JP2025518190A - オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレ低減 - Google Patents

Abstract

本発明は、低減されたモアレを示すように最適化された２Ｄ／３Ｄ切り替え可能なオートステレオスコピックディスプレイデバイスに関する。これは、液晶スイッチング媒体と接触する表面上にナノレリーフ構造を提供することによって行われる。この結果、散乱が生じ、その結果、モアレが減少する。散乱の量は、液晶媒体に印加される電界を変化させることによって影響され得る。本発明はさらに、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレを低減するための方法、及びオートステレオスコピックディスプレイデバイスを製造するための方法に関する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モアレ（又は、干渉縞／moire）が低減されたオートステレオスコピックディスプレイデバイス（又は、自動立体表示装置／autostereoscopic display device）、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレを低減する方法、及びモアレが低減されたオートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造方法に関する。

２次元ビューモードと３次元ビューモードとの間で電気的に切換可能なディスプレイは、２Ｄ／３Ｄ切換可能なオートステレオスコピックディスプレイとして一般に知られており、過去２０年間で大きな注目を集めている。一般的なアプローチは、電界の影響下で２つの液晶配向の間で切り替えることができる液晶媒体に隣接する半円筒形マイクロレンズ（レンチキュラー）のアレイを含むレンチキュラーデバイスを用いて、画素（又は、ピクセル）のアレイ（ディスプレイ画素要素）を一列に並べることである。第１の配向では液晶媒体のダイレクタ（又は、配向子／director）がディスプレイの平面内にあり、第２の配向では液晶媒体のダイレクタがディスプレイの平面に対して垂直である。

そのようなセットアップでは、各レンチキュラーが、レンズと平行に、又はレンズに対してある角度をなして（傾斜して）延在する少なくとも２つの列の（サブ）画素のグループに関連付けられる。レンチキュラーデバイスを通って進む画素出力（pixel output）は、レンチキュラー及び液晶媒体の光学特性を受ける。レンチキュラーの屈折率は固定されているが、隣接する液晶媒体の屈折率は２つの液晶配向の間で切り替えることによって２つの値の間で切り替えることができる、つまり、第１の屈折率は液晶のダイレクタに沿って偏光された光に対応し、第２の屈折率はダイレクタに垂直に偏光された光に対応する。画素出力は、ディスプレイの平面に対して実質的に垂直に進むとき、第１の屈折率又は第２の屈折率のいずれかを「見る」。第１のビューモードでは、液晶媒体は第１の配向にある。その屈折率はレンチキュラーの屈折率と一致し、それによって、レンチキュラーから集束効果を奪い、レンチキュラーデバイスを透明で平坦な光学パネルとして挙動させる。これは、オートステレオスコピックディスプレイの２次元ビューモードを形成する。第２のビューモードでは、液晶媒体は第２の液晶配向にある。両屈折率が一致しないため、各レンチキュラーは集束効果を示すことができる。これは異なる画素列からの出力をオートステレオスコピックディスプレイの前の異なる空間位置に方向付けることを可能にし、それは視聴者（viewer）が左画像及び右画像から構成される３次元画像を知覚することを可能にする。これは、オートステレオスコピックディスプレイの３次元ビューモードを形成する。

多くの２Ｄ／３Ｄ切り換え可能なオートステレオスコピックディスプレイに関する問題は、画素アレイのパターンとレンチキュラーアレイのパターンとの重ね合わせに起因して、観察者がモアレパターンを知覚することである。そのようなパターンは、通常、視聴者にとって邪魔である。さらに、モアレは例えば反射もそうであるように、スクリーン自体を可視にする。これは、スクリーンの前又は後ろの空間における「自由浮動する」三次元画像の錯覚を制動する。

今日まで、このタイプのディスプレイにおけるモアレパターンを低減するか、又は完全にキャンセルさえするために、多くの努力が展開されてきた。例えば、モアレに最大の寄与をする画素を識別し、次いで、それらの画素出力を特定の方法で修正する（又は、変更する／modify）ことが可能である。しかしながら、これは、解像度の低下及び表示強度の低下などの望ましくない副作用を有する。それはまた、貴重なプロセッサ容量を必要とする。他の解決策は、特定のレンチキュラー傾斜角度と組み合わせた特定の画素形状及び画素配置の利用に関する。しかしながら、これは、わずかな程度の小さい傾斜偏差でもモアレを引き起こし得るので、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの設計機会を制限し、製造プロセスをよりクリティカルなものにする。

したがって、本発明の目的は、モアレパターンの出現に対する解決策、特に上記の副作用の１つ又は複数を示さない解決策を見出すことである。また、当技術分野で知られている解決策よりも複雑でない解決策を提供することも目的である。より一般的には、本発明の目的がオートステレオスコピックディスプレイの視聴者の視聴体験を改善することである。

ここで、切り替え可能な（又は、スイッチ可能な／switchable）オートステレオスコピックディスプレイにおいて液晶媒体に隣接する表面に特定の修正を適用することによって、これらの目的のうちの１つ又は複数に到達することができることが見出された。

