JP2006259192A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この画像表示装置1は、画像を表示するための表示パネル2と、表示パネル2に光を照射するためのバックライト5と、バックライト5から照射された光を、第1の偏光軸を有する光と、第1の偏光軸とは異なる第2の偏光軸を有する光とに分離するための偏光制御液晶パネル7と、偏光制御液晶パネル7により異なる偏光軸を有するように分離された光を、それぞれ、所定の方向に進行させるとともに、観察者10の左目10aおよび右目10bを結んだ線分に対して実質的に直交する方向(図1のF方向)に延びるように形成されたレンズ部8aを含むレンチキュラーレンズ8とを備えている。
【選択図】図2
Description
D:(C/n2)+(A/n1)=E:B・・・(1)
この式(1)を観察範囲Eを求める式に変形すると、次の式(2)になる。
E=(B×D)/{(C/n2)+(A/n1)}・・・(2)
この式(2)から、観察範囲Eは、表示パネル501の画素ピッチBに比例(依存)することが分かる。上記式(2)に、B=0.06mm、D=600mm、C=0.1mm、A=0.5mm、n1=1.53、n2=1.49を代入すると、E=91.4(mm)となる。つまり、図26に示した従来の2画面表示装置500では、画素ピッチB(約0.06mm)を有する表示パネル501を用いた場合に、観察者510および520の観察範囲Eが、約91.4mm(9.14cm)となる。
図1は、本発明の第1実施形態による画像表示装置を示した分解斜視図である。図2は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の原理を説明するための観察者が上方から表示パネルを見た状態を示した図である。図3は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の偏光制御液晶パネルの部分拡大図である。図4は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の原理を説明するための観察者が側方から表示パネルを見た状態を示した図である。図5は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の原理を説明するための分解斜視図である。まず、図1〜図5を参照して、本発明の第1実施形態による画像表示装置1の構成について説明する。
図6は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の2画面表示時において観察者が観察する表示パネルの領域を説明するための図である。次に、図2、図4〜図6を参照して、本発明の第1実施形態による画像表示装置1の2画面表示方法について説明する。
図7は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の立体表示方法の原理を説明するための観察者が上方から表示パネルを見た状態を示した図である。図8は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の立体画像表示方法の原理を説明するための分解斜視図である。図9は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の立体画像表示時において観察者が観察する表示パネルの領域を説明するための図である。次に、図7〜図9を参照して、本発明の第1実施形態による画像表示装置1の立体画像表示方法について説明する。
図10は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の平面画像表示時における偏光制御液晶パネル、位相差板および表示パネルを示した図である。図11は、図1に示した本発明の第1実施形態による画像表示装置の平面画像表示時において観察者が観察する表示パネルの領域を説明するための図である。次に、図7、図10および図11を参照して、本発明の第1実施形態による画像表示装置1の平面画像表示方法について説明する。
図12は、図1に示した本発明の第1実施形態の変形例による画像表示装置の画像劣化の少ない立体画像表示時における偏光制御液晶パネル、位相差板および表示パネルを示した図である。図13は、図1に示した本発明の第1実施形態の変形例による画像表示装置の画像劣化の少ない立体画像表示時において観察者が観察する表示パネルの領域を説明するための図である。次に、図7、図12および図13を参照して、本発明の第1実施形態の変形例による画像表示装置1の画像劣化の少ない立体画像表示方法について説明する。
