JP2014516218A - 4色3dlcd装置 - Google Patents

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Abstract

LCDパネル、動的バックライト、及びメガネの使用によって可能となった3D立体視。本システムは、4色の赤色−緑色−青色−黄色ピクセル列を有するLEDバックライトを備えるLCDパネルと、それぞれのチャネルを色別に分離する波長選択性メガネとを利用する。このシステムは、LCDパネル上で交互に繰り返す左画像フレーム及び右画像フレームに基づいている。フレームの一方は、赤色−緑色−青色LEDによって照射され、他方のフレームは、グレイスケールで示され、黄色LEDによって照射される。視聴者は、左レンズ又はフィルターが左チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させ、右レンズ又はフィルターが右チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させるメガネを着用する。

Description

現在のところ、広視野角3Dディスプレイ用の受動的アイウェアを使用し得る、2種類の広く使用されている3次元(3D)ディスプレイがある。これらのディスプレイは、偏光に基づくか(異なる画像が直交偏光で示され、左目及び右目によって別個に視聴される)、又は波長に基づくか(異なる画像が重複しない色スペクトルで示され、左目及び右目によって別個に視聴される)のいずれかである。両方の種類のディスプレイが、現在映画館市場分野で広範に使用されている。テレビ(TV)市場への応用は、両方のアプローチにとって、以下の技術的課題で阻害されてきた。
偏光に基づくシステム
これらのシステムでは、第1の液晶ディスプレイ(LCD)TVシステムは、ピクセル行単位で、左右の円偏光で交互の画像を生成する。このマイクロリターダアプローチには50%の解像度の損失があり、TV上の1本おきのラインは、交互の偏光であって、それぞれの画像がピクセルの半数しか使用しないことを意味する。加えて、マイクロリターダシートは、システムに顕著なコスト増をもたらす。
代替のLCD TVシステムは、アクティブマクロリターダを利用し、アクティブマクロリターダは、ピクセルがなくスクリーン全体を被覆する第2のLCDパネルで構成される。第2のパネルは、代替として、第1のフル解像度パネルから出る偏光を、左目及び右目用偏光レンズによって区別され得るように、1つの状態から他の状態へ、例えば水平から垂直に回転する。アクティブマクロリターダは、システムにコスト増及び相当な重量増の両方をもたらす。
波長選択的システム
3色アナグリフシステムは、良好な波長選択的メガネの欠如に苦しんでおり、TV上のカラーフィルターが重複するスペクトルを有し、クロストークにつながる。波長選択的メガネのためのはるかに改良されたカラーフィルターが、低いコストの高分子多層光学フィルム(MOF)技術で提供し得るが、1つの目に赤色画像、他方の目にはシアン(青色+緑色)の画像等のこのアプローチは、人間の視覚システムが別個の左目/右目の色結像を処理する方式によって、限られた訴求力しか有しない。
米国特許出願公開第2010/0066813 Al号に説明されるように、Infitec,Inc.の、Dolby Laboratories,Inc.によって劇場システムに採用された、より新しい6色システムは、それぞれの画像及びそれぞれの目の上のフィルターに非常に正確な波長選択を要する。この精度は、実質的に視準された光源及び光源の上に精度フィルターを要する。この光をフィルタリングすることは、光源からの光の相当な損失、ひいてはTV電力効率の低下につながる。典型的な映画館システムにとって、光源は1つだけであり、画像投射システムで視準され得る。LCD TVには、スクリーンにわたって又は縁の周囲に分散された多数の光源がある。大型TVのこれらの光源の全てを最初に視準し、フィルタリングし、次いで、その分散をランダム化することは、TV機メーカーによって典型的に好まれるよりはるかに大きなスペースをTVバックライト内に必要とする。結果としてのLCD TVは、相当嵩高になる、つまり非常に厚いか、又は縁の周囲に非常に広い溝ぶちを伴うかのいずれかである。カラーフィルターアイウェアは、非常に暗い部屋で使用されない限り、また視聴者の目に相当なグレアを発生する。グレアは、暗くされた映画館の空間では許容できるが、個人の家ではいつも許容できるとは限らない。6色3Dシステムは、同時に隣接通過帯域の色を透過しながら、吸収体が、1つの色帯域からの反射光を効率的に阻止するために使用されることができないような、狭い通過帯域及び阻止帯域を有する。
上の理由で、最初のLCD 3D TVは、アクティブシャッターメガネアプローチを採用し、溶接のアクティブゴーグルに類似するLCDシャッターが、LCDパネルの上に表示される交互の左目及び右目画像と同期させて左目用及び右目用に交互に開閉される。このシステムは、LCDだけではなく、任意の高速ディスプレイ上で稼働する。シャッターメガネのコスト、並びにそれらに電力を提供する必要は、これらのシステムにとって不利であった。
したがって、LCD業界では、低損失で現状のLCD TVシステムとほぼ同一のサイズの設置面積内で実装され得る、良好な色にフル解像度画像を提供する単純な3Dシステムのニーズがいまだにある。
本発明に適合する3D立体視システムは、LCDパネルと、LCDパネルに光を提供するためのバックライトと、バックライトをコンテンツの左フレーム及び右フレームと同期させるためのコントローラと、を含む。バックライトは、3色を有する第1の組の光源及び第1の組と比較すると可視スペクトルの主に重複しない範囲内で1つの色を有する第2の組の光源を含む。本システムは、視聴者が着用するメガネを使用する。メガネは、第1の組の光源のスペクトルをフィルタリングするための第1のレンズ及び第2の組の光源のスペクトルをフィルタリングするための第2のレンズを有し、それぞれのレンズは、他方のレンズによって透過される光の波長を実質的に阻止する。したがって、3D立体視を体験するために、コンテンツの交互に繰り返す左フレームと右フレームが視聴者の左目及び右目に提供される。
