JP5612647B2 - 偏光メガネ方式の立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は立体映像表示装置に関し、特に立体映像の上下視野角を向上する偏光メガネ方式の立体映像表示装置に関する。

立体映像表示装置は両眼視差方式(stereoscopic technique)または複合視差知覚方式(autostereoscopic technique)を利用して立体映像を実現する。

両眼視差方式は、立体効果が大きい左右目の視差映像を利用し、眼鏡方式と無眼鏡方式があり、二つの方式とも実用化されている。眼鏡方式は、直視型表示素子やプロジエクタに左右視差映像の偏光方向を変えてまたは時分割方式で表示し、偏光眼鏡または液晶シャッタメガネを使って立体映像を実現する。無眼鏡方式は、一般的に、左右視差映像の光軸を分離するためのパララックスバリヤなどの光学板を表示画面の前または後に設置する方式である。

図１は従来の偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。

図１を参照すれば、偏光メガネ方式の立体映像表示装置１は表示パネルと、表示パネルに接合されたパターンドリターダ１７を備える。

表示パネルは薄膜トランジスタアレイ基板１０と、カラーフィルタ１３及びブラックマトリックス１４を含むカラーフィルタ基板１２と、薄膜トランジスタアレイ基板１０とカラーフィルタ基板１２ の間に形成された液晶層１５と、薄膜トランジスタアレイ基板１０の下に積層される第２偏光板１６ｂと、 カラーフィルタ基板１２の上に積層される第１偏光板１６ａを含む。

パターンドリターダ１７は第１偏光のみを選択的に透過させる第１リタドパターンと第２偏光のみを選択的に透過させる第２リタドパターンを含み第１偏光板１６ａ上に設けられる。第１リタドパターンと第２リタドパターンはラインバイラインに交互に形成される。パターンドリターダ１７上には表面処理された保護フィルム１８が設けられる。

このような立体映像表示装置１は表示パネルに左目イメージと右目イメージを交互に表示しパターンリタド１７を通じて偏光メガネに入射される偏光特性をスイッチングすることで、左目イメージと右目イメージを空間的に分割し立体映像を実現する。

偏光メガネ方式の立体映像表示装置は立体映像を形成する際に、視聴位置によって３Ｄクロストークが発生する。３Ｄクロストークは単目(左目または右目)で、左目イメージと右目イメージが互いに重畳して見える時に生ずる。表示パネルを正面方向に眺める時、左目イメージはそれに対応される第１リタドパターンのみを通じて透過して見えて右目イメージはそれに対応される第２リタドパターンのみを通じて透過して見えるので３Ｄクロストークは知覚されない。しかし、表示パネルを上下方向に眺める時、左目イメージは第１リタドパターンだけではなく右目イメージに対応される第２リタドパターンを透過して右目イメージに混在して見えることもあり、また右目イメージは第２リタドパターンだけではなく左目イメージに対応される第１リタドパターンを透過して左目イメージに混在して見えることがあるため、３Ｄクロストークが知覚されるようになる。

一般的に立体映像表示装置で上下視野角は３Ｄクロストークが１０％以内に知覚される上側視野角及び下側視野角の合計で定義される。上下視野角はブラックマトリックスの幅、カラーフィルタとパターンドリターダの間の距離などと密接な関係がある。ブラックマトリックスの幅を増加させれば３Ｄクロストーク現象が改善し上下視野角が広くなるが、開口率及び輝度が低下する問題がある。また、カラーフィルタとパターンドリターダの間隔を狭めれば３Ｄクロストーク現象が改善して上下視野角が広くなるが、カラーフィルタ基板の厚さを低減するには物理的な限界がある。

従来の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は、開口率及び輝度が低下してしまうにも拘わらず、ブラックマトリックスの幅を増加させて所望の上下視野角を確保していた。

したがって、本発明の目的は、開口率及び輝度低下を最小化しつつも上下視野角を拡げることを可能とする偏光メガネ方式の立体映像表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の実施の形態に係って表示面に立体映像を表示する偏光メガネ方式の立体映像表示装置において、薄膜トランジスタアレイ基板と前記薄膜トランジスタアレイ基板と対向する第１面に複数のブラックマトリックスパターンが形成されたカラーフィルタアレイ基板と、前記第１面と対向する前記カラーフィルタアレイ基板の第２面上で前記ブラックマトリックスパターンのそれぞれに対応するようにアラインされた複数のブラックストライプパターンと、前記カラーフィルタアレイ基板の第２面上に配置されるパターンドリターダを備え、前記パターンドリターダは前記表示面に含まれるピクセルアレイよりも小さい垂直ピッチで配置されたことを特徴とする。

上述したように、本発明の偏光メガネ方式の立体映像表示装置はカラーフィルタアレイ基板の対向する面に互いに対応してブラックマットリックスパターンとブラックストライプパターンを形成することでブラックマットリックスパターンの幅を従来よりも狭めて開口率及び輝度低下を最小化しつつも上下視野角を従来と同等にすることができる。

さらに、本発明はブラックストライプパターンの幅を表示位置に従って異なるように形成することで上下視野角を拡げつつも位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象を改善する。

さらに、本発明はパターンドリターダのすべて垂直ピッチをピクセルアレイのすべて垂直ピッチより小さく設計し、ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンを表示パネルの上部及び下部でそれぞれ視聴位置に対応される中央部に向けて斜めにアラインすることで、パネルの大きさ及び解像度などに構わずに輝度ユニフォーミティ改善と共に表示パネルの中央部を基準にした視聴可能範囲を所望の水準で拡げることができる。

