具有可独立控制的区域的视差屏障的制作方法
本发明涉及用于3d自动立体(无眼镜)设备的可切换成像光学器件。
背景技术：
多年来，人们一直试图创造更好的自动立体三维(3d)显示器，本发明在这一领域提供了进一步的发展。自动立体显示器是一种无需用户佩戴特殊眼镜就可提供立体深度的显示器。这是通过向每只眼睛投射不同的图像来完成的。可以通过使用诸如视差屏障(parallaxbarrier)或柱透镜光栅(lenticularlenses)的视差光学技术实现自动立体3d显示器。
有许多应用还需要显示器以高质量2d模式和高质量3d模式操作。为了使图像显示器在2d模式中以100％原始分辨率显示图像，视差屏障必须能够在实质上不提供成像功能的第一模式(2d模式)和提供成像功能的第二操作模式(3d模式)之间切换。在us7813042b2中公开了液晶可切换视差屏障技术的示例。
使用视差屏障将不同的图像直接引导到每个眼睛以为静态的不移动的用户创建立体图像是众所周知的。然而，用户必须在空间中保持固定才能观看高质量3d图像。用户头部从一侧移动到另一侧(头部相对于显示设备横向移动)导致左眼图像被右眼观看，反之亦然。用右眼观看左眼图像给观看者带来严重不适。为了解决这个问题，可以将包括多个可独立寻址的电极的液晶视差屏障与头部追踪系统结合使用，使得对于给定的观看距离，左眼图像总是被引导到左眼，右眼图像总是被引导到右眼。头部追踪系统确定用户眼睛的横向位置，并且切换液晶视差屏障上的适当电极以使得能够观看立体图像。在us20130342586a1、wo000002014136610a1、us8629945b2、us20120200680a1、us20130342586a1、us20110157171a1、ep00833183a1、us20100110316a1和us5969850a1中公开了这种包括多个可独立寻址的电极和头部追踪系统的横向追踪液晶视差屏障的示例。
在wo2014/141813、wo2015/060011、wo2015/060002、ep1816510、us2014/198099和us2013/021329中给出了可重构视差屏障的其它示例。
对于某些应用，特别是在某些小型显示器上，横向追踪的液晶视差屏障允许头部相对于显示设备足够地前后(纵向)移动，能够观看高质量3d。然而，对于其他应用，横向追踪液晶视差屏障的缺点是：用户头部相对于显示设备的前后移动(纵向移动)导致左眼图像被右眼观看，反之亦然，即，3d观看的质量很差。us8331023b2公开了使用多个视差屏障来实现在横向和纵向移动头部的同时保持良好质量的3d观看。wo2014092172a1、us8629945、us20130187961a1和us20140078268a1公开了包括多个电极的液晶视差屏障可以实现在横向和纵向追踪头部的同时保持良好质量的3d观看。所公开的纵向追踪头部的方法是通过改变液晶视差屏障的间距来进行的。
技术实现要素：
本发明的一个方面提供一种自动立体(无眼镜)显示设备1，其能够针对大范围的横向(左右)头部移动和大范围的纵向(前后)头部移动实现高质量3d图像观看。该自动立体(无眼镜)显示设备1包括用于显示图像的图像显示面板10和多区域液晶视差屏障面板20，200。该多区域液晶视差屏障面板20，200可以被关掉以能够观看2d图像，也可以被启用以能够观看自动立体(无眼镜)3d图像。
该多区域液晶视差屏障面板20，200包括：至少一个第一区域，所述第一区域至少包括第一组可独立寻址的电极；至少一个第二区域，所述第二区域至少包括第二组可独立寻址的电极。所述第一区域的电极独立于属于所述第二区域的电极被寻址。
一般来说，每组包含n个可独立寻址的电极，并且该组可独立寻址的电极被重复m次，以在图像显示器10的第p区域的宽度上延伸，其中p、n和m是正整数。
在每个区域中电极间距ep可以是恒定的。在每个区域中电极间距ep可以变化。每个区域可以具有独特的电极间距。
所述可独立寻址的电极可以沉积成单层结构。
所述可独立寻址的电极可以沉积成双层结构。
所述可独立寻址的电极可以仅沉积在第一基板上或仅沉积在第二基板上或沉积在第一基板和第二基板二者上。
所述自动立体显示设备1还包括控制电路40和位置传感器41。控制电路40包括操作单元42和多区域液晶视差屏障面板驱动单元43和图像显示面板驱动器44，并且可以包括狭缝样式查找表(lut)45。图像显示面板驱动单元44基于输入的视频信号驱动图像显示面板10，并且在图像显示面板10上显示图像。位置传感器和操作单元确定自动立体显示设备用户的头部/面部/眼睛位置。视差屏障面板驱动单元43基于用户的头部/面部/眼睛位置来驱动多区域液晶视差屏障面板200，以使得能够观看高质量3d(低3d串扰)。
本发明的第一方面提供一种可重构视差屏障面板，包括：电光材料和用于驱动所述电光材料的驱动单元；其中所述面板的第一区域具有多个第一电极，所述第一电极可相互独立地寻址并且包括两个或更多个电极部分，这些电极部分沿着第一方向延伸并且沿着不同于所述第一方向的第二方向彼此横向间隔开，所述第一电极的电极部分以周期性排列的方式排列；其中所述面板的第二区域具有多个第二电极，所述第二电极可彼此独立地且可独立于所述第一电极寻址，并且包括两个或更多个电极部分，这些电极部分沿着所述第一方向延伸并且沿着所述第二方向彼此横向间隔开，所述第二电极的电极部分以周期性排列的方式排列。所述视差屏障面板被配置为，在第一模式中，在使用中基于至少一个接收到的驱动信号寻址所述第一和第二电极，使得：所述第一电极在所述面板的所述第一区域中限定从多个预定视差屏障阵列中选择的第一视差屏障阵列；所述第二电极在所述面板的第二区域中独立于所述第一视差屏障阵列限定从所述多个预定视差屏障阵列中选择的第二视差屏障阵列。
这里使用的术语“寻址”是指向一个或多个电极施加电压以在电光材料中限定具有期望透射率的区域(通常是最大透射或最大吸收)。在一些情况下，所述期望透射率可以通过向一个或多个电极施加零电压来获得；如本文所使用的，向电极施加电压以在电光材料中获得具有期望透射率的区域的行为被称为“寻址”电极，即使施加的电压为零。
本发明由此提供一种可重构视差屏障面板，其能够在所述面板的第一区域上提供一个视差屏障阵列，并且在所述面板的第二区域(其可以与所述第一区域相邻)上提供不同的第二视差屏障阵列。当在显示器中使用所述视差屏障面板时，这可以改进对显示器的自动立体观看区域的位置(相对于所述面板的中心的横向位置和/或垂直于所述面板的平面的位置)的控制。为了获得良好的自动立体3d观看区，视差屏障的间距需要根据观看距离理想地在视差屏障面板的宽度上变化。在实际的视差屏障面板中这是不切实际的，但是本发明可以在第一区域和第二区域之间的边界处提供屏障间距的变化，并且这有效地模仿在视差屏障面板的宽度上根据观看距离而变化的间距。相比之下，先前的可重构视差屏障在整个面板上提供统一的视差屏障布置。
应当理解，本发明不限于具有正好两个区域的视差屏障面板。本发明的视差屏障面板可以具有一个或多个另外的区域，每个区域具有沿着第一方向延伸的相应的多个电极，其包括两个或更多个电极部分，并且可彼此独立且可独立于与面板的其他区域相关联的电极寻址。
第二视差屏障阵列可以是第一视差屏障阵列在与第一方向交叉的方向上的平移，并且可以是第一视差屏障阵列在第二方向上的平移。在另一个实施例中，所述预定视差屏障阵列中的每个视差屏障阵列可以具有相同的间距，相邻的屏障区域之间相同的间隙以及屏障区域彼此相同的宽度，所述预定视差屏障阵列中的每对视差屏障阵列在第二方向上彼此偏离。
所述视差屏障面板可以被配置为，在第二模式中，基于至少一个接收到的第二驱动信号来寻址第一电极和第二电极，使得：第一电极和第二电极在所述面板的第一区域和第二区域中限定在所述预定视差屏障阵列中选择的一个视差屏障阵列。这在所述面板的整个有效区上提供统一的视差屏障阵列。
所述视差屏障面板可以被配置为，在第三模式中，基于至少一个接收的第三驱动信号来寻址第一电极和第二电极，使得：所述面板基本上不提供成像功能。当该实施例的面板被结合在显示器中时，这允许显示器以传统的2d显示模式操作。在第三模式中，第一和第二电极可被寻址以在面板的整个可寻址区上限定基本统一的非零透射率，并且例如使得所述面板在面板的整个可寻址区上具有最大透射率。
所述面板还可以包括第一基板和第二基板，所述电光材料设置在第一基板和第二基板之间；并且所述第一电极中的至少一些电极可以设置在第一基板上，所述第一电极中的至少其他电极可以设置在第二基板上。与所述面板的第二区域以及任何其它另外的区域(如果存在的话)相关联的电极也可以一些设置在第一基板上，其他设置在第二基板上
