JP6700407B2 - 表示デバイス及び表示制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、秘密モード及び公開モードを提供可能である表示デバイスに関する。本発明は、排他的にではないが、特に、表示を生成するための表示ピクセル配列を有する表示パネルと、様々なビューを様々な空間的位置に向ける結像装置とを有する自動立体視表示デバイスに関する。

このタイプの表示の自動立体視表示デバイスに使用される結像装置の第１の例は、例えば表示の基礎となるピクセルとの関係でサイズが決められ配置されるスリットを有するバリアである。２ビューデザインでは、観察者は、その頭部が固定位置にある場合に、３Ｄ画像を知覚することができる。バリアは、表示パネルの前に配置され、奇数及び偶数のピクセルカラムからの光が、観察者の左右の目にそれぞれ向けられるようにデザインされている。

このタイプの２ビューディスプレイデザインの欠点は、観察者が固定位置にいなければならず、左右に３ｃｍほどしか移動できない点である。より好適な実施形態では、各スリットの下に、２つのサブピクセルカラムではなく、幾つかのサブピクセルカラムがある。このようにすると、観察者は、左右に移動しても、自身の目で常に立体画像を知覚することができる。

バリア装置は、製造が簡単であるが、光効率的ではない。したがって、好適な代替案は、結像装置としてレンズ装置を使用する。互いに平行に延在する細長いレンズの配列が、表示ピクセル配列に重なり、ビュー形成手段として機能する。これらは「レンチキュラーレンズ」と知られている。表示ピクセルからの出力は、出力の方向を変更するように機能するこれらのレンチキュラーレンズを通り投影される。

レンチキュラー素子は、素子のシートとして提供される。各素子は、細長い部分的に円筒形の（例えばかまぼこ型）レンズ素子を含む。レンチキュラー素子は、通常、表示パネルのカラム方向に延在し、各レンチキュラー素子は、表示サブピクセルの２つ以上の隣接カラムからなる各グループに重なる。

表示パネルは、例えば表示ピクセルの行列配列を有する２次元液晶表示パネルを含む（「ピクセル」は、通常、「サブピクセル」のセットを含み、「サブピクセル」は、最小の個別にアドレス指定可能な単色画像素子である）。サブピクセルは組み合わさって表示を生成する像形成手段として機能する。

例えば各レンチキュールが２カラムの表示サブピクセルに関連付けられている装置では、各カラムにおける表示サブピクセルは、対応する２次元部分像の垂直スライスを提供する。レンチキュラーシートは、これらの２つのスライスと、他のレンチキュールに関連付けられている表示ピクセルカラムからの対応するスライスとを、シートの前にいるユーザの左右の目に向け、これにより、ユーザは１つの立体像を観察する。したがって、レンチキュラー素子のシートは、光出力方向付け機能を提供する。

別の装置では、各レンチキュールは、ロウ方向における４以上の隣接表示サブピクセルからなるグループと関連付けられている。各グループにおける表示サブピクセルの対応するカラムが、対応する２次元部分像からの垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭部が左から右に動くにつれて、一連の連続的で異なる立体視的ビューが知覚され、例えば見回したような印象が与えられる。

ビューの数を増加すると、３Ｄ印象は向上されるが、観察者によって知覚される像解像度が減少する。これは、すべてのビューが、ネイティブディスプレイによって同時に表示されるからである。通常、幾つかのビュー（例えば９又は１５個）がいわゆるビューイングコーン内に表示され、これらのビューイングコーンが視野全体で繰り返される妥協策が見出される。大きい視野角の表示がもたらされるが、観察者は、３Ｄモニタ又はテレビ受像機を見る場所の選択に関して完全に自由なわけではない。ビューイングコーン間の境界には３Ｄ効果がなく、ゴースト像が出現する。この広い視野角は、ディスプレイのユーザが、表示コンテンツのすべての又は幾つかの部分が傍受されないことを望む状況では問題である。１つの典型的な例は、通学通勤中にメール及び文書を読むことである。

秘密及び公開ビューイングモードを有するディスプレイを提供することが提案されている。これは、例えば国際特許公開ＷＯ２０１３／１７９１９０において、３Ｄ自動立体視ディスプレイについても提案されている。

この文書は、遮光装置が隣接レンズ位置間に設けられたレンズベースの自動立体視表示デバイスについて開示し、当該ディスプレイは、少なくとも２つの異なるモード、即ち、遮光装置がレンズ間に向けられた光を遮断する秘密モード及び遮断装置がレンズ間に向けられた光を遮断しない公開モードで設定可能である。

切替可能な秘密モードは、コーン反復をオン及びオフにすることが可能である。コーン反復があると、ディスプレイは、標準的な３Ｄレンチキュラーディスプレイと同様の広い視野角を有して、まさに標準的なレンズベースの自動立体視ディスプレイのように機能する。（レンズ間の遮断機能のため）コーン反復がないと、一次コーンだけが可視であり、他のコーンはすべて黒く見える。秘密モードでは、所望のビューイングコーンへの出力輝度は減少されず、最大ディスプレイ解像度が使用される。

