JP2001311950A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

ヘッドマウントディスプレイ

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JP2001311950A
JP2001311950A JP2000127571A JP2000127571A JP2001311950A JP 2001311950 A JP2001311950 A JP 2001311950A JP 2000127571 A JP2000127571 A JP 2000127571A JP 2000127571 A JP2000127571 A JP 2000127571A JP 2001311950 A JP2001311950 A JP 2001311950A
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Japan
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liquid crystal
crystal display
contrast
alignment film
substrate
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JP2000127571A
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English (en)
Inventor
Toshiyasu Eguchi
稔康 江口
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラストや色度の視野角依存性を低減し
たヘッドマウントディスプレイを提供する。 【解決手段】 第1配向膜9が形成された基板6Aと,
この基板6Aに対向配置され、第2配向膜12とからな
る透明基板10とを所定の間隔を有して、第1配向膜9
と第2配向膜12とが互いに対向するようにして対向配
置させ、この所定の間隔に注入された液晶層13とから
なる左右眼用液晶表示素子1、2を用いたヘッドマウン
トディスプレイにおいて、左眼用液晶表示素子1の第1
配向膜9又は第2配向膜12の配向方向と右眼用液晶表
示素子2の第1配向膜9、又は第2配向膜12の配向方
向とを、それぞれに対応して幾何学的に対称にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、頭に装着した状態
でビデオやテレビ等の映像を見るヘッドマウントディス
プレイに関する。
【0002】
【従来の技術】頭に装着してレンズ等により拡大して画
像を見るヘッドマウントディスプレイにはCRTや液晶
表示素子等が用いられている。特に、小型軽量化が可能
なことから、液晶表示素子が用いられている。この液晶
表示素子には、透過型と反射型があるが、これらの液晶
表示素子を用いた場合のヘッドマウントディスプレイに
ついて図3乃至図5を用いて説明する。図3は、ヘッド
マウントディスプレイを示す概略図であり、(A)は反
射型液晶表示素子の場合、(B)は透過型液晶表示素子
の場合である。まず始めに、反射型液晶表示素子を用い
たヘッドマウントディスプレイについて図3(A)を参
照して説明する。図3(A)に示すように、反射型液晶
表示素子を用いたヘッドマウントディスプレイは、図示
しない光源から出射される読出し光を光変調した後、反
射して出射する左右眼用の第1、第2反射型液晶表示素
子1、2と、この第1、第2反射型液晶表示素子1、2
から反射された読出し光を左右眼に集光するレンズ3、
3とからなる。
【0003】第1、第2反射型液晶表示素子1、2は、
以下の構成を有している。第1、第2反射型液晶表示素
子1、2の構成は、同様であるので、第1反射型液晶表
示素子1についてだけ説明する。図4は、反射型液晶表
示素子を示す断面図である。図4に示すように、シリコ
ン基板6A上には、画像情報を書き込む駆動回路7と、
この駆動回路7によって選択的に制御駆動される画素電
極をマトリクス状に規則的に配列せしめた金属製の反射
型画素電極層8Aと、第1配向膜9とが順次形成されて
いる。一方、透明基板10には、透明電極11と第2配
