JP5333050B2

JP5333050B2 - 立体映像表示装置および立体映像表示装置の製造方法

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Publication number: JP5333050B2
Application number: JP2009194188A
Authority: JP
Inventors: 洋長谷川; 和夫中村; 二郎山田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: US8411359B2; CN101995668B; KR101657315B1; KR20110021660A; JP2011047992A; CN101995668A; US20110051237A1

Description

本発明は、立体映像表示装置および立体映像表示装置の製造方法に関し、特に、裸眼方式による３次元立体映像の表示装置を容易に製造することができるようにする立体映像表示装置および立体映像表示装置の製造方法に関する。

近年、映像を立体的に視認できる３次元立体映像コンテンツが注目されている。３次元立体映像の鑑賞方式としては、視差を設けた左眼用映像と右眼用映像を鑑賞者に鑑賞させる両眼視差方式が普及しつつある。この両眼視差方式には、メガネを用いるメガネ方式とメガネを用いない裸眼方式の大きく２種類の方式が挙げられる。

さらにメガネ方式のなかには、光の特性である偏光の違いを利用して左眼用映像と右眼用映像を分離する偏光方式と、左右交互に開閉するシャッタ機能をメガネに持たせ、時分割で表示される左眼用映像および右眼用映像にシャッタを同期させるシャッタ方式がある。メガネ方式は、比較的容易に左眼用映像と右眼用映像の分離が可能であるというメリットがあり、反面、メガネを装着する必要があるという煩わしさがデメリットであるとも言える。

これに対して、裸眼方式には、レンチキュラースクリーン方式、パララックスバリア方式などがある。レンチキュラースクリーン方式は、図１に示されるように、かまぼこ型の細かなレンズ（レンチキュラーレンズ）を配列させることによって左眼用映像と右眼用映像の光路を分離する方式である。パララックスバリア方式は、図２に示されるように、縦のスリット（パララックスバリア）により左眼用映像と右眼用映像の光路を分離する方式である。なお、図１および図２において、“Lx”および“Rx”（ｘは数字）は、それぞれ、左眼用映像および右眼用映像が表示される画素を表している。

裸眼方式は、メガネ方式と反対に、メガネの装着が不要であることから鑑賞者に対する負担が少ない点がメリットとなる。反対に、観察位置や視域が制限されるという側面があるが、観察位置や視域が比較的限定される携帯電話機やパーソナルコンピュータのディスプレイなどで実用化が進んできている。

３次元立体映像を表示する表示装置としては、液晶表示装置や、自発光素子である有機EL(ELectro Luminescent)素子を用いた有機EL表示装置がある。有機EL表示装置には、自発光素子の周辺に反射層（リフレクタ）を設け、自発光素子による発光の光取り出し効率を向上させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２１８２９６号公報

パララックスバリア方式やレンチキュラースクリーン方式では、水平方向または垂直方向のいずれか一方向に対して、左眼用映像と右眼用映像が表示される画素を交互に配置することによって、左眼用映像と右眼用映像が左右の眼それぞれに入るように分離される。そのため、バリアの縦縞が目立たないように非常に細かいレンズによるバリア加工を行うとともに、表示面に合わせてレンズやバリアを正確に位置合わせを行う必要がある。特に、液晶表示装置では、レンチキュラーレンズやパララックスバリアを形成したフィルムを、液晶の画素それぞれに対して正確に位置合わせを行う必要があることから、精密な加工が追加で必要なため、通常の表示装置に比してコストが増大するという問題があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、裸眼方式による３次元立体映像の表示装置を容易に製造することができるようにするものである。

本発明の一側面の立体映像表示装置は、自発光素子を有する画素が縦横に複数配列された画素アレイ部と、隣接する前記画素の境界部の前面において、装置の側面方向からみた断面形状が台形形状となるように、前記画素の自発光素子の周囲から光出射方向に沿って突出するように立設されたリフレクタとを備え、左眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の左眼に、右眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の右眼に光軸中心が向かうよう前記台形形状の傾斜が形成されている。

