(57)【要約】  機械的および電気的に互いに接続された均一なパネル（１０）で構成されるモジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイであって、均一なパネル（１０）の各々は、ピクセル（Ｐ）を備えるＬＥＤバックプレーン（３０）であって、ピクセルの各々が複数のＬＥＤエミッタ（２０）を組み込んでいる、ＬＥＤバックプレーン（３０）と、ＬＥＤエミッタ（２０）を覆って置かれて、複数の光ビームをピクセル（Ｐ）の各々から複数の方向へと導く光学手段と、を備え、パネルは、ＬＥＤ駆動電子回路（３４）およびコネクタ（３５）を更に備え、ＬＥＤエミッタは、ＬＥＤピクセル内でＬＥＤエミッタが所定のパターンで配置された個別に制御されるＬＥＤエミッタであり、光学手段は、パネルと同じサイズおよび形を有し、複数の光学面を備え、レンズアレイを形成し、ピクセル（Ｐ）配置に対応する直線の縁部を有する整数個の真っ直ぐに向いたレンズレット（４２）を含有して、継ぎ目なしにタイル状に配置可能なアレイを形成する、パネル光学部品（４０）として実現され、ＬＥＤエミッタ（２０）の各々からの光ビームは、パネル光学部品（４０）によって１つの方向に導かれ、ピクセル（Ｐ）から複数の方向へと放出される光ビーム（Ｌ1〜ＬN）は、隣接する角度範囲αを単一のローブでカバーし、光ビームの各々は、連続的に変化する３Ｄビジョンを提供するために発散（δ）を有し、ピクセル（Ｐ）の全てからの複数の光ビーム（Ｌ1〜ＬN）が、高い角度分解能を伴って、広い視野（ＦＯＶ）にわたって自然な３Ｄビューを提供する連続的な３Ｄライトフィールドを生成する。大規模な水平方向のみ視差（ＨＯＰ）３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイと、マイクロＬＥＤアレイを備えるバックプレーンに基づく全方向視差パネルとの両方について説明される。３Ｄ  ＬＥＤウォールディスプレイ上に３Ｄ画像を表示するための方法が更に開示される。【選択図】図１７
2021515263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的および電気的に互いに接続された均一なパネル（１０）で構成されるモジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイであって、前記均一なパネル（１０）の各々は、
ピクセル（Ｐ）を備えるＬＥＤバックプレーン（３０）であって、前記ピクセルの各々が複数のＬＥＤエミッタ（２０）を組み込んでいる、ＬＥＤバックプレーン（３０）と、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）を覆って置かれて、複数の光ビームを前記ピクセル（Ｐ）の各々から複数の方向へと導く光学手段と、を備え、
前記パネルは、ＬＥＤ駆動電子回路（３４）およびコネクタ（３５）を更に備え、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）は、ピクセル（Ｐ）の内部に所定のパターンで配置され、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）の各々は、ピクセル領域（ｐ）の内部における前記ＬＥＤエミッタの位置の関数として、１つの方向に関連付けられ、前記光ビーム（Ｌ1〜ＬN）は個別に制御されることができ、
前記光学手段は、前記パネルと同じサイズおよび形を有し、複数の光学面を備え、レンズアレイを形成し、前記ピクセル（Ｐ）の配置に対応する直線の縁部を有する整数個の真っ直ぐに向いたレンズレット（４２）を含有して、継ぎ目なしにタイル状に配置可能なアレイを形成する、パネル光学部品（４０）として実現され、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）の各々からの前記光ビームは、前記パネル光学部品（４０）によって１つの方向に導かれ、前記ピクセル（Ｐ）から前記複数の方向へと放出される前記光ビーム（Ｌ1〜ＬN）は、隣接する角度範囲αを単一のローブでカバーするように発散δを有し、
前記ピクセル（Ｐ）の全てからの複数の前記光ビーム（Ｌ1〜ＬN）は、広い視野（ＦＯＶ）にわたって自然な３Ｄビューを提供する連続的３Ｄライトフィールドを生成する、ことを特徴とする、
モジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項２】
前記ＬＥＤエミッタ（２０）は、より多くのチップ、特にＲ、Ｇ、Ｂ  ＬＥＤチップ（２２）、ＬＥＤチップ（２２）、マイクロＬＥＤチップ（２３）、およびマイクロＬＥＤアレイを含むＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ（２１）を備える群から選択される、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項３】
前記パネル（１０、１１）はＬＥＤバックプレーン（３０）を含み、前記ＬＥＤバックプレーンは、前記ＬＥＤバックプレーン（３０）の縁部に至るまでピクセルＰの周期的構造にて配置されたＬＥＤエミッタ（２０）を有し、前記ピクセル間のギャップｇの半分未満の幅を有する非アクティブな境界部を前記縁部に沿って有する、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項４】
前記パネル光学部品（４０）は、前記ピクセルＰとしての対応する寸法を有するレンズレット（４２）からなるタイル状に配置可能なレンズアレイ４３を形成する１つ以上の光学層（４１）を含み、ピクセルに関連付けられた前記光学部品は、コリメートされた光ビームを、関連付けられた前記ピクセル領域ｐ内に位置するＬＥＤエミッタ（２０）からのみ投影し、隣り合う前記ピクセル領域ｐ内の前記ＬＥＤエミッタ（２０）からの主偏向方向の光を遮断する、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項５】
前記パネル光学部品（４０）内の複数の前記光学層（４１）は、ガラスまたは様々な光学プラスチックで作られた積層光学プレート（４６）として実現され、前記光学層（４１）は、非球面、アパーチャ、拡散特性を備える光学面、遮光構造、着色形状、光学コーティング、反射防止層、防眩層、外面上の耐スクラッチ保護層などを含む、複数の光学面を備える群から選択された少なくとも１つの要素を含む、請求項４に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項６】
全方向視差３Ｄ  ＬＥＤパネル（１１）を備える請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイであって、前記３Ｄ  ＬＥＤパネルは、ＴＦＴバックプレーン（３３）上にマイクロＬＥＤチップ（２３）を備え、前記パネル光学部品（４０）は、光学プレート（４６）として実現された複数層の球面レンズアレイ（４５）を備え、前記ＴＦＴバックプレーン（３３）と、前記パネル光学部品（４０）のオーバーレイのサイズは前記パネル（１１）のサイズに等しく、前記マイクロＬＥＤチップ（２３）は、前記ＴＦＴバックプレーン（３３）の領域の全体にわたってグループに配置されてピクセルＰを構成し、ｇ／２未満のギャップを有して前記ＴＦＴバックプレーン（３３）の縁部に至る、３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項７】
全方向視差３Ｄ  ＬＥＤパネル（１１）を備える、請求項６に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイであって、ＬＥＤ駆動電子回路（３４）およびコネクタ（３５）を備える複数のマイクロＬＥＤパネル（１１）が、互いに継ぎ目なしでタイル状に配置され、機械的構造（４）内で、入力コネクタ（５）を備える共通制御ボード（３）に接続されて、完全に機能する３Ｄディスプレイユニットを実現する、３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項８】
前記パネル光学部品（４０）は、光学プレート（４６）として実現される１層以上の円柱レンズアレイ（４４）を備え、前記ＬＥＤバックプレーン（３０）は、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ（２１）、直接結合されたＬＥＤチップ（２２）、またはマイクロＬＥＤチップ（２３）を保持するＴＦＴバックプレーン（３３）、を保持する多層プリント回路基盤（３１、３２）として実現され、前記パネルは（１０）、ＬＥＤ駆動電子回路（３４）およびコネクタ（３５）を更に備える、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項９】
より多くのチップ、特にＲ、Ｇ、Ｂ  ＬＥＤチップ（２２）、ＬＥＤチップ（２２）、マイクロＬＥＤチップ（２３）を含むＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ（２１）を含む群から選択される前記ＬＥＤエミッタ（２０）は、前記ＬＥＤエミッタ（２０）の発光領域（Ｅ）の水平方向範囲（Ｅx）に対応する距離（ｄ）で、前記ピクセル領域（ｐ）内で水平方向に互いに対してシフトされており、前記シフト（ｄ）は、（１／２）Ｅx〜１０Ｅxの範囲、好ましくは、（１／２）Ｅx〜５Ｅxの範囲、更により好ましくは、（１／２）Ｅx〜２Ｅxの範囲にある、請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記ＬＥＤエミッタ（２０）は、Ｅxよりも大きいシフト（ｄ）で配置され、前記パネル光学部品（４０）はわずかにデフォーカスされているか、または対応する拡散機能を組み込んでいる、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項１１】
複数のＬＥＤチップ（２２）、好ましくはＲ、Ｇ、Ｂ  ＬＥＤチップ（２２）が、放出方向に対応する前記ピクセル領域（ｐ）内の同じ水平位置に位置している、請求項８に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項１２】
