JP2000004454A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影スクリーン上の画像を鮮明な立体画像と
して視認することができるとともに、表示画像における
ちらつきの発生を防止することができる立体表示装置を
提供する。 【解決手段】 左眼用画像と右眼用画像の時分割による
切り換えと同期して動作する液晶シャッター３を備え、
この液晶シャッター３は、投影スクリーン５と投射型表
示装置２との間に配設され、投射型表示装置側に位置す
る偏光板３ａおよび投影スクリーン側に位置する電界応
答を示すスメクチック液晶からなる液晶パネル３ｂを有
した構成としてある。そして、前記各画像の切り換えと
同期して駆動する液晶シャッター３の応答時間を、前記
投射型表示装置における一フレーム時間の１／５以下と
なるようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右両眼の視差を
利用することにより立体画像として視認可能な立体表示
装置に関する。この立体表示装置は、例えばコンピュー
タの端末表示として、ＣＡＤ・ＣＡＭ等の立体視化，イ
ンターネット情報の立体視化，コンピュータゲームの立
体視化や医療・芸術分野での立体表示等に応用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータを中心と
した情報端末の発達およびインターネットに代表される
情報ネットワークの発達によって個人が扱う情報量が増
加してきており、これに伴いその内容をより精密で立体
的に表現することができる表示装置の出現が強く要望さ
れている。このうち高精細化への要求に対しては、ＬＣ
Ｄ，ＥＬ，ＣＲＴおよびＰＤＰ等の各種表示素子におい
て種々の改良が進んでいる。

【０００３】一方、立体視化への要求に対しては、例え
ば液晶シャッターを用いることによりそれが実現してい
る。すなわち、この液晶シャッターを用いると、表示画
像を時分割することより、左眼には左眼用画像、右眼に
は右眼用画像のみを視認することになり、結果として表
示画像が立体的に視認される。

【０００４】従来、この種の液晶シャッターを有する立
体表示装置には、例えば特開平９−１３８３７１号公報
に「偏光メガネ式立体映像表示装置」として開示された
ものが採用されている。これは、光源から出射される光
の偏光方向を揃える偏光板と、この偏光板を透過する光
の偏光方向を時分割で回転させる液晶パネルと、この液
晶パネルの回転に応じて左眼用画像と右眼用画像を表示
する画像表示装置と、この画像表示装置による画像を投
射する投射レンズと、この投射レンズを透過する画像が
投影されるスクリーンと、このスクリーン上の左眼用画
像と右眼用画像を視認するための偏光眼鏡とを備えたも
のである。

【０００５】このような立体表示装置においては、次に
示すようにして立体画像が視認される。すなわち、先ず
光源から出射される光の偏光方向を揃え、次にこの偏光
方向を時分割で回転させてスクリーン上に左眼用画像と
右眼用画像を表示した後、偏光眼鏡を通してスクリーン
上の投影画像を立体画像として視認する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の立体
表示装置においては、液晶パネルを構成する液晶セルと
して通常ねじれネマチック（ＴＮ）型液晶セルが用いら
れており、このため応答速度を遅くしていた。この結
果、左眼用画像と右眼用画像の分離が悪くなり、鮮明な
立体画像として視認することができないという問題があ
った。また、応答速度が遅いことは、画像表示装置のフ
レーム周波数が低くなり、表示画像においてちらつきが
発生していた。なお、特開昭６１−２２７４９８号公報
および特公平５−７８０１７号公報にそれぞれ「立体テ
レビジョン」と「擬似立体表示システム」として先行技
術が開示されているが、前述した課題は解決されていな
い。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、電界に対する応答がきわめて高速である特性を
スメクチック液晶がもつことに着目し、このスメクチッ
ク液晶を有する液晶シャッターと左右画像を時分割で交
互に投影スクリーン上に表示する投射型表示装置とを用
いることにより、投影スクリーン上に投影された画像を
鮮明な立体画像として視認することができるとともに、
表示画像におけるちらつきの発生を防止することができ
る立体表示装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の立体表示装置は、左眼用画
像と右眼用画像の時分割による切り換えと同期して液晶
シャッターを動作させ、この液晶シャッターを透過した
投射型表示装置からの各画像を投影スクリーン上に表示
し、この表示画像を偏光が左右で互いに異なる偏光眼鏡
によって立体画像として視認可能な立体表示装置であっ
て、液晶シャッターは投影スクリーンと投射型表示装置
との間に配設され投射型表示装置側に位置する偏光板お
よび投影スクリーン側に位置する液晶パネルを有し、こ
のうち液晶パネルの液晶セルを構成する液晶は、電界応
答を示すスメクチック液晶からなる構成としてある。投
射型表示装置は、左右の画像を高速に表示するため、高
速応答可能な方式のプロジェクターであることが好まし
い。具体的には、光源としてＣＲＴを用いたものや、高
速応答可能な液晶プロジェクター等がある。

