TWI570473B - 多重畫面顯示裝置及其控制方法 - Google Patents

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Description

多重畫面顯示裝置及其控制方法
本發明係關於一種包括以下各者之類型的多重畫面顯示裝置：一顯示面板，其具有用於產生一顯示之顯示像素之一陣列；及雙凸透鏡構件，其等配置於該顯示面板上方且透過該等雙凸透鏡構件觀看該等顯示像素。
存在兩種基本類型之多重畫面顯示裝置。一種類型係在不同空間地點處對不同觀看者同時呈現不同影像之顯示裝置。例如，一觀看者可處於一交通工具的駕駛座位中且另一觀看者可處於乘客座位中。可對駕駛員顯示駕駛員相關內容(諸如，衛星導航內容)，且可對乘客顯示娛樂內容。針對多個觀看者，可存在兩個以上畫面。
另一種類型係用於對不同空間地點顯示不同眼睛之畫面之自動立體顯示器。針對在一單一位置處之一單一觀看者，可存在兩個畫面，但可存在更多重畫面(例如，9個或15個)使得多個觀看者可處於視域中及/或使得一觀看者可相對於顯示器移動以經歷一身歷其境(look around)效應。
在此等裝置中，不同畫面之產生及空間分離的背後之原理係相同的。本質上，不同2D內容係同時投影至不同空間地點。唯一的差異在於自動立體顯示器的畫面角距通常小於多重畫面顯示器(其中一觀看者之雙眼接收相同影像)的畫面角距(近似2度)。典型地，不同空間地點沿著一水平線延伸，此係因為觀看者的眼睛相對於顯示器通常處於相同的垂直高度，但處於不同水平位置。為解釋目的，將參考自動立體顯示裝置描述本發明。
一已知自動立體顯示裝置包括充當一空間光調變器以產生顯示之一種二維液晶顯示面板，該二維液晶顯示面板具有顯示像素之一列及行陣列。彼此平行延伸之細長雙凸透鏡元件之一陣列上覆顯示像素陣列，且透過此等雙凸透鏡元件觀察顯示像素。該等雙凸透鏡元件係作為元件之一薄板而提供，該等元件之各者包括一細長半圓柱形透鏡元件。該等雙凸透鏡元件在顯示面板之行方向上延伸，其中每一雙凸透鏡元件上覆兩個或兩個以上鄰近顯示像素行之一各自群組。
在其中(例如)每一雙凸透鏡元件係與兩行顯示像素相關聯之一配置中，每一行中之顯示像素提供一各自二維子影像之一垂直圖塊(slice)。該雙凸透鏡薄板將此等兩個圖塊及來自與其他雙凸透鏡元件相關聯之顯示像素行之對應圖塊引導至定位於該薄板前面之一使用者的左眼及右眼，使得該使用者觀察一單一立體影像。因此，雙凸透鏡元件之薄板提供一光輸出引導功能。
在其他配置中，每一雙凸透鏡元件係與列方向上之(例如)四個或四個以上鄰近顯示像素之一群組相關聯。每一群組中之對應顯示像素行經適當配置以提供來自一各自二維子影像之一垂直圖塊。隨著一使用者的頭部從左移動至右，感知一系列連續、不同立體畫面，建立(例如)身歷其境印象。
上述裝置提供一有效三維顯示。然而，將了解，為提供立體畫面，必須犧牲裝置之水平解析度(同樣應用於一多重畫面2D系統中之不同影像之解析度)。針對某些應用(諸如用於自短距離觀看之小型文字字元之顯示或需要一高解析度之圖形應用)，解析度之此犧牲係不可接受的。為此緣故，已提議提供可在一種二維(2D)模式與一種三維(3D立體)模式之間切換之一自動立體顯示裝置。在US-A-6,069,650中描述此一裝置，該案之全文係以引用的方式併入本文中。在此裝置中，一觀看者之各自眼睛透過雙凸透鏡元件看見形成一或多個立體對之不同像素群組。該等雙凸透鏡元件包含具有可切換之一折射率之電光材料，以便能夠移除該等雙凸透鏡元件之折射效應。
在二維模式中，可切換裝置之雙凸透鏡元件以一「通過」模式操作，亦即，其等以非常相同於光學透明材料之一扁平薄板之方式作用。所得顯示器具有等於顯示面板之原生解析度之一高解析度，其適用於從短觀看距離顯示小型文字字元。當然，該二維顯示模式不能提供一立體影像。
如上所述，在三維模式中，該可切換裝置之該等雙凸透鏡元件提供一光輸出引導功能。所得顯示器能夠提供立體影像，但亦遭受上述之不可避免解析度損失。
