JP2019510996A - Method and system for using a refractive beam mapper having a rectangular element profile to reduce Moire interference in a display system comprising a plurality of displays - Google Patents

Method and system for using a refractive beam mapper having a rectangular element profile to reduce Moire interference in a display system comprising a plurality of displays Download PDF

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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含んだディスプレイ)は、観察者に対して三次元(3D)特徴を表示するために実質的に互いに平行に配置された、少なくとも第1及び第2ディスプレイ(例えば表示パネル又は表示レイヤ)を含む。少なくとも屈折ビームマッパー(RBM)のような光学素子が、モアレ干渉を低減するために利用される。【選択図】図5A multi-display system (e.g. a display comprising a plurality of display panels) comprises at least a first and a second display arranged substantially parallel to one another for displaying three-dimensional (3D) features to the viewer. For example, a display panel or a display layer is included. At least an optical element such as a refracted beam mapper (RBM) is utilized to reduce Moire interference. [Selected figure] Figure 5

Description

[001] この出願は、2016年10月3日に提出された米国特許出願第15/283,621の一部継続(CIP)である。この出願は、次の米国仮特許出願、2016年1月20日に提出された第62/281,037(整理番号6468−16)、2016年1月20日に提出された第62/280,993(整理番号6468−17)、及び2015年10月2日に提出された第62/236,776(整理番号6468−8)の各々に関連するとともに、それらに対する優先権を主張し、これによってそれらの全てが参照によりそのまま本明細書に組み込まれる。   This application is a continuation-in-part (CIP) of US patent application Ser. No. 15 / 283,621, filed Oct. 3, 2016. This application is a U.S. Provisional Patent Application, filed 62 Jan. 28, 2016, and filed 62 Jan. 2016, filed Jan. 20, 2016. 993 (Accession No. 6468-17), and 62 / 236,776 (Accession No. 6468-8) submitted on October 2, 2015, each of which is related to and claims priority to them All of which are incorporated herein by reference in their entirety.

[002] この発明は、観察者に対して三次元(3D)特徴を表示するために少なくとも第1及び第2ディスプレイ(例えば、表示パネル又は表示レイヤ)が実質的に互いに平行に配置された、マルチディスプレイシステム(例えば、複数の表示パネル/表示レイヤを含むディスプレイ)に関する。したがって、この発明は、概してディスプレイに関し、より具体的には、三次元特徴を表示するためのディスプレイシステム及び方法に関する。   According to the present invention, at least first and second displays (eg, display panels or display layers) are arranged substantially parallel to each other to display three-dimensional (3D) features to an observer. Multi-display system (e.g., a display including multiple display panels / display layers). Accordingly, the present invention relates generally to displays, and more particularly to display systems and methods for displaying three dimensional features.

[003] 従来、ディスプレイは情報を二次元に提示する。そのようなディスプレイによって表示された画像は、深度情報を欠いた平面画像である。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努力が行われてきた。例えば、ステレオディスプレイは、左目及び右目に対して別々に表示されるオフセット画像を表示することによって、深度情報を伝える。観察者がこれらの平面画像を見る時、それらは脳の中で結合されて、深度の知覚を与える。しかしながら、そのようなシステムは複雑であり、表示された物体のリアルな知覚を提供するためには、増大した解像度とプロセッサの計算パワーを必要とする。   Traditionally, displays present information in two dimensions. The image displayed by such a display is a planar image lacking depth information. As people view the world in three dimensions, efforts have been made to provide displays that can display objects in three dimensions. For example, a stereo display conveys depth information by displaying offset images that are displayed separately for the left and right eyes. When the viewer views these planar images, they are combined in the brain to give a perception of depth. However, such systems are complex and require increased resolution and processor computing power to provide realistic perception of displayed objects.

[004] 積層配置された複数の表示画面を含むマルチコンポーネントディスプレイが、リアルな深度を表示するために開発されている。各表示画面は独自の画像を表示して、表示画面の物理的変位による視覚的な深度を提供することができる。例えば、マルチディスプレイシステムは米国特許公開番号2015/0323805及び2016/0012630に開示されており、それらの開示の両方が参照により本明細書に組み込まれる。   [004] A multi-component display including multiple display screens arranged in a stack has been developed to display realistic depth. Each display screen can display its own image to provide visual depth due to physical displacement of the display screen. For example, multi-display systems are disclosed in US Patent Publication Nos. 2015/0323805 and 2016/0012630, both of which disclosures are incorporated herein by reference.

[005] マルチディスプレイシステムにおいて第1及び第2のディスプレイ又は表示レイヤが従来方法で互いに積層されると、モアレ干渉が発生する。モアレ干渉は、観察者の網膜上に投射された時に、レイヤ内の色フィルタ間における相互作用によって引き起こされる。例えば、緑色の色フィルタが重なり合うと、光は透過して相対的に明るい区画を生じさせる。緑色のフィルタが赤色のフィルタの上にあると、あまり多くない光が透過して暗い領域を生じさせるだろう。背面及び前面のディスプレイ又は表示レイヤは網膜上に投射された時に僅かに異なるサイズを有するので、ピクセルは同位相から逆位相へゆっくりと変化するだろう。このことは、別名モアレ干渉として知られる明暗の帯を生み出す効果を有する。   [005] Moire interference occurs when the first and second displays or display layers are stacked on one another in a conventional manner in a multi-display system. Moire interference is caused by the interaction between color filters in a layer when projected onto the viewer's retina. For example, when the green color filters overlap, light is transmitted to create relatively bright sections. If the green filter is on top of the red filter, less light will be transmitted to create dark areas. Since the back and front displays or display layers have a slightly different size when projected onto the retina, the pixels will slowly change from in phase to out of phase. This has the effect of producing bright and dark bands, also known as moire interference.

[006] 本発明のある例示的な実施態様は、MLDシステムにおけるモアレ干渉を消失させる又は実質的に消失させる解決策を提供するが、背面ディスプレイの解像度及びコントラストを大きく犠牲にすることがない。この発明のある例示的な実施態様において、MLDシステムは第1及び第2ディスプレイを含む。モアレ干渉を低減又は排除するために、屈折ビームマッパー(RBM)が利用されることができる。矩形プロファイルの拡散板素子が、そのようなMLDシステムにおいて画像品質を改善することが見出された。   [006] Certain exemplary embodiments of the present invention provide a solution to eliminate or substantially eliminate Moire interference in MLD systems, but without significantly sacrificing the resolution and contrast of the back display. In one exemplary embodiment of the present invention, an MLD system includes first and second displays. A refracted beam mapper (RBM) can be used to reduce or eliminate Moire interference. It has been found that a rectangular profile diffuser element improves image quality in such MLD systems.

[007] この発明の例示的な実施態様において、第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成された複数のマイクロレンズを備えるビームマッピング素子であって、前記マイクロレンズの各々は、画像品質を改善するために、上から見た時に実質的に矩形のプロファイルを有する、ビームマッピング素子と、を備えるディスプレイ装置が提供される。   In an exemplary embodiment of the present invention, a first display in a first plane for displaying a first image and a second display in a second plane for displaying a second image A display, wherein the first and second planes are disposed substantially parallel to each other, and disposed between the second display and the first and second displays, the light beam output from the second display being the first A beam mapping element comprising a plurality of microlenses configured to be directed towards a viewer through sub-pixels of a display, each of said microlenses being viewed from above to improve image quality And a beam mapping element having a substantially rectangular profile.

[008] この発明の例示的な実施態様において、第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイからの入射光線を擬似ランダム的に前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成された複数のマイクロレンズを備えるビームマッピング素子(例えば屈折ビームマッパー)と、を備えるディスプレイ装置が提供される。   In an exemplary embodiment of the present invention, a first display in a first plane for displaying a first image and a second display in a second plane for displaying a second image A display, wherein the first and second planes are substantially parallel to each other, disposed between the second display and the first and second displays, pseudo-randomly incident light from the second display A display device is provided, comprising: a beam mapping element (e.g. a refracted beam mapper) comprising a plurality of microlenses configured to be directed towards the viewer through the sub-pixels of the first display.

[009] この発明のある例示的な実施態様において、第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成されたビームマッピング素子のアレイを備える屈折ビームマッパーであって、前記ビームマッピング素子の各々は、実質的に矩形のプロファイルを有する、屈折ビームマッパーと、を備えるディスプレイ装置が提供される。   [009] In an exemplary embodiment of the present invention, a first display in a first plane for displaying a first image, and a second display in a second plane for displaying a second image A second display, wherein the first and second planes are substantially parallel to each other, and disposed between the second display and the first and second displays, the light beam output from the second display being the second display A refractive beam mapper comprising an array of beam mapping elements configured to be directed towards a viewer through sub-pixels of one display, each of the beam mapping elements having a substantially rectangular profile And a refracted beam mapper.

[0010] この発明の様々な実施態様において、屈折ビームマッパーは、モアレ干渉を低減するための他の手法(例えば、色フィルタのオフセット又はそれぞれのディスプレイ上の似ていない色フィルタパターン、拡散板手法、及び/又はサブピクセル圧縮)と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい。   [0010] In various embodiments of the present invention, the refracted beam mapper is another method for reducing Moire interference (eg, color filter offsets or dissimilar color filter patterns on the respective displays, And / or may be used in combination with sub-pixel compression).

[0011] この特許又は出願書類は、カラーで作成された少なくとも1つの図面を含む。この特許又は特許出願公開のカラー図面付きのコピーは、請求及び必要な手数料の支払いがあった時に庁によって提供されるだろう。   [0011] The patent or application document contains at least one drawing executed in color. A copy with a color drawing of this patent or patent application publication will be provided by the Office upon request and payment of the necessary fee.

[0012] これらの及び他の特徴並びに利点は、図面と共に例示的な実施態様の以下の詳細な説明を参照することによって、より一層且つより完全に理解されることができる。   [0012] These and other features and advantages can be more fully understood and appreciated by reference to the following detailed description of illustrative embodiments in connection with the drawings.

