JP2019503501A - ディスプレイデバイス及びディスプレイ制御方法 - Google Patents

Abstract

ディスプレイデバイスは、ディスプレイパネル２４と、ディスプレイパネル及びレンズ２７のアレイから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構とを含む。表示は、ディスプレイデバイスからの横方向に向けられた光出力を光遮断機構が遮断するプライバシモードと、横出力方向に向けられた光を光遮断機構が通過させるパブリックモードとを有する。光遮断機構は層８０のスタックを含み、各層は、層のスタックにおいて、各光遮断部材が、それぞれのレンズに位置合わせされて、光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプの光遮断機構部分９０、９２のパターンを含む。光遮断部材の繰り返しパターンは、レンズピッチの２倍のピッチを有する。これにより、光遮断機構はより容易に製造することができる。

Description

本発明は、プライバシモード及びパブリックモードを提供することができるディスプレイデバイスに関する。本発明は、特に限定はしないが、表示を生成するためのディスプレイピクセルのアレイを有するディスプレイパネルをもつ自動立体ディスプレイデバイスと、異なるビューを異なる空間位置に向けるための画像化機構とに関する。

このタイプの表示の自動立体ディスプレイデバイスで使用される画像化機構の第１の例は、例えば、表示の基礎をなすピクセルに関連して大きさを合わされ位置づけられたスリットをもつバリアである。ツービューデザインでは、視聴者は、頭が固定した位置にある場合、３Ｄ画像を知覚することができる。バリアは、ディスプレイパネルの前に位置づけられており、奇数ピクセル列及び偶数ピクセル列からの光がそれぞれ視聴者の左目及び右目の方に向けられるようにデザインされる。

このタイプのツービュー表示デザインの欠点は、視聴者が固定した位置にいなければならず、左又は右に約３ｃｍしか動くことができないことである。より好ましい実施形態では、各スリットの下に２つのサブピクセル列ではなくいくつかのサブピクセル列がある。このようにして、視聴者は、左及び右に動くことができ、いつでも目で立体画像を知覚する。

バリア機構は、生成することは簡単であるが、光効率がよくない。それゆえに、好ましい代替案は、画像化機構としてレンズ機構を使用することである。互いに平行に延びる細長いレンズのアレイが、ディスプレイピクセルアレイの上に重なり、ビュー形成手段として働く。これらは「レンチキュラレンズ」として知られている。ディスプレイピクセルからの出力は、これらのレンチキュラレンズを通して投射され、これらのレンチキュラレンズは、出力の方向を変更するように機能する。

レンチキュラ要素は、要素のシートとして提供され、要素の各々は、細長い部分円柱（例えば、半円柱）レンズ要素を含む。レンチキュラ要素は、一般に、ディスプレイパネルの列方向に延び、各レンチキュラ要素は、ディスプレイサブピクセルの２つ以上の隣接する列のそれぞれのグループの上に重なる。

ディスプレイパネルは、例えば、ディスプレイピクセルの行及び列のアレイを有する２次元液晶ディスプレイパネルを含む（ここで、「ピクセル」は、一般に、１組の「サブピクセル」を含み、「サブピクセル」は、最も小さい個々にアドレス指定可能な単色絵素を含む）。サブピクセルは、一緒に、ディスプレイを生成する画像形成手段として働く。

例えば、各レンチキュラがディスプレイサブピクセルの２つの列に関連づけられる構成では、各列のディスプレイサブピクセルは、それぞれの２次元のサブ画像の垂直スライスを提供する。レンチキュラシートは、これらの２つのスライスと、他のレンチキュラに関連するディスプレイピクセル列からの対応するスライスとを、シートの前に位置したユーザの左目及び右目に向け、その結果、ユーザは単一の立体画像を観察する。したがって、レンチキュラ要素のシートは、光出力方向付け機能を備えている。

他の構成では、各レンチキュラは、行方向において４つ以上の隣接するディスプレイサブピクセルのグループに関連づけられる。各グループのディスプレイサブピクセルの対応する列は、それぞれの２次元サブ画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。ユーザの頭が左から右に動くとき、一連の連続した異なる立体ビューが知覚され、それにより、例えば、見回した印象が作り出される。

ビューの数を増加させると、３Ｄ印象は改善されるが、すべてのビューがネイティブ表示によって同時に示されるので視聴者が知覚する画像解像度が低下する。いくつかの（９又は１５などの）ビューがいわゆるビューイングコーン中に示され、これらのビューイングコーンが視野を横切って繰り返すという妥協が一般に見いだされる。最終結果は大きい視野角をもつ表示であるが、視聴者は３Ｄモニタ又はテレビジョンを見る場所を選ぶ際完全には自由でなく、ビューイングコーンの間の境界では、３Ｄ効果がなく、ゴースト画像が現れる。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部分又は特定の部分について盗み見を好まない状況では問題である。１つの典型的な例は、通勤中のメール又は書類の読取りである。

プライベート視野モード及びパブリック視野モードをディスプレイに与えることが提案されている。これは、さらに、例えばＷＯ２０１３／１７９１９０において、３Ｄ自動立体ディスプレイについて提案されている。

この文献は、レンズベース自動立体ディスプレイデバイスを開示しており、光遮断機構が、隣接するレンズ位置の間に設けられ、ディスプレイは少なくとも２つの異なるモード、すなわち、レンズ間に向けられた光を光遮断機構が遮断するプライバシモードと、レンズ間に向けられた光を光遮断機構が遮断しないパブリックモードとで構成可能である。

