JP2005070353A - Image display device - Google Patents
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Abstract
【課題】パララックスバリアを備えた画像表示装置において、表示素子の画素数を増加させることなく解像度の低下を防止し、かつ表示の明るさの低下を抑制する。
【解決手段】画像表示装置は、表示素子109、シフト素子106およびパララックスバリア105を、観察者側からこの順で有している。表示素子109は、第1の画像を表示するための第1画素群と、第2の画像を表示するための第2画素群とを有する。パララックスバリア105は、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域105aおよび特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域105bを有し、複数の光透過領域105aのそれぞれは第1の画素群に属する複数の第1画素120Rのそれぞれに対応して配置されている。シフト素子106は、パララックスバリア105の複数の光透過領域105aのそれぞれを透過した光の主光線を第2画素群に属する複数の第2画素120Lのそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。
【選択図】図1
In an image display device provided with a parallax barrier, a decrease in resolution is prevented without increasing the number of pixels of a display element, and a decrease in display brightness is suppressed.
An image display apparatus includes a display element 109, a shift element 106, and a parallax barrier 105 in this order from an observer side. The display element 109 includes a first pixel group for displaying the first image and a second pixel group for displaying the second image. The parallax barrier 105 includes at least a plurality of light transmission regions 105a that transmit polarized light in a specific polarization state and a plurality of light shielding regions 105b that block light polarized in a specific polarization state, and each of the plurality of light transmission regions 105a includes The plurality of first pixels 120R belonging to the first pixel group are arranged corresponding to each. The shift element 106 can shift the principal ray of light transmitted through each of the plurality of light transmission regions 105a of the parallax barrier 105 so as to correspond to each of the plurality of second pixels 120L belonging to the second pixel group. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、パララックスバリアを備えた画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device provided with a parallax barrier.
2次元画像を表示する画像表示装置を用いて立体映像を表示する代表的な方法の1つは、パララックスバリア方式である。パララックスバリア方式とは、画像表示装置の前面又は後面に、光透過部と遮光部とを交互に配置した帯(バリア)を設け、このバリアを通して表示面を観察することにより、立体視を実現させる方式である。 One of the typical methods for displaying a stereoscopic image using an image display device that displays a two-dimensional image is a parallax barrier method. With the parallax barrier method, a stereoscopic view is realized by observing the display surface through this barrier by providing a band (barrier) in which light transmitting parts and light shielding parts are alternately arranged on the front or rear of the image display device. It is a method to make it.
特許文献1は、図6に示すように、液晶表示素子(Liquid Crystal Display:以下、「LCD」と称する)の観察者側にパララックスバリアを備えた立体画像表示装置を開示している。 Patent Document 1 discloses a stereoscopic image display device including a parallax barrier on the viewer side of a liquid crystal display element (Liquid Crystal Display: hereinafter referred to as “LCD”) as shown in FIG.
図6の画像表示装置は、観察者側から、パララックスバリア6、LCD1およびバックライト2を備えている。LCD1は、駆動用の電極や配線、薄膜トランジスタ(TFT)やカラーフィルタ等を備える一対のガラス基板3、4によって、液晶層5が挟み込まれた構成を有している。LCD1の光入射面および光出射面にはそれぞれ偏光板(図示せず)が配置されている。LCD1は、複数の画素を有し、各画素の液晶層5に電圧を印加することにより光の偏光状態を変化させて、表示を行う。
The image display apparatus of FIG. 6 includes a
図6において、LCD1は、『左』の文字を付した画素に左眼用の映像を、『右』の文字を付した画素に右眼用の映像を表示する。パララックスバリア6は、その遮光部でLCD1からの光を遮るため、LCD1からの画像は、パララックスバリア6の光透過部を通してのみ観察者によって観察される。このとき、パララックスバリア6のパターンおよび配置を適切に設定することにより、観察者の右眼は『右』画素によって表示される映像のみ、左眼は『左』画素によって表示される映像のみを見ることができる。『左』画素および『右』画素によってそれぞれ表示される映像には視差が与えられているので、観測者は立体視を行うことができる。
In FIG. 6, the LCD 1 displays a left-eye image on a pixel with a “left” character and a right-eye image on a pixel with a “right” character. Since the
図6では説明の便宜上、液晶層5の厚みを強調して示しているが、実際の液晶層5の厚さは数μmオーダーであり、mmオーダーのガラス基板3、4の厚さと比較すると非常に小さい。また、パララックスバリア6は低反射膜をつけたメタルマスクなどによって作製されているので、実際のパララックスバリア6の厚さも図示する厚さよりも小さくなる。
In FIG. 6, for convenience of explanation, the thickness of the
また、特許文献2には、パララックスバリアの有無を光学的に制御することにより、立体表示と2次元表示とを切り替えることが可能な画像表示装置が開示されている。この画像表示装置におけるパララックスバリアは、ストライプ状の1/2波長板、直線偏光を円偏光に変換する液晶セル、及び偏光板を組み合わせた構成を有している。
特許文献2の画像表示装置は、図7に示すように、観察者側から、パララックスバリア11、偏光板12、液晶表示パネル13および偏光板14をこの順で備えている。パララックスバリア11は、偏光板15、液晶セル16および位相差板アレイ(ストライプ状1/2位相差板)17をこの順に有している。
As shown in FIG. 7, the image display device of
液晶表示パネル13からの直線偏光Aが位相差板アレイ17に入射すると、偏光方向が90°回転させられ、直線偏光Aと直交する直線偏光Bに変換されて出射される。一方、直線偏光Aのうち位相差板アレイ17の開口部を通過した光は、偏光状態が維持されるので、直線偏光Aのまま出射される。
When the linearly polarized light A from the liquid
位相差板アレイ17から出射された2つの直線偏光A、Bは、続いて液晶セル16に入射する。液晶セル16に電圧が印加されている(ON状態)時には、表1に示すように、液晶セル16に入射した直線偏光A、Bは、それぞれそのままの偏光状態で出射される。その後、直線偏光Aと直線偏光Bのうちいずれか一方の偏光方向が偏光板15の透過軸と一致するため偏光板15から出射し、もう一方の直線偏光は偏光板15によってカットされる。このように、この画像表示装置では、位相差板アレイ17自体をパララックスバリアとして機能させることができるので、立体画像を表示できる。
The two linearly polarized lights A and B emitted from the phase
一方、液晶セル16に電圧が印加されていない(OFF状態)時には、液晶セル16に入射した直線偏光AおよびBは、互いに反対周りの円偏光aおよびbに変換されて出射される。その後、これらの円偏光aおよびbのそれぞれの偏光板15の透過軸に一致した偏光成分のみが偏光板15から出射される。つまり、これらの円偏光aおよびbはいずれも部分的に偏光板15を通過することとなる。この場合には、ストライプ状1/2位相差板17はパララックスバリアとして機能しないので、2次元画像が表示される。
On the other hand, when no voltage is applied to the liquid crystal cell 16 (OFF state), the linearly polarized light A and B incident on the
さらに、特許文献3も、立体表示と2次元表示とを切り替えることが可能な表示装置を開示している。特許文献3の装置は、観測者側から、パララックスバリア、シフト素子および表示素子の順に配置された構成を有している。パララックスバリアは、2種類のストライプ状偏光板を交互に並べて構成されている。
Further,
特許文献3の装置では、シフト素子を用いてパララックスバリアの光透過部と遮光部とを反転させることにより、パララックスバリアの機能を切り替えることができる。このパララックスバリアの機能の切り替えと、表示素子の各画素の表示の切り替えとを同期させることにより、観察者は高解像度の立体画像を観察できる。
In the apparatus of
パララックスバリア方式は簡便な立体画像表示方式ではあるが、これを利用した従来の立体画像表示装置には、以下に示すような問題点がある。 The parallax barrier method is a simple stereoscopic image display method, but a conventional stereoscopic image display device using the parallax barrier method has the following problems.
特許文献1のパララックスバリア方式の立体画像表示装置では、表示素子の全画素数の半分は左眼にしか見えず、残りの半分は右眼にしか見えないため、パララックスバリアが設置されていない表示装置と比べると、表示の明るさ及び解像度が半減する。 In the parallax barrier type stereoscopic image display device of Patent Document 1, a half of the total number of pixels of the display element can be seen only by the left eye and the other half can be seen only by the right eye. The brightness and resolution of the display are halved compared to a display device without it.
