多视图显示设备和方法技术

一种多视图显示设备(1)能在单视图模式与多视图模式之间切换。所述显示设备包括显示面板(3)和柱状透镜布置(9)，所述显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素(5)的行和列，所述柱状透镜被布置在所述显示面板的显示输出侧上方，并且包括柱状透镜元件(11)的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近不能切换的光学透明层(21)的电光材料(23)。所述电光材料包括胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分具有寻常折射率和非寻常折射率。所述胆甾相液晶组分包括由间距限定的螺旋结构，所述间距被选择为使得所述间距和所述寻常折射率与所述非寻常折射率之间的差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长。能通过施加电刺激来控制所述胆甾相液晶组分的有效折射率，从而允许在所述单视图模式与所述多视图模式之间切换。

Multi view display device and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多视图显示设备和方法
本专利技术涉及以下类型的多视图显示设备，其包括：显示面板，其具有用于产生显示的显示像素的阵列；以及柱状透镜布置，其被布置在显示面板上方，通过该柱状透镜布置可以观看显示像素。
技术介绍
多视图显示设备有两种基本类型。一种类型是用于在不同的空间位置处向不同的观看者同时呈现不同的图像。例如，一个观看者能够处于车辆的驾驶员座椅中，而另一观看者能够处于乘客的座椅中。能够向驾驶员显示与驾驶员有关的内容(例如，卫星导航内容)，并且能够向乘客显示娱乐内容。可能有两幅以上的视图，即，可能有针对多个观看者的视图。另一种类型是自动立体显示器，其用于将针对不同眼睛的视图显示到不同的空间位置。例如对于在单个位置处的单个观看者来说，可能有两幅视图，但是也可能会有更多幅(例如，9幅或15幅)视图，以便多个观看者能够处于视场中和/或使观看者能够相对于显示器移动以体验环视效果。在这些设备中，对不同视图的生成和空间分离背后的原理是相同的。本质上都是将不同的二维内容同时投影到不同的空间位置。区别仅仅在于，对于自动立体显示器，视图的角度分离量通常要小于多视图显示时的角度分离量(大约小2度)，在多视图显示中，观看者的两只眼睛接收到相同的图像。通常，由于观看者的眼睛通常处于相同的垂直高度处，但相对于显示器处于不同的水平位置处，因此不同的空间位置沿着水平线延伸。下面将参考自动立体显示设备来进行说明。已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，该二维液晶显示面板具有用作空间光调制器以产生显示的显示像素的行和列的阵列。显示像素包括例如不同颜色的子像素。每个子像素是最小的可独立寻址的显示元素。因此，在单色显示器中，子像素的以上定义与术语像素相重合。因此，在下文中仅使用术语“子像素”，但是应当理解，在诸如黑白显示或众所周知的“绿屏”之类的有色显示的情况下，常用术语“像素”属于本专利申请中使用的术语“子像素”。在子像素阵列上放置了彼此平行延伸的细长的柱状元件的阵列，并且通过这些柱状元件能够观察到子像素。柱状元件被提供为元件片材，这些元件中的每个元件都包括细长的半圆柱形透镜元件。柱状元件在显示面板的列方向上延伸，其中，每个柱状元件覆盖两个或更多个相邻的子像素列的相应组。在例如每个柱状元件与两列子像素相关联的布置中，每列中的子像素提供相应的二维子图像的垂直切片。柱状片材将这两个切片和对应的切片从与其他柱状元件相关联的子像素列导向到位于该片材前面的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单幅立体图像。柱状元件的片材因此提供光输出导向功能。在其他布置中，每个柱状元件与在行方向上的例如四个或更多个相邻的子像素的组相关联。每个组中的对应的子像素列被适当布置以从相应的二维子图像提供垂直切片。当用户的头部从左向右移动时，能感知到一系列连续的不同的立体视图，从而创建了例如环视印象。上述设备提供了有效的三维显示。然而，将意识到，为了提供立体视图，在设备的水平分辨率上会有必要的牺牲(这同样适用于多视图二维系统中的不同图像的分辨率)。这种分辨率的牺牲对于某些应用来说是不可接受的，例如显示小文本字符以供近距离观看或需要高分辨率的图形应用。为此，已经提出要提供一种能在二维模式与三维(3D立体)模式之间切换的自动立体显示设备。在本文中引用的US-A-6069650中描述了这种设备。在该设备中，观看者的每只眼睛通过柱状元件看到形成一个或多个立体对的不同组子像素。该柱状元件包括具有能切换的折射率的电光材料，以便使得能够消除柱状元件的折射效应。在二维模式中，能切换的设备的柱状元件以“通过”模式操作，即，能切换的设备的柱状元件以与光学透明材料的平片材相同的方式起作用。所得到的显示具有高分辨率，等于显示面板的自身分辨率，它适合于在短观看距离内显示小文本字符。当然，二维显示模式不能提供立体图像。如上所述，在三维模式中，能切换的设备的柱状元件提供光输出导向功能。所得到的显示能够提供立体图像，但是也会遭受上面提到的不可避免的分辨率损失。