前記ピクセル領域（ｐ）内のＬＥＤエミッタ（２０）が、その物理的寸法（Ｌ）および必要なクリアランス（ｃ）に対応する周期で列をなして配置され、前記ピクセル領域（ｐ）は複数の行を含み、前記行の各々は互いにＥxだけシフトされ、光学的に隣り合う前記ＬＥＤエミッタ（２０）は後続の行に、または有利には近接する行以外の行に置かれる、請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記パネル光学部品（４０）は、前記レンズレット（４２）間にアパーチャを有する２層の円柱レンズアレイ（４４）を備え、前記レンズレット（４２）の第１の層は、対応する垂直アパーチャストライプの中に前記ビームを水平方向に集束させ、第２のレンズ層４１２は、前記光ビームを垂直偏向なしに最終方向に向け、前記第１の層（４１１）は、前記ＬＥＤバックプレーン（３０）に直接結合されるか、またはオーバーモールドされる、請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
少なくとも１つのキャビネット（２）で組み立てられた、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイであって、前記キャビネット（２）の各々は、複数の均一な、継ぎ目なしでタイル状に配置されたパネル（１０、１１）、入力および出力コネクタ（５）を有する制御ボード（３）、および前記パネル（１０、１１）を保持するための自己支持型機械的構造（４）を備え、前記パネル（１０、１１）は、コネクタ（３５）を介して、前記制御ボード（３）に接続されかつ制御され、前記制御ボード（３）は、前記パネル（１０、１１）のＬＥＤ駆動電子回路（３４）を制御し、前記パネル（１０、１１）の各々に対応するビデオ信号を分配し、前記パネル（１０、１１）用の電源を供給し、更に、前記制御ボード（３）は、入力および出力コネクタ（５）、外部制御コネクタ、電源入力コネクタを有し、前記キャビネット（２）自体は、完全に機能する３Ｄライトフィールドディスプレイユニットである、３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項１５】
組み立てられた前記３Ｄディスプレイの幾何学的形状および色歪みを補償するために、校正カメラまたは他のセンサから得られた校正データを格納することができる制御システムを備える、請求項１に記載の３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ。
【請求項１６】
機械的および電気的に互いに接続された均一なパネル（１０）で構成されるモジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ上に、３Ｄライトフィールド画像を表示する方法であって、前記均一なパネル（１０）の各々が、
ピクセル（Ｐ）を備えるＬＥＤバックプレーン（３０）であって、前記ピクセルの各々が複数のＬＥＤエミッタ（２０）を組み込んでいる、ＬＥＤバックプレーン（３０）と、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）を覆って置かれて、複数の光ビームを前記ピクセル（Ｐ）の各々から複数の方向へと導く光学手段と、を備え、
前記パネルは、ＬＥＤ駆動電子回路（３４）およびコネクタ（３５）を更に備え、前記方法は、
ピクセル領域（ｐ）の各々にある複数の前記ＬＥＤエミッタ（２０）の各々を個別に制御するステップと、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）の各々からの前記光ビームを、パネル光学部品（４０）によって１つの方向に導くステップと、
前記ピクセル領域（ｐ）内のＮ個の異なる前記ＬＥＤエミッタ（２０）を制御することにより、Ｌ1〜ＬNの光ビームを生成し、前記パネル光学部品（４０）によって、角度範囲αを隣接してカバーするように発散δを伴って、単一のローブで異なる方向に偏向させるステップと、
前記パネル（１０）を継ぎ目なしでタイル状に配置してアセンブリにし、複数の前記パネル（１０）の前記ピクセル（Ｐ）の全てから放出された前記複数の光ビーム（Ｌ1〜ＬN）が、広い視野（ＦＯＶ）にわたって自然な３Ｄビューを提供する連続的な３Ｄライトフィールドを生成するステップと、を含む方法。
【請求項１７】
前記ピクセル領域（ｐ）の全体にＬＥＤエミッタ（２０）を垂直位置および水平位置に配置するステップと、
前記ＬＥＤエミッタ（２０）の発光領域（Ｅ）の水平方向範囲Ｅxに対応する距離ｄで、前記ＬＥＤエミッタ（２０）を互いに対して水平方向にシフトさせて接触する放出領域（Ｅ）を有する、水平方向に光学的に近接するＬＥＤエミッタ（２０）を構築するステップと、
前記パネル光学部品（４０）によって前記ＬＥＤエミッタ（２０）の各々から得られた前記光ビームを、垂直方向に偏向させることなく、前記ピクセル領域（ｐ）内の前記ＬＥＤエミッタ（２０）の水平方向位置の関数として、１つの水平方向へと導くステップと、
前記ピクセル（Ｐ）からの水平方向に異なる光ビーム（Ｌ1〜ＬN）の垂直方向に広がる多数のローブを、水平方向に光学的に近接する前記ＬＥＤエミッタ（２０）から放出するステップと、
を更に含む請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ表示のための方法および装置に関し、モジュール式ＬＥＤウォールスタイル３Ｄライトフィールドディスプレイについて説明する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄライトフィールド表示は、メガネまたはいかなる制限もなく、自然なホログラムのような３Ｄビューを提供し得る、他の３Ｄソリューションよりも優れている次世代の３Ｄシステムを表す。
【０００３】
ライトフィールドは、３Ｄシーンを、３Ｄシーンのポイントから放出または反射された光線の集合として考慮する３Ｄ情報の一般的な表現である。３Ｄライトフィールド表現は、３Ｄディスプレイに理想的である。その理由は、３Ｄ表示の目的は、現実のまたは合成の３Ｄシーンから可視光ビームを再構築し、人間の視覚が処理できる同じパラメータ、すなわち方向、位置、強度、色を伴って光ビームを実空間に再現することだからである。換言すれば、目標は、自然の視野に存在するようにライトフィールドを再構築することである。
【０００４】
３Ｄライトフィールドディスプレイは、そのピクセルの各々から、複数の個別に制御された光ビームを、あたかも、それらが画面の背後にあるオブジェクトの点から放出されているか、または画面の前方の点で交差しているかのように、様々な方向に放出することができ、オブジェクトが空中に浮いているような表示がされる。
【０００５】
潜在的な技術として、発光型ディスプレイであるＬＥＤディスプレイは、一般に非常に効率的に動作する。ＬＥＤディスプレイは鮮やかな色彩と、オフ時に真の黒レベルを有する優れたコントラストとを提供できる。ＬＥＤディスプレイは、ＬＣＤパネルのような、画像情報に応じて光が吸収されるバックライト照明は使用しない。
【０００６】
加えて、通常の無機ＬＥＤは有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）よりもはるかに効率的である。ＯＬＥＤディスプレイは、発光型ディスプレイであるが、輝度は重要なパラメータである。その理由は、ＯＬＥＤディスプレイはほとんどの場合、白色発光メカニズムに基づいており、色はカラーフィルタによって作られるので生成された光のかなりの部分が失われ、寿命、色ずれ、焼き付きのような他の課題は未解決の課題であることは言うまでもない。
【０００７】
理解されるように、ＬＥＤチップはディスプレイ技術に理想的であり、適度な電力消費で高輝度を実現するには効率的であり、前例のないコントラストを提供し、レーザーエミッタに近い広い色域を提供できるが、スペックルを避けるためにスペクトルはわずかに広い。
【０００８】
最近のマイクロＬＥＤチップでは、非常に小さなＬＥＤチップがアクティブマトリックスバックプレーンに移転され、トランジスタが直接、チップを駆動して、高分解能、高輝度、広色域、効率的なマイクロＬＥＤディスプレイが形成され、ＯＬＥＤディスプレイパネルの代替品が提供される。
【０００９】
大規模ディスプレイにおいて、ＬＥＤウォールディスプレイが広く使用されるようになっている。これらディスプレイのモジュール式の特徴により、任意のサイズ、任意のアスペクト、および曲面すら可能な任意の形状のディスプレイを構築するには非常に魅力的な選択肢となっている。そのサイズに対して、ＬＥＤウォールモジュールはフラットパネルの軽量ソリューションと見なすことができ、例えば、公共スペース、ショッピングモール、空港、視覚的に印象的なコンサートおよびステージ技術、テレビスタジオ、スポーツイベントおよびスタジアム、建築構成要素における、屋内および屋外の広告表示のような、恒久的な設置物および構築が簡単な一時的な設置物の両方を含む、いくつかの用途の場合に実用的に合致し得る。
【００１０】
ＬＥＤウォールは主に、１ｍｍまたはそれ未満の縮小されたＬＥＤピクセルピッチサイズを用いて大規模用途に検討されたが、フルＨＤディスプレイは２ｍ未満になる場合があり、これはすでにリビングルームのテレビセット向けの範囲である。この傾向では、ＬＥＤウォールディスプレイは、対角線７０〜８０インチのコンシューマー部門シングルパネルディスプレイとすぐに競合するであろう。優れた品質と柔軟性を提供するＬＥＤディスプレイは、将来の表示において優位を占め、消費者市場および幅広い用途にも浸透するであろう。
【００１１】
表示の基本的な目的は、最高の完成度で現実世界または合成シーンを戻すことである。明らかに、全ての形式の視覚化において３Ｄの必要性が存在するであろう。私たちは世界をそのように見ているからである。平均的なユーザにとって何ら違いがない、４Ｋ、８Ｋ、ＨＤＲ、ＨＦＲ、広色域など２Ｄ表示の合理的な限界に接近している一方で、不足していることは、３Ｄを完璧に視覚化して、ステレオおよびマルチビューのメガネ不要３Ｄシステムの制限を克服し、ＬＥＤウォールディスプレイでは、まだ解決されていない現実の３Ｄ表示機能を構築することである。
【００１２】
ＬＥＤウォールディスプレイに関しては、ステレオ３Ｄソリューション（Ｓｏｎｙ、ＣＣＤＬ）を参照することができる。これらはパッシブな偏光ベースのソリューションであり、左目と右目の分離は、ＬＥＤに直接貼り付けられたそれぞれの円偏光フィルタによって提供される。しかし、これは分解能を半分にし、偏光フォイルはディスプレイに光沢のある外観を与える。もう１つのソリューションは、左右の画像を素早く連続して表示するＬＥＤウォールの倍速操作である。しかし、これらは同期化されたアクティブシャッターメガネを必要とし、これはバッテリーゆえに連続的なケアを必要とし、同じ理由でかさばり、比較的高価である。ビューワーがメガネをかける必要のある３Ｄシステムは、特に人々が移動している公共の場所では、メガネを配布し収集し洗浄することは現実的ではなく、正しいデプスキューを示すことに関するステレオ３Ｄシステム固有の制限という光学的矛盾により、ステレオ３Ｄシステムを視覚的に容認し難くしていることは言うまでもない。
