(57)【要約】【課題】モアレの発生を抑えた立体表示装置の構成を得る。【解決手段】立体表示装置１は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿ってマトリクス状に配置されたサブピクセル群を含む表示装置１４と、前記表示装置１４に重ねて配置され、前記表示装置１４から出射される光線を制御する光線制御素子と、前記表示装置１４を制御する制御部とを備える。前記制御部は、Ｎ視点（Ｎは２以上の整数）の画像を含む画像を前記画像表示装置１４に表示させ、前記光線制御素子は、前記第１方向とａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向Ｄ２に沿って所定の周期φで光学的特性が変化しており、前記所定の周期φは、前記サブピクセル群の前記第１方向のピッチｓｈのＮ／２倍以下である。【選択図】図６
2013231745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿ってマトリクス状に配置されたサブピクセル群を含む表示装置と、
前記表示装置に重ねて配置され、前記表示装置から出射される光線を制御する光線制御素子と、
前記表示装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、Ｎ視点（Ｎは２以上の整数）の画像を含む画像を前記画像表示装置に表示させ、
前記光線制御素子は、前記第１方向とａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向に沿って所定の周期で光学的特性が変化しており、
前記所定の周期は、前記サブピクセル群の前記第１方向のピッチのＮ／２倍以下である、立体表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、立体画像の単位画素の１視点を、前記サブピクセル群の斜め方向に隣接する一連のサブピクセルに表示させる、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記光線制御素子は、レンチキュラーレンズである、請求項１または２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記光線制御素子は、電気的にレンズ機能を制御できる液晶レンズである、請求項３に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記光線制御素子は、視差バリアである請求項１または２に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記表示装置は、液晶表示装置である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レンチキュラーレンズを利用して、左目と右目とに異なる画像を見せることで立体視をさせる立体表示装置が開発されている。良好な表示特性を得るために、画素配置およびレンズ配置をどのようにするかは重要な項目の一つである。
【０００３】
画素配置およびレンズ配置として、立体画像の単位画素の全体にまたがるレンズを斜めに配置する方式が知られている。例えば、特開２００８−２２８１９９号公報（特許文献１）には、縦ストライプ配列された３サブ画素からなる画素がマトリクス状に配列された表示部と、光線制御素子とを具備する立体表示装置が記載されている。同文献によれば、光線制御素子は、表示部に対向して画素列方向に対して角度ａｔａｎ（１／ｎ）（ｎ＝４或いは５）傾いた方向に延出され、直線状光学的開口部が略水平方向に配列される。
【０００４】
また、Ｈｙｕｎｇ−ｋｉ  Ｈｏｎｇ、他４名、「ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ」（米国）、２００８年、第３９号、ｐ．３４８−３５１（非特許文献１）には、上記と異なるレンズの構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２８１９９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈｙｕｎｇ−ｋｉ  Ｈｏｎｇ、他４名、「ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ」（米国）、２００８年、第３９号、ｐ．３４８−３５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、立体画像の単位画素の全体にまたがるレンズを形成すると、レンズピッチが大きくなるという問題がある。レンズピッチが大きくなると、レンズの厚さも増加し、薄型化に不向きである。また、材料費も高くなる。さらに、レンズピッチが大きくなると、モアレの発生が強くなる。画面を大型化したり、視点数を増やしたりすることによって、これらのデメリットはより顕著になる。
【０００８】
また、「ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ」で提案されているレンズの構造は、立体画像の単位画素における、同一視点の画素が空間的に離れてしまい、表示特性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、モアレの発生を抑えた立体表示装置の構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示する立体表示装置は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿ってマトリクス状に配置されたサブピクセル群を含む表示装置と、前記表示装置に重ねて配置され、前記表示装置から出射される光線を制御する光線制御素子と、前記表示装置を制御する制御部とを備える。前記制御部は、Ｎ視点（Ｎは２以上の整数）の画像を含む画像を前記画像表示装置に表示させ、前記光線制御素子は、前記第１方向とａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向に沿って所定の周期で光学的特性が変化しており、前記所定の周期は、前記サブピクセル群の前記第１方向のピッチのＮ／２倍以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モアレの発生を抑えた立体表示装置の構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、立体表示装置の機能的構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、液晶レンズの構成の一部を抜き出して模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、液晶レンズの３次元表示モードにおける模式的断面図である。
