JP2014526061A - 自動立体ディスプレイデバイス - Google Patents

Abstract

自動立体ディスプレイデバイスは、離間された画素のアレイを有する、放射型ディスプレイアレンジメント又は反射型ディスプレイアレンジメントといったディスプレイアレンジメントを含む。ライトガイドアレンジメントは、ライトガイド列のアレイを含み、１つのライトガイド列が各表示画素又は画素の（列といった）グループ上にある。ライトガイド列は、ファンネルの形状を画定するように外側で漸減する側壁を含み、画素は、ファンネルの小さい基部にある。ファンネルは、３Ｄ自動立体ディスプレイでは特に問題である、表示におけるクロストークを減少させるようにコリメーションを提供する。

Description

本発明は、表示を生成する表示画素アレイを有するディスプレイパネルと、様々な空間位置に様々な視野を向ける結像アレンジメントとを含むタイプの自動立体ディスプレイデバイスに関する。

このタイプのディスプレイにおける使用のための結像アレンジメントの第１の例は、例えばディスプレイの下層の画素に関してサイズが決められかつ位置決めされるスリットを有するバリアである。ツービューデザインでは、視聴者は、視聴者の頭部が固定位置にある場合に３Ｄ画像を知覚することができる。バリアは、ディスプレイパネルの前に位置決めされ、奇数及び偶数の画素列からの光が、それぞれ、視聴者の左右の目に向けられるようにデザインされる。

このタイプのツービューディスプレイデザインの欠点は、視聴者が固定位置にいなければならず、左右に３ｃｍほどしか移動できないという点である。より好適な実施形態では、各スリットの下に２つの副画素列があるのではなく、幾つかある。このようにすると、視聴者は、左右に移動することができ、かつ、常に視聴者の目で立体画像を知覚することができる。

バリアアレンジメントは、製造が単純ではあるが、光効率がよくない。したがって、好適な代案は、レンズアレンジメントを結像アレンジメントとして使用することである。例えば互いに平行に延在し、表示画素アレイを覆う細長いレンチキュラ素子のアレイが提供され、表示画素は、これらのレンチキュラ素子を介して観察される。

レンチキュラ素子は、素子のシートとして提供され、各素子は、細長い半円筒形のレンズ素子を含む。レンチキュラ素子は、ディスプレイの列方向に延在し、各レンチキュラ素子は、表示画素の２つ以上の隣接列からなる対応するグループを覆う。

例えば各レンチキュラが２列の表示画素に関連付けられているアレンジメントでは、各列における表示画素が、対応する２次元部分画像の垂直片を提供する。レンチキュラシートは、これらの２つの垂直片と、他のレンチキュラに関連付けられた表示画素列からの対応垂直片とを、シートの前に位置決めされたユーザの左右の目に向け、これにより、ユーザは、単一の立体画像を観察する。したがって、レンチキュラ素子のシートは光出力方向付け機能を提供する。

他のアレンジメントでは、各レンチキュラが、行方向における４つ以上の隣接表示画素からなるグループに関連付けられる。各グループにおける表示画素の対応する列は、対応する２次元部分画像からの垂直片を提供するように適切にアレンジメントされる。ユーザの頭部が左から右に移動するにつれて、一連の連続的で異なる立体ビューが、例えば見回したような印象を作るように知覚される。

既知の自動立体ディスプレイは、像を生成するために液晶ディスプレイを使用する。

例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであるエレクトロルミネッセンスディスプレイといった放射型ディスプレイは、偏光器を必要としないため、その使用にますます関心が寄せられており、また、これらのディスプレイは、像の表示に使用されていない場合には画素はオフにされているため、連続照射されるバックライトを使用するＬＣＤパネルに比べて、潜在的に、効率を向上可能であるべきである。

電気泳動ディスプレイ及びエレクトロウェッティングディスプレイといった反射型ディスプレイの使用もますます関心が寄せられている。

本発明は、自動立体ディスプレイシステムにおける、放射型又は反射型であるディスプレイアレンジメントの使用に基づく。

ＯＬＥＤディスプレイといった放射型ディスプレイと、電気泳動ディスプレイといった反射型ディスプレイとは、画素から光が放射される方法において、ＬＣＤディスプレイとはかなり異なる。ＯＬＥＤ画素は、広範囲の方向に亘って光を放射するエミッタであり、電気泳動画素は、広範囲の方向に亘って光を反射するリフレクタである。本発明のコンテキストでは、このようなエミッタ及びリフレクタは、それぞれ、拡散エミッタ及び拡散リフレクタとも呼ばれる。従来の（２Ｄ）ディスプレイでは、ＯＬＥＤディスプレイは、バックライトを必要とし、特別な手段を取らなければ細いビーム状にしか光を放射しないＬＣＤディスプレイに勝る明らかな利点を有する。しかし、ＯＬＥＤ材料の拡散放射も、有機層内で大量の光が再利用されて放射されず、効率が下がるため、課題がある。改良のために、これらの様々なソリューションは、ＯＬＥＤから出る光の出力（out-coupling）を向上させることが試みられている。

