JP2009520232A - 自動立体表示装置 - Google Patents

Abstract

切り替え可能な自動立体表示装置は、表示を形成する表示画素素子の配列を有する表示パネルであって、前記表示画素素子は、行および列に配置される、表示パネルを有する。結像配置は、異なる画素素子からの出力を、異なる空間位置に誘導し、立体画像を視認できるようにする。前記結像配置の効果的な位置は、前記両モード間で、前記表示画素素子に対して、前記画素素子同士の間のピッチの非整数倍の量だけ、横方向にずらされる。これらの2つのモードでは、画素間位置に視野を加えることにより、単位モード当たりの解像度が高められる。または視野の数を増やすことが可能になる。

Description

本発明は、表示を構成する表示画素の配列を有する表示パネルと、異なる空間位置に異なる視野を誘導する結像配置とを有するタイプの自動立体表示装置に関する。

このタイプのディスプレイに使用される結像配置の第1の例は、例えば、ディスプレイの下側の画素に相関して寸法化され、配置されたスリットを有するバリアである。視認者は、彼／彼女の頭が一定の位置にある場合、3D画像を知覚することができる。バリアは、表示パネルの前方に配置され、画素の奇数列および偶数列からの光が、視認者の左目および右目の方に誘導されるように構成される。

このタイプの2視野ディスプレイ構成の問題は、視認者が一定の位置にいなければならないことであり、左右に約3cmしか動くことはできない。より好ましい実施例では、各スリットの下に2つのサブ画素列ではなく、より多くの数のサブ画素列が存在する。この方法では、視認者が左右に移動しても、常時、彼の目に立体画像が知覚されるようにすることができる。

バリア配置は、製作が簡単であるが、光効率は、十分ではない。そこで好適な代替例では、結像配置として、レンズ配置が使用される。例えば、相互に平行に延伸し、表示画素配列と重なる、細長いレンズ状素子の配列が設けられ、表示画素は、これらのレンズ状素子を介して観察される。

レンズ状素子は、素子のシートとして提供され、各々は、細長い半円筒状レンズ素子を有する。レンズ状素子は、表示パネルの列方向に延伸し、各レンズ状素子は、表示画素の2または3以上の隣接列の各群と重なり合う。

例えば、各レンチキュール（lenticule）が表示画素の2列と対応する配置では、各列の表示画素は、各2次元サブ画像の垂直スライスを提供する。レンズ状シートは、これらの2つのスライス、および他のレンズ状素子と関連する表示画素列からの対応するスライスを、シートの前方に位置するユーザの左目および右目に誘導し、これにより、ユーザは、単一の立体画像を観察することができる。従って、レンズ状素子のシートにより、光出力誘導機能が提供される。

他の配置では、各レンチキュールは、行方向において、4または5以上の隣接する表示画素の群と対応する。各群における表示画素の対応する列は、各2次元サブ画像から、垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭が左から右に移動すると、一連の異なる立体視野が知覚され、例えば周囲を見渡すような印象が形成される。

前述の装置は、効果的な3次元表示を提供する。しかしながら、立体視野を提供するため、装置の水平解像度を犠牲にする必要があることは明らかである。この解像度の犠牲は、至近距離から視認される小さなテキスト文字の表示などのように、ある用途では許容できない場合がある。このため、2次元モードと3次元（立体）モードの間を切り替えることの可能な表示装置を提供することが提案されている。

これを実施するための一つの方法は、電気的に切り替え可能なレンズ状配列を提供することである。2次元モードでは、切り替え可能装置のレンズ状素子は、「透過」モードで作動し、すなわち、これらのレンズ状素子は、光学的に透明な材料の平坦シートと同様に作動する。得られる表示は、元来の表示パネルの解像度と同等の、高い解像度を有し、これは、至近視野距離からの小さなテキスト文字の表示に適する。当然のことながら、2次元表示モードでは、立体画像を提供することはできない。

3次元モードでは、切り替え可能装置のレンズ状素子により、前述のような光出力誘導機能が提供される。得られる表示では、立体画像の提供が可能であるが、前述の解像度のロスは、避けられない。

