JP4659080B2 - 自動立体ディスプレー装置 - Google Patents

Description

本発明は、列と行とに配設されたディスプレー画素のアレイを具えているディスプレーを作るための手段と、前記ディスプレー画素アレイの上にあり且つディスプレー画素がそれを通して観察される互いに平行に延在する細長いレンチキュラー素子のアレイとを具えている、自動立体ディスプレー装置に関するものである。

そのような自動立体ディスプレー装置の例は、SPIE Proceedingsの2653巻の32〜39頁、1996年発行に、C. van Berkel 他により、「Multiview 3D-LCD」と表題を付けられた論文、及び英国特許出願公開明細書第GB-A-2196166号に記載されている。これらの装置においては、ディスプレー素子の列及び行アレイを有し且つ空間的光変調器として働く液晶（LC ;liquid crystal）ディスプレーパネルを具えているマトリックスディスプレー装置がディスプレーを作る。前記のレンチキュラー素子はレンチキュラー薄板により設けられ、細長い（半）円筒形レンズ素子を具えているそのレンチキュラー薄板のレンチキュラーは、ディスプレー素子の２個又はそれ以上の隣接する行のそれぞれの群の上にある各レンチキュラーと共に、ディスプレー素子行と平行に、ディスプレーパネルの行方向に延在している。そのような装置においては普通は、液晶マトリックスディスプレーパネルはディスプレー応用の他の型、例えばコンピュータディスプレースクリーンにおいて用いられるような、ディスプレー素子の規則正しく間を空けられた列と行を具えている、慣習的な形のものである。欧州特許出願公開明細書第EP-A-0625861号には、自動立体ディスプレー装置の別の例が記載され、それは列方向に互いにほぼ接触するように配設されている群内のディスプレー素子により幾つかの群を成して隣接するディスプレー素子が配設されている非標準のディスプレー素子レイアウトを有する液晶マトリックスディスプレーパネルを用いている。この明細書には、ディスプレー素子アレイの映像がスクリーン上へ増幅されて投写され、且つレンチキュラー薄板がそのスクリーンと関連しているようなパネルを用いる投写装置の一例も記載されている。

直接観察型の装置を考えると、その時ディスプレーを形成するディスプレー画素がそのディスプレーパネルのディスプレー素子により構成される。例えば、各レンチキュラーがディスプレー素子の２個の行と関連する装置においては、各行内のディスプレー素子がそれぞれの二次元（補助）映像の垂直薄片を与える。そのレンチキュラー薄板はこれら２個の薄片とそれに対応する薄片とを、観察者が単一の立体映像を認識するように、他方のレンチキュラーと関連するディスプレー素子行から、その薄板の前における観察者のそれぞれ左及び右眼へ向ける。各レンチキュラーが列方向で４個又はそれ以上の隣接するディスプレー素子の群と関連し且つ各群内のディスプレー素子の対応する行がそれぞれの二次元（補助）映像から垂直薄片を与えるために適当に配設されている、その他の、多重ビュー装置においては、その時観察者の頭が動かされるにつれて、連続する、異なる立体的ビューの系列が認識されて、例えば見回す印象を作りだす。この場合にはスクリーン上にディスプレーを形成するディスプレー画素がディスプレー素子の投写された映像により構成されることを除いて、類似の立体効果が投写装置により得られる。

レンチキュラーがディスプレー素子行と平行に延在するレンチキュラースクリーンと一緒にマトリックスディスプレーパネルの使用すると、三次元ディスプレーを達成する簡単で且つ有効な方法を提供する。しかしながら、列内に所定の数のディスプレー素子を有する標準型のディスプレーパネルに対して、その時三次元ディスプレーにおいて複数のビューを与えるために、水平ディスプレー分解能は必然的に犠牲にされる。例えば、ディスプレー素子の800行及び600列のアレイ（全カラーディスプレーが必要な場合には、それらのディスプレー素子の各々が、カラートリプレットを具え得る）を有するディスプレーパネルにより、一定の観察距離における３個のステレオ対を与える４ビューシステムに対して、結果として生じるディスプレーは、各ビューに対して、水平な、列方向において200だけの分解能と、垂直な、行方向において600の分解能分解能を有する。かくして、観察者により見られるような立体映像は各々比較的高い垂直分解能を有するが、比較的小さい水平分解能しか有しない。垂直分解能能力と水平分解能能力との間の大幅な差は勿論望ましくない。

改善された自動立体ディスプレー装置を提供することが本発明の目的である。

本発明によると、レンチキュラー素子がディスプレー画素行に対してある角で傾けられていることを特徴とする、冒頭部分に記載された種類の自動立体ディスプレー装置が提供される。この装置により、得られるべきビューの数が水平分解能能力単独に対して取引を伴う必要はない。レンチキュラー素子を傾けることにより、さもなければ要求されるはずの水平分解能の低減の幾らかが垂直分解能へ転換されて、単に水平分解能により抱かれているよりもむしろ水平及び垂直分解能の間に共有される複数のビューを得るための不利益によりディスプレーされるビューの数を増大するために、垂直及び水平分解能の双方を用いることが可能になる。かくして、適当な水平分解能が維持される場合に制限される得られるビューの数になる、標準列及び行ディスプレー素子レイアウトを有する、慣習的な型のディスプレーパネルとその行に平行に延在するレンチキュラー素子とを用いる装置の既知の例と比較して、一定数のビューを与えるために必要な水平分解能の低減の程度は幾らかの垂直分解能を犠牲にして低減される。

