JP2011022512A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現在の家庭用テレビの主流である液晶ディスプレイを使用して良質な３Ｄ映像を与える表示装置を提供する。
【解決手段】画像を表示面内で部分選択的に表示（点灯）できる液晶表示器と、液晶パネルを使用し光の透過と非透過を切替えられる光シャッターメガネと、その表示器とメガネの連係動作を制御する制御装置を少なくとも表示装置。立体画像や複数の異なる画像のうち一つを選択的に見ることができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、画像を表示面内で部分選択的に表示（点灯）できる液晶表示器と、液晶パネルを使用し光の透過と非透過を切替えられる光シャッターメガネと、その表示器とメガネの連係動作を制御する制御装置から成り、立体画像や複数の異なる画像のうち一つを選択的に見ることができる表示装置に関する。

近年、特に北米を中心として３Ｄ映画が数多く作られ劇場公開されるようになってきた。映画館で３Ｄ映像を見せるための仕組みは、投射器にプロジェクターを使用し右目用の画像と左目用の画像を交互に投射し、その投射光を液晶と偏光板を使った部品を透過させ、液晶部品の特性を電気的に切替えてプロジェクターが右目用画像を投射しているときと左目用画像を投射しているときの投射光を異なる偏光状態になるように切替えてスクリーンに投影し、その右目および左目用の投射映像を偏光メガネを介して見ることで実現している。

今後３Ｄ映画がさらに普及しこれまでの２Ｄ映画同様に家庭でも楽しむ需要が発生することがほぼ確実な状況のなか、家庭用テレビとしての要件を満たした３Ｄ表示装置が要求されている。

上記映画館のようなプロジェクターを使ったシステムは家庭用テレビとしては特に設置環境的に不向きなため現在の家庭用テレビの主流である液晶表示器で３Ｄ表示を実現する必要がある。

また近年家庭用電子ゲーム機が広く普及しているが、そのなかで対戦型ゲームの場合、プレーヤー毎の視点によって見る画面が異なることがリアリティや臨場感を高めるために重要であり、実際にディスプレイの表示エリアを分割して表示させたりあるいはゲーム場などではディスプレイを複数台使って視点の異なる複数画面の表示を行っているが、前者は各画面の表示サイズが小さくなってしまうことおよび隣の画面が目に入って見づらいことの問題があり、後者は複数のディスプレイを用意しなければならず家庭向きでない問題がある。

そのため、一つのテレビで画面を小さく分割することなく各自が異なる画像を見ることができる表示装置を実現する必要がある。

（従来の技術）
従来より、３Ｄ表示装置として、ＣＲＴディスプレイに右目用の画像と左目用の画像を交互に切替えて表示し、これに同調して光透過と光非透過を切替えるシャッターメガネを用い、右目用の画像が表示されたときには、右目用のシャッターのみを光透過状態にして右目用の画像を右目のみで観察し、左目用の画像が表示されたときには左目用シャッターのみを光透過状態にして左目用の画像を左目のみ観察することにより、３Ｄ映像を実現できる表示装置が知られている。（特許文献１、特許文献２参照）

更に、液晶表示器を使用した従来の３Ｄ表示装置として、液晶パネルの前面に液晶パネルを出射した偏光の状態を液晶パネルのライン毎あるいはドット毎に変換する光学素子を配置し、上記光学素子が変換した偏光軸と一致する偏光方向を有する偏光メガネとを備えたものがある。液晶パネルの例えば奇数ラインに右目用の画像を表示し、偶数ラインに左目用の画像を表示し、前記光学素子が液晶パネルの奇数ラインから出射した偏光と偶数ラインから出射した偏光とで偏光の状態を変換し、該光学素子が変換した偏光軸と合う偏光メガネで奇数ラインの右目用画像を右目のみで観察し、偶数ラインの左目用画像を左目のみで観察することにより３Ｄ映像を実現する。（特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）

なお上記参考特許文献１および２には表示器をＣＲＴと限定しておらず液晶表示器でも可能なように記載されているが、現在の、大型直視型アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等によるアクティブマトリクス方式ＬＣＤでは、線順次で更新するため、右目用、左目用画像を明瞭に分離するための高速な画面切り替えが困難であり、必要な固定した表示画像を得る期間を確保できず、良好な３Ｄ映像は得られないという問題がある。そのため画像書換え時に液晶の応答時間を考慮し、画像が書き換わっている途中はバックライトを消灯し、画像が充分書き換わるのを待ってバックライトを点灯することで、右目用、左目用画像を明瞭に分離する方法が考えられている。液晶表示器は線順次で画像を更新していくためバックライトの点灯、消灯の切り替えも線順次走査を追うように（スキャン）して行う必要がある。バックライトの光源には冷陰極管、ＬＥＤが使用される。目的は３Ｄ映像を得るための右目用、左目用画像の明瞭な分離ではないが、バックライトをスキャンする技術として下記が知られている。（特許文献６、特許文献７、特許文献８参照）