向膜12とが順次形成されている。
【0004】更に、所定の間隙を有して第1配向膜9と
第2配向膜12とを互いに対向配置させ、シリコン基板
6Aと透明ガラス基板10とを貼り合わせ、この間隙に
液晶層13が注入された構成を有している。液晶層13
は、通常、液晶分子がシリコン基板6Aに対して垂直又
は水平に配向されたネマティック液晶が用いられる。
【0005】次に、この反射型液晶表示素子1、2を用
いたヘッドマウントディスプレイの動作について説明す
る。第1、第2反射型液晶表示素子1、2の駆動回路7
に画像信号を供給した状態で、読出し光を透明基板10
側から照射して、液晶層13で光変調した後の反射光を
両眼で観測することによって仮想画像を見ることができ
る。
【0006】次に、透過型液晶表示素子を用いたヘッド
マウントディスプレイについて図3(B)を参照して説
明する。図3(B)に示すように、透過型液晶表示素子
を用いたヘッドマウントディスプレイは、図示しない光
源から出射される読出し光を光変調した後、透過して出
射する左右眼用の第1、第2透過型液晶表示素子4、5
と、この第1、第2透過型液晶表示素子4、5を透過し
た読出し光を左右眼に集光するレンズ3、3とからな
る。
【0007】図5は、透過型液晶表示素子を示す断面図
である。図5に示すように、第1、第2透過型液晶表示
素子4、5は、第1、第2反射型液晶表示素子1、2に
おけるシリコン基板6Aの代わりにガラス基板6B、反
射型画素電極層8Aの代わりに透明な透過型画素電極層
8Bにしたものであり、それ以外の構成は同じである。
【0008】次に、この透過型液晶表示素子を用いたヘ
ッドマウントディスプレイの動作について説明する。第
1、第2透過型液晶表示素子4、5の駆動回路7に画像
信号を供給した状態で、読出し光を透明基板10側から
照射して、液晶層13で光変調した後の透過光を両眼で
観測することによって仮想画像を見ることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ヘッドマウントディスプレイには以下の問題を生じてい
た。第1、第2反射型液晶表示素子1、2の液晶層13
の表示モードとしては電界制御複屈折方式が用いられ
る。第1、第2透過型液晶表示素子4、5の液晶層13
の表示モードとして、ねじれネマティック方式が用いら
れる。
【0010】電界制御複屈折方式の場合におけるコント
ラストの視野角特性について図6を用いて説明する。図
6は、液晶層の表示モードが電界制御複屈折方式の場合
のコントラストの視野角特性を説明するための図であ
る。図6(A)に示す第1、第2反射型液晶表示素子
は、シリコン基板と透明基板のみを示し、その他の構成
を省略してあり、シリコン基板側における第1配向膜の
配向方向と透明基板側における第2配向膜の配向方向を
示す図、図6(B)は、左眼、右眼片方ずつで見た場合
のコントラストの視野角特性を示す図、図6(C)は、
両眼で見た場合のコントラストの視野角特性を示す図で
ある。
【0011】図6(A)に示す矢印F1、F2は、シリコ
ン基板6A側の第1配向膜9と透明基板10側の第2配
向膜12の配向方向を示す。この場合、矢印F1は、左
斜め下方に、矢印F2は、右斜め上方に向き、互いに反
平行方向に向いている。
【0012】図6(A)、(B)及び(C)中のX軸と
Y軸は、シリコン基板6A、又は透明基板10面内にお
ける直交座標軸、Z軸は、シリコン基板6A、又は透明
基板10面に垂直な方向の座標軸、同心円は、観察者の
視野方向とZ軸とのなす角を示している。ここで、等コ
ントラスト線は、例えば、コントラスト10の線であ
る。シリコン基板6A又は透明基板10面に略垂直な方
向、即ちZ軸方向から見た時が最もコントラストが高く
なるので、このZ軸方向から観察者の視野方向の傾角が
大きくなると、コントラストは、低くなる。
【0013】即ち、観察者の視野方向とZ軸とのなす角
が大きくなると、コントラストは低くなる。このため、
等コントラスト線で囲まれた領域M内のコントラスト
は、10以上である。
【0014】電界制御複屈折方式では、図6(A)に示
すように、液晶層13における液晶分子の長軸の配向方
向は、シリコン基板6A、6Aの第1配向膜9の配向方
向F 1、F1と透明基板10、10側の第2配向膜12の