また、特許文献1には、偏光板を取り外すことにより2次元画像を表示することができることが記載されているが、2次元画像表示時においても、解像度は半減する。 Patent Document 1 describes that a two-dimensional image can be displayed by removing the polarizing plate, but the resolution is halved even when the two-dimensional image is displayed.
特許文献1の装置を用いて所定の解像度の表示を実現するためには、横方向に所望とする解像度の倍の画素数を有する液晶表示素子を用いる必要がある。例えば、コンピュータ用ディスプレイとして、2次元画像表示時にXGA(縦768ドット×横1024ドット(×RGB))を確保した上で3次元画像表示も可能な表示装置を構成しようとすると、縦768ドット×横2048ドット(×RGB))の液晶表示素子を用意しなければならない。従って、XGA用液晶表示素子を立体画像表示装置にそのまま流用することはできないので、立体画像表示のために新たに高解像度の液晶表示素子を製造する必要がある。 In order to realize display with a predetermined resolution using the apparatus of Patent Document 1, it is necessary to use a liquid crystal display element having the number of pixels double the desired resolution in the horizontal direction. For example, if an attempt is made to construct a display device capable of displaying a three-dimensional image while securing XGA (vertical 768 dots × horizontal 1024 dots (× RGB)) when displaying a two-dimensional image as a computer display, A liquid crystal display element with horizontal 2048 dots (× RGB) must be prepared. Therefore, since the XGA liquid crystal display element cannot be used as it is in a stereoscopic image display device, it is necessary to newly manufacture a high-resolution liquid crystal display element for stereoscopic image display.
しかしながら、一般に画素数が増えるほど液晶表示素子の製造歩留りが下がるため、わざわざ高解像度の液晶表示素子を製造すると、液晶表示素子を含む画像表示装置の価格が上昇してしまう。このため、現行の生産品を用い、なおかつ、少なくとも2次元画像表示時に解像度が低下しないような立体画像表示装置を実現することが望ましい。 However, since the manufacturing yield of liquid crystal display elements generally decreases as the number of pixels increases, if a high-resolution liquid crystal display element is purposely manufactured, the price of an image display device including the liquid crystal display element increases. For this reason, it is desirable to realize a stereoscopic image display apparatus that uses the current product and that does not lower the resolution when displaying at least a two-dimensional image.
パララックスバリア方式の立体画像表示装置において、明るさおよび解像度を低下させずに2次元画像を表示するためには、2次元画像表示時にパララックスバリアを取り除く方法がある。しかしながら、この方法では2次元画像表示の後に再び立体画像を表示するためには、パララックスバリアを正確に所定の状態となるように設置する必要があり、実質上困難である。すなわち、パララックスバリアが液晶表示素子に対して、わずかに回転したりずれたりしたりするだけで、パララックスバリアのパターンと液晶表示素子の画素配列との間で干渉が生じてモアレ縞が形成され、その結果、立体視が妨げられる。モアレ縞が生じないように正確な位置合せを行なうための機構を製作することは可能であるが、そのためには画素ピッチよりもさらに高い精度が要求される設計や加工技術が必要となり、コスト高となるだけでなく、表示装置自体が大型化する。 In order to display a two-dimensional image without reducing the brightness and resolution in the parallax barrier type stereoscopic image display device, there is a method of removing the parallax barrier during the two-dimensional image display. However, in this method, in order to display a stereoscopic image again after displaying a two-dimensional image, it is necessary to install the parallax barrier so as to be accurately in a predetermined state, which is substantially difficult. In other words, the parallax barrier is slightly rotated or displaced with respect to the liquid crystal display element, and interference occurs between the parallax barrier pattern and the pixel array of the liquid crystal display element, thereby forming moire fringes. As a result, stereoscopic vision is hindered. Although it is possible to manufacture a mechanism for accurate alignment so that moiré fringes do not occur, this requires a design and processing technology that requires higher accuracy than the pixel pitch, which increases costs. In addition, the display device itself is increased in size.
次に、特許文献2のパララックスバリアの有無を光学的に制御する画像表示装置では、パララックスバリアを機能させずに2次元画像を表示する時は、全画素(右眼および左眼用画素)を両目で視認できる。そのため、通常の2次元画像表示素子を用いても所定の解像度を維持できる。しかし、偏光板15によって円偏光aおよびbを直線偏光として観察者側へ出射する際、これらの円偏光aおよびbの1/2以上の光がカットされるので、立体画像表示時と同様に表示の明るさが低下する。さらに、この画像表示装置では、立体画像表示時には解像度および明るさが低下する。
Next, in the image display device that optically controls the presence or absence of the parallax barrier of
特許文献3の表示装置では、2次元画像表示時であっても立体画像表示時であっても、画素の半分ずつからの画像を時分割で交互に観察することができるので、解像度は維持できる。しかし、表示素子から出射された光を、パララックスバリアを通して観察することになるため、画像の明るさは半減する。さらに、この表示素子では、偏光軸の直交するストライプ状の偏光素子を画素ピッチの約2倍のピッチで配置する必要があり、そのような偏光素子の作製は困難であり、非常にコストがかかる。
本発明が解決しようとする課題は、パララックスバリアを備えた画像表示装置において、表示素子の画素数を増加させることなく解像度の低下を防止し、かつ表示の明るさの低下を抑制することにある。 The problem to be solved by the present invention is to prevent a decrease in resolution and suppress a decrease in display brightness without increasing the number of pixels of a display element in an image display device having a parallax barrier. is there.
本発明の画像表示装置は、表示素子、シフト素子およびパララックスバリアを、観察者側からこの順で有し、前記表示素子は、第1の画像を表示するための第1画素群と、第2の画像を表示するための第2画素群とを有し、前記パララックスバリアは、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域および前記特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域を有し、前記複数の光透過領域のそれぞれは前記第1の画素群に属する複数の第1画素のそれぞれに対応して配置されており、前記シフト素子は、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれを透過した光の主光線を前記第2画素群に属する複数の第2画素のそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。 The image display device of the present invention includes a display element, a shift element, and a parallax barrier in this order from the observer side. The display element includes a first pixel group for displaying a first image, a first pixel group, A second pixel group for displaying two images, wherein the parallax barrier includes at least a plurality of light transmission regions that transmit polarized light in a specific polarization state and a plurality of light that blocks light polarized in the specific polarization state. Each of the plurality of light transmission regions is arranged corresponding to each of the plurality of first pixels belonging to the first pixel group, and the shift element is formed of the parallax barrier. The principal ray of the light transmitted through each of the plurality of light transmission regions can be shifted so as to correspond to each of the plurality of second pixels belonging to the second pixel group.
ある好ましい実施形態において、前記シフト素子の観察者とは反対側に、入射する光の偏光状態を変換することができる偏光変換素子をさらに備え、前記シフト素子は、前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線をシフトさせる。 In a preferred embodiment, the shift element further includes a polarization conversion element capable of converting a polarization state of incident light on a side opposite to an observer of the shift element, and the shift element corresponds to a polarization state of the principal ray. To shift the principal ray.
前記偏光変換素子は、第1偏光を出射する偏光素子と、前記偏光素子から出射された前記第1偏光の偏光状態を変化させ、前記第1偏光の偏光状態と異なる偏光状態の第2偏光を出射することができる偏光制御素子とを有することが好ましい。 The polarization conversion element changes the polarization state of the first polarization emitted from the polarization element and the polarization state of the first polarization emitted from the polarization element, and changes the polarization state of the second polarization different from the polarization state of the first polarization. It is preferable to have a polarization control element that can emit light.
前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記第2偏光は前記第1偏光と偏光方向が略45°を成す直線偏光であってもよい。また、前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記第2偏光は円偏光であってもよい。さらに、前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記第2偏光は前記第1偏光と偏光方向が直交する直線偏光であってもよい。 The first polarized light emitted from the polarizing element may be linearly polarized light, and the second polarized light may be linearly polarized light whose polarization direction is approximately 45 ° with respect to the first polarized light. The first polarized light emitted from the polarizing element may be linearly polarized light, and the second polarized light may be circularly polarized light. Furthermore, the first polarized light emitted from the polarizing element may be linearly polarized light, and the second polarized light may be linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the first polarized light.
