JP3767962B2 - 映像表示システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者が立体眼鏡を着用することにより３次元映像を観察することができ、立体眼鏡を用いないことにより２次元映像を観察することができる映像表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元映像を観察することができる映像表示システムとしては、映像装置により右目用映像と左目用映像とを高速で交互に表示するものが知られている。その表示を観察する際には、左右のレンズに設けたシャッターを高速で交互に開閉させるようにした眼鏡を着用して、右目用シャッターが閉じているときに左目用映像を表示し、左目用シャッターが閉じているときに右目用映像を表示するように、映像装置の動作と眼鏡の動作とを同期制御する。これにより３次元映像が観察される。
【０００３】
また、立体表示装置として、偏光透過軸方向が互いに直交する第１の偏光板と第２の偏光板とからなる偏光フィルムを用いたものも知られている。この偏光フィルムは、第１の偏光板と第２の偏光板とを所定の表示単位に対応させて互いに隣接し、かつ、均等に対称性を有する配列パターンで交互に配置することにより得られる。
【０００４】
例えば、特開平７−５３２５号公報には、液晶パネルを構成する一対の基板の各々に互いに異なる偏光板部分が対応するように上記偏光フィルムを配置した立体表示装置が開示されている。その表示を観察する際には、左目用と右目用として互いの偏光透過軸方向が直交する偏光フィルムを配置した眼鏡を着用することにより、立体視が可能となる。また、前記立体表示装置のうち、１種類の偏光透過軸方向を有する偏光板上に進相軸または遅相軸方向が互いに直交する位相差層を設け、偏光眼鏡で観察するものが提案されている（特開平６−２８９３７４号公報や米国特許５５３７１４４号公報、同５３２７２８５号公報）。
【０００５】
さらに、他の立体表示装置として、図８に示すようなレンチキュラ板１２０を用いたものも報告されている。このレンチキュラ板１２０の裏面（焦点面）には異なる方向から見た画像、例えば右目から見た画像１２０Ｒと左目から見た画像１２０Ｌとを連続的に縦縞状に印刷しておき、レンチキュラ板１２０の前方で右目画像１２０Ｒと左目画像１２０Ｌとを互いに両目間隔を開けて結像させるようにする。このように左右分離された別々の映像を右目と左目とで見ることにより３次元像が観察される。
【０００６】
この原理を利用して、例えば特開平３−６５９４３号公報には、図９に示すような立体表示装置が開示されている。この立体表示装置は、液晶パネル１１０の前面１１１側にレンチキュラ板１２０を配置して、液晶パネル１１０の縦ラインの１つ毎に右目情報１１２Ｒと左目情報１１２Ｌとを入力することにより立体像が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の映像装置を用いた映像表示システムでは、左右のレンズに設けたシャッターを高速で交互に開閉するような複雑な構造の眼鏡を必要とし、さらに、映像装置の動作と眼鏡の動作とを同期制御させるための制御回路を必要とするという問題点があった。
【０００８】
また、上述の第１の偏光板と第２の偏光板とをパターン配列させた偏光フィルムを用いた立体表示装置では、一般に、配向膜をラビング処理してそれに接する液晶材料を一軸方向に配向させた液晶パネルが用いられる。このような液晶パネルに対して偏光フィルムを配置する場合、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示すような構成にならざるを得ないため、以下のような問題点を生ずる。即ち、図１０（ａ）に示す構成では、ノーマリーホワイト（ＮＷ）モードの領域を右目用画素に対応させ、ノーマリーブラック（ＮＢ）モードの領域を左目用画素に対応させているため、右目用画素と左目用画素とで色調のずれが生じる。また、図１０（ｂ）に示す構成では、配向膜のラビング軸と偏光フィルムの透過軸とが一致せず、液晶層を透過してきた偏光の振動方向と偏光フィルムの透過軸方向とが一致しないため、偏光フィルムを透過する際に透過光量のロスが大きくなって充分なコントラストが得られない。これらの問題点は、立体表示装置として用いる場合のみならず、通常の表示装置として用いる場合にも表示品位に関わる大きな問題点となる。さらに、表示装置の左目用画素に設けられた偏光板の偏光透過軸と眼鏡の左目用偏光板の偏光透過軸方向とを正確に一致させ、かつ、表示装置の右目用画素に設けられた偏光板の偏光透過軸と眼鏡の右目用偏光板の偏光透過軸方向とを正確に一致させなければ、右目用画素から出射された映像が左目で観察され、または左目用画素から出射された映像が右目で観察されるというクロストークが発生して、立体視が不可能となる。
【０００９】
また、前記偏光フィルムの偏光透過軸方向を左右画素間で異ならせる方法で問題となっていたクロストークを減少させる方法として、特開平６−２８９３７４号公報や米国特許５５３７１４４号公報、同５３２７２８５号公報で提案されている位相差層を用いる方法が考えられる。ここでは、位相差層を１／４波長板として、ディスプレイから出射される光の偏光状態を左右の画素間で回転方向が逆の円偏光とする方法が提案されている。しかし、一般に位相差層を形成する一軸延伸高分子フィルムや一軸配向液晶ポリマーは、屈折率の波長分散性を有しており、左右で色調のずれやクロストークを起こさずに立体映像を観察することは困難であった。また、上記公報において、ディスプレイ側の偏光透過軸方向と位相差層の進相軸または遅相軸方向に対し、偏光眼鏡を構成する偏光板の偏光透過軸方向と位相差層の進相軸または遅相軸方向については、何等規定がなされていなかった。
【００１０】
また、レンチキュラ板を用いた立体表示装置では、２次元映像を観察する際に、形成した画像の半分が使用できなくなり、さらに、以下のような問題点もある。この立体表示装置は、図１１に示すように、液晶パネル１１０における画素開口部１１２の間にブラックマトリクス１１３と称される遮光部が存在する。このため、目を移動させても立体視が可能な範囲は左右の目を中心として画素開口部１１２の像１１２ｉが形成されている範囲であり、ブラックマトリクス１１３の像１１３ｉが形成されている範囲まで目を移動させるとブラックマトリクス１１３の像１１３ｉが観察されてしまう。例えば、液晶パネル１１０における横方向（図１１の左右方向）の画素ピッチをＬ、横方向の画素開口部幅をＭ、人間の目の間隔を６５ｍｍとすると、目を移動させても立体視が可能な範囲は（６５×Ｍ／Ｌ）となり、これ以上に大きく目を移動させると立体像が観察できなくなる。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、色調のずれやクロストークが無い３次元映像を観察することができる、２次元および３次元の両用に使用可能な映像表示システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の映像表示システムは、ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶材料を挟んで対向配置された一対の基板の一方に、進相軸または遅相軸方向が異なる左目用領域と右目用領域とを、互いに隣接させると共に均等かつ対称性を有するように配置してある位相差板と、該左目用領域及び該右目用領域を含む大きさであり、両領域での透過軸方向を同一としていずれか一方の基板に設けられた偏光板とを有する液晶表示装置を備え、右目用位相差板および右目用偏光板を右目用に有し、左目用位相差板および左目用偏光板を左目用に有する立体眼鏡を介して３次元映像をとらえ、該立体眼鏡を用いないで２次元映像をとらえるようになっている映像表示システムであって、該立体眼鏡の右目用偏光板及び左目用偏光板が、両者の透過軸方向をほぼ同一とし、かつ、該液晶表示装置の偏光板の透過軸方向とほぼ同一としてあり、該立体眼鏡の右目用位相差板及び左目用位相差板が、両者の進相軸または遅相軸方向を異ならせ、かつ、該立体眼鏡の右目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有し、該立体眼鏡の左目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有する構成であって、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域および右目用領域の遅相軸方向と該液晶表示装置の偏光フィルムの透過軸方向とがそれぞれ４５°および１３５°の角度をなし、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の左目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすと共に、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の右目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすように配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
