JP4834592B2 - 三次元映像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、三次元映像を表示する三次元映像表示装置に関する。

動画表示が可能な三次元映像表示装置、所謂、三次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用の眼鏡等を必要としない方式が高く要望されている。この専用のメガネを必要としないタイプの三次元映像表示装置には、ホログラフィの原理を利用する方式がある。このホログラフィの原理を利用する方式は、三次元のフルカラー動画を表示することが難しいとされている。このホログラフィの原理を利用する方式に対して、直視型或いは投影型の液晶表示装置又はプラズマ表示装置等のように画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に光線制御素子が設置され、表示パネルからの光線が制御されて観察者に向けられる方式がある。この方式によれば、比較的容易に三次元のフルカラー動画を表示することができる。

光線制御素子は、一般的には、パララクス・バリア或いは視差バリアとも称せられ、光線制御素子上の同一位置を観察しても観察する角度により異なる映像が見えるように光線が制御されている。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、光線制御素子としてスリット或いはレンチキュラー・シート（シリンドリカル・レンズ・アレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、光線制御素子としてピンホール・アレイ或いはレンズ・アレイが用いられる。

視差バリアを用いる方式にも、さらに２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラル・イメージング（以下、ＩＩとも云う）式に分類される。２眼式は両眼視差に基づいて立体視させるが，多眼式以降の三次元映像は程度の差はあれ運動視差を伴うことから，２眼式の立体映像と区別して三次元映像と呼ばれる．これらの三次元映像を表示するための基本的な原理は、１００年程度前に発明され三次元写真に応用されるインテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）の原理と実質的に同一である。

これら方式の中、ＩＩ方式は、視点位置の自由度が高く、楽に立体視できるという特徴がある。水平視差のみで垂直視差をなくした１次元ＩＩ方式では、非特許文献１に記載されているように、解像度の高い表示装置も比較的容易に実現できる。これに対し、２眼方式或いは多眼方式では、立体視できる視点位置を限定することで，１次元ＩＩ式に比べて解像度を高くしやすく，視点位置から取得した画像のみで三次元画像を生成できることから，映像を作成するための負荷も低くなる．その代わりに，三次が限定されているために，視域が狭く、見くいという問題がある。

このようなスリット或いはレンチキュラー・シートを用いた直視型裸眼三次元表示装置においては、光線制御素子の開口部１の水平方向（第１の方向）の周期構造と、平面表示装置にマトリクス状に設けられた画素を隔てる非表示部、又は、画素のカラー配列の水平方向（第１の方向）の周期構造が光学的に干渉することによるモアレ或いは色モアレが発生しやすい問題がある。その対策として、光線制御素子の周期性を傾ける、即ち、レンズを斜めに傾ける方法が知られている。しかしながら、この方法では、三次元映像表示時に垂直・水平に延びた直線がギザギザに表示されることから、特に、文字表示品位が低いという問題がある。垂直方向（第２の方向）にレンズ特性が無く、周期性が水平方向に限定された垂直レンズでは、文字表示品位は問題にならないが、色モアレを解消するためには、平面表示装置のカラー配列をモザイク配列或いは横ストライプ配列にする必要がある。さらに、マトリクス状に設けられた画素を隔てる非表示部との干渉によるモアレを解消するためには、特許文献１に開示されるように、平面表示装置とレンチキュラー・シートの間に拡散フィルムを追加するなどして、水平方向に隣接したサブ画素からの光線を融合して水平方向の周期性を無くし、モアレを解消している。しかし、拡散フィルムを追加すると、外光が散乱され、明コントラストが低下する問題がある。

水平方向に隣接したサブ画素からの光線を適度に融合させる拡散フィルム以外の方法として、特許文献２に開示されるように、サブ画素の配列をデルタ配列にする方法、或いは、特許文献３に開示されるように、水平方向において隣接する画素が互いに水平方向の座標上で重なるように平行四辺形型にサブ画素の開口部を定める方法、特許文献４に開示されるように、サブ画素の垂直方向（第２の方向）に沿った開口長さの合計値を水平方向で変動させない方法が知られている。しかしながら、特許文献２に従った設計では、垂直方向に連続したゲート線を設ける必要があることから、開口率は５０％以下となる問題がある。また、特許文献３に開示されるように、開口形状を平行四辺形型にしながら、サブ画素１０を垂直、水平方向に重心をずらさずに配置すると、通常、垂直方向に連続して設ける信号線の設置が困難になる問題がある。さらに、特許文献４に示された単純な開口形状を実現するためには、ＬＣＤのサブ画素１０毎に局在して設けられるＴＦＴ（Thin Film Transistor）或いはＣｓ線等などの遮光性の素子に加え、遮光部３を追加して設ける必要が生じる。
特開２００５−８６４１４ 特登３０２７５０６ 特表平１０−５０５６８９ 特登３５２５９９５ 特開２００５−２０８５６７ SID04 Digest １４３８ （２００４）

