JP2005181668A

JP2005181668A - ３次元映像表示装置

Info

Publication number: JP2005181668A
Application number: JP2003422203A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Tanaka; 慎一郎田中
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】安価な３次元映像表示装置を提供するため、簡単な構造のバリアセルを用いた２次元及び３次元表示が可能なパララックスバリア方式の３次元映像表示装置において、特に２次元表示の際の表示品位の低下を抑えることを課題とする。
【解決手段】上側透明基板２１には透明電極２３のベタパターンを、下側基板にはバリアの形状に合せた開口部２５を有する透明電極２４を形成したバリアセル２０を用いたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、開口部２５に透明電極２４から電気的に独立した透明膜２６を形成することで、２次元表示の際のバリア効果を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、３次元映像を提供する３次元映像表示装置に関し、特にその方式としてパララックスバリアと呼ばれるものを用いた３次元映像表示装置に関する。

近年、医療やアミューズメント等様々な分野において急速に３次元映像の利用が進んでいる。また従来から表示装置においてこの３次元映像を表示する方法が種々考えられており、その中に所謂パララックスバリア方式と呼ばれるものが知られている。

これはスリット状に形成された所謂パララックスバリアを用いて左右の映像を分離することで３次元映像を表示するものであり、特許文献１等多数記載されている。

一方このパララックスバリアとして、例えば透明基板の上にスリット状の遮光膜を形成したような所謂固定式バリアを用いた表示装置の場合、２次元表示を行うことはできず、３次元表示専用の表示装置になってしまう。そこでこのパララックスバリアに液晶パネルを用いることで、バリアパターンを選択的に形成し、３次元表示だけでなく２次元表示も可能にする２次元３次元兼用の表示装置も特許文献２等に記載されている。

この液晶パネルを用いたパララックスバリア（以下バリアセルという）として通常の液晶パネルを使用することはもちろん可能であるが、バリアセルを通常の液晶パネルと同様のプロセスで製造する必要があるため３次元映像表示装置も高価なものとならざるを得ない。

そこで本出願人はこのバリアセルとして先に出願した特願２０００３−５７２３４にも開示するものを用いることで、安価なパララックスバリア方式による３次元映像表示装置を考えている。

このバリアセルの構成を図４の平面図、図５の断面図を用いて説明する。なお図４は以下に記載する下側透明基板２の平面図を示す。１と２はガラスからなる一対の透明基板である。一方の上側透明基板１において、下側の透明基板２と対向する側の表面略全域に透明電極３が形成されている。この透明電極３は例えばＩＴＯ等、通常の液晶パネルの透明電極として用いられる導電性の透明材料と同様のものである。他方の下側透明基板２において、上側の透明基板１と対向する側の表面にストライプ状の開口部４を有する透明電極５が形成されている。この開口部４は透明電極５を形成するＩＴＯ等を取り除いて形成されている。そして上側透明基板１と下側透明基板２との間に、９０°捩りツイスト配向されたネマティック液晶からなる液晶層６が形成されている。また一対の透明基板１、２の液晶層６側とは反対側の表面にそれぞれ偏光板７、８がクロスニコルするように貼り付けられている。そしてこれらによりバリアセル１０が構成されている。なお図示していないが、透明基板１の透明電極３と、透明基板２の透明電極５と開口部４の表面には、配向膜が形成されている。

バリアセル１０は一対の透明基板１、２の間に電圧を印加していないときには液晶層６の液晶分子はツイスト配向のままで、下側透明基板２の下方より入射してきた光がバリアセル１０をそのまま通過していく。一方一対の透明基板１、２の間に電圧を印加すると、透明基板２の透明電極５が形成されている部分では透明基板１と透明基板２との間に電界が発生し、液晶層６の液晶分子が基板表面対し垂直な状態となるため、透明基板２の下方より入射してきた光は偏光板７で吸収されバリアセル１０を通過することができない（以下バリア部１１）。また透明基板２の開口部４の部分では透明基板１と透明基板２との間に電界が発生せず、液晶層６の液晶分子はツイスト配向をキープするため、透明基板２の下方より入射してきた光はバリアセル１０を通過してしまう（以下透過部１２）。

