(57)【要約】  レンチキュラ・レンズに基づく自動立体視表示配置は、放射型ディスプレイ装置又は反射型ディスプレイ装置のようなディスプレイ装置を用いる。隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界は、光シールド配置によって割り込まれ、光シールド配置は、少なくとも境界におけるレンズ表面からレンズ構造中へと伸び、それによって、レンズ表面の下に伸びるシールドを提供する。これは、レンチキュラ・レンズ配置内の光の横方向の進行を低減し、それによって、レンズ材料中の導波によって引き起こされるクロストークを低減する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて配置されたピクセルのアレイを有する表示配置、
前記表示配置上の平行なレンチキュラ・レンズのアレイを有し、複数のピクセルが各々のレンチキュラ・レンズの下に設けられる自動立体視レンズ配置、
を有し、
隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界に光シールド配置が備えられ、前記光シールド配置は、少なくとも前記隣接するレンチキュラ・レンズ間の前記境界におけるレンズ表面からレンズ構造中へと延在し、それにより前記レンズ表面の下に延在するシールドを提供する、自動立体視表示装置。
【請求項２】
前記表示配置が放射型表示配置である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記放射型表示配置が、エレクトロルミネッセンス表示配置である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記表示配置が反射型表示配置である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記レンチキュラ・レンズが、ピクセル・カラム方向に伸びるか、又は、ピクセル・カラム方向に対して鋭角に傾斜し、各々のレンズが複数のピクセル・カラムを覆う、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光シールド配置が光遮断材料を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記光シールド配置が空気ギャップを有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記光シールド配置が、前記レンズ構造全体を通って延在する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記光シールド配置は、最大のレンズ厚さの0.1から0.3倍の距離で前記レンズ表面の下に延在する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光シールド配置が、h<0.6(ep/f)を満たす距離hで前記レンズ表面の下に延在し、eは最大のレンズ厚さ、pはレンズ・ピッチ、fはレンズの焦点距離である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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タイプの自動立体視表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類のディスプレイに用いられる画像形成配置の第１の例は、例えば、下にあるディスプレイのピクセルに対して寸法を定められて配置されたスリットを有するバリアである。２ビュー設計において、観察者は、頭部が定位置にある場合に3D画像を知覚することをできる。バリアは、表示パネルの前に配置され、奇数及び偶数番のピクセル・カラムからの光が観察者の左及び右の目の方へそれぞれ導かれるように設計される。
【０００３】
この種の２ビュー表示設計の欠点は、観察者は定位置に居なければならず、左右におおよそ3cmしか動くことができないことである。より好ましい実施の形態では、各々のスリットの下に２つのサブピクセル・カラムではなく幾つかのサブピクセル・カラムが存在する。このようにして、観察者は、左右に動いても常に目で立体画像を知覚することができる。
【０００４】
バリア配置は、製造が単純であるが、光効率がよくない。したがって、好ましい変形例は、画像形成配置としてレンズ配置を用いることである。例えば、互いと平行に延在して、表示ピクセル・アレイの上に横たわる細長いレンチキュラ素子のアレイが提供されることができ、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。
