JP2004240435A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示画面に対して観察者の見る位置が左右にずれても立体画像が損なわれることなく、また、本来の液晶表示素子の水平解像度を維持し高精度の立体画像として見ることができ、かつ通常のノーマルな画像として見ることのできる液晶表示装置を得る。【解決手段】 液晶表示素子２の背面側に２つのバックライト５ａ，５ｂを有し、バックライト５ａ，５ｂからの光を２枚の凹面鏡３，４に反射させることで、折り曲げながら平行光にして液晶表示素子２を照光するようにし、液晶表示素子２は画像を時間的に右眼用と左眼用とに交互に切り換え表示し、バックライト５ａ，５ｂからの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、液晶表示素子２の切り換え表示に同期して２つのバックライト５ａ，５ｂを点滅動作させることで、液晶表示素子２の画像を立体映像として見ることができるようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えばビデオカメラ等で撮影した立体情報のある録画画像を特殊な眼鏡を使用することなく液晶ディスプレーを用いて３次元（３Ｄ＝Dimension ）画像、いわゆる立体画像として見ることのできるパーソナル用の液晶表示装置に関する。

従来から３次元に画像を表現する技術は古くから試みられており、写真，映画，テレビジョン等多くの分野で３次元画像に関する表示方法が研究され実用化されてきた。そして、３次元画像の表示方法はメガネ式とメガネ無し式との２種類に分類される。

メガネ式の代表的なものとしては、いわゆる赤，青メガネを着用するアナグリフ方式や変更メガネ方式がある。これらの方式は両眼視差のある画像を観察者の左右の眼に入力し立体映像として見ることができるものである。しかし、これらの方式は観察者がメガネを着用することが必要であるため煩わしいといった問題がある。

一方、メガネ無し式の代表的なものとしてはパララックスバリア方式やレンチキュラ方式がある。

図７に二眼式のパララックスバリア方式の原理を示す。
液晶表示素子３１には右眼用の画素Ｒは左眼用の画素Ｌとが交互に縦列に配置されている。そして、液晶表示素子３１の前方にスリット３２を開口したバリア３３が配置されている。

すなわち、液晶表示素子３１をバリア３３を通して観察者３４が見たとき、観察者３４の右眼３４ａにはバリア３３のスリット３２を通して液晶表示素子３１のそれぞれの画素Ｒを見ることができ、観察者３４の左眼３４ｂにはバリア３３のスリット３２を通して液晶表示素子３１のそれぞれの画素Ｌを見ることができ、これによって、液晶表示素子３１の画素を観察者の両眼視差作用により立体映像として見ることができるものである。このパララックスバリア方式の原理を利用したものとして（例えば、特許文献１参照）がある。

また、図８に二眼式のレンチキュラ方式の原理を示す。
液晶表示素子３１には上述したパララックスバリア方式と画素の配列は異なるが同様に右眼用の画素Ｒと左眼用の画素Ｌとが交互に縦列に配置されている。この液晶表示素子３１の前面にはレンチキュラレンズ３５が配置されている。詳しくはレンチキュラレンズ３５は１つのレンズ単体が右眼用の画素Ｒと左眼用の画素Ｌとの２画素に正確に一致するように構成されている。

すなわち、液晶表示素子３１を観察者３４が見たとき、観察者３４の右眼３４ａにはレンチキュラレンズ３５を通して液晶表示素子３１のそれぞれの画素Ｒを見ることができ、観察者３４の左眼３４ｂにはレンチキュラレンズ３５を通して液晶表示素子３１のそれぞれの画素Ｌを見ることができ、これによって、液晶表示素子３１の画素を観察者の両眼視差雇用により立体映像として見ることができるものである。このレンチキュラ方式の原理を利用したものとして（例えば、特許文献２参照）がある。
特開平７−５４２０号公報 特開平５−４９０４４号公報

しかしながら、上述した二眼式のパララックスバリア方式やレンチキュラ方式は、いずれの場合も立体視可能範囲が制限されているため、観察者の見る位置が多少でも左右にずれると立体画像が困難となるといった問題がある。また、二眼式は液晶表示素子の画素を右眼と左眼とで二分割しているため、本来の液晶表示素子の水平解像度が半分となってしまい、このため立体画像精度が低下するといった問題もある。

