(57)【要約】  ディスプレイバックライトは、光取り出し構造の位置において光が導光体から出ることを可能にする光取り出し構造のアレイを有するエッジ照射導光体を含む。光源装置は、対向する側縁の一方または両方において導光体に光を提供するために使用される。光源装置は、少なくとも第1および第2の光出力のうちの選択された1つを導光体に供給するように制御可能であり、２つの光出力は、導光体の全体的な平面に対して異なる角度を有し、異なる範囲の出射角で導光体から出る光を生じる。このようにして、光が導光路に結合される態様に基づいて、指向性のバックライト出力が可能になる。これは、導光体に供給される光の制御のみを必要とする単純な構造を提供する。バックライトは、例えばレンチキュラーアレイを必要とせずに自動立体視ディスプレイを形成することを可能にする。
2018511148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行な上面および底面ならびに一対の対向する側縁を備え、光が前記上面から出射する導光体、
前記対向する側縁の一方または両方において前記導光体に光を供給するための光源装置、
光を方向転換して光が光取り出し構造の位置において前記導光体から出るように平行な前記上面または前記底面に形成された前記光取り出し構造のアレイ、
を有するディスプレイバックライトであって、
前記光源装置が、前記導光体に入る少なくとも第1および第2光出力のうちの選択されたものを供給するように制御可能であり、前記第1および第2光出力は、少なくとも部分的にコリメートされ、前記光源装置は、前記第1および第2光出力を、平行な前記上面および底面の平面に対して異なる仰角方向で、エッジ−エッジ方向で、前記導光体に入射し、前記導光体に入射する前記第1および第2光出力は前記上面からの異なる光出力方向をもたらす、
ディスプレイバックライト。
【請求項２】
前記導光体の形状が、平行な前記上面および底面の平面において、矩形である、請求項１に記載のディスプレイバックライト。
【請求項３】
前記第1および第2光出力が、前記側縁の間に延在する法平面において異なる出射角範囲で前記導光体から出る光をもたらす、請求項１または請求項２に記載のディスプレイバックライト。
【請求項４】
前記第1および第2光出力が、少なくとも前記上面および前記底面に垂直な平面においてコリメートされる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項５】
前記光取り出し構造が、前記側縁に対して平行に延在するプリズム状ストリップを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項６】
前記光源装置が、平行な前記上面および底面の平面に対して異なる角度で取り付けられる少なくとも第1および第2光源を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項７】
前記光源装置が、平行な前記上面および底面の平面に対する前記導光体への光出力角を設定するための付随するビーム成形素子を各々が持つ少なくとも第1および第2光源を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項８】
前記ビーム成形素子が、平行な前記上面および底面の平面に対する特定の光出力角度のために設計された静的なプリズム構造、または、プリズム装置のような動的なビーム成形素子を有する、請求項７に記載のディスプレイバックライト。
【請求項９】
前記光源装置が、光放射体アレイおよび出力レンズを各々が有する少なくとも第1および第2光源を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項１０】
前記導光体の前記上面上に光方向転換装置を有する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項１１】
前記上面の全ての位置から共通の視点に光が達するように、前記上面からの光出力角度が前記上面上での位置の関数として変化する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のディスプレイバックライト、
表示画像を生成するための表示ピクセルのアレイを持ち、前記ディスプレイバックライトにより照射される表示パネル、
を有する、自動立体視表示装置またはプライバシーディスプレイ。
【請求項１３】
コントローラを有し、
前記コントローラが、
前記第1光出力が前記導光体に供給され、前記表示パネルが第1画像を表示するように制御される第1モードと、
前記第2光出力が前記導光体に供給され、前記表示パネルが第2画像を表示するように制御される第2モードとの、
の２つのモードで動作し、
前記コントローラが、前記第1モードと前記第2モードとを時系列で実施する、
請求項１２に記載の自動立体視表示装置またはプライバシーディスプレイ。
【請求項１４】
バックライトからの光出力の方向を制御する方法であって、
平行な上面および底面ならびに一対の対向する側縁を持つ導光体に光を供給するステップであって、前記光が対向する側縁の一方または両方に供給されるステップ、
光取り出し構造の位置において前記上面から前記導光体を出るように光を方向転換するために平行な前記上面または底面に形成された前記光取り出し構造のアレイを用いるステップ、
を有し、前記方法は、
異なる角度方向を各々が持つ少なくとも第1および第2光出力間でエッジ−エッジ方向で平行な前記上面および底面の平面に対する前記導光体に入る前記光の仰角方向を制御し、前記導光体に入る前記第1および第2光出力が前記上面からの異なる光出力角度をもたらす、方法。
【請求項１５】
自動立体視表示装置を制御する方法であって、
請求項１４に記載の方法を用いてバックライトからの光出力の方向を制御し、
表示パネルに前記バックライトからの前記光出力を供給し、
前記表示パネルにより表示される画像を制御し、
前記表示装置は、
前記第1光出力が前記導光体に供給され、前記表示パネルが第1画像を表示するように制御される第1モードと、
前記第2光出力が前記導光体に供給され、前記表示パネルが第2画像を表示するように制御される第2モードとの、
２つのモードで動作し、
前記第1モードと前記第2モードとが時系列で提供される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭い範囲の出力方向に画像を表示する表示装置に特に好適な表示装置用バックライトに関する。一例は、表示画素のアレイを有する表示パネルと、異なるビューを異なる物理的位置に向けるための配置とを備える自動立体表示装置である。別の例は、表示画像が観察者の方向にのみ提供されるプライバシー表示である。
【背景技術】
【０００２】
公知の自動立体表示装置は、表示を生成するための画像形成手段として作用する、表示画素の行と列のアレイを有する2次元液晶表示パネルを含む(ここで、「画素」は典型的に「サブ画素」のセットを含み、「サブ画素」は最小の個別にアドレス指定可能な単色の画素である)。互いに平行に延びる細長いレンズのアレイは、表示画素アレイの上に重なり、ビュー形成手段として働く。これらは「レンチキュラレンズ」として知られている。表示画素からの出力は、これらのレンチキュラレンズを通して投影され、その機能は、出力の方向を変更することである。
【０００３】
レンチキュラレンズは、それぞれが細長い部分円柱形(例えば、半円柱形)レンズ要素を含むレンズ要素のシートとして提供される。レンチキュラレンズは、表示パネルの列方向に延び、各レンチキュラレンズは、2つ以上の隣接する列の表示サブピクセルの上にある。