図1は、ピクセルが各列(又は行)において同一色である液晶ディスプレイ(LCD)の色フィルタの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a color filter of a liquid crystal display (LCD) in which the pixels are the same color in each column (or row). 図2は、ピクセルが各列(又は行)において同一色である別の液晶ディスプレイ(LCD)の色フィルタの平面図である。FIG. 2 is a plan view of another liquid crystal display (LCD) color filter in which the pixels are the same color in each column (or row). 図3は、図1及び2のLCDの組み合わせから得られるMLDシステムの平面図であり、図1及び2のLCDは積層された関係で互いと重ね合わされ、モアレ干渉をもたらす。FIG. 3 is a plan view of the MLD system resulting from the combination of the LCDs of FIGS. 1 and 2, where the LCDs of FIGS. 1 and 2 are stacked on top of each other in a stacked relationship, resulting in Moire interference. 図4は、MLDシステムの背面ディスプレイのピクセルの、前面ディスプレイのピクセルへの擬似ランダムマッピングを示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing pseudo-random mapping of pixels of the back display of the MLD system to pixels of the front display. 図5は、モアレ干渉を低減するために図4の擬似ランダムマッピングと関連して用いられることができるマッピング素子を示す模式図である(これはこの発明の様々な実施態様においてサブピクセル圧縮の実施態様と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい)。FIG. 5 is a schematic diagram showing a mapping element that can be used in conjunction with the pseudo-random mapping of FIG. 4 to reduce Moire interference (this is an implementation of sub-pixel compression in various embodiments of the invention) It may or may not be used in combination with the embodiment). 図6は、本明細書における図のいずれかの実施態様と共に用いられることができる、この発明の例示的な実施態様によるMLDの模式的な側断面図である。FIG. 6 is a schematic side sectional view of an MLD according to an exemplary embodiment of the present invention that can be used with any of the embodiments of the figures herein. 図7は、屈折光学系を有するRBMの帯域幅制限された実装例を示す。FIG. 7 shows a bandwidth limited implementation of an RBM with refractive optics. 図8は、p=40の角度及び160ミクロン以下のレンズ特徴サイズの範囲にわたって改善された超ローレンツ型の特性を呈する強度プロファイルである。FIG. 8 is an intensity profile exhibiting improved super-Lorentzian characteristics over a range of p = 40 angles and lens feature sizes of 160 microns or less. 図9は、より大きなマイクロレンズは典型的により良いモアレ防止拡散板のプロファイルを有するだろうということを示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing that larger microlenses will typically have better anti-Moire diffuser profile. 図10は、この発明の様々な実施態様において用いられることができるRBMの例示的な製造プロセスを示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an exemplary manufacturing process of RBM that can be used in various embodiments of the present invention. 図11は、この発明の例示的な実施態様によるマイクロレンズを示す。FIG. 11 shows a microlens according to an exemplary embodiment of the present invention. 図12は、入射角に対するS及びP波の透過係数を描いた曲線を示す、入射角対透過係数のグラフである。FIG. 12 is a graph of incident angle versus transmission coefficient showing curves depicting transmission coefficients of S and P waves versus angle of incidence. 図13は、システムのコントラストであるコントラスト(θi,n1,n2,N)を示すグラフである。ここで、θiは入射角であり、n1はLCDの間の材料の屈折率であり、n2はガラスの屈折率であり、Nは境界の数である。FIG. 13 is a graph showing the contrast (θi, n1, n2, N) which is the contrast of the system. Where θ i is the angle of incidence, n 1 is the refractive index of the material between the LCDs, n 2 is the refractive index of the glass, and N is the number of boundaries. 図14は、モアレ低減素子(例えばRBM)がこの発明の様々な実施態様に従ってMLDシステムにおける積層体の様々な位置に配置された、この発明の実施態様によるMLDシステムの側断面図である(これはこの発明の様々な実施態様においてサブピクセル圧縮と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい)。FIG. 14 is a side cross-sectional view of an MLD system according to an embodiment of the present invention in which a moiré reducing element (eg RBM) is placed at various positions of the stack in the MLD system according to various embodiments of the present invention May or may not be used in combination with sub-pixel compression in various embodiments of the invention). 図15は、モアレ低減素子(例えばRBM)がこの発明の様々な実施態様に従ってMLDシステムにおける積層体の様々な位置に配置された、この発明の実施態様によるMLDシステムの側断面図である(これはこの発明の様々な実施態様においてサブピクセル圧縮と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい)。FIG. 15 is a side cross-sectional view of an MLD system according to an embodiment of the present invention in which a moiré reducing element (eg RBM) is placed at various positions of the stack in the MLD system according to various embodiments of the present invention May or may not be used in combination with sub-pixel compression in various embodiments of the invention). 図16は、モアレ低減素子(例えばRBM)がこの発明の様々な実施態様に従ってMLDシステムにおける積層体の様々な位置に配置された、この発明の実施態様によるMLDシステムの側断面図である(これはこの発明の様々な実施態様においてサブピクセル圧縮と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい)。FIG. 16 is a side cross-sectional view of an MLD system according to an embodiment of the present invention in which a moiré reducing element (eg RBM) is placed at various positions of the stack in the MLD system according to various embodiments of the present invention May or may not be used in combination with sub-pixel compression in various embodiments of the invention). 図17は、本明細書における任意の実施態様、例えば図4−7、14−16のいずれかにおいてモアレ低減素子(例えばRBM)として用いられることができる矩形プロファイルのマイクロレンズを含む拡散板の平面図である。FIG. 17 is a plan view of a diffuser plate including a rectangular profile microlens that can be used as a moiré reduction element (eg, RBM) in any of the embodiments herein, eg, FIGS. 4-7, 14-16. FIG. 図18は、完全な円形フィルタカーネルを表す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing a complete circular filter kernel. 図19は、画像品質に関して円形カーネルの半径を変化させる。FIG. 19 changes the radius of the circular kernel with respect to image quality. 図20は、画像品質に関して(マイクロレンズのプロファイルについての)矩形及び円形カーネルの比較を比較するグラフである。FIG. 20 is a graph comparing the comparison of rectangular and circular kernels (for microlens profiles) for image quality.

[0031] この発明は、観察者に対して三次元(3D)特徴を表示するために少なくとも第1及び第2ディスプレイ(例えば、表示パネル又は表示レイヤ)が実質的に互いに平行に配置された、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含むディスプレイ)に関する。ディスプレイは、様々な実施態様において、フラット又は湾曲形状であってよい。したがって、この発明の実施態様は、概してディスプレイに関し、より具体的には、三次元特徴を表示するためのディスプレイシステム及び方法に関する。この発明の例示的な実施態様によるMLDは、例えば、3D画像を(例えばスピードメータ、乗物の計器類、乗物のナビゲーションディスプレイ等に)提供するために乗物の計器盤におけるディスプレイとして使用されることができる。   According to the present invention, at least first and second displays (eg, display panels or display layers) are arranged substantially parallel to each other to display three-dimensional (3D) features to an observer. Multi-display system (e.g., a display including a plurality of display panels). The display may be flat or curved in various embodiments. Accordingly, embodiments of the present invention relate generally to displays, and more particularly to display systems and methods for displaying three-dimensional features. An MLD according to an exemplary embodiment of the present invention may, for example, be used as a display in a vehicle instrument panel to provide 3D images (e.g. to a speedometer, vehicle instrumentation, vehicle navigation display, etc.) it can.

[0032] 色モアレ干渉の問題は、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RGB列に並んでいるような、両方の液晶ディスプレイ(LCD)の色フィルタアレイのパターン規則性によって引き起こされる。色モアレ干渉は、水平方向において広く認められる。   [0032] The problem of color moiré interference is caused, for example, by the pattern regularity of the color filter arrays of both liquid crystal displays (LCDs) such that RGB pixels are arranged in RGB columns in both displays of the MLD system. Color moire interference is widely recognized in the horizontal direction.

[0033] 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す。図1は、ピクセル又はサブピクセルが各列において同一色である第1液晶ディスプレイ(LCD)の色フィルタ/ピクセルの平面図である。特に、図1は、ピクセル又はサブピクセルが各列において同一色である従来の赤―緑―青(R―G―B)繰り返しパターン又は配列を有するLCDを示す。図1の左側から始めて、色フィルタのストライプがBGRの順の垂直ラインに配列され、このBGRの順番が図1のディスプレイを横切って左から右へ向けて何度も繰り返している。このように、図1のディスプレイ又は表示レイヤにおけるパターンは、青の列、緑の列、及び赤の列を含む。緑(G)の列は、青(B)と赤(R)で色付けられた列の間に配置されている。サブピクセルは、特定の色フィルタのエリアにおける所与のピクセル電極のエリアとみなされることができる。例えば、R、G、及びBのサブピクセルがピクセルを構成することができる。代替的に、サブピクセルはピクセルであるとみなされることができる。図1は、色マスクの回転なしで示されている。従来、多層ディスプレイ(MLD)の両方のパネルは、同様にこのようなR―G―B配列によって構成され得る。繰り返しパターンは、R―G―B、R―B―G、又は任意の他の組み合わせであってよい。   [0033] Figures 1-3 show a configuration in an MLD system that experiences moire interference. FIG. 1 is a plan view of color filters / pixels of a first liquid crystal display (LCD) in which the pixels or sub-pixels are the same color in each column. In particular, FIG. 1 shows an LCD with a conventional red-green-blue (R-G-B) repeating pattern or arrangement in which the pixels or sub-pixels are the same color in each column. Starting from the left side of FIG. 1, the stripes of color filters are arranged in vertical lines in the order of BGR, and this BGR order is repeated many times from left to right across the display of FIG. Thus, the pattern in the display or display layer of FIG. 1 includes blue columns, green columns, and red columns. The green (G) columns are located between the blue (B) and red (R) colored columns. Sub-pixels can be considered as the area of a given pixel electrode in the area of a particular color filter. For example, R, G, and B sub-pixels can constitute a pixel. Alternatively, the sub-pixels can be considered to be pixels. FIG. 1 is shown without rotation of the color mask. Conventionally, both panels of a multi-layer display (MLD) can likewise be constituted by such R-G-B arrangements. The repeating pattern may be R-G-B, R-B-G, or any other combination.