切替え可能なプライバシモードは、コーン繰り返しをオン及びオフすることができる。コーン繰り返しにより、ディスプレイは、通常のレンズベース自動立体ディスプレイと全く同様に機能し、通常の３Ｄレンチキュラディスプレイと同様の広い視野角を有する。コーン繰り返しなしでは（レンズ間の遮断機能のために）、一次コーンのみが目に見え、他のすべてのコーンは黒く見える。プライバシモードでは、所望のビューイングコーンへの出力輝度は低下せず、完全な表示解像度が使用される。

３Ｄレンチキュラディスプレイは、さらに、レンズが電気光学的に切替え可能であるので、又はレンズが複屈折性であり、ディスプレイパネルの偏光が制御されるので、２Ｄモードと３Ｄモードとの間で切替え可能である。特に、光遮断機構による光変調が偏光に基づいていない場合、２つの機能は独立しており、４つの組合せモード（２Ｄプライベート、２Ｄパブリック、３Ｄプライベート、及び３Ｄパブリック）がある。

しかしながら、光遮断構造は、垂直構造であるので、製造することが困難である可能性がある。

それゆえに、低コスト及び低い複雑さで実現される、パブリックモード及びプライバシモードを実施する光遮断機構への必要性がある。

本発明によれば、独立請求項において定義されるディスプレイ及び方法が提供される。

１つの態様において、本発明は、ディスプレイデバイスを提供し、ディスプレイデバイスは、
ディスプレイパネルと、
ディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構と、
ディスプレイパネルの前に配置されたレンズのアレイと
を含み、
ディスプレイは、光遮断機構が光の偏光に基づいてディスプレイデバイスからの横方向に向けられた光出力を遮断するプライバシモード、及び光遮断機構が横出力方向に向けられた光を通過させるパブリックモードで構成可能であり、
光遮断機構は層のスタックを含み、各層は、層のスタックにおいて、２つの異なるタイプの光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプの光遮断機構部分のパターンを含み、各光遮断部材は、光遮断部材がレンズピッチの２倍のピッチをもつパターンを形成するように、関連するレンズに関連づけられる。

このデバイスデザインにより、概して垂直な光遮断構造を層のスタックとして形成することができる。これは、デバイスの製造を簡単にする。

光遮断部材は、大きい横方向角からディスプレイ出力が見えないようにする。例えば、光遮断機構は、法線方向を中心とする６０度を超える（すなわち、法線の各側で３０度を超える）、又は４０度を超える（すなわち、法線の各側で２０度を超える）、又は２０度を超える（すなわち、法線の各側で１０度を超える）横方向放射角を有する光を遮断する。出力角の範囲が狭いほど優れたプライバシを示す。それにより、「横方向に向けられた光を遮断する」は、閾値よりも大きい、法線から横方向に遠ざかる角度の方向の光が遮断されることを意味する。この角度は、光遮断部材の高さ（すなわち、法線方向の寸法）と、光遮断部材の横方向間隔とに依存する。光遮断部材は、光チューブを形成すると考えられる。

概して垂直な光遮断部材は、ディスプレイパネルへ法線方向からオフセットされる。したがって、そのとき、光遮断部材は完全には直立してない。このオフセットは、例えば、所望の視距離に焦点を設けるために光遮断部材によって形成される光チューブをテーパ状にするのに使用される。

層のスタックは３つの層又は４つの層を含む。層の数が多いほど、堅固な垂直構造に近づくが、製造複雑さを増加させる。少数の層は、横方向の光が遮断されるように各層のパターンをより大きくする必要がある。これは、このデザインが光学的にあまり効率的でなくなることを意味する。スタック内の３つの層又は４つの層が光学効率と製造性との間の最良の妥協を与えることが見いだされた。

ディスプレイデバイスは、ディスプレイパネルの前に配置されたレンズのアレイを含み、光遮断機構は、レンズ間に向けられた光を選択的に遮断するためのものである。

レンズは、ディスプレイを、プライバシモードの追加機能をもつ自動立体ディスプレイにすることができる。

パターンの中の光遮断機構部分には、層のスタックにおいて、２つの異なるタイプの光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプがある。１つのタイプの光遮断部材は、１つのタイプの光（すなわち、偏光）を通過させ、別のタイプ（すなわち、偏光）を遮断する。これは、適正な偏光パターンを有する光が同時に光遮断部材のすべてを通して供給され、その結果、光損失が減少することを意味する。それが意味するところは、光遮断部材を大きくすることができ、すなわち、レンズ幅に対応する幅を有することができ、その結果、これは、光遮断部材を形成するために少ない数の層を使用することができるということである。

１つの構成では、光遮断機構の各層は、固定偏光子と、切替え可能偏光子又は偏光回転子との交互配置を含む。

偏光出力を送出するディスプレイパネルでは、偏光回転子が、交互の偏光パターン（プライバシモードのための）を作り出すか、又はそうでなければ均一のパターン（パブリックモードのための）を作り出すために使用される。そのとき、切替え可能偏光子は、特定の偏光が通るのを遮断又は可能にすることができる。切替え可能偏光子は、光遮断部材間で光を横方向に遮断するとともに交互の偏光パターンがディスプレイ出力部に達するようにする。

ディスプレイパネルに最も近い層は、例えば、固定偏光子と偏光回転子との交互配置を含み、一方、他の層は、固定偏光子と切替え可能偏光子との交互配置を含む。

別の構成では、１つの他の層を別として光遮断機構のすべて層は、交互の偏光方向をもつ固定偏光子の交互配置を含み、他の層は、切替え可能偏光回転子のアレイを含む。

このデザインでは、切替え可能偏光回転子により、２つの反対の偏光パターンを作り出すことができる。１つの（第１）パターンは、固定偏光子のために、光遮断部材間で光を横方向に遮断するとともに法線方向でディスプレイ出力部に達することができる。他の（第２）パターンは、ディスプレイ出力部に横方向でしか達することができない。広い視野角のパブリックモードでは、第１のパターン及び第２のパターンが時間的に交替されるが、プライバシモードでは、第１のパターンのみが使用される。

