(57)【要約】【課題】パララックスバリアを備えた画像表示装置において、表示素子の画素数を増加させることなく解像度の低下を防止し、かつ表示の明るさの低下を抑制する。【解決手段】画像表示装置は、表示素子１０９、シフト素子１０６およびパララックスバリア１０５を、観察者側からこの順で有している。表示素子１０９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画素群とを有する。パララックスバリア１０５は、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域１０５ａおよび特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域１０５ｂを有し、複数の光透過領域１０５ａのそれぞれは第１の画素群に属する複数の第１画素１２０Ｒのそれぞれに対応して配置されている。シフト素子１０６は、パララックスバリア１０５の複数の光透過領域１０５ａのそれぞれを透過した光の主光線を第２画素群に属する複数の第２画素１２０Ｌのそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子、シフト素子およびパララックスバリアを、観察者側からこの順で有し、
前記表示素子は、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、
前記パララックスバリアは、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域および前記特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域を有し、前記複数の光透過領域のそれぞれは前記第１の画素群に属する複数の第１画素のそれぞれに対応して配置されており、
前記シフト素子は、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれを透過した光の主光線を前記第２画素群に属する複数の第２画素のそれぞれに対応するようにシフトさせることができる、画像表示装置。
【請求項２】
前記シフト素子の観察者とは反対側に、入射する光の偏光状態を変換することができる偏光変換素子をさらに備え、前記シフト素子は、前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線をシフトさせる、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記偏光変換素子は、第１偏光を出射する偏光素子と、前記偏光素子から出射された前記第１偏光の偏光状態を変化させ、前記第１偏光の偏光状態と異なる偏光状態の第２偏光を出射することができる偏光制御素子とを有する、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は前記第１偏光と偏光方向が略４５°を成す直線偏光である、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は円偏光である、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は前記第１偏光と偏光方向が直交する直線偏光である、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記偏光制御素子は、少なくとも１つの液晶セルを含み、前記少なくとも１つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられる、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記偏光制御素子は、少なくとも２つの液晶セルを含み、前記少なくとも２つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられ、かつ前記第２状態において入射直線偏光の偏光方向を略４５°回転させるものであり、
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に前記第２状態にある場合に、前記第１偏光と直交する前記第２偏光を出射する、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記偏光制御素子は、少なくとも２つの液晶セルを含み、前記少なくとも２つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられ、かつ前記第２状態において１／４波長板として機能するものであり、
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に前記第２状態にある場合に、前記第１偏光と直交する前記第２偏光を出射する、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記シフト素子から出射される光は、シフトされずに前記シフト素子を通過し、前記第１の画素群のそれぞれに対応する複数の第１光と、前記シフト素子によってシフトされ、前記第２の画素群のそれぞれに対応する複数の第２光とを含む、請求項１から９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記シフト素子と前記表示素子との間に、前記複数の第１光の光路長と前記複数の第２光の光路長とを同じにする光路補正素子をさらに備えた、請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記光路補正素子が、前記複数の第２光の光路上に設けられている、請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記シフト素子は偏光ビームスプリッタアレイを含んでおり、前記偏光ビームスプリッタアレイは、それぞれが前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線を透過または反射する複数の偏光分離面を有している、請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記偏光分離面は、前記偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過し、前記偏光分離面に対するＳ偏光成分を反射する機能を有する、請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記シフト素子と前記表示素子との間に偏光補正素子をさらに備え、前記偏光補正素子は、前記複数の第１光および前記複数の第２光が同じ偏光状態となるように前記複数の第１光および／または前記複数の第２光の偏光状態を補正する、請求項１０から１４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記偏光補正素子は、１／２波長板を含んでおり、かつ前記複数の第１光の光路および／または前記複数の第２光の光路に設けられている、請求項１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記パララックスバリアの観察者とは反対側にマイクロレンズアレイをさらに備え、前記マイクロレンズアレイは、それぞれが、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれに対応する複数の微小レンズを有している、請求項１から１６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記マイクロレンズアレイはレンチキュラーレンズである、請求項１７に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記表示素子は、前記第１の画像と前記第２の画像とを交互に表示する、請求項１から１８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記第１の画像は、右目用の画像および左目用の画像のうちいずれか一方を含み、前記第２の画像はそれらのうちの他方を含む、請求項１から１９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、パララックスバリアを備えた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、図６に示すように、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６の画像表示装置は、観察者側から、パララックスバリア６、ＬＣＤ１およびバックライト２を備えている。