KR20120053459A

KR20120053459A - 입체 표시 장치

Info

Publication number: KR20120053459A
Application number: KR1020110111382A
Authority: KR
Inventors: 쯔요시 오야마; 고로 하마기시
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-05-25
Also published as: EP2456222A2; EP2456222A3; US20120120213A1; TW201226983A; JP2012108316A; CN102469339A

Abstract

표시 장치로서, 공간적으로 분할된 p개의 시점 영상을 하나의 화면 내에 표시하는 2차원 표시부와, 2차원 표시부에 표시된 p개의 시점 영상을 p개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함한다. 상기 2차원 표시부는 컬러 영상 표시에 필요한 r종류의 색을 표시하는 복수의 서브 화소로 각각 형성되는 복수의 단위 화소를 포함하고, 화면 수평 방향의 동일 열에서 상이한 색의 광을 방출하는 서브 화소가 서로 인접하도록 배열된다. 상기 p개의 시점 영상 각각은, 화면 수평 방향 이외의 제1 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소에 의해 각각 구성되며 화면 수평 방향으로 연속하는 복수의 n개의 서브 화소열에 화면 수평 방향으로의 (p×n)열의 주기로 표시된다.

Description

입체 표시 장치{STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식 또는 렌티큘러(lenticular) 방식을 채용한 입체 표시가 가능한 입체 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 입체 뷰(view)를 실현할 수 있는 표시 장치(입체 표시 장치)가 주목을 모으고 있다. 입체 뷰 표시에서는, 서로 시차가 있는(시점이 다른) 좌안용 영상과 우안용 영상이 표시된다. 그래서, 관찰자가 좌우의 눈으로 좌안용 영상과 우안용 영상을 보게 되면, 깊이가 있는 입체적인 영상이 인식될 수 있다. 또한, 서로 시차가 있는 3개 이상의 영상을 표시함으로써, 관찰자에게 보다 자연스러운 입체 영상을 제공하는 것이 가능한 표시 장치도 개발되어 있다.

이러한 입체 표시 장치는, 전용 안경이 필요한 것과 불필요한 것으로 크게 나눌 수 있다. 관찰자에게는 전용 안경을 사용하는 것은 번거롭기 때문에, 전용 안경이 불필요한 것(즉, 나안으로 입체 뷰가 가능한 것)이 바람직하다. 나안으로 입체 뷰가 가능한 입체 표시 장치로서는, 예를 들면 패럴랙스 배리어 방식이나 렌티큘러 방식을 채용한 입체 표시 장치가 알려져 있다. 이들 방식을 채용한 입체 표시 장치에서는, 서로 시차가 있는 복수의 영상(시점 영상)을 동시에 표시하고, 표시 장치와 관찰자의 시점과의 상대적인 위치 관계(각도)에 따라 보이는 영상이 서로 다르다. 이러한 입체 표시 장치에 의해 복수의 시점의 영상이 표시되었을 경우에는, 영상의 실질적인 해상도가, CRT(Cathode Ray Tube)나 액정 표시 패널과 같은 표시 장치의 해상도를 시점의 수로 분할한 것이 된다. 따라서, 화질이 저하해버린다는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2005-157033호에는, 패럴랙스 배리어 방식에 있어서, 패럴랙스 배리어의 투과 상태 및 차단 상태를 시분할 방식으로 전환하여 시분할 표시하는 것에 의해, 등가적으로 해상도를 개선하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 패럴랙스 배리어가 화면 수직 방향으로 연장하는 경우에는, 화면 수평 방향으로의 해상도는 향상시킬 수는 있지만, 화면 수직 방향으로의 해상도의 향상은 곤란하다. 따라서, 화면 수평 방향의 해상도와 화면 수직 방향의 해상도와의 밸런스(해상도 밸런스)를 개선하기 위한 기술로서, 스텝 배리어(step barrier) 방식이 개발되고 있다. 이러한 스텝 배리어 방식에서는, 패럴랙스 배리어의 개구의 정렬 방향(혹은 연장 방향) 혹은 렌티큘러 렌즈의 축 방향이 화면의 경사 방향으로 설정되며, 경사 방향으로 인접하도록 한 줄로 정렬된 복수색(예를 들면, R(적색), G(녹색), B(청색))의 서브 화소가 1개의 단위 화소를 구성하도록 되어 있다.

그런데, 최근에는, 화소수의 향상을 도모하거나, 보다 작은 화면에서도 일정 수 이상의 화소수를 확보하기 위해서, 서브 화소의 배열 피치가 축소하는 경향이 있다. 이렇게 서브 화소의 배열 피치가 축소하면, 적절한 시차를 확보하기 위해서, 광 분리 소자와 표시부의 표시 소자와의 광축 상의 간격도 상대적으로 축소할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로, 표시 소자는 투명한 글래스 기판 위에 배치되어 있다. 따라서, 글래스 기판의 기계적 강도가 확보되는 최소한도의 두께에 따라 광분리 소자와 표시 소자와의 간격이 자연스럽게 결정된다. 또한, 통상적인 2차원 화상에 대해서는, 보다 고정밀화가 요청되므로 화소 사이즈는 점점더 축소하는 경향이 있다. 고정밀 화소를 사용해서 3차원 화상을 표시하는 경우, 서브 화소 단위의 스텝 배리어 방식에서는, 기계적인 강도가 충분히 확보될 수 없는 레벨까지 글래스 기판을 얇게 형성해야 할 우려가 있다. 또한, 3차원 표시를 기준으로서 글래스 기판의 두께를 설정하는 경우, 화소 사이즈가 크게 되고, 따라서, 고정밀 2차원 화상의 표시가 곤란하게 된다. 따라서, 기계적 강도를 저하시키지 않고, 서브 화소의 배열 피치가 보다 축소된 표시부를 구비한 입체 표시 장치가 요망된다.