従来の偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を概略的に示す図である。 ブラックマトリックスとブラックストライプが対応されるように形成された本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置を示す図である。 ブラックマトリックスとブラックストライプが対応されるように形成された本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置を示す図である。 本発明によって開口率及び輝度低下が最小化されつつも上下視野角が広くなることを従来例との比較において示す図である。 本発明によって拡大された上下視野角の一例を示す図である。 視聴角度にしたがって部分的に輝度が低くなる一例を示す図である。 視聴角度にしたがって部分的に輝度が低くなる一例を示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善のために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 ブラックストライプパターンの幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって漸進的に狭くなることを示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善のために提案された本発明の他の実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 ブラックストライプパターンの幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって段階的に狭くなることを示す図である。 本発明の図９及び図１１による輝度測定結果を図３及び図４による輝度と比べて示す図である。 立体映像表示装置の大きさによる適正視聴距離を示す図である。 立体映像表示装置の大きさによる適正視聴距離を示す図である。 ３Ｄクロストーク緩和のために提案された本発明の一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 ブラックストライプパターンの幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって漸進的に増加することを示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンが表示パネルの中央部に向けて斜めにアラインされた一例を示す図である。 図２２によって表示パネルの中央部で視聴可能範囲が広くなることを示す図である。 本発明の図９、図１１及び図１５に不等ピッチ設計及び斜めのアライン構成を適用した一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 本発明の図９、図１１及び図１５に不等ピッチ設計及び斜めのアライン構成を適用した一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 本発明の図９、図１１及び図１５に不等ピッチ設計及び斜めのアライン構成を適用した一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 本発明の図１８及び図２０に不等ピッチ設計及び斜めのアライン構成を適用した一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。 本発明の図１８及び図２０に不等ピッチ設計及び斜めのアライン構成を適用した一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図である。

以下、図２乃至図２８を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。

図２は本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置の概略的構成を示す。

図２を参照すると、本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置１００は表示パネル(ＤＰ)、パターンドリターダ１８０及び偏光メガネ１９５などを備える。

表示パネル(ＤＰ)は液晶表示素子(Liquid Crystal Display、ＬＣＤ)を対象にするがこれに限定されない。表示パネル(ＤＰ)は電界放出表示素子(Field Emission Display、ＦＥＤ)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel、ＰＤＰ)、有機発光ダイオード素子(Organic Light Emitting Diode、ＯＬＥＤ)、電気泳動表示素子(Electrophoresis、ＥＰＤ)などを対象とすることもできる。

表示パネル(ＤＰ)が液晶表示パネルに具現される場合に、立体映像表示装置１００は表示パネル(ＤＰ)とパターンドリターダ１８０の間に位置した第１偏光板１７０と、表示パネル(ＤＰ)下部に配置されるバックライトユニット(図示せず)と、表示パネル(ＤＰ)とバックライトユニットの間に配置される第２偏光版(図示せず)をさらに備えることができる。パターンドリターダ１８０及び偏光メガネ１９５は立体映像具現素子として左目イメージ(Ｌ)と右目イメージ(Ｒ)を空間的に分離して両眼視差を作り出す。

表示パネル(ＤＰ)は二枚のガラス基板と、これらの間に形成された液晶層を有する。第１ガラス基板にはガラス基板にはカラーフィルタアレイが形成され、第２ガラス基板には薄膜トランジスタアレイが形成される。カラーフィルタアレイはブラックマトリックス、カラーフィルタなどを含む。第１ガラス基板上には第１偏光板１７０が積層される。このような表示パネル(ＤＰ)には左目イメージ(Ｌ)と右目イメージ(Ｒ)が複数のピクセルを含むピクセルアレイ上にラインバイライン(Line by line) 形態に交互に表示される。第１偏光板１７０は表示パネル(ＤＰ)の液晶層を透過し入射される光の中で特定線偏光のみを透過させる。

パターンドリターダ１８０は表示パネル(ＤＰ)の第１偏光板１７０上に積層される。パターンドリターダ１８０の奇数ラインには第１リタドパターンが形成され、パターンドリターダ１８０の偶数ラインには第２リタドパターンが形成される。第１リタドパターンは表示パネル(ＤＰ)で左目イメージ(Ｌ)が表示される表示ラインと対向するように配置され、第２リタドパターンは表示パネル(ＤＰ)で右目イメージ(Ｒ)が表示される表示ラインと対向するように配置される。第１リタドパターンの光吸収軸と第２リタドパターンの光吸収軸は互いに異なる。第１リタドパターンは第１偏光板１７０を通じて入射される左目イメージ(Ｌ)に対する線偏光の位相を１／４波長だけ遅延させ、その入射光を第１偏光(例えば、左円編光)で通過させる。第２リタドパターンは第１偏光板１７０を通じて入射される右目イメージ(Ｒ)に対する線偏光の位相を３／４波長だけ遅延させ、その入射光を第２偏光(例えば、右円編光)で通過させる。第１リタドパターンは左円編光成分を透過させ右円編光成分を遮断させる偏光フィルタによって構成され、第２リタドパターンは右円編光成分を透過させ左円編光成分を遮断させる偏光フィルタによって構成される。

