JP6852896B2 - 3d表示パネル、それを含む3d表示機器、及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本公開は、表示技術に関し、具体的に、3D表示パネル、当該3D表示パネルを含む3D表示機器、及び当該3D表示パネルの製造方法に関する。
通常、観測者の目の立体視覚原理に基づいて、3D画像表示が実現される。具体的に、3D画像表示において、観測者の左目と右目では、2枚の異なる2次元画像をそれぞれ観測する。2枚の異なる2次元画像は、同時に脳に送られ、リアルな3D画像感覚を与える。近来、3D表示機器は、既に表示技術研究の焦点になっている。例えば、映画やテレビを視聴するときに3次元(3D)画像を生成するための3Dメガネが開発されている。
本公開は、1つの態様として、3D表示パネルを提供する。当該3D表示パネルは、複数組のM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板と、前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板と、前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側に位置するレンズアレイ層とを含む。レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことができる。
前記レンズアレイ層は、光源からの入射光方向の入射光を屈折させ、前記レンズアレイ層を透過した光が屈折光方向に沿って伝達し、前記第1表示基板に反射されて画像表示するように構成される。しかも、前記屈折光方向と前記第1表示基板の反射面の法線との第1角度は、前記入射光方向と前記法線との第2角度より小さいことが好ましい。
M=Nであり、M個画素ごとに反射される光は、該当する視域に導かれることが好ましい。
M=N=2であり、前記第1表示基板は、隣接する第1画素と第2画素を複数対含み、前記レンズアレイ層は、前記第1画素に反射される光を第1視域に導き、前記第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成されることが好ましい。
前記複数のレンズの各レンズは、L(1以上の整数)組のM個画素に対応し、前記複数のレンズの各レンズは、L組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成されることが好ましい。
M=Nであり、前記複数のレンズの各レンズは、L組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を該当する視域に導くように構成されることが好ましい。
M=N=2であり、前記複数のレンズの各レンズは、L組の複数対の隣接する第1画素と第2画素に対応し、前記レンズアレイ層は、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第1画素に反射される光を第1視域に導き、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成されることが好ましい。
M=N=2であり、前記複数のレンズの各レンズは、複数対の第1画素と第2画素に対応し、前記複数のレンズの各レンズは、複数対の第1画素と第2画素内の第1画素に反射される光を第1視域に導き、複数対の第1画素と第2画素内の第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成されることが好ましい。
L=3であり、M=N=2であり、前記複数のレンズの各レンズは、3対の第1画素と第2画素に対応し、前記複数のレンズの各レンズは、3対の第1画素と第2画素内の各第1画素に反射される光を第1視域に導き、3対の第1画素と第2画素内の各第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成されることが好ましい。
前記レンズアレイ層は、駆動回路に接続される第1電極層と第2電極層の間に挟まれ、前記第1電極層と第2電極層に駆動される電動液晶レンズアレイ層であることが好ましい。
3D表示パネルは、前記第1表示基板に入射光を提供するための導光板を更に含むことが好ましい。
前記導光板は、異なる出射角度を有する複数の領域を含み、前記レンズアレイ層は、前記異なる出射角度を有する複数の領域に対応する、異なる曲率半径を有する複数のレンズを含むことが好ましい。
3D表示パネルは、環境光強度が閾値以上であると、環境光で前記第1表示基板に入射光を提供し、環境光強度が前記閾値より低くなると、導光板で前記第1表示基板に入射光を提供するように構成されることが好ましい。
M個画素ごとは、単一のサブ画素を含むことが好ましい。
M個画素ごとは、異なる色の複数のサブ画素を含むことが好ましい。
前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づく曲率半径rを有することが好ましい。
Figure 0006852896
(t:M個画素ごとの画素幅;
l:N個視域と前記レンズアレイ層との法線距離;
e:隣接する2つの視域の距離;
:前記複数のレンズの各レンズの屈折率;
:前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側に位置する媒質の屈折率。)
前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づくレンズピッチpを有することが好ましい。
Figure 0006852896
(e:隣接する2つの視域の距離;
t:M個画素ごとの画素幅;
w:複数組のM個画素の幅。)
前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づくレンズピッチpを有することが好ましい。
Figure 0006852896
(e:隣接する2つの視域の距離;
t:M個画素ごとの画素幅。)
前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づく厚さdを有することが好ましい。
Figure 0006852896
(r:前記複数のレンズの各レンズの曲率半径;
s:前記レンズアレイ層と前記第1表示基板との法線距離;
:前記複数のレンズの各レンズの屈折率;
:前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側に位置する媒質の屈折率。)