この装置は、直接観察型のディスプレー装置、又は増幅された映像が投写レンズによってディスプレースクリーン上へ投写される映像投写型のディスプレー装置であってもよい。好適な実施例においては、ディスプレーを作るための手段はマトリックスディスプレーパネル、好適にはそれらの各々がディスプレー画素を具える、ディスプレー素子の列及び行アレイを有する液晶マトリックスディスプレーパネルを具えている。直接観察装置においては、観察されるべきディスプレーを形成するディスプレー画素は従ってそのパネルのディスプレー素子により構成され、且つこの場合にはレンチキュラー素子のアレイがそのディスプレーパネルの出力側の上に置かれている。投写ディスプレー装置においては、観察されるべきディスプレーを形成するディスプレー画素はマトリックスディスプレーパネルのディスプレー素子の投写された映像を具え、且つレンチキュラー素子のアレイがこの場合にはディスプレースクリーンの観察する側の上に置かれている。投写装置においては、ディスプレー画素はその代わりにもう一つの種類のディスプレー装置、例えば陰極線管から投写される映像を具えてもよい。

本発明の重要な利点は、それが規則正しく間を空けられた、整列されたディスプレー素子の列及び行を有する慣習的な形の液晶マトリックスディスプレーパネルが用いられることを許容することである。特に、ディスプレー素子レイアウトに対する変更は必要ない。欧州特許出願公開明細書第EP-A-0625861号には、一例装置が記載されており、その装置においては三次元フレーム用の二次元ビューの数が垂直分解能を犠牲にして増大されるが、これは群内の隣接するディスプレー素子が垂直に、すなわち行方向で動揺されるディスプレーパネルを用いて達成される。ディスプレー素子レイアウトはかくして普通ではなく、且つ従って、他の応用に用いられるような、標準型のディスプレーパネルは使用され得ない。更にその上、ディスプレー素子レイアウトの方法が、少しだけの光処理量によるパネル面積の充分でない使用となる。

本発明の別の重要な利点は、マトリックスディスプレーパネル内のディスプレー素子間の空隙内に延在する黒いマトリックス材料の存在による、望まれないディスプレーアーティファクトの程度が低減されることである。ディスプレー素子を縁取るそのような黒いマトリックス材料はコントラストを強めるために、且つまた能動マトリックス型パネルの場合には、スイッチ素子、例えば薄膜トランジスタ（TFT ; Thin Film Transistor）を遮蔽するために、液晶ディスプレーパネル内に使用される。それはディスプレー素子の隣接する行の間に垂直に延在するので、この材料が慣習的な装置においてはレンチキュラースクリーンにより映像され、それを観察者が隣接する二次元ビューの間の黒い帯として認識する。本発明の装置においては、その時レンチキュラー素子がディスプレー素子の行と平行に、且つそれ故その行間の黒いマトリックス材料の垂直ストリップと平行に延在しないので、認識されるディスプレー内の黒いマスクの視程が低減される。

マトリックスディスプレーパネルは好適に液晶ディスプレーパネルを具えているけれども、他の種類のディスプレーパネル、例えばエレクトロルミネセント又はプラズマディスプレーパネルが用いられ得ることが予想される。

好適には、レンチキュラー素子がディスプレー素子の反復する群を創造するようにディスプレー画素の行に対して傾けられ、それらの群の各々がｒ個の隣接する列内の隣接するディスプレー画素により構成されて、ここでｒは１よりも大きい数である。特に好適な実施例においては、ｒは２と等しい。ビュー間の重なり合いの程度がその時最低限にされる。レンチキュラー素子の傾斜の角度は tan^-1（Ｈ_p／（Ｖ_p×ｒ））とほぼ等しくてもよく、ここでＨ_p及びＶ_pはそれぞれ列及び行方向でのディスプレー画素のピッチである。

レンチキュラー素子のピッチは列方向内のディスプレー画素の全数に対応する必要はない。レンチキュラー素子のピッチは好適には３個又はそれ以上のビューを得るために、列方向でディスプレー画素のピッチの少なくとも１ 1/2倍でなくてはならない。特に好適な実施例においては、レンチキュラー素子のピッチは、列方向でのディスプレー画素のピッチの２ 1/2又は３ 1/2倍と等しく、それぞれ５ビュー及び７ビューシステムを提供する。これらのものにおいては、水平及び垂直分解能の間のよりよい釣り合いが、合理的なビューの数が得られながら達成される。

このレンチキュラー素子は円の一部を具えた断面を有してもよい。そのようなレンチキュラー素子は作るのが容易である。代わりの形のレンチキュラー素子が用いられ得る。例えば、このレンチキュラー素子は隣接する直線部分で形成され得る。

この自動立体ディスプレー装置は、異なるディスプレー画素が異なるカラーを与えるカラーディスプレー装置であってもよい。液晶マトリックスディスプレーパネルの場合には、例えばカラーディスプレーが、上にあり且つディスプレー素子のアレイと整列されたカラー、赤、緑及び青フィルタのアレイによって、普通は達成される。典型的には、そのカラーフィルタは、ディスプレー素子の３個の隣接する行がそれぞれ赤、緑及び青フィルタと関連させられるように、ディスプレー素子行と平行に延在するストリップとして配置され、そのパターンはあらゆる第３行が同じカラー、例えば赤をディスプレーするように、アレイを横切って反復される。しかしながら、そのようなカラー画素レイアウトの使用は可視の水平な又は斜めのカラーストリップの形で望ましくないディスプレーアーティファクトを生じ得る。好適には、それ故に、そのようなストリップの視程を低減するために、カラー画素は、Δ輪郭を有して、各々が赤、緑及び青ディスプレー画素を具えるカラー画素トリプレットを作るように配置されている。カラーマトリックスディスプレーパネルを用いるカラーディスプレー装置の一つの好適な実施例においては、列内の全部のディスプレー画素が同じカラーをディスプレーするために配置され、且つディスプレー画素の３個の隣接する列が各々それぞれ１個の色赤、緑及び青をディスプレーする。かくして、例えば、画素の連続する列が、赤、緑、青、赤、緑、青、等をディスプレーする。結果として、可視カラーストリップについての前述の問題点が低減される。液晶カラーディスプレーパネルにおいては、これは平常通りの行方向よりもむしろ列方向に延在しているストリップ内にカラーフィルタを配設することにより簡単に達成される。

