(57)【要約】  表示装置は、液晶表示パネル3及び表示パネル上に設けられるレンズ配置9を有する。液晶表示レイヤ32の厚さは、レンズ素子の端に対応する位置よりも、レンズ素子11の中央に対応する位置において大きい。これは、異なる観察角に対する表示効果の均一性を改善する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示レイヤを有し表示を生成するための表示ピクセル素子のアレイを持つ液晶表示パネル、及び
前記表示パネル上に設けられ、異なる観察位置からレンズ素子の下の異なる領域への集束を提供するレンズ素子を有するレンズ配置を有し、
前記液晶表示レイヤの厚さが、レンズ素子の端に対応する位置よりレンズ素子の中央に対応する位置において大きい、表示装置。
【請求項２】
前記表示パネルが、透明電極間に前記液晶表示レイヤを有し、前記電極の1つが、不均一な電極間隔を定めるように成形されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各々のレンズ素子の最小の寸法が、1つの白黒ピクセル又は１つのカラー・サブピクセルの寸法に対応する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各々のレンズ素子が、前記最小の寸法が幅であるレンチキュラ・レンズを有する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
各々のレンズ素子の最小の寸法が、白黒ピクセルのグループ又はカラー・サブピクセルのグループの寸法に対応する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
各々のレンズ素子が、前記最小の寸法が幅であるレンチキュラ・レンズを有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
自動立体視ディスプレイを構成し、前記レンズ配置は、立体視画像が観察されることを可能にするために、異なるピクセル又はサブピクセルからの出力を異なる空間位置へと導く、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束配置が表示パネルのピクセルからの光の方向付けを提供する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイの可能な観察角の範囲を制御するためにディスプレイの出力において集束素子を用いることが知られている。
【０００３】
レンズが１つのピクセル上に設けられている場合、それは拡大機能を提供することができる。レンズが複数のピクセルにわたって設けられている場合、それは異なるピクセルからの表示出力を異なる空間位置へと導くことができる。これが、自動立体視ディスプレイが動作する態様である。
【０００４】
自動立体視ディスプレイに用いられる集束配置の既知の例は、互いと平行に延在して、表示ピクセル・アレイの上に横たわる細長いレンチキュラ素子のアレイである。表示ピクセルは、これらのレンチキュラ素子を通して観察される。
【０００５】
レンチキュラ素子は、それぞれが細長い半円柱形のレンズ素子から成る素子のシートとして設けられる。レンチキュラ・レンズ素子(レンチキュール)は、表示パネルのカラム方向に延在し、各々のレンチキュラ素子は、表示ピクセルの２つ以上の隣接するカラムのそれぞれのグループの上に横たわる。
【０００６】
例えば、各々のレンチキュラが表示ピクセルの２つのカラムに関連付けられる配置において、各々のカラム中の表示ピクセルは、それぞれの二次元サブ画像の垂直スライスを提供する。レンチキュラ・シートは、これらの２つのスライス及び他のレンチキュラに関連している表示ピクセル・カラムからの対応するスライスをシートの前に位置するユーザの左及び右目に導き、ユーザは１つの立体画像を観察する。レンチキュラ・レンズ素子のシートは、したがって、光出力指向機能を提供する。
【０００７】
他の配置において、各々のレンチキュラは、ロウ方向中の４つ以上の隣接する表示ピクセルのグループに関連付けられる。各々のグループ中の表示ピクセルの対応するカラムは、それぞれの二次元サブ画像からの垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭部が左右に動くと、一連の連続した異なる立体視ビューが知覚されて、例えば、見回した印象を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
集束配置の使用に関する問題は、それぞれの観察位置が、異なる表示パネル領域に集束される光経路に対応し、特に、表示パネルのLCレイヤを通る異なる光伝播角度に対応することである。これらの異なる光伝播角度は、異なる経路長を生じさせ、したがって、LC材料による光変調の異なる量(すなわち位相変化)を生じさせる。したがって、正面から見える光がLC材料を通してちょうど正しい距離を伝わるので、LCDは正面から完全に機能する。他の角度からの観察に対して、性能は低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の問題の効果を低減することが本発明の目的である。
【００１０】
本発明は、独立請求項によって定められる。従属請求項は、有益な実施の形態を定める。
【００１１】
本発明によれば、表示装置が提供され、当該表示装置は、
-  液晶表示レイヤを有し表示を生成するための表示ピクセル素子のアレイを持つ液晶表示パネル、及び、
-  表示パネル上に設けられ、異なる観察位置からレンズ素子の下の異なる領域への集束を提供するレンズ素子を有するレンズ配置を有し、液晶表示レイヤの厚さは、レンズ素子の端に対応する位置よりレンズ素子の中央に対応する位置において大きい。
