JP2007514273A - 自動立体ディスプレイ用の導波管 - Google Patents

Abstract

ディスプレイ１７は、ディスプレイパネル２と、光源３と導波管１８とを含むバックライトシステムとを含む。導波管１８は、複数の拡散材料部分１０ａ乃至１０ｆを含む。光は、全反射によって導波管１８を通じて伝搬するが、部分１０ａ乃至１０ｆによって散乱され得る。出口面（１５）を通じて導波管１８から出光する散乱光は、ディスプレイパネル２によって表示される３Ｄ自動立体画像を照明するために用いられる光線のパターンを生成する。光透過状態と拡散状態との間で切り換え得る液晶ジェルのような材料から成る介在部分１９ａ乃至１９ｆを設け得る。電界を用いて、介在部分１９ａ乃至１９ｆの光学特性を制御し得る。そのようなディスプレイ１７を、介在部分１９ａ乃至１９ｆが拡散的であり且つ導波管１８が均一な照明をもたらす２Ｄモードと、介在部分１９ａ乃至１９ｆが透過的であり且つ導波管が光線の形態の照明をもたらす３Ｄモードとの間で切り換え得る。もし介在部分１９ａ乃至１９ｆがパッシブ又はアクティブマトリックスアドレッシングを用いて制御されるならば、導波管１８は、ディスプレイパネル２の第一地域のための均一な照明、及び、ディスプレイパネル２の第二地域のための光線２７をもたらし、２Ｄ及び３Ｄ画像が同時に表示されることを可能にする。検出される視聴者の位置から見られる３Ｄ画像をもたらすために、ディスプレイ３８は、視聴者６の位置を検出し、表示される画像並びに光線の位置及び／又はピッチを調節するための手段４０，４１，４２をさらに含み得る。

Description

本発明は、自動立体ディスプレイ装置で使用される導波管に関する。

バックライトが液晶マトリックスを使用して画素毎に変調される液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）のような光シャッターディスプレイ装置が既知である。そのような装置は、一般的に二次元（２Ｄ）画像を生成する。しかしながら、三次元（３Ｄ）ディスプレイの研究開発が急速に進展している。費用効率及び使用者便宜の理由から、３Ｄ画像を知覚するために使用者が特殊なメガネを装着しなくてもよいディスプレイシステムが開発されている。そのようなディスプレイシステムは、自動立体ディスプレイと呼ばれる。

自動立体ディスプレイは、典型的に、一組の画像をもたらすための手段と共に、ＬＣＤのような従来的なディスプレイパネルを含み、そこでは、１つの画像は視聴者の左眼によって見られ、他の画像は視聴者の右眼によって見られる。例えば、ディスプレイパネルの前に位置する半円筒形レンズの配列を使用して３Ｄ画像を生成可能であり、そこでは、ディスプレイパネルから所定距離に立つ視聴者が３Ｄ画像を知覚するよう、レンズは光を画素又はサブ画素の異なる列から空間の異なる領域に集束する。

３Ｄ画像を提示するための単純な方法は、パララックスバリア技法である。図１を参照すると、従来的なバリア型自動立体ディスプレイ１は、ディスプレイパネル２と、バックライト３と、バリア４とを含む。典型的には、バリア４は、平行な透明線又はスリット５ａ乃至５ｄのパターンを備える不透明スクリーンであり、バックライト３とディスプレイパネル２との間に位置し、或いは、代替的に、ディスプレイパネル２の前に位置する。使用時、バックライト３によって放射される光は、バリア４のスリット５ａ乃至５ｄを通じて透過するので、ディスプレイパネル２は、効果的に複数の狭い細長い光源であるものによって照明される。ディスプレイパネル２のサブ画素の交互の列が、左眼画像Ａ及び右眼画像Ｂをそれぞれ表示するよう駆動される。各「細長い光源」が一組のサブ画素列を照明するよう、サブ画素はピッチＰｄを有し、且つ、ディスプレイパネル２はバリア４から距離ｃに位置する。ディスプレイ１が視聴者６によってディスプレイパネル２から距離ｄで使用されるとき、視聴者の左眼及び右眼は、左眼画像Ａ及び右眼画像Ｂをそれぞれ知覚する。

２つの視野Ａ，Ｂを有する自動立体ディスプレイの場合には、１つの視点から表示される３Ｄ画像を見られるだけである。例えば、３Ｄ画像が物体を示す場合、表示される画像は、１つの角度から見られる物体を表わす。しかしながら、ディスプレイが１つ以上の視点からの物体を示すことも可能である。複数の視点から見える３Ｄ画像を提供するために、より多くの視野Ｃ、Ｄ等が必要とされる。

線源のピッチｐｉ及び視野の数ｍとの間の関係は、以下の通りである。

ここで、ｐｄはサブ画素のピッチであり、ａは使用者の位置での各視野の間の所要視差である。

視聴距離ｄ、視差ａ、及び、バリアからパネルの距離ｃの間の関係は、以下の方程式２によって与えられる。

２Ｄと３Ｄ画像化モードの間で切換可能なディスプレイが考案された。しかしながら、そのようなディスプレイが物理的バリアを含む場合には、バリア４とディスプレイパネル２との間に切換可能な拡散板７を含む必要があり得る。ディスプレイ１が３Ｄ画像化モードで使用されるとき、拡散板７は透過状態に切り換えられ、スリット５ａ乃至５ｄによって透過された光が通過するのを可能にする。２Ｄ画像化モードでは、拡散板７は拡散状態に切り換えられるので、バックライト３からの光は散乱され、ディスプレイパネル２は不均一に照明される。

