JP4469930B2 - パララックスバリア方式の立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、立体映像表示装置に関する。

情報通信技術の発展に伴い、文字、音声、映像を高速処理するデジタル端末機に２次元映像と音声を支えるマルチメディアサービスが可能になってきた。さらに、今後、立体的に実在感のあるマルチメディアサービスを提供する３次元立体情報通信サービスへ発展していくと予想される。

一般に、３次元を表現する立体画像は、両眼によるステレオ視覚の原理に基づいてなされる。立体感における重要な要素は、人の両眼が互いに略６５ｍｍ離れていることから現れる視差、すなわち、両眼時差といえよう。したがって、左眼と右眼がそれぞれ異なる２次元画像を見ることになり、これらの両画像が網膜を通して脳に伝達されると、脳は、これらを互いに融合して、本来の３次元映像が有する深さと現実感を再生する。これを、通常、ステレオグラフィと呼ぶ。

立体映像表示装置は、めがね着用の有無によって、めがね式(stereoscopic）立体映像表示装置と非めがね式（裸眼方式：autostereoscopic）立体映像表示装置とに大別される。

めがね式立体映像表示装置は、観察者が特殊なめがねをかけなければならないという不便さがあるのに対し、非めがね式立体映像表示装置は、観察者が直接スクリーンを注視するだけで立体映像が体感できる。したがって、非めがね式立体映像表示装置は、めがね式立体映像表示装置の欠点を解消できるものとして多くの研究がなされてきている。

非めがね式立体映像表示装置は、レンチキュラ（lenticular）方式とパララックスバリア（parallax−barrier）方式とに大別される。

一般に、ＴＦＴ−ＬＣＤは、ＲＧＢ表示のために一つの画素（または、セル）を３等分し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各分割領域に該当の蛍光塗料をそれぞれ塗布したのちバックライトを用いてＲ、Ｇ、Ｂ映像を表示するようになっている。

レンチキュラ方式とは、ディスプレイパネルを縦セル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）単位の左側映像と右側映像を縦方向に交互に配列し（縦インターレース方式）、左右映像の前面にそれぞれ特殊に製作された屈折レンズを装着することによって、左右映像を分離し、立体映像を表示する方式のことをいう。

パララックスバリア方式とは、左／右の両眼に該当する映像の前に縦形の遮断膜を配置することによって、スリットを通じて合成された２個の映像が分離観測され立体感を感じさせる方式である。

一般に、パララックスバリア方式は、図１に示すように、ディスプレイパネル１１０と、該パネル１１０から一定距離離れた位置に配置されるバリア１２０とで構成される。

ディスプレイパネル１１０の画素パターンは、左眼用のＲ、Ｇ、Ｂ、右眼用のＲ、Ｇ、Ｂの順に繰り返し配列される。

バリア１２０は、ディスプレイパネル１１０の各画素からの光が透過する部分１２１と、光が遮断される遮断膜１２２とからなり、遮断膜１２２は、左眼用画素からの光が左眼にのみに入射し、右眼用画素からの光が右眼にのみ入射するように配置される。すなわち、パララックスバリア方式は、ディスプレイパネル１１０の画素をＲ、Ｇ、Ｂ画素単位の、左眼用画素と右眼用画素として配列し(縦インターレース方式)、その左眼用画素と右眼用画素から、所定距離上の左眼用画素と右眼用画素間に該当する部分ごとに遮断膜１２０を設置し、左眼用映像は、左眼にのみ、右眼用映像は、右眼にのみ見えるようにすることによって、立体映像を再現する方式である。

ところが、非めがね式立体映像表示装置をＬＣＤとする場合、レンチキュラ方式の場合、立体感がパララックスバリア方式に比べて落ち、一般の２Ｄ映像との互換が難しいという問題点から、大部分パララックスバリア方式への研究開発が進行されている状況である。

しかしながら、既存ＴＦＴ−ＬＣＤの１画素で３等分されたＲ、Ｇ、Ｂパターンの下で、パララックスバリア方式で立体映像を実現する場合、画素と画素間に配置される遮断膜の位置や厚さによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの一部が遮られて表示されない場合が生じ、効果的に立体映像を表示できないという問題があった。

