JP2007057855A - 画像表示モジュール及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 視野角制御用のルーバーや液晶フィルターを用いずに所定観察領域での画像視認が可能になり、また、所定観察領域での画像視認と不特定領域での画像視認とを切り替えることができる画像表示モジュール及び画像表示装置を提供する。
【構成】 モニタ２０Ａは、カラー帯状光源３０と液晶表示パネル２１と液体レンズ（レンズ群）２２とから成る。前記液晶表示パネル２１はカラーフィルタを備えたフルカラーの透過型の液晶である。カラー帯状光源３０は、上記液晶表示パネル２１の画素並びに対応して、各色用の光源部を有する。各シリンドリカルレンズ３１ａは光源部３０ａの出射光を平行光化して各画素に導く。液体レンズ２２は、凸レンズ（集光レンズ）から凹レンズ（拡散レンズ）へと連続的に変化可能であり、画像の照射領域（視野角度）を任意に変える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、所定観察領域での画像視認が可能な画像表示モジュール及び画像表示装置に関する。

液晶ディスプレイは視野角の狭さが課題の一つであったが、その課題も近年解決されるに至り、ＣＲＴと比較しても遜色のないほど広視野角になった。その一方、モバイル化（ノートＰＣ、携帯電話等）に伴うパーソナルユースに対しては、プライバシーの保護の観点から、逆に狭い視野角のディスプレイが好まれる。さらに、今後のユビキタス化に伴うディスプレイのパーソナルユースとグループユース両立の要請により、広視野角と狭視野角のスイッチングが可能な視野角可変ディスプレイの実現が望まれている。

従来の視野角制御技術の一つとして、シール型視野角制御技術である「ライトコントロールフィルム」と呼ばれるデバイスが知られている。このデバイスはマイクロルーバーフィルムをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのフィルムでラミネートした構造を有する。不要光をルーバーで遮光することで、透過光の方向と可視角度をコントロールできる。ルーバー構造を備えてはいるが膜厚は薄いため、表示装置内または前面への装着が容易で、画面のサイズに合わせた製作も可能である。

また、従来の狭視野角化技術として、液晶フィルター型視野角制御技術が挙げられる。この技術は、内部に注入した液晶に電圧を印加して液晶分子の配列を変化させ、遮光により透過光の制御を行う。横方向の視野角を制御する場合、液晶分子がすべて同じ配向方向だと、左右のうち片方の視野角しか制御できない。そこで、左側から見たときの視野角を制御する液晶と右側から見たときの視野角を制御する液晶を「市松模様」状に並べた構造としている。このフィルターをディスプレイの表面に張り、液晶駆動電圧を印加することで視野角を制御できる。さらに、印加電圧を調整することで希望する大きさの視野角を発生させることができる。また、左視野角制御液晶・右視野角制御液晶の配置は自由であるため、左右の斜め方向からだけ確認できる固定パターン（ロゴや商標、意匠など）を表示することもできる。

なお、カラーフィルタ（カラー線光源）で画像を分離する立体映像表示装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平０８−１９４１９０号公報

しかしながら、前記視野角制御用のルーバーでは、視野角を可変とすることはできない。また、前記液晶フィルターでは、左側から見たときと右側から見たときの遮光領域が混在しているため、十分な遮光ができない。

この発明は、上記の事情に鑑み、前記視野角制御用のルーバーや液晶フィルターを用いずに所定観察領域での画像視認を可能とすること、更には、所定観察領域での画像視認と不特定領域での画像視認とを切り替えることができる画像表示モジュール及びこの画像表示モジュールを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の画像表示モジュールは、上記の課題を解決するために、画素が配列された透過型の画像表示パネルと、前記画素の配列に１対１又は１対Ｘ（０＜Ｘ＜１又は１＜Ｘであって、各画素へ光を略均一に供給できる妥当な値である）で対応させて配置された微小な光源部を有する光源と、前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を屈折させて所定観察領域に導くレンズ群と、を備えたことを特徴とする（以下、この項において第１構成という）。

上記の構成であれば、前記視野角制御用のルーバーや液晶フィルターを用いずに所定観察領域での画像視認が可能となる。

上記第１構成において、前記レンズ群の各レンズは、通電によって変形する液体レンズから成り、第１の形状状態では前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を前記所定観察領域に導く一方、第２の形状状態では前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を不特定領域に導くことするのがよい（以下、この項において第２構成という）。

かかる構成であれば、所定観察領域での画像視認と不特定領域での画像視認とを切り替えることができる。

前記第２構成において、対応する各画素と各光源部とを結ぶ線は互いに平行であり、前記レンズ群の各レンズは、前記第１の形状状態では互いに異なる曲率半径及び曲率中心オフセットを有するように通電制御されることとしてもよい。また、前記第２構成において、対応する各画素と各光源部とを結ぶ線は前記所定観察位置で交わり、前記レンズ群の各レンズは、前記第１の形状状態では互いに同一の曲率半径及び曲率中心オフセット（オフセット０を含む）を有するように通電制御されることとしてもよい。

