专利名称：具有聚焦布置的液晶显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示设备，其中聚焦布置提供源自显示面板的像素的光的定向。
背景技术：
已知在显示器的输出使用聚焦元件，从而控制用于显示器的可能视角的范围。如果在单个像素之上提供透镜，则可以提供放大功能。如果在多个像素之上提供透镜，则可以将显示输出从不同像素定向到不同空间地点。这是自动立体显示器操作的方式。在自动立体显示器中使用的聚焦布置的已知实例是彼此平行延伸且布置在显示像素阵列上面的细长双凸元件的阵列。透过这些双凸元件观察显示像素。双凸元件提供为元件片，每个元件片包括细长半圆柱透镜元件。双凸透镜元件 (“光栅栏(lenicules)”)在显示面板的列方向中延伸，每个双凸元件布置在显示像素的两个或更多相邻列的相应组上面。在例如每个光栅栏与两列显示像素相关的布置中，每一列中的显示像素提供相应二维子图像的垂直切片。双凸片将这两个切片以及源自与其他光栅栏相关的显示像素列的相应切片定向到位于双凸片前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。双凸透镜元件片因而提供光输出定向功能。在其他布置中，每个光栅栏与行方向中的一组4个或更多相邻显示像素相关。每一组中的显示像素的相应列适当地布置以提供源于相应二维子图像的垂直切片。当用户的头从左向右移动时，觉察到一系列连续的不同的立体视图，例如产生环视(look-around)的印象。使用聚焦布置的问题在于，不同观看地点对应于聚焦到不同显示面板区域的光路径，且尤其是，通过显示面板的LC层的不同的光传播角度。这些不同的光传播角度给出不同路径长度，且因此，给出通过LC材料的不同数量的光调制(S卩，相位变化)。因而，因为来自正面的可见光精确地传播通过LC材料正确的距离，LCD在正面很好地工作。从其他角度观看，则性能劣化。
发明内容
本发明的目的是减小上述问题的影响。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利实施例。根据本发明，提供一种显示设备，包括
液晶显示面板，具有用于产生显示的显示像素元件的阵列且包括液晶显示层；以及透镜布置，提供在显示面板之上且包括透镜元件，该透镜元件提供从不同观看地点到透镜元件下方的不同区域的聚焦，
其中该液晶显示层的厚度在对应于透镜元件中心位置的厚度大于在对应于透镜元件边缘位置的厚度。
该布置使得液晶层提供的光调制效果对于不同视角更加均勻。显示面板可以包括透明电极之间的液晶显示层，其中一个电极成形为限定不均勻电极间隔。不均勻间隔因而可以是修改制造工艺的结果。每个透镜元件的最小尺寸可以对应于单个黑色和白色像素或单个彩色子像素的尺寸。这意味着来自每个像素或子像素的输出被控制以改善来自不同观看方向的均勻性。备选地，每个透镜元件的最小尺寸可以对应于一组黑色和白色像素或一组彩色子像素的尺寸。以这种方式，不同像素或子像素被成像到不同的空间地点，使得不同图像被提供到不同地点，但是具有用于不同观看地点的更均勻的光调制属性。在每一种情况中，每个透镜元件可以包括其中最小尺寸是宽度的双凸透镜。显示设备可以包括自动立体显示器，其中透镜布置将来自不同像素或子像素的输出定向到不同空间位置以使得立体图像能够被观看。
现在将参考附图纯粹以举例的方式描述本发明的实施例，附图中 图1是已知自动立体显示设备的示意性透视图2示出双凸阵列如何向不同空间地点提供不同视图； 图3示出根据本发明的显示设备的第一实例；以及图4示出根据本发明的显示设备的第二实例。