上述のように、周期性が第１の方向（水平方向）に限定された光線制御素子とマトリクス状に画素が設けられた平面表示装置を組み合わせた従来の三次元映像表示装置においては、光線制御子と平面表示装置との第１の方向の周期性が互いに干渉して輝度ムラ（モアレ）が発生する。モアレを解消する方法として、第２の方向（垂直方向）の開口長さを一定とし、第２の方向の開口長さが第１の方向で変動しない，すなわち，第２の方向の開口長さの周期性をなくす方法がある。ＴＦＴ或いはＣｓ線、液晶の配向不良の遮蔽といった第１の方向における座標が局在化している素子或いは構造を設けつつこの条件を満たそうとすると、本来必要な遮光部に加え、第２の方向の開口長さが第１の方向において一定になるように本来不要なダミーの遮光部を設けることとなり、開口率が低下するという問題がある．
この発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、周期性が第１の方向に限定された光線制御素子と平面表示装置を組み合わせ多三次元映像表示装置において、平面表示装置のサブ画素の第２の方向の開口長さを第１の方向で変動しないようにして第１の方向の周期性をなくし、光線制御子との干渉をなくしてモアレを解消し、且つ、開口率の低下も抑制することができる三次元映像表示装置を提供することにある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、周期性が第１の方向（水平方向）に限定された光線制御素子と平面表示装置を組み合わせ多三次元映像表示装置において、平面表示装置のサブ画素の第２の方向（垂直方向）の開口長さを第１の方向で変動しないようにして第１の方向（水平方向）の周期性をなくし、光線制御子と干渉できなくすることでモアレを解消しつつ、開口率の低下も抑制した三次元映像表示装置を提供することにある。

この発明によれば、
第１の方向に沿うサブ画素の第１配列を有し、第２方向に沿って前記第１配列が配列されて前記サブ画素がマトリクス状に配列され、前記マトリックス状の前記サブ画素に平面画像を表示する表示部であって、
当該各サブ画素は、開口部と遮光部とから構成され、開口率は、当該サブ画素の面積に対する前記開口部の占有率で定義され、前記開口部の面積は、前記サブ画素の面積から前記遮光部を除いた面積であるとともに、前記第２の方向の開口長さを前記第１の方向に積算した値で定義され、一つの前記第１配列の前記第２の方向の開口長さは、前記第１の方向に沿って変動し、少なくとも他の１つの前記第１配列における前記第２の方向の開口長さと合計されることで前記第１方向に沿って前記開口長さが略一定化される表示部と、
前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向に略直線状に延び、前記第１の方向に配列されている多数の光学的開口部を備えた光線制御素子と、
を具備し、
前記第２の方向の開口長さが合計されることによって一定になる２つ以上の前記第１配列は、前記第２の方向において互いに隣接される配列、或いは、前記第１の方向の座標が同一でサブ画素同士が同色である配列であることを特徴とする三次元映像表示装置が提供される。

本発明によれば、周期性が第１の方向（水平方向）に限定された光線制御素子と第１及び第２の方向（垂直並びに水平方向）にマトリクス状に画素が設けられた平面表示装置を組み合わせた三次元映像表示装置において、モアレ解消策としてダミーの遮光部を設ける必要がなく、また、ダミーの遮光部を設けたとしてもより少ない面積のダミーの遮光部でモアレを解消することができ、開口率低下に伴う輝度低下を防止することができる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る三次元映像表示装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る三次元映像表示装置における平面画像を表示する表示部の一部分を拡大して概略的に示す拡大図である。

この表示部は、水平並びに垂直方向に沿ってマトリックス状に配列されたサブ画素１０から構成され、このサブ画素１０の前面にカラー・フィルタ・セグメント１２が設けられている。また、サブ画素１０は、遮光部３、６及びこの遮光部３、６で区画された絵素から構成され、区画された絵素及びこのサブ画素１０に対応するカラー・フィルタ・セグメント１２で開口部１が定められる。バックライト（図示せず）から射出された白色光線が，この開口部１からカラー・フィルタ・セグメント１２を経由することで色がＲＧＢのいずれかに定められた光線が表示部の前方に照射され、開口部１を通過する光線の光強度並びに色に応じて画像が表示部に表示される。

サブ画素１０の開口部１は、図１に示されるように一例として一部が遮光部５、３Ｂで欠損した略平行四辺形に形成され、サブ画素１０上には、図１に示されるようにカラー配列されたカラー・フィルタ・セグメント１２が配列されている。図１における水平方向は、第１の方向に相当し、垂直方向が第２の方向に相当している。図１では、３行４列サブ画素１０で構成される領域が図示され、説明の便宜の為に補助線２が正方形の升目として描かれている。また、図１中に網掛けで描かれた部分が開口部１に相当し、白抜きした部分がブラック・マトリクスに相当している。ここで、同一の網掛けパターンは、同一の色長さを有するカラー・フィルタ・セグメントから構成される開口部１に相当している。

一般的な画素配列では、縦配線（信号線配線）は、第２の方向（垂直方向）に連続して直線状に設けられるが、図１に示される画素配列では、縦配線に相当する遮光部３が傾けられている。このように遮光部３を傾けることによって、図２（ａ）及び（ｂ）の夫々に示されるように、第２の方向（垂直方向）に沿った開口部１の開口長さを第１の方向（水平方向）に沿って略一定とすることができる。そして、同一形状並びに同一サイズの開口部１が遮光部３を介して等しいピッチで第１の方向（水平方向）に沿って配列されている。ここで、開口率は、１つのサブ画素１０を定める遮光部３，３Ｂ，５，６を加算した面積Ｓ１及び開口部１の面積Ｓ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）に対する開口部面積1の面積Ｓ２の面積の比として定義される。遮光部３，６は、隣接するサブ画素１０の開口部１にも寄与していることから、ある開口部１を囲む遮光部３，６の面積の一定割合が遮光部の面積Ｓ１に相当し，残りの遮光部３，６は，開口部１に左右，上下に隣接する他のサブピクセルの遮光部の面積Ｓ１に相当している。そして、開口部１の第２の方向（垂直方向）に沿った長さを第１又の方向（水平方向）に沿ってサブ画素１０の幅にわたって積算した結果が，当該開口部１の面積Ｓ２に相当しており，遮光部３，３Ｂ，５，６の第２の方向（垂直方向）に沿った長さを，第１又の方向（水平方向）に沿ってサブ画素１０の幅にわたって積算した結果が，当該遮光部３の面積Ｓ１に相当している。