【０００５】
レンチキュラ素子は、それぞれが細長い半円柱状のレンズ素子から成る素子のシートとして提供される。レンチキュラ素子は表示パネルのカラム方向に延在し、各々のレンチキュラ素子は、表示ピクセルの２つ以上の隣接するカラムのそれぞれのグループの上に横たわる。
【０００６】
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、各々のカラムにおける表示ピクセルは、それぞれの二次元サブ画像の垂直スライスを提供する。レンチキュラ・シートは、これらの２つのスライス及び他のレンチキュラと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、シートの前に位置するユーザの左及び右目に導き、ユーザは１つの立体画像を観察する。したがって、レンチキュラ素子のシートは、光出力指向機能を提供する。
【０００７】
他の配置において、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に関連付けられる。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動くと、一連の連続した異なる立体視が知覚されて、例えば、見回したような印象を与える。
【０００８】
既知の自動立体視ディスプレイは、画像を生成するために、液晶ディスプレイを用いる。
【０００９】
エレクトロルミネセンス・ディスプレイのような放射型ディスプレイ（例えば、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ）は、偏光子を必要とせず、潜在的に、絶えず明るくされたバックライトを用いるLCDパネルと比べて、画像を表示するために用いられていないときにはピクセルがオフにされるので、増加した効率を提供することが可能なはずであるので、これらのディスプレイの使用についての関心が高まってきている。
【００１０】
反射型ディスプレイ(例えば電気泳動ディスプレイ及びエレクトロウェッティング・ディスプレイ)の使用についての関心も高まってきている。
【００１１】
本発明は、自動立体視表示システム中での、放射型又は反射型である表示配置の使用に基づく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
放射型ディスプレイ(例えばOLEDディスプレイ)及び反射型ディスプレイ(例えば電気泳動ディスプレイ)は、光がどのようにピクセルから放射されるかにおいて、LCDディスプレイとは著しく異なる。OLEDピクセルは広範囲の方向に光を放射する放射体であり、電気泳動ピクセルは広範囲の方向に光を反射する反射体である。本発明の文脈において、そのような放射体及び反射体は、それぞれ、拡散放射体及び拡散反射体と呼ばれる。従来の(2D)ディスプレイとしては、OLEDディスプレイは、バックライトを必要として特別な手段無しでは狭いビーム中でしか光を放射しないLCDディスプレイに勝る明らかな効果がある。しかしながら、OLED材料の拡散放射は、多くの光が有機層内部で再利用されて放射されずに低い効率を生じさせるという課題を引き起こす。これを改善するために、さまざまなソリューションが、OLEDからの光の出力を改善するために試みられた。
【００１３】
しかしながら、2Dディスプレイのためのこの改善は、実際には、3D自動立体視OLEDディスプレイにとっては問題である。光出力を増加させるソリューションは、自動立体視レンチキュラ・ディスプレイでは、１つのレンチキュラ・レンズから放射されることが意図される光が、隣接するレンズに対してガラス中で反射される可能性があるので、用いられることができない。これは、コントラストを低下させ、クロストークを増加させる。
【００１４】
反射型ディスプレイ(例えば電気泳動及びエレクトロウェッティング・ディスプレイ)は、OLEDディスプレイの形の放射型ディスプレイに対して上述されたのと同様の欠点を生じさせる可能性がある。
【００１５】
したがって、放射型及び反射型ディスプレイを用いることに対する要求と3D自動立体視ディスプレイにおける低クロストークに対する要求との間に矛盾が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、自動立体視表示装置が提供され、当該装置は、
- 間隔を置いて配置されたピクセルのアレイを有する表示配置、
- 表示配置上の平行なレンチキュラ・レンズのアレイを有する自動立体視レンズ配置、
