(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6013176
(24)【登録日】2016年9月30日
(45)【発行日】2016年10月25日
(54)【発明の名称】3Dディスプレイおよびディスプレイの駆動方法
(51)【国際特許分類】
G02B 27/22 20060101AFI20161011BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20161011BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20161011BHJP
G09G 3/36 20060101ALI20161011BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20161011BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20161011BHJP
【FI】
G02B27/22
G02F1/13 505
G02F1/1335 510
G09G3/36
G09G3/20 680E
G09G3/20 660X
G09G3/20 642D
G09F9/00 313
G09F9/00 361
【請求項の数】3
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2012-283987(P2012-283987)
(22)【出願日】2012年12月27日
(65)【公開番号】特開2014-126729(P2014-126729A)
(43)【公開日】2014年7月7日
【審査請求日】2015年4月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】501426046
【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100147566
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100161171
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 潤一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100117776
【弁理士】
【氏名又は名称】武井 義一
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 治
(72)【発明者】
【氏名】ス−ソク、チョイ
(72)【発明者】
【氏名】ジョン−フン、ウー
【審査官】
鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】
特開2009−237461(JP,A)
【文献】
特開平07−077748(JP,A)
【文献】
特表2011−502271(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 27/22 − 27/26
G02F 1/13
G02F 1/1335
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射された光を直線偏光として出射するメインディスプレイと、
前記メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、前記メインディスプレイの駆動速度の2倍以上の駆動速度で切り替え可能なサブパネルと、
前記サブパネルから出射した2種類の直線偏光に対して、互いに異なる屈折率を与えるレンチキュラーレンズと、
を備え、
前記レンチキュラーレンズは、一軸配向した液晶性物質から構成される
3Dディスプレイ。
【請求項2】
前記サブパネルは、液晶パネルである
請求項1に記載の3Dディスプレイ。
【請求項3】
表示面側からメインディスプレイ、サブパネル、レンチキュラーレンズの順で配置された3Dディスプレイで実現されるディスプレイの駆動方法であって、
前記メインディスプレイにより、入射された光を直線偏光として出射させる第1偏光ステップと、
前記サブパネルにより、前記第1偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、前記第1偏光ステップの2倍以上の速度で切り替える第2偏光ステップと、
前記レンチキュラーレンズにより、前記第2偏光ステップで出射された2種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる結像ステップと、
を有するディスプレイの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、メガネなし方式の3Dディスプレイおよびディスプレイの駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、3Dディスプレイとして、メガネあり方式およびメガネなし方式が知られている。例えば、メガネあり方式としては、右目用の画像と左目用の画像とを高速に切り替えて表示し、これと同期してメガネが左右それぞれの視界を相互に遮ることにより、視差を生み出すシャッタメガネ方式が知られている。
【0003】
また、別のメガネあり方式として、
図5に示されるように、特定の回転方向の円偏光だけを通し、逆回転の円偏光を切り捨てる偏光フィルタを用いた円偏光メガネ方式が知られている。さらに、
図6に示されるように、直線偏光の振幅方向を時間的に切り替えるアクティブリターダー方式が知られている。
【0004】
一方、メガネなし方式としては、ディスプレイの手前に、左右2画素ごとに溝を設けた遮蔽板を立てることで、両眼視差を作り出すパララックスバリア方式が知られている。また、別のメガネなし方式として、ディスプレイの手前に、細い半円筒が連なった形状(かまぼこ形)のレンチキュラーレンズを配置することで、両眼視差を作り出すレンチキュラーレンズ方式が知られている。
【0005】
ここで、
図7にレンチキュラーレンズ方式の3Dディスプレイを例示する。
図7において、レンチキュラーレンズは、光学的に等方的である。また、
図7では、視点数(後述する)が1の場合を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2003−158752号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
