(57)【要約】  自動立体ディスプレイデバイスは、収束されたバックライト出力を用い、当該収束は、レンチキュラー素子（１１）の長手軸に垂直なある軸に沿って内向きに光を好ましく収束する光収束構成（６０，６２）を用いて実行される。これは、レンチキュラー素子（１１）間に横向きに大きな角度で向けられる光の量が最小に低減されることを意味する。これは、レンチキュラーアレイを通り抜ける光の量を低減し、それ故に、ディスプレイ出力、特に明るさ及びコントラストを改善する。
2010503009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動立体ディスプレイデバイスであって、
ピクセルの行と列のアレイを含むディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルの出力表面上のレンチキュラーアレイであって、複数の細長いレンチキュラー素子を含むレンチキュラーアレイと、
バックライトと、
前記バックライトに関連付けて配置される光誘導構成とを含み、
前記光誘導構成は、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する光収束構成を含み、前記光収束構成の第２軸は、レンチキュラー素子の長手軸に合わせられる、自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項２】
レンチキュラー素子の長手軸は、ピクセル列方向からオフセットしている、請求項１に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項３】
レンチキュラー素子の長手軸は、２５度より小さい角度でピクセル列方向からオフセットしている、請求項２に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項４】
レンチキュラー素子の長手軸は、１５度より小さい角度でピクセル列方向からオフセットしている、請求項３に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記光誘導構成は、更に、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する第２の光収束構成を含み、前記第２の光収束構成の第１及び第２軸は、前記第１の光収束構成の第１及び第２軸に略垂直である、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、プリズム状のフィルムを含む、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、輝度向上フィルム（Brightness  Enhancement  film）を含む、請求項６に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記バックライトは、平面状のバックライトである、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記レンチキュラーアレイにより異なる空間位置に向けられる中心画像及び前記画像の多数の複写を提供するように構成され、前記画像の多数の複写は、Ｎ対の画像複写を含み、ビュー複写の最大数は、
【数５】
2010503009.tif 000007
の式で定義され、この場合、ＮMAXは、画像複写の対の最大数であり、ｎは、前記レンチキュラーアレイの材料の屈折率であり、ｄは、前記ディスプレイパネルのピクセルと前記レンチキュラーアレイの間の実効的な垂直距離であり、ｐは、前記レンチキュラー素子のピッチであり、
ｔｒｕｎｃ関数は、最も近い整数に切り捨てすることを含む、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
ディスプレイピクセルから、前記ディスプレイパネルに垂直な、前記ピクセルからのビュー複写を提供するレンチキュラー素子までの最大角度は、
【数６】
2010503009.tif 000008
の式で定義される、請求項９に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１１】
第２軸が前記レンチキュラー素子の長手軸に合わせられる前記光収束構成は、前記レンチキュラーアレイ内の光が前記角度αMAXより小さい法線からの横方向の収束を有する光に略制限されるように、光の平行化を提供するように構成される、請求項１０に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、法線の何れの側にも所望の最大角度内の光収束を提供し、最大角度より小さい全ての角度で前記バックライトから光路が形成されることを可能とする、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記最大角度は、１０度より大きい、請求項１２に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記最大角度は、２５度より大きい、請求項１３に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１５】
