JP2010079216A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光ストライプ板を用いためがね式３Ｄディスプレイにおいて、部品削減により低コスト化を図り、クロストーク・画面の着色を少なくする。
【解決手段】 偏光ストライプ板を偏光方向が互いに異なる２枚の透明開口部と偏光部分を有する偏光ストライプ板から構成し、各々の偏光ストライプ板の透明開口部の幅を偏光部分の幅に比べ狭くする。
これにより、各々の偏光ストライプ板の偏光部分が重なるところは遮光され、バリアと同様の働きをするので立体視領域を広くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は立体画像表示装置に関し、特にテレビ、コンピュータモニタ、ゲームマシンなどにおいて立体表示を行うのに好適なものである。

従来より立体画像の観察方法としては、例えば偏光めがねを用いて互いに異なった偏光状態に基づく視差画像を観察する方法や、レンチキュラレンズを用いて複数の視差画像のうちから所定の視差画像を観察者の眼球に導光し、特殊なめがねを用いず立体画像を観察する方法等が提案されている。

このうち偏光めがねを利用した立体画像表示装置では、左眼画像と右眼画像に対して偏光状態を異ならせ、偏光めがねを用いて左右眼画像を分離している。

その偏光状態を異ならせるために、ディスプレイ側に電気的に偏光方向を切り替える偏光シャッターを設け、ディスプレイの表示画像のフィールド信号に同期させて偏光方向を切り替えて、偏光めがねをかけた観察者が時分割で片目づつ左右画像を分離して立体観察を可能にする方式が実用化されている。

この方式ではフリッカーが生じないようにフィールド周波数を約９０から１２０Ｈｚにする必要があり、走査周波数を高く出来るＣＲＴなどのディスプレイでしか実現できなかった。

この時分割方式に対して走査線ごとに画像光の偏光方向を異ならせるために、偏光方向が互いに直交する２つのストライプ状の偏光板または位相差板を交互に配列した偏光制御板をディスプレイの表面に設け、ディスプレイの画像表示部には走査線ごとに左眼画像と右眼画像を交互に表示し、観察者は偏光方向が直交する偏光板を左右眼に配置した偏光めがねをかけ立体観察を行う方式がある。

この方式では同時に左眼画像と右眼画像が表示されるので、液晶ディスプレイのように走査周波数が遅くてもフリッカーが生じずに立体観察が可能である。この方式は例えば、米国特許第５２６４９６４号や米国特許第５３２７２８５号に開示されている。

また、立体画像を観察する際、左眼画像光と右眼画像光の分離が不充分で、互いに他方の画像光が漏れこむクロストークという現象が生じやすいという問題があった。特開平１０−２２１６４３にはクロストークを減少させ立体画像の品質を向上させる方式が開示されている。

図７、図８を用いてこの方式について説明する。

図７において１０１は立体画像表示装置で、１０２は液晶パネルで画面前面に偏光制御板１０８が配置されており、観察者は偏光めがね１１１をかけて左右画像を分離して立体視することができる。

液晶パネル１０２にはガラス基板１０４の間に形成された液晶層などからなる画像表示部１０３があり、ガラス基板１０４の表面には偏光板１０５（図８の断面説明図参照）が貼付してある。これらの偏光板１０５に挟まれて、画像表示部１０３の各画素の液晶分子が電界によりねじれ角が変わり光の透過率が変化することで、画像が表示できる。液晶パネルの背面にはバックライトがあるが、図中では省略してある。外部からの画像信号が入力されると、画像処理回路１１０で画像処理され、駆動回路１０９により画像表示部１０３の各画素が駆動され、画像が表示される。

偏光制御板１０８は水平ストライプ位相差板１０６とバリア１０７とからなり、実際は基板ガラスの上にそれぞれ形成されるが、図中ではガラス基板を省略している。水平ストライプ位相差板１０６は液晶パネル１０２の画像表示部１０３の走査線に対応して、二分の一波長板と透明部分をストライプ状に交互に配列したものである。バリア１０６は水平ストライプ位相差板１０６の二分の一波長板と透明部分のストライプのピッチに対応し、各ストライプのほぼ中央に開口が来るように配置される。