図１に示す配置では、遮光部３の傾きの方向は、偶数行では、同一で、また、奇数行でも同一であるが、偶数行と奇数行とは、互いに逆に定められている。従って、遮光部３は、図１に示されるように開口部１を行毎に区画する遮光部３に相当する横配線６で屈曲され、第２の方向（垂直方向）において、遮光部３に相当する縦配線１１が全体として蛇行されるように略第２の方向（垂直方向）に連続して延出されている。図１では、説明を簡素化するために縦配線１１の傾きの方向が行ごとに逆となる例を示している。しかし、サブ画素１０の開口面積中心が第１の方向，第２の方向で整列していれば，同一行内で縦配線１１が奇数回折れ曲げられても良い。例えば、縦配線１１が１回折れ曲がる場合は、サブ画素１０の１つの形状が略“く”の字（Ｌ字形）になるように形成されても良い。

図１に示される表示部では、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、第２の方向（垂直方向）に沿ってＮ行目の第１配列のサブ画素１に隣接した（Ｎ＋１）行目のサブ画素１の開口長さがＮ行目の第１配列のサブ画素１の開口長さの変動を打ち消し、第２の方向に沿って互いに隣接する２行の第１配列の開口長さの和が一定になるように定められている。

図１に示される表示部及び図２（ａ）〜（ｃ）に示される開口長さの第１方向に沿った変動を打ち消すことができる効果を説明する為に図３及び図４を参照して説明する。図３は、比較例としての表示部の開口形状を示し、図４は、図３に示す表示部の開口形状における開口長さ並びに遮光長さの分布を示している。

図１に示されるようにサブ画素１０は、略平行四辺形の形状を有している。同様に比較例に係る図３に示される表示部においてもサブ画素１０は、略平行四辺形の形状を有している。略平行四辺形の形状を有するサブ画素１０において、第１配列の第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さを完全に一定とするためには、図３に示されるように第１の方向（水平方向）に延出される横配線６と略第２の方向（垂直方向）に伸びる縦配線１１の交差部４Ａに遮光部３Ａを設ける必要がある。ここで、遮光部３Ａの面積は、交差部４Ａの面積に等しく定められている。この遮光部３Ａを設けることにより、第１配列に属するサブ画素１０の、第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さの合計は、第１配列のみで一定になる。

図４（ａ）には、第２の方向（垂直方向）に沿った各サブ画素１０の開口長さの変動が縦軸に、第１の方向（水平方向）の座標が横軸に示されたグラフが示されている。また、図４（ｂ）及び（ｃ）には、１行あたりの遮光長さの和が示されている。Ｎ行目のサブ画素１０も（Ｎ＋１）行目のサブ画素１０も遮光長さが一定であることが理解される。ここで、遮光長さは、第２の方向（垂直方向）に沿ったサブ画素１０の第２の方向（垂直方向）の高さ（長さ）から開口長さをマイナスした値と定義される。（遮光長さ＝（サブ画素１０の第２の方向（垂直方向）の高さ）−サブ画素１０の第２の方向（垂直方向）の開口長さ）即ち、Ｎ行目のあるサブ画素１は、ある開口形状を有し、この開口形状の第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さは、図４（ａ）に示されるようにサブ画素１の開口部１の第２の方向（垂直方向）に沿った高さに相当している。即ち、開口部１が略平行四辺形であるから、平行四辺形の１辺に相当する第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に高さが増加される。図３に示す表示部には、遮光部３Ａが設けられていることから、第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さは、この遮光部３Ａと平行四辺形の斜辺との間で略一定の高さとなり、続いて，遮光部３Aの天井の辺と、平行四辺形の天井の辺の間で略一定の高さとなり、その後、第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に高さが減少される。隣接するサブ画素１においても、第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さは、図４（ａ）に示されるように同様に変動される。言い換えると，Ｎ行目の第１配列に属するサブ画素の第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さの合計値は、図４（ｂ）に示すように略一定となるように遮光部３Ａが設けられ、同様に、（Ｎ＋１）行目の第１配列に属するサブ画素の第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さの合計値も図４（ｃ）に示すように略一定となるように遮光部３Ａが設けられる。

尚、ＴＦＴ素子或いはスルーホール、セルギャップを維持するためのスペーサーに起因する液晶の配向乱れを隠すための構造など、第１の方向（水平方向）で局在化した遮光部３が、図３に示したように、この配線の交差部４Ａの面積と同等であるとは限られない。前述したように、遮光部３Ａが交差部４Ａの面積より広くても狭くても、第２の方向（垂直方向）に沿ったサブ画素３の開口長さは第１の方向（水平方向）に並んだ一行で一定にはならない。

