(57)【要約】      （修正有）【課題】  ２Ｄと３Ｄモード変換構造が改善された立体ディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  特定の偏光方向の光を透過させるポラライザ３２、ポラライザ３２を透過した光の偏光方向を変える第１複屈折素子３４ａと他の方向に変える第２複屈折素子３４ｂとが複数の区間に交互に配置された第１平面アレイ３４、第１平面アレイ３４と対向して配置されこの第１平面アレイ３４を透過した光の偏光方向を再び変える第３複屈折素子３５ａと他の方向に再び変える第４複屈折素子３５ｂとが複数の区間に交互に配置された第２平面アレイ３５、及び第２平面アレイ３５を透過した光のうち特定の偏光方向のみを透過させるアナライザ３３を備え、第１平面アレイ３４及び第２平面アレイ３５のうち少なくとも一つは動き可能に設置されて、第１及び第２複屈折素子と第３及び第４複屈折素子とが対向する位置を制御して、２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイ可能にする。【選択図】      図３Ａ
2006163388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を提供するディスプレイ素子と、
２Ｄモードでは入射光をいずれも透過させ、３Ｄモードではバリヤーを形成して左眼映像と右眼映像とを区分するパララックスバリヤーユニットと、を備え、
前記パララックスバリヤーユニットは、
前記ディスプレイ素子で提供された映像の進行経路上に配置されるものであって、特定の偏光方向の光を透過させるポラライザと、
前記ポラライザを透過した光の偏光方向を一方向に変える第１複屈折素子と、他の方向に変える第２複屈折素子とが交互に配置されて、複数の区間に区画された第１平面アレイと、
前記第１平面アレイと対向して配置されるものであって、前記第１平面アレイを透過して入射された光の偏光方向を一方向に再び変える第３複屈折素子と、他の方向に再び変える第４複屈折素子とが交互に配置されて、複数の区間に区画された第２平面アレイと、
前記第２平面アレイと対向して配置されるものであって、前記第２平面アレイを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させるアナライザと、を備え、
前記第１平面アレイ及び前記第２平面アレイのうち少なくともいずれか一つは動き可能に設置されて、前記第１及び第２複屈折素子と前記第３及び第４複屈折素子とが対向する位置を制御して、２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイ可能になったことを特徴とする立体ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１複屈折素子及び前記第２複屈折素子は、それぞれ入射光を＋（２ｎ＋１）×４５°及び−（２ｎ＋１）×４５°（ここで、ｎは、０，１，２，３，…などの整数）回転させる回転子であることを特徴とする請求項１に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１複屈折素子及び前記第２複屈折素子は、それぞれ入射光を＋（２ｎ＋１）λ／４及び−（２ｎ＋１）λ／４（ここで、λは、入射光の波長、ｎは、０，１，２，３，…などの整数）ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする請求項１に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第３複屈折素子及び前記第４複屈折素子は、それぞれ入射光を±（２n＋１）×４５°及び
【数１】
2006163388.tif 000003
（ここで、ｎは、０，１，２，３，…などの整数）回転させる回転子であることを特徴とする請求項１に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第３複屈折素子及び前記第４複屈折素子は、それぞれ入射光を±（２ｎ＋１）λ／４及び
【数２】
2006163388.tif 000004
（ここで、λは、入射光の波長、ｎは、０，１，２，３，…などの整数）ほど位相遅延させる遅延子であることを特徴とする請求項１に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記ポラライザ及び前記アナライザは、偏光方向が相互平行であるか、または垂直に配列されたことを特徴とする請求項１に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記第１ないし第４複屈折素子は、それぞれ前記ポラライザの偏光方向と平行な第１方向に延びたストライプ状になることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記第１平面アレイと前記第２平面アレイとの間の相対的な動き方向は、前記第１ないし第４複屈折素子の配列方向である前記第１方向に対して第１傾斜角ほど傾斜した方向になることを特徴とする請求項７に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１ないし第４複屈折素子は、それぞれ前記ポラライザの偏光方向に対して第２傾斜角ほど傾斜した第２方向に延びたストライプ状になることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記第１平面アレイと前記第２平面アレイとの間の相対的な動き方向は、前記ポラライザの偏光方向に対して第２傾斜角と異なる角度である第３傾斜角ほど傾斜した第３方向になることを特徴とする請求項９に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記第１ないし第４複屈折素子は、それぞれ階段型に区画されて２次元配列を有する複数の複屈折素子の組み合わせでなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記第１平面アレイと前記第２平面アレイとの間の相対的な動きは、マニュアル方式により行われることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記第１平面アレイと前記第２平面アレイとの間の相対的な動きは、電磁気駆動源または圧電アクチュエータにより行われることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記ディスプレイ素子は、２次元配列を有し、それぞれ独立的に発光する複数の画素を含み、