このような問題を解決するために、遮断膜を画素と画素の間ではなく、ＲとＧの間、ＧとＢの間、ＢとＲの間のように、Ｒ、Ｇ、Ｂ単位に細密に配列し、また、左眼用映像及び右眼用映像をＲ、Ｇ、Ｂ単位に分解して、左Ｒ、右Ｇ、左Ｂ、右Ｒ、左Ｇ、右Ｂ、…のように、Ｒ、Ｇ、Ｂ単位に配列する技術が提案された。

しかしながら、改善された上記技術は、遮断膜の厚さと間隔が狭いことから視野角が極めて狭まり、また視野距離（viewing distance）が特定距離に限定され、Ｒ、Ｇ、Ｂ単位により、高精度に遮断膜を製作しなければならず、製作工程の難易度が高くなって作業性が低下するほか、左眼用映像及び右眼用映像の製作をＲ、Ｇ、Ｂ単位にしなければならず、製作工程がより複雑になるという問題があった。

本発明は、従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、ディスプレイパネルが、Ｒ、Ｇ、Ｂなどの各色光を順次に生成される光源モジュールが発生する光の透過量を画素単位に調節することによって、各画素の全体面でＲ、Ｇ、Ｂなどの各色光を順次に表示するように実現し、左眼用映像と右眼用映像が、選択的に見えるように各画素から一定距離離れた位置に遮断膜を配置することによって、立体映像の解像度及び視野可能範囲を決定する視野角と視野距離を向上させることに目的がある。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置は、単位時間ごとに複数の色光を順次に表示する発光モジュールと、左眼用画素と右眼用画素が、画素単位に交互に配置され、発光モジュールが順次に表示する各色光の透過量を、画素単位に調節し、交互に配置される左眼用映像及び右眼用映像を表示するディスプレイパネルと、ディスプレイパネルから所定距離離れた位置に配置され、左眼用映像及び右眼用映像が、選択的に見えるようにするバリアと、を備える。

また、上記の発光モジュールは、複数の色光源を含む光源モジュール及び光源モジュールで発生した光を拡散する光拡散板を備え、光源モジュールの各色光源が、単位時間ごとにそれぞれの色光を発生させ、光拡散板の光出射面全体に順次に表示することができる。

なお、上記の複数の色光は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を含み、複数の色光源は、赤色（Ｒ）光源、緑色（Ｇ）光源及び青色（Ｂ）光源を含むことができる。

また、ディスプレイパネルの画素は、単位時間に発光モジュールの含む各色光源の数をかけた時間単位に、単位時間内における各色光の透過量を調節することによって、左眼用画素に左眼用映像を表示し、右眼用画素に右眼用画像を表示することができる。

また、本発明の一実施の形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置において、バリアは、立体専用バリアとなり、平面／立体モード切換のためにＴＮ−ＬＣＤまたはＳＴＮ−ＬＣＤ構成を有することができる。

また、バリアは、２個の画素ごとに縦方向に遮断膜が配置されることができ、遮断膜の幅は、パネルピッチ（Ｐｐ）が、２×Ｄｐ×０．８乃至２×Ｄｐの範囲で決定される場合、Ｐｐ×０．４乃至Ｐｐ×０．８の範囲で決定され、Ｄｐは、画素のドットピッチ（dot pitch）であり、Ｐｐ＝２×Ｄｐ×（Ｓ−Ｌ）／Ｓであり、Ｓは視野距離、Ｌは、ディスプレイパネルとバリア間の間隔である。

本発明によれば、画素単位にＲ、Ｇ、Ｂ表示を制御し立体映像を再現するため、下記のような効果が得られる。
立体映像表示装置を駆動する際に、それぞれの画素に映像信号によってＲ、Ｇ、Ｂを順次に表示することによって画素単位に立体映像を表示できるため、小さい画面においても高解像度の映像を再現可能になる。

また、上述したように、それぞれの画素においてＲ、Ｇ、Ｂを単位時間(T1)ごとに順に一つずつ表示して画素単位に立体映像を表示することによって遮断膜を画素単位に設計できるため、遮断膜(222)の位置、幅を柔軟に実現可能になる。

すなわち、本発明は、視野角及び視野距離が増大するように遮断膜(222)の幅を決定できるため、既存に比べて製作工程を単純化できるほか、優れた立体映像を再現可能になる。
なお、左右映像をＲ、Ｇ、Ｂ単位ではなく画素単位に実現するため、左右映像の実現が容易になる。

