JP4758099B2 - 反射型立体ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、第１のセルおよび第１のセルに重畳する第２のセルを備え、前記第１のセルは複数の第１の素子を備え、前記第１の素子は第１の偏光を有する電磁波が第１の度合（extent）で反射される非反射状態と第１の偏光を有する前記電磁波が前記第１の度合よりも大きい第２の度合で反射される反射状態との間で制御可能であり、前記第２のセルは複数の第２の素子を備え、前記第２の素子は第２の偏光を有する電磁波が第３の度合で反射される非反射状態と第２の偏光を有する前記電磁波が前記第３の度合よりも大きい第４の度合で反射される反射状態との間で制御可能であることを特徴とする機器に関する。

本発明は、また、上記のタイプの機器を備えた反射型ディスプレイ、および、このような反射型ディスプレイを備えた携帯型装置に関する。

本発明は、また、上記のタイプの機器に種々の輝度をもたらす方法に関する。

本発明は、最後に、上記のタイプの機器を備えた反射型ディスプレイに二つの像をもたらす方法に関する。

地球上の多くの生物は進化によって二つの眼が与えられ、二つの眼は頭部の範囲内で互いに空間的に引き離され、その結果として、二つ別個の（しかし、異なるとは限らないが）視野を有する。これらの二つの別個の視野が互いに大きく重なるように並べられ、これにより、観察された外界の二つの僅かに異なる斜視画像が脳に与えられ、脳がその与えられた情報を組み合わせ、観察対象までの距離を推定するためにその情報を使用することができるならば非常に有利である、ということを自然淘汰は明白に証明している。両眼を使用して距離および距離の差を決定する能力は、しばしば立体視と称される。

先行技術には、いわゆる立体ディスプレイ装置がいくつか含まれている。この立体ディスプレイ装置は、結果的に、３Ｄムービーのように（より正式には立体映画として知られている）多種多様な提示画像をより現実的な認知感覚でユーザに与えるようになっている。立体視は、普通の非立体ディスプレイ装置よりもユーザの現実の体験度を高め、映画やゲームなどの娯楽の様々なアプリケーション、および、フライトシミュレータのような教育において有利であろう。立体視は、様々な他のアプリケーションにおいても有利であり、たとえば、いわゆる遠隔治療において、種々の診断アプリケーションおよび処置アプリケーションの両方で、遠隔地の医療専門家によるヒトの組織等の被検対象の立体認識が優れた手助けになるであろう。

立体感、すなわち、像の「奥行き」の感覚をユーザに与える基本的なアプローチは、観察者の二つの眼のそれぞれに一つずつの二つの異なる像を与えることからなり、上記二つの異なる像は、二つの斜視画像に対応し、好ましくは、描写された対象物を、両眼を用いてある一定の距離から観察したならば、観察者が通常獲得するであろう斜視画像に対応する。

ディスプレイ機器は、しばしば、観察者の両眼が両方の像を見ることができるように設計され配置されるので、立体感を与えるための現在のアプローチは観察者がアイウェアを装着することを必要とし、このアイウェアが何らかの方法でそれぞれの眼に意図された像を選択する手段を備えることにより、適切な斜視画像がそれぞれの眼に提示される。現在のアプローチを別の方法で説明すると、単一のディスプレイ機器が符号化された二つの別個の斜視画像を与え、ユーザは斜視画像を復号化するアイウェアを装着し、これにより、それぞれの眼がその眼のみに意図された斜視画像を受けとめる。

先行技術には、たとえば、赤および緑の２色でそれぞれに斜視画像を符号化し、赤色フィルタおよび緑色フィルタを具備したアイウェアを装着することに基づく機器が含まれるが、カラーの立体感を得ることができないという欠点がある。

従来技術には、さらに、二つの斜視画像の交互の提示と、交互シャッタを備えたアイウェアとが含まれ、このアプローチは、観察者が最終的に壊れる脆弱な機構を備えた、または、長期間に亘って使用することを不可能にさせる圧倒的な重量を有する、大型の高価な装備を使用することを要求し、さらに、特に、二人の観察者の２個のシャッタが同一の二つの連続した投影画像を同時に観察するときに、コンピュータパワーおよび微調整されたクロックを必要とする。

最後に、先行技術には、さらに、偏光を使用して符号化された二つの斜視画像を交互に提示することが含まれ、すなわち、二つの斜視画像の光は異なる偏光を有し、偏光手段を備えた復号化アイウェアが設けられる。

先行技術のすべての立体視機器に伴う重大な欠点は、それらの立体視機器が透過型に限られ、このことは偏光プロセスの本質的な結果であり、総透過強度は、通常、減少することである。

