JP2005062862A - 直視型ｌｃディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイスによって表示されるイメージが観察領域の限られた部分においてのみ可視であるディスプレイを提供する。
【解決手段】 第１および第２の直視動作モードを有するディスプレイが提供される。ディスプレイは、表示されたイメージがデバイス前面の拡張された観察領域にわたって可視になるように第１のモードの間に照射される、液晶ディスプレイパネルおよびバックライトを含む。ディスプレイはまた、第２の直視モードのためにオンに切り替えられるホログラム素子および前面光源を含む。ホログラム素子は、前面光源からの光を拡張された領域の一部に再方向付けし、デバイスによって表示されるイメージが、観察領域の限られた部分においてのみ可視であるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも１つの観察ウィンドウに、少なくとも１つのイメージを生成する直視型ＬＣディスプレイに関する。本発明は、個人用通信ディスプレイデバイス、ならびに、デュアルビューまたは３Ｄディスプレイなどのマルチビューディスプレイに特に適し、２つ以上の異なるイメージが同じディスプレイスクリーン上で見られることを可能にし得る。

液晶ディスプレイは、一般的に、携帯電話および携帯情報端末（ＰＤＡ）などの個人用通信デバイスのイメージ表示デバイスとして用いられる。長年にわたって、ディスプレイは、観察者が同程度に良好な画質で見ることができ、ディスプレイに対して異なる角度から同じイメージを見ることができるように、複数ユーザ用に設計され、最適化されてきた。これは、複数のユーザがディスプレイに同じ情報を要求すると仮定している。しかし、例えば、３Ｄまたはデュアルビュー動作などについて、空間的に分離された観察ウィンドウにおいて、同じディスプレイから異なる情報を見ることができることが所望され得る多くのアプリケーションがある。例えば、コンピュータゲームにおいて、各プレーヤーがゲームを自分の視点から見ることを望む場合などである。これは、現行では、各プレーヤーが個々のスクリーンにおいて独自の視点から見ることによって行われる。これは、大きなスペースを取り、携帯用ゲームについては実用的でない。１つより多いイメージを、同じディスプレイから、１つより多い観察ウィンドウにおいて示すことによって、スペースおよびコストを大幅に節約し得る。また、ユーザが互いのビューを見ることを妨げることもできる。これは、ゲームだけでなく、バンキングまたは販売取引などのセキュリティアプリケーションにおいて所望されるオプションであり得る。

三次元イメージを生成する、いくつかの技術が、従来技術において公知である。これらの技術は、３Ｄイメージを二次元ディスプレイ上でシミュレートするコンピュータグラフィックスと、左および右網膜イメージが１つのイメージに頭の中で融合される立体視ディスプレイと、オブジェクトから反射された実際の波面構造を再構成するホログラムイメージとを含む。

三次元ディスプレイは、異なるビューを複数の眼（または異なる観察者）に供給するために用いられる方法に依存して、２つのタイプに分類される。

立体視ディスプレイは、一般的には、広い観察領域にわたって両方のイメージを表示し得る。しかし、ビューのそれぞれは、例えば、色、偏光状態、または表示時間によって符号化され、観察者がかける眼鏡のフィルタシステムがビューを分離することができ、それぞれの眼がその眼に向けられたビューのみを見るようにする。この区別がない場合、それぞれの眼は、全ての空間位置において、両方のビューを見る。

自動立体視ディスプレイは、観察者によって装着される観察援助装置を必要としないが、２つのビューは空間の規定された領域からのみ可視である。ディスプレイ装置アクティブ領域の全体にわたってイメージが可視である空間の領域は、「観察領域」と呼ばれる。一方の眼が立体視対の一方のイメージの観察領域内にあり、他方の眼が他方のイメージの観察領域内にあるように観察者が位置する場合、ビューの正しいセットが見られ、三次元イメージが知覚される。

非特許文献１は、あるＬＣＤからのイメージを一方の眼に送信し、第２のＬＣＤからのイメージを第２の眼に送信する、ビーム結合オプティクスを有する、９０°の角度を有するように取り付けられた２つの標準的なＬＣＤを記載する。しかし、２ＳＬＭを用いるこのディスプレイ装置は、大量市場向けには、大きすぎ、高価すぎる。

単一パネルフラットパネル自動立体視ディスプレイについて、観察領域の形成は、ディスプレイ装置のピクセル構造と、一般的に視差オプティクスと呼ばれる光学素子との組み合わせに起因する。このようなオプティクスの一例は、視差バリアである。視差バリア技術は、最初に、１９０３年にＩｖｅｓによって３Ｄ表示の目的のために用いられた。視差バリアは、ＬＣＤデバイスの前面または背面に取り付けられた吸収光学素子の透過スリットアパーチャのアレイであり得る。スリットアパーチャは、垂直であり、スリット間の距離は、前面視差バリア用のディスプレイ上の２つのピクセル間の間隔の２倍よりわずかに狭い。バリアは、概して、ピクセル面からの固定された距離における偏光子の表面上にある。規定された領域内の観察者は、一方の眼でディスプレイ上の交互のピクセルのカラムを見ることができ、他方の眼でその間のピクセルのカラムを見ることができる。交互に並べられたカラムとその間に並べられたカラムとが、別々に、２つの一致する立体視イメージを示す場合、観察者は、立体視イメージを見ることができる。視差バリアを有する３Ｄ ＬＣＤデバイスの例は、例えば、非特許文献２に見受けられ得る。このディスプレイは、概して、ベースＬＣＤパネルの２０〜３０％の輝度であるという欠点がある。これは、主に、バリアの暗い領域およびスリットにおける吸収に起因する。さらに、３Ｄディスプレイの解像度は、ベースＬＣＤの解像度の半分である。従って、２Ｄイメージおよび、特に小さいテキストは、エイリアシングアーティファクトによって解像度が低下し、読むことが難しくなる。

