JP5472840B2 - 画像表示装置および端末装置 - Google Patents
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Description
増田千尋著「3次元ディスプレイ」産業図書株式会社
以下、本発明の第1実施形態を図1乃至図6に基づいて説明する。
ここで、図1は本第1実施形態における立体画像表示装置の表示素子部分を示す概略斜視図、図2は図1の表示素子部分を含む立体画像表示装置の全体的な構成を示す概略断面図、図3は図2を含む本第1実施形態の立体画像表示の原理を示す概念図、図4は本第1実施形態における図2を含む立体画像表示装置の一部を示す上面図、図5は図4を含む本第1実施形態に係る立体画像表示装置の画素駆動用のトランジスタの配置例を示す模式図、図6は図5の一部で本第1実施形態の画素部分の例を示す上面図である。
最初に、本第1実施形態の基本的な構成を説明する。
図1において立体画像表示装置1は、観察者側にレンチキュラレンズ3が配設されている。このレンチキュラレンズ3は表示パネル200上に積層されている。表示パネル200は半透過型液晶表示パネルであり、その基本構成は、図2に示すようにTFT基板2aと、このTFT基板2aに対向して配設された対向基板2bと、この各基板相互間に配設された液晶層5とにより構成されている。
表示パネル200の上には、前述したようにレンチキュラレンズ3が配置されている。このレンチキュラレンズ3は、凸部31が一定のピッチで現れる湾曲した表面(シリンドリカル面)が多数形成されている。このシリンドリカル面は、左眼用画素51と右眼用画素52で構成される表示素子13に対して凸部31が対応するように配置されている。したがって、表示パネル200は、左眼用画素51と右眼用画素52で構成される表示素子13を有し、この表示素子13が図5に示すようにマトリクス状に配列されている。
次に、上記第1実施形態の動作等について説明する。
まず、図1に示すようにレンチキュラレンズ3を構成する一つの単位シリンドリカルレンズ3aは、表示パネル200の2画素(左眼用画素51,右眼用画素52)に対応して配置されている。図3に示すように、表示素子13の左眼用画素51又は右眼用画素52からの光は、レンチキュラレンズ3により屈折し、夫々領域EL又はERに向けて出射する。
[数2]S・tan β=e
[数3]H・tan α=P
[数4]n・sin γ=sin δ
[数5]H・tan γ=C
[数6]S・tan δ=WL
[数7]WP −WL =C
[数8]WP =2mP
[数9]WL =mL
[数11]α= arc sin〔(1/n)・sin β〕
[数12]H=P/tan α
また、上記数式6及び数式9より下記数式13が、上記数式7乃至数式9より下記数式14が、更に、上記数式5より下記数式15が、それぞれ成立する。
[数13]α= arc tan(mL/S)
[数14]C=2mP−mL
[数15]γ= arc tan(C/H)
[数17]r=H・(n−1)/n
前述した従来例にあっては、図34に示すようにレンズ等の画像振分手段は、表示パネルの二画素(左眼用画素,右眼用画素)51,52に対応して配置された場合、各画素51,52内の非反射表示領域(透過表示領域)が拡大されると反射表示が視認できない観察領域が発生し、反射表示の視認性が低下する。一方、図4に示すように本第1実施形態では、反射表示領域の配置では、画像振分け方向14と垂直な方向に隣接する二つの表示素子13の反射表示領域が互いに+X方向へずれた状態であるため、+Y方向へ隣接する互いの反射表示領域を補償し合しあうことができる。即ち、本第1実施形態では、画像振分け方向14と垂直な方向に隣接する二つの表示素子13が、左眼用反射表示領域512,右眼用反射表示領域522をそれぞれ補償し合って左右反射表示領域を形成することができる。以下この効果を「隣接画素補償効果」と称する。
即ち、隣接補償効果は、相互に隣接した画素だけでなく、近接した画素によっても補償することができる。+Y方向で互いに補償し合う画素は、2画素毎、3画素毎に繰り返し配置されても良く、カラー化した表示画素に応じて設置されれば良い。
本第1実施形態においては、半透過型の表示素子について説明したが、本発明は、同様に微透過型表示素子および微反射型表示素子等にも適用可能である。
次に、上記第1実施形態の変形例(1)を図7に基づいて説明する。図7は、上記第1実施形態における表示素子13の変形例を模式的に図示したものである。
次に、前述した第1実施形態の変形例(2)を図8乃至図9に基づいて説明する。
図8は、上記第1実施形態における表示素子13の変形例を模式的に図示したものである。又、図9は、この変形例(2)にかかる立体画像表示装置1のTFT配置を示す上面図である。この図9において、符号4Gはゲート信号用のゲート線を示し、符号4DはDデータ線を示す。
