JP2016539381A - オートステレオスコピックディスプレイデバイス - Google Patents

Abstract

オートステレオスコピックディスプレイデバイスは、３Ｄ画像を生成するための３Ｄピクセルと関連する第一光学素子の第一アレイと、２Ｄビュー画像を生成するための他のディスプレイピクセルと関連する第二光学素子の第二アレイとを有する、ビュー形成構成を使用する。このように、ディスプレイをビューモード間で切替可能にする必要なく、改良された２Ｄ解像度機能が実現される。

Description

この発明はディスプレイピクセルのアレイを持つディスプレイパネルと、異なるビューを異なる物理的位置に向けるための構成とを有するオートステレオスコピックディスプレイデバイスに関する。

既知のオートステレオスコピックディスプレイデバイスは、ディスプレイを生成する画像形成手段として機能するディスプレイピクセルの行列アレイを持つ、二次元液晶ディスプレイパネルを有する。互いに平行に延在する伸長レンズのアレイがディスプレイピクセルアレイを覆い、ビュー形成手段として機能する。これらは"レンチキュラレンズ"として知られる。これらのレンチキュラレンズの代替案として、レンズはアレイに平行な断面が円形であるか、又は別の形、例えば"楕円"をとり得る。３Ｄディスプレイの分野においてこのようなレンズは一般に"マイクロレンズ"とよばれる。ディスプレイピクセルからの出力はこれらのマイクロレンズ若しくはレンチキュラレンズを通じて投影され、この機能は出力の方向を修正するものである。

レンチキュラレンズはレンズ素子のシートとして設けられ、その各々は伸長部分円筒（例えば半円筒）レンズ素子を有する。レンチキュラレンズはディスプレイパネルの列方向に延在し、各レンチキュラレンズはディスプレイサブピクセルの二つ以上の隣接列の各グループを覆う。

各レンチキュラレンズはユーザが単一のステレオスコピック画像を観察することを可能にするために二列のディスプレイサブピクセルと関連付けられ得る。その代わりに、各レンチキュラレンズは行方向に三つ以上の隣接ディスプレイサブピクセルのグループと関連付けられ得る。各グループ内のディスプレイサブピクセルの対応する列は各二次元サブ画像から垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭が左から右に動かされると、一連の連続する、異なる、ステレオスコピックビューが観察され、例えば見回す印象を作り出す。

上記オートステレオスコピックディスプレイデバイスは良好な輝度レベルを持つディスプレイを生成する。しかしながら、デバイスと関連する一つの問題は、レンチキュラシートによって投影されるビューが、典型的にディスプレイサブピクセルアレイを定義する非発光ブラックマトリクスの"イメージング"によって生じる暗領域によって分離されるということである。これらの暗領域はディスプレイにわたって間隔をあけた暗い垂直バンドの形で輝度不均一性としてユーザに容易に観察される。ユーザが左から右へ動くとバンドはディスプレイを横断し、ユーザがディスプレイへ向かって若しくはディスプレイから離れて動くとバンドの視覚的ピッチが変化する。別の問題は垂直に整列したレンズが水平方向のみに解像度の低減をもたらしながら、垂直方向の解像度は変更されないことである。

これらの問題の両方はディスプレイピクセルアレイの列方向に対して鋭角でレンチキュラレンズを傾斜させる周知の技術によって少なくとも一部対処され得る。従って傾斜レンズの使用はほぼ一定の輝度、及びレンズの後ろに良好なＲＧＢ分布を伴って異なるビューを生成するために必須の特徴として認識される。

オートステレオスコピック３Ｄディスプレイは３Ｄビデオ及びピクチャにとって優れたビュー経験を提供するが、良好な２Ｄ性能は、特にテキストのビューにとって要求される通り、オートステレオスコピックビュー構成が２Ｄから３Ｄモードへ切替可能にされる既知のディスプレイのみで得られる。同じことがマイクロレンズに基づく完全視差オートステレオスコピック３Ｄディスプレイにも当てはまる。

切替可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイを実現する多くのアプローチがある。しかしながら、これらは一般に高価なソリューションであり、これは例えばそれぞれ３Ｄモードにおける不均一なレンズ形状若しくは２Ｄモードにおける残存レンズ効果に起因して、３Ｄ若しくは２Ｄ性能についても妥協し得る。３Ｄモードでも見ることができる切替不可ディスプレイ上で良好な２Ｄ性能が得られることを可能にする上での問題が残る。こうしたソリューションなしで２Ｄ性能を改良する唯一の方法は、ディスプレイパネルの解像度を所望の２Ｄ解像度の倍数に増加することによる。

本発明は請求項によって定義される。

本発明によれば、ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイピクセルのアレイを持つディスプレイと、複数のビューをユーザへ向かって異なる方向に投影するためのディスプレイと位置合わせして（ｉｎ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ）配置される切替不可ビュー形成構成とを有する、オートステレオスコピックディスプレイデバイスが提供され、ビュー形成構成は、第一光学素子の第一アレイであって、各第一光学素子はディスプレイピクセルの各第一サブアレイから法線方向に発せられる光と整列し、第一光学素子はサブアレイの異なるピクセルから出力される光を異なる方向に向けるための３Ｄビュー形成機能を実現する、第一光学素子の第一アレイと、ピクセルの第二サブアレイを形成する他のディスプレイピクセルから法線方向に発せられる光と整列する第二光学素子の第二アレイであって、第二光学素子は２Ｄビュー形成機能を実現する、第二光学素子の第二アレイとを有し、ディスプレイデバイスは、表示される３Ｄ画像に関する画像データはディスプレイピクセルの第一サブアレイに提供され、３Ｄ画像の２Ｄコンテンツはディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供される、３Ｄモードで動作可能である。

