JP2013222012A - 立体表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正視位置にいないことを視覚者に気付かせる立体表示装置を提供する。
【解決手段】
左眼画像を表示するサブ画素12と、右眼画像を表示するサブ画素10と、左眼画像および右眼画像とは異なる第3の画像を表示するサブ画素11とを備える液晶パネルと、サブ画素12、サブ画素10およびサブ画素11から表示される各画像の結像点を分割して形成するレンチキュラレンズ15とを備え、レンチキュラレンズ15は、左眼画像、右眼画像および第3の画像の結像点を順に形成し、左眼画像と右眼画像との結像点を隣り合わせて形成し、第3の画像の結像点を、隣り合う左眼画像および右眼画像の結像点を挟んで形成する立体表示装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、立体表示装置に係り、視差分割方式の立体表示装置の技術に関する。
立体表示装置は、左眼画像と右眼画像とを表示することで、立体像を表示することができる。この左眼画像および右眼画像の表示方法に関しては、種々の方法が実現されているが、空間分割方式と時分割方式とに大別される。ここでは、空間分割方式の一種である視差分割方式の立体表示装置について説明する。
視差分割方式の立体表示装置には、液晶パネルの前面に、レンチキュラレンズまたはパララックスバリアが配置されている。これにより、液晶パネルから表示される左眼画像および右眼画像は、それぞれ分割された結像点で結像される。左眼画像の結像点に視覚者の左眼が、右眼画像の結像点に視覚者の右眼が位置すると、視覚者は立体像を見ることができる。この視覚者の位置を正視位置という。たとえば、特許文献1には、レンチキュラレンズを用いた視差分割方式の立体表示装置が開示されている。
特許4400172号公報
特許文献1に記載の立体表示装置では、特許文献1の図7に示されているように、左右両眼の間隔ごとに、照度のピーク点が形成されている。この照度のピーク点において、左眼画像の結像点と右眼画像の結像点とがそれぞれ交互に形成される。このピーク点について、図13を参照して説明する。図13は、右眼画像の結像点RIpと左眼画像の結像点LIpとが、立体表示装置50の表示面と平行な面上にそれぞれ交互に形成されることを示している。
このように結像点が形成されると、右眼画像の結像点に視覚者の左眼が、左眼画像の結像点に視覚者の右眼が位置した場合、奥行きが逆転した立体像が視覚者に認識される。この左眼画像と右眼画像が逆転して視覚者の眼に入射する位置を逆視位置という。表示される立体像が、視覚者にとって初めて見る立体像の場合、逆視位置にいることに気付かずに、奥行きが逆転した立体像を正しい立体像と認識してしまう問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、正視位置にいないことを視覚者に気付かせる立体表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明は、左眼用画像を表示する第1表示画素と、右眼用画像を表示する第2表示画素と、前記左眼用画像および前記右眼用画像とは異なる別の画像を第3表示画像として表示する第3表示画素とを備える液晶パネルと、前記第1表示画素、前記第2表示画素および前記第3表示画素から表示される各画像の結像点を分割して形成する結像点分割器とを備え、前記結像点分割器は、前記左眼用画像、前記右眼用画像および前記第3表示画像の結像点を順に形成し、前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を隣り合わせて形成し、前記第3表示画像の結像点を、隣り合う前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を挟んで形成することを特徴とする立体表示装置である。
