【手続補正書】
【提出日】令和2年10月5日(2020.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを２次元アレイ配置したマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズと各々対をなす複数の画素ユニットを２次元アレイ配置した表示素子と、を備えた表示部を含み、
前記画素ユニットの各々は、複数の画素を有し、
前記画素の各々は、マイクロＬＥＤを含む
ことを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
前記表示素子と前記マイクロレンズアレイとの間の距離は、前記マイクロレンズの焦点距離と等しく設定されている事を特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記画素ユニットに属する前記複数の画素は、前記画素ユニットと対をなす前記マイクロレンズを通して、各々異なる方向に向けて光を放出することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記画素ユニットに含まれる画素数をＮとすると、前記表示部の輝度が、（１０００／Ｎ）ｃｄ／ｍ２より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記マイクロＬＥＤは、前記画素の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記マイクロＬＥＤは透明樹脂からなる画素レンズに覆われていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記画素ユニットの中央部の画素と、最外周に位置する画素では、前記画素レンズの形状が異なる事を特徴とする請求項６に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記画素ユニットは、複数の前記画素のうち少なくとも最外周に位置する前記画素の前記画素レンズの光軸が、前記画素ユニットと対をなす前記マイクロレンズの中心に向いていることを特徴とする請求項６又は７に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記表示部は、１つの前記マイクロレンズと、１つの前記画素ユニットとからなる表示ユニットを複数備え、
隣合う前記表示ユニット間は、光吸収材を含む隔壁により互いに隔てられていることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記画素は、赤色の光を発する前記マイクロＬＥＤと、緑色の光を発する前記マイクロＬＥＤと、青色の光を発する前記マイクロＬＥＤと、の少なくとも３個の前記マイクロＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
３個の前記マイクロＬＥＤのうち、赤色の光を発する前記マイクロＬＥＤは、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
３個の前記マイクロＬＥＤのうち、緑色の光を発する前記マイクロＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の立体表示装置。
【請求項１３】
３個の前記マイクロＬＥＤのうち、青色の光を発する前記マイクロＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の立体表示装置。
【請求項１４】
前記表示素子は基板を含み、前記マイクロＬＥＤと、前記マイクロＬＥＤを点灯させる為の電流を供給するマイクロＬＥＤ駆動回路が、画素配線によって結線されて、前記基板に実装されている事を特徴とする請求項１から１３の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１５】
前記基板の表面には、光を吸収する樹脂層が配置されている事を特徴とする請求項１４に記載の立体表示装置。
【請求項１６】
前記表示素子において、隣接する前記画素ユニットの中心を結ぶ線は、正三角形をなす様に配置されている事を特徴とする請求項１から１５の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１７】
前記画素ユニットにおいて、前記２次元アレイの一方の方向であるＸ方向に配置される前記画素の数は、前記２次元アレイの他方の方向であるＹ方向の中央部が最も多く、前記中央部から離れるにつれて減少する事を特徴とする請求項１から１６の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１８】
前記画素ユニットの外周部には、前記画素が配置されていない領域を有する事を特徴とする請求項１から１７の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１８の何れか一項に記載の立体表示装置と、前記立体表示装置により生成された立体像を空中に表示する反射光学素子と、を備えたことを特徴とする空中立体表示装置。
【請求項２０】
前記反射光学素子が２面コーナーリフレクタアレイを含む事を特徴とする請求項１９に記載の空中立体表示装置。
【請求項２１】
前記反射光学素子が再帰反射フィルムを含む事を特徴とする請求項１９に記載の空中立体表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】立体表示装置、及び空中立体表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像を表示する立体表示装置、及び空中立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な角度から立体像を見ることができる立体表示技術として、例えば、インテグラルイメージング技術（インテグラル・フォトグラフィ技術）が知られている。インテグラルイメージング技術は、フラットパネルディスプレイとレンズアレイとを組み合わせた構成であり、フラットパネルディスプレイの各ピクセルから発せられた光を、レンズにより偏向することで、水平視差と、垂直視差とを生じさせている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、特殊な反射光学素子を使って、空中に立体像を表示させる技術が提案されており、例えば、２面コーナーリフレクタアレイ（Dihedral Corner Reflector Array：ＤＣＲＡ）と言う反射光学素子を用いているものがある（例えば、特許文献１参照）。これらの
