(57)【要約】【課題】簡単な構成で複数の面に画像を表示できるようにし、また、３次元画像を表示できるようにする。【解決手段】制御部４は、表側液晶表示装置１に画像を表示させるときには背面側液晶表示装置２を光透過状態にし、背面側液晶表示装置２に画像を表示させるときには表側液晶表示装置１を光透過状態にする。そして、繰り返し周波数を４０Ｈｚ以上にして、各液晶表示装置１，２それぞれに画像を表示させることを繰り返す。また、液晶表示装置１，２に同一の表示対象を描いた画像を表示させ、その画像の輝度は液晶表示装置ごとに個別に定める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元画像を表示する表示領域を光透過状態にすることができる複数の液晶表示装置と、
各液晶表示装置の表示状態を制御する制御部と、
液晶表示装置に光を照射する照明手段とを備え、
各液晶表示装置は、表示領域が重なるように配置され、
制御部は、全ての液晶表示装置のうち、一つの液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させ、他の全ての液晶表示装置の表示領域を光透過状態にすることを順次行い、周波数４０Ｈｚ以上で、全ての液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させることを繰り返す
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備える請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
制御部は、観察者方向から見た奥行きを表す奥行き座標が決定されている画素によって表される２次元画像を各液晶表示装置に表示させ、前記２次元画像を各液晶表示装置に表示させる際に、予め定められている２次元画像の各画素の輝度および奥行き座標に基づいて、各液晶表示装置における２次元画像の各画素の輝度を定め、定めた輝度で液晶表示装置毎に２次元画像を表示させる請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備え、
制御部は、画素に対して決定されている奥行き座標が示す位置が観察者に近いほど、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度を高くし、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度を低くし、また、画素に対して決定されている奥行き座標が示す位置が観察者から遠いほど、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度を低くし、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度を高くする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備え、
制御部は、２次元画像に描かれた表示対象の観察者から最も遠い箇所を表す画素の奥行き座標Ｚｆａｒと前記表示対象の観察者に最も近い箇所を表す画素の奥行き座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ１とし、表示する画素の奥行き座標Ｚｎと座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ２とし、前記画素に予め定められている輝度をＰとしたときに、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度をＰ×（（Ｚ１−Ｚ２）／Ｚ１）と定め、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度をＰ×（Ｚ２／Ｚ１）と定める請求項３または請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
制御部は、２次元画像を表示させる液晶表示装置を切り替える場合、照明手段を消灯し、２次元画像を表示していた液晶表示装置の表示領域を光透過状態にし、次に２次元画像を表示すべき液晶表示装置に２次元画像を表示させてから、照明手段を点灯する
請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
制御部は、２次元画像を表示させる液晶表示装置を切り替える場合、２次元画像を表示していた液晶表示装置の表示領域を光透過状態にしてから、次に２次元画像を表示すべき液晶表示装置に２次元画像を表示させる請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
各液晶表示装置は、液晶を挟持する基板を備え、
隣接する液晶表示装置の間に、前記基板の屈折率との差が０．２以内である屈折率を有する物質を備えた
請求項１、２、３、４、５、６または７のうちのいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
各液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた液晶表示装置である請求項１、２、３、４、５、６、７または８のうちのいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を表示する画像表示装置に関し、特に、表示領域が重なるように配置した各液晶表示装置にそれぞれ画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一つの画面上に複数の画像を表示する画像表示装置が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の画像が互いに他の画像を隠さないようにして各画像を表示することができる画像表示装置が記載されている。特許文献１に記載の画像表示装置は、複数の液晶スクリーンを備え、そのうち１枚の液晶スクリーンを順次選択し、選択した液晶スクリーンを半透明にし、他の液晶スクリーンを透明にする。そして、各液晶スクリーンを選択するのと同期して、複数の画像のうちの一つを画像投射装置から投射する。
【０００３】
