JP2016519323A - 透明なオートステレオスコピックディスプレイ - Google Patents

Abstract

垂直に間隔を空けたストライプ形状ディスプレイを用いて３Ｄレンチキュラディスプレイが形成される。かかるストライプの各々はスキャンラインの機能を持つので、ディスプレイの垂直分解能はストライプの数によって決定される。ストライプは発光層とレンチキュラレンズとから成る。ディスプレイはストライプ間の間隔のおかげで少なくとも部分的に透明である。

Description

本発明は透明ディスプレイに、特に透明オートステレオスコピックディスプレイに関する。

透明ディスプレイは、ディスプレイ出力だけでなくディスプレイの後ろの背景も見られることを可能にする。従ってディスプレイはある程度の透過率を持つ。透明ディスプレイは建物若しくは自動車用のウィンドウ及びショッピングモール用のショーウィンドウなどの多くの可能な用途を持つ。

例えば建設、広告、公共情報の分野において、既存のディスプレイ市場のほとんどは透明ディスプレイに取って代わると予想される。３Ｄビューイング機能を持つ透明ディスプレイはまだ利用可能でなく、特にレンチキュラレンズなどによる裸眼オートステレオスコピックアプローチを採用する透明ディスプレイはまだ利用可能でない。

透明ディスプレイは典型的には、観察者がディスプレイコンテンツを見ることを意図するときのディスプレイモードと、ディスプレイがオフになり観察者がディスプレイ越しに見ることができることを意図するときのウィンドウモードとを持つ。ディスプレイの上部へのレンチキュラレンズの従来の組み合わせは、オートステレオスコピック３Ｄディスプレイでよく見られる通り、レンチキュラレンズがディスプレイの後ろの画像の歪んだビューを生じることになるので、ディスプレイが透明である場合問題を生じる。従って、ウィンドウモードはウィンドウの後ろのシーンの適切なビューを提供しない。

本発明はクレームによって定義される。

本発明の一態様によれば、ピクセルの一つ以上の行と、異なるピクセルからのピクセル出力を異なる方向に方向付け、それによってオートステレオスコピックビューイングを可能にするためのレンチキュラ構成とを各々が有する、複数のディスプレイストライプを有するディスプレイが提供され、ストライプはストライプ間の透過性間隔によって、ピクセル列方向に間隔を空ける。

間隔はディスプレイが透過性であることを可能にする。このデザインにおいて、各ストライプはスキャンライン（若しくはマルチスキャンライン）の機能を持つ。従ってディスプレイの垂直分解能はストライプの数によって決定される。ストライプは少なくとも発光層と、発光層上に十分な焦点を持つために適切な間隔を持つレンチキュラレンズとから構成される。

各ディスプレイストライプは、リフレクタ、リフレクタの上の発光型ディスプレイ構成、発光型ディスプレイ構成の上のスペーサ、及びスペーサの上のレンチキュラレンズアレイを有し得る。リフレクタはディスプレイからの光が反対方向にディスプレイから出ること（これは倒像を与え得る）を防止する。

レンチキュラレンズアレイは好適には各ストライプに対し単一行のレンズを有する。行内のレンズは選ばれたサブピクセルレイアウトに応じて一行のサブピクセル若しくは複数行のサブピクセルをカバーし得る。しかしながら、好適にはストライプは、ストライプが画像の一つのスキャンラインに対するようにピクセルの一行に対する（サブピクセルが一行若しくは複数行であるかどうかにかかわらず）。

発光型ディスプレイ構成は第一の発光型ディスプレイ構成を有することができ、そして各ディスプレイストライプは、各ストライプが相対する方向に面する二つの発光型ディスプレイ構成を有するように、第一の発光型ディスプレイ構成に対しリフレクタの反対側の上に第二の発光型ディスプレイ構成をさらに有することができる。一方のディスプレイ構成はオートステレオスコピックディスプレイ用であることができ、他方は２Ｄディスプレイ用であることができる。このように、ディスプレイは一方の方向に（例えば観察者の位置がわかっているウィンドウの外側へ）３Ｄ画像データを、他方の方向に（例えば多くの観察者が異なる位置にいるショップの内側へ）２Ｄ画像データを表示することができる。

