(57)【要約】【課題】導光板を用いた液晶ディスプレイを用い、立体像を表示させる。また、立体像と高精細な平面画像を表示再生するディスプレイ装置を実現する。【解決手段】半透過型液晶ディスプレイの一方にピンホールアレイ板を配置し、立体画像を形成する視差画像群をディスプレイに表示させて、ピンホールアレイ側に立体画像を表示し、他方からは液晶ディスプレイを直接見られるようにし、通常の平面画像を表示する。【選択図】　図１
2004101589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイと、
前記液晶ディスプレイ上に設けられた導光板と、
前記導光板に離間して設けられたアレイ板とを備え、
前記導光板上に形成された周期構造のピッチと前記アレイ板に形成されたピンホールのピッチとが一致していることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記液晶ディスプレイは第１主面及び第２主面を備える半透過型であり、
前記導光板は前記第１主面上に設けられ、
前記第２主面を直視できることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
さらに、前記第２主面上にも導光板が設けられていることを特徴とする請求項２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記導光板上に形成された周期構造の稜線方向が水平方向であることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
蓋部の両面から見ることができるように、請求項１記載のディスプレイ装置を前記蓋部にはめ込んだことを特徴とする開閉式端末機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面画像や立体像を再生するディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体表示の可能なディスプレイ装置は、アミューズメント、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バーチャルリアリティ、広告看板など様々な分野で利用されることが想定されており、日々研究開発が進められている。
【０００３】
立体表示を可能にする方法の１つとして、右目用および左目用の平面画像をディスプレイに表示するステレオスコープ方式やインテグラルフォトグラフィ法がある。
【０００４】
インテグラルフォトグラフィ法は、多数の視差画像を用いて立体像を構築し再生する方法があり、例えば、特許文献１等に記載がある。
【０００５】
インテグラルフォトグラフィ法という用語は、立体像表示方法としての厳密な意味が正確には確立されていないが、光線再生法とほぼ同一の原理に基づいている。以下の説明においては、概念的に光線再生法をも含むものの総称として、インテグラルフォトグラフィ法という用語を用いる。光線再生法の例としては、ピンホールアレイ板を用いる方法がある。
【０００６】
図７は、このインテグラルフォトグラフィ法を応用した立体画像再生装置の従来例を横から見た図である。同図に示すように、液晶ディスプレイ等からなる表示装置７０２と、２次元配列されたピンホールを有するアレイ板７０１とから構成された簡単な光学系により、自然な立体像を再生できるというものである。
【０００７】
表示装置７０２上に、多数のパターン（多視点画像という）をピンホールの一つ一つに対応して表示する。この多視点画像は、角度によって微妙に見え方の違う視差画像群を構成する。多視点画像から発せられた光が、対応するピンホールを通過した後、集光されることによって、アレイ板７０１の前面に空間３次元領域を有する実像７０４が形成される。これが、インテグラルフォトグラフィ法による立体像の表示原理である。このようにインテグラルフォトグラフィ法は、簡単な構成で自然な立体像を形成することができる。また、インテグラルフォトグラフィ法では、偏光めがねが不要であり、空間３次元領域相当の立体像を再生しているので、観察者が観察方向を変えると、それに応じて、観察者に見える立体像も変化する。したがって、ステレオスコープ方式による立体視よりも現実感のある立体像を再生できる。
【０００８】
再生された立体像の各点から発する光線の量、すなわち視差情報量は、各ピンホールに対応した多視点画像の量で決まる。すなわち、多視点画像を増やすことで自然な運動視差が得られる。また、ピンホール数はすなわち立体像の平面画素数を意味する。高精細でかつ自然な運動視差を有する立体像を再生するためには、画像表示素子として高精細ディスプレイが必要となる。このような画像表示素子として、近年、高精細化が著しい液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が用いられている。
【０００９】
また、これまでにハードウェアに何らかの変更を加えて３次元画像と２次元画像を切り換える方式が提案されている。例えば、非特許文献１の「平面表示との両立が可能な立体視ディスプレイとその性能評価」には複数の方法が述べられている。なかでも反転式（６７ページ）は液晶ディスプレイの両面を利用して一面を３次元表示用に、その反対側の面を２次元表示用に用いることで画面本来の画質を完全に再現できるものとされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−５６４５０公報
