JP6013176B2

JP6013176B2 - ３ｄディスプレイおよびディスプレイの駆動方法

Info

Publication number: JP6013176B2
Application number: JP2012283987A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　治; 治佐藤; ス−ソク、チョイ; ジョン−フン、ウー
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014126729A; KR101631619B1; KR20140085338A

Description

この発明は、メガネなし方式の３Ｄディスプレイおよびディスプレイの駆動方法に関する。

従来から、３Ｄディスプレイとして、メガネあり方式およびメガネなし方式が知られている。例えば、メガネあり方式としては、右目用の画像と左目用の画像とを高速に切り替えて表示し、これと同期してメガネが左右それぞれの視界を相互に遮ることにより、視差を生み出すシャッタメガネ方式が知られている。

また、別のメガネあり方式として、図５に示されるように、特定の回転方向の円偏光だけを通し、逆回転の円偏光を切り捨てる偏光フィルタを用いた円偏光メガネ方式が知られている。さらに、図６に示されるように、直線偏光の振幅方向を時間的に切り替えるアクティブリターダー方式が知られている。

一方、メガネなし方式としては、ディスプレイの手前に、左右２画素ごとに溝を設けた遮蔽板を立てることで、両眼視差を作り出すパララックスバリア方式が知られている。また、別のメガネなし方式として、ディスプレイの手前に、細い半円筒が連なった形状（かまぼこ形）のレンチキュラーレンズを配置することで、両眼視差を作り出すレンチキュラーレンズ方式が知られている。

ここで、図７にレンチキュラーレンズ方式の３Ｄディスプレイを例示する。図７において、レンチキュラーレンズは、光学的に等方的である。また、図７では、視点数（後述する）が１の場合を示している。

特開２００３−１５８７５２号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
メガネあり方式の３Ｄディスプレイでは、各方式ともに、専用のメガネをかけなければならないという問題がある。この問題の原因は、メガネによって左右の目に入る画像を変えているという、原理的な制約があるためである。

また、シャッタメガネ方式の３Ｄディスプレイでは、メガネの重量が重くなるとともに、コストが高くなるという問題がある。この問題の原因は、シャッタを動作させる機構として、メガネに駆動回路を持たせる必要があるためである。

また、パララックスバリア方式の３Ｄディスプレイでは、レンチキュラーレンズ方式の３Ｄディスプレイと比較して、輝度が低くなる（映像が暗くなる）という問題がある。この問題の原因は、光源と目との間にバリア（遮蔽板）を設ける必要があるという、原理的な制約があるためである。

また、メガネなし方式の３Ｄディスプレイでは、各方式ともに、３Ｄ画像を明瞭に視認することができる領域（視点数）が限定される問題がある。この問題の原因としては、３Ｄ画像の焦点が合うポイントが、例えば正面のみに限定されるという、原理的な制約があるためである。

なお、この課題を解決するために、視点数（ｒ）を増やす対策をとると、３Ｄ空間映像の解像度が１／ｒに低下するという問題がある（例えば、特許文献１参照）。メガネなし方式の３Ｄディスプレイにおけるこの問題の原因としては、視点数（ｒ）と同数の画素数を１セットとする必要があるためである。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、メガネなし方式の３Ｄディスプレイにおいて、立体映像（３Ｄ空間映像）の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる３Ｄディスプレイおよびディスプレイの駆動方法を得ることを目的とする。

この発明に係る３Ｄディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射するメインディスプレイと、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の２倍以上の駆動速度で切り替え可能なサブパネルと、サブパネルから出射した２種類の直線偏光に対して、互いに異なる屈折率を与えるレンチキュラーレンズとを備え、レンチキュラーレンズは、一軸配向した液晶性物質から構成されるものである。

また、この発明に係るディスプレイの駆動方法は、表示面側からメインディスプレイ、サブパネル、レンチキュラーレンズの順で配置された３Ｄディスプレイで実現されるディスプレイの駆動方法であって、メインディスプレイにより、入射された光を直線偏光として出射させる第１偏光ステップと、サブパネルにより、第１偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、第１偏光ステップの２倍以上の速度で切り替える第２偏光ステップと、レンチキュラーレンズにより、第２偏光ステップで出射された２種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる結像ステップとを有するものである。