しかし、２Ｄディスプレイのこの改良点は、実際には、３Ｄ自動立体ＯＬＥＤディスプレイには問題である。光出力を増加させるソリューションは、１つのレンチキュラレンズから放射される光は、ガラス内で隣接するレンズに反射されるため、自動立体レンチキュラディスプレイに使用することができない。これは、コントラストを減少させ、クロストークを増加させてしまう。

電気泳動及びエレクトロウェッティングディスプレイといった反射型ディスプレイでも、ＯＬＥＤディスプレイの形の放射型ディスプレイについて上述した欠点と同様の欠点が生じる。

したがって、放射型及び反射型ディスプレイを使用したいという要望と、３Ｄ自動立体ディスプレイにおいてクロストークを少なくしたいという要望との間で相容れない状況がある。

本発明によれば、
離間された画素のアレイを含むディスプレイアレンジメントと、
ライトガイド列のアレイを含むライトガイドアレンジメントであって、１つのライトガイド列が各表示画素又は画素のグループ上にあり、ライトガイド列は、ファンネルの形状を画定するように外側で漸減する側壁を含み、表示画素又は画素のグループが、ファンネルの小さい基部にある、ライトガイドアレンジメントと、
ライトガイドアレンジメント上に複数のレンズを含む自動立体レンズアレンジメントと、
を含む、自動立体ディスプレイデバイスが提供される。

本発明の一実施形態では、ディスプレイアレンジメントは、例えばＯＬＥＤディスプレイであるエレクトロルミネッセンスディスプレイといった放射型ディスプレイである。本発明の更なる実施形態では、ディスプレイアレンジメントは、電気泳動ディスプレイ又はエレクトロウェッティングディスプレイといった反射型ディスプレイである。

光ファンネルの形でのライトガイドアレンジメントの機能は、表示画素の開口率を意図的に減少させることである。ファンネルは、自動立体ディスプレイに特に最適化された構造、具体的にはレンズアレンジメントを有し、これにより、クロストークが減少され、性能が向上される。

複数の画素が、レンズアレンジメントの各レンズの下に設けられる（ただし、１つの画素あたりに１つのマイクロレンズも可能である）。例えば自動立体レンズアレンジメントは、画素列方向に延在するか又は当該画素列方向に対して鋭角で傾斜される複数のレンチキュラレンズを含み、各レンズは、複数の画素列を覆う。したがって、レンズは、多数の画素列を覆う。ディスプレイの面に平行に又は当該面に対し小さい角度で延在する光の量を減少させることによって、クロストークが減少される。

側壁は、レンチキュラレンズの幅方向において、片側に第１の傾斜を、反対側に異なる第２の傾斜を有する。これは、ファンネルが光の角拡散を制限する方法が、画素の様々な側において異なるということを意味する。画素は、レンズの下で様々な位置にあり、この特徴によって、レンズ面への入射角を、画素から生じる光円錐のエッジにおけるレンズの局所形状に依存して、制御することができる。ファンネルの基部は、以下に「画素の幅」と称する、画素の放射又は反射領域の幅に一致する幅を有する。

様々な側において光の角拡散を変更する別の方法は、側壁が、レンチキュラレンズの幅方向において、両側に同じ傾斜を有し、ファンネルの基部が、画素の幅よりも大きい幅を有し、画素に対して非対称に位置決めされることである。

ファンネルの形状は、ファンネルの形状の大きい上部において結合し、これにより、画素間の間隔を埋める。或いは、ファンネルの形状は、ファンネルの形状の上部において、離間されている。このようにして、側壁の傾斜を、ファンネルによる光コリメーションの量を制御するために、大きくしたり小さくしたりすることができる。

側壁は、光円錐を画定するように反射性である。

ディスプレイアレンジメントが、上部放射型実施態様のエレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントである場合、当該エレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントは、基板と、基板上の反射アノードのアレイと、反射アノード上のエレクトロルミネッセンス層部のアレイと、エレクトロルミネッセンス層部上の透明カソードのアレイとを含み、ライトガイドアレンジメント、その後に自動立体レンズアレンジメントが透明カソード上に設けられる。

カソードの上方に突出し、ライトガイドアレンジメントが延在するスペーサが画素間に設けられてよい。反射コーティングがスペーサ上に設けられてよい。

ディスプレイアレンジメントが、下部放射型実施態様のエレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントである場合、当該エレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントは、基板と、基板上のライトガイドアレンジメントと、ライトガイドアレンジメント上の透明アノードのアレイと、透明アノード上のエレクトロルミネッセンス層部のアレイと、エレクトロルミネッセンス層部上の反射カソードのアレイとを含み、自動立体レンズアレンジメントが、ライトガイドアレンジメントとは反対側の基板上に設けられる。