この比較例に対して図１に示された表示部では、第２の方向（垂直方向）に沿ってＮ行目に隣接した（Ｎ＋１）行目の開口長さが第２の方向（垂直方向）に沿ったＮ行目のサブ画素３の開口長さの変動を打ち消し、第二の方向の開口長さの二行の和が一定とされる。例えば、比較例としての図３との比較から明らかなように、図１に示されるようにＮ行目の第１配列に遮光部５が設けられ、この遮光部５を設けるのに伴い、横配線（ゲート線である場合が多い）６を対称軸として、（Ｎ＋１）行目の第１配列の領域７が遮光部３Ｂの領域から開口部１の領域に変更されている。この開口部の領域７は、遮光部５に略等しい面積を備えている。一方、（Ｎ＋１）行目の第１配列に遮光部８を設けるに伴い、Ｎ行目の第１配列の領域９が遮光部３Ｂから開口部１に変更されている。遮光部８の面積もまた領域９の面積に等しく定められている。

図２（ａ）及び（ｂ）には、各サブ画素１０の第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さが縦軸に、第１の方向（水平方向）の座標が横軸に取ったグラフが示されている。図２（ａ）及び（ｂ）は、平面表示部における上下に隣接する二行（Ｎ行及び（Ｎ＋１）行）の第１配列における開口長さを示している。図２（ａ）及び（ｂ）における網掛けパターンは、図１と同様に開口部１の色成分を意味している。図２（ｃ）は、第１配列当たりの遮光長さの和を示している。合計で遮光長さ（＝開口長さ）が一定になるかどうかをわかりやすくするために、Ｎ行目と（Ｎ＋１）行目の第１配列の遮光長さの軸を反転させて描いている。図１に示されるように開口部１が設計されることで、第Ｎ行目の第１配列の遮光長さ（＝（サブ画素１０の第２の方向（垂直方向）の高さ）−開口長さ）の変動を補うように、第（Ｎ＋１）行目の第１配列の遮光長さを変動させることができる。即ち、第２の方向（垂直方向）の開口長さは、第１配列だけでは変動しているが、複数行の第１配列のサブ画素１０の第２の方向（垂直方向）の開口長さの和で一定になり、さらには、図２（ａ）に示されるように各サブ画素１０の開口部１の面積も一定になっている。

より詳細に説明すれば、Ｎ行目の第１配列のあるサブ画素１は、ある開口形状を有し、この開口形状の第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さは、図２（ａ）に示されるようにサブ画素１の開口部１の第２の方向（垂直方向）に沿った高さに相当している。即ち、Ｎ行目の開口部１は、略平行四辺形であるから、平行四辺形の１辺に相当する第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に高さ（開口長さ）が増加され、平行四辺形の底辺と１つの斜辺に設けられた遮光部５との間で高さが第１のピークに達し、その後減少される。第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に再び高さが増加され、第２のピークに達し、その後減少される。

これに対して、（Ｎ＋１）行目の第１配列の開口部１では、平行四辺形の１辺に相当する第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に高さ（開口長さ）が増加され、平行四辺形の底辺と遮光部３Ｂとの間で高さが第２のピークに達し、その後減少される。第１の方向（水平方向）の座標の増加と共に再び高さが増加され、第２のピークよりも低い第１のピークに達し、その後減少される。

ここで、Ｎ行目の第１配列のこの第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さは、図２（ｃ）に示すように一定とならず、第１及び第２ピークに起因するピークが現れる。同様に、（Ｎ＋１）行目の第１配列の第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さも図４（ｂ）に示すように一定とならず、第１及び第２ピークに起因するピークが現れる。

図２（ａ）及び（ｂ）の比較から明らかなようにＮ行目の第１ピークは、（Ｎ＋１）行目の第１及び第２ピーク間に生ずる谷を補い、（Ｎ＋１）行目の第１ピークは、Ｎ行目の第１及び第２ピーク間に生ずる谷を補うような相補的な関係にある。また、Ｎ行目の第１配列の図２（ｃ）に示される第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さと，（Ｎ＋１）行目の第１配列の第２の方向（垂直方向）に沿った遮光長さに対して相補的な関係にあり、Ｎ行目及び（Ｎ＋１）行目の第１配列の第２の方向（垂直方向）に沿った開口長さの合計値が一定となる。

図１に示される表示部によれば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように第Ｎ行目及び第（Ｎ＋１）行目の開口長さは、互いに相補的な関係にすることができ、同様に、図２（ｃ）に示されるように第Ｎ行目及び第（Ｎ＋１）行目の第１配列の遮光長さも互いに相補的な関係に定めることができる。

図１を参照して説明した遮光部５、８の設け方は実際の画素設計とは異なっているが、実際の開口部の形状を設計する際の概念を説明するために描かれていることに注意されたい。実際の設計においては、サブ画素１０内で偏在するであろうＴＦＴ素子等に起因する遮光部３の第１の方向（水平方向）の座標をずらし、隣接する２行またはそれ以上の複数行で打ち消すように設計することになる。また、図１に示される表示部では、カラーフィルタ配列としてモザイク配列を採用し、色モアレの発生を抑制している。

図７は、本発明の更に他の実施の形態に係る三次元映像表示装置の平面画像表示部の一部分を拡大して示している。図７に示されるように、図１に示されるサブ画素１０の開口部１の形状と同一であり、カラー配列が横ストライプカラー配列になっている点のみが図１の構造とは異なっている。横ストライプカラー配列であっても三次元表示時に色モアレを防止することができる。

