JP4926894B2

JP4926894B2 - 立体画像表示装置

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Publication number: JP4926894B2
Application number: JP2007226081A
Authority: JP
Inventors: 広伊藤; 昭憲林
Original assignee: Eizo Nanao Corp
Current assignee: Eizo Nanao Corp
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009058767A

Description

本発明は、特殊なメガネを用いることなく両眼視差のある画像（右眼用画像と左眼用画像）を観察者の左右の眼に分離して入力し、立体画像として見ることができる立体画像表示装置に係り、特に、右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネルに時分割に交互に表示し、これらの画像を観察者の右眼と左眼に分離して入光させる立体画像表示装置に関する。

従来、この種の立体画像表示装置として、図１１に示すような装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、液晶表示パネル１に視差のある右眼用画像と左眼用画像とを時分割に交互に切り換え表示するとともに、画像の切り換え表示に同期して一対の光源２Ｒ、２Ｌを交互に点滅動作させている。具体的には、液晶表示パネル１に右眼用画像が表示されているときは、右眼用光源２Ｒが点灯し、左眼用光源２Ｌが消灯する。右眼用光源２Ｒから照射された光は、フレネルレンズ３で集光されて平行光となり、観察者の右眼ＥＲ（右眼ゾーン）に向けられる。一方、液晶表示パネル１に左眼用画像が表示されているときは、右眼用光源２Ｒが消灯し、左眼用光源２Ｌが点灯する。左眼用光源２Ｌから照射された光は、フレネルレンズ３で集光されて平行光となり、観察者の左眼ＥＬ（左眼ゾーン）に向けられる。以上のようにして、右眼用画像と左眼用画像とが分離して観察者の右眼ＥＲと左眼ＥＬとに入射することにより、観察者はいわゆる両眼視差に基づく3次元知覚により立体映像を見ることができる。
特開平８−２６２３７０号公報（段落００２５〜００２６、図３）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶などのアクティブマトリクス型ディスプレイでは、液晶素子のメモリ効果により表示光が時間的に連続している。そのため、例えば右眼用画像が表示された第1フィールドから左眼用画像が表示された第２フィールドに線順次に画像の書き換えを行う場合に、書き換え期間中に前のフールド（第１フィールド）の右眼用画像と、後のフィールド（第２フィールド）の左眼用画像とが液晶表示パネル１に同時に表示される。同様の現象は、左眼用画像から右眼用画像に書き換えるときも起こる。図１２の（ａ）〜（ｅ）は、このような画像の書き換えを時系列に示したものである。特に、同図の（ｂ）及び（ｄ）は、書き換え期間中に右眼用画像と左眼用画像が同時に表示された状態を示している。

図１２の（ｂ）や（ｄ）に示したような、書き換え期間中に右眼用画像と左眼用画像が同時に表示された状態において、一対の光源２Ｒ、２Ｌのいずれが点灯しても、観察者の右眼又は左眼に前後のフィールドの右眼用画像と左眼用画像が同時に入射するので、観察者は正常に立体画像を見ることができなくなる。そこで、このような画像の書き換え期間中は両光源２Ｒ、２Ｌを消灯させ、この期間中の画像が観察されないようにすることも提案されている。しかし、書き換え期間中に光源２Ｒ、２Ｌを消灯させると、画像の輝度が低下するという問題が生じる。

