專利名稱：三維影像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及顯示三維影像的三維影像顯示裝置(這里描述的實施方式一般地涉及顯示三維影像的三維影像顯示裝置)。
背景技術：
關于可以顯示活動圖像的三維影像顯示裝置、所謂三維顯示器，有各種各樣的方式已廣為人知。近年來，特別是平板類型并且不需要專用眼鏡等的方式強烈地為人們所期待。作為該不需要專用眼鏡的類型的三維影像顯示裝置之一，已知有如下方式如直視型或者投影型的液晶顯示裝置或者等離子體顯示裝置等那樣在像素位置被固定的顯示面板 (顯示裝置)跟前設置光線控制元件，控制來自顯示面板的光線而使其朝向觀察者。此處，光線控制元件具有即使觀察光線控制元件上的同一位置，由于所觀察的角度而能夠觀察到不同的影像那樣的功能。具體而言，在僅提供左右視差(水平視差)的情況下，使用狹縫(視差屏障)或者雙凸狀薄片(柱透鏡陣列)作為光線控制元件，在還包括上下視差(垂直視差)的情況下，使用針孔陣列或者透鏡陣列作為光線控制元件。使用光線控制元件的方式被進一步分類成2眼式、多眼式、超多眼式(多眼式的超多眼條件)、積分成像(以下，還稱為II)式。在2眼式中，根據兩眼視差實現立體視覺，但多眼式以后的三維影像不同程度上伴有運動視差，所以與2眼式的立體影像相區分而被稱為三維影像。用于顯示這些三維影像的基本原理與在100年左右前發明并應用于三維照相的積分攝影(IP)的原理實質上相同。在這些方式中，II方式的特征在于，視點位置的自由度高，且容易實現立體視覺。 在僅有水平視差而沒有垂直視差的一維II方式中，如SID04 Digest 1438的記載那樣，分辨率高的顯示裝置也能比較容易地實現。相對于此，在2眼方式或者多眼方式中，由于限定了可以實現立體視覺的視點位置，所以相比于一維II式，更易于提高分辨率，可以僅通過從視點位置取得的圖像生成三維圖像，所以用于制成影像的負荷也變低，但由于視點位置受限，所以存在不易觀察這樣的問題。在使用了這樣的視差屏障的直視型裸眼三維顯示裝置中，由于視差屏障的I個方向的周期構造和將在平面顯示裝置中設置成矩陣狀的像素隔開的非顯示部、或者像素的彩色排列的水平方向(第I方向)的周期構造光學上干涉，從而產生波紋或者彩色波紋這樣的問題。作為其對策，在美國專利第6064424號已知有使提供光線控制元件的周期性的方向相對提供像素的周期性的方向形成某一角度的方式、也就是使視差屏障傾斜的方法。但是，僅通過使視差屏障傾斜，波紋無法完全消除，所以在日本特開2005-86414中還提出了追加擴散分量來消除波紋的方法。但是，在該方法中，視差信息的分離惡化，所以無法回避畫質降低。如上所述，在組合了周期性被限定于I個方向的光線控制元件和像素設置成矩陣狀的平面顯示裝置的以往的三維影像顯示裝置中，光線控制元件的周期性和平面顯示裝置的第I方向的周期性相互干涉而產生亮度不均(波紋)。作為消除波紋的方法，有在光線控制元件的周期性的方向與像素的周期性的方向之間形成角度、即使光線控制元件傾斜的方法。但是，即使在該方法中，通過傾斜，波紋也無法被完全消除。

發明內容
實施方式涉及的三維影像顯示裝置，其特征在于，具備沿著第I方向和與第I方向正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部；以及與所述顯示部相對地設置的光線控制元件，該光線控制元件具備在所述第2方向上大致直線狀地延伸且在所述第I方向上排列的多個光學的開口部，所述光學的開口部的延長方向和所述第I方向所成的角在 arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范圍、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第 2 范圍以及arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的第3范圍中的某一個范圍內選定。實施方式涉及的三維影像顯示裝置，其特征在于，具備沿著第I方向和與第I方向正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部；以及和與所述顯示部相對地設置的光線控制元件，該光線控制元件具備在所述第2方向上大致直線狀地延伸且在所述第I方向上排列的多個光學的開口部，所述三維影像顯示裝置使將開口部假設為無限小的情況下的光線的亮度變化的周期與實際的開口寬度大致一致。