本発明の映像表示システムは、ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶材料を挟んで対向配置された一対の基板の一方に、進相軸または遅相軸方向が異なる左目用領域と右目用領域とを、互いに隣接させると共に均等かつ対称性を有するように配置してある位相差板と、該左目用領域及び該右目用領域を含む大きさであり、両領域での透過軸方向を同一としていずれか一方の基板に設けられた偏光板とを有する液晶表示装置を備え、右目用位相差板および右目用偏光板を右目用に有し、左目用位相差板および左目用偏光板を左目用に有する立体眼鏡を介して３次元映像をとらえ、該立体眼鏡を用いないで２次元映像をとらえるようになっている映像表示システムであって、該立体眼鏡の右目用偏光板及び左目用偏光板が、両者の透過軸方向をほぼ同一とし、かつ、該液晶表示装置の偏光板の透過軸方向と異ならせてあり、該立体眼鏡の右目用位相差板及び左目用位相差板が、両者の進相軸または遅相軸方向を異ならせ、かつ、該立体眼鏡の右目用位相差板が、その進相軸または遅相軸方向を、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域からの画像光を右目用偏光板を透過させると共に、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向となし、該立体眼鏡の左目用位相差板が、その進相軸または遅相軸方向を、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域からの画像光を左目用偏光板を透過させると共に、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向となしてあり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００１５】
請求項１に記載の本発明にあっては、表示装置の位相差板の左目用領域と右目用領域とで進相軸または遅相軸方向を異ならせてあるので、左目用領域を透過する左目用画像光と右目用領域を透過する右目用画像光とに異なる位相差が加えられて表示装置から出射される。
【００１６】
このうち、左目用画像光に加えられた位相差は、立体眼鏡の左目用位相差板を透過することにより相殺されるので、左目用画像光は位相差が加えられていない状態で、波長分散が生じず、出射されたときと同一の振動方向の偏光として立体眼鏡の左目用偏光板に入射する。
【００１７】
ここで、表示装置の偏光板の透過軸方向と立体眼鏡の左目用偏光板の透過軸方向とがほぼ同一にしてあるので、左目用画像信号は波長分散が無い状態で左目用偏光板を透過し、色調のずれの無い映像が観察される。同様にして右目用画像光は右目用偏光板を透過し、色調のずれの無い映像が観察される。
【００１８】
また、請求項２に記載の本発明にあっては、表示装置の位相差板の左目用領域と右目用領域とで進相軸または遅相軸方向を異ならせてあるので、左目用領域を透過する左目用画像光と右目用領域を透過する右目用画像光とに異なる位相差が加えられて表示装置から出射される。
【００１９】
このうち、左目用画像光に加えられた位相差は、立体眼鏡の右目用位相差板を透過することにより相殺されるので、左目用画像光は位相差が加えられていない状態で、波長分散が生じず、出射されたときと同一の振動方向の偏光として立体眼鏡の右目用偏光板に入射する。
【００２０】
ここで、表示装置の偏光板の透過軸方向と立体眼鏡の右目用偏光板の透過軸方向とが異ならせてあるので、左目用画像信号は右目用偏光板を透過せず、クロストークが生じない。同様にして右目用画像信号は左目用偏光板を透過せず、クロストークが生じない。
【００２１】
一方、右目用画像光には立体眼鏡の右目用位相差板を透過することにより右目用偏光板を透過するように位相差が加えられるので、右目用画像光は立体眼鏡の右目用偏光板を透過する。同様に、左目用画像光は立体眼鏡の左目用偏光板を透過する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に述べる実施形態に限られない。
【００２３】
（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の映像表示システムに用いられる表示装置の一実施形態を示す。この表示装置は、単純マトリクス型の液晶表示素子であり、液晶パネル１０を構成する一対の基板１ａ、１ｂの間に液晶材料６が挟持されている。一方の基板１ａには、液晶材料６側に、遅相軸方向が互いに９０゜異なるλ／４板からなる位相差領域２ａ、２ｂが設けられ、その上に位相差領域２ａ、２ｂにわたって偏光フィルム３が設けられている。偏光フィルム３の液晶材料６側には、ＩＴＯ等からなる帯状の透明電極４ａが複数設けられ、基板１ｂの液晶材料６側には、ＩＴＯ等からなる帯状の透明電極４ｂが複数設けられている。両透明電極４ａ、４ｂは互いに交差（図では直交）しており、両透明電極４ａ、４ｂが重なり合っている箇所が画素５ａ、５ｂとなっている。λ／４板２の位相差領域２ａは左目用画素および右目用画素のうちの一方の画素（図では画素５ａ）に対応するように配置されており、位相差領域２ｂは他方の画素（図では画素５ｂ）に対応するように配置されている。また、透明電極４ａ、４ｂと表示媒体との間には、電気絶縁膜および配向膜（共に図示せず）が、配向膜を表示媒体側に配置して設けられている。
【００２４】
この表示装置は、図２に示すような立体眼鏡２０を着用して３次元映像を観察し、立体眼鏡２０を外して２次元映像を観察するようになっている。
【００２５】
この立体眼鏡２０の左目には透明な基材（図示せず）に左目用λ／４板２１と左目用偏光フィルム２３とが設けられ、右目には透明な基材（図示せず）に右目用λ／４板２２と右目用偏光フィルム２４とが設けられている。
【００２６】
液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とは、図３または図４に示すように配置されている。
【００２７】
図３では、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とが同一であり、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用画素に対応する領域（左目用領域２ａ）および右目用画素に対応する領域（右目用領域２ｂ）のうちの一方（図では左目用領域２ａ）の遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とが４５゜の角度をなし、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用領域２ａの遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の遅相軸方向が９０゜の角度をなすと共に、右目用領域２ｂの遅相軸方向と右目用λ／４板２２の遅相軸方向が９０゜の角度をなすように配置されている。
【００２８】
また、図４では、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とが９０゜の角度をなし、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の領域（図では左目用領域２ａ）の遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とが４５゜の角度をなし、液晶パネル１０の左目用領域２ａの遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の遅相軸方向が同一であると共に、右目用領域２ｂの遅相軸方向と右目用λ／４板２２の遅相軸方向が同一であるように配置されている。
【００２９】
この表示装置は、例えば図５に示すようにして作製することができる。
【００３０】
まず、図５（ａ）に示すように、透明な基板１ａ上に、λ／４板からなる位相差領域２ａ、２ｂを形成する。このとき、各位相差領域２ａ、３ｂの遅相軸方向は、図３または図４に示したように配置する。このように遅相軸方向が異なる位相差領域２ａ、２ｂを有するλ／４板２は、例えば、本出願人が特願平８−３２４４６４、特願平８−３２１９３７、特願平８−３１２４８２において開示しているような方法により作製することができる。この実施形態では、ポリスルホンからなるリターデーション値１３０ｎｍの１／４波長板を用いて、７０５９ガラス基板（コーニング社製）からなる基板１ａ上に、互いの遅相軸方向が直交する位相差領域２ａ、２ｂを幅２８０μｍ、間隔２０μｍの帯状パターンで交互に配置した。また、位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸方向は、図３に示したように配置した。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、位相差領域２ａ、２ｂの上に偏光フィルム３を設ける。この実施形態では、偏光フィルム３としてポラロイド社製ＫＥ偏光フィルムを貼着した。また、偏光フィルム３の透過軸方向と位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸方向とは、図３に示したように配置した。
【００３２】
続いて、図５（ｃ）に示すように、位相差領域２ａ、２ｂおよび偏光フィルム３が配置された基板１ａの偏光フィルム３側の表面に帯状の透明電極４ａを複数形成し、図５（ｄ）に示すように、基板１ｂの一方の表面に帯状の透明電極４ｂを複数形成する。このとき、基板１ａ上の透明電極４ａは、λ／４板２の位相差領域２ａ、２ｂの帯状パターンとほぼ一致するように形成する。これにより位相差領域２ａが画素５ａに対応して配置され、位相差領域２ｂが画素５ｂに対応して配置される。この実施形態では、基板１ａおよび７０５９ガラス基板（コーニング社製）からなる基板１ｂ上に、ＩＴＯ膜をスパッタ法により形成し、フォトリソグラフィ工程を行うことにより幅２８０μｍ、間隔２０μｍ、厚み７０μｍの帯状の透明電極４ａ、４ｂを複数形成した。
【００３３】
