JP2021167890A

JP2021167890A - 画像表示装置

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Publication number: JP2021167890A
Application number: JP2020070951A
Authority: JP
Inventors: 晃玉谷; Akira Tamaya; 遼船木; Ryo Funaki; 貴史田口; Takashi Taguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-10-21

Abstract

【課題】バリア方式の画像表示装置においてバリアパネルに規則的に配置されたスペーサに起因するモアレを抑えることを目的とする。【解決手段】本開示の画像表示装置は、第１の画像と第２の画像を合成した画像を表示する表示パネルと、表示パネルに重ねて配置されるバリアパネルと、を備え、バリアパネルは第１のバリア基板と、第１のバリア基板と液晶層を介して対向する第２のバリア基板と、第１のバリア基板の第２のバリア基板と対向する面上に規則的に配置され第１のバリア基板と第２のバリア基板の間隔を一定に維持するスペーサと、第１のバリア基板もしくは第２のバリア基板の対向する面上に不規則に配置される遮光パターンを備え、スペーサは遮光パターンと平面視において重なって遮光されるスペーサを含む。【選択図】図２

Description

この開示は、バリア方式で画像を表示する画像表示装置に関する。

画像を表示する表示装置として、視認者が立体的に視認することができる画像を表示する表示装置、いわゆる三次元画像表示装置がある。画像を立体的に視認させる方法の一つに、視認者の左右の眼に異なる画像を見せることで立体感を与える方法がある。左右の眼に異なる画像を見せる方式にはいくつかあるが、そのうちの一つの方式としてバリア方式がある。バリア方式は、右眼用の画像と左眼用の画像をそれぞれストライプ状に分割し、これら右眼用と左眼用のストライプ画像を交互に並べた画像を用意し、この画像に左右方向に並ぶストライプ状の遮光領域と透過領域を形成したバリアを重ねて配置することで、右眼用の画像を右眼のみに、左眼用の画像を左眼のみに入射させるようにし、左右の眼に別々の画像を到達させることで、画像を立体的に視認させる方式である。三次元画像表示装置に用いられるバリアを特に視差バリアとし、これを用いた方式を特に視差バリア方式とする。

この視差バリア方式の三次元画像表示装置は、例えば、画像を表示する液晶パネルからなる表示部と、この表示部と重ねて配置され、ストライプ状の遮光領域と透過領域を形成することができる液晶パネルからなる視差バリアとで構成することができる。視差バリアに液晶パネルを用いた場合には、三次元画像を表示するときにはストライプ状の遮光領域を形成し、三次元画像を表示しないときは全体を透過領域とする制御、あるいは視認者と三次元画像表示装置との距離に応じて右眼用、左眼用それぞれの画像が適切にそれぞれの眼に入射するようストライプ状の透過領域と遮光領域の幅を調整する制御、あるいは視認者の移動により三次元画像表示装置に対して視認方向のなす角度が変化しても右眼用、左眼用それぞれの画像が適切にそれぞれの眼に入射するよう透過領域と遮光領域の位置を移動させる制御等を行うことが可能となる。ここで表示部に用いられる液晶パネルを表示パネル、視差バリアに用いられる液晶パネルをバリアパネルとする。

液晶パネルは、画素電極が形成された電極基板、電極基板に対向して配置された対向基板及び電極基板と対向基板との間に設けられた液晶層を有する構造を持つ。表示用に用いられる液晶パネルにおいては電極基板をアレイ基板と呼び、対向基板をカラーフィルタ基板と呼ぶこともある。ここで電極基板と対向基板の間隔をセルギャップと呼ぶが、このセルギャップを一定に保つために電極基板と対向基板の間の液晶層には複数のスペーサが設けられている。スペーサは通常時、すなわち非定常的な外力や温度環境の変化がない状況においては、電極基板と対向基板に挟まれてつぶれるように変形した状態でセルギャップを維持し、一方、非定常的な外力や温度環境の変化等によってセルギャップが小さくなった時には変形することによって生じる反発力によってさらにセルギャップが小さくなることを抑制する。これによって電極基板と対向基板の間に形成される液晶層の厚みが一定範囲に維持されることにより良好な画像表示がなされる。
スペーサには例えば電極基板もしくは対向基板の一方の基板面上にマスクを用いたパターン露光で形成される柱状スペーサがある。柱状スペーサは所望の位置に正確に配置することができるため、平面視でブラックマトリクスと重なる領域など表示に影響しない位置に配置して表示への影響を抑止する、あるいは所定のピッチで周期的に配置することで配置密度のばらつきを抑え、セルギャップをより高精度に制御する、といったことが可能となる利点を有する。

