JP2010501880A5

JP2010501880A5 -

Info

Publication number: JP2010501880A5
Application number: JP2009524301A
Authority: JP
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2027-08-17

Description

裸眼立体視表示装置及びその装置を製造する方法

本発明は、ディスプレイに表示するための表示ピクセルのアレイを持つ表示パネル、及び異なる空間位置に別々のビューを向けるための結像装置を有する形式の裸眼立体視表示装置に関する。

この形式のディスプレイに使用する結像装置の第１の実施例は、例えばこのディスプレイの下にあるピクセルに対してサイズが決められる及び位置決められるスリットを備えるバリアである。視察者の頭が定位置にある場合、視察者は３Ｄ画像を知覚することができる。前記バリアは、前記表示パネルの前に位置決められ、奇数及び偶数のピクセル列からの光が視察者の左右の目に向けられるように設計される。

この形式の二画面(two-view)ディスプレイ設計の欠点は、視察者が定位置にいなければならず、約３ｃｍしか左又は右に動くことができないことである。さらに好ましい実施例において、各スリットの下にサブピクセル列が２つのあるのではなく、幾つか存在している。この方法で、視察者は左右に移動して、常に自分の目で立体画像を知覚することが可能である。

前記バリア装置は、製造することは簡単であるが、光効率はよくない。従って、好ましい代替案は、レンズ装置を結像装置として使用することである。例えば、細長いレンズ素子のアレイが互いに平行に延在すると共に、表示ピクセルアレイの上に横たわって設けられ、前記表示ピクセルはこれらレンズ素子を介して観察される。

前記レンズ素子は、これら素子からなるシートとして供給され、これら素子の各々は、細長い半結晶レンズ素子を有する。前記レンズ素子は、表示パネルの列方向に延在し、各レンズ素子は表示ピクセルの２つ以上隣接する列からなる夫々の集合の上に横たわっている。

例えば、各レンズが表示ピクセルの２つの列と関連している装置では、各列における表示ピクセルが夫々の２次元のサブ画像の垂直スライスを提供する。前記レンズシートは、これらの２つのスライス及び他のレンズと関連している表示ピクセル列から対応するスライスを前記シートの前に位置決められたユーザの左右の目に向けるので、ユーザは１つの立体画像を観察する。これにより、レンズ素子の前記シートは、光出力誘導機能を備える。

他の装置において、各レンズは、行方向に４つ以上の隣接する表示ピクセルからなる集合と関連している。各集合における表示ピクセルの対応する列は、夫々の２次元のサブ画像から垂直スライスを提供するように適切に配される。ユーザの頭が左から右へ動くに連れて、例えば見てまわる印象をもたらすような一連の連続する異なる立体ビューが知覚される。

上述した装置は、効果的な３次元表示を提供する。しかしながら、立体ビューを提供するために、前記装置の水平解像度に関し必然的な犠牲があることが分かっている。この解像度に関する犠牲は、例えば近距離から視察するための小さなテキスト文字の表示のようなある応用には容認できない。この理由から、２次元モードと３次元（立体）モードとの間を切替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１つの方法は、電気的に切替可能なレンズアレイを提供することである。２次元モードにおいて、前記切替可能な装置のレンズ素子は、"パススルー(path through)モード"で動作する、すなわちこれら素子は、光透過性材料からなる平面シートと同じように作用する。結果生じる表示は、表示パネルの固有の解像度に等しい高解像度であり、この解像度は短い視察距離から小さなテキスト文字の表示に適している。２次元表示モードはもちろん立体画像を提供することはできない。

３次元モードにおいて、前記切替可能な装置のレンズ素子は、上述したように、光出力誘導機能を提供する。前記結果生じる表示は、立体画像を提供することが可能であるが、上述した必然的な解像度の損失を持つ。

切替可能な表示モードを提供するために、前記切替可能な装置のレンズ素子は、２つの値の間を切替可能である屈折率を持つ液晶材料のような電気光学材料から形成される。前記装置は次いで、前記レンズ素子の上下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、前記モード間を切り替えられる。前記電位は、隣接する光透過性の層の屈折率に対して、前記レンズ素子の屈折率を変更する。切替可能な装置の構造及び動作のより詳細な説明は、米国特許番号US 6,069,650号に見ることができる。