第1実施形態では、上記のように、バックライト5と表示パネル2との間に、バックライト5から偏光板6を介して照射された光を、第1の偏光軸を有する光と、第1の偏光軸と実質的に直交する第2の偏光軸を有する光とに分離するための偏光制御液晶パネル7を設けるとともに、偏光制御液晶パネル7と表示パネル2との間に、偏光制御液晶パネル7により異なる偏光軸を有するように分離された光を、それぞれ、所定の方向に進行させるレンチキュラーレンズ8を設けることによって、バックライト5から照射された光を、表示パネル2に入射させる前に、観察位置の異なる観察者10および20に向かうように分離することができる。これにより、画素ピッチの小さい高精細な表示パネル2を用いたとしても、表示パネル2の画素ピッチに依存することなく、観察者10および20に向かって光が進行するので、観察位置の異なる観察者10および20に異なる高精細な画像を提供することができる。
図14は、本発明の第2実施形態による画像表示装置の構成を説明するための観察者が上方から表示パネルを見た状態を示した図である。この第2実施形態では、上記第1実施形態とは異なり、観察者の観察位置の移動に伴って立体画像の表示位置を変化させる画像表示装置100について説明する。
第2実施形態では、上記のように、観察者10の位置を検出するための位置検出センサ130と、位置検出センサ130により検出された観察者10の位置に応じて、偏光制御液晶パネル7の偏光制御領域7aおよび偏光制御領域7bを移動させるための制御部140とを設けることによって、観察者10が動くのを位置検出センサ130により検出するとともに、その移動検出情報に基づいて偏光制御液晶パネル7の偏光制御領域7aと偏光制御領域7bとを移動させることができる。これにより、観察者10が移動した場合にも、観察者10に適切な画像を提供することができる。なお、上記第2実施形態の位置検出センサ130を、画像認識などにより複数人の観察者の移動を検出可能に構成するとともに、制御部140を複数人の観察者に対応する偏光制御領域7aおよび7bを個々に移動可能なように構成すれば、複数人の観察者が移動した場合にも、各観察者に適切な立体画像を提供することができる。
図15は、本発明の第3実施形態による画像表示装置において観察者が表示パネルを見た状態を側方から示した図である。図16〜図18は、図15に示した本発明の第3実施形態による画像表示装置の原理の詳細を説明するための図である。図19は、本発明の第3実施形態による画像表示装置の位相差板の開口率に対する適視領域の変化を示したグラフである。この第3実施形態では、上記第1実施形態の構成と異なり、観察者に適切な画像である正視像を提供する方法について説明する。
p:d+K=q:K・・・(3)
この式(3)をpについての式にすると、次の式(4)が導かれる。
p=q(d+K)/K・・・(4)
q−α・p:Y−q=d:K・・・(5)
また、位相差板209の偏光領域209bの下端を通過するとともに表示パネル202の画素列202bの上端を通過する光線274と光線270と頂点251とを含む三角形295と、qの長さの底面と頂点251とを含む三角形296との相似関係から、式(6)が導かれる。
q:d=X/2:K+d・・・(6)
そして、式(5)および式(6)により、Yについての式にすると、次の式(7)が導かれる。
Y=X/2−α・p・K/d・・・(7)
α・p:d2=β・q:d−d2・・・(8)
また、β・qの長さの底面と頂点253とを含む三角形(ハッチング領域)298と、X2の長さの底面と頂点253とを含む三角形299との相似関係から、式(9)が導かれる。β・q:d−d2=X2:K+d−d2・・・(9)
なお、d2は、位相差板209の偏光領域209bの上端を通過するとともに表示パネル202の画素列202bの下端を通過する光線275と、位相差板209の偏光領域209bの下端を通過するとともに表示パネル202の画素列202bの上端を通過する光線276との交点(頂点253)と位相差板209との間の距離である。また、上記式(8)より、d2についての式にすると、次の式(10)が導かれる。
d2=α・p・d/(α・p+β・q)・・・(10)
そして、上記式(10)を上記式(9)に代入することによって、次の式(11)が導かれる。