[0034] 同様に、図2は、ピクセル又はサブピクセルがやはり各列において同一色である第2LCDの色フィルタ/ピクセル/サブピクセルの平面図である。図2の左側から始めて、色フィルタのストライプがRGBの順の垂直ラインに配列され、この順番が図2を横切って左から右へ向けて何度も繰り返している。繰り返しパターンは、R―G―B、R―B―G、又はこれらの色を伴う任意の他の組み合わせであってよい。図2に示されるように、図1と同様に、緑(G)の列は、青(B)と赤(R)で色付けられた列の間に配置されている。   [0034] Similarly, FIG. 2 is a plan view of color filters / pixels / sub-pixels of the second LCD in which the pixels or sub-pixels are also the same color in each column. Starting from the left side of FIG. 2, the stripes of color filters are arranged in vertical lines in RGB order, and this order is repeated many times from left to right across FIG. The repeating pattern may be R-G-B, R-B-G, or any other combination with these colors. As shown in FIG. 2, as in FIG. 1, the green (G) columns are disposed between the blue (B) and red (R) colored columns.

[0035] 図3は、MLDシステムにおける積層され重なり合った関係で一方が他方の上にある、図1及び2のLCDの組み合わせから得られるMLDシステムの平面図である。図3は、図1及び2に示された色フィルタ及びピクセル/サブピクセルのパターンの混合を示す。特に、図3は、ピクセルが各列において同一色である両方のLCDが同様のR―G―B列の配列を有する実例を与えられた、モアレ干渉の出現を示す。例えば、MLDシステムにおいて図2のパターンが図1のパターンと重なると、緑色フィルタのラインが重なり(例えば図3の左部分を参照)、この緑フィルタラインの重なったエリアにおける光がMLDシステムを透過して、相対的に明るい緑の区画を生み出す。緑フィルタが例えば赤フィルタと重なる(又は青フィルタが赤フィルタの上にある)と、それほど多くない光が透過して、暗い領域を生み出すだろう(例えば、図3の左端における緑の細片を取り囲む暗い領域を参照)。背面及び前面のディスプレイ又は表示レイヤは網膜上に投射された時に僅かに異なるサイズを有するので、ピクセルは同位相から逆位相へゆっくりと変化するだろう。このことは、別名モアレ干渉として知られる明暗の帯を生み出す効果を有する。   [0035] FIG. 3 is a plan view of the MLD system obtained from the combination of the LCDs of FIGS. 1 and 2 with one on top of the other in stacked and overlapping relationship in the MLD system. FIG. 3 shows a mixture of the color filters and pixel / subpixel patterns shown in FIGS. In particular, FIG. 3 shows the appearance of Moire interference given the illustration that both LCDs whose pixels are the same color in each column have a similar arrangement of R-G-B columns. For example, if the pattern of FIG. 2 overlaps the pattern of FIG. 1 in an MLD system, the green filter lines overlap (see, eg, the left portion of FIG. 3) and light in the overlapping area of the green filter lines passes through the MLD system. Create a relatively bright green area. If the green filter overlaps, for example, the red filter (or the blue filter is on top of the red filter), less light will be transmitted to create a dark area (eg, the green strip at the left end of FIG. 3) See the surrounding dark area). Since the back and front displays or display layers have a slightly different size when projected onto the retina, the pixels will slowly change from in phase to out of phase. This has the effect of producing bright and dark bands, also known as moire interference.

[0036] この発明の実施態様は、このモアレ干渉の問題を処理し、低減又は解決する。本発明のある例示的な実施態様は、背面ディスプレイの解像度及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消失させる又は実質的に消失させる解決策を提供する。   An embodiment of the present invention addresses, reduces or solves this problem of Moire interference. One exemplary embodiment of the present invention provides a solution to eliminate or substantially eliminate Moire interference in MLD systems without significantly compromising the resolution and contrast of the back display.

[0037] この発明のある実施態様において、多数のマイクロレンズからなる回折光学素子(diffractive optical element;DOE)又は屈折ビームマッパー(refractive beam mapper;RBM)などのビームマッピング素子が、モアレ干渉を低減するのに用いられることができる。RBMが用いられる場合には、余分なモアレ効果を招来しないようにするために擬似ランダムマッピングが提供されることができる。ある例示的な実施態様において、個々のビームの開度は、ビームが前面LCDに到達する時までに背面LCD上の任意の点が直線から1ピクセルの距離以上逸らされないように、制限されることができる。ある例示的な実施態様において、そのようなビームマッピング素子を前面ディスプレイに積層し、2つのLCD間の媒体を非複屈折材料で光学的にマッチングすることもでき、そのような実施態様は、本明細書において論じられるサブピクセル圧縮手法と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい。   In one embodiment of the present invention, a beam mapping element such as a diffractive optical element (DOE) or a refractive beam mapper (RBM) composed of a large number of micro lenses reduces Moire interference. Can be used to If an RBM is used, pseudo-random mapping can be provided to avoid introducing extra moiré effects. In one exemplary embodiment, the degree of opening of the individual beams is limited such that any point on the rear LCD is not deviated from the straight line by more than one pixel distance by the time the beams reach the front LCD. Can. In one exemplary embodiment, such beam mapping elements can be laminated to the front display and the medium between the two LCDs can be optically matched with non-birefringent material, such an embodiment being It may or may not be used in combination with the subpixel compression techniques discussed in the specification.

[0038] 本明細書におけるディスプレイ又は表示レイヤ(例えば、図6における前面ディスプレイ1及び背面ディスプレイ2、又は図4、5、7、14−16における対応するディスプレイを参照)は、LCD、OLED等であってよい。ねじれネマティック(TN)LCDは、赤、緑、及び青のサブピクセルによって水平方向(又は垂直方向)に並んだ3つの部分に分割された正方形などの、極めて一般的なピクセルレイアウトに従うのであってよい。サブピクセルは、水平及び垂直方向においてブラックマスクによって分離されることができる。サブピクセルの角には、駆動トランジスタを覆う矩形突出部がしばしば存在する。最新のデスクトップモニタ及びテレビに要求される広い画面視野並びに時間的性能を可能にする、数種類の異なるピクセル技術がある。本発明の実施態様は、バックプレーンが基本的なRGBストライプのピクセルレイアウトに従うように構成されるので、これらのLCDの全てと互換的である。よって、各ピクセルのために要求されるバックプレーンのレイアウトは変更する必要がない。例えば、製造者によるピクセルの種類のディスプレイは、パナソニック(IPS Pro)、LGディスプレイ(H−IPS及びP−IPS)、Hannstar(S−IPS)、AU Optronics(A−MVA)、サムスン(AFFS)、S−LCD(S−PVA)、及びシャープ(ASV及びMVA)を含む。ある実施態様において、両方のディスプレイ若しくは表示レイヤがOLEDであってよく、又は一方のディスプレイがOLEDであり他方がLCDであってもよい。OLEDでは、それぞれのサブピクセル又はピクセルは(LCDタイプの色フィルタを有するのとは対照的に)色フィルタ材料としての赤、緑、及び青の材料で充填されるであろう、ということに留意されたい。   [0038] The displays or display layers in the present specification (see, for example, the front display 1 and the back display 2 in FIG. 6, or the corresponding displays in FIGS. 4, 5, 7, 14-16) are LCD, OLED, etc. May be there. A Twisted Nematic (TN) LCD may follow a very general pixel layout, such as a square divided into three parts horizontally (or vertically) aligned by red, green and blue sub-pixels . Sub-pixels can be separated by a black mask in horizontal and vertical directions. At the corners of the sub-pixels there are often rectangular protrusions covering the drive transistor. There are several different pixel technologies that enable the wide screen view and temporal performance required of modern desktop monitors and televisions. Embodiments of the present invention are compatible with all of these LCDs as the backplane is configured to follow the basic RGB stripe pixel layout. Thus, the required backplane layout for each pixel need not be changed. For example, pixel type displays by manufacturers are: Panasonic (IPS Pro), LG Display (H-IPS and P-IPS), Hannstar (S-IPS), AU Optronics (A-MVA), Samsung (AFFS), S-LCD (S-PVA) and Sharp (ASV and MVA). In one embodiment, both displays or display layers may be OLEDs, or one display may be an OLED and the other an LCD. Note that in OLEDs, each sub-pixel or pixel will be filled with red, green and blue materials as color filter materials (as opposed to having an LCD type color filter) I want to be