ＬＣＤ１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３、４によって、液晶層５が挟み込まれた構成を有している。ＬＣＤ１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。ＬＣＤ１は、複数の画素を有し、各画素の液晶層５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６において、ＬＣＤ１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６は、その遮光部でＬＣＤ１からの光を遮るため、ＬＣＤ１からの画像は、パララックスバリア６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６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】
図６では説明の便宜上、液晶層５の厚みを強調して示しているが、実際の液晶層５の厚さは数μｍオーダーであり、ｍｍオーダーのガラス基板３、４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６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６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】
特許文献２の画像表示装置は、図７に示すように、観察者側から、パララックスバリア１１、偏光板１２、液晶表示パネル１３および偏光板１４をこの順で備えている。パララックスバリア１１は、偏光板１５、液晶セル１６および位相差板アレイ（ストライプ状１／２位相差板）１７をこの順に有している。
【０００９】
液晶表示パネル１３からの直線偏光Ａが位相差板アレイ１７に入射すると、偏光方向が９０°回転させられ、直線偏光Ａと直交する直線偏光Ｂ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１７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１７から出射された２つの直線偏光Ａ、Ｂは、続いて液晶セル１６に入射する。液晶セル１６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１６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１５の透過軸と一致するため偏光板１５から出射し、もう一方の直線偏光は偏光板１５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１７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１６に電圧が印加されていない（ＯＦＦ状態）時には、液晶セル１６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ａおよびｂ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１５の透過軸に一致した偏光成分のみが偏光板１５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１５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１７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】
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【００１３】
さらに、特許文献３も、立体表示と２次元表示とを切り替えることが可能な表示装置を開示している。特許文献３の装置は、観測者側から、パララックスバリア、シフト素子および表示素子の順に配置された構成を有している。パララックスバリアは、２種類のストライプ状偏光板を交互に並べて構成されている。
【００１４】
特許文献３の装置では、シフト素子を用いてパララックスバリアの光透過部と遮光部とを反転させることにより、パララックスバリアの機能を切り替えることができる。このパララックスバリアの機能の切り替えと、表示素子の各画素の表示の切り替えとを同期させることにより、観察者は高解像度の立体画像を観察できる。
【００１５】
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。
【００１６】
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、表示素子の全画素数の半分は左眼にしか見えず、残りの半分は右眼にしか見えないため、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、表示の明るさ及び解像度が半減する。
【００１７】
また、特許文献１には、偏光板を取り外すことにより２次元画像を表示することができることが記載されているが、２次元画像表示時においても、解像度は半減する。
【００１８】
特許文献１の装置を用いて所定の解像度の表示を実現するためには、横方向に所望とする解像度の倍の画素数を有する液晶表示素子を用いる必要がある。例えば、コンピュータ用ディスプレイとして、２次元画像表示時にXＧＡ（縦７６８ドット×横１０２４ドット（×ＲＧＢ））を確保した上で３次元画像表示も可能な表示装置を構成しようとすると、縦７６８ドット×横２０４８ドット（×ＲＧＢ））の液晶表示素子を用意しなければならない。従って、XＧＡ用液晶表示素子を立体画像表示装置にそのまま流用することはできないので、立体画像表示のために新たに高解像度の液晶表示素子を製造する必要がある。
【００１９】
しかしながら、一般に画素数が増えるほど液晶表示素子の製造歩留りが下がるため、わざわざ高解像度の液晶表示素子を製造すると、液晶表示素子を含む画像表示装置の価格が上昇してしまう。このため、現行の生産品を用い、なおかつ、少なくとも２次元画像表示時に解像度が低下しないような立体画像表示装置を実現することが望ましい。
【００２０】
パララックスバリア方式の立体画像表示装置において、明るさおよび解像度を低下させずに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。
【００２１】