添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部をなすものであって、説明文と併せて本明細書の利点及び原理を説明するものである。図中、
4色3D LCDシステムの概略図。 3Dシステムの第1のスペクトルのグラフ。 3Dシステムの第2のスペクトルのグラフ。 3Dシステムの第3のスペクトルのグラフ。 3Dシステムの第4のスペクトルのグラフ。 トリムフィルターのスペクトルのグラフ。 代替フィルターのスペクトルのグラフ。 第1のグレア低減フィルターのスペクトルのグラフ。 第2のグレア低減フィルターのスペクトルのグラフ。 第3のグレア低減フィルターのスペクトルのグラフ。 その白色リン光体LED光源からの発光スペクトルとともにTVピクセルのカラーフィルタースペクトルのグラフ。 緑色又は赤色ピクセルフィルター内の黄色光の透過率のグラフ。 緑色及び赤色ピクセルの両方によって表される黄色光の透過率のグラフ。 赤色ピクセルフィルターの修正を図示するグラフ。 修正された(偏位された)赤色ピクセルフィルターを通る黄色光の透過率のグラフ。 2つの狭い阻止帯域を使用する黄色通過帯域フィルターのスペクトルのグラフ。
概観
本発明の実施形態は、潜在的に低いコスト、高精度な高分子干渉フィルターアイウェアと組み合わせて比較的狭帯域光源を有する4色アナグリフ3DアプローチのTV又はその他の表示システムへの適用を含む。5つの非常に狭いスペクトル阻止帯域及び5つの非常に狭い通過帯域のうちの全てを要する6色システムに比較して、4色システムは、1対の左目用レンズ及び右目用レンズに対して、1つの狭い阻止帯域及び1つの狭い通過帯域だけを要する。4色アナグリフアプローチの選択は、狭帯域放射光源を利用するTVバックライトと組み合わせて、低クロストーク及び高色域を簡素化されたより効率的なフル解像度3D LCD表示システムに提供する。発明者は、狭帯域1D及び3D量子井戸光放射素子が、スペクトルのトリムの必要が少しか又はまったくない許容できる低クロストークを伴う3Dシステムを可能とするように、発光スペクトルが最少のスペクトル重複を有するように、可視スペクトルにわたって4つの異なる発光色を選択し得ることを発見した。4色アナグリフの実施例は、PCT特許出願公開第WO2008/916110943号、第WO2008/916150967号、及び第WO2008/916220960号に提供されている。
図1は、4色3D LCDシステム10のためのLCD TVの適用可能構成要素及びメガネの概略図である。システム10は、コントローラ11と、光源12と、バックライト空洞14、LCDパネル16、右目用レンズフィルター18、左目用レンズフィルター20を含む。コントローラ11は、LCDパネル16に左画像フレーム及び右画像フレームを、フルフレーム又は部分フレームのいずれかを提供し、赤色−緑色−青色−黄色等の実質的に重複しないスペクトルを伴う4色を有する光源12と画像を同期させる。画像の1つは、赤色−緑色−青色(RGB)光源に伴って色で示され、他方の画像は、黄色光又は他の適切な狭帯域光源に伴ってグレイスケールで示される。コントローラは、左画像及び右画像、色及びグレイスケールを交代する。視聴者は、左画像及び右画像をフィルタリングし、視聴者に3D立体視の体験を提供するカラーフィルター18及び20を有するメガネを着用する。
種々の波長範囲が、グレイスケール画像のために選択され、3つの他の適切な色が色画像のために選択され得る。例えば、540〜630nmの範囲の黄色又はオレンジ色、又は450〜540nmの範囲のシアンが、グレイスケール画像のために使用され得る。前者では、595nm近傍のピークスペクトルコンテンツを伴う琥珀色LEDが、又は570nm近傍のピークスペクトルコンテンツを伴うII−VI黄色放射素子が使用され得る。当業者は、LED発光と光学メガネフィルタースペクトルとの間の異なる最適化を提供する素子ピーク波長及び帯域幅を提供してもよい。II−VI黄色放射素子は、III−リン化化合物で作られた現状の琥珀色LEDより効率的であり、黄色の選択は、琥珀色光源より赤色からの分離を提供する。
LCDパネル16が、他の色の組もまた使用され得るが、RGB、RGB−Y(黄色)又はRGB−白色ピクセルで交互に繰り返す左目及び右目画像を、示すことができるLCDパネルで実装され得る。緑色及び赤色ピクセルカラーフィルターが相当の黄色光量を透過するので、標準3色(RGB)LCD TVパネルが、このシステムに使用され得る。バックライト空洞14が、光源12からエッジリット又はダイレクトリットである場合があり、中空の(空気)ガイド又は固体光ガイドを含み得る。
光源12は、狭帯域II−VI光ポンプ1次元量子井戸発光体(BGY赤色)によって又は青色、シアン、琥珀色、及び赤色、又は青色、緑色、琥珀色、及び赤色等の標準光放射ダイオード(LED)によって実装され得る。標準緑色LEDを使用するときに、クロストークが増加されることになる。クロストークが許容不可能ならば、LEDスペクトルは、下に説明するトリムフィルターを使用して狭められ得る。
II−VI半導体から作られた1D量子井戸発光体は、米国特許第7,737,831号に説明され、電気的にポンピングされる短波LED及び再放射半導体構成体を備える適合したLEDである。II−VI光源は、CdMgZnSe合金から構成され、発光スペクトルは、典型的には赤色,緑色及び黄色発光体では約15nm〜20nmの半値全幅(FWHM)値を有する。これは、30nm〜35nmのFWHM値を有する緑色GaInN LEDに比較される。一実施例では、520nm(中央波長)緑色GaInN LEDのFWHMの測定された値は、類似の強度及び温度で比較されたときに、535nm緑色II−VI発光体の17nmのFWHMに比較して、33nmであった。