[0039] 図6は、本明細書におけるいずれかの図の積層された重なり合うレイヤ/ディスプレイが提供され、利用されることができる、この発明の例示的な実施態様によるMLDを示す。例えば、図4−5及び14−16のいずれかに示されるディスプレイが、それぞれ図6における前面ディスプレイ1及び背面ディスプレイ2であってよい。MLDの第1ディスプレイ又は表示レイヤは要素1(又は2)であってよく、MLDの第2ディスプレイ又は表示レイヤは要素2(又は1)であってよい。ディスプレイ又は表示レイヤ2はMLDのバックライトに最近接しており、バックライトシステムに面するそのバックプレーンが、行ドライバ、列ドライバ、トランジスタ、及び蓄積容量ラインを通ってバックライト内に入っていく光を再利用するようにさせることが望ましいだろう。図に示されるように、2つの偏光子の配置が用いられることができ、空気、又は望まれる場合には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、ギャップが構成されることができる。ギャップは、内部反射及び/又は偏光解消効果を低減するために、ガラス又はいずれかの側の層によく整合した屈折率を有する材料を含むことができる。前面ディスプレイ又は表示レイヤ1については、そのバックプレーンは、ディスプレイ又は表示レイヤ2のそれとは反対に配向されることができる。特に、前面ディスプレイ1については、そのバックプレーンは、内部反射を低減するために観察者に面するように配向されることができる。このように、ある例示的な実施態様において、それぞれのディスプレイ1及び2の色フィルタ層(その各々は1又は複数の層から構成されることができる)は互いに向き合い、いずれかのディスプレイからのどの液晶層も第1及び第2ディスプレイの色フィルタ層の間には配置されない、ということが図6において理解されることが可能である。ある例示的な実施態様において、環境光の外部反射を低減するために、4分の1波長位相差板と反射防止偏光子から構成される図6に示されるような反射防止システムが前面に提供されることができ、それにより、通常は反射される環境光は、AR偏光子を通る1回目の通過において4分の1波長回転を受け、バックプレーン要素によって反射され、4分の1波長位相差板を通って2回目の回転を受けるであろう。光がこの2回目の回転を経験する時までに、光はAR偏光子の透過軸に対して実質的に直交し、したがって実質的に吸収されるだろう。更に、ブラックマスク(BM)又は他の非反射性材料が、反射を低減させるためにディスプレイの導電性トレースの背後に付加されてもよい。更に、この発明のある例示的な実施態様において、反射防止(AR)コーティングが内部表面に適用されてもよい。ARコーティングは、例えば、可視域において動作することができ、例えばモスアイ、単層干渉、多層干渉等であってよい。   [0039] FIG. 6 shows an MLD according to an exemplary embodiment of the present invention in which the stacked overlapping layers / displays of any of the figures herein can be provided and utilized. For example, the displays shown in any of FIGS. 4-5 and 14-16 may be front display 1 and rear display 2 in FIG. 6, respectively. The first display or display layer of the MLD may be element 1 (or 2) and the second display or display layer of the MLD may be element 2 (or 1). The display or display layer 2 is closest to the backlight of the MLD, and its backplane facing the backlight system enters the backlight through the row drivers, column drivers, transistors and storage capacitance lines It would be desirable to have them be reused. As shown in the figure, an arrangement of two polarizers can be used, including air or, if desired, a birefringent material designed to maintain the black state of the display. , Gap can be configured. The gap can include a material having a refractive index that is well matched to the glass or layers on either side to reduce internal reflection and / or depolarization effects. For the front display or display layer 1, the backplane can be oriented opposite to that of the display or display layer 2. In particular, for the front display 1, the backplane can be oriented to face the viewer to reduce internal reflection. Thus, in one exemplary embodiment, the color filter layers of each display 1 and 2 (each of which can be composed of one or more layers) face each other, whichever from any of the displays It can be understood in FIG. 6 that no liquid crystal layer is also disposed between the color filter layers of the first and second displays. In an exemplary embodiment, an anti-reflection system as shown in FIG. 6 comprising a quarter-wave retarder and an anti-reflection polarizer is provided on the front surface to reduce external reflection of ambient light. The ambient light, which is normally reflected, is subject to a quarter-wave rotation in the first pass through the AR polarizer, is reflected by the backplane element, and is It will receive a second rotation through the retarder. By the time the light experiences this second rotation, the light will be substantially orthogonal to the transmission axis of the AR polarizer and thus substantially absorbed. In addition, a black mask (BM) or other non-reflective material may be added behind the conductive traces of the display to reduce reflections. Furthermore, in an exemplary embodiment of the invention, an antireflective (AR) coating may be applied to the inner surface. The AR coating can operate, for example, in the visible range, and can be, for example, moth-eye, single-layer interference, multilayer interference, etc.

[0040] 屈折ビームマッパー(RBM)に関して、そのようなビームマッピング素子は、複数のマイクロレンズから構成されるか又はそれらを含み、擬似ランダムマッピングを介してモアレ干渉を低減するための独立した素子として用いられることができる(例えば図4−6及び14−16を参照)。ある例示的な擬似ランダムマッピングの実施態様(例えば図4−5)において、RBMの屈折マイクロレンズの各々は、後方LCD2からの入射光線を、各光線が擬似ランダムマッピングに従って前面LCD1の異なるサブピクセルを通る規定された経路で観察者へ向かわせるように構成されることができる。例えば、図4は、背面ディスプレイ2の背面サブピクセル又はピクセルの、前面ディスプレイ1におけるサブピクセル又はピクセルへの擬似ランダムマッピングを示す(背面ディスプレイは図4における一番左のディスプレイである)。擬似ランダムマッピングは、余分なモアレ効果を招来しないようにするために用いられ、モアレ干渉を低減することができる。例示的な一実施態様において、これらの個々のビームの開度は、背面LCDの任意のピクセル又はサブピクセルからの光が前面ディスプレイ上の直線から1ピクセル又はサブピクセルの距離以上逸らされないように、制限される。オプションとして、RBMは上部LCD1に積層されることができ(図5、14、及び16を参照)、またオプションとして、2つのLCD間の媒体に非複屈折材料で光学的にマッチング又は実質上マッチングされることができる。しかしながら、他の実施態様では、屈折ビームマッパーはLCD積層体の中のどこにでも配置されることが可能である。例えば図5は、前面LCDと背面LCDの間に位置し前面ディスプレイの内側に積層されたビームマッピング素子(例えばマイクロレンズアレイを含んだRBM)を示す。   [0040] With respect to Refractive Beam Mapper (RBM), such a beam mapping element consists of or includes a plurality of microlenses and as an independent element for reducing Moire interference via pseudo-random mapping It can be used (see, eg, FIGS. 4-6 and 14-16). In one exemplary pseudo-random mapping implementation (e.g., Figure 4-5), each of the refractive microlenses of the RBM is configured to reflect incident light rays from the rear LCD 2 and different sub-pixels of the front LCD 1 in accordance with the pseudo random mapping. It can be configured to direct to the observer on a defined path through. For example, FIG. 4 shows a pseudo-random mapping of the back sub-pixels or pixels of the back display 2 to sub-pixels or pixels in the front display 1 (the back display is the leftmost display in FIG. 4). Pseudo-random mapping is used to avoid introducing extra moiré effects, which can reduce moiré interference. In one exemplary embodiment, the degree of opening of these individual beams is such that light from any pixel or sub-pixel of the back LCD is not deviated more than a pixel or sub-pixel distance from the straight line on the front display. Limited As an option, RBM can be laminated to the top LCD 1 (see FIGS. 5, 14 and 16) and optionally optically match or substantially match the non-birefringent material to the medium between the two LCDs It can be done. However, in other embodiments, the refractive beam mapper can be located anywhere in the LCD stack. For example, FIG. 5 shows a beam mapping element (e.g., an RBM including a microlens array) located between the front LCD and the back LCD and stacked inside the front display.

[0041] ある例示的な実施態様において、RBMのマイクロレンズは、マイクロレンズ型の任意表面構造を生み出すように、グレイスケールリソグラフィを用いて作製されることができる。各レンズ素子は、制御された方向に光を向かわせるように構成されることができ、図4−5に示されるように任意且つ非対称の拡散角を可能にする。マイクロレンズ機能の複製におけるような様々な大量生産のプロセス及び材料を用いて、RBMを複製するためのマスターを作ることが可能であり、傾斜角プロファイルは高さプロファイルよりも重要である。図4−5は、観察者の視点から見て、屈折ビームマッパーが後方LCD2からの光線をどのように前面LCD1上に重ね合わせるかを示す。ビームの経路は、余分なモアレなどの他の画像乱れを招来しないように擬似ランダム的にマッピングされる。下方にあるLCD構造2はランダム化され、したがって上部LCD1との顕著なモアレ干渉を生じさせることが不可能である。   [0041] In an exemplary embodiment, RFM microlenses can be fabricated using grayscale lithography to create microlens-shaped arbitrary surface structures. Each lens element can be configured to direct light in a controlled direction, allowing for arbitrary and asymmetric diffusion angles as shown in FIGS. 4-5. It is possible to make a master to replicate RBMs, using various mass production processes and materials as in the replication of microlens functions, the tilt angle profile is more important than the height profile. FIGS. 4-5 show how, from the point of view of the observer, the refractive beam mapper superimposes the rays from the rear LCD 2 on the front LCD 1. The beam path is pseudo-randomly mapped to avoid introducing other image artifacts such as extra moiré. The underlying LCD structure 2 is randomized and therefore can not produce noticeable Moire interference with the upper LCD 1.

[0042] あるいは、モアレ抑圧素子の構築のために拡散板が代わりに用いられてもよい。屈折ビームマッパーを作るためにプロセスが適応されることが可能であるものの、工業生産された拡散板もまた、モアレ低減のための最適な拡散板素子として用いられることが可能である。拡散板は、屈折ビーム素子ほど望ましくはない。   Alternatively, a diffusion plate may be used instead to construct the moiré suppression element. Although the process can be adapted to make a refracted beam mapper, industrially manufactured diffusers can also be used as optimal diffuser elements for moiré reduction. Diffusers are less desirable than refracted beam elements.

[0043] 屈折ビームマッパーは、様々な特徴を示すことができる。例えば、RBMはアクロマティック性能を示すことができる。加えて、RBMは任意/非対称の拡散角を示すことができる。更に、RBMは制御された強度分布パターン(例えば、円形状、正方形状、長方形状、楕円状、直線状、リング状等)を示すことができる。また、RBMは制御された強度プロファイル(例えば、フラットトップ、ガウシアン、コウモリ翼型、特別設計等)を示すことができる。RBMは高い光学的透過効率(例えば90パーセント)を示すこともできる。加えて、RBMは偏波の保存性を示すことができる。RBMは、射出成形ポリマー、熱エンボス加工ポリマー、ポリマーオンガラス部品等のような、様々な材料からなることができ、又は含むことができる。   [0043] The refracted beam mapper can exhibit various features. For example, RBM can exhibit achromatic performance. In addition, RBM can exhibit arbitrary / asymmetric diffusion angles. Further, RBM can exhibit a controlled intensity distribution pattern (eg, circular, square, rectangular, elliptical, linear, ring, etc.). Also, RBM can indicate a controlled intensity profile (eg, flat top, Gaussian, bat wing, special design, etc.). RBM can also exhibit high optical transmission efficiency (eg, 90 percent). In addition, RBM can exhibit polarization preservation. The RBM can be comprised of or comprised of various materials, such as injection molded polymers, heat embossed polymers, polymer on glass parts, and the like.

