WO2014061548A1

WO2014061548A1 - 立体表示装置

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Publication number: WO2014061548A1
Application number: PCT/JP2013/077597
Authority: WO
Inventors: 拓人吉野; 岳洋村尾; 福島　浩
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US9606367B2; US20150277130A1

Abstract

　画素の開口内の遮光領域に起因して発生するモアレを低減することができる立体表示装置を提供する。立体表示装置（１０）は、表示パネル（１２）と、視差バリア（４２）とを備える。表示パネルは、複数の画素（５０）を有し、立体視用画像を表示する。視差バリアにおいて遮光部（４６）と透過部（４８）とが交互に並ぶ方向を第１方向とし、遮光部の長手方向を第２方向とする。第１方向で隣り合う２つの画素の間には、第２方向に延びる境界部（５２）が存在する。各画素の開口内には、遮光領域（５６）が存在する。遮光領域は、境界部との間に隙間を有する。第２方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素の開口内に存在する遮光領域は、他方の画素の開口内に存在する遮光領域に対して、第１方向にシフトしている。

Description

立体表示装置

　本発明は、２視点の裸眼立体表示装置に関し、詳しくは、モアレを低減することで良好な３Ｄ表示品位を実現する、２視点の裸眼立体表示装置に関する。

　特殊なメガネを使用せずに、観察者に立体画像を見せる、２視点の裸眼立体表示装置の方式としては、スリットを有する視差バリア方式や、レンズ効果を有するレンチキュラーレンズ方式が知られている。

　このような裸眼立体表示装置では、観察者は、最適な視認位置において、表示パネルに表示される立体視用画像を観察する必要がある。最適な視認位置からずれると、表示パネルの画素間の遮光部分（例えば、ブラックマトリクス）に起因するモアレやクロストークが発生するため、良好な３Ｄ表示品位が得られない。

　このような問題に対処するために、表示パネルの画素を特定の形状にすることが提案されている（特開２０１２－６３５５６号公報及び特開２００５－２０８５６７号公報参照）。

　画素を特定の形状にすれば、表示パネルの画素間の遮光部分に起因して発生するモアレは低減できる。しかしながら、画素の開口内に遮光領域が存在する場合（例えば、液晶の駆動方式がＶＡモードである場合）、最適な視認位置であっても、当該遮光領域に起因するモアレが発生してしまう。

　本発明の目的は、画素の開口内の遮光領域に起因して発生するモアレを低減することができる立体表示装置を提供することにある。

　本発明の立体表示装置は、表示パネルと、視差バリアとを備える。表示パネルは、複数の画素を有し、立体視用画像を表示する。視差バリアは、表示パネルの厚さ方向一方側に配置される。視差バリアにおいては、透過部と遮光部とが交互に並ぶ。遮光部と透過部とが交互に並ぶ方向を第１方向とし、遮光部の長手方向を第２方向とする。第１方向で隣り合う２つの画素の間には、第２方向に延びる境界部が存在する。各画素の開口内には、遮光領域が存在する。遮光領域は、境界部との間に隙間を有する。第２方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素の開口内に存在する遮光領域は、他方の画素の開口内に存在する遮光領域に対して、第１方向にシフトしている。

　本発明の立体表示装置においては、画素の開口内の遮光領域に起因して発生するモアレを低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による立体表示装置の概略構成の一例を示す模式図である。図２は、スイッチ液晶パネルの概略構成の一例を示す断面図である。図３は、スイッチ液晶パネルの概略構成の一例を示す断面図であって、視差バリアが実現された状態を示す断面図である。図４は、表示パネルが有する複数の画素を示す平面図である。図５は、比較例に係る表示パネルが有する複数の画素を示す平面図である。図６は、シミュレーションの結果を示すグラフであって、角度θと輝度との関係を示すグラフである。図７は、本発明で採用可能な画素の応用例を示す平面図である。図８は、本発明の第２の実施形態による立体表示装置の要部を示す平面図であって、スイッチ液晶パネルが備える駆動電極の端縁と、表示パネルが有する境界部の端縁との関係を示す平面図である。図９は、シミュレーションの結果を示すグラフであって、角度θと輝度との関係を示すグラフである。図１０は、本発明の第３の実施形態による立体表示装置の概略構成の一例を示す模式図である。