本発明は一般的に（定位又は切替可能のどちらかである）上記レンズ装置を表示パネルに取り付けることに関する。これらレンズ装置は、使用される下に横たわる２Ｄディスプレイを極めて近接して取り付けられなければならない。これは装置の動作の必要条件であり、これがレンズプレート上のレンズの焦点を２Ｄパネルのカラーフィルタからの（制御された）距離にする必要がある。その上、この距離はディスプレイ出力にわたり同じ性能を保証するために、ディスプレイのアクティブエリアにわたり一定に保たれなければならない。

本発明は、独立請求項により定義される。従属請求項は、有利な実施例を定義している。

本発明によれば、請求項１に記載の裸眼立体視表示装置を提供する。

溝(channel)は、定められた体積のサイズが増大することを可能にする一方、表示パネルと結像装置との間にある僅かな間隔を保っている。この増大した体積は、シール線を越えるガス漏れに応じて圧力がそれ程急速に変化しないことを意味している。

表示パネルと結像装置との接面の間にある間隔は好ましくは２００μｍより小さく、より好ましくは１００μｍより小さい。表示パネルと結像装置との間にある最大の空間は、好ましくはシール線にあり、減圧がディスプレイの残りの部分にわたりさらに小さな間隔を生じさせる。

前記溝は好ましくは、前記シール線内のディスプレイの周辺部の周りに少なくとも部分的に延在している。これは、前記シール線が長さを実質的に増大する必要が無いし、表示パネルの領域を増大する必要も無いことを意味している。

前記溝は好ましくは、表示パネルと結像装置との接面の間にある前記最大の空間よりも大きな幅及び深さを持つので、前記溝の体積の追加が主流である。前記溝の体積は、残りの定められた体積の２倍、またさらに５倍よりも大きい。

例えば、前記溝の幅は、０．５から１０ｍｍの範囲にすることができ、溝の深さは０．２から２ｍｍの範囲内にすることができる。

表示パネルは、個々にアドレッシング可能な放射性、透過性、屈折性又は回折性の表示ピクセルのアレイ、例えば液晶表示パネルを有することができる。

本発明は、裸眼立体視表示装置を製造する方法も提供する。

この方法は、シール硬化(seal curing)の前に、前記間隙の大きさを減少させるために、真空を使用する。表示パネルと結像装置との接面の間にある間隔は２００μｍより小さく、又はより好ましくは１００μｍより小さく減少することができる。前記シールは、注入口を閉じる前又は閉じた後に硬化されてもよい。

前記方法はさらに、前記シール線内のディスプレイの周辺部辺りに少なくとも部分的に延在している、レンズアレイにおける溝を定めることを有する。これは、上述した利点を提供する。

既知の裸眼立体視表示装置の概略的な斜視図。図１に示される表示装置のレンズアレイの動作原理を説明するのに使用される図。図１に示される表示装置のレンズアレイの動作原理を説明するのに使用される図。レンズ装置が異なる空間位置に別々のビュー（すなわち異なるピクセルの組からの出力）を提供する方法を概略的に示す。３Ｄディスプレイを製造するための開始地点である既知の２Ｄディスプレイを示す。本発明の取り付け方法を示す。本発明によるレンズアレイを表示パネルに取り付ける方法を示す。図７に示される前記装置に対す変更を説明するのに使用される図。

ある態様において、本発明は、レンズアレイが表示パネルに取り付けられる真空であり、溝配列が使用され、前記真空の部屋の体積を増大させ、前記取り付けが時間経過によるガス漏れの影響を受けるのを小さくさせる一方、前記レンズアレイと前記表示パネルとの間に小さな間隙を維持する、裸眼立体視ディスプレイを提供する。
もう１つの態様において、本発明は真空取り付け方法を提供する。

図１は、既知の直視型の裸眼立体視表示装置１の概略的な斜視図である。この既知の装置１は、前記ディスプレイに表示するための空間光変調器として働くアクティブマトリックス型の液晶表示パネル３を有する。

