JP2008026654A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元画像表示装置の視域の拡大、画質の向上。
【解決手段】３次元画像の画像データを与える２次元画像表示装置１には多数の画素５１、５２等が形成されている。２次元画像表示装置１の上には多数のマイクロレンズ３を有するレンズアレイ２が設置される。各マイクロレンズ３毎に同一色を出射する複数の画素５が対応する。３次元画像において必要な視域θを確保するため、マイクロレンズの径LDと、２次元表示装置の画素５とマイクロレンズ３の距離DFLを適切に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は3次元画像表示装置の、特に裸眼立体視ディスプレイに関連する。

裸眼立体視ディスプレイとは、眼鏡等の特殊な装置を観察者が使用することなく、立体像を観察することができる表示装置である。裸眼立体視ディスプレイの方式としては、レンチキュラーレンズ方式やホログラフィー方式等、各種存在するが、そのほとんどの方式の原理は、観察者の目に入射する光線情報を制御することにより左右の目に違う光線情報が入射し、その両眼視差によって、裸眼立体視を実現するものである。

上記のような裸眼立体視ディスプレイ方式のひとつにインテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式がある。このＩＰ方式の３次元画像装置に関連する公知文献として「特許文献１」「特許文献２」「非特許文献１」があげられる。これらの文献のうち、「非特許文献１」はＩＰ方式の原理を説明したものである。特許文献１はレンズアレイを用いて３次元の物体を２次元のデータに変換し、同様のレンズアレイを用いて３次元画像を再生するシステムについての記載がある。特許文献２には、ＩＰ方式を用いた場合に色モアレが発生する対策としてレンズアレイの各マイクロレンズに対応するカラーフィルタは１色のカラーフィルタを使用することを開示している。

特開平７−７７４７号公報 特開２００４−８５９６５号公報 M.G.Lippmann, Epreuves reversibles donnant la sensation du relief, pp.821-825, Vol.7,de Physi, 1908

ＩＰ方式はその原理から他の方式に比べて非常に立体感のある立体像の表示が可能であるが、解像度が低い、３次元画像を認識できる範囲が十分ではない（以後視域という）、色モアレが発生する等の問題がる。

色モアレは、一般のディスプレイのように、赤、緑、青の画素が隣接して配置された場合、マイクロレンズを通して画像を見ると、赤、緑、または青の画像しか見えなくなるという現象である。また、見る位置をわずか移動するだけで、画像の色が変化するという現象である。この色モアレを対策する方法として、「特許文献２」ではレンズアレイの各マイクロレンズには１色のカラーフィルタだけを対応させることによって色モアレを解消する技術が開示されている。

「特許文献２」に記載の技術では色モアレについては改善されるものの、視域、解像度等の向上については解決策を与えるものではない。色モアレが改善されても視域が充分でなければ視点を固定しなければならないという問題点は解決できないし、必要な解像度が無ければ高画質の3次元画像は得られない。

本発明は以上のような問題点を対策し、ＩＰ方式の３次元画像表示装置において、色モアレを解決すると同時に、視域の拡大、解像度の向上等について解決手段を与えるものである。具体的な構成は以下のとおりである。

（１）画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記画素と前記マイクロレンズの中心との距離をＤＦＬとし、前期マイクロレンズの直径をＬＤとしたとき、ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１９以上であることを特徴とする３次元画像表示装置。
（２）前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．４１以上であることを特徴とする（１）に記載の３次元画像表示装置。
（３）前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．８３以上であることを特徴とする（１）に記載の３次元画像表示装置。
（４）前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１．６７以上であることを特徴とする（１）に記載の３次元画像表示装置。
（５）前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であり、前記画素と前記マイクロレンズとの距離ＤＦＬは液晶表示装置のカラーフィルタと前記マイクロレンズの中心との距離であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
（６）前記２次元画像装置は有機ＥＬ表示装置であり、前記画素と前記マイクロレンズとの距離ＤＦＬは前記有機ＥＬ表示装置の発光部と前記マイクロレンズのレンズ中心であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
（７）前記２次元画像表示装置はトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする（６）に記載の３次元画像表示装置。

（８）画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズは片面が凸面で、他の面が略々フラットであり、前記画素と前記マイクロレンズの中心との距離をＤＦＬとし、前期マイクロレンズの直径をＬＤとしたとき、ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１９以上であることを特徴とする３次元画像表示装置。
（９）前記マイクロレンズの前記凸面は前記２次元画像表示装置の反対側にあることを特徴とする（８）に記載の３次元画像表示装置。
（１０）前記マイクロレンズの前記凸面は前記２次元画像表示装置の側にあることを特徴とする（８）に記載の３次元画像表示装置。
（１１）前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする（９）に記載の３次元画像表示装置。
（１２）前記２次元画像表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする（９）に記載の３次元画像表示装置。
（１３）前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする（１０）に記載の３次元画像表示装置。
（１４）前記２次元画像表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする（１０）に記載の３次元画像表示装置。

（１５）画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズに対応する複数の画素は略々長方形であり、前記画素の短辺の方向は３次元画像を見る者の眼の並びの方向に略々一致することを特徴とする３次元画像表示装置。

（１６）画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズに対応する複数の画素は略々長方形であり、前記画素の長辺の方向は前記２次元画像表示装置の画面垂直方向と一致することを特徴とする３次元画像表示装置。

