JP7198347B2 - 部分的なライトフィールドディスプレイ構造 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、「部分的なライトフィールドディスプレイ構造」と題され、２０１８年４月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／６６２，６３３号、および「部分的なライトフィールドディスプレイ構造」と題され、２０１９年４月２３日に出願された米国特許出願第１６／３９１，９８７号に基づく優先権および利益を主張し、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
本開示の態様は、一般に、ディスプレイ、より具体的には、部分的なライトフィールドディスプレイ構造に関連する。
様々なビデオアプリケーションやサービスの出現により、３次元（３Ｄ）で画像を提供することができるディスプレイの使用への関心が高まっている。いくつか例を挙げると、ボリュームディスプレイ、ホログラフィックディスプレイ、一体型イメージングディスプレイ、圧縮ライトフィールドディスプレイなど、様々なタイプのディスプレイがある。既存のディスプレイ技術には、視聴者に提供されるビューの制限、様々なビューを提供するために必要な機器の複雑さ、あるいはディスプレイの作成に関連するコストなど、いくつかの制限があり得る。
しかしながら、ライトフィールドまたはライトフィールドディスプレイは、様々な場所に複数のビューを提供して視聴者に奥行きまたは３Ｄを認識できるように構成されたフラットディスプレイであるため、より優れたいくつかのオプションを提供する。ライトフィールドディスプレイは、従来のディスプレイよりも２～３桁高い解像度で、多数の発光素子を必要とする場合がある。したがって、発光素子の数とそれらが構成される方法の両方に課題があり、視聴者に可能な限り最高の体験を提供するために必要な超高密度を可能にするために考慮する必要がある。
そのような態様の基本的な理解を提供するために、以下に１つまたは複数の態様の簡略化された要約を提示する。この要約は、考えられるすべての態様の広範な概要ではなく、すべての態様の鍵となる要素または重要な要素を特定するものではなく、一部またはすべての態様の範囲を明確にするものでもない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の態様のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
本開示で使用される場合、サブラクセルという用語は、単色の光を生成する発光素子、および赤、緑、青色の光を生成する発光素子を含む発光素子を指すことがある。ラクセルという用語は、サブラクセル（例えば、隣接または近傍に配置されたサブラクセル）のグループまたは割り当てを指すことがある。また、スーパーラクセルまたは画素という用語は、様々なラクセルに組織化され、グループ化され、または他の方法で割り当てられた発光素子の配列または配置を指すことがある。
本開示の一態様では、ライトフィールドディスプレイは、複数の画素（例えば、スーパーラクセル）を含み、各画素は、発光素子の第１のセットを有する第１の部分を含む。前記第１の部分は、前記ライトフィールドディスプレイによって提供される、少なくとも１つの２次元（２Ｄ）ビューに寄与する光出力を生成するように構成される。画素はまた、ライトフィールド画素と呼ばれることもある。各画素はまた、前記ライトフィールドディスプレイによって提供される少なくとも１つの３次元（３Ｄ）ビューに寄与する光出力を生成する発光素子（例えば、サブラクセル）の第２のセットを有する第２の部分を含む。前記ライトフィールドディスプレイはまた、各画素内の発光素子の前記第１のセットおよび発光素子の前記第２のセットを駆動するように構成された電子的手段を含む。前記ライトフィールドディスプレイはまた、前記第１の部分および前記第２の部分を動的に識別し、それに応じて発光素子を割り当てることができる。発光素子の別個のグループ（例えば、ラクセル）は、画素（例えば、スーパーラクセル）をなすように構成されてもよく、ライトフィールドディスプレイの指向性解像度は、グループの数に基づいてもよい。
添付の図面は、いくつかの実施形態を例示しているに過ぎず、したがって範囲を限定するものとは見なされない。
図１Ａは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイ用の画素の例を示す。
図１Ｂは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイ用の画素の他の例を示す。
図２は、本開示の態様による画素内の発光素子の例を示す。
図３は、本開示の態様による複数の画素を有するライトフィールドディスプレイの例を示す。
図４は、本開示の態様による複数の画素を有するライトフィールドディスプレイの他の例を示す。
図５は、本開示の態様による複数の画素および光検出素子を有するライトフィールドディスプレイおよびカメラの例を示す。
図６Ａは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイの一部の断面図の例を示す。
図６Ｂは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイの一部の断面図の他の例を示す。
図７Ａは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイの構成の一例を示す。
図７Ｂは、本開示の態様によるライトフィールドディスプレイの構成の他の例を示す。
図８Ａは、本開示の態様による画素内の発光素子の配列の例を示す。
図８Ｂは、本開示の態様による副画素を備えた画素の例を示す。
図９Ａは、本開示の態様によるフルライトフィールドビューを備えたライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
図９Ｂは、本開示の態様による中央にライトフィールドビューを有するライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
図９Ｃは、本開示の態様による中央に水平方向のビューを有するライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
図９Ｄは、本開示の態様による特定の場所にライトフィールドビューを有するライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
図９Ｅは、本開示の態様による２つの左右の目の向きを有するライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
図９Ｆは、本開示の態様による連続的な左右の目の向きを有するライトフィールドディスプレイ画素の例を示す。
添付の図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書に記載の概念が実施され得る唯一の構成を表すことを意図するものではない。詳細な説明には、さまざまな概念の十分な理解を目的として具体的な詳細が含まれている。しかしながら、これらの概念がその具体的な詳細がなくとも実施され得ることは当業者には明らかであろう。場合によっては、そのような概念の不明瞭化を避けるために、周知の構成要素はブロック図の形式で示される。
図１Ａは、ライトフィールドディスプレイ用の画素の例を説明する模式図１００ａを示しており、例えば、マルチビューディスプレイとも呼ばれる。ライトフィールドディスプレイ（例えば、図３乃至図５のライトフィールドディスプレイ３１０を参照）は、配列、格子、または他のタイプの順序付けられた配置で構成され得る複数の画素（例えば、図３乃至図５の画素３２０を参照）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数の画素が同じ半導体基板上に一体的に構成されてもよい。すなわち、複数の画素は、同じまたは異なる材料の１つまたは複数の層から製造され、構築され、および／または形成され得る。この１つまたは複数の層は、単一の連続した半導体基板上に配置され、形成され、および／または成長されたものである。半導体基板に関連する材料および他の態様に関する追加の詳細を以下に示す。本開示では、「画素」という用語と「スーパーラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用することがある。場合によっては、「画素」はピクセルと呼ばれることもあるが、従来のディスプレイで使用されているピクセルとは異なる。
