JP2015004725A - 画像表示装置 - Google Patents

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暢夫 内藤
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Abstract

【課題】パッシブ方式の画像表示装置において不必要な輝度低下を有効に回避して、実用上十分にクロストークを低減する。【解決手段】パッシブ方式により3次元画像を表示する画像表示装置1において、出射面に直線偏光板5を配置してなる画像表示パネル2と、画像表示パネル2のパネル面に配置されたパターン位相差フィルム3とを備え、連続する画素が右目用画素及び左目用画素に順次交互に設定されて、それぞれ右目用の画像データ及び左目用の画像データとで駆動される。パターン位相差フィルム3は、右目用画素及び左目用画素に対応して、透過光に対応する位相差を付与する右目用領域A及び左目用領域Bが順次交互に設けられた位相差層3Cを備える。画像表示装置1は、位相差層3Cから画像表示パネル2のパネル面までの間隔が600μm以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、パッシブ方式による3次元画像表示に係る画像表示装置に関するものである。
近年、パッシブ方式により3次元画像を表示する画像表示装置が提供されている。ここで図5は、液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の画像表示装置を示す概略図である。パッシブ方式の画像表示装置は、垂直方向又は水平方向(この図5の例では、垂直方向)に連続する液晶表示パネルの画素を、順次交互に、右目用及び左目用に割り当て、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動し、これにより右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。また液晶表示パネルのパネル面(視聴者側面)にパターン位相差フィルムを配置し、右目用の画素及び左目用の画素からの直線偏光による出射光を、右目用及び左目用で方向の異なる円偏光に変換する。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡を装着して、右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供し、3次元画像を表示する。
このためパターン位相差フィルムは、液晶表示パネルにおける画素の設定に対応して、遅相軸方向(屈折率が最大となる方向)が直交する2種類の帯状領域が順次交互に形成される。ここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、+45度と−45度、又は0度と+90度の組み合わせが採用される。なおこの図5の例では、通常の画像表示装置における呼称に習って画面の長辺方向を水平方向として示す。
このパッシブ方式は、応答速度の遅い画像表示装置でも適用することができ、さらにパターン位相差フィルムと円偏光メガネとを用いた簡易な構成で3次元表示することができる。なおパッシブ方式の画像表示装置では、図5の例による垂直方向に代えて、水平方向に連続する画素を順次交互に右目用及び左目用に振り分ける方法も採用される。
このパッシブ方式に係るパターン位相差フィルムは、画素の割り当てに対応して透過光に位相差を与えるパターン状の位相差層が必要である。このパターン位相差フィルムに関して、特許文献1には、配向規制力を制御した光配向層をガラス基板上に形成し、この光配向層により液晶の配列をパターンニングして位相差層を作成する方法が開示されている。また特許文献2には、レーザーの照射によりロール版の周側面に微細な凹凸形状を形成し、この凹凸形状を転写してパターン状に配向規制力を制御した配向層を作製する方法が開示されている。また特許文献3には、マスクを使用した交互のラビング処理により配向膜を作製する方法が提案されている。
この種の画像表示装置では、いわゆるクロストークが発生する場合がある。ここでクロストークは、本来、右目及び左目に提供することが必要な右目用画素及び左目用画素からの出射光が、これとは異なり左目及び右目に漏れ込む現象である。この種の画像表示装置において、クロストークが激しくなると画質劣化が著しくなる。具体的に、クロストークにより、表示画像の立体感が損なわれ、著しい場合には、二重写しにより画像が知覚されることになる。
特許文献4には、パターン位相差フィルムにおける右目用及び左目用の帯状領域の境界に、遮光部を設けることによりクロストークを低減する方法が提案されている。
ところで上述したようにこの種の画像表示装置では、極力、クロストークを低減することが求められる。このために例えば特許文献4に記載の構成を採用することが考えられる。しかしながら特許文献4に開示の方法の場合、工程が複雑になる問題がある。
またパターン位相差フィルムでは、右目用画素に対応する帯状領域と、左目用画素に対応する帯状領域とで幅が異なってしまう。さらにパターン位相差フィルムを画像表示パネルに貼り合わせる場合には、ばらつきを避け得ず、これにより画像表示パネルの画素の境界に対して、帯状領域の境界が位置ずれする。画像表示装置では、これらによってもクロストークが増大して画質劣化が著しくなる問題がある。
