JP6588840B2

JP6588840B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP6588840B2
Application number: JP2016019732A
Authority: JP
Inventors: 大地鈴木; 健夫小糸
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: US10257504B2; US20170230642A1; JP2017138498A

Description

本発明は、画像を立体表示する表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）を含む表示装置には、観察者が裸眼で立体画像を視認することができる装置がある。特許文献１には、右眼用画像と左眼用画像とを分割して交互に配置して表示する表示部と、表示部の前面側に視差バリアを形成するバリア部とを備えたパララックスバリア方式の表示装置が記載されている。この表示装置は、観察者と表示部との距離に応じてバリア部のスリット幅を制御して、表示画像の立体視が可能な表示画像に対する前後方向の距離範囲を拡大する。

特開２０１１−５３２７７号公報

パララックスバリア方式の表示装置は、視差バリアを制御し立体視が可能な範囲を前後方向に拡大できるものの、バリア部の開口率が変化するため表示する画像の制御、特に輝度の調整が困難であった。

本発明の一態様の表示装置は、画像を表示する表示面を備える表示部と、複数の単位領域からなるバリア部であって、一部の領域が前記表示部からの光を制限する非透過領域に制御され、前記一部の他の領域が前記表示部からの前記光を透過する透過領域に制御され、２つの前記非透過領域と前記２つの前記非透過領域の間の前記透過領域とからなるバリア領域が、複数配置される前記バリア部と、前記表示部を観察する観察者の前記表示面に対する位置情報を取得する手段と、前記バリア部に複数の前記バリア領域を生成すると共に前記複数の前記バリア領域の配置及び状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記バリア部に第1のバリアピッチを持つ第１バリア領域と、前記第１のバリアピッチの透過領域と同じ幅の透過領域と前記第１のバリアピッチの非透過領域とは異なる幅の非透過領域を備えた第２のバリアピッチを持つ第２バリア領域と、を制御し、前記第２バリア領域の前記透過領域と前記非透過領域との境界領域で前記透過領域の中の前記単位領域を、任意のフレーム毎に透過表示と黒表示になるよう交互に表示させ、前記撮像部の前記観察者の前記位置情報に基づいて、前記第１のバリアピッチ及び前記第２のバリアピッチのそれぞれの透過領域及び非透過領域を制御し、かつ、前記第２のバリアピッチの前記第２バリア領域の数を制御し、前記数に応じて前記バリア部の端の複数の前記単位領域を非透過領域にすることを特徴とする。

図１は、実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図２は、実施形態に係る表示装置の概略断面構造を示す断面図である。図３は、画素を示す図である。図４は、表示部に表示される右眼用画像と左眼用画像の表示の一例を示す図である。図５は、バリア部と表示部との断面構造を示す断面図である。図６は、観察者の視線とバリア部との関係を説明するための図である。図７は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図８は、観察者が表示面に対して左右方向に移動した場合に、表示装置の制御方法の概念を示す図である。図９は、観察者が表示面に対して前後方向に移動した場合に、観察者の視線とバリア部との関係を説明するための図である。図１０は、実施形態に係る表示装置の制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。図１１は、観察者が表示面に対して前後方向に移動した場合に、表示装置の制御方法の概念を示す図である。図１２は、適視距離よりも近い場合のバリア部と表示部との断面構造を示す断面図である。図１３は、適視距離よりも遠い場合のバリア部と表示部との断面構造を示す断面図である。図１４は、観察者が表示面に対して適視距離より前方向に近づいた場合に、バリア部の制御方法の一例を示す図である。図１５は、観察者が表示面に対して適視距離より前方向に近づいた場合に、バリア部の制御方法の一例を示す図である。図１６は、適視距離よりも近い場合のバリア部の透過領域と非透過領域を説明するための図である。図１７は、適視距離よりも遠い場合のバリア部の透過領域と非透過領域を説明するための図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図２は、実施形態に係る表示装置の断面構造を示す断面図である。本実施形態の表示装置１は、画像を表示する表示面４Ｓを備えた表示部４と、表示部４の下方、又は後方に設けられた照明部２と、表示部４の表示面４Ｓ側に設けられたバリア部６とを有する。バリア部６は、視差を調整する視差調整部である。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の一方向としてＸ軸方向を左右方向といい、水平面内においてＸ軸方向と交差する方向としてＹ軸方向を縦方向といい、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと交差するＺ軸方向を前後方向とする。

表示部４は、図１に示すように複数の画素５０がＸ方向及びＹ方向に二次元配列で配置された液晶パネルである。例えば、画素５０は、図１に示すＸ方向にＭ個配列されている。第ｍ列目（但し、ｍ＝１、２・・・、Ｍ）の画素５０を、画素５０_ｍと表す。同様に、画素５０は、Ｙ方向にも複数配列されている。照明部２から出射された光が、表示部４に入射する。表示部４は、各画素５０に入射される光を透過させるか、遮蔽させるかを切り換えることで、表示面４Ｓに画像を表示させる。