ストライプは好適には、ガラス支持体であり得る支持体上に取り付けられる。この支持体はウィンドウなど、ディスプレイが固定される構造であり得るか、若しくはディスプレイ構造の一部であり得る。

ディスプレイストライプは支持体の片側の上に設けられる第一の複数のディスプレイストライプと、支持体の反対側の上に設けられる第二の複数のディスプレイストライプとを有し得る。

これはディスプレイから両方向に３Ｄ画像が提供されることを可能にする。従って第二の複数のディスプレイストライプの各々も、ピクセルの一つ以上の行と、異なるピクセルからのピクセル出力を異なる方向に方向付け、それによってオートステレオスコピックビューイングを可能にするためのレンチキュラ構成とを有することができ、ストライプはストライプ間の透過性間隔によって、ピクセル列方向に間隔を空ける。好適には第一及び第二のディスプレイストライプは透過性エリアを最大化するように整列される。

実施例の一つのセットにおいて、ストライプは位置が固定される。それらはディスプレイの面に垂直に若しくは垂直面に対してある角度をなして固定され得る（すなわち透過性間隔は観察者の意図した位置に適切に整列される）。

代替的に、ストライプはピクセル行方向まわりに旋回可能であり得る。これは観察者位置にマッチするように方向が上下に傾斜され得ることを意味する。

各ストライプは反射性の上部及び下部内表面を持ち得る。これらはストライプから出る光が広い垂直角度広がりを持つことを確実にする。各ストライプは鏡面反射性の上部及び下部外表面を持ち得る。これらは透過性（ウィンドウ）モードの場合の画像歪み若しくはディスプレイモードにおけるディスプレイの後ろのシーンの可視性を軽減する。

透過性間隔の高さは例えばディスプレイストライプの高さの少なくとも二倍である。これは透過性機能が効果的であることを意味する。

添付の図面を参照して実施例が詳細に説明される。

本発明のディスプレイにおいて使用されるディスプレイストライプのデザインを示す。 本発明のディスプレイの第一の実施例の三つのビューを示す。 ディスプレイストライプの層をより詳細に示す。 ディスプレイストライプの代替的層を示す。 第一の可能なピクセルレイアウトを示す。 二つの可能な代替的ピクセルレイアウトを示す。 本発明のディスプレイの第二の実施例の二つのビューを示す。 本発明のディスプレイの第三の実施例を示す。 観察者の位置にマッチするようにストライプが傾斜され得る方法を示す。 透過性光がストライプに衝突する効果を示す。 さらなる代替的ストライプデザインを示す。

本発明は垂直に間隔を空けたストライプ形状のディスプレイを用いて形成される３Ｄレンチキュラディスプレイを提供する。このようなストライプの各々はスキャンラインの機能を持つので、ディスプレイの垂直分解能はストライプの数によって決定される。ストライプは発光層とレンチキュラレンズとから成る。ディスプレイはストライプ間の間隔のおかげで少なくとも部分的に透明である。

図１は単一のかかるストライプ１０の上面図と側面図を示す。ストライプは少なくとも発光層１２と、発光層１２上に焦点を合わせるために適切な間隔１６を伴うレンチキュラレンズ１４とから構成される。

図２は全体のディスプレイ構成の一実施例を示す。図２（ａ）は斜視図を示し（レンズ形状を示さない）、図２（ｂ）は前面図を示し図２（ｃ）は上面図を示す。

ディスプレイは構造的完全性を保つためにストライプ１０を片側に備えるガラス支持体２０と、オプションとして垂直支持体２２とを有する。

ストライプ１０は各々、ピクセルと関連するレンズ構成を伴うディスプレイピクセルの行を有する。各レンズは典型的にはピクセルのサブアレイを覆うので、異なるピクセルからの光は関連するレンズによって特定方向に結像される（周知の方法で）。

