JP2015001614A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易にモアレを改善することができる表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示の表示装置は、表示部と、第1の方向に垂直な第2の方向に延伸する複数の単位領域が、前記第1の方向に列状に配置されるバリア部とを有し、前記単位領域から透過される光の透過率が、前記バリア部において光を透過させる前記単位領域の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する。本開示の表示装置は、少なくとも、前記第1の方向における前記単位領域の幅と、前記遮光体を配設する前記間隔とが略同一である。
【選択図】図1
【解決手段】本開示の表示装置は、表示部と、第1の方向に垂直な第2の方向に延伸する複数の単位領域が、前記第1の方向に列状に配置されるバリア部とを有し、前記単位領域から透過される光の透過率が、前記バリア部において光を透過させる前記単位領域の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する。本開示の表示装置は、少なくとも、前記第1の方向における前記単位領域の幅と、前記遮光体を配設する前記間隔とが略同一である。
【選択図】図1
Description
本発明は、表示装置に関する。
従来、表示装置などに適用される技術として、利用者の視点位置に基づいて、表示部に積層された光学装置を制御するヘッドトラッキング技術、アイトラッキング技術などが知られている。ところで、利用者と表示装置との位置関係が変化することによって、表示装置から利用者の眼に到達する光の輝度が変化し、利用者に違和感を与える、いわゆるモアレが発生することがある。
図26及び図27は、モアレについて説明するための図である。図26では、例えば、表示装置を構成する表示部14と光学装置であるバリア部16とが、この順に積層されている。図26に示すステップS11では、表示部14における画素P1の箇所の光のみが、バリア部16の所定の領域16aを介して利用者の眼E1に入射される。一方、図26に示すステップS12のように、利用者が表示装置に接近する方向へ移動した場合、表示部14において画素P1及び画素P2が隣り合う箇所(図26に示すM1乃至M4参照)の光が、バリア部16の所定の領域16aを介して利用者の眼E1に入射される。
すなわち、図26に示すステップS11では、図27に示すステップS21に示すように、利用者の眼E1が、画素P1のほぼ中央を捉える。このため、利用者は、画素P1の表示色に対応する所定の輝度の光を感じ取ることになる。一方、図26に示すステップS12では、図27のステップS22に示すように、利用者の眼E1が、隣り合う画素P1及び画素P2に加えて、画素P1及び画素P2の境界にある領域A1を捉える。領域A1には、信号線、トランジスタなどが配置されるので、画素P1及び画素P2とは光の透過率が異なる。例えば、隣り合う画素P1及び画素P2の輝度が同じであると仮定した場合、利用者は、領域A1の分だけ輝度が減算された光を感じ取ることになる。このように、例えば、図26のステップS11及びステップS12に示すように、例えば、利用者が表示装置に接近し、利用者と表示装置との位置関係が変化することによって、利用者の眼E1に到達する光の輝度が変化する場合がある。利用者の眼E1に到達する光の輝度の変化は、利用者に違和感を与える。これが、いわゆるモアレに相当する。上記ヘッドトラッキング技術などでは、利用者と表示装置との位置関係の変化に追従する性能に限界があり、モアレの発生を防止することが難しいという問題がある。そこで、特許文献1では、モアレの発生を防止することを目的として、光学装置であるバリア部と、表示装置との間の距離を調整する技術が開示されている。
特許文献1に開示されている技術は、原理的には可能である。しかしながら、ミクロン単位の非常に精密な制御を要求される点、バリアと表示装置とを搭載するモジュールの設計サイズの変更を要する点、バリアと表示装置との間に発生する空気層による光学特性の劣化が懸念される点などの問題がある。
本技術は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、精密な制御及び設計サイズの変更などを要することなく、かつ、光学特性を維持したまま、簡易にモアレを改善することができる表示装置を提供することにある。
本開示の表示装置は、表示部と、第1の方向に垂直な第2の方向に延伸する複数の単位領域が、前記第1の方向に列状に配置されるバリア部とを有し、前記単位領域から透過される光の透過率が、前記バリア部において光を透過させる前記単位領域の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する。
本開示の表示装置は、例えば、バリア部の単位領域から透過される光の透過率が、バリア部において光を透過させる単位領域の位置によらず略同一となるように、表示部に対して、一定間隔で遮光体を配設する。このように、遮光体を配設するだけで、ヘッドトラッキングによる単位領域の切り換え、あるいは利用者の接近により、バリア部の単位領域と表示部との位置関係が遷移したとしても、利用者の眼に到達する光の輝度の変化を抑制することができ、その結果、簡易にモアレを改善することができる。
本開示の表示装置は、精密な制御及び設計サイズの変更などを要することなく、かつ、光学特性を維持したまま、簡易にモアレを改善することができる。
本開示の表示装置を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施形態(表示装置)
1−1.実施形態1
1−2.実施形態2
2.適用例(電子機器)
上記実施形態に係る表示装置が電子機器に適用されている例
3.本開示の構成
1.実施形態(表示装置)
1−1.実施形態1
1−2.実施形態2
2.適用例(電子機器)
上記実施形態に係る表示装置が電子機器に適用されている例
3.本開示の構成
以下に説明する各実施形態に係る表示装置は、例えば、表示部に積層されるバリア部を制御することにより、三次元画像を表示させる表示装置などに適用することができる。表示装置の表示部としては、例えば、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、有機EL(Electro‐Luminescence)表示装置、プラズマ表示装置などがある。
各実施形態に係る表示装置は、モノクロ表示対応の表示装置、カラー表示対応の表示装置のいずれにも適用できる。ここで、カラー表示対応の表示装置とした場合、カラー画像を形成する単位となる1つの画素(単位画素)が、複数の副画素(サブピクセル)から構成されることになる。より具体的には、カラー表示対応の表示装置では、1つの画素は、例えば、赤色(Red;R)を表示する副画素、緑色(Green;G)を表示する副画素、青色(Blue;B)を表示する副画素の3つの副画素から構成される。