前記表示パネル３は、行及び列に配される表示ピクセル５の直交アレイを持つ。明瞭性のために、少しの数の表示パネル５だけしか図に示されてない。実際には、表示パネル３は、表示ピクセル５の約一千個の行及び数千個の列を有することがある。

液晶表示パネル３の構造は全く普通である。特に、前記パネル３は、離間した透過性のガラス基板の対を有し、これら基板間に配向されたねじれネマティック又は他の液晶材料が設けられている。前記基板は、これら基板の接面上に透過性ＩＴＯ(indium tin oxide)電極のパターンを坦持している。偏光層がさらに前記基板の外面上に設けられる。

各表示ピクセル５は、前記基板上に対向する電極を有し、それら電極間に液晶材料が介在している。表示ピクセル５の形状及び配置は、前記電極の形状及び配置により決められる。これら表示ピクセル５は互いに間隙分だけ規則正しく離間されている。

各表示ピクセル５は、例えばＴＦＴ(thin film transistor)又はＴＦＤ(thin film diode)のようなスイッチング素子と関連している。前記表示ピクセルは、前記スイッチング素子のアドレッシング信号を供給することによりディスプレイに表示するために動作し、適切なアドレッシング方法は、当業者に知られている。

表示パネル３は、本事例では表示ピクセルアレイの領域にわたり延在している平面バックライトを有する光源７により照光される。この光源７からの光は、表示パネル３に向けられ、個々の表示ピクセル５が前記光を変調し、ディスプレイに表示するように駆動する。

表示装置１はさらに、表示パネル３の表示面にわたり配される、ビュー形成機能を行うレンズシート９も有する。このレンズシート９は、互いに平行に延在するレンズ素子１１の行を有し、明瞭性のために、この素子を１つだけ拡大した寸法で示される。

前記レンズ素子１１は、凸状の円柱形レンズの形であり、これら素子は、表示パネル３から、前記表示装置１の前に位置決められたユーザの目に異なる画像、すなわちビューを供給するために、光出力誘導手段として働く。

図１に示される裸眼立体視表示装置１は、異なる方向に幾つかの別々の斜視図を供給することが可能である。特に、各レンズ素子１１は、各行において表示ピクセル５の小さな集合の上に横たわる。レンズ素子１１は、前記幾つかの別々のビューを形成するために、異なる方向に集合の各表示ピクセル５を投影する。ユーザの頭が左から右へ移動するに連れて、ユーザの目は順に前記幾つかのビューの別々のビューを受け取る。

上述したように、電気的に切替可能なレンズ素子を提供することが提案されている。これは、前記ディスプレイが２Ｄモードと３Ｄモードとの間を切り替えられることを可能にする。

図２及び図３は、図１に示された装置に用いられることができる電気的に切替可能なレンズ素子３５のアレイを示す。このアレイは、透過性ガラス基板３９、４１の対を有し、これら基板の接面にＩＴＯから形成される透過性電極４３、４５が設けられている。複製技術を用いて形成された逆レンズ構造４７は前記基板３９、４１の間において、上方の基板３９に隣接して設けられる。液晶材料４９も前記基板３９、４１の間において、下方の基板４１に隣接して設けられる。

前記逆レンズ構造４７は、図２及び図３において断面図で示されるように、逆レンズ構造４７と前記下方の基板４１との間において、前記液晶材料４９を平行な細長いレンズ形状にさせる。液晶材料と接している、前記逆レンズ構造４７及び下方の基板４１の面は、前記液晶材料を配向させるための配向層（図示せず）も備える。

図２は、前記電極４３、４５に電位が印加されていないときのアレイを示す。この状態において、前記液晶材料４９の屈折率は、前記逆レンズアレイ４７の屈折率よりも大幅に高く、これによりレンズ形状は、説明されるように、光出力誘導機能を提供する。

図３は、前記電極４３、４５に約５０から１００Ｖの交流電位が印加されたときのアレイを示す。この状態において、前記液晶材料４９の屈折率は、前記逆レンズアレイ４７の屈折率と略同じであるため、説明されるように前記レンズ形状の光出力誘導機能はキャンセルされる。従って、この状態において前記アレイは"パススルー"モードで効果的に作用する。

