JP5301283B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は，表示をするための表示ピクセルのアレイをもつ表示パネルと，当該表示パネル上に構成された複数のレンチキュラ素子とを有する立体表示装置に関する。当該レンチキュラ素子を通じて，表示ピクセルが見える。

既知の立体表示装置は，英国特許公開公報GB 2196166 Aで説明されている。この既知の装置は，表示をするための空間光変調器として働く表示ピクセルの行のアレイと列のアレイとをもっている2次元の液晶表示パネルを有する。お互いに平行に延在している細長いレンチキュラ素子のアレイが当該表示ピクセルのアレイを重畳しており，表示ピクセルは，これらのレンチキュラ素子を通じて観られる。

これらのレンチキュラ素子は，シート状の素子として供され，シートの各々は細長い半円筒形をしたレンズ素子を有する。当該レンチキュラ素子は，各々のレンチキュラ素子が表示ピクセルの二つ以上の隣接している列の個々のグループを重畳して，当該表示パネルの列の方向に延在している。

例えば各レンチキュラが，表示ピクセルの二つの列に付随している構成においては，各列の当該表示ピクセルは個々の2次元のサブイメージの垂直方向の切片を供する。このレンチキュラシートは，これらの二つの切片と他のレンチキュラに付随している表示ピクセルの列からの対応する切片とを，シートの前に位置している利用者の左右の眼に導き，結果として利用者は一つの立体イメージを観る。

他の構成においては，各レンチキュラは行方向に四つ以上の隣接している表示ピクセルのグループに付随している。各グループにおいて，表示ピクセルの対応する列は，個々の2次元のサブイメージから垂直方向の切片を供するよう，適切に構成される。利用者の頭が左右に動くので，例えば見回している印象を作り出すような，一連の連続した種々異なる立体視が感じられる。

上で説明された装置は効果的な3次元表示を提供する。しかしながら立体視を供するためには，装置の水平方向の分解能に，強制的な犠牲を生じることが理解されよう。例えば， 600行のアレイと800列のアレイとから成る表示ピクセルをもっている表示パネルは，各視界が600行のアレイと200個のピクセルを有する四つの視界の立体表示を供することができる。この，垂直方向と水平方向との間の分解能の大きな差は好ましくない。

米国特許公報US 6,064,424は，細長いレンチキュラ素子が表示パネルの列方向に対してある角度で傾けられていることを除き，上の説明と同様な立体表示装置を開示している。レンチキュラ素子を傾けることによって，他に必要とされるかも知れない水平方向の分解能の減少分の幾らかは，垂直方向の分解能へと伝達される。このように，装置により表示される視界の数を増すために，垂直方向の分解能及び水平方向の分解能の両方を「食いつぶす」ことがあり得るようになる。

上に記された米国特許公報で開示された装置は，水平方向の分解能の減少に付随する問題を克服している。しかしながら，表示ピクセルの列に対してレンチキュラ素子をある角度だけ傾けることによって，別の問題が誘発される。特に，利用者の頭が左右に動くので，光強度の変動が観察される。これらの光強度の変動は，表示パネルのピクセルのエリアを規定している不透明な黒色のマスクの量の変化を結像しているレンチキュラ素子によって生じる。この変動は，利用者によってモアレ縞として観察される。

光強度の変動の問題は，レンチキュラ素子の焦点軸を変えることによって解決するよう努力され，この結果，表示パネルのより広い幅のエリアが結像され得る。しかしながら，異なる視界間のクロストークが次に生じ，これもまた好ましくない。

本発明によれば，行と列とで構成された，表示をするための表示ピクセルのアレイをもつ表示パネルと，当該表示パネル上に位置し，表示ピクセルの列に対してある角度だけ傾いた光学的な焦点軸をもっている平行なレンチキュラ素子のアレイであって，当該表示ピクセルの表示エリアが当該レンチキュラ素子の軸と実質的に平行なエッジ（縁）を持っている，平行なレンチキュラ素子のアレイとを有する立体表示装置が供される。

レンチキュラ素子の軸に平行なエッジ（縁）の有るピクセル表示エリアをもっている装置を供することにより，光強度の変動と視界間のクロストークの問題とは，減じられるか，又は削除される。しかしながらレンチキュラ素子の軸は表示ピクセルの列に対して，ある角度で傾いたままであり，当該装置によって表示される視界の数を増すために，垂直方向の分解能及び水平方向の分解能の両方を「食い潰す」ことが依然としてあり得る。