1つの画素は、RGBの3原色の副画素の組み合わせに限定されず、RGBの3原色の副画素に更に1色あるいは複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色(White;W)を表示する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色を表示する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。
[1−1.実施形態1]
(構成)
図1は、実施形態1に係る表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図2は、図1に示す表示装置のバックライトと表示部とバリア部の構成の一例を示す斜視図である。図3は、表示部の画素とバリア部の単位領域との関係を示す斜視図である。図2及び図3は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状と同一とは限らない。図1に示す表示装置1は、例えば、本開示の表示装置の一例である。
(構成)
図1は、実施形態1に係る表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図2は、図1に示す表示装置のバックライトと表示部とバリア部の構成の一例を示す斜視図である。図3は、表示部の画素とバリア部の単位領域との関係を示す斜視図である。図2及び図3は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状と同一とは限らない。図1に示す表示装置1は、例えば、本開示の表示装置の一例である。
表示装置1は、例えば、所定位置から画面を見ている利用者が裸眼で三次元画像を認識できる画像を表示させる。表示装置1は、図1に示すように、バックライト2と、表示部4と、バリア部6と、撮像部8と、制御部9とを有する。表示装置1は、バックライト2、表示部4、及びバリア部6が、例えば、この順で積層されている。
バックライト2は、表示部4に向けて面状の光を出射する面状照明装置である。バックライト2は、例えば、光源と導光板とを有し、光源から出射された光を導光板で散乱させつつ、表示部4と対面する出射面から出力する。なお、表示部4として有機EL表示を用いた場合は、表示部4そのものが発光するので、バックライト2は設けなくてもよい。
表示部4は、画像を表示する表示装置である。表示部4は、図3に示すように複数の画素50が二次元配列で配置された液晶パネルである。表示部4は、バックライト2から出射された光が入射する。表示部4は、例えば、各画素50に入射される光を透過させるか、遮断させるかを切り換えることで、表示面(例えば、図2の4S)に画像を表示させる。
バリア部6は、光学装置である。バリア部6は、表示部4の画像が表示される表示面(例えば、図2の4S)、つまり、バックライト2と対面している面とは反対側の面に配置されている。バリア部6は、表示部4の表示面(例えば、図2の4S)に対して水平な第1の方向(例えば、図2及び図3に示すX軸方向)に垂直な第2の方向(例えば、図2及び図3に示すY軸方向)に延伸する複数の単位領域150を列状に配置する。バリア部6は、液晶パネルであり、目的とする透過領域あるいは遮光領域に部分的に電圧を印加して液晶を配向させることにより、各単位領域150に入射される光を、光を射出する側の面(例えば、図2の6S)から透過させるか、遮断させるかを切り換える。これにより、バリア部6は、表示部4に表示される画像を透過させる領域と遮断させる領域とを調整する。なお、バリア部6の代わりに、液晶レンズなどを表示装置1に適用してもよい。なお、図2に示す構成では、バリア部6は、表示部4の画像が表示される表示面、つまり、バックライト2と対面している面とは反対側の面に配置したが、バリア部6を、バックライト2及び表示部4との間に設けてもよい。バックライト2からバリア部6の各単位領域150へ入射される光を、バリア部6の光を射出する側の面から透過させるか、遮断させるかを切り換えることにより、表示部4の画像を表示させる領域と表示させない領域とを調整する。
利用者に三次元画像を認識させる場合は、当該複数の画素のうち、右目用の画素と左目用の画素に、それぞれ、右目用の画像及び左目用の画像を表示させる。右目用の画像及び左目用の画像は、それぞれ、利用者の左目及び右目に入らないようにバリア部6により遮光される。
(表示部4及びバリア部6)
次に、表示部4及びバリア部6の構成例を説明する。図4は、表示部及びバリア部を実装したモジュールの概略構成を示す模式図である。図5は、表示部及びバリア部を実装したモジュールの概略断面構造を表す断面図である。図6は、表示部の画素表示を表す回路図である。図7は、カラー表示における画素の模式図である。図8は、モノクロ表示における画素の模式図である。
次に、表示部4及びバリア部6の構成例を説明する。図4は、表示部及びバリア部を実装したモジュールの概略構成を示す模式図である。図5は、表示部及びバリア部を実装したモジュールの概略断面構造を表す断面図である。図6は、表示部の画素表示を表す回路図である。図7は、カラー表示における画素の模式図である。図8は、モノクロ表示における画素の模式図である。
表示装置1は、図4に示すように、表示部4とバリア部6が積層されている。また、表示装置1は、表示部4とバリア部6とが接着層40で接着されている。接着層40は、表示部4とバリア部6との透光性の部分に対して透過率の変化が少ない透光性の接着剤、例えば樹脂で形成されている。表示装置1は、接着層40を用いて表示部4とバリア部6とを積層させることで、表示部4とバリア部6との間に空気層がない状態とすることができる。なお、接着層40は、光学等方性となる。つまり接着層40は、偏光特性がない。
表示部4は、透光性基板21と、透光性基板21上に形成された画素アレイ部14と、インターフェース(I/F)及びタイミングジェネレータの機能を備えるドライバIC16と、フレキシブルプリント基板(FPC(Flexible printed circuits))18と、を備える。表示部4は、透光性基板21の上に画素アレイ部14とドライバIC16とフレキシブルプリント基板18が設けられている。このように、表示部4は、透光性基板21に画素アレイ部14が積層されている。また、表示部4は、画素アレイ部14の透光性基板21とは反対側、つまりバリア部6側に偏光板35が配置されている。また、表示部4は、透光性基板21の画素アレイ部14とは反対側の面、つまりバックライト2側の面に偏光板36が配置されている。つまり、表示部4は、バックライト2からバリア部6に向けて、偏光板36、透光性基板21、画素アレイ部14、偏光板35の順で積層されている。また、表示部4は、偏光板35に接着層40が積層されている。
