JP2020134679A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】左右方向と上下方向の2方向に対する立体画像の表示品位を改善する。【解決手段】第1方向、及び、前記第1方向に対して直交する第2方向に並んだ複数の副画素を有する表示部と、前記表示部に重畳し、前記各副画素から出射される光線を制御する光制御部とを備え、前記各副画素は、前記第1方向に沿った第1幅と、前記第2方向に沿った第2幅とを有し、前記第2幅は前記第1幅のn倍(nは2以上の自然数)であり、前記光制御部は、前記第1方向及び前記第2方向のいずれとも異なる斜め方向に延出し、前記第1方向に対して概略45°の傾きを有する、表示装置。【選択図】 図9

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
近年、裸眼で立体視を可能とする多眼方式の表示装置が種々提案されている。このような表示装置においては、より自然な立体視を可能とすることが求められている。一例では、サブピクセル群を含む表示装置に重なった光線制御素子が第1方向とarctan(1/3)をなす方向に沿って所定の周期で光学特性が変化している技術が知られている。その他、レンズ素子がarctan(1/12)、arctan(1/15)、arctan(1/16)にそれぞれ傾斜している技術も開示されている。
特開2013−231745号公報 特開2014−167493号公報
上述した表示装置では、左右方向(水平方向)に対する立体視を実現するものである。上下方向(垂直方向)から画像を観察した場合に、著しく表示品位が低下してしまう。
本実施形態の目的は、左右方向と上下方向の2方向に対する立体画像の表示品位を改善することが可能な表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、第1方向、及び、前記第1方向に対して直交する第2方向に並んだ複数の副画素を有する表示部と、前記表示部に重畳し、前記各副画素から出射される光線を制御する光制御部とを備え、前記各副画素は、前記第1方向に沿った第1幅と、前記第2方向に沿った第2幅とを有し、前記第2幅は前記第1幅のn倍(nは2以上の自然数)であり、前記光制御部は、前記第1方向及び前記第2方向のいずれとも異なる斜め方向に延出し、前記第1方向に対して概略45°の傾きを有する、表示装置が提供される。
図1は、本実施形態における表示装置1の第1構成例を示す断面図である。 図2は、図1に示した表示パネル10の一構成例を示す平面図である。 図3は、図1に示した光制御素子20の一構成例を示す断面図である。 図4は、図3に示した光制御素子20の一構成例を示す平面図である。 図5は、本実施形態における表示装置1の第2構成例を示す断面図である。 図6は、本実施形態における表示装置1の第3構成例を示す断面図である。 図7は、光制御素子60の一構成例を示す断面図である。 図8は、光制御素子60の一構成例を示す平面図である。 図9は、表示部DAを横向きにした状態における副画素SPのレイアウトの一例を示す図である。 図10は、仮想の観察面VPにおける視点と、観察される副画素SPとの関係を示す図である。 図11は、表示部DAを縦向きにした状態における副画素SPのレイアウトの一例を示す図である。 図12は、観察者の視線の動きを説明するための図である。 図13は、第1の表示モードと観察者の視線との関係を示す図である。 図14は、第2の表示モードと観察者の視線との関係を示す図である。 図15は、表示部DAに対する光制御部100の傾き角度θ3を説明するための図である。 図16は、光制御部100の傾き角度θ3とモアレとの関係を示す図である。 図17は、横観察を説明するための図である。 図18は、縦観察を説明するための図である。 図19は、表示システムの構成を示すブロック図である。 図20は、モード切替え方法1による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。 図21は、モード切替え方法2による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。 図22は、モード切替え方法3による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。
以下、いくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
≪第1構成例≫
図1は、本実施形態における表示装置1の第1構成例を示す断面図である。図中において、第1方向X及び第2方向Yは互いに直交し、第3方向Zは第1方向X及び第2方向Yと直交している。第1方向X及び第2方向Yは、表示装置1を構成する基板の主面と平行な方向に相当し、第3方向Zは、表示装置1の厚さ方向に相当する。
本明細書において、第1基板11から第2基板12に向かう方向を「上側」(あるいは、単に上)と称し、第2基板12から第1基板11に向かう方向を「下側」(あるいは、単に下)と称する。「第1部材の上の第2部材」及び「第1部材の下の第2部材」とした場合、第2部材は、第1部材に接していてもよいし、第1部材から離間していてもよい。また、第3方向Zを示す矢印の先端側に表示装置1を観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第1方向X及び第2方向Yによって規定されるX−Y平面に向かって観察することを平面視という。
表示装置1は、表示パネル10と、光制御素子20と、照明装置30と、を備えている。表示パネル10は、例えば液晶パネルである。表示パネル10は、第1基板11及び第2基板12を備えている。第2基板12は、第1基板11の上に位置している。光制御素子20は、表示パネル10の上に位置している。光制御素子20は、後に詳述するが、複数の光制御部を備えている。光制御素子20は、透明樹脂40により表示パネル10に固定されている。照明装置30は、表示パネル10の下に位置している。第1偏光板51は、第1基板11の下面11Bに接着されている。第2偏光板52は、光制御素子20の上面20Aに接着されている。