照明部２は、表示部４に向けて面状の光を出射する照明装置である。照明部２は、光源とこの光源から出射された光を表示部４に均一に照射させるための導光板とを有する。

バリア部６は、表示部４からの光を透過する複数の透過領域６１と、表示部４からの光を遮蔽する複数の非透過領域６２とを有する。透過領域６１と非透過領域６２とは、図１に示すＸ方向に交互に配列され、Ｙ方向に延出している。バリア部６は、第１の基板１２１と第２の基板１３１との間に配置された液晶層１６０を備える液晶パネルであり、部分的に電圧を印加して液晶を配向させる。このような動作により、バリア部６は、透過領域６１と非透過領域６２とを切り換えることができる。なお、バリア部６は、可変レンズアレイを配置して、光の屈折率を変化させることにより透過領域と非透過領域とを切り換える液晶レンズであってもよい。制御部７は、表示装置１の照明部２、表示部４、及びバリア部６を制御する。また、撮像部８は、観察者の位置情報を取得する装置である。本実施形態は、ヘッドトラッキング技術又はアイトラッキング技術等が利用され、デジタルカメラ等の撮像部８により取得した観察者の画像情報に基づいて、制御部７の位置情報取得手段が観察者の位置情報を算出する。

図２に示すように、表示部４は、アレイ基板２０と、このアレイ基板２０の表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板３０と、アレイ基板２０と対向基板３０との間に配置された液晶層４０とを備えている。

アレイ基板２０は、ガラス基板２１の表面に形成された複数の共通電極２３と、絶縁層２４を介して複数の共通電極２３の上に形成された複数の画素電極２２とを有する。複数の画素電極２２は、アレイ基板２０の上においてマトリクス状に配置される。なお、画素電極２２及び共通電極２３は、同一平面上に設けられていてもよく、また、画素電極２２の上方に共通電極２３が設けられていてもよい。

アレイ基板２０には、各画素電極２２に画素信号を供給する画素信号線がＹ方向に延出し、また各走査信号線の配線がＸ方向に延出して形成される。これら画素信号線と走査信号線の交点付近に画素信号線と画素電極２２をスイッチング接続するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｔｏｒ）素子が形成される。

アレイ基板２０と対向基板３０にはそれぞれ配向膜（図示しない）が設けられ、これらアレイ基板２０と対向基板３０との間には液晶層４０があり、電界の状態に応じて液晶層４０を通過する光を変調させる。本実施形態の表示部４は、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）等の横電界モードの液晶表示パネルである。なお、表示部４は、横電界モードの液晶表示パネルに限られず、ツイステッドネマティック（ＴＮ）等の縦電界モードの液晶表示パネルでもよい。さらに、表示部４は、上記液晶表示装置に限られず、マトリックス状に配置された画素で表示させる表示装置であればよく、例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＯＬＥＤ）等の表示装置を適用することもできる。

図２に示すように、対向基板３０は、ガラス基板３１と、このガラス基板３１の一方の面に形成されたカラーフィルタ３２とを含む。アレイ基板２０と対向基板３０とは、シール部４１によって接着されている。アレイ基板２０の他方の面には、偏光板３３が配置されている。また、対向基板３０の他方の面には、偏光板３５が配設されている。更に、偏光板３５の対向基板３０側とは反対側の面には、接着層４２によって、バリア部６が接着されている。

カラーフィルタ３２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色からなり、これらカラーフィルタが周期的に配列されて、上述した図３に示す各画素５０にＲ、Ｇ、Ｂの３色が１組として対応付けられている。図３は、画素の模式図である。カラー画像を形成する単位となる１個の画素５０は、例えば、複数の副画素（サブピクセル）を含む。この例では、画素５０は、Ｒを表示する副画素（Ｒ）と、Ｂを表示する副画素（Ｂ）と、Ｇを表示する副画素（Ｇ）とを含む。画素５０が有する副画素（Ｒ）、（Ｂ）、（Ｇ）は、Ｘ方向、すなわち表示装置１の行方向に向かって配列される。

次に、バリア部６の構成例を説明する。図２に示すように、バリア部６は、第１の基板１２１と、第２の基板１３１とを有し、第１の基板１２１と第２の基板１３１とは、シール部１４０によって接着されている。第１の基板１２１の上方に複数の第１の電極１２２が列状に配設されている。また、第２の基板１３１の第１の電極１２２側に第２の電極１３３が配置されており、第２の基板１３１の他方の面に偏光板１３５が配置されている。これら第１の電極１２２と第２の電極１３３はＩＴＯ等の透明電極である。

第１の電極１２２は、図１に示す透過領域６１及び非透過領域６２に対応して複数設けられた電極である。第１の電極１２２は、図１に示す透過領域６１及び非透過領域６２と同様に、Ｙ方向に沿って延出する細長い板形状であり、Ｘ方向に複数列状に配置されている。すなわち、第１の電極１２２は、画素５０の副画素（Ｒ）、（Ｂ）、（Ｇ）が配列される方向であるＸ方向において、間隔を設けて複数配置され、各画素５０の少なくとも一部とそれぞれ重なりあって配置される。また、第１の電極１２２は、Ｙ方向に配列された各画素５０に沿って延出して形成され、Ｙ方向に並ぶ各画素５０の少なくとも一部とそれぞれ重なりあっている。本実施形態では、例えば２３０４０本の電極で構成されている。第２の電極１３３は、複数の第１の電極１２２と対向しており、連続して形成された共通電極である。なお、第２の電極１３３は、複数の第１の電極１２２のそれぞれに対向して、複数に分割されていてもよい。

