JPWO2012035806A1 - 立体画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
液晶ディスプレイの背面側に配置されたバックライトと、
液晶ディスプレイの前面側に設けられた光学手段と、
観察者が掛けて使用する偏光メガネと、
液晶ディスプレイでの画像表示と光学手段の位相差状態とを制御する制御装置とを備えた立体画像表示装置であって、
液晶ディスプレイは、液晶パネルの垂直方向に連続して並べられた複数の水平ラインを束ねて構成され且つ交互に配設された第一画像形成領域と第二画像形成領域とを有し、制御装置で制御されて、その第一画像形成領域は右目用画像および左目用画像のいずれか一方の画像を、第二画像形成領域は他方の画像をそれぞれ同時に表示するよう構成されており、
その第一画像形成領域と前記第二画像形成領域は、
(1)フレーム切り替え毎に右目用画像と左目用画像の入れ替えを行う、
または、
(2)(1)以外の場合であって、フレームの切り替え時に右目用画像と左目用画像の入れ替えおよび直前のフレームで表示された画像の上書きのいずれか一方を行うよう構成されており、
光学手段は、その第一画像形成領域と第二画像形成領域とにそれぞれ対応する範囲に、第一偏光領域と第二偏光領域とが配置され、それぞれが異なる位相差状態を有するとともに、右目用画像と左目用画像を入れ替えるタイミングに同期して、制御装置によりそれぞれの位相差状態が制御されるよう構成されたことを特徴とする立体画像表示装置に関する。
また、右目用および左目用画像が同時に表示されていることから、観視者の疲労感を軽減することができる。そして、激しい動きをしている立体画像の場合に起きる左右の映像のずれ、そしてそれに伴う立体視の違和感を生じさせないという効果もある。
そして、液晶パネル6は、必要なパターニングがなされた電極が設けられたガラス基板等により液晶を挟持して構成されたものである。電極はITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム錫)等からなる。そして、液晶パネル6としては、例えば、TN(Twisted Nematic)モードやIPS(In−Plane−Switching)モード、あるいはVA(Vertical Alignment)モードの液晶パネルの使用が可能である。これらはいずれも印加される電圧に従い液晶の配向変化が起こる。そして、液晶パネル6の両面に配設された偏光板5、7の作用と組み合わされて、その透過光量の調節を可能としている。
(1)フレーム切り替え毎に右目用画像と左目用画像の入れ替えを行う。
(2)(1)以外の場合であって、フレームの切り替え時に右目用画像と左目用画像の入れ替えおよび直前のフレームで表示された画像の上書きのいずれか一方を行う。尚、(2)の場合では、入れ替えを行わずにそれぞれが右目用画像と左目用画像を維持し続ける場合を含まない。
本実施の形態の切替位相差板8は、第一偏光領域31および第二偏光領域32を有する。図1および後述する図3に示すように、この切替位相差板8における第一偏光領域31および第二偏光領域32は、その位置および大きさが、液晶パネル6の第一画像形成領域21および第二画像形成領域22の範囲、すなわち、位置および大きさに対応している。
図3に示すように、立体画像表示装置1において、液晶ディスプレイ3と切替位相差板8とが積層されており、接着剤101によって互いに隙間なく固定されていることが好ましい。
また、基板114とその上に設けられた透明電極119との間であって、第一偏光領域31と第二偏光領域32の境界領域に対応する位置に、遮光部として後述するブラックストライプ122が設けられている。
すなわち、立体画像表示装置1の画面を構成する液晶ディスプレイ3の中央鉛直方向からある視野角をもって、観察者50が立体画像表示装置1上の立体画像を観察する場合がある。本来、ある一つのフレーム画像表示時では、切替位相差板8の第一偏光領域31には、上述の場合の液晶パネル6の第一画像形成領域21を透過した右目用画像光のみが入射する必要がある。そして、第二偏光領域32には、第二画像形成領域22を透過した左目用画像光のみが入射する必要がある。しかし、上下視野角を大きくとった場合に、液晶パネル6の第一画像形成領域21を透過した右目用画像光の一部が、本来左目用画像光のみが入射すべき第二偏光領域32に入射してしまうことがある。そして、そのまま左目用画像光とともに観察者50の左目に届いてしまうことがある。
