JP2007506131A - 画像表示装置の画質の改良 - Google Patents

Abstract

視野角（Ｄ）に応じて異なるビューが表示されるように三次元画像を表示する表示装置（５０）である。上記表示装置は、別々にアドレス可能な複数の画素（５４）を有し上記画像を表示する表示パネル（５２）であって、上記複数の画素がグループに分けられ、１つのグループの中の異なる画素が異なるビューに対応する表示パネル（５２）と、上記表示パネルに光学的に関連し複数のリターダ画素（５８）を有するリターダ（５６）であって、少なくとも１つのリターダ画素が上記表示パネルの対応する画素に関連するリターダ（５６）と、を含み、上記リターダ画素（５８）の光学パラメータは、上記表示パネルの対応する画素（５４）に関連する視野角の関数として変化する。

Description

本発明は、表示装置、特に、三次元画像又は立体画像を表示するのに適合した表示装置、に関する。

三次元画像の生成には、一般に、表示装置が表示装置のユーザの左目と右目に異なる像を提供できることが必要である。これは、特別に構成されたゴーグルを使用することによってユーザの左目および右目の各々に直接に別々の画像を与えることにより達成できる。一例では、ディスプレイが、交番する左右の像を時系列的に提供し、この左右の像が、同期型の表示ゴーグルにより観察者の対応する方の目に入る。対照的に、本発明は、単一表示パネルに対する視野角に応じて異なるビューを見ることができる種類の表示装置に関する。以下では、これらの表示装置は、一般的に、３Ｄ表示装置と呼ぶ。しかし、本発明は、複数のビューを一人以上のユーザに提供するが必ずしも立体画像を提供する必要のないいわゆるマルチビュー表示装置にも関することを理解すべきである。

ＵＳ６，１７２，８０７号に記載されているような別の例では、左目のビューおよび右目のビューの時系列的な同期は、パララックスを用いたディスプレイの左目のビューおよび右目のビューを交互に覆うＬＣＤパネルの形態において、空間的変調素子を介して提供される。左目のビューおよび右目のビューを適切に覆うために、ＵＳ‘８０７のシステムは、表示装置に対する観察者の位置を絶えず追跡しなければならない。

対照的に、本発明は、ユーザの位置のトラッキングを必ずしも必要としないで、単一表示パネルに対する視野角に応じて異なるビューを見ることができる種類の表示装置に関する。以下では、これらの表示装置は、一般的に、３Ｄ表示装置と呼ぶ。

１つの既知の種類の３Ｄ表示装置は、パララックスバリア方式が実現される液晶ディスプレイである。斯かるシステムが図１に示されている。

図１について、パララックスバリア型の表示装置１００は、分離した複数の光源を備えたバックパネル１１を有する。図示されているように、バックパネル１１は、表面に分散した複数のスリット１４ａ〜１４ｄを有する不透明なマスク又はバリア層１３で覆われた面状光源１２（フォトルミネセントパネルなど）によって形成することができる。スリット１４の各々は、ライン光源としての役割を果たす。

液晶表示パネル（ＬＣＤ）１５は、複数の画素（図１に、例えば１〜１０の番号が付されている）を有しており、これら複数の画素は、それぞれの画素の光透過特性を変化させるために、既知の技術によって電気信号で別々にアドレス可能である。バックパネル１１は、グループ１６_１として示される画素１〜５はスリット１４ａに対応し、グループ１６_２として示される画素６〜１０はスリット１４ｂに対応する等のように、ＬＣＤパネル１５に対し近くに位置している。

画素のグループ１６の各画素は、画像の可能な複数のビュー（Ｖ_−２，Ｖ_−１，Ｖ_０，Ｖ_１，Ｖ_２）のうちの１つのビューＶに対応しており、そのビューに対応する画素１〜５のうちの１つの画素を通じてライン源１４ａを見ることができる。各グループ１６の画素の数は、提示される画像のビューの数を決定し、図示される構成では、５つである。ビューの数が増えれば増えるほど、３Ｄ効果はリアルになり、もっと斜めの視野角が提供される。

