Устройство отображения со многими ракурсами просмотра
Изобретение относится к устройствам отображения со многими ракурсами просмотра, таким как автостереоскопические устройства отображения. Устройство содержит регулятор (1) для регулировки направления светового пучка (5), имеющий набор (10) слоев. Набор (10) содержит первый слой (100) из твердого материала, имеющий первую оптическую ось (111), второй слой (200) из твердого материала, имеющий вторую оптическую ось (211), и переключаемый двулучепреломляющий жидкокристаллический материал. Кроме того, набор включает в себя первую границу раздела (130) между первым слоем (100) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30) и вторую границу раздела (230) между вторым слоем (200) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30). В состоянии «выключено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) имеет оптическую ось, параллельную первой оптической оси (111), а двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) имеет оптическую ось, параллельную второй оптической оси (211). В состоянии «включено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) имеет оптическую ось, перпендикулярную первой оптической оси (111), и двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) имеет оптическую ось, перпендикулярную второй оптической оси (211). 6 з.п. ф-лы, 19 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам отображения со многими ракурсами просмотра, таким как автостереоскопические устройства отображения или устройства отображения с двойным ракурсом просмотра, которые используют регулятор для регулировки направления световых пучков от панели отображения.
Уровень техники изобретения
Заявка US 2007/0008617 описывает 2D/3D переключаемое автостереоскопическое устройство отображения, в котором переключаемая лентикулярная конструкция имеет две линзовые пластины с первой и второй электрооптическими средами между пластинами и с полуволновой пластинкой между ними.
Сущность изобретения
В соответствии с изобретением создается устройство отображения со многими ракурсами просмотра, как определяется в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах предлагаются преимущественные варианты осуществления.
В этой конструкции регулятор создается таким образом, чтобы он был способен регулировать направление пучка света («световой пучок» или «пучок»), генерированного световым источником. В общем, регулятор предназначен для отклонения пучка света (когда световой источник включен). По меньшей мере в одном из состояний регулятор является, по меньшей мере, частично передающим, по меньшей мере, для части светового излучения, генерированного световым источником, у которого он располагается. Предпочтительно как для состояния «включено», так и для состояния «выключено» регулятор является, по меньшей мере, частично передающим, по меньшей мере, для части светового излучения, генерированного световым источником, у которого он располагается. Фраза «для регулировки направления светового пучка» главным образом означает, что когда регулятор включен, световой пучок регулируется. Когда регулятор выключен, световой пучок может проходить регулятор в варианте осуществления по существу не изменяясь.
Фраза «имеющий состояние «выключено» и состояние «включено» » означает, что регулятор сконструирован так, чтобы иметь по меньшей мере два состояния, которые конкретизируются здесь в дальнейшем. В состоянии «выключено» световой пучок может проходить регулятор по существу без влияния со стороны регулятора. В состоянии «включено» световой пучок, по меньшей мере, частично управляется регулятором. Заметим, что термин «состояние «включено»» может относиться к множеству включенных состояний. В зависимости от условий (таких как напряжение, приложенное к двулучепреломляющему материалу) могут получаться различные состояния «включено» и, таким образом, различное управление световым пучком. Таким образом пользователь может управлять пучком в зависимости от нужд пользователя. Далее здесь состояние «включено» используется для конкретного состояния, которое, по меньшей мере, может быть обеспечено регулятором при включении. Таким образом, промежуточные состояния между выключенным состоянием и особо определенным включенным состоянием также могут быть выбраны для регулятора.
Термин «набор слоев» относится по существу к соседним слоям (см. далее ниже). Это не исключает, что границы раздела между двумя соседними слоями могут иметь одно или более закруглений или один или более углов. В особенности, границы раздела между слоем твердого двулучепреломляющего материала и переключаемым двулучепреломляющим материалом могут содержать одну или более микроструктур, таких как призменные структуры. Предпочтительно, границы раздела являются неплоскими. Внешние поверхности слоев первого и второго материала, однако, предпочтительно располагаются по существу параллельно. Эти передние поверхности предпочтительно являются более плоскими, в то время как слои на границах раздела с переключаемым двулучепреломляющим материалом являются, таким образом, по существу неплоскими и содержат одну или более микроструктур.
Первая граница раздела и вторая граница раздела предпочтительно имеют форму множества линз или призм. Линзы могут располагаться непосредственно смежно, но также между линзами или призмами может быть ненулевое расстояние. Предпочтительно, формы линз или призм по существу являются зеркальными изображениями друг друга.
Следовательно, предпочтительно в варианте осуществления первая граница раздела и вторая граница раздела имеют форму множества одномерных линз.
Конструкция из линз используется для определения переключаемого лентикулярного создающей изображение конструкции устройства отображения со многими ракурсами просмотра, такого как автостереоскопическое устройство отображения или устройство отображения с двойным ракурсом просмотра. Для автостереоскопического отображения предпочтительно используется набор линз, поскольку он обеспечивает более трех ракурсов просмотра.
Устройство отображения со многими ракурсами просмотра может быть автостереоскопическим устройством отображения. Такое устройство способно обеспечивать по меньшей мере одного наблюдателя трехмерным 3D изображением. В этом случае в состоянии «включено» режим просмотра во многих ракурсах является режимом 3D просмотра, то же время в состоянии «выключено» режимом просмотра в одном ракурсе может быть режим 2D просмотра. С другой стороны, устройство отображения со многими ракурсами просмотра может быть устройством отображения с двойным ракурсом просмотра. В этом случае в состоянии «включено» режим просмотра во многих ракурсах служит для создания по меньшей мере двух различных 2D изображений по отношению по меньшей мере к двум наблюдателям. Таким образом, например, устройство отображения с двойным ракурсом просмотра может быть в действительности устройством отображения с тройным ракурсом просмотра, способным обеспечивать три различных двумерных 2D изображения по отношению к трем наблюдателям. Режим просмотра в одном ракурсе может служить для создания единственного двухмерного изображения.
