JP2018537728A

JP2018537728A - 複数のディスプレイを備える表示システムにおいてモアレ干渉を低減するための屈折ビームマッパを使用した方法およびシステム

Info

Publication number: JP2018537728A
Application number: JP2018536356A
Authority: JP
Inventors: ベル，ガレス; シン，ダリル
Original assignee: ピュア・デプス・リミテッド
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2018-12-20
Also published as: EP3356865A4; EP3356865A1; CN108770384A; WO2017056080A1; KR20180101321A; US20170099483A1; CN108770384B; MX2018004031A; US10477196B2

Abstract

マルチディスプレイシステム（例えば、複数の表示パネルを備えるディスプレイ）は、三次元（３Ｄ）の特徴を視聴者（単数または複数）へ表示するために、互いに対して実質的に平行に配置された少なくとも第１および第２のディスプレイ（例えば、表示パネルまたは表示レイヤー）を備える。モアレ干渉を低減するために、少なくとも屈折ビームマッパ（ＲＢＭ）などの光学素子（単数または複数）が使用される。【選択図】図６

Description

［001］本願は、２０１６年１月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／２８１，０３７号（我々の参照番号：６４６８−１６）、２０１６年１月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／２８０，９９３号（我々の参照番号：６４６８−１７）、および、２０１５年１０月２日に出願された米国仮特許出願第６２／２３６，７７６号（我々の参照番号：６４６８−８）の各々に関連しており、これらの優先権を主張するのであり、これらの出願の全ては、その全体が参照によって本明細書に組み入れられる。

［002］本発明は、マルチディスプレイシステム（例えば、複数の表示パネル／表示レイヤーを備えるディスプレイ）に関する。少なくとも第１および第２のディスプレイ（例えば、表示パネルまたは表示レイヤー）は、三次元（３Ｄ）の特徴を視聴者（単数または複数）に対して表示するために、互いに対して実質的に平行に配置される。このように、本発明は、概して、ディスプレイに関し、より詳細には、三次元の特徴を表示するための表示システムおよび方法に関する。

［003］従来、ディスプレイは、二次元で情報を提示する。そのようなディスプレイによって表示される画像は、深さの情報を有していない平面的な画像である。人々は世界を三次元で観察するので、物体を三次元で表示することができるディスプレイを提供するための努力がなされてきた。例えば、立体ディスプレイは、左目と右目とに別々に表示されるオフセットされた画像を表示することによって深さの情報を伝える。観察者がこれらの平面的な画像を見る場合、それらの平面的な画像は、脳内で組み合わされて、深さの知覚が与えられる。しかしながら、そのようなシステムは複雑であり、表示される物体の現実的な知覚を提供するために、解像度やプロセッサの演算電力の増大を必要とする。

［004］現実の深さを表示するために、積層された構成で複数の表示画面を有するマルチ部品ディスプレイが開発されてきた。各表示画面は、表示画面の物理的な変位に起因する視覚的な深さを提供するために、それ自体の画像を表示することができる。例えば、マルチディスプレイシステムは、米国特許出願公開第２０１５／０３２３８０５号および米国特許出願公開第２０１６／００１２６３０号に開示されており、これらの開示は、両方とも参照によって本明細書に組み入れられる。

［005］マルチディスプレイシステムにおいて第１および第２のディスプレイまたは表示レイヤーが従来通り互いに積層される場合、モアレ干渉が生じる。モアレ干渉は、視聴者の網膜に投射される際に、これらのレイヤー内の複数のカラーフィルタ間での相互作用によって生じる。例えば、グリーンカラーフィルタ同士が重複する場合、光が伝達されて、比較的明るい斑点が生じる。グリーンフィルタが例えばレッドフィルタの上にある場合、伝達される光は、それほど多くはなく、暗い領域が生じる。リアディスプレイおよびフロントディスプレイ、または、リア表示レイヤーおよびフロント表示レイヤーは、網膜に投射されるときに僅かに異なるサイズ有するので、ピクセルは、同じ位相から、ずれた位相へゆっくりと変化する。これは、暗い帯と明るい帯とを生成する効果を有しており、別の言い方ではモアレ干渉として知られている。

［006］本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、リアディスプレイの解像度およびコントラストを大きく犠牲にすることなく、ＭＬＤシステムにおけるモアレ干渉をなくすか、あるいは、実質的になくす解決策が提供される。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、ＭＬＤシステムは、第１および第２のディスプレイを備えている。モアレ干渉を低減するか、あるいは、なくすために、屈折ビームマッパ（ＲＢＭ）が使用されてもよい。

［007］本発明の例示的な実施形態では、表示装置が提供される。この表示装置は、第１の画像を表示するための第１の平面にある第１のディスプレイと、第２の画像を表示するための第２の平面にある第２のディスプレイと、を備えている。第１および第２の平面は、互いに対して略平行である。表示装置は、さらに、第１のディスプレイと第２のディスプレイとの間に位置するビームマッピング素子（例えば、屈折ビームマッパ）を備えている。ビームマッピング素子は、第２のディスプレイから第１のディスプレイのサブピクセルを通って視聴者へ向けて疑似乱数の態様で入射光線を方向付けるように構成された複数のマイクロレンズを備えている。

［008］屈折ビームマッパは、本発明の様々な実施形態において、モアレ干渉を低減するための他の技術（例えば、それぞれのディスプレイ上でのカラーフィルタのオフセット、または、非類似カラーフィルタパターン、ディフューザ技術、および／または、サブピクセル圧縮）と組み合わせて使用されてもよいし、使用されなくてもよい。