特開2005−49865号公報 特開2010−152296号公報 特開平2011−215562号公報 特開2008−257207号公報
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、これらの問題点を一挙に解決してクロストークによる画質劣化を有効に回避することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、位相差層と画像表示パネルとの間隔を短くすることにより、パターン位相差フィルムにおける帯状領域の境界の変位等によるクロストーク成分の増大を低減し、これによりクロストークによる画質劣化を有効に回避するとの着想に至り、本発明に想到した。
(1) パッシブ方式により3次元画像を表示する画像表示装置において、
各画素の境界を遮光する遮光部と直線偏光板とが順次出射面に配置された画像表示パネルと、
前記画像表示パネルのパネル面に配置されたパターン位相差フィルムとを備え、
連続する画素が右目用画素及び左目用画素に順次交互に設定されて、それぞれ右目用の画像データ及び左目用の画像データとで駆動され、
前記パターン位相差フィルムは、
前記右目用画素及び左目用画素に対応して、透過光に対応する位相差を付与する右目用領域及び左目用領域が順次交互に設けられた位相差層を備え、
前記画像表示装置は、
前記位相差層から前記画像表示パネルのパネル面までの間隔が600μm以下である。
(1)によれば、位相差層と画像表示パネルとの間隔を短くして、第1及び第2の領域の境界の変位等によるクロストークの増大を低減することができ、これによりクロストークによる画質劣化を有効に回避することができる。
(2) (1)において、
前記画像表示装置から離間した位置において、前記右目用画素及び又は左目用画素からの出射光であって、前記右目用領域及び又は左目用領域を透過して到来する信号成分の光量に対して、前記左目用画素及び又は右目用画素からの出射光であって、前記右目用領域及び又は左目用領域を透過して到来するクロストーク成分の光量の比率が、10%以下である。
(2)によれば、クロストークによる画質劣化を知覚できないようすることができる。
(3) (2)において、前記離間した位置において、前記右目用画素からの出射光であって、前記右目用領域を透過して到来する信号成分の光量と、前記左目用画素からの出射光であって、前記左目用領域を透過して到来する信号成分の光量との差分値が、前記右目用領域を透過して到来する信号成分の光量又は前記左目用領域を透過して到来する信号成分の光量のうちの光量の大きい側の10%以下である。
(3)によれば、右目用及び左目用の画像間の輝度差による画質劣化を、併せて有効に回避することができる。
(4) (1)、(2)、又は(3)において、前記右目用領域及び左目用領域の幅が、0.01mm以上、0.03mm以下の範囲で異なっている。
(4)によれば、実用上十分に、右目用領域及び左目用領域で幅が相違する場合でも、クロストークによる画質劣化を有効に回避することができる。
本発明によれば、クロストークによる画質劣化を有効に回避することができる。
本発明の第1実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。 クロストークの説明に供する図である。 図2の続きの説明に供する図である。 クロストーク量の計算結果を示す図である。 パッシブ方式による3次元画像表示の説明に供する図である。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置を示す断面図である。この画像表示装置1は、画像表示パネル2のパネル面(視聴者側面)にパターン位相差フィルム3が配置される。画像表示装置1は、ユーザ―の操作により動作モードを2次元画像表示モードと3次元画像表示モードとで切り替え、3次元画像表示モードでは、パッシブ方式により3次元画像を提供する。
すなわち画像表示装置1は、3次元画像表示モードにおいて、垂直方向(この図1では紙面の水平方向)に連続する画像表示パネル2の画素を、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分けて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動する。これにより画像表示装置1は、画像表示パネル2による表示画面を、右目用の画像を表示する帯状の領域(図1においては、符号Rにより示す)と、左目用の画像を表示する帯状の領域(図1においては、符号Lにより示す)とに交互に区分し、右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。この画像表示装置1は、この画像表示パネル2のパネル面に配置されたパターン位相差フィルム3により、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。これによりこの画像表示装置1では、円偏光フィルタによる眼鏡を介して3次元画像を視聴することができる。これに対して画像表示装置1は、2次元画像表示モードでは、連続する画像データにより画像表示パネル2を駆動して2次元画像を表示する。
