JP2005316126A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パララックスバリア方式を採用した場合において、カラーフィルタの開口面積を狭めることなく明るい表示を実現でき、しかも、立体視域を広く確保することのできる表示装置を提供する。
【解決手段】 右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌのそれぞれを行方向に交互に配列させた３次元用画像１１を表示する表示素子１が、各ピクセル３を構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセル４内に、行方向において隣位するサブピクセル４との境界辺に沿って形成された反射領域５とそれ以外の領域からなる透過領域６とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パララックスバリア方式を採用する３次元画像表示装置に係り、特に、３次元用画像を表示する画像表示手段として、半透過反射型の表示素子を用いた３次元画像表示装置に関する。

３次元用画像の立体視を実現する方法の１つとして、パララックス（視差）バリア方式が知られている。

このパララックスバリア方式の原理について簡単に説明する。

まず、図８に示すように、右眼用画像の原画Ｒ０と左眼用画像の原画Ｌ０のそれぞれを、列方向（上下方向）に延在する帯状の画像に細分する。この帯状の画像の幅は、例えば、１ピクセル（画素）幅、１サブピクセル幅（１／３ピクセル幅に相当）とすることができる。そして、この細分された右眼用画像Ｒ（図８においてＲ１〜Ｒ６として示す）と左眼用画像Ｌ（図８においてＬ１〜Ｌ６として示す）を行方向（横方向）に交互に配列させて３次元用画像（以下、３Ｄ用画像）１１を形成する。前記３Ｄ用画像１１はコンピュータのソフトウェアを利用して画像データとすることが可能であり、３次元画像表示装置の構成としては、一般的に、画像表示手段としての表示素子に前記３Ｄ用画像１１の画像データに基づいて表示されるようになっている。

そして、図９に示すように、この３Ｄ用画像１１の背面側にパララックスバリアと呼ばれる、透過しようとする光を遮る遮光部１２ａと、列方向に延在するスリットからなり、光を透過させる透光部１２ｂとが行方向に交互に配列形成されたシャッタ１２を配置する。前記シャッタ１２は、例えば前記３Ｄ用画像１１のうち、観察者の右眼位置には左眼用画像Ｌを遮断して右眼用画像Ｒのみを到達させ、左眼位置には右眼用画像Ｒを遮断して左眼用画像Ｌのみを到達させるように作用するものである。例えば、３次元画像表示装置の構成としては、透光部１２ｂと遮光部１２ａとを前述のように配列させたストライプ状の表示がされたＴＮ型の液晶表示素子などを用いることができる。

この状態でシャッタ１２の透光部１２ｂを通して前記３Ｄ用画像１１をある距離から観察すると、観察者の右眼には右眼用画像Ｒのみが視認され、左眼には左眼用画像Ｌのみが視認される。このように、前記３Ｄ用画像１１とシャッタ１２とが相俟って、左右の眼に別々の画像を分離して提示することにより、両眼視差を生じさせることができ、３Ｄ用画像１１の立体視を実現させることができる。

なお、前記シャッタ１２は、３Ｄ用画像１１の前面側に配置することも可能である。前記シャッタ１２を３Ｄ用画像１１の前面側に配置した場合は、前記シャッタ１２の透光部１２ｂを、観察者に視認される右眼用画像Ｒや左眼用画像Ｌも透過し、遮光部１２ａにより、不必要な右眼用画像Ｒや左眼用画像Ｌが遮蔽されることとなる。また、外光を利用する反射表示時において３Ｄ用画像１１の立体視を実現させるためには、前記シャッタ１２を３Ｄ用画像１１の背面側に配置する構成は採用不可である。この構成では、両眼視差を生じさせることができないためである。

ところで、前記パララックスバリア方式を採用して立体視を実現させるためには、図９に示すように、３Ｄ用画像１１と観察者との距離（最適視認距離）Ｃが大凡次式に従っていることが条件となる。なお、次式中、Ｄは３Ｄ用画像１１とパララックスバリアとの距離、Ｅは左右の瞳孔間距離、Ｐは細分された左眼用画像と右眼用画像のピッチ間距離である。
Ｃ＝Ｄ×（Ｅ／Ｐ−１）