配向方向F2、F2とに沿って、平行になり、かつシリコ
ン基板6A、6A及び透明基板10、10に対して傾き
を有する。なお、液晶層13の液晶分子の傾きは、反射
型画素電極層8Aと透明電極11との間に生じる電界強
度によって制御される。
【0015】コントラストの視野角依存性は、液晶分子
の長軸又は短軸が観測できる方向から見た場合には、小
さく、液晶分子の長軸側から短軸側へ、又短軸側から長
軸側に変化する方向から見た場合には、大きくなる。こ
のため、X軸とY軸で表わされるシリコン基板6A又は
透明基板10面内における直交座標面では、図6(B)
に示すようにXY座標系の第1象限と第3象限の方向か
ら見た場合には、コントラストの視野角依存が大きく、
観察者の視野方向の傾角が大きくなるとコントラストは
著しく低くなる。
【0016】第1反射型液晶表示素子1、2における液
晶層13の液晶分子の配向方向は同じであるので、左
眼、右眼の片方ずつで見た場合の等コントラスト線で囲
まれた領域M、Mは、図6(B)に示すように、同じパ
ターンになる。等コントラスト線で囲まれた領域Mにお
ける視野角位置から見ると、10以上のコントラストで
仮想画像を見ることができ、これ以外の領域では、コン
トラストの低い仮想画像を見ることができる。また、色
度も観察者の見る視野角位置に依存するため、領域M内
では、良好な色度が得られる一方、領域M以外では、色
度が低下してしまう。
【0017】更に、図6(C)に示すように、両眼で見
た場合も、左眼、右眼の片方ずつで見たものを重ね合わ
せたものであるので、等コントラスト線で囲まれた領域
は、左眼、右眼の片方ずつで見た場合と同じパターンと
なる。
【0018】このように、両眼で見た場合でも、良好な
コントラスト及び色度が得られる視野角位置が、狭かっ
たので、高いコントラストや良好な色度が得られる領域
が限定されていた。
【0019】次に、ねじれネマティック方式の場合にお
けるコントラストの視野角特性について図7を用いて説
明する。図7は、液晶層の表示モードがねじれネマティ
ック方式の場合のコントラストの視野角特性を説明する
ための図である。図7(A)に示す左右眼用の第1、第
2反射型液晶表示素子は、ガラス基板と透明基板のみを
示し、その他の構成を省略してあり、ガラス基板側にお
ける第1配向膜の配向方向と透明基板側における第2配
向膜の配向方向を示す図、図7(B)は、左右眼片方ず
つで見た場合のコントラストの視野角特性を示す図、図
7(C)は、両眼で見た場合のコントラストの視野角特
性を示す図である。
【0020】図7(A)に示す矢印F1、F2は、ガラス
基板6B側の第1配向膜9と透明基板10側の第2配向
膜12の配向方向を示す。この場合、矢印F1は、右斜
め上方に、矢印F2は、右斜め下方に向き、互いに直交
している。
【0021】図7(A)、(B)及び(C)中のX軸と
Y軸は、ガラス基板6B、又は透明基板10内における
直交座標軸、Z軸は、ガラス基板6B、又は透明基板1
0面に垂直な方向の座標軸、同心円は、観察者の視野方
向とZ軸とのなす角を示している。ここで、等コントラ
スト線は、例えば、コントラスト10の線である。この
場合も前記したと同様に、等コントラスト線で囲まれた
領域Nでは、コントラスト10以上である。
【0022】ねじれネマティック方式では、図7(A)
に示すように、液晶層13における液晶分子の長軸の配
向方向は、ガラス基板6B、6B側の第1配向膜9の配
向方向F1、F1から透明基板10、10側の第2配向膜
12の配向方向F2、F2に向かって、時計回りに連続し
て螺旋状に90°ねじった方向に変化する。この際、前
記と同様に、液晶層13の液晶分子の傾きは、透過型画
素電極層8Bと透明電極11との間に生じる電界強度に
よって制御される。
【0023】この場合も、第1、第2透過型液晶表示素
子4、5における液晶層13の液晶分子の配向は、同じ
であるので、左眼、右眼の片方ずつで見た場合の等コン
トラスト線で囲まれた領域N、Nは、図7(B)に示す
ように、同じパターンとなる。等コントラスト線で囲ま
れた領域Nの視野角位置から見ると、10以上のコント
ラストの高い仮想画像を見ることができ、これ以外の領
域では、コントラストの低い仮想画像を見ることができ
る。また、色度も観察者の見る視野角位置に依存するた
