JP2010541019A - 埋込型立体的3dディスプレイ及び2dディスプレイフィルムスタック - Google Patents

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Abstract

3D区分及び2D区分を有するLCD装置。装置は、LCDパネルと、バックライトを備えた光ガイドと、LCDパネルと光ガイドとの間に配置された埋込型3D−2Dフィルムスタックとを含む。3D区分及び2D区分は、3D及び2D形式で視覚コンテンツの同時表示をもたらす。装置は、3D区分及び2D区分間にバリアを提供するフレームも含むことができ、ディスプレイを向上させるその他の機能を含むことができる。

Description

本開示は、バックライト付き液晶ディスプレイ装置に関し、特に2D画像と共に立体3D画像を表示することに関する。
立体的3Dディスプレイは通常、個人の右目及び左目の視点からの視差を伴う画像を観測者に提示する。観測者の両眼に視差画像を時系列的に与える方法が2つある。一方の方法では、観測者は、交互に切り替わる左用/右用画像の表示と同期して視聴者の目から光を透過させるか又は遮断する一対のシャッター又は3D眼鏡を利用する。同様に、もう一方の方法では、右目及び左目の視点が、観測者のそれぞれの目に、ただし3D眼鏡を使用することなく、交互に表示され提示される。この第2の方法は、オート立体的と呼ばれており、許容される頭部の動きに制限はあるが、別個の眼鏡を必要としないため、時に立体3D視聴に望ましい。
液晶ディスプレイ(LCD)は、ディスプレイの任意の点又はピクセルにおける画像が、典型的には1/60秒以下である次の画像リフレッシュ時間にそのピクセルが更新されるまで安定であるようなサンプルホールド式のディスプレイ装置である。そのようなサンプルホールド式のシステムにおいて、異なる画像を表示するには、具体的には、オート立体的表示用の交互に入れ替わる左用画像と右用画像を表示するには、例えば、左目用画像の光源が右目用のデータの表示中にはオンとならず、逆もまた同様となるように、光源の綿密なタイミングシーケンスが要求される。
本開示は、バックライト付き液晶ディスプレイ装置に関し、特に埋込型3Dフィルムスタックを使用して2D画像と共に立体3D画像を表示することに関する。
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解され得る。
例示的なディスプレイ装置の概略的側面図。 動作中である例示的なディスプレイ装置の概略的側面図。 動作中である例示的なディスプレイ装置の概略的側面図。 自動車のダッシュボード用の3D−2Dディスプレイを示す図。 3D−2Dディスプレイの断面側面図。 3D領域と2D領域との間にバリアを有する3D−2Dディスプレイの断面側面図。 3D領域と2D領域との間にバリアを有する3D−2Dディスプレイの斜視図。 3D−2Dディスプレイで3D区分と2D区分との間にバリアを提供するフレームの斜視図。 3D−2Dディスプレイで3D区分と2D区分との間にバリアを提供する、線8−8に沿って切断された図7のフレームの断面図であり、バリアにおけるベゼルを示す。 左目の見え方、中心の見え方、及び右目の見え方を示す図。 ディスプレイベゼルの上に浮いているように知覚される黒い楕円を示す図。 ディスプレイベゼルの背後に映っているように知覚される黒い楕円を示す図。 ディスプレイベゼルの上に浮いているように知覚される黒い楕円を示し、非コンテンツ領域を含む図。 相対的な視差を判断する十分な機能がない立体的ディスプレイを示す図。 相対的な視差を判断する十分な機能を含む立体的ディスプレイを示す図。 ロゴを有し、相対的な視差を判断する十分な機能を含む、立体的ディスプレイを示す図。 3Dフィルムを通過する最大の光の強度又は輝度のグラフ。 3D−2Dディスプレイの2D領域の光の強度又は輝度の角度プロット。 3D−2Dディスプレイの3D領域の光の強度又は輝度の角度プロット。 埋込型フィルムスタックを備えた3D−2Dディスプレイの白色度、つまり輝度の測定値のグラフ。 3Dディスプレイの白色度、つまり輝度の測定値を示すグラフ。
図は正確な縮尺であるとは限らない。図で用いられる同様の番号は同様の構成部品を指す。しかしながら、所定の図中の構成要素を指す数字の使用は、同じ数字を付けられた別の図中の構成要素を限定することを意図するものではないことが理解されよう。
次の記述において、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、幾つかの特定の実施形態を例として示す。本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、その他の実施形態が考えられ、実施され得ることを理解すべきである。したがって、以下の「発明を実施するための形態」は、限定する意味で理解すべきではない。
本発明で使用する全ての科学用語及び専門用語は、特に指示がない限り、当該技術分野において一般的に使用される意味を有する。本明細書にて提供される定義は、本明細書でしばしば使用されるある種の用語の理解を促進しようとするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される形状、量、物理特性を表わす数字は全て、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。
端点による数値範囲の詳述には、その範囲内に組み入れられる全ての数が包含され(例えば1〜5には、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及び5が包含される)並びにその範囲内のあらゆる範囲が包含される。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「a」、「an」及び「the」は、その内容が特に明確に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、用語「又は」は、その内容が特に明確に指示しない限り、一般的に「及び/又は」を包含する意味で用いられる。
「オート立体的」という用語は、ユーザー又は視聴者の側で専用のヘッドギア又は眼鏡を使用することなく視聴されることができる3次元画像を表示することを指す。これらの方法は、画像が平坦な装置によって生成されたとしても、視聴者に奥行き感覚を作り出す。立体的3Dという用語は、オート立体的装置の分野を包含するが、平坦な装置からの立体的3Dを見るために専用のヘッドギア、典型的にはシャッター眼鏡が必要となる立体的3D表示の場合をも含む。
