JP2020064092A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、視差バリア方式の立体表示装置において、ＰＳの設計を煩雑にすることなく、画素とバリアパネルのＰＳとの干渉に起因する輝度ムラを低減することを目的とする。【解決手段】立体表示装置１０１は、表示パネル１と、表示パネル１に重ねて配置されるバリアパネル４と、を備える。表示パネル１は、表示光を発しないＢＭ領域１５と、ＢＭ領域の開口であり、表示光を発する複数の画素２１とを備える。複数の画素２１は、ｘ方向およびｙ方向に等ピッチで配列される。光バリア素子は、一対のガラス基板４１，４２と、ガラス基板４１，４２間に設けられる液晶層４４と、ガラス基板４１，４２間に設けられる複数のＰＳ４７を有する。複数のＰＳ４７は、ｘ方向およびｙ方向に等ピッチで配列される。複数のＰＳ４７のｘ方向およびｙ方向の配列ピッチは、それぞれ複数の画素２１のｘ方向およびｙ方向の配列ピッチの整数倍ではない。【選択図】図３

Description

この発明は、視差バリア方式の立体表示装置に関する。

近年、立体視表示を実現可能な立体表示装置が注目を集めている。立体表示装置は、観察者の左右の目の視差に対応した左目用映像と右目用映像を表示する。観察者は、左目で左目用映像を見ると同時に、右目で右目用映像を見ることにより、奥行きのある立体的な映像を認識する。

立体表示装置の一方式として光バリア素子を用いた視差バリア方式がある。視差バリア方式における光バリア素子の多くは、液晶により構成される。このような光バリア素子は、一対の基板により液晶層を挟み込んだ構成を有するバリアパネルである。バリアパネルの液晶層には、両基板の間隔を一定に保つために複数のスペーサが設けられている。液晶層は、独立して光を透過または遮断することが可能な複数のサブ領域を有している。

バリアパネルに配設されるスペーサは、パターニングにより形成される。このスペーサは、柱状スペーサ、あるいはポストスペーサ（以下、「ＰＳ」）と呼ばれる。ＰＳがバリアパネルに周期的に配列されると、表示パネルの画素の周期的な配列と干渉して、モアレ現象による周期的な輝度ムラが発生するという課題がある。

この課題に対して特許文献１では、バリアパネルにＰＳをランダムに配置することにより、モアレ現象による周期的な輝度ムラを低減することが提案されている。また、特許文献２では、バリアパネルにおけるＰＳの配列方向を、表示パネルの画素の配列方向に対して傾斜させることにより、モアレ現象による周期的な輝度ムラを低減することが提案されている。

特開２０１２−１９４２５７号公報 特開２０１２−２３４１４２号公報

しかしながら、これらの先行技術文献の技術では、ＰＳの設計が煩雑になるという問題があった。本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、視差バリア方式の立体表示装置において、ＰＳの設計を煩雑にすることなく、画素とバリアパネルのＰＳとの干渉に起因する輝度ムラを低減することを目的とする。

本発明の立体表示装置は、表示部と、表示部に重ねて配置される光バリア素子と、を備え、表示部は、表示光を発しないブラックマトリクス領域と、ブラックマトリクス領域の開口であり、表示光を発する複数の画素とを備え、複数の画素は、第１方向および第１方向と異なる第２方向に等ピッチで配列され、光バリア素子は、一対のバリア基板と、一対のバリア基板間に設けられる第１液晶層と、一対のバリア基板間に設けられる複数の第１スペーサとを有し、複数の第１スペーサは、第１方向および第２方向に等ピッチで配列され、複数の第１スペーサの第１方向および第２方向の配列ピッチは、それぞれ複数の画素の第１方向および第２方向の配列ピッチの整数倍ではない。

本発明の立体表示装置において、複数の第１スペーサの第１方向および第２方向の配列ピッチは、それぞれ複数の画素の第１方向および第２方向の配列ピッチの整数倍からずらして設定される。このような、第１スペーサの簡単な設計により、画素とバリアパネルのＰＳとの干渉に起因する輝度ムラを低減することが可能である。

実施の形態１の立体表示装置の全体構成を模式的に示した斜視図である。 実施の形態１の立体表示装置のｘ方向の断面図である。 実施の形態１の立体表示装置におけるバリアパネルのＰＳとＢＭ領域との位置関係を示す平面図である。 比較例の立体表示装置におけるｘ方向の輝度変化を示す図である。 実施の形態１の立体表示装置におけるｘ方向の輝度変化を示す図である。 実施の形態２の立体表示装置の全体構成を模式的に示した斜視図である。 実施の形態２の立体表示装置のｘ方向の断面図である。 実施の形態２の立体表示装置におけるバリアパネルのＰＳと、表示パネルのＰＳと、ＢＭ領域との位置関係を示す平面図である。 実施の形態３の立体表示装置におけるバリアパネルのＰＳと、表示パネルのＰＳと、ダミーパターンと、ＢＭ領域との位置関係を示す平面図である。 実施の形態３の立体表示装置のｘ方向の断面図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
実施の形態１の立体表示装置１０１について、以下、図１から図５を用いて説明する。図１は、立体表示装置１０１の全体構成を模式的に示した斜視図である。図１の紙面上を左から右へ向かう表示領域２の長辺に沿った方向をｘ方向とし、図１の紙面上を上から下へ向かう表示領域２の短辺に沿った方向をｙ方向とし、ｘ方向とｙ方向に垂直な立体表示装置１０１の奥行方向をｚ方向とする。なお、ｘ方向を第１方向、ｙ方向を第２方向とも称する。図２は、立体表示装置１０１のｘｚ平面における断面図である。図３は、立体表示装置１０１におけるバリアパネルの柱状スペーサとブラックマトリクス（ＢＭ）との位置関係を示す平面図である。図４は、比較例の立体表示装置におけるｘ方向の輝度変化を示す模式図である。図５は、立体表示装置１０１におけるｘ方向の輝度変化を示す模式図である。

