JP2004364296A - ディスプレイ装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元映像及び３次元映像のうちのいずれかを選択的に表示して，２次元映像と同一な解像度を有する３次元映像を表示することができるディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 ディスプレイ装置は，白色光を放出する光源１と，光源から光を受けてイメージを表示するイメージ表示部２と，光源とイメージ表示部との間に配置され，光源から放出された光を使用者の左眼方向及び右眼方向に分離してイメージ表示部に提供するビームスプリッタ１０と，ビームスプリッタの前，後面のうちのいずれかに提供され，光透過率が変化する複数のシャッター部材２１と，ビームスプリッタが分離した二方向の光のうちの少なくとも一方向の光が使用者に到達するように制御する光シャッター２０とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明はディスプレイ装置及びその駆動方法に係り，より詳しくは，２次元映像及び３次元映像のうちのいずれかを選択的に表示し，２次元映像と同一な解像度を有する３次元映像を表示することができるディスプレイ装置及びその駆動方法に関するものである。

一般に，３次元映像表示装置は，使用者の左眼及び右眼に互いに異なるイメージを提供して使用者が見る映像に距離感と立体感を与える装置であって，使用者が偏光眼鏡のような補助器具を着用しなければならないステレオスコピー装置と，使用者が補助器具を着用しなくても３次元映像を視聴することができるオートステレオスコピー装置とに分けられる。

通常のオートステレオスコピー装置は，レンチキュラレンズやパララックスバリアーのような光学分離素子を利用して，イメージ表示部で実現された左眼用及び右眼用イメージを各々使用者の左眼及び右眼方向に空間分割する方式を採択している。このようなオートステレオスコピー装置に関する従来の技術として，米国特許第５４６５１７５号明細書及び米国特許第６０４６８４９号明細書に開示された３次元映像表示装置がある。

ところが，従来のオートステレオスコピー装置は，イメージ表示部に備えられた画素を左眼用及び右眼用に分離して，左眼用画素で左眼用イメージを表示すると同時に右眼用画素で右眼用イメージを表示するため，ディスプレイ装置が表示する３次元映像の解像度が２次元映像の半分またはそれ以下に低下する問題がある。

米国特許第５４６５１７５号明細書 米国特許第６０４６８４９号明細書

したがって，本発明は前記問題点を解消するためのものであって，本発明の目的は，２次元映像と同一な解像度を有する３次元映像を表示すると同時に，２次元映像及び３次元映像のうちのいずれか一つを選択的に表示することができるディスプレイ装置及びその駆動方法を提供することにある。

前記目的を達成するために，本発明は，白色光を放出する光源と，光源から光を受けてイメージを表示するイメージ表示部と，光源とイメージ表示部との間に配置され，光源から放出された光を使用者の左眼方向及び右眼方向に分離してイメージ表示部に提供するビームスプリッタと，ビームスプリッタの前，後面のうちのいずれかに提供され，光透過率が変化する複数のシャッター部材を備え，ビームスプリッタが分離した二方向の光のうちの少なくとも一方向の光が使用者に到達するように制御する光シャッターとを含む，ディスプレイ装置を提供する。

前記イメージ表示部は，透過型液晶表示器からなることができる。

前記ビームスプリッタは，光源と対向する一面に複数の三角プリズムを配置したプリズムシートあるいは複数のレンチキュラレンズを配置したレンチキュラレンズシートからなる。

前記光シャッターは，ビームスプリッタの光分離方向に沿って第１シャッター部材と第２シャッター部材とを交互に反復配置し，使用者の左眼及び右眼に向かう光経路上に各々第１シャッター部材及び第２シャッター部材が位置する。前記各々の三角プリズムあるいはレンチキュラレンズに対して一対の第１及び第２シャッター部材が対応配置される。

前記光シャッターは，ノーマリホワイトモード型液晶表示器からなることができる。

前記ディスプレイ装置は，イメージ表示部とビームスプリッタとの間に配置され，イメージ表示部に向かって光を集める集光素子をさらに含む。

前記ディスプレイ装置は，イメージ表示部に連結され，２次元映像信号または３次元映像のための左眼映像信号及び右眼映像信号の反復信号をイメージ表示部に提供する映像制御部と，光シャッターに連結され，シャッター部材の開閉信号を提供するシャッター制御部とをさらに含む。

前記ディスプレイ装置は，映像制御部がイメージ表示部に２次元映像信号を提供して，イメージ表示部で２次元映像を表示する段階と，シャッター制御部が全てのシャッター部材に開放信号を提供して，全てのシャッター部材で光を透過させる段階とによって，２次元映像を表示することができる。