そして、立体視を実現できる前記最適視認距離Ｃにはある程度の許容範囲（以下、立体視域という）があり、視認者がこの立体視域外から前記３Ｄ用画像１１を視認した場合、左眼用画像と右眼用画像が立体視を得られない状態で混在して視認される。図１０（ａ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃにあり、立体視を適正に視認可能である場合を示している。また、図１０（ｂ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃより近くにあるため、視認される３Ｄ用画像に視認対象外の画像が混在している状態を示している。さらに、図１０（ｃ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃより遠くにあるため、視認される３Ｄ用画像に視認対象外の画像が混在して、立体視を適正に視認できない場合を示している。

よって、３次元画像表示装置としては、立体視域が広く確保された３次元画像表示装置を開発することが強く求められている。

ここで、立体視域を広く確保するための方法として、図１１に示すように、細分して配列された右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌの間にそれぞれマスク部Ｍを配設し、前記マスク部Ｍによって視認対象外の画像部分を遮らせることにより、左眼には左眼用画像のみを、また右眼には右眼用画像のみをそれぞれ視認させる方法が考えられる。なお、図１１（ａ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃにあり、立体視を適正に視認可能である場合を示している。また、図１１（ｂ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃより近くにあるが、前記マスク部Ｍによって視認対象外の画像部分を遮ることができ、立体視を適正に視認可能である場合を示している。さらに、図１１（ｃ）には観察者の両眼（視点）が前記最適視認距離Ｃより遠くにあるが、やはり、前記マスク部Ｍによって視認対象外の画像部分を遮ることができ、立体視を適正に視認可能である場合を示している。

そして、前記３Ｄ用画像１１を表示する表示装置としてカラー液晶表示素子を使用する場合において、各ピクセル間や各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色のサブピクセル間に遮光部としてのブラックマスクＭが配設されている場合には、前述した最適視認距離Ｃに許容範囲を持たせる方法が自動的に実施されることとなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１６１９１２号公報

しかしながら、通常の液晶表示素子に配設されたブラックマスクＭの幅寸法では有効な効果を得るためには十分ではない。また、前記ブラックマスクＭの幅寸法を単に増やせば、赤色、緑色および青色のサブピクセルに配設されたカラーフィルタの開口面積が小さくなり、カラー表示が暗くなるという問題が生じる。

そこで、本発明は、パララックスバリア方式を採用した場合において、カラーフィルタの開口面積を狭めることなく明るい表示を実現でき、しかも、立体視域を広く確保することのできる表示装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の３次元画像表示装置の特徴は、右眼用画像と左眼用画像のそれぞれを行方向に交互に配列させた３次元用画像を表示する表示素子と、透光部と遮光部のそれぞれを行方向に交互に配列させたシャッタとを備え、パララックスバリア方式により前記３次元用画像の立体視を実現させる３次元画像表示装置において、前記表示素子は、各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセル内に、行方向において隣位するサブピクセルとの境界辺に沿って形成された反射領域と、それ以外の領域からなる透過領域とを有する半透過反射型の表示素子である点にある。

その場合において、各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセルは、行方向に配列形成されていることを特徴とする。

または、各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセルは、列方向に配列形成されていることを特徴とする。

本発明の３次元画像表示装置によれば、透過型の表示を行うことで３次元用画像の立体視を実現させる構成とした際には、行方向において隣位するサブピクセルとの境界辺に沿って形成された反射領域が遮光部として作用し、また、反射型の表示を行うことで３次元用画像の立体視を実現させる構成とした際には、前記各サブピクセル内における透過領域が遮光部として作用することとなる。

このように、透過表示時においては反射領域を、反射表示時においては透過領域を遮光部として作用させることによって、左眼用画像と右眼用画像が混在して観察者に視認されることを効果的に防止して良好な立体視を実現することができるとともに、立体視域を広く確保することができる。

そして、このような構成とした３次元画像表示装置は、透過領域や反射領域の開口面積を小さく形成することなく実現することができるので、透過表示時、反射表示時のいずれの表示時においても明るい表示を実現することが可能となる。

本実施形態の３次元画像表示装置について、図１乃至図７を用いて説明する。 本実施形態の３次元画像表示装置は、３Ｄ用画像１１を表示する画像表示手段としての半透過反射型の表示素子１と、前記半透過反射型の表示素子１の背面側に配置され、透過する光を遮断する遮光部１２ａと、列方向に延在するスリットからなり、光を透過させる透光部１２ｂとが行方向に交互に配列形成されたストライプ状の表示をしてシャッタ１２として作用する液晶表示素子２と、前記シャッタ１２の背面側に配置されたバックライト（図示せず）とを備えており、前記バックライトの光を利用した透過表示時において、パララックスバリア方式の３次元用画像の立体視を実現可能とされている。