単一の画素は、多くの発光素子１２５を含み得る。上記のように、ピクセルが一般に光を放出する個別の要素を識別するという点で、画素は、従来のディスプレイのピクセルとは異なる（例えば、無指向性の方法であるランベルチアン放出）。一方、画素は、複数の発光素子１２５を含み、本質的に指向性を有し得る光出力を生成または発生するように、それら発光素子１２５自体が組織化され、構成される。これらの光出力（例えば、光線要素）は、複数の異なるライトフィールドビューの形成に寄与し、これら複数の異なるライトフィールドビューは、ライトフィールドディスプレイから離れた異なる場所または位置にいる視聴者に対してライトフィールドディスプレイによって提供される。一例では、ライトフィールドディスプレイから離れた各特定の場所または位置は、ライトフィールドディスプレイによって提供されるライトフィールドビューに関連付けられてもよい。画素内の発光素子１２５の配置および特性に関する追加の態様を以下により詳細に説明し、ライトフィールドディスプレイ内の画素と従来のディスプレイ内のピクセルとの違いをさらに明確化する。
画素は、図１Ａに示されるように、対応する光誘導光学素子１１５を有してもよい。光誘導光学素子１１５は、複数の発光素子１２５によって生成された（例えば、放出された）異なる光線要素１０５を誘導または方向付けをするように構成することができる。一態様では、異なる光線要素１０５は、１つまたは複数の発光素子１２５によって生成された光出力の異なる方向に対応し得る。この点に関して、画素またはライトフィールドディスプレイの方向分解能は、サポートされる多くの光出力方向に対応し得る。さらに、ライトフィールドディスプレイによって提供されるライトフィールドビューは、ライトフィールドディスプレイから離れた特定の場所または位置で視聴者によって受信される様々な光出力からの寄与によって生成される。光誘導光学素子１１５は、画素の一部と見なすことができる。すなわち、光誘導光学素子１１５は、画素の不可欠な構成要素である。光誘導光学素子１１５は、そのそれぞれの画素の発光素子１２５に対して整列され、物理的に連結または結合され得る。いくつかの実施形態では、光誘導光学素子１１５とそのそれぞれの画素の複数の発光素子１２５との間に配置された１つまたは複数の層または材料（例えば、光学的に透明な層または材料）があってもよい。
一例では、光誘導光学素子１１５は、図１Ａに示されるように、マイクロレンズまたは小型レンズ（レンズレット）であってもよい。光誘導光学素子１１５は、光線要素１０５（例えば、異なるライトフィールドビュー）を適切な方向に誘導または方向付けをするように構成することができる。光誘導光学素子１１５は、単一の光学構造（例えば、単一のマイクロレンズまたは小型レンズ）を含むことができる。または、光誘導光学素子１１５は、複数の光学構造を含むように構成または形成することができる。例えば、光誘導光学素子１１５は、少なくとも１つのマイクロレンズ、少なくとも１つの回折格子、または両方の組み合わせを有してもよい。他の例では、光誘導光学素子１１５は、組み合わされて適切な光誘導効果を生み出す光学部品（例えば、マイクロレンズおよび／または回折格子）の複数の層を有してもよい。例えば、光誘導光学素子１１５は、第１のマイクロレンズ、および第１のマイクロレンズ上に積み重ねられた第２のマイクロレンズを有してもよく、第１のマイクロレンズは第１の層に関連付けられ、第２のマイクロレンズは第２の層に関連付けられる。異なる例では、いずれかまたは両方の層で、回折格子、または回折格子とマイクロレンズの組み合わせを使用してもよい。光誘導光学素子１１５の構造、したがって、その中に構築または形成されたマイクロレンズおよび／または回折格子の配置および特性は、光線要素１０５の適切な誘導または方向付けを生じさせることを目的としている。
発光素子１２５には、異なるタイプのデバイスを使用することができる。一例では、発光素子１２５は、１つまたは複数の半導体材料で作製された発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。ＬＥＤは無機ＬＥＤであってもよい。ライトフィールドディスプレイに必要な高密度を実現するために、ＬＥＤは、例えば、マイクロＬＥＤ（マイクロＬＥＤ、ｍＬＥＤ、またはμＬＥＤとも呼ばれる）にしてもよい。これにより、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術や有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）技術などの他のディスプレイ技術よりも、輝度やエネルギー効率などのパフォーマンスを向上させることができる。「発光素子」、「発光体」、または「エミッタ」という用語は、本開示において交換可能に使用することがあり、マイクロＬＥＤを指すために使用することがある。さらに、これらの用語のいずれも、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために、「サブラクセル」という用語と交換可能に使用することがある。
画素の複数の発光素子１２５は、同一の半導体基板上に一体的に構成することができる。すなわち、複数の発光素子１２５は、同じまたは異なる材料の１つまたは複数の層から製造され、構成され、および／または形成され得る。この１つまたは複数の層は、単一の連続半導体基板上に配置、形成、および／または成長させられたものである。半導体基板は、１つまたは複数のＧａＮ、ＧａＡｓ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇａ２Ｏ３、それらの合金、またはそれらの誘導体を含み得る。それらの部分においては、同じ半導体基板上に一体的に構成された複数の発光素子１２５は、少なくとも部分的に、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、それらの合金、またはそれらの誘導体のうちの１つまたは複数で作製され得る。いくつかの実施形態では、それぞれの発光素子１２５は、上記の１つまたは複数の材料で作製された量子井戸活性領域を含むことができる。
複数の発光素子１２５は、異なる色の光を提供するための異なるタイプの発光素子または発光デバイスを含むことができる。これにより、ライトフィールドディスプレイは、視聴者が特定の色域または範囲を視覚的に利用できるようにする。一例では、複数の発光素子１２５は、緑色（Ｇ）光を生成する第１のタイプの発光素子、赤色（Ｒ）光を生成する第２のタイプの発光素子、および青色（Ｂ）光を生成する第３のタイプの発光素子を含んでもよい。他の例では、複数の発光素子１２５は、オプションとして、白色（Ｗ）光を生成する第４のタイプの発光素子を含んでもよい。他の例では、単一の発光素子１２５は、異なる色の光を生成するように構成され得る。さらに、ディスプレイ内の複数の発光素子１２５によって生成される光は、ディスプレイ上で利用可能な色の全範囲、すなわち、ディスプレイの色域を有効にする。ディスプレイの色域は、構成する各カラーソース（赤、緑、青からなるカラーソースなど）の波長と線幅の関数である。
一実施形態では、光の異なるタイプの色は、発光素子内の１つまたは複数の材料（例えば、半導体材料）の組成を変えることによって実現することができ、あるいは、異なる構造（例えば、異なるサイズの量子ドット）を発光素子の一部として、または発光素子に関連して使用することによって実現することができる。例えば、画素の発光素子１２５がＬＥＤである場合、画像内のＬＥＤの第１のセットは、インジウム（Ｉｎ）の第１の組成物を有するＩｎＧａＮの少なくとも一部で作製されてもよい。ＬＥＤの第２のセットは、Ｉｎの第１の組成とは異なるＩｎの第２の組成を有するＩｎＧａＮの少なくとも一部で作製されてもよい。ＬＥＤの第３のセットは、Ｉｎの第１および第２の組成とは異なるＩｎの第３の組成を有するＩｎＧａＮの少なくとも一部で作製されてもよい。
他の実施形態では、光の異なるタイプの色は、同じまたは類似の色の光を生成する複数の発光素子に異なる色変換器（例えば、色ダウンコンバータ）を適用することによって実現することができる。一実施形態では、複数の発光素子１２５のいくつかまたはすべては、それぞれの色変換媒体（例えば、色変換材料または材料の組み合わせ）を含んでもよい。例えば、画素内のそれぞれの発光素子１２５は、青色光を生成するように構成される。複数の発光素子１２５の第１のセットは、単に青色光を提供し、複数の発光素子１２５の第２のセットは、青色光をダウンコンバートして（例えば、１つの変換媒体を使用して）緑色光を生成および提供するようにさらに構成される。複数の発光素子１２５の第３のセットはまた、青色光をダウンコンバートして（例えば、別の変換媒体を使用して）、赤色光を生成および提供するようにさらに構成される。
画素の複数の発光素子１２５は、それ自体が配列、格子、または他のタイプで構成され得るか、または画素がライトフィールドディスプレイにおいて異なる配置を使用して構成され得るのと同様に順序付けられた配置に構成され得る。