また，前記ディスプレイ装置は，映像制御部がイメージ表示部に左眼映像信号及び右眼映像信号を交互に提供して，イメージ表示部が左眼イメージ及び右眼イメージを時分割表示する段階と，映像制御部が左眼映像信号及び右眼映像信号の間の区間でフレーム同期信号を発生させて，フレーム同期信号をシャッター制御部に伝達する段階と，シャッター制御部がフレーム同期信号によって左眼映像信号区間で光シャッターに第１駆動信号を提供して第２シャッター部材を開放させ，右眼映像信号区間で光シャッターに第２駆動信号を提供して第１シャッター部材を開放させる段階とによって，３次元映像を表示することができる。

本発明のディスプレイ装置は，光シャッターの動作有無によって２次元映像及び３次元映像を選択して表示することができ，２次元映像と同一な解像度の３次元映像を表示することができる長所を有する。また，本発明のディスプレイ装置は，イメージ表示部に使用者の左眼方向及び右眼方向に屈折した光を提供して３次元映像を表示するが，このような構造では，ビームスプリッタと光シャッターのピッチのみをマッチングさせれば良いのでイメージ表示部の画素サイズとは関係なくなり，既存の全てのイメージ表示部を適用できるという長所がある。さらに，ビームスプリッタとしてプリズムシートを用いる場合，プリズムシートが光の経路を屈折する役割を果たすので，従来のレンチキュラ方式やパララックスバリアー方式に比して使用者の立体映像を見られる視野が広くなる長所がある。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は，本発明の第１実施形態によるディスプレイ装置の分解斜視図であり，図２は，本発明の第１実施形態によるディスプレイ装置の部分拡大断面図である。

図１，図２を参照すれば，ディスプレイ装置は，白色光を放出する光源１と，光源１の前面に配置され，光源１から放出された光を使用者の左眼方向及び右眼方向に分離するビームスプリッタ１０と，ビームスプリッタ１０の前面に配置され，ビームスプリッタ１０で分離された二方向の光のうちの少なくとも一方向の光を透過させる光シャッター２０と，光シャッター２０の前面に配置され，任意のイメージを表示するイメージ表示部２とを含む。

イメージ表示部２は，公知の透過型液晶表示器からなることができる。イメージ表示部２は，画面の水平方向（図面のＸ軸方向）及び垂直方向（図面のＹ軸方向）に沿って複数の赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）画素を備え，この画素により任意のカラーイメージを表示する。

ビームスプリッタ１０は，光源１と対向する一面に複数の垂直型三角プリズム１１を配置した一種のプリズムシートからなることができる。プリズムシートを断面から見ると，各々の三角プリズム１１は，第１側面１２の傾斜角（θ１）と第２側面１３の傾斜角（θ２）とが同一な大きさからなり，三角プリズム１１の中心間距離，つまりピッチは，イメージ表示部２の画素のうちの水平方向に沿って配列される画素２ａのピッチと同一とすることができる。

ビームスプリッタ１０は，光源１から放出された光のうちの三角プリズム１１の第１側面１２に入射した光を使用者の左眼方向に屈折させ，三角プリズム１１の第２側面１３に入射した光を使用者の右眼方向に屈折させることにより，光源１から放出された光を各々使用者の左眼方向及び右眼方向に分離する役割を果たす。

光シャッター２０は，光透過率が変化する複数のシャッター部材２１を備え，ビームスプリッタ１０で二方向に分離された光のうちの少なくとも一方向の光を選択的に透過させる。このために，光シャッター２０は，ビームスプリッタ１０の光分離方向（画面の水平方向で，図面のＸ軸方向）に沿って第１シャッター部材２１Ａと第２シャッター部材２１Ｂとを交互に反復配置し，使用者の左眼に向かって分離された光経路上に第１シャッター部材２１Ａが位置するようにし，使用者の右眼に向かって分離された光経路上に第２シャッター部材２１Ｂが位置するようにする。

ビームスプリッタ１０に備えられた各々の三角プリズム１１に対して一つの第１シャッター部材２１Ａ及び一つの第２シャッター部材２１Ｂが対応配置されるのが好ましい。このような光シャッター２０は，電圧無印加状態で光を通過させるノーマリホワイトモード（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｗｈｉｔｅ ｍｏｄｅ）型液晶表示器の変形構造であるのが好ましい。

