JP5912680B2 - 表示装置および表示装置の駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置および表示装置の駆動方法に関する。特に、3次元表示が可能な表示装置および3次元表示が可能な表示装置の駆動方法に関する。
テレビ受像機などの大型表示装置から携帯電話などの小型表示装置に至るまでさまざまな表示装置が市場に普及している。今後は、より付加価値の高い製品が求められており開発が進められている。近年では、より臨場感のある画像を再現するため、3次元表示が可能な表示装置の開発が進められている。
3次元表示を行う表示方式としては、左目で見る画像と右目で見る画像とを分離するための眼鏡を用いる方式(画像分離方式ともいう)と、表示部において左目で見る画像と右目で見る画像を分離するための構成を追加し裸眼での3次元表示を可能にする裸眼方式と、がある。裸眼方式による3次元表示は、眼鏡を別途準備する必要がなく、利便性に優れている。裸眼方式による3次元表示は、携帯電話や携帯型遊技機等で普及しつつある。
裸眼方式による3次元表示としては、表示部に視差バリアを追加する、所謂視差バリア方式(パララックスバリア方式とも言う)が知られている。視差バリア方式における視差バリアはストライプ状の遮光部であり、3次元表示から2次元表示に切り替えた際に解像度を低下させる原因になる。そのため視差バリア方式では、2次元表示と3次元表示とを切り替える場合に、パターニングされた透明電極を有する液晶パネルを用い、当該透明電極に印加する電圧を制御することで液晶層による透光または遮光を制御し、視差バリアの有無を切り替える構成が提案されている(特許文献1を参照)。
特開2005−258013号公報
しかしながら、視差バリア方式にて3次元表示を行うには、表示画面と観察者の目とが特定の位置関係にある必要がある。
<3次元表示装置に観察者が近づく場合に生じる課題>
視差バリア方式を用いた3次元表示における、画素に対する観察者の眼球の位置、及び観察者と画素の間に設けられた視差バリアの形態について、図10(A)を用いて説明する。図10(A)は観察者の視点と、観察者の左右の眼球を通る平面に切断された表示パネル700と、視差バリア690の断面を模式的に示している。視差バリアは透光性の領域と遮光性の領域が交互に設けられており、視差バリアの形態としては主にストライプ状の形態が用いられる。なお、図10(A)には、ストライプ状の視差バリアを横断する断面を示してある。表示パネル700には、左目10L用の第1の画素領域710と右目10R用の第2の画素領域720が設けられ、第1の画素領域710と右目10Rの間及び第2の画素領域720と左目10Lの間には視差バリア690が形成されている。このような位置関係において、視差バリア690は左右のそれぞれの目に目隠しとして働くことになる。その結果、観察者は左目10Lで左目用の表示がされる第1の画素領域710を、右目10Rで右目用の表示がされる第2の画素領域720を見て、3次元表示を視認する。なお、観察者10が右目10Rで視認する像を右目10R上に、左目10Lで視認する像を左目10L上に示す。
次に、観察者が表示パネルに近づく場合について、図10(B)を用いて説明する。観察者が表示パネルに近づくと、左目10Lで第1の画素領域710に隣接する第2の画素領域720の一部が見え、右目10Rで第2の画素領域720に隣接する第1の画素領域710の一部が見えてしまう。その結果、観察者は左目10Lでは見えないはずの右目10R用の表示の一部を、また右目10Rでは見えないはずの左目10L用の表示の一部を見ることになり、3次元表示を視認することが困難になってしまう。なお、観察者10が右目10Rで視認する像を右目10R上に、左目10Lで視認する像を左目10L上に示す。また、このように観察者の一方の目では見えないはずの他方の目用の表示の一部を、一方の目で見てしまうことを、本明細書においてクロストークという。
<3次元表示装置に沿って観察者が移動する場合に生じる課題>
次に、表示パネルの周辺部に重なる視差バリアの形態と中央部に重なる視差バリアの形態の違いを、図11を用いて説明する。表示パネル700は、観察者10がその中央部(便宜的に図中に矢印を用いて示す)に対峙して使用する3次元表示装置である。その中央部では、視差バリアの中心が隣接する右目用画素と左目用画素の境界と一致するように形成されている。図11(A)に示す表示パネル700の中央部には、第1の画素領域710に含まれる左目10L用の画素と、第2の画素領域720に含まれる右目10R用の画素が示されている。一組の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形に注目すると、表示パネル700の中央部において、その台形(図中に濃いハッチングを用いて示す)は左右に均等である。
一方、表示パネル700の中央部から周辺部に向かって離れるにつれて、視差バリアは第1の画素領域710と第2の画素領域720が互いに接する境界の直上より観察者側(パネルの中央部側とも言える)に形成される。なぜなら、観察者は表示パネルを斜めから覗く位置に立つため、視差バリアの中心を隣接する右目用画素と左目用画素の境界に一致して形成すると、観察者は左目10Lでは見えないはずの右目10R用の表示の一部を、また右目10Rでは見えないはずの左目10L用の表示の一部を見ることになり、3次元表示を視認することが困難になってしまうからである。そこで、一組の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形に注目すると、表示パネル700の中央部から周辺部に向かって離れるにつれて、その台形は表示パネル700の中央部側に倒れて歪むように、視差バリアを設ける。
このような構成を備える3次元表示装置において、観察者10がその中央部から表示パネルに沿って移動した場合について、図11(B)を用いて説明する。紙面向かって右側に移動した観察者10の正面において、一組の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形に注目すると、その台形は表示パネル700の中央部側に倒れて歪んでいる。その結果、観察者は左目10Lでは見えないはずの右目10R用の表示の一部を、また右目10Rでは見えないはずの左目10L用の表示の一部を見ることになり、3次元表示を視認することが困難になってしまう。以上のことから、視差バリア方式にて3次元表示を行うには、表示画面と観察者の目とが特定の位置関係にある必要がある。
本発明の一態様は、このような技術的背景のもとでなされたものである。従って、本発明の一態様は、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲を拡大された表示装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、表示装置に設けられた画素に対する観察者の位置及び当該観察者と当該画素の間に設ける視差バリアの形態に着目した。そして、本明細書に例示される構成を備える表示装置に想到した。本発明の一態様は、画素に対する観察者の位置を、超音波を用いて特定し、その位置に応じて視差バリアの形態を変化する構成を備える。
すなわち、本発明の一態様は、左目用の第1の画素領域と右目用の第2の画素領域と備える表示パネルと、表示パネルの一部を遮り、形態が可変な視差バリアと、視差バリアの形態を制御する視差バリア制御回路と、複数の検知器と、超音波発振器と、を有し、複数の検知器が特定する観察者の位置に応じて、視差バリアが視差バリア制御回路により、観察者の右目から第1の画素領域を遮り、且つ観察者の左目から第2の画素領域を遮るように構成されている表示装置である。
上記本発明の一態様の表示装置は、複数の検知器と超音波発振器を用いて特定した観察者の画素に対する位置に応じて、視差バリアの形態を変化する構成を有する。これにより、特定した観察者の右目と左目の、表示装置が備える各画素に対する位置を知ることができる。その結果、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置を提供できる。また、超音波を用いるため、暗い環境であっても、観察者の位置を正確に検知できる。その結果、観察者はより明るく際だった三次元表示画像を視認できる。
また、本発明の一態様は、視差バリアが一対の基板に挟持された液晶層を用いて形成され、一対の基板の少なくとも一方は液晶層の配向を制御する複数の電極を備え、複数の電極のそれぞれが視差バリア制御回路と電気的に接続される上記の表示装置である。