しかしながら、視差バリア方式の三次元画像表示装置においては、バリアパネルに柱状スペーサを所定のピッチで規則的に配置するとモアレという周期的な輝度ムラの不具合が発生する問題がある。このモアレの発生について以下に説明する。まずバリアパネルとなる液晶パネルに柱状スペーサを配置した場合、柱状スペーサの周囲に液晶の配向が乱れる領域（以下、異常配向領域とする。）が形成されるため、この領域を透過する光は正常に液晶が配向している領域（以下、正常配向領域とする。）と比較して偏光方向に乱れが生じることになる。その結果、透過部に配置されている柱状スペーサの周囲には透過率が低く、暗く視認される領域が発生する。従ってバリアパネルに柱状スペーサを所定のピッチで規則的に配置すると、スペーサの配置のピッチに等しいピッチで透過率のムラが発生する。一方、表示パネルにおいては、RGB等の色を有しマトリクス状に配置された画素の間はブラックマトリスクと呼ばれる遮光膜パターンで遮光されており、画素のピッチに等しいピッチで透過率が変動する。その結果、バリアパネルと表示パネルを重ねて画像を表示すると、バリアパネルと表示パネルの周期的な透過率の変動が干渉し、より大きな透過率のムラとなって、モアレと呼ばれる周期的な輝度ムラが発生することとなる。

上記のようなバリアパネルの柱状スペーサに起因するモアレの問題に対応するため、特許文献１では、バリアパネルの柱状スペーサの配置をランダムによることにより、バリアパネルの透過率の変動の周期性を低減することが開示されている。

特開２０１２−１９４２５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものの場合、柱状スペーサはランダムに配置されるため、その一部が電極や配線と重なる位置に配置されたときには柱状スペーサが電極や配線に接触してダメージを与え、欠陥が生じる可能性がある。また、柱状スペーサのピッチや密度は製品の表示特性へ影響を与えるため、これを考慮して配置位置を決める必要があり、設計が複雑化するという問題がある。
本開示は、以上で説明した課題を解決するためになされたものであり、バリアパネルの柱状スペーサの配置に起因するモアレを抑制した視差バリア方式の三次元画像表示装置を得ることを目的とする。

本開示の画像表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素によって第１の画像と第２の画像を合成した画像を表示する表示パネルと、表示パネルに重ねて配置され、表示パネルに表示される画像に対応して透過領域と遮光領域を形成するバリアパネルと、を備え、バリアパネルは、第１のバリア基板と、第１のバリア基板と液晶層を介して対向する第２のバリア基板と、第１のバリア基板の第２のバリア基板と対向する面上に規則的に配置され、第１のバリア基板と第２のバリア基板の間の距離を制御するスペーサと、平面視において不規則に配置される遮光パターンと、を備え、スペーサは平面視において遮光パターンと重なって遮光されるスペーサを含むことを特徴とする。

本開示によれば、バリアパネルに規則的に配置された柱状スペーサについて、平面視において不規則に配置される遮光パターンと重なって遮光される柱状スペーサを含むようにしたので、柱状スペーサによるバックライト光の透過率の周期的な変動が抑制され、バリアパネルに柱状スペーサを規則的に配置してもモアレを抑制することが可能なバリア方式の画像表示装置を得ることができる。

