(57)【要約】      （修正有）【課題】解像度が高く、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】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画素群とを有する表示パネル１０と、表示パネル１０に対して観察者とは反対側に設けられた偏光制御素子２０を有し、入射した光を偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光として表示パネル１０側にそれぞれ出射する第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２を有する偏光制御素子２０と、偏光制御素子２０と表示パネル１０との間に設けられた第１偏光板３１とを備える。偏光制御素子２０は、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光の偏光方向と第１偏光板３１の透過軸とが略一致している第１状態と、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光の偏光方向と第１偏光板３１の透過軸とが略直交している第２状態とをとり得る。【選択図】図２
2005091445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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画素群とを有する表示パネルと、
前記表示パネルに対して観察者とは反対側に設けられた偏光制御素子であって、入射した光を偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光として前記表示パネル側にそれぞれ出射する第１および第２領域を有する偏光制御素子と、
前記偏光制御素子と前記表示パネルとの間に設けられた第１偏光板と、を備え、
前記第１領域は、前記第１画素群に属する複数の第１画素に対応して配置され、前記第２領域は、前記第２画素群に属する複数の第２画素に対応して配置されており、
前記偏光制御素子は、前記第１領域から出射される前記第１直線偏光の偏光方向と前記第１偏光板の透過軸とが略一致している第１状態と、前記第１領域から出射される前記第１直線偏光の偏光方向と前記第１偏光板の透過軸とが略直交している第２状態とをとり得る、画像表示装置。
【請求項２】
前記表示パネルの前記第１画素群および前記第２画素群は、前記偏光制御素子が前記第１状態をとっているときには、前記第１領域から出射して前記第１偏光板を透過した前記第１直線偏光を用いて表示を行い、前記偏光制御素子が前記第２状態をとっているときには、前記第２領域から出射して前記第１偏光板を透過した前記第２直線偏光を用いて表示を行う、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１画素群は互いに略平行に延びる複数の第１画素列を含み、前記第２画素群は互いに略平行に延びる複数の第２画素列を含み、前記複数の第１画素列と前記複数の第２画素列とは交互に配置されており、
前記第１領域は、それぞれが前記複数の第１画素列の延びる方向に略平行に延びる複数のサブ第１領域を有し、前記第２領域は、それぞれが前記複数の第２画素列の延びる方向に略平行に延びる複数のサブ第２領域を有し、前記複数のサブ第１領域と前記複数のサブ第２領域とは交互に配置されており、
前記複数のサブ第１領域のそれぞれは前記複数の第１画素列のそれぞれと一対一で対応するように配置され、前記複数のサブ第２領域のそれぞれは前記複数の第２画素列のそれぞれと一対一で対応するように配置されている、請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記偏光制御素子は、第２偏光板と、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に設けられ、前記第２偏光板を透過した直線偏光を前記第１および第２直線偏光に変換する偏光変換素子とを有する、請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記偏光変換素子は、前記第２偏光板に対して相対的に近い位置に設けられた第１偏光変換部と、前記第２偏光板に対して相対的に遠い位置に設けられた第２偏光変換部とを有し、
前記第１偏光変換部は、前記第２偏光板を透過した直線偏光の偏光方向を、供給される電圧に応じて変化させ、
前記第２偏光変換部は、前記第１領域と前記第２領域とで光学特性が互いに異なり、前記第１偏光変換部からの直線偏光の少なくとも一部の偏光方向を変化させる、請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第１偏光変換部は少なくとも１つの液晶セルを含む、請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１偏光変換部は、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６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
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、
前記第１偏光変換部は、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５から７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第２偏光変換部は、前記第１および第２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５から８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記位相差板は、前記第１および第２領域の一方にのみ設けられている、請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記第２偏光変換部は、前記第１領域と前記第２領域との境界に設けられた遮光部材をさらに含む、請求項９または１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記偏光変換素子は、前記第１偏光変換部よりも前記第１偏光板に近い位置に設けられた第３偏光変換部をさらに有し、前記第３偏光変換部は、供給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換する状態とをとり得る、請求項５から１１のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記偏光変換素子は、前記第１偏光変換部と前記第２偏光変換部との間に設けられた集光素子をさらに有し、
前記集光素子は、前記第１偏光変換部からの直線偏光を集光し、前記第１および第２領域にそれぞれ対応した第１および第２集光スポットを前記第２偏光変換部上に形成する、請求項５から１２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１４】
光源と、前記光源から出射された光を受ける入射端面および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制御素子に向けて出射する出射面を有する導光板と、を有する照明装置をさらに備え、
