JP2011154197A - 3d display - Google Patents

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賢一 高橋
Sho Sakamoto
祥 坂本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to switch between 2D display and 3D display in various forms without complicating its configuration. <P>SOLUTION: The display uses a lens array element which can be controlled to turn on/off the lens effect by changing the refractive index distribution in the liquid crystal layer depending on the voltage applied by the first electrode and the second electrode 21Y facing each other. It is built to electrically separate one of the first electrode and the second electrode 21Y into a number of predetermined areas so that the lens effect is turned on/off respectively for the predetermined areas in the lens array element, and capable of applying the voltage to the liquid crystal layer for every predetermined area. For example, the first electrode is made flat as a whole, and composing this flat electrode with the divided electrodes 11-1, 11-2 corresponding to the predetermined areas, and the predetermined drive voltages are applied respectively to the divided electrodes 11-1, 11-2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、可変式のレンズアレイ素子を用いて、2次元表示と3次元表示とを電気的に切り替えることができる立体表示装置に関する。   The present invention relates to a stereoscopic display device that can electrically switch between two-dimensional display and three-dimensional display using a variable lens array element.

従来より、観察者の両眼に視差のある視差画像を見せることで立体視を実現する2眼式または多眼式の立体表示装置が知られている。これらの立体表示装置を実現する方法としては、例えば、液晶ディスプレイなどの2次元表示装置と、2次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させる3次元表示用の光学デバイス(視差分離手段)とを組み合わせたものが知られている。3次元表示用の光学デバイスとしては、例えば図26に示したように、複数のシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)303を並列配置したシリンドリカルレンズアレイ302が用いられる。このシリンドリカルレンズアレイ302を2次元表示装置からなる表示パネル301の表示面に対して対向配置する。各シリンドリカルレンズ303は、表示パネル301の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置する。表示パネル301の表示面には、規則的に複数の表示画素が2次元配列されている。一つのシリンドリカルレンズ303の背面に2つ以上の画素を配置し、各画素からの光線をレンズの屈折力により異なる水平方向に出射させることで両眼視差を満たし、裸眼での立体視が可能となる。   2. Description of the Related Art Conventionally, binocular or multi-view stereoscopic display devices that realize stereoscopic viewing by showing parallax images with parallax to both eyes of an observer are known. As a method for realizing these stereoscopic display devices, for example, a two-dimensional display device such as a liquid crystal display, and a three-dimensional display optical device that deflects display image light from the two-dimensional display device in a plurality of viewing angle directions ( A combination with a parallax separation means is known. As an optical device for three-dimensional display, for example, as shown in FIG. 26, a cylindrical lens array 302 in which a plurality of cylindrical lenses (cylindrical lenses) 303 are arranged in parallel is used. The cylindrical lens array 302 is disposed so as to face the display surface of the display panel 301 including a two-dimensional display device. Each cylindrical lens 303 is disposed so as to extend in the vertical direction with respect to the display surface of the display panel 301 and to have a refractive power in the left-right direction. A plurality of display pixels are regularly arranged in a two-dimensional manner on the display surface of the display panel 301. By arranging two or more pixels on the back of one cylindrical lens 303 and emitting light rays from each pixel in different horizontal directions depending on the refractive power of the lens, binocular parallax can be satisfied, and stereoscopic vision with the naked eye is possible Become.

図26では2眼式の立体表示の例を示しており、各シリンドリカルレンズ303に対して、表示パネル301の表示面における隣接する2本の画素列301R,301Lが割り当てられている。一方の画素列301Rには右視差画像を表示し、他方の画素列301Lに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ303によって左右別々の光路402,403に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者400が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者400の左右の眼401R,401Lに到達し、立体像が知覚される。   FIG. 26 shows an example of binocular stereoscopic display, and two adjacent pixel columns 301R and 301L on the display surface of the display panel 301 are assigned to each cylindrical lens 303. A right parallax image is displayed in one pixel column 301R, and a left parallax image is displayed in the other pixel column 301L. The displayed parallax images are distributed to the left and right optical paths 402 and 403 by the cylindrical lenses 303. Thus, when the viewer 400 views the stereoscopic display device from a predetermined position and a predetermined direction, the left and right parallax images appropriately reach the left and right eyes 401R and 401L of the viewer 400, and a stereoscopic image is perceived. .

同様にして、多眼式の場合、3つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ303の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、3つ以上の視差画像が、シリンドリカルレンズアレイ302によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者400の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。   Similarly, in the case of the multi-view type, a plurality of parallax images captured at positions and directions corresponding to three or more viewpoints are equally divided and displayed within the lateral lens pitch of the cylindrical lens 303. As a result, three or more parallax images are emitted and imaged by the cylindrical lens array 302 in different continuous angular ranges. In this case, a plurality of different parallax images are perceived according to changes in the position and direction of the line of sight of the viewer 400. The more the change in the parallax image corresponding to the viewpoint change, the more realistic stereoscopic effect can be obtained.

ところで、シリンドリカルレンズアレイ302としては、例えば樹脂成型された、形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので3次元表示専用の表示装置となってしまう。一方、シリンドリカルレンズアレイ302として、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子を用いることができる。液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子の場合、レンズ効果の有無を電気的に切り替えることができるため、2次元表示装置と組み合わせて、2次元表示モードと3次元表示モードとの2つの表示モードを切り替えることができる。すなわち、2次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態(屈折力の無い状態)とし、2次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。3次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態とし、2次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させることで立体視を実現する。   By the way, as the cylindrical lens array 302, for example, a resin-molded lens array having a fixed shape and lens effect can be used. In this case, since the lens effect is fixed, a display device dedicated to three-dimensional display is obtained. . On the other hand, a switchable lens array element using a liquid crystal lens can be used as the cylindrical lens array 302. In the case of a switchable lens array element using a liquid crystal lens, the presence / absence of a lens effect can be electrically switched, so that two display modes, a two-dimensional display mode and a three-dimensional display mode, are combined with a two-dimensional display device. Can be switched. That is, in the two-dimensional display mode, the lens array has no lens effect (no refractive power), and display image light from the two-dimensional display device is allowed to pass through as it is. In the three-dimensional display mode, the lens array is in a state in which a lens effect is generated, and stereoscopic vision is realized by deflecting display image light from the two-dimensional display device in a plurality of viewing angle directions.

図27(A),(B)、図28、図29(A),(B)、および図30(A),(B)を参照して、液晶レンズによる切り替え式(可変式)のレンズアレイ素子の構成例を説明する。なお、これらの図では、主として電極部分の構造を図示し、基板や配向膜等の構成要素を省略している。この可変式のレンズアレイ素子は、例えばガラス材料よりなる透明な第1の基板および第2の基板と、それら第1の基板および第2の基板の間に挟まれた液晶層130(図27(A),(B)参照)とを備えている。第1の基板と第2の基板は、間隔dを空けて対向配置されている。   Referring to FIGS. 27 (A), (B), FIG. 28, FIGS. 29 (A), (B), and FIGS. 30 (A), (B), a switchable (variable) lens array using liquid crystal lenses. A configuration example of the element will be described. In these drawings, the structure of the electrode portion is mainly shown, and components such as the substrate and the alignment film are omitted. The variable lens array element includes a transparent first substrate and a second substrate made of, for example, a glass material, and a liquid crystal layer 130 sandwiched between the first substrate and the second substrate (FIG. 27 ( A) and (B)). The first substrate and the second substrate are arranged to face each other with a gap d.

第1の基板上には、ITO膜(Indium Tin Oxide)などの透明な導電膜からなる第1の電極111がほぼ全面に一様に形成されている(図28、図30(A)参照)。第1の基板上にはまた、第1の電極111を介して液晶層130に接するように第1の配向膜が形成されている。第2の基板上には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第2の電極121Yが部分的に形成されている(図28、図30(A)参照)。第2の基板上にはまた、第2の電極121Yを介して液晶層30に接するように第2の配向膜が形成されている。   On the first substrate, a first electrode 111 made of a transparent conductive film such as an ITO film (Indium Tin Oxide) is uniformly formed on almost the entire surface (see FIGS. 28 and 30A). . A first alignment film is also formed on the first substrate so as to be in contact with the liquid crystal layer 130 with the first electrode 111 interposed therebetween. A second electrode 121Y made of a transparent conductive film such as an ITO film is partially formed over the second substrate (see FIGS. 28 and 30A). A second alignment film is also formed on the second substrate so as to be in contact with the liquid crystal layer 30 via the second electrode 121Y.

図27(A),(B)は、このレンズアレイ素子におけるレンズ効果発生の基本原理を示している。なお、図27(A),(B)では基本原理を説明するため、可変レンズアレイ素子の構成を簡略化して示している。液晶層130は、液晶分子131を含み、第1の電極111と第2の電極121Yとに印加される電圧に応じて液晶分子131の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子131は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層130は、第1の電極111と第2の電極121Yとに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。   FIGS. 27A and 27B show the basic principle of lens effect generation in this lens array element. In FIGS. 27A and 27B, the structure of the variable lens array element is simplified to explain the basic principle. The liquid crystal layer 130 includes liquid crystal molecules 131 so that the lens effect is controlled by changing the alignment direction of the liquid crystal molecules 131 according to the voltage applied to the first electrode 111 and the second electrode 121Y. It has become. The liquid crystal molecules 131 have refractive index anisotropy, and have, for example, a refractive index ellipsoidal structure in which the refractive index is different with respect to the passing light beam in the longitudinal direction and the short direction. The liquid crystal layer 130 is electrically switched between a state without a lens effect and a state where a lens effect occurs according to the state of a voltage applied to the first electrode 111 and the second electrode 121Y. ing.

