(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルビュー・モードとマルチビュー・モードとの間で切り替え可能な表示装置であって、
表示を生成するための表示ピクセル素子のアレイを有する表示パネル、及び
前記シングルビュー・モードと前記マルチビュー・モードを提供するために少なくとも部分的に電気的に切り替え可能な結像装置であって、前記マルチビュー・モードにおいて、それぞれの表示ピクセル素子からの出力を、当該表示装置の視野内の異なる空間位置に導くレンチキュラ・レンズ領域を有する結像装置、
を有し、前記結像装置は、
第１及び第２の光学的に透明な基板とそれらの間に挟まれた液晶層、並びに、前記第１基板の側に配置されて同一平面内の平行な電極ラインを有する面内スイッチング電極、
を有し、
前記電極ラインは、平行ラインの複数のセットとして配置され、各々のセットがレンチキュラ・レンズ領域を定め、各々のセットは、レンチキュラ・レンズ領域と隣接するレンチキュラ・レンズ領域との間の対向する境界において第１電極ラインを有し、電極ラインの少なくとも第１ペアが前記対向する境界間に配置されて前記レンチキュラ・レンズ領域の中心に関して対称であり、各々のセットは、前記境界における前記第１電極ラインに加えて前記対向する境界間に最大で６つの電極ラインを有するし、各々のセットが、前記第１電極ラインに加えてちょうど二対の電極ラインを有する、表示装置。
【請求項２】
前記第２基板の側に配置され、前記液晶層を挟んで前記電極ラインと対向する１つの対向電極を有する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１電極ラインが、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインよりも狭い、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
２Ｄモードにおいて、前記液晶層の液晶分子が前記電極ラインに対して平行に配向される、請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
シングルビュー・モードとマルチビュー・モードとの間で切り替え可能な表示装置であって、
表示を生成するための表示ピクセル素子のアレイを有する表示パネル、及び
前記シングルビュー・モードと前記マルチビュー・モードを提供するために少なくとも部分的に電気的に切り替え可能な結像装置であって、前記マルチビュー・モードにおいて、それぞれの表示ピクセル素子からの出力を、当該表示装置の視野内の異なる空間位置に導くレンチキュラ・レンズ領域を有する結像装置、
を有し、前記結像装置は、
第１及び第２の光学的に透明な基板とそれらの間に挟まれた液晶層、並びに、前記第１基板の側に配置されて同一平面内の平行な電極ラインを有する面内スイッチング電極、
を有し、
前記電極ラインは、平行ラインの複数のセットとして配置され、各々のセットがレンチキュラ・レンズ領域を定め、各々のセットは、レンチキュラ・レンズ領域と隣接するレンチキュラ・レンズ領域との間の対向する境界において第１電極ラインを有し、電極ラインの少なくとも第１ペアが前記対向する境界間に配置されて前記レンチキュラ・レンズ領域の中心に関して対称であり、各々のセットは、前記境界における前記第１電極ラインに加えて前記対向する境界間に最大で６つの電極ラインを有し、
前記第１電極ラインが、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインよりも広い、表示装置。
【請求項６】
２Ｄモードにおいて、前記液晶層の液晶分子が前記電極ラインに対して垂直に配向される、請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記電極ラインの幅が、レンチキュラ・レンズ領域の境界からレンチキュラ・レンズ領域の中心に向けて徐々に狭くなる、請求項５又は請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
１セットの電圧が前記電極に印加され、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインに対してよりも高い電圧振幅が前記第１電極ラインに印加される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記シングルビュー・モードが二次元モードであり、前記マルチビュー・モードが自動立体視三次元モードである、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記シングルビュー・モードが二次元モードであり、前記マルチビュー・モードが、当該表示装置の視野中に存在する少なくとも２人の異なる観察者に対して少なくとも２つの異なる画像を提供するためのモードである、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１１】
シングルビュー・モードとマルチビュー・モードとの間で切り替え可能な自動立体視表示装置のレンチキュラ・レンズのレンズ機能を制御するための方法であって、前記表示装置は、第１及び第２の光学的に透明な基板とそれらの間に挟まれた液晶層、並びに、前記第１基板の側に配置される面内スイッチング電極を有する結像装置を備え、当該方法は、