"ピクセル"という語は最小ディスプレイ素子をあらわすために使用されることに留意されたい。実際、これは単色サブピクセルになる。従って、"ピクセル"という語がより小さいサブピクセルのグループをあらわすために使用されていると文脈が明確にしない限り、"ピクセル"という語は最小アドレス可能素子であると理解されるべきである。

本発明の構成はオートステレオスコピックビュー構成の光学素子間に２Ｄピクセルを組み込むディスプレイを提供する。このように、オートステレオスコピックビュー構成はディスプレイの全域をカバーしない。３Ｄビュー形成素子の下のピクセルは３Ｄビューコンテンツをレンダリングすることができ、一方３Ｄビュー形成素子の間のピクセルは改良された性能で２Ｄコンテンツをレンダリングすることができる。改良された２Ｄ性能はテキストレターのエッジ若しくは図中の他の直線の鮮明化を含むことができ、それによって２Ｄ視認性が改良される。

一部の実施形態において、２Ｄ性能は付加的に、例えば鮮明な詳細（直線エッジなど）が存在しない画像の領域において、すなわち均等色領域、グラデーション色領域などにおいて、３Ｄピクセル上で画像をレンダリングすることによってもさらに増強され得る。これは２Ｄ画像の増大した見かけの解像度に加えて輝度を増加し得る。同様に、２Ｄピクセルはオブジェクトがパネルに等しい深度にある場合、視差がなく全ビューについてローカルコンテンツが同じになるように、３Ｄコンテンツをレンダリングするために使用されることができる。

好適には、"ピクセルのサブアレイ"及び"他のディスプレイピクセルは"一緒に全ピクセルを構成する。

実施例の第一のセットにおいて、第一光学素子はレンチキュラレンズ（特に平凸レンチキュラレンズ）若しくはＧＲＩＮレンズ（ｇｒａｄｅｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｌｅｎｓｅｓ）などの伸長レンズを有する。それらは列方向に関して傾斜されるか若しくは整列され得る。そして第二光学素子は隣接レンズ間に位置付けられる。これは直立若しくはわずかに傾斜したディスプレイ部分が高解像度２Ｄディスプレイ性能を提供することを意味する。これらの直立部分はテキストにあらわれるような垂直線のレンダリングを改良し得る。

第二光学素子は伸長レンズの全長に及ぶか、又はレンズの長さ方向に沿って不連続部分を有することができる。いずれの場合にも最大解像度で見られる直立ピクセルグループの部分が提供され得る。第二光学素子はレンズの各隣接ペア間に位置付けられ得るか、又はレンズがグループ化され、第二光学素子がレンズの隣接グループ間に設けられる。異なる構成は、３Ｄピクセルにおけるビュー数の損失と改良された２Ｄシャープネスの獲得との間で異なる妥協を提供する。

各伸長レンズは、少なくとも二つのレンズが対応する画面寸法に沿って設けられるように対応する画面寸法（すなわち表示画面の高さ若しくは傾斜高さ）の半分未満の長さを持つことができ、レンズの両端の間に第二光学素子がある。このように、水平線が２Ｄピクセルを用いてレンダリングされることもできる。所望の用途に応じて、デバイスは垂直若しくは水平線、又は両方の２Ｄレンダリングを改良するように設計され得る。

第一光学素子は代わりにマイクロレンズを有することができ、第二光学素子が各マイクロレンズ若しくはマイクロレンズのグループを囲む。これは水平及び垂直線が２Ｄでレンダリングされ得ることを意味する。

第一光学素子は代わりにバリア開口を有することができ、第二光学素子が隣接バリア間に設けられる。従って、本発明はレンズ型だけでなくバリア型オートステレオスコピックディスプレイにも適用され得る。

全ての場合において、ディスプレイは第二光学素子の下に緑ピクセルを、又は第二光学素子の下にディスプレイによって使用される全色のピクセルを持ち得る。緑ピクセルのみであっても、知覚されるシャープネスが改良され得る。

第二光学素子は単純なパススルー機能を実現するように平面非レンズ面を有し得る。しかしながら、それらは第一光学素子若しくは散乱素子と異なるレンズ機能を持つレンズ面を有し得る。これらは第二光学素子を通して見られるピクセルの視野を増加するために使用され得る。

第一光学素子を通過したピクセルのサブアレイからの光のみが出力され、第二光学素子を通過した他のピクセルからの光のみが出力されるように、ビュー形成構成の上に偏光選択層が設けられ得る。これは二タイプのピクセル間のクロストークを回避する方法を提供する。

ディスプレイが偏光出力を供給する場合、偏光回転子がピクセルのサブアレイ若しくは他のピクセルいずれかと関連付けられ得る。ディスプレイが非偏光出力を供給する場合、これは第二偏光選択層を備え得る。

クロストークを防止する代替案は、ディスプレイとビュー形成構成の間に延在するバリア構造を使用すること、ピクセルのサブアレイからの光が第二光学素子に達するのを防止すること、他のピクセルからの光が第一光学素子に達するのを防止することである。

第二光学素子と関連するピクセルの角度ビューを改良する別の方法は、ピクセルのサブアレイがビュー形成構成からある距離に設けられ、他のピクセルがビュー形成構成から異なる距離に設けられることである。

本発明は、ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイピクセルのアレイを持つディスプレイと、複数のビューをユーザに向かって異なる方向に投影するためのディスプレイと位置合わせして配置される切替不可ビュー形成構成とを有する、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにコンテンツを提供する方法も提供し、方法は：３Ｄモードにおいて、表示される３Ｄ画像に関する画像データをディスプレイピクセルの第一サブアレイに提供するステップであって、ピクセルの第一サブアレイから法線方向に発せられる光はビュー形成構成の第一光学素子の第一アレイを通過し、第一光学素子は第一サブアレイの異なるピクセルから出力される光を異なる方向に向けるための３Ｄビュー形成機能を実現する、ステップと；２Ｄモードにおいて、２Ｄ画像に関する画像データをディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供するステップであって、ピクセルの第二サブアレイから法線方向に発せられる光はビュー形成構成の第二光学素子の第二アレイを通過し、第二光学素子は２Ｄビュー形成機能を実現する、ステップとを有し；３Ｄモードにおいて３Ｄ画像の２Ｄコンテンツはディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供される。

