本發(fā)明涉及以下類型的自動立體顯示裝置（autostereoscopicdisplaydevice），這種類型的自動立體顯示裝置包括顯示面板和成像布置，顯示面板具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素陣列，成像布置用于將不同視圖導(dǎo)向至不同空間位置。

背景技術(shù)：

用于這種類型顯示器中的成像布置的第一實例為屏障，該屏障例如具有相對于顯示器的基本像素（underlyingpixel）來確定大小和位置的狹縫。如果觀看者的頭部處于固定位置，觀看者就能感知3d圖像。屏障定位于顯示面板前方且被設(shè)計成使得來自奇數(shù)和偶數(shù)像素列的光被導(dǎo)向觀看者的左眼和右眼。

這種類型的雙視圖顯示設(shè)計的缺陷在于，觀看者必須處于固定位置，且僅能向左或向右移動大約3cm。在一更優(yōu)選的實施例中，在每個狹縫下方并不存在兩個子像素列，而是若干個子像素列。以此方式，允許觀看者左右移動且在其眼睛中總是感知立體圖像。

屏障布置生產(chǎn)起來較為簡單但并非光高效的。因此優(yōu)選的替代是使用透鏡布置作為成像布置。舉例而言，能提供細長的微透鏡元件陣列，其平行于彼此延伸且覆蓋在顯示像素陣列上，且通過這些微透鏡元件來觀察顯示像素。

微透鏡元件提供為多個元件的片，其中的每一個元件包括細長的半圓柱形透鏡元件。微透鏡元件在顯示面板的列方向上延伸，且每個微透鏡元件覆蓋在顯示像素的兩個或兩個以上相鄰列的相應(yīng)組上。

如果每個微透鏡與兩列顯示像素相關(guān)聯(lián)，則每列中的顯示像素提供相應(yīng)二維子圖像的豎直切片。微透鏡片將這兩個切片和來自于與其它微透鏡相關(guān)聯(lián)的顯示像素列的相應(yīng)切片導(dǎo)向至位于該片前方的使用者的左眼和右眼處，使得使用者觀察到單個立體圖像。微透鏡元件片因此提供光輸出導(dǎo)向功能。

在其它布置中，每個微透鏡與行方向中的四個或更多個相鄰顯示像素的組相關(guān)聯(lián)。每組中顯示像素的相應(yīng)列被近似布置成從相應(yīng)二維子圖像提供豎直切片。隨著使用者的頭從左到右的移動，感知一系列連續(xù)的、不同的立體視圖，從而形成例如環(huán)視（look-around）印象。

上文所述的裝置提供有效的三維顯示。但應(yīng)了解，為了提供立體視圖，需要犧牲裝置的水平分辨率。這種分辨率犧牲對于特定應(yīng)用是不可接受的，諸如顯示小文本字符來供近距離觀看。因此，建議提供一種可在二維模式與三維(立體)模式之間切換的顯示裝置。

實施這種切換的一種方式為，提供可電切換的微透鏡陣列。在二維模式，可切換裝置的微透鏡元件以“通過”模式進行操作，即，它們以與光學(xué)透明材料的平面片相同的方式起作用。所得到的顯示器具有等于顯示面板的原分辨率（nativeresolution）的高分辨率，其適合于從近的觀看距離來顯示小文本字符。當(dāng)然，二維顯示模式不能提供立體圖像。

在三維模式，可切換裝置的微透鏡元件提供光輸出導(dǎo)向功能，如上文所述的那樣。所得到的顯示器能提供立體圖像，但具有上文所提到的不可避免的分辨率損失。

為了提供可切換的顯示模式，可切換裝置的微透鏡元件由諸如液晶材料的電光材料形成，該電光材料具有可在兩個值之間切換的折射率。繼而通過向設(shè)于微透鏡元件上方和下方的平面電極施加適當(dāng)電位來在各個模式之間切換該裝置。該電位相對于相鄰光學(xué)透明層的折射率來更改微透鏡元件的折射率。可切換裝置的結(jié)構(gòu)和操作的更詳細描述可見于美國專利號6,069,650中。

lc微透鏡可切換顯示器的缺點在于，在2d模式仍有透鏡作用，特別是當(dāng)從顯示屏幕的法線上方或下方的位置觀看該顯示器時。這導(dǎo)致不合需要的圖像偽像。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種自動立體顯示裝置，其關(guān)于2d模式中透鏡作用的前述問題做出改進。