を有し、
複数のピクセルが各々のレンチキュラ・レンズの下に提供され、隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界は光シールド配置を備え、当該光シールド配置は、少なくとも隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界におけるレンズ表面からレンズ構造の中へと延在し、それによって、レンズ表面の下へと延在するシールドを提供する。
【００１７】
本発明の実施の形態において、表示配置は、エレクトロルミネセンス・ディスプレイのような放射型ディスプレイであり、例えばOLEDディスプレイである。本発明の別の実施例において、表示配置は、電気泳動ディスプレイ又はエレクトロウェッティング・ディスプレイのような反射型ディスプレイである。
【００１８】
光シールド配置の上端はレンズ表面に割り込むので、「レンズ表面の下に」延在するシールドに言及する場合、それは、光シールドが表面に割り込んでいない、レンズによって定められる表面を意味する。レンズ（又はそれらの長軸に対して垂直なそれらの断面）は、レンズ形状を決定する１つの焦点を有する。したがって、レンズ表面が光シールド配置によって中断されるが、（元々設計された）レンズ表面は、レンズの残りの部分から、依然として決定されることができる。
【００１９】
光シールド配置の効果は、さもなければレンズ構造の中で導波することになる浅い角度の光をブロックする（又は反射する）ことである。
【００２０】
光シールド配置は、光を吸収するための光遮断材料を有するか、又は、それらの浅い光線の全反射を増加させる空気ギャップを有することができる。
【００２１】
光シールド配置はレンズ構造全体を通して延在することができ、そしてこれは、レンズ間の横方向の光通過を完全に妨げる可能性がある。これは、複数の観察コーンを妨げる。
【００２２】
したがって、光シールド配置が、最大のレンズ厚の0.1から0.3倍の間の距離で、レンズ表面の下に延在することが好ましい。これは、導波する可能性がある浅い光はブロックされるが、複数の観察コーンは依然として可能にされることを意味する。
【００２３】
光シールド配置は、
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を満足させる距離hによって、レンズ表面の下に延在することができる。ここで、eは最大のレンズ厚さであり、pはレンズ・ピッチであり、fはレンズの焦点距離である。
【００２４】
これは、導波する光をブロックすることと複数の観察コーンを可能にすることとの間の特に適切な妥協であることが見い出された。
【００２５】
レンチキュラ・レンズは、ピクセル・カラム方向に延在するか、又は、ピクセル・カラム方向に対して鋭角に傾斜することができ、各々のレンズは、複数のピクセル・カラムを覆う。
【００２６】
本発明の実施の形態は、添付の図面を参照して、単に一例として、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】既知の自動立体視表示装置の概略斜視図。
【図２】レンチキュラ・アレイが異なる空間位置に異なるビューをどのように提供するかを示す図。
【図３】OLEDディスプレイの１つのピクセルの構造を、後方放射構造の形で、概略的に示す図。
【図４】トップ・エミッション型構造にレンチキュラ・レンズを適用するときに、光路がどのように影響を及ぼされるかを示す図。
【図５】本発明によるピクセル構造の第１の実施例を示す図。
【図６】図5の実施例の光学性能のシミュレーションを示す図。
【図７】空気ギャップを用いたバリエーションを示す図。
【図８】より深い吸収構造を有するバリエーションを示す図。
【図９】図8の実施例の光学性能のシミュレーションを示す図。
【図１０】最適なくさび高さが決定されることを可能にするための光線シミュレーションを示す図。
【図１１】異なるレンズ設計のための図10の左部分における同じシミュレーションを示す図。
【図１２】F数の逆数に対する最適なくさび高さのプロットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、レンチキュラ・レンズに基づく自動立体視表示配置を提供する。隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界は、光シールド配置によって割り込まれて、光シールド配置は、少なくとも境界におけるレンズ表面からレンズ構造中へと伸び、それによって、レンズ表面の下に伸びるシールドを提供する。これは、レンチキュラ・レンズ配置内の光の横方向の進行を低減し、それによって、レンズ材料中の導波によって引き起こされるクロストークを低減する。
