(57)【要約】      （修正有）【課題】明るい表示が可能で、かつ、低コストで製造でき、立体画像表示装置として好適に用いられる画像表示装置を提供する。【解決手段】本発明による画像表示装置は、光源を含む照明装置１０と、第１の画像を表示する第１画素と第２の画像を表示する第２画素とが第１の方向に沿って交互に配列された表示パネル５２と、複数の光透過領域４２および複数の遮光領域４４を有するパララックスバリアを備え、互いに分離角θだけ異なる方向に出射し得る偏光分離素子２０と、偏光分離素子２０から出射された第１および第２直線偏光を受け、第１および第２集光スポットを形成する複数の集光部３２を有する集光素子３０と、第１および第２集光スポットは、第１の方向に沿って隣接する２つの光透過領域４２にそれぞれ形成され、パララックスバリア４０は、光透過領域４２の少なくとも一方に配置され、入射した直線偏光の偏光方向を変える偏光変換部４６を有する。【選択図】図１
2005122020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含む照明装置と、
第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有し、前記第１画素群に属する複数の第１画素と前記第２画素群に属する複数の第２画素とが第１の方向に沿って交互に配列された表示パネルと、
前記第１の方向に沿って交互に配列された複数の光透過領域および複数の遮光領域を有し、前記照明装置と前記表示パネルとの間に配置されたパララックスバリアと、を備えた画像表示装置であって、
前記照明装置から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光に分離し、前記第１および前記第２直線偏光の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射し得る偏光分離素子と、
それぞれが前記偏光分離素子から出射された前記第１および第２直線偏光を受け、前記第１および第２直線偏光を集光し、第１および第２集光スポットを形成する複数の集光部を有する集光素子と、をさらに備え、
前記第１および第２集光スポットは、前記パララックスバリアが有する前記複数の光透過領域のうち、前記第１の方向に沿って隣接する２つの光透過領域にそれぞれ形成され、
前記パララックスバリアは、前記隣接する２つの光透過領域の少なくとも一方に配置され、入射した直線偏光の偏光方向を変える偏光変換部を有する画像表示装置。
【請求項２】
前記複数の集光部のそれぞれはレンチキュラーレンズを含む請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記偏光変換部は、前記隣接する２つの光透過領域の少なくとも一方に設けられた位相差板を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記位相差板は、前記隣接する２つの光透過領域の一方にのみ設けられている請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記複数の光透過領域は前記第１の方向に沿ってピッチＰで配列されており、
前記複数の集光部は前記第１の方向に沿って前記ピッチＰの略２倍のピッチで配列されている請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記分離角θは、前記集光部と前記パララックスバリアとの間の空気換算距離をｄ’とすると、θ＝ｔａｎ-1（Ｐ／ｄ’）の関係を実質的に満足する請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、
前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの隣接する２つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応している請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記照明装置と前記偏光分離素子との間に配置され、前記照明装置からの光を受け所定の偏光状態の光を出射する偏光素子と、
前記偏光素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記偏光素子から出射された光の偏光状態を変化させ得る偏光制御素子と、をさらに備え、
前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、
前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの１つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応している請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記偏光素子は直線偏光を出射し、
前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光または円偏光に変化させる状態とをとり得る請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記偏光素子は円偏光を出射し、
前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した円偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した円偏光を直線偏光に変化させる状態とをとり得る請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記偏光素子は直線偏光を出射し、
前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光に変化させる状態とをとり得る請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記偏光制御素子は、それぞれがＴＮモードの液晶層を含む第１および第２の液晶セルを含み、前記第１および第２の液晶セルに含まれる前記液晶層の旋光方向は互いに反対であり、前記第１および第２の液晶セルは、前記第１および第２の液晶セルに含まれる前記液晶層の中間部のダイレクタが互いに略直交するように配置されている請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記偏光素子は直線偏光を出射し、
前記偏光制御素子は、２つの偏光制御部を含み、
前記２つの偏光制御部のそれぞれは、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる状態とをとることができ、
前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる状態にある場合に、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光として出射する請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記偏光素子は直線偏光を出射し、
前記偏光制御素子は、２つの偏光制御部を含み、
前記２つの偏光制御部のそれぞれは、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を円偏光に変化させる状態とをとることができ、
前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に入射した直線偏光を円偏光に変化させる状態にある場合に、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光として出射する請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、
前記偏光制御素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変化させ得る複数の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有している請求項８から１４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、
前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの１つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応しており、
前記偏光分離素子は、前記照明装置から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光に分離し、前記第１および前記第２直線偏光の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射する状態と、前記照明装置から出射した光を受け、当該光を分離せずに出射する状態とを供給される電圧に応じてとり得る請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記第１画素群が表示する前記第１の画像は右目用の画像および左目用の画像の一方であり、前記第２画素群が表示する前記第２の画像は右目用の画像および左目用の画像の他方であって、
前記第１画素群および前記第２画素群のそれぞれは、右目用の画像と左目用の画像とを所定のタイミングで交互に切り替えて表示する請求項８、１１、１２、１３、１４および１６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記第１および第２画素群が右目用の画像と左目用の画像とを切り替える際、前記照明装置は光を出射しない請求項１７に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記表示パネルは、前記第１画素群が前記第１の画像として右目用の画像および左目用の画像の一方を表示し、前記第２画素群が前記第２の画像として右目用の画像および左目用の画像の他方を表示する状態と、前記第１画素群および前記第２画素群が協同的に２次元画像である第３の画像とを表示する状態と、を切り替えてとり得る請求項８から１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記照明装置は、前記光源から出射された光を受ける入射端面と前記入射端面に交差し前記入射端面から入射した光を前記偏光分離素子に向けて出射する出射面とを有する導光板を有し、
前記入射端面の長手方向と、前記偏光分離素子によって分離された前記第１および第２直線偏光の主光線によって規定される面とが略直交し、且つ、前記集光素子は前記複数の集光部が前記第１および第２直線偏光の主光線によって規定される前記面内で前記第１および第２直線偏光を集光するように配置されている請求項１から１９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２１】
前記導光板は、第２の方向に略平行な第１辺と、前記第２の方向に略直交する第３の方向に略平行な第２辺とを有し、前記入射端面は前記第３の方向に平行である請求項２０に記載の画像表示装置。
【請求項２２】
前記第１の方向と前記第２の方向とは実質的に同一の方向である請求項２１に記載の画像表示装置。
【請求項２３】
前記表示パネルを介して互いに対向する一対の偏光板を有し、