なお、本発明では、バリアをＴＮ−ＬＣＤまたはＳＴＮ−ＬＣＤなどで実現し、遮断膜のオン／オフを可能にすることによって、２Ｄ／３Ｄモード切換が可能になる。すなわち、２Ｄモードの場合、遮断膜をオフし光が透過されるようにすることによって、２Ｄ映像が見られるようにし、３Ｄモードの場合、遮断膜をオンし、光を遮断するようにすることによって、立体映像が見られるようにする。

以下、本発明を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置の構成図である。

図２に示すように、本発明の一実施の形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置は、発光モジュール２３０、ディスプレイパネル２１０及びバリア２２０を備えることができる。ここで、発光モジュール２３０は、少なくとも赤色（Ｒ）光源、緑色（Ｇ）光源及び青色（Ｂ）光源を含む光源モジュール２３１、及びこの光源モジュール２３１から生成された光を拡散する光拡散板２３２を備えることができる。光源モジュール２３１の各色光源（Ｒ、Ｇ、Ｂなど）は、所定の単位時間Ｔ１ごとにそれぞれの色光を生成し、生成されたそれぞれの色光は、光拡散板２３２の光出射面全体に順次に表示される。

光源モジュール２３０は、一般に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３色の光源の他にも、輝度向上及び立体映像のカラー実現をより容易にするために、白色（Ｗ）等の任意の色の光源を含むことができる。ただし、以下では、説明を簡単にするために、それぞれの光源をＲ、Ｇ、Ｂで表示する。また、発光モジュール２３１のための光源は、現在、ＬＥＤなどの点光源装置を用いるのが一般的であるが、所定の単位時間Ｔ１ごとにそれぞれの色光を生成できるものであれば、従来の発光モジュールにおける棒状の光源も使用可能である。ここで、単位時間Ｔ１とは、光源モジュール２３１がＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色の光を生成する時間のことをいい、通常、２〜５μｓであるが、これに限定されるわけではい。

また、上述したディスプレイパネル２１０には、左眼用画素と右眼用画素を画素単位に交互に配置することができる。このディスプレイパネル２１０は、立体映像を実現するための所定の映像信号によって発光モジュール２３０が順次に表示するＲ、Ｇ、Ｂなどの各色光が、各画素を透過する透過量を画素単位に調節する。
これにより、ディスプレイパネル２１０の左眼用画素には、左眼用映像が、そして右眼用画素には、右眼用映像が交互に表示されることができる。

また、上述したバリア２２０は、ディスプレイパネル２１０から所定距離離れた位置に配置され、使用者の左眼には左眼用映像が、そして使用者の右眼には、右眼用映像が選択的に見えるようにできる。上述したように、本発明の一実施の形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置は、一つの画素内に形成されたＲ、Ｇ、Ｂ領域単位に映像のカラーを実現するのではなく、一つの画素全体にＲ、Ｇ、Ｂなどの各色光の透過時間を調節して映像を実現するため、バリア２２０が微細に誤って配置されることからＲ、Ｇ、Ｂの一部が遮られるのを防止することができる。上述したバリアは、２個の画素ごとに縦方向に遮断膜が配置されることが好ましいが、これに限定されることはない。

また、本発明によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置は、立体／平面（２Ｄ／３Ｄ）モード切換のためにバリア２２０をＴＮ−ＬＣＤまたはＳＴＮ−ＬＣＤなどで実現できる。これにより、遮断膜２２２のオン／オフを可能にすることによって立体映像表示装置の２Ｄ／３Ｄモードの切換を可能にする。すなわち、２Ｄモードの場合、遮断膜２２２をオフし光が透過されるようにすることによって２Ｄ映像が見られるようにし、３Ｄモードの場合、遮断膜２２２をオンし光を遮断するようにすることによって、立体映像が見られるようにする。

以下、上述のように構成された本発明の一実施の形態による、パララックスバリア方式の立体映像表示装置の動作原理について説明する。ディスプレイパネルの画素は、単位時間Ｔ１に発光モジュールの含む各色光源の数Ｎを乗じた時間Ｔ２単位に、単位時間Ｔ１内における各色光の透過量を調節し、左眼用画素に左眼用映像を表示し、右眼用画素に右眼用画像を表示することができる。一実施の形態において、単位時間Ｔ１内で各色光の透過量を調節することは単位時間Ｔ１ごとに液晶の捩れ度合いによって、透過する光量を調節して各画素の色濃度を調節できるが、これに限定されることはない。

