專利名稱：懸浮粒子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種3D顯示器，尤其涉及一種包括為了對顯示器透射或反射的光輻射的方向進行控制的粒子懸浮液(particle suspension)的電光元件(cell)的用法。
懸浮粒子設(shè)備(SPD)在需要對光進行控制的應用中用作光閘和光閥，并且可在透射狀態(tài)和非透射狀態(tài)之間切換。它們可以例如與LCD屏幕結(jié)合用在個人計算機的屏幕中以及移動通信設(shè)備中。當屏幕的環(huán)境很暗時SPD可以將來自背光的光透射到LCD屏幕，或者，當屏幕前面有明亮的光時，SPD可以將周圍環(huán)境的光反射而不是利用該背光。
常規(guī)的SPD包括第一和第二通常平行、隔開的支承構(gòu)件，如玻璃板，懸浮粒子介質(zhì)位于其間。該懸浮粒子介質(zhì)可包括載液中的細長反射粒子。在支承構(gòu)件上設(shè)置電極，用以向一個或多個獨立元件中的懸浮粒子施加電場。粒子在沒有外加場的情況下采取隨機取向。早期的SPD利用懸浮粒子的隨機取向來提供非透射狀態(tài)。入射光被隨機取向的粒子阻擋并被散射。改進的SPD利用與光的方向垂直的電場來提供非透射狀態(tài)。這些粒子與外加場平行，它們的大區(qū)域垂直于光的方向，導致高度反射的狀態(tài)。這種狀態(tài)的優(yōu)點在于反射率提高并且切換時間加快。通過沿光的方向施加電場，使這些粒子的長軸平行于入射光方向，來形成透射狀態(tài)，同時顯著降低了散射。
關(guān)于3D顯示器的研究正變得更為普及和廣泛。已經(jīng)存在各種自動立體屏幕，使得觀看者不使用濾光器和專用眼鏡就可以觀看3D圖像。這種屏幕的例子可以在C.van Berkel等人的“多視圖3D-LCD(Multiview 3D-LCD)”(SPIE Proceedings，Vol.2653，1996，第32-39頁)中得到。
當顯示器顯示兩個圖像，一個針對左眼且一個針對右眼，其中這兩個圖像略微移位以考慮兩眼之間的視差時，呈現(xiàn)3D圖像。包含每個圖像的信息的像素以循環(huán)圖案散布在屏幕上。對屏幕發(fā)出的光進行控制，從而將穿過含有針對左眼的信息的像素的光隨后引向左眼，并且將穿過含有針對右眼的信息的像素的光隨后引向右眼。與每對像素關(guān)聯(lián)的光束需要以正確的角度進入這些像素。通常通過下面的方式來控制光束的方向通過使用在每隔適當距離的細平行縫隙中發(fā)射光的背光，如在US-A-4717949中所述；或者通過在光和像素之間使用具有縫隙的濾光器，或利用雙凸透鏡從而使光以適當角度傳播，如GB-A-2196166中所公開的。但是，這些方法都沒有提供能夠在操作過程中改變光的方向的屏幕。因此，不可能將屏幕轉(zhuǎn)換成2D顯示模式。另外，不可能作為觀看者位置的函數(shù)改變光的方向。已經(jīng)報道了關(guān)于對下述顯示器的研究，所述顯示器包含可切換漫射濾光器，用于在發(fā)出光之前使定向的光散射，并因此能夠?qū)@示模式從2D變?yōu)?D。這一研究的例子可以在J.Eichenlaub等的“A lightweight，compact 2D/3Dautostereoscopic lcd backlight(重量輕、緊湊的2D/3D自動立體LCD背光)”(SPIE proceedings，Vol.3295，1998，pp.180-185)中得到。但是，漫射濾光器經(jīng)常會降低屏幕的效率。而且，在任何特定屏幕上僅僅能夠顯示包含特定數(shù)量視圖的圖像，因為來自每個視圖的光的方向在制造時被固定，并且在之后不能改變。
根據(jù)本發(fā)明提供一種電光元件，其包括第一和第二支承構(gòu)件，至少其中之一對光輻射是透明的；位于支承構(gòu)件之間的粒子懸浮液；以及在至少第一支承構(gòu)件上的電極布置，其用于按照一定方式向粒子懸浮液施加電場，該方式至少使粒子的絕大部分在其預定區(qū)域內(nèi)按照相對于支承構(gòu)件傾斜的方式進行取向，以便傾斜地引導光輻射在該支承構(gòu)件之間通過。
進一步提供一種顯示器，其包括光源，包含像素陣列的顯示器件，以及多個上述電光元件。
