KR101840049B1 - 3차원 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 화상 표시 장치는, 좌안 화상과 우안 화상을 시분할 방식으로 교대로 표시하는 표시부; 상기 표시부의 표시면 측에 배치된 표시측 편광판; 및 좌안 셔터와 우안 셔터를 가지며, 상기 표시부에 표시되는 화상의 표시 상태에 따라 상기 좌안 셔터와 상기 우안 셔터를 개폐시키는 셔터 안경을 포함한다. 상기 좌안 셔터와 상기 우안 셔터 각각은, 액정 셀, 상기 액정 셀의 상기 표시부 측에 배치된 위상차판 및 상기 액정 셀의 상기 위상차판이 설치된 측의 반대측에 배치된 제1 안경측 편광판을 포함한다. 상기 표시측 편광판과 상기 제1 안경측 편광판의 편광축들은 서로 직교함과 함께, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교한다.

Description

3차원 화상 표시 장치{3D IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 셔터 안경을 사용하여 입체 표시를 행하는 3차원 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래 기술에서는 액정 셔터를 이용한 3차원 비전의 특수한 안경을 씀으로써 관찰자로 하여금 양안에 시차가 있는 서로 다른 화상을 보게 함으로써, 3차원 전을 실현하는 안경식 3차원 화상 표시 장치가 알려져 있다(일본 특허 공개 평08-327961호(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 제2002-82307호(특허 문헌 2) 참조). 3차원 비전을 실현하기 위해서, 관찰자로 하여금 좌안과 우안에 서로 다른 시차가 있는 화상을 보게 할 필요가 있기 때문에, 좌안 화상과 우안 화상의 2개의 시차 화상이 필요하다.
도 17은 종래 기술의 3차원 화상 표시 장치의 일반적인 안경식 구조예를 도시한다. 3차원 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 장치(101)와 표시 장치(101)를 관찰하기 위한 액정 셔터 방식의 셔터 안경(102)을 포함한다. 표시 장치(101)는 액정 표시 장치 또는 CRT(음극선관) 등의 2차원 표시 패널을 구비한 표시부(111)와, 표시부(111)의 표시면(111A) 측에 설치된 표시측 편광판(112)을 포함한다. 셔터 안경(102)은 관찰자의 좌안 3L측에 배치되는 좌안 셔터(102L)와 관찰자의 우안 3R측에 배치되는 우안 셔터(102R)를 포함한다. 좌안 셔터(102L)는, 예를 들어, TN(트위스트 네마틱)형 액정 셀(120)과, 액정 셀(120)의 관찰자 측에 배치된 제1 안경측 편광판(121)과, 액정 셀(120)의 표시부(111) 측에 배치된 제2 안경측 편광판(122)을 포함한다. 우안 셔터(102R)는 좌안 셔터(102L)와 동일한 구조를 갖는다. 3차원 화상 표시 장치에서는, 표시 장치(101) 상에 좌안 화상과 우안 화상을 시분할 방식으로 교대로 표시한다. 표시 타이밍에 동기시켜서 셔터 안경(102)의 좌안 셔터(102L)와 우안 셔터(102R)를 교대로 온/오프(개방/폐쇄) 제어함으로써, 관찰자로 하여금 좌안 3L측에서는 좌안 화상만을 인식하고, 우안 3R측에서는 우안 화상만을 인식하게 함으로써, 3차원 비전을 실현한다.
안경식 3차원 화상 표시 장치에 있어서, 셔터 안경(102)에는 표시 장치(101)로부터의 영상의 광뿐만 아니라, 시청각 환경에 따라서는 외부 조명의 광도 입사된다. 외부 조명의 점멸 주파수와 셔터 안경(102)의 개폐 주파수가 특정한 관계로 서로 간섭하고, 플리커(flickers)가 발생한다는 문제가 있다. 이는 관찰자를 매우 불편하게 하여, 시각 피로의 원인이 된다.
