УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ МЕЖДУ ОДНОВИДОВЫМ И МНОГОВИДОВЫМ РЕЖИМОМ
CONVERTIBLE 2D/3D DISPLAY DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам отображения с возможностью переключения между одновидовым и многовидовым режимом, которые используют устройство формирования пучков с возможностью управления переключением между состояниями формирования пучков для обеспечения одновидового и многовидового режима.
Уровень техники
Известен способ осуществления формирования пучков на основе ориентации упорядочения молекул жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке. Управление этим упорядочением может осуществляться путем приложения к нему электрического поля. Переориентация молекул жидкого кристалла дает в результате градиент показателя преломления, что приводит к тому, что луч света, проходящий через жидкокристаллическую ячейку, перенаправляется. Тем самым управление направлением и/или формой светового пучка может осуществляться электрическим образом.
Автостереоскопические устройства отображения включают в себя панель отображения, имеющую матрицу пикселей отображения для формирования отображения, и средство формирования изображения для направления различных видов к различным положениям в пространстве перед дисплеем. Хорошо известен способ использования матрицы вытянутых линзообразных элементов, которые обеспечиваются как протянутые параллельно друг другу и накладывающиеся на матрицу пикселей отображения в качестве средства формирования изображения, и пиксели отображения наблюдаются через эти линзообразные элементы. Такие дисплеи являются примерами многовидовых дисплеев.
В конфигурации, в которой, к примеру, каждая лентикула ассоциируется с двумя столбцами пикселей отображения, пиксели отображения в каждом столбце обеспечивают вертикальный слой соответственного двухмерного элементарного изображения. Линзообразный лист направляет эти два слоя и соответствующие слои из столбцов пикселей, ассоциированных с другими лентикулами, к левому и правому глазам пользователя, разместившегося перед листом, так, что пользователь наблюдает единое стереоскопическое изображение. Лист из линзообразных элементов, таким образом, обеспечивает функцию направления светового выхода.
В других конфигурациях каждая лентикула ассоциирована с группой из четырех или более соседних пикселей отображения в направлении строк. Соответствующие столбцы пикселей отображения в каждой группе размещены подходящим образом для обеспечения вертикального слоя из соответственного двухмерного элементарного изображения. Когда голова пользователя перемещается слева направо, воспринимается набор последовательных различных стереоскопических видов, создавая, к примеру, впечатление оглядывания вокруг.
Вышеописанное устройство обеспечивает эффективное трехмерное отображение. Однако будет понятно, что с целью обеспечения стереоскопических видов присутствует неизбежная потеря в горизонтальном разрешении устройства. Эта потеря в разрешении неприемлема для некоторых приложений, таких как отображение мелких текстовых символов для просмотра с небольших расстояний. По этой причине было предложено обеспечить устройство отображения с возможностью переключения между двухмерным режимом (одновидовым режимом) и трехмерным (стереоскопическим) режимом (многовидовым режимом).
Один способ осуществить это заключается в обеспечении электрически переключаемой линзообразной матрицы. В двухмерном режиме линзообразные элементы переключаемого устройства действуют в «сквозном» режиме, т.е. они ведут себя так же, как плоский лист оптически прозрачного материала. Получающееся отображение имеет высокое разрешение, равное собственному разрешению панели отображения, что подходит для отображения мелких текстовых символов с малых расстояний обзора. Режим двухмерного отображения, разумеется, не может обеспечивать стереоскопическое изображение.
В трехмерном режиме линзообразные элементы переключаемого устройства обеспечивают функцию направления светового выхода, как описано выше. Получающееся отображение имеет возможность обеспечения стереоскопических изображений, но имеет неизбежную потерю в разрешении, упомянутую выше.
С целью обеспечения переключаемых режимов отображения линзообразные элементы переключаемого устройства могут быть сформированы в виде средства формирования пучков из электрооптического материала, такого как жидкокристаллический материал, имеющего показатель преломления с возможностью переключения между двумя значениями. Устройство затем переключается между режимами посредством приложения подходящего электрического потенциала к плоским электродам, обеспеченным над и под линзообразными элементами. Электрический потенциал изменяет показатель преломления линзообразных элементов по отношению к показателю преломления соседнего, оптически прозрачного слоя.
Более подробное описание структуры и функционирования переключаемого устройства может быть найдено в патенте США № 6069650.
