JP4145794B2 - ２ｄ／３ｄ表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画素を有する、画像を表示するための表示デバイスを備えると共に、上記画素から生じる異なるタイプの画像間で切り替えを行う切り替え手段を更に備える表示装置に関する。

切り替えが行われるような異なるタイプの画像は、通常、二次元画像及び三次元画像である。こうした表示装置は、その場合、 例えば、一方で（動画）ステレオ画像を表示し、他方でグラフィックテキストを表示するための複数の用途に適している。

画像を生成するための表示デバイスは、液晶表示デバイスであってもよいが、別の適切な表示デバイス、例えば、切替可能ミラー又はエレクトロルミネセンスに基づくデバイスであってもよい。

このタイプの表示デバイスは、米国特許第６，０６９，６５０号公報に示されている。この特許公報では、フラット基板と、この場合（レンチキュラシートと称される）レンズ形状の素子である、レンズ作用を有する素子を備える基板との間に存在すると共に、２つの状態の間で切り替えられる液晶材料が説明されている。ある状態では、液晶材料が、レンチキュラシートの物質の屈折率とほぼ等しい屈折率を有し、両目に対する情報は同じである（二次元画像）。他の状態では、液晶材料が、レンチキュラシートの物質の屈折率とは異なる屈折率を有する。更に、画素の適切な駆動によって、情報は、この場合、両目に対して異なる（三次元画像）。

適切な液晶材料（小さい温度依存性を有する）を用いると、２つの状態の間の屈折率の違いは、この場合、レンズ形状である素子が、大きい曲率を必要とするようなもの（０．２のオーダー）であり、それゆえ、液晶材料の層は、厚さの違いを示し、結果的に、不均一なスイッチングの振る舞いを示す。

更に、液晶材料は異方性である。このことは、液体を通される光について、常屈折率と異常屈折率との間の屈折率の違いが、全方向において同じでないことを意味する。したがって、ある視野角について最適化される場合、表示デバイスの振る舞いは、他の視野角については不十分であろう（角度依存性）。

本発明の目的は、とりわけ、可能な限り上記の欠点を除去することにある。

本発明の第１の実施形態によれば、異なるタイプの画像間で切り替えを行う切り替え手段は、それゆえ、少なくとも１つのリザーバを有し、前記リザーバが、該リザーバの壁の領域にレンズ作用をもつ素子を備えると共に、前記レンズ作用をもつ前記素子の前記領域において、前記レンズ作用をもつ前記素子を備える壁と、対向する透明な壁との間において前記リザーバを、前記レンズ作用をもつ前記素子の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ流体で充填する手段を更に備える。

この事例では、フラット基板とレンズ作用をもつ素子を備える基板との間において、流体が存在する場合と、存在しない場合との双方において、等方性の媒体が存在するので、上述の角度依存性は、この場合、無視できるほど僅かである。更に、適切な流体と空気との間の屈折率の違いは、通常、上記の０．２より大きく（典型的な実施例では約０．４８であり）、そのために、より薄い厚さのレンチキュラシートで十分である。

光透過部分は、いかなる（ＩＴＯ）電極、又はコーティングの何れも必要としないであろうために、透過率が高められる。

本発明の第２の実施形態において、異なるタイプの画像間で切り替えを行う切り替え手段は、少なくとも１つのリザーバを有し、前記リザーバが、該リザーバの壁の領域にレンズ作用をもつ素子を備えると共に、前記リザーバが、異なる屈折率及び導電性の違いをもつ少なくとも２つの実質的に不混和性の流体を含み、前記表示デバイスが、流体を互いに関して移動させる駆動手段を更に備える。このリザーバは、本事例では、１つの画素に制限され得るけれども、代替例として、複数の画素に対して共通であってもよい。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書の以下に説明される実施形態から明らかになると共に、これらの実施形態を参照して明瞭に説明されるであろう。

図面は概略であり、一律の縮尺に従わずに描かれている。対応する構成要素は、同じ参照符号によって一般に示される。

図１は、複数の画素３を有する液晶パネル２をもつ表示デバイス１の一部の概略断面図である。この表示デバイスは、通例、（フラット）光源又はバックライト４を備えている。簡潔に説明するために、画素３及びバックライト４のみが示されている。基板、及び偏光子又はリタデーションフォイルのような他の可能な素子は、図１には示されていない。

