JPH10186273A - 液晶立体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、光の利用率を向上させた液晶立
体表示装置を提供することをその目的とする。 【解決手段】 この発明は、左眼用の画素と右眼用の画
素とにより左眼用の映像と右眼用の映像とを表示するカ
ラー液晶パネル１と、赤色の発光素子アレイ３ｒ、緑色
の発光素子アレイ３ｇ及び青色の発光素子アレイ３ｂが
所定のピッチで配置され、各色がストライプ状に発光さ
れる光源装置３と、前記カラー液晶パネル１と光源装置
３の間に配置され、各発光素子からの光を前記カラー液
晶パネルの対応する画素に集光するレンチキュラレンズ
５と、を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特殊な眼鏡を用いず
に立体映像が観察できる液晶立体表示装置に係り、特に
光源からの光の利用効率を向上させ、高輝度化が図れる
液晶立体表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特殊な眼鏡を用いずに立体映像を観察で
きる、いわゆる、立体画像表示装置として、例えば、図
５に示すように、平面状に発光するバックライト２の発
光を開口部４０ａと遮光部４０ｂとを有する光学フィル
タ４０でストライプ状に分割し、液晶パネル１に１ライ
ンごとに左眼画像ＩＬと右眼画像ＩＲとを交互に形成さ
せる方式のものがある。

【０００３】この方式においては、液晶パネル１の画像
形成面から立体映像が観察できる視点までの観察距離Ｌ
１は、次の数式１に示すように、液晶パネル１の画像形
成面と光学フィルタ４との間の光学距離ＬＤ１に比例
し、人の眼間距離Ｅと液晶パネル１の画素ピッチ（ドッ
トピッチ）Ｐとの比から１を減じた値に比例する。

【０００４】

【数１】ＬＤ１＝ＬＤ１×〔（Ｅ／Ｐ）−１〕

【０００５】ここで、液晶パネル１と光学フィルタ４０
との間にスペースを設けず、光学フィルタ４の表面に液
晶パネル１を密接させた場合、光学フィルタ４と液晶パ
ネル１の画像形成面との間には液晶パネル１の入射側ガ
ラス及び入射側偏光板とがあるので、ガラスの肉厚をＴ
１、屈折率をｎ１とし、偏光板の肉厚をＴ２、屈折率を
ｎ２とすれば、光学距離ＬＤ１は次の数式２で表すこと
ができる。

【０００６】

【数２】ＬＤ１ ＝Ｔ１／ｎ１＋Ｔ２／ｎ２

【０００７】画像の高精細化を図るため画素ピッチＰを
小さくすると、観察距離Ｌ１が大きくなることは前記数
式１から明らかであり、例えば現行の液晶パネル１では
ガラス肉厚Ｔ１が１．１ｍｍ、ガラス屈折率ｎ１が１．
５３、偏光板肉厚Ｔ２が０．２ｍｍ、偏光板屈折率ｎ２
が１．４９であるので、眼間距離Ｅを６５ｍｍとして画
素ピッチＰが７０μｍの高精細の液晶パネル１を用いた
場合には観察距離が７８０ｍｍとなり、実用性に問題が
ある。

【０００８】又、視点が横方向に移動する時に、右眼画
像と左眼画像とが同時に視界に入るクロストークが生じ
易く、特に高輝度化を図るために各画素の開口面積を大
きくし、画素間のブラックマトリックスを細くする場合
にはクロストークが一層生じ易くなるという問題があ
る。

【０００９】逆に、クロストークを防止するためにブラ
ックマトリックスを太くすると、視点が横方向に移動す
る時に、輝度が変化し易くなるという問題がある。

【００１０】上記した問題点を解決し、画素ピッチが細
かくても観察距離を短くでき、しかも、視点の横方向へ
の移動時の輝度の均一化及びクロストークの削減が図れ
るようにした液晶立体表示装置が特開平８−１９４１９
０号公報（ＩＰＣ：Ｇ０２Ｂ２７／２２）に開示されて
いる。

【００１１】上記した液晶立体表示装置は、平面状に発
光するバックライトと、カラー液晶パネルとの間に、バ
ックライトの発光を立体画像の視点数の画素に対して１
つ設けられ、カラー液晶パネルに内蔵したカラーフィル
タの色順と逆の順に並び、画素数の視点数倍よりも少し
大きい幅を有する赤、青、緑の各色の微小発光の集合に
変換するカラーフィルタを設けたものである。