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、通常の２次元画像表示素子を用いても所定の解像度を維持できる。しかし、偏光板１５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、立体画像表示時と同様に表示の明るさが低下する。さらに、この画像表示装置では、立体画像表示時には解像度および明るさが低下する。
【００２２】
特許文献３の表示装置では、２次元画像表示時であっても立体画像表示時であっても、画素の半分ずつからの画像を時分割で交互に観察することができるので、解像度は維持できる。しかし、表示素子から出射された光を、パララックスバリアを通して観察することになるため、画像の明るさは半減する。さらに、この表示素子では、偏光軸の直交するストライプ状の偏光素子を画素ピッチの約２倍のピッチで配置する必要があり、そのような偏光素子の作製は困難であり、非常にコストがかかる。
【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
【特許文献３】特開平９−１５５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明が解決しようとする課題は、パララックスバリアを備えた画像表示装置において、表示素子の画素数を増加させることなく解像度の低下を防止し、かつ表示の明るさの低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の画像表示装置は、表示素子、シフト素子およびパララックスバリアを、観察者側からこの順で有し、前記表示素子は、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、前記パララックスバリアは、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域および前記特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域を有し、前記複数の光透過領域のそれぞれは前記第１の画素群に属する複数の第１画素のそれぞれに対応して配置されており、前記シフト素子は、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれを透過した光の主光線を前記第２画素群に属する複数の第２画素のそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記シフト素子の観察者とは反対側に、入射する光の偏光状態を変換することができる偏光変換素子をさらに備え、前記シフト素子は、前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線をシフトさせる。
【００２６】
前記偏光変換素子は、第１偏光を出射する偏光素子と、前記偏光素子から出射された前記第１偏光の偏光状態を変化させ、前記第１偏光の偏光状態と異なる偏光状態の第２偏光を出射することができる偏光制御素子とを有することが好ましい。
【００２７】
前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は前記第１偏光と偏光方向が略４５°を成す直線偏光であってもよい。また、前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は円偏光であってもよい。さらに、前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記第２偏光は前記第１偏光と偏光方向が直交する直線偏光であってもよい。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも１つの液晶セルを含み、前記少なくとも１つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられる。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも２つの液晶セルを含み、前記少なくとも２つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられ、かつ前記第２状態において入射直線偏光の偏光方向を略４５°回転させるものであり、前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に前記第２状態にある場合に、前記第１偏光と直交する前記第２偏光を出射する。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記偏光制御素子は、少なくとも２つの液晶セルを含み、前記少なくとも２つの液晶セルは、印加される電圧に応じて、入射偏光の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替えられ、かつ前記第２状態において１／４波長板として機能するものであり、前記偏光素子が出射する前記第１偏光は直線偏光であり、前記偏光制御素子は、前記２つの液晶セルが共に前記第２状態にある場合に、前記第１偏光と直交する前記第２偏光を出射する。
【００３１】
前記シフト素子から出射される光は、シフトされずに前記シフト素子を通過し、前記第１の画素群のそれぞれに対応する複数の第１光と、前記シフト素子によってシフトされ、前記第２の画素群のそれぞれに対応する複数の第２光とを含むことができる。
【００３２】
前記シフト素子と前記表示素子との間に、前記複数の第１光の光路長と前記複数の第２光の光路長とを同じにする光路補正素子をさらに備えてもよい。前記光路補正素子は、前記複数の第２光の光路上に設けられていることが好ましい。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記シフト素子は偏光ビームスプリッタアレイを含んでおり、前記偏光ビームスプリッタアレイは、それぞれが前記主光線の偏光状態に応じて前記主光線を透過または反射する複数の偏光分離面を有している。前記偏光分離面は、前記偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過し、前記偏光分離面に対するＳ偏光成分を反射する機能を有していてもよい。
【００３４】
前記シフト素子と前記表示素子との間に偏光補正素子をさらに備え、前記偏光補正素子は、前記複数の第１光および前記複数の第２光が同じ偏光状態となるように前記複数の第１光および／または前記複数の第２光の偏光状態を補正することができる。前記偏光補正素子は、１／２波長板を含んでおり、かつ前記複数の第１光の光路および／または前記複数の第２光の光路に設けられてもよい。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記パララックスバリアの観察者とは反対側にマイクロレンズアレイをさらに備え、前記マイクロレンズアレイは、それぞれが、前記パララックスバリアの前記複数の光透過領域のそれぞれに対応する複数の微小レンズを有している。前記マイクロレンズアレイはレンチキュラーレンズであってもよい。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記表示素子は、前記第１の画像と前記第２の画像とを交互に表示する。
【００３７】
前記第１の画像は、右目用の画像および左目用の画像のうちいずれか一方を含み、前記第２の画像はそれらのうちの他方を含んでもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、シフト素子を用いてパララックスバリアの遮光領域の位置を光学的にシフトさせることにより、例えば立体画像表示と２次元画像表示とを切り替えできる。立体画像表示時に、パララックスバリアの位置の切り替えと同期させて、左眼用画素と右眼用画素とを交互に時分割で表示させることにより、解像度を低下させることなく、良好な立体画像を表示できる。２次元画像表示時においても、同様に時分割の表示を行うことにより、解像度の低下を防止できる。
