JP2016519325A - 透過ディスプレイ - Google Patents

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Abstract

ディスプレイは、ピクセル領域を占有する光放射表示ピクセルのアレイ及びピクセル領域間の偏光光透過領域を有する。この偏光は、透過2D表示のコントラスト比を改善するために用いられることができる。しかしながら、それは、シースルー透過表示機能の歪みなしで透過3Dディスプレイが形成されることを可能にするために用いられることができる。この目的のために、光放射表示ピクセルは、光透過領域によって提供される偏光と直交する偏光した光を放射することができる。

Description

本発明は、透過ディスプレイ及び透過自動立体視ディスプレイの実施例の好ましいセットに関する。
透過ディスプレイは、表示出力だけでなく、ディスプレイの背後の背景も観察されることを可能にする。ディスプレイは、したがって、あるレベルの透過度を有する。透過ディスプレイは、多くの考えられるアプリケーション（例えばビルまたは自動車のためのウインドウ及びショッピング・モールのためのショーウィンドウ）を有する。これらの大きな装置のアプリケーションに加えて、携帯型タブレットのような小さな装置も、透過ディスプレイの恩恵を受けることができ、例えば、ユーザが、スクリーンを通して前方の風景とともに地図を見ることを可能にする。
既存のディスプレイ市場の多くは、例えば建築、広告及び公共情報の分野において、透過ディスプレイによって置き換えられることが予想される。3D観察機能を有する透過ディスプレイは、まだ入手可能でなく、特に、例えばレンチキュラ・レンズによる眼鏡不要の自動立体視アプローチを未だ使用していない。
透過ディスプレイは、観察者が表示コンテンツを見ることを意図するときに、一般的に表示モードになり、ディスプレイがオフになって観察者がディスプレイを透かして見ることを意図するときにウィンドウ・モードとなる。自動立体視3Dディスプレイにおいて一般的であるように、ディスプレイ上のレンチキュラ・レンズの従来の組み合わせは、ディスプレイが透過する場合、レンチキュラ・レンズがディスプレイ後方の像の歪められたビューを引き起こすので、問題を引き起こす。したがって、ウインドゥ・モードは、ウインドウ後方の風景の適切なビューを提供しない。
2D透過ディスプレイでは、ディスプレイを透過する過剰な光によってコントラストが低下し、透過ディスプレイの光学性能が低下する可能性がある。
本発明は、特許請求の範囲において定められる。
本発明の一態様では、ディスプレイが提供され、当該ディスプレイは、表示パネル及び偏光子を有し、表示パネルは、ピクセル領域間に光透過領域を伴ってピクセル領域を占有する光放射表示ピクセルのアレイを有し、偏光子は、光透過領域のみに関連付けられる。
この配置は、ピクセルの間、つまりディスプレイの透過性を提供する領域に、偏光子を提供する。最も基本的な実施態様では、これは、表示のコントラスト比を改善し、および／または、透過機能に対する反射を低減するために、用いられることができる。
ピクセルは、表示パネルに垂直な２つの対向する方向のうちの一方のみに光を放射するように配置されることができる。このようにして、ディスプレイの片側は（シースルー機能と組み合わせて）表示出力機能を提供すし、反対側はシースルー機能のみを提供する。
その代わりに、ピクセルは、表示パネルに垂直な対向する両方向に光を放射するように配置されることができ、表示機能は、パネルの両側に提供されることができる。ピクセルの同じセットが両方向に光を放射するために用いられる場合、一方の観察される像は、他方の鏡映バージョンである。したがって、ピクセルは、表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セットと、表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有することができる。このようにして、異なる画像が２つの対向する方向に提供されることができる。
偏光子は、好ましくはピクセル間の面内偏光子を含み、例えばワイヤ・グリッド偏光子を有することができる。
本発明は、自動立体視ディスプレイに特に関心がある。そして、光放射表示ピクセルは、偏光子を通過する第２偏光に直交する第１偏光の光を提供するように配置される。そして、画像形成配置は、ピクセルの異なるセットからの画像を異なる横方向の観察方向に導くように提供され、それによって、自動立体視表示を可能にし、画像形成配置は、ディスプレイの片側又は両側に提供される。
このようにして、第１偏光の光は自動立体視画像を形成するために用いられ、一方、第２偏光の光はルックスルー機能のために用いられる。偏光スイッチングは、このシステムを実現するためには必要ない。
表示ピクセルが、第２偏光の光をブロックするために、偏光子を各々有することができる。したがって、ピクセル放射体は非偏光の光を生成することができ、その場合、それは偏光子によって変換される。ピクセルは、２つの垂直方向のうちの望ましくない方向に放射される光をブロックするために、反射体または吸収体を有することができる。
