(57)【要約】    【課題】  反射表示において明るさが低下せず、表示品質が優れた画像表示装置及びそれを使用した携帯端末を提供する。【解決手段】  表示パネル２においては、１表示単位に左眼用の画像を表示する画素及び右眼用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置されている。レンチキュラレンズ３は、表示パネル２の前方に配置され表面に凸形状が繰り返し形成されていて前記各画素から出射した光を前記各表示単位内の前記左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ左右方向に振り分ける。反射板４は外光を前記表示パネルに向けて反射するが、この反射板の表面に凹凸形状４１が形成されている。そして、レンズの焦点距離ｆは反射板４の表面とレンズの頂点との間の距離ＨＲと異なる。【選択図】  図１
2004280079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈと異なることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第１視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈと異なることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１視点用の画像を表示する画素から前記第２視点用の画像を表示する画素へ向かう第１の方向における前記レンズの表面の凸部のピッチをＬとし、前記第１の方向における前記反射板の凹凸形状の最小ピッチをＶとするとき、前記レンズの焦点距離ｆ及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Ｈが下記数式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000034
【請求項５】
最適観察距離をＯＤとし、前記距離ＯＤにおける画素拡大投影幅をｅとし、前記レンズの屈折率をｎとし、表示素子の画素ピッチをＰとするとき、前記レンズの焦点距離ｆが下記数式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000035
【請求項６】
前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離Ｈ、及び表示素子の画素ピッチＰが下記数式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000036
【請求項７】
前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Ｈより大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記第１視点用の画像を表示する画素から前記第２視点用の画像を表示する画素へ向かう第１の方向における前記レンズの表面の凸部のピッチをＬとし、前記第１の方向における前記反射板の凹凸形状の最小ピッチをＶとするとき、前記レンズの焦点距離ｆ及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Ｈが下記数式を満たすことを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000037
【請求項９】
前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記レンズの焦点距離ｆ、及び表示素子の画素ピッチＰが下記数式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000038
【請求項１０】
前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Ｈ、及び表示素子の画素ピッチＰが下記数式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
2004280079.tif 000039
【請求項１１】
１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第１視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第２視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
前記凹凸形状の傾斜角が５０°以上であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記レンズがレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１６】
１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第一視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第二視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記各画素の一の領域に形成された前記凹凸形状の位相と、この画素の他の領域に形成された前記凹凸形状の位相とが、相互にずれていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記位相のずれが前記凹凸形状のピッチの半分であることを特徴とする請求項１７に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記シリンドリカルレンズの長手方向における前記凹凸形状のピッチが、前記シリンドリカルレンズの配列方向における前記凹凸形状のピッチより小さいことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記第１視点用の画像が左眼用画像であり、前記第２視点用の画像が前記左眼用画像に対して視差をもつ右眼用画像であり、立体画像を表示するものであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項２１】
前記表示装置が液晶表示装置であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の画像表示装置を有することを特徴とする携帯端末装置。
【請求項２３】
携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項２２に記載の携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等のレンズを使用し、複数の視点に向けて相互に異なる画像を表示することができる画像表示装置及びそれを使用した携帯端末装置に関し、特に反射表示において明るさの低下がなく、表示品質が優れた画像表示装置及びそれを使用した携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、立体画像を表示することができる表示装置の検討が行われている。紀元前２８０年にギリシャの数学者ユークリッドは「立体視とは、同一物体の異なる方向から眺めた別々の映像を左右両眼が同時に見ることによって得られる感覚である」と考察している（例えば、非特許文献１：増田千尋著「３次元ディスプレイ」産業図書株式会社）。即ち、立体画像表示装置の機能としては、左右両眼に視差のある画像を夫々提示することが必要となる。
【０００３】
この機能を具体的に実現する方法として、従来より多くの立体画像表示方式が検討されているが、これらは眼鏡を使用する方式と眼鏡を使用しない方式に大別することができる。このうち、眼鏡を使用する方式には、色の違いを利用したアナグリフ方式、及び偏光を利用した偏光眼鏡方式等があるが、本質的に眼鏡をかける煩わしさを避けることができないため、近年では眼鏡を使用しない眼鏡なし方式が盛んに検討されている。
【０００４】
眼鏡なし方式には、レンチキュラレンズ方式、パララックスバリア方式等がある。レンチキュラレンズ方式はＩｖｅｓ等により１９１０年頃に発明されたとされている。パララックスバリア方式は、１８９６年にＢｅｒｔｈｉｅｒが着想し、１９０３年にＩｖｅｓによって実証されたとされている。
【０００５】
