(57)【要約】  表示デバイスのレンズ構造体は、レンズ状要素配列を含み、該レンズ状要素配列は、平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含む。該複屈折層の光学軸は、該レンズ状エレメントの長軸に対して実質的に30°と90°の間の角度であるように、配置される。
2010513969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動立体的表示デバイスのレンズ構造体であり当該レンズ構造体は：
平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含むレンズ状要素配列；
を含み、前記複屈折層の光学軸が、前記レンズ状エレメントのアレイの長軸に対して30°と90°の間の角度で配置されている、レンズ構造体。
【請求項２】
前記複屈折層の光学軸が前記レンズ状エレメントの長軸に対して垂直である、請求項1に記載されたレンズ構造体。
【請求項３】
前記複屈折層の光学軸が前記レンズ状要素配列の面に対して平行である、請求項1又は2に記載されたレンズ構造体。
【請求項４】
前記複屈折層の第1インターフェースにおける光学軸が、前記複屈折層の第2インターフェースにおける光学軸からねじれている、請求項1、2又は3に記載されたレンズ構造体。
【請求項５】
前記複屈折層のインターフェースの間の偏光方向を回転させるためのハーフ・ランブダ波長プレートをさらに含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項６】
前記レンズ状エレメントのアレイが両凸レンズを含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項７】
前記レンズ状要素配列がレンズ層及び該レンズ層の上に配置されるレプリカ層を含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項８】
前記レプリカ層が前記レンズ層とは異なる屈折率を持つ、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項９】
前記レプリカ層が等方性である、請求項7又は8に記載されたレンズ構造体。
【請求項１０】
前記レプリカ層が複屈折である、請求項7又は8に記載されたレンズ構造体。
【請求項１１】
前記レンズ層が複屈折であり前記複屈折層を含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項１２】
前記レンズ状要素配列の少なくとも一部分の上に配置された偏光手段をさらに含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項１３】
表示部を作成するための表示パネル；及び
上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体；
を含む自動立体的表示デバイス。
【請求項１４】
前記表示パネルの出力が前記レンズ構造体の前記レンズ状エレメントの軸に対して垂直な面において偏光される、請求項13に記載された表示デバイス。
【請求項１５】
前記複屈折層の光学軸の方向が切替え可能であり、当該切替えが、電界の選択的な印加によって、前記表示デバイスを動作モードの２Dモードと３Dモードとの間で切替るようにされる、請求項12又は13に記載された表示デバイス。
【請求項１６】
前記表示パネルが液晶表示パネルである、請求項13乃至15のいずれか1項に記載された表示デバイス。
【請求項１７】
自動立体的イメージを表示するための方法であり：
複数のビューを含むイメージを生成する段階；及び
平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含むレンズ構造体を通して、イメージを投影する段階；
を含み、前記複屈折層の光学軸が、前記レンズ状エレメントの長軸に対して直角に配置され、生成されたイメージが、前記レンズ構造体の前記レンズ状エレメントの軸に垂直な面において偏光されるようにされた、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示デバイスのレンズ構造体に関し、さらに詳しくは、自動立体的表示デバイスのレンズ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の自動立体的表示デバイスが図1に表わされている。この既知のデバイス1は、表示部を作成するための空間光変調器として作用する表示ピクセル5の行及び列のアレイを持つ2次元液晶表示パネル3を含む。明確化のため、ごく少数の表示ピクセル5が図3に表わされている。実際には、該表示パネル3は、約千行及び数千列の表示ピクセル5を含む。