図３は、本発明の一実施の形態による遮断膜の幅を決定するための要素の関係を示す概略図である。
本発明の一実施の形態において画素単位の遮断膜２２２一つの幅（Barrier Pitch；Ｂｐ）は、ディスプレイパネルの厚さ、視野距離、画素のドットピッチ（Dot Pitch；Ｄｐ）によって決定される。この時、一つの遮断膜と最も隣接した遮断膜間の空間一つの幅との合計をパネルピッチ（Panel Pitch;Ｐｐ）と定義するとき、パネルピッチ（Ｐｐ）は、２×Ｄｐ×０．８〜２×Ｄｐの範囲内で決定される。

そして、遮断膜２２２の幅（Ｂｐ）は、Ｐｐ×０．４〜Ｐｐ×０．８の範囲内で決定される。
パネルピッチ（Ｐｐ）は、下の式によって決定される。
Ｐｐ＝２×Ｄｐ×（Ｓ−Ｌ）／（Ｓ）

ここで、'Ｓ'は、視野距離、'Ｌ'は、ディスプレイパネルの厚さ、すなわち、ディスプレイパネル２１０とバリア２２０間の間隔、Ｄｐは画素のドットピッチ（dot pitch）を表し、その関係を図３に示した。

以上では好ましい実施の形態に挙げて本発明を説明してきたが、該当技術分野に熟練した当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を様々に修正及び変更できるということが理解できる。

一般的なパララックスバリア方式の立体映像表示装置の構成図である。 本発明の一実施の形態によるパララックスバリア方式の立体映像表示装置の構成図である。 本発明の一実施の形態による遮断膜の幅を決定するための要素の関係を示す概略図である。

Claims (8)

1. 単位時間ごとに複数の色光を順次に表示する発光モジュールと、
   画素単位に左眼用画素と右眼用画素が交互に配置され、前記発光モジュールによって順次に表示される前記各色光の透過量を画素単位に調節し、交互に配置される左眼用映像及び右眼用映像を表示するディスプレイパネルと、
   前記ディスプレイパネルから所定距離離れた位置に配置され、前記左眼用映像及び前記右眼用映像が選択的に見えるようにするバリアとを備える、パララックスバリア方式の立体映像表示装置。
2. 前記発光モジュールは、複数の色光源を含む光源モジュール及び前記光源モジュールで生成した光を拡散する光拡散板を備え、
   前記光源モジュールの各色光源が、前記単位時間ごとにそれぞれの色光を生成し、前記光拡散板の光出射面全体に順次に表示する、請求項１に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
3. 前記複数の色光は、赤色光、緑色光及び青色光を含み、
   前記複数の色光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含む、請求項１または２に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
4. 前記ディスプレイパネルの画素は、前記単位時間（Ｔ１)に前記発光モジュール内に含まれる各色光源の数(Ｎ)をかけた時間単位（Ｔ２）に、前記単位時間(Ｔ１)内における各色光の透過量を調節することによって、前記左眼用画素に左眼用映像を表示し、前記右眼用画素に右眼用画像を表示する、請求項１または２に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
5. 前記バリアは、立体専用バリアである請求項１または２に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
6. 前記バリアは、平面／立体モード切換のためにＴＮ−ＬＣＤまたはＳＴＮ−ＬＣＤ構成を有している請求項１または２に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
7. 前記バリアは、２個の画素ごとに縦方向に遮断膜が配置されている請求項１または２に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。
8. 前記遮断膜の幅は、パネルピッチ（Ｐｐ）が２×Ｄｐ×０．８〜２×Ｄｐの範囲で決定される場合、Ｐｐ×０．４〜Ｐｐ×０．８の範囲で決定され、前記Ｄｐは画素のドットピッチであり、パネルピッチは、Ｐｐ＝２×Ｄｐ×（Ｓ−Ｌ）／Ｓ の式で表わされ、前記Ｓは視野距離、前記Ｌは前記ディスプレイパネルと前記バリア間の間隔である、請求項７に記載のパララックスバリア方式の立体映像表示装置。

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