立体ディスプレイ装置は、参照によって本明細書に組み込まれた欧州特許出願ＥＰ０３４９６９２、「立体ディスプレイ（Stereoscopic display）」に記載されている。上記出願には、動く３次元シーンの白黒またはカラー画像を表示することができる立体ディスプレイであって、像にフリッカーが生じることを回避するために十分な表示レートで、シーンの右眼および左眼の斜視像に対応した実質的に白黒の画像の一連のペアの各々を交互にシーケンス的に投影する手段を備えた立体ディスプレイが記載される。可変偏光子が、交互の像をそれぞれの投影レートで同期させてそれぞれの逆方向に円偏光するために使用されている。像の特定の色波長に調整され、適切に偏光された像だけを対応した眼に伝達するために片方の眼に一つずつ配置された、少なくとも一対の逆向きのコレステリック液晶偏光手段を備えた高透過型アイウェアによって像は分析される。

上記機器には、立体視が有利である複数の重要なアプリケーションにおいてその機器を不適当にさせる複数の欠点が付随する。他の先行技術の立体視機器と同様に、上記機器は透過型機器であるので、バックライトユニットを必要とする。

さらに、この機器は、画像をシーケンスで投影する手段を備え、このような手段は、しばしば、ノイズをもたらし、動作中に機械的歪みの影響を受ける。最終的に、これらの機能のために結果的に電力消費、重量および体積が増加し、このような立体ディスプレイを携帯型機器において実施することは多くの欠点を伴うことになる。

上記機器からの画像はしかもシーケンスで投影されるが、通常の視覚は画像の連続的な供給を意味し、すなわち、二つの眼が観察される環境の画像を同時に受けとるので、残念ながら質の低下を伴う。

典型的な２次元画像のような同一の画像が投影される場合のように、必要のないときでさえ画像が順次に投影されることは別の問題点であり、これは、不必要な電力消費およびバルク的な技術が使用されるので欠点である。

したがって、先行技術の機器が２次元画像および３次元画像をそれぞれ交互に、または、同時に提示するために適していないことは重大な欠点である。

さらに、基礎となるテクノロジーがユーザから輝度を調整する可能性を奪い、また、ユーザは既に強制的なアイウェアを装着しているので、輝度の削減を、たとえば、サングラスの使用のような従来の方法によって実現することができない。

さらに、この機器は、三つの別個の画像の受信対象者が三人いる場合に不適切であり、観察者の人数とは無関係に同じ立体感を提供するに留まる。

先行技術において、液晶ディスプレイは、コンパクトさ、および、低電力消費を要求する様々なアプリケーションに適することが分かっている。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、嵩が小さく、厚さが薄く、電力消費が少ないという利点を有するフラットパネルディスプレイ装置である。

ＬＣＤは、携帯電話機、ポータブルコンピュータ、電子カレンダー、電子ブック、テレビ若しくはビデオゲームコントローラ、ならびに、種々のその他のオフィスオートメーション設備およびオーディオ／ビデオ機械などのような携帯型装置と関連して使用されている。

ＬＣＤは、光を伝達または遮断するために誘電異方性を有する液晶材料に印加される電界を制御し、これにより、当業者によって認識され、簡単に後述されるようなそれ自体は総て公知の手法で、描写または画像を表示する。エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）装置、陰極線管（ＣＲＴ）および発光ダイオード（ＬＥＤ）のような内部的に光を発生するディスプレイ装置とは異なり、ＬＣＤは外部光源を使用する。

ＬＣＤ装置は、光を利用する方法に応じて、透過型装置と反射型装置に大別される。２枚の透明基板の間に注入された液晶混合物を有する液晶パネルの他に、透過型ＬＣＤは光を液晶パネルに供給するバックライトユニットを含む。しかし、厚さが薄く、かつ、軽量である透過型ＬＣＤを製作することは非常に困難である。その上、透過型ＬＣＤのバックライトユニットは過度の電力消費がある。

これに対して、反射型ＬＣＤは、バックライトユニット無しで表示スクリーンとの間で自然光および周辺光を伝達し反射する反射型液晶ディスプレイパネルを含む。

反射型ＬＣＤは先行技術の立体視機器のいずれにも適さないが、その理由は、それらのすべてが透過型ディスプレイを必要とし、特に、偏光プロセスに内在する光の強度が減少するためである。

基本的な液晶ディスプレイは、ガラスまたはプラスチックのような透明材料からなる２枚の別個の薄いシートに透明金属酸化膜を成膜することにより簡単に構築することができる。好ましくは、金属酸化膜は、別個のシートのそれぞれに平行線の形状で供給され、ＬＣＤの列導体および行導体を構成する。行導体が列導体と垂直となるように２枚のシートが重ねられたとき、行および列は画素のマトリックスを形成する。行導体は、さらに、配向変換のために必要な電圧をセルに印加するように設定するのに役立つ。

