JP2011514538A - ディスプレイ - Google Patents

Abstract

異なる視野角特性の幾つかのビューモードを提供するためのディスプレイは、ディスプレイ装置と、一定の光学特性を有する視差オプティクスであるパッシブな光学装置（９）とを備える。ディスプレイ装置は、第１の電極構造と第２の電極構造（５，１０，１１）との間に、発光または光変調層（７）を備える。第１の電極構造（５）は、ディスプレイ装置の画素を規定する複数の画素電極を含む。第２の電極構造は、複数の対向電極（１０，１１）を備え、前記複数の対向電極（１０，１１）は、各画素電極（５）が、各対向電極の一部に向かい合うように配置されている。対向電極は、各画素のどの部分をアクティブにするかを選択できるように制御可能である。この部分が、光学装置（９）と協働して、複数のディスプレイビューモードを提供する。

Description

本発明は、ディスプレイに関する。このようなディスプレイは、アクティブマトリクスディスプレイ装置を含んでいてよく、２つまたはそれ以上の動作モードの間を電気的に切替え可能であり得る。第１のモードでは、ディスプレイは、標準的なディスプレイとして機能し、２次元画像情報を示すと共に、概して、全ての視認者にとって最大輝度および最大解像度を有する、可能な限り広い視野角範囲を有している。このディスプレイは、前記第１のモードに加えて、何らかの形態の付加的機能を有していてよい。付加的機能には、３次元（３Ｄ）表示性能、プライベートビューモード、または、１つのディスプレイから２つの異なる画像が、異なる視野角範囲に表示されるデュアルビューモードなどが挙げられる。

このようなディスプレイは、ユーザが高性能の多機能ディスプレイから利益を享受し得る多くの機器、または、ディスプレイの最適な光学特性をディスプレイが用いられる状況に応じて変更することが可能な多くの機器に適用可能である。このような機器の例には、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ型コンピュータ、デスクトップモニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、および電子的ポイント・オブ・セール（ＥＰＯＳ：Electronic Point of Sale）装置などが含まれる。このような機器はまた、特定の視認者（例えば運転者、または集中して機械を操作している者）が、特定の画像を特定の時に、例えば、車内テレビスクリーンを車が動いている間に見ることができるようになっていると、気が散り、従って危険である状態において、役に立ち得る。

コンピュータと共に用いられるモニタ、および電話や携帯用情報機器に内蔵されたスクリーンといった電子ディスプレイ装置は、切換可能な光学機能性を有して製造されている。このような装置には、シャープ株式会社のＡｃｔｉｕｓ ＲＤ３Ｄラップトップ型コンピュータが含まれる。このＡｃｔｉｕｓ ＲＤ３Ｄラップトップ型コンピュータは、通常の２次元ビューモードと、スクリーン上に表示された対象物の深さの表示を生成する裸眼立体３次元ビューモードとの間を切換可能な液晶デバイス（ＬＣＤ）ディスプレイを有している。別の例は、シャープ株式会社のＳｈ９０２ｉ携帯電話デバイスである。このＳｈ９０２ｉ携帯電話デバイスは、デバイス上に表示された情報を広範囲の角度から視認可能であるパブリックモードと、デバイスによって表示された情報をディスプレイスクリーンに対する法線を軸とした狭い範囲の視野角内からのみ認識可能であるプライベートモードとの間を切替え可能であるＬＣＤディスプレイを有している。

上述の多機能ディスプレイ装置の製品では、標準的な２次元（２Ｄ）表示モードから付加的機能モードへ切替えるには、（標準的な２Ｄ画像だけを表示するために必要とされる）標準的なディスプレイ装置の他に設けられている何らかのアクティブな光学構造体の物理的状態を変更するか、または、このディスプレイ装置によって表示された画像データを切替えるか、あるいは、これら両方を行う必要がある。

単に、ディスプレイに供給された画像データを、恐らく何らかのパッシブな光学構造体と連携して変更することによって、ビューモードを切替えることが可能な多機能ディスプレイ装置は、次の点において有利であると考えられる。高価なスイッチングハードウェアを余分に設ける必要がない点。標準的な２Ｄモードと比べると、ディスプレイが、付加的機能モードにおいて動作する余分な電力を引き出さない点。既存の製品であるディスプレイのハードウェアを変更して付加的機能を組み込むコストが、最小化される点。このような装置の例は、ＬＣＤディスプレイおよびさらなるレンチキュラー光学構造体をベースにした公知の３Ｄディスプレイの種類や、ＬＣＤおよびさらなる視差バリア光学構造体をベースにしたデュアルビューディスプレイの種類である。３Ｄディスプレイの種類の一例は、欧州特許出願公開第０６２５８６１号（シャープ株式会社，１９９３）に開示されており、デュアルビューディスプレイは、米国特許出願公開第２００５０１１１１００Ａ１号（シャープ株式会社，２００３）および米国特許出願公開第２００５０２００７８１Ａ１号（シャープ株式会社，２００４）に開示されている。

