JP2009524117A - 立体画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

視認距離を減少させることができるフロント型のパララックスバリアを用いた立体画像表示装置を提供する。前記立体画像表示装置には以下が含まれる。後偏光フィルムがその後面上に積層され、第1スイッチング素子層がその前面上に積層される第1基板と、カラーフィルター層がその上に積層される第2基板と、前記第1スイッチング素子層と前記カラーフィルター層間に挟入された第1液晶層と、を有する2D画像液晶表示パネルと;
前偏光フィルムがその前面上に積層され、透明電極層がその後面上に積層される第3基板と、保護フィルムと、前記透明電極層と前記保護フィルム間に挟入された第2液晶層と、を有するパララックスバリアと;
前記パララックスバリアの保護フィルムと前記2D画像液晶表示パネルの第2基板間に挟入された中間偏光フィルム。
【選択図】図4

Description

本発明は立体画像表示装置に関するものであり、特に、視認距離を減少できるフロント型のパララックスバリアを用いた立体画像表示装置に関するものである。
立体画像の表示方法には、偏光眼鏡を用いた方法と偏光眼鏡を用いない方法とが含まれる。偏光眼鏡を用いた方法は立体画像表示装置に広く使用されていない。その理由は、眼鏡をかけることによって生じる不便さと、眼疾病の危険性があることである。偏光眼鏡を用いない方法は、レンズ法、ホログラフィック法、及びパララックスバリア法に分類される。レンズ法とホログラフィック法は、その構造が複雑であり、高コストを必要とするので、特定用途向けのみに使用される。パララックスバリア法は最も活発に研究、商業化されている。
パララックスバリア法の原理は20世紀の初期に示唆されたが、パララックスバリア法を用いた立体画像表示装置の開発は、液晶表示装置、プラズマ表示パネル、及び有機エレクトロルミネッセンス表示装置などのフラットパネル表示装置が登場してから正規化されている。最近では、リア型パララックスバリア立体画像表示装置が市場に供給されている。前記リア型パララックスバリア立体画像表示装置とは、パララックスバリアが画像表示パネルの前部に配置される構造を持つ立体画像表示装置を意味する。
過去のリア型パララックスバリア立体画像表示装置には、低輝度、複雑な製造プロセス、高コストなどのような問題点がある。
過去のリア型パララックスバリア立体画像表示装置の問題点を解決するために、フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置の開発が試みられている。しかしながら、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置には視認距離(立体画像が視認される距離)が大きいという問題がある。このため、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置は、その簡素な製造工程や高輝度という利点にもかかわらず商業化されなかった。本発明の発明者は先ず、商業化が可能なフロント型のパララックスバリア立体画像表示装置を提案するものである。言い換えれば、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置はこれまでに当技術分野において公知されていないが、説明の便宜上、本発明者の過去の試みを従来技術と呼ぶことにする。
以下、過去のフロント型のパララックスバリア立体画像表示装置の問題点を図面を参照して説明する。
図1は、通常の2D画像液晶表示(LCD)パネルを図式的に説明する断面図である。2D画像液晶表示パネル10には、後偏光フィルム11がその後面上に積層され、第1スイッチング素子層13がその前面上に積層される第1基板12と、カラーフィルター層15がその後面上に積層され、前偏光フィルム18がその前面上に積層される第2基板16と、が含まれる。ここでは、液晶層14が前記第1スイッチング層13と前記カラーフィルター層15間に挟入され、薄フィルムトランジスタ(TFT)液晶表示パネルを前記2D画像液晶表示パネル10として使用することができる。この場合、前記第1スイッチング素子層13の第1スイッチング素子はTFTである。前記TFT液晶表示パネルの構造と操作性は当技術分野で広く公知されているので、その説明は簡略にする。
前記後偏光フィルム11はバックライト(図示せず)から放射された白色光を偏光する働きをする。前記第1及び第2基板12及び16はガラスからなる。