しかしながら、前述したＣＲＴディスプレイとシャッターメガネを備える方式では、ＣＲＴを使用するため３Ｄ映像の臨場感を高めるために必須の大画面化が困難であり、また近年の液晶テレビ普及のトレンドにそぐわない。また前述のとおり、上記参考特許文献１および２には表示器をＣＲＴと限定しておらず液晶表示器でも可能なように記載されているが、現在の、大型直視型アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等によるアクティブマトリクス方式ＬＣＤでは、線順次で更新するため、右目用、左目用画像を明瞭に分離するための高速な画面切り替えが困難であり、必要な固定した表示画像を得る期間を確保できず、良好な３Ｄ映像は得られないという問題がある。

また、前述した液晶ディスプレイのライン毎あるいはドット毎に偏光状態を変換する光学素子と偏光メガネを備える方式では、画像を右目用と左目用にライン毎、あるいは画素毎に分けるため映像の解像度が半分になってしまう大きな問題がある。

また、前述した液晶ディスプレイの液晶の応答時間を考慮して、液晶の書き換わり途中、完了に合わせてバックライトを部分的に消灯、点灯する方式は、シャッターメガネを使用して右目用、左目用画像を右目、左目に選択的に見せる場合に、シャッターメガネが液晶パネルと偏光版を含む構成で光の透過、非透過を切替える場合に、シャッターメガネの液晶パネルにも応答特性があるため、液晶ディスプレイのバックライトが部分的に点灯し、その点灯箇所が液晶ディスプレイの液晶パネルの線順次の画像書換えに合わせてスキャンする場合、バックライトが点灯して画像が見える箇所が時間とともに変わり、その間シャッターメガネの液晶パネルの応答特性によりシャッターメガネの透過率が時間とともに変化するため、シャッターメガネを通して見た際に、液晶ディスプレイの表示画像に明るさや色のムラが発生してしまう問題がある。

上述のとおり、ＣＲＴ、あるいはＰＤＰ等の発光型で、ＬＣＤより一般的に高速画像書換えが可能な２次元画像形成装置は、発光型であるが故に、画像から出射される画像は一般に、ランダム偏光、もしくは特定の直線偏光となっていない。従って、発光型として画面の輝度は高く保てても、アクティブ光シャッターとして直線偏光のをスイッチングする場合には、少なくとも画面から出射された光の半分が、実際の画像用として目に届かず、極めて光利用効率の悪い表示となってしまう。この点、ＬＣＤは、一般にその画像からの出射光が直線偏光であるため、直線偏光をスイッチングするアクティブ光シャッターとの総合的光利用効率に優れるという利点を持つ。ただし従来のＬＣＤは、肝心の画像書換え時間が遅かったため、もっぱら、光利用効率が悪くとも、発光型のＣＲＴ、ＰＤＰ等が２次元画像形成装置として共用されていた。

特開平８−３２７９６１公報 特開２００２−８２３０７公報

特許公開平５−２５７０８３公報 特許公開２００８−１７０５５７公報 米国特許第５３２７２８５

特開２００７−１２３２３３公報 特開２００５−２２２０１１公報 特開２００９−３１５８８公報

本発明の目的は、現在の家庭用テレビの主流である液晶ディスプレイを使用して良質な３Ｄ映像を与える表示装置を提供することにある。

本発明者は鋭意研究の結果、画像を表示面内で部分選択的に表示（点灯）できる液晶表示器と、液晶パネルを使用し光の透過と非透過を切替えられる光シャッターメガネと、その表示器とメガネの連係動作を制御する制御装置とを組み合わせて表示装置を構成することが、立体画像や複数の異なる画像のうち一つを選択的に見ることを可能とすることを見出した。

本発明の表示装置は、上記発見に基づくものである。

より詳しくは、本発明の表示装置は、線順次走査によって画像書替えを行う表示器と、光の透過と非透過が切替えられる機能を有する部品を右目用と左目用に配置した光シャッターメガネと、前記表示器の画像書替え周期と同調して前記光シャッターメガネの光透過状態／光非透過状態を電気的に切替える制御手段とを有する表示装置であって、
前記光シャッターメガネが、前記表示器が表示する画像に合わせて右目用部品および左目用部品の光透過状態／光非透過状態を、前記表示器の前記画像書替えと同調するよう前記制御手段が切替えることにより、前記表示器が書替え周期毎に書替える画像群の一部のみを右目および左目に見せるように制御する表示装置であり、
前記右目用部品および左目用部品が少なくとも液晶パネルと偏光板を含む構成であり、光透過／光非透過の切替を前記液晶パネルに印加する電圧の差によって切替えることによって行うものであり、
前記表示器がある瞬間の時間で見たときに画像の一部のみを表示（点灯）し、時間によって表示する部分を変えていくものであり、
前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が、前記画像書替え周期のなかで光透過状態と光非透過状態を少なくとも２回以上切替えることを特徴とするものである。