Термин «изображение» содержит неподвижное изображение, статическое изображение или видеоизображение любого вида.
Эта переключаемая лентикулярная линзовая конструкция является подходящей для использования с панелью отображения на органических светодиодах, которая генерирует световые пучки. Панель дает неполяризованное выходное излучение, но конструкция регулятора не требует входного поляризованного светового излучения. Она может работать без потерь светового излучения панели отображения на органических светодиодах или необходимости его удаления. В общем, могут использоваться панели отображения, которые создают неполяризованное световое излучение, без потери результата.
Первый и второй слои из твердого материала предпочтительно содержат твердые материалы, которые являются двулучепреломляющими. Термин «твердые двулучепреломляющие материалы» относится к двулучепреломляющему материалу, в котором ориентация оптической оси неизменна, как это имеет место в случае с переключаемым двулучепреломляющим материалом. Двулучепреломление или двойное преломление представляет собой расщепление луча света на два луча (обыкновенный и необыкновенный), когда он проходит через определенные виды материалов, в зависимости от поляризации света. Этот эффект может иметь место только если структура материала является анизотропной (зависящей от направления). Если материал имеет единственную ось анизотропии или оптическую ось (т.е. он является одноосным), двулучепреломление может быть формализовано за счет введения двух различных показателей преломления материала, которые обычно называются показателем преломления для обыкновенной волны и показателем преломления для необыкновенной волны.
Термин «оптическая ось» известен в технике и относится к такому направлению в некотором месте одноосной среды, что все обыкновенные лучи, проходящие в данном месте, имеют перпендикулярную оси поляризацию. Часто оптическая ось близка к направлению молекул в случае жидкого кристалла. См. дополнительно Hecht (Optics, 4th edition, E.Hecht, Addison-Wesley).
Примерами подходящих материалов для первого и второго слоев материалов являются, например, материалы на основе жидких кристаллов, такие как RMM34c или RMM257LC от Merck, которые включаются в фотополимеризованную систему. Такими системами являются, например, описанные в WO 2004059565 и хорошо известные специалистам в данной области техники.
В состоянии «выключено» для каждой границы раздела среды на обеих сторонах границы раздела могут давать увеличение коэффициента преломления, которое является по существу одинаковым на обеих сторонах границы раздела для неполяризованного светового излучения, ориентированного по нормали к набору (состояние «выключено»).
Переключаемую (двулучепреломляющую среду) на каждой из двух границ раздела можно переключать в состояние, называемое «состояние «включено»», где для первой границы раздела среды на обеих сторонах границы раздела могут давать увеличение показателя преломления, которое является по существу одинаковым на обеих сторонах границы раздела для светового излучения, ориентированного по нормали к комплекту и имеющего поляризацию во втором направлении, либо совпадающем, либо перпендикулярном к первому направлению, и давать увеличение показателя преломления, который существенно отличается на обеих сторонах границы раздела для светового излучения, распространяющегося по нормали к комплекту и имеющего поляризацию в направлении, которое перпендикулярно второму направлению, и где для второй границы раздела среды на обеих сторонах границы раздела могут давать увеличение показателя преломления, которое является по существу одинаковым на обеих сторонах границы раздела для светового излучения, ориентированного по нормали к комплекту и имеющего поляризацию в третьем направлении, либо совпадающем, либо перпендикулярном к первому направлению, и давать увеличение показателя преломления, который существенно отличается на обеих сторонах границы раздела для светового излучения, распространяющегося по нормали к комплекту и имеющего поляризацию в направлении, которое перпендикулярно третьему направлению.
Набор содержит набор из первого слоя из твердого материала, слоя переключаемого двулучепреломляющего материала и второго слоя из твердого материала. Первая оптическая ось и вторая оптическая ось предпочтительно перпендикулярны. Такой регулятор по существу состоит из трех слоев, где между первым и вторым слоями из твердого материала содержится слой переключаемого двулучепреломляющего материала. Переключаемый двулучепреломляющий материал содержит материал в виде твистированного нематического жидкого кристалла или хирального нематического жидкого кристалла. Кроме того, первая оптическая ось и вторая оптическая ось могут быть ориентированы в плоскости набора.
Такое расположение создает простую конструкцию и требует только одного набора электродов для переключения. Использование единственного переключаемого слоя обеспечивает тонкую конструкцию, это означает, что различные поляризации испытывают отличие в сокращенных путях, которые являются результатом различия в глубине, на которой происходит преломление.
В состоянии «выключено» оптическая ось переключаемого двулучепреломляющего материала на первой границе раздела перпендикулярна оптической оси такого же переключаемого материала на второй границе раздела. За счет использования, например, твистированного нематического жидкого кристалла может быть осуществлен поворот по существу на 90° по отношению к оптической оси переключаемого материала на всем слое материала.
В состоянии «включено» состояние оптической оси (или оптических осей) двулучепреломляющего материала в слое переключаемого двулучепреломляющего материала изменяется до состояния, когда оптическая ось становится перпендикулярной к обеим оптическим осям: оси первого слоя из твердого материала и оптической оси второго слоя материала. В состоянии «включено» по существу все оптические оси внутри переключаемого материала имеют одинаковое направление. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что относительно простой регулятор может быть получен только с тремя слоями.