しかしながら、バックライト３によって発生する光の著しい割合が失われるので、バリア型ディスプレイは不十分である。例えば、２Ｄ画像化モードでは、光の著しい割合がディスプレイパネル２から散乱して出光し得る。３Ｄモードでは、スリット５ａ乃至５ｄに入射しない光は失われる。

本発明は、以下の目的の１つ又はそれ以上を達成することを意図する。即ち、別個の拡散素子を必要としないパララックスバリアの提供、２Ｄ画像及び３Ｄ画像の双方を柔軟に生成し得るディスプレイの提供、視聴者ディスプレイパネルに対する特定の位置に制限することのない視聴者への３Ｄ画像の表示、及び、より大きな光効率を備える２Ｄ画像及び３Ｄ画像の生成。

本発明の第一の特徴によれば、ディスプレイパネルを照明するために用いられる導波管は、光源からの光を受光するために配置された第一面と、光が導波管から出光し得る出口面とを含み、使用時に、光が第一面を通じて導波管に入光し、導波管内に位置付けられた拡散材料の複数の部分によって散乱され、且つ、出口面を通じて導波管から出光するよう構成される。

出口面を通じて導波管から出光する光は光線のパターンを形成し、光効率的な方法で３Ｄ画像のための適切な照明をもたらし得る。

好ましくは、前記部分の少なくとも１つは、主として光透過的な状態と、主として拡散的である状態との間で切り換え可能である。これは、導波管が、２Ｄ画像のための均一な照明が生成されるモードと、３Ｄ画像化のための光線をもたらす他のモードとの間で切り換えられることを可能にする。代替的に、或いは、追加的に、ディスプレイパネルによって同時に表示される２Ｄ及び３Ｄ画像のための適切な照明をもたらすために、出口面の第一領域を通過する光が均一な照明を生成するのに対し、出口面の第二領域を通過する光が光線のパターンを生成するよう、導波管を配置し得る。

前記部分の光学特性が電界の印加又は除去に応答して変化する場合、導波管は、前記部分をこれらの状態の間で切り換えるのに用いるために、複数の電極を含み得る。電極は、一組の列電極を含み得る。パッシブマトリックスアドレッシングを用いて前記部分を制御し得るよう、これらを一組の行電極と共に用い得る。代替的に、二次元配列の電極を設けてもよく、その場合には、電界を選択的な部分に印加するために、アクティブマトリックスを用い得る。

光効率をさらに向上するために、導波管は、少なくとも１つの部分によって散乱される光を出口面から離れて導く方向に反射するために構成される反射面を含み得る。

前記部分を形成するための適切な拡散材料は、液晶材料を含み、液晶ジェルを含む。前記部分が切換不能である場合、より大きな散乱効率を有し得る酸化チタン粒子のような他の散乱材料を用い得る。導波管は、ディスプレイ内のディスプレイパネルのための照明システムの一部を形成し得る。

そのようなディスプレイは、もし切換可能な部分を備える導波管を含むならば、視聴者の位置を決定するための構成と、検出された視聴者の位置に従って光線の位置を変動するために、１つ又はそれ以上の前記部分を切り換えるための手段と、検出された視聴者の位置に従ってディスプレイパネル上に表示される画像を調節するための手段も含み得る。これは、視聴者がディスプレイに対する特定の位置に位置し、従って、そこに留まることを求めることなしに、３Ｄ画像の表示を可能にする。

この特徴は、そのようなディスプレイを含む通信装置、コンピュータ装置、及び、音声／視覚機器ももたらす。

本発明の第二の特徴によれば、画像を提示する方法は、ディスプレイパネル上に画像を表示するステップと、光源及び導波管を用いて、ディスプレイパネルのためのバックライトをもたらすステップとを含み、導波管は、拡散材料層を含み、バックライトをもたらすステップは、拡散材料層の少なくとも１つの部分の光学特性を設定するステップを含む。

拡散材料層の少なくとも１つの部分を、前記部分が主として光透過的である状態と、前記部分が主として拡散的である状態との間で切り換えるために、光学特性を設定するステップは、少なくとも１つの部分に亘って電位差を加えるステップを含む。

バックライトが３Ｄ画像を照明するための複数の光線を含むよう、或いは、２Ｄ画像を照明するための均一な照明を生成するよう、前記部分の光学特性を設定し得る。照明システムは、２Ｄモード及び３Ｄモードの間で切換可能であり得るし、及び／又は、ディスプレイパネル上の２Ｄ及び３Ｄ画像の同時表示のための照明をもたらすよう構成され得る。