また、３次元画像を表示する表示装置も種々提案されている。図９は、３次元画像の表示原理を説明する説明図である。２枚の表示面に２次元画像を生成する。この２次元画像は、表示対象となる３次元物体を、観察者６の視線方向から各表示面に射影した画像である。このとき、観察者側の表示面における輝度を背面側の表示面（観察者６から見て奥の表示面）の輝度より低くすると、その画素に表示される表示対象は観察者６から遠い位置に存在するものとして観察される。各表示面の輝度を同じ程度にすると、その画素に表示される表示対象は、観察者６から少し離れた位置に存在するものとして観察される。さらに、観察者側の表示面における輝度を背面側の表示面の輝度より高くすると、その画素に表示される表示対象は観察者６に近い位置に存在するものとして観察される。
【０００４】
例えば、図９（ａ）に示すように、画素２０１では、観察者側の表示面の輝度の方が低い。従って、画素２０１に表示される表示対象は、観察者６から遠い位置に存在するように観察される。特に、観察者側の表示面の輝度をゼロとすれば、図９（ｂ）に示すように、画素２０１に表示される表示対象は、背面側の表示面に存在しているように観察される。また、画素２０２では、各表示面の輝度がいずれも同程度となっている。従って、画素２０２に表示される表示対象は、図９（ｂ）に示すように、各表示面の間に存在しているように観察される。画素２０３では、観察者側の表示面の輝度の方が高い。従って、画素２０３に表示される表示対象は、観察者６に近い位置に存在するように観察される。特に、背面側の表示面の輝度をゼロとすれば、図９（ｂ）に示すように、画素２０３に表示される表示対象は、観察者側の表示面に存在しているように観察される。
【０００５】
特許文献２，３にはこの原理を利用した３次元画像の表示装置が記載されている。この３次元画像の表示原理は、非特許文献１にも記載されている。
【０００６】
特許文献２に記載の画像表示装置は、図１０に示すように、２次元表示装置２１１，２１２を備える。各２次元表示装置は、観察者方向から見て重ならないように配置される。一方の２次元画像表示装置２１２の像２１２ａは、部分反射鏡２１３によって、もう一方の２次元画像表示装置２１１の像２１１ａと重ねられる。そして、各像２１１ａ，２１２ａの輝度をそれぞれ個別に定めることにより、観察者６は３次元画像を認識する。
【０００７】
また、特許文献２には、散乱／透過を制御することができる散乱板を複数配置し、各散乱板にプロジェクタ型２次元表示装置から映像を投射する態様についても記載されている。この態様では、散乱板の散乱／透過のタイミングと２次元表示装置に設けられたシャッタの透過／遮断のタイミングとをあわせて駆動する。
【０００８】
特許文献３に記載の画像表示装置は、図１１に示すように透過型液晶表示装置２２１，２２２を備える。透過型液晶表示装置２２１，２２２は、観察者側から見て重なるように表示される。各透過型液晶表示装置２２１，２２２が表示する２次元画像の輝度をそれぞれ個別に定めることにより、観察者６は３次元画像を認識する。
【０００９】
ただし、図１１に示すように透過型液晶表示装置を配置すると、以下のような問題が生じる。観察者側の２次元画像の輝度を低くするために液晶表示装置２２２の透過率を低下させると、背面側の２次元画像の輝度を高くしたとしても、その２次元画像の光が液晶表示装置２２２で遮られてしまう。従って、観察者側の２次元画像の輝度が背面側の２次元画像の輝度より低くなる状態にして、各２次元画像の光を観察者６に到達させることが困難になってしまう。この問題を解決するために、特許文献３では、液晶表示装置２２１の通過光が液晶表示装置２２２を通過する際に、通過光の偏光角度を加算するようにし、液晶表示装置２２２と観察者６との間に偏光板（図１１において図示せず。）を配置している。
【００１０】
また、写真や絵画等に示される画像を元に、３次元データを作成する方法が提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５参照。）。さらに、テレビジョン映像をリアルタイムに立体映像にすることができる技術が非特許文献２などに紹介されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−３０７１８５号公報（段落００１４−００２１、第１図）
【００１２】
【特許文献２】
特許第３０２２５５８号公報（段落０００７−００２３、第１図−第２１図）
【００１３】
【特許文献３】
特開２００１−５４１４４公報（段落００１７−００４８、第１図−第２５図）
【００１４】
【特許文献４】
特開平９−１８５７１２号公報（第３頁−第６頁、第１図−第２５図）
【００１５】
【特許文献５】
特開平１０−３０７９２６号公報（第１頁−第１３頁、第１図−第５０図）
【００１６】
【非特許文献１】
陶山  史郎（Ｓ．Ｓｕｙａｍａ）、他４名、「ア  ノベル  ダイレクトビジョン３−Ｄディスプレイ  ユージング  ルミネンスモジュレイテッド  ツー２−Ｄイメージズ  ディスプレイド  アト  ディファレント  デプス（Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｄｉｒｅｃｔ−Ｖｉｓｉｏｎ  ３−Ｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｔｗｏ  ２−Ｄ  Ｉｍａｇｅｓ  Ｄｉｓｐｌａｙｅｄ  ａｔ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｄｅｐｔｈ  ）、「エス・アイ・ディー  ００  ダイジェスト（ＳＩＤ  ００  ＤＩＧＥＳＴ）」、ソサエティ  フォーインフォメーション  ディスプレイ  ２０００（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ２０００）、２０００年５月、ｐ．１２０８〜１２１１
【００１７】
【非特許文献２】
”テレビ映像をリアルタイムで立体映像に”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年４月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｄｎｅｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｏｂｉｌｅ／０２１１／１４／ｎ＿ｍｅｒｃｕｒｙ．ｈｔｍｌ＞
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に記載の表示装置は、観察者方向から見て重ならないように各２次元表示装置を配置するため、２次元表示装置とは別に部分反射鏡を設置しなければならない。そのため、装置の構成が大がかりになってしまう。
【００１９】
また、複数の散乱板を設け、プロジェクタ型２次元表示装置から映像を投射する場合も、映像の表示面（散乱板）とは別に、複数のプロジェクタ型２次元表示装置を設置しなければならないため、大がかりな構成になってしまう。同様に、特許文献１に記載の表示装置も、表示面とは別に画像投射装置を設けているため、大がかりな構成になってしまう。また、装置の構成が大がかりになると、生産コストも上昇してしまう。