【００１３】
メガネ不要３Ｄマルチビュー効果を実現するために、レンチキュラーレンズシートをＴＶサイズのＬＥＤディスプレイ上に載せる試みがあった（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄｉｍｅｎｃｏ．ｅｕ）。１ｍｍピッチのＬＥＤウォールでは、十分な分解能および視野範囲にて高品質の３Ｄ表示ができないということが課題である。水平方向ピクセルと垂直方向ピクセル３００の間での分解能損失の差を分散させるために、傾斜レンチキュラーレンズアレイ４００が適用される。これは一方では、特に直線方向で視認できる、奇妙に見えるピクセル形状になるであろうが、追加の制限として、継ぎ目なしでタイル状に配置することによりディスプレイを拡大する選択肢が除外されることになる。マルチビューシステムでは、ビューが周期的に現れるので、その結果、３Ｄビューが反転されるか、またはビューが混ざった、無効な混合されたゾーンが常に存在する。例えば、９つのビューを持つ典型的なマルチビューシステムの場合、ビュー１〜９は、左から右に変化する視点を表す。ビューの離散的な狭いローブ間の非連続的な視野範囲では、図２に示すように、左目が別のローブからの右ビューを見る、右目が相対的に左ビューを見る、または両方の目がより多くの両方のビューを見る位置が常に存在することになる。これらのゾーンでは、３Ｄビジョンは損なわれることになり、反転した遠近感、またはぼやけたゴースト画像が見えることになる。マルチビューシステムでは、視野範囲内で正しい３Ｄビューが見える領域が更に少なくなり、ビューワーが３Ｄオブジェクトをより近くで見ようと移動すると、３Ｄビューはすぐに崩壊する。ビューワーは正しい３Ｄを見るために固定されたスイートスポットにいる必要がある。これらは、いわゆるダイヤモンド形状のスポットであり、表示領域において、無効な混合されたゾーンよりも全体的に狭い領域を表し、これにより、メガネ不要３Ｄマルチビューシステムが広く一般的に受け入れられることが妨げられている。
【００１４】
大規模な屋外広告３Ｄディスプレイについては、レーザースキャン式ピクセルソリューションも知られている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｒｉｌｉｔｅ−ｔｅｃｈ．ｃｏｍ／）。各ピクセルは、３つのレーザーダイオードに加えて、スキャナ、制御およびフィードバック用の電子回路を含み、その結果、物理的な寸法は許容範囲を超えており、すなわちピクセルピッチは約２ｃｍである。加えて、光学スキャン角度が制限されていることに起因して視野（ＦＯＶ）は狭い。一方で、個別のピクセルのコストは、完全なレーザーピコプロジェクターエンジンの範囲にあり、その結果、より大きなアセンブリについては、莫大な最終的なシステムコストになる。
【００１５】
ピクセル要素は、３Ｄディスプレイを組み立てるための、Ｂａｌｏｇｈによる米国特許第６，７３６，５１２号に記載されており、各要素は、一列に配置された個別にアドレス指定可能な点光源のセットと、光学撮像手段とを含む。ただし、ピクセルサイズ、ＦＯＶ、およびビュー数が固定されているので、そのようなピクセル要素を使用して３Ｄディスプレイを構築することは柔軟性を欠く。異なるチップ構造、駆動回路、光学部品、パッケージングを含む、これらパラメータの何らかの変更により、別の異なるピクセル要素が必要になり、様々なディスプレイを構築する際にピクセル要素の実行可能性が低くなる。更には、個別に調整可能なピクセル要素により、ディスプレイの位置合わせと校正プロセスがより複雑になる。
【００１６】
同様のピクセル要素がＺｈｅｎｇｚｈｏｕ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｃｈｉｎａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｌｔｄ．（中国特許出願公開第１０４１９９１９７号および中国特許出願公開第１０４２００７５７号として公開）により開示されており、どちらも同じソリューションに関連し、１番目の文献はレンズについて開示し、２番目の文献はその上に構築されるディスプレイについて開示している。これら文献はまた、複数のＬＥＤチップ上にレンズを有する要素について説明している。ＬＥＤピクセル要素は、レイアウトの基本単位と見なされるチップおよびギャップの物理的サイズによって原則として制限されるので、ＬＥＤピクセル要素を光学密度の理論上の最大値に近づけることはできない。説明されている最も複雑な要素は、８つのＲＧＢ  ＬＥＤがレンズ下に直線状に配置され、ピクセルあたり２４個の別々の要素があり（行内に３つ×８個の後続行）、その結果、少なくとも１５〜２０ｍｍのピクセルピッチで、単一の要素光学部品ゆえの狭い角度にて８個のビューになる。その他の配置は、上記のＤｉｍｅｎｃｏ  ／元Ｐｈｉｌｉｐｓの傾斜レンチキュラーシステムと同様であり、したがって、継ぎ目なしでタイル状に配置することを可能にするような直線の境界がレイアウトに存在しないので、大きな８ビューの３Ｄディスプレイアセンブリを一体として構築すること、または、より小さなアセンブリをタイル状に配置し、その間にのみベゼルを有するように構築することのいずれかが可能である。実際の実装における技術的困難さゆえに、この理論的なソリューションは実際の方法を見つけることができなかった。
【００１７】
すでに上述したように、３Ｄの必要性は広く使用されているＬＥＤディスプレイにあり、それは依然として満足いくものではない。簡単な試みとして、ステレオグラス３Ｄシステムはすでに示されている。メガネ不要３Ｄ効果を実現するには、レンチキュラーシートをＬＥＤディスプレイ上に配置することが明らかな手法である。しかし、これにはいくつかの課題がある。
【００１８】
主流のＬＥＤディスプレイでは、ピクセルピッチは典型的には１０ｍｍから最小３ｍｍの数ｍｍの範囲にあり、最も微細な１ｍｍピッチのＬＥＤディスプレイでも分解能が制限因子となる。レンズレット下には更にピクセルがあり、それぞれが他の放出方向に属する。換言すれば、３Ｄピクセルはいわゆるサブピクセルを含み、例えば３Ｄピクセルは、各々がＬＥＤである２Ｄサブピクセルよりも大きい。３Ｄディスプレイでは、最終的な画面分解能度はビューの数で除算される。レンチキュラーマルチビューディスプレイでは非常に典型的なようにビューがちょうど９個ある場合、分解能は下にある元のディスプレイの１／９倍になるであろう。
【００１９】
ピクセルの観点からは単一要素光学部品を表すレンチキュラーシートは、隣り合うピクセルからの光を送ることができる角度が制限されている。適切な光学品質（遠視野スポットサイズ）の光ビームを有する視野範囲は、３０〜４０度に制限される。一方、ビューの数を制限し３Ｄ効果を維持するために、更に狭い角度が設定され、例えば、ビューが９個のディスプレイについては、典型的には２０度になる。同じビュー画像に対するこの狭い視野範囲は、より広いＦＯＶで繰り返される。レンチキュラーシステムは典型的には、マルチビュー動作を実現するが、前述の欠点、すなわち、右目が左ビューを見るか、または両方を見る、およびその逆であるような無効なゾーンまたは混合されたゾーンという欠点があり、その場合、３Ｄビューは崩壊し、これについては再び図２が参照される。
【００２０】
水平方向視差は垂直方向視差よりも重要である。我々の目は水平方向に位置がずれており、スクリーンの前で床の上を水平に移動しており、したがって、マルチビューシステムは水平方向にのみ変化する異なるビューを提供する。これは典型的には、水平方向のみ視差（ＨＯＰ）システムである。したがって、異なる水平方向位置にあるピクセルから複数の水平方向に光を分配すると、水平分解能は低下し、一方で垂直分解能は影響を受けない。表示面での水平方向の行および垂直方向の列３００にピクセルを有する表示面にわたって、非対称な分解能損失のバランスをとるために、レンチキュラーシートを傾斜させて４００、垂直位置をレンズレットに対して異なる水平位置に変換する。しかし、傾斜させた幾何学的配置は、図３に示すように、ピクセルの規則的な配置において、レンズレットの境界部にてピクセルの端数が常に生じる。図３を参照されたい。傾斜したレンズアレイの縁部には、目に見えるアーチファクト、欠落したビュー、内部全反射が常に存在することになり、それによりパネルの継ぎ目なしのタイル状の配置ができなくなる。参照された従来技術のソリューションでは、乱れないビューを得るためには、ディスプレイ画面全体にわたって単一のレンチキュラーシートを配置する必要があり、ＬＥＤディスプレイのモジュール式の特徴を放棄することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６，７３６，５１２号
【特許文献２】中国特許出願公開第１０４１９９１９７号
【特許文献３】中国特許出願公開第１０４２００７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、高い角度分解能を伴う連続的な３Ｄビジョンを提供するために、真の３Ｄライトフィールドディスプレイを可能にする特別なモジュール式構造を有する３Ｄメガネ不要ＬＥＤウォールディスプレイを提供して、各ピクセルＰから、個別に制御された多数の光ビームを広い視野（ＦＯＶ）にわたって様々な方向に放出することを可能にすることである。図１．ｂを参照されたい。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的は、本発明の一態様において、請求項１に記載のモジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイ、および請求項１５に記載の方法によって達成される。
【００２４】
３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイは均一なパネル１０で構成され、各パネルはピクセルＰを備えるＬＥＤバックプレーン３０を備え、各ピクセルは複数のＬＥＤエミッタ２０を組み込んでおり、ＬＥＤエミッタ２０を覆って光学手段が置かれて、複数の光ビームを各ピクセルＰから複数の方向へと導く。
【００２５】
ＬＥＤエミッタの各々からの光ビームは、パネル光学部品によって１つの方向に導かれ、ピクセルから複数の方向へと放出される光ビーム（Ｌ1〜ＬN）は、隣接する角度範囲αを単一のローブでカバーする。角度範囲αを隣接してカバーするということは、理想的には、δの発散を有する光ビームが重ならないか、または放出された光ビーム間に角度方向のギャップが存在しないことを意味する。