［009］この特許または出願のファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含んでいる。カラーの図面（単数または複数）を有するこの特許または出願の公報のコピーは、必要な手数料を支払って要求すれば、特許庁によって提供されるであろう。

［0010］これらおよび他の特徴および利点は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を図面と共に参照することによって、より良くより完全に理解され得る。

［0011］各列（または行）において複数のピクセルが同一の色である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のカラーフィルタの上面図である。［0012］各列（または行）において複数のピクセルが同一の色である他の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のカラーフィルタの上面図である。［0013］図１および図２のＬＣＤが積層関係で互いに重複する（これは、モアレ干渉を生じさせる）図１および図２のＬＣＤの組合せから得られるＭＬＤシステムの上面図である。［0014］ＭＬＤシステムのフロントディスプレイにおける複数のピクセルに対するリアディスプレイの複数のピクセルの疑似ランダムマッピングを示す概略図である。［0015］モアレ干渉を低減するために図４の疑似ランダムマッピングに関連して使用することができるマッピング要素（これは、本発明の様々な実施形態におけるサブピクセル圧縮実施形態と共に使用されてもよいし、使用されなくてもよい）を示す概略図である。［0016］本発明の例示的な実施形態によるＭＬＤ（これは、本明細書の任意の図面の実施形態と共に使用されてもよい）の概略垂直断面図である。［0017］屈折光学を有するＲＢＭの帯制限実施を示している。［0018］ｐ＝４０および１６０μｍ以下のレンズ構造サイズでの所定の角度範囲にわたる改善された超ローレンツ特性を示す強度プロファイルである。［0019］より大きいマイクロレンズが通常、より良好なモアレ防止ディフューザプロファイルを有することを示すグラフである。［0020］本発明の様々な実施形態において使用できるＲＢＭについての例示的な製造プロセスを示す概略図である。［0021］本発明の例示的な実施形態によるマイクロレンズを示している。［0022］入射角に対するＳ波およびＰ波についての透過係数を表すカーブを示す入射角度と透過係数との関係のグラフである。［0023］システムコントラスト（コントラスト（θｉ，ｎ１，ｎ２，Ｎ））を示すグラフであり、ここで、θｉは入射角であり、ｎ１は複数のＬＣＤ間の材料の屈折率であり、ｎ２はガラスの屈折率であり、Ｎは界面の数である。［0024］本発明の実施形態によるＭＬＤシステムの垂直断面図であり、モアレ低減要素（例えば、ＲＢＭ）が本発明の様々な実施形態によるＭＬＤシステムにおける積層体の様々な位置に配置されている（これは、本発明の様々な実施形態におけるサブピクセル圧縮と共に使用されてもよく、使用されなくてもよい）。本発明の実施形態によるＭＬＤシステムの垂直断面図であり、モアレ低減要素（例えば、ＲＢＭ）が本発明の様々な実施形態によるＭＬＤシステムにおける積層体の様々な位置に配置されている（これは、本発明の様々な実施形態におけるサブピクセル圧縮と共に使用されてもよく、使用されなくてもよい）。本発明の実施形態によるＭＬＤシステムの垂直断面図であり、モアレ低減要素（例えば、ＲＢＭ）が本発明の様々な実施形態によるＭＬＤシステムにおける積層体の様々な位置に配置されている（これは、本発明の様々な実施形態におけるサブピクセル圧縮と共に使用されてもよく、使用されなくてもよい）。

［0025］本発明は、マルチディスプレイシステム（例えば、複数の表示パネルを備えるディスプレイ）に関する。三次元（３Ｄ）の特徴を視聴者（単数または複数）に対して表示するために、少なくとも第１および第２のディスプレイ（例えば、表示パネルまたは表示レイヤー）が、互いに対して実質的に平行に配置される。このディスプレイは、様々な実施形態において平坦であってもよく、あるいは、湾曲していてもよい。このように、本発明の実施形態は、概して、ディスプレイに関し、より詳細には、三次元の特徴を表示するための表示システムおよび方法に関する。３Ｄ画像（例えば、速度計、車両ゲージ、車両ナビゲーションディスプレイなど）を提供するために、例えば車両のダッシュボードのディスプレイとして、本発明の例示的な実施形態によるＭＬＤが使用されてもよい。

［0026］例えばＭＬＤシステムの両方のディスプレイにおいてＲＧＢピクセルが整列されてＲＧＢ列になる場合、カラーモアレ干渉の問題は、両方の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）カラーフィルタアレイのパターンの規則性によって生じる。カラーモアレ干渉は、水平方向に大きく広がることがある。

［0027］図１〜３は、モアレ干渉を経験するＭＬＤシステムにおける構成を示している。図１は、第１の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のカラーフィルタ／ピクセルの上面図である。ピクセルまたはサブピクセルは、各列において同じ色である。特に、図１は、従来の赤・緑・青（ＲＧＢ）繰り返しパターンまたは配置を有するＬＣＤを示している。ピクセルまたはサブピクセルは、各列において同じ色である。図１の左側から見ると、カラーフィルタ縞が、ＢＧＲの順に鉛直ラインに配列されている。このＢＧＲの順序は、図１のディスプレイを横切って左から右へ移動しながら何度も繰り返される。このように、図１のディスプレイまたは表示レイヤーにおけるパターンは、青の列と、緑の列と、赤の列と、を備えている。緑（Ｇ）の列は、青（Ｂ）の列と赤（Ｒ）の列との間に位置する。サブピクセルは、特定のカラーフィルタの領域における所与の画素電極の領域であると捉えられ得る。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブピクセルは、ピクセルを補ってもよい。あるいは、サブピクセルは、ピクセルであると捉えられてもよい。図１は、カラーマスクを回転せずに示している。従来、マルチレイヤーのディスプレイ（ＭＬＤ）のパネルは、両方とも、そのようなＲＧＢ配列と同様に構成され得る。繰り返し可能パターンは、ＲＧＢもしくはＲＢＧ、または、他の任意の組み合わせになり得る。