【０００３】
液晶表示パネル3の構造は完全に従来型である。特に、そのパネル3は、間隔が開けられた1対の透明ガラス基板を含み、その間に配合ツイスト・ネマチック又は他の液晶物質が備えられている。該基板は、透明な酸化インジウムスズ（ITO）電極の模様をその接面に有する。また、偏光層が該基板の外部の表面に設けられている。
【０００４】
それぞれの表示ピクセル5は、薄膜トランジスタ（TFT）又は薄膜ダイオードなどのスイッチ素子に結合されている。それらの表示ピクセルは、アドレッシングシグナルを該スイッチ素子に提供することによって表示部を作成するように操作され、適切なアドレッシング法は当業者に知られている。
【０００５】
表示パネル3は、光源7によって照射され、該光源7はこの場合、表示ピクセル・アレイの面積上に広がる平面型バックライトである。該光源7からの光は、表示パネル3を通るように方向づけられ、個々の表示ピクセル5は光を変調し表示部を作成するように駆動される。
【０００６】
表示デバイス1はまた、表示パネル3の表示側に配置されているレンズ状シート9を有し、それがビュー作成機能（view  forming  function）を実行する。レンズ状シート9は互いに平行に広がるレンズ状エレメント11を含み、そのうちの1つだけが明確化のため拡大して示されている。
【０００７】
従って、互いに平行に広がる細長いレンズ状エレメント11は表示ピクセル・アレイの上に置かれており、表示ピクセル5はこれらのレンズ状エレメント11を通して見ることができる。
【０００８】
レンズ状エレメント11は、異なるイメージ又はビューを提供するために、表示パネル3から表示デバイス1の前に位置するユーザーの目の方向に光出力を向ける方法として作用する。上記で説明されたデバイスは、効率的な3次元表示デバイスを提供する（そのイメージが複数のビューを含む場合）。
【０００９】
例えば、それぞれのレンズ状エレメント11が、2列の表示ピクセル5に結合している配置において、各列の表示ピクセル5が、該当する2次元サブ・イメージの垂直のスライスを提供する。レンズ状シート9は、これらの2つのスライス及び相当するスライスを、他のレンズ状エレメント11に結合している表示ピクセルの列から該シートの前に位置するユーザーの左目及び右目に方向づけ、そのユーザーが単一の立体的イメージを見るようにする。
【００１０】
しかし、円筒形レンズ状要素の使用に伴う問題は、フィールド湾曲が原因で、焦点サイズが視角と共に変化することである。この問題は図2a及び図2bに表わされており、ピクセル面15におけるピクセルから発し、00°の視角で焦点Pが該ピクセル面のすぐ後ろにある状態においてイメージの一部を形成する光線（図2a）及び50°の視角で焦点Pが該ピクセル面15のすぐ前にある状態（図2b）においてイメージの一部を形成する光線を示す。
【００１１】
また、図3は、そのピクセル面において強度と位置との関係を表わすグラフであり、そのピクセル面は、0°と50°の間の視角でイメージの一部を形成し、レンズ状エレメント11は等方性である。言い換えれば、特定のビューを形成するピクセルのx軸上の位置（mm）を表わす。図3のグラフから、焦点サイズは視角が30°よりも大きくなると非常に大きくなることが分かり、複数のピクセルの物理的な幅が大きく、それがビューに貢献する（点線はコンボリューション処理がされた後の結果であり、トップ・ハットの分布はピクセル・サイズ及び斜角の効果を考慮に入れている）。大きい焦点サイズは、視野の間での過度な重なりの原因となり、従ってそれは、３Dの印象を減少させるため望ましくない。
【００１２】
円筒形レンズ状エレメントを使用することのもう1つの不利点は、垂直の線（図2の面に対して垂直）が曲線として描かれることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、30°よりも大きい視角では、焦点サイズが縮小される自動立体的表示デバイスを開発することが望ましい。言い換えれば、大きい視角で起こるぼやけ効果を低減することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によると、レンズ状要素配列を含む自動立体的表示デバイスのレンズ構造が提供されており、該レンズ状要素配列は、平行なレンズ状エレメントのアレイを含み、該レンズ状エレメントは、光学軸（extraordinary  axis）が該レンズ状エレメントの長軸に対して実質的に30°と90°の間である、複屈折層を含む。
【００１５】
