专利名称：三维影像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及显示三维影像的三维影像显示装置(这里描述的实施方式一般地涉及显示三维影像的三维影像显示装置)。
背景技术：
关于可以显示活动图像的三维影像显示装置、所谓三维显示器，有各种各样的方式已广为人知。近年来，特别是平板类型并且不需要专用眼镜等的方式强烈地为人们所期待。作为该不需要专用眼镜的类型的三维影像显示装置之一，已知有如下方式如直视型或者投影型的液晶显示装置或者等离子体显示装置等那样在像素位置被固定的显示面板 (显示装置)跟前设置光线控制元件，控制来自显示面板的光线而使其朝向观察者。此处，光线控制元件具有即使观察光线控制元件上的同一位置，由于所观察的角度而能够观察到不同的影像那样的功能。具体而言，在仅提供左右视差(水平视差)的情况下，使用狭缝(视差屏障)或者双凸状薄片(柱透镜阵列)作为光线控制元件，在还包括上下视差(垂直视差)的情况下，使用针孔阵列或者透镜阵列作为光线控制元件。使用光线控制元件的方式被进一步分类成2眼式、多眼式、超多眼式(多眼式的超多眼条件)、积分成像(以下，还称为II)式。在2眼式中，根据两眼视差实现立体视觉，但多眼式以后的三维影像不同程度上伴有运动视差，所以与2眼式的立体影像相区分而被称为三维影像。用于显示这些三维影像的基本原理与在100年左右前发明并应用于三维照相的积分摄影(IP)的原理实质上相同。在这些方式中，II方式的特征在于，视点位置的自由度高，且容易实现立体视觉。 在仅有水平视差而没有垂直视差的一维II方式中，如SID04 Digest 1438的记载那样，分辨率高的显示装置也能比较容易地实现。相对于此，在2眼方式或者多眼方式中，由于限定了可以实现立体视觉的视点位置，所以相比于一维II式，更易于提高分辨率，可以仅通过从视点位置取得的图像生成三维图像，所以用于制成影像的负荷也变低，但由于视点位置受限，所以存在不易观察这样的问题。在使用了这样的视差屏障的直视型裸眼三维显示装置中，由于视差屏障的I个方向的周期构造和将在平面显示装置中设置成矩阵状的像素隔开的非显示部、或者像素的彩色排列的水平方向(第I方向)的周期构造光学上干涉，从而产生波纹或者彩色波纹这样的问题。作为其对策，在美国专利第6064424号已知有使提供光线控制元件的周期性的方向相对提供像素的周期性的方向形成某一角度的方式、也就是使视差屏障倾斜的方法。但是，仅通过使视差屏障倾斜，波纹无法完全消除，所以在日本特开2005-86414中还提出了追加扩散分量来消除波纹的方法。但是，在该方法中，视差信息的分离恶化，所以无法回避画质降低。如上所述，在组合了周期性被限定于I个方向的光线控制元件和像素设置成矩阵状的平面显示装置的以往的三维影像显示装置中，光线控制元件的周期性和平面显示装置的第I方向的周期性相互干涉而产生亮度不均(波纹)。作为消除波纹的方法，有在光线控制元件的周期性的方向与像素的周期性的方向之间形成角度、即使光线控制元件倾斜的方法。但是，即使在该方法中，通过倾斜，波纹也无法被完全消除。
发明内容
实施方式涉及的三维影像显示装置，其特征在于，具备沿着第I方向和与第I方向正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部；以及与所述显示部相对地设置的光线控制元件，该光线控制元件具备在所述第2方向上大致直线状地延伸且在所述第I方向上排列的多个光学的开口部，所述光学的开口部的延长方向和所述第I方向所成的角在 arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范围、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第 2 范围以及arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的第3范围中的某一个范围内选定。实施方式涉及的三维影像显示装置，其特征在于，具备沿着第I方向和与第I方向正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部；以及和与所述显示部相对地设置的光线控制元件，该光线控制元件具备在所述第2方向上大致直线状地延伸且在所述第I方向上排列的多个光学的开口部，所述三维影像显示装置使将开口部假设为无限小的情况下的光线的亮度变化的周期与实际的开口宽度大致一致。
图I是将显示构成三维影像显示装置的平面图像的显示部的一部分放大，并且在视差屏障的方向和像素的垂直的排列方向一致的状态下的说明图。图2是示出在图I中尝试改变观察角度时亮度变化的示意图。图3是将显示构成三维影像显示装置的平面图像的显示部的一部分放大，并且光线控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角为arctan(l/3)的状态的说明图。图4是示出在图3中尝试改变观察角度时亮度变化的示意图。图5是光线控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角为arctan (1/4)的状态的说明图和示出亮度变化的示意图。