また、図１１に示した従来装置は、画像の書き換えに同期させて一対の光源２Ｒ、２Ｌを交互に点灯させているので、瞬時に点灯・消灯をすることができる光源が望まれる。しかし、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの一般的な蛍光管では応答性が低いので、その要求に応えられない。そこで、高速応答性のＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを光源として用いざるを得ないが、光源のコストが嵩むという別異の問題点が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、画像の書き換え期間中に液晶表示パネルに同時表示される右眼用画像と左眼用画像を分離して観察者の右眼と左眼とに向けることができる立体画像表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他目的は、右眼用画像と左眼用画像を分離するために光源を点灯・消灯させる必要のない立体画像表示装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネルに時分割に交互に表示し、前記各画像を観察者の右眼と左眼に分離して集光させる立体画像表示装置であって、常時点灯している右眼用及び左眼用の一対の光源と、右眼用画像と左眼用画像とを時分割に交互に表示する透過型の液晶表示パネルと、前記一対の光源と前記液晶表示パネルとの間に配置され、前記各光源から照射された光を前記液晶表示パネルの前面に居る観察者の右眼と左眼に分離して集光させる光学手段と、前記各光源から照射された光を互いに異なる偏光方向の光に変換する一対の偏光素子と、前記液晶表示パネルの入光側に配置される透過光選択用偏光素子と、前記一対の偏光素子を透過した光をそれぞれ入射し、液晶の配向を第１の状態と第２の状態とに切り換えることにより、その出射光が前記透過光選択用偏光素子を透過する状態と、遮断される状態とに切り換える偏光方向切換用液晶パネルと、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、（ａ）前記液晶表示パネルに右眼用画像が表示されている期間は、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態に設定することにより、前記右眼用光源からの光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記左眼用光源からの光が遮断されるようにし、（ｂ）前記液晶表示パネルに左眼用画像が表示されている期間は、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第２の状態に設定することにより、前記左眼用光源からの光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記右眼用光源からの光が遮断されるようにし、（ｃ）前記液晶表示パネルで右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、前記画像の書き換えに同期して、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ順次に切り換えることにより、前記右眼用光源からの光のうち、前記液晶表示パネルに表示された右眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記左眼用光源からの光のうち、前記液晶表示パネルに表示された左眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が前記透過光選択用偏光素子を透過するようにし、更に、前記液晶表示パネルにおける右眼用画像と左眼用画像の書き換えに際して両画像の境界に黒帯を挿入し、この黒帯が液晶表示パネルを上から下へ移動することに合わせて画像の書き換えを行っている場合に、前記制御手段は、前記液晶表示パネルにおける黒帯の移動に合わせて、黒帯に対応する領域内で前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を切り換えることを特徴とする。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、常時点灯している右眼用及び左眼用の一対の光源からそれぞれ光が照射される。右眼用及び左眼用の各光は、一対の偏光素子を個別に透過することにより、互いに異なる偏光方向を持つ光に変換される。偏光方向切換用液晶パネルを光が透過することで、偏光方向を変えることができる。偏光方向切換用液晶パネルは、液晶表示パネルに表示される画像に応じて、制御手段によって液晶の配向方向が制御される。

具体的には、制御手段は、液晶表示パネルに右眼用画像が表示されている期間は、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態に設定することにより、右眼用光源からの光が透過光選択用偏光素子を透過し、左眼用光源からの光が遮断されるようにする。その結果、一対の偏光素子によって互いに異なる偏光方向を持つ光に変換された右眼用及び左眼用の各光のうち、右眼用光源からの光だけが透過光選択用偏光素子を透過する。この右眼用光源からの光は、光学手段によって集光されるとともに、右眼用画像が表示された液晶表示パネルを透過して観察者の右眼に向けられる。これにより観察者の右眼に右眼用画像が入射する。

また、制御手段は、液晶表示パネルに左眼用画像が表示されている期間は、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第２の状態に設定することにより、左眼用光源からの光が透過光選択用偏光素子を透過し、右眼用光源からの光が遮断されるようにする。その結果、一対の偏光素子によって互いに異なる偏光方向を持つ光に変換された右眼用及び左眼用の各光のうち、左眼用光源からの光だけが透過光選択用偏光素子を透過する。この左眼用光源からの光は、光学手段によって集光されるとともに、左眼用画像が表示された液晶表示パネルを透過して観察者の左眼に向けられる。これにより観察者の左眼に左眼用画像が入射する。

さらに制御手段は、液晶表示パネルで右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、画像の書き換えに同期して、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ順次に切り換えることにより、右眼用光源からの光のうち、液晶表示パネルに表示された右眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が透過光選択用偏光素子を透過し、左眼用光源からの光のうち、液晶表示パネルに表示された左眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が透過光選択用偏光素子を透過する。その結果、右眼用光源からの光は、透過光選択用偏光素子によって領域が制限されて、右眼用画像の表示領域に対応する光が透過する。この光が液晶表示パネルに部分的に表示された右眼用画像の表示領域を透過して、観察者の右眼に向けられる。一方、左眼用光源からの光は、透過光選択用偏光素子によって領域が制限されて、左眼用画像の表示領域に対応する光が透過する。この光が液晶表示パネルに部分的に表示された左眼用画像の表示領域を透過して、観察者の左眼に向けられる。

以上のように、本発明によれば、画像の書き換え期間において右眼用画像と左眼用画像が同時に表示されている場合にも、右眼用及び左眼用の各光源からの光を、液晶表示パネルに同時表示された右眼用画像領域と左眼用画像領域にそれぞれ分離して透過させることができるので、画像の書き換え期間中に光源を消灯させる必要がない。そのため輝度の高い立体画像表示装置を実現することができる。

