JP2022179279A - 指向性バックライト型表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】指向性バックライト型表示デバイスを提供すること。【解決手段】指向性バックライト型表示デバイスは、光源モジュールを備えるバックライトと、光を反射し、狭拡散角で光を均一に拡散する複数の微小湾曲鏡アレイを備える反射狭角拡散器とを備え、バックライト型表示パネルは、反射狭角拡散器が光を観察者に反射する投射路上に構成され、バックライト型表示パネルは、反射光によって観察者のアイ・ボックスに投射される画像を表示し、画像の各画素に対応する反射狭角拡散器の微小湾曲鏡の少なくとも１つは、各画素の光を観察者のアイ・ボックスに均一に拡散し、バックライト型表示パネル上の全ての画素の拡散領域は、観察者のアイ・ボックス上に重ねられる。【選択図】図１１

Description

本開示は、指向性バックライト型表示デバイスに関する。該指向性バックライト型表示デバイスは、微小湾曲鏡アレイを有する反射狭角拡散器に光を投射し、次に、予め設定した方向に向けて光を狭拡散角で反射し、均一な指向性光線を生成するものである。この指向性光線は、指向性バックライト型表示デバイスのためのバックライトとして働く。

図１を参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤ（薄膜トランジスタ－液晶表示）パネルは、最も一般的なバックライト型表示パネルであり、バックライト９１と、２つの平行ガラス基体との間に構成した液晶分子層９２と、両外側に直交偏光を有する２つの偏光子９３とを備える。下側ガラス基体は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ９４を備える。上側ガラス基体は、色フィルタ（ＣＦ）を備える。液晶分子の向きは、ＴＦＴの駆動信号から生成される電界によって制御される。バックライトからの光は、第１の偏光子を部分的に通過し、第１の偏光子の偏光方向は、第２の偏光子の偏光方向に直交するため、光は、第２の偏光子によって遮断される。第１の偏光子を通過する光が液晶分子によって回転し、偏光方向を変更すると、光は、第２の偏光子を通過し、予め設定した画素の輝度及び色を表示する。

図２の理想的な指向性液晶表示器（ＬＣＤ）９６を参照されたい。液晶パネルの各画素からの散乱光は、同一の輝度で観察者のアイ・ボックスＺの全ての点に到達し、その逆も同様に、アイ・ボックスの各点は、等しい輝度で液晶パネルの各画素からの光を受ける。観察者は、観察者の目がアイ・ボックスＺ内の任意の位置にある間、完全な画像を見ている。一方、観察者は、観察者の目がアイ・ボックスＺの外側にある間、画像を全く見ることができない。

液晶表示器の液晶パネル上の各画素は、通常、３色の下位画素、即ち、赤、緑及び青（ＲＧＢ）から構成される。電界の強度によって、下位画素内の液晶分子の回転角度は制御され、下位画素の光度を制御可能にする。各画素内の３色ＲＧＢの割合を制御することによって、画素の輝度及び色が規定される。しかし、各下位画素はスリットに等しく、各下位画素を通過する光を回折させる。図３Ａを参照されたい。スリット幅Ｗ１が光の波長λよりもかなり大きい場合、回折は明白ではない。図３Ｂを参照されたい。スリット幅Ｗ２が光の波長λと同様である場合、回折は明白である。
ＲＧＢ下位画素は、通常、図４Ａに示すように長方形であり、一方の辺が長辺であり、もう一方の片が短辺である。下位画素は、直交アレイ状に広げられる。即ち、各下位画素の長辺は、図４Ａの垂直方向に平行であり、各下位画素の短辺は、水平幅Ｗ_ｓｐｈに対応し、各下位画素の長辺は、垂直幅Ｗ_ｓｐｖに対応する。したがって、水平方向の回折は、垂直方向の回析よりも明らかである。光が液晶パネルを通過する光投射領域は、予め設定した投射領域を超える。即ち、画像は、水平方向ではアイ・ボックスの外側に見える。水平幅Ｗ_ｓｐｈが小さいほど、回析はより明らかである。

液晶表示器（ＬＣＤ）のバックライトは、白熱灯電球、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の可視光源を展開する。光源の分布に基づき、光源は、エッジライト型と直下（バックライト）型とに分割される。

直下型は、領域光源を使用し、領域光源は、ＥＬ又は平らな蛍光灯等の連続的に均一な面光源であるか、又はＬＥＤアレイ等の複数の点照明によって画成される。

ＬＥＤバックライトは、輝度が均一、長寿命、低電圧での駆動、インバータが不要、広い色域といった利益を有するため、液晶表示器内で展開される主流となっている。

図５Ａを参照されたい。直下型バックライトは、ＬＥＤアレイを備え、ＬＥＤアレイは、導光器９７と拡散器９８とを備え、光の放出方向及び拡散角度を修正し、前方の輝度を増大させ、光を均一に拡散させる。

上述の直下（バックライト）型バックライトには、指向性がない。いくつかの用途、例えば、投影器、ヘッドアップ表示器（ＨＵＤ）には、指向性バックライトを必要とする。ＬＥＤは、図５Ｂに示すように、カップ状平行化レンズ９９をＬＥＤの上方に備え、光の利用率を改善し、放出される光の指向性を増大させる。