同一平面内の平行な電極ラインを有する前記第１基板の側に配置される面内スイッチング電極を用いて、ビーム成形状態間で前記結像装置を制御し、前記電極ラインは、平行ラインの複数のセットとして配置され、各々のセットがレンチキュラ領域を定め、各々のセットは、レンチキュラ領域と隣接するレンチキュラ領域との間の対向する境界において第１電極ラインを有し、電極ラインの少なくとも第１ペアが前記対向する境界間に配置されて前記レンチキュラ領域の中心に関して対称であり、各々のセットは、前記境界における前記第１電極ラインに加えて前記対向する境界間に最大で６つの電極ラインを有し、各々のセットは、前記第１電極ラインに加えてちょうど二対の電極ラインを有し、当該方法は、前記セットの電極ラインに１セットの電圧を印加し、同じ電圧が前記ペアの電極に印加され、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインに対してよりも高い電圧振幅が前記第１電極ラインに印加される、方法。
【請求項１２】
シングルビュー・モードとマルチビュー・モードとの間で切り替え可能な自動立体視表示装置のレンチキュラ・レンズのレンズ機能を制御するための方法であって、前記表示装置は、第１及び第２の光学的に透明な基板とそれらの間に挟まれた液晶層、並びに、前記第１基板の側に配置される面内スイッチング電極を有する結像装置を備え、当該方法は、
同一平面内の平行な電極ラインを有する前記第１基板の側に配置される面内スイッチング電極を用いて、ビーム成形状態間で前記結像装置を制御し、前記電極ラインは、平行ラインの複数のセットとして配置され、各々のセットがレンチキュラ領域を定め、各々のセットは、レンチキュラ領域と隣接するレンチキュラ領域との間の対向する境界において第１電極ラインを有し、電極ラインの少なくとも第１ペアが前記対向する境界間に配置されて前記レンチキュラ領域の中心に関して対称であり、各々のセットは、前記境界における前記第１電極ラインに加えて前記対向する境界間に最大で６つの電極ラインを有し、前記第１電極ラインが、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインよりも広く、当該方法は、前記セットの電極ラインに１セットの電圧を印加し、同じ電圧が前記ペアの電極に印加され、電極ラインの前記第１ペアの電極ラインに対してよりも高い電圧振幅が前記第１電極ラインに印加される、方法。
【請求項１３】
前記電極ラインの幅が、レンチキュラ・レンズ領域の境界からレンチキュラ・レンズ領域の中心に向けて徐々に狭くなる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルビュー・モード及びマルチビュー・モードを提供するためにビーム成形状態間で制御可能であるビーム成形装置を用いるシングルビュー・モードとマルチビュー・モードとの間で切り替え可能な表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶セル中の液晶分子の整列配向に基づいてビーム成形を実施することが知られている。この整列は、それに対して電場を印加することによって制御されることができる。液晶分子の再配向は屈折率勾配をもたらし、それは、液晶セルを通過する光線が方向を変えられることにつながる。それによって、光ビームの方向及び/又は形状は、電気的に制御されることができる。
【０００３】
自動立体視表示装置は、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを有する表示パネル及びディスプレイの前の異なる空間位置に異なるビューを導くための画像形成配置を含む。画像形成配置として、互いに平行に延在して表示ピクセル・アレイ上に横たわって提供される細長いレンチキュラ素子のアレイを用いることが公知であり、そして、表示ピクセルは、これらのレンチキュラ素子を通して観察される。そのようなディスプレイは、マルチビュー・ディスプレイの例である。
【０００４】
例えば、各々のレンチキュラが表示ピクセルの２つのカラムと関連付けられる配置において、各々のカラムの表示ピクセルは、それぞれの二次元サブ画像の垂直スライスを形成する。レンチキュラ・シートは、ユーザが１つの立体画像を観察するように、シートの前に位置するユーザの左及び右目にこれらの２つのスライス及び他のレンチキュラに関連付けられた表示ピクセル・カラムからの対応するスライスを導く。レンチキュラ素子のシートは、したがって、光出力指向機能を提供する。
【０００５】
他の配置では、各々のレンチキュラは、ロウ方向において４つ以上の隣接する表示ピクセルのグループと関連付けられる。各々のグループ中の表示ピクセルの対応するカラムは、それぞれの二次元サブ画像からの垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭部が左から右に移動されると、一連の連続した異なる立体視ビューが知覚され、例えば見回した印象を与える。
【０００６】
上記した装置は効果的な3D表示を提供する。しかしながら、いうまでもなく、立体視を提供するために、装置の水平解像度における犠牲が必要である。この解像度における犠牲は、短距離からの観察のための小さいテキスト文字の表示のような、特定のアプリケーションにとって容認できない。この理由のために、二次元モード(シングルビュー・モード)と三次元(立体視)モード(マルチビュー・モード)との間で切り替え可能である表示装置を提供することが提案されている。
【０００７】
これを実施するための１つの態様は、電気的に切り替え可能なレンチキュラ・アレイを提供することである。二次元モードにおいて、切り替え可能な装置のレンチキュラ素子は、「通過」モードで動作し、すなわち、それらは、光学的に透明材料の平面シートであるのと同じ態様で作用する。結果として生じる表示は、表示パネルの本来の解像度と同じ高解像度を有し、それは、近い観察距離からの小さいテキスト文字の表示に適している。二次元表示モードは、もちろん、立体画像を提供することができない。