前記第１構成において、通電によって光の透過と拡散を切り替える光拡散手段を、前記光源の光出射側から前記画像表示パネルの表側までの任意の位置に備え、前記拡散の状態では前記光線が前記不特定領域に導かれ、前記透過の状態では前記光線が前記所定観察領域に導かれることとしてもよい（以下、この項において第３構成という）。

前記第２構成又はこれに従属する構成又は前記第３構成において、前記光線が前記不特定領域に導かれるときの前記光源への供給電力よりも、前記光線が前記所定観察領域に導かれるときの前記光源への供給電力を少なくすることとしてもよい。

これら構成の画像表示モジュールにおいて、前記画像表示パネルはフルカラー画像を表示するために３色の画素が配列されて成り、前記光源部は、前記画像表示パネルの前記画素の色配列に対応した色配列を有する３色の点又は帯状の色光源部であり、前記色光源部は前記画素の配列に１対１で対応して配列されていることとしてもよい。或いは、これら構成の画像表示モジュールにおいて、前記光源部は白色光を出射する光源部であってもよい。

前記第１構成において、前記光源は全反射領域を有する導光板と発光部とから成り、前記導光板はその全反射領域上に前記光源部となる非全反射部を有しており、更に導光板と白色発光部とから成る第２の光源を前記光源の裏面側に設け、前記第２の光源が発光すると、その白色光が前記光源の導光板の全反射領域を通って前記画素に導かれるようにしてもよい。また、かかる構成において、前記第２の光源は前記光源と同一の構造を有し、且つ、互いに前記非全反射部の位置をずらして配置されていてもよい。

これら構成の画像表示モジュールにおいて、各光源部から出射された光を各画素に導く第２のレンズ群を備えていてもよい。

また、この発明の画像表示モジュールは、自発光型の画素が配列された画像表示パネルと、前記画素から出射される光線を屈折させて所定観察領域に導くように前記画像表示パネルの表面側に設けられたレンズ群と、を備えたことを特徴とする（以下、この項において第４構成という）。

かかる構成であれば、前記視野角制御用のルーバーや液晶フィルターを用いずに所定観察領域での画像視認が可能となる。

前記第４構成において、前記レンズ群の各レンズは、通電によって変形する液体レンズから成り、第１の形状状態では前記画素から出射される光線を前記所定観察領域に導く一方、第２の形状状態では前記画素から出射される光線を不特定領域に導くこととしてもよい（以下、この項において第５構成という）。

前記第４構成において、通電によって光の透過と拡散を切り替える光拡散手段を、前記光源の光出射側から前記画像表示パネルの表側までの任意の位置に備え、前記拡散の状態では前記光線が前記不特定領域に導かれ、前記透過の状態では前記光線が前記所定観察領域に導かれることとしてもよい（以下、この項において第６構成という）。

前記第５構成又は第６構成において、前記光線が前記不特定領域に導かれるときの前記画像表示パネルへの供給電力よりも、前記光線が前記所定観察領域に導かれるときの前記画像表示パネルへの供給電力を少なくしてもよい。

これら構成の画像表示モジュールにおいて、前記所定観察領域を前記画像表示パネルからみて正面位置としてもよい。また、前記微小な色光源又は色光透過領域は、点状又は帯状であってもよい。

また、この発明の画像表示装置は、上述したいずれかの画像表示モジュールと、通信手段又は放送受信手段又は画像再生手段によって得られた画像を前記画像表示モジュールに表示させる手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、視野角制御用のルーバーや液晶フィルターを用いずに所定観察領域での画像視認が可能になる。また、所定観察領域での画像視認と不特定領域での画像視認とを切り替えることができる。

以下、この発明の実施形態を図１乃至図１９に基づいて説明していく。なお、以下には通信環境を備えたパーソナルコンピュータを例示するが、携帯電話などの携帯機器についても同様に本願の画像表示装置として構成できる。

図１８にパーソナルコンピュータのアーキテクチャの一例を示す。ＣＰＵ１は、システムコントロール機能を持つノースブリッジ２とＰＣＩバスやＩＳＡバスなどのインタフェース機能を持つサウスブリッジ３に接続される。ノースブリッジ２には、メモリ４や、ＡＧＰ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｏｒｔ）を介してビデオカード５が接続される。そして、サウスブリッジ３には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェース６、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）７、及びＤＶＤ装置８等が接続される。

図１９に一般的なビデオカード５を示す。ＶＲＡＭ（ビデオメモリ）コントローラ５ｂはＡＧＰを介してＣＰＵ１からの命令で描画データのＶＲＡＭ５ａへの書き込み・読み込みの制御を行う。ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）５ｃはＶＲＡＭコントローラ５ｂからのディジタル画像データをアナログ画像信号に変換し、この画像信号をビデオバッファ５ｄを介してパソコン用のモニタ２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）に供給する。パソコン用のモニタ２０が本願の画像表示モジュールに相当する。パーソナルコンピュータは、ネット接続環境を備え、インターネット上のサーバなどとして構成される送信側装置からファイル（例えば、文書ファイル、メール、ＨＴＭＬファイル、ＸＭＬファイル、ＭＰＥＧファイルなど）を受信することができる。

