專利名稱：制造影響偏振的觀看元件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造影響偏振的觀看元件的方法，觀看元件主要用于借助于印刷產品或顯示裝置產生/觀看三維的黑白或彩色圖像。本發(fā)明還涉及一種根據本發(fā)明方法制造的觀看元件，以及借助于獨立可控的顯示單元用這種觀看元件顯示可任意編程信息的顯示裝置。
在許多應用中已采用各種技術來產生所謂的或真實的三維圖像。最熟悉的形式是全息照相，它除了描繪物體個體的盡可能真實的三維圖像外，也描繪在計算機中人工產生的對象。
其它的技術與透鏡光柵或狹隙光柵一起工作，并且還應用彩色濾波器或偏振濾波器。上面最后所述的技術原則上很好地適合于廉價的復制，因為圖像可以按常規(guī)方式大量印刷。所用的用于描繪立體圖像、可塑的三維圖或用于描繪膠片序列的圖像原件僅借助電子的數據處理而相互疊加在一起。印刷原件、膠片和印版的形成以常規(guī)印刷機械的傳統(tǒng)方式實現(xiàn)。
與常規(guī)二維印刷原件的不同主要在于印刷工藝中必須滿足的更高的分辨率，因為在這些方法中多個圖像，至少也有兩個圖像，相互擠壓在一起，因此印刷分辨率必須提高數倍，此倍數為所用圖像的數目。在印刷結束之后，使得圖像疊加不會被觀看者看出來的觀看元件需被放置到印刷表面上。
制造成薄膜或平板的透鏡光柵、或者狹縫光柵可以用作觀看元件?，F(xiàn)在例如由紙或塑料構成的纏繞在滾子上的帶狀物，由紙或薄膜構成的弧形物或者由紙或塑料構成的一個小物件必須以很高的精度覆蓋到不同材料的印刷表面上。
這里困難在于敷設這些元件所需之精度，尤其是當被印刷的材料是有彈性的材料時，因為難以保證整個表面上的匹配精度。另一個缺點是敷設過程通常不能在印刷機械內部完成，因為觀看元件常常太厚，因此不能在印刷機械中處理。
對于偏振薄膜也有同樣的局限，偏振薄膜與偏振眼鏡相結合使得觀看者的每只眼睛只能看到相應的圖像。這些薄膜通常也太厚并且沒有彈性，并且不能在正在運行的印刷機械中處理。這些薄膜的另一局限在于每個薄膜只具有一個偏振方向。然而對于諸如立體圖像的重要的顯示，緊密相鄰的區(qū)域需要不同的偏振方向，例如逐條交替水平和垂直偏振。這些條的寬度這里小于1毫米。
同樣可以購買到各式各樣為不同應用設計的顯示單元。存在著小的和最小的顯示器用于顯示數字或符號，它們以液晶顯示器(LCD顯示器)的形式例如用于手表或手機中。
更大的顯示器以液晶顯示屏或陰極射線管顯示屏的形式出現(xiàn)在計算機領域中。然而所有這些顯示器只用來顯示二維圖像。
目前個別能進行三維的觀看系統(tǒng)出現(xiàn)在市場上。因而經常用兩個LCD顯示器來工作，它們被集成在一副由觀看者佩戴的眼鏡中。
這種方式的缺點在于，只有一個觀看者觀看到信息，這些信息的控制需要額外的設備開銷，并且這種眼鏡很貴。此外相當大的重量使得長時間配戴不太舒適。其它的系統(tǒng)用電切換的線性偏振濾波器工作在常規(guī)顯示屏之前。這里根據所加的電壓，由顯示屏發(fā)射出的光線水平或垂直偏振。同樣在這里觀看者必須佩戴一副眼鏡，此眼鏡可以只由一個薄的薄膜構成。
在每只眼睛前安置有一個偏振濾波器，其偏振面相互垂直。這樣，僅有水平或垂直偏振的光線抵達每只眼睛。顯示屏前面偏振器的切換用來使觀看者的每只眼睛接收到正確的子圖像，這是由于圖像內容在節(jié)奏上與偏振器的切換同步。觀看者調整他的頭使偏振眼鏡保持平行于顯示器前的偏振濾波器，這樣他就看到一幅立體圖像，此圖像可具有很高的空間感。
