(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、
前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した、対向する一対の電極から構成される複数の電極対と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極対の配線パターンに応じた開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、
前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記電極対毎に当該電極対を構成する電極に印加する電圧値を個別的に制御することで、前記各開口部を通過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする指向性バックライト。
【請求項２】
前記一対の電極のうち、ストライプ状に配線された一方の電極の配線パターンと、ストライプ状に配線された他方の電極の配線パターンと、が互いに直交する方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の指向性バックライト。
【請求項３】
前記電圧制御手段は、前記所定の位置に応じて、前記電極対を構成する電極に印加する電圧値を個別的に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の指向性バックライト。
【請求項４】
発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、
前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した一対の電極と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極の配線パターンに応じた複数の開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、
前記偏向素子部と対向して配置され、マトリクス状に配置された表示画素に複数個のフィールド画像に分割された１フレーム分の画像を表示する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子に表示された各フィールド画像を所定の時間間隔毎に切り替える同期制御手段と、
前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を前記同期制御手段の切り替えタイミングに応じて複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することで、前記各開口部を通過し前記液晶表示素子を透過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
前記一対の電極のうち、ストライプ状に配線された一方の電極の配線パターンと、ストライプ状に配線された他方の電極の配線パターンと、が互いに直交する方向に形成されてことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、前記所定の位置に応じて、前記電極の各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記電圧制御手段は、前記フィールド画像の個数に応じて、前記電圧印加状態の個数を制御することを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記同期制御手段は、前記液晶表示素子に表示された左目用のフィールド画像と右目用のフィールド画像とを所定の時間間隔毎に切り替え、
前記電圧制御手段は、前記同期制御手段の切り替えタイミングと同期して前記電圧印加状態を２通りに切り替えることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記遮光層に形成された開口部のサイズは、前記表示画素を構成するサブ画素のサイズより小なることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項１０】
発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、
前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した一対の電極と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極の配線パターンに応じた複数の開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、
前記偏向素子部と対向して配置され、マトリクス状に配置された表示画素に複数個のフィールド画像からなる立体表示のための要素画像アレイを表示する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の前面又は背面に配置された視差発生手段と、
前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を、前記各フィールド画像の表示に応じて、複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することで、前記開口部を通過し前記液晶表示素子及び視差発生手段を透過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記一対の電極のうち、ストライプ状に配線された一方の電極の配線パターンと、ストライプ状に配線された他方の電極の配線パターンと、が互いに直交する方向に形成されてことを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記電圧制御手段は、前記所定の位置に応じて、前記電極の各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１３】
前記視差発生手段は、レンチキュラー板であり、
前記レンチキュラー板を構成する各レンズの幅が、前記表示画素を構成するサブ画素の大きさの整数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【請求項１４】
前記視差発生手段は、スリットアレイであり、
前記スリットアレイを構成する各スリットの間隔が、前記液晶表示素子を構成するサブ画素の大きさの整数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【請求項１５】
前記視差発生手段は、フライアイレンズであり、
前記フライアイレンズを構成する各レンズの径が、前記液晶表示素子を構成するサブ画素の大きさの整数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【請求項１６】
前記視差発生手段は、ピンホールアレイであり、
前記ピンホールアレイを構成する各ピンホールの径が、前記液晶表示素子を構成するサブ画素の大きさの整数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性バックライト、当該指向性バックライトを用いた表示装置及び立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体的な動画表示が可能な立体視画像表示装置、所謂３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用の眼鏡等を必要としない立体視画像表示方式に対する要望が高くなっている。直視型或いは投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置等のような画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に表示パネルからの光線を制御して観測者に向ける視差発生手段を設置する方式が比較的容易に実現できる方式として知られている。
【０００３】