前記第1基板12は、前記第1スイッチング素子層13の基層と画素電極層(図示せず)としての機能を果たす。前記TFTは前記第1スイッチング素子層13におけるマトリックス内に配設される。画像(2D画像)は画像信号に基づいて前記TFTを駆動することによって表示される。図示していないが、ITO又は同種のものからなる前記画素電極層は前記第1スイッチング素子層13の下に配置される。
前記第2基板16は、前記カラーフィルター層15及び同種のものを形成するための基層としての機能を果たし、外部の衝撃から前記液晶を機械的に保護する働きをする。また、前記第2基板16は、外部から酸素や水分が前記液晶に浸透することを防止する働きをする。よって、前記第2基板は0.5〜0.7mmの厚さを有するガラス材からなる。
前記第2基板16の後部において形成された前記カラーフィルター層15では、RGBカラーフィルターが所定のパターンで配設される。
前記図に示していないが、ITO又は同種のものからなる共通電極層が前記カラーフィルター層15の下に配置される。配線17を介して前記画素電極層と前記共通電極層間に電圧を印加することによって、前記液晶分子は整列され、画像が前記第1スイッチング素子層13の個々のスイッチング素子をオンオフすることによって表示される。
上記のように、液晶からなる第1液晶層14は、前記第1スイッチング素子層13と前記カラーフィルター層15間、つまり、前記第1スイッチング素子層13と前記共通電極層間に挟入される。
図示していないが、アライメント層が前記液晶を当初整列させるように設けられる。
前記第1液晶層14を貫通する光は前記RGBカラーフィルターによって所定の色を持つ。
この構成により、2D画像が前記2D画像表示パネル10上に表示される。一方、前記2D画像は、前記立体画像表示装置において使用されるため、左目画像と右眼画像に分割・表示される。
次に、一般的なパララックスバリア液晶表示パネルを図2参照をして説明する。
図2は、一般的なパララックスバリア液晶表示パネルを図式的に説明する断面図である。
図2を参照すると、前記パララックスバリア液晶表示パネル20には、後偏光フィルム21が少なくともその後面上に積層され、透明電極層23と保護フィルム25とがその前面上に積層される第3基板が含まれる。ここで、第2液晶層24が前記透明電極層23と前記保護フィルム25間に挟入される。一方、前偏光フィルム28が前記保護フィルム25上に積層される。
複数の透明電極が前記透明電極層23においてバンド形状に配設される。同様に、複数の対向電極が、前記複数個の透明電極に対向するように、対向電極層に配設される。
前記第2液晶層24の液晶分子は、配線27を介して前記透明電極と前記対向電極間に印加される電圧に応じて整列される。前記TFT液晶表示パネルから入射された光は、前記液晶分子の整列方向に応じて遮断されるか又は透過される。
よって、前記液晶層はパララックスバリアとしての機能を果たす。
光の遮断/透過機能を持つかかるバンド形状部材はパララックスバリアと呼ばれる。前記パララックスバリアは、その左目画像とその右眼画像とがそれぞれ左目と右目に入射されるように前記2D画像液晶表示パネル10上に表示させることによって、観察者が立体画像を見ることを可能にする。
前記パララックスバリア液晶表示パネル20はTN(ねじれネマチック)液晶を用いた液晶表示パネルとして具体化することが可能である。あるいは、前記パララックスバリア液晶表示パネル20にはSTN(超ねじれネマチック)液晶又はFTN(フィルム補償型超ねじれネマチック)液晶を用いてもよい。
ここで、前記保護フィルム25は、前記液晶層を保護し、外部の衝撃に耐えることができるように厚層で構成される。前記保護フィルム25の厚さは通常、0.55〜1.1mmの範囲にある。
図3は公知の立体画像表示装置を図式的に説明する断面図である。
過去の立体画像表示装置では、前記パララックスバリア液晶表示パネル20は前記2D画像液晶表示パネル10の前面に取り付けられる。かかる構造を持つ立体画像表示装置はフロント型のパララックスバリア立体画像表示装置と呼ばれる。
図3を参照すると、公知の立体画像表示装置は、図1に示した前記2D画像液晶表示パネル10の前面(前偏光フィルム18)と、図2に示した前記パララックスバリア液晶表示パネル20の後面(後偏光フィルム21)と、を互いに結合することによって形成することが可能である。しかしながら、前記前偏光フィルム18や前記後偏光フィルム21と同一の働きをするので、その1つを省略することができる。図3では、前記偏光フィルムを中間偏光フィルム18’として示す。
