用于驱动2D/3D可切换自动立体显示装置的过程的制作方法

用于驱动2d/3d可切换自动立体显示装置的过程
技术领域
1.本发明涉及一种用于在自动立体显示装置中从第一视图模式切换到第二视图模式的切换过程，并且涉及一种能够从第一视图模式切换到第二视图模式的自动立体显示装置。


背景技术：

2.电可切换二维和三维(2d/3d)显示器通常被称为可切换自动立体显示器，在过去二十年中引起了极大的关注。在一种方法中，具有像素行和像素列的液晶显示器(lcd)与透镜(lenticular)装置集成，该透镜装置包括半圆柱微透镜(透镜)阵列和与其相邻的液晶介质。然后，每个透镜与一组至少两列像素相关联，该组像素平行于透镜延伸，或者与其成一角度延伸。透镜的折射率是固定的，但是相邻液晶介质的折射率可以通过在两个液晶相之间切换来改变。在2d视图模式中，这两个折射率匹配，从而剥夺了透镜的聚焦效果，并导致透镜装置表现为透明且平坦的光学面板。在3d视图模式中，液晶介质处于另一液晶相。折射率不再匹配，这使得每个透镜显示出聚焦效果。这使得可以将来自不同像素列的输出引导到显示器前面的不同空间位置，这又使得观看者能够感知立体图像。因此，液晶相之间的受控切换在能够在2d和3d视图模式之间切换的显示器的设计中变得至关重要。
3.通过改变液晶材料所经受的电场从而实现了一个液晶相到另一液晶相的切换。这通常需要施加电场(在没有电场的情况下)或者关闭电场(在这种电场作用下)。当电场发生这种变化时，液晶相均匀变化是很重要的。当不是这种情况时，则在液晶介质中可能形成具有不同液晶取向的不同畴。在这些畴的边界处，液晶分子的取向发生突变。这种边界被称为“向错”。相邻区域的光学特性并不完全相同，而在向错时，会出现光学像差。这导致当切换到3d视图模式时串扰增加，并且当切换到2d视图模式时图像质量降低。
4.在传统的电可切换2d/3d显示器中，向错是一个问题。同样地，透镜表面的曲率增加了对向错形成的敏感性。它们通常出现在透镜的顶点以及不同面之间的界面(在透镜是多面透镜的情况下)。问题之一在于，当从一个液晶相切换到另一液晶相时，会形成向错。另一个问题是向错的持续存在，因为许多向错从长期来看是牢固的，例如，在多个切换周期中。
5.特别是向错的受害者的透镜装置是这样一种类型，其具有对准特性的透镜表面不是由不同材料(例如，聚酰亚胺)的涂层形成的，而透镜元件及其具有对准特性的表面由相同的材料组成(例如，在透镜元件的表面中存在对准凹槽)。这似乎增加了形成向错的机会以及它们的持久性。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提供一种用于电可切换的2d/3d显示器的切换过程，其中，不形成向错，或者至少比已知切换过程的程度更小。本发明的另一目的是提供一种方法，该方法能使向错消失，或者至少使它们不稳定。另一目的是提供一种电可切换的2d/3d显示
器，其中，在切换时不会形成向错，或者至少比已知的2d/3d可切换显示器程度更小。
7.现已发现，这些目标中的一个或多个可以通过应用特定的切换方法来实现。
8.因此，本发明涉及一种用于在自动立体显示装置中从第一视图模式切换到第二视图模式的切换过程，其中，所述自动立体显示装置包括：
9.显示面板，所述显示面板具有用于产生显示输出的显示像素元件阵列；
10.透镜装置(lenticular)，所述透镜装置设置在显示面板上，所述显示面板可电切换，以提供第一视图模式或第二视图模式，其中，在两种视图模式中的一种中，所述透镜装置包括透镜区域，所述透镜区域将来自不同显示像素元件的输出引导到显示装置的视野内的不同空间位置，使得显示针对观看者左眼的图像和针对观看者右眼的图像，允许观看者感知立体图像，所述透镜装置包括：
11.第一光学透明衬底；
12.透镜元件阵列，所述透镜元件阵列设置在第一光学透明衬底上，其中，所述透镜元件具有带液晶取向特性的透镜表面；
13.第二光学透明衬底，所述第二光学透明衬底具有带液晶取向特性的平坦表面，所述透镜表面和所述平坦表面彼此面对；