図1は、例示的なディスプレイ装置10の概略的側面図である。ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイパネル20と、液晶ディスプレイパネル20に光を供給するように配置されたバックライト30とを含む。バックライト30は、多数の実施形態において少なくとも90ヘルツの速度で、右目用画像の固体光源32と左目用画像の固体光源34との間で変調されることが可能な、右目用画像の固体光源32又は複数の第1光源32と、左目用画像の固体光源34又は複数の第2光源34とを有する。両面プリズムフィルム40が、液晶ディスプレイパネル20とバックライト30との間に設けられている。
液晶ディスプレイパネル20及び/又はバックライト30は、任意の有効な形状又は外形を有することができる。多数の実施形態において、液晶ディスプレイパネル20及びバックライト30は、正方形又は長方形の形状を有する。しかしながら、いくつかの実施形態において、液晶ディスプレイパネル20及び/又はバックライト30は、5つ以上の辺を有するか又は湾曲した形状である。本開示は、シャッター眼鏡又は複数の光ガイド及びそれに関連した液晶ディスプレイパネルを必要とするものを含めた任意の立体的3Dバックライトに関するが、本開示は、オート立体的ディスプレイに特に有用である。
同期駆動要素50は、バックライト30の複数の第1及び第2光源32、34並びに液晶ディスプレイパネル20と電気的に接続される。同期駆動要素50は、多数の実施形態において1秒当たり90フレーム以上の速度で、画像フレームが液晶ディスプレイパネル20に供給されるように、右目用画像の固体光源32及び左目用画像の固体光源34の作動及び停止(すなわち、変調)を同期させて、ちらつきのない静止画像シーケンス、ビデオストリーム、又はレンダリングされたコンピュータグラフィックスを生成する。画像(例えば、ビデオ又はコンピュータでレンダリングされたグラフィックス)の供給源60が、同期駆動要素50に接続されており、画像フレーム(例えば、右目用画像及び左目用画像)を液晶ディスプレイパネル20に供給する。
液晶ディスプレイパネル20は、任意の有用な透過性の液晶ディスプレイパネルであることができる。多数の実施形態において、液晶ディスプレイパネル20は、16ミリ秒未満、又は10ミリ秒未満、又は5ミリ秒未満のフレーム応答時間を有する。10ミリ秒未満、又は5ミリ秒未満、又は3ミリ秒未満のフレーム応答時間を有する市販の透過性の液晶ディスプレイパネルは、例えば、東芝松下ディスプレイ社(Toshiba Matsushita Display)(TMD)の光学的補償ベンドモード(optionally compensated bend:OCB)モードパネルLTA090A220F(日本国の東芝松下ディスプレイテクノロジー社(Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd.))である。
バックライト30は、多数の実施形態において少なくとも90ヘルツ、又は100ヘルツ、又は110ヘルツ、又は120ヘルツ、又は120ヘルツ超の速度で、右目用画像の固体光源32と左目用画像の固体光源34との間で変調されることができる任意の有用なバックライトであることができる。
図示したバックライト30は、複数の第1光源32又は右目用画像の固体光源32に隣接した第1側部31又は第1光入射面31と、複数の第2光源34又は左目用画像の固体光源34に隣接した対向する第2側部33又は第2光出射面33とを含む。第1表面36は、第1側部31と第2側部33との間に延びており、第2表面35は、第1表面36と対向し、第1側部31と第2側部33との間に延びている。第1表面36は、光を実質的に方向転換し(例えば、反射、抽出など)、第2表面35は、光を実質的に透過する。多数の実施形態において、高反射表面は、第1表面36に接するか又は隣接しており、第2表面35を介して光を方向転換させるのに役立つ。
多数の実施形態において、第1表面36は、例えば図示したような線状プリズム又はレンズ機構などの、複数の抽出要素を含む。多数の実施形態において、線状プリズム又はレンズ機構は、第1側部31及び第2側部33に平行な方向、又は両面プリズムフィルム40の線状プリズム及びレンズ機構に平行な方向に延びることができる。いくつかの実施形態では、線状プリズム又はレンズ機構は、第1側部31又は第2側部33に平行ではない。
固体光源は、例えば少なくとも90ヘルツの速度で変調されることができる、任意の有用な固定光源であってもよい。多数の実施形態において、固体光源は、例えば日亜NSSW020B(日本国の日亜化学工業社(Nichia Chemical Industries, Ltd.))などの複数の発光ダイオードである。他の実施形態において、固体光源は、複数のレーザーダイオード又は有機発光ダイオード(すなわち、OLED)である。固体光源は、赤、青、及び/若しくは緑などの多数の可視光線の任意の波長、又は波長の範囲若しくは組み合わせを放射し、例えば白色光を生成することができる。バックライトは、両端に光源を有する光学的に明澄な材料の単一層、又は、1層ごとに光源を有する光学的に明澄な材料の二重(又はそれ以上の)層であることができ、その二重層は、各層ごとに所望の方向に光を優先的に抽出する。
両面プリズムフィルム40は、第1の面上に線状レンズ構造及び対向面上に線状プリズム構造を有する任意の有用なプリズムフィルムであり得る。線状レンズ構造及び線状プリズム構造は、平行である。両面プリズムフィルム40は、視聴者が表示された画像の奥行きを知覚するように、走査バックライトから液晶ディスプレイパネル20へと適切な角度で光を透過する。有用な両面プリズムフィルムが米国特許公報第2005/0052750号及び同第2005/0276071号に記載されており、これらの公報は、本開示と矛盾しない範囲で本願に組み込まれる。
画像の供給源60は、例えばビデオの供給源又はコンピュータでレンダリングされたグラフィックの供給源など、画像フレーム(例えば右目用画像及び左目用画像)を供給することが可能な任意の有用な画像の供給源であることができる。多数の実施形態において、ビデオの供給源は、50ヘルツ〜60ヘルツ以上で画像フレームを供給することができる。多数の実施形態において、コンピュータでレンダリングされたグラフィックの供給源は、100ヘルツ〜120ヘルツ以上で画像フレームを供給することができる。