レンチキュラレンズ方式は、例えば前述の非特許文献１に記載されているように、Ｉｖｅｓ等により１９１０年頃に発明された。図２２はレンチキュラレンズ１２１を示す斜視図であり、図２３はレンチキュラレンズを使用する立体表示方法を示す光学モデル図である。図２２に示すように、レンチキュラレンズ１２１は一方の面が平面となっており、他方の面には、一方向に延びるかまぼこ状の凸部（シリンドリカルレンズ）１２２が、その長手方向が相互に平行になるように複数個形成されている。
【０００６】
そして、図２３に示すように、観察者側から順に、レンチキュラレンズ１２１、表示パネル１０６、光源１０８が配置されており、レンチキュラレンズ１２１の焦点面に表示パネル１０６の画素が位置している。表示パネル１０６においては、右眼１４１用の画像を表示する画素１２３と左眼１４２用の画像を表示する画素１２４とが交互に配列されている。このとき、相互に隣接する画素１２３及び画素１２４からなる群は、レンチキュラレンズ１２１の各凸部１２２に対応している。これにより、光源１０８から出射し各画素を透過した光は、レンチキュラレンズ１２１の凸部１２２により左右の眼に向かう方向に振り分けられる。これにより、左右の眼に相互に異なる画像を認識させることが可能となり、観察者に立体画像を認識させることが可能になる。
【０００７】
一方、パララックスバリア方式は、１８９６年にＢｅｒｔｈｉｅｒが着想し、１９０３年にＩｖｅｓによって実証された。図２４は、パララックスバリアを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。図２４に示すように、パララックスバリア１０５は、細い縦縞状の多数の開口、即ち、スリット１０５ａが形成されたバリア（遮光板）である。そして、このパララックスバリア１０５の一方の表面の近傍には、表示パネル１０６が配置されている。表示パネル１０６においては、スリットの長手方向と直交する方向に右眼用画素１２３及び左眼用画素１２４が配列されている。また、パララックスバリア１０５の他方の表面の近傍、即ち、表示パネル１０６の反対側には、光源１０８が配置されている。
【０００８】
光源１０８から出射され、パララックスバリア１０５の開口（スリット１０５ａ）を通過し、右眼用画素１２３を透過した光は、光束１８１となる。同様に、光源１０８から出射され、スリット１０５ａを通過し、左眼用画素１２４を通過した光は光束１８２となる。このとき、立体画像の認識が可能となる観察者の位置は、パララックスバリア１０５と画素との位置関係により決定される。即ち、観察者の右眼１４１は、複数の右眼用画素１２３に対応する全ての光束１８１の通過域内にあり、且つ、観察者の左眼１４２は、全ての光束１８２の通過域内にあることが必要となる。これは、図２４において、観察者の右眼１４１と左眼１４２との中点１４３が図２４に示す四角形の立体可視域１０７内に位置する場合である。立体可視域１０７における右眼用画素１２３及び左眼用画素１２４の配列方向に延びる線分のうち、立体可視域１０７における対角線の交点１０７ａを通る線分が最も長い線分となる。このため、中点１４３が交点１０７ａに位置するとき、観察者の位置が左右方向にずれた場合の許容度が最大となるため、観察位置としては最も好ましい。従って、この立体画像表示方法においては、この交点１０７ａと表示パネル１０６との距離を最適観察距離ＯＤとし、この距離で観察することを観察者に推奨している。なお、立体可視域１０７における表示パネル１０６からの距離が最適観察距離ＯＤとなる仮想的な平面を、最適観察面１０７ｂという。これにより、観察者の右眼１４１及び左眼１４２に夫々右眼用画素１２３及び左眼用画素１２４からの光が到達することになる。このため、観察者は表示パネル１０６に表示された画像を、立体画像として認識することが可能になる。
【０００９】
パララックスバリア方式は、当初考案された際には、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されていたこともあり、目障りで視認性が低い点が問題であった。しかし、近時の液晶表示装置の実現に伴って、図２４に示すように、パララックスバリア１０５を表示パネル１０６の裏側に配置することが可能となって視認性が改善された。このため、パララックスバリア方式の立体画像表示装置については、現在盛んに検討が行われている。
【００１０】
しかし、パララックスバリア方式が不要な光線をバリアにより「隠す」方式であるのに対し、レンチキュラレンズ方式は光の進む向きを変える方式であり、レンチキュラレンズ方式は、原理的に表示画面の明るさの低下がないという利点を有する。そのため、特に高輝度表示及び低消費電力性能が重視される携帯機器等への適用が検討されつつある。なお、従来のレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置は、透過型液晶表示装置を表示パネルとして使用している。
【００１１】
また、レンチキュラレンズを使用した画像表示装置として、立体画像表示装置の他にも、複数の画像を同時に表示する複数画像同時表示装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）これは、レンチキュラレンズによる画像の振分機能を利用して、観察する方向毎に異なる画像を同時に同一条件で表示するディスプレイである。これにより、１台の複数画像同時表示装置が、この表示装置に対して相互に異なる方向に位置する複数の観察者に対して、相互に異なる画像を同時に提供することができる。特許文献１には、この複数画像同時表示装置を使用することにより、通常の１画像表示装置を同時に表示したい画像の数だけ用意する場合と比較して、設置スペース及び電気代を削減できると記載されている。
【００１２】
また、従来より、反射板を有する反射型平面画像表示装置を表示パネルに使用することが検討されている。反射型表示装置は、外部から入射した光を表示装置内部に位置する反射板により反射し、この反射光を表示光源として利用するため、光源としてのバックライト又はサイドライトが不要になる。一方、透過型表示装置はバックライト又はサイドライト等の光源が必要である。従って、表示パネルに反射型表示装置を使用すると、透過型表示装置を使用した場合よりも、低消費電力化を達成できる。このため、近年では携帯機器等への反射型表示装置の適用が進められている。
【００１３】
しかしながら、このように、反射型表示装置を使用した場合は、反射板の形状が平坦面であるときには、外光は鏡面のように反射されるため、例えば蛍光灯等の光源の模様が映り込み、表示品質が低下するという問題がある。また、観察者に対し、ある特定の角度からの入射光しか表示に寄与しなくなるため、外光の利用効率が低下するという問題がある。
【００１４】
このため、特開平８−１８４８４６号公報（特許文献２）に記載のように、反射板に凹凸形状を設ける技術が提案されている。図２５は凹凸形状を有する反射板の構造例を示す。反射板４の下層に有機膜を設け、その有機膜の表面に凹凸を形成することにより、反射板４の表面に凹凸形状４１を形成している。この凹凸形状により、特定方向から入射した外光は、種々の方向に拡散して反射される。また、種々の方向から入射した外光は、観察者方向にも反射される。この結果、光源模様の映り込みを防止し、種々の角度を有する外光を表示に活用できることになる。
【００１５】
このように、レンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置と、反射型平面表示装置とは、それ自体は夫々公知である。
【００１６】
【非特許文献１】増田千尋著「３次元ディスプレイ」産業図書株式会社
【特許文献１】特開平０６−３３２３５４号公報（図９）
【特許文献２】特開平８−１８４８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、これらのレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置と、反射型平面表示装置は、いずれも低消費電力であるという利点があるにも拘わらず、両者を組み合わせた立体画像表示装置は従来存在しなかった。
【００１８】
そこで、本発明者らは、前述の立体画像表示装置と反射型平面表示装置とを組み合わせることにより、反射表示において立体画像表示が可能な表示装置を実現し、低消費電力化を図るべく、鋭意検討した。この結果、以下に示すような新たな問題点が明らかになった。
【００１９】
即ち、本来ならほぼ一様な輝度を有する筈の立体可視域において、観察位置によっては部分的に輝度が低下する領域が発生するという問題である。観察位置を変化させると、輝度が低下した位置では表示が暗くなって見え、場合によっては暗線の模様が観察される。また、この輝度のムラによって、立体画像表示の品質が低下してしまう。