そのレンズ状要素配列において複屈折層を使用することによって、３D表示デバイスによって生成されるイメージのぼやけは大幅に減少する。特に、異なった横方向（真ん中のビューに対する垂線と最も外側の側面のビューの横線との間）を通る光によって見られる屈折率の境界は異なる。これらの異なった屈折率の境界は、レンズ状エレメントの異なったレンズ焦点調節の効果が起こる原因となり、それらの屈折率の境界は、表示パネルの正確なエリアがそれぞれの視界の方向に対して焦点調節がされるように選択することができる。
【００１６】
複屈折層の第1インターフェースにおける光学軸は、その複屈折層の第2インターフェースにおける光学軸に関してねじれていてもよい。ハーフ・ランブダ（half-lambda）波長プレートが該インターフェース間での偏光方向を回転するために提供されてもよい。
【００１７】
レンズ状エレメントのアレイは両凸面のレンズを含んでもよい。
【００１８】
望ましくは、レンズ状要素配列にはレンズ層及びそのレンズ層の上に配置されるレプリカ層が含まれる。それぞれの層の屈折率は選択されることができ、そのうち一方又は両方の層は異方性であってもよい。異方性の一方の層または両方の層では、屈折率の差及び異方性の軸を選択することができる。これらのパラメーターは、全て望まれる焦点の特性を持つレンズ状要素配列を提供するのに選択することができる。
【００１９】
偏光手段は、少なくともレンズ状要素配列の一部の上に配置されてもよい。これは、表示パネルからの光が正しい偏光がされていることを保証することができ、角度に依存したレンズ機能が実施されることを保証する。
【００２０】
本発明はまた、自動立体的表示デバイスを提供し、当該デバイスは：
表示部を生成するための表示パネル；及び
本発明のレンズ構造体；
を含む。
【００２１】
表示パネルの出力は望ましくは、該レンズ構造体のレンズ状エレメントの軸に垂直な面において偏光される。複屈折層の光学軸の方向は、電界の印加によって切替え可能であってもよく、動作モードの２Dモードと３Dモードの間で該表示デバイスを切替することができる。
【００２２】
本発明はまた、自動立体的イメージを表示する方法を提供し、当該方法は：
複数のビューを含むイメージを生成する段階；
平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含むレンズ構造体を通してイメージを投影する段階；
を含み、該複屈折層の光学軸は、実質的にレンズ状エレメントの長軸に垂直であるように配置されており、生成されたイメージは、レンズ構造体のレンズ状エレメントの軸に垂直な面において偏光されるようにされている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】既知の自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図２ａ】視角00°のイメージの一部を形成する、ピクセル面のピクセルから発せられる光線を表わす；
【図２ｂ】視角50°のイメージの一部を形成する、ピクセル面のピクセルから発せられる光線を表わす；
【図３】0°と50°の間の視角で、図1のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の模範的な関係を表わすグラフ；
【図４】本発明の実施形態による自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図５】0°と50°の間の視角で、図4のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の関係を表わすグラフ；
【図６】本発明の代替の実施形態による自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図７】0°と50°の間の視角で、図5のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の関係を表わすグラフ；
【図８】本発明のもう１つの代替の実施形態による自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図９】0°と50°の間の視角で、図8のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の関係を表わすグラフ；
【図１０】本発明のさらにもう１つの代替の実施形態による自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図１１】0°と50°の間の視角で、図10のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の関係を表わすグラフ；