技術では、対象物の上にＤＣＲＡを配置することで、ＤＣＲＡの上部空間に、対象部を、空中に浮遊している様に表示させることができる。
【０００４】
また、上述のインテグラルイメージング技術と、反射光学素子を用いた技術と、を組み合わせて、空中に対象物を立体的に表示する立体表示装置も製品化されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０−１３１６２２（２０１０年１１月１８日公開）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】高木康博、「３Ｄディスプレイ技術：裸眼からホログラフィーまで」、ディスプレイ技術年鑑２０１２、日経ＢＰ社
【非特許文献２】Ashley Carman、「The HoloPlayer One lets you interact with 3D holograms」、２０１７年１１月２１日、The Verge、［２０１８年１月２４日検索］、インターネット＜URL：https://www.theverge.com/circuitbreaker/2017/11/21/16681580/holoplayer-one-looking-glass-holograms＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のインテグラルイメージング技術や、反射光学素子を用いた立体表示では、光学部材によって光を屈折、分散、又は反射させることによってユーザの目に届く光の量が、一般的なフラットパネルディスプレイの表示像より少なくなり、表示された画像が暗くなってしまうという問題がある。
【０００８】
従来のインテグラルイメージング技術のように、バックライトを用いて画素を発光させる構成では、暗さを克服する為には、バックライトの発光強度を上げなければならない。しかしながら、バックライトの発光強度を上げることは、大幅な電力消費量の増加、及び、バックライトのコストの増大につながる。
【０００９】
本発明の一態様は、上述した事情を鑑みてなされてものであり、立体像を効率よく明るく表示することができる立体表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る立体表示装置は、複数のマイクロレンズを２次元アレイ配置したマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズと各々対をなす複数の画素ユニットを２次元アレイ配置した表示素子と、を備えた表示部を含み、前記画素ユニットの各々は、複数の画素を有し、前記画素の各々は、マイクロＬＥＤを含む構成である。
【００１１】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る空中立体表示装置は、前記の立体表示装置と、前記立体表示装置により生成された立体像を空中に表示する反射光学素子と、を備えた構成である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、立体像を効率よく明るく表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る立体表示装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】表示部の上面図である。
【図３】図２に示した表示部のＡ−Ａ断面図である。
【図４】画素の上面図である。
【図５】図４に示した画素のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】実施形態２に係る表示部の構成を模式的に示す図である。
【図７】実施形態３に係る空中立体表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】実施形態４に係る空中立体表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】実施形態５に係る表示素子の構成を模式的に示す図である。
【図１０】実施形態６に係る表示部の構成を模式的に示す図である。
【図１１】実施形態７に係る表示部の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。
【００１５】
（立体表示装置１００の全体構成について）
図１は、本発明の実施形態１に係る立体表示装置１００の全体構成を模式的に示す図である。図１に示す様に、立体表示装置１００は、表示部６０、駆動回路７０、コンピュータ８０を含んでいる。
【００１６】
コンピュータ８０は、コンピュータ８０に有線接続又は無線接続された外部の画像サーバ等の外部システム９０から画像データを取得する。また、コンピュータ８０は、例えばコンピュータグラフィック技術により画像データを生成可能に構成されていてもよい。コンピュータ８０により、生成又は外部システム９０から取得される画像データは、物体を複数の互いに異なる方向から表したイメージデータである。詳細については後述するが、立体表示装置１００は、当該画像データを立体（３Ｄ）表示することができる装置である。
【００１７】
駆動回路７０は、コンピュータ８０により生成又は取得された画像データに基づいて、表示部６０の各画素に発光量を伝達することで、表示部６０を発光させ、立体像を表示させる。
【００１８】
なお、コンピュータ８０、及び駆動回路７０は、公知の種々の技術を用いて構成することができるものであるため、本実施形態では、表示部６０について主に説明する。
【００１９】
（表示部６０の構成について）
図２は、表示部６０の上面図である。図３は、図２に示した表示部６０のＡ−Ａ断面図である。図２及び図３に示すように、表示部６０は、マイクロレンズアレイ５０と、表示素子１０とを含んでいる。