這種方法的缺點是顯示屏前的大面積偏振器很昂貴，顯示屏大都只能延遲反應。因此產生閃爍的圖像，這是因為整個圖像再現(xiàn)頻率現(xiàn)在被分到兩個圖像上，從而使每只眼睛只看到一半圖像再現(xiàn)頻率的圖像。此外，觀看者的頭不可以傾斜，因為如果傾斜的話相應另一只眼睛將看到不希望看到的圖像部分，這導致了重影。
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，用此方法可以利用已有的可購得的印刷機械復制黑白或彩色的立體圖、三維和/或運動圖像。本發(fā)明的目的還在于實現(xiàn)一種方法，它使得可以用常規(guī)的顯示裝置讓觀看者觀看到立體的三維圖，而無需昂貴的附加設備或開銷很大的結構調整。此方法還應使得已生產的顯示裝置可裝配來實現(xiàn)這些觀看。
按照本發(fā)明上述任務是這樣完成的在一塊基底上借助于印刷方法，例如膠印、絲網印刷、苯胺印刷或凹版印刷，將至少一個具有影響偏振作用的涂敷介質敷設在基底的至少兩個相鄰的區(qū)域上，使得相鄰區(qū)域中的涂敷介質有不同的影響偏振的作用。
從基底例如通過反射或通過發(fā)射發(fā)出的光線在相鄰區(qū)域中受到不同的偏振影響。例如從不同區(qū)域出來的光線可以具有不同的線性偏振或不同的橢圓偏振，尤其是圓偏振，從而通過適當選用的輔助裝置，例如偏振眼鏡，使光線通過或被阻斷。
總是存在至少兩組區(qū)域，它們可以各種方式相互疊加在一起，其中在同一組內每個區(qū)域的影響偏振作用是相同的，而在不同組的區(qū)域中影響偏振的作用是不同的。
在一種觀看方式中，如現(xiàn)有技術已公開的觀看方式，例如用偏振眼鏡觀看，可以保證來自或通過具有第一種影響偏振作用的區(qū)域的光線只能被觀看者的左眼覺察到，而來自或通過具有另一種影響偏振作用的區(qū)域的光線只能被觀看者的右眼覺察到，或者反過來前者被右眼覺察，而后者被左眼覺察。
在影響偏振的作用下原則上可以改變光線的偏振特性，例如由線性偏振光成為圓偏振或反過來，但是也可以只通過某個偏振方向(線性的，橢圓的，圓的)。
為了達到影響偏振的作用，可以敷設一種具有雙折射作用的涂敷介質，使得在相鄰區(qū)域中的涂敷介質具有不同的雙折射作用。為此最好采用這樣一種涂敷介質它包含液晶，尤其是向列的、膽甾醇的或近晶型的液晶，例如Merck KGaA公司生產的液晶。這些液晶可以在一種尤其是介晶態(tài)的琺瑯質或例如一種或多種醇的溶液中存在，使得它們可以在印刷機械中被處理。涂敷介質可包括一種或多種可定影的結合劑(丙烯酸脂，環(huán)氧樹脂)、添加劑、色素、光引發(fā)劑、顏料或類似物。
液晶可以根據其成份而具有不同的特性。商業(yè)生產和可購得的液晶中的大多數被用在電子設備中，其中這些物質被用在顯示單元中。這些應用中液晶的以下特性被利用在僅僅數微米厚的薄層內相互定向并且旋轉入射光線的偏振面。為了顯現(xiàn)此特性，液晶層被放在偏振器中間，其中第一個偏振器使入射的光線偏振，而第二個偏振器用作對穿過液晶層抵達的光線的分析器(Analysator)。如果抵達分析器的光線的偏振面與分析器的偏振面不一致，則光線不能通過分析器，并且顯示單元呈黑色。
旋轉入射光線偏振面的液晶特性可通過在液晶層上施加電場而進一步受到影響，使得此旋轉效應被抑制。從而存在兩種狀態(tài)，它們使得制造一個電可控的顯示單元成為可能。這里液晶以其液體形態(tài)存在于顯示器中，因為在這里需要動態(tài)工作。