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも1つの液晶セルを含み、前記少なくとも1つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第1状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第2状態との間を切替えられる。 In a preferred embodiment, the polarization control element includes at least one liquid crystal cell, and the at least one liquid crystal cell has a first state that maintains a polarization state of incident polarized light according to an applied voltage, and an incident state. Switching between the second state for changing the polarization state of the polarized light is possible.
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも2つの液晶セルを含み、前記少なくとも2つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第1状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第2状態との間を切替えられ、かつ前記第2状態において入射直線偏光の偏光方向を略45°回転させるものであり、前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記2つの液晶セルが共に前記第2状態にある場合に、前記第1偏光と直交する前記第2偏光を出射する。 In a preferred embodiment, the polarization control element includes at least two liquid crystal cells, and the at least two liquid crystal cells have a first state that maintains a polarization state of incident polarized light according to an applied voltage, and an incident state. The first polarized light that is switched between the second state that changes the polarization state of the polarized light and that rotates the polarization direction of the incident linearly polarized light in the second state by approximately 45 °. The polarization control element emits the second polarized light orthogonal to the first polarized light when both of the two liquid crystal cells are in the second state.
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも2つの液晶セルを含み、前記少なくとも2つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第1状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第2状態との間を切替えられ、かつ前記第2状態において1/4波長板として機能するものであり、前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記2つの液晶セルが共に前記第2状態にある場合に、前記第1偏光と直交する前記第2偏光を出射する。 In a preferred embodiment, the polarization control element includes at least two liquid crystal cells, and the at least two liquid crystal cells have a first state that maintains a polarization state of incident polarized light according to an applied voltage, and an incident state. Switching between the second state for changing the polarization state of polarized light and functioning as a quarter-wave plate in the second state, the first polarized light emitted from the polarizing element is linearly polarized light The polarization control element emits the second polarized light orthogonal to the first polarized light when both of the two liquid crystal cells are in the second state.
前記シフト素子から出射される光は、シフトされずに前記シフト素子を通過し、前記第1の画素群のそれぞれに対応する複数の第1光と、前記シフト素子によってシフトされ、前記第2の画素群のそれぞれに対応する複数の第2光とを含むことができる。 The light emitted from the shift element passes through the shift element without being shifted, and is shifted by the shift element and the plurality of first light corresponding to each of the first pixel groups, A plurality of second lights corresponding to each of the pixel groups can be included.
前記シフト素子と前記表示素子との間に、前記複数の第1光の光路長と前記複数の第2光の光路長とを同じにする光路補正素子をさらに備えてもよい。前記光路補正素子は、前記複数の第2光の光路上に設けられていることが好ましい。 An optical path correction element that makes the optical path lengths of the plurality of first lights and the optical path lengths of the plurality of second lights the same may be further provided between the shift element and the display element. The optical path correction element is preferably provided on an optical path of the plurality of second lights.
ある好ましい実施形態において、前記シフト素子は偏光ビームスプリッタアレイを含んでおり、前記偏光ビームスプリッタアレイは、それぞれが前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線を透過または反射する複数の偏光分離面を有している。前記偏光分離面は、前記偏光分離面に対するP偏光成分を透過し、前記偏光分離面に対するS偏光成分を反射する機能を有していてもよい。 In a preferred embodiment, the shift element includes a polarization beam splitter array, and the polarization beam splitter array includes a plurality of polarization separation surfaces each transmitting or reflecting the principal ray according to a polarization state of the principal ray. have. The polarization separation surface may have a function of transmitting a P polarization component with respect to the polarization separation surface and reflecting an S polarization component with respect to the polarization separation surface.
前記シフト素子と前記表示素子との間に偏光補正素子をさらに備え、前記偏光補正素子は、前記複数の第1光および前記複数の第2光が同じ偏光状態となるように前記複数の第1光および/または前記複数の第2光の偏光状態を補正することができる。前記偏光補正素子は、1/2波長板を含んでおり、かつ前記複数の第1光の光路および/または前記複数の第2光の光路に設けられてもよい。 A polarization correction element is further provided between the shift element and the display element, and the polarization correction element includes the plurality of first lights so that the plurality of first lights and the plurality of second lights are in the same polarization state. The polarization state of the light and / or the plurality of second lights can be corrected. The polarization correction element may include a half-wave plate, and may be provided in the optical path of the plurality of first lights and / or the optical path of the plurality of second lights.
ある好ましい実施形態において、前記パララックスバリアの観察者とは反対側にマイクロレンズアレイをさらに備え、前記マイクロレンズアレイは、それぞれが、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれに対応する複数の微小レンズを有している。前記マイクロレンズアレイはレンチキュラーレンズであってもよい。 In a preferred embodiment, the microlens array further includes a microlens array on a side opposite to the observer of the parallax barrier, and the microlens array corresponds to each of the plurality of light transmission regions of the parallax barrier. It has a plurality of microlenses. The microlens array may be a lenticular lens.
ある好ましい実施形態において、前記表示素子は、前記第1の画像と前記第2の画像とを交互に表示する。 In a preferred embodiment, the display element alternately displays the first image and the second image.
前記第1の画像は、右目用の画像および左目用の画像のうちいずれか一方を含み、前記第2の画像はそれらのうちの他方を含んでもよい。 The first image may include one of a right-eye image and a left-eye image, and the second image may include the other of them.
本発明によれば、シフト素子を用いてパララックスバリアの遮光領域の位置を光学的にシフトさせることにより、例えば立体画像表示と2次元画像表示とを切り替えできる。立体画像表示時に、パララックスバリアの位置の切り替えと同期させて、左眼用画素と右眼用画素とを交互に時分割で表示させることにより、解像度を低下させることなく、良好な立体画像を表示できる。2次元画像表示時においても、同様に時分割の表示を行うことにより、解像度の低下を防止できる。 According to the present invention, for example, a stereoscopic image display and a two-dimensional image display can be switched by optically shifting the position of the light shielding region of the parallax barrier using the shift element. When displaying stereoscopic images, the left-eye pixels and right-eye pixels are alternately displayed in time division in synchronization with the switching of the parallax barrier position, so that a good stereoscopic image can be displayed without reducing the resolution. Can be displayed. Similarly, even when displaying a two-dimensional image, it is possible to prevent a reduction in resolution by performing time-division display.