第2偏光板52は、第2基板12の上面12Aに接着されてもよいし、光制御素子20の下面20Bに接着されてもよい。また、光制御素子20は、第1偏光板51と第1基板11との間、または、照明装置30と第1偏光板51との間に位置していてもよい。また、光制御素子20は、表示パネル10に内蔵されていてもよい。
なお、表示パネル10は、液晶パネルに限らず、有機エレクトロルミネッセンス表示素子やμLED等を有する自発光型の表示パネル、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型の表示パネルであってもよい。
表示パネル10は、例えば、第1基板11の背面側からの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過型の表示パネルである。なお、表示パネル10は、第2基板12の前面側からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射型の表示パネルであってもよいし、透過表示機能及び反射表示機能を備える表示パネルであってもよい。表示パネル10が反射型の表示パネルである場合、照明装置30が省略されてもよいし、照明装置30が表示パネル10の上に位置していてもよい。
図2は、図1に示した表示パネル10の一構成例を示す平面図である。表示パネル10は、平面視で第1基板11及び第2基板12が重畳する部分に表示部DAを備えている。表示部DAは、第1方向X及び第2方向Yに並んだ複数の副画素SPを備えている。一例では、表示部DAは、副画素SPとして、赤色を表示する赤副画素SPRと、緑色を表示する緑副画素SPGと、青色を表示する青副画素SPBと、を備えている。
図2においては、赤副画素SPRは第2方向Yに平行な縦線のパターンで示し、緑副画素SPGは第1方向Xに平行な横線のパターンで示し、青副画素SPBは格子のパターンで示している。なお、以下の説明において、副画素の色について言及しない場合には、単に副画素SPと称して説明する場合がある。
また、表示部DAのX−Y平面が長方形状としたとき、短手方向が第1方向X、長手方向が第2方向Yとなる。つまり、表示部DAの短手方向を水平方向、表示部DAの長手方向を垂直方向にした状態であれば、第1方向Xは水平方向と称される場合があり、第2方向Yは垂直方向と称される場合がある。第1方向Xに並んだ複数の副画素SPは「行」を構成し、第2方向Yに並んだ複数の副画素SPは「列」を構成する。
第1方向Xに隣接する2つの副画素SPは、互いに異なる色を表示する副画素に相当する。第2方向Yに隣接する2つの副画素SPは、同一色を表示する副画素に相当する。図2に示した例では、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBは、この順に第1方向Xに並び、また、同一色の副画素SPが第2方向Yに並んでいる。
赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBは、それぞれ平行四辺形に形成され、第2方向Yに対して4°以上16°以下の角度θ1で傾いている。また、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBは、それぞれ同じ寸法を有しており、第1方向Xに沿った第1幅WXと、第2方向Yに沿った第2幅WYと、を有している。第2幅WYは、第1幅WXより大きい。第1幅WXは、副画素SPの第1方向Xに沿ったピッチに相当し、また、隣接する信号線SLの第1方向Xに沿ったピッチに相当する。第2幅WYは、副画素SPの第2方向Yに沿ったピッチに相当し、また、隣接する走査線GLの第2方向Yに沿ったピッチに相当する。
例えば、n色の副画素が第1方向Xに並び、これらn個の副画素のセットが第1方向Xに並んでいる場合には、第2幅WYは、第1幅WXのn倍である。nは、2以上の自然数である。図2に示した例では、nは3である。このため、第2幅WYは、第1幅WXの約3倍である。
表示部DAにおいて、奇数行目LAに位置する副画素SPは、偶数行目LBに位置する副画素SPとは異なる方向に傾いている。但し、奇数行目LAに位置する副画素SPと第2方向Yとのなす角度は、偶数行目LBに位置する副画素SPと第2方向Yとのなす角度と同一である。
例えば、奇数行目LAに位置する副画素SPは、いずれも第2方向Yに対して時計回りに角度θ1で傾いている。一方、偶数行目LBに位置する副画素SPは、いずれも第2方向Yに対して反時計回りに角度θ1で傾いている。なお、奇数行目LAに位置する副画素SPが第2方向Yに対して反時計回りに角度θ1で傾き、偶数行目LBに位置する副画素SPが第2方向Yに対して時計回りに角度θ1で傾いていてもよい。
図3は、図1に示した光制御素子20の一構成例を示す断面図である。光制御素子20は、基材21と、複数の光規制体22と、を備えている。基材21は、ガラスや樹脂などの透明基板である。光規制体22は、自身を透過する光線を制限するものであり、光制御部として機能する。光規制体22は、一例として、第1方向Xに並んだ複数の副画素SPに重畳する遮光体23と、少なくとも1個の副画素SPに重畳する開口24と、を備えている。換言すると、複数の遮光体23は、開口24の幅に相当する間隔をおいて第1方向Xに並んでいる。遮光体23は、その光学濃度(OD値)が3以上であることが望ましい。遮光体23は、光吸収体であってもよいし、光反射体であってもよい。遮光体23は、クロム、モリブデン、あるいは銀を含む化合物などの金属材料によって形成されてもよいし、黒色の樹脂材料によって形成されてもよい。本実施の形態では、例えば光規制体22として、エマルジョンマスクを用いる。
遮光体23は幅W23を有し、開口24は幅W24を有している。なお、ここでの幅W23及び幅W24は、いずれも第1方向Xに沿った長さである。1個の光規制体22の幅W22、あるいは、第1方向Xに並んだ光規制体22のピッチは、幅W23と幅W24との和に相当する。
幅W23は、幅W24より大きい。一例では、第1方向Xに並んだ2個の光規制体22は、23個の副画素SPに重畳している。第1方向Xに隣接する開口24は、互いに異なる色の副画素SPに重畳している。例えば、図3の左側に位置する開口24は赤副画素SPRに重畳し、図3の右側に位置する開口24は青副画素SPBに重畳している。