【００１２】上記した液晶立体表示装置によれば、観察
距離Ｌ１は従来の３分の１に近い短距離に短縮される。
即ち、カラー液晶パネルには、各画素に１対１に対応さ
せて所定の色順に並べられた３原色の色フィルタからな
るカラーフィルタが内蔵されている。このカラー液晶パ
ネルの各色のフィルタは同じ色の光を透過し、異なる色
の光は吸収するので、色分離手段によって色分離された
各微小発光のうちカラー液晶パネルのフィルタの色と異
なる色の微小発光は遮光され、光源装置の発光は色ごと
にその進行方向が限定される。

【００１３】そして、３原色の画素が順に並ぶカラー液
晶パネルでは、３画素ごとに同じ色の画像が形成される
ので、各色ごとに考えると、画素ピッチＰに代えて同色
の画素のピッチ（以下、同色画素ピッチという。）を用
いて前記数式１により観察距離Ｌ１を求めることができ
る。

【００１４】ここで、同色画素ピッチは画素ピッチＰの
３倍であるので、観察距離Ｌ１は従来の３分の１に近い
短距離に短縮されることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記した液晶立体表示
装置においては、画素ピッチが細かくても観察距離を短
くでき、しかも、視点の横方向への移動時の輝度の均一
化及びクロストークの削減を図ることができる。しかし
ながら、上記した立体表示装置においては、白色バック
ライトの光をカラーフィルタで３色の微小発光に分離し
ているので、バックライトの光を１／３しか利用でき
ず、光の利用率が悪いという問題があった。

【００１６】この発明は、上述した従来の問題点に鑑み
なされたものにして、光の利用率を向上させた液晶立体
表示装置を提供することをその目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、左眼用の画
素と右眼用の画素とにより左眼用の映像と右眼用の映像
とを表示するカラー液晶パネルと、赤色の発光素子アレ
イ、緑色の発光素子アレイ及び青色の発光素子アレイが
所定のピッチで配置され、各色がストライプ状に発光さ
れる光源装置と、前記カラー液晶パネルと光源装置の間
に配置され、各発光素子からの光を前記カラー液晶パネ
ルの対応する画素に集光するレンチキュラレンズと、を
備えることを特徴とする。

【００１８】そして、この発明は、観察者の眼間距離を
Ｅ、前記カラー液晶パネルの画素ピッチをＰ１、観察距
離をＬ１、前記レンチキュラレンズのレンズピッチをＰ
２、前記カラー液晶パネルの画素とレンチキュラレンズ
の主点間距離をｄ１、前記光源装置の発光素子アレイの
ピッチをＰ３、前記レンチキュラレンズの主点と前記光
源装置の発光素子アレイの出射面距離をｄ２とすると
き、 Ｅ／（２ｎ−１）Ｐ１＝（Ｌ１＋ｄ１）／ｄ１、 ２Ｐ１／Ｐ２＝Ｌ１／（Ｌ１＋ｄ１）、 Ｅ／（Ｌ１＋ｄ１）＝Ｐ３／ｄ２、 （ここで、ｎは整数）上記式を満足するように、前記カ
ラー液晶パネルの画素ピッチ、観察距離、前記レンチキ
ュラレンズのレンズピッチ、前記カラー液晶パネルの画
素とレンチキュラレンズの主点間距離、前記光源装置の
発光素子アレイのピッチ、前記レンチキュラレンズの主
点と前記光源装置の発光素子アレイの出射面距離、とが
決められている。

【００１９】上記したように、この発明の液晶立体表示
装置においては、所定のピッチで並ぶ赤、青、緑の各色
の発光素子アレイからなる光源装置を備えるので、光源
装置の各発光素子のうちカラー液晶パネルのフィルタの
色と異なる色の発光素子からの光は遮光され、光源装置
の発光は色ごとにその進行方向が限定される。

【００２０】その結果、観察距離が画素ピッチに光源装
置から出射される３原色を乗じた各色の同色画素ピッチ
によって決定され、画素ピッチが細かい高輝度、高解像
度のカラー液晶パネルを用いても、３分の１に近い短距
離に観察距離が短縮される。しかも、バックライトの発
光をフィルタで３原色に分割する従来例に比べると、光
の利用率が格段に向上する。さらに、レンチキュラレン
ズにより、所望の画素に光を集光させるので、隣接する
カラー液晶パネルのカラーフィルタにより吸収、遮光さ
れる光を極力少なくでき、光の利用効率が一段と向上す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態に係る液晶
立体表示装置を図１に基づいて具体的に説明する。

