專利名稱：用于自動立體顯示器的高速顯示器快門的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快門。在實施例中這種快門適用于自動立體顯示器。操作時，這種快門的實施例用于在光學透光狀態與光學不透光狀態之間轉換。
在替代性實施例中，這種快門操作為在光學傳輸的不同級別之間轉換。這種操作可以看作在灰度等級的不同級別之間的轉換。
背景技術：
特別適合本文所述快門的自動立體系統即PCT申請PCT/IB2005/001480中所述的時間復用系統。但是，這種快門也適合于要求高轉換速度和高對比度的所有應用。
自動立體顯示器或者3D顯示器可以通過將用于顯示二維圖像的高幀率屏幕與快速轉換快門同步來實現。如果屏幕上的每個幀都與相應的狹縫(slit)同步，并且圖像和狹縫以很快的速度(通常在50Hz以上)運行來避免閃爍，就能產生3D圖像。
圖1示出自動立體顯示器的原理。如圖所示，當通過快門的一個打開的狹縫觀看屏幕時，每只眼睛看見屏幕的不同部分，所以每只眼睛看見屏幕上顯示圖像的不同部分。當狹縫l打開時屏幕上顯示圖像l。類似地，當顯示幀2時，狹縫2打開。如果很快地重復這個過程，使得每個狹縫可以看作是不閃爍的，那么整個快門就能為3D景物提供一個窗口。假定顯示的各個圖像表示通過每個狹縫的正確透視圖。作為實例，如果閃爍率為60Hz，那么12個狹縫的快門要求顯示器刷新率達到720Hz。
發明內容
根據本發明的一個方案，提供一種用于自動立體顯示器的快門，所述快
門包括
第一可轉換縫隙陣列(switchable aperture array)，從實質上的透光狀態到實質上的不透光狀態轉換時間較快；以及
第二可轉換縫隙陣列，從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態轉換時間較快，
其中，所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙陣列至少部分地重疊。
所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙陣列可以對準。所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙陣列可以重疊。所述第一可轉換縫隙陣列和所述第二可轉換縫隙陣列可以配置為使得通過所述第一可轉換縫隙陣列的縫隙中心和所述第二可轉換縫隙陣列的縫隙中心的線與所述兩個縫隙的表面垂直。所述第一可轉換縫隙陣列和所述第二可轉換縫隙陣列可以配置為相對偏移。
所述第一可轉換縫隙陣列可以設置在所述第二可轉換縫隙陣列與所述二維顯示器之間。或者，所述第二可轉換縫隙陣列可以設置在所述第一可轉換縫隙陣列與所述二維顯示器之間。所述二維顯示器可以是投影儀的屏幕。
所述投影儀可以使用DMD。
根據本發明的一個方案，提供一種操作所述快門的方法，所述方法包括將所述第一可轉換縫隙陣列配置為實質上的透光狀態；將所述第二可轉換縫隙陣列配置為實質上的不透光狀態；將所述第二可轉換縫隙陣列從實質上的不透光狀態轉換為實質上的透
光狀態，使得所述快門的一部分實質上透光，以及
將所述第一可轉換縫隙陣列從實質上的透光狀態轉換為實質上的不透
光狀態，使得所述快門的一部分實質上不透光。
根據本發明的一個方案，提供一種操作所述快門的方法，所述方法包括:使得所述快門的一部分實質上透光，通過將所述第一可轉換縫隙陣列的第一組相鄰縫隙轉換為透光；將所述第二可轉換縫隙陣列的第二組相鄰縫隙轉換為透光；其中所述第一組相鄰縫隙與所述第二組相鄰縫隙相對，所述第二組相鄰
縫隙包括的縫隙數量比所述第一組相鄰縫隙的更多。
所述第一組縫隙與所述第二組縫隙可具有共同的中心軸。所述第一組縫
隙和所述第二組縫隙可以在一個方向上橫向地偏移，該方向與縫隙長度垂直
5以及與包含縫隙的平面垂直。
所述第一可轉換縫隙陣列具有第一下降時間，用于從實質上的不透光狀態轉換為實質上的透光狀態。所述第二可轉換縫隙陣列具有第二下降時間，用于從實質上的透光狀態轉換為實質上的不透光狀態。所述第一下降時間與所述第二下降時間可以相同。所述第一下降時間與所述第二下降時間可以不同。所述第一下降時間與所述第二下降時間可以不同，并且其中一個可轉換縫隙陣列比另一個可轉換縫隙陣列的對比率更高。在這種情況下，修改轉換方案以改善快門的對比率。這可以通過使得具有更高對比率的可轉換縫隙陣列實質上不透光來實現，其中任一個可轉換縫隙陣列都能用于使得所述快門的一部分實質上不透光。
所述方法可減少條紋圖案(striping)的出現。對于給定的子幀，當通過快門的兩個相鄰透光部分的視野(field of view)太窄，因此有一部分屏幕看不到時，出現條紋圖案。在屏幕可見部分的任一側的空間，觀察者看見關閉的快門。如果觀察者離側邊太遠，就只能看到關閉的快門，顯示器就會顯示黑色。如果觀察者部分地看見屏幕的可見部分和部分地看見關閉的快門，則掃描了所有子幀后的總景象在圖像上將是黑條紋(stripe)。觀察者也可能部分地看見關閉的快門，這種情況下條紋是灰色的。顯示器的這種贗象(artefact)稱為條紋圖案。