このレンズアレイ素子では、図27(A)に示したように、印加電圧が0Vの通常の状態では、液晶分子131が第1の配向膜および第2の配向膜によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面201は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、このレンズアレイ素子では、複数の第2の電極121Yが、所定の間隔で離間配置されているため、第1の電極111と第2の電極121Yとの間に所定の駆動電圧を印加すると、液晶層130内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極121Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、複数の第2の電極121Y間の開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図27(B)に示したように、液晶分子131の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、通過光線の波面202が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。   In this lens array element, as shown in FIG. 27A, in a normal state where the applied voltage is 0 V, the liquid crystal molecules 131 are aligned in a predetermined direction defined by the first alignment film and the second alignment film. It is arranged uniformly. For this reason, the wavefront 201 of the passing light is a plane wave, and there is no lens effect. On the other hand, in this lens array element, since the plurality of second electrodes 121Y are spaced apart at a predetermined interval, when a predetermined drive voltage is applied between the first electrode 111 and the second electrode 121Y, The electric field distribution in the liquid crystal layer 130 is biased. That is, in the portion corresponding to the region where the second electrode 121Y is formed, the electric field strength increases according to the driving voltage, and the electric field strength decreases toward the center of the opening between the plurality of second electrodes 121Y. Such an electric field is generated. For this reason, as shown in FIG. 27B, the arrangement of the liquid crystal molecules 131 changes in accordance with the electric field intensity distribution. As a result, the wavefront 202 of the passing light changes, and a lens effect is generated.

図28、図30(A)は電極部分の平面構成例を示している。図30(B)は図30(A)に示した電極構造である場合に形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第2の電極121Yは、幅Lxの電極幅を有して縦方向(垂直方向)に延在している。そして、図30(A)に示したように第2の電極121Yは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチpに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層130を挟む上下の電極間で、液晶分子131の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。例えば図29(B)に示したように、複数の第2の電極121Yについては所定の共通電圧(例えば0V)を印加し、第1の電極111には例えば矩形波状の所定の駆動電圧を印加する。   FIG. 28 and FIG. 30 (A) show a planar configuration example of the electrode portion. FIG. 30B optically equivalently shows the lens shape formed in the case of the electrode structure shown in FIG. The second electrode 121Y has an electrode width of the width Lx and extends in the vertical direction (vertical direction). As shown in FIG. 30A, a plurality of second electrodes 121Y are arranged in parallel at a periodic interval corresponding to the lens pitch p when the lens effect is generated. When the lens effect is generated, a predetermined potential difference is provided between the upper and lower electrodes sandwiching the liquid crystal layer 130 so as to change the arrangement of the liquid crystal molecules 131. For example, as shown in FIG. 29B, a predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the plurality of second electrodes 121Y, and a predetermined driving voltage having, for example, a rectangular waveform is applied to the first electrode 111. To do.

第1の電極111は全面に形成され、第2の電極121Yは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第1の電極111と第2の電極121Yとの間で所定の電位差を生じさせると、上記した図27(B)に示した原理で、液晶層130内での電界分布に偏りが生ずるので、横方向(X軸方向)にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図30(B)に示したように、Y軸方向に延在しX軸方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ31Yが、X軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。   Since the first electrode 111 is formed on the entire surface and the second electrode 121Y is partially formed with a gap in the lateral direction, there is a predetermined gap between the first electrode 111 and the second electrode 121Y. When the potential difference is generated, the electric field distribution in the liquid crystal layer 130 is biased according to the principle shown in FIG. 27B described above, and therefore the electric field distribution so that the lens effect is generated in the lateral direction (X-axis direction). Changes. That is, equivalently, as shown in FIG. 30B, a plurality of cylindrical lenses 31Y extending in the Y-axis direction and having refractive power in the X-axis direction are arranged in parallel in the X-axis direction. It becomes a lens state.

その他、裸眼での立体視が可能なものとして、パララックスバリア方式のものが知られている。パララックスバリア方式では、視差分離手段としてパララックスバリアと呼ばれる構造物を2次元表示パネルに対向配置し、2次元表示パネルに表示された左右の視差画像をパララックスバリアによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。パララックスバリアを例えば液晶ディスプレイを用いて可変式のバリアとすることで、2次元表示モードと3次元表示モードとの2つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、パララックスバリア方式の場合、3次元表示モードでは、パララックスバリアによって2次元表示パネルからの表示画像光が部分的に遮蔽されてしまうので、上記したシリンドリカルレンズを用いる方式に比べて観察画像が暗くなってしまう。   In addition, a parallax barrier type is known as one capable of stereoscopic viewing with the naked eye. In the parallax barrier method, a structure called a parallax barrier is disposed as a parallax separation unit so as to face a two-dimensional display panel, and left and right parallax images displayed on the two-dimensional display panel are separated in a horizontal direction by the parallax barrier. Thus, stereoscopic viewing is performed. By making the parallax barrier a variable barrier using, for example, a liquid crystal display, switching display in two display modes of a two-dimensional display mode and a three-dimensional display mode is possible. However, in the case of the parallax barrier method, in the three-dimensional display mode, the display image light from the two-dimensional display panel is partially shielded by the parallax barrier, so that the observation image is compared with the method using the cylindrical lens described above. Becomes darker.

特許文献1には、図27(A)等に示した電極構造における第2の電極121Yの部分を2層構造とした液晶レンズが開示されている。この液晶レンズでは、液晶層の片側に形成する透明電極の配置間隔を第1層目と第2層目とで変えることで、液晶層に形成される電界分布の制御をより最適化しやすくしている。   Patent Document 1 discloses a liquid crystal lens in which a portion of the second electrode 121Y in the electrode structure shown in FIG. In this liquid crystal lens, the control of the electric field distribution formed in the liquid crystal layer can be more easily optimized by changing the arrangement interval of the transparent electrodes formed on one side of the liquid crystal layer between the first layer and the second layer. Yes.

特開2008−9370号公報JP 2008-9370 A

上記したように可変式のレンズアレイ素子を用いることで、2次元表示モードと3次元表示モードとの2つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、従来では、この表示切り替えを図29(A)に示したように、全画面での2次元(2D)表示と全画面での3次元(3D)表示との切り替えを行うものに限られている。一方で、画面の一部分のみを3次元表示とし、その他の部分を2次元表示にすることができれば便利である。例えば3次元表示は2次元表示に比べて解像度が落ちるため、高い解像度が要求される映像部分については2次元表示とすることが考えられる、また、3次元表示でなくとも良い部分を含む映像素材の場合には、部分的に2次元表示にすることが考えられる。例えば字幕付きの映画を3次元表示する場合に、字幕の部分については2次元表示にすることなどが考えられる。このような多様な形態での表示を簡易な構成で実現できれば便利である。   As described above, by using the variable lens array element, it is possible to perform switching display in two display modes of the two-dimensional display mode and the three-dimensional display mode. However, conventionally, this display switching is limited to switching between two-dimensional (2D) display on the full screen and three-dimensional (3D) display on the full screen, as shown in FIG. ing. On the other hand, it is convenient if only a part of the screen can be displayed in 3D and the other part can be displayed in 2D. For example, since the resolution of the 3D display is lower than that of the 2D display, it is conceivable to use a 2D display for a video part that requires a high resolution, and a video material that includes a part that is not necessarily a 3D display. In this case, it is conceivable to make a two-dimensional display partly. For example, when a movie with subtitles is displayed three-dimensionally, the subtitle portion may be displayed in two dimensions. It would be convenient if the display in such various forms could be realized with a simple configuration.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成を複雑化することなく、多様な形態で2次元表示と3次元表示とを切り替えることができるようにした立体表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic display device that can switch between two-dimensional display and three-dimensional display in various forms without complicating the configuration. It is to provide.

本発明の第1の観点に係る立体表示装置は、2次元的に画像表示を行う表示パネルと、第1の電極と、第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、第1の電極と第2の電極とによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第1の電極および第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。   A stereoscopic display device according to a first aspect of the present invention includes a display panel that performs two-dimensional image display, a first electrode, and a second electrode that is disposed to face the first electrode, A liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, and changing a refractive index distribution in the liquid crystal layer in accordance with a voltage applied by the first electrode and the second electrode; Accordingly, a lens array element configured to be able to variably control the lens effect on the display image light from the display panel between an on state and an off state is provided. In the lens array element, either one of the first electrode and the second electrode has a plurality of predetermined partial areas so that the lens effect can be turned on / off for each of the plurality of predetermined partial areas. And a structure capable of applying a voltage to the liquid crystal layer for each predetermined partial region.

本発明の第2の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第1の電極と、第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、第1の電極と第2の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第1の電極および第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。   A stereoscopic display device according to a second aspect of the present invention includes a display panel that performs image display, a first electrode, a second electrode that is disposed to face the first electrode, and a first electrode. A liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, and controls a lens effect on display image light from the display panel according to a voltage applied by the first electrode and the second electrode And a lens array element configured to be able to do this. Further, either one of the first electrode and the second electrode is electrically separated into a plurality of predetermined partial regions, and a structure capable of applying a voltage to the liquid crystal layer for each predetermined partial region It is what has been.

本発明の第3の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第1の電極と、第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、第1の電極と第2の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第1の電極および第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。   A stereoscopic display device according to a third aspect of the present invention includes a display panel that performs image display, a first electrode, a second electrode that is disposed to face the first electrode, and a first electrode. And a liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, and the direction of the refractive power with respect to the display image light from the display panel according to the voltage applied by the first electrode and the second electrode And a lens array element configured to be able to control the lens. Further, either one of the first electrode and the second electrode is electrically separated into a plurality of predetermined partial regions, and a structure capable of applying a voltage to the liquid crystal layer for each predetermined partial region It is what has been.

本発明の第1、第2または第3の観点に係る立体表示装置では、レンズアレイ素子において互いに対向配置された第1の電極および第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離されていることで、液晶層への電圧印加の状態が所定の部分領域ごとに制御可能となる。これにより、レンズアレイ素子において、例えば複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定し、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定するような制御が可能となり、一部の部分領域にのみ3次元表示を行い、かつ、その他の部分領域での2次元表示を行うことが可能となる。また、例えば複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態とオン状態とに切り替えるような制御も可能であり、全画面での2次元表示と3次元表示との切り替えを行うこともできる。   In the stereoscopic display device according to the first, second, or third aspect of the present invention, any one of the first electrode and the second electrode that are arranged to face each other in the lens array element has a plurality of predetermined portions. By being electrically separated into regions, the state of voltage application to the liquid crystal layer can be controlled for each predetermined partial region. Thereby, in the lens array element, for example, the lens effect is set to an on state for a part of a plurality of predetermined partial regions, and the lens effect is set to an off state for other partial regions. Control can be performed, and three-dimensional display can be performed only in some partial areas, and two-dimensional display can be performed in other partial areas. Further, for example, it is possible to perform control such that the lens effect is switched between an off state and an on state for all of a plurality of predetermined partial regions, and switching between 2D display and 3D display on the entire screen can be performed. .