【０００４】
各レンチキュラレンズは、ユーザが単一の立体画像を観察することを可能にする2つの列の表示サブ画素に関連付けられことができる。その代わりに、各レンチキュラレンズは、行方向に隣接する3つ以上の表示サブピクセルのグループに関連付けられることができる。各グループの表示サブ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移動すると、一連の連続した異なる立体視が観察され、例えば、回り込んだ印象が生じる。
【０００５】
図1は、公知の直視型自動立体視ディスプレイ装置1の概略斜視図である。公知の装置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マトリックスタイプの液晶表示パネル3を含む。
【０００６】
表示パネル3は、表示サブ画素5の行及び列の直交アレイを有する。分かり易くするために、少数の表示サブピクセル5のみが図に示されている。実際には、表示パネル3は、約千行と数千列の表示サブピクセル5を含むことができる。白黒表示パネルでは、サブピクセルは実際にはフルピクセルを構成する。カラーディスプレイでは、サブピクセルは、フルカラーピクセルの1つのカラーコンポーネントである。一般的な用語に従うフルカラー画素は、表示される最小の画像部分の全ての色を生成するのに必要なすべてのサブ画素を含む。従って、例えば、フルカラー画素は、可能であれば、白及び/若しくは黄色のサブ画素並びに/又は1つ以上の他の原色のサブ画素で増強された赤(R)緑(G)及び青(B)のサブ画素を有することができる。液晶表示パネル3の構造は全く従来通りである。特に、パネル3は、間隔を置いて配置された一対の透明ガラス基板を含み、その間に整列したねじれネマチックまたは他の液晶材料が設けられる。基板は、対向する表面上に透明なインジウム錫酸化物(ITO)電極のパターンを有する。偏光層も基板の外面に設けられる。
【０００７】
各表示サブピクセル5は、基板上に対向する電極を含み、その間に介在する液晶材料を伴う。表示サブピクセル5の形状およびレイアウトは、電極の形状およびレイアウトによって決定される。ディスプレイサブピクセル5は、ギャップによって互いに規則的に離間されている。
【０００８】
各表示サブピクセル5は、薄膜トランジスタ(TFT)または薄膜ダイオード(TFD)のようなスイッチング素子に関連付けられている。ディスプレイ・ピクセルは、スイッチング素子にアドレス指定信号を供給することによって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が当業者に知られている。
【０００９】
表示パネル3は、この場合、表示画素アレイの領域上に延在する平面バックライトを含む光源7によって照明される。光源7からの光は表示パネル3を通って導かれ、個々の表示サブピクセル5は光を変調して表示を生成するように駆動される。バックライト7は、側縁7a，7bと、上縁7cと、下縁7dとを有する。それは、光が出力される前面を有する。
【００１０】
表示装置1はまた、表示パネル3の表示側に配置されたレンチキュラーシート9を備え、レンチキュラーシート9は、光指向機能を果たし、従って、視野形成機能を実行する。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素子11の列を含み、そのうちの1つのみが明瞭化のために誇張された寸法で示されている。
【００１１】
レンチキュラ素子11は、それぞれが素子の円柱の曲率に垂直に延びる細長い軸12を有する凸状の(セミ)シリンドリカルレンズの形態であり、各素子は、表示パネル3から表示装置1の正面に位置するユーザの目へと異なる画像またはビューを提供する光出力指向手段として働く。
【００１２】
レンチキュラータイプのイメージング構成は、複数のビューイングコーンを生じさせる。各コーン内で、異なるビューのセットが繰り返される。マルチビューア表示の場合は、全視野をビューで満たすことができるので、これは利点である。例えば単一または少数の観察者の位置を追跡する頭部追跡システムにおいて、移動する観察者が単一のビューイングコーンを使用することは、特に有利であり得る。
【００１３】
表示装置は、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。
【００１４】
図1に示す自動立体視ディスプレイ装置1は、異なる方向においていくつかの異なる視野ビューを提供することができ、すなわち、表示装置の視野内の異なる空間位置にピクセル出力を向けることができる。具体的には、各レンチキュラ素子11は、各行の表示サブ画素5の小さなグループの上に横たわり、ここでは、行はレンチキュラ素子11の細長い軸に対して垂直に延在する。レンチキュラ素子11は、グループの各表示サブピクセル5の出力を異なる方向に投影し、いくつかの異なるビューを形成する。ユーザの頭が左から右に動くと、目は複数のビューの異なるものを順番に受け取る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
レンチキュラに基づく自動立体視表示の一般的な問題は、3Dモードで解像度が低下することである。各レンチキュラレンズ要素の下に複数のピクセルを使用することは、いくつかのビューが同時に生成されることを意味する。これにより、2D表示パネル本来の解像度と比較して、3Dモードでの自動立体視表示の利用可能な解像度が低下する。
【００１６】
3Dモードにおけるパネル解像度のこの損失を回避するための1つの既知の方法は、必要な異なるビューを時系列的に生成することである。このアプローチは、例えば、異なる瞬間に異なる観察角度においてコリメートされた光を生成する指向性バックライトコンポーネントを用いて行うことができる。
【００１７】
バックライト指向性のスイッチング速度が十分に速く、生成された光出力方向が複数のビューのために必要な範囲をカバーする場合、そのようなバックライトを使用して、レンズを必要としない、パネルの完全な本来の解像度を有する3Dディスプレイを作成することができる。
【００１８】
指向性出力を提供するバックライトの例が知られている。
【００１９】
2ビューの指向性バックライトのコンセプトは、米国特許出願第2009/7518663号に記載されている。この表示装置は、表示パネルと、表示パネルを通して光を導く光方向変換素子と、光を光方向変換素子に向けて導く導光体とを含む。2つの光源が導光体に結合され、2つの方向で導光体に光を入力する。光方向変換素子は第1の溝構造を有し、導光体は第2の溝構造を有し、光源からの光が2つの角度分布で表示パネルを通って導かれる。溝付き光取り出し構造が導光体の上部に適用される。
【００２０】
高速スイッチングLCDを用いて左及び右眼用の画像をそれぞれ切り替えることに同期して、観察者の左眼と右眼に光が交互に送られる。
【００２１】
もう1つの例は、3M社(商標)から市販されている2ビューの指向性バックライトである。この設計は、導光体のバックプレーンにプリズム溝取り出し構造を有するバックライトコンポーネントと、導光体の2つの異なる側に配置された光源と、光方向変換フィルムと、LCDパネルとを含む。全体のセットアップは、観察者の目に異なる方向で投影される2つのビューを生成する。これらのビューは、導光体の一方または他方の側で動作する光源に依存して、時系列的に生成される。
【００２２】