X2=(K+d)(α・p+β・q)/d−α・p・・・(11)
また、適視領域285の外側に形成されたJ方向の長さZを有するクロストーク領域286は、2Z=X2−Yにより定義されるので、次の式(12)で表される。
Z=(X2−Y)/2・・・(12)
また、クロストーク領域286は、図18に示すように、Y/2+Z+Y/2=X/2で表されるので、次の式(13)で表される。
Y=X/2−Z・・・(13)
q(K+d)/d−(K+d)(α・p+β・q)/d+α・p=0・・・(14)
さらに、上記式(14)をまとめて、次の式(15)が導かれる。
q(K+d)(1−β)−α・p・K=0・・・(15)
また、上記式(15)に、上記式(4)を代入することにより、次の式(16)導かれる。
(1−α−β)p・K=0・・・(16)
また、Y=X/2であるので、式(16)の左辺および右辺に、それぞれ、X/2、Yを加算しても等式が成り立ち、次の式(17)が導かれる。
Y=(1−α−β)p・K+X/2・・・(17)
ここで、pおよびKは、0ではないので、1−α−β=0になる。これにより、α=1−βになる。すなわち、図15および図18に示した第3実施形態の構成において、クロストーク領域286をなくすためには、図19に示すグラフのように、位相差板209の開口率αを、表示パネル202の開口率βを用いて、α=1−β(α=0.2136)となるように設計すればよい。なお、図19には、図17に示した位相差板209に遮光領域209cが設けられているとともに、表示パネル202には遮光部材が設けられていない構成に対応する式(7)によって規定される線(実線)と、図18に示した位相差板209に遮光領域209cが設けられているとともに、表示パネル202にも遮光部材202cが設けられた第3実施形態の構成に対応する式(17)によって規定される線(2点鎖線)とが示されている。
第3実施形態では、上記のように、位相差板209の透過領域209aと偏光領域209bとの間に、遮光領域209cを設けることによって、観察者10および20の逆視領域281の位置に、光が到達しない光未到達領域281aを形成することができる。そして、このような光未到達領域281aでは、観察者10は観察者10用の画像を見ることができるとともに、観察者20は観察者20用の画像を見ることができる。その結果、観察者10の左目10aおよび右目10bに、観察者20用の画像が入るのを抑制することができるとともに、観察者20の左目20aおよび右目20bに、観察者10用の画像が入るのを抑制することができる。
図20は、本発明の第4実施形態による画像表示装置の分解斜視図である。図21は、図20に示した本発明の第4実施形態による画像表示装置の原理を説明するための観察者が上方から表示パネルを見た状態を示した図である。この第4実施形態では、上記第1実施形態の構成において、偏光制御液晶パネルに代えて位相差板307を用いた場合について説明する。なお、位相差板307以外の構成は、上記第1実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
第4実施形態では、上記のように、第1の偏光軸を有する光を透過させる透過領域307aと、第1の偏光軸を有する光を、第1の偏光軸と実質的に直交する第2の偏光軸を有する光に変化させるための偏光領域307bとが図20のL方向に延びるとともに図20のL方向と実質的に直交する方向に交互に設けられた位相差板307を設けることによって、上記第1実施形態における偏光制御液晶パネル7を用いる場合に比べて簡単な構成で、バックライト5から照射された光を異なる偏光軸を有する光に分離することができる。
図22は、本発明の第5実施形態による画像表示装置の原理を説明するための観察者が側方から表示パネルを見た状態を示した図である。この第5実施形態では、上記第1実施形態の構成において、位相差板9と表示パネル2に取り付けられる偏光板4との間にレンチキュラーレンズ401を配置した場合について説明する。なお、レンチキュラーレンズ401以外の構成は、上記第1実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
