JPWO2013175785A1

JPWO2013175785A1 - 映像表示装置

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Publication number: JPWO2013175785A1
Application number: JP2013557679A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　辰巳; 辰巳渡辺; 増谷　健; 健増谷; 國枝　伸行; 伸行國枝
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Corp of America
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Corp of America
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN103635950A; US9256076B2; CN103635950B; WO2013175785A1; JP6147197B2; US20140152927A1

Abstract

液晶パネル（１０）には画素（１１）が水平方向および垂直方向に多数配列され、その間に映像が表示されないブラックマトリクス（１２）が存在する。また、レンチキュラレンズ（２０）は液晶パネルの垂直方向に対して、所定の角度だけ傾けて設置される。観察者は、所定視点からレンチキュラレンズを通して、破線で表した直線状の観察領域（２１）を観察するが、液晶パネルの画素は平行四辺形形状をしており、対象画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、観察領域の角度と一致してするように形成されている。このように、対象画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、レンチキュラレンズの角度と一致するように形成することで、レンチキュラーを通して見える画面上の明るさが観察者の位置に関わらず一定になり、モアレを低減することができる。

Description

本発明は、映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される領域を映像分離手段により分離する映像表示装置に関する。

従来から、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される領域を映像分離手段により分離し、観察者に３Ｄ（立体）映像を提示する映像表示技術として、レンチキュラレンズ方式が知られている（例えば、特許文献１）。

映像表示手段である液晶パネルには、複数方向から被写体を撮影して取得した画像を合成した画像が表示されている。液晶パネルの前面には、映像分離手段であるレンチキュラレンズが配置されている。レンチキュラレンズは、映像表示パネルの縦軸に対して所定の角度傾けて形成されている。観察者は、レンチキュラレンズを通して液晶パネルを観察する。そして、レンズの効果により、目の位置によって観察する液晶パネルの部位が変化する。その結果、各々の視点画像が見える領域が分離し、観察者の左右の目が異なる視点からの画像を観察する。観察者の脳では、異なる視点画像間の差異である両眼視差を手がかりとし、３Ｄ画像として認識する。

液晶パネル、レンチキュラレンズ、観察者の視点の位置関係により、視点からレンチキュラレンズを通して観察する液晶パネル上の観察範囲が変化する。液晶パネルには、画素の領域と、電極などで形成されるブラックマトリクスの領域がある。

図１５は、従来の技術における、映像表示手段である液晶パネルの画素一部分を模式的に示す図である。図１５において、液晶パネルには画素１１が、水平方向および垂直方向に多数配列されている。画素１１以外の領域は、電極などが形成された後に黒顔料が塗布された、映像が表示されないブラックマトリクス１２である。図示しないレンチキュラレンズは液晶パネルの垂直方向に対して、所定の角度傾けて設置される。

そして観察者は、視点からレンチキュラレンズを通して、破線で表した直線状の観察領域２１を観察する。図１５は、観察領域２１が液晶パネルの複数の画素１１の中間を通る状態である。図１５において、観察領域２１は、水平方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を太線で示す。また、観察領域２１は、垂直方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を極太線で示す。ブラックマトリクス１２は映像光を発しない領域であるので、観察領域２１と重なる領域は非発光領域である。

図１６は、液晶パネル上の観察領域２１の位置が移動し、観察領域２１が液晶パネルの画素１１の中心（黒丸）を通る状態である。観察領域２１は画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を太線で示す。この重なる領域も非発光領域である。

そして、図１５の非発光領域の合計の長さは、図１６の非発光領域の合計の長さより長い。詳しくは図１５の太線の合計の長さと図１６の太線の合計の長さが等しく、図１５は極太線１３の合計の長さの分だけ、図１６より非発光領域の合計の長さが長い。従って、図１５の状態は図１６の状態より画面が暗くなる。これは観察者の位置によって、観察される画面の明るさが変動することを意味し、モアレの原因となり、３Ｄ映像の画質を低下させる。