また、上述したパララックスバリア方式やレンチキュラ方式は、立体映像として見ることを専用にしているため、通常のノーマル（非立体映像）な状態で画像を見ることが犠牲になるといった問題があった。

本発明は、かかる問題に鑑み、液晶表示画面に対して観察者の見る位置が左右にずれても立体画像が損なわれることなく、また、本来の液晶表示素子の水平解像度を維持し高精度の立体画像として見ることができ、かつ通常のノーマルな画像として見ることのできる液晶表示装置を得ることを目的とするものである。

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明による請求項１に記載の液晶表示装置は、液晶表示素子の背面側に２つの光源を有し、光源からの光によって液晶表示素子を照光する光学手段は凹面鏡を備え、凹面鏡によって光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして液晶表示素子を照光するようにし、液晶表示素子は切換え表示手段によって右眼用と左眼用とに交互に切り換え表示し、光源からの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、液晶表示素子の切り換え表示に同期して２つの光源を点滅動作させることで、液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の液晶表示装置は、液晶表示素子の背面側に２つの光源を有し、光源からの光によって液晶表示素子を照光する光学手段は凹面鏡を備え、凹面鏡によって光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして液晶表示素子を照光するようにし、光源からの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、２つの光源の明るさに差を生じさせることにより液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の液晶表示装置は、液晶表示素子の背面側に２つの光源を有し、光源からの光によって液晶表示素子を照光する光学手段は凹面鏡を備え、凹面鏡によって光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして液晶表示素子を照光するようにし、光源からの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、２つの光源にそれぞれ色の異なる色フィルタを設け、アナグリフ方式で撮像された映像信号を液晶表示素子に表示することで立体映像として見ることができるようにしたことを特徴とする。

また、本発明による請求項６に記載の液晶表示装置は、液晶表示素子の背面側に２つの光源を有し、光源からの光を平行光にして液晶表示素子を照光する光学手段を備え、液晶表示素子は、切換え表示手段によって１フィールド毎に画像情報として互いに視差のある右眼用と左眼用の画像を交互に切り換えて画像表示し、光源からの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、液晶表示素子の切り換え表示に同期して２つの光源を点滅動作させることで、液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにし、右眼用及び左眼用の画像の一方の記録されているフィールドが再生されている時に対応する光源を点灯するように指示し、各フィールドの立体情報を左右の眼に対等させるためのスイッチを備えることを特徴とする。

また、本発明による請求項７に記載の液晶表示装置は、液晶表示素子の背面側に２つの光源を有し、光源からの光を平行光にして液晶表示素子を照光する光学手段を備え、光源からの光は各々液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、２つの光源の明るさに差を生じさせることにより、液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにし、２つの光源の明るさを、一方の光源が暗い状態と他方の光源が暗い状態とに互いに変更するスイッチを備えることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示画面に対して観察者の見る位置が左右にずれても立体画像が損なわれることなく、両眼視差に基づく３次元知覚により立体映像として見ることができる。また、通常のノーマルな画像としても見ることができる。しかも、光源からの光を平行光にして液晶表示素子を照光するための光学手段がフレネルレンズ等のような非連続光学系ではないので、液晶表示素子の画像を「モアレ」現象の生じない高精度な画像として見ることができる。

以下、本発明による液晶表示装置の最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本例の液晶表示装置の側断面図、図２は同じく正面図、図３は光学手段としての凹面鏡と液晶表示素子及び光源となるバックライトとの相対関係の斜視図である。

符号１は液晶表示装置の筐体であり、内部に液晶表示素子２が収容されている。液晶表示素子２の背面側には光学手段として斜めに傾斜するようにした２つの凹面鏡３，４が配置されている。一方の凹面鏡３は液晶表示素子２に対して横方向に凹面形状となる第１の凹面鏡であり、他方の凹面鏡４は液晶表示素子２に対して縦方向に凹面形状となる第２の凹面鏡である。