[0044] MLDにおけるモアレ干渉は、一般に、後方LCDのピクセル構造がぼやけるように後方LCDと観察者の間に(ビームマッピング素子とは対照的に)拡散板素子を追加することによって抑圧される。拡散板の広がりが大きいほどモアレは小さくなるが、それに対応して、後方LCDの観察される解像度は減じられる。これは最適化問題となり、0から4までの範囲をとることが可能な画像品質費用関数IQCとして記述されることが可能である。ここで、0は完全であり、4はモアレとぼやけの両方に対して最悪である。考慮すべき因子は以下を含む。コントラスト=(最大−最小)/(最大+最小)(1が最良であり、0が最悪である);クロストーク=1−交互の白黒線のコントラスト(範囲0:1);モアレ=両方のLCD上の白一色パターンに対するモアレのコントラスト(範囲0:1);IQC=モアレ_X+モアレ_Y+クロストーク_X+クロストーク_Y(即ち範囲は0:4である)、この値が低いほど、より良好である。通常、当該費用関数は、次の限界によって示されるようにおよそ2の現実的な最大値を有するであろう:拡散板なし:モアレ_X+モアレ_Y=2、クロストーク_X+クロストーク_Y=0;強力な拡散板:モアレ_X+モアレ_Y=0、クロストーク_X+クロストーク_Y=2。   [0044] Moire interference in MLD is generally suppressed by adding a diffuser element (as opposed to a beam mapping element) between the rear LCD and the viewer so that the pixel structure of the rear LCD is blurred. The larger the spread of the diffuser, the smaller the moiré, but correspondingly the observed resolution of the rear LCD is reduced. This is an optimization problem and can be described as an image quality cost function IQC that can range from 0 to 4. Here, 0 is perfect and 4 is the worst for both moire and blur. Factors to consider include: Contrast = (max-min) / (max + min) (1 is best, 0 is worst); Crosstalk = 1-alternating black and white line contrast (range 0: 1); Moire = both LCDs The moiré contrast for the above white single color pattern (range 0: 1); IQC = moiré_X + moire_Y + crosstalk_X + crosstalk_Y (ie the range is 0: 4), the lower the value, the better. Usually, the cost function will have a realistic maximum of approximately 2, as shown by the following limits: no diffuser: Moire_X + Moire_Y = 2, Crosstalk_X + Crosstalk_Y = 0; Diffuser: Moiré_X + Moiré_Y = 0, Crosstalk_X + Crosstalk_Y = 2.

[0045] 図7は、遠視野像ができるだけフラットトッププロファイルに近くなるような、フラットトッププロファイルに近い特別設計の屈折光学系を有するRBMの帯域幅制限された実装例を示す。この分布を構成するレンズのセットに対する処方(prescription)が定義され、これは拡散の要件に基づく特徴サイズ及び傾斜角を含む。これらのパラメータは、あるレンズが特定の処方を満たす(assume)可能性を指定する確率分布関数の観点から定義されることができる。表面構造を形作るマイクロレンズの空間分布は、望ましい分布関数に従う表面構造を形作るようにデザインされる。ある例示的な実施態様において、マイクロレンズの空間分布に内在する周期性が除去されることができる、ということが理解される。また、広い角度の拡散に通じ得るレンズの不整合も除去されることができる。これらの改善の両方が、利用可能な光の使用を最大化する。図8は、p=40の角度及びレンズ特徴サイズ≦160μmの全範囲にわたってより改善された超ローレンツ型の振る舞いを呈する強度プロファイルを示す。表面構造の入念な擬似ランダム化もまた、画像乱れ及び誘発されたモアレのない拡散分布を作り出す。規則的なパターンは追加のモアレ干渉を招来し得るので、このことは重要であろう。   [0045] FIG. 7 shows a bandwidth-limited implementation of RBM with specially designed refractive optics close to the flat top profile such that the far field image is as close as possible to the flat top profile. Prescriptions for the set of lenses that make up this distribution are defined, including feature sizes and tilt angles based on the diffusion requirements. These parameters can be defined in terms of a probability distribution function that specifies the likelihood that a lens will assume a particular prescription. The spatial distribution of the microlenses that shape the surface structure is designed to shape the surface structure according to the desired distribution function. It is understood that, in an exemplary embodiment, the periodicity inherent in the spatial distribution of microlenses can be eliminated. Also, lens misalignment that can lead to wide angle diffusion can be eliminated. Both of these improvements maximize the use of available light. FIG. 8 shows an intensity profile exhibiting an improved super Lorentzian behavior over an angle of p = 40 and a lens feature size ≦ 160 μm. Careful pseudorandomization of the surface structure also produces a diffuse distribution without image distortion and induced moiré. This may be important as regular patterns may introduce additional Moire interference.

[0046] 図9は、マイクロレンズのサイズと招来される画像乱れとの間にトレードオフがあることを示す。より大きなマイクロレンズは、典型的により良いモアレ防止拡散板のプロファイルを有するだろう。もしマイクロレンズが裸眼に視認可能なサイズになると、余分な画像乱れがはっきり見えるようになるだろう。これらは、輝点(sparkle)、ピクセルの移動(pixel walking)、及びパターンとLCDの一方又は両方との間のより多くの干渉を含む。図9は、様々な直径の値(um)の単一マイクロレンズに対するPSFを示す。特徴サイズを最小化することもまた、LCDモアレ低減素子のデザインにおいて利用されることができる。特徴サイズは、理想的には、図4に示されるように実質的に裸眼には視認できないままであるためにサブピクセルよりも小さくあるべきである。拡散中心がマイクロレンズの形態をとる場合において、特徴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、小型の屈折素子が望まれる。もしマイクロレンズが裸眼に視認可能なサイズになると、余分な画像乱れがはっきり見えるようになるだろう。これらは、輝点、ピクセルの移動、及びパターンとLCDの一方又は両方との間のモアレ干渉を含む。輝点は、ディスプレイの表面が艶消しテクスチャー表面を生じるように処理されているアンチグレアディスプレイにおいてもっともよく見られる。これらの表面特徴は、屈折又は回折素子として働き、観察者の位置に応じて個々のピクセル要素をフォーカス又はデフォーカスして強度の変動即ち輝点をもたらし得る。ピクセルの移動は、個々のピクセルを移動させ変形させるように現れる屈折の歪みと観察者が位置を移動することの結果である。マイクロレンズのアレイにおける規則的な特徴がLCDの一方又は両方と「ビート」する時、余分なモアレ干渉が招来される。RBMにおけるレンズのサイズのランダム化及び縮小又は拡散板及び配置は、これらの余分なモアレ画像乱れを低減する。これに関して考慮すべき2つの因子がある。サグ(sag)と平均化である。最良の均一性と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のエリア内において多数の拡散中心が照明されるべきである。同時に、あるパラメータのセット(例えば、拡がり角、屈折率、及び円錐定数)に対しては、マイクロレンズの直径が小さくなるにつれてレンズ深度は小さくなる。もしプロセスが続くなら、レンズ深度が2πのごく一部の位相遅延のみを与える回折領域が、最終的に達成される。これに関し、次式の位相数を定義するのが有用である。   [0046] FIG. 9 shows that there is a trade-off between the size of the microlens and the induced image distortion. Larger microlenses will typically have better anti-Moire diffuser profile. If the microlens is of a size that is visible to the naked eye, extra image artifacts will be clearly visible. These include sparkles, pixel walking, and more interference between the pattern and one or both of the LCD. FIG. 9 shows PSFs for single microlenses of different diameter values (um). Minimizing feature size can also be utilized in the design of LCD moiré reduction elements. The feature size should ideally be smaller than the sub-pixel in order to remain substantially invisible to the naked eye as shown in FIG. In the case where the diffusion center is in the form of a micro lens, the feature size is given by the diameter of the micro lens. In particular, a compact refractive element is desired. If the microlens is of a size that is visible to the naked eye, extra image artifacts will be clearly visible. These include bright spots, pixel movement, and Moire interference between the pattern and one or both of the LCD. Bright spots are most often seen in anti-glare displays where the surface of the display is treated to produce a matte textured surface. These surface features may act as refractive or diffractive elements and focus or defocus individual pixel elements depending on the position of the viewer, resulting in intensity variations or bright spots. The movement of pixels is the result of the distortion of refraction that appears to move and deform the individual pixels and the movement of the viewer by the position. When the regular features in the array of microlenses "beat" with one or both of the LCDs, extra Moire interference is introduced. Randomizing and shrinking the lens size or diffuser and placement in the RBM reduces these extra moiré image distortions. There are two factors to consider in this regard. It is averaging with sag (sag). In order to ensure the best uniformity and moiré reduction, multiple diffuse centers should be illuminated within the area of each pixel as shown in FIG. At the same time, for a set of parameters (eg, divergence angle, refractive index, and conic constant), the lens depth decreases as the diameter of the microlens decreases. If the process continues, a diffractive area that only gives a small phase delay of 2π lens depth is finally achieved. In this regard, it is useful to define the number of phases in the following equation:

[0047] 上式において、ymaxはレンズの全サグを表し、λは考慮中の波長であり、Δnは空気中の要素に対する波長λにおける屈折率をnとしてn(λ)1に等しい。位相数は基本的に位相サイクルの言葉で全サグを表し、マイクロレンズが動作する回折又は屈折領域を規定する:M=1は正確に2πの位相シフトを有した回折素子を意味する。一実施態様において、高い目標効率を持つアクロマティック部品にとって望ましいような、屈折領域で動作するマイクロレンズの場合には、位相数Mはできるだけ大きい方がよい。   In the above equation, y max represents the total sag of the lens, λ is the wavelength under consideration, and Δ n is equal to n (λ) 1 where n is the index of refraction at the wavelength λ for elements in air. The phase number basically represents the total sag in terms of phase cycles and defines the diffractive or refractive region in which the microlens operates: M = 1 means a diffractive element with a phase shift of exactly 2π. In one embodiment, in the case of microlenses operating in the refractive area, as is desirable for achromatic parts with high target efficiency, the phase number M should be as large as possible.