ディスプレイが３Ｄ画像を提示するために構成されるとき、本方法は、視聴者の位置を決定し、且つ、相応して画像及び光線のパターンを調節するステップをさらに含み得る。

添付の図面を参照して、本発明の実施態様を今や実施例によって記載する。

図２は、ディスプレイパネル２と、蛍光ロッドランプのようなバックライト３から成る照明システムと、導波管９とを含むディスプレイ８を示している。

この実施例において、ディスプレイパネル２は、２つの光透過基板（図示せず）の間に挟装された、液晶材料のような電気光学的に活性な材料の層を含む。液晶層の場合、層の動作は、例えば、ねじれネマティック（ＴＮ）、スーパーねじれネマティック（ＳＴＮ）、垂直配向ネマテッィク（ＶＡＮ）、光学補償複屈折（ＯＣＢ）、横電界スイッチングネマテッィク（ＩＰＳ）、又は、入射光の偏光方向を変調するための強誘電的効果に基づき得る。ディスプレイパネル２は、画素の配列に細分され、画像がそれ自体周知の方法で表示されることを可能にするよう画素を駆動するために、アクティブマトリックス又はパッシブマトリックス八（図示せず）を備える。

導波管９は、拡散材料の部分１０ａ乃至１０ｆの配列を含む。適切な拡散材料の実施例は、電界が存在しないときに分散的な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、及び、埋込み酸化チタン粒子を含有するポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のような、入射光を散乱するための他の材料の粒子を含有するプラスチック材料を含む。

拡散部１０ａ乃至１０ｆは非拡散領域によって分離され、非拡散領域は散乱粒子のない透明材料を含む。拡散部１０ａ乃至１０ｆは、基板１１，１２の間に挟装されている。基板１１，１２は、例えば、ガラス、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、石英、又は、適切なプラスチック材料のような透明材料から成る。好ましくは、非拡散領域及び基板１１，１２の屈折率は実質的に同一である。

導波管９の端面１３が、光源３によって発光される光を直接的に、或いは、提供されている場合には、関連する反射器１４によって反射されて受光するよう配置されている。光は、導波管９を通じて伝搬し、基板１１，１２の外面で全反射によって反射される。しかしながら、拡散部１０ａ乃至１０ｆ上に入射する光は、任意方向に散乱され、ディスプレイパネル２に面するよう配置された出口面１５を通じて導波管９を出光し得る。出口面１５を通じて導波管９を出光する光は、ディスプレイパネル２を照明する光のパターンを形成する。導波管９内の光によって辿られる経路の実施例が、図２中に破線を用いて示されている。

この具体的な実施例において、各拡散部１０ａ乃至１０ｆは、ディスプレイパネル２内の４つの画素の列を照明させる。列内の各画素は、異なる視野、例えば、視野Ａ，Ｂ、Ｃ、及び、Ｄを提示し得るので、適切な場所に位置する視聴者は、適切な組の視野を示すことによって３Ｄ画像を知覚し得る。

図２の導波管９内の拡散部１０ａ乃至１０ｆは、光源３からの光を散乱することによって光のパターンを生成する。光は、拡散部によって散乱されるまで、導波管９を通じて伝搬し続け、出口面１５、ディスプレイパネル２から離れた基板１２の表面１６、又は、端面、例えば、導波管９の端面１３の１つを通じて導波管を出光する。出口面以外の導波管９の様々な面を通じた光損失にも拘わらず、導波管９の光効率は、不要な光を遮断及び廃棄することによって光線が形成される図１の従来技術構造と好適に匹敵する。図２の導波管９は、３Ｄ画像を生成する使用のために構成されており、２Ｄのためには用い得ない。切換可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイ１７が図３に示され、それは本発明の第二実施態様に従った導波管１８を含む。

図３において、導波管１８は、透明基板１１，１２の間に挟装された拡散部１０ａ乃至１０ｆを含み、第一実施態様に関連して議論されたのと類似の方法で、導波管１８の端面１３を通じて進入する光源３によって発光される光をディスプレイパネル２に向かって案内するよう構成されている。

しかしながら、導波管１８は、切換可能な拡散材料の連続的な層１９を含む点で、図２の導波管９と異なる。この具体的な実施態様において、拡散材料は、液晶（ＬＣ）ジェルであり、層は６〜１８μｍに亘る厚さを有する。ＬＣジェルは、以下の成分を含む。

●液晶混合物。これは商業的に入手可能なＬＣ混合物、例えば、Ｍｅｒｃｋ（ＲＴＭ）によって商品化されているＢＬ１０９であり得るし、及び／又は、その散乱特性を増進するために大きな複屈折を有し得る。

●Ｄ．Ｊ．Ｂｒｏｅｒ ｅｔ ｅｌ． Ｍａｋｒｏｍｏｌ． Ｃｈｅｍ． １９０， ３２０１−３２１５、及び、Ｄ．Ｊ．Ｂｒｏｅｒ， “Ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｃｕｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｍ． Ｓｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． （ｅｄ Ｊ−Ｐ． Ｆｏｕａｓｓｉｅｒ， Ｊ． Ｒａｂｅｋ）， １９９３， ｖｏｌｕｍｅ ３， ３８３−４４３に記載されているような液晶単量体。１つの適切な実施例は、６〜１２Ｗｔ％の間の濃度で以下の化学構造を備える液晶ジアクリレートである。