本実施形態においては、前記半透過反射型の表示素子１として、表示素子の内面における各ピクセル内に、外光を利用して表示を行なう反射領域５及びバックライトユニットからの照射光を利用して表示を行なう透過領域６の双方を有する半透過反射型の液晶表示素子（以下、半透過反射型表示素子）１が採用されている。

前記半透過反射型表示素子１は３Ｄ用画像１１をカラー表示するための複数のピクセル３を有し、各ピクセル３はカラーフィルタが配設された赤色、緑色および青色の各サブピクセル４を有している。そして、各サブピクセル４内には、透明基板７上に反射層８を形成し、その上に各色の前記カラーフィルタ９を配設した反射領域５および前記透明基板７上に直接各色の前記カラーフィルタ９を配設した透過領域６が形成されている。なお、前記カラーフィルタの上面には平坦化膜（図示せず）が形成され、その上に透明電極１０が形成されている。また、反射層８とカラーフィルタ９は異なる透明基板に形成してもよい。

そして、本実施形態においては、前記反射領域５は各サブピクセル４内に、前記シャッタ１２のスリットの配列方向、すなわち、行方向において隣位するサブピクセル４との境界辺に沿って帯状に形成されている。

図１および図２は、本実施形態の半透過反射型表示素子１におけるピクセル３内の構成を示す第１実施例である。

本実施例の半透過反射型表示素子１は、各ピクセル３内において各サブピクセル４が視認者の視角に対して縦長、つまり前記半透過反射型表示素子１の列方向に延在するように配列されている。この第１実施例においては、前記反射領域５は各サブピクセル４内における同一側（図中、右側）の長辺部分に帯状に形成されている。

この場合、右眼用画像Ｒおよび左眼用画像Ｌの最小ピッチは、図３に示すように赤色、緑色および青色のサブピクセル単位（１／３ピクセル単位に相当）とすることも可能であるし、図４に示すように、赤色、緑色および青色のサブピクセル４からなる１ピクセル単位とすることも可能である。

また、図５および図６は、本実施形態の半透過反射型表示素子１におけるピクセル３内の構成を示す第２実施例である。本実施例の半透過反射型表示素子１は、各ピクセル３内において各サブピクセル４が視認者の視角に対して横長、つまり、前記半透過反射表示素子１の行方向に延在するように配列されている。この第２実施例においては、前記反射領域５は各サブピクセル４内における同一側（図中、右側）の端辺部分に形成されている。なお、行方向において隣位するサブピクセルは同一色であってもよいし、なくてもよい。

この場合、右眼用画像Ｒおよび左眼用画像Ｌの最小ピッチは、図７に示すように、赤色、緑色および青色のサブピクセル４からなる１ピクセル単位となる。

このように構成された半透過反射型表示素子１を画像表示手段とし、前記半透過反射型表示素子１の背面側に配設された前記液晶表示素子２に形成されたシャッタ１２の透光部１２ｂを透過したバックライトの光を利用して、観察者が、前記半透過反射型表示素子１に表示される３Ｄ用画像１１を視認する場合、前述のように各ピクセル３に反射領域５と透過領域６とが形成された半透過反射型表示素子１に表示される右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌの間にそれぞれ光の透過を遮る遮光部が配設されたのと同じ効果を得ることができる。

つまり、本実施形態の３次元画像表示装置においては、バックライトの光を利用する透過表示時に、前記３Ｄ用画像１１を表示する半透過反射型表示素子１のピクセル３を構成するサブピクセル４内に形成された前記反射領域５が遮光部として作用する。この遮光部として作用する部分、つまり、前記反射領域５は観察者の視角方向に対して縦長、つまり前記半透過反射型表示素子１の列方向に延在するように配列される。そして、この遮光部として作用する反射領域５は、前記シャッタ１２に開口する透光部１２ｂの配列と相俟って視認対象外の画像部分を遮り、右眼には右眼用画像Ｒのみを、また左眼には左眼用画像Ｌのみをそれぞれ視認させることが可能となる。

このように、透過型示時において、反射領域５を遮光部として作用させることによって、右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌが混在して観察者に視認されることを効果的に防止して、立体視域を広く確保することができる。

なお、本実施形態の３次元画像表示装置は、前記シャッタ１２が半透過反射型表示素子１の背面側に配設されているため、３次元画像は透過表示時にのみ立体視可能である。

また、前記シャッタ１２を半透過反射型表示素子１の前面側に配設する構成とすれば、透過表示時のみならず、半透過反射型表示素子１の前面側からの外光を利用した反射表示時においても３次元画像を視認することができる。