液晶的偏振效應可通過埋入到一個聚合物陣列中而被固定。例如用由輻射硬化的聚合物作為聚合物陣列，使得它們可以在常規(guī)的印刷機械中被處理，這些印刷機械是為輻射硬化的色彩和漆配備的。
例如可以在基底上印刷至少一種涂敷介質，它包括至少兩個圖像信息，這些圖像信息按區(qū)域相互疊加在一起，其中屬于第一圖像信息的區(qū)域被具有例如第一種影響偏振作用的涂敷介質覆蓋，而屬于另一個例如第二圖像信息的區(qū)域被具有另一種，例如第二種影響偏振作用的涂敷介質覆蓋。
這里，在涂層之前用通常的印刷方法將圖像信息敷設到被涂層的基底上。
圖像信息可以表示例如一個來自容易區(qū)分的方向或相繼運動過程的對象，其中這些圖像信息可以例如以一個立體的或三維的圖形表示的單個圖像的形式疊加在一起，就像現(xiàn)有技術那樣。如果每個圖像信息被劃分為小的子圖像信息的區(qū)域，不同圖像信息的區(qū)域相互相鄰疊加在一起，并且分別屬于一個圖像信息的區(qū)域借助印刷方法用具有確定影響偏振作用的涂敷介質，如液晶來印刷，這樣觀看者用適當選用的偏振眼鏡就可以看到例如三維圖像。
疊加可以在任意排列中實現(xiàn)，然而必須精確對應以后偏振件的排列，即對應于影響偏振的涂敷介質的相同區(qū)域排列。這種疊加以合乎目的的方式借助計算機和相應軟件完成。
在后續(xù)的步驟中可由如此形成的數據以已知的方法制造印版。在常規(guī)印刷機械中用該印版以傳統(tǒng)方法黑白或彩色地將圖像或文本印刷到印刷材料或任意基底上。
在后續(xù)過程中根據以前在印刷前期所選的偏振件或區(qū)域的排列將例如無色的液晶漆作為涂敷介質印在要求的位置上。這可在兩個不同的上漆過程中進行，因為必須提供單獨的圖像給觀看者的每只眼睛，因此需要兩個不同的偏振方向。
這里偏振是在水平和垂直方向上的線性偏振，或者是在左旋和右旋方向上的圓偏振。為了支持液晶的定向，可以采用現(xiàn)有的方法，如事先研磨表面、采用電場或磁場、或者敷設一個附加的定向層。
為使觀看者獲得三維效果，他必須在每只眼睛前佩戴一個偏振濾波器，此偏振濾波器只允許對應于這只眼睛的光線通過。例如對于左眼和右眼各有一個圖像被印刷。這些圖像中的每個圖像都用另一種偏振漆來加印，例如用于左眼的圖像用左旋偏振漆，而用于右眼的圖像用右旋偏振漆。為使觀看者得到正確的觀看效果，他必須在每只眼睛前佩戴正確的偏振濾波器，在此例中在左眼前戴左旋偏振器，而在右眼前戴右旋偏振器。
每個偏振器的任務是只允許為這只眼睛所確定的光線通過。這里左眼和右眼圖像是相鄰印刷還是相互疊加是不重要的，只要偏振漆以與印刷原件同樣的疊加方式被敷設。這里漆應該盡可能完全蓋住被印刷的圖像，然而相互不重迭，以避免不希望有的效應。
也可以在透明基底上印刷，此基底例如自身還可具有影響偏振的作用。這種被印刷的基底可以例如作為觀看元件被置于具有可自由編程的顯示單元，例如像素的常規(guī)顯示裝置之前。
顯示裝置可如此編程，如上面對被印刷的基底所作說明那樣，顯示裝置顯示至少兩個按區(qū)域方式相互疊加在一起的圖像，并且通過被印刷的基底的區(qū)域與顯示裝置的顯示區(qū)域的匹配，使佩戴適當選用的偏振眼鏡的觀看者從常規(guī)的顯示裝置看到三維的圖像。這種實施方式是特別具有優(yōu)點的，因為通過可編程能力可以三維地觀看運動圖像或電影。
這里具有不同的影響偏振作用的涂敷介質的相鄰區(qū)域最好如此設置使這些區(qū)域的形狀和/或排列與顯示裝置的成像顯示單元的形狀和/或排列相對應。這樣通過在前面接入一個按本發(fā)明制造的觀看元件，可為顯示裝置的每個單個的成像顯示單元分配一個確定的偏振特性。