高出力III−V LED(例えば、GaInN)は、現在のところ高効率を達成するために、量子井戸を使用していることを理解すべきである。長波長III−リン化物(例えば、琥珀色、オレンジ色、赤色LED)では、量子井戸スペクトルは、II−VI発光体のもののように狭い。短波長III−窒化物LED材料システムでは、発光ピークは、より広い。この特徴は、GaInNシステムに関連する材料の問題によっていると考えられている。インジウム取りこみは、分離を伴い、組成不均一性及び関連バンドギャップ広がりにつながり、従来の配向において成長したGaInNが圧電性である事実によって複雑化され、よって組成不均一性に起因する歪が局所バンドギャップを更に変動させ、より大きな広がりをもたらす。GaInN LED中の発光の広がり効果を低減できれば、それらは出力スペクトルをトリミング(フィルタリング)する必要なく本明細書に説明される低クロストークシステムに使用され得る。
II−VI光源を実装するための短波長LEDの実施例もまた、米国特許第7,402,831号に説明されている。
代替としては、量子ドット(3次元量子井戸発光体)リン光体は、II−VI 1D量子井戸素子と同じに狭くなくても、それが比較的狭い波長発光範囲を有するときに、光源として使用され得る。代替としては、標準GaInN LEDが、吸収(角度依存性無し)染料フィルター、多層狭帯域干渉反射/透過フィルターを用いてそのスペクトルをトリミングすること(狭くすること)によって、若しくは波長空間で更に分離されるLED色を選択することによって利用され得る。例えば、青色、シアン、琥珀色及び赤色システムでシアン及び琥珀色を選択することによる例示的緑色及び黄色LEDのより広い色分離の本アプローチは、多少より低い色域をもたらすが、依然として許容でき得る。より深い青色及びより深い赤色LEDを使用することは、色域の損失を補正するのに役立ち得るが、システムの明所効率は低下する。
干渉フィルターの透過スペクトルは、入射角に伴って偏移することになり、これらフィルターを用いたスペクトルの精密トリミングのために、広帯域光源によって放射される光は、好適には、レンズ及び/又は成形された鏡等の適切な光学機器によって、初めに視準される。1つ以上のLED上の任意のトリムフィルターが、以下によって実装され得る。即ち、染色高分子フィルム、多層高分子干渉フィルター、1D II−VI量子井戸層の出力側のII−VI吸収体、又はLCDパネルピクセルカラーフィルターである。同一のアプローチが6色3Dシステムとともに使用され得るが、4色システムは、可視スペクトル内の単独色発光体スペクトルの更なる分離を可能にし、より広い許容できる赤色−緑色−青色−黄色(RGBY)発光帯域をもたらす。より広い発光帯域は、次いでトリミングの必要性の低減をもたらし、したがって所与の光源からより多くの出力をもたらす。
ディスプレイの2D性能
2D画像を表示するために、3D表示システムがまた要求されることがある。特に、消費者向けTVでは、2Dモードは、3Dモードよりはるかに頻繁に、少なくとも近い将来において要求されることになる。したがって、3Dシステムの2Dモードが、標準2Dディスプレイに匹敵するか、あるいは一層良好であることが好ましい。発明者は、3Dディスプレイのために本明細書に説明する狭帯域II−VI光源が、現状の2D LCDディスプレイに使用されているLEDによってバックリットされる2D LCDディスプレイより高い色域及び高いエネルギー効率を有し得る2Dディスプレイを可能とすることを発見した。緑色II−VI発光体は、青色LEDでポンピング(励起)されるときに、論文Miller et.al.,Proceedings of SPIE Volume 7617,paper # 7617〜72で説明されるように、任意のLEDに基づく緑色光源の最も高い効率であることが証明された。II−VI 1D発光体そのものの高効率は別として、LCDピクセルフィルターの形状と組み合わせてその狭帯域発光スペクトルは、以下に説明されるように、LCDシステムの色域及び効率の向上の理由である。更に、II−VI 1D発光体は、光学的にポンピングされ、全てが、同一のII−VI半導体合金システムで作ることができるので、複数色構成体が、単一の短波LEDによって励起プされる同一のチップの上に構築され得る。この配置によって、2Dシステム中のLEDの全てが、同一のドライバー回路を使用でき、より低いコストとより高い効率につながる。同一の多色チップ構成体がまた、3D表示システムにおいて色画像の光源として使用され得る。両方のシステムにおいて、単一チップ上の全色の組み合わせは、色毎に別個のLEDを使用するときに色光源が必ず離間されるエッジリットシステム上で起こり得る色ずれを低減することになる。固体バックライトを伴うシステムで色均一性が問題ならば、「Illumination Assembly and Method of Forming Same」と題し、2010年12月4日に出願された米国特許出願第61/419833号に説明されるように、光発散構造体が、光ガイドの縁に応用され得る。
同一のチップ上又は異なる色ピクセル又はダイ上に発光体を作る手法は、PCT公開出願第WO 2008/109296号及び同第WO 201074987号に説明されている。1つのチップの上に色を組み合わせる他の方法の実施例は、米国特許第7,084,436号及び同第6,212,213号に説明されている。以下は、同一のチップ上の異なる色発光体の組み合わせの実施例である。即ち、単一のダイ上のRGB、同調のために独立してアドレス可能な色領域を伴う単一のダイ上のRGB、並びにRGB組み合わせ及び独立してアドレス可能なY色領域又は独立してアドレス可能な全色を伴う単一ダイの上のRGBYである。これらの設定は、変換材料を光学的にポンピングするために単一短波長励起LEDを使用して単一ダイ上で達成される。励起LEDダイが、異なる変換領域の発光の別個の制御のために、異なる、独立して電気的に駆動される領域にパターン化されてもよい。青色発光が、励起LEDから直接の発光でもよく、紫外線(UV)又は紫色放射励起LED等のより短い波長からダウンコンバートされてもよい。単一ダイ上のRGB又はRGBY発光体の使用が、以下の長所を提供し得る。即ち、同一の種類の励起LEDで全てポンピングされている発光体領域は、別個のドライバーを必要とせずに同一の駆動電圧で駆動される。即ち、混色は、別個の発光体より有効であり、ダウンコンバージョンによって達成される緑色発光体は、標準GaInN緑色LEDより効果的である。これら単一ダイ発光体は、高い色域を低いコスト、高品質LCD TVに提供し得る。
効率及び色域