上記本発明の一態様の表示装置は、視差バリアが、液晶層と該液晶層の配向を制御する電極が複数設けられ、該電極のそれぞれが視差バリア制御回路と電気的に接続される。これにより、特定した観察者の位置に応じて、視差バリアが該観察者の右目から第1の画素領域を遮り、且つ該観察者の左目から第2の画素領域を遮るように、視差バリア制御回路を用いて、視差バリアの形態を変化できる。その結果、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置を提供できる。
また、本発明の一態様は、表示装置の表示面が観察者に対峙する側にパルス状の超音波を発信する第1のステップと、パルス状の超音波の反射波が複数の検知器のそれぞれに到達するまでの時間を用いて、観察者の有無及び位置を特定する第2のステップとを有する。また、観察者の位置を通る直線が表示面と垂直に交わる座標を算出して、観察者の正面に対峙する一対の右目用の画素と左目用の画素を特定する第3のステップと、該一対の右目用の画素と左目用の画素から前記観察者までの距離を特定する第4のステップとを有する。また、観察者の右目が該右目用の画素を、観察者の左目が該左目用の画素を観察できるように、該一対の右目用の画素と左目用の画素に対応する視差バリアの大きさを、観察者までの距離を用いて制御する第5のステップとを有する。また、他の一対の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形が、観察者の正面に対峙する画素から左右方向に遠ざかるほど観察者側に倒れて歪み、観察者の左目から右目用の画素領域を遮り、且つ観察者の右目から左目用の画素領域を遮るように視差バリアを形成する第6のステップと、を有する表示装置の駆動方法である。
上記本発明の一態様の表示装置の駆動方法によれば、特定した観察者の位置に応じて、視差バリアが該観察者の右目から第1の画素領域を遮り、且つ該観察者の左目から第2の画素領域を遮るように、視差バリア制御回路を用いて、視差バリアの形態を変化させることができる。その結果、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置の駆動方法を提供できる。
本発明の一態様によれば、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置を提供できる。または、本発明の一態様は、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲を拡大された表示装置の駆動方法を提供できる。
実施の形態に係る表示装置と使用者の位置および表示装置の構成を説明する図。 実施の形態に係る表示パネルと観察者の距離と視差バリアの形態の関係を説明する図。 実施の形態に係る表示パネルに沿って移動する観察者の位置と視差バリアの形態の関係を説明する図。 実施の形態に係る視差バリアを説明する図。 実施の形態に係る視差バリアを説明する図。 実施の形態に係る表示パネルを説明する図。 実施の形態に係る表示パネルを説明する図。 実施の形態に係るタッチパネルを具備するシャッタパネルを説明する図。 実施の形態に係る電子機器を説明する図。 従来技術を説明する図。 従来技術を説明する図。 実施例に係る三次元表示装置を説明するブロック図。 実施例に係る三次元表示装置の評価方法を説明する図。 実施例に係る三次元表示装置の評価結果を説明する図。 比較例に係る三次元表示装置の評価結果を説明する図。 トランジスタの特性を説明する図。 超音波センサを説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、画素に対する観察者の位置を、超音波を用いて特定し、その位置に応じて視差バリアの形態を変化する構成を備える表示装置について図1乃至図3を参照して説明する。具体的には、第1の画素領域と第2の画素領域と備える表示パネルと、表示パネルの一部を遮り、形態が可変な視差バリアと、視差バリアの形態を制御する視差バリア制御回路と、複数の検知器と、超音波発振器と、を有し、複数の検知器が特定する観察者の位置に応じて、視差バリアが視差バリア制御回路により、観察者の右目から第1の画素領域を遮り、且つ前記観察者の左目から第2の画素領域を遮るように構成されている表示装置について説明する。
<表示装置の構成>
本発明の一態様の表示装置20と、それを使用する観察者10の位置を図1(A)に示す。観察者10は表示面に対峙して表示装置20を使用する。
表示装置20は、表示パネル200と、表示パネル200の表示面側に視差バリアを形成するシャッタパネル100と、制御装置30を備える。また、超音波発振器161と複数の検知器162R及び検知器162Lを備え、超音波発振器161が観察者10に向けて発する超音波の反射波を、該検知器が受信するように配置されている。
制御装置30の詳細を図1(B)に示すブロック図を参照して説明する。制御装置30は、観察者検知回路160と、画像信号生成回路260と、視差バリア制御回路150と、表示パネル駆動回路250と、を備える。画像信号生成回路260は表示パネル200と表示パネル駆動回路250を介して電気的に接続され、シャッタパネル100と視差バリア制御回路150を介して電気的に接続されている。また、超音波発振器161と、複数の検知器162R及び検知器162Lは観察者検知回路160と接続され、観察者検知回路160は視差バリア制御回路150及び画像信号生成回路260と電気的に接続されている。
画像信号生成回路260は、記憶媒体に記録された画像データや接続された外部機器から入力される画像データを、本実施の形態で例示する表示装置で表示可能な画像信号に変換して出力する。また、例えば観察者検知回路160が出力する観察者の位置を特定する信号に応じて、画像信号を変える働きをする。具体的には、表示パネル200に対峙する観察者の位置から観察者の両目の位置を推測し、観察者が三次元画像を視認し易いように視差バリアの形態を決定し、視差バリア制御回路150に、決定された視差バリアの形態になるように視差バリア制御信号を出力する。
また、画像信号生成回路260は観察者の位置情報等に応じて、ゲーム機器から出力される画像信号を変えることもできる。例えばゲームにおいて、検知した観察者の姿勢に応じて複数の選択肢から次の展開を決定してもよい。
視差バリア制御回路150は、画像信号生成回路260が出力する視差バリア制御信号に応じてシャッタパネル100を駆動し、視差バリアの形態を変化する。
表示パネル駆動回路250は、画像信号生成回路260が出力する画像信号に応じて表示パネル200を駆動し、画像を表示させる回路である。
<表示装置の駆動方法>
本発明の一態様の表示装置20の駆動方法について説明する。表示装置20は以下の6つのステップを繰り返しながら動作する。
第1のステップにおいては、超音波発振器161がパルス状の超音波を表示面側に発信し、第2のステップにおいては、パルス状の超音波の反射波が複数の検知器のそれぞれに到達するまでの時間を用いて、観察者の有無及び位置を特定する。
続く第3のステップにおいては、画像信号生成回路260が観察者の位置を通る直線が表示面に垂直に交わる座標を算出して、観察者の正面に対峙する一対の右目用の画素と左目用の画素を特定する。また、第4のステップにおいては、画像信号生成回路260が一対の右目用の画素と左目用の画素から観察者までの距離を特定する。
次に、第5のステップにおいては、画像信号生成回路260が視差バリア制御回路150を介して、観察者の右目が右目用の画素を、観察者の左目が左目用の画素を観察できるように、一対の右目用の画素と左目用の画素に対応する視差バリアの大きさを、観察者までの距離を用いて制御する。
第6のステップにおいては、画像信号生成回路260が視差バリア制御回路150を介して、他の一対の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形が、観察者の正面に対峙する画素から左右方向に遠ざかるほど、観察者側に倒れて歪み、観察者の左目から右目用の画素領域を遮り、且つ観察者の右目から左目用の画素領域を遮るように視差バリアを形成する。なお、第6のステップは第5のステップと同時に行っても良い。
<画素に対する観察者の位置を特定する方法>
本実施の形態では、二つの検知器162Rと検知器162Lの間に設けられた超音波発振器161に接続された観察者検知回路160により、観察者の位置を特定する。具体的には、超音波発振器161を用いて、表示装置の表示面と対峙する空間にパルス状の超音波を発信する。当該空間に観察者が居れば、該パルス状の超音波を反射し、反射波は検知器162Rと検知器162Lで検知される。しかし、当該空間に観察者が居なければ、該パルス状の超音波は反射波を返すことなく当該空間を通過してしまう。
観察者検知回路160は、超音波発振器161を用いてパルス状の超音波を発した時から、反射波が検知器162R及び検知器162Lに検知されるまでの時間を計測し、当該空間に物体が有るか否かを検知する。また、当該空間に物体が有る場合は、物体と検知器162Rとの距離及び物体と検知器162Lとの距離をそれぞれ知ることができる。なお、反射波の強度を用いて物体の位置情報を得ることもできる。