ピクセルの行と列のアレイを含むディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルの出力表面上のレンチキュラーアレイであって、複数の細長いレンチキュラー素子を含むレンチキュラーアレイとを用いる自動立体表示供給方法であって、
バックライトからの光出力を供給し、
横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する光収束構成に前記光出力を通過させることを含み、
前記光収束構成の第２軸は、レンチキュラー素子の長手軸に合わせられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示を生成するディスプレイピクセルのアレイを含むディスプレイパネルと、ディスプレイパネル上に配置され、これを通してディスプレイピクセルが鑑賞される、レンチキュラー素子のような、複数のイメージング手段と、を含む自動立体ディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
知られた自動立体ディスプレイデバイスは、表示を生成する空間光モジュレータとして機能するディスプレイピクセルの行と列のアレイを有する２次元液晶ディスプレイパネルを含む。互いに平行に延在する細長いレンチキュラー素子のアレイは、ディスプレイピクセルアレイの上に覆い被せられ、ディスプレイピクセルは、これらのレンチキュラー素子を通して観測される。
【０００３】
レンチキュラー素子は、シートの素子として設けられ、それぞれは、細長い半円筒形のレンズ素子を含む。レンチキュラー素子は、ディスプレイパネルの列方向に延在し、各レンチキュラー素子は、ディスプレイピクセルの２つ以上の近傍の列のそれぞれの集合を上から覆う。例えば、各レンチキュラー素子がディスプレイピクセルの２つの列に関連付けられている構成では、各列のディスプレイピクセルは、それぞれの２次元のサブ画像の鉛直スライスを提供する。レンチキュラーシートは、これらの２つのスライスと、他のレンチキュラー素子に関連したディスプレイピクセル列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眼と右眼に向け、ユーザが単一の立体画像を観測できるようにする。レンチキュラー素子のシートは、従って、光出力誘導機能を提供する。
【０００４】
他の構成では、各レンチキュラー素子は、列方向の４つ以上の隣接するディスプレイピクセルの集合と関連付けられる。各集合のディスプレイピクセルの対応する列は、それぞれの２次元サブ画像から鉛直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭が左から右に移動するとき、一連の連続した異なる立体視は、例えば周囲を見回す印象を生成して知覚される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ２００４／０１８４１４５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のデバイスは、効率的な３次元ディスプレイを提供する。しかし、理解されるように、立体視を提供するために、デバイスの水平方向の解像度に必要な犠牲が生ずる。この解像度の犠牲は、短距離から見るための小さい文字の表示のような、ある用途に対して受容可能でない。
【０００７】
良好な３次元の印象のために高くあるべきである角度あたりのビューの数と、より小さい数のビューに対してより高いビュー当たりの解像度との間に妥協点が到達されるべきである。少数の斜視は、深さの知覚がほとんどない浅い３次元画像を与える。角度あたりのビューの数が大きいほど、３次元の知覚が、例えばホログラフィック画像のような、本当の３次元の画像の知覚により近くなる。
【０００８】
鉛直レンチキュラーを備えるｎ個のビューの３次元ディスプレイの場合、水平方向に沿った各ビューの知覚される解像度は、２次元の場合に対してｎ倍低減されるだろう。鉛直方向では、解像度は同じままだろう。
【０００９】
傾斜したレンチキュラーを使用することが提案されており、これは、水平方向の解像度と鉛直方向の解像度間の不一致を低減するために使用されることができる。この場合、解像度の減少は、水平方向と鉛直方向の間で均一に分布されることができる。
【００１０】
レンチキュラーアレイの使用に関する更なる問題は、明るさの低減があることであり、画像の鮮明度も低下されることである。
【００１１】
明るさの低下は、光が、レンズ表面及びその後の全体の内面反射による光の屈折の結果として、レンチキュラーアレイ内に補足される理由で生ずる。この光は、レンチキュラーアレイの材料を通り抜けることができ、従って、出力の全体の明るさに貢献しない。
【００１２】
この通り抜けの光は、異なる位置からレンチキュラーアレイから脱出し得り、これは、ピクセル間のクロストークを生み、ディスプレイの黒の出力状態の品質の悪化を伴いつつ、ディスプレイのコントラストを低減する。これの結果は、特に、出力画像の明るい領域と暗い領域の間のエッジのボケである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、独立クレームにより規定される。従属クレームは、効果的な実施例を規定する。
【００１４】