前記パララックスバリアから出射された直線偏光の偏光方向が、前記表示パネルと前記パララックスバリアとの間に配置された偏光板の透過軸と略一致している請求項１から２２のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、立体画像を表示することができる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元画像を表示する画像表示装置を用いて立体映像を表示する代表的な方法の１つは、パララックスバリア方式である。パララックスバリア方式とは、画像表示装置の前面又は後面に、光透過部と遮光部とを交互に配置した帯（バリア）を設け、このバリアを通して表示面を観察することにより、立体視を実現させる方式である。
【０００３】
特許文献１は、液晶表示素子（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：以下、「ＬＣＤ」と称する）の観察者側にパララックスバリアを備えた立体画像表示装置を開示している。
【０００４】
図２８に、特許文献１に開示されている画像表示装置５００を模式的に示す。画像表示装置５００は、図２８に示すように、観察者側から、パララックスバリア５０６、ＬＣＤ５０１およびバックライト５０２を備えている。ＬＣＤ５０１は、駆動用の電極や配線、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタ等を備える一対のガラス基板５０３および５０４によって、液晶層５０５が挟み込まれた構成を有している。ＬＣＤ５０１の光入射面および光出射面にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されている。ＬＣＤ５０１は、複数の画素を有し、各画素の液晶層５０５に電圧を印加することにより光の偏光状態を変化させて、表示を行う。
【０００５】
図２８において、ＬＣＤ５０１は、『左』の文字を付した画素に左眼用の映像を、『右』の文字を付した画素に右眼用の映像を表示する。パララックスバリア５０６は、その遮光部でＬＣＤ５０１からの光を遮るため、ＬＣＤ５０１からの画像は、パララックスバリア５０６の光透過部を通してのみ観察者によって観察される。このとき、パララックスバリア５０６のパターンおよび配置を適切に設定することにより、観察者の右眼は『右』画素によって表示される映像のみ、左眼は『左』画素によって表示される映像のみを見ることができる。『左』画素および『右』画素によってそれぞれ表示される映像には視差が与えられているので、観測者は立体視を行うことができる。
【０００６】
なお、図２８では説明の便宜上、液晶層５０５の厚さを誇張して示しているが、実際の液晶層５０５の厚さは数μｍオーダーであり、ｍｍオーダーのガラス基板５０３、５０４の厚さと比較すると非常に小さい。また、パララックスバリア５０６は低反射膜をつけたメタルマスクなどによって作製されているので、実際のパララックスバリア５０６の厚さも図示する厚さよりも小さくなる。
【０００７】
また、特許文献２には、パララックスバリアの有無を光学的に制御することにより、立体表示と２次元表示とを切り替えることが可能な画像表示装置が開示されている。この画像表示装置におけるパララックスバリアは、ストライプ状の１／２波長板、直線偏光を円偏光に変換する液晶セル、及び偏光板を組み合わせた構成を有している。
【０００８】
図２９に、特許文献２に開示されている画像表示装置６００を模式的に示す。画像表示装置６００は、図２９に示すように、観察者側から、パララックスバリア６０６、偏光板６０２、液晶表示パネル６０１および偏光板６０３をこの順で備えている。パララックスバリア６０６は、偏光板６０７、液晶セル６０８および位相差板アレイ（ストライプ状１／２位相差板）６０９を観察者側からこの順に有している。
【０００９】
ここで、図２９および下記表１を参照しながら画像表示装置６００の動作原理を説明する。液晶表示パネル６０１からの直線偏光（便宜的に「直線偏光Ａ」と呼ぶ。）が位相差板アレイ６０９に入射すると、偏光方向が９０°回転させられ、もとの直線偏光Ａと偏光方向が直交する直線偏光（便宜的に「直線偏光Ｂ」と呼ぶ。）に変換されて出射される。一方、直線偏光Ａのうち位相差板アレイ６０９の開口部を通過した光は、偏光状態が維持されるので、直線偏光Ａのまま出射される。
【００１０】
位相差板アレイ６０９から出射された２つの直線偏光Ａ、Ｂは、続いて液晶セル６０８に入射する。液晶セル６０８に電圧が印加されている（ＯＮ状態）時には、表１に示すように、液晶セル６０８に入射した直線偏光Ａ、Ｂは、それぞれそのままの偏光状態で出射される。その後、直線偏光Ａと直線偏光Ｂのうちいずれか一方の偏光方向が偏光板６０７の透過軸と一致するため偏光板６０７から出射し、もう一方の直線偏光は偏光板６０７によってカットされる。このように、この画像表示装置では、位相差板アレイ６０９自体をパララックスバリアとして機能させることができるので、立体画像を表示できる。
【００１１】
一方、液晶セル６０８に電圧が印加されていない（ＯＦＦ状態）時には、液晶セル６０８に入射した直線偏光ＡおよびＢは、互いに反対周りの円偏光（「円偏光ａ」および「円偏光ｂ」と呼ぶ。）に変換されて出射される。その後、これらの円偏光ａおよびｂのそれぞれの偏光板６０７の透過軸に一致した偏光成分のみが偏光板６０７から出射される。つまり、これらの円偏光ａおよびｂはいずれも部分的に偏光板６０７を通過することとなる。この場合には、ストライプ状１／２位相差板６０９はパララックスバリアとして機能しないので、２次元画像が表示される。
【００１２】
【表１】
2005122020.tif 000003
【特許文献１】特開平１０−２６８２３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１２３４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
パララックスバリア方式は簡便な立体画像表示方式ではあるが、これを利用した従来の立体画像表示装置には、以下に示すような問題点がある。
【００１４】
特許文献１のパララックスバリア方式の立体画像表示装置では、ＬＣＤから出射した光の約半分がパララックスバリアの遮光部で吸収されるため、パララックスバリアが設置されていない表示装置と比べると、表示の明るさが半減する。この明るさの低下は、２次元画像表示時においても同様に発生する。
【００１５】
パララックスバリア方式の立体画像表示装置において、明るさを低下させずに２次元画像を表示するためには、２次元画像表示時にパララックスバリアを取り除く方法がある。しかしながら、この方法では２次元画像表示の後に再び立体画像を表示するためには、パララックスバリアを正確に所定の状態となるように設置する必要があり、実質上困難である。すなわち、パララックスバリアが液晶表示素子に対して、わずかに回転したりずれたりしたりするだけで、パララックスバリアのパターンと液晶表示素子の画素配列との間で干渉が生じてモアレ縞が形成され、その結果、立体視が妨げられる。モアレ縞が生じないように正確な位置合せを行なうための機構を製作することは可能であるが、そのためには画素ピッチよりもさらに高い精度が要求される設計や加工技術が必要となり、コスト高となるだけでなく、表示装置自体が大型化する。
【００１６】
次に、特許文献２のパララックスバリアの有無を光学的に制御する画像表示装置では、パララックスバリアを機能させずに２次元画像を表示する時は、全画素（右眼および左眼用画素）を両目で視認できる。そのため、解像度の高い２次元表示を実現できる。しかし、偏光板６０７によって円偏光ａおよびｂを直線偏光として観察者側へ出射する際、これらの円偏光ａおよびｂの１／２以上の光がカットされるので、表示の明るさが低下する。また、立体画像表示時にも光の約半分が偏光板６０７で吸収されるので明るさが低下する。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るい表示が可能で、かつ、低コストで製造でき、立体画像表示装置として好適に用いられる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による画像表示装置は、光源を含む照明装置と、第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有し、前記第１画素群に属する複数の第１画素と前記第２画素群に属する複数の第２画素とが第１の方向に沿って交互に配列された表示パネルと、前記第１の方向に沿って交互に配列された複数の光透過領域および複数の遮光領域を有し、前記照明装置と前記表示パネルとの間に配置されたパララックスバリアと、を備えた画像表示装置であって、前記照明装置から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光に分離し、前記第１および前記第２直線偏光の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射し得る偏光分離素子と、それぞれが前記偏光分離素子から出射された前記第１および第２直線偏光を受け、前記第１および第２直線偏光を集光し、第１および第２集光スポットを形成する複数の集光部を有する集光素子と、をさらに備え、前記第１および第２集光スポットは、前記パララックスバリアが有する前記複数の光透過領域のうち、前記第１の方向に沿って隣接する２つの光透過領域にそれぞれ形成され、前記パララックスバリアは、前記隣接する２つの光透過領域の少なくとも一方に配置され、入射した直線偏光の偏光方向を変える偏光変換部を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記複数の集光部のそれぞれはレンチキュラーレンズを含む。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記偏光変換部は、前記隣接する２つの光透過領域の少なくとも一方に設けられた位相差板を含む。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記位相差板は、前記隣接する２つの光透過領域の一方にのみ設けられている。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記複数の光透過領域は前記第１の方向に沿ってピッチＰで配列されており、前記複数の集光部は前記第１の方向に沿って前記ピッチＰの略２倍のピッチで配列されている。
【００２３】
前記分離角θは、前記集光部と前記パララックスバリアとの間の空気換算距離をｄ’とすると、θ＝ｔａｎ-1（Ｐ／ｄ’）の関係を実質的に満足することが好ましい。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの隣接する２つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応している。
【００２５】
ある好適な実施形態において、本発明による画像表示装置は、前記照明装置と前記偏光分離素子との間に配置され、前記照明装置からの光を受け所定の偏光状態の光を出射する偏光素子と、前記偏光素子と前記偏光分離素子との間に配置され、前記偏光素子から出射された光の偏光状態を変化させ得る偏光制御素子と、をさらに備え、前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの１つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応している。
【００２６】
ある好適な実施形態において、前記偏光素子は直線偏光を出射し、前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光または円偏光に変化させる状態とをとり得る。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記偏光素子は円偏光を出射し、前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した円偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した円偏光を直線偏光に変化させる状態とをとり得る。