コンピュータでレンダリングされたグラフィックの供給源は、ゲームコンテンツ、医学画像コンテンツ、計算機支援設計コンテンツなどを供給することができる。コンピュータでレンダリングされたグラフィックの供給源は、例えば、Nvidia FX5200グラフィックスカード、Nvidia GeForce 9750 GTXグラフィックスカード、又は、ラップトップコンピュータなどの可搬式のためのNvidia GeForce GO 7900 GSグラフィックスカードなどのグラフィックス処理装置を有してもよい。コンピュータでレンダリングされたグラフィックの供給源はまた、例えば、OpenGL、DirectX、又はNvidia専用の3Dステレオドライバなどの適切なステレオドライバソフトウェアを組み入れることもできる。
ビデオの供給源は、ビデオコンテンツを供給することができる。ビデオの供給源は、例えばNvidia Quadro FX1400グラフィックスカードなどのグラフィックス処理装置を有することができる。ビデオの供給源はまた、例えば、OpenGL、DirectX、又はNvidia専用の3Dステレオドライバなどの適切なステレオドライバソフトウェアを組み入れることもできる。
同期駆動要素50は、右目用画像の固体光源32及び左目用画像の固体光源34の作動及び停止(すなわち、変調)を、例えば1秒当たり90フレーム以上の速度で、液晶ディスプレイパネル20に供給される画像フレームと同期させて、ちらつきのないビデオ又はレンダリングされたコンピュータグラフィックスを生成する任意の有用な駆動要素を含むことができる。同期駆動要素50は、例えば特注の固体光源駆動電子装置電子装置に結合されたWestar VP−7ビデオアダプタ(ミズーリ州セントチャールズ(St. Charles)のウェスターディスプレイテクノロジー社(Westar Display Technologies, Inc.))などのビデオインターフェイスを有することができる。
図2A及び図2Bは、動作中である例示的なディスプレイ装置10の概略的側面図である。図2Aにおいて、左目用画像の固体光源34(すなわち、複数の第2光源34)は点灯されており、右目用画像の固体光源32(すなわち、複数の第1光源32)は点灯されていない。この状態で、左目用画像の固体光源34から発せられた光は、バックライト30と、両面プリズムフィルムシート40と、視聴者又は観測者の左目1aに向けられた左目用画像を示す液晶パネル20とを透過する。図2Bにおいて、右目用画像の固体光源32は照明されており、左目用画像の固体光源34は照明されていない。この状態で、右目用の固体光源32から発せられた光は、バックライト30と、両面プリズムフィルムシート40と、視聴者又は観測者の右目1bに向けられた右目用画像を示す液晶パネル20とを透過する。右目用固体光源32は光ガイドの右側に配置され、左目用画像の固体光源34は光ガイドの左側に配置されるが、いくつかの実施形態では、右目用固体光源32が光ガイドの左側に配置され、左目用画像の固体光源34が光ガイドの右側に配置されることは理解されよう。
光源32、34は、バックライトの光ガイドに空気結合又は屈折率整合されることができる。例えば、パッケージ化された光源装置(例えば、LED)は、光ガイド内に屈折率整合材を使用せずにエッジ結合されることができる。あるいは、効率を増加させるために、パッケージ化又はベアダイLEDを、屈折率整合して、及び/又は光ガイドのエッジ内に封入することができる。この特徴は、効率的に入射光を運ぶために、付加的な光学的特徴(たとえば、注入ウェッジ形状)を光ガイドの端部上に含んでいてもよい。あるいは、LEDは、LEDの光を光ガイドのTIR(すなわち、全反射)モードに効率的に集めて平行化するために、適切な特徴を有する光ガイドのエッジ又は側部31、33に埋め込まれることができる。
液晶ディスプレイパネル20は、可変のリフレッシュ速度又は画像更新速度を有するが、この例の用途では、60ヘルツのリフレッシュ速度が想定される。これは、新しい画像が視聴者に示されるのが、1/60秒ごと、つまり16.67ミリ秒(msec)ごとであるということを意味する。3Dシステムでは、これは、時間t=0(ゼロ)においてフレーム1の右画像が示されることを意味する。時間t=16.67ミリ秒において、フレーム1の左画像が示される。時間t=2×16.67ミリ秒において、フレーム2の右画像が示される。時間t=3×16.67ミリ秒において、フレーム2の左画像が示され、このようにこのプロセスが繰り返される。有効なフレームレートは、通常のイメージングシステムの値の半分である。なぜならば、個々の画像において、その画像の左目と右目の図を示すからである。
この例では、時間t=0において複数の第1光源を点灯して右(又は左)画像を照明することで、それぞれ右(又は左)画像に光を供給する。時間t=16.67ミリ秒において、第2の画像(左又は右)を所定の位置に置き始める。この画像は、LCDパネルの上部からLCDの下部へ「時間t=0の画像」に取って代わり、この例では完了までに16.67ミリ秒かかる。非走査式ソリューションにより、複数の第1光源がすべて消灯され、次にこの移行中の一時点で複数の第2光源がすべて点灯される。
1秒あたり、少なくとも45枚の左目用画像及び少なくとも45枚の右目用画像(左目用画像と右目用画像とで交互に切り替わり、画像はおそらくは以前の画像の対を繰り返すものである)を視聴者に示すことで、ちらつきのない3D画像が視聴者に示される。したがって、コンピュータでレンダリングされた画像又は静止画像カメラ若しくはビデオ画像カメラから取得された画像による、異なる右視点画像及び左視点画像の対が表示されると、光源32及び34の切り替えと同期して表示される場合、視聴者は2つの異なる画像を視覚的に融合することができ、フラットパネルディスプレイから奥行きの知覚が生み出される。この視覚的にちらつきのない動作の限界は、上で議論したように、液晶ディスプレイパネル上に表示されている新しい画像が安定化するまでバックライトがオンとなるべきでなく、さもなければクロストーク及び劣った立体的画像が知覚されるということである。
本明細書に記載のバックライト30とそれに伴う光源32、34は、非常に薄くてもよく(厚さ又は直径)、例えば、5ミリメートル未満、又は0.25〜5ミリメートル、又は0.5〜4ミリメートル、又は0.5〜2ミリメートルであってもよい。
埋込型3D−2Dフィルムスタック