画素アレイ部14は、液晶層を含む画素50が表示上の1画素を構成するユニットがm行×n列に配置されたマトリクス(行列状)構造を有している。ドライバIC16は、外部から外部信号である、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号が入力される。ドライバIC16は、外部電源の電圧振幅のマスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号を、液晶の駆動に必要な内部電源の電圧振幅にレベル変換し、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号としてタイミングジェネレータを通し、垂直スタートパルス、垂直クロックパルス、水平スタートパルス及び水平クロックパルスを生成する。ドライバIC16は、生成した信号を画素アレイ部14に与える。フレキシブルプリント基板18は、一方の端部が透光性基板21の表面に形成された回路(後述するTFT層)に接続され、他方の端部が外部の回路に接続されている。フレキシブルプリント基板18は、透光性基板21を介してドライバIC16と接続されており、ドライバIC16への外部信号またはドライバIC16を駆動する駆動電力を伝送する。
次に、バリア部6は、例えば透光性基板121と、透光性基板121上に形成された電極部114と、フレキシブルプリント基板(FPC(Flexible printed circuits))118と、を備える。ここで、詳細は後述するが本実施形態のバリア部6は、所定の画像の表示と非表示を切り換えるのみであるため、透光性基板121上の電極部114を用いて表示を切り換える。当該表示の切り替えは、電極部114に接続されたドライバを用いて行えばよい。当該ドライバに加えて、インターフェース(I/F)及びタイミングジェネレータの機能を備えるドライバICをさらに備えていてもよい。バリア部6は、透光性基板121の上に電極部114とフレキシブルプリント基板118が設けられている。このように、バリア部6は、透光性基板121に電極部114が積層されている。また、バリア部6は、電極部114の透光性基板121とは反対側、つまり画像を出力する表示面側に偏光板135が配置されている。つまり、バリア部6は、表示部4から画像を出力する面に向けて、透光性基板121、電極部114、偏光板135の順で積層されている。また、バリア部6は、透光性基板121の電極部114側とは反対側の面に接着層40が積層されている。つまり接着層40は、偏光板35と透光性基板121とに挟まれている。
電極部114は、後述する液晶層を含む画素50が、表示上の1画素を構成するユニットが1方向に列状に配置された構造を有している。フレキシブルプリント基板118は、一方の端部が透光性基板121上の電極部114又は電極部114に接続される配線に接続され、他方の端部が外部の回路に接続されている。フレキシブルプリント基板118は、透光性基板121の回路への外部信号または回路を駆動する駆動電力を伝送する。
次に、図5を用いて、表示部4およびバリア部6の積層構造について詳細に説明する。表示部4は、FFS(Fringe Field Swiching)方式等のいわゆる横電界方式の液晶表示パネルである。横電界方式として、FFS方式のほかにIPS方式(In Plane Switching)を用いてもよい。また、本実施形態の表示部4は、横電界方式の液晶表示パネルとしたが、縦電界方式の液晶表示パネルとしてもよい。図5に示すように、表示部4は、透光性基板21を含む画素基板20と、この画素基板20の表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板30と、画素基板20に積層された共通電極33と、画素基板20と対向基板30との間に挿設された液晶層60と、偏光板35と、偏光板36とを備えている。
画素基板20は、透光性基板21と、透光性基板21上に設けられた能動素子(スイッチング素子)、例えば薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)素子Trが画素に対応して形成されたTFT層21aと、透光性基板21のTFT層21a上にマトリックス状に配設された複数の画素電極22と、絶縁層24とを有する。TFT層21aには、図6に示す各画素50の薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)素子Tr、各画素電極22に画素信号を供給する画素信号線SGL、各TFT素子Trを駆動する走査信号線GCL等の配線が形成されている。また、透光性基板21は、TFT層21a上に画素電極22が形成されている面の反対側の面に偏光板36が積層されている。絶縁層24は、窒化シリコン等の絶縁性を有する材料で形成された膜であり、画素電極22及びTFT層21aの表面に積層されている。絶縁層24は、画素電極22と共通電極33とを絶縁する。
共通電極33は、画素基板20の絶縁層24に積層されたシート状の電極である。共通電極33は、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)や、インジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide)IZO等の透光性導電性材料により形成された透光性の導電体である。共通電極33は、共通電極配線に接続される。本実施形態の共通電極33は、シート状の電極としたが、複数に分割した分割電極としてもよい。この場合、共通電極33は、例えば、1つの分割電極が1つの画素電極22(1行を構成する画素電極22)に対応するように配置されている。また、共通電極33は、1つの分割電極が複数の画素電極22に共通の板状の電極としてもよい。共通電極33は、透光性基板21の表面に対して垂直な方向(例えば、Z軸方向)において、画素電極22に対向し、透光性基板21の表面に平行な面において、上述した画素信号線SGLが延在する方向と平行な方向に延在している。共通電極33は、図示しない導電性を有するコンタクト導電柱を介して、駆動電極ドライバから共通電極33に交流矩形波形の共通信号が印加されるようになっている。
画素信号線SGLは、透光性基板21の表面と平行な平面に延在し、画素に画像を表示するための画素信号を供給する。図6に示す画素基板20は、マトリックス状に配列した複数の画素50を有している。画素50は、TFT素子Tr及び液晶素子LCを備えている。TFT素子Trは、図6に示す例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。TFT素子Trのソースは画素信号線SGLに接続され、ゲートは走査信号線GCLに接続され、ドレインは液晶素子LCの一端に接続されている。液晶素子LCは、一端がTFT素子Trのドレインに接続され、他端が共通電極33に接続されている。