上述したように本発明によれば、現在の家庭用テレビの主流である液晶ディスプレイを使用して良質な３Ｄ映像を与える表示装置が提供される。

図１は、本発明液晶表示装置の一実施例を示す模式斜視図である。 図２は、本発明に使用可能な光シャッターメガネの実施例の一例を示す模式斜視図である。 図３は、メガネ部分たる図２（Ａ）の動作を説明するための模式斜視図である。 図４は、メガネ部分たる図２（Ｂ）の動作を説明するための模式斜視図である。 図５Ａは、液晶パネルの画像書換え方向（走査方向）およびバックライトのスキャン方向を説明するための模式斜視図である。 図５Ｂは、液晶パネルと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図５Ｃは、液晶パネルとバックライトと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図５Ｄは、光シャッターメガネの液晶パネルの応答特性の一例を示すグラフである。 図５Ｅは、液晶パネルとバックライトと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図６は、液晶パネルとバックライトと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図７は、液晶パネルとバックライトと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図８は、液晶パネルとバックライトと光シャッターメガネの同期タイミングの一例を示すグラフである。 図９は、本発明液晶表示装置の動作フローチャートの一例を示す図である。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。

（ＬＣＤの画面書換え）
本発明の技術内容を述べる前に、まず、ＬＣＤの画面書換えについて、その定義等を明確にする。

表示画面の更新周期は、１枚の静止画を更新・表示する時間を単位として表現し、これを「画面書替え周期」とする。走査は、画面全体について、線順次に表示データを更新することをいう。例として、画面のライン数が、２４０ラインであった場合、１ラインから２４０ラインを走査する時間が「液晶パネル全体を走査する時間」である。

２４０ラインのデータ更新（走査）の開始から、次の新しい画面を表示する新規の走査が始まる直前までの時間が、「画面書替え周期」の範囲である。画面を更新する「走査」の開始から、次の新規画像を表示する走査を開始するまで、走査の後ＬＣＤの電荷保持動作で表示を継続している時間は「画面書替え周期」の範囲である。１周期の「画面書替え周期」の範囲内で、画面全体の走査を１回のみ行うことに限定しない。画像データを変化させずに（同一画像データで）１周期の「画面書替え周期」内に、複数回走査することを含む。

１枚の静止画の後に均一な固定画面を表示する場合、均一な固定画面を表示している時間も「画面書替え周期」に含む。「均一な固定画面」は、画面全体を同じ値の画像データで構成した画面を指す。例として、全面を「白」、「黒」、「同じレベルのグレイ」等の固定値のデータで塗りつぶした画像を指す。具体的な表示方法として、右目画像を表示した後、全面が「黒」の画面を表示した場合、「右目画像の表示時間＋全面黒画像の表示時間」が、前記の「画面書替え周期」である。同じ画像データで２回の全画面スキャンを行い、３回目に黒画像を表示する場合、この３回の画面スキャン時間（次の新規画像の表示走査開始まで）が「画面書替え周期」である。

本発明は、例えば、以下の態様を含む。

［１］ 線順次走査によって画像書替えを行う表示器と、光の透過と非透過が切替えられる機能を有する部品を右目用と左目用に配置した光シャッターメガネと、前記表示器の画像書替え周期と同調して前記光シャッターメガネの光透過状態／光非透過状態を電気的に切替える制御手段とを有する表示装置であって、
前記光シャッターメガネが、前記表示器が表示する画像に合わせて右目用部品および左目用部品の光透過状態／光非透過状態を、前記表示器の前記画像書替えと同調するよう前記制御手段が切替えることにより、前記表示器が書替え周期毎に書替える画像群の一部のみを右目および左目に見せるように制御する表示装置であって、
前記右目用部品および左目用部品が少なくとも液晶パネルと偏光板を含む構成であり、光透過／光非透過の切替を前記液晶パネルに印加する電圧の差によって切替えることによって行うものであって、
前記表示器がある瞬間の時間で見たときに画像の一部のみを表示（点灯）し、時間によって表示する部分を変えていくものであって、
前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が、前記画像書替え周期のなかで光透過状態と光非透過状態を少なくとも２回以上切替えることを特徴とする表示装置。

［２］ 前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が、構成要素の液晶パネルに電圧を印加したときに光遮断し、電圧を印加しないかあるいは前記光遮断状態よりも低い電圧を印加したときに光透過する構成であって、
前記表示器が画像書替え周期のなかで表示面内の画像を表示（点灯）する部分を時間によって変えるときに、該表示器の一部分が該画像書替え周期の中で表示（点灯）している時間が該表示器の表示面内のどの部分も同じであって、
前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が右目および左目に選択的に画像を見せるために光透過状態にする期間において、前記表示器が前記画像書替え周期の中で同一箇所を表示（点灯）している時間と同じ長さを周期として、該周期毎に１回以上光遮断状態にすることを特徴とする［１］に記載の表示装置。

［３］ 前記表示器が少なくとも液晶パネルと、バックライトと、駆動制御回路を含む構成であって、
前記画像の一部のみを表示（点灯）する手段としてバックライトが部分的に点灯しかつ点灯する部分を時間的に変えられることを特徴とする［１］または［２］に記載の表示装置。