特開平９−２３６７７７号公報

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、映像表示手段と映像分離手段との間に発生するモアレを低減した映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る映像表示装置では、映像表示手段を構成する画素形状が平行四辺形をしており、対象画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が映像分離手段であるレンチキュラレンズ角度と一致するように形成されたものである。

上述の映像表示装置は、レンチキュラー等の分離手段を介して見える画面上の明るさが観察位置によらず一定になるように表示パネルの画素形状が形成されており、観察者が映像表示装置を観察した際のモアレ低減を実現することができるという利点を持つ。

本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

第１実施形態に係る映像表示装置１００を示す図である。第１実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。第１実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。第１実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。第１実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例１に係る液晶パネル１０を示す図である。変更例１に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例１に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例１に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例１に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。第２実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。第２実施形態に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例２に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。変更例２に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。従来の技術に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。従来の技術に係る観察領域上の非発光領域の一例を示す図である。

以下において、本発明の実施形態に係る映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

＜実施形態の概要＞
実施形態に係る映像表示装置は、映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される領域を分離する映像分離手段とを備えており、立体画像を表示する。映像表示装置は、偏光板と液晶により光を変調する液晶パネルである。映像分離手段は半円筒形状のレンズがストライプ上に多数配置されたレンチキュラレンズである。

実施形態では、液晶パネルの画素は、レンチキュラレンズの配置を基に形状が決められる。詳細には、観察者の位置に関わらず画面上の明るさが一定になるような形状で形成されている。これによって、観察者が映像表示装置を観察した際のモアレを低減することができる。

＜第１実施形態＞
（映像表示装置）
以下において、第１実施形態に係る映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る映像表示装置１００を示す図である。

図１に示すように、映像表示装置１００は、映像表示手段である液晶パネル１０と、映像分離手段であるレンチキュラレンズ２０とを有する。

液晶パネル１０には画素１１が、水平方向および垂直方向に多数配列されている。画素１１以外の領域は、電極などが形成された後に黒顔料が塗布された、映像が表示されないブラックマトリクス１２である。レンチキュラレンズ２０は液晶パネル１０の垂直方向に対して、所定の角度傾けて設置される。

そして観察者は、視点からレンチキュラレンズ２０を通して、破線で表した直線状の観察領域２１を観察する。実際にはレンズの収差により、実際の観察領域が直線状ではなく、幅を持つ場合もある。この場合は、観察領域２１が多数集まった集合と考えることができる。あるいは、意図的にデフォーカスするようレンズを設計したために、実際の観察領域が幅を持つ場合もある。この場合も、観察領域２１が多数集まった集合と考えることができる。

液晶パネル１０の画素１１の形状は平行四辺形であり、ある画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、観察領域２１の角度と一致している。言い換えると、ある画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、レンチキュラレンズ２０の角度と一致している。

観察領域２１は、液晶パネル１０、レンチキュラレンズ２０、観察者の視点の位置関係により、液晶パネル１０上の位置が変化する。図２から図５は、液晶パネル１０、レンチキュラレンズ２０、観察者の視点の位置関係が異なる４つのケースにおける、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置を表す。

図２は、観察領域２１が液晶パネル１０の複数の画素１１の中間を通る状態である。図２において、観察領域２１は、水平方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。ブラックマトリクス１２は映像光を発しない領域であるので、この領域を第１の非発光領域２２とする。また、観察領域２１は、垂直方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を第２の非発光領域２３とする。

図３は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置が移動し、第１の非発光領域２２と第２の非発光領域２３とがつながる状態である。

図４は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置がさらに移動し、観察領域２１が液晶パネル１０の画素１１の中心（黒丸）を通る状態である。非発光領域の長さは、図３の第１の非発光領域２２と第２の非発光領域２３との合計の長さと同一である。

図５は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置がさらに移動し、非発光領域が、第１の非発光領域２２と第２の非発光領域２３との分離が開始される状態である。非発光領域の長さは、図３の第１の非発光領域２２と第２の非発光領域２３との合計の長さと同一である。