この発明に係る３Ｄディスプレイによれば、メインディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射し、サブディスプレイは、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の２倍以上の駆動速度で切り替え、レンチキュラーレンズは、サブディスプレイから出射した２種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させる。
また、この発明に係るディスプレイの駆動方法によれば、第１偏光ステップは、入射された光を直線偏光として出射させ、第２偏光ステップは、第１偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、第１偏光ステップの２倍以上の速度で切り替え、結像ステップは、第２偏光ステップで出射された２種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる。
そのため、メガネなし方式の３Ｄディスプレイにおいて、立体映像の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる。

この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイを示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイのレンチキュラーレンズを示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイの動作（サブディスプレイオフ時）を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイの動作（サブディスプレイオン時）を示す説明図である。円偏光メガネ方式の３Ｄディスプレイを例示する説明図である。アクティブリターダー方式の３Ｄディスプレイを例示する説明図である。レンチキュラーレンズ方式の３Ｄディスプレイを例示する説明図である。

以下、この発明に係る３Ｄディスプレイおよびディスプレイの駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイ１を示す構成図である。図１において、３Ｄディスプレイ１は、メインディスプレイ１０、サブディスプレイ２０およびレンチキュラーレンズ３０から構成され、観察者から見て、レンチキュラーレンズ３０、サブディスプレイ２０、メインディスプレイ１０の順で配置されている。

メインディスプレイ１０は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）であり、入射された光を直線偏光として出射する。なお、メインディスプレイ１０は、ＬＣＤに限定されず、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｙ）等、他の種類のディスプレイであっても、偏光板を貼って直線偏光を出射することができればよい。

また、メインディスプレイ１０からの出射光の偏光方向と、サブディスプレイ２０の入射側基板の配向方向（ラビング軸）とは、互いに一致している。

サブディスプレイ２０は、高速駆動可能なＬＣＤであり、電圧のオン／オフでメインディスプレイ１０からの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、半波長分（λ／２）位相をずらして（偏光方向を９０°回転して）出射するかを切り替えることができる。

具体的には、サブディスプレイ２０は、図示しない駆動回路によって駆動され、メインディスプレイ１０の２倍以上の駆動速度で動作するものである。なお、サブディスプレイ２０は、ネマティック液晶でもよいし、スメクティック液晶（強誘電性液晶（ＦＬＣ：ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ））でもよい。また、サブディスプレイ２０の電極は、ベタ電極でもよいし、パターニング電極でもよい。

ここで、サブディスプレイ２０から出射した２種類の直線偏光は、レンチキュラーレンズ３０のＸ軸およびＹ軸の何れかに平行に入射する。

レンチキュラーレンズ３０は、Ｘ軸およびＹ軸の何れかに一軸配向した液晶性物質から構成され、Ｘ軸およびＹ軸でそれぞれ屈折率が異なる特性、いわゆる複屈折性（光学的異方性）を有している。また、レンチキュラーレンズ３０の表面は、光を複数の方向に拡散させるために、平坦化されていない。

ここで、レンチキュラーレンズ３０は、例えば液晶ポリマ等の複屈折性を有する材料で形成されており、長手方向（例えば、Ｘ軸）の屈折率はｎｅであり、短手方向（例えば、Ｙ軸）の屈折率はｎｏである。

なお、レンチキュラーレンズ３０は、重合性液晶を使って配向後重合してもよいし、高分子液晶を使ってもよい。また、レンチキュラーレンズ３０内の液晶の配向法は、ラビング法でもよいし、光配向法でもよいし、ズリ（せん断）を与える方法でもよい。

また、メインディスプレイ１０、サブディスプレイ２０およびレンチキュラーレンズ３０は、それぞれフレキシブルな構成であってもよい。

以下、図３、４を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る３Ｄディスプレイ１の動作について説明する。図３は、サブディスプレイ２０のオフ時における３Ｄディスプレイ１の動作を示し、図４は、サブディスプレイ２０のオン時における３Ｄディスプレイ１の動作を示している。

