CN101266338A - 图像显示装置及用于此的光学构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像显示装置，可切换定向显示/非定向显示，其具备图像形成部和显示模式切换用光学构件，光学构件具备：具有透光性的两个板状构件、配置于两个板状构件之间的规定折射率的透镜构件、充填于透镜构件和两个板状构件之间的折射率可变介质、调节折射率可变介质的折射率的折射率调节部，折射率调节部，为了设为定向显示模式，而将折射率可变介质的折射率设为与规定折射率不同的折射率，从而成为使光学构件具有透镜作用的第一使用状态，为了设为非定向显示模式，而使折射率可变介质的折射率与规定折射率相同，从而成为使光学构件作为不具备透镜作用的透光性板材而发挥作用的第二使用状态。由此可切换定向图像显示和非定向图像显示。

Description

图像显示装置及用于此的光学构件

技术领域

本发明涉及可切换定向图像显示和非定向图像显示的图像显示装置。

背景技术

目前，提案有在从多个方向观看时，对各观测方向显示不同图像(视频)(下面称作“定向图像显示”)的图像显示装置。作为定向图像显示装置，有通过对一个观察者的两眼入射不同的图像光来进行立体的图像显示的3D图像显示装置。另外，也有对两个观察者识别不同的图像的定向图像显示装置。这样的定向图像显示装置中，显示部具有的全像素中利用一半的像素显示第一图像，利用剩余的像素显示第二图像。而且，在显示部的近人侧(观察者侧)配置限制图像光的射出方向的光学构件(视差屏障及双凸透镜等)，只对一观测方向显示第一图像，并只是对另一观测方向显示第二图像(参照下记专利文献1)。

专利文献1：特开2006-106608号公报

在定向图像显示装置中，若切换定向显示模式和对任何观测方向都显示同一图像(称作“非定向图像显示”)的非定向显示模式则是方便的。但是，目前不知道由同一图像显示装置切换定向显示模式和非定向显示模式的装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可切换并执行定向图像显示和非定向图像显示的图像显示装置的技术。

本发明是为解决上述课题的至少一部分而构成的，其可作为以下的方式及应用例实现。

〔应用例1〕一种图像显示装置，可切换定向显示模式和非定向显示模式，所述定向显示模式在第一观测方向显示第一图像、在第二观测方向显示第二图像；所述非定向显示模式在所述第一观测方向和所述第二观测方向的双方显示同一图像，其特征在于，所述图像显示装置具备：图像形成部，其形成图像并射出显示所述图像的图像光；光学构件，其配置于所述图像形成部的射出侧，并用于显示模式的切换，所述光学构件，具备：两个板状构件，具有透光性；透镜构件，其配置于所述两个板状构件之间，具有规定的折射率；折射率可变介质，其填充于所述透镜构件和所述两个板状构件之间；折射率调节部，其用于调节所述折射率可变介质的折射率，所述折射率调节部，(i)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其成为与所述规定折射率不同的折射率，从而将所述光学构件设为具有透镜作用的第一使用状态；并且(ii)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述非定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其与所述规定折射率相同，从而将所述光学构件设为，没有所述透镜作用而起透光性板材功能的第二使用状态。

在应用例1的图像显示装置中，在定向显示模式下，折射率可变介质的折射率为与透镜构件的折射率不同的折射率，在光学构件上发挥透镜作用，因此，可在第一观测方向显示第一图像，可在第二观测方向显示第二图像。另外，在非定向显示模式下，由于折射率可变介质的折射率与透镜构件的折射率相同，故在光学构件上不发挥透镜作用，而作为一个透光性板材发挥功能，因此，可在任何观测方向显示同一图像。另外，在非定向显示模式下，可以以比定向显示模式高的分辨率进行图像显示。

〔应用例2〕一种图像显示装置，其在应用例1所述的图像显示装置中，所述透镜构件具有分别接触所述两个板状构件的两个接触面，并且所述两个接触面间的侧面部分由曲面构成，所述光学构件以如下方式构成：即在所述第一使用状态下，对于透过所述侧面部分的光，所述透镜作用发挥功能，并且对于透过所述两个接触面的任何一个的光，所述透镜作用不发挥功能。