【００１２】
この配置は、液晶レイヤによって提供される光変調効果が、異なる観察角に対してより均一であることを可能にする。
【００１３】
表示パネルは透明電極間に液晶表示レイヤを有することができ、１つの電極は不均一な電極間隔を定めるような形状である。したがって、不均一な間隔は、製造プロセスの変更の結果であることができる。
【００１４】
各々のレンズ素子の最小の寸法は、１つの白黒ピクセル又は１つのカラー・サブピクセルの寸法に対応することができる。これは、各々のピクセル又はサブピクセルからの出力が、異なる観察方向からの均一性を改善するように制御されることを意味する。
【００１５】
別の態様では、各々のレンズ素子の最小の寸法は、白黒ピクセルのグループ又はカラー・サブピクセルのグループの寸法に対応することができる。このようにして、異なるピクセル又はサブピクセルは異なる空間位置に結像されて、異なる画像が異なる位置に提供されるが、異なる観察位置に対するより均一な光変調特性を伴う。
【００１６】
各々の場合において、各々のレンズ素子は、最小の寸法が幅であるレンチキュラ・レンズを有することができる。
【００１７】
表示装置は、自動立体視ディスプレイを構成することができ、レンズ配置は、立体視画像が観察されることを可能にするために、異なるピクセル又はサブピクセルからの出力を異なる空間位置に導く。
【００１８】
本発明の実施の形態は、純粋に一例として、添付の図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】既知の自動立体視表示装置の概略斜視図。
【図２】レンチキュラ・アレイがどのように異なる空間位置に異なるビューを提供するかを示す図。
【図３】本発明による表示装置の第１の例を示す図。
【図４】本発明による表示装置の第２の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、液晶レンズ配置が表示パネルの上に設けられる表示装置を提供する。液晶表示レイヤの厚さは、レンズ素子の端に対応する位置よりも、レンズ素子の中央に対応する位置において大きい。これは、液晶レイヤを通る光経路の長さが、異なる観察方向に対して実質的に同じであることができるか、又は、これらの異なる観察方向からの同じ変調効果を提供するように選択されることができることを意味する。
【００２１】
本発明は、自動立体視表示装置にとって特に興味がある。
【００２２】
図1は、既知の直視型自動立体視表示装置1の概略斜視図である。既知の装置1は、表示を生成する空間光変調器の働きをするアクティブ・マトリックス形式の液晶表示パネル3を有する。
【００２３】
表示パネル3は、ロウ及びカラムで配置される表示ピクセル5の直交するアレイを持つ。明確にするために、少数の表示ピクセル5のみが図に示される。実際には、表示パネル3は、表示ピクセル5の約千のロウ及び数千のカラムを有する。
【００２４】
液晶表示パネル3の構造は、完全に従来通りである。特に、パネル3は、一対の間隔を置いて配置された透明ガラス基板を有し、それらの間に、整列されたツイステッド・ネマチック又はその他の液晶材料が提供される。基板は、それらの対向面上に透明インジウムスズ酸化物(ITO)電極のパターンを担持する。さらに偏光レイヤが基板の外側表面に提供される。
【００２５】
各々の表示ピクセル5は、基板上に対向電極を有し、それらの間に液晶材料が介在する。表示ピクセル5の形状及びレイアウトは、電極の形状及びレイアウトによって決定される。表示ピクセル5は、ギャップによって互いから規則正しく間隔を置いて配置される。
【００２６】
各々の表示ピクセル5は、スイッチング素子(例えば薄膜トランジスタ(TFT)又は薄膜ダイオード(TFD))に結合される。表示ピクセルは、スイッチング素子にアドレス指定信号を供給することによって表示を生成するように動作し、適切なアドレス指定方法は当業者に知られている。
【００２７】
表示パネル3は、この場合には、表示ピクセル・アレイの領域の上に延在する平面バックライトを有する光源7によって照らされる。光源7からの光は、表示パネル3を通して導かれ、個々の表示ピクセル5は、光を変調して表示を生成するように駆動される。
【００２８】
表示装置1はさらに、表示パネル3の表示側に配置されてビュー形成機能を実行するレンチキュラ・シート9を有する。レンチキュラ・シート9は、互いに平行して延在するレンチキュラ素子11のロウを有し、明確性のために、それらの１つのみが誇張された寸法で示されている。
【００２９】
レンチキュラ素子11は凸状の円柱形のレンズの形であり、それらは、表示パネル3からの異なる画像又はビューを、表示装置1の前に位置するユーザの目へと提供する光出力指向手段の働きをする。
【００３０】
図1に示される自動立体視表示装置1は、異なる方向にいくつかの異なる投射ビューを提供することが可能である。特に、各々のレンチキュラ素子11は、各々のロウ中の表示ピクセル5の小さいグループの上に横たわる。レンチキュラ素子11は、いくつかの異なるビューを形成するように、グループの各々の表示ピクセル5を異なる方向に投射する。ユーザの頭部が左右に動くと、ユーザの目は、いくつかのビューのうちの異なるものを順々に受け取る。
【００３１】
図2は、上に述べたレンチキュラ・タイプの画像形成配置の動作原理を示し、バックライト20、液晶表示装置24及びレンチキュラ・アレイ28を示す。図2は、レンチキュラ配置58がどのように異なるピクセル出力を異なる空間位置に導くかを示す。
【００３２】
図3は、本発明の表示装置の第１の例を、１つの液晶(サブ)ピクセルの平面図から示す。
【００３３】