つまり、バリア部１１では光を遮断し、透過部１２では光を通過させるため、バリアセル１０に擬似的なストライプ状のバリアが形成されることになる。

このようなバリアセル１０は、通常の液晶パネルとは異なり、画素ごとにＴＦＴ等のスイッチング素子を形成しておらず、また透明基板２上の開口部の形状、配置を変えるだけで様々なバリアに対応でき、安価なパララックスバリア方式による３次元映像表示装置を提供する上で非常に有効である。

ここで、以前よりパララックスバリア方式における３次元表示装置の問題点の一つとして所謂モアレの発生が挙げられている。このモアレの発生する原因を図６、図７を用いて簡単に説明する。まずパララックスバリア方式の場合には、その構造上表示装置前方の決められた位置（以下、３Ｄ表示領域という）から観察しなければ３Ｄ表示を観察者が認識することはできない。３Ｄ表示領域から外れると右目に左眼用の映像が、左眼に右目用の映像が認識され遠近が逆になる等、３次元表示として不適切な映像となってしまう。

図６はこの３Ｄ表示領域におけるバリアセル１０を介してみえる液晶表示パネルの画素１３の状態を概念的に示す。液晶表示パネルは通常の液晶パネルと同様の構成であり、バリアセル１０の背面側に位置している。そしてストライプ状の縦列に右目用の映像を表示し、隣の縦列に左眼用の映像を表示している。そしてバリアセル１０の透過部１２からは表示装置全体を通して左右の画素１３が均等に観察者には認識される。したがって斜線の網掛で示した液晶表示パネルにおける画素１３と画素１３の間における遮光領域１４が透過部１２に占める割合はどこも同じである。なおこの遮光領域１４とは液晶パネルにおける各画素１３間を区切るためのブラックマトリクスのことである。

次に図７は３Ｄ表示領域から観察者が前後或は左右に移動し、３Ｄ表示領域から外れてしまった場合のバリアセル１０を介してみえる液晶表示パネルの画素１３の状態を概念的に示す。この場合、バリアセル１０の透過部１２からは、透過部１２の位置によって右目用の映像を表示する画素１３の占める割合の多い個所や、左眼用の映像を表示する画素１３の占める割合の多い個所など様々となる。したがって斜線の網掛で示した液晶表示パネルにおける画素１３と画素１３の間における遮光領域１４が透過部１２に占める割合は図６とは異なりそれぞれの個所で異なっている。したがって観察者においては遮光領域１４の多い透過部１２、つまり輝度の低い暗い透過部１２、遮光領域１４の少ない透過部１２、つまり輝度の高い明るい透過部１２が認識されることで所謂モアレが発生してしまう。
特開平９−１８８９７特開平３−１１９８８９

バリアセル１０を用いた際、上記の通り３Ｄ表示を行い観察者が３Ｄ表示領域から外れるとモアレが観察者に認識されてしまう。ところが、バリアセル１０においてなんらバリアを発生していない２Ｄ表示を行った際に表示品位の低下、特に３Ｄ表示と同様に観察者がモアレを感じてしまうという問題が発生していた。

この原因を本発明者が調査したところ、バリアセル１０においてバリア部１１と透過部１２と形成するために透明基板２上に形成した開口部４と透明電極５に起因していることがわかった。透明電極５に用いられているＩＴＯ、或はＩＺＯなどの光透過率は、可視光領域で８０〜９５％くらいである。したがって透明電極５が形成されている領域と開口部４が形成されている領域とでその透過率が異なってしまう。これはつまり透明電極５が形成されている領域は、遮光率は高くはないが３Ｄ表示と同じバリア部として機能し、開口部４が形成されている領域は透過部として機能してしまうからであった。