図８はその断面説明図で、この図を用いて立体視の原理を説明する。バリア１０７の各開口が水平ストライプ位相差板１０６の各ストライプに対応し、さらに液晶パネル１０２の画像表示部１０３の各走査線に対応している。液晶パネル１０２の画像表示部１０３には走査線ごとに左眼画像と右眼画像が表示され、所定の観察距離にいる観察者から見ると、バリア１０７の開口１１２ａからは水平ストライプ位相差板１０６の二分の一波長板のストライプ（Ｌ）を通して左眼画像が見え、開口１１２ｂからは水平ストライプ位相差板１０６の透明部分のストライプ（Ｒ）を通して右眼画像を見ることになる。その際、右眼画像の光は水平ストライプ位相差板１０６の透明部分のストライプ（Ｒ）を通るだけなので、液晶パネル１０２の偏光板１０５による偏光方向は変化せず、そのまま通過するが、左眼画像からの光は水平ストライプ位相差板１０６の二分の一波長板のストライプ（Ｌ）を通るので液晶パネル１０２の偏光板１０５による偏光方向は９０°回転して観察者に到達する。観察者の偏光めがねは左右の偏光板の偏光軸が直交しており、左眼では左眼画像、右眼では右眼画像のみを見ることになり、左右画バリア１０７の各開口の幅は狭められているため、観察者はその開口を通して液晶パネル１０２の画像表示部１０３の画素の縦方向の幅の一部を見ることになり、所定の観察距離で図中の矢印１１３の範囲で観察者の眼が上下に動いても、同じ画素の縦方向の幅の中で見てる部分が動くだけなので、その範囲内ではクロストークなしに良好な立体画像が観察できる。
米国特許第5264964号明細書 米国特許第5327285号明細書 特開平10-221643号公報

従来の方式では立体視できる領域を広げるために水平ストライプ位相差板１０６にバリア１０７を配置していたが、バリアのパターン形成をフォトリソなどで行うため製作コストがかかっていた。

また、水平ストライプ位相差板１０６に二分の一波長板を用いているため、波長による位相特性が異なるという波長分散特性があり、二分の一波長板を通った光は偏光めがねを通して見ると着色が生じ画質が劣化する問題があった。そのために位相を補正するための位相差板を追加して修正する必要があるが、完全な修正が難しく、コストも掛かるという欠点があった。

本発明はバリアと位相差板を用いずに、偏光板を組合せることによりバリアと同じ効果が得られ、画像に着色が生じ画質が劣化するのを防ぐことができ、かつ製作コストも安くできる。

上記課題を解決するために、本発明に係る立体画像表示装置は、
偏光能を有する偏光部と偏光能のない透明部を所定のパターンに形成した第一の偏光板と、
該第一の偏光板と直交する偏光方向を有する偏光部と透明部を所定のパターンに形成した第二の偏光板を一体化し、第一の偏光板と第二の偏光板の偏光部が重なる部分が遮光状態となるようにした偏光制御板を表示素子の画面前面に配置したことを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、立体視できる領域を広げるために水平ストライプ位相差板にバリアを配置した立体表示装置において、バリアと水平ストライプ位相差板を用いずに、偏光板を組合せることによりバリアと同じ効果が得られ、製作コストを安くすることができる。また、水平ストライプ位相差板を用いていないので、二分の一波長板の波長分散特性による着色が生じないので、良好な立体画像が得られる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明の実施例１の偏光制御板の説明図であり、図１（ａ）は本発明の実施例１の第１の偏光板、図１（ｂ）は第２の偏光板４を示す。第１の偏光板１と第２の偏光板４は図中の矢印の方向が偏光軸となっており、重ね合わせた時に偏光方向が互いに直交するようになっている。各々の偏光板には水平ストライプ状に偏光能のない透明部分２，５が設けられ、それ以外の部分は偏光能を有する偏光子部分３，６となっている。このような偏光板はレーザー加工などにより、偏光子の部分に熱を加えて偏光能を失わせることにより得ることが出来る。