図3に示した例では、幅W24は、副画素SPの第1幅WXより大きいが、この例に限定されるものではない。幅W24は第1幅WXと同等であってもよいし、幅W24は第1幅WXより小さくてもよい。幅W24が第1幅WXより小さい場合、開口24を透過する光線の数を低減することができ、視認される画像の解像度を向上することができる。一方で、視認される画像の輝度低下を抑制する観点では、幅W24は、少なくとも1副画素分の第1幅WXとほぼ等しいことが望ましい。また、1個の開口24は、複数の副画素SPに重畳してもよい。
図4は、図3に示した光制御素子20の一構成例を示す平面図である。光制御素子20において、複数の光規制体22は、第1方向Xに並んでいる。光規制体22を構成する遮光体23及び開口24は、第1方向X及び第2方向Yとは異なる斜め方向に延出している。遮光体23の各々は、第1方向Xに並んだ一対のエッジE23を有している。一対のエッジE23は、平行である。開口24は、第1方向Xに隣接する遮光体23の互いに向かい合うエッジE23の間に位置する。
光規制体22は、図2に示した表示部DAに重畳し、奇数行目LAに位置する副画素SP、及び、偶数行目LBに位置する副画素SPに跨って直線的に延出している。光規制体22、遮光体23、及び、開口24のそれぞれは、第2方向Yに対して角度θ2で傾いている。角度θ2は、角度θ1より小さい。本実施形態では、光規制体22、遮光体23、及び、開口24のそれぞれの延出方向は、エッジE23の延出方向として規定することができる。エッジE23は、第2方向Yに対して角度θ2で傾いている。
また、後述するように、第1方向Xを基準とした場合に、エッジE23は、第1方向Xに対して角度θ3で傾いている。この角度θ3は、表示部DAに表示される画像を直交する2方向つまり第1方向Xと第2方向Yで立体視可能な角度に設定されており、概略45°である。なお、角度θ3は、第1方向Xに対して時計回りの角度であってもよいし、第1方向Xに対して反時計回りの角度であってもよい。
≪第2構成例≫
図5は、本実施形態における表示装置1の第2構成例を示す断面図である。図5に示した表示装置1は、図1に示した表示装置1とは異なる光制御素子60を備えている。光制御素子60は、複数のレンズ61を備えている。光制御素子60は、レンズ面60A及び平面60Bを有している。光制御素子60は、その平面60Bが表示パネル10を向くように配置されている。光制御素子60は、平面60Bと第2偏光板52との間の透明樹脂40により固定されている。第2偏光板52は、第2基板12の上面12Aに接着されている。光制御素子60の詳細については後述する。
≪第3構成例≫
図6は、本実施形態における表示装置1の第3構成例を示す断面図である。図6に示した表示装置1は、図5に示した表示装置1と比較して、光制御素子60の位置が相違している。すなわち、光制御素子60は、そのレンズ面60Aが第2基板12に接触している。光制御素子60は、詳述しないが表示パネル10の外周に固定されていることが望ましい。第2偏光板52は、光制御素子60の平面60Bに接着されている。光制御素子60の詳細については後述する。
図7は、光制御素子60の一構成例を示す断面図である。ここでは、図5に示した第2構成例の光制御素子60を例に説明する。複数のレンズ61を備えた光制御素子60は、透明なガラスや樹脂などによって形成されている。レンズ61は、光制御部として機能する。レンズ61は、第1方向Xに並んだ複数の副画素SPに重畳する。図示した副画素SPは、図5に示した表示パネル10に備えられている。レンズ61は、第1方向Xに沿って幅W61を有している。一例では、第1方向Xに並んだ2個のレンズ61は、23個の副画素SPに重畳している。
なお、図7に示した例では、光制御素子60の平面60Bが副画素SPに対向しているが、図6に示した第3構成例の如く、光制御素子60のレンズ面60Aが副画素SPに対向していてもよい。
図8は、光制御素子60の一構成例を示す平面図である。ここに示した光制御素子60は、図5に示した第2構成例、及び、図6に示した第3構成例のいずれにも適用可能である。光制御素子20において、複数のレンズ61は、第1方向Xに並んでいる。レンズ61は、第1方向X及び第2方向Yとは異なる方向に延出している。レンズ61の各々は、第1方向Xに並んだ一対のエッジE61を有している。一対のエッジE61は、平行である。
レンズ61は、図2に示した表示部DAに重畳し、奇数行目LAに位置する副画素SP、及び、偶数行目LBに位置する副画素SPに跨って直線的に延出している。レンズ61は、第1構成例と同様に、第2方向Yに対して角度θ2で傾いている。本実施形態では、レンズ61の延出方向は、エッジE61の延出方向として規定することができる。エッジE61は、第1方向Xに対して角度θ3で傾いている。
≪光制御の具体例≫
以下、上記の光規制体22及びレンズ61を光制御部100として説明する。光制御部100は、副画素SPの各々から出射される光線を制御するものである。
図9は、表示部DAを横向きにした状態における副画素SPのレイアウトの一例を示す図である。「横向き」とは、表示部DAの第1方向Xを垂直方向、第2方向Yを水平方向にした状態であり、図2の状態から90度回転させた状態である。
表示部DAは、図中の太線で囲んだ画素群Gを備えている。画素群Gは、L視点の画像を表示するための複数の副画素SPを備えている。Lは、2以上の自然数である。図9に示した例では、副画素SPは、第2方向Yに沿った長辺を有する長方形状に形成されている。なお、副画素SPは、他の形状に形成されていてもよい。ここで述べる視点とは、図11を参照して後述するが、観察面VPにおいて反時計回りに順に並んだ観察位置を示している。図9において各副画素SPに記した数字は、視点の番号を示している。
画素群Gにおいて、複数の副画素SPは、第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に並んでいる。一例では、Lは25であり、1視点当たり、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBの3個の副画素SPが存在する場合、画素群Gは、75(=25*3)個の副画素SPを備えている。画素群Gにおいては、第1方向Xに沿って2個,5個,7個,10個,12個,または13個の副画素SPが並び、第2方向Yに沿って5個の副画素SPが並んでいる。