また、本発明によれば、常時点灯させた右眼用及び左眼用の一対の光源から各光を、右眼用画像と左眼用画像の交互の表示に合わせて、液晶表示パネルに選択的に入射させているので、光源を交互に点灯・消灯させる必要がない。したがって、応答性の低いＣＣＦＬなどの一般的な蛍光管を使用することができるので、立体画像表示装置を安価に実現することができる。さらに、本発明によれば、液晶表示パネルにおいて右眼用画像と左眼用画像を区画する黒帯は、画面の上下方向にある程度の幅があるので、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を切り換える制御は、この黒帯の幅に対応する領域内で行えばよい。したがって、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を切り換える場合に、切り換え位置の精度を低くすることができ、切り換え制御が容易である。同様の理由で、偏光方向切換用液晶パネルとして、液晶表示パネルよりも低解像度のパネルを使用することが可能になり、それだけ立体画像表示装置を安価に実現することができる。

本発明において、前記制御手段は、前記液晶表示パネルで右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、前記画像の書き換えに同期して、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ線順次又はドット順次に切り換えるのが好ましい（請求項２記載の発明）。このように構成すれば、液晶表示パネル上での画像の書き換えと、偏光方向切換用液晶パネルにおける、右眼用及び左眼用の一対の光源からの各光の偏光方向の切り換えとを精度良く合わせることができるので、画像書き換え期間における右眼用画像と左眼用画像とのクロストーク（右眼用画像が左眼に入射し、左眼用画像が右眼に入射する現象）は極めて小さくなる。

（削除）

本発明によれば、画像の書き換え中に液晶表示パネルに右眼用画像と左眼用画像が同時に表示されている期間であっても、右眼用画像と左眼用画像を分離して観察者の右眼と左眼に入射させることができるので、画像の書き換え期間中に光源を消灯させる必要がなく、それだけ立体画像表示装置の輝度を向上させることができる。また、右眼用画像と左眼用画像との時分割の交互の表示に合わせて一対の光源を点灯・消灯させる必要もないので、応答性の低い比較的に安価な光源を使用することができ、それだけ立体画像表示装置を安価に実現することができる。さらに本発明によれば、偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を切り換える場合に、切り換え位置の精度を低くすることができ、切り換え制御が容易である。同様の理由で、偏光方向切換用液晶パネルとして、液晶表示パネルよりも低解像度のパネルを使用することが可能になり、それだけ立体画像表示装置を安価に実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係る立体画像表示装置の概略構成を示した斜視図である。
この装置は右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネルに時分割に交互に表示し、各画像を観察者の右眼と左眼に分離して集光させる立体画像表示装置であって、常時点灯している右眼用及び左眼用の一対の光源１０R、１０Lと、右眼用画像と左眼用画像とを時分割に交互に表示する透過型の液晶表示パネル１１と、一対の光源１０R、１０Lと液晶表示パネル１１との間に配置され、各光源１０R、１０Lから照射された光を液晶表示パネル１１の前面に居る観察者の右眼ＥＲと左眼ＥＬに分離して集光させるフレネルレンズ１２と、各光源１０R、１０Lから照射された光を互いに異なる偏光方向の光に変換する一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌと、液晶表示パネル１１の入光側に配置される透過光選択用偏光板１４と、一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌを透過した光をそれぞれ入射し、液晶の配向を第１の状態と第２の状態とに切り換えることにより、その出射光が透過光選択用偏光板１４を透過する状態と、遮断される状態とに切り換える偏光方向切換用液晶パネル１５と、この偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を制御する制御部１６とを備えている。

なお、図１では、作図の便宜上、構成要素１０〜１５をほぼ等間隔に配置して描いた。しかし、実際には、光源１０（１０R、１０L）と偏光板１３Ｒ、１３Lとはほぼ一体になるように間隔を狭めて配置されている。同様に、液晶表示パネル１１、透過光選択用偏光板１４、フレネルレンズ１２、及び偏光方向切換用液晶パネル１５もほぼ一体になるように間隔を狭めて配置されている。ただし、偏光板１３Ｒ、１３Ｌと偏光方向切換用液晶パネル１５との間は、フレネルレンズ１２の焦点距離に応じた距離になるように設定されている。