為提供可切換顯示模式，該可切換裝置之該等雙凸透鏡元件使用具有可在經偏振之光之兩個不同值之間切換之一折射率之一電光材料，諸如一液晶材料。接著，藉由將一適當電位施加至提供於該等雙凸透鏡元件上方及下方之電極層而在模式之間切換該裝置。電位變更關於一鄰近光學透明層之折射率之該等雙凸透鏡元件之折射率。或者，該鄰近光學透明層可由電光材料形成，且具有變更關於光學透明層之雙凸透鏡元件之折射率之相同結果。
然而，已經歷關於在以傾斜角觀看時之一可切換多重畫面/單一畫面顯示器之2D模式中之非所要顯示假影之問題。在此等角，顯示輸出中存在顯然與雙凸透鏡薄板之結構相關之一可見結構，而當與顯示面板及雙凸透鏡陣列之平面正交進行觀看時，此結構不可見。
已提議許多不同方法以對付此問題。例如，WO2007/099488揭示鄰近可切換雙折射透鏡結構之一雙折射(非可切換)複製品結構之使用。藉由自雙折射材料形成雙凸透鏡構件之光學透明層，可在降低傾斜角處之2D模式顯示器中之上述非所要顯示假影達成相當大之改良。然而，需要一雙折射複製品結構之額外複雜性。亦存在改良橫向視角處之影像品質之其他解決方案，但此等解決方案皆將額外複雜性引入至顯示器。
需要一種對付上述問題之多重畫面顯示器。用如獨立技術方案中定義之本發明解決上述問題。附屬技術方案定義有利實施例。
根據本發明，提供一種如技術方案1之顯示裝置。
在此配置中，再次使用一可切換雙折射電光材料及一非可切換光學透明層。針對單一畫面(例如，2D)模式之操作，該可切換雙折射電光材料實施使入射於該非可切換光學透明層上之光之線性偏振對準於一給定方向上之一功能。該非可切換光學透明層具有大致上等於雙折射電光材料之非尋常折射率之一折射率。若顯示面板之輸出偏振不在所要方向上，則此對準可涉及一偏振扭轉功能。
自顯示面板輸出之光之偏振係線性的且與雙折射電光材料之光軸對準，接著，該雙折射電光材料實施偏振扭轉(若需要)，例如以使該偏振變成線性的且處於雙凸透鏡狀透鏡之方向上。在本發明之描述中，如光學理論中通常所定義，光軸係相同於一LC材料之指向矢(director)。在一液晶樣本之一體積元素中，該光軸係分子對準之「較佳方向」。
術語「鄰近於」較佳意謂接觸。
在一實例中，第一狀態係LC材料之一非切換(亦即，無需電壓的鬆弛狀態)狀態而第二狀態係LC材料之一經切換(亦即，電壓驅動)狀態。
在多重畫面(例如，3D)模式中，雙折射電光材料定義其中光軸係垂直對準於顯示輸出表面(直列對準)之一狀態。
此特徵組合提供在一給定觀看平面(例如，一水平觀看平面)中無影像假影之一高品質單一畫面模式。
電光材料較佳包括一扭轉向列液晶材料，此係因為接著可在LC材料層的扭轉狀態中提供偏振扭轉。
非可切換光學透明層較佳包括一各向同性材料，但亦可使用一雙折射材料。
顯示面板較佳包括一液晶顯示面板。此等遞送經偏振光。或者，可使用遞送非經偏振光之顯示面板，所附帶的條件係使用偏振構件(舉例而言，諸如一線性偏振層)以針對光引導構件提供經偏振光。
可將此設計與具有不同輸出偏振之不同顯示器類型一起使用。例如，自顯示面板輸出之光之偏振方向可為：平行於雙凸透鏡狀透鏡之細長軸；或在一顯示行方向上；或在一顯示列方向上；或與該顯示列方向及該顯示行方向成45度。
可在顯示面板輸出與雙凸透鏡構件之間提供一偏振器。此使固有提供未經偏振之光或非線性偏振之光之顯示面板(諸如包含有機發光二極體(OLED)面板之發光二極體(LED)面板或電漿顯示面板)能夠被使用。已知OLED係具光效率，甚至在使用偏振濾光器以使顯示器之光偏振時。
任何顯示器具有一視域，在該視域中，坐在顯示器前面之一觀看者可觀看藉由該顯示器顯示之影像。術語「全視域」意謂在一顯示器前面之可觀看2D或3D模式之所有地點。在針對多個觀看者之多重畫面模式中，顯示器通常具有多個2D模式，可由在全視域之僅一部分中之一特定觀看者觀看該等2D模式之各者。例如，一雙畫面顯示器可具有兩個2D模式，一個2D模式在全視域的左半部分觀看且一個2D模式在全視域的右半部分觀看。