偏光メガネ１９５の左目には第１偏光成分のみを通過させる偏光フィルムが接着され、偏光メガネ１９５の右目には第２偏光成分のみを通過させる偏光フィルムが接着される。したがって、偏光メガネ１９５を着用した観察者（視聴者）は左目で左目イメージ(Ｌ)のみを見るとともに、右目で右目イメージ(Ｒ)のみを見ることになるので表示パネル(ＤＰ)に表示された映像を立体映像として知覚することができる。

このような本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置１００では、開口率及び輝度低下を最小化しながら上下視野角を拡げるため、図３及び図４のように表示パネル(ＤＰ)とパターンドリターダ１８０の間で、表示装置１００の上側から下側に向かう方向に配列されたブラックストライプパターン１６５が、ブラックマトリックスパターン１３０に対応する所定位置に形成される。ブラックストライプパターン１６５は表示パネル（ＤＰ）の上側から下側に向ける垂直方向によってアラインされる。

本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置１００は前述のようにブラックストライプパターン１６５を形成した状態で視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下を最小化するために、図９、図１１、図２４及び図２５などのようにブラックストライプパターン１６５の幅は表示パネル(ＤＰ)の中央部で相対的に大きく、表示パネル(ＤＰ)の上部及び下部で相対的に小さく設計される。

本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置１００は前述のようにブラックストライプパターン１６５を形成した状態で上下視野角を充分に確保するために、図１５及び図２６などのようにブラックストライプパターン１６５の幅は表示パネル(ＤＰ)の中央部で相対的に小さく、表示パネル(ＤＰ)の上部及び下部で相対的に大きく設計される。

本発明に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置１００は前述のようにブラックストライプパターン１６５を形成した状態で上下視野角を広げながらも視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下を最小化するために、図１８、図２０、図２７及び図２８などのようにブラックストライプパターン１６５の幅は輝度ユニフォーミティ測定範囲に相当する表示パネル(ＤＰ)の中央部ブロックで一定となるように、表示パネル(ＤＰ)の上部及び下部ブロックそれぞれで漸進的に異なるように設計される。本発明で表示パネル(ＤＰ)の上部、上部ブロック、中央部、中央部ブロック、下部、下部ブロック等は表示パネルの(ＤＰ)表示面の上側から下側に向かう垂直方向に従って決まる。

以下、これについて詳しく説明する。以下では図２と同一の構成に対しては同じ図面符号を付けてその説明を簡略にする。

図３及び図４は本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す図であり、図５は本発明によって開口率及び輝度低下が最小化されつつも上下視野角が広くなることを従来例との比較において示す。図６は本発明によって拡がった上下視野角の一例を示す。

図３及び図４を参照すれば、立体映像表示装置１００はブラックマトリックスパターン１３０に対応される特定位置にブラックストライプパターン１６５が形成された表示パネル(ＤＰ)、及び表示パネル(ＤＰ)上に密着して設けられるパターンドリターダフィルム１８５を含む。

表示パネル(ＤＰ)は薄膜トランジスタアレイ基板１１０、薄膜トランジスタアレイ基板１１０と対向するカラーフィルタアレイ基板１２０、及びこれら(１１０、１２０)の間に形成された液晶層１５０を含む。薄膜トランジスタアレイ基板１１０にはＲ、Ｇ及びＢデータ電圧が供給される複数のデータライン、データラインと交差されゲートパルスが供給される複数のゲートライン、データラインとゲートラインの交差部に形成される複数の薄膜トランジスタ、液晶セルにデータ電圧を充電させるための複数の画素電極、及び画素電極に接続され液晶セルの充電電圧を維持させるためのストレージキャパシタなどを含む。

画素電極と対向し電界を形成する共通電極はＴＮ(Twisted Nematic) モードとＶＡ(Vertical Alignment) モードのような垂直または水平電界駆動方式でカラーフィルタアレイ基板１２０に形成され、ＩＰＳ(In Plane Switching) モードとＦＦＳ(Fringe Field Switching) モードのような水平電界駆動方式で画素電極とともに薄膜トランジスタアレイ基板１１０に形成される。

カラーフィルタ基板１２０には カラーフィルタ１３５とブラックマトリックス１３０及びオーバーコート層１４０が形成される。カラーフィルタ１３５はバックライトユニットで出射されて液晶層１５０を透過した光を赤色、緑色及び青色に変換する。ブラックマトリックス１３０は隣合うカラーフィルタ１３５の間で光を遮蔽し、カラーフィルタ１３５の間光干渉を防止する。オーバーコート層１４０はカラーフィルタ１３５とブラックマトリックス１３０を保護する。

薄膜トランジスタアレイ基板１１０とカラーフィルタ基板１２０には液晶層１５０と接する内面に液晶のプレチルト角を設定するための配向膜が形成され、液晶セルのセルギャップを維持するためのカラムスペーサ１４５が形成される。

カラーフィルタ基板１２０の背面上には第１偏光板１７０が積層される。ブラックストライプパターン１６５はカラーフィルタ基板１２０の背面と第１偏光板１７０の間でブラックマトリックス１３０に対応する所定位置に形成される。カラーフィルタ基板１２０の背面と第１偏光板１７０の間には静電気の放電除去のために透明金属材質の背面金属層（以下、背面ＩＴＯと称する）１６０がさらに形成されていてもよい。この場合、ブラックストライプパターン１６５は図３のようにカラーフィルタアレイ基板１２０の背面と背面ＩＴＯ１６０間に形成されることになる。ブラックストライプパターン１６５はブラックマトリックスパターン１３０と同様に不透明/不透過材質に形成される。ブラックストライプパターン１６５が不透明樹脂材質に形成される場合、ブラックストライプパターン１６５の硬度は背面ＩＴＯ１６０に比べて低い。したがって、背面ＩＴＯ１６０は静電気放電機能に加えて、ブラックストライプパターン１６５を保護するための保護膜として機能する。すなわち、背面ＩＴＯ１６０は図３のようにブラックストライプパターン１６５を覆うように形成されることで、後続洗浄工程などでブラックストライプパターン１６５が消失することを防止する。