　上記の構成（以下、第１の構成）を有する場合、一方の画素の開口内に存在する遮光領域に起因するモアレと、他方の画素の開口内に存在する遮光領域に起因するモアレとでは、発生する位置が第１方向にずれる。そのため、立体表示装置が有する表示領域全体でみると、遮光領域に起因するモアレをぼかすことができる。その結果、モアレを低減できる。

　第２の構成は、第１の構成において、各画素における第１方向の幅中心に対して、遮光領域における第１方向の幅中心が第１方向にシフトしている。この場合、立体表示を観察する際の最適な位置（アイポイント）において、輝度が低下するのを抑えることができる。

　第３の構成は、第１又は第２の構成において、複数の画素が、赤色画素、緑色画素及び青色画素からなる画素群を複数含む。各画素群を構成する画素の開口内に存在する遮光領域における第１方向の幅中心は、第２方向に延びる第１基準線上に位置する。

　第３の構成においては、色割れ現象（白色表示のときに視認する角度によっては虹のように見える現象）を回避できる。

　第４の構成は、第１～第３の構成の何れかにおいて、遮光部における第１方向の端縁が、境界部における第１方向の端縁と非平行な部分を有するとともに、第２方向において特定の周期で変化する。

　第４の構成においては、境界部における第１方向の端縁と、遮光部における第１方向の端縁とが、非平行になる。そのため、立体視用画像を見るのに最適な位置から観察者がずれた場合に発生するモアレ（境界部に起因するモアレ）の印象を低減させることができる。

　第５の構成は、第１～第４の構成の何れか１つにおいて、スイッチ液晶パネルをさらに備える。スイッチ液晶パネルは、表示パネルの厚さ方向一方側に配置される。スイッチ液晶パネルは、一対の基板と、液晶層と、共通電極と、駆動電極とを備える。液晶層は、一対の基板間に封入される。共通電極は、一方の基板に形成される。駆動電極は、他方の基板に複数形成され、電圧が印加されたときに共通電極とともに遮光部を実現する。

　第５の構成においては、視差バリアを実現しない状態で、表示パネルに２次元画像を表示すれば、観察者に２次元画像を見せることができる。そのため、２Ｄ表示（平面画像表示）と３Ｄ表示（立体画像表示）とを切り替えることができる。

　本発明の他の実施形態に係る立体表示装置は、表示パネルと、レンチキュラーレンズとを備える。表示パネルは、複数の画素を有し、立体視用画像を表示する。レンチキュラーレンズは、表示パネルの厚さ方向一方側に配置される。レンチキュラーレンズにおいては、表示パネルの面方向に複数のシリンドリカルレンズが並んでいる。複数のシリンドリカルレンズが並ぶ方向を第１方向とし、シリンドリカルレンズの長手方向を第２方向とする。第１方向で隣り合う２つの画素の間には、第２方向に延びる境界部が存在する。各画素の開口内には、遮光領域が存在する。遮光領域は、境界部との間に隙間を有する。第２方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素の開口内に存在する遮光領域は、他方の画素の開口内に存在する遮光領域に対して、第１方向にシフトしている。

　このような構成においては、一方の画素の開口内に存在する遮光領域に起因するモアレと、他方の画素の開口内に存在する遮光領域に起因するモアレとでは、発生する位置が第１方向にずれる。そのため、立体表示装置が有する表示領域全体でみると、遮光領域に起因するモアレをぼかすことができる。その結果、モアレを低減できる。

　以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下で参照する図面においては、説明を分かりやすくするために、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

　［第１の実施形態］
　図１には、本発明の第１の実施形態による立体表示装置１０が示されている。立体表示装置１０は、表示パネル１２と、スイッチ液晶パネル１４とを備える。