在LCD顯示裝置，例如顯示器的應用中，在例如LCD顯示器的外部偏振薄膜上(此薄膜就是本發(fā)明意義上的透明基底)，如此敷設一個透明的雙折射層，使得從顯示器發(fā)出的、最初為線性偏振的光線在通過雙折射層后具有例如圓偏振的特性。因為立體的觀看需要兩個不同的偏振狀態(tài)，此涂層按區(qū)域如此敷設，使得相鄰區(qū)域具有不同的圓偏振特性。這里區(qū)域的排列可以是條形、正方形、點狀或任意形狀，并且匹配于顯示器給定的顯示點的點圖案是有好處的。
雙折射層的敷設適于用印刷方法進行，可采用任意的印刷工藝。對于已生產的顯示單元，絲網印刷方法或擦子印刷法(Tampondruckverfahren)最適合。如果涂層是在偏振濾波器安裝到顯示器上之前被敷設的，則苯胺印刷法、膠版印刷法或普通的旋轉工作的印刷法都是適合的。應用可自由編程的噴墨打印機也是有好處的。
涂層的定向例如通過基底的預處理，如研磨、或敷設一個定向層實現(xiàn)，然而也可通過合理應用電場或磁場來實現(xiàn)。為了形成相鄰區(qū)域的不同的雙折射特性，雙折射層可以由不同的合成漆構成。在此情況下雙折射層先后被敷設。另一個實施方式中，在后面的印刷單元中應用相同的漆時必須在印刷過程之間改變所要印刷的區(qū)域的定向，使得在印刷后形成所希望的雙折射層定向。
在另一個實施方式中，涂層可以直接被敷設在一個線性偏振的薄膜或平板上，這樣被涂層的元件可作為要在外面涂層的濾波片用在常規(guī)顯示屏或監(jiān)示器前面。這樣所形成的監(jiān)示器或顯示屏可裝配成一個立體顯示單元。
在所有實施方式中，區(qū)域排列原則上可以是任意的。相鄰區(qū)域最好借助于印刷方法條形地相互換設置。要被印刷的基底也可有任意形狀，例如弧形、帶狀或任意形狀。也可以在非平面基底上印刷。
在本發(fā)明方法中可以例如在一個印刷步驟中在基底上敷設一個唯一的包含液晶的涂敷介質，在相鄰區(qū)域中的液晶最好自動地有區(qū)別地定向，尤其是被印刷區(qū)域具有影響液晶定向的介質，特別是結構，這些結構通過力的作用影響液晶定向。
例如可在被印刷區(qū)域上事先敷設另一涂敷介質，它按區(qū)域以所希望的作用影響液晶定位。這些區(qū)域可以具有一種結構，其中此結構施加一個力到液晶上，并且此結構可以是機械的或電氣的。合理應用電場或磁場同樣可以在區(qū)域中調整優(yōu)選方向。被印刷的基底也可有目的地在局部，尤其是在不同的區(qū)域中，進行不同的熱處理，例如通過加熱進行處理。
可選地，可以在相繼的印刷步驟中在相鄰區(qū)域中敷設不同的涂敷介質，尤其是用不同的液晶進行敷設。也可以在相繼的印刷步驟中在相鄰區(qū)域中敷設相同的涂敷介質，并且在印刷步驟之間旋轉基底，或改變被印刷區(qū)域的定向作用。
本發(fā)明方法主要在于相對于現(xiàn)有技術，應用涂層取代現(xiàn)有的偏振膜，涂層根據方法或其成份而具有不同的偏振特性。應用的涂層完全或部分地由液晶組成，并可在敷設后在基底的表面被硬化。硬化可以例如通過輻射作用、通過氧化硬化或通過物理的干燥實現(xiàn)。
權利要求