그래서, 고정밀도로 다시점의 입체 표시가 가능한 입체 표시 장치를 제공하는 것이 요망된다.

본 발명의 일 실시 형태는 표시 장치에 관한 것으로, 상기 표시 장치는, 공간적으로 분할된 p개(여기서, p는 2 이상의 정수)의 시점 영상을 하나의 화면 내에 표시하는 2차원 표시부와, 2차원 표시부에 표시된 p개의 시점 영상을 p개의 시점에서의 입체 뷰(view)가 가능해지도록 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함한다. 상기 2차원 표시부는 컬러 영상 표시에 필요한 r종류(여기서, r은 3 이상의 정수)의 색을 표시하는 복수의 서브 화소로 각각 형성되는 복수의 단위 화소를 포함하고, 화면 수평 방향의 동일 열에서 상이한 색의 광을 방출하는 서브 화소가 서로 인접하도록 배열된다. 상기 p개의 시점 영상 각각은, 화면 수평 방향 이외의 제1 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소에 의해 각각 구성되며 화면 수평 방향으로 연속하는 복수의 n개의 서브 화소열에 화면 수평 방향으로의 (p×n)열의 주기로 표시된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치에서, 공간 분할된 p개의 시점 영상은, 광학 소자에 의해 p개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 분리된다. 여기서, 각각의 시점 영상은 화면 수평 방향으로 연속한 n개의 서브 화소열이 미리 정해진 간격으로 복수 표시된 것이다. 따라서, 광학 소자와 2차원 표시부와의 간격을 좁히지 않더라도, 각각의 시점 영상이 하나의 서브 화소열만을 미리 정해진 간격으로 복수 표시하는 경우보다도, 2차원 표시부에서의 서브 화소의 배열 피치가 축소된다.

본 발명의 다른 실시 형태는 표시 장치에 관한 것으로, 상기 표시 장치는 복수의 서브 화소로 각각 형성되는 복수의 단위 화소를 포함하는 표시부와, 표시부에 표시된 복수의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함한다. 상기 광학 소자는, 표시부로부터 투과된 광 또는 표시부를 향하는 광을 투과하는 복수의 광 투과부와, 표시부로부터 투과된 광 또는 2차원 표시부를 향하는 광을 차폐하는 복수의 차광부를 포함하고, 화면 수평 방향에서, 광 투과부의 최대폭은 하나의 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 상기 서브 화소의 합계의 폭보다 좁다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 표시 장치에서는, 광학 소자에 의해 표시부에 표시된 복수의 시점 영상이 광학적으로 분리된다. 여기에서, 화면 수평 방향에서, 광학 소자의 광 투과부의 최대폭은 하나의 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 서브 화소의 합계의 폭보다 좁다. 따라서, 광학 소자와 표시부와의 간격을 좁히지 않더라도, 각각의 시점 영상이 하나의 서브 화소열만을 미리 정해진 간격으로 복수 표시하는 경우보다도, 표시부에서의 서브 화소의 배열 피치가 축소된다.

본 발명의 일 실시 형태의 표시 장치에 따르면, 광학 소자에 의해 광학적으로 분리된 p개의 시점 영상이, 화면 수평 방향으로 연속하는 n개의 서브 화소를 각각 포함한다. 또한, 다른 실시 형태의 표시 장치에 따르면, 화면 수평 방향에서, 광 투과부의 최대폭이 하나의 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 서브 화소의 합계의 폭보다 좁다. 따라서, 하나의 서브 화소 열만을 미리 정해진 간격으로 하여 각각의 시점 영상을 복수 표시하는 경우에 비하여, 광학 소자와 (2차원) 표시부와의 간격을 좁힘 없이, 서브 화소의 배열 피치를 축소시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들면 2차원 표시부를 구성하는 글래스 기판 등을 미리 정해진 두께 이상으로 함으로써 기계적 강도를 확보하면서 화소 밀도를 높이고, 이로써 보다 고정밀도로 2차원 화상을 표시시킬 수 있으며, 3차원 화상 또한 표시시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 액정 표시 패널의 서브 화소배열을 나타내는 평면도.
도 3은 도 1 등에 나타낸 액정 표시 패널에 표시되는 표시 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 4의 (a) 내지 (d)는 도 3에 나타낸 표시 패턴에 합성되는 4개의 시점 영상의 원화상을 나타내는 개념도.
도 5a 및 도 5b는 도 1 등에 나타낸 패럴랙스 배리어에 형성되는 배리어 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 6은 입체 뷰의 상태를 개략적으로 나타내는 설명도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 액정 표시 패널의 서브 화소 배열을 나타내는 평면도.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 패널에 표시되는 표시 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 스위칭 액정 패널에 형성되는 배리어 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 10는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 11은 도 10에 나타낸 액정 렌즈의 상세 구성을 나타내는 단면도.
도 12는 도 10에 나타낸 액정 렌즈의 제2 전극의 구성 예를 도시하는 평면도.
도 13은 도 10에 나타낸 액정 렌즈의 전압 인가 시의 상태를 개략적으로 나타낸 개략도.