【００２０】
この問題について説明する前に、先ず、従来の透過型液晶表示パネルとレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置について説明する。図２６は２眼式の立体画像表示装置を示した斜視図である。レンチキュラレンズ３を構成する一つのシリンドリカルレンズは、表示パネル２の２画素（左眼用画素５１、右眼用画素５２）に対応して配置されている。図２７に示すように、表示素子の左眼用画素５１又は右眼用画素５２からの光は、レンチキュラレンズ３により屈折し、夫々領域ＥＬ又はＥＲに向けて出射する。このため、観察者が左眼６１を領域ＥＬに位置させ、右眼６２を領域ＥＲに位置させることにより、左眼６１に左眼用の画像が入力されると共に、右眼６２に右眼用の画像が入力され、立体画像を認識することができる。
【００２１】
次に、レンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置の各部のサイズについて、図２８に示す光学モデルを使用して説明する。レンチキュラレンズ３の表面の凸部中心と表示画素との間隔をＨとし、レンチキュラレンズ３の屈折率をｎとする。なお、レンチキュラレンズ３の表面の凸部中心とは、レンチキュラレンズ３の頂点のことである。レンチキュラレンズ３の片面は平面となっており、他の片面には凸型のシリンドリカルレンズ、即ち一方向に延びるかまぼこ状の凸部３１が多数配列されているものとする。このレンチキュラレンズ３の焦点距離はｆとし、レンズピッチはＬとする。表示素子２の画素は、各１個の左眼用画素５１及び右眼用画素５２が１組になって配置されている。各画素のピッチはＰとする。１つの凸部３１に対して各１個の左眼用画素５１及び右眼用画素５２の２画素からなる組が対応している。また、レンチキュラレンズ３と観察者との間の距離をＯＤとし、この距離ＯＤにおける画素の拡大投影幅、即ち、レンズから距離ＯＤだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼用画素５１及び右眼用画素５２の投影像の幅を夫々ｅとする。更に、レンチキュラレンズ３の中央に位置する凸部３１の中心から、レンチキュラレンズ３の端に位置する凸部３１の中心までの距離をＷＬとし、表示素子２の中心に位置する左眼用画素５１と右眼用画素５２の対の中心と、表示素子２の端に位置する画素対の中心との距離をＷＰとする。更にまた、レンチキュラレンズ３の中央に位置する凸部３１における光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、レンチキュラレンズ３の端に位置する凸部３１における光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。距離ＷＬと距離ＷＰとの差をＣとし、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とする。
【００２２】
通常、表示素子に合わせてレンチキュラレンズを設計する場合が多いので、Ｐは定数として扱う。また、レンチキュラレンズの材料を選択することにより、ｎが決定される。これに対して、レンズと観察者との間の距離ＯＤ及び観察距離ＯＤにおける画素拡大投影幅ｅは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズ面と画素との間の距離Ｈ及びレンズピッチＬを決定する。スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式１乃至６が成立する。また、下記数式７乃至９が成立する。
【００２３】
【数１】
2004280079.tif 000003
【００２４】
【数２】
2004280079.tif 000004
【００２５】
【数３】
2004280079.tif 000005
【００２６】
【数４】
2004280079.tif 000006
【００２７】
【数５】
2004280079.tif 000007
【００２８】
【数６】
2004280079.tif 000008
【００２９】
【数７】
2004280079.tif 000009
【００３０】
【数８】
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【００３１】
【数９】
2004280079.tif 000011
【００３２】
上記数式２、１及び３より、夫々下記数式１０、１１及び１２が成立する。
【００３３】
【数１０】
2004280079.tif 000012
【００３４】
【数１１】
2004280079.tif 000013
【００３５】
【数１２】
2004280079.tif 000014
【００３６】
また、上記数式６及び９より下記数式１３が成立する。また、上記数式７乃至９より、下記数式１４が成立する。更に、上記数式５より、下記数式１５が成立する。
【００３７】
【数１３】
2004280079.tif 000015
【００３８】
【数１４】
2004280079.tif 000016
【００３９】
【数１５】
2004280079.tif 000017
【００４０】
なお、下記数式１６に示すように、通常はレンチキュラレンズ表面の凸部中心と画素との間隔Ｈを焦点距離ｆと等しく配置するので、レンズの曲率半径ｒは下記数式１７により求まる。
【００４１】
【数１６】
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【００４２】
【数１７】
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【００４３】
次に、上記設計に基づき、市販の光線追跡シミュレータを使用して、立体画像表示装置の計算機シミュレーションを行った。図２９は、このシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。本例では、画素ピッチＰが０．２４ｍｍである表示素子を仮定し、レンチキュラレンズ３の材料として屈折率ｎが１．４９であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を使用し、レンズと観察者との距離ＯＤを２８０ｍｍとし、距離ＯＤにおける画素拡大投影幅ｅを６５ｍｍとし、ｍの値を６０と設定すると、上記各数式により、レンズ面と画素との距離Ｈは１．５７ｍｍ、レンズの焦点距離ｆは１．５７ｍｍ、レンズピッチＬは０．４７８２ｍｍ、レンズの曲率半径ｒは０．５１６１ｍｍとすれば良いことがわかる。これにより、受光面１８は、レンズ面から２８０ｍｍの位置に配置したことになる。また、画素ピッチＰ＝０．２４ｍｍであるから、画素の幅は０．２４ｍｍである。そして、画素の中央部に発光領域１７を配置した。発光領域１７の幅は０．１８６ｍｍに設定した。従って、発光領域１７の両側には幅が夫々０．０２７ｍｍの非表示領域が設けられている。発光領域１７が発光する光は拡散光とした。非表示領域は、表示装置の混色を防止したり、画素に表示信号を伝送したりする目的で配置される遮光部に相当する。更に、シミュレーションを容易にするために、表示素子中心付近に位置する右眼用のひとつの画素のみ設定した。
【００４４】
図３０は、レンズ表面から距離ＯＤ＝２８０ｍｍだけ離れた観察面における観察位置を横軸にとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示したグラフ図である。横軸の観察位置の−６０ｍｍから０ｍｍの範囲の照度が高くなっており、その値は概ね一様である。即ち、この範囲に右眼を配置した場合、右眼には十分な量の光が入射し、左眼には光がほとんど入射しない。これは、実際の立体画像表示装置において、左眼用画素に左眼用画像を表示させ、右眼用画素に右眼用画像を表示させた場合、左眼には左眼用画像が入力され、右眼には右眼用画像が入力され、両画像の分離が十分に確保され、この結果観察者は立体画像を良好に認識できることを意味する。
【００４５】