【図１２】本発明のさらにもう１つの代替の実施形態による自動立体的表示デバイスの概略的な斜視図；
【図１３】0°と50°の間の視角で、図12のデバイスで生成されたイメージの一部を形成するピクセル面における強度と位置の関係を表わすグラフ；
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、平行なレンズ状エレメントのアレイを持つレンズ状要素配列を含む表示デバイスのレンズ構造体を提供する。該レンズ状要素配列は複屈折層を含み、該複屈折層は、レンズ状エレメントの長軸に実質的に平行ではない光学軸を持つが、30°と90°の間の角度であるのが望ましい。これは、焦点調節機能が入射光の角度に依存するようにし、大きい視角において存在するぼやけ効果を大幅に低減するために使用することができる。
【実施例１】
【００２５】
図4は、本発明の実施形態による自動立体的表示デバイス40の概略的な斜視図である。該自動立体的表示デバイスは、表示部を生成するための2次元液晶表示パネル42を含む。液晶表示パネル42の構造は完全に従来型である。
【００２６】
既知の自動立体的表示デバイスに似た形式で（本願の背景の項で説明されたように）、表示パネル42は光源（非表示）によって照射される。その光源からの光（一般的に「L」とラベル付けされた矢印で示される）は、その表示パネル42を通るように方向づけられ、該表示パネルの個々の表示ピクセルはその光を変調しイメージを形成するように駆動される。
【００２７】
自動立体的表示デバイス40はまた、表示パネル42の上に配置された複屈折レンズ状シート44を含み、その複屈折レンズ状シート44は選択的にガラスシート43によって表示パネル42から隔離される。複屈折レンズ状シート44は互いに平行に広がる半円筒形（又は平凸）レンズ状エレメント46のアレイ（明確化のためそのうちの5個が拡大された寸法で示される）を含む。半円筒形レンズ状エレメント46の円柱軸は、それぞれの軸が実質的に、互いに平行及び表示パネル42に（すなわち、この紙面に入る方向）平行になるように配置される。
【００２８】
従って、互いに平行に伸びる細長いレンズ状エレメント46のアレイが、表示パネル42の上に広がり、その表示パネル42のピクセルはレンズ状エレメント46を通して観測することができる。
【００２９】
自動立体的表示デバイスの分野において知られているように、レンズ状エレメント46は光出力を方向づける手段として働き、異なるイメージまたはビューを表示パネル42から表示デバイス40の前に位置するユーザーの目に向けて提供する。
【００３０】
しかし、図4の表示デバイス40において、レンズ状シート44は複屈折であり、noで示される常光屈折率及びneで示される異常光屈折率を持つ。
【００３１】
一軸異方性において、常光屈折率noは、異方性軸に対して垂直な偏光での屈折率として定義され、異常光屈折率neは、異方性軸に対して平行な偏光での屈折率として定義される。
以下の説明における「光学軸（extraordinary  axis）」という用語は従って、「異方性軸」に等しい意味で使用されている。
【００３２】
本発明は、複屈折レンズ状手段を、光学軸（一般的に「A」とラベル付けされた矢印で示される）が実質的にレンズ状エレメント46の平行軸に対して垂直になるように配置することに基づく。そのレンズ状エレメントを通る光（水平面の内部において）の方向は、その光の偏光と光学軸との間の相対角度を変え、例えば図2に示されるように、異なる角度で光の屈折率が異なるようにする。これは、望ましくないぼやけ効果を大幅に低減することを可能にする。
【００３３】
例として、光学軸を表示デバイスの面に対して平行にとる場合、ぼやけ効果のそのような減少は、角度を持つ光線は有効屈折率nを持つことによって説明され、その有効屈折率は次の数式(1)によって定義され：
【００３４】
【数１】
2010513969.tif 000003
no及びneはそれぞれ、異方性軸に対して垂直（常光）及び平行（異常光）である偏光における屈折率であり、θは光学軸とその光の波動ベクトルとの間の角度である。
【００３５】
数式1から、有効屈折率nは、常光屈折率noと異常光屈折率neとの間の値であることが十分に分かる。これは、より弱いレンズ効果をもたらし、従ってそれに伴うぼやけの程度も減少する。
【００３６】
同様に、デルタn（Δn）は複屈折の大きさに言及し、次の数式(2)で定義される：
【００３７】
【数２】
2010513969.tif 000004
従って、ne＞noの時、Δnはプラスであり、ne＜noの時、Δnはマイナスである。
【００３８】
図5は、0°と50°の間の視角において図4のデバイスによって生成されるイメージを提供したピクセル面において得られる強度と位置の関係を表わすグラフであり、no＝1.0及びne＝1.5である。