本実施例において、光源１０Ｒ、１０Ｌは、常時点灯しているので、比較的に応答速度の低いＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの一般的な蛍光管で構成することができるが、勿論、発光ダイオードやエレクトロルミネセンスなどで構成してもよい。光源１０Ｒ、１０Ｌは必ずしも個別に設ける必要はない。本実施例では、単一の面状光源１０の左半分を右眼用光源１０Ｒとし、光源１０の右半分を左眼用光源１０Ｌとして用いている。

本実施例において、光源１０Ｒ、１０Ｌの光照射面側に対向配置された一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌは、偏光方向が互いに直交している。その結果、偏光板１３Ｒ、１３Lを透過した光源１０Ｒ、１０Ｌからの各光は、偏光方向が直交している。。偏光板１３Ｒと偏光板１３Lの間には遮光領域１３Ｂが設けられている。さらに、一方の偏光板（本実施例では、偏光板１３Ｒ）の偏光方向が、透過光選択用偏光板１４の偏光方向と平行（一致）になるように設定されている。一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌは、本発明における一対の偏光素子に相当する。

一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌの光出射側に対向配置された偏光方向切換用液晶パネル１５は、モノクロの液晶パネルで構成されている。偏光方向切換用液晶パネル１５は、制御部１６により、液晶表示パネル１１に表示される右眼用画像及び左眼用画像に応じて、液晶の配向が第１の状態と第２の状態とに切り換えられる。本実施例では、液晶の配向が第１の状態のとき、偏光方向切換用液晶パネル１５に入射した光は偏光方向を変えないでそのまま透過する。一方、液晶配向が第２の状態のとき、偏光方向切換用液晶パネル１５に入射した光は偏光方向が９０度回転して透過する。上述したように、偏光板１３Ｒの偏光方向は、透過光選択用偏光板１４の偏光方向と平行になるように設定されている。したがって、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向が第１の状態（偏光方向の回転無し）のとき、偏光板１３Ｒを透過した光は、偏光方向切換用液晶パネル１５及び透過光選択用偏光板１４を透過して液晶表示パネル１１に入射する。一方、偏光板１３Ｌの偏光方向は、透過光選択用偏光板１４の偏光方向と直交する。したがって、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向が第１の状態（偏光方向の回転無し）のとき、偏光板１３Ｌを透過した光は、透過光選択用偏光板１４で遮蔽されるので液晶表示パネル１１に入射しない。偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向が第２の状態（偏光方向の９０度回転）のとき、上記の場合とは逆に、偏光板１３Ｒを透過した光は、透過光選択用偏光板１４で遮蔽されるので液晶表示パネル１１に入射しないが、偏光板１３Ｌを透過した光は、透過光選択用偏光板１４を透過して液晶表示パネル１１に入射する。

なお、本実施例のフレネルレンズ１２は、本発明における光学手段に相当し、本実施例の透過光選択用偏光板１４は、本発明における透過光選択用偏光素子に相当し、本実施例の制御部１６は、本発明における制御手段に相当する。

次に、図２を参照して本実施例の制御部１６について説明する。図２は、制御部１６の概略構成を示すブロック図である。
制御部１６は、表示制御部１７と、切換制御部１８と、偏光方向設定部１９と、切換用データ生成部２０とを備える。表示制御部１７は、外部から与えられた映像信号を表示用画像データに変換して液晶表示パネル１１に与える。さらに表示制御部１７は、映像信号から垂直同期信号を抽出して切換制御部１８に与える。切換制御部１８は、表示制御部１７から与えられた垂直同期信号に同期して、偏光方向切換用液晶パネル１５の配向を第１の状態又は第２の状態に切り換えるための切換用データを偏光方向切換用液晶パネル１５に与える。また、切換制御部１８は、右眼用画像又は左眼用画像の表示が完了するごとにフィールド完了信号ＦＥを配向状態設定部１９に与える。配向状態設定部１９は、フィールド完了信号ＦＥを入力するごとに、偏光方向切換用液晶パネル１５の配向を第１の状態にするか、あるいは第２の状態にするかを設定し、その配向状態設定データを切換用データ生成部２０に与える。切換用データ生成部２０は、配向状態設定データに基づき、偏光方向切換用液晶パネル１５の配向を第１の状態又は第２の状態に切り換えるための切換用データを生成して切換制御部１８に与える。

