JPH0876110A - 光シャッターパネル及び３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な形状であっても随時電気的にシャッタ
ーを発生させることができる光シャッターパネル及び該
シャッターパネルを用いた３次元画像表示装置を得る。 【構成】 右目用画像の画素部１１及び左目用画像の画
素部１２を表示する画像表示装置と、パターニングされ
た偏光領域５ａ，５ｂを有する偏光素子５及び液晶パネ
ルを組み合わせて構成される光シャッターパネル１０と
を備えることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に制御可能な光
シャッターパネル及び該パネルを用いた３次元画像表示
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メガネを用いずに３次元画像を表示する
方式の１つのとして、パララックス・バリヤ方式が提案
されている。この方式は、バリヤ・ストライプと呼ばれ
る細かいストライプ状の遮光スリットを用い、バリヤの
後方の一定間隔離れた位置にストライプ状の右目用画像
及び左目用画像を表示し、バリヤを介して見ることによ
り、右目には右目用画像のみを、左目には左目用画像の
みを見るように設定し、メガネなしで３次元画像を見る
ことができる方式である。このようなパララックス・バ
リア方式では、透明部と不透明部が固定されており、２
次元画像を見ようとすると不透明部が障害となって光を
遮断するため、明るい画像が得られないという問題があ
った。

【０００３】特開平５−１２２７３３号公報では、この
ような問題を解消するため、液晶表示デバイスを光シャ
ッターパネルとして用いてバリヤ・ストライプを発生さ
せ、画像を立体視する方法が提案されている。このよう
な方法によれば、２次元画像を表示する際には、目障り
とならないようにバリア・ストライプを消去させて表示
することができる。このため、明るくかつ見やすい２次
元画像を表示することができ、３次元画像と２次元画像
の切り換えが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の３次元画像表示装置では、光シャッターパネ
ルとなる液晶表示デバイスの電極形状を、バリヤ・スト
ライプの形状に応じてパターニングしなければならない
という問題があった。特に、透明電極のパターニングは
エッチングなどにより行う必要があり、細い電極パター
ンを形成しようとすると、しばしば断線が発生してしま
うという問題があった。このため、装置の歩留りが低下
した。

【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、複雑な形状であってもシャッターとして随時
電気的に発生することができる光シャッターパネル及び
該光シャッターパネルを用いた３次元画像表示装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光シャッターパ
ネルは、少なくとも１つの偏光素子と液晶パネルと組み
合わせて構成されており、偏光素子がパターニングされ
ていることを特徴としている。

【０００７】偏光素子としては、ＰＶＡフィルムを延伸
して作製する偏光板が知られており、このようなＰＶＡ
フィルムに部分的な染色により、偏光領域がパターニン
グされた偏光板を作製することができる。例えば、延伸
させたＰＶＡフィルムをガラス等の基板上に貼り付け、
ＰＶＡフィルムの上にレジスト膜を形成し、偏光機能を
付与させたくない部分をマスキングした後、偏光性を与
えるヨウ素あるいは二色性染料でＰＶＡ膜の露出部分を
染色する。

【０００８】光シャッターパネルを構成する液晶パネル
としては、ツイストネマティック（ＴＮ）液晶パネル、
スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）液晶パネル、
ゲストホスト液晶パネル、強誘電性液晶パネルなどのよ
うに、偏光素子と組み合わせて用いられる液晶パネルが
使用される。

【０００９】本発明に従う局面の１つにおいては、ビー
ム光のビーム径を変えるための光シャッターパネルであ
り、液晶パネルの光出射側にパターニングされた偏光素
子が設けられている。

【００１０】さらに具体的には、ビーム光の光路中に設
置される液晶パネルと、液晶パネルの光出射側に設けら
れ、入射ビーム光のビーム径よりも小さなビーム径に相
当する領域が偏光機能がない領域となるようにパターニ
ングされた偏光素子とを備えている。