前記パララックスバリヤーユニットは、前記ディスプレイ素子と視聴者との間に配置されたことを特徴とする請求項１ないし請求項１３のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記ディスプレイ素子は、プラズマディスプレイパネルであることを特徴とする請求項１４に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、照明光のうち特定の偏光方向の光面を透過させる背面ポラライザと、入射された一偏光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、を備え、
前記パララックスバリヤーユニットは、前記液晶ディスプレイパネルと視聴者との間に配置され、前記パララックスバリヤーユニットのポラライザを前記ディスプレイ素子の前面ポラライザとして利用可能になったことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記ディスプレイ素子は、光を照明するバックライトユニットと、入射された光を画素単位で偏光変換させて映像を提供する液晶ディスプレイパネルと、前記液晶ディスプレイパネルを透過した光のうち特定の偏光のみを透過させる前面ポラライザと、を備え、
前記パララックスバリヤーユニットは、前記バックライトユニットと前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置され、前記パララックスバリヤーユニットのアナライザを前記ディスプレイ素子の背面ポラライザとして利用可能になったことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のうちいずれか一項に記載の立体ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２Ｄ（ｔｗｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）モードと３Ｄモードとの間のスイッチング可能な立体ディスプレイ装置に係り、特に２Ｄモードと３Ｄモードとの変換構造が改善された立体ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、立体ディスプレイ装置は、ゲーム機、コンピュータモニタ、ノート型ディスプレイ、携帯電話などに適用されて立体映像を提供する。
【０００３】
この立体ディスプレイ装置は、提供される映像信号によって２Ｄ映像及び３Ｄ映像を提供可能に、２Ｄモードと３Ｄモードとの間の機械的なスイッチング動作が要求される。このために、多様な方式のスイッチング可能な立体ディスプレイが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、レンチキュラーパララックス素子を利用した２Ｄ／３Ｄスイッチング可能な立体ディスプレイが開示されている。この開示されたディスプレイは、通常的な正の屈折力を有するレンチキュラースクリーンに負の屈折力を有する補償レンチキュラーシートを付加することよって、３Ｄから２Ｄにモードスイッチングする。前記補償レンチキュラーシートは、レンチキュラースクリーンの光パワーを補償し、イメージパネル上の２Ｄイメージを全体解像度で見せることができる。一方、スクリーン大きさを有する補償レンチキュラーシートをヒンジを通じて回転させることによって、２Ｄと３Ｄとの間で切り換える構造を有するので、構成が複雑であり、補償レンチキュラーシートの回転のための広い自由空間が必要であるという短所がある。
【０００５】
特許文献２には、ディスプレイスクリーン上の偏光子シートにより活性化される潜在パララックスバリヤーを通じて、２Ｄと３Ｄとをスイッチングできるディスプレイが開示されている。
【０００６】
図１に示すように、この開示されたディスプレイのパララックスバリヤーは、偏光変換層１０及び偏光シート１１の形態である偏光子を備える。偏光変換層１０は、平行に延びたスリット構造でなされるアパーチュア領域１２を備え、入射される線偏光１３を９０°回転させる。アパーチュア領域１２は、入射光に影響を及ぼさない複数のバリヤー領域１４により区分される。
【０００７】
パララックスバリヤーが薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）タイプの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の前に配置されるとき、ＬＣＤからの光は、矢印Ａが指示する方向に偏光される。
【０００８】
偏光シート１１は、入射光の偏光方向Ａに実質上直交する矢印Ｂが指示する偏光方向を有する。一方、偏光方向Ｂは、スリット領域１２を通過した光の偏光方向に平行する。したがって、パララックスバリヤーがスリット領域１２を透過した入射光に対してバリヤーモードで動作して、バリヤー領域１４を通じて入射された光を実質上遮断するか、または消滅させる。非バリヤーモードでパララックスバリヤーを動作させるためには、偏光シート１１を除去する必要がある。本モードにおいて、アパーチュア領域１２は、偏光シートによりアナライジングされないため、実質上見えないようになる。
【０００９】
偏光シート１１を除去可能に配置するための方式が、図２Ａ〜図２Ｃに開示されている。
【００１０】