一実施形態には、埋込型2D及び3Dディスプレイ用バックライトの一部としてオート立体的3Dディスプレイに内蔵される、上述して特定した両面プリズムフィルムなどの3Dフィルムを内蔵した物品が挙げられる。この場合、「埋込型」とは、ディスプレイの2D部分及びディスプレイの3D部分が、両面3Dフィルムを使用した3Dバックライトを含む共通のバックライトを使用すること、並びにこのディスプレイの2D部分が、例えば、ディフューザー、反射偏光体、輝度上昇フィルム、転向フィルム、ゲイン向上ディフューザー、及び場合によってはバックライトとLCDパネルとの間に使用されるその他のフィルムなどを追加した、同じバックライトを使用することを意味する。この実施形態の利点は、従来の光学フィルムスタックが3Dバックライトで機能すること、及びバックライトの2D部分を作製してもディスプレイの3D部分の性能が低下しないことである。また、この3D及び2Dディスプレイの組み合わせは、具体的には、見やすさ、向上したヒトの応答時間、及び一般により没入型のディスプレイの領域において、オート立体的3Dで視覚に訴えるディスプレイをもたらすことができる。
特定の一実施形態には、自動車のダッシュボードの一部として埋込型又は複合型2D及び3Dディスプレイユニットが挙げられる。視覚的にディスプレイの3D部分は、他の場合には平坦なディスプレイが見掛けの奥行きを有するように作製されているため、説得力がある。一部の自動車メーカーは、例えば、スピードメーターの数字を透明な光ガイドにして光ガイドの前又は後ろに針を取り付けることにより、計器群に3D効果を提供するよう試みている。この技術は、静的機能であるか、あるいは埋込式で実証されるオート立体的3D効果に比べて単純に変更を加えた3D効果である。
埋込型自動車計器群100の代表的な例を図3に示す。中央のオート立体的3D領域110は、単純なゲージ本位の2D領域112、114に埋め込まれている。図3の左領域112及び右領域114は、この例では自動車の計器の測定値を提供する2Dディスプレイである。
3Dディスプレイ領域110及び2Dディスプレイ領域112、114の光路を、図3の線4−4に沿って切断された図4の断面図に示す。フィルムスタックは、ディフューザー、反射偏光体、転向フィルム、輝度上昇フィルム、ゲインディフューザー、及びその他のディスプレイで典型的に使用されて視角、輝度、効率、又は他の望ましい特性を向上させるフィルムの様々な組み合わせから構成されてもよい。
立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイ100は、例えば、液晶ディスプレイパネル20と、左目用画像及び右目用画像を交互に切り替えることで液晶ディスプレイパネルを駆動するように構成された駆動電子装置(図1に示される)と、液晶ディスプレイ20に光を供給するように配置された光ガイド又はバックライト30と、液晶ディスプレイパネル20と光ガイド30との間に配置された埋込型3Dフィルム40とを含む。多数の実施形態において、埋込型3Dフィルム40は、図示したように液晶ディスプレイパネル20と同一の広がりを持つ。ディスプレイ100は、3D形式で視覚情報を提供する3D区分110と、2D形式で視覚情報を提供する2D区分112、114とを含む。例えば発光ダイオード(LED)などの光源32、34は、上述したように、光ガイド30の対向する側部に配置される。光リフレクター150は、液晶ディスプレイパネルと反対側の光ガイド30の表面に接するか又は隣接して配置されることができる。
ディフューザーフィルム140は、液晶ディスプレイパネル20と埋込型3Dフィルム40との間に配置される。ディフューザーフィルム140は、光を散乱させ、2D形式で視覚情報を提供する2D区分112、114を通過する光の角度方向を乱す。しかしながら、この構成体が、均一な輝度を有する立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイ100を提供する。
3D−2Dディスプレイ移行領域
一実施形態には、2D区分と3D区分との間に、場合によっては2D及び3D区分間に物理的バリアを使用して作製される、幅の狭い移行領域を備え、一区分に立体的3Dコンテンツを有し、別の区分に2Dコンテンツを有する、ディスプレイが挙げられる。いくつかの実施形態において、3D効果を生み出す3Dフィルムは、2D区分ではディフューザースタック又はディフューザーフィルムによって覆われている。2D−3D区分は、おそらく幅1ピクセルの非常に狭い領域である、ディフューザースタックのエッジによって分割されている。この領域は、2つの区分を分離して2つの見え方の移行時に視聴者を補助するように、非常に幅の狭いベゼルによって覆われていてもよい。
特定の一実施形態には、中央の区分のみ3Dコンテンツを示し、3D区分の両側の区分で2Dコンテンツを示す、1つのバックライトと1つのLCDディスプレイとを有する、2D−3D−2Dディスプレイが挙げられる。一方又はもう一方の目に光を透過して3D効果を与える3Dフィルムは、ディスプレイの中央部で剛性フィルムフレーム(例えば、金属フィルムフレーム)に取り付けられ、別の転向フィルムが両側の剛性フィルムフレームに取り付けられる。あるいは、フレームの下部全体に沿って1枚の3Dフィルムが存在してもよい。これらのフィルムは、光ガイドと3Dフィルムとの間の空気間隙を最小限に抑えて、単一のバックライトの上部に配置される。光ガイドは、いくつかの側部発光LEDにより左側及び右側で照明される。左側及び右側のLEDは、上述したように、それらの対応する左画像又は右画像と同期して交互に点灯される。3Dフィルムは、左画像がLCDディスプレイ上に提示されている間、左側LEDからの光を視聴者の左目に送る。同様に、3Dフィルムは、右画像がLCDディスプレイ上に提示されている間、右側LEDからの光を視聴者の右目に送る。
2D区分は、LCDパネル上に2つの同じ画像を提供する。3D区分は、2つの異なる時間でLCDパネル上に2つの異なる視点からの2つの異なる画像を提供し、3D効果を生み出す。2D区分は、2D区分の視野角性能及び均一性を向上させて審美的な欠陥を最小限に抑えるように、LCDパネルと転向フィルムとの間に1枚以上のディフューザーフィルムも有する。したがって、2D区分は、立体的3Dを示さない。