第一基板上的电极可以在第二方向上与第二基板上的电极偏离，并且可以在第二方向上与第二基板上的电极偏离大约半个所述电极间距。
可选地，所有第一电极可以设置在第一或第二基板中的一个上。与面板的第二区域以及其他任何其它另外的区域(如果存在的话)相关联的电极也可以全部设置在第一基板或第二基板中的一个上。
应当理解，电极在基板“上”这一说法不一定要求电极直接设置在基板上，而是电极与该电极设置于其“上”的基板之间可以有一个或多个中间层/结构。
每个第一电极部分可以包括第一部件和第二部件，所述第一部件和第二部件在面板的厚度方向上彼此偏离并且在第二方向上彼此偏离大约等于电极间隙的距离。与面板的第二区域以及任何其他的另外区域(如果存在的话)相关联的电极也可以包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分在面板的厚度方向上彼此偏离并且在第二方向上彼此偏离大约等于所述电极间隙的距离。
可选地，第一电极的第一子集可以设置在第一基板上，在第一电极的第一子集上可以设置有绝缘层，并且第一电极的第二子集可以设置在绝缘层上，第二子集中的第一电极在所述第二方向上偏离所述第一子集中的第一电极。
第二子集中的第一电极的宽度可以小于第一子集中的第一电极的宽度，并且第二子集中的第一电极的宽度可以小于第二子集中的两个相邻的第一电极之间的间隙。
第一电极的第一子集中的电极的宽度可以大于第一电极的第二子集中的两个相邻电极之间的间隙。
本发明的第二方面提供一种装置，包括第一方面的视差屏障面板和用于将一个或多个驱动信号提供给视差屏障面板的控制电路。控制电路可以设置在视差屏障面板上，或者可以与视差屏障面板分开但可电连接到视差屏障面板。
本发明的第三方面提供一种显示器，包括：图像显示面板；第一方面的视差屏障面板，其设置在图像显示面板的光路中；以及控制电路，其用于将至少一个驱动信号提供给视差屏障面板。
在第二和第三方面中，控制电路可以由各个分布式控制电路构成，例如，每个控制电路驱动视差屏障面板的一个区域的电极，或者控制电路可以由驱动视差屏障面板的所有区域的电极的单个控制电路构成。
图像显示面板可以包括透射式面板，并且所述显示器还可以包括背光。所述视差屏障面板可以设置在所述图像显示面板后方(以给出“后屏障”配置)，或者可以设置在所述图像显示面板的前方(在图像显示面板和观察者之间)以给出“前屏障”配置。
可选地，所述图像显示面板可以包括自发光(emissive)面板。本实施例要求视差屏障面板设置在图像显示面板的前方。
所述显示器还可以包括一个或多个位置传感器，用于确定观察者的位置。在此使用的术语“位置”表示观察者在x方向和/或z方向上的位置，其中z方向垂直于显示器的显示面，x方向是垂直于z方向的水平方向。
所述驱动单元可适合于根据所确定的观察者的位置来寻址所述第一和第二电极。这可以提供改进的3d观看特性。
所述控制电路还可以包括操作处理器，所述操作处理器用于基于所确定的观察者的位置来确定对所述第一电极和所述第二电极的至少一个驱动信号。
可选地，所述控制电路还可以包括：存储器，其存储对所述第一电极和所述第二电极的多个驱动信号；以及操作处理器，用于基于所确定的观察者的位置检索出存储在所述存储器中的所述驱动信号中的至少一个驱动信号。
在本发明的显示器中，所述第一区域可以包括12个第一电极；所述第二区域可以包括12个第二电极。所述视差屏障面板还可以包括第三至第九区域，所述第三至第九区域分别具有12个第三至第九电极，用于寻址所述电光材料，第p(1≤p≤9)区域的电极可相互独立地寻址并可独立于第p'(1≤p'≤9，p'≠p)区域的电极寻址。所述第三至第九区域的各自的第三至第九电极每个可以包括在所述第一方向上延伸并且在所述第二方向上彼此横向间隔开的两个或更多个电连接的电极部分，所述第p(1≤p≤9)电极的电极部分以周期性排列的方式排列。
附图说明
图1：前屏障自动立体显示设备
图2：后屏障自动立体显示设备
图3：自动立体显示设备的截面图(现有技术)
图4：自动立体显示设备的截面图
图5：电极位置之间的关系
图6：液晶视差屏障
图7：液晶视差屏障
图8：狭缝位置编号和每个电极上的电压之间的关系
图9：3d观看区的图示
图10：3d观看区的图示
图11：有效3d观看区的图示
图12：多区域可切换液晶视差屏障(侧视图)
图13：多区域可切换液晶视差屏障(正视图)
图14：属于第一区域的第一基板上的电极排列
图15：属于第一区域的第二基板上的电极排列
图16：针对各种头部位置的狭缝样式
图17：示出自动立体显示设备的功能配置的框图
图18：示出自动立体显示设备的功能配置的框图
图19：由自动立体显示设备执行的处理的流程图
图20：双层电极结构的截面图
图21：示出第一区域和第二区域之间的边界的电极配置
图22：单层电极结构的截面图
图23：双层电极结构的截面图
图24：双层电极结构的截面图
图25：双层电极液晶视差屏障
图26：双层电极液晶视差屏障
图27：双层电极液晶视差屏障
图28：双层电极结构的截面图
图29：双层电极结构的截面图
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中相同或相应的部分使用相同的附图标记，并且对于每个实施例将不重复对多个实施例中使用的部件的描述。为了简化说明，在下面参考的附图中，所示出的配置可能被简化或者部件的一部分可能被示意性示出或者被省略。图中所示部件之间的尺寸比不一定与实际尺寸比相关。
图1示出自动立体显示设备1，其包括图像显示面板10和可切换液晶视差屏障面板20。图像显示面板10可以是液晶显示器(lcd)或有机发光显示器(oled)等。如果图像显示面板10是液晶显示器(lcd)，则使用背光单元300。液晶视差屏障面板20可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90(即，前屏障系统)。可切换液晶视差屏障面板20可以被切换为执行视差屏障功能，该功能将来自图像显示面板10的第一图像引导到左眼90l，并且将来自图像显示面板10的第二图像引导到右眼90r，使得能够观看自动立体3d图像。可切换液晶视差屏障面板20可以被切换为执行不引导光的非视差屏障功能，使得同一2d图像可同时被左眼90l和右眼90r看见。在2d模式中，可切换液晶视差屏障面板20基本上是透明的(即，对于正确的偏振光具有>75％，优选>90％的透光率)。
图2示出自动立体显示设备1，其包括图像显示面板10和可切换液晶视差屏障面板20。图像显示面板10可以是液晶显示器(lcd)或有机发光显示器(oled)等。如果图像显示面板10是液晶显示器(lcd)，则使用背光单元300。图像显示面板10可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90(即，后屏障系统)。可切换液晶视差屏障面板20可以被切换为执行视差屏障功能，该功能将来自图像显示面板10的第一图像引导到左眼90l，并且将来自图像显示面板10的第二图像引导到右眼90r，使得能够观看自动立体图像。可切换液晶视差屏障面板20可以被切换为执行不引导光的非视差屏障功能，使得同一2d图像可同时被左眼90l和右眼90r看见。在2d模式中，可切换液晶视差屏障面板20基本上是透明的。
除非另有说明，否则以下所有实施例都是关于图2描写的，其中图像显示面板10设置在自动立体显示设备1的观看侧90，但是将会理解，液晶视差屏障面板20可以可选地设置在自动立体显示设备的观看侧90。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，图像显示面板10是液晶显示面板，但是原则上可以使用任何合适的自发光或透射式显示面板(透射式显示面板需要背光)。
图3是示出传统自动立体显示设备1的示意性截面图。自动立体显示设备1可以包括图像显示面板10、可切换液晶视差屏障面板20和粘合树脂30。图像显示面板10和可切换液晶视差屏障面板20被排列成重叠，并且图像显示面板10在观察者90侧。图像显示面板10和可切换液晶视差屏障面板20通过粘合树脂30结合。图像显示面板10可以包括tft(薄膜晶体管)基板11、cf(滤色器)基板12、液晶层13以及偏振片14和15。图像显示面板10控制tft基板11和cf基板12，以操纵液晶层13的液晶分子的取向，从而通过调节透过每个像素的光量来产生图像。未示出背光单元300。可切换液晶视差屏障面板20包括第一基板21、第二基板22、液晶层23以及偏振片24。液晶层23夹在第一基板21和第二基板22之间。