　表示パネル１２は、液晶パネルである。表示パネル１２は、アクティブマトリクス基板１６と、対向基板１８と、液晶層２０と、偏光板２２と、偏光板２４とを備える。対向基板１８は、アクティブマトリクス基板１６に対向して配置される。液晶層２０は、アクティブマトリクス基板１６と対向基板１８との間に封入される。偏光板２２は、アクティブマトリクス基板１８に重ねて配置される。偏光板２４は、対向基板１８に重ねて配置される。表示パネル１２において、液晶の動作モードは、ＶＡモードである。表示パネル１２が有する複数の画素については、後述する。

　表示パネル１２の厚さ方向一方側には、スイッチ液晶パネル１４が配置されている。スイッチ液晶パネル１４は、一対の基板２６，２８と、液晶層３０と、偏光板３２と、偏光板３４とを備える。液晶層３０は、一対の基板間２６，２８の間に封入される。偏光板３２は、基板２６に重ねて配置される。本実施形態では、偏光板３２は、偏光板２４によって実現されている。なお、偏光板３２は、接着層３６によって、基板２６に接着されている。偏光板３４は、基板２８に重ねて配置される。

　図２を参照しながら、スイッチ液晶パネル１４の詳細について説明する。各基板２６，２８は、例えば低アルカリガラス基板等の透明な基板である。基板２６には、共通電極３８が形成されている。基板２８には、複数の駆動電極４０が形成されている。各電極３８，４０は、例えば、インジウム酸化錫膜（ＩＴＯ膜）等の透明な導電膜である。共通電極３８は、基板２８の略全面に形成されている。複数の駆動電極４０は、第１方向（図２の左右方向）に並んでいる。駆動電極４０は、第２方向（図２の紙面に垂直な方向）に略一定の幅寸法で延びている。なお、図示はしていないが、各電極３８，４０は、配向膜で覆われている。

　立体表示装置１０においては、スイッチ液晶パネル１４により、視差バリアが実現される。図３を参照しながら、視差バリア４２について説明する。

　視差バリア４２を実現する場合、駆動電極４０の電位と共通電極３８の電位とを異ならせる。これにより、駆動電極４０と共通電極３８との間に存在する液晶分子４４の向きが変化する。そのため、液晶層３０のうち、駆動電極４０と共通電極４０との間に位置する部分が遮光部４６として機能し、隣り合う２つの遮光部４６の間が透過部４８として機能する。その結果、スイッチ液晶パネル１４において、遮光部４６と透過部４８とが交互に並ぶ視差バリア４２が実現される。

　続いて、図４を参照しながら、表示パネル１２が有する複数の画素５０について説明する。複数の画素５０は、マトリクス状に配置されている。

　第１方向で隣り合う２つの画素５０の間には、境界部５２が存在する。境界部５２は、例えば、ブラックマトリクスである。境界部５２は、第２方向に略一定の幅寸法で延びている。境界部５２における第１方向の端縁５２１，５２２は、それぞれ、第２方向に延びる直線である。

　第２方向で隣り合う２つの画素５０の間には、境界部５４が存在する。境界部５４は、例えば、ブラックマトリクスである。境界部５４は、境界部５２と連続して形成されている。

　表示パネル１２においては、観察者の右眼に映る画像（立体視用画像としての右眼用画像）を表示する画素５０の列と、観察者の左眼に映る画像（立体視用画像としての左眼用画像）を表示する画素５０の列とが、第１方向に交互に配置されている。換言すれば、右眼用画像と左眼用画像が、それぞれ、画素列毎に（ストライプ状に）分割される。そして、これらストライプ状に分割された右眼用画像及び左眼用画像を交互に並べた合成画像が、表示パネル１２に表示される。このとき、視差バリア４２がスイッチ液晶パネル１４に実現されていれば、観察者の右眼には右眼用画像のみが届き、観察者の左眼には左眼用画像のみが届く。その結果、観察者は、特殊なメガネを使用せずに、立体画像を見ることができる。なお、視差バリア４２がスイッチ液晶パネル１４に実現されていないときに、表示パネル１２に平面画像を表示すれば、平面画像を観察者に見せることができる。