외부 조명에 관련된 간섭으로 인한 플리커 대책으로서, 특허 문헌 1, 2에는 도 18에 도시된 바와 같이 셔터 안경(102A)에 있어서 표시부(111) 측에 배치된 제2 안경측 편광판(122)을 생략한 구조가 개시되어 있다. 또한, 제2 안경측 편광판(122) 대신에 지극히 저 편광도의 편광판을 채용하는 것이 생각된다. 도 18의 구조에서는, 외부 조명의 광에 대하여 셔터 안경(102A)은 셔터로서 기능하지 않고, 표시측 편광판(112)을 통하여 출사되는 표시 장치(101)로부터의 영상의 광에 대해서만 셔터로서 기능함으로써, 플리커가 방지된다. 그러나, 도 18의 구조에서는, 관찰자가 머리를 좌측 및 우측 방향으로 기울일 때, 즉, 셔터 안경이 표시면(111A)에 대하여 좌측 및 우측 방향으로 기울어질 때, 관찰자가 정면을 향하고, 양안을 수평 방향에 두고 있을 경우의 관찰 상태와 비교하여, 관찰 화상에 큰 색 변화가 발생한다는 문제가 있다. 또한, 예를 들어, 셔터 안경이 좌측 방향과 우측 방향으로 따로따로 기울어질 때에, 화상이 비대칭적으로 채색되는 상태에서 색 변화가 발생하고, 이는 관찰자에게 부자연스러운 화상 표시일 것이다.
이러한 색 변화를 방지하기 위하여, 예를 들어, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 원편광판(1/4 파장판)을 사용할 수 있다. 즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 표시 장치(101)에 있어서, 표시측 편광판(112)의 표면에 1/4 파장판(113)을 배치함과 함께, 셔터 안경(102B)에 있어서, 액정 셀(120)의 표시부(111) 측에 1/4 파장판(123)을 배치한다. 각 부분에 있어서 편광축과 위상차축의 관계는, 예를 들어, 도 20에 도시한 바와 같다.
도 20에 도시한 바와 같이, 표시측 편광판(112)의 편광축(141)과 제1 안경측 편광판(121)의 편광축(144)은 서로 직교한다(이들의 흡수축 또는 이들의 투과축은 서로 직교한다). 또한, 표시측의 1/4 파장판(113)의 위상차축(142)은 표시측 편광판(112)의 편광축(141)에 대하여 45도 기울어져 있고, 표시측의 1/4 파장판(113)의 위상차축(142)과 안경측의 1/4 파장판(123)의 위상차축(143)은 서로 직교한다(이들의 지상축(slow axes) 또는 이들의 진상축(fast axes)은 서로 직교한다). 구체적으로, 예를 들어, 수평 방향을 0(제로)도라고 가정하면, 표시측 편광판(112)의 편광축(141)의 방향은 90도이고, 제1 안경측 편광판(121)의 편광축(144)의 방향은 0(제로)도이며, 표시측의 1/4 파장판(113)의 위상차축(142)의 방향은 135도이고, 안경측의 1/4 파장판(123)의 위상차축(143)의 방향은 45도이다. 이런 배치에서, 표시측 편광판(112)으로부터 출사된 직선 편광의 광이 표시측의 1/4 파장판(113)에 의해 원편광으로 되고, 안경측의 1/4 파장판(123)에 의해 다시 직선 편광으로 복귀되어서 액정 셀(120)에 입사함으로써, 셔터 안경(102B)을 표시 장치(101)로부터의 영상 광에 대하여 셔터로서 기능시킬 수 있다. 하지만, 표시 장치(101) 측에 1/4 파장판(113)을 배치할 필요가 있기 때문에, 대면적의 파장판이 필요로 되어, 비용 상승을 초래한다.
상기의 관점에서, 셔터 안경이 표시면에 대하여 기울어졌을 경우에 발생하는 색 변화를 억제할 수 있는 3차원 화상 표시 장치를 단순한 구조로 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예는, 좌안 화상과 우안 화상을 시분할 방식으로 교대로 표시하는 표시부와, 상기 표시부의 표시면 측에 배치된 표시측 편광판과, 좌안 셔터 및 우안 셔터를 가지며, 상기 표시부에 표시되는 화상의 표시 상태에 따라 좌안 셔터 및 우안 셔터를 개폐시키는 셔터 안경을 포함하는 3차원 화상 표시 장치에 관한 것이다. 좌안 셔터 및 우안 셔터 각각은 액정 셀과, 상기 액정 셀의 표시부 측에 배치된 위상차판과, 상기 액정 셀의 위상차판이 설치된 측의 반대측에 배치된 제1 안경측 편광판을 가지며, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제1 안경측 편광판의 편광축이 서로 직교함과 함께, 상기 표시측 편광판의 편광축과 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서는, 표시측 편광판의 편광축과 제1 안경측 편광판의 편광축이 서로 직교함과 함께, 상기 표시측 편광판의 편광축과 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교하고 있으므로, 셔터 안경이 표시면에 대하여 기울어져 있을 때에만, 위상차판에 의한 작용을 발생시키고, 색 변화가 억제되도록 광학 보상이 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표시부의 표시면 측에 표시측 편광판을 배치함과 함께, 셔터 안경측에 위상차판을 배치하고, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교하도록 배치되므로, 셔터 안경이 표시면에 대하여 기울어져 있을 때에만, 위상차판에 의한 작용이 발생된다. 따라서, 셔터 안경이 표시면에 대하여 기울어져 있지 않은 상태에서는 통상의 표시 특성을 유지하면서, 셔터 안경이 표시면에 대하여 기울어져 있을 경우에 발생하는 색 변화를 억제할 수 있다. 또한, 위상차판을 셔터 안경에 설치하므로, 이 판을 표시부에 설치하는 경우와 비교하여, 위상차판이 차지하는 면적이 적어, 구조를 단순화하고, 비용을 절감한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 구조예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 각 부분에 있어서의 편광축 및 위상차축의 제1 조합예를 도시한 설명도.