【００２８】
ある好適な実施形態において、前記偏光素子は直線偏光を出射し、前記偏光制御素子は、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光に変化させる状態とをとり得る。
【００２９】
ある好適な実施形態において、前記偏光制御素子は、それぞれがＴＮモードの液晶層を含む第１および第２の液晶セルを含み、前記第１および第２の液晶セルに含まれる前記液晶層の旋光方向は互いに反対であり、前記第１および第２の液晶セルは、前記第１および第２の液晶セルに含まれる前記液晶層の中間部のダイレクタが互いに略直交するように配置されている。
【００３０】
ある好適な実施形態において、前記偏光素子は直線偏光を出射し、前記偏光制御素子は、２つの偏光制御部を含み、前記２つの偏光制御部のそれぞれは、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる状態とをとることができ、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる状態にある場合に、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光として出射する。
【００３１】
ある好適な実施形態において、前記偏光素子は直線偏光を出射し、前記偏光制御素子は、２つの偏光制御部を含み、前記２つの偏光制御部のそれぞれは、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を円偏光に変化させる状態とをとることができ、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に入射した直線偏光を円偏光に変化させる状態にある場合に、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光として出射する。
【００３２】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、前記偏光制御素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変化させ得る複数の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有している。
【００３３】
ある好適な実施形態において、前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有し、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、前記複数の第１画素列および前記複数の第２画素列を含む複数の画素列のうちの１つの画素列に対して前記複数の光透過領域のうちの１つの光透過領域が対応しており、前記偏光分離素子は、前記照明装置から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光に分離し、前記第１および前記第２直線偏光の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射する状態と、前記照明装置から出射した光を受け、当該光を分離せずに出射する状態とを供給される電圧に応じてとり得る。
【００３４】
ある好適な実施形態において、前記第１画素群が表示する前記第１の画像は右目用の画像および左目用の画像の一方であり、前記第２画素群が表示する前記第２の画像は右目用の画像および左目用の画像の他方であって、前記第１画素群および前記第２画素群のそれぞれは、右目用の画像と左目用の画像とを所定のタイミングで交互に切り替えて表示する。
【００３５】
ある好適な実施形態において、前記第１および第２画素群が右目用の画像と左目用の画像とを切り替える際、前記照明装置は光を出射しない。
【００３６】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、前記第１画素群が前記第１の画像として右目用の画像および左目用の画像の一方を表示し、前記第２画素群が前記第２の画像として右目用の画像および左目用の画像の他方を表示する状態と、前記第１画素群および前記第２画素群が協同的に２次元画像である第３の画像とを表示する状態と、を切り替えてとり得る。
【００３７】
ある好適な実施形態において、前記照明装置は、前記光源から出射された光を受ける入射端面と前記入射端面に交差し前記入射端面から入射した光を前記偏光分離素子に向けて出射する出射面とを有する導光板を有し、前記入射端面の長手方向と、前記偏光分離素子によって分離された前記第１および第２直線偏光の主光線によって規定される面とが略直交し、且つ、前記集光素子は前記複数の集光部が前記第１および第２直線偏光の主光線によって規定される前記面内で前記第１および第２直線偏光を集光するように配置されている。
【００３８】
ある好適な実施形態において、前記導光板は、第２の方向に略平行な第１辺と、前記第２の方向に略直交する第３の方向に略平行な第２辺とを有し、前記入射端面は前記第３の方向に平行である。
【００３９】
ある好適な実施形態において、前記第１の方向と前記第２の方向とは実質的に同一の方向である。
【００４０】
ある好適な実施形態において、前記照明装置から出射される光の、前記第１および前記第２直線偏光の主光線を含む面内の配光分布の半値幅角は約３０°以下である。
【００４１】
ある好適な実施形態において、本発明による画像表示装置は、前記表示パネルを介して互いに対向する一対の偏光板を有し、前記パララックスバリアから出射された直線偏光の偏光方向が、前記表示パネルと前記パララックスバリアとの間に配置された偏光板の透過軸と略一致している。
【発明の効果】
【００４２】
本発明による画像表示装置では、集光素子の集光部によって光がパララックスバリアの光透過領域に集められるので、遮光領域での光の吸収を抑制でき、光の利用効率が向上する。また、照明装置から出射した光は、偏光分離素子によって一旦偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離され、その後少なくとも一方の直線偏光がパララックスバリアの偏光変換部で偏光方向を変えられる。従って、照明装置から出射した光は、偏光分離素子、集光素子およびパララックスバリアを透過することによって偏光方向のそろった直線偏光として表示パネル側に出射し得るので、この点からも光を効率よく利用することが可能になる。例えば表示パネルが液晶表示パネルである場合、液晶表示パネルの前面に設けられる偏光板での光の吸収を抑制することができる。このように、本発明による画像表示装置では、光の利用効率を向上し、明るい表示を実現することができる。また、明るい表示（２次元表示）を行うためにパララックスバリアを装置から取り外す必要もないので、パララックスバリアを高い位置精度で再び装置に取り付けるための複雑な機構も必要とせず、装置の小型化、低コスト化の点でも有利である。
【００４３】
このように、本発明によると、明るい表示が可能で、かつ、低コストで製造でき、立体画像表示装置として好適に用いられる画像表示装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
（実施形態１）
図１に、本実施形態における画像表示装置１００を模式的に示す。画像表示装置１００は、図１に示すように、照明装置１０、偏光分離素子２０、集光素子３０、パララックスバリア（視差バリア）４０および液晶表示素子５０を背面側（観察者側とは反対側）からこの順で備えている。
【００４６】
液晶表示素子５０は、液晶表示パネル５２と、液晶表示パネル５２を介して互いに対向する一対の偏光板５４および５６とを有し、照明装置１０から出射して偏光分離素子２０、集光素子３０およびパララックスバリア４０を透過した光を用いて表示を行う。
【００４７】
液晶表示パネル５２は、第１の画像を表示するための第１画素群と、第２の画像を表示するための第２画素群とを有している。第１の画像および第２の画像は、例えば右目用の画像と左目用の画像である。第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を有し、第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を有している。第１画素列と第２画素列とは、ある方向（図１中に示す第１の方向）に沿って交互に配列されている。つまり、第１画素群に属する複数の第１画素と第２画素群に属する複数の第２画素とが、第１の方向に沿って交互に配列されている。
【００４８】
照明装置１０は、少なくとも光源を含んでいる。照明装置１０としては、例えば、光源および導光板を有し、導光板の入射端面に光源が配置されたエッジライト方式の照明装置を用いることができる。
【００４９】
偏光分離素子２０は、図２（ａ）に示すように、照明装置１０から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光Ｐ１（偏光方向が紙面に平行）およびＰ２（偏光方向が紙面に垂直）に分離し、これら２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射する。偏光分離素子２０によって分離された２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線が規定する面は、紙面に平行である。
【００５０】
集光素子３０は、図１および図２（ｂ）に示すように、複数の集光部３２を有している。各集光部３２は、偏光分離素子２０から出射された２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２を受け、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２をそれぞれ集光し、２つの集光スポット（点状である必要はなく、線状であってもよい。）を形成する。なお、本実施形態における集光素子３０は、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２を偏光分離面（紙面に平行）内で集光する機能を有している。他の方向（例えば偏光分離面に直交する方向：紙面に垂直な方向）に集光作用を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００５１】
パララックスバリア４０は、図１および図３に示すように、複数の光透過領域４２と複数の遮光領域４４とを有している。光透過領域４２と遮光領域４４とは、第１の方向（第１画素と第２画素とが交互に配列されている方向）に沿って、交互に配列されている。集光素子３０の集光部３２によって形成される２つの集光スポットは、隣接する２つの光透過領域４２にそれぞれ形成される。
【００５２】
また、パララックスバリア４０は、図３に示すように、隣接する２つの光透過領域４２の少なくとも一方（すなわち集光部３２によって形成される２つの集光スポットの内の少なくとも一方の近傍）に配置され、入射した直線偏光の偏光方向を変える偏光変換部４６を有している。偏光変換部４６は、遅相軸が所定の角度で配置された位相差板などであり、例えば直線偏光Ｐ１の偏光方向を９０°回転させるように配置されたλ／２板である。従って、偏光変換部４６は、直線偏光Ｐ１の偏光方向を変化させ、直線偏光Ｐ２の偏光方向と一致させる。
【００５３】