为了提供能切换的显示模式，能切换的设备的柱状元件使用电光材料(例如，液晶材料)，其折射率能在针对偏振光的两个不同值之间切换。然后，通过将适当的电势施加到被提供在柱状元件上方和下方的电极层，设备可以在两种模式之间切换。相对于相邻的光学透明层的折射率，电势改变了柱状元件的折射率。替代地，相邻的光学透明层可以包括电光材料，其结果同样是，相对于光学透明层，柱状元件的折射率被改变。由于其静态介电各向异性，因此能够通过施加电场来控制液晶材料的取向。在光学范围内，还存在介电各向异性，并且液晶材料的折射率与相对介电常数有关。液晶材料具有寻常折射率和非寻常折射率，前者适用于具有法向于指向矢的电场偏振的光，而后者适用于具有平行于指向矢的电场偏振的光。所施加的电势使显示区的选定部分中的柱状元件在维持光输出导向功能与移除光输出导向功能之间切换，现在将参考图1和图2进行说明。图1示意性地描绘了当未将电势施加到电极17、19时已知的柱状元件布置9的部分的截面图。柱状元件布置9位于包括按行和列布置的子像素5的阵列的显示面板3上。电极17被夹在玻璃板13与主体或复制品21之间。另一电极19被夹在另外的玻璃板15与取向层26之间。这里，取向层25和26的摩擦方向和显示光的偏振方向为z方向(透镜轴的方向)；在这种情况下，它们延伸到图1的图面中。结果，有效透镜虽然是光学双折射的，但是能够近似成为折射率与液晶材料23的非寻常折射率相对应的各向同性透镜。在这种状态中，由显示面板3提供的用于线性偏振光的液晶材料23的折射率(其为非寻常折射率)显著高于主体21的折射率，因此，透镜形状提供了光输出导向功能，如图所示。图2示意性地描绘了当将大致50伏的交变电势施加到电极17、19时已知的柱状元件布置9的部分的截面图。在y方向上创建电场并且液晶分子与电场线对齐。结果，液晶材料23的指向矢也大致在y方向上。来自显示面板3的光的偏振方向仍然是线性偏振的，即，光的E场在z方向上。由于显示器的光在z方向上偏振，因此有效透镜将具有寻常折射率，并且由于液晶材料23与透镜主体21之间存在折射率匹配，因此光不会被折射。因此，在这种状态中，由显示面板3提供的用于线性偏振的光的液晶材料23的折射率与主体21的反柱状结构的折射率基本相同，使得消除了柱状形状的光输出导向功能，如图所示。因此，该阵列有效地以“通过”模式起作用。如图1所示，在维持光输出导向功能的情况下，由液晶材料23限定的柱状透镜元件11用作圆柱形凸透镜，并且从显示面板3向位于柱状元件布置9前面的用户的眼睛提供不同的图像或视图。因此，能够提供三维图像。如图2所示，在移除光输出导向功能的情况下，由液晶材料23限定的柱状透镜元件11的行为就像它们是透明材料的平片材一样，其用作没有视图导向功能的通过层。因此，能够采用显示面板3的完整自身分辨率来提供高分辨率的二维图像。通过控制器12将对在显示模式之间切换的电势的控制提供给柱状元件布置9的电极17、19。已知的能切换的自动立体显示设备的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能在单视图模式与多视图模式之间切换的显示设备(1)，所述显示设备包括显示面板(3)和柱状透镜布置(9)，所述显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素(5)的行和列，所述柱状透镜布置在所述显示面板的显示输出侧上被布置在所述显示面板上方，所述柱状透镜布置包括柱状透镜元件(11)的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近具有反柱状形状的不能切换的光学透明层(21)的、具有柱状形状的电光材料(23)，/n其特征在于，所述电光材料(23)包括具有能通过施加电刺激来控制的有效折射率的胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分具有寻常折射率和与所述寻常折射率相差一差值的非寻常折射率，并且包括由间距限定的螺旋结构，其中，所述间距被选择为使得所述间距与所述差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 EP 17165020.31.一种能在单视图模式与多视图模式之间切换的显示设备(1)，所述显示设备包括显示面板(3)和柱状透镜布置(9)，所述显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素(5)的行和列，所述柱状透镜布置在所述显示面板的显示输出侧上被布置在所述显示面板上方，所述柱状透镜布置包括柱状透镜元件(11)的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近具有反柱状形状的不能切换的光学透明层(21)的、具有柱状形状的电光材料(23)，
其特征在于，所述电光材料(23)包括具有能通过施加电刺激来控制的有效折射率的胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分具有寻常折射率和与所述寻常折射率相差一差值的非寻常折射率，并且包括由间距限定的螺旋结构，其中，所述间距被选择为使得所述间距与所述差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长。


