多视图显示设备和方法与流程

本发明涉及以下类型的多视图显示设备，其包括：显示面板，其具有用于产生显示的显示像素的阵列；以及柱状透镜布置，其被布置在显示面板上方，通过该柱状透镜布置可以观看显示像素。

背景技术：

多视图显示设备有两种基本类型。一种类型是用于在不同的空间位置处向不同的观看者同时呈现不同的图像。例如，一个观看者能够处于车辆的驾驶员座椅中，而另一观看者能够处于乘客的座椅中。能够向驾驶员显示与驾驶员有关的内容(例如，卫星导航内容)，并且能够向乘客显示娱乐内容。可能有两幅以上的视图，即，可能有针对多个观看者的视图。

另一种类型是自动立体显示器，其用于将针对不同眼睛的视图显示到不同的空间位置。例如对于在单个位置处的单个观看者来说，可能有两幅视图，但是也可能会有更多幅(例如，9幅或15幅)视图，以便多个观看者能够处于视场中和/或使观看者能够相对于显示器移动以体验环视效果。

在这些设备中，对不同视图的生成和空间分离背后的原理是相同的。本质上都是将不同的二维内容同时投影到不同的空间位置。区别仅仅在于，对于自动立体显示器，视图的角度分离量通常要小于多视图显示时的角度分离量(大约小2度)，在多视图显示中，观看者的两只眼睛接收到相同的图像。通常，由于观看者的眼睛通常处于相同的垂直高度处，但相对于显示器处于不同的水平位置处，因此不同的空间位置沿着水平线延伸。下面将参考自动立体显示设备来进行说明。

已知的自动立体显示设备包括二维液晶显示面板，该二维液晶显示面板具有用作空间光调制器以产生显示的显示像素的行和列的阵列。显示像素包括例如不同颜色的子像素。每个子像素是最小的可独立寻址的显示元素。因此，在单色显示器中，子像素的以上定义与术语像素相重合。因此，在下文中仅使用术语“子像素”，但是应当理解，在诸如黑白显示或众所周知的“绿屏”之类的有色显示的情况下，常用术语“像素”属于本专利申请中使用的术语“子像素”。在子像素阵列上放置了彼此平行延伸的细长的柱状元件的阵列，并且通过这些柱状元件能够观察到子像素。柱状元件被提供为元件片材，这些元件中的每个元件都包括细长的半圆柱形透镜元件。柱状元件在显示面板的列方向上延伸，其中，每个柱状元件覆盖两个或更多个相邻的子像素列的相应组。

在例如每个柱状元件与两列子像素相关联的布置中，每列中的子像素提供相应的二维子图像的垂直切片。柱状片材将这两个切片和对应的切片从与其他柱状元件相关联的子像素列导向到位于该片材前面的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单幅立体图像。柱状元件的片材因此提供光输出导向功能。

在其他布置中，每个柱状元件与在行方向上的例如四个或更多个相邻的子像素的组相关联。每个组中的对应的子像素列被适当布置以从相应的二维子图像提供垂直切片。当用户的头部从左向右移动时，能感知到一系列连续的不同的立体视图，从而创建了例如环视印象。

上述设备提供了有效的三维显示。然而，将意识到，为了提供立体视图，在设备的水平分辨率上会有必要的牺牲(这同样适用于多视图二维系统中的不同图像的分辨率)。这种分辨率的牺牲对于某些应用来说是不可接受的，例如显示小文本字符以供近距离观看或需要高分辨率的图形应用。为此，已经提出要提供一种能在二维模式与三维(3d立体)模式之间切换的自动立体显示设备。在本文中引用的us-a-6069650中描述了这种设备。在该设备中，观看者的每只眼睛通过柱状元件看到形成一个或多个立体对的不同组子像素。该柱状元件包括具有能切换的折射率的电光材料，以便使得能够消除柱状元件的折射效应。

在二维模式中，能切换的设备的柱状元件以“通过”模式操作，即，能切换的设备的柱状元件以与光学透明材料的平片材相同的方式起作用。所得到的显示具有高分辨率，等于显示面板的自身分辨率，它适合于在短观看距离内显示小文本字符。当然，二维显示模式不能提供立体图像。

如上所述，在三维模式中，能切换的设备的柱状元件提供光输出导向功能。所得到的显示能够提供立体图像，但是也会遭受上面提到的不可避免的分辨率损失。

为了提供能切换的显示模式，能切换的设备的柱状元件使用电光材料(例如，液晶材料)，其折射率能在针对偏振光的两个不同值之间切换。然后，通过将适当的电势施加到被提供在柱状元件上方和下方的电极层，设备可以在两种模式之间切换。相对于相邻的光学透明层的折射率，电势改变了柱状元件的折射率。替代地，相邻的光学透明层可以包括电光材料，其结果同样是，相对于光学透明层，柱状元件的折射率被改变。