图4是示出自动立体显示设备1的另一示意性截面图。第一基板21和第二基板22包括多个可独立寻址的电极，标记为e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11和e12。每个电极包括两个或更多个电极部分，这些个部分垂直于图4的纸张平面延伸，并且彼此横向间隔开(沿着图4中的水平轴线)。因此，图4中具有相同标记的两个部分是相同电极的各部分并且电连接在一起，图4中标记为“e4”的两个部分是相同电极的各部分，图4中标记为“e10”的两个部分是相同电极的各部分，等等。具有三个部分的电极在平面图中通常为“e”形，而具有超过三个部分的电极在平面图中通常为梳形。第一基板21包括单层的可独立寻址的电极，标记为e7、e8、e9、e10、e11和e12，它们的各电极部分为周期性排列(即，电极e7的一个部分与电极e8的一个部分和电极e12的一个部分相邻)。第二基板22包括单层的可独立寻址的电极，标记为e1、e2、e3、e4、e5和e6，它们的各电极部分为周期性排列(即，电极e1的一个部分与电极e2的一个部分和电极e6的一个部分相邻)。换句话说，可以向标记为e1至e12的每个电极施加(寻址)不同的电压，即，可以独立地控制标记为e1至e12的每个电极。标记为e1至e12的电极是一组电极。一组中的电极可以多于12个，这可以实现更好的头部追踪精度。一组中的电极可以少于12个，这可以实现较简单的驱动电子器件。发现在一组中使用12个电极在追踪精度和复杂度之间实现很好的平衡。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定一组中有12个电极。电极(e1至e12)可以均匀地间隔开。
除非另有说明，否则对于以下所有电极描述，假定电极是按照图4或图20配置的，其中电极e7、e8、e9、e10、e11和e12以周期性排列的方式沉积在第一基板21上，并且电极e1、e2、e3、e4、e5和e6以周期性排列的方式沉积在第二基板22上。图4和图20中示出可独立寻址的电极组的组间距
参考图5，对于每个电极，每个电极的宽度w可以是相同的，或者可以根据相对于图像显示器10的位置而彼此不同。除非另外说明，否则在以下所有实施例中，对于每个电极，假定每个电极的宽度w都是相同的。参考图5，对于每一对相邻电极，两个相邻电极之间的间隙g可以是相同的，或者可选地根据相对于图像显示器10的位置，一个电极对的间隙可以不同于另一个电极对的间隙。除非另有说明，否则在以下所有实施例中，对于每个电极对，假定两个相邻电极之间的间隙g都是相同的。参考图5，电极间距ep等于g+w，并且对于每个电极可以是相同的，或者可选地可以根据相对于图像显示器10的位置而彼此不同。除非另有说明，否则在以下所有实施例中，对于每个电极，假定电极间距ep是相同的。参考图4、图5和图20，电极组间距
图4和图5中所示的电极配置仅是与本发明兼容的电极配置的一个示例。替代图4和图5，参考图22，可独立寻址的电极(e1至e12)可以仅沉积在第二基板22上，而公共电极沉积在第一基板21上。可以将第一基板21设置在自动立体显示设备1的观看侧90，或者也可以将第二基板22设置在自动立体显示设备1的观看侧90。替代图4和图5，参考图22，可独立寻址的电极(e1至e12)可以按周期性排列的方式仅沉积在第二基板22上，而公共电极ecom沉积在第一基板21上。注意：图22中未示出电极e10、11和12。可以通过向可独立寻址的电极(e1至e12)和公共电极ecom施加电压而在可切换液晶视差屏障面板20中形成视差屏障。仅在一个基板(第一基板21或第二基板22)上以周期性排列的方式沉积可独立寻址的电极(e1至e12)具有制造成本更低的优点。如果如上所述12个可独立寻址的电极以周期性排列的方式仅沉积在一个基板上，则电极e1与电极e2和e12相邻。
替代图4和图5，液晶视差屏障面板20可以使用双层电极。图20中示出双层电极的示例。参考图20，第一基板21具有双层电极结构，第二基板22也具有双层电极结构。第一基板21包括第一层可独立寻址的电极，每个电极由以周期性排列的方式沉积在第一基板21上的多个电极部分(e7至e12)形成，绝缘层25沉积在第一层可独立寻址的电极上，第二层可独立寻址的电极中的每个电极由以周期性排列的方式沉积在绝缘层25上的多个电极部分(e7至e12)形成。也就是说，每个电极部分由两个部件形成，这两个部件在面板的厚度方向上彼此偏离并且在横向上彼此偏离。一个电极部分的两个部件电连接在一起，属于第一层的电极部分en电连接到属于第二层的电极部分en，其中n是整数。在图20中由标号26示出属于第一基板21的第一层的可独立寻址的电极e11的示例。在图20中由标号27示出属于第二基板的第二层的可独立寻址的电极e11的示例。第一基板21的第一层电极可以与第一基板的第二层电极偏离等于或基本等于(即，在6μm内，优选在4μm内)电极间隙g的量，使得当从垂直于基板的方向看时，第二层电极部分(例如，第二层电极部分e11(27))填充或基本填充相应的第一层电极部分和相邻的第一层电极部分之间的间隙(例如，第一层电极部分e11(26)和相邻的第一层电极部分e10之间的间隙)。这确保了由相邻电极部分限定的暗区之间的间隙很小或没有间隙(例如，由电极部分e11(26,27)限定的暗区和由电极部分e10限定的暗区之间的间隙很小或没有间隙)，从而提高所得到的视差屏障的质量。类似地，第二基板22的第一层电极可以与第二基板的第二层电极偏离等于或基本等于(即，在6μm内，并且优选在4μm内)电极间隙g的量。绝缘层25(位于第一层可独立寻址的电极和第二层可独立寻址的电极之间)防止在图像显示区(即，自动立体显示设备1的显示图像的区)中第一层可独立寻址的电极与第二层可独立寻址的电极之间电接触。绝缘层25可以例如是氮化硅(sinx)并且可以具有在150nm至300nm的范围内的厚度。
替代图4和图5，参考图23，所有可独立寻址的电极(e1至e12)可以按周期性排列的方式以双层电极结构仅沉积在第二基板22上，而公共电极ecom沉积在第一基板21上。可以将第一基板21设置在自动立体显示设备1的观看侧90，或者也可以将第二基板22设置在自动立体显示设备1的观看侧90。在图23中，第二基板22包括第一层可独立寻址的电极，每个电极由以周期性排列的方式沉积在第一基板22上的多个电极部分(e1至e12)形成，绝缘层25沉积在第一层可独立寻址的电极上，第二层可独立寻址的电极中的每个电极由以周期性排列的方式沉积在绝缘层25上的多个电极部分(e1至e12)形成，图23中未示出电极e10、11和12。通过向可独立寻址的电极(e1至e12)和公共电极ecom施加电压，可以在可切换液晶视差屏障面板20中形成视差屏障。如果如上所述12个可独立寻址的电极以周期性排列的方式仅沉积在一个基板上，则电极e1与电极e2和e12相邻。由于参考图20所描述的原因，第二基板的第一层电极会与第二层电极偏离等于或基本等于(即在6μm内，优选在4μm内)电极间隙g的量。
第一层电极部分中的电极部分与第二层电极部分中的相应电极部分的电连接发生在图像显示区之外。图20中未示出第一层电极部分与第二层电极部分的电连接。电极部分en具有宽度w，同一层的电极部分的相邻电极部分之间具有间隙g。
参考图20，属于基板上的第一层的每个可独立寻址的电极的宽度w与属于该基板上的第一层的其他可独立寻址的电极的宽度w可以相同，或者也可以不同。属于基板上的第一层的相邻的可独立寻址的电极对(例如，e9和e10)之间的间隙g与属于该基板上的第一层的其他相邻的可独立寻址的电极对之间的间隙g可以相同，或者也可以不同。属于基板上的第二层的每个可独立寻址的电极的宽度w与属于该基板上的第二层的其他可独立寻址的电极的宽度w可以相同，或者也可以不同。属于基板上的第二层的相邻的可独立寻址的电极对(例如e8和e9)之间的间隙g与属于该基板上的第二层的其他相邻的可独立寻址的电极对之间的间隙g可以相同，或者也可以不同。属于基板上的第一层的每个可独立寻址的电极的宽度w与属于该基板上的第二层的其他可独立寻址的电极的宽度w可以相同，或者也可以不同。属于基板上的第一层的相邻的可独立寻址的电极对(例如，e9和e10)之间的间隙g与属于该基板上的第二层的其他相邻电极对(例如，e8和e9)之间的间隙g可以相同，或者也可以不同。