実施の形態１の三次元画像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の三次元画像表示装置の断面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサの配置を示す平面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの配置を示す平面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの大きさの関係を示す断面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの大きさ及び配置の関係を示す平面図及び断面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの大きさ及び配置の関係を示す平面図及び断面図である。実施の形態１の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの大きさ及び配置の関係を示す平面図及び断面図である。実施の形態２の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの配置を示す平面図である。実施の形態３の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの柱状スペーサと遮光パターンの配置を示す平面図である。実施の形態４の三次元画像表示装置におけるバリアパネルの遮光パターンの形状を示す平面図である。

実施の形態１
実施の形態１においては視差バリア方式で三次元画像を表示する三次元画像表示装置の形態について説明する。図１は本実施の形態１の三次元画像表示装置１０１の全体構成を模式的に示した斜視図である。図１に示されるように、三次元画像表示装置１０１は、表示パネル１、透明接着層２、バリアパネル３、及びバックライト４がこの順に積層された構成である。表示パネル１はマトリクス状に配置された複数の画素によって画像を表示する表示領域１aを備えており、表示部として機能する。バリアパネル３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、表示領域１aと重なる領域３aにストライプ状に透過領域と遮光領域を形成する。表示パネル１とバリアパネル３は透明接着層２により貼り合わされる。透明接着層２は、ガラスと屈折率が比較的近い透明材料によりなる。バックライト４は面光源であり、視認者側にバックライト光を出射する。バックライト４から出射されたバックライト光がバリアパネル３を透過し、更に表示パネルを透過することで視認者に画像を見せることができる。

ここで図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方向に垂直な三次元画像表示装置１０１の奥行方向をＺ方向とする。図２は図１に示した構成を積層した状態の三次元画像表示装置１０１の表示領域２に対しＸＺ平面を切断面とする断面図である。

図２に示されるように、表示パネル１は、アレイ基板１１、カラーフィルタ基板１２、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２に挟まれた液晶層１３、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２の間隔、すなわちセルギャップ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１４とを備えた液晶パネルである。カラーフィルタ基板１２の液晶層１３に対向する面には、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、バックライト４のバックライト光を遮光する。ＢＭ領域１５が形成されない領域であるＢＭ開口１６は、バックライト４のバックライト光を透過する。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、これらは従来の液晶パネルと同様のものであり、図２では図示を省略している。

一方、バリアパネル３は、第１のバリア基板である対向基板３１と第２のバリア基板である電極基板３２と、電極基板３２と対向基板３１に挟まれた液晶層３４と、電極基板３２と対向基板３１の間隔、すなわちセルギャップを一定に保つため両基板間に配置されたメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓからなる柱状スペーサ３７とを備えた液晶パネルである。対向基板３１の液晶層３４に対向する面には、液晶駆動電極３３が設けられ、電極基板３２の液晶層３４に対向する面には、液晶駆動電極３６が設けられている。液晶駆動電極３３，３６は、液晶層３４を駆動する透明電極である。液晶駆動電極３６は、図２に示されるように、Ｘ方向に分割された複数の電極であり、Ｙ方向に細長い形状で延在している。液晶駆動電極３６は絶縁膜３５ａを介して２層に分割されて形成されている。分割された各液晶駆動電極３６は、互いに独立した電圧を液晶層３４に印加することが可能である。一つの液晶駆動電極３６により制御される液晶層３４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３６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３６の電圧制御によって、液晶層３４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３６は、絶縁層３５ａ及び絶縁層３５ｂ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。

バリアパネル３においては、バックライト光を遮断するサブ領域が遮光領域であるバリア領域、バックライト光を透過するサブ領域が透過領域であるバリア開口領域となる。視認者の左右の目に、三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３は視差バリアとして機能する。さらに、Ｘ方向における視認者の移動に対応して、表示パネル１に対する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３は視認者が移動した際にも継続して三次元画像を視認することができる追従機能を有した可動視差バリアとして機能する。