配向膜とも呼ばれるアライメント層は各シートに設けられる。アライメント層にラビング処理を行うことによって微視的な一連の溝を設けてもよく、これらの溝は平行であり、収容された液晶分子を長手方向の軸が溝と平行になるように好ましい向きに揃えることをアシストし、分子をアライメント層に沿って「固定（anchors）」し、アライメント層間の分子がねじれるようにする。

薄いシートの一方はポリマースペーサのビーズ層で覆われる。これらのビーズは、液晶が最終的に収容されるガラスのシート間に均一なギャップを保つ。２枚のガラスシートは、次に、一体として設置され、端がエポキシで封止される。隅は封止されないまま残され、それにより、液晶材料が真空下で注入され得る。ディスプレイが液晶で充填されると、隅は閉じられ、偏光子（ラインを有する透明層）が露出したガラス表面に提供される。

ディスプレイは、ディスプレイの様々な領域に印加される電圧を制御する駆動回路に、行導体と列導体を接続することによって完成される。

本発明の目的は、２次元画像と３次元画像を交互に表示するために適したディスプレイを提供することである。

全般的に、本発明の本質は、ディスプレイが新規な特有の方式で２個の液晶セルを使用して構成された場合、ディスプレイがより優れた性能と複数の新しい特徴を具備する、ということである。最も重要な点は、ディスプレイが立体ディスプレイと標準的な２次元ディスプレイの両方として機能することである。さらに、新しいディスプレイ設計は、改良された輝度制御、複数の画像を複数の受信者へ提供する可能性、および、構造が本質的に２個のセルを含むので２個のセルのうちの一方はもう一方のセルが破壊若しくは故障したときにバックアップユニットとして部分的な役割を果たし得る、など多数のその他の特徴を提供する。ユーザがアイウェアを着用しなくても立体感が得られる実施例を含む複数の実施例が説明される。例示の目的のため、一波長の光だけについて説明されているが、携帯型装置のフルカラー立体ディスプレイは本発明を含む製品であり得る。

第１の態様によれば、本発明は、第１のセルおよび第１のセルに重畳する第２のセルを備え、前記第１のセルは複数の第１の素子を備え、前記第１の素子は第１の偏光を有する電磁波が第１の度合で反射される非反射状態と第１の偏光を有する前記電磁波が前記第１の度合よりも大きい第２の度合で反射される反射状態との間で制御可能であり、前記第２のセルは複数の第２の素子を備え、前記第２の素子は第２の偏光を有する電磁波が第３の度合で反射される非反射状態と第２の偏光を有する前記電磁波が前記第３の度合よりも大きい第４の度合で反射される反射状態との間で制御可能である機器であって、前記第１の偏光が前記第２の偏光とは異なるように前記第１の素子および前記第２の素子が配置されたことを特徴とする機器に関する。

好ましくは、電磁波は３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有し（すなわち、可視光であり）、前記第１の偏光および前記第２の偏光は互いに逆向き（opposite handedness）の円偏光である。

この配置は、随意的に、前記第１のセルと前記第２のセルとの間に偏光交番素子（a polarization-altering element）、好ましくは、適切な半波長板を配置することによって実現することもでき、この場合、前記第１のセルおよび前記第２のセルは、同じ向き（same handedness）に円偏光された光を反射するように構成される。偏光交番素子はレンズにより構成してもよい。第１のセルおよび第２のセルは、随意的に光学素子から離れた場所に置いてもよく、または、互いに遠ざけてもよい。

第１のセルおよび第２のセルは、好ましくは、第１の画像および第２の画像を観察者の第１の眼および第２の眼に伝達するように配置される。２個のセルのそれぞれによって反射される光の波長は必ずしも同じでなくても構わない。好ましくは、前記第１のセルおよび第２のセルは、少なくとも部分的にはコレステリックテクスチャ液晶（ＣＴＬＣ）で形成されている。

第２の態様によれば、本発明は、上記のタイプの機器を具備した反射型ディスプレイに関する。

第３の態様によれば、本発明は、このような反射型ディスプレイを具備した携帯型装置に関する。このような携帯型装置は、好ましくは、携帯電話機、ポータブルコンピュータ、電子カレンダー、電子ブック、テレビジョンセットまたはビデオゲームコントローラのうちの一つであるが、これらに限定されない。

第４の態様によれば、本発明は、上記のタイプの機器に様々な輝度を与える方法に関する。この種々のレベルの輝度を与える方法は３個以上のセルを具備した機器にも適用可能である。

第５の態様によれば、本発明は、上記のタイプの機器を具備した反射型ディスプレイに、二つ以上の画像を与える方法に関する。好ましくは、前記方法は、右眼と左眼のそれぞれに異なる画像を与えるように使用することができ、前記画像は、好ましくは、それぞれ左眼および右眼に対応した、観察対象若しくは環境の斜視画像である。前記方法は、好ましくは、同じ機器を使用して２次元画像と３次元画像とを切り替える可能性を提供するように使用可能である。