その後、必要に応じて透明電極４ａ、４ｂを覆うように電気絶縁膜（図示せず）を形成する。この電気絶縁膜としてはＳｉＯ2膜等を用いることができ、例えばスパッタ法等により形成することができる。この電気絶縁膜の厚みは５０ｎｍ〜３００ｎｍであるのが好ましく、さらに好ましくは７０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３４】
次に、必要に応じて電気絶縁膜上にポリイミド等の有機材料からなる配向膜（図示せず）を形成し、ナイロン布等を用いてラビング処理を行う。この配向膜の厚みは３０ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、さらに好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。例えば、ＴＮ（ツイスティッドネマティック）モードやＳＴＮ（スーパーツイスティッドネマティック）モード等の液晶表示素子を作製する場合には配向膜を形成し、軸対称配向モード等の液晶表示素子を作製する場合には配向膜を形成しない。本実施形態では、ＡＬ３０４６（日本合成ゴム社製）をスピンコート法により厚み７０ｎｍの膜に形成し、ナイロン布でラビング処理を行って配向膜とした。
【００３５】
続いて、このようにして作製された一対の基板１ａ、１ｂを、図５（ｅ）に示すように、帯状の透明電極４ａ、４ｂが互いに交差（図では直交）するように対向させ、対向した基板１ａ、１ｂの間にスペーサー７を介して基板１ａの端部と基板１ｂの端部とをシール材８により貼り合わせる。このとき、周囲の一部を後述する液晶材料６の注入孔（図示せず）として残しておく。なお、本実施形態では各基板１ａ、１ｂ上の透明電極４ａ、４ｂを直交させたが、これらは厳密には直交していなくてもよく、互いに交差していればよい。
【００３６】
その後、貼り合わせられた一対の基板１ａ、１ｂの間に液晶材料６を注入する。この液晶材料６は、従来のＴＮモードやＳＴＮモード、ＥＣＢモード、強誘電性液晶モード、光散乱モードおよび軸対称配向モード等の液晶表示素子に用いられる液晶材料のいずれでも用いることができる。本実施形態では液晶材料６としてカイラル剤（Ｓ−８１１）を０．３％添加したＺＬＩ−４７９２（メルク社製）を用い、公知の真空注入法により温度約２５℃、湿度約２０％の環境下で注入を行った。
【００３７】
次に、注入孔を紫外線硬化性樹脂、二液混合系接着剤または瞬間接着剤や可視光硬化性樹脂等を用いて封止する。本実施形態では注入孔に紫外線硬化性樹脂を塗布して紫外線を照射することにより封止した。
【００３８】
その後、基板１ｂの液晶材料６と反対側に偏光フィルム３ｂ（図示せず）を設けることにより表示装置を作製する。本実施形態では、偏光フィルムとしてＳＴ−１８８２ＡＰ（住友化学工業社製）を設けた。また、偏光フィルム３ｂの偏光透過軸方向は、偏光フィルム３に対し偏光透過軸方向が直交するように配置した。
【００３９】
以上のようにして作製された表示装置に対して、右目用信号および左目用信号のうちの一方の信号を位相差領域２ａが配置された画素５ａに送信し、他方の信号を位相差領域２ｂが配置された画素５ｂに送信した。そして、図３に示したように、λ／４板の遅相軸方向と偏光板の透過軸方向とが配置された立体眼鏡２０を着用して画面を観察すると、画面に表示される画像が立体的に観察された。
【００４０】
図６に、左目用画素から出射されて左目で観察され、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察され、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、主映像の光量には波長分散が全く生じていなかった。また、クロストークの光量には波長分散が若干生じているが、クロストークの主映像に対する割合（クロストーク比）が約３．４％であるため、クロストークの影響は殆ど生じなかった。
【００４１】
さらに、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合には、主映像の波長分散が若干生じるが、ほとんど影響しない程度に抑えられた。また、クロストーク比に関しては約２．６％となり、クロストークの影響を低減することができた。
【００４２】
また、本実施形態ではλ／４板を左目用画素と右目用画素それぞれに進相軸または遅相軸方向を異ならせて配置したが、λ／２板を左目用画素または右目用画素のいずれか一方にのみ対応するように配置し、このλ／２板の進相軸方向とλ／４板の進相軸方向とを直交させるか、λ／２板の遅相軸方向とλ／４板の遅相軸方向とを直交させるようにして、λ／２板形成部とλ／２板非形成部の上を覆うようにλ／４板を積層して、左右両画素にλ／４領域を形成してもよい。このときλ／２板と偏光フィルム３の透過軸方向は４５゜ずらす。
【００４３】
このようにすることで、パターニングが１回で、２種類のλ／４領域を形成でき、また、λ／４板のアライメントが不必要となるので、非常に効率的である。
【００４４】
以上のことは、以下の実施形態についても同様である。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態では、液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とを、図４に示すように配置した。
【００４６】
図７に、左目用画素から出射されて左目で観察され、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察され、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、クロストークの光量には波長分散が全く生じていなかった。また、主映像の光量には波長分散が若干生じているが、これによる影響は約３．４％であり、色調のずれは殆ど生じなかった。
【００４７】
さらに、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合のクロストーク比は約０．９％であり、観察者の顔の位置による影響をほとんど受けなかった。
【００４８】
（比較例１）
本比較例１では、表示装置の偏光板の透過軸方向を左目用領域と右目用領域とで互いに異なるようにパターニングした立体表示装置を作製した。作製方法については、特開平７−５３２５号公報に従った。
【００４９】
この場合、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合のクロストーク比は約３３％であり、立体視が大変困難であった。
【００５０】
（比較例２）
本比較例２では、液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とを、図１２に示すように配置した以外は実施形態１と同様にして映像表示システムを作製した。
【００５１】
図１３に、左目用画素から出射されて左目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。また、図１４に、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、３次元映像を観察する場合、主映像およびクロストーク共に左目と右目とで光の波長分散が異なっている。すなわち、主映像で左目画像に波長分散が生じない場合には右目画像で波長分散が生じる。また、左目画像には若干のクロストークが生じるが右目画像にはクロストークが生じない。左右各目における波長分散による影響は僅かであるが、左右各画素から出射される光の波長分散が異なるため、明確な３次元映像が得られなかった。
【００５２】
なお、上記実施形態１および２では、位相差領域２ａと２ｂとを帯状の透明電極４ａ、４ｂに対応させて交互に配置したが、画素の１列毎にストライプ状に配置してもよく、画素の１行毎にストライプ状に配置してもよく、１画素毎に格子状に配置しても良い。これ以外の配置の仕方でも、進相軸または遅相軸方向が互いに異なる位相差領域２ａ、２ｂが１つまたは複数の画素に対応して、互いに隣接し、かつ均等に対称性を有するパターンで配置されていればよい。ここで、均等に対称性を有するパターンは、基板上の一部（例えば基板の右半分や左半分）に進相軸または遅相軸方向が同じ位相差領域が偏在していたり、位相差領域２ａと２ｂとの大きさが非常に異なっていなければ充分である。
【００５３】
上記実施形態１および２において、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向は厳密に直交している必要はなく、８０゜〜１００゜の角度で交差していてもよい。
【００５４】
実施形態１において、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とは厳密に同一である必要はなく、±３０゜の角度で交差していてもよい。また、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の進相軸または遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とは厳密に４５゜の角度をなしている必要はなく、４０゜〜５０゜の角度をなしていてもよい。さらに、液晶パネル１０の左目用領域２ａの進相軸または遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の進相軸または遅相軸方向と、および右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向と右目用λ／４板２２の進相軸または遅相軸方向とは厳密に９０゜の角度をなしている必要はなく、８０゜〜１００゜の角度をなしていてもよい。
【００５５】