このデザインは、１つの切替え可能層しか必要でないことを意味する。１つの切替え状態では、一次ビューイングコーンの光は通ることができ、二次ビューイングコーンは遮断される。他の切替え状態では、一次ビューイングコーンの光は遮断され、二次ビューイングコーンの光は通ることができる。この場合、時系列動作が、一次コーン及び二次コーンからなるパブリック視野モードを提供するために使用される。

パターンはストライプパターンとすることができる。ディスプレイの異なる区域は、異なるモードに設定することもできる。

本発明の別の例は、ディスプレイデバイスを製造する方法を提供し、この方法は、
ディスプレイパネルを用意するステップと、
光の偏光に基づいてディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構を形成するステップと、
ディスプレイパネルの上に光遮断機構を装着するステップと、
ディスプレイパネルの前にレンズのアレイを設けるステップと
を有し、
光遮断機構を形成するステップは層のスタックを形成するステップとを有し、各層は、層のスタックにおいて、２つの異なるタイプの光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプの光遮断機構部分のパターンを含み、各光遮断部材は、光遮断部材がレンズピッチの２倍のピッチをもつパターンを形成するように、関連するレンズに関連づけられる。

この方法により、概して垂直な構造を逐次的層プロセスで形成することができる。

本発明は、さらに、上述で定義したようなディスプレイデバイス（光遮断機構の各層が、固定偏光子と、切替え可能偏光子又は偏光回転子との交互配置を含む）を制御する方法を提供し、この方法は、層がパブリックモードのための均一な偏光子として又はプライバシモードのためのストライプ偏光子として機能するように切替え可能偏光子又は偏光回転子を制御するステップを有する。

本発明は、さらに、上述で定義したディスプレイデバイス（１つの他の層を別として光遮断機構のすべて層が、交互の偏光方向をもつ固定偏光子の交互配置を含み、他の層は切替え可能偏光回転子のアレイを含む）を制御する方法を提供し、この方法は、一次ビューイングコーンの光がディスプレイ出力部まで通ることができ、二次ビューイングコーンが遮断されるように、１つの切替え状態において切替え可能偏光回転子を制御するステップと、一次ビューイングコーンの光が遮断され、二次ビューイングコーンの光がディスプレイ出力部まで通ることができる別の切替え状態において切替え可能偏光回転子を制御するステップとを有する。

これは、時系列動作がパブリック視野モードを提供するために使用されることを意味する。

本発明の一実施形態を、次に、単に例として、添付図面を参照して説明する。

既知の自動立体ディスプレイデバイスの概略斜視図である。 レンチキュラアレイが、異なる空間位置にどのように異なるビューを供給するかを示す図である。 マルチビュー自動立体ディスプレイのレイアウトの断面を示す図である。 図３の拡大図である。 コーンの組の各々で生成されるビューが等しい９ビューシステムを示す図である。 ＷＯ２０１３／１７９１９０に開示されているディスプレイデバイスの一例を示す図である。 先行技術の光遮断要素の一般的デザインを示す図である。 本発明による例の光遮断要素の一般的デザインを示す図である。 図８に基づく第１の機構の光学的挙動を示す図である。 ２つの動作モードにおける図８の機構の出力の強度を示す図である。 第２の機構の光学的挙動を示す図である。 プライバシモードにおける第３の機構の光学的挙動を示す図である。 パブリックモードの１つのサブフレームにおける第３の機構の光学的挙動を示す図である（他のサブモードは図１２のプライバシモードである）。 パブリックモードにおける第３の機構の強度性能を示す図である。

本発明は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構とを含むディスプレイデバイスを提供する。ディスプレイは、ディスプレイデバイスからの横方向に向けられた光出力を光遮断機構が遮断するプライバシモードと、横出力方向に向けられた光を光遮断機構が通過させるパブリックモードとを有する。光遮断機構は層のスタックを含み、各層は、層のスタックにおいて、垂直光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような光遮断機構部分のパターンを含む。これにより、光遮断機構はより容易に製造することができる。

本発明が、自動立体ディスプレイデバイスに関して説明されるが、本発明は、一般に、プライベート視野モード及びパブリック視野モードを提供するために使用される。

図１は、既知の直視型自動立体ディスプレイデバイス１の概略斜視図である。既知のデバイス１は、表示を生成するために空間光変調器として働くアクティブマトリクスタイプの液晶ディスプレイパネル３を含む。

ディスプレイパネル３は、行と列に配置されたディスプレイサブピクセル５の直交アレイを有する。見やすいように、少数のディスプレイサブピクセル５のみが図に示されている。実際には、ディスプレイパネル３は、約１０００行及び数千列のディスプレイサブピクセル５を含む。白黒ディスプレイパネルでは、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、サブピクセルはフルカラーピクセルの１つの色成分である。フルカラーピクセルは、一般的な用語によれば、表示される最小の画像部分のすべての色を作り出すため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、場合により白色サブピクセル或いは１つ又は複数の他の基本着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（赤色、緑色、青色）サブピクセルアレイはよく知られているが、ＲＧＢＷ（赤色、緑色、青色、白色）又はＲＧＢＹ（赤色、緑色、青色、黄色）などの他のサブピクセル構成が知られている。

液晶ディスプレイパネル３の構造は全く従来通りである。特に、パネル３は１対の離間された透明ガラス基板を含み、それらの間に、配向されたツイストネマチック又は他の液晶材料が供給される。基板は、透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極のパターンを、対向する面に保持する。偏光層が、さらに、基板の外面に設けられる。

