JP2010113332A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は、一種の視差バリアを有する立体表示装置を開示する。前記視差バリアは、第１基板と、第１基板上に設置され、互いに平行で、且つ、第一方向に沿って延びている複数の第１電極と、第１基板と複数の第１電極上に設置される透明絶縁層と、前記透明絶縁層の複数の第１電極に対する遠方側に設置され、互いに平行であり、且つ第一方向に沿って延びている複数の第２電極と、第１基板と対向設置される第２基板と、第２基板と前記透明絶縁層の間に設置される共通電極と、共通電極と複数の第２電極の間に設置される液晶層とを含み、複数の第１電極と複数の第２電極は交互配列されるとともに、垂直方向にて部分的に重なっている。
【選択図】図４a

Description

本発明は、立体表示装置に関し、特に、自由に２Ｄ/３Ｄ表示モードに切り替えることができる自動立体表示装置に関する。

数年間の研究を経て、立体表示技術は既に幾つかの表示モードに発展し、観察者に立体視覚を与えるようになった。所謂立体視覚とは、主に左右の目に異なる映像を与え、大脳にこれらの映像を分析させ且つ重ねさせた後、見えた物の距離や奥行きを感知させて立体感を生じさせることである。従って、立体表示装置は、所定の技術により、左目信号および右目信号をそれぞれ観察者の左目及び右目に表示し、観察者に映像内容を感じさせ、立体的効果を与える。図１に示すように、観察者は視差バリア１を介して左目及び右目の情報をＬ、Ｒに分け、それぞれ左右の目に表示させることにより、立体的映像を生成する。

現在の立体表示装置は、受動立体表示装置および自動立体表示装置に分けられる。受動立体表示装置に対して、使用者は必ず偏光眼鏡などの観察補助具を付けなければならないが、自動立体表示装置に対しては、使用者は補助具をつける必要がなく、直接に立体映像を生成することができる。一般に、自動立体表示装置は、例えば、両面レンズ、視差バリア、或いはレンズアレイなどの方法を利用して左右の目の映像を隔離させるが、視差バリアが数多くの人に採用されている技術である。

視差バリアは、格子構造を有して左右の目の情報を分離することができる。従来の技術では、視差バリアは単なる回折格子であり、その材質はプラスチック或いは金属例えばクロムにより形成されていて、或いは液晶パネルでもよい。液晶パネルを視差バリアとして利用した場合、３Ｄ立体画面を表示するだけでなく、電源の切替により２Ｄ/３Ｄ映像を切り換えることもできる。図２は、一種の液晶パネルを視差バリアとして利用する立体表示装置である。立体表示装置２は、映像表示素子２１および視差バリア２２を含む。映像表示素子２１は、映像情報を表示することができ、通常は液晶パネルである。視差バリア２２は、両基板２２１、２２２を有し、両基板２２１、２２２上にはそれぞれ二層のＩＴＯ電極２２３、２２４が配置され、そのうち、電極２２３は格子構造を有し、電極２２４は平面構造である。なお、両電極２２３、２２４の間には液晶分子が注入され液晶層２２５が形成される。３Ｄモードで操作したい場合、駆動電圧を電極２２３および２２４に印加した後、視差バリアは交互に光を出す格子構造を形成するため、観察者は立体映像を感じることができる。一方、２Ｄモードで操作したい時は、電極に印加される駆動電圧がないため、格子構造が生成されず、観察者は平面の２Ｄ映像を得ることができる。しかしながら、３Ｄモードで操作される場合、格子構造が映像表示素子２１の少なくとも半分の面積を遮断するため、輝度と解像度が半分減少される欠点がある。

上記の欠点を解決するために、タイムシェアリングバリア（time-sharing type barrier）の技術が開発された。図３ａ、３ｂに示すように、改良された主な部分は、複数の格子状電極２２３を奇数電極群３２３１および偶数電極群３２３２に分け、それぞれ第１周期と第２周期において個々に通電させたことである。第１周期の場合、駆動電圧を奇数電極群３２３１に印加して回折格子を形成し、観察者の左右の目は異なる映像を得た後、第２周期では駆動電圧を偶数電極群３２３２に切り換えるとともに、映像表示素子における左右目の情報を変更させるので、第１周期と第２周期の交互作動により、観察者は２Ｄ表示モードと同じ解像度の３Ｄ立体映像を得ることができる。