上記実施形態２において、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とは厳密に９０゜の角度をなしている必要はなく、６０゜〜１２０゜の角度をなしていてもよい。また、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の進相軸または遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とは厳密に４５゜の角度をなしている必要はなく、４０゜〜５０゜の角度をなしていてもよい。さらに、液晶パネル１０の左目用領域２ａの進相軸または遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の進相軸または遅相軸方向と、および右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向と右目用λ／４板２２の進相軸または遅相軸方向とは厳密に同一である必要はなく、±１０゜の角度をなしていてもよい。
【００５６】
上記実施形態１および２では、液晶パネル１０を構成する一対の基板のうちの一方の基板１ａの液晶材料６側にλ／４板２と偏光フィルム３とを配置したが、図１（ｂ）に示すように、基板１ａの液晶材料６とは反対側にλ／４板２と偏光フィルム３とを配置してもよい。この場合、偏光フィルム３が熱プロセスを通過しなくてもよくなるので、汎用の偏光板を用いて表示装置のコストダウンを図ることができる。さらに必要に応じて別途位相差フィルムを設けて色調補償や視野角拡大等を図ってもよい。
【００５７】
また、液晶パネル１０において、接着性の向上や表面の平坦化のために、λ／４板２と偏光フィルム３との間や偏光フィルム３と透明電極４ａの間等、各層の間に有機層や無機層を適宜設けてもよい。このような有機層や無機層は、スピンコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、スパッタリング法等、各層を設けるために適切な方法を適宜選択して作製することができる。
【００５８】
さらに、液晶パネル１０を構成する基板材料についても特に限定されず、光を透過する透明固体であればいずれも用いることができる。例えば、ガラス、プラスティックフィルム等が挙げられる。また、一方の基板が透明であれば、他方の基板が不透明であってもよく、他方の基板上に金属膜などの不透明膜を設けても良い。
【００５９】
また、立体眼鏡２０において、λ／４板と偏光板とを貼り合わせるだけで十分な強度が確保できる場合には、透明基材を必ずしも設ける必要はない。
【００６０】
上記実施形態１においては、立体眼鏡２０の左目用位相差板２１および右目用位相差板２２としてλ／４板を用いたが、λ／４以外の位相差機能を有する位相差板を用いてもよい。その場合、右目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向け、左目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向けて、各位相差板を配置すればよい。
【００６１】
また、上記実施形態２においても、立体眼鏡２０の左目用位相差板２１および右目用位相差板２２としてλ／４板を用いたが、λ／４以外の位相差機能を有する位相差板を用いてもよい。その場合、右目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の右目用領域からの画像光を右目用偏光板を透過させると共に、表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向け、左目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の左目用領域からの画像光を左目用偏光板を透過させると共に、表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向けて、各位相差板を配置すればよい。
【００６２】
上記実施形態１および２では、表示装置として単純マトリクス駆動により表示が行われるＴＮモードの液晶表示素子を用いたが、それ以外の駆動方法と表示モードとを組み合わせた液晶表示素子を用いてもよい。例えば、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）等を用いたアクティブ駆動により表示が行われる液晶表示素子を用いても良く、駆動方法については限定されない。また、ＳＴＮモードやＦＬＣモード、ＥＣＢモード、光散乱モード等に用いられる液晶材料を一対の基板の間に挟持した液晶表示素子を用いることもできる。また、透過型液晶表示素子のみでなく、一対の基板の一方に反射板を設けた反射型液晶表示素子を用いることも可能である。さらに、カラーフィルターやブラックマトリクスを形成してカラー表示を行うカラー液晶表示素子を用いることも可能である。この場合、カラーフィルターの各色に合わせて位相差フィルムのリターデーション値を選択してもよい。例えば、カラーフィルターが３色である場合には、各色に調整したλ／４板を用いて各色毎に左目用領域と右目用領域との進相軸方向を直交させることにより、計６種類の位相差領域を設ける。さらに、表示装置としては、液晶表示素子以外にも、ＣＲＴやプラズマディスプレイ等、他の表示装置を用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の本発明によれば、立体眼鏡を透過した光に波長分散が生じず、色調のずれの無い鮮明な３次元映像を観察することができる。
【００６４】
また、請求項２に記載の本発明によれば、クロストークが生じず、明確な３次元映像を観察することができる。
【００６５】
本発明の映像表示システムによれば、従来の映像装置を用いた立体表示のように複雑な構造の眼鏡を必要とせず、装置の低廉化を図ることができる。また、偏光フィルムをパターニングした従来の立体表示装置のように、右目用画素と左目用画素とで色調のずれが生じたり、偏光フィルムを透過する際に透過光量のロスが大きくなってコントラストが低下したりすることもなく、表示品位を良好にすることができる。さらに、従来のレンチキュラレンズ板を用いた立体表示装置のように、観察者の顔の位置により立体画像が得られなくなるということも無く、効率良く立体画像を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の映像表示システムで用いられる表示装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の映像表示システムで用いられる立体眼鏡の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】実施形態１の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図４】実施形態２の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図５】実施形態１の映像表示システムにおける表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１の映像表示システムについて、主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図７】実施形態２の映像表示システムについて、主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図８】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図９】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の立体表示装置における偏光フィルムおよび配向膜の配置を示す斜視図である。
【図１１】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図１２】比較例２の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図１３】比較例２の映像表示システムについて、左目で観察される主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図１４】比較例２の映像表示システムについて、右目で観察される主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 基板
２ λ／４板
２ａ、２ｂ 位相差領域（λ／４板）
３ 偏光フィルム
４ａ、４ｂ 透明電極
５ａ、５ｂ 画素
６ 液晶材料
７ スペーサー
８ シール材
１０ 液晶パネル
２０ 立体眼鏡
２１、２２ λ／４板
２３、２４ 偏光フィルム
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者が立体眼鏡を着用することにより３次元映像を観察することができ、立体眼鏡を用いないことにより２次元映像を観察することができる映像表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元映像を観察することができる映像表示システムとしては、映像装置により右目用映像と左目用映像とを高速で交互に表示するものが知られている。その表示を観察する際には、左右のレンズに設けたシャッターを高速で交互に開閉させるようにした眼鏡を着用して、右目用シャッターが閉じているときに左目用映像を表示し、左目用シャッターが閉じているときに右目用映像を表示するように、映像装置の動作と眼鏡の動作とを同期制御する。これにより３次元映像が観察される。
【０００３】