В WO 2008/126049 описано устройство формирования пучков, которое использует первый и второй электроды в плоскости, которые генерируют электрическое поле в плоскости. Установлено, что это обеспечивает возможность большего градиента показателя преломления и, следовательно, может быть реализовано более эффективное расхождение/схождение пучков. В предпочтительных конфигурациях устройство формирования пучков имеет набор электродов, возбуждаемых до разных потенциалов, чтобы определить плавное изменение показателя преломления по всей форме устройства формирования пучков. Этот документ также раскрывает использование дополнительных толстых слоев для увеличения фокусного расстояния путем воздействия на электрическое поле, которое генерируется внутри LC-слоя.
Этот подход формирует линзообразные элементы на основе так называемых градиентных (GRIN) линз. Эти переключаемые линзообразные элементы основываются на жидкокристаллическом (LC) слое, расположенном между плоской подложкой и плоским покровным слоем. Подложка снабжена довольно сложной структурой электродов. Путем приложения верного распределения потенциалов к этим электродам линзы обретают хорошие оптические свойства. По сравнению с переключаемыми линзообразными элементами на основе реплик переключаемые линзообразные элементы на основе GRIN имеют несколько преимуществ:
их изготовление совместимо с технологией производства LC-панелей на существующих производствах LC-панелей, и они имеют идеальный 2D-режим.
WO 2007/072289 раскрывает автостереоскопический дисплей с использованием переключаемой линзовой матрицы с градиентным показателем, которая выполнена с возможностью переключения между 2D и 3D-режимами.
Задача настоящего изобретения состоит в уменьшении сложности структуры, реализующей GRIN-линзы.
Раскрытие изобретения
Вышеупомянутая цель достигается посредством настоящего изобретения. Изобретение определяется независимыми пунктами формулы. Зависимые пункты формулы обеспечивают предпочтительные варианты осуществления.
Согласно изобретению обеспечивается устройство отображения, определенное пунктом 1 формулы изобретения. Эта конфигурация имеет простую однослойную структуру для управляемых электродных линий для управления функцией переключения линзообразного элемента (под линзообразным элементом понимается линза) и самое большее с 8 электродами. Электродные линии на границах линзы могут быть общими, и тогда в среднем существует самое большее 7 электродных линий на линзу.
Пиксельные элементы отображения могут быть пикселями отображения в монохромной или цветной панели отображения и могут быть субпикселями цветной панели отображения. Пиксельные элементы отображения могут располагаться строками и столбцами. LC-слой может состоять из материала голубой фазы, имеющего изотопную фазу. Конфигурация, имеющая такой материал голубой фазы, описывается подробно в неопубликованной заявке на европейский патент № 091613778, номер дела поверенного № PH012922EP1.
Один противоэлектрод предпочтительно располагается на стороне второй подложки, и этот электрод может быть заземлен.
Каждый набор электродных линий может содержать ровно одну пару электродных линий в дополнение к первым электродным линиям. Таким образом, на линзу приходится только четыре электродные линии, и если граничные электродные линии общие, получается три в среднем. Только два различных напряжения требуется для осуществления функции линзы, и такая конструкция позволяет избегать пересечений между электродными линиями при соединении электродных линий с требуемыми двумя источниками входного напряжения.
Каждый набор может содержать ровно две пары электродных линий в дополнение к первым электродным линиям. Это обеспечивает возможность улучшенных оптических характеристик линзы, но при этом требует пересечений (и, следовательно, межслойных соединений) для соединения электродных линий с тремя требуемыми источниками входного напряжения. Три различных напряжения затем используются для подведения к компланарным электродам.
Первые электродные линии могут быть уже, чем электродные линии первой пары электродных линий. Это может подходить для случаев, когда отключенное состояние линзы (2D-режим) имеет LC-молекулы, ориентированные параллельно электродным линиям.
В другом варианте осуществления первые электродные линии шире, чем электродные линии первой пары электродных линий. Это может подходить для случаев, когда отключенное состояние линзы (2D-режим) имеет LC-молекулы, ориентированные перпендикулярно электродным линиям. Ширина электродных линий может сужаться от границы линзовой области к центру линзовой области.
Во всех случаях некоторый набор напряжений прилагается к электродам, и предпочтительно более высокая величина напряжения прилагается к первым электродным линиям (на границах линзы), чем к электродным линиям первой пары электродных линий.
Изобретение также обеспечивает способ управления функцией линзы автостереоскопического устройства отображения.
Панель отображения может быть обычной или особой панелью жидкокристаллического дисплея (LCD). В качестве альтернативы панель отображения может быть светодиодной панелью, такой как, например, органическая светодиодная (OLED) панель, или любой другой панелью, имеющей пиксельные элементы отображения.