　ここで、各画素５０の開口内には、遮光領域５６，６０が存在する。

　遮光領域５６は、例えば、アクティブマトリクス基板１６が有する画素電極に形成されたスリットである。スリットは、画素を分割するために形成される。遮光領域５６は、境界部５２との間に隙間を有する。つまり、遮光領域５６は、境界部５２から離れて形成されている。遮光領域５６は、略一定の幅寸法で第２方向に延びている。つまり、遮光領域５６は、境界部５２における第１方向の端縁５２１，５２２と平行に延びる端縁５６１，５６２を有する。

　遮光領域５８は、例えば、対向基板１８が有する共通電極に形成されたホールである。ホールは、液晶分子の配向中心として機能する。各画素５０内には、２つの遮光領域５８が存在する。表示パネル１２を正面から見ると、２つの遮光領域５８の間に、遮光領域５６が位置する。

　ここで、第２方向で隣り合う２つの画素５０Ａ，５０Ｂのうち、画素５０Ａの開口内に存在する遮光領域５６Ａは、画素５０Ｂの開口内に存在する遮光領域５６Ｂに対して、第１方向にシフトしている。より具体的には、遮光領域５６Ａにおける第１方向の幅中心Ｃ１（Ｃ１Ａ）が、基準線Ｌ１よりも第１方向で一方の側にシフトしている。遮光領域５６Ｂにおける第１方向の幅中心Ｃ１（Ｃ１Ｂ）が、基準線Ｌ１よりも第１方向で他方の側にシフトしている。なお、基準線Ｌ１は、画素５０における第１方向の幅中心Ｃ２を通って、第２方向に延びる直線である。

　また、図４に示す例では、画素５０Ａと画素５０Ｂとが第２方向で交互に並んでいる。つまり、遮光領域５６Ａと遮光領域５６Ｂとが第２方向で交互に並んでいる。

　このような立体表示装置１０においては、第２方向で隣り合う２つの画素５０Ａ，５０Ｂのうち、画素５０Ａの開口内に存在する遮光領域５６Ａが、画素５０Ｂの開口内に存在する遮光領域５６Ｂに対して、第１方向にシフトしている。そのため、遮光領域５６Ａに起因するモアレが発生する位置と、遮光領域５６Ｂに起因するモアレが発生する位置とが、第１方向にずれる。その結果、立体表示装置１０の表示領域全体でみると、モアレをぼかすことができる。したがって、立体表示装置１０においては、モアレを低減できる。

　各画素５０における第１方向の幅中心Ｃ２に対して、遮光領域５６における第１方向の幅中心Ｃ１が第１方向にシフトしている。そのため、立体表示を観察する際の最適な位置（アイポイント）において、輝度が低下するのを抑えることができる。

　［実施例］
　本実施の形態による立体表示装置において、モアレが低減されるかをシミュレーションによって確認した（実施例）。また、比較のために、各画素５０の開口内に存在する遮光領域５６の第１方向の幅中心Ｃ１が基準線Ｌ１上に位置する、従来設計の場合（図５参照）についても、シミュレーションを行った（比較例）。シミュレーションの条件は、以下のとおりであった。

　第１方向における画素ピッチは、１０５．７５μｍとした。第２方向における画素ピッチは、７０．５μｍとした。画素５０の第１方向の開口幅は７１．２５μｍとした。視差バリア４２が有する透過部４８の幅（第１方向の幅）は、７１．２５μｍとした。遮光領域５６の第１方向の幅は、６μｍとした。アクティブマトリクス基板１６が有するベース基板の厚さは、０．３ｍｍとした。対向基板１８が有するベース基板の厚さは、０．３ｍｍとした。偏光板２４（３２）の厚さは、０．１３ｍｍとした。接着層３６の厚さは、０．０５ｍｍとした。基板２６の厚さは、０．３ｍｍとした。基板２８の厚さは、０．３ｍｍとした。視認距離は、３０１ｍｍとした。遮光領域５６Ａは、第１方向の幅中心Ｃ１Ａが基準線Ｌ上にある位置から第１方向の一方側へ５μｍ移動した位置に形成した。遮光領域５６Ｂは、第１方向の幅中心Ｃ１Ｂが基準線Ｌ上にある位置から第１方向の他方側へ５μｍ移動した位置に形成した。表示パネル１２が有する複数の画素５０の全てを白表示し、且つ、スイッチ液晶パネル１４において視差バリア４２を実現した状態で、角度θと輝度との関係をシミュレーションにより測定した。ここで、角度θは、表示パネル１２を真正面から見た位置を基準にし、そこから左右に傾けた角度である。

