JP2013501950A - 連続的に照明するバックライトを有する立体視フラットパネルディスプレイ - Google Patents
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Abstract
本開示は、順次的に表示される左目画像及び右目画像の偏光エンコーディングに基づく立体視フラットパネルディスプレイシステムについて記載する。システムは、ライン毎にアドレス指定される液晶ディスプレイ(LCD)パネル、照明バックライトユニット及び偏光制御パネル(PCP)を備える。右目画像及び左目画像は、実質的に同期して駆動されるPCPによって偏光状態が制御されるLCDに書き込まれる。バックライトは、連続的に点灯される、若しくは、時間的に、空間的に又はその両方でPCPにより変調される。
【選択図】図7A
【選択図】図7A
Description
本開示は、概して、表示装置に関し、より詳細には、バックライト、液晶(LC)変調パネル及び偏光制御パネル(PCP)を有する立体視フラットパネルディスプレイに関する。
[優先権情報]
本出願は、2009年8月7日出願の米国仮出願第61/232,346号、"Liquid crystal three dimensional display(液晶3次元表示装置)"の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本願は、MPEP§710.05に従い、2009年8月7日の1年後であり、最初の営業日である2010年8月9日月曜日に出願されている。
本出願は、2009年8月7日出願の米国仮出願第61/232,346号、"Liquid crystal three dimensional display(液晶3次元表示装置)"の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本願は、MPEP§710.05に従い、2009年8月7日の1年後であり、最初の営業日である2010年8月9日月曜日に出願されている。
立体視投影の歴史は、20世紀初頭まで遡り、1950年代には映画館で初めて見られるようになった。左目及び右目に交互に表示される画像の偏光制御は、3D映画に望ましい方法である。3D映画では、高速投影機が、人間の視覚システムが認知できないようなレートで左目フレーム及び右目フレームを投影する。同期を行う場合、投影レンズと偏光保存スクリーンとの間に配置された高速液晶変調器が、2つのフレームのセットについて異なる偏光状態をエンコードする。視聴者が異なる偏光状態を選択可能な眼鏡をかけることにより、立体視3D表示に使用される左目と右目で異なるビューを提供する。1つの投影機を使用することは、2つの投影機を使用する方法と比較して、コストを低く抑えることができ、また、動作させる場合の堅牢性も確保される。別々の投影機を使用する場合には、定期的に再アライメントを行って、左目画像と右目画像との間で輝度及び色を合わせるための調整が必要となる。
偏光変調器を有するテレビのような高速直視型の1つの表示装置を使用する場合には、上記と同様な利点がある。この利点はすでに認識されており、RealD社の製品であるモニターZ-Screenでは、この利点を生かしている。モニターZ-Screenで使用されている偏光制御パネル(PCP)は、自然なスクローリングを行う陰極線管(CRT)表示装置と同期して駆動されるセグメント化されたパイセル(pi-cell)である。これについては、例えば、米国特許第4,281,341号明細書、発明者Byattを参照されたい。具体的な駆動方法については、米国特許第6,975,345号明細書、発明者Lipton他に記載されている。
本開示の一側面によれば、ディスプレイに立体視画像を表示する方法を提供する。 ディスプレイは、バックライトと、複数の変調領域を含む液晶(LC)変調パネルと、複数の変調領域と関連付けられ、複数の変調領域から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を選択的に変換する複数の偏光制御セグメントを含む偏光制御パネル(PCP)とを有する。方法は、左目画像フレーム及び右目画像フレームが交互に表示される表示サイクルにわたって、バックライトから連続的に照明を供給する段階を備える。方法はまた、LC変調パネルの1つの変調領域内の複数のデータ線を、左目画像データでアドレス指定する段階を備える。方法は、左目偏光表示モードで動作させるべく、前記1つの変調領域と関連付けられた偏光制御セグメントに、偏光制御命令を供給する段階を更に備え、偏光制御命令は、1つの変調領域における複数のデータ線の所定の部分が左目画像フレームの所定の部分を表示する時に、変更制御セグメントを左目偏光表示モードで動作させるべく切り替える方法。
本開示の別の側面によれば、立体視画像を表示するフラットパネルディスプレイを提供する。フラットパネルディスプレイは、光を供給するバックライト要素と、バックライト要素から入射される光を受光する位置に配置され、バックライト要素から入射される前記光を変調する液晶(LC)変調要素とを備える。フラットパネルディスプレイはまた、LC変調要素から入射される変調された光を受光する位置に配置された複数のセグメント化された偏光制御セグメントを有する偏光制御パネル(PCP)も備える。この側面によれば、複数の偏光制御セグメントの各々は、LC変調要素から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を選択的に変換する。また、この側面によれば、バックライト要素は、LC変調要素に連続的に照明を提供する。
本開示のこれら及びその他の利点が、以下の詳細な説明、添付の図面及び特許請求の範囲から当業者に明らかとなるであろう。
上記した問題点に対応するべく、本開示では、偏光制御パネル(PCP)とLCDの組み合わせシステム(以下、立体視フラットパネルディスプレイシステムと称される)が提案される。典型的なLCディスプレイは、直線偏光された光を出射することから、LCディスプレイの出力が既に偏光されているため、立体視フラットパネルディスプレイシステムは、従来の陰極線管(CRT)のディスプレイと比較して、効率を向上させることができるという利点を有する。立体視フラットパネルディスプレイシステムはまた、例えば、3d vision(登録商標)のNvidia(登録商標)のような他社によって提案されているアクティブシャッター眼鏡システムと比較して、視聴者は、低コストで軽量且つ信頼性の高いパッシブ眼鏡を使用できるという優れた利点を有する。立体視フラットパネルディスプレイシステムは、LCディスプレイのライン毎の更新と同期した、水平方向のセグメント毎のスクロール更新又はグローバル更新で動作する、大型偏光変調又は偏光制御パネル(PCP)を利用してもよい。
フラットパネルディスプレイにおけるLCは、多くの場合、投影機で使用される変調パネルよりも遅い。典型的なLC材料では、非駆動状態へと戻るのに数ミリ秒かかる。高速LCモード及び強誘電体のような材料(例えば、Lin他、"Surface Polarity Controlled Horizontal Chevron Defect Free Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Devices(表面偏光制御V字型欠陥が生じない表面安定化強誘電液晶デバイス)"1003 ・ SID 09 ダイジェストを参照)を導入することが可能であり、ブルー相(blue phase)(例えば、菊池他、"Optically Isotropic Nano-structured Liquid Crystal Composites for Display Applications(ディスプレイのための光学的等方なナノ構造液晶成分)"578ページ参照)、又は、πモード(例えば、鈴木他"Crosstalk-Free 3D Display with Time-Sequential(クロストークが発生しない時間順次3Dディスプレイ)"OCB LCD, 428 ・ SID 09 ダイジェスト参照)を使用することが可能であるが、従来から使用されている遅いモードのLCは、信頼性及び許容誤差の観点から、現在でもLCディスプレイの主力となっている(上記の参考文献の内容は全て、参照により本明細書に組み込まれる)。大型TVでは、良好な視野角性能を提供するべく、ノーマリーブラックモードが使用されてもよい。このモードでは、駆動電圧が印加されると画素が明るくなり、駆動されていない白色から黒色への遷移よりも、高速の遷移が可能である。立体視ディスプレイでは、左目画像と右目画像の混合を最小限に抑える必要があるが、これは黒色への高速遷移に依存する。ノーマリーホワイト・ツイストネマチックLCモード(小型画面のモニタに多く採用されている)も選択肢の一つである。これらのモードは、本明細書で説明されるシステム方法において、(その他のモードも使用可能であるが)例示のために記載される。
ノーマリーホワイトパネルの黒から白へのゆっくりとした遷移(グレーからグレーへの遷移はより遅くなる)は、システム性能を下げてしまう可能性がある。前のLCの状態に基づく電圧駆動レベルを使用するオーバードライビングは、正しい順次立体視画像を提供する一助となる。この方法については、米国特許出願第2008/0316303−A1号明細書、発明者Chiu他(以下、Chiu他)に詳細に記載されており、当該明細書の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
システム内のLCDパネルのDC平衡化、及び、PCPセグメント境界の可視性を抑制する方法に関する一連のシステム実施形態が開示される。
本開示はまた、従来のライン毎にアドレス指定されるLCD、必要に応じて設けられる空間制御可能バックライトユニット(BLU)及び必要に応じて設けられるセグメントPCPを備える立体視液晶ディスプレイシステムについて記載する。空間的に制御可能なBLU及びPCPの組み合わせについては、上記のChiu他の明細書に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