具体实施例方式本发明提供一种液晶显示设备，其中在显示面板之上提供透镜布置。液晶显示层的厚度在对应于透镜元件中心位置的厚度大于在对应于透镜元件边缘位置的厚度。这意味着对于不同观看方向通过液晶层的光路径长度可以基本相同，或者可以选择为从这些不同观看方向提供相同的调制效果。本发明对于自动立体显示设备是尤其感兴趣的。图1是已知直接观看的自动立体显示设备1的示意性透视图。已知设备1包括用作空间光调制器的有源矩阵型的液晶显示面板3以产生显示。显示面板3具有以行和列布置的显示像素5的正交阵列。为清楚起见，图中仅示出少量显示像素5。实际上，显示面板3可以包括约一百行和几千列的显示像素5。液晶显示面板3的结构是完全常规的。尤其是，面板3包括一对隔开的透明玻璃衬底，其间提供定向扭曲向列(aligned twisted nematic)或其他液晶材料。衬底在其衬面(facing surface)上携带透明氧化铟锡(ITO)电极的图案。还在衬底的外表面上提供偏振层。每个显示像素5包括衬底上的相对电极，其间具有居间液晶材料。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局决定。显示像素5通过间隙规则地彼此隔开。每个显示像素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。 显示像素操作为通过向开关元件提供寻址信号而产生显示，且合适的寻址方案对于本领域技术人员是已知的。显示面板3由光源7照射，在这种情况中，光源7包括在显示像素阵列的区域之上延伸的平面背光。来自光源7的光被定向通过显示面板3，各个显示像素5被驱动以调制光且产生显示。显示设备1还包括布置在显示面板3的显示面之上执行视图形成功能的双凸片9。 双凸片9包括彼此平行延伸的一行双凸元件11，为清楚起见，仅以放大尺寸示出其中的一个。双凸元件11是凸圆柱透镜的形式，且它们用作光输出定向装置以从显示面板3向位于显示设备1前方的用户的眼睛提供不同的图像或视图。图1中示出的自动立体显示设备1能够在不同方向中提供若干不同透视图。尤其是，每个双凸元件11布置在每一行中的一小组显示像素5上面。双凸元件11在不同方向中投射一组中的每个显示像素5，从而形成若干不同视图。当用户的头从左向右移动时，他 /她的眼睛将依次接收若干视图中的不同视图。图2示出如上所述的双凸类型的成像布置的工作原理且示出背光20、IXD显示设备M以及双凸阵列28。图2示出双凸布置58如何将不同像素输出定向到不同空间地点。图3从单个IXD (子)像素的顶视图示出本发明的显示设备的第一实例。显示面板3包括下电极3、LC层32和上电极34。电极是透明的，例如由ITO形成且在相应玻璃衬底上提供。图3还示出滤色片36和黑色掩膜层38。在该实例中透镜11具有对应于所示单个像素尺寸的宽度。单个像素是单色子像素，但是在黑色和白色实例中，像素将是单个完整像素。如上面所解释，透镜元件11提供从不同观看地点到透镜元件下方的不同区域的聚焦。示出了与两个观看方向相关的光路径。粗线代表垂直于显示器的观看位置的光路径， 且聚焦到像素的中间。点线代表面向显示器的一个侧边的观看位置的光路径，且聚焦到像素的边缘。液晶显示层的厚度在对应于透镜元件中心位置的厚度大于在对应于透镜元件边缘位置的厚度。这意味着光路径的长度可以做得相等。在图3中示出的实例中，尤其通过在边缘具有提升的廓形(profile)的不平坦下电极30实现不同的间隔。不平坦电极可以使用其上沉积电极的成形箔形成。3D透镜箔的生产变得更简单且更便宜。这些类型的箔还可以用于提供成形的显示电极以给出所需的非均勻间隔。因而， 用于3D双凸箔的技术可以用于本发明的2D实现(图3)或3D实现(图4)。备选地，成形的电极可以通过修改电极层的沉积而形成，使得它在不同的地点具有不同的厚度。这可以通过ITO电极的多个沉积步骤来实现，或者通过沉积较厚的ITO电极且应用光刻构图以产生期望廓形来实现。具有经构图曝光的光可固化材料也可以用于形成不同的厚度。用于在平坦底层衬底上创建不平坦表面的标准技术对于本领域技术人员完全是常规技术。