【００１１】液晶パネルに入射するビーム光は、例えば
レーザービーム光のように、直線偏光されたビーム光と
して入射する。また液晶パネルに入射するビーム光が直
線偏光されたビーム光でない場合、液晶パネルの光入射
側に偏光素子を設け、該偏光素子によって直線偏光し、
直線偏光されたビーム光を液晶パネルに入射させる。

【００１２】本発明の３次元画像表示装置は、上記本発
明の光シャッターパネルを用いており、右目用画像及び
左目用画像を表示することができる。画像表示手段と、
該画像表示手段に対するパララックス・バリヤ・ストラ
イプを形成する光シャッターパネルとを備えている。

【００１３】本発明に従う一実施態様では、画像表示手
段が偏光素子を有する液晶パネルから構成されており、
画像表示手段と光シャッターパネルの偏光素子が共用さ
れている。

【００１４】

【作用】本発明の光シャッターパネルにおいては、偏光
素子がパターニングされ、シャッター部分が形成されて
いる。偏光素子のパターニングによりシャッター部分が
形成されるので、複雑な形状でパターニングしても、電
極のパターニングのように断線などの問題を生じること
がない。

【００１５】また、電極をパターニングする場合、電気
を供給するため、全ての有効表示範囲において電気的に
接続されている必要がある。本発明では、偏光素子のパ
ターニングによりシャッターを形成しているので、パタ
ーンが連続している必要がなく、種々のパターンに対応
することができる。

【００１６】また、電極をエッチング等によりパターニ
ングした場合には、液晶パネル内に凹凸が形成され、セ
ルギャップが不均一になる。本発明では、電極をパター
ニングする必要がないので、セルギャップを均一化する
ことが容易になる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明に従う一実施例の３次元画像
表示装置を示す断面図である。図１を参照して、光シャ
ッターパネル１０は、右目用画像の画素部１１及び左目
用画像の画素部１２を備えた画像表示手段の前面に設け
られている。液晶層３は、例えばガラスなどからなる基
板２，４に挟まれ保持されている。基板２と画像表示手
段の間には偏光板１が設けられている。また基板４の前
面には偏光板５が設けられている。この偏光板５は、パ
ターニングした偏光フィルムを挾み込むことにより、パ
ターニングした偏光領域５ａ及び５ｂが形成されてい
る。

【００１８】偏光板１と偏光板５の偏光領域５ａ，５ｂ
の偏光方向を垂直方向に設定しておくことにより、液晶
セルに電圧を印加し、液晶分子を立ち上げることによ
り、偏光領域５ａ及び５ｂの部分で光が遮断され、偏光
領域５ａ，５ｂがバリヤとなる。従って、偏光領域５ａ
及び５ｂを、画像部１１，１２に対するパララックス・
バリヤ・ストライプとなるように形成しておくことによ
り、パララックス・バリヤ方式による３次元立体画像を
観察することができる。

【００１９】基板２の内側及び基板４の内側には、全面
に透明電極（図示せず）が形成されている。このような
透明電極間に電圧を印加することにより、液晶層３の液
晶分子を立ち上げることができる。

【００２０】図２は、図１に示す３次元画像表示装置に
おいて、透明電極間に電圧を印加していない状態を示し
ている。このような状態では、偏光領域５ａ，５ｂが光
透過可能な状態となっているので、偏光領域５ａ，５ｂ
はバリヤとならず、光シャッターパネルの全面から光が
出射される。従って、このような状態において、画像部
１１，１２の表示画像を２次元画像とすることにより、
２次元画像を観察することができる。

【００２１】以上のように、本実施例では、光シャッタ
ーパネルにおいて、随時電気的にバリヤを発生させるこ
とができる。従って、画像表示スクリーンを右目用画像
及び左目用画像の３次元用画像とし、光シャッターパネ
ルのバリヤを形成することにより、３次元画像が観察で
きるとともに、画像表示スクリーンの画像を２次元画像
に切り換えた場合には、バリヤを消失させて、２次元画
像を表示することができる。従って、本実施例の３次元
画像表示装置では、２次元画像と３次元画像の切り換え
を容易に行うことができる。