本発明は更に、
離間された画素のアレイを含むディスプレイアレンジメントを使用して画素化された像を生成するステップと、
ライトガイド列のアレイを含むライトガイドアレンジメントを使用して画素光出力を導くステップであって、１つのライトガイド列が各表示画素又は画素のグループ上にあり、ライトガイド列は、ファンネルの形状を画定するように外側で漸減する側壁を含み、表示画素又は画素のグループが、ファンネルの小さい基部にある、ステップと、
ライトガイドアレンジメント上に複数のレンズを含む自動立体レンズアレンジメントを使用して様々な画素からの光を様々な方向に向けるステップと、
を含む、自動立体画像を表示する方法を提供する。

本発明の一実施形態をほんの一例として添付図面を参照して以下に説明する。

図１は、既知の自動立体ディスプレイデバイスの概略斜視図である。 図２は、レンチキュラアレイが、様々な空間的位置に様々な視野を提供する様子を示す。 図３は、後方放射構造の形である、ＯＬＥＤディスプレイの単一の画素の構造を概略的に示す。 図４は、レンチキュラレンズを上部放射構造に付与した場合に光路が影響を受ける様子を示す。 図５は、本発明による画素構造体の第１の例を示す。 図６は、図５の画素構造体をより詳細に示す。 図７は、本発明による画素構造体の第２の例を示す。 図８は、本発明による画素構造体の第３の例を示す。 図９は、本発明による画素構造体の第４の例を示す。 図１０は、本発明による画素構造体の第５の例を示す。 図１１は、本発明の実施態様の１つの例を平面図で示す。

本発明は、離間された画素のアレイを含むディスプレイアレンジメントを含む自動立体ディスプレイデバイスを提供する。ライトガイドアレンジメントが、ライトガイド列のアレイを有し、１つの列が、各表示画素上、又は、画素の（列といった）グループ上にある。ライトガイド列は、ファンネル形を画定するように外側で漸減する側壁を含み、画素は、ファンネルの小さい基部にある。ファンネルは、３Ｄ自動立体ディスプレイでは特に問題である、表示におけるクロストークを減少させるようにコリメーションを提供する。

以下、本発明の実施形態は、放射型ディスプレイの一例であるエレクトロルミネッセンスディスプレイに基づいて説明される。当業者であれば、本発明は、任意の種類の放射型ディスプレイを含む、レンチキュラレンズに基づく自動立体ディスプレイアレンジメントに適用可能であり、また、任意の種類の反射型ディスプレイを含む、レンチキュラレンズに基づく自動立体ディスプレイアレンジメントにも適用可能であることは、これらのすべてのディスプレイタイプにおいて、光は、画素から（放射又は反射を介して）レンチキュラレンズに広範囲の方向に亘って向けられることから理解できよう。

まず、既知の３Ｄ自動立体ディスプレイの基本動作を説明する。

図１は、像を生成するためにＬＣＤパネルを使用する既知のダイレクトビュー自動立体ディスプレイデバイス１の概略斜視図である。既知のデバイス１は、表示を生成する空間光変調器として機能するアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイパネル３を含む。

ディスプレイパネル３は、行列に配列された表示画素５の直交アレイを有する。明瞭とするために、図１には、少数の表示画素５しか示されていない。実際には、ディスプレイパネル３は、約１００個の行と数千個の列の表示画素５を含む。

自動立体ディスプレイにおいて一般的に使用される液晶ディスプレイパネル３の構造は全く従来通りである。具体的には、パネル３は、１対の離間された透明ガラス基板を含み、その間に整列されたねじれネマチック又は他の液晶物質が提供される。基板は、その対向する面に透明のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極のパターンを担持する。偏光層が更に、基板の外面に設けられている。

各表示画素５は、基板上の対向電極を含み、その間に液晶物質が介在する。表示画素５の形状及びレイアウトは、電極の形状及びレイアウトによって決定される。表示画素５は、間隙によって互いから規則正しく離間されている。

各表示画素５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は薄膜ダイオード（ＴＦＤ）といったスイッチング素子に関連付けられる。表示画素は、スイッチング素子にアドレス指定信号を提供することによって表示を生成するように動作され、また、当業者には、適切なアドレス指定スキームが既知であろう。

ディスプレイパネル３は、ここでは表示画素アレイの領域全体に延在する平面バックライトを含む光源７によって照射される。光源７からの光は、ディスプレイパネル３を通るように向けられ、個々の表示画素５が、光を変調し表示を生成するように駆動される。

ディスプレイデバイス１は更に、ディスプレイパネル３の表示面上にアレンジメントされ、視野形成機能を行うレンチキュラシート９を含む。レンチキュラシート９は、互いに平行に延在するレンチキュラ素子１１の行を含む。明確とするために、そのうちの１つだけが拡大されて示されている。

レンチキュラ素子１１は、凸円柱レンズの形をしていて、ディスプレイパネル３から、ディスプレイデバイス１の前に位置決めされたユーザの目に、様々な像、即ち、視野を提供する光出力方向付け手段として機能する。