第２の基板１３１の第２の電極１３３側の面と、第１の基板１２１の第１の電極１２２側の面とで挟まれた領域には、液晶層１６０が充填されている。液晶層１６０は、電界の状態に応じて液晶層１６０を通過する光を変調するものである。本実施形態においては、例えば、ＴＮ、ＶＡ、ＥＣＢ等の各種モードの液晶表示パネルが用いられる。その他の例としてＩＰＳ等の横電界モードの液晶表示パネルを用いてもよい。液晶層１６０と第１の基板１２１との間、及び液晶層１６０と第２の基板１３１との間には、それぞれ配向膜（図示しない）が配設されている。配向膜は、例えばポリイミドを用いて形成され、それぞれラビング処理が施されている。配向膜により液晶層１６０の液晶分子の配向方向が規制される。本実施形態では、表示部４に液晶表示装置を用いているため、表示部４から出射される光は偏光されている。したがって、液晶層１６０に入射させる光はその光を利用すればよく、第１の基板１２１と表示部４との間に新たに偏光板を配置する必要はない。尚、表示部４から出射する光が偏光されていない場合には、第１の基板１２１の下面側、つまり表示部４側に偏光板を配置すればよい。

図４は、表示部に表示される右眼用画像と左眼用画像の表示の一例を示す図である。図５は、バリア部と表示部との断面構造を模式的に示す断面図である。図６は、観察者の視線とバリア部との関係を説明するための図である。図４に示すように、表示部４は、観察者が三次元画像を認識することができるように、複数の視点の各々に対応する画像（例えば左眼用画像Ｐ１及び右眼用画像Ｐ２）を一画面内に表示する。左眼用画像Ｐ１と右眼用画像Ｐ２とは、Ｘ１方向において交互に表示される。なお、本実施形態において、図４に示す左眼用画像Ｐ１及び右眼用画像Ｐ２の各画素は、それぞれ図３に示すような３つの副画素（Ｒ）、（Ｂ）、（Ｇ）を有する画素５０である。若しくは、左眼用画像Ｐ１及び右眼用画像Ｐ２の各画素は、３つの副画素（Ｒ）、（Ｂ）、（Ｇ）のうち、１つの副画素（Ｒ）等であってもよい。

図５に示すように、バリア部６は、１つの第１の電極１２２（図５には図示しない）に対応する単位領域６０が、複数配列されている。バリア部６は、単位領域６０ごとに、図２に示す液晶層１６０に印加する電界を制御して、透過領域６１と非透過領域６２とを切り換え可能になっている。単位領域６０は、例えば、単位領域６０_１から単位領域６０_ＮまでＮ個配列されている。第ｎ列目（但し、ｎ＝１、２・・・、Ｎ）の単位領域６０を、単位領域６０_ｎと表す。本実施形態では、Ｎ＝２３０４０である。バリア部６の透過領域６１及び非透過領域６２は、Ｘ方向に交互に設けられている。図５に示す繰り返し設けられる間隔あるいは所望とする個数からなる単位領域６０の繰り返しの領域をバリア領域として、その領域の間隔をバリアピッチとする。バリアピッチは、透過領域を挟む２つの非透過領域において、一方の非透過領域の中点と他方の非透過領域の中点との間の距離である。

図６に示すように、バリア部６の透過領域６１と非透過領域６２とを設けることにより、観察者の左眼は、透過領域６１を介して左眼用画像Ｐ１を視認する。右眼用画像Ｐ２は、非透過領域６２により遮蔽され観察者の左眼に視認されない。同様に、観察者の右眼は、透過領域６１を介して右眼用画像Ｐ２を視認する。また、左眼用画像Ｐ１は非透過領域６２により遮蔽され、観察者の右眼に視認されない。なお、図６は見やすくするために観察者の右眼の視線とバリア部６との関係は省略して示している。バリア部６により視差を形成することにより、所定位置から表示部４の表示面４Ｓを見ている観察者が、裸眼で三次元画像を認識できる。上述のように、バリア部６は、透過領域６１と非透過領域６２とが切り換え可能、あるいは、各領域幅の調整または可変が可能である。このため、バリア部６は、視差を形成することで表示部４の表示画像を観察者に立体的に視認させる三次元表示と、視差を形成せずに表示部４の表示画像を観察者に平面的に視認させる二次元表示とを切り換え可能である。二次元表示の場合では、バリア部６は全領域を透過領域６１にして、表示画像を透過させる。

図７は、本実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、制御部７は、表示装置１の照明部２、表示部４、及びバリア部６を制御する。また、制御部７は、撮像部８により取得した画像の情報に基づいて、観察者の位置情報を算出する位置情報取得手段を備える。制御部７は、外部若しくは内部の位置情報取得手段が算出した観察者の位置情報に応じて、照明部２、表示部４、及びバリア部６を制御して三次元画像を表示する。なお、本実施形態では撮像部８によって撮像した画像に基づき、利用者の位置情報を取得しているが、位置情報の取得方法はこれに限られない。例えば、赤外線センサ等の温度センサ、マイク等の音声センサ、光学センサ等のいずれか又は複数を用いて利用者の位置情報を取得してもよい。

制御部７の外部若しくは内部に備えられた位置情報取得手段は、撮像部８の画像情報から、画像内の利用者の位置、例えば、利用者の右眼及び左眼の位置を検出又は計測し、表示面４Ｓに対するＸＹＺ座標を算出する。制御部７は、位置情報取得手段が算出した観察者の位置情報に基づいて、表示装置１の照明部２の点灯及び消灯や、点灯時の光量及び光の強度を制御し、表示部４に表示させる画像を制御し、バリア部６の透過領域６１及び非透過領域６２を制御する。

