JP5321575B2 - 裸眼立体ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、視差分割方式による裸眼立体ディスプレイ装置に関する。

レンチキュラーシートや、スリット型の視差バリア等の特殊な光学部材を用いて、液晶パネル等の表示パネルに表示された画像を複数の視点方向に分割し、視認される画像を視聴位置によって変化させる立体画像表示装置が知られている。具体的には、水平方向に並ぶ観察者の右目及び左目の位置から異なる画像が見えるように、表示パネルの色画素領域を、右目の視線だけが届く右目用色画素領域と、左目の視線だけが届く左目用色画素領域とに分ける。これにより、眼鏡をかけずに立体視が可能な裸眼立体ディスプレイ装置が実現可能である（特許文献１及び２参照）。

特許文献１の裸眼立体ディスプレイ装置では、左眼用及び右眼用に交互に形成された画素領域を有する表示素子において、左眼用の画素領域と右眼用の画素領域の境界部位に光線非透過領域を形成している（段落0027参照）。これにより、観察者の頭部が上下に移動しても左右クロストークの無い画像を鑑賞できると記載されている（段落0029参照）。

また、視差分割の方式として、２眼式の他に、多眼式、超多眼式、及びインテグラル・イメージング方式（ＩＩ方式）がある。特許文献２では、ＩＩ方式において、２眼式、多眼式用などの画像を立体表示可能とする発明が記載されている。左右の視差成分画像のクロストークを防止するため、左右の視差成分画像の間に黒い（或いは単色の）画素列を入れること、２眼式の場合は特に、要素画像境界の不要な両端部分の画素列は黒にすることが記載されている（段落0047参照）。

このように、観察者の視点の移動によって発生する、左目用及び右目用の画像が互いに混入するクロストークを抑制して、立体視可能な視野範囲を広げるために、左右の視差画像の境界に何も表示しない領域を形成する技術が従来から知られている。

特開２０１０−１８１９００号公報 特開２００５−３３１８４４号公報

ところで、水平方向の一次元方向に２つの視差を形成する２眼式の場合、左目用色画素領域及び右目用色画素領域は、それぞれ垂直方向に伸びる列を成し、交互にストライプ状に配置される。よって、異なる色の色画素が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向に配列された表示パネルを用いて２眼式の立体視を行う場合、左目用色画素領域及び右目用色画素領域の境界には同色の色画素が垂直方向に配列することになる。よって、観察者の視点が移動してクロストークが発生した場合に、単色の線状ノイズが見えてしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、視点の移動によるクロストークの発生を抑制し、且つ、クロストークが発生した場合であっても単色の線状ノイズの発生を抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、その一実施形態として、複数の色画素から射出される光線によって画像を表示する表示パネル（１２）と、表示パネル（１２）の表示面に対向して配置された視差分割部（１３）と、を備える裸眼立体ディスプレイ装置であることを要旨とする。表示パネル（１２）において、異なる色の色画素が水平方向（ＨＤ）に周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向（ＶＤ）に配列されている。視差分割部（１３）は、水平方向に並ぶ観察者の右目（ＲＥ）及び左目（ＬＥ）の位置から異なる画像が見えるように、表示パネル（１２）の色画素領域を、右目（ＲＥ）の視線が届き、左目（ＬＥ）の視線が届かない右目用色画素領域（ＲＧ）と、左目（ＬＥ）の視線が届き、右目（ＲＥ）の視線が届かない左目用色画素領域（ＬＧ）とに分ける。右目用色画素領域（ＲＧ）と左目用色画素領域（ＬＧ）との境界に、光線が射出されない色画素（ＢＧ）が並ぶ。そして、光線が射出されない色画素（ＢＧ）が並ぶ方向は傾斜している。

ここで、「視差分割部」には、パララックスバリア（視差バリア）、及びレンチキュラーシートが含まれる。

上記した一実施形態において、光線が射出されない色画素（ＢＧ）が並ぶ方向は、色画素の水平方向（ＨＤ）の１ピッチに対して色画素の垂直方向（ＶＤ）の１ピッチの割合で傾斜していてもよい。この場合、光線が射出されない色画素（ＢＧ）のエッジに並ぶ色画素列において、同じ色の色画素が隣接することが無く、異なる色画素を１色画素単位で周期的に配列することができるので、線状ノイズの発生や、ホワイトバランスの乱れを更に抑制することができる。