本明細書にわたって、表示されている「画像」は、表示パネルの全画素によって生じる全体の画像として言及されており、この画像は、特定の視野角によって決定される複数の「ビュー」から成る。

この先行技術の構造に関して問題が存在している。ＬＣＤパネルの各画素の光透過係数は、視野角に強く依存する。したがって、光源１４ａを見たときの強度は、異なるビューに対しては異なって見える。例えば、Ｖ０はＶ２とは異なる。したがって、光源を見たときの強度は、異なる視野角に対しては異なって見える。

従来から、画像の特定の構成要素に関して光源を見たときに知覚される強度は、画像のグレースケールを適切に表す重要な機能である。従来のディスプレイシステムは、画像の構成要素に対して所望のグレースケールレベルが達成されるように、表示パネルの各画素に駆動信号を提供してその透過係数が変わるようにしている。上記の３Ｄ表示装置では、各画素１〜５が同じ電圧（この電圧は、画像の構成要素に必要なグレースケールに対応する）で駆動される場合、結果として生じるグレースケール画像は視野角の関数である。これは、画像の異なるビューを観察したときに、最適とはいえない画像および望ましくないグレースケールアーチファクトの原因になる。

本発明の目的は、視野角に依存して画像の異なるビューが表示される３次元画像を表示する表示装置の望ましくないグレースケール・アーチファクトおよびコントラスト・アーチファクトを克服する又は緩和することにある。

本発明の第１の態様によれば、視野角に応じて異なるビューが表示されるように三次元画像を表示する表示装置が提供される。上記表示装置は、

別々にアドレス可能な複数の画素を有し上記画像を表示する表示パネルであって、上記複数の画素がグループに分けられ、１つのグループの中の異なる画素が異なるビューに対応する表示パネル、

上記表示パネルに光学的に関連し複数のリターダ画素を有するリターダであって、少なくとも１つのリターダ画素が上記表示パネルの対応する画素に関連するリターダ、

を含み、

上記リターダ画素の光学パラメータは、上記表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化する。

本発明の第２の態様によれば、表示装置に三次元画像を表示する方法が提供される。上記方法は、

表示パネルの別々にアドレス可能な複数の画素であって、１つのグループの中の異なる画素が画像の異なるビューに対応するようにグループ分けされる複数の画素から、画像を形成するステップと、

上記複数の画素の少なくとも一部の画素の各々によって生成される画像を、上記各画素に関連する視野角の関数として変化させるステップと、

を有する。

本発明によれば、全ての視野角での良好なコントラストとともに、無視できるグレースケール反転の実現が可能である。

ＬＣＤパネルの画質は視野角に強く依存することが既知である。特に、斜めの視野角に対しては、コントラストの減少およびグレースケール反転などのアーチファクトが生じる。

従来のＬＣＤパネルでは、全ての画素は、最小値（暗状態を作る）と最大値（白状態を作る）との間の電圧（又はこの反対）で駆動されて、画像に異なるグレースケールを生成する。これによって、Φ＝０に近い視野角に対しては良好な結果を生じるが、斜めの視野角に対しては、本明細書において以下に更に詳細に記載されるように、不適切なグレースケールになる。

視野角性能を改良しようとしている既知の方法は、全ての視野角に対する画質を同時に改良しようとしている。これは、従来のＬＣＤに対するユーザの位置が演繹的には分からず、したがって各画素が観測されるときの視野角も分からないことから、必要なことであると考えられていた。

しかし、発明者らは、３Ｄディスプレイでは、特定のビューは或る視野角で生成するように設計され、他のビューに関連する他の視野角では生成しないように設計されるので、その特定のビューに対するユーザの角度位置が分かっている点で、異なっていることを認識した。