이하에서는, 본 발명의 실시 형태(이하, 실시 형태라고 함)에 대하여 도면들을 참조해서 상세하게 설명한다.

<제1 실시 형태>

[입체 표시 장치의 구성]

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 이러한 입체 표시 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 관찰자의 측으로부터 순서대로 액정 표시 패널(1), 패럴랙스 배리어(2) 및 백라이트(3)를 포함한다. 액정 표시 패널(1) 및 패럴랙스 배리어(2)는, 예를 들면 자외선 경화 수지 등으로 형성되는 접착층 AL에 의해 고정되어 있다.

액정 표시 패널(1)은, 2차원적으로 배열된 복수의 서브 화소(후술됨)를 갖는 투과형의 액정 표시 디스플레이이며, 대향 배치된 한쌍의 투명 기판(11 및 12) 사이에 액정층(13)이 봉입된 것이다. 투명 기판(11 및 12)의 내면에는, 액정층(13)을 끼우도록 화소 전극과 대향 전극(이들 모두 도시되지 않음)이 배치되어 있다. 즉, 화소 전극 및 대향 전극 중 하나가 투명 기판(11)의 내면에 배치되고, 다른 하나가 투명 기판(12)의 내면에 배치되어 있다. 대향 전극은 모든 서브 화소에 공통되도록 배치되어 있고, 화소 전극은 서브 화소마다 분리되어 배치되어 있다. 또한, 투명 기판(11) 또는 투명 기판(12)의 표면에는, 컬러 표시에 필요하게 되는 R(적색), G(녹색), B(청색)의 3색의 컬러 필터가 서브 화소마다 할당되어 배치되어 있다. 백라이트(3)로부터 방출된 광이 패럴랙스 배리어(2)를 통과하여 액정 표시 패널(1)에 입사한 뒤, 3색의 컬러 필터를 투과하는 것에 의해, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 액정 표시 패널(1)로부터 방출된다. 또한, 투명 기판(11 및 12)의 외면(액정층(13)과 반대측의 면)에는, 필요에 따라 편광판 PP1 및 PP2이 배치되어도 좋다.

백라이트(3)는, 예를 들면, 발광 다이오드(LED) 등의 광원과, 광원으로부터 방출된 광을 확산해서 균일한 면 발광을 하기 위한 도광판(이들 모두 도시되지 않음)을 포함한다. 또한, 백라이트(3)의 방출 측에는, 필요에 따라 편광판 PP3을 배치하도록 해도 좋다.

도 2는 액정 표시 패널(1)의 서브 화소 배열의 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 표시 패널(1)에는, 서브 화소 R, G, B가 2차원적으로 복수 배열되어 있다. 구체적으로, 화면 수평 방향(X축 방향)의 동일 열에는 각 색의 서브 화소가 주기적으로 나타나고, 화면 수직 방향(Y축 방향)의 동일 열에는 동일한 색의 서브 화소가 정렬되도록 화소 배열되어 있다. 액정 표시 패널(1)은, 이러한 화소 구조에 있어서, 백라이트(3)로부터 방출된 광을 서브 화소마다 변조시킴으로써 2차원적으로 화상 표시를 행한다.

또한, 입체 뷰를 실현하기 위해서는, 좌안(10L)과 우안(10R)에 다른 시점 영상을 보이게 할 필요가 있다. 따라서, 우안용 영상과 좌안용 영상을 포함하는 적어도 2개의 시점 영상이 필요하다. 3개 이상의 시점 영상을 이용했을 경우에는 다안 뷰(multi-eye view)를 실현할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도 1에서 <1> 내지 <4>로 나타낸 4개의 시점 영상(제1 내지 제4 시점 영상)을 형성(즉, 시점 수를 4로 함)하고, 그들 간의 2개의 시점 영상을 이용해서 관찰하는 경우를 설명한다. 도 1은, 우안(10R)에 우안용 영상으로서 제3 시점 영상이 입사하고, 좌안(10L)에 좌안용 영상으로서 제2 시점 영상이 입사하는 모습을 나타내고 있다.

액정 표시 패널(1)은 공간적으로 분할된 4개의 시점 영상을 한 화면 내에 합성해서 표시한다. 공간 분할된 4개의 시점 영상 각각은, 화면 수평 방향으로 서로 인접하는 n개(n은 2 이상의 정수)의 서브 화소 열이 화면 수평 방향으로 (4×n)열의 주기로 복수 표시된 것이다. 서브 화소 열은 화면 수평 방향 이외의 방향(여기서는 경사 방향)으로 정렬된 복수의 서브 화소 R, G, B로 형성된 것이다.