このようなディスプレイでは、画素のカラムを単一のレンズまたはバリア素子の下にまとめ、このカラムの群の上に多数のインターレース画像を表示して、これらの多数の画像が異なる視認領域に分割されるようにすることによって、マルチビュー表示モードが実現されている。このようなディスプレイでは、２Ｄモードは、１つのグループ内の全ての画素カラム上に同一の画像データを表示することによって得られる。しかしながら、これらのいずれの表示モードでも、各目または各視認者は、基礎となる表示を含む、ＴＦＴが切替えられた画素の一部だけしか視認しないため、結果的に、有効ディスプレイ解像度の損失が生じる。これを受けて、２Ｄモードにおいて、全ての画素が全ての視認領域に対して視認されることを可能にすることによって解像度を維持する、何らかのアクティブな光学構造体を有するマルチビューディスプレイが開発された。これらのディスプレイの例には、米国特許第６０４６８４９号（シャープ株式会社，１９９６）および国際公開第０３０１５４２４Ａ２号（Ｏｃｕｉｔｙ，２００１）に開示された３Ｄディスプレイが含まれる。しかし、これらの種類のディスプレイは、依然として、付加的機能モード中に、単一のディスプレイ上の多数の画像をインターレースして、これらの画像を異なる視認領域に分割することに起因する、避けられない解像度の損失、および、この付加的なアクティブな光学構造体にさらなる費用がかかることを欠点としている。

プライベートモード性能を有し、いずれのモードにおいても解像度の損失が生じないディスプレイ装置の一例は、シャープ株式会社のＳｈ７０２ｉＳ携帯電話である。この携帯電話は、携帯電話のＬＣＤ上に表示された画像データを、ディスプレイにおいて用いられる液晶モードに固有の角度データ−輝度特性と共に操作することによって、表示された情報が中心から外れた位置からディスプレイを観察している視認者に認識されない、プライベートモードを作成する。しかしながら、プライベートモードにおいて、軸上にいる正当な視認者に表示された画像の質は、著しく低い。

米国特許第４９７３１３５号（Ｃａｎｏｎ，１９８４）には、多数の帯状の対向電極を備えるアクティブマトリクスＬＣＤディスプレイの構成が記載されている。この構成は、マトリクスアレイを規定する複数の信号線およびゲート線、前記信号線と前記ゲート線との交点にあるＴＦＴスイッチ、および基板上の各ＴＦＴの出力部（ドレイン）に接続された電極領域を備えている。向かい合う対向基板の上には、複数の帯状の対向電極領域が、グループ毎に配置されている。各グループは、アクティブマトリクス基板上の、ＴＦＴが制御された電極領域の各カラムに反して位置合わせされており、アクティブマトリクスとパッシブマトリクスとのアドレッシングを組み合わせることによって制御された１組のディスプレイ画素領域を規定している。このようにして、必要とされるＴＦＴの数を増やさずに、アクティブマトリクスディスプレイの有効解像度を増大させることが可能である。しかしながら、この構造では、印加された電場に対するネマティック液晶の反応が場の極性と無関係であるために、問題が生じる。従って、単一のＴＦＴが制御された区域内の画素領域のうちの、データ電圧を受けるための１つの画素領域を独立して選択することを、ディスプレイ全体の多数の対向電極に印加された電圧によって、データ電圧とは無関係に実現することはできない。このため、この構造は、特に、電場の極性が切替えられた、双安定型強誘電性液晶デバイスに適用可能である。データ信号に応じて、補償信号を対向電極に印加し、これによって、この構造をネマティックＬＣＤの解像度を向上させるために適用可能にする方法が、Journal(SID, 4/1 1996, pp 9-17)に記載されている。

米国特許出願公開第２００６０２６７９０５Ａ１号（Ｃａｓｉｏ，２００５）には、アクティブマトリクス基板に対向する基板上に配置された１つの対向電極を備えるフリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ）型のＬＣＤディスプレイが開示されている。この構造では、対向電極に印加された電圧を用いて、ＬＣ（液晶）ディレクタの向きをセルの平面からある程度まで変えて、これによって、角度光透過プロファイルを生成している。角度光透過プロファイルは、非対称であるため、ある程度プライベートである。しかしながら、記載された対向電極は、ディスプレイ全体を通して一様であり、このため、ディスプレイ画素の一部の電源を切るためだけに、前記対向電極を用いることは不可能である。なぜなら、ディスプレイ画素の一部の電源を切ると、結果的に、全ての視認者に対して黒い画像が表示されるからである。対向電極スイッチを、何らかのパッシブな光学構造体と共に用いて、ディスプレイから出力された光の方向性を変更することについても記載されていない。

