JP5286607B2 - 自動立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動立体映像表示装置に関し、更に詳細には、モジュール化したコレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶パネル及び位相差板を用いてパララックスバリア（ｐａｒａｌｌａｘ ｂａｒｒｉｅｒ）方式で３次元の立体映像表示を可能にするものであって、モジュール化したコレステリック液晶パネルにおいて、電極により液晶を直接駆動させて２次元の平面映像表示及び３次元の立体映像表示を電気的に容易に変換するようにし、３次元の立体映像を表示するときに透過率を向上させることができる自動立体映像表示装置に関する。

一般に、左眼と右眼とに分離して、両眼で視差を感じるようにすることにより、３次元の立体映像を表現することができる。ユーザは、通常、左眼と右眼とを分離して、偏光成分を異にする特殊めがねを着用することにより、映像表示装置に表示される立体映像を視聴することができていた。しかし、ここでユーザは、立体映像を見るために、別途に特殊めがねを着用しなければならないという不便さがあった。

近年は、特殊めがねの着用における不便を防止するために、映像表示装置において、直接、左眼と右眼とを分離させることにより、特殊めがねを着用せずに立体映像を見ることができる映像表示装置が開発されている。また、映像表示装置内には、必要に応じて左眼と右眼とを分離させるスイッチング素子により媒介体が形成されて、普段は２次元の平面映像が視聴できるようにし、必要に応じて３次元の立体映像に転換して視聴できるようにする自動立体映像表示装置が開発されている。

通常、自動立体映像表示装置は、パラレックスバリアを用いて３次元立体映像を実現している。パラレックスバリアは、左眼と右眼とに該当する映像の前に、縦状又は横状のスリットを形成し、スリットによって合成された立体映像を分離・観測することによって立体感を感じるようになる。
ここで、パラレックスバリアを、映像を表示するイメージパネルの前におくか、後におくかによって、前面バリア方式と後面バリア方式とに区分することができる。

図１は、従来の技術に係る立体映像表示装置の断面図であって、同図に示すように、従来の立体映像表示装置は、上部基板２１０と下部基板２４０との間にカラーフィルタ２２０、イメージ液晶層２３０、及び通常の薄膜トランジスタ（図示せず）が設けられ、薄膜トランジスタの駆動によって映像を実現するイメージパネル２００を形成し、当該イメージパネル２００の上側と下側とに各々偏光板１００が設けられる。

イメージパネル２００の下側に配置された偏光板１００の下側には、パラレックスバリア３１０を介してスリットが形成されるバリアパネル３００が設けられ、当該バリアパネル３００の下側には偏光板１００が配置される。
図面符号“３３０”は、パラレックスバリア３１０の上側と下側とに各々形成される透明板である。

ここで、バリアパネル３００の開口率は、３次元立体映像を視聴するときの透過率に直接影響を及ぼし、一般的に、自然な３次元の立体映像を表示するために、バリアパネル３００においてパラレックスバリア３１０の占める部分を大きく設計することが有利である。

バリアパネル３００を用いた液晶表示装置では、パラレックスバリア３１０の開口率が４０％以下に設計されている。例えば、２次元の平面映像を視聴する場合、単位面積当たり５００ｃｄ（カンデラ）の輝度を示すとき、３次元の立体映像を視聴する場合、単位面積当たり、最高２００ｃｄ（カンデラ）の輝度を示すようになることから、光効率が非常に低下する問題があった。

このような問題を改善するために、大韓民国特許出願第１０−２００２−００８５３５６号が開示されている。上記の特許では、コレステリック液晶層が互いに離隔して設けられ、コレステリック液晶層間に別途に設けられた液晶パネルによりスイッチング動作されて、２次元の平面映像と３次元の立体映像とが互いに転換されるようにしている。そして、上側に配置されたコレステリック液晶層の上側には位相差板及び偏光板が設けられる。

しかし、上記特許の立体映像表示装置から見ると、２次元の平面映像と３次元の立体映像とを互いに転換させる液晶パネルを別途に製作しなければならず、多数の層を接着するため、製造工程が複雑になり、光透過率が低下し、輝度が減少するという問題があった。