【００３９】
さらに、パララックスバリアの光入射側にマイクロレンズを配置してパララックスバリアの光透過領域（開口スリット）に光を集光することにより、光利用効率を向上できるので、表示の明るさを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態の画像表示装置の構成を説明する。
【００４１】
本実施形態の画像表示装置は、図８（ａ）に示すように、表示素子１０９、シフト素子１０６およびパララックスバリア１０５を、観察者側からこの順で有している。従って、光源などから出射される光は、まずパララックスバリア１０５に入射し、シフト素子１０６を経て表示素子１０９に達する。
【００４２】
表示素子１０９は、第１の画像を表示する第１画素群と第２の画像を表示する第２画素群とを有している。第１画素群は複数の第１画素１２０Ｒ、第２画素群は複数の第２画素１２０Ｌをそれぞれ含んでいる。第１および第２の画像は、例えば右眼用画像と左眼用画像である。
【００４３】
パララックスバリア１０５は、少なくとも特定の偏光状態の偏光を透過する複数の光透過領域１０５ａと、その特定の偏光状態の偏光を遮光する複数の遮光領域１０５ｂとが交互に並べられた構成を有している。パララックスバリア１０５は、例えば、低反射膜をつけたメタルマスクなどを用いて作製され、全ての入射光を透過または遮光するパララックスバリアであってもよいし、互いに直交する透過軸を有する２種類のストライプ状偏光板を交互に並べた構成を有し、特定の直線偏光を透過または遮光するパララックスバリアであってもよい。また、パララックスバリアとして機能すればよく、単一の構成要素である必要はない。例えば、１／２波長板、液晶セルおよび偏光板を組み合わせて構成されていてもよい。このようなパララックスバリア１０５の複数の光透過領域１０５ａのそれぞれは、第１の画素群に属する複数の第１画素１２０Ｒのそれぞれに対応して配置されている。
【００４４】
なお、パララッスクスバリア１０５として、メタルマスクなどの遮光膜を用いたパララッスクバリアやストライプ位相差板などを用いることが好ましい。これらは、フォトリソグラフ法や印刷法を用いて容易かつ安価に作製できるので、例えば、特許文献３の表示装置に使用される偏光軸の直交するストライプ状の偏光素子を用いる場合と比べて有利である。
【００４５】
シフト素子１０６は、図８（ｃ）に示すように、パララックスバリア１０５の各光透過領域１０５ａを透過した光の主光線を、第２画素群に属する複数の第２画素１０５ｂのそれぞれに対応するようにシフトさせることができる。従って、シフト素子１０６によってシフトされた光は表示素子１０９の第２画素１２０Ｌに入射し（図８（ｃ））、シフトされずに通過した光は表示素子１０９の第１画素１２０Ｒに入射する（図８（ａ））。
【００４６】
シフト素子１０６を配置することによって得られる効果を、図８および図９を参照して、さらに詳しく説明する。図８（ａ）に示すように、シフト素子１０６によってシフトされる前は、パララックスバリア１０５の光透過領域１０５ａを通過した光はそのまま出射される。これに対し、シフト素子１０６を機能させると、図８（ｃ）に示すように、パララックスバリア１０５を透過した光がシフト素子１０６によってシフトされる。このようにシフトされる結果、パララックスバリア１０５自体の遮光領域の位置がシフトした場合と同様の効果が得られる。図８（ｂ）は、図８（ｃ）と実質的に同じ図であるが、光学的にシフトされた位置にパララックスバリア１０５を点線で示している。このように、本明細書では、観察者からのパララックスバリア１０５の見かけ位置を点線で図示する。パララックスバリアは光学的にシフトされており、実際にずらしていないので、パララックスバリア１０５をシフトの度に高精度で位置合わせする必要がない。このように、パララックスバリア１０５の見かけ位置を時分割でシフトさせれば、第１画素と第２画素とを交互に表示できるので、解像度の低下を防止できる。
【００４７】
シフト素子１０６は、図９（ｂ）に示すように、パララックスバリア１０５を透過した光Ｃのうち一部をシフトさせ（Ｃ２）、残りをシフトさせない（Ｃ１）ように機能できることが好ましい。これにより、実質上パララックスバリア１０５を配置しない（パララックスバリア１０５を取り除いた）場合と同様の効果が得られる。図９（ａ）は、実質的に図９（ｂ）と同じ図であるが、パララックスバリア１０５およびその遮光領域を点線で示している。本明細書では、実質的に機能していないパララックスバリア１０５を図９（ａ）のように点線で図示する。このように、シフト素子１０６を図９のように機能させると、第１画素および第２画素が同時に表示できる。
【００４８】
本実施形態の画像表示装置は、第１画素によって表示される第１の画像および第２画素によって表示される第２の画像を右（左）眼用画像および左（右）眼用画像とすると、時分割でパララックスバリア１０５の見かけ位置をシフトさせることにより、解像度を低下させることなく立体画像を表示することができる。さらに、シフト素子１０６を図９に示すように機能させると、平面画像表示への切り替えることができる。
【００４９】
シフト素子１０６は、例えば偏光ビームスプリッタアレイなどのように、パララックスバリアを通過した光の主光線の偏光状態に応じて、主光線をシフトさせることができることが好ましい。これにより、シフト素子に入射する光の偏光状態を適切に制御することによって、効率よくパララックスバリアの見かけ位置をシフトさせることができる。また、表示素子として液晶表示素子を用いる場合には、シフト素子から液晶表示素子へ入射する光はあらかじめ偏光光となっているため、液晶表示素子の光入射側に偏光板を配置する必要がないので、表示素子構成を簡略化できる。液晶表示素子の光入射側に偏光板を配置する場合でも、偏光板による光のロスがほとんどなく、液晶表示素子への入射光を効率よく利用できる。
【００５０】
上記のように偏光状態に応じて光をシフトさせるシフト素子を用いる場合には、光源などからの光の偏光状態を制御するために、偏光変換素子を設けることが好ましい。偏光変換素子はシフト素子の観察者とは反対側に配置されればよく、パララックスバリアの観察者側に配置されてもよいし、その反対側に配置されてもよい。偏光変換素子を用いてシフト素子に入射する光の偏光状態を制御することにより、シフト素子を出射する光の光路を制御できる。
【００５１】
上記偏光変換素子は、光源からの光を偏光に変える偏光素子と、偏光素子から出射された偏光（「第１偏光」とする）の偏光状態を変化させて、第１偏光の偏光状態と異なる偏光状態を有する第２偏光を出射することができる偏光制御素子とを備えていてもよい。偏光素子が出射する第１偏光は、例えば直線偏光である。偏光制御素子から出射される第２偏光は、第１偏光と偏光方向が直交する直線偏光であってもよく、第１偏光と偏光方向が略４５°を成す直線偏光であってもよい。あるいは、第２偏光は円偏光であってもよい。偏光素子は、例えば、特定の直線偏光の成分のみを透過させる偏光板である。
【００５２】
偏光変換素子は、偏光変換素子から出射される光の偏光状態を切り替えできることが好ましい。偏光状態に応じてシフト素子からの光の光路も切り替わるので、第１画素からの画像と第２画素からの画像とを交互に表示したり、立体画像表示と平面画像表示とを切り替えしたりできる画像表示装置を構成できる。
【００５３】