本發(fā)明的優(yōu)點在于可以由電力來控制光的方向，并且能夠在操作過程中改變光的方向。背光發(fā)出的光可以由電光元件引向適當?shù)南袼?，并隨后引向適當?shù)难劬?，從而形成可調(diào)的3D圖像。如果觀看者改變位置，或者增大或減小3D圖像的視圖數(shù)量，那么可以相應地改變光束的方向。
本發(fā)明進一步提供一種顯示器，其可用于提供可切換為透射模式的第一顯示窗口，其中該窗口的尺寸對應于一組電光元件的尺寸，所述組包括至少一個電光元件，該組的電光元件可用于按照一定方式向所述組的粒子懸浮液施加垂直于支承構(gòu)件的電場，從而使所述組中至少的粒子的大部分在其預定區(qū)域內(nèi)按照垂直于支承構(gòu)件的配置進行取向，以便對在支承構(gòu)件之間穿過的光輻射產(chǎn)生可忽略的阻擋。
如果與所述第一窗口對應的像素進一步包含用于2D圖像的信息，那么該窗口可以在2D和3D顯示模式之間切換。
再一方面，本發(fā)明提供一種顯示器，其可用于提供可切換為反射模式的第二窗口，其中該窗口的尺寸對應于一組電光元件的尺寸，所述組包括至少一個電光元件，該組的電光元件可用于按照一定方式向所述組的粒子懸浮液施加與支承構(gòu)件平行的電場，從而使所述組中至少大部分粒子在其預定區(qū)域內(nèi)按照平行于支承構(gòu)件的方式來取向，以便反射穿過其間的光輻射。
如果這些像素位于反射電光元件之后，那么所述第二窗口在反射模式中將表現(xiàn)為一面鏡子，如果這些像素位于反射電光元件之前，并且這些像素包含用于2D圖像的信息，那么可以利用環(huán)境光來照亮在該窗口中的2D圖像。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，由于電光元件可以使光透射、反射以及以大幅度傾斜角度偏轉(zhuǎn)，因此可以將光的方向調(diào)整為適應不同的用戶或者不同距離處的操作。
現(xiàn)在參照附圖以舉例的方式來描述本發(fā)明的各個實施例，在附圖中

圖1是在3D顯示器中的電光元件的示意性截面圖，其中懸浮粒子處于隨機狀態(tài)；圖2是在3D顯示器中的電光元件的示意性截面圖，其中懸浮粒子處于透射狀態(tài)；圖3是顯示器的電光元件的示意性截面圖，其中懸浮粒子處于反射狀態(tài)；圖4是顯示器的電光元件的示意性截面圖，其中懸浮粒子處于部分偏轉(zhuǎn)狀態(tài)；圖5是示出光在圖4的電光元件中的路徑的示意圖；圖6(a)-(c)是顯示器的電光元件分別在與顯示器平面垂直、平行以及成斜角的電場作用下的截面圖，并且在右手側(cè)放大地示出了的懸浮粒子的取向；
圖7(a)-(b)示出懸浮粒子在顯示器的電光元件中的自由度；圖8(a)-(d)示出處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的顯示器的電光元件的詳細實施例；圖9(a)-(d)示出處于反射狀態(tài)的圖8的電光元件；圖10(a)-(d)示出處于透射狀態(tài)的圖8和9的電光元件；圖11示出怎樣形成3D圖像；圖12示出怎樣利用使光偏轉(zhuǎn)的懸浮粒子設(shè)備來形成3D圖像；圖13示出包含兩個電光元件的顯示器的一部分，這兩個電光元件將兩個光束中的每一個光束通過獨立的液晶(LC)像素引導到適當?shù)难劬χ?；圖14(a)-(b)示出圖13中的顯示器所需的電光元件的電極結(jié)構(gòu)的例子；圖15示出一種電光元件，其中一半元件將光偏轉(zhuǎn)到左邊，一半元件將光偏轉(zhuǎn)到右邊；圖16示出能夠提供圖15中所述偏轉(zhuǎn)的電光元件的電極結(jié)構(gòu)；圖17示出包括一個電光元件的顯示器的一部分，該電光元件使一部分光偏轉(zhuǎn)通過LC像素并進入一只眼睛，使另一部分光透射通過另一個LC像素并進入另一只眼睛；圖18示出包括處于透射狀態(tài)的兩個電光元件以及兩個LC像素的顯示器的一部分；圖19示出處于反射狀態(tài)的圖18中的顯示器；圖20示出包括兩個電光元件和兩個LC像素的顯示器的不同實施例，其中該顯示器處于3D顯示模式；圖21示出處于透射狀態(tài)的圖20的顯示器；以及圖22示出處于反射狀態(tài)的圖20和圖21的顯示器。
