JP2004294862A

JP2004294862A - 立体映像表示装置

Info

Publication number: JP2004294862A
Application number: JP2003088171A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Otani; 大谷　　博英; Shinichi Oe; 愼一大江; Kazuhiko Ito; 和彦伊藤; Kei Tamura; 圭田村
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】映像表示装置として液晶パネルを使用し、液晶パララックスバリアを備えた立体映像表示装置において、３Ｄ映像の表示画面に発生するモアレ縞を低減させるようにすること。
【解決手段】液晶パネルの表面に液晶パララックスバリアを備えた立体映像表示装置において、３Ｄ映像表示を行う場合に、該液晶パララックスバリアへの印加電圧を飽和直前の電圧となす。この場合の前記液晶パララックスバリアへの印加電圧は、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を２％以上２５％以下の透過率とする電圧とすることが好ましく、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を３％以上１０％以下の透過率とする電圧とすることがより好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特殊なめがねを使用することなく立体表示が可能な液晶パララックスバリア方式による立体映像表示装置に関するものであり、特に３次元映像表示の場合にモアレ縞の発生を防止した立体映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特殊な眼鏡を使用しないで立体映像を表示する方法として、レンチキュラ方式、パララックスバリア方式、光源をスリット化する方式等の表示方法が提案されている。
【０００３】
図４は、パララックスバリア方式による立体映像表示の原理を示す模式図である。観察者が観察する映像は、液晶パネル５０に形成される。立体視を可能とするために、前記液晶パネル５０には、左眼用映像が表示される左眼用画素Ｌと、右眼用映像が表示される右眼用画素Ｒとが交互に配列して形成されている。左眼用画素Ｌと右眼用画素Ｒとの位置関係については、後述する。左眼用映像と右眼用映像とは、例えば、左眼用と右眼用の２台のカメラにて同時に撮影して得ることができ、あるいは、１つの画像データから論理的演算によって算出することができる。このようにして得られた両映像には、人間が両眼視差によって立体知覚を行うために必要な視差情報が含まれている。
【０００４】
液晶パネル５０の前方には、所定距離を置いて遮光バリアであるパララックスバリア５１が配置される。パララックスバリア５１には、縦ストライプ状に開口部５１ａ・・・と遮光部５１ｂ・・・が形成される。開口部５１ａ・・・の間隔は、前記左眼用画素Ｌと右眼用画素Ｒの配列に対応して設定される。上記パララックスバリア５１により、左眼用映像と右眼用映像とが左右に分離され、この分離された映像は観察者の左眼、右眼にそれぞれ入光する。これによって観察者は正面の最適な位置で開口部を通して立体映像を観察することができる。
【０００５】
この場合、左右の視差画像のクロストークを低減するためには、遮光バリアであるパララックスバリア５１の遮光部５１ｂと開口部５１ａのコントラストが高い方が望ましいので、遮光部５１ｂの透過率は０％に近いほどよく、アルミニウムやクロム等の金属膜をガラス基板に蒸着することにより透過率が１％以下の遮光バリアが実現できる。
【０００６】
上述のパララックスバリア方式による立体映像表示装置は、パララックスバリアが固定のままでは３次元表示専用となってしまう。そこで２次元（以下、「２Ｄ」という。）映像表示と３次元（以下、「３Ｄ」という。）映像表示の切替えができるようにするために、映像表示装置の前面に設けられたパララックスバリアを液晶式のものとし、この液晶により白黒のストライブ状のパララックスバリアを形成することで３Ｄ表示を、また、全面透過型とすることにより２Ｄ表示を行う立体映像表示装置が開発された。（下記特許文献１参照）。