利用根據(jù)本發(fā)明的裝置實現(xiàn)這個目的。

本發(fā)明由獨立權(quán)利要求限定。附屬權(quán)利要求限定有利實施例。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種可切換的自動立體顯示裝置，其包括：

-顯示面板，其具有用于產(chǎn)生顯示的顯示像素陣列，所述顯示像素被布置成行和列；以及

-透鏡布置，其用于將來自不同像素的輸出導(dǎo)向至不同的空間位置以能觀看立體圖像，所述透鏡布置處于平行于顯示面板的平面中；

其中該透鏡布置包括可電切換的lc層，其限定透鏡圖案或透鏡復(fù)制件圖案，其中l(wèi)c層的lc排列可電切換以使得透鏡布置可在2d模式與3d模式之間切換，

其中在2d模式，lc排列處于基本上在透鏡布置平面內(nèi)的第一方向上，且在3d模式，lc排列處于也基本上在透鏡布置平面內(nèi)的第二垂直方向上，且其中顯示面板的光輸出在第二方向上偏振。

在此布置中，可切換透鏡裝置的lc分子排列位于顯示器的平面內(nèi)。對于在垂直于顯示平面的兩個平面中的顯示觀看方向而言，這種布置能允許顯示器面板的輸出的偏振與lc排列方向之間的垂直關(guān)系得以維持。

在一布置中，顯示面板的光輸出沿著顯示器的行方向或列方向偏振。

因此，顯示輸出偏振與lc排列方向處在相同平面中。這意味著在偏振方向與液晶光軸之間所期望的90度角能基本上獨立于在水平(行)平面和豎直(列)平面中的光輸出方向。

在另一布置中，透鏡布置包括細長透鏡陣列，其中顯示面板的光輸出沿著或垂直于細長透鏡軸線偏振。

同樣，顯示輸出偏振與lc排列方向處在相同平面中。對于平行于和垂直于透鏡軸線的平面而言，在偏振方向與液晶光軸之間所期望的90度角獨立于光輸出方向。對于小傾斜角，這意味著所期望的90度角又基本上獨立于在水平平面和豎直平面中的光輸出方向。

在一布置中，第一(2d)方向垂直于透鏡軸線且第二方向平行于透鏡軸線，顯示面板的光輸出在平行于透鏡軸線的方向上偏振，且其中透鏡布置電切換到2d模式。在2d模式，偏振方向沿著透鏡且lc排列穿過（across）透鏡。然后基于透鏡布置的穩(wěn)態(tài)lc排列來獲得3d模式。

該透鏡布置可包括平行于透鏡軸線的切換電極，以生成穿過透鏡的平面內(nèi)電場，以便實施到2d模式的切換。

在另一布置中，第一方向垂直于透鏡軸線且第二方向平行于透鏡軸線，顯示面板的光輸出在平行于透鏡軸線的方向上偏振，且其中透鏡布置電切換到3d模式。再者，在此實施方式的2d模式中，偏振方向沿著透鏡且lc排列穿過透鏡。但是基于透鏡布置的穩(wěn)態(tài)lc排列獲得2d模式。

該透鏡布置可包括垂直于透鏡軸線的切換電極，以沿著透鏡生成平面內(nèi)電場，以便實施到3d模式的切換。

顯示面板包括可個別尋址的發(fā)射、透射、折射或衍射顯示像素的陣列，例如，其可包括液晶顯示面板。

本發(fā)明還提供一種控制自動立體顯示裝置的方法，該自動立體顯示裝置包括顯示面板和可切換的透鏡布置，該可切換的透鏡布置用于將顯示面板輸出導(dǎo)向至不同空間位置以能觀看立體圖像，該方法包括：

-在2d模式與3d模式之間選擇，其中在2d模式，lc排列處于基本上在透鏡布置平面內(nèi)的第一方向上，且在3d模式，lc排列處于也基本上在透鏡布置平面內(nèi)的第二垂直方向上；