本発明の第1、第2または第3の観点に係る立体表示装置によれば、レンズアレイ素子において、互いに対向配置された第1の電極および第2の電極のうちいずれか一方を、複数の所定の部分領域に電気的に分離し、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造にしたので、構成を複雑化することなく、多様な形態で2次元表示と3次元表示とを切り替えることができる。   According to the stereoscopic display device according to the first, second, or third aspect of the present invention, in the lens array element, any one of the first electrode and the second electrode that are arranged to face each other is provided with a plurality of Since the structure is such that a predetermined partial region is electrically separated and a voltage can be applied to the liquid crystal layer for each predetermined partial region, two-dimensional display and three-dimensional display can be performed in various forms without complicating the configuration. You can switch between dimensional display.

本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の全体構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the whole structure of the three-dimensional display apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 立体表示装置の全体構成の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the whole structure of a three-dimensional display apparatus. (A)はレンズアレイ素子における電極部分の第1の構成例を示す斜視図であり、(B)は電極部分の第2の構成例を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows the 1st structural example of the electrode part in a lens array element, (B) is a perspective view which shows the 2nd structural example of an electrode part. 立体表示装置に設定された部分領域についての説明図である。It is explanatory drawing about the partial area | region set to the three-dimensional display apparatus. 立体表示装置における表示状態の切り替えについての説明図である。It is explanatory drawing about the switching of the display state in a stereoscopic display device. (A)は立体表示装置における表示状態の一例を示す説明図あり、(B)は図6(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第1の構成例および駆動例を示す説明図、(C)は図6(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第2の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows an example of the display state in a stereoscopic display device, (B) shows the 1st structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 6 (A). Explanatory drawing (C) is explanatory drawing which shows the 2nd structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 6 (A). レンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the drive voltage applied to the electrode part in a lens array element. 部分領域の設定の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the setting of a partial area | region. 部分領域の設定の他の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other modification of the setting of a partial area | region. 部分領域の設定のさらに他の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further another modification of the setting of a partial area | region. (A)は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、(B)は図11(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第1の構成例および駆動例を示す説明図、(C)は図11(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第2の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the modification of the display state in a stereoscopic display device, (B) is the 1st structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 11 (A). FIG. 10C is an explanatory diagram illustrating a second configuration example and a driving example of an electrode portion for realizing the display state illustrated in FIG. (A)は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、(B)は図12(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第1の構成例および駆動例を示す説明図、(C)は図12(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第2の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the modification of the display state in a stereoscopic display device, (B) is the 1st structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 12 (A). FIG. 10C is an explanatory diagram illustrating a second configuration example and driving example of an electrode portion for realizing the display state illustrated in FIG. (A)は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、(B)は図13(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the modification of the display state in a stereoscopic display device, (B) is explanatory drawing which shows the structural example and drive example of an electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 13 (A). It is. (A)は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、(B)は図14(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第1の構成例および駆動例を示す説明図、(C)は図14(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第2の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the modification of the display state in a stereoscopic display device, (B) is the 1st structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 14 (A). FIG. 14C is an explanatory diagram illustrating a second configuration example and driving example of an electrode portion for realizing the display state illustrated in FIG. (A)は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、(B)は図15(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第1の構成例および駆動例を示す説明図、(C)は図15(A)に示した表示状態を実現するための電極部分の第2の構成例および駆動例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the modification of the display state in a three-dimensional display apparatus, (B) is the 1st structural example and drive example of the electrode part for implement | achieving the display state shown to FIG. 15 (A). FIG. 14C is an explanatory diagram illustrating a second configuration example and driving example of an electrode portion for realizing the display state illustrated in FIG. 立体表示装置による表示形態の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the display form by a stereoscopic display device. 立体表示装置による表示形態の他の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other specific example of the display form by a three-dimensional display apparatus. 本発明の実施例に係る立体表示装置の第1の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st structure of the three-dimensional display apparatus which concerns on the Example of this invention. 実施例に係る立体表示装置の第2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd structure of the three-dimensional display apparatus which concerns on an Example. 実施例に係る立体表示装置の電極部分の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the electrode part of the three-dimensional display apparatus which concerns on an Example. 実施例に係る立体表示装置における表示パネルの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the display panel in the three-dimensional display apparatus which concerns on an Example. 実施例に係る立体表示装置における電極部分の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the electrode part in the three-dimensional display apparatus which concerns on an Example. 表示品位の評価に用いた第1の測定系の構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the 1st measurement system used for evaluation of display quality. 表示品位の評価に用いた第2の測定系の構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the 2nd measurement system used for evaluation of display quality. 実施例に係る立体表示装置の表示品位の評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the evaluation result of the display quality of the three-dimensional display apparatus which concerns on an Example. 従来のシリンドリカルレンズを用いた立体表示の概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of the three-dimensional display using the conventional cylindrical lens. 従来の可変式のレンズアレイ素子の基本構成例を示す断面図であり、(A)はレンズ効果の無い状態、(B)はレンズ効果を発生させた状態を示す。It is sectional drawing which shows the basic structural example of the conventional variable lens array element, (A) shows the state without a lens effect, (B) shows the state which generated the lens effect. 従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the electrode part in the conventional variable lens array element. (A)は従来の可変式のレンズアレイ素子を用いた場合の表示状態の切り替えについての説明図であり、(B)は従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing about the switching of the display state at the time of using the conventional variable type lens array element, (B) is the drive voltage applied to the electrode part in the conventional variable type lens array element. It is explanatory drawing which shows an example. (A)は従来の可変式のレンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図であり、(B)は可変式のレンズアレイ素子によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示した斜視図である。(A) is a perspective view showing a configuration example of an electrode portion of a conventional variable lens array element, and (B) is a perspective view optically equivalently showing a lens shape formed by the variable lens array element. FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[立体表示装置の全体構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の一例を示している。この立体表示装置は、2次元的に画像表示を行う表示パネル2と、表示パネル2の表示面2A側に対向するように配置されたレンズアレイ素子1とを備えている。
[Overall configuration of stereoscopic display device]
FIG. 1 shows an example of a stereoscopic display device according to an embodiment of the present invention. This stereoscopic display device includes a display panel 2 that performs two-dimensional image display, and a lens array element 1 that is disposed so as to face the display surface 2A side of the display panel 2.

この立体表示装置は、全画面での2次元(2D)表示モードと、全画面での3次元(3D)表示モードと、部分的な3次元表示モードとの3つの表示モードを選択的に切り替えることが可能とされている。この立体表示装置では、図4に示したように、領域サイズの同じ部分領域が左右2つに設定されている。そして、各部分領域について2D表示と3D表示とを選択的に切り替えることが可能とされている。これにより、例えば図5(A)〜(D)に示したような表示状態を任意に選択可能とされている。すなわち、各部分領域をすべて2D表示にした状態(図5(A))と、各部分領域をすべて3D表示にした状態(図5(B))と、左側の部分領域を2D表示にし、かつ右側の部分領域を3D表示にした状態(図5(C))と、左側の部分領域を3D表示にし、かつ右側の部分領域を2D表示にした状態(図5(D))とに切り替え可能とされている。   This stereoscopic display device selectively switches between three display modes: a two-dimensional (2D) display mode on a full screen, a three-dimensional (3D) display mode on a full screen, and a partial three-dimensional display mode. It is possible. In this stereoscopic display device, as shown in FIG. 4, two partial areas having the same area size are set on the left and right. Then, it is possible to selectively switch between 2D display and 3D display for each partial region. As a result, for example, display states as shown in FIGS. 5A to 5D can be arbitrarily selected. That is, a state in which each partial region is displayed in 2D (FIG. 5A), a state in which each partial region is displayed in 3D (FIG. 5B), a left partial region in 2D display, and The state can be switched between the state in which the right partial region is displayed in 3D (FIG. 5C) and the state in which the left partial region is displayed in 3D and the right partial region is displayed in 2D (FIG. 5D). It is said that.

レンズアレイ素子1は、後述するように液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、部分領域ごとに電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。レンズアレイ素子1は、表示モードに応じてレンズ効果を部分領域ごとに制御することで、表示パネル2からの光線の通過状態を部分領域ごとに選択的に変化させるようになっている。表示パネル2は、2次元表示を行う部分領域については2次元画像データに基づく映像表示を行い、3次元表示を行う部分領域については3次元画像データに基づく映像表示を行うようになっている。なお、3次元画像データとは、例えば、3次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。例えば2眼式の3次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。   As will be described later, the lens array element 1 is a variable lens array based on a liquid crystal lens system, and can electrically control the on / off of the lens effect for each partial region. The lens array element 1 selectively changes the passage state of light rays from the display panel 2 for each partial region by controlling the lens effect for each partial region in accordance with the display mode. The display panel 2 performs video display based on two-dimensional image data for a partial region for two-dimensional display, and performs video display based on three-dimensional image data for a partial region for three-dimensional display. The three-dimensional image data is data including a plurality of parallax images corresponding to a plurality of viewing angle directions in a three-dimensional display, for example. For example, when performing binocular three-dimensional display, the data is parallax image data for right-eye display and left-eye display.

なお、本実施の形態では、レンズアレイ素子1における各基板面または表示パネル2の各基板面に平行な面内で横方向(水平方向)をX方向、縦方向(垂直方向)をY方向として説明する。基本的には、表示パネル2の表示面2Aの横方向がX方向、縦方向がY方向である。   In the present embodiment, the horizontal direction (horizontal direction) is defined as the X direction and the vertical direction (vertical direction) is defined as the Y direction in a plane parallel to each substrate surface of the lens array element 1 or each substrate surface of the display panel 2. explain. Basically, the horizontal direction of the display surface 2A of the display panel 2 is the X direction, and the vertical direction is the Y direction.