さらに、パララックスバリアの光入射側にマイクロレンズを配置してパララックスバリアの光透過領域(開口スリット)に光を集光することにより、光利用効率を向上できるので、表示の明るさを改善できる。 Furthermore, the light utilization efficiency can be improved by placing a microlens on the light incident side of the parallax barrier and condensing the light in the light transmission area (opening slit) of the parallax barrier, thus improving the display brightness. it can.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態の画像表示装置の構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of an image display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の画像表示装置は、図8(a)に示すように、表示素子109、シフト素子106およびパララックスバリア105を、観察者側からこの順で有している。従って、光源などから出射される光は、まずパララックスバリア105に入射し、シフト素子106を経て表示素子109に達する。
As shown in FIG. 8A, the image display apparatus according to this embodiment includes a
表示素子109は、第1の画像を表示する第1画素群と第2の画像を表示する第2画素群とを有している。第1画素群は複数の第1画素120R、第2画素群は複数の第2画素120Lをそれぞれ含んでいる。第1および第2の画像は、例えば右眼用画像と左眼用画像である。
The
パララックスバリア105は、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域105aと、その特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域105bとが交互に並べられた構成を有している。パララックスバリア105は、例えば、低反射膜をつけたメタルマスクなどを用いて作製され、全ての入射光を透過または遮光するパララックスバリアであってもよいし、互いに直交する透過軸を有する2種類のストライプ状偏光板を交互に並べた構成を有し、特定の直線偏光を透過または遮光するパララックスバリアであってもよい。また、パララックスバリアとして機能すればよく、単一の構成要素である必要はない。例えば、1/2波長板、液晶セルおよび偏光板を組み合わせて構成されていてもよい。このようなパララックスバリア105の複数の光透過領域105aのそれぞれは、第1の画素群に属する複数の第1画素120Rのそれぞれに対応して配置されている。
The
なお、パララッスクスバリア105として、メタルマスクなどの遮光膜を用いたパララッスクバリアやストライプ位相差板などを用いることが好ましい。これらは、フォトリソグラフ法や印刷法を用いて容易かつ安価に作製できるので、例えば、特許文献3の表示装置に使用される偏光軸の直交するストライプ状の偏光素子を用いる場合と比べて有利である。
As the
シフト素子106は、図8(c)に示すように、パララックスバリア105の各光透過領域105aを透過した光の主光線を、第2画素群に属する複数の第2画素105bのそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。従って、シフト素子106によってシフトされた光は表示素子109の第2画素120Lに入射し(図8(c))、シフトされずに通過した光は表示素子109の第1画素120Rに入射する(図8(a))。
As shown in FIG. 8C, the
シフト素子106を配置することによって得られる効果を、図8および図9を参照して、さらに詳しく説明する。図8(a)に示すように、シフト素子106によってシフトされる前は、パララックスバリア105の光透過領域105aを通過した光はそのまま出射される。これに対し、シフト素子106を機能させると、図8(c)に示すように、パララックスバリア105を透過した光がシフト素子106によってシフトされる。このようにシフトされる結果、パララックスバリア105自体の遮光領域の位置がシフトした場合と同様の効果が得られる。図8(b)は、図8(c)と実質的に同じ図であるが、光学的にシフトされた位置にパララックスバリア105を点線で示している。このように、本明細書では、観察者からのパララックスバリア105の見かけ位置を点線で図示する。パララックスバリアは光学的にシフトされており、実際にずらしていないので、パララックスバリア105をシフトの度に高精度で位置合わせする必要がない。このように、パララックスバリア105の見かけ位置を時分割でシフトさせれば、第1画素と第2画素とを交互に表示できるので、解像度の低下を防止できる。
The effect obtained by arranging the
シフト素子106は、図9(b)に示すように、パララックスバリア105を透過した光Cのうち一部をシフトさせ(C2)、残りをシフトさせない(C1)ように機能できることが好ましい。これにより、実質上パララックスバリア105を配置しない(パララックスバリア105を取り除いた)場合と同様の効果が得られる。図9(a)は、実質的に図9(b)と同じ図であるが、パララックスバリア105およびその遮光領域を点線で示している。本明細書では、実質的に機能していないパララックスバリア105を図9(a)のように点線で図示する。このように、シフト素子106を図9のように機能させると、第1画素および第2画素が同時に表示できる。
As shown in FIG. 9B, the
本実施形態の画像表示装置は、第1画素によって表示される第1の画像および第2画素によって表示される第2の画像を右(左)眼用画像および左(右)眼用画像とすると、時分割でパララックスバリア105の見かけ位置をシフトさせることにより、解像度を低下させることなく立体画像を表示することができる。さらに、シフト素子106を図9に示すように機能させると、平面画像表示への切り替えることができる。
In the image display device of the present embodiment, the first image displayed by the first pixel and the second image displayed by the second pixel are the right (left) eye image and the left (right) eye image. By shifting the apparent position of the
シフト素子106は、例えば偏光ビームスプリッタアレイなどのように、パララックスバリアを通過した光の主光線の偏光状態に応じて、主光線をシフトさせることができることが好ましい。これにより、シフト素子に入射する光の偏光状態を適切に制御することによって、効率よくパララックスバリアの見かけ位置をシフトさせることができる。また、表示素子として液晶表示素子を用いる場合には、シフト素子から液晶表示素子へ入射する光はあらかじめ偏光光となっているため、液晶表示素子の光入射側に偏光板を配置する必要がないので、表示素子構成を簡略化できる。液晶表示素子の光入射側に偏光板を配置する場合でも、偏光板による光のロスがほとんどなく、液晶表示素子への入射光を効率よく利用できる。
The
上記のように偏光状態に応じて光をシフトさせるシフト素子を用いる場合には、光源などからの光の偏光状態を制御するために、偏光変換素子を設けることが好ましい。偏光変換素子はシフト素子の観察者とは反対側に配置されればよく、パララックスバリアの観察者側に配置されてもよいし、その反対側に配置されてもよい。偏光変換素子を用いてシフト素子に入射する光の偏光状態を制御することにより、シフト素子を出射する光の光路を制御できる。 When using a shift element that shifts light according to the polarization state as described above, it is preferable to provide a polarization conversion element in order to control the polarization state of light from a light source or the like. The polarization conversion element may be arranged on the side opposite to the observer of the shift element, may be arranged on the observer side of the parallax barrier, or may be arranged on the opposite side thereof. By controlling the polarization state of the light incident on the shift element using the polarization conversion element, the optical path of the light emitted from the shift element can be controlled.
上記偏光変換素子は、光源からの光を偏光に変える偏光素子と、偏光素子から出射された偏光(「第1偏光」とする)の偏光状態を変化させて、第1偏光の偏光状態と異なる偏光状態を有する第2偏光を出射することができる偏光制御素子とを備えていてもよい。偏光素子が出射する第1偏光は、例えば直線偏光である。偏光制御素子から出射される第2偏光は、第1偏光と偏光方向が直交する直線偏光であってもよく、第1偏光と偏光方向が略45°を成す直線偏光であってもよい。あるいは、第2偏光は円偏光であってもよい。偏光素子は、例えば、特定の直線偏光の成分のみを透過させる偏光板である。 The polarization conversion element is different from the polarization state of the first polarization by changing the polarization state of the polarization element that changes the light from the light source into polarization and the polarized light emitted from the polarization element (referred to as “first polarization”). A polarization control element capable of emitting the second polarized light having a polarization state may be provided. The first polarized light emitted from the polarizing element is, for example, linearly polarized light. The second polarized light emitted from the polarization control element may be linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the first polarized light, or may be linearly polarized light whose polarization direction is approximately 45 °. Alternatively, the second polarized light may be circularly polarized light. The polarizing element is, for example, a polarizing plate that transmits only a specific linearly polarized light component.
偏光変換素子は、偏光変換素子から出射される光の偏光状態を切り替えできることが好ましい。偏光状態に応じてシフト素子からの光の光路も切り替わるので、第1画素からの画像と第2画素からの画像とを交互に表示したり、立体画像表示と平面画像表示とを切り替えしたりできる画像表示装置を構成できる。 It is preferable that the polarization conversion element can switch the polarization state of the light emitted from the polarization conversion element. Since the optical path of the light from the shift element is switched according to the polarization state, the image from the first pixel and the image from the second pixel can be displayed alternately, or the stereoscopic image display and the planar image display can be switched. An image display device can be configured.
偏光制御素子は、液晶セルを少なくとも1つ含むことが好ましい。液晶セルの設計により、第2偏光の偏光状態を自由に選択できるので有利である。液晶セルは、液晶セルに印加する電圧に応じて、入射偏光(第1偏光)の偏光状態を維持する第1状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第2状態との間を切替え可能である。すなわち、液晶セルに印加する電圧をON/OFF制御すれば、第1偏光の偏光状態を選択的に維持または変化させることができる。 The polarization control element preferably includes at least one liquid crystal cell. The liquid crystal cell design is advantageous because the polarization state of the second polarized light can be freely selected. The liquid crystal cell can be switched between a first state that maintains the polarization state of incident polarized light (first polarization) and a second state that changes the polarization state of incident polarized light according to the voltage applied to the liquid crystal cell. is there. That is, the ON / OFF control of the voltage applied to the liquid crystal cell can selectively maintain or change the polarization state of the first polarized light.
以下、図を参照しながら、本実施形態における偏光制御素子の機能を説明する。 Hereinafter, the function of the polarization control element in the present embodiment will be described with reference to the drawings.