ディフューザーフィルムが転向フィルムから大きな空気間隙で分離されている場合、2Dからの迷光が3D領域に入り込んで指向性の3D光に混入しないように、物理的バリアを2D区分と3D区分との間に存在させてもよい。ディフューザーフィルムが3Dフィルムとごく近接している場合、2D散乱光はディスプレイを通して非常に素早く抽出され、3D領域に反射しにくいと考えられるため、物理的バリアは必要とされないことがある。図5は、3D領域と2D領域との間にバリアを有する本実施形態における3D−2Dディスプレイの断面側面図であり、図6は、この実施形態の斜視図であって、2D−3D−2Dディスプレイの別のスタック構成要素も示している。図5の要素の多くは、上記の図4に関して説明されている。図5は、3D区分110と2D区分112、114との間で光が通過するのを低減又は防止する物理的バリア160を更に示している。図5は、光線の進路も示し、各光源は、2D区分112、114の一方を通過する光線と、3D区分110を通過する別の光線とを有する。
図6は、立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイ100の分解斜視図である。図6の要素の多くは、上記の図4及び図5に関して説明されている。図6は、バリア層160を提供するフレーム155の一実施形態を示す。フレーム155は、任意の有用な材料から形成されることができ、多数の実施形態では、例えば、アルミニウムなどの剛体材料である。図示したフレーム155は、中央区分と、中央区分の第1側部に隣接した左区分と、第1側部と反対側の中央区分の第2側部に隣接した右区分とを含み、中央区分は3D区分110に相当し、左区分は2D区分112に相当し、右区分は2D区分114に相当する。
ディスプレイ用フィルムフレームの特定の一実施形態は、3DフィルムがLCDパネルから間隔を置いて配置されてモアレ視覚効果を防止するように、LCDとディフューザーとの間に約1/2インチの間隙を有する。幅の狭い金属バリアは、鏡面反射材で裏張りされた2D及び3D領域間に含まれており、光が吸収されるのを防いで2D領域をより明るく保つため、2D領域内で光を反射させる。3D区分における光も、バリア間に収容される。フレームは、例えばアルミニウムから構成されることができる。本実施形態のこのフィルムフレーム設計は、図7及び図8に示されており、図7は、フレームの斜視図であり、図8は、図7の線8−8に沿って切断された、物理的バリア160を有するフレーム155の側面図である。
LCD 20の上部にあるベゼル180(図3参照)の幅は、2D区分112、114と3D区分110とを分離するフレームバリア160と少なくとも同じ幅でなければならない。ベゼル180の幅を最小限に抑えるには、ベゼルの下部で幅が広く、上部で幅が狭い、ウェッジ形状をフレーム155に作製してもよい。ウェッジの角度は、フレームの2D側に付けてもよく、3D側の端部は、視聴者に見えるため、垂直であってもよい。2D領域は、視聴者からウェッジの形状を隠すように、ディフューザー140を有する。
2D区分112、114と3D区分110との間の移行領域は、ディフューザーフィルム140の内側端部にある幅の狭い領域である。この移行領域は、LCDパネル20上に位置する幅の狭いベゼル180によって覆われることができる。ベゼル180は、フィルムフレーム155の最も幅の狭い領域と、LCD 20の不要な任意のその他の部分も覆う。
3Dディスプレイで奥行き手掛かり( depth cue)の矛盾を避けるための技術
以下の説明は、3Dディスプレイシステムで発生し得るいくつかの一般に生じる奥行き手掛かりの矛盾を避ける方法を示す。この3Dディスプレイで奥行き手掛かりの矛盾を避けるための技術の開示は、任意の3Dディスプレイ全般に適用可能である。いくつかの実施形態において、良好な3Dディスプレイは、コンテンツが奥行き手掛かりの矛盾を避けるように設計されている場合に得られる。このようなコンテンツには、ディスプレイベゼルの視覚的奥行き(図3の参照番号180参照)の視覚的奥行きと矛盾しない視差の奥行き手掛かりコンテンツなどの立体的コンテンツが挙げられる。例えば、視差の奥行き手掛かりが、ディスプレイベゼルに近いか又は近接した立体的画像の部分でディスプレイベゼルと同じ奥行きにない視角応答を提供する場合、視聴者は立体的コンテンツを見るのに困難を有するであろう。別の例では、視差の奥行き手掛かり及び/又はベゼルの視覚的奥行きが、第2の奥行き手掛かり(遮蔽)と矛盾して、矛盾した視覚的解釈を生み出すことがある。この例はディスプレイベゼルの影響を説明するが、物理的奥行きがディスプレイのエッジ又は横並びのディスプレイなどの立体的ディスプレイ領域に接する場合は、必ず同じ影響が懸念されるであろう。
立体的ディスプレイでよく発生する別の奥行き手掛かりの矛盾は、「カードボーディング(cardboarding)」効果と呼ばれる、少数の別個の奥行き層として知覚されるコンテンツを招く、一般的な立体的コンテンツ生成操作に起因する。例えば、現実には多数の奥行き層を交差させるであろう立体的コンテンツを生成する場合、設計者は、コンテンツの構成要素が視差という点で単一の奥行き層として知覚されるようになる刺激生成ショートカットを利用することが多いと思われるのに対し、直線的遠近感又は質感勾配などの別の奥行き手掛かりが同じ構成要素を暗示する。このような奥行き手掛かりの矛盾は、できることなら実際のジオメトリを使用して(例えば、3Dレンダリングプログラムを使用して)立体的コンテンツを生成することにより避けることができる。
別の奥行き手掛かりの矛盾は、非常に微細であるが、視聴者の立体的コンテンツを融合する能力に与える影響という点でともすれば破壊的な場合があるものであり、相対的な視差を判断する十分な視覚系の機能がないコンテンツにおける表面に起因する。したがって、本開示の1つの要素は、視聴者の視覚系に視差情報を効果的に認識させる十分な機能を持たせてすべての立体的コンテンツを設計することにより、視差を効果的に利用して視聴者に奥行き感を付与するように立体的コンテンツを設計する方法を示す。
視聴者の視覚系が表面の視差を判断できる表面機能の有用性は、視聴者が立体的画像対を効果的に融合できるための鍵である。図9は、それぞれの目が世界をわずかに異なる見方で見ている間隔で視聴者の両目がわずかに異なる位置に配置されているという理由を示す図である。視聴者の脳は、2つの画像202、204を融合し、世界の一体化した知覚206を形成して、所定の表面の2つの図における視差の量により奥行きを推測することができる。視聴者の視覚系が行っている推測は、場面でより多くの視差を有する表面が、場面でより少ない視差を有する表面より、視聴者により近く推測される。