基板上的第一层可独立寻址的电极可以偏离该基板上的第二层可独立寻址的电极，以便有效地去除非双层电极配置所存在的电极之间的间隙g。换句话说，基板上的第一层可独立寻址的电极可以与该基板上的第二层可独立寻址的电极偏离g的量，以有效地去除间隙g。参考图20，属于第一层的电极e12的最左边缘在横向上与属于第二层的电极e7的最右边缘重合。参考图20，属于第二层的电极e12的最右边缘在横向上与属于第一层的电极e11的最左边缘重合。如果第一层的电极e12电连接到第二层的电极e12，则e12可以被认为是宽度为ep的单个电极。换句话说，电极间距有效地不包含可独立寻址的电极之间的间隙。例如参考图20，在电极e12和电极e7之间有效地没有间隙。
参考图20，第二基板22上的双层电极(e1至e6)的排列可以按照与第一基板21上的双电极的排列类似的方式配置。如图20所示，属于第一基板21的电极的电极间距ep可以与属于第二基板22的电极的电极间距ep偏离等于或基本等于(即，在10μm内，优选在5μm内)ep/2的量。双层电极配置可以仅用在第一基板上，而在第二基板上使用公共电极。双层电极配置可以仅用在第二基板上，而在第一基板上使用公共电极，如图23所示。可以在第一和第二基板二者上都使用双层电极配置，如图20所示。
应该注意的是，原则上，在图20或23的实施例中，可以使第二层的电极部分的宽度(例如第二层的电极部分e11(27))与第一层的相应电极部分和第一层的相邻电极部分之间的间隙(例如，第一层的电极部分e11(26)和第一层的相邻电极部分e10之间的间隙)一样小，因为这对于有效地消除第一层的相邻电极部分之间的间隙是足够的。然而，在实践中，使用相同的掩模在基板上限定两层电极部分可能是方便的，在这种情况下，第二层的电极部分的宽度与第一层的相应电极部分的宽度相同(在制造公差内)。
双层电极配置(图20)的优点在于可以实现比单层电极配置(图4)更高质量3d(光学3d串扰更低)。电极的双层电极配置有效地消除了可独立寻址的电极之间的间隙g，从而能够实现更高质量3d(光学3d串扰更低)。参考图6和图7解释这一点。在图6和图7中，屏障br呈现为连续，直到达到狭缝sl，但是图6和图7没有精确地示出有限的间隙g对屏障br的影响。更确切地说，并且在图6和图7中未示出，屏障br可能具有在相邻的可独立寻址的电极之间的间隙g处出现的非常小的狭缝sl区。穿透屏障区br的这些不希望的非常小的狭缝sl区(未示出)引起不希望的光学3d串扰。如果使用图20的双层电极配置，由于第一层可独立寻址的电极与第二层可独立寻址的电极之间的偏离，可以消除屏障区中的这些非常小的透射狭缝区。电极的双层电极配置的缺点在于会比单层电极配置的制造成本高。
图4和图20均示出了液晶视差屏障面板20。尽管图20中所示的电极配置的细节不同于图4中所示的电极配置，但是对于以下所有实施例，属于图4和图20的液晶视差屏障面板20实际上是可以互换的。
参考图6，通过向可独立寻址的电极(e1至e12)施加电压，可以在可切换液晶视差屏障面板20中形成视差屏障。图6是关于图4绘制的，但也适用于图20。该视差屏障包括非透射区，以下称为屏障br，和透射区，以下称为狭缝sl。(实际上，非透射区或“屏障”不是完全不透明的，并且透射区或“狭缝”也不是完全透明的，这些区应该被更适当地称为“最小透射”和“最大透射”区。然而，为了方便而使用术语“非透射”和“透射”)。在一个示例中，可以通过在第一基板21上的电极和第二基板22上的电极之间施加电位差并结合偏振片14和24(未示出，但在图4中示出)来形成屏障br。换句话说，在该示例中，可切换液晶视差屏障面板20是常白模式。可选地，可以通过在第一基板21上的电极和第二基板22上的电极之间施加电位差并结合偏振片14和24(未示出)来形成狭缝sl。换句话说，在该替代示例中，可切换液晶视差屏障面板20是常黑模式。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定可切换液晶视差屏障面板20是常白模式。
图6示出将第一电压施加到电极e9、e8和e7，并且将第二电压施加到其余电极e1、e2、e3、e4、e5、e6、e10、e11和e12。第一电压和第二电压之间的电位差并结合偏振片14和24(未示出)足以形成屏障(非透射区)。可切换液晶视差屏障面板20可以是90°扭曲向列模式。第一电压和第二电压之间的电位差可以在2.5v至9v的范围内。第一电压和第二电压之间的电位差也可以在4v至6v的范围内。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定第二电压接地，即0v。
图6示出屏障(br)宽度近似等于狭缝(sl)宽度，狭缝(sl)宽度近似等于3×ep的宽度。可选地，可以例如通过将第一电压施加到电极e10、e9、e8和e7，并且将第二电压施加到其余电极e1、e2、e3、e4、e5、e6、e11和e12而使屏障宽度近似等于4×ep。可选地，可以例如通过将第一电压施加到电极e8和e7，并且将第二电压施加到其余电极e1、e2、e3、e4、e5、e6、e9、e10、e11和e12而使屏障宽度近似等于2×ep。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定屏障(br)宽度近似等于狭缝(sl)宽度，狭缝(sl)宽度近似等于3×ep的宽度，如图6所示。
图7示出第一电压被施加到或寻址到电极e3、e2和e1，并且第二电压被施加到或寻址到其余电极e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11和e12。图7是关于图4绘制的，但是也适用于图20。第一电压和第二电压之间的电位差并结合偏振片14和24(未示出)足以形成屏障br(非透射区)。图7示出屏障(br)区的位置和狭缝(sl)区的位置相对于图6所示的屏障(br)区的位置和狭缝(sl)区的位置移动了近似等于ep/2的距离。
对于图6和图7的电极排列，狭缝(sl)位置具有12个独特定位。每个狭缝位置具有一个相关联的狭缝位置编号。参考图6，我们将该狭缝位置编号定义为等于9。参考图7，我们将该狭缝位置编号定义为等于10。图8中示出狭缝位置编号和电极值之间的完整关系。参考图8，“0”表示第二电压并取值0v(即，电极断开)。参考图8，“1”表示第一电压并取值v伏，其可以在2.5v至9v的范围内(即，电极接通)。参考图8，狭缝位置编号是周期性的，因此与狭缝位置编号1相关联的狭缝位置与由狭缝位置编号2和12描述的狭缝位置相邻。
在下面的描述中，假定在视差屏障面板的每个区域中电极部分以相同的周期性排列的方式排列，即以图4、图6和图7中所示的周期性排列的方式排列。如果不是这种情况，并且一个区域中的电极部分与另一个区域中的电极部分以不同的周期性排列的方式排列，则区域之间的相同周期性排列中的这种差异可以在视差屏障面板的寻址期间被补偿。
参考图4、图20、图6、图7、图8和现有技术(尤其是wo2014136610a1)，可切换液晶视差屏障面板20可以与图像显示面板10、照相机、面部/头部/眼睛追踪软件和控制单元结合使用，以将左图像引导到左眼90l并将右图像引导到右眼90r，从而能够在大的横向头部移动范围上观看到高质量3d图像。本质上，当用户向左或向右移动时，面部/头部/眼睛追踪软件识别用户的横向位置的改变，并向控制单元发送信息，控制单元接通适当的电极，使得能够观看高质量3d图像。
图9示出自动立体显示设备1的轴线上观看者的3d观看区70的表示(即，观看者的头部位置位于自动立体显示设备1的中间，如由平分眼睛90r和90l的虚线所示)。3d观看区70(阴影区域)的范围可以通过光学建模软件，例如使用光线追踪软件来精确地计算。图9所示的3d观看区70的横向和纵向范围仅是为了说明的目的而画出的，以便向读者介绍本发明。当用户的眼睛(90r和90l)都位于3d观看区70内时，用户可以观看高质量3d图像。图像显示面板10上示出的右眼图像被可切换液晶视差屏障面板20引导到观看者的右眼90r。图像显示面板10上示出的左眼图像被可切换液晶视差屏障面板20引导到观看者的左眼90l。参考图8，单个狭缝位置编号的3d观看区70在图9中示出。如果观看者向左或向右移动(横向移动)，使得至少一只眼睛在3d观看区70之外，则将感知到低质量的3d图像，因为左眼图像将被右眼90r感知，反之亦然。为了防止这种情况，如果观看者向左或向右移动(横向移动)，可以改变狭缝位置编号(以及因此改变电极电压)，使得3d观看区70总是包含双眼并且维持高质量3d观看(即，使用头部/面部/眼睛跟踪系统)。通常，自动立体显示设备1的横向宽度由addw表示，具体到图9，自动立体显示设备1的横向宽度由addw1表示。可以选择电极组间距