しかし、上述の技術において常時ホワイトモード（normally white mode）の液晶を視差バリアとして用いると、駆動電圧を印加する電極群部分だけが黒くなるため、視差バリアは第１周期および第２周期において、図３ａに示す光線通過開口ｄが大き過ぎることになるので、開口率は５０％を超え、左右目の情報に対するクロストーク（cross talk）現象を生じ、表示品質が低下してしまう。

これに対して、ヨーロッパ特許ＥＰ1793623は、一種の立体映像表示装置を提案してきた。該特許の特徴としては、常時ブラックモード（normally black mode）の視差バリアを利用し、電圧を印加する電極部分だけが白くなり、その他の部分は黒い。これにより、開口はわずか図３ａに示すｅの大きさに過ぎず、開口率を低くして良好な３Ｄ表示効果を得ることができる。しかし、ＥＰ1793623では常時ブラックモードの液晶パネルを視差バリアとして利用しているため、電極のない部分は常に黒表示となり、よって、このパネルは２Ｄと３Ｄの表示が不可能となり、ディスプレイの機能が限られている。

そこで、２Ｄ/３Ｄ映像表示機能を有すると共に開口率が低減された好適な視差バリアが必要となっている。

本発明は、一種の視差バリアを提供することにより、従来技術における立体表示装置の開口率過大の問題を解決し、且つ、２Ｄ/３Ｄ表示の切換機能を確保することを主要目的とする。

本発明の特許請求の範囲によれば、本発明は一種の視差バリアを有する立体表示装置を開示している。前記視差バリアは、第１基板と、第１基板上に設置され、互いに平行で、且つ、第一方向に沿って延びている複数の第１電極と、第１基板と複数の第１電極上に設置される透明絶縁層と、前記透明絶縁層の複数の第１電極に対する遠方側に設置され、互いに平行であり、且つ第一方向に沿って延びている複数の第２電極と、第１基板と対向設置される第２基板と、第２基板と前記透明絶縁層の間に設置される共通電極と、共通電極と複数の第２電極の間に設置される液晶層とを含み、複数の第１電極と複数の第２電極は交互配列されるとともに、垂直方向にて部分的に重なっている。

本発明は、第１と第２電極が交互配列するとともに、垂直部分が重なる構造を有するため、タイムシェアリングタイプ（time sharing type）モードを実行する場合、比較的小さい開口率を維持することができ、左右目の情報が互いに干渉しないように好適な立体映像を維持することができる。

図１は立体表示原理の説明図である。 図２は従来の視差バリアの説明図である。 図３ａは従来の視差バリアの説明図である。 図３ｂは従来の視差バリアの説明図である。 図４ａは本発明の好ましい実施例における視差バリアの説明図である。 図４ｂは本発明の好ましい実施例における視差バリアの説明図である。 図５は本発明に係わる立体表示装置の２Ｄおよび３Ｄ実施形態の説明図である。 図６ａは本発明に係わる立体表示装置の素子配置関係を示す説明図である。 図６ｂは本発明に係わる立体表示装置の素子配置関係を示す説明図である。 図６ｃは本発明に係わる立体表示装置の素子配置関係を示す説明図である。

明細書および特許請求の範囲では、ある語彙を利用して特定の素子を表している。本発明の技術分野における通常の知識を有する者なら、製造業者が異なる名詞を利用して同様の素子を表す可能性があることを理解するべきである。本明細書および特許請求の範囲では、名称の違いから素子を区別するわけではなく、素子の機能上の違いを区別の基準としている。明細書および請求書で言及された「含む」は開放式の用語であるため、「含むがこれに限定されない」と解釈するべきである。

図４は、本発明に係わる立体表示装置の好ましい実施例を示している。図４ａは、本発明に係わる立体表示装置の断面図であり、図４ｂは、図４ａ中のＩ部分の上面図である。

図４ａに示すように、本発明に係わる立体表示装置４は、映像表示素子４１および視差バリア４２を含む。映像表示素子４１は、観察者の受けたい映像を表示するのに用いられ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル（Plasma display panel；PDP）又はＬＥＤパネルからなるが、これら以外のものでも使用可能である。