通过作成这样的构成，与透镜构件不与两个板状构件的任一个接触的构成相比，可减少充填于透镜构件和两个板状构件之间的折射率可变介质的量，从而可抑制图像显示装置的制造成本的上升。另外，在定向显示模式下，利用透镜构件的侧面部分可发挥透镜作用，从而可进行定向图像显示。另外，虽然透镜作用不对两个接触面中的任一个透过的光作用，但可通过这两个接触面来限制透过的图像光的射出方向，从而可进行定向图像显示。

〔应用例3〕一种图像显示装置，其在应用例1或应用例2所述的图像显示装置中，所述折射率变化介质是液晶。

通过作成这样的构成，可通过改变液晶的折射率来切换定向显示模式和非定向显示模式。

〔应用例4〕一种图像显示装置，其在应用例1～应用例3中任一例所述的图像显示装置的基础上，所述透镜构件与所述两个板状构件中至少其中一个一体地形成。

通过作成这样的构成，可省去将透镜构件配置于两个板状构件之间的适当的位置的工序，从而可抑制图像显示装置的制造成本的上升。

另外，本发明可通过各种方式实现，例如也可以作为在图像显示装置中适用的光学构件实现。

附图说明

图1是表示作为本发明一实施例的图像显示装置的外观的说明图。

图2是示意性表示图1所示的图像显示装置1000的内部构成的框图。

图3是表示图像显示装置1000具备的控制部的概略构成的框图。

图4是表示定向显示模式下的图像显示装置1000的状态的说明图。

图5是示意性表示在定向显示模式下透过透镜构件210的图像光的说明图。

图6是表示非定向显示模式下的图像显示装置1000的状态的说明图。

图7是示意性表示在非定向显示模式下透过透镜构件210的图像光的说明图。

图8是表示第二实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。

图9是表示第三实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。

图10是表示第四实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。

图11是表示第五实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。

图中：10-第一驱动电路，11-CPU，12-用户接口处理部，13-操作面板，14-遥控，15-图像处理部，16-输入接口部，20-第二驱动电路，100-液晶显示部，111-上部偏振板，112-上部玻璃基板，113-彩色滤光器(カラ一フィルタ)层，114-液晶层，115-下部玻璃基板，116-下部偏振板，150-背光灯，160-控制部，200、200a～200d-液晶透镜，210-透镜构件，212、262、272、282-第一底面部(平面部)，213、214-第二底面部(平面部)，220-液晶层，230-上部玻璃板材，240-下部玻璃板材，260a～260c、270、280a～280d-透镜构件，1000-图像显示装置，FS-图像信号，MS-显示模式信号，SL1、SR1、SL2、SL1-图像光。

具体实施方式

下面，基于实施例，按以下顺序说明用于实施本发明的最佳方式。

A.第一实施例：

B.第二实施例：

C.第三实施例：

D.第四实施例：

E.第五实施例：

F.变形例：

A.第一实施例：

图1是表示作为本发明一实施例的图像显示装置的外观的说明图。该图像显示装置1000可作为能够立体观看的立体显示器发挥作用，另外，也可以作为通常的显示器(二维显示器)发挥作用。图像显示装置1000在作为立体显示器发挥作用时，通过在用户的左眼方向(第一观测方向)和右眼方向(第二观测方向)显示不同的图像的定向显示模式动作。另一方面，图像显示装置1000在作为二维显示器发挥作用时，通过在第一观测方向及第二观测方向任一方向都显示同一图像的非定向显示模式动作。

图2是示意性表示图1所示的图像显示装置1000的内部构成的框图。图像显示装置1000具备液晶显示部100、背光灯150、液晶透镜200、第一驱动电路10、第二驱动电路20、后述的控控制部(未图示)。液晶透镜200具备下部玻璃板材240、上部玻璃板材230、多个透镜构件210、多个液晶层220。两个玻璃板材230、240在表面具备透明电极(未图示)，且作为基板整体具有透光性。