［0028］同様に、図２は、第２のＬＣＤのカラーフィルタ／ピクセル／サブピクセルの上面図である。ここでも、ピクセルまたはサブピクセルは、各列において同じ色である。図２の左側から見ると、カラーフィルタ縞が、ＲＧＢの順に鉛直ラインに配列されている。この順序は、図２を横切って左から右へ移動しながら何度も繰り返される。繰り返し可能パターンは、ＲＧＢもしくはＲＢＧ、または、これらの色を含む他の任意の組み合わせになり得る。図２に示されるように、図１と同様に、緑（Ｇ）の列は、青（Ｂ）の列と赤（Ｒ）の列との間に位置している。

［0029］図３は、図１および図２のＬＣＤの組み合わせから得られるＭＬＤシステムの上面図である。ＭＬＤシステムにおける積層された重複関係で、一方が他方の上に位置する。図３は、図１および図２に示されるカラーフィルタとピクセル／サブピクセルとの混合パターンを示している。特に、図３は、例示的なモアレ干渉の発生を示している。両方のＬＣＤは、同様のＲＧＢ列配列を有しており、ピクセルは、各列において同じ色である。例えば、ＭＬＤシステムにおいて図２のパターンが図１のパターンと重複すると、緑のカラーフィルタラインが重複し（例えば、図３の左部分を参照）、この緑フィルタライン重複領域の光は、比較的明るい緑の斑点を発生させつつ、ＭＬＤシステムを通って伝達される。例えば、緑のフィルタが赤のフィルタに重複すると（あるいは、青のフィルタが赤のフィルタの上に位置すると）、暗い領域を発生させつつ、それほど多くない光が伝達される（例えば、図３の左側のところの緑の縞を取り囲む暗い領域を参照）。リアおよびフロントディスプレイまたは表示レイヤーは、網膜上に投射されたときに僅かに異なるサイズを有しているので、ピクセルは、同じ位相から、ずれた位相へゆっくりと変化する。これは、暗い帯と明るい帯とを生成する効果を有しており、これは別の言い方ではモアレ干渉として知られている。

［0030］本発明の実施形態は、このモアレ干渉の問題を対処、低減または解決する。本発明のいくつかの例示的な実施形態は、リアディスプレイの解像度およびコントラストを著しく犠牲にすることなく、ＭＬＤシステムにおけるモアレ干渉をなくすか、実質的になくす解決策（単数または複数）を提供する。

［0031］本発明のいくつかの実施形態では、モアレ干渉を低減するために、ビームマッピング要素（例えば、多くのマイクロレンズからなる回折光学素子（ＤＯＥ）または屈折ビームマッパ（ＲＢＭ））が使用されてもよい。ＲＢＭが使用される場合、余分なモアレ効果を誘発しないようにするために、疑似ランダムマッピングが提供されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、個々のビームの逸脱が限定され、その結果、リアＬＣＤ上の任意の位置は、それがフロントＬＣＤに到達するときまでに、直線ラインから１ピクセル距離よりも大きく逸脱されない。いくつかの例示的な実施形態では、そのようなビームマッピング要素をフロントディスプレイにラミネートし、２つのＬＣＤの間の媒体を非複屈折材料と光学的に一致させてもよく、そのような実施形態は、本明細書で説明されるサブピクセル圧縮技術と組み合わせて使用されてもよく、使用されなくてもよい。

［0032］本明細書のディスプレイまたは表示レイヤー（例えば、図６のフロントディスプレイ１およびリアディスプレイ２、または、図４，５，７，１４〜１６の対応するディスプレイを参照）は、ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどであってもよい。ねじれネマティック（ＴＮ）ＬＣＤが、極めて包括的なピクセルレイアウト（例えば、赤・緑・青のサブピクセルを有する水平方向（または、鉛直方向）に延在する３つの部分に分割される正方形）に従ってもよい。サブピクセルは、水平方向および鉛直方向において黒マスクによって分離されてもよい。サブピクセルの角部には、駆動トランジスタを覆うための正方形の突起が存在することが多い。ワイドスクリーンの視聴、および、現代的なデスクトップモニタおよびテレビに求められる時間的性能を可能にするいくつかの異なる種類のピクセル技術が存在する。本発明の実施形態は、これらのＬＣＤの全てに対応できる。なぜなら、バックプレーンは、基本的なＲＧＢストライプピクセルレイアウトに従うように設計されているからである。このため、各ピクセルに必要となるバックプレーンレイアウトは、変化することを必要としない。例えば、製造業者によるピクセル型ディスプレイには、パナソニック（IPS Pro）、ＬＧディスプレイ（H-IPSおよびP-IPS）、ハンスター（S-IPS）、ＡＵオプトロニクス（A-MVA）、サムスン（AFFS）、Ｓ−ＬＣＤ（S-PVA）およびシャープ会社（ASVおよびMVA）が含まれる。いくつかの実施形態では、ディスプレイまたは表示レイヤーは、両方ともＯＬＥＤであってもよく、あるいは、一方がＯＬＥＤであり、他方がＬＣＤであってもよい。ＯＬＥＤにおいて、それぞれのサブピクセルまたはピクセルは、（ＬＣＤ型カラーフィルタを有する場合とは対照的に）カラーフィルタ材料として、赤・緑・青の材料で満たされることに留意されたい。