さらに、各画素用に、複数の発光素子１２５を駆動または動作するための１つまたは複数のドライバ１３５が存在し得る。ドライバ１３５は、バックプレーン１３０の一部である、複数の発光素子１２５に電気的に結合された電子回路または電子的手段であり得る。ドライバ１３５は、複数の発光素子１２５を駆動または動作するために（例えば、発光素子を選択し、設定を制御し、輝度を制御するために）、適切な信号、電圧、および／または電流を提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つのドライバ１３５は、各発光素子１２５を駆動または動作するために使用され、１対１で対応し得る。他の実施形態では、１つのドライバ１３５は、複数の発光素子１２５を駆動または動作するために使用され、１対複数で対応し得る。例えば、ドライバ１３５は、単一の発光素子１２５または複数の発光素子１２５を駆動するように構成されたユニットセルの形態であってもよい。
ドライバ１３５を含むバックプレーン１３０に加えて、ライトフィールドディスプレイはまた、複数の発光素子１２５を有する平面１２０を含むことができる。さらに、ライトフィールドディスプレイはまた、複数の光誘導光学素子１１５を有する平面１１０を含むことができる。実装においては、平面１１０、平面１２０、およびバックプレーン１３０のうちの２つ以上を互いに統合または結合して、積み重ねられたまたは３次元（３Ｄ）構造を形成してもよい。追加の層、平面、または構造（図示せず）はまた、接続性、相互運用性、接着性、および／または平面間の隔たりを容易にし、または構成するために、積層構造または３Ｄ構造の一部であり得る。本開示で使用される場合、「平面」という用語と「層」という用語は交換可能に使用されることがある。
図１Ｂは、ライトフィールドディスプレイ用の画素の他の例を示す模式図１００ｂを示している。この例では、画素は、光線要素１０５を提供または放出することができるだけでなく（図１Ｂにも示されるように）、光誘導光学素子１１５を介して光線要素１０７を受けるように構成することもできる。光線要素１０５が画素またはライトフィールドディスプレイによって視聴者に提供される様々なビューに寄与する指向性光出力に対応することができるのと同様に、光線要素１０７は、画素またはライトフィールドディスプレイによって受信される様々なビューに寄与する指向性光入力に対応することができる。
図１Ｂの例では、複数の発光素子１２５を有する平面１２０ａはまた、光線要素１０７に関連する光を受信または捕捉するための１つまたは複数の光検出素子１２７を含んでもよい。１つまたは複数の光検出素子１２７は、複数の発光素子１２５に隣接して囲まれた平面１２０ａに配置されてもよい。あるいは、１つまたは複数の光検出素子１２７は、複数の発光素子１２５から離れた平面１２０ａに配置されてもよい。「光検出素子」、「光検出器」、「光センサ」または「センサ」は、本開示において交換可能に使用されることがある。
いくつかの実施形態では、複数の光検出素子１２７は、複数の発光素子１２５と同一の半導体基板上に一体的に構成されてもよい。したがって、光検出素子１２７は、上述したように、発光素子１２５が作製された材料と同じ種類の材料から作製されてもよい。あるいは、光検出素子１２７は、発光素子１２５を作製するために使用されるものとは異なる材料および／または構造（例えば、シリコン相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）またはその変形）から作製され得る。
さらに、ドライバ１３５を有する平面１３０ａはまた、光検出素子１２７に電気的に連結された１つまたは複数の検出器１３７を含むことができる。この１つまたは複数の検出器１３７は、光検出素子１２７を動作させるための適切な信号、電圧、および／または電流を提供するように（例えば、光検出素子を選択、制御設定するために）構成され、光検出素子１２７によって受信または捕捉される光を表す信号（例えば、アナログ信号またはデジタル信号）を生成するように構成されている。
図１Ｂに示す光誘導光学素子１１５の構造、つまり、その中に組み込まれるマイクロレンズおよび／または回折格子の位置および特性は、光線要素１０５を画素から遠ざけるように正しく誘導または方向付けをして、視聴者がライトフィールドビューを知覚するのに必要な様々な寄与を提供すること、および光線要素１０７を適切な光検出素子１２７に向かって正しく誘導または方向付けをすることを目的とする。いくつかの実施形態では、光検出素子１２７は、発光素子１２５に関連して使用される光誘導光学素子１１５とは別個の、または追加の光誘導光学素子を使用し得る。そのような場合、光検出素子１２７のための光誘導光学素子は、光誘導光学素子１１５を有する平面１１０に含まれ得る。
図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明した異なる画素構造は、画素の複数の発光素子１２５によって生成される光線要素の制御、配置、および指向性を可能にする。さらに、図１に示す画素構造は、画素によって受ける光線要素の制御、配置、および指向性を可能にする。
図２では、模式図２００は画素内の複数の発光素子１２５のパターンまたはモザイクの一例を示している。この例では、画素の一部である複数の発光素子１２５の配列または格子の一部が拡大されて、様々なタイプの発光素子１２５に使用されることができる異なるパターンまたはモザイクのうちの１つを示す。この例では、３つの異なるタイプの発光素子１２５、ある色の光を生成する第１のタイプの発光素子１２５ａ、別の色の光を生成する第２のタイプの発光素子１２５ｂ、およびさらに別の色の光を生成する第３のタイプの発光素子１２５ｃを示している。これらの光の色は、例えば、赤色光、緑色光、および青色光であってもよい。いくつかの実施形態では、パターンに含まれる、赤色光を生成する発光素子の数は、緑色光または青色光を生成する発光素子の数の２倍であってもよい。他の実施形態では、パターンに含まれる、赤色光を生成する発光素子のサイズは、緑色光または青色光を生成する発光素子の２倍のサイズであってもよい。他の実施形態では、パターンは、例えば、白色光などの第４の色の光を生成する第４のタイプの発光素子１２５を含むことができる。一般に、１つの色の発光素子の面積は、特定の色域および／または電力効率の必要性を満たすために、他の色の発光素子の面積に対して相対的に変化させることができる。図２を参照して説明されたパターンおよび色は、限定するものではなく例示として提供されている。広範囲のパターンおよび／または色は、（例えば、ディスプレイにおいて特定の色域を可能にするために）画素の発光素子１２５に利用可能であり得る。別の態様では、（任意の色の）追加の発光素子は特定のパターンで使用され、冗長性を提供することができる。
図２に示す模式図２００はまた、同一の半導体基板上に一体的に構成された様々なタイプの発光素子１２５（例えば、発光素子１２５ａ、１２５ｂ、および１２５ｃ）を有することを示している。例えば、異なるタイプの発光素子１２５が異なる材料（または同じ材料の異なるバリエーションまたは組成物）に基づく場合、これらの異なる材料のそれぞれは、異なるタイプの発光素子１２５が半導体基板と一体的に構成することができるように、半導体基板と互換性がある必要がある。これは、ライトフィールドディスプレイに必要とされる発光素子１２５の超高密度配列（例えば、ＲＧＢ発光素子の配列）を可能にする。
図３に示す模式図３００は、複数の画素またはスーパーラクセル３２０を有するライトフィールドディスプレイ３１０を示している。ライトフィールドディスプレイ３１０は、異なるタイプの用途に使用されてもよく、そのサイズは用途に応じて変化し得る。例えば、ライトフィールドディスプレイ３１０は、いくつか例を挙げると、時計、近視用アプリケーション、電話、タブレット、ノートパソコン、モニター、テレビ、および看板のディスプレイとして使用される場合、異なるサイズを有してもよい。したがって、用途に応じて、ライトフィールドディスプレイ３１０内の画素３２０は、異なるサイズの配列、格子、または他のタイプの順序付けられた配置で構成され得る。図３の例に示すように、画素３２０は、Ｎ×Ｍの配列に構成または配置することができ、Ｎは配列内の画素の行数であり、Ｍは配列内の画素の列数である。そのような配列の拡大部分は、ライトフィールドディスプレイ３１０の右側に示されている。小さなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｎ≧１０およびＭ≧１０およびＮ≧１００およびＭ≧１００を挙げることができ、配列内の各画素３２０は、それ自体が発光素子１２５の配列または格子を有する。大きなディスプレイの場合、配列サイズの例は、Ｎ≧５００およびＭ≧５００、Ｎ≧１，０００およびＭ≧１，０００、Ｎ≧５，０００およびＭ≧５，０００、Ｎ≧１０，０００およびＭ≧１０，０００を挙げることができ、配列内の各画素３２０は、それ自体が発光素子１２５の配列または格子を有する。