【００２６】
ＬＥＤエミッタ２０の数は、見る方向、ピクセルＰから放出される光ビームＮの数に応じて選択され、それにより、各ＬＥＤエミッタ２０からの光は、ピクセル領域ｐ内のＬＥＤエミッタ位置に応じて単一の方向に導かれる。
【００２７】
例として、ＦＯＶが１００度に設定され、３Ｄディスプレイの角度分解能が１度に設定されている場合（これにより、すでに許容できる３Ｄ深度品質または被写界深度、ディスプレイのＦＯＤになる）、１００個の個別に制御された光ビームが各ピクセルＰから放出されるはずであり、光ビームの発散は１度であり、すなわちそれぞれが１度であるローブを準コリメート光ビームがカバーしている。
【００２８】
光学手段は、パネルと同じサイズおよび形を有し、複数の光学面を備え、レンズアレイを形成し、ピクセルＰの配置に対応する直線の縁部を有する整数個の真っ直ぐに向いたレンズレットを含有して、継ぎ目なしにタイル状に配置可能なアレイを形成する、パネル光学部品として実現され得る。
【００２９】
我々は、ＬＥＤパネル１０構造と、対応するパネル光学部品４０とについて説明し、これらは、無効なゾーン、妨害するアーチファクト、対抗するマルチビューなしに、真の３Ｄライトフィールド表示を提供し、多数の繰り返しのないビューをＦＯＶ全体にわたって提供し、広い角度にて自然な３Ｄビューを可能にし、また、継ぎ目なしでタイル状に配置して、モジュール式の自由に拡張可能な３Ｄ  ＬＥＤウォールディスプレイを構築できる。
【００３０】
有利には、３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイアセンブリについては、複数のパネル１０を、より大きなユニットとしてキャビネット２に構成することができ、これが、より大きなディスプレイの実際のアセンブリを手助けすることができる。ＬＥＤ駆動電子回路３４およびコネクタ３５を更に備えるパネル１０は、共通の制御ユニットボード３および機械的構造４にそれぞれ電気的および機械的に接続されて、キャビネットを形成することになる。これにより、複数のパネル１０および制御ボード３を備えるキャビネット２自体が、すでに完全に機能する３Ｄライトフィールドディスプレイユニットを表す。
【００３１】
真の３Ｄ画像を表示するには、２Ｄの場合よりもはるかに多くの光エミッタが必要であり、これは、２Ｄサブピクセルとしてパッケージ化されたＬＥＤまたはＬＥＤチップ２２を有するＬＥＤディスプレイの難題である。３ＤディスプレイのピクセルＰのサイズと、ピクセルＰから放出される光ビームの数Ｎは、矛盾するパラメータである。
【００３２】
我々は、ＬＥＤが最高の光学密度に達するように配置されて理論上の限界に達して、３Ｄ表示の分解能の課題を解決するような配置と、傾斜構造では不可能な、継ぎ目なしのタイル状の配置を可能にする、適切に方向付けられた周期的な特徴を有する、単一の要素光学部品の制限を超える多層パネル光学部品４０と、を提案する。
【００３３】
３Ｄ  ＬＥＤディスプレイにおいて、所与のピクセルＰから放出され得る独立した光ビームＮの数は、使用されるＬＥＤチップ２２のアクティブな発光領域Ｅのサイズにのみ依存することに気付いた。我々は、ピクセル領域内のサブピクセルＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２を、チップの発光領域Ｅのサイズ／範囲Ｅxに実質的に対応するようにシフト方向にシフトさせるように配置した。この場合、所与のピクセルＰサイズから理論上の最大値である最適値に到達する。
【００３４】
ＬＥＤをどのように配置するかに関して、様々なレイアウトについて概説する。すなわち、（３Ｄ）ピクセル領域ｐ内のサブピクセルについては、サブピクセルをより多くの行に配置でき、行は互いに対してシフトされ得るが、分解能とビューの数に関する３Ｄ  ＬＥＤディスプレイの光学性能に対して常に最大値がある。すなわち、ピクセルＰのサイズと、ピクセルＰから放出される独立した光ビームの最大数は、ｐx＝Ｅx＊Ｎ、であり、ここで、ｐxは水平方向のピクセルサイズ、ＥxはＬＥＤエミッタ２０の発光領域Ｅの水平方向サイズ、Ｎはピクセルから放出される個別に制御可能な光ビームの数である。
【００３５】
ディスプレイでは、水平分解能と垂直分解能が同じであるためには、ピクセルアスペクトが対称的である、すなわち、ｐxがｐyに等しいことが想定されている。原則として、異なる水平／垂直分解能で試してみることは可能であるが、重要な因子はピクセルの水平方向範囲ｐxである。ピクセルサイズは放出される光ビームの数に比例する一方で、ピクセル領域はピクセルサイズの二乗関数に比例し、ゆえに、領域が大きいほど、そこにより多くのチップを置くことができる。一般に、ピクセルが大きいほど、３Ｄ  ＬＥＤディスプレイの効果は高くなり得る。
【００３６】
提案された方法に従って、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２の物理的なサイズ／寸法Ｌ、および必要なクリアランスｃが許容するよりもはるかに高密度の光学レイアウトを達成することができる。この手法により、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１、ＬＥＤチップ２２において重要な全ての技術的な欠点、すなわち、アクティブ領域と機械的パッケージのエンベロープ、またはＬＥＤチップ２２におけるボンディングのような非アクティブ領域との比率、アクティブな発光ウィンドウＥに比較して暗い他の基板構造、を排除して、３Ｄ  ＬＥＤライトフィールドディスプレイを実現して連続的ビューを可能にするために重要な、高密度の光学配置の理論上の最大値に到達することができる。
【００３７】
ピクセルＰから放出される個別の光ビームの発散δは、ＬＥＤエミッタ２０のアクティブな発光領域Ｅの範囲に依存する。光学的に密に配置されたＬＥＤエミッタ２０を、実質的にｄ＝Ｅでシフトさせることにより、ピクセルＰ内の光学的に近接して接触する発光領域Ｅから放出される光ビームは、放出角度範囲αを連続的にカバーすることになる。発散δは、放出角度範囲αをＬＥＤエミッタ２０の数Ｎで除算したものに等しくなり、すなわち、δ＝α／Ｎであり、実際には、最適な場合では、発散δはディスプレイの角度分解能に等しい。全てのピクセルを一緒にすると、ＦＯＶ上に連続的な３Ｄライトフィールドが生成されることになる。ディスプレイのＦＯＶは放出角度範囲αに強く関連するが、近視野では、可能なＦＯＶの定義に応じて、例えば、ビューワーが画面全体で３Ｄを見ることができる表示領域の形状が規定されている場合は異なり得る。しかし遠視野では、遠距離から３Ｄディスプレイを見ると、ＦＯＶは放射角度範囲αに等しくなる。説明を簡単にするために、値を区別することなく、かつ重要性が２次的である様々なＦＯＶの定義を取り扱うことなく、この考慮事項に従う。
【００３８】
もちろん実際のシステムでは、シフトｄは、パネル１０で使用されているＬＥＤチップ２２の異なる種類／色に対する異なるサイズの放出領域、または設計において従っている特定の丸められた数または整数などのような他の要因に関して、理論上の最適値よりも小さい場合、または大きい場合がある。しかし、最適なシフトは、有利には、発光領域Ｅの平均範囲の前後で選択され、良好な配置は例えば、シフトがＥxの１／２〜１０倍のサイズで設定され得る。
【００３９】
シフトが小さい場合、例えば（１／２）Ｅxの場合、光ビームの隣り合うローブが部分的に重なることになり、ビュー間にクロストークが発生し、３Ｄゴースト効果が発生することになる。シフトがより大きい場合、例えば２×Ｅxの場合、発光領域Ｅの間にギャップが生じ、感知可能な不均一性を３Ｄ画像に引き起こすことになる。しかし、この第２の効果は、わずかにデフォーカスされたパネル光学部品４０を使用することによって、またはパネルに重ねた光学層４１に所与の拡散機能を組み込むことによって低減させ得る。いくつかの技術上の理由から、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１、ＬＥＤチップ２２、または必要な最小クリアランスｃの物理的寸法が、最適な密度配置に到達する際の障害になる場合は、このような光学補償を使用することにより、緩いレイアウトが実現可能になり得る。
【００４０】
パネル１０に対する適切なサイズを決定する際に、最適な密度配置を規定することと共に、継ぎ目なしでタイル状に配置可能なモジュール式パネル１０を得るために、所与の整数を考慮すべきである。ピクセル領域ｐ内に完全に密なＬＥＤチップ２２配置を有する一方で、ピクセルＰの間にギャップｇを設定して、ピクセルＰを分離することが有利である。継ぎ目なしのタイル状の配置では、同じ理由で、ピクセル間にあるようなギャップｇの半分未満の幅を有する空の境界領域がパネル１０の縁部に沿って設定される。それゆえ、モジュールを結合した場合、モジュール間のギャップは、モジュール内のピクセル間のギャップｇと同じになるであろう。
【００４１】
パネル１０上のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の数は、個別に制御可能な光ビームＮと、ピクセルＰの数との積に等しく、別々のＲＧＢ  ＬＥＤチップ２２を使用する場合には、この３倍である。パネル１０の水平および垂直サイズは、ピクセルサイズｐx、ｐyにギャップを加えたものの整数倍、および水平および垂直方向のピクセル数の整数倍であり、それぞれＰＸおよびＰＹとなる。ＰＸおよびＰＹはパネル１０の分解能を表す。正方形のパネル１０の場合、アスペクトが１：１のピクセル、すなわちｐx＝ｐyを仮定するとＰＸ＝ＰＹであるが、一方、４：３または１６：９のような、パネル１０の他のアスペクトもまた、同様のアスペクトの最終ディスプレイを構築するのに実際的であり得る。有利な構成を得るために、個別に制御可能な光ビームの数Ｎ、パネル分解能ＰＸ、ＰＹ、ＬＥＤ駆動チップ３４のサイズ（フットプリント）およびチャネル数、ならびにパネル１０の機械的寸法は整合すべきである。
【００４２】
パネル光学部品４０の役割は、ＬＥＤエミッタ２０からの光を様々な方向へと導くことである。専用のパネル光学部品４０が対処するいくつかの難題がある。
【００４３】