偏光制御素子は、例えば、印加電圧に応じて、第1偏光Dを出射する第1状態(印加電圧がON)と、第1偏光と略45°の角度をなす第2偏光Eを出射する第2状態(印加電圧がOFF)とを切り替えることができる液晶セル113を有している。液晶セル113が第1状態のとき、図10(a)に示すように、パララックスバリア105およびシフト素子106を通過した光Dは、表示素子の第1の画像を表示する第1画素を通過し、例えば右眼に到達する。
For example, the polarization control element emits the first polarized light D (the applied voltage is ON) and the second polarized light E that forms an angle of about 45 ° with the first polarized light according to the applied voltage. A
一方、液晶セルが第2状態のとき、図10(b)に示すように、パララックスバリア105の光透過領域を通過した主光線Eのうち、特定の直線偏光Dの成分E1はシフトされずにシフト素子106を通過し、直線偏光Dと直交する直線偏光の成分E2のみがシフト素子106によってシフトされる。その結果、表示素子の全ての画素(第1画素および第2画素)に光が入射されるので、パララックスバリア105を有していない構成の表示装置と同様の表示が得られる。従って、例えば立体画像を表示する図10(a)の状態と、2次画像を表示する図10(b)の状態とを任意に切り替えることができる。
On the other hand, when the liquid crystal cell is in the second state, the component E1 of the specific linearly polarized light D is not shifted among the principal rays E that have passed through the light transmission region of the
代わりに、本実施形態の偏光制御素子は、印加電圧に応じて、第1偏光Dを出射する第1状態(印加電圧がON)と、円偏光Fを出射する第2状態(印加電圧がOFF)とを切り替えることができる液晶セル113を有してもよい。液晶セル113が第1状態のとき、図13(a)に示すように、パララックスバリア105およびシフト素子106を通過した光Dは、表示素子の第1の画像を表示する第1画素を通過し、例えば右眼に到達する。一方、液晶セル113が第2状態のとき、図13(b)に示すように、パララックスバリア105の光透過領域を通過した主光線Fのうち、特定の直線偏光Dの成分F1はシフトされずにシフト素子を通過し、直線偏光Dと直交する直線偏光の成分F2のみがシフト素子によってシフトされる。その結果、表示素子の全ての画素(第1画素および第2画素)に光が入射される。従って、例えば立体画像を表示する図13(a)の状態と、2次画像を表示する図13(b)の状態とを任意に切り替えることができる。
Instead, the polarization control element of the present embodiment has a first state in which the first polarized light D is emitted (applied voltage is ON) and a second state in which the circularly polarized light F is emitted (applied voltage is OFF) according to the applied voltage. And a
或いは、本実施形態における偏光制御素子は、印加電圧に応じて、第1偏光Dを出射する第1状態(図11(a))と、第1偏光と直交する第2偏光Gを出射する第2状態(図11(b))とを切り替えできる液晶セル113を有してもよい。液晶セル113が第1状態のとき、図11(a)に示すように、パララックスバリア105およびシフト素子106を通過した光Dは、表示素子の第1の画像を表示する第1画素を通過し、例えば右眼に到達する。一方、液晶セル113が第2状態のとき、図11(b)に示すように、パララックスバリア105の光透過領域を通過した主光線Gはシフト素子106によってシフトされる。観察者側からは、パララックスバリアの位置が図11(b)に示すようにシフトされるように見える。シフトされた光Gは、表示素子の第2の画像を表示する第2画素を通過し、例えば左眼に到達する。このように、図11(a)および図11(b)の状態を任意に切り替えることにより、パララックスバリアの見かけ位置をシフトすることができる。この装置において、液晶セルに印加する電圧のON/OFFのスイッチングを高速(例えば120Hz)で行い、このスイッチングに同期させて、表示素子に表示する左眼用画像と右眼用画像とを順次入れ替えて順次表示すると、解像度を低下させることなく立体画像を表示できる。すなわち、観察者は、全ての画像を視認しつつ、立体画像を観察できる。
Alternatively, the polarization control element in the present embodiment outputs the first state (FIG. 11A) that emits the first polarized light D and the second polarized light G that is orthogonal to the first polarized light according to the applied voltage. You may have the
偏光制御素子は、以下に示すように、液晶セルを2つ以上備えていてもよい。 The polarization control element may include two or more liquid crystal cells as shown below.
例えば、図12に示すように、印加電圧がOFFのとき(第2状態)に入射直線偏光の偏光方向を略45°回転させる液晶セルを2つ有していてもよい。偏光制御素子に直線偏光(第1偏光)Dが入射する場合、2つの液晶セル103、104を共に第1状態にすると、第1偏光Dの偏光状態が維持され、偏光制御素子から第1偏光Dが出射される(図12(a))。また、偏光制御素子の2つの液晶セル103、104を共に第2状態にすると、偏光制御素子からは第1偏光Dと直交する第2偏光Gが出射される(図12(b))。さらに、いずれか一方の液晶セルのみを第2状態とすると、第1偏光と略45°の角度をなす第2偏光Fが出射される(図12(c))。このような構成によれば、2つの液晶セル103、104の電圧をいずれもOFFまたはONにすると、パララックスバリア105が機能するため、単純に立体画像を表示できる。また、2つの液晶セル103、104のON/OFFを高速(例えば120Hz)で切り替えることによって、図12(a)の状態および図12(b)の状態が高速で切り替わるので、図11を参照して説明したように、本実施形態の画像表示装置は、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。さらに、図12(c)に示すように、いずれか一方の液晶セル104のみの電圧をON(第2状態)とすれば、図9(b)を参照して説明したように、2次元画像を表示できる。
For example, as shown in FIG. 12, two liquid crystal cells that rotate the polarization direction of incident linearly polarized light by approximately 45 ° when the applied voltage is OFF (second state) may be provided. When linearly polarized light (first polarized light) D is incident on the polarization control element, when both of the two
或いは、図14に示すように、第2状態(例えば印加電圧がOFFのとき)に1/4波長板として機能する液晶セルを2つ有していてもよい。これらの液晶セル103、104のそれぞれは、入射直線偏光を円偏光に変換する。偏光制御素子に直線偏光(第1偏光)Dが入射する場合、2つの液晶セル103、104を共に第1状態(ON)にすると、第1偏光Dの偏光状態が維持され、偏光制御素子から第1偏光Dが出射される(図14(a))。また、偏光制御素子の2つの液晶セル103、104を共に第2状態(OFF)にすると、偏光制御素子からは第1偏光Dと直交する第2偏光Gが出射される(図14(b))。さらに、いずれか一方の液晶セル104のみを第2状態とすると、円偏光Fが出射される(図14(c))。このような構成によれば、2つの液晶セル103、104の電圧をいずれもOFFまたはONにすると、パララックスバリア105が機能するので、単純に立体画像を表示できる。また、2つの液晶セル103、104の印加電圧を高速(例えば120Hz)で切り替えることによって、図14(a)の状態および図14(b)の状態が高速で切り替わるので、図11を参照して説明したように、本実施形態の画像表示装置は、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。さらに、図14(c)に示すように、いずれか一方の液晶セル104のみの電圧をONとすれば、図9(b)を参照して説明したように、2次元画像を表示できる。
Or as shown in FIG. 14, you may have two liquid crystal cells which function as a quarter wavelength plate in a 2nd state (for example, when an applied voltage is OFF). Each of these
上述したように、パララックスバリアを透過した光は、シフトされずにシフト素子を通過した後、第1の画像を表示する第1画素のそれぞれを通過し例えば右眼に到達する光(第1光)と、シフト素子によってシフトされ、第2の画像を表示する第2画素のそれぞれを通過し例えば左眼に到達する光(第2光)とを含んでもよい。このとき、シフト素子と表示素子との間に、第1光の光路長と第2光の光路長とを同じにするために、光路補正素子を設けることができる。光路補正素子を設けることにより、第1光および第2光それぞれにおけるパララックスバリアと表示素子との間の光学的距離が互いに略等しくなるので、良好な立体画像が表示できる。 As described above, the light that has passed through the parallax barrier passes through the shift element without being shifted, and then passes through each of the first pixels that display the first image, for example, the light that reaches the right eye (the first eye). Light) and light (second light) that is shifted by the shift element and passes through each of the second pixels that display the second image and reaches the left eye, for example. At this time, an optical path correction element can be provided between the shift element and the display element in order to make the optical path length of the first light the same as the optical path length of the second light. By providing the optical path correction element, the optical distance between the parallax barrier and the display element in each of the first light and the second light becomes substantially equal to each other, so that a good stereoscopic image can be displayed.