●光開始剤、例えば、Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ （ＲＴＭ）によって製造されるＩｒｇａｃｕｒｅ６５１である。量は、一般的には、反応型単量体の量に基づいて計算される約１％である。

ＬＣジェルは、これらの成分の光重合によって形成される。光重合前、混合物は表面配列層に整列され、透明である。光重合後、紫外線照射によって、重合体ネットワークミクロ相は分離し、同一配列、及び、好適には、同一光学特性、即ち、類似の通常及び異常な屈折率を有する重合体ネットワーク分子を含む。このミクロ相、所謂ＬＣジェルは、透明である。

もし電界がＬＣジェルに印加されるならば、紫外線照射時に反応しない液晶は、重合体ネットワーク分子の向きと異なる向きを適合することによって反応する。従って、ＬＣジェルの屈折率は、不均一になる。非光重合化液晶内に多領域を形成し得る。屈折率は、ＬＣジェル内で遷移し、その結果、入射光が散乱する。ＬＣジェルを拡散状態に切り換えるための所要電圧は、層１９の厚さに依存して、６０〜１２０ボルトの間である。

代替的な実施態様において、拡散層１９を、電界が存在しないときには拡散的であるが電圧が印加されると透明になるＰＤＬＣから形成し得る。しかしながら、透明状態にあるとき、ＬＣジェル層１９はＰＤＬＣ層よりも拡散的でなく、その結果、より高い透過率が得られることが分かる。加えて、ＬＣジェルが電界に反応するのに必要な時間はミリ秒のオーダであり、数十ミリ秒の速度で切換可能な典型的なＰＤＬＣ材料に好適に匹敵し得る。

導波管１８は、パッシブマトリックスアドレッシング構造を用いて、連続的な拡散層１９の部分１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇを透明状態と拡散状態との間で切り換え得るよう構成されている。このために、基板１１，１２は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明伝導材料２０，２１の層で被覆されている。図４及び５に示されるように、各ＩＴＯ層２０，２１は、電極の配列を形成するよう構成されている。例えば、この実施例において、複数の列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇが、ＩＴＯ層２１内に定められている。概ね２４によって示される一組の行電極が、他のＩＴＯ層２０内に定められている。電極２２ａ乃至２２ｆ、２３ａ乃至２３ｇ、及び、２４に電極を印加するために、駆動ユニット２５が設けられている。

従って、適切な列電極２３ａ乃至２３ｇ及び１つ又はそれ以上の行電極２４を用いて電界を印加することによって、拡散層１９の領域１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇを拡散状態に切り換え、或いは、拡散状態に維持し得る。この具体的な実施例において、一組の列電極２２ａ乃至２２ｆは、３Ｄ画像化のための光線のパターンを生成する使用のために構成される。列電極２２ａ乃至２２ｆのサイズ及び位置は、その時に拡散状態に維持される切換可能な層１９の部分１０ａ乃至１０ｆに対応するよう構成される。拡散部分１０ａ乃至１０ｆは、第一実施態様に関連して議論されたのと同様な方法で、導波管１８に入射する光に作用する。

電極２３ａ乃至２３ｇを用いて、部分１０ａ乃至１０ｆに隣接して且つ部分１０ａ乃至１０ｆの間に位置する拡散層１９の部分１９ａ乃至１９ｇの状態を制御し得る。ディスプレイが３Ｄ画像化モードにあるとき、電界は印加されず、切換可能な部分１９ａ乃至１９ｇは光透過的であり、光線が導波管１８によって生成される。しかしながら、１つ又はそれ以上の電極２３ａ乃至２３ｇ及び少なくとも１つの行電極２４を用いて電界を印加することによって、切換可能な部分１９ａ乃至１９ｇを拡散状態に切り換え得る。図６に示されるように、全ての切換可能な部分１９ａ乃至１９ｇが拡散的であるとき、光は拡散層１９の全ての領域１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇによって散乱されるため、ディスプレイパネル２のための均一なバックライトが生成される。電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇ、従って、部分１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇの寸法は、視野Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの間のクロストークが許容レベルに制限されるよう選択される。この具体的な実施例において、電極２３ａ乃至２３ｇは、約４０５μｍの幅ｗ１を有するのに対し、電極２２ａ乃至２２ｆは、約５０μｍの幅ｗ２を有する。しかしながら、本発明の他の実施態様で用いられる寸法は、ディスプレイ１６の種類及びその画素サイズに依存する。一般的指針として、電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇは、１００μｍ〜１０ｍｍのピッチを備える１０〜８００μｍの範囲から選択される幅を備える光線を生成するよう構成される。クロストークを制限するために、光線の幅はピッチの半分以下である。

電界に存在しないときの拡散層１９内の液晶の配列は、導波管内の伝搬波と平行又は直交し、或いは、ＩＴＯ層２０，２１の表面に対して直交し得る。配列がＩＴＯ層２０，２１に対して直交する構成が求められるならば、ＣＬジェルは正味負誘電異方性を有さなければならない。