圖I是將顯示構成三維影像顯示裝置的平面圖像的顯示部的一部分放大，并且在視差屏障的方向和像素的垂直的排列方向一致的狀態下的說明圖。圖2是示出在圖I中嘗試改變觀察角度時亮度變化的示意圖。圖3是將顯示構成三維影像顯示裝置的平面圖像的顯示部的一部分放大，并且光線控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角為arctan(l/3)的狀態的說明圖。圖4是示出在圖3中嘗試改變觀察角度時亮度變化的示意圖。圖5是光線控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角為arctan (1/4)的狀態的說明圖和示出亮度變化的示意圖。圖6是光線控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角為arctan(l/5)的狀態的說明圖和示出亮度變化的示意圖。圖7是光線控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角為arctan(l/6)的狀態的說明圖和示出亮度變化的示意圖。圖8是光線控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角為arctan (1/7)的狀態的說明圖和示出亮度變化的示意圖。圖9是示出實施方式涉及的η的值與波紋的產生狀況之間的關系的說明圖。圖10是概略地示出實施方式的三維影像顯示裝置的構造的透視圖。
具體實施方式
以下，參照附圖，說明實施方式涉及的三維影像顯示裝置。根據該實施方式，提供一種三維影像顯示裝置，該三維影像顯示裝置具備沿著第I 方向和與其正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部、以及與上述顯示部相對地設置且具備在上述第2方向上大致直線狀地延伸且在上述第I方向上排列的多個光學的開口部的光線控制元件。在該三維影像顯示裝置中，上述光學的開口部的延長方向和上述第I方向所成的角是在 arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范圍、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第2范圍以及arctan (6+1/5)至arctan (6+2/5)的第3范圍中的某一個范圍內選定的。另外，根據實施方式，提供一種三維影像顯示裝置，該三維影像顯示裝置具備沿著第I方向和與其正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部、和與上述顯示部相對地設置且具備在上述第2方向上大致直線狀延伸且在上述第I方向上排列的多個光學的開口部的光線控制元件。在該實施方式中，將開口部假設為無限小的情況下的光線的亮度變化的周期和實際的開口寬度大致一致。圖10示出涉及上述一個實施方式的三維影像顯示裝置。該三維影像顯示裝置涉及所謂II (積分成像)方式，為了觀察涉及II方式的三維影像而具備顯示二維圖像的二維圖像顯示裝置(所謂二維圖像顯示面板)100。在該二維圖像顯示裝置100的前面，配置了作為光線控制元件5的視差產生用透鏡陣列(柱透鏡陣列)，通過該光線控制元件(遮光屏障或者視差屏障)5控制來自二維圖像顯示裝置100的光線而使其朝向觀察者(未圖示)。 通過觀察者裸眼視覺辨認用該光線控制元件5選擇出的光線，可以在該三維影像顯示裝置的前方(或者背面)觀察三維影像。