JP2010020274A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光眼鏡を利用して立体画像を視聴することのできる立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像表示装置は、左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネルと、メイン表示パネルの画素部に対応する画素部を有する第１基板及び第２基板、並びに第１基板と第２基板との間に形成されたサブ液晶層からなり、メイン表示パネルの前方に位置して入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させるサブ表示パネルと、メイン表示パネルに形成された画素の行に沿って第１基板にパターニングされた複数の第１電極と、第２基板の画素部全面に形成された第２電極と、メイン表示パネルに光を供給する光源とを含む。
【選択図】図１１

Description

本発明は、立体画像表示装置に関し、特に、偏光眼鏡を利用して立体画像を視聴することのできる立体画像表示装置に関する。

３Ｄディスプレイとは、簡単に定義すると、「人為的に３Ｄ画面を再生するシステムの総体」ということができる。

ここで、システムは、３Ｄで表現することのできるソフトウェア的な技術と、そのソフトウェア的な技術で作成したコンテンツを実際に３Ｄで実現するハードウェアとを共に含む。ソフトウェア領域をも含める理由は、３Ｄディスプレイハードウェアの場合、立体実現方式毎に別途のソフトウェア的な方式で構成されたコンテンツが別に必要であるからである。

また、仮想３Ｄディスプレイとは、人が立体感を感じる様々な要因のうち、人の眼が横方向に約６５ｍｍ離れていることによって生じる両眼視差を利用して、平面的なディスプレイハードウェアで、文字通り仮想的に立体感を感じさせるシステムの総体をいう。すなわち、両眼視差のため、人の眼は、同じ物を見ても若干異なる画像を見ることになり、これら２つの画像が網膜を通して脳に伝達されて、脳がこれらを正確に融合することによって、人は立体感を感じるが、これを利用して、２Ｄディスプレイ装置で左右２つの画像を同時に表示してそれぞれの眼に送る設計により仮想的な立体感を作り出すのが、仮想３Ｄディスプレイである。

このような仮想３Ｄディスプレイハードウェア装置で１つの画面に２つのチャネルの画像を表示するためには、ほとんどの場合、１つの画面で横又は縦の一方向に２つのチャネルの画像を１行ずつ交互に出力する。このようにして、２つのチャネルの画像が同時に１つのディスプレイ装置に出力されると、ハードウェア的な構造上、眼鏡を着用しない方式の場合、右側画像はそのまま右眼に入り、左側画像は左眼にのみ入る。また、眼鏡を着用する方式の場合は、それぞれの方式による特殊な眼鏡により、右側画像は左眼に入らないように遮蔽し、左側画像は右眼に入らないように遮蔽する方法を用いる。

このように１行ずつ交互に出力しても、行の厚さと間隔が約０．１〜０．５ｍｍと非常に微細であるので、人の眼はその程度の間隔は認知できず、各眼で各チャネルの２つの画像を１つの画面として認識するが、２Ｄ画面で使用する場合に比べて、同じ大きさの画面で眼に入る情報量は、各チャネルが半分ずつ有するので、解像度と体感の明るさが半分程度に減少するという欠点があった。

このような立体画像表示方法としては、大きく眼鏡を着用する方式と、眼鏡を着用しない方式とがある。

眼鏡を着用しない方式としては、円筒状のレンズを垂直に配列したレンチキュラレンズ板を表示パネルの前方に設置するレンチキュラ方式と、パララックスバリア方式が代表的である。

後者のパララックスバリア方式は、パララックスバリアと呼ばれる細いスリット状の開口部の後方に適当な間隔をおいて左右２つの画像を交互に配置し、特定時点でその開口部から見たときに正確に両画像を分離して見ることのできる方式である。すなわち、偏光方式などの光学的技術を用いるのではなく、単に左右チャネルを壁で防いで区分するのである。

図１２は、一般的なパララックスバリア方式による立体画像表示装置の構成を概略的に示す図であり、特に、立体画像と平面画像を選択的にスイッチングできるようにした立体画像表示装置を示している。

同図に示すように、立体画像表示装置１は、バックライト光源４０、表示パネル３０、及びスイッチングパネル２０から構成される。

ここで、スイッチングパネル２０は、電気信号を供給したときに所定の幅を有して不透明になる不透明スリット部と、透明な透明スリット部とからなり、不透明スリット部と透明スリット部とは交互に配置されている。

観察者１０は、スイッチングパネル２０の透明スリット部から表示パネル３０を見るが、このとき、観察者１０の左眼Ｌは、スイッチングパネル２０の透明スリット部から表示パネル３０の左眼領域Ｌｐを見ることとなり、一方、観察者１０の右眼Ｒは、スイッチングパネル２０の透明スリット部から表示パネル３０の右眼領域Ｒｐを見ることとなる。

このように、観察者１０の左眼Ｌと右眼Ｒとは、それぞれ表示パネル３０の異なる領域を見るが、このとき、表示パネル３０は、観察者１０の左眼Ｌと右眼Ｒに対応する画像をそれぞれ左眼領域Ｌｐと右眼領域Ｒｐに表示する。従って、観察者１０は、両眼視差により立体感を感じる。