液晶パネルは第1表示画素、第2表示画素および第3表示画素を備える。第1表示画素から左眼用画像が表示される。第2表示画素から右眼用画像が表示される。第3表示画素からは、左眼用画像および右眼用画像とは異なる別の画像が第3表示画像として表示される。結像点分割器は、第1表示画素、第2表示画素および第3表示画素から表示される各画像の結像点を分割して順に形成する。左眼用画像および右眼用画像の結像点は、隣り合って形成される。第3表示画像の結像点は、隣り合う左眼用画像および右眼用画像の結像点を挟んで形成される。すなわち、隣り合う左眼用画像および右眼用画像の結像点の外側に第3表示画像の結像点が形成される。これにより、視覚者は、正視位置ではない位置においては、左右いずれかの眼で、左眼用画像でもなく右眼用画像でもない第3表示画像の結像点における別の画像を見る。
このように、正視位置にいなければ、左眼と右眼とで見る画像が異なるので、視覚者は、表示されている画像に違和感を覚える。また、視覚者は立体像を見ることができないことからも、正視位置にいないことに気付く。このようにして、視覚者に正視位置にいないことを気付かせることができる。また、視覚者は、左眼で右眼用画像を、右眼で左眼用画像を見ることがないので、逆視を防止することができる。
また、前記結像点分割器は、前記液晶パネルの前面に配置されるレンチキュラレンズであることが好ましい。結像点分割器が液晶パネルの前面に配置されるレンチキュラレンズであれば、第1表示画素および第2表示画素からそれぞれ表示する画像が拡大されるので、画素間隔による輝度の落ち込みを低減することができる。
また、前記液晶パネルは、前記第1表示画素、前記第2表示画素、および前記第3表示画素をサブ画素として有する表示画素を備えてもよい。第1表示画素、第2表示画素および第3表示画素をサブ画素として有することで、解像度の低減を防止することができる。
また、前記レンチキュラレンズのレンズ幅は、前記サブ画素の幅の2倍よりも長く、3倍よりも短いことが好ましい。レンズ幅がサブ画素の幅の2倍よりも長く、3倍よりも短いので、第1表示画素および第2表示画素であるサブ画素を好適にレンズで覆うことができる。
また、前記第3表示画像は、黒画像であることが好ましい。黒画像が第3表示画像として表示されれば、第3表示画素の結像点には何も表示されない。これにより、視覚者が正視位置にいない場合、暗い平面画像しか見えないので、自ら正視位置にいないことに気付くことができる。
また、前記第3表示画像は、白画像であることが好ましい。白画像が第3表示画像として表示されれば、第3表示画素の結像点に明るい白画像が表示される。これにより、視覚者が正視位置にいない場合、明るい平面画像を見るので、自ら正視位置にいないことに気付くことができる。
本発明によれば、正視位置にいないことを視覚者に気付かせる立体表示装置を提供することができる。
実施例1に係る立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例1に係る画素とレンチキュラレンズとを示す斜視図である。 実施例1に係る画素とレンチキュラレンズとを示す断面図である。 実施例1に係る画素から出射した光の進行を示す説明図である。 実施例1に係る立体表示装置と視覚者の位置関係を示す説明図である。 実施例1に係る正視位置と誤視位置とを示す説明図である。 実施例1に係る立体表示装置の照度分布図である。 実施例1に係る画素点灯時の輝度分布図である。 実施例2に係る立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例2に係る画素とレンチキュラレンズとを示す斜視図である。 実施例2に係る画素から出射した光の進行を示す説明図である。 変形例に係る画素から出射した光の進行を示す説明図である。 従来例に係る正視位置と逆視位置とを示す説明図である。
以下、図面を参照して本発明の実施例1を説明する。図1は実施例1における立体表示装置の概略構成を示すブロック図であり、図2は実施例1における画素とレンチキュラレンズとを示す斜視図である。なお、本明細書において、液晶パネルの表示面側を前方、その反対側を後方とする。
1.立体表示装置の概略構成
図1に示すように、立体表示装置1は、左眼画像および右眼画像を表示する液晶パネル2と、液晶パネル2の後方から光を照射するバックライト3と、バックライト3を駆動制御するバックライト駆動部4と、立体表示装置1に入力される立体映像信号に対して信号処理をする映像信号処理部5と、処理された立体映像信号に基づいて液晶パネル2の画素6に配置された液晶を駆動する液晶駆動部7と、画素6を透過した光の結像点を分割して形成する結像点分割器8と、入力される立体映像信号と異なる画像データが保管されているメモリ9とを備える。