図1は、立体視フラットパネルディスプレイシステム100の一例を示す概略概念図である。システム100は、バックライト102、LC変調パネル104及び偏光制御パネル(PCP)106を備える。システム100はまた、バックライト102、LC変調パネル104及びPCP106を制御するための制御インターフェース及び/又は命令を提供するコントローラ122を備える。コントローラ122は、ソース120と通信可能であってもよい。ソース120としては、DVD、ブルーレイプレイヤ、ケーブル信号、インターネット信号、又は、システム100に画像データを提供可能なその他の信号が含まれてもよい。
バックライト102は、立体視フラットパネルディスプレイシステム100を選択的に照明してもよい。LCパネル104は、バックライト102から出射する光を変調してもよい。PCP106は、LCパネル104から入射した変調された光の状態を変更してもよい。PCP106は、LCパネルの更新及びバックライト照明と同期して、LCパネル104からの変調された光の偏光状態(SOP)を選択的に変換してもよい。
ある実施形態では、PCP106は、複数の偏光制御セグメント116を有するセグメント化されたPCPであってもよい。別の実施形態では、PCPは、セグメント化されていない、グローバルにアドレス指定されるPCPであってもよい。したがって、PCP106は、グローバルに又はセグメント毎にアドレス指定されてもよい。
ある実施形態では、バックライト102は、複数の照明バックライト部分112を有する空間的に制御可能なバックライトであってもよい。別の実施形態では、バックライト102は、グローバルに選択的に点灯されるバックライトであってもよい。更なる別の実施形態では、バックライト102は、(選択的にではなく)グローバルに照明されるバックライトである。このように、バックライトは、部分毎に点灯してもよいし(例えば、空間的制御可能バックライト)、選択的に点灯してもよく(すなわち、選択的にON又はOFFされる)、又は、システムがONの場合に点灯されてもよい(すなわち、システムの電源がONの時は常に照明される)。
LCパネル104は、偏光状態がPCP106による影響を受ける右目ビュー又は左目ビューと関連する画像コンテンツを表示してもよい。右目ビュー及び左目ビューは、順番にLCパネル104に表示されてもよく、時には、LCパネル104は更新されて、LCパネル104は、右目ビューと左目ビュー両方の部分を表示してもよい。PCP106及び/又はバックライト102が同期して駆動され、表示される画像の異なる偏光状態が提供される。
視聴者の目の各々は、正しくない画像の光をブロックするレンズを有する偏光選択眼鏡108をかけることにより、2つの画像のうちの1つを見る。一般的に、眼鏡108は、色収差を補正する態様で望ましくない画像の偏光状態のみをブロックする偏光分析形式を含んでもよい。最も一般的には、現在、映画館で使用されている眼鏡と同様な方式の、偏光板及び1つの4分の1波長位相差板を有する円偏光眼鏡が使用されている。
ある実施形態では、立体視フラットパネルディスプレイシステム100は、約50フレーム/秒の目のフリッカ周波数閾値を超えるレートで、時間順次的に動作してもよい。ある実施形態では、許容される性能が、片目につき60Hzで達成されるため、システム100は、120Hzで画像を表示する。
図2には、1つの液晶変調要素204を採用したPCP200の一例が概略的に示されている。この例では、PCP200は、偏光板206、ゼロから半波長位相差変調器又は切り替えパネル204、及び、4分の1波長位相差板202を含んでもよい。ここで、ゼロツイストLCのゼロから半波長位相差変調器204は、LC変調パネルからの変調された光の出力偏光方向に対して45度の角度に配置される。固定された4分の1波長位相差板202は、PCP200の出射光路にPCP200の軸方向に対して90度の角度に配置され、反対の4分の1波長位相差状態(すなわち、左手系及び右手系円偏光)間での変調を可能としている。
例えば映画館で使用されている2つの交差させたLCセルを使用する方式と比較して、この例におけるPCP200の構成の方がコストを抑えることができるという点で望ましい。ゼロツイスト位相差変調器204は、半波長分、分離された2つの位相差レベルを付与することができる。変調器204の第1位相差状態は、望ましくは、ほぼ位相差0(遅延0)の状態である。このセルに積層されるのが、実効的に4分の1位相差を有し90度に向けられた4分の1波長位相差板202である。変調器204及び固定位相差板202との組み合わせにより、偏光光を、ほぼ直交する円偏光状態間で切り替える。PCP200の一例では、良好な性能を有するパッシブな眼鏡(映画館で使用されているような眼鏡)を利用するシステムを可能とする。性能を改善するためには、入力偏光状態の更なる操作、及び、説明の簡略化のためにここでは示されていない変調要素の再配向が必要となることを意味する。2軸位相差板を使用したシステムのような、より複雑な直視型立体視ディスプレイシステムも、軸外視野性能を改善する一案として考えられる。例えば、このような立体視ディスプレイシステムは、同出願人の2010年6月8日出願、米国特許出願第61/352,773号明細書、"Stereoscopic liquid crystal display systems(立体視液晶ディスプレイシステム)"、2010年2月22日出願、米国特許出願第61/306,897号明細書、"Plastic liquid crystal polarization switch for direct view stereoscopic display Stereoscopic liquid crystal display systems(直視型立体視ディスプレイ立体視液晶ディスプレイシステムのためのプラスチック液晶偏光切り替え)"に記載されており、これら出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
PCP200は、屈折率を整合させた接着剤を使用してLCパネルに取り付けられてもよく、これにより、内部反射を大幅に低減させることができ、光学的透明性を向上させることができる。しかしながら、如何なる接着技術を用いる場合であっても、応力によって誘発される複屈折を低減させることが望ましく、これは、期待される偏光状態を変化させてしまう及び性能を低減させてしまうからである。PCP200を別個に取り付けるのも1つの方法である。
図3Aには、立体視フラットパネルディスプレイシステムのアドレス指定サイクル300の一例が概略的に示されている。この実施形態例では、バックライト302は、空間的に制御され、PCP306はセグメント化されており、これらは、LC変調パネル304の更新と同期して、スクロールする態様で動作してもよい。バックライト302、LC変調パネル304及びPCP306が、別個の層として示されており、連続したアドレス指定サイクルの4つの異なる時間におけるシステムを、4つの簡略化した図(a、b、c及びd)で表している。1つのサイクルで、1つの左目画像及び1つの右目画像が表示される。図には、LC変調パネル304が、最上部から最下部までライン毎にアドレス指定される1アドレスサイクルが示されている。LC変調パネル304上で、アドレスされるラインが上から下に進むに従って、液晶が静定する領域がそれに続き、連続的なスクロールのような態様で現れる。切り替えLC変調パネル304によって表示される静定状態及び非静定状態が混合しているデータ領域359の物理的なサイズは、液晶材料が静定するのに掛かるスピード及びフレームのアドレス指定レートによって決定される。上記で述べたように、黒色への切り替えに掛かる期間が重要であり、黒色からグレイ及びグレイからグレイへの遷移は、Chiu他に記載されるように適応させてもよい。商用の高速ツイストネマチックパネルの場合、白から黒への静定時間(settling time)は、およそ2ミリ秒であり、図3Aに示すLC切り替えバンドの物理的な幅を考えると、120Hzフレーム更新が現実てきである。
システムの一例は、スクロールセグメント化されたPCP306及び空間的制御されるバックライト302の両方を含み、図3Aには、空間的に分離された異なる部分として示されている。PCP306のセグメント及びバックライト302の空間的に制御される部分は、システムの性能及びタイミングに影響する可能性があるが、セグメント及び制御される部分が、静定していないLC359の幅に比べて十分小さい場合には、連続的なデバイスとほぼ同様に動作する。
ある実施形態例では、フラットパネルディスプレイは、選択的に光を提供可能な複数の照明部分を有する空間的制御可能バックライト302、複数の変調領域を有するLC変調パネル304及びPCP306を備えてもよい。空間的制御可能バックライト302は、選択的に光を提供可能な複数の照明部分を有してもよい。PCP306は、複数の変調領域と関連付けられた複数の偏光制御セグメントを有してもよく、偏光制御セグメントは、変調領域から入射される変調光の偏光状態(SOP)を選択的に変換してもよい。また、選択された変調領域は、左目画像データでアドレス指定されてもよく、偏光制御命令が、選択された変調領域と関連付けられた偏光制御セグメントに提供されてもよく、それにより、選択された変調領域における複数のデータ線の一部が、左目画像フレームの所定の部分を表示する左目偏光表示モードで動作する。また、選択された変調領域が、左目偏光制御命令に対応する画像データを表示する静定した変調領域を含む場合、1以上の選択された照明部分から、選択された変調領域へと光が提供されてもよい。