図１に示されるように、立体表示装置１０１は、表示パネル１、バリアパネル４、およびバックライト５がこの順に積層された構成である。表示パネル１は表示領域２を備えており、表示部として機能する。バリアパネル４は、表示パネル１に対して重ねて配置される光バリア素子であり、透明接着層３によりバリアパネル４と貼り合わされる。透明接着層３は、ガラスと屈折率が比較的近い透明材料によりなる。

表示パネル１は、自発光式ではない液晶パネルであるため、バリアパネル４の背面側、すなわちｚ軸正側にバックライト５が配置される。観察者に対して表示パネル１が表側、バックライト５が裏側となる。なお、表示パネル１の背面側にバックライト５が設けられれば良いため、表示パネル１とバリアパネル４の積層順は図１に示すものとは逆であっても、立体表示装置として機能する。

図２に示されるように、表示パネル１は、２枚のガラス基板１１，１２と、ガラス基板１１，１２に挟まれた液晶層１３と、ガラス基板１１，１２の間隔を一定の距離に保つため両基板間に配置された柱状スペーサ（以下、「ＰＳ」と称する）１４とを備えている。つまり、表示パネル１は液晶パネルである。ガラス基板１１，１２は、表示パネル１を構成する基板であることから、表示基板とも称する。また、液晶層１３は第２液晶層とも称する。ガラス基板１２の液晶層１３に対する面には、ブラックマトリクス領域（以下、「ＢＭ領域」と称する）１５が設けられている。ＢＭ領域１５は、ガラス基板１２の液晶層１３に対する面の一部に形成されており、ＢＭ領域１５が形成されない領域であるＢＭ開口１６は、光を透過する。なお、表示パネル１には、これ以外にも偏光板、液晶層を駆動する電極、信号を制御するスイッチング素子等、様々な構成が設けられているが、主要な構成ではないため、図２では図示を省略しており、それらの説明もここでは省略する。

図２に示されるように、バリアパネル４は、２枚のガラス基板４１，４２と、ガラス基板４１，４２に挟まれた液晶層４４と、ガラス基板４１，４２の感覚を一定に保つため両基板間に配置された柱状スペーサ（以下、「ＰＳ」と称する）４７とを備えている。ガラス基板４１，４２は、バリアパネル４を構成する基板であることから、バリア基板とも称する。また、液晶層４４を第１液晶層とも称し、ＰＳ４７を第１スペーサとも称する。ガラス基板４１の液晶層４４に対する面には、液晶駆動電極４３が設けられ、ガラス基板４２の液晶層４４に対する面には、液晶駆動電極４６が設けられている。液晶駆動電極４３，４６は、液晶層４４を駆動する透明電極である。液晶駆動電極４６は、図２に示されるように、ｙ方向に分割された複数の電極であり、ｙ方向に延在している。分割された各液晶駆動電極４６は、互いに独立した電圧を液晶層４４に印加することが可能である。一つの液晶駆動電極４６により制御される液晶層４４の領域をサブ領域と称する。つまり、サブ領域は液晶駆動電極４６と同様、ｙ方向に延在すると共に、ｘ方向に配列している。各液晶駆動電極４６の電圧制御によって、液晶層４４のサブ領域における光の透過または遮断が制御される。隣り合う液晶駆動電極４６は、絶縁層４５により絶縁されており、上下に互い違いに配列されている。

なお、図２の例では、バリアパネル４を構成する一対のガラス基板４１，４２のうち、前面側のガラス基板４２上に分割された複数の液晶駆動電極４６が配置され、背面側のガラス基板４１上にはその全面に１枚の液晶駆動電極４３が配置されている。しかし、ガラス基板４１，４２の一方に分割された複数の液晶駆動電極が配置され、他方に１枚の液晶駆動電極が形成されていれば良い。従って、液晶駆動電極４６が１枚の電極で、液晶駆動電極４３が分割された構成であっても良い。

バリアパネル４において、光を遮断するサブ領域がバリア領域、光を透過するサブ領域がバリア開口領域となる。観察者の左右の目に、３次元画像に対応した特定の画素からの表示光が視認されるよう、バリア領域とバリア開口領域の位置が調整されることにより、バリアパネル４は視差バリアとして機能する。さらに、液晶駆動電極４３の分割方向に垂直なｘ方向における観察者の移動に対応して、バリア領域とバリア開口領域が移動することにより、バリアパネル４は観察者への追従機能を有した可動視差バリアとして機能する。

