JP2007156390A - 2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置 - Google Patents

2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】2次元及び3次元映像を観測者の選択によって2次元及び3次元映像を選択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】所定の映像を出射するための映像パネル(200)及び映像パネル(200)上部に位置し、前記所定の映像を2次元映像または3次元映像として表示するためのバリアバリアパネル(300)を備えるディスプレイ装置であって、バリアパネル(300)は、横電界駆動の形態の電極(312、314)が配置される第1基板(310)と、第1基板(310)と対向する側の面に透明電極(322)が形成される第2基板(320)と、第1基板(310)と第2基板(320)との間に形成される液晶層(330)と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、特に、2次元(2Dimension、以下、「2D」と称する)及び3次元(3Dimension、以下、「3D」と称する)映像を使用者の選択によって表示する2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置に関する。
一般に、3次元を表現する立体画像は、人間の二つの目を通じたステレオ視覚の原理によって行われるが、二つの目の視差、すなわち、二つの目が約65mm程度離れて存在するために現われる両眼視差は、立体感の最も重要な要因であると言える。すなわち、左右の目は、それぞれお互いに違う2次元画像を視覚によって捉えるので、この二つの画像が網膜を通じて脳に伝達されると、脳はこれらの画像を認識し、左右の目から捉えられた異なる画像を融合して本来の3次元映像の深み感や立体感を認識させるのである。
3次元立体画像を表示するための従来技術としては、特殊メガネを用いた立体画像ディスプレイ方式、無眼鏡式立体画像ディスプレイ方式、及びホログラフィック(Holographic)ディスプレイ方式がある。これらのうち、特殊メガネによる立体画像ディスプレイ方式は、左右にそれぞれ異なる偏光フィルター備え、左眼用の画像と右眼用の画像がそれぞれの眼にしか見えないようにして立体画像を具現する偏光メガネ方式と、一つのディスプレイ上に左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示させて立体画像を具現する時分割メガネ方式、及びプルフリッヒ効果(網膜から脳への信号の伝達は、画像が暗い時は遅くなる)を利用した濃度差方式に分けることができる。
また、無眼鏡式立体画像ディスプレイ方式は、左右眼にあたるそれぞれの画像の前に縦格子模様の開口(Aperture)を通じて画像を分離することにより立体画像を具現するパララックス(parallax)方式と、半円錐型レンズを配列したレンティキュラ板(lenticular plate)を利用して立体画像を具現するレンティキュラ(lenticular)方式、及び複眼状のレンズ板を利用して立体画像を具現するインテグラルフォトグラフィ(integral photography)方式に分けることができる。
そして、ホログラフィックディスプレイ(Holographic Display)方式は、立体感が生ずる要因である焦点調節、幅周角、両眼視差、運動視差など、すべての要因を取り揃えた3次元立体画像を得ることができる。このホログラフィックディスプレイは、レーザ光再生ホログラムと白色光再生ホログラムとに分類される。
特殊メガネによる立体画像ディスプレイ方式は、多数の人が同時に立体映像を楽しむことができるが、偏光メガネまたは液晶シャッターメガネなどの特殊メガネが必要となり、不便で煩わしいという問題がある。
無眼鏡式立体画像ディスプレイ方式は、観察範囲が固定されるため、同時に立体画像を楽しむことのできる人数が制限されてしまうが、別途、特殊メガネを掛けないという特徴があって好まれる傾向がある。すなわち、無眼鏡式立体映像ディスプレイ方式は、観察者が直接スクリーンを視認し、上記のような問題が解消されるので、多くの研究が盛んに行われている。
完璧な3次元立体映像を表示するものとしては、上述したホログラフィックディスプレイ方式がある。ホログラフィックディスプレイ方式は、主にレーザとレンズ及び鏡などを通じて空間上に直接的に3次元映像を表示し、実在する物体の感じをそのまま表示することができるが、技術の困難さや装置が占める空間が大きくなるという問題がある。
そこで、ステレオ画像の原理を利用して、3次元映像を具現する方式であるパララックス−バリア(parallax barrier)を採択しようとする傾向が増えている。
パララックスバリア(parallax barrier)は、左右二つの目にあたる映像の前に縦あるいは横形態(スリット)を置くことで、前記スリットによって合成された立体映像を分離して視認されるようにして立体感が感じることができるようにする方式である。
ここで、パララックスバリア方式による3次元映像ディスプレイ装置を説明する。
図1は、従来のバリア方式3Dディスプレイ装置によって3次元映像が具現されることを示す図面である。