特許文献１は、２Ｄ動作モードと３Ｄ動作モードとの間で電子的に切り替え可能なディスプレイデバイスを記載する。この文献は、「発現」され得る潜伏性視差バリアを用いて、２Ｄを３Ｄシステムに構成することを示唆している。このシステムは、２Ｄモードにおける最大輝度および最大解像度を伴う自動立体視３Ｄモードの利点を有する。ディスプレイ上に「発現」する偏光子がない状態では、眼が偏光状態を区別しないので、潜伏性バリアは見られない。偏光子の軸がリターダバリアの「吸収」部分から来る光に対して直交するように、発現する偏光子がディスプレイ上に配置される場合、「吸収する」ストライプからの偏光された光はブロックされ、「透過する」ストライプからの光は偏光子を通過する。しかし、このようなディスプレイデバイスは、３Ｄモードにおいて、２Ｄモードの解像度の半分の解像度および２Ｄモードの輝度の半分より低い輝度で動作する。

非特許文献３は、外部光源によって後ろから照射される透過型ＬＣＤからの左／右イメージの角度間隔に関する、透過ホログラム光学素子（ＨＯＥ）の使用を記載する。ＨＯＥは、２セットの水平（ロウ）ストライプを有し、ストライプの各セットは、拡散観察ウィンドウのリアルなイメージを再構成する。

上記の従来技術において、ＬＣＤは、ＨＯＥのすぐ前または後ろに配置され得、ＬＣＤおよびＨＯＥは、後ろから内部光源によって照射される。しかし、内部光源は、ＬＣＤおよびＨＯＥから離れている必要があるため、これは、相対的に分厚いデバイスが形成される。さらに、このデバイスは、単純な２Ｄイメージを生成することができず、２ＤバックライトＬＣＤとして用いられることができず、従って、２Ｄ動作と３Ｄ動作との間で切り換えることができない。

非特許文献４は、前面照射反射型ＬＣＤの輝度向上について、透過ホログラムの使用を開示する。３４^０オフセットでディスプレイ上に配置され、実質的に平行にされた光を放射する、離れた光源によって照射される反射型ＬＣＤデバイスの前面に、ホログラム素子は、恒久的に取り付けられる。ホログラム素子は、光源から入射する光に対して光学機能を有さないが、ディスプレイ表面に対して垂直な軸からの観察ゾーン０^０〜１４^０に、内部ＬＣＤ反射器によって反射された光を向け、散乱させる。光源は、（ホログラム素子の色補正を満たすように）色収差のない角度で均一であり、実質的に平行な照射を確実にするために離れている必要がある。

特許文献２は、単一の格子光バルブフレームシーケンシャルディスプレイを用いる、頭に取り付けるタイプのステレオディスプレイ装置を記載する。このディスプレイは、２Ｄモードおよび３Ｄモードにおいて用いられ得る。右のイメージは、ユーザの右の眼に向けられ、左のイメージは、ユーザの左目に向けられる。立体視モードでない場合、両方のイメージは同じである。格子光バルブディスプレイは、左のソースおよび右のソースから光を受け取り、イメージを左眼および右眼に連続的に送信する。

Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、３Ｄ投影ディスプレイのプロトタイプを明らかにした。これは、非特許文献５に記載されている。この３Ｄ投影ディスプレイは、左イメージおよび右イメージを指向性スクリーンに投影する２つのプロジェクトを用いる。左イメージおよび右イメージは、角度的に離れており、投影スクリーンの面において空間的にオーバーラップする。

特許文献３は、偏光された光源の対と、光源を２つの空間的に分離された観察ゾーンに結像する光学システムとを含む自動立体視ディスプレイデバイスを記載する。ＬＣＤは、ＬＣＤのピクセル構造に隣接し、一列に並べられた偏光高感度素子のアレイを含む。第１のタイプの偏光素子の光軸は、第１の光源の偏光の光を透過させ、第２の光源の偏光の光を吸収するように選択される。第２のタイプの偏光素子の光軸は、第２の光源の偏光の光を透過させ、第１の光源の偏光の光を吸収するように選択される。従って、第１のタイプの偏光素子に関連付けられたピクセルセットにおいて生成されるイメージのみが、右の観察ウィンドウに表示され、第２のタイプの素子に隣接するピクセルセットにおいて生成されるイメージのみが左の観察ウィンドウに表示される。

拡大されたイメージを外部投影スクリーンに投影するように、直視型透過ディスプレイの機能性を強化させるため、特許文献４は、背面に恒久的に取り付けられたボリューム反射型ホログラムおよび外部前面照明器を有する透過型ＬＣＤを含む投射型ディスプレイを記載する。反射型ホログラムは、集光オプティクスによって形成される光源の元のイメージから空間的に転置された光源のイメージを形成するように、レンズのように機能するように構成される。このホログラムは、透過型ディスプレイがバックライトによって照射される場合には、実質的に機能を有さず、直視モードで動作する。ホログラムは、反射器および軸外レンズとして機能する。