したがって、本発明は、第１のビューモードから第２のビューモードに電気的に切り替え可能なオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）に関し、オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）は、
－ディスプレイ出力（又は、表示出力／display output）を生成するためのディスプレイ画素要素（又は、表示画素要素／display pixel element）のアレイを有するディスプレイパネル（１）と、
－第１のビューモード又は第２のビューモードを提供するように電気的に切り替え可能なディスプレイパネル（１）の上に設けられたレンチキュラーデバイス（２）であって、２つのビューモードのうちの１つにおいて、レンチキュラーデバイス（２）は、左画像及び右画像から構成されるオートステレオスコピック画像の表示を可能にするように、異なるディスプレイ画素要素からのディスプレイ出力を、オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）の視野内の異なる空間位置に向けることが可能なレンチキュラーレンズ領域を備え、レンチキュラーデバイス（２）は、
〇第１の光学的に透明な基板（４）であって、第１の光学的に透明な基板（４）上に設けられたレンチキュラー要素のアレイを含み、レンチキュラー要素は、液晶配向特性（liquid crystal alignment properties）を有する第１の表面（４ａ）を有する、該基板（４）と、
〇液晶配向性を有する第２の表面（５ａ）を有する第２の光学的に透明な基板（５）であって、第１の表面（４ａ）と第２の表面（５ａ）は互いに面する、該基板（５）と、；
〇第１の光学的に透明な基板（４）の側に配置された第１の平面スイッチング電極（６）と、
〇第２の光学的に透明な基板（５）の側に配置された第２の平面スイッチング電極（７）と、
〇液晶分子（９）を含む液晶媒体（８）であって、液晶媒体（８）は２つの基板（４、５）の間に挟まれており、第１の表面（４ａ）及び第２の表面（５ａ）と接触しており、
１．第１のビューモードでは、液晶分子（９）が平面スイッチング電極（６、７）の平面内にあり（又は、平面スイッチング電極（６、７）の平面に横たわり／lying in the plane of the planar switching electrodes (6, 7)）、
２．第２のビューモードでは、液晶分子（９）が２つの平面スイッチング電極（６、７）に対して垂直に配向される、該液晶媒体（８）と、を含む、該レンチキュラーデバイス（２）と、
－第１のビューモードから第２のビューモードへの切り替え（又は、スイッチング／switching）を行うために、両方の平面スイッチング電極（６、７）間にスイッチング電圧を印加するための手段（３）、と含み、
第１の表面（４ａ）及び／又は第２の表面（５ａ）は表面レリーフ寸法（surface relief dimensions）を有する表面レリーフ構造（１１）を有し、これは、表面レリーフ構造（１１）に含まれる液晶分子（９）が表面レリーフ構造（１１）の屈折率とは異なる屈折率を提供する配向を有する場合に、ディスプレイ出力の散乱を引き起こす。

本発明はさらに、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレを低減するための方法に関し、オートステレオスコピックディスプレイデバイスは上記で定義されたオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）であり、この方法は、モアレを低減するためにスイッチング電圧を修正することを含む。

本発明はさらに、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造方法に関し、本方法は、
－上述のオートステレオスコピックディスプレイデバイスを提供することと、
－上述の方法を実行することと、を含む。

図１は、第１のビューモードにおけるオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）を概略的に示す。 図２は、第２のビューモードにおけるオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）を概略的に示す。 図３は、第１の光学的に透明な基板（４）の表面上に重ね合わされたナノレリーフ構造（１１）の断面を示す。 図４は、第２の光学的に透明な基板（５）の表面上に重ね合わされたナノレリーフ構造（１１）の断面を示す。 図５は、表面上の方向の関数としてのナノレリーフ構造（１１）の高さのグラフ（２０）を示す。 図６は単方向性ナノレリーフ構造を含む液晶セルを通る光透過の６枚の写真を示し、ここで、異なる電圧が、実施例に従って、セルにわたって印加される。 図７は、実施例による実験セットアップを概略的に示す。

図中の要素は簡単且つ明確に示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は本発明の様々な例示的な実施形態の理解を助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。例えば、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの異なる構成要素の相対寸法は、図面から導出することができない。これは、例えば、レンチキュラー要素及び概略的な液晶分子の寸法に対するナノレリーフ構造の寸法に関する。また、ナノレリーフ構造自体の寸法が互いにどのように異なるか（例えば、隆起部の高さ、隆起部の幅、及び谷部の幅）を導出することもできない。

さらに、本明細書及び特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」などの用語はもしあれば、一般に、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的又は時系列的順序を説明するために使用されない。

本発明の文脈において、用語「視聴者」は、オートステレオスコピックディスプレイデバイスによって提示されるコンテンツを、特に視聴することができる人を意味する。本文全体を通して、視聴者への言及は、「彼」、「彼に」、又は「彼の」のような男性の言葉によってなされる。これは、明瞭さと簡潔さの目的のために過ぎず、「彼女」、「彼女に」及び「彼女の」のような女性の言葉が等しく適用されることが理解される。

本発明の文脈において、「モアレ」という用語は、わずかに変位され、わずかに回転され、及び／又はわずかに異なるピッチを有する２つの実際の（又は、現実の／real）パターンの重ね合わせによって現れるパターン（「モアレパターン」）の視聴者の知覚を意味する。また、一方のパターンのピッチが他方のパターンのピッチのほぼ（しかし、ちょうどではない）整数（２、３、４など）倍であるとき、モアレが発生し得る。本発明において低減又は克服されるモアレは、典型的には画素アレイのパターンとレンチキュラーアレイのパターンとの重ね合わせに関する。