在雙重可轉換縫隙設備中，通過將縫隙打開次序最優化，使得一個可轉換縫隙陣列比另一個可轉換縫隙陣列中打開的可轉換縫隙數量更多時，對于給定的屏幕帶寬可以將條紋圖案最小化。
通過將與直接偽影以及以一個角度偽影相關的成本函數(cost function)最小化來確定打開縫隙的次序。相鄰快門連續打開可導致直接偽影(straighton ghosting)，使得限定第一打開快門邊緣的縫隙必須在第二快門打開之前，通過在實質上的透光與實質上的不透光之間進行慢轉變，從而改變狀態。最接近的快門連續打開可導致以一個角度偽影，使得靠近第一打開快門邊緣的縫隙必須在第二快門打開之前，通過在實質上的透光與實質上的不透光之間進行慢轉變，從而改變狀態。最接近的快門可以分開一個或更多個縫隙。
成本函數還可以考慮條紋圖案。通過將成本指定為第一可轉換縫隙陣列中打開的縫隙數量與第二可轉換縫隙陣列中打開的縫隙數量的比，成本函數可以解決條紋圖案。這個比越接近l,條紋圖案效應越強。
實施例中這個比為3，因此對于快門中的打開狹縫，第一可轉換縫隙陣列中打開一個縫隙，第二可轉換縫隙陣列中就打開三個縫隙。本實施例中第一可轉換縫隙陣列中的一個打開縫隙配置為與第二可轉換縫隙陣列中三個打開縫隙的中間縫隙對準。
為了改變自動立體顯示器的特性，可以改變這個比。這個比越接近1，條紋圖案效應越強。這個比越遠離1,產生偽影效應的可能性越大。可以改變打開縫隙的次序來改變條紋圖案效應和偽影效應。可以將打開縫隙的次序最優化來減少條紋圖案效應和偽影效應。
為了改變自動立體顯示器的光學特性，可以改變打開快門的打開縫隙的數量。更寬的狹縫減少了深度場，但是增加了亮度和分辨率。更窄的狹縫增加了深度場，但是降低了亮度和分辨率。
為了將顯示器用于不同目的，可以改變自動立體顯示器的光學特性。這些目的例如有由單人觀看、由多人從寬視角觀看、提供詳細的靜態圖像、以及提供快速移動圖像。
第一可轉換縫隙陣列從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態可具有較慢的轉換時間。
第二可轉換縫隙陣列從實質上的透光狀態到實質上的不透光狀態可具有較慢的轉換時間。
第一可轉換縫隙陣列和第二可轉換縫隙陣列可包括LCD縫隙陣列。
每個縫隙陣列可包括多個平行的可轉換縫隙。
每個縫隙陣列的每個縫隙可以在實質上的透光狀態與實質上的不透光狀態之間轉換。
第一可轉換縫隙陣列的縫隙可以與第二可轉換縫隙陣列的縫隙平行。第一可轉換縫隙陣列的縫隙可以與第二可轉換縫隙陣列的縫隙對準，從而重疊。
第一可轉換縫隙陣列和第二可轉換縫隙陣列可以配置為使得第一可轉換縫隙陣列的表面與第二可轉換縫隙陣列的表面相對，其中所述快門還包括第一起偏振器，配置在第一可轉換縫隙陣列的與其朝向第二可轉換縫隙陣列的表面相反的表面上；以及第二起偏振器，配置在第二可轉換縫隙陣列的與其朝向第一可轉換縫隙陣列的表面相反的表面上。
第三起偏振器可配置在第一可轉換縫隙陣列與第二可轉換縫隙陣列之間。
第一可轉換縫隙陣列與第二可轉換縫隙陣列可包括液晶顯示器(LCD) 單元。每個LCD單元可包括平面對準液晶材料。每個LCD單元可具有定向器。
快門可包括
頂部起偏振器，成135度； 帶定向器的第一LCD單元，成90度； 中間起偏振器，成45度；
帶定向器的第二LCD單元，成0度；以及 底部起偏振器，成45度。
中間起偏振器通過保證進入第二 LCD單元的光線正確的偏振，改善快 門性能。中間起偏振器充當凈化濾光片。
第二可轉換縫隙陣列為常黑(即不透光)。第二可轉換縫隙陣列可包含 液晶和染料。染料增加處于實質上不透光狀態的第二可轉換縫隙的不透光 性。染料通過吸收光線來做到這一點。
快門可包括補償單元。補償單元包括液晶層，該液晶層與第二可轉換縫 隙陣列的液晶層厚度相同。
快門可包括補償濾光片。補償濾光片包括延遲膜，延遲膜的光學特性與 第二可轉換縫隙陣列的光學特性匹配。
第一可轉換縫隙陣列和/或第二可轉換縫隙陣列可包括下列項的其中之
一平面對準液晶、垂直對準液晶、以及扭曲排列的向列相液晶。
第一可轉換縫隙陣列和/或第二可轉換縫隙陣列可采用雙頻液晶。第一可 轉換縫隙陣列和/或第二可轉換縫隙陣列可采用電控制表面。
第一可轉換縫隙陣列可包括平面對準液晶，第二可轉換縫隙陣列可包括 垂直對準液晶或者扭曲排列的向列相液晶。
當第一可轉換縫隙陣列中的一個或多個縫隙透光，并且第二可轉換縫隙 陣列中與此相鄰的一個或多個縫隙透光時，快門打開。通過改變第一可轉換 縫隙陣列和第二可轉換縫隙陣列中透光縫隙的數量，可以修改視角，從而獲得打開的快門。打開快門的透光縫隙越少，獲得的視角越小。打開快門的透 光縫隙越多，獲得的視角越大。