図２Ａに示すように、偏光シート２１がヒンジ２５により立体ディスプレイ２０の一部に付着されている。したがって、前記偏光シート２１は、ヒンジ２５を中心に回転することによって、前記ディスプレイ２０の前面に選択的に位置されうる。かかる構成を有する場合、偏光シート２１のヒンジ駆動に必要な空間確保が必要であり、その大きさを減らすのに限界があり、構成が複雑であるという短所がある。
【００１１】
図２Ｂに示すように、偏光シートが透明かつ非偏光の縦領域を有する透明フィルム２７上に形成されている。この透明フィルム２７は、ＬＣＤと偏光ストリップの両側に配置されたローラ２９に巻かれており、電気モータなどによりローラ２９が駆動されることによって、フィルムの偏光領域または透明非偏光領域がＬＣＤの前面に位置されうる。
【００１２】
このように偏光シートがローラに巻かれている場合、ローラ及びその駆動のための構成要素がディスプレイ本体に配置されねばならないので、ディスプレイの構造が複雑になり、使用が不便であるという短所がある。
【００１３】
図２Ｃは、３Ｄ動作モードと２Ｄ動作モードとの間の他のスイッチング方式を示す図である。この場合、偏光シートは、シートに垂直な軸を中心に回転可能にＬＣＤとレイヤの前方に設置される。
【００１４】
この開示されたディスプレイは、偏光子シートの回転またはローラを通じた動きにより、２Ｄと３Ｄモード動作をスイッチングできる。一方、このようにディスプレイを具現する場合、ディスプレイがスクリーンに比べて非常に大きいことが要求されるという短所がある。この場合、偏光シートの回転のために、ディスプレイスクリーンの周辺に広い空間が必要であり、２Ｄモードでバリヤーの構造を完璧に見えないようにできないという短所がある。
【特許文献１】米国特許第５，５００，７６５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４３７，９１５号明細書
【特許文献４】日本特開２００３−３３７３９０号公報
【特許文献５】日本特開２００２−１５６６０３号公報
【特許文献６】日本特開２００３−３３０１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、前記のような問題点を解決するためのものであって、狭い空間内で最小の平面アレイの動きによって、高解像度の２Ｄイメージと３Ｄイメージとの間のモード変換が可能な構造の立体ディスプレイ装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明は、映像を提供するディスプレイ素子、及び２Ｄモードでは入射光をいずれも透過させ、３Ｄモードではバリヤーを形成して左眼映像と右眼映像とを区分するパララックスバリヤーユニットを備え、前記パララックスバリヤーユニットは、前記ディスプレイ素子で提供された映像の進行経路上に配置されるものであって、特定の偏光方向の光を透過させるポラライザ、前記ポラライザを透過した光の偏光方向を一方向に変える第１複屈折素子と、他の方向に変える第２複屈折素子とが交互に配置されて、複数の区間に区画された第１平面アレイ、前記第１平面アレイと対向して配置されるものであって、前記第１平面アレイを透過して入射された光の偏光方向を一方向に再び変える第３複屈折素子と、他の方向に再び変える第４複屈折素子とが交互に配置されて、複数の区間に区画された第２平面アレイ、及び前記第２平面アレイと対向して配置されるものであって、前記第２平面アレイを透過した光のうち特定の偏光方向の光のみを透過させるアナライザを備え、前記第１平面アレイ及び前記第２平面アレイのうち少なくともいずれか一つは動き可能に設置されて、前記第１及び第２複屈折素子と前記第３及び第４複屈折素子とが対向する位置を制御して、２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイ可能になったことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による立体ディスプレイ装置は、偏光回転子または偏光遅延子をシフト運動させることにより、２Ｄイメージモードと３Ｄイメージモードとのモード変換を可能にするので、狭い空間でもモード変換が可能である。
【００１８】
また、モード変換のために、平面アレイをマニュアル方式によりほぼ１００μｍ動かそうとする場合、傾斜移動方式により実際ノブの動き距離を広くするので制御が容易である。また、電磁気または圧電アクチュエータにより選択的にパララックスバリヤーを形成する平面アレイを駆動することによって、容易に２Ｄと３Ｄとのモード変換が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図である。すなわち、図３Ａ及び図３Ｂは、３Ｄモードと２Ｄモードそれぞれで立体ディスプレイ装置の配置を示す図であり、図３Ｃ及び図３Ｄは、３Ｄモードと２Ｄモードそれぞれで回転子アレイを詳細に示す図である。そして、図３Ｅ及び図３Ｆは、３Ｄモードと２Ｄモードそれぞれで遅延子アレイを詳細に示す図である。
【００２１】
図３Ａに示すように、本発明の実施形態による立体ディスプレイ装置は、横及び縦で２次元配列された画素の組み合わせでなる映像を提供するディスプレイ素子３１、及び２Ｄモードでは入射光をいずれも透過させ、３Ｄモードではバリヤーを形成して左眼映像と右眼映像とを区分するパララックスバリヤーユニットを備える。
【００２２】
前記パララックスバリヤーユニットは、ポラライザ３２、アナライザ３３、及びポラライザ３２とアナライザ３３との間に配置される第１及び第２平面アレイ３４，３５を備える。ここで、第１及び／または第２平面アレイ３４，３５は、動き可能に設置されたものであって、その相手位置の可変により２Ｄ映像と３Ｄ映像とを選択的にディスプレイ可能にする。
【００２３】
ポラライザ３２は、ディスプレイ素子３１で提供された映像の進行経路上に配置されるものであって、特定の偏光方向Ｃの光を透過させる。したがって、非偏光がポラライザ３２に入射されるとき、矢印Ｃ方向の光のみを透過させることによって線偏光にする。