米国特許第６４２１０３３号（ＩＴＬ，２０００）には、ＬＥＤディスプレイおよびＯＬＥＤディスプレイに適用するための、類似のハイブリッドアドレッシング構造が記載されている。ＯＬＥＤディスプレイの発光機構であるダイオードの性質のため、上述のＬＣＤの問題は当てはまらない。ＯＬＥＤディスプレイでは、類似のアクティブマトリクスおよび複数の対向電極（カソード）の構成を用いて、ディスプレイ内のＴＦＴがアドレス指定された領域毎の有効画素の数を増大させることが可能である。しかし、このようなアクティブマトリクスとパッシブマトリクスとを組み合わせたアドレッシング構造では、各ＴＦＴがアドレス指定された各領域内の多数の画素が、１つの画像フレーム時間内に経時的にアドレス指定される必要がある。このため、１つの完全なアクティブマトリクスがアドレス指定され、フレームの全持続時間において全ての画素が「オン」であり得るＯＬＥＤディスプレイと比べると、全体的に輝度の損失が生じる。また、米国特許第６４２１０３３号は、ＴＦＴの総数を増大させずに、アクティブマトリクスディスプレイに有効解像度の向上を提供しているだけであり、多数の対向電極を用いて、ディスプレイの光学機能のどんな特徴でも制御することを提案しているわけではない。

ＯＬＥＤ型のディスプレイにおいて、アクティブマトリクス基板に対向して多数のカソード電極が組み込まれた他の装置が、米国特許出願公開第２００６０２７９８１Ａ１号（Ａｕ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，２００４）、米国特許出願公開第２６０１２７０８Ａ１号（Ｐｈｉｌｉｐｓ，２００２）、および米国特許出願公開第２００６０３８７５２Ａ１号（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ，２００４）に提案されている。

米国特許出願公開第２００６０２７９８１Ａ１号（Ａｕ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，２００４）では、２つの対向電極が、発光ＯＬＥＤ画素の上部および底部に交互に配置され、両面ディスプレイが形成されている。

米国特許出願公開第２００６０１２７０８Ａ１号（Ｐｈｉｌｉｐｓ，２００２）では、赤、緑、および青の各画素グループに、個別の対向電極が用いられており、各色光を発する材料のデューティサイクルを個別に制御して、前記材料の差のある経年劣化問題を軽減している。

米国特許出願公開第２００６０３８７５２Ａ１号（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ，２００４）では、ディスプレイ画素は、一対毎にグループ分けされており、アクティブマトリクスアレイが必要とする金属線の総数を低減して、これによって、ディスプレイの総面積に比する発光領域の総面積を増大させている。各対には、共通の電力線が設けられている。各対の画素が、逆のダイオード極性を有するように、ダブルカソード構造が用いられており、各対の画素を通る電流の総量ではなく、各対の画素を通る電流の違いだけを供給することを要求することによって、共通の電力線上の電流負荷を最小化している。

従って、上述の文献の中には、エレクトロルミネセントディスプレイ装置に、多数の対向電極を配置して、ＴＦＴがアドレス指定された画素区域のどの領域が所定の時間に発光するかを選択することについて記載されているものもあるが、従来技術のいずれの文献においても、この多数の対向電極の構成は、ディスプレイの光学機能性を切替えるためには用いられておらず、また、ＴＦＴが切替えられた画素区域の全てを発光させることと、前記画素区域の一部だけを発光させることとを切替えることによって、ディスプレイの視認特性を変更可能であるということは、どこにも示唆されていないことが分かる。

従って、表示モードの全てにおいて、アクティブマトリクスディスプレイの各ＴＦＴが切替えられた画素領域の幾つかまたは全てが、少なくとも１つの位置にいる視認者に視認可能であり、表示モード間の切替えは、複数の対向電極上の電圧を制御することによって実現され、アクティブマトリクスアレイに供給された画像データを操作しなくても、ディスプレイ区域の全体にわたって光学特性の制御が可能な、多機能ディスプレイを提供することが望まれている。

本発明によれば、ディスプレイ装置およびパッシブな光学装置を備えるディスプレイが提供される。このディスプレイ装置は、第１の電極構造と第２の電極構造との間に配置された発光または光変調層を備えている。第１の電極構造は、前記ディスプレイ装置の画素を規定する複数の画素電極を備え、第２の電極構造は、複数の対向電極を備えており、前記複数の対向電極は、各前記画素電極が各前記対向電極の一部に向かい合うように配置されており、前記複数の対向電極は、各画素のどの部分をアクティブにするかを選択できるように制御可能であり、前記光学装置と協働して、異なる視野角特性を有する複数のディスプレイビューモードを提供する。

これによって、多機能アクティブマトリクスディスプレイ装置において表示モード間の切替えを提供することが可能であり、この際に、ディスプレイパネルの他に設けられているアクティブな光学構造体にハードウェアスイッチを設ける必要も、アクティブマトリクスアレイに入力された画像データを操作する必要もない。この切替えは、複数の対向電極に供給された電気信号を変化させることによって行われる。複数の対向電極はそれぞれ、アクティブマトリクスアレイの個々にアドレス指定された各画素の一部に対向して配置されている。このようにして、対向電極構造に印加された信号が、個々に制御されたアクティブマトリクス画素の、光を放射する領域を決定する。この領域の決定により、何らかのパッシブな光学構造体と共に、肉眼的視認特性、例えば、ディスプレイの光の方向性を制御する。