このことで２Ｄ表示の際も、観察者が遮光領域１４の多い透過部１２、つまり輝度の低い暗い透過部１２と、遮光領域１４の少ない透過部１２、つまり輝度の高い明るい透過部１２とを認識してしまい、所謂モアレが発生してしまっていた。

パララックスバリア方式による３Ｄ表示の際には、観察者も３Ｄ表示領域を意識しているため、モアレの発生は余り生じ難く、また発生したとしても観察者は３Ｄ表示領域へ観察位置をとっさに移すのでそれほど大きな問題とはならない。

しかし２次元３次元兼用の表示装置の場合、通常主に使用されているのはあくまでも２次元表示であり、３次元表示の機能は表示装置に付加価値をつけたものに過ぎない。そして２次元表示の際には観察者は特に観察位置を意識することはなく様々な位置において映像をみることになる。したがって２次元表示の際の表示品位の低下、特にモアレの発生は３次元表示の際のモアレの発生に比べ非常に大きな問題となる。

そこで本発明は、安価な３次元映像表示装置を提供するため、簡単な構造のバリアセルを用いた２次元及び３次元表示が可能なパララックスバリア方式の３次元映像表示装置において、２次元表示の際の表示品位の低下を抑えた３次元映像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の本発明は、対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルに重ねて配置した表示パネルと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする。

また請求項２の本発明は、対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルの背面側に配置した表示パネルと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする。

また請求項３の本発明は、対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルの背面側に配置した液晶パネルと、該液晶パネルの背面側に配置されたバックライトと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする。

また請求項４の本発明は、請求項１から３に記載する３次元映像表示装置において、前記透明膜は、前記開口部に形成されていることを特徴とする。

また請求項５の本発明は、請求項１から４に記載する３次元映像表示装置において、前記透明膜は、前記開口部を有する透明電極膜と同じ材料により形成されていることを特徴とする。

また請求項６の本発明は、請求項１から５に記載する３次元映像表示装置において、前記バリアの形状は、階段状となっていることを特徴とする。

請求項１、請求項２、請求項３に係る発明においては、簡単な構造のバリアセルを用いることでコストの増加を抑えた２次元表示及び３次元表示が可能なパララックスバリア方式の３次元映像表示装置を提供することができ、また２次元表示の際の表示品位の低下、特にモアレの発生を抑えた３次元映像表示装置を提供することができる。

請求項４に係る発明においては、バリアセルにおけるセルギャップを安定させることができる。

請求項５に係る発明においては、別と製造工程の増加を必要とすることなく、請求項１から３の発明を実現することができる。

請求項６に係る発明においては、視点数を増やした際にも水平方向の解像度の劣化を抑えることができる。

対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合せた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、バリアセルに重ねて配置した表示パネルと、を備えた２次元表示及び３次元表示が可能な３次元映像表示装置において、バリアセルの開口部に対応する位置には、透明電極から独立する透明膜が形成されている。

図１は本発明の２次元表示及び３次元表示が可能なパララックスバリア方式の３次元表示装置５０の構成を示している。

３次元表示装置５０は、３次元表示の際にパララックスバリア表示するバリアセル２０と、バリアセル２０の背面側に配置された透過型の液晶パネル４０、及び液晶パネル４０の背面側に配置され液晶パネル４０へ光を照射するバックライト４５から構成されている。なお３次元表示装置５０が大型化すると、バリアセル２０と液晶パネル４０との距離をある程度広くしなければならないため、バリアセル２０と液晶パネル４０との距離を調整するためのガラスやアクリル樹脂などからなる透明板（破線で示す）がバリアセル２０と液晶パネル４０との間に配置されていてもよい。