切り替え可能な表示モードを提供するため、切り替え可能な装置のレンズ状素子は、例えば液晶材料のような、2つの値の間で切り替え可能な屈折率を有する、電気光学材料で形成される。次に、この装置において、レンズ状素子の上部または下部に設けられた平坦電極に、適切な電位を印加することにより、モード間が切り替えられる。電位により、隣接する光学的に透明な層との相関により、レンズ状素子の屈折率が変化する。切り替え可能な装置の構造および作動に関する、より詳細な説明は、米国特許第6,069,650号に示されている。

3Dモードの動作では、主な問題は、一方では、良好な3Dの印象のためには、角度当たり多数の視野が必要となるが、他方では、単位視野当たりの十分に高い解像度（すなわち画素数）のためには、小ない数の視野が必要となることにより生じる。

少ない数の斜視図は、深さに関する知覚が少ない、奥行のない3D画像により得られる。角度当たりの視野の数が多くなると、3Dの知覚は、例えばホログラフィー像のような、実際の3Ｄ画像により近づいてくる。全ての視野を、小さな角度範囲内に集結させることにより、良好な3Ｄの印象が得られるが、視認角度は制限される。

多数の視野を使用することの主な問題は、視野当たりの画像解像度が低下することである。利用可能な画素の全数が、視野に分配される必要がある。垂直レンズ状レンズを用いた、n視野の3Ｄ表示の場合、水平方向に沿った各視野の知覚される解像度は、2Dの場合に比べて、n分の一に減少する。垂直方向では、解像度は、等しいままである。傾斜したバリア、またはレンズ状素子の使用により、この水平方向と垂直方向の間の解像度の不均衡を抑制することができる。この場合、解像度のロスは、水平方向と垂直方向の間で、均等に分配することができる。
米国特許第6,069,650号明細書

視野の数の増大により、3Dの印象が改善されるが、視認者に知覚される画像解像度は低下する。従って、そのような配置において、単位視野当たりの解像度を高めることに関して、要望がある。

本発明では、切り替え可能な自動立体表示装置であって、
表示を形成する表示画素素子の配列を有する表示パネルであって、前記表示画素素子は、行および列に配置される、表示パネルと、
異なる画素素子からの出力を、異なる空間位置に誘導し、立体画像を視認できるようにする結像配置と、
を有し、
前記結像配置は、少なくとも2つの3Dモード間を電気的に切り替え可能であり、
前記結像配置の効果的な位置は、前記両モード間で、前記表示画素素子に対して、前記画素素子同士の間のピッチの非整数倍の量だけ、横方向にずらされることを特徴とする自動立体表示装置が提供される。

これらの2つのモードでは、画素間配置に視野を加えることにより、モード当たりの解像度を高めることができ、あるいは視野の数を増やすことができる。これにより、3Ｄ画像の形成の結果生じる、特性のロスが抑制される。ずらす量は、画素素子同士の間のピッチの半分であっても良い。表示画素素子は、3色のカラー画素のサブ画素を有しても良い。

さらに、結像配置は、2Ｄモードに切り替えることができても良い。

ある例では、結像配置は、表示パネルを照射するための制御可能な光源装置を有する。

より好適な例では、バックライトから表示パネルに到達する光を制御するため、制御可能な光バリア装置が提供される。

前記結像配置は、電気的に制御可能な光吸収または反射のパターンが提供され、光遮蔽機能が得られる、マトリクス式アドレス処理可能な液晶光変調器装置を有しても良く、これにより制御可能な光誘導機能が得られる。

バリア装置の使用により、光出力が抑制され、より好適実施例では、結像配置は、制御可能なレンズ装置、例えば電気的に設定可能な傾斜屈折率レンズ配列を有する。

この場合、前記レンズ配列は、液晶材料の層を有しても良く、該液晶材料の層は、該液晶材料の層にわたる電位を制御する、第1および第2の電極層の間に挟まれる。

少なくとも一つの電極層は、個々にアドレス処理可能な平行電極の配列を有しても良い。電極ピッチは、画素素子ピッチのある割合であることが好ましい。

また、本発明では、表示パネルと、該表示パネルの出力を異なる空間位置に誘導し、立体画像を視認できるようにする結像配置と、を有する自動立体表示装置を制御する方法であって、
前記結像配置を用いて、第1組の視野を表示するステップと、
前記結像配置の効果的な位置を、表示画素素子に対して、前記画素素子同士の間のピッチの非整数倍の量だけ、横方向にずらすステップと、
前記結像配置を用いて、第2組の視野を表示するステップと、
を有する方法が提供される。