도 3은 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 각 부분에 있어서의 편광축 및 위상차축의 제2 조합예를 도시한 설명도.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 제1 구체적인 구조예를 도시한 구조도.
도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 제2 구체적인 구조예를 도시한 구조도.
도 6은 도 4a 및 도 4b와, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구체적인 구조예의 색 편차 특성을 도시한 특성도.
도 7은 도 4a 및 도 4b와, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구체적인 구조예의 콘트라스트 특성을 도시한 설명도.
도 8은 도 4a 및 도 4b와, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구체적인 구조예에 있어서의 위상차판의 위상차값과 색 편차량의 관계를 도시하는 특성도.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 제3 구체적인 구조예를 도시하는 구조도.
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 구체적인 구조예에서의 셔터 안경의 구동 파형의 일례를 도시한 파형도.
도 11a 및 도 11b는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 제4 구체적인 구조예를 도시하는 구조도.
도 12a 및 도 12b는 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 제5 구체적인 구조예를 도시하는 구조도.
도 13은 도 11a 및 도 11b와, 도 12a 및 도 12b에 도시된 구체적인 구조예에 있어서의 위상차판의 위상차값과 색 편차량의 관계를 도시한 특성도.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 구조예를 도시한 단면도.
도 15a 및 도 15b는 도 14에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 구체적인 구조예를 도시하는 구조도.
도 16은 도 15a 및 도 15b에 도시된 구체적인 구조예의 색 편차 특성을 도시한 특성도.
도 17은 종래 기술의 3차원 화상 표시 장치의 제1 구조예를 도시하는 단면도.
도 18은 종래 기술의 3차원 화상 표시 장치의 제2 구조예를 도시하는 단면도.
도 19는 종래 기술의 3차원 화상 표시 장치의 제3 구조예를 도시하는 단면도.
도 20은 도 19에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 각 부분에 있어서의 편광축과 위상차축의 관계를 도시하는 설명도.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
[전체 구조예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 전체 구조예를 도시한다. 3차원 화상 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 장치(1)와, 표시 장치(1)를 관찰하기 위한 액정 셔터 방식의 셔터 안경(2)을 포함한다. 표시 장치(1)는 액정 표시 장치 또는 CRT(음극선관) 등의 2차원 표시 패널을 갖는 표시부(11)와, 상기 표시부(11)의 표시면(11A) 측에 설치된 표시측 편광판(12)을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우, 통상 출사 측에는 편광판이 설치된다. 따라서, 액정 표시 장치의 경우에, 액정 표시 장치 자체에 설치되어 있는 편광판은 표시측 편광판(12)으로서 사용될 수 있다.
셔터 안경(2)은 관찰자의 좌안 3L측에 배치되는 좌안 셔터(2L)와, 관찰자의 우안 3R측에 배치되는 우안 셔터(2R)를 포함한다. 좌안 셔터(2L)는, 예를 들어, TN(Twisted Nematic)형 또는 STN(Super Twisted Nematic)형의 액정 셀(20)과, 상기 액정 셀(20)의 표시부(11) 측에 배치된 위상차판(22)과, 상기 액정 셀(20)의 위상차판(22)이 설치된 측의 반대측(관찰자 측)에 배치된 안경측 편광판(21)을 포함한다. 우안 셔터(2R)는 좌안 셔터(2L)와 동일한 구조를 갖는다.