図８は、観察者が表示面に対して左右方向に移動した場合に、表示装置の制御方法の概念を示す図である。制御部７の外部若しくは内部に備えられた位置情報取得手段は、初期状態Ｑ１における観察者Ｕ１の右眼ＲＥ及び左眼ＬＥの位置と表示装置１との距離を算出する。続いて、制御部７は、位置情報取得手段が算出した右眼ＲＥ及び左眼ＬＥの位置並びに距離に応じて、表示部４における画像の表示を決定する。制御部７は、例えば図４に示すように、左眼用画像Ｐ１と右眼用画像Ｐ２とがＸ方向に交互に表示されるように、表示を決定する。なお、左眼用画像Ｐ１と右眼用画像Ｐ２との表示方法は特に限定されず、利用者Ｕ１が左眼ＬＥ及び右眼ＲＥの視差を確保できるものであれば良い。そして、制御部７は、バリア部６の透過領域６１と非透過領域６２を決定し、図５に示す単位領域６０_１〜６０_Ｎのそれぞれについて透過領域６１と非透過領域６２との切り換えを実行する。これにより、例えば、図８に示すように、左眼用画像Ｐ１がバリア部６を介して利用者Ｕ１の左眼ＬＥにより視認され、右眼用画像Ｐ２がバリア部６を介して利用者Ｕ１の右眼ＲＥにより視認される。なお、バリア部６の透過領域６１と非透過領域６２との切り換えと、表示部４における左眼用画像Ｐ１と右眼用画像Ｐ２との切り換えは、同期して実行されるが、上記の順番に特に限定されない。

続いて、観察者Ｕ１の位置がＸ方向に移動した状態Ｑ２において、制御部７の外部若しくは内部に備えられた位置情報取得手段は、撮像部８が取得した画像データから、利用者Ｕ１の右眼ＲＥ及び左眼ＬＥの位置から、観察者の位置を算出する。そして、制御部７は、位置情報取得手段が算出した右眼ＲＥ及び左眼ＬＥの位置に応じて、左眼用画像Ｐ１及び右眼用画像Ｐ２の表示を変更する。すなわち、図８に示す状態Ｑ２において、制御部７は、バリア部６の透過領域６１と非透過領域６２との切り換えを制御することにより、移動位置Ｑ２における右眼ＲＥの位置に対して右眼用画像Ｐ２が視認され、左眼ＬＥの位置に対して左眼用画像Ｐ１が視認されることで、観察者は三次元で画像を視認する。なお、バリア部６の透過領域６１と非透過領域６２との切替制御とほぼ同時に、左眼用画像Ｐ１の画素列と、右眼用画像Ｐ２の画素列との位置を変更してもよい。

図９は、観察者が表示面に対して前後方向に移動した場合に、観察者の視線とバリア部との関係を説明するための図である。図９に示すように、観察者が前後方向に移動した場合に、観察者の視線と、表示部４の表示画像との間における透過領域６１及び非透過領域６２にずれが生じる。そのため、観察者の左眼に右眼用画像Ｐ２の一部が視認され、クロストークが発生する可能性がある。

次に、このクロストークを防ぐためのバリア部６の制御方法について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、実施形態に係る表示装置の制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。図１１は、観察者が表示面に対して前後方向に移動した場合に、表示装置の制御方法の概念を示す図である。なお、図１１では、観察者Ｕ１が、表示部４の表示面４Ｓの中央に位置すると仮定している。

まず、撮像部８により取得した画像データから、制御部７の外部若しくは内部に備えられた位置情報取得手段は、観察者の視認位置を検出する（ステップＳ１０）。観察者の視認位置は、観察者Ｕ１の右眼・左眼の位置等から特定可能な顔に関する位置（例えば、右眼ＲＥと左眼ＬＥの中央位置）を示す。位置情報取得手段は、表示部４の表示面４Ｓの中央を原点として、視認位置のＸＹＺ座標を算出する。続いて、制御部７は、観察者Ｕ１とバリア部６との距離を算出する。本実施形態では右眼ＲＥと左眼ＬＥの位置の中央位置とバリア部６との間の、表示面に対して鉛直方向の距離を算出する。

次に、ステップＳ１０で算出した観察者Ｕ１とバリア部６までの距離からバリアピッチとバリア領域の個数とを決定する（ステップＳ２０）。ここで、観察者が表示部４に表示される画像を視認する際に、観察者Ｕ１とバリア部６との間の基準とする距離を、適視距離Ｄとする。適視距離Ｄとは、予め決めてある基準位置に位置する観察者Ｕ１とバリア部６との間であって、表示面４Ｓに対して垂直方向（Ｚ方向）の距離である。この適視距離Ｄは、予め所望とする値を制御部７に記憶しておく。図１１（Ａ）は、観察者Ｕ１が適視距離Ｄに位置する場合に、観察者Ｕ１と表示装置１との位置関係を模式的に示す説明図である。

観察者Ｕ１が基準位置に位置する場合のバリアピッチＸ１は、次の式（１）で算出できる。ここで、ｐは画素５０の画素ピッチであり、Ｅは眼間処理（観察者の右眼ＲＥと左眼ＬＥとの距離）である。