カラーマトリックスディスプレーパネルを用いる、カラーディスプレー装置のもう一つの好適な実施例においては、それぞれのレンチキュラー素子の下にあるディスプレー画素が全部同じカラーであり、且つ３個の隣接するレンチキュラー素子の各々の下にあるディスプレー画素はそれぞれ１個の色赤、緑及び青をディスプレーするように配置される。かくして、例えばディスプレー画素の各列が、赤、緑及び青ディスプレー画素の連続する群を具え、各群内のディスプレー画素がそれぞれのレンチキュラー素子の下にある。画素行に対するレンチキュラー素子の傾斜のせいで、一定の列、例えばあらゆる第３列内のカラーディスプレー画素の群が、隣接する列内の群に対して列方向にオフセットされる。この種のカラー画素レイアウトが二つの別の利点を提供する。最初に、隣接するビューにおける、赤、緑及び青ディスプレー画素から各々が成るカラートリプレットが噛み合わされるので、漏話によって眼が同時に二つのビューを見る位置で、カラートリプレットピッチが事実上半減される。第２に、液晶マトリックスディスプレーパネル内のカラーフィルタ装置の設置が、同じカラーのディスプレー素子が一緒に分類されるようになり、この分類が黒いマスクとカラーフィルタアレイとの間の必要な整列精度の緩和を許容し、それがディスプレー素子開口部を低減することなく、生産物製造を改善する。

本発明による自動立体ディスプレー装置の実施例を、以下に図面を参照しながら、例を用いて説明しよう。

図は単に図解的であって且つ比例尺で書かれていないことは理解されねばならない。特に、ある種の寸法は誇張された一方で、他の寸法は縮小されている。同じ参照符号が同じか又は類似の部分を示すために全部の図面を通じて用いられていることも理解されねばならない。

図１を参照して、この実施例では直接観察型である装置が、空間光変調器として用いられ且つ個別にアドレスできる平らなアレイを具えている慣習的な液晶マトリックスディスプレーパネル10と、類似の大きさでの互いに垂直に整列された列及び行に配設されたディスプレー素子12とを含んでいる。このディスプレー素子は各列及び行内に比較的少しだけで図式的に示されている。しかしながら、実際には約800行（又は、カラー赤、緑、青トリプレットが全カラーディスプレーを与えるために用いられる場合には2400行）と600列のディスプレー素子があり得る。そのようなパネルは既知であり且つここでは詳細には記載されない。しかしながら、簡単に言えば液晶パネルは、例えばガラスの２個の間を空けられた透明な板を有し、それらの間にねじれネマティック又は他の液晶材料が置かれており、且つそれらがそれらの対向する表面上に、例えばディスプレー素子のレイアウトと形状とを決めるＩＴＯ（インジウム酸化錫）の透明電極のパターンを支持して、各素子は介在する液晶材料を有する２個の板上に対向する電極を具えている。偏光層が平常通りその板の外側表面上に設けられる。ディスプレー素子12は形が実質的に矩形であり、且つ行、すなわち垂直方向に延びている空隙により隔てられている２個の隣接する行内のディスプレー素子により、及び列、すなわち水平方向に延びている空隙により隔てられている２個の隣接する列内のディスプレー素子により相互から規則正しく間を空けられている。好適には、液晶マトリックスディスプレーパネル10は、各ディスプレー素子が、例えばディスプレー素子に隣接して置かれている薄膜トランジスタ (TFT)又は薄膜ダイオード (TFD)を具えているスイッチング素子と関連している能動マトリックス型のものである。これらの装置を収容するために、それらのディスプレー素子は完全には矩形ではあり得ない。普通のように、それらのディスプレー素子の間の空隙は、ディスプレー素子を隔てる一方又は双方の板上に支持される光吸収材料のマトリックスを具えている黒いマスクにより覆われている。

液晶マトリックスディスプレーパネル10は、この例ではそのディスプレー素子アレイの範囲にわたって延在する平らなバックライトを具えている光源14により照明される。他の種類の光源も代わりに用いられ得る。光源14からの光が、ディスプレー出力を作るための慣習的な方法でこの光を変調するために、駆動電圧の適切な印加によって駆動される個別のディスプレー素子を有するパネルを通して向けられる。かくして作られたディスプレーを構成しているディスプレー画素のアレイは、ディスプレー素子アレイに対応しており、各ディスプレー素子はそれぞれのディスプレー画素を与える。

液晶マトリックスディスプレーパネル10の出力側上に、ディスプレーパネルの平面とほぼ平行に延在し、且つ細長い、平行なレンチキュラー素子、すなわち液晶マトリックスディスプレーパネル10から遠い薄板15の側と対向する観察者に対して立体的ディスプレーを作るために、観察者の眼に対して別々の映像を与えるための光学検出器手段として働くレンチキュラーのアレイを具えるレンチキュラー薄板15が置かれている。前記薄板15のレンチキュラーは、例えば凸円筒レンズ又は屈折率分布型円筒レンズとして形成された、光学的に円筒状に集光するレンチキュラーを具えている。マトリックスディスプレーパネルと一緒にレンチキュラー薄板を用いる自動立体ディスプレー装置は周知であり、それらの動作の方法をここに詳細に記載することは必要と考えられない。そのような装置の例と立体像を作るそれらの動作は、C. van Berkel 他による前述の論文に、英国特許出願公開明細書第GB-A-2196166号に、及び欧州特許出願公開明細書第EP-A-0625 861号に記載されており、それらのこの点に関する開示はここに参考文献として組み込まれる。好適には、このレンチキュラーアレイは、液晶マトリックスディスプレーパネル10の出力側板の外側表面上に直接に設けられる。ディスプレー画素行（ディスプレー素子行に対応している）と平行に延在している既知の装置内のレンチキュラーと違って、図１の装置におけるレンチキュラーはディスプレー画素の行に対して傾いて配設されており、すなわちそれらの主縦軸はこのディスプレー素子アレイの行方向に対してある角にある。

