JP4925702B2 - 偏光格子スクリーンを利用した２次元／３次元映像互換用の立体映像ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次元（２Ｄ）映像モードと３次元（３Ｄ）映像モードとの間のスイッチングの可能な立体映像ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、２枚の偏光格子スクリーンを使用して２Ｄモードと３Ｄモードとの間のスイッチングの可能な立体映像ディスプレイ装置に関する。

一般的に、３次元映像は、人間の両眼を通じたステレオ視覚の原理によって形成されるが、両眼が約６５ｍｍ離れて存在するため、表される両眼視差が立体感の最も重要な要因であると言える。最近には、医療映像、ゲーム、広告、教育、軍事など、多様な分野でこのような両眼視差の原理を利用して立体映像を提供する立体映像ディスプレイの必要性が大きく要求されている。また、高解像度のＴＶが次第に大衆化されるにつれ、将来には、立体でＴＶを視聴できる立体型ＴＶの大衆化が可能となると予想される。

現在まで開発された立体映像ディスプレイには、眼鏡を利用したディスプレイと無眼鏡方式のディスプレイとがある。一般的に、眼鏡方式の立体映像ディスプレイは、図１Ａに示すように、特定偏光成分の映像をディスプレイするＬＣＤ装置１００と、前記ＬＣＤ装置１００の左眼用の映像と右眼用の映像別に偏光方向を変えるマイクロ偏光スクリーン１１０と、左眼及び右眼に対して相異なる偏光を透過させる偏光眼鏡１２０とで構成される。例えば、マイクロ偏光スクリーン１１０は、０°遅延子１１０ａと９０°遅延子１１０ｂとを互いに交互に接合したものでありうる。また、偏光眼鏡１２０は、相異なる偏光を透過させる二枚の偏光板１２０ａ，１２０ｂで構成される。したがって、マイクロ偏光スクリーン１１０により左眼映像と右眼映像との偏光方向が相異なり、偏光眼鏡１２０が左眼映像と右眼映像とを分離して透過させるので、視聴者は３次元映像を視聴できる。

しかし、前記方式は、３次元映像を視聴するために、必ず偏光眼鏡を着用せねばならないという不便さがある。これにより、無眼鏡方式の立体映像ディスプレイが開発された。無眼鏡方式の立体映像ディスプレイは、眼鏡を着用せずに左右映像を分離して３次元映像を得るものである。一般的に、無眼鏡方式には、パララックスバリア方式とレンチキュラー方式とがある。

例えば、パララックスバリア方式は、左右両眼がそれぞれ見る画像を交互に縦じま状にディスプレイし、これを極めて細い縦格子列、すなわち、バリアを利用して見る方式である。このようにすることにより、左眼に入る縦じま状の画像と右眼に入る縦じま状の画像とがバリアにより配分されて、左眼と右眼とにそれぞれ異なる視点の画像が見えることで立体映像として見られる。パララックスバリア方式によると、図１Ｂに示すように、観察者の左眼ＬＥと右眼ＲＥとに対応する左眼画像情報Ｌ及び右眼画像情報Ｒを有する液晶パネル５３の前に縦格子模様の開口５５とマスク５７とを有するパララックスバリア５０を配置し、パララックスバリア５０の開口５５を通じて映像を分離する。液晶パネル５３には、左眼に入力される画像情報Ｌと右眼に入力される画像情報Ｒとが水平方向に交互に配列されている。

一方、ディスプレイ装置にディスプレイされる映像信号によって、２次元映像または３次元映像を提供できるように、２次元映像モードと３次元映像モードとの間のスイッチング動作が立体映像ディスプレイに要求される。このために、多様な方式のスイッチングの可能な立体ディスプレイが知られている。例えば、特許文献１によると、複数の縞が垂直に形成された２個のマイクロ遅延子の相対的な位置によって、ディスプレイの映像が全部透過されて２次元映像を提供するか、または光が透過されない縦方向のパララックスバリアを形成して３次元映像を提供している。

ところが、このようなパララックスバリア方式では、映像を提供する開口部分が縦方向の一直線に狭く密集されているため、提供される３次元映像の解像度が低下し、視聴者の位置によって色感及び輝度が変わるなどの問題がある。
米国特許出願第２００４−０１０９１１５号