前記導光板は、第１方向に略平行な第１辺と、前記第１方向に略直交する第２方向に略平行な第２辺とを有し、前記入射端面は前記第２方向に平行であって、
前記集光素子は、前記第１偏光変換部からの直線偏光の主光線と前記第１方向とを含む面内において前記第１偏光変換部からの直線偏光を集光する、請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記複数の第１画素と前記複数の第２画素とは前記第１方向に沿って交互に配置されており、前記第１領域と前記第２領域とは前記第１方向に沿って交互に配置されている、請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記集光素子は複数のレンチキュラーレンズを備え、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの延設方向は前記第２方向と略平行である、請求項１４または１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記偏光変換素子は液晶セルを含み、
前記液晶セルは、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、供給される電圧に応じて配向状態が変化し、
前記第１領域と前記第２領域とが互いに異なる配向状態を呈することによって、前記第２偏光板を透過した直線偏光の偏光方向を前記第１領域と前記第２領域とで異ならせる、請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
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であり、前記第２画素群が表示する前記第２の画像は左目用の画像であって、
前記第１画素群および前記第２画素群のそれぞれは、前記偏光制御素子が前記第１状態をとっているときと前記第２状態をとっているときとで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、請求項１から１７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１９】
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、前記表示パネルに前記偏光制御素子側からは光を入射させない、請求項１から１８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１６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１６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１６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１６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１７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１７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１７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】
2005091445.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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、解像度が高く、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】
【００２１】
本発明による画像表示装置は、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画素群とを有する表示パネルと、前記表示パネルに対して観察者とは反対側に設けられた偏光制御素子であって、入射した光を偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光として前記表示パネル側にそれぞれ出射する第１および第２領域を有する偏光制御素子と、前記偏光制御素子と前記表示パネルとの間に設けられた第１偏光板と、を備え、前記第１領域は、前記第１画素群に属する複数の第１画素に対応して配置され、前記第２領域は、前記第２画素群に属する複数の第２画素に対応して配置されており、前記偏光制御素子は、前記第１領域から出射される前記第１直線偏光の偏光方向と前記第１偏光板の透過軸とが略一致している第１状態と、前記第１領域から出射される前記第１直線偏光の偏光方向と前記第１偏光板の透過軸とが略直交している第２状態とをとり得、そのことによって上記目的が達成される。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記偏光制御素子は、第２偏光板と、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に設けられ、前記第２偏光板を透過した直線偏光を前記第１および第２直線偏光に変換する偏光変換素子とを有する。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記偏光変換素子は、前記第２偏光板に対して相対的に近い位置に設けられた第１偏光変換部と、前記第２偏光板に対して相対的に遠い位置に設けられた第２偏光変換部とを有し、前記第１偏光変換部は、前記第２偏光板を透過した直線偏光の偏光方向を、供給される電圧に応じて変化させ、前記第２偏光変換部は、前記第１領域と前記第２領域とで光学特性が互いに異なり、前記第１偏光変換部からの直線偏光の少なくとも一部の偏光方向を変化させる。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記第１偏光変換部は少なくとも１つの液晶セルを含む。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記第１偏光変換部は、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。
【００２６】
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、前記第１偏光変換部は、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。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記第２偏光変換部は、前記第１および第２領域の少なくとも一方に設けられた位相差板を含む。
【００２８】
ある好適な実施形態において、前記位相差板は、前記第１および第２領域の一方にのみ設けられている。
【００２９】
ある好適な実施形態において、前記第２偏光変換部は、前記第１領域と前記第２領域との境界に設けられた遮光部材をさらに含む。
【００３０】
ある好適な実施形態において、前記偏光変換素子は、前記第１偏光変換部よりも前記第１偏光板に近い位置に設けられた第３偏光変換部をさらに有し、前記第３偏光変換部は、供給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換する状態とをとり得る。
