JPH10149114A - 立体ディスプレイ用バックライト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラットスクリーンの立体表示装置におい
て、明るく幅の広い角度の立体像を得る。 【解決手段】 光を放出する光源１０、および光源１０
からの光を選択的に遮断して光パターンを形成する、そ
こに電位を加えることにより電気的に状態を変化しうる
材料よりなる光遮断モジュール１８からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次元または三次
元の表示が可能な立体表示装置用のバックライト装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ送信を用いた三次元（３Ｄ）結像
について、数多くの技術が検討されてきた。非ホログラ
フィー技術に関して、結像には左右の目に異なる（実
体）像を投射する必要がある。これらの技術の多くは、
特別なガラスを使用して２つの像を２つの目に投射する
必要がある。最近、特別なガラスを使用する必要のない
技術が開発された。ニューヨーク州、ロチェスターに構
えられた会社である、ディメンションテクノロジーズ社
（ＤＴＩ）により開発されたある手法では、視差照明を
使用している。この手法は、Information Display 3/9
2, 9-12頁のI. EichenlandおよびA. Morrisによる「ガ
ラスを用いない３Ｄ」に詳細に論じられている。この文
献には、通常の単色またはカラーの液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）が観察者の前方に位置している表示装置が記載され
ている。ＬＣＤは、行と列（典型的に、８×６インチの
作用面積で640列および480行）に配列された個々に制御
可能な素子（ピクセル）の二次元アレイである。ＬＣＤ
は背面から照らされ、個々のピクセルを透過した光の量
を、ある範囲の灰色の陰影を有する像が表示されるよう
に制御することができる。

【０００３】３Ｄ像を作成するために、ＬＣＤは、ＮＴ
ＳＣテレビの標準速度である１秒当たり30フレームの速
度でピクセルの交互の列に立体対の左右の半分を表示し
ている。左の像が奇数の列に表示され、右の像が偶数の
列に表示される。このように、各々の完全な立体像は、
320列および480行からなる。

【０００４】この表示装置において、立体対の半分の両
方が、ＬＣＤの背後に位置する特別な照明プレートを使
用することにより同時に表示される。このプレートは、
必要に応じて、320の非常に薄く、非常に明るく、均一
な間隔の垂直線の格子を形成する。これらの線はピクセ
ルの列に関して間隔が置かれ、視差のために、左目はＬ
ＣＤの奇数の列を通してこれらの線の全てを見る一方
で、右目は偶数の列を通してそれらを見る。このような
構造が、例えば、米国特許第5,457,574号、同第4,829,3
85号、同第4,717,949号、同第5,036,365号、同第5,040,
878号、および同第5,500,765号にさらに説明されてい
る。これらの明細書をここに引用する。

【０００５】このような表示装置において、ＬＣＤと照
明プレートとの間の距離と、「観察区域」の寸法を（一
部）決定する観察距離（表示装置から観察者までの距
離）との間には所定の関係がある。これらの観察区域
は、観察者が３Ｄ像を知覚できる表示装置の前方の区域
である。その結果、観察者の頭の位置がスクリーンおよ
び光線に関して適切な位置にない場合、目は異なる像を
見ずに、３Ｄ効果がなくなってしまう。

【０００６】異なる頭探知（head tracking）装置を用
いて頭の動きを追跡し、この問題を解決している。例え
ば、米国特許第5,457,574号には、観察者の頭が横に移
動するときに立体像を滑らかに追跡するのに用いられる
多数ランプ照明装置を使用することが記載されている
（例えば、この特許の７Ａ図、７Ｂ図参照のこと）。同
様の様式を用いて、観察者が、頭を移動させるときに物
体の異なる斜視図を見ることのできる「ルックアラウン
ド」特性を実施することができる。このことは、適切な
ストロボランプを回転させることにより行う。

【０００７】視差照明概念を現在実施するのは、正確な
アライメントが必要とされる頭探知のための多数のラン
プまたは移動素子により扱いにくい。このため、サイズ
が扱いにくく、表示装置の信頼性が損なわれてしまう。

【０００８】

【発明の構成】本発明のある形態は、光放出部位を情報
表示装置に透過させる表示装置用のバックライト装置に
関するものである。これらの装置は、光を放出する光源
およびこの光源からの光を選択的に遮断して光放出部位
を形成する光遮断モジュールを備えている。このような
光遮断モジュールのあるものは、例えば、液晶材料また
はエレクトロクロミック材料のような、そこに電位を加
えることにより電気的に状態を変化しうる材料からな
る。