【００２０】
特許文献３に記載の表示装置は、一対の偏光板の間に、複数の液晶表示装置を配置する構成になっている。そのため、各液晶表示装置に別々の画像を同時に表示させて各画像を同時に観察できるようにするという用途には適用できない。
【００２１】
そこで、本発明は、簡単な構成で複数の面に画像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的とする。また、３次元画像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様１は、２次元画像を表示する表示領域を光透過状態にすることができる複数の液晶表示装置と、各液晶表示装置の表示状態を制御する制御部と、液晶表示装置に光を照射する照明手段とを備え、各液晶表示装置は、表示領域が重なるように配置され、制御部は、全ての液晶表示装置のうち、一つの液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させ、他の全ての液晶表示装置の表示領域を光透過状態にすることを順次行い、周波数４０Ｈｚ以上で、全ての液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させることを繰り返すことを特徴とする画像表示装置を提供する。
【００２３】
本発明の態様２は、態様１において、複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備える画像表示装置を提供する。
【００２４】
本発明の態様３は、態様１または態様２において、制御部が、観察者方向から見た奥行きを表す奥行き座標が決定されている画素によって表される２次元画像を各液晶表示装置に表示させ、前記２次元画像を各液晶表示装置に表示させる際に、予め定められている２次元画像の各画素の輝度および奥行き座標に基づいて、各液晶表示装置における２次元画像の各画素の輝度を定め、定めた輝度で液晶表示装置毎に２次元画像を表示させる画像表示装置を提供する。そのような構成によれば、表示対象を立体的に表示することができる。
【００２５】
本発明の態様４は、態様３において、複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備え、制御部が、画素に対して決定されている奥行き座標が示す位置が観察者に近いほど、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度を高くし、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度を低くし、また、画素に対して決定されている奥行き座標が示す位置が観察者から遠いほど、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度を低くし、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度を高くする画像表示装置を提供する。
【００２６】
本発明の態様５は、態様３または態様４において、複数の液晶表示装置として２枚の液晶表示装置を備え、制御部が、２次元画像に描かれた表示対象の観察者から最も遠い箇所を表す画素の奥行き座標Ｚｆａｒと前記表示対象の観察者に最も近い箇所を表す画素の奥行き座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ１とし、表示する画素の奥行き座標Ｚｎと座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ２とし、前記画素に予め定められている輝度をＰとしたときに、観察者側の液晶表示装置における前記画素の輝度をＰ×（（Ｚ１−Ｚ２）／Ｚ１）と定め、もう一方の液晶表示装置における前記画素の輝度をＰ×（Ｚ２／Ｚ１）と定める画像表示装置を提供する。
【００２７】
本発明の態様６は、態様１から態様５のいずれかにおいて、制御部が、２次元画像を表示させる液晶表示装置を切り替える場合、照明手段を消灯し、２次元画像を表示していた液晶表示装置の表示領域を光透過状態にし、次に２次元画像を表示すべき液晶表示装置に２次元画像を表示させてから、照明手段を点灯する画像表示装置を提供する。そのような構成によれば、画像がぼやけるのを防ぐことができる。
【００２８】
本発明の態様７は、態様１から態様５のいずれかにおいて、制御部が、２次元画像を表示させる液晶表示装置を切り替える場合、２次元画像を表示していた液晶表示装置の表示領域を光透過状態にしてから、次に２次元画像を表示すべき液晶表示装置に２次元画像を表示させる画像表示装置を提供する。そのような構成によれば、画像がぼやけるのを防ぐことができる。
【００２９】
本発明の態様８は、態様１から態様７のいずれかにおいて、各液晶表示装置が、液晶を挟持する基板を備え、隣接する液晶表示装置の間に、前記基板の屈折率との差が０．２以内である屈折率を有する物質を備えた画像表示装置を提供する。そのような構成によれば、画像がぼやけるのを防ぐことができる。
【００３０】
本発明の態様９は、態様１から態様８のいずれかにおいて、各液晶表示装置が、カラーフィルタを備えた液晶表示装置である画像表示装置を提供する。そのような構成によれば、各液晶表示装置でカラーの画像を表示することができ、その結果、カラーの３次元画像を表示することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の画像表示装置の一例を示す説明図である。本発明の画像表示装置は、図１に示すように、二つの液晶表示装置１，２と、バックライト（照明手段）３と、制御部４とを備える。また、液晶表示装置１，２の間は、透明な物質５で満たされている。
【００３２】
液晶表示装置１，２は、マトリクス表示によって２次元画像を表示し、また、２次元画像を表示する表示領域を光透過状態にすることができる液晶表示装置である。光透過状態とは、透明状態のことである。液晶表示装置１，２は、表示領域が重なるように配置される。液晶表示装置１，２は、例えば、ネマチック液晶を備える。ネマチック液晶を用いた液晶モードとして、旋光を利用する９０度ツイスト系、複屈折を利用する平行配向または垂直配向系、πセル系がある。液晶表示装置１，２の液晶モードは、これらの各種モードのいずれであってもよい。また、液晶表示装置１，２は、位相差板を設けた液晶表示装置であってもよい。
【００３３】