14.第一平面开关电极，所述第一平面开关电极设置在第一光学透明衬底的一侧；
15.第二平面开关电极，所述第二平面开关电极设置在第二光学透明衬底的一侧；
16.液晶组合物，所述液晶组合物包含液晶分子，所述组合物夹在两个衬底之间，其中，
17.在第一视图模式中，所述液晶分子位于开关电极的平面内并且在透镜元件的方向上，并且，
18.在第二视图模式中，所述液晶分子沿垂直于两个平面开关电极的方向取向；
19.装置，用于在两个开关电极上施加限定幅度的电压，以控制从第一视图模式到第二视图模式的切换；
20.所述过程包括当透镜装置处于其第一视图模式时，在两个开关电极上施加开关电压，所述开关电压对应于透镜装置处于其第二视图模式时的电压，
21.其特征在于：
22.所述开关电压的施加包括施加斜坡电压的步骤，所述斜坡电压在至少0.50秒的斜坡周期期间从透镜装置处于其第一视图模式的起始电压增加到透镜装置处于其第二视图模式的最终电压，其中，
23.在斜坡周期的至少0.40秒期间，所述斜坡电压处于第二视图模式的最小电压的4.0
‑
70％范围内的中间电压；并且
24.所述最终电压等于或高于第二视图模式的最小电压；
25.其中，第二视图模式的最小电压是透镜装置保持在其第二视图模式所需的最小电压。
附图说明
26.图1示出了在根据本发明的方法中使用的可切换自动立体显示器的实施例的分解图；
27.图2示出了在3d视图模式中的透镜显示装置的反射显微镜视图，其中，存在向错；
28.图3示出了在3d视图模式中的两个透镜显示器中的串扰百分比，一个具有向错，一个没有向错；
29.图4示出了没有向错的在3d视图模式中的透镜显示装置的反射显微镜视图；
30.图5示出了用于将透镜显示装置从第一视图模式切换到第二视图模式的电压方案；
31.图6a示出了应用于透镜显示装置的三种不同切换过程的不同电压方案；
32.图6b示出了当经历三种不同的切换过程时，透镜显示装置的截面上的向错的演变。
具体实施方式
33.在本发明的方法中使用的自动立体显示装置包括透镜装置，所述透镜装置可电切换，以提供第一视图模式或第二视图模式，第一视图模式或第二视图模式通常是可以观看二维图像的模式(2d视图模式)和可以观看三维图像的模式(3d视图模式)。通过改变存在于具有液晶取向特性的两个相对表面之间的液晶分子的取向来进行切换。通过在两个开关电极之间施加开关电压，即在它们之间施加电势，来完成这种取向的变化。在没有这种电势的情况下，液晶分子位于电极平面内(平面取向)和由两个取向层诱导的方向上(这通常与透镜装置中的透镜的方向相同)。这对应于第一视图模式。当施加足够强的电势时，液晶分子的取向切换到垂直于两个平面切换电极的取向(正常取向)。这对应于第二视图模式。
34.从一个视图到另一视图的切换与液晶组合物的折射率变化相关联。在一种视图模式中，其折射率与透镜元件的折射率匹配，从而剥夺透镜的聚焦效果并使透镜装置表现为透明且平坦的光学面板。在另一种视图模式下，折射率不再匹配，这使得每个透镜都表现出聚焦效果。
35.透镜装置包括设置在具有显示像素元件的显示面板上的透镜元件(即半圆柱微透镜)阵列。然后，每个透镜元件与一组至少两列像素元件相关联，所述像素元件平行于透镜元件延伸，或者与其成一角度延伸。当处于折射率不匹配的视图模式，透镜元件呈现聚焦效果时，由特定透镜元件后面的一列像素元件(像素列)发射的光以相同的轨迹穿过透镜元件，并且在显示器前面的相同空间方向上从透镜装置(并且因此也从自动立体显示装置)出射。换言之，以平面状光束出射时，透镜元件位于该平面内。这使得有可能将来自不同像素列的输出引导到显示器前面的不同空间位置，进而允许显示单独的图像—典型地是针对左眼的左眼图像和针对右眼的右眼图像，从而允许观看者感知立体图像。这种模式就是3d视图模式。
36.两种液晶分子取向中的任何一种都可以对应于两种观察模式中的任何一种，这取决于透镜装置的设计。当其被设计成平面取向的折射率与透镜元件的折射率匹配时，则该装置在没有电势的情况下表现为透明且平坦的光学面板，并且适合于显示二维图像(2d视图模式)。相反，当法线方向的折射率与透镜元件的折射率相匹配时，则该装置在电势存在的情况下处于2d视图模式。