ライトフィールドにおける表示の場合、各光ビームＬ1〜ＬNは、個別に制御可能でなければならず、そのことは、対応する個別に制御されるＬＥＤエミッタ２０から出てパネル光学部品４０を通過する光が、唯一の方向のみに進むべきであることを意味する。光ビームは、ＬＥＤチップ２２から非常に広い角度に放出され、光ビームがパネル光学部品４０から別の方向へと射出され得ること、または別のピクセルＰの位置において射出され得ること、例えば隣り合うピクセルＰに属するレンズレット４２を通って抜け出ることは回避されるべきである。これは、マルチビューシステムには反するが課題ではなく、むしろ、光ビームが制御されずに、隣り合うピクセルレンズレット４２を通って去ることに起因して、視野範囲にわたって、いくつかの同じビューを繰り返すという典型的な特徴である。３Ｄライトフィールド再構築では、パネル光学部品４０は、下にあるピクセル領域ｐからの光のみを透過させることができ、一方では隣り合うピクセル領域ｐに位置するＬＥＤエミッタ２０からの光は遮断する。
【００４４】
ＬＥＤエミッタ２０アレイ上に載せるべき連続的な周期的パターンを構築するために、ピクセルに属する光学部品、すなわちレンズレット４２は、ピクセル領域ｐとその周りのギャップｇの半分よりも大きくすることはできない。より広角の光学部品を設計しなければならない場合、このサイズ制限は特に難題である。その理由は、広角光学部品は、魚眼光学部品のように、光源領域に比べて大きくなる傾向があるからである。広いＦＯＶを自由に動く複数のビューワーに対して無制限の３Ｄビューを提供するために、パネル光学部品４０は広角で機能しなければならない。単純なレンズアレイは単一要素の光学システムを表し、広角動作は可能ではない。これを回避するために、パネル光学部品４０内に積層可能な複数の光学層４１を適用する。光学層４１は、複数の光学面、アパーチャ、最終的に拡散させる機能、シェーディング、光学コーティングなどを含む。
【００４５】
各ＬＥＤエミッタ２０からの光は、収集されコリメートされなければならない。光学的には、理想的な点状の光源に対して、コリメートは、無限遠に焦点を合わせて発散を最小限に抑えることを意味する。これは、垂直方向への偏向がない場合であっても、水平方向のＨＯＰシステムにも当てはまる。光ビームの発散δはアクティブな発光領域Ｅのサイズに関連し、光学システムは遠視野において全てのＬＥＤエミッタ２０を解像しなければならない。換言すれば、光学システムの角度分解能は、ＦＯＶと、Ｎに等しいピクセル内のＬＥＤエミッタ２０の数との商から得られる値よりも十分に低くなければならない。必要な角度分解能は、ＦＯＶ／Ｎよりも小さくなければならない。広角投影で適切な遠視野スポットサイズを実現するには、複数の要素光学部品が必要である。
【００４６】
モジュール式３Ｄディスプレイを目印なしで組み立てるには、パネル１０は継ぎ目なしにタイル状に配置されていなければならない。傾斜構造を除外した、整数個の分割されていないピクセル領域ｐに属する、真っ直ぐに向けられた整数個のレンズレット４２のレンズアレイ４３が、光学プレート４６を構成する。パネル１０は独立しており、隣り合うパネルから光が入ることができず、光線がパネルから誤った方向に出る可能性がある。縁部の上記基準が満たされ、そのピクセル領域ｐを形成するだけの光がパネルから出ることができる場合、接合部にダークマークまたはゴーストイメージは現れないであろう。光学プレート４６は、パネル１０およびＬＥＤバックプレーン３０と同じサイズおよび形状であり、継ぎ目なしのタイル状の配置を可能にし、これは時にはベゼルフリータイリングとも呼ばれる。
【００４７】
ＬＥＤパネル光学部品４０は、レンズアレイ４３の複数の層の積層された光学プレート４６として実現され、プレート４６内に配置されたレンズレット４２のサイズはピクセルＰのサイズを超えず、その周期はピクセルレイアウトに対応する。レンズレット４２は、コリメートされた光ビームを、対応するピクセル領域に位置するＬＥＤエミッタ２０からのみ、広い角度範囲に投射するので、ピクセル領域ｐ内の異なる位置にある各ＬＥＤエミッタ２０は、ディスプレイのＦＯＶ内の唯一の放出方向に関連付けられる。
【００４８】
有利な２層の基本的な実施形態として、ビームをアパーチャの中に集束させることによって方向を形成する、ＬＥＤエミッタ２０上の１次レンズ層４１１と、幾何学的に歪んだビームを、フィルタで除去するための、アパーチャを備える層と、ビームを修正しかつ再びターゲットに向けるための２次レンズ層４１２とがある。ＨＯＰシステムでは、垂直アパーチャストライプを有する円柱レンズアレイ４４が使用され、円柱レンズレット４２は水平方向のみに焦点を合わせる一方で、全方向視差では、球面光学部品４５および球面アパーチャが使用される。もちろん、円柱および球面の対称光学システムの両方に非球面光学面を使用することもできる。
【００４９】
全方向視差３Ｄイメージングには、膨大な数のピクセルが必要である。１００ビューのＨＯＰシステムについては、１００ビュー用に１００倍のピクセルが使用される一方で、全方向視差については、同じパフォーマンスでは１００ｘ１００になり、ピクセルは２Ｄにおけるよりも４桁多い。例えば、４Ｋ  ２Ｄディスプレイパネルから、３８ｘ２１（３Ｄ）ピクセルＰの全方向視差３Ｄディスプレイを構築できる。分解能の問題に加えて、サイズも課題である。通常のディスプレイパネルでは、３ＤピクセルＰのサイズは大きくなりすぎる。最先端の７００〜８００ｐｐｉパネルを使用しても、ピクセルＰのサイズは、１００ｘ１００のビューシステムに対して３ｍｍになり、対角６インチの主流の携帯電話のディスプレイパネルでは２５ｘ１４ピクセルＰになる。
【００５０】
理論的には、マイクロディスプレイは、５マイクロメートルのピクセルピッチ（今のところはカラーを扱わない）を有する最先端技術については、より良い選択肢を提供できるが、アクティブウィンドウと周囲のメカニカルフレームとの比率が、継ぎ目なしのタイル状の配置において障害になる。マイクロディスプレイのピクセル表面をより大きな画面に拡張するために、タイル状の配置に関していくつかのソリューションが提案されているが、現在のところ、アーチファクトのない実施可能なソリューションは存在しないことは自明の理である。
【００５１】
提案された方式を使用して、全方向視差３Ｄ  ＬＥＤディスプレイパネル１１を、マイクロＬＥＤチップ３２およびＴＦＴバックプレーン３３に基づいて実現することもできる。６０００ｐｐｉの密度さえ可能な非常に小さなマイクロＬＥＤチップ２３のサイズは、実用的なピクセルＰのサイズを有する高密度全方向視差配置について、実行可能な選択肢を提示する。パネル１１は、マイクロＬＥＤチップ２３またはマイクロＬＥＤアレイを含有するバックプレーン３３で構成され、光学オーバーレイ４０を有して組み立てられている。制御は全て、多層制御ボード３のＰＣＢで解決される。通常のピクセルギャップｇの設定よりも大きな非アクティブなフレームをピクセル領域ｐの周囲に必要とすることなく、マイクロＬＥＤチップ２３をバックプレーン３３上に移転して、バックプレーン３３領域全体にわたって周期的なパターンで分布させることができる。
【００５２】
レンズレット４２はピクセル領域ｐの全体から光を受け取り、光学面４１が精密にパネル１１の縁部までピクセル領域ｐを覆う周期的構造で構成される。機械的な公差も考慮するために、パネルの縁部には、ピクセル間のギャップｇの半分未満の非アクティブな境界部がある。パネル１１をタイル状に配置することができ、２つのパネル１１間のギャップは、パネル１１上のピクセル間のギャップｇと全く同じになり、したがって、連続的なピクセル周期を得ることができ、その結果、継ぎ目なしでタイル状に配置される３Ｄディスプレイ表面が得られる。
【００５３】
特に大規模な全方向視差３Ｄ  ＬＥＤディスプレイの場合、膨大な数のＬＥＤチップ２２が必要なので、モジュール式の手法が唯一の実行可能なソリューションである。
【００５４】
本発明は、図面に示される好ましい実施形態に基づいて以下に説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１ａ】マルチビューおよび３Ｄライトフィールド表示原理を比較している。
【図１ｂ】マルチビューおよび３Ｄライトフィールド表示原理を比較している。
【図２】マルチビューシステムの主な制限を示す。
【図３】マルチビューシステムにおける、傾斜したレンチキュラーレンズアレイ４００と、下にあるピクセルマトリックスとを示す。
【図４】真っ直ぐに向いたレンズアレイを備えるＲＧＢ  ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージのＬＥＤチップ発光領域固有のレイアウトを示す。
【図５】エミッタ領域Ｅのサイズに対応してＬＥＤチップがシフトされたＬＥＤチップレイアウトを示す。
【図６】チップオンボード（ＣＯＢ）構造を表し、ピクセル領域ｐ内でグループ化されたＬＥＤチップがＰＣＢに直接結合されていることを示す。
【図７】レンズアレイの２つの層とアパーチャとを有する、光学に関する好ましい実施形態を示す。
【図８】高密度のピクセルＰ配置において、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージと、物理的に分離された異なる向きのＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ内に封入された光学的にアクティブなＬＥＤチップを分離する例を示す。
【図９】シフトされた行を有する、代替の高密度ＲＧＢ  ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージピクセルＰの配置を示す。
【図１０ａ】ＴＦＴバックプレーン上でシフトされたマイクロＬＥＤチップを有するＨＯＰピクセルの拡大部分を示す。
【図１０ｂ】ＴＦＴバックプレーン上のマイクロＬＥＤチップの全方向視差ピクセル配置を示す。
【図１１ａ】バックプレーン３３上のマイクロＬＥＤチップ２３と、光学オーバーレイ４０とを備える全方向視差マイクロＬＥＤパネル１１を表す。
【図１１ｂ】制御ボード上の全方向視差マイクロＬＥＤパネル１１を示す。
【図１２ａ】円柱レンズアレイを有するパネル光学部品４０を有するＨＯＰパネル１０を示す。
【図１２ｂ】光学層と、制御ボードに接続されている駆動電子機器を裏面に有するＬＥＤバックプレーンとを示すＨＯＰパネルの側面図である。
【図１３】完全に組み立てられたパネルのキャビネットを、制御ボードを取り囲む機械的構造と共に示す。
【図１４ａ】パネルと、タイル状に配置された３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを構成するキャビネットとを有するシステムの全体的なモジュール式アーキテクチャを示す。
【図１４ｂ】パネルと、タイル状に配置された３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを構成するキャビネットとを有するシステムの全体的なモジュール式アーキテクチャを示す。