【００２０】
マイクロレンズアレイ５０は、複数のマイクロレンズ５５を含み、これらの複数のマイクロレンズ５５が、２次元アレイ配置されて構成されている。マイクロレンズアレイ５０は、例えば４３０×２７０個のマイクロレンズ５５から構成されている。なお、マイクロレンズアレイ５０が含むマイクロレンズ５５の数は、数十から数千まで、適宜選択することができ、本実施形態はその数に限定されるものではない。
【００２１】
表示素子１０は、基板５と、複数の画素ユニット１１を含み、これらの複数の画素ユニット１１が、基板５の表面に２次元アレイ配置されて構成されている。表示素子１０の複数の画素ユニット１１は各々、マイクロレンズアレイ５０のマイクロレンズ５５と対をなしている。
【００２２】
画素ユニット１１は、複数の画素１２を有しており、画素１２はマイクロレンズ５５に対向している。図１及び図２には、各画素ユニット１１が、５行５列、計２５個の画素１２を備えている例を示しているが、画素ユニット１１が備える画素１２の数は２個以上であれば良く、画素ユニット１１内での画素１２の配置パターンは、行列状に限らず、種々のパターンが可能である。
【００２３】
図３に示す様に、マイクロレンズアレイ５０と、表示素子１０との間の距離は、マイクロレンズ５５の焦点距離ｆと等しく設定されている。従って、画素１２が発する光は、マイクロレンズ５５によって集光され、マイクロレンズ５５を透過すると、互いに平行な光として、発散する事無く、一定方向に放射される。その進行方向は次の様に計算できる。マイクロレンズ５５の光軸と、画素ユニット１１との交点を原点として、画素１２の座標を（Ｘａ，Ｘｂ）とすると、画素１２が発する光は、マイクロレンズ５５の光軸に対して、Ｘ方向にθｘ、Ｙ方向にθｙに進む。ここで、ｔａｎθｘ＝−Ｘａ／ｆ、ｔａｎθｙ＝−Ｙｂ／ｆ、である。従って、視域は、画素ユニット１１の中心から、最外周の画素までの距離と焦点距離ｆによって決まる。
【００２４】
このように、立体表示装置１００の表示部６０では、画素１２が各々、（θｘ、θｙ）の方向、つまり互いに異なる方向に向けて光を放出する。従って、ユーザが、表示部６０を見る方向を変えると、見られる画素１２が変化する。このため、画素１２がそれぞれ対応する方向から見た対象物の光信号を正しく表示することにより、観察者は視点を変える事で、自然な立体像を認識する事ができる。
【００２５】
（画素１２の構成について）
図４は、画素１２の上面図である。図５は、図４に示した画素１２のＢ−Ｂ断面図である。図４、及び図５に示すように、画素１２の各々は、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６を含んでいる。また、画素１２の各々は、赤色の波長帯の光を発する赤発光マイクロＬＥＤ１４と、緑色の波長帯の光を発する緑発光マイクロＬＥＤ１５と、青色の波長帯の光を発する青発光マイクロＬＥＤ１６と、の少なくとも３個のマイクロＬＥＤ１４，１５，１６を含んでいても良い。このように、本実施形態のインテグラルイメージング技術を用いた立体表示装置１００では、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６を画素に含む表示装置１０が、表示部６０に用いられている。
【００２６】
画素１２は、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、青発光マイクロＬＥＤ１６、及び、これらを点灯させる為の電流を供給するマイクロＬＥＤ駆動回路３が、画素配線２２によって結線されて、基板５に実装されている。また、画素１２は、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６を覆う画素レンズ１７を備えている。
【００２７】
基板５は、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６が表面の搭載された後、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６の表面を除く基板５の表面全体に、光を吸収する樹脂層が塗布されている構成であるのが望ましい。光を吸収する樹脂層は、例えば、黒色顔料やカーボンブラック等を混合した樹脂材料等である。
【００２８】
これにより、マイクロレンズ５５の底面で反射された光や、画素レンズ１７から漏洩した光等の迷光を基板５の表面で吸収することができる。よって、表示される画像のコントラストを向上する事ができる。なお、光を吸収する樹脂層の塗布は、画素レンズ１７形成後に行っても良い。
【００２９】
赤発光マイクロＬＥＤ１４は、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体であるのが望ましい。また、緑発光マイクロＬＥＤ１５は、ＩｎＧａＮ系化合物半導体であることが望ましい。また、青発光マイクロＬＥＤ１６は、ＩｎＧａＮ系化合物半導体であることが望ましい。このように、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６にＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体やＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いることで、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６の消費電力を抑えることができる。更に、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体の赤発光マイクロＬＥＤ１４は、ピーク波長６３０ｎｍ程度で発光させる事ができる為、赤色純度が高く、カラー画像の色域を広げる事が出来る。ＩｎＧａＮ系化合物半導体の緑発光マイクロＬＥＤ１５は、ピーク波長５２５ｎｍ付近で発光させる事ができる為、緑色純度が高く、カラー画像の色域を広げる事が出来る。同様に、ＩｎＧａＮ系化合物半導体の青発光マイクロＬＥＤ１６は、ピーク波長４６０ｎｍ付近で発光させる事ができる為、青色純度が高く、カラー画像の色域を広げる事が出来る。
【００３０】