上記の従来技術文献のデバイスは、３Ｄまたはデュアルビューイメージを生成することができない。

反射型ＬＣＤおよび偏光ビームスプリッタを用いる投影型ディスプレイは、特許文献５に開示されている。

特許文献６は、ディスプレイ素子からのイメージまたはその中間イメージを観察者の眼球に投影する携帯用投影型ディスプレイを開示する。
欧州特許出願公開第０８２９７４４号 米国特許第６ ２７１ ８０８号 米国特許第５ ９１７ ５６２号 米国特許第６ ５９５ ６４８号 米国特許第６ ３５９ ７１９号 特願２００２−２６８００５号 「Ｎｅｗ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」（Ｅｚｒａら、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２４０９、１９９５年２月） Ｇ．Ｊ Ｗｏｏｄｇａｔｅ、Ｊ Ｈａｒｒｏｌｄ、Ａ．Ｍ．Ｓ Ｊａｃｏｂｓ、Ｒ．Ｒ．Ｍｏｓｅｌｙ、Ｄ．Ｅｚｒａによる「Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙｓ−Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ」（ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３９５７） Ｄ．Ｔｒａｙｎｅｒ、Ｅ．Ｏｒｒによる「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｕｓｉｎｇ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」（ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ．ｖ．３０１２、ｐ．１６７〜１７４、１９９７） Ｇ．Ｌ．Ｖａｌｌｉａｔｈ、Ｚ．Ａ．Ｃｏｌｅｍａｎらによる「Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｏｌｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｏｌｏｕｒ ＬＣＤｓ」（ＳＩＤ９８ Ｄｉｇｅｓｔ、４４．５Ｌ、１１３９〜１１４２、１９９８） インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｏｃ．ｃｏｍ／ｅｍｅｒｇｉｎｇ＿ｐｒｏｄｕｃｔｓ／３ｄ＿ｄｉｓｐｌａｙ／ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐ＞

本発明は、デバイスによって表示されるイメージが観察領域の限られた部分においてのみ可視であるディスプレイを提供することを目的とする。

（要旨）
本発明によると、第１および第２の直視動作モードを有するディスプレイであって、液晶ディスプレイデバイスと、該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、該第１のモードの間該ディスプレイデバイスによって表示されるイメージを、該第１のモードの間、該ディスプレイデバイスの前の拡張された観察領域にわたって可視にするように設けられたバックライトとを有し、該ディスプレイは、第２の直視モードを有し、第１のホログラム素子と、該ディスプレイデバイスおよび該第１のホログラム素子の前に配置され、該第２のモードの間動作されるように設けられる第１の前面光源とを備えることを特徴とし、該第１のホログラム素子は、該第１の前面光源からの光を該拡張された観察領域の一部に再方向付けし、該第２のモードにおいて該ディスプレイデバイスによって表示される少なくとも１つのイメージが、該拡張された観察領域の限られた部分のみにおいて可視であるように設けられている、ディスプレイが提供される。

前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源からの光を前記限られた部分に方向付けするように設けられたホログラム光学素子であり得、該限られた部分は少なくとも１つの空間的に限られた観察ウィンドウを含み、前記バックライトは前記第２のモードの間、動作が止められるように設けられ得る。前記ディスプレイデバイスおよび前記第１のホログラム素子は、少なくとも前記第２のモードにおいて該ディスプレイデバイスによって表示される第１および第２のイメージが可視である、少なくとも第１および第２の観察ウィンドウを生成するように設けられ得る。前記第１および第２のイメージは、前記第１および第２の観察ウィンドウにおいて同時に可視であり得る。

前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源からの光を前記第１の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられた第１のセットの領域と、前記第１の前面光源からの光を前記第２の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられた第２のセットの領域とを含む複数の領域に分割され得る。前記第１および第２の領域は、前記ディスプレイデバイスのピクセルのロウまたはカラムと並べられたストライプの第１および第２のセットを含み得る。

前記第１および第２のイメージは、３Ｄイメージを形成し得る。

前記第１および第２の観察ウィンドウは非連続的であり得、前記第２のモードにおいて前記ディスプレイはマルチプルビューモードで動作する。

前記第１のホログラム素子はボリューム反射型ホログラムであり得、前記ディスプレイデバイスは透過タイプであり得る。

ディスプレイは、第２のホログラム光学素子と、前記ディスプレイデバイスの前に配置された第２の前面光源とをさらに備え得、前記第１および第２のホログラム素子は、該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、前記第１および第２の前面光源からの光をそれぞれ第１および第２の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられる。前記第１および第２の前面光源は、前記第２のモードの間、交互に動作するように設けられ得る。前記第１および第２のホログラム素子は連続的であり得、ピクセル化されていない。

ディスプレイは、第２および第３のホログラム光学素子と、前記ディスプレイデバイスの前に配置された第２および第３の前面光源とをさらに備え得、前記第１から第３のホログラム素子は、該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、前記第１から第３の前面光源からの光をそれぞれ第１から第３の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられ、該前面光源は、繰り返されるシーケンスにおいて、一度に１つずつ動作されるように設けられ、該ホログラム素子のそれぞれは、三色の光を前記観察領域に再方向付けする３つのセットの領域を含む。

ディスプレイは、前記第１および第２のイメージの角度間隔を増大させる光学手段を含み得る。

前記バックライトおよび前記第１の前面光源は、前記第２のモードの間に同時に動作されるように設けられ得、前記第１のホログラム素子は、該第１の前面光源によって照射される場合、光を前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域に再方向付けして、該限られた部分の外側の該拡張された観察領域から観察される場合に、前記ディスプレイデバイスによって表示される前記少なくとも１つのイメージを不鮮明にする。