また、検知器162R及び検知器162Lは表示パネルに対して特定の位置に固定されている。例えば、図1(A)に示すように、検知器162Rを表示パネルの右端に、検知器162Lを左端に固定する。また、画素も表示パネルの特定の位置に固定されている。従って、表示パネルに対して特定の位置に固定された複数の検知器を用いて、観察者の位置を検知することにより、画素に対する観測者の位置を特定できる。
なお、超音波発振器の数も1つ以上であればよく、複数の発振器を用いることができる。また、検知器は複数用いればよく、その数は二つに限定されない。互いに離れて設けられた検知器の数を増すと、観察者の位置を特定する精度を高めることができる。超音波発振器を設ける位置は、超音波発振器が発した超音波を観察者が反射し、その反射波を検知器が受信する構成であれば、検知器の間に限定されない。
<観察者の位置に応じた視差バリアの形態>
次に、観察者検知回路160が特定した観察者の位置に応じた視差バリアの形態について説明する。
視差バリアの形態と、観察者と表示パネルの間の距離との関係を図2に模式的に示す。図2(A)は観察者の視点と、観察者の左右の眼球を通る平面に切断された表示パネル200と、視差バリア90の断面を模式的に示している。視差バリアは透光性の領域と遮光性の領域が交互に設けられており、視差バリアの形態としてはストライプ状、市松模様、タスキがけ状などを用いることができる。なお、図2(A)には、ストライプ状の視差バリアを横断する断面を示してある。観察者10が表示パネル200に近づくと、視差バリアの間隙から見える表示パネルの範囲が拡がる。具体的には、左目から第1の画素領域に隣接する第2の画素領域の一部が見え、右目から第2の画素領域に隣接する第1の画素領域の一部が見えてしまう。その結果、観察者は左目では見えないはずの右目用の表示の一部を、また右目では見えないはずの左目用の表示の一部を見ることになり、3次元表示を視認することが困難になってしまう。
そこで、本発明の一態様は観察者の位置に応じて、視差バリアの形態を変化するものである。具体的にはストライプ状の視差バリアの遮光部の幅を拡げて、その間隔を狭める構成とする。例えば、図2(B)に示すように、視差バリア90は、図2(A)に比べて表示パネル200に近づいた観察者10に合わせて遮光部の幅を大きくし、透光部の幅を狭める。このような構成により視差バリアの形態を制御することで、観察者が表示パネルに近づいても、左目は第1の画素領域のみを、右目は第2の画素領域のみを観察できるようになる。
次に、観察者10が中央部から表示パネルに沿って移動する場合について、一組の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形に注目して図3を用いて説明する。
表示パネルの中央部に観察者10が対峙した状態で最適化された視差バリア90の形態において(図3(A)参照)、その台形は表示パネル200の中央部側に倒れて歪んでいるため、観察者が表示パネルに沿って移動すると3次元表示を視認することが困難になってしまう。
そこで、本発明の一態様は観察者の位置に応じて、視差バリアの形態を変化するものである。具体的には観察者の正面において、視差バリア(例えば、ストライプ状の遮光部)の中心が隣接する右目用画素と左目用画素の境界と一致するように形成する。例えば、図3(B)に示すように、左目10L用の第1の画素領域210に含まれる左目用の画素と、右目10R用の第2の画素領域220に含まれる右目用の画素を下底としその視差バリア90の遮光部を上底とする台形は、観察者10の正面において、左右に均等になるように視差バリア90を形成する。
このような構成とすることで、観察者10の正面において、左目は第1の画素領域210のみを、右目は第2の画素領域220のみを観察できるようになる。
また、観察者の右側または左側にある視差バリアは、観察者の正面から離れるにつれてその台形が観察者の正面側に倒れるように歪ませて、ストライプ状の視差バリアを形成する。なぜなら、観察者は表示パネルを斜めから覗く位置に立つため、視差バリアの中心が一対の右目用画素と左目用画素の境界に一致して形成されていると、左目に右目用の表示が、右目には左目用の表示が見えてしまうからである。したがって、一組の右目用画素と左目用の画素を下底とし、その視差バリアの遮光部を上底とする台形に注目すると、観察者の正面から離れるにつれて、その台形は観察者の正面側に倒れて歪むようにストライプ状の視差バリアの遮光部の幅および間隔を制御して形成する必要がある。
このような構成とすることで、観察者の正面からそれた方向において、左目は第1の画素領域210のみを、右目は第2の画素領域220のみを観察できるようになる。
上記本発明の一態様の表示装置は、複数の検知器と超音波発振器を用いて特定した観察者の画素に対する位置に応じて、視差バリアの形態を変化する構成を有する。これにより、特定した観察者の右目と左目の、表示装置が備える各画素に対する位置を知ることができる。その結果、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大された表示装置を提供できる。また、超音波を用いるため、暗い環境であっても、観察者の位置を正確に検知できる。その結果、観察者はより明るく際だった三次元表示画像を視認できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、画素に対する観察者の位置に応じて視差バリアの形態を変化する構成を備える表示装置に適用可能なシャッタパネルについて、図4、及び図5を参照して説明する。具体的には、一対の基板に挟持された液晶層を有し、一対の基板の少なくとも一方は該液晶層の配向を制御する複数の電極を備え、該複数の電極のそれぞれが視差バリア制御回路と電気的に接続されるシャッタパネルの構成について説明する。
シャッタパネルは様々な形態の視差バリアを形成する。具体的には、遮光または透光を切り替える複数の光学素子を用いてシャッタパネルが構成される。遮光または透光を切り替える光学素子としては、一対の電極間に液晶を含む液晶素子を好適に用いることができる。液晶素子は、一対の電極に挟まれた液晶層に電界を印加して液晶の配向を制御し、遮光又は透光を選択的に制御できる。
<シャッタパネルの構成>
シャッタパネル100の上面図を図4(A1)に、図4(A1)における切断線Y1−Y2における断面図を図4(A2)に示す。
シャッタパネル100は、基板101に電極106と、基板102に電極105を備える。電極106は複数のストライプ状の電極(106a1、106a2、106a3、106b1、106b2、106b3、106c1、106c2及び106c3)を含み、電極105は複数のストライプ状の電極(105a1、105a2、105a3、105b1、105b2、105b3、105c1、105c2及び105c3)を含む。本実施の形態においては、それぞれの電極は電気的に独立しており、視差バリア制御回路を用いて制御できる。
シャッタパネル100は、電極106と電極105が互いに交差するように重ね合わされた基板101と基板102の間に液晶層103を挟持している。電極106に含まれるストライプ形状の電極と、電極105に含まれるストライプ形状の電極が交差する場所にドット状の液晶素子が構成される。液晶素子を構成する一対のストライプ状の電極に電圧を加えると、遮光または透光を切り替えることができる。
具体的には、図4(A2)に示すように、電極105b1と、電極106a1、電極106a2又は電極106a3との間にはそれぞれ液晶素子107a1、107a2又は107a3が形成され、電極105b1と、電極106b1、電極106b2又は電極106b3との間にはそれぞれ液晶素子107b1、107b2又は107b3が形成され、電極105b1と、電極106c1、電極106c2又は電極106c3との間にはそれぞれ液晶素子107c1、107c2又は107c3が形成される。
このような、遮光または透光を切り替えることができる光学素子を複数マトリクス状に形成することにより、遮光領域又は透光領域を微細に変化できる視差バリアを構成できる。なお、電極105a、105b、105c、電極106a、106b、106cは3つ以上に分割してもよく、該線幅もそれぞれ異なっていてもよい。
シャッタパネル100に用いることができる電極106bの別の構成の上面図を図4(B1)に示す。また、電極105を電極106b上に交差するように重ね合わせ、基板101と基板102の間に液晶層103を挟持して構成したシャッタパネルについて、電極106bを横断する切断線Y3−Y4における断面図を図4(B2)に示す。