各ディスプレイサブピクセル５は、対置する電極を基板上に含み、それらの間に液晶材料が入る。ディスプレイサブピクセル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。ディスプレイサブピクセル５は、互いに間隙によって規則的に離間される。

各ディスプレイサブピクセル５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は薄膜ダイオード（ＴＦＤ）などのスイッチング要素に関連づけられる。ディスプレイサブピクセルは、スイッチング要素にアドレス指定信号を供給することによってディスプレイを生成するように動作し、好適なアドレス指定方式は当業者には知られている。

ディスプレイパネル３は、この場合、ディスプレイサブピクセルアレイの区域の上に延びる平面バックライトを含む光源７によって照明される。光源７からの光は、ディスプレイパネル３を通して導かれ、個々のディスプレイサブピクセル５は、光を変調し表示を生成するように駆動される。

ディスプレイデバイス１は、ビュー形成機能を実行する、ディスプレイパネル３の表示側の上に配置されたレンチキュラシート９をさらに含む。レンチキュラシート９は、互いに平行に延びるレンチキュラ要素１１の列を含み、それらのうちの１つのみが、見やすいように、誇張された寸法で示されている。

レンチキュラ要素１１は、凸状円柱レンズの形態であり、ディスプレイパネル３からディスプレイデバイス１の前に位置するユーザの目まで異なる画像又はビューを供給する光出力方向付け手段として働く。

デバイスは、バックライト及びディスプレイパネルを制御するコントローラ１３を有する。

図１に示す自動立体ディスプレイデバイス１は、いくつかの異なる斜視ビューを異なる方向に供給することができる。特に、各レンチキュラ要素１１は、各列において小グループのディスプレイサブピクセル５の上に重なる。レンチキュラ要素１１は、いくつかの異なるビューを形成するようにグループの各ディスプレイサブピクセル５を異なる方向に投射する。ユーザの頭が左から右まで動くとき、目はいくつかのビューのうちの異なるものを順に受け取る。

液晶材料は複屈折性であり、屈折率切替えが特定の偏光の光にのみ適用されるので、光偏光手段が上述のアレイとともに使用されなければならないことを当業者は理解されよう。光偏光手段は、デバイスのディスプレイパネル又は画像化機構の一部として設けられる。

図２は、上述のようなレンチキュラタイプの画像化機構の動作原理を示し、バックライト２０、ＬＣＤなどのディスプレイデバイス２４、及びレンズ２７のレンチキュラアレイ２８を示す。図２は、レンチキュラ機構２８が異なるピクセル出力を３つの異なる空間位置にどのように導くかを示している。

自動立体ディスプレイに適用される場合、本発明は、そのようなディスプレイにおけるビュー繰り返しに関しており、それは以下で説明される。

図３は、マルチビュー自動立体ディスプレイのレイアウトの断面を示す。特定のレンチキュラレンズ２７の下の各サブピクセル３１^Ｉから３１^ＶＩＩは、特定のビュー３２^Ｉから３２^ＶＩＩに寄与する。このレンズの下のすべてのサブピクセルは、一緒に、ビューのコーンに寄与する。このコーンの幅（ライン３７’とライン３７”との間の）は、いくつかのパラメータの組合せによって決定される。それは、ピクセル面からレンチキュラレンズの面までの距離３４（Ｄ）に依存する。それは、さらに、レンズピッチ３５（Ｐ_Ｌ）に依存する。

図４は、図３の拡大図であり、ディスプレイ２４のピクセルによって放出された（又は変調された）光が、ピクセルに最も近いレンチキュラレンズ２７によって集められるが、レンチキュラ機構２８の隣接するレンズ２７’及び２７”によっても集められることを示している。これが、繰り返されるビューのコーンの発生の起源である。ピクセル３１^ＩＶは、例えば、図示のように、ビューイングコーン２９’、２９”、及び２９’’’に寄与する。

コーンの各々で生成される対応するビューは等しい。この効果が、９ビューシステム（すなわち、コーンごとに９つのビュー）について図５に概略的に示されている。

３Ｄ効果と解像度ペナルティとの間の許容可能な妥協のために、ビューの総数は、一般に９又は１５に制限される。これらのビューは、一般に１度から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性質を有する。

図６は、光遮断要素６２がレンズ間に設けられているＷＯ２０１３／１７９１９０の１つの例示の機構を示す。機構は、全体として（必ずしもレンズ間の部分ではなく）、光透過モード又は光遮断モードに切り替えられる。このようにして、隣接するレンズからディスプレイを出るピクセルからの光は遮断され、一方、一次ビューイングコーンは変わらない。システムは、光遮断機能を有効にするか又は無効にするようにレンチキュラレンズに入る／出る光の制御を行う、レンチキュラと付加層との間の光学要素として実現される。

ＷＯ２０１３／１７９１９１に開示されている可能な光遮断機構の例は以下の通りである。
（ｉ）光遮断構造は偏光子であり、光路は少なくとも１つのリターダを含む。
（ｉｉ）光遮断構造はリターダであり、光路は偏光子を含む。
（ｉｉｉ）光遮断構造は電気泳動セルである。

図６は、光遮断要素として偏光子を使用することに基づく。第１の偏光子６０が、ディスプレイパネル２４とレンチキュラアレイ２８との間に設けられる。第２の偏光子６２の機構がレンズ要素間に設けられる。光学リターダ６４が、偏光子６０と偏光子６２との間に設けられる。

レンチキュラシートは、レンチキュラシートをエンボスし、それを、乾燥したとき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、レンチキュラストリップ及び偏光ストリップを別々に生成し、次いで、レンチキュラシートを形成するためにそれらを一緒に接着することである。次いで、そのシートは、他のディスプレイ層の上に配置される。

