专利名称：能够自动立体显示的光学膜的制作方法
能够自动立体显示的光学膜
背景技术：
提供3D图像的显示器在技术上正在发展，这种显示器受到消费者的欢迎。立体显示技术包括快门眼镜、偏光眼镜和其他需要用户佩戴额外设备的技术。不需要额外设备的自动立体显示器越来越受关注。一种实现自动立体显示的技术涉及空间复用方法，该方法将显示器中的像素数量细分为左眼图像像素和右眼图像像素。该方法使显示器的分辨率减半，因此降低了观看体验。一些自动立体显示器使用在两个面上具有特征的光学膜。这些方法涉及图像的时分复用，因此避免了空间复用所需的分辨率降低。然而，一些膜具有宽立体视觉边缘，这会导致图像串扰并降低观看者观察到的图像效果。当显示器尺寸增大和/或观看者与显示器的距离增加时，立体视觉边缘的宽度和图像串扰量变得愈加显著。
发明内容
一些实施例涉及光学膜，其包括设置在光学膜的第一表面上的非圆柱形的透镜和设置在光学膜第二表面上的棱镜。第一表面上的每个透镜对准第二表面上的一个棱镜。棱镜可以是邻接的或非邻接的。在一些具体实施中，光学膜的棱镜的间距与透镜的间距不同。在其他具体实施中，棱镜间距与透镜间距基本相同。在一些膜中，非圆柱形的透镜基本上不旋转，而在其他膜中，非圆柱形的透镜具有随第一表面上的位置而变化的旋转。例如，透镜可以围绕在非圆柱形的透镜顶点下方并在旋转的非圆柱形的透镜中心线上的旋转点旋转。旋转点可以是透镜的焦点。在一些具体实施中，光学膜包括正向旋转的非圆柱形的透镜和负向旋转的非圆柱形的透镜两者。每个正向旋转的非圆柱形的透镜相对于正向旋转的非圆柱形的透镜的中心线以正角旋转，每个负向旋转的非圆柱形的透镜相对于负向旋转的非圆柱形的透镜的中心线以负角旋转。一些实施例涉及采用双面光学膜的自动立体的显示模块。自动立体的显示模块包括具有第一侧面、与第一侧面相对的第二侧面、在第一和第二侧面之间延伸的第一光导表面、以及与第一光导表面相背对的第二光导表面的光导。第一光导表面基本上重定向光，第二光导表面基本上发射光。第一光源沿着光导的第一侧面设置，第二光源沿着光导的第二侧面设置。同步驱动元件电连接到第一和第二光源，并以交替的顺序同步开启和关闭每个第一光源和第二光源。双面光学膜被布置用于接收通过光导的第二表面发出的光。光学膜包括设置在光学膜的第一表面上的非圆柱形的透镜，和设置在光学膜第二表面上的棱镜。光学膜的第一表面上的每个透镜对准光学膜第二表面上的棱镜。非圆柱形的透镜可以朝估计的观看者位置旋转。例如，一组第一透镜可以相对于它们的中心线以正角朝估计的观看者位置旋转。一组第二透镜可以相对于它们的中心线以负角朝估计的观看者位置旋转。另一个实施例涉及双面光学膜，其具有设置在光学膜的第一表面上的透镜，所述透镜对准设置在光学膜第二表面上的棱镜。第一表面上的透镜的旋转随第一表面上的位置而变化。透镜可以围绕其各自的焦点旋转。透镜可以是圆柱形或非圆柱形。光学膜可以包括一组相对于其中心线以正角旋转的第一透镜和一组相对于其中心线以负角旋转的第二透镜。光学膜的棱镜可以是邻接的或非邻接的。棱镜的间距可以与透镜间距不同，或者棱镜间距与透镜间距可以基本上相等。另一个实施例涉及具有光学膜的自动立体的显示模块，其中光学膜上的透镜具有可变的旋转。自动立体显示器包括具有第一侧面、与第一侧面相对的第二侧面、在第一和第二侧面之间延伸的第一光导表面、以及与第一光导表面相背对的第二光导表面的光导。第一光导表面基本上重定向光，第二光导表面基本上发射光。第一光源沿着光导的第一侧面设置，第二光源沿着光导的第二侧面设置。同步驱动元件电连接到第一和第二光源。同步驱动元件被构造为以交替的顺序同步开启和关闭每个第一光源和第二光源。双面光学膜被布置用于接收通过光导的第二表面发出的光。光学膜包括设置在光学膜的第一表面上的透镜，所述透镜对准设置在光学膜第二表面上的棱镜 。透镜具有随光学膜的第一表面上的位置而变化的旋转。透镜可以是圆柱形或非圆柱形。棱镜可以是邻接的或非邻接的。在一些情况下，棱镜的间距与透镜的间距不同。
结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细说明可以更全面地理解本发明，其中图IA为示例性显示设备的示意性侧视图；图IB为图IA的背光源的视图；图2A示出了开启左眼图像光源并关闭右眼图像光源时背光源的操作；图2B为开启左眼图像光源并关闭右眼图像光源时来自背光源的角输出光的曲线图；图2C示出了开启右眼图像光源并关闭左眼图像光源时背光源的操作；图2D为开启右眼图像光源并关闭左眼图像光源时来自背光源的角输出光的曲线图；图3和4比较了两类光学膜对从光导发出的光的方向的影响；图5A为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的邻接的棱镜，并且透镜间距基本上等于棱镜间距；图5B为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的邻接的棱镜，并且棱镜间距大于透镜间距；图5C为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的非邻接的棱镜，并且透镜间距基本上等于棱镜间距；图为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的非邻接的棱镜，并且棱镜间距大于透镜间距；图6A示出了透镜的旋转；图6B为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有旋转的圆柱形或非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的邻接的棱镜，并且透镜间距基本上等于棱镜间距；图6C为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有旋转的圆柱形或非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的邻接的棱镜，并且棱镜间距大于透镜间距；
图6D为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有旋转的圆柱形或非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的非邻接的棱镜，并且透镜间距基本上等于棱镜间距;图6E为光学膜的横截面，其中光学膜的一个表面上具有旋转的圆柱形或非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的非邻接的棱镜，并且棱镜间距大于透镜间距；图7A示出了实例1-3所用显示器的构造；图7B为实例1-3所用光学膜的横截面，图中示出了多个部分的厚度(厚度安排);图8A示出了从实例I中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以0度发出的光的角输出分布曲线图；图SB示出了从实例I中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以7. 5度 发出的光的角输出分布曲线图；图9A示出了圆柱形透镜和非圆柱形的透镜的轮廓；图9B示出了从实例2中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以0度发出的光的角输出分布曲线图；图9C示出了从实例2中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以7. 5度发出的光的角输出分布曲线图；图IOA示出了从实例3中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以0度发出的光的角输出分布曲线图；以及图IOB示出了从实例3中模拟的显示器的左眼图像光源和右眼图像光源以7. 5度发出的光的角输出分布曲线图。附图未必按比例绘制。在附图中使用的相同的标号表示相同的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同标号标记的部件。