图6是光线控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角为arctan(l/5)的状态的说明图和示出亮度变化的示意图。图7是光线控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角为arctan(l/6)的状态的说明图和示出亮度变化的示意图。图8是光线控制元件的方向和像素的垂直的排列方向所成的角为arctan (1/7)的状态的说明图和示出亮度变化的示意图。图9是示出实施方式涉及的η的值与波纹的产生状况之间的关系的说明图。图10是概略地示出实施方式的三维影像显示装置的构造的透视图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明实施方式涉及的三维影像显示装置。根据该实施方式，提供一种三维影像显示装置，该三维影像显示装置具备沿着第I 方向和与其正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部、以及与上述显示部相对地设置且具备在上述第2方向上大致直线状地延伸且在上述第I方向上排列的多个光学的开口部的光线控制元件。在该三维影像显示装置中，上述光学的开口部的延长方向和上述第I方向所成的角是在 arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范围、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第2范围以及arctan (6+1/5)至arctan (6+2/5)的第3范围中的某一个范围内选定的。另外，根据实施方式，提供一种三维影像显示装置，该三维影像显示装置具备沿着第I方向和与其正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部、和与上述显示部相对地设置且具备在上述第2方向上大致直线状延伸且在上述第I方向上排列的多个光学的开口部的光线控制元件。在该实施方式中，将开口部假设为无限小的情况下的光线的亮度变化的周期和实际的开口宽度大致一致。图10示出涉及上述一个实施方式的三维影像显示装置。该三维影像显示装置涉及所谓II (积分成像)方式，为了观察涉及II方式的三维影像而具备显示二维图像的二维图像显示装置(所谓二维图像显示面板)100。在该二维图像显示装置100的前面，配置了作为光线控制元件5的视差产生用透镜阵列(柱透镜阵列)，通过该光线控制元件(遮光屏障或者视差屏障)5控制来自二维图像显示装置100的光线而使其朝向观察者(未图示)。 通过观察者裸眼视觉辨认用该光线控制元件5选择出的光线，可以在该三维影像显示装置的前方(或者背面)观察三维影像。此处，二维图像显示装置100显示由用于显示三维影像的要素图像构成的二维影像，矩阵状地配置分配了该二维影像的子像素并且具备显示面板。二维图像显示装置100 只要是具备这样的显示面板的装置，则也可以由直视型或者投影型的液晶显示装置或者等离子体显示装置、或者电场放出型显示装置或者有机EL显示装置等构成。另外，光线控制元件5由沿着大致水平方向(大致第I方向)具有周期性地配置，且沿着大致垂直方向(大致第2方向)延出的狭缝或者双凸透镜阵列(柱透镜阵列)构成。在这样的三维影像显示装置中，将沿着大致水平方向(大致第I方向)提供了视差的要素图像显示于二维图像显示装置100中，通过在大致水平方向(大致第I方向)上排列的光线控制元件5控制来自该要素图像的光线，而使得用于生成三维影像的光线从光线控制元件5朝向观察侧射出。图I是将一个实施方式涉及的三维影像显示装置中的显示平面图像的显示部(显示面板)100的像素放大而概略地示出的放大图。显示部100由沿着水平以及垂直方向矩阵状地排列的子像素I构成，该子像素I 具有开口部2和遮光部3。子像素I形成为具有边的长度为I : 3(短边长边)的比例的长方形(矩形形状)，由在第I方向上并列设置了 3个该子像素I的组形成了像素。在该显示部100的各像素中，在3个子像素上分别设置了彩色滤色片，以显示R(红)、G(绿)、 B(蓝)。从背光源(未图示)射出的光线通过经由该开口部2，成为其颜色被确定为RGB中的某一个的光线，被照射到显示部的前方，通过经过光线控制元件5，从而成为光线，显示三维图像。在图I中，用虚线15表示光线控制元件5的棱线。子像素I具有射出光线的开口部2以及围绕该开口部2而遮挡光线的遮光部(相当于所谓黑条纹)3。
如背景技术中的说明的那样，在光线控制元件5的排列方向和子像素I的开口排列的方向大致一致的构造中，根据观察角经由光线控制元件5可观察到的开口部2的比例发生变化，而有可能产生亮度变化(波纹)。即，伴随角度的变化，亮度有可能显著变化，图 2示出这种情况。在光线控制元件5的排列方向和子像素I的开口排列的方向形成角度的构造中， 如背景技术中的说明的那样，可以抑制亮度变化(波纹)，但其抑制也有界限为人们所明了。图3示出这样将光线控制元件5的棱线15和显示部100的像素的垂直方向所成的角设定为arctan (1/3)的情况。通过这样形成某个角度(η)，虽然经由光线控制元件5可观察到的开口部的比例的变动被抑制，但如图4所示，还残留亮度变化(来自各子像素的亮度之和)。再进一步考察时，子像素I是边的长度为I : 3的长方形，光线控制元件5的倾斜将其棱线15和显示部的像素的垂直方向所成的角设定为arctan(l/3)，所以在图3所示的第I至第3像素行中，亮度变化的相位一致。从以上的结果可知，将光线控制元件倾斜可以起到抑制亮度不均(波纹)的效果， 但仅据此无法完全消除波纹。根据研究，需要针对每个像素行使相位错开(消除经由光线控制元件可观察到的位置的周期性)。在将光线控制元件的棱线15和显示部的像素的垂直方向所成的角设为arctan(l/n)的情况下，对于周期性，在η是整数值时最高，可以通过使η成为非整数值来降低。例如，以下示出整数值以及非整数的情况。在以下的说明中，式