画像表示パネル2は、例えば液晶表示パネルであり、出射面側に、カラーフィルタ4、直線偏光板5が順次設けられる。ここでカラーフィルタ4は、ガラス等による透明基板4Aに、遮光部4C、フィルタ部4Bが順次設けられる。フィルタ部4Bは、カラーフィルタとしての光学的機能を担う部位であり、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ選択的に透過させる帯状領域を画素の配置に対応して表示画面の水平方向(この図1において紙面の奥行方向)に順次循環的に形成して作製される。遮光部4Cは、いわゆるブラックマトリックスであり、各画素の境界を跨ぐように、各画素の境界に一定の幅により形成されて出射光を遮光する。画像表示パネル2は、透明基板4Aが視聴者側となるようにカラーフィルタ4が配置される。
直線偏光板5は、接着層6によりカラーフィルタ4の透明基板4Aに貼り付けられて配置される。直線偏光板5は、TAC(トリアセチルセルロース)等の透明フィルムからなる基材5A及び5Cにより光学機能層5Bを挟持した形状により作成される。具体敵に、直線偏光板5は、基材5Aが鹸化処理された後、光学機能層5Bが配置される。なお基材5A及び5Cは、これに代えてポリ(メタ)アクリル酸メチル、ポリ(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸ブチル共重合体、(メタ)アクリル酸メチル−スチレン共重合体等のアクリル樹脂等の樹脂、ソーダ硝子、カリ硝子、鉛硝子、石英硝子等の硝子等を適用することができる。光学機能層5Bは、直線偏光板としての光学的機能を担う部位であり、例えばポリビニルアルコール(PVA)によるフィルム材に、ヨウ素化合物分子を吸着配向させて作製される。直線偏光板5は、さらに基材5Cが配置されて作成される。
パターン位相差フィルム3は、接着層8により直線偏光板5に貼り付けられて配置される。ここでパターン位相差フィルム3は、TAC(トリアセチルセルロース)、アクリル等の透明フィルムからなる基材3Aの一方の面上に、配向膜3B、位相差層3Cが順次作製される。パターン位相差フィルム3は、屈折率異方性を保持した状態で固化(硬化)された液晶材料により位相差層3Cが形成され、この液晶材料の配向を配向膜3Bの配向規制力によりパターンニングする。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム3は、画像表示パネル2における画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域(第1の領域)Aと左目用の領域(第2の領域)Bとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。
パターン位相差フィルム3は、光配向材料により光配向材料膜が作製された後、いわゆる光配向の手法によりこの光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射し、これにより光配向膜による配向膜3Bが形成される。ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が右目用の領域Aと左目用の領域Bとで90度異なるように設定され、これにより位相差層3Cに設けられる液晶材料に関して、右目用の領域A及び左目用の領域Bとで対応する向きに液晶分子を配向させ、透過光に対応する位相差を与える。なおここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、+45度と−45度、又は0度と+90度の組み合わせが採用される。また光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、この実施形態では、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光2量化型の材料を使用する。なおこの光2量化型の材料については、「M.Schadt,K.Schmitt,V.Kozinkov and V.Chigrinov:Jpn.J.Appl.Phys.,31,2155(1992)」、「M.Schadt,H.Seiberle and A.Schuster:Nature,381,212(1996)」等に開示されており、例えば「ROP-103」(Rolic technologies Ltd.社製)の商品名により既に市販されている。
さらにパターン位相差フィルム3は、基材3Aの他方の面に、反射防止層3Eが設けられ、この反射防止層3Eが視聴者側となるように配置される。
〔クロストーク〕
画像表示装置1は、位相差層3Cと画像表示パネル2との間隔の設定により、画像表示パネル2の画素境界に対する、パターン位相差フィルム3の右目用領域A及び左目用領域Bの境界の変位等によるクロストークの増大を低減し、これによりクロストークによる画質劣化を有効に回避する。なおこの右目用領域A及び左目用領域Bの境界の変位は、第1及び第2の領域幅の相違、パターン位相差フィルムを張り付ける際の位置ずれによるものである。