Устройство отображения предпочтительно выполнено так, чтобы одновидовой режим был двухмерным режимом, а многовидовой режим был автостереоскопическим трехмерным режимом. В этом варианте осуществления устройства отображения с его конфигурацией в 3D-режиме свет от различных пикселей отображения направляется в различных направлениях (в различные виды) внутри зоны видимости отображения так, чтобы свет от этих различных пикселей мог достигать различных глаз одного зрителя. Если затем различные пиксели представляют свет параллактических левого и правого подизображений общего изображения, зритель может наблюдать 3D-изображение без необходимости надевать дополнительные вспомогательные средства для просмотра. Таким образом, достигается автостереоскопический 3D-режим.
В качестве альтернативы устройство отображения может быть выполнено так, чтобы одновидовой режим был обычным двухмерным режимом, а многовидовой режим был режимом для обеспечения по меньшей мере двух различных изображений по меньшей мере двум различным зрителям. В последнем режиме устройство отображения может быть, например, двухвидовым устройством отображения с возможностью обеспечивать в многовидовом режиме два вида двум различным зрителям в различных положениях внутри зоны видимости устройства отображения. Два вида могут иметь различную информацию, такую как, например, транспортная информация для водителя/пилота транспортного средства и развлечения для пассажира помимо водителя, например, сидящего рядом с ним. Транспортным средством может являться машина, автобус, грузовой автомобиль и т.д., или самолет, или судно.
В обеих вышеописанных формах многовидового отображения одновидовой режим предпочтительно имеет структуру, функционирующую так, чтобы он не обеспечивал функцию направления вида. Предпочтительно, чтобы структура была существенно прозрачной для света от пиксельных элементов, чтобы направление распространения этого света не изменялось в зависимости от структуры.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, изображающие настоящий предпочтительный вариант осуществления изобретения, где:
фиг.1a изображает в перспективе иллюстративное устройство формирования пучков, которое может быть модифицировано в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.1b изображает в поперечном сечении устройство формирования пучков с фиг.1a вдоль линии A-A', когда никакое напряжение не приложено к электродам;
фиг.1c изображает в поперечном сечении устройство формирования пучков с фиг.1a вдоль линии A-A', когда напряжение V приложено к электродам;
фиг.2a и 2b изображают характеристики известного осуществления линзы;
фиг.3a и 3b изображают известный способ модификации осуществления линзы;
фиг.4 изображает известное автостереоскопическое устройство отображения;
фиг.5 и 6 используются для иллюстрации того, как известное переключаемое автостереоскопическое устройство отображения может функционировать;
фиг.7 изображает требуемую функцию линзы для автостереоскопического устройства отображения;
фиг.8 изображает первый известный способ для обеспечения напряжений линзам линзообразной матрицы автостереоскопического устройства отображения;
фиг.9 изображает второй известный способ для обеспечения напряжений линзам линзообразной матрицы автостереоскопического устройства отображения;
фиг.10 изображает первый пример конфигурации переключаемых линзообразных элементов для автостереоскопического устройства отображения согласно изобретению;
фиг.11 изображает план расположения электродов для осуществления с фиг.10;
фиг.12 изображает второй пример конфигурации переключаемых линзообразных элементов для автостереоскопического устройства отображения согласно изобретению;
фиг.13 изображает план расположения электродов для осуществления с фиг.12;
фиг.14 изображает план расположения электродов для третьего примера конфигурации переключаемых линзообразных элементов для автостереоскопического устройства отображения согласно изобретению; и
фиг.15 используется для пояснения, как напряжения выбираются для примера с фиг.14.
Осуществление изобретения
В последующем описании настоящее изобретение описывается со ссылками на устройство формирования пучков внутри автостереоскопического дисплея, имеющего гомеотропноупорядоченный жидкокристаллический слой; жидкокристаллические (LC) молекулы, содержащиеся в LC-слое, ориентированы перпендикулярно подложкам, когда напряжение не приложено к электродам. Следует заметить, что это не ограничивает объем настоящего изобретения, которое в той же степени применимо к устройствам формирования пучков, в которых жидкокристаллический слой упорядочен любым другим образом, таким как плоская ориентация, в которой LC-молекулы ориентированы в плоскости, параллельной подложкам. В этой ориентации LC-молекулы могут быть упорядочены параллельно или перпендикулярно электродам или иметь гибридную ориентацию, где LC-молекулы имеют первую ориентацию, примыкающую к первой подложке, и вторую ориентацию, ортогональную первой ориентации, примыкающую ко второй подложке.
Кроме того, чтобы не затемнять сущность настоящего изобретения подробностями, непосредственно не относящимися к нему, дополнительные слои, хорошо известные специалистам в области техники, такие как упорядочивающие слои для упорядочения LC-молекул и т.д., не изображаются на сопроводительных чертежах и не описываются здесь подробно.