図4(B1)(B2)に示す電極106bは、電極106b4の両側に複数の線幅の細い電極(106b1、106b2、106b3、106b5、106b6及び106b7)が設けられている。このように、電極106と電極105の太さは必ずしも均一でなくてもよい。
<シャッタパネルの駆動方法>
シャッタパネルの駆動方法について、図4(B1)(B2)に示す電極106bを用いる場合について説明する。
表示パネルに対して観察者が比較的遠い位置にいる場合、視差バリア制御回路は電極106b4を選択して、視差バリアを形成する。表示パネルに観察者が近づくと電極106b4に隣接する電極106b3と電極106b5を加えて、視差バリアの遮光領域が拡がるように駆動する。シャッタパネル100をこのように駆動することで、観察者が表示パネルに近づいても、左目は左目用の画素領域のみを、右目は右目用の画素領域のみを観察できるようになり、3次元表示を視認できる範囲が拡大される。
また、電極106b4の正面に観察者が位置する場合は電極106b4を選択し、電極106b4の紙面に向かって右側に観察者が位置する場合は電極106b4に電極106b5を加えて、視差バリアの遮光領域が観察者側に拡がるように駆動する。シャッタパネル100をこのように駆動することで、観察者が表示パネルに近づいても、左目は左目用の画素領域のみを、右目は右目用の画素領域のみを観察できるようになり、3次元表示を視認できる範囲が拡大される。
<シャッタパネルの別の構成>
また、液晶素子に電気的に接続するスイッチとして機能する素子を設け、それぞれの液晶素子をスイッチとして機能する素子によって制御することもできる。図5にスイッチとして機能する素子としてトランジスタを設け、液晶素子を駆動する例を示す。
図5のシャッタパネルには、トランジスタ120a1と電気的に接続する電極116a1を含む第1の液晶素子、該第1の液晶素子に隣接し、トランジスタ120a2と電気的に接続する電極116a2を含む第2の液晶素子、トランジスタ120a3と電気的に接続する電極116a3を含む第3の液晶素子、容量配線124が設けられている。図示しないが、電極116a1、116a2、116a3上には液晶を介して対となる電極が設けられている。
配線121aと電気的に接続されたトランジスタ120a1、トランジスタ120a2、及びトランジスタ120a3は、配線122a1、122a2、又は122a3とそれぞれ電気的に接続している。
なお図5において、電極116a1、電極116a2、電極116a3の大きさ(面積)はほぼ同じ例を示すが、特に限定されず電極116a1、電極116a2、電極116a3の大きさはそれぞれ異なっていてもよい。また、電極116aを含む液晶素子の両側に配置される液晶素子はより多数(3つ以上)でもよい。
3次元表示を行う際、第1の液晶素子、第2の液晶素子及び第3の液晶素子を制御することによって、選択的に遮光領域を決定することができる。例えば、第1の液晶素子のみ駆動して形成する第1の遮光領域、第1の液晶素子及び第2の液晶素子を駆動して形成する第2の遮光領域、あるいは第1の液晶素子、第2の液晶素子、及び第3の液晶素子を駆動して形成する第3の遮光領域と、を形成できる。
シャッタパネル100をこのように駆動することで、観察者が表示パネルに近づいても、左目は左目用の画素領域のみを、右目は右目用の画素領域のみを観察できるようになり、3次元表示を視認できる範囲が拡大される。
また、本実施の形態では図示しないが、シャッタパネルに偏光板、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどは適宜設ける。シャッタパネルは、様々な構成の透過型の液晶素子、及び様々な液晶モードを用いることができる。
例えば、図4に例示する構成のように、一対の電極が液晶を挟持する構成であると、基板に概略垂直な電界を生じさせて、基板と垂直な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式を用いることができる。また、図5に例示する構成に、液晶素子の電極をIPSモードやFFSモードで用いる構成を適用し、基板に概略平行(すなわち水平な方向)な電界を生じさせて、基板と平行な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式を用いることができる。
シャッタパネルに用いるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、2つ形成されるダブルゲート構造もしくは3つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1で示した表示パネルに適用可能な表示パネルの構成例について図6及び図7を用いて説明する。
表示パネルに設けられる表示素子としては、発光素子(発光表示素子ともいう)、液晶素子(液晶表示素子ともいう)を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。
図6に、表示素子として有機EL素子を適用した表示パネルの構成例を示す。図6(A)は表示パネルの平面図であり、図6(B)は、図6(A)のA−B及びC−Dにおける断面図である。素子基板410は、シール材405によって封止基板404と固着されており、駆動回路部(ソース側駆動回路401、ゲート側駆動回路403)、複数の画素を含む画素部402を有している。
なお、配線408はソース側駆動回路401及びゲート側駆動回路403に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)409からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における表示パネルには、表示パネル本体だけでなく、それにFPC又はPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
素子基板410上には駆動回路部(ソース側駆動回路401、ゲート側駆動回路403)及び画素部402が形成されている。図6(B)では、駆動回路部であるソース側駆動回路401と、画素部402中の3つの画素を示す。
本実施の形態では、青(B)の画素420a、緑(G)の画素420b、赤(R)の画素420c、3色の画素を有する例を示す。なお、本実施の形態はこれに限られず、画素部402に少なくとも2色以上の画素を含むことで、多色表示を行う表示パネルとすることができる。または、単色表示を行う表示パネルとしてもよい。
画素420a、420b、420cはそれぞれ、カラーフィルタ層434a、434b、434cと、発光素子418a、418b、418cと、該発光素子418a、418b、418cと電気的に接続し、スイッチング用トランジスタとして機能するトランジスタ412a、412b、412cと、を有している。また、カラーフィルタ層434a、434b、434cを囲うブラックマトリクス435が形成されている。
カラーフィルタ層はそれぞれ各画素の色に対応して設ければよく、例えば、青(B)の画素420aのカラーフィルタ層434aを青色とし、緑(G)の画素420bのカラーフィルタ層434bを緑色とし、赤(R)の画素420cのカラーフィルタ層434cを赤色とすればよい。
また、発光素子418a、418b、418cはそれぞれ反射性を有する電極413a、413b、413cと、EL層431と、透光性を有する電極433と、を有する。反射性を有する電極413a、413b、413c及び透光性を有する電極433は、一方が陽極として用いられ、他方が陰極として用いられる。
EL層431は、少なくとも発光層を有する。また、EL層431は、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等を有する積層構造とすることもできる。また、EL層を複数層積層させてもよく、EL層の一と他のEL層との間に電荷発生層を設けてもよい。なお、陽極と陰極の間に発光層を複数層積層することで、例えば白色発光を呈する発光素子とすることができる。
なお、反射性を有する電極413a、413b、413cとEL層431との間に、透光性を有する導電層415a、415b、415cをそれぞれ設けてもよい。該透光性を有する導電層415a、415b、415cは、それぞれの画素において反射性を有する電極413a、413b、413cと透光性を有する電極433との光学距離を調整する機能を有する。各発光素子でマイクロキャビティにより所望のスペクトルを増強させることで、色純度の高い表示パネルを実現できる。
なお、図6(B)では、白色発光する発光素子及びカラーフィルタを組み合わせたトップエミッション構造の表示パネルについて説明したが、当該表示パネルとして、塗り分け方式により形成した発光素子のトップエミッション構造の表示パネルを適用することも可能である。なお、塗りわけ方式とは、各画素にRGBの材料を蒸着法などにより塗り分ける方式である。