Ｘ１＝２ｐＥ／（ｐ＋Ｅ）・・・（１）
このバリアピッチＸ１が図５に示すバリアピッチ６５であると仮定する。また、このバリアピッチ６５は適視距離Ｄに対応する。バリアピッチ６５のバリア領域は、１８個の単位領域６０から構成され、１８×単位領域６０の間隔である。この１８個の単位領域の具体的な構成は、透過領域６１を挟む一方の非透過領域６２の９個の単位領域６０の内４個の単位領域６０と他方の非透過領域６２の９個の単位領域６０の内５個の単位領域６０と、２つの非透過領域６２に挟まれた９個の単位領域６０からなる透過領域６１である。

次に、図１１（Ｂ）のように、観察者Ｕ１が、基準位置から表示部４側に適視距離Ｄよりも距離ｄだけ近づいた場合に、制御部７は位置情報取得手段から、観察者Ｕ１の位置情報として、基準位置と観察者Ｕ１の位置との間に、表示面４Ｓに対して垂直方向（Ｚ方向）の距離Ｄ−ｄを取得する。観察者Ｕ１が、基準位置から表示部４側に距離ｄだけ近づいた場合に、バリアピッチＸ２を次の式（２）から算出する。

Ｘ２＝２ｐＥ／（ｐＤ／（Ｄ−ｄ）＋Ｅ）・・・（２）
そして、制御部７は、バリアピッチＸ２のずれの累積Ｘａを次式（３）から算出する。
Ｘａ＝（Ｘ２−Ｘ１）×Ｂ・・・（３）
バリアピッチＸ２のずれの累積Ｘａとは、観察者Ｕ１が基準位置に位置する場合のバリアピッチＸ１と、距離ｄだけ近づいたときのバリアピッチＸ２との差分の（Ｘ２−Ｘ１）に、バリアの個数Ｂ（バリアピッチ６５で示すバリア領域の全個数）を乗じた値である。

制御部７は、バリアピッチＸ２のずれの累積Ｘａと、図２に示す第１の電極１２２の１本分の幅Ｗ（単位領域６０の幅）との比較を行い、式（４）を満たす最大のｎ_１（但し、ｎ_１＝１、２、・・・、Ｎ）を算出する。

Ｘａ＞ｎ_１Ｗ・・・（４）
例えば、ｎ_１＝１は、上記式（１）〜（４）より第１の電極１２２の１本分に換算される距離ｄだけ観察者Ｕ１が表示面Ｓに近づいた場合を示す。この場合には、制御部７は、バリア部６の中央に位置するバリア領域のバリアピッチ６５をバリアピッチ６５よりも短いバリアピッチ６５ａにし、その他のバリア領域はバリアピッチ６５にする。このようにすることで観察者が表示面に対して前方向に移動した場合のクロストークの発生を抑制できる。

ここで、バリアピッチ６５ａのバリア領域は、図１２に示すように１７個の単位領域６０から構成される。すなわち、このバリアピッチは、１７×単位領域６０の間隔である。この１７個の単位領域の具体的な構成は、透過領域６１ａを挟む一方の非透過領域６２ａの９個の単位領域６０の内４個の単位領域６０と、他方の非透過領域６２ｂの８個の単位領域６０の内４個の単位領域６０と、２つの非透過領域６２ａ、６２ｂに挟まれた９個の単位領域６０からなる透過領域６１ａである。上述のとおり、バリアピッチ６５のバリア領域とバリアピッチ６５ａのバリア領域が隣接する非透過領域６２ａでは９個の単位領域からなるが、それとは反対側の非透過領域６２ｂでは８個の単位領域からなり、バリアピッチ６５のバリア領域同士が隣接する非透過領域６２よりも１個単位領域が少ない。

また、観察者Ｕ１が表示部４側から遠ざかった場合には、バリアピッチ６５ｂを適宜設定し、上記式（２）の−ｄの代わりに＋ｄとする等の適切な処理をすることによりバリアピッチＸ３が求められる。バリアピッチＸ３のずれの累積Ｘｂとは、観察者Ｕ１が基準位置に位置する場合のバリアピッチＸ１と、距離ｄだけ近づいたときのバリアピッチＸ３との差分の（Ｘ１−Ｘ３）に、バリアの個数Ｂ（バリアピッチ６５で示すバリア領域の全個数）を乗じた値である。

制御部７は、バリアピッチＸ３のずれの累積Ｘｂと、図２に示す第１の電極１２２の１本分の幅Ｗ（単位領域６０の幅）との比較を行い、上記式（４）を満たす最大のｎ_１（但し、ｎ_１＝１、２、・・・、Ｎ）を算出する。例えば、ｎ_１＝１の場合には、制御部７は、バリア部６の中央の領域に位置するバリア領域のバリアピッチ６５をバリアピッチ６５よりも長いバリアピッチ６５ｂにし、その他の領域はバリアピッチ６５を持つバリア領域にする。

このバリアピッチ６５ｂのバリア領域は、バリアピッチ６５のバリア領域よりも１個分単位領域６０が多い。すなわち、図１３に示すようにバリアピッチ６５ｂは、１９×単位領域６０の間隔である。この１９個の単位領域６０の具体的な構成は、透過領域６１ｂを挟む一方の非透過領域６２ｃの１０個の単位領域６０の内５個の単位領域６０と、他方の非透過領域６２ｄの９個の単位領域６０の内５個の単位領域６０と、２つの非透過領域６２ｃ、６２ｄに挟まれた９個の単位領域６０からなる透過領域６１ｂである。バリアピッチ６５のバリア領域とバリアピッチ６５ｂのバリア領域が隣接する非透過領域６２ｃでは１０個の単位領域からなり、それとは反対側の非透過領域６２ｄでは９個の単位領域からなる。バリアピッチ６２ｃの領域はバリアピッチ６５の領域同士が隣接する非透過領域６２よりも１個単位領域が多い。