本発明の上記ならびにその他の態様、特徴および効果は以下に説明される実施形態から明白であり、実施形態を参照して解明される。

次に、図面の図１〜９を参照して本発明の実施形態を説明する。各図における同一の要素は同じ参照番号で表される。

図１は本発明による液晶ディスプレイの好適な一実施形態の一部を図示した略側面図である。図示の目的のため、分子のサイズやガラスのシート間の距離等の複数の寸法は誇張され、液晶混合物の分子構造は簡略化される。

２個のセル１０ａ、１０ｂは、それぞれ、固有の要素若しくは画素のマトリックスを備え、互いに接するように配置されている。薄いガラスのシート３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂは、図示されるように、原則的に平行な平面を構成する二つの対向する面により二つのセルのそれぞれを部分的に取り囲む。プラスチック基板はガラスよりも薄くすることが可能であるので、層間の視差を減少させるためにガラスの代わりにプラスチック基板を使用することができる。

各セル１０ａ、１０ｂは、先行技術のＬＣＤに従って、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）のラインとして実施され、上記ガラスシート３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂ上に配列された列導体１２ａ、ｌ２ｂおよび行導体１４ａ、１４ｂの固有のセットを具備する。

アライメント層（配向膜とも称される）３２ａ，３３ａ、３２ｂ、３３ｂは、それぞれ、日産化学工業製のアライメント層ＳＥ７５１１Ｌでよく、図示されるように、密閉された液晶３４ａ、３４ｂを好ましい状態で配向させるために、各セルの内側に配置される。

スペーサボール（図示せず）、たとえば、積水化学製のＳＰ−２０５０、および、シール材料、たとえば、三井化学製のＸＮ２１−Ｓは、好ましくは、従来技術の液晶ディスプレイに従って、上側セル１０ａ（ＣＴＬＣセル１）を取り囲む薄いガラスシート３０ａと３１ａとの間、ならびに、下側セル１０ｂ（ＣＴＬＣセル２）を取り囲む薄いガラスシート３０ｂと３１ｂとの間に均一な間隔を設けるために使用される。

適切な液晶混合物（ＣＴＬＣ材料）３４ａ、３４ｂは、上側セルおよび下側セルにそれぞれ配置される。この場合、３４ａは上側セル１０ａ用のＢＬ８７／ＢＬ８８ １０：９０ ｗ：ｗ（Ｍｅｒｃｋ）の液晶混合物であり、３４ｂは下側セル１０ｂ用のＢＬ８７／ＢＬ９５（Ｍｅｒｃｋ） ３：９７ ｗ：ｗ（Ｍｅｒｃｋ）の液晶混合物であるので、２個のセルは、逆のねじれをもつ液晶混合物を備え、すなわち、２個のセルは逆向きの円偏光された光を反射する。

当業者によって認められるように、ＣＴＬＣ材料はスピーシズの混合物である。基本的に、ネマチックホストとキラルドープの二つのスピーシズが必要である。ドープの向き（handedness）はＣＴＬＣの向き（handedness）を決め、キラルドープの濃度は反射光の波長（色）を決める。カラーディスプレイを作るためには、異なる色を反射する画素を形成するか、または、異なる色を反射するセルを互いに接するように積み重ねるという二つの基本的な可能性がある。

電極手段を使用して螺旋軸に対して垂直に高電界を印加することによりＣＴＬＣ混合物の色を変えることも可能であり、これは二つの層のみを使用してフルカラー３次元ディスプレイを実現するための一つの認識されている方式であろう。

一部のアプリケーションでは、２個のセルの列導体および／または行導体の間のクロストークを防止するために、特に、行導体１４ａと列導体１２ｂとの間のクロストークを防止するために、２個のセルの間に絶縁層が必要であることが分かっている。また、上側セル１０ａの下側基板３１ａと下側セル１０ｂの上側基板３０ｂは、共有の列導体および／または行導体を含むことが可能とするように、一つの基板として実施してもよい。

図２は、本発明による液晶ディスプレイの別の実施形態の略側面図であり、ＣＬＴＣ混合物３４ａ、３４ｂを備える２個のセル１０ａ、１０ｂが互いに接するように積み重ねられ、光学素子３５が２個のセルの間に導入されている。簡単化のため、光学素子は、上側セル１０ａおよび下側セル１０ｂからある間隔を置いて示されている。

光学素子３５は、半波長板のような偏光交番素子でもよく、または、円偏光された光の方向を、左手型方向から右手型方向へ、または、その逆に変更可能とするその他の適切な光学部品でもよい。

このような構成は、両方のセル１０ａ、１０ｂに同じ液晶混合物を充填することを可能にし、この液晶混合物は、上述のＢＬ８７／ＢＬ８８ １０：９０ ｗ：ｗ （Ｍｅｒｃｋ）の液晶混合物、または、その他の適当な液晶混合物でもよい。