ディスプレイデバイスは、バックライト及びディスプレイパネルを制御するコントローラ１３を有する。

図１に示される自動立体ディスプレイデバイス１は、様々な方向に幾つかの様々な遠近視野を提供することができる。具体的には、各レンチキュラ素子１１は、各行において小さい表示画素５のグループを覆う。レンチキュラ素子１１は、１つのグループ内の各表示画素５を異なる方向に投影し、これにより、幾つかの様々な視野を形成する。ユーザの頭部が左から右に移動するにつれて、ユーザの目は、これらの幾つかの視野のうちの様々な視野を順番に受け取る。

ＬＣＤパネルの場合、上述したアレイと併せて光偏光手段も使用しなければならない。これは、液晶物質は複屈折性で、屈折率の切り替えは、特定の偏光状態の光にしか適用されないためである。光偏光手段は、ディスプレイパネルの一部として、又は、デバイスの結像アレンジメントとして提供される。

図２は、上述したレンチキュラ型結像アレンジメントの動作原理を示し、また、バックライト２０と、ＬＣＤといったディスプレイデバイス２４と、レンチキュラアレイ２８とを示す。図２は、レンチキュラアレンジメント２８が、様々な画素出力を３つの異なる空間的位置２２’、２２’’、及び２２’’’に向ける様子を示す。これらの位置は、すべていわゆる視円錐（viewing cone）内にあり、この中ではすべての視野が異なる。隣接レンズを通過する画素光によって生成される視野は、他の視円錐内でも繰り返される。空間的位置２３’、２３’’、及び２３’’’は、次の視円錐内にある。

ＯＬＥＤディスプレイを使用することによって、別個のバックライト及び偏光器が不要となる。ＯＬＥＤは、将来のディスプレイ技術になると見込まれている。しかし、ＯＬＥＤディスプレイの現在の問題は、デバイスからの光抽出である。何も手段を取らなければ、ＯＬＥＤからの光抽出は、２０％と低い。

図３は、ＯＬＥＤディスプレイの単一の画素の構造であって、後方放射構造（即ち、基板を通る）の形である構造を概略的に示す。

ＯＬＥＤディスプレイは、ガラス基板３０と、透明アノード３２と、発光層３４と、ミラードカソード３６とを含む。

線は、有機層内の点３８から放射された場合に光がたどる経路を表す。起源から光が放射されると、当該光は、全方向に進行する。光が、１つの層から別の層への移行部に到達すると、各層の屈折率間の相違によって、光は１つの層から出て次の層に入るかどうかが決定される。屈折率は、物質内の光の速度によって決定され、スネルの法則によって次のとおりに与えられる：
ここで、ｖは速度（ｍ／ｓ）、ｎは屈折率（単位なし）である。

図３の例では、発光層３４を形成する有機物質の屈折率は高く（ｎ＝１．８）、その一方で、ガラスの屈折率は１．４５である。

高屈折率を有する物質から低屈折率を有する物質に進行する光の入射角が十分に大きいと、光は、物質から出射することができない。有機物質からガラスへの入射角の臨界角は、α＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_２／ｎ_１）によって与えられる。５４度となる。

したがって、有機層内で発生された光の多くが、層を出射せずに物質内に留まり、再吸収され、別の光子放出を駆動するか又は熱に変わることが明らかである。

同様のことが、有機層を出射し、ガラス基板に入射する光についても起きる。多くの光が、ガラスと空気との界面において、ガラスから出射することができない。

光が有機層から出射してガラスに入射することと、光がガラスから出射して空気に入射することとを確実にするために、幾つかのソリューションが提案されている。

Ｄ．Ｓ．Ｍｅｈｔａ他による論文「Light out-coupling strategies in organic light emitting devices」（２００６年１０月８〜１２日の間、ニューデリーで開催されたＡＳＩＤの議事録）に、様々なソリューションの概要が説明されている。

ＯＬＥＤデバイスは、通常、底部放射型であり、ガラス基板を通して光を放射するが、別のアプローチは、光が透明カソードと薄い封緘層とを通るが、ガラス基板は通らずに放射するようにＯＬＥＤスタックを上部放射型にすることである。一般に、光抽出を増加させる様々なアプローチが、上部又は底部放射型ＯＬＥＤ構造体のどちらとも（又はどちらかのみ）とうまく機能する。

本発明は、以下、上部放射型ＯＬＥＤディスプレイの使用に主に基づいて説明される。しかし、本発明の背後にある基本原理は、底部放射型ＯＬＥＤディスプレイにも使用することができ、すべての実施形態は、上部及び底部放射型ＯＬＥＤ構造体の両方に適用可能である。