メガネあり方式の3Dディスプレイでは、各方式ともに、専用のメガネをかけなければならないという問題がある。この問題の原因は、メガネによって左右の目に入る画像を変えているという、原理的な制約があるためである。
【0008】
また、シャッタメガネ方式の3Dディスプレイでは、メガネの重量が重くなるとともに、コストが高くなるという問題がある。この問題の原因は、シャッタを動作させる機構として、メガネに駆動回路を持たせる必要があるためである。
【0009】
また、パララックスバリア方式の3Dディスプレイでは、レンチキュラーレンズ方式の3Dディスプレイと比較して、輝度が低くなる(映像が暗くなる)という問題がある。この問題の原因は、光源と目との間にバリア(遮蔽板)を設ける必要があるという、原理的な制約があるためである。
【0010】
また、メガネなし方式の3Dディスプレイでは、各方式ともに、3D画像を明瞭に視認することができる領域(視点数)が限定される問題がある。この問題の原因としては、3D画像の焦点が合うポイントが、例えば正面のみに限定されるという、原理的な制約があるためである。
【0011】
なお、この課題を解決するために、視点数(r)を増やす対策をとると、3D空間映像の解像度が1/rに低下するという問題がある(例えば、特許文献1参照)。メガネなし方式の3Dディスプレイにおけるこの問題の原因としては、視点数(r)と同数の画素数を1セットとする必要があるためである。
【0012】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、メガネなし方式の3Dディスプレイにおいて、立体映像(3D空間映像)の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる3Dディスプレイおよびディスプレイの駆動方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明に係る3Dディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射するメインディスプレイと、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の2倍以上の駆動速度で切り替え可能なサブ
パネルと、サブ
パネルから出射した2種類の直線偏光に対して、互いに異なる屈折率を与えるレンチキュラーレンズとを備え
、レンチキュラーレンズは、一軸配向した液晶性物質から構成されるものである。
【0014】
また、この発明に係るディスプレイの駆動方法は、
表示面側からメインディスプレイ、サブパネル、レンチキュラーレンズの順で配置された3Dディスプレイで実現されるディスプレイの駆動方法であって、メインディスプレイにより、入射された光を直線偏光として出射させる第1偏光ステップと、
サブパネルにより、第1偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、第1偏光ステップの2倍以上の速度で切り替える第2偏光ステップと、
レンチキュラーレンズにより、第2偏光ステップで出射された2種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる結像ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【0015】
この発明に係る3Dディスプレイによれば、メインディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射し、サブディスプレイは、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の2倍以上の駆動速度で切り替え、レンチキュラーレンズは、サブディスプレイから出射した2種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させる。
また、この発明に係るディスプレイの駆動方法によれば、第1偏光ステップは、入射された光を直線偏光として出射させ、第2偏光ステップは、第1偏光ステップで出射された出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、第1偏光ステップの2倍以上の速度で切り替え、結像ステップは、第2偏光ステップで出射された2種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させて、互いに異なる位置で結像させる。
そのため、メガネなし方式の3Dディスプレイにおいて、立体映像の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図1】この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイを示す構成図である。
【
図2】この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイのレンチキュラーレンズを示す構成図である。
【
図3】この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイの動作(サブディスプレイオフ時)を示す説明図である。
【
図4】この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイの動作(サブディスプレイオン時)を示す説明図である。
【
図5】円偏光メガネ方式の3Dディスプレイを例示する説明図である。
【
図6】アクティブリターダー方式の3Dディスプレイを例示する説明図である。
【
図7】レンチキュラーレンズ方式の3Dディスプレイを例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、この発明に係る3Dディスプレイおよびディスプレイの駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【0018】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイ1を示す構成図である。
図1において、3Dディスプレイ1は、メインディスプレイ10、サブディスプレイ20およびレンチキュラーレンズ30から構成され、観察者から見て、レンチキュラーレンズ30、サブディスプレイ20、メインディスプレイ10の順で配置されている。
【0019】