由于其静态介电各向异性，因此能够通过施加电场来控制液晶材料的取向。在光学范围内，还存在介电各向异性，并且液晶材料的折射率与相对介电常数有关。液晶材料具有寻常折射率和非寻常折射率，前者适用于具有法向于指向矢的电场偏振的光，而后者适用于具有平行于指向矢的电场偏振的光。

所施加的电势使显示区的选定部分中的柱状元件在维持光输出导向功能与移除光输出导向功能之间切换，现在将参考图1和图2进行说明。

图1示意性地描绘了当未将电势施加到电极17、19时已知的柱状元件布置9的部分的截面图。柱状元件布置9位于包括按行和列布置的子像素5的阵列的显示面板3上。电极17被夹在玻璃板13与主体或复制品21之间。另一电极19被夹在另外的玻璃板15与取向层26之间。这里，取向层25和26的摩擦方向和显示光的偏振方向为z方向(透镜轴的方向)；在这种情况下，它们延伸到图1的图面中。结果，有效透镜虽然是光学双折射的，但是能够近似成为折射率与液晶材料23的非寻常折射率相对应的各向同性透镜。在这种状态中，由显示面板3提供的用于线性偏振光的液晶材料23的折射率(其为非寻常折射率)显著高于主体21的折射率，因此，透镜形状提供了光输出导向功能，如图所示。

图2示意性地描绘了当将大致50伏的交变电势施加到电极17、19时已知的柱状元件布置9的部分的截面图。在y方向上创建电场并且液晶分子与电场线对齐。结果，液晶材料23的指向矢也大致在y方向上。来自显示面板3的光的偏振方向仍然是线性偏振的，即，光的e场在z方向上。由于显示器的光在z方向上偏振，因此有效透镜将具有寻常折射率，并且由于液晶材料23与透镜主体21之间存在折射率匹配，因此光不会被折射。因此，在这种状态中，由显示面板3提供的用于线性偏振的光的液晶材料23的折射率与主体21的反柱状结构的折射率基本相同，使得消除了柱状形状的光输出导向功能，如图所示。因此，该阵列有效地以“通过”模式起作用。

如图1所示，在维持光输出导向功能的情况下，由液晶材料23限定的柱状透镜元件11用作圆柱形凸透镜，并且从显示面板3向位于柱状元件布置9前面的用户的眼睛提供不同的图像或视图。因此，能够提供三维图像。

如图2所示，在移除光输出导向功能的情况下，由液晶材料23限定的柱状透镜元件11的行为就像它们是透明材料的平片材一样，其用作没有视图导向功能的通过层。因此，能够采用显示面板3的完整自身分辨率来提供高分辨率的二维图像。

通过控制器12将对在显示模式之间切换的电势的控制提供给柱状元件布置9的电极17、19。

已知的能切换的自动立体显示设备的结构的更多细节能够在本文引用的美国专利说明书us6069650中找到。

然而，存在与这种已知的能切换的显示设备相关联的缺点。特别地，当以倾斜角度观看显示设备时，会二维模式中观察到不想要的显示伪影。

更一般地，当以法向入射观看时，液晶盒倾向于表现得更好。例如，在液晶显示器中，在第二偏振片与液晶盒之间使用补偿箔片以补偿垂直入射的偏差和相关联的漏光/渗透效应。尽管光学功能不同，但是使用能切换的柱状透镜也会带来类似的问题。特别地，与以垂直入射观看显示设备时相比，以倾斜角度会感知到不同的折射率。当以倾斜角度观看时，这可能会引起柱状透镜的强度或聚焦能力不同，从而引起在二维模式中以倾斜角度观察到“残留”。这种效应也可能不利于三维模式中的显示性能。

这种已知的能切换的显示设备的另外的缺点在于，它依赖于使用偏振光。在非偏振光的情况下，二维模式和三维模式无法分离。因此，如果使用额外的偏振片，则某些不发射偏振光的显示类型(例如，oled显示)只能与常规的能切换的柱状透镜组合使用。必须使用额外的偏振片会导致大量的光损耗。

us2016/202493公开了一种利用胆甾相螺旋液晶材料的用于显示面板的液晶透镜。us2014/0118646公开了一种也利用胆甾相液晶材料的液晶透镜面板。

技术实现要素：

需要一种解决上述问题的多视图显示设备。

本发明由权利要求来限定。

根据一个方面，提供了一种能在单视图模式与多视图模式之间切换的显示设备，所述显示设备包括显示面板和柱状透镜布置，所述显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素的行和列，所述柱状透镜布置在所述显示面板的显示输出侧上被布置在所述显示面板上方，所述柱状透镜布置包括柱状透镜元件的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近具有反柱状形状的不能切换的光学透明层的、具有柱状形状的电光材料，