表示パネルは，表示ピクセルの列と実質的に平行なエッジ（縁）をもったピクセル表示エリアを供するための第1のマスクを有することができる。斯様な表示パネルは全く従来からのものであり，本発明は，これゆえ量産されたユニットに基づいている。立体表示装置は次に，ピクセル表示エリアがレンチキュラ素子の軸に対して実質的に平行なエッジ（縁）をもつよう変更する，第1のマスク上に位置した第2のマスクも有する。

代替的には表示パネルは，レンチキュラ素子の軸に実質的に平行なエッジ（縁）をもっているピクセル表示エリアを供するためのマスクを有することが出来る。斯様な表示パネルは，従来からのものではなく，これゆえ，特別に設計されたピクセルのレイアウトが必要とされる。しかしながら，斯様な従来からのものではない表示パネルは，所与のピクセルのピッチに対して，より大きなピクセル表示エリアを可能にする。これらのピクセル表示エリアは長方形の形状をしている。

マスクはカラー表示パネルの赤色，緑色及び青色のフィルタと一体化されることが可能である。

各レンチキュラ素子は，行の方向及び/又は列の方向で，複数の表示ピクセルの上を重畳している。表示パネルの上を重畳している唯一つの横列のレンチキュラ素子があってもよい。

レンチキュラ素子の軸と直交する方向では，ピクセル表示エリアのピッチとピクセル表示アリアの幅との比は，2:1よりも大きいか又は等しい。

レンチキュラ素子の軸に直交する方向では，ピクセル表示エリアの幅は，当該ピクセル表示エリア間の（例えばマスクによって供される）空隙の幅に等しい。

表示ピクセルの行と列とは直交している。表示ピクセルは，当該表示ピクセルの行と列との各交点に供される。

表示パネルは液晶の表示パネルであることが可能である。斯様な表示パネルは，立体表示装置での使用に特に適している。

各ピクセル表示エリアを横断する光強度の出力，好ましくはピクセル表示エリアのエッジ（縁）の部分を横断する光強度の出力は，レンチキュラ素子の軸に対して直交する方向に変化する。特に各表示ピクセルの光強度出力は，ピクセル表示アリアのエッジ（縁）におけるよりもピクセル表示エリアの中央で，より大きい。これは，ピクセル表示エリアを規定している光の伝達部分が光を減衰させる機能をもつようマスクの構成を適応させることによって達成され得る。この態様により，隣接する視界間の遷移が滑らかになり，光強度の変動を更に減じる。

添付の図を参照し，単に例示的態様にて，本発明の実施例が以下に説明されよう。

本発明は，表示ピクセルの列に対してレンチキュラ素子の軸とピクセルの表示領域のエッジとが両方共共通の角度で傾いている立体表示装置を提供する。ピクセル表示エリアがレンチキュラ素子の軸と平行なエッジを具備することにより，光強度の変動及び視界間のクロストークが減じられ得るか，又は排除され得る。

図１は，既知の直視型の立体表示装置1の概観的な斜視図である。当該既知の装置1は，表示をするための空間光変調器として働くアクティブマトリクス型の液晶表示パネル3を有する。

この表示パネル3は，行と列とに配置された表示ピクセル5の直交したアレイをもっている。明確にするために，幾つかの表示ピクセル5のみが図中で示されている。実際には当該表示パネル3は，約1,000個の行と数千個の列とを成す表示ピクセル5を有する。

液晶表示パネル3の構造は全く従来からあるものである。特に当該パネル3は一対の距離を隔てた透明なガラス基板を有し，当該基板間には位置合わせされたTN型又は他の液晶材料が供されている。当該基板は向かい合っている面に，透明なインジウム・錫酸化物（ITO）の電極パターンを持っている。偏光層もまた当該基板の外側の表面に供されている。

各々の表示ピクセル5は，基板間に有る介在している液晶材料と共に，基板上に対向する電極を有する。当該表示ピクセル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められる。当該表示ピクセル5は，お互いに空隙によって規則的に隔てられている。

各表示ピクセル5は，薄膜トランジスタ（TFT）又は薄膜ダイオード（TFD）のようなスイッチ素子を付随している。当該表示ピクセルは，スイッチ素子へアドレス信号を供することによって表示をするよう駆動され，適切なアドレス方法は，当業者には良く知られていよう。

表示ピクセル5間の空隙は不透明な黒いマスクによって覆われている。当該マスクは，光吸収性の材料で作られた格子の形状で供されている。当該マスクは，スイッチ素子を覆って，個々の表示ピクセルのエリアを規定している。