続いて、図３を用いて、バリアパネル４におけるＰＳ４７の配置の、表示パネル１におけるＢＭ領域１５との平面的な位置関係について説明する。図３に示されるように、ＢＭ開口１６は、ｘ方向およびｙ方向に配列してマトリクス状に設けられている。１つのＢＭ開口１６が、表示パネル１の１つの画素２１を構成する。図３では、ＢＭ開口１６にＲ，Ｇ，Ｂの文字が付されており、これはＢＭ開口１６がＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素に対応していることを示している。なお、図３では、ＰＳ４７とＢＭ領域１５が同じ平面図上に図示されているが、これは両者の平面的な位置関係を示すためであって、実際には両者は図２に示されるように異なる平面上に形成されている。

画素２１はｘ方向およびｙ方向に等ピッチで配列されている。画素２１のｘ方向の配列ピッチをｘ１とし、ｙ方向の配列ピッチをｙ１とする。ＰＳ４７も画素２１と同様、ｘ方向およびｙ方向に等ピッチで配列されている。ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチをｘ２とし、ｙ方向の配列ピッチをｙ２とする。ＰＳ４７の配列ピッチｘ２，ｙ２は、画素２１の配列ピッチｘ１，ｙ１の整数倍とは異なる値に設定される。最も単純な場合には、ＰＳ４７の配列ピッチｘ２，ｙ２は、画素２１の配列ピッチｘ１，ｙ１の１倍よりも１つのＰＳ４７の径だけ大きく設定される。すなわち、円柱形状のＰＳ４７の端面の直径をａとすると、ｘ２＝ｘ１＋ａ、ｙ２＝ｙ１＋ａの式が成立する。なお、画素２１の配列ピッチのことを、以下では単に画素ピッチとも称する。

バリアパネル４が視差バリアとして機能するためには、サブ領域における光の透過または遮断を制御することにより、表示パネル１の異なる画素から発する２つの表示光を、観察者の左目と右目にそれぞれ視認させる必要がある。この機能を果たすために、表示パネル１とバリアパネル４の間隔Ｄ２は、一般的に０．５ｍｍ以上２ｍｍ未満程度に設定され、表示パネル１の画素ピッチのサイズの５０μｍ以上１００μｍ未満程度に設定される。すなわち、表示パネル１とバリアパネル４の間隔Ｄ２は、画素ピッチのサイズに比べて１０倍以上である。

従って、比較例の立体表示装置では、以下に説明する問題が発生する。図４は、比較例の立体表示装置におけるｘ方向の輝度分布を示している。比較例の立体表示装置では、ＰＳ４７の配列ピッチｘ２，ｙ２が画素２１の配列ピッチｘ１，ｙ１に等しく、ｚ軸方向からの平面視において、ＢＭ領域１５の形成領域にＰＳ４７が重なるように配置されている。観察点が無限遠であれば、表示領域２の全域において観察角度θは９０度であり、全てのＰＳ４７は完全にＢＭ領域１５に隠れる。しかし、現実的な観察点から観察した場合、表示領域２の各位置において観察角度θは異なる。なお、観察角度θは、観察点と表示画面上の位置を結ぶ線とｘ軸とがなす角度として定義される。観察角度θの違いによって、表示画面上の各位置において、非透過領域となるＰＳ４７が表示パネル１のＢＭ開口１６に露出したりＢＭ領域１５に隠れたりする。

より具体的には、観察点の正面方向に位置する表示画面上の位置では、ＰＳ４７がＢＭ領域１５に完全に隠れる。そして、正面方向のＰＳ４７の１つ隣のＰＳ４７は、観察角度θの変化によって約１μｍだけＢＭ開口１６に露出する。また、正面方向のＰＳ４７の１つ隣のＰＳ４７は、観察角度θの変化によって約２μｍだけＢＭ開口１６に露出する。このように、比較例の立体表示装置では、ＰＳ４７がＢＭ開口１６から露出する程度は、観察角度θの変化に応じて段階的に変化する。その結果、ＰＳ４７がＢＭ領域１５に隠れている表示画面上の位置は輝度の高い領域、すなわち明部となり、ＰＳ４７がＢＭ開口１６から露出している表示画面上の位置は輝度の低い領域、すなわち暗部となる。そして、明部と暗部が観測角度に応じて周期的に表れることになる。

図４のグラフは、観察点Ｐから表示画面上の各位置を観察した際における相対的な輝度変化を概念的に示したものである。明部と暗部の繰り返しピッチは、観測点Ｐから表示パネル１までの距離Ｄ１、画素ピッチｘ１、表示パネル１からバリアパネル４までの距離Ｄ２によって変化する。例えば、Ｄ１が６０ｃｍ、ｘ１が６０μｍ、Ｄ２が１ｍｍの場合、暗部は約３６ｍｍ毎に周期的に発生する。すなわち、暗部の繰り返しピッチは約３６ｍｍである。このように、約３６ｍｍのピッチで連続的に変化する輝度分布は輝度ムラ、すなわちモアレ現象として認識される。