或いは、上記した一実施形態において、光線が射出されない色画素（ＢＧ）が並ぶ方向は、色画素の水平方向（ＨＤ）の１ピッチに対して色画素の垂直方向（ＶＤ）の２ピッチの割合で傾斜していても構わない。この場合、光線が射出されない色画素（ＢＧ）が並ぶ方向が垂直方向（ＶＤ）に近づくので、光線が射出されない色画素（ＢＧ）の垂直方向の幅が広がる。よって、垂直方向のクロストークが低減し、立体視可能な垂直方向の視認範囲が拡大する。

本発明の裸眼立体ディスプレイ装置によれば、光線が射出されない色画素が並ぶ方向が傾斜しているので、光線が射出されない色画素のエッジに同色の色画素が並ぶことはない。よって、光線が射出されない色画素が同じ色の色画素の配列方向と同じ垂直方向に沿って並んでいる場合に生じる線状ノイズの発生を抑制することができる。したがって、視点の移動によるクロストークの発生を抑制し、且つ、クロストークが発生した場合であっても単色の線状ノイズの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態に関わる裸眼立体ディスプレイ装置の全体構成を示す断面図である。 図２は、液晶バリア１３によって左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置で視差分割を行う手法を説明する模式図であり、図２（ａ）は光線が射出されない色画素ＢＧが無い場合を示し、図２（ｂ）は光線が射出されない色画素ＢＧがある場合を示す。 図３は、ＬＣＤパネル１２が有する色画素領域を示す平面図である。 図４は、図３に示したＬＣＤパネル１２の色画素領域において、右目ＲＥの視線が届く右目用色画素領域ＲＧ、左目ＬＥの視線が届く左目用色画素領域ＬＧ、及び光線が射出されない色画素ＢＧの配置を示す平面図である。 図５は、光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向を、色画素の水平方向の１ピッチに対して色画素の垂直方向の２ピッチの割合で傾斜させた場合を示す平面図である。 図６は、図３に示した色画素領域において、右目用色画素領域ＲＧ、左目用色画素領域ＬＧ、光線が射出されない色画素ＢＧが垂直方向に並んでいる比較例を示す平面図である。 図７（ａ）は視差バリア方式による２眼式の視差分割方法を示す模式図であり、図７（ｂ）はレンチキュラー方式による２眼式の視差分割方法を示す模式図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

先ず、図１を参照して、本発明の実施の形態に関わる裸眼立体ディスプレイ装置の全体構成を説明する。図１は、裸眼立体ディスプレイ装置の水平方向の切断面を示している。裸眼立体ディスプレイ装置は、表示パネルの一例としてのＬＣＤ（液晶表示）パネル１２と、ＬＣＤパネル１２の表示面に対向して配置された視差分割部の一例としての液晶バリア１３とを備える。ＬＣＤパネル１２と液晶バリア１３は、粘着シート１１により接着されている。

ＬＣＤパネル１２において、液晶層２２の両面はＬＣＤガラス基板２１、２３で挟まれ、表示面側のＬＣＤガラス基板２３にはカラーフィルタ（図示せず）が形成されている。カラーフィルタの主表面には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の異なる色の着色層がマトリックス状に配置されている。この着色層の配置がＬＣＤパネル１２の色画素の配置に対応している。ＬＣＤパネル１２が有する色画素の配置については、図２の平面図を参照して後述する。ＬＣＤガラス基板２３の表示面側にはＬＣＤ偏光板２４が積層されている。ＬＣＤガラス基板２１の裏面側にはバックライト（図示せず）が配置されている。

液晶バリア１３は、視差バリア（パララックスバリア）の一例であって、パッシブ方式液晶やアクティブマトリックス方式液晶によって光を遮断するバリア部のパターンを形成することができる。液晶バリア１３において、バリア液晶層３２の両面は液晶バリアガラス基板３１、３３で挟まれている。液晶バリアガラス基板３３の表示面側には液晶バリア偏光板３４が積層されている。バリア液晶層３２には、光を遮断するバリア部３２ａと光を透過するスリット部３２ｂとが交互に形成されている。