その他の構成及びその作用効果を前述した第1実施形態の場合と同様となっている。
(構成)
次に、本発明の第2実施形態について、図10乃至図12に基づいて説明する。
図10は、この第2実施形態に係る立体画像表示装置を示す上面図であり、図11は画素トランジスタ配置を示す模式図である。又、図12はレンチキュラレンズの代わりに使用されるフライアイレンズを示す斜視図である。
図11において、まず画素P31と画素P32に着目する。この二つの画素は、ゲート線G3に接続されている。即ち、ゲート線G3を共通のゲート線としている。このように、Y軸方向に隣接して配置されゲート線を共通とする画素を隣接画素対と呼称し、説明の都合上(P31,P32)と表記することにする。隣接画素対(P31,P32)を構成する各画素は、異なるデータ線に接続されている。即ち、画素P31はデータ線D1に接続され、画素P32はデータ線D2に接続されている。
前述した第1実施形態で説明したように、本第2実施形態においても、+Y方向に隣接する画素51により、反射表示時の反射成分を補償することが可能である。反射表示領域512,522は、表示面内で市松状に分散して配置されているため外部から入射された反射光は分散されやすい。このため、反射光をより均一化する効果がある。
次に、本発明の第3実施形態について、図13乃至図16に基づいて説明する。
ここで、図13は本第3実施形態にかかる立体画像表示装置の一部を示す上面図である。又、図14は本第3実施形態の変形例(1)にかかる立体画像表示装置を示す上面図、図15は本第3実施形態の変形例(2)に係る立体画像表示装置を示す上面図、図16は本第3実施形態の変形例(3)にかかる立体画像表示装置を示す上面図である。
最初に、本発明の第3実施形態を図13に基づいて説明し、その後に、変形例(1)乃至(3)を説明する。
まず、図13に示すように、隣接する表示素子13内に配置された反射表示領域512,522は、+Y方向に対して傾斜した反射板41により形成され、表示素子13の上辺側および下辺側に分散して配置されている。左眼用画素51の中心軸線YL 、右眼用画素52の中心軸線YR 、表示素子13の中心軸線YG 57は、反射板に対して映進面(g )となっている。従って、2次元空間群の国際記号表記によれば少なくとも「pg」の対称性を有する。その他の構成は前述した第1実施形態の場合と同一となっている。
前述した第1実施形態で説明したように、この第3の実施形態の場合も、+Y方向に隣接する画素51又は52同志により、反射表示時の反射成分を補償することが可能である。反射表示領域512,522は、表示面内で市松状に分散して配置されているため外部から入射された反射光は分散されやすい。このため、反射光をより均一化する効果がある。特に反射板が傾斜していることにより、画素配列周期やレンズの構造周期起因した干渉縞を低減でき、高品質な表示ができる。その他の構成及びその作用効果は前述した第1実施形態の場合と同一となっている。
次に、第3実施形態の変形例(1)を図14に基づいて説明する。
この変形例(1)においては、図14に示すように、左右に隣接する表示素子13内に配置された反射表示領域は、+Y方向に対して傾斜した反射板41により形成され、表示素子13の上辺側および下辺側にそれぞれ分散して配置されている。又、2回回転対称軸59は各反射板41に対して点対称中心となっており、反射板41の配置は180度回転操作しても等価である。従って、本構成における反射板41の配置は、2回回転対称軸を有しており、2次元空間群の国際記号表記によれば少なくとも「p2」の対称性を有する。その他の構成は前述した第3実施形態の場合と同一となっている。
次に、上記第3実施形態の変形例(2)を図15に基づいて説明する。
この図15に示すように、左右に隣接する表示素子13内に配置された反射表示領域は、表示素子13の上辺側,下辺側に分散して配置される。そして、+X方向(+Y方向)へ隣接する表示素子13を重ねた場合は、反射表示領域は分断されることがなく連続的につながる。
次に、上記第3実施形態の変形例(3)を図16に基づいて説明する。
この図16において、左右に隣接する表示素子13内に配置された反射表示領域512,522は、表示素子13の上辺側および下辺側に分散して配置されている。+X方向(+Y方向)へ隣接する表示素子を重ねた場合、反射表示領域は分断されることがなく連続的につながる。
次に、本発明の第4実施形態を図17乃至図19に基づいて説明する。
ここで、図17は第4実施形態に係る立体画像表示装置を示す上面図である。又、図18は第4実施形態の変形例(1)に係る立体画像表示装置を示す上面図、図19は本第4実施形態の変形例(2)に係る立体画像表示装置を示す上面図である。