実際に、画像の融合は、1区画の立体的コンテンツのすべての層に相対的な視差を判断する十分な機能が含まれる場合、非常に簡単になることが判明している。1区画の立体的コンテンツのただ1つの層に相対的な視差を判断する十分な視差機能がない場合、そこから生じる、多くの場合に視差を正確に判断する十分な表面機能がないことが一因の奥行き手掛かりの矛盾により、その層を融合する視聴者の能力に影響するだけでなく、区画内のその他の層にも影響が及ぶ。表面に視差情報を正確に推測できる十分な表面機能がない場合、結果として、その表面は0(ゼロ)の視差を有し、ディスプレイ平面に存在すると知覚される。このような現象は、1つ以上の奥行き手掛かりが、ある奥行き平面に層が位置することを示唆するのに対し、別の奥行き手掛かりが別の奥行き平面に層が位置することを示唆する場合、奥行き手掛かりの矛盾の原因になることがある。
立体的コンテンツが不正確に生成されると、ある奥行き手掛かりが視聴者にある種の視覚情報を提供し、第2の奥行き手掛かりが別種の視覚情報を提供することがある。例えば、視差情報が視聴者にベゼルの前側に知覚されるよう示すことがあるのに対し、ベゼル自体がその同じコンテンツの一部を隠す場合、異なる奥行き手掛かり(遮蔽)が視聴者にベゼルは前側になければならないことを示す場合がある。この状況が起こると、2つの奥行き手掛かりが矛盾し、視聴者は2つの画像を融合しにくく、それゆえにディスプレイで奥行きを知覚し損なうことがある。このような奥行き手掛かりの矛盾は、視覚的な過労又は疲労の主な原因の1つであると考えられている。
本実施形態は、視差/遮蔽の不整合に起因する奥行き手掛かりの矛盾を防ぐように、コンテンツをディスプレイベゼルから物理的に分離することに関する、立体的コンテンツの生成又は提示の方法を示す。3Dコンテンツをベゼルから維持する距離は、ベゼルの奥行きと、ディスプレイにおける視差の最大量と、ベゼル、横並びの表面、エッジ、又はディスプレイの立体的部分に接触若しくは極く近接した任意の物理的なエッジ上でコンテンツが知覚される距離とによって異なる。本実施形態は、ディスプレイコンテンツのベゼルの遮蔽により奥行き手掛かりの矛盾が生成される可能性があるベゼルを有する、任意の立体的3Dディスプレイシステムに適用することができる。
本明細書で後述するすべてのアナグリフ(図10〜15)では、「赤」色は図中で「線影」の塗りつぶしで表され、青色は図中で「点描」の塗りつぶしで表される。
図10は、楕円がディスプレイベゼル180の上に浮いていると知覚されるように視差を有する黒い楕円を示す、赤/シアンのアナグリフの図である。赤/シアンのアナグリフの立体画像では、左側に赤で強調表示された視差及び右側にシアンで強調表示された視差を有する物体は、典型的に視聴者により近く映るように知覚されるのに対し、左側にシアンで強調表示された視差及び右側に赤で強調表示された視差を有する物体は、典型的に視聴者から離れて(すなわち、ディスプレイの中へ)映るように知覚されることに留意されたい。図10の図において、外側の正方形のフレームはディスプレイベゼル180を表す。図10の図では、2つの明確な矛盾する奥行き手掛かり(視差及び遮蔽)が存在する。
図11は、楕円がディスプレイベゼル180の背後に映っていると知覚されるように視差を有する黒い楕円を示す、赤/シアンのアナグリフの図である。赤/シアンのアナグリフの立体画像では、左側に赤で強調表示された視差及び右側にシアンで強調表示された視差を有する物体は、典型的に視聴者により近く映るように知覚されるのに対し、左側にシアンで強調表示された視差及び右側に赤で強調表示された視差を有する物体は、典型的に視聴者から離れて(すなわち、ディスプレイの中へ)映るように知覚されることに留意されたい。図11の図において、外側の正方形のフレームはディスプレイベゼル180を表す。図11の図では、矛盾する奥行き手掛かりは存在しない。この例では、黒い楕円は、ベゼルの背後でディスプレイの中へ投影されているように描かれている。
特定の一実施形態には、ディスプレイベゼルの左右のエッジのすぐ内側に非コンテンツ領域が存在し、ベゼルのサイズが表示される視差の最大量によって規定される、立体的ディスプレイが挙げられる。図12は、外側の正方形180(ベゼル)の内側に正方形で非コンテンツ領域190が表示された図である。
別の特定の実施形態には、非コンテンツ領域の存在及びサイズが、その画面の領域に表示されるコンテンツが奥行き手掛かりの矛盾を招くかどうかによって判断される、画面サイズを動的に判断する立体的コンテンツが挙げられる。
疑似立体的コンテンツ(例えば、描画又はレンダリングされた立体的画像対)では、表面は、十分な立体的の視差判断機能がないように生成されてもよい。図13は、相対的な視差を判断する十分な視差機能がないであろう表面の例である。図14は、相対的な視差を判断する十分な視差機能を含む表面の例である。
図13は、表示された機能に相対的な視差を判断する十分な視差機能がない、立体的ディスプレイの赤/シアンのアナグリフの図である。正方形のフレームは、ディスプレイベゼル180を表す。図13の図において、暗色の正方形は立体的ディスプレイを表し、水平の黒及び白のバーは単一表面を表す。黒色バーのそれぞれ右及び左末端部にある赤及びシアン部分は、両目の見え方における視差を示すであろう。表示された画像の区分(ディスプレイベゼル180の内側)では、視差は存在せず、したがって両目の見え方は同じであろう。
図14は、表示された機能に相対的な視差を判断する十分な視差機能が含まれる、立体的ディスプレイの赤/シアンのアナグリフの図である。正方形のフレームは、ディスプレイベゼル180を表す。図14の図において、暗色の正方形は立体的ディスプレイを表し、垂直の黒及び白のバーは単一表面を表す。各黒色バーのそれぞれ右及び左側にある赤及びシアン部分は、両目の見え方における視差を示すであろう。表示された画像の区分(ディスプレイベゼル180の内側)では、視差が存在し、したがって両目の見え方は同じではないであろう。
機能は、視聴者の視覚系がそれら機能を使用して相対的な視差を判断するために著しく又は意識的に認識可能である必要はなく、このことは図15に示される。