図６を参照されたい。バックライト９１は、複数のＬＥＤを備える平行化ＬＥＤアレイであり、複数のＬＥＤは、各ＬＥＤの上方に垂直、水平方向で配置された平行化レンズを有し、領域光源の目的を達成する。

しかし、隣接し合う平行化レンズの間の間隙は、領域光源全体において、より暗いブロック（影）となる。各平行化レンズは、中心及び縁部で輝度に差があり、領域光源の輝度に不均一さを生じさせる。その上、平行化レンズから放出された平行な光は、液晶パネルの各画素を通過した後、アイ・ボックスの全ての位置に光を均一に拡散させることができない。

図７を参照されたい。平行化ＬＥＤアレイ・バックライトからの均一な光の放出を実施するため、拡散器９８は、光を均一に拡散するようにバックライト型表示パネルと平行化レンズ・アレイとの間に構成される。しかし、拡散器の効果は、限定され、均一な領域光源を達成することができず、更に、光の減衰及び温度の上昇を生じさせる。

図８を参照されたい。反射狭角拡散器は、投影器（ＬＣＤ、ＤＬＰ又はレーザー投影器）内に含まれ、投射画像の光を観察者のアイ・ボックスに反射、拡散させ、光の利用率を改善し、画像の輝度を増大させる。反射狭角拡散器は、投射画像内の各画素の光を観察者のアイ・ボックスの全ての位置に反射し、均一に拡散する。

図９Ａを参照されたい。反射狭角拡散器は、複数の微小凹面鏡２１を備え、複数の微小凹面鏡２１は、アレイ状に広がり、正方形又は六角ハチの巣状に整列される。各微小湾曲鏡２１は、２．５μｍ～０．２５ｍｍの範囲内のサイズで作製される。

各微小凹面鏡２１は、同一又は非同一の曲率及び角度を有する。

反射狭角拡散器の微小凹面鏡の量は、解像度及び光路設計要件に応じて、任意の数、例えば、数十万（４８０ｐ：６４０×４８０＝３０７，２００；７２０ｐ：１２８０×７２０＝９２１，６００）、数百万（ＦＨＤ：１９２０×１０８０＝２，０７３，６００；２Ｋ：２５６０×１４４０＝３，６８０，４００、４Ｋ：３８４０×２１６０＝８，２９４，４００）、又はそれ以上とすることができる。

図９Ｂを参照されたい。反射狭角拡散器は、平坦面又は湾曲面であり、複数の微小湾曲鏡２１を一方の側に備える。

図１０Ａ、即ち、平滑面を有する通常の平坦反射器を参照されたい。入射光の入射角は、反射光の反射角度に等しく、したがって、拡散効果がなければ、光の拡散角度が同じ角度を維持するため、視野角が制限される。

図１０Ｂ、即ち、平坦面を有する投射幕を参照されたい。各角度の観察者が投射画像を見るのを可能にするため、表面散乱が必要であり、平坦面に投射される光は、全ての方向で散乱され（即ち、散乱角度はθ１である）、これにより、観察者が見る画像の輝度は実質的に低減する。

図１０Ｃを参照されたい。反射狭角拡散器の微小凹面鏡は、予め設定した方向に向けて入射光を狭角拡散で反射することができ、したがって、拡散角度θ２の範囲内で輝度を実質的に増大させる。

本開示は、以下を備える指向性バックライト型表示デバイスに関する。

光源モジュールは、光を投射する。

反射狭角拡散器は、アレイ状に広がる複数の微小湾曲鏡を備える。反射狭角拡散器は、光を反射し、狭拡散角で光を均一に拡散させる。

バックライト型表示パネルは、反射狭角拡散器が光を観察者に投射する投射路上に構成される。バックライト型表示パネル上に表示される画像は、光によって投射領域（即ち、観察者のアイ・ボックス）に投射される。画像の各画素は、反射狭角拡散器上の微小湾曲鏡の少なくとも１つに対応する。各画素を通過する光は、投射領域に均一に拡散させることができる。各画素に対応する光投射角度及び拡散角度は、全ての拡散領域が同じ投射領域上に重なるように、反射狭角拡散器によって調節される。バックライト型表示パネル上の数十万、数百万の画素は、全て同じ拡散状況を有する。

このような構成下、反射狭角拡散器によって反射された光は、均一な拡散でバックライト型表示パネルに投射され、光路上に光ホモジナイザを取り付ける必要はない。

バックライト型表示パネル上の各画素の下位画素は、下位画素の長辺がバックライト型表示パネルの上下方向（即ち、垂直方向）に直交する状態で配置され、これにより、水平方向における回折現象を低減させる。

ある実施形態では、反射狭角拡散器の複数の微小湾曲鏡は、微小凹面鏡、微小凸面鏡、又は微小凹面鏡と微小凸面鏡との組合せである。反射狭角拡散器は、投射領域のサイズ、輝度及び場所を規定するように構成される。

ある実施形態では、平凸円筒形レンズ又は両凸円筒形レンズは、反射狭角拡散器と光源モジュールとの間に更に含まれ、光源モジュールの円形投射領域を、長方形アイ・ボックスと同様の楕円形状に成形する。

ある実施形態では、平凸レンズ、又は両凸レンズ、即ち、両軸方向に湾曲を有するレンズは、反射狭角拡散器と光源モジュールとの間に更に含まれ、光源モジュールの円形投射領域を、より長方形アイ・ボックスに近い、略直方形状に成形する。