液晶媒体は、液晶媒体のダイレクタに沿って進む直線偏光のための第１の屈折率と、液晶媒体のダイレクタに垂直に進む直線偏光のための第２の屈折率とを有する複屈折材料であることが理解される。用語「屈折率」が液晶媒体に関して本文全体にわたって使用される場合、特に明記しない限り、これは、平面スイッチング電極に垂直な方向、つまりディスプレイ出力（すなわち、直線偏光）が進む方向における液晶媒体の屈折率を指す。この屈折率は、液晶媒体を横切って印加される電界に応じて、上で定義された第１の屈折率又は第２の屈折率を指すこともできる。

本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスでは、液晶媒体が２つの対向する表面の間に存在し、すなわち、液晶媒体は両表面と接触している。これらは、第１の光学的に透明な基板上に設けられたレンチキュラー要素の表面である第１の表面と、第２の光学的に透明な基板の表面である第２の表面とに関する。両面とも液晶配向性を有する。第１の表面はレンチキュラー形状であるが、第２の表面は原則として任意の形状を有することができる。しかしながら、通常、第２の表面は、平坦な表面又はレンチキュラー表面である。後者の場合、２つの対向するレンチキュラー表面が存在する。

液晶媒体は液晶分子を含む。２つの平面スイッチング電極は、液晶媒体の両側に配置され、液晶媒体に電界を印加することができる。液晶分子は、表面の配向特性の影響下で平面スイッチング電極の平面内に配向することができるか、又は両方の平面スイッチング電極にわたって印加される電圧の影響下で平面スイッチング電極の平面に垂直であることができる。これらの２つの異なる配向の各々は、異なるビューモードを生じさせる。

これらの２つのビューモードはそれぞれ図１及び図２に示されており、これらの図は、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）の液晶セルの断面図を示している。それは、ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイ画素要素のアレイを有するディスプレイパネル（１）の上に設けられたレンチキュラーデバイス（２）を備える。レンチキュラーデバイス（２）は、液晶分子（９）を含む液晶媒体（８）を含む。液晶媒体（８）は２つの光学的に透明な基板（４、５）の間に挟まれており、これらの基板は、２つの平面スイッチング電極（６、７）の間に挟まれている。液晶媒体（８）は、２つのそれぞれの光学的に透明な基板（４、５）の第１の表面（４ａ）及び第２の表面（５ａ）に隣接している。レンチキュラーデバイス（２）は、第１のビューモード又は第２のビューモードを提供するように電気的に切り替え可能である。この切り替えは、手段（３）が設けられた２つの平面スイッチング電極（６、７）間にスイッチング電圧を印加することによって行われる。図１の液晶分子（９）は、図が示される平面に垂直なそれらの細長い方向を有する。図２の液晶分子（９）は、図が示される平面に平行なそれらの細長い方向を有する。

電位が存在しない場合、分子は第１及び第２の表面の液晶配向特性に従って平面スイッチング電極の平面内で配向し、第１のビューモードを画定する。十分に強い電位（「スイッチング電圧」）が印加されると、それらは、第２のビューモードを画定する、平面スイッチング電極の平面に垂直な、対応する電界と一致する配向に切り替わる。したがって、スイッチング電圧は、オートステレオスコピックディスプレイデバイスがその第２のビューモードに変化し、第２のビューモードに留まる電圧である。通常、第２のビューモードへの変更が行われる閾値電圧が存在する。したがって、スイッチング電圧は、原則として、この閾値電圧を超える任意の電圧である。

２つのビューモード間で電気的に切り換え可能なオートステレオスコピックディスプレイデバイスでは、１つの液晶配向から別の液晶配向への切り換えがある。これは、液晶媒体が受ける電界を変化させることによって生じる。液晶媒体のバルクはこの電界に従い、媒体を通して均一に発生する切り替えを起こす。しかしながら、これは、液晶媒体と液晶配向特性を有する表面との界面ではあまり当てはまらない。ここで、液晶分子は、アンカリング力（又は、固着力／anchoring force）の影響下（又は、フルエンス下で／under the fluence of）、それらを整列させる表面に固着される。それらは、実質的な配向の自由度を有さず、特に液晶分子の第１の層を有する。その結果、液晶分子が表面上及び表面の平面内に整列されるとき、液晶分子は、バルク部分よりも、表面に垂直な配向に切り替わりにくい。これは、固着の力に起因し、バルク（すなわち、表面からさらに離れた分子）は切り替えを行い、表面に隣接する小さな層は行わない状況をもたらす。本発明の文脈において、この層は「境界層」と呼ばれる。境界層はバルクへの不連続な移行（又は、遷移／transition）を有さないが、隣接する液晶分子はそれらの配向をバルクの配向に徐々に適合させると推定される。