リターダ６４は、例えば、単一の透明（例えば、ＩＴＯ）電極で両側が覆われた単一の液晶セルであり、その結果、リターダは、全体として、極性状態間で切り替えられる。代替として、リターダ６４は、ＬＣセルが単一のサブピクセル、ピクセル、又はピクセルの組を覆うようにパターン化される。その場合、セルは、独立に切り替えられる。これは、コンテンツ、タスク、又はアプリケーションプライバシモードを可能にし、その結果、ディスプレイ上の機密情報（例えば、メール）は小さいビューイングコーンでしか見えず、一方、機密でない情報はそうではない。

図７は、既知の光遮断機構の一般的デザインを示す。光遮断機構は、ディスプレイパネル２４の上に１組のコラム７０を有し、レンズ２７がコラム７０の上にある。図７は、さらに、ディスプレイパネルから遠ざかるように向く（すなわち、ディスプレイパネルから見たときに凸状であり、ディスプレイ出力部から見たときに凹状である）代わりに、固体−空気界面の代わりに固体−固体屈折率界面をもつ反対方向の曲率を有するレンズ２７のデザインを示す。どちらの構成も可能である。

図８は、本発明による例で使用される光遮断機構の一般的デザインを示す図である。光遮断機構は層８０のスタックを含み、各層８０は、層のスタックにおいて、垂直光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような光遮断機構部分のパターン８２を含む。

このようにして、垂直又はほぼ垂直な構造が、多くの薄い層から形成される。層８０は、レンズアレイの片側又は両側にある。レンズの視聴者側のもののみが、ディスプレイの全厚さに加わる。

上述の既知のシステムにおけるように、ディスプレイパネルは、２つの直交偏光状態のいずれか１つで光出力を制御可能に供給する。１つの例は、偏光出力をもつディスプレイパネル（例えば、ＬＣＤディスプレイ）と切替え可能なリターダとを含むディスプレイモジュールを有するものである。

レンズスペーサを生成するために、偏光子材料のストリップが、透明材料の各層に、例えば金属ワイヤを堆積させることによって加えられる。

多くの層がある場合、層は位置合わせされラミネートされなければならないのでプロセスが複雑になる。１つの簡単な手法は、ロールツーロールプロセスを使用し、それによって個々のロールをラミネートしてより厚いロールを形成することである。

代替案は、レンズスタックの付加製造、例えば、３Ｄプリンティングなどを使用することである。例えば、流動紫外線硬化アクリルインクに基づく光学構成要素の付加製造が知られている。

そのような付加プロセスでは、ガラス又はプラスチックの薄い層をシート又はロールとして生成する代わりに、通常のスペーサガラスの第１の層などの基板、又はさらにディスプレイパネルが、開始テンプレートとして使用される。次いで、透明材料の平坦層が繰り返して付加され、偏光子のストリップが上に堆積される。レンチキュラレンズ自体は、さらなる付加製造を使用してスペーサの上に直接形成されるか、又は別個のプロセスにより製造され、スペーサにラミネートされる。層がレンズアレイの両面にあり得る場合、より多くの層が付加される。

どんな製造技法を使用するとしても、概略の製造方法は、ディスプレイパネルを用意するステップと、ディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構を形成するステップと、ディスプレイパネルの上に光遮断機構を装着するステップとを有する。この装着は、光遮断構造自体の製造プロセスの一部とすることができ、又は光遮断構造の製造の後の別個のステップとすることができる。

光遮断機構を形成するステップは層のスタックを形成するステップを有し、各層は、層のスタックにおいて、垂直光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような光遮断機構部分のパターンを含む。

通過すべき偏光状態に対して偏光子ストリップを完全に透明にすることは可能でない（例えば、９０％）。偏光子部分の光損失を補償するために、偏光依存でない同じような損失が、偏光子部分間に設けられる。このようにして、偏光子パターンは、通過できる偏光の光に対して、その光に対する透明層の透明度と同じ透明度を有する。これにより、パブリックモードが均一の外観を有することが保証される。

個々の層８０のストライプパターンのピッチは、視距離を補正するように調節される。そうすることで、光遮断機構は、ライトチューブとして機能するが、ディスプレイからのデザイン視距離に焦点合わせするためにわずかに収束する。その結果、垂直光遮断部材は、ディスプレイパネルへ法線方向からオフセットされる。このオフセットは、小さく、例えば５度未満であり、ディスプレイの反対側では反対であり、中央ではゼロである。

ピッチは、レンズピッチよりもわずかに大きく、視距離と比較して、レンズまでの層８０の光学距離に依存する。ピッチのこの小さい補正は別として、層は整列されている。

図８は、多くの層８０をもつデザインを示す。そのようなディスプレイを製造することは可能であるが、ディスプレイが少ない数のパターン化層８０のみを有する場合、光学的品質及び／又は製造性に関してより良好である。

図９は、３つの層８０のみをもつデザインを示す。層８０が少ないほど、偏光子パターンは光漏れを防止するために広くなければならず、これにより、プライバシモードの強度が低下する。最新のディスプレイは非常に明るく（例えば、１０００ｃｄ／ｍ^２）製作されるのでこれは受容可能であるが、モバイル用途では、これはバッテリ寿命に影響を与える。さらに、図９は、レンチキュラ２７を示している。

図１０は、３つの層のみによるそのような解決策のシミュレーション結果を示す。

それは、視野角（ｘ軸）の関数としての光出力強度（ｙ軸）への全体的効果を示す。プロット１００はプライバシモードに対するものであり、プロット１０２はパブリックモードに対するものである。

ディスプレイピクセルから垂直に向けられた光は、レンチキュラレンズの中央を通過し、減衰なしに中央観視位置に達する。しかしながら、レンチキュラの縁部から中央観視位置に達する一部の光は、偏光子層によって遮断される。