より具体的な例として、従来のディスプレイのピクセルが画素３２０によって置き換えられる４Ｋライトフィールドディスプレイの場合、画素３２０のＮ×Ｍの配列は、約８３０万画素を含む２，１６０×３，８４０の配列であってもよい。各画素３２０内の発光素子１２５の数に応じて、４Ｋライトフィールドディスプレイは、対応する従来のディスプレイの解像度よりも１桁または２桁大きい解像度を持つことができる。画素またはスーパーラクセル３２０が、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、および青色（Ｂ）光を生成する異なるＬＥＤを発光素子１２５として含む場合、４Ｋライトフィールドディスプレイは、一体的に構成されたＲＧＢＬＥＤスーパーラクセルから作られていると言うことができる。
対応する光誘導光学素子１１５（例えば、一体型結像レンズ）を含む、ライトフィールドディスプレイ３１０内の各画素３２０は、ディスプレイ解像度によって制限される最小の画素サイズを代表することができる。これに関して、画素３２０の発光素子１２５の配列または格子は、その画素に対応する光誘導光学素子１１５よりも小さくすることができる。しかしながら、実際には、画素３２０の発光素子１２５の配列または格子のサイズは、対応する光誘導光学素子１１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズの直径）と同様であってもよく、これは、画素３２０間のピッチ３３０と同様または同じである。
画素３２０の発光素子１２５の配列の拡大図が、模式図３００の右側に示されている。発光素子１２５の配列は、Ｐ×Ｑの配列とすることができ、Ｐは配列内の発光素子１２５の行数であり、Ｑは配列内の発光素子１２５の列数である。配列サイズの例として、Ｐ≧５およびＱ≧５、Ｐ≧８およびＱ≧８、Ｐ≧９およびＱ≧９、Ｐ≧１０およびＱ≧１０、Ｐ≧１２およびＱ≧１２、Ｐ≧２０およびＱ≧２０、およびＰ≧２５およびＱ≧２５を挙げることができる。一例では、Ｐ×Ｑの配列は、８１個の発光素子またはサブラクセル１２５を含む９×９の配列である。画素３２０のための発光素子１２５の配列は、正方形または長方形の形状に限定される必要はなく、六角形または他の形状に基づいてもよい。
各画素３２０において、配列内の発光素子１２５は、別個の明確に区別される発光素子１２５のグループ（例えば、図６Ａ、図６Ｂ、および図８Ａの発光素子６１０のグループを参照）を含むことができる。これら発光素子１２５は、空間的および角度的近接性に基づいて割り当てられ、またはグループ化され（例えば、論理的にグループ化される）、ライトフィールドディスプレイ３１０によって視聴者に提供されるライトフィールドビューの生成に寄与する異なる光出力（例えば、指向性光出力）を生成するように構成される。サブラクセルまたは発光素子のラクセルへのグループ化は、一意である必要はない。例えば、組み立て中または製造中に、表示エクスペリエンスを最適化する特定のラクセルへのサブラクセルのマッピングが存在してもよい。同様の再マッピングは、一度配置されたディスプレイによって、例えば、異なる色の発光素子の経年変化および／または光誘導光学素子の経年変化を含む、ディスプレイの様々な部品または要素の経年変化を考慮して、実行され得る。本開示では、「発光素子のグループ」という用語と「ラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用されることがある。発光素子またはラクセルの様々なグループの寄与によって生成されるライトフィールドビューは、連続的または非連続的なビューとして視聴者によって知覚され得る。
発光素子１２５の配列内の発光素子１２５の各グループは、少なくとも３つの異なる色の光（例えば、赤色光、緑色光、青色光、あるいはまた、白色光）を生成する複数の発光素子を含む。一例では、これらのグループまたはラクセルのそれぞれは、赤色光を生成する少なくとも１つの発光素子１２５、緑色光を生成する１つの発光素子１２５、および青色光を生成する１つの発光素子１２５を含む。他の例では、これらのグループまたはラクセルのそれぞれは、赤色光を生成する２つの発光素子１２５、緑色光を生成する１つの発光素子１２５、および青色光を生成する１つの発光素子１２５を含む。さらに他の例では、これらのグループまたはラクセルのそれぞれは、赤色光を生成する１つの発光素子１２５、緑色光を生成する１つの発光素子１２５、青色光を生成する１つの発光素子１２５、および白色光を生成する１つの発光素子１２５を含む。
上述した様々な用途（例えば、異なるサイズのライトフィールドディスプレイ）のために、ライトフィールドディスプレイ３１０に関連して説明された、いくつかの構造単位のサイズまたは寸法は、大幅に変化し得る。例えば、画素３２０内の発光素子１２５の配列または格子のサイズ（例えば、配列または格子の直径、幅、または全長）は、約１０ミクロンから約１，０００ミクロンの範囲内であってもよい。すなわち、画素またはスーパーラクセル３２０に関連するサイズは、この範囲内にあり得る。本開示で使用される「約」という用語は、その数値通りの値またはその値から１％、２％、３％、４％、５％、１０％、１５％、２０％、または２５％以内の変動を示す。
他の例では、画素３２０内の発光素子１２５の各グループのサイズ（例えば、グループの直径、幅、または全長）は、約１ミクロンから約１０ミクロンの範囲内であってもよい。すなわち、発光素子１２５（例えば、ラクセル６１０）のグループに関連するサイズは、この範囲内にあり得る。
他の例では、画素３２０内の発光素子１２５のグループのサイズは、１０ミクロンより大きくなり得る。なぜなら、そのようなグループ内の発光素子１２５のサイズは、１０ミクロンにもなり得るからである。
さらに他の例では、各発光素子１２５のサイズ（例えば、発光素子またはサブラクセルの直径、幅、または全長）は、約０．４ミクロンから約４ミクロンの範囲内であってもよい。同様に、各発光素子１２５のサイズ（例えば、発光素子またはサブラクセルの直径、幅、または全長）は、約１ミクロン未満であり得る。さらに、いくつかの実施形態における各発光素子１２５のサイズは、１０ミクロンにもなり得る。すなわち、発光素子またはサブラクセル１２５に関連するサイズは、上記の範囲内にあり得る。
さらに他の例では、光誘導光学素子１１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズの直径、幅、または全長）は、約１０ミクロンから約１，０００ミクロンの範囲内であってもよく、これは、画素またはスーパーラクセルのサイズの範囲と同様である。
図４の模式図４００は、対応する光誘導光学素子１１５を備えた画素３２０の配列の一部の拡大図を示すライトフィールドディスプレイ３１０の他の例を示している。ピッチ３３０は、画素３２０間の間隔または距離を表すことができ、光誘導光学素子１１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズのサイズ）であり得る。
この例では、図４のライトフィールドディスプレイ３１０は、画素またはスーパーラクセル３２０の２，１６０×３，８４０の配列を備えた４Ｋライトフィールドディスプレイであり得る。このような場合、視聴者まで約１．５メートルまたは約５フィートの距離に対して、光誘導光学素子１１５のサイズは約０．５ミリメートルにすることができる。このようなサイズは、約１分角／画素の人間の視力と一致してもよい。この例の視聴者の視野（ＦＯＶ）は、約６４度とすることができる。これは、画素によって提供される視野角よりも小さい場合がある（例えば、視野角＞ＦＯＶ）。さらに、この例の４Ｋライトフィールドディスプレイによって提供される複数のビューは、人間の瞳孔の直径と一致する４ミリメートルの幅を有してもよい。これは、例えば３１２個の発光素子１２５を有する画素３２０によって生成される、出力光を誘導する光誘導光学素子１１５に変換することができる。したがって、この例の４Ｋライトフィールドディスプレイは、ライトフィールド位相を有する連続視差、またはライトフィールド位相を有する水平視差を提供することができる。
ライトフィールドディスプレイ３１０は、オプションとして、ライトフィールドディスプレイ３１０内の画素３２０に使用される構成を選定し、識別し、または他の方法で選択することができる画素構成コントローラ４１０を含んでもよい。例えば、２Ｄビュー、３Ｄビュー、または２Ｄビューと３Ｄビューの組み合わせの生成に寄与する光出力の生成を画素がサポートするかどうかに関連する様々なタイプの構成があり得る。画素構成コントローラ４１０は、特定の構成を識別することができ、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせを使用して、画素３２０の発光素子を取得し、関連のある特定の構成をサポートする異なる部分または領域にそれらを編成することができる。以下でより詳細に説明される図９Ａ～９Ｆでは、画素３２０内にプログラムされ、または構成することができる、様々な構成のいくつかの例示を提供する。