以下、添付図面を参照して、単なる一例として、本発明の実施例について説明する。

本発明では、切り替え可能な自動立体表示装置であって、結像配置は、異なる画素からの出力を異なる空間位置に誘導し、これにより立体画像が視認される、自動立体表示装置が提供される。これらは、レンズ、バリア、または誘導光源であっても良い。結像配置は、2つの3Dモード間を電気的に切り替え可能であり、時間多重化手法を用いて、画像の解像度または画像の数を増加することができる。

図1は、既知の誘導視野自動立体表示装置1の概略的な斜視図である。既知の装置1は、アクティブマトリクス式の液晶表示パネル3を有し、これは、表示を形成する空間光変調器として作用する。

表示パネル3は、行および列に配置された表示画素5の直交配列を有する。明確化のため、図には、小量の表示画素5のみが示されている。実際には、表示パネル3は、表示画素5の約千の行および数千の列を有しても良い。

液晶表示パネル3の構造は、従来のものとほとんど同様である。特に、パネル3は、離間された一組の透明ガラス基板を有し、両者の間には、整列されたねじれネマチックまたは他の液晶材料が設置される。両基板は、両者の対面する表面に、透明インジウムスズ酸化物（ITO）電極のパターンを担持している。また、基板の外側の表面には、偏光層が設けられる。

各表示画素5は、基板上に対向電極を有し、両者の間には、液晶材料が設置される。表示画素5の形状および配置は、電極の形状および配置により定められる。表示画素5は、隙間により、相互に規則的に離間して設置されている。

各表示画素5は、薄膜トランジスタ（TFT）または薄膜ダイオード（TFD）のような切り替え素子に対応する。表示画素は、切り替え素子にアドレス信号を提供することにより、表示を形成するように作動する。適切なアドレス処理方式は、当業者には明らかである。

表示パネル3は、光源7により照射され、光源は、この場合、表示画素配列の領域にわたって延在する、平面バックライトを有する。光源7からの光は、表示パネル3を介して誘導され、個々の表示画素5は、光を変調して表示を構成するように駆動される。

また表示装置1は、表示パネル3の表示側に配置された、レンズ状シート9を有し、このシートは、視野形成機能を発揮する。レンズ状シート9は、相互に平行に延伸するレンズ状素子11の行を有し、明確化のため、このうちの一つのみが、誇張された寸法で示されている。

レンズ状素子11は、凸型円筒状レンズの形態であり、これらの素子は、光出力誘導手段として機能し、表示パネル3から、表示装置1の前方に位置するユーザの目に、異なる画像または視野が提供される。

図1に示す自動立体表示装置は、異なる方向に、いくつかの異なる斜視図を提供することができる。特に、各レンズ状素子11は、各行の表示画素5の小群の上に配置される。レンズ状素子11は、各表示画素5のある群に、異なる方向に放射し、これにより、いくつかの異なる視野が形成される。ユーザの頭が左から右に移動すると、彼／彼女の目は、いくつかの視野のうちの異なるものを順次受容する。

前述のように、電気的に切り替え可能なレンズ素子を提供することが提案されている。これにより、2Ｄと3Ｄのモード間で表示を切り替えることが可能となる。

図2および3には、図1に示す装置に使用可能な、電気的に切り替え可能なレンズ状素子35の配列を概略的に示す。この配列は、一組の透明ガラス基板39、41を有し、これらのガラス基板は、対向する表面に設置されたインジウムスズ酸化物（ITO）で構成された透明電極43、45を有する。基板39、41の間には、上側の基板39に隣接するようにして、複製（レプリカ）技術を用いて形成された逆レンズ構造47が設置される。また、基板39、41の間には、下側の基板41に隣接して、液晶材料49が設置される。

図2および3に示すように、逆レンズ構造47により、液晶材料49は、逆レンズ構造47と下側基板41の間で、平行で細長いレンズ状形状になる。また、液晶材料と接する逆レンズ構造47および下側基板41の表面には、配向層（図示されていない）が提供され、液晶材料が配向される。