め、領域N内では、良好な色度が得られる一方、領域N
以外では、色度が低下してしまう。
【0024】更に、図7(C)に示すように、両眼で見
た場合、左眼、右眼の片方ずつで見たものを重ね合わせ
たものであるので、等コントラスト線でかこまれた領域
Nは、左眼、右眼の片方ずつで見た場合と同じパターン
となる。このように、両眼で見た場合でも、良好なコン
トラスト及び色度が得られる視野角位置が、狭かったの
で、高いコントラストや良好な色度が得られる領域が限
定されていた。
【0025】そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなさ
れたものであり、コントラストや色度の視野角依存性を
低減したヘッドマウントディスプレイを提供することを
目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明のヘッドマウント
ディスプレイは、画素電極、第1配向膜が順次形成され
た基板と、この基板に対向配置され、透明電極、第2配
向膜が順次形成された透明基板と、所定の間隔を有し
て、前記第1配向膜と前記第2配向膜とが互いに対向す
るように、前記基板と前記透明基板とを対向配置させ、
この所定の間隔に注入された液晶層とからなる左右眼用
液晶表示素子を用いて、前記透明基板側から読出し光を
照射して、前記液晶層で変調された光を仮想画像として
両眼で観察するヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記左眼用液晶表示素子の第1配向膜、又は第2配向膜
の配向方向と前記右眼用液晶表示素子の第1配向膜、又
は第2配向膜の配向方向とを、それぞれに対応して幾何
学的に対称にしたことを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明のヘッドマウントデ
ィスプイについて、図1及び図2を用いて説明する。従
来技術と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略
する。本発明のヘッドマウントディスプレイは、左眼用
の第1反射型液晶表示素子1の第1配向膜9又は第2配
向膜12の配向方向と右眼用の第2反射型液晶表示素子
2の第1配向膜9又は第2配向膜12の配向方向とをそ
れぞれに対応させて幾何学的に対称にしたものである。
【0028】また、左眼用の第1透過型液晶表示素子4
の第1配向膜9又は第2配向膜12の配向方向と右眼用
の第2透過型液晶表示素子5の第1配向膜9又は第2配
向膜12の配向方向とをそれぞれに対応して幾何学的に
対称にしたものである。
【0029】まず始めに、液晶層の表示モードが電界制
御複屈折方式である反射型液晶表示素子1、2を用いた
場合について図1を用いて説明する。図1は、本発明に
おける液晶層のモードが電界制御複屈折方式の場合のコ
ントラストの視野角特性を説明するための図である。図
1(A)に示す第1、第2反射型液晶表示素子は、シリ
コン基板と透明基板のみを示し、その他の構成を省略し
てあり、シリコン基板側における第1配向膜の配向方向
と透明基板側における第2配向膜の配向方向を示す図、
図1(B)は、左右眼片方ずつで見た場合のコントラス
トの視野角特性を示す図、図1(C)は、両眼で見た場
合のコントラストの視野角特性を示す図である。
【0030】図1(A)に示す矢印F1、F2は、シリコ
ン基板6A側の第1配向膜9と透明基板10側の第2配
向膜12の配向方向を示す。この場合、矢印F1は、左
斜め下方に、矢印F2は、右斜め下方に向き、互いに反
平行方向に向いている。図1(A)、(B)及び(C)
中のX軸とY軸は、シリコン基板6A、又は透明基板1
0面内における直交座標軸、Z軸は、シリコン基板6
A、又は透明基板10面に垂直方向の座標軸、同心円
は、観察者の視野方向とZ軸とのなす角を示している。
ここで、等コントラスト線は、例えば、コントラスト1
0の線である。
【0031】第1、第2反射型液晶表示素子1、2にお
ける液晶層13の液晶分子の配向方向は、左右対称とな
っているので、左眼で見た場合と右眼で見た場合の等コ
ントラスト線で囲まれた領域は、図1(B)に示すよう
に左右対称パターンとなる。
【0032】左眼で見た場合の等コントラスト線で囲ま