ある実施形態では、少なくとも１つの反射器は、反射狭角拡散器と光源モジュールとの間に含まれ、光路を折り曲げ、空間の利用をより柔軟にする。

ある実施形態では、光源モジュールは、高出力ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、平行化レンズを有するＬＥＤ、又は平行化ＬＥＤアレイである。

ある実施形態では、光源モジュールは、投射領域のサイズ、輝度及び場所を規定するように構成される。

ある実施形態では、バックライト型表示パネルの画像光投射路は、凹面鏡とフロントガラスとを更に含む。画像光は、見る者のアイ・ボックスに投射される前に、凹面鏡及びフロントガラスによって反射され、拡大される。

ある実施形態では、指向性バックライト型裸眼立体表示デバイスを開示する。この表示デバイスは、複数の光源モジュール、即ち、第１の光及び第２の光のそれぞれを投射する少なくとも２つの光源モジュールと、第１の光及び第２の光を反射し、第１の光及び第２の光をそれぞれ狭拡散角で均一に拡散する反射狭角拡散器と、左目視差画像と右目視差画像とを時間多重化様式で交互に表示するバックライト型表示パネルとを備える。第１の光源モジュール及び第２の光源モジュールは、第１の光と第２の光とを交互に投射する。第１の光及び第２の光がバックライト型表示パネルを通過すると、左目視差画像は、第１の光によって観察者の左目に対応する投射領域（即ち、左アイ・ボックス）に投射され、右目視差画像は、第２の光によって観察者の右目に対応する投射領域（即ち、右アイ・ボックス）に投射される。パネルの交互表示のタイミングは、光源モジュールの交互投射のタイミングと同期される。第１の光と第２の光との間に完全な暗い期間があり、この暗い期間は、バックライト型表示パネルの画像変換遅延に対応する。各目に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短いため、観察者の左目は、左目視差画像を連続的に見ていると感じ、観察者の右目は、右目視差画像を連続的に見ていると感じる。したがって、観察者の脳内に立体画像が現れる。

ある実施形態では、指向性バックライト型二重画像表示デバイスを開示する。この表示デバイスは、複数の光源モジュール、即ち、第１の光及び第２の光のそれぞれを投射する少なくとも２つの光源モジュールと、第１の光及び第２の光を反射し、第１の光及び第２の光をそれぞれ狭拡散角で均一に拡散する反射狭角拡散器と、第１の画像と第２の画像とを時間多重化様式で交互に表示するバックライト型表示パネルとを備える。第１の光源モジュール及び第２の光源モジュールは、第１の光と第２の光とを交互に投射する。第１の光及び第２の光がバックライト表示パネルを通過すると、第１の画像は、第１の光によって第１の観察者に対応する投射領域（即ち、第１のアイ・ボックス）に投射され、第２の画像は、第２の光によって第２の観察者に対応する投射領域（即ち、第２のアイ・ボックス）に投射される。パネルの交互表示のタイミングは、光源モジュールの交互投射のタイミングと同期される。第１の光と第２の光との間に完全な暗い期間があり、この暗い期間は、バックライト型表示パネルの画像変換遅延に対応する。各観察者に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短いため、第１の観察者は、第１の画像を連続的に見ていると感じ、第２の観察者は、第２の画像を連続的に見ていると感じる。したがって、第１の観察者及び第２の観察者は、それぞれ第１の画像及び第２の画像を同時に見る。

ＴＦＴ－ＬＣＤパネル構造の概略図である。 理想的な指向性ＴＦＴ－ＬＣＤの概略図である。 スリット回折の概略図である。 スリット回折の概略図である。 ＴＦＴ－ＬＣＤパネルの画素及びＲＧＢ下位画素の構成の概略図である。 ＴＦＴ－ＬＣＤパネルの画素及びＲＧＢ下位画素の構成の概略図である。 バックライト型表示器のバックライトの概略図である。 バックライト型表示器のバックライトの概略図である。 平行化ＬＥＤアレイと共に展開したバックライトの概略図である。 バックライト型表示器の平行化ＬＥＤアレイ・バックライトを均一化した概略図である。 投射画像内に展開される反射狭角拡散器の概略図である。 反射狭角拡散器の構造の概略図である。 反射狭角拡散器の構造の概略図である。 反射面上で散乱する投射光の概略図である。 反射面上で散乱する投射光の概略図である。 反射面上で散乱する投射光の概略図である。 本開示の第１の実施形態の指向性バックライトの投射方向の概略図である。 本開示のある実施形態による指向性バックライト型表示デバイスの概略図である。 本開示のある実施形態による指向性バックライト型表示デバイスの概略図である。 本開示のバックライト型表示パネルの位置を示す概略図である。 本開示のバックライト型表示パネルの位置を示す概略図である。 本開示のバックライト型表示パネルの位置を示す概略図である。 本開示の第２の実施形態の指向性バックライト型裸眼立体表示デバイスの概略図である。 本開示の第２の実施形態の指向性バックライト型裸眼立体表示デバイスの概略図である。 本開示の第２の実施形態の指向性バックライト型裸眼立体表示デバイスの概略図である。 本開示のある実施形態による概略図である。 本開示のある実施形態による概略図である。 本開示の第３の実施形態の指向性バックライト型二重画像表示デバイスの概略図である。 本開示の第３の実施形態の指向性バックライト型二重画像表示デバイスの概略図である。 本開示の第３の実施形態の指向性バックライト型二重画像表示デバイスの概略図である。 本開示のある実施形態による自動車での用途を示す概略図である。 本開示のある実施形態による自動車での用途を示す概略図である。 アイ・ボックス及び光源モジュールの投射領域の概略図である。 本開示の光投射領域の成形を示す概略図である。 本開示の光投射領域の成形を示す別の概略図である。 本開示の光源モジュールの概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。 本開示のアイ・ボックス構成の概略図である。