【００２２】また本実施例では、偏光板５の偏光領域５
ａ及び５ｂの部分にのみ偏光素子が形成されており、偏
光領域５ａと５ｂの間の領域には偏光素子が存在しな
い。従って、従来の全面が偏光領域である偏光板を用い
た光シャッターパネルに比べ、光の透過率を向上させる
ことができ、画像をより明るくすることができる。

【００２３】上記実施例において、画像表示手段とし
て、ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ液晶パネル等のように偏光
板を必要とする画像表示装置を用いる場合には、光シャ
ッターパネル１０の偏光板１を画像表示装置の偏光板と
しても兼用させ、共通化させてもよい。また光シャッタ
ーパネルの液晶パネルとしてゲストホスト液晶パネルを
用いる場合には、偏光手段は１つでよいので、画像表示
装置が偏光板を有する場合には、光シャッターパネル１
０の偏光板１を省略することもできる。また、光シャッ
ターパネルの液晶パネルとして強誘電性液晶パネルを用
いる場合には、強誘電性液晶パネルのメモリー性を利用
して、シャッター状態とシャッター状態でない状態とを
制御することができる。

【００２４】図３は、本発明の３次元画像表示装置にお
ける光シャッターパネルの偏光領域のパターンを示す平
面図である。ここでは、画素部３０がストライプ状にそ
れぞれ配置されており、図３において、（ ）内に記号
で示すように、右目用画像部（Ｒ）及び左目用画像部
（Ｌ）が交互にストライプ状に配置されている。また各
右目用画像（Ｒ）及び左目用画像（Ｌ）に対し、それぞ
れ赤色表示画像Ｒ、緑色表示画像Ｇ、青色表示画像Ｂが
割り当てられている。偏光領域のパターンとしてのパラ
ラックス・バリア２０は、ストライプ状に形成されてお
り、隣接するストライプ状の画素部の隣接部分の領域を
覆い、右目用画像は右目のみで、左目用画像は左目のみ
で観察されるように形成されている。

【００２５】図４は、偏光領域の他のパターンを示して
おり、ここでは、画素部がトライアングル配置されてい
る。一般に液晶ＴＶパネルなどでは、このようなトライ
アングル配置やダイアゴナル配置が採用されている。パ
ララックス・バリア２０は、横方向に隣接する画素部３
０の間に設けられ、それぞれの画素部の一部の領域を覆
い、右目用画像は右目だけで、左目用画像は左目のみで
観察されるように形成されている。図４に示すように、
トライアングル配置では、画素部３０が縦方向に交互に
その位置をずらして配置される。このため、パララック
ス・バリア２０は縦方向において画素部３０の横方向の
ライン毎に交互に位置ずれした状態で形成されている。
従って、画素部３０の縦方向に対する境界領域ではパラ
ラックス・バリア２０の一部でのみ接続しており、この
ようなパターン形状を、表示電極のパターニングにより
形成する場合には、縦方向に対する境界部分で断線を生
じ易くなる。本発明では、偏光領域のパターン化により
パララックス・バリアを形成しているので、電気的な接
続状態が問題となることはなく、断線等の問題を生じる
ことがない。

【００２６】本発明において、２次元画像と３次元画像
を混在させて表示させる場合には、透明電極を分割して
形成することにより各分割領域に応じて２次元画像及び
３次元画像をそれぞれ表示することができる。図５は、
このように分割して形成された透明電極４０を示してい
る。例えば、表示画像スクリーンを図５に示すように４
つに分割し、それぞれの領域で３次元画像または２次元
画像を表示する場合には、透明電極４０を４つの分割電
極４１〜４４に分割し、それぞれの領域で独立して電圧
印加を制御し、３次元画像または２次元画像とすること
ができる。