도 3은 한 화면 내에 합성해서 표시된 4개의 시점 영상의 일례로서의 표시 패턴(10)(여기에서는 n=2)을 나타내고 있다. 표시 패턴(10)에서는, 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)이, 경사 방향으로 서로 평행하게 연장하며, 화면 수평 방향으로 순서대로 주기적으로 배열되어 있다. 제1 서브 화소군(41)은, 경사 방향으로 정렬된 참조부호 R1, G1, B1가 부여된 복수의 서브 화소로 형성되어 있는 연속하는 2개의 서브 화소 열을 갖는다. 마찬가지로, 제2 서브 화소군(42)은, 경사 방향으로 정렬된 참조부호 R2, G2, B2가 부여된 복수의 서브 화소로 형성되어 있는 연속하는 2개의 서브 화소 열을 갖는다. 제3 서브 화소군(43)은, 경사 방향으로 정렬된 참조부호 R3, G3, B3가 부여된 복수의 서브 화소로 형성되어 있는 연속하는 2개의 서브 화소 열을 갖는다. 제4 서브 화소군(44)은, 경사 방향으로 정렬된 참조부호 R4, G4, B4가 부여된 복수의 서브 화소로 형성되어 있는 연속하는 2개의 서브 화소 열을 갖는다. 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)은, 각각 제1 내지 제4 시점 영상을 표시한다. 보다 상세하게는, 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)에는, 제1 내지 제4 시점 영상에 대응하는 원화상으로서의 2차원 화상의 일부분(각 시점 위치에 대응하는 부분)이 잘라내어져 각각 표시된다. 즉, 제1 서브 화소군(41)에는, 도 4의 (a)에 나타낸 제1 시점 영상에 대응하는 2차원 화상의 일부 화상(41Z)가 표시된다. 마찬가지로, 제2 내지 제4 서브 화소군(42 내지 44)에는, 도 4의 (b), 도 4의 (c), 도 4의 (d)에 나타낸 제2 내지 제4 시점 영상에 대응하는 2차원 화상의 일부 화상(42Z, 43Z, 44Z)이 표시된다. 또한, 도 3에서는, 식별하기 용이하도록, 편의상 제1 및 제3 서브 화소군(41 및 43)의 서브 화소열은 음영으로 나타나 있다.

여기에서, 원화상(2차원 화상)을 샘플링하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 내지 제4 시점 영상을 표시하는 단위 화소는, 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)으로부터 임의로 선택되는 R, G, B의 3개의 서브 화소에 의해 구성된다.

패럴랙스 배리어(2)는, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 서로 대향 배치된 한쌍의 투명 기판(21 및 22)의 사이에 액정층(23)이 봉입된 것이며, 액정층(23)에서의 액정 분자의 배향 상태에 따라 선택적으로 광을 투과시키는 것이다. 즉, 패럴랙스 배리어(2)는, 입체 표시 시에, 백라이트(3)로부터의 입사광을 투과하는 광 투과부(25)와, 그 입사광을 차단하는 차광부(24)가 미리 정해진 위치에 배치된 상태로 있는 것이다. 따라서, 패럴랙스 배리어(2)는, 액정 표시 패널(1)에 표시된 제1 내지 제4 시점 영상을, 4개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 분리하는데 사용되는 배리어 패턴을 형성한다.

도 5a 및 도 5b에, 패럴랙스 배리어(2)의 액정층(23)에 의해 형성되는 배리어 패턴(20)의 예를 2개 나타낸다. 배리어 패턴(20)에서의 광 투과부(25)의 배치 위치 및 형상은, 이러한 입체 표시 장치를 미리 정해진 위치에서 미리 정해진 방향으로 관찰자가 보았을 때에, 관찰자의 좌안 및 우안(10L 및 10R) (도 1)에 다른 시점 영상의 광이 별개로 입사되도록 설정되어 있다. 또한, 도 5a 및 도 5b에서는, 광 투과부(25)를, 도 3에 나타낸 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)에 대응하여 경사 방향으로 연장하는 스텝 형상으로 형성하였지만, 경사 방향으로 연장하는 스트라이프 형상이어도 좋다. 여기에서, 화면 수평 방향에서, 광 투과부(25)의 최대폭 W25은, 하나의 서브 화소 R, G, B의 폭 W1(도 3)보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 서브 화소 R, G, B의 합계의 폭 W2(도 3)보다 좁은 것이 바람직하다(W1 < W25 < W2). 이는, 원하는 시점 영상을 시인할 수 있는 미리 정해진 시점 위치와, 관찰자의 좌안(10L) 및 우안(10R)의 위치와의 다소의 어긋남이 존재하는 경우에도, 불필요한 시점 영상이 관찰자의 좌안(10L) 및 우안(10R)에 입사하는 것이 방지되기 때문이다. 특히, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 화면 수직 방향에서 광 투과부(25)의 최대 길이 D25가 하나의 서브 화소 R, G, B의 길이 D1(도 3)보다 작은 경우(D25 < D1), 화면 수직 방향에서의 미리 정해진 시점 위치와 관찰자의 양눈의 위치와의 어긋남에도 대응 가능하게 되므로 보다 바람직하다.

패럴랙스 배리어(2)에 있어, 투명 기판(21 및 22)의 내면에는, 액정층(23)을 끼우도록 패턴 전극과 대향 전극(이들 모두 도시되지 않음)이 배치되어 있다. 즉, 화소 전극 및 대향 전극 중 하나가 투명 기판(21)의 내면에 배치되고, 다른 하나가 투명 기판(22)의 내면에 배치되어 있다. 대향 전극은 적어도 유효 화면 영역에서의 액정층(23)을 덮도록 배치되어 있다. 한편, 패턴 전극은, 복수로 분할되어 있으며, 화면 수평 방향에서 (4×n)개의 서브 화소열마다 1개의 비율로 주기적으로 배열되어 있다. 패턴 전극은 광 투과부(25)와 마찬가지로 스텝 형상을 갖는다.