別の方法は、間隔を置いて配置された細い線光源を生成するバックライトを使用して、表示パネルを光源から一定の距離において、各光源から出る光が異なるパネル画素要素を介して異なる角度方向に伝播するようにすることである。
【００２３】
他の既知の指向性バックライト設計は、直接放射固定光源および関連する光学素子のアレイを使用する。
【００２４】
光源のアレイは、例えば、通常のバックライトと、バックライトの上のアクティブバリアとして機能するLCDパネルと、レンチキュラレンズとによって実現され得る。そして、ダイナミック光源は、コリメートされた出力を生成するために、レンズの焦点面内にある。この設計は、通常、効率が低く、輝度が低下する。同様のコンセプトでは、固定された切り替え可能なOLEDストライプとレンチキュラレンズを頂部に使用してもよい。
【００２５】
図2は、ビューが見える方向を制御するためのコリメートされたバックライトの使用を示す。バックライト7は、ストライプ状発光体のアレイ30と、正レンズアレイ32と、レンズアレイとエミッタとの間のレプリカ構造34とを含む。レンズアレイ32は、細い発光ストライプのアレイ30からの光をコリメートする。このようなバックライトは、LEDのラインまたはOLEDストライプのような一連の発光素子から形成されることができる。発光素子からの抽出された光は、レンズ構造のピッチ程度の間隔で配置された細い発光ストライプのアレイの形である。
【００２６】
これらの解決策は、一般に、固定の光学素子と組み合わせたアクティブソースステアリング(複数のアドレス指定可能な光源、またはアクティブバリアと組み合わされたバックライト)を使用する。したがって、それらは構造的に複雑である。
【００２７】
ディスプレイの背面照明および前面照明のためのエッジライト導光体(導波路としても知られる)は、安価で堅牢である。したがって、エッジ照明技術に基づくコリメートされたバックライトコンポーネントが有利であろう。しかしながら、既知のエッジ照明導光体は、導光体の全表面にわたって光出力の最大均一性を提供するように設計されており、組み合わされたレンズのピッチ程度の間隔を置いた細い光ストライプのアレイを生成するようには設計されていない。
【００２８】
図3は、エッジ照明導光体40の概略図を示す。導光体は、上面40a、底面40bおよび側部エッジ40cを有する固体材料のスラブのような導波路材料を含む。図3の横断面が横の左右方向で取られているので、図3では見えない上下の縁がある。導光体は、平面視では概して矩形である。導光体の上端と下端(矩形の上端と下端にある)は、関連するディスプレイの上端と下端に対応するように整列され、横縁(矩形の左右の端)は、関連するディスプレイの左右の側に対応するように整列される。
【００２９】
図3の左側から、光源42から光が結合され、導光体の底部にいくつかの取り出し(out-coupling)構造44が配置される。光は高さHの導光体内において角度θinで伝搬する。この例の取り出し構造44は、半頂角σ、高さhおよび幅wを有する半プリズムとして描かれている。
【００３０】
導光体は、例えばガラスまたはポリカーボネートからなる誘電体スラブとして形成される。スラブ内では、境界での全反射は、光が伝搬する間、光を閉じ込めたままに保つ。スラブのエッジは、典型的には光を結合するために使用され、小さな光取り出し(out-coupling)構造44が局所的に光を導光体から取り出す。
【００３１】
米国特許出願公開第2012/0314145号および米国特許出願公開第2013/0308339号は、レンズとして機能する反射端面を有する特別な設計の導光体を使用する自動立体視ディスプレイのためのバックライトを開示している。異なる光源が、異なる方向で導光体に光を提供し、レンズ機能は、導光体内で特定の方向にコリメートされた経路を生成する。これは、導光体から取り出され、特定のバックライト出力方向を生成する。これは、複雑な導光体構造を必要とする。
【００３２】
本発明は、特に、指向性出力の生成を可能にするために、そして、より高い空間分解能を可能にするために時間シーケンシャル動作が使用される、自動立体視ディスプレイまたはプライバシーディスプレイにおける使用のための、より基本的な導光体タイプのバックライトの使用に基づく。薄く軽量に保つことができる導光体の設計が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、特許請求の範囲によって定められる。
【００３４】
一例によれば、ディスプレイバックライトが提供され、このディスプレイバックライトは、
平行な上面及び底面と一対の対向する側端とを有する導光体であって、光出力が上面からのものである導光体、
対向する側端の一方または両方で導光体に光を供給する光源装置、
光を方向転換するための、平行な上面及び底面に形成された光取り出し(out-coupling)構造のアレイであって、光が光取り出し構造の位置で導光体から逃げる、アレイを有し、光源装置は、導光体に入る少なくとも第1および第2の光出力のうちの選択された1つを提供するように制御可能であり、第1および第2の光出力は、少なくとも部分的にコリメートされ、平行な上面および底面の平面に対して異なる仰角方向で、およびエッジ-エッジ方向にわたって、光を導光体に入射させるように適合され、導光体に入る第1および第2の光出力は、上面からの異なる光出力角度をもたらす。
【００３５】
このバックライトは、導光体内への結合方向を制御することによって、コリメートされた光源を使用して出力方向の制御を可能にする。特に、仰角は、すなわち、上面および底面の平面に対して制御される。この制御は、光源の位置決めまたは光学素子によって達成することができる。異なる伝搬方向で導光体に結合された光は、光取り出し構造によって異なる観察方向に抽出される。方向制御を走査することによって、バックライトから複数の指向性ビューを生成することができる。
【００３６】
第1および第2の光出力は、同じ側で導光体に入ることができ、または反対側で入ることもできる。代替的には、各光出力は、両方の対向する側端に提供されてもよい。
【００３７】
バックライト設計は、導光体の単純な設計を利用することができる。これは(光取り出し構造を無視して)平行な上面と下面を有し、一定の厚さを有するので、製造が単純で従来通りであることを意味する。導光体の平面視形状は、従来通りの、例えば、直線状のエッジを有する矩形導光体である。
【００３８】
このバックライトは、2Dパネルの完全な本来の解像度を利用した自動立体視3Dディスプレイでの使用に適している。指向性バックライト設計を使用して、複数のビューを時系列的に生成することができる。
【００３９】
(光源装置からの)第1および第2の光出力は、好ましくは、側端の間に延びる法平面における異なる範囲の出射角で導光体から逃げる光をもたらす。このようにして、側端がバックライトの側面にあるとき、異なる横方向の視野角が生成される。第1の光出力に起因する出射角の範囲は、第2の光出力に起因する出射角の範囲と重ならないことが好ましい。このようにして、不連続な重なりのない観察方向が生成される。
【００４０】
第1および第2の光出力は、好ましくは、上面および底面の平面に垂直な方向に、そして、エッジ-エッジ方向に延びる平面内で(すなわち、図2の断面の向きを有する平面内で)コリメートされる。1つの平面/方向におけるこのコリメーションは、「部分的な」コリメーションとして説明することができる。光取り出し構造がこの平面に垂直に延在するとき、それは導光体からの光の脱出を支配する関連する角度を規定する。コリメーションは、例えば、その平面内で4度未満、好ましくはさらに小さく、例えば3度未満または2度未満の範囲のビーム角度を与えることができる。上面および底面に平行な平面内でのコリメーションは、この平面におけるビーム角度の範囲の広がりが、バックライトの全光出力領域を光出力がカバーするように広がることを可能にするので、必要ではない。