なお、ここで例示したように、偏光変換部４６は隣接する２つの光透過領域４２の内の一方に配置すれば、一方の直線偏光の偏光方向を他方の偏光方向に一致させることができるが、これに限られない。例えば、２つの光透過領域４２のそれぞれに対応して偏光変換部４６を設けて、直線偏光Ｐ１およびＰ２の両方の偏光方向を変化させ、いずれの偏光方向とも異なる方向（例えば直線偏光Ｐ１およびＰ２の偏光方向に対して４５°の角度をなす方向）で偏光方向が互いに一致にするようにしてもよい。例えば、偏光変換部４６としてλ／２板を用いて、直線偏光Ｐ１の集光スポットに対応して設けられるλ／２板の遅相軸の方向と直線偏光Ｐ１の偏光方向とのなす角、および直線偏光Ｐ２の集光スポットに対応して設けられるλ／２板の遅相軸の方向と直線偏光Ｐ２の偏光方向とのなす角を適宜設定することによって、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の偏光方向をもとの偏光方向とは異なる方向で一致させることができる。構成を簡略化して製造コストを低減する観点からは、隣接する２つの光透過領域４２の一方のみに偏光変換部４６を設けることが好ましい。
【００５４】
以下では、集光部３２として半円柱状のレンチキュラーレンズを備えた集光素子３０を用い、偏光変換部４６としてレンチキュラーレンズ３２に平行に延びる短冊状のλ／２板を備えたパララックスバリア４０を用いた構成を例に本発明による実施形態を説明する。なお、ここでは、図３などに示すように、透明基板（例えばガラス基板）３１の光入射側に集光素子３０が設けられるとともに、光出射側にパララックスバリア４０が設けられ、集光素子３０とパララックスバリア４０とが一体に構成されている場合を例示しているが、勿論これに限定されず、集光素子３０とパララックスバリア４０とが別個の素子として分離されていてもよい。
【００５５】
液晶表示パネル５２の光入射側（照明装置側）に配置された偏光板５４の透過軸は、パララックスバリア４０から出射される直線偏光の偏光方向と一致するように配置されている。図示した例では、偏光板５４の透過軸は、紙面に垂直で、直線偏光Ｐ２を透過するように配置されている。観察者側の偏光板５６の透過軸は、液晶表示パネル５２の表示モード（液晶層の配向モードおよびＮＷまたはＮＢモード）などに応じて、偏光板５４の透過軸と所定の関係（例えば直交または平行）となるように配置されている。もちろん、パララックスバリア４０から出射される直線偏光の偏光方向はこれに限られず、上述したように偏光変換部４６を適宜変更することによって、任意の方向にすることができる。
【００５６】
次に、画像表示装置１００の表示原理を説明する。照明装置１０から出射した光は、偏光分離素子２０によって、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２に分離され、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２が集光素子３０に向けて互いに所定の分離角θだけ異なる方向に出射される。集光素子３０の各集光部３２に入射した２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２は、それぞれ集光され、パララックスバリア４０の隣接する２つの光透過領域４２に２つの集光スポットが形成される。直線偏光Ｐ２の集光スポットは、偏光変換部４６が設けられていない光透過領域４２に形成されるので、直線偏光Ｐ２は偏光方向が維持されたまま、偏光板５４に向けて出射され、偏光板５４を透過して液晶表示パネル５２で表示に用いられる。一方、直線偏光Ｐ１の集光スポットは、偏光変換部４６が設けられている光透過領域４２に形成されるので、直線偏光Ｐ１は偏光方向が９０°回転し、直線偏光Ｐ２と偏光方向が同じ直線偏光として偏光板５４に向けて出射され、偏光板５４を透過して液晶表示パネル５２で表示に用いられる。図４に示すように、液晶表示パネル５２の第１画素５２Ａからの光は、左目には到達するものの、遮光領域４４が存在するために右目には到達しない。また、液晶表示パネル５２の第２画素５２Ｂからの光は、右目には到達するものの、遮光領域４４が存在するために左目には到達しない。このように、パララックスバリア４０が形成する視差によって、観察者の左目には第１画素５２Ａのみが視認され、右目には第２画素５２Ｂのみが視認される。そのため、液晶表示パネル５２の第１画素群と第２画素群とに右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ表示することによって、立体表示が可能になる。
【００５７】
本発明による画像表示装置１００では、集光素子３０の集光部３２によって光がパララックスバリア４０の光透過領域４２に集められるので、遮光領域４４での光の吸収を抑制でき、光の利用効率が向上する。また、照明装置１０から出射した光（偏光方向がランダムな光）は、偏光分離素子２０によって一旦偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離され、その後少なくとも一方の直線偏光が偏光変換部４６で偏光方向を変えられる。従って、照明装置１０から出射した光は、偏光分離素子２０、集光素子３０およびパララックスバリア４０を透過することによって偏光方向のそろった直線偏光として液晶表示素子５０側に出射し得るので、液晶表示素子５０の偏光板５４での光の吸収を抑制でき、照明装置１０から出射する光を効率よく利用することができる。このように、本発明による画像表示装置１００では、パララックスバリア４０の遮光領域４４や液晶表示素子５０の偏光板５４での光の吸収を抑制できるので、光の利用効率を向上し、明るい表示を実現することができる。本発明によると、従来の立体画像表示装置に比べ、例えば明るさを１．５倍以上向上することができる。また、明るい表示（２次元表示）を行うためにパララックスバリアを装置から取り外す必要もないので、パララックスバリアを高い位置精度で再び装置に取り付けるための複雑な機構も必要とせず、装置の小型化、低コスト化の点で有利である。
【００５８】
偏光分離素子２０としては、例えば、図５に示す素子を好適に用いることが出来る。図５に示す偏光分離素子２０は、一対の透明基板２２および２３と、これらの間に設けられたプリズム２１ａおよび光学的異方性物質層２１ｂとを有している。プリズム２１ａは、紙面の上下方向に規則正しく一定の周期的で設けられた三角プリズムであり、例えば透明基板２３に一体に形成され得る。
【００５９】
光学的異方性物質層２１ｂは、プリズム２１ａの周期方向の偏光方向を有する直線偏光（ここではＰ１）に対する屈折率は、プリズム２１ａの屈折率と異なっており、これに直交する偏光方向を有する直線偏光（ここではＰ２）に対する屈折率は、プリズムの屈折率と略一致している。
【００６０】
偏光分離素子２０に透明基板２２の法線方向から入射した光の内の直線偏光Ｐ２にとっては、光学的異方性物質層２１ｂおよびプリズム２１ａの屈折率は互いに略一致しているので、これらの界面で屈折されること無く直進する。これに対し、直線偏光Ｐ１にとっては、光学的異方性物質層２１ｂおよびプリズム２１ａの屈折率は互いに異なるので、この界面で屈折される。その結果、直線偏光Ｐ１とＰ２とは、偏光分離素子２０の透明基板２３から異なる角度（分離角θ）で出射される。分離角θは、プリズム２１ａと光学的異方性物質層２１ｂとの界面における屈折角を調整することによって制御され得る。
【００６１】
なお、図５に示した偏光分離素子２０を用いて分離した２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２を、集光素子３０およびパララックスバリア４０に対して互いに対称に入射させるために、図６に示すように、集光素子３０およびパララックスバリア４０が設けられる基板３１の法線（図中の破線）が直線偏光Ｐ１とＰ２とのなす角（分離角）を二等分するように配置することが好ましい。このように配置することによって、液晶表示素子の視角依存の影響を最小限に抑えることができる。図６では、集光素子３０以降の構成要素を偏光分離素子２０の法線に対して傾ける構成としたが、液晶表示素子５０以降、または液晶表示素子５０のみを傾ける構成としてもよい。
【００６２】
また、図５に示す偏光分離素子２０以外の公知の偏光分離素子を用いることもできる。例えば、図７（ａ）および（ｂ）に示すようなウォラストン・プリズム２０’やロション・プリズム２０’’を用いてもよい。ウォラストン・プリズムやロション・プリズムは、方解石や水晶などの一軸性結晶から形成された２つのプリズムの光学軸を直交させて貼り合わせることによって形成される。ウォラストン・プリズムおよびロション・プリズムは、例えば、辻内順平著、「光学概論II」、ｐ１９３−１９４に開示されている。
【００６３】
図７（ａ）に示すウォラストン・プリズム２０’に常光線（ここではＰ１）と異常光線（ここではＰ２）とが入射すると、２つのプリズムの光学軸が直交しているので、２つのプリズムの境界において常光線と異常光線の進行方向が変わり、常光線および異常光線はウォラストン・プリズム２０’から互いに異なる方向に出射する。このとき、常光線および異常光線は、ウォラストン・プリズム２０’の光出射面に対して対称な角度で出射されるので、集光素子３０や表示パネル５０を光軸に対して傾けなくても、液晶表示装置の視角依存の影響を最小限に抑制することができる。
【００６４】
図７（ｂ）に示すロション・プリズム２０’’は、光入射側のプリズムの光学軸の方向が図７（ａ）に示すウォラストン・プリズム２０’とは異なっている。ロション・プリズム２０’’に常光線（ここではＰ１）と異常光線（ここではＰ２）とが入射すると、２つのプリズムの境界において異常光線のみが進行方向を変えられるので、常光線と異常光線とを互いに異なる方向に出射することができる。
【００６５】
次に、図８（ａ）および（ｂ）と図９を参照しながら、集光素子３０およびパララックスバリア４０の好ましい構成を説明する。
【００６６】
パララックスバリア４０は、透明基板３１の光出射側にピッチＰで配列された光透過領域（開口部）４２と、光透過領域４２間に配置された遮光領域４４と、隣接する２つの光透過領域４２のうちの一方に（すなわちピッチ２Ｐで）配置された偏光変換部４６とを有している。光透過領域４２、遮光領域４４および偏光変換部４６は、第１の方向に交差する（典型的には直交する）方向に沿って延びるストライプ状に形成されている。また、図９に示すように、第１の方向に沿って隣接する２つの画素列に対して１つの光透過領域４２が対応している。
【００６７】
集光素子３０は、透明基板３１の光入射側に光透過領域４２の配列ピッチＰの２倍のピッチ（すなわち２Ｐ）で配列されたレンチキュラーレンズ３２を有している。つまり、光透過領域４２およびレンチキュラーレンズ３２は、２つの光透過領域４２に対して１つのレンチキュラーレンズ３２が対応するように配置されている。レンチキュラーレンズ３２は、ストライプ状に形成された光透過領域４２および遮光領域４４に略平行に延びるように形成されている。個々のレンチキュラーレンズ３２の幅はピッチＰとほぼ一致しており、個々の光透過領域４２および遮光領域４４の幅は略Ｐ／２である。
【００６８】
レンチキュラーレンズ３２に２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２が入射すると、レンチキュラーレンズ３２の集光機能によって、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２に対応して２つの集光スポットが形成される。具体的には、一方の直線偏光Ｐ１は偏光変換部４６上（すなわち偏光変換部４６が設けられている光透過領域４２）にその集光スポットが形成され、他方の直線偏光Ｐ２は偏光変換部４６が設けられていない光透過領域４２にその集光スポットが形成される。
【００６９】