2D又は3D立体視モードのいずれかでは、光源スペクトルとLCDピクセルカラーフィルターの相互作用が、システムの効率と性能の上に大きな影響を有し得る。4色ピクセルLCDパネルが、この4色3Dシステムに使用され得る。実施例は、赤色、緑色、青色及び黄色(RGB+Y)、又は赤色、緑色、青色及び白色(RGB+W)ピクセルの組である。前者では、黄色が、黄色波長の通過帯域、又は緑色、黄色及び赤色波長の部分を通す黄色エッジフィルターであり得る。そのようなシステムは、現在2D TVパネルに利用されている。そのようなパネルが、本明細書に説明する3Dシステムで利用されると、RGB画像が、RGB光源のみを使用して、RGBピクセル及びRGB+Yピクセルと共に提示され得る。3Dモードのグレイスケール画像が、4色ピクセルのうちのいずれかをあるいは全て、及び、グレイスケール(例えば黄色)光源だけを使用して、提示され得る。
多くのLCDディスプレイは、3色ピクセル、典型的にはRGBのみを利用し、より低いコストな3Dディスプレイを作製するために、共通LCD構成体を利用するのは、有利である。3Dモードでは、RGB画像提示が、RGBピクセルを使用し得る。グレイスケール画像、例えば好適なシステムの黄色画像が、RGBピクセルの1つ以上と共に提示され得る。いくつかの選択肢が、以下の実施例で説明される。
一実施例として、発明者は、従来のLCDパネル内のカラーフィルター及び光源を検証した。Samsung TV(モデル# UN40C7000WF)内のピクセルからのカラーフィルタースペクトル及びその白色リン光体LED光源からの発光スペクトルは、図11にプロットされる。蛍光体LEDは、緑色と赤色で若干ピークに達する光を放射することに注意されたい。これらリン光は、青色、緑色、及び赤色フィルターのそれぞれの低透過率の波長領域に入る相当な光量を放射するので、相当な光量が吸収される。この吸収は、許容できる色域を作出するために必要とされるが、結果としてエネルギー効率の低下をもたらす。例えば、図12にプロットされる、狭帯域II−VI発光体と組み合わせた同一のカラーフィルタースペクトルを考慮されたい。RGB光源のそれぞれは、それぞれのカラーフィルターの最大透過率ポイントの近傍で、光の大部分を放射し、その結果、視聴可能な光のより高い透過率を可能にする。また、RGB発光ピークのそれぞれの狭スペクトルは、3Dモードだけでなく2Dモードにおいて、システムのRBG画像のためのより高い色域を可能にする。
3Dディスプレイに加えて、高効率2D専用ディスプレイが、本明細書に説明される光源及びLCDパネル設計を使用して作製され得る。
3Dモード内の黄色強度
図12から、黄色光の透過率が、緑色又は赤色LCDピクセルフィルターのいずれかで最適ではないことが分かる。相当な黄色光量が緑色ピクセルを通して透過することができ、いくつかの黄色光が、赤色ピクセルを通して透過し得る。黄色画像が、緑色及び赤色ピクセルの両方によって提示されるならば、図13のスペクトルによって図示されるように、黄色のより高い強度が可能である。赤色フィルターは、琥珀色LEDが黄色II−VI発光体の代わりに使用されるならば、より有効であるが、緑色は、若干有効でない。
狭帯域発光体が、緑色、赤色及び黄色光源の両方、例えば、約20nm以下のFWHMを伴う光源のために利用されるときに、黄色光の透過強度を増加するための別の選択肢がある。ディプレイパネル上の赤色フィルターは、かなりな黄色光量を透過しかつ依然として非常に少ない緑色光を透過するように変更することができる。狭帯域発光体を使用して、緑色発光長波エッジは、赤色発光の短波エッジから現在非常に遠く隔たっており、赤色フィルターが、またかなりな黄色光量を透過するように、修正され得る。そのようなスペクトル修正は、図14に図示され、赤色フィルターの吸収エッジが、より短波長側へ約25nmだけ偏移される。3Dモードでは、緑色及び赤色ピクセルの両方が、黄色画像を提供するために使用されることが可能で、標準赤色及び緑色フィルターを使用するシステムに比較して、緑色又は赤色スペクトルとのクロストークを増加せずに黄色画像を提示するのに、黄色画像の強度をほぼ2倍にする(図15の曲線1及び曲線2を比較)。高透過率は、より少ない即ちより小さな黄色光源の使用を可能にし、システムの効率を向上させる。この配置はまた、LCDパネルによる黄色のより高い透過率がバックライト内の黄色光のより低い強度を可能にするので、システムのクロストークを低減し得る。
黄色の第3の透過スペクトルは、黄色光が偏移される赤色カラーフィルターだけを通して透過される場合、図15に示される。この場合には、赤色ピクセルフィルターが、黄色光源のトリムフィルターとして利用されている。その結果得られるスペクトルは、緑色及び黄色画像スペクトルのはるかにより大きな分離を示す。これは、ディスプレイ設計者が、緑色LEDをより長い波長に、例えば、525nmから540nmへと、変えることを可能にし、したがって、2D及び3Dモードの両方でディスプレイの色域を増加させる。同一の青色励起LEDを使用して、540nm II−VI発光体は、励起波長及び発光波長の分離の増加に起因して並びに540nmでの明所視反応の増加に起因して、527nm発光体に比べて若干より効率的である。2D画像専用に設計されたLCDディスプレイは、この構成体から効率及び色域の面で同様に利益を得る。以上に説明された青方偏移される赤色ピクセルフィルターは、現状のLCDディスプレイ上では標準ではないが、ピクセルレイアウト又はディスプレイ構築プロセスに変更を要しない。25nmは大きなスペクトル偏移であるが、複数の色素の変更が、ディスプレイ業界において今まで行われてきた。赤色フィルター帯域エッジでの最大使用可能偏移は、緑色光源のピーク波長の選択に依存する。赤色フィルターの帯域エッジが、Samsung TVからの本明細書に示す実施例では約595nmである、ピーク透過率の半分での波長であると定義され得る。
約5、10、15又は20nmだけより短い波長への赤色フィルター帯域エッジの偏移は、このシステムの効率を向上させるのにも有用である。
アクティブバックライトを伴う2Dモードでは、黄色LEDが、種々の画像の演色を最適化するために必要とされるときに、点灯されることがある。