筐体１内の下方には液晶表示素子２を背面から照光するための光源としてのバックライト５ａ，５ｂ（図１では一方のバックライト５ａのみ示してある）が左右に並べて配置されている。

バックライト５ａ，５ｂからの光は、第１の凹面鏡３を反射し、この第１の凹面鏡３を反射した光は第２の凹面鏡４を反射し液晶表示素子２を照光する。これによって、バックライト５ａ，５ｂからの光は２つの凹面鏡３，４の反射の組み合わせによりほぼ平行光にして液晶表示素子２を照光すると共に、出射させることができる。

上述した２つの凹面鏡３，４の使用により、バックライト５ａ，５ｂからの光をほぼ平行光にして液晶表示素子を照光するための光学手段がフレネルレンズ等のような非連続光学系ではないので、液晶表示素子と干渉し合って画像に縞状の模様が発生する、いわゆる「モアレ」現象を回避し高精度な画像として見ることができる。なお、バックライト５ａ，５ｂは図１の仮想線で示した見かけ上の位置から液晶表示素子２を照光させた状態となる。また、符号８は液晶表示装置からの音声を出力するスピーカである。

図４はバックライト５ａ，５ｂにより照光された液晶表示素子２が観察者の左右の眼に認識される様子の光学的な平面図であり、バックライト５ａ，５ｂは見かけ上の位置である。

これによれば、２つのバックライト５ａ，５ｂのうち、一方のバックライト５ａからの光は凹面鏡３，４を反射することで、ほぼ平行光となって液晶表示素子２を照光し、観察者の右眼９ａにのみ入光するようにされ、他方のバックライト５ｂからの光は凹面鏡３，４を反射することで、ほぼ平行光となって観察者の左眼９ｂにのみ入光するようにされている。つまり、左右のバックライト５ａ，５ｂからの光を観察者の右眼９ａと左眼９ｂとでそれぞれ独立に入光できるようにすることは液晶表示素子２を明視距離（近点距離）において見ることによって可能である。

ここで、上述した液晶表示装置を使用して液晶画損を立体画像として見ることのできる幾つかの実施の形態について説明する。

〔第１の実施の形態〕
液晶表示素子２は図示しない液晶駆動回路により一画像信号（１フィールド）毎に立体情報として互いに視差のある右眼用と左眼用の画像を交互に切り換え画像表示する動作と、この切り換え画像表示に同期して２つのバックライト５ａ，５ｂを点滅動作させるようにするものである。

すなわち、この様子を図５に示した信号のタイムチャート図について説明すると、液晶表示素子２に右眼用の一画像信号が表示されると、この信号に同期して一方のバックライト５ａが点灯し観察者の右眼に入光し、続いて液晶表示素子２に左眼用の一画像信号が表示されると、この信号に同期して他方のバックライト５ｂが点灯し観察者の左眼に入光する。つまり、液晶表示素子の右眼用の一画像は観察者の右眼で見るようにし、同様に液晶表示素子の左眼用の一画像は観察者の左眼でのみ見るようにしているため、観察者の網膜の残像効果により脳の中で融像され、いわゆる両眼視差に基づく３次元知覚により立体映像として見ることができる。

なお、２つのバックライト５ａ，５ｂの点滅動作は、液晶表示素子の切り換え表示に同期して例えば、平面蛍光管への印加電圧を変化させる方法、また、平面蛍光管の前面に各々液晶シャッターを備え、この液晶シャッターを印加電圧の変化により開閉制御し右眼用と左眼用との画像の切り換えを行うこともできる。

〔第２の実施の形態〕
この実施の形態ではバックライト５ａ，５ｂからの光を液晶表示素子２を透過し観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させることは図４に示した場合と同様であるが、２つのバックライト５ａ，５ｂの明るさに差を生じさせることにより、観察者の網膜から脳に届く時間的な差が生じ、いわゆるプルヒリッヒ効果により両眼視差に基づく３次元知覚により液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにしたものである。