【０００７】
そこで、本発明の立体画像表示装置の理解のために、まずこの従来例の液晶パララックスバリア方式による立体映像表示装置の具体例を図面を用いて説明する。図１は、画像表示装置としての液晶パネルの前面に配置した液晶パララックスバリアを備えたパララックスバリア方式による立体映像表示装置１０の概略横断面図である。図１において、バックライト１２の表面には、第１の偏光板１４を介して画素を配列した透過型液晶パネル１６が配置され、更に第２の偏光板１８、ガラススペーサ２０及び第３の偏光板２２を介して液晶パララックスバリア２４が配置され、またこの液晶パララックスバリア２４の表面には第４の偏光板２６が配置されている。
【０００８】
透過型液晶パネル１６は、光の入射側に位置する背面ガラス板１６ａと光の出射側に位置する前面ガラス板１６ｂと、背面ガラス板１６ａの内面に形成された画素電極１６ｃと、前面ガラス板１６ｂの内面に形成されたカラーフィルタ１６ｄならびに背面ガラス板１６ａと前面ガラス板１６ｂの間に密封充填されている液晶１６ｅとからなる。画素電極１６ｃは、右眼用の画像と左眼用の画像が形成されるよう画素Ｒ及びＬが交互に配置され、画素間は縦のストライプ（図示せず）で分けられている。
【０００９】
液晶パララックスバリア２４は、内側に透過型液晶パネル１６の画素Ｌ及びＲのストライプに平行にストライプ状の電極とその対向電極（図示せず）がそれぞれ形成された２枚のガラス板２４ａ、２４ｂに挟まれた密閉空間に液晶２４ｃが充填されており、電圧を印加しない状態で２Ｄの映像の表示、電圧を印加した状態で３Ｄの映像表示がなされる。すなわち、この液晶パララックスバリア２４は、そのＸＹアドレスをマイクロコンピュータ等の制御手段により指定して、３Ｄ表示の場合はバリア面上の任意の位置に任意の形状のバリアストライプを形成する。この場合、左右の視差画像のクロストークを低減するために、液晶パララックスバリア２４の遮光部の透過率を０％近くにするために、液晶パララックスバリア２４への印加電圧を飽和電圧となしている。しかし、縦縞状のバリアストライプを発生させるのは３Ｄ映像を表示する場合でだけであって、２Ｄ映像表示の場合には、バリアストライプの発生を停止して映像表示領域の全域にわたり無色透明な状態になるよう駆動制御するようになしている。
【００１０】
ところで、パララックスバリア方式の３Ｄ表示においては、最適観察距離となる集光距離から離れた位置から液晶パネルの画面を見ると、一次元配列されたストライプ画像を一次元配列されたスリット列を介して観察するため、原理的にモアレ縞が発生する。この現象を図２を用いて具体的に説明するが、図４と同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１１】
図２は、パララックスバリア５１を備えた画像表示装置としての液晶パネル５０を上方向から見た概略横断面図である。この液晶パネルは、横方向に各画素５２ａ、５２ｂ・・・５２ｚを備え、これら各画素５２ａ、５２ｂ・・・５２ｚ間はそれぞれブラックマトリクスＢＭにより区切られている。したがって、この液晶パネル５０を集光距離（最適観察距離）５４，たとえば５４ａ〜５４ｄの位置から見ると、何れの位置からも各画素５２ａ、５２ｂ・・・５２ｚの中央部に視線が集まるので、ブラックマトリクスＢＭが見える位置はほぼ一定となり、モアレ縞はほとんど見られないが、観察位置の横移動に対しては輝度変化が生じる。
【００１２】
しかしながら、集光距離５４から離れた位置５６から液晶パネルを見ると、パララックスバリア５１のそれぞれの開口５１ａの位置に応じて、例えば５８ａ〜５８ｈに示したように、ブラックマトリクスＢＭの見える位置が変化してしまうために、輝度分布が起こり、モアレ縞が観察される。
【００１３】
従って、パララックスバリア方式では、１次元配列されたストライプ画像を、１次元配列されたパララックスバリアの開口スリット列を介して観察するためモアレ縞が発生しやすく、画像に対するノイズが増加し画像の品質が低下する。そのために、観察者が頭の位置を動かし視点を移動して、最適な観察位置に調整する必要がある。観察者には、モアレ縞の発生による画像品質の劣化は不快であって、視域が狭いことにより、視点がわずかに移動してもモアレ縞が移動するので立体画像が有する臨場感や現実感を損なうという欠点がある。