一方、ブラックストライプパターン１６５は図４のようにカラーフィルタアレイ基板１２０の背面で背面ＩＴＯ１６０によって保護されることなく直接第１偏光板１７０に接する。この場合、ブラックストライプパターン１６５は後続洗浄工程などで消失しないように十分な硬度を確保するため、また、第１偏光板１７０の積層の際に発生する静電気を放電して除去するように、不透明金属材質で形成される。

一方、図３で背面ＩＴＯ１６０が不透明金属材質で形成される場合、ブラックストライプパターン１６５は背面ＩＴＯ１６０と第１偏光板１７０の間に形成される。

図３及び図４でブラックストライプパターン１６５は輝度低下を最小化するため、ブラックマトリックスパターン１３０と対応する領域内でブラックマトリックスパターン１３０とオーバーラップする。

パターンドリターダフィルム１８５は第１偏光板１７０上に積層されるパターンドリターダ１８０と、このパターンドリターダ１８０を保護するための保護フィルム１８２からなる。パターンドリターダ１８０はライン単位でパターニングされた第１リターダパターン１８０ａと第２リターダパターン１８０ｂを含み、その機能は前述の通りである。

図５の(ａ)に示した従来の立体映像表示装置は、別途のブラックストライプパターンを備えないので、所望の上下視野角(θ)を確保するにはブラックマトリックスパターン１３０の幅を拡げるしかなかった。

これに対して、図５の(ｂ)に示した本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置は、ブラックマットリックスパターン１３０の対応位置にブラックストライプパターン１６５を形成することで、従来と比べてブラックマットリックスパターン１３０の幅を狭めつつも従来と同等の大きさの上下視野角(θ)を確保することができる。３Ｄクロストークが１０％以内に知覚される上側及び下側視野角の和で上下視野角を定義する場合、本発明は開口率及び輝度低下を最小化しつつも上下視野角を図６のように約２７．５度に拡げることができる。

前述のように、従来技術は上下視野角を拡げるためにブラックマットリックスパターンの幅を増加させたが、一実施形態に係る本発明はカラーフィルタアレイ基板の第１面にブラックマットリックスパターンを従来に比べて狭く形成し、第１面と対向するカラーフィルタアレイ基板の第２面にブラックマットリックスパターンとオーバーラップするようにブラックストライプを形成することで、従来と同等の上下視野角を確保しつつも開口率と輝度の低下を防止することができ、有利である。

ただし、一実施の形態に係る本発明に係る場合、視聴角度にしたがって部分的に輝度の低くなる現象が発生することがある。

図７及び図８は視聴角度にしたがって部分的に輝度が低くなる一例を示す。図７及び図８で、(ａ´)、(ｂ´)、(ｃ´)は理想的な視聴者の視野範囲であり、(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は実際に視聴可能な視野範囲である。

図７は視聴者が自分の２つの目を立体映像表示装置の中央部と平行にした状態で視聴する場合についての例である。

視聴者が立体映像表示装置の中央部の映像を視聴する場合、図７のようにブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽されることはない。したがって、視聴者は輝度減少現象を受けることなく中央部の映像を視聴することができる。この場合、理想的な視聴者の視野範囲(ｂ´)と実際に視聴可能な視野範囲(ｂ)は同一になる。

これに対して、視聴者が立体映像表示装置の上部映像を視聴する場合、図７のようにブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽されることになる。この場合、実際に視聴可能な視野範囲(ａ)は理想的な視聴者の視野範囲(ａ´)より狭くなり、その結果、視聴者は輝度が低下した上部映像を視聴することになる。また、視聴者が立体映像表示装置の下部映像を視聴する場合にも同様にブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽されることになり、実際に視聴可能な視野範囲(ｃ)が理想的な視聴者の視野範囲(ｃ´)より狭くなる。その結果、視聴者は輝度が低下した下部映像を視聴することになる。

図８は視聴者が自分の２つの目を立体映像表示装置の下部と平行にした状態で視聴する場合についての例である。

視聴者が立体映像表示装置の下部映像を視聴する場合、図８のようにブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽されることはない。この場合、理想的な視聴者の視野範囲(ｃ´)と実際視聴可能な視野範囲(ｃ)が同一で、視聴者は輝度減少現象を受けることなく下部映像を視聴することができる。

これに対して、視聴者が立体映像表示装置の中央部の映像を視聴する場合、ブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽されることになり、その結果、実際に視聴可能な視野範囲(ｂ)が理想的な視聴者の視野範囲(ｂ´)より狭くなることによって輝度低下が発生する。また、視聴者が立体映像表示装置の上部映像を視聴する場合、ブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲が遮蔽される幅がさらに大きくなるので、実際に視聴可能な視野範囲(ａ)が理想的な視聴者の視野範囲(ａ´)よりさらに狭くなりその結果、輝度低下が顕著になる。