【００２７】図６は、本発明に従う光シャッターパネル
の他の実施例を示す断面図である。本実施例のシャッタ
ーパネルは、ビーム光のビーム径を絞るための光シャッ
ターパネルである。図６を参照して、光シャッターパネ
ル５０は、例えばガラスなどからなる基板５１及び５３
に挟まれた液晶層５２と、偏光板５４とから構成されて
いる。基板５１及び５３の内側には、透明電極（図示省
略）が全面に形成され、この電極間に電圧を印加するこ
とにより、液晶層５２の液晶分子を立ち上げることがで
きる。

【００２８】偏光板５４は、パターニングした偏光フィ
ルム５４ａを挟み込むことにより、パターニングした偏
光領域が形成されている。偏光フィルム５４ａの中心部
には、偏光機能がない領域５４ｂが形成されている。図
７は偏光フィルム５４ａを示す平面図である。図７に示
すように、中心部に円形の偏光機能がない領域５４ｂが
形成されている。

【００２９】図８は、図６に示す液晶シャッターパネル
５０をビーム光の光路中に設置し、光シャッターパネル
５０から出射されたビーム光を凸レンズ６０で収束させ
る状態を示す模式図である。光シャッターパネル５０に
入射するビーム光はレーザービーム光であり、直線偏光
されたビーム光である。例えば、このレーザービーム光
の偏光方向に対して、偏光フィルム５４ａの偏光方向を
垂直となるように設定する。そして、液晶層を９０度ね
じれ配向させておくことにより、液晶セルに電圧を印加
しない状態において、レーザービーム光が液晶層によっ
て９０度偏光方向が回転し、偏光フィルム５４ａの偏光
方向に平行となり、偏光フィルム５４ａで遮断されるこ
となく通過する。従って、レーザービーム光は光シャッ
ターパネル５０に入射する際のビーム径と同じビーム径
で光シャッターパネル５０から出射され、凸レンズ６０
によって収束され、ビームスポット７０を形成する。

【００３０】図９は、光シャッターパネル５０の液晶セ
ルに電圧を印加した状態を示している。液晶セルに電圧
を印加すると、液晶分子が立ち上がり、光シャッターパ
ネル５０に入射したレーザー光は、その偏光方向を変え
ることなく偏光フィルム５４ａに入射する。偏光フィル
ム５４ａに入射するレーザービーム光の偏光方向と、偏
光フィルム５４ａの偏光方向は略垂直であるため、偏光
フィルム５４ａによりレーザービーム光が遮断される。
この結果、偏光フィルム５４ａの中心部の偏光機能がな
い領域５４ｂの部分でのみレーザービーム光が通過し、
偏光機能がない領域５４ｂの大きさのビーム径で光シャ
ッターパネル５０からレーザービーム光が出射される。

【００３１】このビーム径が絞られたレーザービーム光
は、凸レンズ６０によって収束される。この結果、図８
に示すビームスポット７０よりも大きなビームスポット
８０に収束することができる。

【００３２】従って、本実施例のような光シャッターパ
ネルを用い、液晶セルに電圧を印加することにより、レ
ーザービーム光のスポット径を変化させることができ
る。記録密度の高い媒体、例えばデジタル・ビデオ・デ
ィスク（ＤＶＤ）に用いられるレーザービームスポット
は、記録密度の比較的低い媒体、例えばコンパクトディ
スク（ＣＤ）に用いられるレーザービームスポットより
も小さなスポット径であることが要求されている。従っ
て、本実施例のような光シャッターパネルを用いること
により、ＤＶＤの再生に用いるレーザービームのビーム
径を小さくしてスポット径を大きくし、ＣＤの再生に用
いることが可能となる。従って、本実施例のような光シ
ャッターパネルを用いることにより、ＣＤとＤＶＤにコ
ンパチブルなピックアップ光学系とすることができる。

【００３３】ビーム光のビーム径を絞る手段として、機
械的なアパーチャがあるが、このようなアパーチャと比
較して、本実施例の光シャッターパネルは、機械的に動
作する部分がないため、故障等を生じにくく、安定して
作動させることができる。またアパーチャなどの機械的
手段と比較し、小型化及び軽量化を図ることができ、従
って低コスト化を図ることができる。