其中，所述电光材料包括具有能通过施加电刺激来控制的有效折射率的胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分具有寻常折射率和与所述寻常折射率相差一差值的非寻常折射率，并且包括由间距限定的螺旋结构，其中，所述间距被选择为使得所述间距与所述差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长。

本发明基于这样的认识：能够通过使用包括具有螺距的胆甾相液晶组分的电光材料来解决常规的能切换的显示设备的与偏振有关的缺点，该螺距被选择为螺距和针对寻常折射率的值与非寻常折射率的值之间的差值的乘积等于或小于显示输出的可见光波长。对于与偏振方向无关的这样的可见光波长，这种胆甾相液晶组分表现出有效折射率。因此，这种材料具有各向同性的有效折射率，这反映出间距足够短而使得由具有这种可见光波长的入射光无法识别胆甾相液晶组分的手性结构的事实。

有效折射率能通过施加电刺激(例如施加电场)来控制。以这种方式，柱状元件可以从第一状态切换到第二状态，在第一状态中，电光材料的有效折射率被控制为基本上等于不能切换的光学透明层的另外的折射率，在第二状态中，有效折射率与不能切换的光学透明层的折射率相差一差值，反之亦然。在第二状态中，柱状透镜元件执行光输出导向功能。在第一状态中，移除了光输出导向功能。第一状态和第二状态分别对应于显示设备的单视图模式和多视图模式。

所述间距可以在从0.1μm至10μm的范围内。在该范围内的间距可以有助于胆甾相液晶组分满足以下条件：间距和非寻常折射率与寻常折射率之间的差值的乘积等于或小于显示输出的可见光波长。

所述胆甾相液晶组分可以包括交联聚合物。交联聚合物可以有助于使胆甾相液晶组分的螺旋结构稳定化。这种稳定化可以例如通过调谐胆甾相液晶组分中的交联聚合物的含量来实现。交联聚合物的硬度或迁移率可以例如通过所使用的聚合物的交联度来控制。

所述胆甾相液晶组分可以包括由螺旋轴限定的螺旋结构。所述螺旋轴可以沿着相对于所述显示面板共面放置的平面的轴延伸。替代地，螺旋轴可以法向于显示面板延伸，所述螺旋轴可以法向于所述显示面板延伸，使得所述胆甾相液晶组分朝向所述显示面板往回反射所述显示输出的具有与所述螺旋结构相同的旋向性的部分，其中，所述螺旋结构的所述间距被选择为使得所述部分具有在光谱的uv区域内的波长。

胆甾相液晶的一种已知现象是它们将沿着螺旋轴行进的光分成右旋圆偏振分量和左旋圆偏振分量。具有与螺旋结构相同的旋向性的分量被反射，而另一分量被透射。在螺旋轴法向于显示面板延伸的情况下，螺旋结构的间距可以被选择为使得光的反射部分具有在光谱的uv区域内的波长。这可以确保电光材料不反射可见光，从而提高显示设备对于可见光波长的光学效率。

所述不能切换的光学透明层可以包括另外的液晶材料。所述另外的液晶材料可以包括另外的胆甾相液晶组分，所述另外的胆甾相液晶组分包括由另外的间距限定的另外的螺旋结构，并且具有另外的寻常折射率和与所述另外的寻常折射率相差另外的差值的另外的非寻常折射率；其中，所述另外的间距被选择为使得所述另外的间距与所述另外的差值的另外的乘积等于或小于所述显示输出的所述可见光波长。

通过包括另外的胆甾相液晶组分的不能切换的光学透明层，可以实现电光材料和不能切换的光学透明层的相应折射率的紧密匹配。这可以提高在单视图模式中(特别是在倾斜视角下)显示的图像的质量。

所述另外的螺旋轴可以沿着相对于所述显示面板共面放置的另外的平面的轴延伸。替代地，所述另外的螺旋轴可以法向于所述显示面板延伸，使得所述另外的胆甾相液晶组分朝向所述显示面板往回反射光的具有与所述另外的螺旋结构相同的旋向性的另外的部分，其中，所述另外的螺旋结构的所述另外的间距被选择为使得所述另外的部分具有在光谱的uv区域内的另外的波长。

如关于胆甾相液晶组分所说明的，选择另外的间距而使将可见光波长朝向显示面板的往回反射最小化，可以提高显示设备对于可见光波长的光学效率。

所述显示面板可以包括液晶显示面板或oled显示面板。由于由电光材料提供的与偏振无关的折射率调谐，可以使用递送非偏振光的显示面板，例如，oled显示器，而无需任何额外的偏振器件。