図１は、モード切替機構を有するディスプレイの一実施形態の基本的な構成部品を示す、概略的な分解図である。 図２は、図１に示した実施形態の概略的な断面図であり、複数のカソードによって、ディスプレイが放射した光の方向性を制御する方法が示されている。 図３は、装置の各画素用の制御回路の一例を示す回路図である。 図４は、低電力の光を方向付けるディスプレイを提供する、モード切替機構を有する他の一実施形態の基本的な構成部品を示す概略的な分解図である。 図５は、図４に示した実施形態の、ヘッド追跡ディスプレイにおける利用を示す図である。 図６は、デュアルビュー表示モードに切換可能な裸眼立体３Ｄを提供する他の一実施形態の、裸眼立体３Ｄ時にある状態を示す、概略な断面図である。 図７は、デュアルビュー表示モードに切換可能な裸眼立体３Ｄを提供する他の一実施形態の、デュアルビューモード時にある状態を示す、概略的な断面図である。 図８は、切替え可能なデュアルビューディスプレイを提供するさらに他の一実施形態を示す、概略的な図である。 図９は、方向性の２次元制御を提供するディスプレイを示す図である。 図１０は、輝度の均一性を向上させるディスプレイを示す図である。 図１１は、両面動作を提供するディスプレイを示す図である。 図１２は、パブリックビューモードを示す液晶ベースのディスプレイの図である。 図１３は、図１２のディスプレイの、プライベートビューモード時を示す図である。

好ましい一実施形態では、ディスプレイパネルは、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイである。アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイは、通常はガラスである基板１を備え、前記基板の上には、個々にアドレス指定可能なピクチャエレメントまたは「画素」のアレイがパターニングされている。この画素は、電子的スイッチング装置２を備えている。電子的スイッチング装置２は、アクティブマトリクスディスプレイにおいて標準的なアレイを構成する複数のゲート線３およびデータ線４のそれぞれから、画像データおよびタイミングデータを受信して、電流をアノード電極領域５に出力する。ＯＬＥＤディスプレイでは、同じくマトリクスアレイを構成する複数の電力線６の１つの電力線から、各画素に、電流が供給されることが標準的である。この画素はまた、実質的にアノード電極領域を覆っている、エレクトロルミネセント層７の形をした発光層を備えている。この発光層は、前記電子的スイッチング装置によって前記アノード電極領域に供給された電流に応じた強度で発光する。このエレクトロルミネセント層は、異なる有機材料層を複数含んでいてよい。異なる有機材料層の例には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層が挙げられるが、これらに限定されない。またこれらの有機材料層は標準的である（SID’07 Digest, pp 1691-1694）。

全ての画素が、ディスプレイ区域全体にわたってのびるコモンカソード電極を共有している標準的なＯＬＥＤディスプレイとは異なり、本実施形態の装置は、複数のカソード電極領域８を有している。各カソード電極領域８は、ディスプレイ画素の各アノード領域の一部を覆うように配置されている。任意の画素の輝度は、有機層をアノードからカソードまで流れる電流の大きさによって決定されるので、各画素の、発光が生じる部分は、画素のアノードと電流を受けるために適した電圧であるカソードのいずれかとの重複区域によって決定される。このようにして、複数のカソード電極上の電圧を制御することによって、発光が生じる各画素の領域を制御することが可能である。

概して、ＯＬＥＤディスプレイでは、アノード電極領域およびカソード電極領域のいずれか一方が、インジウムスズ酸化物などの透明な導電性材料から形成され、他方が、反射性の金属導体から構成される。これは、画素によって放射された光のほとんど全てが、ガラス基板を避けて、またはガラス基板を通って、ディスプレイから出射することが望ましいかどうかに応じて、決定される。

本実施形態では、パッシブな光学装置９が用いられており、画素の、光が放射される領域を電気的に切替えることによって、画素からの光が方向付けられる視認領域が変更されるようになっている。パッシブな光学装置９は、レンチキュラーアレイまたは視差バリア、あるいはレンチキュラーと視差バリアとを組み合わせた構造といった視差素子の１次元アレイを構成する視差オプティクスの形をしている。各画素は、それぞれ１つの視差素子に位置合わせされている。図１では、各視差素子は、画素の１つのカラムに位置合わせされた円筒状の収束レンズを備えている。

説明した本実施形態の構成部品の概略的な分解図が、図１に示されている。

図２は、このような装置の概略的な断面図であり、幾つかのカソード領域１０，１１を切替えることによって、画素が放射した光を、プライベートモード動作を提供する軸上視認領域１２の中に方向付けることと、軸上視認領域１２と共同して広角のパブリックモードを提供する側方視認領域１３の中に方向付けることとに、切替えることが可能であることを示している。この図は、説明のためだけのものであって、原寸に比して縮尺されたものではないことに留意されたい。パッシブな光学装置９の各光学素子と発光領域との間の離間距離、および、レンズの焦点距離といった光学素子の光学特性、並びに発光領域自体の形状が、視認領域の角度範囲を決定することになる。前記視認領域は、装置の用途に応じて特定される。