本実施形態では、1個の画素群Gには、第2方向Yに並んだ1個の光制御部100が重畳する。光制御部100は、第1方向Xに対して角度θ3で傾いている。図9の例では、θ3=arctan(6/5)=約50度である。なお、この角度θ3については、後に図15及び図16を参照して詳しく説明する。
図9において、隣接する光制御部100のピッチPは、光制御部100の第2方向Yに沿った幅100Wと実質的に同一である。図9に示した例では、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBがほぼ同一の第2幅WYを有している。しかしながら、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBのすべてが第2方向Yに沿って同一の幅を有していない場合もありうる。このような場合には、第2幅WYは、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBのそれぞれの第2方向Yに沿った幅の平均値(あるいは、表示部DAにおいて第2方向Yに並んだすべての副画素SPの第2方向Yに沿った幅の平均値)として定義する。
図10は、仮想の観察面VPにおける視点と、観察される副画素SPとの関係を示す図である。図10は、光制御部100と画素群Gの各副画素SPとの関係を示す図に相当する。一例では、上記の通りLは25であり、観察面VPにおいて、25個の視点「1」〜「25」が存在し、これらの視点「1」〜「25」にそれぞれ対応した視線V1〜V251が存在する。
図10の例では、代表的な視点「1」,「6」,…「21」を表記し、また、これらの視点「1」,「6」,…「21」にそれぞれ対応した視線V1,V6,…V21が図示されている。視線V1,V6,…V21は、光制御部100によって規制された光線とみなすことができる。視線V1,V6,…V21は、観察面VPの各視点に観察者の眼が位置するものとしたときに、視点「1」,「6」,…「21」の各々と、第1行目a1の副画素SPの各々とを結ぶ線分である。
なお、観察面VPにおける視点「1」及び「6」の間には、図示しない視点「2」〜「5」が存在する。また、視線V1及びV6の間には、図示しない視線V2〜V5が存在する。視線V2は、視点「2」と、第4行目a4に「2」と記した副画素SPと、を結ぶ線分である。視線V3は、視点「3」と、第2行目a2に「3」と記した副画素SPと、を結ぶ線分である。視線V4は、視点「4」と、第5行目a5に「4」と記した副画素SPと、を結ぶ線分である。視線V5は、視点「5」と、第3行目a3に「5」と記した副画素SPと、を結ぶ線分である。
第1行目a1には、(5c−4)で表される視点から観察される副画素SPが配置されている。cは1以上の整数である。第2行目a2には、(5c−2)で表される視点から観察される副画素SPが配置されている。第3行目a3には、5cで表される視点から観察される副画素SPが配置されている。
上述したように、観察面VPには25個の視点「1」〜「25」が存在し、表示部DAには「1」〜「25」と記した25個の副画素SPが存在し、観察面VPと表示部DAとの間には、対応する25本の視線V1〜V25が存在する。
再び、図9に戻って副画素SPのレイアウトについて説明する。
図9において同一の数字が記された副画素SPは、同一の視点で観察される副画素に相当する。画素群Gは、第1方向Xに連続して並んだ5行分において、全部で25個の副画素SPを備えている。これらの25個の副画素SPは、それぞれ異なる25個の視点から観察される。
第1行目a1、第6行目a6、及び、第11行目a11は、同様に配置された副画素SPを備えている。第1行目a1、第6行目a6、及び、第11行目a11のそれぞれの副画素SPは、画素群Gにおいて(5c−4)で表される視点に対応した画像を表示する。
第2行目a2、第7行目a7、及び、第12行目a12は、同様に配置された副画素SPを備えている。第2行目a2、第7行目a7、及び、第12行目a12のそれぞれの副画素SPは、画素群Gにおいて(5c−2)で表される視点に対応した画像を表示する。
第3行目a3、第8行目a8、及び、第13行目a13は、同様に配置された副画素SPを備えている。第3行目a3、第8行目a8、及び、第13行目a13のそれぞれの副画素SPは、画素群Gにおいて5cで表される視点に対応した画像を表示する。
連続した3行分の副画素SPには、同一の視点において観察される赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBのいずれかが含まれる。また、同一の視点においてカラー表示を実現すべく、連続した9行分の副画素SPには、赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBのすべてが含まれる。
すなわち、同一の視点から観察される第1色の副画素は第1行目a1から第5行目a5までに含まれ、第1色とは異なる第2色の副画素は第6行目a6から第10行目a10までに含まれ、第1色及び第2色とは異なる第3色の副画素は第11行目a11から第15行目a15までに含まれる。一例では、視点「1」から観察した場合、第1行目a1に赤副画素SPRが含まれ、第6行目a6に青副画素SPBが含まれ、第11行目a11に緑副画素SPGが含まれる。これら、同一視点の画像を表示する赤副画素SPR、緑副画素SPG、及び、青副画素SPBは、光制御部100のエッジ100Eが延出する方向に並んでいる。
このように、第2方向Yに並んだ複数の副画素SPは、対応する視点から観察した際の画像を表示する。観察面VPに位置する観察者は、光制御部100を介して表示部DAを観察した際に、視線V1〜V25のいずれかを通して副画素SPを視認することができる。観察者の右眼と左眼とでは、観察面VPにおける視点が異なる。このため、観察者は、複数の視点で異なる画像を観察することによって視差を認識し、画像の立体感を得ることができる。また、観察者が観察面VPに沿って視点を変化させた際には、25個の各視点に応じた画像を観察することができ、より自然な立体感を得ることができる。
≪画像の補正≫