【００１４】
このように、パララックスバリア方式ではモアレ縞の発生が生じるという問題点が存在しているが、パララックスバリアとして液晶パララックスバリアを使用した場合も、観察者に立体感を感じさせるために液晶パララックスバリアの遮光部の透過率をほぼ０％となるようにして透光部と遮光部のコントラストを強くしているので、モアレ縞の発生が避けられなかった。
【００１５】
これに対し、下記特許文献２には、パララックスバリア方式の３Ｄ表示において、モアレ縞の対策として液晶空間光変調素子を使用する例が開示されている。しかし空間光変調技術はまだ確立された技術ではなく、また液晶空間光変調素子の駆動装置も複雑であるという問題点が存在していた。
【００１６】
【特許文献１】
特開平３−１１９８８９号公報（特許請求の範囲、第４頁右上欄、第１図）
【００１７】
【特許文献２】
特開平９−７４５７４号公報（請求項１及び１２、段落［００４９］）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者等は、上述のような画像表示素子として液晶パネルを用いた液晶パララックスバリア方式による立体映像表示装置におけるモアレ縞模様が発生しやすく３Ｄ映像表示の表示品位を著しく低下させるという問題点を解決すべく種々実験を重ねた結果、３Ｄ映像表示の場合に、液晶パララックスバリアの液晶分子が完全に立ち上がらない状態でバリアとして使用すると、すなわち液晶パララックスバリアに印加する電圧が飽和電圧となる直前の電圧の状態でバリアとして使用するとモアレ縞の発生を減少させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１９】
すなわち、本発明は、画像表示素子として液晶パネルを用いた液晶パララックスバリア方式による立体映像表示装置において、３Ｄ映像表示に際する表示画面にモアレ縞の発生を減少させ、画像品質が良く、観察者の負担の少ない立体映像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。すなわち、本発明は、液晶パネルの表面に液晶パララックスバリアを備えた立体映像表示装置において、３Ｄ映像表示を行う場合に、該液晶パララックスバリアへの印加電圧を飽和直前の電圧となしたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記液晶パララックスバリアへの印加電圧が、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を２％以上２５％以下の透過率とする電圧であることを特徴とし、更に好ましくは前記液晶パララックスバリアへの印加電圧が、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を３％以上１０％以下の透過率とする電圧であることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成となすことにより、画像表示装置として液晶パネルを使用し、液晶パララックスバリアを備えた立体映像表示装置において、有効にモアレ縞の発生を低減させることができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体例を詳細に説明する。図３は、液晶パララックスバリアへの印加電圧と遮光部の透過率の関係を示す特性曲線図の一例である。液晶パララックスバリアの遮光部の透過率は、印加電圧が０Ｖから３Ｖ程度までは印加電圧の増加と共に徐々に低下し、印加電圧が３．２Ｖ程度から急激に透過率が低下し、印加電圧が４．２Ｖ程度から透過率の低下の程度が徐々に減少して、印加電圧が７Ｖを越えると実質的に透過率は０％近くなって飽和する。
【００２４】
従って、通常、２Ｄ表示の場合は液晶パララックスバリアの印加電圧が０Ｖの透過率が１００％の領域で使用され、また、３Ｄ表示の場合は液晶パララックスバリアの印加電圧が７Ｖの透過率が実質的に０％の領域で使用されている。
【００２５】