透镜可以是圆柱体，S卩，双凸透镜的形式，使得针对不同的横向观看位置获得均勻角度性能。当然，球形(或类似)透镜可以用于提供不同横向以及垂直观看地点的改善的均勻性。如在图3中示意性看出，对于给定观看方向，透镜元件将光路径聚焦到相当宽的区域。用于每个观看方向的这个光锥可以通过使用不大于滤色片36的透镜和/或增加透镜距离而减小(使得光路径的发散角减小)。然而，增加的透镜距离将导致减小的视角范围。 因而，透镜结构不能安装在LCD面板之上太高以避免像素在相邻透镜下可见(即，透过透镜观看到错误的像素)。如上所述，本发明对于自动立体显示器设备是尤其有兴趣的，且图4示意性示出这可以如何实现。使用与图3中相同的参考标号。然而，4个子像素布置在透镜11下方，具有示为 36a-36d的4个滤色片。在这种情况中，每个透镜元件的最小尺寸对应于4个颜色子像素组的宽度。透镜元件11同样包括双凸透镜。本发明可应用于很多不同的LCD设计。例如，它可以应用于具有塑料衬底以及更常规玻璃衬底的柔性IXD。在这种情况中，全部IXD堆叠可以弯曲。可以使用结构化下电极(如所示)或结构化上电极实现不均勻单元间隔。可以选择成形使得路径长度基本相同。然而，对于通过LC单元的不同传播角度，偏振调制还将不同， 所以在不同角度创建均勻光调制效果的整体目标可能并不意味着固定路径长度。而是，可以使用更复杂的廓形。本发明能够形成超高视角显示器，其在陡峭的角度具有改善的图像质量。这是对于2D和3D显示器的主要益处。通过研究附图、说明书以及所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的这一纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任意参考符号不应解读为限制了范围。
权利要求
1.一种显示设备，包括液晶显示面板(3)，具有用于产生显示的显示像素元件(5)的阵列且包括液晶显示层 (32)；以及透镜布置(9)，提供在显示面板之上且包括透镜元件(11)，该透镜元件提供从不同观看地点到透镜元件(11)下方的不同区域的聚焦，其中该液晶显示层(32)的厚度在对应于透镜元件(11)中心位置的厚度大于在对应于透镜元件边缘位置的厚度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中显示面板包括透明电极(30，34)之间的液晶显示层(32)，其中电极之一(30)成形为限定不均勻电极间隔。
3.根据权利要求1所述的设备，其中每个透镜元件(11)的最小尺寸对应于单个黑色和白色像素或单个彩色子像素的尺寸。
4.根据权利要求3所述的设备，其中每个透镜元件(11)包括其中最小尺寸是宽度的双凸透镜。
5.根据权利要求1所述的设备，其中每个透镜元件(11)的最小尺寸对应于一组黑色和白色像素或一组彩色子像素的尺寸。
6.根据权利要求5所述的设备，其中每个透镜元件(11)包括其中最小尺寸是宽度的双凸透镜。
7.根据权利要求5所述的设备，包括自动立体显示器，其中透镜布置(9)将来自不同像素或子像素的输出定向到不同空间位置以使得立体图像被观看。
全文摘要
一种显示设备包括液晶显示面板(3)和提供在显示面板之上的透镜布置(9)。液晶显示层(32)的厚度在对应于透镜元件(11)中心位置的厚度大于在对应于透镜元件边缘位置的厚度。这改善了用于不同视角的显示效果的均匀性。
文档编号G02F1/1335GK102449539SQ201080023393
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月28日
发明者范德霍斯特 J. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司