そのレンチキュラーのピッチは、後で記載されるように、必要なビューの数に従った水平方向でのディスプレー素子のピッチに関係して選択され、そのディスプレー素子アレイの側でそれらから離れて各レンチキュラーはディスプレー素子アレイの頂部から底部まで延びている。図２はこのディスプレーパネルの典型的な部分に対してこのディスプレーパネルと組み合わせて、レンチキュラー16の一例配列を図解している。レンチキュラー16の縦軸Ｌは、行方向Ｙに対して角αで傾けられている。この例においては、平行なレンチキュラーの縦軸は列内のディスプレー素子のピッチに対して６ビューシステムを与えるような幅のものであって、且つディスプレー素子の行に対して６ビューシステムを与えるような角で傾けられている。ディスプレー素子12は再びディスプレー素子及び従ってディスプレー画素の実効開口を表現している簡単な矩形により示されており、且つディスプレー素子の間の領域はグリッドパターンで黒いマスク材料18により覆われている。図１に示された隣接ディスプレー素子間の空隙の大きさは、非常に誇張して示されている。ディスプレー素子12はそれらが属するビュー番号に従って（１〜６）の番号を付けられている。個別の、且つ実質的に同じレンチキュラー薄板15のレンチキュラー16は各々、列内の３個の隣接するディスプレー素子にほぼ対応する幅、すなわち３個のディスプレー素子とそれらの介在する空隙との幅を有している。６個のビューのディスプレー素子はかくして、２個の隣接列からのディスプレー素子を具えている群内に、各列に３個置かれる。

個別に運転できるディスプレー素子は、二次元映像の狭い薄片が関連するレンチキュラーの下で選択されたディスプレー素子によりディスプレーされるような適切な方法で、ディスプレー情報の適用により駆動される。このパネルにより作られるディスプレーは、それぞれのディスプレー素子からの出力により構成される６個の交互配置二次元補助映像を具えている。各レンチキュラー16が、それぞれ光学軸が相互に異なる方向であり且つレンチキュラーの縦軸の周りに角度的に広がっているビュー番号１〜６を有する関連する下にあるディスプレー素子から６個の出力ビームを与える。ディスプレー素子へ加えられる適当な二次元映像情報により、且つ出力ビームのうちの異なる一つを受け取るために適切な距離にある観察者の眼により、その時三次元映像が認識される。観察者の頭が列方向に動くにつれて、その時５個の立体映像が連続に観察され得る。かくして、観察者の２個の眼が、例えば全ディスプレー素子「１」から成る映像及び全ディスプレー素子「２」から成る映像を、それぞれ見るだろう。観察者の頭が動くにつれて、全ディスプレー素子「２」と全ディスプレー素子「３」とから成る映像がそれぞれの眼によって見られるようになり、それから全ディスプレー素子「３」と全ディスプレー素子「４」とから成る映像が見られるようになり、以下同様である。パネルにもっと近い、もう一つの観察距離においては、観察者は，例えば一方の眼によりビュー「１」及び「２」を一緒に、且つ他方の眼によりビュー「３」及び「４」を一緒に見るだろう。

ディスプレー素子12の平面はレンチキュラー16の焦点平面と一致し、これらのレンチキュラーはこの目的のために適切に設計され、且つ間を空けられており、且つ従ってディスプレー素子平面内の位置は観察角度に対応している。それ故に図２内の破線Ａ上の全部の点が、異なる観察角度から図２における破線Ｂ上の全部の点であるような、一つの特定の水平（列方向）観察角度のもとでの観察者により同時に見られる。線Ａはビュー「２」からディスプレー素子のみが見られ得る単色観察位置を表現している。線Ｂはビュー「２」及びビュー「３」の双方からディスプレー素子が一緒に見られ得る単色観察位置を表現している。線Ｃは今度はビュー「３」からディスプレー素子のみが見られ得る位置を表現している。かくして、線Ａに対応している位置から線Ｂへそれから線Ｃへ、閉じられた一つの眼により、観察者の頭が動くにつれて、ビュー「２」からビュー「３」への段階的な変換が経験される。それ故に、観察者の眼が動く場合には、認識される映像は次へ突然はじけあるいは飛ばず、代わりに二つの映像の間の遷移において円滑な遷移を与えるために溶け込み効果が生じる。自動立体ディスプレーが充分なビューを含む場合には、この効果が「はじける」ビューの単なる収集よりもむしろ、「固体の」対象のディスプレーの認識を増す。観察者に対して、経験される連続するビューでの段階的変化は高められた連続の視差の印象を与える。一つのビューからもう一つのビューへの変換が実際のディスプレー素子レイアウトと、開いたディスプレー素子面積と黒いマスク面積との間の口径比とに依存する。レンチキュラー16がディスプレー素子12の平面から間を空けられているので、全部の下にあるディスプレー素子は、それらの構成しているビュー６のような幾つかのディスプレー素子が２個のレンチキュラーの間の境界線上にあるように見える場合でさえも、レンチキュラーを通して見える。

この傾いているレンチキュラー装置により、それ故に、レンチキュラーがディスプレー素子行と平行に延在している既知の装置におけるような水平分解能をもっぱら犠牲にせずに、多くの異なるビューが得られることが判る。その代わりに分解能での不可避な低減が水平分解能と垂直分解能との双方の間でもっと平等に分配される。例えば、単色ディスプレー出力を作る図２の６ビュー装置においては、水平分解能は三分の一に低減され且つ垂直分解能は半減される。慣習的な装置によると、その時６ビューシステムが六分の一に水平分解能を低減し、一方垂直分解能は影響されない。この利点は普通でないディスプレー素子形成を有する注文生産されたディスプレーパネルに頼ることなく達成され、且つこのディスプレーパネル10は、他の、普通に観察する、回路網コンピュータ及び類似のもの用のディスプレースクリーンのような、ディスプレー応用に対して用いられる、且つ既製品を利用できる標準型であり得る。