（１７）画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズは片面が凸面で、他の面が略々フラットであり、前記マイクロレンズは垂直方向、水平方向ともにスペースをもって形成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
（１８）前記マイクロレンズは樹脂のシートで形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
（１９）前記マイクロレンズは樹脂であり、ガラスシート上に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
（２０）前記２次元画像表示は液晶表示装置であり、前記マイクロレンズは樹脂であって、前記液晶表示装置の偏光板上に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
（２１）前記２次元画像表示はボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であり、前記マイクロレンズは樹脂であって、前記有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬが形成されている基板に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
（２２）前記マイクロレンズの間のスペースにはブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。

各手段による効果は次のとおりである。

手段（１）ないし（７）によれば、各マイクロレンズには同一色を発光する画素あるいはカラーフィルタのみが対応するために色モアレの発生は抑えられると同時に、マイクロレンズの径とマイクロレンズとカラーフィルタあるいはカラー発光部との距離を特別な関係に保つことによって、３次元画像に対する必要な視域を確保することができる。

手段（８）ないし（１４）によれば、マイクロレンズの片面を凸面とし、他の面を略々フラットとしているので、レンズアレイをシート状に形成することが容易であり、３次元画像を形成するための画像情報の源となる２次元画像表示装置との組み合わせも容易となる。

手段（１５）および手段（１６）によれば、３次元画像に対して水平方向の画像情報を垂直方向の画像情報よりも多くすることによって、見かけ上、３次元画像の精細度が向上するような効果を得ることができる。

手段（１７）ないし（２２）によれば、マイクロレンズを間隔をおいて形成するために、レンズアレイを色々な方法で形成することができ、様々な特性を有するの３次元画像表示装置を実用的なコストで実現することができる。

実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。

図１は本発明の基本構成図を示す。２次元画像表示装置１の上には多数のマイクロレンズ３からなるレンズアレイ２が設置される。本実施例での２次元画像表示装置１は液晶表示パネルである。複数のマイクロレンズ３から任意の場所に光点４を生成する。各レンズアレイ２の下には複数の画素５があり、その画素５のひとつが光点４を形成する。

従来技術では、各マイクロレンズ３の下には赤、緑、青を発光、あるいは射出する画素５が設置されるが、本発明では、各マイクロレンズ３の下には１色のカラーフィルタのみが設置される。本実施例では、マイクロレンズ３の下という場合、マイクロレンズ３の直下という意味ではない。例えば、画面周辺において光が斜め方向に出射する場合もあり、この場合はマイクロレンズ３とフィルタあるいは画素５が直下ではなく、若干ずれるがこの場合もマイクロレンズ３の下という言い方をする。

図２は図１の点線で切断した断面図を示す。レンズアレイ２に対する水平線を含む平面で切断した断面図である。図２において、３次元画像情報を与える２次元画像表示装置１の上には多数のマイクロレンズ３を有するレンズアレイが設置されている。２次元画像表示装置内には多数の画素５１、５２等が形成されている。視点Ａから見たときは各レンズをとおして画素５１が見え、視点Ｂから見たときは各レンズをとおして画素５２が見える。したがって、左右の目で異なる画像を認識するため、立体視が可能になっている。
ここで、仮に、従来のように、画素５１が赤フィルタの画像であり、画素５２が緑フィルタの画像であると、視点Ａでは赤い画像のみを認識し、視点Ｂでは緑の画像のみを認識することになり、不自然な画像となる。また、視点をわずかに動かすと異なった色の画像が次々と現れ、いわゆる色モアレが発生し、画質の低下が著しい。本発明では、各マイクロレンズ３の下には１色のカラーフィルタのみを対応させるので、このようなモアレの発生は生じない。

各マイクロレンズ３に１色のカラーフィルタのみを対応させることによって、視点を少々ずらせても色モアレが発生することは防止することはできるが、マイクロレンズ３を使用することによる視域の問題は依然残る。図３は視域の問題を説明するための模式図である。各構成は図２で説明したものとほぼ同様である。図３においては、各マイクロレンズ３には４つの画素が対応している。これらの４画素にはすべて同一色のカラーフィルタが対応する。

図３において、同一色のカラーフィルタ下の一番右からの画素ＰＲから出射してレンズ中心を通る光線１０１と、同一色のカラーフィルタ６０下の一番左からの画素ＰＬから出射してレンズ中心を通る光線１０２とのなす角θが視域の最大の範囲である。すなわち、光線１０１あるいは１０２よりも大きな角度で画素ＰＲあるいはＰＬから出射する光は担当のマイクロレンズ３を通過しないため、３次元画像を形成しない。したがって、３次元画像を見たい場合は画面に対する垂直線を挟んで角度θ以内で見なければならいという制約がある。なお、２次元画像表示装置の透明外囲器とレンズアレイの屈折率が同じであれば光は直進すると考えてよい。

視域θをどの程度とれるかは、図３におけるマイクロレンズ３の直径ＬＤと画素、あるいはカラーフィルタ６０との距離ＤＦＬによって決まる。すなわち、ｔａｎ（θ／２）＝ＬＤ／２／ＤＦＬであるから、θ＝ｔａｎ^−１ＬＤ／ＤＦＬとなる。視域θを大きくするためにマイクロレンズ３の直径ＬＤを大きくすると解像度が小さくなる。本発明では色の分解能はマイクロレンズ３の大きさで決まるからである。したがって、色分解能を決めた場合、視域の大きさは、大略、画素、またはカラーフィルタとマイクロレンズ３の距離ＤＦＬによって決まることになる。