また、液晶表示装置１，２は、強誘電性液晶や反強誘電性液晶などのネマチック液晶以外の液晶を用いた液晶表示装置であってもよい。
【００３４】
また、フルドット表示を高速に実現するために、液晶表示装置１，２を、アクティブマトリクス表示装置とすることが好ましい。この場合、アクティブ素子として、例えば、アモルファスＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ポリシリコンＴＦＴ、２端子素子であるＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ  ）等を用いることができる。
【００３５】
図２は、液晶表示装置１，２の構成例を示す模式的断面図である。一方の透明基板１０２にはカラーフィルタ１０３が設けられ、その上層に平滑化層１０４が設けられる。平滑化層１０４の上にはパターニングした透明電極１０５が形成され、さらに配向膜１０６が設けられる。もう一方の透明基板１１１には、アクティブ素子（図示せず。）が設けられる。そして、その上に透明電極１１０が形成され、さらに配向膜１０９が設けられる。液晶表示装置１，２は、この透明基板１０２，１１１およびシール材１０８によって、液晶１０７を封止する。以下、透明基板１０２，１１１がガラス基板である場合を例に説明する。
【００３６】
図２に示すように、液晶表示装置１，２にカラーフィルタ１０３を設けておくことが好ましい。カラーフィルタ１０３を設けておくことにより、各液晶表示装置１，２でカラーの画像を表示することができ、その結果、カラーの３次元画像を表示することができる。
【００３７】
ガラス基板１０２において、液晶１０７とは反対側の面には偏光板１０１が設けられる。同様に、ガラス基板１１１においても、液晶１０７とは反対側の面に偏光板１１２が設けられる。各配向膜１０６，１０９は、ラビング処理が施され、ラビング方向によって液晶分子の配向方向を規定する。各配向膜１０６，１０９のラビング方向および偏光板１０１，１１２の偏光方向は、画素への印加電圧がオフレベルのときにその画素が光透過状態になり、各画素の輝度が印加電圧の大きさに応じて変化するように定められる。オフレベルとは、画素を光透過状態にするための電圧である。オフレベルは０Ｖとは限らず、絶対値が０Ｖより大きい電圧を印加したときに画素が光透過状態になるようにしてもよい。以下の説明では、オフレベルが０Ｖである場合を例に説明する。
【００３８】
液晶表示装置１，２の間に充填される透明物質５は、透明物質５自身の屈折率と、各液晶表示装置１，２が備える透明基板１０２，１１１の屈折率との差が０．２以下になるという条件を満足する物質である。特に、透明物質５の屈折率と、透明基板１０２，１１１の屈折率との差は０．１以下であることが好ましい。一般に偏光板やガラス基板の屈折率は、１．５程度ある。従って、透明物質５として屈折率が１．３〜１．７の透明物質を選択すればよく、屈折率１．４〜１．６の透明物質を選択するすることが特に好ましい。そのような透明物質として、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などがある。また、透明物質５は、液体であってもよい。
【００３９】
液晶表示装置１，２の間に空気層が存在すると、空気層の界面で反射が発生し、像がぼやける等の問題が生じる。しかし、ガラス基板とほぼ等しい屈折率を有する透明物質５で液晶表示装置１，２の間を満たしておくことで、空気層を排除することができる。すなわち、像がぼやける等の問題の発生を防ぐことができる。
【００４０】
以下、観察者６側の液晶表示装置１を、表側液晶表示装置１と記し、もう一方の液晶表示装置２を背面側液晶表示装置２と記す。
【００４１】
制御部４は、表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２を駆動し、２次元画像を表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２に表示させる。制御部４は、表側液晶表示装置１に２次元画像を表示させる場合、画像表示指示信号をハイレベルにして、表側液晶表示装置１の駆動回路（図示せず。）に画像表示を指示する。画像表示指示信号がハイレベルになると、駆動回路は、各画素に対して、２次元画像に応じた電圧を印加する。この結果、表側液晶表示装置１は、２次元画像を表示する。また、制御部４は、表側液晶表示装置１に光透過状態への移行を指示する場合、画像表示指示信号をローレベルにする。画像表示指示信号がローレベルになると、駆動回路は、各画素への印加電圧をオフレベルにすることによって、表側液晶表示装置１の表示領域を光透過状態にする。制御部４が背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させたり、背面側液晶表示装置２の表示領域を光透過状態にする場合の動作も同様である。
【００４２】
また、制御部４は、２次元画像を表側液晶表示装置１に表示する際の画素の輝度と、２次元画像を背面側液晶表示装置２に表示する際の画素の輝度をそれぞれ定める。各液晶表示装置１，２に表示される画素の輝度差によって、観察者６は、３次元画像を観察することができる。また、制御部４は、表側液晶表示装置１に２次元画像を表示させる場合には、背面側液晶表示装置２の表示領域を光透過状態にする。また、背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させる場合には、表側液晶表示装置１の表示領域を光透過状態にする。
【００４３】
また、制御部４は、バックライト３の点灯および消灯を制御する。バックライト３は、制御部４が点灯を指示した場合には各液晶表示装置の方向に光を照射し、制御部４が消灯を指示した場合には消灯する。
【００４４】
次に、制御部４が、各液晶表示装置１，２に表示させる画素の輝度を決定する処理について説明する。制御部４が表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２に表示させる２次元画像は、３次元立体を２次元平面上に表した画像である。例えば、３次元立体を観察者６の視線方向から平面に射影することによって得られる２次元画像である。
【００４５】