［４］ 前記表示器がＰＤＰ表示装置であることを特徴とする［１］または［２］に記載の表示装置。

［５］ 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネルが、２７０°ツイストのネマティック型液晶であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の表示装置。

［６］ 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネル、πモード型液晶であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の表示装置。

［７］ 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネルが、９０°ツイストのネマティック型液晶であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の表示装置。

［８］ 前記表示器が、右目用画像と左目用画像を交互に表示させ、前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が右目用画像を表示しているときは前記光シャッターメガネの前記右目用部品を光透過状態にし前記左目用部品を光非透過状態にし、また前記液晶表示器が左目用画像を表示しているときは前記光シャッターメガネの前記左目用部品を光透過状態にし前記右目用部品を光非透過状態に制御することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の表示装置。

［９］ 前記表示器が、それぞれ別の画像Ａおよび画像Ｂを交互に表示させ、前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が画像Ａを表示しているときは前記光シャッターメガネの右目用部品および左目用部品をともに光透過状態にし、また前記液晶表示器が画像Ｂを表示しているときは前記光シャッターメガネの左目用部品および左目用部品をともに光非透過状態に制御し、
または前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が画像Ａを表示しているときは前記光シャッターメガネの右目用部品および左目用部品をともに光非透過状態にし、また前記液晶表示器が画像Ｂを表示しているときは前記光シャッターメガネの左目用部品および左目用部品をともに光透過状態に制御することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の表示装置。

（作用）
上記の如く表示装置を構成することにより、表示面内の画像書換えが完了した箇所のみ表示（点灯）する表示器と、該表示器に表示する左あるいは右目用画像の表示方法と、該表示器の画像表示とシャッターメガネの開閉タイミングにより、左右の目にそれぞれ反対の映像が入ることで発生するクロストークが少なくでき、また該表示器の表示面内の明るさや色ムラを少なくでき、良質な３Ｄ映像が得られる。

図１は本発明の一実施例構成図であり、液晶表示装置を示している。図中、１ａはバックライト、１ｂは液晶パネル、１ｃはデータドライバ、１ｄはスキャンドライバ、１ｅは光シャッターメガネ、１ｆは光シャッターメガネ制御回路、１ｇは液晶表示器と光シャッターメガネの同期信号、１ｈはシャッターメガネ制御信号である。

バックライト１ａは液晶パネル１ｂに光を照射するためのものであり、冷陰極管やＬＥＤなどを光源とし拡散板やプリズムシートなどの光学シート、光源用電源などから構成されている。バックライト１ａは液晶パネル１ｂの画像書換え時の液晶応答時間を考慮して、画像が書き換わる途中の時間は消灯し、画像が書き換わった後、次の画像への書き換わりが始まるまで点灯し、かつその点灯、消灯する場所を液晶パネル１ｂの線順次走査に合わせて変えられるよう、光源点灯駆動回路が液晶パネル１ｂと同期が取られている。

液晶パネル１ｂは、通常のアクティブマトリクス方式と同じＴＦＴを形成したガラス基板と対向電極基板で構成され、データ電極を駆動するデータドライバ（ＬＳＩ）、走査電極を駆動するゲートドライバ（ＬＳＩ）が、ＴＦＴ基板上に直接またはフィルム基板を介して実装される。

データドライバ１ｃおよびスキャンドライバ１ｄは液晶パネル１ｂに画像を表示するために液晶パネル１ｂの各画素に画像データに従って所定の電圧を印加するための回路である。

光シャッターメガネ１ｅは液晶パネル１ｂからの映像光を透過、遮断し特定の画像のみ左目あるいは右目に観察させるためのものである。ここで光シャッターの実施例構成を図２で説明する。図中、（Ａ）の２ａは光入射側偏光板、２ｂは液晶セル、２ｃは光出射側偏光板である。入射側偏光板２ａおよび出射側偏光板２ｃの上に記された矢印はそれぞれ偏光板の透過軸を示している。入射側偏光板２ａの透過軸は第１図の液晶パネル１ｂの出射映像光の偏光振動軸方向に合わせられている。

（Ｂ）は液晶セルを２枚使った構成で、遮断時に漏れる光量を減らして光の透過と遮断のコントラスト比を上げる目的のためのものである。２ａは入射側偏光板、２ｂおよび２ｄは液晶セル、２ｃは中段の偏光板、２ｅは出射側偏光板である。入射側偏光板２ａ、中段の偏光板２ｃおよび出射側偏光板２ｅの上に記された矢印はそれぞれの偏光板の透過軸を示している。入射側偏光板２ａの透過軸は第１図の液晶パネル１ｂの出射偏光の振動軸方向に合わせられている。ここでさらに光シャッターメガネの動作について図３および図４で説明する。