[表示パネル2の構成]
表示パネル2は、例えばR(赤色)用画素、G(緑色)用画素、およびB(青色)用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。表示パネル2の画素は、レンズアレイ素子1によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチpに対してN個(2以上の整数)分、配置されている。3次元表示モードでは、このN個分、3次元表示における光線数(視線数)を提示することになる。表示パネル2は、例えば液晶表示ディスプレイで構成することができる。表示パネル2を例えば透過型の液晶表示ディスプレイで構成した場合、バックライトからの光を画像データに応じて画素ごとに変調させることで2次元的な画像表示を行う。また、表示パネル2として、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイやフィールドエミッションディスプレイ(FED)等の自発光型のディスプレイを用いても良い。
[Configuration of Display Panel 2]
The display panel 2 includes, for example, a plurality of pixels including R (red) pixels, G (green) pixels, and B (blue) pixels, and the plurality of pixels are arranged in a matrix. The number of pixels of the display panel 2 is N (an integer greater than or equal to 2) with respect to the pitch p of the cylindrical lens formed by the lens array element 1. In the three-dimensional display mode, the number of rays (number of lines of sight) in the three-dimensional display is presented for this N. The display panel 2 can be composed of a liquid crystal display, for example. When the display panel 2 is constituted by a transmissive liquid crystal display, for example, two-dimensional image display is performed by modulating light from the backlight for each pixel in accordance with image data. The display panel 2 may be a self-luminous display such as an organic EL (Electro-Luminescence) display or a field emission display (FED).

[レンズアレイ素子1の全体構成]
レンズアレイ素子1は、図1に示したように間隔dを空けて互いに対向配置された第1の基板10および第2の基板20と、それら第1の基板10および第2の基板20の間に配置された液晶層3とを備えている。第1の基板10および第2の基板20は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10上における第2の基板20に対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第1の電極11がほぼ全面に形成されている。第1の基板10上にはまた、第1の電極11を介して液晶層3に接するように第1の配向膜13が形成されている。第2の基板20上における第1の基板10に対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第2の電極21Yが部分的に形成されている。第2の基板20上にはまた、第2の電極21Yを介して液晶層3に接するように第2の配向膜23が形成されている。
[Entire configuration of lens array element 1]
As shown in FIG. 1, the lens array element 1 includes a first substrate 10 and a second substrate 20 that are arranged to face each other with a gap d, and between the first substrate 10 and the second substrate 20. And a liquid crystal layer 3 disposed on the surface. The first substrate 10 and the second substrate 20 are transparent substrates made of, for example, a glass material or a resin material. On the side of the first substrate 10 facing the second substrate 20, a first electrode 11 made of a transparent conductive film such as an ITO film is formed on almost the entire surface. A first alignment film 13 is also formed on the first substrate 10 so as to be in contact with the liquid crystal layer 3 through the first electrode 11. On the second substrate 20 on the side facing the first substrate 10, a second electrode 21Y made of a transparent conductive film such as an ITO film is partially formed. A second alignment film 23 is also formed on the second substrate 20 so as to be in contact with the liquid crystal layer 3 via the second electrode 21Y.

液晶層3は、液晶分子5を含み、第1の電極11と第2の電極21Yとに印加される電圧に応じて液晶分子5の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子5は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層3は、第1の電極11と第2の電極21Yとに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。なお、このレンズアレイ素子1において、そのレンズ効果発生の基本原理は、図27(A),(B)に示した液晶レンズと同様である。   The liquid crystal layer 3 includes the liquid crystal molecules 5, and the lens effect is controlled by changing the alignment direction of the liquid crystal molecules 5 according to the voltage applied to the first electrode 11 and the second electrode 21Y. It has become. The liquid crystal molecules 5 have refractive index anisotropy, and have, for example, a refractive index ellipsoidal structure in which the refractive index is different with respect to the passing light in the longitudinal direction and the short direction. The liquid crystal layer 3 is electrically switched between a state without a lens effect and a state where a lens effect occurs according to the state of a voltage applied to the first electrode 11 and the second electrode 21Y. ing. In this lens array element 1, the basic principle of the lens effect generation is the same as that of the liquid crystal lens shown in FIGS.

なお、図2に示したように、第2の電極21Yと第2の配向膜23との間に誘電体層25が配置されていても良い。誘電体層25を配置することにより、レンズアレイ素子1でレンズ効果を発生させる場合に、液晶層3内の屈折率分布をより理想的な状態にして理想的なレンズ効果を得ることができる。   As shown in FIG. 2, the dielectric layer 25 may be disposed between the second electrode 21 </ b> Y and the second alignment film 23. By disposing the dielectric layer 25, when the lens effect is generated in the lens array element 1, it is possible to obtain an ideal lens effect by making the refractive index distribution in the liquid crystal layer 3 more ideal.

[レンズアレイ素子1の電極構造]
第2の電極21Yは、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、図1に示したように幅Lxの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、第2の電極21Yは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチpに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層3を挟む上下の電極間で、液晶分子5の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。第1の電極11は全体として平面状の電極である。第2の電極21Yは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第1の電極11と第2の電極21Yとの間で電圧を印加すると、図27(B)に示した場合と同様の原理で、液晶層3内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極21Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第2の電極21Yから横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向(X方向)にレンズ効果(屈折力)が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図30(B)に示した場合と同様に、Y方向に延在しX方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ31Yが、X方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
[Electrode structure of lens array element 1]
The second electrode 21Y is composed of a plurality of line electrodes that are spaced apart from each other, and has an electrode width of the width Lx and extends in the vertical direction as shown in FIG. A plurality of the second electrodes 21Y are arranged in parallel at a periodic interval corresponding to the lens pitch p when the lens effect is generated. When the lens effect is generated, a predetermined potential difference is provided between the upper and lower electrodes sandwiching the liquid crystal layer 3 so that the arrangement of the liquid crystal molecules 5 can be changed. The first electrode 11 is a planar electrode as a whole. Since the second electrode 21Y is partially formed with a gap in the lateral direction, when a voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 21Y, it is shown in FIG. The electric field distribution in the liquid crystal layer 3 is biased by the same principle as in the case. That is, an electric field is generated in the portion corresponding to the region where the second electrode 21Y is formed, and the electric field strength increases according to the driving voltage, and the electric field strength decreases as the distance from the second electrode 21Y increases in the lateral direction. To do. That is, the electric field distribution changes so that the lens effect (refractive power) is generated in the lateral direction (X direction). That is, equivalently, as in the case shown in FIG. 30B, a lens in which a plurality of cylindrical lenses 31Y extending in the Y direction and having refractive power in the X direction are arranged in parallel in the X direction. It becomes a state.

図3(A)はレンズアレイ素子1の電極部分の第1の具体的な構成例を示している。図3(B)は第2の具体的な構成例を示している。なお、図3(A),図3(B)では説明の都合上、第2の電極21Yの数を少なめに簡略化して図示している。レンズアレイ素子1は、図4に示した各部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第1の電極11および第2の電極21Yのうちいずれか一方が、複数の部分領域に電気的に分離され、各部分領域ごとに液晶層3に電圧を印加することが可能な構造とされている。   FIG. 3A shows a first specific configuration example of the electrode portion of the lens array element 1. FIG. 3B shows a second specific configuration example. Note that in FIGS. 3A and 3B, the number of the second electrodes 21Y is simplified to be slightly smaller for convenience of explanation. In the lens array element 1, either one of the first electrode 11 and the second electrode 21Y includes a plurality of elements so that the lens effect can be turned on / off for each partial region shown in FIG. The liquid crystal layer 3 is configured to be electrically separated into partial areas and to apply a voltage to the liquid crystal layer 3 for each partial area.

図3(A)は、第1の電極11を、左右の部分領域に対応する第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2とに分割した構造とし、各分割電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第2の電極21Yを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。   FIG. 3A shows a structure in which the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1 and a second divided electrode 11-2 corresponding to the left and right partial regions. A predetermined drive voltage can be applied. In this configuration, a predetermined common voltage is applied to the plurality of line electrodes constituting the second electrode 21Y as a whole.

図3(B)は、第2の電極21Yを構成する複数のライン電極を、左右の部分領域に対応させて第1の分離電極21Y−1と第2の分離電極21Y−2とに電気的に分離し、各分離電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第1の電極11は全体として一様な1つの平面状の電極とし、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。   In FIG. 3B, a plurality of line electrodes constituting the second electrode 21Y are electrically connected to the first separation electrode 21Y-1 and the second separation electrode 21Y-2 in correspondence with the left and right partial regions. And a predetermined drive voltage can be applied to each separation electrode. In the case of this configuration, the first electrode 11 is a uniform flat electrode as a whole, and a predetermined common voltage is applied to the whole.