以上のように、観察領域２１の位置に関わらず、非発光領域の長さは一定である。つまり、図２〜図５のいずれの位置関係においても、明暗の発生が抑制される。

なお、観察者の位置によっては、画面の中で図２〜図５状態が混在することがある。この場合も、画面内で明暗の発生が抑制されるため、モアレが低減する。つまり、液晶パネル１０と、レンチキュラレンズ２０と、観察者の視点との位置関係に関わらず、画面内に明暗が発生せず、モアレが低減する。

（作用及び効果）
第１実施形態では、液晶パネル１０の画素１１は、レンチキュラレンズ２０の配置を基に形状が決められる。詳細には、観察者の位置に関わらず画面上の明るさが一定になるような形状で形成されている。従って、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置に関わらず、非発光領域の長さが一定である。これによって、観察者が映像表示装置を観察した際のモアレを低減することができる。

＜変更例１＞
以下において、第１実施形態の変更例１について説明する。第１実施形態では、液晶パネル１０の画素１１の形状は平行四辺形であり、ある画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、観察領域２１の角度と一致している。言い換えると、ある画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、レンチキュラレンズ２０の角度と一致している。これに対し変更例１では、画素１１の形状が異なる。

図６に示すように、液晶パネル１０の画素１１の形状は平行四辺形であり、ある画素の右下の頂点と下方の画素の右上の頂点を結ぶ直線が、観察領域２１の角度と一致している。変更例１では、画素１１の形状が異なる。言い換えると、ある画素の右下の頂点と下方の画素の右上の頂点を結ぶ直線が、レンチキュラレンズ２０の角度と一致している。

観察領域２１は、液晶パネル１０、レンチキュラレンズ２０、観察者の視点の位置関係により、液晶パネル上の位置が変化する。図７から図１０は、液晶パネル１０、レンチキュラレンズ２０、観察者の視点の位置関係が異なる４つのケースにおける、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置を表す。

図７は、観察領域２１が液晶パネル１０の複数の画素１１の中間を通る状態である。図７において、観察領域２１は、水平方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。ブラックマトリクス１２は映像光を発しない領域であるので、この領域を第３の非発光領域２４とする。また、観察領域２１は、垂直方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を第４の非発光領域２５とする。

図８は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置が移動し、第３の非発光領域２４と第４の非発光領域２５とがつながる状態である。

図９は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置がさらに移動し、観察領域２１が液晶パネル１０の画素１１の中心（黒丸）を通る状態である。非発光領域の長さは、図３の第３の非発光領域２４と第４の非発光領域２５との合計の長さと同一である。

図１０は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置がさらに移動し、非発光領域が、第３の非発光領域２４と第４の非発光領域２５との分離が開始される状態である。非発光領域の長さは、図３の第３の非発光領域２４と第４の非発光領域２５との合計の長さと同一である。

以上のように、観察領域２１の位置に関わらず、非発光領域の長さは一定である。つまり、図７〜図１０のいずれの位置関係においても、明暗の発生が抑制される。

なお、観察者の位置によっては、画面の中で図７〜図１０状態が混在することがある。この場合も、画面内で明暗の発生が抑制されるため、モアレが低減する。つまり、液晶パネル１０と、レンチキュラレンズ２０と、観察者の視点との位置関係に関わらず、画面内に明暗が発生せず、モアレが低減する。

さらに、この変更例１の場合、前記第１実施例（図１から図５）に対して、垂直方向の画素開口率の低下を抑えることができるというメリットも合わせ持つ。

＜第２実施形態＞
以下において、第２実施形態に係る映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第２実施形態に係る映像表示手段である液晶パネル１０を示す図である。

液晶パネル１０の画素形状は長方形であり、垂直方向の画素開口率が大きく設計されている。

図１１は、観察領域２１が液晶パネル１０の複数の画素１１の中間を通る状態である。図１１において、観察領域２１は、水平方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。ブラックマトリクス１２は映像光を発しない領域であるので、この領域を第５の非発光領域２６とする。また、観察領域２１は、垂直方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を第６の非発光領域２７とする。

図１２は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置が移動し、観察領域２１が液晶パネル１０の画素１１の中心を通る状態である。観察領域２１は画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる長さは、第５の非発光領域２６と同一である。