図１はモニタ２０Ａを表している。モニタ２０Ａは、カラー帯状光源３０と液晶表示パネル２１と液体レンズ（レンズ群）２２とから成る。前記液晶表示パネル２１はカラーフィルタを備えたフルカラーの透過型の液晶であり、例えば縦ラインに同一色の画素が並んでいる。そして、水平方向にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），Ｒ，Ｇ，Ｂ，・・・のごとく色画素が並んでいる。

カラー帯状光源３０は、上記液晶表示パネル２１の画素並びに対応して、縦ラインに同一色の光源部（例えば、帯状のＥＬ（エレクトロルミネッセント）発光素子）３０ａを有する。そして、前記光源部３０ａは、水平方向にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），Ｒ，Ｇ，Ｂ，・・・のごとく並んでいる（例えば、各色光を出射するＥＬ発光素子を用いる）。また、カラー帯状光源３０は、光源部３０ａの配置ピッチと同ピッチで配置されたシリンドリカルレンズ３１ａから成るレンチキュラレンズ３１を備えている。各シリンドリカルレンズ３１ａは光源部３０ａの出射光を平行光化して各画素に導く。なお、各光源部３０ａの出射光が隣のシリンドリカルレンズ３１ａに入射しないように、例えば、隣り合う光源部３０ａの間に壁（例えば、山型の壁とし、その壁面をミラー面としてもよい）を形成してもよい。また、カラー帯状光源３０は白色バックライトにカラーフィルタを備えることで上記のごとく各色の光源部３０ａが形成されたものでもよい。なお、レンチキュラレンズ３１は無くてもよい（この場合、光利用効率は低下する）。また、レンチキュラレンズ３１を無くすとともに、カラー帯状光源と液晶表示パネル２１との間に液体レンズ２２を配置してもよい。また、光源部は白色光を出射してもよい。

液晶表示パネル２１は、入射側偏光板２１ａと、ガラス板２１ｂと、画素電極部２１ｃと、液晶層２１ｄと、透明共通電極２１ｅと、出射側偏光板２１ｆとから成る。そして、この実施形態では、透明共通電極２１ｅと出射側偏光板２１ｆとの間に液体レンズ２２を備えている。

液体レンズ２２はいわゆる焦点可変液体レンズである。2004年のCeBIT （ハノーヴァー ドイツ）において、ロイヤル・フィリップス・エレクトロニクス社（以下フィリップス社）により焦点可変液体レンズを搭載した「FluidFocusシステム」が出展された。機械的に動く部品を使用せず、形状の変化によって焦点移動できる特長を持つ撮像レンズ系である。

焦点可変液体レンズの原理図を図２に示す。焦点可変液体レンズは、図２に示すように、円筒に注入された伝導性水性溶液１０１および非伝導性オイル１０２によって構成される。疎水性コーティングを壁体１０３の内壁および上面（底面でも良い）に施しているため、図２（ａ）に示すように、水性溶液１０１が壁体１０３に接触せず半球状になる。内壁の疎水性コーティングの外側には絶縁層１０４を備え、さらにその外側には電極１０５を備える。図２（ｂ）に示すように、電極１０５と伝導性水性溶液との間に電位差を与えることで、電気的誘導による表面張力変化を誘起できる。この結果、水性溶液１０１が内壁をぬらし始め、２つの液体間にできる凹凸レンズの曲率半径が変化する。電圧を上げると、最初に凸レンズだった表面を完全平面（レンズ効果なし）や凹状に制御できる。

図３にストリングレンズアレイ（String Lens Array ）として構成された液体レンズ２２を示す。各ストリングレンズ２２ａは、幅を画素ピッチ、奥行きを液晶パネル縦方向長さと同等とした箱の中に前記伝導性水性溶液および非伝導性オイルを注入して構成される。このストリングレンズを横方向に画素数だけアレイ配置してストリングレンズアレイとする。図１に示した構成では、液晶表示パネル２１の出射側ガラスに置き換えて液体レンズ２２（ストリングレンズアレイ）を配置しており、各画素からの出射光線を縦ラインごとに独立して屈折制御することができるようになっている。また、隣接する画素からの不要光を避けるために、ストリングレンズ２２ａの側面の電極は遮光板（反射板）を兼ねている。

なお、フィリップス社の焦点可変液体レンズは外形が円形であるため長方形の各画素に対応して配置すると光利用率効率が低下してしまう。この実施形態では横方向のみの視野角制御に特化した上記液体レンズ２２（ストリングレンズアレイ）を新規に設計した。