この装置の付加的な利点は、このレンチキュラーがディスプレー素子の隣接する行の間の黒いマスク材料18の連続な垂直ストリップと平行に延在しないので、観察者に対するこれらのストリップの視程が低減され、且つそのようなストリップが観察者の頭が動くにつれて連続する異なるビューを分離する黒い帯として現れるようにそのレンチキュラーにより映像される、慣習的な装置により経験される種類の問題点が回避されることである。

傾いているレンチキュラー装置は単色とカラーディスプレーとの双方に適用され得る。例えば、カラーマイクロフィルタアレイがディスプレー素子アレイと関連させられ且つ水平の赤、緑、青行トリプレットになるカラーフィルタを（すなわち３個のそれぞれ赤、緑及び青をディスプレーするディスプレー素子の連続する行を）配設された、液晶ディスプレーパネルへ適用される図２の６ビュー計画を考えると、その時第２列内のビュー「１」ディスプレー素子が赤である場合には、第４列のビュー「１」ディスプレー素子は緑になる。類似の状況が他のビューに対しても生じる。それ故に各ビューは色付の列を有し得て、それはカラーディスプレーに対して垂直分解能は単色ディスプレーの垂直分解能の三分の一であることを意味している。

この装置の一例の態様においては、水平に2400ディスプレー素子（800×３カラートリプレット）と垂直に600ディスプレー素子の分解能を有するカラー液晶ディスプレーパネルが用いられた。水平トリプレットピッチは288μm（ディスプレー素子当たり96μm）であり、ディスプレー素子垂直ピッチは288μmであった。そのレンチキュラー16の幅と傾斜角とは、ディスプレー素子の大きさとピッチ、及び必要なビューの数により決められる。図２に示されたような６ビュー計画に対しては、レンチキュラーの傾斜角α、すなわちそのレンチキュラーの縦軸と垂直との間の角が、α＝ tan^-1(96/(2×288)) ＝9.46°により与えられる。普通はレンチキュラーレンズの横倍率は隣接するビューに対応するディスプレー素子が観察者の左と右との眼内に投写されると言う要求により決められる。65mmの眼球間距離を想定して、その時必要な横倍率ｍは1354になる。しかしながら、レンチキュラーとパネルの（偏光層を含む）ガラス板の厚さｔにより決められるディスプレー素子との間に、最小分離距離Ｌがある。この距離が約1.5mmであり且つガラス板の屈折率ｎが1.52であることを仮定すると、レンチキュラー薄板からの観察者の眼の距離であり且つｍ×ｔ／ｎにより与えられる動作距離Ｄは、望ましくなく大きい約1.34ｍとなる。この理由に対して、隣の最近の隣接するビューのみが眼球間距離に対して拡大されると言う要求が、横倍率を1354から677へ半減してそれ故に選ばれた。これによって、動作距離Ｄは67cmに低減された。レンチキュラーの縦軸と垂直なレンチキュラーのピッチμp、すなわちモールドが切られなければならないピッチは、結局μp＝283.66μm になる。このレンズ焦点距離ｆ（Ｄ／（ｍ＋１）により与えられる）はこの時0.99mmで、（近軸近似において）Ｒ＝ｆ（ｎ−１）より与えられるそれの曲率半径Ｒは、1.483 の屈折率を用いて、0.48mmになる。

800（トリプレット）×600ディスプレー素子アレイによりを用いるこの６ビュー計画における各ビューに対して得られた分解能は、水平に800及び垂直に100である。これはディスプレー素子行と平行に延在するレンチキュラーと一緒に同じディスプレーパネルを用いる慣習的な装置において得られるビュー当たりの水平に133及び垂直に600の分解能と匹敵する。

もう一つの例の態様においては、８ビューシステムの場合で且つ同じディスプレーパネルを用いる場合には、レンチキュラーは前と同じ角（すなわち9.46°）で傾けられるが、33 1/3％長いピッチを有し且つ各列上で４個のディスプレー素子を覆う。８ビューのディスプレー素子はかくして２個の隣接する列から、各列内に４個のディスプレー素子を具えている群内に置かれる。この場合における各レンチキュラー16は、光学軸が相互に異なる方向にあり且つレンチキュラーの縦軸の周りに角度的に広がった下にあるディスプレー素子から８個の出力ビームを与える。この８ビュー装置において得られる各ビューに対する分解能はこの時、慣習的な装置における水平に100及び垂直に600と匹敵する、水平に400及び垂直に150である。

６及び８ビュー装置においては水平分解能が大幅に増大されるのに対して、垂直分解能はむしろ貧弱である。しかしながら、この状況は次の方法で大幅に改善され得る。各レンチキュラーは列内の隣接するディスプレー素子の全数の上に横たわり且つ光学的に共働する必要はない。再び同じディスプレーパネルを用いる別の好適な実施例においては、レンチキュラーが上述の装置におけるように各列上の３又は４個のディスプレー素子を覆うよりもむしろ、その代わりにそれらが２ 1/2又は３ 1/2のディスプレー素子を覆うように設計されて、すなわちレンチキュラー素子のピッチが、それぞれ５ビュー及び７ビューシステムを与えるために、列方向においてディスプレー素子のピッチの２ 1/2及び３ 1/2倍に対応するように設計される。これらにおいて、下にあるディスプレー素子から各レンチキュラーにより与えられる出力ビーム、５又は７は、相互に異なる方向にあり且つそのレンチキュラーの縦軸の周りに角度的に広がる光学軸を有している。７ビューシステムに対する装置が図３に示されている。前述のように、このディスプレー素子はそれらが属するビュー番号に従って番号付けされており、且つ破線Ａ，Ｂ及びＣがそれぞれの異なる水平観察角度に対して同時に観察される点を示している。これで判るように、各レンチキュラー16の下の観察番号は（図２装置における場合であったように）ディスプレー列に沿って反復されはしないが、隣接するレンチキュラーの間の１列だけオフセットされる。この種の装置は結果として生じる水平及び垂直分解能の間に改善された平衡を与える。この原理は、例えば２ 1/3又は２ 1/4ディスプレー素子を覆うレンチキュラーへ拡張され得て、且つ３ビューを与える最低の１ 1/2ディスプレー素子へ下げ得る。