【００３１】
ある好適な実施形態において、前記偏光変換素子は、前記第１偏光変換部と前記第２偏光変換部との間に設けられた集光素子をさらに有し、前記集光素子は、前記第１偏光変換部からの直線偏光を集光し、前記第１および第２領域にそれぞれ対応した第１および第２集光スポットを前記第２偏光変換部上に形成する。
【００３２】
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、光源と、前記光源から出射された光を受ける入射端面および前記入射端面に交差し前記入射面から入射した光を前記偏光制御素子に向けて出射する出射面を有する導光板と、を有する照明装置をさらに備え、前記導光板は、第１方向に略平行な第１辺と、前記第１方向に略直交する第２方向に略平行な第２辺とを有し、前記入射端面は前記第２方向に平行であって、前記集光素子は複数のレンチキュラーレンズを備え、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの延設方向は前記第２方向と略平行である。
【００３３】
ある好適な実施形態において、前記偏光変換素子は液晶セルを含み、前記液晶セルは、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて、供給される電圧に応じて配向状態が変化し、前記第１領域と前記第２領域とが互いに異なる配向状態を呈することによって、前記第２偏光板を透過した直線偏光の偏光方向を前記第１領域と前記第２領域とで異ならせる。
【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であり、前記第２画素群が表示する前記第２の画像は左目用の画像であって、前記第１画素群および前記第２画素群のそれぞれは、前記偏光制御素子が前記第１状態をとっているときと前記第２状態をとっているときとで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。
【００３５】
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、前記表示パネルに前記偏光制御素子側からは光を入射させない。
【発明の効果】
【００３６】
本発明による画像表示装置は、入射した光を偏光方向が互いに直交する第１および第２直線偏光として表示パネル側にそれぞれ出射する第１および第２領域を有する偏光制御素子と、表示パネルと偏光制御素子との間に設けられた偏光板とを備えている。偏光制御素子の第１領域および第２領域は、表示パネルの第１画素群と第２画素群とにそれぞれ対応して配置されており、この偏光制御素子は、第１領域から出射される第１直線偏光の偏光方向と偏光板の透過軸とが略一致している第１状態と、第１領域から出射される第１直線偏光の偏光方向と偏光板の透過軸とが略直交している第２状態とをとり得るので、偏光制御素子と偏光板とは、第１状態と第２状態とで遮光部および光透過部の位置が切り替わるパララックスバリアとして機能する。そのため、別々の画像を視認する２つの視点のそれぞれ（例えば右目および左目のそれぞれ）に対して第１画素群および第２画素群の両方を時分割で観察させることが可能となり、解像度が高く、明るい表示が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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。
【００３８】
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、表示パネル１０と、表示パネル１０に対して観察者とは反対側に設けられた偏光制御素子２０と、偏光制御素子２０と表示パネル１０との間に設けられた偏光板３１とを有している。
【００３９】
画像表示装置１００は、さらに、偏光制御素子２０に対して表示パネル１０とは反対側に設けられた照明装置４０と、表示パネル１０の観察者側に設けられた偏光板３２とを有している。照明装置４０から出射した光は、偏光制御素子２０、偏光板３１、表示パネル１０および偏光板３２をこの順で通過して観察者に到達する。
【００４０】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、表示パネル１０および偏光制御素子２０のより詳細な構成を説明する。
【００４１】
表示パネル１０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画素群は複数の第１画素１１Ａを含んでおり、第２画素群は複数の第２画素１１Ｂを含んでいる。ここでは、表示パネル１０は、偏光板３１を透過した直線偏光を変調する液晶表示パネルである。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。典型的には、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画素列を有しており、第１画素列と第２画素列とは交互に配置されている。
【００４２】
偏光制御素子２０は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第１画素群に属する複数の第１画素１１Ａに対応して配置された第１領域Ｒ１と、第２画素群に属する複数の第２画素１１Ｂに対応して配置された第２領域Ｒ２とを有している。第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２は、入射した光を偏光方向が互いに直交する第１直線偏光Ｐ１および第２直線偏光Ｐ２として表示パネル１０側にそれぞれ出射する。本実施形態では、第１領域Ｒ１は、それぞれが第１画素列の延びる方向に略平行に延びる複数のサブ第１領域を有し、第２領域Ｒ２は、それぞれが第２画素列の延びる方向に略平行に延びる複数のサブ第２領域を有している。なお、本願明細書の図面では、第１領域とサブ第１領域とを同じ参照符号Ｒ１を用いて示し、第２領域とサブ第２領域とを同じ参照符号Ｒ２を用いて示している。サブ第１領域Ｒ１とサブ第２領域Ｒ２とは交互に配置されており、サブ第１領域Ｒ１は第１画素列に、サブ第２領域Ｒ２は第２画素列にそれぞれ一対一で対応するように配置されている。
【００４３】
この偏光制御素子２０は、例えば後述するような構成を有していることによって、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光Ｐ１の偏光方向と偏光板３１の透過軸とが略一致している「第１状態」と、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光Ｐ１の偏光方向と偏光板３１の透過軸とが略直交している「第２状態」とをとることができる。以下、本実施形態における偏光制御素子２０のより具体的な構成を説明する。
【００４４】
偏光制御素子２０は、偏光板２１と、偏光板２１と偏光板３１との間に設けられ、偏光板２１を透過した直線偏光を第１直線偏光Ｐ１および第２直線偏光Ｐ２に変換する偏光変換素子２２とを有する。なお、以下では、説明のわかりやすさのために、表示パネル１０と偏光制御素子２０との間に設けられた偏光板３１を「第１偏光板」とも称し、偏光制御素子２０が有する偏光板２１を「第２偏光板」とも称する。図２（ａ）、（ｂ）では、第１偏光板３１および第２偏光板２１の透過軸がいずれも紙面に平行な場合を示している。
【００４５】
偏光変換素子２２は、第２偏光板２１に対して相対的に近い位置に設けられた第１偏光変換部２３と、第２偏光板２１に対して相対的に遠い位置に設けられた第２偏光変換部２４とを有している。