本公開は、別の態様として、3D表示パネルの製造方法を提供する。当該方法において、複数組のM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板を形成するステップと、前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板を形成するステップと、前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側にレンズアレイ層を形成するステップとを含み、前記レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことができる。
レンズアレイ層を形成するステップは、第1電極層と第2電極層を形成することと、前記第1電極層と前記第2電極層との間に挟まれる電動液晶レンズアレイ層を形成することとを含むことが好ましい。
前記方法は、前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側に導光板を形成するステップを更に含むことが好ましい。
前記導光板を形成するステップは、異なる出射角度を有する複数の領域を前記導光板に形成することを含み、前記レンズアレイ層を形成するステップは、前記複数の領域に対応する、異なる曲率半径を有する複数のレンズを形成することを含むことが好ましい。
本公開は、別の態様として、本文に記載する3D表示パネル又は本文に記載する方法で製造する3D表示パネルを含む3D表示機器を提供する。
以下の図面は、各実施例に基づく例示目的の例であり、本公開の範囲を限定する趣旨ではない。
一部の実施例におけるフロント導光板の出射角度の分布を示す。 通常の反射型表示パネルの光路を示す。 一部の実施例における表示パネルの構造図である。 一部の実施例における表示パネルの構造図である。 一部の実施例におけるレンズの焦点距離と読取距離の関係を示す。 一部の実施例における反射型表示パネルの反射率改善用のレンズの動作原理を示す。 一部の実施例における円柱レンズの分光効果の動作原理を示す。 一部の実施例における反射型表示パネルにおける光路を示す。 一部の実施例における反射型表示パネルの各パラメータを示す。 一部の実施例における円柱レンズの光路を示す。 3D画像表示パネルにおけるレンチキュラシートの分光効果を示す。 一部の実施例における表示パネルの構造図である。 一部の実施例における表示パネルの構造図である。 一部の実施例における表示パネルの構造図である。
以下の実施例を参照して本公開を更に具体的に記載する。なお、以下の一部の実施例の記載は、例示と記載の目的でここに記載するものであり、全ての実施例を網羅し、又は開示される精確な形態に限定するという趣旨ではない。
通常の反射型液晶表示パネルは、通常TFT基板と、カラーフィルム基板と、カラーフィルム基板のTFT基板から離れる側に位置するフロント導光板とを含む。環境光強度が比較的高い場合、通常の反射型液晶表示パネルは、環境光を光源として画像表示するが、環境光強度が比較的低い場合、フロント導光板を開いて光源として画像表示する。通常の反射型液晶表示パネルは、いくつかの不備を有する。まず、環境光を光源とする場合、表示パネルで約30%の反射率しか実現されない。次に、フロント導光板を光源として画像表示する場合、フロント導光板の出射角度が比較的大きいため、反射率は、もっと低い。
図1は、一部の実施例におけるフロント導光板の出射角度の分布を示す。図1に示すように、フロント導光板から出射される大部分の光の出射角度は、60度より大きく、そのピーク値が85度左右である。図2は、通常の反射型表示パネルの光路を示す。図2に示すように、フロント導光板から出射される比較的大きい出射角度の光は、カラーフィルム基板に入り、TFT基板上の反射フィルム(例えば反射電極)に反射される。反射光は、表示パネルから出射されて画像表示に用いられることなく、表示パネルの内部で吸収される(例えばカラーフィルタと偏光子に吸収される)。
従って、本公開は、従来技術の制限及び不備による問題の1つ又は複数を実質的に回避する新規な反射型表示パネル及びその製造方法を提供する。本公開は、1つの態様として、反射型表示パネルを提供する。当該表示パネルは、例えば液晶表示パネル、電子インク表示パネル、有機発光表示パネルなど、あらゆる適切な種類の表示パネルであってもよい。一部の実施例において、前記表示パネルは、複数組のM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板と、前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板と、前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側に位置するレンズアレイ層とを含む。前記レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことに用いられる。前記表示パネルは、第1表示基板と第2表示基板の間に挟まれる液晶層を更に含んでもよい。
一部の実施例において、当該表示パネルは、3D表示パネルである。従って、N個視域で観測可能な複数のビューを3D画像表示に用いることができる。例えば、一部の実施例において、前記複数のビューは、例えばそれぞれ左目視域と右目視域で観測可能な左目ビューと右目ビューの2つのビューを含む。複数のビューは、2つより多いビューを含む。
図3は、一部の実施例における表示パネルの構造図である。図3に示すように、実施例における表示パネルは、光源LSと、光源LSから発射される光を出射角度で導光板から出射されるまで完全に反射させる導光板LGPと、隣接する第1画素Pと第2画素Pを複数対含む第1表示基板S1(例えばTFT基板)と、第1表示基板S1に向かう第2表示基板S2(例えばカラーフィルム基板)と、第1表示基板に反射される光を少なくとも第1視域と第2視域(例えば左目視域LVZと右目視域RVZ)に導くためのレンズアレイ層LAを含む。レンズアレイ層LAは、各レンズが少なくとも一対の画素PとPに対応するように構成されることが好ましい。図3に示される例では、各レンズは、一対の画素PとPに対応する。各レンズは、複数対の画素PとPに対応することが好ましい。実質上第1画素Pに反射される全ての光は、例えば、左目視域LVZである第1視域に導かれることが好ましい。実質上第2画素Pに反射される全ての光は、例えば、右目視域RVZである第2視域に導かれることが好ましい。第1画素Pに反射される大部分の光は、例えば、左目視域LVZである第1視域に導かれることが好ましい。第2画素Pに反射される大部分の光は、例えば、右目視域RVZである第2視域に導かれることが好ましい。導光板LGPは、光入射面と、第2表示基板に近い側に位置し、入射光を第1表示基板(反射基板)に提供するための光出射面とを有する。
一部の実施例において、前記表示パネルは、第1表示基板S1(例えばTFT基板)と、第1表示基板S1に向かう第2表示基板S2(例えばカラーフィルム基板)と、第2表示基板S2の第1表示基板S1から離れる側に位置する導光板LGPと、第2表示基板S2の導光板LGPに接近する側に位置するレンズアレイ層LAを含む。