【００３９】
図5のグラフから、図1のデバイスの焦点サイズ（図3に示される）に比較すると、30°よりも大きい視角における焦点サイズが改善する（すなわち、縮小する）ことが理解できる。減少した焦点サイズ及び増加した強度によって、30°よりも大きい視角においては、ビューの間での重なりがより少なくなり、３Dの印象がより優れることを意味する。
【００４０】
実際には、表示デバイスにこれらの屈折率を持つ複屈折材料を含むことを求めるのは現実的ではない。例えば、既知の複屈折有機物質の典型的な屈折率は、no＝1.5及びne＝1.8である。従って、図1のデバイスのような既知の自動立体的表示デバイスに比較すると、図4の実施形態によるデバイスは改善してはいるものの、実際には、図5に示されているぼやけの低減を完全に達成はしない。
【実施例２】
【００４１】
ここで図6を参照すると、本発明のもう1つの実施形態による自動立体的表示デバイス60が示されている。該自動立体的表示デバイス60は、図4の表示デバイス40に似た構造を持つが、それはさらに他の物質のレンズ状構造体62を含む点で異なり、それはレンズ状エレメント46に正確に適合する。該レンズ状構造体62を以下レプリカと呼ぶ。このレプリカ62は等方性の物質であり、屈折率nrを持つ。その適用は、既知の複屈折有機物質（例えば、no＝1.5及びne＝1.8の物質）の使用による、質の低いぼやけ低減の問題を解決する。
【００４２】
図7は、0°と50°の間の視角において図6のデバイスによって生成されるイメージを提供したピクセル面において得られる強度と位置の関係を表わすグラフであり、no＝1.5、ne＝1.8及びnr＝1.5である。
【００４３】
図7のグラフから、30°よりも大きい視角における焦点及び強度は、理想的な複屈折レンズ状手段を使用した図4のデバイスのそれらに類似する（その関係が図5に示されている）。従って、望まれている焦点サイズ及びぼやけの減少は、既知の複屈折有機物質（すなわち、no＝1.5及びne＝1.8の物質）の使用によって達成され、レンズ状エレメント46を覆う等方性のレプリカ層62の供給によって達成される。
【００４４】
上記で説明された実施形態において、光Lの偏光はレンズ状エレメント46の円柱軸に垂直であると推定されている。しかし実際には、偏光方向は一般的にもう一方の方向（通常、レンズ状エレメント46の円柱軸）に対して平行である。
【００４５】
偏光におけるこの違いを賄う第1の取り組みは、ハーフ・ランブダ（half-lambda）リターダを使用し、その光の偏光の方向を望ましい方向に回転させることである。
【００４６】
第2の取り組みは、光学軸がねじれた形状を持つレンズ状エレメント46（ツイスト・ネマチックLCDのコンセプトに似ている）を使用することである。そのレンズ状エレメントが十分に厚い（例えば、数十ミクロン）場合、その光の偏光方向は断熱的に光学軸の方向に向かう。
【実施例３】
【００４７】
ここで図8を参照すると、本発明の代替の実施形態による自動立体的表示デバイス80が示されている。該自動立体的表示デバイス80は、図6の表示デバイスに似た構造を持つが、レンズ状エレメント46がねじれた光学軸の形状を持つ点でそれと異なる。さらに具体的には、レンズ状エレメントの第1インターフェースにおける光学軸（一般的に「A1」とラベル付けされた矢印で示される）は実質的に表示パネル42に平行である。従って、レンズ状エレメント46にはねじれた光学軸の形状が備えられる。
【００４８】
上記で述べられたように、レンズ状エレメント46が適切な厚さを持つようにすることによって、レンズ状エレメント46を通る光の偏光方向は、断熱的に光学軸の方向に（A1からA2へ）向く。
【００４９】
シミュレーションによって、ねじれた光線は第1レンズ状要素インターフェースにおいて異なる有効屈折率に遭遇することから、レプリカ62の屈折率nrの最適及び望ましい値は、本発明による、ねじれた光学軸の形状を持たない表示デバイス（図6のデバイスなど）の屈折率と異なることが示されている。
【００５０】
図9は、0°と50°の間の視角において図８のデバイスによって生成されるイメージを提供したピクセル面において得られる強度と位置の関係を表わすグラフであり、no＝1.5、ne＝1.8及びnr＝1.６である。
【００５１】
図9のグラフから、視角が30°よりも大きい場合の焦点サイズ及び強度は、図6のデバイスのそれら（図7に示される）に似ていることが分かる。しかし、これらの結果はnr＝1.6の場合であり、屈折率nr＝1.5であるレプリカを持つ同デバイスの結果に比較すると、ぼやけの望ましい減少が見られる。
【００５２】