図17に示すように、本第4実施形態では、左眼用画素51内の反射領域512は2箇所に分散して配置され、左眼用画素中心軸線YL 55に対して非対称に配置されている。右眼用画素52に対しても同様に、反射領域522は二箇所に分散して配置され、右眼用画素の中心軸線YR 56に対して非対称に配置されている。また、表示素子13の中心軸線YG 57に対して非対称に配置されている。表示素子13内の反射板配置パターンは2種類存在し、互いに+Y方向へ隣接している。
このため、本第4実施形態では、1つの画素51,52内に複数の反射表示領域が存在することから、外部から入射された光を分散して反射することができる。これにより観察位置によって部分的に輝度が低下することのない高品質な反射表示を提供することができる。特に、本第4実施形態では、反射表示領域が配置される周期を小さくできるため、反射表示領域に起因して発生する干渉縞を低減できる。また、反射板が複数配置されているため、レンチキュラレンズ実装時の重ね合わせズレによる反射表示ムラを低減でき、歩留まり低下を低減できる。
次に、本第4実施形態の変形例(1)を図18に基づいて説明する。
この図18に示す変形例(1)は、左眼用画素51内の反射領域512は2箇所に分散して配置され、左眼用画素51中心軸線YL 55に対して非対称に配置されている。右眼用画素52に対しても同様に、反射表示領域522は2箇所に分散して配置され、右眼用画素52中心軸線YR 56に対して非対称に配置されている。表示素子13の中心軸線YG 57は、反射板41に対して鏡映軸(線対称軸)となっており、反射板位置の鏡映面(m)である。
次に、本第4実施形態の変形例(2)を図19に基づいて説明する。
この第4実施形態の変形例(2)は、図19に示すように、第1の表示素子13は、左右画素51,52から構成され、各画素内の反射表示領域は2つの領域に分散して配置される。また、第1の表示素子13と+Y方向へ隣接する第2の表示素子13は左右画素51,52から構成され、各画素内の反射板の領域は1つの領域から構成される。
次に、本発明の第5実施形態を図20乃至図25に基づいて説明する。
ここで、図20は第5実施形態に係る立体画像表示装置を示す上面図である。又、図21は本第5実施形態の変形例(1)に係る立体画像表示装置の画素を示す上面図、図22は図21における画素部分の一部における画素トランジスタの配置を示す拡大説明図、図23は図21の画素部分に対応して配置される画素トランジスタの配置を示す模式図、図24は第5実施形態の変形例(2)に係る立体画像表示装置を示す上面図、図25は本第5実施形態の変形例(3)に係る立体画像表示装置を示す上面図である。
本第5実施形態にかかる立体画像表示装置にあっては、図20に示すように、左眼用画素51、右眼用画素52の外形は台形であり、+X方向へ隣接する各画素間の境界は画像振分方向14と直交する方向に対して傾斜して配置される。また、反射領域511、522を含まない画素外形のみを見ると、+Y方向へ隣接する画素はX軸方向に対して線対称に配置しており、また、+X方向へ隣接する画素はX軸方向に対して線対称に配置している。したがって、+Y方向へ隣接する2つの画素が六角形となり、マトリクス状に敷き詰められている。
本第5実施形態にかかる立体画像表示装置にあっては、図20に示すように、+Y方向と平行な映進面(g)が存在するため、+Y 方向への隣接した画素間により反射画像を補償することができ、観察位置によって部分的に輝度が低下することのない高品質な反射表示を提供することができる。また、データ配線を斜めに引き回すことができ、反射領域と干渉することなく効率良く配置できるため、画素開口率を大きく設定できる。また、左右画素開口部はレンズ焦点部で互い違いに配置されるため、左右方向の透過光を分散し、より均一な表示画像を得ることができる。
また、図22に示す通り、データ配線はY軸方向に対し傾斜して配置され、レンチキュラレンズ3の凸部が配列する周期方向と、データ線が配列する周期方向が互いに分散される。これにより、レンチキュラレンズ3の凸部ピッチとデータ線4Dの配列ピッチに起因して発生するモアレ干渉縞を低減でき、表示品質を向上することができる。
また、左眼用画素51、右眼用画素52は、各々の画素面積が同じであればよく、多角形から構成されてもよい。また、三角形、平行四辺形、台形等の単純な図形を組み合わせてできる多角形から構成されても良く、面内に隙間無く敷き詰めることができる形状であればよい。Y軸方向に対し傾斜した配線により上述の効果を得ることができる。
次に、本第5実施形態の変形例(1)を図21乃至図23に基づいて説明する。
(構成)
本第5実施形態にかかる立体画像表示装置にあっては、図21に示すように、左眼用画素51,右眼用画素52の外形は、台形である。又、図21における線分55上の基準点59に対して二回回転軸を有するため、180度の回転操作に対して等価である。表示素子13の左右反射板は、図1の場合と同様に、左画素の中心軸線YR 56、右画素の中心軸線YL 55に対して非対称、表示素子13の中心軸線YG 57に対して非対称に配置されている。また、基準点59は、画像振分方向14と直交する方向に互いに隣接する画素間の重心であっても良い。