以下の説明において、当業者の共通の理解に合致するように、光投射方向を前として定義する。

図１１～図１３を参照されたい。本開示は、以下を備える指向性バックライト型表示デバイスの一実施形態を提供する。

光源モジュール１は、光Ｌを投射する。

反射狭角拡散器２は、アレイ状に広がる複数の微小凹面鏡２１を備える。反射狭角拡散器２は、光Ｌを反射し、狭拡散角で光Ｌを均一に拡散させる。言い換えれば、各微小凹面鏡２１は、光Ｌを反射し、反射光Ｌは、光拡散領域を投射する、予め設定された方向に向けられる。ある実施形態では、微小凹面鏡２１は、微小凸面鏡又は他の形態の微小湾曲鏡にも変更される。

図１１を参照されたい。光源モジュール１は、反射狭角拡散器２上に光Ｌを投射し、複数の微小凹面鏡２１は、予め設定した方向に向けて光を反射し、狭拡散角で光を拡散し、均一な輝度を有する指向性光線を生成する。

図１２Ａを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、反射狭角拡散器２が光Ｌを観察者に投射する投射路上に置かれている。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３上に表示される画像Ｇは、光Ｌによって投射領域（即ち、観察者のアイ・ボックスＺ）に投射される。画像Ｇの各画素は、図１２Ｂに示すように、反射狭角拡散器２上の微小凹面鏡２１の少なくとも１つに対応する。各画素を通過する光は、アイ・ボックスＺに均一に拡散される。画像Ｇの各画素に対応する光投射角及び拡散角は、設計距離下、全ての拡散領域が同じ投射領域上に重なるように、反射狭角拡散器によって調節される。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル上の数十万、数百万の画素は、全て同じ拡散状況を有する。
図４Ｂを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３上の各画素の下位画素、即ちＲＧＢ下位画素等は、下位画素の長辺が表示パネルの上下方向に直交する状態で配置され、各下位画素の水平幅Ｗ_ｓｐｈを増大させ、水平方向での回折現象を低減し、そばにいる他者から画像が見えないようにする。

この状況において、観察者は、観察者の目がアイ・ボックスＺ内の任意の位置にある間、完全な画像Ｇを見ている。一方、観察者は、観察者の目がアイ・ボックスＺの外側にある間、画像Ｇを全く見ることができない。

反射狭角拡散器２のあらゆる微小凹面鏡２１のサイズは、画像Ｇのあらゆる画素３１よりも小さいか又はあらゆる画素３１と等しい。反射狭角拡散器２は、投射領域Ｚ１のサイズ、輝度及び場所を規定するように構成される。
図１３Ａを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３が反射狭角拡散器２の微小凹面鏡２１の焦点長さ部に置かれると、ここでは、画像Ｇの１つの画素３１は、光拡散領域１９よりも大きいか又は光拡散領域１９と等しい。単一の微小凹面鏡２１によって画素３１を通る投射光Ｌは、アイ・ボックスＺ全体に拡散させることができる。
図１３Ｂを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３が微小凹面鏡２１の焦点長さ部よりも大きい距離で置かれると、ここでは、画像Ｇの１つの画素３１は、微小凹面鏡２１の光拡散領域１９よりも小さい。このため、光は、多数の微小凹面鏡で投射され、したがって、画素３１の光Ｌは、アイ・ボックスＺ全体に拡散される。
図１３Ｃを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３が反射狭角拡散器２の微小凹面鏡２１の焦点長さ部よりも小さい距離で置かれると、ここでは、画像Ｇの１つの画素３１は、微小凹面鏡２１の光拡散領域１９より大きい。単一の微小凹面鏡２１によって画素３１を通る投射光Ｌは、アイ・ボックスＺ全体に拡散される。同様に、単一の微小凹面鏡２１によって画像Ｇに投影される光Ｌの光拡散領域１９が多数の画素に対応する場合でさえ、画像Ｇが反射拡散器の反射光線の範囲内にある限り、上記の効果を達成することができる。したがって、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の位置は、反射狭角拡散器２と観察者のアイ・ボックスＺとの間で、光路（反射路）上の任意の位置で設定することができる。

非指向性バックライト型表示デバイス内に展開されるバックライトに関し、電磁波エネルギーの場の指向性を使用してバックライト光の場の指向性を規定する場合、ＦＷＨＭ（半値全幅）は、約±３０～±６０°以上であり、これにより、投影画像は、より広い視野角を有する。

本開示における指向性バックライト型表示デバイスのバックライトは、図１１～図１３に示される。バックライト光の場のＦＷＨＭは、約±５～±１０°以下であり、即ち、狭拡散角は約±５～±１０°以下である。これにより、投射画像は、より狭い視野角を有する。しかし、本発明は、本開示の他のモードを使用する特定の角度の狭拡散角を規定することに限定するものではない。