图10示出自动立体显示设备1的轴线上观看者的3d观看区70的表示，并且与图9中描述的基本相同。图10中所示的最佳观看距离vd61与图9中所示的最佳观看距离vd61相同。图10中的自动立体显示设备宽度addw2大于图9中的自动立体显示设备宽度addw1。将自动立体显示设备的宽度从addw1增加到addw2的效果是减小了纵向观看距离范围vdr(即，最大观看距离vd62减去最小观看距离vd60已经减小)。如图10所示，针对给定的最佳观看距离vd61和给定的自动立体显示设备宽度addw2，可以实现第二观看距离范围vdr2。对于许多应用，期望的最佳观看距离vd61和期望的自动立体显示设备宽度addw合起来产生不够小的纵向观看距离范围vdr。
在现有技术中已经报道，通过主动控制可切换液晶视差障壁面板20的电极组间距
发现了如下令人惊讶的实验结果，使用不主动控制电极组间距
与本发明的多区域液晶视差屏障面板200相比，具有多个独立电极的单区域液晶视差屏障面板仅能够在横向(左右)上移动3d观看区70，因此可以在横向上但是不能在纵向上实现大的有效3d观看区71。多区域液晶视差屏障面板200比单区域液晶视差屏障面板具有优势，因为其能够在纵向上实现更大的有效3d观看区71。
图12(侧视图)和图13(正视图)中示出了具有9个区域的多区域可切换液晶视差屏障面板200的示例。参考图13(正视图)，多区域可切换液晶视差屏障面板200的可视区的高度由addh示出，并且多区域可切换液晶视差屏障面板200的宽度由addw、addw2示出。参考图13(正视图)，由addw×addh限定的区是自动立体显示设备1的可视区(即，自动立体显示设备1的可视区的平面与页面平面重合)。参考图12和图13，区域1被标记为“r1”，区域2被标记为“r2”等。通常，区域p被标记为“rp”，其中p是整数。多区域可切换液晶视差屏障面板200的区域可以多于9个。多区域可切换液晶视差屏障面板200的区域可以少于9个。具有更多个区域的第一个优点是观看者能够感知更高质量3d图像(即，将左图像引导到左眼90l并将右图像引导到右眼90r的准确度更高，换言之，3d串扰更低)。具有更多个区域的第二个优点是能够实现更大的有效3d观看区70，特别是在纵向上。具有较少区域的优点是能够实现较简单的自动立体显示设备1(较简单的驱动电子器件、较简单的实施等)。对于显示宽度addw在20cm至35cm范围内的自动立体显示设备1，发现使用9个区域是3d图像质量、有效3d观看区的大小和设计简单性之间的良好折衷。对于显示宽度addw在20cm至35cm范围内，最小观看距离vd60在50cm至60cm范围内并且最大观看距离vd62在80cm至100cm范围内的自动立体显示设备1，发现使用9个区域是良好的折衷设计。发现在观看自动立体显示设备1时，如果用户的头部位置在轴线上基本居中(如图10中所示)，则使用奇数个区域是有利的。
多区域液晶视差屏障面板200是一种新型液晶视差屏障面板20。参考图1、图2和图3，多区域液晶视差屏障面板200相对于图像显示器10的定位可以与液晶视差屏障面板20的定位相同。除非另有说明，否则以下所有实施例都是关于图2描述的，其中图像显示面板10设置在自动立体显示设备1的观看侧90，但是可以理解，多区域液晶视差屏障面板20，200也可以设置在自动立体显示设备的观看侧90。
单区域液晶视差屏障面板具有一组可独立寻址的电极(例如，如图4中所示的e1至e12)。这一组可独立寻址的电极被重复，以在显示区的整个宽度addw上延伸。本发明的多区域液晶视差屏障面板20，200具有至少一个第一区域和至少一个第二区域，第一区域至少包括第一组可独立寻址的电极，第二区域至少包括第二组可独立寻址的电极。第一区域的电极独立于属于第二区域的电极被寻址。通常，多区域液晶视差屏障面板20，200的区域多于一个。也就是说，根据本文描述的示例之一，图12或图13的多区域视差屏障的每个区域r1...r9具有一组可独立寻址的电极。例如，如图4、图20、图22、图23、图24、图28或图29所示，每个区域可以包括具有多个电极部分的电极e1至e12。一个区域中的电极可独立于视差屏障面板的任何其它区域中的电极被寻址。
多区域液晶视差屏障面板20，200中的可独立寻址的电极的总数是每个区域中的可独立寻址的电极的总和。参考图12和图13，如果每个区域中的可独立寻址的电极的数量相同并且等于12，则可独立寻址的电极的总数等于12×9＝108。
属于第一区域的第一组中的可独立寻址的电极的各部分被重复，以在图像显示器10的第一区域的宽度(wr1)上延伸。属于第二区域的第二组中的可独立寻址的电极的各部分被重复，以在图像显示器10的第二区域的宽度(wr2)上延伸，对于其它区域以此类推。
更一般地，如果在每个区域中可独立寻址的电极的数量是相同的，则每个组包含n个可独立寻址的电极，并且该组重复m次(即，一个电极具有m个部分)以在显示器10的第p区域的宽度(wrp)上延伸，其中m是整数。第一区域的宽度wr1可以等于或近似等于或不等于第二区域的宽度wr2。通常，第p区域的宽度wrp可以等于，近似等于或不等于第p+1区域的宽度wrp+1，其中p是从1到p的整数，其中存在p个区域。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，每个区域的宽度近似相同。在两个区域具有彼此相同的宽度的情况下，对于每个区域，mp(其中mp是第p区域的m的值)可以具有相同的值。
多区域液晶视差屏障面板可以以一种或多种模式操作。在一种模式中，视差屏障面板基于接收到的驱动信号来寻址一个区域中的电极和另一个区域中的电极，使得一个区域中的电极在该区域中限定第一视差屏障阵列，并且另一个区域中的电极限定不同的视差屏障阵列。如下所述，例如，参考图16，这可以针对从观察者到显示面板的某些观看距离提供更好的3d图像质量。
另外，视差屏障面板可以基于第二驱动信号来寻址视差屏障的各区域中的电极，使得在面板的每个区域中限定相同的视差屏障阵列。如下所述，例如，参考图16，当在整个面板上限定统一的视差屏障阵列时，存在出现最佳3d图像质量的观看距离(在图16的示例中，对于730mm的观看距离)。
另外地或可选地，视差屏障面板可以基于第三驱动信号来寻址视差屏障的各区域中的电极，使得视差屏障面板不提供成像功能。然后，与视差屏障面板相关联的图像显示面板可以以传统的2d显示模式操作。
例如可以使用来自一个或多个位置传感器的输入得出第一和第二驱动信号，所述位置传感器确定观察者与面板的间隔距离(即，确定观看距离)。然后可以根据诸如图16中所示的预先存储的信息确定视差屏障面板的每个区域中的视差屏障的期望配置，或者也可以每次重新计算该期望配置，并且相应地寻址每个区域中的电极。第三驱动信号例如可以从输入的显示信号或指示期望2d显示模式的用户输入得出。
参考图21，示出了多区域可切换液晶视差屏障面板200的第一区域(例如，区域1)和第二区域(例如，区域2)之间的边界处的可独立寻址的电极的示意性布局。图21是关于图4或图20所示的电极配置绘制的。为了清楚起见，图21中未示出基板、偏振片、lc对准层等。区域1具有12个一组的可独立寻址的电极，标记为r1e1到r1e12。区域1的电极具有周期性排列，电极e1与电极e2和电极e6相邻，等等。区域1的电极具有周期性排列，电极e7与电极e8和电极e12相邻，等等。区域2具有12个一组的可独立寻址的电极，标记为r2e1至r2e12。区域2的电极具有周期性排列，电极e1与电极e2和电极e6相邻，等等。区域2的电极具有周期性排列，电极e7与电极e8和电极e12相邻，等等。在区域1和区域2之间的边界处维持电极的周期性排列。例如，电极e7总是与电极e8和e12相邻。每个独特的电极标签表示一个可独立寻址的电极。图21示出24个可独立寻址的电极。