所述显示设备可以包括自动立体显示设备，所述单视图模式包括二维模式，并且所述多视图模式包括三维模式。

所述显示设备可以包括双视图显示设备，其中，所述单视图模式包括在所述显示的完整视场中的二维模式，并且所述多视图模式包括在所述显示的完整视场的不同部分处的两个至少部分分离的二维模式。

根据另一方面，提供了一种控制显示输出的方法，所述方法包括：提供具有子像素的行和列的显示面板，所述显示面板被配置为产生显示输出；在所述显示面板的显示输出侧上将柱状透镜布置布置在所述显示面板上方，所述柱状透镜布置包括柱状透镜元件的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近具有反柱状形状的不能切换的光学透明层的、具有柱状形状的电光材料，所述电光材料包括胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分包括由间距限定的螺旋结构，并且具有寻常折射率和与所述寻常折射率相差一差值的非寻常折射率，其中，所述间距被选择为使得所述间距与所述差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长；并且对所述胆甾相液晶组分的材料施加电刺激，从而控制所述电光材料的有效折射率。

在不存在所述电刺激的情况下，所述柱状透镜布置可以处于第一模式中，在所述第一模式中，所述电光材料的所述有效折射率基本上等于所述不能切换的光学透明层的另外的折射率。施加所述电刺激可以包括将所述柱状透镜布置从所述第一模式切换到第二模式，在所述第二模式中，所述有效折射率不同于所述另外的折射率。

替代地，在不存在所述电刺激的情况下，所述柱状透镜布置可以处于第二模式中，在所述第二模式中，所述电光材料的所述有效折射率不同于所述不能切换的光学透明层的另外的折射率。施加所述电刺激可以包括将所述柱状透镜布置从所述第二模式切换到第一模式，在所述第一模式中，所述有效折射率基本上等于所述另外的折射率。

所述第一模式和所述第二模式可以分别对应于如上文所限定的所述显示设备的所述单视图模式和所述多视图模式。

附图说明

图1和图2用于说明已知的显示设备的工作原理；

图3是根据实施例的柱状透镜布置的示意性截面图；

图4是根据另外的实施例的柱状透镜布置的示意性截面图；

图5是能够应用本发明的已知的自动立体显示设备的示意性透视图；

图6是图5所示的已知的显示设备的柱状透镜布置的详细示意图；

图7示出了根据实施例的控制显示输出的流程图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应当理解，虽然详细描述和特定示例指示装置、系统和方法的示例性实施例，但是这仅旨在出于说明的目的，而并非旨在限制本发明的范围。根据以下描述、权利要求和附图将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅是示意性的且并不是按比例绘制的。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

一种多视图显示设备能在单视图模式与多视图模式之间切换。所述显示设备包括显示面板和柱状透镜布置，所述显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素的行和列，所述柱状透镜被布置在所述显示面板的显示输出侧上方，并且包括柱状透镜元件的阵列，所述柱状透镜元件包括邻近不能切换的光学透明层的电光材料。所述电光材料包括胆甾相液晶组分，所述胆甾相液晶组分具有寻常折射率和非寻常折射率。所述胆甾相液晶组分包括由间距限定的螺旋结构，所述间距被选择为使得所述间距和所述寻常折射率与所述非寻常折射率之间的差值的乘积等于或小于所述显示输出的可见光波长。能通过施加电刺激来控制所述胆甾相液晶组分的有效折射率，从而允许在所述单视图模式与所述多视图模式之间切换。

具有可以在二维显示模式与三维显示模式之间切换的能观看的显示区的能切换的显示设备是已知的。通过在包括电光材料的透镜元件的阵列的电光材料上施加电场来实现模式之间的切换。在二维模式中，透镜元件的行为就像它们是普通的透明材料片一样。在三维模式中，透镜元件提供光输出导向功能，以便实现感知立体图像。能够将相同的切换概念应用于二维多视图显示，以在针对二维视图的完整视场的单幅视图与指向不同空间位置的多幅视图之间进行切换，从而使多个观看者能够观察到显示的总视场的不同部分中的不同的二维内容。

常规的能切换的显示设备依赖于使用偏振光。在非偏振光的情况下，在这种常规设备中无法分离二维模式和三维模式。因此，如果使用额外的偏振片，则某些不发射偏振光的显示类型(例如，oled显示)只能与常规的能切换的柱状透镜组合使用。此外，由于需要使用偏振光，因此当从倾斜角度观看时，常规的能切换的显示设备的图像质量比以垂直入射观看时的图像质量差。特别地，与当以法向入射观看显示设备时相比，以倾斜角度会感知到不同的折射率，从而引起当以倾斜角度观看时柱状透镜的强度或聚焦能力不同。这种效应可能不利于二维模式和三维模式中的显示性能。