２次元画像の画素には、観察者方向から見た奥行きを表す奥行き座標が決定される。例えば、３次元立体（本例では角錐台とする）を平面に射影することによって得られる２次元画像（図３（ａ）参照。）を表示するとする。そして、表示対象である３次元立体のうち、観察者に最も近い箇所の奥行き座標をＺｎｅａｒとし、観察者から最も遠い箇所の奥行き座標をＺｆａｒとする（図３（ｂ）参照。）。図３（ｃ）は、３次元立体を射影した２次元画像の画素に対して決定される奥行き座標の例を示す説明図である。図３（ｃ）に示す画素Ａは、角錐台のうち観察者に最も近い箇所を表示している。よって、画素Ａには奥行き座標としてＺｎｅａｒが決定される。また、画素Ｂは、観察者から最も遠い箇所を表示しているので、奥行き座標としてＺｆａｒが決定される。画素Ｃは、観察者からみて角錐台の手前の面と奥の面との中間に位置する部分を表示しているので、奥行き座標として（Ｚｎｅａｒ＋Ｚｆａｒ）／２が決定される。ここでは、３つの画素Ａ〜Ｃを例に説明したが、図３（ｃ）において、角錐台を表す他の画素にも、Ｚｎｅａｒ〜Ｚｆａｒの範囲の奥行き座標が決定される。
【００４６】
なお、２次元画像の画素に対して決定される奥行き座標は、２次元画像に基づいて算出することができる。また、３次元立体を射影した２次元画像の画素には、予め輝度も定められている。
【００４７】
制御部４は、輝度が定められた画素に対して奥行き座標が決定されている２次元画像を表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２に表示させる。ただし、制御部４は、３次元立体を表す２次元画像の輝度を、表側液晶表示装置１に表示する場合と、背面側液晶表示装置２に表示する場合とで、それぞれ個別に設定する。また、各液晶表示装置１，２における画素の輝度をどのように設定するかは、その画素の奥行き座標と、その画素に予め定められている輝度に基づいて決定する。
【００４８】
制御部４は、画素の奥行き座標が示す位置が観察者に近いほど、表側液晶表示装置１ではその画素の輝度を高くし、背面側液晶表示装置２ではその画素の輝度を低くする。また、制御部４は、画素の奥行き座標が示す位置が観察者から遠いほど、表側液晶表示装置１ではその画素の輝度を低くし、背面側液晶表示装置２ではその画素の輝度を高くする。
【００４９】
例えば、図３（ｃ）に例示する２次元画像を各液晶表示装置１，２に表示させるとする。また、図３（ｃ）に示す画素Ａ，Ｂ，Ｃに予め定められていた輝度はいずれもＰであるとする。画素Ａは、３次元立体のうち最も観察者に近い箇所を表している。制御部４は、表側液晶表示装置１にこの２次元画像を表示する場合には、画素Ａの輝度をＰと定め、背面側液晶表示装置２にこの２次元画像を表示する場合には、画素Ａの輝度をゼロに定める。画素Ｃは、３次元立体のうち奥行き座標が中間値となる箇所を表している。制御部４は、表側液晶表示装置１にこの２次元画像を表示する場合には、画素Ｃの輝度をＰ／２と定め、背面側液晶表示装置２にこの２次元画像を表示する場合にも、画素Ｃの輝度をＰ／２に定める。画素Ｂは、３次元立体のうち最も観察者から遠い箇所を表している。制御部４は、表側液晶表示装置１にこの２次元画像を表示する場合には、画素Ｂの輝度をゼロと定め、背面側液晶表示装置２にこの２次元画像を表示する場合には、画素Ｂの輝度をＰに定める。
【００５０】
ここでは、画素Ａ，Ｂ，Ｃを例に説明したが、他の画素についても、予め定められていた輝度および画素の奥行き座標に応じて、液晶表示装置毎に輝度を定める。以下、３次元立体の任意の箇所を表示する画素の輝度を定める具体的処理について説明する。図４（ａ）は、図３（ｂ）と同様に、表示対象（ここでは角錐台）の奥行き座標を示す。図４（ａ）に示すように、座標Ｚｆａｒと座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ１とする。また、角錐台の任意の箇所の奥行き座標をＺｎとし、座標Ｚｎと座標Ｚｎｅａｒとの差をＺ２とする。
【００５１】
図４（ｂ）は、表示対象を描いた２次元画像の例である。図４（ｂ）において、画素Ｄは、奥行き座標がＺｎである箇所を表示しているものとする。また、画素Ｄの輝度が予めＰとして定められていたとする。制御部４は、表示対象を表す２次元画像（図４（ｂ））を表側液晶表示装置１に表示させる場合、画素Ｄの輝度をＰ×（（Ｚ１−Ｚ２）／Ｚ１）と定める。また、制御部４は、この２次元画像を背面側液晶表示装置２に表示させる場合、画素Ｄの輝度をＰ×（Ｚ２／Ｚ１）と定める。制御部４は、他の各画素に関しても同様に、表側液晶表示装置１に表示させる際の輝度と、背面側液晶表示装置２に表示させる際の輝度を決定し、各液晶表示装置に２次元画像を表示させる。
【００５２】
制御部４は、２次元画像を表示する際の輝度を、奥行き座標と予め定められていた輝度とに基づいて決定する。従って、奥行き座標が同一であっても、制御部４によって決定される輝度が同一になるとは限らない。例えば、図４（ｂ）に示す画素Ｅの奥行き座標は画素Ｄと同一のＺｎであるが、画素Ｅに予め定められている輝度はＰ’であるとする。制御部４は、表側液晶表示装置１に２次元画像を表示させる場合、画素Ｅの輝度をＰ’×（Ｚ２／Ｚ１）と定める。また、背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させる場合、画素Ｅの輝度をＰ’×（Ｚ２／Ｚ１）と定める。このように、奥行き座標が同一であっても、画素Ｄ，Ｅの輝度は同一にならないことがある。
【００５３】
続いて、制御部４が、２次元画像を表示させる液晶表示装置を切り替える動作について説明する。制御部４は、繰り返し周波数を４０Ｈｚ以上にして、表側液晶表示装置１に２次元画像を表示させ、次に背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させることを繰り返す。この繰り返し周波数は４０Ｈｚ以上であればよいが、７０Ｈｚ以上であることが好ましい。
【００５４】
図５は、２次元画像を表示させる液晶表示装置の切り替えを示す説明図である。既に説明したように、制御部４は、表側液晶表示装置１に２次元画像を表示させている間は、背面側液晶表示装置２の表示領域を光透過状態にする。また、背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させている間は、表側液晶表示装置１の表示領域を光透過状態にする。そして、各液晶表示装置１，２それぞれに２次元画像を表示させる期間を１周期として、画像を表示させる動作を繰り返す。
【００５５】