マイクロＬＥＤ駆動回路３は、列信号線２５、行選択線２３、及び電源線２４によって、上述した駆動回路７０と接続されている。なお、列信号線２５、行選択線２３、及び電源線２４は、画素配線２２と同じ構成を有する配線であっても良いし、別の配線層を用いていても良い。赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６は、マイクロＬＥＤ駆動回路３から供給される電流量に応じた輝度で発光する。
【００３１】
赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６の大きさは、画素１２の大きさに比較して小さい。そのため、画素１２における赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６の配置の自由度は大きい。しかしながら、図３に示す様に、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６は、画素１２の中央部に、互いに近接して配置されているのが望ましい。
【００３２】
画素１２内でのマイクロＬＥＤ１４，１５，１６の配置位置は、マイクロレンズ５５から出射される光の方向に影響する。例えば、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６が互いに離れた位置に配置されると、ユーザが表示部６０を見る角度によって、Ｒ（赤色の波長帯の光）、Ｇ（緑色の波長帯の光）、Ｂ（青色の波長帯の光）の配色が、設定した値からずれてしまう場合がある。このため、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６は、出来る限り互いに近接した位置に配置されているのが好ましい。
【００３３】
このように、画素１２は、赤発光マイクロＬＥＤ１４と、緑発光マイクロＬＥＤ１５と、青発光マイクロＬＥＤ１６と、を備えている。マイクロＬＥＤ１４，１５，１６は、発光効率が高く、且つ、無機物の結晶によって構成される為、高電流で駆動しても、長期間安定して使用する事ができる。よって、効率よくマイクロＬＥＤ１４，１５，１６のそれぞれから高輝度の光を放出させることができ、画素１２が各々異なる方向に向けて光を放出し、一部の画素１２からの光しかユーザの目に届かない場合であっても、立体画像を明るく表示することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６にそれぞれ自発光するＬＥＤを用いた。しかしこれに限らず、近紫外又は紫外発光のＬＥＤと、蛍光体、量子ドット、量子井戸膜のような波長変換材料を組み合わせて、赤、緑、青の各色の光を発光させるマイクロＬＥＤを用いてもよい。また、青色を発光するＬＥＤに、波長変換材料を組み合わせて、赤色や緑色を発光するＬＥＤを実現する構成であっても良い。また、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６のサイズは、それぞれの発光効率を考慮して、それぞれ変更することができ、互いに異なるサイズであってもよい。
【００３５】
画素レンズ１７は、透明樹脂から形成され、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６を内部に閉じ込めるように、これらのマイクロＬＥＤ１４，１５，１６を覆っている。画素レンズ１７は、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６のそれぞれから放出される光を混合する効果を有している。これにより、画素レンズ１７は、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６のそれぞれから放出された３色の光が、一点から放出されたかのように見せることができる。
【００３６】
また、画素レンズ１７は、先端部が凸レンズ形状に形成されている。これにより、画素レンズ１７は、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６からの光を集中させてマイクロレンズ５５に入射させることができるとともに、隣接する画素ユニット１１への光の漏出を低減することができる。
【００３７】
このように、本実施形態の立体表示装置１００では、効率よくマイクロＬＥＤ１４，１５，１６からの光を利用して表示部６０の輝度を向上させることができる。例えば、表示部６０は、これらの構成により、輝度を（１０００／Ｎ）ｃｄ／ｍ２よりも大きくするこできる。よって、表示部６０は、立体像を明るく表示することができるとともに、立体像の画質の向上を図ることができる。尚、Ｎは画素ユニット１１に含まれる画素１２の個数である。
【００３８】
なお、画素１２の光放出点は、各マイクロＬＥＤ１４，１５，１６ではなく、画素レンズ１７の先端部となる。このため、マイクロレンズアレイ５０は、画素レンズ１７の先端部からの距離が焦点距離ｆと等しくなる位置に設置されているのが望ましい。
【００３９】
（立体表示装置１００の特性について）
発明者らは、以下に示す構成の立体表示装置１００について、実際に輝度を評価した。・マイクロレンズアレイ５０の構成
・マイクロレンズ５５の配置ピッチはＸ方向、Ｙ方向共に、５００μｍ
・マイクロレンズ５５の焦点距離ｆは５００μｍ
・マイクロレンズ５５の数は２５６×１９２個
・画素ユニット１１の構成
・画素１２の数は、７行７列の４９個（Ｎ＝４９）
・４９個の画素１２の配列中心は、マイクロレンズ５５の光軸上
・画素１２のピッチは、Ｘ方向、Ｙ方向共に、６０μｍ
・視域はＸ方向、Ｙ方向共に、±１９．８度
・最外周の画素１２とマイクロレンズ５５の端部直下との間に、７０μｍのスペース・画素１２の構成
・画素１２の中心に、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、青発光マイクロＬＥＤ１６を配置
・いずれのマイクロＬＥＤも、片面に、Ｐ側、Ｎ側の２個の電極を配置しており、フリップチップボンド接続で、基板５上の画素配線２２によって、マイクロＬＥＤ駆動回路３と接続されており、それぞれ所定の電圧で、電流を供給され発光する。
・赤発光マイクロＬＥＤ１４の構成
・ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体製のマイクロＬＥＤチップ
・大きさ１５μｍ×１５μｍ
・高さ１０μｍ
・電圧２．５Ｖ、電流１μＡでの光出力０．７５μＷ、
・発光ピーク波長６３０±５ｎｍ
・緑発光マイクロＬＥＤ１５の構成
・ＩｎＧａＮ系化合物半導体製のマイクロＬＥＤチップ
・大きさ１５μｍ×３０μｍ
・高さ８μｍ
・電圧３．１Ｖ、電流１μＡでの光出力０．７５μＷ
・発光ピーク波長５２５±４ｎｍ
・青発光マイクロＬＥＤ１６の構成
・ＩｎＧａＮ系化合物半導体製のマイクロＬＥＤチップ
・大きさ１５μｍ×１５μｍ
・高さ８μｍ
・電圧３．０Ｖ、電流１μＡでの光出力０．９μＷ
・発光ピーク波長が４６０±５ｎｍ
・基板５の構成
・アルミニュウム合金の金属板をベースに用い、その上に絶縁層を設けた上に、２層の銅配線を設けた
・１層目配線は列信号線と電源、及びＧＮＤ
・２層目配線は行選択線
・列側の端部に列信号出力回路、行側端部に行選択回路を実装
・赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、青発光マイクロＬＥＤ１６、及びマイクロＬＥＤ駆動回路３は、画素配線２２を形成した別のフレキシブル基板（インターポーザー基板）に搭載した後、２層配線の上に貼り付けた
・画素配線２２と２層目配線は、フレキシブル基板に設けたスルーホールを介して接続
・画素レンズ１７の構成
・基板５上にマイクロＬＥＤ１４，１５，１６を搭載した後に形成
・直径５３μｍ
・高さは５０μｍ
・上部は半径３０μｍの半球状
・基板５の表面から高さ２０μｍの所までは、円柱状
・金型に基板５を装着し、透明なシリコーン樹脂を注入して、一斉形成
・表示部６０の構成
・基板５の表面に画素レンズ１７を形成した後、基板５の上部にマイクロレンズアレイ５０を設置
・基板５の表面の複数箇所に柱を設けてマイクロレンズアレイ５０を支持
・柱の高さは焦点距離ｆ＝５００μｍより３５μｍ高くした
このように構成した、立体表示装置１００において、赤発光マイクロＬＥＤ１４、緑発光マイクロＬＥＤ１５、及び青発光マイクロＬＥＤ１６に対して、それぞれ１．１μＡ、２．２５μＡ、１．１μＡの電流を流して、全点灯させた。この時、立体表示装置１００の中央部から１ｍ離れた距離から観察した表示部６０の輝度は、９３０Ｃｄ／ｍ２であった。また、この時の消費電力は３５Ｗであった。
【００４０】
これは、表示部６０の全画面を白色点灯している状態であり、通常の表示状態における消費電力は、これより低くなる。また、上記条件における立体表示装置１００の消費電力の値は、通常の液晶ディスプレイの消費電力と同程度である。
【００４１】
通常の平面ディスプレイ用の液晶ディスプレイとマイクロレンズアレイを組み合わせて、インテグレーションイメージング技術による立体表示を行った場合には、このような高輝度を実現する事は出来ない。例えば、比較的輝度が高い、１０００Ｃｄ／ｍ２の７インチフルハイビジョン液晶モニタを用いて、上記マイクロレンズアレイ５０を組み合わせ、インテグレーションイメージング技術を適用した場合の輝度は２０Ｃｄ／ｍ２（≒１０００ｃｄ／ｍ２／Ｎ）であった。この様に従来の平面ディスプレイを用いたインテグレーションイメージング技術による立体表示では、表示部の輝度は（１０００／Ｎ） ｃｄ／ｍ２であるのに対して、本実施形態に係る表示部によれば、それより遥かに大きな輝度を実
現できる。
【００４２】
このように、発明者らによる評価によれば、本実施形態のマイクロＬＥＤ１４，１５，１６を用いた立体表示装置１００では、発光効率が非常に高く、通常の平面型ディスプレイと同程度の輝度を、無理なく実現することができる。
【００４３】
また、発明者らは、画素レンズ１７の効果を評価する為、画素レンズ１７を設けないタイプの立体表示装置を作製し、輝度を評価した。画素レンズ１７を備えない立体表示装置では、表示部６０を正面から見た場合の輝度は８７０Ｃｄ／ｍ２であった。これは、画素レンズ１７を備える立体表示装置１００に比べて若干輝度が低下していた。また、画素レンズ１７を設けないタイプの立体表示装置では、視域の端に近い位置では、輝度が大きく低下した。画素レンズ１７を有するタイプの立体表示装置１００では、視域の端に近い位置でも、表示部６０の正面における輝度に対して、７０％程度の輝度を保っていた。しかしながら、画素レンズ１７を設けないタイプの立体表示装置では、視域の端に近い位置では、表示部６０の正面における輝度に対して、５０％輝度が低下した。このように画素レンズ１７によって、視域内での輝度分布を大幅に改善する事ができることが確認された。
【００４４】
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００４５】
図６は、実施形態２に係る表示部１６０の構成を模式的に示す図である。図６に示すように、表示部１６０は、１つのマイクロレンズ５５と、１つの画素ユニット１１とからなる表示ユニット１６５を複数備えている。また、表示部１６０は、隣合う表示ユニット１６５間に設けられ、マイクロレンズ５５の焦点距離ｆに亘って延びる隔壁１７０を備えている。
【００４６】
隔壁１７０は、光吸収材を含む材料から形成されている。隣合う表示ユニット１６５間は、隔壁１７０により互いに隔てられている。このように、隔壁１７０は、１つの表示ユニット１６５の画素ユニット１１より発せられた光が、隣接する表示ユニット１６５に漏れることにより、他の表示ユニット１６５のマイクロレンズ５５に入射するのを防ぐものである。
【００４７】
隔壁１７０は、図示は省略するが、上面視では各マイクロレンズ５５の外周を囲う、四角形状をしている。隔壁１７０は、マイクロレンズ５５の下面から、対応する画素ユニット１１の基板５までの空間を仕切る構成であるのが最も好ましい。これにより、隔壁１７０は、表示素子１０と、マイクロレンズアレイ５０との間の距離を均一に保つことにも寄与する。
【００４８】
このように、実施形態２の表示部１６０は、隣合う表示ユニット１６５間が隔壁１７０により互いに隔てられているため、隣接する画素ユニット１１間での光の漏出がなく、立体像の画質の向上を図ることができる。
【００４９】