本発明による自動立体ディスプレイデバイスは、レンチキュラーアレイに向けられる光の入射角の範囲を制限することによって、レンチキュラーアレイ内を通り抜ける光の量を低減できるという、知見に基づく。これは、部分的に平行化されたバックライト出力を供給することによって達成することができる。
【００１５】
部分的な平行化機能は、好ましくは、所望の角度範囲内に光を収束するが、所望の範囲内の全ての角度で光を維持し、従って、多数のレンチキュラー素子は、ディスプレイの単一の部位から照明されることができる。光収束機構は、従って、角度閉じ込め（キャッピング：capping）機能とも考えられる。
【００１６】
光誘導構成は、レンチキュラーに垂直な方向における光分布の幅を低減する単一の理想的な収束構成であってもよい。
【００１７】
しかし、光誘導構成は、更に、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する第２の光収束構成を含んでよく、第２の光収束構成の第１及び第２軸は、第１の光収束構成の第１及び第２軸に略垂直である。
【００１８】
第１及び第２光誘導構成は、それぞれ、例えば輝度向上フィルムであるプリズム状のフィルムを含んでよい。これらは、広く入手可能であり、正確なピクセルアライメントを必要とすることなく、ディスプレイ構造に容易に適合されることができる薄い平面状の攻勢を提供する。これらは、不完全な光閉じ込め特性を有するが、大きな角度で光を完全には無くさない。２つの交差した輝度向上フォイルの使用は、光応答性を改善する。
【００１９】
２つの交差する収束構成が使用されるとき、バックライトからの光の収束は、直交する主軸を備える２段階の収束プロセスを用いて提供される。従って、収束は、一の方向で提供され、次いで、直角の方向で提供される。これらの方向の１つは、レンチキュラー素子の軸に直角であり、これは、１つのレンチキュラー素子から両隣のレンチキュラー素子までの横方向の光の広がりが低減されることを意味する。従って、光平行化機能の軸方向のアライメントは、レンチキュラー素子の物理的構造（及び必ずも行及び列方向でない）に合致され、従って、全反射を介したレンチキュラーでの光の最終的な捕捉は、低減され若しくは無くされる。これは、増強されたコントラスト及び明るさレベルを生むと共に、光クロストークから生まれる画像アーチファクトの低減を生む。
【００２０】
レンチキュラー素子の長手軸は、好ましくは、ピクセルコラム方向からオフセットする。バックライトは、好ましくは、平面バックライトである。
【００２１】
デバイスは、レンチキュラーアレイにより異なる空間位置に向けられる中心画像及び画像の多数の複写を提供するように構成される。画像の多数の複写は、Ｎ対の画像複写（即ち、１つの中心画像及び中心画像の両側のＮ個のサイド画像）を含んでよく、ビュー複写の最大数は、
【００２２】
【数１】
2010503009.tif 000003
の式で定義され、この場合、ＮMAXは、画像複写の対の最大数であり、ｎは、レンチキュラーアレイの材料の屈折率であり、ｄは、ディスプレイパネルのピクセルとレンチキュラーアレイの間の実効的な垂直距離であり、ｐは、レンチキュラー素子のピッチである。
【００２３】
この式は、ビュー複写の最大数を次の態様で設定する。即ち、ビュー複写は、ピクセルから、ビュー複写を提供しないレンチキュラー素子までの最終の角度がレンチキュラーアレイ内の全反射を生む場合には、提供されないような態様。
【００２４】
このとき、ディスプレイピクセルからビュー複写を提供するレンチキュラー素子まで最大角度は、
【００２５】
【数２】
2010503009.tif 000004
の式で定義されることができる。
【００２６】
これは、最後のビュー複写に必要とされる横方向のレンチキュラー素子を照明することをピクセルができるためにピクセルからの必要とされる光放出の最大角度を規定する。この最大角度は、次いで、光収束構成を設計するために使用されることができる。特に、第２軸がレンチキュラー素子の長手軸に合わせられる光収束構成は、レンチキュラーアレイ内の光が角度αMAXより小さい法線からの横方向の収束を有する光に実質的に制限されるように、光の平行化を提供するように構成される。
【００２７】
上述の“横方向”は、レンチキュラー素子の長手軸に直角な方向、即ちレンチキュラー素子の横方向に意味される。
【００２８】
本発明は、また、ピクセルの行と列のアレイを含むディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの出力表面上のレンチキュラーアレイであって、複数の細長いレンチキュラー素子を含むレンチキュラーアレイとを用いる自動立体表示供給方法であって、
バックライトからの光出力を供給し、
横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する光収束構成に光出力を通過させることを含み、光収束構成の第２軸は、レンチキュラー素子の長手軸に合わせられる、方法に関する。
【００２９】
これより、本発明の一実施例は、添付の図面を参照して、純粋に例を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】既知の自動立体ディスプレイデバイスの概略斜視図。
【図２】図１に示すような既知のディスプレイデバイスの概略平面図。