図３は図２（Ａ）の動作説明であり、図中、図２で示したものと同一のものは同一の記号で示してあり、３ａは液晶セル２ｂを駆動するための交流電源、３ｂは図１の液晶パネル１ｂの出射偏光の振動軸方向、３ｃは液晶セル２ｂを出射した偏光の振動方向、３ｄは出射側偏光板２ｃを出射した偏光の振動方向を示している。図中、（Ａ）は光遮断状態を説明している。まず図１の液晶パネル１ｂの出射偏光の振動軸方向と入射側偏光板２ａの透過軸が合っているため該液晶パネルからの映像光は透過する。

次に液晶セル２ｂにはＨｉｇｈ電圧が印加されて該液晶セル内の液晶分子の配列が光学的にｉｓｏｔｒｏｐｉｃな状態になるため該液晶セルを透過しても偏光状態は変化せず、液晶セル出射偏光３ｃは入射側偏光板２ａの出射偏光の振動方向（入射側偏光板の透過軸方向）と変わらない。最後に出射側偏光板２ｃの透過光軸が液晶セル出射偏光の振動方向３ｃと直交する向きに設定されているため、出射側偏光板２ｃに入射した偏光は該出射側偏光板で吸収され遮断される。

（Ｂ）は光透過状態を説明している。映像光が入射側偏光板２ａを透過し液晶セル２ｂに入射するところまでは（Ａ）と同じである。液晶セル２ｂにはＬｏｗ電圧が印加され光学的にλ／２波長板のように機能するよう設定されているため該液晶セルを透過する偏光は該液晶セルによって偏光の振動方向が９０°回転され、液晶セル出射偏光振動軸方向３ｃのようになる。出射側偏光板２ｃの透過軸と液晶セル出射偏光振動軸方向３ｃの向きが合っているため映像光３ｄのとおり出射し目で観察できることになる。

図４は図２（Ｂ）の動作説明であり、図中、図２で示したものと同一のものは同一の記号で示してあり、４ａおよび４ｂはそれぞれ液晶セル２ｂおよび２ｄを駆動するための交流電源、４ｃは図１の液晶パネル１ｂの出射偏光の振動軸方向、４ｄおよび４ｅはそれぞれ液晶セル２ｂおよび２ｄを出射した偏光の振動方向、４ｆは出射側偏光板２ｅを出射した偏光の振動方向を示している。図中、（Ａ）は光遮断状態を説明している。

まず図１の液晶パネル１ｂの出射偏光の振動軸方向と入射側偏光板２ａの透過軸が合っているため該液晶パネルからの映像光は透過する。次に液晶セル２ｂにはＨｉｇｈ電圧が印加されているため上述のとおり該液晶セルを透過しても偏光状態は変化せず、液晶セル出射偏光４ｄは入射側偏光板２ａの出射偏光の振動方向（入射側偏光板の透過軸方向）と変わらない。次に中段偏光板２ｃの透過光軸が液晶セル出射偏光の振動方向４ｄと直交する向きに設定されているため、該中段偏光板に入射した偏光は該中段偏光板で吸収され遮断される。

ただし偏光板での吸収は１００％ではなく概ね数％程度漏れて透過してしまう。わずかに漏れて透過した偏光は次に液晶セル２ｄにＨｉｇｈ電圧が印加されているため該液晶セルを透過しても偏光の振動方向は変わらず４ｅの向きで該液晶セルから出射される。ここで最後に出射側偏光板２ｅの透過軸が液晶セル２ｄ出射偏光の振動方向４ｅと直交する方向に設定されているため該出射側偏光板に入射した偏光は該出射側偏光板に吸収され遮断される。

図２（Ｂ）の構成では、入射偏光の振動軸に直交する透過軸を持った偏光板で吸収する過程を２回行うため偏光板で吸収されず漏れる光量が、図２（Ａ）の構成と比べて二乗分の一に小さくなる。（Ｂ）は光透過状態を説明している。映像光が入射側偏光板２ａを透過し液晶セル２ｂに入射するところまでは（Ａ）と同じである。

液晶セル２ｂにはＬｏｗ電圧が印加され上述のとおり該液晶セルを透過する偏光は該液晶セルによって偏光の振動方向が９０°回転され、液晶セル出射偏光振動軸方向４ｄのようになる。中段偏光板２ｃの透過軸と液晶セル出射偏光振動軸方向３ｃの向きが合っているため映像光は透過する。次に液晶セル２ｄにはＬｏｗ電圧が印加され上述のとおり該液晶セルを透過する偏光は該液晶セルによって偏光の振動方向が９０°回転され、液晶セル出射偏光振動軸方向４ｅのようになる。最後に出射側偏光板２ｅの透過軸と液晶セル出射偏光振動軸方向４ｅの向きが合っているため映像光４ｆのとおり出射し目で観察できることになる。

（映像書換えおよびバックライトスキャンと光シャッターメガネの切替えタイミング）
次に液晶パネルの映像書替えおよびバックライトスキャンと光シャッターメガネの透過、遮断の切替えタイミングについて説明する。図５は本発明の実施例を説明するため、本特許を使用しないと起こる問題点についてまず説明するものである。図中、図５Ａ中の５ａは液晶パネル１ｂの画像データ書替えの走査方向、５ｂは液晶パネル１ｂの画像データ書替えの走査に合わせてバックライト１ａを消灯、また液晶の応答を待って画像が充分に書き換わってからバックライトを点灯していくスキャン方向を示している。