【００４６】
第１偏光変換部２３は、第２偏光板２１を透過した直線偏光の偏光方向を、供給される電圧に応じて変化させる。第１偏光変換部２３は、ここでは、ＴＮモードの液晶層を含む液晶セルである。液晶セル２３は、液晶層に十分大きな電圧が印加された状態（オン状態）では、図２（ａ）に示すように、入射した直線偏光の偏光方向を維持し、液晶層に電圧が印加されていない状態（オフ状態）では、図２（ｂ）に示すように、入射した直線偏光の偏光方向を９０°回転させる。
【００４７】
第２偏光変換部２４は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで光学特性が互いに異なり、第１偏光変換部２３からの直線偏光の少なくとも一部の偏光方向を変化させる。本実施形態における第２偏光変換部２４は、第１領域Ｒ１に設けられた位相差板２５と、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界に設けられた遮光部材２６とを含む位相差板アレイである。第２領域Ｒ２には部材は設けられておらず、開口部２７が形成されている。第１領域Ｒ１に設けられた位相差板２５は、ストライプ状に形成されており、ここでは液晶セル２３から出射された直線偏光の偏光方向を９０°回転させるようにリタデーションの値と遅相軸の配置が設定されている。位相差板２５は、例えばλ／２板である。なお、ここでは、第１領域Ｒ１のみに位相差板２５を設ける構成を例示しているが、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれに光学特性の異なる位相差板（例えば遅相軸の配置およびリタデーションの値の少なくとも一方が異なる）を設け、第２偏光変換部２４が第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の両方において偏光方向を変化させる構成としてもよい。ただし、構成を簡略化して製造コストの低減を図る観点からは、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２の一方にのみ位相差板を設けることが好ましい。
【００４８】
上記構成を有する偏光制御素子２０は、第１偏光変換部である液晶セル２３に供給される電圧に応じ、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光Ｐ１の偏光方向と偏光板３１の透過軸とが略一致している「第１状態」と、第１領域Ｒ１から出射される第１直線偏光Ｐ１の偏光方向と偏光板３１の透過軸とが略直交している「第２状態」とを切り替えてとることができる。
【００４９】
まず、図２（ｂ）を参照しながら、「第１状態」を説明する。照明装置４０から出射した光のうち、偏光方向が紙面に平行な光が第２偏光板２１を透過して偏光変換素子２２の液晶セル（第１偏光変換部）２３に入射する。液晶セル２３に電圧が供給されていない場合（液晶セル２３がオフ状態である場合）、液晶セル２３は入射した直線偏光の偏光方向を９０°回転させるので、第２偏光変換部２４には、偏光方向が紙面に垂直な光が入射する。
【００５０】
第２偏光変換部２４に入射した光のうち、第１領域Ｒ１に設けられた位相差板２５に入射した光は、偏光方向を９０°回転されて偏光方向が紙面に平行な光として第１偏光板３１側に出射する。一方、第２領域Ｒ２に形成された開口部２７を通過した光は、偏光方向が維持されるので、偏光方向が紙面に垂直な光として第１偏光板３１側に出射する。また、第２偏光変換部２４に入射した光のうち、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界に入射した光は、遮光部材２６によって遮られ（例えば吸収され）、第１偏光板３１側にはほとんど出射しない。なお、遮光部材２６は、第１直線偏光Ｐ１と第２直線偏光Ｐ２とをきちんと空間的に分離された状態で出射するために設けられる部材であり、装置の仕様等によっては省略してもよいこともある。
【００５１】
第１領域Ｒ１から出射した第１直線偏光Ｐ１は、偏光方向が紙面に平行なので、第１偏光板３１を透過して表示パネル１０側に出射される。一方、第２領域Ｒ２から出射した第２直線偏光Ｐ２は、偏光方向が紙面に垂直なので、第１偏光板３１によって吸収され、表示パネル１０にはほとんど到達しない。従って、このとき、第１偏光板３１のうちの第１領域Ｒ１に対応した領域が光透過領域として機能し、第１偏光板３１のうちの第２領域Ｒ２に対応した領域が遮光領域として機能する。
【００５２】
次に、図２（ａ）を参照しながら、「第２状態」を説明する。照明装置４０から出射した光のうち、偏光方向が紙面に平行な光が第２偏光板２１を透過して偏光変換素子２２の液晶セル（第１偏光変換部）２３に入射する。液晶セル２３に十分高い電圧が供給されている場合（液晶セル２３がオン状態である場合）、液晶セル２３は入射した直線偏光の偏光方向を維持するので、第２偏光変換部２４には、偏光方向が紙面に平行な光が入射する。
【００５３】
第２偏光変換部２４に入射した光のうち、第１領域Ｒ１に設けられた位相差板２５に入射した光は、偏光方向を９０°回転されて偏光方向が紙面に垂直な光として第１偏光板３１側に出射する。一方、第２領域Ｒ２に形成された開口部２７を通過した光は、偏光方向が維持されるので、偏光方向が紙面に平行な光として第１偏光板３１側に出射する。また、第２偏光変換部２４に入射した光のうち、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界に入射した光は、遮光部材２６によって遮られ（例えば吸収され）、第１偏光板３１側にはほとんど出射しない。
【００５４】
第１領域Ｒ１から出射した第１直線偏光Ｐ１は、偏光方向が紙面に垂直なので、第１偏光板３１によって吸収され、表示パネル１０にはほとんど到達しない。一方、第２領域Ｒ２から出射した第２直線偏光Ｐ２は、偏光方向が紙面に平行なので、第１偏光板３１を透過して表示パネル１０側に出射される。従って、このとき、第１偏光板３１のうちの第１領域Ｒ１に対応した領域が遮光領域として機能し、第１偏光板３１のうちの第２領域Ｒ２に対応した領域が光透過領域として機能する。
【００５５】
上述したように、偏光制御素子２０が第１状態および第２状態のいずれをとっていても、図３（ａ）および（ｂ）に模式的に示すように、偏光制御素子２０と第１偏光板３１とが協同的にパララックスバリアとして機能する。そのため、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。なお、図３（ａ）および（ｂ）では、偏光制御素子２０および第１偏光板３１を、遮光領域および光透過領域を有する仮想的なパララックスバリアＰＢとして図示している。
【００５６】
また、表示パネル１０の第１画素群および第２画素群は、偏光制御素子２０が第１状態をとっているときには、図３（ｂ）に示すように、第１領域Ｒ１から出射して第１偏光板３１を透過した第１直線偏光を用いて表示を行い、偏光制御素子２０が第２状態をとっているときには、第２領域Ｒ２から出射して第１偏光板３１を透過した第２直線偏光を用いて表示を行う。つまり、偏光制御素子２０が第１状態をとっているときと第２状態をとっているときとでは、遮光領域と光透過領域とが入れ替わるので、偏光制御素子２０の第１状態と第２状態とを切り替えることによって、パララックスバリア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、パララックスバリアのシフトに同期して（偏光制御素子２０の第１状態と第２状態と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、表示パネル１０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、パララックスバリアのシフトが短い周期で行われることが好ましく、第１偏光変換部２３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２０の状態の切り替えを高速で行うことが好ましい。