繰り返し周波数を４０Ｈｚとする場合、表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２にそれぞれ２次元画像の表示時間を１回ずつ割り当てる周期は２５ｍｓである。そして、一方の液晶表示装置に割り当てられる２次元画像の表示時間は、約１２ｍｓとなる。一つの液晶表示装置に割り当てられる約１２ｍｓの時間内で、液晶を２次元画像を表示する状態（画像表示状態）に変化させ、さらに光透過状態に戻さなければならない。従って、光透過状態から画像表示状態への変化に要する時間をτｒｉｓｅとし、画像表示状態から光透過状態への変化に要する時間をτｄｅｃａｙとすると、τｒｉｓｅ＋τｄｅｃａｙは、１２ｍｓ以下でなければならない。繰り返し周波数を７０Ｈｚにする場合、１周期は１／７０ｍｓであり、一方の液晶表示装置に割り当てられる２次元画像の表示時間は１／１４０ｍｓ（＝約７ｍｓ）である。従って、繰り返し周波数を７０Ｈｚにすることが好ましい点を考慮すると、τｒｉｓｅ＋τｄｅｃａｙは７ｍｓ以下であることが好ましい。
【００５６】
一般的に用いられているネマチック液晶の場合、セルギャップを薄くすることで、液晶の応答時間（τｒｉｓｅ＋τｄｅｃａｙ）を短縮することができる。応答時間はセルギャップの二乗に比例する。従って、例えば、セルギャップが５μｍのときの応答時間が５０ｍｓであるとすると、セルギャップを２μｍにすることで応答時間を８ｍｓ程度にすることができる。
【００５７】
図６は、制御部４が各液晶表示装置に画像の表示および光透過状態への移行を指示するタイミングの例を示す説明図である。制御部４が、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにすると、表側液晶表示装置１の駆動回路（図示せず。）は、２次元画像に応じた電圧を各画素に印加する。しかし、液晶の状態変化（光透過状態から画像表示状態への変化）が完了するまでには若干の時間がかかる。この時間をＴ１とする（図６参照。）。制御部４は、続くＴ２の時間、２次元画像の表示を維持する。制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてからＴ１＋Ｔ２の時間が経過したときに、画像表示指示信号をローレベルにする。すると、表側液晶表示装置１の駆動回路は、各画素の印加電圧をオフレベルにする。しかし、液晶の状態変化（画像表示状態から光透過状態への変化）が完了するまでには若干の時間がかかる。この時間をＴ３とする（図６参照。）。制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をローレベルに切り替えてから、Ｔ３の時間が経過したときに、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をハイレベルにする。
【００５８】
制御部４が背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をハイレベルにすると、背面側液晶表示装置２の駆動回路（図示せず。）は、２次元画像に応じた電圧を各画素に印加する。しかし、液晶の状態変化（光透過状態から画像表示状態への変化）が完了するまでには若干の時間がかかる。この時間をＴ４とする（図６参照。）。制御部４は、続くＴ５の時間、２次元画像の表示を維持する。制御部４は、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてからＴ４＋Ｔ５の時間が経過したときに、画像表示指示信号をローレベルにする。すると、背面側液晶表示装置２の駆動回路は、各画素の印加電圧をオフレベルにする。しかし、液晶の状態変化（画像表示状態から光透過状態への変化）が完了するまでには若干の時間がかかる。この時間をＴ６とする（図６参照。）。制御部４は、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をローレベルに切り替えてから、Ｔ６の時間が経過したときに、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにする。
【００５９】
制御部４は、以上のように、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてから、次にその画像表示指示信号をハイレベルにするまでを１周期として、同様の動作を繰り返す。
【００６０】
また、制御部４は、バックライト３を点灯状態のままにする。
【００６１】
一方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をローレベルにすると同時に、もう一方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をハイレベルにすると、一方の液晶表示装置における画像表示状態から光透過状態への変化と、もう一方の液晶表示装置における光透過状態から画像表示状態への変化とが時間的に重なってしまう。すると、各液晶表示装置における表示画像が重なって画像がぼやけて認識される場合がある。図６に示すように一方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をローレベルにしてからＴ３（またはＴ６）経過後に、他方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をハイレベルにすることで、画像がぼやけるのを防止することができる。
【００６２】
ただし、画像がぼやけて認識されること無しに、一方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をローレベルにすると同時に、もう一方の液晶表示装置に対する画像表示指示信号をハイレベルにすることもできる。図７は、制御部４が各液晶表示装置に画像の表示および光透過状態への移行を指示するタイミングの他の例を示す説明図である。
【００６３】
本例において、背面側液晶表示装置２が画像表示状態から光透過状態への変化を完了するまでに要する時間と、表側液晶表示装置１が光透過状態から画像表示状態への変化を完了するまでに要する時間のうち、長い方をＴ７とする。また、表側液晶表示装置１が画像表示状態から光透過状態への変化を完了するまでに要する時間と、背面側液晶表示装置２が光透過状態から画像表示状態への変化を完了するまでに要する時間のうち、長い方をＴ９とする。
【００６４】
制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにすると同時に、バックライト３を消灯させる。画像表示指示信号がハイレベルになると、表側液晶表示装置１の駆動回路は、２次元画像に応じた電圧を各画素に印加する。制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてからＴ７が経過すると、バックライト３を点灯させる。この時間Ｔ７の間に、表側液晶表示装置１の液晶の状態変化は完了し、２次元画像を表示する状態になっている。制御部４は、続くＴ８の時間、２次元画像の表示を維持する。制御部４は、バックライト３を点灯させてからＴ８の時間が経過したときに、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をローレベルに切り替える。同時に、制御部４は、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をローレベルからハイレベルに切り替え、バックライト３を消灯させる。