図４は図１を上方から見た平面図の拡大図である。図４において、破線の丸はマイクロレンズ３の平面図である。各マイクロレンズ３には赤、緑、青等のうちの１色のカラーフィルタのみが対応している。マイクロレンズ３は赤、緑、青用がデルタ配置で並んでいる。マイクロレンズ３のピッチは縦方向には隙間なく並んでいるが、横方向には間隔をあけて並んでいる。これによって、水平方向の視域は垂直方向の視域に比して大きくなる。人間の目は水平に間隔をもって並んでいるので、水平方向に視域を大きくしたものである。その代わり、水平方向の単位長さあたりの色解像度は垂直方向よりも悪くなる。

図４において実線の６角形は画面を細密充填する形状を示す。すなわちこの６角形の繰り返しによって、画面を隙間無く埋めることができる。以後この６角形をセル７という。また、図４における縦長の格子状のものが画素５である。画素５はマイクロレンズ３の下に配置され、マイクロレンズ３の水平方向に１２個、垂直方向に４個配置されている。そしてこれらの画素５には同一色のカラーフィルタが形成されている。この同一色のカターフィルタが形成された画素５はマイクロレンズ３の下のみでなく、画面を細密充填する６角形に合わせる形で充填される。画素５の形が長方形であるので、細密充填する６角形に完全に沿わせることは出来ず、細密充填する６角形に近似した形で配置する。

各画素５も６角形ではないが、画面を隙間無く埋めている。例えば、図４における斜線部は赤フィルタを持つ画素５で形成されたセルである。緑、青のカラーフィルタ６０を持つ画素５の集合も赤のフィルタを持つ画素５の集合と同様のセル形状によって、画面全体を完全に充填することができる。

このような構成により、同一色カラーフィルタ６０を持つ画素５は、水平方向に１８個、垂直方向に４個配置されることになる。すなわち、各色ごとに、水平方向ならば、１６個の画素情報を、垂直方向ならば４個の画素情報をもつことになる。すなわち、水平方向には１画素毎に１８個の３次元画像を表示するための情報を保持できることになる。また、水平方向の画像情報のほうが、垂直方向に画像情報よりも多い。ＩＰ方式をはじめとする３次元画像は、右眼を左眼の視差を利用して３次元画像を表示するものであり、人間の目は水平方向に並んでいるため、水平方向に３次元画像情報を多くもたせたものである。１個のセルあたり、画素の数は６０個である。すなわち、１色あたり、３次元画像を表示するための画像情報を６０個有していることになる。

図５は図４における画素の水平方向の配置例を示す。図４のように、3次元画像表示装置を上方から見た場合は、液晶表示装置５０では各画素に対応するカラーフィルタ６０が見えることになる。画素すなわちカラーフィルタ６０の水平ピッチＰＨは２８μｍ、垂直ピッチＰＶは８４μｍである。カラーフィルタ６０の大きさは、水平方向の径は２０μｍで垂直方向の径は７６μｍである。この配置はいわゆる３００ＢＰＩの解像度の液晶表示装置５０に対応している。各カラーフィルタ６０の間にはブラックマトリクス（ＢＭ）６１が形成されている。ＢＭ６１の役割はバックライトからの光漏れを防止すること、コントラストを向上させることである。

一般の液晶表示装置では、隣りあうカラーフィルタは異なる色のカラーフィルタが形成されるが、本実施例では、図４に示すように、一定の領域、すなわち、１個のマイクロレンズ３に対応する領域は同一色のカラーフィルタ６０が連続して形成されている。そして一定距離はなれた別のマイクロレンズ３の下には別の色のカラーフィルタ６０が連続して形成されている。

図６は本実施例で使用される液晶表示装置５０の概略断面図である。図６において、バックライト５３からの光が液晶表示パネルに入射し、バックライト５３からの光を液晶表示パネルによって制御することによって精細な２次元画像が形成される。液晶表示パネルではＴＦＴ基板５１およびカラーフィルタ基板５２の外側に偏光板５４がはりつけられる。ＴＦＴ基板５１とカラーフィルタ基板５２との間に液晶５８が挟持され、シール材６２によって封止される。ＴＦＴ基板５１上にはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成され、ＴＦＴによって液晶５８に印加される電圧を制御する。

ＴＦＴ基板５１には透明電極ＩＴＯからなる画素電極５６が形成され、カラーフィルタ基板５２に形成された透明電極ＩＴＯからなる対向電極５９との間の液晶５８に電圧を印加することによって２次元画像が形成される。ＴＦＴ基板５１およびカラーフィルタ基板５２の液晶５８と接する面には液晶５８を配向させるための配向膜５７が形成されている。

カラーフィルタ基板５２と対向電極５９の間にカラーフィルタ６０が形成される。通常の液晶表示装置では、各画素電極５６ごとに赤、緑、青等の異なったフィルタが形成されるが、本実施例においては、図４における各セル７ごとに同一の色のフィルタが形成される。各フィルタ間にはＢＭ６１が形成さる。ＢＭ６１はバックライト５３等からの斜め方向からの光を阻止することにより、画像のコントラストを上げる。したがって、隣り合う画素に同一色のカラーフィルタ６０が使用される場合もＢＭ６１の使用は好ましい。