【０００９】例えば、状態を変化しうる材料は、その上
に電極を有し、一方の電極が平行に間隔の置かれた電極
線のパターンに配列されている１組の支持体の間に挟ま
れていてもよい。電極に電位を加えることにより、状態
を変化しうる材料は、選択的に変化させられて、そこに
光を選択的に通過させることができる。

【００１０】ある形態において、平行に間隔の置かれた
電極線の少なくとも２つの電極パターンを設け、一方の
パターンの電極線が他方のパターンの電極線と互いにか
み合い、各々のパターンの電極線が、各々の電極パター
ンの独立した母線に接続され、母線の各々が、独立して
電気活性化して、光遮断モジュール上の異なる位置に平
行な光線を形成することができる。異なるときに異なる
電極を活性化することにより、この形態を用いて、頭を
探知することができる。すなわち、観察者が位置する場
所に応じて、異なる電極を活性化することができる。

【００１１】本発明の光部位放出装置には、従来技術よ
り優れた数多くの利点がある。例えば、本発明の光部位
放出装置では、様々な電極パターンを有する電気的に切
換可能な材料を採用しており、従来技術の装置よりも薄
くて軽量である。さらに、これらの装置は、適切な電極
構造のスイッチを単に入れたり切ったりすることにより
頭探知機能を果たすことができる。

【００１２】その結果、本発明の光パターン放出装置を
用いて、米国特許第5,457,574号に開示されているもの
と同様の頭探知装置を実施することができる。しかしな
がら、本発明では、多数の電極パターンによりこの結果
をより容易に達成することができ、それによって、制御
するのが困難なかさばったストロボランプを使用する必
要がなくなる。同様に、多数の電極パターンを用いて、
従来技術に論じられた多数のランプを置き換えることに
より、多数の観察者の頭探知を単純化することができ
る。

【００１３】本発明には、視差照明とともに、３Ｄ像を
形成するのに用いることのできるコンパクトなバックラ
イト装置を製造する様々な手法が記載されている。本発
明において、本発明がバックライトを形成する新しい概
念を用いたことを除いて、ＤＴＩ自動立体表示装置（au
tostereoscopic display）の概念を用いている。

【００１４】ある手法において、電気的に状態を変化し
うる材料を適切な電極パターンの間に設けて、バックラ
イト遮断アセンブリを製造している。電気的に状態を変
化しうる材料としては、例えば、エレクトロクロミック
材料または液晶材料（例えば、ネマティックまたは高分
子分散）が挙げられる。もちろん、所望であるかまたは
必要であれば、エレクトロクロミックまたは高分子分散
液晶材料には、偏光子／検光子の組合せを用いても用い
なくてもよい。２つの電極の間に電位を加えることによ
り、電気的に状態を変化しうる材料は、バックライト光
源から放出された光がＬＣ材料を通って、液晶表示（Ｌ
ＣＤ）パネルまで選択的に透過するようにできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態を参
照して、本発明をより詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による立体表示装置を示し
ている。光源10は、散乱表面12およびこの散乱表面12の
各端部に位置する１組のランプ14からなる。光は、ラン
プ14から放射され、散乱表面12を通って、偏光子16を通
過する。次いで、光は、本発明による光遮断モジュール
18を通過して、分析子32（第２の偏光子）およびＬＣＤ
36に到達する。

【００１７】本発明のこの実施の形態において、光遮断
モジュール18は、選択的に状態を変化することができ、
それによって、光源10から放出される光を光遮断モジュ
ール18に選択的に透過させることができる電気的に状態
を変化しうる材料20を含む。状態を変化しうる材料は、
例えば、液晶材料またはエレクトロクロミック材料であ
ってよい。図１において、光遮断モジュール18は、液晶
材料を間に挟んだ２枚のガラス板22からなる。インジウ
ムスズ酸化物（ＩＴＯ）接地電極が一方のガラス板の内
面に付着され、選択的に付着されたスズ酸化物電極パタ
ーン26が他方のガラス板22の内面に付着され、これら２
つの電極が液晶材料20を挟んでいる。図１において、選
択的に付着されたスズ酸化物電極パターン26は、図２に
示したような母線30に接続された複数の平行電極28から
なる互いにかみ合った電極パターンの形態にある。図２
に示された電極28は、幅Ｗを有し、ピッチＰにより隔て
られている。