Следует заметить, что чертежи выполнены не в масштабе. Однако, чтобы дать представление подходящих размеров, может быть упомянуто, что ширина проводящей линии в электродах, как правило, находится в диапазоне от 1 мкм до 20 мкм. Кроме того, проводящие линии, как правило, располагаются на расстоянии от 10 мкм до 100 мкм друг от друга, и толщина LC-слоя обычно от 5 мкм до 50 мкм.
Изобретение относится к использованию устройства формирования пучков внутри 2D/3D-переключаемого устройства отображения. Однако сначала описываются общие принципы, относящиеся к устройству формирования пучков, после чего поясняется реализация в 2D/3D-дисплее.
Изобретение основывается на подходе, описанном в WO 2008/126049.
Фиг.1a-c схематично показывают иллюстративное устройство формирования лучей, как описано в WO 2008/126049, которое может быть модифицировано этим изобретением.
На фиг.1a изображено устройство 1 формирования пучков, содержащее гомеотропно упорядоченный жидкокристаллический (LC) слой 2, размещенный между первой 3 и второй 4 прозрачными подложками. На первой подложке 3, в направлении LC-слоя 2, первый 5 и второй 6 гребневидные прозрачные электроды обеспечиваются. Посредством приложения напряжения V к этим электродам 5, 6 коллимированный световой пучок 7, падающий на устройство формирования пучков, может быть отклонен, как схематически иллюстрируется на фиг.1a.
Фиг.1b, которая изображает вид в поперечном сечении вдоль линии A-A' на фиг.1a, схематично показывает ситуацию, когда напряжение не приложено к электродам 5, 6. Поскольку напряжение не приложено, никакого электрического поля не образуется, и, следовательно, LC-молекулы имеют ориентацию, наложенную на них упорядочивающими слоями (не показаны). В случае, иллюстрируемом на фиг.1b, LC-молекулы гомеотропно упорядочены, и форма падающего светового пучка 7, здесь представленная тремя параллельными лучами 11a-c света, остается неизменной при прохождении через устройство 1 формирования пучков.
o
e
Со ссылками на фиг.1c, где схематично показана ситуация, когда напряжение V приложено к электродам 5, 6, более подробно описан механизм формирования пучков, используемый устройством формирования пучков на фиг.1a. Как схематично показано на фиг.1c, жидкокристаллические (LC) молекулы 10a-c, содержащиеся в LC-слое 2, упорядочиваются по линиям электрического поля между электродами 5, 6. Ввиду этой переориентации формируются области LC-слоя 2, имеющие различные показатели преломления. В иллюстративном случае, иллюстрируемом на фиг.1c, показатель преломления, испытываемый световым пучком 7, падающим на устройство 1 формирования пучков в направлении, которое (локально) перпендикулярно ему, варьируется между обыкновенным показателем преломления n, обусловленным LC-молекулами 10a, ориентированными перпендикулярно LC-слою 2, и необыкновенным показателем преломления n, обусловленным LC-молекулами 10c, ориентированными параллельно LC-слою 2. Свет, падающий на устройство 1 формирования пучков между его частью с "перпендикулярными" LC-молекулами 10a и его частью с "параллельными" LC-молекулами 10c, будет испытывать промежуточный показатель преломления, падая на LC-молекулы 10b. Упорядочение молекул следует за электрическим полем в плоскости. Это означает, что линии поля проходят между электродами, которые находятся существенно в одной плоскости. Линии поля изгибаются и проходят в LC, но линии поля параллельны плоскости LC-слоя по меньшей мере на части их длины, чтобы определить непрерывную траекторию от одного электрода к другому. Общий эффект в том, чтобы определить линзу с градиентным показателем преломления (GRIN).
На фиг.1c три луча 12a, b, c, представляющие компоненту линейной поляризации неполяризованного света, имеющую направление поляризации, которое перпендикулярно продольной оси LC-молекул (обыкновенных лучей), проходят через устройство 1 формирования пучков, практически не испытывая градиентного показателя преломления. Таким образом, ни у одного из этих лучей 12a-c существенно не изменяется направление при прохождении через LC-слой 2.
Другая компонента поляризации, лучи 13a, b, c, представляющая свет, поляризованный в плоскости продольной оси молекул (необыкновенных лучей), с другой стороны, испытывает градиент показателя преломления и, следовательно, преломляется, как схематично показано на фиг.1c.
Следовательно, управление максимум 50% света в неполяризованном световом пучке 7 осуществляется устройством 1 формирования пучков на фиг.1a-c.
Как описано в WO 2008/126049, путем складывания элементов формирования пучков может быть достигнуто управление существенно всем светом в неполяризованном световом пучке.