参考图4、图5、图6、图7和图20，多区域液晶视差屏障面板200的给定区域(r1、r2等)的电极排列可以与液晶视差屏障面板20相同。属于第一区域的一组中的可独立寻址的电极的数量可以与属于第二区域的另一组中的可独立寻址的电极的数量相同或不同。通常，属于区域p的第m组中的可独立寻址的电极的数量可以与属于区域p+1的第m组中的可独立寻址的电极的数量相同或不同，其中p是整数。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定属于每个区域的每组中的可独立寻址的电极的数量是相同的，并且例如等于12。
参考图5，与多区域液晶视差屏障面板200的第一区域相关联的每个电极的宽度w可以和与多区域液晶视差屏障面板200的第二区域相关联的每个电极的宽度相同，近似相同或不同。通常，与多区域液晶视差屏障面板200的区域p相关联的每个电极的宽度w可以和与多区域液晶视差屏障面板200的区域p+1相关联的每个电极的宽度相同，近似相同或不同，其中p是整数。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定多区域液晶视差屏障面板200的每个区域中的每个电极的宽度w都是相同的。
参考图5，与多区域液晶视差屏障面板200的第一区域相关联的每个电极之间的间隙g可以和与多区域液晶视差屏障面板200的第二区域相关联的每个电极的间隙相同，近似相同或不同。通常，与多区域液晶视差屏障面板200的区域p相关联的每个电极之间的间隙g可以和与多区域液晶视差屏障面板200的区域p+1相关联的每个电极之间的间隙相同，近似相同或不同，其中p是整数。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定多区域液晶视差屏障面板200的每个区域中的每个电极之间的间隙g是相同的。
参考图5，与多区域液晶视差屏障面板200的第一区域相关联的电极间距ep可以和与多区域液晶视差屏障面板200的第二区域相关联的电极间距相同，近似相同或不同。通常，与多区域液晶视差屏障面板200的区域p相关联的电极间距ep可以和与多区域液晶视差屏障面板200的区域p+1相关联的电极间距ep相同，近似相同或不同，其中p是整数。除非另有说明，否则对于以下所有实施例，假定在多区域液晶视差屏障面板200的每个区域中的电极间距ep是相同的。
参考图14，示出了第一区域r1的第一基板21上的周期性电极布局的示例。电极(标记为e7、e8、e9、e10、e11和e12)在显示区的整个高度addh上延伸。还示出了组间距
参考图15，示出了第一区域r1的第二基板22上的周期性电极布局的示例。电极(标记为e1、e2、e3、e4、e5和e6)在显示区的整个高度addh上延伸。还示出了组间距
参考图4、图5、图6、图7、图20、图14和图15，属于第一基板21的电极与属于第二基板22的电极偏离等于或近似等于电极间距的一半的量，即ep/2。
参考图8，对于给定的头部位置，可以对第一区域r1进行寻址以限定具有第一狭缝位置编号的视差屏障，并且可以对第二区域r2进行独立地寻址以限定具有第二狭缝位置编号的视差屏障。第一狭缝位置编号可以与第二狭缝位置编号相同(即，在第一区域和第二区域中限定相同的视差屏障阵列)，或者第一狭缝位置编号可以不同于第二狭缝位置编号(即，在第一区域和第二区域中限定不同的视差屏障阵列)。通常，可以独立地控制多区域液晶视差屏障面板20，200的每个区域(r1、r2等)的狭缝位置编号。将多区域液晶视差屏障面板200设计为具有足够多的区域以使得对于所有头部位置来说相邻区域的狭缝位置编号不需要相差多于1个的狭缝位置编号可能是有利的。参考图8，狭缝位置1与狭缝位置2和狭缝位置12相邻。
参考图16，示出了对于离自动立体显示设备1的距离不同的自动立体显示设备1的轴线上的观看者(即，观看者的头部位置具有位于自动立体显示设备1的中间的恒定横向位置)，每个区域(r1、r2等)的狭缝位置编号的示例。驱动多区域液晶视差屏障面板20，200的各区域使得各区域的视差屏障具有根据图16的一行的狭缝位置编号，这将确保对于与该行相应的显示器的距离处的观看者的良好质量的3d显示。轴线上的观看者可被认为位于x＝0的位置，中心观看的左边是负的x位置，而中心观看的右边是正的x位置。如前所述，传统的单区域可切换液晶视差屏障面板20的狭缝位置编号仅根据横向头部位置而改变。相比之下，多区域可切换液晶视差屏障面板200的狭缝位置编号可根据横向头部位置和/或纵向头部位置而改变，以在自动立体显示设备1的整个显示区上提供高质量3d图像。如图16中所示，一些区域的狭缝位置编号随着观看距离(即，纵向头部位置)而改变。还示出了存在这样一个观看距离：当针对在该观看距离处的观察者寻址时，视差屏障面板的每个区域具有相同的狭缝位置编号(在这个示例中该观看距离为730mm)。优选地，视差屏障面板被配置为使得视差屏障面板的每个区域在设计观看距离处具有相同的狭缝位置编号。该观看距离(vd)可以通过求解等式：
参考图8、图16和图21，当两个相邻区域(例如r3和r4)的狭缝位置编号相同时，位于最靠近该相邻区域(例如，r3和r4)的边界的狭缝的宽度等于3×ep。换句话说，当相邻区域中的狭缝位置编号相同时，该相邻区域中的狭缝位置不存在不连续。参考图16，观看距离为580mm时，r4中的狭缝位置编号是7，而r3是8。这意味着位于最靠近该相邻区域的边界的狭缝的宽度等于((3×ep)+(ep/2))。参考图16，观看距离为900mm时，r4中的狭缝位置编号是7，而r3是6。这意味着位于最靠近该相邻区域的边界的狭缝的宽度等于((3×ep)-(ep/2))。位于最靠近两个相邻区域的边界的狭缝具有最大宽度((3×ep)+(ep/2))和最小宽度((3×ep)-(ep/2))可能是有利的，这使得能够针对偏离设计观看距离的距离实现高质量3d观看(低3d串扰)。
用于确定所需区域数量的第一通用设计规则包括使用分析方法或光学模拟软件(raytracing)来确定所需的最大区域宽度(wrp最大值)，以能够针对期望的观看距离范围vdr实现高质量3d观看(低3d串扰)。自动立体显示设备1的宽度addw除以wrp最大值得到多区域液晶视差屏障面板200中的所需区域数量。用于确定所需区域数量的第二通用设计规则包括使用分析方法或光学模拟软件(raytracing)来确保两个相邻区域之间的狭缝位置编号从不要求大于1。例如，如果r3的狭缝位置编号为7，则r2的狭缝位置编号只可以为6或7或8。换句话说，两个相邻区域之间的狭缝位置的最大变化等于距离ep/2。可以同时考虑第一通用设计规则和第二通用设计规则，以设计出能够针对期望范围的横向和纵向头部位置观看高质量3d图像的多区域液晶视差屏障面板200。
为了满足上述第一和第二通用设计规则而在光学模拟软件(raytracing)中使用的参数可以包括：最大观看距离vd62、最小观看距离vd60、设计观看距离vd61、图像面板的宽度addw、addw2、图像面板10的像素间距pp、图像面板的x方向(第二方向)上的像素孔径、屏障宽度br、狭缝宽度sl、电极间距ep、组间距
具有后屏障的自动立体显示设备1(参见图2)的第一示例如下：最大观看距离(vd62)＝900mm，最小观看距离(vd60)＝580mm，设计观看距离(vd61)＝740mm，图像显示面板10在x方向上的像素间距pp＝50.7μm，图像面板的宽度addw，addw2＝5760×50.7μm＝292.032mm，在x方向上的像素孔径为21μm(即，像素间距pp包括透射孔径部分和非透射部分)，屏障宽度br＝50.742μm，狭缝宽度sl＝50.742μm，组间距
具有后屏障的自动立体显示设备1(见图2)的第二示例如下：最大观看距离(vd62)＝900mm，最小观看距离(vd60)＝580mm，设计观看距离(vd61)＝740mm，图像显示面板10在x方向上的像素间距pp＝93.75μm，图像面板的宽度addw，addw2＝2560×93.75μm＝240mm，x方向上的像素孔径为52.75μm(即，像素间距pp包括透射孔径部分和非透射部分)，屏障宽度br＝93.891μm，狭缝宽度sl＝93.891μm，组间距
参考图16，对于给定的横向和纵向头部位置(x,z)，每个区域具有相关联的狭缝位置编号。下文将针对给定头部位置(x,z)的狭缝位置编号的集合称为狭缝样式或屏障样式。针对给定头部位置(x,z)的狭缝样式限定每个区域中的针对每组可独立寻址的电极的狭缝位置编号。例如，参考图16，头部位置为x＝0mm，z＝580mm的狭缝样式为988777665。狭缝样式确定多区域液晶视差屏障面板20，200的每个电极的电极状态(接通或断开)。可以通过分析方法和/或光学模拟软件(raytracing)和/或实验来确定能够最佳地观看高质量3d图像(低3d串扰)的狭缝样式。使用实验来确定最佳狭缝样式可以有利于消除自动立体显示设备1中的构造误差。换句话说，利用实验确定最佳狭缝样式可被用来校准自动立体显示设备1。