この視差発生手段は、一般的にはパララクスバリア或いは視差バリアとも称せられ、光線制御素子上の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、視差発生手段として、スリット或いはレンチキュラーシート（シリンドリカルレンズアレイ）が使用される。また、上下視差（垂直視差）も含める場合には、視差発生手段として、ピンホールアレイ或いはレンズアレイが使用される。
【０００４】
視差バリアを使用する方式には、さらに２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラルイメージング（以下、「ＩＰ方式」という）に分類される。これらの基本的な原理は、１００年程度前に発明され立体写真に用いられてきたものと実質上同一である。
【０００５】
多眼或いは１次元ＩＰ方式（水平視差のみのＩＰ方式）において、非特許文献１、特許文献１に示されているように視差・解像度・飛び出し量は、トレードオフの関係にあり、３つの特性とも十分なレベルにすることは困難とされている。そこで、光線の方向を時分割で変化させることで解像度を向上させる技術が特許文献２、３に提案されている。
【０００６】
【非特許文献１】Journal  of  the  Optical  Society  of  America  A  vol.15,  p.2059(1998)
【特許文献１】特開２００６−２６７９２８号公報
【特許文献２】特許第３５８５７８１号公報
【特許文献３】特許第３７１０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の技術では、何れも光線方向数の増加と、時分割で切り替えが必要な光源数の減少とが十分両立し得ず、観測位置の変化に対応し難いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、単一の面光源のみを用いて、光線の方向数を増やすとともに、視域を広げることが可能な指向性バックライト、表示装置及び立体画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した、対向する一対の電極から構成される複数の電極対と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極対の配線パターンに応じた開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記電極対毎に当該電極対を構成する電極に印加する電圧値を個別的に制御することで、前記各開口部を通過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、を備える。
【００１０】
また、本発明は、発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した一対の電極と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極の配線パターンに応じた複数の開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、前記偏向素子部と対向して配置され、マトリクス状に配置された表示画素に複数個のフィールド画像に分割された１フレーム分の画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子に表示された各フィールド画像を所定の時間間隔毎に切り替える同期制御手段と、前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を前記同期制御手段の切り替えタイミングに応じて複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することで、前記各開口部を通過し前記液晶表示素子を透過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、を備える。
【００１１】
また、本発明は、発光面の法線方向に輝度分布が集中する特性を有した面光源と、前記面光源の発光面に対向して配置された第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に形成され一方又は両方がストライプ状の配線パターンを有した一対の電極と、前記電極間に保持された液晶層と、前記第２の透明基板上に配置され前記電極の配線パターンに応じた複数の開口部を有する遮光層と、を備えた偏向素子部と、前記偏向素子部と対向して配置され、マトリクス状に配置された表示画素に複数個のフィールド画像からなる立体表示のための要素画像アレイを表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の前面又は背面に配置された視差発生手段と、前記電極の各配線パターンへの電圧印加状態を、前記各フィールド画像の表示に応じて、複数通りに切り替え、各電圧印加状態において、前記各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することで、前記開口部を通過し前記液晶表示素子及び視差発生手段を透過する前記面光源からの光線が所定の位置に向かうよう制御する電圧制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単一の面光源から照射された光線の指向性を切り替えることができるため、光線の方向数を増加させることができる。また、面光源からの光線が法線方向に輝度分布が集中する特性を有することで、面光源からの光線が向かう各位置において十分な視域を確保することができるため、視域を広げることができる。
【００１７】
また、表示装置において、単一の面光源から照射された光線の指向性制御により確保された各視域に、フィールド画像をそれぞれ投影することができるため、多画面の表示を行うことが可能となる。
【００１８】
また、立体画像表示装置において、視域・解像度・飛び出し量の何れか一つを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、指向性バックライト、表示装置及び立体画像表示装置の最良な実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる指向性バックライト１００の構造を概略的に示した水平断面図である。図１において、上方側を観測者Ｏ側、即ち、指向性バックライト１００による光の照射側としている。なお、指向性バックライト１００は、実空間における水平面と発光面とが平行になるように設置する平置き型としてもよいし、発光面が観測者に向くよう水平面から傾斜して設置する態様としてもよい。
【００２１】
図１に示したように、指向性バックライト１００は、面光源１１０と、当該面光源１１０の上部に配置された偏光素子部１２０と、から構成されている。
【００２２】
面光源１１０は、光を発する面（発光面）の法線方向に輝度分布が集中する指向性を有した平面状の光源であって、発光面に対向して配置された偏光素子部１２０側、即ち観測者Ｏ側に光を照射する。
【００２３】
図２は、面光源１１０上部の各位置における輝度分布を示した図である。同図に示したように、面光源１１０から照射される光の輝度は、発光面の法線方向をピークとし、当該法線方向から角度θずれるに伴って減少するという特性を有している。
【００２４】
偏光素子部１２０は、面光源１１０の発光面に対向して配置された光透過性の透明基板１２１上に、絶縁体からなる光透過性の絶縁層１２２と、複数の配線パターンからなる下部電極１２３と、液晶分子の初期配向を一方向に揃えた液晶層１２４と、複数の配線パターンからなる上部電極１２５と、絶縁体からなる光透過性の絶縁層１２６と、遮光層１２８による凹凸を平坦化する光透過性の平坦化層１２７と、遮光性の素材からなる遮光層１２８と、光透過性の透明基板１２９と、をこの順に備えている。
【００２５】
なお、本実施形態では、液晶層１２４の駆動にかかる電極部として下部電極１２３及び上部電極１２５を備えるものとするが、電極部の態様はこれに限らず、例えば、透明基板１２１と絶縁層１２２との間、及び／又は絶縁層１２６と平坦化層１２７との間にベタ電極を備えた態様としてもよい。また、下部電極１２３、上部電極１２５のうち、何れか一方の電極をベタ電極とした態様としてもよい。
【００２６】