本发明基于这样的认识：能够通过使用包括具有螺距的胆甾相液晶组分的电光材料来解决常规的能切换的显示设备的与偏振有关的缺点，该螺距被选择为螺距和针对寻常折射率的值与非寻常折射率的值之间的差值的乘积等于或小于显示输出的可见光波长。这以公式1来表达：

λ≥δn.p(公式1)

其中，λ是显示输出的可见光波长；p是胆甾相液晶组分的螺旋结构的间距，并且被定义为指向矢扭转2π弧度所需的距离；δn＝ne–no，ne和no分别是胆甾相液晶组分的非寻常折射率和寻常折射率。

在saito等人的“opticalmaterialsexpress”(第5卷，第7期，第1588页)描述了短间距胆甾相液晶组分表现出有效折射率neff，该有效折射率neff与针对满足公式1的光的波长的偏振方向无关。因此，这种材料具有各向同性neff，这反映出间距足够短而使得由具有足够长的波长的入射光无法识别胆甾相液晶组分的手性结构的事实。有效折射率neff在公式2中被定义为：

neff＝k((ne²+no²)/2)^0.5(公式2)

因此，当满足公式1时，胆甾相液晶组分的有效折射率对应于非寻常折射率(ne)和寻常折射率(no)的均方根。k对应于增益因子，并且可以在[0.9-1.1]的范围内，并且优选在[0.95-1.05]的范围内。

胆甾相液晶组分的最小间距可以取决于所使用的显示面板的光谱特性。例如，对于更为红移的显示所选择的间距可以比对于蓝移的显示所选择的间距更长。

为了得到偏振完全不敏感的操作，δn.p可以低于由显示器发射的最短波长。例如，假设δn为0.08，则为了满足公式1在0.420μm处的要求，所得到的间距将需要为5.25μm。

此外，可以通过使用诸如电场之类的电刺激来调节胆甾相液晶组分的有效折射率。应当指出，当施加电刺激时，由于胆甾相液晶组分的(例如，某些基团的)部分重新定向，公式2可能不再精确适用，这将在下面更详细地进行描述。因此，使用施加的电场控制胆甾相液晶的各向同性有效折射率可以允许显示区的选定部分中的柱状透镜元件在维持光输出导向功能与移除光输出导向功能之间切换，这将在下面参考图3进行说明。

图3示意性地描绘了根据一个实施例的柱状透镜布置9。图3描绘了柱状透镜元件11的阵列，柱状透镜元件11包括邻近不能切换的光学透明层21的电光材料23。虽然在图3中示出了示例，但是电光材料23也构成柱状透镜元件11的复制部分，如图3的填充图案所示，其中，不能切换的光学透明层21构成半圆柱形部分的阵列，也可以想到相反的情况，其中，不能切换的光学透明层21替代地限定柱状透镜元件11的复制部分。

当维持光输出导向功能时，取决于电光材料23和不能切换的光学透明层21的各自的折射率，可以产生正透镜或负透镜。

不能切换的光学透明层21和电光材料23被夹在两个基板13、15之间。电光材料23在一对电极(在图3和图4中未示出)之间。可以在电极之间施加电场，以便控制电光材料23的有效折射率。以这种方式，柱状透镜元件11可以从第一状态切换到第二状态，在第一状态中，电光材料23的有效折射率基本上匹配不能切换的光学透明层21的折射率，在第二状态中，电光材料23的有效折射率与不能切换的光学透明层21的折射率相差一差值，反之亦然。在第二状态中，柱状透镜元件11执行光输出导向功能。在第一状态中，移除了光输出导向功能。

改变所施加的电场可以例如引起胆甾相液晶组分的对齐发生变化或胆甾相液晶组分的畴发生变化。这会引起胆甾相液晶组分的各向同性有效折射率发生变化。因此，通过改变所施加的电场，柱状透镜元件11可以在维持光输出导向功能与移除光输出导向功能之间切换。

胆甾相液晶材料的间距在某些应用中(例如在酒瓶上的温度指示器中)可以是能热调节的。然而，例如，在本发明的胆甾相液晶组分中，由外部刺激引起的间距调节可以被最小化，因为这种调节会引起畴被非常快地引入液晶组分。为此，可以在胆甾相液晶组分中使螺旋结构稳定化。这种稳定化还可以允许更快的切换。