本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は、モジュール化したコレステリック液晶パネル及び位相差板を形成することによって製造工程を単純化し、製造単価を低減させることができる自動立体映像表示装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、モジュール化したコレステリック液晶パネル及び位相差板によって光透過率を向上させ、パラレックスバリア方式において頻繁に発生する、輝度の低下を防止することができる自動立体映像表示装置を提供することにある。

そこで、上記の目的を達成するための自動立体映像表示装置は、第１の液晶パネルと、当該第１の液晶パネルの下側に設けられる第２の液晶パネルと、当該第２の液晶パネルの下側に設けられて、光を発散するバックライトとを備える自動立体映像表示装置において、前記第２の液晶パネルが、入力される電界に応じてバリア領域及びスリット領域が交差配列されるコレステリック液晶パネルと、当該コレステリック液晶パネルの上側に設けられる第１の位相差板と、当該コレステリック液晶パネルの下側に設けられる第２の位相差板とを備え、前記バックライトが、光を反射させる反射板を備えることを特徴とする。

ここで、前記第１の液晶パネルが、映像を実現する液晶パネルと、当該液晶パネルの上側に設けられる第１の偏光板と、当該液晶パネルの下側に設けられる第２の偏光板とを備えることが好ましい。

ここで、前記コレステリック液晶パネルが、上板と、下板と、前記上板の下面に形成される第１の電極と、当該第１の電極と対向して前記下板の上面に形成される第２の電極と、前記上板と前記下板との間に設けられるコレステリック液晶層とを備えることが好ましい。

ここで、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち、少なくともいずれか１つの電極が、バリア領域に対応するバリア電極と、スリット領域に対応するスリット電極とを備え、前記バリア電極及び前記スリット電極が互いに離隔した状態で交差配列されることが好ましい。

ここで、前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板が、λ／４の位相遅延値を有することが好ましい。

ここで、前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板のうち、少なくともいずれか１つの位相差板の遅軸が、各々＋４５°と−４５°とのうちいずれか１つの方向に形成されることが好ましい。

説明に先立って、様々な実施形態において同じ構成を有する構成要素については同じ符号を使用し、代表的なものとして本実施形態で説明し、その他の実施形態では、本実施形態とは異なる構成について説明する。

以下、添付された図面を参照して本発明の一実施形態に係る自動立体映像表示装置について詳しく説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る自動立体映像表示装置の断面図であり、図３は、図２の自動立体映像表示装置におけるコレステリック液晶パネルの一実施形態の断面図であり、図４は、図２の自動立体映像表示装置におけるコレステリック液晶パネルの他の実施形態の断面図である。

図２〜図４に示すように、本発明の一実施形態に係る自動立体映像表示装置は、第１の液晶パネル１と、第２の液晶パネル２と、バックライト４とを備える。

前記第１の液晶パネル１は、２次元の平面映像又は３次元の立体映像イメージを実現するためのパネルであって、液晶パネル１０と、第１の偏光板１１と、第２の偏光板１２とを備える。

前記液晶パネル１０は、通常、カラーフィルタを備える上部基板と、当該上部基板から下側に離隔して薄膜トランジスタを備える下部基板と、上部基板と下部基板との間に注入される液晶層とで構成される。

前記第１の偏光板１１は、液晶パネル１０の上側に配置され、前記第２の偏光板１２は、液晶パネル１０の下側に配置されて、第１の液晶パネル１に入射される光を偏光させる。

前記第２の液晶パネル２は、左眼及び右眼の映像を分離させるために、電気的に変換することの可能なパネルであって、コレステリック液晶パネル２０と、第１の位相差板３１と、第２の位相差板３２とを備える。第２の液晶パネル２は、第１の液晶パネル１の下側に設けられる。

前記コレステリック液晶パネル２０は、２次元の平面映像又は３次元の立体映像に互いに転換できるようスイッチングするパネルであって、パラレックスバリア方式で駆動される。コレステリック液晶パネル２０は、３次元の立体映像を実現するときに入力される電界に応じてバリア領域Ｄ（図５を参照）とスリット領域Ｂ（図５を参照）とが交差配列される構造である。