レンズが電気光学的に切替可能であるか又はレンズが複屈折であることにより、３Ｄレンチキュラーディスプレイも２Ｄモードと３モードとの間で切替可能であり、表示パネルの偏光が制御可能である。特に遮光装置による光変調が偏光に基づいていない場合、上記２つの機能は独立していることが可能であり、４つの組み合わせモード（２Ｄ秘密、２Ｄ公開、３Ｄ秘密及び３Ｄ公開）が可能である。

しかし、遮光構造体は、垂直構造体であるため、潜在的に製造が難しい。

米国特許出願公開第２００９／００６７１５６号は、可変角度照明範囲を有する表示システムについて開示している。小幅発光バックライトが小幅秘密モードに使用され、大幅発光バックライトが大幅公開モードに使用されている。

したがって、低コスト及び低複雑度で実現可能である公開モード及び秘密モードを実現する遮光装置が必要である。

本発明によれば、独立請求項に規定されるディスプレイ及び方法が提供される。

一態様において、本発明は、
表示パネルと、
表示パネルから離間され、表示パネルからの光を受け取り、少なくとも３色の第１のカラーフィルタ部分の配列を含む第１のカラーフィルタ層とを含み、
表示パネルは、
異なる光出力色の出力領域を生成する中心ビューイングゾーンのみを提供する秘密モードと、
出力領域のそれぞれにおいてすべての出力色を含む光を生成する中心ビューイングゾーン及び側方ビューイングゾーンを提供する公開モードとに設定可能であり、出力領域は、第１のカラーフィルタ層の対応する第１のカラーフィルタ部分と位置合わせされる、表示デバイスが提供される。

表示パネルから離間されているカラーフィルタ層を提供することによって、カラーフィルタリングを使用して、像が出力される角度の範囲が制御される。表示パネルが、カラーフィルタ層の下で単色の像部分を提供する場合、当該色の光は、垂直方向にのみ漏れ出る。これは、横の他のカラーフィルタ部分が光を遮断するからである。表示パネルが全色の光を提供する場合、一部の光がすべてのカラーフィルタ部分を通り漏れ出ることが可能であり、広い視野角が可能となる。カラーフィルタ層は、基本的には、表示パネルから離される。これらの２つの要素間の間隔及びカラーフィルタ部分の幅によって、光出力が角度制限される範囲が決定される。

秘密機能を実現するためのカラーフィルタの使用は、デザインと、また、当該デザインが単純な層スタックをベースにすることにより、製造も単純化する。

秘密モードは、ディスプレイの前からのみ像が可視であるモードである。例えばディスプレイは、視野全体にわたって横方向に配置される複数のビューイングゾーンを有する。中心ビューイングゾーンは前方に向けられており、両側に側方ビューイングゾーンがある。（２回フィルタリングすることによって）光がすぐ横のビューイングゾーンに到達することを阻止することによって、前方表示のみが提供される。（すべての出力色が提供されることにより）側方ビューイングゾーンへの表示を可能とすることによって、より広角の表示が作成される。

カラーフィルタ層の各部分は、例えば特定の色を通過させるためのものである。例えば赤色カラーフィルタ部分は赤色光を通過させる。

上記少なくとも３色は、例えば赤、緑及び青を含む。

カラーフィルタ層のカラーフィルタ部分は、ストライプであってよい。垂直方向における（又は実際には垂直方向から少しオフセットの）ストライプは、像が横から可視である範囲を制御する。これは、プライバシー保護ディスプレイでは最も関心のあることである。

第１の実施例のセットでは、表示パネルは、秘密モードでは、異なる色のストライプとして異なる光出力色の出力領域を同時に提供し、公開モードでは、白色出力を提供するように制御可能である。

このバージョンは、表示出力を、同時にストライプのセット（例えば赤色、緑色及び青色のストライプ状の像）として又は白色出力として提供する。白色出力が提供される場合、カラーフィルタ層は、表示パネルフィルタとして機能し、様々な色のサブピクセルを規定する。ストライプ状の色出力が提供される場合、２つのカラーフィルタリング動作がある。これにより、表示パネルからの出力色がカラーフィルタ層のカラーフィルタ部分と一致する場合にのみ光出力が許可されることにより、側方に向けられた光は遮断される。

このバージョンでは、表示パネルは、発光表示パネルであっても、バックライト及び光変調サブピクセルの配列であってもよい。この場合、バックライトは、複数の場所において、複数の色出力を同時に生成することができる。

バックライトと制御可能な光変調サブピクセルの配列とが組み合わされると、これらは、表示パネルの様々な領域からの出力色の制御を可能にする。

第２の実施例のセットでは、バックライトは、様々な色出力を順に提供するように制御可能である。秘密モードでは、サブピクセルの配列は、出力サブピクセルのストライプを、バックライトシーケンスと同期して提供し、他のサブピクセルは、非出力状態に設定され、これにより、異なる光出力色の出力領域が順に提供される。

このバージョンは、時系列動作を提供する。各バックライト色について、サブピクセルのサブセットのみが使用され、他は黒に切り替えられる。これは、ストライプ状の表示パネル出力が様々な色のシーケンスで提供されることを意味する。この手法は、フルバックライト出力が常に同じ色であることにより、セグメント化されたバックライトを必要としない。

表示パネルは、表示パネルの光出力領域からの光が、カラーフィルタ配列の次の側方にオフセットした対応するカラーフィルタ部分に到達しないように、（例えばバックライト出力をその発光角範囲に制限することによって）角度制限された光出力を有する。カラーフィルタリングは、（カラーフィルタが整列する方向である）垂直方向の横へのすぐ横の光を遮断するように使用され、バックライトデザインは、更に側方にオフセットした視野角への光の到達を阻止するように使用される。