［0033］図６は、本発明の例示的な実施形態によるＭＬＤを示している。本明細書の任意の図面の積層された重複するレイヤー／ディスプレイが、設けられ、使用されてもよい。例えば、図４〜５，１４〜１６のいずれかに示されるディスプレイは、ぞれぞれ、図６のフロントディスプレイ１およびリアディスプレイ２であってもよい。ＭＬＤの第１のディスプレイまたは表示レイヤーは、要素１（または２）であってもよく、ＭＬＤの第２のディスプレイまたは表示レイヤーは、要素２（または１）であってもよい。ディスプレイまたは表示レイヤー２は、ＭＬＤのバックライトに最も近い。ディスプレイまたは表示レイヤー２は、行ドライバ、列ドライバ、トランジスタおよびストレージキャパシタンスラインを通過してバックライトに入ることができる光を再循環させるために、バックライトシステムに対向するそのバックプレーンを有することが望ましい。図示されるように２つの偏光子構成が使用されてもよく、また、隙間が、空気、または、必要に応じてディスプレイの黒状態を維持するように設計された複屈折性を有する材料を含むように設計されてもよい。この隙間は、内面反射および／または偏光解消効果を低減するために、いずれかの側でガラスまたはレイヤーにぴったりと一致する屈折率を有する材料を含んでいてもよい。フロントディスプレイまたは表示レイヤー１について、そのバックプレーンが、ディスプレイまたは表示レイヤー２のバックプレーンと反対に方向付けられてもよい。特に、フロントディスプレイ１について、そのバックプレーンは、内面反射を低減するために、視聴者と対面するように方向付けられてもよい。したがって、いくつかの例示的な実施形態では、いずれかのディスプレイからの液晶レイヤーも第１および第２のディスプレイのカラーフィルタレイヤー間に配置されていない状態で、それぞれのディスプレイ１，２のカラーフィルタレイヤー（その各々は、１つ以上のレイヤーから形成されてもよい）が互いに対向するように構成されてもよいことが、図６で分かる。いくつかの例示的な実施形態では、環境光の外部反射を低減するために、例えば図６に示されるように前部に反射防止システムが設けられてもよい。反射防止システムは、１／４波長位相差板と反射防止偏光子とからなる。その結果、通常反射される環境光は、ＡＲ偏光子を通る最初の通過時に１／４波長回転を受け、バックプレーン要素によって反射され、１／４波長位相差板を通って第２の回転を受ける。この第２の回転を受ける時までに、それは、ＡＲ偏光子の伝達軸線に実質的に直交し、したがって、実質的に吸収される。さらに、反射を低減するために、黒マスク（ＢＭ）または他の非反射材料がディスプレイの導線の背後に追加されてもよい。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態では、反射防止（ＡＲ）コーティング（単数または複数）が内面に適用されてもよい。ＡＲコーティングは、例えば、可視範囲（例えば、モスアイ、単一層干渉、複数層干渉など）において効果を奏することができる。

［0034］屈折ビームマッパ（ＲＢＭ）（例えば、ビームマッピング要素）は、複数のマイクロレンズから形成されるか、当該複数のマイクロレンズを備えており、疑似ランダムマッピング（例えば、図４〜６，１４〜１６を参照）によってモアレ干渉を低減するための独立設置要素として使用されてもよい。いくつかの例示的な疑似ランダムマッピングの実施形態（例えば、図４〜５）では、ＲＢＭの屈折マイクロレンズの各々は、バックＬＣＤ２から視聴者へ所定の経路で入射光線を方向付けるように構成されてもよい。各光線は、疑似ランダムマッピングにしたがってフロントＬＣＤ１における異なるサブピクセルを通過する。例えば、図４は、フロントディスプレイ１のサブピクセルまたはピクセルに対するリアディスプレイ２のリアサブピクセルまたはリアピクセルの疑似ランダムマッピング（リアディスプレイは図４における最も左側のディスプレイである）を示している。疑似ランダムマッピングは、余分なモアレ効果を生じさせないようにするために使用され、モアレ干渉を低減することができる。例示的な実施形態では、これらの個々のビームの逸脱が限定され、その結果、リアＬＣＤの任意のピクセルまたはサブピクセルからの光は、フロントディスプレイ上の直線ラインからの１つのピクセルまたはサブピクセルの距離よりも大きく逸脱されない。オプションとして、ＲＢＭは、トップＬＣＤ１に対してラミネートされてもよく（図５，１４，１６参照）、また、オプションとして、非複屈折材料を有する２つのＬＣＤの間の媒体に光学的に一致されるか、あるいは、実質的に一致されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、屈折ビームマッパは、ＬＣＤ積層体内の任意の場所に配置されてもよい。図５は、例えば、フロントＬＣＤとリアＬＣＤとの間に配置され、フロントディスプレイの内部側にラミネートされるビームマッピング要素（例えば、マイクロレンズアレイを備えるＲＢＭ）を示している。