液晶パネル2は、本実施例においては、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス型を採用している。液晶パネル2には、画素6が2次元マトリックス状に複数個配置されている。各画素6は3個のサブ画素10〜12を有する。各サブ画素10〜12はそれぞれ個別に駆動される。画素6の前面には、液晶を保護するためのガラスシート13が配置されている。ガラスシート13の前面に、結像点分割器8が配置される。実施例1において、液晶パネル2は、カラーフィルタを備えないモノクロ表示のパネル、あるいは、単色のカラーフィルタを備えるモノクロ表示のパネルである。
バックライト3は、液晶パネル2の後方に配置されている。バックライト3として、冷陰極管(CCFL)または発光ダイオード(LED)を採用する。バックライト3から照射された光が液晶パネル2を透過する。バックライト駆動部4は、バックライト3の光量を制御することで、液晶パネル2から表示される立体像を適切な明るさにする。
映像信号処理部5は、入力される立体映像信号の規格変換や、スケーリングおよび色補正を実施する。入力される1フレーム分の立体映像信号には、左眼画像と右眼画像とが含まれる。また、メモリ9には、立体映像信号に含まれる左眼画像および右眼画像とは異なる第3の画像が保管されている。映像信号処理部5は、メモリ9に保管されている第3の画像を読み出して、信号処理された左眼画像および右眼画像とともに液晶駆動部7へ出力する。映像信号処理部5は、マイクロプロセッサで構成される。
液晶駆動部7は、入力される画像データに応じて液晶パネル2の各画素6に備わる液晶を駆動する。液晶駆動部7は、各サブ画素10〜12の液晶に印加する電圧を制御するサブ画素駆動部14を備える。すなわち、映像信号処理部5から送られる左眼画像、右眼画像および第3の画像に応じて、各サブ画素10〜12の液晶に印加する電圧が個別に制御される。各サブ画素10〜12において光の透過量が制御されるので、画素6ごとに左眼画像、右眼画像および第3の画像が表示される。
2.結像点分割器
次に、図2〜図4を参照して、結像点分割器の説明をする。図3は画素とレンチキュラレンズとを示す断面図であり、図4は画素から出射した光の進行を示す説明図である。実施例1では、結像点分割器8としてレンチキュラレンズ15を採用する。レンチキュラレンズ15は、基材となるシート部16とレンズ17とを有する。レンズ17の凸部17aは画素6側に配置されている。レンズ17は、液晶パネル2の縦方向に伸びるシリンドリカルレンズであり、液晶パネル2の横方向に順に配置されている。
3個のサブ画素10〜12のうち1個は左眼画像、1個は右眼画像、残りの1個が第3の画像を表示する。ここでは、サブ画素10は右眼画像を表示し、サブ画素12は左眼画像を表示し、サブ画素10とサブ画素12の間に配置されたサブ画素11が第3の画像を表示する。第3の画像として、実施例1では白画像または黒画像を表示するが、右眼画像および左眼画像と異なる画像であれば白画像または黒画像以外の画像でもよい。
レンズ17の両端は、第3の画像を表示するサブ画素11上に配置されている。すなわち、レンズ17はサブ画素11とその次に配置されたサブ画素11との間に配置されたサブ画素10および12を跨ぐように配置されている。
レンズ17のレンズピッチPt1は、画素6の画素ピッチPt2と同じである。液晶パネル2の画面サイズが大きい場合、レンズピッチPt1を画素ピッチPt2よりも小さくしてもよい。より好ましくは、レンズピッチPt1は、サブ画素10〜12のサブ画素ピッチPt3の2倍以上3倍以下である。
次に、サブ画素10〜12を透過した光の進行について、図4を参照して説明する。サブ画素10を透過した光LgRは、各レンズ17を透過する過程で屈折し、右眼画像結像点RIpへ集光される。また、サブ画素12を透過した光LgLは、各レンズ17を透過する過程で屈折し、左眼画像結像点LIpへ集光される。サブ画素11を透過した光LgTは、各レンズ17を透過する過程で屈折し、第3画像結像点TIpへ集光される。