偏光制御素子は、液晶セルを少なくとも１つ含むことが好ましい。液晶セルの設計により、第２偏光の偏光状態を自由に選択できるので有利である。液晶セルは、液晶セルに印加する電圧に応じて、入射偏光（第１偏光）の偏光状態を維持する第１状態と、入射偏光の偏光状態を変化させる第２状態との間を切替え可能である。すなわち、液晶セルに印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御すれば、第１偏光の偏光状態を選択的に維持または変化させることができる。
【００５４】
以下、図を参照しながら、本実施形態における偏光制御素子の機能を説明する。
【００５５】
偏光制御素子は、例えば、印加電圧に応じて、第１偏光Ｄを出射する第１状態（印加電圧がＯＮ）と、第１偏光と略４５°の角度をなす第２偏光Ｅを出射する第２状態（印加電圧がＯＦＦ）とを切り替えることができる液晶セル１１３を有している。液晶セル１１３が第１状態のとき、図１０（ａ）に示すように、パララックスバリア１０５およびシフト素子１０６を通過した光Ｄは、表示素子の第１の画像を表示する第１画素を通過し、例えば右眼に到達する。
【００５６】
一方、液晶セルが第２状態のとき、図１０（ｂ）に示すように、パララックスバリア１０５の光透過領域を通過した主光線Ｅのうち、特定の直線偏光Ｄの成分Ｅ１はシフトされずにシフト素子１０６を通過し、直線偏光Ｄと直交する直線偏光の成分Ｅ２のみがシフト素子１０６によってシフトされる。その結果、表示素子の全ての画素（第１画素および第２画素）に光が入射されるので、パララックスバリア１０５を有していない構成の表示装置と同様の表示が得られる。従って、例えば立体画像を表示する図１０（ａ）の状態と、２次画像を表示する図１０（ｂ）の状態とを任意に切り替えることができる。
【００５７】
代わりに、本実施形態の偏光制御素子は、印加電圧に応じて、第１偏光Ｄを出射する第１状態（印加電圧がＯＮ）と、円偏光Ｆを出射する第２状態（印加電圧がＯＦＦ）とを切り替えることができる液晶セル１１３を有してもよい。液晶セル１１３が第１状態のとき、図１３（ａ）に示すように、パララックスバリア１０５およびシフト素子１０６を通過した光Ｄは、表示素子の第１の画像を表示する第１画素を通過し、例えば右眼に到達する。一方、液晶セル１１３が第２状態のとき、図１３（ｂ）に示すように、パララックスバリア１０５の光透過領域を通過した主光線Ｆのうち、特定の直線偏光Ｄの成分Ｆ１はシフトされずにシフト素子を通過し、直線偏光Ｄと直交する直線偏光の成分Ｆ２のみがシフト素子によってシフトされる。その結果、表示素子の全ての画素（第１画素および第２画素）に光が入射される。従って、例えば立体画像を表示する図１３（ａ）の状態と、２次画像を表示する図１３（ｂ）の状態とを任意に切り替えることができる。
【００５８】
或いは、本実施形態における偏光制御素子は、印加電圧に応じて、第１偏光Ｄを出射する第１状態（図１１（ａ））と、第１偏光と直交する第２偏光Ｇを出射する第２状態（図１１（ｂ））とを切り替えできる液晶セル１１３を有してもよい。液晶セル１１３が第１状態のとき、図１１（ａ）に示すように、パララックスバリア１０５およびシフト素子１０６を通過した光Ｄは、表示素子の第１の画像を表示する第１画素を通過し、例えば右眼に到達する。一方、液晶セル１１３が第２状態のとき、図１１（ｂ）に示すように、パララックスバリア１０５の光透過領域を通過した主光線Ｇはシフト素子１０６によってシフトされる。観察者側からは、パララックスバリアの位置が図１１（ｂ）に示すようにシフトされるように見える。シフトされた光Ｇは、表示素子の第２の画像を表示する第２画素を通過し、例えば左眼に到達する。このように、図１１（ａ）および図１１（ｂ）の状態を任意に切り替えることにより、パララックスバリアの見かけ位置をシフトすることができる。この装置において、液晶セルに印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを高速（例えば１２０Ｈｚ）で行い、このスイッチングに同期させて、表示素子に表示する左眼用画像と右眼用画像とを順次入れ替えて順次表示すると、解像度を低下させることなく立体画像を表示できる。すなわち、観察者は、全ての画像を視認しつつ、立体画像を観察できる。
【００５９】
偏光制御素子は、以下に示すように、液晶セルを２つ以上備えていてもよい。
【００６０】
例えば、図１２に示すように、印加電圧がＯＦＦのとき（第２状態）に入射直線偏光の偏光方向を略４５°回転させる液晶セルを２つ有していてもよい。偏光制御素子に直線偏光（第１偏光）Ｄが入射する場合、２つの液晶セル１０３、１０４を共に第１状態にすると、第１偏光Ｄの偏光状態が維持され、偏光制御素子から第１偏光Ｄが出射される（図１２（ａ））。また、偏光制御素子の２つの液晶セル１０３、１０４を共に第２状態にすると、偏光制御素子からは第１偏光Ｄと直交する第２偏光Ｇが出射される（図１２（ｂ））。さらに、いずれか一方の液晶セルのみを第２状態とすると、第１偏光と略４５°の角度をなす第２偏光Ｆが出射される（図１２（ｃ））。このような構成によれば、２つの液晶セル１０３、１０４の電圧をいずれもＯＦＦまたはＯＮにすると、パララックスバリア１０５が機能するため、単純に立体画像を表示できる。また、２つの液晶セル１０３、１０４のＯＮ／ＯＦＦを高速（例えば１２０Ｈｚ）で切り替えることによって、図１２（ａ）の状態および図１２（ｂ）の状態が高速で切り替わるので、図１１を参照して説明したように、本実施形態の画像表示装置は、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。さらに、図１２（ｃ）に示すように、いずれか一方の液晶セル１０４のみの電圧をＯＮ（第２状態）とすれば、図９（ｂ）を参照して説明したように、２次元画像を表示できる。
【００６１】
或いは、図１４に示すように、第２状態（例えば印加電圧がＯＦＦのとき）に１／４波長板として機能する液晶セルを２つ有していてもよい。これらの液晶セル１０３、１０４のそれぞれは、入射直線偏光を円偏光に変換する。偏光制御素子に直線偏光（第１偏光）Ｄが入射する場合、２つの液晶セル１０３、１０４を共に第１状態（ＯＮ）にすると、第１偏光Ｄの偏光状態が維持され、偏光制御素子から第１偏光Ｄが出射される（図１４（ａ））。また、偏光制御素子の２つの液晶セル１０３、１０４を共に第２状態（ＯＦＦ）にすると、偏光制御素子からは第１偏光Ｄと直交する第２偏光Ｇが出射される（図１４（ｂ））。さらに、いずれか一方の液晶セル１０４のみを第２状態とすると、円偏光Ｆが出射される（図１４（ｃ））。このような構成によれば、２つの液晶セル１０３、１０４の電圧をいずれもＯＦＦまたはＯＮにすると、パララックスバリア１０５が機能するので、単純に立体画像を表示できる。また、２つの液晶セル１０３、１０４の印加電圧を高速（例えば１２０Ｈｚ）で切り替えることによって、図１４（ａ）の状態および図１４（ｂ）の状態が高速で切り替わるので、図１１を参照して説明したように、本実施形態の画像表示装置は、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。さらに、図１４（ｃ）に示すように、いずれか一方の液晶セル１０４のみの電圧をＯＮとすれば、図９（ｂ）を参照して説明したように、２次元画像を表示できる。
【００６２】
上述したように、パララックスバリアを透過した光は、シフトされずにシフト素子を通過した後、第１の画像を表示する第１画素のそれぞれを通過し例えば右眼に到達する光（第１光）と、シフト素子によってシフトされ、第２の画像を表示する第２画素のそれぞれを通過し例えば左眼に到達する光（第２光）とを含んでもよい。このとき、シフト素子と表示素子との間に、第１光の光路長と第２光の光路長とを同じにするために、光路補正素子を設けることができる。光路補正素子を設けることにより、第１光および第２光それぞれにおけるパララックスバリアと表示素子との間の光学的距離が互いに略等しくなるので、良好な立体画像が表示できる。