黄色光という用語は、約565nm〜600nmの範囲の波長でピーク強度を伴う狭帯域光源を含むように使用される。狭帯域は、全ての色光源に対して、約25nm未満のFWHMを示すものとして定義される。好適なFWHMは、20nm以下である。例示的II−VI光源は、17nmのFWHM値を示す。ピーク強度及びFWHMは、LCDディスプレイ内の典型的な動作条件の近傍で測定され得る値に言及する。
3Dメガネ
視聴者メガネのためのフィルター18及び20は、以下に説明する種々のMOFフィルターを含み、左目/右目用色区別のために高分子干渉フィルターで実装され得る。特に、メガネのためのスペクトルが、1つ以上の赤外反射帯域を作出するアプローチを使用し、高屈折率層の厚さと層対との比(f比)を、スペクトルの可視部分で狭帯域幅及び急勾配帯域エッジのより高次元の高調波を作出するために、調整しながら、設計され得る。この種類のフィルターの実施例及び作製するプロセスは、米国特許第7,138,173号に説明されている。フィルター18及び20が、グレア低減のための又は単純化された干渉フィルター構成体のためのアイウェアフィルムの視聴者側に、染色カラーフィルター層を含み得る。
両左目及び右目画像の両方を同時に示すために、色光源及びLCDパネル上の色付ピクセルの両方が、狭帯域(実質的に重複しない)スペクトルを示さなければならず、4色ピクセルパネルが、要求される。現状のLCDパネルは、RGB(Y)ピクセルの顕著なスペクトル重複を有し、左目及び右目画像が、時間的交互に示されなければならないことを意味する。この体系には、以下に説明されるように、3D TVシステムの構成体そのものに重要なスペクトルの4つの組がある。
スペクトル1−RGBの目と称される第1の目に高輝度フルカラー画像
標準LCDパネルのRGBピクセルによって制御され得る3色によって作出される色画像は、第4の色を阻止する色レンズを通って目まで透過されなければならず、第4の色が、図2にスペクトルによって図示されるように、もう一方の目のための画像を作出するために使用される。この実施例の黄色阻止フィルターの鮮鋭な波長カットオフは、選択された光源の狭発光スペクトルと共に、RGB色のうちの3つ全ての高透過率をもたらす。この黄色阻止フィルターのスペクトル幅の重要性は、RGBの目への黄色光(クロストーク)の阻止と共に説明される(図5参照)。
スペクトル2−RGBの目画像光の、黄色の目と称される、第2の目への低漏出(クロストーク)
青色、緑色及び赤色光は、第2の色付レンズによって、黄色の目に到達するのを阻止されなければならない。実質的にこれを達成し得る多層干渉フィルターのスペクトルは、図3にプロットされる。クロストーク漏れは、黄色の目に対するRGB漏れ出しとしてラベル付けられた曲線によって与えられる。例えば、最大555nmまで光を阻止するように、550nm近傍の漏れ出しは、帯域通過フィルター幅を狭めることによって低減され得る。図4に示されるように、そのような変化は、黄色の目への黄色光の透過率に実質的に影響を与えない。600nm近傍の漏れ出しは、2つの方法によって低減され得る。それは、例えば、590nm等のより低い波長に、近接する帯域エッジを下に移動することによって、帯域通過幅をもっと狭めることによって阻止し得る。このような変化は、図4のスペクトルから推断され得るように、黄色の目への黄色光の透過率を低減することになる。代替としては、赤色通過トリムフィルターが、図6に図示されるように赤色LEDの上の短波長テイルを吸収するために、それぞれの赤色LEDに適用され得る。600nmより大きい黄色通過フィルターの光漏出は、多層フィルターの設計の改良によって阻止され得る。
スペクトル3−黄色の目への高輝度モノトーン色画像
グレイスケール画像(この実施例では黄色)を見る目は、狭帯域黄色光の大部分を透過し、色付画像の光の大部分を阻止するレンズが装備されていなければならない。そのような帯域通過フィルターの透過スペクトルは、図4にプロットされる。透過率は、黄色光源に対して最大化されなければならない。クロストークの課題に関して上記のように、555nmに左帯域エッジを移動させることは、黄色光量を実質的に低減することにはならない。しかしながら、600nmより下に右帯域エッジを移動させると、黄色光の強度が実質的に低減する。より大きな帯域内透過率が、光学フィルムの層厚さ特性の改良と共に提供され得る。グレイスケール画像は、普通にLCD TVディスプレイパネルの上に見られる、1つ以上の組の色付ピクセルによって形成され得る。典型的には、黄色光が、赤色あるいは緑色ピクセルのいずれか、又は両方によって透過され得る。いくつかのLCD TVは、黄色又は白色ピクセルを使用し、これらもまた使用され得る。図4にプロットされた黄色光源の強度は、所望の色バランス及びシステム全体として視覚的に興味をそそる3D効果の両方を提供するように、赤色、緑色、及び青色光源の図2にプロットされる強度がスケーリングされなければならないように、適切な強度レベルによってスケーリングされなければならない。
黄色(又はグレイスケール)の目用フィルター透過帯域のスペクトル幅は、緑色及び赤色光源発光帯域の分離によって制限される。黄色透過帯域は、メガネによって透過されるディスプレイ又はアンビエント照明のどちらかの量を増加するために、緑色若しくは赤色光源のいくつかのスペクトル重複、又は両方で再生されることがある。グレイスケールレンズの低光透過レベルは、環境光によって照射される物体を立体視するときに、片方の目の上に暗い被覆効果を作出し得る。3Dディスプレイを立体視するためには、グレイスケール画像の適切な強度が、視野闘争効果を防ぐために、保持されなければならない。更に、黄色(又はグレイスケール)フィルター透過の帯域幅を増加させることは、グレイスケールと色結像との間のクロストークが若干増加しても、グレイスケールの目に入る輝度を増加させ得る、また許容できる左/右目クロストークを伴う視野闘争効果を低減させ得る。
視野闘争効果を低減するために、黄色(グレイスケール)チャネルの輝度が、黄色(グレイスケール)LEDの駆動電力によって、又は、例えば、上述したようにグレイスケール光のより高い透過率ピクセルフィルターを使用することによってグレイスケール画像光の透過率を増大させることによって調整され得る。