図中、図５Ｂは横軸を時間として、液晶パネルに書き込まれる画像がなにであるか、またその画像書替え走査の時間との関係、光シャッターメガネの光透過および遮断の切替えタイミングを説明している。図５Ｂでは画像書換え周期８．３４ｍｓで駆動した場合を説明する。図５Ｂでは、画像書換え周期中に、同一の画像データによる２回の走査を行う。

左目用画像１の書替え走査期間では、前のフレームが右目用画像を順次書換えるため、該走査期間が終了するまでは液晶パネルの表示画像が右目用と左目用が混在した状態であり、右目、左目ともに観察することはできない。この走査期間は、画面の走査時間を常に一定にする駆動方法では、画像書換え周期の１／２の時間であり、４．１７ｍｓである。なお、図５Ｂでは図５Ａで説明したバックライトのスキャンは行っていない場合である。ただし、ここでの説明は一例であり、左目用画像１の走査期間と、右目用画像２の走査期間が同じである必要はない。

もし右目用画像と左目用画像が混在した画像を観察してしまうとクロストークとなり３Ｄ品位が著しく低下する。そのため左目シャッターおよび右目シャッターとも遮断した状態にしている。左目用画像１の走査期間が終了した後、左目用画像２（左目用画像１と同一画像）の走査期間中は左目用画像のみ液晶パネルに表示しているため、左目シャッターのみ透過状態にしている。

しかし、電気的に左目用画像データを入力した後、液晶が応答して画像が充分切り替わるためには、現在の、大型直視型アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等によるアクティブマトリクス方式ＬＣＤでは、少なくとも数ｍｓオーダーの応答時間がかかる。図５Ｂでは液晶の応答時間を４ｍｓと仮定して示している。

左目用画像または右目用画像の１回目の走査で新しい画像データが液晶パネル全体にアドレスされる。画像データの走査が走査ライン１から始まり最終ラインの走査が終わってから４ｍｓ後に液晶パネル全体の画像切換えが完了する。液晶の応答が図５Ｂのように４ｍｓだと、液晶パネル全体の画像切換えが完了するとほぼ同時に次の新しい画像データの走査が始まってしまう。

図５Ｂでは左目用画像および右目用画像の２回目の走査時間の最後に１ｍｓ程度シャッターメガネを透過状態にして画像を見るようにしているが、図５Ｂのように液晶の応答時間が４ｍｓであると、シャッターメガネを透過状態にして見る時間が全体の１／１６程度しか取れず、液晶ディスプレイから出射する光利用効率が極端に悪くとても暗い表示になってしまう。しかも液晶パネルの最終ラインに近い画面の下の方はまだ画像切換え（液晶応答）の途中であるため左右目用画像が混在した状態であるためクロストークが見えてしまい、３Ｄ映像の品位も悪い。

図中、図５Ｃは図５Ｂと同様に、横軸を時間として、液晶パネルに書き込まれる画像がなにであるか、またその画像書替え走査の時間との関係、光シャッターメガネの光透過および遮断の切替えタイミングと合わせて、バックライトをスキャンした場合の動作、液晶パネルのエリアごとの点灯時間を説明している。

液晶パネルに新しい画像データがアドレスされ液晶が応答を始めて左右画像が混在する状態になったらバックライトを消灯し、液晶応答の時間を待って画像が切換わったらバックライトを点灯する動作を、液晶パネルの画像データの走査に合わせて順次行っていくため、左右画像が混在した表示が液晶パネル上で見えることがないため、シャッターメガネは画像切換え周期と同じ周期で左右５０％のＤｕｔｙで光透過状態にすることができる。液晶パネルの各エリアの点灯時間が右目あるいは左目で画像が見えている時間となり、バックライトスキャンを行わない場合（図５Ｂ）に比べて光利用効率が高い。

また上述のとおり、液晶応答途中ではバックライトを消灯しており、左右画像が混在することがないため、クロストークが発生しない。なおバックライトスキャンを行わない場合および行った場合の光利用効率はそれぞれ式＜１＞および式＜２＞で表せ、バックライトスキャンを行った場合の方が光利用効率が高いのは明らかである。ただし、式＜１＞、＜２＞にはシャッターメガネの透過率等は含まれていない。

光利用効率（％）＝（（画像書換え周期−画像走査時間−液晶応答時間）／画像書換え時間×１００ ・・・＜１＞
光利用効率（％）＝（（画像書換え周期−液晶応答時間）／画像書換え周期）×１００ ・・・＜２＞

さてここで、光シャッターメガネの液晶パネルの応答特性について説明する。図中、図５Ｄは、請求項５記載の２７０°ツイストのネマティック液晶の応答特性を示している。まず液晶に印加する電圧がＬｏｗからＨｉｇｈに換わったときの液晶の応答はとても速く問題ない。（数百μｓ程度）一方、印加電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに換わったときは、Ｈｉｇｈ電圧印加時に電場に対して平行に液晶分子が揃って配列された状態から、２７０°ツイストの状態にリラックスして戻るため応答速度が遅い。

