JP5406014B2 - 高速ディスプレイ用シャッター - Google Patents
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Description
前記第1の切替可能な開口アレイを実質的に透明な状態になるように配置する工程と,
前記第2の切替可能な開口アレイを実質的に不透明な状態になるように配置する工程と,
前記第2の切替可能な開口アレイを実質的に不透明な状態から透明な状態に切り替えて,シャッターの一部を実質的に透明な状態する工程と,及び
前記第1の切替可能な開口アレイを実質的に透明な状態から実質的に不透明な状態に切り替えて,シャッターの一部を実質的に不透明な状態する工程と,
を含む。
前記シャッターの一部を実質的に透明な状態する工程と,
前記第1の切替開口アレイに隣接した第1の開口セットを透明に切り替える工程と,
前記第2の切替開口アレイに隣接した第2の開口セットを透明に切り替える工程と,
を含み,
前記隣接した第1の開口セットは,前記隣接した第2の開口セットに面しており,前記第2の開口セットは,前記第1の開口セットよりも極めて多くの開口を含んでいる。
135度にトップ偏光子と,
90度に導波器を有する第1のLCDユニットと,
45度に中間偏光子と,
0度に導波器を有する第2のLCDユニットと,
45度に底部偏光子と,
を含んでもよい。
シングルセル用シャッター
直接的なアプローチは標準シングルセル用LCDシャッターである。そのようなシャッターは標準セル,すなわち,ダークからクリアーに高速で切り替え,クリアーからダークに高速で切り替えられる2種類の境界プレートに限定された液晶層からなる。
1.暗黒(dark)から透明(clear)および透明から暗黒の短い遷移時間,すなわち短い上昇時間および下降時間。
2.ゴースト画像および全体的な低コントラストを避けるための暗黒状態の高コントラスト。
高コントラストな高速上昇時間および高速下降時間であるが,1方向だけに高速で切り替える標準的な液晶材料を使ったシャッターはダブルセル溶液を使って確保することができる。図3に示すように,こうしたシャッターは高速で暗黒から透明に遷移し,高速で透明から暗黒に遷移する2つの液晶セルを使って作成することができる。
1.135度に偏光子
2.90度に導波器がある液晶
3.45度に偏光子
4.0度に導波器がある液晶
5.45度に偏光子
液晶の中には,切替時に関連した保持時間を有するものあり,パルス長の最小限度を設定できる。
tp=複製されている理想的な方形波の長さ
tr=上昇時間,液晶の最高速転移
tf=下降時間,液晶の最低速転移
th=保持時間,状態が完全に変化する前で,液晶が同一状態に留まっている,または変化が10%未満である期間
(i)不透明な状態で,2つのシャッターを保有する。
(ii)透明な状態に切り替えるため,片方のシャッター(例えば,シャッター2)に対して電圧を設定する。
(iii)透明な状態に切り替わるようにシャッター1に対して電圧が設定される場合,その時間t前に,透明な状態に戻すように切り替えるためにシャッター2の電圧を設定する。この操作は,統合された透明パルスが流れ始めるときに実施される。
上記配置に関係する課題は標準ブラック(あるいは不透明)セルである。標準的なブラックセルが高コントラストになるには完全な半波長板として機能しなければならないが,プラナー配向させた液晶では達成するのが困難である。従って,本セルは標準的なホワイトセルに比べて,しばしばコントラストが極めて低くなる。標準的なブラックセルのコントラスト性能を高めることができる解決法がある。
2.出口面に補強フィルターあるいは補強セルを設置する。補強セルは,セルが切り替わったとき,同一のセル厚および液晶特性をもつセルで構成されてもよい。補強フィルターは,切り替わっているセルの特性に一致した特性をもつ相差フィルムであってもよい。
3.標準的なブラックセルに対し,垂直に配向させた(VA)液晶の配置を使用する。この配置では,垂直に配向させた液晶が十分に機能する。
4.ツイストネマチック(TN)液晶セルを使用する。
位相差フィルムの第1の必要条件は,約554nmの光学スペクトルでもっとも感受性の高い領域の波長(約554nm)に対し,正確な位相差(Retardation)があることである。トランスミッションを最適にするには,位相差値を約277nmにしなければならない。しかし,位相差値は液晶セルに適合していなければならない。また,多少値が小さいと薄いセルを意味し,反応は早いものの,わずかにトランスミッションに影響がでる。