結果的に、ブラックマットリックスパターン１３０と対応する領域内でブラックマットリックスパターン１３０より小さな面積でブラックストライプパターン１６５を形成しても、立体映像表示装置を眺める位置別視聴角度差によって図７の場合中央部の映像を除いた上部及び下部映像で輝度ドロップが発生し、図８の場合下部映像を除いた中央部及び上部映像で輝度ドロップが発生することになる。位置別輝度差は輝度ユニフォーミティ低下をもたらして表示品質を低下させる。

図９は輝度ユニフォーミティ改善のために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。図１０はブラックストライプパターン１６５の幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって漸進的に減少することを示す。図１０で、縦軸は表示位置を、横軸はブラックストライプパターンの幅を示す。

図９は表示パネル上の表示位置によってブラックストライプパターン１６５の幅が異なることを除けば、前述の図３及び図４と実質的に同一な構成を有する。

図９を参照すると、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上下視野角を拡げつつも位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象を改善するために、ブラックストライプパターン１６５を表示位置によって異なる幅で形成する。図９の一実施の形態で、ブラックストライプパターン１６５の幅は、表示パネルの中央部で最も大きく、表示パネルの中央部を基準としてその上部及び下部に向かって徐々に小さくなる。

図１０のように表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｘ”とすると、表示パネルの上部及び下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は漸進的に減少して上部最外郭及び下部最外郭で“Ｘ／７〜Ｘ／４”となる。例えば表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅が５０μｍである場合、表示パネルの上部及び下部の最外郭に位置したブラックストライプパターン１６５の幅は７．１μｍ〜１２．５μｍとなる。

ブラックストライプパターン１６５を表示位置によって互いに異なる幅で形成することによって、視聴者が図７のような状態で立体映像表示装置の上部及び下部を眺めてもブラックストライプパターン１６５によって視聴者の視野範囲の遮蔽される幅が減り、上部及び下部での輝度ドロップ現象が最小化される。その結果、位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象が改善される。

通常の視聴者は図７のような状態(座った状態)で表示映像を視聴するので、図９及び図１０ではそれに対する輝度ユニフォーミティ対策のみを例示した。しかし、本発明はこれに限定されない。具体的に図面に示されていないが、本発明は図８のように視聴者が自分の２つの目を立体映像表示装置の下部に対応させた状態(横になった状態)で表示映像を視聴する場合に対応して、ブラックストライプパターン１６５の幅を表示パネルの下部で最も大きく、そして表示パネルの下部から上部に向かって漸進的に小さくすることもできる。

図１１は輝度ユニフォーミティ改善のために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。図１２はブラックストライプパターン１６５の幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって段階的に減少することを示す。

図１１はブラックストライプパターン１６５の幅が表示ブロック単位に異なることを除けば図９で前述したものと実質的に同一な構成を有する。

図１１を参照すると、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上下視野角を広げつつも位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象を改善するため、表示面の垂直方向に従って表示パネルを複数個のブロックに分割し、ブラックストライプパターン１６５を表示ブロック別に異なる幅で形成する。ブラックストライプパターン１６５の幅は表示パネルの中央部ブロックで最も大きく、そして表示パネルの中央部ブロックで最上部ブロック及び最下部ブロックに向かって段階的に小さく形成される。なお、一ブロック内に垂直（上下）方向に隣合う複数のブラックストライプパターン１６５が含まれていてもよく、同一ブロック内のブラックストライプパターン１６５は同一幅を有する。

図１２のように表示パネルの中央部ブロックに位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｘ”とすると、表示パネルの上部及び下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は段階的に減少して最上部ブロック及び最下部ブロックで“Ｘ／７〜Ｘ／４”となる。

図１３は本発明の図９乃至図１２による輝度測定結果を示す。このような測定のために、本発明は中央部に位置したブラックストライプパターンの幅を５０μｍで形成し、上部及び下部に向かって漸進的または段階的に減少させて最上側及び最下側でブラックストライプパターンの幅が１０μｍになるようにした。

図１３を参照すれば、図９乃至図１２のように表示パネルの中央部で上部及び下部に向けてブラックストライプパターンの幅を一定な割合で減少させることによって、表示位置に拘わらずにブラックストライプパターンの幅を５０μｍで固定させた場合(図３及び図４参照)と比べて表示パネルの上部及び下部で輝度が高く発揮される。図１３で、“Ａ”は本発明の図９乃至図１２における表示パネルの上部及び下部輝度を、“Ｂ”は本発明の図３及び図４における表示パネルの上部及び下部輝度をそれぞれ示す。図１３に示すように“Ａ”が“Ｂ”に比べて高いことが容易に分かる。

図１４ａ及び図１４ｂは立体映像表示装置の大きさによる適正視聴距離を示す。

図１４ａのような小型モデルの立体映像表示装置において適正視聴距離は、概略１Ｈ１〜１．５Ｈ１であり、比較的短い。ここで、“Ｈ１”は小型モデル表示装置１００の垂直長さ（Ｈ１）を示す。ブラックストライプパターンの幅を位置によって異ならせる際に、適正視聴距離以外に上下視野角がさらに考慮されなければならない。小型モデルの立体映像表示装置において所望の上下視野角は１２°〜１５°であり、比較的狭い。このような小型モデルでは視聴距離が短く、必要な上下視野角が狭いので、上部及び下部でブラックストライプパターンの幅が減少されても３Ｄクロストークは強く知覚されない。
したがって、前述の本発明の図９乃至図１２の構成は小型モデルの輝度ユニフォーミティ改善に効果的である。