一部の実施例において、前記表示パネルは、反射型液晶表示パネルである。一部の実施例において、前記表示パネルは、底基板に位置し、反射電極層を有するTFT基板と、液晶層と、液晶層のTFT基板から離れる側に位置する対向基板と、対向基板のTFT基板から離れる側に位置する導光板と、TFT基板の底基板から離れる側に位置するレンズアレイ層を含む。対向基板は、カラーフィルム基板であることが好ましい。レンズアレイ層は、対向基板のTFT基板から離れる側に位置することが好ましい。前記表示パネルは、対向基板側に位置する偏光子層を更に含むことが好ましい。レンズアレイ層は、偏光子層の対向基板に接近する側に位置することが好ましい。レンズアレイ層は、偏光子層の対向基板から離れる側に位置することが好ましい。前記表示パネルは、偏光子層の対向基板から離れる側に位置する保護ガラスを更に含むことが好ましい。レンズアレイ層は、保護ガラスの偏光子層に接近する(又は対向基板に接近する)側に位置することが好ましい。レンズアレイ層は、保護ガラスの偏光子層から離れる(又は対向基板に接近する)側に位置することが好ましい。
図4は、一部の実施例における表示パネルの構造図である。図4に示すように、実施例における表示パネルは、第1表示基板S1(例えば底基板上の、反射電極層を有するTFT基板)と、第1表示基板S1に向かう第2表示基板S2(例えばカラーフィルム基板)と、第2表示基板S2の第1表示基板S1から離れる側に位置するレンズアレイ層LAと、レンズアレイ層LAの第2表示基板S2から離れる側に位置する偏光子層PLと、偏光子層PLのレンズアレイ層LAから離れる側に位置する導光板LGPを含む。前記表示パネルは、偏光子層PLのレンズアレイ層LAから離れる側に位置すると共に、導光板LGPの偏光子層PLに接近する側に位置し、即ち偏光子層PLと導光板LGPの間に位置する保護ガラスCを更に含むことが好ましい。第2表示基板S2がカラーフィルム基板である場合、保護ガラスCを必要としない。
典型的な読取距離と典型的な画素サイズに基づいて、レンズアレイ層のレンズの焦点距離を確定することができる。当該焦点距離は、式(1)に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(1)
ここで、IPDは、第1視域(例えば左目視域)と第2視域(例えば右目視域)の間の距離であり、Pは画素サイズであり、Lは、読取距離であり、例えば、レンズアレイ層と視点(例えば第1視域と第2視域)の間の法線距離である。
図5は、一部の実施例におけるレンズの焦点距離と読取距離の関係を示す。図5に示すように、第1視域はユーザの左目であり、第2視域は、ユーザの右目である。レンズアレイ層と第1及び第2視域の間の法線距離は、Lと定義される。画素サイズPは、一対の隣接する第1画素Lと第2画素Rの幅の和として定義される。
1つの例において、IPDは、約50mmであり、即ち左目と右目の間の平均距離である。画素サイズは、約100μmであり、読取距離は、約200mmである。200mmの読取距離を実現する焦点距離は、約1mmであると確定することができる。
上述のように、通常の反射型表示パネルの不備の1つは、フロント導光板から出射される光が比較的大きい出射角度を有するため、反射率が比較的低くなることである。本公開の反射型表示パネルにレンズアレイ層を設置することにより、表示パネルの反射率を改善することができる。図6は、一部の実施例における反射型表示パネルの反射率改善用のレンズの動作原理を示す。図6に示すように、導光板LGPから出射される光が比較的大きい出射角度を有する。当該光は、レンズアレイ層のレンズLで屈折し、反射フィルムRF(例えば表示パネルの反射電極層)に導かれる。図6に示すように、屈折光と反射フィルムRFの表面の法線NLの間の角度θは、導光板LGPから出射される光の角度より小さい。当該屈折光は、反射フィルムRFの入射光になり、反射フィルムRFに反射されて画像表示に用いられる。従って、アレイレンズ層を有しない通常の反射型表示パネルに比較し、反射フィルムRFに反射される光と反射フィルムRFの表面の法線NLの間の角度も小さくなる。従って、反射フィルムRFに反射される大部分の光は、表示パネルの表示領域に導かれ、表示パネルの光利用率が大幅に向上する。
表1は、一部の実施例における表示パネルの反射率と、反射フィルムの入射光と反射フィルムの表面の法線の間の角度θとの相関性を示す。表1に示すように、表示パネルの平均反射率は、角度θが30度である場合の76.81%から、角度θが10度である場合の171.27%に改善される。
表1:一部の実施例における表示パネルの反射率と、反射フィルムの入射光と反射フィルムの表面の法線の間の角度θとの相関性
Figure 0006852896
一部の実施例において、前記表示パネルは、反射型液晶表示パネルである。環境光強度が比較的高い場合、当該反射型液晶表示パネルは、環境光を光源として画像表示するが、環境光強度が比較的低い場合、フロント導光板を開いて光源として画像表示する。図4に示すように、実施例における表示パネルは、保護ガラスCとレンズアレイ層LAの間に位置する偏光子層PLを含む。入射光(例えば環境光又は導光板LGPから出射される光)は、偏光子層PLを透過してレンズアレイ層LAに照射する。図6と結び付けて検討したように、レンズアレイ層LAが入射光を集光して入射光を屈折させることにより、入射光の方向は、反射フィルムRF(例えば第1表示基板S1に位置する反射電極層)に照射される前に変更される。レンズアレイ層LAの存在により、反射フィルムRFに入射される光と反射フィルムの表面の法線との角度θは、現在比較的小さくなる。反射フィルムRFは、屈折光を反射して画像表示に用いる。大部分の反射光は、表示領域に導かれる。このように、表示パネルの光利用率を大幅に向上させることができる。
図4に示すように、第1表示基板S1は、隣接する第1画素Pと第2画素Pを複数対含む。実質上第1画素Pに反射される全ての光は、例えば、ユーザの左目である第1視域に導かれることが好ましい。実質上第2画素Pに反射される全ての光は、例えば、ユーザの右目である第2視域に導かれることが好ましい。第1画素Pに反射される大部分の光は、例えば、ユーザの左目である第1視域に導かれることが好ましい。第2画素Pに反射される大部分の光は、例えば、ユーザの右目である第2視域に導かれることが好ましい。このようにすることによって、左目画像と右目画像を分離して3D画像表示を実現することができる。