【０００９】投射型表示装置の画像ソースとしては、左
眼用画像と右眼画像が交互に供給されるフィールドシー
ケンシャル方式の画像ソースを用いることが好ましい。
具体例としては、例えば予め左右各画像が交互に記録さ
れているビデオテープ等が挙げるられる。また、二つの
媒体にそれぞれ記録されている左右画像をフィールドス
イッチャーによって左右交互のフィールドシーケンシャ
ル信号に変換して用いてもよい。投射型表示装置の画像
切り換え速度は、視認者がちらつき感をもたない程度に
高速であることが好ましい。具体的には、フレーム周波
数を６０Ｈｚ以上に設定する。特に好ましくは、９０Ｈ
ｚ以上と設定することで、ちらつきを感じなくなる。

【００１０】液晶シャッターは、印加電圧の符号を切り
換えることにより、偏光状態を二状態に切り換える機能
を果たす。液晶シャッターの液晶パネルは、スクリーン
側に配置される。液晶パネルを構成する液晶セルとし
て、スメクチック液晶セルを使用した場合、応答速度が
高くなる。偏光板は、投射型表示装置側に配置される。
偏光板としては、投射型表示装置からの投射光を直線偏
光にする直線偏光板を用いる。

【００１１】投影スクリーンは、スクリーン上に投射光
を映し出せるものならいかなるものでもよい。良質の立
体画像を得るためには、投射光の偏光状態を変化させず
に反射するものが好ましい。これは、スクリーン反射面
の凹凸が比較的大きなもので達成されるが、市販品の中
から適宜選択することが可能である。

【００１２】偏光眼鏡としては、通常の直線偏光板を用
いる。これにより、左眼用画像と右眼用画像が分離する
ので、偏光軸としては左右偏光板で異なる方向とする。
偏光眼鏡の左右で偏光軸が互いに９０°異なる場合、分
離性が最もよい。各偏光板は、通常の黒色タイプ（ニュ
ートラル型）が好ましく、市販品の中から適宜選択する
ことができる。

【００１３】請求項２記載の発明は、本発明の請求項１
記載の立体表示装置において、液晶セルが、強誘電性液
晶セル，反強誘電性液晶セルおよび電界誘起チルトを示
すカイラルスメクチックＡ液晶セルのうちいずれかの液
晶セルである構成としてある。液晶としては、強誘電性
液晶を用いることが好ましく、これにより高速応答が可
能となり、動画表示にも容易に対応させることができ
る。