［0035］いくつかの例示的な実施形態では、ＲＢＭのマイクロレンズは、マイクロレンズフォーマットの任意の表面構造を作り出すために、グレースケールリソグラフィーを使用して製造されてもよい。各レンズ要素は、図４〜５に示されるように、任意の非対称の散乱角を可能にする制御された方向に光を方向付けるように構成されてもよい。マイクロレンズ構造の複製では、プロファイル傾斜角はプロファイル高さよりも重要であるので、様々な大量生産プロセスおよび材料を使用してＲＢＭを複製するためのマスタを製造することが可能である。図４〜５は、屈折ビームマッパが、バックＬＣＤ２からの光線を、視聴者の視点からのフロントＬＣＤ１上にどのように重畳するのかを示している。ビーム経路は、余分なモアレなどの他の副作用が生じないように疑似ランダムにマッピングされる。下側のＬＣＤ構造２は、ランダム化され、したがって、トップＬＣＤ１との大きなモアレ干渉は発生できない。

［0036］あるいは、モアレ抑制要素を構成するために、ディフューザが代わりに使用されてもよい。屈折ビームマッパを製造するようにプロセスが構成され得るものの、さらなる低減用の最適なディフューザ要素として、人工ディフューザも使用できる。ディフューザは、屈折ビーム要素ほど望ましくはない。

［0037］屈折ビームマッパは、様々な特徴を示してもよい。例えば、ＲＢＭは、アクロマート性能を示してもよい。さらに、ＲＢＭは、任意／非対称の散乱角を示してもよい。さらに、ＲＢＭは、制御された強度分布パターン（例えば、円形、正方形、矩形、楕円形、直線、環など）を示してもよい。また、ＲＢＭは、制御された強度プロファイル（例えば、上部が平坦、ガウス分布、コウモリ翼、カスタムなど）を示してもよい。また、ＲＢＭは、高い光透過率（例えば、９０％）を示してもよい。さらに、ＲＢＭは、偏光の保存を示してもよい。ＲＢＭは、様々な材料（例えば、ポリマー射出成形、熱エンボス加工ポリマー、ガラス上のポリマー部品など）から形成されてもよく、あるいは、含有していてもよい。

［0038］ＭＬＤにおけるモアレ干渉は、通常、バックＬＣＤと視聴者との間に（ビームマッピング要素とは対照的に）ディフューザ要素を追加し、それによって、バックＬＣＤのピクセル構造が不鮮明になることによって抑制される。ディフューザが大きく広がるほど、モアレは少なくなるが、それに応じて、バックＬＣＤの観察される解像度は低減される。これは、最適化の問題になり、画質コスト関数ＩＱＣとして説明され得る。画質コスト関数ＩＱＣは、０〜４に及び得る。モアレおよびぼやけの両方にとって、０は完璧であり、４は最悪である。考えるべき因子には、コントラスト＝（最大−最小）／（最大＋最小）（ここで、１は最良であり、０は最悪である）と、クロストーク＝１−交互の黒ラインおよび白ラインのコントラスト（範囲０：１）と、モアレ＝両方のＬＣＤの一定の白パターンについてのモアレのコントラスト（範囲０：１）と、ＩＱＣ＝モアレ_Ｘ＋モアレ_Ｙ＋クロストーク_Ｘ＋クロストーク_Ｙ（すなわち、範囲は０：４。この値を小さくすると、より良くなる）と、が含まれる。通常、コスト関数は、次の制限によって示されるように、現実的な最大である約２を有するであろう。制限は、以下の通りである。ディフューザなし：モアレ_Ｘ＋モアレ_Ｙ＝２、クロストーク_Ｘ＋クロストーク_Ｙ＝０、強いディフューザ：モアレ_Ｘ＋モアレ_Ｙ＝０、クロストーク_Ｘ＋クロストーク_Ｙ＝２。

［0039］図７は、上部が平坦なプロファイルに近いカスタム屈折光学を有する（その結果、遠視野パターンが、上部が平坦なプロファイルに可能な限り近くなる）ＲＢＭの帯域幅が限定された実施を示している。分布を含むレンズのセットについての規定が定義され、それには、散乱要件に基づく傾斜角および特徴のサイズが含まれる。これらのパラメータは、所定のレンズが所定の規定を担う可能性を特定する可能性分布関数に関して定義される。表面構造を形成するためのマイクロレンズの空間分布は、所望の分布関数にしたがって表面構造を形成するように構成される。いくつかの例示的な実施形態においてマイクロレンズの空間分布における任意の基本的な周期性を取り除くことができることが理解される。また、レンズの不一致が取り除かれてもよい。この場合、レンズの不一致は、広角の散乱につながり得る。これらの改善によって、利用可能な光の使用が最大化される。図８は、ｐ＝４０、レンズ構造サイズが１６０μｍ以下で、角度範囲全体にわたって大きく改善された超ローレンツ挙動を示す強度プロファイルを示している。また、表面構造を慎重に疑似ランダム化することによって、副作用および誘発モアレがない散乱分布が形成される。これは、規則的なパターンが追加的なモアレ干渉を誘発することがあるので、重要になり得る。