図１４ｂのような大型モデルの立体映像表示装置において適正視聴距離は、概略３Ｈ２〜５Ｈ２であり、比較的長い。ここで、“Ｈ２”は大型モデル表示装置１００の垂直長さ（Ｈ２）を示す。大型モデルの立体映像表示装置において所望の上下視野角は２０°〜２６°であり、比較的広い。このような大型モデルでは視聴距離が長く必要な上下視野角が広いので、上部及び下部でブラックストライプパターンの幅が減少されると、３Ｄクロストークが強く知覚される。大型モデルでは輝度ユニフォーミティを多少弱化させても上部及び下部での３Ｄクロストークを減らすことが表示品質向上においてさらに重要である。

図１５は３Ｄクロストーク緩和のために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。図１６はブラックストライプパターン１６５の幅が立体映像表示装置の中央部を基準として上部及び下部に向かって漸進的に増加することを示す。

図１５を参照すれば、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上部及び下部での３Ｄクロストークを緩和させるため、ブラックストライプパターン１６５の幅を中央部で上部及び下部に向かって漸進的に増加させる。図１５の一実施の形態で、ブラックストライプパターン１６５の幅は、表示パネルの中央部で最も小さく、表示パネルの中央部を基準としてその上部及び下部に向かって徐々に大きくなる。

図１６のように表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｙ”とすると、表示パネルの上部及び下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は漸進的に増加され上部最外部及び下部最外部で“５Ｙ／４〜６Ｙ／４”となる。図１５及び図１６のような本発明の一実施形態は大型モデルにおいて３Ｄクロストークを低減するのに効果的である。

図１７乃至図２１は輝度ユニフォーミティ改善とともに３Ｄクロストークを低減するために提案された本発明の一実施形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。以下の本発明の一実施形態は小型及び大型モデルに適用可能である。

図１７を参照すると、本発明の一実施形態は垂直方向に従って表示パネル（ＤＰ)は３個のブロックに分割される。３個のブロックは、輝度ユニフォーミティ測定に利用される複数の輝度測定ポイントを含む中央部ブロックと、中央部ブロックの上に配置された上部ブロックと、中央部ブロックの下に配置された下部ブロックを備える。中央部ブロックは上部及び下部ブロックに比べて大きい面積を有する。例えば、表示パネル（ＤＰ)の垂直方向の長さを“Ｈ”とする場合、中央部ブロックの垂直長さは７Ｈ／９であり、上部及び下部ブロックの垂直長さはそれぞれ１Ｈ／９となる。中央部ブロックは輝度ユニフォーミティ測定範囲に相当する。上部ブロック及び下部ブロックは同じ面積を有していてもよいし、異なる面積を有していてもよい。

本発明の一実施形態はブラックストライプパターン１６５を相対的に大きい面積を占める中央部ブロックで一定の幅で形成し、相対的に小さい面積を占める上部及び下部ブロックだけで漸進的に変わる幅で形成することで、輝度ユニフォーミティ改善と３Ｄクロストーク抑制の双方を実現することができ、有利である。

本発明の一実施形態は図１８及び図１９のようにブラックストライプパターン１６５を中央部ブロックで一定の幅で形成し、上部及び下部ブロックでそれぞれ表示パネルの最外部に向かうほど漸進的に減少する幅で形成する。このような構成によれば、３Ｄクロストークの発生が最小化する。

本発明の一実施の形態は図２０及び図２1のようにブラックストライプパターン１６５を中央部ブロックで一定の幅で形成し、上部及び下部ブロックでそれぞれ表示パネルの最外部に向かうほど漸進的に増加する幅で形成する。このような構成によれば輝度ユニフォーミティ低下が最小化する。

以上の実施の形態はブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンがすべて完全に重畳され位置に変わらず平行にアラインされるものだけを見せた。しかし、以下の例では、所望の上下視野の角確保及び輝度ユニフォーミティの改善のために、ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンが表示パネルの上部及び下部で部分的に重畳されてそれぞれ視聴位置である中央部に向けて互いに斜めにアラインされる。

図２２はブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンが、その重畳方向が実質的に視聴位置（中央部の正面）に向くように斜めにアラインされた一例を示す。図２３は図２２によって表示パネルの中央部で視聴可能範囲が広くなることを示す。

図２２を参照すると、パターンドリターダは表示面に含まれるピクセルアレイよりも小さい垂直ピッチで配置される。より具体的には、パターンドリターダ１８０の総垂直ピッチ（Ｐ１）は、表示パネルの中央部を基準とした視聴可能範囲を拡げるためにピクセルアレイの総垂直ピッチ（Ｐ２）より小さく設計される。なお、パターンドリターダの全ての垂直ピッチは表示面に含まれるピクセルアレイの全ての垂直ピッチよりも小さいことが好ましい。

表示面の中央部において、対応するブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンは視聴位置から見て実質的に重畳されるように配置され、より好ましくは、完全に重畳される。この状態で、視聴位置を表示パネルの中央部で設定しパターンドリターダ１８０とピクセルアレイを互いの中央部を基準としてアラインさせれば、ブラックストライプパターン１６５とブラックマトリックス１３０は、表示パネルの上部及び下部それぞれにおいてその重畳方向が実質的に視聴位置（中央部の正面）に向くように斜めにアラインされる。ブラックストライプパターン１６５とブラックマトリックス１３０の間の重畳幅（表示パネル又は表示面に垂直な方向における重畳幅、以下同じ）は表示パネルの上部及び下部に比べて表示パネルの中央部でより大きい。ブラックストライプパターン１６５とブラックマトリックス１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部で上部及び下部に向かって徐々に小さくなるようにしてもよい。