Как известно в технологии, для выравнивания жидких кристаллов можно использовать стандартные полиимидные слои, которые шлифуются для ориентации жидкого кристалла близко к поверхности. Электрические поля могут использоваться для введения второй ориентации жидкого кристалла. Для генерации электрических полей могут использоваться электроды из прозрачного оксида индия-олова. Следовательно, термин «набор слоев» относится по существу к соседним слоям, где между двумя по существу соседними слоями также располагается слой ITO и/или слой полиимида. Здесь регулятор специально описывается со ссылкой на три или более слоев, которые являются важнейшими для регулятора, т.е. первый слой из твердого материала, второй слой из твердого материала и один или более слоев переключаемого двулучепреломляющего материала.
Если не отмечено по-другому и если это возможно использовать и технически реализовать, фраза «выбираемый из группы, состоящей» из набора элементов также может относиться к сочетанию двух или более ненумерованных элементов. Такие термины, как «ниже», «выше», «верхняя часть» и «нижняя часть», относятся к положениям или расположениям элементов, которые получались бы, когда осветительная система располагается по существу ровно, в частности, ниже, по отношению к поверхности, в существенной степени горизонтальной, при этом поверхность нижней части осветительной системы по существу параллельна в существенной степени горизонтальной поверхности и обращена в сторону от потолка в комнате. Однако это не исключает использования осветительной системы с другим расположением элементов, таким как напротив стены, или в другом, например вертикальном, расположении.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны только с помощью примера, со ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи, на которых символы соответствующих ссылок обозначают соответствующие части и на которых:
фиг. 1 схематично изображает некоторые принципы изобретения;
фиг. 2а-2b схематично изображают вариант осуществления регулятора в положении «выключено» и в положении «включено», этот вариант осуществления используется в устройстве отображения изобретения;
фиг. 3а-3b схематично изображают другой вариант осуществления регулятора в положении «выключено» и в положении «включено»;
фиг. 4а-4b схематично изображают еще один вариант осуществления регулятора в положении «выключено» и в положении «включено»;
фиг. 5а-5b схематично изображают варианты осуществления микроструктурированных границ раздела;
фиг. 6а-6b схематично изображают варианты осуществления оптических устройств, содержащих регулятор;
фиг. 7 используется для объяснения того, как может использоваться переключаемая конструкция из линз для создания переключаемого 2D/3D устройства отображения;
фиг. 8 показывает первый пример оптической конструкции, используемой в автостереоскопическом устройстве отображения в 2D режиме;
фиг. 9 показывает оптическую конструкцию фиг. 8 в 3D режиме;
фиг. 10 показывает первый пример оптической конструкции изобретения для автостереоскопического устройства отображения в 2D режиме;
фиг. 11 показывает оптическую конструкцию фиг. 10 в 3D режиме;
фиг. 12 показывает второй пример оптической конструкции изобретения для автостереоскопического устройства отображения в 2D режиме;
фиг. 13 показывает оптическую конструкцию фиг. 12 в 3D режиме.
Подробное описание вариантов осуществления
Перед описанием изобретения сначала будут описаны некоторые обозначения и использования оптического регулятора, как разработано (но еще не опубликовано) заявителем.
Фиг. 1 схематически изображает регулятор 1 для регулировки направления светового пучка 5. Регулятор 1 содержит набор 10 слоев. Набор 10 содержит первый слой 100 из твердого материала, имеющий первую оптическую ось (не показана, см. фиг. 2а-4b), второй слой 200 из твердого материала, имеющий вторую оптическую ось (не показана, см. 2а-4b) и переключаемый двулучепреломляющий материал 30. Переключаемый двулучепреломляющий материал может быть расположен в единственном слое или отдельных слоях (см. ниже).
Для понимания, полиимидные слои и электродные слои, такие как ITO слои, не показаны на фигурах. Эти признаки известны специалистам в данной области техники. Термин «соседний» здесь, в некоторых вариантах осуществления, таким образом, может означать, что между, по меньшей мере, частью соседних элементов присутствует, например, полиимидный слой и/или ITO слой.
Набор, кроме того, содержит первую границу раздела 130 между первым слоем 100 твердого материала и двулучепреломляющим материалом 30 и вторую границу раздела 230 между вторым слоем 200 из твердого материала и двулучепреломляющим материалом 30.
Материалы первого слоя 100 материала и второго слоя 200 материала, так же, как и переключаемый двулучепреломляемый материал, выбираются и конструируются таким образом, чтобы (1) в состоянии «выключено» двулучепреломляющий материал 30 на первой границе раздела 130 формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную первой оптической оси, и двулучепреломляющий материал 30 на второй границе раздела 230 формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную второй оптической оси; и (2) в состоянии «включено» двулучепреломляющий материал 30 на первой границе раздела 130 конструируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную первой оптической оси, и двулучепреломляющий материал 30 на второй границе раздела 230 конструируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную второй оптической оси.
Первый и второй слои 100, 200 из твердого материала предпочтительно содержат твердые материалы, которые являются двулучепреломляющими. Переключаемый двулучепреломляющий материал предпочтительно является жидким кристаллом, таким как твистированный нематический жидкий кристалл или хиральный нематический жидкий кристалл.