【図５】図５は、液晶レンズの２次元表示モードにおける模式的断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置における、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図７】図７は、立体画像の単位画素に対してレンチキュラーレンズが２分割されていない場合の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、立体画像の単位画素に対してレンチキュラーレンズが２分割されていない場合の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本実施形態にかかる立体表示装置の効果を説明するための模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、立体画像の単位画素に、７視点の画像が含まれる場合の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１４】図１４は、立体画像の単位画素に、５視点の画像が含まれる場合の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１５は、仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイの画素配置、および液晶レンズによって形成されるレンチキュラーレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿ってマトリクス状に配置されたサブピクセル群を含む表示装置と、前記表示装置に重ねて配置され、前記表示装置から出射される光線を制御する光線制御素子と、前記表示装置を制御する制御部とを備える。前記制御部は、Ｎ視点（Ｎは２以上の整数）の画像を含む画像を前記画像表示装置に表示させ、前記光線制御素子は、前記第１方向とａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向に沿って所定の周期で光学的特性が変化しており、前記所定の周期は、前記サブピクセル群の前記第１方向のピッチのＮ／２倍以下である（第１の構成）。
【００１４】
上記の構成によれば、光線制御素子の光学的特性が変化する周期は、サブピクセル群の第１方向のピッチのＮ／２倍以下である。そのため、立体画像の単位画素と同じ周期で光線制御素子の光学的特性を変化させる場合と比較して、モアレの発生を抑えることができる。また、光線制御素子の光学的特性を、第１方向とａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向に沿って変化させる。これによって、立体画像の単位画素における、同一視点の画素を近接させることができる。
【００１５】
上記第１の構成において、前記制御部は、立体画像の単位画素の１視点を、前記サブピクセル群の斜め方向に隣接する一連のサブピクセルに表示させることが好ましい（第２の構成）。
【００１６】
上記の構成によれば、同一視点の画素が近接して配置される。これによって、３次元表示の際のボケが改善される。また、立体画像における隣接する画素との混色が抑えられる。そのため、表示特性が向上する。
【００１７】
上記第１または第２の構成において、前記光線制御素子は、レンチキュラーレンズであっても良い（第３の構成）。
【００１８】
上記第３の構成において、前記光線制御素子は、電気的にレンズ機能を制御できる液晶レンズであることが好ましい（第４の構成）。
【００１９】
上記の構成によれば、２次元表示と３次元表示とを切り替えることができる。
【００２０】
上記第１または第２の構成において、前記光線制御素子は、視差バリアであっても良い（第５の構成）。
【００２１】
上記第１〜第５のいずれかの構成において、前記表示装置は、液晶表示装置であっても良い（第６の構成）。
【００２２】
［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化されて示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００２３】
[全体の構成]
図１は、本発明の一実施形態にかかる立体表示装置１の概略構成を示す分解斜視図である。立体表示装置１は、液晶レンズ１１、位相差板１２、スペーサ１３、液晶ディスプレイ１４、およびバックライト１５を備えている。
【００２４】
液晶レンズ１１および液晶ディスプレイ１４は、ともに平面視において概略矩形の板状形状であり、主面（最も面積の大きい面）の大きさが、互いに略等しく形成されている。
【００２５】
液晶ディスプレイ１４は、画像を表示する表示領域Ｄ１と、配線などが配置される非表示領域Ｐ１とを有している。図１では、非表示領域Ｐ１は、表示領域Ｄ１を囲って額縁状に形成されているが、非表示領域Ｐ１の配置はこれに限定されない。液晶レンズ１１は、表示領域Ｄ１に概略対応する表示領域Ｄと、非表示領域Ｐ１に概略対応する非表示領域Ｐとを有している。
【００２６】
液晶レンズ１１は、詳しい構成は後述するが、一対の基板と、これに挟持された液晶層とを備えている。液晶レンズ１１は、液晶層内の液晶分子の配向を変化させることで、液晶層を通る光の挙動を変化させる。
【００２７】
液晶レンズ１１の背面には、位相差板１２が配置されている。位相差板１２は、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向を調整する。なお、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向によっては、位相差板１２はなくても良い。
【００２８】
位相差板１２の背面には、スペーサ１３を介して、液晶ディスプレイ１４が配置されている。液晶ディスプレイ１４は、アクティブマトリクス基板と、これに対向して配置されたカラーフィルタ基板と、両基板に挟持された液晶層とを備えている。アクティブマトリクス基板には、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と画素電極とがマトリクス状に形成されている。液晶ディスプレイ１４は、ＴＦＴを制御することによって、任意の画素電極上の、液晶層内の液晶分子の配向を変化させる。これによって、液晶ディスプレイ１４は、任意の画像を表示することができる。