したがって、３Ｄディスプレイにおいて視野角性能を向上させるのに、ユーザの位置を演繹的に知る必要はない。重要なことは、各ビューが別々に最適化されるべきであること、即ち、コントラストおよび／又は輝度が、当該特定のビューが観測される／意図される場合の視野角に対してのみ最適とされるべきことであり、従来のように全ての視野角に対して同時に最適にすることではない。

したがって、本発明によれば、例えば画素ごとに、リターダの画素の光学パラメータを変化させることによって、表示パネルの各対応する画素から生成される画像の品質を改善することができる。

したがって、本発明によれば、各視野角に対して、別々且つ独立に画質を改善することが可能である。

本発明の好ましい特徴および有利な特徴は、請求項２〜１８および２０に説明されている。

更に、本発明は、添付された図面を基準にして、ほんの一例が記載されている。

パララックスバリア型の三次元画像表示装置の基本的機能は、図１を参照して既に記載した。本発明の好ましい実施例において、表示パネル１５およびバックパネル１１の照明源と同様の構造を使用することができる。しかし、以下で明らかとなるように、他の構造を使用できることがわかる。

一般的に、本発明は、別々にアドレス可能な複数の画素１...１０を有する表示パネル１５を使用し、グループ１６_１および１６_２の異なる画素１...５又は６...１０が画像の異なるビューに対応するように、画素はグループ化されている。表示パネル１５は、画像を表示するため電気制御信号によって各画素の光学特性を変えることができる適切な電気光学装置とすることができる。好ましくは、表示パネルは液晶ディスプレイである。

分離した複数の光源１４ａ...１４ｄを有する照明源は、好ましくは、画素の各グループ１６が対応する光源から光を受け取るように位置すべく備えられる。これは、図１の面状光源１２およびマスク１３の配置によって提供できるが、光源１４を、画素のライン、個々の画素、又は画素のブロックとして備えた画素化光源によっても提供できるだろう。

表示パネル１５の画素のグループの一部が、図２に示されている。幅ｗの光源１４は、表示パネル面の垂直線に対する視野角Φ０、Φ１、...Φ７の画素０...７のグループに対応し、これら画素０...７を介して見ることができる。画素グループ１６の半分だけが示されており、他の７個の画素が画素０の左に存在して画素グループ１６が完成することが理解されるだろう。

各画素は、幅ｐ０、ｐ１、...ｐ７を有する。好ましくは、幅ｐ０...ｐ７は等しいが、これらの幅は、画素を通過する光の入射角をある程度補正するために、変えることができるだろう。バックパネルの照明源１４と表示パネル１５との間の距離は、ｈで示されている。好ましい表示装置では、ｈ＝２．３ｍｍ，ｐ０＝２００ミクロン、およびｗ＝５０ミクロンであるが、これらの値はかなり変えることができる。

図３は、９０度ねじれネマティックＬＣＤの形態の表示パネル１５の透過率（Ｔ）対電圧（Ｖ）特性を示す。第１の曲線３１（実線）は、視野角Φ＝０度（例えば、画素０）のＴ−Ｖ特性である。第２の曲線３２（破線）は、視野角Φ＝５０度（例えば、画素５）のＴ−Ｖ特性である。Φ＝０で見た画素に対して、透過率は電圧の増加とともに単調減少する（Ｖの各値は特定のグレースケールに対応する）ことに注意すべきである。しかし、Φ＝５０度で見た画素に対しては、Ｔ−Ｖ曲線は異なる形を有する。Φ＝５０において、Ｖとグレースケールとの間のマッピングは全く異なり、かなりの画像歪みになる。

上記のように、３Ｄディスプレイの視野角性能を改良するために、ユーザの位置を知ることは必ずしも必要ではない。この理由は、３Ｄディスプレイに対して、人間は、演繹的知識、即ち、ビューｎを発生する画素は視野角Φ＝Φｎの下でのみ観測され他の視野角では観測されない（他のビューに関連しないようにΦｎに十分等しい）という知識を有するからである。したがって、重要なことは、各ビューができるだけ十分に分離していることである。図２で分かるように、例えば、ビューｎはΦ＝Φｎのみで最適とすべきであり、全てのΦに対して最適とすべきではない。