上述の適視距離より近づいた場合と同様にこれらバリアピッチ６５のバリア領域とバリアピッチ６５ｂのバリア領域をバリア部６に適切に配置することによって、クロストークの発生を抑制できる。

尚、各バリアピッチ６５、バリアピッチ６５ａ、バリアピッチ６５ｂのそれぞれのバリア領域は１８個、１７個、１９個の単位領域６０から構成されるものに限らず、表示部の画素ピッチｐ、適視距離Ｄ等によって適宜設定される。

次に、観察者Ｕ１が適視距離Ｄの時及び適視距離Ｄよりも距離ｄだけ表示面Ｓ側にずれた場合に、バリア部６にバリアピッチ６５のバリア領域、バリアピッチ６５ａのバリア領域を配置する具体的な例を示す。図１４は、観察者が表示面に対して前方向に近づいた場合のバリア部のバリアピッチ６５のバリア領域、バリアピッチ６５ａのバリア領域の配置の例を示す図である。図１５は、図１４で説明した例において、バリア部６の全体を示す図であり、特にバリア部６におけるバリアピッチ６５ａのバリア領域の配置及び個数と観察者Ｕ１が基準位置からｎ_１（ｎ_１＝１〜７）相当分ずれた場合のバリアピッチ６５、バリアピッチ６５ａのそれぞれのバリア領域の配置の一例を示している。また、図１５中の（２）から（８）のバリア部６の端に現れる数字は、バリア部６の端において常に黒表示される単位領域６０の数を表し、図１５中の（９）は２３０４０からなる単位領域６０を表している。

図１４の（Ａ）及び図１５の（１）は、観察者Ｕ１が基準位置に位置する場合のバリア部６のバリアピッチのバリア領域の配置である。観察者Ｕ１が基準位置にある場合には、各々のバリアピッチのバリア領域の単位領域６０の数をすべて等しくすることによりクロストークの発生を抑制し、観察者が良好に表示部４の表示画像を三次元画像として視認できる。本実施形態では、すべてのバリアピッチのバリア領域を１８個の単位領域６０で構成するバリアピッチ６５のバリア領域にすることによりクロストークの発生を抑制できる。

図１４の（Ｂ）及び図１５の（２）は、観察者Ｕ１が基準位置から表示部４側に適視距離Ｄよりｎ_１＝１相当分だけ前方に近づいた場合に、バリア部６のバリアピッチ６５、バリアピッチ６５ａのそれぞれのバリア領域の配置を示す図である。上記式（１）〜（４）から、バリアピッチＸ２のずれの累積Ｘａが、単位領域６０の１本分の第１の電極１２２の幅Ｗより大きな値となる。図１４の（Ｂ）、図１５の（２）に示すように、この場合、バリア部６は複数のバリアピッチ６５のバリア領域と１ヶ所のバリアピッチ６５ａのバリア領域とからなる。

また、制御部７は、図１５の（２）に示すバリア部６の最も外側に位置する単位領域６０_１または単位領域６０_Ｎを常に非透過領域にする。これにより、図５に示すように複数の非透過領域６２のなかに図１２に示す非透過領域６２ｂのような他の非透過領域６２よりも小さい領域を形成できる。本実施形態では、ｎ_１＝１の場合、バリア部６の中央部に単位領域６０が１７個からなるバリアピッチ６５ａを持つバリア領域を配置し、このバリアピッチ６５ａのバリア領域以外は、単位領域６０が１８個からなるバリアピッチ６５を持つバリア領域を配置する。

図１４の（Ｃ）及び図１５の（３）は、観察者Ｕ１が基準位置からさらに表示部４側に近づきバリアピッチＸ２のずれの累積Ｘａが第１の電極１２２の２本分の幅より大きい値となった場合、すなわち、上述した式（４）からｎ_１＝２相当分だけ前方に近づいた場合に、バリア部６のバリアピッチ６５、バリアピッチ６５ａそれぞれのバリア領域の配置を示す図である。図１４の（Ｃ）及び図１５の（３）に示すように、バリア部６は複数のバリアピッチ６５を持つバリア領域と２ヶ所のバリアピッチ６５ａを持つバリア領域とからなる。

また、制御部７は、図１５の（３）に示すようにバリア部６の最も外側に位置する単位領域６０_１と単位領域６０_Ｎを常に非透過領域にする。これにより、複数の非透過領域６２のなかに図１２に示す非透過領域６２ｂのような他の非透過領域６２よりも小さい領域を形成できる。本実施形態では、ｎ_１＝２の場合、バリア部６の中央部を挟んで対称となるように、バリアピッチ６５ａのバリア領域が配置される。

図１５の（４）〜（８）に示すようにｎ_１＝３以上の場合も、ｎ_１＝１、２の場合と同様に上述した式（１）から式（４）に基づいてバリアピッチ６５ａの領バリア域の数を求め、バリア部６にバリアピッチ６５、バリアピッチ６５ａのそれぞれのバリア領域を配置する。また、バリア部６の最も外側に位置し常に非透過領域にする単位領域の数はバリアピッチ６５ａのバリア領域の数に比例して形成される。本実施形態では、バリアピッチ６５ａのバリア領域はバリア部６の中央部に対して対称に配置されている。この例に限らず、複数のバリアピッチ６５ａのバリア領域を配置する場合には、バリアピッチ６５ａのバリア領域がＸ方向において均等の間隔で配置されてもよい。