図２（ａ）に示すように、観察者の右目ＲＥからスリット部３２ｂを通じて視認されるＬＣＤパネル１２の右目用色画素領域ＲＧは、観察者の左目ＬＥからはバリア部３２ａによって遮蔽されて視認することができない。一方、観察者の左目ＬＥからスリット部３２ｂを通じて視認されるＬＣＤパネル１２の左目用色画素領域ＬＧは、観察者の右目ＲＥからはバリア部３２ａによって遮蔽されて視認することができない。このように、液晶バリア１３は、ＬＣＤパネル１２の色画素領域を、右目ＲＥの視線が届き、左目ＬＥの視線が届かない右目用色画素領域ＲＧと、左目ＬＥの視線が届き、右目ＲＥの視線が届かない左目用色画素領域ＬＧとに分ける。これにより、水平方向に並ぶ観察者の右目ＲＥ及び左目ＬＥの位置から異なる画像を見ることができる。すなわち、ＬＣＤパネル１２の画像を複数の視点方向に分割し、視認される画像を視聴位置によって変化させることにより、立体視が可能となる。

次に、図３を参照して、ＬＣＤパネル１２が有する色画素の配置を説明する。ここでは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３種類の異なる色の色画素ならなるＬＣＤパネル１２を例に取り説明する。「Ｒ」と記載した各ボックスが赤色（Ｒ）の単位色画素を示し、「Ｇ」と記載した各ボックスが緑色（Ｇ）の単位色画素を示し、「Ｂ」と記載した各ボックスが青色（Ｂ）の単位色画素を示す。ＬＣＤパネル１２は、これらの色画素から射出される光線によって画像を表示する。

水平方向ＨＤには、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３種類の異なる色の色画素が周期的に配列されている。そして、垂直方向ＶＤには、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の同じ色の色画素がそれぞれ配列されている。図３に示した色画素が形成された領域全体をＬＣＤパネル１２の「色画素領域」と呼ぶ。なお、図３においては、隣接する色画素の間に形成されるブラック・マトリックスＢＭの図示を省略し、単位色画素の縦横比も現実のものとは異なる。

図４を参照して、図３に示したＬＣＤパネル１２の色画素領域における、右目ＲＥの視線が届く右目用色画素領域ＲＧ、左目ＬＥの視線が届く左目用色画素領域ＬＧ、及び光線が射出されない色画素ＢＧの配置を説明する。右目用色画素領域ＲＧ及び左目用色画素領域ＬＧは、それぞれ、水平方向に３色画素分の幅を持つ帯状の領域であって、互いに平行に斜め方向に延びる領域である。また、右目用色画素領域ＲＧ及び左目用色画素領域ＬＧは、交互にストライプ状に配列され、右目用色画素領域ＲＧと左目用色画素領域ＬＧとの境界に、光線が射出されない色画素ＢＧが並んでいる。光線が射出されない色画素ＢＧは、右目用色画素領域ＲＧ及び左目用色画素領域ＬＧの形状と同様な斜め方向に並んでいる。図４の例では、光線が射出されない色画素ＢＧの並びは、水平方向に１色画素分の幅を持つ。光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向は、色画素の水平方向の１ピッチに対して色画素の垂直方向の１ピッチの割合で傾斜している。

なお、図示は省略するが、バリア液晶層３２のバリア部３２ａ及びスリット部３２ｂは、右目用色画素領域ＲＧ及び左目用色画素領域ＬＧの配置に対応して、互いに平行に斜め方向に延びる帯状の形状を有する。バリア部３２ａ及びスリット部３２ｂが並ぶ方向は、色画素の水平方向の１ピッチに対して色画素の垂直方向の１ピッチの割合で傾斜している。

図４に示すＬＣＤパネル１２に対して、バリア液晶層３２のバリア部３２ａ及びスリット部３２ｂを位置合わせすることにより、図２に示したように、ＬＣＤパネル１２の画像を複数の視点方向に分割し、視認される画像を視聴位置によって変化させることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、光線が射出されない色画素ＢＧを挿入することによるクロストークの減少及び立体視の視野範囲の拡大について説明する。

図２（ａ）は、右目用色画素領域ＲＧと左目用色画素領域ＬＧの間に光線が射出されない色画素ＢＧが挿入されていない場合を示す。観察者の頭部が水平方向に移動して、左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置がそれぞれ図２（ａ）に示すように移動すると、左目ＬＥの視線が、右目用色画素領域ＲＧの一部に届くようになり、左目用色画素領域ＬＧの一部に届かなくなる。同様に、右目ＲＥの視線が、左目用色画素領域ＬＧの一部に届くようになり、右目用色画素領域ＲＧの一部に届かなくなる。このように、左目用及び右目用の画像が互いに混入してクロストークが発生してしまう。