第一可轉換縫隙陣列和第二可轉換縫隙陣列形成快門陣列。快門陣列與 顯示器屏幕一起形成顯示器設備。為了不同的目的，可提供配置以改變顯示 器屏幕與快門陣列之間的間隔，以改變顯示器設備的特性。該配置可以是簡 單的電機械配置，包括馬達、蝸輪以及顯示器設備每個角部的架子。
根據實施例，提供一種用于自動立體顯示器的快門，所述快門包括第 一可轉換縫隙陣列；以及第二可轉換縫隙陣列。
根據實施例，第一可轉換縫隙陣列從實質上的透光狀態到實質上的不透 光狀態有較快的轉換時間，從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態有較 慢的轉換時間。此外，第二可轉換縫隙陣列從實質上的透光狀態到實質上的 不透光狀態有較慢的轉換時間，從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態 有較快的轉換時間。
因此，各實施例提供兩個縫隙陣列的組合體， 一個重疊在另一個上。縫 隙陣列經過配置和轉換，使得快門通過其中一個縫隙陣列的快速轉變，從第
一狀態轉變為第二狀態；以及使得快門通過其中另一個縫隙陣列的快速轉
變，從第二狀態轉變為第一狀態。通過這種方式，快門被設置為在第一狀態 與第二狀態之間的兩種轉變方式中都具有快的轉換時間。在第一狀態中快門 的一部分可實質上透光。在第二狀態中快門的一部分可實質上不透光。
根據實施例，提供一種用于自動立體顯示器的快門，所述快門包括第 一可轉換縫隙陣列；以及第二可轉換縫隙陣列，其中第一可轉換縫隙陣列與
第二可轉換縫隙陣列至少部分地重疊。當觀看自動立體顯示器的用戶觀察 時，第一可轉換縫隙陣列與第二可轉換縫隙陣列可以至少部分地重疊。 根據上述實施例的快門提供一種自動立體顯示器設備，允許再現對比度
高、無閃爍、沒有偽影的清晰3D圖像。
在下述實施例中，在快門中使用液晶顯示器(LCD)技術。但是，對于 讀者而言顯而易見的是，其他顯示器技術也適用于實現下述原理，不脫離本 發明的范圍。
各實施例提供一種快門，能足夠快地在不透光與透光之間以及在透光與 不透光之間進行轉換，因此這種快門可用于自動立體顯示器設備。快門使用LCD技術。液晶通常有一個快轉變和一個慢轉變。快門的快速轉換通過使用
雙重縫隙陣列配置來實現，在雙重縫隙陣列配置中，快轉變用于快門的一部 分在不透光與透光之間的轉變，以及在透光與不透光之間的轉變。
各實施例還提供一種操作雙重縫隙陣列快門的方法，其中將縫隙的快轉 變用于所有或者基本上所有或者至少是大部分的快門狀態在不透光與透光 之間的轉變。
各實施例提供一種快門，可控制快門的縫隙元件以提供狹縫特性范圍。 因此，提供的快門可用于不同的光學配置，因此可用于不同的觀察配置。當 改變快門特性時，必須修改所提供的用于在屏幕上產生圖像的方法，以響應 狹縫特性的變化。
在實施例中，確定打開狹縫的次序，從而減少多余光學效應(例如條紋 圖案和偽影)的出現。通過將與每種效應相關的成本函數最小化來確定這種 次序，如下文中所詳細討論的，每種效應的成本函數由對圖像的負面影響的 明顯嚴重程度確定。
下面參照附圖通過實例描述本發明的非限制性實施例，附圖中
圖1示出觀察者通過快門觀看屏幕；
圖2示出理想單個狹縫的典型傳輸函數；
圖3示出包括雙重單元的快門的傳輸函數以及每個組成單元的傳輸函
數；
圖4示出雙重單元快門的原理；
圖5示出考慮保持時間時雙重單元快門的傳輸函數； 圖6示出使用延遲膜的六層雙重單元； 圖7示出包括常黑單元和常白單元的雙重單元快門配置； 圖8示出常黑單元、常白單元、以及包括常黑單元和常白單元的雙重單 元的傳輸函數；
圖9示出用于驅動LCD的AC波形； 圖IO示出底板連接器的配置；
圖11示出提供給具有接地底板的一個狹縫的信號；圖12示出雙重單元快門對視角的影響；
圖13示出改善了視角的雙重單元快門配置；
圖14示出用于連續子幀的打開的快門配置；
圖15示出直接形成偽影(ghosting)的實例； 圖16示出以一個角度形成偽影的實例；以及 圖17示出比率r的不規則配置。
具體實施例方式
單一單元快門
一種直接的方式是采用標準的單一單元(single cell) LCD快門。這種快 門包括標準單元，即限制在兩個約束板之間的液晶層，其能夠快速地從黑暗 轉換為光亮和同樣快地從光亮轉換為黑暗。
圖2示出理想的單個狹縫的典型傳輸函數。狹縫在t,打開，在t2關閉。 兩種狀態之間轉換的時間最好是無限快，但實際上是有限的時間。這個時間 稱為上升時間和下降時間，它設定了運行快門的最大速度。因為狹縫在轉變 過程中不能將光線完全阻擋，所以有一些光線泄漏，這導致產生暗淡的多余 圖像，稱為鬼影。此外，由于這種轉變泄漏，可以預料到總的圖像對比度會 有損失。降低對比度的另一個因素是，即使在穩定的黑暗狀態下，LCD單元 也不能有效地將光線百分之百地阻擋。
因此，有兩個標準能夠改善時間復用3D顯示器的特性