図５には、実際の構造に類似した図を示している。開口率を低下させる主な構造には、配線１０１〜１０３と構造１１１がある。開口率を低下させる構造には、これ以外の微小な構造もあるが、図５では、簡略化している。配線１０１は、１行ごとにジグザグに折れ曲がり、配線１０１と配線１０２の交差部の第１の方向の座標及び構造１１１は、基準線２を参照すれば明らかなように、第１の方向にずらして設置されている。このような配置によって、図６に示すようにＮ行の第１配列と（Ｎ＋１）行の第１配列の遮光長さの変化を隣接する２行間で打ち消すことができる。ここで、図５に示される配置においては、構造１１１と配線１０３との間は、絶縁のために離間される。この構造１１１と配線１０３との間の開口部には、隣接する行に、開口長さを打ち消す為の遮光長さを実現する構造がないが、この開口部が微小であり、第２の方向の開口長さＴａに比較してその開口長さＴｂが小さいからである。開口長さＴｂをどの程度に抑制するべきかを次に述べる。構造１１１と配線１０３との間の開口部は、その割合を低く抑えることで，互いに隣接する２行で開口長さを一定にする設計の妨げにはならない。

一例として、図１１に示されるような光線制御子としてレンチキュラー・シートを用いる場合について説明する。レンチキュラー・シート２０が用いられる場合、ディスプレイ１０の全面にわたって視点４４を基準とした水平観視角度の変化に応じて、図１０に示されるように、レンズ頂点からディスプレイ１０の画素部までの距離が変化することを考慮して全面で略均一なデフォーカス量になるように設計される。具体的には、図１１に示されるように、レンズ頂点とディスプレイ画素部とのギャップを焦点距離（ｆ）よりやや短く設計し、例えば、デフォーカス水平幅がサブ画素幅の５０％前後になるようにすることで、ディスプレイ正面では焦点距離より短いことによるデフォーカス（ｇ＜ｆ）、ディスプレイ周辺では焦点距離より長いこと（ｆ＜ｇ’）或いは様々な収差及び像面湾曲に起因するデフォーカスが発生し、観視角の変動に影響を受けず、そのデフォーカス量を略一定にすることができる。換言すれば、様々なデフォーカス要因を考慮してディスプレイ全面にわたってデフォーカス量を一定にしようとした場合の水平デフォーカス幅は少なくともサブ画素の水平幅の５０％程度となる。一方、例えば図６（ｂ）に示すように２行のサブ画素の第２の方向の開口長さの和の変動の周期がサブ画素幅に等しいとすると、この垂直開口長さ変動に伴う輝度変化のコントラストは水平デフォーカス幅が画素幅（Ｘｏ）に一致したレンチキュラー・シートを経由して観察することにより理論的にはゼロになる。

ＭＴＦ理論を用いてこの理由を説明する。垂直開口長さ変動という短い周期（波長（λ））の波をデフォーカスしたレンズでサンプリングすることで、その輝度変化は正しく再生されなくなる。輝度変動のコントラスト低下は、デフォーカスの幅に依存される。例えば、最小水平デフォーカス幅がサブ画素の水平幅（Ｘｏ）丁度である場合には、レンズ越しに図６（ｂ）の垂直開口長さの変動（λ＝Ｘｏ）を見るとどの位置でみてもちょうど一周期となり、レンズ越しに観察されるコントラストはゼロになってしまう。これを図１２のＭＴＦ曲線で説明する。サブ画素幅（Ｘｏ）の波長（λ＝Ｘｏ）の垂直開口長さ変動の波は，９視差レンズ（Ｐｅ（水平幅）＝９Ｘｏ）でサンプリングする場合に，
Ｐｅ／λ（図１２の横軸）＝９Ｘｏ／Ｘｏ＝９
に相当する。レンズの水平デフォーカス幅＝Ｘｏの場合のＭＴＦ曲線はＰｅ／λ＝９でゼロになっている。即ち、コントラストがゼロになることを表している。製造誤差でデフォーカス量が０．８Ｘｏ〜１．２Ｘｏに変動したとしても、基本波長（λ）がレンズの水平幅（Ｐｅ）の１／９以下の垂直開口長さ変動の輝度差は、元のコントラストの２０％程度に抑制されると見積もられる。ここでは，９視差レンズ（Ｐｅ（水平幅）＝９Ｘｏ）でサンプリングする場合を一例として紹介したが、デフォーカスの幅を、垂直開口長さ変動の基本波長（λ）に等しいかまたはその整数倍に設定し、かつ，そのデフォーカス幅の製造誤差を考慮すると，視差数とは独立に，垂直開口長さ変動のレンズ越しのコントラストは，元のコントラストの２０％になる．従って、人間の視認限界をコントラスト比０．５％、我慢限界を２％とすると、その５倍の２．５〜１０％の輝度変動が許されることになる。つまり、複数行で開口長さを加算した結果の垂直開口長さ変動は１０％以下に抑えればよい。