図15は、表示された機能に相対的な視差を判断する十分な視差機能が含まれる、立体的ディスプレイの赤/シアンのアナグリフの図である。図15の図において、正方形180は、立体的ディスプレイ又はディスプレイベゼル180を表す。灰色の正方形のそれぞれ右及び左側にある赤及びシアン部分は、両目の見え方における視差を示すであろう。表示された画像の区分では、視差が存在し、したがって両目の見え方は同じではないであろう。図15の図において、33のロゴの灰色及び背景の灰色は著しく異なる(すなわち、一方から他方へは8%を超える輝度の差がある)が、視聴者の視覚系がそれらを相対的な視差を判断する基準として使用するためにそれらが著しく又は知覚的に異なる必要はない。
別の特定の実施形態には、所定の表面が相対的な視差を判断する十分な機能を有するかどうかを評価する、レンダリングツールが挙げられる。単語又はロゴは、視差機能エンハンサとして使用されることができ、あるいはパターン(例えば、正弦波形状パターン)も視差機能エンハンサとして使用されることができる。このような機能エンハンサは、意識的に知覚可能であるか、あるいは性質上、単に主観的に知覚可能であってもよい。
均一な光ガイド
一実施形態には、上述したような、一区分に立体的3Dコンテンツを有し、別の区分に2Dコンテンツを有する、例えば、高度の知覚均一性を有し、中性濃度フィルタを用いない、ディスプレイが挙げられる。すべての2D−3D−2D区分間におけるディスプレイの知覚白色度又は輝度の均一性は、光を浪費せず、単一の光ガイドを含む。本明細書で使用するとき、「均一化された知覚輝度又は白色度」という語句は、空間全体に渡って(例えば、所定のディスプレイ又は画像で、平均的なヒトの視覚系では輝度の変化を知覚する感度を欠く空間全体に渡って(又はディスプレイ若しくは画像全体に渡って)フォトメータが輝度の変化を測定できる)顕著に知覚される輝度の変化がないことを表す。本開示の均一な光ガイドも、任意の3Dディスプレイ全般に適用可能である。
特定の一実施形態には、図5〜8に関して上述したような、中央の区分のみ3Dコンテンツを表示し、両側で2Dコンテンツを表示する、1つのバックライトと1つのLCDパネルとを有する、2D−3D−2Dディスプレイが挙げられる。
図5〜8に示されるように、ディスプレイ構成体はバックライトとLCDとで組み立てられる。バックライトは、例えば、ミネソタ州セントポールの3M社(3M Company)から高度鏡面反射(Enhanced Specular Reflective:ESR)フィルムの商標表記で市販されているフィルムなどの反射フィルムで作製されたリフレクターと、裏側に抽出機能及び出力面にレンズ形状を有する光ガイドと、3Dフィルムと、2D視覚情報が表示される領域のみを覆う3Dフィルム上のディフューザーとを含む。バックライトは、上述したようにLEDで端部照明される。
光ガイドの変数は、2D及び3D領域の軸上の輝度を均衡させるように選択される。変数には、エクストラクターの角度及び厚さが含まれる。これらの変数により、光が光ガイドから抽出される速度がもたらされる。光抽出の速度は、バックライトの均一性を決定する。抽出速度は、光ガイドの長さ方向に沿って抽出される光の量が知覚輝度均一性の許容範囲内であるように選択される。光ガイドの抽出速度は、非常に進行性である(図16参照)。3D領域は、高度に指向性である(図18参照)。2D領域はディフューザーを使用しているため、この領域から延びる光は2πステラジアンを超えて広がり(図17参照)、ディスプレイに垂直な光の強度を効果的に低下させると同時に、視野角性能を向上させる。適正な抽出の割合を有する光ガイドを選択すると、3D領域に加えて側部に位置する2D領域でも、ディスプレイに垂直な同じ強度又は輝度を有するバックライトの構成がもたらされる。適正な抽出の割合は、2D領域での許容可能な均一性と3D領域での許容可能な均一性とを用いて、2D領域の軸上の輝度を3D領域とほぼ同じにするのに十分なものである。この輝度及び均一性は、光の損失を最小限に抑えて高効率のバックライトを効果的に提供するように、中性濃度フィルタを使用せずに達成される。
図16は、ディフューザーを2D領域上に配置する前の非常に不均一なバックライトを示すためにプロットされた、3Dフィルムを通過する最大強度又は輝度を示す。光ガイドの全幅は230mmであり、約10:1の均一性を有する。有効な3D領域は、中心の75mm幅であり、5:3の均一性を有した。
図17は、LCDパネルを通過するディスプレイの2D領域の光の強度又は輝度の角度プロットである。このプロットは、ディフューザーにより、3Dフィルムからの光がより大きな視角に渡って広がることを示す。
図18は、LCDパネルを通過するディスプレイの3D領域の光の強度又は輝度の角度プロットである。このプロットは、右側LEDをオンにしたディスプレイの3D部分内で生成されたものである。高度に指向性のバックライトは、光を視聴者の右目に向けて誘導する。
2D−3D−2Dディスプレイの最終的な軸上の白色度又は輝度を測定及び記録した(図19参照)。このグラフは、埋込型3D−2Dディスプレイが、1つの光ガイドを備え、光ガイドの効果を向上させる中性濃度フィルタを使用せずに構成され得ることを示す。
図19は、埋込型ディスプレイの最終的な白色度又は輝度の測定値を示すグラフであり、2D区分で10:9の均一性を有し、3D区分で5:3の均一性を有する。このディスプレイは、許容可能な知覚白色度又は輝度の均一性を有することが判明した。
図20は、3Dディスプレイの最終的な白色度又は輝度の測定値を示すグラフであり、図中で知覚輝度均一性は10:9より良好な均一性を有する「合計」の線であり、「右」及び「左」の測定値はそれぞれ2:1の均一性を有する。しかしながら、視聴者は、融合又は集約された「右」及び「左」の両方の「合計」画像として3D画像を知覚する。このディスプレイは、許容可能な知覚白色度又は輝度の均一性を有することが判明した。
このように、埋込型立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイフィルムスタックの実施形態が開示される。本発明は、開示されたもの以外の実施形態でも実施可能であることを当業者は理解するであろう。開示された実施形態は、例証の目的で提示されているのであって、制限するものではなく、本発明は、次に続く請求項によってのみ限定される。

Claims (23)

  1. 立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイであって、
    液晶ディスプレイパネルと、
    左目用画像及び右目用画像を交互に切り替えることで前記液晶ディスプレイパネルを駆動するように構成された駆動電子装置と、