本実施形態では、パラレックスバリア方式で３次元の立体映像を実現するときに発生し得る輝度の低下を防止するために、コレステリック液晶を用いる。

通常、コレステリック液晶は、液晶の螺旋形構造の捩れ方向と円偏光方向とが一致し、波長が液晶の螺旋ピッチのような円偏光の光だけを反射する選択反射特性（「ブラグ反射」とも呼ばれる）がある。コレステリック液晶は、捩れ方向（螺旋の回転方向）によって右手（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄｅｄ）構造と左手（ｌｅｆｔ ｈａｎｄｅｄ）構造とに分けることができ、本実施形態では、右手構造のコレステリック液晶を用いて右円偏光の光を通過させ、左円偏光の光を反射させるようにしている。

前記コレステリック液晶パネル２０は、上板２１と、第１の電極２２と、コレステリック液晶層２３と、第２の電極２４と、下板２５とを備える。

前記上板２１は透明板であって、コレステリック液晶層２３の上側に配置され、前記下板２５は透明板であって、上板２１及びコレステリック液晶層２３の下側に配置される。

前記コレステリック液晶層２３は、前述したコレステリック液晶で形成される。

前記第１の電極２２は、上板２１の下面に形成されて、コレステリック液晶層２３を駆動させるための電界を形成するためのものであって、透明電極板で形成される。

前記第２の電極２４は、第１の電極２２に対向するよう下板２５の上面に形成されて、コレステリック液晶層２３を駆動させるための電界を形成するためのものであって、バリア電極２７及びスリット電極２８を備える。

前記バリア電極２７及び前記スリット電極２８は、離隔した状態で互いに交差配列され、バリア電極２７及びスリット電極２８に各々電源が印加されると、その印加された電源の有無によってバリア領域Ｄ（図５を参照）とスリット領域Ｂ（図５を参照）とが交差配列されるパラレックスバリアを形成する。

一方、第１の電極２２は、バリア電極２７とスリット電極２８とに分けられる構造を有し、第２の電極２４は、透明電極板の構造を有するように組み合わせられ得る。また、図４に示すように、第１の電極２２及び第２の電極２４がバリア電極２７とスリット電極２８とに分けられることによって、互いに対応して交差配列されるように組合わせられ得る。同図に示すように、第１の電極２２及び第２の電極２４がバリア電極２７とスリット電極２８とに分けられて交差配列される構成は、入力される電界に応じてバリア領域Ｄ（図５を参照）及びスリット領域Ｂ（図５を参照）の区分を明確にすることが可能になり、それにより、コレステリック液晶層２３の駆動を容易にすることができる。

結論的に、第１の電極２２及び第２の電極２４のうち、少なくともいずれか１つの電極は、バリア電極２７とスリット電極２８とに分けられ、バリア電極２７とスリット電極２８とが互いに離隔した状態で交差配列される。

前記第１の位相差板３１は、コレステリック液晶パネル２０の上側に設けられ、第２の偏光板１２とコレステリック液晶パネル２０との間に設けられる。第１の位相差板３１は、入射される光の円偏光を直線偏光に変換する役割を果たす。

前記第２の位相差板３２は、コレステリック液晶パネル２０の下側に設けられ、コレステリック液晶パネル２０とバックライト４との間に設けられる。第２の位相差板３２は、コレステリック液晶パネル２０から反射される円偏光を直線偏光に変換したり、バックライト４から反射される直線偏光を円偏光に変換する役割を果たす。

ここで、第１の位相差板３１及び第２の位相差板３２は、λ／４の位相遅延値を有しており、直線偏光と円偏光との相互間における転換を容易にする。

本実施形態において、第１の位相差板３１の遅軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）は、−４５度の方向に形成され、第２の位相差板３２の遅軸は、＋４５度の方向に形成される。

しかし、本発明では、これに限定することなく、前述したコレステリック液晶パネル２０の駆動及び第２の偏光板１２の透過軸によって、第１の位相差板３１及び第２の位相差板３２のうち、少なくともいずれか１つの位相差板の遅軸は、＋４５度と−４５度のうち、いずれか１つの方向に形成されることができる。

前記バックライト４は、光を発散して第１の液晶パネル１及び第２の液晶パネル２に均一な光を供給するためのものであって、光源４１と、導光板４２と、反射板４３とを備える。バックライト４は、第２の液晶パネル２の下側に設けられる。