【図３】既知の自動立体ディスプレイデバイスから出力画像が形成される態様を示すために用いられる図。
【図４】光線が図１乃至３の構造を通過する態様を示す図。
【図５】図４の部分の拡大図。
【図６】本発明の自動立体ディスプレイデバイスの概略斜視図。
【図７】光線が図６の構造を通過する態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、自動立体ディスプレイデバイスを提供し、この自動立体ディスプレイデバイスでは、部分的に平行化されたバックライト出力が使用され、部分的な平行化は、レンチキュラー素子の長手軸に垂直な軸に沿って内向きに光を好ましく収束する光収束機能を用いて実行され、これは、レンチキュラー素子間に横向きに大きな角度で向けられる光の量が最小に低減されることを意味する。これは、レンチキュラーアレイを通り抜ける光の量を低減し、それ故に、ディスプレイ出力、特に明るさ及びコントラストを改善する。
【００３２】
図１は、既知の自動立体ディスプレイデバイス１の概略斜視図である。既知のデバイス１は、表示を生成するための空間光モジュレータとして機能するアクティブマトリックスタイプの液晶ディスプレイパネル３を含む。ディスプレイパネル３は、行と列で配置されたディスプレイピクセル５の直交アレイを有する。明瞭化のため、ディスプレイピクセル５の少数のみが図に示されている。実際には、ディスプレイパネル３は、約一千列及び数千行のディスプレイピクセル５を含みうる。
【００３３】
液晶ディスプレイパネル３の構造は、全体としては従来のものである。特に、パネル３は、離間したガラス基板の対を含み、それらの間に、アラインされた捩れネマチック若しくは他の液晶材料が設けられる。基板は、それらの対向する表面上に透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のパターンを担持する。偏光層は、各基板の外側の表面上にも設けられる。
【００３４】
各ディスプレイピクセル５は、間に液晶材料が介在する各基板上に対向する電極を含む。ディスプレイピクセル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り定まる。ディスプレイピクセル５は、間隔をもって互いから規則的に離間される。
【００３５】
各ディスプレイピクセル５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）のような、スイッチング素子に関連付けられる。ディスプレイピクセルは、スイッチング素子にアドレッシング信号を供給することにより表示を生成するように動作され、適切なアドレッシング方式は、当業者に知られるだろう。
【００３６】
ディスプレイパネル３は、この場合はディスプレイピクセルアレイの領域上に延在する平らなバックライトを含む光源７により照明される。光源７からの光は、個々のディスプレイピクセル５が光を変調し表示を生成するように駆動されつつ、ディスプレイパネル３を通って誘導される。
【００３７】
ディスプレイデバイス１は、また、ディスプレイパネル３の表示側上に配置されたレンチキュラーシート９を含む。レンチキュラーシート９は、互いに平行に延在するレンチキュラー素子の行を含む。
【００３８】
ディスプレイピクセル５及びレンチキュラー素子１１の配置は、図２により明らかに示されており、図２は、図１に示すディスプレイデバイス１の概略平面図である。同様に、明瞭化のため、ディスプレイピクセル５の少数のみが図に示されている。
【００３９】
レンチキュラー素子用の既知の構成は、図２に示される。レンチキュラー１１０は、そのうちの１つだけが示されているが、ディスプレイピクセル５の列方向に対して傾斜する。即ち、それらの長手軸は、ディスプレイピクセル５の列方向に鋭角を成す。鋭角は、典型的には、２５度未満であり、より典型的には、１５度未満である。
【００４０】
図２は、また、ピクセルがサブピクセルカラートリプレットへと分解されることを示す。図２のピクセルを作成する数は、９ビューディスプレイのビュー数を表し、破線１５は、如何にしてレンチキュラー１１に対する１つの観察位置が唯一のビュー（ビュー４）を可能とするかを示す。これは、多数のビューを提供することができることを示すが、実際には解像度の低下は、より少ない数のビューが好ましいことを意味する。
【００４１】
レンチキュラー素子１１は、凸面円筒レンズの形態であり、ディスプレイデバイス１の前に位置するユーザの目にディスプレイパネル３から、異なる画像若しくはビューを提供するための光誘導手段として機能する。レンチキュラー素子１１は、また、ユーザの頭がディスプレイデバイス１の前で左から右に動く際にユーザの目に、多数の異なる画像若しくはビューを提供する。この好ましいレンチキュラー構成は、上述の如く、鉛直方向及び水平方向の解像度の低下が一致することを可能とする。
【００４２】
図３は、上述のようなレンチキュラータイプのイメージング構成の動作の原理を示すと共に、バックライト７、ＬＣＤのようなディスプレイデバイス３及びレンチキュラーアレイ９を示す。
【００４３】
図３から理解できることとして、ピクセルがレンチキュラーアレイにより結像される位置の数は、ディスプレイデバイスにより供給される異なるビューの数に対応する。
【００４４】