整列された列及び行に並べられたディスプレー素子を有する800×600 ディスプレーパネルを再び用いて、上述の５及び７ビュー計画においてビュー毎に得られる分解能は、それぞれ480×200 、及び342×200 となる。これらは同じパネルをそれぞれ用いるが、行と平行に慣習的に配設されたレンチキュラーによる、それぞれ160×600、及び114×600と匹敵する。かくして、水平分解能における大幅な改善が達成される一方適度に高い垂直分解能をまだ維持している。

上述の全部の例において、レンチキュラーの傾斜角αは同じですなわち9.46°であり、且つディスプレー素子の各群内に用いられるディスプレー素子列の数ｒは２である。しかしながら、傾斜角は変えられ得る。この角は、式

α＝arctan（Ｈ_p／（Ｖ_p×ｒ））
により決められ、ここでＶ_pとＨ_pとはそれぞれこのディスプレーパネルにおけるディスプレー素子の垂直ピッチと水平ピッチとである。それらの値が先に記載したものであると仮定すると、その時３又は４と等しいｒに対して傾斜角αはそれぞれ6.34°及び4.76°になる。しかしながら、傾斜角が減少するとともにビュー間の重なり合いが増大する。

データ図的ディスプレー応用のためのカラー液晶ディスプレーパネルは、各カラー画素が３個の（赤Ｒ、緑Ｇ、及び青Ｂ）隣接する（補助）画素を水平ＲＧＢトリプレットを構成している列内に具えているカラー画素レイアウトを普通に用いている。そのようなカラー画素レイアウトはパネルのディスプレー素子が反復様式でそれぞれＲ，Ｇ及びＢ行内に配設されるように、垂直カラーフィルタストリップを用いて形成される。この方法でカラートリプレット内に、画素が中に配設されているカラーディスプレーを有する傾斜レンチキュラー装置を用いる場合には、各ビュー内に眼が認識するカラー画素トリプレットのレイアウトは、一方向、例えば水平方向における画素ピッチが、直角な、すなわち垂直方向における画素ピッチよりも非常に大きいようになり得て、且つこれが、例えば５又は７ビューシステムの場合には、斜めに走る、あるいは６ビューシステムの場合にはディスプレーを水平に横切って走る可視カラーストリップが生じ得る。

図4Aは、ディスプレー（補助）素子12、及び従ってディスプレー画素がそれぞれのカラーの行内に配設されているこの普通の型のカラー液晶ディスプレーパネルを用いる、図３のシステムに類似している７ビューシステムを図解している。前と同様に、傾斜した線が、隣接するレンチキュラー16の間の境界線を示している。矩形として表現された個別の画素が、水平トリプレット内の四角い格子上に配設され、各々のそのような四角いトリプレットは、完全カラー画素を構成している３個の隣接する赤ｒ、緑ｇ、及び青ｂの（補助）画素を具えている。それらの番号（１〜７）と文字ｒ，ｇ，ｂとが各画素に対するビュー番号とカラーとを表している。レンチキュラーのアレイが液晶セルのパネルの上約1.5mmに置かれている。一例として、SVGAの11.4インチ（29cm）の液晶カラーディスプレーパネルが用いられると仮定すると、水平画素ピッチは約96μm となり、且つ垂直ピッチは約288μm となる。

図4Bは、このディスプレーの典型的な部分に対して、例えばビュー４に対応する位置において、この装置により観察者の一つの眼が何を見るかを図解している。この位置から、図4A内の「４」の記号を付けられた画素がそれらのそれぞれの上にあるレンチキュラー16の全部を満たすために現れて、且つ偶数番号（０，２，４，６）ビューに対する画素の群上にあるレンチキュラー部分が黒く又は薄暗く現れる。図4Bから判るように、ビュー「４」内の補助画素は各々が３個の隣接する別々に色付けされた、緑を斜めに横切って走る補助画素のトリプレットを具え、２個のそのようなトリプレットが破線により示されている。図4Cはこの場合に眼に与えられるような種々のピッチを示すベクトル図である。図4CにおいてＰ⊥で示されたカラーフィルタストリップと垂直なカラー画素（トリプレット）ピッチは1440μm であり、且つ図4CにおいてＰ‖で示されたカラーストリップと平行なカラー画素ピッチは403μmである。水平及び垂直方向におけるカラー画素ピッチＰ_h及びＰ_vはそれぞれ、672μm及び864μmであり、各ビューにおいて343×200の適度な画素総数を与える。しかしながら、ディスプレーの出現は、比較的大きいピッチＰ⊥、又はこれに反して比較的小さいピッチＰ‖により支配され、Ｐ_vとＰ_hとの積はＰ⊥とＰ‖との積と等しいことは注目される。このピッチ差異が斜めに延在するカラーストリップとしてそれ自身を明示する。類似の効果が、例えば５ビューシステムに現れ、一方６ビューシステムに対しては比較的大きい垂直ピッチが水平に走るカラーストリップとしてそれ自身を明示する。

この問題点はカラーフィルタを、且つ従ってカラー補助画素レイアウトを再配列することにより回避され得る。適切に再配列されたカラーフィルタを有する装置の例を、上述したような７ビューシステム態様に再び関連して説明しよう。しかしながら、その原理は異なる数のビューを具える態様に対しても類似して適用できることは認識されるだろう。