また、立体表示装置として、偏光透過軸方向が互いに直交する第１の偏光板と第２の偏光板とからなる偏光フィルムを用いたものも知られている。この偏光フィルムは、第１の偏光板と第２の偏光板とを所定の表示単位に対応させて互いに隣接し、かつ、均等に対称性を有する配列パターンで交互に配置することにより得られる。
【０００４】
例えば、特開平７−５３２５号公報には、液晶パネルを構成する一対の基板の各々に互いに異なる偏光板部分が対応するように上記偏光フィルムを配置した立体表示装置が開示されている。その表示を観察する際には、左目用と右目用として互いの偏光透過軸方向が直交する偏光フィルムを配置した眼鏡を着用することにより、立体視が可能となる。また、前記立体表示装置のうち、１種類の偏光透過軸方向を有する偏光板上に進相軸または遅相軸方向が互いに直交する位相差層を設け、偏光眼鏡で観察するものが提案されている（特開平６−２８９３７４号公報や米国特許５５３７１４４号公報、同５３２７２８５号公報）。
【０００５】
さらに、他の立体表示装置として、図８に示すようなレンチキュラ板１２０を用いたものも報告されている。このレンチキュラ板１２０の裏面（焦点面）には異なる方向から見た画像、例えば右目から見た画像１２０Ｒと左目から見た画像１２０Ｌとを連続的に縦縞状に印刷しておき、レンチキュラ板１２０の前方で右目画像１２０Ｒと左目画像１２０Ｌとを互いに両目間隔を開けて結像させるようにする。このように左右分離された別々の映像を右目と左目とで見ることにより３次元像が観察される。
【０００６】
この原理を利用して、例えば特開平３−６５９４３号公報には、図９に示すような立体表示装置が開示されている。この立体表示装置は、液晶パネル１１０の前面１１１側にレンチキュラ板１２０を配置して、液晶パネル１１０の縦ラインの１つ毎に右目情報１１２Ｒと左目情報１１２Ｌとを入力することにより立体像が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の映像装置を用いた映像表示システムでは、左右のレンズに設けたシャッターを高速で交互に開閉するような複雑な構造の眼鏡を必要とし、さらに、映像装置の動作と眼鏡の動作とを同期制御させるための制御回路を必要とするという問題点があった。
【０００８】
また、上述の第１の偏光板と第２の偏光板とをパターン配列させた偏光フィルムを用いた立体表示装置では、一般に、配向膜をラビング処理してそれに接する液晶材料を一軸方向に配向させた液晶パネルが用いられる。このような液晶パネルに対して偏光フィルムを配置する場合、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示すような構成にならざるを得ないため、以下のような問題点を生ずる。即ち、図１０（ａ）に示す構成では、ノーマリーホワイト（ＮＷ）モードの領域を右目用画素に対応させ、ノーマリーブラック（ＮＢ）モードの領域を左目用画素に対応させているため、右目用画素と左目用画素とで色調のずれが生じる。また、図１０（ｂ）に示す構成では、配向膜のラビング軸と偏光フィルムの透過軸とが一致せず、液晶層を透過してきた偏光の振動方向と偏光フィルムの透過軸方向とが一致しないため、偏光フィルムを透過する際に透過光量のロスが大きくなって充分なコントラストが得られない。これらの問題点は、立体表示装置として用いる場合のみならず、通常の表示装置として用いる場合にも表示品位に関わる大きな問題点となる。さらに、表示装置の左目用画素に設けられた偏光板の偏光透過軸と眼鏡の左目用偏光板の偏光透過軸方向とを正確に一致させ、かつ、表示装置の右目用画素に設けられた偏光板の偏光透過軸と眼鏡の右目用偏光板の偏光透過軸方向とを正確に一致させなければ、右目用画素から出射された映像が左目で観察され、または左目用画素から出射された映像が右目で観察されるというクロストークが発生して、立体視が不可能となる。
【０００９】
また、前記偏光フィルムの偏光透過軸方向を左右画素間で異ならせる方法で問題となっていたクロストークを減少させる方法として、特開平６−２８９３７４号公報や米国特許５５３７１４４号公報、同５３２７２８５号公報で提案されている位相差層を用いる方法が考えられる。ここでは、位相差層を１／４波長板として、ディスプレイから出射される光の偏光状態を左右の画素間で回転方向が逆の円偏光とする方法が提案されている。しかし、一般に位相差層を形成する一軸延伸高分子フィルムや一軸配向液晶ポリマーは、屈折率の波長分散性を有しており、左右で色調のずれやクロストークを起こさずに立体映像を観察することは困難であった。また、上記公報において、ディスプレイ側の偏光透過軸方向と位相差層の進相軸または遅相軸方向に対し、偏光眼鏡を構成する偏光板の偏光透過軸方向と位相差層の進相軸または遅相軸方向については、何等規定がなされていなかった。
【００１０】
また、レンチキュラ板を用いた立体表示装置では、２次元映像を観察する際に、形成した画像の半分が使用できなくなり、さらに、以下のような問題点もある。この立体表示装置は、図１１に示すように、液晶パネル１１０における画素開口部１１２の間にブラックマトリクス１１３と称される遮光部が存在する。このため、目を移動させても立体視が可能な範囲は左右の目を中心として画素開口部１１２の像１１２ｉが形成されている範囲であり、ブラックマトリクス１１３の像１１３ｉが形成されている範囲まで目を移動させるとブラックマトリクス１１３の像１１３ｉが観察されてしまう。例えば、液晶パネル１１０における横方向（図１１の左右方向）の画素ピッチをＬ、横方向の画素開口部幅をＭ、人間の目の間隔を６５ｍｍとすると、目を移動させても立体視が可能な範囲は（６５×Ｍ／Ｌ）となり、これ以上に大きく目を移動させると立体像が観察できなくなる。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、色調のずれやクロストークが無い３次元映像を観察することができる、２次元および３次元の両用に使用可能な映像表示システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の映像表示システムは、ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶材料を挟んで対向配置された一対の基板の一方に、進相軸または遅相軸方向が異なる左目用領域と右目用領域とを、互いに隣接させると共に均等かつ対称性を有するように配置してある位相差板と、該左目用領域及び該右目用領域を含む大きさであり、両領域での透過軸方向を同一としていずれか一方の基板に設けられた偏光板とを有する液晶表示装置を備え、右目用位相差板および右目用偏光板を右目用に有し、左目用位相差板および左目用偏光板を左目用に有する立体眼鏡を介して３次元映像をとらえ、該立体眼鏡を用いないで２次元映像をとらえるようになっている映像表示システムであって、該立体眼鏡の右目用偏光板及び左目用偏光板が、両者の透過軸方向をほぼ同一とし、かつ、該液晶表示装置の偏光板の透過軸方向とほぼ同一としてあり、該立体眼鏡の右目用位相差板及び左目用位相差板が、両者の進相軸または遅相軸方向を異ならせ、かつ、該立体眼鏡の右目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有し、該立体眼鏡の左目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有する構成であって、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域および右目用領域の遅相軸方向と該液晶表示装置の偏光フィルムの透過軸方向とがそれぞれ４５°および１３５°の角度をなし、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の左目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすと共に、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の右目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすように配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
本発明の映像表示システムは、ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶材料を挟んで対向配置された一対の基板の一方に、進相軸または遅相軸方向が異なる左目用領域と右目用領域とを、互いに隣接させると共に均等かつ対称性を有するように配置してある位相差板と、該左目用領域及び該右目用領域を含む大きさであり、両領域での透過軸方向を同一としていずれか一方の基板に設けられた偏光板とを有する液晶表示装置を備え、右目用位相差板および右目用偏光板を右目用に有し、左目用位相差板および左目用偏光板を左目用に有する立体眼鏡を介して３次元映像をとらえ、該立体眼鏡を用いないで２次元映像をとらえるようになっている映像表示システムであって、該立体眼鏡の右目用偏光板及び左目用偏光板が、両者の透過軸方向をほぼ同一とし、かつ、該液晶表示装置の偏光板の透過軸方向と異ならせてあり、該立体眼鏡の右目用位相差板及び左目用位相差板が、両者の進相軸または遅相軸方向を異ならせ、かつ、該立体眼鏡の右目用位相差板が、その進相軸または遅相軸方向を、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域からの画像光を右目用偏光板を透過させると共に、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向となし、該立体眼鏡の左目用位相差板が、その進相軸または遅相軸方向を、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域からの画像光を左目用偏光板を透過させると共に、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向となしてあり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００１５】