圖1示出沒有施加電場的電光元件1。該元件包括兩個平面支承構(gòu)件2和3，以及在這兩個支承構(gòu)件之間的介質(zhì)5中的懸浮粒子4。該支承構(gòu)件是透明的，允許光6穿過該元件。該粒子懸浮液包括在絕緣流體中懸浮的許多反射粒子。這些粒子進一步是不等軸的，即它們具有不對稱的特征。通常，它們是細長的懸浮體(platelet)，具有不相等的高度、寬度和深度。懸浮介質(zhì)可以是具有一定粘性的乙酸丁酯或液態(tài)有機硅氧烷聚合物，所述粘性允許粒子的布朗運動，但是阻止沉淀。適當?shù)牧Ｗ拥睦影ㄣy、鋁或鉻的金屬懸浮體、云母粒子或者無機鈦化合物的粒子。粒子的長度是約1至50微米，厚度為5至300nm。在圖1中，粒子隨機地取向。光6將散射離開隨機取向的粒子4。因此，該元件沒有很好地透射光。
圖2示出施加了與支承構(gòu)件2和3垂直的電場時的電光元件。粒子4以其長軸平行于外加場方向的方式來取向，使光6能夠穿過該元件而不會發(fā)生明顯的散射。因此，該元件處于透射模式中。
圖3示出當施加與支承構(gòu)件2和3平行的電場時的電光元件。懸浮粒子因此以其長軸平行于場方向且垂直于光6的方式來取向。該元件可包含由于光6散射離開粒子4而反射光6的反射粒子，因此該元件不會使光透射。圖3中所示的非透射配置在考慮切換時間時比圖1中所示配置更好。從高度對準的狀態(tài)獲得圖1中取向的切換時間取決于粒子的熱弛豫，而到圖3中取向的切換時間取決于電力。在大尺寸粒子的情況下，后者比前者快得多。
圖4示出當施加傾斜電場時的電光元件。粒子4使自己相對于支承構(gòu)件2、3的法線成一定角度地取向，因此使通過的光偏轉(zhuǎn)。但是，僅僅一部分光將被偏轉(zhuǎn)。圖5示出從該元件出來的三個光束8、9、10。一小部分光8直行通過該元件，沒有散射離開任何粒子。另一部分光9散射離開奇數(shù)個粒子，其偏轉(zhuǎn)的角是粒子與支承構(gòu)件的法線所成角7的大小的兩倍。此外，第三部分光10散射離開偶數(shù)個粒子，其中由第二個粒子引起的偏轉(zhuǎn)與由第一個粒子引起的偏轉(zhuǎn)方向相反，導致透射的光束平行于入射光束。
圖6示出能夠獲得圖2、3和4中所述電場的詳細的電極結(jié)構(gòu)和元件特征的例子。圖6示出分別在支承構(gòu)件2和3上的電極11和12的陣列。支承構(gòu)件2上的電極11與支承構(gòu)件3上的電極12在相對的位置對準。而且，這些電極分開間隙13，從而使電極之間絕緣。這些支承構(gòu)件通常用絕緣的透明材料制成，如玻璃、石英、塑料或二氧化硅(SiO2)。電極通常利用在CVD或濺射工藝中淀積的導電材料而形成，所述導電材料例如為氧化銦錫(ITO)。支承構(gòu)件之間的空間包括含懸浮介質(zhì)5的中間層和兩個外鈍化層14，其中懸浮介質(zhì)5具有高介電常數(shù)，而鈍化層14具有較低的介電常數(shù)。鈍化層14的目的是降低元件的粒子懸浮液中電場的不均勻性?？赡艿拟g化層是可以通過浸漬基底2、3進行淀積的含氟聚合物，或是可以通過CVD等進行濺射或淀積的SiO2。
典型的元件具有200微米的元件間隙，其中鈍化層為50微米，且具有250微米的電極寬度，以及50微米的電極間隙13。中間層14的電常數(shù)為10，每個鈍化層15的介電常數(shù)為2。
圖6示出粒子懸浮液中的等勢線15比較平行，電場線的梯度在很大程度上位于鈍化層中。圖6還示意性地示出懸浮粒子4在元件中如何取向。粒子4垂直于等勢線取向。為了實現(xiàn)圖6a、6b和6c中的變化電場，必須針對每個電場對電極11和12進行不同的尋址。圖6中電極的不同陰影表示不同的電勢。淡灰對應于帶負電，白色對應于帶正電，黑色對應于中性。
圖6a示出怎樣獲得垂直于支承構(gòu)件的電場。使第一支承構(gòu)件的電極11上的電勢與第二支承構(gòu)件的電極12上的電勢相反可產(chǎn)生垂直于支承構(gòu)件的電場。圖6b示出如何在右手和左手電極上分別帶有相反的電荷以產(chǎn)生與支承構(gòu)件一致的電場，圖6c示出對電極不對稱的尋址怎樣導致相對于支承構(gòu)件成斜角的電場。電元件中的電場的斜角不限于圖6c的斜角?？梢酝ㄟ^對其他適當?shù)碾姌O組合進行尋址來進一步調(diào)諧該斜角，這對于有經(jīng)驗的讀者來說是很清楚的。
為了獲得傾斜配置，在圖6c中使用位于每個支承構(gòu)件上的三個電極。因此，六個電極用于形成使光部分偏轉(zhuǎn)的電光元件。包含六個電極的元件也可以配置為透射和反射的。