1. 由黑暗到光亮和由光亮到黑暗之間短的轉變時間，也就是短的上升時 間和下降時間。
2. 黑暗狀態下的高對比度，以避免鬼影和總對比度低的情況。 實際上，因為下降時間受弛豫過程控制，所以大多數LCD的轉換速度
較慢。因此，大多數商用LCD面板不適用于時間復用3D。因為轉換速度快、 對比度高而證實為適用的技術是鐵電液晶顯示器(FLCD)。它的特性出色， 但是制造困難，所以制造商基本上不用這種材料。
還有其他一些不成熟的技術有望適用于時間復用3D。有一種技術基于 液晶中的鐵電效應。這種技術有可能實現快速轉換和高對比度。另一種技術 采用雙頻液晶(DFLC)，通過在不同的頻率下驅動它而不是讓它緩慢馳豫，也能夠實現快速轉換。
目前快門技術的問題在于，LCD不能以無閃爍自動立體顯示器設備所要
求的高速度可靠地轉換。
通常，LCD設備配置為在兩種偏振狀態下轉換。 一般，通過LCD設備 還可以選擇兩種偏振狀態之間的偏振度。在兩種狀態之間轉換的時間有限。 從第一狀態轉變為第二狀態的時間稱為上升時間，相反的轉變時間稱為下降 時間。通常，下降時間是馳豫時間，它是確定快門轉換最快速度的最重要因 素。因為狹縫在轉變過程中不能將光線完全阻擋，所以有一些光線泄漏。光 線泄漏導致產生暗淡的多余圖像，稱為鬼影。此外，由于這種轉變泄漏，可 以預料到總的圖像對比度會有損失。降低對比度的另一個因素是，即使在穩 定的黑暗狀態下，LCD單元也不能實現(exhibit)零傳輸。
顯示器技術中的這些限制是生產自動立體顯示器設備(允許再現清晰的 3D圖像，圖像對比度高、無閃爍、沒有鬼影)的可轉換縫隙陣列的障礙。
雙重單元快門
利用雙重單元方案可以獲得對比度高、上升時間和下降時間快、但是采 用標準液晶材料(僅在一個方向上轉換迅速)的快門。可以通過兩個單獨的 液晶單元來構造這種快門， 一個能快速從黑暗轉變為光亮，另一個能快速從 光亮轉變為黑暗，如圖3所示。
通過兩個這樣的單元協同工作，可以實現上升時間和下降時間都很快的 合成傳輸函數。雙重單元快門的原理如圖4所示。如果沒有電場，上部的常 白單元用本領域術語來說是光亮的(通常稱為"白")。類似地，如果沒有 電場，常黑單元是不透光的(用本領域術語來說通常稱為"黑")。可能希
望只有一對起偏振器 一個在入射平面、另一個在出射平面。實際上可以在
兩個單元之間放置第三起偏振器，充當凈化濾光片，以保證光線進入下一個 液晶單元時正確地偏振。有很多種起偏振器構造和液晶材料可以實現同樣的
上升時間和下降時間都很快的雙重單元效果，但是只給出一個實例。假定光
線進入所示雙重單元的上部，并且每個單元由平面排列(PA)液晶材料構成，
那么有一種可能的構造是
1.成135度的起偏振器；200780023106. 1
2. 帶定向器的LCD單元，成90度；
3. 成45度的起偏振器；
4. 帶定向器的LCD單元，成O度；
5. 成45度的起偏振器。
中間的起偏振器保證進入第二單元的光線的正確偏振狀態。當偏振狀態 未知時，這在第一單元的轉變過程中特別有用。
保持時間
有些液晶在轉換時具有相關保持時間，能夠將最下限設定為脈沖長度。 給出以下定義-
tp=被復制的理想矩形脈沖的長度
^=上升時間，即液晶的最快轉變 tf二下降時間，即液晶的最慢轉變
th二保持時間，即液晶駐留在同樣狀態的期間，或者是在完全改變狀態
之前，液晶狀態改變小于10%的期間。
因為直到液晶從不透光轉換為透光之前，它不能從透光轉換為不透光， 所以最小矩形脈沖的持續時間tpmin = tr + th + tf。增加一個第二快門可解決這 個問題，如圖5所示。這樣，通過如下方式可以改善脈沖
(i) 使兩個快門都處于不透光狀態
(ii) 設定其中一個快門(例如快門2)轉換為透光的電壓，
(m)在設定快門1轉換為透光的電壓之前的時間t，設定快門2轉換回 透光的電壓，時間t即組合透光脈沖將啟動時。
可以設定時間t以選擇矩形脈沖的長度tpmin=tr+(th-t)+tf。
常黑單元
與上述構造相關的一個挑戰在于常黑(或不透光)單元。如果常黑單元 要獲得高對比度，它就要成為很好的半波片，這對于平面排列液晶來說難以 實現。因此常黑單元與常白單元相比通常對比度低得多。有一些辦法可以提 升常黑單元的對比度性能。
1.向液晶中添加染料，通過吸收光線來改善黑暗狀態。
132. 在出射平面放置補償濾光片或補償單元。補償單元可包括單元厚度和 液晶特性與要轉換的單元相同的單元。補償濾光片可以是特性與要轉換的單 元的特性匹配的延遲膜。
3. 對常黑單元采用垂直排列(VA)液晶構造，垂直排列液晶在這種配
置中表現良好。
4. 釆用扭曲排列的向列相(TN)液晶單元。 延遲膜
對延遲膜的第一個要求是，延遲膜對光譜最敏感部分中的一個波長(約 554nm)具有正確的延遲。對于最佳傳輸，延遲膜應當具有約277nm的延遲 值。但是，延遲值也應當與液晶單元匹配，稍小的值意味著響應更快的更薄 單元，損失了一些傳輸性能。