図３は、指向性バックライト１００の電極部の一部を拡大した概略図を示している。なお、透明基板１２１、絶縁層１２２、絶縁層１２６及び平坦化層１２７の図示は省略している。
【００２７】
図３に示したように、下部電極１２３と上部電極１２５とは、ともにストライプ状の配線パターンにより構成されている。ここで、下部電極１２３を構成するストライプ状の配線パターンと、上部電極１２５を構成するストライプ状の配線パターンと、の配線方向は互いに直交するよう形成されている。なお、各配線パターンの径及び配線パターンの間隔は、特に問わないものとするが、例えば、数マイクロメートルから数１０マイクロメートルのオーダーとする等微細配線とすることが好ましい。また、下部電極１２３及び上部電極１２５は、光透過性の透明電極を用いて形成することが好ましい。
【００２８】
平坦化層１２７（図示せず）内に保持された遮光層１２８には、図１、３に示したように、下部電極１２３及び上部電極１２５の配線パターンに応じた位置に開口部Ａが周期的に形成されている。ここで開口部Ａは、透明基板１２１〜平坦化層１２７を透過した光の照射口となり、当該開口部Ａを通過した光が透明基板１２９を介して観測者Ｏから観測されることになる。
【００２９】
ここで、開口部Ａは、下部電極１２３及び上部電極１２５の配線パターン間毎に形成される態様としてもよいし、当該配線パターン間のうち所定の間隔毎に形成される態様としてもよい。なお、開口部Ａのサイズは、特に問わないものとするが、上述した下部電極１２３及び上部電極１２５の配線パターンの間隔に応じて形成することが好ましい。例えば、配線パターンの間隔を数マイクロメートルから数１０マイクロメートルのオーダーとした場合には、このオーダーに合わせて数マイクロメートルから数１０マイクロメートルのオーダーで開口部Ａを形成することが好ましい。
【００３０】
下部電極１２３と上部電極１２５との間に保持された液晶層１２４を構成する液晶分子は、電界の影響がない初期配向において、長軸方向が一定の方向となるよう配向されている。液晶層１２４を構成する各液晶分子は、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加される電圧に応じて、その配向を変化させ液晶層１２４を透過する光線を屈折させる。以下、図４を参照して、液晶層１２４の屈折率変化の原理を説明する。
【００３１】
図４は、液晶分子の初期配向に長軸方向が基板面に対して平行に並んだホモジニアス配向を用いた例を示した図である。なお、図４において、「１２３ａ」及び「１２３ｂ」は、下部電極１２３を構成する複数の配線パターンのうち隣接する二つの配線パターンを意味している。また、「１２５ａ」は配線パターン１２３ａ、１２３ｂの上部に位置する上部電極１２５の配線パターンを意味している。
【００３２】
下部電極１２３及び上部電極１２５への電圧印加により液晶層１２４内に電界が発生すると、図４に示したように、液晶分子の長軸方向は電界方向に応じて角度ψ傾くため、液晶層１２４の屈折率は変化する。この屈折率の変化により、図示しない面光源１１０から法線方向に照射された光線Ｌ１は、液晶層１２４を透過することで角度θ分偏向する。そのため、透明基板１２９（上部電極１２５）の表面上では偏向後の光線Ｌ２が観測されることになる。以下、光線Ｌ１の偏向分の角度θを偏向角度θという。
【００３３】
上述した屈折率変化の原理から明らかなように、偏向角度θは、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値に応じてその値は変化する。そのため、本実施形態の指向性バックライト１００では、後述する制御装置１３０により下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御することで、偏向角度θを制御する。以下、図４、５を参照して、偏向角度θの制御方法について説明する。
【００３４】
図４において、配線パターン１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａの夫々に印加する電圧値をＶ１、Ｖ２、Ｖ０としている。また、電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ０の絶対値の大小関係と、当該大小関係の電圧値が印加されることで得られる光線の偏向方向（θ方向）と、の関係が図５に示したテーブルのように予め得られているものとする。ここで、「＋」は図４で示した液晶層１２４表面の右方向、「０」は液晶層１２４表面の法線方向、「−」は液晶層１２４表面の左方向を意味している。
【００３５】
この場合、後述する電圧制御部１３３は、図５に示したテーブルに基づいて、下部電極１２３の配線パターン１２３ａ、１２３ｂ及び上部電極１２５の配線パターン１２５ａに印加する電圧値の関係を、｜Ｖ１｜＞｜Ｖ２｜＝｜Ｖ０｜、｜Ｖ０｜＝｜Ｖ１｜＝｜Ｖ２｜、｜Ｖ０｜＝｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜の３通りに切り替えることで、液晶層１２４を透過する光の偏向角度θを水平方向（図４中、左右方向）の３方向に制御する。
【００３６】
なお、ここでは偏向角度θを水平方向に制御する場合を説明したが、これに限らず、多の方向に制御する態様としてもよい。例えば、配線パターン１２５ａに隣接する配線パターン（図示せず）に印加する電圧値を合わせて制御することで、図中奥行き方向（以下、垂直方向という）に光線を偏向させることができる。また、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する一部の配線パターン（配線パターン１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａ）についてのみ説明したが、他の配線パターンについても同様に、電圧制御部１３３により印加される電圧値が制御されるものとする。
【００３７】
図５で示したような、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値やその大小関係は、液晶層１２４の特性や遮光層１２８の開口部Ａの大きさ等、指向性バックライト１００の特性に基づいて決定される。以下、図６−１、６−２を参照して、指向性バックライト１００の特性と偏向角度θとの関係について説明する。
【００３８】
図６−１は、図４で示した液晶分子の配向角度（ψ）と、下部電極１２３及び上部電極１２５に印加する電圧値（Ｖ）と、の関係を示した概念図である。なお、この図では水平方向の配向角度ψを０°としている。図６−１に示したように、ホモジニアス配向の液晶分子は、電圧値の上昇に伴って配向角度ψが急激に上昇し、最大の角度９０°へと近づくという特性を有している。偏向角度θは、液晶層１２４内の各液晶分子における配向角度ψの積重結果である。そのため、配線パターン毎に印加する電圧値を個別的に制御し配向角度ψを変位させることで、偏向角度θを任意の値とすることができる。なお、後述する電圧制御部１３３は、各開口部Ａに対応する配線パターン単位で印加する電圧値を制御することで、各開口部Ａを通過する面光源１１０からの光線が所定の位置（例えば、観測者Ｏの位置）に向かうよう制御する。
【００３９】
例えば、粘性係数Ｋ＝１５．８×１０-12Ｎ、配向方向に平行な誘電率εｐ＝８．３・ε0、配向方向に垂直な誘電率εｖ＝３．１・ε0、液晶層１２４の厚さ（液晶セルギャップ）ｄ＝５μｍの液晶層１２４を用いた場合には、約８Ｖ以上の電圧で配向角度ψが９０°となる。ここで、ε0は真空の誘電率（８，８５４×１０-12Ｆ／ｍ）を意味する。
【００４０】
また、図６−２は、例として｜Ｖ１−Ｖ２｜の値が最大値のとき、屈折率差Δｎ＝０．２、開口部Ａのサイズを１０μｍとした場合での、偏向角度θと液晶セルギャップｄとの関係を示している。この場合、液晶セルギャップが３０μｍ以上のとき６０°以上の偏向角度が得られることになる。
【００４１】