【図１４ｃ】パネルと、タイル状に配置された３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを構成するキャビネットとを有するシステムの全体的なモジュール式アーキテクチャを示す。
【図１５】継ぎ目なしにタイル状に配置された３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイを示す。
【図１６】冷却機構と制御ボードをケーブルなしで組み込んだ機械的構造を有する完全なＬＥＤウォールディスプレイアセンブリを背面から見たものを示す。
【図１７】機械的フレーミングを備える完全に継ぎ目なしにタイル状に配置されたＨＯＰ  ３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを示す。
【図１８】水平構成で使用される完全に継ぎ目なしにタイル状に配置された全方向視差３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
上述のように、３Ｄ画像は類似の２Ｄよりも多くの情報を含み、したがって３Ｄディスプレイは、より多くのピクセル、またはより高い光学能力および処理能力を提供するためにより高速の構成要素を有するべきであり、そうでなければ、３Ｄ画像が損なわれることになる。ライトフィールドの表示中に、我々は、光ビームを、実際のビューに存在するように再構築する。３Ｄライトフィールドディスプレイは、ビューワーにとって何ら制限なく、広い視野範囲で自然な３Ｄビューを提供でき、様々なデプスキュー（ｄｅｐｔｈ  ｃｕｅ）、すなわち両眼視差だけでなく運動視差も提供する。ビューワーはオブジェクトの背面を見ることができ、オブジェクトは画面の背面または前面の両方にあり得る。ライトフィールド表示では、ＦＯＶ全体に連続的なビューが存在し、画像のジャンプ、光学的矛盾、または不快感はない。位置合わせまたは追跡の必要がなく、したがって、無制限の人数の自由に移動するビューワーが３Ｄシーンを見ることができ、社会経験および協調的シナリオが使用時の快適性を伴って可能になる。
【００５７】
高品質の３Ｄビューを構築するためには、独立して制御可能な多数の光ビームＬ1〜ＬNが必要であり、その結果、物理的手段で高品質の３Ｄ表示を実現するためには、多数のピクセルが必要である。例えば、ちょうど１００度のＦＯＶにおいて、画面サイズでの深度にとって十分な１度の角度分解能にて許容できる３Ｄビューを得るには、同様の２Ｄ分解能で予想されるピクセルの最小１００倍が必要である。現在のところ、先端技術では４Ｋまたは８Ｋの構成要素があるが、これは十分ではなく、桁違いに多くのピクセルを使用する必要がある。我々はこれらを考慮して、モジュール式の手法を採用して、将来性のある３Ｄライトフィールドディスプレイシステムを構築した。
【００５８】
換言すれば、高ピクセル数のシステムを構築するために、モジュール式の手法は、技術の制限を取り除くことだけでなく、実際のシステムを構築する場合の生産歩留まりのような現実の問題を、またはメンテナンスもしくは壊れた構成要素の簡単な交換のような、このようなシステムを使用した後での現実的な点を処理する上で非常に重要でもあり得る。
【００５９】
ＬＥＤテクノロジーは、表示において優れた特性を提供する。ＬＥＤは、屋外の照明環境に匹敵し得る高輝度を提供することができ、鮮やかな色彩（ｖｉｖｉｄ  ｃｏｌｏｒ）に対する広色域、オフ時に完全に黒となる優れたコントラスト、および輝度と電力消費に関する効率的な動作を提供し得る。これらにより、ＬＥＤは、ＬＣＤ、プロジェクション、または更にはＯＬＥＤのような他のディスプレイ技術よりも優れた、将来のディスプレイにとって理想的な構成要素になる。
【００６０】
しかし、モジュール式３ＤライトフィールドＬＥＤウォールスタイルディスプレイを構築することには、課題が存在する。以前のＬＥＤウォールディスプレイでは、各ピクセルは、ＲＧＢ  ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１であるか、または３つの別々のＲ、Ｇ、Ｂ  ＬＥＤチップ２２で構成されていた。このようなディスプレイの典型的なピクセルピッチは、物理的なサイズとクリアランスの制限ゆえに数ｍｍである（１０ｍｍから最小１ｍｍになり、最新のＬＥＤパネルではこれよりわずかに小さい）。３Ｄディスプレイでは、従来の２Ｄ  ＬＥＤウォールにおけるのと同様の分解能を得るために同様の数ｍｍのピクセルＰサイズも必要であるが、同時に、３Ｄ機能性については、多数のＬＥＤエミッタ２０が必要である、すなわち、同じピクセル領域内にＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２が必要であるが、それに反して、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２のサイズＬ、更には、配線およびクリアランスのためにそれらの周囲に必要な技術的オーバーヘッドｃがあるので不可能である。
【００６１】
３Ｄライトフィールドディスプレイについては、従来技術における既知の配置では物理的寸法の限界を超える、非常に高密度のＬＥＤ配置が必要になる。ピクセル領域ｐ内のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２を、チップのアクティブな光学的発光領域Ｅの範囲に実質的に対応するようにシフト方向にシフトさせて配置した、特定の配置について説明する。この場合、所与のピクセルＰサイズから放出される光ビームの数Ｎの理論上の最大値である最適値に到達する。
【００６２】
従来技術の手法は、パッケージ化されたＬＥＤ、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１、またはＬＥＤチップ２２をピクセルと見なして、そのようなピクセルおよび／またはサブピクセルのレイアウトのために設計した。新しく説明した配置では、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２の外側の物理的寸法Ｌを切り離し、チップのアクティブな発光領域Ｅのみを考慮している。
【００６３】
図５に示すように、ＨＯＰシステムの場合、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２は、ピクセル領域ｐ内で、チップの発光領域Ｅの水平方向範囲Ｅxに実質的に対応する距離だけ互いに水平方向にシフトされる。発光領域Ｅの水平方向範囲Ｅxだけ互いにシフトされているＬＥＤチップ２２は、それらがピクセル領域において垂直に配置されている場合は必ず光学的に隣り合うことになる。
【００６４】
１つの方向に属するＬＥＤチップ２２は、同じＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１内に存在しない場合さえあるはずである。図８に示すように、ＲＧＢ  ＬＥＤチップ２２は、２つの物理的に分離され、更には列１と２に異なる向きで配置され、依然として光学的に１つの放出方向を構成して、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１内に封入されている。同様に、光学的に隣り合うチップ、すなわち近接する発光方向に関連付けられているＬＥＤチップ２２は、物理的に隣り合う必要はなく、これらは、図８に示すように、ピクセル領域ｐ内でそれぞれ列１〜２および列３〜４の異なる位置に配置され得る。重要なのは水平位置のみである。
【００６５】
図９から分かるように、通常のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１においても、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の水平方向サイズＬx自体が許容するよりも光学的により高い密度の配置が実現できる。ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２を垂直方向にも、有利には複数列において変位させることで、我々はピクセル領域ｐ全体を活用するが、これはピクセル領域ｐをＬＥＤエミッタ２０で埋める、ハニカムパターンのような任意の配置であり得る。
【００６６】
アスペクトが１：１のピクセルを仮定すると、ＨＯＰシステムの場合、ピクセルＰのサイズは放出される光ビームの数Ｎに比例し、一方、ピクセル領域ｐはピクセルＰのサイズの二乗関数に比例し、ゆえに、ピクセル領域ｐが大きいほど、そこにより多くのチップを置くことができる。簡単にするために、実用的な例として、５ｍｍのサイズのピクセルＰ内で０．５ｍｍの正方形のチップを想定すると、必要なクリアランスｃを用いると３６方向が実現でき、一方で、ピクセルＰのピッチが８ｍｍのディスプレイからは、同じ設計オーバーヘッドで１００方向が生成でき、ライトフィールド表示に理想的である。
【００６７】
この目的のために、より多くのＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１またはＬＥＤチップ２２をピクセルＰの中に入れ込むことができたとしても、チップの数が、ピクセルサイズｐxを水平方向のアクティブな発光領域Ｅのサイズで割った結果よりも多い場合は、更なる利得は何らもたらされないことになる。ピクセルから放出できる独立した重なり合わない光ビームの理論上の最大値は、Ｎ＝ｐx／Ｅxである。
【００６８】
これは図９に示され、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１は、ＰＣＢおよびピック＆プレースメント技術によって許容される標準のクリアランスｃを維持しながら、ピクセル領域ｐ全体を使用して安全に配置されており、シフトｄ＝Ｅxにて、依然として水平方向では最大光学密度が達成されている。
【００６９】
図９は、ｄでシフトされた光学的に隣り合うＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１を示す。ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１は列状に配置されている。有利には、列数および列内のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の数は同様なので、ピクセル領域ｐ内のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の数、すなわちビューの数は、典型的には平方数に近い。図９から分かるように、光学的に隣り合う素子は必ずしも次の行にある必要はなく、別の行で垂直方向に離れた位置にさえあり得る。いくつかの変形形態では、列は互いに対してｄの倍数でシフトされ得る。図９は、光学的に隣り合うＬＥＤエミッタ２０の位置において、ある列から他の列への大きな垂直ジャンプを回避するために最適化された一連の列を示し、これは、ビューワーがある方向から隣り合う方向へと移動した場合に、そのような種類のちらつきがピクセルＰ内で目に見える可能性があるからである。