図１０（ａ）に示すように、レンチキュラーレンズ３２およびパララックスバリア４０は、レンチキュラーレンズ３２とパララックスバリア４０との間の空気換算距離をｄ’とすると、下式（１）の関係を実質的に満足するように配置されることが好ましい。式（１）の関係を実質的に満足していることによって、パララックスバリア４０上での集光スポットの中心間の間隔を略Ｐとすることができ、隣接する２つの光透過領域４２のそれぞれに集光スポットを精度良く形成することができる。なお、空気換算距離ｄ’は、光の伝播する媒体の距離（厚さ）をその屈折率で割った値である。例えば、レンチキュラーレンズ３２とパララックスバリア４０との間の実際の距離をｄとし、これらの間に屈折率ｎの媒体が存在している場合には、ｄ’＝ｄ／ｎである。
θ＝ｔａｎ-1（Ｐ／ｄ’）・・・（１）
【００７０】
例えば、光透過領域４２の配列ピッチＰが２００μｍ、レンチキュラーレンズ３２とパララックスバリア４０との間の距離ｄが１０００μｍの場合、透明基板３１を無視すれば、好ましい分離角θは、下式（２）で表される。
θ＝ｔａｎ-1（２００／１０００）≒１１．３°・・・（２）
【００７１】
なお、図１０（ａ）には、２つの直線偏光のうちの一方が透明基板３１の法線方向に対して平行に集光素子３０に入射する場合（このとき他方の直線偏光は透明基板３１の法線方向に対して分離角θと同じ角度をなす）を示しているが、図１０（ｂ）に示すように、２つの直線偏光がともに透明基板３１の法線方向に対して傾斜している場合であっても、式（１）を近似式として用いて配置を設定しても実用上の支障はほとんどない。もちろん、より厳密な下式（３）を用いてもよい。
θ＝ｔａｎ-1θ1＋ｔａｎ-1θ2
＝ｔａｎ-1（ｎ×Ｐｉ／ｄ）＋ｔａｎ-1（ｎ×Ｐｉｉ／ｄ）・・・（３）
【００７２】
ここで、式（３）中、θ1およびθ2はそれぞれ直線偏光Ｐ１およびＰ２が透明基板３１の法線方向となす角度であり、ＰｉおよびＰｉｉは、図１０（ｂ）中の頂角がθ1および
θ2の仮想的な三角形の底辺の長さである。
【００７３】
また、集光スポットは収束点（光束の断面積が最も小さくなる点）と一致することを要しないが、光透過領域４２における集光スポットの幅は、光透過領域４２の幅よりも狭いことが好ましい。
【００７４】
なお、本実施形態では、レンチキュラーレンズ３２と光透過領域４２とが１：２の割合で配置されているが、集光素子３０の集光部と、パララックスバリア４０の光透過領域４２とは、必ずしも１：２の割合で配置されている必要はなく、図８の各レンチキュラーレンズ３２に代えて、光透過領域４２の延びる方向に沿って並ぶ複数のマイクロレンズを用いてもよい。各集光部が、隣接する２つの光透過領域４２に２つの集光スポットをそれぞれ形成すればよく、集光部が、光透過領域４２と遮光領域４４とが交互に配列されている方向（第１画素と第２画素とが交互に配列されている第１の方向）に沿って、光透過領域４２の配列ピッチの略２倍のピッチで配列されていればよい。言い換えると、第１画素と第２画素とが交互に配列されている方向に沿ったある断面を考えたとき、その断面について、集光部と光透過領域４２とが１：２の割合で配置されていればよい。
【００７５】
（実施形態２）
図１１を参照しながら、本実施形態における画像表示装置２００を説明する。なお、以下の説明では、実施形態１において説明した画像表示装置１００と異なる点を中心に説明する。画像表示装置１００の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号を用いて図中に示し、その説明を省略する。
【００７６】
画像表示装置２００は、照明装置１０と偏光分離素子２０との間に、偏光板６０と偏光制御素子７０とを照明装置１０側からこの順で備えている。
【００７７】
偏光板６０は、照明装置１０からの光を受け直線偏光を出射する。本実施形態では、偏光板６０は、偏光方向が図１１の紙面に対して平行な直線偏光を出射する。
【００７８】
偏光板６０と偏光分離素子２０との間に配置された偏光制御素子７０は、偏光板６０から出射された光（直線偏光）の偏光状態を変化させることができる。具体的には、偏光制御素子７０は、供給される電圧に応じて、入射した直線偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した直線偏光を偏光方向が直交する直線偏光に変化させる状態とをとり得る。
【００７９】
本実施形態における偏光制御素子７０は、偏光制御部としての２つの液晶セル７１および７２を有している。液晶セル７１および７２のそれぞれは、液晶層に電圧が印加されている状態（オン状態）において入射した直線偏光の偏光状態を維持し、液晶層に電圧が印加されていない状態（オフ状態）において入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させるＴＮモードの液晶セルである。２つの液晶セル７１および７２は、両方がオフ状態のときに偏光制御素子７０が入射直線偏光の偏光方向を９０°回転させるように配置されている。なお、以下では、液晶セル（偏光制御部）が入射した直線偏光の偏光方向を維持する状態を「第１状態」と呼び、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる状態を「第２状態」と呼ぶ。
【００８０】
画像表示装置２００では、偏光分離素子２０に入射する光の偏光状態を偏光制御素子７０によって変化させることができるので、偏光分離素子２０からの光の出射角を変化させることができる。
【００８１】
まず、液晶セル７１および７２の両方がオン状態（第１状態）である場合、図１２（ａ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光（偏光方向が垂直方向の直線偏光）は、液晶セル７１および７２を通過しても偏光方向が維持される。従って、偏光制御素子７０に入射した直線偏光は、偏光方向が維持されたまま偏光制御素子７０から出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が垂直方向の直線偏光が入射し、屈折角θで屈折する。
【００８２】
また、液晶セル７１および７２の両方がオフ状態（第２状態）である場合、図１２（ｂ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光は、液晶セル７１および７２を通過することによって偏光方向を９０°回転させられる。従って、偏光制御素子７０に入射した直線偏光は、入射時とは偏光方向が直交する直線偏光として偏光制御素子７０から出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が水平方向の直線偏光が入射し、屈折せずにそのまま透過する。
【００８３】
そして、液晶セル７１および７２の一方がオン状態（第１状態）で他方がオフ状態（第２状態）である場合、図１２（ｃ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光は、液晶セル７１および７２を通過することによって偏光方向を４５°回転させられる。従って、偏光制御素子７０に入射した直線偏光は、入射時とは偏光方向が４５°異なる直線偏光として偏光制御素子７０から出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が垂直方向または水平方向に対して４５°の角度をなす光が入射し、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離角θで分離される。
【００８４】
このように、図１２（ａ）および（ｂ）に示す状態では、偏光分離素子２０から単一の出射角で光が出射するのに対して、図１２（ｃ）に示す状態では、偏光分離素子２０からは２つの出射角で光が出射する。また、図１２（ａ）に示す状態と図１２（ｂ）に示す状態とでは、偏光分離素子２０からの光の出射角が異なっている。
【００８５】
図１３に、本実施形態における集光素子３０およびパララックスバリア４０を示す。本実施形態においても、レンチキュラーレンズ３２および光透過領域４２は、２つの光透過領域４２に対して１つのレンチキュラーレンズ３２が対応するように配置されている。ただし、本実施形態におけるパララックスバリア４０では、図１４に示すように、１つの画素列に対して１つの光透過領域４２が対応している。
【００８６】
例えば光透過領域４２の配列ピッチＰが１００μｍ、レンチキュラーレンズ３２とパララックスバリア４０との間の距離ｄが１０００μｍの場合、透明基板３１を無視すれば、偏光分離素子２０での好ましい分離角（屈折角）θは、下式（４）で表される。
θ＝ｔａｎ-1（１００／１０００）≒５．７°・・・（４）
【００８７】
本実施形態では、図１２（ａ）〜（ｃ）に示したように、偏光分離素子２０からの光の出射角が偏光制御素子７０の状態によって変化するため、集光素子３０のレンチキュラーレンズ３２によって形成される集光スポットの位置もそれに伴って変化する。
【００８８】
具体的には、図１２（ａ）に示す状態と図１２（ｂ）に示す状態とを切り替えることによって、図１４に示すように、隣接する２つの光透過領域４２の一方４２Ａのみに集光スポットが形成される状態と、他方４２Ｂのみに集光スポットが形成される状態とを切り替えることができる。また、図１２（ｃ）に示す状態では、２つの集光スポットを隣接する２つの光透過領域４２Ａおよび４２Ｂにそれぞれ形成することができる。
【００８９】
光透過領域４２Ａに集光スポットが形成されている状態では、光透過領域４２Ｂからは光がほとんど出射せず、パララックスバリア４０は、実質的には光透過領域４２Ａのみを有するパララックスバリアとして機能する。一方、光透過領域４２Ｂに集光スポットが形成されている状態では、光透過領域４２Ａからは光がほとんど出射せず、パララックスバリア４０は、実質的には光透過領域４２Ｂのみを有するパララックスバリアとして機能する。いずれの状態においても、第１画素群および第２画素群の一方に右目用の画像を表示し、他方に左目用の画像を表示することによって立体画像を表示することができる。
【００９０】
光透過領域４２Ａのみに集光スポットが形成されている状態と、光透過領域４２Ｂのみに集光スポットが形成されている状態とでは、パララックスバリア４０の実質的な光透過領域の位置が異なっているので、これらの２つの状態を切り替えることで、パララックスバリア４０の実質的な光透過領域の位置をシフトさせることができる。従って、パララックスバリア４０が形成する視差によって本来片方の画素群の表示しか視認できない右目（左目）に、両方の画素群の表示を時分割で視認させることが可能になる。そのため、光透過領域のシフトに同期して（集光スポットの位置の切り替えに同期して）、第１画素群および第２画素群のそれぞれに右目用の画像と左目用の画像とを交互に切り替えて表示することにより、液晶表示パネル５２の画素数と同じ画素数で立体画像を表示することができる。なお、両方の目に時分割ですべての画素を視認させるためには、光透過領域の位置のシフトが短い周期で行われることが好ましく、液晶セル７１および７２への供給電圧の切り替えを短い周期（例えば１２０Ｈｚ）で行って偏光制御素子７０の状態の切り替えを高速で行うことが好ましい。
【００９１】
また、液晶表示パネル５２の第１画素群および第２画素群に右目用の画像と左目用の画像ではなく２次元画像を表示すれば、観察者は２次元画像を表示することができるが、このときにも、偏光制御素子７０の状態を切り替えて光透過領域の位置をシフトさせることによって、右目および左目のそれぞれは、時分割で全ての画素の表示を視認することができるので、液晶表示パネル５２の画素数と同じ画素数での解像度の高い２次元表示が可能になる。
【００９２】
このように、本実施形態における画像表示装置２００では、偏光制御素子７０の状態を切り替えることによって、パララックスバリア４０の実質的な光透過領域の位置をシフトさせることができる。そのため、右目と左目のそれぞれに液晶表示パネル５２の全ての画素を時分割で視認させることができ、解像度が高く、明るい立体・２次元表示が実現される。画像表示装置２００は、表示パネルとして表示画像よりも画素数の多いパネルを用いる必要がないので、低コストで製造できる。また、２次元表示を行う際、パララックスバリア４０を装置から取り外す必要もないので、パララックスバリア４０を高い位置精度で再び装置に取り付けるための複雑な機構も必要とせず、装置の小型化、低コスト化の点で有利である。