3차원 화상 표시 장치에서는, 표시 장치(1)의 표시부(11)에 시분할 방식으로 좌안 화상과 우안 화상을 교대로 표시한다. 셔터 안경(2)에서는, 표시부(11)에 표시되는 화상의 표시 상태에 따라, 즉, 좌안 화상과 우안 화상을 교대로 표시하는 타이밍에 동기시켜서 좌안 셔터(2L)와 우안 셔터(2R)를 교대로 온/오프(개방/ 폐쇄) 제어한다. 따라서, 관찰자로 하여금 좌안 3L측에서는 좌안 화상만을 인식하게 하고, 우안 3R측에서는 우안 화상만을 인식하게 하여, 3차원 비전을 실현한다.
[각 부분의 편광축과 위상차축의 관계]
셔터 안경(2)의 액정 셀(20)은 액정 분자에 포함된 굴절률 이방성으로 인해, 입사광에 위상차를 발생시키고, 편광 상태를 회전시키는 기능을 갖는다. 액정 셀(20)이 TN형인 경우, 셔터를 온(개방 상태)으로 한 경우에는, 표시측 편광판(12)을 통해 출사된 직선 편광의 광의 편광 상태가 이상적으로는 편광 방향으로 대략 90도 회전하도록 액정층이 작용하지만, 머리를 기울이면, 액정층에 의해 발생된 광의 위상 편차가 최적값으로부터 벗어난다. 또한, 머리를 우측과 좌측으로 기울일 때의 편차는 상이하다. 본 실시예에서는, 편차를 보상하도록, 위상차판(22)을 예를 들어, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이 배치시킨다. 위상차판(22)의 최적 위상차값은 후술하는 바와 같이 주기적으로 나타나지만, 600nm를 초과하는 위상차 필름은 만들기 어렵고, 위상차값이 안정되지 않으므로, 600nm 이하가 바람직하다.
도 2 및 도 3은, 도 1에 도시된 3차원 화상 표시 장치의 각 부분에 있어서의 편광축과 위상차축의 관계를 도시한다. 도 2에 도시된 제1 조합예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 안경측 편광판(21)의 편광축(43)이 서로 직교한다(이들의 흡수축 또는 이들의 투과축이 서로 직교한다). 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 위상차판(22)의 위상차축(42)(지상축 또는 진상축)이 서로 평행하다(예를 들어, 표시측 편광판(12)의 흡수축과 위상차판(22)의 지상축이 서로 평행하다). 구체적으로는, 예를 들어, 수평 방향을 0(제로)도라고 가정하면, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향은 90도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향이 0(제로)도이며, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향이 90도이다. 각 부분에 있어서의 편광축과 위상차축의 축방향의 상대적인 관계가 도 2와 마찬가지이면 바람직하고, 다시 말하면 축 각도가 0도 및 90도에 한정되는 것은 아니다.
도 3에 도시된 제2 조합예에서는, 도 2의 제1 조합예와 마찬가지의 방식으로, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 안경측 편광판(21)의 편광축(43)이 서로 직교한다(이들의 흡수축 또는 이들의 투과축이 서로 직교한다). 다른 한편으로, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 위상차판(22)의 위상차축(42)(지상축 또는 진상축)이 서로 직교한다(예를 들어, 표시측 편광판(12)의 흡수축과 위상차판(22)의 지상축이 서로 직교한다). 구체적으로는, 예를 들어, 수평 방향을 0(제로)도로 가정하면, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향은 90도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향은 0(제로)도이며, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향은 0(제로)도이다. 각 부분에 있어서의 편광축과 위상차축의 축방향의 상대적인 관계가 도 3과 마찬가지이면 바람직하고, 다시 말하면 축 각도가 0도 및 90도에 한정되는 것은 아니다.
도 2 또는 도 3에 도시된 배치에 따르면, 셔터 안경(2)이 표시면(11A)에 대하여 기울어져 있을 경우에만, 위상차판(22)에 의한 작용이 발생될 수 있다. 따라서, 셔터 안경(2)이 표시면(11A)에 대하여 기울어져 있지 않은 상태에서는 통상의 표시 특성을 유지하면서, 셔터 안경(2)이 표시면(11A)에 대하여 기울어져 있을 경우에 발생하는 색 변화를 억제하는 것이 가능하다. 또한, 위상차판(22)을 셔터 안경(2)에 설치하므로, 이 판을 표시부(11)에 설치하는 경우와 비교하여, 위상차판(22)이 차지하는 면적이 적어, 구조를 단순화하고, 비용을 절감한다.