これに対して、図２（ｂ）は、右目用色画素領域ＲＧと左目用色画素領域ＬＧの間に光線が射出されない色画素ＢＧが挿入されている場合を示す。観察者の頭部が水平方向に移動して、左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置がそれぞれ図２（ｂ）に示すように移動すると、左目ＬＥの視線が、光線が射出されない色画素ＢＧの一部に届くようになるが、右目用色画素領域ＲＧにはまだ届かない。同様に、右目ＲＥの視線が、光線が射出されない色画素ＢＧの一部に届くようになるが、左目用色画素領域ＬＧの一部にはまだ届かない。このように、図２（ｂ）の場合、観察者の頭部が水平方向に移動することによって、左目ＬＥ及び右目ＲＥの視線が届く範囲が移動しても、光線が射出されない色画素ＢＧの水平方向の幅の分（図４では、色画素の水平方向の１ピッチ分）だけ、クロストークを抑制して、立体視可能な水平方向の視野範囲を拡大することができる。

光線が射出されない色画素ＢＧの挿入による効果は、観察者の頭部が水平方向に移動する場合のみならず、観察者の頭部が垂直方向に移動する場合についても得ることができる。つまり、観察者の頭部が垂直方向に移動しても、光線が射出されない色画素ＢＧの垂直方向の幅の分（図４では、色画素の垂直方向の１ピッチ分）だけ、クロストークを抑制して、立体視可能な垂直方向の視野範囲を拡大することができる。

ここで、図６に示す比較例では、図３に示した色画素領域において、右目用色画素領域ＲＧ、左目用色画素領域ＬＧ、光線が射出されない色画素ＢＧが垂直方向に並んでいる。観察者の頭部が水平方向に移動することによって、左目ＬＥ及び右目ＲＥの視線が届く範囲が、光線が射出されない色画素ＢＧの幅以上、水平方向に移動してクロストークが発生した場合を考える。この場合、左目ＬＥの視線が届く範囲に、光線が射出されない色画素ＢＧのエッジに隣接する右目用色画素領域ＲＧ内の同色の色画素列が入ってきてしまう。右目ＲＥに関しても同様である。これにより、左目ＬＥ及び右目ＲＥによって、それぞれ垂直方向に延びる同色の線状ノイズが視認されてしまう。同時に、左目ＬＥの視線が届く範囲から、光線が射出されない色画素ＢＧのエッジに隣接する左目用色画素領域ＬＧ内の同色の色画素列が外れてしまう。右目ＲＥに関しても同様である。これにより、画像のホワイトバランスが乱れてしまう。

これに対して、本発明の実施の形態では、光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向が傾斜しているので、光線が射出されない色画素ＢＧのエッジに同色の色画素が並ぶことはない。よって、光線が射出されない色画素ＢＧが、図６に示したように、同じ色の色画素の配列方向と同じ垂直方向に沿って並んでいる場合に生じる線状ノイズの発生や、ホワイトバランスの乱れを抑制することができる。

なお、光線が射出されない色画素ＢＧの形状、例えば、水平方向及び垂直方向の幅や傾斜角度は、図４に示した実施例に限定されず、ＬＣＤパネル１２の色画素領域全体の大きさ、画像の解像度、視聴距離、視聴形態に応じて設定すればよい。色画素領域全体の大きさが大きい、画像の解像度が高い、通常の使用時における視聴距離が離れている場合には、水平方向及び垂直方向の幅を広くしても、つまり、水平方向及び垂直方向の色画素ピッチ数を増やしても、バリア部３２ａを視認されることはなく、自然な立体視が可能である。更に、パッシブ方式液晶やアクティブマトリックス方式液晶によって液晶バリア１３におけるバリア部３２ａのパターンを制御することにより、様々な視聴距離や視聴形態に応じた立体視が可能となる。具体的に、「パッシブ方式液晶」のパターンは、特定の形状に固定されてしまう。よって、バリア部３２ａのパターンとして幾つかの「固定のパターン」を予め作っておき、視聴距離や視聴形態に応じて適宜切り換えればよい。一方、アクティブマトリックス方式液晶のパターンは、液晶パネルのドット単位で制御可能であるため、「パッシブ方式液晶」に比べて、より詳細な視聴距離や視聴形態に応じて制御することができる。