図６−１、６−２に示した液晶層１２４の特性や遮光層１２８の開口部Ａのサイズ等の特性に基づいて、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を決定することで、任意の方向に偏向角度を制御することができる。なお、本実施形態では、水平方向及び／又は垂直方向について、互いに異なる偏向方向に光線を制御するためのＮ通りの電圧値（又は電圧値の大小関係）が予め導出されているものとする（Ｎは２以上の整数）。また、これら下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加されるＮ通りの電圧値は、後述する記憶部１３２に予め記憶された設定情報１３２１に定義されているものとする。
【００４２】
図７は、指向性バックライト１００の駆動にかかる制御装置１３０を概略的に示したブロック図である。図７に示したように、制御装置１３０は、電力供給部１３１、記憶部１３２、電圧制御部１３３を備えている。
【００４３】
電力供給部１３１は、外部の商用電源等から供給される電力を、指向性バックライト１００の各電力負荷部に供給する。なお、図７では、偏光素子部１２０にかかる電力供給線以外の図示を省略している。
【００４４】
記憶部１３２は、ＲＯＭ等の記憶装置であって、指向性バックライト１００の駆動制御にかかる各種の情報を予め記憶する。具体的には、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を定めた設定情報１３２１を予め記憶している。
【００４５】
設定情報１３２１には、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに個別的に印加するＮ通りの電圧値（又は電圧値の大小関係）が予め定義されている。ここで、設定情報１３２１に定義されたＮ通りの電圧値は、当該Ｎ通りの各電圧印加状態において、各開口部Ａを通過する光線Ｌ２の方向が特定の位置（集光位置）に向かうよう導出された値であるものとする。また、各電圧印加状態での集光位置、即ちＮ個の集光位置は、互いに異なる位置が設定されているものとする。集光位置は任意の位置に設定可能であるものとするが、例えば、想定される観測者の各位置等を設定する態様としてもよい。なお、設定情報１３２１として記憶する情報の形態は、図５に示したようなテーブル形式としてもよいし、各配線パターンに個別的に印加するＮ通りの電圧値を一義的に導出可能な関係式の形態で記憶する態様としてもよい。
【００４６】
電圧制御部１３３は、電力供給部１３１から各電力負荷部に供給される電力のうち、偏光素子部１２０の下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を、記憶部１３２に記憶された設定情報１３２１に基づいて制御する。具体的に、電圧制御部１３３は、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する各配線パターンに対し、設定情報１３２１に定義されたＮ通りの電圧値を所定の時間間隔毎に切り替えながら個別的に印加する。ここで、電圧値の切り替えタイミングは、特に問わないものとするが、観測時にちらつき（フリッカー）が発生しない程度の時間間隔で行うことが好ましい。
【００４７】
このように、電圧制御部１３３は、Ｎ通りの電圧印加状態を所定の時間間隔毎に切り替えながら各配線パターンに与えることで、各開口部Ａを通過する面光源１１０からの光線がＮ個の集光位置に向かうよう時分割制御する。これにより、指向性バックライト１００から照射される光の指向性を所定の時間間隔毎に切り替えることができ、各集光位置において十分な視域を確保することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、単一の面光源から照射された光線の指向性を切り替えることができるため、光線の方向数を増加させることができる。また、面光源からの光線が法線方向に輝度分布が集中する特性を有することで、面光源からの光線が向かう各位置において視域を確保することができるため、視域を広げることができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態として、上述した指向性バックライト１００を備えた画像表示装置について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００５０】
図８は、第２の実施形態にかかる画像表示装置２００の構造を概略的に示した水平断面図である。図８において、上方側を観測者Ｏ側、即ち、指向性バックライト１００による光の照射側としている。なお、画像表示装置２００は、実空間における水平面と画像表示面（発光面）とが平行になるように設置する平置き型としてもよいし、画像表示面が観測者Ｏに向くよう水平面から傾斜して設置する態様としてもよい。
【００５１】
図８に示したように、画像表示装置２００は、面光源１１０と、当該面光源１１０の上部に配置された偏光素子部１２０と、当該偏光素子部１２０の上部に配置されたＬＣＤパネル２１０と、から構成されている。
【００５２】
ＬＣＤパネル２１０は、光透過性の偏光板２１１上に、ネマチック液晶等の液晶セル２１２と、光透過性の偏光板２１３と、をこの順に備えている。
【００５３】
偏光板２１１は、指向性バックライト１００から入射される光線のうち、所定の方向に振動する光だけを透過する。偏光板２１１としては、直線偏光板、円偏光板、楕円偏光板等を用いることができる。
【００５４】
液晶セル２１２は、透明電極を備える一対の基板と、当該基板間に保持された液晶層を備え（何れも図示せず）、後述する同期制御部２２３による制御により透明電極に電圧が印加されることで、画像表示面上に画像の表示を行う液晶表示素子である。なお、液晶セル２１２の画像が表示される画像表示面には、実質的に水平及び垂直方向に画素がマトリクス状に配列されているものとする。この画像表示面においては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブ画素がアレイ状に配置されている。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素は、カラーフィルタを画像表示面上に配置することにより実現される。
【００５５】
ここで、液晶セル２１２の画像表示面に配列される画素と、遮光層１２８の開口部Ａと、の間には所定の関係が保たれている。具体的に、開口部Ａのサイズは、画像表示部を正面から見た場合での、当該画像表示部の各画素を構成するサブ画素のサイズと略同等のサイズで形成されており、サブ画素のサイズよりも僅かに小さく形成されることがより好ましい。
【００５６】
また、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンの径及び配線パターン間の間隔は、上述した開口部Ａのサイズ、即ち、液晶セル２１２の画像表示面を構成するサブ画素のサイズに応じて決定されることが好ましい。この場合も、各配線パターンの径及び配線パターンの間隔は、サブ画素のサイズよりも小さく形成されることが好ましい。
【００５７】
偏光板２１３は、偏光板２１１及び液晶セル２１２を透過した光線のうち、所定の方向に振動する光だけを透過する。なお偏光板２１３は、偏光板２１１と同様、直線偏光板、円偏光板、楕円偏光板等を用いることができる。
【００５８】
図９は、画像表示装置２００の駆動にかかる制御装置２２０を概略的に示したブロック図である。図９に示したとおり、制御装置２２０は、電力供給部２２１と、記憶部２２２と、同期制御部２２３と、電圧制御部２２４とを備えている。
【００５９】
電力供給部２２１は、外部の商用電源等から供給された電力を画像表示装置２００の各電力負荷部に供給する。なお、図９では、偏光素子部１２０にかかる電力供給線以外の図示を省略している。
【００６０】
記憶部２２２は、上述した記憶部１３２と同様の記憶装置であって、画像表示装置２００の駆動制御にかかる各種の情報を予め記憶する。具体的には、第１の実施形態と同様、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加するＮ通りの電圧値を定めた設定情報２２２１を予め記憶している。
【００６１】