表示パネル3は，この場合，表示ピクセルのアレイの領域にわたって延在している平面状のバックライトを有する光源7によって照明されている。光源7からの光は，光を変調して表示をするよう駆動される個々の表示ピクセル5の有る表示パネル3を通して導かれる。

表示装置1は，表示パネル3の表示側上に配置されたレンチキュラシート9も有する。当該レンチキュラシート９は，お互いに平行に延在しているレンチキュラ素子の行を有する。

表示ピクセル5及びレンチキュラ素子11の配置は図2に，より明確に示されており，これは図1で示された表示装置1の概観的な平面図である。再度，明確にするために，少ない数の表示ピクセル5のみが示されている。

図2から見てとれるように，ただ一つのみが示されているレンチキュラ素子11は，表示ピクセル5の列方向に対してある角度で傾けられている，即ちレンチキュラ素子の長手方向の軸が，表示ピクセル5の列方向と共に鋭角を規定している。

レンチキュラ素子11は凸型の円筒レンズの形状をしており，これらは表示パネル3から表示装置1の前に居る利用者の目へと，種々異なる画像又は視界を供するための光学的な誘導手段として働く。利用者の頭が表示装置1の前で左右に動くので，レンチキュラ素子11は幾つもの種々異なる画像又は視界も利用者の目に供する。

図1及び図2に示されている立体表示装置1は，九つの異なる視界を供することが出来る。特に，１個のレンチキュラ素子11によって重畳された18個の表示ピクセル5の各グループに対して九つの異なる視界が形成出来るよう，当該レンチキュラ素子11は九つの異なる方向の各々に2個のピクセル5を投影する。視界のどれに表示ピクセルが対応しているのかを示すために，図2中の表示ピクセル5は，「1」から「9」のラベル付けがされている。

表示ピクセル5の投影と同様に，レンチキュラ素子11は表示ピクセル5の間の黒色のマスク13の部分も投影する。

例えば図2に示されたレンチキュラ素子11は，18個の表示ピクセル5のグループを重畳している。破線15は，九つの異なる視界のうちの一つを作り出すために当該レンチキュラ素子11によって一つの特定の方向へ投影されている表示パネル3の一部を示す。見てとれるように，かなりの量の黒色のマスク13が投影されているのと同時に，視界「4」に対して2個の表示ピクセルが投影されている。隣接する視界「3」及び「5」に対する表示ピクセルの一部もまた投影されており，これは視界間のクロストークとして観察される。

利用者の頭が左右に動くので，彼/彼女の目は九つの視界のうちの幾つかの異なる視界を順番に見ることが理解されるだろう。利用者の頭がこの態様で動くので，利用者の目によって見られた黒色のマスク13の割合もまた変化し，これによって光強度の変動を生じる。これらの好ましくない光強度の変動は，モアレ縞として観察される。

本発明による立体表示装置は，上で説明された既知の立体表示装置1に付随する問題に着目している。図3及び図4は，本発明による第1の立体表示装置21の概観的な斜視図及び平面図をそれぞれ示している。

図3及び図4に示されている表示装置21は，図1及び図2に示されている装置と多くの態様において似ており，同様の番号は同様の特徴を示している。特に表示装置21は，表示パネル3と，光源7と，レンチキュラシート9とを有し，これらは図1を参照して説明されたものと同一である。図4を参照すると，レンチキュラシート9は，明確にするために一つの素子11のみが示されているのではあるが，傾いたレンチキュラ素子11の行を有することが見てとれる。

図3及び図4に示されている表示装置21は，これに加えて表示パネル3とレンチキュラシート9との間に位置するマスク23を有する。このマスク23は，表示パネル3の一部として供されているマスクに加えられており，表示パネル3の，通常は長方形であるピクセルを規定している。

追加されたマスク23の機能は，特別な形状のピクセル表示エリアを供するために，表示パネル3の長方形のピクセル5の形を変更することである。

図4を参照すると，追加されたマスク23は傾いた長方形の不透明なエリア25のアレイを有することが見てとれる。当該不透明なエリア25は，不透明なエリアの長手側がレンチキュラ素子11の光学的な焦点軸と平行であるよう，ある角度で傾けられている。当該不透明なエリア25は，表示パネル3の表示ピクセル5の間のエリアを覆うことが出来るような位置に置かれている。しかしながら，当該不透明なエリア25は傾いているので，このエリアは隣接している表示ピクセル5自身の一部も覆ってしまっており，これによって変更が成されたピクセル表示エリアを供している。