上記の光路補正素子の効果を、図15を用いてより詳しく説明する。パララックスバリア105から画像表示素子109の画像表示面までの距離をd、観察距離をL、パララックスバリアの開口部(光透過領域)ピッチをp、観察者の両目の間隔をEとすると、
L = 2×d×E/p ・・・・・・(1)
なる関係が成り立つ。(1)式より、距離dが変化すると、それにあわせて、観察距離Lが変化することがわかる。よって、第1光および第2光における距離dが略等しくなるように光路補正素子を配置することにより、左右の目による第1光および第2光の最適観察距離が略等しくなるので、観察者はより良好な画像を観察できる。
The effect of the optical path correction element will be described in more detail with reference to FIG. If the distance from the
L = 2 × d × E / p (1)
The relationship becomes true. From equation (1), it can be seen that as the distance d changes, the observation distance L changes accordingly. Therefore, by arranging the optical path correction elements so that the distances d in the first light and the second light are substantially equal, the optimum observation distances of the first light and the second light by the left and right eyes become substantially equal. Can observe a better image.
光路補正素子は、第2光の光路上に配置することが好ましい。第2光は、シフト素子でシフトされているため、シフト素子をそのまま通過した第1光よりも距離dが長い。光が通過する距離は、その媒体の屈折率によって変化する。すなわち、光が屈折率nの媒体中を距離Aだけ進んだとすると、光路長の空気換算距離はA/nとなり、屈折率の分だけ短くなる。従って、光路長の長い第2光の光路に、屈折率を利用した光路補正素子を配置することにより、効率よく光路長を補正することができる。 The optical path correction element is preferably arranged on the optical path of the second light. Since the second light is shifted by the shift element, the distance d is longer than the first light that has passed through the shift element as it is. The distance that the light passes varies depending on the refractive index of the medium. That is, if light travels through a medium having a refractive index n by a distance A, the air-converted distance of the optical path length is A / n, which is shortened by the refractive index. Therefore, the optical path length can be efficiently corrected by arranging the optical path correction element using the refractive index in the optical path of the second light having a long optical path length.
シフト素子として、複数の偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタアレイ(以下、「PBSアレイ」と呼ぶことがある)を用いることができる。PBSアレイの偏光分離面は、パララックスバリアの光透過領域と1:1で対応するように配列されている。各偏光分離面は、対応する光透過領域を通過した主光線を、その偏光状態に応じて透過または反射する。これにより、主光線の光路を効率的に分離でき、良好な画像が得られる。 As the shift element, a polarization beam splitter array having a plurality of polarization separation surfaces (hereinafter sometimes referred to as “PBS array”) can be used. The polarization separation surface of the PBS array is arranged to correspond to the light transmission region of the parallax barrier 1: 1. Each polarization separation surface transmits or reflects the principal ray that has passed through the corresponding light transmission region, depending on its polarization state. Thereby, the optical path of the principal ray can be efficiently separated, and a good image can be obtained.
図16に、偏光ビームスプリッタアレイの具体的な構成例を示す。図16では、偏光分離面112は、パララックスバリア105の光透過領域の1/2のピッチで配置されている。偏光分離面112は、例えば偏光分離面112に対するP偏光成分を透過し、偏光分離面112に対するS偏光成分を反射する機能を有している。
FIG. 16 shows a specific configuration example of the polarization beam splitter array. In FIG. 16, the polarization separation surfaces 112 are arranged at a pitch that is ½ of the light transmission region of the
この偏光ビームスプリッタアレイ106に、偏光変換素子によって偏光状態を制御されたP偏光、S偏光、45°直線偏光、円偏光などを入射させると、入射光のうちP偏光成分はそれぞれの偏光分離面112を透過して、観察者側に出射される。一方、入射光のうちS偏光成分は、1つの偏光分離面112−Aによって反射されると、隣接する偏光分離面112−Bによって再度反射され、その結果、パララックスバリア105の遮光領域に対応する位置から観察者側に出射される。すなわち、入射光のうちS偏光成分は、おおよそ表示素子の画素ピッチと同じ距離だけP偏光成分からシフトされる。このようにして、PBSアレイ106を用いると、パララックスバリアの105光透過領域を通過した光を、偏光分離面112の配置ピッチに応じて正確かつ効率的にシフトできる。
When P-polarized light, S-polarized light, 45 ° linearly polarized light, circularly polarized light, or the like whose polarization state is controlled by the polarization conversion element is incident on the polarization
図16に示すように、S偏光成分の光路はシフト素子(PBSアレイ)106で一旦折れ曲がるため、S偏光成分の光路長はP偏光の光路長成分よりも長くなる。そこで、S偏光成分が通過する光路上に、上述した光路補正素子111を配置すると、P偏光成分およびS偏光成分の観察距離はそれぞれ略同じになり、良好な画像が得られる。
As shown in FIG. 16, since the optical path of the S-polarized component is bent once by the shift element (PBS array) 106, the optical path length of the S-polarized component becomes longer than the optical path length component of the P-polarized light. Therefore, when the above-described optical
また、シフト素子から出射されたP偏光成分および/またはS偏光成分の光路上に、偏光補正素子を配置することが好ましい。例えば、P偏光成分の光路上にP偏光をS偏光に変換する偏光補正素子を配置する。表示素子として、光の偏光を制御することにより画素を表示する液晶表示素子を用いた場合、液晶表示素子に入射させるべき光の偏光方向は予め決まっている。そのため、第1画素に入射する第1光および/または第2画素に入射する第2光の光路上に、偏光方向を補正する偏光補正素子を設けて、表示素子に入射する光(第1光および第2光)の偏光方向を一定にすることにより、良好な画像が得られる。 In addition, it is preferable to arrange the polarization correction element on the optical path of the P-polarized component and / or the S-polarized component emitted from the shift element. For example, a polarization correction element that converts P-polarized light to S-polarized light is disposed on the optical path of the P-polarized light component. When a liquid crystal display element that displays pixels by controlling the polarization of light is used as the display element, the polarization direction of light to be incident on the liquid crystal display element is determined in advance. For this reason, a polarization correction element for correcting the polarization direction is provided on the optical path of the first light incident on the first pixel and / or the second light incident on the second pixel, and the light incident on the display element (first light) Further, by making the polarization direction of the second light) constant, a good image can be obtained.
偏光補正素子として、例えば1/2波長板を用いることができる。1/2波長板を用いれば、表示素子に入射していく光の偏光状態を所定の偏光状態に良好に補正することができるので、表示素子における光の利用効率の低下を抑制できる。さらに、立体画像表示時に本来表示が見えてはいけない画素から光が見えてくる「光もれ」を低減でき、その結果、観察者は良好な立体画像を観察できる。1/2波長板としては、積層構造の広帯域波長板を使用することが望ましい。 As the polarization correction element, for example, a half-wave plate can be used. If the half-wave plate is used, the polarization state of the light incident on the display element can be favorably corrected to a predetermined polarization state, so that a decrease in light use efficiency in the display element can be suppressed. Furthermore, it is possible to reduce “light leakage” in which light can be seen from pixels that should not be visible when a stereoscopic image is displayed. As a result, an observer can observe a good stereoscopic image. As the half-wave plate, it is desirable to use a broadband wave plate having a laminated structure.
前述したように、表示素子は第1の画像と第2の画像とを時分割で交互に表示するものであってもよい。これらの画像のうち一方が右眼用画像、他方が左眼用画像であれば、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。これらの画像は、例えば、運転席の観察者用の画像および助手席の観察者用の画像であってもよい。このように、本発明の画像表示装置は、観察者の位置によって異なる画像を表示する様々な用途に適用できる。 As described above, the display element may alternately display the first image and the second image in a time division manner. If one of these images is a right-eye image and the other is a left-eye image, a stereoscopic image can be displayed without reducing the resolution. These images may be, for example, an image for a driver's seat observer and an image for a passenger's seat observer. Thus, the image display device of the present invention can be applied to various uses for displaying different images depending on the position of the observer.
以下、本発明の実施形態によるさらに具体的な画像表示装置の構成を説明する。 Hereinafter, a more specific configuration of the image display device according to the embodiment of the present invention will be described.