既知の方法を使用して３Ｄディスプレイの視野角を改善することも可能である。しかし、全ての既知の装置および方法は妥協の産物であり、その理由は、斯かる装置および方法を使用する場合、改良の程度と、この改良ができるだけ広い範囲の視野角で達成されなければならない点と、の間で、バランスを見つける必要があるからである。３Ｄ ＬＣＤに対して、この必要性を緩和できるという恩恵を受けることができ、したがって改良の可能性が拡大する。

したがって、本発明によれば、（視野角Φにおける）所与のビューに対してコントラストおよび輝度を改善することが可能である。これは、リターダ画素の光学パラメータを、表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化させることによって、達成される。

好ましくは、各リターダ画素は表示パネルの１つの画素に関連している。あるいは、各リターダ画素を、表示パネルの複数の画素に関連させることができる。他の実施例では、複数のリターダ画素を、表示パネルの１つの画素に関連させることができる。

リターダは表示パネルの前又は後ろに位置させることができ、表示パネルとは間隔を置いて離れて位置させることができ、又は表示パネルに隣接させることができる。

所与のビューに対してコントラストおよび輝度を改善するために、異なる複数のパラメータを変化させることができる。例えば、リターダの厚さを、表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化させることができる。

あるいは、リターダ画素を構成するダイレクタ分子の配向を変えることができる。この点で、チルト角、方位角、又は広がりおよび曲がりのプロファイルを変えることができる。

他の実施例では、リターダ画素の屈折率を、表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化させることができる。この点で、リターダ画素の複屈折性を変えることができる。

一部の実施例では、１つ以上のリターダ画素において複数の光学パラメータを変えることができる。有利なのは、全てのリターダ画素おいて同じパラメータが変化することであるが、一部の実施例では、リターダ画素の各々において異なる光学パラメータを変化させることができる。

リターダ画素は、リターダに全ての画素を有することができ、あるいは、リターダ画素はリターダに一部の画素を有することができる。

図４ａ、図４ｂ、図５および図６を参照すると、リターダのダイレクタ分子のチルト角が表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化する本発明の一実施例が詳細に記載されている。

図４ａおよび図４ｂを参照すると、異なるチルト角のダイレクタ分子が示されている。図４ａには、傾いた負のΔｎ材料のディスコティック層４１でのチルト角４０が示されている。

図４ｂには、可能な２つのΔｎ材料層４２、４４の組合せが示されている。層４２、４４は、交差する光軸４６、４８を有する。層４２はＯ−プレートである、即ち、光軸４６が図４ａに示される光軸と同じ方向に傾いており、層４４はプレーナ光軸（planar optical axis）４８を有するＡプレートである。図４ａに示されている単一層４１のリターダ特性と、組み合わされた層４２、４４のリターダ特性は、同様である（P. van de Witte et al, JPN.J.APPL.Phys.Vol. 39, pp.101-108 (2000) 参照）。

図５を参照すると、画素分子のチルト角が表示パネルの関連する画素の視野角の関数として変化する本発明の一実施例が示されている。表示装置５０は、パターンのある又はパターンのない液晶層５２を有する。液晶層は複数の画素５４を有する。この装置は、更に、リターダ画素５８を有するリターダ５６を有する。リターダは液晶表示パネル５２に光学的に関連する。図５に示される実施例では、各リターダ画素５８は表示パネル５２の対応する画素５４に関連している。各リターダ画素５８のダイレクタ分子のチルト角は、表示パネル５２の対応する画素５４に関連する視野角Φの関数として変化する。図５は、画素０、画素１、画素２などの各画素の視野角Φを概略的に示している。