上記の実施形態は、様々な変形例が考えられる。例えば、ある実施形態では、PCPは、パイ(π)セルであってもよい。ある実施形態では、選択された変調領域における複数のデータ線の部分は、選択された変調領域における複数のデータ線のほぼ半分を含んでもよい。ある実施形態では、選択された変調領域の第1データ線をアドレス指定した後に、偏光制御命令が提供されてもよい。ある実施形態では、偏光制御セグメントは、左目偏光表示モードで動作するように切り替えられてもよく、偏光制御セグメントが右目偏光表示モードへと切り替えられるまで(右目偏光表示モードにおける切り替えの場合、左目偏光表示モードに切り替えられるまで)、偏光制御セグメントに対する偏光SOP変換は維持される。ある実施形態では、左目画像フレーム全体又は右目画像フレーム全体が、1/120秒内にアドレス指定される。ある実施形態では、選択された変調領域の中間のデータ線に対するLC変調パネルの静定時間、及び、関連付けられた偏光制御セグメントに対するPCPの第2静定時間は、左目及び右目アナライザを介して立体視画像を見た時に、左目及び右目クロストークが無視できる程度になるように最適化されてもよい。ある実施形態では、偏光制御セグメントの各々は、出力偏光方向に対して45度に配置されたゼロツイストLCのゼロから半波長位相差変調器、及び、ゼロツイストLC変調器の向きに対して45度の角度で配置された4分の1波長位相差板を含んでもよい。ある実施形態では、左目偏光制御命令は、ゼロツイストLC変調器に、LC変調パネルによって変調された光を2分の1波長遅らせてもよく、右目偏光制御命令は、ゼロツイストLC変調器に、LC変調パネルによって変調された光を遅らせないようにしてもよい。ある実施形態では、右目偏光制御命令は、ゼロツイストLC変調器に、LC変調パネルによって変調された光を2分の1波長遅らせてもよく、左目偏光制御命令は、ゼロツイストLC変調器に、LC変調パネルによって変調された光を遅らせないように命令してもよい。ある実施形態では、隣接するセグメント化された変調制御セグメントは、順次、PCP上でスクロールされてもよい。ある実施形態では、PCPは、偏光制御命令に従って、直交する偏光状態間で切り替えられた入射光を出力可能な偏光スイッチの複数のストリップ(帯)を含んでもよい。
図3Bには、図3Aに示したディスプレイシステムの簡略化されたタイミングシーケンスの概略的なタイミング図350が示されている。この実施形態では、120HzのLCアドレス指定は、5つ以上のPCP及び/又はバックライト部分を使用すると仮定される。この仮定の下、タイミング図350から、選択されたディスプレイのラインに対する期間、状態及び異なるコンポーネントステートの開始時間を導き出すことができる。各ラインは、LC変調パネルのデータ線を表しており、第1ライン及び第2ラインはそれぞれ、LC変調パネル304の最上部のラインと最下部のラインを表している。時間軸は、左から右に向かって進行する。
図3Bのタイミング図の各ラインは、設定期間359の直後のアドレス指定354される瞬間を示している。そして、ラインが再びアドレス指定される354前に、画像データが正しく表示される期間(例えば、357及び355)が存在する。静定359した後且つ次のアドレス指定の瞬間354の前に、局所照明352がおこなわれる。ラインのシフトは、システムのスクロール性質を表している。1つの任意の領域において、時間の約25%は照明が行われない(すなわち、約75%の照明デューティサイクルである)。25%の非照明デューティサイクルの間、PCPは局所的に切り替えられる356。
このようなシステムの利点は、120Hzという適度なアドレス指定レート及び大きな照明デューティサイクルから生じており、システムコンポーネントは、コストが高く複雑である場合がある。以下図4A−7Bを参照して簡単に説明するように、グローバルアドレス指定を実装することにより、セグメント化されていないコンポーネントを使用し、システムコスト及び複雑性を低減させることができる。
図3Bに戻り、タイミング図350には、従来のLCアドレス指定の場合の、左目画像と右目画像との時間的重複も示されている。右目又は左目のデータのみを通過する縦のラインが一瞬も存在しない場合には、グローバルバックライト及びPCPコンポーネントの利用は不可能である。しかしながら、LCアドレス指定を操作する及び/又は空間的に制御可能なバックライト及び/又はPCPを利用することにより、別のシステムを可能とすることができる。
図3A及び図3Bに示す実施形態では、フラットパネルディスプレイに立体視画像を表示する方法は、LC変調パネル304における選択された変調領域における複数のデータ線を、左目画像データでアドレス指定する段階を備える。方法は更に、選択された変調領域における複数のデータ線の一部が、左目画像フレームの所定の部分を表示する場合、左目偏光表示モードで動作させるべく、選択された変調領域と関連付けられた偏光制御セグメントに偏光制御命令を供給する段階を備える。方法は更に、選択された変調領域が、左目偏光制御命令に対応する画像データを表示する静定変調領域を含み、1以上の選択された照明領域から選択された変調領域へと光を提供する段階を備えてもよい。逆もまた同様に、右目偏光制御命令に対応する右目画像データを表示させるべく同様な方法が適用されてもよい。
[更新された帰線消去時間を有する立体視フラットパネルディスプレイ]
図4Aには、立体視フラットパネルディスプレイシステムの実施形態のアドレス指定サイクル400が概略的に示されている。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト402、LC変調パネル404及びPCP406を含む。一実施形態において、LCディスプレイ404は、標準的な、ノーマリーホワイトLCディスプレイである。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト402の照明が行われない期間において左目画像データ又は右目画像データの何れかでLCディスプレイ404をアドレス指定することによって動作する。LCディスプレイ404のデータ線の大半が、左目画像又は右目画像に静定した後で、バックライト402による照明が行われる。バックライト402は、次のフレームのアドレス指定が開始するまで、点灯される。一実施形態において、バックライト402が点灯しない間は、PCP406は、左目偏光モード及び右目偏光モード間の切り替えを行う。
図4Aには、立体視フラットパネルディスプレイシステムの実施形態のアドレス指定サイクル400が概略的に示されている。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト402、LC変調パネル404及びPCP406を含む。一実施形態において、LCディスプレイ404は、標準的な、ノーマリーホワイトLCディスプレイである。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト402の照明が行われない期間において左目画像データ又は右目画像データの何れかでLCディスプレイ404をアドレス指定することによって動作する。LCディスプレイ404のデータ線の大半が、左目画像又は右目画像に静定した後で、バックライト402による照明が行われる。バックライト402は、次のフレームのアドレス指定が開始するまで、点灯される。一実施形態において、バックライト402が点灯しない間は、PCP406は、左目偏光モード及び右目偏光モード間の切り替えを行う。
LC変調パネル404は、バックライト402からの光を受光可能な位置に配置される。PCP406は、LC変調パネル404からから入射される変調された光を受光可能な位置に配置される。立体視フラットパネルディスプレイのバックライト402は、LC変調パネル404に選択的に光を供給する。ある状態では、バックライト402は光を供給せず、その他の状態では、バックライト402は光を供給する。LC変調パネル404は、バックライト402から入射される光を変調し、左目画像及び右目画像に対する画像コンテンツを提供する。PCP406は、LC変調パネル404から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を、バックライト402及びLC変調パネルと404同期して選択的に変換する。
立体視フラットパネルディスプレイは、少なくとも2つの動作状態を有する。遷移状態で動作する立体視フラットパネルディスプレイは、領域410に示されている。表示状態で動作する立体視フラットパネルディスプレイは、領域410に示されている。
表示状態では、バックライト402は、LC変調パネル404に光を提供し、PCP406は、右目偏光モード又は左目偏光モードで動作する。右目偏光モードでは、左目アナライザが、PCP406によって出力される変換後の変調された光を十分にブロックして、クロストークが最小限となるように、PCP406は、LC変調パネル404からの光を変換する。同様に、左目偏光モードでは、右目アナライザが、PCP406によって出力される変換後の変調された光を十分にブロックして、クロストークが最小限となるように、PCP406は、LC変調パネル404からの光を変換する。一実施形態において、右目偏光モードでは、PCP406は、変調された光のSOPを、反対の手(例えば、左手)系の円偏光(設計波長を中心として)に変換し、左目偏光モードでは、PCP406は、変調された光のSOPを、反対の手(例えば、右手)系の円偏光(設計波長を中心として)に変換する。実施形態の一例では、設計波長は、520nmであってもよい。一例の520nm設計波長の両側において、楕円率により伝送が低減されることから、偏光変調は完全な円偏光変調器から遠ざかる。
一実施形態において、円偏光映画眼鏡システムの場合、PCP406は、4分の1波長位相差板に対して90度及び入力直線偏光状態(SOP)に対して45度の向きに配置されたゼロツイストのゼロから半波長LCセルであってもよい。一実施例では、波長589nmの光の場合、最終的な位相は、右目及び左目SOPの直交線形成分は、±−73°と±−80°との間でシフトしてもよい。
PCP406が、右目偏光モード(例えば、406c)である場合、LC変調パネル404は、右目画像モード(404c)で動作してもよく、LC変調パネル404が、クロストークを最小限にするような十分な右目画像を提供することを意味する。同様に、PCP406が、左目偏光モード(例えば、406a)である場合、LC変調パネル404は、左目画像モード(404a)で動作してもよく、LC変調パネル404が、クロストークを最小限にするような十分な左目画像を提供することを意味する。
すなわち、表示状態においてPCP406が右目偏光モード(例えば、406c)で動作する場合、LC変調パネル404は、右目画像モード(例えば、404c)で動作し、バックライトは光を提供し(例えば、402c)、遷移状態においてPCP406が右目偏光モードから左目偏光モード(例えば、406d)へと遷移する場合、LC変調パネル404は、右目画像モードから左目画像モード(例えば、404d)へと替わり、バックライト402は光を提供しない。同様に、表示状態においてPCP406が左目偏光モード(例えば、406a)で動作する場合、LC変調パネル404は、左目画像モード(例えば、404a)で動作し、バックライトは光を提供し(例えば、402a)、遷移状態においてPCP406が左目偏光モードから右目偏光モード(例えば、406b)へと遷移する場合、LC変調パネル404は、左目画像モードから右目画像モード(例えば、404b)へと替わり、バックライト402は光を提供しない(例えば、402b)。