37.当根据这些设计中的任何一个的装置切换到折射率之间不匹配的模式时，则每个透镜呈现聚焦效果，因此允许将不同像素元件的输出引导到显示器前面的不同空间位置。
这又使得观看者能够感知三维图像(3d视图模式)。通常，在没有电势的情况下，透镜装置处于2d视图模式。然后，施加电势(开关电压)导致切换到3d视图模式。在关闭电势后，系统将恢复到2d视图模式。
38.液晶分子变得定向并保持垂直于两个平面切换电极(正常方向；第二视图模式)所需的施加电压的大小取决于透镜装置的设计。对于每个特定的透镜装置，存在所谓的“第二视图模式的最小电压”。该电压是透镜装置一旦达到第二视图模式就保持在其第二视图模式所需的最小电压，并且可以通过确定方法来确定，该方法包括：
39.首先通过施加足够高的电压使装置进入其第二视图模式，以实现这一点；
40.在遵循装置中液晶取向的程度(特别是遵循透镜参数，例如，串扰和/或焦距)的同时降低电压；
41.确定标志着对准开始向第一视图模式的对准逆转的电压(例如，当诸如串扰和/或焦距等透镜参数开始增加时)。
42.所确定的电压对应于第二视图模式的最小电压。本领域技术人员知道如何获得第二视图模式的最小电压，对此，可应用常规实验而不需要付出创造性的技能。对于大多数透镜装置，第二视图模式的最小电压在5
‑
15v的范围内。特别是，对于许多透镜装置，在7
‑
12v的范围内。
43.在本发明的过程中，透镜装置最初处于其第一视图模式。切换到第二视图模式包括在两个电极上施加开关电压。这是透镜装置变为并保持在其第二视图模式的电压。当施加电压时，液晶分子的取向切换到垂直于两个平面切换电极的取向(正常取向)。
44.令人惊讶地发现，当开关电压不是(几乎)瞬时施加的，而是经由斜坡施加的，其中，电压在一段时间内保持在低于第二视图模式的最小电压的60％(特别是在5
‑
50％的范围内)的中间电压，能够形成较少的向错。此外，切换后形成的向错比没有施加斜坡电压时消失得更快。
45.在本发明的方法中，斜坡电压的周期至少为0.50秒，在至少0.40秒期间，斜坡电压处于中间电压，该中间电压在第二视图模式的最小电压的5.0
‑
60％的范围内(即，斜坡电压可以在至少0.40秒期间在第二视图模式的最小电压的5.0
‑
60％的范围内变化)。
46.斜坡从透镜装置处于其第一视图模式的起始电压开始。该电压通常为0.0v，但也可能是更高的电压(只要装置处于第一视图模式)。例如，可能存在小于例如4.0v的剩余电压。通常，这种电压小于3.0v。优选地，这种电压小于2.0v。在斜坡期间，斜坡电压增加到最终电压。在这个电压下，透镜装置处于其第二视图模式。因此，至少与第二视图模式的最小电压一样高。通常最终电压比该电压高；例如，在10
‑
100v的范围内。特别地，在14
‑
80伏的范围内，更特别地，在20
‑
60v的范围内。当已经达到最终电压时，实际上已经施加了前导码的开关电压。
47.在达到两个开关电极上的最终电压之后，该电压可以降低到至少与第二观察模式的最小电压一样高的电压(这将仅在已经达到的最终电压高于第二观察模式的最小电压时才施加)。
48.斜坡周期可以是至少1.0秒、至少1.5秒、至少2.0秒、至少3.0秒、至少4.0秒、至少5.0秒、至少6.0秒、至少7.0秒、至少8.0秒、至少9.0秒、至少10秒、至少12秒、至少15秒、至少18秒、至少20秒、至少25秒、至少30秒或至少40秒。斜坡周期可以是60秒或更短。然而，优选
地，斜坡周期尽可能短，因为更短的斜坡周期相当于更短的切换时间，并且观众通常更偏好短的切换时间。斜坡周期例如为50秒或更少、40秒或更少、30秒或更少、25秒或更少、20秒或更少或15秒或更少。通常，斜坡周期在1
‑
20秒的范围内。