前記液体レンズ２２は、凸レンズ（集光レンズ）から凹レンズ（拡散レンズ）へと連続的に変化可能であるため、画像の照射領域を任意に変えることができる。つまり、液体レンズ２２を液晶表示パネル２１の前面に配置すれば、各画素出射光の照射領域を自由に変化できることになり、視野角を制御できる。凸レンズ（集光レンズ）状態を図１（ａ）に示し、凹レンズ（拡散レンズ）状態を図１（ｂ）に示す。液晶表示パネル２１上の画像に対する拡散の作用は、凹レンズの状態に限らず、非レンズ状態（平坦状態）を形成することでも得られる。以下、集光レンズ状態であって後述するごとく視点位置に光線を集める状態を第１の形状状態といい、拡散レンズ状態或いは非レンズ状態などであって不特定位置に光線を導く状態を第２の形状状態という。

ユーザーは、図１（ａ）に示す状態において、液晶表示パネル２１の正面に位置するとき、液晶表示パネル２１に表示された画像を見ることができるが、ユーザーの隣に位置する者は、液晶表示パネル２１に表示された画像を見ることができない。このことは、例えばプライバシーモードでの画像表示状態となる。一方、図１（ｂ）の状態においては、液晶表示パネル２１に表示された画像は不特定の位置で見られることになる。このことは、例えばグループユースモードでの画像表示状態となる。ユーザーは、パーソナルコンピュータの使用状況に応じて図示しないスイッチ（物理的なスイッチ或いは画面に表示されたソフトスイッチ）をＯＮ／ＯＦＦし、例えばプライバシーモードでの画像表示とグループユースモードでの画像表示を選択することになる。

図１に示す構成例では、画素ピッチと光源部ピッチとを同じとしている。このため、図４に示すように、液晶表示パネル２１の周囲側の画像による光線ほど曲げられる度合いを高くする必要がある。このため、各ストリングレンズ２２ａの左右側壁の電極１０５を独立させてそれぞれに電位を与えることができるようにし、それぞれ異なる電位を与える。異なる電位を与えることで、端側のストリングレンズ２２ａにおける曲率半径及び曲率中心横方向のオフセットを制御することが可能になる。以下に一例を示す。ここで、液晶表示パネル２１はノートパソコン用の１５インチサイズとし、観察者と液晶表示パネル２１との距離は例えばノートパソコン使用時の実測値とする。そして、照射領域横方向サイズ（映像到達範囲）は平均眼間距離６５mmの２倍以上である１５０mmとした。この条件設定の下、端側のストリングレンズ２２ａにおける曲率半径は０．３６５ｍｍ、曲率中心横方向のオフセットは０．１４ｍｍとなった。ちなみち、中央側のストリングレンズ２２ａにおける曲率半径は０．２１０ｍｍ、曲率中心横方向のオフセットは０．００ｍｍである。なお、曲率を任意に制御することで、拡散度合いを調整することが可能である。

図５は、モニタ２０Ａを簡略的に示すとともに、モニタ２０Ａと視点位置（観察位置）との関係を示している。液体レンズ２２の各レンズ（ストリングレンズ２２ａ）については、簡略的に曲率等を同じにして示している。以下に示される図６乃至図８においても、液体レンズ２２の各レンズ（ストリングレンズ２２ａ）の曲率を同じにして示している。

図６はモニタ２０Ｂと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｂは、カラー帯状光源３２と、このカラー帯状光源３２の光出射側に配置された液晶表示パネル２１と、この液晶表示パネル２１の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成る。カラー帯状光源３２は、例えば、各光源部として各色光を出射する面発光レーザーを備えており、その光指向性の高さを利用すべくレンチキュラレンズは特に備えない構成としている。勿論、カラー帯状光源３２の光出射側にレンチキュラレンズを備えてもよい。また、液体レンズ２２をカラー帯状光源３２の光出射側に配置してもよい。

図７はモニタ２０Ｃと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｃは、帯状光源３３と、この帯状光源３３の光出射側に配置された液晶表示パネル２１と、この液晶表示パネル２１の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成る。帯状光源３３は、白色発光部（白色蛍光灯、白色又は３原色光を出射するＬＥＤ等）３３ａと表裏両面が反射面（全反射面又は金属蒸着等による反射面）である導光板３３ｂとから成る。前記導光板３３ｂの表側の反射面上には非反射部（光源部）３３ｃが縦方向に帯状に形成されている。この非反射部３３ｃは凸形状に限らず、凹形状部或いは粗面（微小凹凸面）などでもよい。また、前記非反射部３３ｃは前記液晶表示パネル２１の前記画素の配列ピッチと同ピッチで形成されている。

なお、前記白色発光部３３ａに代えて紫外光を出射するランプやＬＥＤ等を設けてもよい。この場合、前記非反射部３３ｃには紫外光を受けて白色光を出射する物質（蛍光体やフォトルミネッセント体等）を形成しておけばよい。また、紫外光を受けて赤色光と緑色光と青色光をそれぞれ出射する物質（蛍光体やフォトルミネッセント体等）を順繰りに前記非反射部３３ｃに形成することにより、カラー帯状光源とすることが可能である。