次に、互いに隣接する２行の第１配列で第２の方向の遮光長さの変動を一定化する上述した構造にはキラーパターンが存在する．例えば，単色表示或いは１行おきの白表示といったキラーパターンにおいては、上下に隣接した行（Ｎ行，（Ｎ＋１）行）の第１配列で打ち消す効果がなくなる。まず、単色表示の場合は、図９（ａ）に示されるよう第１配列２行おきに点灯されることから、図９に示されるように第２の方向の開口長さの和は、６行で一定になることになる．例えば、サブ画素の高さ（第１配列の高さ）が１５０μｍだとすると、その６倍の約１ｍｍで輝度が一定になることを意味し、見た目の解像度が低下される。また、図９（ｂ）に示されるように，第１配列３行を点灯，次の３行を非点灯，といった表示を行った場合も，上下に隣接する２行の第１配列で開口長さが一定になる効果が失われる．第２の方向に隣接する３行は、一般的にはＲＧＢを担うことから、図９（ｂ）の表示は、１行おきの白点灯に他ならない。この一行おきの白点灯がモアレが発生する可能性があるキラーパターンとなる。具体的には、図８に示されるように位置ＦＰ１に焦点があった場合の輝度と、位置ＦＰ２に焦点があった場合、開口長さの差が最長開口長さを１００としたときの１５％とすると、開口長さの和が２８５と２７０と異なってしまう。

単色表示時の解像度減少（図９（ｂ））については、解像度の問題なので、観察距離等にも依存し、必ずしも問題になるとは限らない。後者の問題については、例えば、３行の第１配列で開口長さの和が一定になるように設計することで回避することが可能である。とはいえ、複数の第１配列で第２の方向の開口長さの合計を一定にすることでモアレを消失する場合には、図９（ｂ）のようなキラーパターンの存在を考慮すると，第１配列単体での開口長さの変動をある程度抑制することは効果的である。開口長さの変動による輝度変化が視認限界以下になる条件から許される変動量は下記のように求められる。

キラーパターンにおける輝度差のコントラストは、最大率開口長さを１００，最低開口長さをｘとした場合に（図９はｘ＝８５に相当），既出の，デフォーカスで垂直開口長さ変動のコントラストを視認限界以下にできる垂直開口長さの許容量である１０％以下を考慮すると，（２×１００＋ｘ）：（２×ｘ＋１００）＝１００：９０を満たせばよいことからｘ＝７２、即ち、単一の第１配列の垂直開口長さの差は，複数の第１配列の開口長さの和でキャンセルされることを前提とした上で，２８％（＝１００−７２）以下にする必要がある。

以上をまとめると，単一の第１配列の垂直開口長さ変動は２８％以下，複数の第１配列の垂直開口長さの和の変動は１０％以下になるように設計することで，レンズのデフォーカス効果と組み合わせることによりモアレのコントラストを視認限界以下にすることができる．ちなみに，第１配列３行で第２の方向の開口長さの和を一定にする場合は，一行おき白点灯はキラーパターンにならない．すなわち，第２の方向にＲＧＢが繰り返して並ぶカラーフィルタ配列の場合に，第２の方向に隣接した６行の第１配列において，垂直開口長さをある第１の方向の座標で切った場合に，（ｘ＋ａ），（ｘ），（ｘ-ａ），（ｘ＋ａ），（ｘ），（ｘ-ａ）（ｘ：基本垂直開口長さ，ａ：変動分）となるように割合を決めればよい．さらに，（ｘ＋ａ），（ｘ），（ｘ-ａ），（ｘ-ａ），（ｘ），（ｘ＋ａ）（ｘ：基本垂直開口長さ，ａ：変動分）とすれば，単色表示もキラーパターンにならない．これ以上長周期で垂直開口率長さの和を一定にしようとすると，複数第１配列で垂直開口長さを一定にする効果が薄まる（離れているために解像度によっては行毎に輝度が違うことが視認されやすくなる）．
図１３は、この発明の他の実施の形態に係る三次元映像表示装置の平面画像表示部の一部分を拡大して概略的に示す拡大図である。図１３に示すようにこの表示部は、略平行四辺形の開口部１形状を採用している。また、カラー配列はモザイクを採用している。この配列においては、第１配列それぞれの第２の方向（垂直方向）の開口長さは一定ではないが、開口部領域７と遮光部５とが設けられて上下２行の第１配列の和が一定とされる。また、Ｎ行目と（Ｎ＋１）行目の第１配列の開口形状は異なるが、開口面積は等しい。図１４には、第２の方向（垂直方向）の遮光長さが、Ｎ行目と（Ｎ＋１）行目の第１配列で打ち消しあうように変動している様子を示している。図１３ではモザイク配列を示しているが、図１と図４の関係と同様、横ストライプのカラー配列も採用可能である。

図１５（ａ）から（ｃ）を参照して、本発明を採用することで、開口率が増加する効果について説明する。図１５（ａ）、（ｂ）では、図２（ｃ）で示した遮光長さの図を占有率がわかるように描き直している。図１５（ａ）に示したＮ行目の第１配列、図１１（ｂ）に示した（Ｎ＋１）行目の第１配列のいずれについても、その平均開口長さは６５．７％であった．一方，第１配列一行で遮光部３が一定になるように開口形状を制御して輝度変動を抑制すると、図１５（ｃ）、（ｄ）に示したように、Ｎ行目の第１配列も（Ｎ＋１）行目の第１配列も開口長さは５７．７％となり、本提案の実施例である図１に比較して３Ｄディスプレイの輝度は８８％に低下される。