図３は，液晶表示器を応用した光シャッターの一例を示した部分分解斜視図である。

図３を参照すると，光シャッター２０は，任意の間隔をおいて対向配置される第１及び第２基板３１，３２と，第１基板３１の内面に形成される共通電極３３と，第２基板３２の内面に画面の垂直方向（図面のＹ軸方向）に沿ってストライプパターンに形成される第１及び第２電極３４，３５と，共通電極３３と第１及び第２電極３４，３５とを覆って第１及び第２基板３１，３２の内面に各々形成される配向膜３６と，一対の配向膜３６の間に位置する液晶層３７と，第１及び第２基板３１，３２の外面に付着される第１及び第２偏光板３８，３９とを含む。

第１電極３４及び第２電極３５は，画面の水平方向（図面のＸ軸方向）に沿って交互に反復配列され，第１及び第２電極３４，３５のピッチが三角プリズム１１ピッチの半分になるように，一対の第１電極３４及び第２電極３５がビームスプリッタ１０に備えられた一つの三角プリズム１１に対応配置される。この時，第１電極３４は互いに電気的に連結されて同一な電圧の印加を受け，第２電極３５も互いに電気的に連結されて同一な電圧の印加を受ける。

液晶層３７は，９０゜のねじれ角を有するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶分子からなる。このＴＮ液晶分子は，電圧無印加状態で９０゜のねじれ角を維持し，特定の電界が印加されると，ねじれ角が解れて第１及び第２基板３１，３２面に対して垂直方向に整列する特徴を有する。

第１及び第２偏光板３８，３９は，画面の水平及び垂直方向のうちの一方向に振動する光のみを選択的に透過させる線偏光板であって，第１偏光板３８の偏光軸と第２偏光板３９の偏光軸とが互いに直交するように配置される。

したがって，液晶層３７を隔てて共通電極３３と対向する第１電極３４部分が第１シャッター部材２１Ａを構成し，液晶層３７を隔てて共通電極３３と対向する第２電極３５部分が第２シャッター部材２１Ｂを構成する。したがって，光シャッター２０は，第１及び第２電極３４，３５に印加される電圧信号を利用して液晶分子のねじれ角を変化させ，第１シャッター部材２１Ａ及び第２シャッター部材２１Ｂの光透過を制御することによってシャッター部材２１の開閉を制御することができる。

一方，前述した構成において，イメージ表示部２の後面，好ましくはイメージ表示部２と光シャッター２０との間には，イメージ表示部２に向かって広がって進行する光を集めるための集光素子３が配置される。集光素子３としては，光シャッター２０と対向する一面に帯状の鋸部を同心円上に配列したフレネルレンズ（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）が好ましい。

このように構成される本実施形態のディスプレイ装置において，前述したイメージ表示部２は，映像制御部４に連結されて映像信号（Ｓ１）の提供を受け，光シャッター２０は，映像制御部４からフレーム同期信号（Ｓ２）の提供を受けて駆動されるシャッター制御部５に連結されて第１シャッター部材２１Ａ及び第２シャッター部材２１Ｂを開閉させるための駆動信号の提供を受ける。

本実施形態のディスプレイ装置は，光シャッター２０の動作有無によって２次元映像及び３次元映像を選択的に表示することができる。図４を参照して２次元モードの動作原理について説明し，図５，図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ及び図７Ｂを参照して３次元モードの動作原理について説明する。

まず，図４に示したように，２次元モードでは，映像制御部４がイメージ表示部２に２次元映像信号を提供して，光シャッター２０のシャッター部材２１が全てオフ（ｏｆｆ）されて，ビームスプリッタ１０を通過した光全体をイメージ表示部２に透過させる。したがって，使用者の左眼及び右眼に同一な２次元映像が提供されて，使用者は２次元映像を視聴することができる。

このような光シャッター２０の透過機能は，図３に示したように，光シャッター２０が電圧無印加状態で光を通過させるノーマリホワイトモード型液晶表示器構造を採用することによって可能になる。

この時，ビームスプリッタ１０は，三角プリズム１１のピッチが光シャッター２０の第１シャッター部材２１Ａあるいは第２シャッター部材２１Ｂのピッチと同一に設定されれば，三角プリズム１１のピッチがイメージ表示部２の画素のピッチと正確に一致しなくても，三角プリズム１１の左，右傾斜角（θ１，θ２）を調節することによって，三角プリズム１１の第１側面１２または第２側面１３を通過した光がイメージ表示部２の全ての画素を経由するようにすることができるので，解像度が低下する問題を防ぐことができる。

次に，３次元モードでは，図５に示したように，映像制御部４が約８０〜１００Ｈｚの周波数でイメージ表示部２に左眼映像信号及び右眼映像信号を反復提供して，イメージ表示部２で左眼イメージ及び右眼イメージを時分割駆動することができるようにする。これと同時に，映像制御部４は，左眼映像信号と右眼映像信号との間にフレーム同期信号（Ｓ２）を発生させて，これをシャッター制御部５に提供する。