境界層の存在は、表面に近い液晶媒体の屈折率がバルクの屈折率と異なるという効果を有する。これはは、液晶媒体の一部が液晶媒体を囲んでいる物質（典型的にはレンチキュラー要素及び第２の光学的に透明な基板）の屈折率と一致する屈折率を有し、別の部分が一致しない屈折率を有する状態を作り出すことができることを意味する。これは２つの状況、すなわち、１）境界層の屈折率が囲んでいる物質の屈折率と一致するが、バルクの屈折率は異なる、と、２）バルクの屈折率が囲んでいる物質の屈折率と一致するが、境界層の屈折率は異なる、に至る。

第１の状況は、囲んでいる物質を通って進むディスプレイ画素要素のディスプレイ出力（すなわち光）が、囲んでいる物質が実際よりもわずかに厚いということを「経験する」という効果を有する。これは光が特定の屈折率を有する媒体を通ってより長い距離を移動するからであり、言い換えれば、屈折に関する限り、光は囲んでいる物質と境界層との間の差異がないことを「見る」。

本発明は、モアレの低減のためにこの第１の状況を利用する。

第１に、囲んでいる物質（又はその一部）の表面上のナノレリーフ構造が導入される。この構造は、画素出力を散乱させ、モアレを低減させる。

第２に、散乱の程度は、境界層の厚さを増加させることによって制御することができる。境界層が薄い場合、ナノレリーフ構造は画素出力に対して非常に「可視」である。境界層が厚ければ厚いほど、ナノレリーフ構造はそれによって「浸漬」され、画素出力に対して「不可視」になる。これは上記で概説した効果、具体的には状況１）で生じる効果に起因する。ここで、ナノレリーフ構造の構造的特徴は同じ屈折率の媒体によって取り囲まれ、それはそれらの光散乱特性を効果的に奪う。

境界層の厚さは、スイッチング電圧を変化させることによって調整することができ、電圧（したがって、電界）が高いほど、表面の固着力に打ち勝つために、及び液晶分子が整列される表面に近い液晶分子の配向を切り替えるために誘発される力が高くなる。したがって、スイッチング電圧を変化させることによって、散乱の深刻さに影響を及ぼすことができる。

本発明者らは、適切な電界を印加することによってモアレの発生を減少させることができることを見出した。

理論的には、好ましい散乱が副作用として、クロストークが増大し得ることがさらに考えられる。クロストークとは、オートステレオスコピックディスプレイにおいて、左目を対象とするディスプレイ画素要素からの光の（小さい）部分が右目に到達する現象、又はその逆の現象を意味する。以下、本発明が、散乱によって生じるクロストークの最終的な発生をどのように解決することができるかについて説明する。

上述のように、境界層の厚さは、スイッチング電圧を変化させることによって調整することができる。これにより、画素出力の散乱の程度が変化し、モアレパターンに影響を与える。したがって、本発明によれば、両平面スイッチング電極間の電圧を適切に調整することによってモアレを低減することができる。したがって、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスの重要な要素は、このようなスイッチング電圧を両平面スイッチング電極に印加するための手段である。

一実施形態では、この手段（３）は、ナノレリーフ構造がディスプレイ出力を散乱させ、モアレを低減させることを可能にするスイッチング電圧を印加するように構成される。この実施形態では、この手段が、他のスイッチング電圧よりもモアレが少ないこと、及び／又はモアレ及び画質に関して最適に達していることが証明されているスイッチング電圧を備えて製造される。これは、典型的には工場設定（factory setting）であり、ディスプレイデバイスの全寿命の間同じままである。

別の実施形態では、上記手段は少なくとも２つの異なる大きさのスイッチング電圧を印加することができる。この実施形態では、モアレの最大の低減をもたらすスイッチング電圧を選択することが可能である。このように、本実施形態によれば、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの設定を最適化することができる。

これは、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造の一部として工場で実行されてもよい。わずかな程度の小さい（傾斜）偏差でもモアレを引き起こす可能性があるので、製造プロセスは通常、非常に小さい公差を有する。製造後にモアレの発生を改善することができる場合には、これらの公差を広げることができ、これは有利である。

また、製造中、レンチキュラーデバイスのパラメータ（例えば、ピッチ、傾斜）及びナノレリーフ構造パラメータはまず、大まかに正しいように選択され得る。次に、オートステレオスコピックディスプレイデバイスをその異なる構成要素から組み立てた後、適切なスイッチング電圧を設定することによって、製品ごとに、又は製品シリーズごとに、微調整を行うことができる。従来のオートステレオスコピックディスプレイデバイスでは設計及び製造において数回の反復サイクルが必要であるが、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスではこれらをスキップすることができる。

オートステレオスコピックディスプレイデバイスの設定の最適化は代替的に、典型的にはモアレパターンによって妨害されるときに、自らの裁量でデバイスの視聴者によって実行されてもよい。したがって、一実施形態では、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスがオートステレオスコピックディスプレイデバイスの視聴者がスイッチング電圧を調整することによってモアレを低減することを可能にするように設計される。

スイッチング電圧を印加するための手段が、異なる大きさの少なくとも２つのスイッチング電圧を印加することができる場合、それらの個数は通常、２よりも多く、例えば、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも７、又は少なくとも１０である。それはまた、少なくとも１５、少なくとも２５又は少なくとも５０であってもよい。それはまた、連続的に可変であってもよい。