図４は、異なる角度からの光がレンチキュラーアレイに落ちるときに生ずる光トンネリング（通り抜け）の問題の説明図である。
【００４５】
図４は、ディスプレイパネル３及び上に設けられるレンチキュラーアレイ９を示すと共に、個々のレンズ１１の行を通る断面を示す。従って、画像は、レンチキュラー素子の細長い軸（長手軸）の方向に見下ろしている。
【００４６】
光は、全ての方向でディスプレイパネル３に入ることが示されている。
【００４７】
特定のピクセル４０に到達した光は、ピクセルにより変調される。ピクセル４０への光の入射角度の範囲は、ピクセルから出る変調した光の角度の範囲を示す。従って、照明源の制御は、ピクセルの出力方向の制御を可能とする。
【００４８】
光の屈折は、レンチキュラー表面で生じ、これは、その後にレンチキュラーアレイ９内を伝播する光の角度の範囲を更に増加させる。
【００４９】
図４に示すように、レンチキュラー素子１１の光学機能は、ピクセルからの光を中央のビュー方向とこのビューの複写（即ち、異なるレンチキュラー素子を介して観測される同一のピクセル情報）へとピクセルからの光を分割することである。これらの複写は、複数のユーザが、異なる鑑賞位置からディスプレイを鑑賞することを可能とする。
【００５０】
ピクセルから出てレンチキュラーアレイに入るいくらかの光は、レンチキュラーアレイ９の材料内で全反射されることができる十分な横方向の成分を有し、この全反射は、例えば４２で示されている。
【００５１】
図５は、より明確にレンズ出力を示すと共に、中心ビュー５０及び第１の複写５２を示す。図５の例では、第２の複写５４は、全反射に対する角度よりも大きな角度であり、従って、第２の複写は観測できず、図５の構成は３つのビューに制限される。
【００５２】
第２の複写用の光は、レンチキュラーアレイ内で捕捉され、上述の如く明るさ及びコントラストの低下に寄与し、ボケや他の画像アーチファクトをもたらす。
【００５３】
本発明の一例のディスプレイデバイスは、図６に示される。
【００５４】
デバイスは、従来のバックライト７、ディスプレイパネル５及びレンチキュラーアレイ９を含む。光誘導構成は、光平行化機能を提供するためにバックライト７の外面に設けられ、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する第１の光収束構成６０を含む。換言すると、構成６０は、単一の軸の収束を提供し、従って、構成６０からの光出力は、バックライト出力表面に垂直である平行な面のアレイ内にあると看做すことができる。光収束構成は、レンチキュラーに垂直な方向で光の分布の角度幅を制限する。
【００５５】
第２の光収束構成６２は、同様に、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する。従って、光収束構成６２は、同様に、単一の軸の収束を提供し、従って、構成６２からの光出力は、バックライト出力表面に垂直である平行な面のアレイ内にあると看做すことができる。２つの収束構成の平面は、直角であり（交差され）、従って、全体の構造は、２つの交わる単一軸光収束構成であり、交わる構成の作用は、明るさの低下なしに、２軸の収束を提供すること、即ち複数の平行化した光出力を提供することである。
【００５６】
（単一のビュー）液晶ディスプレイに対するバックライトからの光出力の平行化は、知られている。自動立体ディスプレイの個々のレンズを用いた平行化されたバックライトの使用は、特許文献１にも開示される。
【００５７】
上述からも明らかなように、一のピクセルからの光は、多重のビューを生成するために、非直角方向に放出される必要があるので、完全に平行化された光は、自動立体ディスプレイにとって望ましいものでない。本発明は、光角度閉じ込め機能とも看做すことができる不完全な光平行化機能を利用し、従って、観測角度の範囲は低減されないが、有用な出力に寄与しないだろう広い角度の光は、所望の観測角度内に再度誘導される。
【００５８】
本発明は、従って、平行化機能の角度応答性（即ち、このなる軸に沿った平行化の度合い）は、レンチキュラーアレイの光学機能に合致（マッチング）されるべきであるという知見に基づく。特に、このマッチングは、多重の画像が表示されるように隣接するレンチキュラー素子への光の通路を可能としつつ、レンチキュラーアレイ内の全反射の量が最小化されるような態様でなされるべきである。
【００５９】
これは、レンチキュラー素子の長手軸に光収束構成（複数も可）の（又はそのうちの１つの）第２軸を合わせる（アラインする）ことによって達成される。これは、レンチキュラー素子の幅方向に対応する方向に光の収束が存在することを意味する。これは、図６に概略的に示される。このようにして、平行化機能は、上述の如く全反射を生じるような光線であるレンチキュラーアレイ内を横方向に通る光の角度を低減するために最大限に効率的に使用される。
【００６０】
本発明は、従って、改善された明るさレベルと解像度を備える自動立体ディスプレイを提供する。
【００６１】
光収束構成６０，６２は、輝度向上フィルムとして実現されることができる。
【００６２】
これらは、当業者に知られており、改善されたバックライト効率を提供するために広く使用されている。これらは、反射及び屈折により光の再誘導を提供するプリズム状の微細構造を含む。