電子的スイッチング装置２の可能な回路図の一例が、図３に示されている。このような装置では、画素は、ゲート線３に印加されたタイミング信号によってアクティブにされる。ここで、標準的な処理は、ディスプレイの全てのロウの画素を、一画像フレーム内において連続的にアクティブすることである。ゲート信号が、トランジスタ１２のゲート端子に印加され、これによって、ストレージキャパシタ１３が、データ線４によって供給された画像データ電圧に荷電することを可能にする。トランジスタ１２上のゲート信号が取り除かれた後、第２のトランジスタ１４のゲート端子は、フレーム時間が持続する間、このデータ電圧に維持される。トランジスタ１４は、ゲート端子に印加されたデータ電圧の値が、トランジスタ１４の、電力線６からアノード電極５まで流れる電流についての実効抵抗を決定するように、線形領域において動作される。この場合、電力線と画素カソードとの間に一定の正電圧が維持されるならば、エレクトロルミネセント層のダイオード構造体は、順方向にバイアスされた状態になり、データ線４に印加されたデータ電圧は、エレクトロルミネセント層７を通る電流を制御し、これによって画素の輝度を制御する。これは、ＯＬＥＤディスプレイの駆動方法において、最も標準的な方法である。

次に、本実施形態では、画素の異なる区域に対応する多数のカソード領域が存在している。これらのカソードが全て、電力線の電圧よりも幾分低い電圧、例えばグランドで維持されるならば、電流は、全てのカソードに流れ、ほぼ全ての画素が発光することになる。しかし、１つまたは複数のカソード上の電圧が、電力線上の電圧にほぼ相当する程度まで上昇するならば、電流は、データ電圧には関係なく、これらのカソードには流れず、これらのカソードに対応する画素の領域は、発光せず、光が方向付けられる角度範囲を変更させる。各カソードが、ディスプレイ全体の各画素の一部を覆っているため、数個のカソードの電圧を制御することによって、画像データには関係なく、ディスプレイの視野角特性を全体的に切替えることが可能である。

図２に示すように、第１のカソード１０が、画素区域および光学素子のレンズのほぼ中心である、各画素の一区域を覆っており、第２のカソード１１が、画素の残りの側方領域を覆っているならば、２つのカソード領域だけが必要とされ、単に、２つのカソード電極のいずれか一方に印加された電圧を変化させることによって、パブリックビューモードとプライベートビューモードとの間を全体的に切替え可能なディスプレイが提供される。

図１および２では、エレクトロルミネセント層７は、ＴＦＴが切替えられた電極領域５の区域にわたって連続した層として示されているが、必ずしもそうである必要はないことに留意されたい。エレクトロルミネセント層が、分離された各カソード領域８の間において隙間を有していると、カソードが異なる電圧で維持されている場合に、電流が、エレクトロルミネセント層を介してカソード間を流れることを妨げる助けとなるため、これは、都合がよい。また、カソード電極８への接点にダイオード素子を付加することによって、電流が、エレクトロルミネセント層からカソードにしか流れず、望ましくないカソードからカソードへの流れが決して起こらないように保証される。

他の一実施形態では、１画素当たりのカソード領域の数を、２つ以上に増やして、ディスプレイ画素によって放射された光の方向性をより細かく制御することを提供する。この場合、ディスプレイを、何らかのユーザ追跡装置と共に用いて、ディスプレイによって放射された光を、動いている視認者に向けて案内することが可能である。これによって、従来のディスプレイよりも、電力を節減することが可能になる。なぜなら、ディスプレイによって放射された、視認者がいない視認領域の中に方向付けられた光の量が、低減されるからである。図４は、垂直方向の角度範囲を制御するためのディスプレイの一例を示す図である。

図５は、図４に示した種類のディスプレイ１５の想定可能な適用例を示す図である。水平方向に帯状のカソード８、および水平に配置されたレンチキュラーアレイが、画像が表示される垂直方向の角度範囲を制御することを可能にする。レンチキュラーアレイ９は、ディスプレイ１５によって放射された光を、視認者の頭を軸とする円錐１６の中に集結させて、電力を節減する。ディスプレイ１５に内蔵されたユーザ追跡装置が、視認者の位置を検出すると共に、カソード電圧を調整する信号を出力して、画像円錐の向きを、視認者の現状の高さ、つまり、座っている高さ１７または立っている高さ１８に応じて、垂直に変えることを可能にする。この種のシステムは、画像を多数の角度領域に、１フレーム内において連続的に表示することによって、多数の視認者に適応することも可能である。

さらに他の一実施形態では、帯状のカソードが、裸眼立体３Ｄ表示モードとデュアルビュー表示モードとの間の切替えを提供するように、配置されている。本実施形態では、レンズアレイの各セグメントの下に、個々に制御された第１の画素領域および第２の画素領域が、関連するアノード電極１９，２０を有して配置されている。３Ｄモードでは、発光が、第１のカソード１０に対応する領域から生じ、第２のカソード１１に対応する領域からは生じないように、第１のカソード１０および第２のカソード１１にそれぞれ電圧が供給される。カソード電極と光学素子との相対的な位置は、第１の画素からの光が、ディスプレイの法線２２にほぼ平行な端面を有する、ディスプレイの法線の左に中心を置く第１の視認円錐２１の中に向けられ、その一方で、第２の画素からの光は、同じくディスプレイの法線２２にほぼ平行な端面を有する、ディスプレイの法線の右に中心を置く第２の視認円錐２３の中に向けられる。このような構成は、図６に示されている。