【００２９】
液晶ディスプレイ１４の背面には、バックライト１５が配置されている。バックライト１５は、液晶ディスプレイ１４に光を照射する。
【００３０】
立体表示装置１は、液晶レンズ１１と、液晶ディスプレイ１４とを連動して制御することによって、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える。
【００３１】
図２は、立体表示装置１の機能的構成を示す機能ブロック図である。立体表示装置１は、上述した構成に加えて、制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８をさらに備えている。制御部１６は、ディスプレイ駆動部１７を介して液晶ディスプレイ１４を駆動し、レンズ駆動部１８を介して液晶レンズ１１を駆動する。
【００３２】
制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８は例えば、液晶レンズ１１の非表示領域Ｐ、または液晶ディスプレイ１４の非表示領域Ｐ１に配置される。制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８は、半導体プロセスによって、これらの基板にモノリシックに形成することができる。また、制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８の全部また一部を、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）技術によって、これらの基板に実装することもできる。制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８は、液晶レンズ１１および液晶ディスプレイ１４以外に配置されても良い。この場合、制御部１６、ディスプレイ駆動部１７、およびレンズ駆動部１８は例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して、これらの基板に接続される。
【００３３】
制御部１６には、外部から映像信号Ｖｉｎが供給される。映像信号Ｖｉｎは、通常の映像信号、またはＮ視点（Ｎは２以上の整数）の画像を含む映像信号である。Ｎ視点の画像を含む映像信号は、換言すれば、Ｎ方向から撮影された画像を含む映像信号である。
【００３４】
制御部１６にはまた、外部から２次元／３次元切替信号Ｓｇが供給される。制御部１６は、２次元／３次元切替信号Ｓｇに基づいて、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える。２次元／３次元切替信号Ｓｇは、例えばユーザが手動で立体表示装置１に入力する構成としても良い。あるいは、制御部１６は、２次元／３次元切替信号Ｓｇによらず、映像信号Ｖｉｎを識別して自動的に２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える構成としても良い。
【００３５】
２次元表示モードでは、制御部１６は、映像信号Ｖｉｎから、２次元表示用の映像信号Ｖｏｕｔを生成する。２次元表示用の映像信号Ｖｏｕｔは、映像信号Ｖｉｎそのままであっても良く、映像信号Ｖｉｎに信号処理をしたものであっても良い。映像信号Ｖｏｕｔは、ディスプレイ駆動部１７に供給される。ディスプレイ駆動部１７は、映像信号Ｖｏｕｔに基づいた画像を液晶ディスプレイ１４に表示させる。ディスプレイ駆動部１７は、例えばソースドライバおよびゲートドライバである。
【００３６】
制御部１６は、レンズ駆動部１８を介して、液晶レンズ１１の液晶層内の液晶分子を一様に配向させる。これによって、液晶レンズ１１を通る光は、殆どそのまま進行する。したがって、立体表示装置１には、通常の２次元画像が表示される。
【００３７】
３次元表示モードでは、制御部１６は、映像信号Ｖｉｎから、３次元表示用の映像信号Ｖｏｕｔを生成する。３次元表示用の映像信号Ｖｏｕｔは、映像信号Ｖｉｎに含まれるＮ視点の画像が、液晶ディスプレイ１４に規則的に並んで配置されるように生成される。映像信号Ｖｏｕｔは、ディスプレイ駆動部１７に供給される。ディスプレイ駆動部１７は、映像信号Ｖｏｕｔに基づいた画像を液晶ディスプレイ１４に表示させる。
【００３８】
制御部１６は、レンズ駆動部１８を介して、液晶レンズ１１の液晶層内の液晶分子の配向を規則的に変化させる。これによって、最適な位置で立体表示装置１を観察すると、左右の眼に異なる画像が届く。すなわち、立体表示装置１は、３次元表示モードでは、いわゆる視差方式による立体表示をする。
【００３９】
以上、立体表示装置１の概略構成を説明した。立体表示装置１は、表示装置として、液晶ディスプレイ１４に代えて任意の表示装置を備えていても良い。
【００４０】
［液晶レンズの構成］
次に、液晶レンズ１１の構成について詳しく述べる。以下では、図１に示すように、液晶レンズ１１の長辺方向をｘ方向、短辺方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向と呼んで参照する。
【００４１】
図３は、液晶レンズ１１の構成の一部を抜き出して模式的に示す斜視図である。液晶レンズ１１は、パターン基板１１１と、対向基板１１５と、液晶層１１４とを備えている。
【００４２】
液晶層１１４を構成する液晶分子は、複屈折性を有している。すなわち、光学軸に平行に振動する光に対する屈折率ｎｅと、光学軸に垂直に振動する光に対する屈折率ｎｏとが異なっている。液晶分子は、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの値の大きい液晶分子が好ましい。
【００４３】
パターン基板１１１および対向基板１１５は、透光性および絶縁性を有している。パターン基板１１１および対向基板１１５は、例えばガラス基板である。パターン基板１１１および対向基板１１５の表面は、パシベーション膜などでコーティングされていても良い。
【００４４】
パターン基板１１１には、パターン電極１１２、および配向膜１１３が形成されている。対向基板１１５には、共通電極１１６、および配向膜１１７が形成されている。
【００４５】