【００４１】
光取り出し構造は、例えば、側縁に平行に延びるプリズム状ストリップを含む。それらは、上端から下端まで完全に延びることができる。それらは、自動立体視ディスプレイにとって特に重要である横方向のビーム方向制御を提供するためのものである。
【００４２】
第1の例では、光源装置は、少なくとも第1および第2の光源を備え、それらは、平行な上面および底面の平面に対して異なる角度で取り付けられる。異なる角度で光源を物理的に取り付けることにより、導光体に対する光入射角度を制御することができる。
【００４３】
第2の例では、光源配置は、少なくとも第1および第2の光源を備え、それぞれは、平行な上面および底面の平面に対して光出力角度を設定する関連するビーム成形素子を有する。光源は、同様に取り付けられ、光出射角度は機械的にではなく光学的に制御される。
【００４４】
ビーム成形素子は静的であってもよく、その結果、各光源は、導光体内への特定の光入射角度を提供するように専用化される。ビーム成形素子は、平行な上面及び底面の平面に対して特定の光出力角度のために設計されたプリズム構造を含むことができる。
【００４５】
代わりに、ビーム成形素子は動的であることができ、それにより、光源を異なる光出力角度間で走査することができ、光効率を高めることができる。ビーム成形素子は、エレクトロウェッティングプリズムデバイスを含むことができる。これは、同じ物理的光源が(異なる時点で)第1および第2の光出力を提供し、これらの光出力が共有された光源の異なる動作モードを含むことも意味する。
【００４６】
別の例では、光源装置は、少なくとも第1および第2の光源を備え、それぞれが発光体アレイおよび出力レンズを含む。アレイ内でどの発光体を作動させるかを選択することによって、異なる光出力方向が生成され得る。したがって、この場合、角度制御は、光出力が生成される空間内の物理的位置の選択と、この物理的位置がレンズと相互作用する態様に基づいている。
【００４７】
光リダイレクション装置が、導光体の上面に設けられてもよい。これは、光取り出し構造からの角度出力が非対称にクリップされる場合、光取り出し構造からの角度出力を法線方向に向け直すために使用されることができる。
【００４８】
上面からの光出力角度は、光が上面の全ての位置から共通の視点に達するように上面上の位置の関数として変化してもよい。これは、ディスプレイの暗い領域を避けるために、ビューを視聴者の目に収束させるために使用される。可変角度は、不均一な(バックライトの領域にわたる)光リダイレクション構成を使用することによって、または光取り出し構造の設計に不均一性を導入することによって達成され得る。
【００４９】
本発明はまた、自動立体視表示装置またはプライバシーディスプレイを提供し、
上記定義のバックライト;および
表示画像を生成するための表示画素のアレイを有する表示パネルであって、前記バックライトによって照明される表示パネル、を有する。
【００５０】
表示パネルは、例えば、側部がバックライトの側縁に平行になるように取り付けられる。これは、バックライト角度制御が異なる横方向出力方向を生じさせることを意味する。次いで、表示パネルを、バックライトと同期して制御して、異なる視野方向について異なる画像を時系列に出力することができる。
【００５１】
この目的のために、ディスプレイはコントローラを備え、コントローラは2つのモード；
第1光出力が前記導光体に供給され、表示パネルが第1画像を表示するように制御される第1モード、および
第2光出力が前記導光体に供給され、表示パネルが第2画像を表示するように制御される第2のモード、でディスプレイを動作させるようになっており、
コントローラは、第1および第2モードを時系列で実行するように適合されている。
【００５２】
第1および第2画像は、単一の画像の左目および右目のビューであってもよく、または、異なるユーザに対する完全に無関係なビューであってもよい。
【００５３】
複数の(2つより多くの)ビューが時間順に提供されるように、3つ以上のモードがあってもよい。異なるビュー間の光の混合を防止できる場合、各画像は、同時に複数のビューを含むこともできる。したがって、時系列のマルチビュー動作が存在する可能性がある。
【００５４】
本発明はまた、バックライトからの光出力の方向を制御する方法を提供し、当該方法は、
平行な上面及び底面並びに一対の対向する側縁を有する導光体に光を供給するステップであって、光が対向する側縁の一方または両方に供給されるステップ、
光取り出し構造の位置において上面から導光体から光が脱出するように光をリダイレクトするために平行な上面または底面に形成された光取り出し構造のアレイを使用するステップ、を有し、
当該方法は、それぞれが異なる角度方向を有する少なくとも第1および第2光出力の間で、エッジ-エッジ方向を横切って平行な上面および底面に対して導光体に入射する光の仰角の角度方向を制御することを含み、導光体に入射する第1および第2光出力は、上面からの異なる光出力角度をもたらす。
【００５５】
本発明はまた、自動立体視表示装置を制御する方法であって、
上記の方法を用いてバックライトからの光出力の方向を制御するステップと、
バックライトからの光出力を表示パネルに供給するステップと、
表示パネルによって表示される画像を制御するステップと、を有し、
表示装置は2つのモード、
第1光出力が導光体に入射し、表示パネルが第1画像を表示するように制御される第1モード、および
前記第2光出力が前記導光体に入射し、前記表示パネルが第2画像を表示するように制御される第2モードで動作し、
第1および第2モードは時系列的に提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、純粋に一例として以下に説明する。
【図１】公知の自動立体視ディスプレイ装置の概略斜視図。
【図２】ストライプエミッタを使用する既知の指向性バックライト設計を示す図。
【図３】エッジライト導光体を使用する既知のバックライト設計を示す図。
【図４】図3の導光体の光学機能の分析を提供するために使用される図。
【図５】光ガイド方向に垂直な平面内の垂直角と、光ガイド方向を含む平面内の横方向角度の関数としての出射光の角度強度分布を示す図。
【図６】90度の垂直角に関する横方向の角度に沿った光強度の断面を示す図。
【図７】バックライトの出力に適用されることができるビーム方向変更機能を示すために使用される図。
【図８】自動立体視表示を形成するためにディスプレイを照明する本発明の一般的なバックライト設計を示す図。
【図９】バックライトから出射するビーム方向と、光がバックライトに結合する角度との関係を示す図。
【図１０】70°,120°及び160°のインカップリングプリズム頂角の3つの値に対する角度強度分布マップを示す図。
【図１１】図10の3つのシミュレーションの角度光強度分布を、強度マップを使用する代わりにグラフ形式で示す図。
【図１２】バックライト設計の第1のより詳細な例を示す図。
【図１３】バックライト設計の第2のより詳細な例を示す図。
【図１４】図12および図13の設計が4つの異なる光出力角度を与えることを示す図。
【図１５】バックライト設計の第3のより詳細な例を示す図。