ある実施形態において、LC変調パネル404は、連続的にアドレス指定され、ライン毎に順次、左目画像データと右目画像データがほぼ連続して切り替わる。この実施形態では、右目画像モードとは、LC変調パネル404が右目画像コンテンツを表示する静定したデータ線を多数有する場合(例えば、50%以上)であり、左目画像モードとは、変調パネル404が左目画像コンテンツを表示する静定したデータ線を多数有する場合(例えば、50%以上)であってもよい。したがって、様々な代替の実施形態において、右目画像モードは、設計パラメータ及び所望のクロストーク許容範囲に応じて、例えば、60%、70%、80%、90%又は99%の右目画像データを表示するLC変調パネル404を含んでもよい。
遷移状態において、LC変調パネル404が左目画像モードと右目画像モードとの間の切り替えを行う時、及び、PCP406が左目偏光モードと右目偏光モードとの間で遷移している時は、バックライトはLC変調パネル404に光を提供しない。上記したように、画像モード及び偏光モードは、表示状態における設計パラメータ及びクロストークパラメータに応じた、許容される実施形態の範囲を構成することから、左目偏光モードと右目偏光モードとの間の遷移、及び、左目画像モードと右目画像モードとの切り替えは、遷移状態における遷移期間の範囲を構成する。例えば、LC変調パネル404の右目画像モード及び左目画像モードが、表示状態において、それぞれ静定された90%以上の右目画像データ及び90%以上の左目画像データという設計パラメータを有する場合、LC変調パネル404が90%以上の右目画像データ及び90%以上の左目画像データの状態ではない期間が、遷移状態となる。
一実施形態において、偏光モードでは、円偏光アナライザが分解可能な円偏光へと光を変換してもよい。別の実施形態では、偏光モードは、直線偏光アナライザが分解可能な直線偏光へと光を変換してもよい。
バックライト402は、グローバルにアドレス指定されるバックライトであってもよい。そして、PCP406は、グローバルにアドレス指定されるセグメント化されていないPCPであってもよい。
図4Bは、図4Aに示したシステムのタイミングシーケンス450を例示した概略的なタイミング図である。遷移状態460は、バックライトが光を提供しない間に、LCディスプレイがアドレス指定され454、PCPが遷移456する遷移状態の一例を示している。LCディスプレイは、遷移期間460において、左目画像データ455と右目画像データ457とを切り替える。この実施形態例では、バックライトが点灯される452前に、全てのラインのデータ458は、1つのビュー(例えば、右目画像データ457)と関連付けられた画像データで静定459される。
しかしながら、上記したように、表示モードでは、静定したラインの許容範囲は、望ましくないクロストーク効果を実質的に最小化するのに十分な数のラインが含まれていてもよい。したがって、例示した図は、一例に過ぎない。実際には、LC変調パネルは、連続的にアドレス指定され、ライン毎にアドレス指定される態様で、順次、左目画像データと右目画像データがほぼ連続して切り替わる。したがって、LC変調パネルが、右目ビュー又は左目ビューのどちらかと関連付けられた画像コンテンツを表示する静定したデータ線のうちの大部分(例えば、50%以上)を有する場合には、システムは表示状態470にあるとしてもよく、バックライトを点灯452させてもよい。
一実施形態では、LC静定時間が2ミリ秒であって、フレームアドレス指定時間が4ミリ秒(240Hz)であるとすると、表示状態470は、25%のデューティサイクルであってもよい。この実施形態において、照明452も、25%のデューティサイクルであってもよい。LEDの出力は、多くの場合、熱的に固定された平均出力に限定され、デユーティサイクル及び出力ピークに大きく依存しないことから、このような形態は、特にLEDのような照明の場合に適している。PCPの切り替え周期は、約6ミリ秒の非照明周期と同じであってもよく、これにより、立体視フラットパネルディスプレイモード及び材料に対する幾つかのオプションを提供できる。ある実施形態では、遷移状態460は、75%のデューティサイクルである。
ある実施形態では、遷移状態は、LC変調パネルアドレス指定期間及びPCP静定期間と関連付けられた静定期間以上の時間の長さを有す。
図1に戻り、コントローラ122が、立体視フラットパネルディスプレイシステム100に提供される。一実施形態において、コントローラは、バックライト102、LC変調パネル104、及び、PCP106を、図4A及び図4Bのオペレーションと同様に制御可能である。コントローラは、バックライト制御信号をバックライトに提供するバックライトインターフェース、LC制御信号をLC変調パネルに提供するLCインターフェース、及び、PCP制御信号をPCPに提供するPCPインターフェースを含んでもよい。バックライトインターフェースは、バックライトが、遷移状態ではLC変調パネルに光を提供し、表示状態ではLC変調パネルに光を提供するようにバックライトを制御してもよい。LCインターフェースは、LC変調パネルを、バックライトからの入射光を変調させ、左目又は右目画像モードで動作させ、これらのモード間での遷移を行わせるように制御してもよい。PCPインターフェースは、PCPを制御して、LC変調パネルからの左目偏光モード又は右目偏光モードで変調された入射光の偏光状態(SOP)を選択的に変換して、これらのモード間での遷移を行ってもよい。
図5Aには、別の立体視フラットパネルディスプレイシステムの実施形態のアドレス指定サイクル500が概略的に示されている。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト502、LC変調パネル504及びPCP506を含む。図5Aの実施形態では、グローバル変調されたPCP506及び連続バックライトと502を使用する。
LC変調パネル504は、バックライト502から入射される光を受光するように配置される。PCP506は、LC変調パネル504から入射する変調された光を受光するように配置される。立体視フラットパネルディスプレイのバックライト502は、LC変調パネル504に光を提供する。LC変調パネル504は、バックライト502から入射される光を変調し、左目画像及び右目画像に対する画像コンテンツを提供する。PCP506は、LC変調パネル504から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を、LC変調パネルと504同期して選択的に変換する。
立体視フラットパネルディスプレイは、少なくとも4つの動作状態を有する。全視状態(perspective view)で動作する立体視フラットパネルディスプレイが、参照番号502a/e、504a/e及び506a/eで示されている。第1LC遷移状態で動作する立体視フラットパネルディスプレイが、参照番号502b/f、504b/f及び506b/fで示されている。PCP遷移状態で動作する立体視フラットパネルディスプレイが、参照番号502c/g、504c/g及び506c/gで示されている。第2LC遷移状態で動作する立体視フラットパネルディスプレイが、参照番号502d/h、504d/h及び506d/hで示されている。
全視状態では、バックライト502は、LC変調パネル504に光を提供し、PCP506は、右目偏光モード又は左目偏光モードのどちらかで動作している。右目偏光モードでは、左目アナライザが、PCP506によって出力される変換後の変調された光を十分にブロックして、クロストークが最小限となるように、PCP506は、LC変調パネル504からの光を変換する。同様に、左目偏光モードでは、右目アナライザが、PCP506によって出力される変換後の変調された光を十分にブロックして、クロストークが最小限となるように、PCP506は、LC変調パネル504からの光を変換する。
より具体的には、PCP506が、右目偏光モード(例えば、506c)である場合、LC変調パネル504は、右目画像モード(504c)で動作してもよく、LC変調パネル504が、クロストークを最小限にするような十分な右目画像を提供することを意味する。同様に、PCP506が、左目偏光モード(例えば、506a)である場合、LC変調パネル504は、左目画像モード(504a)で動作してもよく、LC変調パネル504が、クロストークを最小限にするような十分な左目画像を提供することを意味する。
このように、全視状態においてPCP506が右目偏光モード(例えば、506e)で動作する場合、LC変調パネル504は、右目画像モード(例えば、504e)で動作し、バックライトは光を提供する(例えば、502e)。同様に、全視状態においてPCP506が左目偏光モード(例えば、506a)で動作する場合、LC変調パネル504は、左目画像モード(例えば、504a)で動作し、バックライトは光を提供する(例えば、502a)。
第1LC遷移状態において、PCP506が右目偏光モード(例えば、506f)で動作する場合、LC変調パネル504は、右目画像モードから実質的に黒い画像コンテンツ(例えば、504f)へと切り替わり、バックライト502は照明を提供する。PCPが左目偏光モード(例えば、506b)で動作する場合、LC変調パネルは、左目画像モードから実質的に黒画像コンテンツ(例えば、504b)へと切り替わり、バックライト502は照明を提供する。
PCP遷移状態では、PCPは、左目及び右目偏光モード(例えば、506c又は506g)との間で遷移し、LC変調パネルは、実質的に黒い画像コンテンツを表示し(例えば、504c又は504g)、バックライトは照明502を提供する。
第2LC遷移状態において、PCP506が右目偏光モード(例えば、506d)で動作する場合、LC変調パネル504は、実質的に黒い画像コンテンツから右目画像モード(例えば、504d)へと切り替わり、バックライト502は照明を提供する。PCPが左目偏光モード(例えば、506h)で動作する場合、LC変調パネルは、実質的に黒画像であるコンテンツから左目画像モード(例えば、504h)へと切り替わり、バックライト502は照明を提供する。