次に、上述の立体表示装置を反射型表示にすべく、画素の発光領域を反射板に設定して計算機シミュレーションを行った。図３１は、このシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。凹凸形状４１は反射板４の一部にのみ設定したが、これは平坦部との差異を明らかにするためである。具体的には、斜面角度３０°、高さ２μｍの突起を、反射板の中心に対しピッチ１０μｍで３列設けた。光源１９は、全てのレンズを覆う横幅に設定し、レンズ表面から１ｍｍの位置に配置した。光源１９の光は拡散光である。図３２は、このシミュレーション結果を示したグラフ図である。−３０ｍｍの位置に照度低下が発生していることがわかる。即ち、この位置で観察した場合には表示が暗くなって観察されてしまうという問題がある。
【００４６】
また、上記のシミュレーションではあるひとつの画素について取り上げたが、一般的には凹凸形状は全ての表示画素にわたってランダムな位置に存在する。そうすると、表示装置の各画素によって明るさが異なって観察されるため、立体画像に明るさの違いが重畳して観察される。この結果、立体画像表示の品質が低下するという問題がある。なお、このような問題点は、立体画像表示装置に限らず、前述の複数画像同時表示装置等のような複数の視点に対して相互に異なる画像を同時に表示する表示装置には一般的に発生する。
【００４７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、反射表示において明るさが低下せず、表示品質が優れた画像表示装置及びそれを使用した携帯端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本願第１発明に係る画像表示装置は、１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈと異なることを特徴とする。
【００４９】
本発明においては、レンズにより集光された光が、反射板の表面で、ある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。
【００５０】
本願第２発明に係る画像表示装置は、１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第１視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離ｆが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈと異なることを特徴とする。
【００５１】
この画像表示装置においても、反射領域においては、レンズにより集光された光がある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができ、これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。
【００５２】
本発明に係る画像表示装置において、前記レンズの焦点距離が前記反射板とレンズとの距離より小さいことが好ましい。
【００５３】
更に、本発明に係る画像表示装置は、前記レンズのピッチをＬとし、前記凹凸形状の最小ピッチをＶとするとき、前記レンズの焦点距離ｆ、及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Ｈが数式１８を満たすことが好ましい。
【００５４】
【数１８】
2004280079.tif 000020
【００５５】
更に、本発明に係る画像表示装置は、最適観察距離をＯＤとし、前記最適観察距離ＯＤにおける画素の拡大投影幅をｅとし、前記レンズの屈折率をｎとし、表示素子の画素ピッチをＰとするとき、前記レンズの焦点距離ｆが下記数式１９乃至２１を満たすことが好ましい。
【００５６】
【数１９】
2004280079.tif 000021
【００５７】
【数２０】
2004280079.tif 000022
【００５８】
【数２１】
2004280079.tif 000023
【００５９】
これにより、本発明においては、凹凸形状に起因する輝度低下をより抑制することができる。
【００６０】
本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離Ｈ、及び表示素子の画素ピッチＰが前記数式１９乃至２０及び下記数式２２を満たすことが好ましい。
【００６１】
【数２２】
2004280079.tif 000024
【００６２】
本発明においては、レンズ面と画素間の距離が固定である場合にも適用することができ、かつ凹凸形状に起因する輝度低下を抑制することができる。
【００６３】
本発明に係る画像表示装置は、前記レンズの焦点距離が前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈより大きいように構成することができる。
【００６４】
更に、本発明に係る画像表示装置は、前記レンズの焦点距離ｆ、前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈ、前記レンズピッチＬ、及び前記凹凸形状の最小ピッチＶが下記数式２３を満たすことが好ましい。
【００６５】
【数２３】
2004280079.tif 000025
【００６６】
更に、本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記レンズの焦点距離ｆ、及び表示素子の画素ピッチＰが前記数式１９乃至２１を満たすことが好ましい。本発明においては、レンズ面と画素間の距離を小さくすることができる。これにより、画像表示装置の総厚を小さくすることができる。
【００６７】
更に、本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離ＯＤ、前記画素拡大投影幅ｅ、前記レンズの屈折率ｎ、前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Ｈ、及び表示素子の画素ピッチＰが前記数式１９乃至２０及び２２を満たすことが好ましい。本発明においては、焦点距離を大きく設定することができる。これにより、レンズの凹凸の高さを小さくすることができるため、レンズの模様が目立ちにくくなり、画像の表示品質が向上する。
【００６８】
本願第３発明に係る画像表示装置は、１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする。
【００６９】
本願第４発明に係る画像表示装置は、１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第１視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第２視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする。
【００７０】
本発明においては、凹凸形状のひとつの斜面で反射した光の一部分は、別の斜面で再反射した後に、観察者の方向に進行することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。
【００７１】
更に、本発明に係る画像表示装置においては、前記凹凸形状の傾斜角が５０°以上であることが好ましい。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下をより抑制することができる。
【００７２】
本願第５発明に係る画像表示装置は、１表示単位に第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする。
【００７３】
本願第６発明に係る画像表示装置は、１表示単位に透過領域及び反射領域を備え第一視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第二視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする。
【００７４】
シリンドリカルレンズは、その長手方向においてレンズ効果を持たないため、各画素における凹凸形状の光学的な効果は、シリンドリカルレンズの長手方向における効果を積分したものになる。従って、凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率を画素中で均一とすれば、前記光学的特性は、シリンドリカルレンズの配列方向における全ての位置において、同じ傾斜角が連続的に配置された場合と等価になる。この結果、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。
【００７５】
更に、本発明に係る画像表示装置は、前記シリンドリカルレンズの長手方向における前記凹凸形状のピッチが、前記シリンドリカルレンズの配列方向における前記凹凸形状のピッチより小さいことが好ましい。これにより、凹凸形状を一画素中により密に配置することができるため、画素ピッチが小さな高精細パネルへの適用が容易になる。