しかし、このようなパララックスバリア方式は、特別に光学的な技術を用いるのではなく、単純な視野遮蔽体のような構造を用いて画像を区分するので、設計当時に意図した位置でないと、視線が外れて画像が崩れるという問題があった。この位置の制約には、左右の位置や前後の位置も含まれる。

その他に、２Ｄモードでの使用時、バリアが画面の明るさを落とすと共に、人によっては２Ｄ画面でバリアを目障りに感じることもある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、偏光眼鏡を利用して立体画像を視認することのできる立体画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、眼鏡方式の２Ｄディスプレイでの３Ｄ上下視野角と２Ｄ輝度を同時に向上させることのできる立体画像表示装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的及び特徴は、後述する発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において説明される。

上記の目的を達成するために、本発明による立体画像表示装置は、左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネルと、前記メイン表示パネルの画素部に対応する画素部を有する第１基板及び第２基板、並びに前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたサブ液晶層からなり、前記メイン表示パネルの前方に位置して、入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させるサブ表示パネルと、前記メイン表示パネルに形成された画素の行に沿って前記第１基板にパターニングされた複数の第１電極と、前記第２基板の前記画素部全面に形成された第２電極と、前記メイン表示パネルに光を供給する光源とを含む。

本発明による立体画像表示装置は、偏光眼鏡を利用して立体画像を視聴する場合に、３Ｄ上下視野角が向上すると共に、パネルの最大解像度で３Ｄ表現が可能であるという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明による立体画像表示装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。

第１実施形態
ディスプレイ機器の主流がブラウン管（Cathode Ray Tube；CRT）から液晶表示装置（Liquid Crystal Display；LCD）などのフラットパネルディスプレイに次第に移行することによって、眼鏡方式の仮想３Ｄディスプレイ方式の研究と実用化も、ＣＲＴに対して最適化された方式からフラットパネルディスプレイに対して最適化された方式に次第に移行している。

そのうち、偏光方式は、直交する偏光素子の組み合わせによる遮光効果を利用して左眼と右眼の画像を分離するものであり、偏光方式のディスプレイ装置においては、２つの画像が同時に出力されるとき、画面全体に１行ずつ交互に右側画像と左側画像を表示する。このように、同時に出力された画像は、その状態のままでは１つの眼に２つの画像がどちらも見えるので、偏光眼鏡を通して画像をフィルタリングする。すなわち、眼鏡により、右眼には左側画像が見えないようにフィルタリングし、左眼には右側画像が見えないようにフィルタリングする。

このような偏光方式で使用する偏光フィルタとは、様々な方向に散乱する光のうち、特定の一方向に振動する光のみ通過させ、残りの方向に振動する光は吸収するフィルタを意味する。

偏光方式で偏光フィルタを利用して両眼にそれぞれの画像が入るようにする過程は、次の通りである。

まず、ディスプレイ装置で左右の画像を異なる方向の偏光フィルタに通過させて、左右の画像が異なる方向に振動する光からなるようにする。その後、偏光眼鏡を通してさらにフィルタリングする作業を経るとき、左右の画像のそれぞれと同じ方向の偏光フィルタを眼鏡として使用することにより、反対側の画像が入らないようにする。例えば、モニタで左側画像を−４５°で振動する光、右側画像を４５°で振動する光のみからなるように偏光させる場合、偏光眼鏡においても左側眼鏡レンズは−４５°の偏光フィルタ、右側眼鏡レンズは４５°の偏光フィルタで形成すると、−４５°で振動する光からなる左側画像は、４５°の右側眼鏡レンズを通過できず、４５°で振動する光からなる右側画像は、−４５°の左側眼鏡レンズを通過できず、結果として、それぞれの眼に合う１つの画像のみ認識される。

前記偏光方式は、２つのチャネルの画像を分割する方向によって、左右又は上下の一方向に視野角を非常に広く有し得る。一般的には、多人数で視聴するときの位置を考慮して、横方向に左右の画像を分割して左右視野角を確保する。このように、偏光方式は、左右視野角を約１８０°近くまで確保することができるので、多人数視聴用に適しているといえる。ただし、左右視野角を確保する場合、上下視野角は諦めなければならないが、上下視野角方向で左側画像と右側画像との偏光状態が互いに変わり、左側画像が右眼に、右側画像が左眼に入るスードスコピック現象が発生する。

図１は、本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。

同図に示すように、本発明の第１実施形態による立体画像表示装置１００は、左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネル１１０と、メイン表示パネル１１０の前方に位置するサブ表示パネル１２０と、メイン表示パネル１１０に光を供給する光源１３０と、サブ表示パネル１２０から出力された左側画像及び右側画像を偏光状態に応じて選択的に透過させて立体画像を実現する偏光眼鏡１４０とを含む。

メイン表示パネル１１０は、立体画像を実現するために、視聴者の左眼に入射する左側画像と視聴者の右眼に入射する右側画像を交互に表示する。

ここで、本発明の第１実施形態によるメイン表示パネル１１０は、液晶表示パネルでもよく、メイン表示パネル１１０は、一般的な液晶表示パネルが６０Ｈｚで駆動される場合、１２０Ｈｚ以上で駆動されることが好ましい。これは、所定レベル以上の立体画像の画質を確保しつつ、左側画像と右側画像を交互に表示するためである。