具体实施例方式在以下说明中，参考了附图，附图形成说明的一部分，并且在附图中通过举例说明的方式示出若干实施例。应当理解，在不偏离本发明的范围的前提下可以考虑其他的实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式
不应被理解成具有限制性意义。术语“自动立体显示”指显示三维(3D)图像，所述三维图像可在用户或观看者这一方观看而无需使用特殊的头戴物或眼镜。这些方法为观看者产生深度感，即使图像是由平面装置生成也不例外。术语“3D立体显示”不仅包括自动立体显示装置领域，还包括需要佩戴通常称为快门眼镜的特殊头戴物等来从平面装置看到3D立体显示的情况。本文所述的自动立体显示装置可以为观看者提供与左和右视差视点对应的两个图像，从而用二维显示器模拟三维图像。左和右图像在分别对应左眼视图和右眼视图的第一时间段和第二时间段内以快于人眼能够分辨的速率被时分复用。3D显示器在第一时间段内使图像对准观看者的左眼位置并在第二时间段内使图像对准观看者的右眼位置。可以通过在照亮显示器的两个光源之间转换来实现图像与左眼位置或右眼位置的对准。本文所述的自动立体显示器包括双面光学膜，其中膜的一个表面上具有圆柱形或非圆柱形的透镜。每个透镜对准膜相对表面上的对应的棱镜。透镜及其对应的棱镜在本文中称为透镜/棱镜对。在一些实施例中，透镜/棱镜对的构型在膜的整个表面上有所变化。例如，由于整个膜表面上透镜的旋转变化，透镜/棱镜对的构型可以不同。在一些具体实施中，透镜/棱镜对的构型变化是由于透镜间距与棱镜间距之间的差值。当棱镜间距不同于(例如，大于或小于)透镜间距时，透镜与其对应的棱镜之间的偏移量在光学膜的整个表面上有差别。本文所述的一些双面光学膜包括在光学膜一个表面上的非圆柱形的透镜，所述透镜对准光学膜相对表面上的棱镜。这些透镜/棱镜对的构型可以在整个膜上没有显著变化。例如，透镜的间距可以基本上等于棱镜的间距，透镜可以不旋转，或可以具有基本上一致的旋转，使得透镜/棱镜对具有不会随位置而显著变化的横截面。图IA中示出了根据本发明实施例的自动立体显示器100。显示器100包括显示面板120，例如，液晶显示(IXD)面板，以及被设置用于向液晶显示面板120提供光的背光源130。背光源130包括一个或多个光导150、一个或多个右眼图像光源132 (例如，固态 光源)，以及一个或多个左眼图像光源134 (例如，固态光源)。第一和第二光源132、134中的每一个能够在关闭(OFF)状态与开启(ON)状态之间重复转换，在关闭状态时，光源132、134不产生光输出或只产生非常小的光输出，在开启状态时，光源132、134以人眼觉察不到的频率(例如，以每只眼睛至少30Hz、或优选地每只眼睛至少60Hz的频率)产生大量的光输出。光源132、134可以是无机固态光源，例如，发光二极管(LED)或激光二极管，和/或可以是有机发光二极管(OLED)。光提取特征199 (例如，棱镜、透镜状特征、白点、薄雾涂层和/或其他特征)可以设置在光导150的表面151和/或152上。如本文所详述的双面光学膜140设置在液晶显示面板120与背光源130之间。双面光学膜140包括在光学膜140的背离光导150定向的表面上的透镜142。每个透镜142对准光学膜140的朝向光导150定向的表面上的对应棱镜141。通常，例如，可以通过选择可使显示器100中的云纹图案消除或减少的间距来确定透镜和棱镜的间距尺寸。也可以根据工艺性确定透镜和棱镜间距。制造具有不同像素间距的LCD面板时，可能期望的是改变光学膜的间距，以适应LCD面板的不同像素间距。自动立体显示光学膜140的可用的间距范围为(例如)约10微米至约140微米。显示器100可以具有任何可用的形状或构造。在多个实施例中，液晶显示面板120和/或光导150具有正方形或矩形形状。然而，在一些实施例中，液晶显示面板120和/或光导150具有四个以上的侧面和/或具有弯曲形状。光导150的表面151、152可以基本上平行，或者光导150可以是楔形的。在一些实例中，使用两个具有对应的光源的楔形光导。同步驱动元件160电连接到右眼图像光源132和左眼图像光源134以及液晶显示面板120。当向液晶显不面板120提供图像巾贞以广生图像时，同步驱动兀件160使右眼图像光源132和左眼图像光源134的开启和关闭同步。图像可以是(例如)静止图像序列、视频流和/或渲染的计算机图形。图像源170连接到同步驱动元件160并将图像帧(例如右眼图像和左眼图像)提供给液晶显示面板120。液晶显示面板120可以是任何可用的透射型液晶显示面板。在多个实施例中，液晶显示面板120的帧响应时间小于16毫秒、或小于10毫秒、或小于5毫秒、或小于3毫秒。市售的具有合适巾贞响应时间的透射型液晶显示面板包括(例如)Toshiba MatsushitaDisplay (TMD)的光学补偿弯曲(OCB)型面板LTA090A220F (Toshiba Matsushita DisplayTechnology Co. , Ltd. (Japan))。光导150包括邻近右眼图像光源132的第一光输入侧131和邻近左眼图像光源134的相对的第二光输入侧133。第一光导表面151在第一侧面131与第二侧面133之间延伸。第二光导表面152与第一表面151相对,其在第一侧面131与第二侧面133之间延伸。光可以从光导150的任一表面151、152反射或发射,但通常光从表面152发射,并从表面151反射。在多个实施例中，高反射表面在第一表面151上或与之相邻，以有助于对光重新导向使其透过第二表面152出射。在一些实施例中，第一光导表面151包括多个提取元件199，如棱镜、透镜状特征、白点、薄雾涂层和/或其他特征。提取特征的纵向轴线可以沿着基本上平行于第一侧面131和第二侧面133或基本上平行于双面光学膜140的棱镜和透镜的方向延伸，或者提取特征可以其他角度布置。光源132、134可以是任何可用的光源，其中可以(例如)每只眼睛至少30Hz或优选 地每只眼睛至少60Hz或更高的频率将每个光源132、134的光输出从ON(相对高的光输出)调节至OFF (没有光输出或光输出忽略不计)。在多个实施例中，光源132、134为多个LED，如 Nichia NSSW020B (Nichia Chemical Industries, Ltd. (Japan))。在一些实施例中，光源132、134包括多个激光二极管或0LED。光源132、134可以发出任何数量的可见光波长，例如红光、蓝光和/或绿光，或可见光波长范围，或可见光波长的组合，以产生(例如)白光。光导150可以是单层光学透明材料，其具有邻近光导150的两个侧面的光源，或者是两(或更多)层光学透明材料，其优先提取所需方向的光，且每层都具有光源。图像源170可以是能够提供图像帧(例如，右眼图像和左眼图像)的任何可用图像源，例如视频源或计算机渲染图形源。在多个实施例中，视频源可提供从50至60Hz或从100至120Hz或更高频率的图像帧。计算机渲染图形源可提供游戏内容、医学成像内容、计算机辅助设计内容等等。