また、立体視可能な水平方向及び垂直方向のそれぞれの視野範囲を拡大するために、光線が射出されない色画素ＢＧの水平方向及び垂直方向のそれぞれの幅を個別に制御してもよい。つまり、水平方向のクロストークを抑制して、立体視可能な水平方向の視野範囲を広げたければ、光線が射出されない色画素ＢＧの水平方向の幅を広げればよい。垂直方向のクロストークを抑制して、立体視可能な垂直方向の視野範囲を広げたければ、光線が射出されない色画素ＢＧの垂直方向の幅を広げればよい。

例えば、図５に示すように、光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向を、色画素の水平方向の１ピッチに対して色画素の垂直方向の２ピッチの割合で傾斜させてもよい。これにより、光線が射出されない色画素ＢＧの垂直方向の幅を広げることができる。よって、図４の実施例に比べて、光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向が垂直方向に近づく。よって、垂直方向のクロストークが低減し、立体視可能な垂直方向の視認範囲が拡大する。

一方、図４に示したように、光線が射出されない色画素ＢＧが並ぶ方向を、色画素の水平方向の１ピッチに対して色画素の垂直方向の１ピッチの割合で傾斜させる。これにより、光線が射出されない色画素ＢＧのエッジに並ぶ色画素列において、同じ色の色画素が隣接することが無く、異なる色画素を１色画素単位で周期的に配列することができる。よって、線状ノイズの発生や、ホワイトバランスの乱れを、図５の場合に比べて、更に抑制することができる。

なお、上記した本発明の実施形態では、裸眼立体ディスプレイ装置の観察者から見てＬＣＤパネルの表面側に液晶バリアを設けた例を述べたが、観察者から見てＬＣＤパネルの裏面側（すなわち、バックライトの表面側）に液晶バリアを設けた裸眼立体ディスプレイ装置においても同様の効果を得ることができる。また、上記した本発明の実施形態では、視差バリア（パララックスバリア）の一例である液晶バリア１３を用いた視差バリア方式による立体視を行う場合（図７（ａ）参照）を説明したが、視差バリア方式と同様に、視線の視差分割方式の他の例であるレンチキュラー方式による立体視を行う場合（図７（ｂ）参照）についても本発明を適用することができる。レンチキュラー方式では、液晶バリア１３のバリア部３２ａと同様にして、傾斜するレンズ軸を有する複数のシリンドリカルレンズを平行に配列したレンチキュラーシート４２を、液晶バリア１３の代わりに、ＬＣＤパネル１２の表示面に対向して配置すればよい。

本発明の実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色画素が水平方向に周期的に配列されたＬＣＤパネル１２を用いた場合を説明した。しかし、さらにＹ（黄）を加えた４色、或いはそれ以上の異なる種類の色画素を、水平方向に周期的に配列した場合においても、本発明を適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１…粘着シート
１２…ＬＣＤパネル（表示パネル）
１３…液晶バリア（視差分割部）
４２…レンチキュラーシート（視差分割部）
ＢＧ…光線が射出されない色画素
ＨＤ…水平方向
ＬＥ…左目
ＬＧ…左目用色画素領域
ＲＥ…右目
ＲＧ…右目用色画素領域
ＶＤ…垂直方向

Claims (3)

1. 異なる色の色画素が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向に配列され、前記色画素から射出される光線によって画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルの表示面に対向して配置され、水平方向に並ぶ観察者の右目及び左目の位置から異なる画像が見えるように、前記表示パネルの色画素領域を、右目の視線が届き、左目の視線が届かない右目用色画素領域と、左目の視線が届き、右目の視線が届かない左目用色画素領域とに分ける視差分割部と、を備え、
   前記右目用色画素領域と前記左目用色画素領域との境界に、光線が射出されない色画素が並び、且つ、前記光線が射出されない色画素が並ぶ方向は傾斜している
   ことを特徴とする裸眼立体ディスプレイ装置。
2. 前記光線が射出されない色画素が並ぶ方向は、前記色画素の水平方向の１ピッチに対して前記色画素の垂直方向の１ピッチの割合で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体ディスプレイ装置。
3. 前記光線が射出されない色画素が並ぶ方向は、前記色画素の水平方向の１ピッチに対して前記色画素の垂直方向の２ピッチの割合で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体ディスプレイ装置。