追加されたマスク23の不透明なエリア25は，表示パネル3のマスクで用いられたのと同様な黒色の光吸収性の材料でキャリアシート上に供される。

追加されたマスク23の効果は，図4に示されるように，表示装置21のピクセル表示エリアのエッジ（縁）の部分がレンチキュラ素子の軸と平行であるように表示装置21のピクセル表示エリアが変更されていることである。

図1及び図2を参照して説明された装置1と共通して，図3及び図4に示された装置21は，九つの異なる視界を供することが出来る。特に，１個のレンチキュラ素子11によって重畳された18個の表示ピクセル5の各グループに対して九つの異なる視界が形成出来るよう，当該レンチキュラ素子11は九つの異なる方向の各々に2個のピクセル5を投影する。視界のどれに表示ピクセルが対応しているのかを示すために，図4中の表示ピクセル5は，「1」から「9」のラベル付けがされている。

表示ピクセル5の投影と同様に，レンチキュラ素子11は表示ピクセル5の間の黒色のマスク13の部分も投影する。例えば図4に示されたレンチキュラ素子11は，18個の表示ピクセル5のグループを重畳している。破線15は，九つの異なる視界のうちの一つを作り出すために当該レンチキュラ素子11によって一つの特定の方向へ投影されている表示パネル3の一部を示す。

見てとれるように，かなりの量の黒色のマスク13が投影されているのと同時に，視界「4」に対して2個の表示ピクセルが投影されている。しかしながら，追加されたマスク23によってピクセル表示エリアは変更されたので，隣接する視界「3」及び「5」に対する表示ピクセルは如何なる部分も投影されていない。従って，異なる視界間の好ましくないクロストークは回避された。

ピクセル表示エリアの変更は，視角の変化として他に観察される，減らされねばならない，好ましくない光強度の変動も生じる。特に，利用者の目で捉えられた表示ピクセルと黒色のマスクとの相対量は，彼/彼女の頭が左右に動くとき，それほどではない変動となる。

図5及び図6は，本発明による第2の立体表示装置31の概観的な斜視図と平面図とを各々示す。

図5及び図6に示された表示装置31は，図1及び図2で示された当該装置と同様のものであり，同様の番号は同様の特徴を示す。特に，表示装置31は，図1及び図2を参照して上で説明されたものと同一の光源7とレンチキュラシート9とを有している。図6を見るとレンチキュラシート9は，明確にするために唯一つの素子11のみが示されているが，傾いたレンチキュラ素子の行を有することが見てとれる。

図5及び図6に示す表示装置31も，光源7とレンチキュラシート9との間に位置する表示パネル3を有している。長方形の表示ピクセル5が表示ピクセルの列に対してある角度で傾いていることを除けば，当該表示パネル3は図1及び図2を参照して説明されたものと同一である。特に表示ピクセル5は，当該表示ピクセル5の長手方向のエッジ（縁）がレンチキュラ素子の軸と平行であるように傾けられている。

表示パネルの従来から有るピクセル表示エリアを変更するために，図3及び図4に示された装置21は，追加されたマスク23を採用したが，一方，図5及び図6に示された装置31は，傾いた表示ピクセル5を既にもった，従来にはない表示パネル3を採用している。

図5及び図6に示されている装置31の傾いた表示ピクセル5の形状は，表示パネル3自身の中にあるマスクによって規定されている。しかしながら，電極パターン及び液晶材料を含んだ表示ピクセル5の全体構造は，図3及び図4に示された装置21のピクセル表示エリアよりも，より大きなピクセル表示エリアをもつ装置31を供することができるよう変更されることが可能である。この態様にて，表示装置31の輝度が増大させられる。

図5及び図6に示された装置の動作は，図3及び図4に示された装置の動作と正確に同じであり，この理由により，詳細な説明は省略されよう。表示パネル3の変更されたマスクの効果は，図3及び図4に示されている追加されたマスク23の効果と同じであり，即ち，ピクセル表示エリアのエッジ（縁）はレンチキュラ素子の軸と平行であるように供され，これは異なる視界間のクロストークを効果的に回避することに充分に留意する。利用者が頭を左右に動かすことによる，光強度の変動もまた減じられる。実際には，傾いたピクセル表示エリアの形は長方形であるので，ピクセル表示エリアの一定量がレンチキュラ素子11によって投影されている。従って，利用者が頭を左右に動かしても，光強度は殆ど一定に留まる。

本発明の具体的な例が説明された。しかしながら，当業者は，本発明の範囲から逸脱することなく，様々な変更及び修正をこれらの実施例に行い得ることが明白である。

例えば，九つの視界が供される構成が説明されてきた。しかしながら，より広い及び/又はより長いレンチキュラ素子によって，異なる数の視界が供され得ることが当業者には明白であろう。種々異なるレンチキュラ素子の構成により，同じ数の視界が供されることも可能である。