設定情報２２２１には、上述した設定情報１３２１と同様、液晶層１２４の物理特性や遮光層１２８の開口部Ａの大きさに基づいて定められた、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する各配線パターンに印加するＮ通りの電圧値（又は電圧値の大小関係）が予め定義されている。ここで、設定情報２２２１に定義されたＮ通りの電圧値は、当該Ｎ通りの各電圧印加状態において、各開口部Ａを通過しＬＣＤパネル２１０を透過する光線Ｌ２の方向が特定の集光位置に向かうよう導出された値であるものとする。また、各電圧印加状態での集光位置、即ちＮ個の集光位置は、互いに異なる位置が設定されているものとする。集光位置は任意の位置に設定可能であるものとするが、例えば、想定される観測者の各位置等を設定する態様としてもよい。
【００６２】
同期制御部２２３は、記憶部２２２等に記憶された１フレームの画像をＭ個のフィールド画像に分割し（Ｍは２以上の整数）、これら各フィールド画像を所定の時間間隔毎に切り替えて液晶セル２１２の画像表示面上に表示させる。ここで、１フレームの分割数Ｍと、設定情報２２２１に定義された電圧値の組数Ｎと、の関係は同数又は整数倍となることが好ましい。なお、各フィールド画像の切り替えタイミングは、特に問わないものとするが、観測時にちらつき（フリッカー）が発生しない程度の時間間隔で行うことが好ましい。
【００６３】
電圧制御部２２４は、電力供給部２２１から各電力負荷部に供給される電力のうち、偏光素子部１２０の下部電極１２３及び上部電極１２５に印加される電圧値を、記憶部２２２に記憶された設定情報２２２１に基づいて制御する。具体的に、電圧制御部２２４は、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する各配線パターンに対し、設定情報２２２１に定義されたＮ通りの電圧値を所定の時間間隔毎に切り替えながら個別的に印加する。ここで、各配線パターンに印加する電圧の切り替えは、同期制御部２２３による各フィールド画像の切り替えタイミングと同期して行われるものとする。
【００６４】
このように、電圧制御部２２４は、Ｎ通りの電圧印加状態を所定の時間間隔毎に切り替えながら各配線パターンに与えることで、各開口部Ａを通過しＬＣＤパネル２１０を透過する面光源１１０からの光線がＮ個の集光位置に向かうよう時分割制御する。これにより、指向性バックライト１００から照射される光の指向性を所定の時間間隔毎に切り替えることができ、各集光位置において十分な視域を確保することができる。
【００６５】
図１０は、画像表示装置２００を上面（観測側）から見た平面図である。同図において、Ｆ２１〜２３は、偏光素子部１２０及びＬＣＤパネル２１０を透過した面光源１１０からの光線により確保された観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置での視域を表している。
【００６６】
なお図１０では、１フレームの画像を構成する３個のフィールド画像に応じ、電圧制御部２２４が、各配線パターンへの印加電圧を時分割制御することで、観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置に面光源１１０からの光線方向を制御した状態を示している。このように、画像表示面からの表示方向を水平方向（図中左右方向）に制御することで、観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置に視域Ｆ２１〜２３を確保することで、多画面（図１０では３画面）の平面表示を行うことが可能となる。
【００６７】
図１１は、図１０で示した画像表示装置２００と各観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃとの関係を示した図である。同図に示したように、電圧制御部２２４による電圧制御により、画像表示装置２００から照射される光線の方向を、観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの位置を基準に切り替えることで、視域Ｆ２１〜Ｆ２３は観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの位置０を中心に確保される。なお、図中Ｂは、各視域Ｆ２１〜Ｆ２３の境界を示している。また、図中「−Ｗ」、「＋Ｗ」は、各視域Ｆ２１〜Ｆ２３において観測者の位置０を中心とした場合での、負（−）方向及び正（＋）方向の境界Ｂの位置を示している。
【００６８】
また、図１２〜図１４は、図１１に示した観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置における視域Ｆ２１〜Ｆ２３と、指向性バックライト１００から照射された光線Ｌ２との関係をそれぞれ示した図である。なお、指向性バックライト１００の図示は省略している。
【００６９】
図１２〜図１４に示したように、ＬＣＤパネル２１０上の各位置に入射する光線Ｌ２の入射角度が電圧制御部２２４により制御されることで、観測者Ｏ（Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ）に応じた位置に向けて光線Ｌ３が照射される。このように、光線Ｌ３の向きを観測者Ｏの位置に応じて切り替えることで、各観測者位置における視域Ｆ２１〜Ｆ２３を広く確保することができる。
【００７０】
なお、図１２〜図１４から明らかなように、何れの場合でも画像表示部の両端部と中心部とでは観測者に向けられる光線の方向は異なっている。例えば、図１４の観測者Ｏｃの位置で画像を観測する際、画像表示面の左端から照射する光線に比べて、右端から照射する光線の照射角度の方は大きくなる。つまり、観測者Ｏｃの位置を基準とした場合、当該観測者Ｏｃの位置に向けて照射する光線の方向は画像表示面上の各位置で異なる。そのため、電圧制御部２２４は、指向性バックライト１００を用いて画像表示面の各位置に対応する下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに個別的に印加電圧を制御することで、各観測者の位置に向けて光を照射することができる。
【００７１】
また、指向性バックライト１００の遮光層１２８を通過する光線Ｌ２は、ＬＣＤパネル２１０（液晶セル２１２）のサブ画素単位で光線方向（偏向角度θ）を制御することができるため、液晶セル２１２の画像表示面に表示された画像を光線Ｌ３により精度よく表すことができ、視域Ｆ２１〜Ｆ２３に表される画像の画質を向上することができる。
【００７２】
図１５は、図１１に対する比較例であって、従来の画像表示装置に相当する構成を示している。ここで図１５は、ＬＣＤパネル２１０に入射する光線Ｌ２’の指向角度がない場合、即ち全て同じ方向（ＬＣＤパネル２１０の画像表示面の法線方向）に平行照射した場合における観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの位置での光線軌跡を示している。図１５の構成は、例えば、偏光素子部１２０の下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を全て一定の値とすることで実現できる。
【００７３】
図１５の構成の場合、ＬＣＤパネル２１０を透過した光線Ｌ２’の透過光である光線Ｌ３’（画像光）は、観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置において、視域Ｆ２１’〜Ｆ２３’を形成する。なお、図中「−Ｗ」、「＋Ｗ」は、Ｆ２１’〜Ｆ２３’の各視域において観測者の位置０を中心とした場合での、負（−）方向及び正（＋）方向の境界位置を示している。
【００７４】
ここで、視域Ｆ２１’〜Ｆ２３’は、同方向に平行照射された光線Ｌ２’を基に形成されるため、図１１の構成と比べて各観測者位置における光量は、全体的に低下する。そのため、視域として形成される領域も図１１の構成と比べて狭くなり、特に、観測者Ｏａ、Ｏｃの位置での視域は著しく低下している。一方、本実施形態にかかる画像表示装置２００の構成では、図１１に示したように、各視域Ｆ２１〜Ｆ２３は、ともに同程度の大きさを有しており、図１５の構成と比較して広い視域を確保することが可能である。
【００７５】
図１６−１は、図１１に示した視域Ｆ２１〜Ｆ２３と、図１５に示した視域Ｆ２１’〜Ｆ２３’と、の形成にかかる偏光素子部１２０（下部電極１２３及び上部電極１２５）への印加電圧Ｖを対比した図である。また、図１６−２は、図１１に示した視域Ｆ２１〜Ｆ２３と、図１５に示した視域Ｆ２１’〜Ｆ２３’と、の形成にかかる光線Ｌ３の照射角度、即ち、光線Ｌ２の偏向角度θを対比した図である。なお、両図とも横軸Ｘは、各視域での−Ｗから＋Ｗの位置を意味しており、視域の中心を０としている。また、図１６−２の縦軸において、偏光素子部１２０からの照射角度が０度で直進する場合、即ちＬＣＤパネル２１０の表示面の法線方向を偏向角度θ＝０°としている。