前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源によって照射される場合、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域に、光を実質的に均一に再方向付け得る。

前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源によって照射される場合、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域において可視である少なくとも１つの隠すイメージを表示し得る。前記少なくとも１つの隠すイメージは、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域の部分において可視である第１の隠すイメージと、該部分の外側且つ該限られた部分の外側の該拡張された観察領域にわたって可視である第２の隠すイメージとを含み得る。前記第２の隠すイメージは、前記第１の隠すイメージのネガであり得る。前記第１の隠すイメージは、モノクロームイメージであり得る。

本発明によれば、デバイスによって表示されるイメージが観察領域の限られた部分においてのみ可視であるディスプレイを提供することができる。

同一の参照符号は、図面を通じて同一の部材を示す。

外部前面照射部２（クリップ留めアタッチメントであってもよいし、ＬＣＤデバイスに接続されていない固定された装置であってもよい）は、所定の位置から、ホログラム光学素子（ＨＯＥ）６が取り付けられたＬＣＤ４を照射する。ＬＣＤ４およびＨＯＥ６は、協働して、観察ウィンドウ３の方向に光を方向づけて反射する。イメージおよびその位置の角度間隔は、ＨＯＥの設計によって規定され、図１に示すように、自動立体視イメージまたはデュアルビュー動作のための２つのビューのいずれかを形成する、２つの異なる観察ウィンドウの生成に用いられ得る。マルチビューモードの輝度は、マルチビュー動作用の補助光源２を用いるので、２Ｄモードの輝度に依存しない。マルチビューモードの輝度は、独立して制御され得る。

ＬＣＤ４は、透過タイプであり得、図１に示すように、ＨＯＥ６は、ボリューム反射型ホログラムとしてその後側に取り付けられている。

このようなＨＯＥ６は、図２に示すように、ＬＣＤパネル４のピクセルカラムまたはピクセルロウのいずれかと実質的に幅が等しい２つのタイプの交互のストライプからなる。第１のタイプのストライプは、ＬＣＤ４のピクセルカラムの一方のセットに関連付けられており、外部照射部２によって照射される場合イメージ１を形成する。第２のタイプのストライプは、ＬＣＤピクセルカラムの他方のセットに関連付けられており、外部光源２によって照射される場合イメージ２を形成する。イメージ１とイメージ２との角度間隔は、ＨＯＥ６の設計によって規定され、自動立体視イメージ、またはデュアルビュー動作のための２つの異なる観察ウィンドウの生成に用いられ得る。

ＨＯＥ６はＬＣＤスクリーン４に対して比較的小さい観察ウィンドウにイメージを形成するので、ＬＣＤ４からの実質的に全ての光は、指定位置においてこれらの観察ウィンドウに集中する。これは、イメージ輝度の視覚知覚を増大させる。

ＨＯＥ６は、ボリューム反射型ホログラムであり、バックライト照射および２Ｄ透過モードにおけるＬＣＤデバイスの動作に実質的な影響を及ぼさない。ＨＯＥ６はまた、光をブロックする部材または視差制限部材を有さないので、２Ｄ動作モードにおけるディスプレイ輝度は、損なわれない。

従って、ディスプレイは、第１および第２の直視動作モードを有する。（例えば、２Ｄ観察用の）第１のモードにおいて、バックライト（図示せず）はオンに切り替えられ、フロント照射源２がオフに切り替えられている。ＨＯＥ６は実質的な光学的影響を与えず、ＬＣＤ４上に表示されるイメージまたはイメージのシーケンスが、ＬＣＤ４の前から拡張された観察を通じて可視である。

（例えば、３Ｄ自動立体視観察、複数独立イメージ観察またはプライバシー観察用の）第２のモードにおいて、バックライトはオフに切り替えられ得、照射源２がオンに切り替えられる。このモードにおいて、ＨＯＥ６は、ソース２からの光を、拡張された観察ゾーンの限られた部分に再方向付けし、観察ウィンドウ３を規定する。ＬＣＤ４によって表示されるイメージは、従って、観察ウィンドウ３においてのみ可視である。

ＨＯＥ６は、ＬＣＤ４のカラーフィルタと協働する３つの連続的な素子（ＲＧＢ（赤、緑、青））としてピクセル化または製造され得る。この設計は、ＬＣＤ４のピクセル構造と正確に合わされる必要がないので、ＨＯＥ６の位置合わせの許容誤差を実質的に緩和する。

ＨＯＥ６は、各種の高解像度光感受性材料、例えば、ハロゲン化銀、重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）またはＤｕＰｏｎｔフォトポリマーによって、ボリューム反射型ホログラムとして形成され得る。

ＨＯＥ６は、ＬＣＤディスプレイ４の背面上に積層され得るか、または、好ましくは、ＬＣＤデバイスの後ろの基板に集積され得る。

光利用の効率性を増大させるため、ＨＯＥ６のスペクトル応答は、照射源２のスペクトル特性に適合するように設計され得る。

光利用の効率性を増大させるため、ＨＯＥ６のスペクトル応答は、ＬＣＤカラーフィルタのスペクトル透過に適合するように設計され得る。

あるいは、光利用の効率性をさらに増大させるため、照射源２のスペクトル特性およびＨＯＥ６のスペクトル応答は、ＬＣＤカラーフィルタの透過に適合するように設計され得る。