偏光のうちの一方は直線水平偏光であることができ、他方は直線垂直偏光であることができ、あるいは、偏光のうちの一方は時計回りの円形偏光であることができ、他方は反時計回りの円形偏光であることができる。
3Dディスプレイの実施例の第１のセットは、ビュー形成機能を提供するために、レンチキュラ装置を用いる。この場合には、画像形成配置は、第１偏光の光のためのレンズ機能及び第２偏光の光のためのパススルー機能を提供する複屈折レンズ構造を含む。
複屈折レンズ構造は、
ディスプレイの片側のみに提供されて、表示ピクセルが表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置されるか、
ディスプレイの両側に提供されて、表示ピクセルが表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有するか、あるいは、
ディスプレイの片側に提供されて、表示ピクセルは、表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有する。
これは、ディスプレイの片側若しくはディスプレイの両側への3D表示出力、又は、片側のハイブリッド3D表示及び他方の側の2D表示を含む、さまざまな可能性を提供する。
3Dディスプレイの実施例の第２セットは、自動立体視ビュー形成機能を提供するために、バリア配置を用いる。この場合には、画像形成配置は、第１偏光の光に対するブロッキング機能及び第２偏光の光に対するパススルー機能を提供する偏光光バリアを有するバリア配置を含む。
また、バリア配置は、
ディスプレイの片側のみに提供されて、表示ピクセルが表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置されるか、
ディスプレイの両側に提供されて、表示ピクセルが表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有するか、あるいは、
ディスプレイの片側に提供されて、表示ピクセルは、表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有する。
本発明の例が添付の図面を参照して詳細に説明される。
本発明のディスプレイに用いられる表示パネル設計の3つの実施例を示す図。 本発明の自動立体視表示装置の第１の実施例を示す図。 本発明の自動立体視表示装置の第２の実施例を示す図。 本発明の自動立体視表示装置の第３の実施例を示す図。 本発明の自動立体視表示装置の第４の実施例を示す図。
本発明は、ピクセル領域を占有する光放射表示ピクセルのアレイ及びピクセル領域間の偏光光透過領域を有するディスプレイを提供する。
表示パネルは、複数のビューを生成するために視差バリアまたはレンチキュラ・レンズを用いる透過自動立体視3Dディスプレイの基礎として用いられることができ、偏光子は、バリアまたはレンズがディスプレイを透過する光の望ましくない歪みを引き起こすことを防止する。別の態様では、パネルは、透過2Dディスプレイの基礎として用いられることができ、それによって、偏光子は、例えば、水または他の表面からの偏光された反射の透過を低減することによって、優れた光学性能を生成する。
3D設計の場合、コントラストが改善された2Dビューと同様に、ディスプレイは、ディスプレイからの3Dコンテンツ及びディスプレイの背後の風景の歪められていないビューの両方を観察者が正しく見ることを可能にする。
本発明は、例えばOLEDピクセルまたは透過OLEDピクセルを有する、透過型放射表示パネルを使用する。少なくとも、放射素子間の領域の相当な部分は、偏光子(好ましくはワイヤ・グリッド偏光子)を有する。ワイヤ・グリッド偏光子はコンセプトとして最も単純な直線偏光子であり、微細な平行金属ワイヤの規則的なアレイから成り、入射ビームに対して垂直な面中に配置される。ワイヤと平行な電場成分を有する電磁波は、ワイヤに沿った電子の動きを誘導し、この波は、基本的には入射ビームに沿って逆に反射される。ワイヤに対して垂直な電場を有する波では、電子は、各々のワイヤの幅方向にそれほど大きく動くことができず、したがって、エネルギーはほとんど反射されずに、入射波はグリッドを通過することをできる。ワイヤ間の分離距離は放射の波長より小さい必要がある、ワイヤ幅はこの距離のほんの一部であるべきである。
3D実施態様において用いられる場合、ピクセル放射体は、ピクセル間の偏光子によって通過される偏光に直交する偏光の光を生成する。
パネルが用いられることができる個々の実施の形態の前に、表示パネルの基本的な特徴が最初に議論される。
図1は、本発明の表示装置のさまざまな実施例において使用される透過型放射表示パネルの基本的な特徴を示す。
表示パネルは、複数の放射ピクセル1(好ましくはOLEDピクセル)を有し、図１（ａ）に示されるような両方向、図１（ｂ）に示されるような片方向、又は、図１（ｃ）に示されるような２つの方向交互の光放射を伴う。図1(b)および1(c)に示すように、ピクセル放射体の後ろに反射体を追加することによって、放射の指向性が課されることができる。