【００５７】
また、表示パネル１０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２０の状態を切り替えてパララックスバリア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、表示パネル１０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。
【００５８】
このように、本発明による画像表示装置１００では、偏光制御素子２０が上記「第１状態」と「第２状態」とをとり得るので、偏光制御素子２０と第１偏光板３１とによって構成されるパララックスバリア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表示パネル１０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。本発明による画像表示装置１００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。
【００５９】
なお、第１偏光板３１の透過軸は、表示パネル１０の仕様等に応じて適宜設定され、例えば、表示面の上下方向または左右方向に略平行に設定されたり、表示面の上下方向、左右方向に対して略４５°の角をなすように設定されたりする。従って、偏光制御素子２０が出射する第１直線偏光Ｐ１および第２直線偏光Ｐ２の偏光方向も、第１偏光板３１の透過軸設定に応じ、表示面の上下方向、左右方向に対して、略平行・略直交となるように設定されたり、略４５°の角をなすように設定されたりする。
【００６０】
上記の説明では、説明の簡単さのために、偏光制御素子２０が備える第１偏光変換部２３および第２偏光変換部２４のいずれもが、第１偏光板３１の透過軸に対して略一致する方向と略直交する方向との間で偏光方向の変換を行う場合を例示しているが、必ずしもその必要はなく、第１偏光変換部２３や第２偏光変換部２４による偏光方向の変換角度は任意に設定できる。また、第２偏光変換部２４の第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２から出射する光（互いに偏光方向が直交している）は、第１偏光板３１の透過軸に対して必ずしも略直交または略一致している必要はなく、第２偏光変換部２４と第１偏光板３１との間に、偏光方向を一律に所定の角度だけ回転させるような補正素子（例えば位相差板）を設け、そのことによって偏光方向を第１偏光板３１の透過軸に対して略一致または略直交させてもよい。
【００６１】
次に、本発明による画像表示装置の他の好ましい構成を説明する。
【００６２】
図４（ａ）に示す画像表示装置１００Ａは、偏光変換素子２２が、第１偏光変換部（液晶セル）２３と第２偏光変換部（位相差板アレイ）２４との間に設けられた集光素子２８をさらに有している点において、図１などに示す画像表示装置１００と異なっている。なお、図４（ａ）では、第２偏光変換部２４の右方に描かれるべき偏光板３１および３２と表示パネル１０とを省略して示している。
【００６３】
集光素子２８は、第１偏光変換部２３からの直線偏光を集光し、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２にそれぞれ対応した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）を第２偏光変換部２４上に形成する。
【００６４】
このような集光素子２８を設けると、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれに第１偏光変換部２３からの直線偏光を集光することができるので、光の利用効率を向上することができる。
【００６５】
集光素子２８としては、例えば、図４（ａ）および（ｂ）に示すような複数のレンチキュラーレンズ２８ａを有するレンチキュラーレンズアレイを用いることができる。レンチキュラーレンズ２８ａは、半円柱状の形状を有しており、位相差板２５が延びる方向と略平行に延設されている。
【００６６】
なお、図４（ａ）には、照明装置４０として、光源４２が導光板４４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示している。以下、エッジライト方式の照明装置４０を用いる場合の集光素子２８の好ましい構成を説明する。
【００６７】
照明装置４０は、図４（ａ）、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、光源４２と導光板４４とを有している。光源４２としては例えば冷陰極管を用いることができる。導光板４４は、光源４２から出射された光を受ける入射端面４４ａと、入射端面４４ａに交差し、入射端面４４ａから入射した光を偏光制御素子２０に向けて出射する出射面４４ｂとを有している。
【００６８】
光源４２から出射され導光板４４の入射端面４４ａから導光板４４内に入射した光は、導光板４４中を第１の方向（図中の矢印参照）に伝播しながら、出射面４４ｂから偏光制御素子２０に向けて出射される。線状の光源４２は第２の方向（図中の矢印参照）に沿って配置されており、第１の方向は第２の方向に直交する。一般に導光板４４は、第１の方向を長手方向とする長方形である。つまり、第１方向に略平行な辺と、第１方向に略直交する第２方向に略平行な辺とを有している。導光板４４のＢ−Ｂ’線（第１の方向）に沿った断面の形状は、例えば図５（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４２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。
【００６９】
エッジライト方式の照明装置４０の出射面４４ｂから出射される光の強度分布（配光分布）は、図６に示すように方向依存性を有している。図６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°で測定した結果を例示している。
【００７０】
図６に示したように、光の伝播方向である第１方向（図５中Ｂ−Ｂ’線方向）においては、出射光の平行度は高く、第１方向に直交する第２方向（図２中Ａ−Ａ´線方向）においては、出射光の平行度が低い。特に、出射光の平行度が、図６の配光分布を示すグラフにおける半値幅（ＦＷＨＭ）角が３０°（±１５°）以下であると、レンチキュラーレンズなどの集光素子で効率良く集光することが出来る。
【００７１】