一方、実施の形態１の立体表示装置１０１では、ＰＳ４７の配列ピッチを表示パネル１の画素ピッチの整数倍からずらす。具体的には、ＰＳ４７の配列ピッチは、画素ピッチの１倍よりも大きく、画素ピッチの２倍よりも小さく設定される。これにより、隣り合うＰＳ４７間で、ＢＭ領域１５との相対的な平面位置関係を意図的に変化させている。立体表示装置１０１におけるＰＳ４７とＢＭ領域１５のより具体的な位置関係について、図５を用いて説明する。

図５は、ｘｚ断面におけるバリアパネル４のＰＳ４７と表示パネル１のＢＭ領域１５との位置関係を示している。ＰＳ４７の直径ｘ３を１５μｍとする。ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２は、ｘ方向の画素ピッチｘ１の整数倍からΔｘだけずらしている。ここで、Δｘはｘ３に等しく１５μｍとしている。ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２をｘ方向の画素ピッチｘ１の１倍からΔｘだけずらす場合、ｘ２は１０５μｍとなる。ＢＭ領域１５とＢＭ開口１６の幅をそれぞれ４５μｍとすると、無限遠から観測した場合に、ＰＳ４７がＢＭ領域１５に隠れる明部とＰＳ４７がＢＭ開口１６に露出する暗部が３画素毎に入れ替わる。従って、明部と暗部のピッチｘ４は０．６３ｍｍと近くなり、明暗の輝度分布は認識されない。

ここで、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２の、画素ピッチｘ１からのずらし量Δｘは、ＰＳ４７の直径ｘ３と同じ１５μｍであるが、これに限らない。但し、ずらし量Δｘが小さいと、連続してＢＭ領域１５に隠れるまたは露出するＰＳ４７の数が増え、明部と暗部のピッチｘ４が大きくなる。従って、ずらし量Δｘは３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより効果的である。また、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２をｘ方向の画素ピッチｘ１の整数倍からずらすため、ずらし量Δｘの上限は、ｘ方向の画素ピッチｘ１未満である。

なお、図５ではＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２について説明したが、ｙ方向の配列ピッチｙ２についても同様である。

図３では、ＢＭ開口１６に付されたＲＧＢＷの文字が各画素２１の色を表している。図３に示されるように、表示パネル１では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白）の４色の画素が２行２列のマトリクス状に配列されている。これら４つの画素が基本単位となって、画像を構成する有色の点である絵素２２が構成される。そして、絵素２２が繰り返し配置されることにより表示領域が構成されている。すなわち、絵素２２の配列ピッチである絵素ピッチは、画素ピッチの２倍である。表示パネル１では上記のように画素２１と絵素２２が配置されていることから、画素ピッチの整数倍からずらした配列ピッチで配置されたＰＳ４７は、絵素ピッチからもずらして配置されている。その結果、ＰＳ４７が露出するＢＭ開口１６における画素の色は、観察角度に依存せず均等になり、色ムラが抑制される。

以上に述べたように、実施の形態１の立体表示装置１０１は、表示部と、表示部に重ねて配置される光バリア素子と、を備える。表示部は、表示光を発しないＢＭ領域１５と、ＢＭ領域１５の開口であり、表示光を発する複数の画素２１とを備える。複数の画素２１は、第１方向および第１方向と異なる第２方向に等ピッチで配列される。光バリア素子は、一対のバリア基板であるガラス基板４１，４２と、一対のガラス基板４１，４２間に設けられる第１液晶層である液晶層４４と、一対のガラス基板４１，４２間に設けられる複数の第１スペーサであるＰＳ４７とを有する。複数のＰＳ４７は、第１方向および第２方向に等ピッチで配列される。複数のＰＳ４７の第１方向および第２方向の配列ピッチは、それぞれ複数の画素２１の第１方向および第２方向の配列ピッチの整数倍ではない。従って、ＰＳ４７がＢＭ領域１５に隠れる明部と、ＰＳ４７がＢＭ開口１６に露出する暗部の周期が短くなり、モアレの視認性が小さくなる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
バリアパネル４のＰＳ４７は、モアレの発生要因となるため、極力少ない方が好ましい。また、バリアパネル４の液晶層４４の容積は温度変化により変動する。従って、車載用途など使用温度範囲が広い場合には、液晶層４４の厚みが大きく変動する。そして、ＰＳ４７の配置密度が高ければ、液晶層４４の厚みの変動にＰＳ４７が十分追従できず、バリアパネル４に気泡が発生したり、輝度ムラおよび色ムラが発生したりすることが懸念される。つまり、使用温度範囲が広い用途においても、バリアパネル４のＰＳ４７は極力少ない方が好ましい。従って、実施の形態２では、バリアパネル４においてＰＳ４７の数を減らすと共に、表示パネル１を広い使用温度範囲に対応するデュアルスペーサ構造とした立体表示装置について説明する。

実施の形態２の立体表示装置１０２について、以下、図６から図８を用いて説明する。図６は、立体表示装置１０２の全体構成を模式的に示した斜視図である。図６において、ｘ，ｙ，ｚ軸の方向は図１と同様である。図７は、立体表示装置１０２のｘｚ平面における断面図である。図８は、立体表示装置１０２におけるＰＳとＢＭとの位置関係を示す平面図である。図６から図８は、実施の形態１における図１から図３にそれぞれ対応している。図６から図８において、実施の形態１と同一又は対応する構成要素には同一の参照符号を付している。以下、立体表示装置１０２の構成について、立体表示装置１０１との相違点を重点的に説明し、共通部分については、適宜、説明を省略する。