図5は、立体表示装置1と視覚者との位置関係を示す説明図である。実施例1では、立体表示装置1のレンチキュラレンズ15から距離DI離れた平面上に、液晶パネル2の中心を中心として、間隔Deの位置に視覚者の右眼および左眼が位置するように光学設計されている。実施例1において、距離DIは500mm〜600mm、間隔Deを64mmとしている。
図5に示す光学モデルにおいて、左眼画像結像点LIpおよび右眼画像結像点RIpは、それぞれ、液晶パネル2と平行な平面上に順に交互に形成される(図6参照)。第3画像結像点TIpは、隣り合う左眼画像結像点LIpおよび右眼画像結像点RIpを挟んで形成される。各結像点の間隔は、視覚者の両眼間隔Deとなることが好ましい。左眼画像結像点LIpに視覚者の左眼が、右眼画像結像点RIpに視覚者の右眼が配置される正視位置に視覚者が位置していると、視覚者は、立体像を正確に視覚することができる。
これに対して、視覚者が正視位置以外の位置、すなわち、左眼画像結像点LIpに視覚者の右眼が配置され、第3画像結像点TIpに視覚者の左眼が配置される位置、または、右眼画像結像点RIpに視覚者の左眼が配置され、第3画像結像点TIpに視覚者の右眼が配置される位置に視覚者が位置すると、立体像が認識されず平面画像が認識される。このようにして、視覚者は自らが正視位置にいないことに気付くことができる。また、第3の画像が白画像の場合、第3画像結像点TIpにて白画像が認識され、視覚者は、両眼で認識される平面画像が異常に明るく感じられる。これにより、視覚者は自らが正視位置にいないことにより簡易に気付くことができる。視覚者は、液晶パネル2に対して、より中央側に移動することで、正視位置に戻ることができ、立体像を正しく見ることができる。なお、上述のような正視位置以外の位置を、本明細書では、以下、「誤視位置」という。
また、第3の画像として黒画像を表示する場合、第3画像結像点TIpにて黒画像が認識される。すなわち、視覚者が誤視位置にいると、異常に暗い平面画像を見ることになる。これにより、視覚者が自ら正視位置にいないことを認識することができる。図7は第3の画像として黒画像を採用した際の、視覚者が見る照度分布をシミュレーションした図である。
液晶パネル2の中心から左右それぞれ32mmのところに、左眼画像結像点LIpおよび右眼画像結像点RIpが配置されている。すなわち、液晶パネル2の中心を中心として横方向に64mmの間隔で左眼画像結像点LIpおよび右眼画像結像点RIpが配置されている。第3の画像として黒表示を採用しているので、第3画像結像点TIpには何も画像が結像されない黒表示となる。この場合、正視位置における左眼画像結像点LIpから、次の正視位置における右眼画像結像点RIpまで距離が長く、視覚者の両眼の間隔を越えている。すなわち、視覚者が、左眼画像および右眼画像を反転して見る逆視位置が形成されることがない。このようにして、視覚者が奥行きが反転した立体像を見ることを防止することができる。
また、結像点分割器8としてレンチキュラレンズ15を採用することで、各画像を表示する各サブ画素間の落ち込みを低減することができる。この効果を図示したものが、図8である。図8は、液晶パネル2の中央に位置する4個の画素6内のサブ画素を、2個のサブ画素間隔で点灯した際の輝度分布図である。2個分のサブ画素間の輝度の落ち込みの幅は、各サブ画素から照射される光の幅よりも小さい。すなわち、左眼画像および右眼画像はそれぞれ各画素6において、3個のサブ画素10〜12の内の1個のサブ画素からしか表示されないが、レンズ17により、3個分のサブ画素の幅にまで拡大される。
実施例1の発明によれば、左眼画像を表示する画素と、右眼画像を表示する画素と、第3の画像を表示する画素とから出射される光をレンチキュラレンズ15を用いて、各画像の結像点を順に分割して形成する。すなわち、正視位置における左眼画像結像点LIpと次の正視位置における右眼画像結像点RIp、または、正視位置における右眼画像結像点RIpと次の正視位置における左眼画像結像点LIpとの間に、第3画像結像点TIpを形成する。言い換えると、第3画像結像点TIpを、隣り合わせて形成する左眼画像結像点LIpおよび右眼画像結像点RIpを間に挟んで形成する。