[レンズアレイ素子の製造]
このレンズアレイ素子1の製造を行う場合、まず、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる第1の基板10および第2の基板20のそれぞれに、例えばITO膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第1の電極11および第2の電極21Yを形成する。第1および第2の配向膜13,23は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、SiO等の斜方蒸着法により形成する。これにより、液晶分子5の長軸を一方向に配向させる。第1および第2の配向膜13,23上には、第1の基板10と第2の基板20との間隔dを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ4を分散させたものを印刷する。そして、第1の基板10と第2の基板20とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、公知のTN、STN等の液晶材料を、シール材開口部から第1の基板10と第2の基板20との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、レンズアレイ素子1を完成させる。なお、本実施の形態においては、液晶分子5の屈折率異方性Δnが大きいほど、より大きいレンズ効果が得られるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。一方で、屈折率異方性Δnが大きい液晶組成物の場合、却って液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまうことによる基体間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、製造性とレンズ効果との双方を考慮した内容組成にすることが好ましい。
[Manufacture of lens array elements]
When the lens array element 1 is manufactured, first, a transparent conductive film such as an ITO film is formed in a predetermined pattern on each of the first substrate 10 and the second substrate 20 made of, for example, a glass material or a resin material. Thus, the first electrode 11 and the second electrode 21Y are formed. The first and second alignment films 13 and 23 are formed by a rubbing method in which a polymer compound such as polyimide is rubbed in one direction with a cloth, or an oblique deposition method such as SiO. Thereby, the major axis of the liquid crystal molecules 5 is aligned in one direction. On the first and second alignment films 13 and 23, in order to keep the distance d between the first substrate 10 and the second substrate 20 uniform, the spacer 4 made of a glass material or a resin material as a sealing material. Prints with dispersed. And the 1st board | substrate 10 and the 2nd board | substrate 20 are bonded together, and the sealing material containing a spacer is hardened. Thereafter, a known liquid crystal material such as TN or STN is injected between the first substrate 10 and the second substrate 20 from the sealing material opening to seal the sealing material opening. And after heating a liquid-crystal composition to an isotropic phase, it cools slowly, and the lens array element 1 is completed. In the present embodiment, the larger the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules 5, the larger the lens effect is obtained. Therefore, it is preferable that the liquid crystal material has such a content composition. On the other hand, in the case of a liquid crystal composition having a large refractive index anisotropy Δn, on the contrary, the physical properties of the liquid crystal composition are impaired, and the injection between the substrates becomes difficult due to the increase in viscosity, or close to a crystal at a low temperature. In some cases, the internal electric field increases and the driving voltage of the liquid crystal element increases. For this reason, it is preferable to make the content composition considering both manufacturability and lens effect.

[立体表示装置の動作]
この画像表示装置では、レンズアレイ素子1において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル2からの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での2次元表示を行う。
[Operation of stereoscopic display device]
In this image display device, in the lens array element 1, the lens effect is set to the off state for all of the plurality of partial regions, and the display image light from the display panel 2 is transmitted without being refracted, so that the entire screen is displayed. Perform two-dimensional display.

また、レンズアレイ素子1において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル2からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での3次元表示を行う。   Further, in the lens array element 1, the lens effect is set to an on state for all of the plurality of partial areas, and the display image light from the display panel 2 is refracted so as to enable stereoscopic viewing, so that it can be displayed on the entire screen. Perform 3D display.

また、レンズアレイ素子1において、複数の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル2からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで一部の部分領域での3次元表示を行う。かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル1からの表示画像光を屈折させることなく透過させることでその他の部分領域での2次元表示を行う。   Further, in the lens array element 1, the lens effect is set to an on state for some partial areas of the plurality of partial areas, and the display image light from the display panel 2 is refracted so as to enable stereoscopic viewing. Thus, three-dimensional display is performed in a partial area. In addition, the lens effect is set to the off state for the other partial areas, and the display image light from the display panel 1 is transmitted without being refracted, thereby performing two-dimensional display in the other partial areas.

一例として、図6(A)に示したように左側の部分領域を3D表示にし、かつ右側の部分領域を2D表示にする場合について、レンズアレイ素子1の駆動方法を説明する。図6(B)は、図3(A)に示したように第1の電極11を第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第2の電極21Yを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。第1の電極11については、3D表示にする左側の部分領域に対応する第1の分割電極11−1には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図7に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。2D表示にする右側の部分領域に対応する第2の分割電極11−2には、第2の電極21Yと同電位となるように所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。   As an example, a method of driving the lens array element 1 will be described in the case where the left partial area is displayed in 3D and the right partial area is displayed in 2D as shown in FIG. FIG. 6B shows the driving in the case where the first electrode 11 is divided into the first divided electrode 11-1 and the second divided electrode 11-2 as shown in FIG. An example is shown. In this case, a predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the plurality of line electrodes constituting the second electrode 21Y. As for the first electrode 11, a predetermined drive voltage is applied to the first divided electrode 11-1 corresponding to the left partial region for 3D display. As the predetermined drive voltage, for example, a rectangular wave voltage as shown in FIG. 7 is applied. As a result, the lens effect is turned on for the left partial region. A predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the second divided electrode 11-2 corresponding to the right partial region for 2D display so as to have the same potential as the second electrode 21Y. As a result, the lens effect is turned off for the right partial region.

図6(C)は、図3(B)に示したように第1の分離電極21Y−1と第2の分離電極21Y−2とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第1の電極11には、全体に所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。第2の電極21Yについては、3D表示にする左側の部分領域に対応する第1の分離電極21Y−1には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図7に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。2D表示にする右側の部分領域に対応する第2の分離電極21Y−2には、第1の電極11と同電位となるように所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。   FIG. 6C shows a driving example in the case where the first separation electrode 21Y-1 and the second separation electrode 21Y-2 are electrically separated as shown in FIG. 3B. ing. In this case, a predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the entire first electrode 11. For the second electrode 21Y, a predetermined drive voltage is applied to the first separation electrode 21Y-1 corresponding to the left partial region for 3D display. As the predetermined drive voltage, for example, a rectangular wave voltage as shown in FIG. 7 is applied. As a result, the lens effect is turned on for the left partial region. A predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the second separation electrode 21Y-2 corresponding to the right partial region for 2D display so as to have the same potential as the first electrode 11. As a result, the lens effect is turned off for the right partial region.

<変形例>
この立体表示において、部分領域の設定の数や大きさは図4に示した例に限らず、種々の変形例が考えられる。その場合、電極構造は、部分領域の設定に応じた構造とすれば良い。例えば第1の電極11を部分領域に対応するような分割電極とすれば良い。
<Modification>
In this stereoscopic display, the number and size of partial areas set are not limited to the example shown in FIG. 4, and various modifications can be considered. In that case, the electrode structure may be a structure according to the setting of the partial region. For example, the first electrode 11 may be a divided electrode corresponding to the partial region.

[部分領域の設定の変形例]
図8(A)〜(C)は、画面の上下方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図8(A)は、部分領域が上下方向に2つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズを小さく設定した例を示している。図8(B)は、部分領域が上下方向に3つあり、上側の第1の部分領域に比べてサイズが小さい第2および第3の部分領域を下側に設定した例を示している。図8(C)は、上下方向に等分割で4つの部分領域を設定した例を示している。なお、図示したものよりも上下方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。
[Modification of partial area setting]
8A to 8C show an example in which a plurality of partial areas are set in the vertical direction of the screen. FIG. 8A shows an example in which there are two partial areas in the vertical direction, and the size of the lower partial area is set smaller than that of the upper partial area. FIG. 8B shows an example in which there are three partial areas in the vertical direction, and the second and third partial areas that are smaller in size than the first partial area on the upper side are set on the lower side. FIG. 8C shows an example in which four partial areas are set by equal division in the vertical direction. It is also possible to set the partial area in the vertical direction finer than the illustrated one. The size of the minimum partial area can be finely set up to a portion corresponding to the lens pitch.

図9(A)〜(C)は、水平方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図9(A)は、水平方向に等分割で3つの部分領域を設定した例を示している。図9(B)は、部分領域が水平方向に3つあり、左側の第1の部分領域に比べてサイズが小さい第2および第3の部分領域を左側に設定した例を示している。図9(C)は、部分領域が水平方向に3つあり、中央の第1の部分領域に比べてサイズが小さい第2および第3の部分領域を左右に設定した例を示している。なお、図示したものよりも水平方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。   9A to 9C show an example in which a plurality of partial areas are set in the horizontal direction. FIG. 9A shows an example in which three partial areas are set by equal division in the horizontal direction. FIG. 9B shows an example in which there are three partial areas in the horizontal direction, and the second and third partial areas that are smaller in size than the first partial area on the left side are set on the left side. FIG. 9C shows an example in which there are three partial areas in the horizontal direction, and the second and third partial areas that are smaller in size than the central first partial area are set to the left and right. It is also possible to set the partial area in the horizontal direction more finely than what is shown. The size of the minimum partial area can be finely set up to a portion corresponding to the lens pitch.

その他、図10(A)〜(D)に示したように、上下方向と水平方向との双方に複数の部分領域を設定することも可能である。この他、例えば第1の電極11を部分領域に対応するような分割電極で構成する場合、外周部から接続端子が取れるような構造であれば種々の形態での部分領域の設定が可能である。   In addition, as shown in FIGS. 10A to 10D, it is also possible to set a plurality of partial areas both in the vertical direction and in the horizontal direction. In addition to this, for example, when the first electrode 11 is formed of a divided electrode corresponding to a partial region, the partial region can be set in various forms as long as the connection terminal can be taken from the outer peripheral portion. .

[部分領域の設定および電極構造の変形例]
図11(B),(C)は、図11(A)に示したように、水平方向に等分割で3つの部分領域が設定され、左右の部分領域のみを3D表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図11(B)は、第1の電極11を各部分領域に対応させて第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2と第3の分割電極11−3とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第2の電極21Yを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。第1の電極11については、3D表示にする左右の部分領域に対応する第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図7に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。2D表示にする中央の部分領域に対応する第3の分割電極11−3には、第2の電極21Yと同電位となるように所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
[Partial area setting and electrode structure modification]
11 (B) and 11 (C), as shown in FIG. 11 (A), when three partial areas are set in the horizontal direction by equal division and only the left and right partial areas are displayed in 3D, A specific example of the structure and its driving example are shown. In FIG. 11B, the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1, a second divided electrode 11-2, and a third divided electrode 11-3 corresponding to each partial region. An example of driving in the case of a structure is shown. In this case, a predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the plurality of line electrodes constituting the second electrode 21Y. For the first electrode 11, a predetermined drive voltage is applied to the first divided electrode 11-1 and the second divided electrode 11-2 corresponding to the left and right partial regions for 3D display. As the predetermined drive voltage, for example, a rectangular wave voltage as shown in FIG. 7 is applied. As a result, the lens effect is turned on for the left and right partial regions. A predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the third divided electrode 11-3 corresponding to the central partial region for 2D display so as to have the same potential as the second electrode 21Y. As a result, the lens effect is turned off for the central partial region.