對延遲膜的第二個要求是，延遲應當對使用的液晶有類似的波長相關性。
對延遲膜的第三個要求是，延遲膜與液晶面板一起給出良好的角度相關 性。這可以利用具有負雙折射的材料來實現。如果延遲膜不是明確地設計為 提供良好的角度特性，那么通過液晶和延遲膜的適當定向可以改善角度特 性。例如，具有配向(rubbing)的面板、起偏振器和旋轉45度的延遲膜能 夠降低水平方向上的角度相關性。圖6示出利用延遲膜怎樣制造雙重單元。 根據上述實施例的延遲膜可以滿足上述要求的任意組合。 圖6示出采用延遲膜的6層雙重單元。第一層是與對準軸成90度配置 的起偏振器。第二層是平面對準(PA)單元，包括配置在上表面與下表面之 間的液晶。上表面與對準軸配向成45度，下表面與對準軸拋光成225度。 第三層是起偏振器，與對準軸平行。第四層是平面對準(PA)單元，包括上 表面和下表面，上表面與對準軸拋光成135度，下表面與對準軸拋光成315 度。第五層是延遲片，延遲片的慢軸與對準軸成45度配置。第六層是起偏 振器，與對準軸成90度配置。
不同的響應時間和驅動方案
在一些實例中，常白單元和常黑單元的對比率不同，通常，常黑單元對
14比度較低。通過將對比度較高的單元處于黑暗狀態下的時間最大化，可以改 善總對比度。圖7中，可以看到常黑單元只需要在(C)期間阻擋光線。如
果能減少常白單元的下降時間(a)，就能提高總對比度。目的就是讓常白
單元盡可能久地阻擋光線，讓常黑單元只在常白單元轉變時阻擋光線，也就
是說，讓(b)期間盡可能長，讓(c)期間(也就是(a)期間)盡可能短。 因此通過使兩個單元具有不同的響應曲線，可以將單元最優化。例如，常黑 單元可以較厚，以給出具有較長下降時間的良好對比度，而常白單元可以較 薄，以給出較短的下降時間。在兩個單元中也可以用不同的液晶來獲得相同 的效果。
根據圖7，顯然能驅動單個像素的重復率受下降時間的總和控制，在上 述最優化過程中必須記住下降時間的總和。如圖8所示，當使用高得多的頻 率的短脈沖迅速切斷單元時，在一個或兩個單元中采用雙頻液晶可以顯著減 少下降時間。
圖8示出對常白單元、常黑單元以及雙重單元(包括常黑單元和常白單 元)而言，傳輸與時間的關系。圖8還示出常黑單元和常白單元的驅動信號 (電壓與時間的關系)。
電控制表面
改善對比度和轉換時間的一種方法是使用電控制表面(ECS) 。 ECS技 術包括利用"主動"對準層對LCD中液晶分子的轉換產生有利影響。對準 層動態地受用來驅動LCD的電場的影響，并且對準層的動態行為以及與液 晶的相互作用有助于液晶分子的轉換，從而改善響應時間特性。
可變的響應時間
響應時間可以隨著狹縫或者被轉換的其他幾何結構而變化。變化將依賴 于條帶(strip)每單位長度的電阻率和每單位長度的電容。減少變化的一種 方式是使用低電阻導電層。另一種方式是將狹縫的兩端都連接到驅動器電子 設備。再一種方式是沿著狹縫增加金屬導線以減少電阻。另一種方案是通過 修正與快門同步的輸入圖像，補償響應時間的變化。驅動器電子設備
確保控制電壓中沒有DC分量顯著提高了裝置壽命。 一種選擇是使用AC 驅動信號，并且通過將前電極和后電極轉換為180度異相，單元將經歷方向 交替的場，從而保證dc平衡。另一種選擇是僅對一個電極使用短dc脈沖， 并且在下一個周期施加相似的短dc脈沖，但是是通過反轉的場。這也能保 證零偏置。脈沖開始時的較高電壓在一些實例中能縮短上升時間。
一種選擇是用圖9所示的AC波形來驅動面板。當兩種波形異相時，電 場將轉換單元。注意，極性在一個周期內轉換，從而在"關閉"周期內提供 零dc偏置。因為在一個瞬間一半顯示器打開，所以電容變得很大。假定總 的單元面積為400mmX300mm，單元間隙為d=2.5/^，介電常數^為5。 因此單元的總電容C為
C = f0￡^4/i/ = 8.85-10—12-5'0.12/2.5.10—6尸=2.140-6尸
這個電容是相當大的驅動負載，要求大的峰值電流以獲得良好的轉換特性。
如上所述，在任一時刻都驅動一半單元，這給出大約1//F的容性負載， 仍然是大驅動負載。此外，縮小單元間隙則加重上述問題，因此從電子設備 的角度來看這樣不好。
改善性能的一種方式是沿著ITO底板的所有邊都提供與底板的接觸，如
圖io所示。
減少容性負載的另一種方式是用交變dc驅動信號驅動每個狹縫。這意 味著底板總是接地，而每個狹縫接收交變場，例如+25V和-25V。這樣保證 了零dc偏置條件，并要求只驅動一個條紋。因此可以取消整個底板驅動。 給一個狹縫的信號可以如圖11所示。
狹縫或像素的轉換
這一部分的討論主要是分析線性對準的快門或狹縫。因此可以在兩個維 度上進行分析。同樣的討論也適用于像素化的快門或其他縫隙形狀。
最大視角
對于單一狹縫，最大視角高達180度，只受單元厚度和液晶最大視角的限制。兩個以上的快門將改變最大視角，如圖12所示。此外，當增加與(從 狹縫中心引出的)法線所成的角度時，有效的狹縫寬度將逐漸變小。這將使 亮度依賴于視角，并產生黑條紋。