ナノレリーフ構造は、第１の光学的に透明な基板のレンチキュラー要素の表面及び／又は第２の光学的に透明な基板の表面の表面レリーフである。このことは、ナノレリーフ構造がそれぞれの表面に重ね合わされる構造であることを意味する。第１の光学的に透明な基板の表面はレンチキュラー表面（すなわち、レンチキュラー要素の表面）であるので、ナノレリーフ構造は、このレンチキュラー表面上に重ね合わされる。同様に、第２の光学的に透明な基板の表面は平坦な表面であるので、ナノレリーフ構造はこの平坦な表面に重ね合わされる。これは本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）の液晶セルの断面図の一部の拡大を示す図３及び４に示されている（図１及び２はこのようなセルのより大きな部分を示すが、より詳細には示されていない）。図３及び４は、光学的に透明な基板（４、５）のそれぞれの上のナノレリーフ構造（１１）の断面を示す。

図３は、第１の光学的に透明な基板（４）上に重ね合わされたナノレリーフ構造（１１）の断面を示す。これは、第１の光学的に透明な基板（４）の（その細長い方向に垂直な）レンチキュラー要素の断面である。レンチキュラー断面の曲線に沿って、多数の隣接する谷部及び隆起部がある（それらの細長い方向に対して断面的に垂直にも見られる）。第１の光学的に透明な基板（４）の第１の表面（４ａ）は、谷部及び隆起部によって形成される。

図４は、第２の光学的に透明な基板（５）上に重ね合わされたナノレリーフ構造（１１）の断面を示す。第２の光学的に透明な基板（５）の真っ直ぐな断面に沿って、多数の隣接する谷部及び隆起部がある（それらの細長い方向に対して断面的に垂直に見られる）。第２の光学的に透明な基板（５）の第２の表面（５ａ）は、谷部及び隆起部によって形成される。

液晶媒体（８）は２つの光学的に透明な基板（４、５）の間に挟まれ、それらのそれぞれの表面（４ａ、５ａ）と接触しているので、ナノレリーフ構造は液晶媒体（８）に完全に浸漬される。これは、液晶分子（９）がナノレリーフ構造の谷部を完全に満たし、その結果、谷部及び隆起部の面がそれぞれの光学的に透明な基板（４又は５）と液晶媒体（８）との界面にあることを意味する。

ナノレリーフ構造は、ナノレリーフ構造がディスプレイ出力によって照明されるとき、例えばディスプレイ出力がそれを通過するとき（及びナノレリーフ構造が一部を形成するそれぞれの光学的に透明な基板を通過するとき）、ディスプレイ出力の散乱を引き起こす表面レリーフ寸法を有する。この設計要件は、液晶分子が２つの平面スイッチング電極に対して垂直に配向されるとき、ナノレリーフ構造（又はその一部）が、ナノレリーフ構造の屈折率（したがって、ナノレリーフ構造が一部を形成するそれぞれの光学的に透明な基板の屈折率）と一致しない屈折率を有する液晶媒体との界面を有する状況に依存する。これは、この垂直な配向（normal orientation）を有する液晶分子がナノレリーフ構造に含まれること、すなわち、それらがナノレリーフ構造の隆起部間の谷部に存在することを必要とする。言い換えれば、これは、境界層がナノレリーフ構造を完全には覆わず、したがって、ナノレリーフ構造の少なくとも一部（特にその隆起部）が液晶分子が２つの平面スイッチング電極に対して垂直に配向されている液晶媒体のバルク内に存在する状況に関する。このようにして、ナノレリーフ構造はディスプレイ出力に対して「可視」になり、したがって、ディスプレイ出力の散乱を引き起こす。

これは図５に可視化され、表面上の方向の関数としてのナノレリーフ構造（１１）の高さのグラフ（２０）を示す。左側では厚い境界層（１２）がグラフ（２０）上に重ね合わされ、右側では薄い境界層（１３）がグラフ（２０）上に重ね合わされる。厚い境界層（１２）中の液晶分子（１４）はナノレリーフ構造の「上方」にのみ存在し、一方、薄い境界層（１３）中の液晶分子（１５）は、ナノレリーフ構造（１１）のピーク（又は隆起部）の間にも存在する。

必要とされる散乱を真に達成するために、ナノレリーフ構造は、ディスプレイ出力の散乱のための適切な寸法を有する必要がある。当業者は日常的な実験によって、かつ本発明の努力を発揮することなく、そのようなナノレリーフ構造を作成し、実施する方法を知っている。

例えば、散乱を担う表面特徴は、通常、１～１．０００ｎｍの範囲、好ましくは１～５００ｎｍの範囲の少なくとも１つの寸法を有する。

通常、ナノレリーフ構造（したがって表面特徴）の高さは、１．０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下である。大きなレリーフ高さは、ある量の散乱に到達するために、レンズ上の厚い境界層を必要とする。この厚い境界層は、レンズに著しく加えられるので、事実上（effectively）レンズの変形をもたらす。レンズの変形は、好ましくは最小である（視界を損なうため、特にクロストーク）ので、ナノレリーフ構造（したがって表面特徴）の高さが制限されることが好ましい。