図1を参照すれば、従来のパララックスバリア方式は、映像パネルから出射される光が透過されるスリット(slit)と前記光を遮断するバリアが繰り返し配列されて形成されたバリアパネル20が映像パネル30の前方に配置される。
観察者10は、バリアパネル20のスリットを通じて映像パネル30で表示、または印刷された映像を見るようになるが、観察者10の左眼と右眼とは同じスリットを通じても、それぞれ映像パネル内の異なる領域を見るようになる。パララックスバリア方式は、このような原理を利用したもので、左眼と右眼とがそれぞれ異なる領域の画素に対応する映像を、スリットを通じて見るようになるので、立体感を感じさせる。
すなわち、図1で左眼Lは、映像パネル30で左眼対応画素Lpを見るようになり、右眼Rは映像パネル30で右眼対応画素Rpを見るようになる。
しかしながら、従来のパララックスバリア方式3Dディスプレイ装置は、バリアパネルが映像パネルの前方に設置され、バリアパネルが具備されているかぎり、2D映像を見ることが不可能であるため、2D映像を視聴するためにはバリアパネルをとり除かなければならないという問題がある。
従来の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献1等がある。
大韓民国特許出願公開第2003/0071513号明細書
本発明は、上記問題を解決するために成されたものであり、バリアバリア2Dディスプレイ動作のときには広視野角と狭視野角の選択が可能であり、同時に3Dディスプレイとしての転換が可能な2D及び3D映像選択可能ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明に係るディスプレイ装置は、所定の映像を出射するための映像パネル及び前記映像パネル上部に位置し、前記所定の映像を2次元映像または3次元映像として表示するためのバリアパネルを備えるディスプレイ装置であって、前記バリアパネルは、横電界駆動の形態の電極が配置される第1基板と、前記第1基板と対向する側の面に透明電極が形成される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に形成される液晶層と、を備えることを特徴とする。
さらに、前記第1基板の前記第2基板と対向する側の面に第1配向膜が形成され、前記第2基板の前記第1基板と対向する側の面に第2配向膜が形成されることを特徴とする。

また、前記第1配向膜および2配向膜は、反平行ラビング処理を施すことにより前記液晶層が初期に電界制御複屈折の形態に配向されることを特徴とする。
また、前記横電界駆動形態の電極は、複数の突起を持つ第1電極部及び第2電極部で構成され、前記第1電極部の突起と前記第2電極部の突起とが互い違いに配列されることを特徴とする。
また、前記映像パネルは、液晶表示装置、プラズマ表示装置、または有機電界発光表示装置のうちのいずれか一つに備えられることを特徴とする。
また、前記映像パネルは、2次元映像と3次元映像とを選択的に出射することを特徴とする。
また、前記映像パネルが3次元映像を出射する場合、左眼用イメージ情報を表示する左眼ピクセルと、右眼用イメージ情報を表示する右眼ピクセルとが交番的に配列されることを特徴とする。
また、前記バリアパネルは、前記第1基板上に具備された横電界駆動形態の電極に所定の電圧が印加される場合、所定の領域別に水平電界が形成されるか否かによって、2次元または3次元映像ディスプレイを選択的に具現することを特徴とする。
また、前記水平電界が形成される場合、3次元映像が表示されることを特徴とする。
また、前記バリアパネルは、前記第1基板及び第2基板に具備された電極に所定の電圧が印加されて垂直電界が形成されるか否かによって2次元映像で広視野角、または、狭視野角が具現されることを特徴とする。
また、前記垂直電界が形成される場合、狭視野角の2次元映像が表示されることを特徴とする。
以上のように構成される本発明によれば、使用場所、使用状況、観測者の人数などに応じて、広視野角または狭視野角のディスプレイを具現することができ、さらに、2Dディスプレイ(二次元映像表示)と3Dディスプレイ(三次元映像表示)とを適宜選択することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態に係る2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置(以下、必要に応じて「ディスプレイ装置」と称する)を詳細に説明する。
図2は、本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の概略的な断面図である。
本発明によるディスプレイ装置は、図2に示されるように、映像パネル200及びバリアパネル300で構成される。
ここで、映像パネル200は、液晶表示装置(LCD)、プラズマ表示装置(PDP)、有機電界発光表示装置(OLED)などに具現することができ、本発明の実施の形態では液晶表示装置をその例として説明する。