图17和图18是示出自动立体显示设备1的功能配置的框图。图19是自动立体显示设备1执行的处理的流程图。自动立体显示设备1还包括控制电路40和位置传感器41。控制电路40包括操作单元42和多区域液晶视差屏障面板驱动单元43和图像显示面板驱动器44。图18还包括狭缝样式查找表(lut)45。狭缝样式查找表可存储3d观看区70中针对所有头部位置的狭缝样式。狭缝样式查找表可针对每个视差屏障狭缝位置编号存储在每个区域中获得该视差屏障狭缝位置编号所需的多区域液晶视差屏障面板20，200的每个可独立寻址的电极的电极状态。图像显示面板驱动单元44基于输入的视频信号驱动图像显示面板10，并且在图像显示面板10上显示图像。位置传感器41获得观察者90的位置信息(图19，步骤s1)。位置传感器41例如是照相机和/或红外传感器。可选地，位置传感器41例如是一对照相机和/或一对红外传感器。使用在横向(x方向)上分离的一对照相机和/或一对红外传感器的优点在于，能够利用由一对传感器提供的信息之间的不一致来获得横向(x)和纵向(z)头部位置信息。一对传感器之间大的横向分离的优点在于，从传感器收集的信息可以使得能够更精确地计算待确定的纵向位置。一对传感器之间较小的横向分离的优点是传感器可具有较小的视场。发现在4cm至25cm范围内的一对传感器之间的分离适合于单个用户自动立体显示设备1。位置传感器41将所获取的位置信息提供给控制器40的操作单元42。
操作单元42分析从位置传感器41提供的观察者90的位置信息，计算观察者90的位置坐标(x，y，z)(步骤s2)。例如，可以通过眼睛追踪系统或者面部追踪系统或者头部追踪系统利用图像处理方法检测观察者90的眼睛位置来执行位置坐标的计算。例如，可以通过头部追踪系统利用红外线检测观察者90的头部的位置来执行位置坐标的计算。
在确定了观察者90的位置信息之后，操作单元42确定多区域液晶视差屏障面板20，200所需的狭缝样式(步骤s3)。换句话说，使用观看者90的位置坐标来确定多区域液晶视差屏障面板20，200的每个区域的狭缝位置编号(狭缝位置)。可以使用预定数学公式或算法从观察者90的位置坐标(x，y，z)计算狭缝样式。可选地，有效3d观看区71的所有狭缝样式可以被存储在存储器中，例如，狭缝样式查找表(lut)45。如果使用狭缝样式lut45，则操作单元42针对观察者90的给定的一组位置坐标(x，y，z)从狭缝样式lut45中检索出指定的狭缝样式。
操作单元42可以向可切换多区域液晶视差屏障面板驱动单元43提供与观察者90的位置坐标(x，y，z)相关联的狭缝样式。给定的狭缝样式与要被寻址到属于多区域液晶视差屏障面板20，200的各个可寻址的电极的电压之间的关系也可以存储在狭缝样式lut上。操作单元42可以向可切换多区域液晶视差屏障面板驱动单元43提供与要被寻址到属于多区域液晶视差屏障面板20，200的各个可寻址的电极的电压有关的信息。通常，多区域液晶视差屏障面板驱动单元43基于从计算单元42提供的信息驱动可切换液晶视差屏障面板20(步骤s4)，以使得能够在希望的头部位置范围上观看高质量3d图像。
作为图23的替代，图24示出了双层电极的另一示例。参考图24，每个都由电极部分(e1至e12)形成的所有可独立寻址的电极可以按周期性排列的方式以双层电极结构只沉积在第二基板22上，并且在第一基板21上沉积公共电极ecom。第一基板21可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90，或者第二基板22可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90。可以通过向可独立寻址的电极(e1至e12)和公共电极ecom施加电压来在可切换液晶视差屏障面板20中形成视差屏障。在图24的实施例中，电极e1至e12中的至少一些设置在多区域液晶视差屏障20，200的第二基板上的第一层(下层)中以形成电极的第一子集。绝缘层25设置在电极的第一子集的顶部。电极e1至e12中的至少一些，优选全部其余电极设置在绝缘层25顶部上的第二层(上层)中以形成电极的第二子集。电极的第二子集中的电极在x方向上与电极的第一子集中的电极偏离。电极的第一子集中的电极不电连接到电极的第二子集中的任何电极。
应当注意，第二子集的电极(e2、e4...)在基板22上的高度与第一子集的电极(e1、e3...)在基板22上的高度之间的差是需要在第一子集的电极和第二子集的电极之间提供绝缘层25的结果，同时使第二子集的电极(e2、e4...)的宽度等于下面的子集的相邻电极(e1、e3...)之间的间隙，以消除诸如图22中所示的在单层电极排列中不可避免地存在的间隙g。通常希望将这种高度差最小化，在电极的两个子集之间提供有效的绝缘。
绝缘层25可以适形地涂覆基板和第一子集的电极(下电极)；为了便于理解，在图20、图23、图24、图25、图26、图27、图28和图29中未示出适形涂覆。
参考图24，偶数编号的电极(e2、e4、e6等)被指定为双层电极结构的上电极(第二子集)。属于上层的电极的宽度为wu。上层的相邻电极之间的间隙是gu。参考图24，奇数编号的电极(e1、e3、e5等)被指定为双层电极结构的下电极(第一子集)。属于下层的电极的宽度为wl。下层的相邻电极之间的间隙是gl。属于上层的电极与属于下层的电极可以具有相同的宽度(即，wu＝wl)，或者属于上层的电极与属于下层的电极可以具有不同的宽度(即，wu≠wl)。属于上层的电极间隙与属于下层的电极间隙可以具有相同的宽度(即，gu＝gl)，或者属于上层的电极间隙与属于下层的电极间隙可以具有不同的宽度(即，gu≠gl)。属于上层的两个相邻电极之间的间隙与属于下层的电极可以具有相同的宽度(即，gu＝wl)，或者属于上层的两个电极之间的间隙与属于下层的电极可以具有不同的宽度(即，gu≠wl)。参考虚线50，上层电极的右侧边缘(本示例中的e6)优选与下层电极的左侧边缘(本示例中的e7)对准。参考虚线51，上层电极的左侧边缘(本示例中的e8)优选与下层电极的右侧边缘(本示例中的e7)对准。虚线50和51示出在上层电极和下层电极之间在x方向上没有间隙。上层电极和下层电极之间在x方向上的间隙可能增加光学串扰，并因此对3d性能有害。gu、gl、wu和wl有可能根据区域和/或面板在x方向上的距离而变化；如果这样的话，电极参数之间的任何关系如wu＝wl在局部适用。
考虑到制造公差，上层和下层中的电极可以被配置为在x方向上重叠，以因此确保低光学串扰。换句话说，希望确保上层电极和下层电极之间在x方向上至少没有间隙。在制造公差范围内，属于下层的每个电极的中心(在x方向上)优选与属于上层的特定间隙的中心对准，并且在图24中例如由虚线52示出。在制造公差范围内，属于上层的每个电极的中心(在x方向上)优选与属于下层的特定间隙的中心对准，并且在图24中例如由虚线53示出。
参考图25，通过向可独立寻址的电极(e1至e12和ecom)施加电压，可以在可切换液晶视差屏障面板20中形成视差屏障。图25示出了第一电压被施加到电极e2、e3、e4、e5、e6和e7，第二电压被施加到其余电极e1、e8、e9、e10、e11、e12和ecom。第一电压与第二电压之间的电压差与偏振片14(未示出)和24结合足以使液晶处于形成屏障br(非透射区)的状态，而施加零净电压的效果与偏振片14(未示出)和24结合使液晶处于形成狭缝sl(透射区域)的状态。图25示出了屏障位置由电极e2、e3、e4、e5、e6、e7和ecom控制。图25示出了屏障br宽度近似等于狭缝sl宽度。(图25中只示出一个屏障br，但是下一个屏障区域的左侧边缘将与图25中所示的最右侧电极(标记为“e1”的第二电极)的右侧边缘对准。参考图25，当屏障br沿x方向平移(即，向左或向右移动)以适应头部移动并因此提供高质量3d观看时，上层的3个电极和下层的3个电极始终被用于控制屏障br位置。因此，为了将视差屏障向右移动尽可能小的量(即，一个电极位置)，向电极e3、e4、e5、e6、e7和e8施加第一电压，并且向其余的电极e1、e2、e9、e10、e11、e12和ecom施加第二电压，等等。