1.制造影響偏振的觀看元件的方法，觀看元件尤其用于由印刷產品或顯示裝置產生/觀看三維圖像，其特征在于，在基底上借助印刷方法在基底的至少兩個相鄰區(qū)域上敷設具有影響偏振作用的涂敷介質，使得在相鄰區(qū)域中的涂敷介質有不同的影響偏振作用。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，敷設具有雙折射作用的涂敷介質，使得在相鄰區(qū)域中的涂敷介質有不同的雙折射作用。
3.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，敷設一種包含液晶，尤其是向列的、膽甾醇的或近晶型的液晶的涂敷介質。
4.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在一個印刷步驟中將一種包含液晶的涂敷介質敷設到基底上，并且在相鄰區(qū)域中的液晶定向不同，尤其是如此實現(xiàn)不同的定向被印刷區(qū)域具有影響液晶定向的介質，尤其是結構，這些結構通過力的作用影響液晶定向。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在相繼的印刷步驟中在相鄰區(qū)域中敷設不同的涂敷介質，尤其是具有不同液晶的涂敷介質。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在相繼的印刷步驟中在相鄰區(qū)域中敷設相同的涂敷介質，其中在印刷步驟之間旋轉基底，或改變被印刷區(qū)域的定向作用。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法其特征在于，在一個透明的基底上印刷，尤其具有影響偏振的作用的基底。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在一個基底上印刷，所述基底包括至少兩個圖像信息，這些圖像信息按區(qū)域相互疊加在一起，其中一個圖像信息的區(qū)域被具有一種影響偏振作用的涂敷介質覆蓋，而另一個圖像信息的區(qū)域被具有另一種影響偏振作用的涂敷介質覆蓋。
9.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，相鄰區(qū)域呈條形相鄰排列。
10.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，具有不同影響偏振作用的涂敷介質的相鄰區(qū)域如此排列使其形狀和/或排列對應于顯示裝置的成像顯示單元的形狀和/或排列。
11.按照如上述權利要求中任一項所述的方法制造的觀看元件。
12.借助獨立可控顯示單元顯示可自由編程信息的顯示裝置，其中在顯示裝置前面在觀看方向上設置一個如權利要求11所述的觀看元件。
13.具有獨立可控顯示單元并具有如權利要求11所述觀看元件的顯示裝置在立體或運動圖像的可視三維顯示中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造影響偏振的觀看元件的方法，觀看元件主要用于由印刷產品或顯示裝置產生/觀看三維圖像，其中在基底上借助一種印刷方法在基底的至少兩個相鄰區(qū)域上敷設具有影響偏振作用的涂敷介質，使得在相鄰區(qū)域中的涂敷介質有不同的影響偏振作用。本發(fā)明還涉及觀看元件和用于顯示可自由編程信息的顯示裝置。
文檔編號B05D5/06GK1576954SQ20041006168
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權日2003年6月25日
發(fā)明者彼得·施密特 申請人:美創(chuàng)力公司