図５Ｄでは時間軸の長さを８ｍｓとして記されている。印加電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに換わるときに問題となるのは、液晶分子の持つ屈折率異方性に波長分散があるため、液晶分子がリラックスして２７０°ツイスト状態に戻る途中において、液晶分子を透過する光（直線偏光）の波長によって偏光変化（回転）特性が異なり、結果として偏光板を透しての光量が異なり、かつ各波長の透過光量が時間の経過とともに変化することである。なお、図５Ｂでは各色の波長は青：４７０ｎｍ、緑：５５０ｎｍ、赤：６２０ｎｍである。

図中、図５Ｅは図５Ｃに図５Ｄの液晶応答特性を追記したものである。図５Ｅ中、液晶パネルのエリアごとの点灯時間を代表的な３箇所について記してあるが、その各期間のシャッターメガネの各色の透過率を比較すると、液晶パネルのエリアごとにシャッターメガネを透して見たときの色味や明るさが異なることは明らかである。

ここで、本発明における実施例として液晶パネルの映像書替えおよびバックライトスキャンと光シャッターメガネの透過、遮断の切替えタイミングについて説明する。

図６は液晶ディスプレイの液晶の応答時間が画像書換え周期の半分として記載している。画像書換え周期を図５Ｂと同様に８．３４ｍｓとすれば、４．１７ｍｓの応答時間である。なお、液晶の応答時間は、液晶材料の調合、電気配線のインピーダンス、液晶の配列モード等の様々な条件によって異なり、本実施例の応答時間に限定するものではない。図６では、左目シャッターのみ記載しているが、右目シャッターの透過、非透過の切換えタイミングは図５Ｅと同じである。

図５Ｅにおいて説明したシャッターメガネを透して見たときに液晶パネルのエリアごとに生じる明るさおよび色シフトやについて、図６では、エリアごとに同一な液晶パネルのバックライト点灯時間と同じ期間でシャッターメガネの液晶パネルに瞬間的に一度Ｈｉｇｈ電圧を印加して、再度、非透過状態から透過状態に移行する過程を行い、液晶パネルのエリアごとに同一なバックライト点灯時間を単位として、シャッターメガネの液晶パネルの応答特性を繰り返すことで、シャッターメガネの透過状態期間の中で、どこでバックライトが点灯しても、バックライトの点灯時間とシャッターメガネの応答特性の期間が同一であるため、色ごとの透過率積分値は同一になり、従って明るさおよび色のシフトが発生せず均一な表示画面が得られる。

図７は液晶ディスプレイの液晶の応答時間が画像書換え周期の７５％の場合について説明している。図６と同様の考え方でシャッターメガネの液晶パネルの応答を３回繰り返すことで、明るさおよび色のシフトが発生せず均一な表示画面が得られることを示している。

図８は液晶パネルの画像データの走査方向がパネルの中央から最上部に向かうものと最下部に向かうものとを同時に行う例について記載している。走査スピードは図６、図７と同じであるが走査方向が二つ同時に進行するため走査開始から走査完了までの時間は半分になる。液晶ディスプレイの液晶の応答時間は図６と同様に画像書換え周期の半分として記載している。

図８においても、エリアごとに同一な液晶パネルのバックライト点灯時間と同じ期間でシャッターメガネの液晶パネルに瞬間的に一度Ｈｉｇｈ電圧を印加して、再度、非透過状態から透過状態に移行する過程を行い、液晶パネルのエリアごとに同一なバックライト点灯時間を単位として、シャッターメガネの液晶パネルの応答特性を繰り返すことで、シャッターメガネの透過状態期間の中で、どこでバックライトが点灯しても、バックライトの点灯時間とシャッターメガネの応答特性の期間が同一であるため、色ごとの透過率積分値は同一になり、従って明るさおよび色のシフトが発生せず均一な表示画面が得られる。

（動作フローチャート）
図９は、本発明液晶表示装置の液晶パネル、バックライト、光シャッターメガネの動作フローチャートの一例を示す図である。

液晶パネルの画像書換えと同期してバックライトのスキャン動作と光シャッターメガネの光透過状態と光遮断状態の切換えが行われる。本図においては液晶パネルの画像書換え周期の中で画像データの走査が２回行われる場合について記載しているが、画像書換え周期より短い時間で１回だけ画像データの走査を行い、画像書換え周期中に該画像データを保持しても良いし、画像書換え周期の中で３回以上画像データの走査を行っても良い。

画像データの１回目の走査が始まると、画像データが走査されていく方向と同一方向にバックライトの消灯走査が開始する。液晶パネルの画像データ走査の進行スピードとバックライトの消灯走査の進行スピードは同じである。本図ではフローの流れを示す矢印の線上に丸を描き、そのフローの進行スピードが同じであることを示している。同時に設定時間カウント部において設定された液晶パネルの液晶応答時間をカウントする。