【００２４】
第１及び第２平面アレイ３４，３５は、それぞれ回転子または遅延子で構成される複屈折素子の組み合わせでなされることが望ましい。すなわち、第１平面アレイ３４は、所定幅を有するストライプ状の複数個の第１及び第２複屈折素子３４ａ，３４ｂが交互に配列された構造をなす。ここで、第１及び第２複屈折素子３４ａ，３４ｂが環形の複屈折素子である回転子からなる場合、そのそれぞれは、入射光を＋（２ｎ＋１）×４５°及び−（２ｎ＋１）×４５°回転させる。
【００２５】
一方、第１及び第２複屈折素子３４ａ、３４ｂが線形の複屈折素子である遅延子からなる場合、そのそれぞれは、入射光を＋（２ｎ＋１）λ／４及び−（２ｎ＋１）λ／４ほど位相遅延させる。ここで、λは、入射光の波長を意味し、ｎは、０，１，２，３，…などの整数を意味する。望ましくは、ｎ＝０であって、回転子である場合に入射光を＋４５°回転させ、遅延子である場合にλ／４ほど位相を遅延させる。この場合、前記回転子または遅延子は、広いスペクトラム範囲でそれらの性能を維持し、入射光の入射角について影響を大きく受けないという利点がある。
【００２６】
また、第２平面アレイ３５は、所定幅を有するストライプ状の複数個の第３及び第４複屈折素子３５ａ，３５ｂが交互に配列された構造をなす。ここで、第３及び第４複屈折素子３５ａ，３５ｂは、それぞれ第１及び第２複屈折素子３４ａ，３４ｂと実質上同じ構造の環形の複屈折素子である回転子または線形の複屈折素子である遅延子で構成される。
【００２７】
前記したように構成された第１及び第２平面アレイ３４，３５は、相対的な位置移動によって２Ｄモードと３Ｄモードとを選択可能にする。例えば、第１平面アレイ３４は固設された一方、第２平面アレイ３５は左右方向に動き可能に設置されている。したがって、第２平面アレイ３５の位置は、図３Ａに示したような第１位置と図３Ｂに示したような第２位置との間でスイッチングされうる。したがって、前記第１位置では、第１平面アレイ３４をなす第１複屈折素子３４ａと第２複屈折素子３４ｂとの境界、及び第２平面アレイ３５をなす第３複屈折素子３５ａと第４複屈折素子３５ｂとの境界が外れて配置されるところ、後述するような動作原理によりパララックスバリヤーを形成することによって３Ｄモードで動作する。
【００２８】
一方、前記第２位置では、第１平面アレイ３４をなす第１複屈折素子３４ａと第２複屈折素子３４ｂとの境界、及び第２平面アレイ３５をなす第３複屈折素子３５ａと第４複屈折素子３５ｂとの境界が一致するように配置されるところ、後述するような動作原理によりディスプレイ素子３１で提供される映像をいずれも透過させることによって２Ｄモードで動作する。
【００２９】
ここで、第１及び第２平面アレイ３４，３５を構成する第１ないし第４複屈折素子３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは、図示したように、ポラライザ３２の偏光方向Ｃと平行な第１方向に延びたストライプ状になることができる。このように構成された第１及び第２平面アレイ３４，３５の相対運動において、相対的な動き方向は、第１ないし第４複屈折素子３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂの配列方向である第１方向に対して第１傾斜角Φ（図９Ｂ参照）ほど傾斜した方向になされることが望ましい。これは、マニュアル方式によるモード変換時、第１平面アレイ３４に対する第２平面アレイ３５の有効変位がモード変換スイッチの移動距離に比べて短くするためである。
【００３０】
また、第１及び第２平面アレイ３４，３５を構成する複屈折素子は、前記した構成に限定されるものではなく、図４Ａ及び図４Ｂに示したような多様な構造を有する。
【００３１】
図４Ａに示すように、第１及び第２平面アレイ３４，３５を構成する複屈折素子４１，４３の配列を見るとき、互いに回転方向または遅延方向が逆である延びたストライプ状の複屈折素子が、ポラライザ３２の偏光方向Ｃに対して第２傾斜角αほど傾斜した第２方向Ｅに傾斜配列されている。この場合、第１平面アレイ３４と第２平面アレイ３５との間の相対的な動き方向は、ポラライザ３２の偏光方向Ｃに対して第２傾斜角αと異なる角度である第３傾斜角（図示せず）ほど傾斜した第３方向になされうる。
【００３２】
また、図４Ｂに示したように、第１及び第２平面アレイ３４，３５は、階段型に区画されて２次元配列を有する複数の複屈折素子４５，４７の組み合わせで構成された構造を有する。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｂに示した第１及び第２平面アレイ３４，３５の構成において、複屈折素子として偏光回転子を採用した場合、一部の複屈折素子４１，４５は、入射光の偏光方向を＋（２ｎ＋１）×４５°回転させ、隣りの複屈折素子４３，４７は、入射光の偏光方向を−（２ｎ＋１）×４５°回転させる。ここで、ｎ＝０，１，２，３，…などの整数である。また、複屈折素子として偏光遅延子を採用した場合、一部の複屈折素子４１，４５は、入射光を＋（２ｎ＋１）λ／４ほど位相遅延させ、隣りの複屈折素子４３，４７は、入射光を−（２ｎ＋１）λ／４ほど位相遅延させる。ここで、λは、入射光の波長を意味し、ｎは、０，１，２，３，…などの整数を意味する。
【００３４】
アナライザ３３は、第２平面アレイ３５と対向した配置されるものであって、第２平面アレイ３５を透過した光のうち特定の偏光のみを透過させる。
【００３５】
ここで、ポラライザ３２及びアナライザ３３は、相互に偏光方向が平行するか、または垂直に配列される。図３Ａ〜図３Ｆは、ポラライザ３２とアナライザ３３との偏光方向が相互垂直に配列されたことを例として示す図である。すなわち、ポラライザ３２の偏光方向は、矢印Ｃで示したようにディスプレイ素子３１の垂直方向と平行な方向であり、アナライザ３３の偏光方向は、矢印Ｄで示したようにディスプレイ素子３１の水平方向と平行な方向である。
【００３６】