一実施形態において、LC変調パネル504は、連続的にアドレス指定され、ライン毎にアドレス指定される態様で、順次、左目又は右目画像データと実質的に黒い画像データとがほぼ連続して切り替わる。この実施形態では、右目画像モードは、LC変調パネル504が右目画像コンテンツを表示する静定したデータ線を多数有する場合(例えば、50%以上)であり、左目画像モードは、変調パネル504が左目画像コンテンツを表示する静定したデータ線を多数有する場合(例えば、50%以上)であってもよい。したがって、右目画像モードは、設計パラメータ及び所望のクロストーク許容範囲に応じて、例えば、60%、70%、80%、90%又は99%の右目画像データを表示するLC変調パネル504を含んでもよい。
PCP遷移状態では、PCP変調パネル506が、左目偏光モードと右目偏光モードとの間で切り替わる時、LC変調パネル504は、実質的に黒い画像コンテンツを表示する。上記したように、画像モード及び偏光モードは、全視状態における設計パラメータ及びクロストークパラメータに応じた、許容される実施形態の範囲を構成することから、第1LC遷移状態及び第2LC遷移状態、及び、左目画像モードと右目画像モードとの間の遷移は、遷移期間の範囲を構成する。例えば、LC変調パネル504の右目画像モード及び左目画像モードが、全視状態では、それぞれ静定された90%以上の右目画像データ及び90%以上の左目画像データという設計パラメータを有する場合、その他の状態は、LC変調パネル504が90%以上の右目画像データ及び90%以上の左目画像データの状態ではない期間を構成する。
ある実施形態では、立体視フラットパネルディスプレイPCPの右目偏光モード及び左目偏光モードは、円偏光アナライザによって分解可能な円偏光へと光を変換してもよい。別の実施形態では、立体視フラットパネルディスプレイPCPの右目偏光モード及び左目偏光モードは、直線偏光アナライザによって分解可能な直線偏光へと光を変換してもよい。
ある実施形態では、LC変調パネル504の複数の画素は、規則的な間隔でアドレス指定される。別の実施形態では、LC変調パネル504の複数の画素は、第1LC遷移状態の最初の部分及び第2LC遷移状態の最初の部分においてアドレス指定される。また、別の実施形態では、LC変調パネル504の複数の画素は、全視状態の最初の部分及び第1LC遷移状態の最初の部分においてアドレス指定される。
ある実施形態では、バックライト502は、常時点灯される。別の実施形態では、PCP506も、セグメント化されない。
この方法は、冷陰極蛍光灯(CCFL)のような、変調が難しい照明システムに対して使用されてもよい。図5Aに示された方法では、バックライト502は白い四角で表されており、連続的にON状態となっている。LCDパネル504は、標準的なスクロールの態様で更新されるが、右目黒フレーム画像及び左目黒フレーム画像が組み入れられている。黒フレームの目的は、グローバルPCP506が、両目間のビューの大部分が混合せず状態を切り替える期間を提供し、それにより、許容される視認レベルにまでクロストークを実質的に最小化している。ある実施形態では、ディスプレイは、240Hz以上で動作してもよい。
図5Bには、図5Aに示したシステムのタイミングシーケンス550を例示した概略的なタイミング図が示されている。この実施形態では、黒フレーム553であるか左目画像555又は右目画像557に関連付けられた画像コンテンツであるかに関わらず、各フレームは0.8ミリ秒(例えば、1.2KHz)でアドレス指定554される。バックライトは、連続して点灯552される。フレーム各々対する静定時間は、559で示されている。PCPは、実質的に黒フレーム553の間に遷移556する。
図5Cは、図5Aに示されたシステムの別のタイミングシーケンス580を例示した概略図である。この実施形態では、左目データフレーム585、右目データフレーム587及び次の黒フレーム583は、実質的に中断することなくアドレス指定584される。黒フレーム583がアドレス指定された後、中断期間を利用して、ディスプレイは黒画像583に静定589し、PCPを切り替える586ことを可能にする。これにより、1.4ミリ秒(すなわち、700Hz)というよりアクセスし易いフレームアドレス周期が可能となるが、輝度を幾分か犠牲にする。図5Bに示されたタイミング図によれば、約38%の輝度効率を生み出し、図5Cに示したタイミング図によれば、約29%という低い輝度となる。
別の実施形態では、図5Aの立体視フラットパネルディスプレイシステムのバックライト502は、選択的に光をシステムに供給可能である。この実施形態では、バックライト502は、PCP遷移状態(例えば、502c/g)の間は、必要に応じて点灯しなくてもよい。ある実施形態では、PCP遷移状態の前の短い期間、及び、PCP遷移状態の後の短い期間の間は、バックライト502は光を供給しなくてもよい。ある実装形態では、バックライト502は、PCP遷移状態の前は光を供給せず、PCP遷移状態の後に光を供給する。また、別の実施形態では、第1LC遷移状態、PCP遷移状態及び第2LC遷移状態の間は、バックライトは光を供給しない。
別の実施形態では(図示せず)、黒フレームが挿入されているにも関わらずLCパネルが前の画像情報を完全に消去できない場合には、バックライトを空間的に制御して、クロストークを抑制する。この実施形態において、バックライト502は、上部及び下部を含んでもよく、これらの部分は、僅かにずれて点灯してもよく、例えば、下部の前に上部が点灯される、又は、その反対であってもよい。上部又は下部どちらかが最初にONとされるかは、LC変調パネル504が、上部から下部の方向へ又は下部から上部の方向へアドレス指定されるかに依存する。例えば、LC変調パネル504が、下から上へ向かってアドレス指定される場合には、バックライト502の下部は、上部がONとなる前に点灯される。ある実施形態では、バックライト502の一部分は、その他の部分の0.5ミリ秒後に点灯され(例えば、下部が、上部の0.5ミリ秒後にONとされる)、両方の部分が、4ミリ秒間点灯状態となる。両部分は、3ミリ秒間にわたって照明されず、その間にPCP506は遷移する。一実施形態において、第1LC遷移状態の間は、バックライト502bの上部が、バックライト502bの下部が消灯される前に消灯され、PCP遷移状態の間は、バックライト502cの両部分が消灯され、第2LC遷移状態の間は、バックライト502dの上部が、バックライト502dの下部が点灯される前に点灯される。
[スクローリングバックライト及び同期された液晶ディスプレイ更新を使用した立体視フラットパネルディスプレイ]
図6Aには、別の立体視フラットパネルディスプレイシステムの実施形態のアドレス指定サイクル600が例示されている。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト602、LC変調パネル604及びPCP606を含む。図6Aの実施形態は、スクローリングバックライト602を使用したグローバルにアドレス指定されるPCP606を採用してもよい。バックライト602は、複数のバックライト照明部分を有してもよい。バックライト照明部分は、液晶(LC)変調パネル604に選択的に光を提供してもよい。LC変調パネル604は、LC変調領域を有してもよい。LC変調領域は、バックライト602から入射される光を変調してもよい。PCP606は、LC変調パネル604から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を変換してもよい。
図6Aには、別の立体視フラットパネルディスプレイシステムの実施形態のアドレス指定サイクル600が例示されている。立体視フロントパネルディスプレイシステムは、バックライト602、LC変調パネル604及びPCP606を含む。図6Aの実施形態は、スクローリングバックライト602を使用したグローバルにアドレス指定されるPCP606を採用してもよい。バックライト602は、複数のバックライト照明部分を有してもよい。バックライト照明部分は、液晶(LC)変調パネル604に選択的に光を提供してもよい。LC変調パネル604は、LC変調領域を有してもよい。LC変調領域は、バックライト602から入射される光を変調してもよい。PCP606は、LC変調パネル604から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を変換してもよい。
動作時には、立体画像は、立体視フラットパネルディスプレイに表示される。PCP606は、左目偏光制御信号又は右目偏光制御信号で制御される。左目偏光制御信号により、左目偏光モードでPCP606を動作させることが可能となり、右目偏光制御信号により、右目偏光モードでPCP606を動作させることが可能となる。選択されたバックライト照明部分は、選択されたLC変調領域に光を提供する。選択されたLC変調領域は、クロストークが実質的に最小化されるように、左目画像モード又は右目画像モードにおいて十分に静定する変調領域を含んでもよい。LC変調領域画像モードは、左目偏光制御信号及び右目偏光制御信号のどちらかに対応する。したがって、PCP606が左目偏光モードで動作する(例えば、左目偏光制御信号で制御される)場合、バックライト602は、左目画像データを現在表示しているLC変調領域の一部分に、選択されたバックライト照明部分を介して光を提供する。右目偏光モードでPCP606が動作する(例えば、右目偏光制御信号で制御される)場合、バックライト602は、右目画像データを現在表示しているLC変調領域の一部分に、選択されたバックライト照明部分を介して光を提供する。
実質的に連続してライン毎に、LC変調領域のデータ線をアドレス指定することにより、LC変調パネル604をアドレス指定してもよい。
ある実施形態では、PCP606が左目偏光制御信号によって制御される場合、PCP606は、変調された光のSOPを、右目アナライザによってブロックされるように変換するよう命令され、PCP606が右目偏光制御信号によって制御される場合、PCP606は、変調された光のSOPを、左目アナライザによってブロックされるように変換するよう命令される。