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、２次元モードと３次元映像モードとの間のスイッチングが可能であると共に、解像度が高く、視聴者の位置に関係なく比較的に一定の色感及び輝度を有する３次元映像を提供できる立体映像ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の一実施例に係る立体映像ディスプレイ装置は、映像を提供するディスプレイ素子と、互いに対向して配置された２枚の偏光格子スクリーンを相対的に移動させることによって、２Ｄモードでは入射光を全て透過させ、３Ｄモードでは左眼映像と右眼映像とを区分するためのバリアを形成するパララックスバリアユニットと、を備え、前記偏光格子スクリーンは、入射光の偏光方向を互いに逆方向に変える２種類の複屈折素子が横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンを有し、前記偏光格子スクリーンの格子パターンは、格子パターンの各ライン別に所定の距離ほどシフトされている階段型の格子パターンであることを特徴とする。

また、前記パララックスバリアユニットは、前記ディスプレイ素子から出射された光のうち、特定の偏光方向の光のみを透過させる第１偏光板と、前記第１偏光板を透過した光の偏光方向を一方向に変える第１複屈折素子と、他の方向に変える第２複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第１偏光格子スクリーンと、前記第１偏光格子スクリーンと対向して配置されるものであって、前記第１偏光格子スクリーンを透過した光の偏光方向を一方向に再び変える第３複屈折素子と、他の方向に再び変える第４複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第２偏光格子スクリーンと、前記第２偏光格子スクリーンと対向して配置されて、前記第２偏光格子スクリーンを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる第２偏光板と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち、少なくとも一方は移動可能に設置されて、互いに対する相対的な位置によって２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイすることが可能である。

また、前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が左右方向に移動することによって、光の透過を防止して左右視差を発生させるバリアと、光が透過されて左眼用の映像及び右眼用の映像を提供する複数の開口とを形成できる。このとき、前記バリア及び開口は、階段式に傾斜したことを特徴とする。

本発明によると、前記偏光格子スクリーンの格子パターンの各ライン別のシフト距離は、前記ディスプレイ素子の一つのサブ画素の幅と同じであることが望ましい。この場合、一つの開口は、前記ディスプレイ素子の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素のうち何れか一つと対応することが望ましい。このようにすることによって、対角線方向に隣接した３つの開口が一つの３Ｄ映像用の画素を形成する。

一方、前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が上下方向に移動することによって、上下視差を発生させる横方向の３Ｄ映像用のバリアを形成することも可能である。

本発明の望ましい実施例によると、前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一方は、入射光を−４５°回転させる回転子でありうる。また、前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一つは、入射光を−４５°回転させる回転子でありうる。

一方、前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子でありうる。また、前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子であってもよい。

本発明によると、前記第１偏光板及び第２偏光板は、偏光方向が相互平行に、または垂直に配列される。

一方、前記ディスプレイ素子は、それぞれ独立的に発光する２次元配列の複数の画素を備え、前記パララックスバリアユニットは、前記ディスプレイ素子と視聴者との間に配置され得る。例えば、前記ディスプレイ素子は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）でありうる。

また、前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板と、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板と、を備え得る。前記パララックスバリアユニットは、前記液晶ディスプレイパネルと視聴者との間に配置され得るが、この場合、前記ディスプレイ素子の前面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第１偏光板となる。逆に、前記パララックスバリアユニットは、前記バックライトユニットと前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置されてもよいが、この場合、前記ディスプレイ素子の背面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第２偏光板となる。

本発明の２Ｄ／３Ｄ映像互換用の立体映像ディスプレイ装置によると、２枚の偏光格子スクリーンを利用することによって２次元２Ｄ映像モードと３次元３Ｄ映像モードとの間のスイッチングが簡単に行われ得る。

特に、本発明のスクリーンは、階段型の偏光格子を有するため、３次元映像の具現時、開口が対角線方向に傾斜して形成され、対角線方向に隣接した３つの開口が一つの画素を形成する。このような本発明によると、従来とは違って視聴者の位置による色感及び輝度の差がほとんど発生しない。したがって、マルチビューが可能である。

また、本発明によると、３次元映像モードで、左右視差だけでなく、上下視差までも同時に発生させ得るため、従来の２Ｄ／３Ｄ映像互換用の立体映像ディスプレイに比べてさらに完全な立体映像を提供することが可能である。