２Ｄ画像及び３Ｄ画像を同時に示すためにディスプレイ１７を用い得る。例えば、図４において、切換可能な部分１９ａ，１９ｂ，１９ｇは拡散状態にあり、よって、拡散部分１０ａ，１０ｂ，１０ｆと共に、均一な照明を生成するのに対し、切換可能な部分１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆは光透過的であるので、拡散部分１０ｃ，１０ｄ，１０ｅによって、出口面１５の限定的地域内に光線が生成される。

さらに、選択的な行電極２４に電圧を印加することによって、光線が生成される地域を二次元に限定可能であるので、ディスプレイ１６は２Ｄ画像内に３Ｄ画像「窓」を提示し得る。図７は、導波管１８によって発光される光のパターンを示しており、１つ又はそれ以上の２Ｄ画像のための均一照明の第一地域２６と、３Ｄ画像のための光線を含む第二地域２７とを含む。図８を参照すると、ディスプレイ１７は、ＰＤＡ２８のような装置内に組み込まれることができ、キー２９をさらに含むユーザーインターフェイスにおいて、テキスト及び／又は壁紙のような２Ｄ画像３０、及び、３Ｄピクチャ画像３１を同時に提示するために用いられる。３Ｄ画像は、複数の視野Ａ，Ｂを含む。

図５は、行電極が出口面１５に最近接するＩＴＯ層２０によって提供され、且つ、列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇがＩＴＯ層２１によって提供される構成を示しているが、行電極がＩＴＯ層２１によって提供され、且つ、列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇがＩＴＯ２０によって提供される種類の電極構造を含む導波管を考案し得る。

さらに、行電極２４の配列を設けるのは本質的ではない。図９は、本発明の第三実施態様に従って、図示しない導波管内での使用のための拡散層１９及びＩＴＯ層２０，２１を示している。この構成では、単一の非構造化された電極２４ａがＩＴＯ層２０によって設けられている。第二実施例におけるように、拡散層１９の多様な領域１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇの光学特性を制御するために、駆動ユニット２５が選択的な電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇに電圧を印加している。拡散層１９は、領域１９ａ乃至１９ｇを相応して切り換えることによって、２Ｄ画像及び３Ｄ画像のための照明を同時にもたらし得る。しかしながら、行電極２４が存在しないとき、各領域１９ａ乃至１９ｇの光学特性は、列電極２３ａ乃至２３ｇの方向に沿って変化し得ない。これは、そのような導波管を用いて背面照明されるディスプレイパネル２によって、１つの種類の画像のみを示し得ることを意味し、図７及び８に示されるような、例えば、２Ｄ画像によって取り囲まれた窓内での３Ｄ画像の表示を妨げる。

図９は、非構造化された電極２４ａ及び列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇが、それぞれＩＴＯ層２０，２１によってもたらされる構造を示しているが、電極構造は代替的な実施態様において置換可能であるので、ＩＴＯ層２０は列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇの配列を提供し、ＩＴＯ層２１は単一電極２４ａを構成する。

上記に議論された第二実施態様において、駆動ユニット２５は、パッシブマトリックスアドレッシングを用いて、行電極２４及び列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇに電圧を印加する。しかしながら、本発明の第四実施態様において、拡散層１９の領域１０ａ乃至１０ｆ及び１９ａ乃至１９ｇは、アクティブマトリックスを用いてアドレス化される。図１０は、基板１２上に設けられたＩＴＯ層２１を描写している。図３の導波管１８に示される基板の代わりに、基板１２を用い得る。

ＩＴＯ層２１は画素に分割され、電極２２ａ乃至２２ｃ、２２ｐ、２３ａ乃至２３ｃ、及び、２３ｐ乃至２３ｓの二次元配列を形成している。画素電極２２ａ乃至２２ｃ、２２ｐ、２３ａ乃至２３ｃ、及び、２３ｐ乃至２３ｓは、図４の列電極２２ａ乃至２２ｆ及び２３ａ乃至２３ｇと類似の方法で、それらの位置に依存して、２つの幅ｗ１，ｗ２の１つを有する。

図１１を参照すると、基板１２は、背面通路エッチング処理された薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）３２ａ，３２ｂ，３２ｃのようなトランジスタの配列、及び、複数のキャパシタ（図示せず）を支持しており、１つのＴＦＴ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ及び１つのキャパシタは、各画素電極２２ａ，２２ｂ，２２ｐ，２２ｑ，２３ａ，２３ｂ，２３ｐ，２３ｑと関連している。ＩＴＯのような透明材料から形成された行電極３３ａ及び列電極３４ａ，３４ｂのマトリックスが設けられている。選択的な画素電極２３ｂに電圧を印加するために、ＴＦＴ３２ａは行電極３３ａに印加される電圧によって活性化され、その関連するキャパシタを列電極３４ｂに対する電圧に従って荷電させる。拡散層１９の領域の一部を拡散状態に切り換えるために、蓄積された電圧は、次に、画素電極２３ｂに供給される。

アクティブマトリックス構造の提供は、幾つかの３Ｄ画像窓のための同時照明の創成を許容する点でより大きな柔軟性をもたらすので、１つ又はそれ以上の２Ｄ画像と共に、複数の３Ｄ画像を同時に表示し得る。