【００７６】
本発明に係る画像表示装置において、前記レンズがレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることが好ましい。また、前記表示装置が液晶表示装置であっても良い。
【００７７】
本発明に係る携帯端末装置は、前述の画像表示装置を有することを特徴とする。また、この携帯端末装置は、携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：携帯型情報端末）、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであってもよい。
【発明の効果】
【００７８】
本発明によれば、レンズにより集光された光が、反射板の表面で、ある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができ、反射表示において明るさの低下がなく、優れた表示品質を有する画像表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００８０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図であり、図２は本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。立体画像表示装置１は反射型液晶表示パネル２とレンチキュラレンズ３より構成される。反射型液晶表示パネル２は、基板６と透明基板７との間に、液晶層５が挟まれて構成されており、基板６の液晶層側の表面に画素電極（反射板４）が形成され、透明基板７の液晶層側の表面に対向電極（図示せず）が形成されている。これらの画素電極及び対向電極は相互に直交する方向に延びる線状の電極であり、この画素電極と対向電極とが交差する位置の画素を選択して両者間に電圧を印加して液晶の配向を制御し、画像表示するようになっている。
【００８１】
本実施形態においては、液晶層５の背面側に配置された画素電極により反射板４が構成されている。この反射板は凹凸形状４１を有する。この凹凸形状４１の大きさは、従来の反射型液晶表示装置の反射板の凹凸形状と同様であるが、一例として、２μｍの高さ、及び１０μｍのピッチを有する。
【００８２】
透明基板７の上には、レンチキュラレンズ３が配置されている。このレンチキュラレンズ３は、凸部３１が一定のピッチで現れる湾曲した表面（シリンドリカル面）が多数形成されており、このシリンドリカル面の長手方向（湾曲中心軸線が延びる方向）は、本実施形態では、画素電極（反射板４）が延びる方向に平行である。また、このシリンドリカル面は、２個の画素（画素電極４）について１個配置されるものである。
【００８３】
本実施形態では、画素は、前述の如く、１個の左眼用画素４ａと、１個の右眼用画素４ｂとから１表示単位が構成され、各表示単位において、左眼用画素から出射された光と、右眼用画素から出射された光とが、レンチキュラレンズ３の対応する１個のシリンドリカルレンズにより左眼と右眼とに向けて振り分けられる。この場合に、外光はレンチキュラレンズ３、透明基板７及び液晶層５を透過して、液晶層５の下面に位置する反射板４にて反射し、再度、液晶層５、透明基板７及びレンチキュラレンズ３を透過する。このとき、反射板４に対し、特定方向から入射した外光は、反射板４の表面の凹凸形状４１により、種々の方向に拡散して反射し、観察者方向にも反射する。これにより、光源模様の映り込みを防止し、種々の角度を有する外光を表示に活用できることができる。
【００８４】
而して、本実施形態においては、レンチキュラレンズ３の表面の凸部３１中心と、反射板４の表面、つまり画素との間の距離ＨＲは、前記数式１０乃至１２により算出される従来の光学モデルでのレンチキュラレンズ３の表面の凸部中心と画素との間の距離Ｈよりも大きく設定されている。この結果、レンズ面と画素との間の距離ＨＲは、レンチキュラレンズ３の焦点距離ｆより大きい。即ち、本実施形態においては、レンチキュラレンズ３の焦点距離ｆは、前記数式１０乃至１２及び１６により算出される。このとき、観察距離ＯＤは、例えば、以下のように定義される最適観察距離である。この最適観察距離とは、観察者の右眼と左眼との中点を位置させることにより前記右眼に前記右眼用の画像を表示する画素から出射した光が入射すると共に前記左眼に前記左眼用の画像を表示する画素から出射した光が入射する立体可視域における１表示単位内の左眼用画素４ａと右眼用画素４ｂとを結ぶ方向に延びる線分のうち最も長い線分と、反射型液晶表示パネル２との間の距離である。
【００８５】
この立体画像表示装置１は、例えば、図２に示すような携帯電話９の画像表示に使用される。
【００８６】
次に、本発明の効果を説明するために行った計算機シミュレーションの結果について説明する。図３は計算機シミュレーションに使用した光学モデルを示す。図３１の従来の光学モデルではレンズ表面（凸部中心）と画素との間の距離ＨＲが１．５７ｍｍに設定され、レンズの焦点距離ｆ＝１．５７ｍｍと等しい。これに対し、図３の本発明の光学モデルではレンズの表面（凸部中心）と画素との間の距離ＨＲが１．７７ｍｍに設定され、レンズの焦点距離ｆ＝１．５７ｍｍより大きい点が図３１の場合と異なる。
【００８７】
図４（ａ）は図３の光学モデルを使用した場合のシミュレーション結果を示すグラフ図であり、本発明を適用した場合の結果である。これに対し、比較例として、図３１の従来の光学モデルを使用した場合のシミュレーション結果を図４（ｂ）に示す。これらの図によれば、図４（ｂ）で生じていた−３０ｍｍ付近での輝度低下が、図４（ａ）では大幅に緩和されていることがわかる。従って、−３０ｍｍ付近で観察しても表示が暗くなることはない。
【００８８】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の原理について、定性的に説明するための概念図である。このうち、図５（ａ）は、図３１に示す光学モデルにおいて、入射する外光のうち、ある平行光成分の光線９１の軌跡を示した概念図である。レンズ面と画素との間の距離Ｈが焦点距離ｆと等しくなるように配置されているため、レンチキュラレンズ３により集光された光９１は、反射板４の表面で焦点を結び、凹凸形状の斜面で反射されると、観察者の方向とは異なる方向に進行する。このため、実質的に表示には寄与しない。これに対して、図５（ｂ）に示す本発明の光学モデルでは、レンズ面と画素間の距離ＨＲが焦点距離ｆより大きく設定されているために、レンチキュラレンズ３により集光された光は反射板４上で、ある一定の面積を有する。この結果、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射されるので、反射光は種々の角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。従って、本発明によれば、輝度低下を防止することができる。
【００８９】
レンズ面と画素との間の距離ＨＲに関しては、図６に示すように、レンチキュラレンズ３により集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをＶとすると、レンズピッチＬを底辺とし、焦点距離ｆを高さとする三角形と、底辺が凹凸形状のピッチＶであり、高さがレンズ面と画素間の距離ＨＲから焦点距離ｆを差し引いた値である三角形との間に相似の関係が成り立つ。従って、レンズにより集光された光が複数の傾斜角の斜面を照射するための条件は、下記数式２４にて表される。これを変形すると、下記数式２５が得られる。
【００９０】
【数２４】
2004280079.tif 000026
【００９１】
【数２５】
2004280079.tif 000027
【００９２】
即ち、数式２５を満たすようにレンズ面と画素間の距離ＨＲを設定するのが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをＶとすることで、本発明を適用することができる。
【００９３】
本発明における表示素子は、画素電極に凹凸形状を有する反射板が存在すれば良い。本発明の実施形態では、反射型液晶表示素子を用いた場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば電気泳動現象を利用した表示素子を利用することができる。また、凹凸形状は、斜面を有する構造であれば適用可能であり、点状、棒状、窪み状などその全体的な形状には左右されない。また、画素電極の駆動方法は、ＴＦＴ方式及びＴＦＤ方式等のアクティブマトリクス方式でも良いし、ＳＴＮ方式等のパッシブマトリクス方式でも適用可能である。