メインディスプレイ10は、例えば液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)であり、入射された光を直線偏光として出射する。なお、メインディスプレイ10は、LCDに限定されず、有機ELディスプレイ(OLED:Organic Light Emitting Display)等、他の種類のディスプレイであっても、偏光板を貼って直線偏光を出射することができればよい。
【0020】
また、メインディスプレイ10からの出射光の偏光方向と、サブディスプレイ20の入射側基板の配向方向(ラビング軸)とは、互いに一致している。
【0021】
サブディスプレイ20は、高速駆動可能なLCDであり、電圧のオン/オフでメインディスプレイ10からの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、半波長分(λ/2)位相をずらして(偏光方向を90°回転して)出射するかを切り替えることができる。
【0022】
具体的には、サブディスプレイ20は、図示しない駆動回路によって駆動され、メインディスプレイ10の2倍以上の駆動速度で動作するものである。なお、サブディスプレイ20は、ネマティック液晶でもよいし、スメクティック液晶(強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric Liquid Crystal))でもよい。また、サブディスプレイ20の電極は、ベタ電極でもよいし、パターニング電極でもよい。
【0023】
ここで、サブディスプレイ20から出射した2種類の直線偏光は、レンチキュラーレンズ30のX軸およびY軸の何れかに平行に入射する。
【0024】
レンチキュラーレンズ30は、X軸およびY軸の何れかに一軸配向した液晶性物質から構成され、X軸およびY軸でそれぞれ屈折率が異なる特性、いわゆる複屈折性(光学的異方性)を有している。また、レンチキュラーレンズ30の表面は、光を複数の方向に拡散させるために、平坦化されていない。
【0025】
ここで、レンチキュラーレンズ30は、例えば液晶ポリマ等の複屈折性を有する材料で形成されており、長手方向(例えば、X軸)の屈折率はneであり、短手方向(例えば、Y軸)の屈折率はnoである。
【0026】
なお、レンチキュラーレンズ30は、重合性液晶を使って配向後重合してもよいし、高分子液晶を使ってもよい。また、レンチキュラーレンズ30内の液晶の配向法は、ラビング法でもよいし、光配向法でもよいし、ズリ(せん断)を与える方法でもよい。
【0027】
また、メインディスプレイ10、サブディスプレイ20およびレンチキュラーレンズ30は、それぞれフレキシブルな構成であってもよい。
【0028】
以下、
図3、4を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る3Dディスプレイ1の動作について説明する。
図3は、サブディスプレイ20のオフ時における3Dディスプレイ1の動作を示し、
図4は、サブディスプレイ20のオン時における3Dディスプレイ1の動作を示している。
【0029】
また、ここでは、サブディスプレイ20がTN(Twisted Nematic)型LCDであり、レンチキュラーレンズ30の長手方向の屈折率neが、短手方向の屈折率noよりも大きい場合(ne>no)を例として説明する。
【0030】
図3において、サブディスプレイ20がオフである場合には、メインディスプレイ10からの出射光(直線偏光)の振動方向は、サブディスプレイ20で90°回転される。そのため、サブディスプレイ20から出射された偏光の振動方向は、レンチキュラーレンズ30の長手方向と一致し、レンチキュラーレンズ30を通過する光は、屈折率neで屈折される。
【0031】
これに対して、
図4において、サブディスプレイ20がオンである場合には、メインディスプレイ10からの出射光(直線偏光)の振動方向は、液晶が立っているので、サブディスプレイ20を通過しても変化されない。そのため、サブディスプレイ20から出射された偏光の振動方向は、レンチキュラーレンズ30の短手方向と一致し、レンチキュラーレンズ30を通過する光は、屈折率noで屈折される。
【0032】
ここで、サブディスプレイ20がオフである場合(
図3の場合)およびサブディスプレイ20がオンである場合(
図4の場合)において、ne>noなので、
図3においてレンチキュラーレンズ30を通過した光の方が、
図4においてレンチキュラーレンズ30を通過した光よりも、レンチキュラーレンズ30に近い位置(L1<L2)で結像する。
【0033】
すなわち、サブディスプレイ20をスイッチングさせることにより、レンチキュラーレンズ30から出射される光の結像位置を変化させることができる。
【0034】
このとき、サブディスプレイ20を、メインディスプレイ10の駆動速度(例えば、60Hz=1/60s)の2倍の駆動速度(すなわち120Hz=1/120s)で高速スイッチングさせることにより、
図3に示した状態と
図4に示した状態とが高速で切り替えられる。
【0035】
これにより、観察者は、
図3の結像位置および
図4の結像位置の両方で、3D画像を見ることができる。すなわち、3D画像(空間映像)の解像度を低下させることなく、視点数を増やすことができる。具体的には、この例では、視点数を2倍にすることができる。
【0036】
以上のように、実施の形態1によれば、メインディスプレイは、入射された光を直線偏光として出射し、サブディスプレイは、メインディスプレイからの出射光を、偏光状態を維持したまま出射するか、または偏光方向を90°回転して出射するかを、メインディスプレイの駆動速度の2倍以上の駆動速度で切り替え、レンチキュラーレンズは、サブディスプレイから出射した2種類の直線偏光を、互いに異なる屈折率で屈折させる。
そのため、メガネなし方式の3Dディスプレイにおいて、立体映像の解像度を低下させることなく、視点数を増加させることができる。
【0037】
また、サブディスプレイは、LCDであることから、サブディスプレイを、メインディスプレイと同等の工程で製造することができ、新たな製造設備を設ける必要がない。
また、レンチキュラーレンズを、一軸配向した液晶性物質から構成することにより、サブディスプレイから出射した2種類の直線偏光を、互いに異なる焦点位置で結像させることができ、視点数を増やすことができる。
【符号の説明】
【0038】
1 3Dディスプレイ、10 メインディスプレイ、20 サブディスプレイ、30 レンチキュラーレンズ。