在图25中，屏障区域br和狭缝sl具有相同的宽度，等于电极e1至e12中的6个电极的宽度，从而给出屏障:狭缝比为1:1的视差屏障。屏障区域的宽度由(wl+wu)的倍数给出，在该示例中为3wu+3wl，狭缝的宽度也是如此。在这种情况下，当视差屏障向左或向右移动一个或多个电极位置时，屏障区域的宽度和狭缝的宽度保持不变。
本发明还可以提供屏障区域br与狭缝具有不同宽度的视差屏障，并且其示例在图26和图27中示出。然而，在该实施例中，需要精心设计电极以确保当视差屏障向左或向右移动一个或多个电极位置时屏障区域和狭缝的宽度保持相同。
图26示出第一屏障位置。图26示出了第一电压被施加到电极e3、e4、e5、e6和e7，并且第二电压被施加到其余电极e1、e2、e8、e9、e10、e11、e12和ecom。因此，屏障br的宽度由上层的两个电极(e4和e6)和下层的三个电极(e3、5和e7)以及电极ecom控制。图27示出了与图26所示的第一屏障位置相邻的第二屏障位置。参考图27，如果屏障br在x方向上平移最小的增量(即，一个电极位置)，则屏障的宽度将由上层的3个电极(e4、e6和e8)和下层的2个电极(e5和e7)来确定。如果gu＝gl并且wu＝wl，那么图26中所示的屏障br的宽度(在x方向上)可以不同于图27中所示的屏障的宽度(在x方向上)。这可能发生，因为边缘场效应会引起上层电极(e4、e6)施加的电场“凸出”，使得由上层电极切换的液晶区域的宽度可能大于电极的宽度。然而，来自下层电极的边缘场将被上层电极屏蔽，例如，来自下层电极e3的边缘场将被上层电极e2和e4屏蔽，使得由下层电极切换的液晶区域的宽度可能小于由上层电极切换的液晶区域的宽度。因此，即使wu＝wl，由上层电极切换的液晶区域的宽度也可能大于由下层电极切换的液晶区域的宽度。结果，由上层的三个电极和下层的两个电极限定的屏障区域与由下层的三个电极和上层的两个电极限定的屏障区域可能具有不同的宽度，导致屏障宽度(和屏障:狭缝比)随着视差屏障从图26到图27向右移动一个电极位置而改变。图26和图27之间的屏障宽度的差异没有被示出，因为该差异是相对较小。但是，图26和图27之间的屏障宽度的任何差异都可能对3d图像的质量产生显著影响。光学模拟和实验已经证实，图26中的屏障的宽度可以小于图27中所示的屏障的宽度。
如上所述，图26中的屏障的宽度和图27中的屏障的宽度基本相同(即，宽度差<～5μm)可能是有利的。lc光学模拟和实验证据表明，通过使属于上层的所有电极具有第一电极宽度并且使属于下层的所有电极具有第二电极宽度，第一和第二宽度是不同的(即，wu≠wl)，可以使图26和图27中所示的屏障的宽度基本上彼此相同。更优选地，属于上层的电极可以比属于下层的电极具有更小的宽度(即，wu<wl)，并且上层的间隙宽度可以大于属于上层的电极宽度(即，gu>wu)。总之，wu<wl且gu>wu。
图28示出了wu<wl并且下层电极和上层电极之间在x方向上没有重叠的情况。图29示出了wu<wl并且下层电极与上层电极在x方向上重叠的情况。(应当理解，图29中的电极重叠允许制造公差，原则上不需要电极重叠，如果可以制造图28所示的电极排列，使得对于所有电极，电极ei的左侧边缘与电极e(i-1)的右侧边缘精确重合，那么图28的实施例将给出与图29的实施例相同的结果。)
参考图28和图29，第一基板21可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90，或者第二基板22可以设置在自动立体显示设备1的观看侧90。
重叠由距离54示出。图28和图29示出了，在制造公差范围内，属于下层的每个电极的中心(在x方向上)优选与属于上层的特定间隙的中心对准并且例如由虚线52示出。图28和图29还示出了，在制造公差范围内，属于上层的每个电极的中心(在x方向上)优选与属于下层的特定间隙的中心对准并且例如由虚线53表示。通过适当选择电极尺寸，可以有效地消除上层和下层中的电极的不同边缘场的影响，使得由上层的3个电极和下层的2个电极限定的屏障区域与由上层的2个电极和下层的3个电极限定的屏障区域具有相同的宽度。
如上所述，在图28和图29的实施例中，wu<wl并且gu>wu，而在图29的实施例中，wl>gu。gu、gl、wu和wl有可能根据区域和/或面板在x方向上的距离而变化，如果这样的话，这些不等式将在局部满足。
lc光学模拟表明，为了在图26和图27所示的条件下实现相同的屏障宽度，所有上层电极的第一电极宽度与所有下层电极的第二电极宽度之间的最佳差异是几个参数的函数，这些参数可包括：
1)施加到上电极和下电极的电压
2)相对于电极的lc对准方向
3)lc材料特性(弹性常数等)
4)lc层的厚度(在z方向上)
5)绝缘体层25的特性(z方向的厚度，介电常数等)
6)电极的厚度(在z方向上)
下电极的最佳宽度也可以是上电极宽度的函数，反之亦然。
作为示例并参考图26、图27和图28，模拟表明，为了针对相邻的视差屏障位置实现相等的屏障宽度，上电极宽度wu在3-9μm范围内(在一个优选实施例中，wu～6.5μm)，下电极宽度wl在6-18μm范围内(在一个优选实施例中，wl～10.5μm)，向屏障电极施加的电压＝5v，与上电极相邻的lc在x方向上对准，lc层厚度＝4.6μm，sinx电介质间隔层25的厚度为200nm，ito电极的厚度＝50nm。注意，对于该特定模拟，wu<wl，gu>wu，gu＝wl并且wu-wl＝4.0μm。由于下电极的最佳宽度也可以是上电极的宽度的函数，反之亦然，所以对于上电极和下电极的不同宽度，以上引用的范围可以更大或更小。
作为另一个示例并参考图26、图27和图28，模拟表明，为了针对相邻的视差屏障位置实现相等的屏障宽度，上电极宽度wu在3-9μm范围内(在一个优选实施例中，wu～5.5μm)，下电极宽度wl在6-18μm范围内(在一个优选实施例中，wu～11.5μm)，向屏障电极施加的电压＝5v，与上电极相邻的lc在y方向上对准，lc层厚度＝4.6μm，sinx电介质间隔层25的厚度为200nm，ito电极的厚度＝50nm。注意，对于该特定模拟，wu<wl，gu>wu，gu＝wl并且wu-wl＝6.0μm。由于下电极的最佳宽度也可以是上电极的宽度的函数，反之亦然，所以对于上电极和下电极的不同宽度，以上引用的范围可以更大或更小。
参考图26、图27和图28，实验结果表明，上电极宽度和下电极宽度之间的差可以在0.25μm到5μm范围内(即，wu<wl)，在一个优选实施例中，可以在0.5μm和2μm之间的范围内。如上所述，模拟结果表明，上电极宽度与下电极宽度之间的差可以在2μm至11μm范围内(即，wu<wl)，在一个优选实施例中，可以在4μm和6μm之间的范围内。虽然实验结果与模拟结果略有不同，但是发现对于参考图26、图27、图28和图29优化电极设计时的模拟和实验，wu<wl且gu>wu的一般原则都是真实的。
参考图22、图23、图24、图28和图29中所示的所有实施例，样式化的电极(e1、e2、e3...e12)设置在第二基板上，公共电极(ecom)设置在第一基板上。可以理解，可选地，样式化电极可以设置在第一基板上，公共电极设置在第二基板上。
图22-图29仅示出了面板的第一区域中的电极排列，并且没有示出面板的第二区域中的电极排列。优选地，公共电极(ecom)可以设置在一个基板上并且在面板的第一区域和面板的第二区域之间是连续的(即，未样式化)。因此，如果在面板的第一区域中，样式化的电极(e1、e2、e3...e12)设置在第二基板上并且公共电极(ecom)设置在第一基板上，那么优选地，第二区域的样式化的电极也设置在第二基板上。相反地，如果在面板的第一区域中，样式化的电极(e1、e2、e3...e12)设置在第一基板上并且公共电极(ecom)设置在第二基板上，那么优选地，第二区域的样式化电极也设置在第一基板上。换句话说，第二区域的样式化的电极与第一区域的样式化的电极设置在同一基板上，并且公共电极(ecom)与第一区域的样式化的电极不设置在同一基板上。然而，本发明原则上不限于此。
已经参考可切换多区域液晶视差屏障的示例描述了本发明。然而原则上，本发明不限于液晶视差屏障，并且可以用其他电光材料来实现。
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