この方法は切替可能なビュー形成構成を設ける必要なく２Ｄ及び３Ｄモードが実現されることを可能にする。第一及び第二サブアレイは好適には一緒に全ピクセルを定義し、二セット間に重なりがない。

２Ｄモードにおいて、２Ｄ画像に関する画像データはディスプレイピクセルの第一サブアレイにも提供され得る。

本発明の実施例が添付の図面を参照して詳細に記載される。

既知のオートステレオスコピックディスプレイデバイスを示す。 図１のディスプレイの光路を示す。 図１及び２のディスプレイを用いて異なる３Ｄビューが形成される方法を示す。 ある特定ビュー方向から見た２Ｄディスプレイパネルと３Ｄビューとの関係を示す。 マイクロレンズディスプレイに適した、図４のデバイスで使用されるＲＧＢピクセルへの代替ピクセルレイアウトを示す。 本発明のデバイスを略図で示す。 本発明のデバイスの第１実施例についてある特定ビュー方向から見たビューを示す。 本発明のデバイスの第２実施例についてある特定ビュー方向から見たビューを示す。 本発明のデバイスの第３実施例を示す。 本発明のデバイスの第４実施例を示す。 本発明のデバイスの第５実施例についてある特定ビュー方向から見たビューを示す。 本発明のデバイスの第６実施例を示す。 本発明のデバイスの第７実施例を示す。 本発明のデバイスの第８実施例を示す。 本発明のデバイスの第９実施例を示す。 図１５の実施例で使用される鏡面反射バリアの効果を示す。 本発明のデバイスの第１０実施例を示す。 本発明のデバイスの第１１実施例を示す。

本発明は、ビュー形成構成が、３Ｄ画像を生成するための３Ｄピクセルと関連する第一光学素子の第一アレイと、２Ｄビュー画像を生成するための他のディスプレイピクセルと関連する第二光学素子の第二アレイとを有する、オートステレオスコピックディスプレイデバイスを提供する。このように、ディスプレイをビューモード間で切替可能にする必要なく改良された解像度の２Ｄ機能が実現される。

本発明を詳細に記載する前に、既知のオートステレオスコピックディスプレイの構成が最初に記載される。

図１は既知のマルチビューオートステレオスコピックディスプレイデバイス１の略斜視図である。既知のデバイス１はディスプレイを生成する画像形成手段として機能するアクティブマトリクスタイプの液晶ディスプレイパネル３を有する。デバイスは代わりにＯＬＥＤピクセルを使用することができる。

ディスプレイパネル３は行列に配置されるディスプレイサブピクセル５の直交アレイを持つ。明確さの目的で、少数のディスプレイサブピクセル５のみが図１に示される。実際には、ディスプレイパネル３は約１０００行及び数１０００列のディスプレイサブピクセル５を有し得る。

液晶ディスプレイパネル３の構造は完全に従来型である。特に、パネル３は間隔をあけた透明ガラス基板のペアを有し、その間に整列ねじれネマティック若しく他の液晶材料が設けられる。基板はその接面上に透明インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極のパターンを担持する。偏光層も基板の外面上に設けられる。

各ディスプレイサブピクセル５は基板上に対向電極を有し、その間に介在液晶材料がある。ディスプレイサブピクセル５の形状とレイアウトは電極及びパネル３の前に設けられるブラックマトリクス構成の形状とレイアウトによって決定される。ディスプレイサブピクセル５はギャップによって互いに規則的間隔を空ける。

各ディスプレイサブピクセル５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）若しくは薄膜ダイオード（ＴＦＤ）などのスイッチ素子と関連する。ディスプレイサブピクセルはスイッチ素子へアドレス信号を供給することによってディスプレイを生成するように操作され、適切なアドレス方式が当業者に周知である。

ディスプレイパネル３は、この場合ディスプレイピクセルアレイの領域にわたって広がる平面バックライトを有する、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を通して方向付けられ、個々のディスプレイサブピクセル５は光を変調してディスプレイ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、ビュー形成機能を実行する、ディスプレイパネル３のディスプレイ側の上に配置されるレンチキュラシート９も有する。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レンズ１１の行を有し、そのうち一つのみが明確さのために拡大寸法で示される。レンチキュラレンズ１１はビュー形成機能を実行するビュー形成素子として機能する。

レンチキュラレンズ１１は凸円筒形素子の形であり、それらはディスプレイパネル３から、ディスプレイデバイス１の前に位置するユーザの目に、異なる画像、すなわちビューを提供する光出力指向手段として機能する。

図１に示すオートステレオスコピックディスプレイデバイス１はいくつかの異なる透視ビューを異なる方向に提供することができる。特に、各レンチキュラレンズ１１は各行においてディスプレイサブピクセル５の小グループを覆う。レンチキュラ素子１１はいくつかの異なるビューを形成するようにグループの各ディスプレイサブピクセル５を異なる方向に投影する。ユーザの頭が左から右へ動くと、ユーザの目はいくつかのビューのうち異なるものを順に受容する。

図２は上記レンチキュラタイプのイメージング構成の動作原理を示し、光源７、ディスプレイパネル３、及びレンチキュラシート９を示す。構成は各々異なる方向に投影される三つのビューを提供する。ディスプレイパネル３の各サブピクセルは一つの特定ビューのための情報で駆動される。

上記オートステレオスコピックディスプレイデバイスは良好な輝度レベルを持つディスプレイを生成する。ディスプレイピクセルアレイの列方向に対して鋭角にレンチキュラレンズを傾斜させることが周知である。これは改良された輝度均一性を可能にし、また水平及び垂直方向の解像度損失をより均等にわける。