透镜构件210由具有透光性的物质构成。作为透光性物质，可采用作为紫外线固化树脂的氨基甲酸酯(ゥレタンァクリレ一ト)等合成树脂及玻璃等折射率大致一定的物质。透镜构件210，也如图1所示，具有将在X轴方向并排柱面透镜而成的双凸透镜的前端部分削除的形状。各透镜构件210具有与上部玻璃板材230相接的第一底面部212、和与下部玻璃基板240相接的第二底面部214。另外，也将这些底面部212、214称作“平面部”。第一底面部212的大小例如可为第二平面部214的约30％程度。图2的例子中，液晶玻璃200所具备的透镜构件210的数量作为三个而描绘出，但实际上有多个透镜构件沿X轴方向并排配置(参照图1)。

液晶层220(图2)由充填于透镜构件210和上部玻璃板材230之间的液晶构成。该液晶通过根据两个玻璃板材230、240所具备的透明电极(省略图示)间的施加电压改变定向方向来改变折射率。具体而言，具有施加电压为0V时折射率为N1、施加电压为规定电压V1时折射率为N2(＞N1)的特性。这里，施加了规定的电压V1时的折射率N2与构成透镜构件210的透光性物质的折射率(N2)相同。另外，作为构成液晶层220的液晶，例如可采用三联苯类(タ一フェニル)液晶及二苯乙炔(トラン)类液晶等。而且，从这些多种液晶中选择在折射率变化范围内包含折射率N1、N2的光学特性的液晶。折射率为N2时的电压V1可通过试验求取并设定。

液晶显示部100，具备下部偏振部116、下部玻璃基板115、液晶层114、彩色滤光器层113、上部玻璃基板112、上部偏振板111，且具有将他们层叠的构成。在下部玻璃基板115上设有像素电极(省略图示)。另外，在上部玻璃基板112上设有公共电极(省略图示)。而且，在由这两个玻璃基板112、115夹着的液晶层114中，根据第一驱动电路10输出的驱动信号的变化(像素电极和各个电极之间的电压变化)改变液晶分子的定向。在此，第一驱动电路10基于从后述的控制部给予的图像信号FS生成驱动信号，将其输出向液晶显示部100，由此在液晶显示部100上显示图像。另外，在液晶显示部100上，将与各像素电极(省略图示)对应的Z轴方向的区域称作“像素”。图2的例子中，将六个像素(第一像素～第六像素)分别用虚线矩形表示，但实际上多个像素在X-Y平面上被阵列状配置。

图3是表示图像显示装置1000具备的控制部的概略构成的框图。该控制部160具备CPU11、用户接口(UI)处理部12、操作面板13、遥控器14、图像处理部15、输入接口部16。输入接口部16将从未图示的图像再生装置(DVD播放器及计算机等)输入的图像信号作为规定格式的图像数据交接给图像处理部15。在输入接口部16可输入立体显示用的图像信号(左眼用的第一图像和右眼用的第二图像的合成图像的图像信号)或通常显示用(二维显示用)的图像信号。图像处理部15对输入的图像数据进行再定尺寸或进行明亮度及对比度等的调节，之后将图像信号FS向第一驱动电路10输出。UI处理部12将从操作面板13及遥控器14输入的来自用户的指令传递给CPU11。而且，CPU11根据来自用户的指令控制图像处理部15及第二驱动电路20等。

在操作面板13及遥控器14上设有用于切换定向显示模式和非定向显示模式的显示模式切换开关(省略图示)。用户通过操作该显示模式切换开关(省略图示)，根据输入的图像的种类(立体显示用图像/通常显示用图像)可切换显示模式(指定)。当用户切换显示模式时，指定的显示模式的信息从UI处理部12通知给CPU11。然后，CPU11将表示所指定的显示模式的显示模式信号MS发送给第二驱动电路20。第二驱动电路20根据接收到的显示模式信号MS所表示的显示模式向两个玻璃板材230、240具备的透明电极(省略图示)输出驱动信号。具体而言，在定向显示模式的情况下，施加电压0V，在非定向显示模式的情况下，施加电压V1。