　シミュレーションの結果を、図６に示す。図６から明らかなように、実施例に係る立体表示装置は、比較例に係る立体表示装置よりも、アイポイント（図６では、θ≒±６度）近傍の輝度差を低減できる。したがって、本発明の実施の形態による立体表示装置においては、モアレを低減できると推測できた。

　［画素の配置の応用例］
　図４に示す例では、画素５０Ａと画素５０Ｂとが第２方向で交互に並んでいたが、画素５０Ａと画素５０Ｂとが第２方向で交互に並んでいる必要はない。例えば、画素５０Ａが第２方向に２つ並んで配置されてもよい。

　また、図４に示す例では、画素５０Ａと画素５０Ｂとが第１方向で交互に並んでいなかったが、画素５０Ａと画素５０Ｂとが第１方向で交互に並んでいてもよい。

　［画素の応用例］
　図７に示すように、各画素５０は、サブ画素であってもよい。図７に示す例では、サブ画素は、赤色画素５０Ｒ、緑色画素５０Ｇ及び青色画素５０Ｂである。赤色画素５０Ｒ、緑色画素５０Ｇ及び青色画素５０Ｂは、１つの画素群を構成する。つまり、表示パネル１２は、複数の画素群を有する。

　この場合、図７に示すように、各画素群を構成するサブ画素の開口内の遮光領域５６は、それぞれ、第２方向に延びる基準線Ｌ２上に位置することが好ましい。これにより、色割れ現象（白色表示のときに視認する角度によっては虹のように見える現象）を回避できる。

　［第２の実施形態］
　例えば、図８に示すように、スイッチ液晶パネル１４が備える駆動電極４０における第１方向の端縁４０１，４０２が、表示パネル１２が備える画素５０の境界部５２における第１方向の端縁５２１，５２２と非平行な部分を有するとともに、第２方向において特定の周期で変化してもよい。この場合、最適な視認位置から観察者がずれた場合に発生するモアレを低減することができる。なお、図８に示す例では、各画素５０が、サブ画素（本実施形態では、赤色画素５０Ｒ、緑色画素５０Ｇ及び青色画素５０Ｂ）である場合を示している。

　［実施例］
　第２の実施形態による立体表示装置において、モアレが低減されるかをシミュレーションによって確認した。シミュレーションの条件は、第１の実施形態による立体表示装置についてシミュレーションを行った場合と同じであった。ただし、駆動電極における第１方向の端縁については、以下のとおりであった。

　駆動電極における第１方向の端縁は、互いに異なる方向に傾斜する２つの傾斜辺が第２方向で交互に並ぶ形状を有していた。各傾斜辺が第２方向に延びる直線と為す角度は、１５度とした。各傾斜辺における第２方向の長さは、第２方向における画素ピッチと同じであった。

　シミュレーションの結果を、図９に示す。なお、図９では、比較のために、第１の実施形態による立体表示装置についてのシミュレーションの結果を併せて示している。

　図９から明らかなように、第２の実施形態に係る立体表示装置は、第１の実施形態に係る立体表示装置よりも、アイポイント（図９では、θ≒±６度）近傍の輝度差を低減できる。したがって、第２の実施形態による立体表示装置は、第１の実施形態による立体表示装置よりもモアレを低減できると推測できた。