(n+b/a)中的n、a以及b是整数，a < bo在以下的例不中，a是2、3、4、5。
η =整数值
(n+b/a)=整数值+1/2
(n+b/a)=整数值+1/3
(n+b/a)=整数值+1/4
(n+b/a)=整数值+1/5
…
另一方面，作为n是整数值(b/a = 0)时的优点，可以举出有三维图像显示用图
像信息的制作负荷低、画质高。为了生成三维图像显示用的图像，首先准备从不同的角度摄影得到的多视点图像并将其按照像素单位进行分解，对光线控制元件的背面的子像素群进行布局以使得能够观察到与观察角度对应的像素信息。如果多视点图像和隔着光线控制元件观察的像素的采样点一致，则效率最佳，但包括多视点图像在内的一般的图像的格式，垂直和垂直的采样方向正交，并且采样间隔相等，相对于此，在使光线控制元件倾斜了的情况下，产生采样位置的不一致。因此，追加根据光线控制元件的采样位置对多视点图像重新进行采样的图像处理过程。其导致三维图像显示用图像信息的制作负荷增加，并且引起画质降低。即使像那样的情况中，在使η成为整数值的情况下，周期性地生成采样一致的部分。 即，周期性高还意味着抑制画质降低。最后，对像素信息彼此的串扰进行说明。在图5(a) 图8(a)中分别示出光线控制元件的棱线15和显示部的像素的垂直方向所成的角被分别设定为arctan(l/4)、 arctan(1/5)、arctan(1/6)、arctan(1/7)的情况下的、经由光线控制元件5可观察到的开口部的比例的变化。在图2中，根据观察角的变化所能观察到的像素信息被完全分离。其意味着向三维图像的侧面的切换不连续。即，通过使光线控制元件5倾斜，可以连续地切换邻接的像素的信息(视差信息)，所以可以提供根据观察角平滑地切换为侧面的图像的三维图像。但是，如果使其角度过于倾斜，则例如如图8所示，夹着一个而邻接的视差图像彼此也发生混入，本次视差的分离变得不完全。其也带来三维图像的画质降低。综上以上的分析以及研究，伴随视差屏障的倾斜的采样的周期性、与波纹的消除性、画质、图像处理负荷的关系如以下的表I所示。在该表I中，记述了关于波纹的实际的观察方法。表I
权利要求
1.一种三维影像显示装置，其特征在于，具备沿着第I方向和与第I方向正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部；以及与所述显示部相对地设置的光线控制元件，该光线控制元件具备在所述第2方向上大致直线状地延伸且在所述第I方向上排列的多个光学的开口部，所述光学的开口部的延长方向和所述第I方向所成的角在arctan (5+1/5)至 arctan (5+2/5)的第 I 范围、arctan (5+3/5)至 arctan (5+4/5)的第 2 范围以及 arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的第3范围中的某一个范围内选定。
2.根据权利要求I所述的三维影像显示装置，其特征在于，所述光学的开口部的延长方向和所述第I方向所成的角被选定为大致 arctan (5+1/4) > arctan (5+3/4)以及 arctan (6+1/4)中的某一个。
3.根据权利要求I所述的三维影像显示装置，其特征在于，所述光学的开口部的延长方向和所述第I方向所成的角被选定为大致 arctan (5+1/3) > arctan (5+2/3)以及 arctan (6+1/3)中的某一个。
4.一种三维影像显示装置，其特征在于，具备沿着第I方向和与第I方向正交的第2方向矩阵状地排列了子像素的显示部；以及和与所述显示部相对地设置的光线控制元件，该光线控制元件具备在所述第2方向上大致直线状地延伸且在所述第I方向上排列的多个光学的开口部，所述三维影像显示装置使将开口部假设为无限小的情况下的光线的亮度变化的周期与实际的开口宽度大致一致。
全文摘要
在大致垂直方向上设置了光线控制元件的三维影像显示装置中，与矩阵状地排列了子像素的显示部相对地，设置具备沿着大致垂直方向延长且在水平方向上周期性地设置的多个光学的开口部的光线控制元件。该光学性的开口部的延长方向和上述第1方向所成的角在arctan(5+1/5)至arctan(5+2/5)的范围、或者arctan(5+3/5)至arctan(5+4/5)的范围、或者arctan(6+1/5)至arctan(6+2/5)的范围中的某一个范围内设定。在该显示装置中，抑制波纹、画质降低以及图像处理负荷增大，并且通过适度的串扰实现平滑的运动视差。
文档编号G02B27/22GK102595175SQ20121000787
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月13日
发明者平山雄三, 福岛理恵子 申请人:株式会社东芝