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明に係る第１偏光格子スクリーン及び第２偏光格子スクリーンの構造をそれぞれ示す。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、本発明に係る第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２は、それぞれ回転子または遅延子で構成される複屈折素子の組み合わせによって形成されることが望ましい。すなわち、第１偏光格子スクリーン１１は、所定の幅を有する四角形の複数の第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂが横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンの構造をなす。同様に、第２偏光格子スクリーン１２は、所定の幅を有する四角形の複数の第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンの構造をなす。

このとき、本発明の望ましい実施例によると、第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２の格子パターンは、格子パターンのそれぞれのライン別に所定の距離ほどシフトされている階段型の格子パターンをなす。例えば、図２（Ａ）に示すように、第１偏光格子スクリーン１１の最も上側のラインは、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂが互いに交互に形成されている。そして、直下の二番目のラインは、第２複屈折素子１１ｂ及び第１複屈折素子１１ａが互いに交互に形成されており、前記二番目のラインは、真上のラインより左に所定の距離ほどシフトされている。同じ方式で、三番目のラインは、第１複屈折素子１１ａと第２複屈折素子１１ｂとが互いに交互に形成されており、二番目のラインより左側に所定の距離ほどシフトされている。このようにして、全体的に偏光格子スクリーンの格子パターンは階段状を有する。

本発明の良好な実施例によると、例えば、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂが環状の複屈折素子である回転子からなる場合、そのそれぞれは、入射光を＋４５°と−４５°回転させる。また、第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが回転子からなる場合、そのそれぞれは、入射光を−４５°と＋４５°回転させる。一方、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂは、線形複屈折素子の遅延子からなってもよいが、その場合、そのそれぞれは、入射光を＋λ／４と−λ／４ほど位相遅延させる。ここで、λは、入射光の波長を意味する。また、第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが遅延子である場合に、そのそれぞれは、入射光を−λ／４と＋λ／４ほど位相遅延させる。特定の方向に偏光された入射光が＋λ／４または−λ／４ほど位相遅延される場合、入射光の偏光方向は、＋４５°または−４５°ほど変わる。したがって、第１複屈折素子１１ａ、第２複屈折素子１１ｂ、第３複屈折素子１２ａ、第４複屈折素子１２ｂが回転子でも遅延子でも、結果的には、入射光の偏光方向をそれぞれ固有の方向に変える機能を行うという点で同じである。

本発明の望ましい実施例で、このように構成された第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２の相対的な位置を調節することによって２次元または３次元映像を具現することが可能である。

図３Ａないし図３Ｃは、本発明に係る立体映像ディスプレイで２次元映像を具現するための第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２の配置を図示する。

図３Ａに示すように、２次元映像を具現しようとする場合、第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２は互いに完全に重なった状態となり、したがって、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂは、それにそれぞれ対応する第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂと互いに一致する。その結果、第１複屈折素子１１ａを透過した光は第３複屈折素子１２ａに入射し、第２複屈折素子１１ｂを透過した光は第４複屈折素子１２ｂに入射する。もし、第１偏光格子スクリーン１１に入射する光の偏光方向が９０°であると仮定すると、第１複屈折素子１１ａを透過した光の偏光方向はさらに＋４５°回転されて１３５°となり、第２複屈折素子１１ｂを透過した光の偏光方向は−４５°回転されて４５°となる。その後、第１複屈折素子１１ａを透過した光は第３複屈折素子１２ａに入射しつつ、偏光方向が−４５°ほど回転されるので、結果的に第３複屈折素子１２ａを透過した光の偏光方向は９０°となる。また、第２複屈折素子１１ｂを透過した光は第４複屈折素子１２ｂに入射しつつ、偏光方向が＋４５°ほど回転されるので、結果的に第４複屈折素子１２ｂを透過した光の偏光方向も９０°となる。したがって、第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２が完全に重なる場合、第２偏光格子スクリーン１２から出射される光の偏光方向は何れも同じくなる。

