透镜阵列结构和显示设备制造技术

一种透镜阵列结构，包括两个顺序排列的双折射透镜阵列，两者能够操作，以将一偏振的入射光导入相应定向分布，并且对垂直于所述一偏振的偏振入射光基本上没有影响。透镜阵列相对取向，从而通过相应的双折射透镜阵列之一，两个垂直偏振成分的入射光导入定向分布，并且不受双折射的另一个的影响。因此偏振的控制允许在两个透镜阵列的作用之间的转换。为了让转换成两个透镜阵列没有影响的第三模式，透镜阵列之一可以是有源的。透镜结构可以在显示设备中采用，以提供可转换的定向显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自动立体显示装置。这种设备可以用于可切换的二维(2D)/三维(3D)自动立体显示装置；可切换的高亮度反射显示系统；多用户显示系统；或定向照明系统。这种系统可以用于计算机监示器、通讯手持装置、数字照相机、膝上型和桌上型计算机、游戏装置、自动和其它移动显示应用。
技术介绍
正常人的视觉是立体的，即，每只眼睛看稍微不同范围的图像。大脑合并两个图像(称为立体对)，以给出深度感。三维立体器显示重放分离的图像(通常是平面的)给每只眼睛，这些分离的图像对应于观看实际范围场景所看到的景象。大脑再次合并立体对，以给出图像的视在深度。图1a示出在显示平面1中的显示表面的平面图。右眼2看显示平面上的右眼同名像点3和左眼4观看显示平面上的左眼同名点5，以产生用户感觉到在屏幕平面后面的视在像点6。图1b示出在显示平面1中的显示表面的平面图。右眼2观看显示平面上的右眼同名像点7和左眼4看显示平面上的左眼同名像点8，以产生在屏幕前面的视在像点9。图1c示出左眼图像10和右眼图像11的细节。左眼图像10中的同名点5位于参考线12上。右眼图像11中的相应同名点3相对参考线12在不同的相对位置3。点3与参考线12的间距13称为视差，在这种情况下，对于位于屏幕平面后面的点来说是正视差。对于在场景中的综合点，在立体对的每个图像中有相应点，如图1a所示。这些点称为同名点。在两个图像之间的同名点的相对间距称为视差；零视差的点对应于在显示器的深度平面的点。图1b示出在显示器后面出现不交叉视差的点，图1c示出在显示器前面出现交叉视差的点。同名点间距的大小、到观察者的距离，和观察者两眼之间的距离得出在显示器上看到的深度量。立体型显示器在现有技术中是公知的，并且涉及用户使用某种观看辅助工具、以基本上分离的视图送到左眼和右眼的显示器。例如，观看辅助工具可以是图像被彩色编码(例如，红和绿)的彩色滤光片；图像在垂直偏振状态解码的偏振玻璃；或视图被解码成与玻璃光阀(shutter)的开启同步的临时图像顺序的光阀玻璃。自动立体显示器不用观察者使用观看辅助工具。在自动立体显示器中，每个视图可以从有限的空间区域看见，如图2所示。图2a示出具有附加视差光学组件17的显示装置16。显示装置产生右眼图像18，用于右眼信道。视差光学组件17沿箭头19所示的方向引导光，以在显示器前面的区域产生右眼视窗20。观察者将他们的右眼22放在窗口20的位置。示出左眼视窗24的位置，用于参考。视窗20也可以称为垂直延伸光瞳。图2b示出左眼光学系统。显示装置16产生左眼图像26，用于左眼信道。视差光学组件17沿箭头28的方向引导光，以在显示器前面的区域产生左眼视窗30。观察者将他们的左眼32放在窗口30的位置。示出右眼视窗20的位置是用于参考。系统包括显示器和光学操纵机构。来自左图像26的光被送到显示器前面的有限区域，称作视窗30。如果眼睛32放在视窗30的位置，那么观察者在整个显示器16上看见正确的图像26。类似地，光学系统将用于右图像18的光送到分离窗口20。如果观察者将他们的右眼22放在这个窗口，那么在整个显示器上看见右眼图像。通常，来自任一图像的光被认为光学指向(即，引导)到相应的定向分布。图3示出在窗口平面42中产生左眼视窗36、37、38和右眼视窗39、40、41的显示平面34中的显示装置16、17的平面图。视窗平面与显示器的间距称为标称视距43。在相对显示器中心位置的窗口37、40是在第零个波瓣44。第零个波瓣44右侧的窗口36、39是在+1波瓣46，而第零个波瓣44左侧的窗口38、41是在-1波瓣。显示器的视窗平面(viewing window plane)表示与显示器相距的一距离，在该距离处横向观看自由度是最大的。对于离开窗口平面的点，具有钻石形的自动立体观看区，如图3的平面图所示。