バリアパネル300は、第1基板310及び第2基板320と、第1基板310と第2基板320との間に形成される液晶層(液晶層に含まれる液晶材料も含めて、「液晶層」と称する。したがって、本明細書中で、「液晶層」と称する場合には、液晶層に含まれる液晶材料を意味する場合もある。)330で構成され、液晶330が初期に電界制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)形態に配向され、第1基板310には、横電界駆動(IPS:In−Plane−Switching)形態の電極312、314を配置し、第2基板320の第1基板310と対向する側の面に透明電極322を形成することで、2D映像と3D映像との変換が可能になるように構成され、特に、2D映像を表示する2Dディスプレイ動作時には広視野角と狭視野角の選択的切り換えが可能である。
ここで、第1基板310の第2基板320と対向する側の面及び第2基板320の第1基板310と対向する側の面には、それぞれ第1配向膜316及び第2配向膜324が形成されており、第1配向膜316及び第2配向膜324は、反平行ラビング処理を施すことにより液晶層330が初期にECB形態に配向される。
映像パネル200は、2D映像と3D映像とを選択的に表示することができ、3D映像を表示する場合、左眼用イメージ情報を表示する左眼ピクセルLと右眼用イメージ情報を表示する右眼ピクセルRが交番的に形成される。
また、バリアパネル300は、映像パネル200と観察者(図示せず)の間に位置して光を通過させたり遮断したりする役割を行うが、2D映像を表示する場合には、映像パネル200から出射される映像をそのまま透過するように動作し、3D映像を表示する場合には、映像パネル200の右眼用ピクセルRと左眼用ピクセルLとから出る光を通過させるスリットと、遮断するバリア(barrier)を通じて観察者に対して仮想3次元立体映像を具現させる。
すなわち、バリアパネル300は、3D映像を表示する3Dディスプレイ動作時の場合、スリットとバリアが垂直するように相互に交番的に形成されるように構成される。
本発明の場合、前記バリアパネル300は、第1基板310上に電極312、314がIPS形態に配列されて電極312と電極314との間に水平電界が印加される場合、光を透過するスリットと、光を遮断するバリアが所定間隔で配列されたような効果を得ることができるので、3D映像の具現が可能になる。
このようなディスプレイ装置を通じて具現される3D映像具現方法についてより具体的に説明すれば、まず、観察者の左眼に向かう光は映像パネル200の左眼用ピクセルLを通じてバリアパネルのスリットを通過し、観察者の左眼に到逹する。ただし、映像パネル200の左眼用ピクセルLを通過した光の中で観察者の右眼に向かう光はバリアによって遮られて観察者に伝達されない。
このような方法によって、観察者の右眼用ピクセルRを通じてバリアパネルのスリットを通過して観察者の右眼に到逹する光があり、その反面、映像パネル200の右眼用ピクセルRを通過しても観察者の左眼に向かう光はバリアによって遮られるようになる。
その結果、左眼用ピクセルLを通過した光は、観察者の左眼のみに伝達する光になり、右眼用ピクセルRを通過した光は、観察者の右眼のみに伝達する光になって観察者が認識できるようになる。この時、観察者である人間が充分に感知することができるほどに左眼に到逹する光と右眼に到逹する光の間には十分な両眼視差情報が形成され、これにより、観察者は3次元映像を楽しむことができるようになる。
また、バリアパネル300は、2D映像を具現する場合、2種類の形態で動作するが、バリアパネル300の第1基板310、第2基板320上に具備された電極の間に所定の電界が形成されない場合には、映像パネル200上に具備された偏光板(図示せず)の透過軸とバリアパネル300内に形成される液晶層330の配列と一致して2D映像に対する広視野角の具現が可能になる。
ただし、バリアパネル300の第1基板310及び第2基板320上に具備された電極間に所定の電界、すなわち、垂直電界が形成されれば、液晶層330が垂直方向に対して所定の角度を有して傾斜(図5a〜図5c参照)し、その傾斜する方向で液晶層330の平均の傾斜角が映像パネル200上に具備された偏光板の透過側と45°傾いた状態になり、正面はノーマリーホワイト(normally white)特性をそのまま維持して観察者が映像を見ることができるが、前記傾斜する方向ではブラックで現われ、観察者が映像を見られなくなる狭視野角の具現が可能になる。
図3は、図2のバリアパネルに対する断面図である。
バリアパネル300は、前述したように映像パネル200と観察者との間に位置して光を通過させたり遮断したりする役割を行うが、2D映像を表示する場合には、映像パネルから出射される映像をそのまま透過するように動作し、3D映像を表示する場合には映像パネル200の右眼用ピクセルRと左眼用ピクセルLとから出る光を通過させるスリット及び遮断するバリアを通じて観察者に対して仮想の3次元立体映像を具現させる。
図3を参照すれば、本発明に係るディスプレイ装置に具備されるバリアパネル300は、IPS形態の電極312、314が配置された第1基板310と、第1基板310と対向する側の面に透明電極322が形成された第2基板320と、第1基板310と第2基板320との間に形成された液晶層330で構成される。
また、第1基板310の第2基板320と対向する側の面と第2基板320の第1基板310と対向する側の面にはそれぞれ第1配向膜316及び第2配向膜324が形成されており、第1配向膜316、第2配向膜324は、反平行ラビング処理を施されて液晶層330が初期にECB形態に配向される。