【００２９】
以下において、本発明の実施の形態は、放射型ディスプレイの一例であるエレクトロルミネセンス・ディスプレイに基づいて説明される。当業者は、任意の種類の放射型ディスプレイを含むレンチキュラ・レンズに基づく自動立体視表示配置において、及び、任意の種類の反射型ディスプレイを含むレンチキュラ・レンズに基づく自動立体視表示配置において、全てのこれらのディスプレイ・タイプでは、光が（放射又は反射を介して）広い範囲の方向にわたってピクセルからレンチキュラ・レンズへと導かれるので、本発明が適用されることができることを理解するだろう。
【００３０】
既知の3D自動立体視ディスプレイの基本的な動作が最初に説明される。
【００３１】
図１は、画像を生成するためにLCDパネルを用いる既知の直視型自動立体視表示装置１の概略斜視図である。既知の装置1は、表示を生成する空間光変調器として作用するアクティブなマトリックス型の液晶表示パネル3を含む。
【００３２】
表示パネル3は、ロウ及びカラムで配置される表示ピクセル5の直交するアレイを有する。明確にするため、少数の表示ピクセル5のみが図に示される。実際には、表示パネル3は、表示ピクセル5の約千のロウ及び数千のカラムを有する。
【００３３】
一般的に自動立体視ディスプレイにおいて用いられる液晶表示パネル３の構造は、全面的に従来通りである。特に、パネル3は、一対の間隔を置いて配置された透明なガラス基板を含み、それらの間に、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提供される。基板は、それらの対向面上に透明インジウムスズ酸化物(ITO)電極のパターンを担持する。偏光層が基板の外側表面に提供される。
【００３４】
各々の表示ピクセル5は、基板上に対向する電極を含み、それらの間に液晶材料が介在する。表示ピクセル5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5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。
【００３５】
各々の表示ピクセル5は、スイッチング素子(例えば薄膜トランジスタ(TFT)又は薄膜ダイオード(TFD))に結合される。表示ピクセルは、スイッチング素子にアドレス指定信号を提供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方法は当業者に知られている。
【００３６】
表示パネル3は、この場合には表示ピクセル・アレイの領域の上に広がる平面バックライトからなる光源7によって照射される。光源7からの光は、表示パネル3を通して導かれ、個々の表示ピクセル5は光を変調して表示を生成するように駆動される。
【００３７】
表示装置1は、ビュー形成機能を実行する表示パネル3の表示側に配置されるレンチキュラ・シート9を含む。レンチキュラ・シート9は互いに平行に延在するレンチキュラ素子11のアレイを含み、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る。
【００３８】
レンチキュラ素子11は、この場合には凸形の円柱状の素子の形であり、それらは、表示パネル3から表示装置1の前に位置するユーザの目まで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。
【００３９】
装置は、バックライト及び表示パネルを制御するコントローラ13を有する。
【００４０】
図1に示される自動立体視表示装置1は、異なる方向にいくつかの異なる視野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11は、各々のロウにおいて少数の表示ピクセル5のグループの上に横たわる。レンチキュラ素子11は、いくつかの異なるビューを形成するように、異なる方向にグループの各々の表示ピクセル5を投射する。ユーザの頭部が左から右に動くと、ユーザの目はいくつかのビューのうちの異なるものを受けとる。
【００４１】
LCDパネルの場合、液晶材料が、屈折率スイッチングが特定の偏光の光にのみ適用される複屈折性であるので、光偏光手段が上述のアレイと共に用いられることも必要である。光偏光手段は、表示パネルの一部又は装置の画像形成配置として提供されることができる。
【００４２】