本發明亦提供一種如技術方案12所定義之控制本發明之顯示裝置之方法。
自閱讀僅藉由實例給定之本發明之較佳實施例之以下描述並參考隨附圖式將明白本發明之進一步特徵及優點。
已知具有一可觀看顯示區域之可切換顯示裝置，該可觀看顯示區域可在一種二維顯示模式及一種三維顯示模式之間切換。模式之間的切換係藉由橫跨包括一電光材料(諸如，LC材料)之透鏡元件之一陣列之電光材料施加一電場而達成。在二維模式中，透鏡元件如同其等係一尋常透明材料薄板般表現。在三維模式中，透鏡元件提供一光輸出引導功能，以便能夠感知一立體影像。相同的切換概念可應用於一2D多重畫面顯示器，以切換於2D全視域之一單一畫面與被引導至不同空間地點使得多個觀看者可觀察在顯示器之總視域之不同部分中之不同2D內容之多個畫面之間。
圖1係一已知可切換自動立體顯示裝置1之一示意性透畫面，且本發明可應用於該已知可切換自動立體顯示裝置1。該顯示裝置1係以展開形式進行展示。
已知裝置1包括充當一空間光調變器以產生顯示之主動矩陣類型之一液晶顯示面板3。該顯示面板3具有以列及行配置之顯示像素5之一正交陣列。為清楚起見，圖中僅展示小數目個顯示像素5。實務上，該顯示面板3可能包括約一千列及數千行的顯示像素5。
該液晶顯示面板3之結構係完全習知的。特定言之，該面板3包括一對隔開的透明玻璃基板，在其等之間提供一對準之扭轉向列或其他液晶材料。該等基板在其等之面向表面上裝載透明銦錫氧化物(ITO)電極圖案。亦在該等基板之外表面上提供偏振層。
每一顯示像素5包括該等基板上之相對電極，該等相對電極之間具有中介液晶材料。該等電極之形狀及佈局決定該等顯示像素5之形狀及佈局。藉由若干間隙將該等顯示像素5有規則地彼此隔開。
每一顯示像素5係與一切換元件(諸如，一薄膜電晶體(TFT)或薄膜二極體(TFD))相關聯。該等顯示像素經操作以藉由將定址信號提供給該等切換元件而產生一顯示，且熟習此項技術者將知道適當定址方案。
藉由一不透明黑色遮罩覆蓋該等顯示像素5之間的間隙。該遮罩係以光吸收材料之一柵極之形式加以提供。該遮罩覆蓋該等切換元件且定義個別顯示像素區域。
該顯示面板3係由一光源7照明，在此情況中，該光源7包括延伸遍及顯示像素陣列之區域之一平面背光。來自該光源7之光經引導穿過該顯示面板3，其中個別顯示像素5經驅動以調變該光並產生顯示。
該顯示裝置1亦包括雙凸透鏡構件，該等雙凸透鏡構件包括定位於該顯示面板3之顯示輸出側上方的一雙凸透鏡元件配置9，該配置係可控制以選擇性地執行一畫面形成功能。該雙凸透鏡元件配置9包括彼此平行延伸之雙凸透鏡元件11之一陣列，為清楚起見，僅用誇大尺寸展示該等雙凸透鏡元件11之一者。
在圖2中示意性地更詳細展示該雙凸透鏡元件配置9。以展開形式展示該配置9。
參考圖2，可見該雙凸透鏡元件配置9包括一對透明玻璃基板13、15，其中在其等之面向表面上提供由銦錫氧化物(ITO)形成之透明電極層17、19。每一電極層17、19係呈複數個平行細長電極之形式，且該等各自不同層17、19之電極係配置成彼此垂直。該等細長電極經配置而在其等之間具有小間隙，以使該等細長電極能夠經分離地定址。
在該等基板13、15之間之鄰近於該等基板之一上基板13提供構成一雙凸透鏡主體且呈具有一反轉雙凸透鏡結構之一薄板或板之形式之一光學透明層21。該雙凸透鏡主體21係使用一複製技術自塑膠材料製造。亦在該等基板13、15之間之鄰近於該等基板之下基板15提供向列液晶材料23。該雙凸透鏡主體21之反轉雙凸透鏡結構致使該液晶材料23於該雙凸透鏡主體21與下基板15之間假定平行、細長半圓柱形雙凸透鏡形狀，如圖中所示。與液晶材料23接觸之該主體21之反轉雙凸透鏡結構及該下基板15之表面亦具備用於定向該液晶材料23之一定向層25及26。