図11(C)は、第2の電極21Yを第1の分離電極21Y−1と第2の分離電極21Y−2と第3の分離電極21Y−3とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第1の電極11には、全体に所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。第2の電極21Yについては、3D表示にする左右の部分領域に対応する第1の分離電極21Y−1と第2の分離電極21Y−2とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図7に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。2D表示にする中央の部分領域に対応する第3の分離電極21Y−3には、第1の電極11と同電位となるように所定の共通電圧(例えば0V)を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。   FIG. 11C shows a case where the second electrode 21Y is electrically separated into a first separation electrode 21Y-1, a second separation electrode 21Y-2, and a third separation electrode 21Y-3. An example of driving is shown. In this case, a predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the entire first electrode 11. For the second electrode 21Y, a predetermined drive voltage is applied to the first separation electrode 21Y-1 and the second separation electrode 21Y-2 corresponding to the left and right partial regions to be 3D displayed. As the predetermined drive voltage, for example, a rectangular wave voltage as shown in FIG. 7 is applied. As a result, the lens effect is turned on for the left and right partial regions. A predetermined common voltage (for example, 0 V) is applied to the third separation electrode 21Y-3 corresponding to the central partial region for 2D display so as to have the same potential as the first electrode 11. As a result, the lens effect is turned off for the central partial region.

図12(B),(C)は、図12(A)に示したように、上下方向に等分割で2つの部分領域が設定され、上側の部分領域のみを3D表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図12(B)は、第1の電極11を各部分領域に対応させて第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図12(C)は、第2の電極21Yを、2つの部分領域に対応させて第1の分割電極21Y−10と第2の分割電極21Y−20とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。   12 (B) and 12 (C), as shown in FIG. 12 (A), in the case where two partial areas are set in the vertical direction and only the upper partial area is displayed in 3D, the electrodes A specific example of the structure and its driving example are shown. FIG. 12B shows an example of driving when the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1 and a second divided electrode 11-2 so as to correspond to each partial region. ing. FIG. 12C shows a case where the second electrode 21Y is divided into a first divided electrode 21Y-10 and a second divided electrode 21Y-20 corresponding to two partial regions. An example of driving is shown.

図13(B)は、図13(A)に示したように、上下方向に等分割で3つの部分領域が設定され、中央の部分領域のみを3D表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図13(B)は、第1の電極11を各部分領域に対応させて第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2と第3の分割電極11−3とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。   FIG. 13B shows a specific example of an electrode structure in the case where three partial areas are set in an up-and-down direction as shown in FIG. 13A and only the central partial area is displayed in 3D. And a driving example thereof. In FIG. 13B, the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1, a second divided electrode 11-2, and a third divided electrode 11-3 corresponding to each partial region. An example of driving in the case of a structure is shown.

図14(B),(C)は、図14(A)に示したように、上側に領域サイズの大きい1つの部分領域が設定されると共に、下側に領域サイズの小さい2つの部分領域が設定され、左下の部分領域のみを3D表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図14(B)は、第1の電極11を各部分領域に対応させて第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2と第3の分割電極11−3とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図14(C)は、第2の電極21Yを、上下方向に第1の分割電極21Y−10と第2の分割電極21Y−20とに分割すると共に、第2の分割電極21Y−20をさらに第1の分離電極21Y−21と第2の分離電極21Y−22とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。   14 (B) and 14 (C), as shown in FIG. 14 (A), one partial area having a large area size is set on the upper side, and two partial areas having a small area size are set on the lower side. A specific example of the electrode structure and a driving example thereof are shown in the case where only the lower left partial region is set to 3D display. In FIG. 14B, the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1, a second divided electrode 11-2, and a third divided electrode 11-3 corresponding to each partial region. An example of driving in the case of a structure is shown. In FIG. 14C, the second electrode 21Y is divided into the first divided electrode 21Y-10 and the second divided electrode 21Y-20 in the vertical direction, and the second divided electrode 21Y-20. The drive example is shown in the case where the structure is further electrically separated into the first separation electrode 21Y-21 and the second separation electrode 21Y-22.

図15(B),(C)は、図15(A)に示したように、全体が上下方向および左右方向に等分割され、合計で4つの部分領域が設定され、右上と左下側の部分領域のみを3D表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図15(B)は、第1の電極11を各部分領域に対応させて第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2と第3の分割電極11−3と第4の分割電極11−4とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図15(C)は、第2の電極21Yを、上下方向に第1の分割電極21Y−10と第2の分割電極21Y−20とに分割すると共に、第1の分割電極21Y−10を第1の分離電極21Y−11と第2の分離電極21Y−12とに電気的に分離させ、さらに第2の分割電極21Y−20を第3の分離電極21Y−13と第2の4離電極21Y−14とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。   15 (B) and 15 (C), as shown in FIG. 15 (A), the whole is equally divided in the up and down direction and the left and right direction, and a total of four partial areas are set. A specific example of an electrode structure and a driving example thereof are shown for a case where only a region is displayed in 3D. FIG. 15B shows the first divided electrode 11-1, the second divided electrode 11-2, the third divided electrode 11-3, and the fourth divided electrode 11 corresponding to each partial region. The drive example at the time of setting it as the structure divided | segmented into the division | segmentation electrode 11-4 is shown. In FIG. 15C, the second electrode 21Y is divided into a first divided electrode 21Y-10 and a second divided electrode 21Y-20 in the vertical direction, and the first divided electrode 21Y-10. Is electrically separated into the first separation electrode 21Y-11 and the second separation electrode 21Y-12, and the second separation electrode 21Y-20 is further separated from the third separation electrode 21Y-13 and the second separation electrode 21Y-12. The drive example at the time of setting it as the structure electrically separated from the electrode 21Y-14 is shown.

[表示形態の具体例]
以上説明したように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるようにレンズアレイ素子1を構成したので、構成を複雑化することなく、多様な形態で2次元表示と3次元表示とを切り替えることができる。これにより、例えば、立体写真や立体映像が表示されている部分に対して、字幕や文章などを読みやすく、高精細な2D表示での同画面内で表示することが可能となる。また、部分領域の設定を特定のパターンにしているので、複雑なドライバー回路や配線など、ほぼ不要にすることができ、安価に実施できる。
[Specific examples of display formats]
As described above, according to the stereoscopic display device according to the present embodiment, the lens array element 1 is configured so as to enable the on / off control of the lens effect for each of a plurality of predetermined partial regions. Can be switched between two-dimensional display and three-dimensional display in various forms. Thereby, for example, it is possible to easily read subtitles or texts on a portion where a stereoscopic photograph or a stereoscopic video is displayed, and display it in the same screen in high-definition 2D display. In addition, since the setting of the partial area is set to a specific pattern, complicated driver circuits and wirings can be made almost unnecessary and can be implemented at low cost.

図16(A),(B)および図17は、以上で説明した立体表示装置において、部分的に3次元表示を行う場合の表示形態の例を示している。図16(A),(B)は、領域サイズの同じ部分領域が左右2つに設定されている場合の表示形態の例を示している。例えば図16(A)に示したように、左側の部分領域には3D写真を表示し、右側の部分領域にはカレンダや時計などを2D表示する形態が考えられる。また、図16(B)に示したように、左側の部分領域には3Dでのゲーム画面を表示し、右側の部分領域にはゲームに関連する文字情報などを2D表示する形態が考えられる。   FIGS. 16A, 16 </ b> B, and 17 illustrate examples of display forms when a three-dimensional display is partially performed in the stereoscopic display device described above. FIGS. 16A and 16B show examples of display forms when two partial areas having the same area size are set to the left and right. For example, as shown in FIG. 16A, a mode in which a 3D photograph is displayed in the left partial area and a calendar or a clock is displayed in 2D in the right partial area is conceivable. In addition, as shown in FIG. 16B, a mode in which a 3D game screen is displayed in the left partial area and character information related to the game is displayed in 2D in the right partial area is conceivable.

図17は、部分領域が上下方向に2つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズが小さく設定されている場合の表示形態の例を示している。このような部分領域が設定されている場合、例えば字幕付きの3D映画を表示するのに便利である。例えば上側の広い部分領域には3D映画の映像本体部分を3D表示し、下側の狭い部分領域には字幕を2D表示する形態が考えられる。   FIG. 17 shows an example of a display form when there are two partial areas in the vertical direction, and the size of the lower partial area is set smaller than the upper partial area. When such a partial area is set, it is convenient to display a 3D movie with subtitles, for example. For example, it is conceivable to display a 3D movie image main body part in the upper wide partial area and display subtitles in 2D in the lower narrow partial area.

次に、本実施の形態に係る立体表示装置の具体的な実施例について説明する。   Next, specific examples of the stereoscopic display device according to this embodiment will be described.

図18および図19は、本実施例に係る立体表示装置の構成を示している。図19は、図18の構成に対して、第2の電極21Yと第2の配向膜23との間に誘電体層25が配置されたものであり、その他の構成は同じである。本実施例では、レンズアレイ素子1の第1の基板10および第2の基板20として、ガラス基板にITOからなる透明電極を設けた電極基板を用いた。そして、周知のフォトリソグラフィ法ならびにウェットエッチングもしくはドライエッチング法により、第1の電極11および第2の電極21Yの電極形状をパターンニングした。その電極上にポリイミドをそれぞれスピンコートして焼成し、各配向膜13,23を形成した。材料の焼成後には、各配向膜13,23の表面をラビング処理し、さらにはIPA等で洗浄−加熱乾燥させた。冷却後、ラビング方向が向き合うように第1の基板10および第2の基板20を所定の間隔dで貼り合わせた。この間隔dは、スペーサを全面に分散させることにより保持した。その後、シール材開口部から真空注入法によって、液晶材料を注入し、シール材開口部を封止した。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷した。本実施例で用いた液晶材料は代表的なネマティック液晶であるMBBA(p-methoxybenzylidene-p'-butylaniline)を用いた。屈折率異方性Δnの値は、20℃で0.255である。   18 and 19 illustrate the configuration of the stereoscopic display device according to the present embodiment. In FIG. 19, a dielectric layer 25 is disposed between the second electrode 21 </ b> Y and the second alignment film 23 with respect to the configuration of FIG. 18, and the other configurations are the same. In this embodiment, as the first substrate 10 and the second substrate 20 of the lens array element 1, an electrode substrate in which a transparent electrode made of ITO is provided on a glass substrate is used. Then, the electrode shapes of the first electrode 11 and the second electrode 21Y were patterned by a known photolithography method and wet etching or dry etching method. Each of the alignment films 13 and 23 was formed by spin-coating polyimide on the electrode and baking it. After firing the material, the surfaces of the alignment films 13 and 23 were rubbed, and further washed and heated and dried with IPA or the like. After cooling, the first substrate 10 and the second substrate 20 were bonded at a predetermined interval d so that the rubbing directions face each other. This distance d was maintained by dispersing the spacers over the entire surface. Thereafter, a liquid crystal material was injected from the opening of the sealing material by a vacuum injection method to seal the opening of the sealing material. The liquid crystal cell was heated to an isotropic phase and then gradually cooled. The liquid crystal material used in this example was MBBA (p-methoxybenzylidene-p'-butylaniline), which is a typical nematic liquid crystal. The value of the refractive index anisotropy Δn is 0.255 at 20 ° C.