このようなメイン表示パネル１１０は、後述する駆動原理以外は、通常の液晶表示パネルと同じ構造からなる。

すなわち、メイン表示パネル１１０が液晶表示パネルの場合、メイン表示パネル１１０は、薄膜トランジスタアレイ基板１１１と、アレイ基板１１１に対向して配置されるカラーフィルタ基板１１２と、アレイ基板１１１とカラーフィルタ基板１１２との間に位置するメイン液晶層１１３と、アレイ基板１１１及びカラーフィルタ基板１１２の外面に取り付けられた第１偏光板１１４及び第２偏光板１１５とを含む。ここで、第１偏光板１１４と第２偏光板１１５とは、偏光軸が実質的に直交するように配置されている。

一方、メイン表示パネル１１０は、液晶表示パネルだけでなく、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel；PDP）、有機電界発光素子（Organic Light Emitting Diode；OLED）などのフラットパネルディスプレイでもよい。

前述したように、メイン表示パネル１１０の前方には、本発明の第１実施形態によるサブ表示パネル１２０が位置するが、サブ表示パネル１２０は、メイン表示パネル１１０の左側画像及び右側画像のいずれか一方に同期して駆動され、入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させる役割を果たす。ここで、サブ表示パネル１２０は、対向する第１基板１２１及び第２基板１２２、並びに第１基板１２１と第２基板１２２との間に位置するサブ液晶層１２３を含む。

また、第１基板１２１及び第２基板１２２には、サブ液晶層１２３の配列を制御するための第１、第２電極及び配向膜がそれぞれ設けられているが、これについて、図面を参照して詳細に説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明による立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの下部基板及び上部基板の構造を概略的に示す平面図であり、図３Ａ及び図３Ｂは、図２Ａに示すサブ表示パネルの下部基板におけるＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線断面図である。

まず、図２Ａ（図３Ａ及び図３Ｂ参照）に示すように、サブ表示パネル１２０の下部基板である第１基板１２１には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ITO）などの透明な導電物質からなる第１電極１２８がメイン表示パネルの画素の行に沿ってパターニングされている。

ここで、第１電極１２８の高さｈは、メイン表示パネルの１画素の高さに相当し、第１電極１２８の幅ｗは、画素部１２５の幅に相当する。

なお、符号１２６は、信号を供給するドライバ集積回路を示し、符号１２７は、ドライバ集積回路１２６と第１電極１２８との間を接続するための信号配線を示し、信号配線１２７は、銅やモリブデンなどの導電物質からなる。

また、図２Ｂ（図３Ａ及び図３Ｂ参照）に示すように、サブ表示パネル１２０の上部基板である第２基板１２２の画素部１２５には、第１電極１２８と同じ物質からなる第２電極１２９がパターンを有することなく全面に形成されている。

このように構成された第１基板１２１と第２基板１２２との対向する表面には、サブ液晶層１２３を整列するための配向膜１２４ａ、１２４ｂがそれぞれ位置する。

このようなサブ表示パネル１２０は、異なるタイプのサブ液晶層１２３を含むことができる。

図４は、ツイストネマティック（Twisted Nematic；TN）モードのサブ液晶層を有するサブ表示パネルの動作特性を説明するための図である。

同図に示すように、サブ液晶層１２３を構成する複数の液晶分子１２３ａは、サブ表示パネル１２０がオフになると、第１基板１２１及び第２基板１２２の配向膜のラビング方向によって、第１基板１２１と第２基板１２２との間で９０°（ＴＮ構造）又は２４０°（ＳＴＮ構造）ねじれて配列される。また、サブ表示パネル１２０がオンになると、第１基板１２１と第２基板１２２との間に形成された電界により、液晶分子１２３ａは、第１基板１２１と第２基板１２２との間で垂直に配列される。

これにより、サブ表示パネル１２０がオフ状態の場合、左側画像又は右側画像は、サブ表示パネル１２０を通過して偏光軸が９０°回転する。すなわち、サブ表示パネル１２０が駆動されない場合、サブ表示パネル１２０を通過した左側画像又は右側画像は、その偏光軸がサブ表示パネル１２０に入射する左側画像又は右側画像の偏光軸と実質的に垂直をなすように変化して出力される。

このように、左側画像又は右側画像の偏光軸が変化する理由は、サブ液晶層１２３の屈折率異方性（Δｎ）のためである。液晶分子１２３ａは、長軸と短軸が異なる屈折率を有するが、これを屈折率異方性（Δｎ）という。屈折率異方性（Δｎ）は、長軸方向の屈折率から短軸方向の屈折率を引いた値として定義される。液晶分子１２３ａが図示のように９０°又は２４０°ツイストされて配列されることによって、入射した光は、サブ液晶層１２３の屈折率異方性（Δｎ）により前述したように偏光状態又は偏光情報が変化する。

一方、サブ表示パネル１２０がオン状態の場合、サブ表示パネル１２０を通過した左側画像又は右側画像の偏光軸は、変化しない。これは、液晶分子１２３ａが第１基板１２１及び第２基板１２２に対して垂直に配列されることによって、サブ液晶層１２３を通過する光が屈折率異方性（Δｎ）ではない短軸方向の屈折率にのみ影響されるため、偏光状態又は偏光情報が変化しないからである。