【００９４】
また、上述の説明はレンチキュラレンズの場合について行ったが、フライアイレンズへの適用もできることは勿論である。図７はフライアイレンズ１０を示す斜視図である。レンチキュラレンズ３が、図２２に示すように、一方向に延びるシリンドリカルレンズ３が相互に平行に配置された形状を有し、１表示単位における左眼用画素と右眼用画素とを結ぶ方向に、つまり左右方向に凸面が繰り返され、この左右方向に直交するレンチキュラレンズ３の長手方向には、その表面は変化しない。つまり、左右方向に延びる断面の形状は、レンチキュラレンズ３の長手方向には変化しない。これに対し、フライアイレンズ１０は左眼用画素と右眼用画素とを結ぶ方向と、この方向に直交する方向とのいずれの方向にも凸面が繰り返される。つまり、１表示単位における左眼用画素と右眼用画素とが対向する方向（左右方向）については、この１組の左眼用画素と右眼用画素とに対して１個の凸面が配置される点は、レンチキュラレンズの場合と同様であるが、フライアイレンズは、前記左右方向に直交する方向にも、２画素（右眼用の２画素又は左眼用の２画素）毎に１個の凸面が配置されている。
【００９５】
これにより、フライアイレンズの場合は、立体画像表示装置を立てて、これを観察しているときに、左右の眼に専用の画像を表示して立体視を可能とすることの他に、上下方向にも画像を振り分けて視野角を広げたり、観察者が画像の上下側面を観ることができるようにすることもできる。このように、レンズにフライアイレンズ１０を使用した場合にも、上記実施形態と同様に、そのレンズの焦点距離ｆが反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離Ｈと異なるようにすることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、上述の説明は、レンズの凸部が観察者側になるように配置された場合についてのものであるが、レンズの凸部が表示装置側になるように配置された場合でおいても、同様の効果を得ることができる。
【００９７】
本実施形態に係る立体画像表示装置は、携帯電話等の携帯機器に好適に適用することができ、良好な立体画像を表示することができる。本実施形態に係る立体画像表示装置を携帯機器に適用すれば、大型の表示装置に適用する場合と異なり、観察者が自分の両眼と表示画面との位置関係を任意に調節できるため、最適な可視域を速やかに見出すことができる。
【００９８】
また、本実施形態に係る立体画像表示装置は携帯電話のみならず、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の携帯端末装置に適用することができる。
【００９９】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離ＨＲが、前記数式１０乃至１２により算出される従来の光学モデルでのレンズ面と画素間距離ＨＲよりも小さく設定されている点が異なる。この結果、レンズ面と画素間の距離ＨＲは、レンチキュラレンズの焦点距離ｆより小さい。
【０１００】
本実施形態におけるレンズ面と画素間の距離ＨＲに関しては、図９に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射するのが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをＶとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離ＨＲ、焦点距離ｆ、レンズピッチＬを用いて、下記数式２６にて表される。これを変形すると下記数式２７が得られる。
【０１０１】
【数２６】
2004280079.tif 000028
【０１０２】
【数２７】
2004280079.tif 000029
【０１０３】
即ち、数式２７を満たすようにレンズ面と画素間の距離ＨＲを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをＶとすることで、本発明を適用することができる。
【０１０４】
本発明によれば、本発明の第１の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離を小さくすることができる。したがって、立体画像表示装置の総厚を小さくすることができるため、携帯電話等の携帯端末に好適に使用することができる。
【０１０５】
（第３の実施形態）
図１０は本発明の第３の実施形態による立体画像表示装置の断面図である。本発明の第１の実施形態と比較して、本実施形態におけるレンチキュラレンズの焦点距離ｆＲは、前記数式１０乃至１２及び１６により算出される従来の光学モデルでの焦点距離ｆよりも小さく設定されており、レンズ面と画素間の距離Ｈは前記数式１０乃至１２により算出される値である。
【０１０６】
本発明における焦点距離ｆに関しては、図１１に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをＶとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離Ｈ、焦点距離ｆＲ、レンズピッチＬを用いて、下記数式２８のように表される。これを変形すると、下記数式２９が得られる。
【０１０７】
【数２８】
2004280079.tif 000030
【０１０８】
【数２９】
2004280079.tif 000031
【０１０９】
即ち、数式２９を満たすようにレンチキュラレンズの焦点距離ｆＲを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをＶとすることにより、本発明を適用することができる。
【０１１０】
本実施形態においては、第１の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離が固定である場合にも適用することができるという利点がある。即ち、第１の実施形態では、レンズ面と画素間の距離Ｈが数式１乃至９を満たす値から変更されているため、観察距離ＯＤ等の他のパラメータの再設計が必要になる。また、再設計しない場合には、立体画像表示装置が理想の設計状態ではなくなるため、表示画面の中央部と端部で立体可視域がずれる等、悪影響が生じる。本実施形態では、焦点距離ｆを変えるだけで良いので、このような問題は発生しない。
【０１１１】
（第４の実施形態）
図１２は本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態が第３実施形態と異なる点は、レンチキュラレンズの焦点距離ｆＲが、前記数式１０乃至１２及び１６により算出される焦点距離ｆよりも大きく設定されており、レンズ面と画素間の距離Ｈは前記数式１０乃至１２により算出される従来の光学モデルでの算出値である点である。
【０１１２】
焦点距離ｆに関しては、図１３に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをＶとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離Ｈ、焦点距離ｆＲ、レンズピッチＬを用いて、下記数式３０にて表される。また、これを変形すると下記数式３１が得られる。
【０１１３】
【数３０】
2004280079.tif 000032
【０１１４】
【数３１】
2004280079.tif 000033
【０１１５】
即ち、数式３１を満たすようにレンチキュラレンズの焦点距離ｆＲを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをＶとすることで、本発明を適用することができる。
【０１１６】
本実施形態によれば、本発明の第３の実施形態と比較して、焦点距離ｆＲを大きく設定することができるという利点がある。この結果、レンズの凹凸高さを小さくすることができるため、レンズの模様が目立ちにくくなり、立体画像の表示品質が向上する。
【０１１７】
（第５の実施形態）
図１４は本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態が、第１乃至第４の実施形態と異なる点は、焦点距離ｆ及びレンズ面と画素間の距離Ｈは、前記数式１０乃至１２及び１６により算出される値を使用し、凹凸形状の傾斜角度θを５０°以上とする点である。