В особенности, границы раздела 130, 230 могут содержать одну или более микроструктур (см. ниже). Внешние поверхности первого и второго слоев из твердого материала, однако, предпочтительно располагаются по существу параллельно. Эти поверхности предпочтительно являются плоскими, в то время как слои на границах раздела 130, 230 с переключаемым двулучепреломляющими материалом, таким образом, предпочтительно по существу не являются плоскими и содержат одну или более микроструктур (см. ниже).
В конкретном варианте осуществления, обозначенном на фиг. 2а-2b (состояние «выключено» и состояние «включено» соответственно), набор 10 содержит набор из первого слоя 100 из твердого материала, слоя 300 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 и второго слоя 200 из твердого материала. Первая оптическая ось, обозначенная как 111, и вторая оптическая ось, обозначенная как 211, выбираются перпендикулярными. Такой регулятор 1 по существу состоит из трех слоев, где переключаемый двулучепреломляющий материал заключен между первым и вторым слоями из твердого материала. В особенности, в таком варианте осуществления, переключаемый двулучепреломляющий материал 30 содержит твистированный нематический жидкий кристалл, такой как TL213 от Merck.
Изобретение включает в себя использование такого типа регулятора внутри переключаемого автостереоскопического устройства отображения, как объясняется далее ниже.
В состоянии «выключено» оптическая ось (или здесь оптические оси, т.к. в особенности используется хиральный нематический материал в качестве переключаемого двулучепреломляющего материала) переключаемого двулучепреломляющего материала, которая обозначена как 311, на соответствующих границах раздела 130 и 230, направлена параллельно оптическим осям 111 и 211 (твердых материалов на другой стороне соответствующих границ разделов). Здесь, на границах разделов 130, 230 оптические оси направлены параллельно на обеих сторонах границ раздела соответственно. Оптическая ось слоя двулучепреломляющего материала может поворачиваться на 90° для получения требуемой конфигурации оптических осей по отношению к первой и второй оптическим осям 111, 121 первого и второго слоев 100, 200 из твердого материала.
Толщина переключаемого двулучепреломляющего слоя в этом варианте осуществления, где двулучепреломляющий материал может содержать твистированный нематический жидкий кристалл, может находиться в диапазоне приблизительно 40-100 мкм, например приблизительно 50 мкм. Такая толщина может быть достаточной для создания поворота на 90°.
Когда регулятор 1 включается, ориентация оптической оси переключаемого двулучепреломляющего материала 30 изменяется, она ориентируется перпендикулярно обеим оптическим осям первого и второго слоев материала соответственно. Здесь оптическая ось 311 двулучепреломляющего материала по существу через весь материал направлена перпендикулярно оптическим осям 111, 211 первого и второго слоев материала.
В другом конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг.3а-3b (состояние «выключено» и состояние «включено» соответственно), набор 10 содержит набор из:
первого слоя 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30;
первого слоя 100 из твердого материала;
второго слоя 302 переключаемого материала 30; и
второго слоя 200 из твердого материала.
Первый слой 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 и первый слой 100 из твердого материала создают первую границу раздела 130. Второй слой 302 переключаемого материала 30 и второй слой 200 из твердого материала создают вторую границу раздела 230. Действительно, этот набор содержит два элемента, т.е. первый слой 301 и первый слой 100 из твердого материала, и второй слой 302 и второй слой 200 из твердого материала. Эти два элемента могут располагаться смежно, т.е. первый слой 100 материал и второй слой 302 создают дополнительную границу раздела 400. Кроме того, эта дополнительная граница раздела является предпочтительно плоской. Оптические оси в соответствующих первом и втором слоях 301, 302 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 обозначены как 311(1) и 311(2) соответственно.
Здесь первая оптическая ось 111 и вторая оптическая ось 211 в этом варианте осуществления являются перпендикулярными. Оптическая ось 311(1) (по существу во всем материале первого слоя 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30) первого слоя 301 параллельна первой оптической оси 111. Оптическая ось 311(2) (по существу во всем материале второго слоя 302 переключаемого двулучепреломляющего материала 30) второго слоя 302 параллельна второй оптической оси 211.
В состоянии «выключено» оптические оси 311(1) и 311(2) на соответствующих границах раздела 130 и 230, таким образом, параллельны оптическим осям 111 и 211 первого слоя 100 из твердого материала и второго слоя 200 из твердого материала соответственно. Когда регулятор 1 включен, ориентация оптической оси переключаемого двулучепреломляющего материала 30 изменяется и становится перпендикулярной обеим осям первого и второго слоев материала соответственно, а также перпендикулярны друг другу. Со ссылкой на фиг. 3b оптическая ось 311(1) первого слоя 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 перпендикулярна оптической оси 111 первого слоя 100 из твердого материала и перпендикулярна оптической оси 311(2) второго слоя 302 переключаемого двулучепреломляющего материала 30. Оптическая ось 311(2) второго слоя 302 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 перпендикулярна оптической оси 211 второго слоя 200 из твердого материала и перпендикулярна оптической оси 311(1) первого слоя 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30.
В еще одном конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг.4а-4b (состояния «выключено» и состояние «включено» соответственно), набор 10 содержит набор из:
первого слоя 100 из твердого материала;
первого слоя 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30;
промежуточного слоя 500, содержащего вращатель плоскости поляризации, такой как твистированный нематический элемент;
второго слоя 302 переключаемого материала 30; и
второго слоя 200 из твердого материала.
Первый слой 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 и первый слой 100 из твердого материала создают первую границу раздела 130. Второй слой 302 переключаемого материала 30 и второй слой 200 из твердого материала создают вторую границу раздела 230.