前記光源４１は、本実施形態ではエッジ型に形成されているが、これに限定するものではなく、直下型の光源を用いることができる。前記導光板４２は、光源４１から発散される光を第１の液晶パネル１及び第２の液晶パネル２に均一に伝達する役割を果たす。前記反射板４３は、光源４１から発散される光、又はコレステリック液晶パネル２０から反射される光を反射させる。

次に、上述した本実施形態に係る自動立体映像表示装置の作動について説明する。
図５及び図６は、図２の自動立体映像表示装置の動作状態を示した断面図であって、図５は、３次元の立体映像を実現する場合を示し、図６は、２次元の平面映像を実現する場合を示す。

本実施形態の自動立体映像表示装置では、第２の偏光板１２の透過軸が自動立体表示装置の幅方向Ｘと平行に水平透過軸に形成され、第１の位相差板３１は、遅軸が−４５度方向に形成されて、λ／４の位相遅延値を有し、第２の位相差板３２は、遅軸が＋４５度方向に形成されて、λ／４の位相遅延値を有する。

また、コレステリック液晶パネル２０は、図３に示されたコレステリック液晶パネル２０を用い、右手構造のコレステリック液晶を適用している。

図５に示すように、コレステリック液晶パネル２０において、第１の電極２２及び第２の電極２４のスリット電極２８に電源を印加すると、バリア電極２７の上側のコレステリック液晶層２３は駆動されずに螺旋形をなし、スリット電極２８の上側のコレステリック液晶層２３は、駆動されて高さ方向Ｚに沿って一定に配列される。

このとき、バックライト４から発散される光は、バリア電極２７の上側のコレステリック液晶層２３を通過して右の遠偏光の光のみ透過し、左円偏光の光はバックライト４の反射板４３の方へ反射される。バリア電極２７の上側のコレステリック液晶層２３を透過した右円偏光の光は、第１の位相差板３１を通過して自動立体表示装置の深さ方向Ｙと平行した垂直直線偏光に偏光され、垂直直線偏光された光は、第２の偏光板１２を通過できなくなる。したがって、バリア電極２７の上側領域は、バックライト４の光が通過できないバリア領域Ｄになる。

一方、反射板４３の方へ反射された左円偏光の光は、第２の位相差板３２を通過して自動立体表示装置の幅方向Ｘと平行した水平直線偏光に偏光され、反射板４３によって反射される。反射された水平直線偏光の光は、更に第２の位相差板３２を通過して左円偏光に偏光され、偏光された左円偏光の光は、スリット電極２８の上側のコレステリック液晶層２３をそのまま通過する。

コレステリック液晶層２３を通過した左円偏光の光は、第１の位相差板３１を通過して水平直線偏光に偏光され、水平直線偏光された光は、最終的に第２の偏光板１２を通過することにより、第１の液晶パネル１を通過して外部に出射される。したがって、スリット電極２８の上側領域は、バックライト４の光が通過するスリット領域Ｂになる。

上述したように形成されたバリア領域Ｄ及びスリット領域Ｂは、バリア電極２７及びスリット電極２８のように交差配列され、パラレックスバリアのような形を形成するようになる。また、図示しなかったが、バリア電極２７にのみ電源を印加し、スリット電極２８に電源を印加しなくても、上述した動作のように、バリア領域Ｄ及びスリット領域Ｂが交差配列されるパラレックスバリアのような形を形成するようになる。

結論的に、本発明の自動立体映像表示装置は、第２の偏光板１２の透過軸を変更したり、バリア電極２７及びスリット電極２８のうち、いずれか１つの電極に電源を印加したり、第１の位相差板３１及び第２の位相差板３２のうち、少なくともいずれか１つの位相差板の遅軸を変更することにより、パラレックスバリアのような形を形成して３次元の立体映像を実現することができる。

図６に示すように、２次元の平面映像を実現するために、コレステリック液晶パネル２０において、第１の電極２２及び第２の電極２４の両方に電源を印加すると、コレステリック液晶層２３が全て駆動される。

このとき、バックライト４から発散される光は、第２の位相差板３２と、コレステリック液晶層２３と、第１の位相差板３１とを通過した後、最終的に第２の偏光板１２を通過して水平直線偏光に偏光されることにより、第１の液晶パネル１を通過して外部に出射される。すると、通常、駆動される第１の液晶パネル１で２次元の平面映像を実現することができる。