【図１６】バックライト設計の第4のより詳細な例を示す図。
【図１７】導光体の光取り出し構造の設計が、どのようにして最大の出力コーン幅を提供するように最適化され得るかを示すために使用される図。
【図１８】バックライトがビュー遷移中に知覚可能なフリッカをマスクするための可能な動作シーケンスを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
本発明は、光取り出し構造の位置で光が導光体から脱出することを可能にする光取り出し構造のアレイを有するエッジ照射導光体を含むディスプレイバックライトを提供する。光源装置は、対向する側縁の一方または両方において導光体に光を提供するために使用される。光源装置は、少なくとも第1および第2の光出力のうちの選択された1つを導光体に供給するように制御可能であり、各々の異なる光出力は、導光体の全体的な平面に対して異なる角度を有し、異なる範囲の出射角で導光体から脱出する光を生じる。このようにして、光が導光路に結合される態様に基づいて、指向性のバックライト出力が可能になる。これは、導光体に供給される光の制御のみを必要とする単純な構造を提供する。バックライトは、例えばレンチキュラーアレイを必要とせずに自動立体視ディスプレイを形成することを可能にする。
【００５８】
本発明は、導光体バックライトからの光出力の特性の分析に基づく。
【００５９】
屈折率nを有する材料による平面導光体の場合、光線は、導光体の内部で、
θc<α<90°      (1)
θc=sin-1(1/N)
の範囲内の入射角αで伝搬する。
【００６０】
導光体から光を抽出する典型的な方法は、例えば、導光体の背面にプリズム構造などの取り出し構造を使用することである。
【００６１】
このような構造の効果は、図4に示されており、導光体の全体的な平面に対して角度βで光取り出しファセットがある。
【００６２】
したがって、光は、プリズムファセットに角度γ=α-βで衝突する。この光は、γ>θcとなるように全反射(TIR)の条件が満たされたとき、ファセットから反射する。
【００６３】
導光体の上面における入射角は、
φ=2γ-α=α-2β
であり、この光線は、
φ<θc
のときに導光体から抽出される。
【００６４】
したがって、βに対する組み合わされた条件は、
α-2β<θc<α-β      (2)
である。
【００６５】
抽出される光の角度範囲の幅を最大にするために、式(2)と(1)を組み合わせると、条件
2β=90°-θc
となり、または等価には、
cos(2β)=1/n
である。
【００６６】
導光体から取り出すことができる広い分布範囲の角度を有する可能性は、図5の光線追跡シミュレーションの結果と共に説明される。
【００６７】
図は、導光方向に垂直な平面内の垂直角(V、y軸上にプロット)、および、導光方向を含む平面内の横方向の角度(L、x軸上にプロットされた)の関数として、出射光の角度強度分布を示す。導光平面に対する法線方向は、L=V=90°に対応する。
【００６８】
強度は、プロットの陰影領域内の領域の明るさとして示される。
【００６９】
この例の導光体は、屈折率n=1.48のポリ(メチルメタクリレート)PMMAでできており、取り出し構造は、全反射によって光の方向変更が生じるプリズム状の溝である。プリズムの頂角は132度であり、これは上記のcos(2β)=1/nの条件を満たす。
【００７０】
光取り出し構造は、対称プリズム要素であってもよいし、非対称プリズム要素であってもよいことに留意されたい。
【００７１】
光源は、導光体に結合される付加的な光学部品を伴わない、単なるランベルト放射LEDである。
【００７２】
図5では、より明るい左側の領域がより高い強度に対応する。
【００７３】
V=90度で横方向角度Lに沿った光強度の断面を図6に示す。
【００７４】
出射光は、法線から約45度で最大の「平坦な」強度部分を有する。この出射光分布は、導光体の上部に方向変換プリズムを付加することによって、法線方向(0度)に中心を置く分布へと向け直されことができる。プリズム角度の最適な選択は、プリズム材料の屈折率および入射光角度分布に基づいて当業者によって計算されることができる。
【００７５】
図5および図6に示す分布およびPMMA材料からなるプリズムの場合、最適なプリズム頂角は55度であり、出射角度光線分布をバックライトに対する法線方向を中心とする分布に変換することができる。
【００７６】
このリダイレクション機能は、図4に示すように出射光線を方向転換するために、55度の頂角70を有するプリズムに対して図7に示される。頂角は、バックライトの上面に向いている。
【００７７】
導光体の全長に沿って均一な光取り出しを達成するためのいくつかの方法が知られている。取り出し構造の寸法は、それらの間のピッチよりもずっと小さくてもよく、構造のサイズ/密集度合いは、導光体の端部/中間部に向かって増加してもよい。
【００７８】
限られた製造精度による構造の不完全性(角度の丸まり、サイズや幾何学的形状の変化)によって、指向性バックライトの性能が低下することがある(ピーク強度の低下、所望の角度範囲外のわずかな広がりまたは余分な最大値など)。
【００７９】
これらの影響は、取り出し構造のサイズと比較して不完全性の大きさが顕著になるときに見えるようになる。実際には、一般的な製造方法を使用したときの構造の丸まり半径は2ミクロン以下のオーダーである。この精度は、25~50ミクロン程度の構造サイズを有する指向性バックライトの良好な性能を実現するのに十分である。
【００８０】
複数のビュー方向にコリメートされた光出力を生成するバックライト構成要素を有することは、自動立体視ディスプレイにおいて採用され、ディスプレイの完全な空間解像度が使用されることを可能にする。典型的には厚いガラススペーサ上に形成されるレンチキュラレンズを排除することにより、3Dディスプレイの厚さを大幅に減少させることができる。レンチキュラレンズを使用しない動作により、コーンの繰り返しも避けられる。
【００８１】
例えば、マルチビュー自動立体視ディスプレイの場合、バックライトがコリメートされた光を放射する方向は、いくつかの異なるビュー方向の間で掃引されてもよい。
【００８２】
図8は、3D自動立体視ディスプレイと共に使用されるバックライト設計の第1の例を示す。
【００８３】
このディスプレイは、光取り出し構造44を有する導光体40と、その上の表示パネル80とを含む。導光体は端部を照射され、2つの光源42a、42bが示されている。各光源は、付随するコリメータ82a、82bを有する。さらに、各光源からの光出力が導光体の端部に入るところでは、光結合またはステアリング構成84a、84bの形態のビーム成形要素が提供される。
【００８４】
光が導光体に結合される態様は、光出力方向を制御するために使用される。光出力を誘導することにより、2Dパネル80の最大解像度を利用するマルチビュー自動立体視3Dディスプレイが可能になる。光出力方向は時系列的に変更されることができ、その都度フル解像度が使用される。
【００８５】
表示パネル80は、例えば、側部をバックライトの側縁に平行にして取り付けられる。したがって、図8は、ディスプレイの横断面を示す。光取り出し形状44は、側縁に平行に延在しているので、横方向の光出力方向を制御する。すべての方向制御がバックライトによって実施されるので、ディスプレイはレンチキュラーレンズアレイを必要としない。
【００８６】
ディスプレイは、複数のビューのシーケンスを表示するように制御される。同時に、表示パネルの切り換えに同期して、バックライトの光出力の方向性は、複数の方向(意図されるビュー方向に対応)の間で切り換えられる。