従って、図１１と図１２では非発光領域の長さが異なる。これは観察者の位置によって、画面の明るさが変動することを意味し、モアレの原因となる。

ここで、液晶パネルの水平開口率をＲ１、垂直開口率をＲ２とする。

図１１において、観察領域２１が画素１１、ブラックマトリクス１２と重なる１周期の長さをａとする。そして、第６の非発光領域２７の長さをｂとすると、ｂの長さはａを用いて、下記の数式１で表すことができる。

また、図１２において、観察領域２１が画素１１、ブラックマトリクス１２と重なる１周期の長さをａとする。そして、観察領域２１が画素１１と重なる長さをｃとすると、ｃの長さはａを用いて、下記の数式２で表すことができる。

ｂ、ｃを用いると、図１１と図１２との間の明るさの変化率Ｌは、下記の数式３で表される。

一般的に、画面内の明るさ（輝度）の変化が２％以下になれば違和感がなくなると言われている（例えば、Ｓ．Ｓ．Ｓｔｅｖｅｎｓ：ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｓｙｃｈｏｌｏｇｙ参照）。そこで液晶パネル１０の画素開口率が、下記の数式４を満たすように画素１１が形成されていれば、観察者の位置によらず画面の明るさ（輝度）の変化が２％以下に抑制され、観察者がモアレを感じなくなる。

＜変更例２＞
以下において、第２実施形態の変更例２について説明する。第２実施形態では、液晶パネル１０の画素形状は長方形であり、垂直方向の画素開口率が大きく設計されている。これに対し変更例２では、液晶パネル１０の画素形状は長方形であり、水平方向の画素開口率が大きく設計されている。

図１３は、観察領域２１が液晶パネル１０の複数の画素１１の中間を通る状態である。図１３において、観察領域２１は、水平方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。ブラックマトリクス１２は映像光を発しない領域であるので、この領域を第７の非発光領域２８とする。また、観察領域２１は、垂直方向に隣接する画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる。この領域を第８の非発光領域２９とする。

図１４は、液晶パネル１０上の観察領域２１の位置が移動し、観察領域２１が液晶パネル１０の画素１１の中心を通る状態である。観察領域２１が画素を横切る際にブラックマトリクス１２と重なる長さは、第８の非発光領域２９と同一である。

従って、図１３と図１４では非発光領域の長さが異なる。これは観察者の位置によって、画面の明るさが変動することを意味し、モアレの原因となる。

図１３において、観察領域２１が画素１１、ブラックマトリクス１２と重なる１周期の長さをａとする。そして、第６の非発光領域２７の長さをｂとすると、ｂの長さはａを用いて、下記の数式５で表すことができる。

また、図１４において、観察領域２１が画素１１、ブラックマトリクス１２と重なる１周期の長さをａとする。そして、観察領域２１が画素１１と重なる長さをｃとすると、ｃの長さはａを用いて、下記の数式６で表すことができる。

ｂ、ｃを用いると、図１３と図１４との間の明るさの変化率Ｌは、下記の数式７で表される。

一般的に、画面内の明るさ（輝度）の変化が２％以下になれば違和感がなくなると言われている。そこで液晶パネル１０の画素開口率が、下記の数式８を満たすように画素１１が形成されていれば、観察者の位置によらず画面の明るさ（輝度）の変化が２％以下に抑制され、観察者がモアレを感じなくなる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものではなく、この開示から当業者により推測可能な多くの代替実施形態、実施例及び運用技術を含むものとする。

実施形態では、映像表示手段は液晶パネルとして例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、映像表示パネルは画素を形成して映像を表示するものであればどのようなものでもよく、プラズマディスプレイであってもよいし、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルであってもよい。

また、実施形態では、映像分離手段はレンチキュラレンズとして例示した。しかしながら、映像分離手段は映像を分離する作用を有していればどのようなものでもよく、パララックスバリアであってもよい。パララックスバリアが液晶パネルの光源側に配置されてもよいし、液晶パネルの光源がストライプ状に形成されていてもよい。これらの場合は、レンズのように集光せず実際の集光領域は幅を持つが、直線状の観察領域２１が多数集まった集合と考えることができる。