図３Ｂは、本発明の一実施例に係る立体映像ディスプレイ装置で２次元映像を具現するためのさらに完全な構造を概略的に示す断面図である。図３Ｂに示すように、本発明に係る立体映像ディスプレイ装置は、所定の映像を提供するディスプレイ素子１０と、特定の偏光方向の光のみを透過させる第１偏光板１３と、前述した構造の第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２と、第２偏光格子スクリーン１２と対向して配置されて、第２偏光格子スクリーン１２を透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる第２偏光板１４と、を備える。ここで、第１偏光板１３と、第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２と、第２偏光板１４とは、２次元２Ｄモードでは入射光を全て透過させ、３次元３Ｄモードでは左眼映像と右眼映像とを区分するためのバリアを形成するパララックスバリアユニットを構成する。２次元モードの場合、図３Ｂに示すように、第１偏光格子スクリーン１１及び第２偏光格子スクリーン１２は互いに完全に重なっており、したがって、第１偏光格子スクリーン１１の第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂは、それとそれぞれ対応する第２偏光格子スクリーン１２の第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂと互いに一致する。

このような構造で、ディスプレイ素子１０から提供される映像を形成する光は、第１偏光板１３に先に入射する。例えば、第１偏光板１３は、ディスプレイ素子１０から入射する光のうち偏光方向が９０°である光のみを透過させ得る。第１偏光板１３を通過した後、光の一部は、第１複屈折素子１１ａと第３複屈折素子１２ａとを連続的に通過し、残りの一部は、第２複屈折素子１１ｂと第４複屈折素子１２ｂとを連続的に通過する。前述したように、この場合、第２偏光格子スクリーン１２から出射される光は、何れも９０°の偏光方向を有する。したがって、第１偏光板１３のように、偏光方向が９０°である光のみを透過させる偏光板を第２偏光板１４として使用する場合、ディスプレイ素子１０の映像全体がそのまま視聴者に伝えられる。このとき、ディスプレイ素子１０は、一般的な２次元映像をディスプレイし、視聴者は、２次元映像を鑑賞できる。

以上、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂが、入射光の偏光方向をそれぞれ＋４５°と−４５°ほど回転させ、第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが、入射光の偏光方向をそれぞれ−４５°と＋４５°ほど回転させる場合を例示したが、他の方式で構成することも十分に可能である。例えば、第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが入射光の偏光方向をそれぞれ＋４５°と−４５°ほど回転させてもよい。その場合、９０°の偏光方向を有する入射光が第１複屈折素子１１ａ及び第３複屈折素子１２ａを連続的に通過すれば、１８０°の偏光方向を有し、第２複屈折素子１１ｂ及び第４複屈折素子１２ｂを連続的に通過すれば、０°の偏光方向を有する。したがって、第１偏光板１３が９０°の偏光方向を有する光のみを透過させれば、第２偏光板１４は、第１偏光板１３に垂直な偏光方向（すなわち、０°及び１８０°）を有する光を透過させる偏光板を使用せねばならない。

一方、本発明の望ましい実施例によると、このようなディスプレイ素子１０としていかなる種類のディスプレイ装置でも使用できる。例えば、ディスプレイ素子１０としてＰＤＰを使用することが可能である。その場合、図３Ｂに示すように、パララックスバリアユニット１１，１２，１３，１４は、ディスプレイ素子１０と視聴者との間に配置される。

また、ＰＤＰの代りに液晶ディスプレイ素子を本発明のディスプレイ素子１０として使用しても良い。一般的に公知のように、液晶ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニット１５（図３Ｃを参照）、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板１６、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネル１７、及び液晶ディスプレイパネル１７を透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板１８から構成される。このように、液晶ディスプレイ素子は、それ自体に偏光板を備えているので、視聴者と液晶ディスプレイ素子との間にパララックスバリアユニットを配置する場合、液晶ディスプレイ素子の前面偏光板１８をパララックスバリアユニットの第１偏光板として使用することが可能である。一方、図３Ｃに示すように、液晶ディスプレイ素子のバックライトユニット１５と液晶ディスプレイパネル１７との間に前記パララックスバリアユニットを配置することも可能である。その場合、液晶ディスプレイ素子の背面偏光板１６をパララックスバリアユニットの第２偏光板として使用できる。

次いで、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で３次元３Ｄ映像を具現する方法を説明する。

３次元映像を具現しようとする場合、パララックスバリアユニットの第１偏光格子スクリーン１１と第２偏光格子スクリーン１２とを、互いに対して相対的に左右方向に所定の距離ほど移動させる。第１偏光格子スクリーン１１と第２偏光格子スクリーン１２のうち、いずれを移動させても関係ない。それにより、図４Ａに示すように、第１偏光格子スクリーン１１の第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂと、第２偏光格子スクリーン１２の第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂとが互いに一致しない。したがって、第１複屈折素子１１ａを透過した光の一部は、第３複屈折素子１２ａを、残りの一部は、第４複屈折素子１２ｂを透過する。また、第２複屈折素子１１ｂを透過した光の一部は、第３複屈折素子１２ａを、残りの一部は、第４複屈折素子１２ｂを透過する。