【００８７】
光取り出し構造44は、例えば、対称または非対称プリズム要素を含むことができ、それらは、導光体の(図8に示すように)上面または底面に適用されることができる。パネル全体にわたる導光体からの均一な取り出しは、既知の態様で達成され得る。例えば、構造の高さまたは密集度合いは、構造のそれぞれの相対的な取り出しを変化させるために、導光体に沿って調整されてもよい。
【００８８】
コリメータ82a，82bは、生成された光が少なくとも(導光面に対して垂直な)一方向に十分にコリメートされることを保証する。他の方向では、光はより発散していてもよい。
【００８９】
光取り出し構造44は、例えば、一般的な平面上に隆起したストライプであり、発散は、この一般的な平面に平行な平面内で可能である。このような発散は、ストライプの長さに対して垂直な平面、すなわち図8の平面内の光の方向に依存する光取り出し機能を変化させない。
【００９０】
バックライトユニットは、特定の定められた異なる角度の下でコリメートされた光を導光体に結合することによって複数の方向に光を生成する。光の結合は、いくつかの態様で、例えば、導光体の側面に位置する静的または動的に切り換えられる光学素子を使用することによって、実現されることができる。
【００９１】
様々な例を以下に説明する。
【００９２】
光源からの光出力は、ある程度のコリメーションを必要とする。バックライトユニットから出る光の角度広がりは、光源の指向性によって決定される。コリメートされた光源として、全反射(TIR)コリメータ、反射器、複合放物面型集光器(CPC)または他の光学素子を有するLEDが使用されることができる。あるいは、レーザが光源として使用されてもよい。
【００９３】
光は、一方向に、すなわち、導光体面に対して垂直な方向(すなわち、図8の平面内)で、優先的にコリメートされ、導光体面に対して平行な方向に発散してもよい。
【００９４】
必要なコリメーションの程度はアプリケーションによって異なる。2つのビューを有する携帯型自動立体視デバイスの場合、1つのビューの角度幅は約4度であり、これは、導光体の特定の設計のための光源のコリメーションに関する要件に変換される。マルチビューディスプレイでは、より高い程度のコリメーションが要求される場合がある。
【００９５】
バックライトによって生成される光の角度強度分布は、いくつかのパラメータ、光源の指向性、導光体内の光伝播角度を決定するビーム成形素子、導光材料の屈折率、周囲の媒体の屈折率、そして取り出し構造の形状によって決定される。パラメータの組み合わせに依存して、バックライトユニットからの光出力は、180度の全角度範囲をカバーすることができ、または法線からのより小さな角度範囲(例えば、0°〜90°)に制限されることができる。これは、一方の側で光をクリップすることによって達成され得る。(例えば光方向変換プリズムと共に)追加の光方向転換光学箔を使用すると、クリッピングされた出射角度光線分布をバックライトの法線方向を中心とする分布に変換することができる。
【００９６】
導光体内の光伝搬の角度範囲を制御するための複数の態様がある。1つの態様は、導光体に結合された光を閉じ込めて誘導することである。この制御は、能動光学素子、または能動的に切り替えられる光源に位置合わせされて配置される受動素子を使用して、実現されることができる。
【００９７】
指向性バックライトの機能は、導光体の端部に配置された能動ビーム成形光学素子と、追加のビーム方向変換光学構造層(すなわち、図12に関連して以下に説明される層120)を含む一般的な設計の光線追跡シミュレーションの結果によって以下に示される。
【００９８】
光源は、導光体面に垂直な方向にコリメートされ(例えば、4度以下の発散でコリメートされ)、導光体面内で発散する。この発散は、例えば60度から180度の間(例えば、90度の角度)の任意の適切な値をとることができる。
【００９９】
直交平面におけるよりもはるかに大きい程度での、1つの平面におけるこのコリメーションは、本明細書では「部分的にコリメートされた」光出力と呼ばれる。
【０１００】
光源は、導光体の一方の側から、能動光学素子、例えばエレクトロウェッティングプリズム素子を介して、結合される。この例におけるビーム成形プリズム素子は、導光材料と同じ屈折率を有すると考えられる。
【０１０１】
シミュレーション結果を図9と図10に示す。
【０１０２】
図9は、一般的な設計によるバックライトのビーム掃引機能の光線追跡シミュレーションの結果を示す。ビーム出力方向は、導光体の側面上のビーム成形プリズム要素の角度(この角度はx軸である)の関数として、y軸上に示される。
【０１０３】
70°、120°および160°のビーム成形(結合)プリズム頂角の3つの値に対する角度強度分布図を、図5と同じ軸を使用して図10に示す。
【０１０４】
図11は、強度マップを使用する代わりに極プロットで図10の3つのシミュレーションの角度光強度分布を示す。
【０１０５】
結果は、バックライトの法線方向から±20°の角度調整範囲に対応する、70°から110°の範囲での、生成されたビューの角度を調整する可能性を示している。
【０１０６】
角度調整の範囲の一方の側(より大きな角度)では、光の出射幅はわずかに広く、ディスプレイが導光方向に対して垂直な平面内で傾いていると(すなわち、Vが90°からずれると)、ビューはより多くの歪みを示す。ビューの半分がディスプレイの異なる側に配置された光源および光学素子によって生成される場合、これらの種類の歪みは、設計において大幅に低減され得る。
【０１０７】
第1の実施形態について、図12を参照してより詳細に説明する。
【０１０８】
この第1の実施形態では、異なる光出力方向の光源は、導光体の一般的な平面に対して異なる角度、すなわち異なる仰角で配置される。等価的に、光が導光体に結合される端面に対して異なる角度で配置される。
【０１０９】
図12は、平面図および断面図を示し、1つの仰角または傾斜角を有する1組の光源42aと、異なる仰角または傾斜角を有する光源42bの別の組を示す。
【０１１０】
コリメートされた光源を導光体40の結合端部に対してある角度で配置することにより、光は異なる光伝搬角度で導光体に入射結合される。光源の少なくとも2つの異なる角度の向き、例えば、導光体の一方の側で1つの固定された角度および別の側で別の固定された角度が、提供される。これにより、バックライトユニットによって生成された光の少なくとも2つの主な伝搬方向が可能になる。
【０１１１】
幾何学的形状及び導光体内の光取り出し構造のタイプに依存して、光を適切な方向に向け直すために、光方向変換フィルム120が必要とされる場合がある。光方向変換装置120と組み合わされた光伝播の方向は、生成されたビューの出射角を決定する。
【０１１２】
異なるビューの伝搬に関与する異なるタイプの光源のオン/オフと表示パネルによって表示される画像との同期化は、時系列マルチビューディスプレイを実現することを可能にする。
【０１１３】
次に、図13を参照して、第2の実施形態をより詳細に説明する。
【０１１４】
この第2の実施形態では、異なる光出力方向のための光源は、光ビーム成形素子130a、130bを有する。これらは、導光体の側面の静的な結合構造である。これらのビーム成形素子は、それぞれの光源の前に配置される。これらの素子は、光を導光体内に異なる角度で結合するという点で異なる。したがって、所望の傾斜は、第1の例のように機械的にではなく、光学的に実現される。光源を切り替えることにより、入力光を所望の角度で導光体に入力することができ、それによって導光体から出る光を操縦することができる。