【０１１８】
本実施形態について詳細に検討するために、凹凸形状の傾斜角度θを２５°から７５°の間で変化させ計算機シミュレーションを行った。図１５にシミュレーション結果を示す。図１５（ａ）はθ＝７５°、図１５（ｂ）はθ＝６５°、図１５（ｃ）はθ＝６０°、図１５（ｄ）はθ＝５０°、図１５（ｅ）はθ＝３５°、図１５（ｆ）はθ＝２５°の場合の結果である。傾斜角度θが５０°より小さい場合には−３０ｍｍ付近で輝度低下が発生しているが、５０°以上では大幅に緩和されていることがわかる。即ち、−３０ｍｍ付近で観察しても表示が暗くなることはない。
【０１１９】
図１６は、本発明の実施形態の原理について、定性的に説明するための概念図である。このうち図１６（ａ）は、図３１に示す従来の光学モデルにおいて、入射光のうちある平行光成分の光線の軌跡を示した概念図である。レンズ面と画素間の距離Ｈが焦点距離ｆと等しく配置されており、凹凸形状の傾斜角度は５０°より小さい値、例えば３０°となっている。この場合、レンズにより集光された光は、凹凸形状の斜面で反射されると、観察者の方向とは異なる方向に進行する。このため、実質的に表示には寄与しない。これに対して、図１５（ｂ）に示す本実施形態の光学モデルでは、凹凸形状の傾斜角度は５０°以上の値、例えば６０°に設定されている。この結果、凹凸形状のひとつの斜面で反射した光の一部分は、別の斜面で再反射した後に、観察者の方向に進行する。従って、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。
【０１２０】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１７は本発明の第６の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図であり、図１８（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の原理を定性的に説明するための断面図であり、（ａ）は、図１７に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｂ）は、図１７に示すＢ−Ｂ線による断面図である。本実施形態に係る立体画像表示装置は、前述の第１乃至第５の実施形態と比較して、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの配列方向において、凹凸形状４１のある傾斜角を持つ斜面の存在確率が一画素中で略均一となっている点が異なっている。また、レンチキュラレンズ３の焦点距離ｆは、レンチキュラレンズ３のレンズ面と画素との間の距離Ｈと等しく、凹凸形状４１の傾斜角は、例えば３０°である。
【０１２１】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示す断面位置において、凹凸形状４１の傾斜角の絶対値が相互に等しい正負の２種類の傾斜角が存在する。そして、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向における凹凸の位置が、凹凸形状４１のピッチの半分、即ち、半周期分相互にずれている。即ち、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向において、図１８（ａ）に示す領域における凹凸形状４１の位相と、図１８（ｂ）に示す領域における凹凸形状４１の位相とは、相互に半周期分ずれている。
【０１２２】
シリンドリカルレンズ３ａは、その長手方向においてはレンズ機能を持たないため、凹凸形状４１の光学的な効果は、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向における効果を積分したものになる。従って、図１７並びに図１８（ａ）及び（ｂ）に示す立体画像表示装置においては、凹凸形状４１の光学的な効果は、図１８（ａ）に示す凹凸形状４１による効果と、図１８（ｂ）に示す凹凸形状４１による効果とを重畳したものとなる。この結果、一画素中において、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向におけるどの位置でも、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向のいずれかの位置において、正及び負の傾斜角が必ず存在することになる。従って、本実施形態に係る立体画像表示装置の光学的特性は、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向における全ての位置において、同じ傾斜角が連続的に配置された場合と等価になる。
【０１２３】
また、図１７では凹凸の数が４個であり、その２個ずつが組となり半周期ずれて配置されているため、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向における任意位置において、上記傾斜角の斜面が存在する確率は一定値に保たれる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下をより確実に防止することができる。
【０１２４】
更に、凹凸形状４１は、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向に密になるように、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向にずれて配置されていることが好ましい。例えば、凹凸形状４１が円錐形状である場合、複数の円錐がシリンドリカルレンズ３ａの配列方向に１列に配列され、この配列方向に相互に隣接した円錐間に、隣の列の円錐が入り込むように配置されていてもよい。このようにすれば、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向における凹凸形状４１のピッチを、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向における凹凸形状４１のピッチよりも小さくすることができる。この結果、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向において、一画素中により配置される凹凸形状４１の数が増え、上述の積分効果により、反射光をより均一化することができる。このため、本実施形態に係る立体画像表示装置を、画素ピッチが小さな高精細パネルに適用することがより一層容易になる。
【０１２５】
なお、レンチキュラレンズ３の焦点距離ｆは、レンチキュラレンズ３のレンズ面と画素との間の距離Ｈと異なっていてもよく、凹凸形状４１の傾斜角は、例えば５０°以上であってもよい。また、本実施形態に係る立体画像表示装置は、各画素において反射領域及び透過領域が設けられた半透過型の装置であってもよい。
【０１２６】
（第７の実施形態）
図１９は本発明の第７の実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図である。本実施形態における立体画像表示装置１の表示パネル２００は、画素電極が透過領域と反射領域とを有する半透過型の表示素子である。具体的には、左眼用画素は、左眼用画素（透過領域）５１１と左眼用画素（反射領域）５１２とにより構成され、同様に、右眼用画素は、右眼用画素（透過領域）５２１と、右眼用画素（反射領域）５２２とにより構成されている。また、左眼用画素（反射領域）５１２及び右眼用画素（反射領域）５２２の画素電極は、金属電極等の非透明な層により形成された反射板であり、この反射板の表面には前述の如く凹凸形状が設けられている。この反射板の凹凸形状とレンチキュラレンズ３との関係は、前述の本発明の第１乃至第５の実施形態と同様である。また、左眼用画素（透過領域）５１１と右眼用画素（透過領域）５２１の画素電極は、ＩＴＯ（インジウム−スズ−酸化物）等の透明電極で構成されている。また、これらの表示パネルの下方には、透過領域用のバックライト光源（図示せず）が設けられている。
【０１２７】
このように構成された本実施形態の立体画像表示装置においては、透過領域がバックライト光源からの光を透過し、反射領域が自然光及び室内照明光等の外光を反射させることができるため、透過表示と反射表示とを実現することができる。この結果、周囲の明るさの程度に拘わらず、鮮明な表示を行うことができる。
【０１２８】