【０００８】
三次元モードでは、上述のように、切り替え可能な装置のレンチキュラ素子は、光出力指向機能を提供する。結果として生じる表示は立体画像を提供することが可能であるが、上述の不可避な解像度損失を伴う。
【０００９】
切り替え可能な表示モードを提供するために、切り替え可能な装置のレンチキュラ素子は、２つの値の間で切り替え可能である屈折率を有する電気光学材料(例えば液晶材料)のビーム成形配置として形成されることができる。そしてこの装置は、適切な電位をレンチキュラ素子の上下に設けられている平面電極に印加することによって、モードを切り替えられる。電位は、隣接する光学的に透明な層の屈折率に対してレンチキュラ素子の屈折率を変える。
【００１０】
切り替え可能な装置の構造及び動作のより更なる詳細な説明は、米国特許番号6,069,650において見つけることができる。
【００１１】
WO2008/126049は、面内電場を発生させる第１及び第２面内電極を用いるビーム成形装置を開示する。これは、より大きい屈折率勾配を可能にすることが分かり、それによって、より効率的なビーム拡散/収束が達成されることができる。好ましい配置において、ビーム成形装置は、ビーム成形装置の形状にわたる屈折率の滑らかな変化を定めるように異なる電位に駆動される１セットの電極を有する。この文献は、さらに、LC層の中で生成される電場に影響を与えることによって焦点距離を増加させるための追加的な厚いレイヤの使用を開示する。
【００１２】
このアプローチは、いわゆる屈折率分布型(GRIN)レンズに基づくレンチキュラを形成する。これらの切り替え可能なレンチキュラは、平坦な基板と平坦なカバー層の間にはさみ込まれる液晶(LC)層に基づく。この基板は、かなり複雑な電極構造を備えている。電位の正しい分布をこれらの電極に与えることによって、レンズは、良好な光学品質を得る。レプリカに基づく切り替え可能なレンチキュラと比較すると、GRINに基づく切り替え可能なレンチキュラは、いくつかの利点を有する。
【００１３】
それらの製造は既存のLCパネル工場におけるLCパネル製造技術と互換性があり、そして、それらは完全な2Dモードを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、ＧＲＩＮレンズを実現する構造の複雑度を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的は、本発明によって達成される。本発明は、独立請求項によって定められる。従属請求項は、有利な実施の形態を提供する。
【００１６】
本発明によれば、請求項1において定められる表示装置が提供される。この配置は、レンチキュラ(レンチキュラはレンズであると理解される)切り替え機能を制御するための制御可能な電極ラインのための単純な単層構造を有し、多くとも８つの電極を伴う。平均するとレンズあたり多くとも７つの電極ラインがあるように、レンズ境界の電極ラインは共有されることができる。
【００１７】
表示ピクセル素子は、単色又はカラー表示パネルにおける表示ピクセルであることができ、カラー表示パネルのサブピクセルであることができる。表示ピクセル素子は、行及び列で配置されることができる。LC層は、等方性相を有するブルー相材料で構成されることができる。そのようなブルー相材料を有する配置は、非公開の欧州特許出願09161377.8 (代理人整理番号PH012922EP1)において詳細に説明される。
【００１８】
１つの対向電極が第２基板の側に好ましくは配置され、そしてこの電極は接地されることができる。
【００１９】
電極ラインの各々のセットは、第１電極ラインに加えて、電極ラインのちょうど１つのペアを有することができる。したがって、レンズあたり４つの電極ラインのみが存在し、そして境界電極ラインが共有される場合、これは平均すると３つになる。２つの異なる電圧のみがレンズ機能を実施するために必要とされ、設計は、必要とされる２つの電圧源入力に電極ラインを接続するときに、電極ライン間の交差を回避することができる。
【００２０】
各々のセットは、第１電極ラインに加えて、電極ラインのちょうど２つのペアを有することができる。これは、レンズの改善された光学性能を可能にするが、電極ラインを３つの必要な電圧源入力に連結するために、交差(したがって接続を介すること)を必要とする。そして、３つの異なる電圧は、共面電極を駆動するために用いられる。
【００２１】
第１電極ラインは、電極ラインの第１ペアの電極ラインより細くてもよい。レンズ・オフ状態(2Dモード)が電極ラインに平行に向きを定められる液晶分子を有するときに、これは適切である。
【００２２】
他の設計において、第１電極ラインは、電極ラインの第１ペアの電極ラインより広い。レンズ・オフ状態(2Dモード)が電極ラインに対して垂直に向きを定められる液晶分子を有するときに、これは適切である。電極ラインの幅は、レンズ領域の境界からレンズ領域の中央に向けて、徐々に細くなってもよい。
【００２３】
全ての場合において、１セットの電圧が電極に印加され、好ましくは、電極ラインの第１ペアの電極ラインより高い電圧振幅が(レンズ境界における)第１電極ラインに印加される。
【００２４】
本発明はさらに、自動立体視表示装置のレンズのレンズ機能を制御する方法を提供する。
【００２５】
表示パネルは、標準的な又は特別な液晶表示(LCD)パネルであることができる。代わりとして、表示パネルは、例えば有機発光ダイオード(OLED)パネルのような発光ダイオード・パネル又は表示ピクセル素子を有する任意の他のパネルであることができる。
【００２６】