ピクセルは、透過OLEDピクセル、トップ・エミッションOLEDピクセル、あるいは、現在標準的なOLEDディスプレイ製造に用いられるようなボトム・エミッションOLEDピクセルであることができる。
ピクセルの開口比は、通常の非透過ディスプレイにおけるよりもかなり小さくなるように慎重に選択される(一般的に50%開口より小さい)。
少なくとも、放射素子間の領域の相当な部分が偏光子を含む。これは、パターニングされたポリマーに基づく偏光子、またはより好ましくは、ワイヤ・グリッド偏光子2として、例えば形成されることができる。偏光子は、直線偏光子(この場合、ワイヤ・グリッド偏光子が用いられることができる)、円偏光子または楕円偏光子として構成されることができる。
図1(b)は、指向性光放射を提供するピクセルの構造を拡大して示す。ピクセルは、ピクセルの光出力面上の偏光子3(これはオプションであり、表示設計次第である)、光放射層5及びピクセル積層の背後の反射体6を含む。放射方向は、矢印4として示される。
第１の実施の形態は、面内偏光子を有する片面2D透過発光ディスプレイを提供し、図1(b)に示されるパネルに基づく。
偏光子の役割は、ディスプレイによって透過されるべきディスプレイの左側に入射する光が偏光されている場合に、ディスプレイの右側の観察者に対する表示のコントラスト比を改善することである。これは、図1(b)に示される構成である。そのような偏光のよく知られた原因は、水、雪、氷または他の反射表面による光の反射である。
偏光子の適切な選択によって、例えば光が直線偏光される場合、交差した偏光によって、ディスプレイの相当な透過性を依然として可能にしつつ、例えば反射された日光からのグレアを大いに低減することが可能である。
水面からの反射は、例えば、主としてその面の平面に平行な偏光を有するので、ディスプレイは、垂直偏光子を好ましくは有するべきである。
偏光した反射だけでなく、部分的に偏光した天空光を抑制することも可能である。この偏光は、太陽の位置によって決まる。
ピクセル間の固定の偏光子の代わりに、ピクセル間に切り替え可能な偏光回転子を追加することが可能である。これは、シースルー機能が、支配的な照明条件に対して調整されることを可能にする。
第２の実施例は、図1(a)または図1(c)に示されるパネルに基づく、面内偏光子を有する両面2D透過発光ディスプレイを提供する。このディスプレイは、どのピクセルが駆動されるかに応じて、一方の側、他方の側又は両側から同時に、観察されることができる。
図1(a)のパネルを想定すると、パネルは両側から観察されることができるが、一方の側では画像は鏡映である。図1(c)のパネルを用いると、いずれの側からも観察される画像が、図1(a)のパネルにおいて利用可能である解像度の半分で、独立に駆動されることができる。
偏光子の役割は、ここでも、ディスプレイによって透過されるべきディスプレイの左側に入射する光が偏光されている場合に、ディスプレイの右側の観察者に対する表示のコントラスト比を改善することである。これは、ディスプレイの左側の観察者のためにも機能する。
第３の実施例は、面内偏光子を有する透過両面自動立体視3Dディスプレイを提供する。
この実施例は図2に示される。
ピクセル・レイアウトは、図1(c)に示されるレイアウトに基づき、オプションの偏光子3を含む図1(b)に示されるのと同じピクセル構造を有する。
表示層は、レンチキュラ・レンズ10及びレプリカ層12を有するレンチキュラ・レンズ配置によって両側を覆われる。これらは、それらの境界でレンズ表面を定める。代替配置において、レンチキュラ・レンズ配置の代わりに視差バリアが用いられることができ、一例が以下に与えられる。
この例では、左右に(すなわち表示パネルの相対する側に)立っている観察者は、ディスプレイによって生成される3Dコンテンツ及びディスプレイを通したそのままの風景の両方を見ることができる。典型的なアプリケーションは、インタラクティブ・ショー・ウィンドゥ、公共情報ディスプレイ、インタラクティブ広告ディスプレイまたは透過コンピュータ・スクリーンであることができる。
この目的のために、ディスプレイを透過する光は、レンチキュラ・レンズによって屈折される(または視差バリアによってブロックされる)べきではない一方で、ディスプレイによって放射される光は、自動立体視3Dディスプレイとして作用することが可能であるために、レンチキュラ・レンズによって屈折される(または部分的に視差バリアによってブロックされる)べきである。
この目的を達成するために、レンチキュラ・レンズ10は複屈折材料で製造される(または、視差バリアは偏光子で作成される)。このようにして、レンズ(またはバリア)は光の一方の偏光状態のみに影響を及ぼし、それは状態Aと名づけられる。状態Aに対して垂直な偏光状態(状態Bと名づけられる)は、レンズまたはバリアを通して邪魔されずに伝播することができる。
ディスプレイを透過する光は、偏光状態Bを透過する面内偏光子によって偏光される。ディスプレイによって生成される光は、偏光状態Aであるはずである。
このようにして、ピクセルによって放射される光はレンズ作用を受ける一方、ディスプレイを透過する光は偏光子によって偏光状態Bに限られて、この偏光状態はレンズ作用を受けない。