上述とおり、バリアピッチ６５とバリアピッチ６５ａのそれぞれのバリア領域は、それぞれ透過領域の単位領域６０の数は等しいが、非透過領域の単位領域６０の数は異なる。したがって、バリアピッチ６５とバリアピッチ６５ａのそれぞれのバリア領域の開口率は異なる。例えば、本実施形態の場合には、バリアピッチ６５のバリア領域では、開口率は９／１８（＝０．５）であるのに対し、バリアピッチ６５ａのバリア領域では、開口率は９／１７（＝０．５３）であり、それぞれのバリアピッチのバリア領域の開口率は異なっている。このようなバリアピッチのバリア領域の開口率の差は、輝度のバラつきを生じさせ、特にバリアピッチ６５ａのバリア領域の箇所でスジとして認識される虞がある。

そこで、本実施形態では、バリアピッチ６５ａの透過領域の内、１または２個の単位領域６０を１フレーム毎に透過表示と非透過表示とを交互に表示させる、すなわち、１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させることにより各バリア領域の開口率の差に起因するスジ、あるいは、輝度ムラを抑制する。

図１６は、単位領域６０が１７個からなるバリアピッチ６５ａを持つバリア領域を示す図である。図中の単位領域６８ａは非透過領域の単位領域６０を示し、単位領域６８ｂは１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させる単位領域６０を示し、単位領域６８ｃは透過領域の単位領域６０を示している。

単位領域６８ｂはバリアピッチ６５ａの透過領域と非透過領域の境界にあって透過領域６１側の単位領域６０を用いる。この単位領域６８ｂを白表示と黒表示に切り替える、すなわち、バリアピッチ６５ａ内の非透過領域と透過領域のそれぞれの幅が１フレーム毎に変わり、これに伴ってバリアピッチ６５ａの開口率も１フレーム毎に変化する。例えば、バリアピッチ６５ａ領域内の１個の単位領域６８ｂを１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させると、あるフレームでバリアピッチ６５ａの透過領域６２が９個の単位領域６０で非透過領域６１が８個の単位領域６０である場合には、このフレームでのバリアピッチ６５ａのバリア領域の開口率は９／１７であるが、次フレームでバリアピッチ６５ａの透過領域６２が８個の単位領域６０で非透過領域６１が９個の単位領域６０である場合には、このフレームでのバリアピッチ６５ａのバリア領域の開口率は８／１７になる。したがって、バリアピッチ６５ａのバリア領域の輝度は１フレーム毎に変化するが、観察者Ｕ１が観察するのは、これらフレームで生じる輝度変化の平均であるため、観察者Ｕ１は、バリアピッチ６５ａのバリア領域の開口率８．５／１７（＝０．５）相当の輝度として観察する。バリアピッチ６５のバリア領域の開口率は常に９／１８（＝０．５）であるため、数フレームを通して観察者Ｕ１が三次元表示を観察するとバリアピッチ６５のバリア領域の開口率とバリアピッチ６５ａのバリア領域の開口率の差は認識されず、開口率差に起因する輝度差、スジは認識されない。

図１７は、単位領域６０が１９個からなるバリアピッチ６５ｂのバリア領域を示す図である。図中の単位領域６８ａは非透過領域の単位領域６０を示し、単位領域６８ｂは１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させる単位領域６０を示し、単位領域６８ｃは透過領域の単位領域６０を示している。

単位領域６８ｂはバリアピッチ６５ａの透過領域と非透過領域の境界にあって非透過領域側の単位領域６０を用いる。この単位領域６８ｂを白表示と黒表示に切り替える、すなわち、バリアピッチ６５ｂ領域内の非透過領域と透過領域のそれぞれの幅が１フレーム毎に変わり、これに伴ってバリアピッチ６５ｂの開口率も１フレーム毎に変化する。例えば、バリアピッチ６５ｂ内の１個の単位領域６８ｂを１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させると、あるフレームでバリアピッチ６５ｂの透過領域６２が９個の単位領域６０で非透過領域が１０個の単位領域６０である場合には、このフレームでのバリアピッチ６５ｂのバリア領域の開口率は９／１９であるが、次フレームでバリアピッチ６５ｂの透過領域６２が９個の単位領域６０で非透過領域が９個の単位領域６０である場合には、このフレームでのバリアピッチ６５ｂの領域の開口率は１０／１９になる。したがって、バリアピッチ６５ｂのバリア領域の輝度は１フレーム毎に変化するが、観察者Ｕ１が観察するのは、これらフレームで生じる輝度変化の平均であるため、観察者Ｕ１は、バリアピッチ６５ｂの領域の開口率９．５／１９（＝０．５）相当の輝度として観察する。バリアピッチ６５の領域の開口率は常に９／１８（＝０．５）であるため、数フレームを通して観察者Ｕ１が三次元表示を観察するとバリアピッチ６５のバリア領域の開口率とバリアピッチのバリア領域の開口率との差は認識されず、バリア領域の開口率差に起因する輝度差、スジは認識されない。