-對透鏡布置進行電切換來提供選定的操作模式；以及

-驅(qū)動顯示面板以提供適合于選定模式的顯示輸出，其中顯示輸出受到控制以在第二方向上偏振。

附圖說明

現(xiàn)將參考附圖僅以舉例的方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：

圖1是已知自動立體顯示裝置的示意性透視圖；

圖2和圖3用于解釋圖1所示的顯示裝置的透鏡陣列的操作原理；

圖4示出微透鏡陣列如何向不同空間位置提供不同視圖；

圖5用于解釋與已知設(shè)計相關(guān)聯(lián)的問題且該問題通過本發(fā)明而解決；

圖6示出本發(fā)明的顯示裝置的第一實例；以及

圖7示出本發(fā)明的顯示裝置的第二實例。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種可切換的自動立體顯示裝置，其中可切換透鏡布置的可切換lc材料的光軸可在兩個垂直方向之間切換，每個垂直方向處在平行于顯示面板平面的平面內(nèi)。這能夠使得當(dāng)處在2d模式中時，在垂直于顯示器的兩個觀看平面中避免透鏡效果。

圖1是已知的直接觀看自動立體顯示裝置1的示意性透視圖。已知裝置1包括有源矩陣型液晶顯示面板3，其充當(dāng)空間光調(diào)制器以產(chǎn)生顯示。

顯示面板3具有排列成行和列的顯示像素5的垂直陣列。為了簡單起見，在圖1中僅示出少量顯示像素5。實際上，顯示面板3可包括大約一千行和數(shù)千列顯示像素5。

液晶顯示面板3的結(jié)構(gòu)是完全常規(guī)的。特別地，該面板3包括一對間隔開的透明玻璃基底，在它們之間設(shè)有排列的扭曲向列或其它液晶材料?；自谄湎鄬Ρ砻嫔铣休d有透明的銦錫氧化物(ito)電極的圖案。偏振層也設(shè)于基底的外表面上。

每個顯示像素5包括在基底上的相對電極，且在它們之間存在介于其間的液晶材料。顯示像素5的形狀和布局由電極的形狀和布局確定。顯示像素5以間隙彼此之間規(guī)則地間隔開。

每個顯示像素5與切換元件相關(guān)聯(lián)，切換元件如薄膜晶體管(tft)或薄膜二極管(tfd)。顯示像素通過操作以通過向切換元件提供尋址信號來產(chǎn)生該顯示，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知合適的尋址方案。

由光源7照亮顯示面板3，在此情況下，光源7包括在顯示像素陣列的區(qū)域上延伸的平面背光。將來自光源7的光導(dǎo)向通過顯示面板3，且驅(qū)動個別顯示像素5以調(diào)制光且產(chǎn)生顯示。

顯示裝置1還包括布置于顯示面板3的顯示側(cè)上的微透鏡片9，其執(zhí)行形成視圖的功能。微透鏡片9包括彼此平行延伸的一行微透鏡元件11，為了清楚起見，以放大尺寸示出了其中的僅一個。

微透鏡元件11呈凸圓柱透鏡形式，且它們充當(dāng)光輸出引導(dǎo)器件以從顯示面板3向位于顯示裝置1前方的使用者的眼睛提供不同的圖像或視圖。

圖1所示的自動立體顯示裝置1能提供在不同方向中的若干不同透視圖。特別地，每個微透鏡元件11覆蓋在每一行中的一小組顯示像素5上。微透鏡元件11將一組中的每個顯示像素5投射到不同方向中，以便形成若干不同視圖。隨著使用者的頭從左到右移動，他/她的眼睛將依次接收若干視圖中的不同視圖。

已經(jīng)建議，如上文所述的那樣，提供可電切換的透鏡元件。這使得顯示能在2d模式與3d模式之間切換。

圖2和圖3示意性地示出能用于圖1所示的裝置中的可電切換的微透鏡元件35的陣列。該陣列包括一對透明玻璃基底39、41，其中由銦錫氧化物(ito)形成的透明電極43、45設(shè)于其相對表面上。使用復(fù)制技術(shù)形成的反透鏡結(jié)構(gòu)47設(shè)于基底39、41之間，鄰近基底39中的一個上部基底。液晶材料49也設(shè)于基底39、41之間，鄰近基底41中的一個下部基底。

反透鏡結(jié)構(gòu)47使得液晶材料49在反透鏡結(jié)構(gòu)47與下部基底41之間呈平行的、細長的微透鏡形狀，如在圖2和圖3中的截面中所圖示的那樣。與液晶材料接觸的下部基底41和反透鏡結(jié)構(gòu)47的表面也具備定向?qū)?未圖示)以對液晶材料進行定向。

圖2示出當(dāng)不向電極43、45施加電位時的陣列。在此狀態(tài)，液晶材料49的折射率顯著地高于反透鏡陣列47的折射率，且因此微透鏡形狀提供光輸出定向功能，如圖所示的那樣。