本構成は、１つの立体写真を構成する２つの画像を、交互のディスプレイ画素上に、インターレース式に表示し、これによって、ほぼディスプレイの法線に沿って位置している視認者の各目に向けることが可能な手段を提供する。この場合、視認者は、深さを有する３Ｄ画像を知覚する。

３Ｄモードからデュアルビューモードに切替えるために、２つの画素領域のうちの、第１のカソード１０ではなく、第２のカソード１１に対応する各領域が、光を放射するように、カソード上の電圧を交換する。カソード電極と光学素子との相対位置によって、第１の画素からの光が、ディスプレイの法線の左に軸を置く第１の視認円錐２４の中に向けられると共に、第２の画素からの光が、ディスプレイの法線の右に軸を置く第２の視認円錐２５の中に向けられることになる。ここで、２つの視認円錐の角距離は、ディスプレイ上にインターレース式に表示された２つの画像が、ディスプレイの対向し合う側にいる、異なる２人の視認者に対して切り離されるようになっている。これによって、デュアルビューディスプレイが提供される。この状況は、図７に示されている。

さらに他の一実施形態では、最大解像度のデュアルビューディスプレイが提供される。パッシブな光学装置９の各構成要素の下に、単一のアノード領域５が配置されている。パッシブな光学装置９は、図８に示されるようなレンチキュラー構造体とバリア構造体とを組み合わせたものであってよく、バリアの各開口部の中には、それぞれレンズが配置されている。また、２つのカソード領域１０，１１が配置されている。これらのカソード領域の配置は、エレクトロルミネセント層７の、第１のカソード領域１０に対応する領域から放射された光が、ディスプレイの法線の一方の側面の、第１の視認ウィンド２４の中に向けられ、第２のカソード領域１１に対応する領域から放射された光が、ディスプレイの法線の反対側の、第２の視認ウィンド２５の中に向けられるようになっている。各カソード領域上の電圧は、光が、両方のカソード領域から一フレーム周期において連続的に放射されるような電圧であり、画像データ電圧は、フレーム周期の対応する各部分ごとに変更される。その結果、２つの異なる画像が、時間的に連続して２つの異なる視認領域に表示され、デュアルビューディスプレイが提供される。デュアルビューディスプレイでは、各視認者は、全てのＴＦＴが制御された画素素子の一部を視認するため、ディスプレイ解像度は保持される。本実施形態は、両方の領域が光を放射するようにカソード電圧を切替えることによって、標準的な２Ｄモードに切替えられ得る。標準的な２Ｄモードでは、単一の画像が、全フレーム時間の間、両方の視認領域に同時に表示される。

上述の複数の実施形態では、対応する図面は、水平および垂直方向の帯状のカソード領域、および光学機構だけを示しているが、これらの実施形態は、この形状に限定されるものではない。図９に示すように、水平および垂直方向に規定されたカソード領域２６を、２次元のレンチキュラーアレイ２７の形をしたパッシブな光学装置と共に用いて、画素によって放射された光の方向を垂直および水平方向に制御することを可能にしてもよい。アレイ２７は、視差素子の２次元アレイを形成している。

また、帯状のカソードをレンチキュラーアレイの方に傾けることによって、隣接し合うカソード領域を介して放射される光に対応する、視認円錐間の画素輝度の均一性を向上させることが可能である。これについては、図１０に示されている。

マルチモードディスプレイ装置において、多数のカソード領域の形状、および多数の光学構造体を用いて、様々な光学特性間の切替えを形成可能であると思われる。この様々な光学特性間の切替えは、ここに記載する基礎となる切替機構から逸脱するものではない。

さらに他の一実施形態では、画素アノード領域の第１の部分２８は、ＩＴＯなどの透明な導電性材料の層から構成され、画素アノード領域の第２の部分２９は、金属層などの反射性の導電性材料から形成されている。次に、第１のカソード１０は、反射性の導体であり、ほぼ、第１のアノード領域２８に対向して配置されており、その一方で、第２のカソード１１は、透明な導体であり、ほぼ、第２のアノード領域２９に対向して配置されている。第１のカソード１０および画素アノード領域の第２の部分２９は、パターニングされたミラーを形成している。図１１に示されるように、この方法では、ディスプレイの各画素によって放射された光は、ガラス基板を避けて方向付けられる、および、前記ガラス基板を通って方向付けられる。これは、米国特許出願公開第２００６０２７９８１Ａ１号に記載された装置に類似している。