そして，シャッター制御部５は，左眼映像信号に対応する奇数番目のフレーム同期信号から，光シャッター２０の第２シャッター部材２１Ｂをオン（ｏｎ）させる第１シャッター駆動信号（Ｓ３−１）を発生させ，右眼映像信号に対応する偶数番号目のフレーム同期信号から，光シャッターの第１シャッター部材２１Ａをオンさせる第２シャッター駆動信号（Ｓ３−２）を発生させる。

したがって，イメージ表示部２が左眼イメージを表示するｔ１の間には，図６Ａに示したように，光シャッター２０の共通電極３３にグラウンド電圧を印加した状態で第２電極３５に駆動電圧を印加して，第２電極３５と対向する液晶層３７の液晶分子を第１及び第２基板３１，３２の面に対して垂直に整列させることによって，第２シャッター部材２１Ｂの光透過を遮断する。

したがって，図６Ｂに示したように，光シャッター２０が光源１から放出された光のうちの三角プリズム１１の第１側面１２を通過した光のみを透過させてイメージ表示部２に提供することにより，イメージ表示部２が実現する左眼イメージが使用者の左眼方向に提供される。

そして，イメージ表示部２が右眼イメージを表示するｔ２の間には，図７Ａに示したように，光シャッター２０の共通電極３３にグラウンド電圧を印加した状態で第１電極３４に駆動電圧を印加して，第１電極３４と対向する液晶層３７の液晶分子を第１及び第２基板３１，３２の面に対して垂直に整列させることによって，第１シャッター部材２１Ａの光透過を遮断する。

したがって，図７Ｂに示したように，光シャッター２０が光源１から放出された光のうちの三角プリズム１１の第２側面１３を通過した光のみを透過させてイメージ表示部２に提供することにより，イメージ表示部２が実現する右眼イメージが使用者の右眼方向に提供される。

（第２実施形態）
図８は，本発明の第２実施形態によるディスプレイ装置を示した部分拡大断面図である。図８を参照すると，本実施形態のディスプレイ装置は，前述した第１実施形態の構造を基本としながら，ビームスプリッタ１０が，光源１と対向する一面に複数の垂直型レンチキュラレンズ１４を配置したレンチキュラレンズシートからなる。

（第３実施形態）
図９は，本発明の第３実施形態によるディスプレイ装置を示した部分拡大断面図である。図９を参照すると，本実施形態のディスプレイ装置は，前述した第１実施形態の構造を基本としながら，光シャッター２０が光源１の前面に配置され，ビームスプリッタ１０が光シャッター２０の前面に配置される。

以上説明したように，上記各実施形態によるディスプレイ装置は，前述したｔ１及びｔ２の動作を交互に繰り返して３次元映像を表示し，ｔ１及びｔ２時間にイメージ表示部２に提供された光がイメージ表示部２の全ての画素を経由することにより，使用者が見る左眼イメージ及び右眼イメージは２次元映像と同一な解像度を有する。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

第１実施形態によるディスプレイ装置の分解斜視図である。 第１実施形態によるディスプレイ装置の部分断面図である。 液晶表示器を応用した光シャッターの一構成例を説明するために示した部分分解斜視図である。 ２次元モードの動作原理を説明するために示したディスプレイ装置の部分断面図である。 ３次元モードの動作原理を説明するために示したディスプレイ装置の電圧波形を示す説明図である。 ３次元モードのｔ１時間での光シャッターの動作状態を示した部分分解斜視図である。 ３次元モードのｔ１時間でのディスプレイ装置の動作状態を示した部分断面図である。 ３次元モードのｔ２時間での光シャッターの動作状態を示した部分分解斜視図である。 ３次元モードのｔ２時間でのディスプレイ装置の動作状態を示した部分断面図である。 第２実施形態によるディスプレイ装置の部分断面図である。 第３実施形態によるディスプレイ装置の部分断面図である。

符号の説明

１ 光源
２ イメージ表示部
３ 集光素子
４ 映像制御部
５ シャッター制御部
１０ ビームスプリッタ
１１ 三角プリズム
１２ 三角プリズムの第１側面
１３ 三角プリズムの第２側面
２０ 光シャッター
２１ シャッター部材
２１Ａ 第１シャッター部材
２１Ｂ 第２ シャッター部材
３１ 第１基板
３２ 第２基板
３３ 共通電極
３４ 第１電極
３５ 第２電極
３６ 配向膜
３７ 液晶層
３８ 第１偏光板
３９ 第２偏光板