[구체적인 구조예와 그 특성]
이하, 도 3 또는 도 2에 도시된 배치에 대응하는 구체적인 구조예와 그 특성에 대하여 설명한다. 수평 방향을 0(제로)도로 가정하여 설명한다. 또한, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 안경측 편광판(21)의 편광축(43)은 흡수축이고, 위상차판(22)의 위상차축(42)은 지상축이라고 가정한다.
(제1 구체적인 구조예)
도 4a 및 도 4b는 제1 구체적인 구조예를 도시한다. 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 2에 대응한다. 제1 구조예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향은 135도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향은 45도이고, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향은 135도이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체(cycloolefin polymer)이다. 액정 셀(20)은 TN형이며, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률(ne)과 단축 방향의 굴절률(no)의 차(Δn)는 0.136이고, 셀 갭은 3.4μm이다. 액정 셀(20)의 (상부) 측(위상차판(22)이 배치된 측)의 배향 방향은 135도이고, (바닥부) 측(안경측 편광판(21)이 배치된 측)의 배향 방향은 45도이다. 즉, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향은 평행하다.
(제2 구체적인 구조예)
도 5a 및 도 5b는 제2 구체적인 구조예를 도시한다. 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 3에 대응한다. 제2 구체적인 구조예에서, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향은 45도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향은 135도이고, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향은 135도이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체이다. 액정 셀(20)은 TN형이며, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률(ne)과 단축 방향의 굴절률(no)의 차(Δn)는 0.136이고, 셀 갭은 3.4μm이다. 액정 셀(20)의 (상부) 측(위상차판(22)이 배치된 측)의 배향 방향은 135도이고, (바닥부) 측(안경측 편광판(21)이 배치된 측)의 배향 방향은 45도이다. 즉, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향은, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 마찬가지 방식으로, 평행하다.
도 6은 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예에서의 색 편차 특성을 xy-색도도에 의해 나타낸다. 도 5a 및 도 5b의 제2 구체적인 구조예에서도 동일한 특성이 얻어질 수 있다. 도 6에는 비교예로서, 위상차판(22)을 생략한 구조(도 18을 참조)에서의 특성도 동시에 나타낸다. 도 6은 도 4a 및 도 4b에 도시된 배치에서 셔터를 온(개방 상태)으로 하면서, 백색 LED(발광 다이오드)를 포함하는 광원으로부터의 광을 관찰함으로써 얻어지는 특성을 나타낸다. 셔터 안경(2)이 표시 장치(1)의 표시면(11A)에 대하여 기울어진 상태에 대응하는 경우의 특성을 조사하기 위해서, 표시측 편광판(12)을 면내에서 좌측 및 우측 방향으로 -30도∼30도(정면(0°)을 포함함) 기울였을 경우에 얻어지는 특성을 계산했다. 또한, 위상차판(22)의 위상차값으로 인한 차이를 조사하기 위해서, 위상차값이 63nm, 70nm, 77nm 및 84nm인 경우에 얻어지는 특성을 계산했다. 위상차값은 550nm의 파장에 대응한다. 도 6의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 위상차판(22)을 생략한 구조에서는, 기울어진 각도에 따라, 관찰되는 색이 크게 변화한다. 상기 경우와 비교하여 위상차판(22)을 배치한 경우에는, 색 변화가 작아진다. 도 6의 결과에서는, 위상차판(22)의 위상차값이 70nm인 경우에 색 변화가 최소이다.
도 7은 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예에서의 콘트라스트 특성을 나타낸다. 도 5a 및 도 5b의 제2 구체적인 구조예에서도 동일한 특성이 얻어질 수 있다. 도 7에는 비교예로서, 위상차판(22)을 생략한 구조(도 18을 참조)에서의 특성도 동시에 나타낸다. 도 6과 마찬가지 방식으로, 표시측 편광판(12)을 면내에서 좌측 및 우측 방향으로 -30도∼30도(정면(0°)을 포함함) 기울였을 경우에 얻어지는 특성을 계산했다. 도 7의 결과로부터, 위상차판(22)을 설치함으로써, 콘트라스트의 열화가 발생하지 않음이 발견된다.