図2には、電極43、45に電位が印加されていないときの配列を示す。この状態では、特定の偏光の光に対する液晶材料49の屈折率は、逆レンズ配列47よりも実質的に大きく、このため、レンズ状形状により、光出力誘導機能が提供され、すなわち図に示されているようなレンズ動作が提供される。

図3には、電極43、45に約50から100Vの交流電位が印加されているときの配列を示す。この状態では、特定の偏光の光に対する液晶材料49の屈折率は、実質的に逆レンズ配列47と等しく、このため、図に示すように、レンズ状形状の光出力誘導機能は、キャンセルされる。従って、この状態では、配列は、「透過」モードで効果的に機能する。

前述の配列とともに、光偏向手段を使用する必要があることは、当業者には明らかである。液晶材料は、複屈折性であり、屈折率は、特定の偏向の光の適用によってのみ切り替えられるからである。光偏向手段は、表示パネル、または装置の結像配置の一部として、提供されても良い。

図1に示した表示装置への使用に適した、切り替え可能なレンズ状素子の配列の構造および作動のさらなる詳細は、米国特許第6,069,650号に記載されている。

図4には、前述のレンズ状結像配置の作動原理を示すが、この図には、バックライト50、LCDのような表示装置54、およびレンズ状配列58が示されている。図5には、レンズ状配置58がどのようにして異なる画素出力を異なる空間位置に誘導するかを示す。

図5には、バリアタイプの結像配置の作動原理が示されており、バックライト50、バリア装置52、およびLCDのような表示装置54が示されている。図5には、バリア装置52によりパターン化された光出力が提供される方法が示されている。これは、異なる画素は、光誘導機能が発揮される効果を有する、不連続な光源領域により照射されることを意味している。図に示されているように、一つの視野用の画素58は、ある方向から照射され、別の視野用の画素59は、別の方向から照射される。視認者の2つの目56は、ディスプレイの異なる画素により変調された光を受容する。

図5の既知のバリア配置は、図6に示されており、単純な電極構造を有する、単純なパッシブマトリクス液晶（LC）パネルで構成される。2つのガラス板の一方の電極は、列状に配置される。電極の下側のLC材料は、偏光器との協働により、光が透過されまたは遮断されるように切り替えることができる。そのような方法では、切り替え可能なバリアパターンが得られ、ある3Dモードと2Ｄモードの間で切り替えることが可能な、2視野、またはマルチ視野の表示を得ることができる。本発明では、レンズ状配置またはバリア配置のような結像装置を用いて、単位視野当たりの解像度を高める機構が提供される。

例えば、図7には、9視野表示のサブ画素配置を示すが、この配置は、傾斜レンズ状レンズを使用する。列は、赤、緑および青のサブ画素の列として順番に配置され、重なるように配置された3つのレンズ状レンズが示されている。図中の数字は、サブ画素が寄与する視野数を示しており、これには、−4から＋4の数の視野と、レンズ軸に沿った0視野とがある。この例のように、サブ画素のアスペクト比が1：3の場合（各画素は、3つのサブ画素行を有する）、最適な傾斜角度は、tan（θ）＝1／6となる。その結果、単位視野当たりの視認される解像度ロスは（2Ｄの場合に比べて）、傾斜角がゼロの場合の水平方向の9倍とは異なり、水平方向および垂直方向の両方において、3倍となる。また、ブラックマトリクスによって生じる暗帯の発生も、大きく抑制される。tan（θ）＝0またはtan（θ）＝1／3のとき、ブラックマトリクスは、極めて可視的（暗帯）となる。

図7に示す9視野カラー表示を参照して、本発明により提供される対処法を説明する。

第1の対処法は、各画像の解像度を高めることである。

ある視野におけるある色のサブ画素の配置は、離して分離される。これは、標準的な2D表示の解像度と比べた場合、解像度ロスとして知覚される。例えば、図7において、視野ゼロに寄与する緑のサブ画素の配置は、斜線模様の長方形として示されている。

逐次的な方法で、LCDに対してレンズ状素子をずらすことにより、斜線模様のサブ画素同士の間の空の空間が充填される。例えば、レンズ状素子を左右に、1^１/₂サブ画素だけずらすことにより、図7のサブ画素の第1の行の全ての緑のサブ画素を、視野ゼロに寄与させることができる。実際には、水平方向における解像度は、3倍となり得る。