図２は、このバリアセル２０の平面図、図３はそのバリアセル２０の断面図を示している。なお図２は以下に記載する下側透明基板２２の平面図を示す。

バリアセル２０は、対向して配置された上側の透明基板２１と、下側の透明基板２２を備えている。上側透明基板２１の表面のうち下側透明基板２２と対向する側の表面には、ＩＴＯやＩＺＯ等の導電性の透明材料で形成された透明電極２３が透明基板２１の略全域を覆うようベタパターンで形成されている。また図示してはいないが透明電極２３の表面には配向膜が形成されている。

一方下側透明基板２２の表面のうち上側透明基板２１と対向する側の表面には、同じくＩＴＯやＩＺＯ等の導電性の透明材料で形成された透明電極２４が形成されている。また下側透明基板２２の表面には透明電極２４が形成された領域内においてストライプ状に形成された導電性透明材料未塗布の開口部２５が形成されている。

そして下側透明基板２２の表面に形成された開口部２５の領域内には、下側透明基板２２の表面に透明電極２４から電気的に独立し浮島状態となる透明膜２６が形成されている。この透明膜２６は開口部２５の形状に対応した形状となっており、略開口部２５を埋めるように形成されており、透明電極２４と略同じ膜厚さを有している。透明膜２６は透明電極２４と同じ導電性の透明材料で形成されており、開口部２５を形成する際に透明膜２６を残すように開口を設けているため、別途透明膜２６だけを設ける工程を必要としていない。ただし透明膜２６は別工程により形成されるものでも構わない。また透明電極２４と異なる材料で形成してよいが、この場合できるだけ透明電極２４と透過率が同じものである必要がある。また開口部２５の位置に対応しているのであれば、透明電極２４と開口部２５が形成されている側とは反対側の下側透明基板２２表面でも構わないし、上側透明基板２１に形成されていてもよいが、バリアセル２０におけるセルギャップの安定等の観点から開口部２５の領域内に形成するのが望ましい。なお図示してはいないが透明電極２４、開口部２５、透明膜２６を覆うように配向膜が形成されている。

そして上側透明基板２１と下側透明基板２２との間には９０°捩りツイスト配向されたネマティック液晶からなる液晶層２７が形成されている。また一対の透明基板２１、２２の液晶層２７側とは反対側の表面にそれぞれ偏光板２８、２９がクロスニコルするように貼り付けられている。

このような構成によるバリアセル２０は、透明電極２３と透明電極２４の間に電圧を印加していないときには液晶層２７の液晶分子はツイスト配向のままで、バリアセルにはバリアが表示されず、３次元映像表示装置５０は２次元映像を表示する。

一方透明電極２３と透明電極２４の間に電圧を印加すると電界が発生し液晶層２７の液晶分子が基板表面対し垂直な状態となるため、バリアセル２０の背面側から入射してきた光は偏光板２８で吸収されバリアセル２０を通過することができない（以下バリア部）。しかし透明電極２３と透明電極２４の間に電圧を印加しても、開口部２５及び透明膜２６と透明電極２３との間に電界は発生せず、液晶層２７の液晶分子はツイスト配向をキープするため、バリアセル２０の背面側から入射してきた光はバリアセル２０を通過してしまう（以下透過部）。この状態のときに３次元映像表示装置５０は３次元映像を表示することができる。

透過型の液晶パネル４０とバックライト４５は一般的な液晶表示装置に用いられているものと同様であり、ＴＮ方式、ＭＶＡ方式、ＩＰＳ方式など様々な液晶パネル４０を用いることができる。そして３次元映像表示装置で３次元表示を行う際には液晶パネル４０において、右目用の映像と左眼用の映像が縦列に交互に表示される。またバックライト４５も均一な光を液晶パネル４０に照射できるものであれば良く、線状光源を用いた直下型、サイドライト型何れを用いることができ、また光源も面状光源や点状光源などを用いることができる。