図7は、一部の実施例における円柱レンズの分光効果の動作原理を示す。図7に示すように、1つ又は複数の画素(例えば1対の隣接する第1画素Pと第2画素P)は、円柱レンズの後焦点面に位置する。後焦点面の点Oからの1束の光線は、円柱レンズで屈折する。当該点Oが円柱レンズの後焦点面に位置するため、当該光線は、円柱レンズで集光されて、1束目の平行光線として円柱レンズから出射される。図7に示すように、当該1束目の光線の方向(O−O´線に沿う)は、実質上当該円柱レンズの光軸とは平行である。点y(点Oの上方にあり、後焦点面に位置する。)からの1束の光線は、円柱レンズで屈折して集光され、2束目の平行光線として円柱レンズから出射される。図7に示すように、当該2束目の平行光線は、1束目の平行光線の視域とは異なる視域に導かれる。1束目の平行光線に比較し、2束目の平行光線は、円柱レンズの光軸から下方へ傾斜する方向に沿って導かれる。類似に、点Oの下方にあり、後焦点面に位置する点からの1束の光線は、円柱レンズで屈折して集光され、3束目の平行光線として円柱レンズから出射される。3束目の平行光線は、円柱レンズの光軸から上方へ傾斜する方向に沿って導かれる。円柱レンズの分光効果に基づいて、3Dビューの画像表示を実現することができる。
図8は、一部の実施例における反射型表示パネルの光路を示す。図8には、第1表示基板に位置する反射電極層に反射される2つの光線が示される。第1光線は、第1画素Pに反射されて、角度θ1(第1光線と反射電極層の表面の法線との角度)で伝達されて円柱レンズに入る。その後、第1光線は、円柱レンズと円柱レンズ上部の媒質との界面で屈折する。屈折後の第1光線は、第1視域(例えば右目視域RVZ)に導かれる。屈折後の第1光線と反射電極層の表面の法線との角度は、θ11である。第2光線は、第2画素Pに反射されて、角度θ2(第2光線と反射電極層の表面の法線との角度)で伝達されて円柱レンズに入る。その後、第2光線は、円柱レンズと円柱レンズ上部の媒質との界面で屈折する。屈折後の第2光線は、第2視域(例えば左目視域LVZ)に導かれる。屈折後の第2光線と反射電極層の表面の法線との角度は、θ22である。円柱レンズの屈折率は、n1であり、円柱レンズ上部の媒質の屈折率は、n2である。角度θ11は、sinθ1×n1=sinθ11×n2で確定し、角度θ22は、sinθ2×n1=sinθ22×n2で確定することができる。あらゆる適切な光学透明材料を使用して円柱レンズと円柱レンズ上部の媒質を製作することができ、樹脂、ガラス、石英などを例示できるが、それらに限定されない。円柱レンズと円柱レンズ上部の媒質にそれぞれ適切な透明材料を選択することによって、画像を異なる視域に分離することができる。
図9は、一部の実施例における反射型表示パネルの各パラメータを示す。図9に示すように、画素は、画素幅tを有し、レンズは、曲率半径rを有する。第1視域と第2視域の間の距離は、eに定義され、第1視域、第2視域と円柱レンズとの読取距離は、lに定義される。曲率半径rは、式(2)に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(2)
ユーザの目で任意の視差画像を観測する場合、円柱レンズを経由して最適な視点で観測した点は、円柱レンズにオーバレイされる視差画像に属する。視差画像がm個存在する場合、式(3)に基づいてレンズピッチpを確定することができる。
Figure 0006852896
(3)
従って、pは、最適値が
Figure 0006852896
であり、しかも
Figure 0006852896
から
Figure 0006852896
までの範囲内に変化する。
レンズの厚さは、式(4)に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(4)
従って、これら算出されたパラメータ(曲率半径r、レンズピッチp、レンズの厚さdを含む)に基づいて円柱レンズを設計することができる。
図10は、一部の実施例における円柱レンズの光路を示す。図10に示すように、Fは、円柱レンズの物体側焦点であり、F´は、円柱レンズの像側焦点であり、Hは、円柱レンズの物体側主点であり、H´は、円柱レンズの像側主点であり、n1は、円柱レンズの屈折率であり、n2は、円柱レンズに隣接する媒質の屈折率である。円柱レンズの焦点距離は、式(5)に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(5)
円柱レンズの後焦点面と物体側主点Hとの間の法線距離Xは、式(6)に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(6)
ここで、dは、レンズの厚さであり、rは、曲率半径である。
光線の伝達方向は、物体側主点Hを通過前後で変わらず、即ち、伝達方向と円柱レンズの光軸との角度は、変わらない。従って、式(7)が成立する。
Figure 0006852896
(7)
図11は、3D画像表示パネルのレンチキュラシートの分光効果を示す。図11に示すように、3D画像表示パネルは、第1画素1と第2画素2を複数対有する第1基板S1と、レンチキュラシートLSを含む。第1基板S1は、レンチキュラシートLSの物体側焦点面に位置する。図11には、一種の座標系が示されており、円柱レンズ0の頂点Oを当該座標点の原点とし、円柱レンズ0の光軸をX軸とし、Y軸が第1基板S1とは平行する複数の円柱レンズの頂点を連結した線である。複数の円柱レンズ1、2、…、k、k+1、…は、Y軸の正方向に沿って配列する。複数の円柱レンズ−1、−2、…、−k、−(k+1)、…は、Y軸の負方向に沿って配列する。
通常、観測者は、表示パネルを視野の中心付近にセットし、即ち視差画像の視点がX軸回りに対称分布する。例えば、3D画像表示パネルにm個視差画像を有するのであれば、第i個視差画像に対する最適な視点は、(l,[i−(m+1)/2]e)と確定することができる。ここで、iは、1〜mの整数であり、lは、明視距離であり、eは、隣接する視差点の距離である。m=2の場合、eは、人の目の瞳孔距離であることが好ましい。
一部の実施例において、m=2である。第1視差画像を観測する(i=1)と、その該当する視点の座標は、(l,−e/2)であるが、第2視差画像を観測する(i=2)と、その該当する視点の座標は、(l,e/2)である。第k個円柱レンズを経由して視点で観測した点と第k個円柱レンズの光軸との距離は、上述の式(7)に基づいて確定することができる。例えば、第k個円柱レンズを経由して視点で観測した第i個視差画像における点と第k個円柱レンズの光軸との距離hk,iは、以下である。
Figure 0006852896
(8)
しかも、第k個円柱レンズを経由して視点で観測した第(i+1)個視差画像における点と第k個円柱レンズの光軸との距離hk,i+1は、以下である。
Figure 0006852896
(9)
従って、画素幅tは、以下のように定義することができる。
Figure 0006852896
(10)