図６に示されるように、立体表示装置１０２は、立体表示装置１０１と同様、表示パネル１とバリアパネル４が透明接着層３を介して重ねて配置され、バリアパネル４の背面にバックライト５が配置された構成である。表示パネル１、表示領域２、透明接着層３、バリアパネル４およびバックライト５は、完全な矩形形状ではなく、各上辺の中央部に凹状のノッチ部１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを有する異形形状である。このような異形形状の表示装置は、近年、計器類をノッチ部の両側に表示する車載用途のディスプレイに多く用いられている。但し、実施の形態１の立体表示装置１０１と同様、立体表示装置１０２の表示パネル１、表示領域２、透明接着層３、バリアパネル４およびバックライト５は、ノッチ部１Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａを有さない矩形形状であっても良い。

図７に示されるように、立体表示装置１０２の表示パネル１は、複数のメインスペーサ１４Ｍと複数のサブスペーサ１４Ｓとを備えるデュアルスペーサ構造である。メインスペーサ１４Ｍは、通常時において、ガラス基板１１，１２の双方に接しており、ガラス基板１１，１２間の距離を所定距離に保持する。ここで通常時とは、常温、かつ、特にパネル表面に指押しなどによる外圧が印加されてない状態を指している。サブスペーサ１４Ｓは、メインスペーサ１４Ｍよりも液晶層１３の厚み方向の長さが短く、ガラス基板１２にのみ接している。

メインスペーサ１４Ｍは、サブスペーサ１４Ｓに比べて少ない比率で配置される。図８に一例として示されるように、メインスペーサ１４Ｍは８画素あたり１個の割合で配置され、サブスペーサ１４Ｓは８画素あたり３個の割合で配置される。メインスペーサ１４Ｍとサブスペーサ１４Ｓのそれぞれの直径は１６μｍである。

次に、図７および図８を用いて、ＰＳとＢＭ１６の平面的な位置関係について説明する。図８に示されるように、立体表示装置１０２においても立体表示装置１０１と同様、ＢＭ開口１６とバリアパネル４のＰＳ４７はｘ軸方向およびｙ軸方向に等ピッチで配列して設けられる。また、表示パネル１のメインスペーサ１４Ｍとサブスペーサ１４Ｓも、ｘ軸方向およびｙ軸方向に等ピッチで配列して設けられる。立体表示装置１０２におけるＰＳ４７の配列ピッチは、画素ピッチの整数倍からずらすという点で立体表示装置１０１におけるＰＳ４７の配列ピッチと同様であるが、より大きいピッチに設定される。それに伴い、立体表示装置１０２におけるＰＳ４７の配置数は立体表示装置１０１におけるＰＳ４７の配置数よりも少なくなっている。

図８に示されるように、立体表示装置１０２における円柱形状のＰＳ４７の直径は、立体表示装置１０１におけるＰＳ４７の直径に比べて大きく、２０μｍである。ＰＳ４７の配列ピッチは、画素ピッチの整数倍から２０μｍずらされる。図８では、ＰＳ４７の配列ピッチをｘ方向について画素ピッチの４倍から２０μｍずらし、ｙ方向について画素ピッチの３倍から２０μｍずらした例が示されている。つまり、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチｘ２は、ｘ方向の画素ピッチをｘ１、ＰＳ４７のｘ方向の寸法をｘ３とすると、ｘ２＝ｘ１×４＋ｘ３と表される。また、ＰＳ４７のｙ方向の配列ピッチｙ２は、ｙ方向の画素ピッチをｙ１、ＰＳ４７のｙ方向の寸法をｙ３とすると、ｙ２＝ｙ１×３＋ｙ３と表される。つまり、ｘ方向およびｙ方向の画素ピッチを９０μｍとすると、ＰＳ４７はｘ方向に３８０μｍ、ｙ方向に２９０μｍの等ピッチでそれぞれ配列される。このとき、ＰＳ４７は、概ね１２画素あたりに１個の割合で配置され、ＰＳ４７の配置密度は、（１個のＰＳ４７の配置面積）／（１２画素が占める面積）から、約０．２８％となる。ここで、ＰＳ４７の配置密度は、ＰＳ４７の配置面に対するＰＳ４７の接触面積の割合として定義され、他の構成要素についても配置密度は同様に定義される。

一方、表示パネル１におけるメインスペーサ１４Ｍは、８画素あたり１個の割合で配置されるため、その配置密度は（１個のメインスペーサ１４Ｍの配置面積）／（１２画素が占める面積）から、約０．３１％となる。

バリアパネル４のＰＳ４７の配置密度は、車載用途として低温から高温までの広い温度範囲での使用を想定すれば、当該使用を想定して設計される表示パネル１のデュアルスペーサ構造におけるメインスペーサ１４Ｍの配置密度以下であれば良い。そうすれば、広い温度範囲においてバリアパネル４に気泡発生および輝度ムラを生じることが無い。