また、ここでは、サブディスプレイ２０がＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型ＬＣＤであり、レンチキュラーレンズ３０の長手方向の屈折率ｎｅが、短手方向の屈折率ｎｏよりも大きい場合（ｎｅ＞ｎｏ）を例として説明する。

図３において、サブディスプレイ２０がオフである場合には、メインディスプレイ１０からの出射光（直線偏光）の振動方向は、サブディスプレイ２０で９０°回転される。そのため、サブディスプレイ２０から出射された偏光の振動方向は、レンチキュラーレンズ３０の長手方向と一致し、レンチキュラーレンズ３０を通過する光は、屈折率ｎｅで屈折される。

これに対して、図４において、サブディスプレイ２０がオンである場合には、メインディスプレイ１０からの出射光（直線偏光）の振動方向は、液晶が立っているので、サブディスプレイ２０を通過しても変化されない。そのため、サブディスプレイ２０から出射された偏光の振動方向は、レンチキュラーレンズ３０の短手方向と一致し、レンチキュラーレンズ３０を通過する光は、屈折率ｎｏで屈折される。

ここで、サブディスプレイ２０がオフである場合（図３の場合）およびサブディスプレイ２０がオンである場合（図４の場合）において、ｎｅ＞ｎｏなので、図３においてレンチキュラーレンズ３０を通過した光の方が、図４においてレンチキュラーレンズ３０を通過した光よりも、レンチキュラーレンズ３０に近い位置（Ｌ１＜Ｌ２）で結像する。

すなわち、サブディスプレイ２０をスイッチングさせることにより、レンチキュラーレンズ３０から出射される光の結像位置を変化させることができる。

このとき、サブディスプレイ２０を、メインディスプレイ１０の駆動速度（例えば、６０Ｈｚ＝１／６０ｓ）の２倍の駆動速度（すなわち１２０Ｈｚ＝１／１２０ｓ）で高速スイッチングさせることにより、図３に示した状態と図４に示した状態とが高速で切り替えられる。

これにより、観察者は、図３の結像位置および図４の結像位置の両方で、３Ｄ画像を見ることができる。すなわち、３Ｄ画像（空間映像）の解像度を低下させることなく、視点数を増やすことができる。具体的には、この例では、視点数を２倍にすることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、メインディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射し、サブディスプレイは、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の２倍以上の駆動速度で切り替え、レンチキュラーレンズは、サブディスプレイから出射した２種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させる。
そのため、メガネなし方式の３Ｄディスプレイにおいて、立体映像の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる。

また、サブディスプレイは、ＬＣＤであることから、サブディスプレイを、メインディスプレイと同等の工程で製造することができ、新たな製造設備を設ける必要がない。
また、レンチキュラーレンズを、一軸配向した液晶性物質から構成することにより、サブディスプレイから出射した２種類の直線偏光を、互いに異なる焦点位置で結像させることができ、視点数を増やすことができる。

１３Ｄディスプレイ、１０メインディスプレイ、２０サブディスプレイ、３０レンチキュラーレンズ。

Claims

入射された光を直線偏光として出射するメインディスプレイと、
前記メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、前記メインディスプレイの駆動速度の２倍以上の駆動速度で切り替え可能なサブパネルと、
前記サブパネルから出射した２種類の直線偏光に対して、互いに異なる屈折率を与えるレンチキュラーレンズと、
を備え、
前記レンチキュラーレンズは、一軸配向した液晶性物質から構成される
３Ｄディスプレイ。
前記サブパネルは、液晶パネルである
請求項１に記載の３Ｄディスプレイ。
表示面側からメインディスプレイ、サブパネル、レンチキュラーレンズの順で配置された３Ｄディスプレイで実現されるディスプレイの駆動方法であって、
前記メインディスプレイにより、入射された光を直線偏光として出射させる第１偏光ステップと、
前記サブパネルにより、前記第１偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を９０°回転して出射するかを、前記第１偏光ステップの２倍以上の速度で切り替える第２偏光ステップと、
前記レンチキュラーレンズにより、前記第２偏光ステップで出射された２種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる結像ステップと、
を有するディスプレイの駆動方法。