在使用中，圖1中展示之該已知可切換顯示裝置1係可操作以提供一顯示輸出，可在二維(2D)顯示模式與三維(3D)顯示模式之間單獨切換或組合切換該顯示輸出之離散部分。以此方式，可在一個三維顯示區域中提供一或多個二維顯示視窗。
藉由橫跨由液晶材料23形成之雙凸透鏡元件施加一電場而達成該顯示輸出之離散部分在該等模式之間的可切換性。此電場係藉由橫跨電極層17、19之電極施加一電位而產生。
該電位係施加至每一電極層17、19中之細長電極之經選擇數目個鄰近者。上電極之選擇定義待切換之一顯示視窗之一高度，且下電極之選擇定義待切換之該顯示視窗之一寬度。
代替如所示般細分，電極17及19之各者可為連續延伸遍及像素陣列之單一電極且可僅藉由對其等施加適當電壓而操作以在2D顯示模式與3D顯示模式之間整體切換顯示輸出。
所施加的電位致使顯示區域之經選擇部分中之雙凸透鏡元件在維持一光輸出引導功能與移除一光輸出引導功能之間切換，現將參考圖3A及圖3B對此進行解釋。
因為LC材料的靜態介電各向異性，所以可透過一經施加電場來控制LC材料之定向。在光學體系中，亦存在介電各向異性且LC材料的折射率係與相對介電常數相關。LC材料具有一尋常折射率及一非尋常折射率，該尋常折射率可應用於具有垂直於指向矢之電場偏振之光且該非尋常折射率可應用於具有平行於指向矢之電場偏振之光。
圖3A係在不將電位施加至電極時之雙凸透鏡元件配置9之一部分之一示意性橫截面視圖。此處，定向層25及26之摩擦方向及顯示光之偏振係在z方向(透鏡軸之方向)上且在 此情況中係垂直於圖3A之圖式平面而延伸。因此，有效透鏡(儘管係光學雙折射)可近似作為具有對應於LC材料之非尋常折射率之一折射率之一各向同性透鏡。在此狀態中，針對藉由顯示面板提供之線性偏振之光之該液晶材料23之折射率(即，非尋常折射率)大致上高於主體21之折射率，且因此雙凸透鏡形狀提供光輸出引導功能，如圖解闡釋。
圖3B係在將近似50伏特之一交變電位施加至電極時之雙凸透鏡元件配置9之一部分之一示意性橫截面視圖。在y方向上建立一電場且LC分子係與場線對準。因此，LC材料之指向矢大致上亦係在y方向上。來自顯示面板之光之偏振方向仍係線性偏振，即，該光之E場係在z方向上。在z方向上之顯示器之光之偏振之情況中，有效透鏡將具有尋常折射率，且因為存在LC材料與雙凸透鏡主體21之間之一折射率匹配而將不使光折射。在此狀態中，因此，針對藉由顯示面板提供之線性偏振之光之該LC材料23之折射率係大致上相同於主體21之反轉雙凸透鏡結構之折射率，使得該等雙凸透鏡形狀之光輸出引導功能被消除，如圖解闡釋。因此，該陣列以一「通過」模式有效地作用。
在維持光輸出引導功能的情況中，如圖3A中所示，藉由LC材料23定義之雙凸透鏡元件充當凸的圓柱形透鏡，且將不同影像或畫面自顯示面板3提供至定位於顯示裝置1前面之一使用者的眼睛。因此，可提供一個三維影像。
在移除光輸出引導功能的情況中，如圖3B中所示，藉由液晶材料23定義之雙凸透鏡元件如同其等係透明材料之一扁平薄板(其充當不具有畫面引導功能之一通過層)般作用。因此，可採用顯示面板3之全原生解析度提供一高解析度二維影像。
藉由一控制器12將用以在顯示模式之間切換之電位控制提供至雙凸透鏡元件配置9之電極。
在所參考之美國專利說明書第6,069,650號中可找到一已知可切換自動立體顯示裝置之結構之進一步細節。
已發現，當以一傾斜角(例如，以與顯示面板之平面成大約45度)觀看2D模式中之顯示器時，在此裝置之顯示輸出中，非所要顯示假影係可見的。此等假影係呈其等之結構顯然與雙凸透鏡陣列之結構相關之可見暗色條帶或陰影線之形式。當觀看與顯示面板正交之一2D模式顯示輸出時，不存在假影結構。據信該等假影係歸因於一些殘餘的透鏡效應。
可如下般解釋結構之可見性。在2D模式中，橫跨雙凸透鏡元件施加一電壓且將LC材料之分子定向成與顯示面板3之平面近似正交。圖4示意性地圖解闡釋在此模式中之該陣列中之兩個代表性雙凸透鏡元件之施加效應且展示此等元件中之LC材料之正交定向。大致上垂直於顯示面板及雙凸透鏡陣列而行進之光線在透鏡表面(LC材料23與雙凸透鏡主體21之間的半圓柱形邊界)處未見折射率之一改變，此係因為匹配LC材料之折射率與雙凸透鏡主體21之折射率，且因此未變更該光之路徑。此係針對圖4中之左側雙凸透鏡元件而描繪。