したがって、画素構成コントローラ４１０は、図９Ａ～９Ｆに関連して以下に説明する様々な構成のように、各画素３２０の第１の部分（例えば、２Ｄビューを生成するための部分）および第２の部分（例えば、３Ｄビューを生成するための部分）を動的に識別することができる。次に、画素構成コントローラ４１０は、識別された第１の部分および第２の部分に基づいて、第１の部分に関連付けられた画素３２０内の複数の発光素子１２５の第１のセット、および第２の部分に関連付けられた画素３２０内の複数の発光素子１２５の第２のセットを構成することができる。
サポートされる各構成には、対応する第１の部分と第２の部分が含まれる。したがって、上述したように第１の部分および第２の部分を識別する場合、第１の部分は、いくつかの可能な構成に基づいていくつかの可能な第１の部分のセットから識別され、第２の部分は、いくつかの可能な構成に基づいていくつかの可能な第２の部分のセットから同様に識別される。
画素構成コントローラ４１０は、命令を備えたメモリ４２０と、上述した動的識別および構成を実行するために命令を実行するように構成されたプロセッサ４１５とを含むことができる。画素構成コントローラ４１０は、プロセッサ４１５および／またはメモリ４２０を介して、動的識別および構成を実行するために、ハードウェア手段またはソフトウェア手段の一方または両方を構成することができる。例えば、画素構成コントローラ４１０は、バックプレーン１３０内のドライバ１３５（または駆動に使用されるユニットセル）、ドライバ１３５を制御する任意のソフトウェア／ファームウェア、および／または上述した動的識別および構成を実行するために、ドライバ１３５に情報を提供するハードウェア／ソフトウェア（図示せず）を構成および／または制御することができる。そうすることにより、画素構成コントローラ４１０は、画素３２０内の複数の発光素子１２５の第１のセットを、画素３２０の第１の部分の一部となるように識別し、選定し、および構成することが可能であり、画素３２０内の複数の発光素子１２５の第２のセットを、画素３２０の第２の部分の一部となるように識別し、選定し、および構成することが可能である。
図５の模式図５００は、隣接する光検出素子またはセンサ１２７を使用してライトフィールドキャプチャを実行することによって、カメラとしても動作することができるライトフィールドディスプレイの代替構成を示している。この例では、ライトフィールドディスプレイおよびカメラ３１０ａは、画素３２０のＮ×Ｍの配列を含み、配列の一部は、模式図５００の右側に拡大して示されている。光検出素子１２７は、例えば、画素３２０（例えば、光誘導光学素子１１５）によって使用されるものと同様の一体型の光学素子で組み立てられたシリコンベースのイメージセンサであってもよい。一実施形態では、図５に示されるように、光検出素子１２７は、１対１で画素３２０の近傍または隣接して配置されてもよい（例えば、各表示要素に対して１つのキャプチャ要素）。他の実施形態では、光検出素子１２７の数は、画素３２０の数よりも少なくてもよい。
一例では、各光検出素子１２７は、光を捕捉するための複数のサブセンサーを含むことができる。これは、各画素３２０（例えば、スーパーラクセル）が複数の発光素子１２５（例えば、複数のサブラクセル）または発光素子１２５の複数のグループ（例えば、複数のラクセル）を含むことができるのと同じ態様である。
図１Ｂに関連して上述したように、光検出素子１２７は、発光素子１２５と同一平面１２０ａに統合することができる。しかしながら、光検出素子１２７の構成要素の一部またはすべては、バックプレーン１３０ａもまたシリコンベース（例えば、シリコンベースの基板）である可能性が高いため、バックプレーン１３０ａに実装され得る。この場合、光検出素子１２７の構成要素の少なくともいくつかは、バックプレーン１３０ａ内の検出器１３７と統合されて、検出器１３７内の回路または電子的手段によって光検出素子１２７をより効率的に動作させることができる。
図６Ａの模式図６００ａは、本開示で説明される構造単位のいくつかを例示するために、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ３１０）の一部の断面図を示している。例えば、模式図６００ａは、３つの隣接する画素またはスーパーラクセル３２０ａを示しており、それぞれは対応する光誘導光学素子１１５を有する。この例では、光誘導光学素子１１５は、画素３２０ａとは別個であるとみなすことができるが、他の例では光誘導光学素子１１５は、画素の一部であるとみなすことができる。
図６Ａに示されるように、各画素３２０ａは、複数の発光素子１２５（例えば、複数のサブラクセル）を含み、異なるタイプのいくつかの発光素子１２５（例えば、いくつかのサブラクセル）は、ライトフィールドディスプレイによって提供される特定のライトビューに関連付けられたグループ６１０に（例えば、ラクセルの中に）グループ化されてもよい。グループまたはラクセルは、中央の画素３２０ａ内の最も右側のグループまたはラクセルによって示されるように、特定の光線要素１０５に寄与する様々な成分（図６Ｂ参照）を生成することができる。異なる画素内の異なるグループまたはラクセルによって生成された光線要素１０５は、ライトフィールドディスプレイから離れた視聴者によって知覚されるビューに寄与することができることを理解されるであろう。
図６Ａに記載されている追加の構造単位は、画素３２０ａと同じタイプの（例えば、同じ色の光を生成する）発光素子１２５のグループを表す副画素６２０の概念である。副画素６２０に関連する追加の詳細は、図８Ｂ、図９Ｂ、および図９Ｃに関連して以下に説明される。
図６Ｂの模式図６００ｂは、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ３１０）の一部の他の断面図を示しており、それぞれが対応する光誘導光学素子１１５を有する、３つの隣接する画素またはスーパーラクセル３２０ａによって生成される光線要素の変化する空間方向性を示す。この例では、最も左側にある画素３２０ａ内の発光素子１２５のグループは、光線要素１０５ａ（例えば、光出力）を生成し、ここで、光線要素１０５ａは、発光素子１２５のグループによって生成または発生した光線要素成分６３０（例えば、光出力副成分）の組み合わせである。例えば、発光素子１２５のグループが３つの発光素子１２５を含む場合、これらのそれぞれは、光線要素１０５ａの成分（例えば、異なる色の光成分）を生成し、または発生させてもよい。光線要素１０５ａは、ある指定された空間方向性を有し、これは、複数の角度に基づいて（例えば、２つまたは３つの角度に基づいて）定義することができる。
同様に、中央の画素３２０ａ内の発光素子１２５のグループは、光線要素１０５ｂ（例えば、光出力）を生成し、ここで、光線要素１０５ｂは、発光素子１２５のグループによって生成または発生した光線要素成分６３０の組み合わせである。光線要素１０５ｂは、複数の角度に基づいて定義することもできる光線要素１０５ａのうちの１つとは異なる、ある指定された空間方向性を有する。同じことが、最も右側にある画素３２０ａ内の発光素子１２５のグループによって生成された光線要素１０５ｃにも当てはまる。
次の図は、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ３１０）の異なる構成を説明している。図７Ａでは、模式図７００ａは、ライトフィールドディスプレイの第１の構成またはアプローチを示している。ラクセル配列の画素配列と呼ぶことができるこの構成では、ライトフィールド３１０内の様々な画素３２０ｂによって放出される光線要素１０５を組み合わせることによって、異なるライトフィールドビュー（例えば、ビューＡ、ビューＢ）が提供され得る。この例では、光誘導光学素子１１５は、画素３２０ｂの一部であるとみなすことができる。各画素３２０ｂにおいて、発光素子１２５のグループの配列または格子７１０（例えば、ラクセルの配列または格子）があり、これらのグループのそれぞれは、少なくとも１つの成分を有する光出力を生成する（図６Ｂ参照）。この光出力は、ライトフィールドディスプレイ３１０からのある場所または位置で視聴者によって知覚されるビューを構成または形成するための寄与として、ライトフィールドディスプレイ３１０によって提供される。例えば、画素３２０ｂのそれぞれにおいて、ビューＡに寄与する配列７１０内の少なくとも１つのグループまたはラクセルが存在し、およびビューＢに寄与する配列７１０内の少なくとも他のグループまたはラクセルが存在する。場合によっては、ライトフィールドディスプレイ３１０に対する視聴者の場所または位置に依存し、同じグループまたはラクセルは、ビューＡおよびビューＢの両方に寄与することができる。
