JP2012058478A - 立体画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示劣化を抑制することのでき、かつ2次元画像表示と3次元画像表示の切り替え機能が付いた立体画像表示装置を提供することを可能にする。
【解決手段】マトリクス状に配列された画素を備えた平面表示装置と、平面表示装置の前面に設けられ、画素からの光線を制御する光線制御子と、を備え、光線制御素子は、光を透過する第1および第2基板と、第1基板と第2基板との間に挟持された液晶と、第1基板の、第2基板に対向する第1面上に周期的に配列され第1電圧が印加される第1電極と、第1基板の第1面上でかつ隣接する第1電極間に配置され第1電圧よりも低い第2電圧が印加される第2電極と、第2基板の、第1基板に対向する第2面に設けられ第2電圧以下の第3電圧が印加される第3電極と、第1基板と前記第2基板との間に設けられ、第1基板と第2基板との間の間隔を保持する少なくとも1個のスペーサと、を備え、スペーサは、前記第1電極上に配置される。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、表示劣化を抑制することのできる2次元画像表示と3次元画像表示の切り替え機能が付いた立体画像表示装置を提供する。
2θ=2×tan(6.5/40)=18.8度
となる。視域角2θとしては少なくとも19度以上が望ましい。
x=(ns−No)/(Ne−No)
となる。xが0から1の値をとる場合、すなわち、スペーサ23の屈折率nsがNoからNeまで変動する場合について考える。液晶材料として、屈折率異方性Δnの大きい液晶が液晶GRINレンズとして用いられることが多い。このため、例えば、Ne=1.7、No=1.5とすると、スペーサ23の材料として用いられるプラスチック、あるいはシリカ化合物の屈折率は、NeからNoまでの間の範囲の値となる。
Ilmax/Ilmin=1.43
となる。これはスペーサ23による輝度劣化を観測者がわかるレベルである。
Ilmax/Ilmin=1.35
となる。これはスペーサ23による輝度劣化を観測者がわかるレベルである。
Ilmax/Ilmin=1.07
となる。これはスペーサ23による輝度劣化を観測者が感じにくいレベルである。
Ilmax/Ilmin=1.06
となる。これはスペーサ23による輝度劣化を観測者が感じにくいレベルである。
Ilmax/Ilmin=1.11
となる。これはスペーサによる輝度劣化を観測者が感じられるレベルである。
xが0.78以下の場合、すなわち
Ne×0.78+No×0.22≧ns≧No
の条件を満たす場合は、図10からわかるように、レンズピッチ内で最も屈折率の高くなる場所、すなわち液晶に印加される電圧が最も大きくなる場所(レンズ端)にスペーサ23を置くほうが、3次元画像表示時に表示劣化が最小に抑えられる。
Ne≧ns>Ne×0.78+No×0.22
の条件を満たす場合には、図10からわかるように、レンズピッチ内で最も屈折率の低くなる場所に置き、すなわち液晶22に印加される電圧が最も小さくなる場所(レンズ中心)にスペーサ23を置くほうが、3次元画像表示時に表示劣化が最小に抑えられる。
Ne>ns>No
である可能性が高い。そのため、電極に電圧を印加しない図11の状態では液晶22のダイレクタ22aは配向面に平行であるので、ns=Neとなることが望ましい。しかし、許容範囲を求めることにより、スペーサ23の屈折率にある範囲を持たせることができ、使用材料の幅が広がる。
S:t=(fs+gs):fs (1)
図14に示すように、請求項1で示した第1の基板と第2の基板に挟持された液晶と所定の電極構造によって形成されるGRINレンズにおけるレンズ面中央は第3の電極を有する第2の基板上、すなわち、観測者側のガラス基板側にあるため、GRINレンズの焦点距離fは図14に示す第3電極面―画素面の間のギャップgに一致させるようにするとよい。そして、図12のgsと図14のgの間の関係は以下と表される。
gs=g−t/2
そして、図14より、視域角2θと、球状レンズと画素との間の距離gsとの関係を説明する。レンズピッチをlpとすると三角関数より、視域角の半分であるθを用いると
tanθ=lp/2g
tanθ=lp/2(gs+t/2)
gs=lp/2tanθ−t/2 (2)
そこで、輝度劣化は、幅tの光線束が、幅Sに広がるため、t/Sとすることができる。
t/S=fs/(fs+gs)
となるため、
0.8< fs/(fs+gs)<1.2 (3)
となる条件を求める。
1/fs=4(ns−Ne)/t/ns
fs=t×ns/4/(ns−Ne) (7)
となる。(7)はns<Neの場合、負の数となるため、絶対値をとり、
fs=t×ns/4/(Ne−ns) (8)