【００６３】
各輝度向上フィルムは、一連の溝と山頂（ピーク）で配列されたプリズム構造を含む。プリズム構造の溝は、輝度向上フィルムの透過軸に平行である１方向に延在する。各輝度向上フィルムは、従って、上述の態様で唯一の方向に光を収束する。しかし、他の単一軸平行化デバイスは、採用され本発明の態様でアラインされてもよい。
【００６４】
本発明は、全反射により生ずる望ましくないアーチファクトを低減することを可能とし、従って、ディスプレイ領域に亘る改善された明るさの均質性が提供され、ボケが低減される。
【００６５】
図７は、本発明による自動立体ディスプレイデバイスに対する光路を示し、また、バックライトからのより均一な照明と共にレンチキュラーアレイ内の横方向の経路の低減を示す。破線矢印７０は、細長いレンチキュラー方向に垂直な単一軸の平行化方向を示す。
【００６６】
平行化は、光が全反射角度を超えてレンチキュラー表面により屈折されるのを防止若しくは略防止することを可能とする。レンチキュラーアレイ内での光の捕捉を引き起こしうる任意の残りの光反射（例えば、フレネル反射）は、反射防止コーティングにより防止／除去されることができる。
【００６７】
全反射が防止されるべき条件は、レンチキュラー素子の長手軸に垂直な方向に必要とされる平行化のレベルを決定するために使用されることができる。
【００６８】
図７は、レンチキュラー素子のピッチをｐで示し、ディスプレイピクセルとレンチキュラーアレイの間の実効距離をｄとして示す。この実効距離は、典型的には、ＬＣＤパネル厚さの半分になるように取られることができる。αは、表面法線とレンチキュラープレート内の所与の観測方向の光線との間の角度として定義される。図７は、第１のビュー複写に対する角度α１を示し、法線からの第１のレンチキュラーアレイと実効的なピクセル位置の間の角度に対応する。
【００６９】
好ましくアラインされたピクセル及び中心のレンチキュラーに対して、次式は直ぐに分かる。
ｔａｎαＮ＝Ｎｐ／ｄ
実際、レンチキュラー素子は、中心ピクセルに完全にアラインされなくてよいので、Ｎ番目の複写のビュー（Ｎ＝０，１，２，．．．）の観測角度は、Ｎ＝０ビューを生成するレンチキュラーに対するピクセルの相対位置ｘ（−０．５＜ｘ＜０．５）に依存する。
【００７０】
この場合、角度は、次のように定義できる。
αＮ＝arctan［（N+x）p/d］
図７では、ｘ＝０であり、従って、ピクセルは、レンチキュラーに対して中心化されている。
【００７１】
レンチキュラープレートによる光捕捉を避けるために、角度αＮは、ｎをレンチキュラープレートの屈折率としたとき、常にαTIR＝arcsin［1/n］よりも小さくあるべきである。この全反射角度は、それより大きい角度では光がレンチキュラーアレイ内を通り抜ける角度である。
【００７２】
これを全ての考えら得るｘの値に対して考慮すると、ビュー複写の最大の可能な数ＮMAXを定義することが可能である。
【００７３】
【数３】
2010503009.tif 000005
ｔｒｕｎｃ関数は、最も近い整数に切り捨てする。
【００７４】
同様に、全ての考えら得るｘの値に対して考慮すると、プレート内の光の最大の可能な角度を定義することが可能である。
【００７５】
【数４】
2010503009.tif 000006
式（２）におけるパラメータに対する典型的な値は、ピクセルピッチｐ＝０．４ｍｍ、LCDからレンチキュラーまでの間隔ｄ＝２ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５である。これは、ＮMAX＝１を与え、主要なビューと各側の１つの複写のみが全反射の損失無しとなる。これは、αMAX＝３１°を与える。
【００７６】
このようにして、ディスプレイの物理的な設計は、ビュー複写の最大数を要求する。光平行化機構は、この際、ピクセルからの光が次の（禁止された）レンチキュラー素子に到達するための十分な角度で生成されないことを補償する必要がある。しかし、光は、この限界角度未満の角度で通過することが許容され、従って、近傍のレンチキュラー素子を通る表示が存在する。従って、不完全な平行化機能は、意図的に使用され、従って、“平行化”という用語の使用は、この出願においては、単一方向の出力を提供する機能ではなく、光収束機能のみを表すものと理解されるべきである。
【００７７】
この例では、全反射の損失は、約４２°の最大全反射角度の約７０％であるαMAX＝３１°内にレンチキュラーに垂直な方向の光を収束することによって防止されることができる。
【００７８】
より詳細には、最大角度は、１０度よりも大きく、一般的に２５度よりも大きい。
【００７９】
これは、空気中の５０°の平行化角度に対応し、これは、バックライトの出力での光コリメータの要件である。
【００８０】
説明の目的のため、ピクセルはバックライトからの光の再誘導を提供しないと仮定する。ピクセルは、入射光を拡散するいくらかの散乱を導入する場合、これは考慮されることができ、従って、計算される最大角度は、ＬＣＤ／レンチキュラーアレイのガラス内部の光であってピクセルを出た後の光の角度である。上記の平行化の必要な度合いは、上述のプリズム状の輝度向上フィルムを用いて容易に到達されることができる。これらは、３Ｍ（登録商標）から入手可能であり、Vikuiti(ビキュイティ)（登録商標）の輝度向上フィルムとして知られている。