圖13示出增加額外快門對視角的影響。在快門A與顯示器之間畫出的 快門B具有更寬的狹縫。但是如果快門B離顯示器再遠一個距離s，那么類 似的分析也適用。在一些實例中，與只有一個快門相比，不應當減少視角。 為了實現這個目的，可以確保將系統設計為視角不大于P。根據下式，可以 通過調節s和r來設定"
方程式0.1:
、2;y」
"是與只有一個快門相比，增加第二快門不影響亮度的最大角度 是通過狹縫能看到顯示器的最大角度 S是兩個快門之間的距離
/。是快門A的狹縫寬度
4是快門B的狹縫寬度
r是狹縫寬度之間的比《//。
d是顯示器與快門A之間的距離
p是與只有一個快門相比，第二快門在顯示器上減少亮度的寬度 4將由寬度/'的若干成分組成。由于對稱，在很多實例中/'將是/。的倍數 (因為快門B的狹縫要沿著快門A的狹縫移動)，這限制了 r能取值的范圍。 快門B的分辨率有效地確定了在哪個步驟可以動態地改變"。因此可以將上 述方程式寫成以下方程式，其中m是整數/。Z/'，即兩個快門之間的分辨率的 比
方程式0.2:
、J
動態地改變視角的另一種方式是改變兩個快門之間的距離。改變距離的 機構可以結合準確測量距離s和d的裝置。這樣允許動態地調節受這些距離 影響的其他系統參數。典型維度
在目前的可行實施例中，兩個快門之間的最小距離受玻璃襯底厚度的限
制。典型的玻璃襯底厚l.lmm，雖然還有更薄的襯底。液晶層僅有幾個微米， 可以忽略不計。對于雙重片，厚度s為2.2mm，對于單一片，厚度為l.lmm。
考慮兩種情況， 一種是80個狹縫的快門， 一種是256個狹縫的快門。 這兩種情況都假定快門寬400mm，狹縫寬度/。分別為5mm禾n 1.56mm。
在基本設置中r通常取l、 2或3，給出以下視角
s= l.lmms = 2.2mm
r=l， 80列"=0°， a = 78°々=0°， a = 66°
r=2， 80列"=66° ， a = 82°々=49°， a = 74°
r=3， 80歹U々=78°， a = 84°; = 66°, a = 78°
r=l， 256列々=0。， a = 55°= 0° ， a = 35°
r=2， 256列々=35°， a = 65°々=20°， a = 47。
r=3， 256列々=55°， a = 71°/ = 35°， a = 55°
顯然對于大多數實際實施例而言，r為1時給出小視角。但是，即使在 要求最高的實例中，對于快門1的每個狹縫而言，在快門2有三個打開的狹 縫(r=3)會給出70度的不受干擾的總視區。
由于轉換速度的幾何限制
如上所述，對于雙重快門方案而言，下降時間限制了用于給定狹縫的脈 沖之間的期間。現在，這個討論假定對于快門A的每個狹縫，觀察者只通過 快門B的一個狹縫觀看顯示器。如果快門無限靠近，這個假定可以成立。但 是如上所述，對于典型維度而言，在很多實際實施例中這不可能。因此，分 析必須考慮觀察者通過狹縫的各種組合來觀看的效果。對于r的所有值而言 這都是正確的(r即名為最大視角的部分中所定義的狹縫寬度比)。
采取圖14的最簡單方案，其中快門A中的狹縫依次轉換。從1=0進行 到t二l，快門A的狹縫5應當對于所有允許的視角轉換為黑，狹縫6應當對 于所有允許的視角轉換為透光。通過利用快的上升時間將狹縫5轉換為黑， 可以簡單地實現第一種情況。因為上升時間和下降時間不對稱，所以同樣是
18利用快的上升時間將狹縫6轉換為透光時，不能實現這種情況。因此，需要 提前一個時間w^來將狹縫6轉換為透光，其中^是上升時間，W是下降時
間與上升時間的比。這樣會有不利的效應，當快門B的狹縫5和6也打開時， 快門A的狹縫6在t=0會部分地打開。這個效應會產生偽影，其中能看到 前面幀的信息。
為了避免這種情況，對于t二l，快門A上要打開的下一個狹縫可以設定 為至少相差r個狹縫。如果可能，對于比通過r和s設定的視角更大的視角， 一個更大的距離有利于避免偽影。
對于這種次序什么是可能的而言有很多限制， 一個重要的限制因素就是 液晶單元的下降時間。將定義兩種偽影。最嚴重的情況如圖15中所示，其 中白色表示打開的狹縫，黑色表示關閉的狹縫，灰色表示由于有限的下降時 間而部分打開的狹縫。實例示出常白單元為快門A，常黑單元為快門B， r =3。在這種情況下在t二0直接觀看狹縫3時會產生偽影，因為由于有限的 下降時間，需要在t二l之前打開。對于每個快門狀態，如果將它們放置在下 一個時間槽，將有r-l個狀態會給出這種偽影。
較輕的情況如圖16所示。在這個次序中在1=0以一個角度通過快門A 的狹縫4和快門B的狹縫3觀看時將產生偽影。對于每個快門狀態，如果將 它們放置在下一個時間槽，將有r-l個狀態會給出這種偽影。