【００７６】
図１６−１に示したように、視域Ｆ２１〜Ｆ２３の形成にかかる印加電圧Ｖは、各視域の−Ｗから＋Ｗの位置にかけて変化させていることが分かる。また、図１６−２に示したように、視域Ｆ２１〜Ｆ２３の形成にかかる光線Ｌ２の偏向角度θは、電圧の変化に対応し各視域の−Ｗから＋Ｗの位置にかけて変化することが分かる。一方、視域Ｆ２１’〜Ｆ２３’については、各視域内の位置によらず印加電圧Ｖは一定値となるため、光線Ｌ２の偏向角度θも一定となる。
【００７７】
以上のように、本実施形態によれば、単一の面光源から照射された光線の指向性を切り替えることができるため、光線の方向数を増加させることができる。また、面光源からの光線が法線方向に輝度分布が集中する特性を有することで、面光源からの光線が向かう各位置において十分な視域を確保することができるため、視域を広げることができる。また、単一の面光源から照射された光線の指向性制御により確保された各視域に、フィールド画像をそれぞれ投影することができるため、多画面の表示を行うことが可能となる。
【００７８】
なお、本実施形態では、光線の指向性分布を水平３方向に制御した場合を説明したが、これに限らないものとする。
【００７９】
例えば、図１７−１に示したように、光線の指向性分布を垂直方向に制御する態様としてもよい。この図では、平置きしたＬＣＤパネル２１０の下面に、指向性バックライト１００を設け、画像表示面の表示方向を水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に光線を制御した場合の概念図を示している。この場合、図１０に示した水平方向への光線制御と同様に、垂直方向について観測者の視域範囲内に画像表示面から照射される光線方向、即ち面光源１１０から照射される光の光線方向を制御することで、垂直２方向＋水平２方向、計４方向の視域Ｆ２４〜Ｆ２７を確保することができる。なお、各視域Ｆ２４〜Ｆ２７における光線の輝度分布は、面光源１１０の輝度分布特性から、図１７−２に示したように、各視域の中央が輝度のピークとなり外縁に近づくほど低下することになる。そのため、何れの位置においても十分な視域を確保することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態では、図１１等で示した観測者Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃの各位置を、予め想定された位置として取り扱ったが、これに限らず、実測により得られる観測者の位置を用いた態様としてもよい。例えば、観測者の位置を検出する位置検出手段を別途備え、当該位置検出手段により検出された観測者の位置を集光位置として、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンへの印加電圧が決定されるものとする。なお、この場合電圧制御部２２４は、位置検出手段により得られた位置に対応する電圧値を設定情報２２２１から導出し、当該電圧値に応じた電圧を下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに個別的に印加することで、集光位置即ち観測者の位置に光線を集中させる。また、複数の観測者が検出された場合には、各位置に応じた観測者数に応じた電圧印加状態を、所定の時間間隔毎に切り替える態様としてもよい。
【００８１】
また、ＬＣＤパネル２１０に表示するＭ個の各フィールド画像を多視点画像とし、偏向角度θの切り替え量、即ち集光位置を眼間距離に合わせれば、画像表示装置２００をＭ眼の立体映像表示装置として用いることができる。例えば、同期制御部２２３の制御により、左目用と右目用との二つのフィールド画像を切り替えてＬＣＤパネル２１０に表示させた場合には、２眼の立体画像表示装置とすることができる。
【００８２】
ここで、図１８は、光線方向の切り替えを２方向とした場合における、ＬＣＤパネル２１０の中央部で観測される光線Ｌ３の輝度分布を示した図である。図１８に示したように、制御装置２２０による光線方向の時分割制御により、各光線方向について輝度のピークが発生する。ここで、各輝度分布の重なり部分は、面光源１１０の発光特性により僅かとなっている。
【００８３】
上述した２眼の立体画像表示装置とする場合、図１８に示したように、各集光位置におけるの輝度分布の重なりが小さいことが必要となる。そのため、２眼の立体画像表示装置として本実施形態で説明した画像表示装置２００を用いることが好適である。
【００８４】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態として、上述した指向性バックライト１００を備えた多眼方式或いは１次元ＩＰ方式の視差画像配置による立体画像表示装置について説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００８５】
図１９は、第３の実施形態にかかる立体画像表示装置３００の構造を概略的に示した水平断面図である。図１９において、上方側を観測者Ｏ側、即ち、指向性バックライト１００による光の照射側としている。なお、立体画像表示装置３００は、実空間における水平面と画像表示面（発光面）とが平行になるように設置する平置き型としてもよいし、画像表示面が観測者Ｏに向くよう水平面から傾斜して設置する態様としてもよい。
【００８６】
図１９に示したように、立体画像表示装置３００は、面光源１１０と、当該面光源１１０と対向する位置に配置された偏光素子部１２０と、当該偏光素子部１２０と対向する位置に配置されたＬＣＤパネル２１０と、当該ＬＣＤパネル２１０と対向する位置に配置された視差発生素子３１０と、から構成されている。
【００８７】
視差発生素子３１０は、レンチキュラー板やスリットアレイ、フライアイレンズアレイ、ピンホールアレイ等の、観測者Ｏの左右の目に視差を発生させるための光学素子である。
【００８８】
図２０は、立体画像表示装置３００の駆動にかかる制御装置３２０を概略的に示したブロック図である。図２０に示したとおり、制御装置３２０は、電力供給部３２１と、記憶部３２２と、同期制御部３２３と、電圧制御部３２４とを備えている。
【００８９】
電力供給部３２１は、外部の商用電源等から供給された電力を立体画像表示装置３００の各電力負荷部に供給する。なお、図２０では、偏光素子部１２０にかかる電力供給線以外の図示を省略している。
【００９０】
記憶部３２２は、上述した記憶部１３２、２２２と同様の記憶装置であって、立体画像表示装置３００の駆動制御にかかる各種の情報を予め記憶する。具体的には、第１、第２の実施形態と同様、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加するＮ通りの電圧値を定めた設定情報３２２１を予め記憶している。また、記憶部３２２は、ＬＣＤパネル２１０への表示対象となる後述する要素画像アレイを記憶する。
【００９１】
設定情報３２２１には、上述した設定情報１３２１、２２２１と同様、液晶層１２４の物理特性や遮光層１２８の開口部Ａの大きさに基づいて定められた、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する各配線パターンに印加するＮ通りの電圧値（又は電圧値の大小関係）が予め定義されている。ここで、設定情報３２２１に定義されたＮ通りの電圧値は、当該Ｎ通りの各電圧印加状態において、各開口部Ａを通過しＬＣＤパネル２１０及び視差発生素子３１０を透過する光線Ｌ４の方向が特定の集光位置に向かうよう導出された値であるものとする。また、各電圧印加状態での集光位置、即ちＮ個の集光位置は、互いに異なる位置が設定されているものとする。集光位置は任意の位置に設定可能であるものとするが、例えば、想定される観測者の各位置等を設定する態様としてもよい。
【００９２】
同期制御部３２３は、記憶部３２２等に記憶された要素画像アレイをＭ個のフィールド画像に分割し（Ｍは２以上の整数）、これら各フィールド画像を所定の時間間隔毎に切り替えて液晶セル２１２の画像表示面上に表示させる。