【００１１】
【非特許文献１】
３次元画像コンファレンス２００２講演論文集　２００２年７月４・５日　６５〜６８ページ
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＣＤを用いた場合、各ピンホールから十分な光量を射出するためには、光源を設ける必要がある。そこで、ＬＣＤの全面にバックライトを設ける手法もあるが、ＬＣＤ端部に光源を設け、導光板により光源の光をＬＣＤ全面に導く方法もある。
【００１３】
３次元画像を再生させるためのピンホールと画素との位置の関係は厳密に定められており、これらの間に導光板を単純に挟み込んだだけでは光が散乱して画像が歪むため良好な３次元画像を再生できなかった。
【００１４】
また、立体像を表示する際にはその細部を表示するのが目的であることは少なく、解像度劣化が必ずしも問題とならないが、このような装置を用いて平面画像、例えば、文字列を表示する際には本来の解像度より大きく劣化しており、問題となっていた。
【００１５】
一般に、立体像再生のための表示においては、非立体像表示の場合に比べて解像度が低下する。例えばＸＧＡ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ａｒｒａｙ：画素数；１０２４×７６８、画素ピッチ；１５０μｍ）方式のＬＣＤを３次元映像再生装置に適用した場合、ピンホールひとつ当たりの水平方向の光線数を１０本とすると、立体画像再生装置としては水平方向の画素数が１０２、画素ピッチが１．５ｍｍと粗いものになってしまう。
【００１６】
そのため、３次元画像と２次元画像を表示できるディスプレイが求められていたが、具体的な解決策がなかった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、液晶ディスプレイと、前記液晶ディスプレイ上に設けられた導光板と、前記導光板に離間して設けられたアレイ板とを備え、前記導光板上に形成された周期構造のピッチと前記アレイ板に形成されたピンホールのピッチとが一致していることを特徴とするディスプレイ装置を提供する。
【００１８】
ここで、前記液晶ディスプレイは第１主面及び第２主面を備える半透過型であり、前記導光板は前記第１主面上に設けられ、前記第２主面を直視できるようにしても良い。
【００１９】
さらに、前記第２主面上にも導光板が設けられていてもよい。
【００２０】
また、前記導光板上に形成された周期構造の稜線方向が水平方向であってもよい。
【００２１】
蓋部の両面から見ることができるように、上述のディスプレイ装置を前記蓋部にはめ込んだことを特徴とする開閉式端末機器を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るディスプレイ装置を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態のディスプレイ装置を横から見た図である。本実施形態の立体画像表示装置は、半透過型液晶ディスプレイ１０３を中心に備える。
【００２４】
この液晶ディスプレイ１０３は、ＲＧＢ３原色のサブピクセルがマトリクス平面状に配置されたカラー液晶表示画面を有する。この液晶ディスプレイ１０３は駆動装置より電気的に駆動され、平面画像を表示したり、各画素に視差情報を表示したりすることができる。
【００２５】
この液晶ディスプレイ１０３の左側には、フロントライト導光板１０２が配置され、さらに、導光板１０２の左側には２次元配列されたピンホールを有するアレイ板１０１が配置されている。アレイ板１０１の右側の裏面、即ち液晶ディスプレイ１０３側は反射板となるようにしておくと、光を有効利用することが出来るので良い。
【００２６】
一方、液晶ディスプレイ１０３の右側は開放されており、右側からは直接液晶ディスプレイ１０３を見ることができる。
【００２７】
導光板１０２は、エッジ部から光源の光１０４を液晶ディスプレイ１０３に入射する。液晶ディスプレイ１０３に入射された光は、一部は反射して、図面左側のアレイ板１０１へ射出され、また、一部は液晶ディスプレイ１０３を透過して、図面右側へ射出される。即ち、図面右側から液晶ディスプレイ１０３を見たときには、液晶ディスプレイ１０３のバックライトとして機能する。
【００２８】
光源としては蛍光管の他、切り換えの容易な発光ダイオードを用いることが出来る。
【００２９】
図２に示すように、最も一般に使用される導光板１０２は、表面に光を導くための周期構造４０１、４０２を持っている。例えば、光１０４が導光板１０２の横方向から入射すると、急表面４０２で反射され、平表面４０３へ導かれ、液晶ディスプレイ１０３へと射出する。このようなのこぎり形状の表面により、横方向から入射した光１０４が、導光板１０２全体に広がり、平表面４０３から射出する。
【００３０】
一旦、液晶ディスプレイ１０３に入射した光は、液晶ディスプレイ１０３上の表示画像に応じて反射され、再度導光板１０２に戻る。
【００３１】