在一個電場作用下的電光元件中的懸浮粒子具有多于一個的自由度。圖7a示出在從第二支承構(gòu)件的左手側(cè)到第一支承構(gòu)件的右手側(cè)成斜角的電場的作用下的四個粒子。這些支承構(gòu)件上的電極未示出。粒子16和粒子17具有不同的取向，但是都與電場一致(align)。觀察到穿過該元件的光反射到反射圓中，這是由于該光反射離開由圖7a中的粒子形成的管的所有側(cè)造成的。該反射圓的直徑取決于粒子與光的方向所成的角。但是，可以施加與第一場垂直的第二場(圖7b)來避免該反射環(huán)(ring)。當間歇地施加這兩個場時，選擇滿足這兩個場的取向。粒子17的取向滿足這兩個場。因此，減少了該粒子的自由度，并能精確選擇該粒子的取向。如果這些粒子處于反射狀態(tài)，那么選擇大多數(shù)粒子的取向為粒子的大面積平行于基底，這會導致高度反射的狀態(tài)。當這些粒子具有多于一個的自由度時，不能達到高度反射的狀態(tài)。
為了減少懸浮粒子的自由度的數(shù)量，可以使用包括電極11和12的矩陣的元件18，如將參考圖8所描述的。第一和第二支承構(gòu)件2和3每一個均包括九個電極，這些電極排列成三個電極的行R1至R3和三個電極的列C1至C3。每一行都可以用行解碼器19和20進行尋址，每一列都可以用列解碼器21和22進行尋址。在電極與連接到電壓源的接線之間的每個節(jié)點處都有開關(guān)(未示出)，使得每個電極都可以與該元件中的其余電極絕緣。因此，可以單獨地對這些電極進行尋址。行、列解碼器和開關(guān)進一步連接到驅(qū)動電子裝置(未示出)。可選擇的是，有源矩陣布置可用于對每個電極單獨進行尋址。
圖8a示出不對稱地尋址位于第一和第二支承構(gòu)件上的列。在第一和第二支承構(gòu)件上的列C1都帶正電，在第一支承構(gòu)件上的列C2帶負電，在第二支承構(gòu)件上的列C2帶正電，在第一和第二支承構(gòu)件上的列C3均帶負電。不對稱帶電的電極形成了從第一支承構(gòu)件2的右手側(cè)到第二支承構(gòu)件3的左手側(cè)成斜角的電場，如圖8b中所示。這些粒子以多于一個自由度取向，如粒子16和17所示。但是，如果施加第二電場，如圖8c中所示，那么僅僅一種取向滿足這兩個電場。第二電場不允許圖8b中粒子16的取向。另一方面，第二電場允許圖8d中粒子16的取向，但第一電場不允許。但是，兩個電場都允許粒子17的取向。因此，如果間歇地施加第一和第二場，那么大多數(shù)粒子采取粒子17的取向。圖8c和8d中的場平行于支承構(gòu)件，即其從圖8d中紙張平面中出來，并且這可以通過使第一和第二支承構(gòu)件的頂行R1與其余電極帶相反的電荷來實現(xiàn)。應該按照比粒子的弛豫時間更快的速度重復施加這兩個電場，以便強迫這些粒子呈特定的取向?？蛇x擇的是，借助于不同頻率的AC場，能夠以短時間間隔間歇地施加兩個垂直的場，使得不會到達每個場的平衡狀態(tài)，因此粒子采取兩個場都允許的取向。
而且，通過如圖9中所示對元件進行尋址，可以將該元件變成非透射的和高度反射的。在圖9a中，對第一和第二支承構(gòu)件2和3上的電極對稱地進行尋址，其中右手列C3與其他列中的電極帶相反電荷，實現(xiàn)如圖9b中所示從右手側(cè)到左手側(cè)的平行于支承構(gòu)件的電場。由圖9c中的帶電的電極獲得的第二場也平行于支承構(gòu)件，但垂直于在圖9a和9b中的場，因此迫使粒子呈粒子17所示的取向。當重復施加兩個電場時，不允許粒子16所示的取向。
而且，通過對第一支承構(gòu)件上的電極進行尋址使其與第二支承構(gòu)件上的電極具有相反的電荷導致粒子以垂直于這些支承構(gòu)件的配置進行取向，而將該元件變成透射的。通過施加圖10所示的第二場，選擇粒子17的取向。但是，在透射狀態(tài)中，由于粒子全都不具有與入射光相互作用的取向，因此不需要第二場。當比較圖8、9和10時，很清楚，由圖8c、9c和10c中的帶電電極所實現(xiàn)的第二場能夠在偏轉(zhuǎn)、反射和透射狀態(tài)中保持相同，雖然其對透射狀態(tài)沒有附加值。僅僅需要改變一個場來將該元件切換到偏轉(zhuǎn)、反射或透射狀態(tài)。因此，即使需要第二場能夠控制粒子的取向，但為了將電光元件切換到新的狀態(tài)也僅僅需要切換一個場。因此，如果將本發(fā)明用于減少電極數(shù)量是有利的應用中，那么可以使用可選擇的電極布置，其中大量電光元件所共用的電極用于提供第二場。