れた領域は、A、右眼で見た場合の等コントラスト線で
囲まれた領域は、Bであり、等コントラスト線で囲まれ
た領域A、Bでは、コントラスト10以上となる。
【0033】両眼で見た場合は、左眼、右眼の片方ずつ
で見たものを重ね合わせたものであるので、等コントラ
スト線で囲まれた領域Cは、図1(C)に示すように略
2倍になる。この領域C内では、10以上のコントラス
トが得られる視野角位置となる。このように、両眼で見
た場合には、10以上のコントラストが得られる領域C
が、領域Aと領域Bとを加算したものとなるので、広い
視野角で10以上のコントラストが得られ、また良好な
色度を有する仮想画像が得られる。
【0034】次に、液晶層の表示モードがねじれネマテ
ィック方式である透過型液晶表示素子4、5を用いた場
合について図2を用いて説明する。図2は、本発明にお
ける液晶層の表示モードがねじれネマティック方式の場
合のコントラストの視野角特性を説明するための図であ
る。図2(A)に示す左右眼用の第1、第2透過型液晶
表示素子は、ガラス基板と透明基板のみを示し、その他
の構成を省略してあり、ガラス基板側における第1配向
膜の配向方向と透明基板側における第2配向膜の配向方
向を示す図、図2(B)は、左右眼片方ずつで見た場合
のコントラストの視野角特性を示す図、図2(C)は、
両眼で見た場合のコントラストの視野角特性を示す図で
ある。
【0035】図2(A)に示す矢印F1、F2は、ガラス
基板6B側の第1配向膜9と透明基板10側の第2配向
膜12の配向方向を示す。この場合、矢印F1は、右水
平方向に、矢印F2は、左水平方向に向き、互いに直交
している。図2(A)、(B)及び(C)中のX軸とY
軸は、ガラス基板6B、又は透明基板10面内における
直交座標軸、Z軸は、ガラス基板6B、又は透明基板1
0面に垂直方向の座標軸、同心円は、観察者の視野方向
とZ軸とのなす角を示している。ここで、等コントラス
ト線は、例えば、コントラスト10の線である。
【0036】第1、第2透過型液晶表示素子4、5にお
ける液晶層13の液晶分子の配向方向は、左右対称とな
っているので、左眼で見た場合と右眼で見た場合の等コ
ントラスト線で囲まれた領域は、図2(B)に示すよう
に左右対称となる。
【0037】左眼で見た場合の等コントラスト線で囲ま
れた領域は、D、右眼で見た場合の等コントラスト線で
囲まれた領域は、Eであり、等コントラスト線で囲まれ
た領域D、Eでは、コントラスト10以上となる。
【0038】両眼で見た場合は、左眼、右眼の片方ずつ
で見たものを重ね合わせたのもであるので、等コントラ
スト線で囲まれた領域Fは、図2(C)に示すように、
略2倍となる。この領域F内では、10以上のコントラ
ストが得られる視野角となる。この場合も電界制御複屈
折方式の場合と同様に、両眼で見た場合には、10以上
のコントラストが得られる領域Fが、領域Dと領域Eと
を加算したものとなるので、広い視野角で10以上のコ
ントラストが得られ、また良好な色度を有する仮想画像
が得られる。
【0039】次に、第1配向膜9及び第2配向膜12の
形成方法について説明する。以下では、第1配向膜9を
シリコン基板6Aに、第2配向膜12を透明基板10に
形成する場合について説明する。第1配向膜9をガラス
基板6Bに形成する場合は、シリコン基板6Aに形成す
る場合と同様なのでその説明を省略する。この形成方法
には、ラビング処理による方法と斜め蒸着方法がある。
【0040】まずは、ラビング処理方法による方法につ
いて説明する。シリコン基板6A及び透明基板10上に
ネマティック液晶の液晶分子を垂直或いは水平配向にす
るためのポリイミドワニスをフレキソ印刷法又はグラビ
ア印刷法により塗布した後、低温のホットプレート上に
載置し、加熱して溶媒を飛散させる。次に、シリコン基
板6A及び透明基板10をオーブンの中に入れ高温に加
熱し、イミド化反応を促進させて、ポリイミド薄膜を形
成する。
【0041】この後、ラビング処理を以下のようにして
行う。まず、回転ドラムに布を巻き付ける。この後、シ
リコン基板6Aのポリイミド薄膜側をこの回転ドラムに
対向するようにして、シリコン基板6A及び透明基板1
0を回転ドラムの下方に配置した後、ポリイミド薄膜を
この布に接触させながら移動させる。このようにする