図３はレンチキュラレンズ軸に関して異なるピクセル位置が異なるビューを生じさせる方法を示す。点線Ａ、Ｂ、Ｃの各々は異なるビュー方向に画像化されるピクセルアレイに沿った線をあらわす。線Ａは番号２のサブピクセルの中心を通過するので、これらのピクセルからの光は一方向に画像化され、それらは一緒に例えばビュー２を形成する。線Ｃは番号３のサブピクセルの中心を通過するので、これらのピクセルからの光は異なる方向に画像化され、それらは一緒に例えばビュー３を形成する。線Ｂはビュー２と３の間にクロストークがある位置をあらわす。図示の通り、この配置は７ビューを持つ。

オートステレオスコピックディスプレイシステムを得るために使用される機構が何であれ、解像度が３Ｄ深度と交換される：ビューが多くなるほど、ビューあたりの解像度の損失が高くなる。これは図４に図示され、これは２Ｄディスプレイパネルの固有サブピクセルレイアウト、並びに同じスケールで、レンチキュラをパネルの前に置くことによって得られる３Ｄビューにおけるサブピクセルレイアウトを示す。

３Ｄ画像について示されるサブピクセルレイアウトは一つのビュー方向から見たサブピクセルパターンをあらわす（すなわち図３の線Ａ、Ｂ、Ｃの一セットの画像）。同じ幾何学的サブピクセルパターンが全ビュー方向から見られるが、下層２Ｄディスプレイのサブピクセルの異なるセットが目に見える。図示の通り所与のビュー方向について、青色３Ｄサブピクセルは固有２Ｄディスプレイの一つ以上のサブピクセルの画像である（及び同じことが緑及び赤に当てはまる）。

一例として、このレンチキュラは傾斜ｓ＝ｔａｎ（θ）＝１／６及びレンズピッチＰ_Ｌ＝２．５ｐ_ｘ（ｐ_ｘは行方向のフルＲＧＢピクセルピッチである）を持ち、１５ビューをもたらす。図４に見られる通り、図示の特定ビュー方向について、各３Ｄサブピクセルは三つの２Ｄサブピクセルからの寄与を持つ（各３Ｄサブピクセルは三セクションに分割される）。これはレンチキュラレンズ軸に平行な線がある色の三つのサブピクセルと交差し、その後次の色の三つのサブピクセルが続き、その後最後の色の三つのサブピクセルが続くためである。異なるビュー角度方向について、代わりに各３Ｄサブピクセルについて二つのフルサブピクセルがあり得る。

上記実施例は従来のＲＧＢピクセルレイアウトを示す。しかしながら、図５に図示の通り４サブピクセルＲＧＢＹ（赤、緑、青、黄）ピクセルなど、他のピクセルレイアウトが可能である。これは正方形ピクセルを可能にし、ポートレート及びランドスケープ３Ｄオペレーションを提供するために単一アスペクト比マイクロレンズが使用されることができる。例えば、図５に図示の通り５×５サブピクセルのアレイが各マイクロレンズ下に設けられ得る。

本発明は様々な方法で実現され得る。一般概念はディスプレイが、３Ｄサブピクセルのサブセットのみがオンにされる３Ｄモードを持つということである。３Ｄモードのビュー角度は単一コーンに限られ得るか、又はこれは標準３Ｄレンチキュラディスプレイと同じくらい広くなり得る。ディスプレイはサブピクセルの２Ｄサブセットのみがオンにされる２Ｄモードも持つ。

本発明のディスプレイの最も単純な実施例の概略が、一般的説明を提供するために図６に示される。より詳細な実施例は以下に提供される。

この実施例はディスプレイピクセル５のアレイと、ビュー形成機能を提供するレンチキュラレンズ構成９を持つディスプレイ３に基づく。

レンチキュラアレイ９は、各々がディスプレイピクセルの各サブアレイから法線方向に（すなわちディスプレイパネルの一般面に垂直に）発せられる光と整列した、第一レンズ２０の第一アレイを持つ。これらのピクセルは"３Ｄ"と示される。レンズアレイのピッチは５サブピクセルであるが、第一レンズは３サブピクセルの幅のみをカバーする。レンズは３Ｄビュー形成機能を実現する。

第二光学素子２２の第二アレイは他のディスプレイピクセルから法線方向に発せられる光と整列する。この実施例において、これらの素子２２は図６において"２Ｄ"とマークされる２サブピクセルと整列する。第二光学素子２２は２Ｄビュー機能を実現する。この実施例において、それらは平面領域であり、散乱若しくはレンズ機能を提供しない。

図中、参照番号２０が第一光学素子に使用され、参照番号２２が第二光学素子に使用されるが、これらは異なる実施形態において異なるタイプである。

このように、少なくとも一つのビュー方向についてピクセル若しくはサブピクセルのサブセットをカバーしないレンズ構成の領域の部分がある。

本発明は２Ｄピクセルの数が、２Ｄモードにおける空間解像度が３Ｄモードにおける解像度よりも高くなるようなものであるときに特に関心がある。一部の実施形態において、３Ｄピクセルは２Ｄモードをサポートするために使用され得る。

最も単純な実施形態において、隣接レンチキュラレンズの合流点に沿った位置にあるレンチキュラレンズの部分は緑サブピクセルのサブセットの上で除去される。結果として、ディスプレイの大部分は邪魔されない３Ｄモードで作動する。しかしながら、緑サブピクセルは高解像度の作成にとって知覚的に支配的であるため、緑２Ｄサブピクセルのみの追加であっても、テキストなどのオブジェクトのエッジの鮮明化において改良された効果があり得る。

図７はレンズ間の非レンズ領域に緑サブピクセルがある構成について一つのビュー方向からのビューを示す（すなわち図４と同様）。結果は、図示の通り３Ｄサブピクセル領域間に垂直緑画像セクションが存在することになる。図７において、レンズの全長に及ばないレンズ機能なしのゾーンが使用される。代わりに、非傾斜矩形開口が傾斜レンズと併用される。このように、小さな垂直ピクセルグループが垂直エッジを形成するように２Ｄで目に見える。剥き出しの２Ｄピクセルが小さなビュー角度内に歪みなく表示され得る。