ただし、発光層を画素毎にメタルマスクにより塗り分けせず、連続膜で形成することにより、メタルマスクを用いることによる歩留まりの低下や工程の複雑化を回避することができる。よって高精細で色再現性の高い表示パネルを実現することが可能となる。
なお、ソース側駆動回路401はnチャネル型トランジスタ423とpチャネル型トランジスタ424とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、ゲート側駆動回路403は、トランジスタで形成される種々のCMOS回路、PMOS回路又はNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上にソース側駆動回路及びゲート側駆動回路を形成する例を示すが、必ずしもその必要はなく、ソース側駆動回路及びゲート側駆動回路の一部、又は全部を基板上ではなく外部に形成することもできる。
なお、反射性を有する電極413a、413b、413c及び透光性を有する導電層415a、415b、415cの端部を覆って絶縁物414が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物414の上端部又は下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物414の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物414の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物414として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
さらにシール材405で封止基板404を素子基板410と貼り合わせることにより、素子基板410、封止基板404、及びシール材405で囲まれた空間407に発光素子418a、418b、418cが備えられた構造になっている。なお、空間407には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、有機樹脂、シール材405で充填される場合もある。有機樹脂及びシール材405には吸湿性を有する物質を含む材料を用いてもよい。
なお、シール材405にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板404に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステル又はアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
本実施の形態のように、下地膜となる絶縁膜411を素子基板410とトランジスタの半導体層の間に設けてもよい。絶縁膜は、素子基板410からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による単層、又は積層構造により形成することができる。
本実施の形態において、表示パネルに適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、2つ形成されるダブルゲート構造もしくは3つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。
ゲート電極層の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金又は化合物を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
例えば、ゲート電極層の2層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された2層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した2層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層を積層した2層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した2層構造とすることが好ましい。3層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミニウムとチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層構造とすることが好ましい。
ゲート絶縁層は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート絶縁層として、有機シランガスを用いたCVD法により酸化シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH)等のシリコン含有化合物を用いることができる。
半導体層に用いる材料は特に限定されず、トランジスタ412a、412b、412c、423、424に要求される特性に応じて適宜設定すればよい。半導体層に用いることのできる材料の例を説明する。
半導体層を形成する材料としては、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いた気相成長法や、スパッタリング法で作製される、非晶質(アモルファスともいう。)半導体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、或いは微結晶半導体などを用いることができる。半導体層はスパッタリング法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等により成膜することができる。
半導体層として、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体を用いることができる。半導体層として単結晶半導体を用いると、トランジスタサイズを微細化することが可能となるため、表示部において画素をさらに高精細化することができる。半導体層として単結晶半導体を用いる場合には、単結晶半導体層が設けられたSOI基板を適用することができる。または、シリコンウエハ等の半導体基板を用いてもよい。
アモルファス半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体としては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン(多結晶シリコン)には、800℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂高温ポリシリコンや、600℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。
また、酸化物半導体を用いてもよく、酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn−O系や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系、In−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O系や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、Zn−Mg−O系、Sn−Mg−O系、In−Mg−O系、In−Ga−O系や、In−O系、Sn−O系、Zn−O系などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiOを含んでもよい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、少なくともInとGaとZnを含む酸化物であり、その組成比に特に制限はない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい。
また、酸化物半導体層は、化学式InMO(ZnO)(m>0)で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa及びCoなどがある。
また、酸化物半導体としてIn−Zn−O系の材料を用いる場合、原子数比で、In/Zn=0.5〜50、好ましくはIn/Zn=1〜20、さらに好ましくはIn/Zn=1.5〜15とする。Znに対するInの原子数比を好ましい前記範囲とすることで、トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比がIn:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
