(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するように構成されるディスプレイデバイスを有する裸眼立体視ディスプレイ装置であって、前記ディスプレイデバイスは複数の画素を有し、前記画素は、偏光の固定された第一の状態を有する光を発するように構成される画素の少なくとも一つの第一のグループと、偏光の固定された第二の状態を有する光を発するように構成される画素の少なくとも一つの第二のグループとを有し、前記装置は、画素の前記グループの各光出力が、前記表示された画像の立体的な認識を可能にするために相互に異なる方向に発されるように、前記画素を選択することにより前記偏光の固定された第一の状態を有する光をリダイレクトするが前記偏光の固定された第二の状態を有する光は不変に維持することによって画素の前記グループのうちの少なくとも一方の前記光出力を方向付ける態様で構成される複屈折レンチキュラ要素のアレイを有するレンチキュラ手段を更に有する裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記偏光状態は線形的である請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第一及び第二の偏光状態は直交する請求項２に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記複屈折レンチキュラ要素は、前記レンチキュラ手段の光出力方向付け動作がもたらされる第一の状態と、前記光出力方向付け動作が除去される第二の状態との間でスイッチ可能になる請求項１乃至３の何れか一項に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記レンチキュラ手段は、前記レンチキュラ手段の光出力方向付け動作がもたらされる第一の差の値と、前記光出力方向付け動作が除去される第二の差の値との間の電位差の選択的な印加によってスイッチ可能な屈折率を備える電気光学材料を有する請求項４に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記画素は行及び列のマトリックスで構成され、前記マトリックスの何れかのＮ行に対していくつかのＸ行が前記偏光の第一及び第二の状態によってそれぞれ構成される請求項１乃至５の何れか一項に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項７】
画素の前記グループは、チェッカパターンを形成する請求項６に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記レンチキュラ要素は、前記マトリックス画素の列の方向に対して傾斜した角度で方向付けられる請求項６乃至７の何れか一項に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記レンチキュラ要素は複屈折ＰＥＮホイルを有する請求項１乃至８の何れか一項に記載の裸眼立体視ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンチキュラ手段及び画像ディスプレイデバイスを有する裸眼立体視（オートステレオスコーピック）ディスプレイ装置（autostereoscopic display apparatus）に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像化は、今日よく知られている技術である。しかしながら、従来それは、ユーザが、ある種の光学的操作デバイス、特に３次元効果を得るために、分離された光伝導をもたらすガラスを有さなければならない立体画像の形態でなされてきた。
【０００３】
より最近の発展は、ユーザが運ぶための余分の装備の必要がない固有の３Ｄ特性を備えるディスプレイを構成する機能にある。当該技術は、裸眼立体視法に関する。
【０００４】