更に、図１のデバイスは、リザーバ５を有し、このリザーバが、該リザーバ５の透明な壁７の領域に、レンズ作用をもつ透明素子６を備えている。更に、リザーバ５は、上記壁７と対向する透明な壁１０を具備している。この実施例では、リザーバ５は、追加部５^ａでシールされる。この追加部５^ａは、実際の画素には属しておらず、好ましくは、黒いマスク１３でカバーされる。

例えば、ガラス製のリザーバ５は、上記壁７と透明な壁１０との間のリザーバが、レンズ形状の素子の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ流体で完全に充填される、第１の状態と、上記壁７と透明な壁１０との間に流体９がない、第２の状態との間で切り替えることができるように適応される。壁６と壁１０との間の空間が、この実施例では、３０重量パーセントの水と、７０重量パーセントのセシウムメタタングステン酸塩(cesium metatungstate)との混合液である、食塩水９^ａで充填される、第１の状態が、図１の左側部分に示されている。この混合液は、本実施例では、ＵＶ硬化ポリマーアクリル酸塩(UV-tempered polymer acrylate)からなる、用いられたレンズシステムの屈折率とほぼ等しい約１．４８６の等方性の屈折率を有している。代替例として、例えば、アンモニアメタタングステン酸塩(ammonia metatungstate)、又は他の適切な食塩水のような他のメタタングステン酸塩が用いられてもよい。

この状態では、バックライト４から入射する光は、図１の矢印１４により示されるように、レンズ形状の素子６によって実質的に屈折しない。

壁６と壁１０との間の空間が、約１の等方性の屈折率をもち、参照符号９^ｂによって示される空気で充填される、第２の状態が、図１の右側部分に示されている。この状態では、バックライト４から入射する光は、図１の矢印１５により示されるように、レンズ形状の素子６によって屈折する。

このように、双方の状態における違いは、壁７と壁１０との間の流体９^ａが存在するのか、さもなければ、存在しないのかによって決定される。こうした存在又は不在は、例えば、ポンピングによって具現化され得る。電子ポンピングは、これに関しては適切であるが、特に小さい表面が関係する場合には、代替例として、エレクトロウェッティング（electrowetting）が可能である。ポンピングは、空気の代わりに低い屈折率をもつ液体を用いることによって加速され得る。

図２は、どのように図１の表示デバイス１が使われることができるのかを示している。この図面では、パネル２の一部が、レンズ形状の素子６を備えるリザーバ５の一部と共に示されており、画素（又は画素の列）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに関連する幾つかの典型的な光路を有している。図２Ａは、各々の画素（又は画素の列）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの光が、レンズ形状の素子６によって（点線、実線、破線及び一点鎖線によってそれぞれ示される）異なる態様で屈折するような、上記に説明された第２の状態の状況に関する。レンズ形状の素子６のレンズ作用のために、画素（又は画素の列）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの光は、それぞれ異なる方向に偏向され、見る人はそれぞれの目でそれぞれ異なる画素から入射する光を見る（ステレオ画像）。上記に説明される第１の状態の状況に関する図２Ｂでは、レンズ作用は除去され、見る人は、全ての画素（画素の列）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれの目で見る。

必要であれば、更に、流体９ａは、例えば、パネル上にテキスト画像及びステレオ画像を同時に表示する場合、壁７と壁１０との間で部分的にポンピングされることもできる。

本発明の保護範囲は、これまで説明された実施形態に限定されるものではない。例えば、液晶表示デバイスの代わりに、代替例として、エレクトロルミネセンス又は切り替え可能ミラーに基づいた他の適切な表示デバイスを使用することが可能である。幾つかの変形例が、レンズ作用をもつ素子のインプリメンテーションについても可能である。

最後に、図３の変形例は、互いに混ざり合わない、一方は導電性であり、他方は絶縁性である（約１．４８６及び約１．３の等方性の屈折率をもつ）２つの液体又は流体９^ａ及び９^ｂを、透明な、例えばガラス製又はプラスチック製のエンベロープに含んでいる複数のサブリザーバ５’を備える表示デバイスを示している。この実施例では、これらのサブリザーバは、例えば、メタタングステン酸塩(metatungstate)の水溶液９^ａ（導電性）を含むのに対して、アルカン(alcane)（例えば、ドデカン(dodecane)又はヘキサデカン(hexadecane)）、シリコンオイル、クロロナフタレン(chloronaphtalene)、ブロモナフタレン(bromonaphtalene)又は１−ブロモデカン(1-bromododecane) のような非極性油が、絶縁性流体として選択される。