請求項１に記載の本発明にあっては、表示装置の位相差板の左目用領域と右目用領域とで進相軸または遅相軸方向を異ならせてあるので、左目用領域を透過する左目用画像光と右目用領域を透過する右目用画像光とに異なる位相差が加えられて表示装置から出射される。
【００１６】
このうち、左目用画像光に加えられた位相差は、立体眼鏡の左目用位相差板を透過することにより相殺されるので、左目用画像光は位相差が加えられていない状態で、波長分散が生じず、出射されたときと同一の振動方向の偏光として立体眼鏡の左目用偏光板に入射する。
【００１７】
ここで、表示装置の偏光板の透過軸方向と立体眼鏡の左目用偏光板の透過軸方向とがほぼ同一にしてあるので、左目用画像信号は波長分散が無い状態で左目用偏光板を透過し、色調のずれの無い映像が観察される。同様にして右目用画像光は右目用偏光板を透過し、色調のずれの無い映像が観察される。
【００１８】
また、請求項２に記載の本発明にあっては、表示装置の位相差板の左目用領域と右目用領域とで進相軸または遅相軸方向を異ならせてあるので、左目用領域を透過する左目用画像光と右目用領域を透過する右目用画像光とに異なる位相差が加えられて表示装置から出射される。
【００１９】
このうち、左目用画像光に加えられた位相差は、立体眼鏡の右目用位相差板を透過することにより相殺されるので、左目用画像光は位相差が加えられていない状態で、波長分散が生じず、出射されたときと同一の振動方向の偏光として立体眼鏡の右目用偏光板に入射する。
【００２０】
ここで、表示装置の偏光板の透過軸方向と立体眼鏡の右目用偏光板の透過軸方向とが異ならせてあるので、左目用画像信号は右目用偏光板を透過せず、クロストークが生じない。同様にして右目用画像信号は左目用偏光板を透過せず、クロストークが生じない。
【００２１】
一方、右目用画像光には立体眼鏡の右目用位相差板を透過することにより右目用偏光板を透過するように位相差が加えられるので、右目用画像光は立体眼鏡の右目用偏光板を透過する。同様に、左目用画像光は立体眼鏡の左目用偏光板を透過する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に述べる実施形態に限られない。
【００２３】
（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の映像表示システムに用いられる表示装置の一実施形態を示す。この表示装置は、単純マトリクス型の液晶表示素子であり、液晶パネル１０を構成する一対の基板１ａ、１ｂの間に液晶材料６が挟持されている。一方の基板１ａには、液晶材料６側に、遅相軸方向が互いに９０゜異なるλ／４板からなる位相差領域２ａ、２ｂが設けられ、その上に位相差領域２ａ、２ｂにわたって偏光フィルム３が設けられている。偏光フィルム３の液晶材料６側には、ＩＴＯ等からなる帯状の透明電極４ａが複数設けられ、基板１ｂの液晶材料６側には、ＩＴＯ等からなる帯状の透明電極４ｂが複数設けられている。両透明電極４ａ、４ｂは互いに交差（図では直交）しており、両透明電極４ａ、４ｂが重なり合っている箇所が画素５ａ、５ｂとなっている。λ／４板２の位相差領域２ａは左目用画素および右目用画素のうちの一方の画素（図では画素５ａ）に対応するように配置されており、位相差領域２ｂは他方の画素（図では画素５ｂ）に対応するように配置されている。また、透明電極４ａ、４ｂと表示媒体との間には、電気絶縁膜および配向膜（共に図示せず）が、配向膜を表示媒体側に配置して設けられている。
【００２４】
この表示装置は、図２に示すような立体眼鏡２０を着用して３次元映像を観察し、立体眼鏡２０を外して２次元映像を観察するようになっている。
【００２５】
この立体眼鏡２０の左目には透明な基材（図示せず）に左目用λ／４板２１と左目用偏光フィルム２３とが設けられ、右目には透明な基材（図示せず）に右目用λ／４板２２と右目用偏光フィルム２４とが設けられている。
【００２６】
液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とは、図３または図４に示すように配置されている。
【００２７】
図３では、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とが同一であり、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用画素に対応する領域（左目用領域２ａ）および右目用画素に対応する領域（右目用領域２ｂ）のうちの一方（図では左目用領域２ａ）の遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とが４５゜の角度をなし、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用領域２ａの遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の遅相軸方向が９０゜の角度をなすと共に、右目用領域２ｂの遅相軸方向と右目用λ／４板２２の遅相軸方向が９０゜の角度をなすように配置されている。
【００２８】
また、図４では、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とが９０゜の角度をなし、液晶パネル１０のλ／４板２における左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の領域（図では左目用領域２ａ）の遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とが４５゜の角度をなし、液晶パネル１０の左目用領域２ａの遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の遅相軸方向が同一であると共に、右目用領域２ｂの遅相軸方向と右目用λ／４板２２の遅相軸方向が同一であるように配置されている。
【００２９】
この表示装置は、例えば図５に示すようにして作製することができる。
【００３０】
まず、図５（ａ）に示すように、透明な基板１ａ上に、λ／４板からなる位相差領域２ａ、２ｂを形成する。このとき、各位相差領域２ａ、３ｂの遅相軸方向は、図３または図４に示したように配置する。このように遅相軸方向が異なる位相差領域２ａ、２ｂを有するλ／４板２は、例えば、本出願人が特願平８−３２４４６４、特願平８−３２１９３７、特願平８−３１２４８２において開示しているような方法により作製することができる。この実施形態では、ポリスルホンからなるリターデーション値１３０ｎｍの１／４波長板を用いて、７０５９ガラス基板（コーニング社製）からなる基板１ａ上に、互いの遅相軸方向が直交する位相差領域２ａ、２ｂを幅２８０μｍ、間隔２０μｍの帯状パターンで交互に配置した。また、位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸方向は、図３に示したように配置した。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、位相差領域２ａ、２ｂの上に偏光フィルム３を設ける。この実施形態では、偏光フィルム３としてポラロイド社製ＫＥ偏光フィルムを貼着した。また、偏光フィルム３の透過軸方向と位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸方向とは、図３に示したように配置した。
【００３２】
続いて、図５（ｃ）に示すように、位相差領域２ａ、２ｂおよび偏光フィルム３が配置された基板１ａの偏光フィルム３側の表面に帯状の透明電極４ａを複数形成し、図５（ｄ）に示すように、基板１ｂの一方の表面に帯状の透明電極４ｂを複数形成する。このとき、基板１ａ上の透明電極４ａは、λ／４板２の位相差領域２ａ、２ｂの帯状パターンとほぼ一致するように形成する。これにより位相差領域２ａが画素５ａに対応して配置され、位相差領域２ｂが画素５ｂに対応して配置される。この実施形態では、基板１ａおよび７０５９ガラス基板（コーニング社製）からなる基板１ｂ上に、ＩＴＯ膜をスパッタ法により形成し、フォトリソグラフィ工程を行うことにより幅２８０μｍ、間隔２０μｍ、厚み７０μｍの帯状の透明電極４ａ、４ｂを複数形成した。
【００３３】
その後、必要に応じて透明電極４ａ、４ｂを覆うように電気絶縁膜（図示せず）を形成する。この電気絶縁膜としてはＳｉＯ2膜等を用いることができ、例えばスパッタ法等により形成することができる。この電気絶縁膜の厚みは５０ｎｍ〜３００ｎｍであるのが好ましく、さらに好ましくは７０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３４】
次に、必要に応じて電気絶縁膜上にポリイミド等の有機材料からなる配向膜（図示せず）を形成し、ナイロン布等を用いてラビング処理を行う。この配向膜の厚みは３０ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、さらに好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。例えば、ＴＮ（ツイスティッドネマティック）モードやＳＴＮ（スーパーツイスティッドネマティック）モード等の液晶表示素子を作製する場合には配向膜を形成し、軸対称配向モード等の液晶表示素子を作製する場合には配向膜を形成しない。本実施形態では、ＡＬ３０４６（日本合成ゴム社製）をスピンコート法により厚み７０ｎｍの膜に形成し、ナイロン布でラビング処理を行って配向膜とした。