表示装置は、好ましくは、シングルビュー・モードが二次元モードであり、マルチビュー・モードが自動立体視三次元モードであるように設定される。3Dモードにおけるその配置を有する表示装置のこの実施の形態において、異なる表示ピクセルの光は、これらの異なるピクセルの光が観察者の異なる目に達することができるように、ディスプレイの視野の中で異なる方向(ビュー)に送られる。異なるピクセルが画像の視差左サブ画像及び右サブ画像の光を表す場合、観察者は、余分な観察補助器具を着用することを要せずに、3D画像を経験することができる。それゆえに、自動立体視3Dモードが達成される。
【００２７】
代わりとして、表示装置は、シングルビュー・モードが標準的な二次元モードであり、そしてマルチビュー・モードが少なくとも２つの異なる画像を少なくとも２人の異なる観察者に提供するためのモードであるように、設定されることができる。この後者のモードにおいて、表示装置は、例えば、そのマルチビュー・モードにおいて、表示装置の視野内の異なる位置の２人の異なる観察者に２つのビューを提供することが可能なデュアルビュー表示装置であることができる。２つのビューは、例えば、車両ドライバ/パイロットのためのトラフィック情報、及び、ドライバの隣に座る人のようなドライバ以外の乗客のためのエンターテイメントのような、異なる情報を有することができる。車両は、自動車、バス、トラック等又は飛行機若しくは船であることができる。
【００２８】
マルチビュー表示の両方の上記の形態において、シングルビュー・モードは、好ましくは、ビュー指向機能を提供しないように機能する配置を有する。好ましくは、この配置は、ピクセル素子の光に対して、この光の伝播方向がこの配置によって変更されないように、実質的に透明である。
【００２９】
本発明のこれらの及び他の態様は、本発明の現在好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照して、さらに詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ】本発明によって変更されることができる例示的なビーム成形装置の斜視図。
【図１ｂ】電圧が電極に印加されないときのラインA-A'に沿った図1aにおけるビーム成形装置の断面図。
【図１ｃ】電圧が電極に印加されるときのラインA-A'に沿った図1aにおけるビーム成形装置の断面図。
【図２ａ】既知のレンズ設計の特性を示す図。
【図２ｂ】既知のレンズ設計の特性を示す図。
【図３ａ】レンズ設計を変更するための既知の態様を示す図。
【図３ｂ】レンズ設計を変更するための既知の態様を示す図。
【図４】既知の自動立体視表示装置を示す図。
【図５】既知の切り替え可能な自動立体視表示装置がどのように機能することができるかを説明するために用いられる図。
【図６】既知の切り替え可能な自動立体視表示装置がどのように機能することができるかを説明するために用いられる図。
【図７】自動立体視表示装置のための必要なレンズ機能を示す図。
【図８】自動立体視表示装置のレンチキュラ・アレイのレンズに電圧を供給するための第１の既知の態様を示す図。
【図９】自動立体視表示装置のレンチキュラ・アレイのレンズに電圧を供給するための第２の既知の態様を示す図。
【図１０】本発明の自動立体視表示装置のための切り替え可能なレンチキュラ配置の第１の例を示す図。
【図１１】図10の設計のための電極レイアウトの平面図。
【図１２】本発明の自動立体視表示装置のための切り替え可能なレンチキュラ配置の第２の例を示す図。
【図１３】図12の設計のための電極レイアウトの平面図。
【図１４】本発明の自動立体視表示装置のための切り替え可能なレンチキュラ配置の第３の例のための電極レイアウトの平面図。
【図１５】図14の例のために電圧がどのように選択されるかについて説明するために用いられる図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下の記載において、本発明は、電極に電圧が印加されないときにLC層中に含まれる液晶(LC)分子が基板に対して垂直に向きを定められる、ホメオトロピカル的に整列された液晶層を有する、自動立体視ディスプレイ中のビーム成形装置を参照して説明される。これは本発明の範囲を決して制限せず、LC分子が基板に平行な面に向きを定められる平面配向のような任意の他の態様で液晶層が整列されるビーム成形装置にも同様に適用可能であることに留意すべきである。この配向において、液晶分子は、電極に平行に若しくは電極に対して垂直に整列されることができるか、又は、液晶分子が第１基板に隣接した第１配向及び第２基板に隣接した(第１配向と直交する)第２配向を有するハイブリッド配向を有することができる。
【００３２】
さらに、本発明に直接関連しない詳細によって本発明を不明瞭にしないために、液晶分子を整列配置するためのアライメント層などのような当業者によく知られている更なる層は、添付の図面に表されておらず、本願明細書においても詳細には説明されない。
【００３３】
図面は尺度通りではないことが留意されるべきである。しかしながら、適切な寸法の認識を与えるために、電極の導体ラインの幅は、一般的に、1μmから20μmの範囲であるということができる。さらに、導体ラインは一般的に10μm〜100μmの間隔を置いて配置され、LC層の厚さは一般に5μmと50μmとの間である。
【００３４】
本発明は、2D/3D切り替え可能な表示装置におけるビーム成形装置の使用に関する。しかしながら、ビーム成形装置に関する一般的なコンセプトが最初に説明され、続いて2D/3Dディスプレイにおける実施態様が説明される。
【００３５】
本発明は、WO2008/126049に記述されるアプローチに基づく。
【００３６】