図9に示した表示部DAの例で、左右方向(水平方向)の視域角Wを50度とすると、左右方向の光線間角度は約2度、上下方向(垂直方向)の光線間角度は約1.4度である。つまり、左右方向と上下方向で光線のズレがあるため、画像をこのズレに合わせて補正しておくことが好ましい。これにより、表示部DAの向きを変えずに、画像を入れ替えるだけで、表示部DAに左右方向の運動視差を持った立体画像と、上下方向の運動視差を持った立体画像を観察できる。
≪表示部の縦向き≫
図11は、表示部DAを縦向きにした状態における副画素SPのレイアウトの一例を示す図である。「縦向き」とは、図2の例のように表示部DAの第1方向Xを水平方向、第2方向Yを垂直方向にした状態である。
図11に示すように、表示部DAを「縦向き」にした状態でも、図中の太線で囲んだ画素群Gと光制御部100との関係は「横向き」の場合と同じである。すなわち、画素群GはL視点(ここではN=25)の画像を表示するための複数の副画素SPを含み、この画素群Gに対して光制御部100が重畳する。光制御部100は、第1方向Xに対して角度θ3で傾いている。これにより、画像を入れ替えるだけで、表示部DAに左右方向の運動視差を持った立体画像と、上下方向の運動視差を持った立体画像を観察できる。
≪表示モード≫
図12は、観察者の視線の動きを説明するための図である。図13は、第1の表示モードと観察者の視線との関係を示す図である。図14は、第2の表示モードと観察者の視線との関係を示す図である。
本実施形態において、表示装置1は、図12に示すような立体画像を表示するためのモードとして、第1の表示モード及び第2の表示モードを有する。第1の表示モードでは、図13に示すように、表示部DAに対する観察者の顔の向きが正面でも横でも、表示部DAに左右方向の運動視差を持った立体画像を観察できる。この第1の表示モードのことを「横モード」とも呼ぶ。第2の表示モードでは、図14に示すように、表示部DAに対する観察者の顔の向きが正面でも横でも、上下方向の運動視差を持った立体画像を観察できる。この第2の表示モードのことを「縦モード」とも呼ぶ。
ここで、第1の表示モードに対応した画像(第1の画像と称す)と、第2の表示モードに対応した画像(第2の画像と称す)とでは、同じ表示対象であっても、各画素の情報が異なる。第1の画像は、観察者の左右方向(X−X′方向)の視線の動きに合わせた横観察用の画像であり、画像の左側及び右側に相当する各画素の情報が詳細化されている。第2の画像は、観察者の上下方向(Y−Y′方向)の視線の動きに合わせた縦観察用の画像であり、画像の上側及び右側に相当する各画素の情報が詳細化されている。つまり、第1の画像と第2の画像とでは、視線の影響を大きく受ける画像の上下左右側に相当する各画素の情報が異なる。一方、視線の影響をあまり受けない画像の中心部分に相当する各画素の情報は略同じである。
≪光制御部の傾き角度≫
図15は、表示部DAに対する光制御部100の傾き角度θ3を説明するための図である。図16は、光制御部100の傾き角度θ3とモアレとの関係を示す図である。
いま、図15に示すように、表示部DAを横向きにした状態、つまり、表示部DAの第1方向Xを垂直方向、第2方向Yを水平方向にした状態で説明する。図中の「横」とは、表示部DAの第2方向Yに沿った方向を表し、「縦」とは、表示部DAの第1方向Xに沿った方向を表す。表示部DAには、複数の副画素SPが第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に並んでいる。表示部DAが横向きの状態にあるとき、各副画素SPの長辺が第2方向Yに沿う。図9で説明したように、表示部DAの第1方向Xに異なる色の副画素SPが並び、表示部DAの第2方向Yに同じ色の副画素SPが並ぶ。副画素SPの第2幅WYは、第1幅WXのn倍である。この例では、n=3であり、第2幅WYは第1幅WXの約3倍である。
光制御部100の傾き角度θ3は、表示部DAに表示される画像を直交する2方向つまり第1方向Xと第2方向Yで立体視可能な角度に設定されており、概略45°である。なお、図15の例では、光制御部100の傾きが左下がりであるが、右下がりであってもよい。
ここで、各副画素SPは第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に並んでおり、そこに光制御部100の傾き角度θ3によっては、画像にモアレが発生する可能性がある。図16の例は、「横」の画素数と「縦」の副画素数との比率で角度θ3を変えて、モアレの状態を測定した結果を表している。「×」の表記はモアレがはっきり見えて、NGであることを示す。「○−」の表記はモアレが薄く見えるが、OKであることを示す。「○」の表記はモアレが見えづらく、OKであることを示す。
モアレが薄く見える、あるいは、モアレが見えづらいときの「横」の画素数と「縦」の副画素数との比率から、下記の式(1)が得られる。
θ3=arctan(nm/k) …(1)
ただし、nは1画素を構成する副画素の数であり、mは1以上の自然数である。kは素数であり、13以下が望ましい。つまり、kは図16の例でモアレが薄く見える、あるいは、モアレが見えづらいときの「縦」の副画素数に相当し、5,7,11,13である。なお、図9に示した例では、θ3=arctan(6/5)=約50度であり、「横」の画素数2(副画素数6),「縦」の副画素数5のときの角度である。
このように、上記(1)式を満足する角度θ3で光制御部100を傾ければ、モアレの発生を抑えることができる。したがって、画像を直交する2方向で立体視可能な角度である45°の前後で、上記(1)式を満足する角度がよい。具体的には、光制御部100は第1方向Xに対して45°±10°の傾き、つまり、θ3=±(45°±10°)が望ましい。
≪横観察と縦観察≫
図17は、横観察を説明するための図である。図18は、縦観察を説明するための図である。
表示パネル10の表示部DAにおいて、図17に示すように、観察者の両目に対して副画素SPの長辺方向が水平方向に近い角度で画像を観察する場合を横観察とする。一方、図18に示すように、観察者の両目に対して副画素SPの長辺方向が垂直方向に近い角度で画像を観察する場合を縦観察とする。