パターン電極１１２は、導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成されている。より具体的には、パターン電極１１２は、所定の間隔で形成された電極１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ・・・を含んでいる。電極１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、・・・のそれぞれは、互いに平行に、細長に形成されている。電極１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、・・・のそれぞれは、ｙ方向と角度θ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向Ｄ１に延びて形成されている。
【００４６】
共通電極１１６は、対向基板１１５上に一様に形成されている。
【００４７】
パターン電極１１２および共通電極１１６は、透光性の導電材料で形成されている。パターン電極１１２および共通電極１１６は例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）である。パターン電極１１２および共通電極１１６は例えば、ＣＶＤまたはスパッタリングによって成膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
【００４８】
パターン電極１１２および共通電極１１６は、図示しない配線などを介して、レンズ駆動部１８に電気的に接続されている。レンズ駆動部１８は、パターン電極１１２および共通電極１１６の電位を、独立して制御することができる。
【００４９】
パターン電極１１２を覆って、配向膜１１３が形成されている。同様に、共通電極１１６を覆って、配向膜１１７が形成されている。配向膜１１３および１１７は、例えばポリイミドであり、印刷法によって形成される。
【００５０】
液晶レンズ１１は、パターン基板１１１と対向基板１１５とを重ね合わせ、周縁部を封止し、間隙に液晶を注入して製造される。
【００５１】
本実施形態では、配向膜１１３および１１７は、ｘ方向と概略平行にラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）処理されている。これによって、パターン電極１１２と共通電極１１６との間に電位差が生じていない場合、液晶分子はｘ方向に配向している。
【００５２】
次に、図４および図５を用いて、液晶レンズ１１の動作について説明する。
【００５３】
図４は、液晶レンズ１１の３次元表示モードにおける模式的断面図である。図４では、レンズ駆動部１８によって、パターン電極１１２と共通電極１１６との間に電圧Ｖｏｎ（例えば５Ｖ）が印加されている。
【００５４】
液晶層１１４の液晶分子１１４ａは、パターン電極１１２と共通電極１１６との間の電位差によって生じる電界と、分子長軸とが平行になるように配向する。そのため、パターン電極１１２の導電部の近傍における液晶分子１１４ａの分子長軸は、ｚ方向と平行に配向している。そして、パターン電極１１２の導電部の中間では、液晶分子１１４ａの分子長軸は、ｚ方向からｘ方向に向かって傾きが変化している。
【００５５】
液晶分子１１４ａの配向方向の変化にしたがって、液晶層１１４の屈折率が変化する。そのため、液晶層１１４は、ｘ方向に屈折率分布を有する。液晶層１１４は、この屈折率分布によって、図４に破線の矢印で示すように、液晶層１１４に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ１１は、３次元表示モードでは、屈折率分布型レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｌｅｎｓ、ＧＲＩＮレンズ）として機能している。
【００５６】
図５は、液晶レンズ１１の２次元表示モードにおける模式的断面図である。図５では、レンズ駆動部１８によって、パターン電極１１２と共通電極１１６との間に、電圧Ｖｏｎに比べて小さい電圧Ｖｏｆｆ（例えば０Ｖ）が印加されている。
【００５７】
電圧Ｖｏｆｆは電圧Ｖｏｎに比べて小さいため、液晶分子１１４ａの配向を変化させることができない。あるいは、液晶分子１１４ａの配向を変化させるために、電圧Ｖｏｎを印加した場合と比較して非常に長い時間を必要とする。そのため、液晶分子１１４ａは、配向膜１１３および１１７によって、ｘ方向と平行に配向している。
【００５８】
液晶分子１１４ａが一様に配向しているため、液晶層１１４の屈折率も一様になっている。図５に破線の矢印で示すように、液晶層１１４に入射した光は、殆どそのまま通過する。すなわち、液晶レンズ１１は、２次元表示モードでは、ＧＲＩＮレンズとして機能していない。
【００５９】
このように、レンズ駆動部１８は、パターン電極１１２および共通電極１１６の電位を制御して、液晶レンズ１１のＧＲＩＮレンズとして機能を切り替えることができる。
【００６０】
本実施形態では、配向膜１１３および１１７は、ｘ方向と平行にラビング処理されている。しかし、配向膜１１３および１１７のラビング処理の方向は、液晶レンズ１１に入射する光の偏光方向と概略一致していれば良い。液晶レンズ１１に入射する光の偏光方向は例えば、位相差板１２（図１）によって調整することができる。したがって、配向膜１１３および１１７は、例えばｙ方向と平行にラビング処理されていても良い。
【００６１】
配向膜１１３のラビング処理の方向と配向膜１１７のラビング処理の方向とは、一致していなくても良い。この場合、光が入射する側の配向膜のラビング処理の方向と、入射する光の偏光方向とが概略一致していれば良い。例えば、配向膜１１３のラビング処理の方向と、配向膜１１７のラビング処理の方向とが、直交していても良い。この場合、液晶分子１１４ａはｚ方向に沿って分子長軸がｘｙ面内で９０°回転する、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型の配置となる。
【００６２】
図４では、パターン電極１１２の１組の導電部によって１つのレンズを形成している。しかし、複数の導電部を異なる電位に制御して、１つのレンズを形成しても良い。複数の電位を用いることで、屈折率分布をより細かく制御することができる。これによって、レンズ特性を向上させることができる。また、液晶層１１４を薄くすることができる。
【００６３】
［第１の実施形態］
図６は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置１における、液晶ディスプレイ１４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ１の構成を模式的に示す平面図である。なお、図６中のハッチングは、色の異なる画素を模式的に表現しているのであって、断面構造を示すものではない。図１０〜図１５についても同様である。
【００６４】
