JP2007334107A - 表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチプルビューでの視角方向を任意に可変調整でき、良好な表示品位が得られる表示素子11を提供する。
【解決手段】表示デバイス21では、交互に位置する複数の画素27aで構成する画素群と複数の画素27bで構成する画素群とで異なる画像を表示する。表示デバイス21の各画素群の画像を視差により分離して表示させる視差バリア層32を設ける。表示デバイス21と視差バリア層32との間に、視差バリア層32で視差により分離して表示させる画像の屈折率を可変調整する屈曲率調整層として液体レンズ層36を設ける。液体レンズ層36の屈折率を可変調整することにより、マルチプルビューでの視角方向を任意に可変調整できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の異なる画像を表示しかつ視角方向によって個別の画像を表示する表示素子に関する。

従来、表示素子であるディスプレイの視野角特性に関しては、視野角を広げる方向での改善が主になされてきた。これは、複数の人が同じディスプレイで同じ画像を同時に見ることが前提とされてきたからである。しかし、ディスプレイの用途が多岐にわたるのに伴い、最近では異なる視野角設計のディスプレイが要求されるようになってきた。

その１つは、視野角を用途に応じて切り換える機能を備えたディスプレイであり、これはセキュリティやプライバシー保護が重視される用途で要求されている。例えば、携帯用情報端末の場合、電車内などで他の人に表示内容を見られたくない場面では狭視野角にし、個人や複数の人で見る場合には広視野角にする等、利用シーンの幅が広がるためである。

また、近年開発が進められているもう１つの視野角設計がマルチプルビューと呼ばれるものである。これは、ディスプレイで複数の異なる画像を同時表示しかつ視角方向によって個別の画像を視認できるものであり、現在、自動車に搭載するディスプレイとしての要求が見込まれている。すなわち、通常、車載ディスプレイには、運転手が衛星ナビゲーションデータ（地図）やモニター確認に用いる他にも、同乗者が映画を見るといった用途があり、従来は両方の用途を満たすためには２つのディスプレイを使用せざるを得なかった。しかし、マルチプルビューディスプレイを用いれば１つで良く、コスト低減や限られた空間活用のうえで非常に有利なためである。

同様のことは、飛行機内の乗客用ディスプレイ等についてもいえるが、更に、他にも多くの応用例が考えられる。例えば、店頭型のゲーム機用ディスプレイに用いた場合、対戦型のゲーム時には各プレーヤーに個別の画像を表示させ、単独型のゲーム時には単独画像を表示する等の表示が可能となる。

従来のマルチプルビューディスプレイでは、同時に複数の画像を表示する表示デバイスと、所定の視角方向から画像が個別に視認されるように各画像を視差により分離して表示させる光学デバイスとを備えたものがある。

例えば、表示デバイスとしては、一般的なＲＧＢストライプ構造のアクティブマトリクス型ＴＦＴ液晶表示素子等があり、このような表示デバイスが有する複数の画素のうち、視差により画像を分離する方向に例えば１ラインずつ交互に位置する複数の画素で２つの画素群を構成し、各画素群によって個別の画像を表示する。また、光学デバイスとしては、表示デバイスの画素を遮光する視差バリア層と透光させるスリット部とを交互に形成したものを用いる。視差バリア層は、表示デバイスの正面に対して平行に形成され、主に視差バリア層の幅が視差に対するシャッターとして機能する（例えば、特許文献１参照）。

そして、マルチプルビューディスプレイの正面に対して一側の所定の視角方向から見た場合、一方の画素群の画像は視差バリア層で遮断され、他方の画素群の画像のみがスリット部を通じて視認される。同様に、マルチプルビューディスプレイの正面に対して他側の所定の視角方向から見た場合、他方の画素群の画像は視差バリア層で遮断され、一方の画素群の画像のみがスリット部を通じて視認される。これを利用し、２つの画素群で異なる画像を表示することにより、視角方向により異なる２つの画像を同時表示することが可能となる。
特開２００５−７８０９４号公報

しかしながら、マルチプルビューディスプレイでは、視角方向が設計された方向からずれた場合、正常な表示品位が得られなくなる問題がある。例えば、視角方向が設計された方向に一致する場合には一方の画素群の画像のみが視認されるが、視角方向が設計された方向からずれた場合には一方の画素群の画像とともに他方の画素群の画像も一緒に見えてしまい、２つの画像が重なって見える画像クロストークが発生し、表示品位が低下する問題がある。

このように、マルチプルビューディスプレイでは、視角方向の設計が非常に重要であり、ディスプレイの用途や設置空間に応じた自由度の高い視角方向の設計が望まれているが、現実的には視角方向を任意に設計することは容易ではない。

すなわち、視差バリア層を用いた方式においては、視角方向は、主に、画素と視差バリア層との間に位置する中間層の厚み、および屈折率により規定される。しかし、現実のデバイスでは、基板や接着層等が中間層となるが、これら基板や接着層等の厚みを変更することは製造プロセス上、非常に難しい。また、実際には、基板や接着層等の界面で光の屈折が生じており、この屈折率によっても視角方向が変化する。これら基板や接着層等の屈折率を変えることは、材料変更を意味しており、厚み変更よりも更に困難である。