表示パネル3は、下部電極30、LCレイヤ32及び上部電極34を有する。電極は透明であり、例えばITOから形成され、それぞれのガラス基板上に提供される。図3はさらに、カラー・フィルタ36及び黒いマスク・レイヤ38を示す。この例におけるレンズ11は、示される１つのピクセルの寸法に対応する幅を持つ。この１つのピクセルは、１つのカラー・サブピクセルであるが、白黒の例では、このピクセルは１つの完結したピクセルである。
【００３４】
上で説明されるように、レンズ素子11は、異なる観察位置からレンズ素子の下の異なる領域への集束を提供する。２つの観察方向に関する光経路が示される。太い線は、ディスプレイに垂直な観察位置に対する光経路を表現し、焦点はピクセルの中央にある。点線は、ディスプレイの１つの横方向側の観察位置に対する光経路を表現し、焦点はピクセルの端にある。
【００３５】
液晶表示レイヤの厚さは、レンズ素子の端に対応する位置よりも、レンズ素子の中央に対応する位置において大きい。これは、光経路の長さが等しくされることができることを意味する。
【００３６】
図3に示される例において、異なる間隔は、特に、端において隆起した断面を持つ非平坦な下部電極30によって達成される。
【００３７】
非平坦な電極は、電極がその上に堆積される成形されたホイルを用いて形成されることができる。3Dレンズ・ホイルの製造は、より容易で安価になっている。この種のホイルは、さらに、望ましい均一でない間隔を与える成形された表示電極を提供するために用いられることができる。したがって、3Dレンチキュラ・ホイルのための技術は、本発明の2D実施態様(図3)又は3D実施態様(図4)のために用いられることができる。
【００３８】
別の態様では、成形された電極は、異なる位置で異なる厚さを持つように、電極層の堆積を変更することによって形成されることができる。これは、ITO電極の複数の堆積ステップによって、又は、厚いITO電極を堆積させて、望ましい断面とするためにフォトリソグラフィ・パターニングを適用することによって、達成されることができる。パターニングされた露光を伴う光硬化性材料が、異なる厚さを形成するために用いられることもできる。平坦な下に横たわる基板上に非平坦な表面を生じさせるための標準的な技術は、当業者にとって十分に慣例である。
【００３９】
レンズは、均一な角度性能が異なる横方向の観察位置に対して達成されるように、円柱形(すなわち、レンチキュラレンズ状)であることができる。もちろん、球面の(又は同様の)レンズが、異なる横方向及び垂直方向の観察位置に対して改善された均一性を提供するために用いられることができる。
【００４０】
レンズ素子は、図3に概略的に示されるように、相当広い領域に対して所与の観察方向のための光経路を焦束する。各々の観察方向に対するこの光コーンは、(光経路の発散角が低減されるように)カラー・フィルタ36より大きくないレンズを用いること及び/又はレンズ距離を増加させることによって低減されることができる。しかしながら、レンズ距離の増加は、結果として観察角の範囲を減少させる。したがって、レンズ構造は、隣接するレンズの下のピクセルが見えてしまうこと(すなわち、レンズを通して間違ったピクセルを観察すること)を回避するために、液晶表示パネル上のあまりに高いところに取り付けられることができない。
【００４１】
上で述べたように、本発明は自動立体視表示装置にとって特に興味があり、そして図4は、これがどのように実施されることができるかについて概略的に示す。
【００４２】
図3と同じ参照符号が用いられる。しかしながら、４つのサブピクセルがレンズ11の下に配置され、36a-36dの４つのカラー・フィルタが示される。
【００４３】
この場合には、各々のレンズ素子の最小の寸法は、４つのカラー・サブピクセルのグループの幅に対応する。レンズ素子11は、前と同じようにレンチキュラ・レンズを有する。
【００４４】
本発明は、LCDの多くの異なる設計に適用されることができる。例えば、それは、より従来のガラス基板LCDと同様に、プラスチック基板を持つ柔軟なLCDに適用されることができる。この場合には、完成したLCD積層は、湾曲することができる。
【００４５】
均一でないセル間隔は、(示されるような)構造化された下部電極又は構造化された上部電極により達成されることができる。経路長が実質的に同じであるように成形が選択されることができる。しかしながら、偏光変調は、LCセルを通した伝播の異なる角度に対しても異なり、異なる角度において均一な光変調効果を生じさせるという全体的な目的は、一定の経路長を意味しない場合がある。その代わりに、より複雑な断面が用いられる場合がある。
【００４６】
本発明は、急な角度における改善された画質によって、観察角が極めて大きいディスプレイが形成されることを可能にすることができる。これは、2D及び3Dディスプレイにとって大きな利点である。
【００４７】
開示された実施の形態に対するその他のバリエーションは、図面、開示及び添付された請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する際に、当業者によって理解されて遂行されることができる。請求の範囲において、「有する」「含む」などの用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数表現は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項中に記載されているからといって、利益を得るためにそれらの手段の組み合わせが用いられることができないことを意味しない。請求項中の参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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