次に、図５は、均質なサブ液晶層を有するサブ表示パネルの動作特性を説明するための図であり、図６は、均質なサブ液晶層を有するサブ表示パネルのラビング方向を示す図である。

同図に示すように、サブ表示パネル１２０が均質なサブ液晶層１２３’を有する場合、サブ表示パネル１２０がオフになると、液晶分子１２３ａ’は、第１基板１２１及び第２基板１２２に対して実質的に平行に配列される。また、サブ表示パネル１２０のラビング方向は、サブ表示パネル１２０に入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対して実質的に４５°をなすように設けられている。

これにより、サブ表示パネル１２０が駆動されない場合、液晶分子１２３ａ’は、入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対しては４５°傾斜した方向に、第１基板１２１及び第２基板１２２に対しては平行に配列される。また、サブ表示パネル１２０がオンになると、液晶分子１２３ａ’は、第１基板１２１及び第２基板１２２に対して実質的に垂直に配列される。

ここで、サブ液晶層１２３’が均質な配列を有する場合、サブ液晶層１２３’は、Δｎ×ｄ＝λ／２を満たすことが好ましい。ここで、ｄはサブ液晶層１２３’のセルギャップを示し、Δｎはサブ液晶層１２３’の屈折率異方性を示し、λはサブ液晶層１２３’を通過した光の波長を示す。

このように、サブ液晶層１２３’がΔｎ×ｄ＝λ／２を満たさなければならない理由は、入射した左側画像又は右側画像の位相を１８０°変更するためである。これにより、図５に示すように、サブ表示パネル１２０がオフ状態の場合、サブ表示パネル１２０を通過した左側画像又は右側画像は、サブ表示パネル１２０に入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対して実質的に垂直をなす偏光軸を有してサブ表示パネル１２０の外部に出射する。

一方、サブ表示パネル１２０がオン状態の場合、サブ表示パネル１２０を通過した左側画像又は右側画像の偏光軸は、変化しない。これは、液晶分子１２３ａ’が第１基板１２１及び第２基板１２２に対して垂直に配列されることによって、サブ液晶層１２３’を通過する光が屈折率異方性（Δｎ）ではない短軸方向の屈折率にのみ影響されるため、偏光状態又は偏光情報が変化しないからである。

このように、本発明の第１実施形態によれば、メイン表示パネルの画素の行及び画素部に対応するように、サブ表示パネルの第１基板及び第２基板にそれぞれ第１電極及び第２電極を形成した後、１２０Ｈｚ以上で駆動してメイン表示パネルの信号アドレッシングによって対応するサブ表示パネルの第１電極及び第２電極に信号を供給し、それぞれのサブフレームに表示される左右の画像によって偏光状態を変更することにより、３Ｄ上下視野角と２Ｄ輝度を同時に向上させることができる。

第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図であり、サブ表示パネルの下部基板にλ／４レターデーション層が形成されたことを除いては、前記第１実施形態による立体画像表示装置の構造と実質的に同様である。

同図に示すように、本発明の第２実施形態による立体画像表示装置２００は、左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネル２１０と、メイン表示パネル２１０の前方に位置するサブ表示パネル２２０と、メイン表示パネル２１０に光を供給する光源２３０と、サブ表示パネル２２０から出力された左側画像及び右側画像を偏光状態に応じて選択的に透過させて立体画像を実現する偏光眼鏡２４０とを含む。

光源２３０は、メイン表示パネル２１０の後方に位置して、メイン表示パネル２１０に光を照射する。ここで、光源２３０は、直下型でもよくエッジ型でもよい。光源２３０としては、冷陰極蛍光ランプ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）、高輝度、低コスト、及び低消費電力の特性を有して１つのインバータで駆動できる外部電極蛍光ランプ（External Electrode Fluorescent Lamp；EEFL）、並びに輝度が高くて色再現性に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）などを使用することができる。

また、偏光眼鏡２４０は、サブ表示パネル２２０から出射する左側画像又は右側画像の偏光状態によって、左側画像と右側画像を区分して立体画像を見るためのものである。偏光眼鏡２４０は、左側偏光レンズと右側偏光レンズとを含み、左側偏光レンズの偏光軸と右側偏光レンズの偏光軸とは実質的に垂直をなすように設けられている。また、前記左側偏光レンズは、偏光軸がサブ表示パネル２２０から出力される左側画像及び右側画像のいずれか一方の偏光軸と一致するように設けられ、前記右側偏光レンズは、偏光軸がサブ表示パネル２２０から出力される左側画像及び右側画像の他方の偏光軸と一致するように設けられている。これにより、サブ表示パネル２２０から出力される左側画像及び右側画像は、偏光眼鏡２４０により左側画像及び右側画像の偏光状態によって区分されてそれぞれ視聴者の左眼及び右眼に入射し、視聴者は、立体画像を視聴することができる。

メイン表示パネル２１０は、立体画像を実現するために、視聴者の左眼に入射する左側画像と視聴者の右眼に入射する右側画像を交互に表示する。

ここで、本発明の第２実施形態によるメイン表示パネル２１０は、本発明の第１実施形態と同様に、液晶表示パネルでもよく、一般的な液晶表示パネルが６０Ｈｚで駆動される場合、１２０Ｈｚ以上で駆動されることが好ましい。