도 8은 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예에 있어서의 위상차판(22)의 위상차값과 색 편차량의 관계를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b의 제2 구체적인 구조예에서도 동일한 특성이 얻어질 수 있다. 도 8은 표시측 편광판(12)을 면내에서 좌측 및 우측 방향으로 -30도 및 30도 기울였을 경우에 얻어지는 특성을 나타낸다. 도 8로부터, 위상차판(22)의 위상차값에 따라서 색 편차량은 주기적으로 변하는 것이 발견된다. 도 8의 점선 원으로부터 알 수 있는 바와 같이, 위상차값이 70nm 부근, 280nm 부근 등에 있을 경우, 색 편차량이 작아진다. 도 8의 결과로부터, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예 또는 도 5a 및 도 5b의 제2 구체적인 구조예의 경우, 위상차판(22)에서, 550nm의 파장에 있어서의 위상차값 R(nm)이 이하의 값을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112011074191604-pat00001
(제3 구체적인 구조예)
도 9a 및 도 9b는 제3 구체적인 구조예를 나타낸다. 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 2에 대응한다. 제3 구체적인 구조예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 안경측 편광판(21)의 편광축(43)과 위상차판(22)의 위상차축(42)의 관계는, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 마찬가지이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체이고, 위상차값은 70nm이다. 액정 셀(20)은 트위스트 각도가 270도인 STN형이고, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률(ne)과 단축 방향의 굴절률(no)의 차(Δn )는 0.13이고, 셀 갭은 4μm이다. 액정 셀(20)의 (상부) 측(위상차판(22)이 배치된 측)의 배향 방향은 135도이고, (바닥부) 측(안경측 편광판(21)이 배치된 측)의 배향 방향은 45도이다. 즉, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향은, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 마찬가지 방식으로, 평행하다.
도 10은 도 9a 및 도 9b의 제3 구체적인 구조예에서의 셔터 안경(2)(액정 셀(20))의 구동 파형을 나타낸다. 도 10에 도시된 구동 조건에서, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 동일한 특성이 얻어질 수 있다.
(제4 구체적인 구조예)
도 11a 및 도 11b는 제4 구체적인 구조예를 나타낸다. 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 3에 대응한다. 제4 구체적인 구조예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향이 135도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향이 45도이고, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향이 45도이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체다. 액정 셀(20)은 TN형이며, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률(ne)과 단축 방향의 굴절률(no)의 차(Δn)는 0.136이고, 셀 갭은 3.4μm이다. 액정 셀(20)의 (상부) 측(위상차판(22)이 배치된 측)의 배향 방향은 135도이고, (바닥부) 측(안경측 편광판(21)이 배치된 측)의 배향 방향은 45도이다. 즉, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향은 서로 직교하며, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와는 상이하다.
(제5 구체적인 구조예)
도 12a 및 도 12b는 제5 구체적인 구조예를 나타낸다. 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 2에 대응한다. 제5 구체적인 구조예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향이 45도이고, 안경측 편광판(21)의 편광축(43)의 방향이 135도이고, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향이 45도이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체이다. 액정 셀(20)은 TN형이며, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률(ne)과 단축 방향의 굴절률(no)의 차(Δn)는 0.136이고, 셀 갭은 3.4μm이다. 액정 셀(20)의 (상부) 측(위상차판(22)이 배치된 측)의 배향 방향은 135도이고, (바닥부) 측(안경측 편광판(21)이 배치된 측)의 배향 방향은 45도이다. 즉, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향은 서로 직교하며, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와는 상이하다.
도 13은 도 11a 및 도 11b의 제4 구체적인 구조예에 있어서의 위상차판(22)의 위상차값과 색 편차량의 관계를 나타낸다. 도 12a 및 도 12b의 제5 구체적인 구조예에서도 동일한 특성이 얻어질 수 있다. 도 13은 도 8의 경우와 마찬가지 방식으로, 표시측 편광판(12)을 면내에서 좌측 및 우측 방향으로 -30도 및 30도 기울였을 경우의 특성을 나타낸다. 도 13으로부터, 위상차판(22)의 위상차값에 따라서 색 편차량이 주기적으로 변화하는 것이 발견된다. 또한, 도 13에서는, 위상차값이 150nm 부근, 400nm 부근 등에 있을 경우, 색 편차량이 작아지는 것이 발견된다. 도 13의 결과로부터, 도 11a 및 도 11b의 제4 구체적인 구조예 또는 도 12a 및 도 12b의 제5 구체적인 구조예의 경우, 위상차판(22)에서, 550nm의 파장에 있어서의 위상차값 R(nm)이 이하의 값을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112011074191604-pat00002
도 8 및 도 13의 결과로부터, 위상차판(22)의 최적의 위상차값은, 위상차판(22)의 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향의 관계에 따라 정해지는 것이 발견된다. 즉, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예 또는 도 5a 및 도 5b의 제2 구체적인 구조예와 마찬가지로, 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향이 서로 평행할 경우에는, 상기 수학식 1의 위상차값을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 11a 및 도 11b의 제4 구체적인 구조예 또는 도 12a 및 도 12b의 제5 구체적인 구조예와 마찬가지로, 위상차축(42)의 방향과 액정 셀(20)의 (상부) 측의 배향 방향이 서로 직교할 경우에는, 상기 수학식 2의 위상차값을 사용하는 것이 바람직하다.