【００９３】
ここで、要素画像アレイとは、立体画像の元となる画像を構成する要素となる複数の要素画像から構成される一フレーム分の画像である。なお、要素画像には、複数の視点から立体表示の対象となる対象物を撮影することで得られた当該視点数に応じた数の視点画像が含まれているものとする。これら要素画像は、視差発生素子３１０を介して観測されると、当該視差発生素子３１０による両目視差の発生により、各要素画像に含まれた同視点位置の視点画像が選択的に見えることになる。これにより、観測者から見て、要素画像の集まりは所定の位置に結像した立体画像として認識される。
【００９４】
なお、１フレームの分割数Ｍと、設定情報３２２１に定義された電圧値の組数Ｎと、の関係は同数又は整数倍となることが好ましい。また、各フィールド画像の切り替えタイミングは、特に問わないものとするが、観測時にちらつき（フリッカー）が発生しない程度の時間間隔で行うことが好ましい。
【００９５】
電圧制御部３２４は、電力供給部３２１から各電力負荷部に供給される電力のうち、偏光素子部１２０の下部電極１２３及び上部電極１２５に印加される電圧値を、記憶部３２２に記憶された設定情報３２２１に基づいて制御する。具体的に、電圧制御部３２４は、下部電極１２３及び上部電極１２５を構成する各配線パターンに対し、設定情報３２２１に定義されたＮ通りの電圧値を所定の時間間隔毎に切り替えながら個別的に印加する。ここで、各配線パターンに印加する電圧の切り替えは、同期制御部３２３による各フィールド画像の切り替えタイミングと同期して行われるものとする。
【００９６】
このように、電圧制御部３２４は、Ｎ通りの電圧印加状態を所定の時間間隔毎に切り替えながら各配線パターンに与えることで、各開口部Ａを通過しＬＣＤパネル２１０を透過する面光源１１０からの光線がＮ個の集光位置に向かうよう時分割制御する。これにより、指向性バックライト１００から照射される光の指向性を所定の時間間隔毎に切り替えることができ、各集光位置において十分な視域を確保することができる。
【００９７】
図２１は、視差発生素子３１０にレンチキュラー板３１１を用いた場合を示した図である。なお、図２１では、立体画像表示装置３００の右端、中央、左端のみを抜粋して示している（図２２〜２４、２６、２８〜３０も同様）。
【００９８】
また、図２２〜２４は、図２１に示した構成に対応する図であって、各フィールド画像の表示時における光線方向の遷移を示した概念図である。なお、指向性バックライト１００自体の図示は省略している。また、図２５は、図２１の構成での画像表示面の中央付近を透過する光線の軌跡を示した図である。
【００９９】
図２１に示したように、ＬＣＤパネル２１０の画像表示面と対向する位置に視差発生素子３１０としてのレンチキュラー板３１１が配置されている。ここで、ＬＣＤパネル２１０とレンチキュラー板３１１とは、ＬＣＤパネル２１０からの光線Ｌ３（画像光）がレンチキュラー板３１１を介して投影されるよう、レンズ焦点面外の像面の位置に画素面が配置されている。なお、レンチキュラー板３１１を構成する各レンズの径は、液晶セル２１２を構成するサブ画素の整数倍の大きさを有している。
【０１００】
図２１では、１フレーム分の要素画像アレイを３つのフィールド画像に分割した例を示している。同図において、幅Ｐｅは、レンチキュラー板３１１を構成する一のレンズに割り当てられた要素画像分の画像長を示している。また、レンチキュラー板３１１を構成する各レンズには、要素画像ｅ１、ｅ２、ｅ３のうち何れかの画像が投影され、この投影された画像光を観測可能な視域Ｆ３１がレンチキュラー板３１１の各レンズを透過する光線Ｌ４により確保されるようになっている。なお、図２１において、Ｌ２は指向性バックライト１００から照射された光線を意味している。
【０１０１】
具体的に、電圧制御部３２４は、幅Ｐｅ分の要素画像ｅ１、ｅ２、ｅ３単位で、指向性バックライト１００からの光線Ｌ２の入射角度（偏光素子部１２０での偏向角度θ）をＮ通りに制御する。つまり、電圧制御部３２４は、図２２〜２４に示したように、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を所定の時間間隔毎にＮ通りに切り替えながら個別的に制御することで、各フィールド画像の表示タイミングに応じて、光線Ｌ４の集光位置を切り替える。
【０１０２】
図２６は、視差発生素子３１０の中央部で観測される光線の輝度分布を示した図である。なお、図２６では、光線方向の切り替えを３方向とし、各方向にそれぞれ３視差分の表示を行った計９視差を時分割表示した場合での輝度分布を示している。
【０１０３】
図２６に示したように、制御装置３２０による光線方向の時分割制御により、各光線方向について輝度のピークが発生する。ここで、各輝度分布の重なり部分は、面光源１１０の発光特性により僅かとなっている。なお、立体画像の表示を行う立体画像表示装置３００では視差間のクロストークが大きいため、輝度分布の重なりがある程度あっても表示される立体画像には影響は生じない。
【０１０４】
ところで、上述した幅Ｐｅは、立体画像表示装置３００の特性に応じて決定される。例えば、光線方向の切り替えを行わない従来の構成（図２７参照）における幅Ｐｅは、レンチキュラー板３１１と集光位置との間の距離、レンチキュラー板３１１のレンズピッチ、ＬＣＤパネル２１０とレンチキュラー板３１１との間の距離に基づき、各集光位置を含む視距離面上の視点からアパーチャ中心を液晶セル２１２上に投影した間隔により決定される。
【０１０５】
一方、本実施形態の立体画像表示装置３００における幅Ｐｅは、時分割により光線方向をＮ通りに切り替えるため、上述した従来の構成の幅Ｐｅと比較し、図２１のように幅ＰｅをＮ倍とすることができる。これにより、レンチキュラー板３１１の各レンズを透過する光線Ｌ４により確保される視域Ｆ３１を、光線方向の切り替えを行わない従来の構成と比較しＮ倍に拡大させることができる。なお、図２１では、光線方向を互いに異なる３通りの方向に切り替えた場合を例示しており、切り替え数に応じた３つ分の要素画像長が幅Ｐｅとなっている。
【０１０６】
また、立体画像表示装置３００の構成では、レンチキュラー板３１１を構成するレンズのレンズピッチに対し幅ＰｅはＮ倍となるため、レンチキュラー板３１１のレンズピッチを１／Ｎとすることで、当該レンチキュラー板３１１を介して観測される画像光の解像度をＮ倍とすることができる。即ち、図２１の構成では、レンチキュラー板３１１のレンズピッチを１／３とすることで、当該レンチキュラー板３１１を介して観測される画像光の解像度を３倍とすることができる。
【０１０７】
また、レンチキュラー板３１１とＬＣＤパネル２１０との間隔を大きくするに伴い、視域Ｆ３１は狭くなるが、液晶セル２１２の画素ピッチが同一である限り、各要素画像に対応するレンズを通して射出される光線Ｌ４の光線密度は大きくなるため、表示される立体画像の飛び出し・奥行き再現範囲をＮ倍とすることができる。即ち、図２１の構成では、立体画像の飛び出し・奥行き再現範囲を３倍とすることができる。
【０１０８】
一方、図２７、２８は、図２１、２５の構成に対する比較例を示した図であって、光線方向の時分割制御を行わない指向性バックライト１００’を備えた、従来の立体画像表示装置に相当する構成を示している。ここで図２７は、ＬＣＤパネル２１０に入射する光線Ｌ２’の指向角度がない場合、即ち全て同じ方向に平行照射した場合での光線軌跡を示している。また、図２８は、図２７の構成における画像表示部の中央付近の光線軌跡を示した図である。なお、光線Ｌ３’は、ＬＣＤパネル２１０とレンチキュラー板３１１との間の光線を意味している。
【０１０９】
光線方向の時分割制御を行わない従来の構成の場合、レンチキュラー板３１１の各レンズに割り当てられる幅Ｐｅは、上述したように、図２１の幅Ｐｅの１／３としかならない。そのため、図２８に示したように、レンチキュラー板３１１を透過する光線Ｌ４’の光線密度は、図２５に示した光線Ｌ４の光線密度と比較し、切り替え数に応じた分だけ低下する。
【０１１０】