したがって、図５に示すように、リターダ画素５８のダイレクタ分子のチルト角を、３Ｄディスプレイ５０の画質を改善するために画素ごとに変化させることができる。

リターダ画素の分子の傾きは、小さい視野角において偏光状態のシフト量が大きくなるように、選択される。これは、ＬＣ層とリターダとを通過する光の偏光状態に対するこれらＬＣ層およびリターダの総合作用が、リターダが均一である通常の場合と比較して、より一様になることを意味する。結果として、図３に示される透過−電圧曲線が、異なるビュー／異なる視野角に対して同じような曲線となる。これは、異なる視野角における強度のばらつきを低減する効果を有し、したがって、斜めの視野角における画質を向上させる。

表示装置５０は更に偏光子７０、７２を有する。

破線の矩形は表示装置５０の如何なる物理的構造も表しておらず、視覚的な目的のみで示されていることを理解すべきである。

表示装置５０の性能は図６に示されている。

図６は、パターンドリターダ（patterned retarder）５６を有する表示パネル５２の、２つのビューに対するコントラストの関係を示す。実線６０はΦ＝３０度におけるビューを表し、破線６２はΦ＝６０度におけるビューを表す。これらの２つの視野角におけるコントラストが、リターダ５６のチルト角の関数として曲線で表されている。

例えば、全てのリターダ画素５８のダイレクタ分子のチルト角が全ての画素に対して４０度に設定されてしまうと、視野角３０度および６０度におけるコントラストは、それぞれ１９２および２４となってしまうことが理解できる。

本発明によれば、リターダのチルト角を画素ごとに変化させることができる。これは、例えば、Φ＝３０度におけるビューを作る画素のチルト角を３０度に設定できることを意味する。これは、Φ＝３０度におけるコントラストを１９２から２７３に向上させる。加えて、これは表示パネル５２の一部を形成する他のどの画素５４のコントラストにも影響を与えない。

したがって、本発明によって、表示パネル５２の各画素５４における各画素用のコントラストを、他のどの画素のコントラストにも影響を与えることなく、向上させることができる。

図６に示される結果を与えるために使用される表示装置は、上から下に以下の層を持つ光学積層体を有する。

・偏光子。透過軸は９０度を向いている（水平軸は０度に規定されている）。

・チルト角が０度から６０度だけ変化する２７０度未満のＯ−プレート。Ｏ−プレートのリタデーションはｄΔｎ＝＋１１０ｎｍ。

・０度未満のＡ−プレート。Ａ−プレートのリタデーションはｄΔｎ＝＋１１０ｎｍ。

・液晶層。これは、下部基板において９０度のダイレクタ分子、上部基板において０度のダイレクタ分子である（９０度ツイスト）。両方の基板において２．５度のプレチルト液晶層である。液晶材料はＺＬＩ−４７９２である。液晶層のリタデーションはｄΔｎ＝４７５ｎｍである。

・０度の偏光子。

視野角Φは水平視野角に規定されている（方位角は常に０）。コントラストは、白の状態での透過率（４．５Ｖの電圧でアドレスされる液晶）を黒の状態での透過率（駆動電圧１．５Ｖ）で除算することによって定義される。

図７は、この液晶装置のコントラストを、３０度のＯ−プレートチルト角における視野角の関数として示している。

図７から、均一なリターダを有する通常のＬＣＤディスプレイの画質は視野角に強く依存することが理解できる。グラフ７０は、水平軸が水平視野角を示し、垂直軸が垂直視野角を示す。水平視野角および垂直視野角は、両方とも−６０度から＋６０度の範囲である。点線で示された円７２は、４５度の極角を示す。別の領域（擬似カラー目盛りで示されている）は、コントラスト値を示し、破線７４は、グレースケール反転（ｇｓｉ）が生じている領域を示す。図７に示される主グラフの下には、通常の液晶ディスプレイの種々の光学層の光軸の向きが概略的に示されている。