図1a-cは、WO2008/126049に記載され、そして本発明によって変更されることができる例示的なビーム成形装置を概略的に説明する。
【００３７】
図1aにおいて、第１透明基板3と第２透明基板4との間にはさまれたホメオトロピカル的に整列配置された液晶(LC)層2を有するビーム成形装置1が示される。第１基板3上に、LC層2に面して、第１櫛形透明電極5及び第２櫛形透明電極6が設けられている。これらの電極5, 6に電圧Vを印加することによって、ビーム成形装置に入射するコリメートされた光ビーム7は、図1aに概略的に示されているように、屈折することができる。
【００３８】
図1aのラインA-A'に沿った断面図である図1bは、電圧が電極5, 6に印加されない状況を概略的に示す。電圧が印加されないので、電場が形成されず、そして結果的に、LC分子は、アライメント層(図示せず)によってそれらに課される配向を有する。図1bに示される場合において、LC分子はホメオトロピカル的に整列配置され、ここでは光の３つの平行光線11a-cによって表される入射光ビーム7の形状は、ビーム成形装置1を通過しても不変である。
【００３９】
電圧Vが電極5, 6に印加される状況を概略的に示す図1cを参照して、図1aのビーム成形装置によって利用されるビーム成形メカニズムが、さらに詳細に以下で説明される。
【００４０】
図1cに概略的に示されるように、LC層2中に含まれる液晶(LC)分子10a-cは、電極5, 6間の電界線に沿って整列配置される。この再配向に起因して、異なる屈折率を有するLC層2の領域が形成される。図1cに説明される例示的な場合において、ビーム成形装置1に対して(局所的に)垂直な方向でビーム成形装置1に当たる光ビーム7によって経験される屈折率は、LC層2に対して垂直に向きを定められる液晶分子10aに起因する通常屈折率noとLC層2に平行に向きを定められる液晶分子10cに起因する異常屈折率neとの間で変化する。「垂直な」液晶分子10aを有する部分と「平行な」液晶分子10cを有する部分との間でビーム成形装置1に当たる光は、中間的な屈折率を経験し、液晶分子10bに当たる。分子配列は面内電場に従う。これは、電界線が実質的に同じ面にある電極間を通過することを意味する。電界線は湾曲してLC中に広がるが、電界線は、一方の電極からもう一方までの連続的な経路を定めるために、それらの長さの少なくとも一部にわたってLC層の面に平行である。全体の効果は、屈折率分布型(GRIN)レンズを定めることである。
【００４１】
図1cにおいて、液晶分子の長軸に対して垂直である分極方向を有する非偏光の線形分極成分を表す３つの光線12a,b, c(常光線)は、事実上、屈折率勾配を経験することなくビーム成形装置1を通過する。したがって、これらの光線12a-cのいずれも、LC層2を通過する間、その方向を有意に変更されない。
【００４２】
他方、分子の長軸の面中に偏光する光を表す他の偏光成分の光線13a, b, c(異常光線)は、屈折率勾配を経験し、したがって、図1cに概略的に示されるように屈折される。
【００４３】
結果的に、無偏光ビーム7のうち最大で50%の光は、図1a-cのビーム成形装置1によって制御可能である。
【００４４】
WO2008/126049に記載されているように、ビーム成形素子を積み重ねることによって、無偏光ビームの実質的に全ての光の制御が達成されることができる。
【００４５】
自動立体視ディスプレイに必要とされるレンズ機能を実現するためにビーム成形装置を用いるとき、レンズにわたる電圧を非線形に変化させることを可能にするために、レンズあたり２つを超える電極が必要とされる。図2は、23個の電極を有するＧＲＩＮレンズの理論的な分析を示す。２つの異なる駆動電圧に対する屈折率プロフィルが図2(a)に示され、そして、角度プロフィルが図2(b)に示される。
【００４６】
WO2008/126049において議論されるように、プロットはＧＲＩＮレンズにおける回折効果の結果である顕著なうねりを有し、そしてWO2008/126049はこの問題に対するソリューションを示す。
【００４７】
図3(a)は基本的なＧＲＩＮレンズの設計を示し、屈折率パターンが定められるLC層22と接触して、絶縁体層21の面における面内電極20を有する。図3(b)は、LC層におけるグレーティングの効果を低減するために用いられる電極とLC層との間のキャッピング層24を示す。
【００４８】
図4は、既知の直視型自動立体視表示装置100の概略斜視図である。既知の装置100は、表示を生成するための空間光変調器として作用するアクティブ・マトリックス型の液晶表示パネル103を含む。
【００４９】
表示パネル103は、行と列に配置される表示ピクセル105の直交アレイを有する。明確にするため、少数の表示ピクセル105のみが図に示される。実際には、表示パネル103は、表示ピクセル105の約千の行及び数千の列を有する。
【００５０】
液晶表示パネル103の構造は全面的に従来通りである。特に、パネル103は、一対の間隔を置いて配置された透明ガラス基板を含み、その間に、整列配置されたツイステッドネマチック又は他の液晶材料が設けられている。基板は、それらの対向する面上に透明なインジウムスズ酸化物(ITO)電極のパターンを担持する。偏光層がさらに基板の外側表面に設けられている。
【００５１】
各々の表示ピクセル105は、基板上に対向する電極を有することができ、それらの間に液晶材料が介在する。表示ピクセル105の形状及びレイアウトは、電極の形状及びレイアウトによって決定される。表示ピクセル105は、ギャップによって互いから規則正しく間隔を置いて配置される。
【００５２】