図2は、上述の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20、LCDのような表示装置24及びレンチキュラ・アレイ28を示す。図2は、レンチキュラ配置28が３つの異なる空間位置22', 22", 22"'に異なるピクセル出力をどのように導くかを示す。これらの位置は全ていわゆる観察コーン中にあり、それらの中において、全てのビューは異なる。ビューは他の観察コーン中で繰り返されて、それは隣接するレンズを通過するピクセル光によって生成される。空間位置23', 23", 23'"は次の観察コーンである。
【００４３】
OLEDディスプレイの使用は、別個のバックライト及び偏光子の必要を回避する。OLEDは将来のディスプレイ技術となる見込みがある。しかしながら、現在のOLEDディスプレイに関する問題は、装置からの光抽出である。何の手段も講じなければ、OLEDからの光抽出は20%程度の低さである可能性がある。
【００４４】
図3は、OLEDディスプレイの１つのピクセルの構造を、後方放射構造の形で（すなわち、基板を通して）、概略的に示す。
【００４５】
ディスプレイは、ガラス基板30、透明アノード32、光放射層34及びミラー処理されたカソード36を有する。
【００４６】
ラインは、有機層中のポイント38から放射されるときに光がとることができる経路を表す。光は、ソースから放射されると、全ての方向に伝播することができる。光が１つの層から他の層への遷移に達すると、各々の層の屈折率の差異が、光が１つの層を出て次の層に入ることができるかどうかを決定する。屈折率は、材料中の光の速度によって決定されて、スネルの法則
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によって与えられる。ここでvは速度（m/s）、nは屈折率（無名数）である。
【００４７】
図3の実施例において、光放射層34を形成する有機材料の屈折率は高く(n=1.8)、一方、ガラスの屈折率は1.45である。
【００４８】
高い屈折率を有する材料から低い屈折率を有する材料へと伝わる光の入射角が十分に大きい場合、光は材料を出ることができない。その入射角は臨界角度であり、ガラス中の有機材料に対してα= arcsin(n2/n1)によって与えられる。これは、54°を与える。
【００４９】
したがって、有機層の中で生成される光の多くは、決して層を出ることができず、材料中に留まることは明らかであり、そこで再吸収されて、他の光子の放射を引き起こすか、又は熱に変わる。
【００５０】
同じことが、有機層を出てガラス基板に入る光にも起きる。多くの光は、ガラスと空気の界面においてガラスを出ることができない。
【００５１】
有機層からガラスへの光の結合を確実にして、ガラスから空気へと光を結合させるための幾つかのソリューションが提案されている。
【００５２】
D. S. Mehta等による文献"Light out-coupling strategies in organic light emitting devices" Proc. of ASID'06, 8-12 Oct, New Delhiは、様々なソリューションの概要を与える。
【００５３】
OLED装置は、一般的にボトム・エミッション型であり、ガラス基板を通して光を放射するが、他のアプローチは、OLED積層をトップ・エミッション型とし、光は、透明カソード及び薄い封緘層を通して放射し、ガラス基板を通らない。一般に、光抽出を増加させる異なるアプローチは、トップ・エミッション型又はボトム・エミッション型OLED構造によって（又はそれのみによって）良好に機能する。
【００５４】
本発明は、主にトップ・エミッション型OLEDディスプレイの使用に基づいて以下に説明される。しかしながら、本発明の背後にある基本的な原理は、ボトム・エミッション型OLEDディスプレイとともに用いられることもでき、全ての実施の形態は、トップ・エミッション型及びボトム・エミッション型OLED構造の両方に適用可能である。
【００５５】
既知のソリューションは、照明アプリケーション及び2Dディスプレイのために光抽出効率を80%まで改善するために役に立つが、それらは、自動立体視ディスプレイのための良好なソリューションを提供しない。自動立体視TVを作成するためにOLEDディスプレイ上にレンチキュラ・レンズを取り付けるときに、問題が発生する。トップ・エミッション型OLEDによっても、光は、上記で強調された問題を引き起こす比較的厚いガラス層に、依然として注入され、相当な量の光がガラス中に導波モードで留まる。原則として、レンチキュラ・レンズを用いることは、ボトム・エミッション型OLEDと比べて、ガラスから空気への光抽出を改善するが、3Dディスプレイにとっては、これは、コントラストを低下させ、クロストークを増加させるという副作用がある。これは、3Dディスプレイに特有の問題である。2Dディスプレイでは、多くの場合、隣接するピクセルは同じ色を表示し(すなわちスクリーンの白い又は着色した領域、単色の線など)、何らかの光が隣接するピクセルから漏れた場合、これは単に、所望の色に加えられる。しかしながら、3Dディスプレイでは、隣接するピクセルは異なるビューに属し、通常は異なる色のコンテンツであるので、一般的に互いに何の関係も持たない。したがって、何らかの光が隣接するピクセルから漏れた場合、これは画像の品質に重大な影響を及ぼす。