本発明の一側面の立体映像表示装置の製造方法は、自発光素子を有する画素を縦横に複数配列し、隣接する前記画素の境界部の前面において、装置の側面方向からみた断面形状が台形形状となるように、前記画素の自発光素子の周囲から光出射方向に沿って突出するように立設されたリフレクタを形成し、左眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の左眼に、右眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の右眼に光軸中心が向かうよう前記台形形状の傾斜を形成する。

本発明の一側面においては、自発光素子を有する画素が縦横に複数配列され、隣接する画素の境界部の前面において、装置の側面方向からみた断面形状が台形形状となるように、画素の自発光素子の周囲から光出射方向に沿って突出するように立設されたリフレクタが形成され、左眼用映像を表示する画素のリフレクタは鑑賞者の左眼に、右眼用映像を表示する画素のリフレクタは鑑賞者の右眼に光軸中心が向かうよう台形形状の傾斜が形成される。

本発明の一側面によれば、裸眼方式による３次元立体映像の表示装置を容易に製造することができる。

従来のレンチキュラースクリーン方式を説明する図である。従来のパララックスバリア方式を説明する図である。本発明を適用した表示装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。画素の回路構成を示す図である。画素アレイ部の断面図を示す図である。画素アレイ部の一部を拡大した図である。リフレクタの形状を示す斜視図である。リフレクタの形成方法の例を示す図である。リフレクタの形成例を示す図である。左眼用画素と右眼用画素の第１の配列例を示す図である。左眼用画素と右眼用画素の第２の配列例を示す図である。左眼用画素と右眼用画素の第３の配列例を示す図である。左眼用画素と右眼用画素の第３の配列例を示す図である。本発明を適用した表示装置を有する電子機器としてのテレビジョン受像機を示す斜視図である。本発明を適用した表示装置を有する電子機器としてのデジタルカメラを示す斜視図である。本発明を適用した表示装置を有する電子機器としてのビデオカメラの外観図である。本発明を適用した表示装置を有する電子機器としての携帯電話機の外観図である。本発明を適用した表示装置を有する電子機器としてのノート型コンピュータを示す斜視図である。

［本発明を適用した表示装置の構成例］
図３は、本発明を適用した表示装置の一実施の形態の構成例を示している。

図３の表示装置１は、３次元立体映像を表示可能な立体映像表示装置であって、有機ELディスプレイと呼ばれる、発光素子として有機EL素子を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置である。

表示装置１の基板１０は、画素アレイ部１０ａと周辺回路部１０ｂとで構成されている。画素アレイ部１０ａには、複数の走査線１１と複数の信号線１２とが縦横に配線されている。そして、走査線１１と信号線１２の交差部に対応して１つの画素２１が配置される形で、複数の画素２１が縦横に配列されている。周辺回路部１０ｂには、走査線１１を走査駆動する走査線駆動回路１３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線１２に供給する信号線駆動回路１４とが配置されている。

なお、画素アレイ部１０ａには、フルカラー対応の画像表示を行うために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分に対応した有機EL素子が混在しており、これらが所定規則に従いつつマトリクス状にパターン配列されているものとする。各有機EL素子の設置数および形成面積は、各色成分で同等とすることが考えられるが、例えば各色成分別のエネルギー成分に応じてそれぞれを相違させるようにしても構わない。

［画素２１の画素回路例］
図４は、画素２１の回路構成例を示している。

画素２１は、自発光素子である有機EL素子２２、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。画素２１では、走査線駆動回路１３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線１２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持される。そして、保持された信号量に応じた電流が有機EL素子２２に供給され、この電流値に応じた輝度で有機EL素子２２が発光する。

なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素２１内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成してもよい。また、周辺回路部１０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路を追加することができる。