図２の実施例は３Ｄ画像を片側のみに表示し、ストライプは支持体２０に固定される。

ガラス支持体２０なしで、ストライプは垂直支持体の実施形態に応じて、固定角度若しくは回転可能なブラインドとして機能し得る。

さらに、ストライプをガラス支持体の両側に適用することによって両側からの３Ｄビューイングが可能である。この場合、各側のストライプは好適には周辺光の透過を最大化するために整列されることが望ましい。この場合もやはり、支持体は必要ないかもしれない。

各ストライプは反射性の上部及び下部境界表面を持つ（図１の側面図に図示の通り）。このように、レンチキュラストライプはストライプの上部と下部でのこれらの反射のためにフルレンチキュラシートとして機能する。レンチキュラストライプを通過する後焦点面で発せられる光は狭い水平分布を持つが、垂直に発散する。ストライプの上部及び下部表面は好適には鏡面コーティングを持つ。

ストライプ間のエリアは周辺光の透過を可能にする。

典型的には、ガラス支持体２０は３Ｄディスプレイの基礎として使用され得る。インタラクティブショーウィンドウ若しくは公共情報ディスプレイの用途において、このガラス支持体は実際にはガラスウィンドウ、若しくはウィンドウの上にラミネート加工される層である。ストライプ１０はガラス支持体の上に置かれる。オプションとして、垂直支持体２２がディスプレイを強化するために使用され得る。

各ストライプはピクセルの行を提供するので、ディスプレイの垂直分解能はストライプの数によって決定される。水平及び角度分解能はストライプの分解能とレンズ形状によって決定される。

図３はストライプの一つの可能な構造の一実施例をより詳細に示す。ガラス支持体インターフェース２０の上に、反射層３０、ドライブエレクトロニクス（例えばアクティブ若しくはパッシブマトリクス）を含む発光層３２、透明上部電極３４、スペーサ層３６、そしてレンチキュラレンズ１４が設けられる。

典型的な発光技術は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）であるが、有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）若しくは量子ドット（ＱＤＯＴ）などの代替案が存在する。エレクトロルミネセントディスプレイ若しくはディスクリートＬＥＤが代わりに使用され得る。光アウトカップリング構造及びＬＣＤなどの電気光学シャッタを伴う導波型光源も利用され得る。

反射層３０は光効率を改善するのみならず、光がガラス支持体から反対側を通って出ることも防止する。これは反対側にレンチキュラシートがないので、反対側から見たときに像が歪むだけでなく鏡に映ったように見えるので、回避される。

レンチキュラストライプの光学パラメータは従来のレンチキュラオートステレオスコピックディスプレイと同じアプローチを用いて設計される。レンチキュラピッチは（ピクセルピッチの関数として）有効ビュー数を決定する。ビューの数は少なくとも２である。

視円錐（ｖｉｅｗｉｎｇ ｃｏｎｅ）の半角はビューの角度幅を決定する。焦点距離は典型的には所望の円錐角とレンチキュラピッチにフィットするように選ばれる。

ストライプの厚さは選ばれた焦点距離と材料の屈折率によって決定される。レンチキュラストライプは周辺光の十分な透過を可能にするために十分な薄さと、十分な発光面及び材料強度を作り出すために十分な厚さであるべきである。

図３に図示のレンズ形状は単なる一実施例である。代替案が図４に図示され、図４（ａ）は平坦な外表面と内側向きのレンズを持つソリッドスタックを示す。分離層はこの場合空気であり得る。図４（ｂ）は他のレンズタイプ４０を使用するレンズスタックを示し、これは屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズ、エレクトロウェッティングレンズ、回折レンズ（すなわち線形フレネルゾーンプレート）、若しくはフレネルレンズであり得る。レンズ構成は例えばＬＣ複屈折ベースレンズ、エレクトロウェッティングレンズ及び／又はＬＣ ＧＲＩＮレンズで可能なように切替可能であり得る。