이러한 구성의 패럴랙스 배리어(2)에서는, 예를 들면 스텝 형상의 패턴 전극과 대향 전극과의 사이에 전압을 인가하면, 복수의 패턴 전극의 형상에 대응한 복수의 스텝 형상의 광 투과부(25)가 미리 정해진 간격으로 형성된다. 즉, 예를 들면 액정층(23)의 액정 분자가 전압 무인가의 상태에서 백 표시가 되는(소위 노멀리 화이트의) 트위스트 네마틱 액정으로 형성되는 경우, 패턴 전극의 형성 영역에서의 액정 분자가 수직 방향으로 배향됨으로써, 그 영역이 차광부(24)가 된다. 액정 모드에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 전계 효과 복굴절 모드를 채용하여도 좋다. 대안으로서, 전압 무인가의 상태에서 흑 표시하는 노멀리 블랙의 수직 배향(VA)모드나, 면내 스위칭(IPS) 모드로 하여도, 전극 구성을 적절히 변경하는 등으로 하여 2차원 화상에서 백 표시가 가능하다면 적용할 수 있다. 이상에 의해, 패럴랙스 배리어(2)는, 4개의 시점 영상을 4개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 분리하는 기능을 수행한다. 그 결과, 관찰자는 액정 표시 패널(1)에 표시된 영상을 3차원 영상으로서 시인할 수 있다.

한편, 패턴 전극과 대향 전극과의 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서는, 액정층(23)은 전체면에 걸쳐 투과 상태로 된다. 이 경우, 패럴랙스 배리어(2)는, 4개의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 기능은 수행하지 않는다. 따라서, 패턴 전극과 대향 전극과의 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서는, 관찰자는 액정 표시 패널(1)에 표시된 영상을, 3차원 영상으로서 시인하지 않고 2차원 영상으로서 시인한다.

[입체 표시 장치의 동작]

입체 표시 장치에 따르면, 액정 표시 패널(1)에 있어, 한 화면 내에 모든 시점 영상이 공간적으로 분할되어 표시된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 도 3에 나타낸 표시 패턴(10)과 마찬가지로, 제1 내지 제4 시점 영상이 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)에 할당되어 표시된다. 이러한 표시를, 패럴랙스 배리어(2)에 의해 형성된 배리어 패턴(20)(도 5a 및 도 5b)을 통해 관찰한다. 패럴랙스 배리어(2)에서는, 백라이트(3)로부터의 입사광이 선택적으로 투과됨으로써, 액정 표시 패널(1)에 표시된 4개의 시점 영상이 4개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 분리된다. 즉, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 관찰자의 우안(10R)에는 제3 시점 영상을 형성하는 서브 화소 R3, G3, B3로부터 방출되는 광만이 인식된다. 한편, 관찰자의 좌안(10L)에는 제2 시점 영상을 형성하는 서브 화소 R2, G2, B2로부터 방출되는 광만이 인식된다. 따라서, 관찰자에 의해 제2 시점 영상과 제3 시점 영상에 기초하는 입체 화상이 지각된다. 도 6은, 도 3에서 파선으로 둘러싼 영역 V에서의 화면(XY 평면)과 직교하는 단면 구성을 나타내는 개념도이다. 또한, 도 6에서는, 제2 시점 영상을 우안(10R)으로 관찰하고 제3 시점 영상을 좌안(10L)으로 관찰하는 것에 의해 입체 화상을 지각하는 예를 들었다. 그러나, 제1 내지 제4 시점 영상 중의 2개를 임의로 조합함으로써 입체 화상이 관찰될 수 있다.

[제1 실시 형태의 효과]

이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 패럴랙스 배리어(2)에 의해 광학적으로 분리된 제1 내지 제4 시점 영상을, 화면 수평 방향으로의 연속하는 2개의 서브 화소열로 형성되는 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)을 미리 정해진 간격으로 복수 표시함으로써 형성하도록 했다. 따라서, 하나의 서브 화소 열만을 미리 정해진 간격으로 복수 표시함으로써 각각의 시점 영상을 형성하는 경우에 비하여, 패럴랙스 배리어(2)의 액정층(23)과 액정 표시 패널(1)의 액정층(13)과의 두께 방향(Z축 방향)의 간격을 좁히지 않고, 서브 화소 R, G, B의 배열 피치를 축소시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들면 액정 표시 패널(1)의 투명 기판(11) 및 패럴랙스 배리어(2)의 투명 기판(22)을 미리 정해진 두께 이상으로 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 화소 밀도를 높임으로써 보다 고정밀한 2차원 화상의 표시를 행할 수 있으며, 3차원 화상의 표시도 행할 수 있다. 도 1에서 서로 인접하는 제2 시점 영상의 광선과 제3 시점 영상의 광선과의 간격 E를 65mm로 설정했을 때, 적시 거리 A는 약 300mm가 된다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 입체 표시 장치에 대해서 설명한다. 또한, 상술된 제1 실시 형태에 따른 입체 표시 장치와 실질적으로 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 적절히 설명을 생략한다.

상술한 제1 실시 형태에서는, 액정 표시 패널(1)에 있어서, 화면 수평 방향의 동일한 열에 상이한 색의 서브 화소가 주기적으로 나타나며, 화면 수직 방향의 동일한 열에는 동일한 색의 서브 화소가 정렬되도록 화소가 배열되어 있다. 이에 비하여, 본 실시 형태에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 화면 수평 방향의 동일한 열 및 화면 수직 방향의 동일한 열에 상이한 색의 서브 화소가 주기적으로 나타나고, 화면 경사 방향의 동일한 열에 동일한 색의 서브 화소가 정렬되도록 화소가 배열된 액정 표시 패널(1A)을 이용하는 것이다. 도 7은 본 실시 형태에 따른 입체 표시 장치의 액정 표시 패널(1A)의 서브 화소 배열의 예를 나타내고 있다.