図１を参照して既に説明した好適な実施形態において、各セルによって反射された光は、両方のセルが同じ液晶混合物を含むならば同じ偏光を有するであろう。しかし、図２の実施形態では、一方のセルから反射された光は光学素子を通過し、それによりその偏光を変え、その結果、二つの異なる偏光を使用して、各セル１０ａ、１０ｂから一つずつの二つの像が伝達される。

代替的に、光学素子は、参考文献としてここに見込まれる米国特許第６，０６４，４２４号または米国特許第６，１１８，５８４号に記載されているように、レンチキュラシートでもよい。

本発明の一形態によれば、上記の実施形態は、２個のセル１０ａおよび１０ｂから反射された光が僅かに異なる方向へ反射される点で有利である。好ましくは、これらの方向は、機器が携帯情報端末（ＰＤＡ）または携帯電話機などのような小型携帯機器として実施された場合、たとえば、ディスプレイから０〜５０ｃｍの距離で、観察者の左眼および右眼のそれぞれと一致するように構成される。このような実施形態は、ユーザにアイウェアを着用することなく立体視を体験させることが可能である。

本発明の別の態様によれば、図２に示された実施形態は、二人用のＴＶセットのような大型ディスプレイとして実施される。２個のセルが光を反射する角度は、互いにある間隔を置いた第１の観察者および第２の観察者の位置と一致するように構成される。

ディスプレイの一部のみに図２を参照して記載した実施形態を有するようなディスプレイが存在する可能性が高いということも想像できる。たとえば、スクリーンの一番下の部分は、本発明によれば、二人の観察者がＴＶ番組を視聴し、かつ、２つの異なる言語の２つの異なる字幕を認識することができるように、または、ＴＶスクリーンの一番下のスペースが株式取引データ、最新ニュースなどのために割り付けられている場合には、多数のＴＶチャンネルに提示されているような株式取引データ若しくはニュースフラッシュを読むことができるように構成することもできる。

レンチキュラシートに加え、光学素子は、他の光学素子、たとえば、図２を参照して既に説明したような半波長板を含んでいてもよい。

図３は本発明による液晶ディスプレイのさらに他の略側面図であり、図１の詳細に加えて、セルは互いに一定の間隔で置かれ、これは光が第１のセル１０ａおよび第２のセル１０ｂのそれぞれから僅かに異なる角度で反射されることを意味する。セル内に密閉されたＣＴＬＣ混合物３４ａ、３４ｂが互いに逆向きに偏光された光を反射すること（または、図２を参照して既に説明したように光学素子３５によって逆向きに偏光された光を反射するように構成されること）、および、セルはもう一方のセルが反射した光を基本的に透過することは、第１のセル１０ａおよび第２のセル１０ｂから放射した光が互いに干渉しないことを意味する。

図４は、電気光学ディスプレイ装置を制御し駆動する典型的な先行技術の構成の概略図である。この構成において、液晶ディスプレイ１０は、列に沿って垂直方向に、および、行に沿って水平方向に配置された画素のマトリックスを有する。これらの画素は列導体１２と行導体１４との交点に位置する。列導体１２は各列の画素にアナログ電圧を供給し、一方、行導体１４は、関連付けられた行のそれぞれにスイッチング電圧を供給し、列電圧が当該行の画素に供給されることを許可する。

行は、複数の行ドライバ１８のうちの連続した行ドライバを作動させる行デコーダ１６によって所定の順序で順次にアドレス指定される。

列電圧は、トラック／ホールド回路として実現された列ドライバ回路によって供給される。これらのトラック／ホールド回路は、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）２２の出力バッファ増幅器からランプ電圧を受け取る。ＤＡＣ２２は、クロック２５によって生成されたパルスを計数するカウンタ２４から連続的なデジタル値を受け取る。このカウントは、ある最小数から始めてスケールの反対側で最大数に到達するまで着実に増加するか、または、ある最大数から始めてスケールの反対側で最小数に到達するまで着実に減少する。ＤＡＣは、このようにして、各サイクルで、そのデジタル入力を近似する増加または減少ランプ信号を生成する。

カウンタ２４の出力は、また、１列について１個ずつの多数のコンパレータ２６に供給される。この数値は、次に、各コンパレータにおいて、関連付けられた列の画素の所望の輝度レベルを表現するデジタル値と比較される。この輝度レベルを表現する数値は、関連付けられた画素レジスタ２８内に、システムの各完了サイクル（complete cycle）の間に格納される。

カウンタ２４によって供給されたカウントが画素レジスタに格納されたデジタル値と一致する場合、対応したコンパレータ２６は、当該列のトラック／ホールド回路へ送られるパルスを生成する。このようなイネーブルパルスの受信後、関連付けられた列ドライバは、ランプジェネレータの瞬時の出力に等しい電圧を格納する。