本発明では、視野形成素子（レンズまたはバリア）を、画像形成素子（ディスプレイ）に対して、逐次的な方法で実質的にずらすことにより、各視野の解像度を向上することが可能となる。例えば、フレームレートが100Hzの場合、視野形成素子は、2つの位置の間を交互に移動する。これらの位置は、1／100秒後ごとに切り替えられる。この方法では、単位視野当たりの解像度を、2倍にすることができる。以下に示す記載から明らかなように、ずらす操作は、機械的な制御ではなく、構成の電気的な制御により行われる。

単位視野当たりの解像度を2倍にする代わりに、単位視野当たりの解像度を3倍にすることも可能である。これは、元の位置から画像形成素子を左右にずらすことにより、実施することができる。

n視野システムの場合、理論的には、解像度のn倍の増大が可能である。n視野システムの場合、各視野に対して、2Dモードで利用できる解像度を再取得するため、n倍の時間多重化が必要となる。

フレームレートに対する要求は、あまり厳しくはない。例えば、単位視野当たりの解像度を2倍にするため、2倍の時間多重化を行う際に、フレームレートを必ずしも2倍にする必要はない。フレームレートが50Hzの場合、視野形成素子の2つの各位置に、25Hzのフレームレートのみで、画像が発生する。2つの位置に生じた画像は、視認者の知覚的には極めて似通っているため、知覚されるフレームレートは、25Hzではなく、未だ50Hzである。

レンズ素子またはバリア配置をずらした際に、各視野の画像コンテントは、例えば、元の視野の画像コンテントの補間／外挿により、適宜適合させる必要がある。

第2の対処法は、視野の数を（例えば2倍に）増やすのではなく、解像度を維持することである。

図8を参照して、これについて説明する。図8（a）には、画像形成素子（LCD）内の画素の既知の構成、および視野形成素子（レンズ状素子）の構成を示す。図8（b）には、本発明による実施例を示す。レンズ状素子は、サブ画素の幅の半分だけ、左側にずれている。ずれたレンズ状素子により形成される視野は、元の視野同士の間に配置される。

図8には、LCDおよび前方のレンズ状素子に基づいた、単純なモノクロ（例えば黒および白）の3視野ディスプレイが示されている。3つの視野は、図8（a）に示すようにして生じる（視野1、2、3）。レンズ状素子を、横方向に（いずれかの側に）、画素ピッチの半分だけずらしても、未だ3つの視野は、形成される（1’、2’、3’）。しかしながら、これらの視野は、元の視野方向同士の間の方向に配向される。例えば、元の視野が角度−4゜、0゜、4゜で配向されている場合、LCDパネルに対してレンズ状素子を左にずらすことにより、−6゜、−2゜、2゜の角度に配向された視野が得られる。

この方法では、レンズ状素子を、円筒状レンズの配向に対して実質的に垂直な、横方向にずらすことにより、視野の数を2倍にすることができる。

視野の数を2倍にするため、1／100秒後ごとに、視野形成素子の位置が切り替えられると、n視野のディスプレイの場合、視野の2つの群において、2nの視野が形成される。各群は、50Hzのフレームレートで示される。視野の単位群当たり50Hzのフレームレートは、許容可能なフレームレートの最小値であり、これより低いフレームレートでは、好ましくないフレームフリッカーが生じるようになる。

画像形成素子の画素が、間に間隔を設けずに相互に隣接して配置されている場合、
視野の数を2倍にした際に、制限された値のみが得られ、この場合、個々の視野は、これらの間に間隔を有さない。

図9には、傾斜角度がゼロの3視野システムにおける、角度の関数としての、ある視野内での光強度を示す。図9（a）には、ブラックマトリクスが存在しないときの、視野の重なりを示す。また図9（b）には、画素同士の間のブラックマトリクスにより提供された、視野の分離を示す。

図9（a）に示すように、この場合、追加の視野が元の視野と重ねられる。実際には、下側のアクティブマトリクス回路および電流／電圧線を覆うため、画素同士の間に、ブラックマトリクス（前述）が存在する。意図的に視野を重ね合わせたり、傾斜レンズ状素子を用いたり、または非整数の数の視野を用いたりして、特別な対処を行わなければ、このブラックマトリクスによって、図9（b）に示すように、暗帯が生じる。暗帯の影響を抑制するこれらの全ての方法は、欠点を有する。