此處，二維圖像顯示裝置100顯示由用于顯示三維影像的要素圖像構成的二維影像，矩陣狀地配置分配了該二維影像的子像素并且具備顯示面板。二維圖像顯示裝置100 只要是具備這樣的顯示面板的裝置，則也可以由直視型或者投影型的液晶顯示裝置或者等離子體顯示裝置、或者電場放出型顯示裝置或者有機EL顯示裝置等構成。另外，光線控制元件5由沿著大致水平方向(大致第I方向)具有周期性地配置，且沿著大致垂直方向(大致第2方向)延出的狹縫或者雙凸透鏡陣列(柱透鏡陣列)構成。在這樣的三維影像顯示裝置中，將沿著大致水平方向(大致第I方向)提供了視差的要素圖像顯示于二維圖像顯示裝置100中，通過在大致水平方向(大致第I方向)上排列的光線控制元件5控制來自該要素圖像的光線，而使得用于生成三維影像的光線從光線控制元件5朝向觀察側射出。圖I是將一個實施方式涉及的三維影像顯示裝置中的顯示平面圖像的顯示部(顯示面板)100的像素放大而概略地示出的放大圖。顯示部100由沿著水平以及垂直方向矩陣狀地排列的子像素I構成，該子像素I 具有開口部2和遮光部3。子像素I形成為具有邊的長度為I : 3(短邊長邊)的比例的長方形(矩形形狀)，由在第I方向上并列設置了 3個該子像素I的組形成了像素。在該顯示部100的各像素中，在3個子像素上分別設置了彩色濾色片，以顯示R(紅)、G(綠)、 B(藍)。從背光源(未圖示)射出的光線通過經由該開口部2，成為其顏色被確定為RGB中的某一個的光線，被照射到顯示部的前方，通過經過光線控制元件5，從而成為光線，顯示三維圖像。在圖I中，用虛線15表示光線控制元件5的棱線。子像素I具有射出光線的開口部2以及圍繞該開口部2而遮擋光線的遮光部(相當于所謂黑條紋)3。
如背景技術中的說明的那樣，在光線控制元件5的排列方向和子像素I的開口排列的方向大致一致的構造中，根據觀察角經由光線控制元件5可觀察到的開口部2的比例發生變化，而有可能產生亮度變化(波紋)。即，伴隨角度的變化，亮度有可能顯著變化，圖 2示出這種情況。在光線控制元件5的排列方向和子像素I的開口排列的方向形成角度的構造中， 如背景技術中的說明的那樣，可以抑制亮度變化(波紋)，但其抑制也有界限為人們所明了。圖3示出這樣將光線控制元件5的棱線15和顯示部100的像素的垂直方向所成的角設定為arctan (1/3)的情況。通過這樣形成某個角度(η)，雖然經由光線控制元件5可觀察到的開口部的比例的變動被抑制，但如圖4所示，還殘留亮度變化(來自各子像素的亮度之和)。再進一步考察時，子像素I是邊的長度為I : 3的長方形，光線控制元件5的傾斜將其棱線15和顯示部的像素的垂直方向所成的角設定為arctan(l/3)，所以在圖3所示的第I至第3像素行中，亮度變化的相位一致。從以上的結果可知，將光線控制元件傾斜可以起到抑制亮度不均(波紋)的效果， 但僅據此無法完全消除波紋。根據研究，需要針對每個像素行使相位錯開(消除經由光線控制元件可觀察到的位置的周期性)。在將光線控制元件的棱線15和顯示部的像素的垂直方向所成的角設為arctan(l/n)的情況下，對于周期性，在η是整數值時最高，可以通過使η成為非整數值來降低。例如，以下示出整數值以及非整數的情況。在以下的說明中，式
(n+b/a)中的n、a以及b是整數，a < bo在以下的例不中，a是2、3、4、5。
η =整數值
(n+b/a)=整數值+1/2
(n+b/a)=整數值+1/3
(n+b/a)=整數值+1/4
(n+b/a)=整數值+1/5
…
另一方面，作為n是整數值(b/a = 0)時的優點，可以舉出有三維圖像顯示用圖