Здесь снова создаются два элемента, оба из которых содержат переключаемый двулучепреломляющий материал и слой из твердого (двулучепреломляющего) материала. Оптические оси (111/311(1) и 211/311(2)) внутри отдельных элементов (100/301 и 200/302 соответственно) направлены параллельно. Кроме того, все оптические оси могут быть направлены параллельно в состоянии «выключено».
Между двумя элементами располагается вращатель плоскости поляризации 500. Элементы могут находиться по обе стороны от вращателя плоскости поляризации 500. В конкретном варианте осуществления первый слой 301 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 создает границу раздела 501 с вращателем плоскости поляризации 500. В другом конкретном варианте осуществления второй слой 302 переключаемого двулучепреломляющего материала 30 создает границу раздела 502 с вращателем плоскости поляризации 500.
В состоянии «включено» направление оптических осей переключаемого двулучепреломляющего материала 30 изменяется как для первого слоя 301, так и для второго слоя 302. Оптические оси 311(1) и 311(2) изменяют направление на перпендикулярное по отношению к оптическим осям 111, 211 слоев 100, 200 из твердого материала соответственно. Кроме того, они изменяют направление до состояния, когда они являются взаимно параллельными. Кроме того, они могут изменять направление до состояния, когда они являются по существу перпендикулярными к внешней поверхности (т.е. по существу параллельными нормали к набору 1).
Фиг. 5а-5b без ограничения изображают некоторые варианты микроструктур на границах раздела 130 и 230. Эти микроструктуры на фиг. 5а являются линзоподобными и на фиг. 5b - зубчатыми. Заметим, что предпочтительно, чтобы структуры были одномерными. Следовательно, фиг. 5а-5b могут схематично изображать поперечные сечения вариантов осуществления набора 10.
В некоторых вариантах осуществления (см., например, фиг. 1-3), изменение показателя преломления для отклоненной части пучка, проходящего первую границу раздела в состоянии «включено», противоположно по знаку по отношению к изменению показателя преломления отклоненной части пучка, проходящего вторую границу раздела. При требовании одинакового действия на каждой границе раздела (например, перенаправлении в определенном направлении или фокусировки) для малых отличий в показателе преломления формы микроструктур могут по существу быть зеркальными изображениями. Можно, однако, индуцировать малые отличия для получения оптимального эффекта. Для варианта осуществления фиг. 4а-4b предпочтительно границы раздела не содержат микроструктур.
Фиг. 6а-6b схематично изображают варианты осуществления оптического устройства 600, содержащего регулятор 1.
Оптическое устройство 600 содержит световой источник 601, предназначенный для генерации светового пучка 5. Оптическое устройство 600, кроме того, содержит регулятор 1 для регулировки направления пучка 5. Оптическое устройство 600 может быть предназначено для генерации одного светового пучка, но также может быть предназначено для генерации множества световых пучков 5.
Здесь, в качестве примера, оптическое устройство 600 фиг. 6а содержит устройство отображения, содержащее множество пикселей 602 в качестве световых источников 601. Как объясняется далее ниже, изобретение относится конкретно к использованию оптического регулятора в автостереоскопическом устройстве отображения. Регулятор 1 предназначен для регулировки направлений множества световых пучков 5. Множество пикселей 602 генерирует множество световых пучков 5, которые могут управляться регулятором 1. В конкретном варианте осуществления оптическое устройство 600 может необязательно содержать множество регуляторов 1.
В другом варианте осуществления оптическое устройство 600 представляет собой осветительное устройство, см. фиг. 6b. Такое осветительное устройство может быть лампой, в особенности по существу лампой в виде точечного источника, такой как световое пятно. Следовательно, в варианте осуществления оптическое устройство 600 содержит световое пятно в качестве светового источника 601. В особенности, световой источник 601 предназначен для генерации светового пучка 5 с углом раствора (2*θ), выбираемым из диапазона 2-20°, например предпочтительно 2-10°. Отрегулированный пучок (или отрегулированный световой пучок) после регулятора 1, когда регулятор 1 включен, обозначается как 5'.
Фиг. 6с схематично изображает вариант осуществления оптического устройства 600, в котором устройство предназначено для детектирования светового излучения. Оптическое устройство 600 содержит оптический датчик 651, такой, например, как матрица ПЗС, и регулятор 1, как здесь описано. Регулятор может использоваться для перенаправления световых пучков 5 в направлении оптического датчика. Например, таким путем можно сканировать или свипировать области.
Описанный выше регулятор предназначен для регулировки направления светового пучка 5. Регулятор 1 имеет состояние «выключено» и состояние «включено» и содержит набор 10 из слоев. Набор 10 содержит первый слой 100 из твердого материала, имеющий первую оптическую ось 111, второй слой 200 из твердого материала, имеющий вторую оптическую ось 211 и переключаемый двулучепреломляющий материал 30. Набор, кроме того, содержит первую границу раздела 130 между первым слоем 100 из твердого материала и двулучепреломляющими материалом 30 и вторую границу раздела 230 между вторым слоем 200 из твердого материала и двулучепреломляющим материалом 30. В состоянии «выключено» двулучепреломляющий материал 30 на первой границе раздела 130 формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную первой оптической оси 111, и двулучепреломляющий материал 30 на второй границе раздела 230 формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную второй оптической оси 211. В состоянии «включено» двулучепреломляющий материал 30 на первой границе раздела 130 формируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную первой оптической оси 111, и двулучепреломляющий материал 30 на второй границе раздела 230 формируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную второй оптической оси 211. Это устройство может быть использовано для перенаправления световых пучков, например для световых пятен, устройств отображения или оптических датчиков.