図７は、本実施例における３次元画像表示装置の概略断面図である。図７において液晶表示装置５０の断面は簡略化して記載されている。ＴＦＴ基板５１上には画素電極５６が形成され、カラーフィルタ基板５２上には画素電極５６と対応するカラーフィルタ６０が形成されている。カラーフィルタ６０の間にはＢＭ６１が形成されている。カラーフィルタ６０は１個のマイクロレンズ３の下は同一色のカラーフィルタ６０が形成されている。

図７において、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板５２上には透明接着剤６を介してレンズアレイ２が設置される。本実施例のレンズアレイ２は金属の型に透明樹脂を流しこんで形成したものである。図７においては図を簡単化するため、１個のマイクロレンズ３あたり、４個の画素５が割り当てられているが、実際は図４に示すように、水平方向では例えば、１６個の画素５がわりあてられる。

レンズアレイ２、接着剤６とも透明度の高いアクリル系の樹脂を使用している。アクリル系の樹脂は屈折率が約１．５である。液晶表示装置側のカラーフィルタ基板５２はノンアルカリガラスが用いられているが、この屈折率も約１．５である。したがって、カラーフィルタ６０から出射される光は図７に示すようにマイクロレンズ３までほぼ同一の屈折率の媒体を通過することになるので、ほとんど屈折せず、直進することになる。さらに、マイクロレンズ３の中心を通過する光は直進するため、マイクロレンズ３の周辺に位置するカラーフィルタ６０から出射し、レンズの中心を通過する光は図７の矢印のように直進すると考えてよい。

したがって、３次元画像装置の視域θは図３の説明で示したような簡単な式θ＝ｔａｎ^−１ＬＤ／ＤＦＬによって表すことができる。本実施例においては、カラーフィルタ基板５２の厚さＴＣＦが０．５ｍｍ、接着剤６の厚さＴＡＤが２０μｍ、マイクロレンズ３アレイ２の厚さＴＬＡが０．３ｍｍであるので、カラーフィルタ６０からマイクロレンズ３までの厚さは０．８２ｍｍである。マイクロレンズ３の直径は０．３３６ｍｍとすると、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．４１で、視域θは２２度である。したがって看者は画面の垂直線から１１度以内から見れば３次元画像として認識することができる。

本実施例においては、マイクロレンズ３間の水平方向ピッチをマイクロレンズ３の直径よりも大きくして０．４２ｍｍとしているので、ＬＤ／ＤＦ＝０．５１となり、この分視域が拡大して視域θは約２７度となっている。ただし水平方向のピッチが拡大した分、色解像度は劣化する。

上記実施例において、マイクロレンズ３の直径を０．３３６ｍｍに保ち、レンズアレイ２の厚さを０．５ｍｍとし、偏光板５４を含めたカラーフィルタ基板５２の板厚を０．５ｍｍとし、接着剤６６の厚さを０．０２ｍｍとしたとき視域は縮小したが、実用範囲は維持することが出来た。この場合はＬＤ／ＤＦＬ＝０．３３となり、視域をθ＝ｔａｎ^−１ＬＤ／ＤＦＬで評価すると１８度である。

視域θを広げたい場合は、マイクロレンズ３の直径ＬＤを大きくするか、カラーフィルタ６０とマイクロレンズ３の距離ＤＦＬを小さくする必要がある。マイクロレンズ３を大きくすると色の解像度が劣化する。マイクロレンズ３の直径を０．３３６ｍｍ以上とするのは画質の点からは困難である。一方カラーフィルタ６０とマイクロレンズ３の距離ＤＦＬをさらに小さくすることは可能である。

液晶表示装置５０のカラーフィルタ基板５２は現在は０．５ｍｍ程度のものを使用できるが、このガラス基板を研磨することによって、０．２ｍｍ程度までは薄くすることができる。さらに、マイクロレンズ３アレイ２も成型法によって０．１ｍｍ以下にすることは可能である。マイクロレンズ３の直径を０．３３６ｍｍとし、カラーフィルタ基板５２を０．３ｍｍ、マイクロレンズ３アレイ２の板厚を０．１ｍｍ、接着剤６６の厚さを０．０２ｍｍとした場合は、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．８で視域θを３９度にまで拡大できる。

視域を３９度にまで拡大する必要がない場合は、マイクロレンズ３の径を小さくして色解像度を上げることができる。同時に画素５の大きさも小さくすることによって、３次元画像の解像度を上げることが出来る。カラーフィルタ基板５２を０．２ｍｍ、マイクロレンズ３アレイ２の板厚を０．１ｍｍ、接着剤６６の厚さを０．０２ｍｍとした場合はマイクロレンズ３アレイ２の径を０．２ｍｍとしたときはＬＤ／ＤＦＬ＝０．４８で視域θを２５度に保つことができ、マイクロレンズ３の径を０．１ｍｍにした場合はＬＤ／ＤＦＬ＝０．３１で視域θを１７度に保つことができる。マイクロレンズ３径を０．１ｍｍにまで小さくできれば、３次元画像として十分な解像度を持つといえる。

図８に本発明の第２の実施例を示す。実施例２の全体構成は図１に示す実施例１の全体構成図と同じである。また、液晶表示装置５０が使用されることも同様である。液晶表示装置内の構成も実施例１と同じである。実施例２においては、レンズアレイ２を実施例１とは逆向きにしてマイクロレンズ３を液晶表示装置５０のカラーフィルタ基板５２側に設置している。これによって、カラーフィルタ６０とマイクロレンズ３との距離を小さくしている。