<제2 실시예>
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에 대하여 설명한다. 또한, 상기 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 수치 및 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 전체 구조예를 나타낸다. 3차원 화상 표시 장치는 상기 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치(도 1)에 있어서 저 편광도 편광판(23)을 더 포함한다. 저 편광도 편광판(23)은, 셔터 안경(2A)의 좌안 셔터(2L) 및 우안 셔터(2R) 각각에 있어서, 위상차판(22)의 전방측(표시측 편광판(12)과 위상차판(22) 사이)에 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 안경측 편광판(21)은 "제1 안경측 편광판"에 대응하고, 저 편광도 편광판(23)은 "제2 안경측 편광판"에 대응한다.
저 편광도 편광판(23)은, 도 15b에 일례로서 나타낸 바와 같이, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 저 편광도 편광판(23)의 편광축(44)이 서로 평행하도록 배치된다. 저 편광도 편광판(23)의 편광도는 50% 이하이다. 편광도는 하기와 같이 정의된다.
(편광도)=(P1-P2)/(P1+P2)
P1은 2매의 편광판의 각각의 편광축을 평행하게 배치한 경우에 얻어지는 투과율이고, P2는 2매의 편광판의 각각의 편광축을 서로 직교하여 배치한 경우에 얻어지는 투과율이다.
도 15a 및 도 15b는 본 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 구체적인 구조예를 나타낸다. 저 편광도 편광판(23) 외의 각 부분의 축방향의 상대적인 관계는 도 2에 대응한다. 구체적인 구조예에서는, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 안경측 편광판(21)의 편광축(43)과 위상차판(22)의 위상차축(42)의 관계는, 상기 제1 실시예에 있어서의 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 마찬가지이다. 액정 셀(20)의 구조도, 도 4a 및 도 4b의 제1 구체적인 구조예와 마찬가지이다. 저 편광도 편광판(23)의 편광축(44)(흡수축)은, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)의 방향과 마찬가지로, 135도이다. 저 편광도 편광판(23)의 편광도는 33%이다. 위상차판(22)의 재료는 시클로올레핀 중합체이고, 550nm의 파장에 대하여 위상차값은 70nm이다.
도 16은 도 15a 및 도 15b의 구체적인 구조예에서의 색 편차 특성을 xy-색도도에 의해 나타낸다. 또한, 도 16에는 비교예로서, 위상차판(22)을 생략한 구조(도 18을 참조)에서의 특성도 동시에 나타낸다. 도 16은, 도 15a 및 도 15b에 도시한 배치에서 셔터를 온(개방 상태)으로 하면서, 백색 LED(발광 다이오드)를 포함하는 광원으로부터의 광을 관찰함으로써 얻어지는 특성을 나타낸다. 셔터 안경(2A)이 표시 장치(1)의 표시면(11A)에 대하여 기울어진 상태에 대응하는 경우의 특성을 조사하기 위해서, 도 6의 경우와 마찬가지 방식으로, 표시측 편광판(12)을 면내에서 좌측 및 우측 방향으로 -30도∼30도(정면(0°)을 포함함) 기울인 경우에 얻어지는 특성을 계산했다. 위상차판(22)의 위상차값은 상술한 바와 같이 70nm이다. 도 16의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 위상차판(22)을 생략한 구조에서는, 관찰되는 색이 크게 변화한다. 상기 경우와 비교하여, 위상차판(22)을 배치한 경우에는, 색 변화가 작아진다.
또한, 도시를 생략하지만, 표시측 편광판(12)의 편광축(41)과 위상차판(22)의 위상차축(42)이 서로 직교하는 배치(도 3, 도 5a 및 도 5b 등 참조)에 있어서, 저 편광도 편광판(23)을 위상차판(22)의 전방측에 배치한 구조를 적용하는 것도 가능하다.