これにより、正視位置における左眼画像結像点LIpと次の正視位置における右眼画像結像点RIp、または、正視位置における右眼画像結像点RIpと次の正視位置における左眼画像結像点LIpとの距離が視覚者の両眼間隔Deを越えるので、逆視位置が形成されず、視覚者が立体像を逆視することを防止することができる。また、視覚者が誤視位置にいると、左眼画像または右眼画像と第3の画像との合成画像である平面画像が見えるので、立体像を見ることができず、正視位置にいないことに自ら気付くことができる。また、サブ画素10、12単位で左眼画像および右眼画像を表示するので、解像度を低下させることなく単色立体像を表示することができる。
次に、図9から図11を参照して実施例2に係る立体表示装置1’について説明する。図9は、実施例2における立体表示装置の概略構成を示すブロック図であり、図10は実施例2における画素とレンチキュラレンズとを示す斜視図であり、図11は画素とレンチキュラレンズとを示す断面図である。図9から図11において、実施例1に示した符号と同一の符号で示した部分は、実施例1と同様の構成であるのでここでの説明は省略する。また、以下に記載した以外の立体表示装置1’の構成は実施例1と同様である。
実施例1では、サブ画素単位で左眼画像、右眼画像および第3の画像を表示しているが、実施例2では、画素単位で左眼画像、右眼画像および第3の画像を表示する。すなわち、レンチキュラレンズ15’のレンズ17’の幅が3画素を覆うように配置されている。
実施例2の特徴は、画素6単位で左眼画像、右眼画像および第3の画像を表示することにある。また、各画素6には、実施例1と同様に3個のサブ画素10’〜12’を有する。サブ画素10’〜12’の前面には、R,G、Bのカラーフィルタが設けられている。これにより、実施例2の立体表示装置1’は、カラーの立体像を表示することができる。
実施例2における液晶駆動部20は、実施例1における液晶駆動部7の機能に加えて、映像信号割当部21およびサブ画素駆動部22を備える。映像信号割当部21は、左眼画像信号、右眼画像信号および第3の画像信号をどの画素6に送るかを割り当てる。サブ画素駆動部22は、各画素に割り当てられた画像信号のR、G,B値を基に、サブ画素10’〜12’の液晶に印加する電圧を制御する。
また、実施例2におけるレンチキュラレンズ15’のレンズ17’は、画素6の3個分の幅を有する。レンズ17’の両端は、第3の画像を表示する画素6上に配置される。すなわち、レンズ17’は左眼画像を表示する画素6とその隣に配置された右眼画像を表示する画素6を跨ぐように配置されている。
レンズ17’のレンズピッチPt1’は、画素6の画素ピッチPt2の3倍である。液晶パネル2の画面サイズが大きい場合、レンズピッチPt1’を画素ピッチPt2の3倍よりも小さくしてもよい。より好ましくは、レンズピッチPt1’は、画素ピッチPt2の2倍以上3倍以下である。
実施例2の立体表示装置1’によれば、実施例1と比べて解像度が低下するものの、カラーで立体表示することができる。また、視覚者が誤視位置にいると、立体像を見ることができないので、正視位置にいないことに自ら気付くことができる。また、逆視位置が形成されないので、視覚者が立体像を逆視することを防止することができる。
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
上述した実施例では、結像点分割器8としてレンチキュラレンズ15を用いたがこれに限らず、パララックスバリアを用いてもよい。図12には、結像点分割器8としてパララックスバリア31を用いた場合の、画素6から出射した光の進行を示している。パララックスバリア31を用いても、左眼画像結像点LIp、右眼画像結像点RIpおよび第3画像結像点TIpを順に形成することができる。これにより、視覚者が正視位置にいない場合、そのことを視覚者に気付かせることができる。
1 … 立体表示装置
2 … 液晶パネル
6 … 画素
8 … 結像点分割器
10、11、12 … サブ画素
15 … レンチキュラレンズ
17 … レンズ
LIp … 左眼画像結像点
RIp … 右眼画像結像点
TIp … 第3画像結像点