図１に示される表示装置での使用に適した切替可能なレンズ素子のアレイの構造及び動作のさらなる詳細は、米国特許番号US6,069,650号に見ることができる。

図４は、上述したようなレンズ形式の結像装置の動作原理を示すと共に、バックライト５０、例えばＬＣＤのような表示装置５４及びレンズアレイ５８を示す。

本発明は、レンズ状（又は他の）レンズアレイ装置を前記表示パネルの上に取り付けることにも関する。

図５は、２Ｄモジュールの基本的な既知の設計を示す。

前記装置は、ＬＣモジュール６０、並びに基板７６上の偏光子及び輝度上昇フォイルからなるスタック６２を有する。

前記ＬＣモジュールは、ＬＣ材料層６６を挟み、２つの偏光子６８が設けられる２つのガラス基板６４を含んでいる。前記シールは７０で示される。このＬＣモジュールは一般的に２ｍｍぐらいの厚さを持つ。

表示モジュールはベースプレート７２を持ち、ベゼル(bezel)７１は２Ｄモジュールにおける機械的安定をもたらすのに使用され、スペーサーブロック／ダンピング素子７４が前記スタック６２に対するＬＣセルの取り付け位置を決めている。前記スペーサー７４は、約２ｍｍ厚であり、ＬＣパネルとスタック６２との接面の間に結果生じる空間は約３．８ｍｍである。

前記スタックは通例約０．９ｍｍ厚である。

前記バックライトは図５には示されていない。

３Ｄディスプレイを製造するためのある従来の方法は、完全な２Ｄディスプレイモジュールから始め、これを３Ｄディスプレイにアップデートすることである。

この手法を用いて図５に示される構造を組み立てるために、以下のステップ、
−前記ベゼル７１を取り除き、電子機器を取り外すことにより、２Ｄモジュールから２Ｄパネルを解体するステップ、
−前記２Ｄパネルを平坦なテーブルに置くステップ、
−エッジシールを用いて前記レンズアレイを貼り付け、３Ｄパネルを生じさせるステップ、
−前記レンズアレイと追加のガラスプレートとの間にある３Ｄパネルを圧搾することが可能であるように、前記３Ｄパネルの背後に追加のガラスプレートを挿入するステップ、及び
−本来の２Ｄモジュールに３Ｄパネルを組み立て、３Ｄモジュールを生じさせるステップ、
を実行する。

この製造処理で解消される多くの問題、
−前記ディスプレイの組み立て中及び解体中に電子機器が破損することがある、
−前記製造処理は非常に時間がかかり、面倒である、
−前記レンズは単にエッジ部で前記パネルに取り付けられているので、パネルプレート及びレンズ状レンズが湾曲しているので、性能を保証するのが非常に難しい、
−前記表示パネル自身は、完全に平坦ではなく、性能を保証することを非常に難しくさせる山及び谷を持っている、及び
−前記３Ｄパネルの背後にある追加のプレートに対する必要条件がシステムの重量を増大させると共に、前記システムの熱挙動を変化させ、性能の変化につながることがある、
問題がある。

この解体及び再組み立ての方法はこれにより多くの欠点を持つ。

本発明は、標準的な２Ｄパネルが変更されることを未だ可能にして、これにより棚状表示モジュールを使用可能にする真空取付方法を提供するが、上述の問題の幾つかを取り扱っている。

図６は、本発明の組み立て方法を説明するフローチャートである。

前記レンズシートは、クリーニング７８により処理され、ステップ７９において前記シートの表面にシールを貼り付ける。このシール線は、注入口を含み、完成品において表示領域を包囲するように、前記レンズシートのエッジ周りにある。前記シールは代わりに表示パネル面に貼り付けられてもよい。前記レンズアレイは通例２から５ｍｍ厚である。

２Ｄディスプレイモジュールは、ステップ８０において前記ベゼル７１を前記２Ｄモジュールから取り除くことにより処理される。しかしながら、２枚パネルのディスプレイを取り除くこと、及びこれによりディスプレイの電子機器を切り離す必要は無い。