次に本実施の形態１における柱状スペーサ３７について説明する。本実施の形態１においては対向基板３１の液晶層３４に対向する面に高さの高いメインスペーサ３７ｍと高さの低いサブスペーサ３７ｓという高さが異なるスペーサを配置するデュアルスペーサ構造を用いている。デュアルスペーサ構造においては、外力や温度環境の変化等がない通常時には高さの高いメインスペーサ３７ｍのみが電極基板３２に接触してセルギャップを一定に保つ機能を果たし、高さの低いサブスペーサ３７ｓは電極基板３２に接触することなく、セルギャップの制御には寄与しない。しかし外力や温度環境の変化等の外部要因により、セルギャップが狭くなった際には、高さの低いサブスペーサ３７ｓも電極基板３２に接触し、メインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓの両方の弾性力によってさらにセルギャップが狭くなることを抑制する機能を果たす。
図３は本実施の形態１に係るバリアパネル３におけるメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓの平面視における配置を示す平面図である。図３に示されるようにスペーサ３７はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓが所定の周期で配列されている。

次に本実施の形態１における遮光パターン３９について説明する。図２に示すように、本実施の形態１においては対向基板３１の液晶層３４に対向する面に、メインスペーサ３７ｍもしくはサブスペーサ３７ｓの一部に対し、重なるように、遮光パターン３９が形成されている。さらに遮光パターン３９は平面視においてメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓより大きい形状となっており、遮光パターン３９は重なったメインスペーサ３７ｍもしくはサブスペーサ３７ｓとその近傍に発生する異常配向領域を透過するバックライト光と遮光する機能をはたす。この異常配向領域については詳細を後に述べる。
図４は図３で示したスペーサ３７の配置に対し、さらに遮光パターン３９の配置を重ね、スペーサ３７及び遮光パターン３９の平面視における配置を示す平面図である。図４に示されるようにスペーサ３７がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓが所定の周期で配列されているのに対し、遮光パターン３９は一部のメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓと重なり、かつ不規則に配置される。

次に本実施の形態１の三次元画像表示装置の動作について説明する。バックライト４から発せられた光はバリアパネル３を通過した後、バリアパネル３に重ねて配置された表示パネル１を通過して画像となり、視認者の目に到達する。このとき、パリアパネル３は左右方向に並ぶストライブ上に前述したバリア領域とバリア開口領域が形成されるよう制御され、表示パネル１は右眼用の画像と左眼用の画像をそれぞれストライプ状に分割し、これら右眼用と左眼用のストライプ画像を交互に並べた画像が表示されるように制御される。このような状態にすると、視認者の右眼には右眼用の画像のみを、左眼には左眼用の画像のみを入射させることができる。このとき視認者は右眼の画像と左眼の画像を合わせたものを、立体的な三次元画像として視認することができる。
ここでバリアパネル３の柱状スペーサ３７の周囲においては柱状スペーサ３７が液晶層３４の液晶の配向を阻害し、配向が乱れる異常配向領域が発生する。このため柱状スペーサ３７を遮光しない場合においては柱状スペーサ３７の近傍を通過する光はこの異常配向領域を通過するため、液晶が正常に配向している正常配向領域を通過する光と比較して偏光面の動きが異なることになる。従って異常配向領域を通過した光はバリアパネル３を透過する透過率が低下し、結果として柱状スペーサ３７の周囲は透過率が下がって輝度が低く視認される。又、柱状スペーサ３７自体は配向しないため、ノーマリーブラックモードのバリアパネルでは柱状スペーサ３７は黒く視認され、ノーマリーホワイトモードのバリアパネルでは柱状スペーサ３７は白く視認される。
一方、本実施の形態においては不規則に配置された遮光パターン３９が一部の柱状スペーサ３７と重なり、柱状スペーサ３７及びその周囲の異常配向領域を通過する光を遮光する機能を果たす。従って柱状スペーサ３７は周期をもって規則的に配置されていても、柱状スペーサ３７によって生じる透過率の変動は遮光パターン３９の不規則な配置によって周期性を失うこととなる。
したがって本実施の形態においては遮光パターン３９を配置することによりバリアパネル３の透過率の周期的な変動を抑制したため、周期的な透過率の変動を持つ表示パネル１と重ねて画像を表示させても透過率の変動の周期が干渉して発生するモアレの発生は抑制される。