【００３４】図１０は、上記実施例において用いた偏光
板５４の断面図である。図１０に示すように、偏光フィ
ルム５４ａは、トリアセテート（ＴＡＣ）またはガラス
などからなる透明支持板５４ｃ及び５４ｄに挟まれ支持
されている。

【００３５】偏光フィルム５４ａは、周辺部に偏光領域
が形成され、中央部には偏光領域が形成されておらず、
偏光機能がない領域５４ｂとなっている。このような偏
光領域のパターニングは、上述のように、偏光フィルム
５４ａの中央領域をマスクした状態で、ヨウ素等を用い
て染色することにより、周辺領域のみ染色し、中央領域
を染色せずに、偏光機能がない領域５４ｂとして形成す
ることができる。

【００３６】図１０に示すような偏光板とすることによ
り、偏光領域を通過する光と、偏光しない偏光機能がな
い領域５４ｂを通過する光の位相差を生じにくくするこ
とができる。

【００３７】図１１は、比較の偏光板を示しており、こ
の偏光板５６においては、中央部に貫通孔５６ｂが形成
されている。従って、貫通孔５６ｂにより中央部には偏
光フィルム５６ａが存在しない状態になっている。この
ような偏光板５６を、図１０に示す偏光板５４の代わり
に上記実施例の光シャッターパネルの偏光板として用い
ることも可能である。しかしながら、図１１に示すよう
な偏光板を用いた場合には、中央の貫通孔５６ｂを通過
する光と、その周辺の偏光板５６を通過する光とで、位
相差を生じる。このため、顕微鏡や光ディスク用のピッ
クアップのようなレンズにより集光させるような光学系
に用いる場合には、集光特性の劣化が生じる。

【００３８】上記実施例においては、光シャッターパネ
ルの液晶パネルに入射するビーム光として、直線偏光さ
れたレーザービーム光を例にして説明したが、本発明の
光シャッターパネルはこのようなものに限定されるもの
ではない。直線偏光されていないビーム光が液晶パネル
に入射する場合には、図１２に示すような光シャッター
パネルを用いることができる。図１２に示す光シャッタ
ーパネル５０においては、基板５１の上に偏光板５５が
設けられている。従って、この偏光板５５によって直線
偏光された光が、液晶パネル内に入射する。液晶パネル
として、９０度ねじれ配向したＴＮ液晶パネルを用いる
場合には、偏光板５５の偏光方向と、偏光板５４の偏光
フィルム５４ａの偏光方向とを略垂直方向になるよう配
置する。

【００３９】

【発明の効果】本発明の光シャッターパネルでは、偏光
素子をパターニングすることにより、所定のシャッター
形状を作製している。従って、電極をパターニングする
必要はなく、複雑な形状パターンのシャッターを形成す
ることができる。

【００４０】従って、本発明の光シャッターパネルを用
いた３次元画像表示装置は、複雑なパララックス・バリ
ヤ形状を有することができ、例えば、画素部がトライア
ングル配置されている場合やダイアゴナル配置されてい
る場合にも、パララックス・バリヤを形成することがで
きる。

【００４１】また、本発明では、従来のように液晶パネ
ル内の表示電極をパターニングするものではないので、
液晶パネル内に表示電極の凹凸が形成されることはな
く、セルギャップの均一化が容易である。

【００４２】また、偏光素子のパターニングであるの
で、従来の表示電極のパターニングのように断線が発生
し歩留りが低下するおそれがない。また本発明に従え
ば、偏光素子がパターニングして形成されているので、
従来の偏光素子が全面に形成される光シャッターパネル
に比べ、光の透過率が向上する。従って、従来よりも画
像を明るくすることができる。

【００４３】本発明の光シャッターパネルを、ビーム光
のビーム径を変えるための光シャッターパネルに用いる
場合には、機械的なアパーチャに比べ、小型化及び軽量
化が可能となる。また低コスト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う３次元画像表示装置を示す断面
図。