針對傾斜光線(非透鏡或顯示面板之法線)，然而，LC材料23之有效折射率不等於某些偏振方向之尋常折射率(通常大約1.5)，但將具有介於尋常折射率與非尋常折射率之間之一值(通常大約1.7)，該值尤其取決於光線之傾斜度。因此，光線將在彎曲透鏡表面處被折射，如針對圖4中之右側雙凸透鏡元件描繪。因此，歸因於LC材料之雙折射屬性，當以一傾斜角觀看顯示器時，存在一殘餘透鏡效應。雙凸透鏡元件之焦距顯然係角相依。在垂直於顯示面板之法線角處，焦度為零，而針對較大視角該焦度增大。針對某一視角，雙凸透鏡元件之焦點係在顯示面板之像素結構處。因此，包圍面板中的像素之黑色矩陣係成像於無窮遠處，且據信此係可見假影結構之原因。
此效應係取決於透鏡表面處之入射光之偏振方向。在圖4之實例中，假定來自顯示器之光係偏振於水平方向(圖3中展示的x方向)上，即，在橫跨雙凸透鏡之一方向上(如所示)。若來自顯示器之光係偏振於垂直z方向上(如針對圖3之實例所解釋)，則LC材料之光軸一直保持垂直於偏振方向，且圖之平面中之光線一直看見尋常折射率。在此情況中，不存在假影。因此，2D模式中的假影係取決於入射光之偏振方向。
為克服此問題，可將一雙折射材料用於雙凸透鏡主體21。較佳地，該雙折射材料具有相同於LC材料之尋常折射率及非尋常折射率。此解決所有視角之問題。在圖5中圖解闡釋此之效應，圖5係包括兩個典型雙凸透鏡元件11之雙凸透鏡陣列9之一部分之一橫截面視圖且類似於圖4之橫截面視圖。雙凸透鏡主體21中的光軸之定向較佳係在垂直方向上，如圖5中所示。
在3D操作模式中，來自顯示面板之光經偏振使得在透鏡表面處獲得折射。光線看見LC材料23中之非尋常折射率及雙凸透鏡主體21中之尋常折射率。
在2D操作模式中，如圖5中描繪般，橫跨雙凸透鏡元件施加一電壓且再次將LC材料分子定向於y方向上。在此模式中，LC材料的尋常折射率及非尋常折射率與雙凸透鏡主體21之材料的尋常折射率及非尋常折射率匹配且在透鏡表面處不存在折射。在圖5中向左的雙凸透鏡元件11描繪對顯示器法線行進之光之效應，而向右的雙凸透鏡元件11描繪傾斜行進之光之效應。如可見，在該兩種情況中，光線在透鏡表面處未看見折射率之一改變且未經折射。
特定言之，光學透明層包括一雙折射材料，其在顯示面板之一表面之法線之一第一方向與該表面之平面中之一第二橫向方向之間具有雙折射性。
更詳細地，可藉由一均勻單軸各向異性介質近似雙凸透鏡元件11內側之LC材料23。可藉由兩個獨立偏振模式來描述單軸各向異性介質中之光之傳播。每一獨立模式之折射率取決於相對於雙折射介質之光軸之偏振方向及傳播方向。具有尋常折射率之尋常(O)波具有垂直於該光軸之一偏振方向及一波向量ko。非尋常(E)波具有垂直於O波的偏振方向之一偏振方向。E波之非尋常折射率係取決於波向量ke與該光軸之間的角Θ。
可能區別O波之傳播與E波之傳播。針對O波，折射率並非取決於傳播方向。然而，針對E波，取決於相對於光軸之傳播方向而存在折射率之一變動。換言之，折射率亦取決於視角。若角Θ增大，則有效折射率亦增大。針對某一視角，雙凸透鏡之折射功率已達到其中可切換雙凸透鏡之焦點恰在顯示面板之像素結構處之一值。
上文所論述的問題之另一種解決方案係使用梯度折射率透鏡(GRIN透鏡)。在此情況中，可切換LC材料之控制經局部執行使得藉由LC分子定向定義透鏡形狀。在關閉時，不定義透鏡形狀，使得結構對穿過透鏡之光傳播之方向不敏感。
上述不同方法在視角相依性方面引起不同效能。圖4之方法之角相依性取決於顯示器之偏振。目前，生產其中偏振係在顯示器上之對角線之一些顯示器。針對此等顯示器，水平平面及垂直平面皆不給定良好視角相依性。