より拡張された実施形態において、レンチキュラレンズの除去部分（この実施例では隣接レンチキュラレンズの合流点にある）は緑サブピクセルのサブセット、並びに加えて赤及び青サブピクセルのサブセットの上にある。ディスプレイの大部分は邪魔されない３Ｄモードで作動する。この実施形態はより広い色域で高解像度２Ｄを可能にしながら、テキストなどのオブジェクトのエッジの鮮明化に効果的である。この実施形態にかかるレイアウトは図８に示される。この場合、図示の通り垂直な赤、緑及び青の画像セクションが３Ｄサブピクセル領域間に存在する。さらに、２Ｄピクセル用の間隔がレンズの全長に及び、２Ｄピクセルのレンズ軸方向に連続バンドを作り出す。

上記実施例において、レンチキュラレンズは傾斜される。しかしながら、良好な３Ｄ性能は分数間隔（すなわちサブピクセルピッチの非整数倍であるレンズピッチ）を持つ非傾斜レンチキュラレンズを用いても実現され得る。（勿論、分数間隔と傾斜レンチキュラレンズの組み合わせは除外されない）。

このような非傾斜レンチキュラ構成を使用して、緑サブピクセルを例えばディスプレイの同じ列に沿ってあけることによって、知覚的に極めて鮮明な垂直線を実現することが可能である。このような構成はテキストにとって非常に適している。レンチキュラレンズの傾斜なしでは、既知の技術のいずれかを用いてバンディングが防止されなければならない。

既知の技術の実施例は、ピクセルが列方向に部分的に重なるようにレンズの代わりにピクセルを傾斜させること、又は例えばファセット若しくは拡散層を導入することによってレンズのフォーカス特性を調節することである。

上記実施例は行方向のレンズ間の間隔を利用する。図９は各レンズ素子１１がレンズピッチに垂直な方向に沿って（すなわちレンズ軸方向に沿って）セグメント１１ａ、ｂに分割され得る代替案を示す。図９は二つのセグメントを示すが、２Ｄ画像の鮮明な水平線が表示され得る正規領域がディスプレイ高さにわたって提供されるように、多数のセグメントがあり得る。セグメント１１ａ、１１ｂの間の領域において、レンズ素子でカバーされないピクセルは２Ｄモードで作動する。このように２Ｄピクセルが水平行方向に沿って配列され得る。このような２Ｄピクセルのポジショニングは、２Ｄピクセルがピッチ方向に沿ってレンズ間に位置する場合と比較してその視認性の角度範囲を増加することを可能にする。

図１０の実施例において、レンチキュラレンズ素子１１の部分はレンズピッチ方向に関して平行及び垂直方向の両方で除去され得る。このように、レンチキュラレンズはセグメント３０に組織化され、３Ｄピクセルを定義し、セグメント３０間の領域に位置するピクセルは基本的に行及び列方向に（若しくはより正確にはレンズピッチ方向とレンズ軸方向に）延在する。これらのギャップは２Ｄモードで作動する。これは２Ｄモードにおいて鮮明な垂直及び水平線の両方の表示を可能にする。

上記実施例はレンチキュラレンズを、特に平凸レンチキュラレンズを利用する。伸長レンズ（すなわちレンチキュラレンズ）はＧＲＩＮ（ｇｒａｄｅｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）レンズを用いて形成されることもできる。

同じ概念が、マイクロレンズが３Ｄビュー形成構成として使用されるディスプレイにも適用され得る。これは例えばポートレート／ランドスケープディスプレイにとって既知のアプローチである。関連マイクロレンズによってカバーされるサブピクセルのセットがあり、マイクロレンズによってカバーされない少なくとも一部のサブピクセルもある、すなわちマイクロレンズの少なくとも一部分の間にいくらかの間隔が作られる。

図１１はＲＧＢＹディスプレイを用いる構成を示す。ディスプレイは図５のように規則的サブピクセルアレイを持つ。マイクロレンズは（図６のように）各々マイクロレンズ間に２サブピクセルギャップを伴って３×３サブアレイをカバーする。マイクロレンズは所与のビュー方向（そのうち一つについてディスプレイのビューが図１１に示される）について、３×３サブアレイが３Ｄ画像の単色サブピクセル３２を生成し、一方マイクロレンズ間の領域（２ピクセルギャップ）において、個々の２Ｄサブピクセル３４が目に見えることを意味する。２Ｄモードで見られるこれら個々のピクセルは図示の実施例において異なるサブピクセル色全部を含む。

最も単純な実施形態において、例えば隣接マイクロレンズの合流点に沿った位置における、マイクロレンズのその部分のみが、緑サブピクセルのサブセットの上で除去される。結果として、ディスプレイの大部分が邪魔されない３Ｄポートレート／ランドスケープモードで作動する。しかしながら、上述の通り、緑サブピクセルは高解像度の作成にとって知覚的に支配的であるため、これは例えばテキストなどのオブジェクトのエッジの鮮明化において既に効果的であり得る。

マイクロレンズは（上記の通り）行及び列と整列した矩形格子に、又は傾斜矩形（平行四辺形）などの傾斜格子に基づき得る。

上記概念はバリア構成をビュー形成構成として使用するディスプレイに適用され得る。この場合、バリアによってカバーされない少なくとも一部の（サブ）ピクセルがある、すなわちいくらかの追加間隔がバリアの少なくとも一部分の間に作られる。３Ｄバリア領域間に２Ｄ領域用のスプリットを伴う標準バリア構成は中心コーンのみにとって２Ｄビューを可能にする。