式(5)、(8)、(9)、(10)に基づいて、曲率半径rは、以下の式に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(11)
また、第m個円柱レンズを経由して観測した第i個視差画像の物体点は、第i個視差画像の視野内に位置するはずである。即ち、以下の式が成立する。
Figure 0006852896
(12)
式(5)、(8)、(11)から導いた値を式(12)の各パラメータに代入すると、レンズピッチpは、以下の式に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(13)
kと表示パネルの幅との関係は、以下の式を満たす。
Figure 0006852896
(14)
式(13)と(14)を合わせると、レンズピッチpは、以下のように示すことができる。
Figure 0006852896
(15)
従って、pは、最適値が式(16)であり、
Figure 0006852896
(16)
しかも、
Figure 0006852896
から
Figure 0006852896
までの範囲内にある。
図11における視域数が2であり、即ちm=2である。レンズピッチpの最適値は、
Figure 0006852896
である。
円柱レンズの焦点距離f´は、以下のように確定することができる。
Figure 0006852896
(17)
ここで、sは、円柱レンズと第1基板S1との法線距離である(図10を参照する)。
式(5)、(6)、(17)を合わせると、レンズの厚さdは、以下の式に基づいて確定することができる。
Figure 0006852896
(18)
対応して、各実施例に対し、円柱レンズの曲率半径r、レンズピッチp、レンズの厚さdを選択することができる。
上述の内容に基づいて、本公開の1つの態様として提供する3D表示パネルは、複数組のM個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板と、前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板と、第1表示基板と第2表示基板の間に挟まれる(例えば第2表示基板の第1表示パネルに接近する側に位置する)液晶層と、複数のレンズを含み、第1表示基板に反射される光をN個視域に導くためのレンズアレイ層とを含む。例えば、レンズアレイ層は、M個画素ごとに反射される光をN個視域に導く。第1表示基板は、底基板に位置する反射電極層を含むことが好ましい。
M個画素ごとは、単一のサブ画素を含む。M個画素ごとは、同じ色の単一サブ画素を含むことが好ましい。M個画素ごとは、単一のサブ画素を含み、しかもM個画素は、異なる色のM個サブ画素を含むことが好ましい。例えば、第1表示基板は、3つの画素を複数組有し、3つの画素ごとが単一のサブ画素を含み、しかも3つ画素が異なる色の3つのサブ画素、例えば赤色サブ画素、緑色サブ画素、青色サブ画素を含む。
M個画素ごとは、複数のサブ画素を含むことが好ましい。M個画素ごとは、異なる色の複数サブ画素、例えば赤色サブ画素、緑色サブ画素、青色サブ画素を含むことが好ましい。
レンズアレイ層は、第1表示基板に反射される光を少なくともM個視域に導くように構成されることが好ましい。レンズアレイ層は、第1表示基板に反射される光を少なくとも第1視域と第2視域に導くように構成されることが好ましい。
Mは、2以上の正整数であることが好ましい。Nは、2以上の正整数であることが好ましい。M=Nであることが好ましい。即ち、レンズアレイ層は、M個画素ごとに反射される光をN個視域内の1つの視域に導くように構成され、N=Mである。M個画素ごとに反射される光は、例えば一対一の関係で該当する視域に導かれることが好ましい。
M=N=2であることが好ましい。即ち、第1表示基板は、隣接する第1画素と第2画素を複数対含み、レンズアレイ層は、第1画素に反射される光を第1視域に導き、第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成される。
一部の実施例において、複数のレンズの各レンズは、L(L≧1)組のM個画素に対応する。例えば、複数のレンズの各レンズは、L組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成される。M=Nであり、複数のレンズの各レンズは、L(L≧1)組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、L組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第m(1≦m≦M)個視域に導くように構成される。M=N=2であることが好ましい。
L=1であり、複数のレンズの各レンズは、1組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、各組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成される。M=Nであり、複数のレンズの各レンズは、1組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、各組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第m(1≦m≦M)個視域に導くように構成される。M=N=2であることが好ましい。
L=2であり、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素と第2組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素と第2組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成される。M=Nであり、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素と第2組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素と第2組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第m(1≦m≦M)個視域に導くように構成される。M=N=2であることが好ましい。