したがって、マルチプルビューでの視角方向は設計された方向にしかできず、視角方向が設計された方向からずれた場合、正常な表示品位が得られなくなり、適用用途が限られる問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、マルチプルビューでの視角方向を任意に可変調整でき、良好な表示品位が得られる表示素子を提供することを目的とする。

本発明は、複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能とする画素部と、この画素部の各画素群で表示する画像を視差により分離して表示させる視差バリア層と、前記視差バリア層で視差により分離して表示させる画像の屈折率を可変調整する屈曲率調整層とを具備しているものである。

そして、視差バリア層が視差に対するシャッターとして機能し、所定の視角方向から視認した場合に１つの画素群で表示される画像が視認され、他の画素群で表示される画像が視差バリア層で遮断される。また、表示素子に対する視角方向が小さい場合には、屈折率調整層の屈折率を大きく可変調整することにより、画像が大きく屈曲して小さい視角方向から良好に視認可能となり、一方、表示素子に対する視角方向が大きい場合には、屈折率調整層の屈折率を小さく可変調整することにより、画像があまり屈曲せずに大きい視角方向から良好に視認可能となる。

本発明によれば、マルチプルビューでの視角方向を任意に可変調整できるため、調整可能な範囲内ではどの視角方向からでも良好な表示品位が得られ、多様な用途に適用できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に示すように、表示装置としてのマルチプルビューディスプレイ10は、表示素子11、およびこの表示素子11の背面側から照明するバックライト12を備えている。

表示素子11は、同時に複数の画像を表示する表示素子本体としての表示デバイス21、および異なる視角方向から表示デバイス21で表示する画像が個別に視認されるように画像分離するための光学素子としての光学デバイス22を備えている。

表示デバイス21には、一般的なＲＧＢストライプ構造のアクティブマトリクス型ＴＦＴ液晶表示素子が用いられる。この表示デバイス21は、スペーサにより一定の間隔で保持されたアレイ基板24と対向基板25との間に液晶を挟持した構造である。アレイ基板24には、透明なガラス製の基板26上に、走査線、信号線、画素電極、およびスイッチング素子としてのＴＦＴ等が形成されて、複数の画素27がマトリクス状に形成されている。対向基板25には、透明なガラス製の基板28上に、ＲＧＢ各色のストライプ状のカラーフィルター、およびＩＴＯ電極等が形成されている。これらアレイ基板24と対向基板25とを合わせて複数の画素27を有する画素部としての画素ピクセル29が構成されている。

この表示デバイス21は、図示しない駆動回路により、例えば、インターレースされた画像を表示可能としており、さらに、複数の異なる画像も表示可能としている。すなわち、複数の画素27のうち、例えば左右方向等の視差により画像を分離する方向に１ラインずつ交互に位置する複数の画素27aで構成される画素群と複数の画素27bで構成される画素群とで２つの画素群を構成し、各画素群によって個別の画像を表示可能としている。

一方、光学デバイス22は、透明なガラス製の基板31を有し、この基板31には、視差により画像を分離する方向に沿って、遮光部である視差バリア層32と透明部であるスリット部33とが交互に形成されている。これら視差バリア層32およびスリット部33によって画像分離部34が形成されている。

視差バリア層32は、例えば、光の反射の少ない黒色の樹脂レジスト材料にて、表示デバイス21の視差により画像を分離する方向の隣接する２つの画素27間の位置でかつ２つの画素27毎のピッチで形成されているとともに、表示デバイス21に対して平行に形成されている。

また、光学デバイス22の視差バリア層32およびスリット部33が形成された面には、透明な接着剤35を介して、画素ピクセル29と視差バリア層32との間に設けられる屈折率調整層としての液体レンズ層36を構成する屈折率調整素子としての液体レンズ素子37が一体的に接着固定されている。なお、スリット部33には、透明な接着剤35が充填されている。

液体レンズ素子37は、対向する２枚の透明なガラス製の基板38，39を有し、これら基板38，39間には、画像を分離する方向の隣接する２つの画素27間の各位置に対応して、絶縁部40を介して一対の電極41，42が形成されているとともに、これら絶縁部40、電極41，42によって容器部43が各画素27単位に区画形成され、各容器部43に例えばオイル44と導電性の高い水溶液45という混合しない２種類の溶液が封入されている。したがって、液体レンズ層36は、各画素27単位に対向する液体レンズ36aを備えている。そして、電極41，42から電気を流し、電圧に応じてオイル44と水溶液45との界面46の形状が変化することにより屈折率が調整される。この場合、全ての液体レンズ層36を一括制御してもよいし、複数の画素27aで構成される画素群と複数の画素27bで構成される画素群とに分離して液体レンズ層36を個別制御してもよい。