Использование регулятора было описано выше в связи с устройствами, которые используются для перенаправления оптических пучков, таких как световые пятна или фары транспортных средств. Изобретение относится конкретно к использованию этого типа регулятора в применении к автостереоскопическим устройствам отображения.
Автостереоскопические устройства отображения могут быть разделены на две группы, одна - для которой требуются очки, и другая - для которой они не требуются. Для последней группы устройство отображения выдает изображения, зависящие от угла. Конструкция такова, что левый и правый глаз принимают различные изображения, а создается впечатление 3D изображения.
Зависящие от угла изображения могут быть получены от жидкокристаллического телевизора со специальной задней подсветкой или с лентикулярной конструкцией, прикрепленной к передней поверхности устройства отображения. Лентикулярная конструкция содержит набор цилиндрических линз и проецирует пиксельную плоскость жидкокристаллической панели в бесконечность. В таких случаях линзы преобразуют разницу в положениях в разницу в углах. Это означает, что только избранные пиксели можно увидеть под определенным углом. Большее количество различных ракурсов просмотра для большего количества углов приводит к лучшему 3D впечатлению. Однако помимо получающегося 3D впечатления, большее количество ракурсов просмотра также автоматически уменьшает разрешение, которое наблюдается, т.к. все доступные пиксели подразделяются на ракурсы: больше ракурсов просмотра означает меньше пикселей на ракурс. Это приводит к противоречию между разрешением и количеством ракурсов просмотра. Подробное описание одного метода конструирования автостереоскопического устройства отображения в терминах конструкции лентикулярного набора из твердого материала (непереключаемого) дано, например, в патенте США 6064424, содержание которого упомянуто здесь для сведения. Могут использоваться другие методы конструирования автостереоскопического устройства отображения.
Потери разрешения могут быть приемлемыми для показа 3D информации, но для отражения 2D информации (где все ракурсы просмотра являются одинаковыми) это часто не подходит. Для того чтобы преодолеть это, были предложено несколько так называемых 2D/3D переключаемых устройств отображения. Они имеют фиксированную лентикулярную структуру, которая заполнена двулучепреломляющим жидкокристаллическим веществом. При переключении жидкого кристалла лентикулярная конструкция может включаться и выключаться. Более подробное описание конструкции и действия такого устройства находится, например, в патенте США 6069650, содержание которого упомянуто здесь для сведения. В особенности метод создания линзовой функции или функции прозрачности лентикулярной конструкции по отношению к 2D или 3D режиму подробно описывается. Описываемый в патенте принцип переключения может требовать, чтобы световое излучение от устройства отображения было поляризованным, например, в случае, когда стандартная жидкокристаллическая панель используется как панель отображения. Известно, что такие жидкокристаллические панели в общем создают поляризованное световое излучение.
Выходное излучение устройства отображения на органических светодиодах в основном неполяризованное. Для того чтобы применять стандартные переключаемые лентикулярные конструкции, в системе необходим поляризатор для удаления светового излучения с неподходящей поляризацией. Это будет уменьшать количество выходящего светового излучения на 50%, давая потери в яркости или потери в выходной мощности.
Фиг. 7 показывает, как переключаемая лентикулярная конструкция может управлять световыми путями. Левая фигура показывает действие без линзы, в то время как правая фигура показывает действие линзы. Ориентация жидкого кристалла отличается на двух фигурах. Так как световое излучение поляризовано, показатель преломления на левой фигуре для него будет обыкновенным, что согласуется с опорным сигналом. За счет согласования действия линзы нет. На правой фигуре показатель преломления для светового излучения будет необыкновенным, что не соответствует опорному сигналу, в результате давая действие линзы.
Проблема этой системы состоит в том, что она может использоваться только для одной поляризации светового излучения, становясь неподходящей для неполяризованного светового излучения устройств отображения на органических светодиодах.
Описанный выше регулятор может использоваться для создания переключаемой линзовой функции. Границы раздела 130, 230 становятся лентикулярными линзовыми поверхностями.
Фиг. 8 и 9 показывают первый пример осуществления переключаемой лентикулярной конструкции, подходящей для неполяризованного выходного светового излучения устройства отображения (такого как устройство отображения на органических светодиодах) и использования концепции перенаправления света, объясненной выше.
Фиг. 8 показывает систему в 2D режиме. Это соответствует конфигурации, объясняемой со ссылкой на фиг. 2а, но с отдельными переключаемыми слоями 30а, 30b и двумя фиксированными слоями 100, 200.
На искривленных линзовых поверхностях нет различия в оптических свойствах материалов и, следовательно, нет действия линзы. Это будет давать совершенные 2D изображения.
Фиг. 9 показывает систему в 3D режиме. Это соответствует конфигурации, объясняемой со ссылкой на фиг. 2b, но опять с отдельными переключаемыми слоями 30а, 30b и двумя фиксированными слоями 100, 200. Среда посередине переключена, и нижний слой 200 преломляет световые лучи с одной из поляризаций, в то время как расположенный выше слой 100 переключает световое излучение с другой поляризацией.
Результат таков, что даже при входном неполяризованном излучении действие линзы может быть включено и выключено.