したがって、強度低減の原因は、偏光子パターンの表面の半分が一次コーンの光路中に延びることである。層が多ければ、層の各々が小面積の偏光子を有することができるので、これはあまり問題でないが、層の数が減少すると、表面は、光漏れ（積層方向におけるパターン間の間隙を横切る）を避けるために増大されなければならず、これにより、一次コーンにおける光損失が多くなる。

その結果、所与のコーン角度に対して、層数の製造困難さと光学効率との間に最適な妥協がある。層が多いほど、必要とされる材料の面積が小さくなり、したがって、中央のビューイングコーンの光学窓が大きくなるが、製作することが困難になる。

シミュレーションでは、層の最小数は３であり、好ましい数は、一般に、全体的デザインに応じて３又は４であることが実証されている。

選択的な光遮断を行うために偏光を使用することが、唯一の選択肢ではない。偏光子ストリップ及び切替え可能なリターダの代替案として、全光変調器、すなわち、ディスプレイパネル技術を適用することができる。パブリックモードでは、光変調器は、すべての光を通すように構成される。プライバシモードでは、光変調器は、光遮断パターンを形成することによってストリップを形成する。この場合は、光変調器を完全に透明にできない場合、光損失がある。したがって、高い透明性及び開口をもつ光変調器を使用することは有利である。１つの例は、電気泳動光変調器である。

上で説明したように、一次コーンの強度低下の原因は、光学パターンの表面の半分が光路中に延びることである。

本発明は、２つの異なるタイプの光遮断機構部分を有することによってこの問題に対処するデザインを提供する。このようにして、２つの異なるタイプの光遮断部材が形成され、各光遮断部材は関連するレンズに関連づけられる。これは、光遮断部材がレンズピッチの２倍のピッチをもつパターンを形成する（ここで、異なるタイプの部材はパターンの中の異なる要素であると見なされる）ことを意味する。

１つのタイプの光遮断部材は、１つのタイプの光（すなわち、偏光）を通過させ、別のタイプ（すなわち、偏光）を遮断する。これは、適正なタイプの光が同時に光遮断部材のすべてを通して供給され、その結果、光損失が減少することを意味する。それが意味するところは、光遮断部材を大きくすることができ、すなわち、レンズ幅に対応する幅を有することができ、その結果、これは、光遮断部材を形成するために少ない数の層を使用することができるということである。

この手法に基づくいくつかの手法を図１１から図１４に示す。図１０と同じ参照番号が使用される。すべての場合に、各特定タイプの光遮断部材のパターンは、レンズのピッチの２倍を有する（上で説明した視距離補正を無視する）。これが意味するところは、各レンズがそれぞれの第１のタイプの光遮断部材に位置合わせされている１つのサブセットのレンズがあり、各レンズが、１対の第１のタイプの光遮断部材間のそれぞれの空間であって、他のタイプの光遮断部材が存在するそれぞれの空間に位置合わせされている別のサブセットのレンズがあることである。したがって、各層は２つのタイプの光遮断要素（すなわち、反対の偏光の）を有しており、それらは一緒に全区域をカバーする。全パターン、さもなければ１つの特定タイプの光遮断部材のパターンはあるパターンを有する。この概念のすべての例において、繰り返しパターンは、レンズピッチの２倍のピッチを有する。

第１の実施態様を図１１に示す。

各偏光子層８０は、固定偏光子９０（点線で示す）と、切替え可能偏光回転子９２（実線で示す）とを含む。固定偏光子及び切替え可能偏光子は、レンズストライプに対応するストライプを形成するように交互に並ぶ。ディスプレイパネルの出力が偏光していると仮定すると、ディスプレイパネルの近くの要素９２は切替え可能な偏光回転子である。他の要素９２は、回転可能な偏光子（１つの偏光を遮断するが、どの偏光を遮断するかを選択できる要素）である。

ディスプレイパネルは偏光した光を出力する。

パブリックモードでは、偏光した光がすべての層を通過する。ディスプレイパネルに最も近い層内の切替え可能要素９２は、同じ偏光がどこでも存在するように偏光回転を実施しない。切替え可能偏光子９２は、上部の２つの層では固定偏光子９０と平行に向けられ、切替え可能偏光子９２はすべてディスプレイパネルによって出力された光を通す。活性層による若干の吸収（例えば、ＩＴＯはあまり透明ではない）は別として、それらの層の影響はない。

プライバシモードでは、レンズのうちの半分（例えば、すべての奇数のもの）に対して、ディスプレイパネルのところで偏光が回転子９２によって回転され、次いで、他の層８０において回転がレンズのうちの同じ半分に対して切り替えられ、その結果、レンチキュラの境界内を進む光が１つの偏光を有し、その偏光は遮断されず、一方、隣接するレンチキュラはその偏光を遮断する状況が作り出される。プライバシモードは、切替え可能偏光子９２が上部の２つの層において固定偏光子９０に対して垂直に向けられる場合に得られる。これは、所与の偏光（すなわち、ディスプレイの出力におけるような）の光が、１組の偏光子だけを通過し、それにより、層の各々において所望のストライプ光遮断機能が作り出されることを意味する。

そのため、パネルはパブリックモードとプライバシモードとの両方で最大解像度を有しており、活性層による若干の光損失及び複雑さは別として、パブリックモードとプライバシモードとの両方は基本的にアーチファクトがない。固定偏光子９０は、隣接する列で使用される光を遮断する。このデザインにより、広い視野角をもつパブリックモードが作り出される。プライバシモードでは、二次ビューイングコーンを除くために交互偏光の列が作り出される。