本発明では、追加の視野で、暗帯を充填することにより、暗帯を除去することができる。暗帯は、傾斜角度として、例えばtan（θ）＝0またはtan（θ）＝1／3を用いたときに生じる。

LC材料の面内切り替えを利用した、いくつかのLCD構成では、フレームレートを100Hzとすることができる。より速いLC応答（例えば、いわゆる光補償複屈折（OCB）効果）が可能となるように、LC効果を用いる傾向があり、例えば180Hzのフレームレートが可能である。

以下、前述の本発明の実施に必要なハードウェアの例について説明する。以下の例では、図1の基本構造が維持され、すなわち光源と、表示パネルと、誘導された光出力を提供する結像配置とが維持される。

第1の例では、図10に示すように、電気的に設定可能なバリアが使用される。この場合、バリアは、アクティブマトリクス式モノクロLCパネルであり、このパネルは、個々にアドレス処理可能な画素の行および／または列を有する。そのようなパネルを使用した場合（偏光器との協働により）、再設定の可能なバリアパターンを形成することができる。

マトリクス素子の解像度は、所望のバリアピッチよりも小さく、このため、異なるバリア構成を実施することができる。図10の例では、バリアのマトリクス解像度は、バリアピッチの1／8である。バリアのマトリクス素子は、画素ピッチと等しいピッチを有しても良い。

これを使用することにより、例えば、2視野の3D表示に対応するパターンから4視野の3D表示に対応するパターンへの、バリアパターンの切り替えが可能となる。図10には、個々にアドレス処理することの可能な列、または行および列に配置された個々にアドレス処理することが可能な画素を有するモノクロLCDをベースとした、バリアパターン（4視野表示用）を示す。

図10には、図10（a）および図（b）に示す位置の間で、矢印で示すように、電子的に位置をずらすことの可能なバリアパターンを示す。列のピッチは、画像形成素子の（サブ）画素のピッチの半分に等しいことが好ましい。これは、（サブ）画素のピッチの半分に等しい量だけ、レンズ位置を動かすことができることを意味する。

また、図11に示すように、バリアパターンに傾斜角度を提供することも可能である。これは、この自由度により、前述のように、水平方向と垂直方向の間で、3Ｄを視認する際の解像度ロスを分配することができるため、有意である。また図に示すように、傾斜角度は、視野（フレーム）の間で反転されても良い。その後、適宜、ディスプレイ上の画像の表示を変化させる必要がある。

光を放射する再設定可能な配線パターンを構成する画素化放射パネルを提供することにより、アクティブマトリクスバリアと同様の効果を得ることができる。そのような放射パネルは、例えば有機LED（OLED）ディスプレイであっても良い。

バリアパターンを使用することは、出力効率が低下する点で問題がある。しかしながら、再設定機能に関する同様の概念は、レンズ状レンズ配列に適用することも可能である。

この対処法は、図12および13を参照して説明される。これらの図には、屈折率傾斜（GRIN）レンズを使用することが示されている。

これらのレンズは、LC材料90の層を有し、この層は、ガラス板96、98上に設置された電極層92、94の間に挟まれている。

電極層は、例えばITOで構成された透明電極構造を有する。各ガラス板には、研磨されたポリイミド層が提供され、ディスプレイ（背板）に対する板の研磨方向は、ディスプレイから放出される光の偏光方向に整合する。前板の研磨方向は、2Dモードにおける偏光回転および追加の屈折を回避するため、同じであることが好ましい。好適実施例では、LC材料に、ねじれは存在しない。

LCセル間に電圧差が存在しない場合、セルは、ガラス板の面と平行に配向され、LCセルは、平行層として機能するため、活性ではない。セル間に電圧差が存在する場合、LC分子は、異なる状態に配向される。

図12（a）には、連続上部電極層と、セグメント化された底部電極層とを有する結像装置を示す。以下に示すように、上部電極もまた、底部電極層に対して垂直にセグメント化されているが、これらのセグメントは、図では視認されない。