2.根据权利要求1所述的显示设备(1)，其中，所述电光材料(23)的所述有效折射率被控制为在所述显示设备的单视图操作模式中基本上等于所述不能切换的光学透明层(21)的另外的折射率。


3.根据权利要求1或2所述的显示设备(1)，其中，所述间距在从0.1μm至10μm的范围内。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的显示设备(1)，其中，所述胆甾相液晶组分包括交联聚合物。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的显示设备(1)，其中，所述胆甾相液晶组分包括由螺旋轴限定的螺旋结构，所述螺旋轴沿着相对于所述显示面板共面放置的平面的轴延伸。


6.根据权利要求1-4中的任一项所述的显示设备(1)，其中，所述胆甾相液晶组分包括由螺旋轴限定的螺旋结构，所述螺旋轴法向于所述显示面板延伸，使得所述胆甾相液晶组分朝向所述显示面板(3)往回反射所述显示输出的具有与所述螺旋结构相同的旋向性的部分，其中，所述螺旋结构的所述间距被选择为使得所述部分具有在光谱的UV区域内的波长。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的显示设备(1)，其中，所述不能切换的光学透明层(21)包括另外的液晶材料。


8.根据权利要求7所述的显示设备(1)，其中，所述另外的液晶材料包括另外的胆甾相液晶组分，所述另外的胆甾相液晶组分包括由另外的间距限定的另外的螺旋结构，并且具有另外的寻常折射率和与所述另外的寻常折射率相差另外的差值的另外的非寻常折射率；其中，所述另外的间距被选择为使得所述另外的间距与所述另外的差值的另外的乘积等于或小于所述显示输出的所述可见光波长。


9.根据权利要求8所述的显示设备(1)，其中，另外的螺旋轴沿着相对于所述显示面板共面放置的另外的平面的轴延伸。

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·K·费斯特根，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL