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TWI878924B - 裸眼立體顯示裝置及用於降低裸眼立體顯示裝置中向錯之方法 - Google Patents

裸眼立體顯示裝置及用於降低裸眼立體顯示裝置中向錯之方法 Download PDF

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TWI878924B
TWI878924B TW112122790A TW112122790A TWI878924B TW I878924 B TWI878924 B TW I878924B TW 112122790 A TW112122790 A TW 112122790A TW 112122790 A TW112122790 A TW 112122790A TW I878924 B TWI878924 B TW I878924B
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荷蘭商戴蒙科控股有限公司
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Abstract

本發明係關於一種用於降低可在一2D視圖模式與一3D視圖模式之間電切換之一裸眼立體顯示裝置中向錯之方法，其中該方法包括改變凸透鏡裝置中兩個液晶配向方向之間的角度，以藉此判定在於兩種視圖模式之間切換之後引起向錯之一最小或一可接受發生之一角度。本發明進一步係關於一種在於兩種視圖模式之間切換時展現降低的向錯之裸眼立體顯示裝置。

Description

裸眼立體顯示裝置及用於降低裸眼立體顯示裝置中向錯之方法
本發明係關於一種用於降低可從一第一視圖模式電切換至一第二視圖模式之一裸眼立體顯示裝置中向錯之方法；且係關於一種可從一第一視圖模式電切換至一第二視圖模式之裸眼立體顯示裝置。
能夠在二維與三維視圖模式之間電切換之顯示器(通常被稱為2D/3D可切換裸眼立體顯示器)在過去二十年中已吸引極大關注。一常見方法係用一凸透鏡裝置內襯於一像素陣列，該凸透鏡裝置包括鄰近於一液晶介質之一半圓柱狀微透鏡(凸透鏡)陣列，該液晶介質可在一電場之影響下在兩個液晶定向之間切換。在一第一定向中，液晶介質之指向矢在顯示器之平面中；且在一第二定向中，液晶介質之指向矢垂直於顯示器之平面。
在此設置中，各凸透鏡與一群組之至少兩行(子)像素相關聯，該等(子)像素平行於透鏡延伸，或與透鏡成一定角度(傾斜)延伸。行進穿過凸透鏡裝置之像素輸出經受凸透鏡及液晶介質之光學性質。凸透鏡之折射率係固定的，但相鄰液晶介質之折射率可藉由在兩個液晶定向之間切換而在兩個值之間切換；一第一折射率對應於沿著液晶之指向矢偏振之 光，且一第二折射率對應於垂直於指向矢偏振之光。由於像素輸出實質上垂直於顯示器平面行進，故其「經歷」第一抑或第二折射率。在一第一視圖模式中，液晶介質處於第一定向。其折射率與凸透鏡之折射率匹配，藉此剝奪凸透鏡之一聚焦效果且使凸透鏡裝置表現為一透明且平坦之光學面板。此形成裸眼立體顯示器之二維視圖模式。在一第二視圖模式中，液晶介質處於第二液晶定向。折射率不匹配，此允許各凸透鏡展現一聚焦效果。此可將來自不同像素行之輸出引導至顯示器前方之不同空間位置，此繼而允許一觀看者感知由一左影像及一右影像組成之一個三維影像。此形成裸眼立體顯示器之三維視圖模式。因此將清楚，在液晶定向之間的一良好控制之切換已在可在二維與三維視圖模式之間切換之顯示器之設計中變得至關重要。
藉由改變液晶材料所經受之電場，發生從一個液晶定向至另一液晶定向之一切換。此通常需要施加一電場(在不存在此場之情況下)，抑或關斷一電場(在其經受此場之情況下)。重要的係，在電場之此變化後，液晶定向均勻地改變。然而，情況通常並非如此。接著觀察到在液晶介質中形成具有不同液晶定向之不同域。在此等域之邊界處，液晶分子之定向發生一突變。此邊界被稱為一「向錯」。相鄰域之光學性質並不完全相同，而在向錯處發生光學像差。此在已切換至3D視圖模式時導致增加的串擾，且在已切換至2D視圖模式時導致一較低影像品質。
在習知之電可切換2D/3D顯示器中，向錯係一問題。其等在從一個液晶定向切換至另一液晶定向時形成。此外，此通常不限於一特定顯示器中之一單一發生。向錯可能出現在顯示器上之多個位置處。除其等之形成外，其等之持久性亦成問題，因為許多向錯在較長時期堅挺存 在，例如，一分鐘以上，十分鐘以上或甚至永久。
迄今為止，已進行一些努力以降低甚至完全防止向錯之形成。例如，已嘗試藉由施加具有一特定斜坡之一電壓來施加具有一特定輪廓之電場，使得切換逐漸地而非瞬時地發生(參見例如，WO2020135731)。雖然此在一定程度上緩解問題，但其實施方案並不足夠。
一具體缺點在於，當使用一電壓斜坡時，2D/3D切換花費更多時間。在該時間期間，通常為5秒至30秒，顯示器之效能受損，特定言之存在增加程度的串擾。而且，必須針對各新模型類型謹慎地程式化及測試一特定電壓斜坡，而生產變動可容易導致液晶介質之行為與電壓斜坡之間的一不匹配。
因此，本發明之一目的係提供一種電可切換2D/3D顯示器，其中在切換時不形成向錯，或至少與已知切換程序中相比在較少程度上形成向錯。例如，向錯之大小、數目及/或持續時間減低。向錯僅存在太短之一時間跨度而無法被視為有問題亦為一目的。提供不如此項技術中已知之解決方案複雜之一解決方案亦為一目的。更一般而言，本發明之一目的係改良一裸眼立體顯示器之一觀看者之觀看體驗。
現已發現，可藉由調適顯示輸出之偏振方向來達成此等目的之一或多者。
因此，本發明係關於一種用於降低可在一第一視圖模式與一第二視圖模式之間電切換之一裸眼立體顯示裝置(11)中向錯之方法，該裸眼立體顯示裝置(11)包括 -一顯示面板(1)，其包括○一顯示像素元件陣列，其用於產生一顯示輸出；○一線性偏振器，其經組態以將該顯示輸出濾波成一明確定義之偏振方向；-一凸透鏡裝置(2)，其提供在該顯示面板(1)上方，該顯示面板(1)可電切換以提供該第一視圖模式或該第二視圖模式，該凸透鏡裝置(2)包括○一第一光學透明基板(4)，其包括一凸透鏡元件陣列，其中該等凸透鏡元件具有一第一內表面(4a)，該第一內表面(4a)具有具一第一液晶配向方向之液晶配向性質；○一第二光學透明基板(5)，其具有-一外表面(5b)，其面向該線性偏振器且經組態以接收該顯示輸出；-一第二內表面(5a)，其具有具與該線性偏振器之偏振方向一致之一第二液晶配向方向之液晶配向性質，該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)面向彼此；○一第一平面切換電極(6)，其配置在該第一光學透明基板(4)之一側處；○一第二平面切換電極(7)，其配置在該第二光學透明基板(5)之一側處；○一液晶介質(8)，其包括液晶分子(9)，該液晶介質係夾置在該兩個基板(4、5)之間且與該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)接觸，其中-在第一視圖模式中，液晶分子(9)位於兩個平面切換電極 (6、7)之平面中；及-在第二視圖模式中，液晶分子(9)係法向於兩個平面切換電極(6、7)定向；-一構件(3)，其用於跨兩個平面切換電極(6、7)施加一切換電壓以實現從第一視圖模式至第二視圖模式之切換；其中，在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)定義具有一螺旋扭轉之一螺旋線(10)，該螺旋扭轉係由該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的一角度定義；其中，該方法包括改變該凸透鏡裝置(2)中之該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的角度，以藉此判定在從該第一視圖模式切換至該第二視圖模式之後引起向錯之一最小或一可接受發生之一角度。
本發明進一步係關於一種可在一第一視圖模式與一第二視圖模式之間電切換之裸眼立體顯示裝置(11)，該裸眼立體顯示裝置(11)包括-一顯示面板(1)，其包括○一顯示像素元件陣列，其用於產生一顯示輸出；○一線性偏振器，其經組態以將該顯示輸出濾波成一明確定義之偏振方向；-一凸透鏡裝置(2)，其提供在該顯示面板上方，該顯示面板可電切換以提供該第一視圖模式或該第二視圖模式，該凸透鏡裝置(2)包括○一第一光學透明基板(4)，其包括一凸透鏡元件陣列，其中該等凸透鏡元件具有一第一內表面(4a)，該第一內表面(4a)具有具一第一液晶配向方向之液晶配向性質； ○一第二光學透明基板(5)，其具有-一外表面(5b)，其面向該線性偏振器且經組態以接收該顯示輸出；-一第二內表面(5a)，其具有具與該線性偏振器之偏振方向一致之一第二液晶配向方向之液晶配向性質，該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)面向彼此；○一第一平面切換電極(6)，其配置在該第一光學透明基板(4)之一側處；○一第二平面切換電極(7)，其配置在該第二光學透明基板(5)之一側處；○一液晶介質(8)，其包括液晶分子(9)，該液晶介質係夾置在該兩個基板(4、5)之間且與該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)接觸，其中-在第一視圖模式中，液晶分子(9)位於兩個平面切換電極(6、7)之平面中；及-在第二視圖模式中，液晶分子(9)係法向於兩個平面切換電極(6、7)定向；-一構件(3)，其用於跨兩個平面切換電極(6、7)施加一切換電壓以實現從第一視圖模式至第二視圖模式之切換；其中-在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)定義具有一螺旋扭轉之一螺旋線(10)，該螺旋扭轉係由該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的角度定義； -第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度在4°至86°之範圍內。
特定言之，該角度係在該裸眼立體顯示裝置(11)已從該第一視圖模式切換至該第二視圖模式之後引起向錯之一最小或一可接受發生之一角度。
1:顯示面板/顯示元件
2:凸透鏡裝置
3:構件
4:第一光學透明基板/背景板
4a:第一內表面
5:第二光學透明基板/前景板
5a:第二內表面
5b:外表面
6:第一平面切換電極
7:第二平面切換電極
8:液晶介質
9:液晶分子
10:螺旋線
11:裸眼立體顯示裝置
12:規則形狀
13:曲線
圖1示意性地顯示處於一第一視圖模式之一已知裸眼立體顯示裝置(11)。
圖2示意性地顯示處於一第二視圖模式之一已知裸眼立體顯示裝置(11)。
圖3顯示圖1之裸眼立體顯示裝置(11)之凸透鏡裝置(2)之一簡化圖示。
圖4顯示由於本發明之方法而獲得之一凸透鏡裝置(2)之一簡化圖示。
圖5係在從第一視圖模式切換至第二視圖模式之後產生向錯之一已知凸透鏡裝置(2)之一顯微鏡圖像。
圖中之元件係為簡單及清楚起見而繪示且不一定按比例繪製。例如，圖中之一些元件之尺寸可相對於其他元件放大以幫助改良對本發明之各種例示性實施例之理解。例如，無法從圖導出示意性液晶分子及凸透鏡元件相對於一裸眼立體顯示裝置之其他組件之相對尺寸。而且，可從圖導出之角度不一定具有與此等角度之描述中所報告之例示性值相同之值。
此外，本描述及發明申請專利範圍中之術語「第一」、「第二」及類似者大體上用於區分類似元件且不一定用於描述一循序或時序順序。
在本發明之內容脈絡中，術語「觀看者」意謂可能消費(特定言之觀看)由一裸眼立體顯示裝置呈現之內容之一人。在整個文本中，對觀看者之引用將由男性字詞來進行，如「他(he、him)」或「他的」。此僅係為了清楚及簡潔的目的，且應理解，如「她」及「她的」之女性字詞同樣適用。
在本發明之內容脈絡中，術語「扭轉」或「螺旋扭轉」意謂一螺旋線所扭轉之絕對及總角度，從螺旋線之一起點至螺旋線之一終點判定。在一已知凸透鏡裝置中，由液晶分子形成之一螺旋線之扭轉通常在0°與180°之間，特定言之在0°與90°之間。在根據本發明之一凸透鏡裝置(2)中，扭轉在4°至86°之範圍內。由於螺旋線存在於第一內表面(4a)與第二內表面(5a)之間，故螺旋線之起點及終點係由此兩個表面標記。
應理解，液晶介質係一種雙折射材料，其對沿著液晶介質之指向矢行進之光具有一第一折射率，且對垂直於液晶介質之指向矢行進之光具有一第二折射率。當於在整個文本中關於液晶介質使用術語「折射率」時，則除非另有明確陳述，否則此係指液晶介質在法向於平面切換電極之方向上(即，在顯示輸出於其中行進之方向上)之折射率。取決於跨液晶介質施加之電場，此折射率可指代如上文定義之第一折射率或第二折射率。
在本發明之一方法中使用之一裸眼立體顯示裝置(11)包括三個主要元件(1、2、3)。此等元件亦顯示在圖1及圖2中： -顯示面板(1)，其用於提供線性偏振顯示輸出(即，光)之目的；-凸透鏡裝置(2)，其提供在顯示面板(1)上方，顯示面板(1)可在將線性偏振像素輸出引導至一觀看者作為一單一影像(二維視圖)抑或作為一左影像及一右影像(三維視圖或裸眼立體視圖)的光學性質之間切換；-構件(3)，其用於跨兩個平面切換電極(6、7)施加一切換電壓以允許在此兩個光學性質之間切換。
在凸透鏡裝置(2)中，液晶介質(8)係存在於兩個相對表面之間，即，其與兩個表面接觸。此等涉及第一內表面(4a)，其係凸透鏡元件陣列(該陣列係第一光學透明基板之部分)之一凸透鏡表面；及第二內表面(5a)，其係第二光學透明基板之一平坦表面。兩個內表面(4a、5a)具有液晶配向性質；第一內表面(4a)之液晶配向性質具有一第一液晶配向方向，且第二內表面(5a)之液晶配向性質具有一第二液晶配向方向。顯示輸出經由其與第二內表面(5a)之界面進入液晶介質(8)，且經由其與第一內表面(4a)之界面從液晶介質(8)射出。接著，顯示輸出行進穿過一凸透鏡元件。
較佳地，第一液晶配向方向(其在凸透鏡表面上)通常平行於凸透鏡元件之一縱向方向。此係因為引入一液晶配向方向係藉由在旨在用於配向之方向上摩擦一表面來執行。當需要摩擦凸透鏡元件之一表面時，則有利地在凸透鏡方向上摩擦而非在與凸透鏡方向成角度之情況下進行摩擦。
第一光學透明基板(4)具有面向裸眼立體顯示裝置(11)之一觀看者之一外表面，且第二光學透明基板(5)具有面向顯示元件(1)之一外表面(5b)。
液晶介質(8)包括液晶分子(9)。兩個平面切換電極(6、7)係定位於液晶介質(8)之任一側上，使得其等可跨液晶介質(8)施加一電場。液晶分子(9)能夠在兩個表面之配向性質之影響下在平面切換電極(6、7)之平面中定向；或在跨兩個切換電極(6、7)施加之一電壓之影響下法向於平面切換電極(6、7)之平面。當電壓充分降低，較佳地被完全移除時，則液晶分子能夠復原至平面切換電極之平面中之定向，而服從兩個表面之配向性質。
圖1及圖2中分別繪示平面定向及法向定向，圖1及圖2係一已知裸眼立體顯示裝置(11)之橫截面視圖。圖1中之液晶分子(9)具有在平行於平面切換電極之平面之一平面中之其等伸長方向(第一視圖模式)。構件(3)未施加電壓。液晶分子(9)在該平面中具有一變化方向，此表現為其等以一螺旋線(10)之形式存在，如將在下文進一步說明。圖2中之液晶分子(9)具有垂直於平面切換電極之平面之其等伸長方向(第二視圖模式)。構件(3)施加一AC切換電壓。
在不存在電位之情況下，分子在平面切換電極之平面中且根據第一及第二表面之液晶配向性質定向，而定義一第一視圖模式。當施加一足夠強之電位(「切換電壓」)時，其等切換至與對應電場一致之一定向，該定向法向於平面切換電極之平面，而定義一第二視圖模式。因此，切換電壓係裸眼立體顯示裝置改變至且停留在其第二視圖模式之一電壓。通常存在一臨限電壓，高於該臨限電壓發生至第二視圖模式之改變。因此，切換電壓原則上為高於此臨限電壓之任何電壓。
裸眼立體顯示裝置可經組態使得第一視圖模式對應於提供一個二維視圖之光學性質；且第二視圖模式對應於提供一個三維視圖之光 學性質。替代地，其可經組態使得第一視圖模式對應於提供一個三維視圖之光學性質；且第二視圖模式對應於提供一個二維視圖之光學性質。
在提供一個三維視圖之一視圖模式中，凸透鏡裝置(2)包括允許將來自不同顯示像素元件之顯示輸出引導至裸眼立體顯示裝置(11)之一視場內之不同空間位置，以允許顯示由一左影像及一右影像組成之一立體影像的光學性質。
如上文陳述，液晶介質係夾置在兩個表面(即，第一及第二內表面)之間，該等第一及第二內表面之各者具有液晶配向性質。顯示面板之顯示輸出首先穿越第二內表面，且此後穿越第一內表面。第二內表面之液晶配向(即，第二液晶配向方向)必須與線性偏振器之偏振方向一致，使得進入液晶介質之顯示輸出在液晶分子之長分子軸(即，指向矢)之(平均)方向上線性偏振。以此方式，顯示輸出「經歷」液晶介質之預期折射率。
然而，上述陳述存在線性偏振器之偏振方向處於與第二液晶配向方向相同之方向之一例外。當一所謂的「偏振旋轉器」係定位於線性偏振器與第二內表面之間時情況如此，該偏振旋轉器係能夠使行進穿過其之光之偏振方向旋轉之一構件。接著，偏振旋轉器將使從線性偏振器射出之光之偏振方向旋轉至第二液晶配向方向。此偏振旋轉器可被提供為一箔或一光學板，其中旋轉性質被包含在箔或光學板之材料中；或其可以一液晶單元之形式提供，該液晶單元經由與本發明之凸透鏡裝置中相同之螺旋液晶配向原理運作(當然，惟缺少凸透鏡元件除外)。
然而，對於第一內表面，與顯示輸出之偏振方向之一角度一致性係不必要的，其中顯示輸出從液晶介質射出。第一內表面可具有在 不同於第二內表面之方向之另一方向上之配向性質。因此，堆疊在兩個表面之間的液晶分子藉由形成一螺旋線而逐漸跟隨此方向變化。此在例如圖1中繪示，圖1展示包括一凸透鏡裝置(2)之一裸眼立體顯示裝置(11)，其中從一側面觀看螺旋線，其中螺旋軸平行於呈現圖之平面且垂直於平面切換電極之平面(明顯較短之分子(9)未在呈現圖之平面中，而明顯最長之分子(9)在呈現圖之平面中)。如此，螺旋線之螺旋扭轉αt被定義為兩個液晶配向方向之間的角度(螺旋線之各端處之兩個末端分子之間的角度)。此在圖3中繪示，其中螺旋軸垂直於呈現圖之平面(圖3將在下文進一步說明)。
只要一螺旋線中兩個相鄰液晶分子之間的角度不超過一特定(量子力學定義之)角度，顯示輸出之偏振便遵循液晶分子之長分子軸沿著螺旋線朝向第一內表面之方向。以此方式，顯示輸出穿過液晶介質之行進有效地改變顯示輸出之偏振方向。如此，兩個配向方向之間的一角度對凸透鏡裝置之光學性質沒有影響(至少對與裸眼立體顯示裝置之一恰當操作相關之性質沒有影響)。當滿足此要求時，則兩個配向方向之間的角度原則上可為介於0°與180°之間的任何角度。
圖3顯示圖1之凸透鏡裝置(2)之一簡化圖示，其僅展示第一光學透明基板(4)及第二光學透明基板(5)，其等平行於呈現圖之平面。為清楚起見，圖3中未展示凸透鏡元件陣列。第二光學透明基板(5)被展示在前景上，且具有一水平液晶配向以及與垂線成一角度αp之一水平顯示偏振。第一光學透明基板(4)被展示在背景中，且具有與垂線成一角度αs之在傾角方向上之一液晶配向。螺旋線之整個扭轉αt係由朝向背景板逐漸衰減之十個步階指示。此表示讓人想起從上方觀看一螺旋樓梯之台階。
然而，發明人發現，在從第一視圖模式切換至第二視圖模 式時，即，當液晶分子從切換電極之平面內之一定向(具有特定螺旋堆疊)切換至法向於兩個平面切換電極之一定向時，兩個配向方向之間的某些角度比其他角度引起更多向錯。似乎可在兩個配向方向之間達到一最佳角度以最小化甚至完全消除關於向錯之問題。特定言之，似乎出現以下之一或多者：其等大小減小、其等數目減少(例如，每裸眼立體顯示裝置之每切換事件)及其等持續時間減少。
在相反方向上(即，從第二視圖模式至第一視圖模式)切換一般似乎不會引起干擾向錯(不管螺旋線之實際扭轉αt如何)。
因此，本發明之一方法包括改變凸透鏡裝置中之第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度，以藉此判定在從第一視圖模式切換至第二視圖模式之後引起向錯之一最小發生或一(對一觀看者而言)可接受發生之一角度。
實務上，此通常歸結為改變顯示面板中之線性偏振器之偏振方向與第一液晶配向方向之間的角度，因為顯示面板中之線性偏振器之偏振方向與第二液晶配向方向經耦合(除非如上文說明般存在一偏振旋轉器)。
本發明之一方法之結果示意性地顯示在圖4中。在此展示與圖3中相同之凸透鏡裝置，惟第二液晶配向方向及顯示偏振與垂線成一較小角度αp除外。此具有螺旋線之扭轉αt相應地降低(因為第一液晶配向方向之角度及傾角αs保持不變)之結果。螺旋扭轉αt之此減小角度係在已判定其在從第一視圖模式切換至第二視圖模式之後未引起向錯之發生之後獲得(亦參見實例)。偏振方向之兩側上之兩個相反箭頭指示可應用一迭代程序，其中角度αp多次變化；且在每次判定向錯之發生之後，作出是否繼續 最佳化角度之一決定。
在本發明之方法中，向錯之一最小發生或一可接受發生意謂包含以下之至少一者：-向錯之一最小尺寸或一可接受尺寸；-向錯之一最小數目或一可接受數目(其中該數目係例如每裸眼立體顯示裝置之數目或凸透鏡元件陣列之每單位表面積之數目)；-向錯之一最小持續時間或一可接受持續時間。
在本文中，術語「向錯之最小發生」亦可包含完全無向錯。
通常，向錯之一最小發生包括向錯之一最小尺寸及一最小數目及一最小持續時間。
通常，向錯之一可接受發生包括向錯之一可接受尺寸及一可接受數目及一可接受持續時間。
如實例所證明，熟習此項技術者瞭解如何藉由例行實驗且在不施加創造性努力之情況下執行本發明之方法(特定言之判定一最佳角度或導致向錯之一可接受發生之一角度)。例如，他建立一實驗設置，其中他可改變角度或他製造複數個裸眼立體顯示裝置，各裝置具有一不同角度。對於每一角度，他執行裸眼立體顯示裝置之切換，且接著觀察是否形成向錯，特定言之其等尺寸、數目及/或持續時間是否遵循朝向某一最小值之某一趨勢。
兩個配向方向之間的角度較佳地藉由相對於裸眼立體顯示裝置之其餘部分改變第二液晶配向方向而變化。換言之，改變凸透鏡裝置中之第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度較佳地包括：相對 於顯示面板及相對於第一液晶配向方向改變第二液晶配向方向。
通常，此包括同時改變線性偏振器之偏振方向至相同之程度，因為兩個方向需要對準。因此，改變兩個液晶配向方向之間的角度進一步可包括：將線性偏振器之偏振方向改變至與第二液晶配向方向變化之程度相同之程度，使得第二液晶配向方向(仍)與線性偏振器之偏振方向一致。
然而，如上文說明，亦可將一偏振旋轉器定位在線性偏振器與第二內表面之間。此消除同時改變線性偏振器之偏振方向之需要，因為其可補償偏振方向與液晶配向方向之任何差異。
改變角度之另一可能性係藉由相對於裸眼立體顯示裝置之其餘部分改變第一液晶配向方向。換言之，如此，改變凸透鏡裝置中之第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度包括：相對於顯示面板及相對於第二液晶配向方向改變第一液晶配向方向。
然而，改變第一液晶配向方向幾乎不可避免地需要將凸透鏡之方向(即，其等傾角)改變達相同程度，因為非常較佳地，凸透鏡上之液晶配向在凸透鏡之伸長方向上。然而，相對於裝置之其餘部分(以及因此相對於像素陣列)改變凸透鏡之方向係不希望的，因為僅像素節距與凸透鏡傾角之幾個組合可使一凸透鏡液晶單元良好運作，大多數組合不會產生一可用成像。而且，像素節距及匹配凸透鏡傾角之選擇決定3D視圖模式下之解析度及最佳觀看距離。此外，傾角可變化之範圍係80°(即，在一垂直方向之兩側上之0°至40°)，因此當需要落在此範圍之外之一傾角時，甚至無法得到一最佳螺旋扭轉。
因此，總而言之，非常較佳地，在改變兩個配向方向之間 的角度期間，凸透鏡陣列與顯示像素元件陣列之相對定位保持不變，即，相對於裸眼立體顯示裝置之其餘部分改變第二液晶配向方向。當不存在偏振旋轉器時，則線性偏振器之偏振方向需要相應地變化。當存在一偏振旋轉器時，其可克服兩個方向之間的任何差異使得其等可彼此獨立地選擇。
由於當顯示面板係一液晶顯示器(LCD)時，線性偏振器需要被整合在顯示面板中，故改變線性偏振器之偏振方向通常需要LCD之一新穎設計。然而，當顯示面板係一有機發光二極體(OLED)顯示器時，情況並非如此，因為一OLED不需要一偏振器用於產生顯示輸出。因此，可自由地選擇線性偏振器之偏振方向，而不需要重新設計OLED顯示器。此使得本發明之一方法中之顯示面板較佳地包括一OLED顯示器而非一LCD。
然而，當使用一偏振旋轉器時，可減輕使用一LCD之缺點，此係因為此允許可獨立於整合在LCD中之線性偏振器之偏振方向來選擇第二液晶配向方向。
顯示面板可包括一液晶顯示器(LCD)或一有機發光二極體(OLED)顯示器。當顯示面板包括一OLED顯示器時，其較佳地亦包括四分之一波板。此係因為此板與顯示面板中之線性偏振器組合充當一觀看者之一抗反射構件。在無此構件的情況下，OLED顯示器可充當一反射鏡。由此反射鏡引起之環境光之反射通常對裸眼立體顯示裝置之一觀看者可見，他將可能將此體驗為令人煩擾。歸因於反射之額外光，所顯示影像損失對比度及/或黑度。
本發明進一步係關於一種可在一第一視圖模式與一第二視圖模式之間電切換之裸眼立體顯示裝置，其中裝置在一第一液晶配向方向 與一第二液晶配向方向之間具有一角度，該角度在從第一視圖模式切換至第二視圖模式之後引起向錯之一最小或一可接受發生。此裝置通常為在如上文描述之方法中使用之一裝置。
顯示面板可包括一液晶顯示器(LCD)或一有機發光二極體(OLED)顯示器。出於上文所概述之相同原因，顯示面板較佳地包括一OLED顯示器。
尤其係當第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度係0°或90°時，發生向錯。當角度係在0°與4°之間或86°與90°之間時，通常亦發生向錯。
因此，在本發明之一裸眼立體顯示裝置中，第一液晶配向方向與第二液晶配向方向之間的角度在4°至86°之範圍內，特定言之在5°至85°之範圍內。
更特定言之，發現低於45°之角度在降低向錯時係有效的。因此，角度較佳地在5°至40°之範圍內，例如在5°至35°、5°至30°、5°至25°、5°至20°或5至15°之範圍內。其更佳地在10°至25°之範圍內，例如在10°至20°之範圍內。
在本發明之一裸眼立體顯示裝置中，一偏振旋轉器可定位於線性偏振器與第二內表面之間，而補償1)線性偏振器之偏振方向與2)第二液晶配向方向之任何差異。
通常，第一內表面與第二內表面之間的最短距離在5.0μm至50μm之範圍內。此通常為凸透鏡元件之頂點與(平坦)第二光學透明基板之間的距離。
實例
1.此項技術中已知之比較性裸眼立體顯示裝置。
製備對角線直徑為15.6”之一可切換裸眼立體顯示裝置。透鏡之頂部(凸透鏡頂點)與相對板之間的單元間隙為10微米，且含有具有0.12之雙折射率之一液晶介質。裝置具有一水平顯示偏振，即，當顯示輸出遇到液晶介質時，其具有一水平偏振。此外，裝置具有相對於垂直軸為16.7°之一凸透鏡傾角αs。在液晶配向在與傾角方向相同之方向上的情況下，由此得出螺旋配置之液晶分子之扭轉αt在整個單元間隙內(在第一內表面與第二內表面之間)為73.3°。
此在圖3中示意性地展示，圖3展示一前景板(5)，前景板(5)具有沿著與垂線成一角度αp(αp=90°)之水平顯示偏振之一水平配向；及一背景板(4)，背景板(4)具有在與垂線成一角度αs(αs=16.7°)之傾角方向上之配向。在兩個板(4、5)之間的整個扭轉αt係由朝向背景板逐漸衰減之十個步階指示(αt=73.3°)，如一螺旋樓梯之台階。
此裸眼立體顯示裝置在從第一視圖模式(沿著垂直於平面電極之一螺旋軸之螺旋液晶配向)切換至第二視圖模式(垂直於平面電極之液晶配向)之後展現非常持久之向錯。此等向錯被顯示在圖5之顯微圖中，其中從左至右之規則形狀(12)表示凸透鏡，且曲線(13)表示具有不同液晶定向之不同液晶域之間的邊界(即，其等表示實際向錯)。為清除向錯，在達到最終切換電壓之前，在20秒之一時段期間施加一斜坡電壓。在該時段期間，觀察到明顯串擾。此在此時期之後很久才減低至正常及可接受之值。此外，觀察到一些向錯甚至在達到最終切換電壓之後持續存在。
2.本發明之裸眼立體顯示裝置。
應用本發明之方法以達成在從第一視圖模式切換至第二視圖模式之後展現較少向錯之一顯示裝置。為此，製備一裸眼立體顯示裝置，其具有相對於垂直軸之一顯示偏振αp=32°，而產生一扭轉αt=15.3°(顯示偏振32°減去傾角方向16.7°)。在此單元中，在切換期間或之後未出現向錯。此外，一切換延遲(斜坡電壓)似乎不必要，且未觀察到串擾之初始增加。
此在圖4中繪示，其中液晶配向及顯示偏振之方向係在32°之一角度αp下，而非圖3之90°。此導致15.3°之一扭轉αt，而非圖3之73.3°。此較小扭轉αt係有利的，因為其不會引起向錯，與圖3之較大扭轉相反。
因此，根據本發明之此裸眼立體顯示裝置在切換之後基本上未展現向錯，此使得其係優於已知2D/3D可切換裸眼立體顯示裝置之一巨大改良。
1:顯示面板/顯示元件
2:凸透鏡裝置
3:構件
4:第一光學透明基板/背景板
4a:第一內表面
5:第二光學透明基板/前景板
5a:第二內表面
6:第一平面切換電極
7:第二平面切換電極
8:液晶介質
9:液晶分子
10:螺旋線
11:裸眼立體顯示裝置

Claims (16)

  1. 一種用於降低可從一第一視圖模式(view mode)電切換至一第二視圖模式之一裸眼立體顯示裝置(11)中向錯(disclinations)之方法，該裸眼立體顯示裝置(11)包括一顯示面板(1)，其包括一顯示像素元件陣列，其用於產生一顯示輸出；一線性偏振器，其經組態以將該顯示輸出濾波成一明確定義之偏振方向；一凸透鏡裝置(lenticular device)(2)，其提供在該顯示面板(1)上方，該顯示面板(1)可電切換以提供該第一視圖模式或該第二視圖模式，該凸透鏡裝置(2)包括一第一光學透明基板(4)，其包括一凸透鏡元件陣列，其中該等凸透鏡元件具有一第一內表面(4a)，該第一內表面(4a)具有具一第一液晶配向方向之液晶配向性質；一第二光學透明基板(5)，其具有一外表面(5b)，其面向該線性偏振器且經組態以接收該顯示輸出；一第二內表面(5a)，其具有具與該線性偏振器之該偏振方向一致(coincides)之一第二液晶配向方向之液晶配向性質，該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)面向彼此；一第一平面切換電極(6)，其配置在該第一光學透明基板(4)之一側處； 一第二平面切換電極(7)，其配置在該第二光學透明基板(5)之一側處；一液晶介質(8)，其包括液晶分子(9)，該液晶介質(8)係夾置在該兩個基板(4、5)之間且與該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)接觸，其中在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)位於該兩個平面切換電極(6、7)之平面中；及在該第二視圖模式中，該等液晶分子(9)係法向於該兩個平面切換電極(6、7)定向；一構件(3)，其用於跨兩個平面切換電極(6、7)施加一切換電壓以實現從該第一視圖模式至該第二視圖模式之該切換；其中，在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)定義具有一扭轉之一螺旋線(10)，該扭轉係由該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的一角度定義；其中該方法包括改變該凸透鏡裝置(2)中之該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度，以藉此判定在從該第一視圖模式切換至該第二視圖模式之後引起向錯之一最小或一可接受發生之一角度。
  2. 如請求項1之方法，其中向錯之一最小或一可接受發生包括以下之至少一者：向錯之一最小或一可接受尺寸；向錯之一最小或一可接受數目；向錯之一最小或一可接受持續時間。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該顯示面板(1)包括一液晶顯示器(LCD)。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該顯示面板(1)包括一有機發光二極體(OLED)顯示器。