すなわち、上述のように、本実施の形態の立体画像表示装置1の液晶パネル6においては、上から垂直方向に順次、例えば3本ずつの水平ライン23が束ねられて便宜上一つの組を構成する。そして、その束ねられた水平ライン23の組のそれぞれに対応するよう、それぞれ同一面積の第一画像形成領域21と第二画像形成領域22とが設けられている。したがって、対応する切替位相差板8の第一偏光領域31および第二偏光領域32は、互いに隣接するように設けられる。そのため、クロストークは、立体画像表示装置1の画面の上下方向のある視野角以上で、観察者50が画面上の画像を観察する場合に起こりやすい。
以上から、クロストークの低減および視野角特性の向上という観点からは、液晶パネル6の第一画像形成領域21および第二画像形成領域22を形成する際に、便宜上束ねて一組にする水平ライン23の本数をより多くすることが好ましい。
このように、切替位相差板8に遮光部としてブラックストライプ122を設けることにより、立体画像表示装置1においてクロストークを生じにくくさせることができる。
すなわち、立体画像表示装置1では、図3に示すように、切替位相差板8と液晶ディスプレイ3とが配置される。そのため、液晶ディスプレイ3における偏光板7が取り付けられた側の面が、切替位相差板8におけるブラックストライプ122が設けられた面と対向している。そして、切替位相差板8の第一偏光領域31および第二偏光領域32が、液晶パネル6の第一画像生成領域21および第二画像生成領域22とそれぞれ対向するように液晶ディスプレイ3と切替位相差板8とが互いの面方向について位置決めされている。
図3に示すように、切替位相差板8を構成する基板114、115について、透明で高強度のガラス基板を選択して用いることが可能である。しかし、基板114、115の厚さは厚くなり、上記したクロストークの発生を助長する懸念がある。
したがって、基板114、115には、高い強度と透明性を維持しつつ、厚さがより薄い基板を選択して使用することが望ましい。
まず、長尺のガラスクロスに樹脂を含浸させ、半硬化の状態まで乾燥する。そして、この半硬化の状態で適当な大きさに切断をした後、樹脂が硬化する温度でプレス等加熱処理を行い、所望のガラスクロス強化透明フィルムを完成する。
このようなガラス強化透明フィルムは、エポキシ樹脂等マトリクス中にガラスクロスが積層されている構造であり、ガラスクロスの面方向において特に低い熱膨張率を有する。
そして、そのとき併せて、切替位相差板8を構成する基板114,115を薄いものとすることが好ましいことがわかった。
図4(a)および図4(b)に示すように、偏光メガネ10を構成する右目用メガネ部41および左目用メガネ部42は、それぞれ1/4波長板43a、43bと、偏光板45a、45bとをこの順で備え、これらがフレームに固定されている。
TN型液晶素子を利用した例である切替位相差板8の製造においては、まず、ガラスクロス強化透明フィルムからなる基板114、115を用意する。そして、前面側の基板115上に、上述したように、帯状にパターニングされたブラックストライプ122を形成する。次にそれぞれの基板114、115上にスパッタリング法を用いて透明導電層(たとえばITO膜)を厚さ100nm〜140nmで形成する。その後、透明導電層を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることにより透明電極119、120を形成する。
こうすることにより、液晶116は電圧無印可状態である初期状態において、90度ねじれ配向の状態となる。したがって、TN型液晶素子を利用した例である切替位相差板8は、液晶116の配向変化の誘起によって、液晶116が90度の旋光性を有する状態とそうした旋光性を有しない状態との二つの状態を切替ることが可能な切替位相差板8として機能する。尚、TN型液晶素子を利用した例である切替位相差板8は、液晶116が90度の旋光性を有する場合、偏光軸が水平方向と垂直な方向にある直線偏光として入射した画像光を、水平方向と平行な直線偏光として出射することが可能である。
ホモジニアス型液晶素子を利用した例である切替位相差板8の製造においては、まず始めに、ガラスクロス強化透明フィルムからなる基板114、115を用意する。そして、前面側の基板115上に、上述したように、帯状にパターニングされたブラックストライプ122を形成する。次にそれぞれの基板114、115上にスパッタリング法を用いて透明導電層(たとえばITO膜)を厚さ100nm〜140nmで形成する。その後、透明導電層を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることにより透明電極119、120を形成する。