従って、本発明の実施形態による自動立体的表示デバイスは視角が大きい場合にぼやけの減少を提供することができるが、その減少の量は、実際の屈折率の値に依存してもよいことが理解できる。だから、技術力を有する読者は、ある特定の屈折率の値が他の値よりも望ましく、そのような望ましい値は表示デバイスの構造に依存することを理解するはずである。
【００５３】
さらに一般的に、常光屈折率1.4‐1.6及び異常光屈折率1.6‐1.8を持つ複屈折レンズ材料を有する本発明による表示デバイスを提供するのが望ましいことが立証されている。また、その複屈折レンズ材料の上にレプリカを設け、屈折率が1.4‐1.7のレプリカを選択するのがいっそう望ましい。
【実施例４】
【００５４】
図10は本発明のさらにもう1つの実施形態による自動立体的表示デバイス100を表わす。この場合もまた、該自動立体的表示デバイス100が図6の表示デバイス60に似た構造を持つが、レプリカ102が常光屈折率のnro及び異常光屈折率のnreを持つ点でそれと異なる。該レプリカ102は、光学軸（一般的に「Ar」  とラベル付けされた矢印で示される）が表示スクリーン42に対して垂直であるという条件を満たすように配置されている。この場合、レンズ状シートが複屈折である必要はない。
【００５５】
しかし、屈折率が高い（すなわち、例として1.5を超える）レプリカ102を選択することが望ましいと予想される。
【００５６】
また、レプリカ102とレンズ状エレメント46との間の屈折率の差が小さい場合、小さい曲率半径を持つようにレンズ状エレメント46を形成することが望ましい。言い換えれば、図10に表わされるようなデバイスにおいて、レンズ状エレメント46の曲率半径が、レプリカ102と該レンズ状エレメント46との間の屈折率の差に直接比例するようにするのが望ましい。
【００５７】
図11は、0°と50°の間の視角において図10のデバイスによって生成されるイメージを提供するピクセル面において得られる強度と位置の関係を表わすグラフであり、no＝ne＝1.65、nre＝1.8及びnro＝1.5である。
【実施例５】
【００５８】
図12は本発明のもう1つの実施形態による自動立体的表示デバイス120を表わす。該自動立体的表示デバイス120は図10の表示デバイス100に似た構造を持つが、レンズ状エレメント46が両凸レンズ（むしろ半円筒形又は平凸ではなく）であること及びレプリカ122がレンズ状エレメント46の上部及び下部に形成されている点で異なる。このような方法では、円筒形レンズ状エレメント46のアレイは、上部のレプリカ層122aと下部のレプリカ層122bとの間に挟まれ、該レプリカは、レンズ状エレメント46の曲面に隣接して設けられている。さらに、その両凸レンズ状エレメント46の光学軸はそのレンズ状エレメントの平行軸に対して垂直に配置される。
【００５９】
図13は、0°と50°の間の視角において図12のデバイスによって生成されるイメージを提供したピクセル面において得られる強度と位置の関係を表わすグラフであり、no＝ne＝1.65、nre＝1.77及びnro＝1.55である。図12の両凸レンズ状エレメント46の光学軸は、表示パネル42に対して垂直であることが知られている。これにより、本発明による自動立体的表示デバイスの複屈折レンズ状シートの内部で両凸レンズ状エレメントを使用することによって、ぼやけがさらに減少することが分かる。
【００６０】
多数の可能な構造が上記で立案されている。さらに一般的に本発明は、レンズ状要素配列の異なる層が（それらの等方性層の屈折率の値並びにそれらの常光及び異常光屈折率も異方性層の異方性軸も）そのレンズ状要素配列を横方向に通る光が、それを直角に通る光よりも、異なる屈折率の境界を通るようにされている設計を提供する。これらの異なる屈折率の境界は、レンズ効果によって縮小した表示パネルの側面積が側面図の位置に焦点が合うように設計されている。望ましくは、横方向の光路においてレンズの有効度は減少する。
【００６１】
このレンズ機能の違いを実施できる方法が多数ある。例えば、レプリカ及びレンズ本体がある時、より大きい屈折率を持つものを選択する、該又は各異方性層の異方性軸の方向を選択する、及び複屈折Δnがプラス又はマイナスであるか選択することが可能である。
【００６２】
例えば、等方性層（レンズ層又はレプリカ層）を使用する時、以下の構成が可能である：
１）等方性レプリカ（低屈折率n）、プラスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメント並びに該レンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行な光学軸；