(3)式の逆数をとると
0.83<1+gs/fs<1.25
−0.17< gs/fs<0.25 (9)
(9)式の意味について説明する。gsは液晶GRINレンズのレンズ―画素間ギャップgから、スペーサの厚みの半分を引いた値である。一般的に、g>>t/2であるため、gsはほぼgとなる。液晶GRINレンズのレンズ―画素間ギャップgは(2)式より、レンズピッチと視域角で決まる。レンズピッチは、ほぼ視差画像の1画素を形成する要素画像幅であるサブピクセル幅に対して視差数をかけた値、視域角は、3次元画像が正常に見える範囲を示し、両者とも3次元画像の性能要求から決まる。一方、スペーサの球面レンズによる焦点距離fsは(8)式に示すように、スペーサの厚みt、2次元画像表示の時の液晶の屈折率Neとスペーサの屈折率nsの差分(ns−Ne)、スペーサの屈折率nsによって決まる値である。
1/2×(√3)/2=0.865
となる。そのため、密度は1個/0.865cm2=1.15(個/cm2)となる。
1×1=1
となる。そのため、密度は1個/1cm2=1(個/cm2)となる。
10 平面表示装置
20 屈折率分布型レンズ
21a 基板(透明基板)
21b 基板(透明基板)
22 液晶
22a 液晶のダイレクタ
23 スペーサ
24 対向基板
25 電源電極(駆動電極)
26 接地電極
28 偏光方向
30 光線
Claims (6)
- マトリクス状に配列された画素を備えた平面表示装置と、
前記平面表示装置の前面に設けられ、前記画素からの光線を制御する光線制御子と、
を備え、
前記光線制御素子は、
光を透過する第1および第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶と、
前記第1基板の、前記第2基板に対向する第1面上に周期的に配列され第1電圧が印加される第1電極と、
前記第1基板の前記第1面上でかつ隣接する前記第1電極間に配置され前記第1電圧よりも低い第2電圧が印加される第2電極と、
前記第2基板の、前記第1基板に対向する第2面に設けられ前記第2電圧以下の第3電圧が印加される第3電極と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられ、前記第1基板と前記第2基板との間の間隔を保持する少なくとも1個のスペーサと、
を備え、前記スペーサは、前記第1電極上に配置されることを特徴とする立体画像表示装置。 - マトリクス状に配列された画素を備えた平面表示装置と、
前記平面表示装置の前面に設けられ、前記画素からの光線を制御する光線制御子と、
を備え、
前記光線制御素子は、
光を透過する第1および第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶と、
前記第1基板の、前記第2基板に対向する第1面上に周期的に配列され第1電圧が印加される第1電極と、
前記第1基板の前記第1面上でかつ隣接する前記第1電極間に配置され前記第1電圧よりも低い第2電圧が印加される第2電極と、
前記第2基板の、前記第1基板に対向する第2面に設けられ前記第2電圧以下の第3電圧が印加される第3電極と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられ、前記第1基板と前記第2基板との間の間隔を保持する少なくとも1個のスペーサと、
を備え、
前記液晶のダイレクタ方向の屈折率をNe、前記液晶のダイレクタに直交する方向の屈折率をNoとし、前記スペーサの屈折率をnsとすると、
Ne×0.78+No×0.22≧ns>No
の条件を満たす場合は、前記スペーサは前記第1電極上に配置され、
Ne≧ns>Ne×0.78+No×0.22
の条件を満たす場合は、前記スペーサは前記第2電極上に配置されていることを特徴とする立体画像表示装置。 - 前記第3電極は前記第1および第2電極に対向するように設けられ、前記第1電極は、前記画素の列方向に延在するように設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の立体画像表示装置。
- 前記第3電圧は前記第2電圧と実質的に同じ電圧であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記スペーサは、隣接する3個のスペーサが正三角形の頂点となるように周期的に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記スペーサは球、円柱、あるいは直方体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の立体映像表示装置。
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