上述の問題点を回避するための単純な試みは、カラーフィルタストリップが行方向よりもむしろ列方向に延在するように、カラーフィルタストリップを再配列することである。個別の補助画素の形状と総数とは変えられる必要はない。液晶ディスプレーパネルのアレイの１列内のディスプレー素子はその時全部が、それぞれ赤、緑及び青をディスプレーする３個の隣接するディスプレー素子列により同じカラーをディスプレーして、このカラー系列はディスプレー素子列の連続する群において反復される。この方法で再配列されたカラー画素を有するディスプレーパネルが、図4Aのディスプレーパネルと類似して７ビューシステムの場合に図5Aに図解されている。図5Bは、図4Bと比較のために、ビュー「４」を見るための位置にいる場合に、１個の眼により観察者が何を認識するかを示している。これから判るように、カラーフィルタの列毎の輪郭が、そのビューにおいてΔ状の輪郭を有し、且つ垂直に編成された全カラー画素トリプレットを与える。列内の３個のそのようなカラー画素トリプレットが図5Bの上側半分内に破線外線内に示されている。図5Cにより示された水平及び垂直ピッチＰ_h及びＰ_vは、再び672μm及び864μmであり、各ビューに対して343×200分解能を与える。この実施例においては、トリプレットは細長いよりもむしろΔ輪郭のものであるから、赤、緑、青トリプレットのカラー成分は一緒にもっと近く置かれ且つもっと緊密な群を形成する。かくして個別の画素は少ししか区別できなくなり、且つ斜めのカラーストリップの形の望まれない可視ディスプレーアーティファクトが低減される。

ビュー「５」内の画素の出現は、ダッシュ付文字ｒ′、ｇ′及びｂ′により、図5Bの下側半分内に示されている。光学的漏話によって、双方のビューが一つの眼により同時に見られる位置においては、カラー画素トリプレットは行方向に互いに直接下にあるｒ，ｇ及びｂ補助画素により作り上げられ（一つのそのようなトリプレットは図5Bの下側半分内に破線外線内に示されている）、且つ水平ピッチはその時、672μmから336μmへ有効に半減される。

得られる他のビューに対する状況は類似している。

例えば、図２の６ビュー装置におけるそのようなカラー画素レイアウトの使用は、望まれないカラーストリップを除去することにおいて一般に類似の効果を有するだろう。

カラーストリップについての前述の問題点を回避するためのカラーフィルタの再配列の異なる方法が、再び例として７ビューシステムを用いて、図６に図解されている。この実施例においては、それぞれのレンチキュラー16の完全に下にあるか、又は少なくともそれの大部分が下にあるかのいずれかのディスプレー素子が、全部同じカラーで作られ、且つ３個の隣接するレンチキュラーがそれぞれ異なるカラー（赤、緑及び青）の素子と関連し、そのパターンはこのアレイを横切る他の群に対して反復される。かくして、ディスプレー素子の各列は同じカラーの隣接するディスプレー素子の群の系列から成り、各群内の数は７ビューが得られるこの場合には、ビューの数に対応する２個の隣接する群内の素子の数により３と４との間で交番する。図6Bは図4B及び図5Bの双方との比較のために、ビュー「４」を見るための位置にある場合に、観察者の眼により見られるカラー画素を示している。図5Bにおけるように、Δ形状カラートリプレットが作られるが、この場合にはビュー「４」内に現れるΔ形状トリプレットが図5Bのトリプレットと比較して回転され、且つこのトリプレットは今や垂直よりもむしろ水平に編成され、且つ列方向において隣接するトリプレットについては互いに対して反転されている。４個のそのようなトリプレットが図6B内に破線外線内に示されている。また図5Bにおけるように、ビュー「５」内の画素の出現は、ｒ′、ｇ′及びｂ′により図の下側半分内に示されている。

この実施例におけるカラートリプレットの水平及び垂直ピッチはそれぞれ1008μm及び576μmであり、且つビュー分解能は228（水平）×300（垂直）である。例えばビュー４と５との間の漏話位置においては、垂直ピッチが288μmに半減される。

先の実施例におけるように、その時トリプレットはより緊密な群を形成するそれらのカラー成分を有するΔ輪郭であるので、個別の画素が少ししか区別できなくなり、且つディスプレー内のカラーストリップの視程が低減される。

その時隣接するビュー内のカラートリプレットがそれらの位置において噛み合わされるように適当に配置されているカラーフィルタのおかげで、図5A及び5Bと図6A及び6Bとの実施例の場合におけるように、漏話により、眼が二つのビューを同時に見る位置においてカラートリプレットのピッチを半減することにおいて、赤、緑、青のカラー成分の視程が更に低減されるので、ディスプレーを斜めにあるいは水平に横切って走る観察者に対して現れるカラーストリップの問題は更に緩和される。

図5A及び6Aに示された方法でカラーフィルタを適切に配列することの別の利点は、その液晶ディスプレーパネル内の赤、緑及び青の補助素子が幾つかの群れをなして一緒に配設される方法で、再配列が実行されることである。もっと大きい間隔が隣接する群の間に設けられた場合には、この組分けが、個別のディスプレー（補助）素子の開口を減少させることなく、この液晶ディスプレーパネル内に用いられた黒いマスクと、より良い産出物製造を提供するカラーフィルタアレイとの間の整列精度の緩和を許容する。

上述の実施例におけるマトリックスディスプレーパネルが液晶ディスプレーパネルを具えているけれども、たの種類の電気光学空間光変調と、エレクトロルミネセントあるいはプラズマディスプレーパネルのような、平らなパネルディスプレー装置が用いられ得ることは予想される。

また、ディスプレー素子と関連するレンチキュラー素子がレンチキュラー薄板の形であるけれども、それらがたの方法で設けられ得ることが予想される。例えば、それらの素子がディスプレーパネル自身のガラス板内に形成され得る。