画素50は、走査信号線GCLにより、画素基板20の同じ行に属する他の画素と互いに接続されている。走査信号線GCLは、ゲートドライバと接続され、ゲートドライバより走査信号(Vscan)が供給される。また、画素50は、画素信号線SGLにより、画素基板20の同じ列に属する他の画素と互いに接続されている。画素信号線SGLは、ソースドライバと接続され、ソースドライバより画素信号Vpixが供給される。さらに、画素50は、共通電極33により、画素基板20の同じ列に属する他の画素と互いに接続されている。共通電極33は、駆動電極ドライバと接続され、駆動電極ドライバより駆動信号Vcomが供給される。つまり、図6に示す例では、同じ一行に属する複数の画素50が一本の共通電極33を共有するようになっている。
表示部4は、ゲートドライバにより走査信号(Vscan)を、図6に示す走査信号線GCLを介して、画素50のTFT素子Trのゲートに印加することにより、画素基板20にマトリックス状に形成されている画素50のうちの1行(1水平ライン)を表示駆動の対象として順次選択する。表示部4は、ソースドライバにより画素信号Vpixを、図6に示す画素信号線SGLを介して、順次選択される1水平ラインを構成する各画素50にそれぞれ供給する。そして、これらの画素50では、供給される画素信号Vpixに応じて、1水平ラインの表示が行われるようになっている。表示部4は、駆動信号Vcomを印加し、共通電極33を駆動する。
上述したように、表示部4は、走査信号線GCLを時分割的に線順次走査するように駆動することにより、1水平ラインが順次選択される。また、表示部4は、1水平ラインに属する画素50に対して、画素信号Vpixを供給することにより、1水平ラインずつ表示が行われる。この表示動作を行う際、表示部4は、その1水平ラインに対応する共通電極33を含むブロックに対して駆動信号Vcomを印加するようになっている。
対向基板30は、ガラス基板31と、このガラス基板31の一方の面に形成されたカラーフィルタ32と、ガラス基板31とは反対側にあるカラーフィルタ32の表面上に形成された複数の共通電極33とを含む。ガラス基板31の他方の面には、偏光板35が配設されている。また、偏光板35のガラス基板31側とは反対側の面には、バリア部6が積層されている。
カラーフィルタ32は、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタを周期的に配列して、上述した図6に示す各画素50にR、G、Bの3色が1組として対応付けられている。具体的には、図7に示すように、カラー画像を形成する単位となる1個の画素、すなわち単位画素5は、例えば、複数の副画素(サブピクセル)を含む。この例では、単位画素5は、Rを表示する副画素50Rと、Bを表示する副画素50Bと、Gを表示する副画素50Gとを含む。単位画素5が有する副画素50R、50B、50Gは、X方向、すなわち表示装置1の行方向に向かって配列される。カラーフィルタ32は、透光性基板21の表面に対して垂直な方向(例えば、図2及び図3に示すZ軸方向)において、液晶層60と対向する。なお、カラーフィルタ32は、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。
単位画素5は、さらに1色又は複数色の副画素を有していてもよい。液晶表示装置がモノクロ表示のみに対応する場合、図8に示すように、モノクロ画像を形成する単位となる1個の画素、すなわち単位画素5Mは、画素50(カラー画像における副画素)に相当する。単位画素5はカラー画像を表示するための基本単位であり、単位画素5Mは、モノクロ画像を表示するための基本単位である。
液晶層60は、画素基板20と対向基板30との間の領域であり、液晶が注入されている。液晶層60は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものである。なお、液晶層60と画素基板20との間、及び液晶層60と対向基板30との間には、それぞれ配向膜が配設され、また、画素基板20の下面側には入射側偏光板が配置されてもよい。
ここで、表示部4は、透光性基板21に画素電極22、共通電極33の順、つまり共通電極33が液晶層60側となる順で積層したが、これに限定されない。表示部4は、透光性基板21に共通電極33、画素電極22の順、つまり画素電極22が液晶層60側となる順で積層してもよい。この場合、画素電極22とTFT素子Tr等とは、共通電極33に接しない配線で接続されている。
バリア部6は、バリア電極(画素電極)と共通電極とが液晶層を挟んで配置されている縦電界方式の液晶表示パネルである。バリア部6は、透光性基板であるガラス基板121上に電極部114が形成されている。電極部114は、ガラス基板121上に形成された列状に配設された複数のバリア電極122と、このガラス基板121の表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板130と、ガラス基板121と対向基板130との間に挿設された液晶層160と、を有する。また、バリア部6は、対向基板130側の表面には偏光板135が積層されている。
バリア電極122は、図3に示す単位領域150と同様の形状であり、第1方向に沿って延在する細長い板形状である。バリア電極122は、第2方向に複数列状に配置されている。バリア電極122は、フレキシブルプリント基板118を介して電圧が印加される。バリア電極122は、電圧が印加されると共通電極133との間で電界を形成する。バリア電極122は、印加される電圧によって共通電極133を形成する電界が変化する。
対向基板130は、ガラス基板131と、このガラス基板131の一方の面に形成された共通電極133と、を含む。対向基板130は、オーバーコート層を含んでいてもよい。ガラス基板131の他方の面には、偏光板135が配設されている。共通電極133は、シート状の電極である。共通電極133は、ITOや、IZO等の透光性導電性材料により形成された透光性の導電体である。共通電極133は、後述する共通電極配線に接続され、いわゆる共通電極として作動する。
本実施形態に係る共通電極133は、バリア部6の共通駆動電極(対向電極)として機能する。なお、バリア部6の共通電極133は、全領域を同期させて駆動させるが、バリア電極122が並んでいる方向に複数に分割してもよい。共通電極133は、図示しない導電性を有するコンタクト導電柱(例えば、積水化学工業製 ミクロパールAU)を介して、駆動電極ドライバから共通電極133に交流矩形波形の共通信号が印加されるようになっている。