次に本実施の形態１の三次元画像表示装置の製造方法について説明する。表示パネル１の製造方法は従来の表示用液晶パネルと同じであり、ここでは説明を省略する。又、バリアパネル３の製造方法についても遮光パターン３９の形成を除くと従来の視差バリア用液晶パネルと同じであるため、ここでは図２に示したバリアパネル３の対向基板３１に遮光パターン３９の形成する製造方法について説明する。
まず、バリアパネル３の対向基板３１の液晶層３４に対向する面に、液晶駆動電極３３を形成した後、さらにその上に黒色のＵＶ感光性樹脂を全面に塗布する。このＵＶ感光性樹脂はＵＶが照射されると樹脂が重合する特性を有している。塗布方法はスピンコーター、スリットコーターなどを使用する方法がある。樹脂を塗布して所定の温度で仮の熱硬化をさせたのち、マスクを用いたＵＶ露光により遮光パターン３８となる部分にＵＶ照射する。その後、現像を実施するとＵＶが照射されなかった部分が溶解除去され、ＵＶが照射された遮光パターン３９のみが残ることとなる。その後再度所定の温度で熱硬化させることにより遮光パターン３９は重合硬化する。
本実施の形態１において遮光パターン３９はバックライト４から出射されるバックライト光を遮断することが必要とされるが、一方で光の反射率が高いとバックライト光を反射して表示品質の低下を招く可能性がある。従って十分な遮光性を有するとともに反射率が低い素材を用いることが望ましい。前述した黒色のＵＶ感光性樹脂以外に例えば金属材料によって形成することも可能ではあるが、その場合には反射率を低い材料を使用するか、反射率を低くする表面処理を行う、反射光の影響を考慮して遮光パターン３９の大きさを大きくするなど、パターン表面の反射の影響を低くする処置をすることが望ましい。
また、本実施の形態１において、遮光パターン３９は対向基板３１の液晶層３４に対向する面に配置したが、電極基板３２の液晶層３４に対向する面に配置しても、平面視において柱状スペーサ３７と重なって遮光する機能を果たすため、同様の効果を奏する。さらに対向基板３１の液晶層３４に対向する面と反対側の面あるいは電極基板３２の液晶層３４に対向する面と反対側の面に配置しても、平面視において柱状スペーサ３７と重なって遮光する機能を果たすため、同様の効果を奏する。

ここで遮光パターン３９の大きさは次のように算出することができる。図５はバリアパネル３のメインスペーサ３７ｍ及び遮光パターン３９の近傍を示す断面図である。ここでは対向基板３１と電極基板３２の間のセルギャップをＨ（μｍ）、メインスペーサ３７ｍの直径をＤ（μｍ）とする。特にセルギャップあるいは液晶の体積に変動がある場合でなければ、メインスペーサ３７ｍの高さはセルギャップに等しく、Ｈ（μｍ）である。この時、メインスペーサ３７ｍの周囲には異常配向領域４０が発生する。異常配向領域４０の大きさは液晶の種類等によって異なるが、メインスペーサ３７ｍからの距離Ｓ（μｍ）が５〜１０μｍとなる外側の領域となることがわかった。ここで視認者の視線の角度を正面から見た場合を０°とし、実際の視線の角度を±６０°まで想定すると、０°〜±６０°の角度をもって異常配向領域４０を通過する光をすべて遮光することが可能となる遮光パターン３９の大きさは、遮光パターン３９を円形とした場合にはその直径Ｒが２Ｈ／√３＋Ｄ＋１０μｍ〜２Ｈ／√３＋Ｄ＋２０μｍとなる。