場合によっては,コントラスト比は,標準ホワイトセルと標準ブラックセルとで異なり,標準ブラックセルはコントラストが弱い。高いコントラストを有するセルがブラック状態にいる時間を最大にすることによって,全体的なコントラストは改善されうる。図7では,期間(c)中,どうして標準ブラックセルが光を遮る必要があるかがわかる。標準ホワイトセルの下降時間(a)が短縮できれば,全体的なコントラストを改善することができる。目標は標準ホワイトセルに可能な限り光を遮断させ,標準ホワイトセルが遷移しているときだけに,すなわち,できるだけ期間(b)を作る,および期間(c)を作る,すなわち,できるだけ(a)の期間を短くすることである。従って,セルは,2種類のセルに対して異なる応答曲線を有することによって,最適化されうる。例えば,標準ブラックセルは下降時間を長くして,良好なコントラストを生じさせるために厚くしてもよく,標準ホワイトセルは下降時間を短縮するために薄くしてもよい。同一の効果を得るために,2種類のセルで異なる液晶を使用してもよい。
コントラストおよび切替時間を改善する1つの方法は電気的にコマンドされた表面(ECS)を使用することである。ECS技術はLCDにある液晶分子の切り替えを,好ましい状態になるよう影響を与えるために,“アクティブな”アライメントレイヤーの利用が求められている。アライメントレイヤーはLCDの駆動に利用される電界によって著しく影響を受けている。また,その動的挙動および液晶との相互作用は液晶分子の切り替えを促進し,最終的に応答期間の特性を改善する。
応答時間は,切り替わっているスリットあるいはその他形状に沿って変わる可能性がある。変化はストライプの単位長あたりの抵抗率および単位長あたりの容量に基づく。変化を減少させる方法の1つは低抵抗伝導性レイヤーを使用することである。別の方法としては,スリットの両端をエレクトロニクスドライバーに接続することである。その他の方法としては,抵抗を減少させるためにスリットに沿って金属線を設置することである。その他の解決法としては,シャッターと同期した入力画像を修正して,応答時間中の変化を補正することである。
必ず制御電圧にDC成分がないようにすることで,装置の寿命が大幅に改善される。1つのオプションとしては,AC駆動信号を使用することである。また,位相(Phase)から180度外れた前又は後ろの電極を切り替えることによって,セルは方向が変化する電界(field)を十分に把握し,DCバランスを確実なものにする。その他の可能性としては,1本の電極のみに短いDCパルスを使い,次のサイクルで,類似しているが逆の電界をもつ短いDCパルスを適用することである。この操作によりゼロバイアスも確保される。場合によっては,パルスの開始に印加される高い電圧は,上昇時間を短縮する。
本セクションの議論は線状に調整されたシャッターあるいはスリットの分析に焦点があてる。従って,分析は,2次元で行うことができる。画素化したシャッターあるいはその他開口形状に対しても同一の議論が適用できる。
シングルスリットで,最大視角は最大180度となり,セルの厚さおよび液晶に対する最大視角のみによって限定される。2またはそれ以上のシャッターを有すると,図12に示すように,最大視角が変化する。しかも,効果的なスリット幅は,スリットの中央から離れ,標準からの角度を増加すれば,徐々に小さくなる。これにより輝度は視角に依存し,ブラックストライプが導入されうる。
α=スリットを通してディスプレイを視認する最大角度
s=2つのシャッター間の距離
la=シャッターAに対するスリット幅
lb=シャッターBに対するスリット幅
r=スリット幅間の比率=lb/la
d=ディスプレイとシャッターAの距離
p=第2のシャッターは第1のシャッターのみと比べ,輝度が減少しているディスプレイ上の幅
現在の実用的な実施では,2つのシャッター間に存在する最小距離はガラス基板の厚みによって限定されている。薄い基板は存在するものの,標準的ガラス基板の厚さは1.1mmである。液晶層の厚さは数ミクロンであり,無視できる。ダブルシートでは,厚さsは2.2mmで,シングルでは1.1mmである。