在一个实施例中，胆甾相液晶组分可以包括交联聚合物，即，使得胆甾相液晶组分包括各向异性的凝胶结构，从而允许记忆功能。凝胶的硬度或迁移率可以通过所使用的聚合物的交联度来控制。螺旋结构的稳定化可以通过例如调谐胆甾相液晶组分中的凝胶含量来实现。胆甾相液晶组分的悬挂基团可以被电场重新定向，从而引起对有效折射率的调节。这也可以意味着对于电寻址模式(即，在施加电场时)，可能会开始出现较小的角度敏感性(“关闭模式”可能对角度不敏感)，但是有效折射率的偏振不敏感性可能会保留。

为了允许上述电场引起的折射率调节，可能需要胆甾相液晶组分的对齐。如果未对齐，则胆甾相液晶组分的悬挂基团的重新定向可能不太可靠和可逆，从而引起不太明确的折射率和散射。螺旋轴相对于显示面板平行或垂直放置并不重要，只要螺旋轴以均匀方式对齐即可。

在一组示例中，螺旋轴可以沿着相对于显示面板(图3中未示出)共面放置的平面的轴延伸。在一组替代示例中，螺旋轴可以法向于显示面板延伸。后一种情况由图3和图4中的填充图案示意性地描绘。

胆甾相液晶的一种已知现象是它们将沿着螺旋轴行进的光分成右旋圆偏振分量和左旋圆偏振分量。具有与螺旋结构相同的旋向性的分量被反射，而另一分量被透射。还已知反射光的波长λref由公式3给出：

λref＝neff.p(公式3)

在螺旋轴法向于显示面板延伸的情况下，螺旋结构的间距可以被选择为使光的反射部分具有在光谱的uv区域内的波长。这可以确保没有可见光被电光材料23反射，从而提高显示设备对于可见光波长的光学效率。

在切换胆甾相液晶组分时，由于有效折射率的增大或减小，基于正介电各向异性或负介电各向异性，反射波长可以向上或向下移位，而间距可以保持恒定。如前所述，间距例如可以通过胆甾相液晶组分中的凝胶含量来固定。假设显示器所发射的最低波长为0.420μm，并且观察到的最大有效折射率为1.65，则间距可以短于0.254μm，以避免反射由显示面板生成的可见光。

如前所述，假设δn为0.08，则所得到的间距可以为5.25μm，以满足0.420μm处的偏振独立性要求(公式1)。因此，很明显，关于反射带标准(公式3)，需要比偏振不敏感操作(公式1)所需的间距更短的间距(例如，＜0.254μm)。

不能切换的光学透明层21可以包括具有与通过调节电光材料23能达到的有效折射率相匹配的折射率的任何合适的光学透明材料。不能切换的光学透明层21可以例如包括具有各向同性折射率的材料。例如，不能切换的光学透明层21可以是各向同性聚合物，其可以使用合适的模制或(光)复制技术来制造。

在图4中示意性地描绘的实施例中，不能切换的光学透明层21包括另外的胆甾相液晶组分，该另外的胆甾相液晶组分包括由另外的间距限定的另外的螺旋结构。该另外的胆甾相液晶组分可以例如从合适的预先制造的胆甾相模具复制得到。为了易于绘制，胆甾相取向被示为从不能切换的光学透明层21延续到电光材料23，但是，当然，在实践中不必一定是这种情况。另外的差值将另外的胆甾相液晶组分的另外的非寻常折射率与另外的寻常折射率分开。另外的间距可以被选择为使得另外的间距与另外的差值的另外的乘积等于或小于显示输出的可见光波长。

关于胆甾相液晶组分的有效折射率的类似考虑也适用于另外的胆甾相液晶组分。因此，另外的胆甾相液晶可以具有另外的各向同性有效折射率，其可以与通过调节电光材料23能达到的有效折射率相匹配。胆甾相液晶组分和另外的胆甾相液晶组分可以被选择为确保在显示设备的单视图操作模式中与它们各自的有效折射率紧密匹配。这可以提高在单视图模式中显示的图像的质量，特别是在倾斜视角下显示的图像的质量。

由于另外的胆甾相液晶组分的折射率(对于可见光波长或更短波长)的各向同性性质，在制造柱状透镜元件11时可能不需要对齐不能切换的光学透明层21的液晶。替代地，可以将另外的胆甾相液晶组分的液晶对齐为使得另外的螺旋轴沿着相对于显示面板(图4中未示出)共面放置的另外的平面的轴延伸，或者法向于显示面板延伸。关于后一种情况，另外的螺旋结构的另外的间距可以被选择为使得被另外的胆甾相液晶组分反射的光具有在光谱的uv区域中的另外的波长，从而提高显示设备对于可见光波长的光学效率。