裸眼立体視法は、画素（ピクセル）の２次元ディスプレイアレイから発する光を異なる方向に向けさせる（方向付ける）手法に基づく技術である。光の異なる方向は、わずかな角度差（ディスパリティ）（angular disparity）をもたらす。当該角度差は、人間のわずかに離れた眼によって３次元を有するように知覚される画像を作る。裸眼立体視技術の一例は、視差（パララックス）バリア（parallax barrier）である。視差バリアは、暗（ダーク）領域（dark region）によって挿入される光線又はスリットのような、伝導領域（transmissive region）と不伝導（不透明）領域（opaque region）とを交互にすることによる光方向分離をもたらす。裸眼立体視技術の他の例は、ディスプレイデバイスの前のレンズの使用にある。このようなデバイスの一例が、国際特許出願第ＷＯ 98/21620号公報に記載されている。
【０００５】
国際特許出願第ＷＯ 98/21620号公報は、ディスプレイデバイスの出力側におけるレンチキュラ要素（素子）アレイを開示している。一つ又はそれより多くの立体像対（stereoscopic pair）を形成する画素の異なるグループは、レンチキュラ要素を通じて視聴者（ビューワ）の各々の眼によって見られる。レンチキュラ要素の屈折効果の除去を可能にするために、レンチキュラ要素は、スイッチ可能な屈折率を有する電気光学物質を含む。
【０００６】
しかしながら、国際特許出願第ＷＯ 98/21620号公報に開示されている解決策は、３Dにおけるいくつかのウィンドウ（窓）を生成する可能性を限定している一方、ディスプレイの残りは２Dモードになる。これのために使用される受動マトリクスアドレッシング（passive matrix addressing）は、レンズの小さなアドレッシングウィンドウのために、限定された数の３Dウィンドウしか生成し得ない。特に、このことは、たとえば、３Dアイコンを作成することが所望され得るウィンドウ環境を有するコンピュータディスプレイにおける欠点になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術解決策の欠点を克服することにあり、同時に表示されるべき任意の数の２D及び３D領域をより安価に製造するとともに可能にする2D/3Dスイッチ可能なディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、複数の画素を有する、画像を表示するように構成されるディスプレイデバイスを有する裸眼立体視ディスプレイ装置が提供される。画素は、偏光の第一の状態を有する光を発する（放射する）ように構成される画素の少なくとも一つの第一のグループと、偏光の第二の状態を有する光を発するように構成される画素の少なくとも一つの画素の第二のグループとを有する。本装置は、画素の前記グループの各光出力が、表示画像の立体認識を可能にするように相互に異なる方向に発されるように画素の前記グループの少なくとも一つの光出力を方向付けるように構成される複屈折レンチキュラ要素（birefringent lenticular element）のアレイを有するレンチキュラ手段を更に有する。
【０００９】
従って、前記ディスプレイ装置の画素のグループは、偏光の固定された第一及び第二の状態の光をそれぞれ発するように構成される。複屈折レンチキュラのような光学手段はそれから、偏光の一方の状態の光を方向転換する（リダイレクト（redirect）する）が、偏光の他方の状態の光は不変に維持される。
【００１０】
好ましくは、光は線形的に偏光させられ、また好ましくは、二つの状態の偏光の方向は直交している。
【００１１】
本発明の一つの実施例によれば、複屈折レンチキュラ要素は、レンチキュラ手段の光出力方向付け（ダイレクティング）動作（light output directing action）がもたらされる第一の状態と、光出力方向付け動作が除去（排除）される第二の状態との間でスイッチ可能になる。このように、ディスプレイは、改良された解像度を備える完全な２次元ウィンドウ及び任意の数の３次元ウィンドウを備える二つのモード、すなわち2Dモード及び3Dモードで使用され得る。
【００１２】
好ましくは、レンチキュラ手段は、レンチキュラ手段の光出力方向付け動作がもたらされる第一の差の値と、光出力方向付け動作が除去される第二の差の値との間の電位差の選択的な印加によってスイッチ可能な屈折率を備える電気光学材料を有する。
【００１３】
本発明の更なる実施例において、ディスプレイ装置は、