以上のような回路構成を有する表示装置１では、各画素２１が、左眼用映像を表示する画素２１（以下、左眼用画素２１ともいう。）と、右眼用映像を表示する画素２１（以下、右眼用画素２１ともいう。）に分担される。そして、各画素２１から出射された左眼用映像または右眼用映像の光が、それぞれ鑑賞者の左眼または右眼に入射されることにより、鑑賞者の裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。

［画素アレイ部１０ａ前面の形状］
図５は、画素アレイ部１０ａの断面図を示している。

画素アレイ部１０ａは、各画素２１の前面に反射鏡の役割を果たすリフレクタ３１を備えている。なお、図５では、画素アレイ部１０ａの両端の画素２１とリフレクタ３１のみ符号を付している。

リフレクタ３１は、図５に示されるように、左眼用画素２１から出射された左眼用映像の光については鑑賞者の左眼の方向に、右眼用画素２１から出射された右眼用映像の光については鑑賞者の右眼の方向に案内する。即ち、表示装置１は、左眼用映像と右眼用映像の光路をリフレクタ３１によって分離することにより、鑑賞者の裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。

図６は、図５に示した画素アレイ部１０ａの一部を拡大した図である。

図６に示されるように、リフレクタ３１は、側面からみて台形状となるように所定の角度を持って形成されており、右眼用画素２１からの光の中心光軸は、鑑賞者の右眼に、左眼用画素２１からの光の中心光軸は鑑賞者の左眼に向いている。

図５および図６は、画素アレイ部１０ａを垂直方向からみた場合の断面図であるが、水平方向からみた場合も図６と同様に、画素２１上には鑑賞者の左眼または右眼に光軸中心が向かうようにリフレクタ３１の傾斜が形成されている。

図７は、所定の１つの画素２１のリフレクタ３１の形状を示す斜視図である。

図７に示すように、１つの画素２１に対して、リフレクタ３１は、自動車のヘッドライトのように、有機EL素子２２でなる発光面４１を中心に円錐形状の鏡面となっている。また、リフレクタ３１は、ヘッドライトの光軸としての角度を調整する機能をリフレクタ３１の円錐形状の傾斜（角度）により決定している。リフレクタ３１の円錐形状の傾斜は、表示装置１の大きさ、鑑賞者までの距離として設定した距離に応じて、画素２１ごとに設定（変更）することが可能である。

図８は、リフレクタ３１の形成方法の例を示す図である。なお、図８では、簡単のため、リフレクタ３１の円錐形状の傾斜は各画素均一として示している。

各画素２１の発光面４１側が、接着剤層４２および透明基板４３によって覆われている。これら接着剤層４２および透明基板４３は、いずれも、光透過性を有している。ただし、透明基板４３は、発光面４１に対応して凹凸状に成型されており、その凹凸状の接着剤層４２と透明基板４３との界面の一部には、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等といった光反射率の高い金属反射層または当該金属反射層を含む多層薄膜からなる光反射面３１ａが形成されている。

即ち、リフレクタ３１は、発光面４１の周囲に光出射方向に沿って突出するように立設された接着剤層４２の表面に、金属反射層または多層薄膜を被膜し、光反射面３１ａを形成することで構成することができる。そして、発光面４１およびリフレクタ３１の光反射面３１ａは、いずれも光透過性を有した透明基板４３によって覆われている。その結果、発光面４１からの光は、必要に応じてリフレクタ３１の光反射面３１ａでの反射を経た後、透明基板４３の表面から当該表面に接する空気層の側に向けて出射される。

なお、上述した画素２１は、いわゆるサブ画素であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの画素２１により表示単位としての１画素（表示画素）が構成される。そのため、図９に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂを構成する３つの画素２１ごとに、中心光軸を、鑑賞者の右眼方向または左眼方向とするように、リフレクタ３１の傾斜を形成することもできる。