本發明旨在對付寬視角處之2D模式中之影像假影之問題，而不使顯示器設計顯著複雜化，且在某種程度上其可適於來自顯示面板之不同輸出偏振。
存在LC之兩種模式：直列對準(垂直於顯示器之表面)及於該等表面之平面。
在圖3之配置中，在2D模式(圖3B)中，液晶係直列對準，且在3D模式(圖3A)中，液晶係平面對準。
圖6係展示根據本發明之組態之一示意圖。圖6A展示2D模式且圖6B展示3D模式。
在所展示的實例中，顯示器66之偏振64係線性的且在該顯示器之平面中(針對法線發射光，亦即垂直於顯示器平面而發射之光)。在以下描述中，若偏振被認為係在該顯示器之平面中，則此與來自顯示面板之法線發射光(亦即，相對於顯示面板垂直發射之光)相關，因為橫向發射之線性偏振光將具有垂直於傳播方向之一偏振方向，且因此不再處於該顯示器之平面中。
除了此處下文指示之不同特徵，實例之顯示器可如針對圖2及圖3之顯示器描述般增建。
雙凸透鏡60係非可切換且較佳各向同性，且可切換LC單元62係用於透鏡之複製品部分。
各向同性雙凸透鏡60之折射率(n)係匹配於可切換LC單元62之非尋常折射率。非尋常折射率通常高於尋常折射率，且透鏡係以已知方式成形以在多重畫面(在此情況中係一3D)模式中提供所要光學聚焦。特定言之，因為非尋常折射率通常高於尋常折射率，所以非可切換光學透明層包括一凸狀雙凸透鏡。此雙凸透鏡突起進入可切換雙折射層。因為形狀係凸的，所以可切換層之液晶量可經製成而小於在通常凹狀非可切換光學透明層之情況下之液晶量。此節省液晶材料之量並降低生產成本。因此，雙凸透鏡係非可切換且扭轉LC單元係用於透鏡之複製品部分。
多重畫面3D模式係基於一直列對準可切換LC單元62。在此情況中，光將主要經歷尋常折射率，使得在LC尋常折射率與各向同性複製品之非尋常折射率之間之邊界處存在一透鏡介面。
在3D模式中，折射率係角相依的，此係因為在偏振方向與LC折射率之間所成的角取決於照明方向而變化。然而，發現此並非以2D模式明顯地受此等假影影響之相同方式不利地影響3D模式。此外，針對大視角，雙凸透鏡處於比針對垂直光更遠之處。假影引發角相依之透鏡之一焦距，且此對像素平面補償不同路徑長度。以此方式，3D模式中的透鏡假影在橫向畫面之焦點品質方面引入一正面效益。
為了斷開透鏡，2D模式中之光應主要經歷非尋常折射率以便匹配複製品之折射率。
在本發明之配置之一實例中，在關狀態(2D模式)中，顯示器之偏振經旋轉使得在透鏡介面處或至少在LC層之光離開表面處，光之偏振具有一所要偏振方向。使用一扭轉向列LC單元，其中LC定向與在顯示器側處之顯示輸出之偏振方向對準。在圖6A中展示的實例中，顯示輸出之偏振64再次係展示為處於顯示器之平面中。此可沿著透鏡軸或橫跨透鏡。
在2D模式中，扭轉導致在顯示器之平面中之一偏振方向定向且導致與雙凸透鏡狀透鏡主體之折射率匹配之一所要方向。
可藉由在扭轉之後使LC平行對準於雙凸透鏡狀透鏡之圓柱軸來獲得最佳水平效能。此係圖6A及圖6B中展示之對準，且此意謂影像假影未被引入至橫向視角。
特定言之，當在光學透明層之表面處之可切換雙折射層之光軸係沿著雙凸透鏡之定向對準時，可移除2D模式中之角假影。針對垂直於透鏡結構之定向之一觀看平面，偏振方向與LC之光軸之間的角大致上係恆定的(亦即，零)。此觀看平面大致上係水平的，使得此匹配使用顯示器之方式。此可不考慮面板之原生偏振而達成。
可藉由使LC(在扭轉之後)橫跨(亦即，垂直於)雙凸透鏡之圓柱軸且再次平行於透鏡介面而對準來獲得最佳垂直效能。
因此，本發明可解決大致上水平平面中之假影問題而不考慮下伏面板之偏振。在圖3B中，假影在水平平面中大部分係不可見的，此係因為針對所有此等角，光之偏振係垂直於LC之光軸。然而，若顯示器之偏振未與雙凸透鏡方向對準(如一般係這種情況)，則發生此等假影。本發明之配置解決此問題。