必要であれば、流体９^ａ及び９^ｂは、ガラス製又はプラスチック製エンベロープ内で位置を変えることができる。

（図３において２Ｄ及び３Ｄによって示される、二次元及び三次元の）２つの状態の間の電気的切り替えの目的で、各々のサブリザーバは、導電性流体に結合される電極１６と、疎水性コーティング２３でコーティングされる透明（ＩＴＯ）電極２２に結合される他の電極１７とを有している。電極１６及び１７を介して、個別の画素又は複数の画素は、（概略的に示される電圧源１８の電位Ｖを介して）電圧を共同で供給される。こうした電極は、本発明の理解の目的で、リザーバの外側に示されているけれども、実際には、当該電極は、リザーバ内に設けられると共に、フルオロポリマー(fluoropolymer)のような低いウェッティングヒステリシス(wetting hysteresis)を有する絶縁性コーティングによって流体から絶縁される。他の参照符号は、先行の実施形態におけるものと同じ意味をもつ。

導電性流体は、電極上の静電力によって引きつけられる。静電力は、流体の相互の位置を決定する。電位Vを変えることによって、それゆえに、流体の位置が影響を及ぼされ得る。電位は、更に、容量結合を介して導電性液体にもたらされてもよい。

電位Ｖを供給するか、さもなければ、供給しないかに依存して、図３の流体の間のインタフェースは、サブリザーバの上壁及び下壁にほぼ平行であるか（インタフェースの１つに屈折がない２Ｄ画像）、さもなければ、（この実施形態では）側壁にほぼ平行である（レンズ形状の素子６と流体９^ｂとの間のインタフェースに屈折がある３Ｄ画像）。

この実施形態では、電極６は、画素の下側にのみ示されている。なぜなら、このことは、例えば、マトリックス表示デバイスにおいて、１つの基板上に複数の画素を連結する場合に好ましいからである。他の場合には、更に、リザーバ１３の壁に沿って電極６を設けることが有利である。このことは、図３の破線によって概略的に示されている。

レンズ形状の素子６の代わりに、代替例として、例えば、勾配（分布）屈折率レンズ又はフレネル構造のようなレンズ作用をもつ他の素子が使われてもよい。

本発明は、新規な特徴的事項のそれぞれ皆に、そしてこうした特徴的事項の組み合わせのそれぞれ皆に存するものである。請求項にある参照符号は、それらの保護範囲を制限するものではない。動詞「有する(comprise)」及びその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の構成要素の存在を排除するものではない。構成要素に先行する単数表現の冠詞「a」又は「an」は、そうした構成要素の複数の存在を排除するものではない。

本発明による表示デバイスの断面図である。 典型的な適用例を示す。 典型的な適用例を示す。 図１の変形例を示す。

Claims (7)

1. 画素を有する、画像を表示するための表示デバイスを備えると共に、前記画素から生じる異なるタイプの画像間で切り替えを行う切り替え手段を更に備える表示装置であって、前記切り替え手段は、少なくとも１つのリザーバを有し、前記リザーバが、該リザーバの壁の領域にレンズ作用をもつ素子を備え、前記リザーバが、異なる屈折率及び導電性の違いをもつ少なくとも２つの実質的に不混和性の流体を含み、前記表示デバイスが、前記流体を互いに関して移動させる駆動手段を更に備える、表示装置。
2. 前記切り替え手段が、立体画像と平面画像との間で前記表示デバイスを切り替える、請求項１に記載の表示装置。
3. 異なる屈折率をもつ２つの不混和性の流体を含み、前記流体の一方が導電性であり、前記流体の他方は実質的に絶縁性である、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記駆動手段は、前記リザーバの前記壁の領域に少なくとも２つの電極を有し、前記電極が、前記流体に電気的に結合され得る、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記流体の一方は、前記レンズ作用をもつ前記素子の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記レンズ作用をもつ前記素子のピッチが、前記画素のピッチよりも大きい、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記流体の一方が、メタタングステン酸塩を含有する、請求項１に記載の表示装置。

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