縦横切り替えで使う場合に、光制御部100が角度θ3で傾いているとき、縦がaの角度ピッチで画像をセットするとき、縦観察ではbの角度ピッチで画像をセットする必要がある。縦横切り替えを行う場合、光線角度が縦観察と横観察とで異なるので、光線ピッチが異なり過ぎると、一方の観察時に3Dに見えない可能性がある。そのため、θ3=±(45°±10°)が望ましい。
≪表示システムの構成≫
図19は、表示システムの構成を示すブロック図である。本実施形態における表示システム200は、表示装置1と、制御装置201と、記憶装置202とを備える。表示装置1は、図9に示したように、第1方向及び第2方向に並んだ複数の副画素SPを有する表示部DAと、この表示部DAに重畳し、各副画素SPから出射される光線を制御する光制御部100とを備える。光制御部100は、第1方向X及び第2方向Yのいずれとも異なる斜め方向に延出し、第1方向Xに対して概略45°の傾きを有する。
制御装置201は、例えばCPUからなり、記憶装置202に記憶されたプログラムを読み込むことにより、そのプログラムに記述された手順に従って表示装置1の表示動作を制御する。本実施形態において、この制御装置201は、立体画像の表示に関わる機能部として、モード切替え部204、画像生成部205、表示処理部206を有する。
モード切替え部204は、上述した第1の表示モード(横モード)と第2の表示モード(縦モード)との切替えを行う。詳しくは、モード切替え部204は、物理ボタン301、トラッキングシステム302、傾き検知部303のいずれか少なくとも1つを用いて、第1の表示モード(横モード)と第2の表示モード(縦モード)との切替えを行う。
物理ボタン301は、観察者の明示的な指示により、第1の表示モードと第2の表示モードを切り替えるための操作ボタンであり、例えば表示装置1の任意の箇所に設けられる。モード切替え部204は、物理ボタン301の操作に応じて第1の表示モードまたは第2の表示モードに切り替える。なお、図19の例では、1つの物理ボタン301の操作によって第1の表示モードと第2の表示モードを切り替える構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、2つの物理ボタンを用いて第1の表示モードと第2の表示モードを切り替えてもよい。また、ボタン構成についても押下式でも、スライド式や回転式であってもよい。
トラッキングシステム302は、例えばアイトラッキング、ヘッドトラッキングのいずれか少なくとも1つを含む。「アイトラッキング」は、例えば赤外線センサを用いて観察者の視線の動きを検知するものである。「ヘッドトラッキング」は、例えばVR(virtual reality)用のヘッドセットを用いて観察者の頭の動きを視線の動きとして検知するものである。モード切替え部204は、トラッキングシステム302によって検知された観察者の視線の動きや頭の動きに合わせて第1の表示モードまたは第2の表示モードに切り替える。
傾き検知部303は、例えばジャイロセンサを用いて表示装置1の表示部DAの傾きを検出する。ジャイロセンサは、表示装置1に内蔵され、表示装置1の表示部DAの傾きに応じた電気信号を出力する。ここでは、モード切替え部204は、傾き検知部303によって表示部DAの第1方向Xが垂直状態、第2方向Yが水平方向に近い状態に傾いたことが検知された場合に第1の表示モードに切り替える。モード切替え部204は、傾き検知部303によって表示部DAの第1方向Xが水平状態、表示部DAの第2方向Yが垂直方向に近い状態に傾いたことが検知された場合に第2の表示モードに切り替える。
画像生成部205は、モード切替え部204によって切り替えられた表示モードに応じて、第1の画像または第2の画像を生成する。第1の画像は、第1の表示モードで用いられ、観察者の左右方向の視線の動きに合わせた横観察用の画像である。第2の画像は、第2の表示モードで用いられ、観察者の上下方向の視線の動きに合わせた縦観察用の画像である。表示処理部206は、画像生成部205によって生成された第1の画像または第2の画像を表示装置1の表示部DAに表示するための処理を行う。
記憶装置202は、制御装置(CPU)201によって実行されるプログラムを含み、制御装置201の処理動作に必要な各種情報を記憶している。前記プログラムには、オペレーティングシステム(OS)の他に、後述する各フローチャートに示す処理動作を実行するためのプログラム(以下、表示制御プログラムと称す)等が含まれる。
モード切替え部204、画像生成部205、表示処理部206の一部または全ては、制御装置201に表示制御プログラムを実行させることで実現される。この表示制御プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して頒布されてもよいし、またはネットワークを通じて制御装置1にダウンロードされてもよい。なお、モード切替え部204、画像生成部205、表示処理部206の一部または全ては、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアによって実現されてもよいし、当該ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせ構成として実現されてもよい。
また、図19の例では、表示装置1とは独立して制御装置201及び記憶装置202を設けたが、表示装置1の中に制御装置201及び記憶装置202を備えることでもよい。図19のように、制御装置201及び記憶装置202が独立した構成では、制御装置201側で表示モードに応じた画像を生成し、表示装置1がこの画像を制御装置201から取得して表示部DAに表示する。制御装置201及び記憶装置202が表示装置1に備えられた構成では、表示装置1の中で表示モードに応じた画像を生成し、その画像を表示部DAに表示する。
≪表示動作≫
次に、表示装置1の動作について、3つのモード切替え方法1〜3に分けて説明する。なお、以下の各フローチャートによって示される処理は、コンピュータである制御装置201がプログラムを読み込むことにより実行される。上述したように、制御装置201は、表示装置1と独立して設けられていてもよいし、表示装置1の中に組み込まれていてもよい。
(1)モード切替え方法1
モード切替え方法1は、物理ボタン301を用いる方法である。表示装置1の表示部DAの向きは、横向きであっても縦向きであってもよい。表示部DAを横向きにした状態であれば、図13及び図14で説明したような使い方になる。