パララックスバリア方法を使用して３次元画像を表示する既存のＬＣＤ装置のデザインの概略断面図を示す。 パララックスバリアＬＣＤ装置の形態を示すのに有効な概略断面図を示す。 Φ＝０°（即ち、ディスプレイの表面に対して垂直）およびΦ＝５０°の視野角での９０°ねじれネマティックＬＣＤの透過率−電圧曲線を示す。 本発明の第１の態様による表示装置のリターダ内のダイレクタ分子の傾きを概略的に示す。 本発明の第１の態様による表示装置のリターダ内のダイレクタ分子の傾きを概略的に示す。 リターダのダイレクタ分子のチルト角が、本発明の第１の態様による表示装置の一部を形成する表示パネルの対応する画素の視野角の関数として変化する、本発明の第１の態様による表示装置の一実施例の概略を図示したものである。 ２つ視野角におけるコントラストとリターダ画素のチルト角との間の関係を示す。 均一なリターダを有する従来のＬＣＤディスプレイの視野角特性のグラフを示す。

Claims (20)

1. 視野角に応じて異なるビューが表示されるように画像を表示する表示装置であって、前記表示装置は、
   別々にアドレス可能な複数の画素を有し前記画像を表示する表示パネルであって、前記複数の画素がグループに分けられ、１つのグループの中の異なる画素が異なるビューに対応する表示パネルと、
   前記表示パネルに光学的に関連し複数のリターダ画素を有するリターダであって、少なくとも１つのリターダ画素が前記表示パネルの対応する画素に関連するリターダと、
   を含み、
   前記リターダ画素の光学パラメータは、前記表示パネルの対応する画素に関連する視野角の関数として変化する、表示装置。
2. １つのリターダ画素は前記表示パネルの１つの画素に関連する、請求項１に記載の表示装置。
3. １つのリターダ画素は前記表示パネルの対応する複数の画素に関連する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記複数のリターダ画素は、前記表示パネルの対応する単一の画素に関連する、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記リターダは前記表示パネルの前に配される、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記リターダは、前記表示パネルの後に配される、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記リターダの厚さは、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記リターダ画素を構成するダイレクタ分子の配向は、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
9. 前記リターダ画素の前記チルト角は、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記リターダ画素の方位角は、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項８に記載の表示装置。
11. 前記リターダ画素の広がりおよび曲がりプロファイルは、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項８に記載の表示装置。
12. 前記リターダ画素の屈折率は、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
13. 前記リターダ画素の複屈折性は、前記表示パネルの前記対応する画素に関連する前記視野角の関数として変化する、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記リターダ画素のうちの１つ以上において、複数の光学パラメータが変化する、請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
15. 前記各リターダ画素において、異なる光学パラメータが変化する、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
16. 前記各リターダ画素において、同じ光学パラメータが変化する、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
17. 前記リターダ画素は、前記リターダに前記複数の画素の全てを有する、請求項１〜１６のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
18. 前記リターダ画素は、前記リターダに前記複数の画素の一部を有し全てを有さない、請求項１〜１６のうちのいずれか一項に記載の表示装置。
19. 表示装置に画像を表示する方法であって、前記方法は、
    表示パネルの別々にアドレス可能な複数の画素であって、１つのグループの中の異なる画素が画像の異なるビューに対応するようにグループ分けされる複数の画素から、画像を形成するステップと、
    前記複数の画素の少なくとも一部の画素の各々によって生成される画像を、前記各画素に関連する視野角の関数として変化させるステップと、
    を有する方法。
20. 前記表示装置が、
    前記表示パネルと光学的に関連し複数のリターダ画素を有するリターダであって、少なくとも１つのリターダ画素が前記表示パネルの各対応する画素に関連するリターダを更に有し、
    前記表示パネルの前記複数の画素の少なくとも一部の画素の各々によって生成される画像を変化させるステップが、前記リターダ画素の光学パラメータを前記表示パネルの前記対応する画素に関連する視野角の関数として変化させるステップを有する、請求項１９に記載の方法。