ステップ８２でのクリーニングの後、ステップ８４において、前記レンズアレイは前記シール線に位置合わせされ、ステップ８５において、２つのパネルは一緒に結合される。

ステップ８６において、前記レンズアレイ、シール線及び２Ｄパネルにより定められた空間に真空が印加される。

ステップ８８において、前記注入口は閉じられ、ステップ９０において、前記シールは硬化される。

この処理は、ＬＣＤパネル及びレンズプレートができるだけ密接して一緒に取り付けられることを可能にして、これは前記ＬＣＤパネル及びレンズプレートに対する許容誤差レベルに匹敵する、できるだけ小さい間隙を持つ。シール線を使用することは、前記処理が終了した後、前記プレートは動くことができないことを意味している。前記シール線は好ましくは、ガスケット(gasket)を形成するために硬化性の流体であり、前記シールはＬＣＤパネル及びレンズプレートを一緒に結合するのに使用される。

ＬＣＤとレンズプレートとの間にある空隙の寸法を減少させるために真空が使用される。空隙内にある空気を排気することにより、この空隙の体積は減少する。

好ましくは、前記シール線は加圧され、５０から１００μｍ厚の厚さになる。真空の印加は、ＬＣＤパネルとレンズプレートとの間の間隔が所望の間隔に達したときに終わる。この間隔は、表示領域の中心でより小さく、前記間隔が５０−１００μｍに増大するシール線で最大となる。

前記シール線は、水透過により硬化されることができ、さもなければ２つの成分のシール材が使用されることができ、硬化を行わせる温度及び／又はＵＶが利用される。

結果として、両方のプレートは、非常に密接して一緒に取り付けられる。前記空隙内に真空が存在することは、前記プレートの固定を保つ必要は無く、固定処理ではなく位置合わせ処理の一部として使用される。

この方法は、ディスプレイがもはや完全な分解を必要としないので、組み立て中及び解体中に電子機器への損傷を防ぐ。前記レンズアレイ及び前記パネルは、このレンズ−パネルの組み合わせの内側及び外側の圧力差により、このディスプレイのアクティブエリア全てにわたり密接して取り付けられ、これにより間隙の一様性を提供する。この方法は、更なるガラスプレートの必要性を防ぐ。

ステップ９２において前記シールを検査した後、追加のレンズアレイを嵌合するために、ステップ９６で取り付けた前記ベゼル７１がステップ９４で再び用いられる。

最後に、保護プレートがステップ９８において利用され、完成品がセットメーカーに供給される。

図７は、図５と同じ参照番号を用いている、本発明の組み立てた装置を示す。前記レンズアレイは１００で示され、前記シール線は１０２で示され、及び変更されたベゼルは７１'で示される。

上述したように、真空が印加された体積は、非常に小さな体積である。例えば、前記ディスプレイの大部分の領域にわたる間隙の寸法は、０から１０μｍの範囲にある。９４０×５３０ｍｍ^２のシール線の内側の領域に対し、１μｍの平均的な厚さは４９８ｍｍ^３の真空含有体積を与える。

前記真空は、前記シール線の両側に圧力差を生じさせる。不完全なシールにとって、これは窒素、酸素及び他のガスが前記真空領域に浸透するための原動力として働く。結果として、真空のレベルは、前記シール材料の透過性に依存して、非常にゆっくりと減少する。

前記取り付けがシール線により機械的に固定されたとしても、この圧力変化は時間経過による間隔の僅かな変化、特にレンズアレイとパネルプレートとの間における間隙の増大を生じさせる。

図８を参照して説明された変更は、真空のレベルが前記透過性により減少する速度がかなり減少することを可能にする。結果として、レンズアレイと表示パネルプレートとの間にある間隙が増大する速度はかなり減少する。これは、前記製品の耐用年数の増大に寄与する。

図８に示されるように、真空空間１００の体積は、溝配列１１２により、シール線の長さを増大させることなく増大する。真空バッファを構成するこれら溝が考えられる。

前記シール１０２により定められたシール線に隣接して、前記真空含有領域を広くする追加のバッファ空間が作られる。例えば、上で説明した４９８ｍｍ^３の真空体積と比較して、溝の幅及び深さを１ｍｍであると考えると、前記体積は２９４０ｍｍ^３だけ増大することができる。これは約７倍に増えている。結果として、透過性ガスの影響はかなり減少する。