胆甾相液晶组分可以例如包括直角螺旋结构或倾斜螺旋(螺旋形)结构。使用倾斜螺旋结构可以通过调节平行于螺旋轴施加的电场来促进对间距的选择或调节。

合适的短间距胆甾相液晶组分本身是众所周知的。例如，lavrentovich等人在“advancedmaterials”(第27卷，第19期，2015年，第3014-3018页)中描述了一种通过混合两种二聚液晶(1',7'-双(4-氰基联苯-4'-基)庚烷(cb7cb)和1-(4-氰基联苯-4'-基)-6-(4-氰基联苯-4'-基氧基)己烷(cb6ocb))和标准液晶戊基氰基联苯(5cb)而形成的短间距倾斜螺旋材料(merck)。该混合物中掺有决定间距的左旋手性添加剂s811(merck)。使用三种混合物，其组成为cb7cb:cb6ocb:5cb:s811(以重量单位计)为30:20:46:4(胆甾相在20℃-66.5℃的范围内)；30.1:20:45.9:4(胆甾相在22℃-68℃的范围内)，以及29:20:49:2(胆甾相在21℃-69.5℃的范围内)。这种短间距胆甾相可以用于胆甾相液晶组分和/或另外的胆甾相液晶组分。

为了稳定胆甾相结构，假设间距对温度敏感，并且为了使得能够稳定切换液晶分子，如前所述，胆甾相液晶组分可以包括交联聚合物结构，即，各向异性凝胶。这种材料的示例由kim等人在“appliedphysicsletters”(第86卷，第161118期，2005年)中进行了描述。在这项工作中研究的胆甾相材料是以下各项的混合物：商用向列液晶mlc6080(merck)，手性掺杂剂ce1、cb15、r-1011(merck)，反应性向列单体rm257(1,4-双[3-(丙烯酰氧基)丙氧基]-2-甲基苯(merck)以及光引发剂irgacure651(2,2-二甲氧基-2-苯乙酮(ciba添加剂)。通过熔化来均匀混合按照以下重量比的这些材料：70(mlc6080)/5.0(rm257)/25(ce1:cb15:r-1011＝3:3:1)/0.25(irgacure651)。发现胆甾相混合物的间距为大约0.6μm。

例如可以通过扫描电子显微镜(sem)来测量间距。通过使用该技术，可以确定各向异性凝胶结构的周期性，该周期性可以对应于胆甾相材料的间距。

在一个实施例中，间距可以在从0.1μm至10μm的范围内。为了满足公式1，例如10μm的间距将需要胆甾相液晶组分在非寻常折射率与寻常折射率之间的差值必须至多为0.07，即，对应于在可见光波长范围的较高的一端处的0.7μm(700nm)波长。胆甾相液晶组分及其间距可以根据由显示面板3产生的波长来选择，这对于本领域技术人员将是显而易见的。

图5是已知的且本发明能应用的能切换的自动立体显示设备1的示意性透视图。以展开形式示出显示设备1。

已知的设备1包括有源矩阵类型的液晶显示面板3，其用作产生显示的空间光调制器。显示面板3具有以行和列布置的子像素5的正交阵列。为了清楚起见，在图5中仅示出少量的子像素5。实际上，显示面板3可以包括大约一千行和几千列的子像素5。

显示面板3可以包括液晶显示面板或oled显示面板。由于由电光材料23提供的与偏振无关的折射率调谐，因此可以使用递送非偏振光的显示面板，例如，oled显示器，而无需额外的偏振器件。因此，显示面板3还可以包括平视显示器的组合器。

在显示面板3包括液晶显示面板的示例中，液晶显示面板的结构可以完全是常规的。因此，这种液晶显示面板可以包括一对间隔开的透明玻璃基板，在它们之间提供对齐的扭曲的向列或其他液晶材料。基板在其相对表面上承载有透明的氧化铟锡(ito)电极的图案。偏振层也被提供在基板的外表面上。每个显示子像素5可以包括在基板上相对的电极，液晶材料介于相对的电极之间。子像素5的形状和布局由电极的形状和布局来确定。子像素5通过间隙彼此规则间隔开。每个子像素5与诸如薄膜晶体管(tft)或薄膜二极管(tfd)的开关元件相关联。通过将寻址信号提供给开关元件来操作子像素5以产生显示，并且合适的寻址方案对于本领域技术人员将是已知的。

子像素5之间的间隙被不透明的黑色掩模所覆盖。掩模以吸光材料的网格的形式来提供。掩模覆盖开关元件并限定各个子像素区。

由光源7照亮显示面板3，在这种情况下，光源7包括在子像素阵列的区上延伸的平面背光。来自光源7的光被导向通过显示面板3，其中，个体子像素5被驱动以调制光并产生显示。