49.斜坡电压处于中间电压的周期的持续时间通常至少为总斜坡周期的75％。例如，斜坡周期为4.0秒，则持续时间至少为3.0秒。原则上，在斜坡电压已经超过中间电压之后，也可以具有延长的斜坡周期(使得在中间电压下的持续时间低于上述75％)，但是这没有给出当斜坡电压处于中间电压时观察到的优点。
50.在本发明的过程中，对于第二视图模式，中间电压在最小电压的5.0
‑
60％的范围内。特别地，在第二视图模式的最小电压的8.0
‑
55％的范围内，更特别地，在最小电压的12
‑
50％的范围内。也可以在15
‑
40％的范围内或者在20
‑
30％的范围内。
51.在本发明的一个实施例中，
52.斜坡周期至少为2.0秒；并且
53.在斜坡周期的至少1.5秒内，斜坡电压在第二视图模式的最小电压的10
‑
50％的范围内。
54.在本发明的另一实施例中，
55.斜坡周期至少为5.0秒；并且
56.在斜坡周期的至少4.0秒内，斜坡电压在第二视图模式的最小电压的15
‑
45％的范围内。
57.此外，令人惊讶地发现，中间电压的频率可能对向错的形成和/或一旦形成向错后对向错的不稳定性具有特别有利的影响。似乎当中间电压是具有较低频率(即，低于最终电压的频率)(例如，在0.1
‑
12hz范围内的频率)的交流电压时，在切换到第二视图模式期间形成较少的向错。特别地，频率在0.5
‑
10hz的范围内，更特别地，在0.8
‑
7.5hz的范围内，甚至更特别地，在1.0
‑
5.0hz的范围内。最终电压的频率取决于中间电压的频率，优选至少为45hz，更优选至少为50hz，例如，在60
‑
100hz的范围内。
58.图5示出了根据本发明的过程的用于透镜显示装置的切换的电压方案的示例。斜坡电压在7秒内处于中间电压，之后快速切换到40v的最终电压。在图5中用10v的虚线表示第二视图模式的最小电压，其低于40v的最终电压。此外，从图5可以看出，中间电压的频率基本上保持低于(1hz)最终电压的频率及其斜坡(100hz)。
59.当最终电压是频率在0.1
‑
15hz范围内，特别是在0.5
‑
10hz范围内，更特别是在1.0
‑
8.0hz范围内，甚至更特别是在2.0
‑
6.0hz范围内的交流电压时，出现了对向错的形成和/或向错的不稳定性的另一令人惊讶的有益效果。似乎最终电压的持续时间越长，效果越好。持续时间优选为至少2分钟、至少5分钟或至少10分钟。由于受到这种频率影响的自动立体显示装置不适合被观看，因为频率相对较低(观看者将感受到观看舒适度不足和/或不期望的显示质量)，所以当观看者不在时，该特定过程优选地作为背景过程来执行。
60.特别是在显示器中发生本发明解决的向错问题，其中，透镜元件的液晶取向特性包含在透镜本身的材料中，而不在透镜顶部的层(例如，聚酰亚胺层)中。这种微透镜已经获得了其液晶取向特性，例如，通过对其表面进行研磨处理(例如，抛光)；或者通过蚀刻、雕刻或光刻工艺。因此，在本发明的过程中，透镜元件及其具有液晶取向特性的表面可以由相同的材料组成。
61.本发明还涉及一种自动立体显示装置(1)，包括：
62.显示面板(2)，所述显示面板具有用于产生显示输出的显示像素元件(3)阵列；
63.透镜装置(4)，所述透镜装置(4)设置在显示面板(2)上，所述显示面板可电切换，以提供第一视图模式或第二视图模式，其中，在两种视图模式中的一种中，所述透镜装置(4)包括透镜区域，所述透镜区域将来自不同显示像素元件(3)的输出引导到显示装置(4)的视野内的不同空间位置，使得显示针对观看者左眼的图像和针对观看者右眼的图像，允许观看者感知立体图像，所述透镜装置(4)包括：
64.第一光学透明衬底(5a)；
65.透镜元件阵列(6)，所述透镜元件阵列设置在第一光学透明衬底(5a)上，其中，所述透镜元件(6)具有带液晶取向特性的透镜表面；
66.第二光学透明衬底(7a)，所述第二光学透明衬底具有带液晶取向特性的平坦表面，所述具有液晶取向特性的透镜表面和所述具有液晶取向特性的平坦表面彼此面对；
67.第一平面开关电极(5b)，所述第一平面开关电极设置在第一光学透明衬底(5a)的一侧；