加えて、電圧が各拡散領域１９ａ，１９ｇに個別に印加されるので、他の領域１９ｂ乃至１９ｇと無関係に、所与の領域１９ａを特定の散乱強度に調整し得る。例えば、ディスプレイパネル２の異なる部分における輝度及び／又はコントラストの変動を補償するよう、ディスプレイパネル２の異なる部分に非同類レベルの照明を同時にもたらすために、そのような機能を用い得る。

第一乃至第四実施態様の導波管９，１８の表面は、反射塗膜を備えず、よって、光は拡散部分１０ａ乃至１０ｆ、及び、第二実施例では、切換可能な部分１９ａ乃至１９ｇによって任意方向に散乱するので、光の著しい割合が、出口面１５以外の表面を通じて導波管から出光し得る。例えば、光は、基板１２の表面１６を通じて、或いは、端面１３のような端面を通じて出光し得る。光線のコントラストにおける悪化を引き起こすことなしには、この光を回復し得ない。光線によって達成されるコントラストを維持しながら、第一乃至第四実施態様の導波管９，１８よりも高い光効率を達成し得る本発明の第五実施態様が、図１２に例証されている。

図１２において、本発明の第五実施態様に従った導波管３５は、第一基板１１と、拡散部分１０ａ乃至１０ｈと、拡散層１９と、第二実施態様との関係で記載された行電極及び列電極２２ａ乃至２２ｆ、２３ａ乃至２３ｇ、及び、２４に構成されたＩＴＯ層２０，２１とを含む。しかしながら、基板１２の代わりに、拡散層１９の一部によって出口面１５から離れる方向に散乱される光を回復するために、光反射面３６が設けられている。拡散層１９は光反射面３６に近接して位置するので、適正なコントラストを備えた光線のパターンを維持し得る。

切換不能な導波管のために類似の構造を用い得る。図１２におけるような反射面３６と、図２に示される第一実施態様との関係で議論されたような切換不能な拡散部分１０ａ乃至１０ｆと共に、第一基板１１を用いて、導波管（図示せず）を形成し得る。この構造は、第三実施態様に関係して記載された構造と類似の利点を達成する。

第一乃至第五実施態様の１つに従った導波管９，１８，３５を含むディスプレイ８，１７によって生成される３Ｄ画像は、限定的な数の所定位置からだけ見られる、換言すれば、視聴者は、適切な画像Ａ，Ｂ、又は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、図１の従来技術構成において示されるように、正しく示される位置に位置しなければならない。もし視聴者が側方に移動しなければならないならば、光線及び画像は正しく整列されないので、正しい組の画像を知覚し得ない。視聴者は、ディスプレイパネル２に向かって或いは離れて移動し得る。代替的に、視聴者の凝視方向は、最早ディスプレイパネル２に対して直交しない。

図１３は、本発明の第六実施態様に従った導波管３８を含むディスプレイ３７を描写しており、視聴者の移動を補償するよう構成されている。

導波管３８は、ＩＴＯ層２１内に設けられる列電極の構成における第二実施態様の導波管１８と異なる。図１４に示されるように、実質的に類似の物理的寸法を有する列電極３９ａ，３９ｂ等の配列３９が設けられている。この実施例において、列電極３９ａ、３９ｂは、約５０μｍの幅ｗ３を有する。他のＩＴＯ層は、単一の非構造化された電極又は行電極の配列をもたらし得る。

視聴者６の位置を決定するために、プロセッサ４０とトラッキング装置とを含むトラッキング構造が設けられている。この具体的な実施例において、トラッキング装置は、３つの超音波変換器４１ａ，４１ｂ，４１ｃである。変換器４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、ディスプレイ３７近傍の、又は、必要であれば、ディスプレイ内の空間間隔に位置する。プロセッサ４０は、１つの超音波変換器４１ｂに超音波パルスを発射させ、視聴者によるパルスの反射によって引き起こされるエコーの検出に応じて発生する変換器４１ａ，４１ｂからの出力信号を受信する。視聴者６の位置を決定するために、エコーが受信される回数及びそれらの強度がプロセッサ４０によって分析される。プロセッサ４０は、３Ｄ画像を視聴者に表示するために必要とされる光線の適切なパターンを決定する。プロセッサ４０は、制御信号を駆動ユニット２５に送信し、それは、所要の光パターンを生成するために、電極３９ａ，３９ｂの選択的な群を通じて電圧を印加し、拡散層の部分を拡散状態に切り換える。

第二制御信号が、プロセッサ４０によって画像プロセッサ４２に送信される。第二制御信号に応答して、画像プロセッサ４２は、視聴者の位置に応じて、表示されるべき画像を調節する。図１０において示されるようなディスプレイパネル２の傾斜した視野を有する視聴者を補償するために、例えば、画素の各列によって表示される画像を操作し得る。

このような方法で、もし視聴者がディスプレイパネル２に横断して、例えば、矢印Ａによって指し示される方向に移動していることが決定されるならば、ディスプレイパネル２上に提示される画像及びその照明が相応して調節される。

超音波変換器の代わりに、視聴者の位置又は移動を検出するための代替的なセンサを設け得る。１つの適切な代替手段は、ディスプレイパネル２の前の視聴ゾーンを監視する単一のカメラを使用する。そのような実施態様において、プロセッサ４０は、カメラによって記録される画像からの視聴者又は視聴者の両眼の位置を決定するためのソフトウェアを備える。