図20は、モード切替え方法1による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置201は、物理ボタン301が操作されたときに発生される信号aまたは信号bを検知する(ステップS11)。信号aは、第1の表示モードを設定するための信号である。信号bは、第2の表示モードを設定するための信号である。信号aと信号bは、物理ボタン301の操作に応じて選択的に制御装置201に入力される。
物理ボタン301の操作信号として信号aが検知された場合には(ステップS12のYes)、制御装置201は、現在の表示モードを第1の表示モードに切り替える(ステップS13)。第1の表示モードでは、制御装置201は、観察者の左右方向の視線の動きに合わせた横観察用の第1の画像を生成する(ステップS14)。制御装置201は、この第1の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS15)。
一方、物理ボタン301の操作信号として信号bが検知された場合には(ステップS12のNo)、制御装置201は、現在の表示モードを第2の表示モードに切り替える(ステップS16)。第2の表示モードでは、制御装置201は、観察者の上下方向の視線の動きに合わせた縦観察用の第2の画像を生成する(ステップS17)。制御装置201は、この第2の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS18)。
このように、物理ボタン301を用いた明示的な操作により、第1の表示モードまたは第2の表示モードに切り替えられる。第1の表示モードでは、横観察用の第1の画像が表示部DAに表示される。これにより、観察者の視線を左右方向に動かすことで、高品位な立体画像を観察できる。第2の表示モードでは、縦観察用の第2の画像が表示部DAに表示される。これにより、観察者の視線を上下方向に動かすことで、高品位な立体画像を観察できる。
(2)モード切替え方法2
モード切替え方法2は、トラッキングシステム302を用いる方法である。モード切替え方法1と同様に、表示装置1の表示部DAの向きは、横向きであっても縦向きであってもよい。表示部DAを横向きにした状態であれば、図13及び図14で説明したような使い方になる。
図21は、モード切替え方法2による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置201は、トラッキングシステム302を通じて観察者の視線または顔の動きを検知する(ステップS21)。なお、観察者の視線検知(アイトラッキング)や観察者の顔の動き検知(ヘッドトラッキング)の方法については公知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
トラッキングシステム302によって観察者の視線または顔が表示部DAに対して左右方向(水平方向)に動いた状態が検知されると(ステップS22のYes)、制御装置201は、現在の表示モードを第1の表示モードに切り替える(ステップS23)。
なお、観察者の視線または顔はいろいろな方向に動くことがある。したがって、検知時間にある程度の時間幅を持たせておき、観察者の視線または顔が表示部DAに対して一定時間以上左右方向に動いた状態が検知された場合に第1の表示モードに切り替えることが好ましい。第1の表示モードでは、制御装置201は、観察者の左右方向の視線の動きに合わせた横観察用の第1の画像を生成する(ステップS24)。制御装置201は、この第1の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS25)。
一方、トラッキングシステム302によって観察者の視線または顔が表示部DAに対して上下方向(垂直方向)に動いた状態が検知されると(ステップS22のNo)、制御装置201は、現在の表示モードを第2の表示モードに切り替える(ステップS26)。
水平方向の動き検知と同様に、垂直方向の動きを検知する場合も検知時間にある程度の時間幅を持たせておき、観察者の視線または顔が表示部DAに対して一定時間以上上下方向に動いた状態が検知された場合に第2の表示モードに切り替えることが好ましい。第2の表示モードでは、制御装置201は、観察者の上下方向の視線の動きに合わせた縦観察用の第2の画像を生成する(ステップS27)。制御装置201は、この第2の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS28)。
このように、観察者の視線または顔の動きに合わせて、第1の表示モードまたは第2の表示モードに切り替えられる。したがって、観察者が特に意識しなくても、視線または顔を左右方向または上下方向に動かすことで、高品位な立体画像を観察できる。
(3)モード切替え方法3
モード切替え方法3は、傾き検知部303を用いる方法である。モード切替え方法1,モード切替え方法2とは異なり、表示装置1の表示部DAの傾きによって表示モードが切り替えられる。
図22は、モード切替え方法3による表示装置1の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置201は、傾き検知部303を通じて表示装置1の表示部DAの傾きを検知する(ステップS31)。なお、傾き検知部303は、例えばジャイロセンサを用いるが、ジャイロセンサを用いた傾き検知の方法については公知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
傾き検知部303によって表示部DAが横向きの状態にあることが検知されると(ステップS32のYes)、制御装置201は、現在の表示モードを第1の表示モードに切り替える(ステップS33)。表示部DAが横向きの状態とは、図9の例のように表示部DAの第1方向Xが垂直方向に近い状態、第2方向Yが水平方向に近い状態にあることを言う。