本開示の指向性バックライト型表示デバイスは、凹面鏡と、フロントガラスとを更に備え、フロントガラスは、光路上で、バックライト型表示パネルの前に配置される。画像を担持する光は、凹面鏡及びフロントガラスによって反射、拡大され、最終的に観察者のアイ・ボックスＺに投射される。

図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃを参照されたい。本開示は、以下を備える裸眼立体画像を形成する指向性バックライト型表示デバイスの一実施形態を提供する。

第１の光源モジュール１１は、第１の光Ｌ１を投射する。

第２の光源モジュール１２は、第２の光Ｌ２を投射する。

反射狭角拡散器２は、アレイ状に広がる複数の微小凹面鏡２１を備える。反射狭角拡散器２は、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を反射し、狭拡散角で第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２をそれぞれ均一に拡散する。

ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、反射狭角拡散器２が第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を観察者Ｐに投射する投射路上に置かれる。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、左目視差画像Ｇ１と右目視差画像Ｇ２とを交互に時間多重化様式で表示する。第１の光源モジュール１１及び第２の光源モジュール１２は、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを交互に投射する。
図１４Ａを参照されたい。第１の光Ｌ１は、左目視差画像Ｇ１を観察者Ｐの左目Ｅ１の投射領域（即ち、図１５Ａに示す左アイ・ボックスＺＬ）に投射する。
図１４Ｂを参照されたい。第２の光Ｌ２は、右目視差画像Ｇ２を観察者Ｐの右目Ｅ２の投射領域（即ち、図１５Ｂに示す右アイ・ボックスＺＲ）に投射する。第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を投射するタイミングは、左目視差画像Ｇ１及び右目視差画像Ｇ２を表示するタイミングと同期される。第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２との間に完全な暗い期間があり、この暗い期間は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の画像変換遅延に対応する。各目に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短い、即ち、約１／１５～１／６０秒である。例えば、左目画像及び右目画像は、左目フレーム・レート（ＦＰＳ）が６０Ｈｚであり、右目フレーム・レートが６０Ｈｚであるように１２０Ｈｚの周波数で交互に表示されるため、観察者Ｐは、画像のちらつきに気付かない。
図１４Ｃに示すように、単一のＴＦＴ－ＬＣＤパネル３を使用して、観察者Ｐの左目が左目視差画像Ｇ１を見ることを可能にする一方で、観察者Ｐの右目が右目視差画像Ｇ２を見ることを可能に、観察者Ｐの脳内に立体画像を形成することができる。合理的には、１４４Ｈｚ及び２４０Ｈｚ等のより高い周波数が左目画像と右目画像とに交互に表示されるほど、より画像は平滑である。

図４Ｂを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル上の各画素（画素）の色下位画素（下位画素）、赤緑青（ＲＧＢ）下位画素等は、各下位画素の長辺がＴＦＴ－ＬＣＤパネルの垂直方向に直交する状態で配置され、各下位画素の水平幅Ｗ_ｓｐｈを増大させ、水平方向における回折現象を低減し、左目で右目視差画像が見えないようにする、又は右目で左目視差画像が見えないようにする。

左目視差画像Ｇ１及び右目視差画像Ｇ２は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３上の同じ領域上に置いても、異なる領域上に置いてもよく、左目視差画像Ｇ１及び右目視差画像Ｇ２は、同じ又は異なるサイズである。

図１５Ａを参照されたい。本開示の指向性バックライト型表示デバイスは、凹面鏡４とフロントガラス５とを更に含む。左目視差画像Ｇ１を担持する第１の光Ｌ１は、凹面鏡４及びフロントガラス５によって反射、拡大され、最終的に、観察者に対応する左アイ・ボックスＺＬの投射領域に投射される。
図１５Ｂを参照されたい。右目視差画像Ｇ２を担持する第２の光Ｌ２は、凹面鏡４及びフロントガラス５によって反射、拡大され、最終的に、観察者に対応する右アイ・ボックスＺＲの投射領域に投射される。

図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃを参照されたい。本開示は、以下を備える二重画像を形成する指向性バックライト型表示デバイスの一実施形態を提供する。

第１の光源モジュール１１は、第１の光Ｌ１を投射する。

第２の光源モジュール１２は、第２の光Ｌ２を投射する。

反射狭角拡散器２は、アレイ状に広がる複数の微小凹面鏡２１を備える。反射狭角拡散器２は、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を反射し、狭拡散角で第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２をそれぞれ均一に拡散する。

ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、反射狭角拡散器２が第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を第１の観察者Ｐ１及び第２の観察者Ｐ２に投射する投射路上に置かれる。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、第１の画像Ｇ１１と第２の画像Ｇ１２とを交互に時間多重化様式で表示する。第１の光源モジュール１１及び第２の光源モジュール１２は、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを交互に投射する。第１の光Ｌ１は、第１の画像Ｇ１１を第１の観察者Ｐ１の目の投射領域（即ち、図１７Ａに示す第１のアイ・ボックスＺｐ１）に投射する。第２の光Ｌ２は、第２の画像Ｇ１２を第２の観察者Ｐ２の目の投射領域（即ち、図１７Ｂに示す第２のアイ・ボックスＺｐ２）に投射する。
第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を投射するタイミングは、第１の画像Ｇ１１及び第２の画像Ｇ１２を表示するタイミングと同期される。第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２との間に完全な暗い期間があり、この暗い期間は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の画像変換遅延に対応する。各観察者に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短いため、観察者は画像のちらつきに気付かない。単一ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３を使用し、第１の観察者Ｐ１が第１の画像Ｇ１１を見ることを可能にする一方で、第２の観察者Ｐ２が第２の画像Ｇ１２を見ることを可能にする。第１の観察者Ｐ１は第２の画像Ｇ１２を見ることができず、第２の観察者Ｐ２は第１の画像Ｇ１１を見ることができない。