図８において、各マイクロレンズ３の周辺に位置しているカラーフィルタ６０からレンズ中心に向かう光は直進するとしてよい。実施例２においては、カラーフィルタ６０からマイクロレンズ３の中心までの距離はレンズアレイ２のシート部の厚さが無い分短くなっている。また、本実施例においてはマイクロレンズ３自体がマイクロレンズ３の中心をカラーフィルタ６０との距離を決めるスペーサとなっている。

本実施例においてはカラーフィルタ６０からマイクロレンズ３の中心までの距離ＤＦＬはカラーフィルタ基板５２の板厚ＴＣＦとマイクロレンズ３の厚さＨＬの和である。実施例においてはカラーフィルタ基板５２の板厚ＴＣＦは０．５ｍｍでマイクロレンズ３の厚さＨＬは０．０３ｍｍである。また、マイクロレンズ３の径は０．３３６ｍｍであるから、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．６５で視域θは３３度になる。実施例１の場合に比較してかなり大きな視域を得ることができる。逆に言えば、その分、マイクロレンズ３の径を小さくして３次元画像の色分解能を向上させることができる。

実施例２において、色分解能を挙げるためにマイクロレンズ３の径を小さくした場合でも、実施例１に比して大きな視域を確保することができる。例えば、マイクロレンズ３の径を０．２ｍｍまで小さくした場合、レンズの厚さはその分小さくなる。この場合例えば、０．０２ｍｍ程度のレンズ厚さである。カラーフィルタ基板５２の厚さを０．５ｍｍとしたとき、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．３８で、視域θは２１度を確保できる。マイクロレンズ３の径が０．１ｍｍのときＬＤ/ＤＦＬ＝０．１９であり、視域θは１１度を確保することができる。視域はこの程度が限界である。

本実施例はレンズアレイ２全体の厚さは視域に影響しないため、レンズアレイ２の板厚を大きくしてレンズアレイ２の精度を向上するこが可能である。

図９に本発明の第３の実施例を示す。実施例３では、２次元画像表示装置１としてボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０を使用している。ボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０の１画素の断面図を図１０に示す。

図１０において、カラス基板上にアンダーコート７２が形成され、アンダーコート７２の下にＴＦＴとなる半導体層７３が形成される。半導体層７３を覆ってゲート絶縁膜７４が形成され、ゲート絶縁膜７４上にゲート電極７５が形成される。ゲート電極７５を覆って層間絶縁膜７６が形成される。層間絶縁膜７６上には信号配線と同層のソースドレイン（ＳＤ）配線７７が形成される。ＳＤ配線層７７は層間絶縁膜７６およびゲート絶縁膜７４に形成されたスルーホールを通して半導体層７３のドレイン部と接続する。ＳＤ配線７７を覆って、ＴＦＴを保護するためのパッシベーション膜７８が形成される。

パッシベーション膜７８上には発光部となる有機ＥＬ層８１の下部電極７９となる透明電極であるＩＴＯ膜が形成される。ＩＴＯ膜はパッシベーション膜７８に形成されたスルーホールを通してＳＤ配線７７と接続し、ＴＦＴからの信号を有機ＥＬ膜に伝えることになる。この場合下部電極７９は有機ＥＬ層８１の陽極となる。下部電極７９を形成後、各画素を区別するためのバンク８０が形成される。その後、有機ＥＬ層８１が蒸着される。有機ＥＬ層８１は下部電極７９側から、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を含む複数層で形成される。有機ＥＬ層８１の上部には上部電極８２が金属、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金等で形成される。この場合、上部電極８２は陰極となる。有機ＥＬ層８１で発光した光は上部電極８２で反射されて矢印Ｌの方向（ボトム）へ向かう。

図９では図１０で説明したボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０を簡略化して記載している。図９においては、有機ＥＬ表示装置７０のガラス基板７１上にバンク８０と有機ＥＬ発光部８１１が記載されている。有機ＥＬ発光部８１１の上部にはわずかなギャップ、例えば０．１ｍｍから０．２ｍｍを隔てて封止ガラス板８３または封止缶が設置される。この役割は有機ＥＬ層８１を気密に封止して、内部を乾燥し、外部からのの水分等の影響を排除することである。

ガラス基板７１に透明接着材６を介して多数のマイクロレンズ３を有するレンズアレイ２が設置される。本実施例では１個のマイクロレンズ３に対応する複数の有機ＥＬ画素は同一の発光をする有機ＥＬ層８１が配置される。図１０における有機ＥＬ層８１の材料によって発光色が異なる。有機ＥＬ層８１は一般にはマスク蒸着によって形成されるが、マスク蒸着は画素が小さくなると形成が困難となる。本実施例では１個のマイクロレンズ３に対応する画素は同一の有機ＥＬ層８１を蒸着すればよいので、画素毎に異なる色となる有機ＥＬ層８１を蒸着するよりは蒸着プロセスは容易となる。図１０においては、有機ＥＬ層８１は画素毎に分離して形成されているが、同一色の有機ＥＬ層８１を蒸着する範囲では有機ＥＬ層８１を連続して蒸着してもよい。

実施例３においても画像表示装置の概略平面図は実施例１の図４と同様である。図９においては簡単のために、１個のマイクロレンズ３には４個の画素５が対応しているとしているが、実際にはこれより多い例えば１６個の画素５が対応し、各画素が３次元画像についての画像情報を有していることになる。