【００５６】
さらに、相当な量の光が、ガラス中に導波モードで依然として留まる。この一部は再吸収される。
【００５７】
図4は、トップ・エミッション型構造にレンチキュラ・レンズを適用するときに、光路がどのように影響を及ぼされるかを示す。トップ・エミッション型構造は、ガラス基板40、ミラー処理されたアノード42、ピクセルを定める光放射層44及び透明カソード46を有する。封止及びパッシベーション層48が、カソード46とガラス・レンチキュラ・アレイ49との間にある。
【００５８】
図4に示されるように、光は有機層中で生成され、一部の光はレンチキュラ配置49のガラスに入る。一部の光は、内部反射50によってガラス中に導波モードで留まり、隣接するビュー(又はピクセル/サブピクセル)の光路に入る。ここでそれは（光線52として示されるように）反射されてレンズから出るか、又は、ピクセル中に再吸収される場合がある。
【００５９】
光が隣接するビューのレンズを出る場合、それはクロストークを引き起こす。
【００６０】
本発明は、OLED放射体の開口比を意図的に低減し、ディスプレイの面に対してより垂直な方向に臨界角度を超えて放射される光をリダイレクトするように設計されている(煙突/コーンの形の)光リダイレクト構造を追加するピクセル構造を提供し、それによってより多くの光が放射される。
【００６１】
図5は、本発明によるピクセル構造の第１の実施例を示す。
【００６２】
図4と比べると、光シールド配置50が隣接するレンチキュラ・レンズ間の境界に提供される。これは、少なくともレンズ表面からレンズ構造中に(すなわち通常のレンズ表面の下に)伸びる。
【００６３】
この通常のレンズ表面は、「基準」レンチキュラ・レンズ表面であると考えられることができる。この基準レンズは、光学観察距離(又は無限遠)から放射体上へ焦点を合わせるように設計されている。レンズは、円柱レンズ、放物線型、二次曲面型のような非円柱レンズであることができ、あるいは、この目的を達するようにファセット加工されることができる。ファセット加工されたレンズは、バンディングを低減するために用いられることができる。レンズの品質(焦点)は、観察角及び(最も近いレンズ光軸に対する放射源の位置と同じである)ビュー数によって決まることができ、レンズ設計における選択に基づく。全ての従来のレンズ設計は、ディスプレイ面上に焦点を合わせるように行われるが、明らかに、完全にそうすることができるというわけではない。
【００６４】
「基準」レンズは、レンズ機能によって定められることができる。光シールド配置がレンズ構造の中に延在するので、光シールド配置と残りのレンズ材料との間の境界は、もはやそのレンズ機能の一部を形成する形状を持たない。したがって、境界のその部分は、もはや表示面に焦点を合わせない。
【００６５】
光遮断配置はこのようにしてレンズ設計を変更し、光ブロックが導入されたところでは、下の残存するレンズ材料との境界は、もはやレンズの残り部分のための全体的なレンズ設計に従わない。したがって、光ブロックがレンズ構造に挿入されるので、それはレンズ材料の残り部分の光学特性における不連続性を導入する。
【００６６】
２つの隣接するレンズの一般的なレンズ機能がモデル化されると、このモデルはポイントで交わる表面を定め、光シールド配置はこのポイントの下に延在する。
【００６７】
このように、本発明は、さもなければクロストークを引き起こす入射光の大部分を吸収させる、隣接するレンチキュラ・レンズの各ペア間の光シールド素子を導入する。
【００６８】
以下の例に示されるように、吸収体材料、空気ギャップ、又は、エーロゲル（aerogel）のような空気の屈折率に近い透明材料を含む、さまざまな材料が用いられることができる。あるいは、周囲の層の屈折率より少なくとも低い屈折率を有する材料が用いられることができる（例えば、SiO2及びTiO2の段階的フィルム、SiO2のナノロッド、テフロンなど）。
【００６９】