另外，上述的液晶显示部100相当于权利要求的图像形成部。另外，液晶透镜200相当于权利要求的光学构件，两个玻璃基板230、240相当于权利要求的两个板状构件，CPU11及第二驱动电路20相当于权利要求的折射率调节部。

图4是表示定向显示模式的图像显示装置1000的状态的说明图。另外，图4中将控制部160省略描绘。在定向显示模式下，在第一、三、五像素显示第一像素，在第二、四、六像素显示第二像素。此时，液晶层220的折射率被设定为N1。由于该折射率(N1)比透镜构件210的折射率(N2)小，故液晶透镜200为具有透镜作用的状态(有折射率的状态)。

图5是示意性表示在定向显示模式下透过透镜构件210的图像光的说明图。如上所述，透镜构件210具有削除了柱面透镜的前端部的形状，因此，侧面的曲面部分作为柱面透镜起作用。具体而言，透镜构件210在其曲面部分将自第三像素射出的图像光SL1折射，使第三像素表现的图像的成像点成为用户的左眼位置。同样，透镜构件210在其曲面部分使自第四像素射出的图像光SR1折射，使第四像素表现的图像的成像点成为用户的右眼位置。另外，图示省略，同样，第一像素及第五像素表现的图像的成像点成为左眼的位置，第二像素及第六像素表现的图像的成像点成为右眼的位置。如上所述，在第一、三、五像素上显示第一图像，在第二、四、六像素上显示第二图像，因此，第一图像映入用户的左眼，第二图像映入右眼。

在此，上部的第一底面部212具有作为柱面透镜的功能。但是，该第一底面部212恰如视差屏障的开口部而发挥功能。具体而言，例如自第三像素射出并透过第一底面部212的图像光SL2到达用户的左眼但未到达右眼。同样，自第四像素射出并透过第一底面部212的图像光SR2到达用户的右眼但未到达左眼。这样，各透镜构件210在位于其中央的平行平板状的底面部作为视差屏障的开口部起作用，另外，在两侧面的曲面部分作为双凸透镜起作用，由此实现定向显示模式。

图6是表示非定向显示模式下的图像显示装置1000的状态的说明图。非定向显示模式下，使用所有像素(第一像素～第六像素)显示一个图像(第三图像)。在上述的定向显示模式下，构成合成图像的两个图像分别由全像素的一半像素显示。与之相对，非定向显示模式下，使用全像素显示同一图像。这样，非定向显示模式下显示的通常显示用图像可通过定向显示模式下显示的立体显示用图像的二倍的析像度显示。

在非定向显示模式下，液晶层220的折射率被设定为与透镜构件210的折射率相同的值(N2)。其结果是，液晶透镜200成为光学上看做一片透光性板材的状态。

图7是示意性表示非定向显示模式下透过透镜构件210的图像光的说明图。如上所述，非定向显示模式下，液晶透镜200可看做是一片透光性板材。因此，自第三像素及第四像素射出的图像光都到达用户的两眼。因此，用户可将在液晶显示部100显示的较高析像度的图像作为本来的该析像度的图像进行观察。

如以上所说明，图像显示装置1000中，通过将液晶层220的折射率设定为与透镜构件210的折射率相同的值，可成为将液晶透镜200看做一片透光性板材的状态，由此可实现非定向显示模式。另一方面，通过将液晶层220的折射率设定为与透镜构件210的折射率不同的值，可成为使液晶透镜200具有透镜作用的状态，由此可实现定向显示模式。另外，在液晶透镜200上，透镜构件210与两个玻璃板材230、240面接触，因此，与未与任何玻璃板材230、240接触的构成相比，可减少液晶层220中的液晶量。因此，可抑制图像显示装置1000的制造成本的上升。