次に、上述のバリア部６を駆動する駆動部の一例について説明する。駆動部９は、制御部７からの駆動信号を受け取るシフトレジスタと、シフトレジスタからの信号を順次記憶するラッチと、バリア部６の駆動信号を一時的に蓄積してバリア部６に出力するバッファとを有する。制御部７は、観察者Ｕ１の位置情報（ＸＹＺ座標）に基づいて、図２に示す複数の第１の電極１２２のそれぞれについて、透過領域６１と非透過領域６２とを切り換える／又は切り換えない駆動信号を順次出力する。第１の電極１２２の位置情報と駆動信号とをラッチが記憶し、バッファが時間差を吸収してバリア部６に駆動信号を出力する。これにより、駆動部９は、複数の第１の電極１２２のそれぞれに対応する単位領域６０_１〜６０_Ｎについて、時間差を低減して駆動することができる。本実施形態では、単位領域６０、すなわち、第１の電極１２２が２３０４０本あるが、このような駆動部で駆動することにより、透過領域及び非透過領域をバリア部６に適切に形成することができる。また、バリアピッチ６５ａの透過領域の端にある単位領域を１フレーム毎に白表示と黒表示に切り替えにおいても本駆動回路で駆動することができるため、回路を新たに設ける必要もなく回路サイズを維持できる。

上述のようにバリア部６及びこれを駆動する制御部７を備えることにより、表示装置１の表示面４Ｓに対する観察者Ｕ１の前後方向の視点位置の変動に対して、バリアピッチ６５のバリア領域と、バリアピッチ６５ａあるいはバリアピッチ６５ｂのバリア領域を適切に配置される。これにより、クロストークの発生を抑制して立体視が可能な前後方向の範囲が拡大する。また、バリアピッチ６５ａあるいはバリアピッチ６５ｂのバリア領域の単位領域６０を適切にコントロールすることにより、バリアピッチ６５のバリア領域と、バリアピッチ６５ａあるいはバリアピッチ６５ｂのバリア領域の開口率差に起因するスジ、輝度ムラを抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。

例えば、バリアピッチ６５ａあるいはバリアピッチ６５ｂの透過領域と非透過領域の境界部分にある領域６８ｂは、１フレーム毎に白表示と黒表示を交互に表示させる例を示したが、１フレーム毎に限らず２フレームあるいは３フレーム毎等の任意のフレーム毎に黒表示を挿入してもよく適宜調整することが可能である。また、白表示と黒表示を交互に表示させる代わりに、領域６８ｂを中間調で表示させても、バリアピッチのバリア領域の開口率に起因するスジ、輝度ムラを抑制できる。

１表示装置
２照明部
４表示部
６バリア部
７制御部
８撮像部
９駆動部
２０画素基板
２１ＴＦＴ基板
２２画素電極
３０対向基板
３１ガラス基板
３２カラーフィルタ
４０液晶層
４２接着層
５０画素
６０単位領域
６１透過領域
６２、６２ａ、６２ｂ非透過領域
６５、６５ａ、６５ｂバリアピッチ
１２１第１の基板
１２２第１の電極
１３１第２の基板
１３３第２の電極
１６０液晶層

Claims

画像を表示する表示面を備える表示部と、
複数の単位領域からなるバリア部であって、一部の領域が前記表示部からの光を制限する非透過領域に制御され、前記一部の他の領域が前記表示部からの前記光を透過する透過領域に制御され、２つの前記非透過領域と前記２つの前記非透過領域の間の前記透過領域とからなるバリア領域が、複数配置される前記バリア部と、
前記表示部を観察する観察者の前記表示面に対する位置情報を取得する手段と、
前記バリア部に複数の前記バリア領域を生成すると共に前記複数の前記バリア領域の配置及び状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記バリア部に第1のバリアピッチを持つ第１バリア領域と、前記第１のバリアピッチの透過領域と同じ幅の透過領域と前記第１のバリアピッチの非透過領域とは異なる幅の非透過領域を備えた第２のバリアピッチを持つ第２バリア領域と、を制御し、
前記第２バリア領域の前記透過領域と前記非透過領域との境界領域で前記透過領域の中の前記単位領域を、任意のフレーム毎に透過表示と黒表示になるよう交互に表示させ、
前記撮像部の前記観察者の前記位置情報に基づいて、前記第１のバリアピッチ及び前記第２のバリアピッチのそれぞれの透過領域及び非透過領域を制御し、かつ、前記第２のバリアピッチの前記第２バリア領域の数を制御し、前記数に応じて前記バリア部の端の複数の前記単位領域を非透過領域にする
ことを特徴とする表示装置。
前記制御部は、前記第２バリア領域を前記バリア部の中央に対して対称に配置する制御を行う請求項１に記載の表示装置。
前記制御部は、
前記観察者と前記表示部の表示面との間の距離が適視距離である場合、前記バリア部に前記第１のバリアピッチを持つ前記第１バリア領域のみを配置させ、
前記距離が、前記適視距離よりも短い場合には、前記第２のバリアピッチの前記非透過領域の幅を前記第１のバリアピッチの非透過領域の幅よりも小さくし、
前記距離が、前記適視距離よりも遠い場合には、前記第２のバリアピッチの前記非透過領域の幅を前記第１のバリアピッチの非透過領域の幅よりも大きくする、
請求項１に記載の表示装置。
前記制御部は、
前記第２のバリアピッチを持つ前記第２バリア領域の前記透過領域と前記非透過領域との前記境界領域を中間調に表示させる請求項１に記載の表示装置。