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的3D圖像的構(gòu)造。圖11中示出了構(gòu)造3D圖像的常規(guī)方法。顯示器由像素列23和24組成，一半的像素23包含用于左眼的信息，一半的像素24包含用于右眼的信息。如果分開觀看用于左眼和右眼的像素所表示的圖像，那么這些圖像會是相同的，只是考慮到兩眼之間的視差而略微移位。當用適當?shù)难劬ν瑫r看這兩幅圖像時，會出現(xiàn)3D圖像。在現(xiàn)有技術(shù)中，與每對像素關(guān)聯(lián)的光束來源于獨立的光源25、26或27。通常由跨過顯示器以特定空間間隔發(fā)射光的背光，例如位于標準背光前面的濾光器中的縫隙，或者通過以不同角度傳播光的雙凸透鏡，來產(chǎn)生這些獨立的光源。在下文中描述的本發(fā)明的例子中，可以將與每個像素相關(guān)聯(lián)的獨立的電光元件用于構(gòu)造3D圖像。電光元件可用于沿適當?shù)姆较蚱D(zhuǎn)入射光，并使該入射光通過適當?shù)南袼?。圖12示出包括位于每個像素后面的電光元件的顯示器怎樣使光輻射以適當?shù)慕嵌绕D(zhuǎn)。在圖13中更詳細地描述了具有相關(guān)聯(lián)的電光元件28的畫有陰影的像素對。
圖13示出包括位于兩個液晶像素23和24之后的兩個電光元件18a和18b的顯示器28的一部分，這兩個液晶像素23和24分別包含用于左眼和右眼的信息。像素顯示器不限于液晶顯示器?？梢允褂萌魏晤愋偷臒o源顯示器，如電潤濕、電泳、電致變色(electrochromic)或其它光閥顯示器。這些像素由夾在基底30上的電極之間的液晶29構(gòu)成。左電光元件18a將光部分地偏轉(zhuǎn)通過左像素23而進入左眼。右電光元件18b將光部分地偏轉(zhuǎn)通過右像素24而進入右眼。通過正確的粒子濃度可以將平行于入射光繼續(xù)直行通過電光元件的這部分光變?yōu)樽钌伲蛘咄ㄟ^元件的適當結(jié)構(gòu)而擋住這部分光。例如，在偏轉(zhuǎn)和直行光束空間分開之處，可距電光元件一定距離放置光閘。圖14示出為獲得圖13中電光元件所需的偏轉(zhuǎn)而需要的電極上電勢的細節(jié)。在圖14a中，獲得的電場具有從第一支承構(gòu)件2的右手側(cè)到第二支承構(gòu)件3的左手側(cè)的方向，實現(xiàn)了元件18a的場。在圖14b中，得到的電場具有從第一支承構(gòu)件2的左手側(cè)到第二支承構(gòu)件3的右手側(cè)的方向，與元件18b的場等效。
圖15示出減少形成兩個光束所需的電極數(shù)量的方法，其中所述光束中的每個光束引向不同的眼睛。該圖示出在第一支承構(gòu)件2上的一行中的五個電極，以及在第二支承構(gòu)件3上的一行中的五個電極。圖16示出在第一支承構(gòu)件2和第二支承構(gòu)件3上的每行五個電極的三行電極。由于左電光元件18a的列C3和右電光元件18b的列C1(在圖14中)具有相同的電勢，因此可以將這兩列組成一列，從而將列的數(shù)量從6減為5。新的元件31具有帶負電的位于第一支承構(gòu)件上的列C2至C4和位于第二支承構(gòu)件上的列C3，以及其它帶正電的列。帶電的電極所實現(xiàn)的電場使進入該元件到達中心靠左的光被偏轉(zhuǎn)到左邊，進入到中心靠右的光被偏轉(zhuǎn)到右邊。進一步減少也是可能的，并且將導致每行四個電極。
圖17示出能夠進一步減少所需電極數(shù)量的電光元件的特征，從而提高了顯示器的分辨率。如參考圖5所述，僅僅使一部分入射光偏轉(zhuǎn)。另一部分光平行于入射光透射。平行于入射光透射的光8和10可用作朝右眼引導的光束，偏轉(zhuǎn)光束9可向左眼引導，或反之亦然。利用每對像素一個電光元件并且使用電光元件中的透射光束和偏轉(zhuǎn)光束的顯示器的分辨率是每像素具有一個電光元件的顯示器的分辨率的兩倍。
圖18示出顯示器28的一部分，其中電光元件18處于透射模式。光穿過該元件而不朝特定眼睛偏轉(zhuǎn)。如果這些像素傳遞的信息是形成2D圖像的信息，那么通過將電光元件從偏轉(zhuǎn)模式切換到透射模式，可實現(xiàn)在3D顯示模式和2D顯示模式之間的切換。在3D和2D模式之間切換的窗口的尺寸可以與顯示器的尺寸一樣大，或者與單獨的電光元件一樣小，這允許用戶挑選待切換的顯示器的區(qū)域。圖19示出當電光元件18處于反射模式時的顯示器28的一部分。來自背光的光被反射；這樣，沒有光從背面到達這些像素。因此，可以將其關(guān)斷以降低功耗。當周圍環(huán)境中存在足以照亮顯示器的環(huán)境光時可以利用這種狀態(tài)。因此，該電光元件可以用作透反射器(transflector)。