68.第二平面开关电极(7b)，所述第二平面开关电极设置在第二光学透明衬底(7a)的一侧；
69.液晶组合物(8)，所述液晶组合物包含液晶分子，所述组合物夹在两个衬底(5a、7a)之间，其中，在第一视图模式中，所述液晶分子位于开关电极(5b、7b)的平面内并且在透镜元件(6)的方向上，并且，在第二视图模式中，所述液晶分子沿垂直于两个平面开关电极(5b、7b)的方向取向；
70.装置(9)，用于在两个切换电极(5b、7b)上施加限定幅度的电压，以控制从第一视图模式到第二视图模式的切换；
71.其特征在于：
72.所述用于施加电压的装置(9)包括处理器，所述处理器被配置为施加斜坡电压，所述斜坡电压在至少0.50秒的斜坡周期期间从透镜装置(4)处于其第一视图模式的起始电压增加到透镜装置(4)处于其第二视图模式的最终电压，其中，
73.在斜坡周期的至少0.40秒期间，所述斜坡电压处于第二视图模式的最小电压的4.0
‑
70％范围内的中间电压；并且
74.所述最终电压等于或高于第二视图模式的最小电压；
75.其中，第二视图模式的最小电压是透镜装置(4)保持在其第二视图模式所需的最小电压。
76.在图1中，显示了根据本发明的自动立体显示器(1)的分解图。透镜装置(4)设置在包括显示像素元件(3)的显示面板(2)上。透镜装置(4)包括透镜元件(6)阵列和液晶组合物(8)，这两者一方面夹在第一平面开关电极(5b)和光学透明衬底(5a)之间；另一方面夹在第二平面开关电极(7b)和光学透明衬底(7a)之间。装置(9)电连接到两个开关电极(5b、7b)，其中，装置(9)用于在两个开关电极(5b、7b)上施加限定幅度的电压。
77.实施例
78.可以通过几种方式观察到2d/3d可切换单元中的向错。用肉眼可以看到较亮或较暗的区域，尤其是在反射时。在光学显微镜下，向错可以在显微镜视野内看到(无限)线，如
图2的图像所示，箭头表示向错线。
79.在3d串扰测量中，通过串扰增加的区域来识别向错。这在图3中示出，其中，左图像和右图像表示3d视图模式下的透镜显示器，色标以百分比表示串扰。左图像比右图像有更多的向错，并表现出更多的串扰。
80.在本示例中，使用光学显微镜照片研究了向错的形成和溶解。尼康日蚀光学显微镜和尼康数码相机用来收集图像。测试中的装置是对角线尺寸为10.1、透镜间距为145微米的2d/3d可切换单元。经由一台带有定制开关控制软件的pc来控制开关电压，该软件驱动微微示波器，该示波器将信号中继到定制的开关盒，控制电池上的实际电压。这样，可以预编程和执行驱动电压方案。发现第二视图模式的最小电压为10v。
81.样品的照明处于透明模式，入射光在入射界面平行于lc指向矢偏振。入射界面是2d/3d可切换单元的间隔侧(平坦表面，无透镜)。目镜侧的分析仪偏振器垂直于透镜方向。透镜侧的lc指向矢平行于透镜，因此未切换状态下的图片是暗的。图4示出了镜头切换到第二视图模式而没有向错的典型图像。
82.为了说明本发明方法的效果，透镜装置经历三个不同的切换过程(i、ii、iii)。过程i是一种比较现有技术的工艺，其中，瞬时(0.1秒)施加50v的开关电压。过程ii和iii是根据本发明的。在过程ii中，斜坡电压随时间线性增加，在20秒后达到50v的最终电压。在过程iii中，斜坡电压在5秒内线性(但比过程ii慢)增加到4v，然后立即增加到50v的最终电压。这些过程的电压方案如图6a所示。第二视图模式的最小电压由10v的虚线表示。
83.图6b以三行(i、ii、iii)示出了经历这三种不同切换过程的透镜显示装置的截面上的向错的演变。从左到右，分别在0、5、10、15和20秒后显示特定部分的显微镜照片。20秒后，所有截面均无向错(即无论采用何种方法，20秒后所有向错均消失)。
84.在行i、ii、iii，所有向错分别在20秒、15秒和5秒后消失。过程iii基本上能够在5秒内从第一视角模式切换到无向错的第二视角模式。
85.存在于每个图像中的点通常在相同的点上，是所谓的间隔球，用于在两个光学透明衬底之间提供均匀的间隔。