また、実施形態１と実施形態２を組み合わせることも可能である。例えば、上述の数式４または数式８を満たす画素開口率とし、さらに、液晶パネル１０の画素１１の形状は平行四辺形であり、ある画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、観察領域２１の角度と一致していてもよい。あるいは、上述の数式４または数式８を満たす画素開口率とし、さらに、液晶パネル１０の画素１１の形状は平行四辺形であり、ある画素の右下の頂点と下方の画素の右上の頂点を結ぶ直線が、観察領域２１の角度と一致していてもよい。

また、実施形態ではレンチキュラレンズを、稜線が斜め方向に画素の同じ位置を横切るように傾けて設置している。しかしながら、レンチキュラレンズの傾きはこれに限らず、何度であってもよい。

上述の実施形態に関連して説明された様々な技術は、以下の特徴を主に備える。

上述された実施形態の一の局面に係る映像表示装置では、映像表示手段を構成する画素形状が平行四辺形をしており、対象画素の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が映像分離手段であるレンチキュラレンズ角度と一致するように形成されたものである。

上記構成によれば、レンチキュラー等の分離手段を介して見える画面上の明るさが観察位置によらず一定になるように表示パネルの画素形状が形成されており、観察者が映像表示装置を観察した際のモアレ低減を実現することができるという利点を持つ。

上述された実施形態の他の局面に係る映像表示装置では、映像表示手段を構成する画素形状が水平開口率Ｒ１、垂直開口率Ｒ２の長方形形状をしており、観察位置での画面上の明るさの変動を所定の値より小さくなるように水平開口率または垂直開口率を制御したものである。

上記構成によれば、水平開口率Ｒ１、垂直開口率Ｒ２の長方形画素形状を持つ表示パネルにおいて、観察者の位置に関わらず画面上の明るさの変動が視覚心理学的に感知されにくい程度の値まで小さくなるように水平開口率または垂直開口率を制御することで、観察者が映像表示装置を観察した際のモアレ低減を実現することができるという利点を持つ。

本発明によれば、観察者位置に関わらず映像分離手段を通して見える画面上の明るさを一定にするかまたは明るさ変動を所定の値より小さくなるようにすることでモアレ低減を実現する画素形状を提供するとともに、その画素形状を映像表示手段に含む映像表示装置を提供することができる。

Claims

複数の映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される範囲を分離する映像分離手段よりなり、
前記映像表示手段は、水平方向および垂直方向に多数配列された複数の画素を備え、
観察者の位置に関わらず映像分離手段で分離され所定位置で観察される画面上の明るさが一定になるように制御された画素形状を持つことを特徴とする、映像表示装置。
複数の映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される範囲を分離する映像分離手段よりなり、
前記映像表示手段は、水平方向および垂直方向に多数配列された複数の画素を備え、
前記複数の画素の形状は四角形であり、
前記複数の画素の各々の右下の頂点と右隣の画素の左下の頂点を結ぶ直線が、映像分離手段の配置角度と一致することを特徴とする、映像表示装置。
複数の映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される範囲を分離する映像分離手段よりなり、
前記映像表示手段は、水平方向および垂直方向に多数配列された複数の画素を備え、
前記複数の画素の形状は四角形であり、
前記複数の画素の各々の右下の頂点と下方の画素の右上の頂点を結ぶ直線が、映像分離手段の配置角度と一致することを特徴とする、映像表示装置。
前記複数の画素の形状が平行四辺形であることを特徴とする、請求項２及び３に記載の映像表示装置。
複数の映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に表示された複数の映像が観察される範囲を分離する映像分離手段よりなり、
前記映像表示手段は、水平方向および垂直方向に多数配列された複数の画素を備え、
前記複数の画素の形状は四角形であり、
前記映像表示手段の水平開口率Ｒ１と垂直開口率Ｒ２が、
（１−Ｒ２）／Ｒ１＜０．０２
もしくは、
（１−Ｒ１）／Ｒ２＜０．０２
の少なくとも一方を満たすことを特徴とする、映像表示装置。