各ランプサイクルの終了時、列ドライバ回路に格納された電圧が行ドライバ１８によって選択された特定の行の画素に供給される。

本発明による機器の各セルは、したがって、電気光学ディスプレイ装置を制御し駆動するこのような先行技術の構成によって制御することができる。

図５は、所定の波長に関して、液晶混合物からの印加電界強度に対する反射を図示するグラフである。印加電界の強度に応じて、ＬＣＤ画素内の分子は、明るい状態と暗い状態との間で、或いは、両者の間のある場所（階調）に切り替え可能である。電圧に対する分子の応答の様子はこのタイプのディスプレイの重要な特性である。電気歪みの応答はセルを通る光の反射を決定する。

図６は、３種類の液晶混合物、すなわち、９０％対１０％のＢＬ０８８／ＢＬ０８７、８０％対２０％のＢＬ０８８／ＢＬ０８７、および、９７％対３％のＢＬ０９５／ＢＬ０８７に関して反射特性の波長依存性を図示するために、波長の関数として反射をパーセンテージで表したグラフである。

当業者によって認められるように、様々な混合物に関して実証された反射光の波長依存性は、ディスプレイを製作することにより、或いは、それぞれが基本的に赤、緑および青の光を反射する３種類の混合物を画素に充填することにより、ＲＧＢディスプレイのようなフルカラーディスプレイを構成するために利用される。

図７は、観察者がシミュレーションされた立体視を体験するシナリオを図示している。本発明によるディスプレイ４０は、観察者（図示せず）からある一定の距離４１を置いて配置される。ディスプレイ４０は、図１〜３を参照して既に説明したように２個の重ね合わされた液晶セル１０ａおよび１０ｂを具備する。これらのセルのそれぞれは必要な電子回路に接続される。図７に示されるように、上側セル１０ａは像４２ａを提示し、下側セルは像４２ｂを提示する。裸眼の場合、両方の像がディスプレイ上に現れる。しかし、２個のセル１０ａ、１０ｂは逆向きの円偏光された光を反射するように構成されているので、像４２ａ、４２ｂは、偏光を使用して符号化される。

説明の目的のため眼鏡として示されているアイウェア４３は、観察者が着用する。観察者の左眼および右眼は、フィルタ要素として機能しそれぞれが一方の向きの円偏光された光に対して高透過性があり、しかし、逆向きに円偏光された光に対して透過性がない偏光手段４４ａおよび４５ｂを通してスクリーンを観察する。その結果、上側セル１０ａによって生成された像４２ａだけがフィルタ要素４４ａを通して観察者の左眼によって視認され、下側セル４２ｂによって生成された像４２ｂだけがフィルタ要素４４ｂを通して観察者の右眼によって視認される。

上側セル１０ａによって伝達された像４２ａが左眼の斜視に対応した斜視画像であり、下側セル１０ｂによって伝達された像４２ｂが右眼の斜視に対応した斜視画像であるとき、結果として、左眼および右眼のそれぞれのための２枚の別個の斜視画像が得られ、したがって、ユーザは立体視を体験する。

２枚のそれぞれの斜視画像が同一の画像でもよいことは明らかであり、そのことはユーザが立体視機能において必須であるアイウェアを着用しているか否かとは無関係にユーザによって体感されるであろう。

本発明の上記の立体視機能は、たとえば、適切な偏光手段を備えたレンズをもつ眼鏡として実現されるフィルタ要素を具備したアイウェアを必要とする。偏光手段は複数の方法で形成することが可能であり、たとえば、ＬＣＤ用の１／２波長位相差板と組み合わせてＬＣＤ用の吸収偏光フィルムを用いて作られる。偏光フィルムの吸収軸に対する常軸および異常軸の方向は、どちらの向き（handedness）が吸収され、どちらの向きが透過されるかを決める。これらの構成部品は日東電工または住友化学で販売されている。一方の円偏光の光を反射し、もう一方の円偏光の光を透過するＣＴＬＣのフィルムを形成することもできる。しかし、これらのフィルムはかなり高価格である。

好適な実施形態において、アイウェアは眼鏡として実施されるが、アイウェアをコンタクトレンズとして実施することも可能である。

図８には、図２および３に（部分的に）示され上記図を参照して既に説明した実施形態であって、ユーザが立体視を体験するために復号化アイウェアを着用することを要求しない実施形態が示されている。その理由は、この機器のセル１０ａ、１０ｂは、２個のセルによって形成された画像がこの図に示されるように僅かに異なる方向へ伝搬し、その結果として、ある距離を隔てたユーザの左眼および右眼と一致するように構成されるからである。