代わりに（又はこれに加えて）、表示デバイスは、表示パネルとレンズ配列との間に第２のカラーフィルタ層を含む。これもより大きい側方視野角における光を遮断するために使用される。例えば第２のカラーフィルタ層は、表示パネルの光出力領域からの光出力が、カラーフィルタ層の次の側方にオフセットした対応するカラーフィルタ部分に到達する前に除去されるように構成された減色フィルタ層を含む。

第２のカラーフィルタ層は、好適には、カラーフィルタ層の部分のピッチの半分だけ、第１のカラーフィルタ層からオフセットである。

デバイスは、表示パネルから離間されているレンズ配列を含み、レンズ配列の各レンズは、カラーフィルタ層の１つの部分を有する。

レンズ配列は、レンズベースの自動立体視表示デバイスを実現するために使用される。切替可能な秘密モードは、コーン反復をオン及びオフにすることができる。コーン反復があると、ディスプレイは、まさに標準的なレンズベースの自動立体視ディスプレイのように機能する。（カラーフィルタ遮断機能のため）コーン反復がないと、視野角は１つのコーンに限定される。単一のビューイングコーンの開き角度は、レンズピッチとシート厚との関係に基づくレンズデザイン選択である。

本発明の別の態様による実施例は、秘密モード及び公開モードを提供するように表示デバイスを制御する方法を提供する。表示デバイスは、表示パネルと、表示パネルから離間され、表示パネルから光を受け取り、少なくとも３色の第１のカラーフィルタ部分の配列を含む第１のカラーフィルタ層とを含む。上記方法は、
中心ビューイングゾーンのみを提供する秘密モードにおいて、異なる光出力色の出力領域を生成するように表示パネルを制御するステップと、
中心ビューイングゾーン及び側方ビューイングゾーンを提供する公開モードにおいて、すべての出力領域にすべての出力色を含む光を生成するように表示パネルを制御するステップと、
を含み、出力領域は、第１のカラーフィルタ層の対応する第１のカラーフィルタ部分と位置合わせされる。

この方法は、秘密モードにある場合は、カラーフィルタリングを使用して、側方ビューを減ずる。上記方法は、秘密モードにおいて、異なる色のストライプとして、異なる光出力色の出力領域を同時に提供するようにバックライトを制御するステップと、公開モードにおいて、白色出力を提供するようにバックライトを制御するステップとを含む。

或いは、上記方法は、様々な色出力を順に提供するようにバックライトを制御するステップと、秘密モードにおいて、バックライトのシーケンスと同期して、出力サブピクセルのストライプを提供するようにサブピクセルの配列を制御するステップとを含み、他のサブピクセルは非出力状態に設定され、これにより、異なる光出力色の出力領域が順に提供される。

本発明の一実施形態について、ほんの一例として、添付図面を参照して説明する。

図１は、既知の自動立体視表示デバイスの略斜視図である。 図２は、レンチキュラー配列が様々なビューを様々な空間的場所に提供する方法を示す。 図３は、マルチビュー自動立体視ディスプレイのレイアウトの横断面を示す。 図４は、図３の詳細図である。 図５は、各コーンセット内で生成されるビューが同一である９ビューシステムを示す。 図６は、国際特許公開ＷＯ２０１３／１７９１９０に開示される表示デバイスの一例を示す。 図７は、本発明の表示デバイスの第１の実施例を示す。 図８は、表示パネルの第１の実施例を示す。 図９は、表示パネルの第２の実施例を示す。 図１０は、第１のモードにおける本発明の表示デバイスの第２の実施例を示す。 図１１は、第２のモードにおける本発明の表示デバイスの一実施例を示す。

本発明は、表示パネルと、表示パネルから離間され、カラーフィルタ部分の配列を含むカラーフィルタ層とを有する表示デバイスを提供する。秘密モードでは、表示パネルは、異なる光出力色の出力領域を生成し、当該領域は、カラーフィルタ層の対応するカラーフィルタ部分と位置合わせされる。公開モードでは、表示パネルは、すべての出力領域に対してすべての出力色を含む光を生成する。

表示パネルから離間されているカラーフィルタ層を提供することによって、カラーフィルタリングを使用して、像が出力される角度の範囲が制御される。カラーフィルタ層は、基本的に、表示パネルから離れている。これらの２つの要素間の間隔及びカラーフィルタ部の幅によって、光出力が角度制限される範囲が決定される。秘密機能を実現するためのカラーフィルタの使用は、デザインと、また、当該デザインが単純な層スタックをベースにすることにより、製造も単純化する。

本発明は、自動立体視表示デバイスを参照して説明するが、秘密及び公開ビューイングモードを提供するために一般的に使用可能である。

図１は、既知の直視型自動立体視表示デバイス１の略斜視図である。既知のデバイス１は、表示を生成する空間光変調器として機能するアクティブマトリクス型液晶表示パネル３を含む。