そして３次元表示装置５０において、上記のようなバリアセル２０を用いることで、３次元表示の際にはバックライト４５から照射され液晶パネル４０を通過した右眼用の映像光と左眼用の映像光とを観察者の右眼と左眼にそれぞれ入射させて３次元映像を認識させる。

また、２次元表示の際にはバックライト４５から照射され液晶パネル４０を通過した映像光を観察者の眼に入射させ２次元映像を認識させる。この２次元表示の際にバリアセル２０の開口部２５には透明膜２６が形成されているため、透明電極２４と透明膜２６の領域で光透過率は同じになるため、バリア部と透過部とで輝度の違いはほとんど生じない。したがって２次元表示において観察者がいかなる位置でみようともモアレはほとんど発生することがなく、また表示品位の低下も少ない。

なお、本発明は実施例１に限定されるものではなく、対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合せた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルにおいて、バリアセルの開口部に対応する位置には、透明電極から独立する透明膜が形成されているバリアセルを用いた２次元表示と３次元表示が可能なパララックスバリア方式の３次元映像表示装置であれば適用可能である。

したがって、２次元用の映像及び３次元用の映像を表示する表示パネルは、実施例１の液晶パネル４０に限定されるものではなく、他の表示パネル、具体的にはＰＤＰや有機ＥＬパネルなどを用いてもよい。

また、実施例１においては液晶パネル４０の前方にバリアセル２０を配置していたが、バリアセル２０を液晶パネル４０とバックライト４５の間に配置してもよい。この場合であっても、バリアセル２０における透明電極２４と開口部２５との透過率の違いによる表示品位の低下を抑えることができる。

また、実施例１のような所謂２眼式の３次元映像表示装置に限らず、多眼式の３次元映像表示装置であっても当然適用可能である。

また、実施例１において開口部２５をストライプ状に形成し、バリアセル２０において３次元表示の際にストライプ状のバリアを形成するものを示していが、バリアの形状はストライプ状のものに限定されるものではない。例えば液晶パネル４０のおける一画素程度の大きさ開口部２５を階段状に形成した所謂斜めバリアを用い、開口部２５の領域内に透明膜２６を形成したバリアセルであってもよい。この斜めバリアを用いることにより、多眼式による視点数を増やした際にも水平方向の解像度の劣化を抑えることができる。

本発明の実施例１におけるパララックスバリア方式の３次元表示装置５０の構成を示す。実施例１のバリアセルの平面図を示す。実施例１のバリアセルの断面図を示す。従来のバリアセルの平面図を示す。従来のバリアセルの断面図を示す。３Ｄ表示領域におけるバリアセルを介してみえる画素の状態を概念的に示す。３Ｄ表示領域から外れた位置におけるバリアセルを介してみえる画素の状態を概念的に示す。

符号の説明

２０バリアセル
２１上側透明基板
２２下側透明基板
２３、２４透明電極
２５開口部
２６透明膜
４０液晶パネル
４５バックライト
５０３次元映像表示装置

Claims

対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルに重ねて配置した表示パネルと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする３次元映像表示装置。
対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルの背面側に配置した表示パネルと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする３次元映像表示装置。
対向する一対の透明基板間に液晶層を設け、一方の基板の内側には透明電極膜のベタパターンが形成され、他方の基板にはバリアの形状に合わせた開口部を有する透明電極膜が形成されてなるバリアセルと、該バリアセルの背面側に配置した液晶パネルと、該液晶パネルの背面側に配置されたバックライトと、を備えたパララックスバリア方式による３次元映像表示装置において、前記バリアセルの開口部に対応する位置には、前記他方の基板の透明電極膜から電気的に独立する透明膜が形成されていることを特徴とする３次元映像表示装置。
前記透明膜は、前記開口部に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の３次元映像表示装置。
前記透明膜は、前記開口部を有する透明電極膜と同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元映像表示装置。
前記バリアの形状は、階段状となっていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の３次元映像表示装置。