カウントが終了するとバックライトの点灯走査が開始される。点灯走査の方向および進行スピードは液晶パネルの画像データ走査の方向および進行スピードならびにバックライトの消灯走査の進行方向および進行スピードと同じである。同時に光シャッターメガネの左右シャッターのうち、液晶パネルに走査された画像データに該当する方のシャッターを光透過状態にし、該当しないもう一方のシャッターを光遮断状態にする。画像の判別情報は液晶ディスプレイから光シャッターメガネに伝送される。

また同時に設定時間カウント部において、画像書換え周期から液晶パネル応答時間を引いた時間（バックライトの各エリアの点灯時間）をカウントする。カウントが終了すると、光シャッターメガネに瞬間的にＨｉｇｈ電圧を印加する。印加時間は液晶モードがネマティック型、πモード、ＯＣＢモード等の場合５００μＳｅｃ程度で充分である。該カウント動作は次の画像書換え周期に入り液晶パネルの液晶応答時間カウントが終了して信号が伝達されるまで繰り返す。上記説明のフローを画像書換え周期ごとに繰り返し行う。

なお、設定時間カウントは液晶ディスプレイ側で行い、カウント終了を光シャッターメガネに伝えるか、または設定時間カウント部を光シャッターメガネ側にも設けても良い。

Claims (9)

1. 線順次走査によって画像書替えを行う表示器と、光の透過と非透過が切替えられる機能を有する部品を右目用と左目用に配置した光シャッターメガネと、前記表示器の画像書替え周期と同調して前記光シャッターメガネの光透過状態／光非透過状態を電気的に切替える制御手段とを有する表示装置であって、
   前記光シャッターメガネが、前記表示器が表示する画像に合わせて右目用部品および左目用部品の光透過状態／光非透過状態を、前記表示器の前記画像書替えと同調するよう前記制御手段が切替えることにより、前記表示器が書替え周期毎に書替える画像群の一部のみを右目および左目に見せるように制御する表示装置であり、
   前記右目用部品および左目用部品が少なくとも液晶パネルと偏光板を含む構成であり、光透過／光非透過の切替を前記液晶パネルに印加する電圧の差によって切替えることによって行うものであり、
   前記表示器がある瞬間の時間で見たときに画像の一部のみを表示（点灯）し、時間によって表示する部分を変えていくものであり、
   前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が、前記画像書替え周期のなかで光透過状態と光非透過状態を少なくとも２回以上切替えることを特徴とする表示装置。
2. 前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が、構成要素の液晶パネルに電圧を印加したときに光遮断し、電圧を印加しないかあるいは前記光遮断状態よりも低い電圧を印加したときに光透過する構成であるか、または電圧を印加したときに光透過し、電圧を印加しないかあるいは前記光透過状態よりも低い電圧を印加したときに光遮断する構成であって、
   前記表示器が画像書替え周期のなかで表示面内の画像を表示（点灯）する部分を時間によって変えるときに、該表示器の一部分が該画像書替え周期の中で表示（点灯）している時間が該表示器の表示面内のどの部分も同じであり、
   前記光シャッターメガネの前記右目用部品および左目用部品が右目および左目に選択的に画像を見せるために光透過状態にする期間において、前記表示器が前記画像書替え周期の中で同一箇所を表示（点灯）している時間と同じ長さを周期として、該周期毎に１回以上光遮断状態にすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示器が少なくとも液晶パネルと、バックライトと、駆動制御回路を含む構成であって、
   前記画像の一部のみを表示（点灯）する手段としてバックライトが部分的に点灯しかつ点灯する部分を時間的に変えられることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記表示器がＰＤＰ表示装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
5. 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネルが、スーパーツイストネマティック型液晶であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネルが、πモード型、ＯＣＢ型等のベンド配向型液晶であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記光シャッターメガネの前記右目用および左目用部品の液晶パネルが、ツイストのネマティック型液晶であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記表示器が、右目用画像と左目用画像を交互に表示させ、前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が右目用画像を表示しているときは前記光シャッターメガネの前記右目用部品を光透過状態にし前記左目用部品を光非透過状態にし、また前記液晶表示器が左目用画像を表示しているときは前記光シャッターメガネの前記左目用部品を光透過状態にし前記右目用部品を光非透過状態に制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
9. 前記表示器が、それぞれ別の画像Ａおよび画像Ｂを交互に表示させ、前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が画像Ａを表示しているときは前記光シャッターメガネの右目用部品および左目用部品をともに光透過状態にし、また前記液晶表示器が画像Ｂを表示しているときは前記光シャッターメガネの左目用部品および左目用部品をともに光非透過状態に制御し、
   または前記制御手段が、前記光シャッターメガネを前記表示器と同調して切替えて前記表示器が画像Ａを表示しているときは前記光シャッターメガネの右目用部品および左目用部品をともに光非透過状態にし、また前記液晶表示器が画像Ｂを表示しているときは前記光シャッターメガネの左目用部品および左目用部品をともに光透過状態に制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。

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