［左眼用画素２１と右眼用画素２１の第１の配列例］
図１０は、表示装置１における左眼用画素２１および右眼用画素２１の第１の配列例を示している。

図１０Aは、横方向に左眼用画素２１と右眼用画素２１を分離した配列例を示している。即ち、図１０Aの配列例では、縦方向の１列が左眼用画素２１の列または右眼用画素２１の列となるように配置され、左眼用画素２１の列と右眼用画素２１の列が横方向に交互に配置されている。

一方、図１０Bは、縦方向に左眼用画素２１と右眼用画素２１を分離した配列例を示している。即ち、図１０Bの配列例では、横方向の１列が左眼用画素２１の列または右眼用画素２１の列となるように配置され、左眼用画素２１の列と右眼用画素２１の列が縦方向に交互に配置されている。

従来のレンチキュラースクリーン方式、パララックスバリア方式では、レンチキュラーレンズやパララックスバリアを縦または横の列単位で形成する。そのため、左眼用画素２１と右眼用画素２１の配列は、図１０Aまたは図１０Bに示したような、列単位で左眼用画素２１と右眼用画素２１に分離する配列例に限定される。

しかし、このような配列例では、左眼用画素２１と右眼用画素２１を横方向に分離した場合には、水平解像度が半分となり、左眼用画素２１と右眼用画素２１を縦方向に分離した場合には、垂直解像度が半分となる。

［左眼用画素２１と右眼用画素２１の第２の配列例］
表示装置１では、そのような問題を解決するため、図１１に示すような、市松状に左眼用画素２１と右眼用画素２１を分離する配列が可能である。即ち、図１１は、表示装置１による左眼用画素２１と右眼用画素２１の第２の配列例を示している。

表示装置１では、左眼用画素２１と右眼用画素２１を市松状に配列させることにより、水平方向または垂直方向のどちらか一方のみの解像度を低下させることなく、裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。即ち、解像度の劣化感を抑制した高品位な裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。

表示装置１は、図７を参照して説明したように、リフレクタ３１の円錐形状の傾斜を画素２１ごとに設定することが可能であるため、図１１に示すような市松状の配列が可能である。レンチキュラーレンズやパララックスバリアを縦または横の列単位で形成する従来のレンチキュラースクリーン方式やパララックスバリア方式では、このような配列は困難である。

また、従来の方式では、分離されて左眼または右眼の一方に入るべき左眼用映像および右眼用映像が両方の眼に入るというクロストークという現象を抑制するために、バリアの開口率を下げたり、バリアを二重にするなどの対策が必要となっていた。そのため、通常の２次元映像表示と比較して、３次元立体映像表示の高画質化が困難であった。しかしながら、表示装置１によれば、左眼用画素２１と右眼用画素２１を市松状に配列させることで解像度の劣化感を抑制することができるので、３次元立体映像表示の高画質化が可能である。

［左眼用画素２１と右眼用画素２１の第３の配列例］
図１２および図１３は、表示装置１による左眼用画素２１と右眼用画素２１の第３の配列例を示している。

最近の携帯電話機では、表示画面を回転させ、縦方向に長い画面による表示と横方向に長い画面による表示を用途等によって使い分けるものがある。しかし、図１０および図１１のような配列では、３次元立体映像の鑑賞が、縦方向に長い画面（第１の方向）か、または、横方向に長い画面（第１の方向と垂直な第２の方向）のどちらか一方に限定されてしまう。

そこで、図１２に示される第３の配列例では、上下左右の４方向に光の指向性を持たせるようにリフレクタ３１を形成した４画素を１つのまとまりとして縦横に配列させた例が示されている。