以上のように構成された制御部１６は、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を制御するに際し、（ａ）液晶表示パネル１１に右眼用画像が表示されている期間は、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を第１の状態に設定することにより、右眼用光源１０Ｒからの光が透過光選択用偏光板１４を透過し、左眼用光源１０Ｌからの光が遮断されるようにし、（ｂ）液晶表示パネル１１に左眼用画像が表示されている期間は、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を第２の状態に設定することにより、左眼用光源１０Ｌからの光が透過光選択用偏光板１４を透過し、右眼用光源１０Ｒからの光が遮断されるようにし、（ｃ）液晶表示パネル１１で右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、前記画像の書き換えに同期して、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ順次に切り換えることにより、右眼用光源１０Ｒからの光のうち、液晶表示パネル１１に表示された右眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が透過光選択用偏光板１４を透過し、左眼用光源１０Ｌからの光のうち、液晶表示パネル１１に表示された左眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が透過光選択用偏光板１４を透過するようにする。

以下に上述した制御動作（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を詳細に説明する。
＜制御動作（ａ）について＞
図３を参照する。液晶表示パネル１１に右眼用画像が表示されている期間、制御部１６の切換制御部１８は偏光方向切換用液晶パネル１５に液晶の配向を第１の状態（偏光方向の回転無し）に設定するための切換用データを与える。その結果、図３に示すように、偏光板１３Ｒ、１３Ｌを透過した光源１０Ｒ、１０Ｌの各光ＬＲ１、ＬＬ１（これらの光ＬＲ１、ＬＬ１は互いに偏光方向が直交している）は、偏光方向の回転を受けることなく偏光方向切換用液晶パネル１５をそのまま透過する。偏光方向切換用液晶パネル１５を透過した各光ＬＲ１、ＬＬ１はフレネルレンズ１２で集光された後に透過光選択用偏光板１４に入射する。透過光選択用偏光板１４は、その偏光方向が右眼用偏光板１３Ｒの偏光方向と平行であるので、偏光方向が一致する右眼用の光ＬＲ１が透過光選択用偏光板１４を透過し、左眼用の光ＬＬ１は透過光選択用偏光板１４で遮断される。透過光選択用偏光板１４を透過した右眼用の光ＬＲ１は、液晶表示パネル１１を透過して観察者の右眼ＥＲに入射する。その結果、液晶表示パネル１１に表示されている右眼用画像が観察者の右眼ＥＲに入射する。

＜制御動作（ｂ）について＞
図４を参照する。液晶表示パネル１１に左眼用画像が表示されている期間、制御部１６の切換制御部１８は偏光方向切換用液晶パネル１５に液晶の配向を第２の状態（偏光方向の９０度回転）に設定するための切換用データを与える。その結果、図４に示すように、偏光板１３Ｒ、１３Ｌを透過した光源１０Ｒ、１０Ｌの各光ＬＲ１、ＬＬ１は、それぞれ偏光方向が９０度回転された光ＬＲ２、ＬＬ２となって偏光方向選択用液晶パネル１５を透過する。偏光方向切換用液晶パネル１５を透過した各光ＬＲ２、ＬＬ２をフレネルレンズ１２で集光された後に透過光選択用偏光板１４に入射する。透過光選択用偏光板１４は、その偏光方向が右眼用偏光板１３Ｒの偏光方向と平行であるので、ここでは偏光方向が９０度回転した左眼用の光ＬＬ２と偏光方向が一致する。したがって、左眼用の光ＬＬ２が透過光選択用偏光板１４を透過し、右眼用の光ＬＲ２は透過光選択用偏光板１４で遮断される。透過光選択用偏光板１４を透過した左眼用の光ＬＬ２は、液晶表示パネル１１を透過して観察者の左眼ＥＬに入射する。その結果、液晶表示パネル１１に表示されている左眼用画像が観察者の左眼ＥＬに入射する。

＜制御動作（ｃ）について＞
図５〜図７を参照する。図５は、偏光板１３Ｒ、１３Ｌから透過光選択用偏光板１４までの要素を抜き出して示した斜視図、図６は画像書き換え時の動作タイミング図、図７は画像書き換え時の液晶表示パネルと偏光方向切換用液晶パネルの各画面の状態を示す図である。