При использовании устройства формирования пучков для осуществления функции линзы, как требуется для использования в автостереоскопическом дисплее, требуются более двух электродов на линзу, чтобы обеспечить возможность нелинейно варьировать напряжение по всей линзе. Фиг.2 показывает аналитический расчет GRIN-линзы с 23 электродами. Профиль показателя преломления показан на фиг.2(a) для двух различных управляющих напряжений, и угловой профиль показан на фиг.2(b).
Как рассматривается в WO 2008/126049, кривые имеют существенные неровности, которые являются результатом дифракционных эффектов в GRIN-линзах, и WO 2008/126049 представляет разрешение этой проблемы.
Фиг.3(a) показывает базовое осуществление GRIN-линзы с электродами 20 в плоскости на поверхности изоляционного слоя 21, соприкасающимися с LC-слоем 22, в котором определяется структура показателя преломления. Фиг.3(b) изображает защитный слой 24 между электродами и LC-слоем, который используется для уменьшения эффектов решетки в LC-слое.
Фиг.4 изображает схематичный вид в перспективе известного автостереоскопического устройства 100 отображения прямого видения. Известное устройство 100 содержит жидкокристаллическую панель 103 отображения активно-матричного типа, которая действует как пространственный модулятор света для обеспечения отображения.
Панель 103 отображения имеет ортогональную матрицу пикселей 105 отображения, расположенных строками и столбцами. Для ясности только небольшое количество пикселей 105 отображения показано на фигуре. На практике панель 103 отображения может содержать около тысячи строк и несколько тысяч столбцов пикселей 105 отображения.
Структура жидкокристаллической панели 103 отображения полностью стандартна. В частности, панель 103 содержит пару прозрачных стеклянных подложек на некотором расстоянии друг от друга, между которыми обеспечивается упорядоченный скрученный нематик или другой жидкокристаллический материал. Подложки поддерживают структуры прозрачных электродов из оксида индия и олова (ITO) на внутренних поверхностях. Поляризационные слои также обеспечиваются на внешних поверхностях подложек.
Каждый пиксель 105 отображения может содержать противоэлектроды на подложках с находящимся между ними жидкокристаллическим материалом. Форма и расположение пикселей 105 отображения определяются формой и расположением электродов. Пиксели 105 отображения обычным образом разнесены друг от друга промежутками.
Каждый пиксель 105 отображения ассоциирован с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Пикселями отображения осуществляется управление для формирования отображения путем обеспечения сигналов адресации переключающим элементам, и подходящие схемы адресации будут известны специалистам в области техники.
Панель 103 отображения освещается источником 107 света, содержащим в этом случае плоскую заднюю подсветку, проходящую по зоне матрицы пикселей отображения. Свет от источника 107 света направляется через панель 103 отображения, при этом осуществляется управление отдельными пикселями 105 отображения для модуляции света и формирования отображения.
Устройство 100 отображения также содержит линзообразный лист 109, расположенный поверх отображающей стороны панели 103 отображения, который выполняет функцию формирования вида. Линзообразный лист 109 содержит строку линзообразных элементов 111, проходящих параллельно друг другу, из которых показан только один с увеличенными размерами для ясности.
Линзообразные элементы 111 имеют форму выпуклых цилиндрических линз и действуют как средство направления исходящего света для обеспечения различных изображений, или видов, от панели 103 отображения к глазам пользователя, расположившегося перед устройством 100 отображения.
Автостереоскопическое устройство 100 отображения, показанное на фиг.4, имеет возможность обеспечения нескольких различных перспективных видов в различных направлениях. В частности, каждый линзообразный элемент 111 накладывается на небольшую группу пикселей 105 отображения в каждой строке. Линзообразный элемент 111 проецирует каждый пиксель 105 отображения из группы в различных направлениях, чтобы сформировать несколько различных видов. Когда голова пользователя перемещается слева направо, его глаза примут различные виды из нескольких поочередно.
Было предложено обеспечить электрически переключаемые линзовые элементы, как упомянуто выше. Это обеспечивает возможность переключения отображения между 2D- и 3D-режимами.
Фиг.5 и 6 схематично изображают матрицу электрически переключаемых линзообразных элементов 115. Матрица содержит пару прозрачных стеклянных подложек 119, 121 с прозрачными электродами 123, 125, сформированными из оксида индия и олова (ITO), обеспеченными на их внутренних сторонах. Инвертирующая линзовая структура 127, сформированная с использованием техники репликации, обеспечена между подложками 119, 121, примыкая к верхней подложке 119. Жидкокристаллический материал 129 также обеспечен между подложками 119, 121, примыкая к нижней подложке 121.