図８はモニタ２０Ｄと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｄは、帯状光源３３とレンチキュラレンズ３１と液晶表示パネル２１と液体レンズ２２とから成る。図７との相違点は、帯状光源３３の光出射側にレンチキュラレンズ３１を追加した点である。レンチキュラレンズ３１における各シリンドリカルレンズ３１ａは前記非反射部３３ｃから出射される光を各画素に導く。モニタ２０Ｄにおいても、モニタ２０Ｃと同様、帯状光源３３をカラー帯状光源とすることが可能である。

以上説明したモニタ２０Ａ乃至モニタ２０Ｄにおいては、画素ピッチと帯状光源部ピッチとが同じであり、液体レンズ２２においては、視点位置（所定観察領域）に画像を導くときには、先に述べたごとく、中央のレンズ曲率と端側のレンズ曲率とが異なるように制御される。

以下に説明するモニタ２０Ｅ，モニタ２０Ｆ，モニタ２０Ｇ，モニタ２０Ｈにおいては、画素ピッチと光源部ピッチとは同じでない。対応する画素と帯状光源部とを結ぶ線が視点位置に集まるように、画素ピッチと帯状光源部ピッチとに幾分の相違（ずらし）を与えている。また、液体レンズ２２においては、視点位置（所定観察領域）に画像を導くときにも、全てのレンズ曲率を同じにすれば足りる。従って、この場合の液体レンズ２２においては、各ストリングレンズ２２ａの左右側壁の電極１０５を独立させる構成を用いる必要はない。

図９はモニタ２０Ｅと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｅは、カラー帯状光源３０′と、カラー帯状光源３０′の光出射側に配置されたレンチキュラレンズ３１′と、このレンチキュラレンズ３１′の光出射側に配置された液晶表示パネル２１と、この液晶表示パネル２１の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成る。カラー帯状光源３０′及びレンチキュラレンズ３１′はカラー帯状光源３０及びレンチキュラレンズ３１と同様に構成されたものであるが、各光源部３０ａ及び各シリンドリカルレンズの配置ピッチにおいて相違しているものである。レンチキュラレンズ３１′における各シリンドリカルレンズは、カラー帯状光源３０′における各光源部３０ａから出射される光を各画素に導く。液体レンズ２２における各レンズ部は、各光源部３０ａと各画素とを結ぶ線上に位置するように、その配置間隔が設定されている。

図１０はモニタ２０Ｆと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｆは、帯状光源３３′と、この帯状光源３３′の光出射側に配置された液体レンズ２２と、この液体レンズ２２の光出射側に配置された液晶表示パネル２１とから成る。帯状光源３３′は帯状光源３３と同様に構成されたものであるが、各光源部の配置ピッチにおいて相違しているものである。液体レンズ２２における各レンズ部は、第１の形状状態において、帯状光源３３′における各光源部から出射される光線を所定観察領域（視点位置）に導く。モニタ２０Ｆにおいても、モニタ２０Ｃと同様、帯状光源３３′をカラー帯状光源とすることが可能である。

図１１はモニタ２０Ｇと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｇは、第１の帯状光源３４と、この第１の帯状光源３４の裏面側に配置された第２の帯状光源３５と、第１の帯状光源３４の表面側に配置された液体レンズ２２と、液体レンズ２２の光出射側に配置された液晶表示パネル２１とから成る。第１の帯状光源３４は帯状光源３３′と同じ構成を有する。液体レンズ２２における各レンズ部の配置ピッチは、第１の形状状態において第１の帯状光源３４における各帯状光源部から出射される光線を所定観察領域（視点位置）に導くように設定されている。

第１の帯状光源３４と第２の帯状光源３５とは、それらの各帯状光源部が互いにずれるように配置される。第２の帯状光源３５が点灯すると、その各帯状光源部から白色光が出射される。この白色光は第１の帯状光源３４の導光板の裏面に入射する。裏面方向から入射された白色光は全反射されることなく前記全反射面から出射されることになる。すなわち、第２の帯状光源３５が点灯すると、第１の帯状光源３４の全体から白色光が出射されることになり、液晶表示パネル２１に表示された画像が不特定方向に導かれることになる。この状態は、例えば、グループユースモードでの画像表示状態となる。モニタ２０Ｆにおいても、モニタ２０Ｃと同様、第１の帯状光源３４をカラー帯状光源とすることが可能である。その一方、第２の帯状光源３５については白色光源としておく。また、第２の帯状光源３５については一般的な液晶表示パネル用のバックライトを用いることができる。

