示器8可以被整合到其他的通信设备、游戏控制台及设备、电视、汽车显示器以及用于或在音频/视频设备中的显示，无论是固定的还是便携的。 
此外，依照第二至第十二实施例中的任何一个的显示器都能够在如图18、19和20所示的设备应用，以取代图2所示的显示器8。然而，如上文详细描述的那样，如果显示器缺少透镜屏幕11，如第八和第九实施例那样，则可能需要在显示面板9中使用相对较薄的基板。 
通过阅读本说明书，对于本领域的技术人员而言，其他的变化和修改将变得显而易见。这些变化和修改还将包括等价物和其他在设计、生产和使用包含液晶显示器、替代显示设备或反射器以及其中的部件的电子设备的过程中已知的特性，并且能够代替在这里进行了描述的特性或者这些特性一起使用。 
在上述实施例中，P偏振的光被用在3D成像中，并且S偏振的光被用在2D成像中。然而，显示器可以被设置成：例如通过提供合适的偏振器10以及使用能够散射P偏振的光而不散射地传送S偏振的光的散射体12，使S偏振的光被用于3D成像并且P偏振的光被用于2D显示，还可以改变显示面板9的延迟器(retarder)和偏振器33的朝向，其中这里的显示器是LCD。 
在之前描述的每一个实施例中，偏振旋转器13被设置成：当显示器处于3D显示模式时，光线穿过偏振旋转器13而偏振不发生任何改变。然而，这种情况不是必须的。偏振旋转器13可以被设置成提供固定的最小旋转，这样在3D模式中应用最小旋转，而在2D模式中，偏转被旋转不同的量，例如是最小旋转加90度。任何被用于接收穿过这样的偏转选择器13的光的偏振器10和33必须被设置为允许或阻挡具有该旋转后的偏振的光。 
当在所述实施例中的偏振旋转器13是LC单元时，其他类型的可切换的偏振旋转也可以使用，包括机械的偏振旋转。 
在之前描述实施例中，3D图像在“常白”模式中被显示，而2D图像在“常黑”模式中被显示。这些模式是可以互换的。在任何情况下，所显示图像的反差效果可以以本身是公知的方式对图像的电子反转来抵消，也就是在“常白”和“常黑”模式中的一种当中显示。 
所述实施例的特性已经结合子像素44和显示面板9以及它们的间距Pd进行了描述。然而，如果需要，之前描述的显示器可以被设置为使用选择性的像 素列来显示3D图像，而不是使用子像素44的列。当显示面板14是单色显示器时，这是特别适合的。 
虽然结合图2的显示器8对同时显示2D和3D图像进行了描述，但是这一效果可以通过使用任何其他所描述的显示器实现，其中偏振旋转器13能够只在一个或多个选定的区域上改变穿过其的光的偏振。 
对透镜屏幕11进行定位，从而使其相对子像素列倾斜，透镜屏幕的定位在上文中仅结合了图2的显示器8进行了讨论。然而，这样的位置可以使用在任何包含这样的透镜屏幕11的实施例中。类似的，如果不需要倾斜的位置，则第一至第八，第十一和十二实施例中的任一个的透镜屏幕11可以对准子像素列。任何一种情况中，必须确保任何的偏振器10、33和散射体12都对准了透镜平面11。 
在没有透镜平面的显示器40、41中，照明系统14可以被设置成使得产生的光线相对于子像素的列倾斜，以避免产生类似晶格光干涉效应的视觉假象。 
图8、11、12和13的显示器32、36、37、39中的每一个均包含具有后偏振器33的显示面板9。然而，如果需要的话，这些部件可以使用没有后偏振器33的显示面板9以及利用单独的偏振器10来替换。 
此外，虽然示范性描述涉及包含LCD显示面板9的显示器，本发明的其他实施例可以使用其他类型的光栅显示面板9，包括电泳显示器、电致变色显示器、电子湿润显示器以及诸如微机电系统(MEMS)的微机械显示器。在第十一和第十二实施例的显示器42、45中，显示面板9可以是发光显示设备，诸如阴极射线管(CRT)、发光二极管阵列、有机发光二极管(OLED)显示器和场发射显示器(FED)等等，在这样的情况下，照明系统14可以被省略。 
虽然在本申请中通过以特征的具体组合明确地表达了权利要求，但是应理解本发明的公开的范围还包括在此明确地或隐含地公开的特征的任何新颖的特征和任何新颖的组合及其任何综合，而无论其与任何权利要求中要求保护的是否是相同的本发明，并且无论其解决的技术问题与本发明解决任意或全部的问题是否相同。因此，申请人提醒：在本申请或者从本申请衍生出的任何其他申请的实施过程中，这些特征和/或这些特征的组合可以被明确地表达在新的权利要求中。 

Claims (25)

1.一种显示器(8)，包含：
显示面板(9)；
偏振器(10)；
偏振旋转器(13)，其选择性地可操作以改变穿过其透射的光的偏振；以及
依赖于偏振的散射体(12)，其被配置成相对于具有第二偏振的光而散射具有第一偏振的光；