酸化物半導体層として、単結晶構造ではなく、非晶質構造でもない構造であり、C軸配向を有した結晶性酸化物半導体(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor; CAAC−OSとも呼ぶ)を用いることができる。
ソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層の材料としては、Al、Cr、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等が挙げられる。また、熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えば、Al単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Alと組み合わせる耐熱性導電性材料としては、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。
トランジスタを覆う絶縁膜419は、乾式法や湿式法で形成される無機絶縁膜、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、CVD法やスパッタリング法などを用いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜、酸化ガリウム膜などを用いることができる。また、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。シロキサン系樹脂は塗布法により成膜し、焼成することによって絶縁膜419として用いることができる。
なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜419を形成してもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよい。
図7に表示素子として液晶素子を用いた表示パネルの例を示す。図7(A)は表示パネルの平面図であり、図7(B)は、図7(A)のE−Fにおける断面図である。なお、本実施の形態で示す液晶素子を含むパネルはシャッタパネルの構成に適宜用いることができる。
図7(B)において、第1の基板601上に設けられた画素部602と、走査線駆動回路604とを囲むようにして、シール材605が設けられている。また画素部602と、走査線駆動回路604の上に第2の基板606が設けられている。よって画素部602と、走査線駆動回路604とは、第1の基板601とシール材605と第2の基板606とによって、表示素子と共に封止されている。
図7(A)においては、第1の基板601上のシール材605によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路603が実装されている。信号線駆動回路603と、走査線駆動回路604または画素部602に与えられる各種信号及び電位は、FPC618から供給されている。
図7において、表示パネルは、接続端子電極615及び端子電極616を有しており、接続端子電極615及び端子電極616はFPC618が有する端子と異方性導電膜619を介して、電気的に接続されている。接続端子電極615は、液晶素子の第1の電極層630と同じ導電膜から形成され、端子電極616は、トランジスタ610、トランジスタ611のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
また、第1の基板601上に設けられた画素部602と、走査線駆動回路604は、トランジスタを複数有しており、図7(B)では、画素部602に含まれるトランジスタ610と、走査線駆動回路604に含まれるトランジスタ611とを例示している。
図7(B)において、表示素子である液晶素子613は、第1の電極層630、第2の電極層631、及び液晶層608を含む。なお、液晶層608を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜632、633が設けられている。第2の電極層631は第2の基板606側に設けられ、第1の電極層630と第2の電極層631とは液晶層608を介して積層する構成となっている。
また、柱状のスペーサ635は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる。液晶層608の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を広げるために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の表示パネルの不良や破損を軽減することができる。よって表示パネルの生産性を向上させることが可能となる。
また、液晶材料の固有抵抗率は、1×10Ω・cm以上であり、好ましくは1×1011Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
液晶素子を有する表示パネル(液晶表示パネル)には、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
また、ノーマリーブラック型の液晶表示パネル、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示パネルとしてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
また、本実施の形態で示す表示パネルにおいて、ブラックマトリクス(遮光層)、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、液晶表示パネルの光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本実施の形態はカラー表示の表示パネルに限定されるものではなく、モノクロ表示の表示パネルに適用することもできる。
以上で示した本実施の形態の表示パネルを、実施の形態1で示した表示パネルとして適用することで、本発明の一態様の表示装置を得ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本発明の一態様の表示装置は、タッチパネルと呼ばれる位置入力装置を有していてもよい。本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に適用可能なシャッタパネルであって、タッチパネルを具備するシャッタパネルの構成例を、図8を用いて説明する。
図8(A)に本実施の形態で示すシャッタパネルの斜視図を示す。また、図8(B)に図8(A)のM−Nにおける断面図を示す。なお、図8(A)では図面の煩雑を避けるために、構成要素の一部(例えば、偏光板など)を省略して図示している。
図8に示すシャッタパネル640は、第1の偏光板642と、液晶素子ユニット650と、液晶素子ユニット650に重畳して設けられたタッチパネルユニット660と、第2の偏光板648と、第2の偏光板648に接して設けられた基板652と、を有する。
液晶素子ユニット650は、複数の液晶素子を有し、当該複数の液晶素子は、基板644と基板646との間に設けられている。複数の液晶素子の構成は、上記実施の形態2に示した構成を適用することができる。
図8(B)において、矢印は光が放出される方向を示している。したがって、本発明の一態様の表示装置においては、第1の偏光板642側に表示パネルが配置される。
タッチパネルユニット660としては、例えば静電容量方式を適用することができる。図8では、静電容量方式のうち、投影静電容量方式を用いる構成例を示す。タッチパネルユニット660は、複数の第1電極662と、第1電極662を覆う絶縁層666と、複数の第2電極664と、第2電極664を覆う絶縁層668とを有する。
各第1電極662は、矩形状の導電膜661が複数接続された構成を有しており、各第2電極664は、矩形状の導電膜663が複数接続された構成を有している。また、複数の第1電極662と複数の第2電極664は、矩形状の導電膜661と矩形状の導電膜663の位置が互いにずれるように重なりあっている。なお、第1電極662と第2電極664の形状はこの構成に限定されない。
第1電極662と第2電極664は、透光性を有する導電材料、例えば、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ(ITSO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などで、形成することができる。