マトリックスの全Ｎ行のうちのいくつかのＸ行がそれぞれ上記の偏光の第一及び第二の状態に従うように構成されるように構成されてもよい。特定の実施例において、数Ｘは、結果として２次元又は３次元画像のみをもたらす０又はＮであってもよい。ディスプレイ装置は、画素のグループがチェッカパターンを形成するように構成されることも実現可能である。
【００１４】
更に、本発明の一つの実施例において、レンチキュラレンズは、マトリックス画素の列の方向に対して傾斜した角度で方向付けられる。このことは、視聴者によって認識されるいかなる不所望のモアレ効果（Moire effect）も除去するであろう。
【００１５】
すなわち、本発明は、後続する副画素（サブピクセル（sub-pixel））が異なる偏光状態を有するディスプレイを使用する。例えば、ディスプレイの偶数行からの副画素を離れる光は、垂直方向に線形的に偏光されてもよく、ディスプレイの奇数行からの副画素を離れる光は、水平方向に線形的に偏光されてもよい。垂直方向に線形的に偏光される光を屈折させる複屈折レンチキュラと組み合わせて、この装置は、光が二つの異なる方向に向けられることを可能にし、それ故にこのことによって、３次元画像の生成物は観測者によって視聴されることが可能になる。より具体的には、奇数行における副画素からの光しか屈折させられず、レンチキュラ手段を通じて伝えられるとき、偶数行における副画素からの光は変化させられない。
【００１６】
従って、この構成による利点は、例えば奇数行において３Ｄ画像を生成する副画素の第一のセットのような構成を実現する機能にある。以下用語２Ｄ及び３Ｄはそれぞれ、２次元及び３次元に対応するであろう。
【００１７】
記載の構成の場合、局所的に２Ｄ／３Ｄスイッチ可能なディスプレイがもたらされる。副画素を選択することによって、ディスプレイのモードを選択することが可能であり、従って、任意の数の２Ｄ及び３Ｄウィンドウが同時にもたらされ得る。
【００１８】
例えば、２Ｄテキストと３Ｄ画像との両方を含む文献（ドキュメント）を表示することが可能であろう。
【００１９】
更に、２Ｄ及び３Ｄモードのためにそれぞれ使用される副画素の数は、用途に依存して調整され得る。例えば、２Ｄ部分及び３Ｄ部分の各々の画像（ビュー）において等しい解像度を得るため、２Ｄ副画素の単一の行が、Ｎ画像（映像）マルチビューディスプレイ（N view multi-view display）のための３Ｄ副画素のＮ行の全ての数に対して使用され得る。
【００２０】
本発明の実施例は、この場合、添付図面を参照して例示によってのみ記載されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明が実現される裸眼立体視ディスプレイ装置１０１を概略的に示す。装置１０１は、画像の生成のための信号を処理し得る。装置１０１は、プロセッサ１０２、メモリ１０３、ディスプレイデバイス１０４、制御ユニット１０５、及びコンピュータのような外付け（外部）ユニット（図示略）から情報信号を受信するための入力／出力ユニット１０６を有する。どのようにこれらのユニットが通信すると共に動作するかに関する全般的な特徴は当業者に知られており、それ故に更に議論されることはない。
【００２２】
図２は、本発明によるディスプレイデバイス２００の概略的な図である。ディスプレイデバイス２００は、図１に記載の装置１０１におけるディスプレイデバイス１０４と同じであってもよい。ディスプレイデバイス１０４は、光源２０１、マトリックスＬＣディスプレイ２０２、及びレンチキュラ手段２０３を有する。レンチキュラ手段２０３は、ＬＣディスプレイ２０２から発する光を屈折させるための複屈折レンチキュラ要素２０４を有する。光源２０１は、行及び列マトリックスで構成される画素２０５を有するＬＣディスプレイ２０２を照らす。当業者が理解するように、ＬＣディスプレイ２０２を照らす光源２０１からの光は、ＬＣディスプレイ２０２に接続される制御手段によって個々の画素２０５において変調される。各々の画素に対して、変調された光の偏光方向は、二つの線形偏光状態のうちの一つになる。これは、例えば、SIDダイジェスト2003の７８頁におけるS.J. Roosendaal 氏他による"パターン化されたレターダ（減衰器）を備える新型高性能半透過型LCD"（"Novel High Performance Transflective LCD with a Patterned Retarder", S.J. Roosendaal et al, page 78 e.v. SID Digest 2003"）に記載のように実現されてもよい。パターン化されたレターダは、隣接する副画素における二つの異なる偏光の生成を可能にする。代わりに、パターン化された偏光器（ポーラライザ（polarizer））が使用されてもよい。この場合、方向は水平及び垂直偏光になる。各々の画素２０５からの光はそれから、レンチキュラ要素２０４に入り、そこで、当該光の方向は、レンチキュラ要素における複屈折材の方向によって不変に維持されるか、又は変化させられる。