도 8은, 액정 표시 패널(1A)에서 한 화면 내에 합성하여 표시된 4개의 시점 영상의 일례로서의 표시 패턴(10A)(여기에서는 n=2)을 나타내고 있다. 표시 패턴(10A)에서는, 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)이, 화면 수직 방향으로 연장하고, 화면 수평 방향으로 순서대로 주기적으로 배열되어 있다. 제1 서브 화소군(41)은, 화면 수직 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소 R1, G1, B1로 형성되는 연속하는 2개의 서브 화소열을 갖는다. 마찬가지로, 제2 서브 화소군(42)은, 화면 수직 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소 R2, G2, B2로 형성되는 연속하는 2개의 서브 화소열을 갖는다. 제3 서브 화소군(43)은, 화면 수직 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소 R3, G3, B3으로 형성되는 연속하는 2개의 서브 화소열을 갖는다. 제4 서브 화소군(44)은, 화면 수직 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소 R4, G4, B4로 형성되는 연속하는 2개의 서브 화소열을 갖는다. 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)은 제1 내지 제4 시점 영상을 표시한다. 이 결과, 화면 수직 방향으로 연장하는 스트라이프 형상의 제1 내지 제4 시점 영상이, 화면 수평 방향으로 주기적으로 배열되게 된다. 또한, 도 8에서는, 식별하기 용이하도록, 편의상 제1 및 제3 서브 화소군(41 및 43)의 서브 화소열은 음영으로 나타나 있다.

[입체 표시 장치의 동작]

본 실시 형태의 입체 표시 장치에 따르면, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 입체 뷰가 가능하다. 즉, 액정 표시 패널(1A)에 있어서, 한 화면 내에 모든 시점 영상이 공간적으로 분할되어 표시된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 도 8에 나타낸 표시 패턴(10A)과 마찬가지로, 제1 내지 제4 시점 영상이 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)에 할당되어 표시된다. 이러한 표시를, 패럴랙스 배리어(2)에 의해 형성된 배리어 패턴(20A)(도 9)을 통해서 관찰한다. 패럴랙스 배리어(2)에서는, 백라이트(3)로부터의 입사광이 선택적으로 투과됨으로써, 액정 표시 패널(1A)에 표시된 4개의 시점 영상이, 4개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 광학적으로 서로 분리된다.

[제2 실시 형태의 효과]

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 상술된 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어질 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 시점 영상을, 화면 수평 방향으로 연속한 2개의 서브 화소열로 형성되는 제1 내지 제4 서브 화소군(41 내지 44)을 미리 정해진 간격으로 복수 표시함으로써 형성하도록 했다. 따라서, 액정 표시 패널(1A)과 패럴랙스 배리어(2)와의 거리를 충분히 확보해서 기계적 강도를 유지하면서, 화소 밀도를 높임으로써 고정밀한 2차원 화상의 표시를 행할 수 있고, 3차원 화상의 표시도 행할 수 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 입체 표시 장치에 대해서 설명한다.

상술된 제1 및 제2 실시 형태에서는, 광학 소자로서 복수의 광 투과부(25) 및 복수의 차광부(24)를 포함하는 패럴랙스 배리어(2)가 이용되었다. 이에 비하여, 도 10에 나타낸 본 실시 형태의 입체 표시 장치에서는, 패럴랙스 배리어(2) 대신에 도 11에 나타낸 바와 같은 액정 렌즈(5)를 이용하는 것이다. 이러한 액정 렌즈(5)는 액정 표시 패널(1)보다도 관찰자측에 배치된다. 또한, 본 실시 형태의 입체 표시 장치는, 상술한 바와 같은 점을 제외하고는, 상술된 제1 실시 형태에 따른 입체 표시 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하에서는, 액정 렌즈(5)를 설명하고, 다른 부분은 적절히 설명을 생략한다.

액정 렌즈(5)는, 간격을 두고 서로 대향 배치된 투명 기판(51) 및 투명 기판(52)과, 이들 투명 기판(51)과 투명 기판(52) 사이에 배치된 액정층(53)을 포함한다. 투명 기판(51 및 52)은, 예를 들면 글래스 재료 또는 수지 재료로 형성된다. 투명 기판(51)의 내면(투명 기판(52)에 대향하는 면)에는, ITO 막과 같은 투명한 도전막으로 형성되는 제1 전극(54)이 거의 전체면에 형성되어 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 투명 기판(51)에는, 제1 전극(54)을 통해서 액정층(53)에 접하도록 제1 배향막이 형성되어 있다. 투명 기판(52)의 내면(투명 기판(51)에 대향하는 면)에는, ITO 막과 같은 투명한 도전막으로 형성되는 제2 전극(55)이 부분적으로 형성되어 있다. 투명 기판(52)에는, 제2 전극(55)을 통해서 액정층(53)에 접하도록 제2 배향막(도시 생략)이 형성되어 있다. 액정층(53)은, 액정 분자(56)를 포함하고, 제1 전극(54)과 제2 전극(55)에 의해 인가되는 전압에 따라서 액정 분자(56)의 배열 방향이 변화함으로써 렌즈 효과가 제어 되도록 되어 있다. 액정 분자(56)는, 유전율 이방성 및 굴절률 이방성을 가지며, 예를 들면 길이 방향과 폭 방향으로 통과된 광선에 대하여 굴절률이 상이한 굴절률 타원체의 구조를 갖는다.