既知のソリューションは、照明用途及び２Ｄディスプレイに対して、最大８０％まで光抽出効率を向上させるが、自動立体ディスプレイに対しては良好なソリューションを提供しない。自動立体ＴＶを作るために、レンチキュラレンズをＯＬＥＤディスプレイに取付ける際に問題が生じる。上部放射型ＯＬＥＤであっても、光は、依然として、比較的厚いガラス層に入射され、上述したような問題を引き起こし、相当量の光がガラス内で導波モードを保つ。原理上は、レンチキュラレンズを使用すると、底部放射型ＯＬＥＤに比べて、ガラスから空気への光抽出を向上させるが、３Ｄディスプレイについては、これは、コントラストを減少させ、クロストークを増加させるという副次的影響がある。これは３Ｄディスプレイに固有の問題である。２Ｄディスプレイでは、多くの場合、隣接画素は、同じ色（即ち、スクリーンの白色又は色付き領域、単色の色等）を表示するので、隣接画素から光が漏出しても、これは単に所望の色を増大させるだけである。しかし、３Ｄディスプレイでは、隣接画素は、一般に、異なる視野に属し、また、一般に異なる色内容であるため、互いに関連していない。したがって、隣接画素から光が漏出すると、画質に深刻な影響を及ぼす。

さらに、相当量の光が、依然として、ガラス内で導波モードを保つ。その内の一部は再吸収される。

図４は、レンチキュラレンズを上部放射型構造体に付与した場合に、光路が影響を受ける様子を示す。上部放射型構造体は、ガラス基板４０と、ミラードカソード４２と、発光層を画定する複数の画素４４と、透明カソード４６とを含む。シーリング及びパッシベーション層４８が、カソード４６とガラスレンチキュラアレイ４９との間にある。

図４に示されるように、光は、有機層内で発生され、一部の光がレンチキュラアレンジメント４９のガラスに入る。一部の光は、内部反射５０によってガラス内で導波モードを保ち、隣接視野（又は画素／副画素）の光路に入る。ここでは、光は、反射されて、レンズを通り出る（光線５２に示される）か、又は、画素内で再吸収される。

光が隣接視野のレンズを出射しない場合、クロストークが生じる。

本発明は、ＯＬＥＤエミッタの開口率を意図的に減少させ、また、臨界角を超えて放射された光をディスプレイの表面により垂直な方向に方向転換させ、これにより、より多くの光が放射される、光方向転換構造体（ファンネル／コーンの形）を追加する画素構造体を提供する。

図５は、本発明による画素構造体の第１の例を示す。

幾つかの画素５０が、単一のレンチキュラレンズ５２の下に形成され、これにより、様々な画素からの光が様々な方向に向けられるレンズ光学素子がもたらされる。図５は、上部放射型３Ｄ ＯＬＥＤディスプレイを示す。

当該構造体には、光出力構造体５１が設けられている。これらの構造体５１は、画素上に延在する。これらの構造体は、画素を覆う基部５４を有し、画素の上方に高さが出るにつれて広がる（発散する）。これは、ファンネル型構造体を画定し、画素は当該ファンネルの小さい方の端にある。このファンネルは、光コリメータとして機能する。支持部５６が基部５４間に画定され、これらは、製造方法の一部として存在する。支持部５６は、傾斜側面が画定されるように漸減する。支持部は、側面が反射性となるように反射面で被覆される。これらの反射面は、画素間の基板に平行又は略平行な方向における光の進行を制限し、これにより、導波問題が制限される。

光出力構造体の屈折率は、構造体５１の物質内での導波を回避するために、隣接層に関して選択される。

例えば光出力構造体５１は、空気の屈折率よりも大きく、ＯＬＥＤスタックの隣接層の材料の屈折率よりも少ない屈折率ｎ（即ち、１＜ｎ＜１．８）を有する材料から構成され、これにより、構造体は、ＯＬＥＤスタック材料と空気との間の屈折率を有する。これを「中間屈折率」と呼ぶ。

高い屈折率は、最終界面における光の抽出の問題を引き起こす。したがって、構造体５１の屈折率の上限について問題を引き起こす。ｎ＝１が、物理的な下限である。しかし、構造体５１の屈折率は、ＯＬＥＤからの光の抽出を向上させるため、レンチキュラレンズ物質の屈折率より高くてもよい。

レンチキュラレンズ構造体４９は、光出力構造体５１上に設けられる。

構造体５１の形状は、傾斜側面を有する支持部５６を形成するためにフォトレジストを構造化し又は層を非対称エッチングし、次に、アルミニウム薄膜といった反射コーティング５８を堆積させることによって得られる。支持部５６及び構造体５１は、フォトレジストといった同じ物質であってよい。

この場合、構造体５１は、ＯＬＥＤが堆積された後、当該ＯＬＥＤ上に構築される。構造体５１は、全方向に傾斜側面を有する丸い植木鉢の形状を有する。図５は、レンチキュラレンズの方向に垂直な方向における断面を示す。

より正方形、長方形、三角形、六角形（又は他の形状）の上部形状を有する構造体を作ることも可能であり、また、すべての側面が傾斜していること、及び／又は、反射性である必要もない。