２Ｄピクセルによって占められる間隔は異なる形状を持ち得る。図７では、剥き出しの２Ｄピクセルが小さなビュー角度内で歪みなく表示され得るように、非傾斜矩形開口が傾斜レンズと併用される。図８の実施例において開口はピクセルの全レンズ露出線に沿ってはしる。鮮明なエッジを形成する２Ｄピクセルが存在するような、行及び列方向両方に他の形状が可能である。上記の通り、行方向２Ｄ領域はレンズ方向に沿ってレンズをセグメントに分割することによって形成され得る。これは２Ｄピクセルの行が存在する場合、それらは全観察角度から見られることができるため、２Ｄピクセルの角度視認性低下の問題を一部解決する。

上記実施例において、２Ｄピクセルは３Ｄピクセルと同等に形成され、基本アレイにおいて全ピクセルはビュー形成構成から同じ距離にある。結果として、限られたビュー角度のみについて改良された２Ｄ性能がある。これは典型的には小型の電話若しくは小型タブレット上のテキストを〜０．５ｍの快適なビュー距離において読むために十分であるが、２Ｄ性能はラップトップ若しくはデスクトップモニタ画面の側面へ向かって低下する。

代わりに、２Ｄピクセルは２Ｄピクセルのためのビュー角度を改良するために３Ｄピクセルと異なる構造を持ち得る。

図１２は２Ｄピクセル４０が３Ｄピクセル４２に対して高くされる実施例を示す。このように、２Ｄピクセル４０は３Ｄピクセル４２よりもイメージング構成に近い位置に位置付けられる。デスクトップモニタのエッジにおいても良好な２Ｄ性能を提供するために、スペーサ厚さの５０％若しくはそれ以上高くされたピクセルが例えば使用され得る。

このオフセットは小さなセルギャップをＬＣ材料で充填する要件のためにＬＣＤパネルでは容易でないが、この実施形態の好適な実施例を形成するＯＬＥＤディスプレイなどの発光ディスプレイでより容易に実現され得る。

図１２は高くされた単一サブピクセル（例えば緑サブピクセル）を示すが、勿論複数の隣接サブピクセルが高くされてもよい。

２Ｄピクセルから発する光が３Ｄビュー形成機能を伴う光学素子と相互作用することを防止することが望ましい。同様に、３Ｄピクセルからの光は２Ｄビュー形成機能を伴う光学素子と相互作用することを防止され得る。２Ｄ及び３Ｄピクセルからの光の分離を実現する様々な方法がある。

図１３はパターン偏光子の使用に基づくアプローチを示す。パターン偏光子５０はレンズインターフェースに近い。偏光は２Ｄ及び３Ｄ光路からの光を区別するために使用される。

偏光を出力するディスプレイパネル（例えばＬＣＤ）の場合、パターン半波長板５２（すなわちリターダ）もディスプレイスタックに追加される。この層５２はディスプレイパネルに近いか若しくは一体化されるべきである。

ディスプレイから出力される光は、パターン波長板５２を通過した後、二直交偏光を伴う領域を持つ。２Ｄピクセルから生じる光は第一偏光を持ち、３Ｄピクセルから生じる光は第二偏光を持つ（これはこの実施例においてディスプレイから出力される偏光である）。勿論、波長板部分は図１３に図示の通り２Ｄピクセルの代わりに３Ｄピクセルと関連してもよい。

レンズ側の偏光子５０は２Ｄ及び３Ｄピクセルのために異なる領域を持ち、３Ｄピクセルからの光のみが第一光学手段２０の上にある偏光子５０の部分を通過し、２Ｄピクセルからの光のみが第二光学手段２２の上にある偏光子の部分を通過し得るように、選択的フィルタとして機能する（従ってレンズ２０の上の偏光子部分は第一偏光をブロックして第二偏光を通し、一方第二光学素子２２の上の偏光子部分は第一偏光を通して第二偏光をブロックする）。代替的に（不図示）偏光子５０は第一及び第二光学手段（２０；２２）の一方若しくは両方の反対側に置かれ得る。その場合これは第一及び第二光学手段（２０；２２）の形状と同じ形状を持つように、第一及び第二光学手段（２０；２２）に直接取り付けられてもよい。そして適切な偏光の光の選択は光が第一及び／又は第二光学手段（２０；２２）に達し得る前に既になされる。

非偏光を出力するディスプレイパネル（例えばＯＬＥＤ）の場合、パターン半波長板５２の代わりに、第二パターン偏光子５４が図１４に図示の通り、これもまたディスプレイパネルの近くに追加されるか若しくは一体化される。

先と同様に、ディスプレイから出力される光は、パターン偏光子５４を通過した後、二直交偏光を伴う領域を持つ。２Ｄピクセルから生じる光は偏光子５４の第一部分の結果として第一偏光を持ち、３Ｄピクセルから生じる光は偏光子５４の第二部分の結果として第二偏光を持つ。

これらの構成は本質的に２Ｄ画像コンテンツのためのバリア構成を、並びに３Ｄ画像コンテンツのためのレンチキュラ構成を作り出す。しかしながら一次コーンの外側に２Ｄ及び３Ｄピクセル間のクロストークがあり、２Ｄコンテンツのみを表示する場合、これは黒い角度間隔をもたらす。

図１５に示す別のアプローチは、壁の両側が拡散反射、鏡面反射若しくは吸収機能のいずれかを持ち得る、壁６０をスペーサに加えることである。３Ｄピクセルに面する側が吸収性であることが好適であるが、必ず必要ではない。これはパーソナル及びハンドヘルドデバイスにとって許容可能である、ディスプレイのビュー角度を制限する効果を持つ。他方で、３Ｄピクセルに面する側が鏡面反射である場合は、二つの二次コーンは逆順に（ミラーリングされた）ビューを持ち、三次コーンは再度正規順序でビューを持つ、など。この効果は図１６に示される。