【００８１】
上述の実施例は、例えば５０μｍから１０００μｍ内のディスプレイピクセルピッチを有する液晶ディスプレイパネルを採用する。しかし、当業者には明らかなように、バックライト照明を用いる代替タイプのディスプレイパネルは採用されてもよい。
【００８２】
レンチキュラーアレイの唯一のタイプが開示されているが、本発明は、他の設計にも適用可能である。例えば、レンチキュラーアレイの使用から生まれる解像度の低下の欠点を克服するため、２次元モードと３次元（立体映像）モードの間で切替可能なディスプレイデバイスを提供することが提案されている。
【００８３】
これを実現する１つの方法は、電気的に切替可能なレンチキュラーアレイを提供することである。２次元モードでは、切替可能なデバイスのレンチキュラー素子は、“通過”モードで動作し、即ち、光学的透明な材料の平面シートであるのと同様に機能する。最終的な表示は、ディスプレイパネルの元来の解像度に等しい高い解像度を有し、これは、短い鑑賞距離からの小さい文字の表示に適している。２次元ディスプレイモードは、当然ながら、立体映像を提供できない。
【００８４】
３次元モードでは、切替可能なデバイスのレンチキュラー素子は、上述の如く、光出力誘導機能を提供する。最終の表示は、立体画像を提供することができるが、上述の如く回避できない解像度の低下を有する。
【００８５】
切替可能な表示モードを提供するために、切替可能なデバイスのレンチキュラー素子は、２値間で切り替え可能な屈折率を有する、液晶材料のような電気光学材料から形成される。このとき、デバイスは、レンチキュラー素子の上下に設けられる平面電極に適切な電位を印加することによりモード間で切り替えられる。この電位は、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ー素子の屈折率を変化させる。切替可能なデバイスの構造及び動作のより詳細な説明は、米国特許第６，０６９，６５０号に見つけることができる。
【００８６】
本発明は、当然ながら、かかるデバイスにも適用することができる。
【００８７】
本発明は、列方向にアラインされたレンチキュラー素子を備えるディスプレイに適用することができるが、好ましい実現は、オフセットしている列に適用される。レンチキュラー素子が列方向からオフセットするとき、１つの光収束デバイスの軸は、列のレンチキュラー素子軸に垂直であることができ、若しくは、行方向にあることができる。従って、２つの収束構成は、９０度であってよいが、βをオフセット角とした場合に（９０−β）の角度であってもよい。これは、用語“略垂直”内であることが意図されている。
【００８８】
１つの軸に沿って光を収束するために使用されるフォイルは、商業的に入手可能であり、従って詳説しない。同様に、レンチキュラーアレイ及び実際のディスプレイデバイス及びバックライトの製造方法は、詳説していないが、当業者に公知の決まりきった手順である。
【００８９】
２つの交差する収束構成の使用は、所望の方向、即ちレンチキュラーの幅を横切る方向の光学特性を、所望の方向で１つの収束構成を使用する場合に比べて、改善する。これは、光収束構成が２次元の応答性を有し、完全な単一軸光収束機能を実行しないためである。更に、２つの輝度向上フォイルがバックライトに対して搭載される順序は、全体の光学的応答を変化させ、従って、順序は、最も良好な光学性能、特に、所望の視野内での最も均一な応答のみならずレンチキュラー素子の幅を横断する所望の最大角度を超える領域での最も大きい減衰を、与えるために選択される。従って、レンチキュラー素子の幅を横断する理想的な光学的応答は、所望の視野内に均一な照明及び所望の最大の可能な角度以上で完全な減衰を備える、矩形波状であるだろう。しかし、減衰は、吸収（即ち損失）を意味せず、角度方向の再誘導を表す。
【００９０】
上述の如く、単一の光収束構成は、所望の応答性を提供する。
【００９１】
種々の他の修正は当業者には明らかであろう。
【図１】
2010503009.tif 000009
【図２】
2010503009.tif 000010
【図３】
2010503009.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010503009.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月3日(2009.3.3)
【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】
自動立体ディスプレイデバイスであって、
ピクセルの行と列のアレイを含むディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルの出力表面上のレンチキュラーアレイであって、複数の細長いレンチキュラー素子を含むレンチキュラーアレイと、
バックライトと、
前記バックライトに関連付けて配置される光誘導構成とを含み、
前記光誘導構成は、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する光収束構成を含み、前記光収束構成の第２軸は、レンチキュラー素子の長手軸に合わせられ、