计算机渲染图形源可包括图形处理单元，例如Nvidia FX5200图形卡、Nvidia GeForce 9750GTX图形卡或者用于移动解决方案，例如，膝上型计算机的Nvidia GeForce GO 7900 GS图形卡。计算机渲染图形源还可包含适当的立体驱动软件，例如OpenGL、DirectX、Nvidia专有的3D立体驱动程序。图像源170可以提供视频内容。图像源可以包括图形处理单元，例如NvidiaQuadro FX1400图形卡。视频源还可包含适当的立体驱动软件,例如OpenGL、DirectX或Nvidia专有的3D立体驱动程序。同步驱动元件160可以包括任何可用的驱动元件，其可以使右眼图像光源132和左眼图像光源134的开启和关闭(即，光输出调制)与以(例如)30Hz或优选地60Hz或更高的频率提供给液晶显示面板120的图像帧同步，从而产生视频或渲染的计算机图形。同步驱动元件160可以包括连接到定制的光源驱动电子器件的视频接口，例如Westar VP-7视步页适配器(ffestar Display Technologies, Inc. (St. Charles, Missouri)) 图IB为背光源130的三维示意图，图中示出了光导150、光学膜140和右眼图像光源132。光学膜140包括背离光导150定向的透镜142,以及棱镜141,其中棱镜峰朝向光导150定向。透镜或棱镜的纵向轴线155基本上平行于透镜或棱镜的顶点延伸。
图2A-D示出了自动立体显示器的一般操作。要注意的是，图2A和2C未按比例绘制，并且图2B和2D中提供的数据不是实际数据。为了更有效地解释自动立体显示器的一般操作，图2A和2C中的结构的一些特征和图2B和2D中的数据的一些方面有所夸大。图2A和图2C为操作中的显示设备的一部分的示意性侧视图。在图2A中，左眼图像光源234开启，右眼图像光源232未开启。在这种状态下，从左眼图像光源234发出的光透过背光源230 (包括光导250和双面光学膜240)和液晶面板(图IA中所不的120),从而提供对准观看者左眼264的左眼图像。在图2C中，右眼图像光源232开启，左眼图像光源234未开启。在这种状态下，从右眼光源232发出的光透过背光源230 (包括光导250和双面光学膜240)和液晶面板(图IA中所示的120)，从而提供对准观看者右眼262的右眼图像。应该理解，尽管右眼图像光源232设置在光导250的右侧，左眼图像光源234设置在光 导250的左侧，但是在一些实施例中，右眼图像光源232可以设置在光导250的左侧，左眼图像光源234可以设置在光导250的右侧。可以将光源232、234空气耦合或折射率匹配到光导250。例如，封装的光源器件(例如，LED)可被边缘耦合(没有用折射率匹配材料)在光导250中。或者，封装的或裸芯的LED可被折射率匹配和/或封装在光导250的侧面231、233中，以提高效率。该特征可以包括在光导250的侧面231、233上用于有效传送输入光的另外的光学特征，例如，注射楔形。可以将LED交替地嵌入具有适当特征的光导250的侧面231、233中，以便有效收集LED光并将其准直成光导250的全内反射(TIR)模式。液晶显示面板120 (参见图1A)具有可变的刷新或图像更新率，但出于本实例的目的，假定刷新率为120Hz。这意味着每1/120秒或8. 333毫秒(msec)就给观看者呈现新的图像。在该3D系统中，这意味着在时间t=0 (零)呈现帧一的右图像。在时间t=8. 333毫秒，呈现帧一的左图像。在时间t=2X8. 333毫秒，呈现帧二的右图像。在时间t=3X8. 333毫秒，呈现帧二的左图像，如此重复这一过程。有效的帧频是正常成像系统的帧频的一半，这是因为对于每一图像而言，需要呈现该图像的左眼视图和右眼视图。在本实例中，在时间t=0时打开第一多个光源以照亮右(或左)图像，从而分别为右(或左)图像提供光。在时间t=8. 333毫秒，左或右第二图像开始被设置就位。该图像从IXD面板的顶部至IXD的底部替换“时间t=0图像”，在本实例中，这需要花费8. 333毫秒来完成。每秒为观看者提供至少45个左眼图像和至少45个右眼图像(在右眼图像和左眼图像之间交替，并且图像可能是先前图像对的重复)，从而为观看者提供基本上无闪烁的3D图像。因此，当与光源232和234的切换同步地显示时，来自计算机渲染图像或者从静止图像相机或视频图像相机获取的图像的不同右和左视点图像对的显示使得观看者能够在视觉上融合这两个不同的图像，从而从平板显示器产生深度感。该视觉上无闪烁操作的局限性在于在显示于液晶显示面板上的新图像稳定之前，不应该开启背光源；否则将会觉察到串扰和差的立体图像。本文所述的背光源230 (包括光导250、光源232、234和光学膜240)可以非常薄，例如，小于5毫米,或为0. 25至5毫米,或为0. 5至4毫米,或为0. 5至2毫米。图2A示出了背光源230在第一时间帧期间的操作，其中左眼图像光源234开启，右眼图像光源232关闭。来自光源234的光线280穿过表面233进入光导250。最初，光线280以大于全内反射(TIR)所必需的临界角的角度Y I照射光导250的表面252。因此，光线280发生全内反射，并继续在光导250中向下传播。最后，光线280被设置在光导250的表面251上的提取特征299重新定向。由提取特征299对光线280进行的重新定向使光线280在光导表面252上的入射角变为小于TIR临界角的角度，从而允许光线280从光导250的表面252射出。然后光线280遇到光学膜240的棱镜特征241。光学膜240的棱镜用作转向薄膜，使光线280的角度变成垂直于光学膜240平面的轴线243的方向。光线280遇到透镜242时经历另外的折射。光线280最后以出射角Q1W光学膜240射出。图2B不出了在第一时间段内从光学膜240射出的光线在xz平面内的角输出分布的实例的曲线图。例如，出射角0=0时，光线沿着轴线243从光学膜240射出。以图2B水平轴上所示的负角从光学膜240射出的光线朝向图2A中的左侧。以图2B水平轴上所示的正角从光学膜240射出的光线朝向图2A中的右侧。在该实例中，左眼图像光源234开启且 右眼图像光源232关闭时来自背光源230的角输出分布在约-8度时达到峰值。参照图2C，在第二时间段内，左眼图像光源234关闭，右眼图像光源232开启。来自光源232的光线290穿过表面231进入光导250。光线290通过TIR在光导250内向下传播，直到被设置在光导250的表面251上的提取特征299折射。光线290被提取特征299折射允许光线290从光导250的表面252射出。然后光线290遇到光学膜240并经历另外的折射。光线290最后以出射角02从光学膜240射出。图2D示出了在第二时间段内从光学膜240射出的光线在xz平面内的角输出分布的实例的曲线图。以图2D水平轴上所示的负角从光学膜240射出的光线朝向图2C中的左侦U。以图2D水平轴上所示的正角从光学膜240射出的光线朝向图2C中的右侧。在该实例中，右眼图像光源232开启且左眼图像光源234关闭时来自背光源230的角输出分布在约8度时达到峰值。本文所述的双面光学膜的一个表面上的透镜对准相对表面上的对应棱镜。如此前所述，光学膜上的每个透镜及其对应的棱镜在本文中称为透镜/棱镜对。光学膜的透镜可以为圆柱形或非圆柱形。棱镜可以是邻接的或非邻接的。在一些实施例中，透镜/棱镜对的构型随在整个光学膜表面上的位置的变化而变化。例如，透镜可以随位置的变化而旋转，和/或透镜/棱镜对的透镜与棱镜之间的偏移量可以随位置的变化而变化。可以通过使用不同于(例如，大于)透镜间距的棱镜间距实现透镜与其对应棱镜之间偏移量的变化。使用非圆柱形的透镜和/或透镜/棱镜构型随位置的变化而变化可以使来自光学膜的光输出对准观看者，这会使光输出分布的“立体视觉边缘”(在下文中讨论)变得尖锐，并减少串扰，从而提高了采用这些光学膜的自动立体显示器的性能。即使图像由平板装置产生，自动立体显示器也能让观看者产生深度感。从基本层面上看，自动立体显示器必须为每只眼睛提供其各自的视差视图。为了进行最佳操作，需要使预期向左眼提供的光只能被左眼接收。预期向右眼提供而被左眼接收的任何光都将降低3D观看体验。预期向右眼提供而被左眼接收的光、或预期向左眼提供而被右眼接收的光是一种类型的串扰。因此，离开显示器并被眼睛接收的光分布必须进行良好的分离。然而，为了获得高质量的观看体验，两种光分布应尽可能紧靠在一起，以便减少观看人工痕迹，并且还可以获得良好的2D观看体验。