図1に示す本実施形態の画像表示装置130では、観察者側から偏光板108、表示素子109、偏光板107、シフト素子106、バララックスバリア105、液晶セル104、103、偏光板102、および光源101がこの順で配置されている。表示素子109は複数の画素を有しており、これらの画素は、例えば右眼用の画像を表示する第1画素群と、左眼用の画像を表示する第2画素群とに分けられる。第1画素群に含まれる第1画素と第2画素群に含まれる第2画素とは、例えば交互に配列されている。パララックスバリア105はストライプ状の光透過領域を有しており、これらの光透過領域は表示素子109の第1画素または第2画素のいずれか一方に対応するように配置されている。本実施形態では、偏光変換素子100は、偏光素子としての偏光板102、偏光制御素子としての液晶セル103、104を用いて構成されている。
In the
光源101からの光は、まず偏光板102に入射する。この光のうち、紙面に対して上下方向に振動する直線偏光Dの成分のみが偏光板102を透過する。
The light from the
偏光板102からの直線偏光Dは、液晶セル103、104に順に入射する。ここでは、液晶セル103、104は、それぞれ入射する直線偏光を45°旋光させる働きを有するTN液晶を用いて形成されている。液晶セル103、104のいずれにも電圧が印加されていない時、液晶セル103、104に入射した直線偏光Dは、紙面に対し垂直方向に振動する直線偏光Gに変換されて出射される。また、液晶セル103、104の両方に電圧が印加されている時は、入射直線偏光Dはそのままの偏光状態で出射される。さらに、液晶セル104にのみ電圧が印加されている時は、入射直線偏光Dの偏光方向と45°の角度をなす偏光方向を有する直線偏光が出射される。
The linearly polarized light D from the
なお、液晶セル103、104として、TN液晶を用いた液晶セルの代わりに、入射直線偏光を円偏光に変換する複屈折型の液晶セルを用いても良い。この場合も、液晶セル103、104に電圧が印加されていない時、液晶セル103、104に入射した直線偏光Dは、紙面に対し垂直方向に振動する直線偏光Gに変換され、液晶セル103、104の両方に電圧が印加されている時は、入射直線偏光Dはそのままの偏光状態で出射される。また、液晶セル104にのみ電圧を印加した時は、入射直線偏光Dは円偏光Fとなって出射する。
As the
液晶セル103、104を出射した光は、パララックスバリア105に入射する。パララックスバリア105の光透過領域(開口部)を透過した光は、次いで偏光ビームスプリッタ(PBS)アレイ106に入射する。PBSアレイ106は、入射光の偏光方向に応じて、入射光の光路をシフトすることができる。例えば、PBSアレイの偏光分離面に対してP偏光は、シフトされずにPBSアレイから出射され(第1光)、PBSアレイの偏光分離面に対してS偏光は、PBSアレイによってシフトされた後、出射される(第2光)。
The light emitted from the
PBSアレイ106から出射された偏光のいずれか一方(例えば第2光)は、パララックスバリア106の遮光領域に対応して設けられたストライプ状の光路補正板111および1/2波長板110(いずれも図示せず)を経て、表示素子109の入射側に設けられた偏光板107に入射する。第2光の光路長および偏光方向は、光路補正板111および1/2波長板110によって、それぞれ第1光の光路長および偏光方向と等しくなるように補正される。一方、第1光は偏光状態を維持したまま、偏光板107に入射する。
One of the polarized lights (for example, the second light) emitted from the
偏光板107を経た第1光は、表示素子109の第1画素および第2画素のうちいずれか一方に入射し、第2光は他方に入射する。これらの光は、表示素子109で画像信号にあわせて変調され、偏光板108を経て観察者側に出射される。
The first light that has passed through the
図2は本実施形態における液晶表示素子109およびパララックスバリア105の作用を説明するための図である。図2では説明のため、PBSアレイ106および偏光板107、108は省略している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the liquid
画像表示装置130の液晶表示素子109は、交互に配列された複数の画素120Lおよび画素120Rを有している。図2に示すように、画素120Lの開口部から観察者側へ出射される光は、観察者の左眼には到達するが、パララックスバリア105の遮光領域105bでさえぎられるために右眼には到達しない。これに対して、画素102Lと隣接する画素102Rの開口部からの光は、右眼には到達するが、パララックスバリア105の遮光領域105bでさえぎられるために左眼には到達しない。このように、画素120Lには左眼に対応する画像、画素120Rには右眼に対応する画像を表示することにより、立体画像が表示可能となる。
The liquid
次に、図3(a)〜(c)を参照しながら、PBSアレイ106の作用を説明する。PBSアレイ106は、パララックスバリア105の各光透過領域105aとそれぞれ対応するように配列された複数の偏光分離面112を有している。各偏光分離面112は、偏光分離面に対してP偏光である特定の直線偏光Dを透過し、偏光分離面に対してS偏光、すなわち直線偏光Dと直交する直線偏光Gを反射する。
Next, the operation of the
図3(a)に示すように、液晶セル103、104の両方に電圧が印加されている時は、直線偏光Dは、その偏光状態を維持したまま液晶セル103、104を通過し、パララックスバリア105の光透過領域105aを経て、対応する偏光分離面112−Aを透過する。
As shown in FIG. 3A, when a voltage is applied to both the
図3(b)に示すように、液晶セル103、104のいずれにも電圧が印加されていない時は、直線偏光Dは、液晶セル103、104によって90°旋光された後、パララックスバリア105の光透過領域105aを経て、対応する偏光分離面112−Aに達する。偏光分離面112−Aに達する光(直線偏光G)は、偏光分離面112−Aに対してS偏光となるため、図示するように、偏光分離面112―Aおよび偏光分離面112−Aと隣接する偏光分離面112―Bの2つの面で反射された後、PBSアレイ106から出射される。出射された光は、光路補正板111によって光路長を補正された後、1/2波長板110によってP偏光に変換される。
As shown in FIG. 3B, when no voltage is applied to either of the
このとき、観察者からは、あたかもパララックスバリア105が、偏光分離面図112―Aと偏光分離面図112―Bとの間隔分だけシフトしたように見える。このシフトによって、それまで左眼用の画素だったものが右眼用の画素となり、また、右眼用の画素だったものが左眼用の画素となる。この切り替えを高速(例えば120Hz)で行い、それに同期させて、各画素に表示される左眼用の画像と右眼用の画像を入れ替えると、観察者には、あたかも全ての画素で立体表示が観察できるように見える。従って、立体画像表示を行なう上で問題となっていた解像度の低下を防止することができる。
At this time, it seems to the observer that the
また、図3(c)に示すように、一方の液晶セル(例えば液晶セル104)にのみ電圧を印加した場合は、直線偏光Dは、液晶セル104によって、直線偏光Dと45°の角度をなす直線偏光Eに変換され、PBS106の偏光分離面112−Aに対し、偏光分離面112−Aと45°の角度をなして入射する。偏光分離面112−Aでは、入射光はP偏光成分及びS偏光成分の2つに分解される。P偏光成分は、偏光分離面112−Aを透過して、表示素子の第1画素を通過し、例えば右眼に到達する(E1)。S偏光成分は、偏光分離面112−Aおよび112−Bで反射されることによりシフトされ、光路補正板111および1/2波長板110を経て、表示素子の第2画素を通過し、例えば左眼に到達する(E2)。こうして、観察者は、右眼と左眼とで常に液晶表示素子109の全ての画素が視認可能となる。従って、図3(c)の状態(液晶セル104のみON)にあわせて、表示素子109が2次元画像を表示すると、2次元画像を表示できる。この場合も、図3(a)、(b)の立体表示時と同様に解像度の低下はない。
Further, as shown in FIG. 3C, when a voltage is applied only to one liquid crystal cell (for example, the liquid crystal cell 104), the linearly polarized light D has an angle of 45 ° with the linearly polarized light D by the
液晶セル103、104として、入射直線偏光を円偏光に変換する液晶セルを用いても、図3(a)〜(c)に示す場合と同様に、解像度を低下させることなく、立体画像表示及び2次元画像表示が可能となる。ただし、2次元画像表示時にPBS106の偏光分離面112−Aに入射する光は円偏光となる。
Even when a liquid crystal cell that converts incident linearly polarized light into circularly polarized light is used as the
図3では、1/2波長板110と光路補正板111とを積層して配置したが、別個に配置することもできる。例えば、1/2波長板110をP偏光(第1光)の光路上に配置してもよい。また、1/2波長板110自体で光路補正を行なっても構わない。
In FIG. 3, the half-
画像表示装置130は上記のような構成を有しているので、PBSアレイ106に入射する光の偏光方向を制御することによって、パララックスバリア105の見かけ位置を切り替えることができ、これにより、解像度を低下させることなく良好な立体画像が表示できる。さらに、立体画像表示と2次元画像表示との間の切り替えも容易にできる。
Since the
画像表示装置130では、偏光制御素子として2枚の液晶セル103、104を用いたが、液晶セルは1枚でもよい。以下、図4(a)〜(d)を参照して、偏光制御素子として1枚の液晶セルを用いた場合の、画像表示装置の動作を説明する。
In the
図4(a)および(b)では、液晶セル113として、入射直線偏光の偏光方向を90°回転させる液晶セルを用いている。液晶セル113に電圧を印加すると、偏光分離面112−Aに対してP偏光(直線偏光D)が偏光分離面112−Aに入射され、これを透過する(図4(a))。一方、液晶セル113に電圧を印加しないと、偏光分離面112−Aに対してS偏光(直線偏光G)が偏光分離面112−Aに入射され、偏光分離面112−Aおよびこれと隣接する偏光分離面112−Bによって反射される。その結果、S偏光はシフトされる(図4(b))。このように、液晶セル113に印加する電圧のON/OFFを切り替えることにより、PBSアレイ106に入射する光を、偏光分離面112に対してP偏光およびS偏光の間で切り替えることができる。この切り替えを高速で行えば、解像度の低下のない立体画像が表示できる。
4A and 4B, a liquid crystal cell that rotates the polarization direction of incident linearly polarized light by 90 ° is used as the
図4(c)および(d)は、液晶セル113として、入射直線偏光の偏光方向を45°旋光させる、または入射直線偏光を円偏光に変える液晶セルを用いている。液晶セル113に電圧を印加すると、偏光分離面112−Aに対してP偏光(直線偏光D)が偏光分離面112−Aに入射され、これを透過する(図4(c))。一方、液晶セル113に電圧を印加しないと、偏光分離面112−Aの透過軸に対して45°の角度をなす直線偏光E、または円偏光Fが偏光分離面112−Aに入射する。入射した直線偏光Eまたは円偏光Fのうち、偏光分離面112−Aに対してP偏光の成分は、偏光分離面112−Aを透過し、S偏光の成分は、偏光分離面112−Aおよび偏光分離面112−Bによって反射される。その結果、S偏光の成分はシフトされる(図4(d))。このように、液晶セル113に印加する電圧のON/OFFを切り替えることにより、PBSアレイ106に入射する光を、偏光分離面112に対するP偏光(またはS偏光)と45°偏光(または円偏光)との間で切り替えることができる。よって、立体画像表示と2次元画像表示との切り替えが可能となる。