【００１８】再度図１を参照する。電極パターン26とＩ
ＴＯ接地電極24との間に電位を加えることにより、液晶
材料20は、電極28に対応する区域において整合される。
このように、光は遮断モジュール18により選択的に遮断
され、選択された部分のみがそこから放出される。次い
で、光は分析子32およびシャドウマスク34（必要または
所望であれば）を透過して、その後、液晶表示パネル36
を透過する。図１では、「ポジティブモード」の液晶材
料を使用している。ポジティブモードにおいて、偏光子
および分析子は交差した関係にある（すなわち、90°の
角度に方向付けられている）。光は偏光子16を通過する
ことにより偏光される。（電極により）電圧が液晶に加
えられない場合には、標準的なネマティック液晶材料
は、偏光された光の方向を90°回転させ、光を分析子32
に透過させて整合させる。分析子32もまた偏光子に対し
て90°に方向付けられている。その結果、ポジティブモ
ードで作動されている遮断モジュールに電圧を加えず
に、光は遮断モジュールにより遮断されず、むしろ、均
一な光が光源10から遮断モジュールを通ってＬＣＤまで
透過する。このような光は、二次元表示装置には望まし
い。

【００１９】パネルに電圧が加えられる場合、液晶材料
は電極線の位置に対応する区域において整合され、その
結果、この光は分析子まで透過するようには回転されな
い。結果として、電極線パターンに対応する区域におい
て、光は遮断モジュールからは透過しない。このように
して、光線は、光が液晶材料20を通過できる区域に形成
される。これらの光線を用いて、液晶表示装置内の色フ
ィルタを照射し、上述した自動立体表示装置の操作に必
要な光線を形成する。これら電極線の幅およびピッチを
適切に設計することにより、３Ｄ表示装置に適した必要
とされる幅およびピッチの一連の光線が透過する。３Ｄ
表示装置を可能にする正確な幅およびピッチの選択が、
例えば、米国特許第4,717,949号に論じられている。

【００２０】上述した表示装置は、交差偏光子を用い、
「ポジティブ」モードで作動するように設計されている
が、本発明はそのような種類に限定されるものではな
い。その代わりに、パネルを「ネガティブ」モードで、
すなわち、偏光子と平行に作動するように設計しても差
し支えない。この場合、電圧を加えないと、光は透過せ
ず、電圧を加えると、電極線の位置に対応する区域にお
いて光線（３Ｄ照明）が生じる。この場合で２Ｄ照明を
得るためには、液晶材料の全てを活性化させる必要があ
る。

【００２１】図１に示すような適切な寸法の不透明の空
間および透明の空間を有する「シャドウマスク」ガラス
板34を配置し、板の厚さを制御することにより、光線の
発散を制御することができる。ヘッドトラッキングおよ
び２Ｄ／３Ｄ照明の変化が必要ない場合には、シャドウ
マークまたは選択的に光を遮断できる他の同様の装置を
用いて、バックライト光源から放出される光を選択的に
遮断するようにこの装置を配置して、それによって光線
を形成することにより単に３Ｄ照明を得ることができ
る。

【００２２】図３に示した電極パターンには、２組の電
極線パターン26Ａおよび26Ｂがあり、各々が互いにかみ
合っている。１組の電極線パターン26Ａに電圧を加える
ことにより、１組の光線が生じる。第２の組の電極線パ
ターン26Ｂに電圧を加えることにより、第１の組から横
方向に位置する１組の光線が生じる。２組の互いにかみ
合った電極の各々に同一の幅とピッチの電極線28を設け
ることにより、一方または他方の電極を用いて、互いに
距離Ｓだけ横方向に移動したそれぞれの光線を形成し、
それによって、頭の探知を可能にする。例えば、特定の
電極パターンを用いて光線を形成している特定の頭の位
置を与えたとすると、センサ標的を観察者の頭に取り付
けて、センサ探知手段により標的の位置を検知すること
により、頭の移動を検知することができ、頭が液晶表示
装置に関して移動するときに、所定の組の光線が消さ
れ、必要であれば３Ｄ表示装置に必要な次の組の光線が
つけられる。このように、様々な平行な組の線電極パタ
ーンを有することにより、光線形成装置を移動させる機
械的手段を使用する必要なく、正確な頭探知が可能であ
る。図３は２組のみの互いにかみ合った電極を示してい
るが、２組より多い互いにかみ合った電極を用いても差
し支えない。必要であれば、電極線パターンの間に絶縁
層を用いることにより、互いの頂面に電極を重ねても差
し支えない。