제2 전극(55)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 서로 간격을 두고 배치된 복수의 라인 전극으로 형성된다. 제1 전극(55)은, 미리 정해진 전극 폭을 갖고 수직 방향(Y축 방향)으로 연장하고, 미리 정해진 간격으로 X축 방향으로 복수 개가 병렬로 배치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 액정 렌즈(5)는 한 방향(X축 방향)으로만 굴절력을 갖는 렌즈 효과를 발생시킬 수 있다.

액정층(53)은, 제1 전극(54)과 제2 전극(55)에 인가되는 전압의 상태에 따라서, 렌즈 효과가 없는 상태(도 11)와, 렌즈 효과가 발생하는 상태(도 13)로 전기적으로 전환된다. 도시하지 않은 제1 및 제2 배향막에는, 예를 들면 Y축 방향으로의 러빙 처리가 이루어져 있다. 전압이 인가되지 않고 있는 상태(도 11)에서, 액정 분자(56)는, 러빙 처리에 의해 규정된 미리 정해진 배향 방향과 평행한 방향으로 거의 균일하게 배향된다. 한편, 제1 전극(54)과 제2 전극(55) 사이에 전압이 인가되면, 액정 분자(56)는 도 12에 나타낸 바와 같이 배향된다. 즉, XY 평면에서, 액정 분자(56)는, 제1 전극(54)과 제2 전극(55) 사이에 끼워져 있었던 영역에 근접할수록, 길이 방향을 Z축 방향에 향하게 하도록 배향된다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 액정 분자(56)의 배향 방향이 XY 평면 내의 위치에 따른 분포를 가짐으로써, 액정층(53)은 렌즈 효과를 발휘한다.

이러한 입체 표시 장치에서는, 백라이트(3)로부터 액정 표시 패널(1)을 투과한 광에 의해 형성되는 복수의 시점 영상이 액정 렌즈(5)에 의해 광학적으로 분리됨으로써, 입체 뷰가 가능하게 된다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 백라이트(3)로부터 액정 표시 패널(1)을 투과한 광이, 액정 렌즈(5)를 통해서 관찰자의 우안(10R) 혹은 좌안(10L)에 입사한다. 그때, 관찰자의 우안(10R) 혹은 좌안(10L)에는 각각의 시점 위치에 대응하는 화소 정보가 입사한다. 예를 들면, 제2 실시 형태에 따른 도 8의 표시 패턴(10A)이 액정 표시 패널(1)에 표시되었을 경우, 우안(10R)에는 제2 서브 화소열(42)로부터의 광이 인식되고, 좌안(10L)에는 제3 서브 화소열(43)로부터의 광이 인식된다. 따라서, 관찰자에는 제2 시점 영상과 제3 시점 영상에 기초하는 입체 화상이 지각된다.

[제3 실시 형태의 효과]

이와 같이, p개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록 p개의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 광학 소자로서 액정 렌즈를 이용한 경우에도, 화면 수평 방향으로 연속하는 복수의 서브 화소열로 각각의 시점 영상이 형성됨으로써, 상기 제1 및 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술된 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술된 실시 형태에서는, 2차원 표시부의 단위 화소를, R(적색), G(녹색), B(청색)의 3색의 서브 화소로 구성하는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명에서는 4색 이상의 서브 화소(R(적색), G(녹색), B(청색) 및 W(백색) 혹은 Y (황색)과의 조합)에 의해 구성해도 좋다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 2차원 표시부에서 공간적으로 분할된 4개의 시점 영상을 하나의 화면 내에 일괄 표시하고, 화면 수평 방향으로 연속하는 2개의 서브 화소열로 각각 형성되는 4개의 서브 화소군을 복수 표시함으로써 각각의 시점 영상을 형성하였다. 그러나, 본 발명에서는, 시점 영상의 수 및 각각의 시점 영상의 서브 화소군을 구성하는 서브 화소열의 수는 이에 한정되지 않고, 2 이상의 정수로 설정되어도 좋다. 즉, 본 발명의 실시 형태에 따른 2차원 표시부는, 공간적으로 분할된 p개(여기서, p는 2 이상의 정수)의 시점 영상을 하나의 화면 내에 표시하는 것이면 좋다. 여기에서, p개의 시점 영상 각각은, 화면 수평 방향 이외의 제1 방향으로 정렬된 복수의 서브 화소로 구성되며, 화면 수평 방향으로 연속하는 n개의 서브 화소열이 화면 수평 방향으로 (p×n)열의 주기로 복수 표시된 것이다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 소자는, p개의 시점에서의 입체 뷰가 가능해지도록, 2차원 표시부에 표시된 p개의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 것이면 좋다. 또한, 화면 수평 방향에서, 광 투과부의 최대폭은, 하나의 서브 화소의 폭보다도 넓고, 서로 인접하는 n개의 서브 화소의 합계의 폭보다도 좁은 것이 바람직하다. 또한, 광 투과부는, 연속한 n개의 서브 화소열에 대응하여 경사 방향으로 연장하는 스텝 형상 혹은 스트라이프 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 관찰자측으로부터 2차원 표시부, 패럴랙스 배리어 및 백라이트 순으로 배치하였다. 그러나, 본 발명에서는 관찰자측으로부터 패럴랙스 배리어, 2차원 표시부 및 백라이트 순으로 배치하여도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 2차원 표시부로서 백라이트를 사용하는 컬러 액정 디스플레이를 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 유기 EL 소자를 이용한 디스플레이나 플라즈마 디스플레이이어도 된다.