この図は、上側セル１０ａから反射された光の方向とは僅かに異なる方向に下側セル１０ｂから反射された光を偏光させるために、セル１０ａと１０ｂとの間に配置されたレンチキュラシート３５のような偏光光学素子を図示する。それでもなお、図３を参照して説明した実施形態の使用と同様の効果を想定できることが認められるが、その理由は、２個のセルが僅かに異なる距離から、従って、異なる角度から観察されることを意味するからである。また、セルの一方の伝搬の方向への偏光は、セルが互いに重ね合わされ、それらの薄いガラスシート３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂが基本的に相互に平行である上記の実施形態に対して、セルの一方を僅かに傾けるだけで設定可能であることが認められる。

好適な実施形態は携帯型装置で使用されるが、本発明による機器が有用であることを明らかにする他のシナリオを想定することも可能である。

図９は、本発明による機器が複数のユーザに異なる像を提示するために使用されるユーザシナリオを図示する。

大型液晶ディスプレイ５０は、航空機の異なる部分に位置し液晶ディスプレイの方を向く３人の乗客５２ａ、５２ｂ、５２ｃの視野内で、たとえば、航空機の客室内の壁に配置される。ディスプレイは、３種類の層（図示せず）を含み、各層はある波長および偏光特性を有する光を反射する。説明の目的のために、３個のセルのそれぞれは、画像５１ａ、５１ｂおよび５１ｃのうちの一つを投影する。

３個の復号化要素５３ａ、５３ｂ、５３ｃは各観察者の正面に配置され、上記復号化要素は、基本的に１個のセルからの光だけを各観察者へ伝達するように配置される。結果として、この図に示されるように、観察者５２ａは画像５４ａだけを認識し、観察者５２ｂは画像５４ｂだけを認識し、観察者５２ｃは画像５４ｃだけを認識する。

簡単化の目的のため、復号化要素はスクリーンとして図示されているが、復号化要素は上記の眼鏡のようなアイウェアとしても実施可能である。

本発明によるディスプレイは、さらにバックライトユニットを具備し、または、携帯型若しくは大規模透過型ディスプレイとして実現してもよい。

本発明による機器が通常のディスプレイ、すなわち、眼鏡がない２次元ディスプレイとして使用されるとき、各眼は機器の両方の層から反射された光を受容するだろう。これは、ディスプレイ装置として、本発明による機器が先行技術を超える複数の利点があることを意味する。一方のセルだけが同時に使用可能であり、２番目のセルは最初のセルが機能しない場合にバックアップユニットとして使用されてもよい。

輝度は液晶ディスプレイ装置のおける重要な特徴であるので、輝度の度合いの選択の余地をユーザに与えるディスプレイ装置として本発明によるディスプレイ装置を使用することは有利であろう。これは、実際には、低い輝度が望ましいときには一方の層だけの画素が光を反射するように命令し、より高い輝度が望ましいときには両方の層の画素が光を反射するように命令することにより実現可能である。層は、逆向きで円偏光された光を反射するので、反射光の間に干渉がなく、これにより、結果的に鮮明な像が得られる。

様々な輝度のレベルを与えるこの方法は、３個以上の重畳するセルを備えた機器へ拡張することができる。より低い輝度が望ましいとき、Ｎ個のセル（Ｎは少なくとも１であるが、重畳したセルの総数と一致しない）は、光を反射するよう操作され、より高い輝度が望ましいとき、個数Ｎ＋１の重畳したセルが光を反射するように操作される。

本発明による機器は、たとえば、別個のスタンドアロン型ユニットとして実現され、或いは、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＧＰＳ、ＧＰＲＳ若しくはＤ−ＡＭＰＳのような電気通信ネットワーク用の携帯端末、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パームトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、電子カレンダー、電子ブック、テレビジョンセット若しくはビデオゲームコントローラのようなその他の既存タイプの携帯型装置、ならびに、多種多様なオフィスオートメーション設備およびオーディオ／ビデオ機械などに収容され、または、組み合わしてよい。

本発明は、主として複数の実施形態を参照して説明されている。しかし、上記の実施形態以外の実施形態が特許請求の範囲によって規定される本発明の権利範囲内で同等に実現可能である。請求項で使用されたすべての用語は、特に断らない限り、技術的分野における普通の意味に従って解釈されるべきである。「冠詞（ａ， ａｎ）」と「定冠詞（ｔｈｅ）」に続く要素、手段、コンポーネント、部材、ユニット、ステップなどへの言及は、上記要素、手段、コンポーネント、部材、ユニット、ステップなどのうちの少なくとも一つの例への言及として制限なく解釈されるべきである。本明細書に記載された方法のステップは、明示的に指定されない限り、開示されたそのままの順序で実行しなくてもよい。