ナノレリーフ構造は好ましくは周期的ではなく、及び／又は規則的な構造を有さないが、それはこれがモアレパターンを生じ得るからである。

好ましくは、ナノレリーフ構造が実質的に平行な溝を含む。これらは、水平に配向された場合、それらが水平方向の散乱を最小限に抑えるという利点を提供する。これはまた、クロストークが水平方向の光の収差の結果であるので、散乱誘起されるクロストークを最小化する。クロストークとは、オートステレオスコピックディスプレイにおいて、左目を対象とするディスプレイ画素要素からの光の（小さい）部分が右目に到達する現象、又はその逆の現象、つまり水平偏差（horizontal deviation）という現象を意味する。クロストークは、経験される３次元ビューの品質を損なう。水平な溝は主に垂直方向に光を散乱させる特性を有し、クロストークは、垂直方向の散乱に対してほとんど感受性がない。したがって、溝が存在するとき、それらは、好ましくは水平に配向される（すなわち、観察者の視野内で左と右との間に延びる）。これは、この溝が、左画像と右画像とがずれている横方向、すなわち、オートステレオスコピックディスプレイデバイスが生成するように構成される左画像と右画像との横方向のずれによって設定される左右方向に、好ましくは平行に延びることを意味する。溝はまた、そのような横方向から３０°未満又は２０°未満、好ましくは１０°未満又は５°未満逸れる方向に延びてもよい。

オートステレオスコピックディスプレイデバイスは通常、長方形であり、通常、（縦方向ではなく）横方向に見られるので、溝方向は、通常、デバイスの細長い方向に対応する。この方向は理想的には観察者の瞳間方向、すなわち、両目を結ぶ仮想線の方向に対応する。実際には、視聴者がディスプレイデバイスに対して移動し、回転し、経時的な方向の変動をもたらす。

通常、溝の高さは１．０００ｎｍ以下である。好ましくは、高さが大きいほどレンズ変形が多くなるので、５００ｎｍ以下である（上記説明参照）。それらの幅は通常、５０～５．０００ｎｍの範囲である。それらの長さは、通常少なくとも１０μｍである。例えば、それは、１０～１０．０００μｍの範囲、又は２０～２．０００μｍの範囲である。

溝は好ましくは周期的ではなく、及び／又は規則的な構造を有さないが、それはこれがモアレパターンを生じ得るからである。それらの長さは原則として限定されないが、複数の非常に長い（及び平行な）溝もモアレ効果を生じ得ることが考えられる。

ナノレリーフ構造が溝として存在する場合、それらの方向によって画定される２つの表面特性、すなわち溝及び液晶配向が存在する。好ましい実施形態では、両方向が同じであるか、又は実質的に同じである。したがって、本発明によるオートステレオスコピックディスプレイデバイスにおいて、液晶配向特性は、実質的に平行な溝の方向に沿った方向に液晶分子を配向させる特性を含む。

しかしながら、ナノレリーフ構造は、特定の方向を選好することなく表面特徴を含むことも可能である。例えば、ナノレリーフ構造は、長さ、幅、及び高さを有する、ランダムな配向の表面特徴を含み、
－幅及び長さは、５０～５．０００ｎｍの範囲で互いに独立しており、
－高さは１～５００ｎｍの範囲であり、
－長さは幅の４倍以下である。

一般に、ナノレリーフ構造は、散乱ディスプレイ出力の５０％超、好ましくは８０％超、より好ましくは９０％超が、左画像及び右画像が変位する横方向、すなわち、オートステレオスコピックディスプレイデバイスが生成するように構成される左画像及び右画像の横方向変位によって設定される左右方向に垂直な方向に散乱されるように設計されることが好ましい。上記方向はまた、そのような横方向から３０°未満又は２０°未満、又は１０°未満又は５°未満ずれてもよい。この方向は理想的には観察者の瞳間方向、すなわち、両目を結ぶ仮想線の方向に垂直である。

オートステレオスコピックディスプレイデバイスは通常、矩形であり、通常、（縦方向ではなく）横方向に見られるので、散乱方向は、通常、デバイスの短い方向に対応する。

ナノレリーフ構造は、液晶媒体が挟まれる一方又は両方の表面上に存在する。したがって、本発明によるオートステレオスコピックディスプレイデバイスでは、
－ナノレリーフ構造は、第１の表面上に存在し、第２の表面上には存在しない、又は
－ナノレリーフ構造は、第２の表面上に存在し、第１の表面上には存在しない、又は
－ナノレリーフ構造は、第１の表面及び第２の表面上に存在する。

本発明はさらに、オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレを低減する方法に関し、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイスは上述したようなオートステレオスコピックディスプレイデバイスであり、前記方法は、モアレを低減するためにスイッチング電圧を修正することを含む。

この方法は基本的に、上述のような全ての実施形態を含む、上述のような本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスを利用する。

本発明の方法は、モアレを低減するためにスイッチング電圧を最適化することを含む。これは、典型的にはスイッチング電圧を修正すること、特にスイッチング電圧を増加させることを含む。これは、オートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造中に（典型的には主要構成要素の組み立て後に）、又は観察者によって実行されてもよい。モアレはカメラで捕捉することが困難であるため（これはカメラ記録にモアレを導入することさえある）、最適化は好ましくは手動で、すなわち人によって実行される。