以上のように、本実施形態によれば、単一の面光源から照射された光線の指向性を切り替えることができるため、光線の方向数を増加させることができる。また、面光源からの光線が法線方向に輝度分布が集中する特性を有することで、面光源からの光線が向かう各位置において十分な視域を確保することができるため、視域を広げることができる。また、本実施形態の立体画像表示装置３００の構成では、光線方向の時分割制御を行わない従来の構成と比較し、立体表示における視域、解像度、飛び出し量の何れか一つを切り替え数Ｎに応じた値に向上させることが可能となる。
【０１１１】
なお、本実施形態では、視差発生素子３１０としてレンチキュラー板３１１を用いた構成を説明したが、これに限らず、他の光学素子により観測者Ｏの視差を発生させる態様としてもよい。
【０１１２】
例えば、図２９に示したように、視差発生素子３１０としてフライアイレンズ３１２を用いる態様としてもよい。なお、フライアイレンズ３１２を構成する各レンズの径は、液晶セル２１２の画像表示面を構成するサブ画素の大きさの整数倍となるよう形成されているものとする。
【０１１３】
図２９の構成の場合、下部電極１２３及び上部電極１２５の各配線パターンに印加する電圧値を個別的に制御し、水平方向及び垂直方向に光線を偏向させることで垂直方向の視差を得ることができる。ただし、水平方向及び垂直方向に光線方向を時分割制御するためには、分割数Ｎが大きくなるため偏光板２１１、液晶セル２１２及び偏光板２１３とも高速応答性を持つ必要がある。
【０１１４】
また、光量は低下することになるが、図３０、３１に示したように、視差発生素子３１０としてスリットアレイ３１３やピンホールアレイ３１４を用いる態様としてもよい。なお、スリットアレイ３１３を構成する各スリットの間隔は、液晶セル２１２の画像表示面を構成するサブ画素の大きさの整数倍となるよう形成されているものとする。また、ピンホールアレイを構成する各ピンホールの径は、液晶セル２１２の画像表示面を構成するサブ画素の大きさの整数倍となるよう形成されているものとする。
【０１１５】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での種々の変更、置換、追加などが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】指向性バックライトの構造を示した図である。
【図２】面光源の輝度分布を示した図である。
【図３】指向性バックライトの電極部の一部を拡大した図である。
【図４】液晶層の屈折率変化を説明するための図である。
【図５】印加電圧と光の偏向方向との関係を示した図である。
【図６−１】印加電圧と液晶分子の配向角度との関係を示した図である。
【図６−２】液晶セルギャップと光の偏向角度との関係を示した図である。
【図７】指向性バックライトの制御装置を示したブロック図である。
【図８】画像表示装置の構造を示した図である。
【図９】画像表示装置の制御装置を示したブロック図である。
【図１０】画像表示装置を上面から見た図である。
【図１１】画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図１２】画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図１３】画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図１４】画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図１５】従来の画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図１６−１】視域と印加電圧との関係を示した図である。
【図１６−２】視域と偏向角度との関係を示した図である。
【図１７−１】水平及び垂直の４方向に光線を制御した場合の視域を示した図である。
【図１７−２】水平及び垂直の４方向に光線を制御した場合の輝度分布を示した図である。
【図１８】ＬＣＤパネル上での光線の輝度分布を示した図である。
【図１９】立体画像表示装置の構造を示した図である。
【図２０】立体画像表示装置の制御装置を示したブロック図である。
【図２１】立体画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図２２】光線方向の遷移を示した図である。
【図２３】光線方向の遷移を示した図である。
【図２４】光線方向の遷移を示した図である。
【図２５】立体画像表示部を透過する光線の軌跡を示した図である。
【図２６】視差発生素子上での光線の輝度分布を示した図である。
【図２７】従来の立体画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図２８】従来の立体画像表示部を透過する光線の軌跡を示した図である。
【図２９】立体画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図３０】立体画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【図３１】立体画像表示装置と観測者との関係を示した図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  指向性バックライト
１１０  面光源
１２０  偏光素子部
１２１  透明基板
１２２  絶縁層
１２３  下部電極
１２４  液晶層
１２５  上部電極
１２６  絶縁層
１２７  平坦化層
１２８  遮光層
１２９  透明基板
１３０  制御装置
１３１  電力供給部
１３２  記憶部
１３２１  設定情報
１３３  電圧制御部
２００  画像表示装置
２１０  ＬＣＤパネル
２１１  偏光板
２１２  液晶セル
２１３  偏光板
２２０  制御装置
２２１  電力供給部
２２２  記憶部
２２２１  設定情報
２２３  同期制御部
２２４  電圧制御部
３００  立体画像表示装置
３１０  視差発生素子
３１１  レンチキュラー板
３１２  フライアイレンズ
３１３  スリットアレイ
３１４  ピンホールアレイ
３２０  制御装置
３２１  電力供給部
３２２  記憶部
３２２１  設定情報
３２３  同期制御部
３２４  電圧制御部
【図１】
0005248062.tif 000002
【図２】
0005248062.tif 000003
【図３】
0005248062.tif 000004
【図４】
0005248062.tif 000005
【図５】
0005248062.tif 000006
【図６−１】
0005248062.tif 000007
【図６−２】
0005248062.tif 000008
【図７】
0005248062.tif 000009
【図８】
0005248062.tif 000010
【図９】
0005248062.tif 000011
【図１０】
0005248062.tif 000012
【図１１】
0005248062.tif 000013
【図１２】
0005248062.tif 000014
【図１３】
0005248062.tif 000015
【図１４】
0005248062.tif 000016
【図１５】
0005248062.tif 000017
【図１６−１】
0005248062.tif 000018
【図１６−２】
0005248062.tif 000019
【図１７−１】
0005248062.tif 000020
【図１７−２】
0005248062.tif 000021
【図１８】
0005248062.tif 000022
【図１９】
0005248062.tif 000023
【図２０】
0005248062.tif 000024
【図２１】
0005248062.tif 000025
【図２２】
0005248062.tif 000026
【図２３】
0005248062.tif 000027
【図２４】
0005248062.tif 000028
【図２５】
0005248062.tif 000029
【図２６】
0005248062.tif 000030
【図２７】
0005248062.tif 000031
【図２８】
0005248062.tif 000032
【図２９】
0005248062.tif 000033
【図３０】
0005248062.tif 000034
【図３１】
0005248062.tif 000035