JP5997123B2 - 立体表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、第一の平面において横方向に分離された画素を有する表示を生じさせるための手段及び光学的なディレクトリ素子の群を含む光学的なディレクトリ手段を含む立体表示装置に関し、それら素子の各々は、画素の群と関連させられ、光学的なディレクトリ手段は、相互に異なる角度の方向において画素の出力を方向付けるために、第一の平面における画素に重なる。

このような立体表示装置は、電話のようなハンドヘルドの用途及び（ＴＶ）モニターの両方においてますます使用され、複数のビューが使用される。

上に述べた種類の立体表示装置は、米国特許第６，１１８，５８４号明細書（特許文献１）に記載され、その明細書は、画素の群に配置された画素及び表示パネルに重なる（シリンドリカル）レンチキュラー素子又はレンチキュラーを有するレンチキュラースクリーンを有するアクティブマトリックスの液晶ディスプレイパネルを示す。ブラックマトリックスによって引き起こされた暗いバンド形成のような望まれないアーチファクトを予防するために、各々のレンチキュラーは、画素の群と関連させられ、各々の群における画素は、列の方向において隣接した表示の要素が相互に重なり合うように、配置させられる。この表示装置において、レンズと画素との間の距離は、レンズの焦点距離におおよそ等しい。各々のレンズは、数個の画素を覆う。各々の画素の光は、レンズに関して画素の位置に依存して、異なる良好に定義された方向の中へ送られる。このようにして、典型的には九個の独立なビューが九個の異なる視角に対応して作り出される。観察者は、各々の目に異なるビューを受け、且つ、適切な画像のコンテンツを使用するとき、三次元の画像を観察する。
米国特許第６，１１８，５８４号明細書

しかしながら、観察者にとっては、表示の異なる経路が、異なる角度の下で観察者の目に到達するという事実のおかげで、"暗いバンド"と称された、表示における強度の変調が、なお生じる。観察者が、表示に対して平行に移動すると、バンドは、表示の上でシフトし、且つ、観察者が、ディスプレイに向かって又はディスプレイから離れて移動すると、バンドのピッチは、変化する。小さい変調度（例えば、１％のみ）でさえも、効果は、非常にじれったいものである。

本発明に従ったデバイスにおいては、第一の平面は、実質的に、光学的なディレクトリ素子の主要な焦点の平面の外にある。主要な焦点の平面は、光学的なディレクトリ素子の中央部分の焦点平面と実質的に一致する平面を意味する。例えば、シリンドリカルレンチキュラーが、使用されるとすれば、製造工程によって、焦点は、特に近隣のシリンドリカルレンチキュラーを付け加える側で、変動することになる。

本発明は、ディスプレイの表面（ＬＣＤセル）が、故意に"焦点の外に"あるようにレンズを設計することによって、バンドの変調度が、最小にされるという理解に基づく。そのレンズが、それの焦点が主要な焦点の平面と正確に一致するように、設計されるとすれば、全てのビューの合計の強度は、視角の関数として上に述べた変調を示す。これは、（ＬＣＤの）画素の周囲の放射しないエリア（ブラックマトリックス）の存在によって引き起こされ、それらエリアは、ある一定の、よってより暗い、方向へと結像させられる。観察者にとって、角度の変調は、一般に、上に述べた"暗いバンド"を生み出す。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載した実施形態から明白であり、且つ、それらを参照して説明される。

本発明に従ったデバイスの一部分を概略的に示す図。 図１のデバイスの一部の平面図。 本発明に従ったデバイスについてのレンズ半径の関数としてバンド構造の（相対的な）変調度を示す図。 このようなデバイスにおけるビューの間のクロストークについての尺度を示す。