視差バリア４２は、第１基板４２１、第２基板４２２、および透明絶縁層４２３を含み、第１基板４２１と第２基板４２２は対向設置され、且つ、第１基板４２１と第２基板４２２の材料は、ガラス、石英或いはプラスチックなどの透明材料で形成可能である。透明絶縁層４２３は、第１基板４２１と第２基板４２２との間に設置される。図４ｂに示すように、第１基板４２１と透明絶縁層４２３の間には、複数の第１電極４２４が設置され、それぞれ間隔を置いて第１基板４２１上に配列され、且つ、複数の第１電極４２４は互いに平行且つ第一方向４３に沿って延びている。前記複数の第１電極４２４は、第一方向に垂直する電極延長部分４２４１を介して、互いに同一側の末端に連結される。なお、図４ｂに示すように、透明絶縁層４２３と第２基板４２２の間には、複数の第２電極４２５が設置され、それぞれ間隔を置いて透明絶縁層４２３上に配列され、前記複数の第２電極４２５は互いに平行且つ第一方向４３に沿って延長される。そのうち、前記複数の第２電極４２５は第一方向に垂直する電極延長部分４２５１を介して、互いに同一側の末端に連結される。特に注意すべきことは、複数の第１電極４２４と複数の第２電極４２５は垂直平面上で上下交互配列され、且つ、垂直方向にて部分的に重なっている。

なお、第２基板４２２と透明絶縁層４２３の間には、平面薄膜電極層である共通電極４２６が設置され、第１電極４２４、第２電極４２５は、例えばＩＴＯなどの導電膜材料で形成可能である。さらに、本発明に係わる立体表示装置において、第１共通電極４２６と第２電極４２５の間には、液晶層４２７を有し、電界通過時ねじれられ光線を遮蔽する効果がある。本発明では、液晶層４２７は、常時ホワイトモードを採用し、電極に電圧が印加されていない場合、液晶分子は光線の通過を許可して白色に表示され、電極に電圧が印加された場合、液晶はねじれられ、光線が通過できなくなり、黒色に表示される。

図５は、本発明に係わる立体表示装置４の２Ｄおよび３Ｄ表示モードを示している。図５に示すように、３Ｄ表示モードで操作される立体表示装置４は、第一周期と第二周期を有する。第一周期において、複数の第１電極４２４に駆動電圧を印加し、複数の第２電極４２５には駆動電圧を印加しない。本発明の視差バリアは常時ホワイトモードを採用するため、電極に電圧が印加された箇所のみ、黒色を示している。従って、第一周期では視差バリア４２が明暗交互の第一周期パターン５１を形成する。第二周期では、複数の第２電極４２５に駆動電圧を印加し、複数の第１電極４２４には駆動電圧を印加しないため、視差バリア４２は明暗交互の第二周期パターン５２を形成する。２Ｄ表示モードでは、駆動電圧が複数の第１電極４２４と第２電極４２５に印加されず、光線は全部通過するため、黒色部分が生成されず、前記視差バリア４２は全輝の２Ｄモードパターン５３を形成する。

従って、図５の実施形態によれば、本発明に係わる立体表示装置４は、第一周期或いは第二周期において、視差バリア４２の開口幅ｆは所定の数値以下に維持することができ、視差バリア４２に低い開口率を持たせるので、従来技術のような左右目の情報が互いに干渉する状況は発生しない。また、本発明に係わる立体表示装置４は、第一周期および第二周期におけるタイムシェアリングモードを採用するため、従来のようなスクリーンの輝度および解像度が半減する問題が起こらず、自由に２Ｄ/３Ｄ表示モードに切り替えることができる。

図６は、本発明に係わる立体表示装置４の素子配置関係を示す。図６ａに示すように、視差バリア４２は映像表示素子４１と使用者との間に設置されるため、映像表示素子４１により生成される映像は、視差バリア４２を介して左右目の映像に分離され、観察者は立体映像を得られる。

なお、前記映像表示素子４１が液晶表示パネルであった場合、液晶表示パネルにおける液晶自体は発光しないので、表示効果に達するために、液晶パネルに光源装置を提供しなければならず、例えばバックライトモジュール６１を提供する。従って、上記素子の配置方式について、図６ｂに示すように、映像表示素子４１を前記バックライトモジュール６１と前記視差バリア４２との間に設置し、或いは、図６ｃに示すように、視差バリア４２を映像表示素子４１とバックライトモジュール６１との間に設置する。上述の配置方式は、何れも視差バリアのバリア効果を実現することにより、立体表示映像が得られる。