各電極は、例えばアクティブマトリクス回路により、個々にアドレス処理され得る。適当な電位を電極間に印加することにより、屈折率のプロファイルが得られるようにLC材料内の分子を誘導することが可能となり、これにより、実際にレンズ動作が生じ、いわゆる屈折率傾斜（GRIN）レンズとなる。図12では、2つのセグメント化された電極99には、反対の電圧が印加され、これにより、LC分子は、垂直方向に整列する。間の電極は、切り替えられず、従って、LC分子は、電極99の間で180゜ねじれるように制御される。

一連のセグメント化された電極の間で、横方向における電位の分配を制御することにより、効果的なレンズ形状および寸法を変化させることができる。図12（a）の破線は、レンズ焦点化機能を示している。

電極配置の一つは、ある方向の電極の配列を有し、他の電極配置は、垂直な方向の電極の配列を有する。例えば、図12（a）では、上部電極方向に沿った断面が示されており、図12（b）では、底部電極方向に沿った、垂直な断面が示されている。単一の共通電極として駆動される電極パターン、およびマトリクス配列として個々にアドレス処理される電極パターンを選択することにより、レンズ配向が制御され、例えば、ディスプレイの表示を90゜回転させることが可能となる。

マトリクス電極配列に電位を印加することにより、横方向にレンズ位置がずれ、解像度を高めること、あるいは視野を増やすことが可能となる。これは、図13に示されており、図13（a）および（b）の間で、横方向のずれが示されている。

電極ピッチは、画像形成素子の画素ピッチの半分の1／n倍の比率であることが好ましい（nは、整数である）。これは、電極により、画素ピッチの1／nの増分だけ、各レンズ位置が移動することを意味し、ここでnは、形成される異なる視野の数であり、あるいは解像度の増加を表す。図13（a）に比べて、図13（b）は、電極ピッチ分だけ右側にずれている。

横方向のずれを得るためには、一つのセグメント化された電極配列のみが必要であり、反対側の電極は、共通層として駆動され、あるいは非構造化電極層として物理的に構成される。従って、電極マトリクスは、LC層の片側に配置され、他の側では、単一の対極がLC層全体を覆う。レンズプロファイルをずらすことに加えて、境界内で、レンズの直径および強度を変化させても良い。この場合、この装置により、再設定可能なレンズ状レンズ配置を実現するための、十分な自由度が得られる。

GRINレンズをずらす代わりに、事実上、プリズムで増強された円形レンズが得られるように、電極の電位を調整することも可能である。円形レンズ部分は、焦点化動作を担い、プリズム部分は傾斜に寄与する。

これは、図14に示されており、図14（a）には、右側へのビームの傾斜が示されており、図14（b）には、レンズオンおよびプリズムオフにより、ビーム傾斜のない状態が示されている。図14（c）には、左側へのビーム傾斜が示されており、図14（d）には、2Dモード用のレンズオフおよびプリズムオンの状態が示されている。

前述の例では、一般的な画像フォーマットとして、3D表示モードについて説明した。各種3Ｄフォーマットに、ディスプレイの各種領域を切り替えることも可能である。例えば、大部分の表示の2Dモードへの切り替え、およびある表示領域に、n視野の画像／ビデオを示し、別の領域に、m視野の画像／ビデオを示すことが挙げられる。なお、mは、nとは異なる。

前述の実施例では、液晶表示パネルが使用され、このパネルは、例えば、50μｍから1000μｍの範囲の表示画素ピッチを有する。しかしながら、有機発光ダイオード（OLED）またはカソード線管（CRT）の表示装置のような、別のタイプの表示パネルを使用しても良いことは、当業者には明らかである。