본 발명은 2010년 10월 1일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 제2010-223813호에 개시된 것과 관련된 대상을 포함하고, 그 전체 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
당업자는 첨부된 특허 청구 범위 또는 그 등가물의 범위 내에서 설계 요건 및 그 밖의 요소에 따라서 다양한 수정, 결합, 부분결합 및 변경이 행해질 수 있음을 이해해야 한다.
1 : 표시 장치
2, 2A : 셔터 안경
2L : 좌안 셔터
2R : 우안 셔터
3L : 좌안
3R : 우안
11 : 표시부
11A : 표시면
12 : 표시측 편광판
20 : 액정 셀
21 : 안경측 편광판
22 : 위상차판
23 : 저 편광도 편광판
42 : 위상차축
101 : 표시 장치
102, 102A, 102B : 셔터 안경
102L : 좌안 셔터
102R : 우안 셔터
111 : 표시부
111A : 표시면
112 : 표시측 편광판
113 : 1/4 파장판
120 : 액정 셀
121 : 제1 안경측 편광판
122 : 제2 안경측 편광판
123 : 1/4 파장판
141, 144 : 편광축
142, 143 : 위상차축

Claims (8)

  1. 3차원 화상 표시 장치로서,
    좌안 화상과 우안 화상을 시분할 방식으로 교대로 표시하는 표시부;
    상기 표시부의 표시면 측에 배치된 표시측 편광판; 및
    좌안 셔터와 우안 셔터를 가지며, 상기 표시부에 표시되는 화상의 표시 상태에 따라 상기 좌안 셔터와 상기 우안 셔터를 개폐시키는 셔터 안경
    을 포함하고,
    상기 좌안 셔터와 상기 우안 셔터 각각은,
    액정 셀,
    상기 액정 셀의 상기 표시부 측에 배치된 위상차판, 및
    상기 액정 셀의 상기 위상차판이 설치된 측의 반대측에 배치된 제1 안경측 편광판을 포함하고,
    상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제1 안경측 편광판의 편광축은 서로 직교함과 함께, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교하고,
    상기 좌안 셔터와 상기 우안 셔터 각각은 상기 표시측 편광판과 상기 위상차판 사이에 배치되는 제2 안경측 편광판을 포함하고,
    상기 제2 안경측 편광판의 편광도는 50%이하이고, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제2 안경측 편광판의 편광축은 서로 평행한, 3차원 화상 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판은, 550nm의 파장에 있어서의 위상차값 R(nm)이 이하 값,
    R=70+210*n, 단, n=0, 1, 2…(식1)
    을 만족시키도록 형성되는, 3차원 화상 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액정 셀은 트위스트 네마틱형(twisted nematic type)의 액정 셀이며,
    상기 위상차판 측의 배향 방향은 상기 위상차판의 위상차축과 평행한, 3차원 화상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상차판은, 550nm의 파장에 있어서의 위상차값 R(nm)이 이하 값,
    R=150+250*n, 단, n=0, 1, 2…(식2)
    을 만족시키도록 형성되는, 3차원 화상 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액정 셀은 트위스트 네마틱형의 액정 셀이며,
    상기 위상차판 측의 배향 방향은 상기 위상차판의 위상차축과 직교하는, 3차원 화상 표시 장치.
  7. 3차원 화상 표시 장치로서,
    표시부;
    상기 표시부의 표시면 측에 배치된 표시측 편광판; 및
    셔터 안경
    을 포함하고,
    상기 셔터 안경은,
    액정 셀,
    상기 액정 셀의 상기 표시부 측에 배치된 위상차판, 및
    상기 액정 셀의 상기 위상차판이 설치된 측의 반대측에 배치된 제1 안경측 편광판을 포함하고,
    상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제1 안경측 편광판의 편광축은 서로 직교함과 함께, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 위상차판의 위상차축은 서로 평행 또는 직교하고,
    상기 셔터 안경은 상기 표시측 편광판과 상기 위상차판 사이에 배치되는 제2 안경측 편광판을 포함하고,
    상기 제2 안경측 편광판의 편광도는 50%이하이고, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제2 안경측 편광판의 편광축은 서로 평행한, 3차원 화상 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 셔터 안경은 상기 표시측 편광판과 상기 위상차판 사이에 배치된 제2 안경측 편광판을 더 포함하고,
    상기 제2 안경측 편광판의 편광도는 50%이하이고, 상기 표시측 편광판의 편광축과 상기 제2 안경측 편광판의 편광축은 서로 평행한, 3차원 화상 표시 장치.
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