本実施形態では、上部の発光領域および下部の発光領域は、独立した発光の制御を有していない。これは、両方の領域が単一の電気制御装置２を用いており、そのため、ディスプレイの両側から、同一の画像が視認されるからである。しかしながら、本実施形態は、カソードの電圧を、上述の実施形態において説明したように、１つのカソードだけに対応する領域から光が放射されるように変更させることによって、光が放射されるディスプレイの側面を制御し、これによって、ディスプレイを１つの側面からのみ視認する場合に電力を節減すると共に、ＴＦＴスイッチング素子の数を従来技術よりも減らすことが可能であるという利点を有している。このような装置が有効である１つの用途は、クラムシェル型携帯電話であろう。クラムシェル型携帯電話では、電話が開いた位置にあるか、または閉じた位置にあるかに応じて、画像が表示されるディスプレイの側面が自動的に切替えられ得る。

説明した実施形態は、１フレーム周期においてカソードに印加される電圧を切替えて、画像データの変化をこの切替えと同期化することによって、ディスプレイの対向し合う側面において異なる画像を表示することも可能である。ここでは、第１の画像は、ディスプレイの一方の側面に、各フレーム周期の半分の間表示され、第２の画像は、ディスプレイの他方の側面に、フレーム周期の別の半分の間表示される。結果的に、デューティサイクルが共通であるため、同時に両面に表示するディスプレイと比べると、各画像には、輝度の損失が生じることになるが、必要とされる独立したスイッチング素子の必要な数もまた、半分に低減される。

さらに他の実施形態では、ディスプレイパネルは、ＯＬＥＤ型ではなく、ＬＥＤ型である。本実施形態では、装置の構成および電気動作は、本質的に、図１および図３に示されたようなものである。つまり、用いられる発光ダイオード材料が、有機半導体材料ではなく、標準的な半導体材料であるだけである。

実際には、上述の複数の実施形態によって提供される、カソードアレイを介してアクティブにされる各画素内のエレクトロルミネセント材料の領域を選択するための性能を用いて、画素の寿命を最適化すると共に、ディスプレイ内の異なる色の画素の劣化度を等しくすることが可能である。

さらに他の実施形態では、ディスプレイパネルは、液晶材料が光変調層を形成する双安定型フレクソエレクトリックモードのディスプレイといった、直流切替型の液晶ディスプレイである。実際には、このモード切替機構は、画素の状態を制御するために、画素を流れる電圧の極性を制御することが必要な任意の種類のディスプレイと共に用いてもよい。この種類のディスプレイには、説明したようなエレクトロルミネセントディスプレイが含まれるが、Ｅ−Ｉｎｋ型などの電気泳動ディスプレイ、および電解採取ディスプレイも含まれる。

図１２および図１３に示されるさらに他の実施形態では、ディスプレイパネルは、面内スイッチング（ＩＰＳ）型またはフリンジフィールドスイッチング型（ＦＦＳ、ＡＦＦＳ（advanced fringe field switching，ＡＦＦＳ＋；http://www.boehydis.com/eng/main.htmwoを参照）のネマティック液晶ディスプレイである。このような種類のＬＣＤでは、一般に、複数の対向電極上の電圧を制御することによって、各画素のスイッチオフされた部分が限定されること、つまり、対向電極に印加され得る電圧が存在せずに、全てのデータ電圧の場合に液晶中がゼロ電場になることが、回避され得る。

これは、これらの装置では、正の誘電異方性３０の、光変調層を形成する液晶材料が、平らな構成に配向されており、液晶の光軸が、交差したディスプレイ偏光子３５，３５’のうちの一方の透過軸に平行または垂直な方向において、基板の表面にほぼ平行に配置されているためである。アクティブマトリクスアレイ内の画素に印加されたデータ電圧は、その後、アクティブマトリクス基板１上に位置する、画素電極３１とコモン電極３２との間に、電場を生成する。アクティブマトリクス基板１は、ＩＰＳの場合、指のような形状の画素電極と互いに噛み合っているか、または、ＦＦＳ（SID Digest 2005, pp 1848-1851）の場合、画素電極の上部に配置されており、前記画素電極とアクティブマトリクス基板１との間に分離する絶縁層を有している。前記電場は、ほぼセルの平面において、液晶ディレクタを回転させ、結果的に、光を、ディスプレイ偏光子３５，３５’を介して広範囲の視野角３６に伝達させる。これは、面内スイッチングＬＣＤ（米国特許第６６４６７０７号）において、標準的である。

本実施形態では、液晶セルの対向基板３４上に、１つまたは複数のさらなる電極３３、およびパッシブな光学装置９が配置されている（本実施形態は、単一の一様な対向電極を用いているが追加的なパッシブな光学構造体を用いていない米国特許出願公開第２００６０２６７９０５Ａ１号に開示された実施形態とは異なっている）。これらの電極に電圧が印加されない場合、ディスプレイは、図１２に示されるような、広範囲の視野角特性を有する、ほぼ変化されていないＩＰＳまたはＦＦＳ ＬＣＤとして動作する。これらの対向電極の１つまたは複数の対向電極には、液晶の向きをセルの平面から変え、液晶をセルの基板表面にほぼ法線上に配向することができるような大きな電圧を印加してよい。この場合、各画素上のデータ電圧に起因する面内電場は、液晶の配向に何の影響も与えず、この電場を受けるディスプレイ画素の領域は、全てのデータ電圧の場合に、ディスプレイの交差した偏光子間において暗く見える。従って、全てのデータ電圧の場合に、液晶層ではゼロ電場でない状態が得られるが、画素区域の部分を、常に、オフ状態のように見せることができる。