【００７０】
図９に示すように、シフトされたＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１では、複数のＬＥＤチップ（２２）、好ましくはＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤチップ（２２）が、放出方向に対応してピクセル領域（ｐ）内で同じ水平位置に位置付けられ、カラー効果が方向的に変位されることなく、正しいカラー３Ｄ画像が提供される。
【００７１】
この配置は、ＬＥＤエミッタの２０の位置が、ピクセル領域ｐの境界および／または対応するレンズレット４２の間の真っ直ぐに向いた境界を越えてはならないように構築されている。隣り合うピクセルＰにおいて空のシフトされた領域でマッチングを使用した場合、継ぎ目なしでのタイル状の配置は不可能であろう。
【００７２】
そのような高密度ＬＥＤエミッタバックプレーン３０の配置は、ＲＧＢ  ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１をＬＥＤボード３１のような多層プリント回路基板（ＰＣＢ）上に置き、はんだ付けすることによって実現される。既知のＬＥＤ供給元から入手可能な最小のＲＧＢ  ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１が必要であり、微細なライン、ギャップクリアランスｃ、レーザー穿孔ビアなどを用いた高度なＰＣＢ技術を使用しなければならないが、ＬＥＤボード３１は、市販の構成要素、および実行可能な非研究グレードの技術を用いて製造できる。追加の利点として、提案されたＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の配置に従って、最高技術水準の０．９ｍｍを超えるピッチサイズの２Ｄ  ＬＥＤウォールパネルも生産できる。ＬＥＤ駆動電子回路３４は、有利には、パネルを共通の制御ボード３に接続するためのコネクタ３５を有して、ＰＣＢの裏側に位置している。ＬＥＤエミッタバックプレーン３０の材料は、剛性または可撓性のＰＣＢ材料、または、ガラスもしくはシリコンベースの基板を含む任意の標準的なＴＦＴバックプレーン材料であり得る。
【００７３】
別の選択肢は、ＬＥＤチップ２２がＰＣＢ３２に直接結合されるチップオンボード（ＣＯＢ）技術である。これは、いくつかの利点を提供し、ＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の内部ボンディングパッドのない純粋なＬＥＤチップ２２を有することでオーバーヘッドが小さくなり、空き領域が生じる。ＰＣＢ３２平面上に直接置かれた修正されたＬＥＤチップ２２により、より堅牢で平坦な表面を実現できる。一方で、精巧なピック＆プレースメントプロセスが必要であり、各Ｒ、Ｇ、Ｂ  ＬＥＤチップ２２は別々に処理される。在庫品のＳＭＤ  ＬＥＤパッケージ２１の詳細がないので、図５のように、シフトが、ＬＥＤチップのアクティブな光学的発光領域の対応するサイズに等しい、すなわちｄ＝ＥｘとなるようにシフトされたＬＥＤチップ２２を使用して、規則的な最適配置を簡単に行うことができる。
【００７４】
図６にチップオンボード配置の例があり、ピクセル領域ｐ内でグループ化されギャップｇによって分離され、周囲にｇ／２の幅の空き領域を有してＰＣＢ３２上に直接結合されている、ＬＥＤチップ２２の規則的なパターンを示す。ＣＯＢ  ＰＣＢ３２の裏面は、前述の構成と同様に駆動電子回路を保持する。
【００７５】
更に高密度の配置と、より小さなピクセルＰサイズに到達するために、最先端のマイクロＬＥＤ２３技術がソリューションを提供する。マイクロＬＥＤは、１０マイクロメートルの範囲の非常に小さなサイズのＬＥＤチップであり、バックプレーン３３に移転される。マイクロＬＥＤチップ２３は、従来のＧａＮ  ＬＥＤ技術に基づいており、様々なタイプについて、放出面はナノワイヤのような特別な３Ｄ構造を有する場合があり、これは、例えばＯＬＥＤ製品よりもはるかに高い全光度、ならびにルクス／Ｗの点でより高い効率を提供し、ＯＬＥＤのような短い寿命で苦労することがない。チップは、ピック＆プレース技術によって薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーン３３（ＬＴＰＳ、ＩＧＺＯ）に移転されるか、または、完全なマイクロＬＥＤアレイの移転が、ハイブリダイゼーションと呼ばれる、ＣＭＯＳバックプレーンに接続する１つのステップで実行できる。
【００７６】
図１０ａは、トランジスタのシフトされたパターンを有するＨＯＰ  ３ＤライトフィールドディスプレイのマイクロＬＥＤチップ２３のピクセルＰ用のＴＦＴバックプレーン３３を示す。マイクロＬＥＤチップ２３のサイズは数マイクロメートルから数１０マイクロメートルの範囲にあり、小さなサイズのピクセルＰから放出される多数の光ビームによる高密度のライトフィールド表示が可能である。
【００７７】
通常のＬＥＤチップ２２のサイズでは、ＨＯＰ配置が唯一の現実的な選択肢となるが、マイクロＬＥＤチップ２３のエミッタサイズでは、全方向視差配置用の非常に高密度のアレイが実現可能である。密度６０００ｐｐｉの４ＫマイクロＬＥＤアレイはすでに実証されており、０．５ｍｍ未満のピクセルＰサイズを用いて１００ビューの３Ｄライトフィールドディスプレイが可能である。
【００７８】
同様に図１０ｂに、全方向視差３ＤライトフィールドマイクロＬＥＤディスプレイ用のＴＦＴバックプレーン３３ピクセルパターンが示されている。全方向視差システムの場合、図示するようにパターンは実質的に対称であり得るが、マイクロＬＥＤチップ２３はピクセル領域ｐ全体を占有せず、バックプレーンのオーバーヘッドはチップ間で垂直方向に配置され得るので、マイクロＬＥＤチップ２３の位置密度は水平方向と垂直方向とで異なる場合がある。これにより、水平ビューの数を、有利には、垂直ビューの数に対して増加させて、垂直ＦＯＶよりも本質的に広い水平ＦＯＶにわたって分配させ得る。
【００７９】
３Ｄライトフィールドディスプレイは、そのピクセルＰの各々から、複数の個別に制御可能な光ビームを、広い角度範囲αに放出することができる。ピクセルＰからの光ビームは、この角度範囲αを隣接してカバーする。理想的には、ギャップまたはオーバーラップがなく、例えば、放出が１００度であり、個別にアドレス指定可能な光ビームがＮ＝１００であり、左から右に順次Ｌ1〜ＬNである場合、各光ビームの発散δは１度になり、図１．ｂに示すように単一のローブを形成する。パネル光学部品４０の役割は、個別にアドレス指定可能な各ＬＥＤエミッタ２０からの光を収集して、ピクセルＰ内のＬＥＤエミッタ２０の位置に対応する１つの方向に導くことであり、その結果、各ＬＥＤエミッタ２０は唯一の方向のみに関連付けられる。これは、円筒対称のパネル光学部品４０を備えるＨＯＰシステムにも当てはまり、ＨＯＰシステムでは、ピクセル（Ｐ）内の様々な水平位置にあるＬＥＤエミッタ２０からの光を水平方向の様々な方向に導く一方で、垂直方向には偏向させない。コリメーションを行わなければ、光ビームは垂直方向に広角に広がることになり、この垂直方向ローブのプロファイルは、３Ｄディスプレイの垂直ＦＯＶに関連するＬＥＤエミッタ２０の通常の角度放出プロファイルに対応することになる。
【００８０】
説明したように、光ビームの発散δはアクティブな発光領域のサイズＥに関連し、光学システムは、遠視野において全てのＬＥＤエミッタ２０を解像しなければならない。広角投影においても適切な光学的な角度分解能を実現するには、単一要素の光学システムに関連する制限、すなわち、狭い出力角度、ＦＯＶの決定、スポットサイズ、最終ディスプレイの角度分解能の決定、を取り除くことができる複数の光学面が必要である。
【００８１】
本発明の実施形態では、図７に示すように、レンズアレイの２つの層と、その間の適切なアパーチャとを備える複数要素光学システムが実現される。
【００８２】
図１２ａは、円柱レンズ光学層４１を備える完全なＨＯＰパネル１０を示す。図１２ｂはＨＯＰパネル１０の上面図を示し、１次、２次および３次光学層４１１、４１２、４１３をそれぞれ示し、裏面に駆動電子回路３４を有するＬＥＤボード３１が、制御ボード３へのコネクタ３５に接続されている。
【００８３】
図１２ａ、図１２ｂで明らかなように、パネル光学部品４０は、レンズアレイ４３の複数の層が積層された光学プレート４６として実現される。円柱レンズアレイ４４のＨＯＰシステム層については図１２ａが参照され、一方、全方向視差システム球面対称レンズアレイ４５については図１１ａが参照され、どちらの場合も非球面光学面を含めることができる。レンズアレイ４３は、１つの光学面が平凸または平凹のレンズレット４２を含む片面、または２つの光学面が凸面または凹面のレンズレット４２で構成される両面であり得る。光学プレート４６は、図１１ａおよび図１２ｂに示すように、ＬＥＤバックプレーン３０上のＬＥＤエミッタ２０上に重ねられている。光学プレート４６のサイズは、図１２ａに示すように、ＬＥＤバックプレーン３０のサイズと厳密に同じであり、レンズレット４２のピッチは、図４に示すように、ピクセルＰの周期と同じであり、光学プレート４６は整数個のレンズレット４２を備える。レンズレット４２が属する各ピクセルＰに対して、隣接する周期的構造が形成される一方で、ＨＯＰ構造では、円柱レンズレット４２が列内のより多くのピクセルＰに垂直方向に属し、ピクセルＰに属するレンズレット４２と光学層４１の一部とが、属するピクセル領域ｐ内のＬＥＤエミッタ２０からの光のみを通し、多層光学構造は、他のピクセルＰからの光を遮断するように構成されている。
【００８４】
光学プレート４６は、ガラス、または有利には、ＰＭＭＡ、ポリカーボネートなどの光学プラスチックで作製することができ、ディスプレイに軽量でありながら堅牢な光学面を提供する。プラスチック製の光学プレート４６は、大量生産される光学構成要素の最良の選択肢である。光学プレート４６は、大量生産において費用効果の高い射出成形によって製造され得る。光学プレート４６は、光学接着剤によってＬＥＤボード３１に、かつ互いに接着され得る。
【００８５】