問題可以陳述為重復的時間次序中快門狀態的數量。通常，快門狀態的 數量等于同時打開的狹縫之間的間隔(N)。時間次序中狀態的數量常常相 同，即N。改善次序的視覺表現的一種方式是減少下降時間r,的負效果。通 過基于約束編程技術尋找次序能做到這一點。下面一組約束是能給出有效次 序的實例
參同時會打開多個狹縫，具有間隔N
*通過一組同時打開的狹縫中的多個第一打開狹縫來定義N個狀態 參每個狀態可放置在長度為^ (幀的長度)的N個時間槽的任一個中 參定義成本函數(cost flmction)來量化給定次序的偽影數量。通過搜索 將成本函數最小化的次序從而將偽影最小化。不需要偽影現象的準 確物理模型； 一組近似顯示相同行為的試探足矣。
〇通常，對于相鄰的打開狹縫狀態成本最高。離狹縫越遠，成本越低。這個函數會受可允許視區P并進而受r的影響。
O根據這個狀態出現的時間有多晚，成本也會減少一個因數。例如， 相比于狀態2在1=2時到來，如果如圖15所示，狀態2隨著1=0時的狀態 1在t二l時到來，成本將更高。通常，這個因數取決于各個快門的下降時間。 在多數情況下，對于各個大于快門A、快門B的下降時間總和的t、成本將 為零。
通常，如果N大，r小，并且下降時間短，就更容易找到最佳次序。考 慮及此，使用下降時間短的材料并將快門放置為相互靠近，能簡化設計。
下面是成本函數的實例，其中&是取決于快門狀態之間距離間隔的成本， f2給出取決于時間間隔的相對成本。因此& (j)是第j個相鄰狹縫在第1個相
同時間打開的成本，f2(k)是相同的狹縫隨后打開k個子幀的成本。由于時間 和空間的重復性質，應當注意函數將基于模距離(modulus distance)。該實 例基于這樣的設置，其中N二12， r=3，下降時間是幀持續時間或者時間槽 的兩倍。
&(1)=1; fi(2)=0， 5; &(3以上)=0; f！ (O)二 100,000 (不會到達)
f2(l)=l; f2(2) = 0， 9; f2(3) = 0， 8; f2(4) = 0， 5; f2 (5以上)=0; f2 (0)
=0
D(p(t), p(t，))=Min((p(t，)-p(t))mod(N)); N-( p(t，)國p(t)) mod(N); N-abs(p(t，)-p(t)))，其中p(t)在時間t返回快門狀態，D表示時間t和t'的狀態 之間的距離。
T(t,t，)=(t，-t)mod(N),表示時間t和t，之間的距離。
對于給定次序，通過將所有時間槽與所有快門狀態對的兩個函數的乘積 求和，就能計算出總成本。
i S義("(WO， ')) x/2 ,)))
根據顯示器的期望特性，可以選擇對快門A和快門B使用哪種快門模式。 例如，快門A可以是常白單元，具有更高的對比度，因為它將在周期的更大 部分處于黑暗狀態。在另一實例中可以選擇讓常白單元具有更快的下降時 間，并用它作為快門B。
此外，如果要避免視區之間的串擾，在時間上的相同點打開的快門A的狹縫之間間隔的數量N必須至少是2r+l。應當注意，盡管在有些情況下期望
這種重復視區。
這一部分的分析對于兩個縫隙陣列之間的距離(上述的s)的最優化也 有用。在實用意義上可以選擇較小的s，因為由于慢的轉換時間，會出現附
加串擾。
應當注意，r不一定是常數，快門B的狹縫不必以快門A的狹縫為中心。 例如，平截體(frustum)可以向外移動，如圖17所示。虛線表示對稱的平 截體，其中，如果將快門A的狹縫定義為快門與平截體的交叉點，則快門B 的狹縫以快門A的狹縫為中心。實線表示向外移動的平截體，如果將快門A 的狹縫定義為快門與平截體的交叉點，則在快門B的狹縫不以快門A的狹縫 為中心的意義上，平截體不對稱。
雙重快門實施例的實例
用于只有水平視差的3D顯示器(即觀察者只有從不同的水平觀察位置 才能看到不同的圖像)的雙重快門LCD的實例通常包括柱而不是通常用于 現有2D LCD屏幕的像素。因此快門LCD屏幕包括很多通常為l-5mm寬的 柱，可以在光學透光與光學不透光之間轉換。如上所述，采用兩種面板可以 實現這種LCD屏幕 一種是快速從不透光向透光轉換(常黑)， 一種是快 速從透光向不透光轉換(常白)。為了實現高速轉換，即大約40微秒的上 升時間，采用大約2.5微米的單元間隙。這兩種單元中可使用的一種適合液 晶材料是MLC14300-100。參照雙重快門的概述，構造常黑單元和常白單元， 常白單元使用交叉起偏振器和與輸入起偏振器成45度的材料定向器，材料 定向器通過以相對于起偏振器方向配向成45度的對準材料(例如PI 7992) 來實現。參照雙重快門的概述，常黑單元具有平行的起偏振器和同樣與輸入 起偏振器成45度配置的材料定向器。由于常黑單元的狹窄單元間隙，補償 膜能改善對比度。在這種情況下補償膜如圖6所示組成。或者，將第三單元， 即常黑單元的準確復制物用作補償膜。為了實現單元的快速轉換，需要高電 壓。通常大約25伏特的電壓足以以大約40微秒的速度轉換面板。但是，如 果要求更大的單元間隙，則需要更高的電壓。修改視區