更に、どちらの目が好ましいか母集団の抜き取りに基づいて、グレイスケールの目として左又は右目を選択するのが望ましい。どちらの目がグレイスケール画像を見るかユーザに選択を提供するスイッチをディスプレイユニットに追加することは、また可能である。ユーザは、次に対応する左/右目用フィルター配置を伴うメガネを選択しなければならない。
スペクトル4−黄色の目画像のRGBの目への低漏出(クロストーク)
黄色画像からの光は、RGBの目に到達するのを阻止されなければならない。これは、図5にプロットされるスペクトルを伴うもの等の狭「帯域阻止」フィルターで達成される。これは、RGB画像の光を透過することに関して図2に示される同一のフィルタースペクトルである。黄色画像光のRGBの目に対する漏出、クロストークは、RGBの目に対する黄色漏出とラベル付けられた曲線によってプロットされる。図5の610nmの近傍の黄色LEDの赤色テイルの漏出が、帯域阻止フィルターのRBEを最大610nmまで移動することによって低減され得る。図2から推断され得るように、これは、赤色LEDからの光の強度を実質的に低減せずに達成され得る。540nmの近傍でのクロストーク漏出が、540nm〜610nmの光を阻止するように、帯域阻止スペクトルを更に広くすることによって阻止され得る。しかしながら、この広げられたスペクトルは、緑色LEDからの緑色光のうちのいくつかを阻止することになり、ディスプレイのより低い輝度をもたらす。代替としては、黄色又は緑色光源が、その間のより広く分離される波長ギャップを伴って、選択され得る。ディスプレイの色域全般並びに黄色及び赤色光源の重複に影響するので、そのような調整は、しかしながら、注意深く行われる必要がある。
全般に、クロストークの強度は、狭帯域発光スペクトルを伴う光源を選択すると、本質的に低い。レーザを使用し得るが、現在のところ高いコスト、低効率を有する。光学的にポンピングされるII−VI化合物及び長波長III−リン化物量子井戸デバイスの狭帯域発光スペクトル及び高効率は、この応用にとって好適である。II−VI発光体の短波側にとってトリムフィルターは、MBE(分子線エピタキシー)プロセスの間にII−VIウェーハ上のその場で構築され得る。II−VI化合物は、直接ギャップ半導体であり、鮮鋭な吸収エッジを示す。トリムフィルターは、所与のII−VI量子井戸デバイスと類似した材料で構築され得るが、より長い波長の放射される光を透過しながら、デバイスによって放射されるより短い波長を阻止するように、若干より高い帯域ギャップを伴った。
LEDトリムフィルター
トリムフィルターの実施例は、赤色LEDに対して図6に図示される。PVC #83赤色とラベル付けられた曲線によって与えられる測定されたスペクトルを伴う染色PVCフィルム(PVC #83)が、LEDの出力面の近傍又は出力面に積層されて位置付けられ得る。トリムされたLEDの計算された出力は、トリムされた赤色とラベル付けられた曲線でプロットされる。光源/フィルターの組み合わせのピーク透過率は、フィルター及び光源の空気界面を排除するために積層体が使用される場合に、改良される。反射防止コーティングは、この点でまた有用である。染料に基づいたトリムフィルターがまた、前記量子井戸発光体と共に使用され得る。無機吸収フィルターがまた、これらの光源用に使用し得る。
上記の実施例の左目及び右目ための2組の画像は、上記にRGB画像及び黄色画像として称されているが、上記特定された公開PCT出願に説明されるもの等の使用され得る代替の色の組みがある。
代替のレンズフィルター
3Dシステムのための代替のレンズフィルターが、MOFを伴う染色フィルムの積層体を含み得る。この染料/MOFフィルム積層体が、染色色フィルムと組み合わせて、3M Companyからの色反射鏡(CM)590又は592フィルムから作製され得る。上記の積層構成体及びフィルターのスペクトルは、図7に示される。黄色通過フィルターを得るために、積層構成体が、オレンジ染色フィルムを伴って、CM 592のフィルムを含み得る。適切なスペクトルを伴うオレンジ色フィルターは、リーフィルター(Lee Filters)社によって製造される。Lee #105オレンジ色フィルムの2層は、CM 592に積層された。このフィルターのスペクトルは、図7にプロットされる。通過帯域の一方の帯域エッジは、MOFによって形成され、他方の帯域エッジは、染料によって形成されることに注意されたい。この構成体の変異では、通過帯域の帯域エッジの両方が、局所通過帯域を形成するように分離される2つの阻止帯域を使用するMOF構成体によって構成され得る。MOF帯域エッジは、多くの染料から利用可能なものより鮮鋭であって、緑色光のより大きな漏出を誘発せずに、黄色光源のより高い透過率をもたらし得る。そのようなMOF構成体は、狭阻止帯域を使用して、通過帯域から波長で更に隔たる光を阻止しないことがある。青色又はシアン光等の、これらより遠くの波長を吸収する色染料が、通過帯域の外側の他の波長で光を阻止するために、MOF構成体に追加され得る。
2つの狭阻止帯域で構成される黄色通過帯域フィルターの実施例が、図16に示されるスペクトルによって、図示される。狭帯域緑色、黄色、及び赤色II−VI発光体の発光スペクトルは、図16にまたプロットされる。通過帯域スペクトルは、525nmの近傍に中心を持つ1つ、及び640nmの近傍に中心を持つ他方の、2つの阻止帯域の間に構成される。これらの帯域のそれぞれは、赤外反射帯域(図示せず)の2次高調波反射であって、1130nm近傍及び1260nmの近傍のそれぞれに中心を持つ。このスペクトルは、2つの高分子の633nmでの1.65及び1.494のそれぞれの率を仮定して、配向されたPET(ポリエチレンテレフタレート)及びcoPMMA(アクリル酸エチル及びメチルメタクリレートモノマーから作られた共重合体)の275枚の層の4分の1波長を使用して設計された。f比は、0.75が仮定され、275枚の層が、それぞれのIR反射帯域を作出するために使用された。
鮮鋭な帯域エッジは、多層スタックの1次帯域で作ることが困難であり、次元#4、5、6等の高次元は、はるかにより鮮鋭な帯域エッジを有する。しかしながら、より高次元は、はるかにより低い光出力を有し、要求される反射率を得るためには、非常に多数の層を要する。発明者は、PET/coPMMAスタックの2次帯域が、層の間の小さな率の差(delta n=0.16)を有するPET/coPMMAのスタックの狭固有帯域幅によると考えられている、鮮鋭な帯域エッジを作るために使用し得ることを発見した。