これから、前述の構造を持つ公知の立体画像表示装置の視認距離を説明する。
図3では、画像と前記パララックスバリア間の距離eが前記第1液晶層14から前記第2液晶層24までの距離に相当する。
前記図に示すように、前記カラーフィルター層15、前記第2基板16、前記中間偏光フィルム18'、前記第3基板、及び前記透明電極層23は、前記第1液晶層14と前記第2液晶層24間に挟入される。ここで、前記カラーフィルター層15が前記第2基板上に成膜された非常に薄いフィルム(例えばクロムが堆積されたフィルム)なので、前記カラーフィルター層15の厚さは、画像と前記パララックスバリア間の距離eの計算において考慮する必要がない。同様に、前記保護フィルム上に形成されたITO層などが非常に薄いので、それらの層はまとめて保護層と呼ばれる。画像と前記パララックスバリア間の距離eの計算時には、前記カラーフィルター層15の厚さが前記第2基板16の厚さに含まれることが前提とされる。
モニター用立体画像表示装置では、通常、前記第2基板16は約0.7mmの厚さを有し、前記中間偏光フィルム18’は約0.3mmの厚さを有し、さらに前記第3基板22は約0.7mmの厚さを有する。その全厚は約1.7mmである。携帯端末用の立体画像表示装置では、通常、前記第2基板16は約0.5mmの厚さを有し、前記中間偏光フィルム18’は0.1〜0.3mmの厚さを有し、さらに前記第3基板22は約0.5mmの厚さを有する。その全厚は約1.3mmである。よって、画像と前記パララックスバリア間の距離eは1.3mm未満であり得ない。
観察者は、前記立体画像の焦点に両眼を位置させることによって立体画像を認識することが可能である。前記立体画像の焦点間の距離は視認距離Lとして定義される。
視認距離Lは、画像と前記パララックスバリア間の距離e、眼間距離E、及びピクセル幅Pに基づいて決定され、式1によって表される。
Figure 2009524117
ここで、前記眼間距離Eは左目と右目間の距離であり、人によって異なる。平均眼間距離は約6.5cmである。前記ピクセル幅Pは画像表示装置の画素間の距離であり、式1から明らかなように視認距離Lに逆比例する。ピクセル幅の減少は画像の解像度を増加させるが、その視認距離も増加させる。
つまり、ピクセル幅は視認距離とトレードオフ関係を持つ。一般に、モニター用画像表示装置は約100μmピクセル幅を持ち、個人携帯端末用画像表示装置は約60μmピクセル幅を持つ。
画像と前記パララックスバリア間の距離eを式1に代入すると、モニター用立体画像表示装置の視認距離約1.1mが得られ、携帯端末用立体画像表示装置の視認距離約1.3mが得られる。このように、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置は約1.2mの視認距離を有する。
「視認距離1.2m」とは、観察者が画像表示装置から1.2mの距離で立体画像を認識できることを意味する。
前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置がテレビ受像機に適用される場合、観察者と画面との間隔は十分にとられるので、1.2mの視認距離は問題とならない。
しかしながら、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置がコンピュータモニターに適用される場合には、1.2mの視認距離は重大な問題となる。例えば、ゲーマー(観察者)がコンピュータモニターを見ながら3Dゲームをプレイする場合、前記ゲーマーはその画面を見ながらキーボード又はジョイスティックを使用してコマンドを入力しなければならないが、人間の平均的な腕の長さが一般に70cm以下であるので、前記ゲーマーは立体画像を認識すると同時にゲームをプレイすることができない。
また、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置が携帯電話やPDAなどの携帯端末に適用される場合にも、1.2mの視認距離は重大な問題となる。つまり、携帯端末を使用することによって立体画像を認識すると同時に、立体ゲームサービスを楽しんだり、立体画像情報を確認することは可能でない。携帯端末の画面が小型なので、前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置を用いることによって画像を認識することは可能でない。