4C and 4D, a liquid crystal cell that rotates the polarization direction of incident linearly polarized light by 45 ° or changes the incident linearly polarized light into circularly polarized light is used as the
画像表示装置130は、パララックスバリア105の観察者とは反対側にマイクロレンズアレイを有していてもよい。図5(a)にパララックスバリア105の光入射側にマイクロレンズ114を配置した構成例を示す。
The
図5(a)に示すように、マイクロレンズアレイ114に含まれる複数の微小レンズ115はそれぞれ、パララックスバリア105の各光透過領域に対応している。このような構成により、各微小レンズ115から出射される光は、マイクロレンズアレイ114の透明支持基板114’を経て、パララックスバリア105の光透過領域に集光されるので、光源などから出射される光のうち、パララックスバリア105の光透過領域を透過する光の割合を増大させることができる。すなわち、パララックスバリア105の遮光領域でカットされていた光も有効に利用できるようになり、画像表示装置における光利用効率をアップさせることができる。
As shown in FIG. 5A, each of the plurality of
画像表示装置130のパララックスバリア105の光透過領域は、スリット状(開口スリット)になっている。よって、マイクロレンズアレイ114として、図5(b)に示すように、パララックスバリア115の複数の開口スリットと同じピッチで配列された複数の微小レンズ115を有し、シフト素子による光のシフト方向、すなわち、複数の開口スリットに直交する面内(図5(a)の紙面の面内)において集光機能を有するレンチキュラーレンズを用いる。これにより、パララックスバリア105の光透過領域に効率的に集光できる。
The light transmission region of the
このように、マイクロレンズアレイ114を用いると、パララックスバリア105を通過させることによる光利用効率の低下を抑制できるので、より明るい表示が得られる。
As described above, when the
本発明によれば、表示素子の画素数を増加させることなく、解像度が低下せず、かつ明るさの低下が抑制された、パララックスバリア方式の画像表示装置を提供できる。本発明は、例えば、立体画像表示と2次元画像表示とを切り替えることができる画像表示装置に好適に適用できる。この場合、立体画像表示時および2次元画像表示時のいずれにおいても、解像度の低下を防止できるので有利である。また、本発明は、立体画像表示装置に限らず、観察者の位置によって異なる表示が観察される表示装置に広く適用できる。 According to the present invention, it is possible to provide a parallax barrier image display device in which the number of pixels of the display element is not increased, the resolution is not decreased, and the decrease in brightness is suppressed. The present invention can be suitably applied to, for example, an image display device that can switch between stereoscopic image display and two-dimensional image display. In this case, it is advantageous in that a decrease in resolution can be prevented both when displaying a stereoscopic image and when displaying a two-dimensional image. Further, the present invention is not limited to a stereoscopic image display device, and can be widely applied to display devices in which different displays are observed depending on the position of the observer.
100 偏光変換素子
101 光源
102、107、108 偏光板
103、104 液晶セル
105 パララックスバリア
105a 光透過領域
105b 遮光領域
106 シフト素子
109 表示素子
110 1/2波長板
111 光路補正板
112 偏光分離面
113 液晶セル
114 マイクロレンズアレイ
120R、120L 画素
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記表示素子は、第1の画像を表示するための第1画素群と、第2の画像を表示するための第2画素群とを有し、
前記パララックスバリアは、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域および前記特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域を有し、前記複数の光透過領域のそれぞれは前記第1の画素群に属する複数の第1画素のそれぞれに対応して配置されており、
前記シフト素子は、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれを透過した光の主光線を前記第2画素群に属する複数の第2画素のそれぞれに対応するようにシフトさせることができる、画像表示装置。 Having a display element, a shift element and a parallax barrier in this order from the observer side,
The display element includes a first pixel group for displaying a first image and a second pixel group for displaying a second image;
The parallax barrier includes at least a plurality of light transmissive regions that transmit polarized light in a specific polarization state and a plurality of light shielding regions that shield polarized light in the specific polarization state, and each of the plurality of light transmissive regions is Arranged corresponding to each of the plurality of first pixels belonging to the first pixel group,
The shift element can shift the principal ray of light transmitted through each of the plurality of light transmission regions of the parallax barrier so as to correspond to each of the plurality of second pixels belonging to the second pixel group. , Image display device.
前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記2つの液晶セルが共に前記第2状態にある場合に、前記第1偏光と直交する前記第2偏光を出射する、請求項3に記載の画像表示装置。 The polarization control element includes at least two liquid crystal cells, and the at least two liquid crystal cells change a polarization state of incident polarization and a first state that maintains a polarization state of incident polarization according to an applied voltage. Switching between the second state and rotating the polarization direction of the incident linearly polarized light by about 45 ° in the second state,
The first polarized light emitted from the polarizing element is linearly polarized light, and the polarization control element is configured to change the second polarized light orthogonal to the first polarized light when both the two liquid crystal cells are in the second state. The image display device according to claim 3, which emits light.
前記偏光素子が出射する前記第1偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記2つの液晶セルが共に前記第2状態にある場合に、前記第1偏光と直交する前記第2偏光を出射する、請求項3に記載の画像表示装置。 The polarization control element includes at least two liquid crystal cells, and the at least two liquid crystal cells change a polarization state of incident polarization and a first state that maintains a polarization state of incident polarization according to an applied voltage. The second state to be switched, and function as a quarter wave plate in the second state,
The first polarized light emitted from the polarizing element is linearly polarized light, and the polarization control element is configured to change the second polarized light orthogonal to the first polarized light when both the two liquid crystal cells are in the second state. The image display device according to claim 3, which emits light.
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