以下、図３Ａ〜図３Ｆを参照しつつ、本発明の実施形態による立体ディスプレイ装置の動作を詳細に説明する。
【００３７】
図３Ａ〜図３Ｄは、第１及び第３複屈折素子３４ａ，３５ａとして＋４５°回転子を採用し、第２及び第４複屈折素子３４ｂ，３５ｂとして−４５°回転子を採用した場合を例として示す図である。特に、図３Ａ及び図３Ｃは、３Ｄモードでの第１及び第２平面アレイ３４，３５の配列状態を示す図であり、図３Ｂ及び図３Ｄは、２Ｄモードでの第１及び第２平面アレイ３４，３５の配列状態を示す図である。
【００３８】
図３Ａ及び図３Ｃに示すように、ディスプレイ素子３１から照射された光は、ポラライザ３２により垂直方向Ｃに偏光される。この垂直方向に偏光された光の一部Iは、第１平面アレイ３４の第１複屈折素子３４ａを透過しつつ偏光方向が＋４５°回転される。次いで、第２平面アレイ３５の第３複屈折素子３５ａを透過しつつ偏光方向が＋４５°さらに回転されて、結果的に＋９０°回転されてアナライザ３３を透過する。垂直方向に偏光された光の一部分II、IVは、第１平面アレイ３４の第１複屈折素子３４ａと第２平面アレイ３５の第４複屈折素子３５ｂとを透過するか、または第１平面アレイ３４の第２複屈折素子３４ｂと第２平面アレイ３５の第３複屈折素子３５ａとを透過する。したがって、第１複屈折素子３４ａ及び第３複屈折素子３５ａでの＋４５°偏光回転と、第２複屈折素子３４ｂ及び第４複屈折素子３５ｂでの−４５°偏光回転とが互いに相殺されて、偏光方向の変化なしにアナライザ３３に入射される。したがって、この部分の光は、アナライザ３３の偏光方向Ｄと直交する偏光方向を有するので、アナライザ３３を透過せずに遮断される。
【００３９】
そして、垂直方向に偏光された光の残りの部分IIIは、第１平面アレイ３４の第２複屈折素子３４ｂを透過しつつ偏光方向が−４５°回転される。次いで、第２平面アレイ３５の第４複屈折素子３５ｂを透過しつつ偏光方向が−４５°さらに回転されて、結果的に−９０°回転されて、その偏光方向がアナライザ３３の偏光方向と同一になるので、アナライザ３３を透過する。
【００４０】
前記したように、第１及び第２平面アレイ３４，３５を間隔Ｓほどシフトされるように配列することによって、幅Ｗ１で表した部分には入射光が透過され、幅Ｗ２で表した部分は入射光が遮断される。したがって、幅Ｗ２部分は、パララックスバリヤーとして役割を行うものであって、その幅は、複屈折アレイのピッチ幅Ｐの１／２に該当する幅を有することが望ましい。一方、前記幅Ｗ１，Ｗ２は、第１平面アレイ３４と第２平面アレイ３５との相対的な間隔Ｓを制御することによって調節されるものであって、光の損失及び左右画像のクロストークに鑑みて決定されうる。
【００４１】
ここで、前記パララックスバリヤーの基本原理及びそれに関連した計算式自体は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＳＭＰＴＥ，Ｖｏｌ．５９，ｐｐ  １１−２１（１９５２）が掲載されたＳ．Ｈ．Ｋａｐｌａｎの“ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｐａｒａｌｌａｘ  Ｂａｒｒｉｅｒｓ”などを通じて公知されているので、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図３Ｂ及び図３Ｄに示すように、フル解像度２Ｄモードを具現するためには、第１及び第２平面アレイ３４，３５が一致するように配置される。したがって、ディスプレイ素子３１から照射された光は、ポラライザ３２により偏光され、この偏光された光全体は、第１及び第２平面アレイ３４，３５を透過しつつ＋９０°または−９０°回転されて、アナライザ３３の偏光方向と同一になる。したがって、アナライザ３３に入射された光全体がアナライザ３３を透過する。
【００４３】
第１平面アレイ３４と第２平面アレイ３５との間の相対的な動き、すなわちシフト運動は、マニュアル方式により行われるか、または電磁気駆動源または圧電アクチュエータなどにより具現されうる。ここで、前記マニュアル方式は、ユーザーの手動作による手動移動を意味するものであって、これについては後述する。
【００４４】
図３Ｅ及び図３Ｆは、第１及び第３複屈折素子３４ａ，３５ａとして＋λ／４位相遅延板を採用し、第２及び第４複屈折素子３４ｂ，３５ｂとして−λ／４位相遅延板の場合を例として示す図である。
【００４５】
特に、図３Ｅは、３Ｄモードでの第１及び第２平面アレイ３４，３５の配列状態を示す図であり、図３Ｆは、２Ｄモードでの第１及び第２平面アレイ３４，３５の配列状態を示す図である。この場合、前述した回転子を利用した３Ｄ及び２Ｄモードの変換原理と実質上同じ方式で、第１及び第２平面アレイ３４，３５の相対的なシフト運動により、パララックスバリヤーを選択的に形成することによって３Ｄとフル解像度２Ｄ画像とを具現できる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ３Ｄモードと２Ｄモードでポラライザ１３２及びアナライザ１３３の偏光方向が互いに平行に配列されたことを例として示す図である。すなわち、ポラライザ１３２及びアナライザ１３３の偏光方向は、矢印Ｃで表したようにディスプレイ素子１３１の垂直方向と平行な方向である。ここで、第１平面アレイ１３４は、所定幅を有するストライプ状の複数個の第１及び第２複屈折素子１３４ａ，１３４ｂが交互に配列された構造をなす。ここで、第１複屈折素子１３４ａは、入射光を−４５°回転させる回転子または入射光を−λ／４遅延させる遅延子で構成される。そして、第２複屈折素子１３４ｂは、入射光を＋４５°回転させる回転子または入射光を＋λ／４遅延させる遅延子で構成される。
【００４７】
第２平面アレイ１３５は、所定幅を有するストライプ状の複数個の第３及び第４複屈折素子１３５ａ，１３５ｂが交互に配列された構造をなす。ここで、第３複屈折素子１３５ａは、入射光を＋４５°回転させる回転子または入射光を＋λ／４遅延させる遅延子で構成される。そして、第４複屈折素子１３５ｂは、入射光を−４５°回転させる回転子または入射光を−λ／４遅延させる遅延子で構成される。以下、第１ないし第４複屈折素子１３４ａ，１３４ｂ，１３５ａ，１３５ｂとして±４５°回転子を採用した場合を例として説明する。