液晶層160は、ガラス基板121と対向基板130との間の領域であり、液晶が注入されている。液晶層160は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、TN(Twisted Nematic:ツイステッドネマティック)、VA(Virtical Alignment:垂直配向)、ECB(Electrically Controlled Birefringence:電界制御複屈折)等の各種モードの液晶が用いられる。バリア部6は、液晶層160とガラス基板121との間に配向膜が設けられ、液晶層160と対向基板130との間に配向膜が設けられている。配向膜は、液晶層160の液晶の配向方向(ラビング方向)を所定の方向にする。バリア部6は、以上のような構造とすることで、積層構造を簡単にすることができる。なお、バリア部6は、表示部4のように、ガラス基板121上にTFT素子を設け、TFT素子でバリア電極122に印加する電圧を制御してもよい。ガラス基板の代わりに、透光性材料により形成される透光性基板を用いてもよい。
表示部4及びバリア部6は、以上のような構成であり、制御部9からの信号に基づいて、画素電極22、バリア電極122に印加する電圧を切り換えることで、利用者が三次元で視認する画像を表示させる。
撮像部8は、カメラ等の画像を撮影する機器である。例えば、バリア部6を制御して、三次元画像を表示する表示装置では、いわゆるヘッドトラッキング技術などが利用される。このヘッドトラッキング技術では、利用者の右眼に右眼用の画像が入射され、利用者の左眼に左眼用の画像が入射されるように、利用者の位置情報に基づいて、バリア部6の光の透過及び遮断が制御される。撮像部8により取得される利用者の画像は、利用者の位置(例えば、眼球位置)を特定するために用いられる。
制御部9は、表示装置1の各部の動作を制御する。具体的には、制御部9は、バックライト2の点灯及び消灯や、点灯時の光量及び光の強度を制御し、表示部4に表示させる画像を制御し、バリア部6の各単位領域150の動作(透過・遮断)を制御し、撮像部8の撮像動作を制御する。制御部9は、撮像部8により撮影される利用者の画像を用いて、ヘッドトラッキングを実行し、表示部4に表示させる画像及びバリア部6の各単位領域150の動作(透過・遮断)を制御することにより、三次元画像の表示を実現する。
制御部9は、例えば、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)と、記憶装置であるメモリとを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって各種の機能を実現することもできる。具体的には、制御部9は、例えば、記憶部(図示せず)に記憶されているプログラムを読み出してメモリに展開し、メモリに展開されたプログラムに含まれる命令をCPUに実行させる。そして、制御部9は、CPUによる命令の実行結果に応じて、バックライト2の点灯及び消灯や、点灯時の光量及び光の強度を制御し、表示部4に表示させる画像を制御し、バリア部6の各単位領域150の動作(透過・遮断)を制御したりする。
(遮光体の配設方法)
以下、実施形態1における遮光体の配設方法について説明する。図9及び図10は、実施形態1における遮光体の配設方法の一例を示す図である。図9及び図10に示す4pは、表示部4の一部分を表している。図9及び図10に示す50x及び50yは、表示部4に配置された画素を表している。図9及び図10に示す70は、遮光体を表している。図9に示すd1は、遮光体70の幅を表している。図9及び図10に示すW1は、例えば、ヘッドトラッキングを実行する際のトラッキング方向(X軸方向)における画素幅を表している。図9及び図10に示すh1は、遮光体70を配設する間隔を表している。図10に示す150pは、光が透過される単位領域150の一部を表しており、以下の説明において開口と表記する。図10に示すk1は、光が透過される単位領域150の幅を表している。
以下、実施形態1における遮光体の配設方法について説明する。図9及び図10は、実施形態1における遮光体の配設方法の一例を示す図である。図9及び図10に示す4pは、表示部4の一部分を表している。図9及び図10に示す50x及び50yは、表示部4に配置された画素を表している。図9及び図10に示す70は、遮光体を表している。図9に示すd1は、遮光体70の幅を表している。図9及び図10に示すW1は、例えば、ヘッドトラッキングを実行する際のトラッキング方向(X軸方向)における画素幅を表している。図9及び図10に示すh1は、遮光体70を配設する間隔を表している。図10に示す150pは、光が透過される単位領域150の一部を表しており、以下の説明において開口と表記する。図10に示すk1は、光が透過される単位領域150の幅を表している。
図9に示すように、実施形態1に係る表示装置1では、X軸方向に一定の間隔h1で、表示部4に対して遮光体70を配設する。このとき、表示部4に遮光体70を配設する際のX軸方向における間隔h1は、図10に示すように、光が透過される単位領域150の開口150pの幅k1と等しく、かつ間隔h1をn倍(nは、1以上の整数)したものが、ヘッドトラッキングを実行する際の画素幅W1と等しくなるという関係を満足するようにする。
図11は、バリア部の単位領域と表示部との位置関係の遷移に関する一例を示す図である。図11に示すステップS31乃至ステップS33では、ヘッドトラッキングによるバリア部6の単位領域150の切り換え、あるいは利用者のZ軸方向への移動により、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移する様子を示している。図11に示すように、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移した場合であっても、開口150pの位置に対応する表示部4の位置において遮光体70の占める領域が同一となるので、画素50xと画素50yにおける光の透過率が略同一であると仮定すると、開口150pから透過される光の透過率が略同一となる。なお、人の光の視認能力を考慮する場合、少なくとも、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係の遷移前後で、人の目に視認される光の輝度の差が30%乃至40%程度の範囲内に収まるように、遮光体70が配設されていればよい。また、人の光に対する感覚を考慮する場合(違和感を抑える場合)、少なくとも、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係の遷移前後で、人の目に視認される光の輝度の差が10%乃至20%程度の範囲内に収まるように、遮光体70が配設されていればよい。例えば、遮光体70は、ブラックマトリクス、信号線、ゲート線などの遮光となり得る層であれば何でもよい。