図５は各レンズ１４が三行のサブピクセル（ＲＧＢ行として配列される）をカバーする好適な傾斜ピクセルパターンを示す。水平分解能は垂直分解能よりも重要なので、好適には垂直方向にカラーコンポーネントを持ち（すなわち三行のピクセル）、異なるビューが水平方向のピクセルによって提供される。ＲＧＢカラーコンポーネントのローテーション（各行が全て一色ではなくＲＧＢシーケンスであるように）は均一性をわずかに改善し得るが、固定色の行は製造がより単純であり得る。

図６は二つの代替的なピクセルレイアウトを示す。左図は一行あたり一色の傾斜ピクセルを示し、一方右図は行方向に沿って三つのサブピクセルが各ピクセルトリプレットを形成するようなサブピクセルの単一行を示す。

ピクセル構造の非発光部に起因するバンディングは、ピクセル形状を変更することによって、例えば図６の左図に示すようにピクセルを傾斜させることによって、軽減され得る。様々な他のピクセル形状が可能である。

可能な寸法の一実施例が提示される。

ウィンドウディスプレイの場合、ディスプレイは幅２ｍ高さ１ｍであり得、ビューあたりの実効分解能は約２メガピクセルすなわち２０００×１０００ピクセルであり得る。意図される視距離は３メートルであり得、その距離に対し二つの連続（リアル）ビュー間の分離は瞳孔間隔すなわち６０ｍｍにほぼ等しくなるべきである。

３ｍにおいて６００ｍｍの幅を持つ円錐（５．７度半角）は座っているとき若しくは歩き回っているときに快適なビューを可能にする。これは６００／６０＝１０サブピクセルのレンチキュラピッチが十分であることを意味する。

図６の左側のピクセルレイアウト（一つのピクセルトリプレットがただ一つのサブピクセルの行方向に幅を持つ）を用いると、最小（３Ｄ）ユニットセル（すなわちピクセルのセット）は１０ビューに対する幅１０サブピクセル及び高さ３サブピクセル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）である。レンチキュラピッチは、水平サブピクセルピッチが１００μｍになるべく、２ｍを２０００で割ったものであり、これは１ｍｍに等しい。６００：３０００の円錐比（最適視距離における円錐幅とその最適視距離との比率）と１ｍｍのピッチで、焦点距離は５ｍｍに近くなければならない。

垂直方向のストライプのピッチも１ｍｍである（１ｍを１０００ピクセルで割る）。

図３からの単純な光学設計と屈折率１．５で、ディスプレイ層の厚さを無視すると、レンチキュラストライプの厚さ（すなわちこれがガラス支持体からどこまで及ぶか）は約７．５ｍｍである。

ディスプレイは直接触れることができない、又は保護カバーガラスを持つと仮定すると、２００μｍのストライプ高さは十分な強さである。従って、最適角について周辺光の透過は（１ｍｍマイナス２００μｍ）を１ｍｍで割ったものであり、８０％に等しく、ガラス反射がある場合はそれを引いたものである。三行のサブピクセルに対する垂直サブピクセルピッチは６７μｍになる。

従って、十分に大きいディスプレイについて、等しい垂直ピクセルピッチと水平レンズピッチを維持しながら８０％透過が可能であることがわかる。これは見られる３Ｄ画像が（この実施例では１ｍｍの）行と列の方向に均一なピクセルピッチを持つことを意味する。

本発明は片側では３Ｄビューを、反対側では２Ｄビューを可能にするように修正されることができる。

図７は左側に斜視図で、右側に上面図でこの修正を図示する。リフレクタ３０が二つの発光スタック３２（発光層）及び３４（上部電極）の間に挟まれる。異なるピクセルレイアウトが二つのビューサイドに使用されてもよく、例えば２Ｄビュー側でより大きなピッチが使用されてもよい。