【００６３】
上記の光路補正素子の効果を、図１５を用いてより詳しく説明する。パララックスバリア１０５から画像表示素子１０９の画像表示面までの距離をｄ、観察距離をＬ、パララックスバリアの開口部（光透過領域）ピッチをｐ、観察者の両目の間隔をＥとすると、
Ｌ  ＝  ２×ｄ×Ｅ／ｐ  ・・・・・・（１）
なる関係が成り立つ。（１）式より、距離ｄが変化すると、それにあわせて、観察距離Ｌが変化することがわかる。よって、第１光および第２光における距離ｄが略等しくなるように光路補正素子を配置することにより、左右の目による第１光および第２光の最適観察距離が略等しくなるので、観察者はより良好な画像を観察できる。
【００６４】
光路補正素子は、第２光の光路上に配置することが好ましい。第２光は、シフト素子でシフトされているため、シフト素子をそのまま通過した第１光よりも距離ｄが長い。光が通過する距離は、その媒体の屈折率によって変化する。すなわち、光が屈折率ｎの媒体中を距離Ａだけ進んだとすると、光路長の空気換算距離はＡ／ｎとなり、屈折率の分だけ短くなる。従って、光路長の長い第２光の光路に、屈折率を利用した光路補正素子を配置することにより、効率よく光路長を補正することができる。
【００６５】
シフト素子として、複数の偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタアレイ（以下、「ＰＢＳアレイ」と呼ぶことがある）を用いることができる。ＰＢＳアレイの偏光分離面は、パララックスバリアの光透過領域と１：１で対応するように配列されている。各偏光分離面は、対応する光透過領域を通過した主光線を、その偏光状態に応じて透過または反射する。これにより、主光線の光路を効率的に分離でき、良好な画像が得られる。
【００６６】
図１６に、偏光ビームスプリッタアレイの具体的な構成例を示す。図１６では、偏光分離面１１２は、パララックスバリア１０５の光透過領域の１／２のピッチで配置されている。偏光分離面１１２は、例えば偏光分離面１１２に対するＰ偏光成分を透過し、偏光分離面１１２に対するＳ偏光成分を反射する機能を有している。
【００６７】
この偏光ビームスプリッタアレイ１０６に、偏光変換素子によって偏光状態を制御されたＰ偏光、Ｓ偏光、４５°直線偏光、円偏光などを入射させると、入射光のうちＰ偏光成分はそれぞれの偏光分離面１１２を透過して、観察者側に出射される。一方、入射光のうちＳ偏光成分は、１つの偏光分離面１１２−Ａによって反射されると、隣接する偏光分離面１１２−Ｂによって再度反射され、その結果、パララックスバリア１０５の遮光領域に対応する位置から観察者側に出射される。すなわち、入射光のうちＳ偏光成分は、おおよそ表示素子の画素ピッチと同じ距離だけＰ偏光成分からシフトされる。このようにして、ＰＢＳアレイ１０６を用いると、パララックスバリアの１０５光透過領域を通過した光を、偏光分離面１１２の配置ピッチに応じて正確かつ効率的にシフトできる。
【００６８】
図１６に示すように、Ｓ偏光成分の光路はシフト素子（ＰＢＳアレイ）１０６で一旦折れ曲がるため、Ｓ偏光成分の光路長はＰ偏光の光路長成分よりも長くなる。そこで、S偏光成分が通過する光路上に、上述した光路補正素子１１１を配置すると、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分の観察距離はそれぞれ略同じになり、良好な画像が得られる。
【００６９】
また、シフト素子から出射されたＰ偏光成分および／またはＳ偏光成分の光路上に、偏光補正素子を配置することが好ましい。例えば、Ｐ偏光成分の光路上にＰ偏光をＳ偏光に変換する偏光補正素子を配置する。表示素子として、光の偏光を制御することにより画素を表示する液晶表示素子を用いた場合、液晶表示素子に入射させるべき光の偏光方向は予め決まっている。そのため、第１画素に入射する第１光および／または第２画素に入射する第２光の光路上に、偏光方向を補正する偏光補正素子を設けて、表示素子に入射する光（第１光および第２光）の偏光方向を一定にすることにより、良好な画像が得られる。
【００７０】
偏光補正素子として、例えば１／２波長板を用いることができる。１／２波長板を用いれば、表示素子に入射していく光の偏光状態を所定の偏光状態に良好に補正することができるので、表示素子における光の利用効率の低下を抑制できる。さらに、立体画像表示時に本来表示が見えてはいけない画素から光が見えてくる「光もれ」を低減でき、その結果、観察者は良好な立体画像を観察できる。１／２波長板としては、積層構造の広帯域波長板を使用することが望ましい。
【００７１】
前述したように、表示素子は第１の画像と第２の画像とを時分割で交互に表示するものであってもよい。これらの画像のうち一方が右眼用画像、他方が左眼用画像であれば、解像度を低下させることなく、立体画像を表示できる。これらの画像は、例えば、運転席の観察者用の画像および助手席の観察者用の画像であってもよい。このように、本発明の画像表示装置は、観察者の位置によって異なる画像を表示する様々な用途に適用できる。
【００７２】
以下、本発明の実施形態によるさらに具体的な画像表示装置の構成を説明する。
【００７３】
図１に示す本実施形態の画像表示装置１３０では、観察者側から偏光板１０８、表示素子１０９、偏光板１０７、シフト素子１０６、バララックスバリア１０５、液晶セル１０４、１０３、偏光板１０２、および光源１０１がこの順で配置されている。表示素子１０９は複数の画素を有しており、これらの画素は、例えば右眼用の画像を表示する第１画素群と、左眼用の画像を表示する第２画素群とに分けられる。第１画素群に含まれる第１画素と第２画素群に含まれる第２画素とは、例えば交互に配列されている。パララックスバリア１０５はストライプ状の光透過領域を有しており、これらの光透過領域は表示素子１０９の第１画素または第２画素のいずれか一方に対応するように配置されている。本実施形態では、偏光変換素子１００は、偏光素子としての偏光板１０２、偏光制御素子としての液晶セル１０３、１０４を用いて構成されている。
【００７４】
光源１０１からの光は、まず偏光板１０２に入射する。この光のうち、紙面に対して上下方向に振動する直線偏光Ｄの成分のみが偏光板１０２を透過する。
【００７５】
偏光板１０２からの直線偏光Ｄは、液晶セル１０３、１０４に順に入射する。ここでは、液晶セル１０３、１０４は、それぞれ入射する直線偏光を４５°旋光させる働きを有するＴＮ液晶を用いて形成されている。液晶セル１０３、１０４のいずれにも電圧が印加されていない時、液晶セル１０３、１０４に入射した直線偏光Ｄは、紙面に対し垂直方向に振動する直線偏光Ｇに変換されて出射される。また、液晶セル１０３、１０４の両方に電圧が印加されている時は、入射直線偏光Ｄはそのままの偏光状態で出射される。さらに、液晶セル１０４にのみ電圧が印加されている時は、入射直線偏光Ｄの偏光方向と４５°の角度をなす偏光方向を有する直線偏光が出射される。
【００７６】
なお、液晶セル１０３、１０４として、ＴＮ液晶を用いた液晶セルの代わりに、入射直線偏光を円偏光に変換する複屈折型の液晶セルを用いても良い。この場合も、液晶セル１０３、１０４に電圧が印加されていない時、液晶セル１０３、１０４に入射した直線偏光Ｄは、紙面に対し垂直方向に振動する直線偏光Ｇに変換され、液晶セル１０３、１０４の両方に電圧が印加されている時は、入射直線偏光Ｄはそのままの偏光状態で出射される。また、液晶セル１０４にのみ電圧を印加した時は、入射直線偏光Ｄは円偏光Ｆとなって出射する。
【００７７】