すなわち、実施形態1に係る表示装置1では、バリア部6の単位領域150から透過される光の透過率が、バリア部6において光を透過させる単位領域150の位置によらず略同一となるように、表示部4に対して、一定間隔で遮光体70を配設する。このように、遮光体70を配設するだけで、ヘッドトラッキングによるバリア部6の単位領域150の切り換え、あるいは利用者のZ軸方向への移動により、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移したとしても、利用者の眼に到達する光の輝度の変化を抑制することができる。このようなことから、実施形態1に係る表示装置1によれば、従来のように、精密な制御及び設計サイズの変更などを要することなく、かつ光学特性を維持したまま、簡易にモアレを改善することができる。
図9乃至図11に示す例とはバリア部6の単位領域150の幅が異なる場合であっても、表示部4に対して遮光体70を配設する間隔を、上記図10に示す場合と同様の関係を満足させることにより、モアレを改善することができる。図12は、バリア部の単位領域と表示部との位置関係の遷移に関する他の例を示す図である。図12に示すステップS41乃至ステップS43では、図11に示す例と同様に、ヘッドトラッキングによるバリア部6の単位領域150の切り換え、あるいは利用者のZ軸方向への移動により、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移する様子を示している。
図12に示す例では、X軸方向に一定の間隔h2で、表示部4に対して遮光体70を配設する。このとき、間隔h2が、図12に示すように、単位領域150の開口150pの幅k2と等しく、かつ間隔h2をn倍(nは、1以上の整数)したものが、ヘッドトラッキングを実行する際の画素幅W1と等しくなるという関係を満足するようにする。このようにすれば、図12に示すように、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移した場合であっても、開口150pの位置に対応する表示部4の位置において遮光体70の占める領域が同一となるので、画素50xと画素50yにおける光の透過率が略同一であると仮定すると、開口150pから透過される光の透過率が略同一となる。
上記の実施形態1において、バリア部6の代わりに、液晶レンズ、あるいはレンチキュラーレンズなどのレンズ部を表示装置1に適用してもよい。レンズ部を表示部4が有する画素に集光するように設定することによって、レンズ部は、バリア部6と同様の機能を実現する。図13は、レンズ部の機能の概要を示す図である。図14は、レンズ部による集光幅を示す図である。
図13に示すように、レンズ部R1は、利用者に三次元画像を認識させる場合、表示部4が有する複数の画素(例えば、50X,50Y)に表示される画像のうち、右眼用画像が利用者に右眼(例えば、E1)に入射され、左眼用画像が左眼(例えば、E2)に入射されるように、光の進行方向を屈折させる。表示装置1は、レンズ部R1に対して、電極により、段階的に異なる電圧を印加する。これにより、レンズ部R1の一部を構成する液晶層の液晶分子が、レンズ状の凸形状を形成するように配向する。この結果、レンズ部R1は、射出する光の進行方向を屈折させる。
バリア部6の代わりにレンズ部R1を適用した場合、図14に示すレンズ部R1の集光幅CR1が、バリア部6の単位領域150に対応する箇所となる。この集光幅CR1は、例えば、表示部4とレンズ部R1との距離、レンズ部R1に印加する電圧などにより決定される。そして、バリア部6の単位領域150と同様に、集光幅CR1の幅が変化することなく、常に一定であるとの前提に立つ場合には、表示装置1にレンズ部R1を適用した場合にも、モアレが発生する恐れがある。そこで、上記実施形態1のように、表示部4に対して、一定間隔で遮光体70を配設することにより、レンズ部R1から集光幅CR1で射出される光の輝度が、レンズ部R1における光の射出位置によらず略同一となる。この結果、利用者の眼に到達する光の輝度の変化を抑制することができ、バリア部6の代わりに、レンズ部R1を表示装置1に適用した場合であっても、簡易にモアレを改善できる。
[1−2.実施形態2]
上記実施形態1では、開口150pから透過される光の透過率が略同一となるように、一定間隔で表示部4に対して遮光体70を配設する例を説明した。以下の実施形態2では、開口150pから透過される光の透過率が略同一となるように、バリア部6の単位領域150の透過率を調整する例について説明する。
上記実施形態1では、開口150pから透過される光の透過率が略同一となるように、一定間隔で表示部4に対して遮光体70を配設する例を説明した。以下の実施形態2では、開口150pから透過される光の透過率が略同一となるように、バリア部6の単位領域150の透過率を調整する例について説明する。
図15は、実施形態2に係る表示装置による制御の流れを示すフローチャートである。図15に示す制御は、制御部9により実行される。
図15に示すように、制御部9は、撮像部8により撮影された利用者の画像に基づいて、利用者の眼の位置を検出する(ステップS101)。例えば、制御部9は、利用者の画像から利用者の顔の輪郭を検出して、画像内における利用者の顔の位置を特定した後、パターンマッチングなどにより顔の中に含まれる利用者の眼の位置を特定し、眼の大きさ及び眼間距離などに基づいて、表示装置1に対する利用者の眼の位置を検出する。あるいは、制御部9は、利用者の画像に含まれる瞳孔、虹彩、強膜の光量の違いに基づいて、画像内における利用者の眼球(右眼及び左眼)の位置を特定することにより、表示装置1に対する利用者の眼の位置を検出してもよい。制御部9は、利用者の眼の位置を検出する際、利用者と、表示部4の表示面4Sとの間のZ軸方向(例えば、図2参照)の距離も合わせて算出する。例えば、制御部9は、利用者と、表示部4の表示面4Sとの間のZ軸方向の距離が、“T1”であるときに、撮像部8により撮影される画像上での利用者の眼間距離が“t1”であることを予め計測済みであるものとする。そして、制御部9は、例えば、ステップS101において撮像部8により撮影された画像上における利用者の眼間距離が“0.5×t1”である場合には、表示部4の表示面4Sとの間のZ軸方向の距離を、“0.5×T1”と算出する。
続いて、制御部9は、利用者の眼の位置に基づいて、バリア部6の表示画像を決定する(ステップS102)。例えば、制御部9は、表示部4とバリア部6との距離、及び表示装置1(表示部4及びバリア部6)に対する利用者の眼の位置に基づいて、右眼用画像が利用者に右眼に入射され、左眼用画像が左眼に入射されるように、バリア部6の単位領域150の中から光を透過させる領域を決定する。一方、制御部9は、クロストークが発生しないように、バリア部6の単位領域150の中から光を遮断させる領域を決定する。そして、制御部9は、バリア部6において光を透過させる単位領域150と光を遮断させる単位領域150との組合せを実現する画像を、バリア部6の表示画像として決定する。