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１または２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００５０】
この実施形態３では、実施形態１または２に記載した立体表示装置１００を備え、立体表示装置１００により生成された立体像を空中に表示する空中立体表示装置３００について説明する。
【００５１】
図７は、実施形態３に係る空中立体表示装置３００の構成を模式的に示す図である。図７に示すように、空中立体表示装置３００は、立体表示装置１００と、反射光学素子３８０と、を含んでいる。反射光学素子３８０は、立体表示装置１００により生成された立体像を空中に表示するための光学部材であり、本実施形態では、ＤＣＲＡ（Dihedral Corner Reflector Array：２面コーナーリフレクタアレイ）を反射光学素子３８０として用いている。
【００５２】
空中立体表示装置３００は、例えば、水平面（Ｘ−Ｙ面）に平行に配置された表示部６０と、表示部６０に対して略４５度傾斜させて配置された反射光学素子３８０とを備えている。立体表示装置１００と、反射光学素子３８０は、Ｙ方向に平面状に伸び、立体表示装置１００によって形成された立体像は、反射光学素子３８０によって空中に空中浮遊立体像３１０として表示される。空中浮遊立体像３１０は、Ｙ−Ｚ面に広がって表示される。
【００５３】
空中立体表示装置３００では、ユーザは、水平方向から目視することで、反射光学素子３８０によって空中に形成された空中立体浮遊像３１０を見ることができる。また、空中立体表示装置３００では、ユーザは、視域内のどの方向から見ても、空中立体浮遊像３１０を視認することができるように構成されている。
【００５４】
（空中立体表示装置３００の特性について）
発明者らは、実施形態１で説明した立体表示装置１００の構成と同様の構成で、空中立体表示装置３００についても同様に評価を行った。この評価によれば、空中立体表示装置３００の輝度は、５３０Ｃｄ／ｍ２であった。これらは、立体表示装置１００に比べて、４３％程度暗くなっている。しかしながら、通常の屋内用平面ディスプレイ並みの輝度は、無理なく実現出来ていた。なお、空中立体表示装置３００での輝度低下は、主に反射光学素子３８０による反射ロスによるものである。これは、反射光学素子３８０の開口率を上げる事で、改善することができる。
【００５５】
〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１から３で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００５６】
この実施形態４では、実施形態１または２に記載した立体表示装置１００を備え、立体表示装置１００により生成された立体像を空中に表示する空中立体表示装置４００について説明する。
【００５７】
図８は、実施形態４に係る空中立体表示装置４００の構成を模式的に示す図である。図８に示すように、空中立体表示装置４００は、立体表示装置１００と、ハーフミラー４８０と、再帰反射フィルム４８５と、を含んでいる。ハーフミラー４８０、及び再帰反射フィルム４８５は、立体表示装置１００により生成された立体像を空中に表示するための光学部材である。つまり、実施形態４に係る空中立体表示装置４００では、実施形態３で説明した空中立体表示装置３００における反射光学素子３８０を、ハーフミラー４８０と、再帰反射フィルム４８５とで置き換えている。
【００５８】
空中立体表示装置４００は、例えば、水平面（Ｘ−Ｙ面）に平行に配置された表示部６０と、表示部６０に対して略４５度傾斜させて配置されたハーフミラー４８０とを備えている。また、空中立体表示装置４００は、水平面に対して直角なＹ−Ｚ面に平行に配置された再帰反射フィルム４８５を備えている。立体表示装置１００、ハーフミラー４８０、及び再帰反射フィルム４８５は、Ｙ方向に平面状に伸びている。
【００５９】
立体表示装置１００により生成された立体像を成す光は、ハーフミラー４８０により、入射角と等しい反射角で反射され、再帰反射フィルム４８５に入射する。再帰反射フィルム４８５は、入射した光を入射方向へ反射させる。これにより、立体表示装置１００により生成された立体像は、再帰反射フィルム４８５から見てハーフミラー４８０の奥側に形成される。
【００６０】
ユーザは、空中立体表示装置４００によって形成された空中浮遊立体像４１０を、水平方向から目視することができる。また、空中浮遊立体像４１０は、Ｙ−Ｚ面に広がって表示され、ユーザは、視域内のどの方向から見ても、空中立体表示装置４００によって形成された空中浮遊立体像４１０を、立体像として視認することができる。
【００６１】
なお、空中立体表示装置４００では、共に大面積化し易いハーフミラー４８０と再帰反射フィルム４８５とを用いて空中浮遊立体像４１０を形成する構成であるため、表示面の大面積化を容易に図ることができる。
【００６２】
〔実施形態５〕
本発明の実施形態５について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００６３】
この実施形態５では、実施形態１で説明した表示部６０の表示素子１０とは、構成の異なる表示素子５１０を用いた例について説明する。
【００６４】
図９は、実施形態５に係る表示素子５１０の構成を模式的に示す図である。図９に示すように、表示素子５１０では、各マイクロレンズ５５内での、画素１２の配置パターンが、実施形態１で説明した表示素子１０とは異なる。表示素子５１０の画素ユニット５１１では、中央においてＸ軸方向に配置されている画素１２の数が、Ｙ軸方向に中央から離れた場所においてＸ軸方向に配置されている画素の数よりも多くなっている。また、画素ユニット５１１は、Ｙ軸方向に中央から離れる従って、Ｘ軸方向に配置されている画素１２の数が次第に減っていくように構成されていてもよい。
【００６５】
立体表示装置１００では、視域の４角を使用する可能性は実際には低い。その為、視域の４角部分に対応する画素を削減しても、表示画像に対する影響は小さく、その分を中央部分に配置する事で、Ｙ軸の方向の中心付近での視域を広くする事ができる。このように、立体表示装置１００では、視域をどのように構成するかに応じて、画素１２の配置を調整する事ができる。