本発明における好ましい実施例を上記のように開示したが、特許請求の範囲により行った均等の変動や潤色は、本発明に関わる範囲に属するべきである。

１ 視差バリア
２、３、４ 立体表示装置
２１、３１ 映像表示素子
２２、３１ 視差バリア
２２１、２２２ 基板
３２１、３２２、２２３、２２４ 電極
３２３、３２４、２２５、３２５ 液晶層
３２３１ 奇数電極群
３２３２ 偶数電極群
４１ 映像表示素子
４２ 視差バリア
４２１ 第１基板
４２２ 第２基板
４２３ 透明絶縁層
４２４ 第１電極
４２４１ 電極延伸部分
４２５ 第２電極
４２５１ 電極延伸部分
４２６ 共通電極
４２７ 液晶層
４３ 第一方向
５１ 第一周期パターン
５２ 第二周期パターン
５３ ２Ｄモードパターン
６１ バックライトモジュール

Claims (15)

1. 視差バリアであって、
   第１基板と、
   前記第１基板に設置され、互いに平行で、且つ第一方向に沿って延びている複数の第１電極と、
   前記第１基板と前記複数の前記第１電極上に設置された透明絶縁層と、
   前記透明絶縁層の複数の第１電極に対する遠方側に設置され、互いに平行で、且つ前記第一方向に沿って延びている複数の第２電極と、
   前記第１基板と対向設置される第２基板と、
   前記第２基板と前記透明絶縁層の間に設置される共通電極と、
   前記共通電極と前記複数の第２電極の間に設置される液晶層と、
   を含み、
   前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は、交互配列され、且つ垂直方向で部分的に重なっていることを特徴とする視差バリア。
2. 前記複数の第１電極は、第一方向に垂直する電極の延伸部分を介して、同一側の末端に互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の視差バリア。
3. 前記複数の第２電極は、第一方向に垂直する電極の延伸部分を介して、同一側の末端に互いに連結されることを特徴とする請求項１に記載の視差バリア。
4. 前記視差バリアは、常時ホワイト表示モードであることを特徴とする請求項１に記載の視差バリア。
5. 立体表示装置であって、
   画面表示に用いられる映像表示素子と、
   複数の第１電極と複数の第２電極を有し、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は交互に配置され、且つ垂直方向に部分的に重なっている視差バリアとを、
   含むことを特徴とする立体表示装置。
6. 前記視差バリアは、
   前記複数の第１電極が互いに平行で第一方向に沿って延びている第１基板と、
   前記第１基板及び前記複数の第１電極上に設置された透明絶縁層と、
   を有し、前記複数の第２電極は、前記透明絶縁層の複数の第１電極に対する遠方側に設置され、互いに平行で前記第一方向に沿って延びており、
   更に、
   前記第１基板と対向設置される第２基板と、
   前記第２基板と前記透明絶縁層の間に設置される共通電極と、
   前記共通電極と前記複数の第２電極の間に設置される液晶層と、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
7. 前記複数の第１電極は、第一方向に垂直する電極の延伸部分を介して、同一側の末端に互いに連結されていることを特徴とする請求項６に記載の立体表示装置。
8. 前記複数の第２電極は、第一方向に垂直する電極の延伸部分を介して、同一側の末端に互いに連結されていることを特徴とする請求項６に記載の立体表示装置。
9. 前記視差バリアは、常時ホワイト表示モードであることを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
10. 前記視差バリアは、前記映像表示素子と使用者の間に位置することを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
11. 前記映像表示素子は、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
12. 前記立体表示装置は、バックライトモジュールを含むことを特徴とする請求項１１に記載の立体表示装置。
13. 前記視差バリアは、前記映像表示素子と前記バックライトモジュールの間に位置することを特徴とする請求項１２に記載の立体表示装置。
14. 前記立体表示装置は、２Ｄ表示モードにて、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極上に印加される駆動電圧がないことを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
15. 前記立体表示装置は、３Ｄ表示モードにて、
    第一周期において、一駆動電圧が前記複数の第１電極上に印加され、前記複数の第２電極には駆動電圧が印加されず、
    第２周期において、一駆動電圧が前記複数の第２電極上に印加され、前記複数の第１電極には駆動電圧が印加されないことを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。

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