参考のために図１６及び１７には、縦配線を垂直にした場合の輝度変動について図示している。縦配線を光線制御素子であるレンズの稜線方向である第２の方向（垂直方向）に一致して設置してしまうと、図１７に示されるように第２の方向（垂直方向）の開口長さの変動を抑制することができなくなる。

図１８は、三次元映像表示装置の全体を概略的に示している。図１８に示される平面画像表示部１０は、前述のような開口部１の形状を有するサブ画素１０がマトリクス状に配列されたモザイク・カラー・フィルター配列の高精細液晶パネル・モジュールである。平面画像表示部１０は、サブ画素１０の開口部１の形状及びカラー配列が前述の条件を満たすものであれば、プラズマ表示パネル、有機ＥＬ表示パネル、電界放出型表示パネルなどであってもよく、種類は問わない。光線制御素子２０が、平面画像表示部に対向して設けられる。想定される観察者位置は４４の近傍であり、水平画角４１、垂直画角４２の範囲で、光線制御素子２０の前面及び背面の近傍に三次元映像を観察できる。

図１９（ａ）は、図１８に示される光線制御素子としてのレンチキュラー・シート３３４の斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１８に示される光線制御素子としてのスリット・アレイ３３３の斜視図である。水平ピッチＰeは、平面画像表示部の画素行方向に一致する方向のピッチである。

図２０は、図１８に示される三次元映像表示装置の表示部を基準にして垂直面内及び水平面内における光線再生範囲を概略的に示す展開図である。図２０（ａ）には、平面画像表示部１０及び光線制御素子２０の正面図が示され、図２０（ｂ）に三次元映像表示装置の映像配置を示す平面図が示され、図２０（ｃ）には、三次元映像表示装置の側面図が示されている。

図１８及び図１９に示すように、三次元映像表示装置は、液晶表示パネルなどの平面画像表示部１０及び光学的開口を有する光線制御素子２０を備えている。

図２０において、光線制御素子２０と視距離面４３との間の視距離Ｌ、光線制御素子水平ピッチＰe、光線制御素子と画素面とのギャップgが定められれば、要素映像水平ピッチＰが視距離面４３上の視点からアパーチャ（またはレンズ主点）中心を表示素子上に投影した間隔により決定される。符号４６は、視点位置と各アパーチャ中心とを結ぶ線を示し、視域幅Ｗは表示装置の表示面上で要素映像同士が重なり合わないという条件から決定される。平行光線の組を持つ条件の１次元ＩＩ方式の場合は、要素映像の水平ピッチの平均値が画素水平ピッチの整数倍よりわずかに大きく、かつ光線制御素子の水平ピッチが画素水平ピッチの整数倍に等しい。多眼方式の場合は、要素映像の水平ピッチが画素水平ピッチの整数倍に等しく、かつ光線制御素子の水平ピッチが画素水平ピッチの整数倍よりわずかに小さい。

図２１は、本発明による三次元映像表示装置の一部分の構成を概略的に示す斜視図である。液晶パネルなどの平面状の平面画像表示部の前面に、シリンドリカル・レンズ・アレイ（レンチキュラー・シート）２０１が配置されている場合を示している。図２１に示されるように表示装置の表示面には、縦横比が３：１のサブ画素３１が横方向及び縦方向に夫々直線状にマトリクス状に配置され、各画素３１は、行方向及び列方向に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が交互に並ぶように配列されている。この色配列は、一般にモザイク配列と呼ばれる。サブ画素３１の開口部１の形状は、図１、図７或いは図１３に示す形状であるとする。９列３行のサブ画素１０３１で１三次元表示時画素３２（黒枠で示されている）が構成される。このような表示部の構造では、三次元表示時画素が２７サブ画素１０からなることから、水平方向に９視差を与える三次元映像・映像表示が可能となる。

以上の方法により、光線制御素子を垂直に設置した三次元映像表示装置において、表示妨害となるモアレが発生せず、かつ、輝度低下を抑制し、総合的な三次元映像の画質が向上する。

尚、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階では、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、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいく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わせてもよい。