圖20中示出本發(fā)明的另一個實施例。該顯示器32現(xiàn)在包括位于電光元件18后面的像素23和24。在該實施例中，包括這些像素的顯示裝置可以由結(jié)合光源的器件制成，如聚合物LED(polyLED)或CRT。這樣，對于這些例子來說不需要獨立的背光。但是，同樣可以使用所有透射顯示器，如背光照射LCD顯示器。進入偏轉(zhuǎn)電光元件的光已經(jīng)包含用于3D圖像的信息，并被向適當?shù)难劬ζD(zhuǎn)。在透射狀態(tài)下，圖21，像素可包含用于2D圖像的信息，并且因此該顯示器的窗口能夠在2D和3D顯示模式之間切換。圖22示出處于反射模式的電光元件。沒有光能夠穿過該顯示器，但是環(huán)境光將反射離開該顯示器。因此，該顯示器現(xiàn)在可看作是一面鏡子。
應該清楚，電極布置不限于上面的附圖。在上面的例子中，能夠?qū)⒐馄D(zhuǎn)為兩個光束(每只眼睛一束)而不產(chǎn)生反射環(huán)的最小電光元件在每個支承構(gòu)件上包含九個電極。利用附加的電極并改變電場的幅值和電極上的電荷可以獲得上面沒有描述的大量另外的偏轉(zhuǎn)角。由于粒子相對于支承構(gòu)件所成的角是由電場來控制的，因此在顯示器的操作過程中可以改變光的偏轉(zhuǎn)。3D圖像可以具有多于一個視圖，因此當觀看者移動頭部時將看到新的視圖。在顯示器處于操作中時可以改變視圖的數(shù)量和觀看方向，并且由于通過施加變化的電場能夠相應地改變電光元件因此視圖的數(shù)量和觀看方向?qū)⒉皇芟抻谠擄@示器的硬件。
盡管在本中請中權(quán)利要求書已經(jīng)明確地表達為特征的特定組合，但是應該理解，本發(fā)明公開的范圍也包括這里明確或隱含公開的任何新特征或特征的任何新組合，或其任何概括，無論是否其涉及與任何權(quán)利要求中目前要求的相同的發(fā)明，并且無論是否其減輕了與本發(fā)明所做的相同的任何或所有技術(shù)問題。因此申請人告知在本申請或由此獲得的任何其他申請的執(zhí)行過程中，可以將新的權(quán)利要求書明確表達為這些特征和/或這些特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種電光元件(1，18)，其包括第一和第二支承構(gòu)件(2，3)，至少其中之一對光輻射(6)是透明的，在支承構(gòu)件之間的不等軸粒子的懸浮液(5)，以及在至少第一支承構(gòu)件(2)上的電極布置(11，12)，用以按照一定方式向粒子懸浮液(5)施加第一電場，該方式至少使大部分粒子(4)在其預定區(qū)域內(nèi)按照相對于支承構(gòu)件(2，3)傾斜配置的方式來取向，以便傾斜地引導光輻射在支承構(gòu)件之間通過(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電光元件(1，18)，其中電極布置(11，12)位于第一和第二支承構(gòu)件(2，3)上。
3.一種顯示器(28，32)，其包括光輻射(6)的源(25)，包括像素(23，24)的陣列的顯示器件，以及多個如權(quán)利要求1或2中所述的電光元件(1，18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的顯示器(28，32)，其中將電光元件(1，18)中不同的電光元件配置成沿不同的方向引導光輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的顯示器(28，32)，其中第一組電光元件(18a)配置成將光輻射引導到左眼，且第二組電光元件(18b)配置成將光輻射引導到右眼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的顯示器(28，32)，其中第二組電光元件以循環(huán)圖案夾雜在第一組電光元件中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示器(28，32)，其中該圖案