携帯端末に必要な視認距離Lは30〜40cmの範囲である。よって、携帯端末の40〜90cmのダイヤモンドゾーン(後述する)が考慮されるときでさえも、公知のフロント型のパララックスバリア立体画像表示装置を使用することによって所望の立体画像を見ることは可能でない。
本発明は前述の問題点を解決するために考案された。本発明の目標は、視認距離を減少させることができるフロント型のパララックスバリアを用いた立体画像表示装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、以下を含む立体画像表示装置が提供される。後偏光フィルムがその後面上に積層され、第1スイッチング素子層がその前面上に積層される第1基板と、カラーフィルター層がその上に積層される第2基板と、前記第1スイッチング素子層と前記カラーフィルター層間に挟入された第1液晶層と、を有する2D画像液晶表示パネルと;
前偏光フィルムがその前面上に積層され、透明電極層がその後面上に積層される第3基板と、保護フィルムと、前記透明電極層と前記保護フィルム間に挟入された第2液晶層と、を有するパララックスバリアと;
前記パララックスバリアの保護フィルムと前記2D画像液晶表示パネルの第2基板間に挟入された中間偏光フィルム。
前記2D画像液晶表示パネルはTFT液晶表示パネルであってもよい。
前記パララックスバリアはTN液晶表示パネルであってもよい。
前記パララックスバリアはSTN液晶表示パネルであってもよい。
前記パララックスバリアはFSTN液晶表示パネルであってもよい。
前記保護フィルムの厚さは約0.3mm以下(0.1mm〜0.3mmの範囲)であってもよい。
以下、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を添付図面を参照して詳細に説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を図式的に説明する断面図である。
前記立体画像表示装置では、パララックスバリア液晶表示(LCD)パネルが2D画像液晶表示パネルの前部に配置される。かかる構造を持つ立体画像表示装置はフロント型のパララックスバリア立体画像表示装置と呼ばれる。
前記2D画像液晶表示パネルには、後偏光フィルム110が少なくともその後面上に積層され、第1スイッチング素子層130がその前面上に積層される第1基板120と、その上に積層されたカラーフィルター層150を有する第2基板220と、前記第1スイッチング素子層130と前記カラーフィルター層150間に挟入された第1液晶層140と、が含まれる。
前記2D画像液晶表示パネル100には、好ましくはTFT液晶表示パネルを用いる。
この場合、前記第1スイッチング素子層130の第1スイッチング素子はTFTである。
ここで、前記2D画像液晶表示パネル100は、TN(ねじれネマチック)、STN(超ねじれネマチック)、FSTN(フィルム補償型超ねじれネマチック)、HTN(ハイブリッド・ツイストネマチック)、及びCSTN(カラー超ねじれネマチック)液晶表示パネルのうちの1つであってもよい。前記TFT液晶表示パネルの構造、操作性、及びタイプは当技術分野で公知されているため、その詳細な説明は省略する。
前記後偏光フィルム110はバックライト(図示せず)から放射された白色光を偏光する働きをする。前記第1基板120はガラスからなり、前記第1スイッチング素子層130の基層と画素電極層(図示せず)としての機能を果たす。
前記TFTは、前記第1スイッチング素子層130においてマトリックスパターンに配設される。
画像(2D画像)は、画像信号に基づいて前記TFTを活性化することによって表示される。
前記図に示していないが、ITO又は同種のものからなる画素電極層が前記第1スイッチング素子層130の下に配置される。RGBカラーフィルターが、前記カラーフィルター層150において所定のパターンで配設される。
前記図に示していないが、ITO又は同種のものからなる共通電極層が、前記カラーフィルター層150の下に配置される。液晶分子を整列させるため、電圧が配線170を介して前記画素電極層と前記共通電極層間に印加され、画像は前記第1スイッチング素子層の個々のスイッチング素子をオンオフすることによって表示される。
上記のように、液晶分子を含む前記第1液晶層140は、前記第1スイッチング素子層130と前記カラーフィルター層150間、つまり、前記第1スイッチング素子層130と前記共通電極層間に挟入される。前記図に示していないが、前記液晶分子を整列させるための整合フィルムが設けられる。