図5の実施例において、レンチキュラ・シートは、レンズの各ペア間に埋め込まれる吸収素子50を有するように変更される。原理は、さもなければ誤った角度及び位置においてディスプレイを出る前に導波する光線をブロックするのに十分に深い吸収素子を具備することである。吸収素子を深くし過ぎないことによって、光線が１つのレンズからもう１つのレンズに渡ることが依然として可能であり、それによって、図2に示されるようなコーン反復を提供する。これは、ディスプレイが、中央の観察コーン単独の観察角より広い観察角にわたって使用可能であることを保証する。
【００７０】
図6は、図5の実施例の光学性能のシミュレーションを示し、典型的な光線の経路を示す。上のプロットは、観察角に関する強度変動を示し、0は表示面に垂直な方向を表す。下のプロットは、光路を視覚的に示す。
【００７１】
図5の実施例の製造は、適切な形状にされたレンチキュラを設計することによって、又は、標準的なレンチキュラ・シートを型押しすることによって可能である。吸収体は、レンズをクリアにして穴を埋めるように、慎重に選択された溶媒を有する塗料を吹き付けることによって追加されることができる。
【００７２】
図7は、垂直な空気ギャップ70がレンズ間に提供されるバリエーションを示す。これは、全反射光線がガラス-空気境界を出ないか又はOLED層に再結合しないことを保証することによって、同様の効果を有する。製造は、特別に成型されたレンチキュラを設計することによって、又は、標準的なレンチキュラ・レンズアレイを型押しすることによって、再び可能である。吸収体は必要ない。
【００７３】
図8は、プライバシー表示のためのより深い吸収構造80を有するバリエーションを示す。事実上、他のレンチキュラへと横切る全ての光線はブロックされる。これは、最大で45°〜50°の明示できる観察角を有するシングルコーン・ディスプレイをもたらす。アプリケーションは、シングルユーザ・ディスプレイ及びプライバシー・ディスプレイである。
【００７４】
図9は、図8の実施例の光学性能のシミュレーションを示し、典型的な光線の経路を示す。上のプロットは、観察角に関する強度変動を再び示し、0は表示面に垂直な方向を表す。下のプロットは光路を視覚的に示す。
【００７５】
製造は、やはり、特別に成型されたレンチキュラ・アレイを設計することによって、又は、標準的なシートを型押しすることによって可能である。この場合には、レンチキュラ・シートの構造的な整合性を維持するために特定の注意が必要である。実際には、図9のシミュレーションから分かるように、レンチキュラ・シートは全面的にエンボス加工されているわけではなく、プライバシー・アプリケーションのためにさえこれは必要ではない。
【００７６】
図5の実施例において、吸収くさび50は、ちょうど全反射光線をブロックするのに十分である高さによって定められる。そして、このくさびは、クロストークを低減するが、依然としてコーン反復を可能にする。したがって、この設計は、これらの２つの目的を達成することができる高さを必要とする。
【００７７】
円柱状のレンチキュラ・レンズは、３つのパラメータによって定められることができる。
- ピッチ(p);
- 曲率半径(r);及び
- 相対屈折率(n)。
【００７８】
これは、レンズの裏面に焦点が合っているようにシートが必要とする厚さ(e)を決定し、すなわちe = nr/(n-1)である。
【００７９】
レンズの上端から測定されるときに高さh<eを有するくさびのために、全ての全反射光線をブロックすることが望ましい。
【００８０】
レンチキュラ・レンズの焦点距離は、f = r/(n-1)によって決定される。
【００８１】
レンズの強度は、一般的にF数として表現される。F数F/Nを有するレンズは、焦点距離をNで割ったものと同じ開口直径を有する。レンチキュラ・レンズではN=f/pである。
【００８２】
最適なくさび高さを決定するために、図10に示されるような光線シミュレーションが用いられる。
【００８３】
レンズ表面に沿った各々の位置に対して、図10の左部分は、全反射が生じる角度における光線をプロットし、レンズの深さの中で最も低い光線が見つけ出される。これは、プロット100として示される最適なくさび高さを提供する。h<eを所与として、最適なくさび高さは、
2014526056.tif 000005
として定められる。ここで、αは光軸に関する角度であり、
2014526056.tif 000006
はレンズ円弧の半分の角度であり、
2014526056.tif 000007
は全反射の臨界角度である。
【００８４】