表示パネル３は、ロウ及びカラムに配列された表示サブピクセル５の直交配列を有する。明瞭とするために、図１には、少数の表示サブピクセル５しか示されていない。実際には、表示パネル３は、約１千個のロウ及び数千個のカラムの表示サブピクセル５を含む。白黒表示パネルでは、１つのサブピクセルは、実際には、フルピクセルを構成する。カラーディスプレイでは、１つのサブピクセルは、フルカラーピクセルの１色成分である。フルカラーピクセルは、一般的な用語によれば、表示される最小像部の全色を作成するのに必要なすべてのサブピクセルを含む。

フルカラーピクセルは、場合によっては、白色サブピクセル又は１つ以上の他の原色サブピクセルで増強される赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）サブピクセルを有する。例えばＲＧＢ（赤、緑、青）サブピクセル配列がよく知られている。しかし、ＲＧＢＷ（赤、緑、青、白）又はＲＧＢＹ（赤、緑、青、黄）といった他のサブピクセル構成も知られている。

液晶表示パネル３の構造は、まったく従来通りである。具体的には、パネル３は、１対の離間された透明ガラス基板を含み、その間に、位置合わせされたねじれネマチック又は他の液晶材料が設けられている。基板は、それらの対向する表面上に透明のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極のパターンを担持する。偏光層が基板の外表面に更に設けられている。

各表示サブピクセル５は、基板上に相対する電極を含み、その間に、液晶材料が介在している。表示サブピクセル５の形状及びレイアウトは、電極の形状及びレイアウトによって決定される。表示サブピクセル５は、間隙によって互いから規則的に離間されている。

各表示サブピクセル５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は薄膜ダイオード（ＴＦＤ）といったスイッチング素子と関連付けられている。表示サブピクセルは、アドレッシング信号をスイッチング素子に提供することによって、表示を生成するように動作させられる。当業者であれば、適切なアドレッシングスキームが分かるであろう。

表示パネル３は、ここでは、表示サブピクセル配列の領域全体に延在する平面上のバックライトを含む光源７によって照射される。光源７からの光は、表示パネル３を通るように向けられ、個々の表示サブピクセル５が駆動されて、光が変調され、表示が生成される。

表示デバイス１は更に、表示パネル３の表示面上に配置され、ビュー形成機能を行うレンチキュラーシート９を含む。レンチキュラーシート９は、互いに平行に延在するレンチキュラー素子１１のロウを含む。明瞭とするために、そのうちの１つだけが強調寸法で示されている。

レンチキュラー素子１１は、凸円柱レンズの形であり、表示パネル３から表示デバイス１の前に位置するユーザの目に、様々な像又はビューを提供する光出力方向付け手段として機能する。

表示デバイスは、バックライト及び表示パネルを制御するコントローラ１３を有する。

図１に示される自動立体視表示デバイス１は、幾つかの異なるパースペクティブビューを様々な方向に提供することができる。特に、各レンチキュラー素子１１は、各ロウにおける表示サブピクセル５の小さいグループに重なる。レンチキュラー素子１１は、幾つかの異なるビューを形成するように、１つのグループのうちの各表示サブピクセル５を異なる方向に投影する。ユーザの頭部が左から右に動くにつれて、ユーザの目は、幾つかのビューのうちの異なるビューを順番に受け取る。

当業者であれば、液晶材料は複屈折であるので、光偏光手段は、上記配列と併用されなければならず、屈折率の切り替えは、特定の偏光の光にしか適用されないことを理解するであろう。光偏光手段は、デバイスの表示パネル又は結像装置の一部として設けられる。

図２は、上記レンチキュラー型結像装置の動作原理を示し、また、バックライト２０と、ＬＣＤといった表示デバイス２４と、レンズ２７のレンチキュラー配列２８とを示す。図２は、レンチキュラー装置２８が様々なピクセル出力を３つの異なる空間的場所に向ける方法を示す。

本発明は、自動立体視ディスプレイに適用される場合、以下に説明される当該ディスプレイにおけるビュー反復に関する。

図３は、マルチビュー自動立体視ディスプレイのレイアウトの横断面を示す。特定のレンチキュラーレンズ２７の下の各サブピクセル３１^Ｉ〜３１^ＶＩＩは、特定のビュー３２^Ｉ〜３２^ＶＩＩに貢献する。このレンズの下のすべてのサブピクセルは全体で、複数のビューからなる１つのコーンに寄与する。（線３７’と線３７’’との間の）このコーンの幅は、幾つかのパラメータの組み合わせによって決定される。幅は、ピクセル平面からレンチキュラーレンズ平面までの距離３４（Ｄ）に依存する。幅は更に、レンズピッチ３５（Ｐ_Ｌ）にも依存する。

図４は、図３の詳細図であり、ディスプレイ２４の１つのピクセルによって放出（又は変調）された光が、当該ピクセルに最も近いレンチキュラーレンズ２７によって集光されるが、レンチキュラーレンズ装置２８の隣接レンズ２７’及び２７’’によっても集光される様子を示す。これが、繰り返されるビューコーンの発生起源である。例えばピクセル３１^ＩＶは、図示されるように、ビューイングコーン２９’、２９’’及び２９’’’に寄与する。

各コーンにおいて生成される対応するビューは同一である。この効果は、図５に、９ビューシステム（即ち、各コーン内に９個のビュー）について概略的に示される。

３Ｄ効果と解像度ペナルティとの容認可能な妥協のために、ビューの総数は、通常、９又は１５に限定される。これらのビューは、通常１〜２度の角度幅を有する。ビュー及びコーンは、周期的であるという特性を有する。