【００１４】強誘電性液晶としては、次に示す具体例
（ａ）〜（ｌ）を挙げることができる。 （１）アクリレート主鎖系高分子液晶

【００１５】

【化１】

【００１６】

【化２】

【００１７】（ｂ）メタクリレート主鎖系高分子液晶

【００１８】

【化３】

【００１９】

【化４】

【００２０】（ｃ）クロロアクリレート主鎖系高分子液
晶

【００２１】

【化５】

【００２２】（ｄ）オキシラン主鎖系高分子液晶

【００２３】

【化６】

【００２４】（ｅ）シロキサン主鎖系高分子液晶

【００２５】

【化７】

【００２６】（ｆ）エステル主鎖系高分子液晶

【００２７】

【化８】

【００２８】

【化９】

【００２９】

【化１０】

【００３０】（ｇ）シロキサン−オレフィン主鎖系高分
子液晶

【００３１】

【化１１】

【００３２】

【化１２】

【００３３】（ｈ）シッフ塩基系強誘電性低分子液晶

【００３４】

【化１３】

【００３５】

【化１４】

【００３６】

【化１５】

【００３７】

【化１６】

【００３８】（ｉ）アゾおよびアゾキシ系強誘電性低分
子液晶

【００３９】

【化１７】

【００４０】

【化１８】

【００４１】（ｊ）ビフェニルおよびアロマティックス
エステル系強誘電性低分子液晶

【００４２】

【化１９】

【００４３】

【化２０】

【００４４】（ｋ）ハロゲン，シアノ基等の環置換基を
導入した強誘電性低分子液晶

【００４５】

【化２１】

【００４６】

【化２２】

【００４７】

【化２３】

【００４８】（ｌ）複素環を有する強誘電性低分子液晶

【００４９】

【化２４】

【００５０】

【化２５】

【００５１】なお、これら（ｈ）〜（ｌ）の化合物は強
誘電性低分子液晶の代表的なものであり、本発明の強誘
電性低分子液晶はこれらの液晶に限定されるものではな
く、通常の市販品等を利用してもよい。

【００５２】強誘電性高分子液晶の繰り返し単位は、側
鎖の骨格がビフェニル骨格，フェニルベンゾエート骨
格，ビフェニルベンゾエート骨格，フェニル４−フェニ
ルベンゾエート骨格で置き換えられてもよい。また、こ
れら骨格中のベンゼン環のピリミジン環，ピリジン環，
ピリタジン環，ピラジン環，テトラジン環，シクロヘキ
サン環，ジオキサン環，ジオキサポリナン環による置
換、フッ素，塩素等のハロゲン基またはシアノ基による
置換、１−メチルアルキル基、２−フルオロアルキル
基，２−クロロアルキル基，２−クロロ−３−メチルア
ルキル基，２−トリフルオロメチルアルキル基，１−ア
ルコキシカルボニルエチル基，２−アルコキシ−１−メ
チルエチル基，２−アルコキシプロピル基、２−クロロ
−１−メチルアルキル基，２−アルコキシカルボニル−
１−トリフルオロメチルプロピル基等の光学活性基によ
る置換も可能である。

【００５３】前記強誘電性高分子液晶のメチレン鎖長が
炭素数換算で２〜３０の範囲で変化してもよい。強誘電
性高分子液晶の数平均分子量は、１，０００〜２００，
０００のものが好ましい。液晶セルは、強誘電性液晶が
二枚の電極付き基板によって挟持されたものである。基
板としては通常のガラスのほか、好ましくは大型化に有
利なプラスチックフィルムを用いる。

【００５４】プラスチックフィルム基板の材質として
は、例えば一軸または二軸延伸ポリエチレンテレフタレ
ート等の結晶性ポリマー、ポリスルホン，ポリエーテル
スルホン，ポリアリレート等の非結晶性ポリマー、ポリ
エチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリカ
ーボネート、ナイロン等のポリアミドを挙げることがで
きる。これらの中でも、特に一軸延伸ポリエチレンテレ
フタレート，ポリエーテルスルホンあるいはポリカーボ
ネート等が好ましい。各プラスチックフィルム基板の材
質は、互いに同じものであっても、また異なるものであ
ってもよいが、両プラスチックフィルム基板のうち少な
くとも一方の基板を光学的に透明なものとし、この基板
上に透明な電極を設けて使用することが好ましい。