【図２】図１に示す３次元画像表示装置において液晶に
電圧を印加していない状態を示す断面図。

【図３】本発明に従う一実施例の３次元画像表示装置に
おけるパララックス・バリヤの形状の一例を示す平面
図。

【図４】本発明に従う一実施例の３次元画像表示装置に
おけるパララックス・バリヤの形状の他の例を示す平面
図。

【図５】表示画像スクリーンを複数に分割し、２次元画
像と３次元画像を混在させる場合の透明電極を示す平面
図。

【図６】本発明に従う光シャッターパネルの他の実施例
を示す断面図。

【図７】図６に示すシャッターパネルにおいて用いられ
る偏光フィルムを示す平面図。

【図８】図６に示す光シャッターパネルをレーザービー
ム光の光路中に設置した状態を示す模式図。

【図９】図６に示す光シャッターパネルをレーザービー
ム光の光路中に設置し、レーザービーム光のビーム径を
絞ったときの状態を示す模式図。

【図１０】図６に示す実施例の偏光板を示す断面図。

【図１１】比較の偏光板を示す断面図。

【図１２】本発明に従う光シャッターパネルのさらに他
の実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１…偏光板 ２…基板 ３…液晶層 ４…基板 ５…偏光板 ５ａ，５ｂ…偏光領域 １０…光シャッターパネル １１，１２…画像表示手段の画素部 ５０…光シャッターパネル ５１，５３…基板 ５２…液晶層 ５４…偏光板 ５４ａ…偏光フィルム ５５…偏光板 ６０…凸レンズ ７０，８０…レーザービーム光のスポット

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの偏光素子と液晶パネル
   とを組み合わせて構成される光シャッターパネルにおい
   て、 前記偏光素子がパターニングされていることを特徴とす
   る光シャッターパネル。
2. 【請求項２】 ビーム光のビーム径を変えるための光シ
   ャッターパネルであって、 液晶パネルの光出射側に、パターニングされた偏光素子
   を設けたことを特徴とする光シャッターパネル。
3. 【請求項３】 ビーム光のビーム径を変えるための光シ
   ャッターパネルであって、 前記ビーム光の光路中に設置される液晶パネルと、 前記液晶パネルの光出射側に設けられ、入射ビーム光の
   ビーム径よりも小さなビーム径に相当する領域が偏光機
   能がない領域となるようにパターニングされた偏光素子
   とを備える光シャッターパネル。
4. 【請求項４】 前記液晶パネルに入射するビーム光が、
   直線偏光されたビーム光である請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の光シャッターパネル。
5. 【請求項５】 前記液晶パネルの光入射側に偏光素子が
   設けられ、該偏光素子によって直線偏光されたビーム光
   が前記液晶パネルに入射する請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の光シャッターパネル。
6. 【請求項６】 前記液晶パネルが、ＴＮ液晶パネルであ
   る請求項１〜５のいずれか１項に記載の光シャッターパ
   ネル。
7. 【請求項７】 前記液晶パネルが、ＳＴＮ液晶パネルで
   ある請求項１〜５のいずれか１項に記載の光シャッター
   パネル。
8. 【請求項８】 前記液晶パネルが、ゲストホスト液晶パ
   ネルである請求項１〜５のいずれか１項に記載の光シャ
   ッターパネル。
9. 【請求項９】 前記液晶パネルが、強誘電性液晶パネル
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光シャッタ
   ーパネル。
10. 【請求項１０】 前記パターニングされた偏光素子が透
    明支持板に挟まれて支持されている請求項１〜９のいず
    れか１項に記載の光シャッターパネル。
11. 【請求項１１】 右目用画像及び左目用画像を表示する
    ことができる画像表示手段と、 パターニングされた少なくとも１つの偏光素子と液晶パ
    ネルとを組み合わせて構成され、前記画像表示手段に対
    するパララックス・バリヤ・ストライプを形成する光シ
    ャッターパネルとを備える３次元画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記画像表示手段が、偏光素子を有す
    る液晶パネルから構成されており、画像表示手段と光シ
    ャッターパネルの偏光素子が共用されている請求項１１
    に記載の３次元画像表示装置。