一実施形態では、スイッチング電圧を最適化することは以下のステップのシーケンスを適用することを含む：
１）２つの平面スイッチング電極間の電圧を一定の大きさだけ増加させるステップ、その後
２）オートステレオスコピックディスプレイデバイスを観察し、モアレパターンを観察できるか否かをチェックするステップ、その後
３）モアレパターンが観察できた場合、それを低減することが望まれるかどうかを決定するステップ、その後
４）それを低減することが望まれる場合、モアレパターンがもはや観察され得なくなるまで、又は許容可能なモアレパターンが観察され得るまで、方法ステップ１）～４）を繰り返すステップ。

好ましくは、この方法ではクロストークの最終的な存在も考慮される。これは、クロストークが存在するかどうかがチェックされ、それを低減することが望まれるかどうかが決定される方法ステップによって実施することができる。

上述のように、モアレを低減する適切な電圧が、工場設定として、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスに組み込まれてもよい。したがって、本発明の方法は、本発明のオートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造中に使用することもできる。従って、本発明はさらに、オートステレオスコピックディスプレイデバイスを製造する方法に関し、前記方法は、
－上述のオートステレオスコピックディスプレイデバイスを提供することと、
－上記のような方法を実施することと、を含む。
＜実施例＞

非周期的なナノレリーフ構造を、一方向の機械的摩耗を用いて平らな銅片中に作り出した。この一方向性ナノレリーフ構造は図５のグラフ（２０）の構造（１１）によって表される。光重合性樹脂を銅のナノレリーフ構造の上に注ぎ、ＩＴＯガラスプレートを上に置き、続いてＵＶ硬化を行った。銅片から剥離した後、硬化樹脂を有するガラスプレートが得られ、硬化樹脂上に一方向性ナノレリーフ構造が存在した。

ラビングされた（rubbed）ポリイミド被覆ガラスプレートが提供され、ポリイミドとガラスとの間にＩＴＯガラスプレートが挟まれた。

次に、ナノレリーフガラスプレート及びラビングされたポリイミド被覆ガラスプレートを使用することによって、ねじれネマチック液晶セルを調製し、ここで、ナノレリーフ構造はラビングされたポリイミド側に面した。セルはねじれネマチック液晶で満たしたキャピラリ（又は、毛細管／capillary）で、接着剤で閉じた。ワイヤを取り付けた後、高温で硬化工程を行った。

次に、図７に示すようにセットアップを行った。レーザポインタ（２２）の光（２１）を液晶セル（２３）を通して透過させ、退出光（egressing light）（２４）を紙片（２５）に投射して観察者（２６）に見えるようにした。一方向性ナノレリーフ構造は図７の平面に垂直に向けられた。スイッチング電圧を印加するための手段（２７）が存在し、液晶セル（２３）に連続的に可変の電圧を印加することができる。印加電圧を示す電圧計（図示せず）もまた、観察者（２６）に見える。電圧に応じて、退出光（２４）の一部は散乱光２４ａであり、これも紙（２５）上に投影される。

ゼロから３０Ｖまでゆっくりと増加させた電圧を印加することによって、液晶セル上に電界を印加した。約１１Ｖまで、紙（２５）上の退出光（２４）の投射は鮮明であり、これは、レーザー光（２１）が屈折／散乱されなかったことを意味する。約１１Ｖにおいて、レーザー光（２１）は、一方向性ナノレリーフ構造に対して垂直に屈折し始める。この効果は、約１８Ｖまで強められ、その後、一定のままであった。図６の６枚の写真には電圧上昇時の様々な段階が表示されている。実際に印加された電圧の表示は各写真の前面にあり、背景に紙片（２５）が存在する。

Claims (14)