液晶セル１０３、１０４を出射した光は、パララックスバリア１０５に入射する。パララックスバリア１０５の光透過領域（開口部）を透過した光は、次いで偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）アレイ１０６に入射する。ＰＢＳアレイ１０６は、入射光の偏光方向に応じて、入射光の光路をシフトすることができる。例えば、ＰＢＳアレイの偏光分離面に対してＰ偏光は、シフトされずにＰＢＳアレイから出射され（第１光）、ＰＢＳアレイの偏光分離面に対してＳ偏光は、ＰＢＳアレイによってシフトされた後、出射される（第２光）。
【００７８】
ＰＢＳアレイ１０６から出射された偏光のいずれか一方（例えば第２光）は、パララックスバリア１０６の遮光領域に対応して設けられたストライプ状の光路補正板１１１および１／２波長板１１０（いずれも図示せず）を経て、表示素子１０９の入射側に設けられた偏光板１０７に入射する。第２光の光路長および偏光方向は、光路補正板１１１および１／２波長板１１０によって、それぞれ第１光の光路長および偏光方向と等しくなるように補正される。一方、第１光は偏光状態を維持したまま、偏光板１０７に入射する。
【００７９】
偏光板１０７を経た第１光は、表示素子１０９の第１画素および第２画素のうちいずれか一方に入射し、第２光は他方に入射する。これらの光は、表示素子１０９で画像信号にあわせて変調され、偏光板１０８を経て観察者側に出射される。
【００８０】
図２は本実施形態における液晶表示素子１０９およびパララックスバリア１０５の作用を説明するための図である。図２では説明のため、ＰＢＳアレイ１０６および偏光板１０７、１０８は省略している。
【００８１】
画像表示装置１３０の液晶表示素子１０９は、交互に配列された複数の画素１２０Ｌおよび画素１２０Ｒを有している。図２に示すように、画素１２０Ｌの開口部から観察者側へ出射される光は、観察者の左眼には到達するが、パララックスバリア１０５の遮光領域１０５ｂでさえぎられるために右眼には到達しない。これに対して、画素１０２Ｌと隣接する画素１０２Ｒの開口部からの光は、右眼には到達するが、パララックスバリア１０５の遮光領域１０５ｂでさえぎられるために左眼には到達しない。このように、画素１２０Ｌには左眼に対応する画像、画素１２０Ｒには右眼に対応する画像を表示することにより、立体画像が表示可能となる。
【００８２】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、ＰＢＳアレイ１０６の作用を説明する。ＰＢＳアレイ１０６は、パララックスバリア１０５の各光透過領域１０５ａとそれぞれ対応するように配列された複数の偏光分離面１１２を有している。各偏光分離面１１２は、偏光分離面に対してＰ偏光である特定の直線偏光Ｄを透過し、偏光分離面に対してＳ偏光、すなわち直線偏光Ｄと直交する直線偏光Ｇを反射する。
【００８３】
図３（ａ）に示すように、液晶セル１０３、１０４の両方に電圧が印加されている時は、直線偏光Ｄは、その偏光状態を維持したまま液晶セル１０３、１０４を通過し、パララックスバリア１０５の光透過領域１０５ａを経て、対応する偏光分離面１１２−Ａを透過する。
【００８４】
図３（ｂ）に示すように、液晶セル１０３、１０４のいずれにも電圧が印加されていない時は、直線偏光Ｄは、液晶セル１０３、１０４によって９０°旋光された後、パララックスバリア１０５の光透過領域１０５ａを経て、対応する偏光分離面１１２−Ａに達する。偏光分離面１１２−Ａに達する光（直線偏光Ｇ）は、偏光分離面１１２−Ａに対してＳ偏光となるため、図示するように、偏光分離面１１２―Ａおよび偏光分離面１１２−Ａと隣接する偏光分離面１１２―Ｂの２つの面で反射された後、ＰＢＳアレイ１０６から出射される。出射された光は、光路補正板１１１によって光路長を補正された後、１／２波長板１１０によってＰ偏光に変換される。
【００８５】
このとき、観察者からは、あたかもパララックスバリア１０５が、偏光分離面図１１２―Ａと偏光分離面図１１２―Ｂとの間隔分だけシフトしたように見える。このシフトによって、それまで左眼用の画素だったものが右眼用の画素となり、また、右眼用の画素だったものが左眼用の画素となる。この切り替えを高速（例えば１２０Ｈｚ）で行い、それに同期させて、各画素に表示される左眼用の画像と右眼用の画像を入れ替えると、観察者には、あたかも全ての画素で立体表示が観察できるように見える。従って、立体画像表示を行なう上で問題となっていた解像度の低下を防止することができる。
【００８６】
また、図３（ｃ）に示すように、一方の液晶セル（例えば液晶セル１０４）にのみ電圧を印加した場合は、直線偏光Ｄは、液晶セル１０４によって、直線偏光Ｄと４５°の角度をなす直線偏光Ｅに変換され、ＰＢＳ１０６の偏光分離面１１２−Ａに対し、偏光分離面１１２−Ａと４５°の角度をなして入射する。偏光分離面１１２−Ａでは、入射光はＰ偏光成分及びＳ偏光成分の２つに分解される。Ｐ偏光成分は、偏光分離面１１２−Ａを透過して、表示素子の第１画素を通過し、例えば右眼に到達する（Ｅ１）。Ｓ偏光成分は、偏光分離面１１２−Ａおよび１１２−Ｂで反射されることによりシフトされ、光路補正板１１１および１／２波長板１１０を経て、表示素子の第２画素を通過し、例えば左眼に到達する（Ｅ２）。こうして、観察者は、右眼と左眼とで常に液晶表示素子１０９の全ての画素が視認可能となる。従って、図３（ｃ）の状態（液晶セル１０４のみＯＮ）にあわせて、表示素子１０９が２次元画像を表示すると、２次元画像を表示できる。この場合も、図３（ａ）、（ｂ）の立体表示時と同様に解像度の低下はない。
【００８７】
液晶セル１０３、１０４として、入射直線偏光を円偏光に変換する液晶セルを用いても、図３（ａ）〜（ｃ）に示す場合と同様に、解像度を低下させることなく、立体画像表示及び２次元画像表示が可能となる。ただし、２次元画像表示時にＰＢＳ１０６の偏光分離面１１２−Ａに入射する光は円偏光となる。
【００８８】
図３では、１／２波長板１１０と光路補正板１１１とを積層して配置したが、別個に配置することもできる。例えば、１／２波長板１１０をＰ偏光（第１光）の光路上に配置してもよい。また、１／２波長板１１０自体で光路補正を行なっても構わない。
【００８９】
画像表示装置１３０は上記のような構成を有しているので、ＰＢＳアレイ１０６に入射する光の偏光方向を制御することによって、パララックスバリア１０５の見かけ位置を切り替えることができ、これにより、解像度を低下させることなく良好な立体画像が表示できる。さらに、立体画像表示と２次元画像表示との間の切り替えも容易にできる。
【００９０】
画像表示装置１３０では、偏光制御素子として２枚の液晶セル１０３、１０４を用いたが、液晶セルは１枚でもよい。以下、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、偏光制御素子として１枚の液晶セルを用いた場合の、画像表示装置の動作を説明する。
【００９１】
図４（ａ）および（ｂ）では、液晶セル１１３として、入射直線偏光の偏光方向を９０°回転させる液晶セルを用いている。液晶セル１１３に電圧を印加すると、偏光分離面１１２−Ａに対してＰ偏光（直線偏光Ｄ）が偏光分離面１１２−Ａに入射され、これを透過する（図４（ａ））。一方、液晶セル１１３に電圧を印加しないと、偏光分離面１１２−Ａに対してＳ偏光（直線偏光Ｇ）が偏光分離面１１２−Ａに入射され、偏光分離面１１２−Ａおよびこれと隣接する偏光分離面１１２−Ｂによって反射される。その結果、Ｓ偏光はシフトされる（図４（ｂ））。このように、液晶セル１１３に印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、ＰＢＳアレイ１０６に入射する光を、偏光分離面１１２に対してＰ偏光およびＳ偏光の間で切り替えることができる。この切り替えを高速で行えば、解像度の低下のない立体画像が表示できる。