そして、光学デバイス22が表示デバイス21の正面側に配設されている。表示デバイス21の背面および光学デバイス22の正面には、偏光層48がそれぞれ設けられている。

また、バックライト12は、図示しない光源、およびこの光源の光を入射して表示素子11の背面側に対向する面から出射する導光板51を備えている。

次に、マルチプルビューディスプレイ10の作用を説明する。

マルチプルビューディスプレイ10では、複数の画素27のうち、視差により画像を分離する方向に１ラインずつ交互に位置する複数の画素27aで構成される画素群と複数の画素27bで構成される画素群とで異なる画像を表示する。

そして、異なる所定の視角方向Ｌθと視角方向Ｒθとから見た場合に、各画像を良好な表示品位で視認できる。すなわち、所定の視角方向Ｌθから見た場合には、複数の画素27aの画素群で表示される画像が視差バリア層32で遮断され、複数の画素27bの画素群で表示される画像が液体レンズ層36およびスリット部33を通じて良好な表示品位で視認できる。一方、所定の視角方向Ｒθから見た場合には、複数の画素27bの画素群で表示される画像が視差バリア層32で遮断され、複数の画素27aの画素群で表示される画像が液体レンズ層36およびスリット部33を通じて良好な表示品位で視認できる。

また、視角方向Ｌθまたは視角方向Ｒθ以外の視角方向から見た場合、このままでは、隣接する画素27a，27bが同時に見えてしまい、２つの画像が重なって見える画像クロストークが発生してしまうが、液体レンズ層36の屈折率を調整することにより、良好な表示品位で視認できる。

図２ないし図４には、エレクトロウエッティング法を用いた液体レンズ層36の屈折率の変化の概念図を示す。液体レンズ層36の基本動作原理は、図２に示すように、電極41，42に電圧Ｖを印加しないオフ状態では、オイル44の界面46が平らになり、透過する光の屈折率が小さくなる。そのため、
図３に示すように、電極41，42に電圧Ｖ1を印加することにより、オイル44の界面46が膨張して凸レンズの形状に変化し、透過する光の屈折率が大きくなる。

図４に示すように、電極41，42に電圧Ｖ1より小さい電圧Ｖ2を印加することにより、図３の状態に比べて、オイル44の界面46の膨張による凸レンズの形状が小さく変化し、透過する光の屈折率が少し小さくなる。このように、電圧のオンオフおよび印加する電圧値に応じて、オイル44の界面46の形状が変化し、通過する光の屈折率も変化する。

そのため、マルチプルビューディスプレイ10に対する視角方向が大きく、正面側方向から見た場合には、液体レンズ層36の屈折率を小さく調整することにより、画像クロストークが発生することなく、良好な表示品位で画像を視認できる。また、マルチプルビューディスプレイ10に対する視角方向が小さく、斜め方向から見た場合には、液体レンズ層36の屈折率を大きく調整することにより、画像クロストークが発生することなく、良好な表示品位で画像を視認できる。

このように、マルチプルビューディスプレイ10は、液体レンズ層36の屈折率を任意に調整可能であるため、その調整可能な範囲内でマルチプルビューディスプレイ10をどの視角方向から見た場合でも、良好な表示品位で視認できる。そのため、マルチプルビューディスプレイ10の用途や設置場所に応じた視野角設計を容易にすることが可能であり、多様な用途に適用できる。

また、全ての液体レンズ層36を一括制御すれば、例えば左右の視角方向を同時に調整することができる。一方、複数の画素27aで構成される画素群と複数の画素27bで構成される画素群とに分離して液体レンズ層36を個別制御すれば、例えば左右で視角方向の角度が異なるような場合でも対応できる。

なお、屈折率調整層の一例として液体レンズ層36を用いたが、屈折率を可変な層であれば、特にこれに限定はされない。

また、屈折率調整層は、光学デバイス22の前面側に配設しても、同様の作用効果が得られる。

また、表示デバイス21としては、アクティブマトリクス型ＴＦＴ液晶表示素子に限らず、他の表示素子を用いることもできる。

本発明の一実施の形態を示す表示素子の断面図である。 同上表示素子に用いる液体レンズ層の屈折率を最も小さくした状態の説明図である。 同上液体レンズ層の屈折率を最も大きくした状態の説明図である。 同上液体レンズ層の屈折率を最小と最大との中間とした状態の説明図である。

符号の説明

11 表示素子
27 画素
29 画素部としての画素ピクセル
32 視差バリア層
36 屈折率調整層としての液体レンズ層

Claims (3)

1. 複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能とする画素部と、
   この画素部の各画素群で表示する画像を視差により分離して表示させる視差バリア層と、
   前記視差バリア層で視差により分離して表示させる画像の屈折率を可変調整する屈曲率調整層と
   を具備していることを特徴とする表示素子。
2. 前記屈曲率調整層は、液体レンズ層にて形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
3. 前記屈曲率調整層は、少なくとも前記視差により画像を分離する方向に沿った前記画素毎に設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の表示素子。

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