液晶表示パネル１１で右眼用画像から左眼用画像へ書き換えられる場合を例に採って説明する。液晶表示パネル１１における画像の書き換えは線順次に行われる。液晶表示パネル１１はアクティブマトリクス型であり、そのメモリ機能により先に表示されていた右眼用画像が保持された状態で、左眼用画像が線順次に上書きされて行く。具体的には、図６の（ａ）及び図７の（ａ）に示した垂直同期信号ＶＳに同期して、液晶表示パネル１１の右眼用画像の上から左眼用画像が線順次に（ラインごとに）書き込まれて行く（図６の（ｂ）及び図７の（ｂ）参照）。一方、偏光方向切換用液晶パネル１５は、液晶の配向方向が第1の状態になっていたところを、液晶表示パネル１１における線順次の左眼用画像の書き込みに同期して、液晶の配向方向が線順次に第1の状態から第２の状態に書き換えられて行く（図６の（ｃ）及び図７の（ｃ）参照）。液晶表示パネル１１が次第に左眼用画像に書き換えられて行くにしたがって、偏光方向切換用液晶パネル１５も液晶の配向方向が第１の状態から第２の状態に書き換えられて行く。最終的に液晶表示パネル１１の全体が左眼用画像に書き換えられると、偏光方向切換用液晶パネル１５も液晶の配向が全て第２の状態になる（図７の（ｂ）、（ｃ）参照）。

図５は画像の書き換え途中における光の透過状態を示している。偏光板１３Ｒ、１３Ｌを透過した光ＬＲ１、ＬＬ１は偏光方向が互いに直交している。これらの光ＬＲ１、ＬＬ１が液晶の配向状態が書き換えられている偏光方向切換用液晶パネル１５に入射する。図５に示した偏光方向切換用液晶パネル１５の下側領域１５Ｌは液晶の配向状態が第１の状態であり、上側の領域１５Ｕは液晶の配向状態が線順次に変えられて第２の状態になっている。その結果、偏光方向切換用液晶パネル１５の下側領域１５Ｌに入射した光ＬＲ１、ＬＬ１は、偏光方向を変えられることなくそのまま透過する。一方、偏光方向切換用液晶パネル１５の上側領域１５Ｕに入射した光ＬＲ１、ＬＬ１は、偏光方向が９０度回転した光ＬＲ２、ＬＬ２となって透過する。偏光方向切換用液晶パネル１５の下側領域１５Ｌを透過した光ＬＲ１、ＬＬ１は、フレネルレンズ１２を透過して透過光選択用偏光板１４に入射する。光ＬＲ１、ＬＬ１のうち、右眼用光源１０Ｒからの光ＬＲ１の偏光方向が透過光選択用偏光板１４の偏光方向に一致するので、光ＬＲ１が透過光選択用偏光板１４を透過し、左眼用光源１０Ｌからの光ＬＬ１は遮断される。透過光選択用偏光板１４を透過した右眼用の光ＬＲ１は、液晶表示パネル１１の下側領域（右眼用画像が表示されている領域）を透過して観察者の右眼に入射する。つまり液晶表示パネル１１の下側領域に映っている右眼用画像が観察者の右眼に入射する。

一方、偏光方向切換用液晶パネル１５の上側領域１５Ｕを透過することにより、偏光方向が９０度回転した光ＬＲ２、ＬＬ２は、フレネルレンズ１２を透過して透過光選択用偏光板１４に入射する。光ＬＲ２、ＬＬ２のうち、左眼用光源１０Ｌからの光ＬＬ２の偏光方向が透過光選択用偏光板１４の偏光方向に一致するので、光ＬＬ２が透過光選択用偏光板１４を透過し、右眼眼用光源１０Ｒからの光ＬＲ２は遮断される。透過光選択用偏光板１４を透過した左眼用の光ＬＬ２は、液晶表示パネル１１の上側領域（左眼用画像が表示されている領域）を透過して観察者の左眼に入射する。つまり液晶表示パネル１１の上側領域に映っている左眼用画像が観察者の左眼に入射する。

以上のように、液晶表示パネル１１で右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間であっても、液晶表示パネル１１で右眼用画像が表示されている部分領域には、右眼用光源１０Ｒから照射された光の一部が選択的に入射し、また、液晶表示パネル１１で左眼用画像が表示されている部分領域には、左眼用光源１０Ｌから照射された光の一部が選択的に入射するので、画像の書き換え期間中も右眼用画像と左眼用画像とを分離して観察者の右眼及び左眼に入射させることができる。したがって、画像の書き換え期間中に右眼用画像と左眼用画像とが混濁するのを避けるために光源を消灯する必要が無く、画像書き換え中も光源を点灯させておくことができるので、消灯させる場合に比べて立体画像表示装置の輝度を向上させることができる。