观看者相对于显示器的位置限制可实现的串扰的最低程度。因为观看者的眼睛间隔固定的距离(标称63. 5mm)，所以当观看距离增大时，眼睛对着的角度会变小，因此，左和右光分布之间的分离不得不变得更突出。换句话讲，增大观看距离会导致串扰增大。左或右光分布的边缘的角宽度可 以称为“立体视觉边缘”。实际上，立体视觉边缘的宽度可以被衡量为用10%光分布峰值与90%光分布峰值之间的度数表示的宽度。当观看距离增大时，需要减小立体视觉边缘的宽度。更尖锐的立体视觉边缘允许更大的观看距离。与立体视觉边缘相关的另一个影响是观看自由度。为了获得舒适的3D体验，期望的是观看者能够将他们的头部左右移动一定的距离。如果移动头部仍能观看到3D效果，那么可以移动的距离越大，具有的观看自由度越大。如果立体视觉边缘相当宽，那么左右移动头部将增大串扰，并因此降低3D效果。因此，更尖锐的立体视觉边缘会产生更大的观看自由度。显示器的尺寸也是决定3D观看体验的质量的一个因素。来自显示器边缘的光分布必须以比靠近显示器中心的光更陡的角瞄准，以便被观看者的眼睛接收。显示器越宽，该瞄准角变得更陡。因此，重要的是，自动立体显示器可随显示器宽度的变化将光瞄准观看者，而不会影响立体视觉边缘。如本文所述的具有非圆柱形的透镜和/或可变透镜/棱镜对构型的双面光学膜可减少串扰、减小立体视觉边缘的宽度，并提高光分布的瞄准。这些光学膜可提供提高的3D观看体验，包括更大的观看自由度、更大的显示器尺寸，和/或更长的观看距离。图3和4比较了包括光学膜340的背光源330的光输出与包括光学膜440的背光源430的光输出。光学膜340具有设置在光学膜340的一个表面上的均匀间隔的圆柱形透镜342，以及设置在光学膜340的相对表面上的对应的均匀间隔的棱镜341。透镜342与其对应的棱镜341 (透镜/棱镜对)的构型沿着X轴基本一致。在xz平面内，透镜342的横截面是一致的，棱镜341的横截面也是一致的。透镜342不旋转，并且透镜342的间距不变并等于棱镜341的间距。背光源330包括光导350以及右眼图像光源332和左眼图像光源334，它们的操作与结合图2A-2D所述的可比元件类似。光学膜440包括构型沿着X轴变化的透镜/棱镜对。例如，透镜旋转可以随X而变化，和/或棱镜间距可以不同于透镜间距。棱镜间距与透镜间距不同(例如，棱镜间距大于透镜间距)导致透镜与其对应的棱镜之间的偏移量沿着X轴变化。背光源430包括光导450以及右眼图像光源432和左眼图像光源434，它们的操作与结合图2A-2D所述的可比元件类似。图3中用虚线374标出了左眼图像光源334开启且右眼图像光源332关闭时光学膜340上多个点的光输出角分布(用峰值光输出角度表示)。例如,就具有图2B所示的角输出分布的背光源而言，相对于z轴的峰值光输出角度为约-8度。图3中用实线372标出了右眼图像光源332开启且左眼图像光源334关闭时光学膜340上多个点的光输出角分布。例如，就具有图2D所示的角输出分布的背光源而言，相对于z轴的峰值光输出角度为约8度。来自背光源330的光输出根据右眼图像光源332是否开启或左眼图像光源342是否开启而改变朝着右眼382或左眼384的方向。当光源交替时，在整个光学膜340上具有一致构型的圆柱形透镜/棱镜对改变光的方向，即，当光源交替时，光的方向相对于z轴从负角变为正角，但光学膜基本上不会随光学膜340上位置的变化将光瞄准右眼382或左眼384。
图4示出了包括光学膜440的背光源430，光学膜440可在时分复用期间随位置的变化而改变光的方向并将光瞄准左眼或右眼。光学膜440包括构型沿着X轴变化的透镜/棱镜对。光学膜440包括在光学膜440的背离光导450定向的表面上的透镜442。每个透镜442在光学膜440的相对表面上具有对应的棱镜441。光学膜440被布置为使得透镜442和棱镜441的纵向轴线的取向基本上垂直于光导450中的光传播轴线459。在图4所示的实例中，透镜442和棱镜441的纵向轴线(还显示为图IB中的元件155)是沿着y轴的。光学膜不必被布置为使得透镜的纵向轴线垂直于光传播方向。在一些具体实施中，可以使用透镜和棱镜的纵向轴线与光传播方向之间的偏角减少光学膜、光导与LCD面板之间的云纹。例如，偏角可以小于15度或小于10度或小于5度。
光学膜440的透镜/棱镜对的构型随沿着X轴的位置而变化。透镜/棱镜对构型的变化使光学膜440的光输出角分布随沿着X轴的位置的变化而改变。为简便起见，左眼图像光源434开启时沿着X轴的位置的光输出角分布用虚线474表示，它表明峰值输出时光输出的方向。右眼图像光源432开启时沿着X方向的位置的光输出角分布用实线472表不,它表明峰值输出时光输出的方向。峰值光输出472的角度随X的变化而改变，以便使光猫准右眼位置482。当右眼图像光源432开启时，来自背光源430的光输出对准右眼位置482。峰值光输出472的角度随X的变化而改变，以便使光瞄准右眼位置482。当左眼图像光源434开启时，来自背光源430的光输出对准左眼位置484。峰值光输出474的角度随x的变化而改变，以便使光瞄准左眼位置484。因此，透镜/棱镜对构型随位置而变化可使当左眼图像光源开启时来自膜的光输出瞄准观看者的左眼，并使当右眼图像光源开启时来自光学膜的光输出瞄准观看者的右眼。使光瞄准左眼或右眼减少左右图像之间的串扰，从而提高3D观看体验。S卩，使光瞄准左眼或右眼减少预期提供给左眼而被右眼接收的光量，并减少预期提供给右眼而被左眼接收的光量。一些光学膜实施例使用在光学膜的一个表面上包括非圆柱形的透镜的透镜/棱镜对，其中非圆柱形的透镜对准光学膜相对表面上的棱镜。通常，非圆柱形的透镜可以具有不是圆柱形的任何形状。图9A中示出了可用于自动立体显示膜的示例性非圆柱形的透镜形状。非圆柱形的透镜具有消象散聚焦，其用于减小光学膜的立体视觉边缘，使得左右光分布具有少量的重叠，并且重叠的倾斜度较陡。非圆柱形的透镜可以用于整个光学膜上具有基本上一致的构型的透镜/棱镜对中，或者它们可以用于构型随着在光学膜上的位置而变化的透镜/棱镜对中。图5A 和6B-6E为可用于自动立体显不系统中的不例性光学膜的横截面图。应当理解，实际的光学膜可能具有比这些图中所示更多的透镜/棱镜对。为了方便起见，横截面图中只示出了几个透镜/棱镜对。图5A- 示出了采用非圆柱形的透镜的光学膜。非圆柱形的透镜可以具有任何非圆柱形横截面形状。图9A中示出了用于自动立体显示器中的光学膜的可用的非圆柱形的透镜形状的例子。图6B - 6E示出了使用非圆柱形的透镜或圆柱形透镜的光学膜的变型形式。圆柱形透镜具有为圆形的一部分的横截面。图5A示出了根据本发明实施例的光学膜515，它具有透镜/棱镜对511a/512a、511b/512b、511c/512c、511d/512d、511e/512e、511f/512f、511g/512g、511h/512h、511i/512i。