強誘電性液晶素子を利用した例である切替位相差板8の製造においては、まず始めに、ガラスクロス強化透明フィルムからなる基板114、115を用意する。そして、前面側の基板115上に、上述したように、帯状にパターニングされたブラックストライプ122を形成する。次にそれぞれの基板114、115上にスパッタリング法を用いて透明導電層(たとえばITO膜)を厚さ100nm〜140nmで基板114、115上全面ベタ状に形成し、透明電極119、120とする。
こうすることにより、透明電極119、120に電圧を印加して液晶116に対して面内均一に電圧を印加した場合、第一偏光領域31の液晶116の光学軸は、観察者50が立体画像表示装置1を見たときの水平方向か、または水平方向から左上45度の方向(紙面の左上方45度)となる。そして、第二偏光領域32では第一偏光領域と異なる状態となって、水平方向から左上45度の方向(紙面の左上方45度)か、または水平方向となる。
次に、強誘電性液晶素子を利用した切替位相差板8を画素表示のための上述の液晶ディスプレイ3の画素にあわせて位置合わせを行う。そして、接着材101を介して貼り合わせを行う。
図5(a)に示すように、従来のパッシブ駆動型液晶表示素子300では、上部電極302と下部電極301はそれぞれストライプ状にパターニングされ、それぞれが直交するよう、マトリクス状に設置される。
図6(a)は、従来のアクティブ駆動型液晶表示素子310の構成を模式的に示す図であり、図6(b)は、アクティブ駆動型の液晶素子を利用する本実施形態の切替位相差板8の主要部の構成を模式的に示す図である。
一方、本実施形態の切替位相差板8では、図6(b)に示すように、アクティブ駆動型の液晶素子を利用して構成する場合、走査線320と信号線321とを平行となるよう設置する。そして、上部側の透明電極120である画素電極は、具備するアクティブ素子323で液晶116を駆動することができる最大の横幅を有して横長の構造となることが好ましい。
次に、こうして得られた左目用画像光と右目用画像光はそれぞれ観察者50の掛ける偏光メガネ10に入射する。
その結果、直線偏光201は旋光性の無い第一偏光領域31をそのまま通過し、直線偏光202として位相差フィルム121に入射する。
そして、1/4波長板である位相差フィルム121の作用により、直線偏光202と直線偏光203は、それぞれ左回りの円偏光204と右回りの円偏光205に変換される。
そして、直線偏光206は旋光性の無い第二偏光領域32をそのまま通過し、直線偏光208として位相差フィルム121に入射する。
そして、1/4波長板である位相差フィルム121の作用により、直線偏光207と直線偏光208は、それぞれ右回りの円偏光209と左回りの円偏光210に変換される。
図9(a)および(b)は、本実施形態の切替位相差板8の第二の例であるホモジニアス型液晶素子を利用した切替位相差板8の構成と作用について説明する図である。そして、図9(a)では、ある一つのフレーム画像を形成する際の切替位相差板8の作用を示し、図9(b)では、フレームの切り替えにより画像表示領域が入れ替わった場合のフレーム画像を形成する際の切替位相差板8の作用を示す。
そして、直線偏光211は、位相差が1/2波長である第二偏光領域32で光学軸が回転されて水平方向と平行な直線偏光213に変換され、位相差フィルム121に入射する。
そして、直線偏光216は位相差の無い第二偏光領域32をそのまま通過し、直線偏光218として位相差フィルム121に入射する。
そして、1/4波長板である位相差フィルム121の作用により、直線偏光217と直線偏光218は、それぞれ右回りの円偏光219と左回りの円偏光220に変換される。
図10(a)および(b)は、本実施形態の切替位相差板8の第三の例である強誘電性液晶素子を利用した切替位相差板8の構成と作用について説明する図である。そして、図10(a)では、ある一つのフレーム画像を形成する際の切替位相差板8の作用を示し、図10(b)では、フレームの切り替えにより画像表示領域が入れ替わった場合のフレーム画像を形成する際の切替位相差板8の作用を示す。強誘電性液晶素子を利用した切替位相差板8では、異なる極性の電圧の印加により選択可能な二つの安定な液晶配向状態をそれぞれ利用する。
そして、光学軸が水平方向から左上45度の方向で位相差が1/2波長である第二偏光領域32において、直線偏光221は、自身の光学軸が回転されて水平方向と平行な直線偏光223に変換され、位相差フィルム121に入射する。
したがって、液晶116への電圧印加時において、第一偏光領域31では、光学軸が水平方向から左上45度の方向(紙面の左上方45度)である1/2波長板として機能する。一方、第二偏光領域32では、光学軸が水平方向である1/2波長板として機能する。