【００２３】
図３は、上記のディスプレイデバイス１０４及び２００のようなディスプレイデバイス３０１の微小領域の断面図を概略的に示す。ディスプレイデバイス３０１は、光源３０２、複数の画素（そのうち第一の画素３０４及び第二の画素３０５が示されている）を有するＬＣディスプレイデバイス３０３を有する。レンチキュラ手段３０６は、視聴者３０５によって視聴されるようにディスプレイの前に構成されると共に、レンチキュラ要素３０７及び３１７を有する。レンチキュラ要素３０７及び３１７は、第一のガラスプレート３０８と第二のガラスプレート３０９との間に構成される。レンチキュラ要素３０７及び３１７はＬＣ物質３１０を有しており、ガラスプレート３０８と３０９との間の空き空間（スペース）の残留部（残り）はプラスチック材３１１で満たされている。光源３０２から発すると共にＬＣディスプレイ３０３の第一の画素３０４及び第二の画素３０５を通って伝わってきた光３１２は、画素において変調されるとき偏光され、第一のガラスプレート３０８に入り、レンチキュラ要素３０７及び３１７を通ってそれぞれ進む。レンチキュラ要素３０７において、第一の方向における線形的に偏光された光は、３１４のように屈折させられる。レンチキュラ要素３１７において、第二の方向における線形的に偏光された光は、３１５のように不変である。
【００２４】
複屈折レンズ要素はガラスプレートの間に位置される必要がないことは注意されるべきである。ＬＣは更に、固体複屈折レンズを得るように偏光されてもよく、又はレンズ材は引き伸ばされたプラスチックであってもよい。
【００２５】
図４は、図１乃至３に関連した上記議論のディスプレイデバイスのような、ディスプレイ手段４２０及びレンチキュラ手段４１６を有するディスプレイデバイス４０１のより詳細な図である。図４ａは、屈折状態におけるディスプレイデバイス４０１の断面図であり、図４ｂは、無屈折状態を示すディスプレイデバイス４０１の断面図である。すなわち、第一及び第二の断面図は、レンチキュラ手段４１６のスイッチ可能性を示す。ディスプレイデバイス４０１は、各々第一の導電層４０５及び第二の導電層４０６が構成される第一のガラスプレート４０３及び第二のガラスプレート４０４を有する。導電層は例えば、インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide (ITO)）から形成され、ガラスプレート４０３及び４０４の対向する側面の各々に位置される。ポリイミド（poly-mide）のような第一のアライメント（位置合わせ）層（レイヤ）４０７が、第一の導電層４０５の上に構成される。この第一のアライメント層４０７のラビング（擦り）方向は、好ましくは、３Ｄ副画素としての役割を果たすディスプレイデバイス４２０の副画素から発する光４１９の偏光方向に対応する。プラスチック又は他の何れかの好適な材料からの負（ネガ）レンズ（negative lens）４０８が、ガラスプレート４０３と４０４との間に更に位置される。ポリイミドのような物質からも構成される第二のアライメント層４０９が、第一のガラスプレート４０３に対向するレンズ４０８の側面上に位置され、レンズ４０８と第一のガラスプレート４０３との間にもたらされる空き空間は液晶（ＬＣ）物質４１０で満たされる。
【００２６】
第一の導電層４０５及び第二の導電層４０６は電極としての役割を果たし、図４ａにおいて、ゼロ電圧４１１が電極間に印加され、それによって複屈折レンズ効果がもたらされ、第一の方向に偏光させられる光４１９は、屈折ビーム４１２として示されているように屈折させられる。従って、ゼロ電圧がレンズ４０８の間に印加される場合、図５を参照して記載されるように、各々偏光の第一及び第二の状態を備える副画素の第一及び第二のグループの適切な構成を使用することによって、ディスプレイデバイス４０１は、結合された２次元及び３次元モードで使用され得る。