液晶ディスプレイ１４は、ｘ方向とｙ方向とに沿ってマトリクス状に配置された複数のピクセルＰを含んでいる。それぞれのピクセルＰは、複数のサブピクセルｓから構成されている。本実施形態では、赤、緑、および青を表示する３つのサブピクセルｓが、ｘ方向に沿って順番に配置されている。サブピクセルｓも、ｘ方向とｙ方向とに沿ってマトリクス状に配置されている。サブピクセルｓのｘ方向のピッチｓｈと、ｙ方向のピッチｓｖとは、好ましくはｓｖ＝３×ｓｈの関係を満たす。これにより、ピクセルＰのアスペクト比が１：１となる。
【００６５】
本実施形態では、ｘ方向に３ピクセル（ｍ＝３）、ｙ方向に３ピクセル（ｎ＝３）の、９ピクセル（２７サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成する。本実施形態では、立体画像の単位画素に、９視点の画像が含まれている。図６では、各サブピクセルｓにおける表示態様が、記号によって模式的に示されている。例えば、図６中の「Ｒ１」は、赤を表示するサブピクセルｓに１番目の視点の画像を表示していることを表している。同様に、「Ｇ」は緑を表示するサブピクセルｓを表し、「Ｂ」は青を表示するサブピクセルｓを表している。これらの後ろに付した数字は、表示している視点の番号を表している。
【００６６】
本実施形態では、図６に示すように、１，３，５，７，９，２，４，６，８の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。また、ｙ方向に隣接した行では、ｘ方向に一列ずれて、１，３，５，７，９，２，４，６，８の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。これによって、図６中にＰ１の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。換言すれば、ｘ方向とｙ方向との両方に交差する方向に沿って隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。より具体的には、サブピクセルｓの対角線方向に沿って隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。
【００６７】
液晶レンズ１１によって形成される仮想的なレンチキュラーレンズＬ１を、二点鎖線で示している。既述のように、液晶レンズ１１は、パターン電極１１２を備えている。パターン電極１１２の導電部は、互いに平行に、方向Ｄ１に延びて細長に形成されている。これによって、液晶レンズ１１によって形成されるレンチキュラーレンズＬ１の光学的特性は、方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２に沿って、所定の周期（レンズピッチ）φで変化している。ここで、方向Ｄ１は、図６に示すようにｙ方向と角度θ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向である。方向Ｄ２は、ｘ方向と角度θをなす方向である。
【００６８】
本実施形態では、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズが２分割されている。換言すれば、レンチキュラーレンズＬ１のレンズピッチφは、立体画像の単位画素の第１方向の幅の半分以下である。より具体的には、レンズピッチφは、９×ｓｈの半分以下である。なお、レンズピッチφは、パターン電極１１３の導電部の間隔によって調整することができる。
【００６９】
なお、図６中のφ１はレンチキュラーレンズＬ１のｘ方向の幅であり、
φ＝φ１×ｃｏｓ（θ）  ・・・（１）
の関係を満たす。
【００７０】
ここで、本実施形態の効果を説明するため、立体画像の単位画素に対してレンチキュラーレンズが２分割されていない場合の構成について説明する。
【００７１】
図７および図８は、立体画像の単位画素に対してレンチキュラーレンズが２分割されていない場合の構成を模式的に示す断面図である。図７および図８では、２分割されていないレンチキュラーレンズＬ９を、２点鎖線により示している。図７および図８の構成では、１，２，３，４，５，６，７，８，９の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。
【００７２】
液晶レンズ１１は、液晶ディスプレイ１４から距離Ｓ１を隔てて配置されている。液晶レンズ１１によって形成されるレンチキュラーレンズＬ９の作用により、液晶ディスプレイ１４から出射される光は、図７中に一点鎖線で示すように分離される。具体的には、液晶ディスプレイ１４から出射される光は、距離Ｓ２において、視点間距離Ｅだけ分離される。
【００７３】
図８を参照して、三角形（Ａ８Ａ７Ａ４）と三角形（Ａ１Ａ２Ａ４）の相似関係から、
Ｓ１：ｓｈ＝Ｓ２：Ｅ  ・・・（２）
が成り立つ。
さらに、三角形（Ａ３Ａ６Ａ９）と三角形（Ａ３Ａ４Ａ５）の相似関係から、
Ｓ１＋Ｓ２：Ｎ×ｓｈ＝Ｓ２：φ１  ・・・（３）
が成り立つ。ここで、Ｎは視点数（図８ではＮ＝９）である。
また、レンズの公式から、レンチキュラーレンズの焦点距離ｆは、
１／ｆ＝１／Ｓ１＋１／Ｓ２  ・・・（４）
である。
【００７４】
式（３）から、視点数Ｎが多くなるほど、また、ピッチｓｈが大きくなるほど、レンズピッチφが大きくなることが分かる。レンズピッチφが大きくなると、モアレの発生が強くなる。また、レンズピッチφが大きくなると、所定の焦点距離を得るために、液晶層１１４（図３）を厚くしなければならなくなる。液晶の応答速度は、液晶層１１４の厚さの二乗に概略反比例する。そのため、液晶層１１４を厚くすると、液晶の応答速度が低下する。また、液晶層１１４を厚くすれば、液晶材料の使用量が増えるため、コストが増加する。このように、レンズピッチφが大きくなることは、好ましくない。
【００７５】
一例として、６５インチのフルハイビジョンディスプレイ（縦１４４１ｍｍ×縦８１０．６ｍｍ）を設計する場合を考える。この場合、サブピクセルｓのｘ方向のピッチｓｈは約０．２５ｍｍとなる。距離Ｓ２を、表示装置１４の縦方向の３倍として、約２４３１．７ｍｍに設定する。さらに、視点数Ｎ＝９、視点間距離Ｅ＝１６．２５ｍｍとして立体表示装置１を設計する。式（２）から、Ｓ１＝３７．４４ｍｍ、式（４）から、ｆ＝３６．８６９２ｍｍ、式（１）および式（３）から、φ＝２．１０４ｍｍになる。このような大きなレンズピッチφの場合、モアレの発生が強くなる。さらに、液晶層１１４も厚くなり、応答速度が問題となるレベルで遅くなる。また、液晶材料の使用量が増える。
【００７６】