また、表示パネル１に液晶パネル以外の表示装置を適用することを想定すれば、バリアパネル４単独でのＰＳ４７の配置密度の具体的な目安は、以下の通りである。すなわち、デュアルスペーサ構造の液晶表示装置において、気泡発生および輝度ムラを生じることが無いとされるメインスペーサの配置密度を目安として、ＰＳ４７の配置密度を例えば０．１％以上０．３％未満とすれば、広い温度範囲においてバリアパネル４に気泡発生および輝度ムラを生じることが無い。なお、上記の配置密度を算出する際に必要な１つのＰＳ４７の面積には、設計値ベースの寸法を用いても良いし、高さ方向の面積平均値を用いても良い。高さ方向の面積平均値を用いる場合、より高い精度で配置密度を算出することが可能である。

また、上記のような配置密度を用いず、１個のＰＳ４７あたりの画素数をＰＳ４７の配置比率の目安としても良い。例えば、連続する１０個以上の画素２１につき１個の割合でＰＳ４７を配置すれば、比較的広い温度範囲において気泡発生および輝度ムラがバリアパネル４に生じ無いようにすることができる。

図７に示されるように、立体表示装置１０２のバリアパネル４は、シングルスペーサ構造を採用している。すなわち、バリアパネル４に設けられるＰＳ４７は、全てガラス基板４１，４２の双方に接してガラス基板４１，４２の間隔を保持している。バリアパネル４はデュアルスペーサ構造におけるサブスペーサを有していない。これは以下の理由による。一般的に広い温度範囲で用いられる液晶パネルが、デュアルスペーサ構造を採用しサブスペーサを備えているのは、メインスペーサが比較的低密度に設けられる場合に、パネル面に対する指押しなどの外力の印加に対して、不可逆的な表示ムラの発生およびパネルの破損などを防ぐためである。一方、立体表示装置１０２では、バリアパネル４のＰＳ４７が低密度化されているものの、バリアパネル４がデュアルスペーサ構造を有する表示パネル１の背面側に配置される。そのため、表示パネル１に外力が加わった場合にも、バリアパネル４には直接的な外力が作用しない。また、表示パネル１のデュアルスペーサ構造と透明接着層３による干渉作用により、表示パネル１に外力が加わった際、バリアパネル４に加わる外力は大きく低減される。従って、バリアパネル４にサブスペーサを配置する必要はなく、バリアパネル４はデュアルスペーサ構造を採用していない。逆に、バリアパネル４にサブスペーサを配置すると、ＰＳ４７の配置密度を減らしてモアレの視認性を改善する実施の形態２の効果を減じることになる。つまり、実施の形態２の立体表示装置１０２は、モアレの視認性を薄くすること、広い温度範囲においてバリアパネル４における気泡発生および輝度ムラを抑制すること、外力印加に対する表示ムラおよびパネルの破損の抑制、という課題をバランス良く解決する好適な構成である。

図８に示されるように、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチはｙ方向の配列ピッチより大きい。具体的には、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチは画素ピッチの４倍となる３６０μｍから２０μｍずらした３８０μｍであり、ｙ方向の配列ピッチは画素ピッチの３倍となる２７０μｍから２０μｍずらした２９０μｍである。これは、表示パネル１とバリアパネル４（以下、単に「パネル」とも称する）の主面が、ｘ方向に長手方向、ｙ方向に短手方向を有する矩形状であることに起因する。すなわち、立体表示装置１０２では、パネルの長手方向であるｘ方向において、短手方向となるｙ方向よりもＰＳ４７の配列ピッチが大きく設定されている。これにより、以下の効果が得られる。つまり、ＰＳ４７の配列ピッチを大きくするとモアレのピッチも大きくなる。そのため、ＰＳ４７の配列ピッチを、パネルの長手方向において短手方向よりも大きくすることにより、パネルの長手方向におけるモアレのピッチをパネルの短手方向側におけるよりも大きくすることができる。従って、観測角度の差が大きくモアレが視認され易いパネルの長手方向において、モアレを視認され難くすることができる。観測点が表示パネル１から遠い場合には、表示パネル１の全体でモアレが視認されなくなることも可能である。一方、観測点が表示パネル１に近づくとモアレのピッチは小さくなるが、上記したＰＳ４７の配置によれば、モアレが現れたとしても一度に視認されるモアレの数を少なくすることができる。

また、立体表示装置１０２では、２行２列の４つの画素２１が絵素２２を構成している。従って、画素ピッチの整数倍からずらした配列ピッチで配置されたＰＳ４７は、絵素ピッチからもずらして配置されている。その結果、ＰＳ４７が露出するＢＭ開口１６における画素の色は、観察角度に依存せず均等になり、色ムラが抑制される。