【００３５】
続いて、このようにして作製された一対の基板１ａ、１ｂを、図５（ｅ）に示すように、帯状の透明電極４ａ、４ｂが互いに交差（図では直交）するように対向させ、対向した基板１ａ、１ｂの間にスペーサー７を介して基板１ａの端部と基板１ｂの端部とをシール材８により貼り合わせる。このとき、周囲の一部を後述する液晶材料６の注入孔（図示せず）として残しておく。なお、本実施形態では各基板１ａ、１ｂ上の透明電極４ａ、４ｂを直交させたが、これらは厳密には直交していなくてもよく、互いに交差していればよい。
【００３６】
その後、貼り合わせられた一対の基板１ａ、１ｂの間に液晶材料６を注入する。この液晶材料６は、従来のＴＮモードやＳＴＮモード、ＥＣＢモード、強誘電性液晶モード、光散乱モードおよび軸対称配向モード等の液晶表示素子に用いられる液晶材料のいずれでも用いることができる。本実施形態では液晶材料６としてカイラル剤（Ｓ−８１１）を０．３％添加したＺＬＩ−４７９２（メルク社製）を用い、公知の真空注入法により温度約２５℃、湿度約２０％の環境下で注入を行った。
【００３７】
次に、注入孔を紫外線硬化性樹脂、二液混合系接着剤または瞬間接着剤や可視光硬化性樹脂等を用いて封止する。本実施形態では注入孔に紫外線硬化性樹脂を塗布して紫外線を照射することにより封止した。
【００３８】
その後、基板１ｂの液晶材料６と反対側に偏光フィルム３ｂ（図示せず）を設けることにより表示装置を作製する。本実施形態では、偏光フィルムとしてＳＴ−１８８２ＡＰ（住友化学工業社製）を設けた。また、偏光フィルム３ｂの偏光透過軸方向は、偏光フィルム３に対し偏光透過軸方向が直交するように配置した。
【００３９】
以上のようにして作製された表示装置に対して、右目用信号および左目用信号のうちの一方の信号を位相差領域２ａが配置された画素５ａに送信し、他方の信号を位相差領域２ｂが配置された画素５ｂに送信した。そして、図３に示したように、λ／４板の遅相軸方向と偏光板の透過軸方向とが配置された立体眼鏡２０を着用して画面を観察すると、画面に表示される画像が立体的に観察された。
【００４０】
図６に、左目用画素から出射されて左目で観察され、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察され、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、主映像の光量には波長分散が全く生じていなかった。また、クロストークの光量には波長分散が若干生じているが、クロストークの主映像に対する割合（クロストーク比）が約３．４％であるため、クロストークの影響は殆ど生じなかった。
【００４１】
さらに、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合には、主映像の波長分散が若干生じるが、ほとんど影響しない程度に抑えられた。また、クロストーク比に関しては約２．６％となり、クロストークの影響を低減することができた。
【００４２】
また、本実施形態ではλ／４板を左目用画素と右目用画素それぞれに進相軸または遅相軸方向を異ならせて配置したが、λ／２板を左目用画素または右目用画素のいずれか一方にのみ対応するように配置し、このλ／２板の進相軸方向とλ／４板の進相軸方向とを直交させるか、λ／２板の遅相軸方向とλ／４板の遅相軸方向とを直交させるようにして、λ／２板形成部とλ／２板非形成部の上を覆うようにλ／４板を積層して、左右両画素にλ／４領域を形成してもよい。このときλ／２板と偏光フィルム３の透過軸方向は４５゜ずらす。
【００４３】
このようにすることで、パターニングが１回で、２種類のλ／４領域を形成でき、また、λ／４板のアライメントが不必要となるので、非常に効率的である。
【００４４】
以上のことは、以下の実施形態についても同様である。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態では、液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とを、図４に示すように配置した。
【００４６】
図７に、左目用画素から出射されて左目で観察され、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察され、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、クロストークの光量には波長分散が全く生じていなかった。また、主映像の光量には波長分散が若干生じているが、これによる影響は約３．４％であり、色調のずれは殆ど生じなかった。
【００４７】
さらに、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合のクロストーク比は約０．９％であり、観察者の顔の位置による影響をほとんど受けなかった。
【００４８】
（比較例１）
本比較例１では、表示装置の偏光板の透過軸方向を左目用領域と右目用領域とで互いに異なるようにパターニングした立体表示装置を作製した。作製方法については、特開平７−５３２５号公報に従った。
【００４９】
この場合、顔を３０゜傾けて３次元画像を観察した場合のクロストーク比は約３３％であり、立体視が大変困難であった。
【００５０】
（比較例２）
本比較例２では、液晶パネル１０のλ／４板２における各位相差領域２ａ、２ｂの遅相軸と偏光フィルム３の透過軸と、および立体眼鏡２０の各λ／４板２１、２２と各偏光フィルム２３、２４とを、図１２に示すように配置した以外は実施形態１と同様にして映像表示システムを作製した。
【００５１】
図１３に、左目用画素から出射されて左目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、右目用画素から出射されて左目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。また、図１４に、右目用画素から出射されて右目で観察される主映像の光量の波長分散を測定した結果を■で示し、左目用画素から出射されて右目で観察されるクロストークの光量の波長分散を測定した結果を□で示す。この図から理解されるように、３次元映像を観察する場合、主映像およびクロストーク共に左目と右目とで光の波長分散が異なっている。すなわち、主映像で左目画像に波長分散が生じない場合には右目画像で波長分散が生じる。また、左目画像には若干のクロストークが生じるが右目画像にはクロストークが生じない。左右各目における波長分散による影響は僅かであるが、左右各画素から出射される光の波長分散が異なるため、明確な３次元映像が得られなかった。
【００５２】
なお、上記実施形態１および２では、位相差領域２ａと２ｂとを帯状の透明電極４ａ、４ｂに対応させて交互に配置したが、画素の１列毎にストライプ状に配置してもよく、画素の１行毎にストライプ状に配置してもよく、１画素毎に格子状に配置しても良い。これ以外の配置の仕方でも、進相軸または遅相軸方向が互いに異なる位相差領域２ａ、２ｂが１つまたは複数の画素に対応して、互いに隣接し、かつ均等に対称性を有するパターンで配置されていればよい。ここで、均等に対称性を有するパターンは、基板上の一部（例えば基板の右半分や左半分）に進相軸または遅相軸方向が同じ位相差領域が偏在していたり、位相差領域２ａと２ｂとの大きさが非常に異なっていなければ充分である。
【００５３】
上記実施形態１および２において、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向は厳密に直交している必要はなく、８０゜〜１００゜の角度で交差していてもよい。
【００５４】
実施形態１において、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とは厳密に同一である必要はなく、±３０゜の角度で交差していてもよい。また、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の進相軸または遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とは厳密に４５゜の角度をなしている必要はなく、４０゜〜５０゜の角度をなしていてもよい。さらに、液晶パネル１０の左目用領域２ａの進相軸または遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の進相軸または遅相軸方向と、および右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向と右目用λ／４板２２の進相軸または遅相軸方向とは厳密に９０゜の角度をなしている必要はなく、８０゜〜１００゜の角度をなしていてもよい。
【００５５】
上記実施形態２において、液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向と立体眼鏡２０の偏光フィルム２３、２４の透過軸方向とは厳密に９０゜の角度をなしている必要はなく、６０゜〜１２０゜の角度をなしていてもよい。また、液晶パネル１０の左目用領域２ａおよび右目用領域２ｂのうちの一方の進相軸または遅相軸方向と液晶パネル１０の偏光フィルム３の透過軸方向とは厳密に４５゜の角度をなしている必要はなく、４０゜〜５０゜の角度をなしていてもよい。さらに、液晶パネル１０の左目用領域２ａの進相軸または遅相軸方向と立体眼鏡２０の左目用λ／４板２１の進相軸または遅相軸方向と、および右目用領域２ｂの進相軸または遅相軸方向と右目用λ／４板２２の進相軸または遅相軸方向とは厳密に同一である必要はなく、±１０゜の角度をなしていてもよい。
【００５６】