L=3であり、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素、第2組のM個画素、第3組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素、第2組のM個画素、第3組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域にそれぞれ導くように構成される。M=Nであり、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素、第2組のM個画素、第3組のM個画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、第1組のM個画素、第2組のM個画素、第3組のM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第m(1≦m≦M)個視域にそれぞれ導くように構成される。M=N=2ことが好ましい。
複数のレンズの各レンズは、少なくとも1対の第1画素と第2画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、少なくとも1対の第1画素と第2画素に反射される光を少なくとも第1視域と第2視域にそれぞれ導くように構成される。複数のレンズの各レンズは、1対の第1画素と第2画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、第1画素に反射される光を第1視域に導き、第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成される。複数のレンズの各レンズは、複数対の第1画素と第2画素に対応することが好ましい。例えば、複数のレンズの各レンズは、複数対画素内の各第1画素に反射される光を第1視域に導き、複数対画素内の各第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成される。
一部の実施例において、前記3D表示パネルは、第1表示基板に入射光を提供するための導光板を更に含む。前記3D表示パネルは、光源を更に含むことが好ましい。前記光源から発射される光は、一定の出射角度で導光板から出射されるまで、前記導光板で完全に反射されることが好ましい。
図12は、一部の実施例における表示パネルの構造図である。図12に示すように、実施例の3D表示パネルは、隣接する第1画素Pと第2画素Pを複数対含む反射型表示基板である第1表示基板と、第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板と、複数のレンズを含み、第1表示基板に反射される光を第1視域LVZと第2視域RVZに導くためのレンズアレイ層LAを含む。複数のレンズの各レンズは、1対の第1画素Pと第2画素Pに対応する。例えば、複数のレンズの各レンズは、1対の第1画素Pと第2画素Pに反射される光を第1視域LVZと第2視域RVZに導くように構成される。
各種類の適切な材料と製造方法を使用してレンズアレイ層を形成することができる。例えば、レンズアレイ層は、透明な有機又は無機材料で作製することができ、ガラス、石英又は樹脂が挙げられる。レンズアレイ層は、例えばフォトレジスト材料に対する露光・現像、レーザ書き込み、プラズマ書き込み、3Dプリントなどによって形成される。レンズの例は、円柱レンズ、半円柱レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、平凸レンズ、三日月状レンズ、凹凸レンズなどを含むが、それらに限定されない。
図13は、一部の実施例における表示パネルの構造図である。図13に示すように、実施例のレンズアレイ層は、電動液晶レンズアレイ層LCである。電動液晶レンズアレイ層LCは、回路に接続される第1電極層E1と第2電極層E2の間に挟まれて駆動される。電動液晶レンズアレイ層を駆動して、第1画素Pに反射される光を第1視域LVZに導き、第2画素Pに反射される光を第2視域RVZに導く。図13に示すように、電動液晶レンズアレイ層は、複数の液晶レンズを含んでもよい。各液晶レンズは、若干組の第1画素Pと第2画素Pに対応する。例えば、各液晶レンズは、3組の第1画素Pと第2画素Pに対応する。各液晶レンズは、該当する若干組(例えば該当する3組)内の各第1画素Pに反射される光を第1視域LVZに導き、該当する若干組(例えば該当する3組)内の各第2画素Pに反射される光を第2視域RVZに導くように構成される。各レンズは、1組の第1画素Pと第2画素Pに対応することが好ましい。実施例の3D表示パネルは、隣接する第1画素Pと第2画素Pを複数対含む反射型表示基板である第1表示基板S1と、第1表示基板S1に向かう透明表示基板である第2表示基板S2と、第1表示基板S1と第2表示基板S2の間に挟まれる液晶層を更に含むことが好ましい。
図14は、一部の実施例における表示パネルの構造図である。図14に示すように、実施例の導光板は、複数の出射領域、例えば領域A、B、C、Dを含む。前記複数の出射領域は、異なる出射角度を有する。レンズアレイ層は、異なる曲率半径を有する複数のレンズを含んでもよい。このような設計により、各出射領域は、出射領域からの光の屈折に適する曲率半径を有する1つ又は複数のレンズに対応することができる。例えば、出射角度の比較的大きい出射領域を、比較的大きい曲率半径を有する1つ又は複数のレンズにマッチさせることによって、屈折光と反射フィルムの表面の法線との角度を相対的に小さくすることができる。このような設計により、表示パネルの全体反射率を更に向上させることができる。
本公開の別の態様として提供する表示機器は、本文に記載する表示パネルを有する。適切な表示機器の例は、電子ペーパー、携帯電話、タブレットパソコン、テレビ、ディスプレイ、ノートパソコン、デジタルフォトフレーム、ゲームシステムなどを挙げることができるが、それらに限定されない。
一部の実施例において、前記表示機器は、環境光強度を測定するための光センサと、導光板用の光源(例えばLED光源)を制御するように構成されるコントローラを含む。環境光強度が閾値以上であると、光センサは、コントローラに第1制御信号を送信する。コントローラは、第1制御信号を受信すると、光源をオフにする。環境光強度が閾値より小さくなると、光センサは、コントローラに第2制御信号を送信する。コントローラは、第2制御信号を受信すると、光源をオンにして導光板に光を提供する。
一部の実施例において、導光板用の光源(例えばLED光源)を他のメカニズムで又は人工的に制御してもよい。例えば、ユーザによって光源をオンオフすることができる。即ち、光源をオン又はオフにする閾値をユーザによって確定することができる。ユーザは、環境光強度が高いと確定すると、人工的に光源をオフにすることができる。ユーザは、環境光強度が低いと確定すると、人工的に光源をオンにすることができる。