また、立体表示装置１０２では、バリアパネル４の液晶層４４を駆動する分割された液晶駆動電極４６のｘ方向の幅および配列ピッチは１５μｍである。従って、液晶層４４のサブ領域のｘ方向の幅および配列ピッチは１５μｍである。一方、上述の通り、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチは３８０μｍであり、サブ領域の配列ピッチ１５μｍの２５倍より５μｍずれた値である。また、ＰＳ４７のｙ方向の配列ピッチは２９０μｍであり、サブ領域の配列ピッチ１５μｍの１９倍より５μｍずれた値である。バリアパネル４に形成される透過領域と遮光領域は、サブ領域を基礎単位として移動するが、サブ領域の配列ピッチの整数倍にＰＳ４７の配列ピッチが一致すると、ＰＳ４７がバリアパネル４の遮光領域に一致して表示に全く干渉しない領域と、ＰＳ４７がバリアパネル４の透過領域に一致して表示と大きく干渉する領域とが周期的に現れて、モアレの視認性が上がる。これに対して立体表示装置１０２では、ＰＳ４７のｘ方向の配列ピッチがサブ領域のｘ方向の配列ピッチの整数倍からずれているため、ＰＳ４７がバリアパネル４の遮光領域または透過領域に重なる程度が段階的に変化し、モアレの視認性が低下する効果が得られる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
以下、図９と図１０を用いて実施の形態３の立体表示装置１０３について説明する。立体表示装置１０３の全体構成は、立体表示装置１０３と同様であり、図６に示した通りである。図９は、立体表示装置１０３のｘｚ平面における断面図である。図１０は、立体表示装置１０３におけるＰＳ、ダミーパターンおよびＢＭの位置関係を示す平面図である。図９と図１０は、それぞれ実施の形態２の図７と図８に対応する。図９と図１０において、実施の形態２と同一又は対応する構成要素には同一の参照符号を付している。以下、立体表示装置１０３の構成について、立体表示装置１０２との相違点を重点的に説明し、共通部分については、適宜、説明を省略する。

図９に示されるように、立体表示装置１０３は、実施の形態２の立体表示装置１０２において、バリアパネル４に複数のダミーパターン４８を設けたものであり、それ以外の構成は立体表示装置１０２と同様である。ダミーパターン４８は、ＰＳ４７と同一層かつＰＳ４７の間の領域に、ＰＳ４７と共通の材料により形成される。ダミーパターン４８は、ＰＳ４７に比べて液晶層４４の厚み方向の長さが短く、一対のガラス基板４１，４２のうち一方のガラス基板にのみ接して設けられる。図９では、ダミーパターン４８が一層の液晶駆動電極４３の設けられるガラス基板４１にのみ接する様子を示しているが、ダミーパターン４８はガラス基板４２にのみ接しても良い。

立体表示装置１０３の使用温度が低温になると、バリアパネル４の液晶層４４は容積が小さくなり、厚みが小さくなる。ダミーパターン４８は、通常時だけでなくこのような場合においてもガラス基板４２と接しないよう、液晶層４４の厚み方向の長さに関してＰＳ４７と十分に差が設けられている。従って、ダミーパターン４８は、温度変化に伴う液晶層４４の厚みの変化に追従するＰＳ４７の高さの変化を妨げない。

なお、図９では、ダミーパターン４８がバリアパネル４の背面側の基板であるガラス基板４１に形成される例を示している。しかし、ダミーパターン４８はバリアパネル４の表面側の基板であるガラス基板４２に形成されても良い。また、バリアパネル４自体を表裏逆に配置しても良い。

次に、図１０を用いてダミーパターン４８の平面視における形状、すなわち平面パターン形状を説明する。図１０には、Ｉ次、Ｌ字、Ｔ字形状など、様々な平面パターンを有するダミーパターン４８が示されている。そして、これらのダミーパターン４８が様々な位置および向きで配置されている。このように、ダミーパターン４８の平面パターン形状は複数あることが望ましい。すなわち、複数のダミーパターン４８の平面パターン形状は互いに異なることが望ましい。

立体表示装置１０３においてＰＳ４７は、実施の形態２で説明したように、その配列ピッチが大きく、比較的低密度に配置される。ＰＳ４７の面積密度が小さくなると、ＰＳ４７による場所ごとの輝度変化が大きくなる。そこで、立体表示装置１０４では、ＰＳ４７間の領域にダミーパターン４８を配置することにより、ＰＳ４７により発生する輝度分布の平準化を図っている。この目的を達するため、ＰＳとダミーパターン４８は互いに近接せず、分散して配置される。

また、ダミーパターン４８は、ＢＭ開口１６と部分的に重なった場合に、その重なり面積と重なり領域の形状が各ダミーパターン４８で変化することが望ましい。そのため、ダミーパターン４８のｘ方向およびｙ方向の寸法は、ＰＳ４７より大きいことが望ましく、概ねＢＭ開口１６と同等の寸法であることがより望ましい。そして、ＢＭ開口１６との重なり面積および重なり領域の形状に関する規則性を排除するため、平面パターン形状および向きが異なる複数のダミーパターン４８が配置されることが望ましい。以上を踏まえたパターン形状であれば、ダミーパターン４８は例示したＩ字、Ｌ字、Ｔ字形状などに限らず、任意の記号またはアルファベット文字など比較的簡単なパターンであって、かつ、向きを変えることで形状が変わるように、線対称または回転対称に関する対称性が低いパターンを適宜選択することが望ましい。

なお、各ダミーパターン４８の位置、形状および向きをバリアパネル４の面内の全体に亘って全くランダムに設計することは難しい。そのため、例えばＰＳ４７の３から５ピッチ程度の範囲で、上述のとおりダミーパターン４８の位置、形状および向きを様々にしたパターン配置を設計し、当該パターン配置を基本単位としてバリアパネル４の面内全体に繰り返し配置すれば良い。