【０１１５】
この指向性の光は、やはり、時系列自動立体視パネルのビューを作成するために使用されることができる。光を導光体に結合するために使用されるビーム成形構造は、反射型の(ミラー)光学素子または屈折型の(例えば、プリズム)光学素子のいずれかを含むことができる。
【０１１６】
図13の例では、ビーム成形素子はプリズム構造を含む。この場合、異なる角度で光を導光体に結合するために使用される異なる上部角度を有する2つの異なるタイプの結合ビーム成形素子130a，130bが画定される。
【０１１７】
プリズム構造は、典型的には、入射光を2つの方向に分割する。
【０１１８】
導光体の一般的な平面に対して下方に向けられた角度は、導光体の外に結合する。
【０１１９】
正の角度(導光体の一般平面に対して上向き)で導光体に結合される光は、導光体の内部で奇数回反射した後に取り出されることができる。したがって、プリズム構造が各光源を2つの主な方向に分割しても、各光源からの取り出される光の主要な方向は1つだけである。
【０１２０】
導光体の上には、取り出された光を法線に向けるために使用されるプリズム状の光方向変換装置120がある。
【０１２１】
この実施形態で生成することができる主な取り出し方向の総数Ndirは、光結合のために使用される異なるタイプのビーム成形素子の数Ninと照射が行われる側面の数Nsidesとの乗算
Ndir=Nsides × Nin
で与えられる。
【０１２２】
したがって、図示の例では、方向の総数は4である。図14では、これらの方向が示されている。これら4つの方向のうちの1つに対応する光源を時系列的に点灯させることによって、4つの異なるビューを生成することができる。
【０１２３】
第3の実施形態を、図15を参照してより詳細に説明する。
【０１２４】
この第3の実施形態では、異なる光出力方向のための光源は、レンズと組み合わせたアクティブ発光体マトリクスを含む。この組み合わせは、導光体に入射する光の傾斜角または仰角を変更することを再び可能にするビームステアリングアプローチとして機能する。
【０１２５】
各光源42a、42bは、光吸収構造またはコーティング156a、156bを有する機械的支持体154a、154bによって支持された発光体マトリクス150a、150bおよびレンズ152a、152bを含む。
【０１２６】
このように、複数の異なる光学素子を必要とする代わりに、光学素子ごとに複数の光源があってもよい。レンズは、典型的には、光源の位置とほぼ一致する焦点距離を有する円柱レンズである。その結果、光源の位置は、導光体法線に対してある角度を有するファン157に変換される。
【０１２７】
図15は発光体マトリクス150aをより詳細に示しており、LEDのような個々の光源158を示す。LEDの並び159は、1つの特定のビュー方向に関連付けられている。
【０１２８】
ビューは、光源を選択的に切り替えることによってスキャンされることができる。レンチキュラーレンズアレイのような他の光学素子を使用して、複数の光のファンを単一の光源に関連付けることができる。このレンチキュラレンズの使用は、頭部追跡を行わないマルチビュー動作に望ましいコーン反復を生成する。
【０１２９】
次に、図16を参照して、第4の実施形態をより詳細に説明する。
【０１３０】
この第4の実施形態では、導光体に入射する光の傾斜角または仰角を変更することを可能にする、同様のビームステアリングアプローチを実現するために、アクティブな、すなわちスイッチ可能な光学素子が使用される。
【０１３１】
光源42a、42bは、導光体の一般的な平面に対する導光体への光結合の角度を調整可能にする機能を提供する能動光学素子160a、160bに提供されるコリメートされた出力を提供する。
【０１３２】
これらの能動光学素子は、光の結合方向を変更するための反射型素子(例えばMEMSミラー)、または、光の結合方向の動的な変更のための屈折型素子(例えばエレクトロウェッティングプリズム)に基づくことができる。
【０１３３】
エレクトロウェッティングマイクロプリズムアレイを結合ビーム成形素子として使用する場合、マイクロプリズムセルの液体とジオメトリの屈折率の組合せの選択に応じて、ビームの偏向が非常に大きくなる可能性があり、理論上30°に達する。この能動光学素子は、最大1kHzの周波数で異なる角度間で切り換えられることができる。表示ピクセルが同じまたは同様の速度で動作することができる場合、複数の準連続的なビュー方向で多数のビューを時系列で生成することが可能になる。
【０１３４】
能動光学素子160a、160bは、グループに分割することができる(例えば、導光体の各側に関連する2つのグループ)。各グループは、複数のビューのサブセットの生成を担当することができる。これにより、アクティブセルの各々が低減された角度範囲で動作することが可能になり、スイッチング時間が短縮されるはずである。
【０１３５】
内部の導光体取り出し形状は、異なる設計を有することができる。
【０１３６】
第1セットの例は、全反射に基づく。それらは、全反射(TIR)によって光を前面へと向け直し、そこで光が導光体から抽出される。
【０１３７】
導光体から抽出される光線の角度範囲を最大にするために、プリズムの基部における好ましい角度β(すなわち、導光体の一般的な平面に対する反射ファセットの角度)は、関係
cos(2β)=1/nlg
に従うべきであり、ここで、nlgは導光体の材料の屈折率である(空気と接触するプリズム状の凹部の場合)。より一般的には、この条件は、
cos(2β)=no/nlg
に変換され、ここで、光取り出し構造は屈折率n0を有する別の媒体と接触している。
【０１３８】
これにより、導光体から抽出され得る光線の角度範囲が最大化される。β=0(抽出構造なし)の場合、光はまったく抽出されず、βの中間値(すなわち、cos(2β)>no/nlg)に対しては、導光体からの光分布はある程度の中間の幅を有し、そしてβ={cos-1(no/nlg)}/2では、図6に示すように、抽出され得る角度分布の幅は90度周辺である。
【０１３９】
第2のセットの例は、反射面を有する抽出特徴に基づく(すなわち、入射角を問わない)。導光体のバックプレーンにおける光取り出し構造は、例えば、光反射コーティング(例えば、金属)で覆われている。取り出し構造で全反射が必要であるという制約がもはや存在しないので、より広い角度範囲からβ(取り出しプリズムの基部)を選択することが可能である。
【０１４０】
βの関数としての取り出された光の最大幅が計算され、その結果が図17に示されており、これはプリズム底角β(x軸)に対する光出力幅(y軸)をプロットする。出射光の角度幅を最大にするために、以下のようになるようにβは選択されることができる。
sin-1[namb/nlg]≦β≦(90°-sin-1[namb/nlg]
【０１４１】
PMMAの場合、これは42〜48度のβの値になります。βのこれらの値に対して、結合される光の方向に依存して、取り出される光は-90度から90度の範囲にあり得る。
【０１４２】
PMMA材料(n=1.48)で作られた導光体と、全反射を介した光の方向転換が生じるプリズム溝に基づく取り出し構造に関しては、上記で概説されたようなcos(2β)=1/nの条件を満たすために、内部光取り出しプリズムの頂角は132度(したがってβ=44度)となるように最適化される。
【０１４３】
図17は、空気中のPMMAでできた導光体についての図である。コーン幅が180度で最大となる小さな範囲のβが存在する。