【００４８】
図５Ａに示すように、ディスプレイ素子１３１から照射された光は、ポラライザ１３２により垂直方向Ｃに偏光される。この垂直方向に偏光された光の一部は、第１複屈折素子１３４ａと第３複屈折素子１３５ａとを透過するか、または第２複屈折素子１３４ｂと第４複屈折素子１３５ｂとを透過する。したがって、第１複屈折素子１３４ａ及び第４複屈折素子１３５ｂそれぞれでの−４５°偏光回転と、第２複屈折素子１３４ｂ及び第３複屈折素子１３５ａでの＋４５°偏光回転とが互いに相殺されて、偏光方向の変化なしにアナライザ１３３に入射される。したがって、この部分の光は、アナライザ１３３を透過する。
【００４９】
一方、垂直方向に偏光された光の他の一部分は、第１複屈折素子１３４ａと第４複屈折素子１３５ｂとを透過するか、または第２複屈折素子１３４ｂと第３複屈折素子１３５ａとを透過する。したがって、第１複屈折素子１３４ａ及び第４複屈折素子１３５ｂそれぞれでの−４５°偏光回転と、第２複屈折素子１３４ｂ及び第３複屈折素子１３５ａそれぞれでの＋４５°偏光回転とにより、全体的に−９０°偏光回転または＋９０°偏光回転がなされて、アナライザ１３３の偏光方向と直交をなす。したがって、この部分を通過する光は、アナライザ１３３を透過せずに遮断される。
【００５０】
ここで、第１ないし第４複屈折素子１３４ａ，１３４ｂ，１３５ａ，１３５ｂとして回転子を例として表したが、これに限定されるものではなく、前述したように±λ／４ほど位相を遅延させる遅延子を採用することも可能である。
【００５１】
前記したように、第１及び第２平面アレイ１３４，１３５を間隔Ｓほどシフトされるように配列することによって、幅Ｗ３で表した部分には入射光が透過され、幅Ｗ４で表した部分は入射光が遮断される。したがって、幅Ｗ４部分は、パララックスバリヤーとして役割を行う。ここで、前記幅Ｗ３，Ｗ４は、第１平面アレイ１３４と第２平面アレイ１３５との相対的な間隔Ｓを制御することによって調節されるものであって、光の損失及び左右画像のクロストークに鑑みて決定されうる。
【００５２】
図５Ｂに示すように、フル解像度２Ｄモードを具現するためには、第１及び第２平面アレイ１３４，１３５が一致するように配置される。したがって、ディスプレイ素子１３１から照射された光は、ポラライザ１３２により偏光される。この偏光された光の一部は、第１複屈折素子１３４ａで−４５°回転され、第３複屈折素子１３５ａを透過しつつ＋４５°回転されて互いに回転方向が相殺されるので、アナライザ１３３の偏光方向と同一になる。そして、偏光された光の残りの部分は、第２複屈折素子１３４ｂで＋４５°回転され、第４複屈折素子１３５ｂで−４５°回転されてその回転方向が相殺されるので、アナライザ１３３の偏光方向と同一になる。したがって、アナライザ１３３に入射された光全体がアナライザ１３３を透過する。
【００５３】
図６Ａ及び図６Ｂは、３Ｄモードと２Ｄモードそれぞれで図５Ａ及び図５Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーを利用した立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。図６Ａに示すように、立体映像をディスプレイするためには、ディスプレイ素子１３１のピクセルは、二つのグループのカラムＣI，ＣIIに区画されている。したがって、左眼用映像は、カラムＣIによりディスプレイされ、右眼用映像は、カラムＣIIによりディスプレイされる。第１及び第２平面アレイ１３４，１３５は、±４５°回転子または±λ／４遅延子からなる複屈折素子からなる。この第１及び第２平面アレイ１３４，１３５は、３Ｄモードでは、図６Ａに示したように第１平面アレイ１３４をなす複屈折素子の境界部分と、第２平面アレイ１３５をなす複屈折素子の境界部分とが外れて配置される。そして、２Ｄモードでは、図６Ｂに示したように前記の境界部分が一致するように配置される。したがって、３Ｄモードでは、第１及び第３複屈折素子１３４ａ，１３５ａを通過する映像と、第２及び第４複屈折素子１３４ｂ，１３５ｂを通過する映像とは、アナライザ１３３を透過して視聴者の目に向かう。一方、第１及び第４複屈折素子１３４ａ，１３５ｂを通過する映像と、第２及び第３複屈折素子１３４ｂ，１３５ａを通過する映像との偏光方向は、アナライザ１３３の偏光方向と直交するので、アナライザ１３３を透過できない。したがって、ポラライザ１３２、第１及び第２平面アレイ１３４，１３５及びアナライザ１３３は、立体ディスプレイ装置のパララックスバリヤーユニットとしての機能を行う。
【００５４】
したがって、ディスプレイ素子のカラムＣIで提供された左眼用映像のうち、視聴者の右眼に向かう部分はアナライザ１３３でブロッキングされ、左眼に向かう部分のみがアナライザ１３３を透過する。一方、ディスプレイ素子のカラムＣIIで提供された右眼用映像のうち、視聴者の左眼に向かう部分はアナライザ１３３でブロッキングされ、右眼に向かう部分のみがアナライザ１３４を透過する。したがって、視聴者は、３Ｄモードの立体映像を視聴できる。
【００５５】
図６Ｂに示すように、２Ｄ映像をディスプレイしようとする場合、第１平面アレイ１３４をなす複屈折素子の境界部分と、第２平面アレイ１３５をなす複屈折素子の境界部分とが一致するように配置される。すなわち、第１及び第３複屈折素子１３４ａ，１３５ａが対向して配置され、第２及び第４複屈折素子１３４ｂ，１３５ｂが対向して配置される。この場合、第１及び第３複屈折素子１３４ａ，１３５ａでの回転が互いに相殺され、第２及び第４複屈折素子１３４ｂ，１３５ｂでの回転が互いに相殺されて、パララックスバリヤーがなくなる。その結果、全領域で提供される映像の偏光方向がアナライザ１３３の偏光方向と平行になるので、ディスプレイ素子の画素全体で提供された映像が視聴者の左眼と右眼とに分割提供される。