上で説明された具体的な例は，例えば50μmから1000μmの範囲の表示ピクセルのピッチをもっている液晶表示パネルを採用している。しかしながら，有機発光ダイオード（OLED）又は陰極管（CRT）表示装置のような代替のタイプの表示パネルが採用され得ることも，当業者には明白であろう。

上で説明された第2の例では，表示パネルのピクセルの全体構造は，傾いたピクセル表示エリアを供するために変更されている。しかしながら，他の実施例において，変更は表示パネルのマスクに限定することが可能である。特定のカラー表示装置の実施例においては，表示パネルのマスクは，表示ピクセルのカラーフィルタと一体化されることが可能である。

上で説明された実施例では，視野角が変化すると，異なる視界間で比較的突然の遷移が起きる。異なる視界間の遷移の際の，瞬時の，しかし大きな光強度の変動を防ぐために，ピクセル表示エリアの正確な位置決めが，これゆえ必要とされる。しかしながら，ピクセル表示エリアを規定している光投射部分が光を減衰させる機能をもつよう，追加されたマスク及び/又は表示パネル中のマスクは，変更されることが可能である。特に，視界間の遷移をスムーズにすることができるよう，表示ピクセルの光出力がピクセル表示エリアの周縁に向かって徐々に暗くなるよう構成されることが可能である。

この開示を通じて，「ピクセル」という単語が使われてきた。この単語は，個々に切り替え可能な表示素子を表すよう意図されており，これゆえカラー表示のサブ-ピクセルを含んでいる。

既知の立体表示装置の概観的な斜視図を示す。 図1で示された表示装置の概観的な平面図を示す。 本発明の第1の実施例の概観的な斜視図を示す。 図3で示された表示装置の概観的な平面図を示す。 本発明の第2の実施例の概観的な斜視図を示す。 図5で示された表示装置の概観的な平面図を示す。

Claims (12)

1. 表示ピクセルが行と列とで構成された，表示をするための表示ピクセルのアレイをもつ表示パネルと，
   前記表示パネル上に位置し，前記表示ピクセルの列に対して角度が傾いた光学的な焦点軸をもつ，平行なレンチキュラ素子のアレイと，
   を有する立体表示装置であって，前記表示ピクセルの表示エリアが前記レンチキュラ素子の軸と実質的に平行なエッジをもち，
   前記表示パネルが，前記表示ピクセルの列に対して実質的に平行なエッジをもったピクセル表示エリアを供するための第1のマスクを有し，前記第1のマスク上に位置し，前記レンチキュラ素子の軸と実質的に平行なエッジをもつよう前記ピクセル表示エリアを変更するための第2のマスクを更に有する，立体表示装置。
2. 前記ピクセル表示エリアが長方形の形状をもつ，請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記マスクがカラーフィルタを有する，請求項１又は請求項２に記載の立体表示装置。
4. 各レンチキュラ素子が，行の方向に複数の表示ピクセルの上を重畳している，請求項１ないし３の何れか一項に記載の立体表示装置。
5. 各レンチキュラ素子が，列の方向に複数の表示ピクセルの上を重畳している，請求項１ないし４の何れか一項に記載の立体表示装置。
6. 前記レンチキュラ素子の軸に直交する方向では，前記ピクセル表示エリアのピッチと前記ピクセル表示エリアの幅との比が2:1より大きいか又は等しい，請求項１ないし５の何れか一項に記載の立体表示装置。
7. 前記レンチキュラ素子の軸に直交する方向では，前記ピクセル表示エリアの前記幅が前記ピクセル表示エリア間の空隙の幅と等しい，請求項１ないし６の何れか一項に記載の立体表示装置。
8. 前記表示ピクセルの行と列とが直交している，請求項１ないし７の何れか一項に記載の立体表示装置。
9. 表示ピクセルが前記表示ピクセルの行と列との各交点に供されている，請求項１ないし８の何れか一項に記載の立体表示装置。
10. 前記表示パネルが液晶表示パネルである，請求項１ないし９の何れか一項に記載の立体表示装置。
11. 各ピクセル表示エリアを横断する光強度の出力が前記レンチキュラ素子の軸と直交する方向に変動する，請求項１ないし１０の何れか一項に記載の立体表示装置。
12. 各表示ピクセルの前記光強度の出力が，前記ピクセル表示エリアの中央での出力の方が前記ピクセル表示エリアのエッジでの出力よりも大きい，請求項１１に記載の立体表示装置。

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