ここで、IPS形態の電極312、314は多様な形態で構成されることができるが、一実施の形態として、図4に示されたように複数の突起を持つ第1電極部312及び第2電極部314が基板の上下に具備され、各電極部の突起312’、314’がそれぞれ互い違いになるように配列することができる。
ここで、第1電極部の突起312’及び第2電極部突起314’の間に所定の電圧が印加されれば隣接した第1電極部312及び第2電極部314の突起間に水平電界が形成され、前記水平電界によって液晶層330の配向が変化するようになる。
このように前記水平電界によって液晶層330の配向が変化している領域は、バリアとしての役割をするようになり、前記水平電界の影響を受けず、液晶層330の配向が変化していない領域は、スリットとしての役割をするようになって3Dディスプレイ具現が可能になる。すなわち、バリアパネル300が3Dディスプレイで動作する場合、スリットとバリアが垂直になるように相互に交番的に形成されることと同じ効果を得ることができる。
したがって、バリアパネル300は、第1基板310上に具備されたIPS形態の電極312、314に所定の電圧が印加されて所定の領域別に水平電界が形成されるか否かによって2D映像ディスプレイまたは3D映像ディスプレイを選択的に具現することができる。
また、本発明の実施の形態では、バリアパネル300は、第1基板310及び第2基板320に具備された電極に垂直電界、すなわち、第1基板310と第2基板320との間に電界を印加するか否かによって2D映像ディスプレイで広視野角または狭視野角を具現することができる。
すなわち、バリアパネル300の第1基板310及び第2基板320上に所定の電界が印加されない場合には、映像パネル200上に具備された偏光板の透過軸とバリアパネル300内に形成された液晶層330の配列と一致して2D映像に対する広視野角が具現される。
また、バリアパネル300の第1基板310及び第2基板320上に所定の電界、すなわち、垂直電界が印加されれば、液晶層330が垂直方向に所定の角度を有して傾斜し(図5a〜図5c参照)、その傾斜する方向で液晶層330の平均の傾きが映像パネル上に具備された偏光板の透過軸と45°傾いた状態になって、正面はノーマリーホワイト(normally white)特性をそのまま維持して観察者が映像を見ることができるが、前記傾斜する方向ではブラックで現われ、観察者が映像を見ることができなくなる狭視野角が具現される。
図5a〜図5cは、本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の動作を説明するための概略的な斜視図である。
まず、図5aは広視野角が具現された2Dディスプレイモードの状態を示す図面であり、図に示すようにバリアパネル300の第1基板310と第2基板との間320、及び第1基板310に形成された第1電極部312と第2電極部314との間に所定の電圧が印加されていない状態である。
すなわち、第1基板310と第2基板320との間に垂直電界が形成されず、また第2基板320上にも水平電界が形成されていない状態である。
したがって、バリアパネル300内部の液晶層330は、初期配向状態でどんな力も受けていない状態なので、初期配向状態を維持しており、それによって映像パネル200上に具備された偏光板の透過軸と前記バリアパネル内に形成された液晶層330の配列と一致して2D映像に対する広視野角が具現される。
次に、図5bは狭視野角が具現された2Dディスプレイモード状態を示す図面であり、図に示すようにバリアパネル300の第1基板310と第2基板320との間には所定の電圧が印加されて垂直電界が形成され、第1基板310に形成された第1電極部312と第2電極部314との間には所定の電圧が印加されず水平電界が形成されていない状態である。
すなわち、第1基板310及び第2基板320上に垂直電界が印加されることによって液晶層330が垂直方向に所定の角度を有して傾斜し、その傾斜する方向で液晶層330の平均傾きが映像パネル200上に具備された偏光板の透過軸と45°傾いた状態になる。
したがって、バリアパネルの正面はノーマリーホワイト特性をそのまま維持して観察者が映像を見ることができるが、前記傾斜する方向ではブラックで現われ、観察者が映像を見ることができなくなる狭視野角が具現される。
図5cは、3Dディスプレイモードの状態を示す図面であり、図に示すようにバリアパネル300の第1基板310と第2基板320との間には所定の電圧が印加されないので垂直電界が形成されず、第1基板310に形成された第1電極部312と第2電極部314との間に所定の電圧が印加されて水平電界が形成された状態である。
すなわち、第1基板310上に水平電界が形成されることで、第1基板310は、所定間隔で前記水平電界によって液晶層330の配向が変化している領域が発生し、これによって前記水平電界によって液晶層330の配向が変化している領域は、バリアとしての役割をするようになり、前記水平電界の影響を受けず、液晶層330の配向が変化していない領域はスリットとしての役割をするようになって3Dディスプレイ具現が可能になる。