本発明による液晶ディスプレイの第１の好適な実施形態の部分略側面図である。 本発明による液晶ディスプレイの第２の実施形態の略側面図である。 本発明による液晶ディスプレイの第３の実施形態の略側面図である。 電気光学ディスプレイ装置を制御し駆動する典型的な先行技術の配置の略ブロック図である。 所定の波長における液晶混合物の印加電界に対する反射を示すグラフである。 ３種類の液晶混合物に関する反射特性の波長依存性を図示するために波長の関数に対するパーセンテージ表示の反射を示すグラフである。 観察者がシミュレーションとして立体視を体験するシナリオの説明図である。 観察者がシミュレーションとして立体視を体験する別のシナリオの説明図である。 ３人の観察者が同じスクリーンから３つの異なる画像を見る、さらに別のシナリオの説明図である。

Claims (14)

1. 複数の第１の素子を備えた第１のセルであって、前記第１の素子は第１の偏光を有する電磁波が反射されない非反射状態と第１の偏光を有する前記電磁波が反射される反射状態との間で制御可能である第１のセルと、
   前記第１のセルに重畳する第２のセルであって、該第２のセルは複数の第２の素子を備え、前記第２の素子は第２の偏光を有する電磁波が反射されない非反射状態と第２の偏光を有する前記電磁波が反射される反射状態との間で制御可能である第２のセルとを備えた機器であって、
   前記第１の偏光の方向が前記第２の偏光の方向と異なるように前記第１の素子および前記第２の素子が設計され、
   前記第１のセルと前記第２のセルとの間にレンチキュラシートが配置され、且つ
   前記レンチキュラシートと組み合わさって前記第１のセルおよび前記第２のセルは、同時に異なった画像を観察者の第１の眼および第２の眼に伝達するように配置され、
   前記異なった画像は、観察された時に３Ｄ感覚を生じさせる斜視画像であることを特徴とする機器。
2. 前記電磁波は、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記第１の偏光および前記第２の偏光は、互いに逆向きの円偏光であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器。
4. 前記第１のセルと前記第２のセルとの間に偏光交番素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の機器。
5. 前記偏光交番素子は、半波長板であることを特徴とする請求項４に記載の機器。
6. 前記第１のセルおよび前記第２のセルは、互いに所定距離だけ離れていることを特徴とする請求項１に記載の機器。
7. 前記第１の電磁波および前記第２の電磁波は、異なる波長を有することを特徴とする請求項１に記載の機器。
8. 前記第１のセルおよび前記第２のセルの少なくとも１つは、コレステリックテクスチャ液晶（ＣＴＬＣ）で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機器。
9. 請求項１に記載された機器を備えた反射型ディスプレイ。
10. 請求項９に記載された反射型ディスプレイを備えた携帯型装置。
11. 前記装置は、携帯型電話機、ポータブルコンピュータ、電子カレンダー、電子ブック、テレビジョンセットまたはビデオゲームコントローラのうちの１つであることを特徴とする請求項１０に記載された携帯型装置。
12. 請求項１１による反射型ディスプレイにおいて２つの異なる画像を提示する方法であって、
    当該方法は、
    前記の第1のセルの複数の第１の素子を操作することで第１の画像の形状で電磁波を反射するステップであって、前記第１の画像は前記第１の偏光を有する電磁波で構成される、ステップと、
    前記の第２のセルの複数の第２の素子を操作することで、前記第１の画像とは異なる第２の画像の形状で電磁波を反射するステップであって、前記第２の画像は前記第２の偏光を有する電磁波で構成される、ステップと、
    観察者の第１の眼および第２の眼に前記第１および第２の画像を異なる方向へ伝達するように前記第１および第２のセルを配置するステップ、
    を具備し、
    前記異なる画像は、観察したときに３Ｄ感覚を生じさせる斜視画像である、
    ことを特徴とする方法。
13. 前記反射型ディスプレイ内の前記機器は、少なくとも第３のセルをさらに備え、
    該第３のセルは複数の第３の素子を備え、
    前記第３の素子は第３の偏光を有する電磁波が反射されない非反射状態と前記電磁波が反射される反射状態との間で制御可能であり、
    当該方法は、前記第３の素子を操作することで第３の画像の形状で電磁波を反射するステップであって、前記第３の画像は第３の偏光を有する電磁波で構成されるステップをさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも２つの分離したフィルタ素子を設けるステップであって、前記２つのフィルタ素子の第１のフィルタ素子は、前記第１の偏光を有する電磁波を透過させることができ、前記第２の偏光を有する電磁波を透過させることができず、前記２つのフィルタ素子の第２のフィルタ素子は、前記第２の偏光を有する電磁波を透過させることができ、前記第１の偏光を有する電磁波を透過させることができないステップと、
    前記反射型ディスプレイと前記第１の素子によって生成された第１の画像の任意の意図された受信者との間に前記第１のフィルタを配置するステップと、
    前記反射型ディスプレイと前記第２の素子によって生成された第２の画像の任意の意図された受信者との間に前記第２のフィルタを配置するステップとを具備したことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の方法。

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