と、ラビング処理方向にネマティック液晶の液晶分子の
長軸が揃い、かつ基板面に対して垂直或いは水平方向か
らこの方向に液晶分子の長軸が傾くようになる。
【0042】ラビング処理によって形成される第1配向
膜9又は第2配向膜12の配向方向は、ポリミイド薄膜
と回転ドラムに巻き付けた布とが接触する際に、シリコ
ン基板6A又は透明基板10を布の回転する方向とのな
す角、或いはシリコン基板6A又は透明電極10を布と
接触させながら移動する角度によって決定することがで
きる。
【0043】次に、斜め蒸着方法について説明する。真
空容器内にシリコン基板6A又は透明基板10を載置
し、このシリコン基板6A又は透明基板10上にSiO
又はSiO2を斜め蒸着してSi酸化物を形成する。こ
の際、Si酸化物によって形成される第1配向膜9又は
第2配向膜12の配向方向は、蒸着角度を変えることに
よって決定することができる。
【0044】前記したように、第1反射型液晶表示素子
1の第1配向膜9の配向方向F1と第2反射型液晶表示
素子2の第1配向膜9の配向方向F1とを幾何学的に対
称にするには、ラビング処理方法を用いる場合には、ラ
ビング処理の方向を幾何学的に対称にすれば良く、斜め
蒸着方法を用いる場合には、蒸着角度を変えて幾何学的
に対称にすれば良い。また、第1透過型液晶表示素子4
及び第2透過型液晶素子5の場合も同様である。
【0045】
【発明の効果】本発明のヘッドマウントディスプレイに
よれば、左眼用液晶表示素子の第1配向膜、又は第2配
向膜の配向方向と右眼用液晶表示素子の第1配向膜、又
は第2配向膜の配向方向とをそれぞれに対応して幾何学
的に対称にしたので、前記左眼用液晶表示素子の視野角
と前記右眼用液晶表示素子の視野角とを合わせた広い視
野角が得られるため、観察者の視野角依存度が低くな
り、高いコントラストで良好な色度を有する画像を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における液晶層のモードが電界制御複屈
折方式の場合のコントラストの視野角特性を説明するた
めの図である。
【図2】本発明における液晶層の表示モードがねじれネ
マティック方式の場合のコントラストの視野角特性を説
明するための図である。
【図3】ヘッドマウントディスプレイを示す概略図であ
る。
【図4】反射型液晶表示素子を示す断面図である。
【図5】透過型液晶表示素子を示す断面図である。
【図6】液晶層の表示モードが電界制御複屈折方式の場
合のコントラストの視野角特性を説明するための図であ
る。
【図7】液晶層の表示モードがねじれネマティック方式
の場合のコントラストの視野角特性を説明するための図
である。
【符号の説明】
1…第1反射型液晶表示素子(左眼用液晶表示素子)、
2…第2反射型液晶表示素子(右眼用液晶表示素子)、
3…レンズ、4…第1透過型液晶表示素子(左眼用液晶
表示素子)、5…第2透過型液晶表示素子(右眼用液晶
表示素子)、6A…シリコン基板(基板)、6B…ガラ
ス基板(基板)、7…駆動回路、8A…反射型電極画素
電極層(画素電極)、8B…透過型電極画素層(画素電
極)、9…第1配向膜、10…透明基板、11…透明電
極、12…第2配向膜、13…液晶層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画素電極、第1配向膜が順次形成された基
    板と、この基板に対向配置され、透明電極、第2配向膜
    が順次形成された透明基板と、所定の間隔を有して、前
    記第1配向膜と前記第2配向膜とが互いに対向するよう
    に、前記基板と前記透明基板とを対向配置させ、この所
    定の間隔に注入された液晶層とからなる左右眼用液晶表
    示素子を用いて、前記透明基板側から読出し光を照射し
    て、前記液晶層で変調された光を仮想画像として両眼で
    観察するヘッドマウントディスプレイにおいて、 前記左眼用液晶表示素子の第1配向膜、又は第2配向膜
    の配向方向と前記右眼用液晶表示素子の第1配向膜、又
    は第2配向膜の配向方向とを、それぞれに対応して幾何
    学的に対称にしたことを特徴とするヘッドマウントディ
    スプレイ。
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