各々の表示ピクセル105は、スイッチング素子に接続される(例えば薄膜トランジスタ(TFT)又は薄膜ダイオード(TFD))。表示ピクセルはアドレス指定信号をスイッチング素子に供給することによって表示を生成するように動作し、適切なアドレス指定スキームは当業者に知られている。
【００５３】
表示パネル103は、この場合には、表示ピクセル・アレイの領域にわたって延在する平面バックライトを含む光源107によって照らされる。光源107からの光は表示パネル103を通して導かれ、個々の表示ピクセル105は、光を変調して表示を生成するように駆動される。
【００５４】
表示装置100はさらに、表示パネル103の表示側に配置されてビュー形成機能を実行するレンチキュラ・シート109を含む。レンチキュラ・シート109は互いに平行に延在するレンチキュラ素子111のロウを含み、明確性のために、そのうちの１つのみが誇張された大きさで示されている。
【００５５】
レンチキュラ素子111は凸型の円柱レンズ状であり、それらは、表示パネル103から表示装置100の前に位置するユーザの目へと異なる画像又はビューを提供する光出力指向手段として作用する。
【００５６】
図4に示される自動立体視表示装置100は、異なる方向にいくつかの異なる視点のビューを提供することが可能である。特に、各々のレンチキュラ素子111は、各々のロウにおける表示ピクセル105の小さいグループの上に横たわる。レンチキュラ素子111は、グループの各々の表示ピクセル105を異なる方向に投射して、いくつかの異なるビューを形成する。ユーザの頭部が左から右に移動すると、ユーザの目は順番にいくつかのビューのうちの異なるものを受け取る。
【００５７】
上述のように、電気的に切り替え可能なレンズ素子を提供することが提案された。これは、表示が2Dモードと3Dモードとの間で切り替えられることを可能にする。
【００５８】
図5及び6は、電気的に切り替え可能なレンチキュラ素子115のアレイを概略的に示す。アレイは、一対の透明ガラス基板119, 121を含み、それらの対向する面上に透明電極123, 125がインジウムスズ酸化物（ITO）で形成される。レプリカ作成技術を用いて形成される逆レンズ構造127が、基板119と121との間に、基板のうちの上の基板119に隣接して設けられている。さらに液晶材料129が、基板119と121との間に、基板のうちの下の基板121に隣接して提供される。
【００５９】
図5及び6に断面で示されるように、逆レンズ構造127によって、液晶材料129は、逆レンズ構造127と下の基板121との間で平行な細長いレンチキュラ形状を呈する。逆レンズ構造127の表面及び液晶材料に接触する下の基板121には、さらに、液晶材料を整列させるための配向層(図示せず)が提供される。
【００６０】
図5は、電極123, 125に電位が印加されないときのアレイを示す。この状態では、特定の偏光の光に対する液晶材料129の屈折率は、逆レンズアレイ127のそれより実質的に高く、したがって、レンチキュラ形状は、図示されるように、光出力指向機能(すなわちレンズ作用)を提供する。
【００６１】
図6は、約50〜100ボルトの交流電位が電極123, 125に印加されたときのアレイを示す。この状態では、特定の偏光の光に対する液晶材料129の屈折率は、逆レンズアレイ127のそれと実質的に同じであり、図示されるように、レンチキュラ形状の光出力指向機能は打ち消される。したがって、この状態では、アレイは、事実上「通過」モードで作用する。
【００６２】
液晶材料が複屈折性であり、屈折率切り替えが特定の偏光の光に対してのみ与えられるので、光偏光手段が上記のアレイと共に用いられる必要があることを当業者は認識する。光偏光手段は、表示パネル又は装置の画像形成配置の一部として提供されることができる。
【００６３】
図7は、上述のようなレンチキュラ型画像形成配置の動作原理を示し、バックライト130、LCDのような表示装置134及びレンチキュラ・アレイ138を示す。
【００６４】
図5及び6に示される装置の製造は、レプリカ・レンチキュラを用い、それは、生産設備において標準的ではない機器を必要とする。したがって、横方向に制御される屈折率分布型レンズ機能を有する上述のビーム成形装置の使用は、製造プロセスを単純化する。
【００６５】
ビーム成形装置がレンチキュラ・レンズを実現するために用いられるとき、(レンズ形状がレンズ幅にわたって定められるように)電極は細長いレンズ軸と平行に走る。
【００６６】
上で述べたように、レンズごとに複数の電極が要求され、１セットの電圧が電極に印加されることが既に認識されている。電圧の同じセットが各々のレンチキュラ・レンズの電極のセットに印加されることができ、WO2008/126049は、図8に示されるように、電圧ライン140のバス上に電極のセットを提供することによって電極に対する電圧の供給を単純化することを提案する。
【００６７】
図8は、0.38mm幅の各々の円柱レンズが23の異なる電圧によって駆動されるレイアウトの一部を示す。図は４つの円柱レンズの部分を示し、それぞれが上下方向に走る23個のITO電極によって覆われる。電圧のセットは、あるレンチキュラ・レンズの電極に対して、隣接するレンチキュラ・レンズの電極とは逆の順序で印加される。これは、バス140と電極ライン142との間に示されるタップポイントの三角形の接続パターンを与える。
【００６８】
オフ状態において、液晶分子は、電極に対して垂直に整列される。
【００６９】
この設計において、等しい幅の電極が用いられる場合、そして、正しい電界分布を得るために数十もの電極が用いられなければならない場合、これは、電極の幅が狭いことを意味する。同様に、何百ものレンズ及びしたがって何千もの電極が必要とされる。実際には、これは、製造上の問題(例えば電極間の短絡の発生)につながる。それはさらに、レンズを横切る光の回折につながり、レンズの光学品質をある程度損なう。