この平表面４０３から入射した光は、導光板１０２の影響を受けることなく、アレイ板１０１へ射出される。このため、アレイ板１０１上のピンホール１０１１の位置を導光板１０２の緩斜面４０１と位置合わせする。例えば緩表面部領域の長さを２００ミクロンとし、急平面領域の長さを４０ミクロンとしてピンホールを緩平面領域の中央付近に位置するようにピッチを合わせる。
【００３２】
このような構成にすることにより、液晶ディスプレイ１０３上に表示された多視点画像を歪めることなくアレイ板１０１へ射出することができ、良好な立体像を表示できる。
【００３３】
なお、緩表面４０１と急表面４０２が画面縦に連なり、即ち、緩表面４０１と急表面４０２が形成する稜線４０４及び谷線４０５は画面水平方向に延びるようにしたほうがより良い。これは、日常、人間が水平方向への移動を多く行うことから、立体像を表示したときに、水平方向の移動に、より滑らかに追随するようにするのが好ましいからである。ただし、光源の位置は画面の上下方向に設ければよく、入射光１０４は上下いずれから入れても良い。
【００３４】
次に、本実施形態の立体表示装置を用いて立体像を表示する方法を説明する。この立体像表示方法自体は、従来のインテグラルフォトグラフィ法と同様であり、ここでは簡単に説明する。
【００３５】
液晶ディスプレイ１０３上に、多視点画像をアレイ板１０１上のピンホール一つ一つに対応して表示する。この多視点画像は、角度によって微妙に見え方の違う視差画像群である。
【００３６】
この多視点画像から発せられた光が、対応するピンホールを通過した後、集光されることによって、アレイ板１０１の前面に空間３次元領域を有する像１０５が形成される。
【００３７】
このようにインテグラルフォトグラフィ法は、簡単な構成で自然な立体像を形成することができる。また、インテグラルフォトグラフィ法では、偏光めがねが不要であり、空間３次元領域相当の立体像を再生しているので、観察者１０６が観察方向を変えると、それに応じて、観察者に見える立体像も変化する。
【００３８】
一方、導光板１０２から、図１右側に射出される光は、液晶ディスプレイ１０３を透過して、右側の観察者に届く。右側には液晶ディスプレイ１０３が露出しているので、通常の２次元の画像を見ることができる。そのため右側の観察者１０７からは精細な平面画像が観測できる。
【００３９】
液晶ディスプレイ１０３は、駆動回路により、３次元像のための多視点画像も通常の２次元画像も表示できるが、観察者がどちら側から見ているかによって、選択的に３次元用画像か２次元画像を表示する。
【００４０】
なお、アレイ板１０１とフロントライト導光板１０２は一体形成してもよい。また半透過型液晶ディスプレイ１０３の透過率は適宜設定できる。例えば３次元画像は２次元画像より一般に暗くなりやすいため透過率を低めに、すなわち反射率を高めに設定すると良い。
【００４１】
以上では、液晶ディスプレイ１０３を両面から見る構成を基にして説明したが、３次元画像の再生のためには、液晶ディスプレイ１０３、導光板１０２、アレイ板１０１の構成があればよく、３次元画像のみを再生するのであれば、液晶ディスプレイ１０３は半透過型である必要は無い。例えば、図１で、導光板１０２の反対側に反射板を設け、液晶ディスプレイ１０３を直視できない構成であっても良い。
（第２実施形態）
図３を参照しながら、本実施形態の説明をする。本実施形態が、第１実施形態と異なる点はフロントライト導光板と半透過型液晶ディスプレイとの位置関係にある。
【００４２】
図３は、本実施形態に係るディスプレイ装置を横から見た図であるが、図１共通する部分については、同じ引用符号を用い、その説明を省略する。
【００４３】
液晶ディスプレイ装置１０３の両面に導光板３０１、３０３および導光板に光を入射させるための光源を設けている。
【００４４】
右側の導光板３０３に光３０５を入射させると、左側に光が進み、左側の観察者１０６には立体像１０５が観察される。このとき、左側導光板３０１には光３０４が入射されていても、いなくても良いが、消費電力を抑えるため、光３０４は消しておく。
【００４５】
また左側の導光板３０１に光３０４を入射させると、右側に光が進み、右側の観察者１０７には平面画像が観察される。このとき、右側導光板３０３には光３０５が入射されていても、いなくても良いが、消費電力を抑えるため、光３０５は消しておく。
【００４６】
この場合も、立体画像、平面画像とも良好な画像が得られる。
（第３実施形態）
さらに、図４を参照しながら変形例を説明する。
【００４７】
本実施形態は、ピンホールを設けたアレイ板１０１の代わりに、スリット５０４を設けたスリットアレイ板５０３を使用する。
【００４８】
図４は、本変形例に係る導光板１０２とアレイ板５０３の関係図である。なお、図３と共通する部分については、同じ引用符号を付与し、その説明を省略する。
【００４９】
本実施形態において使用する導光板１０２は、緩表面４０１と急表面４０２が成す稜線４０４及び谷線４０５が画面水平方向に延びるように配置されている。
【００５０】
一方、スリット５０４は、画面鉛直方向に延びるように設けられ、稜線４０４とは直交する。
【００５１】
このように配置することにより、立体視に重要な水平方向への光線が散乱されることがなく、良好な立体像が再生される。
（第４実施形態）
図５を参照しながら、本実施形態の説明をする。本実施形態が、第１実施形態と異なる点はフロントライト導光板と半透過型液晶ディスプレイとの位置関係にある。