既に述べたように,下降時間はダブルシャッター解決法に対し,任意のスリットのパルス間の期間に限定を与える。現在,本議論では,観察者はシャッターAの各スリットに対し,シャッターB上の1スリットを通しディスプレイを視認しているのみであると仮定した。シャッターが無限に且つ共に閉じている場合,これは問題となりうる。しかし,標準的なディメンションに関し,既に述べているように,多くの実用的実施では不可能である。従って,分析はスリットのさまざまな組み合わせを調査する観察者の効果を考慮に入れなければならない。このことは,最大視角と名付けたセクションで定義したように,任意のr値,すなわちスリット幅率に対してもいえる。
・多くのスリットは間隔Nを有して同時に開かれる。
・N状態は同時に開くスリットのセット中,第1オープンスリットの数によって定義される。
・各状態はNタイムスロットの長さtp(フレームの長さ)のいずれか1つに置かれてもよい。
・費用関数は,任意のシーケンスに対するゴースティング量を定量するために定義される。従って,ゴースティングは費用関数を最小限に抑えるシーケンスを探すことによって最小限に抑えられる。ゴースティング現象の正確な物理的モデルは必要ない。おおよそ同一の行動を示す一連の経験則があれば充分である。
○通常,隣接するオープンスリット状態で費用が最も高い。スリットが離れれば,離れるほど費用は低くなる。本機能は許容視認領域βによって,従ってrによって影響を受ける。
○費用は本状態がどの程度送れて発生するかということによって決まる要因によっても減少する。例えば,図15に示すように,t=2で状態2なるよりも,t=0で状態1になったのに引き続き,t=1で状態2になった場合,費用は高くなる。通常,本要因は各シャッターの下降時間によって決まる。多くの場合,シャッターAおよびシャッターBそれぞれに対する下降時間の合計よりも大きいtのため,費用はゼロになる。
水平視差を対象としたダブルシャッターLCDの実施例では,3Dディスプレイのみ,すなわち,観察者が異なる水平視認位置に対してのみ異なった画像をみる3Dディスプレイのみが,通常,従来の2D LCD画面で典型的となっている画素というよりもむしろカラムからなる。従って,シャッターLCD画面は,光学的透明な状態と光学的に不透明な状態間で切り替えることのできる,通常1〜5mm幅の多数のカラムで構成される。上述したように,そのようなLCD画面は2つのパネルを使って達成することができる。2つのパネルは,不透明な状態から透明な状態にすばやく切り替わるパネル(通常ブラック)と,透明な状態から不透明な状態にすばやく切り替わるパネル(通常ホワイト)である。高速切り替えを達成するために,仮に上昇時間が約40マイクロ秒だとすると,約2.5マイクロメーターのセルギャップが利用される。両方のセルで利用するための適切な液晶材料の1つは,MLC14300−100である。標準ブラックセルおよび標準ホワイトセルは,偏光子を入力するために,45度で交差した偏光子と材料導波器を利用した標準ホワイトセルを用いて,ダブルセルシャッターの全体像に関連して上述したように構成される。偏光子の方向性に対して,アライメント材料(例えば,PI7992)を45度でこすることによって達成される。標準ブラックセルは,並列して,及び,ダブルセルシャッターの全体像に関連して上述したように,偏光子を入力するために,45度に調整された材料導波器と一緒に,偏光子を有する。標準ブラックセルの狭いセルギャップのために,補正フィルムはコントラストを改善する可能性がある。そのようなケースでは,補正フィルムは,図6に示したように,組み込まれる。代わりに,標準ブラックセルの正確なレプリカである第3のセルは補正フィルムとして含まれる。セルの高速切り替えを達成するために,高電圧が必要である。通常,約40マイクロ秒でパネルを切り替えるためには,約25ボルトで充分である。しかし,大きなセルギャップが必要な場合,高電圧が必要になる。
シャッターは視界を狭い錐体から広い錐体まで,動的に視界を変更するためにも利用することができる。これを行う1つの方法は,同時に切り替えられる隣接したスリットの数を変更することによって,切り替えられるスリットの幅を変更させることである。正確な画像を維持するために,シャッターと同期させたディスプレイ上の画像をレンダリングして,スリット幅に適合させる必要がある。視界を変更する別の方法は,シャッターとディスプレイとの間の距離を変更するためにメカニズムを有することである。この場合も先と同様に,ディスプレイ上の画像を,レンダリングして,シャッターとディスプレイとの間の距離を適合させる必要がある。