なお遮光パターン３９は柱状スペーサ３７に起因する透過率の変動の周期性を抑制するものであるため、必ずしも重なった柱状スペーサ３７及びその周囲の異常配向領域をすべて遮光しなくともよい。図６（ａ）は前述したように遮光パターン３９が柱状スペーサ３７を完全に覆うように重なって遮光する状態を示した平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。これに対し図７（ａ）は遮光パターン３９が柱状スペーサ３７に対してずれて配置され、柱状スペーサ３７の一部分のみを覆うように重なって遮光する状態を示した平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。また、図８（ａ）は遮光パターン３９が柱状スペーサ３７よりも小さく、柱状スペーサ３７の中心部のみを覆うように重なって遮光する状態を示した平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。これら図７及び図８に示される例であっても柱状スペーサ３７に起因する透過率の変動の周期性を抑制することは可能であり、同様の効果を奏することができる。しかし遮光しない領域がある場合、例えば柱状スペーサ３７と遮光パターン３９の位置合わせのズレなどによって遮光領域の大小にばらつきが生じ、それが表示のばらつきの要因となる可能性もあるため、図６に示したように柱状スペーサ３７を周囲の異常配向領域も含めてすべて遮光することが望ましい。

上記で述べたように、本実施の形態１におけるバリアパネル３は、規則的に配置された柱状スペーサ３７に対し、一部の柱状スペーサ３７が不規則に配置された遮光パターン３９と平面視において重なって遮光されることにより、バリアパネル３の表示領域３ａに対応する面内のバックライト光の透過率の周期的な変動が抑止され、ランダムな変化となる。これによってモアレを抑制した三次元画像表示装置を得ることができる。

実施の形態２
実施の形態１では視差バリア方式の三次元画像表示装置において、遮光パターン３９が、対向基板３１の液晶層３４に対向する面上の不規則な位置で、かつ前記柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置された形態を示した。本実施の形態２においては遮光パターン３９が対向基板３１の液晶層３４に対向する面上に不規則に配置され、かつ一部の柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置される遮光パターン３９ａと、柱状スペーサ３７と平面視において重ならない位置に配置される遮光パターン３９ｂを含む形態を示す。

本実施の形態２においては実施の形態１と同様に、図２に示すように、対向基板３１の液晶層３４に対向する面に高さの高いメインスペーサ３７ｍと高さの低いサブスペーサ３７ｓという高さが異なるスペーサを規則的に配置するデュアルスペーサ構造を用いている。さらに図３に示されるように柱状スペーサ３７はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓが所定の周期で配列されている。
図９は図３で示したメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓの配置に対し、さらに遮光パターン３９の配置を重ね、インスペーサ３７ｍ、サブスペーサ３７ｓ及び遮光パターン３９の平面視における配置を示す平面図である。図５に示されるように柱状スペーサ３７がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓが所定の周期で配列されているのに対し、遮光パターン３９ａが一部のメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓと重なって遮光した上で、さらに遮光パターン３９ｂが柱状スペーサ３７のない領域にも配置され、遮光パターン３９ａと遮光パターン３９ｂを合わせた遮光パターン３９が不規則な配置となっている。このような配置により、透過率の変化は遮光されていないメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓと遮光パターン３９ａと遮光パターン３９ｂを合わせた遮光パターン３９によるものとなり、この遮光パターン３９の配置は不規則なものであることから、バリアパネル３の透過率の変動も周期性をもたない、ランダムなものとなる。これによってモアレを抑制することができる。

実施の形態３
実施の形態１では視差バリア方式の三次元画像表示装置において、遮光パターン３９が、対向基板３１の液晶層３４に対向する面上の不規則な位置で、かつ前記柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置された形態を示した。また、本実施の形態２においては遮光パターン３９が対向基板３１の液晶層３４に対向する面上の不規則な位置で、かつ一部の柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置される遮光パターン３９ａと、柱状スペーサ３７と平面視において重ならない位置に配置される遮光パターン３９ｂを含む形態を示した。本実施の形態３においては遮光パターン３９が全ての柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置される遮光パターン３９ｃと、柱状スペーサ３７と平面視において重ならない位置に配置される遮光パターン３９ｄを含む形態を示す。