導光板４４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ため、集光素子２８は、第１偏光変換部２３からの直線偏光の主光線と第１方向とを含む面（図４（ａ）において紙面に平行な面）内において光を集光することが好ましい。このような構成を採用することによって、照明装置４０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４２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。具体的には、複数のレンチキュラーレンズ２８ａのそれぞれの延設方向を入射端面４４ａが延びる第２方向と略平行とすることによって、集光素子２８は上記面内で光を集光することができる。なお、このとき、第１画素１１Ａと第２画素１１Ｂとは、第１方向に沿って交互に配列され、また、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とは、第１方向に沿って交互に配列される。
【００７２】
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、例えば、発光ダイオード等を用いるタイプでもよい。例えば、図７（ａ）および（ｂ）に示す照明装置４０’のように、発光ダイオード４２ａを入射端面４４ａに線状に複数個配列してもよい。あるいは、図８（ａ）および（ｂ）に示す照明装置４０’’のように、２つの発光ダイオード４２ａの間に、導光板４４の入射端面４４ａに対向する出射端面を有する線状の導光体４２ｂを配置した照明装置４０’’を用いてもよい。
【００７３】
次に、図９を参照しながら、第１偏光変換部２３の好ましい構成を説明する。
【００７４】
表示パネル１０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、表示パネル１０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。
【００７５】
表示パネル１０が線走査されることによって駆動される場合には、図９に示すように、第１偏光変換部２３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（以下では「変換領域」とも呼ぶ。）２３ａ、２３ｂ、２３ｃを表示パネル１０の走査方向に沿って有していることが好ましい。本実施形態のように第１偏光変換部２３として液晶セルを用いる場合には、液晶セルが液晶層に部分的に電圧を印加できる構成を有していることが好ましい。例えば、液晶層に電圧を印加する電極が所定の形状にパターニングされていることによって、このような電圧の印加が可能になる。
【００７６】
第１偏光変換部２３が走査方向に沿って複数の変換領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有していると、偏光制御素子２０は、パララックスバリア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、表示パネル１０の走査に同期してパララックスバリアのシフトを行うことができるので、表示パネル１０による画像切り替えのタイミングと、偏光制御素子２０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。
【００７７】
図１０（ａ）に、第１偏光変換部２３が単一の変換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１０（ａ）では、１垂直走査期間がαであり、表示パネル１０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）にパララックスバリアのシフトを行う場合を示している。第１偏光変換部２３が単一の変調領域しか有していない場合、偏光制御素子２０は、パララックスバリアを一括的にシフトさせる。そのため、図１０（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。
【００７８】
これに対して、第１偏光変換部２３が図９に示すように走査方向に沿って３つの変換領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃ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）で上部の変換領域２３ａ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）で中央の変換領域２３ｂ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）で下部の変換領域２３ｃ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。
【００７９】
ここでは変換領域が３つの場合を例示したが、第１偏光変換部２３が有する変換領域は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、第１偏光変換部２３がより多くの変換領域を有していることが好ましい。
【００８０】
なお、表示パネル１０や第１偏光変換部２３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１１に示すように、表示パネル１０が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、表示パネル１０に偏光制御素子２０側からは光を入射させない、すなわち照明装置４０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。
【００８１】
図９に示すように第１偏光変換部２３が複数の変換領域を有している場合には、それぞれの変換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、照明装置が偏光制御素子２０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。
【００８２】
本実施形態では、第１偏光変換部２３への供給電圧を切り替えることにより、偏光制御素子２０の第１状態と第２状態とを切り替える。第１偏光変換部２３としては、既に述べたように液晶セルを用いることができるが、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。
【００８３】
図１２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１２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。
【００８４】
図１３に示すように、第１偏光変換部２３が、互いに旋光方向が反対の液晶層を含む２つの液晶セル２３Ａおよび２３Ｂを有していることによって、上記の画質低下を抑制できる。
【００８５】
図１３に示す画像表示装置１００Ｂは、第１偏光変換部２３が２つの液晶セル２３Ａおよび２３Ｂを有している点以外は、図１に示す画像表示装置１００と同様の構成を有している。液晶セル２３Ａおよび２３Ｂのそれぞれは、ＴＮモードの液晶層を含んでいる。
【００８６】
液晶セル２３Ａに含まれる液晶層と、液晶セル２３Ｂ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（第２偏光板２１側）の液晶セル２３Ａが右旋性の液晶層を備え、光出射側（第１偏光板３１側）の液晶セル２３Ｂが左旋性の液晶層を備えている。また、液晶セル２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ａおよび２３Ｂ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。
【００８７】