上述の実施例は直接観察ディスプレーを与えている。しかしながら、その自動立体ディスプレー装置は代わりに投写ディスプレー装置を具えてもよい。後部投写装置を具えているそのような装置の実施例が、図７に示されている。この装置においては、発生される映像がディフューザー投写スクリーン32の後部上へ投写レンズ30によって投写される。そのスクリーン32の前側、すなわち観察者が対向する側上に、平行な、細長いレンチキュラー素子のアレイを具えているレンチキュラー薄板35が設置される。前記スクリーン上へ投写される映像は、この例では集光レンズを介して光源33からの光により照明される、前に記載したディスプレーパネルと類似したマトリックス液晶ディスプレーパネル10により発生される。その投写レンズがスクリーン32上へディスプレーパネル10のディスプレー素子の映像を投写するので、対応するアレイ内のディスプレー素子の拡大された映像を具えているディスプレー画素から成る列及び行ディスプレー素子アレイの増幅された映像が前記のスクリーン上に作られる。各々がディスプレー素子の投写された映像により構成されたディスプレー画素から成るこのディスプレー映像は、レンチキュラー薄板35を通して観察される。そのレンチキュラー薄板35のレンチキュラー素子はディスプレー画素に対して、すなわちスクリーン上のディスプレー素子映像の行と傾斜した関係で、例えば図２及び３に示されたように、先に記載されたようなスクリーン上の、ディスプレー素子の映像に対して配設され、図２及び３におけるレンチキュラーブロックは今や、勿論、スクリーンにおけるディスプレー素子の映像を表現している。

液晶ディスプレーパネル以外のディスプレー装置、例えば陰極線管が、代わりに、スクリーン上のディスプレー画素の列及び行を具えている投写されたディスプレー映像を与えるために用いられ得る。

要約すると、それ故に、列及び行内のディスプレー画素から成るディスプレーを作るための手段、例えばディスプレー素子の列及び行アレイを有する液晶マトリックスディスプレーパネル、及びそのディスプレーの上にある平行なレンチキュラー素子のアレイを具えている自動立体ディスプレー装置が記載されており、その装置では前記のレンチキュラー素子がディスプレー画素行に対して傾けられている。特に多重ビュー型ディスプレーの場合における、そのような装置において経験されるディスプレー分解能の低減は、その時水平及び垂直分解能の双方の間で共有される。

この開示を読むことにより、他の修正がこの技術において熟達した人々には明らかになるだろう。そのような修正は、自動立体ディスプレー装置及びそれの構成部分の分野で既に知られ、且つここにすでに記載された特徴に変えて又は加えて用いられ得る他の特徴を伴い得る。

マトリックスディスプレーパネルを用いた本発明による自動立体ディスプレー装置の一実施例の図式的斜視図である。 ６個のビュー出力を与えるためのディスプレー素子に関係するレンチキュラー素子の一例配置を図解するディスプレーパネルのディスプレー素子アレイの典型的部分の図式的平面図である。 図２に類似しているが７個のビュー出力を与えるためのディスプレー素子に関係するレンチキュラー素子の配置を図解している。 図4Aは全カラーの７個のビューディスプレー出力を作るための装置の一実施例におけるディスプレー素子アレイの一部に対するディスプレー素子とレンチキュラー素子との間の関係を図式的に図解する平面図であり、図4Bは特定のビューに対応している位置における場合に図4Aの実施例における観察者の一つの眼により見られるカラー画素を示し、図4Cは図4A及び4Bの配置に存在する眼により認識される種々のカラー画素ピッチを示すベクトル図である。 図5Aは全カラーディスプレー装置のもう一つの実施例における図4Aの方法と類似した方法でディスプレー素子とレンチキュラー素子との関係を図解しており、図5B及び5Cは図5Aの実施例の場合における図4B及び4Cに対応する図面である。 図6Aは全カラーディスプレー装置の別の実施例におけるディスプレー素子とレンチキュラー素子との関係を図解しており、図6Bは図4B及び5Bとの比較のための図6Aの実施例における観察者の眼に見えるカラー画素の一例を示している。 投写されるディスプレーを与える本発明のもう一つの実施例の図式的平面図である。

符号の説明

10 液晶マトリックスディスプレーパネル
12 ディスプレー素子
14 光源
15 薄板
16 レンチキュラー
18 黒いマスク材料
30 投写レンズ
32 ディフューザー投写スクリーン
33 光源
35 レンチキュラー薄板
Ａ，Ｂ，Ｃ 破線
Ｈ_p ディスプレー素子の水平ピッチ
Ｖ_p ディスプレー素子の垂直ピッチ
Ｐ⊥ カラーフィルタストリップと垂直なカラー画素（トリプレット）ピッチ
Ｐ‖ カラーストリップと平行なカラー画素ピッチ
Ｌ 最小分離距離
Ｙ 行方向
α レンチキュラーの傾斜角

Claims (4)

1. 列と前記列に垂直な行とに配設されたディスプレー画素を有し、ディスプレー画素ピッチを有するディスプレー画素アレイと、
   互いに平行に延在する細長いレンチキュラー素子を有し、レンチキュラー素子ピッチを有するレンチキュラー素子アレイと、
   を有する多重ビュー自動立体ディスプレー装置において、
   前記レンチキュラー素子アレイは、前記ディスプレー画素がそれを通して観察されることができるように前記ディスプレー画素アレイの観察側にあり、
   前記レンチキュラー素子ピッチが列方向における前記ディスプレー画素ピッチより大きく、
   各レンチキュラー素子の長さ方向は、同じ行及び隣接した列のディスプレー画素が異なるビューに属するような角度で前記ディスプレー画素アレイの行方向に対して傾けられていることを特徴とする多重ビュー自動立体ディスプレー装置。
2. 請求項１記載の多重ビュー自動立体ディスプレー装置において、前記レンチキュラー素子アレイが前記のディスプレーパネルの出力側上に置かれていることを特徴とする多重ビュー自動立体ディスプレー装置。
3. 請求項１記載の多重ビュー自動立体ディスプレー装置において、前記の装置が前記のディスプレー画素を作るためにディスプレースクリーン上へディスプレー素子の映像を投写するための投写レンズを含むこと、及び前記のレンチキュラー素子アレイが前記のディスプレースクリーンの観察側上に置かれたことを特徴とする多重ビュー自動立体ディスプレー装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の多重ビュー自動立体ディスプレー装置において、前記ディスプレーパネルのディスプレー素子が液晶ディスプレー素子を具えていることを特徴とする多重ビュー自動立体ディスプレー装置。

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