【００２２】図１に示すように、この液晶立体表示装置
は、カラー液晶パネル１の背面側に配置した光源装置３
から出射され、光源装置３の前面に配置されたレンチキ
ュラレンズ５により対応する画素に集光して、カラー液
晶パネル１を透過させ、その光をカラー液晶パネル１の
正面側から観察者が観察するようにしている。

【００２３】前記カラー液晶パネル１は、それぞれスト
ライプ状に形成された青色用画素１ｂ、赤色用画素１
ｒ、及び緑色用画素１ｇとを備える。なお、図において
は、各画素１ｂ、１ｒ、１ｇ間のブラックマトリックス
は省略している。

【００２４】前記光源装置３は、図４に示すように、裏
面にヒートシンク３２を備えた絶縁性基板３１上に赤
色、緑色、青色の各発光ダイオード素子３３…をアレイ
状に配置したものであり、発光ダイオード３３…の前面
に拡散板３４が装着されている。各発光ダイオード３３
…は色再現範囲で均一な表示ができる点光源であり、発
光ダイオード３３…の発光点から出射された光が拡散板
３４により拡散されて、赤色、緑色、青色のストライプ
状の光（３ｒ、３ｇ、３ｂ）としてレンチキュラレンズ
５に与えられる。このレンチキュラレンズ５は、各色の
発光ダイオードアレイ３ｒ、３ｇ、３ｂからの拡散光を
対応するカラー液晶パネル１の画素（１ｒ、１ｇ、１
ｂ）に集光して与える。

【００２５】なお、拡散板３４を設けることにより、各
発光ダイオード３３…の発光ムラは解消され、赤色、緑
色、青色のストライプ状光がレンチキュラレンズ５に与
えられる。

【００２６】この光源装置３は、カラー液晶パネル１の
青色用画素１ｂ、赤色用画素１ｒ、及び緑色用画素１ｇ
と逆の順に並ぶように、赤色発光ダイオードアレイ３
ｒ、青色発光ダイオードアレイ３ｂ、緑色発光ダイオー
ドアレイ３ｇが所定ピッチで配列されている。

【００２７】各色発光ダイオードアレイ３ｒ、３ｇ、３
ｂは、視点数の画素１ｂ、１ｒ、１ｇに対して１つ、す
なわち、視点数が２であるこの実施の形態においては、
右眼用画素と左眼用画素の２画素に対して１つの各色発
光ダイオードアレイ３ｒ、３ｇ、３ｂが対応するように
配置される。

【００２８】各色発光ダイオードアレイ３ｒ、３ｇ、３
ｂの間にはブラックマトリックスなどの遮光部を設ける
必要はなく、したがって、各色発光ダイオードアレイ３
ｒ、３ｇ、３ｂの横方向の幅は各画素１ｒ、１ｇ、１ｂ
の横幅の２倍より少し大きくしている。

【００２９】光源装置３の各色発光ダイオードアレイ３
ｒ、３ｇ、３ｂからは、青、赤、緑の各色がカラー液晶
パネル１の画素１ｒ、１ｇ、１ｂと逆の順に並ぶストラ
イプ状の微小発光となって出射される。

【００３０】図１に示す実施の形態においては、レンチ
キュラレンズ５と液晶パネル１の画素ピッチが約２の場
合を示している。この図１における場合には、図中の各
パラメータを次のように設定し、以下の式を満足するよ
うに決定すればよい。

【００３１】即ち、観察者の眼間距離をＥ、前記カラー
液晶パネルの画素ピッチをＰ１、観察距離をＬ１、前記
レンチキュラレンズのピッチをＰ２、前記カラー液晶パ
ネルの画素とレンチキュラレンズの主点間距離をｄ１、
前記光源装置の発光素子アレイのピッチをＰ３、前記レ
ンチキュラレンズの主点と前記光源装置の発光素子アレ
イの出射面距離をｄ２とするとき、以下の数式３を満足
するように各構成パラメータを決定する。

【００３２】

【数３】 Ｅ／（２ｎ−１）Ｐ１＝（Ｌ１＋ｄ１）／ｄ１…（１） ２Ｐ１／Ｐ２＝Ｌ１／（Ｌ１＋ｄ１）…（２） Ｅ／（Ｌ１＋ｄ１）＝Ｐ３／ｄ２…（３） ここで、ｎは整数である。