B.第二实施例：

图8是表示第二实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。该液晶透镜200a的透镜构件260的形状与液晶透镜200(图2)不同，其他构成与第一实施例相同。第二实施例的透镜构件260具有削除沿Y轴方向延伸的菲涅耳透镜的中央前端部分并设置底面部262的形状。该第一底面部262与上部玻璃板材230相接。该第二实施例的液晶透镜200a也具有与第一实施例的液晶透镜200相同的效果。

C.第三实施例：

图9是表示第三实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。该液晶透镜200b的透镜构件270的形状与第一实施例的液晶透镜200(图1)不同，其他构成与第一实施例相同。另外，图9中，为便于说明，表示自用户侧透过上部透镜板材230看到的液晶透镜200b。第三实施例的透镜构件270具有削除小透镜在X-Y平面阵列状配置而成的所谓蝇眼(ハェの目)透镜的前端部分并设置第一底面部272的形状。第一底面部272与上部玻璃板材230相接。该第三实施例的液晶透镜200b也具有与第一实施例的液晶透镜200大致相同的效果。

D.第四实施例：

图10是表示第四实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。该液晶透镜200c在由透镜构件210及液晶层220构成的部分在Z轴方向相反这一点上与第一实施例的液晶透镜200(图2)不同，其他构成与第一实施例相同。该第四实施例的液晶透镜200c也具有与第一实施例的液晶透镜200相同的效果。

E.第五实施例：

图11是表示第五实施例的液晶透镜的概略构成的说明图。该液晶透镜200d在透镜构件280的形状和液晶层220的形状方面与第一实施例的液晶透镜200(图2)不同，其他构成与第一实施例相同。第五实施例的透镜构件280具有削除沿Y轴方向延伸的凹透镜的周围的前端部分并设置了第二底面部213的形状。换言之，是将相当于第一实施例的液晶层220的部分代换为透镜构件280，另外将相当于第一实施例的透镜构件210的部分代换为液晶层220的构成。

这样的构成中，构成液晶层220的液晶在施加电压为规定的电压V1时，折射率为N2，在施加电压为规定的电压V3时，折射率为大于N2的N3。另外，液晶的折射率为N3时的电压V3可通过试验决定并设定。在本实施例中，第二驱动电路20施加的电压与第一实施例的不同。具体而言，第二驱动电路20在定向显示模式的情况下施加电压V3，在非定向显示模式的情况下施加电压V2。

通过作成这样的构成，在定向显示模式的情况下，液晶层220的折射率为N3，比周围的透镜构件280的折射率(N2)大。因此，液晶层220在具有其两面侧的曲面的部分作为柱面透镜起作用，另外，在与上部透镜板材230相接的上部的底面部282，作为视差屏障(パララックスバリバリァ)的开口部起作用，由此实现定向显示模式。另一方面，在非定向模式的情况下，液晶层220的折射率为N2，与周围的透镜构件280的折射率相同。因此，与第一实施例相同，液晶层200d成为被看做一片透光性板材的状态，实现非定向显示模式。通过这样的构成，第五实施例的液晶透镜200d也具有与第一实施例的液晶透镜200大致相同的效果。

F.变形例：

另外，上述各实施例的构成要素中的由独立的权利要求所要求保护的要素以外的要素是附加的要素，可适宜省略。另外，本发明不限于上述的实施例及实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以以各种方式实施，例如也可以进行如下的变形。

F1.变形例1：

上述的各实施例的图像显示装置1000虽然具有立体显示器的功能，但本发明可适用于具有对多个用户显示分别不同的二维图像的显示器的功能的图像显示装置。即，也可以以面向第一用户的方向为第一观测方向、以面向第二用户的方向为第二观测方向，对每个观测方向显示不同的图像。即使是这样的构成，在定向显示模式下，也可以对各用户显示分别不同的图像，并且在非定向显示模式下，可以以比定向显示模式高的析像度来显示图像(二维图像)。