ストライプ構成はディスプレイを通して両方向に、ディスプレイ越しに見る（ｌｏｏｋ ｔｈｒｏｕｇｈ）機能がなお有効であることを意味する。

本発明は図８に図示の通りガラス支持体２０の両側にストライプ１０を設けることによって、両側で３Ｄビューを提供するようにも修正され得る。その場合ストライプは好適には周辺光の透過を最大化するために整列される。このバージョンは二つの発光スタックを要する。

上記実施例において、ガラスストライプ１０はオプションの垂直支持体２２とともにガラス支持体２０によって適所に保たれる。しかしながら本発明はガラス支持体２０なしで使用されることが考えられ、その場合構造的完全性及びアライメントは垂直支持体２２によって作られる。

この場合、ディスプレイはベネチアンブラインドのように調節され得る。上記実施例において、ストライプ１０はガラス支持体２０に垂直に位置付けられるが、ディスプレイの意図した視方向が図９に図示の通り軸外である場合、ストライプはよりよい周辺ビューを可能にするために回転され得る。ストライプの回転は予め定められる（静的）か又は手動若しくは自動（例えば電気）操作を通じて調節可能であり得る。

本発明は周辺光の透過と３Ｄ情報の表示との間のトレードオフをなす。レンチキュラレンズはガラス支持体の上面に妥当な焦点を要するので、ストライプはガラス支持体からある程度の距離で延在する。これは大きな斜角を持つ周辺光がガラス支持体を透過することを制限する。これは通常のベネチアンブラインドの状況と違わない。

図１０は斜角でガラス支持体を透過した周辺光１００に何が起こるかを示す。ストライプ１０の反射性の上部及び下部外表面側（コーティングがない場合に生じる）で、光は図示の通り異なる垂直角を持つように偏向され得る。これは周辺光の垂直拡散効果を作り出す。この効果は設計者によって要求される可能性があるが、問題とみなされるとき、ストライプ１０は周辺光を拡散反射若しくは吸収するようにコーティングされ得る。ストライプ内の内部全反射を要する３Ｄディスプレイ効果を維持するために、反射コーティングは最初に適用され得る。

ガラスストライプを持つ透明ディスプレイを製造する好適な方法は、全ストライプ１０をワンピースとしてガラスを鋳造することである。冷却すると、ストライプはまだ鋳型にあるままでリソグラフィプロセスによって導電層、反射層及び発光層が形成され得る。垂直支持体２２は鋳型の一部であり得るか若しくは追加されてもよく、後にガラス支持体２０が続く。発光層は典型的には壊れやすいので、ストレスを加えないよう注意すべきである。

ガラスはプラスチック、すなわち透明ポリマーによって置き換えられることができ、それにより射出成形技術によって形状が形成され得る。図１１はそのような成形品が形作られ得る方法の誇張された実施例を示す。このような鋳型では垂直支持体は必要ないかもしれない。形成されるストライプ１０は連続ベースからのびる突起である。

本発明は任意の所望の用途のための、例えばインタラクティブショーウィンドウ用の、透明３Ｄディスプレイに関する。

上記実施例において、透過エリアはディスプレイエリアの８０％である。より一般的には、透過エリアはエリアの５０％より大きく、より好適には７５％より大きい。明るい発光ピクセルを用いることによって、ピクセルピッチと比較して各ピクセルが比較的小エリア（列方向に）を占める場合であっても、よい画質が得られる。本発明はかなりの距離から見られる大型ディスプレイにとって、その場合実施がより実用的であるので、特に興味深い。