包括含有第一和第二電光元件的電光元件對(18a，18b)，第一電光元件(18a)將光輻射偏轉(zhuǎn)到左眼，第二電光元件(18b)將光輻射偏轉(zhuǎn)到右眼，以及多個所述對沿一條線并排排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的顯示器(28，32)，其中電光元件(1，18)進一步配置成將從光源(25)沿第一方向入射在電光元件(1，18)上的光輻射(6)分成通常平行于第一方向從而引導到一只眼睛的第一光束(8，10)，以及沿著與傾斜粒子配置相對應的傾斜方向引導到另一只眼睛的第二光束(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項權(quán)利要求的顯示器(28，32)，其中電光元件(1，18)包括位于第一支承構(gòu)件上形成第一行(R1)的三個電極(11a，11b，11c)，這三個電極中的每一個都具有在第二支承構(gòu)件上相對地對準的電極(12a，12b，12c)，以及第一和第二支承構(gòu)件上的電極配置為不對稱地帶電，以便施加第一電場。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的顯示器(28，32)，進一步包括用于減少懸浮不等軸粒子(16，17)的自由度數(shù)量的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的顯示器(28，32)，其中用于減少粒子自由度數(shù)量的裝置包括電光元件(18)，其具有在第一支承構(gòu)件(2)上在矩陣中的與第一行相同的另兩行電極(R2，R3)，這三行中的每個電極(11a-11i)都具有在第二支承構(gòu)件上的相對地對準的電極(12a-12i)，第一和第二支承構(gòu)件上的電極可用于施加與第一電場垂直的電場，從而迫使懸浮粒子(17)與兩個場一致。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的顯示器(28，32)，其中將電光元件(18，1)配置成將入射在元件的第一部分中的光輻射(6)部分地偏轉(zhuǎn)到左眼，入射在元件的第二部分中的光輻射(6)部分地偏轉(zhuǎn)到右眼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的顯示器(28，32)，其中電光元件(18，1)包括在第一支承構(gòu)件(2)上形成第二行(R1)的電極(11a-11e)，這五個電極中的每一個都具有在第二支承構(gòu)件(3)上的相對地對準的電極(12a-12e)，以及可以對第一和第二支承構(gòu)件上的電極進行尋址來形成第一電場，以便使粒子(4)的取向使得進入該元件到達中心靠左的光輻射(6)部分地偏轉(zhuǎn)到左眼，進入該元件到達中心靠右的光輻射部分地偏轉(zhuǎn)到右眼。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示器(28，32)，其中第二行(R1)包括五個電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的顯示器(28，32)，進一步包括用于減少懸浮粒子(16，17)的自由度數(shù)量的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的顯示器(28，32)，其中用于減少懸浮粒子(16，17)的自由度數(shù)量的裝置包括電光元件(18)，其具有在第一支承構(gòu)件(2)上在矩陣中的與第二行(R1)相同且相鄰的另兩行(R2，R3)，該矩陣的每個電極(11a-11o)都具有在第二支承構(gòu)件(3)上的相對地對準的電極(11a-12o)，第一和第二支承構(gòu)件上的電極配置成形成另外的電場，該電場迫使粒子(17)與兩個電場一致。