第5実施形態では、上記のように、表示パネル2に取り付けられる偏光板4と位相差板9との間に、図22のM方向と実質的に直交する方向に延びるように形成された実質的に半円柱状のレンズ部401aが形成されたレンチキュラーレンズ401を設けることによって、位相差板9の透過領域9aを透過した光を、レンチキュラーレンズ401のレンズ部401aにより、表示パネル2の画素列2aに入射させるとともに、位相差板9の偏光領域9bを透過した光を、レンチキュラーレンズ401のレンズ部401bにより集光して表示パネル2の画素列2bに入射させることができる。その結果、観察者10および20に見るべき画像とは異なる画像が提供されるのを、容易に、抑制することができる。
2、202 表示パネル
2a、202a 画素列(第1画素列)
2b 202b 画素列(第2画素列)
202c 遮光部材
5 バックライト(光源)
7 偏光制御液晶パネル(偏光軸制御手段)
7a 偏光制御領域(第1偏光制御領域)
7b 偏光制御領域(第2偏光制御領域)
7d 電極
8、68 レンチキュラーレンズ(レンズ、第1レンチキュラーレンズ)
8a、68a レンズ部
9、209 位相差板(第1位相差板)
9a、209a 透過領域(第3偏光制御領域)
9b、209b 偏光領域(第4偏光制御領域)
58 プリズムレンズ(レンズ)
209c 遮光領域
130 位置検出センサ(位置検出手段)
140 制御部
307 位相差板(偏光軸制御手段、第2位相差板)
307a 透過領域(第1偏光制御領域)
307b 偏光領域(第2偏光制御領域)
401 レンチキュラーレンズ(第2レンチキュラーレンズ)
401a レンズ部(第2レンズ部)
Claims (14)
- 画像を表示するための表示パネルと、
前記表示パネルに光を照射するための光源と、
前記光源と前記表示パネルとの間に配置され、前記光源から照射された光を、第1の偏光軸を有する光と、前記第1の偏光軸とは異なる第2の偏光軸を有する光とに分離するための偏光軸制御手段と、
前記偏光軸制御手段と前記表示パネルとの間に配置され、前記偏光軸制御手段により分離された前記第1の偏光軸を有する光および前記第2の偏光軸を有する光を、それぞれ、所定の方向に進行させるとともに、観察者の左右の目を結んだ線分に対して交差する第1の方向に延びるように形成された少なくとも1つのレンズ部を含むレンズとを備えた、画像表示装置。 - 前記偏光軸制御手段には、第1の偏光軸を有する光を出射させるための第1偏光制御領域と、前記第1の偏光軸とは異なる第2の偏光軸を有する光を出射させるための第2偏光制御領域とが前記第1の方向に延びるとともに前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に設けられており、
前記レンズは、前記第1の方向に延びるように形成された実質的に半円柱状の第1レンズ部が前記第1偏光制御領域および前記第2偏光制御領域からなる組に対応して設けられ、前記第1偏光制御領域から出射された前記第1の偏光軸を有する光および前記第2偏光制御領域から出射された前記第2の偏光軸を有する光を、それぞれ、所定の方向に進行させるための第1レンチキュラーレンズを含む、請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記表示パネルと前記レンズとの間に配置され、第3の偏光軸を有する光を出射させるための第3偏光制御領域と、前記第3の偏光軸とは異なる第4の偏光軸を有する光を出射させるための第4偏光制御領域とが前記第2の方向に延びるとともに前記第1の方向に交互に設けられた第1位相差板をさらに備え、
前記表示パネルには、前記第2の方向に延びる第1画素列と第2画素列とが交互に設けられており、
前記第1位相差板の前記第2の方向に延びるように設けられた前記第3偏光制御領域および前記第4偏光制御領域は、それぞれ、前記表示パネルの前記第2の方向に延びるように設けられた前記第1画素列および前記第2画素列に対応するように設けられている、請求項1または2に記載の画像表示装置。 - 前記第1位相差板の前記第2の方向に延びるように設けられた前記第3偏光制御領域と前記第4偏光制御領域との間には、遮光領域が設けられている、請求項3に記載の画像表示装置。
- 前記表示パネルの第1画素列と第2画素列との間には、遮光部材が設けられている、請求項4に記載の画像表示装置。
- 前記偏光軸制御手段は、前記第1の偏光軸を有する光を出射させるための第1偏光制御領域と、前記第1の偏光軸とは異なる前記第2の偏光軸を有する光を出射させるための第2偏光制御領域とが前記第1の方向に延びるとともに前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に設けられた偏光制御液晶パネルを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記偏光制御液晶パネルには、前記偏光制御液晶パネルの第1偏光制御領域および第2偏光制御領域を制御するための複数の電極が設けられており、