図６は、レンズ間に遮光素子６２が設けられている国際特許公開ＷＯ２０１３／１７９１９０の１つの例示的な装置を示す。装置全体（必ずしもレンズ間の部分ではない）は、光透過モード又は遮光モードに切り替わることが可能である。このようにすると、隣接レンズからディスプレイを離れるピクセルからの光は遮られる一方で、一次ビューイングコーンは変更されない。システムは、レンチキュールと追加層との間の光学素子として実現可能であり、これは、遮光機能が有効又は無効にされるように、レンチキュラーレンズに入る／離れる光を制御する。

国際特許公開ＷＯ２０１３／１７９１９１に開示される可能な遮光装置の例は、
（ｉ）遮光構造体は偏光子であり、光路は少なくとも１つのリターダを含む。
（ｉｉ）遮光構造体はリターダであり、光路は偏光子を含む。
（ｉｉｉ）遮光構造体は電気泳動セルである。

図６は、遮光素子として偏光子の使用に基づいている。第１の偏光子６０が、表示パネル２４とレンチキュラー配列２８との間に設けられている。第２の偏光子６２の装置が、レンズ素子間に設けられている。光学的リターダ６４が、偏光子６０、６２間に設けられている。

レンチキュラーシートは、レンチキュラーシートをエンボス加工し、それを、乾燥時に偏光機能を有する材料で充填することによって製造される。代替案は、レンチキュラーストリップと偏光ストリップとを別々に作成し、これらを貼り合わせてレンチキュラーシートを形成してもよい。当該シートは、他の表示層上に置かれる。

リターダ６４は、当該リターダが全体として極性状態間で切り替わることが可能であるように、単一の透明（例えばＩＴＯ）電極の両側を覆う単一液晶セルであってよい。或いは、リターダ６４は、ＬＣセルが単一のサブピクセル、ピクセル又はピクセルのセットを覆うようにパターン付けされてもよい。この場合、セルは、独立して切り替えられることが可能である。これにより、ディスプレイ上の機密情報（例えばメール）が小さいビューイングコーン内でのみ可視であり、機密ではない情報はそうではないように、コンテンツ、タスク又はアプリケーション秘密モードが可能になる。

開示される構造体は、関連付けられる電極装置を有する電気制御される層又はストリップを必要とする。これは、レンチキュラー構造体のデザインの複雑度を増加させる。

本発明は、秘密モード及び公開モードを提供するために、カラーフィルタ装置を使用する。

図７に一実施例を示す。

表示デバイスは、７０と大まかに指定される表示パネルを含む。表示パネルは、異なる色の像部分を生成することができる。図７は、赤色７０Ｒ、緑色７０Ｇ及び青色７０Ｂといった様々な色を有する表示パネルの表面部分を示す。以下に、様々な色像部分を生成する様々な方法について説明する。

カラーフィルタ層７２が表示パネルから離間され、カラーフィルタ部分７２Ｒ、７２Ｇ及び７２Ｂの配列を含む。カラーフィルタ７２は、表示パネル７０と同じセットの色の部分を有する。図示されるように、赤色カラーフィルタ部分７２Ｒは、表示パネルの赤色出力部分と位置合わせされ、他の色も位置合わせされている。「位置合わせされる」とは、色が、表示パネルに垂直方向において位置合わせされていることを意味する。

表示パネル７０は、秘密モードで動作させられることが可能である。例えば表示パネルの青色出力部分７０Ｂが、青色フィルタ部分７２Ｂを垂直方向に通過する青色光を生成する。これは、中心ビューイングゾーンを提供する。このようにすると、表示パネルは、異なる光出力色の複数の出力領域を生成する。当該領域は、カラーフィルタ層７２の対応する色の部分と位置合わせされる。

ビューイングゾーンの横への光は遮断される。例えば１つのカラーフィルタ部分だけ右側又は左側に角度が付けられた青色光は、赤色フィルタ部分７２Ｒ及び緑色フィルタ部分７２Ｇによって遮断される。このようにすると、二重フィルタリングが行われる。

フィルタは、選択された色だけを通過させるので、様々なカラーフィルタでの二重フィルタリングは、遮光機能として機能する。

公開モードでは、表示パネルは、すべての出力領域に向けてすべての出力色を含む光を生成する。この場合、カラーフィルタ層は１つしかない。この結果、表示デバイスは、従来のディスプレイとして機能する。しかし、サブピクセルのカラーフィルタは、表示パネルから、当該表示パネルから離間された位置へと動かされている。

表示パネルから離間されたカラーフィルタ層を提供することによって、カラーフィルタリングを使用して、像が出力される角度の範囲が制御される。

カラーフィルタ層７２は、フィルタの色が様々である場合にのみ遮光する。次に側方に配置される青色フィルタ７２Ｂを通過する光７４について、光は漏れ出る。

この光は、単一秘密ビューイングゾーンを提供するために遮断されるべきである。これは、例えばバックライトからの出力光の角度幅を制御することにより表示パネル７０からの角度出力を制限することによって達成可能である。