本実施の形態３においては実施の形態１及び実施の形態２と同様に、図２に示すように、対向基板３１の液晶層３４に対向する面に高さの高いメインスペーサ３７ｍと高さの低いサブスペーサ３７ｓという高さが異なるスペーサを規則的に配置するデュアルスペーサ構造を用いている。さらに図３に示されるように柱状スペーサ３７はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７とサブスペーサ３８が所定の周期で配列されている。
図１０は図３で示したメインスペーサ３７ｍ及びサブスペーサ３７ｓの配置に対し、さらに遮光パターン３９の配置を重ね、インスペーサ３７ｍ、サブスペーサ３７ｓ及び遮光パターン３９の平面視における配置を示す平面図である。図７に示されるように柱状スペーサ３７がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔で配置されており、更にその等間隔の配置の中でメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓが所定の周期で配列されているのに対し、遮光パターン３９ｃが全てのメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓと重なって遮光した上で、さらに遮光パターン３９ｄが柱状スペーサ３７のない領域において不規則な位置に配置されている。このような配置により、バリアパネル３の表示領域３ａにおける透過率の変動は遮光パターン３９ｃと遮光パターン３９ｄを合わせた遮光パターン３９のみによるものとなり、この遮光パターン３９の配置は不規則なものであることから、バックライト光の透過率の変化も周期性をもたない、ランダムな変化となる。これによってモアレを抑制することができる。

実施の形態４
実施の形態１〜３においては視差バリア方式の三次元画像表示装置において、規則的に配置されたスペーサ３７に対し、遮光パターン３９は、対向基板３１の液晶層４と対向する面上の不規則な位置で、かつ柱状スペーサ３７と平面視において重なる位置に配置する形態を示したが、本実施の形態４においては遮光パターン３９の形状を複数の種類有する形態を示す。
図１１は遮光パターン３９の形状の例である。これら遮光パターン３９は円形、三角形、四角形、十字形、Ｌ字形などの形状、あるい大きさが異なるパターンとなっている。実施の形態１〜３で示した形態に対し、遮光パターン３９を図１１に示したような形状、あるい大きさが異なる複数の種類のパターンとし、さらにその複数の種類のパターン配列を周期性、規則性を有さず不規則に配列することにより、実施の形態１〜３におけるバリアパネル３の表示領域３ａにおける透過率の変動をさらに周期性をもたない、ランダムな変動とすることが可能となる。

なお、実施の形態１〜４においては、バリアパネル３を構成する電極基板３２及び」対向基板３１について、視認者から見て前面側に電極基板３２を配置し、背面側に対向基板３１を配置した。しかし、視認者から見て前面側に対向基板３１を配置し、背面側に電極基板３２を配置しても同様の効果を奏する。また、バリアパネル３に配置した柱状スペーサは高さが異なるメインスペーサ３７ｍとサブスペーサ３７ｓを用いたデュアルスペーサ構造としたが、これに限らず、高さが1種類のシングルスペーサ構造であってもよい。
また、表示パネル１を構成するカラーフィルタ基板１２及びアレイ基板１１について、視認者から見て前面側にカラーフィルタ基板１２を配置し、背面側にアレイ基板１１を配置した。しかし、視認者から見て前面側にアレイ基板１１を配置し、背面側にカラーフィルタ基板１２を配置しても同様の効果を奏する。
さらに、三次元表示装置を構成する表示パネル１、バリアパネル３及びバックライト４について、視認者から見て前面側より表示パネル１ーバリアパネル３ーバックライト４の順に各パネルを配置したが、前面側よりバリアパネル３ー表示パネル１ーバックライト４の順に配置してもよい。

実施の形態１〜４においては、遮光パターン３９はバリアパネル３を構成する対向基板３１の液晶層３４に対向する面に配置したが、電極基板３２の液晶層３４に対向するに面に配置しても同様の効果を奏する。また遮光パターン３９が形成される層について、電極よりも液晶層３４に近い側に配置したが液晶層３４に対し電極よりも遠い側であってもよい。

実施の形態１〜４においては、表示パネル１は液晶パネルである形態を示したが、周期的に透過率が変化する表示パネルであれば同様の効果を奏する。有機ＥＬ表示装置、マイクロＬＥＤ表示装置においても、液晶パネルと同様にマトリクス状に所定のピッチで画素が周期的に配列され、その画素間に遮光される領域を有する構造をもつため、視認側からみてバリアパネル、表示パネルの順にパネルを配置する三次元画像表示装置においては、表示パネルを有機ＥＬ表示装置あるいはマイクロＬＥＤ表示装置とした場合においても同様の効果を奏する。