続いて、制御部9は、利用者の眼の位置に基づいて、バリア部6の光の透過率を調整する(ステップS103)。図16は、利用者の眼に入射される光の輝度の一例を示す図である。図16に示すステップS51乃至ステップS52では、ヘッドトラッキングによるバリア部6の単位領域150の切り換え、あるいは利用者のZ軸方向への移動により、バリア部6の単位領域150と表示部4との位置関係が遷移する様子を示している。例えば、制御部9は、前回の処理において、利用者の眼E1に到達する光の輝度が、A(cd/m2:カンデラ平方メートル)であったとする(例えば、ステップS51参照)。続いて、制御部9は、今回の処理において、ステップS101により検出された利用者の眼E1の位置に応じて、利用者の眼E1に到達する光の輝度がA−B(cd/m2:カンデラ平方メートル)であったとする(例えば、ステップS52参照)。この場合には、制御部9は、A≒α×(A−B)となるような調整率αを算出し、調整率αに基づいてバリア部6の光の透過率を上げる。一方、制御部9は、図16に示す例とは逆に、前回の処理において利用者の眼E1に到達する光の輝度がA−B(cd/m2)で、今回の処理において利用者の眼E1に到達する光の輝度がA(cd/m2)であった場合には、A×α≒(A−B)となるような調整率αを算出し、調整率αに基づいてバリア部6の光の透過率を下げる。
例えば、調整率αは、開口150pにおける画素幅と遮光体70の幅との比率により算出される。例えば、図16に示すステップS52において、開口150pにおける画素幅が30(μm:マイクロメートル)で、開口150pにおける遮光体70の幅が5(μm:マイクロメートル)であったとする。このとき、光の透過率を上げる場合の調整率αは、遮光体70により遮光される分だけ透過率を上げればよいので、調整率α=30/(30−5)となる。一方、光の透過率を下げる場合の調整率αは、遮光体70により遮光される分だけ透過率を下げればよいので、調整率α=(30−5)/30となる。このようにして、制御部9は、バリア部6の光の透過率を調整することで、利用者の眼E1に到達する光の輝度が略同一となるようにすることができる。
続いて、制御部9は、表示部4の表示画像を決定する(ステップS104)。例えば、制御部9は、バリア部6の表示画像に基づいて、右眼用画像及び左眼用画像の画素表示を決定した後、右眼用画像及び左眼用画像との間で所定の視差が発生するように調整することにより表示画像を決定する。続いて、制御部9は、レンダリングを行い(ステップS105)、画像を表示部4に表示する(ステップS106)。
続いて、制御部9は、画像の表示を終了するかを判定する(ステップS107)。制御部9は、判定の結果、画像の表示を終了する場合には(ステップS107,Yes)、図15に示す制御を終了する。一方、制御部9は、判定の結果、画像の表示を終了しない場合には(ステップS107,No)、上記ステップS101の手順に戻って、図15に示す制御を継続する。
[2.適用例]
本開示の適用例として、上述した表示装置1を電子機器に適用した例を説明する。
本開示の適用例として、上述した表示装置1を電子機器に適用した例を説明する。
図17乃至図25は、本実施形態に係る表示装置を備えた電子機器の一例を示す図である。本実施形態に係る表示装置1は、携帯電話、スマートフォン等の携帯端末装置、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、或いは、車両に設けられるメータ類などのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、本実施形態に係る表示装置1は、外部から入力された映像信号或いは内部で生成した映像信号を、画像或いは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。電子機器は、表示装置に映像信号を供給し、表示装置の動作を制御する制御装置を備える。
(適用例1)
図17に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるテレビジョン装置である。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511及びフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有しており、この映像表示画面部510は、本実施形態に係る表示装置である。
図17に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるテレビジョン装置である。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511及びフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有しており、この映像表示画面部510は、本実施形態に係る表示装置である。
(適用例2)
図18及び図19に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるデジタルカメラである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523及びシャッターボタン524を有しており、その表示部522は、本実施形態に係る表示装置である。図18に示すように、このデジタルカメラは、レンズカバー525を有しており、レンズカバー525をスライドさせることで撮影レンズが現れる。デジタルカメラは、その撮影レンズから入射する光を撮像することで、デジタル写真を撮影することができる。
図18及び図19に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるデジタルカメラである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523及びシャッターボタン524を有しており、その表示部522は、本実施形態に係る表示装置である。図18に示すように、このデジタルカメラは、レンズカバー525を有しており、レンズカバー525をスライドさせることで撮影レンズが現れる。デジタルカメラは、その撮影レンズから入射する光を撮像することで、デジタル写真を撮影することができる。
(適用例3)
図20に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるビデオカメラの外観を表すものである。このビデオカメラは、例えば、本体部531、この本体部531の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ532、撮影時のスタート/ストップスイッチ533及び表示部534を有している。そして、表示部534は、本実施形態に係る表示装置である。