表示装置の製作に使用される製品および材料は、一般的であり、当業者には明らかであるため、これらについては詳しく説明していない。

制御可能なレンズ配列の好適例は、セグメント化された行電極および列電極を有するが、複数の異なる視野との互換性のためには、セグメント化された列電極のみが必要となる。

前述の画素ピッチに関する説明は、最小の表示素子を参照することを意図しており、当然のことながら、これは、単一のカラーサブ画素であっても良い。

当業者には、他の様々な修正は明らかであろう。

既知の自動立体表示装置の概略的な斜視図である。 図1に示した表示装置のレンズ配列の作動原理の説明用の図である。 図1に示した表示装置のレンズ配列の作動原理の説明用の図である。 レンズ状配列により、異なる空間位置に、異なる視野を提供する方法を示した図である。 バリア配置により、異なる空間位置に、異なる視野を提供する方法を示した図である。 既知のバリア配置を示した図である。 傾斜焦点配置の利点の説明用の図である。 本発明の方法の説明用の図である。 隣接視野に及ぼすブラックマスクの影響を示した図である。 隣接視野に及ぼすブラックマスクの影響を示した図である。 本発明のバリア配置と、これがどのように使用されるかを示した図である。 本発明のバリア配置と、これがどのように使用されるかを示した図である。 本発明のバリア配置を使用する別の方法を示した図である。 本発明のバリア配置を使用する別の方法を示した図である。 2つの異なる制御モードにおいて、電気的に制御可能な本発明のGRINレンズ配置を示す図である。 本発明のレンズシフト機能を提供するように、図12のレンズ配置を制御する方法を示す図である。 図12のレンズを用いて得ることができる、他のレンズ効果を示す図である。

Claims (17)

1. 切り替え可能な自動立体表示装置であって、
   表示を形成する表示画素素子の配列を有する表示パネルであって、前記表示画素素子は、行および列に配置される、表示パネルと、
   異なる画素素子からの出力を、異なる空間位置に誘導し、立体画像を視認できるようにする結像配置であって、視認者の両目用の表示画素出力が同時に誘導されるように配置された結像配置と、
   を有し、
   前記結像配置は、少なくとも2つの3Dモード間を電気的に切り替え可能であり、
   前記結像配置の効果的な位置は、前記両モード間で、前記表示画素素子に対して、前記画素素子同士の間のピッチの非整数倍の量だけ、横方向にずらされることを特徴とする自動立体表示装置。
2. 前記ずれの量は、前記画素素子同士の間のピッチの半分であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
3. 前記表示画素素子は、3色のカラー画素のサブ画素を有することを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
4. 前記結像配置は、さらに2Dモードに切り替え可能であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の装置。
5. 前記表示パネルは、放射性、透過性、屈折性、または回折性の、個々にアドレス処理可能な表示画素の配列を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の装置。
6. 前記表示パネルは、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の装置。
7. 前記結像配置は、前記表示パネルを照射する、制御可能な光源装置を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記結像配置は、制御可能な光バリア装置を有し、バックライトから前記表示パネルに到達する光が制御されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
9. 前記結像配置は、電気的に制御可能な光吸収パターンが提供され、光遮蔽機能が得られる、マトリクス式アドレス処理可能な液晶光変調器装置を有し、
   これにより制御可能な光誘導機能が得られることを特徴とする請求項8に記載の装置。
10. 前記結像配置は、制御可能なレンズ装置を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記制御可能なレンズ装置は、電気的に設定可能な屈折率傾斜レンズ配列を有することを特徴とする請求項10に記載の装置。
12. 前記レンズ配列は、液晶材料の層を有し、該液晶材料の層は、該液晶材料の層にわたる電位を制御する、第1および第2の電極層の間に挟まれていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
13. 前記電極層の少なくとも一つは、個々にアドレス処理可能な平行電極の配列を有することを特徴とする請求項12に記載の装置。
14. 前記電極のピッチは、前記画素素子のピッチのある割合であることを特徴とする請求項13に記載の装置。
15. 前記電極のピッチは、前記画素素子のピッチの半分であることを特徴とする請求項14に記載の装置。
16. 表示パネルと、該表示パネルの出力を異なる空間位置に誘導し、立体画像を視認できるようにする結像配置と、を有する自動立体表示装置を制御する方法であって、
    前記結像配置を用いて、第1組の視野を表示するステップであって、視認者の両目用の視野が同時に表示されるステップと、
    前記結像配置の効果的な位置を、表示画素素子に対して、前記画素素子同士の間のピッチの非整数倍の量だけ、横方向にずらすステップと、
    前記結像配置を用いて、第2組の視野を表示するステップであって、視認者の両目用の視野が同時に表示されるステップと、
    を有する方法。
17. 前記結像配置を電気的に切り替えるステップは、電気的に、屈折率傾斜レンズ配列を構成することが可能な電極電圧を制御するステップを有することを特徴とする請求項16に記載の方法。

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