本実施の形態で示すタッチパネルユニットを有するシャッタパネルの一例は、シャッタパネルを構成する第1の偏光板642と第2の偏光板648との間にタッチパネルユニット660を積層させた構造である。該構造にすることにより、表示装置においてシャッタパネルと、タッチパネルとを、別々に作製して配置する場合と比較して部品点数を削減することができる。よって表示装置の製造コストを削減することができる。また、表示装置の軽量化及び薄型化を図ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態5)
本発明の一態様に係る表示装置は、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。本実施の形態においては、これら電子機器の具体例について図9を参照して説明する。
図9(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体5001、筐体5002、表示部5003、表示部5004、マイクロホン5005、スピーカー5006、操作キー5007、スタイラス5008等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5003または表示部5004に用いることができる。表示部5003または表示部5004に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、利便性に優れた3次元画像の表示を行うことができる携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図9(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5003と表示部5004とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
図9(B)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5201、表示部5202、キーボード5203、ポインティングデバイス5204等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5202に用いることができる。表示部5202に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、利便性に優れた3次元画像の表示を行うことができるノート型パーソナルコンピュータを提供することができる。
図9(C)は携帯情報端末であり、筐体5401、表示部5402、操作キー5403等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5402に用いることができる。表示部5402に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、利便性に優れた3次元画像の表示を行うことができる携帯情報端末を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、作製した本発明の一態様の3次元表示装置の構成について、図12を用いて説明する。また、作製した3次元表示装置から30cmの距離において観測されるクロストークの評価方法および評価結果について図13乃至図14を用いて説明する。
<構成>
作製した3次元表示装置1020のブロック図を図12に示す。作製した3次元表示装置1020は、表示パネル1200と、視差バリアを形成するシャッタパネル1100と、超音波センサ1160と、制御装置1030と、を有する。
作製した表示パネル1200は、同一基板上に駆動回路部(ソース側駆動回路、ゲート側駆動回路)を備えたアクティブマトリクス型の有機ELパネルである。表示パネル1200は対角が3.9インチの画素領域を備え、その画素領域には水平方向に1440個、垂直方向に1080個の複数の画素が、マトリクス状に設けられている。また、それぞれの画素には、3つの副画素が設けられている。なお、解像度は458ppiとなった。
副画素の大きさは、水平方向を55.5μm、垂直方向を18.5μmとした。開口率を60%とした。なお、3つの副画素は赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を呈する光を発する構成とし、各色を横縞状に配置した。
作製したシャッタパネル1100は、同一基板上に駆動回路部を備え、電極ごとにトランジスタを備えたアクティブマトリクス型のシャッタパネルである。シャッタパネル1100は対角が3.9インチの視差バリアが形成される領域を備え、その領域には幅が11.75μmの透光性を有する電極が、縦縞状に5760本設けられている。なお、隣接する二本の縦縞状の電極の間隔は、視差バリアが形成される領域の中央において最も狭く(具体的には2μm)とし、左右の端において最も広く(具体的には2.25μm)とした。このようにした理由は、観察者が3次元表示装置を使用する際に、当該装置の中央に正対した状態で使用する頻度が最も高いと考えたためである。
表示パネル1200の表示面側にシャッタパネル1100を重ねて設けた。なお、表示パネル1200の一画素にシャッタパネル1100の縦縞状の電極の4本が重なるようにした。
また、シャッタパネル1100は、ネマチック液晶層を挟持する縦縞状の電極と対向電極を、一対の偏光板の間に有する。当該液晶素子を入射光に対し不透過となるように駆動することで、視差バリアを形成した。
シャッタパネル1100のトランジスタはC軸配向を有する結晶性酸化物半導体層を備える。具体的には、InGaZnO系の酸化物半導体層を備える。チャネル幅が50μm、チャネル長が6μmのトランジスタは、閾値電圧が1.1Vでノーマリオフであり、85℃におけるオフリーク電流は、チャネル幅1μmあたり100yA(10−22A)であった。
作製したトランジスタに照度10klxの環境下において、ゲート電位を+20Vの状態で80℃、1時間保持する試験(+BT試験)、およびゲート電位を−20Vの状態で、1時間保持する試験(−BT試験)を施した後のトランジスタの特性を、図16に示した。+BT試験後の特性を右側の実線で、−BT試験後の特性を左側の実線で示した。また、それぞれの試験前のトランジスタ特性は二本の実線の間に破線で示した。
閾値電圧のシフト量は、−BT試験後に−0.38V、+BT試験後に+0.8Vであった。
観察者の位置を検知するために、超音波センサ1160を用いた。超音波センサ1160は20ミリ秒の時間分解能と0.5°の角度分解能を備える。
超音波センサの発振器が発した超音波を対象が反射し、超音波センサの検知器はその反射波を受信して、対象の位置を検知する。超音波センサが受信する反射波の一例を図17(A)乃至図17(C)に示す。
対象が超音波センサに正対する第1の位置にあるときの反射波の検出結果の一例を図17(A)に示す。左右の検知器は、およそ同じ時間に、同じ振幅の反射波を検出した。
次に、対象が超音波センサとの距離を変えずに右側に寄った第2の位置にあるときの反射波の検出結果の一例を図17(B)に示す。左右の検知器は、およそ同じ時間に反射波を検出するが、右側の検知器が左側の検知器よりも振幅が大きい反射波を検出した。
次に、対象が超音波センサに正対し、第1の位置より遠ざかった第3の位置にあるときの反射波の検出結果の一例を図17(C)に示す。左右の検知器は、およそ同じ振幅の反射波を検出するが、対象が第1の位置にある場合に比べ、遅延していた。
複数のセンサ(Sensor)をアレイ状に設け、それぞれのセンサに増幅器(Amp)とアナログデジタル変換器(ADC)と遅延回路(Delay)とを直列に接続したものを、遅延積算演算回路(Delay Integration)に並列接続して、遅延積算演算を行い、対象の位置(角度および距離)を検出した(図17(D)参照)。
<評価方法>
作製した3次元表示装置から30cmの距離において、発生するクロストークの程度を評価した。評価方法を以下に説明する。
評価に用いた画像を図13(A−L)及び図13(A−R)に示す。評価には右目用と左目用の二種類の画像を用い、いずれも小さな正方形が2つと大きな正方形が2つずつ、4つの正方形が描かれている。
左目用の画像と右目用の画像には、大きな正方形が異なる配色で描かれている。具体的には、左目用の画像(図13(A−L)参照)には、大きな黒色の正方形が大きな白色の正方形の左側に描かれており、右目用の画像(図13(A−R)参照)には、大きな黒色の正方形が大きな白色の正方形の右側に描かれている。
そして、表示パネル1200の左目用の第1の画素領域に左目用の画像を表示し、右目用の第2の画素領域に右目用の画像を表示して以下の条件で観察した。
作製した3次元表示装置の表示パネル1200の中央から30cm離れて、正対する位置および正対する位置から右側または左側に14°まで、2°毎に傾きが異なる位置から観察した(図13(B)参照)。15の異なる条件で観察した結果を、3Dデジタル映像システム1300(富士フィルム社製 FinePix 3D W3)を用いて記録した。