図は、概略的なものであり、且つ、一定の縮尺のものではない；対応する構成要素は、一般に、同じ符号によって表記される。

図１は、第一の平面３において横方向に分離された画素２を備えた表示デバイス５を有する本発明に従ったデバイス１の一部分の概略図を示す。デバイス１は、光学的なディレクトリ手段、この例においては、レンズ（レンチキュラー）４の群を有し、それら手段の各々は、画素２の群と関連させられる。レンズ４は、相互に異なる角度の方向において画素の出力を方向付けるために、第一の平面３において画素２を覆い、第一の平面は、実質的に、レンズ４の主要な焦点の平面の外にある。この例において、レンズは、ディスプレイの前方における別個の平面５に提供されると共に、湾曲した側面は、ディスプレイに面する。角度の方向は、矢印６によって示される。レンチキュラーの縦方向の側面が、垂直な軸となす角度αの正接は、１／６である（図２を参照のこと）。よって、この特定の事例においては、α＝ａｔａｎ（１／６）であり、そのαは、正又は負であり得る。レンチキュラーは、知覚された画素の構造を改善するために、傾斜させられる。レンズのピッチｐは、本質的に、水平な方向において測定されたレンズの間の距離が、サブ画素のピッチＡの４．５倍に等しい、即ち、ｐ＝４．５＊Ａ／ｃｏｓ（α）であるようなものである。これは、２＊４．５＝９個のビューの表示に帰着する。ディスプレイの前側のパネル７の屈折率及びレンズの屈折率は、ｎ＝１．５に選ばれる。さらには、レンズ本体は、シリンダー（の部分）である。

図３及び４は、図１、２の幾何学的配置及び構造を有するデバイスについての典型的な結果を示す。図３は、レンズの半径の関数としてのバンド構造の（相対的な）変調度を示す。図４は、"重なり合い"、ビューの間のクロストークについての尺度を示す（小さい重なり合いが、好適である）。焦点の平面がＬＣＤのセルと一致する事例についてのレンズの半径Ｒは、点線８によって示される（この例では、Ｒ＝３０３．３μｍである）。この半径は、相対的に高い変調度を与える。（矢印９によって示された）３８８．５μｍの半径では、変調度は、二桁程度より低い大きさであり、且つ、"重なり合い"の値は、また、より好ましいものである。より大きい半径では、分散値におけるより多い最小値が、観察されるが、しかし、それらは、分散値及び重なり合いの両方に関して相対的にあまり好ましいものはない。ｒ＝３８８．５μｍの事例においては、レンズの焦点の平面は、ＬＣＤセルの約２５７μｍ下に、位置させられる。

最適な半径は、系の構成及び具体的な寸法に依存する。図２の構成（別個の平面におけるレンズがディスプレイに面する、九個のビュー、傾斜１／６）では、最も重要なパラメーターは、
１）（（ＬＣＤセルの）画素２とレンズ４との間の）前方のパネルの（ガラスの）厚さｄ
２）Ａ：Ｂ＝１：３を仮定して、ｐ＝３＊Ａによって特徴付けられた、（ＬＣＤセルの）画素２の大きさｐ
：である。

図１、２に示された寸法に近い寸法について、最適な半径Ｒ_ｏｐｔが、
Ｒ_ｏｐｔ＝０．３６６５＊ｄ＋０．２４０３＊ｐ−０．００６３ （ｍｍ単位のＲ、ｄ及びｐ）
：のように、厚さｄ及び画素ピッチｐに依存することを、導き出すことができる。

比較のために、ＬＣセルと一致する焦点の平面を備えた理想的なレンズの場合には、ｄ及びｐに対するＲの依存性が、Ｒ＝０．３３３３＊ｄであることは、注意されるべきことである。

同様の方式で、最適な半径が、
Ｒ_ｏｐｔ＝０．３９３４＊ｄ＋０．３８０５＊ｐ−０．０１５６ （ｍｍ単位のＲ、ｄ及びｐ）
：のように、厚さｄ及び画素ピッチｐに依存することが、α＝ａｔａｎ（１／３）を伴った八個のビューの表示について導き出される。

ここで、レンズのピッチは、水平な方向における測定されたレンズの間の距離が、サブ画素のピッチの八倍に等しい、即ち、ピッチ＝８＊Ａ／ｃｏｓ（α）であるようなものである。これは、八個のビューの表示に帰着する。（レンズのピッチは、目視の点の補正を提供するために、わずかに適合させられることもある。）
ここに述べたような値は、実際には、設計及び製造の両方によって、変動することもあることは、留意されるべきことであり、０．８＊Ｒ_ｏｐｔと１．２５＊Ｒ_ｏｐｔとの間のＲの分散値に帰着する。