図７Ａのライトフィールドディスプレイ３１０の一態様では、各画素３２０ｂにおいて、画素３２０ｂがライトフィールドディスプレイ３１０内に配置される位置に基づいて、光誘導光学素子１１５の位置と配列７１０の位置との間で空間的な（例えば、横方向の）オフセットがあり得る。
図７Ｂでは、模式図７００ｂは、同様に、光捕捉をサポートするライトフィールドディスプレイの第２の構成またはアプローチを示している。この構成のライトフィールドディスプレイおよびカメラ３１０ａは、図７Ａに示されるライトフィールドディスプレイ３１０と実質的に同様である。しかしながら、ライトフィールドディスプレイおよびカメラ３１０ａには、光検出素子に沿った発光素子１２５のグループを有する配列７１０ａ内の適切な光検出素子（例えば、センサ１２７）に光線要素１０７を誘導し、または方向付けをするためのカメラレンズ７２５がある。
図８Ａは、画素３２０の一実施形態の様々な詳細を説明する模式図８００ａを示している。例えば、画素３２０（例えば、スーパーラクセル）は、それぞれの光誘導光学素子１１５（破線で示される）を有し、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の発光素子１２５（例えば、サブラクセル）の配列または格子８１０を含む。光誘導光学素子１１５は、配列８１０と同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列８１０よりわずかに大きくてもよい。本開示の図に示されているサイズのいくつかは、説明の目的で誇張されており、実際のサイズまたは相対的なサイズの正確な表現であるとみなされる必要はないことを理解されたい。
配列８１０内の複数の発光素子１２５は、異なる色の光を生成するための異なるタイプの複数の発光素子を含み、（例えば、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを介して）それぞれが別個のグループ６１０（例えば、別個のラクセル）に配置され、または構成されており、それぞれが、視聴者によって知覚される１つまたは複数のライトフィールドビューに寄与する異なる光出力（例えば、指向性光出力）を生成する。すなわち、各グループ６１０は、画素３２０を含むライトフィールドディスプレイによって視聴者（または複数の視聴者）に提供される、１つまたは複数のビューに寄与するように構成される。
図８Ａに示されるように、配列８１０は、２つ以上の画素の隣接または近接した配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図８Ａに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
図示されていないが、図８Ａの画素３２０は、画素２３０内の複数の発光素子１２５を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、図１Ａのバックプレーン１３０内）を有してもよい。図８Ａの例では、電子的手段は、個々のグループおよび／またはグループの一部である複数の発光素子の動作を制御するように構成された複数のユニットセルを含んでもよい。
図８Ｂは、画素３２０の他の実施形態の様々な詳細を説明する模式図８００ｂを示している。例えば、図８Ａの画素３２０（例えば、スーパーラクセル）は、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の副画素６２０を含む。各副画素６２０は、それぞれの光誘導光学素子１１５（破線で示されている）を有し、同じ色の光を生成する複数の発光素子１２５（例えば、複数のサブラクセル）の配列または格子８１０ａを含む。光誘導光学素子１１５は、配列８１０ａと同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列８１０ａよりわずかに大きくてもよい。画素３２０において、副画素６２０のうちの１つの光誘導光学素子１１５は、その副画素６２０内の複数の発光素子１２５によって生成される光の色に対して、指定された色の波長に対する光誘導光学素子の構造を最適化することにより、色収差を最小化するように構成される。色収差を最小限に抑えることで、ライトフィールドビューのシャープネスを向上させ、画素の中心から離れたところにおける倍率の違いを補正できる可能性がある。さらに、光誘導光学素子１１５は、それぞれの副画素６２０の配列８１０ａに整列され、結合されている。
副画素６２０の発光素子１２５は、別々のグループ６１０（例えば、ラクセル）に配置される。各グループ６１０は、ライトフィールドディスプレイからある場所または位置で視聴者によって知覚されるビューへの寄与（例えば、光線要素）を提供することができる。一例では、各グループ６１０は、副画素６２０のそれぞれからの、まとまって配置された複数の発光素子１２５（例えば、各副画素内の同じ位置）を含んでもよい。他の例では、各グループ６１０は、副画素６２０のそれぞれからの、まとまって配置されていない複数の発光素子１２５（例えば、各副画素内の異なる位置）を含んでもよい。さらに他の例では、各グループ６１０は、副画素６２０のそれぞれからの、まとまって配置された、およびまとまって配置されていない複数の発光素子１２５の組み合わせを含むことができる。
図８Ｂに示されるように、配列８１０ａは、２つ以上の副画素の隣接する配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図８Ｂに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
図示されていないが、図８Ｂの画素３２０は、画素２３０内の複数の発光素子１２５を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、図１Ａのバックプレーン１３０内）を有してもよい。いくつかの例では、副画素６２０のそれぞれのための、１つまたは複数の共通の駆動回路を使用することができる。図８Ｂの例では、電子的手段は、個々の副画素および／または副画素の一部である複数の発光素子の動作を制御するように構成された複数のユニットセルを含んでもよい。
以下は、ライトフィールドディスプレイなどのディスプレイから、ライトフィールドビューの完全なセットまたはライトフィールドビューの部分的なセットを提供することができる画素（例えば、画素３２０）の構造の様々な例の説明である。ライトフィールドビューの部分的なセットを提供するライトフィールドディスプレイは、例えば、部分ライトフィールドディスプレイと呼ばれることがある。この点に関して、様々なライトフィールドディスプレイに関連して上述した構成要素は、同様の物理的特性および構造単位（例えば、画素またはスーパーラクセル、発光素子またはサブラクセル、光検出素子、発光素子またはラクセルのグループ、光誘導光学素子）を含む部分ライトフィールドディスプレイに適宜適用することができる。本開示では、「ライトフィールドビュー」および「ビュー」という用語は交換可能に使用することがある。
図９Ａの模式図９００ａは、ライトフィールドビューの完全なセットを提供、またはそれに寄与するように構成された画素３２０の例を示している。この例では、画素３２０の領域全体が、複数の発光素子６１０（または複数のラクセル６１０）のグループの配列または格子で覆われており、これらのグループのそれぞれが、異なるライトフィールドビューを提供し、または寄与する。図９Ａの複数の画素３２０が、ライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、画素３２０内のラクセル６１０からの寄与に基づいて、ライトフィールドビューの完全なセットを提供することができる。