【００６６】
液晶ディスプレイや、有機ＥＬディスプレイでは、画素を不均一に配置することは難しい。一方で、立体表示装置１００では、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６を各画素１２に用いている為、配置の自由度が非常に高く、必要な数の画素１２を各画素ユニット１１に設置する事ができる。また、各画素１２への行選択線２３や列信号線２５の配線も、容易に調整することができる。よって、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６を用いた表示素子５１０では、画素１２の配置のフレキシビリティを活かして、視域の設定自由度を高める事ができる。
【００６７】
〔実施形態６〕
本発明の実施形態６について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００６８】
この実施形態６では、実施形態１で説明した画素１２とは、構成の異なる画素６１２ａ，６１２ｂを用いた例について説明する。図１０は、実施形態６に係る表示部６６０の構成を模式的に示す図である。図１０に示すように、表示部６６０は、各マイクロレンズ５５の中心近傍に配置された中心画素６１２ａと、外周部に配置された端部画素６１２ｂとで、画素レンズの形状が異なっている。
【００６９】
中心画素６１２ａは、実施形態１で説明した画素１２と同様の構成を有し、軸対称な画素レンズ１７を備えている。軸対称な画素レンズ１７は、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６からの光を集中させてマイクロレンズ５５に入射させるが、マイクロＬＥＤ１４，１５，１６からの光の一部は、隣接するマイクロレンズ５５に向かう漏光となってしまう。
【００７０】
本実施形態の表示部６６０では、画素ユニット６１１は、複数の画素のうち少なくとも最外周に位置する端部画素６１２ｂの端部画素レンズ６１７の光軸が、対応するマイクロレンズ５５の中心に向いている。端部画素レンズ６１７は、例えば、凸形状のレンズ先端の光軸が、マイクロレンズ５５の中心を向くように構成されている。
【００７１】
また、表示部６６０では、最外周に位置する画素だけではなく、画素レンズ１７の先端形状が、レンズの光軸がマイクロレンズ５５の中心を向くように、画素１２の画素ユニット６１１内での配置位置に応じて、適宜に調整されているのが望ましい。これにより、画素ユニット６１１における中心画素６１２ａ、及び端部画素６１２ｂからの光をマイクロレンズ５５の中心に向かわせることができ、隣接するマイクロレンズ５５に向かう漏光を低減することができる。よって、立体表示装置１００によって形成される立体画像のコントラストの低下と、視域の端部における輝度の低下と、を抑制することができる。
【００７２】
〔実施形態７〕
本発明の実施形態７について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００７３】
この実施形態７では、実施形態１で説明した表示部６０とは、構成の異なる表示部７６０を用いた例について説明する。図１１は、実施形態７に係る表示部７６０の構成を模式的に示す図である。図１１に示すように、表示部７６０では、マイクロレンズ７５５が行列配置された構成ではなく、１列おきに半ピッチずれた配置となっている。
【００７４】
マイクロレンズアレイ７５０は、例えば、中心に配置したマイクロレンズ７５５の周囲を囲むように複数のマイクロレンズ７５５を並べて配置した、円形形状を成していてもよい。このように、円形形状を成すようにマイクロレンズ７５５を並べて形成したマイクロレンズアレイ７５０を備える表示部７６０では、視域が円形となる。
【００７５】
このように、視域を円形とする場合には、マイクロレンズ５５を単純な行列配置とする場合に比べて、マイクロレンズ７５５を円形形状を成すように並べてマイクロレンズアレイ７５０を形成することによって、高密度にマイクロレンズを配置することができる。よって、表示部７６０に表示される立体像の解像度を向上させることができ、より滑らかな立体表現を実現できる。
【００７６】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る立体表示装置（１００）は、複数のマイクロレンズ（５５）を２次元アレイ配置したマイクロレンズアレイ（５０）と、前記マイクロレンズ（５５）と各々対をなす複数の画素ユニット（１１）を２次元アレイ配置した表示素子（１０）と、を備えた表示部（６０）を含み、前記画素ユニット（１１）の各々は、複数の画素（１２）を有し、前記画素（１２）の各々は、マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）を含む構成である。
【００７７】
上記の構成によれば、画素（１２）の各々は、発光効率が高く、高電流で長期間安定して使用する事ができるマイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）を含む構成であるため、立体像を効率よく明るく表示することができる。
【００７８】
本発明の態様２に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１において、前記画素（１２）は、対応する前記マイクロレンズ（５５）を通して、各々異なる方向に向けて光を放出する構成としてもよい。
【００７９】
上記の構成によれば、画素（１２）がそれぞれ対応する方向から見た対象物の光信号を正しく表示することができる。
【００８０】
本発明の態様３に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１又は２において、前記画素ユニット（１１）に含まれる画素（１２）の数をＮとすると、前記表示部（６０）の輝度が、（１０００／Ｎ）ｃｄ／ｍ２より大きい構成としてもよい。
【００８１】
上記の構成によれば、立体像を明るく表示することができる。
【００８２】