PCP606は、左目及び右目偏光制御信号によって制御されるように、切り替えられてもよい。ある実施形態では、切り替えの間は、バックライト照明部分は光を提供しない。
ある実施形態では、偏光制御信号の切り替えは、LC変調領域が静定した後に行われる。その他の実施形態では、切り替えは、LC変調パネル604の下部LC変調領域のデータ線の後半のデータ線が静定する間に行われてもよい。
隣接するバックライト照明部分は、対応するLC変調領域がアドレス指定された後に、順次消灯されてもよい。一実施形態において、バックライト照明部分の各々は、LC変調領域が静定した後で点灯されてもよい。
図6Bは、図6Aに示したシステムのタイミングシーケンス650を例示した概略的タイミング図である。ある実施形態では、LCパネルアドレス指定654は、120Hzフレームレートで、ライン毎に連続的にスクロールされるLCパネルであると仮定される。フレームが上部から書き込まれると同時に、フレームの下部に依然として存在する静定した1つ前のフレームのデータ部分が照明される。例えば、第1のラインにおいて、右目データが659から657で書き込まれると同時に、最後のライン655の静定した左目データが照明652される。アドレス指定が進むと、バックライトは、パネル下部をスクロールオフして、ディスプレイは黒になる。この時、PCPが切り替え656られる。PCPが新しい状態になると、ディスプレイ上部の静定したLCの照明が開始される。ここで、典型的なPCP切り替え時間(例えば、パイセルを使用した場合、約1.5ミリ秒)及び典型的なLC静定時間(例えば、白から黒で2ミリ秒)であると仮定すると、このシステムでは約33%の照明デューティサイクルが使用される。
[連続的に点灯するバックライトを使用した立体視フラットパネルディスプレイ]
図7Aには、別の立体視フラットパネルディスプレイシステム実施形態のアドレスサイクル700が簡略的に例示されている。フラットパネルディスプレイ700は、光を供給するバックライト要素702、液晶(LC)変調要素704、及び、複数のセグメント化された偏光制御セグメントを有する偏光制御パネル(PCP)706を備える。この実施形態では、バックライト要素702は、アドレスサイクル700(例えば、702a/b/c/d)にわたって、LC変調要素704に連続して照明を提供する。
図7Aには、別の立体視フラットパネルディスプレイシステム実施形態のアドレスサイクル700が簡略的に例示されている。フラットパネルディスプレイ700は、光を供給するバックライト要素702、液晶(LC)変調要素704、及び、複数のセグメント化された偏光制御セグメントを有する偏光制御パネル(PCP)706を備える。この実施形態では、バックライト要素702は、アドレスサイクル700(例えば、702a/b/c/d)にわたって、LC変調要素704に連続して照明を提供する。
LC変調要素704は、バックライト要素702から入射する光を受光するように配置され、バックライト要素702から入射する光を変調することができる。PCP706は、複数のセグメント化された偏光制御セグメントを有し、LC変調要素704から入射する変調された光を受光するように配置される。セグメント化された偏光制御セグメントは、LC変調要素704から入射した変調光の偏光状態(SOP)を、偏光制御命令に従って直交する偏光状態の間で選択的に変換することができる。
例えば、左目偏光制御命令がPCP706aの大部分を制御し、LC変調要素704aの大部分に左目画像データが満たされ、右目偏光制御命令がPCP706cの大部分を制御し、LC変調要素704cの大部分に右目画像データが満たされる。また、一例として、左目偏光制御命令又は右目偏光制御命令は、PCP706b、704dの上部又は下部を制御し、LC変調要素704b、704dの上部又は下部に左目画像データ又は右目画像データが満たされる。PCP遷移時間756は同様に、LC変調要素静定時間759を追跡する。
一実施形態において、複数のLC変調要素704は、変調された光を、それぞれ関係するセグメント化された偏光制御セグメントに提供する。
ある実施形態では、偏光制御セグメントの各々は、出力偏光方向に対して45度に配置されたゼロツイストLCのゼロから半波長位相差変調器、及び、ゼロツイストLC変調器の向きに対して90度の角度で配置された4分の1波長位相差板を含んでもよい。ここで左目偏光制御命令は、ゼロツイストLCに、LCによって変調された光を半波長分遅らせるように動作させてもよく、また、右目偏光制御命令は、ゼロツイストLCに、LCによって変調された光を遅らせないように動作させてもよい(反対の制御命令についても同様である)。
別の偏光制御セグメントの例としては、プッシュプル構成における一対のπセルを含んでもよく、これについては、米国特許第6,975,345号公報Lipton他に記載されており、その他の偏光変調器については、米国特許第7,528,906号公報Mike Robinsonに記載されており、これら公報の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
図7A及び図7Bを参照して説明した実施形態では、バックライトが連続的にLCパネル704を照明していたため、100%の輝度となり、実質的に照明のオーバーヘッドは存在しない。また、LCパネル704のアドレス指定は連続的であり、120Hzフレームレートで実装されてもよい。しかしながら、ディスプレイが常時可視的であるため、PCP遷移時間756及びLC静定時間759を隠すことができず、右目画像と左目画像間で有限のクロストークにつながる可能性がある。切り替え/静定期間756、759を同期させることにより、左目から右目へのリーク(又は、右目から左目へのリーク)を最小限にすることができると考えられる。点検的な切り替え(スイッチング)期間を使用して計算すると、クロストークについて約2%という下限が存在する。いかなるクロストークも概して望ましくないが、実際の試験では、このレベルのクロストークは許容されることが示されている。高速のLC変調パネル及びPCPを使用することにより、1%未満のクロストークを達成できる可能性がある。
図7Bは、図7Aに示したシステムのタイミングシーケンス750を例示した概略的なタイミング図である。多くの場合、動作時には、バックライトは連続的な照明752を、左目画像フレーム及び右目画像フレーム表示サイクル755、757に交互に提供する。左目画像表示サイクル755の一例では、LC変調パネル704における変調領域内の複数のデータ線は、左目画像データ755でアドレス指定754される。変調領域における複数のデータ線の一部は、左目画像フレームの所定の部分を表示する場合、偏光制御命令が、左目偏光表示モードで動作させるべく変調領域と関連付けられた偏光制御セグメントに提供されて、偏光制御セグメントを左目偏光表示モードで動作させるように切り替え756が行われる。
多くの場合、右目画像表示サイクル757も、同様な態様で動作する。例えば、LC変調パネル704上の変調領域におけるデータ線は、右目画像データ757でアドレス指定754される。変調領域における複数のデータ線の一部は、右目画像フレームの所定の部分を表示する場合、偏光制御命令が、右目偏光表示モードで動作させるべく変調領域と関連付けられた偏光制御セグメントに提供されて、偏光制御セグメントを右目偏光表示モードで動作させるように切り替え756が行われる。
ある実施形態では、PCP756セグメントを切り替えるのに最適な時間は、変調領域内で中心に位置するLCDラインが、少なくとも部分的に静定759する時である。別の実施形態では、PCP756を切り替えるのに最適な時間は、変調領域内の中心に位置するLCDラインが、約半分の右目画像データ及び約半分の左目画像データの所定の部分を表示する時である。別の実施形態において、変調領域における複数のラインの所定の部分は、左/右の比が、40/60%から60/40%範囲であってもよい。
タイミング図750から分かるように、説明のため、右目データ757は、期間758の間に第1データ線に表示される。期間758の間に、右目データ757が第1ラインに表示される前に、偏光制御命令は、関連するLC変調領域の第1データ線と関連付けられた偏光制御セグメントを制御(すなわち、切り替え756)してもよい。
一例として、偏光制御セグメントを左目偏光表示モードへと切り替えた756後、偏光制御セグメントが右目偏光表示モードに切り替えられるまで、偏光制御セグメントに対するSOP変換は維持される。120Hzフレームレートにおいて、左目画像フレーム又は右目画像フレーム全体が、1/120秒内にアドレス指定754される。
ある実施形態では、変調領域の中間のデータ線に対するLC704の静定時間759、及び、関連付けられた変調制御セグメントに対するPCP706の切り替え時間756は、左目及び右目アナライザを介して立体画像を見た場合に、左目と右目との間のクロストークが無視できる程度に最適化されてもよい。
多くの場合、隣接するセグメント化された複数の偏光制御セグメントは、PCP上で順次スクロールされる。本明細書で記載されるスクロールの方向は、上から下であるが、実施形態はこれに限定されず、下から上に向かう方向にスクロールされてもよい。また、複数のセグメントの幾つかのグループが1度にアドレス指定されるといったように、セグメントのグループに対してスクロールが実行されてもよい。本明細書に説明される原理は、マルチセグメント化された駆動のグループ化にも適用できる。
[DC平衡化]
図8は、LCディスプレイパネルに対するDC平衡化方法800を例示した概略図である。図5A及び図5Bに示された例を除いて、ここで説明されるシステムの実施形態は、左目画像及び右目画像を切り替えて表示するべく提供されている。これは、液晶駆動方法のDC平衡化の問題を引き起こす可能性がある。従来のLCアドレス指定は、印加されるLCアドレス指定電圧の極性をフレーム間で切り替えて、DC平衡化を実行する。1つの極性が使用された場合、LC全体にわたる電場は、イオン移動を引き起こし、電気光学特性が切り替わる。ここで、前のフレームがゴーストとして見える"残像"現象が発生する場合がある。2D画像シーケンスの連続するフレーム間は相関が高いことから、フレーム間で極性を切り替えることは、DC平衡化に有効であり、液晶画素間の時間平均フィールドは、ゼロに非常に近くなる。しかしながら、立体視コンテンツの場合、交互のフレーム及び連続していないフレームが相関しているため、上記のような方法は適用できない。DC平衡化の問題を効果的に回避するためには、連続した右目画像又は左目画像のアドレス指定極性を変えてもよい。上記のシステムの実施形態では(図5A及び図5Bで説明した実施形態を除く)、極性は、図8に示すように、1つおき、すなわち、2つのフレーム毎に変えられる。