例えば、第１複屈折素子１１ａ及び第２複屈折素子１１ｂが入射光の偏光方向をそれぞれ＋４５°と−４５°ほど回転させ、第３複屈折素子１２ａ及び第４複屈折素子１２ｂが入射光の偏光方向をそれぞれ−４５°と＋４５°ほど回転させ、第１偏光板１３及び第２偏光板１４が９０°の偏光方向を有する光のみを透過させる場合、本発明に係る立体映像ディスプレイ装置は、次の通りに動作する。

まず、ディスプレイ素子１０から出射された光は、第１偏光板１３を透過しつつ９０°の偏光方向を有する。その後、第１偏光板１３を透過した光の一部は、第１複屈折素子１１ａを透過して１３５°の偏光方向を有し、他の一部は、第２複屈折素子１１ｂを透過して４５°の偏光方向を有する。第１複屈折素子１１ａを透過した光の一部は、さらに第３複屈折素子１２ａを透過しつつ、偏光方向が９０°に変わり、他の一部は、第４複屈折素子１２ｂを透過しつつ、偏光方向が１８０°に変わる。また、第２複屈折素子１１ｂを透過した光の一部は、第３複屈折素子１２ａを透過しつつ、偏光方向が０°に変わり、他の一部は、第４複屈折素子１２ｂを透過しつつ、偏光方向が９０°に変わる。このとき、第２偏光板１４は、９０°の偏光方向を有する光のみを透過させるため、第１複屈折素子１１ａ及び第３複屈折素子１２ａを連続的に透過した光と、第２複屈折素子１１ｂ及び第４複屈折素子１２ｂを連続的に透過した光のみが第２偏光板１４を透過し、その他の他の経路に進行した光は遮断される。

その結果、図４Ａに示すように、光が透過する透過領域と光が透過できないブラック領域とが交互に表される。パララックスバリア方式で、前記透過領域は、開口に対応し、前記ブラック領域は、パララックスバリアに対応する。したがって、前記透過領域を通じて、視聴者の左眼と右眼とにそれぞれ対応する左眼用の映像と右眼用の映像とが交互に透過されて視聴者に伝えられる。このために、視聴者に映像を提供するディスプレイ素子１０は、それぞれ独立的に発光する複数の画素が２次元で配列された構成をなしており、左眼に入力される映像と右眼に入力される映像とを、前記透過領域と対応する位置の画素領域にそれぞれディスプレイする。このようにすることで、両眼視差が発生するため、立体感のある３次元映像を具現できる。

図４Ｃは、本発明で非透過領域と透過領域とにより形成された複数のバリア及び開口を示す正面図である。前述したように、本発明の偏光格子スクリーン１１，１２は、階段型の格子パターンを有する。したがって、図４Ｃに示すように、２枚の偏光格子スクリーンを左右に移動させて形成されたバリア２０及び開口２１は階段式で傾斜している。望ましくは、左眼用または右眼用の映像を形成する開口２１は、対角線方向の頂点同士で接するように形成される。このために、２枚の偏光格子スクリーンの相対的な左右移動距離は、前記偏光格子スクリーンの格子パターンの各ライン別のシフト距離と同じであることが良い。このようにして、対角線方向に傾斜して連結された１列の開口２１は、左眼用の映像または右眼用の映像のうち、何れか一つの映像を形成し、隣接した行の開口は、他の一つの映像を形成する。

従来の２Ｄ／３Ｄ互換用の立体映像ディスプレイ装置で、３Ｄ映像を提供する場合、複数の開口が縦方向に一直線の形態に連結されており、一つの開口がディスプレイ素子の一つの画素と対応した。これにより、映像を提供する開口部分が縦方向の一直線に狭く密集されているため、３次元映像の解像度が低下し、特に、視聴者の位置によって色感及び輝度が変わるなどの問題があった。