Фиг. 10 и 11 показывают первый пример осуществления переключаемой лентикулярной конструкции в соответствии с изобретением, подходящей для неполяризованного выходного излучения устройства отображения (такого как устройство отображения на органических светодиодах) и использующей концепцию перенаправления, объясненной выше.
Фиг. 10 показывает систему в 2D режиме. Это даже больше соответствует конфигурации, объясненной со ссылкой на фиг. 2а, с отдельным переключаемым слоем 30 и двумя фиксированными слоями 100, 200. Эту реализацию проще осуществить с точки зрения изготовления. Кроме того, в ней будет меньше взаимных помех.
Как описано выше, отдельный переключаемый слой 30 заполняется жидкокристаллическим веществом, которое поворачивает плоскость поляризации на 90 градусов. Так как оптические свойства согласуются на границе раздела, действие линзы не появляется. Это режим 2D.
Фиг. 11 показывает систему в 3D режиме. Так как жидкий кристалл не является твистированным в элементе, световые лучами с обоими поляризациями будут преломляться.
Существуют две потенциальные проблемы, связанные с конструкцией фиг. 10 и 11. Первая состоит в том, что толщина переключаемого жидкокристаллического слоя хорошо не регулируется в центре линзовой конструкции. Это может приводить к артефактам при некоторых обстоятельствах. Вторая проблема состоит в том, что световое излучение, проходящее через определенную границу раздела с линзой в нижней части лентикулярной конструкции, может проходить через другую границу с линзой в верхней части лентикулярной конструкции, т.е. сдвигаться одной или более линзами. Это приводит к взаимным помехам, которые могут быть досадными. Это представлено стрелкой 1100.
Для того чтобы принять меры в этом направлении, лентикулярные конструкции могут быть расположены очень близко друг к другу так, что стороны линз почти касаются друг друга. Фиг. 12 и 13 показывают второй пример в соответствии с изобретением, использующий эту концепцию. В частности, минимум промежутка между непереключаемыми линзами меньше, чем глубина линзы (со ссылкой на фиг. 12, s<d). Предпочтительно, минимум промежутка s меньше, чем глубина линз обоих наборов. Линзы двух наборов обычно имеют одинаковую глубину и шаг (как показано), но это несущественно. Это уменьшение промежутка приводит к уменьшению взаимных помех.
Фиг. 12 показывает 2D режим, и фигура 13 показывает 3D режим.
Для того чтобы сделать это возможным, существуют некоторые ограничения на возможные комбинации оптических материалов. Двулучепреломляющие материалы часто определяются так: Δn=nE-nO, где nE представляет собой показатель преломления для необыкновенной волны и nO представляет собой показатель преломления для обыкновенной волны.
Для варианта осуществления, показанного на фиг. 12 и 13, показатели преломления для обыкновенной волны и показатели преломления для необыкновенной волны трех используемых материалов (двух фиксированных лентикулярных конструкций и переключаемой жидкокристаллической) должны быть одинаковыми. Кроме того, для показанной формы линзы Δn должен быть, как правило, отрицательным (для того, чтобы создать изгиб по отношению к нормали на левой части фиг. 13, например).
Переключение жидкого кристалла может быть достигнуто за счет сочетания ориентированного слоя, подходящим образом расположенных электродов и подходящего типа жидкого кристалла (в частности, свойств Δε).
Ориентированные слои могут, например, заставлять жидкий кристалл вблизи границы самостоятельно ориентироваться под углом к границе, где этот угол может, например, быть близок к нулю или 90°. Для создания выравнивания жидкого кристалла вдоль границ раздела с линзами могут, например, использоваться переключающие в плоскости электроды. Эти методы хорошо известны специалистам в данной области техники.
Расположение слоев может быть изменено в описанных выше конструкциях. Показаны две линзовые конструкции с одним и тем же шагом линз, но он может быть различным. Две фиксированные линзовые конструкции также могут иметь различные углы, если требуется. Фиксированные лентикулярные конструкции также могут быть гомеотопически ориентированными.
В расположении, описанном выше, каждая из двух переключаемых лентикулярных конструкций действует на компоненты падающего светового излучения с перпендикулярным направлением поляризации. Лентикулярные конструкции разделены переключаемой анизотропной средой, и сами лентикулярные конструкции являются анизотропными, имеющими соответствующие оптические свойства показателя преломления, как и среда между ними. Это означает, что обе поляризации могут использоваться, делая систему эффективной.
На фигурах менее значимые части, такие как электрические кабели и т.п., совсем не показаны с целью улучшения ясности.
В вариантах осуществления, описанных выше, используется регулятор для создания множества ракурсов таким образом, что обеспечивается автостереоскопическое наблюдение. В одном примере это может быть сделано за счет конструирования лентикулярных конструкций таким образом, что индивидуальные пиксели панели отображения проецируются в различные ракурсы. Для подробного описания см. патенты США, на которые были даны ссылки ранее, и описание настоящего изобретения.