快門也可用于動態地改變視區，從窄錐體改為寬錐體。實現這一點的一 種方式是通過改變同時轉換的相鄰狹縫數量，來改變被轉換的狹縫的寬度。 與快門同步的顯示器上的圖像應當提供為與狹縫寬度匹配，從而保持正確的 圖像。改變視區的另一種方式是用一個機構改變快門與顯示器之間的距離。 同樣，顯示器上的圖像應當提供為和快門與顯示器之間的距離匹配。
具體參照所示實例描述了本發明的實施例。但是應當理解，在本發明范 圍內對所述實例可以做出各種變化和修改。
2權利要求
1、一種用于自動立體顯示器的快門，所述快門包括第一可轉換縫隙陣列，從實質上的透光狀態到實質上的不透光狀態有較快的轉換時間；以及第二可轉換縫隙陣列，從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態有較快的轉換時間，其中，所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙至少部分地重疊。
2、 如權利要求1所述的快門，其中，所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙陣列對準。
3、 如前述權利要求任一項所述的快門，其中，所述第一可轉換縫隙陣 列和所述第二可轉換縫隙陣列配置為，使得通過所述第一可轉換縫隙陣列的 縫隙中心和所述第二可轉換縫隙陣列的縫隙中心的線與所述兩個縫隙的表 面垂直。
4、 如權利要求1所述的快門，其中，所述第一可轉換縫隙陣列與所述 第二可轉換縫隙陣列配置為相對偏移。
5、 一種自動立體顯示器，包括二維顯示器和如前述權利要求任一項所 述的快門。
6、 如權利要求5所述的自動立體顯示器，其中，所述第一可轉換縫隙 陣列設置在所述第二可轉換縫隙與所述二維顯示器之間。
7、 如權利要求5所述的自動立體顯示器，其中，所述第二可轉換縫隙 陣列設置在所述第一可轉換縫隙與所述二維顯示器之間。
8、 如權利要求5、 6、 7任一項所述的自動立體顯示器，其中，所述二 維顯示器是投影儀的屏幕。
9、 如權利要求8所述的自動立體顯示器，其中，所述投影儀包括DMD。
10、 一種操作如前述權利要求任一項所述快門的方法，所述方法包括 將所述第一可轉換縫隙陣列配置為實質上的透光狀態； 將所述第二可轉換縫隙陣列配置為實質上的不透光狀態； 將所述第二可轉換縫隙陣列從實質上的不透光狀態轉換為實質上的透光狀態，使得所述快門的一部分實質上透光，以及將所述第一縫隙陣列從實質上的透光狀態轉換為實質上的不透光狀態， 使得所述快門的一部分實質上不透光。
11、 如權利要求io所述的方法，其中，所述第一可轉換縫隙陣列具有 第一下降時間，用于從實質上的不透光狀態轉換為實質上的透光狀態，所述 第二可轉換縫隙陣列具有第二下降，用于從實質上的透光狀態轉換為實質上 的不透光狀態。
12、 如權利要求11所述的方法，其中，所述第一下降時間與所述第二下降時間相同。
13、 如權利要求11所述的方法，其中，所述第一下降時間與所述第二 下降時間不同。
14、 如前述權利要求任一項所述的方法，其中一個可轉換縫隙陣列比另 一個可轉換縫隙陣列對比率更高。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，應用于所述快門的轉換方案配 置為使得具有更高對比率的可轉換縫隙陣列實質上不透光，其中任一個可轉 換縫隙陣列都能用于使得所述快門的一部分實質上不透光。
16、 如權利要求10至15任一項所述的方法，其中， 一個可轉換縫隙陣 列比另一個可轉換縫隙陣列中打開的可轉換縫隙數量更多。
17、 如權利要求10至16任一項所述的方法，其中，通過將與直接偽影 以及以一個角度偽影相關的成本函數最小化，來確定應用于所述可轉換縫隙 陣列的轉換方案。
18、 如權利要求10至16任一項所述的方法，其中，通過將與條紋圖案 相關的成本函數最小化，來確定應用于所述可轉換縫隙陣列的轉換方案。
19、 如權利要求IO至16任一項所述的方法，其中，通過將與直接偽影、 以一個角度偽影、以及條紋圖案相關的成本函數最小化，來確定應用于所述 可轉換縫隙陣列的轉換方案。
20、 如權利要求17至19任一項所述的方法，其中，所述轉換方案限定 每個縫隙什么時候打開和什么時候關閉。
全文摘要
一種用于自動立體顯示器的快門，所述快門包括第一可轉換縫隙陣列，從實質上的透光狀態到實質上的不透光狀態有較快的轉換時間；以及第二可轉換縫隙陣列，從實質上的不透光狀態到實質上的透光狀態有較快的轉換時間，其中，所述第一可轉換縫隙陣列與所述第二可轉換縫隙陣列至少部分地重疊。
文檔編號H04N13/00GK101473662SQ200780023106
公開日2009年7月1日 申請日期2007年4月19日 優先權日2006年4月19日
發明者克里斯蒂安·莫勒, 因戈爾夫·達爾, 托馬斯·埃里克森, 道格·帕特森 申請人:塞特雷德股份公司