前記偏光制御液晶パネルの複数の電極の駆動を制御することにより、前記光源から照射される光の到達領域を制御することによって、平面画像の2画面表示と立体表示との切り換えを行う、請求項6に記載の画像表示装置。 - 前記表示パネルと前記レンズとの間に配置され、第3の偏光軸を有する光を出射させるための第3偏光制御領域と、前記第3の偏光軸とは異なる第4の偏光軸を有する光を出射させるための第4偏光制御領域とが前記第2の方向に延びるとともに前記第1の方向に交互に設けられた第1位相差板をさらに備え、
前記表示パネルには、前記第1位相差板の前記第3偏光制御領域および前記第4偏光制御領域に対応するように、前記第2の方向に延びる第1画素列と第2画素列とが交互に設けられており、
前記偏光制御液晶パネルは、前記偏光制御液晶パネルの複数の電極の駆動を制御することにより、前記表示パネルの1/nフレーム期間(nは2以上の自然数)毎に、前記偏光制御液晶パネルの第1偏光制御領域と第2偏光制御領域とが入れ替わるように制御することによって、観察者に平面画像を提供する、請求項7に記載の画像表示装置。 - 前記表示パネルは、前記偏光制御液晶パネルの第1偏光制御領域と第2偏光制御領域との入れ替わりに同期して、前記表示パネルの1/nフレーム期間(nは2以上の自然数)毎に、前記表示パネルの第1画素列と第2画素列とに表示される左目用の画像と右目用の画像とが入れ替わるように制御することによって、観察者に立体画像を提供する、請求項8に記載の画像表示装置。
- 前記1/nフレーム期間は、1/2フレーム期間である、請求項8または9に記載の画像表示装置。
- 前記表示パネルと前記レンズとの間に配置され、第3の偏光軸を有する光を出射させるための第3偏光制御領域と、前記第3の偏光軸とは異なる第4の偏光軸を有する光を出射させるための第4偏光制御領域とが前記第2の方向に延びるとともに前記第1の方向に交互に設けられた第1位相差板と、
前記表示パネルと前記第1位相差板との間に配置され、前記第2の方向に延びるように形成された実質的に半円柱状の第2レンズ部が設けられた第2レンチキュラーレンズとをさらに備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記表示パネルと前記レンズとの間に配置され、第3の偏光軸を有する光を出射させるための第3偏光制御領域と、前記第3の偏光軸とは異なる第4の偏光軸を有する光を出射させるための第4偏光制御領域とが前記第2の方向に延びるとともに前記第1の方向に交互に設けられた第1位相差板と、
前記表示パネルと前記第1位相差板との間に配置され、前記第2の方向に延びるように形成された開口部および遮光部が交互に設けられたバリアとをさらに備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記偏光軸制御手段は、前記第1の偏光軸を有する光を出射させるための第1偏光制御領域と、前記第1の偏光軸とは異なる前記第2の偏光軸を有する光を出射させるための第2偏光制御領域とが前記第1の方向に延びるとともに前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に設けられた偏光制御液晶パネルを含み、
観察者の位置を検出するための位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出された前記観察者の位置に応じて、前記偏光制御液晶パネルの第1偏光制御領域および第2偏光制御領域を移動させるための制御部とをさらに備える、請求項1〜12のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記偏光軸制御手段は、第1の偏光軸を有する光を出射させるための第1偏光制御領域と、前記第1の偏光軸とは異なる第2の偏光軸を有する光を出射させるための第2偏光制御領域とが前記第1の方向に延びるとともに前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に設けられた第2位相差板を含む、請求項1または2に記載の画像表示装置。
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