[0048] コリメートされたビームを40°の拡がりで拡散するマイクロレンズのケースを再び考慮されたい。直径が小さくなるにつれて、遠視野拡散はより粗い振動とより傾斜した減退(falloff)を示し、より低い目標効率に変化する。利用する最小の特徴サイズ即ちレンズ直径を決定するのに役立つ単純な経験則は、次式によって与えられる。   [0048] Consider again the case of a microlens that diffuses the collimated beam with a 40 ° spread. As the diameter decreases, far-field diffusion exhibits coarser oscillations and more inclined falloff, changing to lower target efficiencies. A simple rule of thumb that helps to determine the minimum feature size or lens diameter to use is given by:

[0049] 上式において、θは(空気中における)度で表したビーム拡散角の半値幅である。屈折領域内において良好であるためには、Mは8程度又はそれ以上であるべきである。θ=2°、λ=0.633μm、及びM=8を仮定すると、D≧582μmとの結果が得られるが、これは200umのピクセルと比べて大きすぎ、まさに目で見ることができ、画像を劣化させるだろう。拡散を20度に増加させると、10から58μmだけDが減少するだろう。上式において、拡散板がバックパネルに近くなるほど、FWHM角θは大きくなる。この式はまた、θに対するマイクロレンズ直径の経験則を与える。 In the above equation, θ 0 is the half width of the beam diffusion angle expressed in degrees (in air). To be good in the refractive region, M should be on the order of 8 or more. Assuming θ = 2 °, λ = 0.633 μm, and M = 8, the result D 582 582 μm is obtained, which is too large compared to a 200 um pixel and can be viewed just like the image Will degrade. Increasing diffusion to 20 degrees will reduce D by 10 to 58 μm. In the above equation, the closer the diffuser is to the back panel, the larger the FWHM angle θ 0 . This equation also gives the rule of thumb of the microlens diameter for θ 0 .

[0050] 屈折器を空気ではなくシリコンOCAのようなより高い屈折率(RI)の媒体に埋め込むことで、より広角の屈折器の効果的な使用が可能になる。より高いRIは各マイクロレンズの屈折力を低下させるからである。RI=1.42とすると、θは角度θ=〜11°に等しくなり、あるいは上述の式によって、より受け入れやすいD≧105μmとなる。一実施態様において、高RI材料への埋め込みはマイクロレンズの直径を効果的に小さくし、結果としてより少ない画像乱れをもたらす。特に、2つのパネルの間の空気を屈折率整合媒体で置き換えることで、空気中で測定されるよりも小さな発散角、したがってより小さなマイクロレンズの直径を可能にもするだろう。 [0050] Embedding the refractor in a higher refractive index (RI) medium such as silicon OCA rather than air allows effective use of wider angle refractor. This is because higher RI reduces the refractive power of each microlens. If RI = 1.42, then θ 0 equals the angle θ = ̃11 °, or according to the above equation, more acceptable D ≧ 105 μm. In one embodiment, embedding in high RI materials effectively reduces the diameter of the microlenses, resulting in less image distortion. In particular, replacing the air between the two panels with an index matching medium will also allow for a smaller divergence angle and thus smaller micro lens diameter than measured in air.

[0051] 図10は、上記の点における本開示の一実施態様による、ウェハ支持体上でのマイクロレンズの形成を含むRBMの製造プロセスを示す。MLDの画像コントラストを改善するために、RBMはフレネル偏光解消を低減する高RI材料に埋め込まれることができる。   [0051] FIG. 10 illustrates a process of manufacturing an RBM that includes the formation of microlenses on a wafer support, according to an embodiment of the present disclosure in the above regard. In order to improve the image contrast of MLD, RBM can be embedded in high RI materials to reduce Fresnel depolarization.

[0052] 図11は、典型的に0度とおよそ20度の間の表面法線の分布を有するマイクロレンズ表面を示す。S及びP偏波は異なる減衰で透過するので、表面法線の分布はコントラストの低減に繋がる。図12は、入射角に対するS及びP波の透過係数を描いた曲線を示し、図13は、システムのコントラストであるコントラスト(θi,n1,n2,N)を示す。ここで、θiは入射角であり、n1はLCDの間の材料の屈折率であり、n2はガラスの屈折率であり、Nは境界の数である。図示されるように、1.4と1.5にRIを有する右端の線は、フレネル偏光解消が最小であるので最良のコントラストを示す。   [0052] FIG. 11 shows a microlens surface having a distribution of surface normals, typically between 0 degrees and approximately 20 degrees. Since the S and P polarizations are transmitted with different attenuations, the distribution of surface normals leads to a reduction in contrast. FIG. 12 shows a curve depicting transmission coefficients of S and P waves with respect to the incident angle, and FIG. 13 shows the contrast (θi, n1, n2, N) which is the contrast of the system. Where θ i is the angle of incidence, n 1 is the refractive index of the material between the LCDs, n 2 is the refractive index of the glass, and N is the number of boundaries. As shown, the rightmost lines with RI at 1.4 and 1.5 show the best contrast since Fresnel depolarization is minimal.

[0053] 図14−16は、モアレ低減素子(例えばRBMのような屈折素子)の様々な配置を示す。例えば図14及び16において、モアレ低減素子は、先に説明されたように、特徴サイズを小さくするためにパターン付き表面を下に向けた積層可能フィルムとして前面ディスプレイ1の最上面に配置されることが可能であろう。これらの実施態様は、サブピクセル圧縮手法と組み合わせて用いられてもよいし、用いられなくてもよい。一実施態様において、パターン付き表面を上に向けさせることは、アンチグレア機構としても働くであろう。しかし、70μmよりも小さい特徴サイズを達成するには、およそ1.5の屈折率を有する光結合接着剤(optical coupling adhesive;OCA)に埋め込むことが必要であるだろう。あるいはまた、図15に示されるように、2つのLCDの間にモアレ低減素子を配置する(例えば背面ディスプレイに積層される)ことも可能であり、発散はより大きくなり、したがって特徴サイズはより小さくなるだろう。内部の隙間を1.4よりも大きいRIの材料で屈折率整合する(OCAを参照)ことで、フレネル偏光解消が大きく低減し、それによりコントラストが改善し反射が低減するだろう。フレネル偏光を低減するようにガラス及びOCAと屈折率整合された内部の隙間も、コントラストを改善し反射を低減する。一実施態様において、この実装例のFWHM幅は、矩形プロファイルを有し、約1.8度であり得る。   [0053] Figures 14-16 illustrate various arrangements of moiré reduction elements (eg refractive elements such as RBM). For example, in FIGS. 14 and 16, the moiré reduction element is placed on the top surface of the front display 1 as a stackable film with the patterned surface down to reduce feature size as described above. Would be possible. These implementations may or may not be used in combination with sub-pixel compression techniques. In one embodiment, pointing the patterned surface upwards will also serve as an anti-glare mechanism. However, to achieve feature sizes smaller than 70 μm, it may be necessary to embed in an optical coupling adhesive (OCA) having a refractive index of approximately 1.5. Alternatively, as shown in FIG. 15, it is also possible to place a moiré reduction element between the two LCDs (eg laminated to the back display), the divergence is larger and therefore the feature size is smaller It will be. By index matching the internal gap with a material of RI greater than 1.4 (see OCA), Fresnel depolarization will be greatly reduced, thereby improving contrast and reducing reflection. Internal gaps, index matched with glass and OCA to reduce Fresnel polarization, also improve contrast and reduce reflection. In one embodiment, the FWHM width of this implementation has a rectangular profile and may be approximately 1.8 degrees.

[0054] 本開示の実施態様によれば、図17に示されるような(例えば上から見た時に)矩形の拡散板のプロファイルの使用は、本明細書において説明される屈折ビームマッパーとの関係において有利な技術的品質を有している、ということが驚くべきことに見出された。換言すると、この発明のある例示的な実施態様において、図17に示されるような矩形プロファイルの拡散板は、この開示における屈折ビームマッパーのいずれのためにも用いられることができる。図17に示されるものなどの矩形のマイクロレンズのアレイを含むビームマッピング素子は、例えば、整形されたレーザビームをフォトレジストに投射することによって作られることができ、その結果、ある例示的な実例において、各マイクロレンズは前者の複製となる。図17のビームマッピング素子は、例えば図4−7、14−16のいずれかにおける屈折ビームマッパーのために、本明細書のいずれかの実施態様において用いられることができる。   [0054] According to an embodiment of the present disclosure, the use of a rectangular diffuser profile (as viewed from above, for example) as shown in FIG. 17 is in relation to the refractive beam mapper described herein. It has surprisingly been found that they have an advantageous technical quality. In other words, in one exemplary embodiment of the present invention, a rectangular-profiled diffuser plate as shown in FIG. 17 can be used for any of the refractive beam mappers in this disclosure. A beam mapping element comprising an array of rectangular microlenses such as that shown in FIG. 17 can be made, for example, by projecting a shaped laser beam onto a photoresist, such that certain illustrative examples , Each micro lens is a duplicate of the former. The beam mapping element of FIG. 17 can be used in any of the embodiments herein, for example for the refracted beam mapper in any of FIGS. 4-7, 14-16.