【００３３】眼間距離は、６５ｍｍとする。そして、液
晶立体表示装置の仕様及び使用するカラー液晶パネル１
から観察距離Ｌ１およびカラー液晶パネル１の画素ピッ
チが決定されるので、上記（１）式により、カラー液晶
パネル１の画素とレンチキュラレンズ５の主点間距離ｄ
１が求まる。

【００３４】更に、カラー液晶パネル１の画素ピッチと
レンチキュラレンズ５のピッチである上記（２）式に、
カラー液晶パネル１の画素とレンチキュラレンズ５の主
点間距離ｄ１、観察距離Ｌ１、カラー液晶パネル１の画
素ピッチＰ１を代入することによりレンチキュラレンズ
５のレンズピッチＰ２が求めることができる。

【００３５】また、レンチキュラレンズ５の主点から観
察者までの距離Ｌ２（＝Ｌ１＋ｄ１）、光源装置３の発
光素子アレイのピッチＰ３、レンチキュラレンズ５の主
点と光源装置３の発光素子アレイの出射面との距離ｄ２
の間には上記（３）式の関係があり、（３）式からｄ２
＝Ｌ２・Ｐ３／６５が成り立つ。これをカラー液晶パネ
ル１と光源装置３の発光ダイオードアレイピッチの関係
式である上記（３）式に代入し、ｄ２を消去することに
より、光源装置３の発光素子アレイのピッチＰ３が求ま
り、更にレンチキュラレンズ５の主点と光源装置３の発
光素子アレイの出射面との距離ｄ２を決定することがで
きる。

【００３６】このようにして決定された液晶立体表示装
置においては、カラー液晶パネル１に設けられた各色用
画素１ｒ、１ｇ、１ｂは、例えば赤色用画素１ｒは発光
ダイオードアレイ３ｒから出射された同色の光、すなわ
ち、赤色光はカラー液晶パネル１に設けられた透過させ
るが、他の青色光及び緑色光は吸収してしまうので、観
察者から見れば、青色及び緑色の微小発光は遮光され、
光源装置３の微小発光は色ごとにその進行方向が限定さ
れる。

【００３７】したがって、カラー液晶パネル１の１ライ
ンの赤色用画素１ｒごとに左眼画像と右眼画像とを交互
に形成することにより赤色の立体画像を観察できるよう
になる。

【００３８】同様にして、赤色の他の青色及び緑色の立
体画像が観察できるので、観察者は青色、赤色及び緑色
の３原色が合成された立体カラー画像を観察できる。

【００３９】各色の立体画像の観察距離Ｌ１は、各色の
画素ピッチ、すなわち、同色ピッチによって数式１に従
って決定されるので、数式１の画素ピッチＰに代えて３
画素ピッチ３Ｐを代入して観察距離が決定され、観察距
離Ｌ１は従来の３分の１に近い短距離に短縮されること
になる。

【００４０】又、光源装置３の各色発光ダイオードアレ
イ３ｒ、３ｇ、３ｂから出射された光が、レンチキュラ
レンズ５を介在させない場合には、図３の破線で示すよ
うに隣接する画素まで光が拡散される。これに対して、
この発明によれば、レンチキュラレンズ５により、光源
装置３の各色発光ダイオードアレイ３ｒ、３ｇ、３ｂか
ら出射された光は、それぞれカラー液晶パネル１の対応
する色の画素に集光され、隣接するカラー液晶パネル１
のカラーフィルターにより吸収、遮光される光量は格段
に減少し、光の利用効率が大幅に向上する。レンチキュ
ラレンズ５が介在させない場合には、

【００４１】又、光源装置３の各色発光ダイオードアレ
イは３ｒ、３ｇ、３ｂの間に遮光部が設けられないの
で、バックライト２の発光を光学フィルタ４０でストラ
イプ状に分割する従来例に比べると各色の微小発光の幅
が広く、頭を横に移動させた時の輝度の均一性が高めら
れる。

【００４２】更に、各色ごとに左右分離するので、左右
分離する画素が密接せず、クロストークが発生しない。

【００４３】なお、この実施例において、カラー液晶パ
ネル１によって２Ｄ画像を形成することは可能である。

【００４４】図２に示すこの発明の第２の実施の形態
は、上記数式３におけるｎが２の場合であり、レンチキ
ュラレンズ５及び光源装置３の発光ダイオードアレイの
ピッチをより荒くして構成し、製造を容易にしたもので
ある。