上述の通り、後ろのシーンを見ることができるようにディスプレイストライプ間の間隔は透過性（すなわち透明）である。勿論、完全な透明性は必須ではなく、実に支持体２０は実際には完全に透明ではない。"透過性"という語は然るべく理解されるべきであり、観察者がディスプレイのその部分越しに見るために十分なレベルの透明性をあらわす。例えば可視光スペクトルに少なくとも５０％の透明性が十分である（ストライプ間の間隔について）が、７５％若しくは８５％を超える透明性が好ましい。

ストライプあたり一行のピクセルがあり、上述の通りこれは、行方向の同じビュー間のピクセルピッチ（すなわちレンズピッチ）と同じ列方向のピクセルピッチが望ましい場合、ピクセルが規則的格子を形成し得ることを意味する。しかしながらこれらのピッチは同一である必要はない。さらに、各ストライプにおいてマルチピクセル行があってもよい。これは不均一なピクセル格子をもたらすが、ディスプレイ効果をもたらすことができ、これは依然望ましい。

開示の実施形態への他の変更は、図面、開示及び添付のクレームの考察から、請求される発明を実践する上で当業者によって理解されもたらされることができる。クレーム中、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。特定手段が相互に異なる従属クレームに列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。クレーム中の任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。

Claims (15)

1. ピクセルの一つ以上の行と、異なるピクセルからのピクセル出力を異なる方向に方向付け、それによってオートステレオスコピックビューイングを可能にするためのレンチキュラ構成とを各々が有する、複数のディスプレイストライプを有するディスプレイであって、前記ストライプは、当該ストライプ間の透過性間隔によって、ピクセル列方向に間隔を空ける、ディスプレイ。
2. 各ディスプレイストライプがリフレクタと、当該リフレクタの上の発光型ディスプレイ構成と、当該発光型ディスプレイ構成の上のスペーサと、当該スペーサの上のレンチキュラレンズアレイとを有する、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記レンチキュラレンズアレイが各ストライプに対し単一行のレンズを有する、請求項２に記載のディスプレイ。
4. 前記発光型ディスプレイ構成が第一の発光型ディスプレイ構成を有し、各ストライプが相対する方向に面する二つの発光型ディスプレイ構成を有するように、各ディスプレイストライプが当該第一の発光型ディスプレイ構成に対し前記リフレクタの反対側の上に第二の発光型ディスプレイ構成をさらに有する、請求項２に記載のディスプレイ。
5. 前記ストライプが支持体上に取り付けられる、請求項４に記載のディスプレイ。
6. 前記ディスプレイストライプが第一の複数のディスプレイストライプを有し、支持体の片側の上に設けられ、第二の複数のディスプレイストライプが当該支持体の反対側の上に設けられる、請求項１に記載のディスプレイ。
7. 前記第二の複数のディスプレイストライプの各々が、ピクセルの一つ以上の行と、異なるピクセルからのピクセル出力を異なる方向に方向付け、それによってオートステレオスコピックビューイングを可能にするためのレンチキュラ構成とを有し、当該ストライプは当該ストライプ間の透過性間隔によってピクセル列方向に間隔を空ける、請求項６に記載のディスプレイ。
8. 前記第一及び第二のディスプレイストライプが整列される、請求項７に記載のディスプレイ。
9. 前記ストライプの位置が固定される、請求項１に記載のディスプレイ。
10. 前記ストライプが前記ディスプレイの面に垂直な位置に若しくは垂直面にある角度をなして固定される、請求項９に記載のディスプレイ。
11. 前記ストライプがピクセル行方向まわりに旋回可能である、請求項１に記載のディスプレイ。
12. 各ストライプが反射性の上部及び下部内表面を持つ、請求項１に記載のディスプレイ。
13. 各ストライプが鏡面反射性の上部及び下部外表面を持つ、請求項１２に記載のディスプレイ。
14. 前記透過性間隔の高さがディスプレイストライプの高さの少なくとも二倍である、請求項１に記載のディスプレイ。
15. ウィンドウの上に設けられる請求項１に記載のディスプレイ。

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