しかし、本発明に係る２Ｄ／３Ｄ互換用の立体映像ディスプレイ装置の場合、階段型の格子パターンを有する偏光格子スクリーン１１，１２を使用するため、開口が対角線方向に傾斜して連結される。また、従来とは異なり、一つの開口は、ディスプレイ素子の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素のうち一つと対応し、対角線方向に隣接した三つの開口が一つの画素を形成する。すなわち、図４Ｃに示すように、開口２１Ｒは、赤色のサブ画素と対応し、開口２１Ｇは、緑色のサブ画素と対応し、開口２１Ｂは、青色のサブ画素と対応する。図４Ｄは、このようにして形成される画素の構成を示す図であり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブ画素が対角線方向に傾斜して配置され、一つの画素Ｐは、対角線方向に互いに接する３つのサブ画素からなる。このために、偏光格子スクリーン１１，１２の格子パターンの各ライン別のシフト距離は、ディスプレイ素子の一つのサブ画素の幅と同じであることが望ましい。このように画素を配置する場合、ＲＧＢサブ画素が特定の地点に密集しないので、視聴者の位置による色感及び輝度の差がほとんど発生しない。

一方、本発明のディスプレイ素子１０としては、ＰＤＰまたは液晶ディスプレイ素子などを使用できる。図４Ｂは、図３Ｃと同様に、ディスプレイ素子１０として液晶ディスプレイ素子を使用し、パララックスバリアを発生させるパララックスバリアユニットを前記液晶ディスプレイ素子のバックライトユニット１５と液晶ディスプレイパネル１７との間に配置した構成を示す図である。前述したように、この場合、液晶ディスプレイ素子の背面偏光板１６をパララックスバリアユニットの第２偏光板として使用できる。

以上、２枚の偏光格子スクリーン１１，１２を左右に移動させる場合について主に説明したが、上下に移動させることも可能である。その場合、横方向に一直線形態のバリア及び開口が縦方向に沿って交互に形成される。したがって、視聴者に上下方向の立体感を提供することが可能である。また、２枚の偏光格子スクリーン１１，１２を互いに対して左右及び上下方向に同時に所定の距離ほど移動させる場合には、左右方向の視差だけでなく、上下方向の視差まで発生させ得るので、さらに完全な立体映像を提供することが可能である。