【００２３】電極パターン26の数が２より多い場合に
は、絶縁「交錯」を用いたより複雑な設計が必要となる
かもしれない。交錯を用いない３組の電極のある手法
は、図４に示したように、１組の電極パターン26をガラ
スシート22Ａ上に有し、第２組の電極パターン26を反対
のガラスシート22Ｂ上に有することにより達成できる。
シート22Ａ上の電極パターン26Ａおよび26Ｂの各々は、
均一なピッチを有する複数の電極線からなり、各々のパ
ターン26ＡおよびＢは、互いに関して比較的均一にかみ
合っている。第３および第４の電極パターン26Ｃおよび
Ｄはガラスシート22Ｂ上に位置している。電極パターン
26Ｃは、他方の電極パターンよりも幅が広い電極線から
なり、実際に、パターン26Ｃの広い電極線がそれぞれ電
極パターン26Ａおよび26Ｂからの２つの隣接する電極線
41および42と整合されている。その結果、電極パターン
26Ａおよび26Ｃの間に電圧が加えられるときに、電極線
41に対応する区域のみに電界が加えられる。電極パター
ン26Ｂおよび26Ｃの間に電圧が加えられるときに、電極
線42に対応する区域のみに電界が加えられる。電極パタ
ーン26Ｂおよび26Ｄの間に電圧が加えられるときに、電
極線43に対応する区域のみに電界が加えられる。

【００２４】２Ｄ／３Ｄ照明を得る別の手法は、導波路
原則を用いて光線を生成することである。図５は、その
ような実施の形態の側面図を示している。ここで、バッ
クライト50には、高屈折率の材料の52の平行な列のパタ
ーンが設けられている。平行な列のパターンは、上述し
た平行電極に類似の光線を提供するように機能する。付
着材料52の厚さは、使用する線のアスペクト比に依存す
るかもしれない。典型的に、導波路線は、上述した電極
線と同一の幅およびピッチを有するべきである。例え
ば、ある実施の形態において、高屈折率材料線の幅は38
-50ミクロンであり、アスペクト比は約１である。高屈
折率材料が、滑らかな表面を有する支持体上に付着して
いる。支持体ガラスは従来のフロートガラスであっても
よい。「高屈折率」材料は、この材料52が、付着される
支持体の屈折率よりも大きい屈折率を有することを意味
する。側面に沿って支持体および高屈折率材料52の下方
に光源56を用いることにより、光源56から放出される光
が高屈折率材料52のパターン中に屈折し、通過する。そ
の結果、高屈折率材料52を上述した電極線に類似の別々
の平行線に付着させることにより、高屈折率材料線52を
通過して再度方向つけられる光により光線が形成され
る。

【００２５】所望であれば、層をさらに加えて、導波光
の性能を改良しても差し支えない。例えば、所望であれ
ば、散乱層58を高屈折率材料52上に付着させて、視角を
広げても差し支えない。散乱層58は、例えば、多孔性ガ
ラス層またはＳｉＯ₂またはＴｉＯ₂粒子が充填されたエ
ポキシのような、光を散乱させるのに適した材料からな
る。あるいは、またはさらに、散乱層58の頂面にレンズ
層54を設けて、放出される光を集束させてもよい。レン
ズ54の半径は、表示装置に必要とされる発散角に依存す
る。例えば、高屈折率線50の幅の約３−４倍の半径によ
り、約20-30度（一般的に望ましい視角であると考えら
れている）の発散角となり、このように、20-30度の視
角が得られる。

【００２６】高屈折率材料の屈折率は、バックライトに
用いられる支持体ガラスよりも大きくあるべきである。
例えば、典型的な支持体ガラスは約1.5の屈折率を有す
るので、そのような場合には、1.8以上の屈折率が高屈
折率材料50には十分である。高屈折率材料は有機であっ
ても無機であっても差し支えない（例えば、窒化ケイ素
またはオキシニトライド）。このフイルムが高屈折率で
あるために、支持体板における光は、高屈折率線が存在
するところはどこでも屈折して出ていく。屈折角は、高
屈折率線の屈折率および支持体の屈折率により制御する
ことができる。さらに、必要であれば、散乱中心を高屈
折率線の頂面に形成して、広い角度に亘り光を散乱させ
ても差し支えない。また、発散角をさらに制御するため
に、円柱レンズをこれらの高屈折率光上に形成しても差
し支えない。