本公開は、別の態様として、本文に記載する表示パネルを製造する方法を提供する。一部の実施例において、前記方法は、複数組のM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板を形成するステップと、第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板を形成するステップと、第2表示基板の第1表示基板から離れる側にレンズアレイ層を形成するステップとを含み、前記レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、レンズアレイ層の第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことに用いられる。前記方法は、第1表示基板と第2表示基板の間に液晶層を形成することを更に含むことが好ましい。
レンズアレイ層を形成するステップは、第1電極層と第2電極層を形成することと、第1電極層と第2電極層との間に挟まれる電動液晶レンズアレイ層を形成することとを含むことが好ましい。
前記方法は、第2表示基板の第1表示基板から離れる側に導光板を形成するステップを更に含むことが好ましい。
導光板を形成するステップは、異なる出射角度を有する複数の領域を導光板に形成することを含み、レンズアレイ層を形成するステップは、前記複数の領域に対応する、異なる曲率半径を有する複数のレンズを形成することを含むことが好ましい。
一部の実施例において、レンズアレイ層は、光源からの入射光方向の入射光を屈折させ、レンズアレイ層を透過した光が屈折光方向に沿って伝達し、第1表示基板に反射されて画像表示するように構成される。しかも、屈折光方向と第1表示基板の反射面の法線との第1角度は、入射光方向と法線との第2角度より小さい。
M=Nであり、レンズアレイ層は、M個画素ごとに反射される光は、該当する視域に導かれるように構成されることが好ましい。
M=N=2であり、第1表示基板は、隣接する第1画素と第2画素を複数対含むように形成され、レンズアレイ層は、第1画素に反射される光を第1視域に導き、第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成されることが好ましい。
前記複数のレンズの各レンズは、L(1以上の整数)組のM個画素に対応するようにレンズアレイ層が構成され、複数のレンズの各レンズは、L組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成されることが好ましい。
M=Nであり、レンズアレイ層は、複数のレンズの各レンズがL組のM個画素の各組の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を該当する視域に導くように構成されるように形成されることが好ましい。
M=N=2であり、レンズアレイ層は、下記のように形成される。複数のレンズの各レンズは、L組の複数対の隣接する第1画素と第2画素に対応し、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第1画素に反射される光を第1視域に導き、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第2画素に反射される光を第2視域に導くように形成されることが好ましい。
M=N=2であり、レンズアレイ層は、下記のように形成される。複数のレンズの各レンズは、複数対の第1画素と第2画素に対応し、複数対の第1画素と第2画素内の第1画素に反射される光を第1視域に導き、複数対の第1画素と第2画素内の第2画素に反射される光を第2視域に導くように形成されることが好ましい。
L=3であり、M=N=2であり、レンズアレイ層は、下記のように形成される。複数のレンズの各レンズは、3対の第1画素と第2画素に対応し、3の第1画素と第2画素内の各第1画素に反射される光を第1視域に導き、3対の第1画素と第2画素内の各第2画素に反射される光を第2視域に導くように形成されることが好ましい。
レンズアレイ層は、駆動回路に接続される第1電極層と第2電極層の間に挟まれて駆動される電動液晶レンズアレイ層であることが好ましい。
例示と記載の目的で本公開の実施例を以上のように記載した。全ての実施例を網羅し、又は本公開を、開示される精確な形態や例示的実施例に限定するという趣旨ではない。従って、以上の記載は、限定的なものではなく、例示的なものとして見なされるべきである。明らかに、様々な修正や変形は、当業者にとって自明である。これらの実施例を選択して記載することは、本公開の原理とその最適な形態の実際応用を解釈するためであり、よって、本公開が特定用途又は構想される実施形態の各種類の実施例及び各種類の変形に適用することを、当業者が理解できるようになる。本公開の範囲は、添付する特許請求の範囲及びその同等形式により限定されるが、特に断りがなければ、全ての用語が最も広くて合理的な意味で解釈される。従って、「公開」や「本公開」などの用語は、特許請求の範囲を具体的な実施例に限定するというわけではなく、本公開の例示的な実施例に対する参考も本公開に対する限定を暗に含まず、しかもこのような限定を導くべきではない。本公開は、添付する特許請求の範囲の精神と範囲のみによって限定される。また、これらの請求項では、名称や元素に付く「第1」、「第2」などの用語を使用することがある。このような用語は、一種の命名方式と理解するべきであり、具体的な数を与えることを除き、このような命名方式で修飾する元素の数を限定することを意図としない。記載されるあらゆる利点とメリットは、必ずしも本公開の全ての実施例に適用するとは限らない。当業者が添付する特許請求の範囲によって限定される本公開の範囲を逸脱することなく、記載する実施例を変更することができることを認識するべきである。また、本公開では、添付する特許請求の範囲に明確に記載されるか否かにかかわらず、公衆に捧げることを意図とする素子や部品がない。

Claims (22)

  1. 複数組のそれぞれがM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板と、
    前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板と、
    前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側に位置するレンズアレイ層とを含み、
    レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことができ
    前記複数のレンズの各レンズは、前記複数組のうちL(1より大きい整数)組それぞれのM個画素に対応し、
    前記複数のレンズの各レンズは、L組それぞれのM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成される3D表示パネル。
  2. 前記レンズアレイ層は、光源からの入射光方向の入射光を屈折させ、前記レンズアレイ層を透過した光が屈折光方向に沿って伝達し、前記第1表示基板に反射されて画像表示するように構成され、