そして、1/4波長板である位相差フィルム121の作用により、直線偏光227と直線偏光228は、それぞれ右回りの円偏光229と左回りの円偏光230に変換される。
上述のように、本実施の形態の立体画像表示装置1は、立体画像の表示をする場合、一つのフレーム画像において右目用画像と左目用画像とを同時に表示する。そして、上述の光学手段である切替位相差板8を用いて観察者50の左右の目に画像を振り分けて立体画像を表示する方式をとる。その場合、全ての画像情報を表示するため、まず表示画面の垂直方向に連続して並べられた全水平走査ラインを、複数の水平ライン23からそれぞれ構成される第一画像形成領域21と第二画像形成領域22とに分割するのが有効である。
以上のように、液晶ディスプレイ3におけるフレーム周波数を120Hzや240Hzなど向上させることにより、自然で高画質な立体表示画像表示を楽しむことが可能となる。
すなわち、液晶ディスプレイ3では、フレーム画像の切り替えに際し、液晶ディスプレイ3画面の上側の水平ラインから下側の水平ラインに向けて順次画面を更新して行く。そして、その更新と同期させて切替位相差板8において、第一偏光領域31と第二偏光領域32の位相差状態を切り替えていく。このようにすることで、クロストークを低減することが可能となる。
このことは図13(d)についても同様であり、第一画像形成領域21aに対応する第一偏光領域31aでは、位相差状態の切り替えの最中であることを表している。
すなわち、液晶パネル6における画像形成のための走査信号に同期する信号の制御により、液晶パネル6における画面の更新にともなって、図13(d)に示すように、対応する切替位相差板8の第一偏光領域31および第二偏光領域32の位相差状態の切替を領域毎に行っていく。
そして、立体画像表示装置1では、液晶パネル6で右目用画像と左目用画像の表示された画像形成領域を入れ替えるフレームにおいてもバックライト2全体を消灯する必要はない。その結果、立体画像表示装置1では、明るい立体画像表示を得ることが可能となる。
すなわち、制御装置12により制御され、切替位相差板8における第一偏光領域31の位相差状態と第二偏光領域32の位相差状態の切り替えに連動して、バックライトをスキャンすることが可能である。その場合、制御装置12に制御され、切替位相差板8における位相差状態の切り替え領域の位置に合わせ、その部分でバックライトを消灯もしくは輝度を落とすようにする。その結果、明るさの減少を最低限に保ちながら、クロストークを抑えることが可能となる。
2 バックライト
3 液晶ディスプレイ
5、7、45a、45b 偏光板
6 液晶パネル
8 切替位相差板
10 偏光メガネ
12 制御装置
21、21a 第一画像形成領域
22 第二画像形成領域
23 水平ライン
31、31a 第一偏光領域
32 第二偏光領域
41 右目用メガネ部
42 左目用メガネ部
43a、43b 1/4波長板
50 観察者
101 接着剤
104、105、114、115 基板
106、116 液晶
117、118 配向膜
119、120 透明電極
121 位相差フィルム
122 ブラックストライプ
201、202、203、206、207、208、211、212、213、216、217、218、221、222、223、226、227、228 直線偏光
204、205、209、210、214、215、219、220、224、225、229、230 円偏光
300 パッシブ駆動型液晶表示素子
301 下部電極
302 上部電極
310 アクティブ駆動型液晶表示素子
311、321 信号線
312、320 走査線
313、323 アクティブ素子
314 画素電極
Claims (12)
- 画素を水平方向に配列してなる水平ラインを、垂直方向に複数並べて構成された液晶パネルと、前記液晶パネルを挟持する一対の偏光板とを有する液晶ディスプレイと、
前記液晶ディスプレイの背面側に配置されたバックライトと、
前記液晶ディスプレイの前面側に設けられた光学手段と、
観察者が掛けて使用する偏光メガネと、
前記液晶ディスプレイでの画像表示と前記光学手段の位相差状態とを制御する制御装置とを備えた立体画像表示装置であって、
前記液晶ディスプレイは、前記液晶パネルの垂直方向に連続して並べられた前記複数の水平ラインを束ねて構成され且つ交互に配設された第一画像形成領域と第二画像形成領域とを有し、前記制御装置で制御されて、前記第一画像形成領域は右目用画像および左目用画像のいずれか一方の画像を、前記第二画像形成領域は他方の画像をそれぞれ同時に表示するよう構成されており、
前記第一画像形成領域と前記第二画像形成領域は、