ＨＯＥ６の交互のストライプは、ＬＣＤパネル４のピクセルロウに関連付けられ得、各ピクセルロウは、イメージ１または２を生成する。

マルチビュー動作におけるディスプレイデバイスの解像度を増大させるため、図３に示すように、時間連続モードと、２つのタイプの空間的にマルチプレクスされた連続的な（すなわち、ピクセル化されていない）反射型ＨＯＥＨ１およびＨ２ならびに透過ＬＣＤ１４とを用いることが示唆される。

ホログラム素子Ｈ１は、光源Ｌ１からの光を観察ウィンドウＷ１に回折させるように設計される。ホログラム素子Ｈ１は、光源Ｌ２、または、異なる位置の任意の他の外部光源に対して、実質的に影響がない。

ホログラム素子Ｈ２は、光源Ｌ２からの光を観察ウィンドウＷ２に回折させるように設計される。ホログラム素子Ｈ２は、光源Ｌ１、または、異なる位置の任意の他の外部光源に対して、実質的な影響がない。

上述した第１のモードにおいて、ホログラム素子Ｈ１、Ｈ２は、バックライト（図示せず）からの光に実質的に影響を及ぼさず、表示されたイメージは、ＬＣＤ１４の前の拡張された観察領域を通じて可視である。第２のモードでは、時間フレーム１において、光源Ｌ１のみが動作し、ＬＣＤ１４は観察ウィンドウＷ１用のイメージを生成する。このイメージは、Ｈ１によって観察ウィンドウＷ１に反射される。時間フレーム１において、ウィンドウＷ２におけるイメージはない。

時間フレーム２において、光源Ｌ２のみが動作し、ＬＣＤ１４は観察ウィンドウＷ２用のイメージを生成する。このイメージは、Ｈ２によって観察ウィンドウＷ２に反射される。時間フレーム２において、ウィンドウＷ１におけるイメージはない。

この実施形態の利点は、ＬＣＤデバイス１４の最大輝度２Ｄモードを、最大解像度マルチビュー動作と組み合わせることである。さらに、（ピクセル化されていない）素子Ｈ１およびＨ２は、（図１および２の構成とは異なり）ピクセル構造との正確な位置合わせを必要としない。

光源Ｌ１およびＬ２は、連続的な方式で動作し得、パネル時間フレームと同期化され、シャッターが設けられ得る。

あるいは、光源Ｌ１およびＬ２は、切り替え時間がパネル時間フレームに同期化された状態で、パルス方式で動作してもよい。

あるいは、連続的な単一光源は、ソースを２つの位置に結像する、ビーム方向付け手段と協働で用いられ得る。再方向付け時間は、パネル時間フレームと同期化される。

図４に示すさらなる実施形態は、図２において説明した方法と同じ方法で、マルチビューディスプレイデバイスの２フレーム時間の連続動作と、各時間フレームにおいて２つの観察ウィンドウを生成する交互のストライプを有する２つのホログラム光学素子１６および１８とを用いる点で、図３に示す実施形態と異なる。

ホログラム素子１６は、光源Ｌ１からの光を観察ウィンドウＷ３およびＷ４に回折するように設計される。ホログラム素子１６は、光源Ｌ２または異なる位置の他の外部光源に対して、実質的な影響がない。

ホログラム素子１８は、光源Ｌ２からの光を観察ウィンドウＷ５およびＷ６に回折させるように設計される。ホログラム素子１８は、光源Ｌ１または異なる位置の他の外部光源に対して、実質的に影響がない。

時間フレーム１において、光源Ｌ１のみが動作し、ＬＣＤ２０は、観察ウィンドウＷ３およびＷ４用のイメージを生成する。これらのイメージは、ホログラム１６によって観察ウィンドウＷ３およびＷ４に反射される。ホログラム１８が光源Ｌ１に対して影響がないので、フレーム１において、ウィンドウＷ５およびＷ６にイメージがない。
時間フレーム２において、光源Ｌ２のみが動作し、ＬＣＤ２０は、観察ウィンドウＷ５およびＷ６用のイメージを生成する。これらのイメージは、ホログラム１８によって観察ウィンドウＷ５およびＷ６に反射される。ホログラム１６が光源Ｌ２に対して影響がないので、フレーム２において、ウィンドウＷ３およびＷ４にイメージがない。
この実施形態は、ディスプレイデバイスの２Ｄモードの半分の解像度を有する４つの観察ウィンドウを生成するという利点を有する。
あるいは、ホログラム１６は、光源Ｌ１からの光を観察ウィンドウＷ３およびＷ５に回折し、１８が、光源Ｌ２からの光を観察ウィンドウＷ４およびＷ６に回折するように設計され得る。この実施形態において、観察ウィンドウＷ３およびＷ５は時間フレーム１において生成され、Ｗ４およびＷ６は時間フレーム２において生成される。

図５は、３つの観察ウィンドウＷ１１、Ｗ２１、およびＷ３１の時間およびカラー連続生成を行うディスプレイデバイスの動作の原理を示す図である。

従って、３つの空間的にマルチプレクスされた素子ＰＨ１、ＰＨ２およびＰＨ３（互いの上のＨＯＥであってもよいし、同じ材料の層に形成されてもよい）からなる。位置１から光源Ｌ１１によって照射される場合、ＰＨ１のみが光を回折させ、ＰＨ２およびＰＨ３は、光源Ｌ１１に実質的な影響を及ぼさない。ＰＨ１は、青のスペクトル成分を観察ウィンドウＷ１１に回折させ、緑を観察ウィンドウＷ２１に、赤をウィンドウＷ３１に回折させる。