ディスプレイのピクセルは、偏光状態Bの透過光を完全にブロックするべきではなく、これは、偏光状態Bの光がピクセル間のスペースを透過するように、適切なアスペクト比を提供することによって保証される。
したがって、2つの複屈折レンチキュラ・レンズの間に図1(c)のパネル設計をはさみ込むことによって、ディスプレイは、自動立体視表示観察と同様に、ディスプレイを通して歪められていない観察を可能にする。これは、切り替え可能な偏光素子を必要とすることなく、可能にされる。
ディスプレイが一方の偏光状態のみを透過するので、一般的に周囲の光の半分がブロックされ、それによって、ディスプレイを通して見るときに、輝度を低減することが理解される。
このバージョンは、偏光状態の制御を必要とする。偏光状態Aは3Dコンテンツを生成するために用いられ、直交する偏光状態Bはディスプレイを通して邪魔されずにいかなる光をも透過させるために用いられる。これらの偏光状態の2つの考えられる例は、以下の通りである:
例1:
状態A = 直線水平偏光
状態B = 直線垂直偏光
例2:
状態A = 時計回り円偏光
状態B = 反時計回り円偏光
図2において、破線のクロス及び破線は、さまざまな光学成分のための直交する偏光状態を示すために用いられる。偏光子3を通して透過される偏光のために、レンズの材料はレプリカ12と異なる屈折率を有し、したがって、この偏光に対してレンズとして作用する。
破線のクロスは、光学素子が偏光状態Aに作用することを示す。これは以下を意味する。
偏光子は、状態Aを透過して、状態Bを吸収/反射する。
レンズでは、状態Aは事実上複屈折レンズ及びレプリカ10,12をレンチキュラ・レンズとして見て、一方、状態Bは事実上複屈折レンズ及びレプリカをスペーサとして見る。
破線は、光学素子が偏光状態Bに作用することを示す。これは以下を意味する。
偏光子は、状態Ｂを透過して、状態Ａを吸収/反射する。
レンズでは、状態Ｂは事実上複屈折レンズ及びレプリカをレンチキュラ・レンズとして見て、一方、状態Ａは事実上複屈折レンズ及びレプリカをスペーサとして見る。
図2の実施例において、レプリカ12の屈折率は、レンチキュラ10の複屈折材料の屈折率のうちの一方に等しい。このようにして、レンズ及びレプリカの組み合わせは、一方の偏光状態に対してレンチキュラ・レンズとして作用し、他方の偏光状態に対して通常のスペーサ層として作用する。
ピクセル上の偏光子3は、放射された光が必要な偏光を有することを保証する。
他の自動立体視ディスプレイと同様に、実施の形態においてレンチキュラ・レンズを実現するための態様として複数のバリエーションが可能であることが理解されるべきである。変形例は、外側に湾曲したレンズ表面を有する積層、平坦な外側を有する固体積層、または、任意の他のレンズ積層であることもできる。したがって、レンチキュラ・レンズの設計及びピクセルの駆動は典型的な自動立体視ディスプレイと同様であるべきである。
図3は、面内偏光子を有する透過片面自動立体視3Dディスプレイのための更なる実施例を示す。
この実施例は、ディスプレイの片側のみに(図2にあるような)レンチキュラ・レンズ構造を有する図1(b)のパネル設計を用いる。
図4は、面内偏光子を有する透過ハイブリッド2D自動立体視3Dディスプレイのための更なる実施例を示す。
この実施例は、図1(c)のパネル設計を用いて、片面透過3D自動立体視ディスプレイを実現するために、ディスプレイの片側のみにレンズ配置を有する。ハイブリッド2D/3D透過ディスプレイが実現されるように、ディスプレイの反対側は2D表示を実現する。
上記の自動立体視の例は、レンチキュラ・レンズの代わりに視差バリアによって実施されることができる。しかしながら最良の性能のために、通常の視差バリアは、ディスプレイを透過する画像の乱されたビューを引き起こす。したがって、バリアは、その代わりに、偏光子で作成される。偏光子の状態は、表示パネルの面内偏光子2の状態に等しいように選択され、ディスプレイを通して透過される光は邪魔されずに観察者へと伝播することができ、一方、ピクセルによって生成されるコンテンツに対しては、観察者は視差バリアを通してそれらを見る。
図5は、図2の両側配置に基づく一つの実施例を示す。
図5において、図2の2つの複屈折レンズ及びレプリカ配置は、それぞれの視差バリア配置に置き換えられる。各々の視差バリア配置は、スペーサ22上の偏光子20から成る。
偏光子20は、パネルの偏光子2と同じ偏光状態を透過する。
コンポーネントの同じ置換えが、図3及び4のバージョンに対して行われることができる。
上記で2D表示に関してのみ記述されるバージョンがあるが、本発明は、透過3Dディスプレイ(例えばインタラクティブ・ショー・ウィンドゥ、公共情報ディスプレイ及びインタラクティブ3D広告表示) のために特に興味ある。
上で述べたように、ピクセル間のスペースが透過性を提供するので、ピクセル自体は透過的である必要はない。ピクセルは、好ましくは表示領域の50%未満を占有し、より好ましくは、表示領域の30%未満を占有する。