立体表示装置１０３によれば、形状および向きが互いに異なる複数のダミーパターン４８がＰＳ４７の間の領域に適度に分散して配置されるため、ＰＳ４７により生じる輝度分布が平準化され、効果的にモアレの視認性を薄くすることができる。また、ダミーパターン４８がＢＭ開口１６に重なる場合に、重なり領域の面積と形状が様々に変化する。そのため、画素の色ごとの輝度の周期性が平準化され、色ムラを効果的に緩和することができる。

なお、実施の形態１から３の立体表示装置１０１，１０２，１０３では、２行２列のマトリクス状に配列されたＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの４色の画素２１が基本単位となって絵素２２を構成した。しかし、より一般的なＬＣＤのようにＲ，Ｇ，Ｂの３色の画素２１が基本単位となって絵素を構成しても良い。この場合、画素ピッチのｘ方向とｙ方向の比率は１：３となる。

実施の形態１から３の立体表示装置１０１，１０２，１０３において、表示パネル１は液晶層１３をガラス基板１１，１２で挟み込んだ液晶パネルであった。すなわち、表示部は液晶パネルであった。しかし、表示部の画素およびＢＭと、バリアパネル４に配置されるＰＳ４７との位置関係が実施の形態１−３で説明した特徴を満たしていれば、表示部は有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイまたはＣＲＴディスプレイなど、他の形態の表示パネルであっても良い。表示部が自発光タイプの表示装置である場合には、バリアパネル４は表示部の前面側、つまり、観測点側に配置されることになる。このように表示部に他の形態の表示パネルを用いた場合においても、上記に説明した実施の形態１−３の基本的な効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 表示パネル、２ 表示領域、３ 透明接着層、４ バリアパネル、５ バックライト、１１，１２，４１，４２ ガラス基板、１３，４４ 液晶層、１４，４７ ＰＳ、１４Ｍ メインスペーサ、１４Ｓ サブスペーサ、１５ ＢＭ領域、１６ ＢＭ開口、２１ 画素、２２ 絵素、４３，４６ 液晶駆動電極、４５ 絶縁層、４８ ダミーパターン、１０１−１０４ 立体表示装置。

Claims (8)

1. 表示部と、
   前記表示部に重ねて配置される光バリア素子と、を備え、
   前記表示部は、
   表示光を発しないブラックマトリクス領域と、
   前記ブラックマトリクス領域の開口であり、表示光を発する複数の画素とを備え、
   前記複数の画素は、第１方向および前記第１方向と異なる第２方向に等ピッチで配列され、
   前記光バリア素子は、
   一対のバリア基板と、
   前記一対のバリア基板間に設けられる第１液晶層と、
   前記一対のバリア基板間に設けられる複数の第１スペーサとを有し、
   前記複数の第１スペーサは、前記第１方向および前記第２方向に等ピッチで配列され、
   前記複数の第１スペーサの前記第１方向および前記第２方向の配列ピッチは、それぞれ前記複数の画素の前記第１方向および前記第２方向の配列ピッチの整数倍ではない、
   立体表示装置。
2. 前記第１スペーサは、連続する１０個以上の前記画素に対して１個の割合で設けられる、
   請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記表示部は、
   一対の表示基板と、
   前記一対の表示基板間に設けられる第２液晶層と、
   前記一対の表示基板間に、両者に接して設けられる複数のメインスペーサと、
   前記一対の表示基板間に、前記一対の表示基板のいずれか一方に接して設けられ、前記複数のメインスペーサよりも前記第２液晶層の厚み方向の長さが短い複数のサブスペーサと、を備え、
   前記複数の第１スペーサの前記一対のバリア基板に対する配置密度は、前記複数のメインスペーサの前記一対の表示基板に対する配置密度以下である、
   請求項１または請求項２に記載の立体表示装置。
4. 前記複数の第１スペーサは、前記一対のバリア基板に接し、
   前記複数の第１スペーサの前記一対のバリア基板に対する配置密度は、０．１％以上０．３％未満である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
5. 前記一対のバリア基板の主面は、前記第１方向に長手方向、前記第２方向に短手方向を有する形状であり、
   前記第１液晶層は、互いに独立して光を透過または遮断することが可能な、前記第１方向に等ピッチで配列され前記第２方向に延在する複数のサブ領域を有し、
   前記複数の第１スペーサの前記第１方向の配列ピッチは、前記複数のサブ領域の前記第１方向の配列ピッチの整数倍ではない、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
6. 前記一対のバリア基板の主面は、前記第１方向に長手方向、前記第２方向に短手方向を有する形状であり、
   前記複数の第１スペーサの前記第１方向の配列ピッチは前記第２方向の配列ピッチより大きい、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の立体表示装置。
7. 前記光バリア素子は、
   前記一対のバリア基板間において前記複数の第１スペーサの間の領域に、前記一対のバリア基板のいずれか一方に接し、前記複数の第１スペーサよりも前記第１液晶層の厚み方向の長さが短い複数のダミーパターンを備える、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の立体表示装置。
8. 前記複数のダミーパターンの平面視における形状は互いに異なる、
   請求項７に記載の立体表示装置。

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