図23において、まず画素P31と画素P32に着目する。この二つの画素は、ゲート線G3に接続されている。即ち、ゲート線G3を共通のゲート線としている。このように、Y軸方向に隣接して配置されゲート線を共通とする画素を隣接画素対と呼称し、説明の都合上(P31,P32)と表記することにする。隣接画素対(P31,P32)を構成する各画素は、異なるデータ線に接続されている。即ち、画素P31はデータ線D1に接続され、画素P32はデータ線D2に接続されている。
このように配置することにより、本第5実施形態の変形例(1)においては、反射板の裏面側に画素薄膜トランジスタを効率良く配置することができる。
反射表示領域512,522は、表示面内で市松状に分散して配置されているため外部から入射された反射光は分散されやすい。このため、反射光をより均一化する効果がある。また、本構成の反射板は2回回転対称性を有する配置であるため、立体表示装置を表示面内で180度回転させた位置から観察した場合でも元の画質と同じ表示品質を保つことができる。従って、画面が180度以上回転可能なモバイル携帯機器や、モニタが回転可能なビデオカメラに好適に適用できる。特に、図23に示すように、データ線の映像信号を1ラインおきに正負の極性で表示する場合、左眼用画素51又は右眼用画素52は左右で同じ電位に設定して表示することができる。これにより、左右の電位差により発生するディスクリネーションを低減し、左右画素の表示を均一化できる。
次に、本第5実施形態の変形例(2)を図24に基づいて説明する。
本変形例(2)の立体画像表示装置にあっては、図24に示すように、左眼用画素51、右眼用画素52の外形は台形状であり、反射板の配置は第2実施形態の場合(図11)と同じ構成である。したがって本実施例における反射領域は+Y方向と非平行に傾斜した線分により左右画素領域に分離される。
次に、本第5実施形態の変形例(3)を図25に基づいて説明する。
本変形例(3)の立体画像表示装置にあっては、図25に示すように、反射表示領域は台形の傾斜線に沿って配置され、中心点Gに対して点対称である。又、反射表示領域は+Y方向へ画素の上下端部まで延伸しており、+Y方向へ隣接する2つの表示素子について反射領域を+Y方向に沿って切断した長さの合計値はどの場所でも一定となる。その他の構成は、前述した第5実施形態(図20)の場合と同一となっている。
次に、本発明の第6実施形態を図26に基づいて説明する。
本第6実施形態の立体画像表示装置にあっては、図26に示すように、左眼用画素51及び右眼用画素52に表示領域である四角形状の透過領域511、521が形成されており、相互に対向して伸びる辺は平行であり、+Y方向に対して傾斜している。即ち、開口部5は平面図で略平行四辺形状になっている。
次に、本発明の第7実施形態を図27に基づいて説明する。
この図27は、本第7実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。この図27に示すように、本第7実施形態においては、携帯端末装置としての携帯電話9に、画像表示装置90が組み込まれている。レンチキュラレンズ3を構成するシリンドリカルレンズの画像振分方向14が画像表示装置90の横方向に設置されている。
2,92 反射型液晶表示パネル
2a TFT基板
2b 対向基板
3,121 レンチキュラレンズ
3a シリンドリカルレンズ
4 画素
4a,51 左眼用画素
4b,52 右眼用画素
4PIX 画素電極
4RPIX 反射領域用画素電極
4TFT 画素薄膜トランジスタ
4CLC 画素容量
4CS, 蓄積容量線
4CONT コンタクトホール
4COM 共通電極
4SI シリコン層
5 液晶層
6 基板
7 透明基板
8 観察位置
9 携帯電話
91 光線
10 フライアイレンズ
11 シリンドリカルレンズの長手方向
12 シリンドリカルレンズの配列方向
13 表示素子
14 画像振分方向
17 発光領域
18 受光面
19 光源
31,122 凸部
41 反射板
41a 凹凸形状
42 遮光部
43 CFスリット
51 左眼用画素
52 右眼用画素
53 第1視点用画素
54 第2視点用画素
55 左眼用画素中心軸線YL
56 右眼用画素中心軸線YR
57 表示素子中心軸線YG
58 映進面(g)
59 2回回転対称軸
60 鏡映面(m)
61,142 左眼
62,141 右眼
70 非反射領域
71 溝部
72 中心点
106 表示パネル
107 立体可視域
107a 対角線の交点
107b 最適観察面
108 光源
123,124 画素
143 右眼141と左眼142との中点
181,182 光束
200 表示パネル