図8は、LCディスプレイパネルに対するDC平衡化方法800を例示した概略図である。図5A及び図5Bに示された例を除いて、ここで説明されるシステムの実施形態は、左目画像及び右目画像を切り替えて表示するべく提供されている。これは、液晶駆動方法のDC平衡化の問題を引き起こす可能性がある。従来のLCアドレス指定は、印加されるLCアドレス指定電圧の極性をフレーム間で切り替えて、DC平衡化を実行する。1つの極性が使用された場合、LC全体にわたる電場は、イオン移動を引き起こし、電気光学特性が切り替わる。ここで、前のフレームがゴーストとして見える"残像"現象が発生する場合がある。2D画像シーケンスの連続するフレーム間は相関が高いことから、フレーム間で極性を切り替えることは、DC平衡化に有効であり、液晶画素間の時間平均フィールドは、ゼロに非常に近くなる。しかしながら、立体視コンテンツの場合、交互のフレーム及び連続していないフレームが相関しているため、上記のような方法は適用できない。DC平衡化の問題を効果的に回避するためには、連続した右目画像又は左目画像のアドレス指定極性を変えてもよい。上記のシステムの実施形態では(図5A及び図5Bで説明した実施形態を除く)、極性は、図8に示すように、1つおき、すなわち、2つのフレーム毎に変えられる。
シーケンス800を参照して一実施形態例が提供されており、LC変調パネルに対する簡略化されたアドレス指定グリッドが示されている。第1フレーム(フレーム#1)において、左目コンテンツが表示され、アドレス指定駆動方法の極性は、正である。第2フレーム(フレーム#2)において、右目コンテンツが表示され、アドレス指定駆動方法の極性は、正のままである。第3フレーム(フレーム#3)において、左目コンテンツが表示され、アドレス指定駆動方法の極性は、負に切り替わる。第4フレーム(フレーム#4)において、右目コンテンツが表示され、アドレス指定駆動方法の極性は、負のままである。そして、左目コンテンツが正の極性でアドレス指定されるといったように、サイクルが続く。
DC平衡化の原理は、3つ以上の画像シーケンス又はビューを表示するシステムを含む立体視フラットパネルディスプレイに拡張できる。あらゆるケースにおいて、連続するビュー画像間で駆動電圧の極性をトグルすることにより、適切なDC平衡化を実行できると考えられる。
[セグメント化された偏光制御パネルの改良]
図9は、複数の偏光制御セグメントを有する立体視ディスプレイのための偏光制御パネル900の一例の概略図であり、セグメント化された又はスクロールされるPCP920がどのように可視セグメント境界になり易いかが示されている。例えば、境界922a、922b及び922cは、左目ビュー932a、932b及び932c及び右目ビュー934a、934b及び934cとして見えるようになる。このようなスクロールPCPを採用するシステムは、多くの場合、境界上のLCは、残りのPCP LCで切り替えられないため、セグメントの境界が可視化される傾向がある。
図9は、複数の偏光制御セグメントを有する立体視ディスプレイのための偏光制御パネル900の一例の概略図であり、セグメント化された又はスクロールされるPCP920がどのように可視セグメント境界になり易いかが示されている。例えば、境界922a、922b及び922cは、左目ビュー932a、932b及び932c及び右目ビュー934a、934b及び934cとして見えるようになる。このようなスクロールPCPを採用するシステムは、多くの場合、境界上のLCは、残りのPCP LCで切り替えられないため、セグメントの境界が可視化される傾向がある。
図10A〜10Cは、複数の偏光制御セグメントを有する立体視ディスプレイの偏光制御パネル1000の断面図であり、偏光制御セグメント間の境界における断面が描かれている。図10A〜10Cに示されている構造は、連続した共通電極を一面に、パターニングされた構造を他方の面に有する典型的なLC変調器である。
立体視ディスプレイの偏光制御パネル(PCP)1000は、画像変調パネルからの変調された光の偏光状態を選択的に変換する。PCP1000は、複数の偏光制御セグメントを有する。図に示すように、PCP1000は、第1面堆積された液晶(LC)層1010、LC層1010の第1の側に第1面と平衡に設けられた共通電極1020、第1面と平行な第2面上のLC層の第2の側に堆積された第1電極1030、及び、第2面上のLC層の第2の側に堆積された第2電極1040とを備える。第1電極1030と第2電極1040との間に、間隙1050が存在する。
この例では、例えば、第1電極1030、第2電極1040、第3電極(図示せず)等の電極はそれぞれ、幅のある(約1cm)水平方向の帯領域(ストライプ)を形成してもよい。電極1030及び1040は、インジウムスズ酸化物(ITO)のような透明導電性酸化物を含んでもよい。電極1030、1040間の間隙1050は、小さくてもよいが、リソグラフィ又はITO電極をパターニングするその他の方法では、大きな面積を有する基板上では中程度の間隙幅(約20μm)しか得られない場合が多い。この間隙により、切り替えられていないLCラインが明瞭に見えるように存在させることが可能になる。図10A〜10Cのスクロール駆動シーケンスでは、間隙1050からの"不感領域(dead region)"が示されている。隣接する帯領域の状態に関わらず、間隙LC1050は、制御不可能な態様で光を偏光し、目それぞれが、連続的なリークを観察することを可能にする。駆動電極1030、1040間の間隙1050が小さい場合は、目立たなくすることができるが、間隙を全て取り除くには、LCは、電極をショートさせないような態様で周辺のセグメントと共に駆動される。
図11A〜11Cは、複数の偏光制御セグメントを有する立体視ディスプレイの偏光制御パネル1100の断面図であり、偏光制御セグメント間の境界における断面が描かれている。
図10A〜10Cで説明した実施形態の欠点を解決するべく、図11Aに示す実施形態では、間隙領域1150を覆う埋め込み電極1170が、隣接するアドレス指定電極のうちの1つ又は両方に容量結合されている。図11Aに示されるように、立体視ディスプレイ1100に対する偏光制御パネル(PCP)は、画像変調パネル(図示せず)からの変調された光1105の偏光状態を変換することができ、PCPは、複数の偏光制御セグメント1130、1140を有する。PCP1100は、液晶(LC)層1110、LC層1110の第1の側に堆積された共通電極層1120、LC層1110の第2の側に堆積された第1電極1130、LC層1110の第2の側に堆積された第2電極1140、及び、LC層1110の第2の側に堆積され第1電極1130及び第2電極1140との一部分を覆う中間電極1170を備える。PCPは更に、出力光学経路に、4分の1波長板1160を備えてもよい。ある実装形態では、LC層1110は、第1状態で位相差ゼロ、第2状態で位相差2分の1波長であるゼロツイストネマッチック液晶材料を含んでもよい。
この実施形態例に示されるように、LC層1110は第1面に設けられ、共通電極1120は第1面と平行であり、第1電極及び第2電極1130、1140は、第1面に平行な第2面に設けられ、中間電極1170は、第1面に平行な第3面に設けられる。ある実施形態では、第2電極1140の一部分1180は、中間電極1170と重複し、中間電極とは電気的に絶縁されていてもよい。ある実施形態では、第2電極1170の一部分1180が第2電極1140に重なるように、第1電極1130及び中間電極1170が電気的に結合されていてもよい。
図11Aには、第1時間インスタンス(t=1)における動作が示されており、第1電極1130及び共通電極1120は、電圧"高"(第1状態に対応する)又は電圧"低"電位(第2状態に対応する)で選択的に駆動されてもよい。電圧"高"の電位で駆動される場合、LC層1110は、ゼロ位相差で光1105aを通過させる。出力光学経路に配置された4分の1波長板1160は、直線偏光された光1106aを時計方向に円偏光させた光1107aにする。電圧"低"の電位で駆動される場合、LC層1110は、特定の設計波長(例えば、可視スペクトルの中間545nm)における2分の1波長で、光1105aを変換する。同様に、第2電極1140は、電圧"高"又は電圧"低"の電位で選択的に駆動されてもよい。図11Aに示すように、上記と同様に第2電極が、電圧"高"で駆動されて、時計方向に円偏光された光1107cが出射される。第1電極1130及び第2電極1140の両方が、電圧"高"の電位で駆動されることため、中間電極1170(一実施形態では第1電極1130と中間電極とが直接接続されてもよい、別の実施形態では、第1電極1130と中間電極とは容量結合してもよい、又は、更なる別の実施形態では、第1電極1130及び第2電極1140の両方に容量結合してもよい)は、共通電極1120を基準として高い電位にあってもよい。このように、間隙1150に存在する液晶材料は、電圧"高"状態において位相差なく光1106bを通過させることができ、4分の1波長板1160の後の出射光も、円偏光された光1107bとなる。
図11Bには、第2時間インスタンス(t=2)のオペレーションが示されており、第1電極1130及び共通電極1120全体にわたって電圧"低"の電位が印加されており(第2状態に対応する)、また、第2電極1140及び共通電極1120にわたって電圧"高"の電位が印加されている(第1状態に対応する)。このような動作では、下部に位置する偏光制御セグメント及び4分の1波長板により、時計方向に円偏光された光1107cを出力し、上記の説明と一致する。しかしながら、電圧"低"の電位が第1電極1130及び共通電極1120に印加されると、上部に位置する偏光制御セグメント及び4分の1波長板1160は、反時計回り方向に円偏光された光1117aを出力する。第1電極1130及び第2電極1140は、異なる態様で駆動されるため、中間電極1170は、実質的に中間の電圧となり、望ましくない加熱及びエネルギー損失を引き起こすDC電流が流れるのを防いでいる。