このような不等ピッチ設計及び斜めなアラインによる視聴可能領域は図２３に示された３個の実線領域の間の重畳部分に相当する。ここで、視聴可能領域は立体映像表示装置１００の映像がその表示位置に拘わらずに１０％以内の３Ｄクロストーク値で視聴できる領域を意味する。一方、均等ピッチ設計（Ｐ１＝Ｐ２）による視聴可能領域は図２３で点線領域の間の重畳部分に相当する。図２３から明らかなように、不等ピッチ設計による視聴可能領域は均等ピッチ設計による視聴可能領域に比べて大幅に広くなる。視聴可能領域が広くなれば、輝度ユニフォーミティ及び３Ｄクロストーク改善にさらに効果的である。

図２４乃至図２８は不等ピッチ設計及び斜めなアライン構成を含み輝度ユニフォーミティ及び３Ｄクロストーク改善を実現する本発明の一実施形態に関するものである。図２４乃至図２８のような構成を通じて本発明はパネル大きさ及びパネル解像度などに構わずに輝度ユニフォーミティ改善とともに表示パネルの中央部を基準にした視聴可能範囲を所望の水準で拡げることができる。

図２４及び図２５はそれぞれ本発明の図９及び図１１に不等ピッチ設計及び斜めなアライン構成を適用した偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。

図２４を参照すると、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上下視野角を拡げつつも位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象を改善するために、ブラックストライプパターン１６５を表示位置によって異なる幅で形成する。ブラックストライプパターン１６５の幅は、表示パネルの中央部で最も大きく、表示パネルの中央部を基準としてその上部及び下部に向かって徐々に小さくなる。

図２４のように表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｘ”とすると、表示パネルの上部及び下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は漸進的に減少して上部最外部及び下部最外部で“Ｘ／７〜Ｘ／４”となる。

また、図２４の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は視聴可能領域を拡げ、輝度ユニフォーミティを改善し３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルの上部及び下部それぞれにおいて、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０はその重畳方向が実質的に視聴位置（中央部の正面）に向くように斜めにアラインされる。このようなアライン構成により、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部で最も大きく、表示パネルの中央部を基準としてその上部及び下部に向かって徐々に小さくなる。

図２５を参照すると、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上下視野角を拡げつつも位置別視聴角度による輝度ユニフォーミティ低下現象を改善するために垂直方向に従って表示パネルを複数個のブロックに分割し、ブラックストライプパターン１６５を表示ブロックごとに異なる幅で形成する。ブラックストライプパターン１６５の幅は表示パネルの中央部ブロックで最も大きく、そして表示パネルの中央部ブロックで最上部ブロック及び最下部ブロックに向かって段階的に小さく形成される。なお、一ブロック内に垂直（上下）方向に隣合う複数のブラックストライプパターン１６５が含まれていてもよく、同一ブロック内のブラックストライプパターン１６５は同一幅を有する。

図２５のように表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｘ”とすると、表示パネルの最上部及び最下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は段階的に減少して最上部ブロック及び最下部ブロックで“Ｘ／７〜Ｘ／４”となる。

また、図２５の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は視聴可能領域を拡げ、輝度ユニフォーミティを改善し３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルの上部及び下部それぞれにおいて、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０はその重畳方向が実質的に視聴位置（中央部の正面）に向くように斜めにアラインされる。このようなアライン構成により、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部ブラックで最も大きく、表示パネルの中央部ブロックを基準としてその上部及び下部ブロックに向かって徐々に小さくなる。

図２６は本発明の図１５に不等ピッチ設計及び斜めなアライン構成を適用した偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。

図２６を参照すると、 一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は上部及び下部での３Ｄクロストーク改善するためにブラックストライプパターン１６５を表示位置に依存して異なる幅で形成する。ブラックストライプパターン１６５の幅は、表示パネルの中央部で最も小さく、表示パネルの中央部を基準としてその上部及び下部に向かうほど漸進的に増加する。図２６のように 表示パネルの中央部に位置したブラックストライプパターン１６５の幅を“Ｙ”とすると、表示パネルの上部及び下部に向かってブラックストライプパターン１６５の幅は漸進的に増加され上部最外部及び下部最外部で“５Ｙ／４〜６Ｙ／４”となる。

また、図２６の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は視聴可能領域を拡げ、輝度ユニフォーミティを改善し３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルの上部及び下部それぞれにおいて、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０はその重畳方向が実質的に視聴位置（中央部の正面）に向くように斜めにアラインされる。このようなアライン構成により、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部で最も大きく、表示パネルの中央部から上部及び下部に向かって徐々に小さくなる。

図２７乃至図２８はそれぞれ本発明の図１８及び図２０に不等ピッチ設計及び斜めなアライン構成を適用した偏光メガネ方式の立体映像表示装置を示す。

図２７乃至図２８を参照すると、一実施の形態に係る偏光メガネ方式の立体映像表示装置は輝度ユニフォーミティを改善と共に３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルを垂直方向に従って三つのブロック（上部ブロック、中央部ブロック、下部ブロック）に分割し、ブラックストライプパターン１６５を中央部ブロックで一定の幅で形成する反面上部及び下部ブロックでは漸進的に変化する幅で形成することができる。中央部ブロックは第１領域を、上部及び下部ブロックは第１領域より小さい第２領域を有することが出来る。