【００５５】液晶セルの基板としてプラスチックフィル
ム基板を使用することにより、ガラスを使用する場合と
比べて液晶シャッターの軽量化が図れ、しかも可撓性が
あるため、衝撃によってガラス基板のように割れること
がなく、安全性が確保される。また、プラスチックフィ
ルム基板を用いた液晶セルの製造は、長尺の一方の基板
フィルムに連続的に液晶を塗工し、これに他方の基板を
貼り付けること（ラミネート）により行われる。したが
って、従来のガラスセルで行われている真空注入法を使
用した製造方法と比べてセルの大型化が容易になり、生
産性にすぐれた製造方法が得られる。この結果、従来の
液晶セルでは技術面およびコスト面で実用化が困難であ
った１４インチ以上の大きさの大型セルも容易に実現す
ることができる。

【００５６】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の立体表示装置において、各画像の切り換えと同期して
駆動する液晶セルの応答時間を、投射型表示装置におけ
る一フレーム時間（各画像の表示時間）の１／５以下と
なるような大きさとしてある。液晶セルの応答時間が投
射型表示装置における一フレーム時間の１／５以下とな
るようにする制御は、シャッター駆動回路から投射型表
示装置の画像切り換えと同期して液晶シャッター（液晶
セル）に供給する駆動電圧をの大きさおよび／または時
間を制御することにより行う。ここで、画像表示の切り
換えと同期して駆動電圧を発生させる方法としては、例
えば、ビデオ信号から直接取り出す公知の方法を採用す
ることができる。また、液晶セルとしてスメクチック液
晶を用いる本発明においては、同期信号をプラスマイナ
スの信号に変換して液晶セルの駆動電圧とする。そし
て、これら駆動電圧の発生及びこの駆動電圧の大きさ、
発生時間の調整も公知の一般的な方法で実現することが
できる。なお、液晶セルの応答時間が、投射型表示装置
の一フレーム時間の１／５より大きくなると、左眼用画
像と右眼用画像の分離が悪くなるとともに、投射型表示
装置のフレーム周波数を高く設定できなくなる。

【００５７】請求項４の発明は、請求項１，２または３
記載の立体表示装置において、前記投射型表示装置と前
記液晶セル間の距離、および前記投射型表示装置の表示
光の強さの少なくとも一方を変えることによって、前記
液晶セルのセル温度を制御する構成としてある。投射型
表示装置の画像切り換えと同期して液晶シャッターが駆
動するが、この場合スメクチック液晶セルの応答時間が
温度に大きく依存する。すなわち、スメクチック液晶セ
ルのセル温度が室温〜６０℃程度になると、低電圧駆動
で高速応答が可能となる。したがって、投射型表示装置
の投射光（表示光）利用して、スメクチック液晶セルの
セル温度が高速応答に対応する室温〜６０℃程度まで上
昇するように温度制御が行われる。この場合、セル温度
が６０℃より過度に上昇した場合にはセルの劣化を防止
するため赤外吸収フィルターによって温度調整する。

【００５８】なお、この温度制御は、投射型表示装置と
液晶セル（液晶シャッター）の間の距離を変えて調整す
る方法、および、投射型表示装置から投射する表示光の
パワーを調整する方法を単独又は組み合わせて使用する
ことができる。また、温度制御機能付きのヒータ等他の
発熱装置を用いて行うことも可能である。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図面を参照して説明する。図１は本発明の第一実施形態
に係る立体表示装置を示す斜視図である。同図におい
て、符号１で示す立体表示装置は、投射型表示装置２と
液晶シャッター３とシャッター駆動回路４と投影スクリ
ーン５と偏光眼鏡６とを備えている。投射型表示装置２
は、左眼用画像と右眼用画像を交互に供給する単一の液
晶プロジェクターからなり、左眼用画像と右眼用画像を
投影スクリーン５上に時分割で交互に表示する。これに
より、投射型表示装置２から表示光が投影スクリーン５
に向かって投射される。