図９Ｂでは、模式図９００ｂは、中央のライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与するように構成された画素３２０の例を示している。この例では、画素３２０の第１または外側の部分、または領域９１０は、画素３２０の外辺部の周りに単一の２次元（２Ｄ）ビューを提供する。画素３２０の第２または内側の部分、または領域９２０は、第１の部分９１０に囲まれており、画素３２０の約中央に設置または配置され、画素３２０の当該部分にライトフィールドビューを提供するように構成される。一実施形態では、約中央に設置または配置されることは、第２の部分９２０が画素３２０の中心または中央からオフセット（例えば、横方向にオフセット、鉛直方向にオフセット、またはそれらの組み合わせ）されることを指すことがある。第２の部分９２０は、複数の発光素子６１０（または複数のラクセル６１０）のグループの配列または格子を含み、これらのグループのそれぞれが異なるライトフィールドビューを提供し、または寄与する。図９Ｂの複数の画素３２０が、ライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、画素３２０内のラクセル６１０からの寄与に基づいて、外辺部に２Ｄビューおよび中央にライトフィールドビューを提供することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の部分９１０は、１つよりも多い（少なくとも１つの）２Ｄビューを提供するために使用してもよい。すなわち、第１の部分９１０の全体にわたって異なる２Ｄビュー（または異なる２Ｄビューに寄与する光出力）が設けられてもよい。例えば、第１の部分９１０の左側に２Ｄビューが設けられ、第１の部分９１０の右側に異なる２Ｄビューが設けられてもよい。他の例では、第１の部分９１０の右側または左側のいずれか、または両方よりも、第１の部分９１０の中心または中央に異なる２Ｄビューが設けられてもよい。以下に説明する他のさまざまな構成についても同様である。
図９Ｃでは、模式図９００ｃは、中央に水平なライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与するように構成された画素３２０の例を示している。この例では、画素３２０の第１または外側の部分、または領域９１０は、画素３２０の外辺部の周りに単一の２Ｄビューを提供する。画素３２０の第２または内側の部分、または領域９２０は、第１の部分９１０によって囲まれており、画素３２０の約中央に設置または配置され、画素３２０の当該部分に水平なライトフィールドビューを提供するように構成される。一実施形態では、約中央に設置または配置されることは、第２の部分９２０が、画素３２０の中心または中央からオフセット（例えば、横方向にオフセット、鉛直方向にオフセット、またはそれらの組み合わせ）されることを指すことがある。第２の部分９２０は、複数の発光素子６１０（または複数のラクセル６１０）のグループの配列または格子を含み、これらのグループのそれぞれが、異なる水平なライトフィールドビューを提供し、または寄与する。図示したように、図９Ｃのグループまたはラクセル６１０は、図９Ｂのものとは異なる。なぜならば、図９Ｂのラクセル６１０の構成によって行われるような、水平方向および鉛直方向の両方のビューのサポートとは対照的に、図９Ｃのラクセル６１０の構成は、水平ビューのみをサポートするからである。図９Ｃの複数の画素３２０がライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、画素３２０内のラクセル６１０からの寄与に基づいて、外辺部に少なくとも２Ｄビューを提供し、中央に水平なライトフィールドビューを提供することができる。さらに、図９Ｃと同様に、１つよりも多い２Ｄビューを生成することができ、異なる２Ｄビューへの寄与は、第１の部分９１０の異なる領域または範囲によって生成される。
図９Ｄでは、模式図９００ｄは、指定された場所または位置でライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与するように構成された画素３２０の例を示している。この例では、画素３２０の第１または外側の部分、または領域９１０は、概して画素３２０の外辺部の周りに単一の２Ｄビューを提供する。画素３２０の第２または内側の部分、または領域９２０は、第１の部分９１０によって囲まれており、画素３２０の指定されたまたは所定の場所または位置にライトフィールドビューを提供するように構成される。例えば、第２の部分９２０は、複数の離れたサブ部分９３０を含むことができ、これらサブ部分９３０のそれぞれは、画素３２０の異なる場所または位置にある。図９Ｄに示す例では、水平に整列された３つのサブ部分９３０を有するが、本開示はこれに限定される必要はない。すなわち、サブ部分９３０の数は、図９Ｄに示される数よりも少なくても多くてもよい。さらに、サブ部分９３０は、異なる方法で整列させることができ（例えば、水平方向に整列させる、鉛直方向に整列させる、またはそれらの組み合わせ）、または全く整列させなくてもよい。
第２の部分９２０のサブ部分９３０のそれぞれは、複数の発光素子６１０（または複数のラクセル６１０）のグループの配列または格子を含み、これらのグループのそれぞれは、異なるライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与する。図９Ｄの複数の画素３２０が、ライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、画素３２０の様々なサブ部分９３０内に配置されたラクセル６１０からの寄与に基づいて、外辺部での２Ｄビューおよび指定された位置でのライトフィールドビューを提供することができる。
図９Ｅでは、模式図９００ｅは、図９Ａの画素３２０の他の例を示している。図９Ｄにおいて、画素３２０は、２つの左右の目の向きのサポートを可能にする指定された場所または位置でライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与するように構成される。この例では、４つのサブ部分９３０があり、そのうちの２つは、左右の目の鉛直方向または縦方向の向きを提供するために、画素３２０の約中心または中央に鉛直方向に整列され、他の２つは、左右の目の水平方向または横方向の向きを提供するために、画素３２０の約中心または中央に水平方向に整列されている。図９Ｅの複数の画素３２０が、ライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、画素３２０の様々なサブ部分９３０内に配置されたラクセル６１０からの寄与に基づいて、外辺部での２Ｄビューおよび指定された位置でのライトフィールドビューを提供することができる。提供されるライトフィールドビューは、鉛直方向および水平方向の左右の目の向きのサポートを提供する。
図９Ｆでは、模式図９００ｆは、任意の左右の目の向きをサポートするためにライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与するように構成された画素３２０の例を示している。この例では、画素３２０の第１または外側の部分９１０は、画素３２０の外辺部の周りに単一の２Ｄビューを提供する。画素３２０の第２または内側の部分９２０は、円盤形状を有し、第１の部分９１０によって囲まれており、画素３２０の約中央に設置または配置され、任意の左右の目の向きをサポートするライトフィールドビューを提供するように構成される。一実施形態では、約中央に設置または配置されることは、第２の部分９２０が、画素３２０の中心または中央からオフセット（例えば、横方向にオフセット、鉛直方向にオフセット、またはそれらの組み合わせ）されることを指すことがある。円盤形状の第２の部分９２０の内部は、第１の部分９１０の一部であると見なすことができ、したがって、画素３２０の中央に２Ｄビューを提供することができる。第２の部分９２０は、複数の発光素子６１０（または複数のラクセル６１０）のグループの配置を含み、これらのグループのそれぞれが、異なる水平なライトフィールドビューを提供、またはそれに寄与する。図９Ｆの複数の画素３２０が、ライトフィールドディスプレイを構成するために使用される場合、ライトフィールドディスプレイは、外辺部および中央／中心に２Ｄビューを提供し、画素３２０内のラクセル６１０からの寄与に基づいて、約中央／中心の円盤形状の部分にライトフィールドビューを提供することができる。
図９Ａ～９Ｆに関連して上述した構成のそれぞれは、図８Ａの模式図８００ａに示されるように、画素内の発光素子の配列を使用して実装されてもよい。または、図８Ｂの図８００ｂに示されるような副画素を備えた画素を使用して実装されてもよい。すなわち、発光素子１２５および／または発光素子１２５のグループまたはラクセル６１０は、図８Ａまたは図８Ｂを参照して説明したように配置、構成、および制御（例えば、アドレス指定）することができる。
図８Ａに示される配置に関する一例では、少なくとも１つの２Ｄビューを提供するために使用される画素３２０の部分において、赤色光を生成する発光素子、緑色光を生成する発光素子、および青色光を生成する発光素子が存在し、この部分の各発光素子および／または発光素子の各グループは、電子的手段のそれぞれの回路によって個別に制御されてもよい。少なくとも１つの３Ｄビューを提供するために使用される画素３２０の部分においてもまた、赤色光を生成する発光素子、緑色光を生成する発光素子、および青色光を生成する発光素子が存在し、この部分の各発光素子および／または発光素子の各グループは、電子的手段のそれぞれの回路によって個別に制御されてもよい。