同様な電圧が第1電極1130及び第2電極1140に印加される場合には、中間電極1170はそれに従い、間隙LC1150は、同様な変調状態へと駆動される。例えば、図11Cに示す第3時間インスタンス(t=3)で動作する場合、第1電極1130及び第2電極1140並びに共通電極1120にわたって電圧"低"電位が存在する(第2状態に対応する)。この動作では、中間電極は、第1電極1130と第2電極1140の間の電極駆動電圧の平均に、間隙LC1150を同様な変調状態へと駆動する。そして、4分の1波長板1160から出射する光は、反時計方向に円偏光した光1117a、1117b、1117cとなる。
上記で説明した、パターニングされたITO電極間の間隙を隠す技術は、3D又はその他の目的のあらゆる直視型又は投影型画像システムで使用されるPCPへと拡張することができる。また、これは、開示されたゼロツイストネマチックLCパネルと4分の1波長板の組み合わせに限定されない。同様な原理を使用して、開示された技術を、プッシュプルLCセル偏光変調器(例えば、πセル)に適用してもよい。これに限定するわけではないが、このようなその他のPCP技術については、米国特許第6,975,345号、発明者Lipton他公報、又は、その他の偏光変調器については、米国特許第7,528,906号発明者Mike Robinson公報に記載されており、これら公報の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
上記に開示された原理に従った様々な実施形態が説明されたが、これらは例示するために示されたものであって、限定することを目的としたものではない。したがって、本発明の広さ及び範囲は上記に例示された実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲及び本開示から発生する均等物によってのみ規定されるべきである。また、有益な効果及び特徴が上記実施形態で説明されたが、これらは、特許請求の範囲の適用を、上記効果の一つあるいは全てを達成するための工程及び構造に限定するものではない。
スクロール、アドレス指定、更新、遷移、偏光等の方向は、上から下の方向であるとして説明されたが、これは、説明をこれに限定するわけではなく、方向は、下から上の方向であってもよい(左から右、又は、右から左であってもよい)。また、スクロール、アドレス指定、更新、遷移、偏光等が、複数のセグメント、ライン、部分、エリア等のグループで実行されたが、複数のグループを一度にアドレス指定することも可能である。本明細書で教示された原理は、複数のセグメント化された駆動のグループ化にも適用可能である。
明細書の各セクションの見出しは、37C.F.R.1.77の忠告に従って、又は、組織立てて説明する目的で、付されている。これらの見出しは、本開示から生じる特許請求の範囲に記載される発明を限定及び特徴付けるものではない。特に、例として、見出しに「技術分野」とあるが、技術分野を説明するのに上記で使用された言葉によって、特許請求の範囲は限定されるべきではない。また、「背景技術」で記載された技術の説明は、ある技術が本開示における発明の先行技術であるということを承認していると解釈されるべきでない。また、「発明の概要」に記載された内容も、特許請求の範囲に記載される発明を特徴付けるものであるとみなされるべきでない。また、本開示において、「一つの発明」という言葉は、新規性が一点しかないということを論ずるために使用されるべきでない。本開示から生じる複数の請求項の限定事項によって、複数の発明が記載され、このような特許請求の範囲は、発明及びその均等物を規定し、保護する。特許請求の範囲の広さは、本開示に照らし合わせて実態に基づいて考察されるべきであり、記載された見出しによって制限されるべきではない。
Claims (20)
- バックライトと、複数の変調領域を含む液晶(LC)変調パネルと、前記複数の変調領域と関連付けられ、前記複数の変調領域から入射される変調された光の偏光状態(SOP)を選択的に変換する複数の偏光制御セグメントを含む偏光制御パネル(PCP)とを有するディスプレイに立体視画像を表示する方法であって、
左目画像フレーム及び右目画像フレームが交互に表示される表示サイクルにわたって、前記バックライトから連続的に照明を供給する段階と、
前記LC変調パネルの1つの変調領域内の複数のデータ線を、左目画像データでアドレス指定する段階と、
左目偏光表示モードで動作させるべく、前記1つの変調領域と関連付けられた前記偏光制御セグメントに、偏光制御命令を供給する段階とを備え、
前記偏光制御命令は、前記1つの変調領域における前記複数のデータ線の所定の部分が前記左目画像フレームの所定の部分を表示する時に、前記偏光制御セグメントを前記左目偏光表示モードで動作させるべく切り替える方法。 - 前記複数のデータ線の前記所定の部分は、前記1つの変調領域における前記複数のデータ線の全てである請求項1に記載の方法。
- 前記1つの変調領域における前記複数のデータ線の前記所定の部分は、前記左目画像の40%から60%の範囲の量を含む請求項1に記載の方法。
- 前記1つの変調領域における前記複数のデータ線の前記所定の部分は、前記1つの変調領域における前記複数のデータ線の半分を含む請求項1に記載の方法。
- 前記1つの変調領域の第1データ線をアドレス指定した後に、前記偏光制御命令を供給する請求項1に記載の方法。
- 前記偏光制御セグメントを、前記左目偏光表示モードでの動作へと切り替えた後で、
前記偏光制御セグメントが右目偏光表示モードへと切り替えられるまで、前記偏光制御セグメントに対する前記SOP変換を維持する請求項1に記載の方法。 - 前記左目画像フレーム又は前記右目画像フレームは、1/120秒以内にアドレス指定される請求項1に記載の方法。
- 前記1つの変調領域の真ん中のデータ線に対する前記LCの静定時間、及び、前記関連付けられた偏光制御セグメントに対する前記PCPの静定時間は、左目及び右目アナライザを通して前記立体視画像を見た場合に、左目及び右目のクロストークが無視できる程度になるように最適化されている請求項1に記載の方法。
- 前記複数の偏光制御セグメントはそれぞれ、
前記LC変調パネルの偏光軸方向に対して45°の角度に軸が向けられたゼロツイストLCのゼロから半波長位相差変調器と、
前記ゼロから半波長位相差変調器の前記方向に対して、90°の角度に向けられた4分の1波長位相差板とを含む請求項1に記載の方法。 - 左目の前記偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を半波長分遅らせるよう前記ゼロツイストLCを動作させ、
右目の前記偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を遅らせないように前記ゼロツイストLCを動作させる請求項9に記載の方法。 - 右目の前記偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を半波長分遅らせるよう前記ゼロツイストLCを動作させ、
左目の前記偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を遅らせないように前記ゼロツイストLCを動作させる請求項9に記載の方法。 - 隣接するセグメント化された前記偏光制御セグメントは、前記PCPにおいて順次スクロールされる請求項1に記載の方法。
- 前記PCPは、入射される光を、前記偏光制御命令に応じて直交する偏光状態間で切り替えて出力することができる偏光スイッチの複数のストリップを有する請求項1に記載の方法。
- 立体視画像を表示するフラットパネルディスプレイであって、
光を供給するバックライト要素と、
前記バックライト要素から入射される光を受光する位置に配置され、前記バックライト要素から入射される前記光を変調する液晶(LC)変調要素と、
前記LC変調要素から入射される前記変調された光を受光する位置に配置されたセグメント化された複数の偏光制御セグメントを有する偏光制御パネル(PCP)とを備え、
前記複数の偏光制御セグメントの各々は、前記LC変調要素から入射される前記変調された光の偏光状態(SOP)を選択的に変換し、
前記バックライト要素は、前記LC変調要素に連続的に照明を提供するフラットパネルディスプレイ。 - 前記LC変調要素は、それぞれ関連付けられたセグメント化された偏光制御セグメントに変調された光を供給する複数の変調領域を有する請求項14に記載のフラットパネルディスプレイ。
- 前記セグメント化された偏光制御セグメントの各々は、前記LCの前記変調領域の所定のデータ線が、左目画像データ及び右目画像データのうちの一方でアドレス指定されるのと同期して、左目偏光制御命令及び右目偏光制御命令のうちの一方でアドレス指定される請求項15に記載のフラットパネルディスプレイ。
- 前記複数の偏光制御セグメントの各々は、
前記LC変調要素の偏光軸方向に対して45°の角度に軸が向けられたゼロツイストLCのゼロから半波長位相差変調器を有する請求項14に記載のフラットパネルディスプレイ。 - 前記複数の偏光制御セグメントの各々は、
前記ゼロから半波長位相差変調器の前記方向に対して、90°の角度に向けられた4分の1波長位相差板を更に有する請求項17に記載のフラットパネルディスプレイ。 - 左目偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を半波長分遅らせるよう前記ゼロツイストLCを動作させ、
右目偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を遅らせないように前記ゼロツイストLCを動作させる請求項17に記載のフラットパネルディスプレイ。 - 右目偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を半波長分遅らせるよう前記ゼロツイストLCを動作させ、
左目偏光制御命令は、前記LCにより変調された光を遅らせないように前記ゼロツイストLCを動作させる請求項17に記載のフラットパネルディスプレイ。
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