(1)フレーム切り替え毎に右目用画像と左目用画像の入れ替えを行う、
または、
(2)(1)以外の場合であって、フレームの切り替え時に右目用画像と左目用画像の入れ替えおよび直前のフレームで表示された画像の上書きのいずれか一方を行うよう構成されており、
前記光学手段は、前記第一画像形成領域と前記第二画像形成領域とにそれぞれ対応する範囲に、第一偏光領域と第二偏光領域とが配置され、それぞれが異なる位相差状態を有するとともに、前記右目用画像と前記左目用画像を入れ替えるタイミングに同期して、前記制御装置によりそれぞれの位相差状態が制御されるよう構成されたことを特徴とする立体画像表示装置。 - 前記光学手段は、前記制御装置により制御されて、前記第一偏光領域と前記第二偏光領域とがそれぞれが異なる位相差状態を有するとともに、前記液晶ディスプレイでの前記右目用画像と前記左目用画像の入れ替えのタイミングに同期して、前記第一偏光領域と前記第二偏光領域との間で位相差状態が入れ替わるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の立体画像表示装置。
- 前記第一画像形成領域と前記第二画像形成領域とはそれぞれ、前記液晶パネルの垂直方向に連続して並べられた2本から60本の水平ラインからなる画像形成領域であることを特徴とする請求項1または2に記載の立体画像表示装置。
- 前記バックライトは、前記右目用画像と前記左目用画像を入れ替えるタイミングに合わせて、前記制御装置によって、全体の点灯状態が制御されるよう構成されたものであるか、または前記第一偏光領域と前記第二偏光領域との間の位相差状態の入れ替えに対応するよう一部の点灯状態が制御されてスキャンニングをするよう構成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記制御装置は、前記液晶ディスプレイの水平ライン毎に制御して当該液晶ディスプレイでの前記右目用画像と前記左目用画像の入れ替えを制御するとともに、当該水平ライン毎の制御と同期させて、当該制御にかかる液晶ディスプレイの水平ラインを含む前記第一画像形成領域または前記第二画像形成領域に対応する、前記光学手段の前記第一偏光領域または前記第二偏光領域の位相差状態の制御を行うものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記制御装置は、前記液晶ディスプレイの上の水平ラインから下の水平ラインに向けて水平ライン毎に順次制御して右目用画像と左目用画像の入れ替えを制御するとともに、前記光学手段における前記第一偏光領域と前記第二偏光領域との間の位相差状態の入れ替えを前記液晶ディスプレイでの当該制御に同期させて、前記光学手段の上から下に向けて順次行うよう制御するものであることを特徴とする請求項5に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段は、対向する表面に透明電極が配設された一対の基板の間に液晶を挟持するとともに、前記液晶を挟持する基板の外側の面に位相差フィルムを設けて構成されたものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段の前記第一偏光領域と第二偏光領域との境界の少なくとも一部には、遮光部が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段は、TN型液晶素子、ホモジニアス型液晶素子および強誘電性液晶素子よりなる群から選ばれるいずれか1つの液晶素子を利用して構成されたものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段を構成する基板は、ポリカーボネイトフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ポリエーテルスルホンフィルムおよびガラスクロス強化透明フィルムからなる群から選ばれるいずれか1つのフィルム用いて構成されたものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記液晶ディスプレイにおけるフレームの切り替えは、120Hz以上の周期で行われることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の立体画像表示装置。
- 前記液晶ディスプレイにおけるフレームの切り替えは、240Hz以上の周期で行われることを特徴とする請求項11に記載の立体画像表示装置。
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