F2.变形例2：

上述的各实施例中，透镜构件与上部玻璃板材230和下部玻璃板材240分别面接触，但也可以取而代之如下构成，即，只是与这两个玻璃板材230、240的任一个面接触，通过点与另一个玻璃基板接触。另外，也可以是只与两个玻璃板材230、240中的任一个面接触，与另一个不接触的构成。该构成中，也可以在各透镜构件上不设置底面部。这些构成中，也可以实现定向显示模式和非定向显示模式这两模式。从以上的实施例及变形例可理解，透镜构件在两个玻璃板材230、240之间可设于任意的位置。

F3.变形例3：

上述的各实施例中，透镜构件为与上部玻璃板材230及下部玻璃板材240分体形成的构成，但也可以为与上部玻璃板材230和下部玻璃板材240中的至少一个一体形成的构成。通过作成这样的构成，可省去将透镜构件在两个玻璃板材230、240之间配置在适宜的位置的工序，从而可抑制图像显示装置1000的制造成本的上升。

F4.变形例4：

上述的各实施例中，使用了液晶作为折射率变化的介质，但不限于液晶，可使用折射率可变的任意的介质。具体而言，也可以使用PLZT(leadlanthanum zirconate titanate)等。

F5.变形例5：

上述的各实施例中，透镜构件的形状为近似于柱面透镜的形状、或近似于沿Y轴方向延伸的菲涅耳透镜的形状、或者近似于沿Y轴方向延伸的凹透镜的形状，但不限于这些形状，可采用任意形状的透镜。

Claims (5)

1、一种图像显示装置，可切换定向显示模式和非定向显示模式，所述定向显示模式在第一观测方向显示第一图像、在第二观测方向显示第二图像；所述非定向显示模式在所述第一观测方向和所述第二观测方向的双方显示同一图像，其特征在于，

所述图像显示装置具备：

图像形成部，其形成图像并射出显示所述图像的图像光；

光学构件，其配置于所述图像形成部的射出侧，并用于显示模式的切换，

所述光学构件，具备：

两个板状构件，具有透光性；

透镜构件，其配置于所述两个板状构件之间，具有规定的折射率；

折射率可变介质，其填充于所述透镜构件和所述两个板状构件之间；

折射率调节部，其用于调节所述折射率可变介质的折射率，

所述折射率调节部，

(i)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其成为与所述规定折射率不同的折射率，从而将所述光学构件设为具有透镜作用的第一使用状态；并且

(ii)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述非定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其与所述规定折射率相同，从而将所述光学构件设为，没有所述透镜作用而起透光性板材功能的第二使用状态。

2、如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜构件具有分别接触所述两个板状构件的两个接触面，并且所述两个接触面间的侧面部分由曲面构成，

所述光学构件以如下方式构成：即在所述第一使用状态下，对于透过所述侧面部分的光，所述透镜作用发挥功能，并且对于透过所述两个接触面的任何一个的光，所述透镜作用不发挥功能。

3、如权利要求1或2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述折射率变化介质是液晶。

4、如权利要求1～3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜构件与所述两个板状构件中至少其中一个一体地形成。

5、一种光学构件，用于在可切换定向显示模式和非定向显示模式的图像显示装置中进行显示模式的切换，其中所述定向显示模式在第一观测方向显示第一图像、在第二观测方向显示第二图像；所述非定向显示模式在所述第一观测方向和所述第二观测方向这双方显示同一图像，其特征在于，

所述光学构件，具备：

两个板状构件，具有透光性；

透镜构件，其配置于所述两个板状构件之间，具有规定的折射率；

折射率可变介质，其填充于所述透镜构件和所述两个板状构件之间；

折射率调节部，其用于调节所述折射率可变介质的折射率，

所述折射率调节部，

(i)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其成为与所述规定折射率不同的折射率，从而将所述光学构件设为具有透镜作用的第一使用状态；并且

(ii)为了将所述图像显示装置的显示模式设为所述非定向显示模式，通过调节所述折射率可变介质的折射率使其与所述规定折射率相同，从而将所述光学构件设为，没有所述透镜作用而起透光性板材功能的第二使用状态。

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