図面、開示及び添付の請求の範囲の検討から、開示された実施の形態に対する他のバリエーションは、請求された発明を実施する際に、当業者によって理解され、遂行されることができる。請求の範囲において、「有する」「含む」等の用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数表現は複数を除外しない。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項中に列挙されているからといって、これらの手段の組み合わせが有効に用いられることができないことを意味しない。請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (14)

  1. ピクセル領域を占有する光放射表示ピクセルのアレイ及び前記ピクセル領域間の光透過領域を有する表示パネル、
    前記光透過領域のみに関連付けられる偏光子、
    を有するディスプレイ。
  2. 前記ピクセルが、前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される、請求項１に記載のディスプレイ。
  3. 前記ピクセルが、前記表示パネルに垂直な対向する方向の両方に光を放射するように配置される、請求項１に記載のディスプレイ。
  4. 前記ピクセルが、前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット、前記表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  5. 前記偏光子が、前記ピクセル間の面内偏光子を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  6. 前記偏光子が、ワイヤ・グリッド偏光子である、請求項５に記載のディスプレイ。
  7. 請求項１に記載のディスプレイであって、前記光放射表示ピクセルが、前記偏光子を通過する第２偏光に直交する第１偏光の光を提供するディスプレイ、
    ピクセルの異なるセットからの画像を異なる横方向の観察方向へと導き、それによって、自動立体視観察を可能にする画像形成装置、
    を有し、前記画像形成装置が、前記ディスプレイの片側または両側に提供される、
    自動立体視ディスプレイ。
  8. 前記表示ピクセルが、それぞれ、前記第２偏光の光をブロックするための偏光子を有する、請求項７に記載の自動立体視ディスプレイ。
  9. 前記偏光の一方が直線水平偏光であり、他方が直線垂直偏光である、請求項７に記載の自動立体視ディスプレイ。
  10. 前記偏光の一方が時計回り円偏光であり、他方が反時計回り円偏光である、請求項７に記載の自動立体視ディスプレイ。
  11. 前記画像形成装置が、前記第１偏光の光に対してレンズ作用を提供し、前記第２偏光の光に対してパススルー作用を提供する複屈折レンズ構造を有する、請求項７に記載の自動立体視ディスプレイ。
  12. 前記複屈折レンズ構造が、
    前記ディスプレイの片側のみに提供されて、前記表示ピクセルが前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置されるか、
    前記ディスプレイの両側に提供されて、前記表示ピクセルが前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び前記表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有するか、
    あるいは、
    前記ディスプレイの片側に提供されて、前記表示ピクセルは、前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び前記表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有する、
    請求項１１に記載の自動立体視ディスプレイ。
  13. 前記画像形成装置が、前記第１偏光の光に対してブロッキング機能を提供し、前記第２偏光の光に対してパススルー機能を提供する偏光光バリアを有するバリア装置を有する、請求項７に記載の自動立体視ディスプレイ。
  14. 前記バリア装置が、
    前記ディスプレイの片側のみに提供されて、前記表示ピクセルが前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置されるか、
    前記ディスプレイの両側に提供されて、前記表示ピクセルが前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び前記表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有するか、
    あるいは、
    前記ディスプレイの片側に提供されて、前記表示ピクセルは、前記表示パネルに垂直な２つの方向のうちの一方のみに光を放射するように配置される第１セット及び前記表示パネルに垂直な反対方向に光を放射するように配置される第２セットを有する、
    請求項１３に記載の自動立体視ディスプレイ。
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