透镜511a-511i为非圆柱形并可以具有如图9A中所示的横截面，或可以具有另一种非圆柱形横截面。光学膜515表面上的每个非圆柱形的透镜511a-511i对准光学膜515相对表面上的对应的棱镜512a-512i。非圆柱形的透镜的间距匕是不变的，并基本上等于棱镜的间距PP。非圆柱形的透镜511a-511i和棱镜512a-512i都是邻接的。透镜/棱镜对 511a/512a、511b/512b、511c/512c、511d/512d、511e/512e、511f/512f、511g/512g、511h/512h、511i/512i的横截面基本上一致，即，沿着x轴对与对之间没有显著变化。图5B示出了光学膜525，光学膜525的一个表面上包括非圆柱形的透镜521a-521i，所述透镜对准相对表面上的棱镜522a-522i。非圆柱形的透镜521a_521i的横截面沿着X轴是一致的。棱镜522a-522i的横截面沿着X轴是一致的。非圆柱形的透镜521a-521i和棱镜522a-522i都是邻接的。棱镜的间距Pp大于非圆柱形的透镜的间距Pp棱镜间距与透镜间距的差值使棱镜522a-522i与它们对应的非圆柱形的透镜521a_521i错开。例如，在图5B中，非圆柱形的透镜521e的顶点与对应的棱镜522e的顶点对齐。由于与Pp之间存在差值，紧邻透镜/棱镜对521e/522e的透镜/棱镜对521d/522d、521f/522f具有偏移量为Pp与之间差值的1/2的透镜和棱镜。透镜/棱镜对521c/522c、521g/522g、521b/522b、521h/522h、521a/522a、521i/522i 中透镜与棱镜之间的偏移量在沿着X轴的两个方向上随着与起点的距离变化而增大,在该实例中,起点为对齐的透镜/棱镜对 521e/522e。尽管图5B (和本文中的其他图)只示出了一个对齐的透镜/棱镜对，但应当理解，光学膜可被构造为包括任何数量的对齐的透镜/棱镜对，或没有对齐的透镜/棱镜对。就多个对齐的透镜/棱镜对而言，膜可以具有与透镜间距不同的棱镜间距，这会使透镜与棱镜之间的偏移量随着与每个对齐的透镜/棱镜对的距离而增大。在一些显示器具体实施中，对齐的透镜/棱镜对可被布置在显示器中心周围，以使得在对齐的透镜/棱镜对任一侧发生的透镜与棱镜之间逐渐增大的偏移起到使来自光学膜的光输出猫准显不器的中心的作用。本文所述的一些自动立体显示双面膜在光学膜的两个面上均包括邻接特征。然而，在膜的两个面上的邻接特征可能具有某些缺点。透镜与基底之间和/或棱镜与基底之间的薄基体的厚度由膜的光学特性决定，但基体的尖角和薄度会导致分层。此外，双面膜上的特征在体积和结构上的差异会加重膜翘曲。从光学角度来看，具有邻接特征的双面膜具有的水平视角范围也比实际所需的范围要宽。因为自动立体显示光学效应部分依赖于棱镜的峰，所以本文所述的一些光学膜在棱镜底部之间具有中断使棱镜变成了非邻接的。可以调整靠近中断处的棱镜形状，以降低棱镜与基底之间的中断处的过渡的急剧程度。例如，可以用弯曲(而不是急剧)的过渡来提高膜的机械稳定性，以防止破裂和分层，和/或减轻膜翘曲。图5C和中分别示出的光学膜535和545包括非圆柱形的透镜和非邻接棱镜。图5C为光学膜535的横截面，光学膜535的一个面上具有非圆柱形的透镜531a_531i，所述透镜对准光学膜535相对面上的非邻接棱镜532a-532i。非圆柱形的透镜531a_531i的横截面和棱镜532a-532i的横截面沿着x轴基本上一致。棱镜的间距基本上等于非圆柱形的 透镜的间距。
中断575发生在每个棱镜532a-532h与其相邻的棱镜532b-532i之间。中断575使棱镜532a-532i变成了非邻接的。尽管在图5C和其他地方示出的光学膜中断575处的形状是平的，但光学膜在中断575处的形状可以采用任何形状，例如，弯曲形状。图中所示的光学膜545包括在光学膜545的一个面上的非圆柱形的透镜541a-541i，所述透镜对准光学膜545的相对面上的非邻接棱镜542a_542i。中断545发生在棱镜542a-542 i之间，因而使棱镜变成了非邻接的。在该实例中，非圆柱形的透镜541a-541i的横截面沿着X轴基本上一致，棱镜542a_542i的横截面沿着x轴基本上一致。棱镜的间距Pp大于透镜的间距Py这导致非圆柱形的透镜541a-541i与其对应的棱镜542a-542i之间的偏移量随着在光学膜545上的位置而变化。偏移量随着与对齐的透镜/棱镜对的距离的变化而增大。一些光学膜具体实施方式
包括具有旋转的圆柱形或非圆柱形的透镜，所述旋转随在光学膜上的位置而变化。圆柱形或非圆柱形的透镜的旋转起到使光适当地瞄准左眼或右眼的作用，如结合图4所述。图6A示出了旋转前的透镜651和旋转后的透镜652的位置。 旋转是在基本上垂直于透镜的纵向顶点的平面内(图6A中的xz平面)并围绕着在透镜顶点654下方、透镜中心线655上的旋转点653。例如，旋转点633可以是透镜的焦点，或在透镜顶点654下方约114微米处,或者可以与透镜/棱镜对的棱镜(图6A中未不出)的顶点重
八
口 o图6B为双面光学膜615的横截面，它包括随x轴位置的变化而旋转的透镜611a-611i。透镜611a-611i可以是非圆柱形或圆柱形透镜。透镜611a_611i中的每一个对准光学膜615相对表面上的棱镜612a-612i。在该实例中，棱镜间距Pp是不变的，并等于透镜间距1\。透镜611a_611i随X轴位置的变化而旋转。例如，透镜611a_611i的旋转度数可以沿光学膜615上的起点的任一侧增大。在图6B中，透镜611e为透镜旋转的起点。起点不一定是透镜，也可以在透镜之间。尽管透镜611e具有零旋转，但也不一定是这种情况。如果透镜用作起点，则起点透镜可以具有包括零旋转在内的任何旋转。光学膜上可以具有多个旋转起点。在一些显示器应用中，透镜旋转的起点可以在显示器的中心附近，或者可以偏移，以调整视角。起点一侧的透镜可以相对于其中心线以负角旋转，起点另一侧的透镜可以相对于其中心线以正角旋转。当安装在显示器中时，光学膜可以具有一个与预期观看者位置对齐的起点。起点一侧的透镜可以相对于其中心线以负角旋转，起点另一侧的透镜可以相对于其中心线以正角旋转。透镜的旋转角度可以随着与起点的距离增大而增大，以便使光以更尖的角度瞄准更接近显示器边缘的位置。光学膜615示出了旋转角a，它随着与起点透镜61 Ie的距离增大而增大,在该实例中，透镜61 Ie具有0度旋转。如此前所述，在一些光学膜中，起点两侧的透镜可以相反的方向旋转。例如，在图6B中，起点透镜611e右侧的透镜相对于其中心线以负角旋转。起点透镜611e左侧的透镜相对于其中心线以正角旋转。设置在透镜611e两侧的透镜611d和611f分别以角度+ ^^或-、旋转。如结合图6A所述，透镜在xz平面内相对于在透镜顶点下方并在透镜中心线上的旋转点旋转。透镜611d和611f分别具有相邻的透镜611c和611g，它们以角度+ a2*-a2旋转，其中I ai|〈| a2|。透镜611c和611g分别具有相邻的透镜611b和611h，它们以角度+a 3或-Ci3旋转，其中I a2|〈| a3|。透镜611b和611h分另Ij具有相邻的透镜611a和611i，它们以角度+a4*-a4旋转，其中| a3|〈| a4|。根据应用，透镜可以随在光学膜上的位置进行线性或非线性旋转。在起点两侧的旋转不一定是对称的。图6C示出了具有透镜62la-62Ii的光学膜625，所述透镜如此前结合图6B所述进行旋转。所述透镜可以是非圆柱形或圆柱形透镜。起点透镜621e右侧的透镜相对于其中心线以负角旋转。起点透镜621e左侧的透镜相对于其中心线以正角旋转。设置在透镜621e两侧的透镜621d和621f分别以角度+ a i或-a i旋转。透镜621d和621f分别具有相邻的透镜621c和621g，它们以角度+a 2或-Ci2旋转，其中| ai|〈| a2|。透镜621c和621g分别具有相邻的透镜621b和621h，它们以角度+ a3*-a3旋转，其中| a2|〈| a3|。透镜621b和62Ih分别具有相邻的透镜611a和61 Ii，它们以角度+ a 4或- a 4旋转，其中