本実施例における視域に関係する各部材の寸法は実施例１とほぼ同様である。すなわち、本実施例においても、カラーフィルタ基板５２の厚さＴＣＦが０．５ｍｍ、接着剤６の厚さＴＡＤが２０μｍ、マイクロレンズ３アレイ２の厚さＴＬＡが０．３ｍｍであるので、カラーフィルタ６０からマイクロレンズ３までの厚さは０．８２ｍｍである。マイクロレンズ３の直径は０．３３６ｍｍとすると、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．４１で視域θは２２度である。

また、基板を研磨して薄くする、あるいは、レンズアレイ２を薄くする等によって視域を拡大できること等も実施例１と同様である。

図１１に本発明の第４の実施例を示す。本実施例でも図１０で説明したボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０を使用する。レンズアレイ２は実施例３の配置とは逆にマイクロレンズ３を有機ＥＬ表示装置側に向けている。この配置は実施例２において液晶表示装置５０を有機ＥＬ表示装置７０に置き換えたものとなっている。

したがって、視域についての原理も実施例３の場合と同じである。すなわち、本実施例においてもカラーフィルタ６０からマイクロレンズ３中心までの距離ＤＦＬはカラーフィルタ基板５２の板厚ＴＣＦとマイクロレンズ３の厚さＨＬの和である。実施例においてはカラーフィルタ基板５２の板厚ＴＣＦは０．５ｍｍでマイクロレンズ３の厚さＨＬは０．０３ｍｍである。また、マイクロレンズ３の径は０．３３６ｍｍであるから、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．６３であり、視域θは３２度になる。実施例３の場合に比較してかなり大きな視域を得ることができる。

本実施例では実施例３に比して大きな視域がとれるため、視域が拡大した分、マイクロレンズ３を小さくして色解像度を上げることが出来る等、実施例２と同様である。

図１２に本発明の第５の実施例を示す。実施例２では２次元画像表示装置１としていわゆるトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０を用いる。その他の構成は実施例１と同様である。図１３にトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０の１画素分の断面図を示す。トップエミッションタイプであっても有機ＥＬ層８１およびその周辺を除いてはボトムエミッションタイプと同様の構成である。

図１３において、ＳＤ配線７７が形成されるまでは図１０のボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置の場合と同一である。図１３において、ＳＤ配線層７７を覆って無機パッシベーション膜７８１と有機パッシベーション膜７８２がコートされる。トップエミッションタイプでは発光面積を大きくするために、ＴＦＴ上にも発光部を形成する場合があるので、発光部となる有機ＥＬ層８１の下地を平坦化するために有機パッシベーション膜７８２がコートされる。

有機パッシベーション膜７８２上には下部電極７９が形成される。下部電極７９は有機パッシベーション膜７８２および無機パッシベーション膜７８１に形成されたスルーホールを通してＳＤ配線７７と接続し、ＴＦＴからの電圧を有機ＥＬ層８１に印加する。下部電極７９はこの場合は有機ＥＬ層８１の陰極となる。そして下部電極７９は反射率の高いＡｌまたはＡｌ合金等で形成される。下部電極形成後各画素を区別するためのバンク８０が形成される。その後有機ＥＬ層８１が蒸着によって形成される。

有機ＥＬ層８１は、下部電極７９側から順に、例えば、電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層のように複数層形成される。有機ＥＬ層８１の上部電極８２は陽極である。上部電極８２はＩＴＯのような透明電極で形成され、有機ＥＬ層８１で発光した光は透明電極ＩＴＯを通して図１３の矢印Ｌのように上部に出て行く（トップエミッション）。

図１２では図１３で説明したトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置７０を簡略化して記載している。ガラス基板７１上にバンク８０と発光部である有機ＥＬ発光部８１１が形成されている。各マイクロレンズ３の下には同一の色を発光する有機ＥＬ層８１が形成されている。有機ＥＬ層８１は一般には蒸着マスクを用いて形成されるため、同一の有機ＥＬ材料を複数の画素にわたって形成することは、画素毎に異なる有機ＥＬ層８１を形成する場合よりも工程が容易になる。

図１２において、レンズアレイ２がわずかなギャップ例えば、０．１ｍｍ、を挟んで有機ＥＬ層８１の上方に設置される。レンズアレイ２によって有機ＥＬ層８１を気密に封止する。レンズアレイ２が無い場合は封止用ガラス板８３で有機ＥＬを気密に封止するので、実施例ではレンズアレイ２が封止用ガラスを兼用することになる。

図１２において、視域θを評価すると次のようになる。有機ＥＬ発光部８１１とマイクロレンズ３中心の距離ＤＦＬは有機ＥＬ発光部８１１とレンズアレイ２の間隔ＧＡＰとレンズアレイ２の厚さＨＬＡとの和である。ここで、有機ＥＬ発光部８１１とレンズアレイ２の間隔ＧＡＰを０．１ｍｍ、レンズアレイ２の厚さＨＬＡを０．３ｍｍとする。マイクロレンズ３の直径は０．３３６ｍｍであるから、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．８４であり、視域θは４０度となり、ボトムエミッションの場合の対応する構成である実施例３の場合の約倍の視域をとることができる。ただし、本実施例ではレンズアレイ２が有機ＥＬ層８１の気密封止部材および保護部材を兼用するため、レンズアレイ２の板厚を極端に小さくすることは出来ない。

図１４に本発明の第６の実施例を示す。本実施例は２次元画像表示装置１としてトップエミッションタイプの有機表示装置を使用することは実施例５と同じである。実施例５とはレンズアレイ２が外向きではなく、有機ＥＬ表示装置側を向いていることが異なる。また、マイクロレンズ３と画素５との平面的な関係は実施例１の図４と同様である。