【００６５】
すると、表側液晶表示装置１の駆動回路は、各画素の印加電圧をオフレベルにする。同時に、背面側液晶表示装置２の駆動回路は、２次元画像に応じた電圧を各画素に印加する。
【００６６】
制御部４は、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてからＴ９が経過すると、バックライト３を点灯させる。この時間Ｔ９の間に、背面側液晶表示装置２の液晶の状態変化は完了し、２次元画像を表示する状態になっている。また、時間Ｔ９の間に、表側液晶表示装置１の液晶の状態変化も完了し、表側液晶表示装置１は光透過状態になっている。制御部４は、続くＴ１０の時間、２次元画像の表示を維持する。制御部４は、バックライト３を点灯させてからＴ１０の時間が経過したときに、背面側液晶表示装置２に対する画像表示指示信号をローレベルに切り替える。同時に、制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をローレベルからハイレベルに切り替え、バックライト３を消灯させる。
【００６７】
すると、背面側液晶表示装置２の駆動回路は、各画素の印加電圧をオフレベルにする。同時に、表側液晶表示装置１の駆動回路は、２次元画像に応じた電圧を各画素に印加する。
【００６８】
制御部４は、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてからＴ７が経過すると、バックライト３を点灯させる。この時間Ｔ７の間に、表側液晶表示装置１の液晶の状態変化は完了し、２次元画像を表示する状態になっている。また、時間Ｔ７の間に、背面側液晶表示装置２の液晶の状態変化も完了し、背面側液晶表示装置１は光透過状態になっている。
【００６９】
制御部４は、以上のように、表側液晶表示装置１に対する画像表示指示信号をハイレベルにしてから、次にその画像表示指示信号をハイレベルにするまでを１周期として、同様の動作を繰り返す。
【００７０】
図７に示すようなタイミングで各液晶表示装置１，２を駆動すると、一方の液晶表示装置における画像表示状態から光透過状態への変化と、もう一方の液晶表示装置における光透過状態から画像表示状態への変化とが時間的に重なる。しかし、この期間中（時間Ｔ７，Ｔ９の間）、バックライト３を消灯させているので、２次元画像の重なりが観察者に認識されることはなく、ぼやけた画像が認識されないようにすることができる。
【００７１】
本発明によれば、背面側液晶表示装置２に２次元画像を表示させているときには、表側液晶表示装置１を光透過状態にしている。従って、背面側液晶表示装置２に表示された画像が表側液晶表示装置１で遮られてしまうことを防ぐことができる。
【００７２】
また、表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２が画像を表示するので、プロジェクタ等の画像投射装置を設ける必要がない。従って、画像表示装置を簡単な構成にすることができる。
【００７３】
また、繰り返し周波数が低ければ、観察者は、各液晶表示装置１，２の画像が、時間経過とともに切り替わっていると認識する。しかし、本発明のように繰り替え周波数を４０Ｈｚ以上にすることで、観察者は、各液晶表示装置１，２の画像を同時に見ているように錯覚する。従って、個別に輝度が設定された２つの画像を観察者に同時に認識させて、観察者に３次元画像を観察させることができる。観察者は、３次元画像を見ることで、臨場感の高い画像を楽しむことができる。
【００７４】
本発明において、制御部４は、動画の２次元画像を各液晶表示装置１，２に表示させてもよい。この場合、動画の２次元画像の画素の奥行き座標の変化にあわせて、液晶表示装置１，２それぞれに２次元画像を表示する際の輝度を変化させればよい。
【００７５】
次に、制御部４が奥行き座標を生成または入力する態様について説明する。制御部４に２次元画像が入力され、制御部４が、その２次元画像に基づいて奥行き座標を作成してもよい。また、制御部４に、２次元画像と、予めその２次元画像の画素に対して決定された奥行き座標とが入力されてもよい。
【００７６】
制御部４は、２次元画像から奥行き座標を作成する場合、例えば、特許文献４，５に記載の方法と同様に奥行き座標を作成してもよい。なお、特許文献４，５に記載されている方法では、オペレータが２次元画像内の画像の輪郭を指定する。制御部４は、例えば、オペレータが画像の輪郭を指定するためのディスプレイ装置（図示せず。）に２次元画像を表示して、オペレータに輪郭の指定を促すようにしてもよい。また、非特許文献２に紹介されている技術（動画をリアルタイムに立体映像にする技術）を制御部４に適用して、画像を立体化するときに得られるＺ座標を奥行き座標としてもよい。オペレータの操作なしに奥行き座標を生成することができるので、非特許文献１に紹介されている技術を制御部４に適用して奥行き座標を算出することが好ましい。ただし、奥行き座標を作成する方法は、特定の方法に限定されない。制御部４は、他の方法によって２次元画像から奥行き情報を作成してもよい。
【００７７】
制御部４は、２次元画像のデータと、予め画像表示装置の外部で作成された奥行き情報とをそれぞれ別々に入力してもよい。その場合、制御部４は、入力した２次元画像のデータが規定する輝度の情報と、入力した奥行き座標とに基づいて、各液晶表示装置１，２に画像を表示させる際の画素の輝度を算出すればよい。
【００７８】
本発明による画像表示装置は、例えば、携帯電話機の表示部として用いることができる。図８に示すように、携帯電話機７の表示部８として、本発明による画像表示装置を使用することによって、観察者（携帯電話機の使用者）６は、３次元画像を見ることができる。
【００７９】
また、以上の説明では、表側液晶表示装置１と背面側液晶表示装置２との間に透明物質５を配置する場合を説明したが、表側液晶表示装置１と背面側液晶表示装置２とを直接接触させてもよい。二つの液晶表示装置を直接接触させることで、空気層を排除することができる。ガラス基板１０２，１１１に厚みがある。そのため、二つの液晶表示装置を直接接触させたとしても、二つの液晶表示装置の液晶層の位置（観察者から見た奥行き方向の位置）は一致せず、３次元画像を表示することができる。
【００８０】