図４Ｂを参照されたい。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル上の各画素（画素）の色下位画素（下位画素）、赤緑青（ＲＧＢ）下位画素等は、各下位画素の長辺がＴＦＴ－ＬＣＤパネルの垂直方向に直交する状態で配置され、各下位画素の水平幅Ｗ_ｓｐｈを増大させ、水平方向における回折現象を低減し、第１の観察者から第２の画像が見えないようにする、又は第２の観察者から第１の画像が見えないようにする。

図１６Ｂを参照されたい。本開示の指向性バックライト型表示デバイスは、フロントガラス５を更に含み、フロントガラス５は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３から第１の観察者Ｐ１及び第２の観察者Ｐ２まで進行する第１の光Ｌ１の光路と第２の光Ｌ２の光路との間に配置される。第１の画像Ｇ１１を担持する第１の光Ｌ１は、フロントガラス５に投射され、次に、フロントガラス５によって反射され、最終的に、第１の観察者Ｐ１の目の第１のアイ・ボックスＺｐ１に投射される（図１７Ａに示す）。
第２の画像Ｇ１２を担持する第２の光Ｌ２は、フロントガラス５に投射され、次に、フロントガラス５によって反射され、最終的に、第２の観察者Ｐ２の目の第２のアイ・ボックスＺｐ２に投射される（図１７Ｂに示す）。これにより、第１の観察者Ｐ１が第１の画像Ｇ１１を見ることを可能にする一方で、第２の観察者Ｐ２が第２の画像Ｇ１２を見ることを可能にし、第１の観察者Ｐ１は第２の画像Ｇ１２を見ることができず、第２の観察者Ｐ２は第１の画像Ｇ１１を見ることができない。

図１６Ｃを参照されたい。本開示の指向性バックライト型表示デバイスは、図１６Ｂに示す実施形態と比較すると、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３とフロントガラス５との間に構成した凹面鏡４を更に備える。
図１７Ａを参照されたい。第１の画像Ｇ１１を担持する第１の光Ｌ１は、凹面鏡４に投射され、凹面鏡４によって反射、拡大され、次に、フロントガラス５に投射され、フロントガラス５によって反射され、最終的に、第１の観察者Ｐ１の目の第１のアイ・ボックスＺｐ１に投射される。
図１７Ｂを参照されたい。第２の画像Ｇ１２を担持する第２の光Ｌ２は、凹面鏡４に投射され、凹面鏡４によって反射、拡大され、次に、フロントガラス５に投射され、フロントガラス５によって反射され、最終的に、第２の観察者Ｐ２の目の第２のアイ・ボックスＺｐ２に投射される。これにより、第１の観察者Ｐ１が第１の画像Ｇ１１を見ることを可能にする一方で、第２の観察者Ｐ２が第２の画像Ｇ１２を見ることを可能にし、第１の観察者Ｐ１は第２の画像Ｇ１２を見ることができず、第２の観察者Ｐ２は第１の画像Ｇ１１を見ることができない。

図１８を参照されたい。概して、光源モジュールによって生成される最終投射領域（即ち、アイ・ボックスＺ）は、通常、長方形として設計されるが、光Ｌによって形成される投射領域ＲＺは、長方形ではない。実際、投射領域ＲＺは、通常、円形状であり、アイ・ボックスＺ外側の光Ｌの一部は、光路上で無駄になる。

図１９を参照されたい。画像の輝度を増加し、投射光の利用率を改善するため、上記実施形態は、反射狭角拡散器２と光源モジュール１との間に平凸円筒形レンズ６１又は両凸円筒形レンズ６２を更に含み、光源モジュール１の円形投射領域ＲＺを、長方形アイ・ボックスと同様の楕円形状に成形する。

図２０を参照されたい。画像の輝度を増加し、投射光の利用率を改善するため、上記実施形態は、反射狭角拡散器２と光源モジュール１との間に平凸レンズ６３又は両凸レンズ６４、即ち、両軸方向に湾曲を有するレンズを更に含み、光源モジュール１の円形投射領域ＲＺを、長方形アイ・ボックスと同様のほぼ長方形の形状に成形する。

更に、少なくとも１つの反射器は、反射狭角拡散器と光源モジュールとの間に含まれ、光路を折り曲げ、空間使用をより柔軟にする。

図２１を参照されたい。ある実施形態では、第１の光源モジュール１１及び第２の光源モジュール１２は、高出力ＬＥＤ１３、ＬＥＤアレイ１４、平行化レンズ１５を有するＬＥＤ、又は平行化ＬＥＤレンズ・アレイ１６である。これらの光源モジュールは、光を反射狭角拡散器２によって反射した後、指向性の光を生成することができる。