显示设备1还包括位于显示面板3的显示输出侧上方的柱状透镜布置9，该柱状透镜布置9是可控制的，以选择性地执行视图形成功能。柱状透镜布置9包括彼此平行延伸的柱状透镜元件11的阵列，为了清楚起见，仅以放大的尺寸示出了柱状透镜元件11中的一个。

在图6中更详细地示意性示出了柱状透镜布置9。以展开形式示出布置9。

参考图6，能够看出，柱状元件布置9包括一对透明玻璃基板13、15，在其相对表面上提供有由氧化铟锡(ito)形成的透明电极层17、19。每个电极层17、19为多个平行的细长电极的形式，并且各个不同层17、19的电极彼此垂直地布置。细长电极之间布置有小间隙，以使得细长电极能够被单独寻址。在替代示例中，电极层17、19可以各自包括连续的电极结构，而不是如图所示被细分的电极结构。因此，电极17和19可以各自是在子像素阵列上连续延伸的单个电极，并且能简单地通过向其施加合适的电压来操作，以在二维显示模式与三维显示模式之间整体切换显示输出。

在邻近基板13中的上部基板处，在基板13、15之间提供了构成柱状主体且呈反柱状结构的片状或板状的不能切换的光学透明层21。在该示例中，在邻近基板15中的下部基板处，在基板13、15之间还提供了电光材料23。柱状主体21的反柱状结构使得在柱状主体21与下部基板15之间呈现平行细长的半圆柱形柱状形状，如图所示。主体21的反柱状结构和下部基板15与电光材料23的接触表面还可以被提供有用于对液晶材料进行定向(如果需要对齐的话)的取向层25和26(参见图1和图2)。

在使用中，图5和图6中示出的已知的能切换的显示设备1能操作用于提供显示输出，该显示输出的离散部分能够单独地或组合地在二维显示模式与三维显示模式之间切换。以这种方式，能够在三维显示区中提供一个或多个二维显示窗口。

通过在包括电光材料23的柱状透镜元件11上施加电场来实现显示输出的离散部分在模式之间的可切换性。该电场是通过在电极层17、19的电极上施加电势而生成的。

将电势施加到每个电极层17、19中的细长电极中的选定数量的邻近的细长电极。上部电极的选择限定要切换的显示窗口的高度，并且下部电极的选择限定要切换的显示窗口的宽度。

如上所述，本发明能够应用于具有单视图二维模式的显示器，并且能够应用于其中每个观看者可以体验到三维效果的多视图三维显示器，或者能够应用于对显示器前面的不同位置呈现多个二维视图以便不同的观看者可以看到不同的内容的多视图显示器。

图7示出了根据一个实施例的控制显示输出的方法200的流程图。方法200在步骤210中开始。随后在步骤220中提供显示面板，该显示面板具有被配置为产生显示输出的子像素的行和列。在步骤230中，在显示面板的显示输出侧将柱状透镜布置布置在显示面板上方，该柱状透镜布置包括柱状透镜元件的阵列，该柱状透镜元件包括邻近不能切换的光学透明层的电光材料。该电光材料包括胆甾相液晶组分，该胆甾相液晶组分包括由间距限定的螺旋结构，并且具有寻常折射率和与寻常折射率相差一差值的非寻常折射率。间距被选择为使得间距与差值的乘积等于或小于显示输出的可见光波长。在步骤240中，将电刺激施加到胆甾相液晶组分材料，从而控制电光材料的有效折射率。该方法在步骤250中终止。

在不存在所述电刺激的情况下，柱状透镜布置可以处于第一模式中，在第一模式中，电光材料的有效折射率基本上等于不能切换的光学透明层的另外的折射率。施加240电刺激可以包括将柱状透镜布置从第一模式切换到第二模式，在第二模式中，有效折射率不同于另外的折射率。

替代地，在不存在电刺激的情况下，柱状透镜布置可以处于第二模式中，在第二模式中，电光材料的有效折射率不同于不能切换的光学透明层的另外的折射率。施加240电刺激可以包括将柱状透镜布置从第二模式切换到第一模式，在第一模式中，有效折射率基本上等于另外的折射率。

第一模式和第二模式可以分别对应于如上所述的显示设备的单视图模式和多视图模式。

应当注意，除了关于在通过施加电刺激而达到不同模式(即，第一模式或第二模式)的方面配置柱状透镜布置的考虑以外，技术人员还将认识到在柱状透镜布置的设计和配置中可以考虑其他因素。例如，可以由强正柱状透镜来实现多视图模式，并且可以由中性透镜来实现单视图模式。这样的柱状透镜布置能够以多种方式来实现，但是对于每种方法，需要考虑能切换的透镜零件和不能切换的透镜零件的类型和形状。注意，切换时的折射率变化可以是负的也可以是正的(虽然对于大多数液晶材料来说，这是负的)。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。