17.根據(jù)權(quán)利要求4至16中任一項權(quán)利要求的顯示器(28，32)，其中準備供右眼使用的光輻射(6)隨后穿過可用于包含針對右眼的信息的顯示像素(24)，準備供左眼使用的光輻射隨后穿過可用于包含針對左眼的信息的顯示像素(23)，并且其中針對左眼和右眼的信息的組合允許構(gòu)造3D圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的顯示器(28，32)，其可用于提供第一顯示窗口，該窗口可切換成透射模式，其中，該窗口的尺寸與一組電光元件(1，18)的尺寸對應，所述組包括至少一個電光元件，該組電光元件可用于按照一定方式向所述組的粒子懸浮液(5)施加垂直于支承構(gòu)件(2，3)的電場，該方式使得至少所述組中大部分粒子(4)在其預定區(qū)域內(nèi)按照通常垂直于支承構(gòu)件的配置來取向，以便對在支承構(gòu)件之間通過的光輻射(6)引起可忽略的阻礙。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的顯示器(28，32)，其中通過所述第一窗口的光輻射(6)隨后穿過可用于包含構(gòu)造2D圖像的信息的像素(23，24)，從而使該窗口能夠在2D和3D顯示模式之間切換。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的顯示器(28，32)，其可用于提供第二窗口，該窗口可切換成反射模式，其中，該窗口的尺寸與一組電光元件(1，18)的尺寸對應，所述組包括至少一個電光元件，以及該組電光元件可用于按照一定方式向所述組的粒子懸浮液(5)施加與支承構(gòu)件(2，3)一致的電場，該方式使得至少所述組中大部分粒子(4)在其預定區(qū)域內(nèi)按照與支承構(gòu)件(2，3)一致的方式來取向，以便反射在其間通過的光輻射(6)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的顯示器(28，32)，其中第一窗口與第二窗口相同。
22.根據(jù)權(quán)利要求3至21中任一項權(quán)利要求的顯示器(28)，其中電光元件(1，18)位于光輻射的源(25)與顯示器件(23，24)之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的顯示器(28)，其中顯示器件(23，24)是液晶器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的顯示器(28)，其中像素(23，24)可用于包含用于2D圖像的信息，使得當所述第二窗口處于反射模式時可以反射環(huán)境光從而在所述第二窗口中構(gòu)造2D圖像。
25.根據(jù)權(quán)利要求3至21中任一項權(quán)利要求的顯示器(32)，其中電光元件(1，18)位于顯示器件(23，24)之前。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的顯示器(32)，其中顯示器件(23，24)包括發(fā)射顯示器，如聚合物LED器件、陰極射線管(CRT)、等離子體顯示器、場致發(fā)射顯示器、背部照明光閥顯示器或OLED顯示器。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26的顯示器(32)，其中當?shù)诙翱谔幱诜瓷淠Ｊ綍r第二窗口看起來是一面鏡子。
28.根據(jù)權(quán)利要求3至27中任一項權(quán)利要求的顯示器(28，32)，其中可以調(diào)整偏轉(zhuǎn)角以適應不同的用戶或者不同距離處的操作。
29.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的顯示器(28，32)，包括改變電極(11，12)的電勢的驅(qū)動電子裝置，以便切換懸浮不等軸粒子(4)的取向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種3D顯示器。該3D顯示器包括具有細長粒子的懸浮液的懸浮粒子設(shè)備，該細長粒子與入射光束成預定角度取向。該顯示器可以將有關(guān)左眼和右眼的信息分開。一套電子可控的懸浮粒子設(shè)備可調(diào)整射出的光束的偏轉(zhuǎn)角。
文檔編號G02F1/17GK1910511SQ200580002092
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者N·A·M·維爾哈, D·K·G·德貝爾, M·T·約翰遜, B·范德海登 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司