構造体５１は、中間屈折率を有する媒体内でＯＬＥＤのランバート放射された光を、当該光が通常よりも低い角度でガラス／空気界面（レンズ出力部において）に入射するように、方向転換することによって動作する。理想的には、光は、ｎ＝１．５を有するガラスの臨界角（通常４２°）未満の角度に制限される。このようにして、より多くの又はすべての光が抽出され、クロストークが減少される。

支持部５６用に画素間に空間を作るために、画素間隔が増加され、これにより、エミッタ領域の面積が減少される。しかし、光学効率が増加されることによって、エミッタ面の縮小は少なくとも部分的に補償される。

図６は、当該構造体をより詳細に示す。アノード４２と、エミッタ物質４４と、カソード４６とは、図４と同様である。したがって、同じ参照符号が使用される。薄膜カバー６０がＯＬＥＤ構造体上に設けられ、カバー６０はゲッタ層を含んでもよい。

図７は、底部放射型ＯＬＥＤに適用された同じ概念を示す。

ＯＬＥＤ構造体は、ガラス基板４０と、光出力構造体５１と、その反射コーティング５８と、透明アノード７２と、発光層４４と、ミラードカソード７４とを含む。薄膜カバー層７６及びゲッタ物質がカソード７４を覆う。

このデザインでは、光は、レンチキュラレンズ４９を通過する前に、ガラス基板４０を通り放射される。ここでも、光出力構造体５１は、空気の屈折率より大きく、また、通常、ＯＬＥＤ物質の屈折率よりは小さい屈折率ｎを有する物質から構成される。層５１の物質（例えばフォトレジスト（ＳＵ８））の構造化が行われて傾斜側面が形成され、次に、アルミニウム薄膜といった反射性コーティングが堆積される。この場合、構造体５１は、ＯＬＥＤスタックが堆積される前に、ガラス基板上に構築される。構造体は、ここでも、全方向に傾斜側面を有する丸い植木鉢の形状を有しても又は他の形状を有してもよい。

構造体５１は、上述と同様に動作し、中間屈折率を有する媒体内でＯＬＥＤのランバート放射された光を、当該光が通常よりも低い角度でガラス／空気界面に入射するように、方向転換させる。

図６及び図７に示されるデザインを適用する際の問題の１つは、レンズ機能は、画素からの光は、エミッタ画素領域のすぐ上ではないレンズの様々な部分上に結像されることを意味し、これは、臨界角を上回る角度の光線がもたらされることを意味する。

この問題に対する様々なソリューションが以下に説明される。

（底部及び上部放射型ＯＬＥＤ構造体の両方に適用される）図８の例では、反射面５８は、光がよりコリメートされて放射されるようにアレンジメントされる。

これは、より急勾配の側面を有することによって達成される。或いは、側面の高さを増加することによって、よりコリメートされた光が得られる。

これは、光が反射されることなくファンネルから出射できる角度の範囲が減少されることを意味する。基板にほぼ平行であり、側壁によって反射された光は、ファンネルを出射するときは、依然として浅い角度を有する。しかし、ファンネルが長くなるほど、コリメーションは良好になる（これは、各反射において、光は垂直に近づくからである）。しかし、より長いファンネルとより急勾配な側面とは、より多くの光が反射されるので、光効率を低減させる。したがって、ファンネルの長さ及び側面の急勾配を選択する際に、光効率とコリメーションの度合いとの間で妥協しなくてはならない。

コリメーションの度合いは、媒体の中間屈折率を考慮に入れるよう調節される、レンチキュラレンズの傾斜の最も急勾配の角度（最大２０°）を考慮して十分に増加されるべきである。

例えば、典型的な場合では、発光は約３０〜３５°に制限される。これは、図８に示されるように反射面をより急勾配の角度にアレンジメントすることによって達成される。このようにすると、臨界角を超えた角度でレンズの（局所）面に入射する光が少なくなり、これにより、光はより効率良く放射され、クロストークは減少される。しかし、このアプローチの１つの問題は、一部の高い角度で繰り返された視野は、光の過剰コリメーションによって抑制されてしまう点である。

図８のデザインでは、光出力構造体の底部及び上部は、離間され、急勾配の側面が光管を形成する。

側壁の角度は、レンズの幅と、ディスプレイの全体の視野角とに依存する。具体的には、側壁は、光が直接放射される最大角を画定し、この最大角は、図８におけるより急勾配の側壁によって減少される。図６及び図７の例では、側壁は、通常、垂線（基板領域に対して垂直）に対して３０乃至６０°の範囲内である一方で、図８の例では、側壁は、通常、垂線に対して１０乃至４０°の範囲内である。

壁の角度によってどのように光がコリメートされるのかが決定される。壁が急勾配過ぎる場合、エミッタからの光線は、出射する前に漸減された壁の両方に衝突する。これは、見掛け上の光線起源が別の画素となることを意味し、これは、事実上、クロストークに相当するため回避されるべきである。