上記のように、この設計は、より厚いIRスタックの3次高調波が約416nm〜456nmの光を反射するが、必要に応じて、青色光の全てを阻止しない。青色光の残余が、例えば、Leeフィルター#768等の黄色フィルターによって、吸収され得る。他方の目に対する単一黄色阻止帯域が、より短い又はより長い波長に帯域をそれぞれ移動するために、層厚さ値の調整だけによって、これら帯域のいずれか1つから作られ得る。代替としては、2つの帯域が、黄色光を阻止するために単一の反射帯域を形成するように、重複化され得る。
グレア低減をクロストーク低減と組み合わせる実施例がまた、以下に示される。
グレア低減
図7に示されるように、CM 592フィルムは、赤色光を反射するだけで、オレンジに染色フィルムは、実質的に青色及び緑色光だけを吸収する。したがって、積層構成体内の染色フィルムは、構成体内のどのフィルムが視聴者に対向しているかにかかわらず、MOF反射される任意の相当な光量を阻止しない。この構成体は、しかしながら、上記のように、3Dシステムのための有用な黄色通過フィルターを作出し、上記の干渉帯域通過フィルターの代わりに使用され得る。
スペクトル1〜4に関して上記のアイウェア構成体が、暗くした部屋で使用されない場合に、視聴者の目に対するグレアを増加することになる青色及び緑色光の両方並びに赤色光を反射することになる。このグレアを低減するために、吸収フィルムが、相当な黄色光量を阻止せずに青色、緑色、及び赤色光の相当な部分を吸収するために、視聴者側の反射フィルムの後ろに定置され得る。青色及び緑色吸収フィルターの実施例は、図8に示される。吸収フィルター(Rosco #15染料フィルターの2層)は、またMOFスペクトル(450nm及び530nmの近傍)内の残留の漏出を阻止する。上記のように、MOFフィルターは、単純化される可能性があり、これら波長の光を吸収するために使用される染料が使われ、ずっと少ない短波長光しか反射しない。吸収フィルターが、光学的に透明な接着剤でMOFに積層される場合があり、全透過率は、MOF+2x Roscoとラベル付けされた曲線によって与えられる。Rosco #15フィルムのスペクトルは、510nmと550nmとの間のいくつかの緑色光を透過するが、この光は、MOFから反射した後に光がフィルムを通って通過しなければならないので、MOFによって反射モードでかなり減衰されることになる。これは、反射される緑色及び青色光からのグレアを大幅に低減しながら、グレアに関して吸収フィルターの光学密度を二重にすることになる。また図8から、吸収フィルターの追加による、570nm光の黄色光の透過率の低減は、約10%より小さいことに注意されたい。590nmの黄色光は、約5%より小さく低減される。Rosco #15フィルターの代替は、Lee Fiters社によって製造されるLee #768フィルター(黄身色)である。Lee #768フィルターは、Lee #768フィルターがRosco #15フィルターと比較して、黄色スペクトルのうちの大部分を通してより高い透過率を有する点で、Rosco #15フィルターより好適である。
図8のアイウェアは、赤色光を依然反射する、これはまたグレアを起こし得る。実質的に赤色光の全てを吸収し、黄色光の大部分を透過する染料が少ししかないことが良く知られている。しかしながら、同一のアプローチが、再び使用されることが可能で、つまり、黄色光量をより少なく吸収しながら、赤色光を部分的に吸収する染料が、反射される赤色光からのグレアを大きく低減し得る。実施例が、図9に示される。吸収フィルターは、Leeフィルター#213である。赤色光の二重通過を経由する赤色反射率の低減を証明するために、赤色光のフィルター#213の二重層(フィルムはそれ自身に積層される)を通した透過率が、また図9に2x Lee 213とラベル付けされた曲線で示される。Lee 213フィルターでは、黄色通過フィルターによって反射される赤色光の約50%が、吸収され得る。しかしながら、このフィルターの追加は、黄色透過率を約10%だけ低減する。赤色光吸収を増加することは、反射される赤色光からのグレアを更に低減するが、また黄色帯域通過フィルターの帯域内透過をまた減少することになる。部屋照明からのグレアの問題に対して輝度のニーズのバランスを取る満足のいく妥協に到達し得る。広くは、それぞれのグレア低減染料が所望の透過光の約10%以下しか損失に寄与せず、より広くは、全染料の組み合わされた吸収が、望ましくは所望の透過光源のピーク波長での光の透過率を約25%未満低減することが望ましい。
Lee 213及びLee 768の両方又はRosco 15フィルターの染料は、1つのフィルムに組み合わされる場合があり、交替の染料の組み合わせが、この構成体を最適化及び簡素化するために使用され得る。MOF黄色帯域通過、オレンジ及び緑色「反射防止」フィルターの合成通過は、図10にプロットされる。吸収染料の追加による黄色光の強度の合計低減は、約20%より小さい。
要約すると、グレアを低減するのに有用な染色フィルムは、所望の色波長の相当な強度を透過しながら、青色、緑色、黄色、又は赤色波長範囲のいずれかの中の多層反射体からの反射光量を大幅に低減するものである。波長選択性吸収体は、所望の色透過率を減少させないように好適であるが、中立性灰色吸収体もまたここで使用され得る。例えば、約70%透過率の灰色フィルターは、吸収層を通っての反射光の二重通過によって、反射体の反射を発生するグレアを約50%低減し、それにもかかわらず、所望の色の透過率を約30%だけ低減するだけである。

Claims (25)

  1. 3D立体視システムであって、
    LCDパネルと、
    前記LCDパネルに光を提供するためのバックライトであって、
    3色を有する第1の組の光源と、
    第4の色を有する第2の組の光源と、
    を備え、前記第1の組の光源は前記第2の組の光源とはほとんど重複しない可視スペクトルの範囲で光を放射する、バックライトと、
    前記バックライトを、前記LCDパネルに透過されるコンテンツの左フレーム及び右フレームと同期させるための、コントローラと、