図８Ｂに示される配置に関する他の例では、少なくとも１つの２Ｄビューを提供するために使用される画素３２０の部分において、赤色光を生成する発光素子、緑色光を生成する発光素子、および青色光を生成する発光素子が存在し、同じ色（またはそのサブセット）の光を生成する発光素子は、電子的手段のそれぞれの回路によって制御されてもよい。一実施形態では、この部分の特定の色（またはそのサブセット）の発光素子は、単一の発光素子として効果的に動作することができる。少なくとも１つの３Ｄビューを提供するために使用される画素３２０の部分においてもまた、赤色光を生成する発光素子、緑色光を生成する発光素子、および青色光を生成する発光素子が存在し、同じ色（またはそのサブセット）の光を生成する発光素子は、電子的手段のそれぞれの回路によって制御されてもよい。
さらに他の態様では、図９Ａ～９Ｆを参照して説明したような様々な構成に関して記載されている画素３２０は、ライトフィールドディスプレイから離れた視聴者に１つまたは複数の２Ｄビューを提供することに寄与する光出力を生成する部分または領域を有するように構成されてもよい。これに関して、画素３２０は、２Ｄビューを暗くする、または消すために、適切な発光素子１２５および／または発光素子のグループ（例えば、ラクセル６１０）の光出力特性（例えば、照明レベル）を制御するようにさらに構成されてもよい。２Ｄビューを暗くする、または消すことで、例えば、３Ｄビューと比較して２Ｄビューの強調を解除し、および／または電力を節約することができる。
本開示は、示された実施形態に従って提供されたが、当業者は、実施形態に変形があり得ること、およびそれらの変形が本開示の範囲内にあることを容易に認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正が行われてもよい。

Claims (11)

  1. ライトフィールドディスプレイであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板上に支持された複数の画素と、
    前記複数の画素に電気的に接続された複数の電子回路を含むバックプレーンと、
    前記バックプレーンに通信可能に連結され、プロセッサおよび命令が格納されたメモリを含む画素構成コントローラを備え、
    前記複数の画素のそれぞれは、
    複数の発光素子と、
    第１の光出力および第２の光出力が通ると、前記第１の光出力および前記第２の光出力の伝播方向を変更するように構成された光誘導光学素子を備え、
    前記複数の電子回路は、前記複数の画素のそれぞれ内の隣接する発光素子の第１の配列、および隣接する発光素子の前記第１の配列とは異なる、隣接する発光素子の第２の配列を駆動するように構成されており、
    前記プロセッサにより前記命令が実行されると、前記プロセッサは、
    （ｉ）前記複数の画素のそれぞれ内の隣接する発光素子の前記第１の配列および前記第２の配列を動的に識別し、
    （ii）前記複数の画素のそれぞれ内の前記隣接する発光素子のそれぞれを、前記第１の配列および前記第２の配列のうちの一方の一部に構成し、
    隣接する発光素子の前記第１の配列は、少なくとも１つの２次元（２Ｄ）ビューのための前記第１の光出力を生成するように構成されており、
    隣接する発光素子の前記第２の配列は、少なくとも１つの３次元（３Ｄ）ビューのための前記第２の光出力を生成するように構成されており、前記第２の光出力は少なくとも２つの異なる色を含み、
    隣接する発光素子の前記第１の配列および前記第２の配列は、前記半導体基板上に一体的に構成されている、ライトフィールドディスプレイ。
  2. 前記第１の配列内の前記発光素子および前記第２の配列内の前記発光素子は、無機発光ダイオード（無機ＬＥＤ）である、請求項１に記載のライトフィールドディスプレイ。
  3. 前記第１の光出力および前記第２の光出力は、少なくとも３つの異なる色の光を含む、請求項１に記載のライトフィールドディスプレイ。
  4. 前記ライトフィールドディスプレイは、第２の３Ｄビューのための第３の光出力を生成するように構成された隣接する発光素子の第３の配列をさらに備え、
    隣接する発光素子の前記第１の配列は、隣接する発光素子の前記第２の配列および前記第３の配列を囲んでいる、請求項１に記載のライトフィールドディスプレイ。
  5. 隣接する発光素子の前記第２の配列は、前記複数の画素のうちの少なくとも１つ内に円盤形状の部分を形成している、請求項１に記載のライトフィールドディスプレイ。
  6. 前記発光素子の配列は、正方形、長方形、および六角形のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のライトフィールドディスプレイ。
  7. 複数のライトフィールドビューを生成するディスプレイであって、
    複数の画素をその上に支持する第１の基板と、
    複数のドライバをその上に支持する第２の基板と、
    前記複数の画素のうちの少なくとも１つに光学的に連結された光誘導光学素子と、
    前記複数のドライバに通信可能に連結され、プロセッサおよび命令が格納されたメモリを含む画素構成コントローラを備え、
    前記複数の画素のうちの少なくとも１つは、前記第１の基板上に一体的に構成された複数の発光素子を含み、
    前記複数のドライバのそれぞれは、前記複数の画素のうちの少なくとも１つに電気的に結合されており、
    前記複数の発光素子は、
    （ｉ）２次元（２Ｄ）ビューのための複数の第１の光線要素を生成するように構成された隣接する発光素子の第１の配列と、
    （ii）ライトフィールドビューのための複数の第２の光線要素を生成するように構成された隣接する発光素子の第２の配列を含み、
    前記第２の配列は、
    （ｉ）第１の色を発する発光素子の第１のグループと、
    （ii）第２の色を発する発光素子の第２のグループを含み、
    前記複数のドライバの一部は、隣接する発光素子の前記第１の配列および前記第２の配列を制御するように構成され、
    前記プロセッサにより前記命令が実行されると、前記プロセッサは、
    （ｉ）隣接する発光素子の前記第１の配列および前記第２の配列を動的に識別し、
    （ii）前記複数の発光素子のそれぞれを、前記第１の配列および前記第２の配列のうちの一方の一部に構成し、
    前記複数の発光素子のそれぞれは、無機発光ダイオードである、ディスプレイ。
  8. 隣接する発光素子の前記第２の配列は、前記複数の画素内において、前記複数の画素のそれぞれの円盤形状の部分を形成しており、
    隣接する発光素子の前記第１の配列は、前記第２の配列によって形成された前記円盤形状の部分を囲んでいる、請求項７に記載のディスプレイ。
  9. 複数の画素を支持する第１の基板と、画素構成コントローラを含む複数のドライバを支持する第２の基板と、前記複数の画素のそれぞれに連結された光誘導光学素子を有し、前記複数の画素のそれぞれは、複数の発光素子を有するライトフィールドディスプレイ装置を形成する方法であって、
    各画素の（ｉ）隣接する発光素子の第１の配列と、（ii）隣接する発光素子の第２の配列を、動的に識別および構成することと、
    隣接する発光素子の前記第１の配列を用いて、２Ｄビューのための第１の複数の光線要素を生成することと、
    隣接する発光素子の前記第２の配列を用いて、３Ｄビューのための第２の複数の光線要素を生成することと、
    隣接する発光素子の前記第１の配列および前記第２の配列を動的に調整して、前記２Ｄビュー、前記３Ｄビュー、および２Ｄビューと３Ｄビューの組み合わせのうちの少なくとも１つを生成することとを含む、方法。
  10. 各画素内で隣接する発光素子の第３の配列を動的に識別および構成することと、
    隣接する発光素子の前記第３の配列を用いて、追加の３Ｄビューのための第３の複数の光線要素を生成することとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記第１の複数の光線要素および前記第２の複数の光線要素を前記画素から遠ざけるように誘導して、前記２Ｄビュー、前記３Ｄビュー、および２Ｄビューと３Ｄビューの前記組み合わせのうちの少なくとも１つを生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
JP2021509956A 2018-04-25 2019-04-24 部分的なライトフィールドディスプレイ構造 Active JP7198347B2 (ja)

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