CN1751259A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

在2D/3D显示器中，提供了具有能够以连续的方式在第一焦点强度和第二焦点强度之间进行切换的焦距的可切换透镜状阵列。当可以通过电湿润对焦距进行控制时，可切换透镜状阵列包括液体的柱面透镜部分。

Description

显示设备
技术领域
本发明涉及一种显示设备，该设备包括一个用于显示由像素组成的图像的显示器件，并且还包括一个用于在不同类型的像素图像之间进行切换的装置。例如，这种显示设备的例子是能够显示立体图像和平面图像的显示器。要显示的图像不仅可以来源于不同类型的显示器件，如光调制显示器件，例如，LCD(液晶显示器)板或者微机械板，而且可以来源于发光显示器件，如(多)LED(发光二极管)板，等离子板，甚至CRT(阴极射线管)等。
背景技术
在USP 6069650中示出了这种适合于三维和二维显示的显示设备的例子。该文献示出了一种具有根据像素按照这样的方式排列的透镜状元件阵列的LCD板，即在进行三维显示的情况下，为左眼和右眼生成副画面。使透镜状元件位于充满了电光材料如液晶材料的空间中，液晶材料的折射率可以在第一和第二值之间切换。
通过选择两个值中一个值与透镜状元件的材料的值大致相等，在两个状态中的一个状态中消除了透镜效应，由此显示二维图像。在另一个状态中，液晶材料具有与透镜状薄片材料的折射率不同的折射率。通过适当地驱动像素，此时两眼的信息是不同的(三维图像)。
对于合适的(温度相关性较小的)液晶材料，在两个状态之间的折射率的差异是这样的(大约0.2)，以至对于在这种情况下为透镜状的元件来说需要较大的曲率，因而液晶材料层的厚度有差异，并且因此使切换性能不均匀。
此外，液晶材料是各向异性的。这意味着对于通过液体的光线，在各个方向上，正常与非正常折射率之间的折射率差异是不同的。因此，如果对某个观察角度进行最优化，则对于其他观察角度来说，显示设备的性能很差(角度相关)。
发明内容
除其他目的之外，本发明的一个目的是尽可能克服所述缺点。按照本发明，用于在不同类型图像之间进行切换的装置包括至少一个含有至少两种具有不同折射率和不同电导率的基本上不相融合的液体的容器，并且用于在不同类型图像之间进行切换的装置还配备有用于改变液体之间的界面的形状的驱动装置。
由于具有透镜作用的元件包括各向同性的介质，因此可以忽略所述的角度相关性。此外，适当的液体与空气之间的折射率的差异通常大于所述的0.2(典型的例子约为0.48)，因此足以使用厚度更小的透镜状薄片。实际上，通常最好使用密度大致相同的两种液体，以使组件不受重力的影响。
透光部分不需要任何(ITO)电极或者覆层，以便增强透射。
透镜状元件可以构成正透镜和负透镜。为了在二维和三维显示之间进行切换，显示设备包括两种具有不同折射率的不相融合的液体，尽管界面的形状可以在曲面的和平面的表面之间切换，但是两种液体中的一种是导电的，而另一种基本上是绝缘的。
在第一实施例中，沿着图像平面的方向观察，容器的截面大致是圆形的。但是，容器的截面最好大致是矩形的或者六边形的，这样提供了更大的有效表面面积。
参照以下描述的实施例，将清楚本发明的上述以及其它方面，并且对本发明的上述以及其它方面进行说明。
附图说明
在附图中：
图1为按照本发明的透镜状元件的示意性的截面图；
图2为在图3中按照线II-II截取的，按照本发明的显示器件的截面图；
图3为图2的显示器件的平面图；
图4为按照本发明的另一种透镜状元件的平面图；
图5和6为在图4中按照线V-V和VI-VI截取的截面图；而
图7和8为按照本发明的其它显示器件的平面图；并且
图9示出了典型应用。
附图是示意性的而不是按照比例绘制的；一般用相同的标号表示对应的部分。
具体实施方式
图1示出了在本发明中使用的具有可变焦距的透镜的原理。图1的透镜包括具有透明壁6的容器5。在本实施例中，在与图的平面垂直的平面中，容器5的截面大致是圆形的。在本实施例中，在一个衬底6′上提供了多个容器，示意性地用虚线6″表示。
以这样的方式对，例如，玻璃的但最好是合成树脂材料的容器5进行布置，即一方面使其充有第一绝缘液体8，例如，alcane如十六烷(hexadecane)或者硅油(silicon oil)，另一方面，充有极性液体7，如水或者盐溶液(例如，溶解于水和乙醇的混合物中的KCl)。