カラーフィルタ層７２と表示パネルとの間の間隔だけでなく、カラーフィルタ部分の幅が、光出力が角度制限される範囲を決定する。例えばカラーフィルタ層７２と表示パネルの上面との間の間隔は、少なくとも、カラーフィルタ部分の幅ｗである。

好適には、当該間隔は、幅の少なくとも１．５倍であり、より好適には、幅の少なくとも２倍である。間隔が大きいほど、中心ビューのコーン幅は小さくなる（したがって、出力はより秘密となる）が、７４といった側方ビューを遮断する必要は大きくなる。というのは、側方ビューは、あまり急ではない角度で存在するからである。

上記されたように、本発明は、自動立体視ディスプレイに適用される。図７は、この目的向けのレンズ配列７６を示す。図示されるように、各カラーフィルタ部分は、１つのレンズと関連付けられている。レンズはレンチキュラーストライプであり、カラーフィルタ層のカラーフィルタ部分もストライプである。垂直方向における（又は実際には垂直方向から少しオフセットの）ストライプは、像が横から可視である範囲を制御する。これは、プライバシー保護ディスプレイでは最も関心のあることである。

表示パネルを実現する様々な方法がある。

第１の実施例のセットでは、表示パネルは、秘密モードでは、異なる色のストライプとして異なる光出力色の出力領域を同時に提供し、公開モードでは、白色出力を提供するように制御可能である。

図８は、１つの実施態様を示す。表示パネル７０は、ピクセル化された発光表示パネルを含む。表示パネルは、各ピクセルの出力色を変化させるように制御可能であるサブピクセル８０の配列を有する。１ピクセルは、７０Ｒといった単一の出力領域のサイズを有する。

このデザインでは、表示パネルの解像度は、カラーフィルタ７２の解像度よりも大きい。ディスプレイは、一連の単色ピクセルを提供するように、ストライプに沿った様々な場所において異なる強度を有して、色のストライプを出力するように駆動される。ストライプ状の色出力が提供される場合、基本的に、２つの色フィルタリング動作がある。１つは、表示パネルの色生成処理によって実現され、もう１つは、フィルタ層７２において実現される。これにより、表示パネルからの出力色がカラーフィルタ層７２のカラーフィルタ部分と一致する場合にのみ光出力が許可されることにより、側方に向けられた光は遮断される。

公開モードでは、ディスプレイは、白色光を放出でき、ここでも、ピクセルレベルにおいて強度が変化させられる。このモードでは、表示パネルは、ピクセルレベルにおける強度制御を提供し、また、カラーフィルタ層７２と組み合わされて全体的なカラーディスプレイを形成する。

第２の実施例のセットでは、表示パネルは、バックライトとサブピクセル配列とを含む。バックライトは、様々な色出力を順に提供するように制御可能である。

秘密モードでは、サブピクセルの配列は、出力サブピクセルのストライプを、バックライトシーケンスと同期して提供し、他のサブピクセルは、非出力状態に設定され、これにより、異なる光出力色の出力領域が順に提供される。

図９は、表示パネル７０の一例を示す。表示パネル７０は、バックライト９０と、ピクセル配列２４とを有する。バックライトは、様々な色を生成することができる。バックライトは、例えばエッジリット導波路を含み、エッジリット導波路では、（例えばＬＥＤからの）異なる色の光が導波管内で結合されて所望の出力色又は白色が生成される。

このバージョンは、時系列動作を提供する。各バックライト色について、サブピクセルのサブセットのみが使用され、他は黒に切り替えられる。したがって、秘密モードでは、各サブピクセルは、３つのサブフレームのうち２つにおいて、黒に設定される。

これは、ストライプ状の表示パネル出力が、様々な色のシーケンスにおいて提供され、様々な色ストライプが様々な物理的な位置にあることを意味する。この手法は、フルバックライト出力が常に同じ色である点で、セグメント化されたバックライトを必要としない。公開モードは、一次コーンよりも３倍広い実効ビューイングコーンを有する。このような大きいビューイングコーンを有することは、ディスプレイの前の観察者が動く空間を多くするので、大きいメリットを有する。更に、これは、ビューイングゾーンをより大きい視距離に広げる効果を有する。

なお、これらのデザインにおいて、カラーフィルタを、サブピクセルから、例えばレンチキュラーレンズ配列が使用されている場合には当該レンチキュラーレンズ配列へと離すことによって、光吸収は移動しているが、増加しないので、光効率は同様である。

バックライトは、表示パネルの光出力領域からの光が、カラーフィルタ配列の次の側方にオフセットした対応するカラーフィルタ部分に到達しないように、角度制限された光出力を有する。このようにすると、図７に示されるビーム７４の伝搬が阻止される。カラーフィルタリングは、（カラーフィルタが整列する方向である）垂直方向の横へのすぐ横の光を遮断するように使用され、バックライトデザインは、更に側方にオフセットした視野角への光の到達を阻止するように使用される。

３色カラーフィルタが使用される場合、カラーフィルタによって二次及び三次コーンのみが遮断される。より大きい角度は、例えばルーバー又はハニカム構造体といった極小構造体をバックライトに組み込むことによって、バックライトの適切なデザインによって簡単に遮断される。

３つのフィルタ色を使用する実施例では、１コーン分の視野角を有する秘密モードと、５コーン分の視野角を有する公開モードとがもたらされる。本発明は、公開モードが広い視野角（例えば１００°）を範囲とするように、コーン角度が大きい（例えば２０°）典型的な近い視距離に特に適している。