上記実施形態１および２では、液晶パネル１０を構成する一対の基板のうちの一方の基板１ａの液晶材料６側にλ／４板２と偏光フィルム３とを配置したが、図１（ｂ）に示すように、基板１ａの液晶材料６とは反対側にλ／４板２と偏光フィルム３とを配置してもよい。この場合、偏光フィルム３が熱プロセスを通過しなくてもよくなるので、汎用の偏光板を用いて表示装置のコストダウンを図ることができる。さらに必要に応じて別途位相差フィルムを設けて色調補償や視野角拡大等を図ってもよい。
【００５７】
また、液晶パネル１０において、接着性の向上や表面の平坦化のために、λ／４板２と偏光フィルム３との間や偏光フィルム３と透明電極４ａの間等、各層の間に有機層や無機層を適宜設けてもよい。このような有機層や無機層は、スピンコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、スパッタリング法等、各層を設けるために適切な方法を適宜選択して作製することができる。
【００５８】
さらに、液晶パネル１０を構成する基板材料についても特に限定されず、光を透過する透明固体であればいずれも用いることができる。例えば、ガラス、プラスティックフィルム等が挙げられる。また、一方の基板が透明であれば、他方の基板が不透明であってもよく、他方の基板上に金属膜などの不透明膜を設けても良い。
【００５９】
また、立体眼鏡２０において、λ／４板と偏光板とを貼り合わせるだけで十分な強度が確保できる場合には、透明基材を必ずしも設ける必要はない。
【００６０】
上記実施形態１においては、立体眼鏡２０の左目用位相差板２１および右目用位相差板２２としてλ／４板を用いたが、λ／４以外の位相差機能を有する位相差板を用いてもよい。その場合、右目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向け、左目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向けて、各位相差板を配置すればよい。
【００６１】
また、上記実施形態２においても、立体眼鏡２０の左目用位相差板２１および右目用位相差板２２としてλ／４板を用いたが、λ／４以外の位相差機能を有する位相差板を用いてもよい。その場合、右目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の右目用領域からの画像光を右目用偏光板を透過させると共に、表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向け、左目用位相差板の進相軸または遅相軸方向を、表示装置の位相差板の左目用領域からの画像光を左目用偏光板を透過させると共に、表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような方向に向けて、各位相差板を配置すればよい。
【００６２】
上記実施形態１および２では、表示装置として単純マトリクス駆動により表示が行われるＴＮモードの液晶表示素子を用いたが、それ以外の駆動方法と表示モードとを組み合わせた液晶表示素子を用いてもよい。例えば、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）等を用いたアクティブ駆動により表示が行われる液晶表示素子を用いても良く、駆動方法については限定されない。また、ＳＴＮモードやＦＬＣモード、ＥＣＢモード、光散乱モード等に用いられる液晶材料を一対の基板の間に挟持した液晶表示素子を用いることもできる。また、透過型液晶表示素子のみでなく、一対の基板の一方に反射板を設けた反射型液晶表示素子を用いることも可能である。さらに、カラーフィルターやブラックマトリクスを形成してカラー表示を行うカラー液晶表示素子を用いることも可能である。この場合、カラーフィルターの各色に合わせて位相差フィルムのリターデーション値を選択してもよい。例えば、カラーフィルターが３色である場合には、各色に調整したλ／４板を用いて各色毎に左目用領域と右目用領域との進相軸方向を直交させることにより、計６種類の位相差領域を設ける。さらに、表示装置としては、液晶表示素子以外にも、ＣＲＴやプラズマディスプレイ等、他の表示装置を用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の本発明によれば、立体眼鏡を透過した光に波長分散が生じず、色調のずれの無い鮮明な３次元映像を観察することができる。
【００６４】
また、請求項２に記載の本発明によれば、クロストークが生じず、明確な３次元映像を観察することができる。
【００６５】
本発明の映像表示システムによれば、従来の映像装置を用いた立体表示のように複雑な構造の眼鏡を必要とせず、装置の低廉化を図ることができる。また、偏光フィルムをパターニングした従来の立体表示装置のように、右目用画素と左目用画素とで色調のずれが生じたり、偏光フィルムを透過する際に透過光量のロスが大きくなってコントラストが低下したりすることもなく、表示品位を良好にすることができる。さらに、従来のレンチキュラレンズ板を用いた立体表示装置のように、観察者の顔の位置により立体画像が得られなくなるということも無く、効率良く立体画像を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の映像表示システムで用いられる表示装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の映像表示システムで用いられる立体眼鏡の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】実施形態１の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図４】実施形態２の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図５】実施形態１の映像表示システムにおける表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１の映像表示システムについて、主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図７】実施形態２の映像表示システムについて、主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図８】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図９】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の立体表示装置における偏光フィルムおよび配向膜の配置を示す斜視図である。
【図１１】従来の立体表示装置の構成を示す図である。
【図１２】比較例２の映像表示システムにおける表示装置のλ／４板、偏光板および立体眼鏡のλ／４板、偏光板の配置を示す図である。
【図１３】比較例２の映像表示システムについて、左目で観察される主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【図１４】比較例２の映像表示システムについて、右目で観察される主映像とクロストークの光量の波長分散を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 基板
２ λ／４板
２ａ、２ｂ 位相差領域（λ／４板）
３ 偏光フィルム
４ａ、４ｂ 透明電極
５ａ、５ｂ 画素
６ 液晶材料
７ スペーサー
８ シール材
１０ 液晶パネル
２０ 立体眼鏡
２１、２２ λ／４板
２３、２４ 偏光フィルム
Claims (1)
- ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶材料を挟んで対向配置された一対の基板の一方に、進相軸または遅相軸方向が異なる左目用領域と右目用領域とを、互いに隣接させると共に均等かつ対称性を有するように配置してある位相差板と、該左目用領域及び該右目用領域を含む大きさであり、両領域での透過軸方向を同一としていずれか一方の基板に設けられた偏光板とを有する液晶表示装置を備え、右目用位相差板および右目用偏光板を右目用に有し、左目用位相差板および左目用偏光板を左目用に有する立体眼鏡を介して３次元映像をとらえ、該立体眼鏡を用いないで２次元映像をとらえるようになっている映像表示システムであって、
該立体眼鏡の右目用偏光板及び左目用偏光板が、両者の透過軸方向をほぼ同一とし、かつ、該液晶表示装置の偏光板の透過軸方向とほぼ同一としてあり、
該立体眼鏡の右目用位相差板及び左目用位相差板が、両者の進相軸または遅相軸方向を異ならせ、かつ、該立体眼鏡の右目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有し、該立体眼鏡の左目用位相差板が、該液晶表示装置の位相差板の左目用領域で進相または遅相された画像光を元の位相状態に戻すような進相軸または遅相軸方向を有する構成であって、
該液晶表示装置の位相差板の左目用領域および右目用領域の遅相軸方向と該液晶表示装置の偏光フィルムの透過軸方向とがそれぞれ４５°および１３５°の角度をなし、
該液晶表示装置の位相差板の左目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の左目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすと共に、該液晶表示装置の位相差板の右目用領域の遅相軸方向と、該立体眼鏡の右目用位相差板の遅相軸方向とが９０°の角度をなすように配置されている、映像表示システム。
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