本発明は、２次元２Ｄ映像モードと３次元３Ｄ映像モードとの間のスイッチングの可能な立体映像ディスプレイ装置に係り、例えば、ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
［付記］
付記（１）：
映像を提供するディスプレイ素子と、
互いに対向して配置された２枚の偏光格子スクリーンを有するパララックスバリアユニットとを備え、
前記偏光格子スクリーンは、入射光の偏光方向を互いに逆方向に変える２種類の複屈折素子が横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンを有し、
前記偏光格子スクリーンの格子パターンは、それぞれのラインが以前のラインに対して所定の距離ほどシフトされている階段型であり、
前記２枚の偏光格子スクリーンは、互いに対して相対的に移動可能であることを特徴とする立体映像ディスプレイ装置。
付記（２）：
前記パララックスバリアユニットは、
前記ディスプレイ素子から出射された光のうち、特定の偏光方向の光のみを透過させる第１偏光板と、
前記第１偏光板を透過した光の偏光方向を一方向に変える第１複屈折素子と、他の方向に変える第２複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第１偏光格子スクリーンと、
前記第１偏光格子スクリーンと対向して配置されるものであって、前記第１偏光格子スクリーンを透過した光の偏光方向を一方向に再び変える第３複屈折素子と、他の方向に再び変える第４複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第２偏光格子スクリーンと、
前記第２偏光格子スクリーンと対向して配置されて、前記第２偏光格子スクリーンを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる第２偏光板とを備えることを特徴とする付記（１）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（３）：
前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち、少なくとも一方は移動可能に設置され、互いに対する相対的な位置によって２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイすることを特徴とする付記（２）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（４）：
前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が左右方向に移動することによって、光の透過を防止して左右視差を発生させるバリアと、光が透過されて左眼用の映像及び右眼用の映像を提供する複数の開口とを形成し、前記バリア及び開口は、階段式で傾斜したことを特徴とする付記（３）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（５）：
前記偏光格子スクリーンの格子パターンの各ライン別のシフト距離は、前記ディスプレイ素子の一つのサブ画素の幅と同じであることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（６）：
一つの開口は、前記ディスプレイ素子の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素のうち何れか一つと対応することを特徴とする付記（５）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（７）：
対角線方向に隣接した３つの開口は、一つの３Ｄ映像用の画素を形成することを特徴とする付記（６）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（８）：
前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が上下方向に移動することによって、上下視差を発生させる横方向の３Ｄ映像用のバリアを形成することを特徴とする付記（３）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（９）：
前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一方は、入射光を−４５°回転させる回転子であることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１０）：
前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一方は、入射光を−４５°回転させる回転子であることを特徴とする付記（９）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１１）：
前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１２）：
前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする付記（１１）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１３）：
前記第１偏光板及び第２偏光板は、偏光方向が相互平行に、または垂直に配列されたことを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１４）：
前記ディスプレイ素子は、それぞれ独立的に発光する２次元配列の複数の画素を備えることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１５）：
前記パララックスバリアユニットは、前記ディスプレイ素子と視聴者との間に配置されることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１６）：
前記ディスプレイ素子は、液晶ディスプレイ装置であることを特徴とする付記（１４）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１７）：
前記ディスプレイ素子は、プラズマディスプレイパネルであることを特徴とする付記（１４）に記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１８）：
前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板と、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板とを備え、
前記パララックスバリアユニットは、前記液晶ディスプレイパネルと視聴者との間に配置され、
前記ディスプレイ素子の前面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第１偏光板であることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（１９）：
前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板と、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板とを備え、
前記パララックスバリアユニットは、前記バックライトユニットと前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置され、
前記ディスプレイ素子の背面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第２偏光板であることを特徴とする付記（２）ないし付記（４）及び付記（６）ないし付記（８）のうち何れか一つに記載の立体映像ディスプレイ装置。
付記（２０）：
互いに対向して配置された２枚の偏光格子スクリーンを備えるパララックスバリアユニットを提供するステップと、
前記２枚の偏光格子スクリーンのうち少なくとも一つを他の偏光格子スクリーンに対して相対的に移動させるステップと、を含み、
前記偏光格子スクリーンは、入射光の偏光方向を互いに逆方向に変える２種類の複屈折素子が横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンを有し、
前記偏光格子スクリーンの格子パターンは、それぞれのラインが以前のラインに対して所定の距離ほどシフトされている階段型であることを特徴とする２次元映像及び３次元映像のスイッチング方法。

従来の眼鏡式の立体映像ディスプレイ装置の構造を概略的に示す図である。 パララックスバリア方式の立体映像ディスプレイ装置の原理を概略的に示す図である。 本発明に係る偏光格子スクリーンを示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で２次元映像を具現する原理を示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で２次元映像を具現する原理を示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で２次元映像を具現する原理を示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で３次元映像を具現する原理を示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で３次元映像を具現する原理を示す図である。 ２枚の偏光格子スクリーンを互いに対して左右に移動した場合に発生する階段型パララックスバリアパターンを示す図である。 本発明に係る立体映像ディスプレイ装置で３次元映像の具現時での画素の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ディスプレイ素子
１１ 第１偏光格子スクリーン
１２ 第２偏光格子スクリーン
１１ａ 第１複屈折素子
１１ｂ 第２複屈折素子
１２ａ 第３複屈折素子
１２ｂ 第４複屈折素子

Claims (18)