第１の偏光板１のストライプ状透明部分２のピッチは表示パネルの走査線の２倍のピッチで形成され、第２の偏光板４のストライプ状透明部分５は同様に表示パネルの走査線の２倍のピッチで形成される。第１の偏光板１と第２の偏光板４はストライプ状透明部分のピッチに対して半ピッチずれるように位置決めされ、重ね合わされる（図２の偏光制御板７の断面図参照）。第１の偏光板１と第２の偏光板４の固定は周辺部を互いに接着するか、接合面に紫外線硬化樹脂を挟み、位置決め後、紫外線を照射して接着してもよい。

図２は本発明の実施例１の立体画像表示装置の垂直断面図であり、２０１はプラズマディスプレイで、基板ガラス２０３の間に、放電セルなどからなる画像表示部２０２が形成されている。外部からの画像信号が入力されると、画像処理回路１１０で処理され、駆動回路１０９により画像表示部２０２の各画素が駆動され、画像が表示される。

図１で説明した偏光制御板７はプラズマディスプレイ２０１の画面前面に配置されている。偏光制御板７の第１の偏光板１と第２の偏光板４の水平ストライプ状透明部分以外の偏光子の部分が互いに重なる部分８は偏光軸が直交しているので遮光される。第１の偏光板１の水平ストライプ状透明部分２からは第２の偏光板４の偏光子の部分６に重なるので、第２の偏光板４の偏光軸で偏光された光が通ることになる。第２の偏光板４の水平ストライプ状透明部分５からは第１の偏光板４の偏光子の部分３に重なるので、第１の偏光板４の偏光軸で偏光された光が通ることになる。偏光制御板７の水平ストライプ状透明部分は図のようにプラズマディスプレイ２０１の画像表示部２０２の走査線ピッチに対応しており、偏光制御板７の各々の水平ストライプ状透明部分は交互に偏光軸が直交するように配列され、そこを通る光は交互に偏光方向が変化する。

プラズマディスプレイ２０１の画像表示部２０２の走査線ごとに左眼画像と右眼画像が表示され、左眼画像からの光は偏光制御板７の左眼に対応した水平ストライプ状透明部分５を通り、左眼用の偏光光になり、観察者の偏光めがね１１１により左眼でのみ観察される。右眼画像からの光についても偏光制御板７の右眼に対応した水平ストライプ状透明部分２を通り、右眼用の偏光光になり、観察者の偏光めがね１１１により右眼でのみ観察される。

実際に偏光制御板７の各眼に対応した水平ストライプ状透明部分２，５の開口幅は画像表示部２０２の画素の幅に対して狭めるように設計される。これにより観察者は画素の幅に対して水平ストライプ状透明部分２，５の開口幅に相当する画素の一部だけを見ることになり、観察者の眼の高さが図中の矢印１１３の範囲で上下したときにも水平ストライプ状透明部分２，５の開口を通して、同じ画素内で見る部分が移動するだけなので、画面は同じように見ることが出来る。観察者の眼の高さが図中の矢印１１３の範囲を外れると、水平ストライプ状透明部分２，５の開口を通して、見てる部分が上下で隣接する画素に移動し、画素に表示された左右眼画像と水平ストライプ状透明部分２，５の開口の偏光方向の対応が逆になり、左眼画像が右眼に入り、右眼画像が左眼に入ることになり逆立体視になる。しかし、水平ストライプ状透明部分２，５の開口幅を充分に絞ることにより図中の各画像からの光が到達する矢印３０１，３０２の角度の範囲は大きくできるので、上下方向の立体視領域は充分な大きさとなるように設計できる。