また、以上の説明では、同一の表示対象を描いた画面を各液晶表示装置に表示させる場合を説明したが、制御部４は、表側液晶表示装置１と背面側液晶表示装置２に、全く別々の画像を表示させてもよい。この場合、異なる画像を互いに隠すことなく、観察者に表示することができる。また、各液晶表示装置１，２に異なる画像を表示させる場合であっても、画像に奥行きを持たせて表示することができる。例えば、表面側液晶表示装置１に鳥の画像を表示し、表面側液晶表示装置１の鳥を表示している領域以外の表示領域の輝度をゼロにし、背面側液晶表示装置２に空を表示し、背面側液晶表示装置２の表示領域のうち表面側液晶表示装置１に鳥の画像を表示している領域に相当する領域の輝度をゼロにすれば、背景に対して鳥が手前に存在しているような奥行きのある画像を表示することになる。
【００８１】
また、以上の説明では、画像表示装置が２枚の液晶表示を備える場合を例に説明したが、画像表示装置が複数の液晶表示装置を備えていてもよい。この場合、制御部４が各液晶表示装置に順番に２次元画像を表示させ、一つの液晶表示装置に画像を表示させているときには、他の液晶表示装置を光透過状態にすればよい。
【００８２】
【実施例】
ガラス基板１０２，１１１として厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、対角サイズが約５０ｍｍの液晶表示装置１，２を作成した。ガラス基板１０２にはカラーフィルタ１０３を付け、さらに平滑化層１０４を塗布成膜した。さらに、透明電極１０５としてパターニングしたＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）を形成した。その上に配向膜１０６を設けてラビング処理により液晶分子の配向方向を規定するようにした。ガラス基板１１１上には、アモルファスシリコンタイプのＴＦＴを設け、その上に透明電極１１０と配向膜１０９を設けた。配向膜１０９にはラビング処理を施して、液晶分子の配向方向を規定するようにした。
【００８３】
透明電極の形成などの各種工程を経たガラス基板１０２とガラス基板１１１とを、シール材１０８によって貼り合わせて空セルを作成した。このとき、スペーサ（図２において図示せず。）によって、セルギャップを２μｍとした。そして、空セル内に液晶を注入し、各ガラス基板１０２，１１１の外側の面に偏光板１０１，１１１を貼ることで液晶表示装置１を作成した。もう一つの液晶表示装置２も同様に作成した。この液晶表示装置１，２の応答時間は５ｍｓであった。
【００８４】
表側液晶表示装置１と背面側液晶表示装置２とを、樹脂層５を介して接着し、液晶表示装置間に空気層が存在しないようにした。また、樹脂層５によって液晶表示装置間に約１０ｍｍの間隔をあけた。そして、表側液晶表示装置１、背面側液晶表示装置２およびバックライト３を制御部４に配線し、各液晶表示装置を駆動した。このとき、繰り返し周波数を７０Ｈｚにして、表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２それぞれに画像を表示させた。このとき、図７に示すように、一方の液晶表示装置を光透過状態にするのと同時に、もう一方の液晶表示装置に対する画像の書き込みを開始するようにした。また、一方の液晶表示装置を光透過状態にし、もう一方の液晶表示装置に対する画像の書き込みを開始するタイミングから所定時間（図７に示すＴ７，Ｔ９）が経過するまでの間、バックライト３を消灯させるようにした。また、バックライト３の消灯時間に相当するＴ７，Ｔ９については、Ｔ７≒３ｍｓ，Ｔ９≒３ｍｓとして駆動した。表側液晶表示装置１において画像を表示する時間Ｔ８と、背面側液晶表示装置２において画像を表示する時間Ｔ１０については、Ｔ８≒４ｍｓ，Ｔ１０≒４ｍｓとして駆動した。
【００８５】
画像として、表側液晶表示装置１には「本日のスケジュール（１日分のスケジュール）」を表示させた。また、背面側液晶表示装置２には「１週間分のスケジュール」を表示させた。この結果、「本日のスケジュール」が「１週間分のスケジュール」よりも手前に見え、奥行きのある３次元画像を表示することができた。
【００８６】
また、表側液晶表示装置１および背面側液晶表示装置２にそれぞれ、同一の表示対象を描いた画像を表示させた。ただし、画素に対して決定された奥行き情報に基づいて、画像を表示する際の輝度を液晶表示装置毎に別々に定めた。この結果、画像を立体的に見ることができ、高い臨場感のある３次元画像を確認することができた。また、動画表示も立体的にみることができ、高い臨場感のある表示を実現することができた。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、２次元画像を表示する表示領域を光透過状態にすることができる複数の液晶表示装置と、各液晶表示装置の表示状態を制御する制御部と、液晶表示装置に光を照射する照明手段とを備え、各液晶表示装置は、表示領域が重なるように配置され、制御部は、全ての液晶表示装置のうち、一つの液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させ、他の全ての液晶表示装置の表示領域を光透過状態にすることを順次行い、周波数４０Ｈｚ以上で、全ての液晶表示装置の表示領域に２次元画像を表示させることを繰り返す。従って、簡単な構成で、観察者に複数の画像を見せることができる。また、複数の画像が互いに他の画像を隠さないようにすることができる。また、奥行きのある画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の一例を示す説明図。
【図２】液晶表示装置の構成例を示す模式的断面図。
【図３】奥行き座標を示す説明図。
【図４】輝度の決定方法の例を示す説明図。
【図５】２次元画像を表示させる液晶表示装置の切り替えを示す説明図。
【図６】画像の表示および光透過状態への移行を各液晶表示装置に指示するタイミングの例を示す説明図。
【図７】画像の表示および光透過状態への移行を各液晶表示装置に指示するタイミングの例を示す説明図。
【図８】本発明の適用例を示す説明図。
【図９】３次元画像の表示原理を説明する説明図。
【図１０】従来の３次元画像の表示装置の例を示す説明図。
【図１１】従来の３次元画像の表示装置の例を示す説明図。
【符号の説明】
１  表側液晶表示装置
２  背面側液晶表示装置
３  バックライト
４  制御部
５  透明物質
【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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