上述した実施例は、例えば５０μｍから１０００μｍの範囲にある表示ピクセルのピッチを持つ液晶表示パネルを用いている。しかしながら、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又は陰極線管（ＣＲＴ）表示装置のような代替の型の表示パネルが用いられることは当業者には明らかである。

前記表示装置及びレンズアレイを組み立てるのに使用される製造及び材料は普通であり、当業者によく知られているので、これらの詳細は説明しない。

様々な他の変更は当業者に明らかである。

Claims

行及び列で配される、ディスプレイに表示するための表示ピクセルのアレイを持つ表示パネル、並びに
立体画像を視察することを可能にするために、異なるピクセルからの出力を別々の空間位置に向けるための結像装置、
を有する裸眼立体視表示装置において、
前記表示パネル及び前記結像装置は、シール線の周りに一緒に結合され、前記表示パネル、前記結像装置及び前記シール線の間で定められる体積は、減少した圧力を持ち、前記表示パネル及び前記結像装置の少なくとも１つは、前記体積内において溝を備えており、前記溝は、前記定められる体積の残余の体積の２倍より大きい体積を有する裸眼立体視表示装置。
前記表示パネルと前記結像装置との接面の間にある間隔は、２００μｍよりも小さい請求項１に記載の装置。
前記表示パネルと前記結像装置との接面の間にある前記間隔は、１００μｍよりも小さい請求項２に記載の装置。
前記表示パネルと前記結像装置との間にある最大の間隔は、シール線にある請求項２又は３に記載の装置。
溝は、前記シール線内のディスプレイの周辺部の周りに少なくとも部分的に延在している請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
前記溝は、前記表示パネルと前記結像装置との接面の間にある前記最大の間隔よりも大きな幅及び深さを持つ請求項５に記載の装置。
前記溝の幅は０.５から１０ｍｍの範囲にあり、前記溝の深さは０．２から２ｍｍの範囲内にある請求項６に記載の装置。
前記表示パネルは個々にアドレッシング可能な放射性、透過性、屈折性又は回折性の表示ピクセルのアレイを有する請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
前記表示パネルは液晶表示パネルである請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
裸眼立体視表示装置を製造する方法において、
−表示パネルを露出させるために、表示モジュールからベゼルを取り除くステップ、
−立体画像を視察することを可能にするために、異なるピクセルからの出力を別々の空間位置に向けるための結像装置を提供するステップ、
−２Ｄパネルの外部エッジ又は前記結像装置の外部エッジに、注入口を含む閉じたシール線を貼り付けるステップ、
−前記結像装置及び前記表示パネルをその間にある前記シール線と位置合わせするステップ、
−前記結像装置、前記シール線及び前記表示パネルの間で定められる体積の圧力を減少させるステップであり、これにより前記表示パネルと前記結像装置との接面の間にある間隙を減少させるステップ、並びに
−前記注入口を閉じて、前記シールを硬化させるステップ
を有する方法であって、当該方法は、前記表示パネル及び前記結像装置の少なくとも１つに前記体積内において溝を設けるステップを有し、前記溝は、前記体積の残余の体積の２倍より大きい体積を有する方法。
前記表示パネルと前記結像装置との接面の間にある間隔は２００μｍより下に減少する請求項１０に記載の方法。
前記表示パネルと前記結像装置との前記接面の間にある前記間隔は１００μｍより下に減少する請求項１１に記載の方法。
前記表示ピクセルと前記結像装置との間にある最大の間隔は、前記シール線にある請求項１０又は１１に記載の方法。
前記シール線内の前記ディスプレイの周辺部の周りに少なくとも部分的に延在している、前記レンズアレイにある溝を定めるステップをさらに有する請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の方法。
前記溝は、前記表示ピクセルと前記結像装置との前記接面の間にある前記最大の間隔よりも大きい幅及び深さを持つように定められる請求項１４に記載の方法。
前記溝の幅は０．５から１０ｍｍの範囲にあるように定められ、前記溝の深さは０．２から２ｍｍの範囲内にあるように定められる請求項１５に記載の方法。