【００７０】
単純化されたアプローチは、Hyung Ki Hong et al., "Autostereoscopic 2D/3D switching Display using Electric-field driven LC lens ( ELC lens)", SID 08, p.348 (paper 026), 2008 及び Hyung Ki Hong et al., "Electric-field-driven LC lens for 3-D/2-D autostereoscopic display", JSID 17, p.399, 2009に開示される。
【００７１】
ＧＲＩＮレンズの断面が図9に示される。これは、２つの隣接するレンズの右半分及び左半分をそれぞれ示す。LC150の層は、基板152とカバー154との間にはさみ込まれる。カバー154は、接地電位における均一な電極を有する。基板152は、電極156,158の２つの層を有する。LC層に最も近い層156は、比較的高い電位における細い電極を有する。LC層からさらに間隔をおいて配置される層158は、比較的低い電位における幅広い電極を有する。電極は、図面に対して垂直に向きを定められる。
【００７２】
LC材料は、ネマティック型である。オフ状態において、液晶分子は、電極に対して平行に(すなわち図面に対して垂直に)向きを定められる。LC層と接触するアライメント層のラビング方向は図面に対して垂直である。
【００７３】
この方法は間に誘電層を有する電極の２つの層を有する基板に依存し、それはさらに製造の方法を複雑にする。
【００７４】
本発明は、少数の電極を有し、駆動電極が全て１つの面にあるＧＲＩＮレンズ設計を提供する。さらにこれは、レンズの光学品質を損なわない。
【００７５】
本発明は複数の例を提供する。これらの例のいくつかは、(オフ状態において液晶分子が電極に平行に向きを定められる)図9の配置と比較して簡略化されたレイアウトであるとみなされることができ、他の例は、(オフ状態において液晶分子が電極に対して垂直に向きを定められる)図8の配置と比較して簡略化されたレイアウトであるとみなされることができる。
【００７６】
本発明による第１の実施の形態は、図10及び11を参照して説明される。
【００７７】
図9の例にあるように、（電極にわたる電圧がない）オフ状態において、液晶分子は、電極と平行に(すなわち図10の上図において図面に対して垂直に)向きを定められる。
【００７８】
レンズ構造は、電極の１つの層160を含む。各々のレンズに対して、比較的高い電位の１つの細い電極162及び比較的低い電位の２つの幅広い電極164が存在する。考えられる電圧の例が図10(及び下の図12)に示されるが、使用されるLC材料によって電圧が決まるので、これは、制限的なことを意図しない、LC層は大体50μmの厚さを有することができ、そしてレンズ幅は大体200μmである。図面の中央は２つの隣接するレンズの境界であり、細い電極がこの境界にあって、境界の各々の側のレンズ間で共有される。図10下図において、シミュレーション結果が示される。
【００７９】
図10はさらに、面内電極160に対してLC層166の反対側の、この例では接地される対向電極165を示す。
【００８０】
レンズに沿った横方向位置に対する有効屈折率が(所望のパラボラ166'に近い)プロット166として示され、(所望の直線168'に近く、良好な光学品質を示す)プロット168は、横方向に対する屈折角度を示す。
【００８１】
図11において、電極レイアウトの平面図が示される。垂直点線は、個々のレンズの境界を示す。PLはレンズのピッチを示す。レイアウトは単純であり、電極が交差することを必要としない。
【００８２】
各々のレンズの中央近くの２つの隣接した幅広い電極164は同じ電位にあるが、それらは１つの非常に幅広い電極に組み合わせられない。それらの間のギャップが光学性能を改善することが分かった。したがって、各々のレンズ・ユニットの中央に最も近い隣接した電極は、同じ電位にあって、ギャップによって分割される。
【００８３】
本発明による第２の実施の形態は、図12及び図13を参照して説明される。
【００８４】
第１の実施の形態において、２種類のみの電極を有する電極の１つの層を備える基板は、妥当な光学品質を有するＧＲＩＮレンズを得るために十分である。光学品質は、２種類を超える電極を用意することによって改善されることができる。３種類の電極を有するレイアウトが図12及び13に示される。このレイアウトはより良好な光学品質を与えるが、いくつかの電極は交差する必要がある。
【００８５】
図12のレイアウトでは、各々のレンズに対して、レンズ境界の細い高電位電極162及び４つの中央電極が存在する。(レンズ境界に最も近い)外側の２つの164aはより低い印加電圧を有し、(レンズ中央に最も近い)中央の２つの164bは最も低い印加電圧を有する。図13に示されるように、アドレス指定のための３本のライン170が存在する。これらのラインは全て片側にあるか又は２つの側に分散されることができる。さらに、冗長性のために、それらは、両側で同様でありえる。
【００８６】
第１の実施の形態の場合のように、各々のレンズの中央近くの２つの隣接した電極164bは同じ電位に駆動されるが、それらは１つの非常に幅広い電極に組み合わせられない。このレイアウトは、交差するラインが必要とされるので、電圧源ライン170への接続を行うためにビア171を必要とする。
【００８７】
本発明による第３の実施の形態は、電極レイアウトの平面図を示す図14を参照して説明される。
【００８８】