本発明の他の実施態様において、図１３に示されるものと実質的に類似するディスプレイを設け得る。そこでは、導波管は図１４の配列３９と類似する列電極の配列を含み、列電極の幅は３９ａ，３９ｂ等と等しく、光線の幅未満であり、各拡散部分をもたらすために、複数の隣接する列電極を用いて拡散層に電界を印加し得る。例えば、光線の幅の約５分の１の幅が適切であるので、２μｍの幅を備える列電極が、１０μｍの幅の光線を生成するよう構成された導波管内で用いられる。同様に、８００μｍの幅の光線を生成するよう構成された導波管内で幅１６０μｍの列電極を用い得る。そのようなディスプレイは、光線のピッチをそれぞれ増大又は減少することによって、視聴者がディスプレイパネルから離れて或いはディスプレイパネルに向かって移動するトラッキング構成による決定に応答し得る。これは、所要間隔を備えた光線を生成するよう、拡散層の部分を拡散状態に切り換えるために、適切な数の列電極に電圧を印加することによって達成される。検出される視聴者位置に従って、ディスプレイパネルによって表示される画像も調節し得る。

本開示を読むことによって、他の変形及び修正が当業者に明らかであろう。そのような変形及び修正は、液晶ディスプレイ、代替的なディスプレイ装置、又は、透過／反射切換器(transflector)、及び、それらの構成部材を含む電子装置の設計、製造、及び、使用において既知であり、且つ、ここに既述の特徴の代わりに或いはそれらに追加して使用され得る均等な他の特徴を含み得る。

例えば、上述以外の適切な材料を用いて、基板１１，１２、拡散層１９、層２０，２１、及び、従って、電極２２，２３，２４，２４ａ，３３ａ，３４，３９を提供し得る。例えば、酸化スズ（ＳｎＯ_２）のようなＩＴＯ以外の材料の透明導電性膜を用いて、電極２２，２３，２４，２４ａ，３３ａ，３４，３９を形成し得る。

記載された実施例は、ＬＣＤディスプレイパネル２を含むディスプレイに関係するが、微小機械的ディスプレイを含む他の種類のディスプレイパネル２を照明するために、本発明に従った導波管を用い得る。

上記されたように、上記第二、第三、第五、及び、第六実施態様の導波管内の列電極は、ＩＴＯ層２０，２１のいずれか一方によって提供され、相補型電極、即ち、ＩＴＯ層２０，２１の他方に設けられた単一の非構造化された電極２４ａ又は配列又は列電極を備え得る。同様に、第四実施態様に関係して記載されたアクティブマトリックスを、基板１２の代わりに、基板１１上に設け得る。

上記第二、第三、第五、及び、第六実施態様は、パッシブマトリックス構造を用いて制御される拡散層１９に言及しているが、図１０及び１１に示される電極構造に関係して議論されたのと同様の方法で拡散層１９の部分を調節するために、アクティブマトリックス構造を代わりに用い得る。

図８は、本発明に従ったディスプレイ及び導波管を含むＰＤＡ２６を描写しているが、ディスプレイを他の装置で用い得る。本ディスプレイを、例えば、固定型又は携帯型に拘わらず、携帯電話及び他の通信装置、ゲームコンソール及び装置、テレビ、自動車ディスプレイ、並びに、音声／視覚又はコンピュータ機器用のディスプレイに組み込み得る。

この明細書において、請求項が機能の特定の組み合わせに関して策定されているが、本発明の開示の範囲は、如何なる請求項において現在請求されているものと同一の発明に関係するか否か、並びに、本発明と同一のありとあらゆる技術的問題点を緩和するか否かに拘わらず、明示的若しくは暗示的にここに記載される如何なる新規な特徴若しくは如何なる機能の新規な組み合わせ又はそれらの如何なる一般化をも含むことが理解されるべきである。出願人は、本願又は本願に起源する如何なるさらなる出願の審査期間中に、そのような特徴及び／又はそのような機能の組み合わせに関して新規な請求項を策定し得ることをここに通知する。

画像の多視野を生成する既知の自動立体ディスプレイ構造を示す概略図である。 本発明の第一実施態様に従った導波管を含むディスプレイを示す概略図である。 本発明の第二実施態様に従った導波管を含む３Ｄ画像化モードにあるディスプレイを示す概略図である。 第二実施態様の導波管内に設けられた列電極の配列を示す平面図である。 第二実施態様の導波管内の拡散層及び電極を示す展開斜視図である。 図３のディスプレイが２Ｄ画像化モードにあるときの第二実施態様の導波管を示す概略図である。 ２Ｄ画像及び３Ｄ画像を同時に表示するよう構成されたときに、第二実施態様の導波管によって生成される光パターンを示す概略図である。 図３のディスプレイを組み込んだ携帯情報端末を示す概略図である。 本発明の第三実施態様に従った導波管内の拡散層及び電極を示す展開斜視図である。 本発明の第四実施態様に従った導波管内での使用のための電極構造の部分を示す斜視図である。 図１０の電極構造との使用のためのアクティブマトリックス構造を示す概略図である。 本発明の第五実施態様に従った導波管を含むディスプレイを示す概略図である。 本発明の第六実施態様に従った導波管を含むディスプレイを示す概略図である。 図１３の導波管内で用いられる電極構造を示す平面図である。