    前記屈折光方向と前記第1表示基板の反射面の法線との第1角度は、前記入射光方向と前記法線との第2角度より小さい請求項1に記載の3D表示パネル。
  3. M=Nであり、
    M個画素ごとに反射される光が、該当する視域に導かれる請求項1に記載の3D表示パネル。
  4. M=N=2であり、
    前記第1表示基板は、隣接する第1画素と第2画素を複数対含み、
    前記レンズアレイ層は、前記第1画素に反射される光を第1視域に導き、前記第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成される請求項3に記載の3D表示パネル。
  5. M=Nであり、
    前記複数のレンズの各レンズは、L組それぞれのM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を該当する視域に導くように構成される請求項に記載の3D表示パネル。
  6. M=N=2であり、
    前記複数のレンズの各レンズは、L対の隣接する第1画素と第2画素に対応し、
    前記レンズアレイ層は、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第1画素に反射される光を第1視域に導き、L組の各組の各対の隣接する第1画素と第2画素内の第2画素に反射される光を第2視域に導くように形成される請求項に記載の3D表示パネル。
  7. L=3であり、M=N=2であり、
    前記複数のレンズの各レンズは、3対の第1画素と第2画素に対応し、
    前記複数のレンズの各レンズは、3対の第1画素と第2画素内の各第1画素に反射される光を第1視域に導き、3対の第1画素と第2画素内の各第2画素に反射される光を第2視域に導くように構成される請求項に記載の3D表示パネル。
  8. 前記レンズアレイ層は、駆動回路に接続される第1電極層と第2電極層の間に挟まれ、前記第1電極層と第2電極層に駆動される電動液晶レンズアレイ層である請求項1に記載の3D表示パネル。
  9. 前記第1表示基板に入射光を提供するための導光板を更に含む請求項2に記載の3D表示パネル。
  10. 前記導光板は、異なる出射角度を有する複数の領域を含み、
    前記レンズアレイ層は、前記異なる出射角度を有する複数の領域に対応する、異なる曲率半径を有する複数のレンズを含む請求項に記載の3D表示パネル。
  11. 環境光強度が閾値以上であると、環境光で前記第1表示基板に入射光を提供し、環境光強度が前記閾値より低くなると、導光板で前記第1表示基板に入射光を提供するように構成される請求項に記載の3D表示パネル。
  12. M個画素のそれぞれが、単一のサブ画素を含む請求項1に記載の3D表示パネル。
  13. M個画素のそれぞれが、異なる色の複数のサブ画素を含む請求項1に記載の3D表示パネル。
  14. 前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づく曲率半径rを有する請求項1に記載の3D表示パネル。
    Figure 0006852896
    (t:M個画素ごとの画素幅;
    l:N個視域と前記レンズアレイ層との法線距離;
    e:隣接する2つの視域の距離;
    n1:前記複数のレンズの各レンズの屈折率;
    n2:前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側に位置する媒質の屈折率。)
  15. 前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づくレンズピッチpを有する請求項1に記載の3D表示パネル。
    Figure 0006852896
    (e:隣接する2つの視域の距離;
    t:M個画素ごとの画素幅;
    w:複数組のM個画素の幅。)
  16. 前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づくレンズピッチpを有する請求項15に記載の3D表示パネル。
    Figure 0006852896
    (e:隣接する2つの視域の距離;
    t:M個画素ごとの画素幅。)
  17. 前記複数のレンズの各レンズは、以下の式に基づく厚さdを有する請求項1に記載の3D表示パネル。
    Figure 0006852896
    (r:前記複数のレンズの各レンズの曲率半径;
    s:前記レンズアレイ層と前記第1表示基板との法線距離;
    n1:前記複数のレンズの各レンズの屈折率;
    n2:前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側に位置する媒質の屈折率。)
  18. 請求項1〜17のいずれか一項に記載の3D表示パネルを含む3D表示機器。
  19. 複数組のそれぞれがM(2以上の整数)個画素を有する反射型表示基板である第1表示基板を形成するステップと、
    前記第1表示基板に向かう透明表示基板である第2表示基板を形成するステップと、
    前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側にレンズアレイ層を形成するステップとを含み、
    前記レンズアレイ層は、複数のレンズを含み、M個画素ごとに反射される光を、前記レンズアレイ層の前記第2表示基板から離れる側のN(2以上の整数)個の視域内の1つの視域に導くことができ
    前記複数のレンズの各レンズは、前記複数組のうちL(1より大きい整数)組それぞれのM個画素に対応し、
    前記複数のレンズの各レンズは、L組それぞれのM個画素の第m(1≦m≦M)個画素に反射される光を第n(1≦n≦N)個視域に導くように構成される3D表示パネルの製造方法。
  20. レンズアレイ層を形成するステップは、
    第1電極層と第2電極層を形成することと、
    前記第1電極層と前記第2電極層との間に挟まれる電動液晶レンズアレイ層を形成することと
    を含む請求項19に記載の3D表示パネルの製造方法。
  21. 前記第2表示基板の前記第1表示基板から離れる側に導光板を形成するステップを更に含む請求項19に記載の3D表示パネルの製造方法。
  22. 前記導光板を形成するステップは、
    異なる出射角度を有する複数の領域を前記導光板に形成することを含み、
    前記レンズアレイ層を形成するステップは、
    前記複数の領域に対応する、異なる曲率半径を有する複数のレンズを形成することを含む請求項21に記載の3D表示パネルの製造方法。
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