実施の形態１〜４においては視差バリア方式の三次元画像表示装置に関する形態を示したが、表示パネル１とバリアパネル３を重ね合わせた同様の構造を有し、表示パネル１に異なる２つの画像を合成した画像を表示させ、視認者の見る角度によって異なる画像を視認させる二方向画像表示装置についても同じ課題をもつため、本開示の構造によって同様の効果を奏することができる。

１表示パネル、１ａ表示領域、２透明接着層、３バリアパネル、３ａ表示領域、４バックライト、１１アレイ基板、１２カラーフィルタ基板、１３液晶層、１４柱状スペーサ、１５ブラックマトリクス、１６ブラックマトリクス開口、３１対向基板、３２電極基板、３４液晶層、３５ａ、３５ｂ絶縁膜、３６電極、３７柱状スペーサ、３７ｍメインスペーサ、３７ｓサブスペーサ、３９遮光パターン、３９ａ、３９ｃ柱状スペーサと重なった遮光パターン、３９ｂ、３９ｄ柱状スペーサと重ならない遮光パターン、５０異常配向領域、５１バックライト光

Claims

マトリクス状に配置された複数の画素によって第１の画像と第２の画像を合成した画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに重ねて配置され、前記表示パネルに表示される画像に対応して透過領域と遮光領域を形成するバリアパネルと、
を備え、
前記バリアパネルは、
第１のバリア基板と、
前記第１のバリア基板と液晶層を介して対向する第２のバリア基板と、
前記第１のバリア基板の前記第２のバリア基板と対向する面上に規則的に配置され、前記第１のバリア基板と前記第２のバリア基板の間の距離を制御するスペーサと、
前記第１のバリア基板の前記第２のバリア基板と対向する面上に不規則に配置される遮光パターンと、
を備え、前記スペーサは前記遮光パターンと平面視において重なって遮光されるスペーサを含むことを特徴とする画像表示装置。
前記スペーサは前記遮光パターンと平面視において重なって遮光されるスペーサと、前記遮光パターンと平面視において重ならないスペーサと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記スペーサは前記遮光パターンと平面視において重なって遮光されるスペーサと、前記遮光パターンと平面視において重ならないスペーサと、を含み、前記遮光パターンは前記スペーサと平面視において重ならずに配置される遮光パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
全ての前記スペーサは前記遮光パターンと平面視において重なって遮光され、前記遮光パターンは前記スペーサと平面視において重ならずに配置される遮光パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記遮光パターンは複数の異なる平面形状を有し、前記平面形状の前記遮光パターンが不規則な配列で配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記スペーサは略円形の断面形状を有する柱状スペーサであり、前記スペーサの前記第１のバリア基板と前記第２のバリア基板の間の距離の方向の高さをＨμｍ、断面の直径をＤμｍとした場合に、前記遮光パターンは平面視において２Ｈ／√３＋Ｄ＋１０μｍの直径を有する前記柱状スペーサと同心円を内側に含み、平面視において２Ｈ／√３＋Ｄ＋２０μｍの直径を有する前記柱状スペーサと同心円より外側にはみ出すことのない外周形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記第１のバリア基板の前記第２のバリア基板と対向する面上に不規則に配置される遮光パターンに置き換えて、前記第２のバリア基板の前記第１のバリア基板と対向する面上に不規則に配置される遮光パターンを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記表示パネルは液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記表示パネルは視認側からみて前記バリアパネルよりも後方に配置され、有機ＥＬ表示パネルあるいはマイクロＬＥＤ表示パネルのいずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記第１の画像は右眼用画像であり、前記第２の画像は左眼用画像であり、前記第１の画像と前記第２の画像によって三次元画像を視認させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記第１の画像は第１の視認者用の画像であり、前記第２の画像は第１の視認者とは異なる方向から視認する第２の視認者用の画像であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。