図２２Ａ～図２７を参照されたい。本開示の実施形態は、投影領域のサイズ、輝度及び場所をどのように設計又は調節するかを更に説明する。

図２２Ａを参照されたい。第１の光源モジュール１１は、第１の光Ｌ１を反射狭角拡散器２に投射する。ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３は、３つの画素３１、３２、３３を有する。第１の光Ｌ１は、反射狭角拡散器２上の微小凹面鏡２１アレイによって反射、拡散され、次に、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の３つの画素３１、３２、３３を貫通し、次に、第１の投射領域Ｚ１に投射、拡散される。本開示の実施形態では、第１の投射領域Ｚ１のサイズは、アイ・ボックスＺのサイズである。目が第１の投射領域Ｚ１の範囲内である限り、観察者は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の同一の３つの画素３１、３２、３３を見ている。

図２２Ａに示す第１の投射領域Ｚ１のサイズに基づき、２倍の幅の投射領域アイ・ボックスＺ（即ち、第１の投射領域Ｚ１に第２の投射領域Ｚ２を追加したもの）を図２２Ｂに示すように展開する。
図２２Ａに示す実施形態と比較すると、図２２Ｂに示す実施形態は、様々な曲率及び角度を有する微小凹面鏡２１０のアレイを使用する反射狭角拡散器２０である。第１の光Ｌ１は、反射狭角拡散器２によって反射、拡散され、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の３つの画素３１、３２、３３を貫通し、次に、第１の投射領域Ｚ１及び第２の投射領域Ｚ２によって形成したアイ・ボックスＺに投射、拡散される。観察者の目が第１の投射領域Ｚ１及び第２の投射領域Ｚ２の範囲内である限り、観察者は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の同一の３つの画素３１、３２、３３を見ている。しかし、この方法は、第１の光Ｌ１をアイ・ボックスＺの範囲に分散させることに対応し、これにより、見ている画像の輝度を半減させる。

第１の投射領域Ｚ１のサイズに基づき、２倍幅のアイ・ボックスＺを図２２Ｃに示すように展開する。ある実施形態では、反射狭角拡散器は、図２２Ａに示すものと同じ局率及び角度を有する微小凹面鏡アレイ２１０を使用し、更に、第１の光源モジュール１１及び第２の光源モジュール１２を同時に使用する。第１の光源モジュール１１は、第１の光Ｌ１を反射狭角拡散器２に投射する。第１の光Ｌ１は、反射狭角拡散器２上の微小凹面鏡２１アレイによって反射、拡散され、次に、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の３つの画素３１、３２、３３を貫通し、次に、アイ・ボックスＺの第１の投射領域Ｚ１に投射、拡散される。
第２の光源モジュール１２は、第２の光Ｌ２を反射狭角拡散器２に投射する。第２の光Ｌ２は、反射狭角拡散器２上の微小凹面鏡２１アレイによって反射、拡散され、次に、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の３つの画素３１、３２、３３を貫通し、次に、アイ・ボックスＺの第２の投射領域Ｚ２に投射、拡散される。このように、目が第１の投射領域Ｚ１及び第２の投射領域Ｚ２の範囲内である限り、観察者は、ＴＦＴ－ＬＣＤパネル３の同一の３つの画素３１、３２、３３を見ており、画像輝度は、図２２Ａの実施形態で示すものと同じであり、輝度は、アイ・ボックスＺのサイズが２倍であるために半減しない。

同じ反射狭角拡散器で複数の光源モジュールを使用することは、異なる角度の複数の入射光線を追加することである。各光源モジュールは、異なる角度で拡散させる。したがって、光源の領域が小さいほど、アイ・ボックスの拡散領域はより小さく、光源の領域が大きいほど、アイ・ボックスの拡散領域はより大きい。

図２３Ａ及び図２３Ｂに示す実施形態では、アイ・ボックスＺの範囲は、同じサイズの第１の投射領域Ｚ１及び第２の投射領域Ｚ２から構成される。各投射領域Ｚ１、Ｚ２は、個別の光源モジュールによって生成される。例えば、２つの投射領域Ｚ１、Ｚ２は、並べて配置され、アイ・ボックスＺを形成する。第１の光源モジュール１０１は、第１の投射領域Ｚ１に対応し、第２の光源モジュール１０２は、第２の投射領域Ｚ２に対応する。目がこのアイ・ボックスＺ内にある限り、観察者は、同じ画像を見ている。第１の光源モジュール１０１及び第２の光源モジュール１０２が光を同時に投射すると、このことは、２つの光源の輝度がアイ・ボックスＺ内にあることに相当する。

図２４に示す実施形態では、アイ・ボックスＺは、４つの投射領域を並べて配置することによって形成され、第１の光源モジュール１０１は、第１の投射領域Ｚ１を対応して形成し、第２の光源モジュール１０２は、第２の投射領域Ｚ２を対応して形成し、第３の光源モジュール１０３は、第３の投射領域Ｚ３を対応して形成し、第４の光源モジュール１０４は、第４の投射領域Ｚ４を対応して形成する。
図２５に示すように、第１の光源モジュール１０１、第２の光源モジュール１０２、第３の光源モジュール１０３及び第４の光源モジュール１０４が光を同時に投射すると、このことは、４つの光源の輝度が細長いアイ・ボックスＺ内にあることに相当する。目がこのアイ・ボックスＺ内にある限り、観察者は、同じ画像を見ている。