２）等方性レプリカ（低屈折率n）、マイナスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメント並びに表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に垂直な光学軸；
３）等方性レンズ状エレメント（高屈折率n）、プラスのΔnを持つ複屈折レプリカ並びに表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に垂直な光学軸；
４）等方性レンズ状エレメント（高屈折率n）、マイナスのΔnを持つ複屈折レプリカ並びにレンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行な光学軸；
2つの複屈折材料を使用することさえ可能である。例えば：
５）マイナスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメントであり、その光学軸が表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に対して垂直、並びにプラスのΔnを持つ複屈折レプリカであり、その光学軸が表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に垂直である；
６）マイナスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメントであり、その光学軸が表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に対して垂直、並びにマイナスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメントであり、その光学軸がレンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行である；
７）プラスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメントであり、その光学軸がレンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行、並びにマイナスのΔnを持つ複屈折レプリカであり、その光学軸が表示パネル及びレンズ状エレメントの長軸に垂直である；
８）プラスのΔnを持つ複屈折レンズ状エレメントであり、その光学軸がレンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行、並びにマイナスのΔnを持つ複屈折レプリカであり、その光学軸がレンズ状エレメントの長軸に垂直及び表示パネルに平行である；
従って、レンズ状エレメント又はレプリカのうち一方が複屈折であってもよい。上記に列挙された8つの構成において、光の偏光は、望ましくはレンズ状エレメントの長軸に対して垂直な面において起こるべきである。
【００６３】
上記で説明された実施形態は、本発明を限定するよりも、むしろ説明していることに注目するべきである。当業者は、請求項の請求範囲から出ることなしに、多くの代替の実施形態を設計することができる。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も本請求を限定するものと解釈するべきではない。「有する」又は「含む」という表現は、請求項に記載されていない要素又は段階を除外していない。単数として表わされる要素は複数の同様の要素を除外しない。多数の方法を列挙しているデバイスの請求項では、これらの方法のいくつかはハードウェアの同一の部品において実施されてもよい。特定の基準が相互的に異なる請求項に記載されているという単なる事実はこれらの基準の組み合わせを利用してはいけないことは示していない。
【００６４】
表示デバイスのレンズ構造体を要約すれば、レンズ状要素配列を含み、そのレンズ状要素配列は平行なレンズ状エレメントのアレイを含み、複屈折層を含む。該複屈折層の光学軸は、実質的にレンズ状エレメントの長軸に対して30°と90°の間の角度で配置される。
【符号の説明】
【００６５】
1…既知のデバイス
3…2次元液晶表示パネル
5…表示ピクセル
7…光源
9…レンズ状シート
11…レンズ状エレメントのアレイ
15…ピクセル面
40…表示デバイス
42…2次元液晶表示パネル
43…ガラスシート
44…レンズ状シート
46…半円筒形レンズ状エレメント
60…自動立体的表示デバイス
62…レンズ構造体
100…表示デバイス
102…複屈折レプリカ
120…自動立体的表示デバイス
122…レプリカ
122a…上部のレプリカ
122b…下部のレプリカ
【図１】
2010513969.tif 000005
【図２ａ】