圖3示出當(dāng)大約50伏至100伏的交流電位被施加到電極43、45上時的陣列。在此狀態(tài)，液晶材料49的折射率與反透鏡陣列47的折射率基本上相同，從而取消了微透鏡形狀的光輸出定向功能，如圖所示的那樣。因此，在此狀態(tài)，陣列以“通過”模式有效地起作用。

適用于圖1所示顯示裝置中的可切換微透鏡元件的陣列的結(jié)構(gòu)和操作的另外的細節(jié)可見于美國專利號6,069,650中。

圖4示出如上文所述的微透鏡類型的成像布置的操作原理，且示出背光50、顯示裝置54（諸如lcd和微透鏡陣列58）。圖4示出微透鏡布置58如何將不同像素輸出導(dǎo)向至不同空間位置。

本發(fā)明具體而言涉及顯示輸出與透鏡布置lc層相互作用的方式，和特別地涉及l(fā)c層的排列和顯示輸出的偏振。

在圖2和圖3所示的已知布置中，顯示面板的線性偏振方向處在透鏡的細長軸線的方向上，即，穿入到圖2和圖3的頁面內(nèi)。

因此，顯示輸出偏振和透鏡布置的lc排列在圖2中是平行的，且在圖3中是垂直的。而且，對于橫向觀看角度，即在圖2和圖3中法線方向左邊和右邊的光路徑方向，維持這種平行和垂直關(guān)系。

這種布置的缺點在于，當(dāng)參考法線方向從顯示器上方或下方的位置觀看時，在2d模式中有透鏡作用。在圖5中示出這種效果，其示出處于2d模式的系統(tǒng)的側(cè)視圖。不與顯示器法線平行的射線60經(jīng)歷lc材料中的不同折射率，lc材料的不同折射率因此不再與復(fù)制件的折射率匹配。這是由于以下現(xiàn)實所致：偏振(由箭頭62所示)不再完全垂直于透鏡布置內(nèi)lc層的排列。結(jié)果導(dǎo)致引起可見的偽像的透鏡作用。2d模式中并不期望這種透鏡作用。

本發(fā)明提供一種布置，其中2d模式中雙折射lc材料的光學(xué)排列軸線基本上平行于顯示器的平面排列。顯示器的偏振也基本上處在顯示器的平面中且垂直于lc的光軸。此組合導(dǎo)致2d模式的改進的觀看體驗。光學(xué)排列軸線為lc分子排列方向，且這與指示lc材料的非尋常折射軸的向量共線。

對于3d模式，需要由顯示器的偏振光所看到的lc的折射率不同于2d模式。這通過繞顯示器的法線來旋轉(zhuǎn)lc排列軸線而實現(xiàn)。因此，對于兩種模式，透鏡布置的lc層的光學(xué)排列軸線均平行于顯示器的平面。為了在模式之間切換，能使用已知的平面內(nèi)切換技術(shù)。

圖6示出第一實施例，且示出當(dāng)處于3d模式時系統(tǒng)的頂視圖。在此實例中，3d模式為不向電極施加電壓的穩(wěn)態(tài)模式。

在此布置中，穩(wěn)態(tài)3d模式的lc排列平行于透鏡軸線(由點70示出)，且顯示面板的光輸出在平行于透鏡軸線的方向(以72示出)中進行偏振。

這種排列布置的優(yōu)點在于，排列將在整個透鏡中基本上相同。

透鏡布置包括平行于透鏡軸線的切換電極74，其用于生成穿過透鏡的平面內(nèi)電場。

當(dāng)向電極施加電壓時，lc分子繞顯示器的法線旋轉(zhuǎn)，且顯示器然后處于2d模式。光軸然后穿過透鏡。但是，即使光路徑的方向高于或低于法線，偏振方向72保持垂直于光軸，使得對于兩個垂直平面而言，避免了2d模式中透鏡作用的問題。

圖7示出第二實施例，其中排列層和電極的作用被互換。圖7示出側(cè)視圖。

排列層被布置成使得在穩(wěn)態(tài)(無電壓)條件下lc在顯示器上水平地排列。顯示器的偏振再次被選擇為平行于透鏡軸線，即，處在圖7的平面中。圖7示出施加電壓的條件，其在此情況下為3d模式。在此布置中，處在穩(wěn)態(tài)2d模式的lc排列垂直于透鏡軸線。