　［第３の実施形態］
　図１０に示すように、立体表示装置６０は、スイッチ液晶パネル１４の代わりに、レンチキュラーレンズ６２を備えていてもよい。レンチキュラーレンズ６２は、表示パネル１２の厚さ方向一方側（観察者側）に配置される。レンチキュラーレンズ６２は、複数のシリンドリカルレンズ６４を有する。複数のシリンドリカルレンズ６４は、表示パネルの横方向に一列に並んでいる。

　このような立体表示装置６０においても、画素５０の開口内の遮光領域５６に起因するモアレをぼかすことができる。

　以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。

　例えば、透過部４８の開口幅（第１方向の開口幅）を画素５０の開口幅（第１方向の開口幅）よりも大きくすれば、透過部４８に疑似的なレンズが形成される。この場合、透過部４８に集光効果が発現される。その結果、３Ｄ表示の際の輝度が向上する。

　第１及び第２の実施形態において、スイッチ液晶パネルは必ずしも必要ではない。例えば、表示パネルの厚さ方向一方の面側に視差バリアを備えていてもよい。

　立体表示装置は、例えば、縦横対応の立体表示装置であってもよい。この場合、スイッチ液晶パネルは、ランドスケープ表示のときの視差バリアと、ポートレート表示のときの視差バリアとを実現する。

Claims

　複数の画素を有し、立体視用画像を表示する表示パネルと、
　前記表示パネルの厚さ方向一方側に配置され、透過部と遮光部とが交互に並ぶ視差バリアとを備え、
　前記遮光部と前記透過部とが交互に並ぶ方向を第１方向とし、
　前記遮光部の長手方向を第２方向とした場合に、
　前記第１方向で隣り合う２つの画素の間には、前記第２方向に延びる境界部が存在し、
　各画素の開口内には、前記境界部との間に隙間を有する遮光領域が存在し、
　前記第２方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素の開口内に存在する前記遮光領域は、他方の画素の開口内に存在する前記遮光領域に対して、前記第１方向にシフトしている、立体表示装置。
　請求項１に記載の立体表示装置であって、
　各画素における前記第１方向の幅中心に対して、前記遮光領域における前記第１方向の幅中心が前記第１方向にシフトしている、立体表示装置。
　請求項１又は２に記載の立体表示装置であって、
　前記複数の画素は、赤色画素、緑色画素及び青色画素からなる画素群を複数含み、
　各画素群を構成する画素の開口内に存在する前記遮光領域における前記第１方向の幅中心は、前記第２方向に延びる第１基準線上に位置する、立体表示装置。
　請求項１～３の何れか１項に記載の立体表示装置であって、
　前記遮光部における前記第１方向の端縁が、前記境界部における前記第１方向の端縁と非平行な部分を有するとともに、前記第２方向において特定の周期で変化する、立体表示装置。
　請求項１～４の何れか１項に記載の立体表示装置であって、
　前記表示パネルの厚さ方向一方の側に配置されるスイッチ液晶パネルをさらに備え、
　前記スイッチ液晶パネルは、
　一対の基板と、
　前記一対の基板間に封入される液晶層と、
　一方の基板に形成された共通電極と、
　他方の基板に複数形成され、電圧が印加されたときに前記共通電極とともに前記遮光部を実現する駆動電極とを備える、立体表示装置。
　複数の画素を有し、立体視用画像を表示する表示パネルと、
　前記表示パネルの厚さ方向一方側に配置され、前記表示パネルの面方向に複数のシリンドリカルレンズが並ぶレンチキュラーレンズとを備え、
　前記複数のシリンドリカルレンズが並ぶ方向を第１方向とし、
　前記シリンドリカルレンズの長手方向を第２方向とした場合に、
　前記第１方向で隣り合う２つの画素の間には、前記第２方向に延びる境界部が存在し、
　各画素の開口内には、前記境界部との間に隙間を有する遮光領域が存在し、
　前記第２方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素の開口内に存在する前記遮光領域は、他方の画素の開口内に存在する前記遮光領域に対して、前記第１方向にシフトしている、立体表示装置。