なお、本実施形態においては、半透過型の表示素子について説明したが、本発明は、同様に微透過型表示素子及び微反射型表示素子等にも適用可能である。
【０１２９】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図２０は本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図であり、図２１は、本実施形態に係る画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。図２０に示すように、本実施形態においては、携帯端末装置としての携帯電話９に、画像表示装置が組み込まれている。そして、本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向１１が画像表示装置の横方向、即ち、画像の水平方向であり、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向１２が縦方向、即ち、画像の垂直方向である点が異なっている。なお、図２０においては、図示を簡略化するために、シリンドリカルレンズ３ａは４本しか図示されていないが、実際には長手方向１１における画素の配列数だけシリンドリカルレンズ３ａが形成されている。
【０１３０】
また、図２１に示すように、表示パネル２には、各１つの第１視点用画素５３及び第２視点用画素５４からなる画素対が複数個、マトリクス状に配列されている。そして、１つの画素対における第１視点用画素５３及び第２視点用画素５４の配列方向は、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向１２、即ち画面の縦方向（垂直方向）である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１３１】
次に、本実施形態に係る画像表示装置の動作について説明する。図２１に示すように、反射型表示パネル２の第１視点用画素５３が第１視点用の画像を表示し、第２視点用画素５４が第２視点用の画像を表示する。第１視点用の画像及び第２視点用の画像は、相互に視差がある立体画像ではなく、平面画像である。また、両画像は相互に独立した画像であってもよいが、相互に関連する情報を示す画像であってもよい。
【０１３２】
そして、自然光及び照明光等の外光が、前方からレンチキュラレンズ３を透過して液晶表示パネル２に入射し、画素５３及び５４により反射され、レンチキュラレンズ３に向かう。そして、これらの第１視点用画素５３及び第２視点用画素５４により反射された光は、シリンドリカルレンズ３ａにより屈折され、夫々領域Ｅ１及びＥ２に向けて出射する。このとき、観察者が両眼を領域Ｅ１に位置させた場合には、第１視点用の画像を観察することができ、両眼を領域Ｅ２に位置させた場合には、第２視点用の画像を観察することができる。
【０１３３】
本実施形態においては、観察者が携帯電話９の角度を変えるだけで、自分の両眼を領域Ｅ１又は領域Ｅ２に位置させ、第１視点用の画像又は第２視点用の画像を選択して観察できるという利点がある。特に、第１視点用の画像と第２視点用の画像との間に関連性がある場合には、観察角度を変えるという簡単な手法で夫々の画像を切り換えて交互に観察できるため、利便性が大幅に向上する。なお、第１視点用の画像と第２視点用の画像とを横方向に配列した場合には、観察位置によっては、右眼と左眼とで異なる画像を観察する場合がある。この場合、観察者は混乱し、各視点の画像を認識できなくなる。これに対して、本実施形態に示すように、複数視点用の画像を縦方向に配列した場合には、観察者は各視点用の画像を必ず両眼で観察できるため、これらの画像を容易に認識できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態は、前述の第２乃至第６の実施形態のいずれかの実施形態と組み合わせることもできる。
【０１３４】
なお、前述の第１乃至第８の実施形態においては、携帯電話等に搭載され、１人の観察者の左右の眼に相互に視差がある画像を供給して立体画像を表示するか、１人の観察者に複数種類の画像を同時に供給する画像表示装置の例を示したが、本発明に係る画像表示装置はこれに限定されず、大型の表示パネルを備え、複数の観察者に相互に異なる複数の画像を供給するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の原理を示すための概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。
【図７】レンチキュラレンズの代わりに使用されるフライアイレンズを示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の原理を示すための概念図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の原理を定性的に説明するための断面図であり、（ａ）は、図１７に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｂ）は、図１７に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。
【図２１】本実施形態に係る画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。
【図２２】レンチキュラレンズ３の形状を示す斜視図である。
【図２３】従来のレンチキュラレンズを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。
【図２４】従来のパララックスバリアを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。
【図２５】従来の凹凸形状を有する反射板を示すための概念図である。
【図２６】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置を示す斜視図である。
【図２７】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置における断面図である。
【図２８】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、各部のサイズを示すモデル図である。
【図２９】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。
【図３０】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。
【図３１】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、凹凸形状を有する反射板を適用した場合の計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。
【図３２】従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、凹凸形状を有する反射板を適用した場合の計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１；立体画像表示装置
２；反射型液晶表示パネル
２００：半透過型液晶表示パネル
３、１２１；レンチキュラレンズ
３ａ；シリンドリカルレンズ
３１、１２２：凸部
４；反射板
４１：凹凸形状
４ａ：左眼用画素
４ｂ：右眼用画素
５：液晶層
６：基板
７：透明基板
８：観察位置
９；携帯電話
９１：光線
１０：フライアイレンズ
１１；シリンドリカルレンズの長手方向
１２；シリンドリカルレンズの配列方向
１７；発光領域
１８；受光面
１９；光源
３１；凸部
４１；凹凸形状
４２；遮光部
５１；左眼用画素
５２；右眼用画素
５３；第１視点用画素
５４；第２視点用画素
６１，１４２；左眼
６２、１４１；右眼
１０５；パララックスバリア
１０５ａ；スリット
１０６：表示パネル
１０７；立体可視域
１０７ａ；対角線の交点
１０７ｂ；最適観察面
１０８：光源
１２３，１２４：画素
１４３；右眼１４１と左眼１４２との中点
１８１、１８２；光束
５１１：左眼用画素（透過領域）
５１２：左眼用画素（反射領域）
５２１：右眼用画素（透過領域）
５２２：右眼用画素（反射領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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