視標追跡なしで、これは周期的コーンとして機能し、視標追跡とともに、観察者が単一ミラーリングコーン内にある場合は逆順のビューレンダリングでミラーリングが補償される。図１６は、側壁からの反射が、一次ビューコーンの各側へのビューコーンが反射光線によって形成され、これが規則的３Ｄディスプレイに関して異なるオーダーのビュー数をもたらすことを意味することを示す。従って、従来のディスプレイについてビュー数の周期的のこぎり状ランプ関数（−２，−１，０，１，２，−２，−１，０，１，２…）の代わりに、図示の通り三角形関数が生じる（２，１，０，１，２，２，１，０，１，２，−２，−１，０，−１，−２，２−，２−１，…）。ディスプレイレンダリングは頭部追跡が使用される場合これを補償し得る。

使用目的が２Ｄ及び３Ｄピクセルを結合して一画像を形成することである場合、２Ｄピクセルは限られたビュー角度を持つべきである。ディスプレイの解像度と輝度は全正面ビュー位置について増加される。ビュー角度は２Ｄピクセルに面する側を吸収性（すなわち黒）にすることによって制限される。

他方で、２Ｄピクセルが分離してのみ使用されるので、２Ｄピクセルのみが使用される２Ｄモードがあり、３Ｄピクセルが使用される３Ｄモードがある場合、それらはより広いビュー角度を持つべきである。この場合は拡散若しくは鏡面反射側壁を持つことが有利である。一部のビュー角度について'反転'画像がある（すなわち２Ｄピクセルの全ペアがミラーリングされる）。これは２Ｄピクセルをペアで使用せず、３Ｄピクセル間で単一２Ｄピクセルを使用することによって解決され得る。代替的に、隣接ピクセルは異なる色を持つべきである。

２Ｄピクセルは両目で目に見えるべきである。例えば散乱素子を追加することによって、２Ｄピクセルのビュー角度を拡大することが可能である。このアプローチは図１７に示され、散乱素子は７０と示される。代替的に、ビュー形成レンズ間の間隔は図１８に図示の通りより強度の低いレンズ８０であり得る。この場合第二光学素子の下の多重２Ｄサブピクセルの並んだ配置は、それらが異なる色を持たない限り避けられるべきである。

散乱素子若しくはレンズは、例えば２Ｄサブピクセルからの光を意図される観察者へ向かってより方向付けるプリズム機能があり得るように、ディスプレイにわたって変動し得る。

主に垂直線、及び（マイクロレンズの場合）水平（非傾斜）線を伴うフォントを使用してテキストをレンダリングすることが好適である。より好適には線が同じ水平位置に見えるフォントを使用すること、及びディスプレイ内の２Ｄピクセル位置にこれらの位置を整列させる。このようにして、テキストレンダリングにおける文字のシャープネスが顕著に改良される。従って、ディスプレイ出力が、最良の結果を得るためにピクセル及びビュー形成構成のデザインに合わせられ得る。

本発明のディスプレイは以下のような、局所的に選択可能なモードで使用され得る：
‐２Ｄレンダリングと関連するピクセルのみを用いることによる２Ｄレンダリング（これは２Ｄ限定モードとみなされ得る）；
‐３Ｄレンダリングと関連するピクセルのみを用いることによる３Ｄレンダリング（これは３Ｄ限定モードとみなされ得る）；
‐全ピクセルを用いることによるハイブリッド２Ｄ／３Ｄレンダリング。３Ｄモードにおいて、ほぼゼロ視差の（すなわち画面深度における）コンテンツについての解像度は２Ｄピクセルも使用することによって引き上げられ（これはハイブリッド３Ｄモードとみなされ得る）、一方２Ｄモードについて、３Ｄピクセルも使用することによって、鮮明な詳細が存在しない２Ｄ画像の領域において輝度が増加され得る（これはハイブリッド２Ｄモードとみなされ得る）；
‐顔、頭及び／又は目のトラッカーが使用される視標追跡レンダリングが、ディスプレイに対応して観察者の目の位置を推定するために使用される。それに基づき、視認性モデルが各目について各サブピクセルの［０，１００％］の間の視認性（２Ｄ若しくは３Ｄ領域かどうか）を推定する。そして各サブピクセルは、場合によりアンチクロストークフィルタリングなどの他のオペレーションも適用して、その視認性、クロストーク／輝度／シャープネストレードオフを考慮して値を割り当てられる。

視標追跡レンダリングは他の全実施形態に適合する。ハイブリッド２Ｄ／３Ｄレンダリングは２Ｄ及び３Ｄ光路を分離する実施形態のみと適合する。

上記から、本発明のディスプレイはサブピクセルの２Ｄサブセットのみがオンにされる２Ｄモードで作動され得ることが明らかである。典型的に、これらのサブピクセルは標準レンチキュラディスプレイにおいてコーンエッジ上にあったであろうが、本発明のビュー形成構成により、これらのサブピクセルは正面ビュー位置から目に見える。

２Ｄモードのビュー角度は好適には２Ｄ画像が両目に見えるべきであるために十分に大きくされるので、一部の実施例はこのビュー角度がどのように広げられ得るかを示す。狭いビュー角度は、２Ｄ及び３Ｄモードが混合され得るように使用され得る。これは全正面ビューにおいて改良された解像度を可能にする。さらに、一部の実施例は赤及び青の３Ｄサブピクセルが緑の２Ｄサブピクセルとどのように結合し得るかを示す。従って、異なる効果を得るために可能な様々な実施例があることが見られる。

２Ｄピクセルと３Ｄピクセルは全ディスプレイパネルにわたって同じ分布を持つ必要はないことがさらに留意される。例えば画面の特定部分がしばしば静止（若しくは"半静止"）画のために使用されることがわかる場合、それらの部分において２Ｄピクセルの濃度を増し、結果として３Ｄピクセルの濃度を下げることが有利になり得る。これは例えば画面上の下部に通常位置する字幕に、及び画面の左上隅若しくは右上隅に置かれることが多いロゴに当てはまる。これら特定の実施例においてこれらの部分は画面の周辺にあり、従って３Ｄ解像度がこれらの部分のみで低減される場合、観察者にそれほど妨害にならない可能性が高い。しかしながらこれらの部分における２Ｄ解像度の増加はこれらの部分（字幕、ロゴなど）の知覚されるシャープネスに顕著で有利な効果を持つ。