例えば、液晶表示画面上を横走りする映像が画面の右方向に移動しているような場合では、観察者の右眼に入光しているバックライト（この場合はバックライト５ａ）の明るさを減少させることによって立体映像として見ることができ、また、液晶表示画面上を横走りする画像が画面の左方向に移動しているような場合では、観察者の左眼に入光しているバックライト（この場合はバックライト５ｂ）の明るさを減少させることによって立体映像として見ることができる。

このような実施の形態では液晶表示素子の画像の横移動方向または横移動の有る無しによって２つのバックライト５ａ，５ｂの明るさを制御することによって可能である。

２つのバックライト５ａ，５ｂの明るさの制御手段としては、画像の横移動方向または横移動の有る無しを映像信号から検出処理し自動検出するようにしたり、または、画像の横移動方向または横移動の有る無しの識別信号を選択的に映像信号に重畳させて制御するようにしてもよい。

〔第３の実施の形態〕
この実施の形態は２つのバックライト５ａ，５ｂからの光を液晶表示素子２を透過し観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させることは図４に示した場合と同様であるが、図６に示すようにバックライト５ａ，５ｂの前面にそれぞれ色の異なる（例えば、赤色と青色）フィルタ２１ａ，２１ｂを配置することによってアナグリフ方式で撮像された映像信号からなる画像を眼鏡なしで両眼視差に基づく３次元知覚により立体映像として見ることができる。

また、上述したフィルタ２１ａ，２１ｂをそのまま利用し、例えば、図２に示すように液晶表示画面に色の異なる２つのマーク２２，２３を横方向に表示し、左右の眼には１つずつしか見えない２つのマーク２２，２３がその中間部において重なるように一体視できる眼幅の状態が容易に得られるので、ランダムドットステレオグラム等を裸眼立体画像として見ることが可能となる。なお、所定の眼幅状態が得られた後はマーク２２，２３を消しても差し支えない。

ここで、上述した各実施の形態において２つのバックライト５ａ，５ｂからの光を液晶表示素子２を透過し観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させているが、バックライト５ａ，５ｂからの光は明視距離において所定のゾーン幅を有するため、観察者の両眼はそれぞれのゾーンの範囲内であれば液晶表示画面に対して左右にずれることがあっても正常な立体画像として見ることが可能であり、その分、視野角を広めることができる。

また、図２において液晶表示装置の筐体１に各種の切換えスイッチが備えてある。第１のスイッチ２４は上，下方向に切り換えることで３Ｄ（第１の実施の形態の使用例）と２Ｄ（第２及び第３の実施の形態の使用例）とに切り換えできるスイッチである。また、第２のスイッチ２５はプルフリッヒ効果応用の横走り立体用（第２の実施の形態）の使用の場合の３Ｄ用であり、スイッチ２５を左右方向に切り換えることで、左の方のバックライト（例えば、バックライト５ｂ）が暗い状態と右の方のバックライト（例えば、バックライト５ａ）が暗い状態とを互に切り換えるためのスイッチである。

また、第３のスイッチ２６は画像信号の各フィールドの立体情報を左右の眼に対等させるスイッチである。例えば、液晶表示素子２に１フィールド毎に画像信号として互いに視差のある右眼用と左眼用の画像をフィールド毎に交互に切り換えて画像表示し、右眼用の画像が奇数フィールドに記録されている場合ならば奇数フィールドが再生されている時にバックライト５ａを点灯し、左眼用の画像が偶数フィールドに記録されている場合ならば偶数フィールドが再生されている時にバックライト５ｂが点灯するように指示するスイッチである。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶画像を立体画像として見ることができる他、立体情報でないノーマルな映像信号を使用することで液晶表示装置で通常の画像としても見ることができる利点がある。

本発明の液晶表示装置の側断面図である。 同じく液晶表示装置の正面図である。 同じく液晶表示素子と凹面鏡とバックライトとの相対関係の斜視図である。 同じく液晶表示装置の光学的な平面図である。 画像信号と２つのバックライトのタイムチャート図である。 本発明の別の実施の形態における液晶表示装置の光学的な平面図である。 従来の二眼式パララックスバリア方式の原理図である。 従来の二眼式レンチキュラ方式の原理図である。