［0040］図９は、マイクロレンズのサイズと、誘発される画像副作用との間にトレードオフが存在することを示している。マイクロレンズが大きいほど、通常、より良好なモアレ防止ディフューザプロファイルを有する。マイクロレンズが肉眼で視認可能なサイズになると、次いで、余分な画像副作用が明らかになる。これらには、スパークルと、ピクセルウォーキングと、パターンとＬＣＤの一方または両方との間のいっそうの干渉と、が含まれる。図９は、様々な値の直径（μｍ）についての単一のマイクロレンズ用のＰＳＦを示している。また、ＬＣＤモアレ低減要素のデザインにおいて構造サイズを最小化することが利用されてもよい。構造サイズは、図４に示されるように、肉眼では実質的に視認できない状態に維持するために、理想的には、サブピクセルよりも小さくあるべきである。散乱中心がマイクロレンズの形態である場合、構造サイズは、マイクロレンズの直径によって与えられる。特に、小型の屈折要素が望ましい。マイクロレンズが裸眼で視認可能なサイズになると、次いで、余分な画像副作用が明らかになる。これらには、スパークルと、ピクセルウォーキングと、パターンとＬＣＤの一方または両方との間のいっそうの干渉と、が含まれる。スパークルは、艶消しテクスチャ面を形成するために表示面が処理されたアンチグレアディスプレイにおいて最も頻繁に見られる。これらの表面構造は、屈折要素または回折要素として作用し、強度変動またはスパークルにつながる視聴者の位置に応じて個々のピクセル要素の焦点を合わせるか、焦点をぼかすことができる。ピクセルウォーキングは、個々のピクセルを移動させ、変形させるように見える屈折ねじれの結果であり、視聴者は位置を移動させる。マイクロレンズのアレイにおける規則的な特徴がＬＣＤの一方または両方で「ビート」するときに余分なモアレ干渉が誘発される。ＲＢＭまたはディフューザにおけるレンズサイズのランダム化および低減、および、配置は、これらの余分なモアレ副作用を低減する。これに関して考慮すべき２つの要因があり、それは、サグおよび平均化である。最良の均一化およびモアレの低減を確実にするために、図４に示されるように、各ピクセル領域内で多数の散乱中心に光が当てられるべきである。同時に、パラメータのセット（例えば、広がり角、屈折率、円錐定数）について、レンズの深さは、マイクロレンズの直径が小さくなるほど、小さくなる。プロセスが継続すると、回折レジームは、最終的に、レンズ深さが２πのうちのほんの僅かの位相遅れを生じさせるに過ぎない場所に到達する。この点において、次の式で位相数を定義することが有用である。

［0041］上記式において、ｙｍａｘは、総レンズサグを表し、λは考慮される波長であり、Δｎは、ｎ（λ）１に等しい。ｎは、空気中の要素について波長λでの屈折率である。この位相数は、基本的に、位相サイクルの表現における総サグを表し、レジーム、回折または屈折を定義し、マイクロレンズは、Ｍ＝１が、正確な２πの位相ずれを有する回折要素を示唆する条件で効果を奏する。一実施形態では、屈折レジームで効果を奏するマイクロレンズについて、高い目標効率を有するアクロマートの部品について望ましいのと同様に、位相数Ｍは、可能な限り大きくあるべきである。

［0042］コリメートされたビームを４０度の広がりで散乱させるマイクロレンズの場合を再度考慮する。直径が小さくなると、遠視野の散乱が、いっそう粗い振動、および、いっそう傾斜した減少を示し、より低い目標効率に移行する。使用する最小構造サイズまたはレンズの直径を決定することを補助する単純な大まかな方法は、次式によって与えられる。

［0043］上記式において、θ_０は、度数での半分の幅のビーム広がり角（空気において）である。屈折レジーム内で良好になるように、Ｍは、約８またはそれ以上であるべきである。θ＝２°、λ＝０．６３３μｍ、Ｍ＝８とすると、Ｄ≧５８２μｍについての結果が得られ、これは、２００ｕｍピクセルと比べて大きすぎ、非常に見やすく、画像を悪化させる。広がりを２０度まで増やすと、１０〜５８μｍの倍数だけＤが低減する。上記式において、ディフューザがバックパネルに近づくほど、ＦＷＨＭ角θ_０は大きくなる。また、この式は、マイクロレンズの直径をθ_０にする大まかな方法が得られる。

［0044］より高いＲＩが、各マイクロレンズの屈折力を低減するので、空気ではなく、より高い屈折率（ＲＩ）の媒体（例えば、シリコンＯＣＡ）の屈折器を実施することによって、より広角の屈折器の効果的な使用が可能になる。ＲＩ＝１．４２のとき、θ_０がθ＝〜１１°の角度に等しく、あるいは、上記の参照式によってＤ≧１０５μｍである。これは、より許容可能である。一実施形態では、ＲＩが高い材料で実施することによって、マイクロレンズの直径が効果的に低減され、それによって、画像の副作用が小さくなる。具体的には、２つのパネル間の空気を、指標が一致した媒体に置き換えることによって、空気中で計測した場合の逸脱角を小さくすることもでき、したがって、マイクロレンズの直径を小さくできる。

［0045］図１０は、上記の点において本開示の一実施形態にしたがったＲＭＢの製造プロセスを示している。このプロセスには、ウエハ支持部上にマイクロレンズを形成する工程が含まれる。ＲＢＭは、ＭＬＤの画像コントラストを改善するために、フレネル偏光解消を低減するためのＲＩが高い材料で実施されてもよい。

［0046］図１１は、マイクロレンズの表面を示している。この表面は、通常、０度と２０度との間の面法線の分布を有している。面法線の分布は、コントラストの低減につながる。なぜなら、Ｓ偏光およびＰ偏光は、異なる減衰で伝達されるからである。図１２は、Ｓ波およびＰ波についての透過係数と、入射角度と、の関係を表す曲線を示している。図１３は、システムコントラスト（コントラスト（θｉ，ｎ１，ｎ２，Ｎ））を示しており、ここで、θｉは入射角度であり、ｎ１は複数のＬＣＤ間の材料の屈折率であり、ｎ２はガラスの屈折率であり、Ｎは界面の数である。図示されるように、１．４および１．５でのＲＩを有する最も右へのラインは、フレネル偏光解消が最小になる際の最良のコントラストを示している。