【００６０】液晶シャッター３は、偏光板３ａおよび液
晶パネル３ｂを有している。偏光板３ａは、投射型表示
装置２からの投射光を直線偏光にする偏光板からなり、
投射型表示装置側に配置されている。液晶パネル３ｂ
は、スメクチック液晶セルを有する液晶パネルからな
り、投影スクリーン側に配置されている。スメクチック
液晶セルの液晶は、アクリレート主鎖系高分子液晶，メ
タクリレート主鎖系高分子液晶あるいはクロロアクリレ
ート主鎖系高分子液晶等の強誘電性液晶からなり、二枚
の樹脂フィルム基板によって挟持されている。これによ
り、液晶セルの応答速度が高められる。

【００６１】樹脂フィルム基板の材質は、一軸または二
軸延伸ポリエチレンテレフタレート，ポリスルホンある
いはポリエーテルスルホン等である。各樹脂フィルム基
板には、液晶駆動用電極群が形成されている。これら電
極群の材料としては、導電性を有する材料であれば特に
制限はないが、少なくとも一方の電極には導電性および
透明性の両性質を有する材料を用いることが好ましい。
具体的には、例えば酸化インジウムまたは酸化インジウ
ムと酸化錫との混合物からなるＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ
ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）膜等の透明電極の使用が好まし
い。樹脂フィルム基板上に液晶駆動用電極を形成する方
法については特に制限はなく、従来から公知の蒸着ある
いはスパッタリング等の方法によって形成することがで
きる。

【００６２】シャッター駆動回路４は、投射型表示装置
２および液晶シャッター３（液晶パネル３ｂ）に接続さ
れている。これにより、投射型表示装置２の左右各画像
の切り換えと同期して切り換え信号が液晶パネル３ｂに
供給される。この場合、液晶パネル３ｂに対する駆動電
圧は、液晶パネル３ｂにおける液晶セルの応答時間が投
射型表示装置２における一フレーム時間の１／５以下と
なるような大きさとする。これにより、左眼用画像と右
眼用画像の分離が良好になるとともに、投射型表示装置
２のフレーム周波数をちらつき（フリッカー）が感じら
れない程度に高く設定できる。

【００６３】投影スクリーン５は、投射型表示装置２の
投射側に液晶シャッター３を介して配設されている。投
影スクリーン５上には、左眼用画像と右眼用画像が時分
割で交互に表示される。偏光眼鏡６は、液晶パネル３ｂ
の液晶セルの各偏光方向に対応する偏光方向となる左右
二つの偏光板６ａ，６ｂを有している。これにより、視
認者が偏光眼鏡６を掛けて投影スクリーン５を視認する
と、この投影スクリーン６上に時分割で交互に表示され
た左眼用画像および右眼用画像をそれぞれ左眼と右眼で
視認されるため、擬似的に立体画像を認識することがで
きる。

【００６４】

【実施例】［実施例１］前記した実施形態において、具
体的条件を次の通りとして本実施例に係る立体表示装置
を作成した。化学式２６の構造と数式１の相転移温度を
有する低分子の強誘電性液晶９５重量部，数平均分子量
３０００のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）４８
重量部および粒径２．２μｍの球状シリカスペーサ０．
２重量部を２０質量％含有するジクロメタン溶液を調製
し、この溶液をＩＴＯ電極付きポリエーテルスルホン
（ＰＥＳ）フィルム基板（住友ベークライト株式会社Ｆ
ＳＴ）のＩＴＯ電極面側にグラビアコーターで塗工し
た。

【００６５】

【化２６】

【００６６】

【数１】

【００６７】溶媒を乾燥させた直後の前記基板と、同種
の基板とを一対のラミネートロールを用いてラミネート
し、２１０ｍｍ×２８０ｍｍのサイズに切り出した。こ
の液晶パネルの両電極間の距離は２．２μｍであった。
次に、両基板の電極間に±４０Ｖ，２０Ｈｚの矩形波電
圧を印加しながら、パネル全体に一様なたわみ変形によ
る微小なせん断を与えて一軸水平配向処理を行った。そ
して、この液晶セルを含む液晶パネル３ｂを作製し、こ
の液晶パネル３ｂおよび偏光板３ａによって液晶シャッ
ター３を構成した。