ここでパターン位相差フィルムでは、第1又は第2の領域幅の分だけ精度良く開口を作製したマスクを使用した露光処理により配向膜3Bを作製する場合であっても、またこれに代えてマスクを使用した交互のラビング処理により配向膜3Bを作製する場合に、このマスクに第1及び第2の領域の分だけ精度良く開口を作製する場合であっても、作成された位相差層において第1及び第2の領域で幅の相違を避け得ず、結局、第1及び第2の領域幅を等しくするためには、マスクの修正と、この修正したマスクによる試作とを何度か繰り返すことが必要である。これにより第1及び第2の領域幅の相違に起因する右目用領域A及び左目用領域Bの境界の変位によるクロストークの増大を低減し、クロストークによる画質劣化を有効に回避することができれば、一段と生産性を向上することができる。またパターン位相差フィルムの貼り付けにも誤差の発生を避け得ず、これによりパターン位相差フィルムを張り付ける際の位置ずれに起因する右目用領域A及び左目用領域Bの境界の変位によるクロストークの増大を低減し、クロストークによる画質劣化を有効に回避することができれば、一段と生産性を向上することができる。
図2は、クロストークの説明に供する図である。画像表示パネルの画面中央の垂直方向に右目の視点が存在するものとし、画像表示装置1の視聴者側面からこの視点までの距離をLとする。ここで通常Lは、表示画面の高さの1倍〜3倍である。またパターン位相差フィルム3の位相差層3Cと画像表示パネル2のパネル面までの間隔を、画素の領域を実質的に規定する遮光部4Cと位相差層3C(位相差層3Cの厚み方向の中央)との間隔により定義してDにより表す。また遮光部4Cの幅を2Bにより表す。
またこの画面中央から上方向及び下方向における画素の順番をn及びmにより表す。各画素の繰り返しピッチをPとすると、画面中央からn−1番目の遮光部4Cは、その中心位置が画面中央から(n−1)Pにより表されることになる。また画面中央からm−1番目の遮光部4Cは、その中心位置が画面中央から(m−1)Pにより表されることになる。また画素の境界に対する右目用領域Aの上側境界及び下側境界の変位をF及びG(F>G)により示す
ここで視聴者の右目への入射光を検討する。ここで画面中央から上方向では、nが奇数の場合の(n−1)P+BからnP−Bの範囲からの出射光が、本来、右目用画素からの右目に入射すべき出射光となり、画面中央から下方向では、mが偶数の場合の(m−1)P+BからmP−Bの範囲からの出射光が、本来、右目用画素からの右目に入射すべき出射光となる。しかしながらこのような出射光にあっては、パターン位相差フィルム3の領域A及びBにより、その一部(SignR及びSigmRにより表される範囲の光)のみが右目用領域Aを透過することになり、この透過光量が本来の信号成分となる。またこの本来の信号成分は、パターン位相差フィルム2における領域A及びBの境界の変位により変化することになる。
またさらに隣接する左目用画素Lからの出射光のうちの一部(CTnR及びCTmRにより表される範囲の光)が、パターン位相差フィルム3の右目用領域Aを透過して右目の入射し、この光がクロストーク成分となる。このクロストーク成分にあっても、パターン位相差フィルム2における領域A及びBの境界の変位により変化することになる。ここでこの信号成分とクロストーク成分との光量比を充分に確保することができれば、充分にクロストークによる画質劣化を防止することができる。
ここで各画素から各方向への出射光量は、ほぼ等しいことにより、この信号成分とクロストーク成分との光量は、それぞれ視点から見た範囲SignR及びSigmRの角度θSigPnR及びθSigPmR、範囲CTnR及びCTmRの角度θCTPnR及びθCTPmRに比例することになる。これによりこの範囲SignR及びSigmRの角度θSigPnR及びθSigPmR、範囲CTnR及びCTmRの角度θCTPnR及びθCTPmRを表示画面の全面でそれぞれ累積してSigNR及びSigMR、CTNR及びCTMRにより表すと、SigNR及びSigMR、CTNR及びCTMRは次式により表すことができる。
Figure 2015004725
またこの図2との対比により図3に示すように、左目用の画素Lから出射して左目用の領域Bを透過する出射光(SignL及びSigmLにより表される範囲の光)、隣接する右目用の画素Rから出射されて左目用の領域Bを透過する出射光(CTnL及びCTmLにより表される範囲の光)について、視点から見た角度θSigPnL及びθSigPmL、角度θCTPnL及びθCTPmLを表示画面の全面でそれぞれ累積してSigNL及びSigML、CTNL及びCTMLにより表すと、SigNR及びSigMR、CTNR及びCTMRは次式により表すことができる。
Figure 2015004725
ここでこのようにして求められる計算結果を1画面分合計して信号成分に対するクロストーク成分の比率(CTNR+CTMR)/(SigNR及びSigMR)及び(CTNL+CTML)/(SigNL及びSigML)を求めると、この比率を10%以下にすることにより、クロストークによる画質劣化が概ね知覚できないことが判った。
ここで間隔Dについてみると、間隔Dを小さくすることにより、クロストークによる画質劣化を低減することができ、間隔Dが小さい程、領域A及びBの境界の変位によるクロストーク成分の増大を低減することができ、その結果、クロストークによる画質劣化を知覚できないようにすることができる。