このようなメイン表示パネル２１０は、薄膜トランジスタアレイ基板２１１と、アレイ基板２１１に対向して配置されるカラーフィルタ基板２１２と、アレイ基板２１１とカラーフィルタ基板２１２との間に位置するメイン液晶層２１３と、アレイ基板２１１及びカラーフィルタ基板２１２の外面に取り付けられた第１偏光板２１４及び第２偏光板２１５とを含む。ここで、第１偏光板２１４と第２偏光板２１５とは、偏光軸が実質的に直交するように配置されている。

前述したように、メイン表示パネル２１０の前方には、本発明の第２実施形態によるサブ表示パネル２２０が位置するが、サブ表示パネル２２０は、メイン表示パネル２１０の左側画像及び右側画像のいずれか一方に同期して駆動され、入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させる役割を果たす。ここで、サブ表示パネル２２０は、対向する第１基板２２１及び第２基板２２２、並びに第１基板２２１と第２基板２２２との間に位置するサブ液晶層２２３を含む。

また、第１基板２２１及び第２基板２２２には、サブ液晶層２２３の配列を制御するための第１、第２電極及び配向膜がそれぞれ設けられており、前記第１、第２電極の構造は、本発明の第１実施形態と実質的に同様である。

すなわち、サブ表示パネル２２０の下部基板である第１基板２２１には、ＩＴＯなどの透明な導電物質からなる第１電極が、メイン表示パネルの画素の行に沿ってパターニングされている。ここで、前記第１電極の高さは、メイン表示パネルの１画素の高さに相当し、前記第１電極の幅は、画素部の幅に相当する。

また、サブ表示パネル２２０の上部基板である第２基板２２２の画素部には、前記第１電極と同じ物質からなる第２電極がパターンを有することなく、全面に形成されている。

このように構成された第１基板２２１と第２基板２２２との対向する表面には、サブ液晶層２２３を整列するための配向膜がそれぞれ位置する。

本発明の第２実施形態による立体画像表示装置２００は、サブ表示パネル２２０の第１基板２２１の上面に、メイン表示パネル２１０から入射する線偏光を円偏光に変化させるλ／４レターデーション層２５０が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の第２実施形態によるλ／４レターデーション層２５０は、第１基板２２１と一体に形成されることを特徴とする。

図８は、図７に示す立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの動作特性を説明するための図であり、サブ表示パネルが均質なサブ液晶層を有する場合を示している。

同図に示すように、サブ表示パネル２２０が均質なサブ液晶層２２３を有する場合、サブ表示パネル２２０がオフになると、液晶分子２２３ａは、第１基板２２１及び第２基板２２２に対して実質的に平行に配列される。また、サブ表示パネル２２０のラビング方向とλ／４レターデーション層２５０の光軸は、サブ表示パネル２２０に入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対して実質的に４５°をなすように設けられている。

これにより、サブ表示パネル２２０が駆動されない場合、液晶分子２２３ａは、入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対しては４５°傾斜した方向に、第１基板２２１及び第２基板２２２に対しては平行に配列される。また、サブ表示パネル２２０がオンになると、液晶分子２２３ａは、第１基板２２１及び第２基板２２２に対して実質的に垂直に配列される。

前述したように、サブ液晶層２２３が均質な配列を有する場合、サブ液晶層２２３は、Δｎ×ｄ＝λ／２を満たすことが好ましい。

これにより、図示のように、サブ表示パネル２２０がオフ状態の場合、サブ表示パネル２２０に入射する線偏光された左側画像又は右側画像は、サブ表示パネル２２０の第１基板２２１を通過して左円偏光（又は、右円偏光）に状態が変化し、サブ液晶層２２３を通過する。ここで、サブ液晶層２２３に入射する左円偏光（又は、右円偏光）された左側画像又は右側画像は、サブ液晶層２２３を通過して右円偏光（又は、左円偏光）に状態が変化し、サブ表示パネル２２０の外部に出射する。

一方、サブ表示パネル２２０がオン状態の場合、サブ表示パネル２２０を通過した左円偏光（又は、右円偏光）された左側画像又は右側画像は、その偏光状態が変化することなく、サブ表示パネル２２０の外部に出射する。これは、液晶分子２２３ａが第１基板２２１及び第２基板２２２に対して垂直に配列されることによって、サブ液晶層２２３を通過する光が屈折率異方性（Δｎ）ではない短軸方向の屈折率にのみ影響されるため、偏光状態又は偏光情報が変化しないからである。

第３実施形態
図９は、本発明の第３実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図であり、λ／４レターデーション層がサブ表示パネルの下部基板の背面に貼り付けられたことを除いては、前記第２実施形態による立体画像表示装置の構造と実質的に同様である。

同図に示すように、本発明の第３実施形態による立体画像表示装置３００は、左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネル３１０と、メイン表示パネル３１０の前方に位置するサブ表示パネル３２０と、メイン表示パネル３１０に光を供給する光源３３０と、サブ表示パネル３２０から出力された左側画像及び右側画像を偏光状態に応じて選択的に透過させて立体画像を実現する偏光眼鏡３４０とを含む。