511 左眼用画素(透過表示領域)
512 左眼用画素(反射表示領域)
521 右眼用画素(透過表示領域)
522 右眼用画素(反射表示領域)
Claims (11)
- 第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む表示素子が複数配列され、前記各画素は光を透過する透過表示領域と外光を反射する反射表示領域とを有し、前記各画素から出射した光を相互に異なる方向に振り分ける光学手段を備えた画像表示装置において、
前記光学手段に対応して配設される複数の前記各表示素子が、少なくとも前記反射表示領域の配置が異なる二種類以上のパターンを使用すると共に、
前記各表示素子が前記光学手段による出射光振り分け方向に直交する方向に配置されていると共に、前記各表示素子の反射表示領域を前記各画素の面上に配置し、且つ当該反射表示領域を前記各表示素子の中心点を結ぶ任意の線分に対してそれぞれ非対称となるように配置し、
前記反射表示領域の配置が異なる各表示素子の内、同一パターンの前記反射表示領域を備えた前記表示素子を前記各画素の面上で且つ前記光学手段による出射光振り分け方向に沿って周期的に繰り返し配置したことを特徴とする画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記各表示素子を通過して設定される任意の線分を、前記各表示素子の中心点を結ぶ線分としたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記各表示素子共通の中心線上で相互に隣接する各表示素子は、当該各表示素子の少なくとも二つ以上を相互に重ねて透視した場合に、当該各表示素子が備えている前記反射表示領域が前記出射光振り分け方向に対して分断されることなく連続して配置されていることを特徴とした画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記表示素子を構成する各画素の形状を、台形等の多角形状の画素としたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記各表示素子を構成する各画素を前記表示素子共通の中心線に平行な線対称軸を有する多角形状の画素により構成すると共に、この各画素内の反射表示領域を、前記線対称軸に対して非対称に配置したことを特徴とする画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記各画素内には、前記反射表示領域が少なくとも二箇所以上に分けて配設されていることを特徴とした画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記各画素から出射した光を相互に異なる方向に振り分ける光学手段は、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズの何れかのレンズであることを特徴とした画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記表示素子の反射表示領域は、画像振分け方向に垂直な前記中心線に対して非平行に傾斜した線分によって、前記第1視点用の画像を表示する画素と第2視点用の画像を表示する画素とに分割されて配置されていることを特徴とした画像表示装置。 - 前記請求項1に記載の画像表示装置において、
前記光学手段を、前記出射光振り分け機能を備えた着脱可能な光学シートにより形成したことを特徴とした画像表示装置。 - 第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む表示素子が複数配列され、前記各画素は光を透過する透過表示領域と外光を反射する反射表示領域とを有し、
前記各画素に表示データを供給するためのデータ線と、前記各画素に前記データ線からの表示データ信号を伝達する画素スイッチング手段と、この画素スイッチング手段を制御するためのゲート線とを備え、
前記ゲート線を挟み配置された隣接画素対は当該画素間に配置された前記ゲート線によりその動作が制御され、かつ前記隣接画素対を構成する画素は夫々異なる前記データ線に接続されると共に、前記ゲート線の延伸方向に隣接する前記隣接画素対は夫々異なる前記ゲート線に接続され、前記各画素から出射した光を前記ゲート線の延伸方向に沿って相互に異なる方向に振り分ける光学手段を備え、
前記画素スイッチング手段の配置箇所を覆うようにして前記各画素の反射表示領域を配置すると共に、この反射表示領域に外光を反射する反射板を設けたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像表示装置を、表示用として装備したことを特徴とする端末装置。
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