Регулятор согласно настоящему изобретению, однако, в равной степени хорошо подходит для создания устройства отображения с двойным ракурсом просмотра, где множество наблюдателей может наблюдать различную 2D информацию. Например, водитель/пилот и помощник водителя/пилота транспортного средства или самолета могут быть обеспечены данными движения транспорта и данными, не относящимися к движению транспорта, такими как фильмы или др., соответственно. Подробное описание таких устройств отображения дается, например, в международной заявке на изобретение PCT/IB03/03844, которая упомянута здесь для сведения. В заявке создаются устройства отображения с двойным ракурсом просмотра, имеющие параллаксные барьеры или имеющие лентикулярные наборы. Без повторения содержания заявки, описание вариантов осуществления, которые относятся к устройству отображения, имеющему лентикулярный набор, в PCT/IB03/03844 обеспечивает примеры того, как сконструировать устройства отображения с двойным ракурсом просмотра в терминах соотношений размеров пикселей и конструкции лентикулярных наборов. Для того чтобы прийти к устройству отображения с двойным ракурсом просмотра настоящего изобретения, лентикулярную конструкцию устройства отображения PCT/IB03/03844 нужно заменить регулятором из настоящего изобретения, где размеры лентикулярных конструкций регулятора нужно выбирать в соответствии с описанием для важных вариантов осуществления устройства отображения согласно PCT/IB03/03844. Кроме того, жидкокристаллическое устройство отображения может быть заменено панелью отображения, которая создает по существу неполяризованное световое излучение, такой, например, как панель отображения на органических светодиодах.
Термин «по существу» здесь, например «по существу плоский» или «по существу состоит», будет понятен специалисту в данной области техники. В вариантах осуществления имя прилагательное по существу может быть удалено. При применении термин «по существу» может также включать варианты осуществления с терминами «в целом», «полностью», «все» и т.п. При использовании термин «по существу» может также относиться к 90% или выше, например 95% или выше, в особенности 99% или выше, включая 100%. Термин «содержит» включает в себя также варианты осуществления, где термин «содержит» означает «состоит из».
Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и тому подобные в описании и в формуле изобретения используются для того, чтобы отличать друг от друга аналогичные элементы, и нет необходимости описывать последовательный или хронологический порядок. Нужно понимать, что так используемые термины заменяемы при подходящих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описанные здесь, способны работать в другой последовательности, которая описана или проиллюстрирована здесь.
Устройства выбираются из многих, описанных в ходе работы. Как будет ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничивается способами работы или устройствами в работе.
Нужно отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют скорее не ограниченность изобретения, а то, что специалисты в данной области техники будут способны сконструировать много альтернативных вариантов осуществления без выхода за рамки прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любая числовая ссылка, расположенная в скобках, не должна рассматриваться как ограничивающая формулу изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или стадий, отличных от заявленных в формуле изобретения. Термин «и/или» включает в себя любую или все комбинации одного или более связанных перечисленных элементов. Единственность элемента не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано с помощью аппаратного обеспечения, содержащего несколько различных элементов, и с помощью подходящего программируемого компьютера. В формуле изобретения устройства, перечисляющей несколько приспособлений, несколько таких приспособлений может быть реализовано с помощью одного и того же элемента аппаратного обеспечения. Простой факт, состоящий в том, что определенные признаки упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не показывает, что сочетание этих особенностей не может быть использовано для получения преимущества.
1. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра, содержащее панель отображения, имеющую пиксели для генерации световых пучков и регулятор (1) для регулировки направления световых пучков, при этом регулятор (1) имеет состояние «выключено» и состояние «включено» и содержит набор (10) слоев, причем
набор (10) содержит первый слой (100) из твердого материала, имеющий первую оптическую ось (111), второй слой (200) из твердого материала, имеющий вторую оптическую ось (211), и переключаемый двулучепреломляющий твистированный нематический жидкокристаллический материал (30) или хиральный нематический жидкокристаллический материал; и
первую границу раздела (130) между первым слоем (100) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30) и вторую границу раздела (230) между вторым слоем (200) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30), причем каждая из первой границы раздела (130) и второй границы раздела (230) определяет набор лентикулярных линз или призм для регулировки направления световых пучков (5), при этом
в состоянии «выключено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную первой оптической оси (111), и двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) формируется так, что он имеет оптическую ось, параллельную второй оптической оси (211); и
в состоянии «включено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) формируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную первой оптической оси (111), и двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) формируется так, что он имеет оптическую ось, перпендикулярную второй оптической оси (211); и
при этом в состоянии «включено» устройство отображения со многими ракурсами просмотра имеет режим просмотра во многих ракурсах, и в состоянии «выключено» устройство отображения со многими ракурсами просмотра имеет режим просмотра в одном ракурсе.
2. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по п.1, в котором первая оптическая ось (111) и вторая оптическая ось (211) перпендикулярны, и при этом первая оптическая ось (111) и вторая оптическая ось (211) ориентированы в плоскости набора (10).
3. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по п.1, содержащее панель отображения, которая генерирует световые пучки, которые являются неполяризованным светом.
4. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по п.1, в котором панель отображения представляет собой панель отображения на органических светодиодах или панель отображения на светодиодах.
5. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по п.1, в котором минимальный промежуток между первым и вторым слоями из твердого материала меньше, чем глубина лентикулярных линз наборов лентикулярных линз.
6. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по п.1, при этом устройство отображения со многими ракурсами просмотра представляет собой автостереоскопическое устройство отображения, и режим просмотра во многих ракурсах представляет собой трехмерный режим просмотра, а режим просмотра в одном ракурсе представляет собой двумерный режим просмотра.
7. Устройство отображения со многими ракурсами просмотра по любому из пп. с 1 по 4, в котором устройство отображения со многими ракурсами просмотра представляет собой устройство отображения с двойным ракурсом просмотра, и режим просмотра во многих ракурсах представляет собой режим просмотра во многих ракурсах для обеспечения по меньшей мере двух различных двумерных изображений по отношению к по меньшей мере двум наблюдателям, и режим просмотра в одном ракурсе служит для создания единственного двумерного изображения.