[0055] 図18は、比較の目的のために、完全な円形フィルタカーネル――即ち円の境界の外側にはエネルギーが存在しない――を表している。このカーネルは、システムのインパルス応答の点拡がりを決定するためのピクセル――単一の黒いピクセル――の画像と畳み込まれる。図19において、円の半径が変化させられ、最適条件を決定するために画像に適用される。下の青い線は、全体の画像品質を表し、ぼやけ及び残余のピクセルモアレを含んでいる。この関数の最小が最適条件であることに留意されたい。図19の右上のピクセル画像において見ることができるように、円形カーネルは決して完全にはサブピクセル構造を抑圧しない。これは次に、MLDシステムにおいていくらかの残余のモアレを生じさせるであろう。   [0055] FIG. 18 represents, for the purpose of comparison, a perfect circular filter kernel, ie no energy outside the boundaries of a circle. This kernel is convoluted with an image of pixels-a single black pixel-to determine the point spread of the system's impulse response. In FIG. 19, the radius of the circle is varied and applied to the image to determine the optimum. The lower blue line represents the overall image quality, including blur and residual pixel moiré. Note that the minimum of this function is the optimal condition. As can be seen in the upper right pixel image of FIG. 19, the circular kernel never completely suppresses the sub-pixel structure. This will in turn cause some residual moiré in the MLD system.

[0056] 対照的に、矩形又は実質的に矩形の形状(例えば図17を参照)は、MLDシステムにおけるどんな残余のモアレも完全に又は実質的に除去するだろう。図20は、矩形平均フィルタ(例えば右上がりの線)と丸ディスクフィルタとの比較を示す。モデルのピクセルは150ミクロンの高さ/幅であり、そのため最適な矩形フィルタカーネルは、上から見た時のピクセルと同じサイズ及び幅を有することに留意されたい。矩形形状の拡散板のプロファイルは、円形形状と比較して改善された画像品質費用関数を有するということが、図20において見てとることができる。拡散板の遠視野プロファイルは、費用関数に影響を与える。矩形の工業生産された拡散板は、丸い拡散板のほぼ2倍良好である。図20において、150μmの直径(長さ及び幅)のピクセルを用いた丸及び矩形のプロファイルに対するIQCが示されている。費用は、矩形のケースについては全ピクセルが覆われた(即ち、矩形の半径=75μm又は幅=150μm)場合に最小化される。   [0056] In contrast, the rectangular or substantially rectangular shape (see, eg, FIG. 17) will completely or substantially eliminate any residual moiré in the MLD system. FIG. 20 shows a comparison of a rectangular mean filter (eg, a line rising to the right) with a round disk filter. It should be noted that the pixels of the model are 150 microns high / low, so the optimal rectangular filter kernel has the same size and width as the pixels when viewed from above. It can be seen in FIG. 20 that the profile of the rectangular shaped diffuser has an improved image quality cost function compared to the circular shape. The far-field profile of the diffuser affects the cost function. A rectangular industrially produced diffuser is almost twice as good as a round diffuser. In FIG. 20, IQCs for round and rectangular profiles using pixels of 150 μm diameter (length and width) are shown. The cost is minimized if all pixels are covered (i.e., the radius of the rectangle = 75 [mu] m or the width = 150 [mu] m) for the rectangular case.

[0057] 矩形レンズプロファイルの実施態様において、マイクロレンズは8以上の、より好ましくは16以上の位相数Mによって特徴付けられ、これが画像品質を改善することが見出された。   [0057] In the embodiment of the rectangular lens profile, the microlenses are characterized by a phase number M of 8 or more, more preferably 16 or more, which has been found to improve the image quality.

[0058] 上記の開示は特定のブロック図、フローチャート、及び例を用いて様々な実施態様を記載しているが、本明細書において説明及び/又は例示される各ブロック図要素、フローチャートのステップ、動作、及び/又は要素は、広範なハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェア(若しくはそれらの任意の組み合わせ)構成を用いて、個別的に及び/又は集合的に実装されることができる。加えて、同一の機能を達成するために他の多くの設計が実装されることが可能であるので、他の構成要素の中に含まれている構成要素のいかなる開示も例とみなされるべきである。   Although the above disclosure describes various implementations using specific block diagrams, flowcharts, and examples, each block diagram element described and / or illustrated herein, steps of the flowcharts, The operations and / or elements may be implemented individually and / or collectively using a wide range of hardware, software, or firmware (or any combination thereof) configurations. In addition, as many other designs can be implemented to achieve the same functionality, any disclosure of the components contained within the other components should be considered as an example. is there.

[0059] 本明細書において説明及び/又は例示される処理のパラメータ及びステップの順番は、例としてのみ与えられており、望まれるように変更されることが可能である。例えば、本明細書において例示及び/又は説明されるステップは特定の順序で示され又は論じられるかもしれないが、これらのステップは、必ずしも例示され又は論じられた順序で実施される必要はない。本明細書において説明及び/又は例示される様々な例示的な方法は、本明細書において説明若しくは例示されたステップのうちの1又は複数を省略し、又は開示されたものに加えて付加的なステップを含むこともできる。   [0059] The order of the processing parameters and steps described and / or illustrated herein is given by way of example only and can be varied as desired. For example, although the steps illustrated and / or described herein may be shown or discussed in a particular order, these steps need not necessarily be performed in the order illustrated or discussed. The various exemplary methods described and / or illustrated herein may omit one or more of the steps described or illustrated herein, or be additional to those disclosed. It can also include steps.

[0060] 様々な実施態様が完全に機能的なコンピューティングシステムの文脈で本明細書において説明及び/又は例示されているが、これらの例示的な実施態様のうちの1又は複数は、配布を実際に実行するのに用いられるコンピュータ可読媒体の特定の種類にかかわらず、様々な形式のプログラム製品として配布されることができる。本明細書において開示される実施態様はまた、あるタスクを実施するソフトウェアモジュールを用いて実装されることもできる。これらのソフトウェアモジュールは、スクリプト、バッチ、又はコンピュータ可読記憶媒体上に若しくはコンピューティングシステム内に格納されることができる他の実行可能ファイルを含むことができる。これらのソフトウェアモジュールは、本明細書において開示される例示的な実施態様のうちの1又は複数を実施するようにコンピューティングシステムを構成することができる。本明細書において開示される様々な機能は、リモートデスクトップ環境又は任意の他のクラウド型コンピューティング環境を通じて提供されることができる。   [0060] While various embodiments are described and / or illustrated herein in the context of a fully functional computing system, one or more of these exemplary embodiments include a distribution. Regardless of the particular type of computer readable media that may be actually employed, it may be distributed as various types of program products. The embodiments disclosed herein can also be implemented using software modules that perform certain tasks. These software modules may include scripts, batches, or other executable files that may be stored on a computer readable storage medium or within a computing system. These software modules may configure the computing system to implement one or more of the exemplary embodiments disclosed herein. The various features disclosed herein may be provided through a remote desktop environment or any other cloud computing environment.

[0061] 上記の記載は、説明の目的のために、特定の実施態様を参照して記載されている。しかしながら、上記の説明的な議論は、網羅的であるようにも、開示された正確な形に発明を限定するようにも意図されていない。上記の教示に鑑み、多くの改変及び変形が可能である。実施態様は、本発明の原理及びその実用的な応用を最も良く説明し、それによって当業者が、本発明、及び予期される特定の使用に適しているであろう様々な改変を有する様々な実施態様を最も良く活用することを可能とするために、選択並びに説明されたのである。   [0061] The above description has been described with reference to specific embodiments for the purpose of illustration. However, the illustrative discussions above are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Many modifications and variations are possible in view of the above teachings. The embodiments best explain the principles of the present invention and its practical applications, whereby various modifications will occur to those skilled in the art having various modifications that would be suitable for the present invention and the particular use envisaged. It has been chosen and described in order to be able to make best use of the embodiments.

[0062] そのうえ、本出願の範囲は、明細書において説明される処理、機械、製造品、組成物、手段、方法、及びステップの特定の実施態様に限定されるようには意図されていない。当業者は本発明の開示から容易に理解するだろうから、本明細書において説明される対応する実施態様と実質的に同じ機能を実施し又は実質的に同じ結果を達成する、現在存在し若しくは後で開発される処理、機械、製造品、組成物、手段、方法、又はステップが、本発明にしたがって利用されることができる。したがって、添付されたクレームは、その範囲の中に、そのような処理、機械、製造品、組成物、手段、方法、又はステップを含むように意図される。   [0062] Moreover, the scope of the present application is not intended to be limited to the particular embodiments of the process, machine, manufacture, composition of matter, means, methods and steps described in the specification. Those skilled in the art will readily understand from the disclosure of the present invention that they perform substantially the same function as, or achieve substantially the same result as, the corresponding embodiments described herein. Processes, machines, articles of manufacture, compositions, means, methods or steps developed later may be utilized in accordance with the present invention. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope such processes, machines, manufacture, compositions of matter, means, methods, or steps.

[0063] この発明の例示的な実施態様において、第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成された複数のマイクロレンズを備えるビームマッピング素子であって、前記マイクロレンズの各々は、画像品質を改善するために、上から見た時に実質的に矩形のプロファイルを有する、ビームマッピング素子と、を備えるディスプレイ装置が提供される。   In an exemplary embodiment of the present invention, a first display in a first plane for displaying a first image and a second display in a second plane for displaying a second image. A display, wherein the first and second planes are disposed substantially parallel to each other, and disposed between the second display and the first and second displays, the light beam output from the second display being the first A beam mapping element comprising a plurality of microlenses configured to be directed towards a viewer through sub-pixels of a display, each of said microlenses being viewed from above to improve image quality And a beam mapping element having a substantially rectangular profile.

[0064] 直前に先行する段落のディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、屈折ビームマッパーを備えるのであってよい。   [0064] In the display device of the immediately preceding paragraph, the beam mapping element may comprise a refracted beam mapper.

[0065] 先行する2つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイから出力された光線を擬似ランダム的に前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成されるのであってよい。   [0065] In the display device according to any of the preceding two paragraphs, the beam mapping element pseudo-randomly transmits the light beam output from the second display to the viewer through the sub-pixels of the first display. It may be configured to be headed.