アクティブマトリクス型の液晶表示パネルのようにメモリ機能を有する表示パネルでは、先のフレームの表示された画像は、次のフレームの画像が書き込まれるまで保持される。そのため隣接フレームの画像の相互影響により表示品質が低下（画像の残像感）する。このような不都合を解消するために、隣り合うフレームの画像の境界に黒帯を挿入し、この黒帯が液晶表示パネルを上から下へ移動することに合わせて画像の書き換えを行う技術が知られている。このような技術を立体画像表示装置に適用することも考えられる。即ち、右眼用画像と左眼用画像の書き換えに際して両画像の境界に黒帯を挿入し、この黒帯が液晶表示パネルを上から下へ移動することに合わせて画像の書き換えを行うのである。

実施例２は、このような黒帯の挿入を行う立体画像表示装置に本発明を適用した場合の一例である。実施例２の特徴は、液晶表示パネル１１における黒帯の移動に合わせて、黒帯に対応する領域内で偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を切り換えることにある。以下、詳細に説明する。

図８は、実施例２に係る立体画像表示装置の制御部１６Ａの概略構成を示すブロック図である。図８において、図２に示した符号と同一の符号で示した構成要素は、実施例１で説明した構成要素と同じ要素であるのでここでの説明は省略する。実施例２の制御部１６Aは、実施例１で説明した構成要素の他に、遅延同期信号発生部２１と黒帯幅設定部２２とを備えている。黒帯幅設定部２２は、右眼用画像と左眼用画像との境界に挿入する黒帯の幅を設定する要素である。黒帯の幅データは表示制御部１７と遅延同期信号発生部２１に与えられる。表示制御部１７は、各ラインの右眼用画像又は左眼用画像の各データを書き込んだ後、所定の画像表示時間ＴＡ（図９参照）が経過した後にそのラインに黒データを書き込むことにより、設定された幅の黒帯を右眼用画像と左眼用画像の境界に挿入する。また、遅延信号発生部２１は、黒帯の幅データに応じた時間だけ遅延させた同期信号を発生する。切換制御部１８は、この遅延同期信号基づき、液晶表示パネル１１の各ラインに黒データが書き込まれてから、所定時間ＴＢ（図９参照）を経過した後に、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を線順次に変えて行く。

図９は、黒帯が挿入された場合の画像書き換え時の動作タイミング図である。図９の（ｂ）に示すように、液晶表示パネル１１の各ラインに右眼用画像のデータが線順次に書き込まれて所定時間ＴＡ（この時間ＴＡは、１フィールド期間から黒帯表示期間を差し引いた期間である）を経過した後に、各ラインに黒データが線順次に書き込まれて行く。そして、所定の黒帯表示期間が経過した後、各ラインに左眼用画像のデータが同様に線順次に書き込まれることにより画像が書き換えられる。このとき図９の（ｃ）に示すように、液晶表示パネル１１の各ラインに黒データが書き込まれから所定時間ＴＢを経過した後に、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向状態が線順次に書き換えられて行く。

図１０は、黒帯が挿入された場合の液晶表示パネル１１と偏光方向切換用液晶パネル１５の画面の状態を示す図である。図１０の（ａ１）〜（ａ３）は液晶表示パネル１１の画像の書き換え状態を示し、（ｂ１）〜（ｂ３）は偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向状態の書き換えを示す。図１０から理解できるように、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向状態の書き換えは、液晶表示パネル１１における黒帯ＢＳの移動に合わせて、黒帯ＢＳに対応する、偏光方向切換用液晶パネル１５における領域ＡＲ内で行えばよい。したがって、偏光方向切換用液晶パネル１５における液晶の配向方向の切り換えタイミングを、液晶表示パネル１１の画像書き換えのタイミングに厳密に一致させる必要がないので、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を切り換える制御が容易になる。同様の理由で、偏光方向切換用液晶パネル１５の水平ライン数は液晶表示パネル１１と同じである必要な無く、液晶表示パネルよりも低解像度（少ない水平ライン数）のパネルを使用することが可能になり、それだけ立体画像表示装置を安価に実現することができる。

本発明は上記実施例に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例において、制御部は、液晶表示パネル１１で右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、画像の書き換えに同期して、偏光方向切換用液晶パネル１５の液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ線順次に切り換えたが、ドット（画素）順次に切り換えるようにしてもよい。