図20に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるビデオカメラの外観を表すものである。このビデオカメラは、例えば、本体部531、この本体部531の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ532、撮影時のスタート/ストップスイッチ533及び表示部534を有している。そして、表示部534は、本実施形態に係る表示装置である。
(適用例4)
図21に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるノート型パーソナルコンピュータである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体541、文字等の入力操作のためのキーボード542及び画像を表示する表示部543を有しており、表示部543は、本実施形態に係る表示装置により構成されている。
図21に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用されるノート型パーソナルコンピュータである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体541、文字等の入力操作のためのキーボード542及び画像を表示する表示部543を有しており、表示部543は、本実施形態に係る表示装置により構成されている。
(適用例5)
図22乃至図24に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用される携帯電話機である。図22は携帯電話機を開いた状態での正面図、図23は携帯電話機を開いた状態での右側面図、図24は携帯電話機を折りたたんだ状態での正面図である。当該携帯電話機は、例えば、上側筐体551と下側筐体552とを連結部(ヒンジ部)553で連結したものであり、ディスプレイ554、サブディスプレイ555、ピクチャーライト556及びカメラ557を有している。当該ディスプレイ554は、表示装置1が取り付けられている。携帯電話機のディスプレイ554は、画像を表示する機能の他に、タッチ動作を検出する機能を有していてもよい。
図22乃至図24に示す電子機器は、本実施形態に係る表示装置1が適用される携帯電話機である。図22は携帯電話機を開いた状態での正面図、図23は携帯電話機を開いた状態での右側面図、図24は携帯電話機を折りたたんだ状態での正面図である。当該携帯電話機は、例えば、上側筐体551と下側筐体552とを連結部(ヒンジ部)553で連結したものであり、ディスプレイ554、サブディスプレイ555、ピクチャーライト556及びカメラ557を有している。当該ディスプレイ554は、表示装置1が取り付けられている。携帯電話機のディスプレイ554は、画像を表示する機能の他に、タッチ動作を検出する機能を有していてもよい。
(適用例6)
図25に示す電子機器は、携帯型コンピュータ、多機能な携帯電話、音声通話可能な携帯コンピュータ又は通信可能な携帯コンピュータとして動作し、いわゆるスマートフォン、タブレット端末と呼ばれることもある、情報携帯端末である。この情報携帯端末は、例えば筐体561の表面に表示部562を有している。この表示部562は、本実施形態に係る表示装置である。
図25に示す電子機器は、携帯型コンピュータ、多機能な携帯電話、音声通話可能な携帯コンピュータ又は通信可能な携帯コンピュータとして動作し、いわゆるスマートフォン、タブレット端末と呼ばれることもある、情報携帯端末である。この情報携帯端末は、例えば筐体561の表面に表示部562を有している。この表示部562は、本実施形態に係る表示装置である。
[3.本開示の構成]
また、本開示は、以下の構成をとることもできる。
また、本開示は、以下の構成をとることもできる。
(1)表示部と、第1の方向に垂直な第2の方向に延伸する複数の単位領域が、前記第1の方向に列状に配置されるバリア部とを有し、前記単位領域から透過される光の透過率が、前記バリア部において光を透過させる前記単位領域の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する表示装置。
(2)少なくとも、前記第1の方向における前記単位領域の幅と、前記遮光体を配設する前記間隔とが略同一である(1)に記載の表示装置。
(3)利用者の目の位置を検出する撮像部と、前記利用者の目の位置に基づいて、前記複数の単位領域のうち光を透過させる領域を決定する制御部と、を有する(1)又は(2)に記載の表示装置。
(4)前記表示部は、右目用の画像を表示する第1の画素、及び、左目用の画像を表示する第2の画素、を有し、前記バリア部は、右目用の画像及び左目用の画像が、それぞれ、利用者の左目及び右目に入らないように遮光する(1)乃至(3)のいずれかに記載の表示装置。
(5)表示部と、前記表示部の表示面側に配置されるレンズ部と、前記レンズ部から射出される光の輝度が、前記レンズ部の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する表示装置。
1 表示装置
2 バックライト
4 表示部
6 バリア部
8 撮像部
9 制御部
2 バックライト
4 表示部
6 バリア部
8 撮像部
9 制御部
Claims (5)
- 表示部と、
第1の方向に垂直な第2の方向に延伸する複数の単位領域が、前記第1の方向に列状に配置されるバリア部と
を有し、
前記単位領域から透過される光の透過率が、前記バリア部において光を透過させる前記単位領域の位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する表示装置。 - 少なくとも、前記第1の方向における前記単位領域の幅と、前記遮光体を配設する前記間隔とが略同一である請求項1に記載の表示装置。
- 利用者の目の位置を検出する撮像部と、
前記利用者の目の位置に基づいて、前記複数の単位領域のうち光を透過させる領域を決定する制御部と、
を有する請求項1又は請求項2に記載の表示装置。 - 前記表示部は、右目用の画像を表示する第1の画素、及び、左目用の画像を表示する第2の画素、を有し、
前記バリア部は、右目用の画像及び左目用の画像が、それぞれ、利用者の左目及び右目に入らないように遮光する請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の表示装置。 - 表示部と、
前記表示部の表示面側に配置されるレンズ部と、
前記レンズ部から射出される光の輝度が、前記レンズ部の光の射出位置によらず略同一となるように、前記表示部に対して一定の間隔で遮光体を配設する表示装置。
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