Claims (25)

1. ディスプレイパネルを照明するために用いられる導波管であって：
   光源からの光を受光するために配置された第一面と；
   光が当該導波管から出光し得る出口面とを含み；
   使用時に、光が前記第一面を通じて当該導波管に入光し、当該導波管内に位置付けられた拡散材料の複数の部分によって散乱され、且つ、前記出口面を通じて当該導波管から出光するよう構成された導波管。
2. 前記出口面を通じて当該導波管から出光する光は、光線のパターンを形成する、請求項１に記載の導波管。
3. 前記部分の少なくとも１つを、前記部分が主として光透過的な状態と、前記部分が主として拡散的である状態との間で切り換え得る、請求項１又は２に記載の導波管。
4. 複数の電極をさらに含み、前記少なくとも１つの部分は、前記光透過状態及び前記拡散状態の一方から前記光透過状態及び前記拡散状態の他方に切り換えることによって、前記電極を通じた電界の印加に応答するよう構成されている、請求項３に記載の導波管。
5. 前記出口面の第一領域を通過する光は、第一地域内に均一な照明を生成するのに対し、前記出口面の第二領域を通過する光は、第二地域内に光線のパターンを生成する、請求項３又は４に記載の導波管。
6. 前記複数の電極は、一組の列電極を含む、請求項４に従属するときの請求項５に記載の導波管。
7. 前記複数の電極は、一組の行電極をさらに含む、請求項６に記載の導波管。
8. 前記複数の電極は、二次元配列の電極を含む、請求項４に従属するときの請求項５に記載の導波管。
9. アクティブマトリックスをさらに含む、請求項８に記載の導波管。
10. 反射面を含み、該反射面は、少なくとも１つの部分によって散乱される光を、前記出口面から離れて導く方向に反射するよう構成されている、上記請求項のうちいずれか１項に記載の導波管。
11. 前記拡散材料は液晶を含む、上記請求項のうちいずれか１項に記載の導波管。
12. 前記拡散材料は液晶ジェルである、請求項１１に記載の導波管。
13. ディスプレイパネルと；
    該ディスプレイパネルを照明するよう構成された照明システムとを含み；
    該照明システムは、光源と、上記請求項のうちいずれか１項に記載の導波管とを含む、
    ディスプレイ。
14. 前記出口面を出光する光が光線のパターンを形成するよう、前記部分の少なくとも１つを、前記部分が主として光透過的である状態と、前記部分が主として拡散的である状態との間で切り換え得るディスプレイであって：
    視聴者の位置を決定するための構成と；
    検出された視聴者の位置に従って前記光線の位置を変化させるために、１つ又はそれ以上の前記部分を切り換えるための手段と；
    前記ディスプレイパネル上に表示される画像を調節するための手段とを含む、請求項１３に記載のディスプレイ。
15. 請求項１３又は１４に記載のディスプレイを含む通信装置。
16. 請求項１３又は１４に記載のディスプレイを含むコンピュータ装置。
17. 請求項１３又は１４に記載のディスプレイを含む音声／視覚機器。
18. ディスプレイパネルの上に画像を表示するステップと；
    光源及び導波管を用いて、前記ディスプレイパネルのためのバックライトをもたらすステップとを含み；
    前記導波管は、拡散材料層を含み、前記バックライトをもたらすステップは、前記拡散材料層の少なくとも１つの部分の光学特性を設定するステップを含む、
    画像を提示する方法。
19. 前記光学特性を設定するステップは、前記少なくとも１つの部分に亘って電位差を加えるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記光学特性を設定するステップは、前記拡散材料層の少なくとも１つの部分を、該部分が主として光透過的である状態と、前記部分が主として拡散的である状態との間で切り換えるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記部分の光学特性は、前記バックライトが、複数の光線を含み、且つ、前記画像が３Ｄ画像であるよう設定される、請求項１８、１９、又は、２０に記載の方法。
22. 前記部分の光学特性は、均一な照明が生成され、且つ、前記画像が２Ｄ画像であるよう設定される、請求項１８、１９、又は、２０に記載の方法。
23. 前記領域を、３Ｄ画像を照明するために複数の光線が生成される第一モードと、２Ｄ画像を照明するために均一な照明が生成される第二モードとの間で切り換えるステップを含む、請求項１８、１９、又は、２０に記載の方法。
24. 前記バックライトが、均一な照明を用いて前記ディスプレイパネルの第一地域を照明し、且つ、複数の光線を用いて前記ディスプレイパネルの第二地域を照明し、前記ディスプレイパネル上に表示される画像は、前記第一地域内の２Ｄ画像と、前記第二地域内の３Ｄ画像とを含む、請求項２１又は２３に記載の方法。
25. 視聴者の位置を決定するステップと、前記決定された視聴者位置に従って、前記光線のパターン及び前記画像を調節するステップを含む、請求項２１、２３、又は、２４のうちいずれか１項に記載の方法。

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