大量生産に有利な実施形態として、図１１ａおよび図１２ｂに示すように、レンズの第１の層４１１がＬＥＤボード３１に直接結合され得るように、第１のレンズ層４１１が単一の光学面レンズとして実現される。
【００８６】
第１のレンズ層４１１は、ハイブリッドインモールドプロセスにてＬＥＤボード３１上に直接、オーバーモールドされ得る。既製のＬＥＤボード３１またはＬＥＤバックプレーン３０を、第１のレンズアレイ４１１の光学マスターとしての光学インサートを含有する金型に入れ、射出成形を１ステップで実行した。すなわち、溶融した光学プラスチック材料を直接、ＬＥＤボード３１に押し付けて、レンズアレイ４３、４１１表面を形成した。
【００８７】
特に特定のカスタムパラメータについては、レンズ層４１１を光学３Ｄ印刷プロセスによって生成することも可能である。
【００８８】
パネル光学部品４０内の複数の光学層４１は、積層光学プレート４６として実現されてもよく、光学層４１は、非球面、アパーチャ、拡散特性を備える光学面、遮光構造、着色形状（ｐａｉｎｔｅｄ  ｓｈａｐｅ）、光学コーティング、反射防止層、防眩層またはコーティング、耐スクラッチ保護層、または外面上のコーティングなどを含む、複数の光学面を備える群から選択された少なくとも１つの要素を備える。
【００８９】
図１１ａは全方向視差パネル１１を示す。パネルは、マイクロＬＥＤチップ２３を保持するＴＦＴバックプレーン３３を備え、多層球状対称光学レンズアレイ４５のオーバーレイで組み立てられる。バックプレーン３３と、パネル光学部品４０のオーバーレイのサイズは両方とも同じであり、パネル１１のサイズに等しい。図１０ｂに示すように、マイクロＬＥＤチップ２３は、ＴＦＴバックプレーン３３上に移転され、マイクロＬＥＤチップ２３はグループで配置され、ピクセルＰを構成する。マイクロＬＥＤチップ２３は、バックプレーン３３領域全体にわたって、縁部の周囲に、より広い非アクティブの境界部を有することなく配置され、縁部の周囲の非アクティブ領域の最大幅は、ピクセルギャップｇの半分、すなわちｇ／２未満である。ボンディングパッドおよび駆動構造をチップ上でアクティブな発光領域の周囲に有する従来のマイクロディスプレイレイアウトとは対照的に、提案する配置では、シリコン基板上のマイクロＬＥＤアレイは、周囲に非アクティブな境界部を有することなく、またはｇ／２だけの最大幅を有するテクノロジーフレームのみを有して、基板領域全体を縁部に至るまで覆っている。マイクロＬＥＤチップ２３は、全ピクセル領域ｐの一部だけを占めるので、列／行駆動チップは前面において、その間に置くこともできる。縁部の周囲に構造化された貫通孔（ビア）または配線が、ＴＦＴバックプレーン３３の前面と裏面とを接続する。ＴＦＴバックプレーン３３は、パネル１１を制御ボード３に接続するために、接続部が裏面に構成された微細構造ＰＣＢまたは他のＴＦＴ基板であり得る。
【００９０】
図１１ｂは、共通制御ボード３に接続された全方向視差マイクロＬＥＤパネル１１を示す。制御ボード３は、パネル１１のマイクロＬＥＤ駆動電子回路を制御し、信号を分配し、パネル１１用の電源を供給する。図１１ｂに示すように、構造はスケーラブルであり、様々なサイズのアセンブリを作製することが可能である。
【００９１】
ＴＶスタイルの全方向視差３ＤマイクロＬＥＤディスプレイの好ましい実施形態は、共通制御ボード３を、好ましくは１６：９のアスペクトで、継ぎ目なしでタイル状に配置された全方向視差パネル１１が前面の全体に沿って置かれた、最終ディスプレイのサイズに設定することである。必要な全てのＴＶおよびディスプレイ関連の入力と制御機能を、制御ボード３の反対側に組み込んで、完全に機能的な３ＤライトフィールドマイクロＬＥＤディスプレイを得ることができる。これらのユニットを、わずか数センチメートルの厚さで、より大きな表面に拡張される３Ｄビデオウォールのベゼルフリー構成を構築するためのキャビネットとして考えることもできる。
【００９２】
全方向視差３Ｄシステムの追加の利点として、図１８に示すように、これらは垂直方向と水平方向の両方で使用することができ、幅広い用途が広がっている。
【００９３】
図１３は、完全に組み立てられたＨＯＰパネル１０のキャビネット２を示す。パネル１０を、より大きなユニットとして、キャビネット２の中に構成すると、より大きなディスプレイの実際的な組み立てに役立ち得る。キャビネット２は、自己支持型ユニットであり、機械的構造４がパネルを保持し、機械的な堅牢性および冷却を提供する。メカニカルハウジングは精密な固定ポッドで構成されているので、キャビネット２を他のキャビネット２と共に継ぎ目なしでタイル状に配置することができる。キャビネット２は、パネル１０が接続される共通の制御ボード３を更に備える。制御ボード３は、パネル１０の電子回路内のＬＥＤ駆動チップ３４を制御し、パネル１０の各々に対応するビデオ信号を分配し、パネル１０用の電源を備える。制御ボード３は入力および出力コネクタ５を有する。信号入力／出力は、ギガビットイーサネット、またはＨＤＭＩ（登録商標）、またはディスプレイポート（ＤＰ）、または同様の高速ビデオまたはデータ接続とすることができ、一方で、電源入力は、有利には、２３０／１１０ＡＣ、または低電圧ＤＣとすることができる。キャビネット２は、図１３のように正方形の形状とすることができ、または同様のアスペクトのディスプレイ用に簡単にタイル状に配置されるように１６：９とすることができる。それは、より多くのパネル１０からなる、より大きなユニットであって、より大きなディスプレイウォールの構築を容易にすることができ、またはより少ないパネル１０を用いてより小さくすることができ、これは曲面ディスプレイを形作るのにより有利である。
【００９４】
全体的なシステムアーキテクチャを図１４ａ、図１４ｂ、および図１４ｃに示す。
【００９５】
図１４ａは、ＬＥＤエミッタ２０を有するＬＥＤパネル３０と、複数の積層された光学プレート４６を含むパネル光学部品４０と、裏面のＬＥＤ駆動電子回路３４とを含むパネル１０を示す。同じアーキテクチャがＨＯＰ１０または全方向視差パネル１１の両方にそれぞれ適用される。
【００９６】
図１４ｂは、複数のパネル１０を備えるキャビネット２、入力および出力コネクタ５を備える共通の制御ボード３、およびパネル１０とコネクタ５を有する制御ボード３とを保持する自己支持型機械的構造４を示す。入力は、ギガビットイーサネット、またはＨＤＭＩ（登録商標）、またはディスプレイポート（ＤＰ）、または同様の高速ビデオまたはデータ接続であり得る。キャビネット２自体は、完全に機能する３Ｄライトフィールドディスプレイユニットである。
【００９７】
図１４ｃは、タイル状に配置された、完全にモジュール式の大規模３Ｄライトフィールドディスプレイ１を示す。ディスプレイ１はキャビネット２で構成されており、その構造に従って、より大きな完全に継ぎ目なしにタイル状に配置されたアセンブリを構築できる。最終ディスプレイ１の入力は、同じギガビットイーサネット、またはＨＤＭＩ（登録商標）、またはディスプレイポート（ＤＰ）、または同様の高速ビデオまたはデータ接続、を有するキャビネット２のうちの１つの入力である。キャビネット２はチェーン状に相互接続されており、このリンクを介してディスプレイ１のウォールにおける位置も通信しており、システム制御ボード３はそれに応じてビデオコンテンツを配信することになり、キャビネット２は専用のコンテンツにアクセスすることになる。
【００９８】
図１５は、継ぎ目なくタイル状に配置された３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイ１の壁を示す。モジュール式構造により、より大きな３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイアセンブリが構築され得る。アセンブリは、曲面ディスプレイを含む任意のサイズ、任意のアスペクト、任意の形状とすることができ、それにより創造的な用途が可能になる。最終的なディスプレイのアスペクトは、テレビ規格に準拠する１６：９にすることができ、または３Ｄシネマスクリーン用途に準拠する２１：９という広いアスペクトにすることができる。
【００９９】
図１６は、背面から見た３Ｄ  ＬＥＤウォールディスプレイアセンブリを示し、キャビネット２の機械的構造４は継ぎ目なしのタイル状の配置用に構成されており、強力な機械的接続部を備え、有利には、軽量で剛性を有するようにリブ状の背面を有し、効果的な冷却を可能にするヒートシンクのような形状をしている。機械的エンベロープは、制御ボード３、ケーブルなしで示されるコネクタ５、および任意選択のフィードバックライト用の開口部とサービスプログラミングコネクタを含有する。完成したディスプレイの機械的構造は、壁に固定することができ、ステイを用いて上から吊るすことができ、または外部の機械的フレームまたは装飾カバーに組み込んで自立させることができる。
【０１００】
図１７は、水平方向に異なる光ビームＬ1〜ＬNに対する垂直方向ローブも表すＨＯＰ  ３ＤライトフィールドＬＥＤウォールディスプレイアセンブリを示す。
【０１０１】
図１８は、水平方向で使用される完全に継ぎ目なしにタイル状に配置された全方向視差３ＤライトフィールドＬＥＤディスプレイを示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2021515263.tif 000004
【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１０ａ】
2021515263.tif 000013
【図１０ｂ】
2021515263.tif 000014
【図１１ａ】
2021515263.tif 000015
【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
2021515263.tif 000017
【図１２ｂ】
2021515263.tif 000018
【図１３】
2021515263.tif 000019
【図１４ａ】
2021515263.tif 000020
【図１４ｂ】
2021515263.tif 000021
【図１４ｃ】
2021515263.tif 000022
【図１５】
2021515263.tif 000023
【図１６】
2021515263.tif 000024
【図１７】
2021515263.tif 000025
【図１８】
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【国際調査報告】
2021515263.tif 000027
2021515263.tif 000028
2021515263.tif 000029