図９は、本実施形態にかかる立体表示装置１の効果を説明するための模式的な断面図である。本実施形態では、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズを２分割している。これによって、レンチキュラーレンズを２分割しない場合と比較して、レンズピッチφをほぼ半分にすることができる。
【００７７】
図１０は、本実施形態の効果を説明するための仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイ１４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ８の構成を模式的に示す平面図である。比較例にかかる立体表示装置においても、立体画像の単位画素に、９視点の画像が含まれている。この立体表示装置では、ｘ方向に１＋１／２ピクセル、ｙ方向に６ピクセルの、９ピクセル（２７サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成している。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の、ｘ方向の幅を小さくすることによって、レンズピッチを小さくしている。
【００７８】
レンチキュラーレンズＬ８は、レンチキュラーレンズＬ１と、傾きが異なっている。それに伴って、各サブピクセルｓに配置する視点の番号も、立体表示装置１の場合とは異なっている。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の１視点は、斜め方向に隣接する一連のサブピクセルｓに表示されていない。図１０に太線で囲って示すように、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素は、離れて配置されている。これは、３次元表示を行う際のボケにつながる。
【００７９】
さらにこの立体表示装置では、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離に比較して、立体画像の隣接する画素同士の距離が近い。例を挙げると、図１０に実線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の青を表示する画素（Ｂ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）との間の距離が近い。このため、これらが混色する可能性がある。
【００８０】
またこの立体表示装置では、同一視点の同じ色を表示する画素の位置が、ｙ方向にずれている。例を挙げると、図１０に破線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）とが、ｙ方向にずれて表示される。これによって、各視点と色のバランスが崩れ、表示特性が低下する。これは、視点数が多いほど影響があると考えられる。
【００８１】
再び図６を参照して、本実施形態では、図６中にＰ１の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。これにより、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素は、近接して配置されている。したがって、本実施形態によれば、比較例の構成と比較して、ボケが改善される。さらに、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離は、立体画像の隣接する画素間の距離と比較して小さい。そのため、立体画像の隣接する画素間での混色も抑えられる。また、同一視点の同じ色を表示する画素の位置は、ｙ方向において変化しない。これらのことから、表示特性が向上する。
【００８２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置は、液晶ディスプレイ１４に代えて、液晶ディスプレイ２４を備えている。図１１は、第２の実施形態にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイ２４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ２の構成を模式的に示す平面図である。
【００８３】
液晶ディスプレイ２４では、ピクセルＰが、４つのサブピクセルｓから構成されている。より具体的には、赤、緑、青、および黄を表示する４つのサブピクセルが、ｘ方向に沿って順番に配置されている。
【００８４】
本実施形態では、ｘ方向に２＋１／４ピクセル（ｍ＝２＋１／４）、ｙ方向に４ピクセル（ｎ＝４）の、９ピクセル（３６サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成する。本実施形態においても、立体画像の単位画素に、９視点の画像が含まれている。図１１にも、図６と同様の方法によって、各サブピクセルｓにおける表示態様が、記号によって模式的に示されている。なお、図１１中の「Ｙ」は、黄色を表示するサブピクセルｓを表している。
【００８５】
本実施形態においても、図１１に示すように、１，３，５，７，９，２，４，６，８の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。また、ｙ方向に隣接した行では、ｘ方向に一列ずれて、１，３，５，７，９，２，４，６，８の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。これによって、図１１中にＰ２の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する４つのサブピクセルｓに表示している。
【００８６】
レンチキュラーレンズＬ２は、レンチキュラーレンズＬ１と概略同じである。レンチキュラーレンズＬ２も、光学的特性が、ｘ方向と角度θ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向Ｄ２に沿って、レンズピッチφで変化している。本実施形態においても、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズが２分割されている。
【００８７】
レンチキュラーレンズが２分割されていない場合、例えば６５インチのフルハイビジョンディスプレイであれば、レンズピッチφは約１．６５ｍｍとなる。このような大きなレンズピッチφの場合、モアレの発生が強くなる。さらに、液晶層１１４も厚くなり、応答速度が問題となるレベルで遅くなる。また、液晶材料の使用量が増える。
【００８８】