なお、3Dデジタル映像システム1300は、2つのCCDカメラを左右に離れた位置に備え、それぞれのカメラで左目が捉える映像と右目が捉える映像を独立して記録できる。
<評価結果>
作製した3次元表示装置は、50ミリ秒毎に観察者の位置に追従した。なお、角度分解能は2°であった。作製した3次元表示装置の表示結果を図14に示す。3次元表示装置に正対する位置における観測結果を最上段に、正対する位置から右側または左側に14°まで、2°毎に傾きが異なる位置からの観測結果をその下に示した。
作製した3次元表示装置は、正対する位置から右側または左側に14°まで傾いた位置であっても、正対する位置と同じ映像が観察された。この結果から、特定の観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が拡大されたことが示された。
(比較例)
作製した3次元表示装置を用いて、正対した位置からの観察に最適化された視差バリアを形成した。視差バリアの形態をその状態に固定して、30cmの距離において発生するクロストークの程度を、比較例として評価した。すなわち、本比較例で例示する3次元表示装置は、観察位置に係わらず形態が一定の視差バリアを有する。
本比較例の3次元表示装置の表示パネル1200の中央から30cm離れて、正対する位置および正対する位置から右側または左側に14°まで、2°毎に傾きが異なる位置から、作製した3次元表示装置を実施例で説明した方法で評価した。
<比較例に係る装置の評価結果>
比較例の3次元表示装置の表示結果を図15に示す。3次元表示装置に正対する位置における観測結果を最上段に、正対する位置から右側または左側に14°まで、2°毎に傾きが異なる位置からの観測結果をその下に示した。
比較例の3次元表示装置は、正対する位置から右側または左側に4°以上傾いた位置からクロストークが顕著になり、8°以上傾いた位置では、右目用の画像が左目で観察され、左目用の画像が右目で観察された。この結果から、形態が固定された視差バリアを有する3次元表示装置は、観察者が裸眼で3次元表示を視認できる範囲が狭いことが示された。
10 観察者
10L 左目
10R 右目
20 表示装置
30 制御装置
90 視差バリア
100 シャッタパネル
101 基板
102 基板
103 液晶層
105 電極
105a 電極
105b 電極
105c 電極
105b1 電極
106 電極
106a 電極
106a1〜3 電極
106b 電極
106b1〜5 電極
106c1〜3 電極
107a1〜3 液晶素子
107b1〜3 液晶素子
107c1〜3 液晶素子
116a 電極
116a1〜3 電極
120a1〜3 トランジスタ
121a 配線
122a1〜3 配線
124 容量配線
150 視差バリア制御回路
160 観察者検知回路
161 超音波発振器
162L 検知器
162R 検知器
200 表示パネル
210 画素領域
220 画素領域
250 表示パネル駆動回路
260 画像信号生成回路
401 ソース側駆動回路
402 画素部
403 ゲート側駆動回路
404 封止基板
405 シール材
407 空間
408 配線
409 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
410 素子基板
411 絶縁膜
412a トランジスタ
412b トランジスタ
412c トランジスタ
413a 電極
413b 電極
413c 電極
414 絶縁物
415a 導電層
415b 導電層
415c 導電層
418a 発光素子
418b 発光素子
418c 発光素子
419 絶縁膜
420a 画素
420b 画素
420c 画素
423 nチャネル型トランジスタ
424 pチャネル型トランジスタ
431 EL層
433 電極
434a カラーフィルタ層
434b カラーフィルタ層
434c カラーフィルタ層
601 基板
602 画素部
603 信号線駆動回路
604 走査線駆動回路
605 シール材
606 基板
608 液晶層
610 トランジスタ
611 トランジスタ
613 液晶素子
615 接続端子電極
616 端子電極
618 FPC
619 異方性導電膜
630 電極層
631 電極層
632 絶縁膜
633 絶縁膜
635 スペーサ
640 シャッタパネル
642 偏光板
644 基板
646 基板
648 偏光板
650 液晶素子ユニット
652 基板
660 タッチパネルユニット
661 導電膜
662 電極
663 導電膜
664 電極
666 絶縁層
668 絶縁層
690 視差バリア
700 表示パネル
710 画素領域
720 画素領域
1020 表示装置
1030 制御装置
1100 シャッタパネル
1160 超音波センサ
1200 表示パネル
1300 3Dデジタル映像システム
5001 筐体
5002 筐体
5003 表示部
5004 表示部
5005 マイクロホン
5006 スピーカー
5007 操作キー
5008 スタイラス
5201 筐体
5202 表示部
5203 キーボード
5204 ポインティングデバイス
5401 筐体
5402 表示部
5403 操作キー

Claims (2)

  1. 右目用の第1の画像と左目用の第2の画像とを表示する表示パネルと、
    透光性の第1の領域と遮光性の第2の領域とを有する視差バリアと、
    前記第1の領域又は前記第2の領域の幅を制御する視差バリア制御回路と、
    前記表示パネルの表示面と対峙する空間に超音波を発信する超音波発振器と、
    前記超音波の反射波を検知する第1及び第2の検知器と、を有し、
    前記超音波発振器、前記第1の検知器及び前記第2の検知器は、前記表示パネルの上に位置し、
    前記超音波発振器は、前記第1の検知器と前記第2の検知器との間に位置し、
    前記第1及び前記第2の検知器により、観察者の位置を特定し、
    前記視差バリアは、ストライプ状の複数の第1の電極と、前記複数の第1の電極上の液晶層と、前記液晶層上のストライプ状の複数の第2の電極とを有し、
    前記複数の第1の電極と前記複数の第2の電極とは互いに交差し、
    前記複数の第1の電極は、少なくとも、第1の線幅を有する第3の電極と、前記第1の線幅よりも線幅の細い複数の第4の電極とを有し、
    複数の前記第4の電極は、前記第3の電極の両側に設けられ、
    前記観察者の位置に応じて、前記視差バリア制御回路により、前記観察者の左目では前記第2の画像のみが観察され、且つ前記観察者の右目では前記第1の画像のみが観察されるように、前記第1の領域及び前記第2の領域の幅を制御する表示装置。
  2. 表示装置の表示面が対峙する空間にパルス状の超音波を発信する第1のステップと、
    前記パルス状の超音波が観察者に反射した反射波が、複数の検知器のそれぞれに到達するまでの時間を用いて、観察者の位置を特定する第2のステップと、
    前記観察者の位置を通る直線が前記表示面と垂直に交わる座標を算出して、前記観察者の正面に対峙する前記表示装置の一対の第1の右目用の画素と第1の左目用の画素を特定する第3のステップと、
    前記第1の右目用の画素と前記第1の左目用の画素から前記観察者までの距離を特定する第4のステップと、
    前記観察者の右目が前記第1の右目用の画素を、前記観察者の左目が前記第1の左目用の画素を観察できるように、視差バリアの透光性領域の幅と遮光性領域の幅とを制御する第5のステップと、
    前記観察者の左目から第2の右目用の画素領域を遮り、且つ前記観察者の右目から第2の左目用の画素領域を遮るように、前記視差バリアの前記透光性領域の幅と前記遮光性領域の幅とを制御する第6のステップと、を有し、
    前記視差バリアは、ストライプ状の複数の第1の電極と、前記複数の第1の電極上の液晶層と、前記液晶層上のストライプ状の複数の第2の電極とを有し、
    前記複数の第1の電極と前記複数の第2の電極とは互いに交差し、
    前記複数の第1の電極は、少なくとも、第1の線幅を有する第3の電極と、前記第1の線幅よりも線幅の細い複数の第4の電極とを有し、
    複数の前記第4の電極は、前記第3の電極の両側に設けられ、
    前記第5及び前記第6のステップにおいて、前記観察者が第1の位置にいる場合は、前記第3の電極を用いて前記遮光性領域を形成し、前記観察者が前記第1の位置よりも前記表示面に近づいた第2の位置にいる場合は、前記第4の電極の少なくとも一及び前記第3の電極を用いて前記遮光性領域を形成する表示装置の駆動方法。
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