図２６に示すある実施形態では、アイ・ボックスＺは、４つの投射領域をマトリックス状に配置することによって形成され、第１の光源モジュール１０１は、第１の投射領域Ｚ１を対応して形成し、第２の光源モジュール１０２は、第２の投射領域Ｚ２を対応して形成し、第３の光源モジュール１０３は、第３の投射領域Ｚ３を対応して形成し、第４の光源モジュール１０４は、第４の投射領域Ｚ４を対応して形成する。
図２７に示すように、第１の光源モジュール１０１、第２の光源モジュール１０２、第３の光源モジュール１０３及び第４の光源モジュール１０４が光を同時に投射すると、このことは、４つの光源の輝度がマトリックス・アイ・ボックスＺ内にあることに相当する。

アイ・ボックスのサイズを形成する投射領域の組合せ及び配置は、上記の例に限定するものではない。様々な要望に応じて変更を行うことができる。

Claims (15)

1. 指向性バックライト型表示デバイスであって、
   光を投射するように構成した光源モジュールと、
   アレイ状に広がる複数の微小湾曲鏡を有する反射狭角拡散器であって、光を反射し、狭拡散角で光を均一に拡散するように構成した反射狭角拡散器と、
   画像を表示するように構成したバックライト型表示パネルと、を備え、
   前記反射狭角拡散器によって反射された光は、バックライト型表示パネル上の画像を投射領域に投射し、
   画像の各画素は、前記反射狭角拡散器の前記微小湾曲鏡の少なくとも１つに対応し、前記画像の全ての画素を前記投射領域内に均一に拡散可能にすることを特徴とする、
   指向性バックライト型表示デバイス。
2. 前記バックライト表示パネルは、下位画素を有する各画素を備え、前記各下位画素の長辺は、前記バックライト型表示パネルの垂直方向に直交することを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
3. 前記反射狭角拡散器及び前記光源モジュールは、前記反射狭角拡散器と前記光源モジュールとの間に構成される平凸円筒形レンズ又は両凸円筒形レンズを備え、前記光源モジュールの円形投射光領域を、楕円形状に成形することを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
4. 前記反射狭角拡散器及び前記光源モジュールは、前記反射狭角拡散器と前記光源モジュールとの間に構成される平凸レンズ又は両凸レンズを備え、前記光源モジュールの円形投射光領域を、長方形周囲に閉じた形状に成形することを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
5. 前記光源モジュールは、高出力ＬＥＤ、又はＬＥＤアレイ、又は平行化レンズを有するＬＥＤ、又は平行化ＬＥＤアレイであることを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
6. 前記投射領域に画像を投射するように、光路上にフロントガラスが構成されることを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
7. 前記投射領域に画像を投射するように、光路上に凹面鏡が構成されることを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
8. 前記反射狭角拡散器は、前記投射領域のサイズ、輝度及び場所を規定するように構成される、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
9. 前記光源モジュールは、前記投射領域のサイズ、輝度及び場所を規定するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
10. 前記反射狭角拡散器及び前記光源モジュールは、前記反射狭角拡散器と前記光源モジュールとの間に構成される少なくとも１つの反射器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
11. 複数の光源モジュールを備え、前記光源モジュールの少なくとも２つは、第１の光及び第２の光をそれぞれ投射し、前記反射狭角拡散器は、前記第１の光及び前記第２の光を狭拡散角でそれぞれ反射して、均一に拡散し、前記バックライト型表示パネルは、画像を表示でき、前記反射狭角拡散器によって個々に反射される前記第１の光及び前記第２の光は、前記バックライト型表示パネル上に画像を投射し、２つの投射領域を画成することを特徴とする、請求項１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
12. 前記バックライト型表示パネルによって表示される画像の一方の部分は、左目視差画像であり、もう一方の部分は、右目視差画像であることを特徴とする、請求項１１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
13. 前記バックライト型表示パネルは、左目視差画像と右目視差画像とを交互に時間多重化様式で表示し、前記光源モジュールは、前記第１の光と前記第２の光とを交互に投射し、前記第１の光及び前記第２の光の投射は、前記左目視差画像及び前記右目視差画像の表示タイミングと同期し、前記第１の光と前記第２の光との間の完全な暗い期間は、前記バックライト型表示パネルの画像変換遅延に対応し、各目に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短いことを特徴とする、請求項１１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
14. 前記バックライト型表示パネルによって表示される画像の一方の部分は、第１の両眼画像であり、もう一方の部分は、第２の両眼画像であることを特徴とする、請求項１１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。
15. 前記バックライト型表示パネルは、前記第１の両眼画像と前記第２の両眼画像とを交互に時間多重化様式で表示し、前記光源モジュールは、前記第１の光と前記第２の光とを交互に投射し、前記第１の光及び前記第２の光の投射は、前記第１の両眼画像及び前記第２の両眼画像の表示タイミングと同期し、前記第１の光と前記第２の光との間の完全な暗い期間は、前記バックライト型表示パネルの画像変換遅延に対応し、目に対する画像切替え間隔は、人の視覚の持続時間よりも短いことを特徴とする、請求項１１に記載の指向性バックライト型表示デバイス。

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