なお、観察者が表示部DAの向きを頻繁に変えることがある。したがって、検知時間にある程度の時間幅を持たせておき、表示部DAが一定時間以上横向きの状態にあることが検知された場合に第1の表示モードに切り替えることが好ましい。第1の表示モードでは、制御装置201は、観察者の左右方向の視線の動きに合わせた横観察用の第1の画像を生成する(ステップS34)。制御装置201は、この第1の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS35)。
一方、傾き検知部303によって表示部DAが縦向きの状態にあることが検知されると(ステップS32のNo)、制御装置201は、現在の表示モードを第1の表示モードに切り替える(ステップS36)。表示部DAが縦向きの状態とは、図11の例のように、表示部DAの第1方向Xが水平方向に近い状態で、第2方向Yが垂直方向に近い状態にあることを言う。
表示部DAの横向き状態の検知と同様に、検知時間にある程度の時間幅を持たせておき、表示部DAが一定時間以上縦向きの状態にあることが検知された場合に第2の表示モードに切り替えることが好ましい。第2の表示モードでは、制御装置201は、観察者の上下方向の視線の動きに合わせた縦観察用の第2の画像を生成する(ステップS37)。制御装置201は、この第2の画像を表示装置1の表示部DAに表示する(ステップS38)。
このように、表示部DAを横向きに傾けたときに第1の表示モード、表示部DAを縦向きに傾けたときに第2の表示モードに切り替えられる。第1の表示モードでは横観察用の第1の画像が表示されるので、横向き状態にある表示部DAの左右方向(水平方向)に目線を動かすことで、高品位な立体画像を観察できる。第2の表示モードでは縦観察用の第2の画像が表示されるので、縦向き状態にある表示部DAの上下方向(垂直方向)に目線を動かすことで、高品位な立体画像を観察できる。
上述したモード切替え方法1〜3は、例えばメニュー画面上での選択操作や、ボタン操作などにより任意に選択できる。ボタン操作で2方向の立体画像を観察した場合にはモード切替え方法1を選択すればよい。視線や頭の動きで2方向の立体画像を観察した場合にはモード切替え方法2を選択すればよい。表示部DAを傾けることで2方向の立体画像を観察した場合にはモード切替え方法3を選択すればよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、左右方向と上下方向の2方向に対する立体画像の表示品位を改善することが可能な表示装置を提供することができる。
なお、本実施形態では、Lは25に限らないし、nは3に限らないし、mは2に限らない。例えば、Lは、25より大きい場合もありうるし、25より小さい場合もありうる。また、mは2より大きい場合もありうる。また、赤副画素SPR、緑副画素SPG、青副画素SPB、及び、白副画素SPWが第1方向Xに並んだ場合に、nは4となる。但し、nが4の場合であっても、副画素の色の組合せは種々変更可能である。
要するに、この発明は、上記各実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、各実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1…表示装置 10…表示パネル 20、60…光制御素子
DA…表示部 SP…副画素 G…画素群
SPR…赤副画素 SPG…緑副画素 SPB…青副画素
22…光規制体(光制御部) 23…遮光体 24…開口
61…レンズ(光制御部)
100…光制御部
200…表示システム 201…制御装置 202…記憶装置
301…物理ボタン 302トラッキングシステム 303…傾き検知部

Claims (10)

  1. 第1方向、及び、前記第1方向に対して直交する第2方向に並んだ複数の副画素を有する表示部と、
    前記表示部に重畳し、前記各副画素から出射される光線を制御する光制御部とを備え、
    前記各副画素は、
    前記第1方向に沿った第1幅と、前記第2方向に沿った第2幅とを有し、前記第2幅は前記第1幅のn倍(nは2以上の自然数)であり、
    前記光制御部は、
    前記第1方向及び前記第2方向のいずれとも異なる斜め方向に延出し、前記第1方向に対して概略45°の傾きを有する、表示装置。
  2. 前記光制御部の前記第1方向に対する傾き角度は、
    arctan(nm/k)の条件を満たし、nは1画素を構成する副画素の数、mは1以上の自然数、kは素数である、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記表示部は、
    観察者の左右方向の視線の動きに合わせた横観察用の第1の画像と、観察者の上下方向の視線の動きに合わせた縦観察用の第2の画像とを切り替えて表示する、請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 前記第1の画像と前記第2の画像とでは、視線の影響を受けない画像の中心部分に相当する各画素の情報は略同じである、請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記第1の画像と前記第2の画像とでは、画像の中心部分を除き、視線の影響を受ける画像の上下左右側に相当する各画素の情報が異なる、請求項3に記載の表示装置。
  6. 前記表示部は、
    物理ボタンの操作により前記第1の画像と前記第2の画像を切り替えて表示する、請求項3に記載の表示装置。
  7. 前記表示部は、
    観察者の視点または頭の動きに合わせて前記第1の画像と前記第2の画像を切り替えて表示する、請求項3に記載の表示装置。
  8. 前記表示部は、
    観察者の視点または頭が左右方向に動いた場合に前記第1の画像を表示し、観察者の視点または頭が上下方向に動いた場合に前記第2の画像が表示される、請求項7に記載の表示装置。
  9. 前記表示部は、
    前記表示部の傾きに応じて前記第1の画像と前記第2の画像を切り替えて表示する、請求項3に記載の表示装置。
  10. 前記表示部は、
    前記表示部の前記第1方向を垂直方向、前記第2方向を水平方向に近い状態に傾けた場合に前記第1の画像を表示し、前記表示部の前記第1方向を水平方向、前記第2方向を垂直方向に近い状態に傾けた場合に前記第2の画像を表示する、請求項9に記載の表示装置。
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