（２）上述した各実施例では、偏光方向切換用液晶パネル１５を光源１０とフレネルレンズ１２の間に設けたが、偏光方向切換用液晶パネル１５をフレネルレンズ１２と透過光選択用偏光板１４の間に設けるようにしてもよい。

（３）上述した各実施例において、光源１０と一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌとの間に輝度向上フィルムを設けて、一対の偏光板１３Ｒ、１３Ｌを透過する光のエネルギーを増やすようにしてもよい。

実施例１に係る立体画像表示装置の概略構成を示した斜視図である。実施例１に備わる制御部の概略構成を示すブロック図である。実施例１の右眼用画像表示期間の動作説明に供する図である。実施例１の左眼用画像表示期間の動作説明に供する図である。実施例１の画像書き換え期間の動作説明に供する図である。実施例１の画像書き換え時のタイミング図である。実施例１の画像書き換え時の液晶表示パネル及び偏光方向切換用液晶パネルの各画面の状態を示す図である。実施例２に備わる制御部の概略構成を示すブロック図である。実施例２の画像書き換え時のタイミング図である。実施例２の画像書き換え時の液晶表示パネル及び偏光方向切換用液晶パネルの各画面の状態を示す図である。従来の立体画像表示装置の概略構成を示す図である。従来装置の問題点の説明に供する図である。

符号の説明

１０Ｒ … 光源（右眼用）
１０Ｌ … 光源（左眼用）
１１ … 液晶表示パネル
１２ … フレネルレンズ
１３Ｒ … 偏光板（右眼用）
１３Ｌ … 偏光板（左眼用）
１４ … 透過光選択用偏光板
１５ … 偏光方向切換用液晶パネル
１６ … 制御部
１６Ａ … 制御部

Claims

右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネルに時分割に交互に表示し、前記各画像を観察者の右眼と左眼に分離して集光させる立体画像表示装置であって、
常時点灯している右眼用及び左眼用の一対の光源と、
右眼用画像と左眼用画像とを時分割に交互に表示する透過型の液晶表示パネルと、
前記一対の光源と前記液晶表示パネルとの間に配置され、前記各光源から照射された光を前記液晶表示パネルの前面に居る観察者の右眼と左眼に分離して集光させる光学手段と、
前記各光源から照射された光を互いに異なる偏光方向の光に変換する一対の偏光素子と、
前記液晶表示パネルの入光側に配置される透過光選択用偏光素子と、
前記一対の偏光素子を透過した光をそれぞれ入射し、液晶の配向を第１の状態と第２の状態とに切り換えることにより、その出射光が前記透過光選択用偏光素子を透過する状態と、遮断される状態とに切り換える偏光方向切換用液晶パネルと、
前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、（ａ）前記液晶表示パネルに右眼用画像が表示されている期間は、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態に設定することにより、前記右眼用光源からの光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記左眼用光源からの光が遮断されるようにし、（ｂ）前記液晶表示パネルに左眼用画像が表示されている期間は、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第２の状態に設定することにより、前記左眼用光源からの光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記右眼用光源からの光が遮断されるようにし、（ｃ）前記液晶表示パネルで右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、前記画像の書き換えに同期して、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ順次に切り換えることにより、前記右眼用光源からの光のうち、前記液晶表示パネルに表示された右眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が前記透過光選択用偏光素子を透過し、前記左眼用光源からの光のうち、前記液晶表示パネルに表示された左眼用画像の表示領域に対応する、領域の制限された光が前記透過光選択用偏光素子を透過するようにし、
更に、前記液晶表示パネルにおける右眼用画像と左眼用画像の書き換えに際して両画像の境界に黒帯を挿入し、この黒帯が液晶表示パネルを上から下へ移動することに合わせて画像の書き換えを行っている場合に、前記制御手段は、前記液晶表示パネルにおける黒帯の移動に合わせて、黒帯に対応する領域内で前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を切り換えること
を特徴とする立体画像表示装置。
請求項１記載の立体画像表示装置において、
前記制御手段は、前記液晶表示パネルで右眼用画像から左眼用画像へ、又は左眼用画像から右眼用画像へ順次に書き換えが行われて両画像が同時に表示されている期間は、前記画像の書き換えに同期して、前記偏光方向切換用液晶パネルの液晶の配向方向を第１の状態から第２の状態へ、又は第２の状態から第１の状態へ線順次又はドット順次に切り換える立体画像表示装置。