画像表示パネル2が40インチフルHD(1920×1080pixel)である場合、P=0.46121mmとなり、遮光部4Cの幅2Bは0.08mmである。L=1250mm(画面の高さのほぼ2.5倍)として間隔Dを種々に変更すると、図4の計測結果が求められる。なおこの図4は、左目用領域Bの繰り返しピッチP(0.46121mm)に対して左目用領域Bの幅が0.03mm大きく、右目用領域Aの幅がこれとは逆に繰り返しピッチPより0.03mm小さく、貼り付け時に0.01mmの位置ずれが生じている場合である。この右目用領域A及び左目用領域Bの幅の相違量0.03mm、貼り付け時の位置ずれ量0.01mmは、ワーストケースであり、実際の生産工程では、相違量及び位置ずれ量は、この数値以下である。
この図4の計測結果によれば、間隔Dを600μmに設定すれば、右目及び左目でクロストークに係る比率を5.00%、9.88%とすることができ、これにより比率を10%以下に設定できることが判る。
またこのようにして計算される右目及び左目に係る信号成分の光量においては、右目及び左目で光量差が大きくなると、画質劣化が知覚されるようになる。この光量差を検討したところ、光量差が10%以上となると、画質劣化が知覚されることが判った。より具体的には、右目用画素Rからの出射光であって、右目用領域Aを透過して到来する信号成分の光量と、左目用画素Lからの出射光であって、左目用領域Bを透過して到来する信号成分の光量との差分値が、これらの光量のうちの光量の大きい側の10%以下であるようにすれば、この光量差により画質劣化が知覚されることが判った。
図4の計測結果によれば、間隔Dを600μm以下に設定すれば、このような光量差も10%以下とすることができ、この光量差による画質劣化も防止することができる。
ここで一般的な画像表示装置では、接着層6、8に感圧接着剤による粘着層が適用され、接着層8、直線偏光板5、接着層6、カラーフィルタ4の透明基板4Aがそれぞれ厚み75μm、200μm、75μm、600μmである。これにより位相差層3Cと画像表示パネル2のパネル面までの間隔Dは、概ね950μmとなる。
そこでこの実施形態では、接着層8、直線偏光板5、接着層6、カラーフィルタ4の透明基板4Aをそれぞれ厚み50μm、100μm、50μm、300μmに設定し、これにより間隔Dを600μm以下に設定した。
〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。
すなわち上述の実施形態では、光配向膜を使用してパターン位相差フィルムを構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、賦型処理等により1方向に延長する微細なライン状の凹凸形状による配向膜によりパターン位相差フィルムを構成する場合にも広く適用することができる。
また上述の実施形態では、画像表示パネルに液晶表示パネルを適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、有機Elパネル等、各種の画像表示パネルを広く適用することができる。
1 画像表示装置
2 画像表示パネル
3 パターン位相差フィルム
3A 基材
3B 配向膜
3C 位相差層
4 カラーフィルタ
4A、5A 透明基板
4B フィルタ部
4C 遮光部
5 直線偏光板
5B 光学機能層
6、8 接着層

Claims (4)

  1. パッシブ方式により3次元画像を表示する画像表示装置において、
    各画素の境界を遮光する遮光部と直線偏光板とが順次出射面に配置された画像表示パネルと、
    前記画像表示パネルのパネル面に配置されたパターン位相差フィルムとを備え、
    連続する画素が右目用画素及び左目用画素に順次交互に設定されて、それぞれ右目用の画像データ及び左目用の画像データとで駆動され、
    前記パターン位相差フィルムは、
    前記右目用画素及び左目用画素に対応して、透過光に対応する位相差を付与する右目用領域及び左目用領域が順次交互に設けられた位相差層を備え、
    前記画像表示装置は、
    前記位相差層から前記画像表示パネルのパネル面までの間隔が600μm以下である
    画像表示装置。
  2. 前記画像表示装置から離間した位置において、前記右目用画素及び又は左目用画素からの出射光であって、前記右目用領域及び又は左目用領域を透過して到来する信号成分の光量に対して、前記左目用画素及び又は右目用画素からの出射光であって、前記右目用領域及び又は左目用領域を透過して到来するクロストーク成分の光量の比率が、10%以下である
    請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記離間した位置において、前記右目用画素からの出射光であって、前記右目用領域を透過して到来する信号成分の光量と、前記左目用画素からの出射光であって、前記左目用領域を透過して到来する信号成分の光量との差分値が、前記右目用領域を透過して到来する信号成分の光量又は前記左目用領域を透過して到来する信号成分の光量のうちの光量の大きい側の10%以下である
    請求項2に記載の画像表示装置。
  4. 前記右目用領域及び左目用領域の幅が、0.01mm以上、0.03mm以下の範囲で異なっている
    請求項1、請求項2、請求項3の何れかに記載の画像表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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