1. 第１のビューモードから第２のビューモードに電気的に切り替え可能なオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）であって、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）は、
   －ディスプレイ出力を生成するためのディスプレイ画素要素のアレイを有するディスプレイパネル（１）と、
   －前記第１のビューモード又は前記第２のビューモードを提供するように電気的に切り替え可能な前記ディスプレイパネル（１）の上に設けられたレンチキュラーデバイス（２）であって、前記２つのビューモードのうちの１つにおいて、前記レンチキュラーデバイス（２）は、左画像及び右画像から構成されるオートステレオスコピック画像の表示を可能にするように、異なるディスプレイ画素要素からの前記ディスプレイ出力を、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）の視野内の異なる空間位置に向けることが可能なレンチキュラーレンズ領域を備え、前記レンチキュラーデバイス（２）は、
   〇レンチキュラー要素のアレイを含む第１の光学的に透明な基板（４）であって、前記レンチキュラー要素は、液晶配向特性を有する第１の表面（４ａ）を有する、該第１の光学的に基板（４）と、
   〇液晶配向特性を有する第２の表面（５ａ）を有する第２の光学的に透明な基板（５）であって、前記第１の表面（４ａ）と前記第２の表面（５ａ）は互いに面する、該第２の光学的に透明な基板（５）と、
   〇前記第１の光学的に透明な基板（４）の側に配置された第１の平面スイッチング電極（６）と、
   〇前記第２の光学的に透明な基板（５）の側に配置された第２の平面スイッチング電極（７）と、
   〇液晶分子（９）を含む液晶媒体（８）であって、前記液晶媒体（８）は前記２つの光学的に透明な基板（４、５）の間に挟まれており、前記第１の表面（４ａ）及び前記第２の表面（５ａ）と接触しており、
   １．前記第１のビューモードでは、前記液晶分子（９）が前記平面スイッチング電極（６、７）の平面内にあり、
   ２．前記第２のビューモードでは、前記液晶分子（９）が前記２つの平面スイッチング電極（６、７）に対して垂直に配向される、該液晶媒体（８）と、を含む、該レンチキュラーデバイス（２）と、
   －前記第１のビューモードから前記第２のビューモードへの切り替えを行うために、両方の平面スイッチング電極（６、７）間にスイッチング電圧を印加するための手段（３）と、を含み、
   ナノレリーフ構造（１１）が、
   －前記第１の光学的に透明な基板（４）の前記レンチキュラー要素の前記第１の表面（４ａ）上に、及び／又は
   －前記第２の光学的に透明な基板（５）の前記第２の表面（５ａ）上に、存在し、
   前記ナノレリーフ構造（１１）は、
   －隆起部間に谷部を含み、前記谷部は前記液晶媒体（８）の液晶分子（９）で満たされており、
   －前記ディスプレイ出力によって照明されるとき、及び、前記ナノレリーフ構造（１１）の前記谷部に含まれる前記液晶分子（９）が前記ナノレリーフ構造（１１）の屈折率とは異なる屈折率を前記谷部内の前記液晶媒体（８）に提供する配向を有するとき、ディスプレイ出力を散乱させることができる、オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
2. スイッチング電圧を印加するための前記手段（３）は、前記ナノレリーフ構造が前記ディスプレイ出力の散乱及びモアレの低減を引き起こすことを可能にするスイッチング電圧を印加するように設計される、請求項１に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
3. スイッチング電圧を印加するための前記手段（３）は、少なくとも２つの異なる大きさのスイッチング電圧を印加することができる、請求項１又は２に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
4. 前記オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）の視聴者が、前記スイッチング電圧を調整することによってモアレを低減することを可能にするように設計される、請求項１～３のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
5. 前記ナノレリーフ構造は、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）が生成するように構成された前記左画像及び前記右画像が変位される横方向に平行な方向に、又は前記横方向から１０°未満逸れる方向に、実質的に平行な溝を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
6. 前記溝は、１～１．０００ｎｍの範囲の高さ及び５０～５．０００ｎｍの範囲の幅を有する、請求項５に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
7. 前記液晶配向特性が、前記実質的に平行な溝の方向に沿った方向に液晶分子を配向させる特性を含む、請求項５又は６に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
8. 前記ナノレリーフ構造は、長さ、幅、及び高さを有する、ランダムな配向の表面特徴を含み、
   －前記幅及び前記長さは、互いに独立して、５０～５．０００ｎｍの範囲であり、
   －前記高さは、１～５００ｎｍの範囲内であり、
   －前記長さは、前記幅の４倍以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
9. 前記ナノレリーフ構造は、前記散乱ディスプレイ出力の５０％超、好ましくは８０％超が、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）が生成するように構成された前記左画像及び前記右画像が変位される横方向に垂直な方向に、又は前記横方向から１０°未満逸れる方向に散乱されるように設計される、請求項１～８のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
10. －前記ナノレリーフ構造は、前記第１の表面（４ａ）上に存在し、前記第２の表面（５ａ）上には存在しない、又は
    －前記ナノレリーフ構造は、前記第２の表面（５ａ）上に存在し、前記第１の表面（４ａ）上には存在しない、又は
    －前記ナノレリーフ構造は、前記第１の表面（４ａ）及び前記第２の表面（５ａ）上に存在する、請求項１～９のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
11. 前記ナノレリーフ構造は周期的ではなく、及び／又は規則的な構造を有さない、請求項１～１０のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）。
12. オートステレオスコピックディスプレイデバイスにおけるモアレを低減する方法であって、前記オートステレオスコピックディスプレイデバイスが、請求項１～１１のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイス（１０）であり、前記方法は、モアレを低減するために前記スイッチング電圧を修正することを含む方法。
13. 前記スイッチング電圧を修正することは、
    １）前記２つの平面スイッチング電極間の電圧を増加させるステップ、その後
    ２）前記オートステレオスコピックディスプレイを観察し、モアレパターンが観察できるか否かをチェックするステップ、その後
    ３）モアレパターンが観察できる場合、それを低減することが望まれるかどうかを決定するステップ、その後
    ４）それを低減することが望まれる場合、モアレパターンがもはや観察され得なくなるまで、又は許容可能なモアレパターンが観察され得るまで、方法ステップ１）～４）を繰り返すステップ、
    を順次実施することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. オートステレオスコピックディスプレイデバイスの製造方法であって、前記方法は、
    －請求項１～１１のいずれか一項に記載のオートステレオスコピックディスプレイデバイスを提供するステップと、その後
    －請求項１２又は１３に記載の方法を実行するステップ、を含む方法。

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