例において液晶ディスプレイが示されるとはいえ、本発明を、ホイルディスプレイ、ＬＥＤディスプレイなどのような他の種類のディスプレイにもまた使用することができる。

本発明は、各々の及びあらゆる新規な特有な特徴及び特徴のあらゆる組み合わせにある。請求項における符号は、これらの請求項の保護の範囲を限定するものではない。動詞「有する」「含む」などの使用及びそれらの活用形は、請求項に記載されたもの以外の要素の存在を排除するものではない。要素に先立つ冠詞"ある"の使用は、複数のこのような要素の存在を排除するものではない。

Claims (7)

1. 第一の平面において横方向に分離された画素及び該画素の周囲の放射しないエリアであるブラックマトリックスを有する表示を生じさせる手段であって、前記画素と前記ブラックマトリックスとが前記表示における強度の変調を生じさせる、表示を生じさせる手段並びに
   各々が画素の群に関連付けられるレンチキュラレンズ素子の形の光学的なディレクトリ素子の群を含む光学的なディレクトリ手段であって、相互に異なる角度方向に該画素の出力を方向付けるために該第一の平面における該画素に重なる光学的なディレクトリ手段を含む、立体表示装置であって、
   該第一の平面は、該画素及びブラックマトリックスが焦点の外にあるように、該光学的なディレクトリ素子の主要な焦点の平面の外にあり、
   該第一の平面における該画素と該光学的なディレクトリ手段との間の距離ｄが、0.9Ｌ以下または1.1Ｌ以上（Ｌは焦点距離）であり、
   前記横方向に分離された画素は、行及び列に配置され、前記レンチキュラレンズ素子は、前記画素の行及び列の一方に対してある傾斜で延在し、
   前記レンチキュラレンズ素子の曲率半径が、当該曲率半径の関数としての前記強度の変調の変調度が極小となる曲率半径のうち、前記画素の出力間のクロストークを最小とする曲率半径として選択されている、
   立体表示装置。
2. 該光学的なディレクトリ手段は、該レンチキュラレンズ素子の各々の湾曲した側が前記表示を生じさせる手段に面するように配置される、請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記光学的なレンチキュラレンズ素子は、画素の繰り返しの群を作り出すように相互に平行に延在し、該画素の繰り返しの群の各々は、前記行及び列の少なくとも二つにおける隣接した画素によって構成される、請求項１に記載の立体表示装置。
4. 前記レンチキュラレンズ素子は、画素の九個の繰り返しの群を作り出し、前記傾斜の角度は、実質的に逆正接１／６の値αを有する、請求項１に記載の立体表示装置。
5. 前記レンチキュラレンズ素子の中央の表面の曲率半径Ｒは、０．８０＊ρ＜Ｒ＜１．２５＊ρの値を有し、ρ＝０．３６６５＊ｄ＋０．２４０３＊ｐ−０．００６３であり、ｄは、ｍｍ単位での前記第一の平面と前記レンチキュラー素子の中央の表面との間の距離であり、ｐは、ｍｍ単位での画素ピッチである、請求項４に記載の立体表示装置。
6. 前記レンチキュラレンズ素子は、画素の八個の繰り返しの群を作り出し、前記傾斜の角度は、実質的に逆正接１／３の値αを有する、請求項１に記載の立体表示装置。
7. 前記レンチキュラレンズ素子の中央の表面の曲率半径Ｒは、０．８０＊ρ＜Ｒ＜１．２５＊ρの値を有し、ρ＝０．３９３４＊ｄ＋０．３８０５＊ｐ−０．０１５６であり、ｄは、ｍｍ単位での前記第一の平面と前記レンチキュラー素子の中央の表面との間の距離であり、ｐは、ｍｍ単位での画素ピッチである、請求項６に記載の立体表示装置。

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