図１２はモニタ２０Ｈと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｈは、カラー帯状光源３２′と、このカラー帯状光源３２′の光出射側に配置されたレンチキュラレンズ３１′と、このレンチキュラレンズ３１′の光出射側に配置された液晶表示パネル２１と、この液晶表示パネル２１の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成る。カラー帯状光源３２′は、カラー帯状光源３２と同様の構成を有するが、各光源部の配置ピッチにおいて相違しており、各光源部と各画素とを結ぶ線が視点位置に集まるように設定される。レンチキュラレンズ３１′の各シリンドリカルレンズは各光源部から出射される光線を各画素に導く。液体レンズ２２における各レンズ部は、第１の形状状態において、カラー帯状光源３２′における各帯状光源部から出射される光線を所定観察領域（視点位置）に導く。

以上説明した各モニタ２０は、透過型の液晶表示パネルを備え、バックライトとして帯状光源を配置したものであるが、以下に述べるように、自発光型の画像表示パネル（例えば、ＥＬ表示素子など）に液体レンズ２２を適用して視野角制御を行うこともできる。

図１３は、自発光型の画像表示パネル２５と、この画像表示パネル２５の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成るモニタ２０Ｉを簡略的に示した説明図である。画像表示パネル２５の縦配列画素群と液体レンズ２２の各レンズ部（各ストリングレンズ２２ａ）とは、これまで説明してきた他のモニタと同様、１対１で対応する。また、この場合の液体レンズ２２においては、視点位置（所定観察領域）に画像を導くときには（第１の形状状態のとき）、中央のレンズ曲率等と端側のレンズ曲率等とが異なるように制御される。

図１３（ａ）及び（ｂ）ともに第１の形状状態のときを現している。液体レンズ２２の各レンズ部から出射される光線は、同図（ａ）のごとく一旦交差させてもよいし、同図（ｂ）のごとく交差させないでもよい。

図１４は、自発光型の画像表示パネル２５と、この画像表示パネル２５の光出射側に配置されたレンチキュラレンズ３１と、このレンチキュラレンズ３１の光出射側に配置された分散型液晶パネル（拡散手段）２６とから成るモニタ２０Ｊを示した説明図である。レンチキュラレンズ３１の各シリンドリカルレンズは、画像表示パネル２５の各色画素から出射される色光線を視点位置に導く。分散型液晶パネル２６は、光を拡散する状態と光を透過する状態とが通電のＯＮ／ＯＦＦによって切り替わる。分散型液晶パネル２６が光透過状態であるとき、上述したごとく、各色画素から出射される色光線は視点位置に導かれる。一方、分散型液晶パネル２６が光拡散状態であるとき、画像表示パネル２５の各色画素から出射される色光線は分散型液晶パネル２６によって拡散されて四方に導かれることになる。このため、画像表示パネル２５に表示された画像は不特定の位置で見られることになる。なお、この実施形態では、分散型液晶パネル２６を画像表示パネル２５に極力近接させて配置している。

図１５は、自発光型の画像表示パネル２５と、この画像表示パネル２５の光出射側に配置されたレンチキュラレンズ３１と、このレンチキュラレンズ３１と前記画像表示パネル２５との間に配置された分散型液晶パネル（拡散手段）２６とから成るモニタ２０Ｋを示した説明図である。レンチキュラレンズ３１の各シリンドリカルレンズは、画像表示パネル２５の各色画素から出射される色光線を視点位置に導く。分散型液晶パネル２６が光透過状態であるとき、上述したごとく、各色画素から出射される色光線は視点位置に導かれる。一方、分散型液晶パネル２６が光拡散状態であるとき、画像表示パネル２５の各色画素から出射される色光線は分散型液晶パネル２６によって拡散されて四方に導かれることになる。このため、画像表示パネル２５に表示された画像は不特定の位置で見られることになる。

先述したモニタ２０Ａ乃至モニタ２０Ｈ（モニタ２０Ｇは除く）の構成においても、液体レンズ２２の代わりに分散型液晶パネル２６を用いることにより、表示画像を視点位置（所定観察領域）に導く状態と不特定位置に導く状態とを切り替えることができる。この場合、分散型液晶パネル２６は、帯状光源の光出射側から液晶表示パネルの裏面までの間の任意の位置（極力、分散型液晶パネル２６が分散状態時に白色面光源として機能できることとなる位置に当該パネル２６を設けるのがよい）、或いは液晶表示パネルの表側に配置することができる。

所定観察領域で画像観察が可能な状態と不特定領域で画像観察が可能な状態とを切り替えることができない構成（例えば、プライバシーモード専用の画像表示モジュール）とすることも可能である。例えば、モニタ２０Ａ乃至モニタ２０Ｄにおいて、液体レンズ２２に代えて例えばレンチキュラレンズを用いればよい。なお、この場合、このレンチキュラレンズにおいて、中央のシリンドリカルレンズの曲率等と端側のシリンドリカルレンズの曲率等とを異ならせる（図４参照）。また、モニタ２０Ｅ、モニタ２０Ｆ、モニタ２０Ｈ、及びモニタ２０Ｉにおいても、液体レンズ２２に代えて例えばレンチキュラレンズを用いればよい。モニタ２０Ｊ及びモニタ２０Ｋにおいては、分散型液晶パネル２６を外せばよい。