本実施形態では、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズを２分割している。これによって、レンチキュラーレンズを２分割しない場合と比較して、レンズピッチφをほぼ半分にすることができる。
【００８９】
図１２は、本実施形態の効果を説明するための仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイ２４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ７の構成を模式的に示す平面図である。比較例にかかる立体表示装置においても、立体画像の単位画素に、９視点の画像が含まれている。この立体表示装置では、ｘ方向に１＋１／８ピクセル、ｙ方向に８ピクセルの、９ピクセル（３６サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成している。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の、ｘ方向の幅を小さくすることによって、レンズピッチを小さくしている。
【００９０】
レンチキュラーレンズＬ７は、レンチキュラーレンズＬ２と、傾きが異なっている。それに伴って、各サブピクセルｓに配置する視点の番号も、立体表示装置１の場合とは異なっている。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の１視点は、斜め方向に隣接する一連のサブピクセルｓに表示されていない。図１２に太線で囲って示すように、同一視点の赤、緑、青および黄を表示する画素は、離れて配置されている。これは、３次元表示を行う際のボケにつながる。
【００９１】
さらにこの立体表示装置では、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離に比較して、立体画像の隣接する画素同士の距離が近い。例を挙げると、図１２に実線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の青を表示する画素（Ｂ１）との間の距離が近い。このため、これらが混色する可能性がある。
【００９２】
またこの立体表示装置では、同一視点の同じ色を表示する画素の位置の、ｙ方向のずれが大きい。例を挙げると、図１２に破線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の緑を表示する画素（Ｇ１）との、ｙ方向のずれが大きい。これによって、各視点と色のバランスが崩れ、表示特性が低下する。これは、視点数が多いほど影響があると考えられる。
【００９３】
さらにこの立体表示装置では、立体画像の単位画素のアスペクト比が、１：１から大きくずれてしまう。
【００９４】
再び図１１を参照して、本実施形態では、図１１中にＰ２の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する４つのサブピクセルｓに表示している。これにより、同一視点の赤、緑、青および黄を表示する画素は、近接して配置されている。したがって、本実施形態によれば、比較例の構成と比較して、ボケが改善される。
さらに、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離は、立体画像の隣接する画素間の距離と比較して小さい。そのため、立体画像の隣接する画素間での混色も抑えられる。また、同一視点の同じ色を表示する画素の位置の、ｙ方向のずれが小さい。これらのことから、表示特性が向上する。また、立体画像の単位画素のアスペクト比も、１：１に近い。
【００９５】
［第３の実施形態］
第１の実施形態および第２の実施形態では、立体画像の単位画素に、９視点の画像が含まれている場合を説明した。第３の実施形態では、立体画像の単位画素に含まれる視点の数が９以外の場合を説明する。
【００９６】
図１３は、立体画像の単位画素に、７視点の画像が含まれる場合の、液晶ディスプレイ１４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ３の構成を模式的に示す平面図である。本実施形態では、ｘ方向に２＋１／３ピクセル（ｍ＝２＋１／３）、ｙ方向に３ピクセル（ｎ＝３）の、７ピクセル（２１サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成する。図１３にも、図６と同様の方法によって、各サブピクセルｓにおける表示態様が、記号によって模式的に示されている。
【００９７】
本実施形態では、図１３に示すように、１，３，５，７，２，４，６の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。また、ｙ方向に隣接した行では、ｘ方向に一列ずれて、１，３，５，７，２，４，６の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。これによって、図１３中にＰ１の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。
【００９８】
図１４は、立体画像の単位画素に、５視点の画像が含まれる場合の、液晶ディスプレイ１４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ４の構成を模式的に示す平面図である。本実施形態では、ｘ方向に１＋２／３ピクセル（ｍ＝１＋２／３）、ｙ方向に３ピクセル（ｎ＝３）の、５ピクセル（１５サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成する。図１４にも、図６と同様の方法によって、各サブピクセルｓにおける表示態様が、記号によって模式的に示されている。
【００９９】
本実施形態では、図１４に示すように、１，３，５，２，４の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。また、ｙ方向に隣接した行では、ｘ方向に一列ずれて、１，３，５，２，４の順で、立体画像の単位画素の各視点をｘ方向に並べて表示している。これによって、図１４中にＰ１の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。
【０１００】
レンチキュラーレンズＬ３およびＬ４は、レンチキュラーレンズＬ１と概略同じである。レンチキュラーレンズＬ３およびＬ４も、光学的特性が、ｘ方向と角度θ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）をなす方向Ｄ２に沿って、レンズピッチφで変化している。本実施形態においても、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズが２分割されている。