【００９３】
また、画像表示装置２００では、偏光制御素子７０が図１２（ｃ）に示す状態をとっているときには、隣接する２つの光透過領域４２の両方に集光スポットが形成される。ここで、各々の光透過領域４２は、図１４に示すように、画素列と１：１で対応しているので、この状態ではパララックスバリア４０による視差は形成されない。従って、液晶表示パネル５２に２次元画像を表示することによって解像度の高い２次元表示を行うことができる。この場合、偏光制御素子７０や液晶表示パネル５２を高速で駆動する必要がないという利点が得られる。なお、液晶表示パネル５２は、３次元表示を行う際には、第１画素群が第１の画像として右目用の画像および左目用の画像の一方を表示し、第２画素群が第２の画像として右目用の画像および左目用の画像の他方を表示する状態をとっているが、２次元表示を行う際には、第１画素群および第２画素群が協同的に２次元画像である第３の画像を表示する状態をとっている。
【００９４】
本実施形態では、偏光制御素子が有する２つの偏光制御部のそれぞれが、入射した直線偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射した直線偏光を偏光方向が４５°回転した直線偏光に変化させる第２状態とをとり得る場合について説明したが、２つの偏光制御部のそれぞれが、上記第１状態と、入射した直線偏光を円偏光に変化させる「第３状態」とをとり得る構成としても、同様の効果を得ることができる。第１状態と第３状態とをとり得る偏光制御部としては、例えば、複屈折モード（ＥＣＢモード）の液晶セルを用いることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す３つの状態をとり得る偏光制御素子７０を例示したが、偏光制御素子は必ずしも３つの状態をとり得る必要はなく、２つの状態しかとり得なくてもよい。例えば、偏光制御素子が、入射した直線偏光の偏光方向を維持する状態と、入射した直線偏光の偏光方向を９０°回転させる状態とをとり得れば、解像度の高い立体表示・２次元表示が可能になる。また、偏光制御素子が、入射した直線偏光の偏光方向を維持する状態と、入射した直線偏光の偏光方向を４５°回転させる状態または入射直線偏光を円偏光に変換する状態とをとり得れば、立体表示と、解像度が高く且つ高速駆動が不要な二次元表示とを切り替えることができる。
【００９６】
また、本実施形態では、２つの偏光制御部（液晶セル７１および７２）を有する偏光制御素子７０を例示したが、１つの偏光制御部（例えば１つの液晶セル）を有する偏光制御素子を用いてもよい。図１５および図１６に、偏光制御部を１つ有する偏光制御素子７０Ａおよび７０Ｂを示す。
【００９７】
図１５（ａ）および（ｂ）に示す偏光制御素子７０Ａは、偏光制御部として１つの液晶セル７３を有している。液晶セル７３は、供給される電圧（液晶層に印加される電圧）に応じて、入射した直線偏光の偏光方向を維持する第１状態と、入射した直線偏光の偏光方向を９０°回転させる「第４状態」とをとり得る。液晶セル７３は、例えば、液晶層に電圧を印加されているとき（オン状態）に第１状態をとり、液晶層に電圧を印加されていないとき（オフ状態）に第４状態をとるＴＮモードの液晶セルである。
【００９８】
液晶セル７３がオン状態（第１状態）である場合、図１５（ａ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光（偏光方向が垂直方向の直線偏光）は、液晶セル７３を通過しても偏光方向が維持される。従って、偏光制御素子７０Ａに入射した直線偏光は、偏光方向が維持されたまま偏光制御素子７０から出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が垂直方向の直線偏光が入射し、屈折角θで屈折する。
【００９９】
一方、液晶セル７３がオフ状態（第４状態）である場合、図１５（ｂ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光は、液晶セル７３を通過することによって偏光方向を９０°回転させられる。従って、偏光制御素子７０に入射した直線偏光は、入射時とは偏光方向が直交する直線偏光として偏光制御素子７０から出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が水平方向の直線偏光が入射し、屈折せずにそのまま透過する。
【０１００】
従って、図１５（ａ）に示す状態と図１５（ｂ）に示す状態とを切り替えることによって、集光素子３０が形成する集光スポットの位置を変化させてパララックスバリア４０の実質的な光透過領域の位置をシフトさせることができる。そのため、解像度の高い立体表示・２次元表示が可能になる。
【０１０１】
図１６（ａ）および（ｂ）に示す偏光制御素子７０Ｂは、偏光制御部として１つの液晶セル７４を有している。液晶セル７４は、供給される電圧（液晶層に印加される電圧）に応じて、入射した直線偏光の偏光方向を維持する第１状態と、入射した直線偏光の偏光方向を４５°回転させる第２状態または入射した直線偏光を円偏光に変換する第３状態とをとり得る。液晶セル７４は、例えば、液晶層に電圧を印加されているとき（オン状態）に第１状態をとり、液晶層に電圧を印加されていないとき（オフ状態）に第２状態をとるＴＮモードの液晶セルである。あるいは、液晶セル７４として、第１状態と第３状態とをとり得る複屈折モードの液晶セルを用いてもよい。
【０１０２】
液晶セル７４がオン状態（第１状態）である場合、図１６（ａ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光（偏光方向が垂直方向の直線偏光）は、液晶セル７４を通過しても偏光方向が維持される。従って、偏光制御素子７０Ｂに入射した直線偏光は、偏光方向が維持されたまま偏光制御素子７０Ｂから出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が垂直方向の直線偏光が入射し、屈折角θで屈折する。
【０１０３】
一方、液晶セル７４がオフ状態（第２状態または第３状態）である場合、図１６（ｂ）に示すように、偏光板６０から出射した直線偏光は、液晶セル７４を通過することによって偏光方向を４５°回転させられるか、あるいは円偏光に変換される。従って、偏光制御素子７０Ｂに入射した直線偏光は、入射時とは偏光方向が４５°異なる直線偏光または円偏光として偏光制御素子７０Ｂから出射される。そのため、偏光分離素子２０には、偏光方向が垂直方向または水平方向に対して４５°の角度をなす直線偏光、または円偏光が入射し、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離角θで分離される。
【０１０４】
従って、図１６（ａ）に示す状態と図１６（ｂ）に示す状態とを切り替えることによって、隣接する２つの光透過領域４２の一方のみに集光スポットが形成される状態と、両方に集光スポットが形成される状態とを切り替えることができ、立体表示と、解像度が高く且つ高速駆動が不要な二次元表示とを切り替えることができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、偏光素子として直線偏光を出射する偏光板６０を例示したが、円偏光を出射する円偏光板を用いてもよい。円偏光板を用いる場合、例えば、供給される電圧に応じて、入射した円偏光の偏光状態を維持する状態と、入射した円偏光を直線偏光に変化させる状態とをとり得る偏光制御素子を用いることによって、立体表示と、解像度が高く且つ高速駆動が不要な二次元表示とを切り替えることができる。
【０１０６】
次に、図１７を参照しながら、偏光制御素子の他の好ましい構成を説明する。
【０１０７】
液晶表示パネル５２に表示される画像を切り替える方式としては、「線走査（ライン走査）方式」が一般的である。この方式によれば、液晶表示パネル５２において行列状に配列された複数の画素を１行または数行ごとに駆動し、表示面の上部から下部に向けて垂直に新しい画像を表示していく。
【０１０８】
液晶表示パネル５２が線走査されることによって駆動される場合には、図１７に示す偏光制御素子７０Ｃのように、それぞれが独立に光の偏光方向を変化させ得る複数の領域（以下では「制御領域」とも呼ぶ。）７０ａ、７０ｂ、７０ｃを液晶表示パネル５２の走査方向に沿って有していることが好ましく、例えば偏光制御部としての液晶セルが液晶層に部分的に電圧を印加できる構造を有していることが好ましい。
【０１０９】
液晶表示パネル５２の走査方向に沿って複数の制御領域７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有している偏光制御素子７０Ｃは、パララックスバリア４０の実質的な光透過領域を一括的にシフトさせるだけでなく、部分的、段階的にシフトさせることができる。そのため、液晶表示パネル５２の走査に同期して光透過領域のシフトを行うことができるので、表示パネルによる画像切り替えのタイミングと、偏光制御素子による視認画素の切り替えのタイミングとのずれを低減することができる。その結果、表示品位を向上できる。
【０１１０】
図１８（ａ）に、偏光制御素子が単一の制御領域を有している場合における、画像切り替えのタイミングと視認画素の切り替えのタイミングとのずれを示す。なお、図１８（ａ）では、１垂直走査期間がαであり、液晶表示パネル５２の表示面の半分に書き込みが行われた時点（走査開始からα／２後）で光透過領域のシフトを行う場合を示している。偏光制御素子が単一の制御領域しか有していない場合、偏光制御素子は、実質的な光透過領域の位置を一括的にシフトさせる。そのため、図１８（ａ）に示すように、画像の上端および下端ではそれぞれα／２のタイミングずれが発生してしまう。
【０１１１】
これに対して、図１７に示す偏光制御素子７０Ｃのように走査方向に沿って３つの制御領域７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有している場合、表示面の１／６まで書き込みが行われた時点（走査開始からα／６後）で上部の制御領域７０ａを駆動し、表示面の１／２まで書き込みが行われた時点（走査開始からα／２後）で中央の制御領域７０ｂを駆動し、表示面の５／６まで書き込みが行われた時点（走査開始から５α／６後）で下部の制御領域７０ｃを駆動することによって、タイミングのずれをα／６に（１／３に）低減することができる。
【０１１２】
ここでは制御領域が３つの場合を例示したが、偏光制御素子が有する制御領域は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。タイミングのずれをより低減して表示品位を向上する観点からは、偏光制御素子がより多くの制御領域を有していることが好ましい。
【０１１３】
なお、液晶表示パネル５２や偏光制御素子の応答速度が遅いと、右目用の画像と左目用の画像とを切り替える過渡期においてこれらのクロストークが発生することがある。図１９に示すように、右目用の画像と左目用の画像とを切り替える過渡期（フィールド１とフィールド２との間）に、液晶表示パネル５２に偏光制御素子側からの光を入射させない、すなわち照明装置１０から光を出射しない期間（ブランキングタイム）を設けると、このクロストークの発生を抑制することができる。
【０１１４】