この実施の形態は、図8の例と比較して単純化された電極のレイアウトを定めるものと考えられる。等しい幅の多くの電極を有する代わりに、異なる幅を有する少ない電極が提供される。
【００８９】
図14のレイアウトにおいて、ここでも３種類の電極、したがって、アドレス指定のための３つのライン170が存在する。レンズの中央からレンズの境界へ向けて、電極の幅は増加し、中央により細い電極が存在する。この場合には、１つの中央電極があり、一対の側方電極が続き、境界における一対の電極が続く。
【００９０】
理想的には、図15において点線で表されるように、レンズの幅に沿った電圧分布は放物形を有する。
【００９１】
V(x)をレンズの幅に沿った電圧分布であるとする(レンズの中央がx=0に対応する)。理想的には、
0005841131.tif 000002
である。
【００９２】
ここでcは定数である。レンズの境界内で、この曲線は、複数の電極に対応する複数の領域に分割される。
【００９３】
Vi及びSiをそれぞれ電極iに対する印加電圧及び電極iの幅であるとする。理想的な電圧分布の微分が小さい位置では、電極を幅広くすることができる。微分が大きい位置では、電極は細くなければならない。
【００９４】
(図15を参照した)近似によって、Viは、電極iによって占有される領域内の平均電位
0005841131.tif 000003
でなければならない。
【００９５】
上述の変更及び実施の形態は本発明を制限ではなく説明し、当業者は、添付の請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲で多くの他の実施例を設計することが可能であることが留意されるべきである。
【００９６】
上記実施例において、ディスプレイは、マルチビュー・モードにおいて自動立体視表示装置として機能するように構成される。マルチビュー表示装置の他の実施の形態において、マルチビュー・モードにおいて少なくとも２人の異なる観察者に少なくとも２つの異なるビューを提供し、シングルビュー・モードにおいて、本発明によるディスプレイの先だって記載された自動立体視実施例のシングルビュー・モードと同様に機能するように、ディスプレイが構成されることができる。したがって、例えば、車両又は航空機のドライバ/パイロット及び副ドライバ/副パイロットが、それぞれ、トラフィック・データ及び非トラフィック・データ(例えば動画又はその他)を提供されることができる。そのようなディスプレイの詳細な説明は例えば国際特許出願PCT/IB03/03844において提供され、その内容は参照として組み込まれる。この国際出願は、パララックス・バリアを有する又はレンチキュラ・アレイを有するデュアルビュー・ディスプレイを提供する。その出願の内容を繰り返す必要もなく、PCT/IB03/03844におけるレンチキュラ・アレイを有するディスプレイに関する実施の形態の記載は、ピクセル寸法及びレンチキュラ設計の関係に関してデュアルビュー表示をどのように構成するかの例を提供する。本発明のデュアルビュー・ディスプレイに到着するために、PCT/IB03/03844のディスプレイのレンチキュラは、本発明の調節器に置き換えられる必要があり、調節器レンチキュラの寸法は、PCT/IB03/03844のディスプレイの関連する実施の形態のための記載に適合するように選択される。したがって、対応するレンチキュラ・レンズ領域が、記載されるように、そしてPCT/IB03/03844のディスプレイのために必要であるようにレンチキュラ・レンズに対応するように、本発明の配置の電極は選択される必要がある。
【００９７】
上述のように、本発明はLCD表示パネルを用いて説明された。しかしながら、表示ピクセル素子を有する任意の他のパネルが用いられることができる。その場合、発光ダイオード(LED)パネル又は有機発光ダイオード(OLED)パネルが用いられることができる。スイッチング配置が偏光した光に対して動作する場合、無偏光を提供する表示パネル(例えばLED又はOLEDパネル)の光を偏光させるために偏光子が用いられることができる。例えば、液晶層におけるブルー相液晶材料を用いることにより、スイッチング配置が非偏光を用いて動作する場合、無偏光を提供する表示パネルが用いられるとき、追加的な偏光子は省略されることができる。ブルー相材料に関するより更なる詳細については、未公開の欧州特許出願09161377.8（内部整理番号PH012922EP1)が参照され、この文献は参照として本明細書に組み込まれる。
【００９８】
請求の範囲において、括弧間に配置される任意の参照符号は、請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。「有する」「含む」などの用語は、請求の範囲において挙げられたもの以外の要素又はステップを除外しない。単数で表わされた要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一のアイテムによって実施されることができる。単に、ある手段が相互に異なる従属請求項中に述べられているからといって、利益を得るためにこれらの手段の組み合わせを用いることができないことを意味しない。
【図１ａ】
0005841131.tif 000004
【図１ｂ】
0005841131.tif 000005
【図１ｃ】
0005841131.tif 000006
【図２ａ】
0005841131.tif 000007
【図２ｂ】
0005841131.tif 000008
【図３ａ】
0005841131.tif 000009
【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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