【００５６】
本実施形態において、ディスプレイ素子１３１として非偏光の映像を提供するプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）または偏光された映像を提供するＬＣＤを採用できる。したがって、ＰＤＰをディスプレイ素子１３１として採用した場合は、ポラライザ１３２が必須的に必要であるが、前記ＬＣＤを採用した場合は、ポラライザ１３２の配置なしに具現可能である。
【００５７】
図７Ａ及び図７Ｂは、３Ｄモードと２ＤモードそれぞれでＬＣＤと図３Ａ及び図３Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した一実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態によるディスプレイ装置は、選択的にバリヤーを形成するパララックスバリヤーユニット２３０の背面位置にバックライトユニット２１０、及びディスプレイユニット２２０が配置された構造を有する。ディスプレイユニット２２０は、背面ポラライザ２２１、ＬＣＤパネル２２５及び前面ポラライザを備えるものであって、２次元配列を有する複数のピクセルを選択的に駆動して映像を形成し、この形成された映像をバックライトユニット２１０を通じて照明することによって、立体映像を提供する。
【００５８】
パララックスバリヤーユニット２３０は、図３Ａ〜図３Ｆに示したように、入射光を選択的に透過させるものであって、ポラライザ２３２、第１及び第２平面アレイ２３４，２３５及びアナライザ２３３を備える。ここで、パララックスバリヤーユニット２３０のポラライザ２３２をディスプレイユニット２２０の前面ポラライザとして利用できる。したがって、ディスプレイユニット２２０の構成において、前面ポラライザを省略できる。
【００５９】
図８Ａ及び図８Ｂは、３Ｄモードと２ＤモードそれぞれでＬＣＤと図３Ａ及び図３Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した他の実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本実施形態によるディスプレイ装置は、選択的にバリヤーを形成するパララックスバリヤーユニット３３０の背面位置にバックライトユニット３１０を位置させ、パララックスバリヤーユニット３３０の前面位置にディスプレイユニット３２０が配置された構造を有する。
【００６０】
パララックスバリヤーユニット３３０は、図３Ａ〜図３Ｆに示したように、入射光を選択的に透過させるものであって、ポラライザ３３２、第１及び第２平面アレイ３３４，３３５及びアナライザ３３３を備える。
【００６１】
ディスプレイユニット３２０は、背面ポラライザ、ＬＣＤパネル３２１及び前面ポラライザ３２５を備えるものであって、２次元配列を有する複数のピクセルを選択的に駆動して映像を形成し、この形成された映像をバックライトユニット３１０を通じて照明することによって、立体映像を提供する。
【００６２】
ここで、パララックスバリヤーユニット３３０のアナライザ３３３をディスプレイユニット３２０の背面ポラライザとして利用できる。したがって、ディスプレイユニット３２０の構成において、背面ポラライザを省略できる。
【００６３】
以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照しつつ、２Ｄと３Ｄの切り換えのための第１及び第２平面アレイの相対的な動きを制御するメカニズムを詳細に説明する。
【００６４】
図９Ａは、２Ｄと３Ｄの切り換えスイッチを手動で制御して、第１平面アレイに対する第２平面アレイを調節するメカニズムを示す図であり、図９Ｂは、傾斜方向に第２平面アレイのシフト程度を示す図である。
【００６５】
このように構成された第１平面アレイ４３４と、実質上第１平面アレイ４３４と同じ構造を有する第２平面アレイ４３５との間の相対的なシフト運動は、電磁気駆動源または圧電アクチュエータなどにより具現されうる。
【００６６】
一方、携帯電話用のディスプレイや低コストのディスプレイ装置の場合は、さらに単純化するためにユーザーがマニュアル方式で前記のシフト運動を行うことも可能である。ここで、前記シフト程度は、ほぼ１００ミクロン程度であるので、それを手動で調節し難い。
【００６７】
これに鑑みて、第２平面アレイ４３５の実質的な有効動き距離を短縮可能にしつつも、ユーザーの操作用ノブ４５１の動き距離を長く確保可能になった構造を有することが望ましい。ノブ４５１の動き方向と傾斜方向との間の角をΦとし、前記第２平面アレイの横方向への有効シフトをＳＴとし、傾斜方向への動きをＳＳとするとき、ＳＳ＝ＳＴ／ｓｉｎΦを満足する。したがって、例えばＳＴ＝０．１ｍｍであり、Φ＝１．５°であるとき、必要な傾斜方向への動きＳＳ＝０．１／０．０２６＝３．８ｍｍである。したがって、手動で実際に３．８ｍｍ移動時、有効シフトは０．１ｍｍ（＝１００μｍ）を動くので、手動操作が容易であるという利点がある。
【００６８】
図９Ａは、携帯電話の本体４００に手動でスイッチング制御可能なパララックスバリヤーユニットを採用した場合を例として示す図である。図９Ａに示すように、第１平面アレイ４３４は固設された一方、第２平面アレイ４３５は動き可能に設置されている。すなわち、第２平面アレイ４３５は、ノブ４５１を上下方向（矢印Ｆ参照）に動かすことによって、上下方向及び水平方向（矢印Ｇ参照）に動く。このために、第２平面アレイ４３５の一側には、傾斜ガイド４５５が設置されており、他側には、第２平面アレイ４３５を傾斜ガイド４５５側に付勢させる付勢部材４５７、及び２Ｄ／３Ｄ切り換え位置で第２平面アレイ４３５の動きが止めるようにガイドするラッチ４５９が設けられている。ここで、前記ノブの矢印Ｆ方向の動き量をＳＬとすれば、このＳＬは、角Φと横方向シフト量ＳＴとの関係でＳＬ＝ＳＴ／ｔａｎΦを満足する。したがって、ＳＴ＝０．１ｍｍであり、Φ＝１．５°である場合、ＳＬ＝０．１／０．０２６＝３．８ｍｍである。したがって、手動で実際に３．８ｍｍ移動時、有効シフトは０．１ｍｍ（＝１００μｍ）を動くので、手動操作が容易であるという利点がある。