Figure 2011154197
Figure 2011154197

表示パネル2としては、1画素の大きさが81μmのTFT−LCDパネルを用いた。この表示パネル2は、R(赤色)用画素、G(緑色)用画素、およびB(青色)用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。また、レンズアレイ素子1によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチpに対して、表示パネル2の画素数を2以上N個というように、整数倍にした。このN個分、3次元表示における光線数(視線数)を提示することになる。   As the display panel 2, a TFT-LCD panel having a pixel size of 81 μm was used. The display panel 2 includes a plurality of pixels including R (red) pixels, G (green) pixels, and B (blue) pixels, and the plurality of pixels are arranged in a matrix. In addition, the number of pixels of the display panel 2 is an integral multiple of 2 or more N with respect to the pitch p of the cylindrical lens formed by the lens array element 1. The number of rays (the number of lines of sight) in the three-dimensional display is presented for this N.

レンズアレイ素子1の電極構造としては、図20に示したように、第1の電極11を、上下方向に第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2とに分割した構造にした。第1の分割電極11−1の上下方向の長さW1は、第2の分割電極11−2の上下方向の長さW2に対して3倍の大きさにした。すなわち、
W1:W2=3:1
である。
As an electrode structure of the lens array element 1, as shown in FIG. 20, the first electrode 11 is divided into a first divided electrode 11-1 and a second divided electrode 11-2 in the vertical direction. I made it. The vertical length W1 of the first divided electrode 11-1 was three times as large as the vertical length W2 of the second divided electrode 11-2. That is,
W1: W2 = 3: 1
It is.

以下の表1に、実施例1〜4として設定した設計パラメータの値を[表1]に示す。Nは表示パネル2のレンズピッチpに対する画素数を示す。間隔sは、図20に示したように、第1の分割電極11−1と第2の分割電極11−2との距離である。その他、電極幅Lx等の意味は、図20に示した通りである。なお、本発明の構成は、以下に示す実施例の設計パラメータの値に限定されるものではない。   Table 1 below shows the values of design parameters set as Examples 1 to 4 in [Table 1]. N indicates the number of pixels with respect to the lens pitch p of the display panel 2. The interval s is the distance between the first divided electrode 11-1 and the second divided electrode 11-2 as shown in FIG. In addition, the meanings of the electrode width Lx and the like are as shown in FIG. In addition, the structure of this invention is not limited to the value of the design parameter of the Example shown below.

Figure 2011154197
Figure 2011154197

実施例1〜4では、表示パネル2として、図21に示したような3インチWVGA(864×480画素)のものを用いた。図22(A),(B)は、図21に示した表示パネル2の画素構成に対応するレンズアレイ素子1の電極構造を示している。図22(A)は第1の基板10側、図22(B)は第2の基板20側の電極構造を示している。   In Examples 1 to 4, a display panel 2 having a 3-inch WVGA (864 × 480 pixels) as shown in FIG. 21 was used. 22A and 22B show the electrode structure of the lens array element 1 corresponding to the pixel configuration of the display panel 2 shown in FIG. 22A shows the electrode structure on the first substrate 10 side, and FIG. 22B shows the electrode structure on the second substrate 20 side.

また、比較例として第1の電極11が分割されていない構造(図29(B)に示した構造)のものを用意した。その比較例1〜4として設定した設計パラメータの値を[表2]に示す。   As a comparative example, a structure in which the first electrode 11 is not divided (the structure shown in FIG. 29B) was prepared. The values of design parameters set as Comparative Examples 1 to 4 are shown in [Table 2].

Figure 2011154197
Figure 2011154197

上記実施例1〜4と比較例1〜4では、第1の電極11への駆動電圧に用いる外部電源として、30Hz以上の矩形波を用いることを標準にした。その際の振幅電圧は5V〜10V程度であり、シリンドリカルレンズのピッチや上下電極基板のギャップなどに応じ、調整した。基板間隔dが厚くなるほど、振幅電圧は高く設定する必要がある。駆動振幅電圧を少しずつ上げ、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなってくる領域があり、飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。また、0V印加することで、2D表示モードにするときに凡その時間(OFF応答時間)を観測した。   In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, it was standard to use a rectangular wave of 30 Hz or more as an external power source used for the drive voltage to the first electrode 11. The amplitude voltage at that time was about 5 V to 10 V, and was adjusted according to the pitch of the cylindrical lens, the gap between the upper and lower electrode substrates, and the like. As the substrate distance d increases, the amplitude voltage needs to be set higher. There is a region where the visibility is hardly changed even if the drive amplitude voltage is increased little by little, and the voltage value immediately before saturation is set as the drive voltage. In addition, by applying 0 V, an approximate time (OFF response time) was observed when the 2D display mode was set.

[立体表示装置の表示品位の評価]
上記実施例1〜4と比較例1〜4のそれぞれについて、立体表示装置の表示品位の評価を行った。図23、図24はその表示品位の評価に用いた測定系の概念を示している。図23は実施例1〜2と比較例1〜2の評価に用いた測定系、図24は実施例3〜4と比較例3〜4の評価に用いた測定系を示している。
[Evaluation of display quality of 3D display]
About each of the said Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, the display quality of the three-dimensional display apparatus was evaluated. 23 and 24 show the concept of the measurement system used for the evaluation of the display quality. FIG. 23 shows the measurement system used for the evaluation of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, and FIG. 24 shows the measurement system used for the evaluation of Examples 3-4 and Comparative Examples 3-4.

図23では、レンズアレイ素子1によって形成されるシリンドリカルレンズ31Yの1つのレンズ幅に対して、表示パネル2の画素が4画素分配置されるような構成にした。表示パネル2の1画素はR(赤),G(緑),B(青)の3つのサブピクセルからなる。このような構成の立体表示装置に対して、50mm離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード80を配置し、表示パネル2に対して平行に移動できるような測定系とした。図23において、画素1と画素2のR,G.Bの全てを点灯して白表示になるようにしたもの(右眼用)と、画素3と画素4のR,G.Bの全てを点灯して白表示になるようにしたもの(左眼用)とに対して、それぞれの状況で、50mm離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード80を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。   In FIG. 23, a configuration is adopted in which four pixels of the display panel 2 are arranged with respect to one lens width of the cylindrical lens 31Y formed by the lens array element 1. One pixel of the display panel 2 includes three sub-pixels of R (red), G (green), and B (blue). With respect to the stereoscopic display device having such a configuration, a photodiode 80 capable of observing the light intensity is disposed at a distance of 50 mm, and the measurement system is configured to move in parallel with the display panel 2. In FIG. 23, R, G. All of B are turned on to display white (for the right eye), and R, G. A photodiode 80 capable of observing the light intensity is arranged at a distance of 50 mm in each situation with respect to the one in which all of B is turned on to display white (for the left eye) and in the moving direction. The light intensity was measured accordingly.

図24では、レンズアレイ素子1によって形成されるシリンドリカルレンズ31Yの1つのレンズ幅に対して、表示パネル2の画素が2画素分配置されるような構成にした。図24において、画素1のR,G.Bの全てを点灯して白表示になるようにしたもの(右眼用)と、画素2のR,G.Bの全てを点灯して白表示になるようにしたもの(左眼用)とに対して、それぞれの状況で、50mm離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード80を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。   In FIG. 24, a configuration is adopted in which two pixels of the display panel 2 are arranged with respect to one lens width of the cylindrical lens 31Y formed by the lens array element 1. In FIG. 24, R, G. All of B are turned on to display white (for the right eye), and R, G. A photodiode 80 capable of observing the light intensity is arranged at a distance of 50 mm in each situation with respect to the one in which all of B is turned on to display white (for the left eye) and in the moving direction. The light intensity was measured accordingly.

図25は、実施例1における光強度分布の測定結果を示している。図25において、横軸はフォトダイオード80による光強度の検出位置(mm)であり、縦軸は光強度(arbitrary unit(任意単位))となっている。図25において、光強度がピークとなる位置は、立体表示を行う場合の視線位置に対応する   FIG. 25 shows the measurement result of the light intensity distribution in Example 1. In FIG. 25, the horizontal axis represents the light intensity detection position (mm) by the photodiode 80, and the vertical axis represents the light intensity (arbitrary unit (arbitrary unit)). In FIG. 25, the position where the light intensity reaches a peak corresponds to the line-of-sight position when performing stereoscopic display.