液晶パララックスバリアへの印加電圧を０Ｖ〜７Ｖまで変化させた場合の液晶パララックスバリアの遮光部の透過率、明るさ、立体視認性及びモアレ縞の関係を調べた結果、下記表１に示したとおりとなった。なお、表１には明るさ、立体視認性とモアレ縞の発生に関し、程度を高度なものから順に、優れている◎、良好○、やや劣る△、不良×の４段階で示した。
【００２６】
【表１】

なお、印刷や金属マスクとは異なり、液晶バリアは真の意味で光遮断されることはなく、光遮断状態でもわずかながらも光は透過し、また、偏光板の軸ずれなどにより飽和時の光透過率も変化する。したがって、図３における遮光部の透過率は、使用した液晶パララックスバリアの遮光部の最も暗い状態を透過率０％とすると共に最も明るい状態を透過率１００％としたものであり、絶対的な透過率を表すものではない。
【００２７】
表１に示した結果によると、観察者に３Ｄ映像表示と認識される液晶パララックスバリアの遮光部の透過率は２５％以下であり、この場合の最適な印加電圧は、液晶材料等によって異なるが、本実施例においては３Ｄ表示エリアの印加電圧は４．１５Ｖ乃至７．０Ｖであった。
【００２８】
この場合、モアレ縞解消に最適な印加電圧は、本実施例においては３Ｄ表示エリアのＡ領域の４．１５Ｖ乃至４．５Ｖであり、次いでＢ領域の４．５乃至５．６Ｖであった。しかしながら、Ａ領域は、モアレ縞の低減度と明るさは優れているものの立体視認性はやや劣り、Ｂ領域は、モアレ縞低減度、明るさ、立体視認性の何れも良好であった。これに対しＣ領域は、立体視認性は優れているが明るさ及びモアレ縞低減度についてはやや劣る結果となった。一方、液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を２％未満のＤ領域では、立体視認性は最も良好であり、適視位置で観察する限りはこのＤ領域が最も好ましいが、明るさは最も暗く、また、適視位置を外れるとモアレ縞が一番強く発生する。
【００２９】
したがって、モアレ縞の低減度、明るさ及び立体視認性の３者を総合的に勘案すると、液晶パララックスバリアの遮光部の透過率が１０％〜３％となるＢ領域が最も好ましいことが分かった。
【００３０】
このように、観察者が明確に３Ｄ映像を認識できるとともにモアレ縞の発生を低減するためには、液晶パララックスバリアの遮光部の透過率が立体視認性の最も良好である２％未満となる飽和電圧ではなく、それに近接した印加電圧で使用すればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、パララックスバリア方式による立体映像表示装置において、バリアに液晶パララックスバリアを用いて、印加する電圧が飽和電圧とならない状態で液晶パララックスバリアを使用することによってモアレ縞の発生を防止し、３Ｄ映像表示において表示画面にモアレ縞の発生しない高品位の映像が得られる立体映像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶パララックスバリア方式の立体映像表示装置の一例の概略横断面図である。
【図２】液晶パネル及び液晶パララックスバリアを使用した際にモアレ縞が生じる原理を説明するための図である。
【図３】液晶パララックスバリアへの印加電圧と透過率との関係を示す特性曲線図の一例である。
【図４】パララックスバリア方式の立体映像表示の原理を示す図である。
【符号の説明】
１２バックライト
１４第１の偏光板
１６透過型液晶パネル
１８第２の偏光板
２２第３の偏光板
２４液晶パララックスバリア
２６第４の偏光板

Claims

液晶パネルの表面に液晶パララックスバリアを備えた立体映像表示装置において、３次元映像表示を行う場合に、該液晶パララックスバリアへの印加電圧を飽和直前の電圧となしたことを特徴とする立体映像表示装置。
前記液晶パララックスバリアへの印加電圧が、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を２％以上２５％以下の透過率とする電圧であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
前記液晶パララックスバリアへの印加電圧が、該液晶パララックスバリアの遮光部の透過率を３％以上１０％以下の透過率とする電圧であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。