パッシブな光学装置９は、ディスプレイの対向基板３４の上に配置されていてよい。こうすることによって、図１３に示されるように、面外の電場を受けない画素領域（従って光をデータ電圧に応じた度合いだけ伝達する画素領域）によって伝達された光が、制限された視野角１２の範囲の中に向けられるようになる。こうして、アクティブマトリクス基板に向かい合う１つまたは複数の対向電極上の電圧を制御することによって、視野角特性をディスプレイ全体にわたって全体的に切替えることが可能なネマティックＬＣＤが提供される。

上述の説明および添付の図面は、本切替機構を用いて、パブリックモードからプライベートモードに切替えるＬＣＤディスプレイを提供する方法の概要を示すものであるが、対向電極の形状と、パッシブな光学構造体とを組み合わせを変更することによって、他の実施形態に示される切換可能なデュアルビューなどの、他のマルチモード機能を提供可能であることに留意されたい。

Claims (27)

1. ディスプレイ装置およびパッシブな光学装置を備えるディスプレイであって、前記ディスプレイ装置は、第１の電極構造と第２の電極構造との間に配置された発光層または光変調層を備えており、前記第１の電極構造は、前記ディスプレイ装置の画素を規定する複数の画素電極を備えており、前記第２の電極構造は、複数の対向電極を備えており、前記複数の対向電極は、各前記画素電極が、各前記対向電極の一部に向かい合うように配置されており、前記複数の対向電極は、各画素のどの部分をアクティブにするかを選択できるように制御可能であり、前記光学装置と協働して、異なる視野角特性を有する複数のディスプレイビューモードを提供する、ディスプレイ。
2. 前記ビューモードの１番目は、制限された視野角のプライベートモードである、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記ビューモードの２番目は、制限されていない視野角のパブリックモードである、請求項１または２に記載のディスプレイ。
4. 前記ビューモードの３番目は、裸眼立体３次元モードである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のディスプレイ。
5. 前記ビューモードの４番目は、マルチビューモードである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のディスプレイ。
6. 前記光学装置は、視差オプティクスを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
7. 前記視差オプティクスは、視差素子の１次元アレイを含む、請求項６に記載のディスプレイ。
8. 前記視差オプティクスは、視差素子の２次元アレイを含む、請求項６に記載のディスプレイ。
9. 前記視差オプティクスは、レンズアレイを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載のディスプレイ。
10. 前記視差オプティクスは、視差バリアを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載のディスプレイ。
11. 前記視差バリアの各開口部の中にそれぞれ配置されたレンズを備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 各画素が、それぞれ１つの視差素子に位置合わせされている、請求項６〜１１のいずれか１項に記載のディスプレイ。
13. 前記複数の対向電極の、各画素電極に向かい合った部分のうちの１つの部分は、ほぼ、前記画素電極の中心に位置合わせされている、請求項１２に記載のディスプレイ。
14. 前記１つの部分の面積は、前記複数の対向電極の、各画素電極に向かい合った他の部分よりも小さい、請求項１３に記載のディスプレイ。
15. 各画素電極に向かい合った、前記複数の対向電極の第１の部分および第２の部分は、前記画素電極の中心からずれている、請求項１２に記載のディスプレイ。
16. 前記複数の対向電極の第１の部分および第２の部分は、経時的な画像表示を交互に提供することが可能なように配置されている、請求項１５に記載のディスプレイ。
17. 各視差素子は、１つの前記対向電極の各部分に位置合わせされており、前記各部分は、部分的に、複数の画素電極と重なり合っている、請求項６〜１１のいずれか１項に記載のディスプレイ。
18. 前記光学装置は、パターニングされたミラーを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
19. 前記ミラーは、ほぼ逆方向を向いている第１の区域と第２の区域とを交互に有している、請求項１８に記載のディスプレイ。
20. 前記第１の区域は、前記複数の対向電極の複数の部分のうちの幾つかを含み、前記第２の区域は、前記画素電極の複数の部分を含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
21. 前記発光層または光変調層は、発光ダイオード層である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のディスプレイ。
22. 前記発光ダイオード層は、有機発光ダイオード層である、請求項２１に記載のディスプレイ。
23. 前記発光ダイオード層内に隙間を備え、前記隙間は、前記複数の対向電極間の隙間に位置合せされている、請求項２１または２２に記載のディスプレイ。
24. 前記発光層または光変調層は、制御可能な光透過性を有する、請求項１から２０のいずれか１項に記載のディスプレイ。
25. 前記発光層または光変調層は、液晶層を含む、請求項２４に記載のディスプレイ。
26. 前記液晶層は、面内スイッチング型またはフリンジフィールドスイッチング型のネマティック液晶層を含む、請求項２５に記載のディスプレイ。
27. 前記ディスプレイ装置は、アクティブマトリクスディスプレイ装置である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載のディスプレイ。

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