プライバシモードでは、レンズが光遮断部材間の空間に位置合わせされるので、プライバシモードで見る一次ビューイングコーンの強度は改善される。

第２の実施態様を図１２から図１４に示す。上にある２つ層には固定偏光子９４があるが、交互の偏光方向を有する（一方の偏光方向は実線で示されており、一方の偏光方向は点線で示されている）。ディスプレイパネル直上にある最下層には、偏光回転子のアレイを有する切替え可能偏光回転子９６が設けられる。この層は、２つの反対のパターンを生成する。一方のパターンは交互偏光のストライプを有し、他方のパターンは反対のストライプ構成である。それにより、層全体は切替え可能であるが、層全体はパターン化されており、パターンは２つのレンズのピッチを有する（すなわち、レンズ幅の１つのストライプは出力に１つの偏光を有しており、レンズ幅の別のストライプは出力に反対の偏光を有している）。

次いで、層９６の出力の偏光パターンは、連続するフレームにおいて交互になる。再び、ディスプレイパネルは偏光した出力を有すると仮定される。

図１２に示したプライバシモードでは、層９６の切替え可能回転子は図示の偏光状態に保持され、点線部分は、上述の２つの固定層８０の点線部分と同じ偏光を通過させる。この構成は図１１と全く同じように機能し、同じ偏光を通過させる部分が、積み重ねられた列に配置される。したがって、反対の偏光の交互の列がある。したがって、垂直光遮断部材が規定される。図１２は、さらに、視野角の関数として光出力強度を示しており、一次ビューイングコーンが支配的であることを示している。

ディスプレイパネルは、ディスプレイパネルの光出力領域からの光が左又は右のレンズの２つ（光出力領域に垂直で上方にあるレンズと比べて）に達しないように角度制限された光出力を（例えば、バックライト出力を放射角の範囲に制限することによって）有する。次いで、偏光構成は、垂直方向の両側での真横の光を遮断するために使用され、バックライトデザインは、さらに横方向にオフセットされた視野角に達する光を防止するために使用される。

パブリックモードでは、部分９６は、２つの偏光パターン間で時系列的に切り替えられる。結果として、視野角は、約１コーン（プライバシモード）から約３コーンまで広げられる。第２の時系列動作が図１３に示され、今度は最下層が一次ビューイングコーンを遮断している。この３コーンの幅は、パブリックモードにとってはまだかなり狭いが、技術的には、すべての層を切替え可能にするよりも実現することがはるかに簡単である。

図１３は、さらに、視野角の関数として光出力強度を示しており、一次ビューイングコーンが遮断されていることを示している。

図１４は、図１２及び図１３からの強度プロットの組合せを示し、それにより、パブリックモード１００とプライバシモード１０２との間の差を示している。

時系列動作は、電力を消費する高速光変調（例えば、ブルー相又はフリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ）ＬＣ材料）を必要とし、目に見えるフリッカを引き起こすことがある。代替案として、２つのサブフレームの一方を連続的に示すことができ、その結果、プライバシモードの解像度はパブリックモードの半分である。この場合、電気泳動技術などに基づく光セレクタのために、より透明な光変調器を選択することができる。

上述の例における制御可能な層はディスプレイ全体のレベルで制御され、その結果、完全な表示がモード間で切り替えられる。しかしながら、偏光回転子及びコントローラの構成を局所的に制御することによって、異なるディスプレイ区域を規定することも可能である。

上述の２つの例は、プライバシモードとパブリックモードとの両方で最大のディスプレイ解像度を維持することができる。解像度を犠牲することができる場合、さらに簡単な実施態様がある。例えば、単一の偏光子スイッチがディスプレイパネルに設けられ、次いで、図１１のすべての切替え可能回転子９０が、単に、固定偏光子間に透明開口として配置される。プライバシモードでは、レンズのうちの半分のディスプレイ出力が固定偏光子によって遮断され、パブリックモードでは、ディスプレイ出力はどこでも通過する。この構成はパブリックモードでは完全な解像度を有するが、プライベートモードではレンズのうちの半分しか光を出力しない。これは、レンズが十分に小さくない場合、ユーザに見える縞模様を生成する。これはプライバシモードでの解像度を犠牲にして成立していることが分かる。例えば、２つのサブフレームのうちの１つのみが表示される。

上記のように、バックライトの１つの例はＬＥＤを利用する。これは良好なエネルギー効率を与え、ＬＥＤは、迅速にオンオフされ、それによって、黒レベル及び電力効率を改善するためにフレームベース局所減光を可能にする。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、色域を増大させることができるという利点を伴う。ＬＥＤは、ディスプレイパネルの後ろに配置されるか、又は側面照光ディスプレイを生成するためにパターン化導波路の側面に配置される。

しかしながら、一般に、白色及び拡散（ランバート）バックによりライニングされた空洞に配置されたＣＣＦＬランプの列を含む冷陰極蛍光ランプ（「ＣＣＦＬ」）バックライトを代わりに使用することができる。ＣＣＦＬランプからの光は、ランプを隠し十分に均一なスクリーン強度を保証するために、直接に又はバックライニングを介してディフューザを通過する。

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）も、均一な放射面を作り出すことを可能にする技法として、バックライトを作り出すために使用される。これは、ディフューザ及び導波路の必要性を除き、それにより、構成要素の数を減少させ、ディスプレイをさらに薄くする。しかしながら、これらの技法の全潜在能力を使用するために、ピクセル自体を発光器として、図８に関して上で説明したように効率を改善することができる。