レンズを使用して、自動立体視ディスプレイが作成される場合、出力像における３Ｄピクセルの幅は、各レンズの下に複数のピクセルを有するのではなく、３つのレンズ分である。四角いピクセルを有し、ディスプレイはＮ個のビューを生成することを意図する場合、表示サブピクセルは、１：３Ｎの縦横比を有するべきである。

この理由から、本発明は、例えば２、３若しくは４又は２乃至４の同じ範囲における分数といった少数のビューを有する自動立体視ディスプレイにおいて特に関心がある。

光出力の大きい角度を遮断するのではなく（又はこれに加えて）、表示デバイスは、表示パネルとレンズ配列との間に第２のカラーフィルタ層を含む。

図１０は、第２のカラーフィルタが減色フィルタ素子１００Ｃ（シアン）、１００Ｍ（マゼンタ）及び１００Ｙ（黄）を有する一実施例を示す。青色光出力領域７０Ｂは、マゼンタ及びシアン減色フィルタに光を通し、これらのフィルタは、青色光がメインフィルタ層７２の青色フィルタ部分７２Ｂへと通過することを可能にする。

第１の側方にオフセットした青色フィルタ部分に向けられた側方光７４は、黄色の減色フィルタによって遮断される。黄色フィルタは、左側及び右側の第３のコーンを遮断する。これは、バックライトにおける大きい角度を遮断する必要を無くす。同様に、シアンフィルタは赤色光を遮断し、マゼンタフィルタは緑色光を遮断する。

左側及び右側の６番目のコーンは、原理上は、（領域１０２によって示されるように）透過されるが、境界における全反射によって空気に向けて拒絶されることもある。このように、一次コーンのみがディスプレイによって放出される。

図１０は、秘密モードを示す。図１１は、オフにされたサブピクセルがない公開モードを示す。図１１は、青色フィルタ部分の下ではないピクセルについて、ディスプレイからの青色出力の方向を示す。図示されるように、１つのピクセル領域７０ｘは、２つの光出力方向（左側の１つのコーン及び右側の２つのコーン）に寄与する。青色の例について、光出力は、フィルタ層７２の青色フィルタ部分を通るが、第２のフィルタ層１００の黄色フィルタ部分は通過しない経路がある場所であればどこにでも作成される。ここでも、急な角度の光は、全反射によって阻止される。

図示されるように、第２のカラーフィルタ層１００は、好適には、カラーフィルタ層の部分のピッチｗの半分だけ、第１のカラーフィルタ層７２からオフセットである。２層のフィルタ部分は、互いに同じピッチを有する。

上記されたように、バックライトの一実施例はＬＥＤを使用する。これは、優れたエネルギー効率を与え、ＬＥＤは、素早くオン及びオフにされることが可能であり、これにより、黒レベル及び電力効率を向上させるためのフレームベースの局所調光が可能にされる。別のステップは、白色ＬＥＤの代わりにＲＧＢ ＬＥＤを使用することであり、これは、色域が増加されるというメリットを有する。ＬＥＤは、表示パネルの背後に又はパターン付けされた導波管の横に置かれてサイドリットディスプレイが生成される。

しかし、代わりに、冷陰極蛍光灯（「ＣＣＦＬ」）バックライトが使用されてもよい。これは、通常、白色及び拡散（ランバート）背面で覆われている空洞内に置かれる一列のＣＣＦＬランプを含む。ＣＣＦＬランプからの光は、直接、又は、バックライニングを介して、拡散器を通過して、ランプを隠し、十分に均一な画面強度を確実にする。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）及び量子ドットＬＥＤ（ＱＬＥＤ）を使用して、バックライトを作成することもできる。これは、技術によって均一発光面を作成することができるからである。これは、拡散器及び導波路を不要にし、したがって、部品数を少なくし、ディスプレイをより薄くすることができる。しかし、これらの技術の可能性を最大限に使用するためには、図８を参照して説明されたように、効率を向上させるために、ピクセル自体がエミッタであってよい。

直接発光表示技術が使用される場合には、表示像の生成のためのバックライトを省略することができる。

本発明は、これらのタイプのディスプレイのいずれにも適用可能である。

上記実施例は、非切替可能な自動立体視ディスプレイを示す。

マルチビューディスプレイのレンズを切替可能とすることによって、高２Ｄ解像度モードを、３Ｄモードと組み合わせて有することが可能となる。切替可能なレンズの他の使用は、ビューの数を時系列に増やすこと（国際特許公開ＷＯ２００７／０７２３３０）及び複数の３Ｄモードを可能にすること（国際特許公開ＷＯ２００７／０７２２８９）である。２Ｄ／３Ｄ切替可能ディスプレイを作る既知の方法は、以下のものによってレンチキュラーレンズを置換する。
（ｉ）液晶材料で充填されたレンズ状空洞。そのレンズ機能は、ＬＣ分子の配向を制御する電極によってオン／オフにされるか、又は、（切替可能なリターダを介して）光の偏光を変えることによってオン／オフにされる。
（ｉｉ）液晶で充填されたボックス状空洞。電極がＬＣ分子の配向を制御して、屈折率分布型レンズが作成される（国際特許公開ＷＯ２００７／０７２３３０を参照されたい）。
（ｉｉｉ）液滴のエレクトロウェッティングレンズ。その形状は、電場により制御される。
（ｉｖ）異なる屈折率の流体中の透明電気泳動粒子で充填されたレンズ状空洞（国際特許公開ＷＯ２００８／０３２２４８）。