即ち、“RUx”の画素２１が上方向、“RBx”の画素２１が左方向、“LUx”の画素２１が右方向、“LBx”の画素２１が下方向の光の指向性となるように、各画素２１上にリフレクタ３１が形成されている。この場合、鑑賞者が横方向に長い画面として映像を見ている場合には、“RBx”と“LUx”の画素２１が右眼用画素２１または左眼用画素２１として機能する。即ち、“RBx”の画素２１の左方向または“LUx”の画素２１の右方向とは、鑑賞者が横方向に長い画面として映像を見ている場合に鑑賞者の左眼または右眼に光軸中心が向くようにリフレクタ３１が形成されていることを意味する。一方、鑑賞者が縦方向に長い画面として映像を見ている場合には、“LBx”と“RUx”の画素２１が右眼用画素２１または左眼用画素２１として機能する。即ち、“LBx”の画素２１の下方向または“RUx”の画素２１が上方向とは、鑑賞者が縦方向に長い画面として映像を見ている場合に、鑑賞者の左眼または右眼に光軸中心が向くようにリフレクタ３１が形成されていることを意味する。

このように、図１２に示した第３の配列とすることで、表示画面を回転させ、縦方向に長い画面による表示と横方向に長い画面による表示を用途等によって使い分ける場合であっても、その両方で、３次元立体映像の鑑賞が可能となる。

図１３は、表示装置１による左眼用画素２１と右眼用画素２１の第３の配列例のその他の例であって、８方向に光の指向性を持たせた配列例を示している。

即ち、“RUx”の画素２１が左上方向、“RCx”の画素２１が左方向、“RBx”の画素２１が左下方向、“CUx”の画素２１が上方向、“CBx”の画素２１が下方向の光の指向性となるように、各画素２１上にリフレクタ３１が形成されている。また、“LUx”の画素２１が右上方向、“LCx”の画素２１が右方向、“LBx”の画素２１が右下方向の光の指向性となるように、各画素２１上にリフレクタ３１が形成されている。

これにより、縦方向に長い画面による表示と横方向に長い画面による表示の中間的な位置であっても３次元立体映像の鑑賞が可能となり、３６０度のあらゆる視点で、３次元立体映像の鑑賞が可能となる。

ここで、図１２および図１３に示した第３の配列例では、ある視点から画面を鑑賞した場合に、鑑賞者に視認されない画素２１が存在することになる。例えば、図１２の配列例において、表示装置１が横方向に長い画面による表示を行う場合には、“RBx”と“LUx”の画素２１が右眼用画素２１または左眼用画素２１として機能するので、“LBx”と“RUx”の画素２１からの光（映像）は鑑賞者には視認されない。この場合、表示装置１は、鑑賞者の視点から視認されない光の指向性を有する画素２１については発光しないように制御することができる。即ち、表示装置１は、鑑賞者の視点に応じて、発光させる画素２１を切り替える制御を行うようにすることができる。これにより、不要な発光を抑制し、表示装置１の消費電力を低減させることが可能である。

以上のように、表示装置１では、各画素２１の発光面４１の周囲にリフレクタ３１を設けることで、左眼用映像と右眼用映像の光路を分離する。これにより、鑑賞者の裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。

一般的に、各画素２１の発光面４１の周囲にリフレクタ３１を設けることは、光の指向性が強調されることとなり、画面に対する視野角特性を低下させることになるため、表示装置としてはデメリットとなる。表示装置１では、そのデメリットとなる光の指向性の強調をさらに強め、左右それぞれの眼に入射される角度が光軸の中心となるようにリフレクタ３１が形成される。これにより、裸眼による３次元立体映像の鑑賞を可能とする。

表示装置１では、従来のパララックスバリア方式やレンチキュラースクリーン方式のように、特別なフィルムを貼り付ける必要がないので、各画素２１から出射された光のロスが少ない。また、特別なフィルムを貼り付ける必要がないので、フィルムの正確な位置合わせ等を行う必要もなく、少ない製造工程かつ低コストで製造することができる。即ち、表示装置１によれば、裸眼方式による３次元立体映像の表示装置を容易に製造することができる。