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明は、左眼用画像を表示する第1表示画素と、右眼用画像を表示する第2表示画素と、前記左眼用画像および前記右眼用画像とは異なる別の画像を第3表示画像として表示する第3表示画素とを備える液晶パネルと、前記第1表示画素、前記第2表示画素および前記第3表示画素から表示される各画像の結像点を分割して形成するレンチキュラレンズとを備え、前記レンチキュラレンズは、レンズの凸部を前記液晶パネル側に向けて前記液晶パネルの前面に配置され、前記レンチキュラレンズは、前記左眼用画像、前記右眼用画像および前記第3表示画像の結像点を順に形成し、前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を隣り合わせて形成し、前記第3表示画像の結像点を、隣り合う前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を挟んで形成することを特徴とする立体表示装置である。
液晶パネルは第1表示画素、第2表示画素および第3表示画素を備える。第1表示画素から左眼用画像が表示される。第2表示画素から右眼用画像が表示される。第3表示画素からは、左眼用画像および右眼用画像とは異なる別の画像が第3表示画像として表示される。レンチキュラレンズは、第1表示画素、第2表示画素および第3表示画素から表示される各画像の結像点を分割して順に形成する。左眼用画像および右眼用画像の結像点は、隣り合って形成される。第3表示画像の結像点は、隣り合う左眼用画像および右眼用画像の結像点を挟んで形成される。すなわち、隣り合う左眼用画像および右眼用画像の結像点の外側に第3表示画像の結像点が形成される。これにより、視覚者は、正視位置ではない位置においては、左右いずれかの眼で、左眼用画像でもなく右眼用画像でもない第3表示画像の結像点における別の画像を見る。
また、レンチキュラレンズは、前記液晶パネルの前面に配置される。レンチキュラレンズが液晶パネルの前面に配置されれば、第1表示画素および第2表示画素からそれぞれ表示する画像が拡大されるので、画素間隔による輝度の落ち込みを低減することができる。

Claims (6)

  1. 左眼用画像を表示する第1表示画素と、
    右眼用画像を表示する第2表示画素と、
    前記左眼用画像および前記右眼用画像とは異なる別の画像を第3表示画像として表示する第3表示画素と
    を備える液晶パネルと、
    前記第1表示画素、前記第2表示画素および前記第3表示画素から表示される各画像の結像点を分割して形成する結像点分割器とを備え、
    前記結像点分割器は、
    前記左眼用画像、前記右眼用画像および前記第3表示画像の結像点を順に形成し、
    前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を隣り合わせて形成し、
    前記第3表示画像の結像点を、隣り合う前記左眼用画像および前記右眼用画像の結像点を挟んで形成する
    ことを特徴とする立体表示装置。
  2. 請求項1に記載の立体表示装置において、
    前記結像点分割器は、前記液晶パネルの前面に配置されるレンチキュラレンズである
    ことを特徴とする立体表示装置。
  3. 請求項1または2に記載の立体表示装置において、
    前記液晶パネルは、
    前記第1表示画素、前記第2表示画素、および前記第3表示画素をサブ画素として有する表示画素を備える
    ことを特徴とする立体表示装置。
  4. 請求項3に記載の立体表示装置において、
    前記レンチキュラレンズのレンズ幅は、前記サブ画素の幅の2倍よりも長く、3倍よりも短い
    ことを特徴とする立体表示装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1つに記載の立体表示装置において、
    前記第3表示画像は、黒画像である
    ことを特徴とする立体表示装置。
  6. 請求項1から4のいずれか1つに記載の立体表示装置において、
    前記第3表示画像は、白画像である
    ことを特徴とする立体表示装置。
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