実施例１プラズマディスプレイで説明したが、液晶パネル、有機ＥＬパネル、ＦＥＤパネルを用いてもよい。

このような偏光制御板を用いることにより、水平ストライプ位相差板を用いずに水平ストライプ位相差板とバリアの両方の役割が実現でき、バリアが不用となり低コスト化が図れる。

また、水平ストライプ位相差板を用いていないので、二分の一波長板の波長分散特性による着色が生じないので、良好な立体画像が得られる。

図３は本発明の実施例２の偏光制御板の説明図であり、図３（ａ）は本発明の実施例２の第１の偏光板３１、図３（ｂ）は第２の偏光板３４を示す。図３（ｃ）は第１の偏光板３１と第２の偏光板３４を実施例１と同様な方法で貼り合せた偏光制御板３７を示す。

図４は実施例２の立体画像表示装置の斜視図で、２０１はプラズマディスプレイで、基板ガラス２０３の間に、放電セルなどからなる画像表示部２０２が形成されている。ディスプレイの画素は正方になっており、左眼画像と右眼画像は千鳥状に表示され、垂直方向、水平方向の解像度が均等になるように表示されている。

図３（ａ）の第１の偏光板３１と（ｂ）の第２の偏光板３４は矢印の方向が偏光軸となっており、重ね合わせた時に偏光方向が互いに直交するようになっている。各々の偏光板には水平ストライプ状に偏光能のない透明部分３２，３５が千鳥状に設けられ、それ以外の部分は偏光能を有する偏光子部分３３，３６となっている。

第１の偏光板３１の千鳥状透明部分３２、第２の偏光板３４の千鳥状透明部分３５は第１の偏光板３１と第２の偏光板３４を図３（ｃ）のように重ね合わせた時、互い違いにマトリクス状に配列されることになり、各偏光板の千鳥状透明部分以外の偏光子の部分は遮光され、光は透過しない。

偏光制御板３７は図４のように画像表示部２０２の各画素に対応するように画面前面に配置される。画像表示部２０２の各画素に千鳥状に左眼画像と右眼画像が表示され、左眼画像が表示された画素には左眼用の偏光光となる千鳥状透明部分の開口が対応し、右眼画像が表示された画素には右眼用の偏光光となる千鳥状透明部分の開口が対応する。

次に、図５、図６で左右画像を分離する原理を説明する。図５は本実施例２の立体表示装置の垂直断面図で実施例１と同じようにプラズマディスプレイ２０１の画面前面には図３（ｃ）で説明した偏光制御板３７が配置されている。偏光制御板３７の第１の偏光板３１と第２の偏光板３４の千鳥状透明部分以外の偏光子の部分が互いに重なる部分３８は偏光軸が直交しているので遮光される。第１の偏光板３１の千鳥状透明部分３２からは第２の偏光板３４の偏光子の部分３６に重なるので、第２の偏光板３４の偏光軸で偏光された光が通ることになり、第２の偏光板３４の千鳥状透明部分３５からは第１の偏光板３４の偏光子の部分３３に重なるので、第１の偏光板３４の偏光軸で偏光された光が通ることになる。偏光制御板３７のマトリクス状透明部分は図のようにプラズマディスプレイ２０１の画像表示部２０２の走査線ピッチに対応しており、偏光制御板３７の各々の透明部分を通る光は交互に偏光軸が直交するように偏光が変化する。

プラズマディスプレイ２０１の画像表示部２０２は垂直方向で見れば、画素ごとに左眼画像と右眼画像が交互に表示され、左眼画像からの光は偏光制御板３７の左眼に対応した千鳥状透明部分３５を通り、左眼用の偏光光になり、観察者の偏光めがね１１１により左眼でのみ観察される。右眼画像からの光についても偏光制御板３７の右眼に対応した千鳥状透明部分３２を通り、右眼用の偏光光になり、観察者の偏光めがね１１１により右眼でのみ観察される。