ここで、光源３３０は、メイン表示パネル３１０の後方に位置して、メイン表示パネル３１０に光を照射し、偏光眼鏡３４０は、左側偏光レンズと右側偏光レンズとを含み、左側偏光レンズの偏光軸と右側偏光レンズの偏光軸とは、実質的に垂直をなすように設けられている。また、前記左側偏光レンズは、偏光軸がサブ表示パネル３２０から出力される左側画像及び右側画像のいずれか一方の偏光軸と一致するように設けられ、前記右側偏光レンズは、偏光軸がサブ表示パネル３２０から出力される左側画像及び右側画像の他方の偏光軸と一致するように設けられている。これにより、サブ表示パネル３２０から出力される左側画像及び右側画像は、偏光眼鏡３４０により左側画像及び右側画像の偏光状態によって区分されて、それぞれ視聴者の左眼及び右眼に入射し、視聴者は立体画像を視聴することができる。

メイン表示パネル３１０は、立体画像を実現するために、視聴者の左眼に入射する左側画像と視聴者の右眼に入射する右側画像を交互に表示する。

ここで、本発明の第３実施形態によるメイン表示パネル３１０は、本発明の第１実施形態及び第２実施形態と同様に、液晶表示パネルでもよく、一般的な液晶表示パネルが６０Ｈｚで駆動される場合、１２０Ｈｚ以上で駆動されることが好ましい。

このようなメイン表示パネル３１０は、薄膜トランジスタアレイ基板３１１と、アレイ基板３１１に対向して配置されるカラーフィルタ基板３１２と、アレイ基板３１１とカラーフィルタ基板３１２との間に位置するメイン液晶層３１３と、アレイ基板３１１及びカラーフィルタ基板３１２の外面に取り付けられた第１偏光板３１４及び第２偏光板３１５とを含む。ここで、第１偏光板３１４と第２偏光板３１５とは、偏光軸が実質的に直交するように配置されている。

前述したように、メイン表示パネル３１０の前方には、本発明の第３実施形態によるサブ表示パネル３２０が位置するが、サブ表示パネル３２０は、メイン表示パネル３１０の左側画像及び右側画像のいずれか一方に同期して駆動され、入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させる役割を果たす。ここで、サブ表示パネル３２０は、対向する第１基板３２１及び第２基板３２２、並びに第１基板３２１と第２基板３２２との間に位置するサブ液晶層３２３を含む。

また、第１基板３２１及び第２基板３２２には、サブ液晶層３２３の配列を制御するための第１、第２電極及び配向膜がそれぞれ設けられており、前記第１、第２電極の構造は、本発明の第１実施形態及び第２実施形態と実質的に同様である。

すなわち、サブ表示パネル３２０の下部基板である第１基板３２１には、ＩＴＯなどの透明な導電物質からなる第１電極が、メイン表示パネルの画素の行に沿ってパターニングされている。ここで、前記第１電極の高さは、メイン表示パネルの１画素の高さに相当し、前記第１電極の幅は、画素部の幅に相当する。

また、サブ表示パネル３２０の上部基板である第２基板３２２の画素部には、前記第１電極と同じ物質からなる第２電極が、パターンを有することなく全面に形成されている。

このように構成された第１基板３２１と第２基板３２２との対向する表面には、サブ液晶層３２３を整列するための配向膜がそれぞれ位置する。

本発明の第３実施形態による立体画像表示装置３００は、サブ表示パネル３２０の第１基板３２１の下面（背面）に、メイン表示パネル３１０から入射する線偏光を円偏光に変化させるλ／４レターデーション層３５０が形成されていることを特徴とする。本発明の第３実施形態によるλ／４レターデーション層３５０は、第１基板３２１の背面にフィルムの形態で貼り付けることができる。

図１０は、図９に示す立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの動作特性を説明するための図であり、サブ表示パネルが均質なサブ液晶層を有する場合を示している。

同図に示すように、サブ表示パネル３２０が均質なサブ液晶層３２３を有する場合、サブ表示パネル３２０がオフになると、液晶分子３２３ａは、第１基板３２１及び第２基板３２２に対して実質的に平行に配列される。また、サブ表示パネル３２０のラビング方向とλ／４レターデーション層３５０の光軸は、サブ表示パネル３２０に入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対して実質的に４５°をなすように設けられている。

これにより、サブ表示パネル３２０が駆動されない場合、液晶分子３２３ａは、入射する左側画像又は右側画像の偏光軸に対しては４５°傾斜した方向に、第１基板３２１及び第２基板３２２に対しては平行に配列される。また、サブ表示パネル３２０がオンになると、液晶分子３２３ａは、第１基板３２１及び第２基板３２２に対して実質的に垂直に配列される。

前述したように、サブ液晶層３２３が均質な配列を有する場合、サブ液晶層３２３は、Δｎ×ｄ＝λ／２を満たすことが好ましい。

これにより、図示のように、サブ表示パネル３２０がオフ状態の場合、サブ表示パネル３２０に入射する線偏光された左側画像又は右側画像は、サブ表示パネル３２０の第１基板３２１を通過して左円偏光（又は、右円偏光）に状態が変化し、サブ液晶層３２３を通過する。ここで、サブ液晶層３２３に入射する左円偏光（又は、右円偏光）された左側画像又は右側画像は、サブ液晶層３２３を通過して右円偏光（又は、左円偏光）に状態が変化し、サブ表示パネル３２０の外部に出射する。