【００５２】
図５は、本実施形態に係るディスプレイ装置を横から見た図であるが、図１共通する部分については、同じ引用符号を用い、その説明を省略する。
【００５３】
液晶ディスプレイ１０３の右側にフロントライト導光板１０２が配置されており、エッジ部から光源の光１０４を入射する構成になっている。フロントライト導光板に入射した光の一部は左側に進み液晶ディスプレイのバックライトとして機能する。そのため左の観察者１０６からは立体像１０５が観測できる。半透過型液晶ディスプレイ１０３に入射した光の一部は内部の反射板により右側に反射する。すなわち、右側の観測者１０７には精細な平面画像が観察される。この構成では日光や照明などの外部光も有効に活用することができる。
（第５実施形態）
図６を参照しながら、本願の第５実施形態の説明をする。
【００５４】
本実施形態は、ディスプレイ装置６０１を端末機器６０３に用いた場合である。開閉式端末機器６０３の蓋の表側に三次元画像表示し、蓋の裏側に平面画像を表示するようにディスプレイを設ける。
【００５５】
図６は、本実施形態に係る開閉式端末機器の概略図であり、図６（Ａ）は蓋を閉めた状態を、図６（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。
【００５６】
開閉式端末機器６０３の蓋内に、第１実施形態のようなディスプレイ６０１を蓋の外側からも内側からも見ることができるようにはめ込む。ここで、端末機器６０３は、通常蓋を閉めた状態（図６（Ａ））で保管・携帯し、端末を使用時には蓋を開けて使用する（図６（Ｂ））。
【００５７】
本実施形態においては、蓋を閉めた状態でディスプレイ６０１上にロゴ６０２等の立体像を表示することができる。例えば、自動実行のソフトを走らせておいて、蓋を閉めて、立体像を見せることが可能である。
【００５８】
また、蓋を開けた状態で使用するときは、ディスプレイ６０１上に２次元の画像を表示させることにより、通常の携帯端末としての機能を発揮させることが可能である。
【００５９】
さらに、蓋の開閉状態を知るスイッチを設け、蓋がしまっているときには外側の表示が行われ、蓋が開いているときには内側の表示が行われるようにすることができる。また画像データに２次元画像か３次元用画像かの識別符号を入れておき、この識別符号を読み取ってその符号により外側に表示するか内側に表示するかを切り換えることもできる。この他、蓋部を水平回転して、内側に立体表示が可能にするようにすることも考えられる。
【００６０】
本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。例えば、実施例ではスリットやピンホールなどの開口を用いて説明したが、これらの代わりにレンチキュラーレンズやマイクロレンズを用いてもよい。
【００６１】
また、表示デバイスとして上述した液晶ディスプレイの他に、半透過型のＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：エレクトロルミネセンス）ディスプレイを用いることも出来る。
【００６２】
さらに、観察者の位置を検出し、位置に応じて自動的に表示すべき画像を平面にしたり立体にしたり切り替えることも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カラー液晶ディスプレイ等を用いて立体像が再生可能であり、しかも平面画像を表示する際に解像度劣化を生じることのないディスプレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す図
【図２】
導光板の構成を説明する図
【図３】
本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す図
【図４】
本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す図
【図５】
本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す図
【図６】
本発明の第５実施形態に係る開閉式端末機器の概略図
【図７】
従来の立体画像再生装置を説明するための図
【符号の説明】
１０１…開口アレイ板
１０２…フロントライト導光板
１０３…半透過型液晶ディスプレイ
１０４…光源からの光
１０５…再生された三次元実像
３０１…導光板
３０３…導光板
３０４…光源からの光
３０５…光源からの光
４０１…周期的緩表面
４０２…周期的急平面
４０３…平表面
４０４…稜線
４０５…谷線
５０３…スリットアレイ板
５０４…スリット
６０１…ディスプレイ装置
６０２…ロゴの立体像
６０３…端末機器
７０１…ピンホールを有するアレイ板
７０２…表示装置
７０４…三次元実像
【図１】
2004101589.tif 000003
【図２】
2004101589.tif 000004
【図３】
2004101589.tif 000005
【図４】
2004101589.tif 000006
【図５】
2004101589.tif 000007
【図６】
2004101589.tif 000008
【図７】
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