［0047］図１４〜１６は、モアレ低減要素（例えば、ＲＢＭなどの屈折要素）の様々な配置を示している。例えば、図１４および図１６では、モアレ低減要素は、上述したように構造サイズを小さくするために下方に向けられたパターン表面を有するラミネート可能なフィルムとして、フロントディスプレイ１の上面に位置決めされ得る。これらの実施形態は、サブピクセル圧縮技術と組み合わせて使用されてもよく、使用されなくてもよい。一実施形態では、上方に向けられたパターン表面を有することは、グレア防止機構としても作用するが、７０μｍよりも小さい構造サイズを達成するために、約１．５の屈折率を有する光結合接着剤（ＯＣＡ）に埋め込むことが必要になる。代替的に、図１５に示されるように、逸脱がより大きくなる２つのＬＣＤ（例えば、リアディスプレイに対してラミネートされる）の間にモアレ低減要素を配置することも可能であり、その結果、構造サイズが小さくなる。１．４よりも大きいＲ．Ｉ．の材料（ＯＣＡ参照）を有する内部空間に一致する屈折率（index）は、フレネル偏光解消を大幅に低減し、それによって、コントラストが改善されるとともに反射が低減される。フレネル偏光を低減するためのガラスおよびＯＣＡと屈折率（index）が一致された内部空間によっても、コントラストが改善されるとともに反射が低減される。一実施形態では、この実施についてのＦＷＨＭ幅は、正方形のプロファイルを有する約１．８度であってもよい。

［0048］上述の開示は、特定のブロック図、フローチャートおよび例を使用して様々な実施形態を説明しているが、本明細書において説明および／または図示されるブロック図の構成要素、フローチャートのステップ、動作、および／または、構成要素の各々は、広範囲なハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェア（または、それらの組み合わせ）の構成を使用して、個々に、および／または、集約的に実施されてもよい。さらに、他の構成要素に含まれる構成要素の任意の開示は、例として捉えられるべきである。なぜなら、同じ機能を達成するために、多くの他のアーキテクチャを実施可能だからである。

［0049］本明細書で説明および／または図示されるプロセスパラメータおよび工程の順序は、単に例示目的で与えられており、必要に応じて代わり得る。例えば、本明細書で説明および／または図示される工程は、特定の順序で図示または説明されているものの、これらの工程は、必ずしも、図示または説明された順序で実施される必要はない。本明細書で説明および／または図示される様々な例示的な方法は、本明細書で説明および／または図示される工程のうちの１つ以上を省略してもよく、あるいは、開示される工程に加えて、追加的な工程を備えていてもよい。

［0050］完全に機能的な演算システムの文脈において本明細書で様々な実施形態が説明および／または図示されたが、これらの例示的な実施形態のうちの１つ以上が、様々な形態でプログラム製品として分散配置されてもよい。これは、分散配置を実際に実施するのに使用されるコンピュータ読み取り可能な媒体の特定の種類にかかわらない。本明細書で開示される実施形態は、何らかのタスクを実行するソフトウェアモジュールを使用して実施されてもよい。これらのソフトウェアモジュールは、スクリプト、バッチ、または、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体または演算システムに記憶され得る他の実行可能なファイルを備えていてもよい。これらのソフトウェアモジュールは、本明細書で開示される例示的な実施形態のうちの１つ以上を実行するための演算システムを構成してもよい。本明細書で説明される様々な機能は、リモートデスクトップ環境または他のクラウド系演算環境によって提供されてもよい。

［0051］説明目的で、上述の説明は、特定の実施形態を参照して行われた。しかしながら、上述の例示的な説明は、徹底的であることを意図しておらず、あるいは、開示される形態そのものに発明を限定することを意図していない。上記の教示を考慮して多くの修正および変形が可能である。本発明の原理およびその実際の用途を最もよく説明するために、実施形態が選択され、説明された。それによって、当業者は本発明、および、想定される特定の用途に最適となり得る様々な変形形態を有する様々な実施形態を最もよく利用することができる。

［0052］さらに、本願の範囲は、処理、機械、製造、ならびに、本明細書で説明される物、手段、方法および工程の組み合わせの特定の実施形態に限定されることを意図していない。当業者は、本明細書で説明される対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行するか、実質的に同じ結果を達成する、既存のまたは今後開発される処理、機械、製造、ならびに、本明細書で説明される物、手段、方法または工程の組み合わせを本発明に従って利用できることを本発明の開示から容易に理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内に、そのような処理、機械、製造、ならびに、物、手段、方法または工程の組み合わせを含むことを意図している。

［0053］本発明の例示的な実施形態では、表示装置が提供される。この表示装置は、第１の画像を表示するための第１の平面にある第１のディスプレイと、第２の画像を表示するための第２の平面にある第２のディスプレイと、を備えている。第１および第２の平面は、互いに略平行である。表示装置は、さらに、第１のディスプレイと第２のディスプレイとの間に位置するビームマッピング要素を備えている。ビームマッピング要素は、第１のディスプレイのサブピクセルを通って視聴者に向けて疑似ランダムに、第２のディスプレイからの光線を方向付けるように構成された複数のマイクロレンズを備えている。

［0054］直前の段落の表示デバイスにおいて、ビームマッピング要素は、屈折ビームマッパ（ＲＢＭ）を備えていてもよい。ＲＢＭは、非対称の散乱角を有していてもよく、また、リアディスプレイからの光の偏光を実質的に保存してもよい。ＲＢＭは、出力の遠視野パターンが、上部が平坦なプロファイルに近くなるように、実質的に上部が平坦なプロファイルを実現するための屈折光学を有していてもよい。