【００２７】
図４ｂにおいて、電圧V0４１３が電極間に印加され、いかなる偏光状態におけるいかなる光も有効に透過（通過）することを可能にする無屈折光ビーム４１４によって示されているようにレンズ４０８の複屈折レンズ効果は打ち消され（キャンセルされ）、それ故に２次元モードにおけるディスプレイの完全な解像度が実現される。
【００２８】
アライメント層４０７及び４０９と適切に位置合わせされると、ＬＣ物質４１０が複屈折効果をもたらす。プラスチックレンズの湾曲部４０８と共に、電圧が印加されないとき偏光の一状態に対するレンズ効果が得られる。しかしながら、電圧が印加されるときレンズ効果はもたらされ、電圧が印加されないときレンズ効果は打ち消されるように、他の種類のアライメント層及び他の特性を備える他のＬＣ物質を有することも可能である。
【００２９】
好ましくは、レンズ構成体は、一方向に引き伸ばされるＰＥＮホイル（PEN foil）から形成され、又は当業者に知られている何れかの他の好適な物質から形成される。
【００３０】
図５は、この場合、２Ｄ及び３Ｄモードのために使用されるサブセットの数が一つの特定の用途に調整されている実施例によるＬＣディスプレイにおける画素マトリックス５００のサブセットを記載するように使用されるであろう。ディスプレイマトリックス５００は、一列が５０１によって示される列及び行５０１乃至５０９に分割される。既に議論されたように、このようなディスプレイマトリックス５００は、裸眼立体視ディスプレイ装置を得るように使用されてもよい。２Ｄ領域及び３Ｄ領域の各々の画像における等しい解像度を得るため、３Ｄ副画素の全てのＮ行に対する２Ｄ副画素の一行が、Ｎ画像マルチビューディスプレイを生成するために使用され得る。特に図５のデバイスにおいて、３画像システムのための画素レイアウトが示されており、副画素の５０６乃至５０８並びに三つの後続する行５０１、５０２、及び５０３のグループが、２Ｄ情報の提供のために使用される単一の行５０４及び５０９と共に３Ｄ情報の生成のために使用される。
【００３１】
更なる実施例において、レンズは、副画素に対して傾斜した角度で構成される。それによって、レンズ構造体によってもたらされるいかなるモアレ効果も低減され、認識画質が向上され得る。
【００３２】
本文献において、水平及び垂直方向で線形的に偏光される光が参照されるが、限定されるべきではなく、直交偏光状態のいかなる組み合わせとしても解釈されるべきである。
【００３３】
以上要約すると、画像を表示するように構成されるディスプレイデバイスを有する裸眼立体視ディスプレイ装置が記載されている。ディスプレイデバイスは、複数の画素を有する。画素は、偏光の第一の状態を有する光を発するように構成される画素の少なくとも一つの第一のグループと、偏光の第二の状態を有する光を発するように構成される画素の少なくとも一つの第二のグループとを有する。本装置は、画素の前記グループの各光出力が、表示画像の立体認識を可能にするために相互に異なる方向に発されるように画素の前記グループの少なくとも一つの前記光出力を方向付ける態様で構成される複屈折レンチキュラ要素のアレイを有するレンチキュラ手段を更に有する。
【００３４】
当業者は、本発明が、記載の好ましい実施例に決して限定されるものではないことを理解するであろう。逆に、本発明の請求の範囲内で多くの実施例及び変形例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による裸眼立体視ディスプレイ装置のブロック図を概略的に示す。
【図２】本発明によるディスプレイデバイスの層の一つの実施例の透視図を概略的に示す。
【図３】本発明による複屈折レンチキュラの断面図を概略的に示す。
【図４ａ】本発明の一つの実施例によるスイッチ可能なレンズの断面図を概略的に示す。
【図４ｂ】本発明の他の実施例によるスイッチ可能なレンズの断面図を概略的に示す。
【図５】本発明の一つの実施例による画素マトリックスを概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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