ディスプレイは、その出力がビュー形成機能によって異なる方向に常に提示されるように、それらのピクセルの上に切替不可光学素子（レンズ若しくはバリア開口）があるという点で、ピクセルの第一サブアレイが常に３Ｄピクセルとして設計されるように構成される。ピクセルの第二サブアレイは、ビュー形成機能を実行しないピクセルの上に切替不可第二光学素子があるという点で、２Ｄピクセルとして常に設計される。

開示の実施形態への他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求される発明を実施する上で当業者によって理解されもたらされることができる。請求項において、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。特定手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。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されてはならない。

Claims (15)

1. オートステレオスコピックディスプレイデバイスであって、
   ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイピクセルのアレイを持つディスプレイと、
   ユーザへ向かって異なる方向に複数のビューを投影するための前記ディスプレイと位置合わせして配置される切替不可ビュー形成構成とを有し、
   前記ビュー形成構成が、第一光学素子の第一アレイであって、各第一光学素子はディスプレイピクセルの各第一サブアレイから法線方向に発せられる光と整列し、前記第一光学素子は前記サブアレイの異なるピクセルから出力される光を異なる方向に方向付けるための３Ｄビュー形成機能を実現する、第一光学素子の第一アレイと、ディスプレイピクセルの第二サブアレイを形成する他のディスプレイピクセルから法線方向に発せられる光と整列した第二光学素子の第二アレイであって、前記第二光学素子は２Ｄビュー機能を実現する、第二光学素子の第二アレイとを有し、
   前記ディスプレイデバイスが、表示される３Ｄ画像に関する画像データが前記ディスプレイピクセルの第一サブアレイに提供され、３Ｄ画像の２Ｄコンテンツが前記ディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供される３Ｄモードで動作可能である、
   オートステレオスコピックディスプレイデバイス。
2. 前記第一光学素子がレンチキュラレンズなどの伸長レンズを有する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第二光学素子が隣接レンズ間に位置する、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記第二光学素子が前記伸長レンズの全長に及ぶか、又は前記伸長レンズの長さ方向に沿って不連続部分を有する、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記第二光学素子が前記伸長レンズの各隣接ペア間に位置するか、又は前記伸長レンズがグループ化され、前記第二光学素子が前記伸長レンズの隣接グループ間に設けられる、請求項３又は４に記載のデバイス。
6. 少なくとも二つのレンズが対応するディスプレイ寸法に沿って設けられるように、各伸長レンズが当該対応するディスプレイ寸法の半分未満である長さを持ち、第二光学素子がレンズの両端の間にある、請求項２から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記第一光学素子がマイクロレンズを有し、前記第二光学素子が各マイクロレンズ若しくはマイクロレンズのグループを囲み、又は、
   前記第一光学素子がバリア開口部を有し、前記第二光学素子が隣接バリア間に設けられる、
   請求項１に記載のデバイス。
8. 前記ディスプレイが前記第二光学素子の下に緑ピクセルを、又は前記第二光学素子の下に前記ディスプレイによって使用される全色のピクセルを持つ、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記第二光学素子が平面非レンズ面を有するか、又は
   前記第二光学素子が前記第一光学素子と異なるレンズ機能を伴うレンズ面を有するか、又は
   前記第二光学素子が散乱素子を有する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記第一光学素子を通過した前記ピクセルのサブアレイからの光のみが出力され、前記第二光学素子を通過した前記他のピクセルからの光のみが出力されるように、前記ビュー形成構成の上に偏光選択層をさらに有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記ディスプレイが偏光出力を供給し、前記ピクセルのサブアレイ若しくは前記他のピクセルのいずれかと関連する偏光回転子を備える、又は、
    前記ディスプレイが非偏光出力を供給し、第二偏光選択層を備える、
    請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記ピクセルのサブアレイからの光が前記第二光学素子に達するのを防止し、前記他のピクセルからの光が前記第一光学素子に達するのを防止する、前記ディスプレイと前記ビュー形成構成の間に延在するバリア構造をさらに有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 前記ピクセルのサブアレイが前記ビュー形成構成からある距離に設けられ、前記他のピクセルが前記ビュー形成構成から異なる距離に設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイピクセルのアレイを持つディスプレイと、複数のビューをユーザへ向かって異なる方向に投影するための前記ディスプレイと位置合わせして配置される切替不可ビュー形成構成とを有する、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにコンテンツを提供する方法であって、
    ３Ｄモードにおいて、表示される３Ｄ画像に関する画像データを前記ディスプレイピクセルの第一サブアレイに提供するステップであって、前記ピクセルの第一サブアレイから法線方向に発せられる光が前記ビュー形成構成の第一光学素子の第一アレイを通過し、前記第一光学素子が前記第一サブアレイの異なるピクセルから出力される光を異なる方向に方向付けるための３Ｄ機能を実現し、３Ｄモードにおいて３Ｄ画像の２Ｄコンテンツは前記ディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供される、ステップと、
    ２Ｄモードにおいて、２Ｄ画像に関する画像データを前記ディスプレイピクセルの第二サブアレイに提供するステップであって、前記ピクセルの第二サブアレイから法線方向に発せられる光が前記ビュー形成構成の第二光学素子の第二アレイを通過し、前記第二光学素子が２Ｄビュー機能を実現する、ステップと
    を有する方法。
15. ２Ｄモードにおいて、２Ｄ画像に関する画像データが前記ディスプレイピクセルの第一サブアレイにも提供される、請求項１４に記載の方法。

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