a 3|〈卜 4|。除了透镜62la-62Ii的旋转，图6C的光学膜625还具有不同于透镜间距Pl的棱镜 间距Pp。如图6C中所示，棱镜间距可以大于透镜间距。或者，透镜间距可以大于棱镜间距。当棱镜间距与透镜间距不同时，透镜/棱镜对中的透镜621a-621i与棱镜622a-622i之间的可变偏移量随着与对齐的透镜/棱镜对的距离增大而增大。在图6C的实例中,对齐的透镜/棱镜对为透镜/棱镜对621e/622e，它也是旋转的起点。当一起使用棱镜旋转和不相等的棱镜与透镜间距时，对齐的透镜/棱镜对(透镜与棱镜之间偏移量增大的起点)和透镜旋转的起点可以是光学膜上的同一点，也可以是光学膜上的不同的点。使用旋转的透镜和大于透镜间距的棱镜间距还可以使光适当地瞄准所需位置，减小串扰和立体视觉边缘，从而提闻3D观看效果。图6D示出了具有透镜63la-63Ii的光学膜635，所述透镜如此前结合图6B和6C所述进行旋转。透镜631a-631i可以是非圆柱形或圆柱形的。棱镜632a-632i为非邻接的，每个棱镜632a-632i之间具有中断675。棱镜的间距基本上等于透镜的间距。图6E中所示的光学膜645包括透镜641a_641i，所述透镜如此前结合图6B和6C所述进行旋转。透镜631a-631i可以是非圆柱形或圆柱形透镜。棱镜642a-642i为非邻接的，每个棱镜642a-642i之间具有中断675。在该类型中，棱镜的间距大于透镜的间距。或者，透镜间距可以大于棱镜间距。使用非圆柱形的透镜和/或使圆柱形透镜/棱镜对或非圆柱形的透镜/棱镜对的透镜/棱镜构型随位置而变化可以改变从光学膜发出的光的角分布。例如，在显示器应用中，光的角输出分布可以用来使光更瞄准左眼位置或更瞄准右眼位置。使用这些光学膜获得的光输出分布可以提供更尖锐的立体视觉边缘并降低左眼图像与右眼图像之间的串扰量。结合以下实例1，可以通过考量可被位于显示器中心上方的观看者感知到的模拟光输出分布而进一步理解立体视觉边缘和左眼与右眼图像之间的串扰的概念。实例I :使用光线跟踪模拟具有光学膜的显示器，其中光学膜具有圆柱形透镜和不同的棱镜间距。使用的光线跟踪软件为非序列光线跟踪软件包TracePro (Lambda Research公司(Littleton, MA))。显示器特性WVGA(800X480 像素)；196.8mm (宽)X 118. 08mm (高)；观看距离750mm,意味着观看者的标称双眼间隔为+/-2. 4度。
如图7A中所示，对于位于710处的观看者而言，显示器720的左边缘722与法向成7. 5度角，假设显示器宽度为196. 4mm，观看位置在显示器720上方750mm处。光学膜特性一个表面上具有圆柱形透镜、相对表面上具有棱镜的双面光学膜。圆柱形透镜半径为36. 3微米；圆柱形透镜间距为52. 0000微米；棱镜间距为52. 0051微米。图7B为双面光学膜的横截面，图中示出了多个厚度(称为厚度安排):光学膜总厚度730，t=l 14微米；基底厚度731=50. 8微米；棱镜厚度732=45. 0333微米；透镜厚度733=10. 9787微米；基体总厚度(透镜基体厚度734加上棱镜基体厚度735) =7. 18798微米。模拟可在观看者位置710处感知到的光学膜的光输出分布(参见图7A)，包括1)左眼和右眼图像光源从显示器中心721发出的光(与法向成0度)的角输出分布，以及2)左眼和右眼图像光源从显示器边缘722发出的光(与法向成7. 5度)的角输出分布。图8A示出了在0度处(显示器中心)的模拟角输出分布。分布851为左眼图像光源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布852为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布851和852的立体视觉边缘为分布851、852之间在0度处的 交点853。图8A显示，在0度处，角分布851和852的倾斜度是非零的，并且分布851与852之间具有重叠区域，这导致从左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大。可以在观看者的左眼或右眼位置处(对于典型观看者而言，与显示器中心成-/+2. 4度，显示器参数列于上文中)测量串扰。如图7A所指出的那样，对于观看者的右眼(2. 4度处)而言，串扰量为不需要的光(左眼图像输出851)与需要的光(右眼图像输出852)的比率。对于分布851和852而言，2. 4度处的串扰为约9%。图8B示出了在(与显示器的左边缘成)7. 5度处的模拟角输出分布。分布854为左眼图像光源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布855为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布854和855的立体视觉边缘为分布854、855之间在7. 5度处的交点856。图8B显示，在立体视觉边缘856处，角分布854、855的倾斜度是非零的，并且分布854与855之间具有重叠区域，这导致从左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大约27%。可以在观看者的右眼位置处(对于典型观看者而言，与显示器中心成9. 9度，显示器参数列于上文中)测量分布854与855之间的串扰。如图SB所指出的那样，对于观看者的右眼而言，串扰量为左眼图像输出与右眼图像输出的比率。对于分布854和855而言，9. 9度处的串扰为约27%。实例2 使用TracePix)通过光线跟踪模拟具有光学膜的显示器，其中光学膜具有非圆柱形的透镜和变化的棱镜间距。显示器特性与实例I所列相同，为了方便阅读下面重复列出了这些特性显示器特性WVGA(800X480 像素)；196. 8mm (宽)X 118. 08mm (高)；观看距离750mm，意味着观看者的标称双眼间隔为+/-2. 4度。如图7A中所示，对于观看者710而言，显示器720的边缘722与法向成7. 5度角，假设显示器宽度为196. 4_，观看位置在显示器720上方750臟处。光学膜特性一个表面上具有非圆柱形的透镜、相对表面上具有棱镜的双面光学膜。非圆柱形的透镜设计用于该系统的消象散聚焦。透镜具有变化的曲率半径，但在其顶点处，曲率半径为36. 3微米(与实例I中所测试的圆柱形透镜相同)。透镜间距为52. OOOO微米。用52. 0050微米的棱镜间距获得在显示器边缘处与法向成7. 5度的交叉角；厚度安排(参见图7B)光学膜总厚度730，t=114微米；基底厚度731=50. 8微米；棱镜厚度732=45. 0333微米；透镜厚度733=10. 9787微米；基体总厚度(透镜基体厚度734加上棱镜基体厚度735) =8. 05194微米。图9A比较了实例2中所用非圆柱形的透镜的轮廓980与具有相同的顶点处曲率半径(36. 