【００２７】

【実施例】この実施例は説明を意図したものであって、
本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

【００２８】２Ｄ／３Ｄ照明のための７インチ×７イン
チのバックライトパネルを図１に示した設計にしたがっ
て組み立てた。頭探知の概念を試験するために、図３に
示した２組の電極を用いた。この２組の電極パターン
は、76ミクロンだけ互いに横方向にずれていた。石版付
着技術を用いることにより、幅が38ミクロンでありピッ
チが191.3ミクロンであるインジウムスズ酸化物（ＩＴ
Ｏ）電極線を支持体上に形成して、２つの電極パターン
を形成した。ＩＴＯ接地電極を反対の支持体上に形成し
た。ＬＣパネルをネガティブモードでネマティック型Ｌ
Ｃについて試験した。

【００２９】このプロトタイプにより生成された光線
は、コントラストと、幅およびピッチの制御とが良好で
あり、光線の強度が良好に均一であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２Ｄ／３Ｄ表示装置の概略図

【図２】本発明の光遮断モジュールに使用する電極形状
を示す平面図

【図３】本発明による別の電極設計を示す平面図

【図４】本発明によりさらなる別の電極設計を示す平面
図

【図５】本発明による光放出導波装置の概略図

【符号の説明】

１０ 光源 １２ 散乱表面 １４，５６ ランプ １６ 偏光子 １８ 光遮断モジュール ２０ 液晶材料 ２２ ガラス板 ２４ ＩＴＯ接地電極 ２６ 電極パターン ２８，４１，４２，４３ 電極線 ３０ 母線 ３２ 分析子 ３４ シャドウマスク ３６ ＬＣＤ ５０ バックライト ５２ 高屈折率材料 ５４ レンズ層 ５８ 散乱層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報表示装置に光パターンを透過させる
   表示装置用のバックライト装置であって、 光を放出する光源、および該光源からの光を選択的に遮
   断して前記光パターンを形成する、電位を加えることに
   より電気的に状態を変化しうる材料からなる光遮断モジ
   ュールからなることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記光遮断モジュールが前記光を選択的
   に遮断して、光線のパターンを形成することを特徴とす
   る請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記光遮断モジュールが、前記状態を変
   化しうる材料を間に挟んだ１組の支持体、および電極に
   電位を加えることにより該状態を変化しうる材料を選択
   的に変化させる前記支持体の各々の側にある少なくとも
   １つの電極からなり、それによって、前記光を選択的に
   そこに通過させる、または前記光源からの光を選択的に
   遮断することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 前記光遮断モジュールが、平行に間隔の
   置かれた電極線のパターンに配列された少なくとも１つ
   の電極からなり、該電極線が母線により接続され、前記
   光源から放出される一連の光線を形成できることを特徴
   とする請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 前記光線が前記電極線の位置に対応する
   ことを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記状態を変化しうる材料が、液晶材
   料、またはエレクトロクロミック材料からなることを特
   徴とする請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 前記光遮断モジュールが平行に間隔の置
   かれた電極線の少なくとも２つの電極パターンからな
   り、一方のパターンの電極線が、他方のパターンの電極
   線と互いにかみ合っており、各々のパターンの電極線が
   各々の電極パターンに関して独立した母線に接続され、
   該母線が独立して電気的活性化でき、前記光遮断モジュ
   ール上の異なる位置にある平行な光線を形成できること
   を特徴とする請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】 前記光パターンが前記表示装置に放出さ
   れる液晶情報表示装置を備えていることを特徴とする請
   求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 情報表示装置に光パターンを透過させる
   表示装置用バックライト装置であって、 光を放出する光源、および該光源からの光を選択的に遮
   断して前記光パターンを形成する、支持体および該支持
   体の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる光
   遮断モジュールからなり、該高屈折率材料が前記支持体
   上にあるパターンで付着され、それによって、該高屈折
   率材料が光を集積して、表示装置を透過する光パターン
   を形成することを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 (a) 前記高屈折率材料を覆う光散乱
    層、 (b) 前記高屈折率材料のパターンが複数の平行な列に
    配列されて一連の光放出線を形成すること、 (c) 前記列の各々の上にあるレンズ層のうちの少なく
    とも１つの特性を有することを特徴とする請求項９記載
    の装置。