【００９２】
図４（ｃ）および（ｄ）は、液晶セル１１３として、入射直線偏光の偏光方向を４５°旋光させる、または入射直線偏光を円偏光に変える液晶セルを用いている。液晶セル１１３に電圧を印加すると、偏光分離面１１２−Ａに対してＰ偏光（直線偏光Ｄ）が偏光分離面１１２−Ａに入射され、これを透過する（図４（ｃ））。一方、液晶セル１１３に電圧を印加しないと、偏光分離面１１２−Ａの透過軸に対して４５°の角度をなす直線偏光Ｅ、または円偏光Ｆが偏光分離面１１２−Ａに入射する。入射した直線偏光Ｅまたは円偏光Ｆのうち、偏光分離面１１２−Ａに対してＰ偏光の成分は、偏光分離面１１２−Ａを透過し、Ｓ偏光の成分は、偏光分離面１１２−Ａおよび偏光分離面１１２−Ｂによって反射される。その結果、Ｓ偏光の成分はシフトされる（図４（ｄ））。このように、液晶セル１１３に印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、ＰＢＳアレイ１０６に入射する光を、偏光分離面１１２に対するＰ偏光（またはＳ偏光）と４５°偏光（または円偏光）との間で切り替えることができる。よって、立体画像表示と２次元画像表示との切り替えが可能となる。
【００９３】
画像表示装置１３０は、パララックスバリア１０５の観察者とは反対側にマイクロレンズアレイを有していてもよい。図５（ａ）にパララックスバリア１０５の光入射側にマイクロレンズ１１４を配置した構成例を示す。
【００９４】
図５（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ１１４に含まれる複数の微小レンズ１１５はそれぞれ、パララックスバリア１０５の各光透過領域に対応している。このような構成により、各微小レンズ１１５から出射される光は、マイクロレンズアレイ１１４の透明支持基板１１４’を経て、パララックスバリア１０５の光透過領域に集光されるので、光源などから出射される光のうち、パララックスバリア１０５の光透過領域を透過する光の割合を増大させることができる。すなわち、パララックスバリア１０５の遮光領域でカットされていた光も有効に利用できるようになり、画像表示装置における光利用効率をアップさせることができる。
【００９５】
画像表示装置１３０のパララックスバリア１０５の光透過領域は、スリット状（開口スリット）になっている。よって、マイクロレンズアレイ１１４として、図５（ｂ）に示すように、パララックスバリア１１５の複数の開口スリットと同じピッチで配列された複数の微小レンズ１１５を有し、シフト素子による光のシフト方向、すなわち、複数の開口スリットに直交する面内（図５（ａ）の紙面の面内）において集光機能を有するレンチキュラーレンズを用いる。これにより、パララックスバリア１０５の光透過領域に効率的に集光できる。
【００９６】
このように、マイクロレンズアレイ１１４を用いると、パララックスバリア１０５を通過させることによる光利用効率の低下を抑制できるので、より明るい表示が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明によれば、表示素子の画素数を増加させることなく、解像度が低下せず、かつ明るさの低下が抑制された、パララックスバリア方式の画像表示装置を提供できる。本発明は、例えば、立体画像表示と２次元画像表示とを切り替えることができる画像表示装置に好適に適用できる。この場合、立体画像表示時および２次元画像表示時のいずれにおいても、解像度の低下を防止できるので有利である。また、本発明は、立体画像表示装置に限らず、観察者の位置によって異なる表示が観察される表示装置に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明による実施形態の立体画像表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による実施形態の立体画像表示装置における液晶表示素子およびパララックスバリアの作用を説明するための断面模式図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、液晶セルおよびＰＢＳアレイの作用を説明するための断面模式図である。
【図４】（ａ）から（ｄ）は、液晶セルおよびＰＢＳアレイの作用を説明するための断面模式図である。
【図５】（ａ）は、マイクロレンズアレイの作用を説明するための断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示すマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図６】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７】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。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による実施形態の立体画像表示装置の構成を説明するための図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の立体画像表示装置を用いて２次元画像表示を行なう場合の、シフト素子とパララックスバリアとの関係を説明するための図である。
【図１０】（ａ）は立体画像を表示する状態を示す図であり、（ｂ）は２次元画像を表示する状態を示す図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、立体画像を表示した状態を説明するための図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、立体画像を表示した状態を示す図であり、（ｃ）は２次元画像を表示する状態を示す図である。
【図１３】（ａ）は立体画像を表示する状態を示す図であり、（ｂ）は２次元画像を表示する状態を示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は立体画像を表示する状態を示す図であり、（ｃ）は２次元画像を表示する状態を示す図である。
【図１５】パララックスバリアおよび表示素子の配置を説明するための図である。
【図１６】偏光ビームスプリッタの機能を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００                  偏光変換素子
１０１                  光源
１０２、１０７、１０８  偏光板
１０３、１０４          液晶セル
１０５                  パララックスバリア
１０５ａ                光透過領域
１０５ｂ                遮光領域
１０６                  シフト素子
１０９                  表示素子
１１０                  １／２波長板
１１１                  光路補正板
１１２                  偏光分離面
１１３                  液晶セル
１１４                  マイクロレンズアレイ
１２０Ｒ、１２０Ｌ      画素
【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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