在本实施例中，在衬底6′上提供的第一电极9伸入极性液体7，而第二电极10位于容器壁中。利用绝缘层11使电极10与液体7绝缘。利用示意性示出的在电极9和10之间的电压源12，可以影响两种液体7和8之间的液面的曲率(electrowetting，电湿润)。根据所使用的电压，接触角θ呈现为某个值。在图1的左侧部分(情况(a))，在本例中的接触角θ大于90度，液体7和8之间的液面14呈现向上的曲率，因而容器6与液体7和8的配合对入射光(箭头13)起正透镜的作用。在图1的右侧部分(情况(b))，在本例中的接触角θ小于90度，液体7和8之间的液面14呈现向下的曲率，因而容器6与液体7和8的配合对入射光(箭头13)起负透镜的作用。
绝缘层11最好具有润湿性，使得在给定的调节电压下，接触角(θ)为90度。此时，液体7和8之间的液面15是平的。在这种情况下，没有透镜作用，因而显示二维图像。根据提供的电压，可以引入焦点在给定负值和给定正值之间变化的透镜作用。
图2为示意性的截面图，而图3为具有由多个像素3组成的液晶板2的显示器件1的一部分的平面图。以具有(平面)光源或者背光4的常规方式提供显示器件。为了简单起见，仅示出了像素3和背光4。在图2中没有示出衬底和其它可能的元件如偏光器、延迟箔等。
在图1的实施例中，当沿着图像平面的方向观察时，容器的截面大致为圆形。此外，每个容器只与一个像素有关。这对于在由图3中的阴影面积16表示的部分的面积的有效口径来说是不利的。因此，容器最好与多个像素有关，并且具有由图3中的矩形17示意性地表示的大致为矩形(或六边形)的截面。这提供了较大的有效表面。在图4到6中示意性地示出了这样的容器，其中，标号表示与图1中的部件相同的部件。当绝缘层11具有湿润性，因而在0V电压下接触角度(θ)为90度时，可以省去电极10″(以及相关的电压源，没有示出)。或者，可以将可调的电极10(10′，10″)电压用于每个容器，以便通过调节每个像素或者每个像素组的透镜作用，得到对于整个显示器件来说更一致的透镜性能。这个透镜性能可能依赖于使用的材料并且依赖于在显示器件表面上的容器的位置。还可以将可变调节用于其它目的，如用于根据观察者的距离调节曲率。
图7示出了一个实施例，其中，按照平面图观察，容器的边18相对于像素的列的方向19，按照角度(锐角)α延伸。对清晰度的影响沿着行和列的方向展开，因此显示条纹较少的图像。但是，仍然有相互道间串扰(crosstalk)。在图8的器件中防止了这种情况，其中，使容器17的行20(与多个像素耦合)与容器17′的行21彼此相对位移。
最后，图9示出了图1的显示器件能够被如何使用。该图示出了具有部分容器6的板2的一部分以及与像素(或者像素列)A、B、C、D相关的一些典型光路。图9A涉及前面描述的第二种状态的情况，其中，每个像素(或者像素列)A、B、C、D的光线被透镜状的液面(分别用点线、实线、虚线和点划线表示)反射。由于透镜状元件的透镜作用，使像素(或者像素列)A、B、C、D的光线沿着不同方向偏转，并且观察者22用不同的眼看到来自不同像素的光线(立体图像)。在图9B中，涉及到上面描述过的具有平面液面的状态的情况，消除了透镜作用并且观察者用每只眼看到所有像素(或者像素列)A、B、C、D。
如果需要，通过提供容器5的具有曲率的上表面或者借助于辅助透镜能够获得附加的透镜作用。
本发明存在于每个新颖的特有特征以及每个特有特征的组合中。在权利要求中的标号不对它们的保护范围进行限定。使用动词“包括”及其变化不排除存在权利要求中声明的要素之外的要素。在要素前面使用冠词“一个”不排除存在多个这样的要素。

Claims (7)

1.一种显示设备，该显示设备包括一个显示器件，用于显示由像素组成的图像，并且还包括用于在不同类型的像素图像之间进行切换的装置，其中，所述在不同类型的像素图像之间进行切换的装置至少包括一个容器，该容器含有至少两种具有不同折射率和不同电导率的实质上不相融合的液体并且还配备有用于改变液体之间的界面形状的驱动装置。
2.如权利要求1所述的显示设备，包括两种具有不同折射率的不相融合的液体，其中，一种液体是导电的而另一种液体基本上是绝缘的，同时界面形状可以在弯曲的与平面的表面之间进行切换。
3.如权利要求1所述的显示设备，包括容器，沿着图像平面的方向观察，该容器具有大致为圆形的截面。
4.如权利要求1所述的显示器件，包括容器，沿着图像平面的方向观察，该容器具有大致为矩形或者六边形的截面。
5.如权利要求4所述的显示设备，其中，按照像素行进行观察，所述容器的边按照锐角向像素行的方向延伸。
6.如权利要求4所述的显示设备，其中，按照容器的连续行进行观察，所述容器彼此相对位移。
7.如权利要求1所述的显示设备，其中，包括一个用于多个像素的公共容器。
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