【０１０１】
レンチキュラーレンズが２分割されていない場合、例えば７視点、６５インチのフルハイビジョンディスプレイであれば、レンズピッチφは約１．７１ｍｍとなる。このような大きなレンズピッチφの場合、モアレの発生が強くなる。さらに、液晶層１１４も厚くなり、応答速度が問題となるレベルで遅くなる。また、液晶材料の使用量が増える。
【０１０２】
本実施形態では、立体画像の単位画素に対して、レンチキュラーレンズを２分割している。これによって、レンチキュラーレンズを２分割しない場合と比較して、レンズピッチφをほぼ半分にすることができる。
【０１０３】
図１５は、本実施形態の効果を説明するための仮想的な比較例にかかる立体表示装置の、液晶ディスプレイ１４の画素配置、および液晶レンズ１１（不図示）によって形成されるレンチキュラーレンズＬ６の構成を模式的に示す平面図である。比較例にかかる立体表示装置では、立体画像の単位画素に、５視点の画像が含まれている。この立体表示装置では、ｘ方向に５／６ピクセル、ｙ方向に６ピクセルの、５ピクセル（１５サブピクセル）によって、立体画像の単位画素を構成している。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の、ｘ方向の幅を小さくすることによって、レンズピッチを小さくしている。
【０１０４】
レンチキュラーレンズＬ６は、レンチキュラーレンズＬ４と、傾きが異なっている。それに伴って、各サブピクセルｓに配置する視点の番号も、立体表示装置１の場合とは異なっている。この立体表示装置では、立体画像の単位画素の１視点は、斜め方向に隣接する一連のサブピクセルｓに表示されていない。図１５に太線で囲って示すように、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素は、離れて配置されている。これは、３次元表示を行う際のボケにつながる。
【０１０５】
さらにこの立体表示装置では、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離に比較して、立体画像の隣接する画素同士の距離が、特に近くなっている。例を挙げると、図１５に実線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の赤を表示する画素（Ｒ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の青を表示する画素（Ｂ１）との間の距離が近い。このため、これらが混色する可能性がある。
【０１０６】
またこの立体表示装置では、同一視点の同じ色を表示する画素の位置の、ｙ方向のずれが大きい。例を挙げると、図１５に破線の矢印で示すように、ある立体画像の単位画素の１視点目の赤を表示する画素（Ｒ１）と、立体画像の隣の画素の１視点目の赤を表示する画素（Ｒ１）との、ｙ方向のずれが大きい。これによって、各視点と色のバランスが崩れ、表示特性が低下する。
【０１０７】
再び図１４を参照して、本実施形態では、図１４中にＰ１の記号を付して示すように、立体画像の単位画素の１視点を、斜め方向に隣接する３つのサブピクセルｓに表示している。これにより、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素は、近接して配置されている。したがって、本実施形態によれば、比較例の構成と比較して、ボケが改善される。さらに、同一視点の赤、緑、および青を表示する画素間の距離は、立体画像の隣接する画素間の距離と比較して小さい。そのため、立体画像の隣接する画素間での混色も抑えられる。また、同一視点の同じ色を表示する画素の位置の、ｙ方向のずれが小さい。これらのことから、表示特性が向上する。
【０１０８】
上記では、立体画像の単位画素に含まれる視点の数が９視点より少ない場合を説明したが、視点の数は９視点よりも多くても良い。また、１つのピクセルＰが３つのサブピクセルｓから構成されている場合を説明したが、第２の実施形態のように、１つのピクセルＰが４つのサブピクセルｓから構成されていても良い。
【０１０９】
［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されず、発明の範囲内で種々の変更または組み合わせが可能である。
【０１１０】
上述の実施形態では、液晶レンズ１１によって形成されるレンチキュラーレンズによって、液晶ディスプレイ１４または２４から出射される光を分離している。しかし、立体表示装置は、このようなレンズに代えて、固定レンズによるレンチキュラーレンズを備えていても良い。
【０１１１】
また、立体表示装置は、液晶レンズ１１に代えて、視差バリアを備えていても良い。この場合、視差バリアは、図６の方向Ｄ２に沿って、レンズピッチφと同じ周期で開口部と遮光部とが繰り返されて形成されたものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、立体表示装置として産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  立体表示装置
１１  液晶レンズ
１１１  パターン基板
１１２  パターン電極
１１３，１１７  配向膜
１１４  液晶層
１１４ａ  液晶分子
１１５  対向基板
１１６  共通電極
１２  位相差板
１３  スペーサ
１４，２４  液晶ディスプレイ
１５  バックライト
１６  制御部
１７  ディスプレイ駆動部
１８  レンズ駆動部
【図１】
2013231745.tif 000003
【図２】
2013231745.tif 000004
【図３】
2013231745.tif 000005
【図４】
2013231745.tif 000006
【図５】
2013231745.tif 000007
【図６】
2013231745.tif 000008
【図７】
2013231745.tif 000009
【図８】
2013231745.tif 000010
【図９】
2013231745.tif 000011
【図１１】
2013231745.tif 000012
【図１２】
2013231745.tif 000013
【図１３】
2013231745.tif 000014
【図１４】
2013231745.tif 000015
【図１５】
2013231745.tif 000016
【図１０】
2013231745.tif 000017