表２を参照しながら、画像表示装置１００Ｂ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２３Ａ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。
【００８８】
【表２】
2005091445.tif 000004
【００８９】
まず、表２の（ａ）に示すように、２つの液晶セル２３Ａおよび２３Ｂがともにオフ状態である場合、光入射側の液晶セル２３Ａに入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル２３Ａと液晶セル２３Ｂとによって偏光方向を９０°ずつ回転させられるので、「縦」の直線偏光として液晶セル２３Ｂから出射する。
【００９０】
次に、表２の（ｂ）に示すように、２つの液晶セル２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ａに入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ｂ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、第１偏光変換部２３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。
【００９１】
続いて、表２の（ｃ）に示すように、２つの液晶セル２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ａおよび２３Ｂをともにオン状態とすると、光入射側の液晶セル２３Ａに入射した「縦」の直線偏光は、液晶セル２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ｂ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、第１偏光変換部２３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。
【００９２】
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２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ａおよび２３Ｂ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２３Ａおよび２３Ｂを通過した光は偏光方向が実質的に変化しない。
【００９３】
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、第１偏光変換部２３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２３Ｂ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２３Ａおよび２３Ｂ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。
【００９４】
このように、画像表示装置１００Ｂ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、第１偏光変換部２３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。
【００９５】
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。
【００９６】
ここまでの説明では、２次元画像を表示する場合にも偏光制御素子２０の状態を切り替える構成について説明したが、図１４に示す画像表示装置１００Ｃのように、２次元画像を表示する際には偏光制御素子２０の状態を切り替える必要がない構成としてもよい。
【００９７】
図１４に示す画像表示装置１００Ｃは、第１偏光変換部２３と第２偏光変換部２４との間に設けられた第３偏光変換部２９を備えている点以外は、図１などに示した画像表示装置１００と同様の構成を有している。
【００９８】
第３偏光変換部２９は、供給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状態と、入射した直線偏光を円偏光に変換する状態とをとり得る。第３偏光変換部２９としては、例えば、オン状態においては入射光に位相差を与えず、オフ状態においてはλ／４板として機能する液晶セルを用いることができる。
【００９９】
第３偏光変換部２９が入射偏光の偏光方向を維持している状態においては、画像表示装置１００Ｃは、画像表示装置１００と全く同様に機能する。したがって、この状態で、画像表示装置１００と同様に立体表示を（さらには２次元表示も）を行うことができる。
【０１００】
一方、第３偏光変換部２９が入射した直線偏光を円偏光に変換する状態（例えば液晶セルがλ／４板として機能するオフ状態）においては、第１偏光変換部２３（オン状態であってもよいしオフ状態であってもよい）を透過した直線偏光は、第３偏光変換部２９を通過することによって円偏光に変換される。この円偏光は、位相差板アレイのような第２偏光変換部２４に入射しても依然として円偏光のままであるので、第１偏光板３１の第１領域Ｒ１に対応した領域と第２領域Ｒ２に対応した領域の両方から表示パネル１０に向けて光が出射される。従って、偏光制御素子２０と第１偏光板３１とは、もはやパララックスバリアとして機能しない。そのため、２次元表示を行うに際して、偏光制御素子２０の第１状態と第２状態とを高速で切り替える必要もないし、表示パネル１０で高速の画像切り替えを行う必要もない。
【０１０１】
このように、画像表示装置１００Ｃでは、解像度が高く、明るい立体・２次元表示を行うことができる一方で、高速駆動を行う必要のない２次元表示も可能である。
【０１０２】
なお、図１４には、第３偏光変換部２９として、直線偏光を円偏光に変換し得るものを例示したが、これに限定されず、入射した直線偏光を偏光方向が略４５°回転した直線偏光に変換し得るものを用いても同様の効果が得られる。また、第３偏光変換部２９は、第１偏光変換部２３よりも第１偏光板３１に近い位置に設けられていればよく、第１偏光変換部２３と第２偏光変換部２４との間でなく、第２偏光変換部２４と第１偏光板３１との間にあってもよい。
【０１０３】
さらに、上述したような第３偏光変換部２９を備える場合には、第１偏光変換部２３として第３偏光変換部２９と同様の機能を有するものを用いることができる。
【０１０４】
第１偏光変換部２３および第３偏光変換部２９の両方を、直線偏光の偏光方向を維持する状態および直線偏光を円偏光に変換する状態をとり得る素子とするには、例えば、これらの両方を、オン状態においては入射光に位相差を与えず、オフ状態においてはλ／４板として機能する液晶セルとすればよい。このような２つの液晶セルを、両方ともオフ状態において協同的にλ／２板として機能するように配置すれば、両方をオフ状態としたときに入射偏光の偏光方向を９０°回転させ、両方をオン状態としたときに入射偏光の偏光方向を維持することができる。そのため、両方をオフ状態にしたときと両方をオン状態にしたときとを切り替えることによって、入射偏光の偏光方向を直交する２つの方向の間で切り替えることができる。そして、一方のみをオン状態とすれば、入射偏光は円偏光に変換されるので、図１４に示した画像表示装置１００Ｃと同様の２次元表示を行うことができる。
【０１０５】