基於一列方向上(橫跨雙凸透鏡)之顯示面板之一假定輸出偏振，上述配置使用一90度扭轉。本發明可應用於具有與列方向及行方向成45度之一輸出偏振之顯示器。在此情況中，可藉由可切換LC層引入45度之一偏振扭轉，以提供輸入至非可切換雙凸透鏡所要偏振方向。偏振旋轉度係藉由LC層之相對側上之表面對準方向以已知方式加以指定且可經控制以提供任何所要旋轉度。
若顯示面板具有所要輸出偏振方向(例如在行方向上或雙凸透鏡之方向上)，則可無需扭轉。在此情況中，可切換LC可在不具有扭轉之一平面線性偏振與一直列偏振對準之間切換。
關鍵點在於，在可切換雙折射層之輸出側處(亦即，在透鏡介面處)之偏振方向係線性的且在所要方向上(諸如，平行於雙凸透鏡細長軸)。針對法線(垂直於顯示面板)發射之光，該線性偏振方向係平行於該顯示面板。達成此所需的角扭轉量取決於自該顯示面板輸出之光之偏振方向。
目前，單一畫面/多重畫面(例如，2D/3D)可切換顯示器係視為高階顯示器。從一消費者的觀點，在2D模式中具有假影係視為不可接受的。此可歸因於消費者係最熟悉2D模式之事實。
本發明之設計使用2D模式作為一非切換模式之一第一模式。此引起較少殘餘透鏡作用(及因此較少假影)。理論上，可認為假影問題已轉嫁至3D模式，但自使用者測試可明白，相較於在2D模式中，此等假影在3D模式中較不明顯。藉由使非切換模式可用於2D模式，大致上改良2D模式之品質。
在圖6之實例中，在非切換模式中，偏振經旋轉使得其平行於雙凸透鏡狀透鏡之幾何軸且平行於LC之光軸。因為雙凸透鏡狀透鏡的表面處之偏振係與幾何軸對準，所以在一水平觀看平面(亦即，在觀看顯示器時之一左右平面)中未經歷假影。此平面主要係供消費者使用。
顯示器可具有橫跨雙凸透鏡狀透鏡(如在圖6中)、沿著透鏡軸或實際上沿著該顯示器之對角線之一輸出偏振。LC對準經選擇以匹配顯示器類型。
本發明避免針對一雙折射複製品(如在圖5之實例中)之需要，但仍可使用一雙折射雙凸透鏡。
為避免針對經設計用於一特殊顯示輸出偏振之可切換透鏡配置之需要，可在該顯示輸出與雙凸透鏡配置之間使用一偏振器或偏振旋轉元件，作為顯示器之頂層或透鏡配置之底層。在圖7中展示一偏振器70之此使用。因此，LED、OLED或電漿顯示器亦可受益於本發明。
如上文解釋，本發明可應用於具有一單一畫面2D模式之顯示器及其中每一觀看者可經歷一3D效應之一多重畫面3D顯示器或對一顯示器前面之不同地點呈現多個2D畫面使得不同觀看者可看見不同內容之一多重畫面顯示器。
儘管已針對一種多重畫面3D模式詳細描述本發明，然針對多個觀看者之一種多重畫面2D模式之實例在以下重要路程方面可幾乎相同：畫面引導構件必須經設計使得其將適當畫面引導至顯示器前面之適當位置。因此，如在本發明之序論章節中針對3D顯示器解釋般，現應使不同像素行(其等將經引導，諸如針對一觀看者之左眼及右眼而定義不同畫面)偏轉使得該等不同像素行針對多個觀看者產生不同畫面。
自該等圖式、揭示內容及附屬申請專利範圍之一研究，熟習此項技術者在實踐主張之本發明中可瞭解並實現所揭示實施例之其他變動。在申請專利範圍中，字詞「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數個。某些措施敘述在相互不同的附屬請求項中之單純事實並非指示此等措施之一組合不能經使用以具有優點。申請專利範圍中的任何參考符號不應理解為限制範疇。
1．．．可切換自動立體顯示裝置
3．．．液晶顯示面板
5．．．顯示像素
7．．．光源
9．．．雙凸透鏡元件配置
11．．．雙凸透鏡元件
12．．．控制器
13．．．透明玻璃基板
15．．．透明玻璃基板
17．．．透明電極層
19．．．透明電極層
21．．．光學透明層/雙凸透鏡主體
23．．．向列液晶材料
25．．．定向層
26．．．定向層
60．．．雙凸透鏡
62．．．可切換液晶(LC)單元
64．．．顯示器之偏振
66．．．顯示器
70．．．偏振器
n．．．折射率
圖1係可應用本發明之一已知自動立體顯示裝置之一示意性透視圖；
圖2係圖1中展示之已知顯示裝置之一元件之一詳細示意圖；