3微米)的圆柱形透镜的轮廓990。模拟可在观看者位置710处感知到的光输出分布(参见图7A)，包括1)左眼和右眼图像光源从显示器中心721发出的光(与法向成0度)的角输出分布，以及2)左眼和右眼图像光源从显示器边缘722发出的光(如图7A中所示与法向成7. 5度)的角输出分布。图9B示出了在0度处(显示器中心)的模拟角输出分布。分布951为左眼图像光 源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布952为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布951和952的立体视觉边缘为分布951、952之间在0度处的交点953。图9B显示，在0度处，角分布951和952的倾斜度比立体视觉边缘853处的分布851和852 (图8A)陡得多(倾斜度接近无穷大)。分布951和952在0度处具有非常小的重叠区域，这导致从左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大最小。对于分布951和952而言,2. 4度处(观看者的右眼位置)的串扰接近0%。图9C示出了在(如图7A中所示，与显示器的左边缘722成)7. 5度处的模拟角输出分布。分布954为左眼图像光源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布955为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布954和955的立体视觉边缘为分布954、955之间在7. 5度处的交点956。图7C显示，在立体视觉边缘956处，角分布954,955的倾斜度是非零的，并且分布954与955之间具有重叠区域，这导致从左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大。对于分布954和955而言，9. 9度处(观看者的右眼位置)的串扰接近3%。实例3 使用TracePix)通过光线跟踪模拟具有光学膜的显示器，其中光学膜具有旋转的非圆柱形的透镜和不变的棱镜间距。显示器特性与实例I所列相同，为了方便阅读下面重复列出了这些特性显示器特性WVGA(800X480 像素)；196. 8mm (宽)X 118. 08mm (高)；观看距离750mm，意味着观看者的标称双眼间隔为+/-2. 4度。如图7A中所示，对于观看者710而言，显示器720的边缘722与法向成7. 5度角，假设显示器宽度为196. 4_，观看位置在显示器720上方750臟处。光学膜特性一个表面上具有非圆柱形的透镜、相对表面上具有棱镜的双面光学膜。非圆柱形的透镜设计用于该系统的消象散聚焦。透镜具有变化的曲率半径，但在其顶点处，曲率半径为36. 3微米(与实例2中所测试的非圆柱形的透镜相同)。透镜间距为52. 0000微米；棱镜间距为52. 0000微米，与透镜间距相同。每个透镜以从显示器中心处的不旋转透镜处开始的逐渐增量的方式朝显示器中心旋转，并在显示器边缘处旋转增至7. 5度，获得显示器边缘处与法向成7. 5度的交叉角。旋转在非圆柱形的透镜顶点下方约114微米、且在非圆柱形的透镜中心线上的点处。旋转从图案中心向外成线性变化，从0度旋转至显示器边缘处的7. 5度。每个非圆柱形的透镜的顶点都指向显示器的中心。厚度安排(参见图7B)光学膜总厚度730，t=l 14微米；基底厚度731=50. 8微米；棱镜厚度732=45. 0333微米；透镜厚度733=10. 1147微米；基体总厚度(透镜基体厚度734加上棱镜基体厚度735)=8. 05194微米。模拟可在观看者位置710处感知到的光输出分布(参见图7A)，包括1)左眼和右眼图像光源从显示器中心721发出的光(与法向成0度)的角输出分布，以及2)左眼和右眼图像光源从显不器边缘722发出的光(与法向成7. 5度)的角输出分布。图IOA示出了在0度处(显示器中心)的模拟角输出分布。分布1051为左眼图像光源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布1052为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布1051和1052的立体视觉边缘为分布1051、1052之间在0度处的交点1053。图IOA显示，在0度处，角分布1051和1052的倾斜度与分布951和952 (图9B)相同。分布1051和1052在0度处几乎没有重叠区域，这使得左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大几乎为零。对于分布1051和1052而言，2. 4度处(观看者的右眼位置)的串扰为0%。
图IOB示出了在(与显示器的左边缘722成)7. 5度处的模拟角输出分布。分布1054为左眼图像光源开启且右眼图像光源关闭时的光输出分布。分布1055为右眼图像光源开启且左眼图像光源关闭时的光输出分布。分布1054和1055的立体视觉边缘1056为分布1054、1055之间在7. 5度处的交点。图IOB显示，在立体视觉边缘1056处，角分布1054、1055的倾斜度也非常接近于几乎垂直，这使得从左眼图像到右眼图像(反之亦然)的串扰增大非常低，接近0%。本文所述的一些自动立体显不器包括双面光学膜，其中膜的一个表面上具有圆柱形或非圆柱形的透镜。每个透镜对准膜相对表面上的对应的棱镜。在一些实例中，棱镜的间距与透镜的间距相同。在其他实例中，棱镜的间距与透镜的间距不同。棱镜可以是邻接的或非邻接的。透镜可以旋转，其中旋转随在光学膜上的位置而变化。如果膜的设计是使得透镜的焦距在对应棱镜的顶点处，那么立体视觉边缘的角位置将从透镜和棱镜居中时的0度变成棱镜顶点相对于透镜偏心时的正角和负角。这类似于移动物体，使其偏离常规的透镜系统中的光轴。然而，当棱镜相对于其对应的透镜越来越偏心时，它会导致透镜不太完全聚焦。在具有旋转的透镜的光学膜中，每个透镜可以围绕其焦点(例如，对应棱镜的顶点)旋转。来自棱镜顶点的光可以指向宽泛的所需角度范围，同时保持消象散聚焦。3D自动立体显示膜的透镜和棱镜可使用例如连续浇铸和固化(3C)之类的微复制工艺制备。3C工艺的实例在以下专利中有所描述美国专利No. 4，374，077,4, 576，850、5，175，030,5, 271，968,5, 558，740和5，995，690。制作旋转透镜的母模还需要金刚石切削刀头的旋转与母模上的水平位置精确同步。除上文所述的3C技术之外，还可以用其他技术例如压缩模制、注射成型、挤出和如7530721中的实例所述的双程涂布来制备膜上的特征。可以用制备相对表面上具有微复制对准图案的光学膜的方法(如美国专利No. 7，165，959和7，224，529中所述)使光学膜中的透镜与棱镜对准。用于形成微复制结构物的液体通常为可固化的光致聚合型材料，例如可用紫外光固化的丙烯酸酯。可使用其他涂层材料，例如可聚合材料，材料的选择可取决于微复制结构物的具体所需特性。该工艺中所用的固化方法的实例包括反应性固化、热 固化或辐射固化。
权利要求
1.一种双面光学膜，包括 设置在所述光学膜的第一表面上的非圆柱形的多个透镜；以及设置在所述光学膜的第二表面上的多个棱镜，其中所述第一表面上的每个所述透镜对准所述第二表面上的一个所述棱镜。
2.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述棱镜是邻接的。