つまり、この３次元画像表示装置においては、外光を利用する反射表示時には、前記３Ｄ用画像１１を表示する半透過反射型表示素子１のピクセル３を構成するサブピクセル４内に形成された前記透過領域６が遮光部として作用する。この遮光部として作用する部分、つまり、前記反射領域５は観察者の視角方向に対して縦長、つまり前記半透過反射型表示素子１の列方向に延在するように配列される。そして、この遮光部として作用する反射領域５は、前記シャッタ１２に開口する透光部１２ｂの配列と相俟って視認対象外の画像部分を遮り、右眼には右眼用画像Ｒのみを、また左眼には左眼用画像Ｌのみをそれぞれ視認させることが可能となる。

このように、透過表示時においては反射領域５を遮光部として作用させ、反射表示時においては透過領域６を遮光部として作用させることによって、右眼用画像Ｍと左眼用画像Ｌが混在して観察者に視認されることを効果的に防止して、立体視域を広く確保することができる。

そして、このように構成された本実施形態の３次元画像表示装置は、遮光部が形成されることを原因として透過領域６や反射領域５の開口面積が小さく形成されることもないので、３Ｄ用画像１１の立体視を実現させる際の透過表示時、反射表示時において、透過率、反射率を良好とし、明るい表示を実現することが可能となる。

なお、前述の３次元画像表示装置の半透過反射型表示素子１においては、各サブピクセル４間に予め配設される遮光部材としてのブラックマスクについては言及していないが、ピクセル３内の透過領域６と反射領域５を前述のように形成された半透過反射型表示素子１については、前記ブラックマスクの配設の有無に関わらず、効果を得ることができる。

また、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、シャッタとして液晶表示素子を用いたが、遮光部を印刷等で形成した固定型シャッタであってもよい。また、３Ｄ用画像を表示する表示素子としては、スイッチング液晶表示素子を有するＴＦＴ型液晶表示素子、単純マトリクス型のＳＴＮ液晶表示素子を用いることができる。

本実施形態の３次元画像装置における画像表示手段の第１実施例を示す平面図 図１のＩ−Ｉ断面図 本実施形態の３次元画像装置における画像表示手段の第１実施例の３Ｄ用画像を表示するピッチ単位の一例および前記ピッチ単位とシャッタとの関係を示す説明図 本実施形態の３次元画像装置における画像表示手段の第１実施例の３Ｄ用画像を表示するピッチ単位の他の例および前記ピッチ単位とシャッタとの関係を示す説明図 本実施形態の３次元画像装置における画像表示手段の第２実施例を示す平面図 図５のIＩ−ＩI断面図 本実施形態の３次元画像装置における画像表示手段の第２実施例の３Ｄ用画像を表示するピッチ単位の一例および前記ピッチ単位とシャッタとの関係を示す説明図 パララックスバリア方式における３Ｄ用画像の作成に関する説明図 パララックスバリア方式における最適視認距離に関する説明図 パララックスバリア方式の立体視域に関する問題点を示す説明図 パララックスバリア方式の立体視域に関する問題点の解決方法を示す説明図

符号の説明

１ 半透過反射型（液晶）表示素子
２ （シャッタ用）液晶表示素子
３ ピクセル
４ サブピクセル
５ 反射領域
６ 透過領域
７ 透明基板
８ 遮光膜
９ カラーフィルタ
１０ 透明電極
１１ ３Ｄ用画像
１２ 遮光マスク
１２ａ 遮光部
１２ｂ 透光部
Ｒ 右眼用画像
Ｌ 左眼用画像
Ｍ ブラックマスク

Claims (3)

1. 右眼用画像と左眼用画像のそれぞれを行方向に交互に配列させた３次元用画像を表示する表示素子と、透光部と遮光部のそれぞれを行方向に交互に配列させた遮光マスクとを備え、パララックスバリア方式により前記３次元用画像の立体視を実現させる３次元画像表示装置において、
   前記表示素子は、各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセル内に、行方向において隣位するサブピクセルとの境界辺に沿って形成された反射領域と、それ以外の領域からなる透過領域とを有する半透過反射型の表示素子であることを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセルは、行方向に配列形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
3. 各ピクセルを構成する赤色、緑色および青色の各サブピクセルは、列方向に配列形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。