所述偏振旋转器(13)可操作以使得：
在第一显示模式中，由散射体(12)散射的光被用于呈现二维图像(51)；并且
在第二显示模式中，相对未被散射的光被用于呈现三维图像(50)，其中：
在其中一个显示模式中，进入偏振旋转器(13)的具有第一输入偏振的光，在离开偏振旋转器(13)时具有第二偏振，而进入偏振旋转器(13)的具有第二输入偏振的光，在离开偏振旋转器(13)时具有第一偏振；并且
在另一个显示模式中，进入偏振旋转器(13)的具有第一输入偏振的光，在离开偏振旋转器(13)时具有第一偏振，而进入偏振旋转器(13)的具有第二输入偏振的光，在离开偏振旋转器(13)时具有第二偏振，
其中所述偏振旋转器(13)可操作以使得进入偏振旋转器(13)的第一区域并具有第一和第二输入偏振的光分别以第一和第二偏振离开偏振旋转器(13)，而进入偏振旋转器(13)的第二区域并具有第一和第二输入偏振的光分别以第二和第一偏振离开偏振旋转器(13)，
并且其中所述显示器进一步包括照明系统(14)，用于产生包含具有第一偏振的分量和具有第二偏振的分量的多个光线。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述用于呈现二维或三维图像(50、51)的光为显示面板(9)提供照明。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述用于呈现二维或三维图像(50、51)的光将图像信息传送给一个或多个观看区域。
4.如权利要求1所述的显示器(8)，其中：
所述其中一个显示模式是第一显示模式，且所述另一个显示模式是第二显示模式。
5.如权利要求1所述的显示器(8)，包含：
用于成像该光线的透镜屏幕(11)，其被设置成在位于透镜屏幕(11)和显示面板(9)之间的位置上创建光线的图像。
6.如权利要求1所述的显示器(8)，其中：
所述偏振器(10)位于所述照明系统(14)和透镜屏幕(11)之间，该透镜屏幕(11)被设置成使得通过对具有第一偏振的分量进行聚焦，在位于透镜屏幕(11)和显示面板(9)之间的位置上创建光线的图像。
7.如权利要求1至6中的任意一项所述的显示器，其中：
所述显示面板(9)是发光显示器。
8.如权利要求1至6中的任意一项所述的显示器，其中显示面板(9)是其中没有配备后偏振器的液晶设备。
9.如权利要求1至6中的任意一项所述的显示器，其中显示面板(9)是其中没有配备顶偏振器的液晶设备。
10.如权利要求1至6中的任意一项所述的显示器，其中显示面板(9)是液晶设备，并且所述偏振器是液晶设备的后偏振器(33)。
11.如权利要求1所述的显示器(8)，其中所述散射体(12)包含箔(16)，该箔中悬浮着多个伸长的颗粒(16a)。
12.如权利要求1所述的显示器(8)，其中所述散射体(12)包含压印有栅格图案的箔(17)。
13.如权利要求11或12所述的显示器(8)，其中所述箔(16、17)是聚对苯二甲酸乙二醇酯箔或聚萘二甲酸乙二醇酯的拉伸的箔。
14.如上述权利要求中的任意一项所述的显示器，包含：
第二散射体(38)，被配置成对相对于具有第一偏振的光而散射具有第二偏转的光。
15.对如权利要求1至14中的任意一项所述的显示器的使用，其用于显示二维图像(51)和三维图像(50)。
16.对如权利要求1所述的一项显示器的使用，其中所述二维图像(51)和所述三维图像(50)被同时显示。
17.一种通信设备(46)，其包含如权利要求1至14中的任意一项所述的显示器(8)。
18.如权利要求17所述的通信设备(46)，其具有移动电话的形式。
19.一种计算设备(52)，其包含如权利要求1至14中的任意一项所述的显示器(8)。
20.如权利要求19所述的计算设备，其具有膝上电脑的形式。
21.如权利要求19所述的计算设备(52)，其具有个人数字助理的形式。
22.音频/视频设备(53)，其包含如权利要求1至14中的任意一项所述的显示器(8)。
23.如权利要求22所述的音频/视频设备(53)，其具有被设置成呈现由计算机(54)产生的图像的监视器的形式。
24.对如权利要求17所述的通信设备(46)、如权利要求19所述的计算设备(52)或如权利要求22所述的音频/视频设备(53)的使用，用于显示二维图像(51)和三维图像(50)。
25.对如权利要求17的通信设备(46)、如权利要求19的计算设备(52)或如权利要求22的音频/视频设备(53)的使用，其中所述的二维图像(51)和三维图像(50)是同时显示的。
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