本発明は、例えば上記されたようなタイプの切替可能な自動立体視ディスプレイに適用可能である。

上記実施例は、自動立体視ディスプレイにおける本発明の使用を示す。しかし、本発明は、秘密ビューイングモード及び公開ビューイングモードを提供するように、２Ｄディスプレイに使用されてもよい。

上記実施例に示されるレンズデザインはすべて、表示パネルから反対を向く（即ち、レンズデザインは、表示パネルから見た場合、凸状であり、ディスプレイ出力から見た場合、凹状である）。レンズは、上記された固体−空気界面ではなく、固体−固体屈折率界面と反対の方向に湾曲していてもよい。

開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルから離間され、前記表示パネルからの光を受け取り、少なくとも３色の第１のカラーフィルタ部分の配列を含む第１のカラーフィルタ層と、
   を含み、
   前記表示パネルは、
   前記表示パネルが、出力領域ごとに光出力色の異なる当該出力領域を生成し、中心ビューイングゾーンのみを提供する秘密モードと、
   前記表示パネルが、前記出力領域のそれぞれにおいてすべての前記光出力色を含む光を生成し、中心ビューイングゾーン及び側方ビューイングゾーンを提供する公開モードと、
   に設定可能であり、
   前記出力領域は、前記第１のカラーフィルタ層の対応する第１のカラーフィルタ部分と位置合わせされている、表示デバイス。
2. 前記第１のカラーフィルタ層の各第１のカラーフィルタ部分は、特定の色を通過させる、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１のカラーフィルタ層の前記第１のカラーフィルタ部分は、ストライプである、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記表示パネルは、前記秘密モードにおいて、異なる色のストライプとして異なる光出力色の前記出力領域を同時に提供し、前記公開モードにおいて、白色出力を提供するように制御可能である、請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイス。
5. 前記表示パネルは、バックライトと、光変調サブピクセルの配列と、を含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイス。
6. 前記バックライトは、様々な色出力を順に提供するように制御可能であり、前記秘密モードにおいて、前記光変調サブピクセルの配列は、前記バックライトのシーケンスと同期して、出力サブピクセルのストライプを提供し、他のサブピクセルは、非出力状態に設定され、これにより、異なる光出力色の前記出力領域を順に提供する、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記表示パネルは、前記表示パネルの前記出力領域からの光が、前記第１のカラーフィルタ層の次の側方にオフセットした対応する第１のカラーフィルタ部分に到達しないように、角度制限された光出力を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイス。
8. 前記表示パネルと前記第１のカラーフィルタ層との間に第２のカラーフィルタ層を含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイス。
9. 前記第２のカラーフィルタ層は、前記表示パネルの前記出力領域から出力される光が、前記第１のカラーフィルタ層の次の側方にオフセットした対応する第１のカラーフィルタ部分に到達する前に除去されるように配置される減色フィルタ層を含む、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記第２のカラーフィルタ層は、前記第１のカラーフィルタ層の前記第１のカラーフィルタ部分のピッチの半分だけ、前記第１のカラーフィルタ層からオフセットされている、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記表示パネルから離間されているレンズ配列を含み、前記レンズ配列の各レンズは、前記第１のカラーフィルタ層の１つの第１のカラーフィルタ部分を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のデバイス。
12. 秘密モード及び公開モードを提供するように表示デバイスを制御する方法であって、前記表示デバイスは、表示パネルと、前記表示パネルから離間され、前記表示パネルから光を受け取り、少なくとも３色の第１のカラーフィルタ部分の配列を含む第１のカラーフィルタ層と、を含み、前記方法は、
    中心ビューイングゾーンのみを提供する秘密モードにおいて、出力領域ごとに光出力色の異なる当該出力領域を生成するように前記表示パネルを制御するステップと、
    中心ビューイングゾーン及び側方ビューイングゾーンを提供する公開モードにおいて、すべての前記出力領域にすべての光出力色を含む光を生成するように前記表示パネルを制御するステップと、
    を含み、
    前記出力領域は、前記第１のカラーフィルタ層の対応する第１のカラーフィルタ部分と位置合わせされている、方法。
13. 前記秘密モードにおいて、異なる色のストライプとして異なる光出力色の前記出力領域を同時に提供するようにバックライトを制御するステップと、
    前記公開モードにおいて、白色出力を提供するように前記バックライトを制御するステップと、
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 様々な色出力を順に提供するようにバックライトを制御するステップと、
    前記秘密モードにおいて、前記バックライトのシーケンスと同期して、出力サブピクセルのストライプを提供するように前記サブピクセルの配列を制御するステップと、
    を含み、
    他のサブピクセルは非出力状態に設定され、これにより、異なる光出力色の前記出力領域が順に提供される、請求項１２に記載の方法。
15. 前記表示パネルの前記出力領域からの光を、前記第１のカラーフィルタ層の次の側方にオフセットした対応する第１のカラーフィルタ部分に到達する前に、除去するように、第２の減色カラーフィルタ層を使用するステップを含む、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法。

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