ここで、視距離500mm離れたところで、瞳間距離65mmに相当するクロストーク値を換算する。瞳距離65mm離れたところで、左眼には左眼用だけの光線が、右眼には右眼用だけの光線が観測されるのが理想であるが、図25のように、左眼の観測位置では左眼用の光線だけでなく、右眼用の光線のスソが重なっている。すなわち、これらはクロストークと定義され、限りなくゼロとすることが望ましい。クロストークを定量化するにあたり、
左右いずれかの強度/左右両方の強度合計×100(%)
と定義する。
さらに計測エリアを該当エリアで9か所(縦3×横3)とし、その平均値として示す。
[表3]には実施例1〜4のクロストーク量、[表4]には比較例1〜4のクロストーク量を示す。
Here, a crosstalk value corresponding to a pupil distance of 65 mm is converted at a viewing distance of 500 mm. Ideally, the left eye only observes the light beam for the left eye and the right eye only the light beam for the right eye when the pupil distance is 65 mm, but the left eye observation as shown in FIG. At the position, not only the left-eye light beam but also the right-eye light beam overlap. That is, these are defined as crosstalk, and it is desirable that they be zero as much as possible. In quantifying crosstalk,
Intensity of either left or right / total intensity of both left and right x 100 (%)
It is defined as
Furthermore, the measurement area is nine places in the corresponding area (vertical 3 × horizontal 3), and the average value is shown.
[Table 3] shows the crosstalk amounts of Examples 1 to 4, and [Table 4] shows the crosstalk amounts of Comparative Examples 1 to 4.

Figure 2011154197
Figure 2011154197

Figure 2011154197
Figure 2011154197

実施例1〜4において、全面3D表示モードであっても、部分的な3D表示モードであっても、そのクロストーク量は同じ結果となり、電極分割による影響は全くない結果となった。さらに、各実施例に対する比較例1〜4とで、クロストーク量は同じであり、電極分割することによる影響が全くない。   In Examples 1 to 4, the crosstalk amount was the same regardless of whether it was the full 3D display mode or the partial 3D display mode, and there was no influence due to electrode division. Furthermore, the amount of crosstalk is the same as in Comparative Examples 1 to 4 for each example, and there is no influence due to electrode division.

一方、2D表示の定量化としては視野角に対しての輝度、色度などのパラメータがあげられる。実施例1〜4においては、液晶レンズ部のレンズ効果オフ時において、輝度ならび色度の視野角依存性を計測したところ、液晶レンズ部がない場合と比較して80〜90%の劣化となった。本実施例においては反射防止のためのARフィルムなどの対策を行っていないため、この程度の劣化は不可避であり、換言すれば、同対策を施せば、ほぼ2D表示時の劣化は見られないと考えられる。この2D表示の評価結果は全面2D表示モードであっても、部分的な2D表示モードであっても全く同じ結果となった。   On the other hand, 2D display quantification includes parameters such as luminance and chromaticity with respect to the viewing angle. In Examples 1 to 4, when the viewing angle dependency of luminance and chromaticity was measured when the lens effect of the liquid crystal lens portion was off, the deterioration was 80 to 90% as compared to the case without the liquid crystal lens portion. It was. In this embodiment, since measures such as an AR film for preventing reflection are not taken, this degree of deterioration is inevitable. In other words, if the same measures are taken, almost no deterioration during 2D display is observed. it is conceivable that. The evaluation result of the 2D display was exactly the same whether it was the full 2D display mode or the partial 2D display mode.

1…レンズアレイ素子、2…表示パネル、2A…表示面、3…液晶層、5…液晶分子、10…第1の基板、11…第1の電極、11−1…第1の分割電極、11−2…第2の分割電極、11−3…第3の分割電極、11−4…第4の分割電極、13…第1の配向膜、20…第2の基板、21Y…第2の電極、21Y−1…第1の分離電極、21Y−2…第2の分離電極、21Y−3…第3の分離電極、21Y−10…第1の分割電極、21Y−20…第2の分割電極、21Y−11,21Y−21…第1の分離電極、21Y−12,21Y−22…第2の分離電極、21Y−13…第3の分離電極、21Y−14…第4の分離電極、23…第2の配向膜、25…誘電体層、31Y…シリンドリカルレンズ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lens array element, 2 ... Display panel, 2A ... Display surface, 3 ... Liquid crystal layer, 5 ... Liquid crystal molecule, 10 ... 1st board | substrate, 11 ... 1st electrode, 11-1 ... 1st division | segmentation electrode, 11-2 ... second divided electrode, 11-3 ... third divided electrode, 11-4 ... fourth divided electrode, 13 ... first alignment film, 20 ... second substrate, 21Y ... second Electrode, 21Y-1 ... first separation electrode, 21Y-2 ... second separation electrode, 21Y-3 ... third separation electrode, 21Y-10 ... first division electrode, 21Y-20 ... second division Electrode, 21Y-11, 21Y-21 ... first separation electrode, 21Y-12, 21Y-22 ... second separation electrode, 21Y-13 ... third separation electrode, 21Y-14 ... fourth separation electrode, 23 ... 2nd alignment film, 25 ... Dielectric layer, 31Y ... Cylindrical lens.

Claims (9)

2次元的に画像表示を行う表示パネルと、
第1の電極と、前記第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極とによって印加される電圧に応じて前記液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、前記第1の電極および前記第2の電極のうちいずれか一方が、複数の前記所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
A display panel for two-dimensional image display;
A first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, and a liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, By changing the refractive index distribution in the liquid crystal layer according to the voltage applied by the first electrode and the second electrode, the lens effect on the display image light from the display panel is turned on and off. A lens array element configured to be variably controllable to a state, and
In the lens array element, either one of the first electrode and the second electrode has a plurality of the predetermined electrodes so that the lens effect can be turned on / off for each of the plurality of predetermined partial regions. A stereoscopic display device that is electrically separated into partial areas and is capable of applying a voltage to the liquid crystal layer for each of the predetermined partial areas.
画像表示を行う表示パネルと、
第1の電極と、前記第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第1の電極および前記第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
A display panel for displaying images,
A first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, and a liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, A lens array element configured to control a lens effect on display image light from the display panel according to a voltage applied by the first electrode and the second electrode;
Either one of the first electrode and the second electrode is electrically separated into a plurality of predetermined partial regions, and a voltage can be applied to the liquid crystal layer for each of the predetermined partial regions A 3D display device with a structure.
画像表示を行う表示パネルと、
第1の電極と、前記第1の電極に対向するように配置された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第1の電極および前記第2の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
A display panel for displaying images,
A first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, and a liquid crystal layer disposed between the first electrode and the second electrode, A lens array element configured to be able to control a direction of refractive power with respect to display image light from the display panel in accordance with a voltage applied by the first electrode and the second electrode. ,
Either one of the first electrode and the second electrode is electrically separated into a plurality of predetermined partial regions, and a voltage can be applied to the liquid crystal layer for each of the predetermined partial regions A 3D display device with a structure.
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での2次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での3次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで前記一部の部分領域での3次元表示を行い、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで前記その他の部分領域での2次元表示を行う
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
In the lens array element, the lens effect is set to an off state for all of the plurality of predetermined partial areas, and the display image light from the display panel is transmitted without being refracted, so that the two-dimensional display on the entire screen And
In the lens array element, the lens effect is set to an on state for all of the plurality of predetermined partial areas, and the display image light from the display panel is refracted so as to enable stereoscopic viewing, so that the entire screen is obtained. 3D display of
In the lens array element, the lens effect is set to an on state for a partial area of the plurality of predetermined partial areas, and the display image light from the display panel is refracted so as to enable stereoscopic viewing. By performing the three-dimensional display in the partial area, the lens effect is set to the off state for the other partial areas, and the display image light from the display panel is transmitted without being refracted. The stereoscopic display device according to claim 1, wherein two-dimensional display is performed in the other partial area.
前記第1の電極は全体として平面状の電極であり、
前記第2の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、前記複数のライン電極には全体に所定の共通電圧が印加されるようになされ、
前記平面状の電極が、前記複数の所定の部分領域に対応する複数の分割電極で構成され、前記複数の分割電極ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の立体表示装置。
The first electrode is a planar electrode as a whole,
The second electrode includes a plurality of line electrodes extending in a vertical direction and spaced from each other, and a predetermined common voltage is applied to the plurality of line electrodes as a whole.
5. The planar electrode includes a plurality of divided electrodes corresponding to the plurality of predetermined partial regions, and a predetermined driving voltage is applied to each of the plurality of divided electrodes. The stereoscopic display device according to any one of the above.
前記第1の電極は全体に所定の共通電圧が印加される平面状の共通電極であり、
前記第2の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、
前記複数のライン電極が、前記複数の所定の部分領域ごとに電気的に分離されており、前記複数の所定の部分領域ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の立体表示装置。
The first electrode is a planar common electrode to which a predetermined common voltage is applied to the whole,
The second electrode includes a plurality of line electrodes extending in a vertical direction and spaced apart from each other,
The plurality of line electrodes are electrically separated for each of the plurality of predetermined partial regions, and a predetermined driving voltage is applied to each of the plurality of predetermined partial regions. 5. The stereoscopic display device according to claim 4.
前記レンズアレイ素子は、レンズ効果をオン状態に設定した領域では、等価的に複数のシリンドリカルレンズを水平方向に並列配置したようなレンズ効果を発生させるものである
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の立体表示装置。
5. The lens array element generates a lens effect equivalent to a plurality of cylindrical lenses arranged in parallel in the horizontal direction in a region where the lens effect is set to an on state. The stereoscopic display device according to item.
複数の前記所定の部分領域はそれぞれ、領域サイズが同じものである
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の立体表示装置。
The stereoscopic display device according to claim 1, wherein each of the plurality of predetermined partial areas has the same area size.
複数の前記所定の部分領域として、第1の部分領域と、前記第1の部分領域よりも領域サイズの小さい1または2以上の第2の部分領域とを有し、
前記レンズアレイ素子において、前記第1の部分領域を前記一部の部分領域に設定して3次元表示を行い、かつ、前記第2の部分領域を前記その他の部分領域に設定して2次元表示を行う
請求項4に記載の立体表示装置。
As the plurality of predetermined partial areas, a first partial area and one or more second partial areas having a smaller area size than the first partial area,
In the lens array element, the first partial area is set as the partial partial area for three-dimensional display, and the second partial area is set as the other partial area for two-dimensional display. The stereoscopic display device according to claim 4.
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