【００６９】
前記した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、立体ディスプレイ装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来の除去可能な偏光シートを利用したオン／オフスイッチング可能なパララックスバリヤーを示す概略的な斜視図である。
【図２Ａ】オン／オフスイッチング可能なパララックスバリヤーの色々な方式をそれぞれ示す図である。
【図２Ｂ】オン／オフスイッチング可能なパララックスバリヤーの色々な方式をそれぞれ示す図である。
【図２Ｃ】オン／オフスイッチング可能なパララックスバリヤーの色々な方式をそれぞれ示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、３Ｄモードで立体ディスプレイ装置の配置を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、２Ｄモードで立体ディスプレイ装置の配置を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、３Ｄモードで回転子アレイを詳細に示す図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、２Ｄモードで回転子アレイを詳細に示す図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、３Ｄモードで遅延子アレイを詳細に示す図である。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図であって、２Ｄモードで遅延子アレイを詳細に示す図である。
【図４Ａ】第１及び第２平面アレイを構成する複屈折素子の配置を示す図である。
【図４Ｂ】第１及び第２平面アレイを構成する複屈折素子の配置を示す図である。
【図５Ａ】３Ｄモードに対して本発明の他の実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図である。
【図５Ｂ】２Ｄモードに対して本発明の他の実施形態による立体ディスプレイ装置を示す図である。
【図６Ａ】３Ｄモードで図５Ａに示したような構造のパララックスバリヤーを利用した立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図６Ｂ】２Ｄモードで図５Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーを利用した立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図７Ａ】３ＤモードでＬＣＤと図３Ａに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した一実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図７Ｂ】２ＤモードでＬＣＤと図３Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した一実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図８Ａ】３ＤモードでＬＣＤと図３Ａに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した他の実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図８Ｂ】２ＤモードでＬＣＤと図３Ｂに示したような構造のパララックスバリヤーとを利用した他の実施形態による立体ディスプレイ装置の光学的配置を示す図である。
【図９Ａ】２Ｄと３Ｄ切り換えスイッチを手動で制御して、第１平面アレイに対する第２平面アレイを調節するメカニズムを示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの切り換えスイッチによる第２平面アレイのシフト程度を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
３２    ポラライザ
３３    アナライザ
３４    第１平面アレイ
３４ａ  第１複屈折素子
３４ｂ  第２複屈折素子
３５    第２平面アレイ
３５ａ  第３複屈折素子
３５ｂ  第４複屈折素子
１３１  ディスプレイ素子
【図１】
2006163388.tif 000005
【図２Ａ】
2006163388.tif 000006
【図２Ｂ】
2006163388.tif 000007
【図２Ｃ】
2006163388.tif 000008
【図３Ａ】
2006163388.tif 000009
【図３Ｂ】
2006163388.tif 000010
【図３Ｃ】
2006163388.tif 000011
【図３Ｄ】
2006163388.tif 000012
【図３Ｅ】
2006163388.tif 000013
【図３Ｆ】
2006163388.tif 000014
【図４Ａ】
2006163388.tif 000015
【図４Ｂ】
2006163388.tif 000016
【図５Ａ】
2006163388.tif 000017
【図５Ｂ】
2006163388.tif 000018
【図６Ａ】
2006163388.tif 000019
【図６Ｂ】
2006163388.tif 000020
【図７Ａ】
2006163388.tif 000021
【図７Ｂ】
2006163388.tif 000022
【図８Ａ】
2006163388.tif 000023
【図８Ｂ】
2006163388.tif 000024
【図９Ａ】
2006163388.tif 000025
【図９Ｂ】
2006163388.tif 000026