Инвертирующая линзовая структура 127 заставляет жидкокристаллический материал 129 принимать параллельные вытянутые линзообразные формы между инвертирующей линзовой структурой 127 и нижней подложкой 121, как показано на поперечном сечении на фиг.5 и 6. Поверхности инвертирующей линзовой структуры 127 и нижней подложки 121, которые соприкасаются с жидкокристаллическим материалом, также обеспечиваются ориентационным слоем (не показано) для ориентирования жидкокристаллического материала.
Фиг.5 изображает матрицу, когда электрический потенциал не приложен к электродам 123, 125. В этом состоянии показатель преломления жидкокристаллического материала 129 для света определенной поляризации существенно выше, чем у инвертирующей линзовой матрицы 127, и линзообразные формы, следовательно, обеспечивают функцию направления светового выхода, т.е. линзовую функцию, как иллюстрируется.
Фиг.6 показывает матрицу, когда переменный электрический потенциал приблизительно 50-100 вольт прилагается к электродам 123, 125. В этом состоянии показатель преломления жидкокристаллического материала 129 для света определенной поляризации существенно тот же, что и у инвертирующей линзовой матрицы 127, так что функция направления светового выхода линзообразных форм подавляется, как иллюстрируется. Таким образом, в этом состоянии матрица фактически действует в «сквозном» режиме.
Специалисту будет понятно, что средство поляризации света должно быть использовано совместно с вышеописанной матрицей, поскольку жидкокристаллический материал - двоякопреломляющий, с переключением показателя преломления, прилагающимся только к свету определенной поляризации. Средство поляризации света может обеспечиваться в составе панели отображения или средства формирования изображения устройства.
Фиг.7 изображает принцип действия средства формирования изображения линзообразного типа, как описано выше, и показывает заднюю подсветку 130, устройство 134 отображения, такое как LCD, и линзообразную матрицу 138.
При изготовлении устройства, показанного на фиг.5 и 6, используют линзообразные элементы-реплики, что требует оборудования, которое нестандартно для промышленных предприятий. Использование устройства формирования пучков, как описано выше, имеющего функцию линзы с градиентным показателем со сторонним управлением, таким образом, упрощает процесс изготовления.
Когда устройство формирования пучков используется для реализации ступенчатых линз, электроды проходят параллельно оси вытянутых линз (так, что форма линзы определяется по всей ширине линзы).
Как упомянуто выше, прежде было признано, что желательно наличие множества электродов на линзу, и набор напряжений прикладывается к электродам. Тот же набор напряжений может быть приложен к набору электродов каждой ступенчатой линзы, и в WO 2008/126049 предлагается упростить подачу напряжений к электродам путем обеспечения набора электродов на шине 140 линий напряжения, как показано на фиг.8.
Фиг.8 изображает часть конфигурации, в которой к каждой цилиндрической линзе ширины 0,38 мм подведены 23 различных напряжения. Фигура изображает часть четырех цилиндрических линз, каждая из которых покрыта 23 ITO-электродами, проходящими в направлении сверху вниз. Набор напряжений прикладывается к электродам одной ступенчатой линзы в противоположном порядке относительно электродов соседних линзообразных линз. Это дает треугольную схему соединения точек ответвления, показанную между шиной 140 и электродными линиями 142.
В отключенном состоянии LC-молекулы упорядочиваются перпендикулярно электродам.
В этом осуществлении, если используются электроды равной ширины и если несколько десятков электродов должны быть использованы для получения правильного распределения электрического поля, это, в свою очередь, означает, что ширина электродов будет мала. Также требуются сотни линз и, таким образом, тысячи электродов. На практике это приводит к проблемам изготовления, таким как возникновение коротких замыканий между электродами. Это также приводит к дифракции света, пересекающего линзы, что приводит к некоторому ухудшению оптических свойств линз.
Упрощенный подход раскрывается в работе Hyung Ki Hong и др. «Autostereoscopic 2D/3D switching Display using Electric-field driven LC Lens (ELC Lens)», SID 08, стр. 348 (статья 026), 2008, и в работе Hyung Ki Hong и др. «Electric-field-driven LC lens for 2D/3D autostereoscopic display», JSID 17, стр. 399, 2009.
Поперечное сечение GRIN-линзы изображено на фиг.9. Изображены правая половина и левая половина двух соседних линз соответственно. LC-слой 150 размещен между подложкой 152 и покрытием 154. Покрытие 154 имеет сплошной электрод с потенциалом Земли. Подложка 152 имеет два слоя электродов 156, 158. Слой 156, ближайший к LC-слоям, имеет узкие электроды с относительно высоким потенциалом. Слой 158, более далекий от LC-слоя, имеет широкие электроды с относительно низким потенциалом. Электроды ориентированы перпендикулярно чертежу.