本発明において、コレステリック液晶パネルは、電極によって直接コレステリック液晶が駆動されるようにモジュール化することにより、バリア領域及びスリット領域を形成している。

また、各々の位相差板によって円偏光と直線偏光との間で互いに転換されるようにすることにより、２次元の平面映像と３次元の立体映像との間における相互転換が容易であり、パラレックスバリア方式で３次元の立体映像を実現するとき、透過率を向上させることができるようになる。

本発明によれば、モジュール化したコレステリック液晶パネル及び位相差板を形成することにより、２次元の平面映像及び３次元の立体映像に対して相互転換を容易にし、製造工程を単純化させ、かつ、製造単価を低減させることができる自動立体映像表示装置が提供される。

また、モジュール化したコレステリック液晶パネル及び位相差板によって光透過率を向上させ、パラレックスバリア方式において頻繁に発生する、輝度の低下を防止することができる自動立体映像表示装置が提供される。

なお、コレステリック液晶の特性に応じて、反射された光を再使用できるので、更に向上した輝度を表すことができる自動立体映像表示装置が提供される。

更に、電界に応じてコレステリック液晶が駆動し、バリア領域及びスリット領域を分けることができるので、パラレックスバリアの形を容易に実現できる自動立体映像表示装置が提供される。

更に、位相差板による光の偏光を容易に調節できる自動立体映像表示装置が提供される。

本発明の権利範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲内で様々な形の実施形態で実現され得る。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。

図１は、従来の技術に係る立体映像表示装置の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る自動立体映像表示装置の断面図である。 図３は、図２の自動立体映像表示装置におけるコレステリック液晶パネルの一実施形態の断面図である。 図４は、図２の自動立体映像表示装置におけるコレステリック液晶パネルの他の実施形態の断面図である。 図５は、図２の自動立体映像表示装置の動作状態を示した断面図である。 図６は、図２の自動立体映像表示装置の動作状態を示した断面図である。

符号の説明

１ 第１の液晶パネル
２ 第２の液晶パネル
４ バックライト
１０ 液晶パネル
１１ 第１の偏光板
１２ 第２の偏光板
２０ コレステリック液晶パネル
２１ 上板
２２ 第１の電極
２３ コレステリック液晶層
２４ 第２の電極
２５ 下板
２７ バリア電極
２８ スリット電極
３１ 第１の位相差板
３２ 第２の位相差板
４１ 光源
４２ 導光板
４３ 反射板

Claims (4)

1. 第１の液晶パネルと、当該第１の液晶パネルの下側に設けられる第２の液晶パネルと、当該第２の液晶パネルの下側に設けられて、光を発散するバックライトとを備える自動立体映像表示装置において、
   前記第１の液晶パネルが、映像を実現する液晶パネルと、当該液晶パネルの上側に設けられる第１の偏光板と、当該液晶パネルの下側に設けられる第２の偏光板とを備え、
   前記第２の液晶パネルが、入力される電界に応じてバリア領域とスリット領域とが交互に配列されるコレステリック液晶パネルと、当該コレステリック液晶パネルの上側に設けられる第１の位相差板と、当該コレステリック液晶パネルの下側に設けられる第２の位相差板とを備え、
   前記バックライトが、光を反射させる反射板を備え、前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板が、λ／４の位相遅延値を有し、
   前記第２の偏光板の偏光軸が、前記スリット領域の第１の位相差板を透過した光の振動方向と並んだ方向を有することを特徴とする自動立体映像表示装置。
2. 前記コレステリック液晶パネルが、
   上板と、下板と、前記上板の下面に形成される第１の電極と、当該第１の電極と対向して前記下板の上面に形成される第２の電極と、前記上板と前記下板との間に設けられるコレステリック液晶層とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動立体映像表示装置。
3. 前記第１の電極及び前記第２の電極のうち、少なくともいずれか１つの電極が、前記バリア領域に対応するバリア電極と、前記スリット領域に対応するスリット電極とを備え、
   前記バリア電極及び前記スリット電極が互いに離隔した状態で交互に配列されることを特徴とする請求項２に記載の自動立体映像表示装置。
4. 前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板のうち、少なくともいずれか１つの位相差板の遅軸が、直線偏光の振動方向に対し各々＋４５°と−４５°とのうち、いずれかの方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の自動立体映像表示装置。

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