角度は、基本的に、導波を回避するために選択されるべきであり、これは、レンズ形状及び寸法に依存する。

図９の例（ここでも、上部及び下部放射型ＯＬＥＤ構造体の両方に適用可能である）では、反射面５８は、光が非対称にコリメートされて放射されるようにアレンジメントされる。これは、光出力構造体の様々な側面に異なる傾斜角を与えることによって達成される。「側面」とは、レンズ幅の方向にあると理解される。通常、コリメーションの非対称性は、レンズによって結像される際に、画素からの光放射プロファイルの両側で等しいコリメーション度合いを達成するようなものであるべきである。

コリメーションは、この発光円錐の両側の臨界角あたりであるべきである。このようにすると、臨界角を超えた角度でレンズの（局所）面に入射する光は少なく、これにより、光はより効率良く放射され、クロストークは減少され、高い角度で繰り返される視野の抑制も減少される。

図１０は、（ここでも、上部及び下部放射型ＯＬＥＤ構造体の両方に適用可能である）更なる変形を示し、光出力構造体に対し画素エミッタが非対称にアレンジメントされている。

反射面５８は、光が非対称にコリメートされて放射されるようにアレンジメントされる。これは、基部５４に比べてエミッタの開口部を更に減少させ、ＯＬＥＤエミッタを、光出力構造体に比べて非対称に位置決めすることによって達成される。このようにすると、反射面の傾斜角が画素の両側で同じであるにも関わらず、光は、非対称円錐状に放射される。

図１０は、光出力構造体がどのようにコリメーションを提供するのかをより明確に示す。１００と示される光線は、光出力構造体から直接出ることができる最も急勾配の光線である。この場合、且つ、簡単にするために、光出力構造体５１は、レンチキュラ４９のガラスと同じ屈折率を有するものと想定するため、角度変化は示されない。

図９の例と同様に、コリメーションの非対称性は、レンズによって結像される際に画素の光放射の方向の両側で等しいコリメーション度合いを達成するようなものであるべきである。位置１０２及び１０４において、レンズ面に対する垂線と光線がなす角度は同じであり、レンズ面を出射する光円錐は、１０６と示される視円錐の所望の放射方向に対して対称である。したがって、内部反射が回避され、同時に、所望の出力光分布が維持される。

なお、図面は概略に過ぎず、光線は、正確な相対角を示すものと見なすべきではない。

構造体５１は、レンチキュラレンズの（局所）放射面における光円錐に影響を及ぼす。理想的な広がり（光出射位置１０２及び１０４によって画定される光エンベロープ）は、厳密に全反射（ＴＩＲ）の臨界角におけるもっとも極端な光線を有する。しかし、より急勾配の側壁によって、ＴＩＲ角未満の角度（即ち、ＴＩＲの８０％）を有する極端な光線がもたらされる。

両方の場合において、光ファンネルから直接出ることのできる最も急勾配の光線によってなされる角度は、ほぼ臨界角又は臨界角未満であり、したがって、臨界角を超えた角度でレンズの（局所）面に入射する光は少なく、したがって、光はより効率良く放射され、クロストークは減少される。

図９の例と比較してこの例の利点は、ディスプレイ全体に対し、反射面の傾斜角を１つだけ画定すればよいという点である。傾斜は、１つの処理ステップ（例えばエッチングステップ）を実行することで作成できるため、この点は、大きい技術的な利点である。さらに、単に画素内のエミッタの位置のレイアウト及びサイズを調節することによって、表示を様々な光学（レンチキュラ）構造体又は所望の視円錐に微調整することができる。これは、同じ製造プロセスを維持したままでマスクデザインを選択すれば済む。

太矢印１０６は、放射円錐の中心方向を示し、細矢印１００は、放射円錐のエッジを示す（図面は縮尺通りではない）。

自動立体３Ｄディスプレイでは、レンチキュラ（又は他の）レンズアレイがあることによって、画素からレンズへの光の要求される方向は、レンズに対する画素の位置と、視野を形成する光円錐の方向とに依存して空間的に変動することを意味する。上述した例の幾つかでは、出力光学素子を、３Ｄ生成光学素子によって画定される局所的配置に従って画素毎に適応させること可能にする。

上述した例は、各画素の上方に光ファンネルを有する。これを形成するために、支持部５６が画素を囲み、画素の全方位に側壁を画定する。画素において開口を有するグリッドが支持部５６によって画定される。

しかし、光出力構造体は、画素の行方向、レンチキュラレンズの幅に亘ってのみ必須である。これは、問題なのは、行方向に亘る視野間のクロストークだからである。したがって、ファンネルの側面は、行方向における画素間の空間にのみ存在する。図１１は、画素１１０と、光ファンネルの形状がレンズ幅方向のみにあるように列間のみにあるスペーサ１１２との概略平面図を示す。この場合、各ファンネルは、長い長方形であり、１つの画素列を覆う。