LC-материал имеет нематический тип. В отключенном состоянии LC-молекулы ориентированы параллельно электродам (т.е. перпендикулярно чертежу): направление трения упорядочивающих слоев, соприкасающихся с LC-слоем, перпендикулярно чертежу.
Этот способ рассчитан на подложку с двумя слоями электродов с диэлектрическим слоем между ними, что также усложняет способ изготовления.
Изобретение обеспечивает осуществление GRIN-линзы с небольшим количеством электродов, причем все ведущие электроды находятся в одной плоскости. Кроме того, это выполняется без ухудшения оптических свойств линзы.
Изобретение обеспечивает несколько примеров. Некоторые из них могут рассматриваться как упрощенные конфигурации по сравнению с конфигурацией по фиг.9 (в которой в отключенном состоянии LC-молекулы ориентированы параллельно электродам), а другие могут рассматриваться как упрощенные конфигурации по сравнению с конфигурацией по фиг.8 (в которой в отключенном состоянии LC-молекулы ориентированы перпендикулярно электродам).
Первый вариант осуществления согласно изобретению описывается со ссылками на фиг.10 и 11.
Как в примере фиг.9, в отключенном состоянии (нет напряжений на электродах) LC-молекулы ориентированы параллельно электродам (т.е. перпендикулярно чертежу на верхней фигуре на фиг.10).
Линзовая структура содержит один слой 160 электродов. Для каждой линзы присутствует один узкий электрод 162 с относительно высоким потенциалом и два широких электрода 164 с относительно низким потенциалом. Пример возможных напряжений представлен на фиг.10 (и на фиг.12 ниже), но это не предназначено для ограничения, поскольку напряжения будут зависеть от используемого LC-материала. LC-слой может иметь толщину около 50 мкм, а ширина линзы может быть около 200 мкм. Середина чертежа изображает границу между двумя соседними линзами, и узкий электрод находится на этой границе и разделяется между линзами с каждой стороны границы. На нижней фигуре на фиг.10 изображены результаты моделирования.
Фиг.10 также изображает противоэлектрод 165, который заземлен в этом примере, на противоположной стороне LC-слоя 166 относительно электрода 160 в плоскости.
Эффективный показатель преломления по отношению к поперечному положению вдоль линзы показан кривой 166 (которая аппроксимируется параболой 166', что желательно), а кривая 168 изображает угол отклонения по отношению к поперечному положению (который аппроксимируется прямой линией 168', что желательно и что демонстрирует хорошие оптические свойства).
L
На фиг.11 изображен вид сверху конфигурации электродов. Вертикальные пунктирные линии обозначают границы отдельных линз. P обозначает шаг линз. Расположение простое и не требует пересечения электродов.
Хотя два соседних широких электрода 164 около середины каждой линзы имеют один и тот же потенциал, они не объединяются в один очень широкий электрод: найдено, что промежуток между ними улучшает оптические характеристики. Таким образом, соседние электроды, ближайшие к центру каждого линзового блока, имеют один и тот же потенциал и разделены промежутком.
Второй вариант осуществления согласно изобретению описывается со ссылками на фиг.12 и фиг.13.
В первом варианте осуществления подложка с одним слоем электродов, имеющим только два типа электродов, достаточна для получения GRIN-линз с приемлемыми оптическими свойствами. Оптические свойства могут быть улучшены путем обеспечения возможности использования более двух типов электродов. Расположение, имеющее три типа электродов, изображено на фиг.12 и 13. Это расположение даст более хорошие оптические свойства, но некоторые электроды должны пересекаться.
В конфигурации по фиг.12 присутствует узкий электрод 162 с высоким потенциалом на границах линзы и четыре центральных электрода для каждой линзы. К внешним двум 164a (ближайшим к границе линзы) приложено более низкое напряжение, а к средним двум 164b (ближайшим к центру линзы) приложено самое низкое напряжение. Как изображено на фиг.13, присутствует три линии 170 для адресации. Эти линии могут быть все с одной стороны или распределены по двум сторонам. Также для избыточности они могут быть одинаковыми на обеих сторонах.
Как и в случае первого варианта осуществления, к двум соседним электродам 164b возле середины каждой линзы подведен один и тот же потенциал, но они не объединяются в один очень широкий электрод. Эта конфигурация требует перемычки 171 для осуществления соединения с линией 170 источников напряжения, поскольку требуется пересечение линий.
Третий вариант осуществления согласно изобретению описывается со ссылками на фиг.14, где показан вид сверху конфигурации.