3.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述棱镜是非邻接的。
4.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距不同。
5.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距基本上相同。
6.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述非圆柱形的透镜具有随在所述第一表面上的位置而变化的旋转。
7.根据权利要求6所述的光学膜，其中所述非圆柱形的透镜包括 正向旋转的非圆柱形的透镜，每个所述正向旋转的非圆柱形的透镜相对于所述正向旋转的非圆柱形的透镜的中心线以正角旋转；以及 负向旋转的非圆柱形的透镜，每个所述负向旋转的非圆柱形的透镜相对于所述负向旋转的非圆柱形的透镜的中心线以负角旋转。
8.根据权利要求6所述的光学膜，其中每个旋转的所述非圆柱形的透镜围绕在所述非圆柱形的透镜的顶点下方并在所述旋转的非圆柱形的透镜的中心线上的旋转点旋转。
9.根据权利要求8所述的光学膜，其中所述旋转点是所述透镜的焦点。
10.根据权利要求I所述的光学膜，其中所述透镜的旋转基本上不随在所述第一表面上的位置而变化。
11.一种自动立体的显示模块,包括 光导，所述光导具有第一侧面、与所述第一侧面相对的第二侧面、在所述第一侧面与所述第二侧面之间延伸的第一光导表面、以及与所述第一光导表面相背对的第二光导表面，其中所述第一光导表面基本上重定向光，而所述第二光导表面基本上发射光； 第一光源，其沿所述光导的所述第一侧面设置； 第二光源，其沿所述光导的所述第二侧面设置； 同步驱动元件，其电连接到所述第一光源和所述第二光源，所述同步驱动元件被构造为以交替顺序同步开启或关闭每个所述第一光源和所述第二光源； 双面光学膜，其被布置成用于接收透过所述第二光导表面发出的光，所述光学膜包括 设置在所述光学膜第一表面上的非圆柱形的多个透镜；以及 设置在所述光学膜第二表面上的多个棱镜，所述光学膜的所述第二表面朝向所述光导定向，其中所述光学膜的所述第一表面上的每个所述透镜对准所述光学膜的所述第二表面上的一个所述棱镜。
12.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述棱镜为邻接的。
13.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述棱镜为非邻接的。
14.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距不同。
15.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距基本上相同。
16.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述透镜具有随在所述光学膜的所述第一表面上的位置而变化的旋转。
17.根据权利要求16所述的显示模块，其中每个所述非圆柱形的透镜围绕在所述非圆柱形的透镜的顶点下方并在所述非圆柱形的透镜的中心线上的点旋转。
18.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述非圆柱形的透镜包括 第一透镜，所述第一透镜相对于它们的中心线以正角朝估计的观看者位置旋转；以及 第二透镜，所述第二透镜相对于它们的中心线以负角朝所述估计的观看者位置旋转。
19.根据权利要求11所述的显示模块，其中所述透镜的所述旋转不随在所述光学膜的所述第一表面上的位置而变化。
20.—种双面光学膜，包括 设置在所述光学膜的第一表面上的多个透镜；以及 设置在所述光学膜的第二表面上的多个棱镜，其中所述第一表面上的所述透镜的旋转随在所述第一表面上的位置而变化，并且所述第一表面上的每个所述透镜对准所述第二表面上的一个所述棱镜。
21.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述透镜包括圆柱形的透镜。
22.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述透镜包括非圆柱形的透镜。
23.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述透镜包括 第一透镜，每个所述第一透镜相对于所述第一透镜的中心线朝正向旋转；以及 第二透镜，每个所述第二透镜相对于所述第二透镜的中心线朝负向旋转。
24.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述棱镜是邻接的。
25.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述棱镜是非邻接的。
26.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距不同。
27.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距基本上相同。
28.根据权利要求20所述的光学膜，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距不同。
29.根据权利要求20所述的光学膜，其中每个所述透镜围绕所述透镜的焦点旋转。
30.一种自动立体的显示模块,包括 光导，所述光导具有第一侧面、与所述第一侧面相对的第二侧面、在所述第一侧面与所述第二侧面之间延伸的第一光导表面、以及与所述第一光导表面相背对的第二光导表面，其中所述第一光导表面基本上重定向光，而所述第二光导表面基本上发射光； 第一光源，其沿所述光导的所述第一侧面设置； 第二光源，其沿所述光导的所述第二侧面设置； 同步驱动元件，其电连接到所述第一光源和所述第二光源，所述同步驱动元件被构造为以交替顺序同步开启或关闭每个所述第一光源和所述第二光源；以及 双面光学膜，其被布置为用于接收透过所述第二光导表面发出的光，所述光学膜包括 设置在所述光学膜的第一表面上的多个透镜；以及 设置在所述光学膜第二表面上的多个棱镜，其中所述透镜的旋转随在所述光学膜的所述第一表面上的位置而变化，并且所述光学膜的所述第一表面上的每个所述透镜对准所述光学膜的所述第二表面上的一个棱镜。
31.根据权利要求30所述的显示模块，其中所述透镜为圆柱形。
32.根据权利要求30所述的显示模块，其中所述透镜为非圆柱形。
33.根据权利要求30所述的显示模块，其中所述棱镜为邻接的。
34.根据权利要求30所述的显示模块，其中所述棱镜为非邻接的。
35.根据权利要求30所述的显示模块，其中所述棱镜的间距与所述透镜的间距不同。
全文摘要
本发明公开了一种用于3D自动立体显示器的光学膜，所述光学膜的一个表面上具有透镜，所述透镜对准所述光学膜的所述相对表面上的棱镜。所述透镜可以是非圆柱形的透镜或圆柱形透镜，并且所述透镜的旋转可以随在所述光学膜的所述表面上的位置而变化。所述棱镜可以是邻接的或非邻接的。所述光学膜的所述棱镜可以具有与所述透镜间距不同的间距，或者所述棱镜间距可以与所述透镜间距基本上相同。
文档编号G02B3/00GK102713689SQ201080056190
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月21日
发明者罗伯特·L·布劳特, 迈克尔·J·希科劳 申请人:3M创新有限公司