또한, 상술된 실시 형태에서는, 광학 소자로서 패럴랙스 배리어 또는 액정 렌즈를 이용하도록 했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 실린더형 렌즈를 일차원 방향으로 복수 정렬시킨 렌티큘러 렌즈를 광학 소자로서 이용한 경우에도, 마찬가지의 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명은 2010년 11월 17일에 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 제2010-257042호에 개시된 관련 요지를 포함하며, 이의 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다.

당업자라면, 다양한 변형, 조합, 하위 조합 및 대체가, 첨부된 청구범위 또는 이의 균등물의 범위 내에 있는 한, 설계 요건 및 다른 요건에 따라 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

Claims

표시 장치로서,
공간적으로 분할된 p개(여기서, p는 2 이상의 정수)의 시점 영상을 하나의 화면 내에 표시하는 2차원 표시부와,
상기 2차원 표시부에 표시된 상기 p개의 시점 영상을 p개의 시점에서의 입체 뷰(view)가 가능해지도록 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함하고,
상기 2차원 표시부는 컬러 영상 표시에 필요한 r종류(여기서, r은 3 이상의 정수)의 색을 표시하는 복수의 서브 화소로 각각 형성되는 복수의 단위 화소를 포함하고, 화면 수평 방향의 동일 열에서 상이한 색의 광을 방출하는 상기 서브 화소가 서로 인접하도록 배열되고,
상기 p개의 시점 영상 각각은, 상기 화면 수평 방향 이외의 제1 방향으로 정렬된 상기 복수의 서브 화소에 의해 각각 구성되며 화면 수평 방향으로 연속하는 복수의 n개의 서브 화소열에 상기 화면 수평 방향으로의 (p×n)열의 주기로 표시되는, 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 상기 2차원 표시부로부터 투과된 광 또는 상기 2차원 표시부를 향하는 광을 투과하는 복수의 광 투과부와, 상기 2차원 표시부로부터 투과된 광 또는 상기 2차원 표시부를 향하는 광을 차폐하는 복수의 차광부를 포함하는 패럴랙스 배리어인, 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 화면 수평 방향에서, 상기 광 투과부의 최대폭은 하나의 상기 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 n개의 상기 서브 화소의 합계의 폭보다 좁은, 표시 장치.
제3항에 있어서,
상기 광 투과부는 연속한 상기 n개의 서브 화소열에 대응하여 경사 방향으로 연장하는 스텝 형상 또는 스트라이프 형상을 갖는, 표시 장치.
제4항에 있어서,
화면 수직 방향에서, 상기 광 투과부의 최대 길이는 하나의 상기 서브 화소의 길이보다 작은, 표시 장치.
제1항에 있어서,
하나의 상기 단위 화소는, 상기 화면 수평 방향으로 연장하는 연속한 2 이상이며 (r-1) 이하의 열로부터 선택되는 r종류의 상기 서브 화소에 의해 구성되는, 표시 장치.
제6항에 있어서,
상기 단위 화소는 R(적), G(녹), B(청)의 3색의 상기 서브 화소로 형성되고, 3색의 상기 서브 화소 중, 2색의 상기 서브 화소는 상기 화면 수평 방향의 동일 열에 위치하며, 남은 1색의 상기 서브 화소는 2색의 상기 서브 화소가 위치하는 열과 인접하는 열에 위치하는, 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 2차원 표시부에서는 상기 화면 수평 방향 및 상기 제1 방향의 양 방향 이외의 제2 방향의 동일 열에, 동일 색의 상기 서브 화소가 배열되는, 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 액정 렌즈인, 표시 장치.
표시 장치로서,
복수의 서브 화소로 각각 형성되는 복수의 단위 화소를 포함하는 표시부와,
상기 표시부에 표시된 복수의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함하고,
상기 광학 소자는 상기 표시부로부터 투과된 광 또는 상기 표시부를 향하는 광을 투과하는 복수의 광 투과부와, 상기 표시부로부터 투과된 광 또는 상기 표시부를 향하는 광을 차폐하는 복수의 차광부를 포함하고,
화면 수평 방향에서, 상기 광 투과부의 최대폭은 하나의 상기 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 상기 서브 화소의 합계의 폭보다 좁은, 표시 장치.
제10항에 있어서,
상기 광 투과부는 스텝 형상을 가지며,
화면 수직 방향에서, 상기 광 투과부의 최대 길이는 하나의 상기 서브 화소의 길이보다 작은, 표시 장치.
표시 장치로서,
복수의 시점 영상을 표시하는 표시부와,
상기 표시부에 표시된 상기 복수의 시점 영상을 광학적으로 분리하는 광학 소자를 포함하고,
상기 표시부에는 화면 수평 방향으로의 동일 열에서 상이한 색의 광을 방출하는 서브 화소들이 서로 인접하도록 배열되고,
상기 복수의 시점 영상 각각은 상기 화면 수평 방향으로 연속하는 2개의 서브 화소에 의해 구성되는, 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 화면 수평 방향에서, 상기 광 투과부의 최대폭은 상기 서브 화소의 폭보다 넓고, 서로 인접하는 2개의 상기 서브 화소의 합계의 폭보다 좁은, 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 광 투과부는 스텝 형상을 가지며,
화면 수직 방향에서, 상기 광 투과부의 최대 길이는 상기 서브 화소의 길이보다 작은, 표시 장치.