Этот вариант осуществления может рассматриваться для определения упрощенной конфигурации электродов по сравнению с примером с фиг.8. Вместо множества электродов с равной шириной обеспечивается меньше электродов, имеющих различные ширины.
В конфигурации по фиг.14 снова присутствует три типа электродов и, следовательно, три линии 170 для адресации. От середины линзы к границам линзы ширина электродов возрастает так, что узкий электрод находится в центре. В этом случае существует один центральный электрод, за которым следует одна пара боковых электродов, за которыми следует пара электродов на границах.
В идеальном случае распределение напряжения по ширине линзы имеет параболическую форму, как изображено пунктирной кривой на фиг.15.
Пусть V(x) - распределение напряжения по ширине линзы (центр линзы соответствует x=0). В идеальном случае
Здесь c является константой. Внутри границ линзы эта кривая разделяется на некоторое количество областей, соответствующих количеству электродов.
i
i
Пусть V и S - напряжение, приложенное к электроду i, и ширина электрода i соответственно. В местах, где производная идеального распределения напряжения мала, электроды могут быть широкими. В местах, где производная велика, электроды должны быть узкими.
i
В приближении (со ссылкой на фиг.15) V должно быть средним потенциалом внутри области, занимаемой электродом i:
Следует заметить, что вышеупомянутые модификации и варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение и что специалисты в области техники будут иметь возможность спроектировать множество альтернативных вариантов осуществления без выхода за пределы объема, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
В вышеприведенных вариантах осуществления дисплей конструируется так, чтобы в многовидовом режиме он функционировал как автостереоскопическое устройство отображения. В других вариантах осуществления многовидового устройства отображения дисплей может быть выполнен так, чтобы в многовидовом режиме обеспечивать по меньшей мере два различных вида по меньшей мере двум различным зрителям, в то время как в одновидовом режиме он ведет себя аналогично одновидовому режиму ранее описанного автостереоскопического варианта осуществления дисплея согласно изобретению. Таким образом, к примеру, водитель/пилот и второй водитель/второй пилот транспортного средства или летательного аппарата могут обеспечиваться транспортными данными и нетранспортными данными, такими как фильм или иное соответственно. Подробное описание таких дисплеев имеется, например, в международной заявке PCT/IB03/03844, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Эта международная заявка обеспечивает двухвидовые дисплеи, имеющие параллаксные барьеры или имеющие линзообразные матрицы. Без необходимости повторять содержимое упомянутой заявки описание вариантов осуществления, которые относятся к дисплею, имеющему линзообразную матрицу в PCT/IB03/03844, обеспечивает примеры того, как конструировать двухвидовой дисплей в смысле отношений пиксельных размеров и осуществления линзообразных элементов. Чтобы получить двухвидовой дисплей согласно настоящему изобретению, линзообразный элемент дисплея по PCT/IB03/03844 должен быть заменен регулировочным средством согласно настоящему изобретению, причем размеры линзообразных элементов регулировочного средства должны быть выбраны в соответствии с описанием для подходящих вариантов осуществления дисплея по PCT/IB03/03844. Таким образом, электроды из конфигурации настоящего изобретения должны быть выбраны так, чтобы соответствующие области ступенчатых линз соответствовали описанным ступенчатым линзам, необходимым для дисплея по PCT/IB03/03844.
Таким образом, изобретение было описано с использованием LCD-панели отображения. Однако могут быть использованы и любые другие панели, имеющие пиксельные элементы отображения. В таком случае может быть использована светодиодная (LED) панель или органическая светодиодная (OLED) панель. Если переключающая конфигурация работает с поляризованным светом, поляризатор может быть использован для поляризации света панелей отображения, которые обеспечивают неполяризованный свет, таких как LED или OLED-панели. Если переключающая конфигурация работает с неполяризованным светом, например, с использованием жидкокристаллического материала голубой фазы в жидкокристаллическом слое, можно обойтись без дополнительного поляризатора, когда используются панели отображения, обеспечивающие неполяризованный свет. Для дополнительной информации относительно материала голубой фазы можно сослаться на неопубликованную заявку на европейский патент № 091613778, номер дела поверенного PH012922EP1, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
В пунктах формулы любые ссылочные позиции в скобках не должны рассматриваться как ограничивающие пункт формулы. Слово «содержащий» не исключает возможности наличия элементов или этапов, отличных от перечисленных в пункте формулы. Упоминание элемента в единственном числе не исключает возможности наличия множества таких элементов. В пункте устройства, перечисляющем несколько средств, несколько из этих средств могут осуществляться одной и той же единицей аппаратных средств. Тот факт, что некоторые меры указаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что объединение этих мер не может быть использовано для достижения преимуществ.