図２７を参照すると、偏光メガネ方式の立体映像表示装置はブラックストライプパターン１６５を中央部ブロックから一定な幅（Ｘ）で形成し、上部及び下部ブロックで各々の表示パネルの最外部に向かって漸進的に減少する幅（Ｘ／７〜Ｘ／４）で形成することができる。このような構成によれば３Ｄクロストークの発生が最小化される。

また、図２７の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は視聴可能範囲を拡げ、輝度ユニフォーミティを改善し３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルの上部ブロック及び下部ブロックそれぞれにおいて、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０はその重畳方向が実質的に視聴位置（中央ブロックの正面）に向くように斜めにアラインされる。このようなアライン構成により、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部ブラックで最も大きく、表示パネルの中央部ブロックを基準としてその上部及び下部ブロックに向かって徐々に小さくなる。

図２８を参照すると偏光メガネ方式の立体映像表示装置はブラックストライプパターン１６５を中央部ブロックで一定の幅（Ｙ）で形成し、上部ブロック及び下部ブロックで各々表示パネルの最外部に向かって漸進的に増加する幅（５Ｙ／４〜６Ｙ／４）で形成することができる。このような構成によれば輝度ユニフォーミティが改善できる。

また、図２８の偏光メガネ方式の立体映像表示装置は視聴可能範囲を拡げ、輝度ユニフォーミティを改善し３Ｄクロストークを低減するために、表示パネルの上部ブロック及び下部ブロックそれぞれにおいて、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０はその重畳方向が実質的に視聴位置（中央ブロックの正面）に向くように斜めにアラインされる。このようなアライン構成により、ブラックストライプパターン１６５とブラックマットリックスパターン１３０の間の重畳幅は表示パネルの中央部ブラックで最も大きく、表示パネルの中央部ブロックを基準としてその上部及び下部ブロックに向かって徐々に小さくなる。

以上説明した内容を通じて、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。したがって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるのではなく特許請求の範囲によって決められなければならない。

Claims (13)

1. 表示面に立体映像を表示する偏光メガネ方式の立体映像表示装置において、
   薄膜トランジスタアレイ基板と、
   前記薄膜トランジスタアレイ基板と対向する第１面に複数のブラックマットリックスパターンが形成されたカラーフィルタアレイ基板と、
   前記第１面と対向する前記カラーフィルタアレイ基板の第２面上で前記ブラックマトリックスパターンそれぞれに対応するようにアラインされた複数のブラックストライプパターンと、
   前記カラーフィルタアレイ基板の第２面上に配置されるパターンドリターダを備え、
   前記パターンドリターダは前記表示面に含まれるピクセルアレイよりも小さい垂直ピッチで配置され、
   前記表示面は上側から下側で向けて第１方向に沿って上部、中央部、及び下部に分けられ、
   前記ブラックストライプパターンの幅は前記表示面の中央部で前記表示面の上部及び下部に向かって漸進的に変わることを特徴とする偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
2. 前記表示面の中央部で、対応する前記ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンは視聴位置から見て実質的に重畳されるように配置され、
   前記表示面の上部及び下部で、互いに対応される前記ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンは部分的に重畳されて前記視聴位置に向けて斜めにアラインされることを特徴とする請求項１記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
3. 互いに対応される前記ブラックストライプパターンとブラックマットリックスパターンの間の、前記表示面に垂直な方向における重畳幅は前記表示面の上部及び下部に比べて前記表示面の中央部でより大きいことを特徴とする請求項２記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
4. 前記ブラックストライプパターンの幅は前記表示面の中央部で前記表示面の上部及び下部に向かって漸進的に減少することを特徴とする請求項３記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
5. 前記表示面の上部、中央部、及び下部はそれぞれ前記第１方向に沿って複数のブロックに分割され、
   前記ブラックストライプパターンの幅はブロックごとに異なることを特徴とする請求項３記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
6. 前記ブラックストライプパターンの幅は前記ブロックの中央部ブロックから最上部ブロック及び最下部ブロックに向けて段階的に減少されることを特徴とする請求項５記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
7. 前記ブロックそれぞれにはブラックストライプパターンが含まれ、同じブロックに属するブラックストライプパターンは互いに等しい幅で形成されることを特徴とする請求項５記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
8. 前記ブラックストライプパターンの幅は前記表示面の中央部で前記表示面の上部及び下部に向かって漸進的に増加することを特徴とする 請求項３記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
9. 前記表示面の中央部は第１領域を有する中央部ブロックに対応し、前記表示面の上部は前記中央部ブロックの上部に配置されて第２領域を有する上部ブロックに対応し、前記表示面の下部は前記中央部ブロックの下部に配置されて第３領域を有する下部ブロックに対応し、
   前記ブラックストライプパターンの幅は前記中央部ブロックで一定であり、前記上部ブロック及び下部ブロックで漸進的に異なることを特徴とする請求項３記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
10. 前記上部ブロック及び下部ブロックそれぞれで、前記ブラックストライプパターンの幅は最外部ブラックストライプパターンに向かって漸進的に減少することを特徴とする請求項９記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
11. 前記上部ブロック及び下部ブロックそれぞれで、前記ブラックストライプパターンの幅は最外部ブラックストライプパターンに向かって漸進的に増加することを特徴とする請求項９記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
12. 前記第１領域は、前記第２領域及び前記第３領域それぞれよりも大きいことを特徴とする請求項９記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。
13. 前記第２領域は前記第３領域と大きさが同一であることを特徴とする請求項９記載の偏光メガネ方式の立体映像表示装置。

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