上述した表示装置１は、各種の電子機器の表示部として組み込まれて使用することができる。

［表示装置１の適用例］
図１４は、表示装置１を有した電子機器の一具体例であるテレビジョン受像機１０１を示す斜視図である。

図１４のテレビジョン受像機１０１は、フロントパネル１０３及びフィルターガラス１０５等で構成される表示画面１０７が配置される。表示画面１０７の部分を表示装置１で構成することができる。

図１５は、表示装置１を有した電子機器の一具体例であるデジタルカメラ１１１を示す斜視図である。図１５では、表側から見た斜視図と裏側から見た斜視図が示されている。

図１５のデジタルカメラ１１１は、保護カバー１１３、撮像レンズ部１１５、表示画面１１７、コントロールスイッチ１１９及びシャッターボタン１２１で構成される。このうち、表示画面１１７の部分を表示装置１で構成することができる。

図１６は、表示装置１を有した電子機器の一具体例であるビデオカメラ１３１の外観構成例を示す図である。

ビデオカメラ１３１は、本体１３３の前方に被写体を撮像する撮像レンズ１３５、撮影のスタート／ストップスイッチ１３７及び表示画面１３９で構成される。このうち、表示画面１３９の部分を表示装置１で構成することができる。

図１７は、表示装置１を有した電子機器の一具体例である携帯電話機１４１の外観構成例を示す図である。

携帯電話機１４１は折りたたみ式であり、図１７では、筐体を開いた状態と、折りたたんだ状態の外観例が示されている。

携帯電話機１４１は、上側筐体１４３、下側筐体１４５、連結部（この例ではヒンジ部）１４７、表示画面１４９、補助表示画面１５１、ピクチャーライト１５３及び撮像レンズ１５５で構成される。このうち、表示画面１４９及び補助表示画面１５１の部分を表示装置１で構成することができる。

図１８は、表示装置１を有した電子機器の一具体例であるノート型コンピュータ１６１を示す斜視図である。

ノート型コンピュータ１６１は、下側筐体１６３、上側筐体１６５、キーボード１６７及び表示画面１６９で構成される。このうち、表示画面１６９の部分を表示装置１で構成することができる。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１表示装置，１０ａ画素アレイ部，２１画素，３１リフレクタ

Claims

自発光素子を有する画素が縦横に複数配列された画素アレイ部と、
隣接する前記画素の境界部の前面において、装置の側面方向からみた断面形状が台形形状となるように、前記画素の自発光素子の周囲から光出射方向に沿って突出するように立設されたリフレクタと
を備え、
左眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の左眼に、右眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の右眼に光軸中心が向かうよう前記台形形状の傾斜が形成されている
立体映像表示装置。
各画素の前記リフレクタの傾斜は、鑑賞者が第１の方向から画面を見た場合に鑑賞者の左眼または右眼に光軸中心が向く方向である左方向と右方向、および、鑑賞者が第１の方向と垂直な第２の方向から画面を見た場合に鑑賞者の左眼または右眼に光軸中心が向く方向である上方向と下方向の４方向のいずれかの傾斜を少なくとも有する
請求項１に記載の立体映像表示装置。
鑑賞者が所定の方向から表示画像を視認した場合に、前記４方向のうち、鑑賞者に視認されない光の指向性を有する前記画素は発光しないように制御する
請求項２に記載の立体映像表示装置。
左眼用映像を表示する前記画素と、右眼用映像を表示する前記画素が、市松状に配列されている
請求項１に記載の立体映像表示装置。
自発光素子を有する画素を縦横に複数配列し、
隣接する前記画素の境界部の前面において、装置の側面方向からみた断面形状が台形形状となるように、前記画素の自発光素子の周囲から光出射方向に沿って突出するように立設されたリフレクタを形成し、
左眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の左眼に、右眼用映像を表示する前記画素の前記リフレクタは鑑賞者の右眼に光軸中心が向かうよう前記台形形状の傾斜を形成する
立体映像表示装置の製造方法。