从图中可以看出，来自显示器上每个点的光以有限宽度的锥形传送到视窗。锥形的宽度可以限定为角度宽度。如果眼睛放在一对视区的每一个，诸如37、40，那么在整个显示区将看到自动立体图像。对于第一级，显示器的纵向观看自由度由这些视区的长度来确定。图4中示在显示器的窗口平面上的光强50(构成光的定向分布的一种有形形式)相对理想化的窗口的位置51的变化。右眼窗口位置光强分布52对应于图3中的窗口41，光强分布53对应于窗口37，光强分布54对应于窗口40，和光强分布55对应于窗口36。图5示意性地示出更实际窗口的光强分布与位置关系。右眼窗口位置光强分布56对应于图3中的窗口41，光强分布57对应于窗口37，光强分布对应于窗口40和光强分布59对应于窗口36。图像间隔的质量、显示器的横向观看自由度范围和纵向横向观看自由度范围取决于窗口质量，如图4所示。图4示出理想视窗，而图5是可以从显示器输出的实际视窗的示意图。由于不合适的窗口性能，会出现多个假象。当来自右眼的图像被左眼看见时，出现串扰(cross talk)，反之亦然。这是可导致用户视觉疲劳的明显3D图像退化机理。此外，很差的窗口质量导致观察者的观看自由度降低。光学系统设计成优化视窗的性能。视差元件可以是视差屏障，其包括不透明区与透射区交替的阵列。视差屏障依靠阻挡来自显示区的光，从而降低亮度和装置效率，一般为原始显示亮度的大约20％-40％。由于屏障的子像素对准公差相对显示器的像素结构的要求，视差屏障不容易去除和代替，以便优化显示器的观看自由度。2D模式是一半分辨率。在本领域公知用于立体显示、代替视场屏障的另一种视差光学元件微透镜屏幕(lenticular screen)，其是柱面微透镜垂直延伸的阵列。图6示出利用微透镜屏幕的现有技术显示装置的典型结构。背光60产生光输出62，其入射到LCD输入偏振器64上。光透过TFT LCD衬底66并入射到在LCD像素平面67上、行和列排列的重复像素阵列上。红色像素68、71、74，绿色像素69、72、75，和蓝色像素70、73各包括单独可控制液晶层，并且用叫作黑色掩模(black mask)76的不透明掩模区隔开。每个像素包括透射区或像素孔径78。通过像素的光用LCD像素平面67中的液晶材料调制相位，并且用位于LCD彩色滤光片衬底上的彩色滤光片80调制颜色。然后，光通过在其后面设置微透镜屏幕衬底94的输出偏振器82和在微透镜屏幕衬底94表面上形成的微透镜屏幕96。至于视差屏障，微透镜屏幕96用于将来自交替像素69、71、73、75的光照射到右眼，如用来自像素69的光线88表示，将来自中间列68、70、72、74的光照射到左眼，如用来自像素68的光线90表示。观察者看见来自照明对微透镜屏幕96的单个透镜(lenticular)98孔径的潜在像素的光。用捕获光线100表示捕获光锥形的范围。在上面的布置中，LCD像素平面起空间光调制器(SLM)的作用。作为在本文件中使用的术语空间光调制器或SLM包括“光阀(light vlave)”装置诸如液晶显示器和发射装置诸如电致发光显示器和LED显示器。柱镜显示器(lenticular display)在Tokoshi的“Three Dimensional ImagingTechniques(三维成像技术)(Academic Press，1976)”中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透镜阵列结构，包括顺序排列的第一双折射透镜阵列和第二双折射透镜阵列，其中，所述第一双折射透镜阵列和所述第二双折射透镜阵列能够操作，以将一偏振的入射光导入相应定向分布，并且对垂直于所述一偏振的偏振入射光基本上没有作用，和所 述第一双折射透镜阵列和所述第二双折射透镜阵列相对取向，从而第一偏振成分的入射光被所述第一双折射透镜阵列导入一定向分布，并且不受所述第二双折射透镜阵列的影响，而沿垂直于所述第一偏振成分偏振的第二偏振成分的入射光不受第一双折射透镜阵列的影响，并被所述第二双折射透镜阵列导入一预定定向分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷厄姆J伍德盖特，乔纳森哈罗尔德，
申请(专利权)人：友达光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]