前記光誘導構成の出力は、前記レンチキュラーアレイへと前記ディスプレイパネルを通過し、前記光収束構成は、前記レンチキュラーアレイ内を横方向に通る光の角度を低減するように前記ピクセルへの入射角の範囲を制御する、自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項２】
レンチキュラー素子の長手軸は、ピクセル列方向からオフセットしている、請求項１に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項３】
レンチキュラー素子の長手軸は、２５度より小さい角度でピクセル列方向からオフセットしている、請求項２に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項４】
レンチキュラー素子の長手軸は、１５度より小さい角度でピクセル列方向からオフセットしている、請求項３に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記光誘導構成は、更に、横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する第２の光収束構成を含み、前記第２の光収束構成の第１及び第２軸は、前記第１の光収束構成の第１及び第２軸に略垂直である、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、プリズム状のフィルムを含む、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、輝度向上フィルム（Brightness  Enhancement  film）を含む、請求項６に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記バックライトは、平面状のバックライトである、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記レンチキュラーアレイにより異なる空間位置に向けられる中心画像及び前記画像の多数の複写を提供するように構成され、前記画像の多数の複写は、Ｎ対の画像複写を含み、ビュー複写の最大数は、
【数５】
2010503009.tif 000016
の式で定義され、この場合、ＮMAXは、画像複写の対の最大数であり、ｎは、前記レンチキュラーアレイの材料の屈折率であり、ｄは、前記ディスプレイパネルのピクセルと前記レンチキュラーアレイの間の実効的な垂直距離であり、ｐは、前記レンチキュラー素子のピッチであり、
ｔｒｕｎｃ関数は、最も近い整数に切り捨てすることを含む、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
ディスプレイピクセルから、前記ディスプレイパネルに垂直な、前記ピクセルからのビュー複写を提供するレンチキュラー素子までの最大角度は、
【数６】
2010503009.tif 000017
の式で定義される、請求項９に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１１】
第２軸が前記レンチキュラー素子の長手軸に合わせられる前記光収束構成は、前記レンチキュラーアレイ内の光が前記角度αMAXより小さい法線からの横方向の収束を有する光に略制限されるように、光の平行化を提供するように構成される、請求項１０に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記光収束構成若しくはそれぞれの光収束構成は、法線の何れの側にも所望の最大角度内の光収束を提供し、最大角度より小さい全ての角度で前記バックライトから光路が形成されることを可能とする、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記最大角度は、１０度より大きい、請求項１２に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記最大角度は、２５度より大きい、請求項１３に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
【請求項１５】
ピクセルの行と列のアレイを含むディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルの出力表面上のレンチキュラーアレイであって、複数の細長いレンチキュラー素子を含むレンチキュラーアレイとを用いる自動立体表示供給方法であって、
バックライトからの光出力を供給し、
横断方向で光の収束が最大の第１軸と、横断方向で光の収束が最小の垂直方向の第２軸を有しつつ、前記ディスプレイパネルに垂直な方向に向けて光を収束する光収束構成に前記光出力を通過させることを含み、
前記光収束構成の第２軸は、レンチキュラー素子の長手軸に合わせられ、
前記光誘導構成の出力は、前記レンチキュラーアレイへと前記ディスプレイパネルを通過し、
前記光収束構成は、前記レンチキュラーアレイ内を横方向に通る光の角度を低減するように前記ピクセルへの入射角の範囲を制御する、方法。
【国際調査報告】
2010503009.tif 000018
2010503009.tif 000019
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