【００４５】この実施の形態においても上記（１）〜
（３）に対応した下記の数式４により各構成部品のピッ
チ及び間隔を決定すればよい。

【００４６】

【数４】 ６５／（２・２−１）Ｐ１＝（Ｌ１＋ｄ１）／ｄ１…（４） ２Ｐ１／Ｐ２＝Ｌ１／（Ｌ１＋ｄ１）…（５） Ｅ／Ｌ２＝Ｐ３／ｄ２…（６） ｄ２＝Ｌ２・Ｐ３／６５…（７） （２・２−１）Ｐ１／ｄ１＝Ｐ３／ｄ２…（７’）

【００４７】上記した各実施の形態においては、赤色、
緑色、青色の発光素子として、赤色発光ダイオード、緑
色発光ダイオード、青色発光ダイオードを用いたが、発
光素子としては発光ダイオードに限らず、有機又は無機
ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）を用いて、発光素子
アレイを構成してもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の液晶
立体表示装置においては、所定のピッチで並ぶ赤、青、
緑の各色の発光素子アレイからなる光源装置を備えるの
で、光源装置の各発光素子のうちカラー液晶パネルのフ
ィルタの色と異なる色の発光素子からの光は遮光され、
光源装置の発光は色ごとにその進行方向が限定される。

【００４９】その結果、観察距離が画素ピッチに光源装
置から出射される３原色を乗じた各色の同色画素ピッチ
によって決定され、画素ピッチが細かい高輝度、高解像
度のカラー液晶パネルを用いても、３分の１に近い短距
離に観察距離が短縮される。しかも、バックライトの発
光をフィルタで３原色に分割する従来例に比べると、光
の利用率が格段に向上する。さらに、レンチキュラレン
ズにより、所望の画素に光を集光させるので、隣接する
カラー液晶パネルのカラーフィルタにより吸収、遮光さ
れる光を極力少なくでき、光の利用効率が一段と向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る液晶立体表
示装置の原理図である。

【図２】この発明の第２の実施の形態に係る液晶立体表
示装置の原理図である。

【図３】この発明の要部を示す模式図である。

【図４】この発明に用いられる発光ダイオードアレイか
らなる光源装置を示す概略断面図である。

【図５】従来の液晶立体表示装置の原理図である。

【符号の説明】

１ カラー液晶パネル ２ バックライト ３ 光源装置 ５ レンチキュラレンズ ３１ 絶縁性基板 ３３ 発光ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左眼用の画素と右眼用の画素とにより左
   眼用の映像と右眼用の映像とを表示するカラー液晶パネ
   ルと、赤色の発光素子アレイ、緑色の発光素子アレイ及
   び青色の発光素子アレイが所定のピッチで配置され、各
   色がストライプ状に発光する光源装置と、前記カラー液
   晶パネルと光源装置の間に配置され、各発光素子アレイ
   からの光を前記カラー液晶パネルの対応する画素に集光
   するレンチキュラレンズと、を備えることを特徴とする
   液晶立体表示装置。
2. 【請求項２】 観察者の眼間距離をＥ、前記カラー液晶
   パネルの画素ピッチをＰ１、観察距離をＬ１、前記レン
   チキュラレンズのレンズピッチをＰ２、前記カラー液晶
   パネルの画素とレンチキュラレンズの主点間距離をｄ
   １、前記光源装置の発光素子アレイのピッチをＰ３、前
   記レンチキュラレンズの主点と前記光源装置の発光素子
   アレイの出射面距離をｄ２とするとき、 Ｅ／（２ｎ−１）Ｐ１＝（Ｌ１＋ｄ１）／ｄ１、 ２Ｐ１／Ｐ２＝Ｌ１／（Ｌ１＋ｄ１）、 Ｅ／（Ｌ１＋ｄ１）＝Ｐ３／ｄ２、 （ここで、ｎは整数）上記式を満足するように、前記カ
   ラー液晶パネルの画素ピッチ、観察距離、前記レンチキ
   ュラレンズのレンズピッチ、前記カラー液晶パネルの画
   素とレンチキュラレンズの主点間距離、前記光源装置の
   発光素子アレイのピッチ、前記レンチキュラレンズの主
   点と前記光源装置の発光素子アレイの出射面距離、とが
   決められていることを特徴とする請求項１に記載の液晶
   立体表示装置。