そのとき、直接発光表示技術が使用される場合、表示されるべき画像を発生させるのにバックライトを省くことができる。

本発明は、これらのタイプのディスプレイのすべてに適用される。

上述の例は、切替え不可能な自動立体ディスプレイを示している。

マルチビューディスプレイのレンズを切替え可能にすることによって、３Ｄモードと組み合わせて高い２Ｄ解像度モードを有することが可能になる。切替え可能なレンズの他の使用は、ビューの数を時系列的に増加させること（ＷＯ２００７／０７２３３０）及び多数の３Ｄモードを可能にすること（ＷＯ２００７／０７２２８９）である。２Ｄ／３Ｄ切替え可能ディスプレイを生成する既知の方法は、レンチキュラレンズを次のもので置き換える。
（ｉ）レンズ機能が、ＬＣ分子の配向を制御する電極によってオン／オフされるか、又は光の偏光を変更する（切替え可能なリターダによって）ことによってオン／オフされる、液晶で充填されたレンズ形状空洞。
（ｉｉ）電極が、屈折率分布型レンズを作り出すようにＬＣ分子の配向を制御する（例えば、ＷＯ２００７／０７２３３０を参照）、液晶で充填された箱形状空洞。
（ｉｉｉ）形状が電界によって制御される液滴のエレクトロウェッティングレンズ。
（ｉｖ）異なる屈折率の流体中の透明な電気泳動粒子で充填されたレンズ形状空洞（ＷＯ２００８／０３２２４８）。

本発明は、例えば、上述で概説したタイプの切替え可能な自動立体ディスプレイに適用される。

上述の例は、自動立体ディスプレイにおける本発明の使用を示す。しかしながら、本発明は、プライベート視野モード及びパブリック視野モードを提供するために２Ｄディスプレイで使用される。

開示された実施形態への他の変形は、請求された発明を実践する際に、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、当業者によって理解され、達成される。特許請求の範囲において、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを使用することができないことを示していない。特許請求の範囲のいかなる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. ディスプレイパネルと、
   前記ディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構と、
   前記ディスプレイパネルの前に配置されたレンズのアレイとを含む、ディスプレイデバイスであって、
   表示は、前記光遮断機構が光の偏光に基づいて前記ディスプレイデバイスからの横方向に向けられた光出力を遮断するプライバシモードと、前記光遮断機構が横出力方向に向けられた光を通過させるパブリックモードとで構成可能であり、
   前記光遮断機構は層のスタックを含み、各層は、前記層のスタックにおいて、２つの異なるタイプの光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプの光遮断機構部分のパターンを含み、各光遮断部材は、前記光遮断部材がレンズピッチの２倍のピッチをもつパターンを形成するように、関連する前記レンズに関連づけられる、
   ディスプレイデバイス。
2. 前記光遮断機構の各層は、固定偏光子と、切替え可能偏光子又は偏光回転子との交互配置を含む、
   請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. 前記ディスプレイパネルに最も近い層は、前記固定偏光子と前記偏光回転子との交互配置を含み、他の層は、前記固定偏光子と前記切替え可能偏光子との交互配置を含む、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
4. １つの他の層を別として前記光遮断機構のすべての層は、交互の偏光方向をもつ固定偏光子の交互配置を含み、前記他の層は、切替え可能偏光回転子のアレイを含む、
   請求項１に記載のディスプレイデバイス。
5. 前記他の層は前記ディスプレイパネルに最も近い層である、
   請求項４に記載のディスプレイデバイス。
6. 前記光遮断部材は、前記表示パネルへ法線方向からオフセットされている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
7. 前記層のスタックは３つ又は４つの層を含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載のディスプレイデバイス。
8. ディスプレイパネルを用意するステップと、
   光の偏光に基づいて前記ディスプレイパネルから横出力方向に向けられた光を選択的に遮断するための光遮断機構を形成するステップと、
   前記ディスプレイパネルの上に前記光遮断機構を装着するステップと、
   前記ディスプレイパネルの前にレンズのアレイを設けるステップと
   を有する、ディスプレイデバイスを製造する方法であって、
   前記光遮断機構を形成するステップは層のスタックを形成するステップを有し、各層は、前記層のスタックにおいて、２つの異なるタイプの光遮断部材を形成するように光遮断機構部分が整列するような２つの異なるタイプの光遮断機構部分のパターンを含み、各光遮断部材は、前記光遮断部材がレンズピッチの２倍のピッチをもつパターンを形成するように、関連する前記レンズに関連づけられる、
   方法。
9. 前記光遮断機構の各層を、固定偏光子と、切替え可能偏光子又は偏光回転子との交互配置として形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記ディスプレイパネルに最も近い層は、前記固定偏光子と前記偏光回転子との交互配置を含み、他の層は、前記固定偏光子と前記切替え可能偏光子の交互配置を含む、請求項９に記載の方法。
11. １つの他の層を別として前記光遮断機構のすべて層を、交互の偏光方向をもつ固定偏光子の交互配置として形成し、前記他の層を、切替え可能偏光回転子のアレイとして形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記他の層は前記ディスプレイパネルに最も近い層である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記層のスタックは３つ又は４つの層を含む、請求項８乃至１２の何れか一項に記載の方法。
14. 請求項２又は３に記載のディスプレイデバイスを制御する方法であって、
    前記層がパブリックモードのための均一な偏光子として又はプライバシモードのためのストライプ偏光子として機能するように、前記切替え可能偏光子又は前記偏光回転子を制御するステップを有する、方法。
15. 請求項４又は５に記載のディスプレイデバイスを制御する方法であって、
    一次ビューイングコーンの光がディスプレイ出力部まで通ることができ、二次ビューイングコーンが遮断されるように、１つの切替え状態において前記切替え可能偏光回転子を制御するステップと、前記一次ビューイングコーンの光が遮断され、前記二次ビューイングコーンの光が前記ディスプレイ出力部まで通ることができる別の切替え状態において、前記切替え可能偏光回転子を制御するステップとを有する、方法。

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