前記第1液晶層140を貫通する光は、前記RGBカラーフィルターによって所定の色を持つ。この構成により、2D画像が前記2D画像液晶表示パネル100上に表示される。一方、前記2D画像は、前記立体画像表示装置において使用されるため、左目画像と右眼画像に分割・表示される。
前記パララックスバリア液晶表示パネル200には、前偏光フィルム210が少なくともその前面上に積層され、透明電極層230がその後面上に積層される第3基板と、保護フィルム250と、前記透明電極層230と前記保護フィルム250間に挟入された第2液晶層240と、が含まれる。対向電極層(図示せず)が前記保護フィルム250上に配置される。
複数の透明電極が前記透明電極層230においてバンド形状に配設される。同様に、複数の対向電極が、前記複数個の透明電極に対向するように、対向電極層に配設される。前記第2液晶層240の液晶分子は、配線270を介して前記透明電極と前記対向電極間に印加される電圧により整列される。前記TFT液晶表示パネルから入射された光は、前記液晶分子の整列方向に応じて遮断されるか又は透過される。
光の遮断/透過機能を持つかかるバンド形状部材はパララックスバリアと呼ばれる。前記パララックスバリアは、その左目画像とその右眼画像とがそれぞれ左目と右目に入射されるように前記2D画像液晶表示パネル100上に表示させることによって、観察者が立体画像を見ることを可能にする。
前記パララックスバリア液晶表示パネル200はTN(ねじれネマチック)液晶を用いた液晶表示パネルとして具体化することが可能である。あるいは、前記パララックスバリア液晶表示パネル200は、STN、FSTN、HTN、及びCSTN液晶表示パネルの1つの液晶表示パネルを用いるものでもよく、又は所定のパターンを有するフィルムタイプであってもよい。かかる液晶表示パネルは当業者によって実践することが可能であるので、その詳細な説明は省略する。
前述の構成を有する本発明の実施形態に係る立体画像表示装置では、前記保護フィルム250を厚層で構成する必要がない。
上記のように、過去の立体画像表示装置では、前記立体画像表示装置の上部層(図3を参照)として配置されている前記保護フィルム25が外部の衝撃に耐える必要があるので、前記保護フィルムは厚層で構成される。通常、過去の保護フィルム25の厚さは0.55〜1.1mmの範囲にある。しかしながら、本発明の実施形態に係る保護フィルム250は前記立体画像表示装置の中間層として配置される。つまり、本発明の実施形態に係る保護フィルムは外部の衝撃に耐えるのに十分な厚さで形成される必要がなく、その外部の衝撃は前記第2基板220によって防止される。よって、本発明に係る保護フィルム250を0.3mm以下の厚さ具体化することも可能である。
図4では、画像とパララックスバリア間の距離eは前記第1液晶層140から前記第2液晶層240までの距離に相当する。
前記図に示すように、前記カラーフィルター層150、前記第2基板160、前記中間偏光フィルム180'、及び保護フィルム250は、前記第1液晶層140と前記第2液晶層240間に挟入される。図3に示した従来技術と比較すると、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置では、従来技術における第3基板22の代わりに薄い保護フィルム250が前記第1液晶層140と前記第2液晶層240間に挟入される。前記パララックスバリア液晶表示パネル200の配線270は、その前面上に形成された前記第3基板220に配置される。図4から明らかなように、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置では、前記パララックスバリア液晶表示パネル200の配線270がその前面上に形成された前記第3基板220に配置されるので、前記2D画像液晶表示パネル100の配線170からの距離はさらに広がり、それによって前記配線間の短絡がさらに防止される。
従来技術における前記第3基板の厚さは、モニター用では約0.7mm、携帯端末用では約0.5mmである。本発明の実施形態の保護フィルム250の厚さは約0.3mm以下である。
よって、本発明の実施形態によれば、前記立体画像表示装置がモニター用に具体化される際、前記第2基板160の厚さは約0.7mm、前記中間偏光フィルム180’の厚さは約0.1mm、及び前記保護フィルム250の厚さは約0.3mmであり、その全厚は約1.1mmである。よって、画像と前記パララックスバリア間の距離eは約1.1mmとなる。前記厚さを式1に代入すると、本発明の実施形態に係るモニター用立体画像表示装置の視認距離L約70cmが得られる。