Claims (13)

1. 白色光を放出する光源と；
   前記光源から光を受けてイメージを表示するイメージ表示部と；
   前記光源と前記イメージ表示部との間に配置され，光源から放出された光を使用者の左眼方向及び右眼方向に分離して前記イメージ表示部に提供するビームスプリッタと；
   前記ビームスプリッタの前，後面のうちのいずれかに提供され，光透過率が変化する複数のシャッター部材を備え，ビームスプリッタが分離した二方向の光のうちの少なくとも一方向の光が使用者に到達するように制御する光シャッターと；
   を含むことを特徴とする，ディスプレイ装置。
2. 前記イメージ表示部は，透過型液晶表示器からなることを特徴とする，請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記ビームスプリッタは，前記光源と対向する一面に複数の三角プリズムを配置したプリズムシートからなることを特徴とする，請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
4. 前記ビームスプリッタは，前記光源と対向する一面に複数のレンチキュラレンズを配置したレンチキュラレンズシートからなることを特徴とする，請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
5. 前記光シャッターは，前記ビームスプリッタの光分離方向に沿って第１シャッター部材と第２シャッター部材とを交互に反復配置し，使用者の左眼及び右眼に向かう光経路上に各々第１シャッター部材及び第２シャッター部材が位置することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のディスプレイ装置。
6. 前記光シャッターは前記ビームスプリッタの光分離方向に沿って第１シャッター部材と第２シャッター部材とを交互に反復配置し，前記各々の三角プリズムに対して一対の第１及び第２シャッター部材が対応配置されることを特徴とする，請求項３に記載のディスプレイ装置。
7. 前記光シャッターは前記ビームスプリッタの光分離方向に沿って第１シャッター部材と第２シャッター部材とを交互に反復配置し，前記各々のレンチキュラレンズに対して一対の第１及び第２シャッター部材が対応配置されることを特徴とする，請求項４に記載のディスプレイ装置。
8. 前記光シャッターはノーマリホワイトモード型液晶表示器からなることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のディスプレイ装置。
9. 前記光シャッターは，
   互いに対向配置される第１及び第２基板と，
   前記第１基板の内面に形成される共通電極と，
   前記第２基板の内面にストライプパターンに形成されると同時に前記ビームスプリッタの光分離方向に沿って交互に反復配置される第１及び第２電極と，
   前記共通電極と前記第１及び第２電極とを覆って前記第１及び第２基板の内面に各々形成される一対の配向膜と，
   前記一対の配向膜の間に位置する液晶層と，
   前記第１及び第２基板の外面に各々付着される第１及び第２偏光板と，
   を含み，
   前記第１及び第２電極は，各々前記シャッター部材に一対一で対応することを特徴とする，請求項８に記載のディスプレイ装置。
10. 前記イメージ表示部とビームスプリッタとの間に配置され，前記イメージ表示部に向かって光を集める集光素子をさらに含むことを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載のディスプレイ装置。
11. 前記イメージ表示部に連結され，２次元映像信号，または３次元映像のための左眼映像信号及び右眼映像信号の反復信号を前記イメージ表示部に提供する映像制御部と；
    前記光シャッターに連結され，シャッター部材の開閉信号を提供するシャッター制御部と；
    をさらに含むことを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載のディスプレイ装置。
12. 請求項１１に記載のディスプレイ装置を駆動する方法であって，
    前記映像制御部が前記イメージ表示部に２次元映像信号を提供して，前記イメージ表示部で２次元映像を表示する段階と；
    前記シャッター制御部が全てのシャッター部材に開放信号を提供して，全てのシャッター部材で光を透過させる段階と；
    を含むことを特徴とする，ディスプレイ装置の駆動方法。
13. 請求項１１に記載のディスプレイ装置を駆動する方法であって，
    前記映像制御部が前記イメージ表示部に左眼映像信号及び右眼映像信号を交互に提供して，前記イメージ表示部が左眼イメージ及び右眼イメージを時分割表示する段階と；
    前記映像制御部が左眼映像信号と右眼映像信号との間の区間でフレーム同期信号を発生させて，フレーム同期信号をシャッター制御部に伝達する段階と；
    前記シャッター制御部がフレーム同期信号によって左眼映像信号区間で光シャッターに第１駆動信号を提供して第２シャッター部材を開放させ，右眼映像信号区間で光シャッターに第２駆動信号を提供して第１シャッター部材を開放させる段階と；
    を含むことを特徴とする，ディスプレイ装置の駆動方法。

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