所定観察領域で画像観察が可能な第１状態と不特定領域で画像観察が可能な第２状態とを切り替えることを可能とする構成においては、前記第１状態におけるカラー帯状光源、帯状光源、映像表示パネル２１、又は画像表示パネル２６の輝度（供給電力）を第２状態のそれよりも低減させることとしてもよい。前記第１状態では映像が視点位置に集約されるため、前記輝度（供給電力）を低くしてもユーザーは明るい画面を見ることが可能である。これによって、省電力化が図れることになる。

また、上記の例では、画像表示モジュールとしてパソコン用のモニタ２０を示したが、これに限るものではなく、携帯電話の表示パネル、カーナビゲーションシステムの表示パネル、テレビジョンセットの表示パネル、ＤＶＤプレーヤの表示パネル、ディジタルカメラの表示パネルなどしても用いることができる。

また、カラー帯状光源又は帯状光源に代えてカラー点光源又は点光源を用いることができる。また、レンチキュラレンズ３１に変えてフライアイレンズを用いることにより、水平方向だけでなく垂直方向にも光線を集めることが可能になり、更に光利用効率が向上することになる。この場合、液体レンズ２２については、画素ごとのレンズ部を備えることになり、各レンズ部は枡状の液体収容部を有し、その側面（四面）に独立した電極を備えることになる。

また、以上の説明では、画素の配列に１対１で帯状光源が配列される例を示したが、これに限るものではなく、光源部が白色光源部である場合には、画素の配列に１対Ｘで白色光源部が配列されることとしてもよい（０＜Ｘ＜１又は１＜Ｘであって、各画素へ光を略均一に供給できる妥当な値である）。勿論、レンチキュラレンズに変えてフライアイレンズを用いる構成においては、水平方向だけでなく垂直方向にも前記Ｘを適用することができる。かかる構成例を図１６及び図１７を用いて以下に説明する。

図１６はモニタ２０Ｌと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｌは、白色帯状光源３６と、この白色帯状光源３６の光出射側に配置されたレンチキュラレンズ３７と、このレンチキュラレンズ３７の光出射側に配置された液晶表示パネル２１と、この液晶表示パネル２１の光出射側に配置された液体レンズ２２とから成る。レンチキュラレンズ３７におけるシリンドリカルレンズは各光源部３６ａに対して１対１に設けられており、各光源部３６ａから出射された白色光を平行光化して液晶表示パネル２１に導く。前記白色帯状光源３６としては、帯状光源３３と同様の構成を採用できる。なお、液体レンズ２２は液晶表示パネル２１とレンチキュラレンズ３７との間に配置してもよい。この場合、液体レンズ２２のレンズピッチを画素ピッチに一致させなくてもよい。

図１７はモニタ２０Ｍと視点位置（観察位置）との関係を表している。モニタ２０Ｍは、白色帯状光源３６と、この白色帯状光源３６の光出射側に配置された液体レンズ２２と、この液体レンズ２２の光出射側に配置された液晶表示パネル２１とから成る。液体レンズ２２におけるレンズ部は各光源部３６ａに対して１対１に設けられており、レンズ部が第１の形状状態（集光レンズ状態）であるとき、各光源部３６ａから出射された白色光を視点位置へと導く。一方、レンズ部が第２の形状状態（拡散レンズ状態或いは非レンズ状態など）のとき、各光源部３６ａから出射された白色光は不特定位置に導かれる。

また、３原色による画像表示の例を示したが、３原色以外の色（例えば、シアンやホワイト）の画素を含む場合にも本願発明を適用できる。例えば、液晶表示パネルは縦ラインに同一色の画素が並び、水平方向にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），シアン（Ｃ），Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，・・・のごとく色画素が並ぶとする。カラー帯状光源は、上記液晶表示パネルの画素並びに対応して、縦ラインに同一色の光源部が並ぶ、水平方向にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），シアン（Ｃ），Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，・・・のごとく光源部が並ぶことになる。この場合、シアン光のうちの青色光成分は青色画素を透過する可能性があるが、集光手段で光線を絞ることにより、上記可能性を極力排除することができる。

この発明の実施形態の画像表示モジュールを示した説明図である。 同図（ａ）（ｂ）は液体レンズの原理を示した説明図である。 この発明の実施形態で用いたストリングアレイレンズを示した斜視図である。 ストリングアレイレンズのレンズ曲率及びレンズ中心を示した説明図である。 図１の画像表示モジュールを簡略的に示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 この発明の実施形態の他の画像表示モジュールを示した説明図である。 パーソナルコンピュータのアーキテクチャの一例を示したブロック図である。 一般的なビデオカードを示した説明図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
４ メモリ
５ ビデオカード
５ａ ＶＲＡＭ
５ｂ ＶＲＡＭコントローラ
２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈ，２０Ｉ，２０Ｊ，２０Ｋ，２０Ｌ，２０Ｍ）パソコンモニタ（画像表示モジュール）
２１ 液晶表示パネル
２２ 液体レンズ
２５ 画像表示パネル
２６ 分散型液晶パネル
３０ カラー帯状光源