[0066] 先行する3つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、非対称な拡散角を有するのであってよい。   [0066] In the display device of any of the preceding three paragraphs, the beam mapping element may have an asymmetric diffusion angle.

[0067] 先行する4つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、実質的に偏波を保存するのであってよい。   [0067] In the display apparatus of any of the preceding four paragraphs, the beam mapping element may substantially preserve polarization.

[0068] 先行する5つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、出力の遠視野像がフラットトッププロファイルに近くなるように、実質的にフラットトッププロファイルを実現するための屈折光学系を有するのであってよい。   [0068] In the display apparatus of any of the preceding five paragraphs, the beam mapping element is a refractive optics for realizing a substantially flat top profile so that a far-field image of the output approaches a flat top profile. It may have a system.

[0069] 先行する6つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイ上の任意の点からの拡散を、前記光線が前記第1ディスプレイを通って進む際に1ピクセルのオフセットの距離よりも小さく制限するのであってよい。   [0069] In the display device according to any of the preceding six paragraphs, the beam mapping element is configured to transmit light from any point on the second display as the light beam travels through the first display. It may be limited to less than the distance of the pixel offset.

[0070] 先行する7つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記マイクロレンズの各々は、前記第2ディスプレイにおけるサブピクセルの長さ及び/又は幅よりも大きくない直径を有するのであってよい。   [0070] In the display device of any of the preceding seven paragraphs, each of the microlenses may have a diameter not greater than the length and / or width of a sub-pixel in the second display.

[0071] 先行する8つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、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のであってよい。   [0071] In the display device of any of the preceding eight paragraphs, the microlens may be characterized by a phase number M of 8 or more.

[0072] 先行する9つの段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記マイクロレンズは、0度とおよそ20度の間の表面法線の分布を有するのであってよい。   [0072] In the display device of any of the preceding nine paragraphs, the microlens may have a distribution of surface normals between 0 degrees and approximately 20 degrees.

[0073] 先行する10の段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイに積層されるのであってよい。   [0073] In the display apparatus of any of the preceding ten paragraphs, the beam mapping element may be laminated to the second display.

[0074] 先行する11の段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記マイクロレンズの湾曲した表面が、観察者に面する及び/又は少なくとも1.4の屈折率を有する屈折率材料に接触する。   [0074] In the display apparatus of any of the preceding 11 paragraphs, the curved surface of the micro-lens contacts a refractive index material facing the viewer and / or having a refractive index of at least 1.4.

[0075] 先行する12の段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記第2ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の背面ディスプレイであってよく、前記第1ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の前面ディスプレイであってよい。   [0075] In the display device according to any of the preceding 12 paragraphs, the second display may be a back display of the display device, and the first display may be a front display of the display device.

[0076] 先行する13の段落のいずれかのディスプレイ装置において、前記第2ディスプレイにおける所与のサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの複数の異なるサブピクセルの方へ向けられるのであってよく、前記第2ディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの所与のサブピクセルを通って進むのであってよい。   [0076] In the display apparatus of any of the preceding 13 paragraphs, light from a given sub-pixel in the second display may be directed towards a plurality of different sub-pixels of the first display Light from multiple different sub-pixels of the second display may travel through a given sub-pixel of the first display.

[0077] 本開示による実施態様がこうして説明された。本開示は特定の実施態様において説明されたが、本開示はそのような実施態様によって限定されるものと解されるべきではない、ということが理解されるべきである。
[0077] The embodiments according to the present disclosure have thus been described. Although the present disclosure has been described in certain embodiments, it should be understood that the present disclosure should not be construed as limited by such embodiments.

Claims (19)

第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、
第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、
前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成された複数のマイクロレンズを備えるビームマッピング素子であって、前記マイクロレンズの各々は、画像品質を改善するために、上から見た時に実質的に矩形のプロファイルを有する、ビームマッピング素子と、
を備えるディスプレイ装置。
A first display in a first plane for displaying a first image;
A second display in a second plane for displaying a second image, wherein the first and second planes are substantially parallel to one another;
A plurality of microlenses disposed between the first and second displays and configured to direct the light beam output from the second display through the sub-pixels of the first display towards the viewer A beam mapping element, each of the microlenses having a substantially rectangular profile when viewed from above to improve image quality;
A display device comprising:
前記ビームマッピング素子は、屈折ビームマッパーを備える、請求項1に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 1, wherein the beam mapping element comprises a refractive beam mapper. 前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイから出力された光線を擬似ランダム的に前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成される、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   Any preceding claim, wherein the beam mapping element is configured to direct the light beam output from the second display pseudo-randomly towards the viewer through the sub-pixels of the first display. The display apparatus as described in. 前記ビームマッピング素子は、非対称な拡散角を有する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display device according to any preceding claim, wherein the beam mapping element has an asymmetrical diffusion angle. 前記ビームマッピング素子は、実質的に偏波を保存する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display apparatus according to any preceding claim, wherein the beam mapping element substantially preserves polarization. 前記ビームマッピング素子は、出力の遠視野像がフラットトッププロファイルに近くなるように、実質的にフラットトッププロファイルを実現するための屈折光学系を有する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   Display apparatus according to any of the preceding claims, wherein the beam mapping element comprises refractive optics for realizing a substantially flat top profile, such that the far field image of the output is close to the flat top profile. . 前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイ上の任意の点からの拡散を、前記光線が前記第1ディスプレイを通って進む際に1ピクセルのオフセットの距離よりも小さく制限する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   The beam mapping element is any preceding which limits diffusion from any point on the second display to less than an offset distance of one pixel as the light beam travels through the first display. A display device as claimed in claim. 前記マイクロレンズの各々は、前記第2ディスプレイにおけるサブピクセルの長さ及び/又は幅よりも大きくない直径を有する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display device according to any preceding claim, wherein each of the microlenses has a diameter not greater than the length and / or width of a sub-pixel in the second display. 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、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display device according to any preceding claim, wherein the microlenses are characterized by a phase number M of 8 or more. 前記マイクロレンズは、0度とおよそ20度の間の表面法線の分布を有する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display apparatus according to any preceding claim, wherein the microlenses have a distribution of surface normals between 0 degrees and approximately 20 degrees. 前記ビームマッピング素子は、前記第2ディスプレイに積層される、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display apparatus according to any preceding claim, wherein the beam mapping element is stacked on the second display. 前記マイクロレンズの湾曲した表面が、少なくとも1.4の屈折率を有する屈折率材料に接触する、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display device according to any preceding claim, wherein the curved surface of the microlens contacts a refractive index material having a refractive index of at least 1.4. 前記第2ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の背面ディスプレイであり、前記第1ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の前面ディスプレイである、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   A display device according to any preceding claim, wherein the second display is a back display of the display device and the first display is a front display of the display device. 前記第2ディスプレイにおける所与のサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの複数の異なるサブピクセルの方へ向けられ、前記第2ディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの所与のサブピクセルを通って進む、いずれかの先行する請求項に記載のディスプレイ装置。   Rays from a given sub-pixel in the second display are directed towards a plurality of different sub-pixels of the first display, and light rays from a plurality of different sub-pixels of the second display are in the first display A display apparatus according to any preceding claim, traveling through a given sub-pixel of. ディスプレイ装置を介して画像を表示するための方法であって、前記ディスプレイ装置は、第1画像を表示するための、第1平面内にある第1表示パネルと、第2画像を表示するための、第2平面内にある第2表示パネルと、を含み、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行であり、前記方法は、
観察者の視点から見た時に実質的に矩形のプロファイルを有する複数のマイクロレンズによって、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるステップであって、前記マイクロレンズは、前記第1及び第2ディスプレイの間に配置されている、ステップを含む、
方法。
A method for displaying an image via a display device, the display device comprising: a first display panel in a first plane for displaying a first image; and a display device for displaying a second image. , And a second display panel in a second plane, wherein the first and second planes are substantially parallel to one another, and the method further comprises
Directing the light beam output from the second display towards the viewer through the sub-pixels of the first display by a plurality of microlenses having a substantially rectangular profile when viewed from the viewer's point of view The micro-lens is disposed between the first and second displays, comprising the steps of
Method.
前記マイクロレンズは、前記第2ディスプレイに積層される、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the microlenses are stacked on the second display. 前記第2ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の背面ディスプレイであり、前記第1ディスプレイは、前記ディスプレイ装置の前面ディスプレイである、請求項15−16のいずれかに記載の方法。   The method according to any of claims 15-16, wherein the second display is a back display of the display device and the first display is a front display of the display device. 前記第2ディスプレイにおける所与のサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの複数の異なるサブピクセルの方へ向けられ、前記第2ディスプレイの複数の異なるサブピクセルからの光線が、前記第1ディスプレイの所与のサブピクセルを通って進む、請求項15−17のいずれかに記載の方法。   Rays from a given sub-pixel in the second display are directed towards a plurality of different sub-pixels of the first display, and light rays from a plurality of different sub-pixels of the second display are in the first display A method according to any of claims 15-17, proceeding through a given sub-pixel of. 第1画像を表示するための、第1平面内にある第1ディスプレイと、
第2画像を表示するための、第2平面内にある第2ディスプレイであって、前記第1及び第2平面は互いにほぼ平行である、第2ディスプレイと、
前記第1及び第2ディスプレイの間に配置され、前記第2ディスプレイから出力された光線を前記第1ディスプレイのサブピクセルを通って観察者の方へ向かわせるように構成されたビームマッピング素子のアレイを備える屈折ビームマッパーであって、前記ビームマッピング素子の各々は、実質的に矩形のプロファイルを有する、屈折ビームマッパーと、
を備えるディスプレイ装置。
A first display in a first plane for displaying a first image;
A second display in a second plane for displaying a second image, wherein the first and second planes are substantially parallel to one another;
An array of beam mapping elements disposed between the first and second displays and configured to direct the light beam output from the second display towards the viewer through the sub-pixels of the first display A refracted beam mapper, each of the beam mapping elements having a substantially rectangular profile;
A display device comprising:
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