図１４からわかるように、本実施例の特徴は有機ＥＬ発光部８１１とマイクロレンズ３の距離を非常に小さくすることができ、その分視域θを大きくできることである。本実施例での視域を評価すると、つぎのとおりである。有機ＥＬ発光部８１１とマイクロレンズ３との距離はレンズアレイ２と有機ＥＬ発光部８１１とのギャップ０．１ｍｍとマイクロレンズ３の厚さＨＬ０．０３ｍｍの和である。マイクロレンズ３の直径は０．３３６ｍｍであるから、ＬＤ／ＤＦＬ＝２．６となり、視域は６９度となる。他の実施例に比してきわめて大きくすることができる。

したがって本実施例においては、視域を若干小さくしてその分色解像度を向上させることは他の実施例に比して容易である。例えば、マイクロレンズ３の直径を０．２ｍｍとした場合、マイクロレンズ３の厚さは０．０２ｍｍ程度であり、有機ＥＬ層８１とマイクロレンズ３のギャップを０．１ｍｍとすると、ＬＤ／ＤＦＬ＝１．６７であり、視域θは５９度とすることができる。マイクロレンズ３の直径を０．１ｍｍにまで小さくした場合、マイクロレンズ３の厚さは０．０２ｍｍ程度であり、有機ＥＬ発光部８１１とマイクロレンズ３のギャップを０．１ｍｍとすると、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．８３であり、視域θは４０度を維持することができる。本実施例においては、レンズアレイ２のシートの板厚は実質的には視域θに影響を与えないため、レンズアレイ２を０．５ｍｍ程度の比較的厚いガラス等で形成することにより、有機ＥＬ膜の保護部材として信頼性の高いものとすることが出来る。

図１５に本実施例におけるレンズアレイ２の部分平面拡大図を示す。マイクロレンズ３は球面の一部であり、平面図は円である。本実施例ではマイクロレンズ３間に垂直方向、水平方向とも間隔ＬＳを設けている。図１６は図１５のＡ−Ａ断面図である。このようにマイクロレンズ３に間隔を持たせることによって、各マイクロレンズ３間の干渉を排することができる。これによってマイクロレンズ３の周辺まで所定の曲率を持たせることができる。図１５では水平方向も垂直方向も間隔ＬＳは同一であるとしたが、水平方向、垂直方向で間隔ＬＳを変化させてもよい。

マイクロレンズ３の間隔ＬＳの大きさは、図５に示す画素配置でのＢＭ６１の幅（ＢＭＸまたはＢＭＹ）程度とっても画質に影響は無い。図５における水平方向のピッチＰＨの２倍程度であれば画質に与える影響は実質的には無い。マイクロレンズ３の製作方法によってはそれ以上の間隔が必要なこともあるが、これは画質との関係でＬＳを設定すればよい。

実施例１等では金属の型に樹脂を流し込んでレンズアレイ２を形成したが、マイクロレンズ３を間隔ＬＳをもって配置すれば、マイクロレンズ３を色々な方法で製作することができる。レンズアレイ２を樹脂で製作する場合は、実施例で示したほかに、アクリル等の透明樹脂をプレスによって形成する方法もある。

一方、樹脂を液状としておいて、ガラス板等レンズアレイ基板の上にオフセット印刷することもできる。この場合、図１７に示すように、液状の樹脂をガラス等の基板との濡れ性を適当に設定することにより、図１７に示すように、ガラス等の基板との接触角φを設計し、マイクロレンズ３を形成することが出来る。

図１８および図１９に示すように、マイクロレンズ３間のスペース全域にＢＭを形成することによって、他のマイクロレンズ３に対応する画素の干渉を防止することが出来る。ＢＭ３１はフォトリソグラフィ方式によって形成するが、本実施例ではマイクロレンズ３間の平坦部にＢＭ３１を形成するため、製作精度を上げることが出来る。

図２０に本発明の第８の実施例を示す。本実施例は２次元画像表示装置１として液晶表示装置５０を用いるが、別部品としてのレンズアレイ２は使用せず、マイクロレンズ３はオフセット印刷法によって、形成される。すなわち、液晶表示パネルはＴＦＴ基板５１とカラーフィルタ基板５２の外側に偏光板５４を貼り付けて完成するが、その後、本実施例ではカラーフィルタ側の偏光板５４上にマイクロレンズ３をオフセット印刷する。マイクロレンズ３間に間隔ＬＳが形成されているために、このようなオフセット印刷によるマイクロレンズ３の形成が可能になる。

マイクロレンズ３の配置は図１５と同じであり、このマイクロレンズ３ごとに同一の色を発する画素５を多数有する図４におけるセル７が形成される。このセル７の形は実施例１等では横長の６角形であるが、本実施例ではセル７の形は正６角形である。もちろん、正６角形にこだわる必要はなく、解像度と視域の要請から６角形の縦横比を変更すればよい。

本実施例では高価なレンズアレイ部品を省略できるためにコスト的に大きなメリットがある。本実施例でのもうひとつのメリットは、レンズアレイ部品を使用しない分、レンズアレイのシートの厚みが無いために視域を大きくとれるという点である。