図１７に示すように偏光制御素子が複数の制御領域を有している場合には、それぞれの制御領域を駆動するタイミングに応じてブランキングのタイミングを表示面内でずらすことによって、より効果的にクロストークの発生を抑制できる。ブランキングのタイミングを表示面内でずらすためには、照明装置１０が偏光制御素子の一部に選択的に光を照射できるような構成を有している必要がある。このような照明装置としては、例えば、マトリクス状に発光ダイオードが配置された発光ダイオードアレイが挙げられる。
【０１１５】
本実施形態では、偏光制御素子が有する偏光制御部として液晶セルを例示している。液晶セルは、オフ状態からオン状態への切り替えに要する時間と、オン状態からオフ状態への切り替えに要する時間とが異なる。これは、液晶層への電圧の印加を開始したときと液晶層への電圧の印加を停止したときとでは、液晶分子の向きが変化する速度が異なっているためである。この応答速度を評価するには、液晶層の前後に一対の直交配置した偏光子を配置し、光の透過率の時間的変化を測定すればよい。
【０１１６】
図２０は、印加電圧をゼロから十分大きな値へと変化させ、所定時間経過後に再び印加電圧をゼロへと変化させた場合の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）の変化を示している。ここで、透過率が最大値からゼロまで下降する時間を「液晶の立ち上がり応答時間τｒ」と称し、透過率がゼロから最大値まで上昇する時間を「液晶の立ち下がり応答時間τｄ」と称することとする。図２０からわかるように、液晶の立ち上がり応答時間τｒは比較的短いが、液晶の立ち下がり応答時間τｄは、比較的長い。液晶の立ち下がり応答時間τｄが長すぎると、液晶の立ち下がりの過渡的段階で直線偏光が楕円偏光化し、右眼画像と左眼画像のクロストークが発生して画質が低下することがある。
【０１１７】
図２１を参照しながら、上記の画質低下を抑制するための好ましい構成を説明する。
【０１１８】
図２１に示す画像表示装置２００’は、偏光制御素子７０Ｄ以外は図１１に示す画像表示装置１００と同じ構成を有している。画像表示装置２００’の偏光制御素子７０Ｄは、２つの液晶セル７５および７６を有している。液晶セル７５および７６のそれぞれは、ツイスト角（ねじれ角）が９０°のＴＮモードの液晶層を含んでいる。
【０１１９】
液晶セル７５に含まれる液晶層と、液晶セル７６に含まれる液晶層とは、ツイスト方向（ねじれ方向）が互いに反対であり、旋光方向が互いに反対である。ここでは、光入射側の液晶セル７５が右旋性の液晶層を備え、光出射側の液晶セル７６が左旋性の液晶層を備えている。また、液晶セル７５および７６は、液晶層の中間部のダイレクタ（配向ベクトル）が互いに略直交するように配置されている。具体的には、液晶セル７５および７６は、光入射側のラビング方向が略直交するように配置されている。
【０１２０】
表２を参照しながら、画像表示装置２００’において画質低下が抑制される理由を説明する。なお、表２では、光入射側の液晶セル７５に入射する直線偏光の偏光方向を「縦」と表記し、それに直交する偏光方向を「横」と表記している。
【０１２１】
【表２】
2005122020.tif 000004
【０１２２】
まず、表２の（ａ）に示すように、２つの液晶セル７５および７６がともにオフ状態である場合、光入射側の液晶セル７５に入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル７５によって偏光方向を９０°回転させられた後、液晶セル７６によって偏光方向を逆方向に９０°回転させられるので、「縦」の直線偏光として液晶セル７６から出射する。
【０１２３】
次に、表２の（ｂ）に示すように、２つの液晶セル７５および７６のいずれか一方をオン状態に切り替えると、光入射側の液晶セル７５に入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル７５および７６の一方によって偏光方向を９０°回転させられ、他方によっては偏光方向が変化しないので、「横」の直線偏光として液晶セル７６から出射する。このように、一方の液晶セルをオン状態に切り替えることによって、偏光制御素子７０Ｄから出射する直線偏光の偏光方向を９０°変化させることができる。このとき、液晶の立ち上がり応答時間τｒは短いので、画像のクロストークはほとんど発生しない。
【０１２４】
続いて、表２の（ｃ）に示すように、２つの液晶セル７５および７６のうちオフ状態のままの他方の液晶セルをオン状態に切り替え、２つの液晶セル７５および７６をともにオン状態とすると、光入射側の液晶セル７５に入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル７５および７６のいずれによっても偏光方向を変化させられないので、「縦」の直線偏光として液晶セル７６から出射する。このように、オフ状態にある他方の液晶セルをオン状態に切り替えることによって、偏光制御素子７０Ｄから出射する直線偏光の偏光方向を９０°変化させることができる。このときも、液晶の立ち上がり応答時間τｒは短いので、画像のクロストークはほとんど発生しない。
【０１２５】
その後、偏光方向を切り替える次のタイミングまでに、オン状態となった２つの液晶セル７５および７６を同時にオフ状態に切り替える。すると、互いに旋光方向が反対の液晶層を有し、それらの中間部のダイレクタが直交するように配置された液晶セル７５および７６は、液晶層の光学異方性を互いに相殺するように状態が遷移する。そのため、「液晶の立ち下がり」の期間において２つの液晶セル７５および７６を通過した光は偏光方向が実質的に変化しない。
【０１２６】
従って、（ｃ）の状態から（ａ）の状態への遷移に要する時間（τｄ）が長くとも、そのような状態遷移期間中において、偏光制御素子７０Ｄからは直線偏光が継続的に出射され得る。このとき、液晶セル７６から出る偏光の向きは回転しないため、液晶の立ち下がり応答時間τｄは、偏光方向の回転に全く影響しない。すなわち、偏光方向が９０°回転するのは、液晶セル７５および７６が表２（ａ）の状態から表２（ｂ）の状態へ変化するときと、表２（ｂ）の状態から表２（ｃ）の状態に変化するときだけであり、これらの状態変化の速度は、いずれも、液晶の立ち上がり応答時間τｒによって決定される。
【０１２７】
このように、画像表示装置２００’では、応答速度の比較的遅い液晶の「立ち下がり（オン状態からオフ状態への遷移）」を出射光の偏光方向の変化には用いない。このため、偏光制御素子７０Ｄが偏光方向を切り替える速度は、液晶の立ち下がり応答時間τｄに制限されず、偏光方向を高速で切り替えることが可能になる。その結果、液晶の立ち下がり応答時間τｄが長いことに起因する右目画像と左目画像のクロストークを抑制できる。
【０１２８】
なお、立ち上がり応答時間τｒは１ｍｓｅｃ程度であり、通常立ち上がり応答時間τｒの長さが画質に悪影響を与えることはないが、偏光方向の切り替えの間に光が入射しないブランキングタイムを設けることによって、クロストークの発生をより確実に防止してもよい。
【０１２９】
（実施形態３）
図２２、図２３（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態における画像表示装置３００を説明する。なお、以下の説明では、実施形態１において説明した画像表示装置１００と異なる点を中心に説明する。画像表示装置１００の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号を用いて図中に示し、その説明を省略する。
【０１３０】
画像表示装置３００が有する偏光分離素子２０Ａは、図２３（ａ）に示すように、照明装置１０から出射された光を受け、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２に分離し、これら２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線を互いに分離角θだけ異なる方向に出射する状態と、図２３（ｂ）に示すように、照明装置１０から出射した光を受け、その光を分離せずに出射する状態とを供給される電圧に応じてとり得る。以下、この偏光分離素子２０Ａの具体的な構造を説明する。
【０１３１】
偏光分離素子２０Ａは、一対の透明基板２２および２３と、これらの間に設けられたプリズム２１ａおよび液晶層２１ｃとを有している。透明基板２２および２３の液晶層２１ｃ側には、液晶層２１ｃに電圧を印加するための電極（不図示）が設けられている。
【０１３２】
プリズム２１ｃは、紙面の上下方向に規則正しく一定の周期で設けられた三角プリズムであり、例えば透明基板２３に一体に形成され得る。
【０１３３】
液晶層２１ｃは、液晶分子の長軸方向に平行な偏光方向の直線偏光に対する屈折率がプリズム２１ａの屈折率と異なっており、液晶分子の短軸方向に平行な偏光方向の直線偏光に対する屈折率がプリズム２１ａの屈折率と略一致している。
【０１３４】
図２３（ａ）に示すように、液晶層２１ｃに電圧が印加されていない状態（偏光分離素子２０Ａのオフ状態）では、液晶層２１ｃの液晶分子は基板に平行に配向している。従って、偏光分離素子２０Ａに透明基板２２の法線方向から垂直に入射した光のうち、液晶分子の長軸方向に平行な偏光方向の直線偏光Ｐ１にとっては、液晶層２１ｃの屈折率とプリズム２１ａの屈折率とが互いに異なるので、直線偏光Ｐ１はこれらの界面で屈折される。これに対し、液晶分子の短軸方向に平行な偏光方向の直線偏光Ｐ２にとっては、液晶層２１ｃの屈折率とプリズム２１ａの屈折率とが互いに略一致しているので、直線偏光Ｐ２はこれらの界面で屈折されることなく直進する。その結果、直線偏光Ｐ１と直線偏光Ｐ２とは、偏光分離素子２０Ａの透明基板２３から異なる角度（分離角θ）で出射される。分離角θは、プリズム２１ａと液晶層２１ｃとの界面における屈折角を調整することによって制御され得る。
【０１３５】
また、図２３（ｂ）に示すように、液晶層２１ｃに電圧が印加された状態（偏光分離素子２０Ａのオン状態）では、液晶層２１ｃの液晶分子は基板に垂直に配向している。従って、偏光分離素子２０Ａに透明基板２２の法線方向から垂直に入射した光に含まれるすべての直線偏光にとって、液晶層２１ｃの屈折率とプリズム２１ａの屈折率とが互いに略一致しているので、偏光分離素子２０Ａに入射した光は、分離されずにそのまま透明基板２３から出射される。
【０１３６】
本実施形態においても、レンチキュラーレンズ３２および光透過領域４２は、２つの光透過領域４２に対して１つのレンチキュラーレンズ３２が対応するように配置されている。ただし、本実施形態におけるパララックスバリア４０では、図１４に示すパララックスバリア４０と同様に、１つの画素列に対して１つの光透過領域４２が対応している。
【０１３７】
例えば、光透過領域４２の配列ピッチＰが１００μｍ、レンチキュラーレンズ３２とパララックスバリア４０との間の距離ｄが１０００μｍの場合、透明基板３１を無視すれば、偏光分離素子２０での好ましい分離角（屈折角）θは、下式（５）で表される。
θ＝ｔａｎ-1（１００／１０００）≒５．７°・・・（５）
【０１３８】
本実施形態では、図２３（ａ）および（ｂ）に示したように、偏光分離素子２０Ａが入射光を分離する状態と入射光を分離しない状態とをとり得るため、集光素子３０のレンチキュラーレンズ３２によって形成される集光スポットの位置も偏光分離素子２０Ａの状態の切り替えに伴って変化する。
【０１３９】
図２３（ａ）に示すように、偏光分離素子２０Ａが入射光を分離角θで分離する状態をとっていると、２つの集光スポットが隣接する２つの光透過領域４２にそれぞれ形成される。各々の光透過領域４２は、画素列と１：１で対応しているので、この状態ではパララックスバリア４０による視差は形成されない。従って、液晶表示パネル５２に２次元画像を表示することによって解像度の高い２次元表示を行うことができる。
【０１４０】
一方、図２３（ｂ）に示すように、偏光分離素子２０Ａが入射光を分離しない状態をとっていると、隣接する２つの光透過領域４２の一方のみに集光スポットが形成される従って、この状態では立体表示を行うことができる。