  5. 如請求項4之方法，其中該顯示面板(1)包括一OLED顯示器及四分之一波板。
  6. 如請求項1或2之方法，其中改變該凸透鏡裝置(2)中之該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度包括：相對於該顯示面板(1)及相對於該第一液晶配向方向改變該第二液晶配向方向。
  7. 如請求項6之方法，其中改變該角度進一步包括將該線性偏振器之該偏振方向改變至與改變該第二液晶配向方向之程度相同之程度。
  8. 如請求項1或2之方法，其中一偏振旋轉器係定位在該線性偏振器與該第二內表面(5a)之間，該偏振旋轉器補償1)該線性偏振器之該偏振方向與2)該第二液晶配向方向之任何差異(discrepancy)。
  9. 如請求項1或2之方法，其中改變該凸透鏡裝置(2)中之該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度包括：相對於該顯示面板(1) 及相對於該第二液晶配向方向改變該第一液晶配向方向。
  10. 一種可從一第一視圖模式電切換至一第二視圖模式之裸眼立體顯示裝置(11)，該裸眼立體顯示裝置(11)包括一顯示面板(1)，其包括一顯示像素元件陣列，其用於產生一顯示輸出；一線性偏振器，其經組態以將該顯示輸出濾波成一明確定義之偏振方向；一凸透鏡裝置(2)，其提供在該顯示面板上方，該顯示面板可電切換以提供該第一視圖模式或該第二視圖模式，該凸透鏡裝置(2)包括一第一光學透明基板(4)，其包括一凸透鏡元件陣列，其中該等凸透鏡元件具有一第一內表面(4a)，該第一內表面(4a)具有具一第一液晶配向方向之液晶配向性質；一第二光學透明基板(5)，其具有一外表面(5b)，其面向該線性偏振器且經組態以接收該顯示輸出；一第二內表面(5a)，其具有具與該線性偏振器之該偏振方向一致之一第二液晶配向方向之液晶配向性質，該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)面向彼此；一第一平面切換電極(6)，其配置在該第一光學透明基板(4)之一側處；一第二平面切換電極(7)，其配置在該第二光學透明基板(5)之一側處； 一液晶介質(8)，其包括液晶分子(9)，該液晶介質(8)係夾置在該兩個基板(4、5)之間且與該第一內表面(4a)及該第二內表面(5a)接觸，其中在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)位於該兩個平面切換電極(6、7)之平面中；及在該第二視圖模式中，該等液晶分子(9)係法向於該兩個平面切換電極(6、7)定向；一構件(3)，其用於跨兩個平面切換電極(6、7)施加一切換電壓以實現從該第一視圖模式至該第二視圖模式之該切換；其中在該第一視圖模式中，該等液晶分子(9)定義具有一扭轉之一螺旋線(10)，該扭轉係由該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的一角度定義；該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度在4°至86°之範圍內。
  11. 如請求項10之裸眼立體顯示裝置(11)，其中該顯示面板(1)包括一液晶顯示器(LCD)。
  12. 如請求項10之裸眼立體顯示裝置(11)，其中該顯示面板(1)包括一有機發光二極體(OLED)顯示器。
  13. 如請求項10至12中任一項之裸眼立體顯示裝置(11)，其中該第一液 晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度在5°至35°之範圍內。
  14. 如請求項10至12中任一項之裸眼立體顯示裝置(11)，其中該第一液晶配向方向與該第二液晶配向方向之間的該角度在5°至25°之範圍內。
  15. 如請求項10至12中任一項之裸眼立體顯示裝置(11)，其中一偏振旋轉器係定位在該線性偏振器與該第二內表面(5a)之間，該偏振旋轉器補償1)該線性偏振器之該偏振方向與2)該第二液晶配向方向之任何差異。
  16. 如請求項10至12中任一項之裸眼立體顯示裝置(11)，其中該第一內表面(4a)與該第二內表面(5a)之間的最短距離在5.0μm至50μm之範圍內。
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