すなわち、バリアパネル300は3Dで動作する場合スリットとバリアが垂直するように相互に交番的に形成されたものと同じく構成される。
したがって、バリアパネル300は、第2基板320上に具備されたIPS形態の電極に所定の電圧が印加されて所定の領域別に水平電界が形成されるかどうかによって2D映像または3D映像ディスプレイを選択的に具現することができる。
以上添付した図面を参照して本発明について詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。したがって、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
本発明は、ディスプレイに関する技術分野に有用である。
従来のバリア方式3Dディスプレイ装置によって3次元映像が具現されることを示す図面である。 本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の概略的な断面図である。 図2のバリアパネルに対する断面図である。 図3に示されたバリアパネルの第1基板上に形成された電極一部の形態を示す平面図である。 本発明の実施形態によるディスプレイ装置の動作を説明するための概略的な斜視図である。 本発明の実施形態によるディスプレイ装置の動作を説明するための概略的な斜視図である。 本発明の実施形態によるディスプレイ装置の動作を説明するための概略的な斜視図である。
符号の説明
200 映像パネル、
300 バリアパネル、
310 第1基板、
312 第1電極部、
314 第2電極部、
315 第1配向膜、
320 第2基板、
321 透明電極、
324 第2配向膜、
330 液晶層。

Claims (11)

  1. 所定の映像を出射するための映像パネル及び前記映像パネル上部に位置し、前記所定の映像を2次元映像または3次元映像として表示するためのバリアバリアパネルを備えるディスプレイ装置であって、
    前記バリアパネルは、
    横電界駆動の形態の電極が配置される第1基板と、
    前記第1基板と対向する側の面に透明電極が形成される第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に形成される液晶層と、
    を備えることを特徴とする2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  2. さらに、前記第1基板の前記第2基板と対向する側の面に第1配向膜が形成され、前記第2基板の前記第1基板と対向する側の面に第2配向膜が形成されることを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  3. 前記第1配向膜および2配向膜は、反平行ラビング処理を施すことにより前記液晶層が初期に電界制御複屈折の形態に配向されることを特徴とする請求項2に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  4. 前記横電界駆動形態の電極は、複数の突起を持つ第1電極部及び第2電極部で構成され、前記第1電極部の突起と前記第2電極部の突起とが互い違いに配列されることを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  5. 前記映像パネルは、液晶表示装置、プラズマ表示装置、または有機電界発光表示装置のうちのいずれか一つに備えられることを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  6. 前記映像パネルは、2次元映像と3次元映像とを選択的に出射することを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  7. 前記映像パネルが3次元映像を出射する場合、左眼用イメージ情報を表示する左眼ピクセルと、右眼用イメージ情報を表示する右眼ピクセルとが交番的に配列されることを特徴とする請求項6に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  8. 前記バリアパネルは、前記第1基板上に具備された横電界駆動形態の電極に所定の電圧が印加される場合、所定の領域別に水平電界が形成されるか否かによって、2次元または3次元映像ディスプレイを選択的に具現することを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  9. 前記水平電界が形成される場合、3次元映像が表示されることを特徴とする請求項8に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  10. 前記バリアパネルは、前記第1基板及び第2基板に具備された電極に所定の電圧が印加されて垂直電界が形成されるか否かによって2次元映像で広視野角、または、狭視野角が具現されることを特徴とする請求項1に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
  11. 前記垂直電界が形成される場合、狭視野角の2次元映像が表示されることを特徴とする請求項10に記載の2次元及び3次元映像選択可能ディスプレイ装置。
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