立体視領域は実施例１と同様で、観察者の眼の高さが図中の矢印１１３の範囲で上下したときにも立体視が可能である。

次に図６は本実施例２の立体表示装置の水平断面図であり、画像表示部２０２には一走査線の画素が示されているが、左眼画像と右眼画像が千鳥に配列しているので、図のように交互に並んでいる。その画素に対して偏光制御板３７のマトリクス状透明部分が対応している。図５の垂直方向と同様に、各眼画像には対応した千鳥状透明部分の開口が対応し、偏光めがね１１１を通して、観察者の各眼に分離して観察される。各眼が同じ画素を見る範囲は矢印１１４の範囲で、両眼がこの領域に入るように設計される。これにより水平方向にも立体視領域が得られ、画像の解像度が水平方向と垂直方向とで均等になるので、横縞などが見えず良好な画質が得られる。

このような偏光制御板を用いることにより、実施例１と同様に、バリアが不用となり低コスト化が図れ、また、水平ストライプ位相差板を用いていないので、二分の一波長板の波長分散特性による着色が生じないので、良好な立体画像が得られる。

（ａ）は実施例１の偏光制御板の第１の偏光板の平面図、（ｂ）は実施例１の偏光制御板の第２の偏光板の平面図。 実施例１の立体画像表示装置の垂直断面説明図。 （ａ）は実施例２の偏光制御板の第１の偏光板の平面図、（ｂ）は実施例２の偏光制御板の第２の偏光板の平面図、（ｃ）は実施例２の偏光制御板の平面図。 実施例２の立体画像表示装置の斜視図。 実施例２の立体画像表示装置の垂直断面説明図。 実施例２の立体画像表示装置の水平断面説明図。 従来例の立体画像表示装置の斜視図。 従来例の立体画像表示装置の垂直断面説明図。

符号の説明

１，４ 偏光板
２，５ 偏光板の透明部分
７ 偏光制御板
１０９ 駆動回路
１１０ 画像処理回路
１１１ 偏光めがね
２０１ プラズマディスプレイ
２０２ 画像表示部
３１，３４ 偏光板
３７ 偏光制御板
１０２ 液晶パネル
１０６ 水平ストライプ位相差板
１０７ バリア

Claims (5)

1. 偏光能を有する偏光部と偏光能のない透明部を所定のパターンに形成した第一の偏光板と、該第一の偏光板と直交する偏光方向を有する偏光部と透明部を所定のパターンに形成した第二の偏光板を一体化し、第一の偏光板と第二の偏光板の偏光部が重なる部分が遮光状態となるようにした偏光制御板を表示素子の画面前面に配置したことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記第一の偏光板と前記第二の偏光板において前記偏光部と前記透明部をストライプ状に交互に形成し、前記第一の偏光板と前記第二の偏光板の一方の透明部が他方の偏光部に重なるように一体化した偏光制御板を用いた請求項１の立体画像表示装置。
3. 前記第一の偏光板と前記第二の偏光板のストライプ状パターンの前記透明部の幅が前記偏光部の幅より小さく形成し、第一の偏光板と第二の偏光板の偏光部どうしが重なる部分がストライプ状に遮光状態となるようにした偏光制御板を用いた請求項２の立体画像表示装置。
4. 前記第一の偏光板と前記第二の偏光板において前記透明部を千鳥の矩形状に形成し、前記第一の偏光板と前記第二の偏光板の一方の透明部が他方の偏光部に重なるように一体化した偏光制御板を用いた請求項１の立体表示装置。
5. 前記第一の偏光板と前記第二の偏光板の千鳥の矩形状パターンの前記透明部の面積が前記偏光部の面積より小さく形成し、第一の偏光板と第二の偏光板の偏光部が重なる部分がマトリクス状に遮光状態となるようにした偏光制御板を用いた請求項４の立体画像表示装置。

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