実施例８における視域を評価すると次のとおりである。カラーフィルタ基板５２の厚さＴＣＦは０．５ｍｍで偏光板５４の厚さを０．１ｍｍとする。マイクロレンズ３の直径を０．３３６ｍｍとすると、ＬＤ／ＤＦＬ＝０．５６となり、視域θは２９度となって、実施例１等に比べると大幅に広がっている。

実施例８では２次元画像表示装置１として液晶表示装置を用いるとして説明したが、ボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であっても同様に適用できる。

以上の実施例において、カラーフィルタあるいは発光色は赤、緑、青であるとして説明した。しかし。明るさを向上させるため、あるいは色再現範囲を増すために、他の色のフィルタあるいは発光を用いる場合もあるが、この場合も本発明が適用可能である。

２次元画像表示装置として液晶表示装置を使用した場合はカラーフィルタを使用するものを実施例として説明した。カラー液晶表示装置としてはこのほかに、カラーフィルタを用いずに、バックライトに例えば、赤、緑、青の光源を用い、各色の光源を時分割で発光させることによってカラー表示をするいわゆるフィールドシーケンシャルという駆動方法がある。この場合も本発明が適用できることは言うまでもない。

本発明の基本構成図である。 本発明の基本原理図である。 本発明での視域の説明図である。 本発明の画面の平面図である。 本発明で使用される２次元画像表示装置の画素構成図である。 液晶表示装置の断面図である。 実施例１の断面図である。 実施例２の断面図である。 実施例３の断面図である。 ボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置の断面図である。 実施例４の断面図である。 実施例５の断面図である。 トップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置の断面図である。 実施例６の断面図である。 実施例７の平面図である。 実施例７の断面図である。 実施例７の他の形態の断面図である。 実施例７のさらに他の形態の平面図である。 実施例７のさらに他の形態の断面図である。 実施例８の断面図である。

符号の説明

１…２次元画像表示装置、２…レンズアレイ、 ３…マイクロレンズ、 ４…光点、 ５…画素、 ６…接着剤、 ７…セル、 ３１…レンズアレイのＢＭ、 ５０…液晶表示装置、 ５１…ＴＦＴ基板、 ５２…カラーフィルタ基板、 ５３…バックライト、 ５４…偏光板、 ５５…ＴＦＴ部、 ５６…画素電極、 ５７…配向膜、 ５８…液晶、５９…対向電極、６０…カラーフィルタ、 ６１…ＢＭ、 ６２…シール材、 ７０…有機ＥＬ表示装置、 ７１…有機ＥＬ素子用基板、 ７９…下部電極、 ８０…バンク、 ８１…有機ＥＬ層、８２…上部電極、 ８３…封止用ガラス板、８１１…有機ＥＬ発光部

Claims (22)

1. 画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記画素と前記マイクロレンズの中心との距離をＤＦＬとし、前期マイクロレンズの直径をＬＤとしたとき、ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１９以上であることを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．４１以上であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
3. 前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．８３以上であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
4. 前記ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１．６７以上であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
5. 前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であり、前記画素と前記マイクロレンズとの距離ＤＦＬは液晶表示装置のカラーフィルタと前記マイクロレンズの中心との距離であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
6. 前記２次元画像装置は有機ＥＬ表示装置であり、前記画素と前記マイクロレンズとの距離ＤＦＬは前記有機ＥＬ表示装置の発光部と前記マイクロレンズのレンズ中心であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
7. 前記２次元画像表示装置はトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像表示装置。
8. 画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズは片面が凸面で、他の面が略々フラットであり、前記画素と前記マイクロレンズの中心との距離をＤＦＬとし、前期マイクロレンズの直径をＬＤとしたとき、ＬＤ／ＤＦＬの値は０．１９以上であることを特徴とする３次元画像表示装置。
9. 前記マイクロレンズの前記凸面は前記２次元画像表示装置の反対側にあることを特徴とする請求項８に記載の３次元画像表示装置。
10. 前記マイクロレンズの前記凸面は前記２次元画像表示装置の側にあることを特徴とする請求項８に記載の３次元画像表示装置。
11. 前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする請求項９に記載の３次元画像表示装置。
12. 前記２次元画像表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする請求項９に記載の３次元画像表示装置。
13. 前記２次元画像表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元画像表示装置。
14. 前記２次元画像表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元画像表示装置。
15. 画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズに対応する複数の画素は略々長方形であり、前記画素の短辺の方向は３次元画像を見る者の眼の並びの方向に略々一致することを特徴とする３次元画像表示装置。
16. 画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズに対応する複数の画素は略々長方形であり、前記画素の長辺の方向は前記２次元画像表示装置の画面垂直方向と一致することを特徴とする３次元画像表示装置。
17. 画素がマトリクス状に多数配置された２次元画像表示装置と、前記２次元画像表示装置上に多数のマイクロレンズを配置することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記マイクロレンズの各々には同一の色を放射する複数の画素が対応し、前記マイクロレンズは片面が凸面で、他の面が略々フラットであり、前記マイクロレンズは垂直方向、水平方向ともにスペースをもって形成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
18. 前記マイクロレンズは樹脂のシートで形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
19. 前記マイクロレンズは樹脂であり、ガラスシート上に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
20. 前記２次元画像表示は液晶表示装置であり、前記マイクロレンズは樹脂であって、前記液晶表示装置の偏光板上に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
21. 前記２次元画像表示はボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であり、前記マイクロレンズは樹脂であって、前記有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬが形成されている基板に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
22. 前記マイクロレンズの間のスペースにはブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像表示装置。
    

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