    前記液晶ディスプレイに光を供給するように配置された光ガイド及びバックライトと、
    前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間に配置された3Dフィルムと、
    を含み、
    前記ディスプレイが、3D形式で視覚情報を提供する3D区分と、2D形式で視覚情報を提供する2D区分と、を含む、ディスプレイ。
  2. 前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間にフレームを更に含み、前記フレームが、前記3D区分と前記2D区分との間にバリアを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  3. 前記フレームが、2つ以上の区分を含み、第1区分が前記3D区分に相当し、第2区分が前記2D区分に相当する、請求項2に記載のディスプレイ。
  4. 前記フレームが、前記第1区分と前記第2区分との間にベゼルを含む、請求項3に記載のディスプレイ。
  5. 前記3D区分及び2D区分が、実質均一な知覚輝度を有する、請求項1に記載のディスプレイ。
  6. 前記3Dフィルムが、両面プリズムフィルムを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  7. 前記光ガイドと前記2D区分との間に配置されたディフューザーを更に含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  8. 前記フレームがアルミニウムから構成される、請求項2に記載のディスプレイ。
  9. 前記バックライトが、前記光ガイドの第1側部に複数の第1LEDを含み、前記第1側部と反対側の前記光ガイドの第2側部に複数の第2LEDを含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  10. 前記液晶ディスプレイパネルと反対側前記光ガイドの表面上にリフレクターを更に含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  11. 前記液晶ディスプレイパネルが、前記ベゼルに隣接して配置された非コンテンツ領域(no content zone)を含む、請求項4に記載のディスプレイ。
  12. 立体的3Dディスプレイ及び2Dディスプレイであって、
    液晶ディスプレイパネルと、
    左目用画像及び右目用画像を交互に切り替えることで前記液晶ディスプレイパネルを駆動するように構成された駆動電子装置と、
    前記液晶ディスプレイに光を供給するように配置された光ガイド及びバックライトと、
    前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間に配置された両面プリズムフィルムと、
    前記両面プリズムフィルムの一部のみと前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置された光拡散フィルムと、
    を含み、
    前記ディスプレイが、3D形式で視覚情報を提供する3D区分と、2D形式で視覚情報を提供する2D区分とを含む、ディスプレイ。
  13. 前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間にフレームを更に含み、前記フレームが、前記3D区分と前記2D区分との間にバリアを含む、請求項12に記載のディスプレイ。
  14. 前記フレームが、2つ以上の区分を含み、第1区分が前記3D区分に相当し、第2区分が前記2D区分に相当する、請求項13に記載のディスプレイ。
  15. ディフューザーが、前記フレームに当接するとともに前記2D区分に相当する前記第1区分を覆っており、ディフューザーフィルムが第2の3D区分を覆っていない、請求項14に記載のディスプレイ。
  16. 前記バリアが、前記液晶ディスプレイパネルに向けられている幅の狭い末端部と、前記両面プリズムフィルムに向けられている幅の広い末端部とを有するテーパ状のウェッジ型形状を含む、請求項13に記載のディスプレイ。
  17. 前記光拡散フィルムが、前記両面プリズムフィルムから前記液晶ディスプレイパネルを分離する、請求項12に記載のディスプレイ。
  18. 前記液晶ディスプレイパネルが、前記両面プリズムフィルムと同一の広がりを持つ、請求項12に記載のディスプレイ。
  19. 前記バックライトが、前記光ガイドの第1側部に複数の第1LEDを含み、前記第1側部と反対側の前記光ガイドの第2側部に複数の第2LEDを含む、請求項12に記載のディスプレイ。
  20. 前記液晶ディスプレイパネルと反対側の前記光ガイドの表面上にリフレクターを更に含む、請求項12に記載のディスプレイ。
  21. 立体的3Dディスプレイであって、
    液晶ディスプレイパネルと、
    左目用画像及び右目用画像を交互に切り替えることで前記液晶ディスプレイパネルを駆動するように構成された駆動電子装置と、
    前記液晶ディスプレイに光を供給するように配置された光ガイド及びバックライトと、
    前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間に配置された両面プリズムフィルムと、
    を含み、
    前記ディスプレイが、3D形式で視覚情報を提供する3D区分を含むとともに、視聴者が視差情報を効果的に認識できるように前記3D区分内に十分な視差の奥行き手掛かり(disparity depth cues)を有する、ディスプレイ。
  22. 前記3D区分が、ディスプレイベゼルに隣接した非コンテンツ領域(no content zone)を含む、請求項21に記載のディスプレイ。
  23. 立体的3Dディスプレイであって、
    液晶ディスプレイパネルと、
    左目用画像及び右目用画像を交互に切り替えることで前記液晶ディスプレイパネルを駆動するように構成された駆動電子装置と、
    前記液晶ディスプレイに光を供給するように配置された光ガイド及びバックライトと、
    前記液晶ディスプレイパネルと前記光ガイドとの間に配置された両面プリズムフィルムと、
    を含み、
    前記ディスプレイが、前記光ガイドの長さ方向に沿って実質均一な知覚輝度を提供する、ディスプレイ。
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