その代わりに、スペーサは、各画素を囲み、これにより、各画素の周りかつ上方の円錐を画定する。底部放射型の例は、ファンネル側壁を画定するためにスペーサを使用しないが、同じ問題が、光コリメーションは任意選択的にレンズ幅方向に制限される点で当てはまる。

ＯＬＥＤは、通常、行と列の導体のアレイを有するアクティブマトリクスディスプレイを含み、画素は交差点に画定され、対応するスイッチング素子を有し、任意選択的に、電流駆動電子回路が各画素に関連付けられる。

本発明のソリューションは、通常、ディスプレイの開口部を最大にし、かつ、ディスプレイの構造体がディスプレイ全体で一様であることを確実にする（即ち、３Ｄ光学素子に適応されない）ために、多くの努力を必要とするため、幾分直観に反するものである。

本発明は、レンチキュラを介するＯＬＥＤから空気への光出力を増加させて性能を向上させるために、画素の位置においてディスプレイの３Ｄ光学素子の配置に応じて画素光学素子が調節されることを可能にする。更に、レンチキュラレンズの形（即ち、上面及び底面が互いに対し傾斜されている）によって、一部の場合では、光がレンチキュラレンズの上部において放射されるように、光の方向が、レンチキュラレンズ構造体への光の臨界角よりもかなり下回るように下げられるように光構造体を画定する必要がある。

上述した本発明の例は、マルチフォーカスディスプレイ、ディスプレイの上部に追加されたタッチパッドを有するディスプレイ、表面に触知構造体が追加されたディスプレイ等において実現されるように、ディスプレイの表面に垂直な方向が、ディスプレイ全体に亘って変動する任意のＯＬＥＤベースのディスプレイに適用可能である。

カソード又はアノードに使用される透明物質は、通常、ＩＴＯを含む。

開示された実施形態に対する他の変更は、当業者によって、図面、開示内容、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、クレームされた発明を実施する際に理解される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段を組み合わせて有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

Claims (15)

1. 離間された画素のアレイを含むディスプレイアレンジメントと、
   ライトガイド列のアレイを含むライトガイドアレンジメントであって、１つのライトガイド列が各表示画素又は画素のグループ上にあり、前記ライトガイド列は、ファンネルの形状を画定するように外側で漸減する側壁を含み、前記表示画素又は画素のグループが、前記ファンネルの小さい基部にある、前記ライトガイドアレンジメントと、
   前記ライトガイドアレンジメント上に複数のレンズを含む自動立体レンズアレンジメントと、
   を含む、自動立体ディスプレイデバイス。
2. 前記ディスプレイアレンジメントは、放射型ディスプレイアレンジメントである、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記放射型ディスプレイアレンジメントは、エレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントである、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記ディスプレイアレンジメントは、反射型ディスプレイアレンジメントである、請求項１に記載のデバイス。
5. 複数の画素が、前記自動立体レンズアレンジメントの各レンズの下に設けられている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のデバイス。
6. 前記自動立体レンズアレンジメントは、画素列方向に延在するか又は前記画素列方向に対して鋭角で傾斜された複数のレンチキュラレンズを含み、各レンチキュラレンズは、複数の画素列を覆う、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記レンチキュラレンズの幅方向において、前記側壁は、片側に第１の傾斜を、反対側に異なる第２の傾斜を有する、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記ファンネルの前記基部は、前記画素の幅に一致する幅を有する、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記レンチキュラレンズの幅方向において、前記側壁は、両側に同じ傾斜を有し、前記ファンネルの前記基部は、前記画素の幅よりも大きい幅を有し、前記画素に対して非対称に位置決めされる、請求項６に記載のデバイス。
10. 前記ファンネルの形状は、前記ファンネルの形状の大きい上部において結合し、これにより、前記画素間の間隔を埋める、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイス。
11. 前記ファンネルの形状は、前記ファンネルの形状の上部において、離間されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイス。
12. 前記ディスプレイアレンジメントは、基板と、前記基板上の反射アノードのアレイと、前記反射アノード上のエレクトロルミネッセンス層部のアレイと、前記エレクトロルミネッセンス層部上の透明カソードのアレイとを含む、エレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントであり、前記ライトガイドアレンジメント、その後に自動立体レンズアレンジメントが前記透明カソード上に設けられる、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のデバイス。
13. 前記透明カソードの上方に突出し、前記ライトガイドアレンジメントが延在する、前記画素間のスペーサを更に含む、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記スペーサ上に反射コーティングを更に含む、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記ディスプレイアレンジメントは、基板と、前記基板上の前記ライトガイドアレンジメントと、前記ライトガイドアレンジメント上の透明アノードのアレイと、前記透明アノード上のエレクトロルミネッセンス層部のアレイと、前記エレクトロルミネッセンス層部上の反射カソードのアレイとを含むエレクトロルミネッセンスディスプレイアレンジメントであり、前記自動立体レンズアレンジメントが、前記ライトガイドアレンジメントとは反対側の前記基板上に設けられている、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のデバイス。