圖3A及圖3B係用以解釋圖1中展示之該已知顯示裝置之操作原理；
圖4係描繪操作中的光學效應之圖1之裝置中之兩個典型雙凸透鏡元件之一示意性橫截面視圖；
圖5係類似於圖4之視圖之使用一雙折射非可切換雙凸透鏡複製品結構之一設計中之雙凸透鏡陣列之部分之一視圖；
圖6A及圖6B展示2D模式及3D模式中之本發明之一顯示裝置；及
圖7展示對圖6之裝置之一修改。
60．．．雙凸透鏡
62．．．可切換液晶(LC)單元
64．．．顯示器之偏振
66．．．顯示器
n．．．折射率

Claims (11)

  1. 一種多重畫面(multi-view)顯示裝置，其係可在一單一畫面模式與一多個(multiple)畫面模式之間切換，該顯示器包括具有列像素及行像素的一顯示面板及配置於該顯示面板之顯示輸出側上在該顯示面板上方之雙凸透鏡狀(lenticular)透鏡構件，該等雙凸透鏡狀透鏡構件包括雙凸透鏡狀透鏡元件之一陣列，該等元件包括鄰近一非可切換光學透明層之雙折射電光(birefringent electro-optic)材料以定義該雙凸透鏡狀透鏡元件，其中該電光材料之折射率係可控制以定義該顯示裝置之操作之該單一畫面模式及該多個畫面模式，其中該非可切換光學透明層具有實質上(substantially)等於該雙折射電光材料之非尋常(extra ordinary)折射率之一折射率(n)，其中自該顯示面板輸出且入射於該等雙凸透鏡狀透鏡構件上之光之偏振(polarization)方向係線性的，其中在該單一畫面模式中，該雙折射電光材料定義其中該雙折射電光材料的光軸(optical axis)在該顯示輸出光進入該雙折射電光材料之表面處係與自該顯示面板輸出之該光之該偏振方向對準之一第一狀態，且在該非可切換光學透明層之表面處之該雙折射電光材料之該光軸係與該等雙凸透鏡狀透鏡元件之細長軸(elongate axes)對準或與像素行(column)方向對準，及 在該多重畫面模式中，該雙折射電光材料定義其中該雙折射電光材料之該光軸係垂直對準於該顯示輸出表面之一第二狀態。
  2. 如請求項1之裝置，其中該雙折射電光材料之該折射率可藉由將一電場選擇性地施加至該電光材料之至少部分而切換。
  3. 如請求項1或2之裝置，其中該電光材料包括一扭轉向列液晶材料。
  4. 如請求項1或2之裝置，其中該顯示面板包括一液晶顯示面板。
  5. 如請求項1或2之裝置，其中該非可切換光學透明層包括一雙折射材料。
  6. 如請求項1或2之裝置，其中該非可切換光學透明層包括一各向同性材料。
  7. 如請求項1或2之裝置，其中自該顯示面板輸出之該光之該偏振之該方向係：平行於該等雙凸透鏡狀透鏡之該細長軸；或在一顯示行方向上；或在一顯示列方向上；或與該顯示列方向及該顯示行方向成45度。
  8. 如請求項1或2之裝置，其進一步包括介於該顯示面板輸出側與該等雙凸透鏡狀透鏡構件之間之一偏振器。
  9. 如請求項1或2之裝置，其包括一自動立體顯示裝置，其中該單一畫面模式包括一2D模式，且該多重畫面模式包 括一3D模式。
  10. 如請求項1或2之裝置，其包括一雙畫面顯示裝置，其中該單一畫面模式包括該顯示器之全視域中之一2D模式，且該多重畫面模式包括該顯示器之該全視域之不同部分處之兩個至少部分分離的2D模式。
  11. 一種控制如請求項1-10中任一項之一可切換顯示裝置之方法，該方法包括：在該單一畫面模式中，將該雙折射電光材料置於一非切換狀態中，其中自該顯示面板輸出之該光之該偏振係線性的且在接收該顯示輸出光之該表面處與該雙折射電光材料之該光軸對準，且在該非可切換光學透明層之表面處之該雙折射電光材料之該光軸係與該等雙凸透鏡狀透鏡元件之細長軸對準或與像素行方向對準，及在該多重畫面模式中，將該雙折射電光材料切換至其中該光軸係垂直對準於該顯示輸出表面之一狀態。
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