像信息的制作負荷低、畫質高。為了生成三維圖像顯示用的圖像，首先準備從不同的角度攝影得到的多視點圖像并將其按照像素單位進行分解，對光線控制元件的背面的子像素群進行布局以使得能夠觀察到與觀察角度對應的像素信息。如果多視點圖像和隔著光線控制元件觀察的像素的采樣點一致，則效率最佳，但包括多視點圖像在內的一般的圖像的格式，垂直和垂直的采樣方向正交，并且采樣間隔相等，相對于此，在使光線控制元件傾斜了的情況下，產生采樣位置的不一致。因此，追加根據光線控制元件的采樣位置對多視點圖像重新進行采樣的圖像處理過程。其導致三維圖像顯示用圖像信息的制作負荷增加，并且引起畫質降低。即使像那樣的情況中，在使η成為整數值的情況下，周期性地生成采樣一致的部分。 即，周期性高還意味著抑制畫質降低。最后，對像素信息彼此的串擾進行說明。在圖5(a) 圖8(a)中分別示出光線控制元件的棱線15和顯示部的像素的垂直方向所成的角被分別設定為arctan(l/4)、 arctan(1/5)、arctan(1/6)、arctan(1/7)的情況下的、經由光線控制元件5可觀察到的開口部的比例的變化。在圖2中，根據觀察角的變化所能觀察到的像素信息被完全分離。其意味著向三維圖像的側面的切換不連續。即，通過使光線控制元件5傾斜，可以連續地切換鄰接的像素的信息(視差信息)，所以可以提供根據觀察角平滑地切換為側面的圖像的三維圖像。但是，如果使其角度過于傾斜，則例如如圖8所示，夾著一個而鄰接的視差圖像彼此也發生混入，本次視差的分離變得不完全。其也帶來三維圖像的畫質降低。綜上以上的分析以及研究，伴隨視差屏障的傾斜的采樣的周期性、與波紋的消除性、畫質、圖像處理負荷的關系如以下的表I所示。在該表I中，記述了關于波紋的實際的觀察方法。表I
權利要求
1.一種三維影像顯示裝置，其特征在于，具備沿著第I方向和與第I方向正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部；以及與所述顯示部相對地設置的光線控制元件，該光線控制元件具備在所述第2方向上大致直線狀地延伸且在所述第I方向上排列的多個光學的開口部，所述光學的開口部的延長方向和所述第I方向所成的角在arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范圍、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第 2 范圍以及 arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的第3范圍中的某一個范圍內選定。
2.根據權利要求I所述的三維影像顯示裝置，其特征在于，所述光學的開口部的延長方向和所述第I方向所成的角被選定為大致 arctan (5+1/4) > arctan (5+3/4)以及 arctan (6+1/4)中的某一個。
3.根據權利要求I所述的三維影像顯示裝置，其特征在于，所述光學的開口部的延長方向和所述第I方向所成的角被選定為大致 arctan (5+1/3) > arctan (5+2/3)以及 arctan (6+1/3)中的某一個。
4.一種三維影像顯示裝置，其特征在于，具備沿著第I方向和與第I方向正交的第2方向矩陣狀地排列了子像素的顯示部；以及和與所述顯示部相對地設置的光線控制元件，該光線控制元件具備在所述第2方向上大致直線狀地延伸且在所述第I方向上排列的多個光學的開口部，所述三維影像顯示裝置使將開口部假設為無限小的情況下的光線的亮度變化的周期與實際的開口寬度大致一致。
全文摘要
在大致垂直方向上設置了光線控制元件的三維影像顯示裝置中，與矩陣狀地排列了子像素的顯示部相對地，設置具備沿著大致垂直方向延長且在水平方向上周期性地設置的多個光學的開口部的光線控制元件。該光學性的開口部的延長方向和上述第1方向所成的角在arctan(5+1/5)至arctan(5+2/5)的范圍、或者arctan(5+3/5)至arctan(5+4/5)的范圍、或者arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的范圍中的某一個范圍內設定。在該顯示裝置中，抑制波紋、畫質降低以及圖像處理負荷增大，并且通過適度的串擾實現平滑的運動視差。
文檔編號G02B27/22GK102595175SQ20121000787
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年1月13日
發明者平山雄三, 福島理恵子 申請人:株式會社東芝