［0055］直前の２つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、ビームマッピング要素は、第２のディスプレイ上の任意の位置からの逸脱を、光線が第１のディスプレイを通って進むときにオフセットされる１ピクセルの距離未満に制限してもよい。

［0056］直前の４つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、マイクロレンズの各々は、第２の（例えば、リア）ディスプレイのサブピクセルの長さおよび幅未満の直径を有していてもよい。

［0057］直前の５つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、マイクロレンズは、８以上の位相数Ｍによって特徴付けられてもよい。

［0058］直前の６つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、マイクロレンズは、０度と約２０度との間の面法線の分布を有していてもよい。

［0059］直前の７つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、ビームマッピング要素は、第２のディスプレイに対してラミネートされてもよい。

［0060］直前の８つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、マイクロレンズの湾曲面は、少なくとも１．４の屈折率を有する高屈折率材料に接触するか、または、当該高屈折率材料内に埋め込まれてもよい。

［0061］直前の９つの段落のいずれかの表示デバイスにおいて、第２のディスプレイの所与のサブピクセルからの光線は、第１のディスプレイの複数の異なるサブピクセルに向けて方向付けられてもよく、第２のディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線は、第１のディスプレイの所与のサブピクセルを通って進んでもよい。これは、各ディスプレイの各サブピクセルに適用され得る。

［0062］このように本開示にしたがった実施形態を説明した。特定の実施形態において本開示が説明されたが、本開示は、そのような実施形態によって限定されるものとして解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

Claims

表示装置であって、
第１の画像を表示するための第１の平面にある第１のディスプレイと、
第２の画像を表示するための第２の平面にある第２のディスプレイと
を備え、
前記第１および第２の平面は、互いに略平行であり、
前記表示装置は、さらに、前記第１のディスプレイと前記第２のディスプレイとの間に位置するビームマッピング要素を備え、
前記ビームマッピング要素は、前記第２のディスプレイから出力される光線を、前記第１のディスプレイのサブピクセルを通って視聴者に向けて疑似ランダムに方向付けるように構成された複数のマイクロレンズを備える
表示装置。
請求項１に記載の表示装置であって、
前記ビームマッピング要素は、屈折ビームマッパを備える
表示装置。
請求項１または請求項２に記載の表示装置であって、
前記屈折ビームマッパは、非対称の散乱角を有する
表示装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記屈折ビームマッパは、偏光を実質的に保存する
表示装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記屈折ビームマッパは、出力の遠視野パターンが、上部が平坦なプロファイルに近くなるように、実質的に上部が平坦なプロファイルを実現するための屈折光学を有する
表示装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記ビームマッピング要素は、前記第２のディスプレイ上の任意の位置からの逸脱を、前記光線が前記第１のディスプレイを通って進むときにオフセットされる１ピクセルの距離未満に制限する
表示装置。
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記マイクロレンズの各々は、前記第２のディスプレイのサブピクセルの長さおよび幅未満の直径を有する
表示装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記マイクロレンズは、８以上の位相数Ｍによって特徴付けられる
表示装置。
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記マイクロレンズは、０度と約２０度との間の面法線の分布を有する
表示装置。
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記ビームマッピング要素は、前記第２のディスプレイに対してラミネートされる
表示装置。
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記マイクロレンズの湾曲面は、少なくとも１．４の屈折率を有する高屈折率材料に接触する
表示装置。
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記第２のディスプレイは、前記表示装置のリアディスプレイであり、
前記第１のディスプレイは、前記表示装置のフロントディスプレイである
表示装置。
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記第２のディスプレイの所与のサブピクセルからの光線は、前記第１のディスプレイの複数の異なるサブピクセルに向けて方向付けられ、
前記第２のディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線は、前記第１のディスプレイの所与のサブピクセルを通って進む
表示装置。
表示デバイスによって画像を表示する方法であって、
前記表示デバイスは、
第１の画像を表示するための第１の平面にある第１のディスプレイと、
第２の画像を表示するための第２の平面にある第２のディスプレイと
を備え、
前記第１および第２の平面は、互いに略平行であり、
前記方法は、前記第２のディスプレイから出力される光線を、前記第１のディスプレイと前記第２のディスプレイとの間に位置する複数のマイクロレンズを介して、前記第１のディスプレイのサブピクセルを通って視聴者に向けて疑似ランダムに方向付ける工程を備える
方法。
請求項１４に記載の方法であって、
前記マイクロレンズの各々は、前記第２のディスプレイのサブピクセルの長さおよび幅未満の直径を有する
方法。
請求項１４または請求項１５に記載の方法であって、
前記マイクロレンズは、前記第２のディスプレイに対してラミネートされる
方法。
請求項１４ないし請求項１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記マイクロレンズの湾曲面は、少なくとも１．４の屈折率を有する高屈折率材料に接触する
方法。
請求項１４ないし請求項１７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２のディスプレイは、前記表示装置のリアディスプレイであり、
前記第１のディスプレイは、前記表示装置のフロントディスプレイである
方法。
請求項１４ないし請求項１８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２のディスプレイの所与のサブピクセルからの光線は、前記第１のディスプレイの複数の異なるサブピクセルに向けて方向付けられ、
前記第２のディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線は、前記第１のディスプレイの所与のサブピクセルを通って進む
方法。