同様に、ＰＨ２のみが、光源Ｌ２１によって照射される場合、光を回折させる。ＰＨ１およびＰＨ３は、光源Ｌ２１に実質的な影響を及ぼさない。ＰＨ２は、赤のスペクトル成分を観察ウィンドウＷ１１に回折させ、青を観察ウィンドウＷ２１に、緑をウィンドウＷ３１に回折させる。
さらに、ＰＨ３のみが、光源Ｌ３１によって照射される場合、光を回折させる。ＰＨ１およびＰＨ２は、光源Ｌ３１に実質的な影響を及ぼさない。ＰＨ３は、緑のスペクトル成分を観察ウィンドウＷ１１に回折させ、赤を観察ウィンドウＷ２１に、青をウィンドウＷ３１に回折させる。

時間フレーム１において、光源Ｌ１１のみがオンであり、Ｌ２１およびＬ３１はオフである。ＬＣＤ１９の青のピクセルは、イメージ１（観察ウィンドウＷ１１に表示される）のためにアドレスされ、緑のピクセルはＷ２１のイメージ２のため、赤のピクセルはＷ３１のイメージ３のためアドレスされる。

時間フレーム２において、光源Ｌ２１のみがオンであり、Ｌ１１およびＬ３１はオフである。ＬＣＤ１９の青のピクセルは、イメージ２（観察ウィンドウＷ２１に表示される）のためにアドレスされ、緑のピクセルはＷ３１のイメージ３のため、赤のピクセルはＷ１１のイメージ１のためアドレスされる。

時間フレーム３において、光源Ｌ３１のみがオンであり、Ｌ１１およびＬ２１はオフである。ＬＣＤ１９の青のピクセルは、イメージ３（観察ウィンドウＷ３１に表示される）のためにアドレスされ、緑のピクセルはＷ１１のイメージ１のため、赤のピクセルはＷ２１のイメージ２のためアドレスされる。

結果として、３つの時間フレームの後、完全なＲＧＢカラーイメージが、各観察ウィンドウＷ１１、Ｗ２１、およびＷ３１に表示される。この実施形態の利点は、３つのイメージのそれぞれが、完全な２Ｄモードの解像度を有することである。

光源Ｌ１１、Ｌ２１およびＬ３１は、位置１、２および３に位置し、連続的な方式で動作し、パネルフレームと同期化されたシャッターが設けられ得る。

あるいは、光源Ｌ１１、Ｌ２１、およびＬ３１は、位置１、２および３に位置し、切り替え時間がパネルフレームに同期化された状態で、パルス方式で動作してもよい。

あるいは、連続的な単一光源は、ソースを位置１、２、および３に結像する、ビーム方向付け手段と協働で用いられ得る。再方向付け時間は、パネル時間フレームと同期化される。

２つのイメージの間の角度間隔を増大させ、自動立体視モードのためのＨＯＥを有するディスプレイデバイスがデュアルビュー方式で動作することを可能にするため、アタッチメントには、図６に模式的に示すように、自動立体視観察ゾーンの面に位置するプリズム素子８４がさらに設けられ得る。

角度間隔を増大させるためのこのような素子８４の重さおよびサイズを低減するために、図７に示すように、マイクロプリズム８６のアレイとして製造され得る。

あるいは、２つのイメージの間の角度間隔を増大させるため、この素子８４は、図８に示すように、傾いたミラー８７の形態であってもよい。

素子８４、８６、または８７は、３Ｄ動作モードとデュアルビュー動作モードとの間の容易な切り替えを可能にするために取り外し可能であり得る。

図９は、ソース９１からの光を単一の空間的に限られた最大解像度観察ウィンドウ９２に向ける単一ボリューム反射型ＨＯＥ９０を有する実施形態を示す。透過型ＬＣＤ９４が設けられる。光源９１がオフに切り替えられる場合、バックライト９６は、観察ウィンドウ９２の内側および外側の両方から可視であるイメージをＬＣＤ９４上に表示するために用いられ得る。このようにして、この実施形態は、観察ウィンドウ９２の外側のいずれの観察者にとっても可視ではなく、観察ウィンドウ９２の観察者のみに対して可視の最大解像度のイメージを表示するために用いられ得る。

図１０は、ラップトップコンピュータにおけるディスプレイの使用を示し、図１１〜１４は、このような使用に適するディスプレイの一例を示す。このディスプレイは、表示されたイメージがワイドまたは拡張観察領域にわたって観察され得る第１の動作モードと、表示されたイメージが観察領域の限られた部分において観察可能である第２の「プライバシー」モードとを有する。

このディスプレイは、液晶ディスプレイパネル１０１の後ろに配置されたバックライト１００を含む。ボリューム反射型ホログラム素子１０２は、ディスプレイパネル１０１に取り付けられ、前面光源１０３がパネル１０１および素子１０２の前面に配置される。ホログラム素子１０２は、パネル１０１の前（図示されている場合）または後ろに配置され得る。

図１１は、第１の非プライバシーモードにおけるディスプレイの動作を示す。このモードにおいて、バックライト１００はオンに切り替えられ、前面光源１０３はオフに切り替えられる。ホログラム素子１０２は、バックライト１００からの光には応答しないので、実質的には均一に透明であるように見える。従って、パネル１０１によって表示されるイメージは、バックライト１００およびパネル１０１の特性によって決定されるディスプレイの前のワイドな観察領域を通じて可視である。