2010513969.tif 000006
【図２ｂ】
2010513969.tif 000007
【図３】
2010513969.tif 000008
【図４】
2010513969.tif 000009
【図５】
2010513969.tif 000010
【図６】
2010513969.tif 000011
【図７】
2010513969.tif 000012
【図８】
2010513969.tif 000013
【図９】
2010513969.tif 000014
【図１０】
2010513969.tif 000015
【図１１】
2010513969.tif 000016
【図１２】
2010513969.tif 000017
【図１３】
2010513969.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月22日(2009.6.22)
【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】
自動立体的表示デバイスのレンズ構造体であり、当該レンズ構造体は光を複数のビューを提供するように方向づけるように適合され：
平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含むレンズ状要素配列；
を含み、前記複屈折層の光学軸が前記複屈折層の第1インターフェースにおいて、該レンズ状エレメントのアレイの長軸に対して実質的に垂直である、レンズ構造体。
【請求項２】
前記複屈折層の光学軸が前記レンズ状要素配列の面に対して平行である、請求項1に記載されたレンズ構造体。
【請求項３】
前記複屈折層の第1インターフェースにおける光学軸が、前記複屈折層の第2インターフェースにおける光学軸からねじれている、請求項1又は2に記載されたレンズ構造体。
【請求項４】
前記複屈折層のインターフェースの間の偏光方向を回転させるためのハーフ・ランブダ波長プレートをさらに含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項５】
前記レンズ状エレメントのアレイが両凸レンズを含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項６】
前記レンズ状要素配列がレンズ層及び該レンズ層の上に配置されるレプリカ層を含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項７】
前記レプリカ層が前記レンズ層とは異なる屈折率を持つ、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項８】
前記レプリカ層が等方性である、請求項6又は7に記載されたレンズ構造体。
【請求項９】
前記レプリカ層が複屈折である、請求項6又は7に記載されたレンズ構造体。
【請求項１０】
前記レンズ層が複屈折であり前記複屈折層を含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項１１】
前記レンズ状要素配列の少なくとも一部分の上に配置された偏光手段をさらに含む、上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体。
【請求項１２】
表示部を作成するための表示パネル；及び
上記の請求項のいずれかに記載されたレンズ構造体；
を含む自動立体的表示デバイス。
【請求項１３】
前記表示パネルの出力が前記レンズ構造体の前記レンズ状エレメントの軸に対して垂直な面において偏光される、請求項12に記載された表示デバイス。
【請求項１４】
前記複屈折層の光学軸の方向が切替え可能であり、当該切替えが、電界の選択的な印加によって、前記表示デバイスを動作モードの２Dモードと３Dモードとの間で切替るようにされる、請求項12又は13に記載された表示デバイス。
【請求項１５】
前記表示パネルが液晶表示パネルである、請求項13乃至15のいずれか1項に記載された表示デバイス。
【請求項１６】
自動立体的イメージを表示するための方法であり：
複数のビューを含むイメージを生成する段階；及び
複数のビューを提供するように光を方向づけるようにされた平行なレンズ状エレメントのアレイ及び複屈折層を含むレンズ構造体を通して、イメージを投影する段階；
を含み、前記複屈折層の光学軸が、前記複屈折層の第1インターフェースにおける前記レンズ状エレメントの長軸に対して直角に配置され、生成されたイメージが、前記レンズ構造体の前記レンズ状エレメントの軸に垂直な面において偏光されるようにされた、方法。
【国際調査報告】
2010513969.tif 000019
2010513969.tif 000020