透鏡布置包括垂直于透鏡軸線的切換電極74，以沿著透鏡生成平面內(nèi)電場。

因此電極被布置成由透鏡陣列所交叉的陣列中。

電極布置提供平面內(nèi)電場，使得光軸處在平行于顯示面板的平面中。但是完好的電場圖案是不可能的，特別是在電極位于lc層的一個表面處(而不是在該層的邊緣處)時。電場線將最初與法線成角度地穿透到lc層內(nèi)，然后彎繞到下一電極。在兩個電極之間的中點處，電場線將平行于顯示面板平面。能將這個區(qū)域選擇成對應(yīng)于透鏡的主中央部分。在上下文中，應(yīng)了解，對于光軸的提及“基本上”位于平行于顯示器的平面中。特別地，電場線在平行于顯示面板平面的平面中的各個點(電極)之間延伸，但該路徑在實踐中并非為直的直達線。但將清楚地理解，與延伸穿過lc層厚度的橫向電場線形成對照。通過lc材料的平面內(nèi)切換而實現(xiàn)基本上平行于顯示面板平面的光軸。因此，電切換模式的平行光軸的替代定義為：用于在各模式之間切換的電場由平面內(nèi)切換電極布置生成。

用于穩(wěn)態(tài)條件的光學(xué)排列（其再次旨在位于相同的平面中）將以常規(guī)方式利用光學(xué)排列層來實施。舉例而言，聚酰亞胺排列層的材料可為al-1051。

本發(fā)明可應(yīng)用于使用傾斜微透鏡式透鏡的布置。已知的是，通過使得微透鏡傾斜，能在水平方向和豎直方向中分配分辨率損失。實際上，這顯著地改進了所感知的圖像品質(zhì)。

本發(fā)明需要顯示器偏振方向和透鏡布置的lc光學(xué)排列以兩種模式中的一種模式垂直，且以兩種模式的另一中模式中平行。透鏡布置的兩個光學(xué)排列方向可沿著且穿過傾斜透鏡方向，或者處在行和列方向中。將顯示器輸出的偏振方向選擇成平行于這些中的一個。

優(yōu)選地，當(dāng)觀看者橫向移動或者從顯示器的中間法線位置上下移動時，2d模式盡可能被保持成沒有視覺偽像。這是因為其為觀看者自然可能的移動。這通過使得顯示器在行或列方向中進行偏振來實現(xiàn)，或者(如果傾斜角小)沿著或垂直于透鏡軸線來實現(xiàn)。

但應(yīng)了解，對于透鏡布置lc層的兩種模式而言，只要顯示輸出偏振平行于它們之一，能選擇在顯示面板平面中的任何成對的垂直方向。這種布置將總是給出兩個移動平面，其中將2d模式中的視覺偽像保持在最小值。對于其它觀看位置而言，還存在2d模式的改進。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，兩個平面的(精確地或大約地)橫向和上下的優(yōu)選布置是僅有的一種可能性。

電極可具有與透鏡相同的節(jié)距，且如上文所提到的那樣，透鏡的中央部分繼而能與最佳的電場線方向相關(guān)聯(lián)。但是，電極的數(shù)量可不同于透鏡的數(shù)量。顯然并不要求透鏡和電極對應(yīng)于上文的第二實施例（其中電極與透鏡交叉）。

可切換的lc層已經(jīng)在上文中示出為透鏡部分。但是，透鏡復(fù)制件可為可切換的部分。

單軸液晶通過非尋常折射率和尋常折射率來描述。復(fù)制件的折射率接近液晶的尋常折射率。在尋常折射率大于非尋常折射率的情況下，復(fù)制件的透鏡表面應(yīng)具有正透鏡形狀。

上文所述的實例采用的液晶顯示面板例如具有處于50μm-1000μm范圍內(nèi)的顯示像素間距。但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然的是，可采用替代類型的顯示面板，諸如有機發(fā)光二極管(oled)或陰極射線管(crt)顯示裝置。顯示器的輸出需要被偏振，且對于并不具有偏振輸出的顯示技術(shù)而言，能提供額外偏振器。

用于制作顯示裝置的制造和材料并未詳細地描述，因為這些是常規(guī)的且是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。

所公開的實施例的另外的變型可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，通過學(xué)習(xí)附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求而理解和實行。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟且不定冠詞“一”并不排除多個。在相互不同的附屬權(quán)利要求中陳述特定措施的簡單事實并不表示不能使用這些措施的組合來取得益處。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制其范圍。