Claims (11)
- 実質的に透明な状態から,実質的に不透明な状態に切り替える第1の切替可能な開口アレイと,実質的に不透明な状態から,実質的に透明な状態に切り替える第2の切替可能な開口アレイとを含み,前記第1の切替可能な開口アレイと前記第2の切替可能な開口アレイが少なくとも部分的に重なっている自動立体ディスプレイ用シャッターを動作する方法であって,前記方法は,
前記第1の切替可能な開口アレイを実質的に透明な状態になるように配置する工程と,
前記第2の切替可能な開口アレイを実質的に不透明な状態になるように配置する工程と,
前記第2の切替可能な開口アレイを実質的に不透明な状態から透明な状態に切り替えて,シャッターの一部を実質的に透明な状態にする工程と,
前記第1の切替可能な開口アレイを実質的に透明な状態から実質的に不透明な状態に切り替えて,シャッターの一部を実質的に不透明な状態にする工程と,
を含み,
ここで,前記第1の切替可能な開口アレイ及び前記第2の切替可能な開口アレイのいずれか一方の切替可能な開口アレイにおいて,他方の切替可能な開口アレイよりも多くの切替可能な開口が開かれる,
自動立体ディスプレイ用シャッターを動作する方法。 - 前記第1の切替可能な開口アレイが実質的に不透明状態から実質的に透明な状態に切り替える第1の下降時間を有し,及び前記第2の切替可能な開口アレイが実質的に透明状態から実質的に不透明な状態に切り替える第2の下降時間を有する,請求項1に記載の方法。
- 第1の下降時間および第2の下降時間が同一である,請求項2に記載の方法。
- 第1の下降時間および第2の下降時間が異なる,請求項2に記載の方法。
- 1つの切替可能な開口アレイが他の切替可能な開口アレイよりも高いコントラスト比を有する,請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記シャッターに適用される切替スキームは,一方の切替可能な開口アレイが前記シャッターの一部を実質的に不透明にするために使われてもよい前記大きなコントラスト比を有する切替可能な開口アレイが実質的に不透明になるように配置されている,請求項5に記載の方法。
- 前記切替可能な開口アレイに適用される切替スキームは,直線のゴースティング及び斜めのゴースティングと関連する費用関数を最小限にすることによって決定される,請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切替可能な開口アレイに適用される切替スキームは,ストライピングに関連する費用関数を最小限にすることによって決定される,請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切替可能な開口アレイに適用される切替スキームは,直線のゴースティング,斜めのゴースティング,およびストライピングに関連する費用関数を最小限にすることによって決定される,請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切替スキームが,各開口が開く時間及び各開口が閉じる時間を定義する,請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 実質的に透明な状態に配置され,実質的に透明な状態から実質的に不透明な状態に切り替わることで,シャッターの一部を実質的に不透明な状態にする,第1の切替可能な開口アレイと,
実質的に不透明な状態に配置され,実質的に不透明な状態から実質的に透明な状態に切り替わることで,シャッターの一部を実質的に透明な状態にする,第2の切替可能な開口アレイとを含み,
前記第1の切替可能な開口アレイと前記第2の切替可能な開口アレイは,少なくとも部分的に重なっているものであり,
前記第1の切替可能な開口アレイ及び前記第2の切替可能な開口アレイのいずれか一方の切替可能な開口アレイは,開かれる切替可能な開口の数が他方の切替可能な開口アレイよりも多いものである,
自動立体ディスプレイ用シャッター。
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