図10の右部分は、観察角の関数としての必要なくさび深さを示す。示されるように、必要なくさび深さは、端においてより小さく、最も深い光遮断くさびを必要とする光線は、中央付近でレンズ表面に当たる光線である。
【００８５】
図10は、n = 1.5, p = 1及びr = 1によるレンズ設計を示す。
【００８６】
最適なくさび深さ(すなわちレンズ表面の上端からの深さであり、くさび「高さ」として考えることもできる)は、hとして示される。これは、小数第１位に丸められる。図10のシミュレーションにおいて、値はh = 0.559であり、h = 0.6に丸められる。
【００８７】
図10の例では、e=nr/(n-1) = 3であり、これはレンチキュラ・シートの厚さである。図10は、上面の下0から厚さ-1までのレンチキュラ・シートのみを示すが、レンチキュラ・シートは、この例では-3まで延在する。最適のくさび高さの厚さは、レンチキュラ・シート厚eの19%である(0.559/3 = 19%)。
【００８８】
図11は、異なるレンズ設計のための、図10の左部分におけるものと同じシミュレーションを示す。値pは、常にp=1に設定される。これは単に、レンズ設計が線形にスケーリングされることができるので、全ての距離がピッチ単位で特定されることを意味する。
【００８９】
その結果として、パラメータ空間は、単に二次元である。図11のシミュレーションは、r = √2, 1, 2及びn= 1.3, 1.5, 1.7の全ての組み合わせを示す。
【００９０】
これらのパラメータの現実性についての印象を提供するために、関連するF数が下記の表に示される。
【００９１】
F数は、パラメータ空間におけるシミュレーション・ポイントである。
2014526056.tif 000008
【００９２】
結果は図11に示され、最適なくさび高さ(再び小数第１位にまるめられる)が、図10を参照して説明された態様で、距離及びシートの厚さeのパーセンテージの両方として、凡例の一部として示される。
【００９３】
２つのポイント（
2014526056.tif 000009
）に対して、低F数領域において、解が見つからず、それゆえにhの値は1より大きい。
【００９４】
F/2のような実際的なF数を有する典型的なレンズが、本発明で使用するのに適している。極端に低いF数のレンズは、個々のレンチキュラ・レンズ内部で全反射を引き起こす可能性があり、したがって、好ましくは用いられるべきでない。
【００９５】
最適なくさび高さがF数の逆数(それは開口比であると考えられることができる)、すなわちp/fに対してプロットされる場合、図12に示されるように、興味深いパターンが生じる。
【００９６】
開口比と(レンズ厚さeの割合として表現される)くさび高さとの間におおよそ線形関係が存在し、より強いレンズに対して、より厚いくさびが必要であることを意味する。図12のライン120は、データ・ポイントに対するフィッテングであり、所与のくさび高さ(h)、レンチキュラ厚さ(e)、レンチキュラ・ピッチ(p)及び焦点距離(f)に対して、くさび高さ(h)の推定値は、
2014526056.tif 000010
によって与えられる。
【００９７】
したがって、ライン120は0.405の勾配を有する。h/e<0.6p/fのときに、適切なくさび高さを見つけることができる。勾配0.6を有するラインが122としてプロットされる。さらに、くさびのサイズは、良好な表示観察角を可能にするために、好ましくは10-30%に限られる。
【００９８】
上記の記述から明らかなように、値eは、レンチキュラ・シートの厚さである。特に、これは、レンズ構造が焦点面と上面との間で単一の層であるか複数の層であるかにかかわらず、レンズ表面の上端からレンズの焦点までの高さである。したがって、「レンズ厚さ」は、この文脈において理解されるべきである。
【００９９】
図面、開示及び添付の請求の範囲の検討から、開示された実施の形態に対する他のバリエーションは、請求された発明を実施する際に、当業者によって理解され、遂行されることができる。請求の範囲において、「有する」「含む」等の用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数表現は複数を除外しない。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項中に列挙されているからといって、これらの手段の組み合わせが有効に用いられることができないことを意味しない。請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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