図１２は、前面光源１０３がオンに切り替えられている場合のホログラム素子１０２の機能を示す。光源１０３から素子１０２に達する光は、素子１０２に記録されるホログラムのブラッグの条件を満たし、光は、ゾーンＡおよびゾーンＣとして示される、２つの側面の角度範囲に再方向付けされ得る。ゾーンＢで示される各範囲の間において、素子１０２から受け取られる光はない。このことのディスプレイの第２の動作モードにおける影響は、図１３に示される。第２のモードにおいて、バックライト１００および前面光源１０３の両方は、オンに切り替えられる。ホログラム素子１０２からゾーンＢに方向付けられる光はなく、表示されたイメージは、このゾーンにおいてはっきりと可視である。しかし、ホログラム素子１０２は、前面光源１０３からの光をゾーンＡおよびＣに再方向付けし、再方向付けされた光は、パネル１０１によって表示されるイメージを隠し、このイメージは、ゾーンＡまたはゾーンＣに位置する観察者にとって、実質的に不鮮明である。

ホログラム素子１０２は、ゾーンＡおよびＣにおけるパネル１０１上に表示されるイメージを隠すように、その範囲にわたって均一に光を再方向付けするように構成され得る。あるいは、１つ以上の隠すイメージは、素子１０２におけるホログラムとして記録され得、単数または複数のイメージがスーパーインポーズされ、ゾーンＡおよびＣにおいてパネル１０１によって表示されるイメージを不鮮明にする。

この目的において有効な隠すイメージの一例は、テキストの複数ラインを含み、このようなイメージの特定の例は、図１４における（ａ）において示される。このような単一イメージは、ゾーンＡおよびＣにおいて、第２のモードの間、可視であり得る。しかし、別の構成において、図１４において（ａ）で示されるイメージはゾーンＡにおいて可視であるように構成され、図１４において（ｂ）で示されるこのイメージのネガはゾーンＣにおいて可視であるように構成され得る。このような構成は、ホログラム素子１０２の領域全体が利用されるが、素子上の各点が、ゾーンの１つのみに向かって光を放射し、ゾーンの両方に向かって放射しないという点で効率的である。

図１５は、このタイプのディスプレイの自動的に現金を支払うための現金自動預入支払機（ＡＴＭ）における使用を示す図である。例えば、光源１０３は、第１の動作モードにおいてオフに切り替えられ、幅広い範囲の角度からディスプレイ１００〜１０２が観察され得、例えば、広告を表示するために用いられ得る。銀行の顧客が機械を用いて、プライベート情報を他の人に見られることなく読もうとする場合、光１０３がオンに切り替えられ、表示される情報は、顧客にとってのみ可視になる。イメージを隠すものには広告が含まれ得、第２の動作モードにおいて、ディスプレイパネル１０１からの情報が顧客にとってのみ可視であり、広告は他の人にとってのみ可視である。

このタイプのディスプレイは、車内エンターテイメントシステムにおいても用いられ得る。例えば、このようなディスプレイは、ビデオエンターテイメントを乗客に対して表示するが、車両の運転者は、車両が移動している間はビデオエンターテイメントイメージを見ることができないようにされる必要がある場合に用いられ得る。従って、ディスプレイは、車両が静止状態である場合は第１のモードで、車両が移動している場合は第２のモードで動作し得る。

前面光１０３は、ビーム形成、偏光変換および輝度向上のためのさらなる素子を含み得、例えば、Ｏｍｒｏｎによって開示されるタイプであり得る。

本発明によれば、第１および第２の直視動作モードを有するディスプレイが提供される。ディスプレイは、表示されたイメージがデバイス前面の拡張された観察領域にわたって可視になるように第１のモードの間に照射される、液晶ディスプレイパネルおよびバックライトを含む。ディスプレイはまた、第２の直視モードのためにオンに切り替えられるホログラム素子および前面光源を含む。ホログラム素子は、前面光源からの光を拡張された領域の一部に再方向付けし、デバイスによって表示されるイメージが、観察領域の限られた部分においてのみ可視であるようにする。

図１は、透過直視型ディスプレイ用のマルチビュー反射型アタッチメントの模式図である。 図２は、２つの観察ウィンドウを形成する反射型ホログラム光学素子動作の原理を模式的に説明する図である。 図３は、直視型ＬＣＤデバイスへのマルチビュー反射型アタッチメントの時間系列動作を行うための構成の一例を示す図である。 図４は、４つの観察ウィンドウの生成のための、直視型ＬＣＤデバイスへのマルチビューアタッチメントの時間系列動作行うための構成の一例を示す図である。 図５は、３つの観察ウィンドウの時間および色的に連続な生成を行うマルチビューアタッチメントの構成の一例の動作の原理を示す図である。 図６は、イメージの角度間隔が増大するマルチビューアタッチメントの１つの実施形態を示す図である。 図７は、サイズおよび重さを低減するためにマイクロプリズムアレイを用いた、イメージの角度間隔が増大したマルチビューアタッチメントのさらなる実施形態を示す図である。 図８は、ミラーシステムの使用を示す図である。 図９は、単一のＨＯＥおよび単一の空間的に限られた観察ウィンドウを有する実施形態を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態を構成するディスプレイを含むラップトップの概略図である。 図１１は、図１０のディスプレイの第１の動作モードを示す平面図である。 図１２は、図１０のディスプレイのホログラム素子の動作を示す平面図である。 図１３は、図１０のディスプレイの第２の「プライバシー」モードにおける動作を示す平面図である。 図１４は、図１０のディスプレイのホログラム素子に記録される隠すイメージを示す図である。 図１５は、図１０〜１４に示すタイプのディスプレイの現金自動預入支払機（ＡＴＭ）における使用を示す概略図である。