    視聴者によって着用されるメガネであって、前記第1の組の光源のスペクトルをフィルタリングするための第1のレンズを有し、前記第2の組の光源のスペクトルをフィルタリングするための第2のレンズを有する、メガネと、
    を備え、
    3D立体視を体験するため、前記コンテンツの交互に繰り返す左フレーム及び右フレームが前記視聴者の右目及び左目に提供されるように、前記第1のレンズ及び第2のレンズのそれぞれが、他方のレンズによって透過される光の波長を実質的に阻止する、システム。
  2. 前記第1の光源及び第2の光源が、量子井戸発光体を備える、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記第1の光源及び第2の光源が、II−VI 1−D量子井戸発光体を備える、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記第1の光源及び第2の光源が、LEDを備える、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記量子井戸発光体の1又は2以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項2に記載のシステム。
  6. 前記II−VI 1D量子井戸発光体の1又は2以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項3に記載のシステム。
  7. 前記LEDの1又は2以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項4に記載のシステム。
  8. 前記メガネの視聴者側に、グレア低減フィルターを更に備える、請求項1に記載のシステム。
  9. 3D立体視システムであって、
    LCDパネルと、
    前記LCDパネルに光を提供するためのバックライトであって、
    それぞれ第1の赤色、緑色、及び青色スペクトルの範囲を有する、第1の組の赤色、緑色、及び青色光源と、
    それぞれ第2の黄色スペクトルの範囲を有する、第2の組の黄色光源と、
    を備え、前記第1の範囲が前記第2の範囲とは異なる、バックライトと、
    前記バックライトを、前記LCDパネルに伝送されるコンテンツの左フレーム及び右フレームと同期させるための、コントローラと、
    視聴者によって着用されるメガネであって、前記第1の赤色、緑色、及び青色スペクトルの範囲をフィルタリングするための第1のレンズを有し、前記第2の黄色スペクトルの範囲をフィルタリングするための第2のレンズを有する、メガネと、
    を備え、
    3D立体視を体験するため、前記コンテンツの交互に繰り返す左フレーム及び右フレームが、前記視聴者の右目及び左目に提供されるように、前記第1のレンズ及び第2のレンズのそれぞれが、他方のレンズによって透過される光の波長を実質的に阻止する、システム。
  10. 前記第1の光源及び第2の光源が、量子井戸発光体を備える、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記第1の光源及び第2の光源が、II−VI 1−D量子井戸発光体を備える、請求項9に記載のシステム。
  12. 前記第1の光源及び第2の光源が、LEDを備える、請求項9に記載のシステム。
  13. 前記量子井戸発光体のうちの1つ以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項10に記載のシステム。
  14. 前記II−VI 1−D量子井戸発光体のうちの1つ以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項11に記載のシステム。
  15. 前記LEDのうちの1つ以上のスペクトル発光帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に備える、請求項12に記載のシステム。
  16. 前記メガネの視聴者側にグレア低減フィルターを更に備える、請求項9に記載のシステム。
  17. 前記第1の組の光源が、単一ダイ上に赤色−緑色−青色光源を備える、請求項9に記載のシステム。
  18. 前記第1の組の光源及び第2の組の光源が、単一ダイ上に赤色−緑色−青色−黄色光源を備える、請求項9に記載のシステム。
  19. LCDパネルと、
    前記LCDパネルに光を提供するためのバックライトであって、
    前記LCDパネルの後ろに配置される光ガイドと、
    前記光ガイド中に光を透過させるために、前記光ガイドの少なくとも1つの縁の上に配置される光源であって、狭帯域光源を備える、光源と、
    を備える、バックライトと、
    を備える、2D表示システム。
  20. 前記光源が、II−VI 1−D量子井戸発光体を備える、請求項19に記載のシステム。
  21. 前記光源が、単一ダイ上に赤色−緑色−青色光源を備える、請求項19に記載のシステム。
  22. 前記光源が、単一ダイ上に赤色−緑色−青色−黄色光源を備える、請求項19に記載のシステム。
  23. 4色3D表示システムに使用するための3Dメガネ用の1対のレンズであって、
    第1のレンズであって、
    緑色光を実質的に阻止する第1の阻止帯域及び赤色光を実質的に阻止する第2の阻止帯域を有する、配向されたPET及びcoPMMA材料のスタックと、
    前記スタックに塗布された染料の層であって、前記染料が青色光を実質的に阻止する、染料の層と、
    を備え、前記第1のレンズが黄色光を透過する、第1のレンズと、
    第2のレンズであって、
    黄色光を実質的に阻止するフィルター、
    を備え、赤色、緑色、及び青色光を透過する、第2のレンズと、
    を備える、1対のレンズ。
  24. 前記第1のレンズが左目用レンズであり、前記第2のレンズが右目用レンズである、請求項23に記載のレンズ。
  25. 前記第1のレンズが右目用レンズであり、前記第2のレンズが左目用レンズである、請求項23に記載のレンズ。
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