1. 映像を提供するディスプレイ素子と、
   ２枚の偏光板及び該２枚の偏光板の間で互いに対向して配置された２枚の偏光格子スクリーンを有するパララックスバリアユニットとを備え、
   前記偏光格子スクリーンは、入射光の偏光方向を互いに逆方向に変える２種類の複屈折素子が横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンを有し、
   前記偏光格子スクリーンの格子パターンは、それぞれのラインが隣接するラインに対して所定の距離だけシフトされている階段型であり、
   前記偏光格子スクリーンの格子パターンの各ライン別のシフト距離は、前記ディスプレイ素子の一つの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素の幅と同じであると共に、
   前記２枚の偏光格子スクリーンは、互いに対して相対的に移動可能であるように設置され、互いに対する相対的な位置によって２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイする
   ことを特徴とする立体映像ディスプレイ装置。
2. 前記パララックスバリアユニットは、
   前記ディスプレイ素子から出射された光のうち、特定の偏光方向の光のみを透過させる第１偏光板と、
   前記第１偏光板を透過した光の偏光方向を一方向に変える第１複屈折素子と、他の方向に変える第２複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第１偏光格子スクリーンと、
   前記第１偏光格子スクリーンと対向して配置されるものであって、前記第１偏光格子スクリーンを透過した光の偏光方向を一方向に再び変える第３複屈折素子と、他の方向に再び変える第４複屈折素子とが、互いに交互に前記階段型の格子パターンを形成するように配列されている第２偏光格子スクリーンと、
   前記第２偏光格子スクリーンと対向して配置されて、前記第２偏光格子スクリーンを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる第２偏光板とを備えることを特徴とする請求項１に記載の立体映像ディスプレイ装置。
3. 前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が左右方向に移動することによって、光の透過を防止して左右視差を発生させるバリアと、光が透過されて左眼用の映像及び右眼用の映像を提供する複数の開口とを形成し、前記バリア及び開口は、階段式で傾斜したことを特徴とする請求項２に記載の立体映像ディスプレイ装置。
4. 一つの開口は、前記ディスプレイ素子の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素のうち何れか一つと対応することを特徴とする請求項１に記載の立体映像ディスプレイ装置。
5. 対角線方向に隣接した３つの開口は、一つの３Ｄ映像用の画素を形成することを特徴とする請求項４に記載の立体映像ディスプレイ装置。
6. 前記第１偏光格子スクリーンと第２偏光格子スクリーンのうち少なくとも一方が上下方向に移動することによって、上下視差を発生させる横方向の３Ｄ映像用のバリアを形成することを特徴とする請求項２に記載の立体映像ディスプレイ装置。
7. 前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一方は、入射光を−４５°回転させる回転子であることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
8. 前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光を４５°回転させる回転子であり、他の一方は、入射光を−４５°回転させる回転子であることを特徴とする請求項７に記載の立体映像ディスプレイ装置。
9. 前記第１複屈折素子及び第２複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
10. 前記第３複屈折素子及び第４複屈折素子のうち何れか一方は、入射光をλ／４ほど位相遅延させる遅延子であり、他の一方は、入射光を−λ／４ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする請求項９に記載の立体映像ディスプレイ装置。
11. 前記第１偏光板及び第２偏光板は、偏光方向が相互平行に、または垂直に配列されたことを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
12. 前記ディスプレイ素子は、それぞれ独立的に発光する２次元配列の複数の画素を備えることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
13. 前記パララックスバリアユニットは、前記ディスプレイ素子と視聴者との間に配置されることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
14. 前記ディスプレイ素子は、液晶ディスプレイ装置であることを特徴とする請求項１２に記載の立体映像ディスプレイ装置。
15. 前記ディスプレイ素子は、プラズマディスプレイパネルであることを特徴とする請求項１２に記載の立体映像ディスプレイ装置。
16. 前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板と、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板とを備え、
    前記パララックスバリアユニットは、前記液晶ディスプレイパネルと視聴者との間に配置され、
    前記ディスプレイ素子の前面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第１偏光板であることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
17. 前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる背面偏光板と、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させる前面偏光板とを備え、
    前記パララックスバリアユニットは、前記バックライトユニットと前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置され、
    前記ディスプレイ素子の背面偏光板は、前記パララックスバリアユニットの第２偏光板であることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうち何れか一項に記載の立体映像ディスプレイ装置。
18. 映像を提供するディスプレイ素子を提供するステップと、
    ２枚の偏光板及び該２枚の偏光板の間で互いに対向して配置された２枚の偏光格子スクリーンを備えるパララックスバリアユニットを提供するステップと、
    前記２枚の偏光格子スクリーンのうち少なくとも一つを他の偏光格子スクリーンに対して相対的に移動させるステップと、を含み、
    前記偏光格子スクリーンは、入射光の偏光方向を互いに逆方向に変える２種類の複屈折素子が横方向及び縦方向に互いに交互に２次元配列された格子パターンを有し、
    前記偏光格子スクリーンの格子パターンは、それぞれのラインが隣接するラインに対して所定の距離だけシフトされている階段型であると共に、
    前記偏光格子スクリーンの格子パターンの各ライン別のシフト距離は、前記ディスプレイ素子の一つの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のサブ画素の幅と同じである
    ことを特徴とする２次元映像及び３次元映像のスイッチング方法。
    

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