一方、サブ表示パネル３２０がオン状態の場合、サブ表示パネル３２０を通過した左円偏光（又は、右円偏光）された左側画像又は右側画像は、その偏光状態が変化することなく、サブ表示パネル３２０の外部に出射する。これは、液晶分子３２３ａが第１基板３２１及び第２基板３２２に対して垂直に配列されることによって、サブ液晶層３２３を通過する光が屈折率異方性（Δｎ）ではない短軸方向の屈折率にのみ影響されるため、偏光状態又は偏光情報が変化しないからである。

以下、図１１を参照して本発明による立体画像表示装置の駆動原理について具体的に説明する。

図１１は、本発明による立体画像表示装置の駆動原理を説明するための図である。
本発明によるメイン表示パネルを前述したように駆動するために、ゲートラインに接続された薄膜トランジスタは、２倍速くスイッチングされ、データラインに供給されるデータ信号も、２倍速く供給される。ここで、データラインには、薄膜トランジスタのスイッチング速度によって、左眼用データ信号と右眼用データ信号が交互に供給される。

具体的には、本発明によるメイン表示パネルは、６０フレームで駆動され、同図に示すように、各フレームは、左側画像を表示する第１サブフレームと右側画像を表示する第２サブフレームとを含む。

例えば、第１フレームのうち、第１サブフレーム（０ミリ秒から８ミリ秒まで）では、左側画像が表示されるようにメイン表示パネルを駆動し、第２サブフレーム（８ミリ秒から１６ミリ秒まで）では、右側画像が表示されるようにメイン表示パネルを駆動する。また、第２フレームのうち、第１サブフレーム（１６ミリ秒から２４ミリ秒まで）では、左側画像が表示されるようにメイン表示パネルを駆動し、第２サブフレーム（２４ミリ秒から３２ミリ秒まで）では、右側画像が表示されるようにメイン表示パネルを駆動する。

このように、６０フレームを順次駆動することによって、メイン表示パネルは、立体画像を実現するための左側画像と右側画像を交互に表示することができる。

前述したように、各フレームは、左側画像を表示する第１サブフレームと、右側画像を表示する第２サブフレームとを含む。

また、サブ表示パネルは、メイン表示パネルの左側画像に同期してオンになるように設けられており、例えば、メイン表示パネルが右側画像を表示する間は、駆動されない。ただし、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明のサブ表示パネルは、右側画像に同期してオンになるように設けられ、左側画像が表示される間は、駆動されないようにすることもできる。

また、サブ表示パネルは、オン状態の場合、メイン表示パネルから出力される左側画像の偏光情報を変更することなく出力し、オフ状態の場合、メイン表示パネルから出力される右側画像の偏光情報を変更して出力する。

具体的には、光源から出射した光は、メイン表示パネルを通過してサブ表示パネルに入射する。ここで、メイン表示パネルの第１偏光板と第２偏光板とは、垂直をなすように設けられている。光源からメイン表示パネルに向かう光は、前記第２偏光板の偏光軸と一致する偏光状態の光のみメイン表示パネルを通過する。

そして、第１フレームの第１サブフレーム（０ミリ秒から８ミリ秒まで）では、サブ表示パネルがオフ状態を維持し、サブ表示パネルを通過した光の偏光状態は、変更される。すなわち、サブ表示パネルは、入射する左側画像の偏光軸を９０°回転して出力する。結果として、出射した左側画像の偏光状態は、前記第１偏光板を通過した光の偏光状態と同一になる。

ここで、同図にはλ／４レターデーション層が形成されていない本発明の第１実施形態の場合を示しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、前記λ／４レターデーション層が形成されることによって出射した光が左円偏光又は右円偏光に偏光した場合にも適用される。

そして、第１フレームの第２サブフレーム（８ミリ秒から１６ミリ秒まで）では、サブ表示パネルがオン状態となり、サブ表示パネルを通過した光の偏光状態は、変更されない。すなわち、サブ表示パネルは、入射する右側画像の偏光軸と同じ偏光軸を有する右側画像を出力する。

これにより、偏光眼鏡の左側偏光レンズの偏光軸は、左側画像の偏光軸と一致するので、出力された左側画像は、視聴者の左眼に入射するが、右側画像の偏光軸は、左側偏光レンズの偏光軸と垂直をなしており、出力された右側画像は、視聴者の左眼に入射しない。また、偏光眼鏡の右側偏光レンズの偏光軸は、右側画像の偏光軸と一致するので、出力された右側画像は、視聴者の右眼に入射するが、左側画像の偏光軸は、右側偏光レンズの偏光軸と垂直をなしており、出力された左側画像は、視聴者の右眼に入射しない。

このように、異なる偏光軸を有する左側画像と右側画像とが時間差をおいて形成され、形成された左側画像及び右側画像のいずれか一方の偏光状態が変更されて視聴者に出力されることにより、視聴者は、偏光眼鏡を利用して左側画像と右側画像を偏光状態によって区分して見ることができる。これにより、視聴者は、立体画像を視聴することができる。