Claims (18)

1. 画素が配列された透過型の画像表示パネルと、前記画素の配列に１対１又は１対Ｘ（０＜Ｘ＜１又は１＜Ｘであって、各画素へ光を略均一に供給できる妥当な値である）で対応させて配置された微小な光源部を有する光源と、前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を屈折させて所定観察領域に導くレンズ群と、を備えたことを特徴とする画像表示モジュール。
2. 請求項１に記載の画像表示モジュールにおいて、前記レンズ群の各レンズは、通電によって変形する液体レンズから成り、第１の形状状態では前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を前記所定観察領域に導く一方、第２の形状状態では前記画素へ入射する光線又は前記画素から出射される光線を不特定領域に導くことを特徴とする画像表示モジュール。
3. 請求項２に記載の画像表示モジュールにおいて、対応する各画素と各光源部とを結ぶ線は互いに平行であり、前記レンズ群の各レンズは、前記第１の形状状態では互いに異なる曲率半径及び曲率中心オフセットを有するように通電制御されることを特徴とする画像表示モジュール。
4. 請求項２に記載の画像表示モジュールにおいて、対応する各画素と各光源部とを結ぶ線は前記所定観察位置で交わり、前記レンズ群の各レンズは、前記第１の形状状態では互いに同一の曲率半径及び曲率中心オフセット（オフセット０を含む）を有するように通電制御されることを特徴とする画像表示モジュール。
5. 請求項１に記載の画像表示モジュールにおいて、通電によって光の透過と拡散を切り替える光拡散手段を、前記光源の光出射側から前記画像表示パネルの表側までの任意の位置に備え、前記拡散の状態では前記光線が前記不特定領域に導かれ、前記透過の状態では前記光線が前記所定観察領域に導かれることを特徴とする画像表示モジュール。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、前記光線が前記不特定領域に導かれるときの前記光源への供給電力よりも、前記光線が前記所定観察領域に導かれるときの前記光源への供給電力を少なくすることを特徴とする画像表示モジュール。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、前記画像表示パネルはフルカラー画像を表示するために少なくとも３色の画素が配列されて成り、前記光源部は、前記画像表示パネルの前記画素の色配列に対応した色配列を有する少なくとも３色の微小な色光源部であり、前記色光源部は前記画素の配列に１対１で対応して配列されていることを特徴とする画像表示モジュール。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、前記光源部は白色光を出射する光源部であることを特徴とする画像表示モジュール。
9. 請求項１に記載の画像表示モジュールにおいて、前記光源は全反射領域を有する導光板と発光部とから成り、前記導光板はその全反射領域上に前記光源部となる非全反射部を有しており、更に導光板と白色発光部とから成る第２の光源を前記光源の裏面側に設け、前記第２の光源が発光すると、その白色光が前記光源の導光板の全反射領域を通って前記画素に導かれることを特徴とする画像表示モジュール。
10. 請求項９に記載の画像表示モジュールにおいて、前記第２の光源は前記光源と同一の構造を有し、且つ、互いに前記非全反射部の位置をずらして配置されていることを特徴とする画像表示モジュール。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、各光源部から出射された光を各画素に導く第２のレンズ群を備えたことを特徴とする画像表示モジュール。
12. 自発光型の画素が配列された画像表示パネルと、前記画素から出射される光線を屈折させて所定観察領域に導くように前記画像表示パネルの表面側に設けられたレンズ群と、を備えたことを特徴とする画像表示モジュール。
13. 請求項１２に記載の画像表示モジュールにおいて、前記レンズ群の各レンズは、通電によって変形する液体レンズから成り、第１の形状状態では前記画素から出射される光線を前記所定観察領域に導く一方、第２の形状状態では前記画素から出射される光線を不特定領域に導くことを特徴とする画像表示モジュール。
14. 請求項１２に記載の画像表示モジュールにおいて、通電によって光の透過と拡散を切り替える光拡散手段を、前記画像表示パネルの表側に備え、前記拡散の状態では前記光線が前記不特定領域に導かれ、前記透過の状態では前記光線が前記所定観察領域に導かれることを特徴とする画像表示モジュール。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載の画像表示モジュールにおいて、前記光線が前記不特定領域に導かれるときの前記画像表示パネルへの供給電力よりも、前記光線が前記所定観察領域に導かれるときの前記画像表示パネルへの供給電力を少なくすることを特徴とする画像表示モジュール。
16. 請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、前記所定観察領域を前記画像表示パネルからみて正面位置としたことを特徴とする画像表示モジュール。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の画像表示モジュールにおいて、前記微小な色光源又は色光透過領域は、点状又は帯状を有することを特徴とする画像表示モジュール。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の画像表示モジュールと、通信手段又は放送受信手段又は画像再生手段によって得られた画像を前記画像表示モジュールに表示させる手段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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