【０１４１】
このように、本実施形態における画像表示装置３００では、偏光分離素子２０Ａが入射光を分離する状態と分離しない状態とをとることができ、且つ、パララックスバリア４０の光透過領域４２と液晶表示パネル５２の画素列とが一対一で対応しているので、立体表示と、解像度が高く且つ高速駆動が不要な二次元表示とを切り替えることができる。
【０１４２】
上述した画像表示装置１００、２００、２００’および３００が備える照明装置１０としては、例えば、光源が導光板の少なくとも一方の端面（入射端面）側に配置されたエッジライト方式の照明装置を用いることができる。
【０１４３】
図２４（ａ）および（ｂ）に、エッジライト方式の照明装置１０を模式的に示す。照明装置１０は、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、光源１２と導光板１４とを有している。光源１２としては例えば冷陰極管を用いることができる。導光板１４は、光源１２から出射された光を受ける入射端面１４ａと、入射端面１４ａに交差し、入射端面１４ａから入射した光を偏光分離素子２０に向けて出射する出射面１４ｂとを有している。
【０１４４】
光源１２から出射され導光板１４の入射端面１４ａから導光板１４内に入射した光は、導光板１４中を第２の方向（図中の矢印参照）に伝播しながら、出射面１４ｂから偏光分離素子２０に向けて出射される。線状の光源１２は第３の方向（図中の矢印参照）に沿って配置されており、第２の方向は第３の方向に直交する。一般に導光板１４は、第２の方向を長手方向とする長方形である。つまり、第２の方向に略平行な辺と、第２の方向に略直交する第３の方向に略平行な辺とを有している。導光板１４のＢ−Ｂ’線（第２の方向）に沿った断面の形状は、例えば図２４（ｂ）に示すような楔型であるが、これに限られない。特に、光源１２を両側に配置した導光板はＢ−Ｂ’線に沿った断面形状が一般に左右対称である。
【０１４５】
エッジライト方式の照明装置１０から出射される光の強度分布（配光分布）は、図２５に示すように方向依存性を有している。図２５の横軸は出射面法線と出射光とが成す角度であり、縦軸は出射光強度である。ここでは、取り込み角が±６０度で測定した結果を例示している。
【０１４６】
図２５に示したように、光の伝播方向である第２方向（図２４（ａ）中Ｂ−Ｂ’線方向）においては、出射光の平行度は高く、第２方向に直交する第３方向（図２４（ａ）中Ａ−Ａ´線方向）においては、出射光の平行度が低い。
【０１４７】
導光板１４から出射される光の強度分布は上述したような方向依存性を有しているので、導光板１４の入射端面１４ａの長手方向（延びる方向；すなわち第３方向）と、偏光分離素子２０によって分離された２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線によって規定される面とが略直交し、且つ、集光素子３０は集光部３２がその面内で直線偏光Ｐ１およびＰ２を集光するように配置されている構成を採用することによって、照明装置１０から出射される光の内で平行度が高い方の光を効率的に利用することができ、その結果、光源１２から出射される光全体の利用効率を向上することができる。
【０１４８】
具体的には、図５や図２３に示す偏光分離素子２０、２０Ａを用いる場合には、プリズム２１ａの周期方向を第２方向に略平行（第３方向に略直交）とすることによって、２つの直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線によって規定される面を第３方向に略直交させることができる。また、集光素子３０が複数のレンチキュラーレンズ３２を備えている場合には、それぞれのレンチキュラーレンズ３２の延設方向（延びる方向）を第３方向と略平行とすることによって、偏光分離素子２０、２０Ａで分離された直線偏光Ｐ１およびＰ２の主光線を含む面内でそれぞれの直線偏光Ｐ１およびＰ２を集光することができる。あるいは、第１画素と第２画素とが交互に配列される（光透過領域４２と遮光領域４４とが交互に配列される）第１の方向と、上記第２の方向とを実質的に一致させてもよい。
【０１４９】
なお、エッジライト方式の照明装置としては、上述した冷陰極管を用いるタイプに限られず、発光ダイオード等を用いるタイプでもよい。例えば、図２６（ａ）および（ｂ）に示す照明装置１０’のように、発光ダイオード１２ａを入射端面１４ａに線状に複数個配列してもよい。あるいは、図２７（ａ）および（ｂ）に示す照明装置１０’’のように、２つの発光ダイオード１２ａの間に、導光板１４の入射端面１４ａに対向する出射端面を有する線状の導光体１２ｂを配置した照明装置１０’’を用いてもよい。
【０１５０】
また、ここでは、第１画素群および第２画素群の一方を右目に視認させ、他方を左目に視認させることによって立体画像を表示する場合を例に本発明を説明したが、本発明による画像表示装置は、第１画素群および第２画素群の一方をある観察者（例えば乗用車の運転席に座っている人）に視認させ、他方を他の観察者（例えば乗用車の助手席に座っている人）に視認させることによって、複数の観察者に対して別々の画像表示を行う用途にも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明によると、明るい表示が可能で、かつ、低コストで製造でき、立体画像表示装置として好適に用いられる画像表示装置が提供される。
【０１５２】
本発明は、特に立体表示を行う液晶表示装置に好適に用いられ、透過型液晶表示装置にも透過反射両用型液晶表示装置にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明による画像表示装置１００を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明による画像表示装置１００に用いられる偏光分離素子の機能を説明するための図であり、（ｂ）は、本発明による画像表示装置１００に用いられる集光素子の機能を説明するための図である。
【図３】本発明による画像表示装置１００に用いられる集光素子およびパララックスバリアを模式的に示す断面図である。
【図４】立体表示の原理を説明するための図である。
【図５】本発明による画像表示装置１００に用いられる偏光分離素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】偏光分離素子と集光素子およびパララックスバリアとの好ましい配置関係を示す模式図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明による画像表示装置１００に用いられる他の偏光分離素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明による画像表示装置１００に用いられる集光素子およびパララックスバリアの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図９】本発明による画像表示装置１００におけるパララックスバリアの光透過領域と表示パネルの画素列との対応関係を模式的に示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明による画像表示装置１００に用いられる集光素子とパララックスバリアの好適な配置を模式的に示す図である。
【図１１】本発明による他の画像表示装置２００を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明による他の画像表示装置２００に用いられる偏光制御素子の機能を説明するための図である。
【図１３】本発明による他の画像表示装置２００に用いられる集光素子およびパララックスバリアを模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明による他の画像表示装置２００におけるパララックスバリアの光透過領域と表示パネルの画素列との対応関係を模式的に示す図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、本発明による他の画像表示装置２００に用いられる他の偏光制御素子の機能を説明するための図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、本発明による他の画像表示装置２００に用いられる他の偏光制御素子の機能を説明するための図である。
【図１７】本発明による他の画像表示装置２００に用いられる偏光制御素子の好ましい構成を模式的に示す図である。
【図１８】（ａ）は、偏光制御素子が単一の制御領域を有する場合のタイミングずれを説明するための図であり、（ｂ）は、偏光制御素子が複数の制御領域を有する場合のタイミングずれを説明するための図である。
【図１９】表示パネルにおける画像の切り替えの際に設けるブランキングタイムを説明するための図である。
【図２０】液晶の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間とを説明するためのグラフである。
【図２１】本発明による他の画像表示装置２００’を模式的に示す図である。
【図２２】本発明による他の画像表示装置３００を模式的に示す図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、本発明による他の画像表示装置３００に用いられる偏光分離素子の機能を説明するための図である。
【図２４】本発明による画像表示装置に用いられるエッジライト方式の照明装置を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図２５】図２４に示す照明装置から出射される光の配光分布を示すグラフである。
【図２６】本発明による画像表示装置に用いられる他のエッジライト方式の照明装置を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２７】本発明による画像表示装置に用いられるさらに他のエッジライト方式の照明装置を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２８】パララックスバリアを備えた従来の立体画像表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２９】パララックスバリアを備えた従来の他の立体画像表示装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１０、１０’、１０’’    照明装置
１２    光源
１２ａ    発光ダイオード（ＬＥＤ）
１４    導光板
１４ａ    入射端面
１４ｂ    出射面
２０、２０Ａ    偏光分離素子
２０’    ウォラストン・プリズム（偏光分離素子）
２０’’    ロション・プリズム（偏光分離素子）
２１ａ  プリズム
２１ｂ  光学的異方性物質層
２１ｃ  液晶層
２２、２３    透明基板
３０    集光素子
３１    透明基板
３２    レンチキュラーレンズ（集光部）
４０    パララックスバリア
４２    光透過領域
４４    遮光領域
４６    偏光変換部
５０    液晶表示素子
５２    表示パネル（液晶表示パネル）
５４、５６    偏光板
６０    偏光板（偏光素子）
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ    偏光制御素子
７１、７２、７３、７４、７５、７６    液晶セル
１００、２００、２００’、３００    照明装置
【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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