【００６８】本立体表示装置２において、液晶の傾き角
θは室温で約３０°なので、液晶シャッター３の偏光板
３ｂの偏光軸は３０°傾けた方向とした。また、偏光眼
鏡６は右眼側の偏光板６ｂを偏光板３ａと同方向、左眼
側の偏光板６ａをそれと９０°なすような方向に偏光軸
を合わせた。これら偏光板６ａ，６ｂはいずれもサンリ
ッツ製の黒色偏光板９２−１８を用いた。本実施例によ
れば、室温下において、パーソナルコンピュータを用
い、投射型表示装置２と液晶シャッター３とを同期さ
せ、かつ、液晶セルの応答時間を前記投射型表示装置に
おける一フレーム時間の１／５で駆動させたところ、偏
光眼鏡６を通して擬似的な立体画像を認識することがで
きた。

【００６９】［実施例２］さらに、投射光（表示光）が
１２００Ｗの投射型表示装置を用い、液晶シャッタを１
０ｃｍ離して配置し、セル温度が４０℃〜５０℃に管理
された液晶セルを用い、その他の材料や製造条件を実施
例１と同様にして立体表示装置１を作製した。本実施例
に係る液晶セルの応答時間を測定したところ、投射型表
示装置２における一フレーム時間の１／５以下となり、
応答速度を一層高めることができた。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
晶シャッターは投影スクリーンと投射型表示装置との間
に配設され投射型表示装置側に位置する偏光板および投
影スクリーン側に位置する液晶パネルを有し、このうち
液晶パネルの液晶セルを構成する液晶は、電界応答を示
すスメクチック液晶からなるので、応答速度が高められ
る。したがって、左眼用画像と右眼用画像の良好な分離
性を得ることができるから、鮮明な立体画像として視認
することができる。また、応答速度が高められること
は、画像表示装置のフレーム周波数が高くなるから、表
示画像におけるちらつきの発生を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る立体表示装置を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 立体表示装置 ２ 投射型表示装置 ３ 液晶シャッター ３ａ 偏光板 ３ｂ 液晶パネル ４ シャッター駆動回路 ５ 投影スクリーン ６ 偏光眼鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA07 EA12 GA04 HA18 JA17 JA20 MA01 MA10 5C061 AA01 AA02 AA11 AB11 AB16 AB17 AB24 5G435 AA00 AA12 BB12 BB17 CC11 DD02 DD04 FF05 GG46

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左眼用画像と右眼用画像の時分割による
   切り換えと同期して液晶シャッターを動作させ、この液
   晶シャッターを透過した投射型表示装置からの各画像を
   投影スクリーン上に表示し、この表示画像を偏光が左右
   で互いに異なる偏光眼鏡によって立体画像として視認可
   能な立体表示装置であって、 前記液晶シャッターは、前記投影スクリーンと前記投射
   型表示装置との間に配設され、投射型表示装置側に位置
   する偏光板および投影スクリーン側に位置する液晶パネ
   ルを有し、 このうち液晶パネルの液晶セルを構成する液晶は、電界
   応答を示すスメクチック液晶からなることを特徴とする
   立体表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶セルが、強誘電性液晶セル，反
   強誘電性液晶セルおよび電界誘起チルトを示すカイラル
   スメクチックＡ液晶セルのうちいずれかの液晶セルであ
   ることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
3. 【請求項３】 前記各画像の切り換えと同期して駆動す
   る液晶セルの応答時間を、前記投射型表示装置における
   一フレーム時間の１／５以下となるような大きさとした
   ことを特徴とする請求項１または２記載の立体表示装
   置。
4. 【請求項４】 前記投射型表示装置と前記液晶セル間の
   距離、および前記投射型表示装置の表示光の強さの少な
   くとも一方を変えることによって、前記液晶セルのセル
   温度を制御することを特徴とする請求項１，２または３
   記載の立体表示装置。