符号の説明

１…液晶表示装置の筐体、２…液晶表示素子、３…第１の凹面鏡、４…第２の凹面鏡、５ａ，５ｂ…バックライト、２１ａ，２１ｂ…色フィルタ、２２，２３…マーク、２４…第１のスイッチ、２５…第２のスイッチ、２６…第３のスイッチ

Claims (7)

1. 光透過性の液晶表示素子と、
   上記液晶表示素子の背面側に配置された２つの発光部を有する光源と、
   上記２つの光源からの光によって上記液晶表示素子を照光する光学手段と、
   を備え、
   上記光学手段は、凹面鏡を備え、該凹面鏡によって上記光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして上記液晶表示素子を照光するようにし、
   上記液晶表示素子は切換え表示手段によって右眼用と左眼用とを交互に切り換え表示し、
   上記光源からの光は各々上記液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、上記切換え表示手段による上記液晶表示素子の切り換え表示に同期して上記２つの光源を点滅動作させることで、上記液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにした
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   上記液晶表示素子は、１フィールド毎に画像情報として互いに視差のある右眼用と左眼用の画像を交互に切り換えて画像表示し、
   右眼用及び左眼用の画像の一方の記録されているフィールドが再生されている時に対応する上記光源を点灯するように指示し、各フィールドの立体情報を左右の眼に対等させるためのスイッチを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 光透過性の液晶表示素子と、
   上記液晶表示素子の背面側に配置された２つの発光部を有する光源と、
   上記２つの光源からの光によって上記液晶表示素子を照光する光学手段と、
   を備え、
   上記光学手段は、凹面鏡を備え、該凹面鏡によって上記光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして上記液晶表示素子を照光するようにし、
   上記光源からの光は各々上記液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、上記２つの光源の明るさに差を生じさせることにより、上記液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにした
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
   上記２つの光源の明るさを、一方の光源が暗い状態と、他方の光源が暗い状態とに互いに変更するスイッチを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 光透過性の液晶表示素子と、
   上記液晶表示素子の背面側に配置された２つの発光部を有する光源と、
   上記２つの光源からの光によって上記液晶表示素子を照光する光学手段と、
   を備え、
   上記光学手段は、凹面鏡を備え、該凹面鏡によって上記光源からの光を反射し折り曲げながら平行光にして上記液晶表示素子を照光するようにし、
   上記光源からの光は各々上記液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、上記２つの光源にそれぞれ色の異なる色フィルタを設け、アナグリフ方式で撮像された映像信号を上記液晶表示素子に表示することで立体映像として見ることができるようにした
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 光透過性の液晶表示素子と、
   上記液晶表示素子の背面側に配置された２つの発光部を有する光源と、
   上記２つの光源からの光を平行光にして上記液晶表示素子を照光する光学手段と、
   を備え、
   上記液晶表示素子は、切換え表示手段によって１フィールド毎に画像情報として互いに視差のある右眼用と左眼用の画像を交互に切り換えて画像表示し、
   上記光源からの光は各々上記液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、上記切換え表示手段による上記液晶表示素子の切り換え表示に同期して上記２つの光源を点滅動作させることで、上記液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにし、
   右眼用及び左眼用の画像の一方の記録されているフィールドが再生されている時に対応する上記光源を点灯するように指示し、各フィールドの立体情報を左右の眼に対等させるためのスイッチを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 光透過性の液晶表示素子と、
   上記液晶表示素子の背面側に配置された２つの発光部を有する光源と、
   上記２つの光源からの光を平行光にして上記液晶表示素子を照光する光学手段と、
   を備え、
   上記光源からの光は各々上記液晶表示素子を透過し、観察者の右眼と左眼にそれぞれ独立して入光させると共に、上記２つの光源の明るさに差を生じさせることにより、上記液晶表示素子の画像を立体映像として見ることができるようにし、
   上記２つの光源の明るさを、一方の光源が暗い状態と、他方の光源が暗い状態とに互いに変更するスイッチを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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