【０１４４】
上記のいくつかの例は、導光体上の方向転換フィルム120の形態の光方向転換配置を利用する。これは、例えば、バックライトユニットからの(直接的な)光出力が、法線からのある角度の範囲(例えば、0°〜90°)に限定される場合に必要とされる。これは、出力光が片側でクリップされる場合である。この角度光分布は、法線方向を中心とする分布に変換されることができ、指向性バックライトユニットがマルチビューディスプレイへとより直接的に適用されることを可能とする。
【０１４５】
法線方向に向けた光の方向転換のための構造を含む付加的な光学フィルムが、導光体の上に配置される。この構造は、材料の屈折率に基づいて選択され得る頂角(例えばPMMAの場合、約55°)を有するプリズム要素であってもよく、導光体に向けられていてもよい。
【０１４６】
反射体コーティングによる取り出し構造の例と比較して、全反射の場合に基づく実施例における導光体中のプリズム状溝光取り出し構造は、より小さな底角を有することができる。その結果、取り出し構造がより平坦になり、製造がより容易になる。
【０１４７】
導光体の上部に方向転換プリズムを付加することにより、出射角度光線分布をバックライトに対する法線方向を中心とする分布に変換することができる。55度の最適頂角はこの方向転換を達成する。この設計では、導光体の側のプリズムの角度を調整することによって、出射ビームを、例えば、法線から±20°の範囲で走査することができる。プリズム角度とビーム方向との間のこの関係は、上述の図9に示されており、出力ビームの方向がおよそ90±20度の範囲で調整可能であることを示している。
【０１４８】
第5の実施形態について、図18を参照してより詳細に説明する。
【０１４９】
この第5の実施形態では、ビュー遷移をマスクするために、能動光学素子が、切り換え可能な光源と組み合わせて使用される。
【０１５０】
能動光学素子のいくつかの実装の考えられる欠点は、任意の2つの光学モードを切り換えるために必要な時間である。この遷移の間、光源は、目に見えるゴーストや、あまり良くない黒のレベルを避けるため、オフにされる必要がある。光学素子の切り換え時間は、少ないビュー数または知覚可能なフリッカおよび低い輝度をもたらす可能性がある。
【０１５１】
切り換え時間は、フリッカの無い動作を可能にするために複数の光源と光学素子の組み合わせが同期して動作する走査バックライトアプローチによって隠されることができる。各々の組み合わせは、「遷移」状態または「オン」状態のいずれかである。
【０１５２】
図18の例は、図18(a)〜図18(d)に順次示されている4つのサブフレームを有するバックライトを有する。各サブフレームでは、2つのビューまたはモード「A」および「B」がアクティブである。モード「A」および「B」は、例えば、単一の観察者の左目および右目、または視聴者「A」および「B」に対応することができる。それぞれのビューは、各フレームにおける異なる視点に対応することができる。
【０１５３】
ラベルONまたはOFFは、光源がオンであるかオフであるかを示す。各光源は、その出力をコリメータに、次いで方向選択可能な光学系に、提示する。各光源は、モードA(光源ON)、モードBへの切り換え(光源OFF)、モードB(光源ON)、モードAへの切り替え(光源OFF)のシーケンスに従う。このようにして、光源は、ビームステアリングシステムが準備されているときにのみオンであり、光源を交互に配置することによって、不連続性がない。
【０１５４】
これにより、フリッカを低減することができる。
【０１５５】
図18のシステムでは、「モードA」および「モードB」光源の光が混合しないように配置されている。これは、導光体の平面における光源の部分的コリメートによって達成することができ、または光がストリップ側壁での全反射によってストリップ内に閉じ込められるように、複数の導光体ストリップを設けることができる。
【０１５６】
完全にコリメートされたバックライトユニットは、バックライトのすべての領域から同じ光出力方向を有する。バックライトの角度光分布がディスプレイの視野よりも小さくなるように十分に狭い場合、これは、ディスプレイのすべての領域から光が観察者の目に届く訳ではない(ディスプレイのいくつかの部分は暗く見える)という望ましくない効果を生じさせる可能性がある。
【０１５７】
一般的なレンチキュラーベースの自動立体視ディスプレイでは、このいわゆる視点補正は、ディスプレイサブピクセルのピッチとレンチキュラーレンズピッチとの間の不一致によって実現される。このようにして、ディスプレイのサイドのピクセルからの光は、ディスプレイパネルの中央からの光に対して異なる方向に向けられる。指向性バックライトユニットの場合、この角度分布の修正は、方向転換光学フォイルのレベルで、または(フォイルが使用されていない場合)導光体内の光取り出し構造のレベルで、実現されることができる。この修正は、バックライトの長さに沿った構造の幾何学的形状(方向転換プリズムまたは他の光取り出し構造の角度)の空間的に選択的な調整を必要とする。
【０１５８】
目的は、バックライトの上面(光方向転換フィルムを含んでも含まなくてもよい)からの光出力角度が、上面の全ての位置から共通の視点に光が達するように上面における位置の関数として変化することを確実にすることである。この共通の視点は、バックライトの2つのモードに対して異なるが、ディスプレイから同じ距離にあり、一方の視点がユーザの一方の目の予想される位置であり、他方の視点がユーザの他方の目の予想される位置である。
【０１５９】
表示寸法の範囲について、典型的な視野は7-12度(半角)以内である。光方向転換フィルムのレベルでの角度分布修正が実現される設計のための光学シミュレーションが実施された。プリズム構造の角度は、バックライトの中心線からの距離の関数として変更される。バックライトのサイドでの出射光方向の角度修正は、±10°(光は観察者に向かって傾斜している)となるように選択された。
【０１６０】
修正された光方向変換板を有するこの設計のバックライトのビーム掃引機能は、図9〜図11に示されているのと同じ範囲になるように光学モデリングによってチェックされた。バックライトのサイドと中央からの光線が同じ視野領域に収束し、バックライトの全角度調整範囲(±20°)に対して効果的な視点修正を提供することが確認されている。
【０１６１】
いくつかの表示システムは、観察者位置の頭部追跡を利用する。このようなシステムでは、能動光学素子の駆動を調整して、特定の観察者の位置(または複数の観察者)に対する最良の快適性のために特定の方向のビューを生成することができる。
【０１６２】
指向性バックライトコンポーネントは、自動立体視マルチビュー3Dディスプレイ、およびプライバシーモードを備えたディスプレイに適用されることができます。
【０１６３】
開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされた発明を実施する上での当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む(comprising)」という単語は他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」または「an」は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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