本発明の態様４に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１から３において、前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）は、前記画素（１２）の中央部に配置されている構成としてもよい。
【００８３】
上記の構成によれば、ユーザが表示部（６０）を見る角度によって、立体像の配色が設定した値からずれてしまうといったことがない。
【００８４】
本発明の態様５に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１から４において、前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）は透明樹脂からなる画素レンズ（１７）に覆われている構成としてもよい。
【００８５】
上記の構成によれば、マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）からの光をマイクロレンズ（５５）の中心に向かわせることができ、視域内での輝度分布を改善することができる。
【００８６】
本発明の態様６に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様５において、前記画素ユニット（６１１）は、複数の前記画素（１２）のうち少なくとも最外周に位置する前記画素（１２）の前記画素レンズの光軸が、対応する前記マイクロレンズ（５５）の中心に向いている構成としてもよい。
【００８７】
上記の構成によれば、マイクロＬＥＤからの光をマイクロレンズ（５５）の中心に向かわせることができ、視域内での輝度分布を改善することができる。
【００８８】
本発明の態様７に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１から６において、前記表示部（６０）は、１つの前記マイクロレンズ（５５）と、１つの前記画素ユニット（１１）とからなる表示ユニット（１６５）を複数備え、隣合う前記表示ユニット（１６５）間は、光吸収材を含む材料から形成されている隔壁（１７０）により互いに隔てられている構成としてもよい。
【００８９】
上記の構成によれば、光の漏出を防ぐことができ、立体像の画質の向上を図ることができる。
【００９０】
本発明の態様８に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様１から７において、前記画素（１２）は、赤色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１４）と、緑色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１５）と、青色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１６）と、の少なくとも３個の前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）を含む構成としてもよい。
【００９１】
上記の構成によれば、立体像を様々なカラーで明るく表示することができる。
【００９２】
本発明の態様９に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様８において、３個の前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）のうち、赤色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１４）は、ＡｌＩｎＧａＰ系化合物半導体である構成としてもよい。
【００９３】
上記の構成によれば、カラー画像の色域を広げる事が出来、消費電力を抑え、立体像を明るく表示することができる。
【００９４】
本発明の態様１０に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様８において、３個の前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）のうち、緑色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１５）は、ＩｎＧａＮ系化合物半導体である構成としてもよい。
【００９５】
上記の構成によれば、カラー画像の色域を広げる事が出来、消費電力を抑え、立体像を明るく表示することができる。
【００９６】
本発明の態様１１に係る立体表示装置（１００）は、上記の態様８において、３個の前記マイクロＬＥＤ（１４，１５，１６）のうち、青色の光を発する前記マイクロＬＥＤ（１６）は、ＩｎＧａＮ系化合物半導体である構成としてもよい。
【００９７】
上記の構成によれば、カラー画像の色域を広げる事が出来、消費電力を抑え、立体像を明るく表示することができる。
【００９８】
本発明の態様１２に係る空中立体表示装置（３００）は、上記の態様１から１１の立体表示装置（１００）と、前記立体表示装置（１００）により生成された立体像を空中に表示する反射光学素子（３８０）と、を備えた構成としてもよい。
【００９９】
上記の構成によれば、空中浮遊立体像を明るく表示することができる。
【０１００】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
５  基板
１７、６１７  画素レンズ
１０、５１０  表示素子
１０  表示装置
１１、５１１、６１１  画素ユニット
１２、６１２、６１２ｂ  画素
５０  マイクロレンズアレイ
５５、７５５  マイクロレンズ
６０、１６０、６６０、７６０  表示部
１００  立体表示装置
１６５  表示ユニット
１７０  隔壁
３００、４００  空中立体表示装置
４８０  ハーフミラー
３８０  反射光学素子
４８５  再帰反射フィルム
６１２ａ  中心画素
６１２ｂ  端部画素
１４  赤発光マイクロＬＥＤ
１５  緑発光マイクロＬＥＤ
１６  青発光マイクロＬＥＤ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2019135512.tif 000001
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2019135512.tif 000002