一方、本発明の実施形態によれば、前記立体画像表示装置が携帯端末用に具体化される際、前記第2基板160の厚さは約0.3mm、前記中間偏光フィルム180’の厚さは約0.1mm、及び前記保護フィルム250の厚さは約0.3mmであり、その全厚は約1.7mmである。よって、画像と前記パララックスバリア間の距離eは約0.7mmとなる。前記厚さを式1に代入すると、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置の視認距離L約70cmが得られる。反対に、70cmは大きな距離であるが、携帯端末用立体画像表示装置では、その画面サイズが小さく、焦点は「ダイヤモンドゾーン」と呼ばれる40〜90cmの一定距離範囲で形成される。前記携帯端末用立体画像表示装置の視認距離70cmが前記ダイヤモンドゾーンに属するので、観察者は立体画像を見ることができる。
前記ダイヤモンドゾーンは、各種実験を通して本発明者によって最初に見出されたものである。
このように、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置では、前記従来技術と比べて、その視認距離を著しく減少することが可能である。よって、過去では商業化し得なかった前記フロント型のパララックスバリア立体画像表示装置を商業化することが可能である。
本発明の実施形態に係る立体画像表示装置では、前記パララックスバリア液晶表示パネル200の配線270がその前面上に形成された前記第3基板200に配置されるので、前記2D画像液晶表示パネル100の配線170からの距離をさらに広げることが可能であり、それによって前記配線間の短絡がさらに防止される。
本発明によれば、前記立体画像表示装置では、画像とパララックスバリア間の距離を減少させることによってその視認距離を減少することが可能である。
本発明によれば、画像と前記パララックスバリア間の不必要な積層を除去することによって、前記立体画像表示装置を容易に製造し、その製造コストを低減することが可能である。
本発明を前記例示的実施形態を参照して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明が、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなくさまざまに変更かつ変性され得ることが理解できるであろう。
図1は一般的な2D画像液晶表示パネルを図式的に説明する断面図である。 図2は一般的なパララックスバリア液晶表示パネルを図式的に説明する断面図である。 図3は公知の立体画像表示装置を図式的に説明する断面図である。 図4は、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を図式的に説明する断面図である。

Claims (4)

  1. 以下を含む立体画像表示装置。後偏光フィルムがその後面上に積層され、第1スイッチング素子層がその前面上に積層される第1基板と、カラーフィルター層がその上に積層される第2基板と、前記第1スイッチング素子層と前記カラーフィルター層間に挟入された第1液晶層と、を有する2D画像液晶表示パネルと、
    前偏光フィルムがその前面上に積層され、透明電極層がその後面上に積層される第3基板と、保護フィルムと、前記透明電極層と前記保護フィルム間に挟入された第2液晶層と、を有するパララックスバリアと、
    前記パララックスバリアの保護フィルムと前記2D画像液晶表示パネルの第2基板間に挟入された中間偏光フィルム。
  2. 前記2D画像液晶表示パネルが、TN、STN、FSTN、HTN、及びCSTN液晶表示パネルの任意の1つの液晶表示パネルであることを特徴とする請求項1に記載の立体画像表示装置。
  3. 前記パララックスバリアが、TN、STN、FSTN、HTN、及びCSTN液晶表示パネルの任意の1つの液晶表示パネル又はフィルムタイプであることを特徴とする請求項1に記載の立体画像表示装置。
  4. 前記保護フィルムの厚さが0.1mm〜0.3mmの範囲であることを特徴とする請求項1〜3の任意の1項に記載の立体画像表示装置。
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