また、第１偏光変換部２３および第３偏光変換部２９の両方を、直線偏光の偏光方向を維持する状態および直線偏光の偏光方向を略４５°回転させる状態をとり得る素子とする場合には、例えば、これらの両方を、オン状態においては直線偏光の偏光方向を維持し、オフ状態においては直線偏光の偏光方向を略４５°回転させる液晶セルとすればよい。このような２つの液晶セルを、光出射側の液晶セルがオフ状態において光入射側の液晶セルを通過した直線偏光の偏光方向を４５°回転させるように配置すれば、両方をオフ状態としたときに入射偏光の偏光方向を９０°回転させ、両方をオン状態としたときに入射偏光の偏光方向を維持することができる。そのため、両方をオフ状態にしたときと両方をオン状態にしたときとを切り替えることによって、入射偏光の偏光方向を直交する２つの方向の間で切り替えることができる。そして、一方のみをオン状態とすれば、入射偏光は偏光方向が略４５°回転した直線偏光に変換されるので、高速駆動を必要としない２次元表示が可能になる。
【０１０６】
上記説明では、偏光変換素子２２が、供給される電圧に応じて偏光方向を変化させる第１偏光変換部２３と、場所によって光学特性が異なる第２偏光変換部２４とを備えている場合を説明したが、偏光変換素子としてこれらの機能を兼ね備えた単一の素子を含んでもよい。例えば、偏光変換素子として、図１５（ａ）および（ｂ）に示す画像表示装置１００Ｄのように、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれにおいて、供給される電圧に応じて液晶層の配向状態が変化する液晶セル２２’を用いてもよい。
【０１０７】
液晶セル２２’は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで液晶層に独立に電圧を印加することができる構成を有しており、直線偏光の偏光方向を維持する配向状態と、直線偏光の偏光方向を９０°回転させる配向状態とを、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２のそれぞれで切り替えて呈し得る。
【０１０８】
このように、液晶セル２２’は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが互いに異なる配向状態を呈することによって、第２偏光板２１を透過した直線偏光の偏光方向を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで異ならせることができるので、ここまでに説明した他の偏光制御素子と同様に機能する。画像表示装置１００Ｄが有する偏光制御素子２０は、画像表示装置１００の偏光制御素子２０に比べて位相差板アレイなどを省略することができる。そのため、より簡便な構成を実現でき、製造コストを低減することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によると、解像度が高く、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。
【０１１０】
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】
【０１１１】
【図１】本発明による画像表示装置１００を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、画像表示装置１００の動作原理を説明するための図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、画像表示装置１００が立体表示を行う様子を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明による他の画像表示装置１００Ａを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、画像表示装置１００Ａが備える集光素子を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、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４０の構成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６】エッジライト方式の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７】（ａ）および（ｂ）は、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他の照明装置４０’の構成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８】（ａ）および（ｂ）は、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他の照明装置４０’’の構成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９】本発明による画像表示装置に用いられる第１偏光変換部の好ましい構成を模式的に示す図である。
【図１０】（ａ）は、第１偏光変換部が単一の変換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、第１偏光変換部が複数の変換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１１】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１２】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１３】本発明による他の画像表示装置１００Ｂ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１００Ｃを模式的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、本発明による他の画像表示装置１００Ｄを模式的に示す断面図である。
【図１６】パララックスバリアを備えた従来の立体画像表示装置５００を模式的に示す断面図である。
【図１７】パララックスバリアを備えた従来の立体画像表示装置６００を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０    表示パネル
１１Ａ    第１画素
１１Ｂ    第２画素
２０    偏光制御素子
２１    偏光板（第２偏光板）
２２、２２’    偏光変換素子
２３    第１偏光変換部（液晶セル）
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ    変換領域
２３Ａ、２３Ｂ    液晶セル
２４    第２偏光変換部（位相差板アレイ）
２５    位相差板
２６    遮光部材
２７    開口部
２８    集光素子（レンチキュラーレンズアレイ）
２８ａ    レンチキュラーレンズ
３１    偏光板（第１偏光板）
３２    偏光板
４０、４０’、４０’’    照明装置
４２    光源
４２ａ    発光ダイオード（ＬＥＤ）
４２ｂ    導光体
４４    導光板
４４ａ    入射端面
４４ｂ    出射面
【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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