この発明の一実施の形態に係る三次元映像表示装置を構成する平面画像を表示する表示部の一部分を拡大して示す拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１に示した平面画像表示部における第２の方向（垂直方向）に沿ったサブ画素の開口長さが第１の方向（水平方向）の座標に対して依存性を有する旨を示すグラフ、（ｃ）は、図１に示した平面画像表示部におけるサブ画素１０の第１配列ごとの遮光長さの変動の様子を示すグラフである。 比較例に係る三次元映像表示装置を構成する平面画像表示部の一部分の拡大図である。 （ａ）は、図３に示される平面画像表示部における第２の方向（垂直方向）に沿ったサブ画素の開口長さの第１の座標依存性を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、図３に示される平面画像表示部におけるサブ画素の第１配列ごとの遮光長さの変動の様子を示すグラフである。 この発明の他の実施の形態に係る三次元映像表示装置を構成する平面画像を表示する表示部の一部分を拡大して示す拡大図である。 図５に示した表示部におけるサブ画素の第１配列ごとの遮光長さの変動の様子を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る三次元映像表示装置を構成する平面画像表示部の一部分を拡大して示す拡大図である。 図７に示した表示部における開口形状と焦点位置との関係を示す説明図である。 図７に示した表示部における表示される画像と開口形状に起因する輝度差を説明するための説明図である。 三次元映像表示装置における視点を基準とした観視角度とレンズ−画素間距離と関係を示す説明図である。 図１０に示した表示装置において、デフォーカスの関係にあるレンズとサブ画素形状との間の定性的な関係を示す説明図である。 視差数９並びにデフォーカス水平幅がサブ画素幅の４０〜６０％のレンチキュラー・レンズを介してサブ画素幅の１／２の波長の垂直開口長さ変動を観察した場合に得られる高調波減衰曲線（ＭＴＦ）を示すグラフである。 本発明の更に他の実施の形態に係る三次元映像表示装置を構成する平面画像を表示する表示部の一部分を拡大する拡大図である。 図１３に示される表示部におけるサブ画素の第１配列ごとの遮光長さの変動の様子を示すグラフである。 開口率の低下が抑制される効果を説明するためグラフであって、（ａ）は、図１に示されるＮ行目の第１配列の開口形状における第２の方向（垂直方向）の遮光長さの変動を示し、（ｂ）は、図１に示される（Ｎ＋１）行目の第１配列の開口形状における第２の方向（垂直方向）の遮光長さの変動を示し、（ｃ）は、（ａ）において、ダミー遮光部３の設置により第２の方向（垂直方向）の遮光長さの変動を抑制した結果、開口率が低下することを示し、（ｄ）は、（ｂ）において、ダミー遮光部３の設置により第２の方向（垂直方向）の遮光長さの変動が抑制された結果、開口率が低下されることを示している。 比較例として、縦配線が第２の方向（垂直方向）に一致されている平面画像表示部の一部分を拡大して示す拡大図である。 図１６に示される表示部おけるサブ画素の第１配列ごとの遮光長さの変動の様子を示すグラフである。 本発明の三次元映像表示装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１８に示される三次元映像表示装置に用いられる光線制御素子を概略的に示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１８に示される三次元映像表示装置の全体構成を概略的に示す展開図である。 図１８に示される三次元映像表示装置の一部の構成を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

１．．．開口部１、２．．．補助線２、３．．．遮光部、４．．．配線交差部、５．．．遮光部、６．．．横配線、７．．．開口部領域、８．．．遮光部、９．．．開口部１、１０．．．平面画像表示部、２０．．．光線制御素子、３１．．．サブ画素１０、３２．．．三次元映像表示時の実効画素、３４．．．サブ画素１０の開口部１、４１．．．水平方向の視角、４２．．．垂直方向の視角、４３．．．視距離面、４４．．．観察者の想定位置（視点）、４６．．．視点とアパーチャ中心（レンズ主点）を結ぶ線、９０．．．垂直開口率、２０１．．．レンチキュラー・シートの一部、３３３．．．スリット、３３４．．．レンチキュラー・シート

Claims (9)

1. 第１の方向に沿うサブ画素の第１配列を有し、第２方向に沿って前記第１配列が配列されて前記サブ画素がマトリクス状に配列され、前記マトリックス状の前記サブ画素に平面画像を表示する表示部であって、
   当該各サブ画素は、開口部と遮光部とから構成され、開口率は、当該サブ画素の面積に対する前記開口部の占有率で定義され、前記開口部の面積は、前記サブ画素の面積から前記遮光部を除いた面積であるとともに、前記第２の方向の開口長さを前記第１の方向に積算した値で定義され、一つの前記第１配列の前記第２の方向の開口長さは、前記第１の方向に沿って変動し、少なくとも他の１つの前記第１配列における前記第２の方向の開口長さと合計されることで前記第１方向に沿って前記開口長さが略一定化される表示部と、
   前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向に略直線状に延び、前記第１の方向に配列されている多数の光学的開口部を備えた光線制御素子と、
   を具備し、
   前記第２の方向の開口長さが合計されることによって一定になる２つ以上の前記第１配列は、前記第２の方向において互いに隣接される配列、或いは、前記第１の方向の座標が同一でサブ画素同士が同色である配列であることを特徴とする三次元映像表示装置。
2. 前記複数の第１配列の前記第２の方向の開口長さの合計値の変動が１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。
3. 前記単一の第１配列の前記第２の方向の開口長さの変動が２８％以下であることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。
4. 前記全てのサブ画素が同一の開口率を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。
5. 前記第２の方向の開口長さが合計されることによって一定になる２つ以上の前記第１配列が前記第２の方向において互いに隣接される配列である場合には、前記サブ画素のカラー配列は、モザイク配列であることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。
6. 前記第２の方向の開口長さが合計されることによって一定になる２つ以上の前記第１配列が前記第１の方向の座標が同一でサブ画素同士が同色である配列である場合には、前記サブ画素のカラー配列は、横ストライプ配列であることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。
7. 前記各サブ画素は、前記開口部を定める遮光部を含み、当該遮光部が縦方向の配線を含み、当該縦方向の配線が前記第１配列毎に屈曲されて前記第２方向に沿ってジグザグに延出されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の三次元映像表示装置。
8. 前記各サブ画素は、略平行四辺形の形状を有し、前記第２方向に沿う偶数番目の前記第１配列と奇数番目の前記第１配列では、前記サブ画素の傾きが逆の関係に前記サブ画素が配置されることを特徴とする請求項１乃至４記載の三次元映像表示装置。
9. 前記各サブ画素は、略くの字の形状を有することを特徴とする請求項１乃至４記載の三次元映像表示装置。

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