本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 本発明による立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの下部基板の構造を概略的に示す平面図である。 本発明による立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの上部基板の構造を概略的に示す平面図である。 図２Ａに示すサブ表示パネルの下部基板におけるＡ−Ａ’線断面図である。 図２Ａに示すサブ表示パネルの下部基板におけるＢ−Ｂ’線断面図である。 ＴＮモードのサブ液晶層を有するサブ表示パネルの動作特性を説明するための図である。 均質なサブ液晶層を有するサブ表示パネルの動作特性を説明するための図である。 均質なサブ液晶層を有するサブ表示パネルのラビング方向を示す図である。 本発明の第２実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図７に示す立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの動作特性を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による立体画像表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図９に示す立体画像表示装置におけるサブ表示パネルの動作特性を説明するための図である。 本発明による立体画像表示装置の駆動原理を説明するための図である。 一般的なパララックスバリア方式による立体画像表示装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１００ 立体画像表示装置、１１０ メイン表示パネル、１１１ 薄膜トランジスタアレイ基板、１１２ カラーフィルタ基板、１１３ メイン液晶層、１１４ 第１偏光板、１１５ 第２偏光板、１２０ サブ表示パネル、１２１ 第１基板、１２２ 第２基板、１２３ サブ液晶層、１２３ａ 液晶分子、１２４ａ 配向膜、１２５ 画素部、１２６ ドライバ集積回路、１２７ 信号配線、１２８ 第１電極、１２９ 第２電極、１３０ 光源、１４０ 偏光眼鏡、２００ 立体画像表示装置、２１０ メイン表示パネル、２１１ 薄膜トランジスタアレイ基板、２１２ カラーフィルタ基板、２１３ メイン液晶層、２１４ 第１偏光板、２１５ 第２偏光板、２２０ サブ表示パネル、２２１ 第１基板、２２２ 第２基板、２２３ サブ液晶層、２２３ａ 液晶分子、２３０ 光源、２４０ 偏光眼鏡、２５０ λ／４レターデーション層、３００ 立体画像表示装置、３１０ メイン表示パネル、３１１ 薄膜トランジスタアレイ基板、３１２ カラーフィルタ基板、３１３ メイン液晶層、３１４ 第１偏光板、３１５ 第２偏光板、３２０ サブ表示パネル、３２１ 第１基板、３２２ 第２基板、３２３ サブ液晶層、３２３ａ 液晶分子、３３０ 光源、３４０ 偏光眼鏡、３５０ λ／４レターデーション層。

Claims (14)

1. 左側画像と右側画像を交互に表示するメイン表示パネルと、
   前記メイン表示パネルの画素部に対応する画素部を有する第１基板及び第２基板、並びに前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたサブ液晶層からなり、前記メイン表示パネルの前方に位置して、入射した左側画像又は右側画像の偏光情報を変更させるサブ表示パネルと、
   前記メイン表示パネルに形成された画素の行に沿って前記第１基板にパターニングされた複数の第１電極と、
   前記第２基板の前記画素部全面に形成された第２電極と、
   前記メイン表示パネルに光を供給する光源と
   を含むことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記第２電極が、前記第２基板の前記画素部全面にパターンを有することなく形成されてい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. 前記第１電極及び前記第２電極が、ＩＴＯなどの透明な導電物質からな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. 前記第１電極の高さが前記メイン表示パネルの１画素の高さに相当し、前記第１電極の幅が前記画素部の幅に相当す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。
5. 前記サブ表示パネルが、前記左側画像及び前記右側画像のいずれか一方に同期して駆動され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。
6. 前記サブ液晶層が複数の液晶分子を含み、前記液晶分子は、前記サブ表示パネルが駆動される場合、前記第１基板及び前記第２基板に対して実質的に垂直に配列され、前記サブ表示パネルが駆動されない場合、ツイストネマティック構造に配列され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。
7. 前記サブ液晶層が複数の液晶分子を含み、前記液晶分子は、前記サブ表示パネルが駆動される場合、前記第１基板及び前記第２基板に対して実質的に垂直に配列され、前記サブ表示パネルが駆動されない場合、前記第１基板及び前記第２基板に対して実質的に平行に配列され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。
8. 前記サブ表示パネルに入射する前記左側画像又は前記右側画像の偏光軸と前記サブ表示パネルのラビング方向とが、実質的に４５°をなすことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
9. 前記サブ表示パネルが駆動されない場合、前記サブ表示パネルを通過した左側画像又は右側画像の偏光軸が、前記サブ表示パネルに入射する左側画像又は右側画像の偏光軸と実質的に垂直をなすことを特徴とする請求項４に記載の立体画像表示装置。
10. 前記メイン表示パネルが１２０Ｈｚ以上で駆動され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。
11. 前記メイン表示パネルは、
    アレイ基板と、
    前記アレイ基板に対向して配置されるカラーフィルタ基板と、
    前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板との間に位置するメイン液晶層と、
    前記アレイ基板の外面に取り付けられた第１偏光板と、
    前記カラーフィルタ基板の外面に取り付けられた第２偏光板と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
12. 前記サブ表示パネルの第１基板に形成され、前記サブ表示パネルに入射する線偏光された左側画像又は右側画像を、左円偏光に状態を変化させるか、又は右円偏光に状態を変化させるλ／４レターデーション層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
13. 前記λ／４レターデーション層が、前記サブ表示パネルの第１基板の上面に前記第１基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の立体画像表示装置。
14. 前記λ／４レターデーション層が、前記サブ表示パネルの第１基板の下面にフィルムの形態で貼り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の立体画像表示装置。

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