符号の説明

２ 外部前面照射部
３ 観察ウィンドウ
４ ＬＣＤ
６ ホログラム光学素子（ＨＯＥ）

Claims (20)

1. 第１および第２の直視動作モードを有するディスプレイであって、
   液晶ディスプレイデバイスと、
   該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、該第１のモードの間該ディスプレイデバイスによって表示されるイメージを、該第１のモードの間、該ディスプレイデバイスの前の拡張された観察領域にわたって可視にするように設けられたバックライトと、
   第１のホログラム素子と、
   該ディスプレイデバイスおよび該第１のホログラム素子の前に配置され、該第２のモードの間動作されるように設けられる第１の前面光源と
   を備え、
   該第１のホログラム素子は、該第１の前面光源からの光を該拡張された観察領域の一部に再方向付けし、該第２のモードにおいて該ディスプレイデバイスによって表示される少なくとも１つのイメージが、該拡張された観察領域の限られた部分のみにおいて可視であるように設けられている、ディスプレイ。
2. 前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源からの光を前記限られた部分に再方向付けするように設けられたホログラム光学素子であり、該限られた部分は少なくとも１つの空間的に限られた観察ウィンドウを含み、前記バックライトは前記第２のモードの間、動作が止められるように設けられる、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記ディスプレイデバイスおよび前記第１のホログラム素子は、少なくとも前記第２のモードにおいて該ディスプレイデバイスによって表示される第１および第２のイメージが可視である第１および第２の観察ウィンドウを少なくとも生成するように設けられる、請求項２に記載のディスプレイ。
4. 前記第１および第２のイメージは、前記第１および第２の観察ウィンドウにおいて同時に可視である、請求項３に記載のディスプレイ。
5. 前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源からの光を前記第１の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられた第１のセットの領域と、前記第１の光源からの光を前記第２の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられた第２のセットの領域とを含む複数の領域に分割される、請求項３に記載のディスプレイ。
6. 前記ディスプレイデバイスはピクセルのラインを含み、前記第１および第２の領域は、該ピクセルのラインと並べられたストライプの第１および第２のセットを含む、請求項５に記載のディスプレイ。
7. 前記第１および第２のイメージは、３Ｄイメージを形成する、請求項３に記載のディスプレイ。
8. 前記第１および第２の観察ウィンドウは非連続的であり、前記第２のモードにおいて前記ディスプレイはマルチプルビューモードで動作する、請求項３に記載のディスプレイ。
9. 前記第１のホログラム素子はボリューム反射型ホログラムであり、前記ディスプレイデバイスは透過タイプである、請求項１に記載のディスプレイ。
10. 第２のホログラム光学素子と、前記ディスプレイデバイスの前に配置された第２の前面光源とをさらに備え、
    前記第１および第２のホログラム素子は、該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、前記第１および第２の前面光源からの光をそれぞれ第１および第２の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられる、請求項２に記載のディスプレイ。
11. 前記第１および第２の前面光源は、前記第２のモードの間、交互に動作するように設けられる、請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 前記第１および第２のホログラム素子は連続的であり、ピクセル化されていない、請求項１０に記載のディスプレイ。
13. 第２および第３のホログラム光学素子と、前記ディスプレイデバイスの前に配置された第２および第３の前面光源とをさらに備え、
    前記第１から第３のホログラム素子は、該ディスプレイデバイスの後ろに配置され、前記第１から第３の前面光源からの光をそれぞれ第１から第３の観察ウィンドウに再方向付けするように設けられ、該前面光源は、繰り返されるシーケンスにおいて、一度に１つずつ動作されるように設けられ、該ホログラム素子のそれぞれは、三色の光を前記観察領域に再方向付けする３つのセットの領域を含む、請求項２に記載のディスプレイ。
14. 前記第１および第２のイメージの角度間隔を増大させる光学手段を含む、請求項３に記載のディスプレイ。
15. 前記バックライトおよび前記第１の前面光源は、前記第２のモードの間に同時に動作されるように設けられ、前記第１のホログラム素子は、該第１の前面光源によって照射される場合には、光を前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域に再方向付けして、該限られた部分の外側の該拡張された観察領域から観察されるときの前記ディスプレイデバイスによって表示される前記少なくとも１つのイメージを不鮮明にする、請求項１に記載のディスプレイ。
16. 前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源によって照射される場合、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域に、光を実質的に均一に再方向付けする、請求項１５に記載のディスプレイ。
17. 前記第１のホログラム素子は、前記第１の前面光源によって照射される場合、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域において可視である少なくとも１つの隠すイメージを表示する、請求項１５に記載のディスプレイ。
18. 前記少なくとも１つの隠すイメージは、前記限られた部分の外側の前記拡張された観察領域の部分において可視である第１の隠すイメージと、該部分の外側且つ該限られた部分の外側の該拡張された観察領域にわたって可視である第２の隠すイメージとを含む、請求項１７に記載のディスプレイ。
19. 前記第２の隠すイメージは、前記第１の隠すイメージのネガである、請求項１８に記載のディスプレイ。
20. 前記第１の隠すイメージは、モノクロームイメージである、請求項１９に記載のディスプレイ。

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