JP2010249954A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配置方向が９０°異なる第１および第２の配置状態のいずれにおいても、色むらおよび輝度むらの少ない良好な立体視を実現すること。
【解決手段】表示パネルにおいて、配置方向を互いに９０°異なる２つの配置状態に任意に切り替えて２次元的な画像表示を行う。表示パネルが第１の配置状態のときには、複数の第１のシリンドリカルレンズを表示面２Ａに平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように並列配置させる。表示パネルが第２の配置状態のときには複数の第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを表示面２Ａに平行な面内で水平方向に並列配置させる。また、第１の配置状態と第２の配置状態とで、カラー表示の単位画素として用いるサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせの位置を異ならせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンチキュラ方式による立体視を実現する立体表示装置に関する。

従来より、特殊な眼鏡を装着する必要がなく、裸眼で立体視が可能な立体表示方式の一つとして、レンチキュラレンズを用いたレンチキュラ方式と呼ばれるものがある。レンチキュラレンズとは、図１２に示したように、一次元方向にのみ屈折力を持つシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）３０３と呼ばれるかまぼこ型のレンズを、一次元方向に多数配列したシリンドリカルレンズアレイ３０２である。レンチキュラ方式では、２次元表示装置からなる表示パネル３０１の表示面に対して、シリンドリカルレンズアレイ３０２が対向配置された構成とされている。各シリンドリカルレンズ３０３は、表示パネル３０１の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置されている。表示パネル３０１の表示面には、規則的に複数の表示画素が２次元配列されている。レンチキュラ方式では、一つのシリンドリカルレンズ３０３の背面に２つ以上の画素を配置し、各画素からの光線をレンズの屈折力により異なる水平方向に出射させることで両眼視差を満たし、立体視が可能となる。レンズ背面に配置する画素数が３つ以上になると運動視差が得られ、画素数を多くすることでより本物の三次元物体から発せられる光線を忠実に再現することが可能となる。

図１２に示した例では、各シリンドリカルレンズ３０３に対して、表示パネル３０１の表示面における隣接する２本の画素列３０１Ｒ，３０１Ｌが割り当てられ、一方の画素列３０１Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列３０１Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ３０３によって左右別々の光路４０２，４０３に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者４００が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者４００の左右の眼４０１Ｒ，４０１Ｌに到達し、立体像が知覚される。

同様にして、多眼式の場合、３つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ３０３の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、３つ以上の視差画像が、シリンドリカルレンズアレイ３０２によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者４００の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。

ところで、シリンドリカルレンズアレイ３０２としては、例えば樹脂成型された、形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので３次元表示専用の表示装置となってしまう。また、シリンドリカルレンズアレイ３０２として、例えば液晶レンズによる可変レンズアレイを用いることができる。液晶レンズによる可変レンズアレイの場合、レンズ効果の有無を電気的に切り替えることができるため、２次元表示装置と組み合わせて、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることができる。すなわち、２次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態（屈折力の無い状態）とし、２次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。３次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態とし、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させることで立体視を実現する。

図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４および図１５は、液晶レンズによる可変レンズアレイの一例を示している。このレンズアレイは、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、例えばガラス材料よりなる透明な第１の基板１０１および第２の基板１０２と、それら第１の基板１０１および第２の基板１０２の間に挟まれた液晶層１０３とを備えている。第１の基板１０１と第２の基板１０２は、間隔ｄを空けて対向配置されている。

第１の基板１０１上における第２の基板１０２に対向する側には、図１４および図１５に示したように、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明な導電膜からなる第１の透明電極１１１がほぼ全面に一様に形成されている。また、第２の基板１０２上における第１の基板１０１に対向する側には、図１４および図１５に示したように、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の透明電極１１２が部分的に形成されている。第２の透明電極１１２は、図１５に示したように、例えば幅Ｌの電極幅を有して例えば縦方向に延在している。そして、第２の透明電極１１２は、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。隣り合う２つの第２の透明電極１１２間は間隔Ａの開口とされている。なお、図１５では、第２の透明電極１１２の電極配置を説明するため、第１の基板１０１を上側に、第２の基板１０２を下側にして、上下を逆にした状態で図示している。

なお、図示を省略するが第１の透明電極１１１と液晶層１０３との間には配向膜が形成されている。同様に、第２の透明電極１１２と液晶層１０３との間には配向膜が形成されている。液晶層１０３は、屈折率異方性を有する液晶分子１０４が一様に分布している。

このレンズアレイでは、図１３（Ａ）に示したように、印加電圧が０Ｖの通常の状態では、液晶分子１０４が配向膜によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面２０１は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、このレンズアレイでは、第２の透明電極１１２が、図１４および図１５に示したように間隔Ａの開口を有して離間配置されているため、図１４に示したような状態で所定の駆動電圧を印加すると、液晶層１０３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の透明電極１１２が形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、間隔Ａの開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図１３（Ｂ）に示したように、液晶分子１０４の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、液晶層１０３内での屈折率分布が変化することで、通過光線の波面２０２が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。

特開２００５−３０９３７４号公報 特開２００５−３１６３７２号公報

Makoto Okui, Masaki Kobayashi Jun Arai, and Fumio Okano, "Moire fringe reduction by optical filters in integral three-dimensional imaging on a color flat-panel display",APPLIED OPTICS, Vol. 44, No. 21, 2005年, p .4475〜p .4483

レンチキュラ方式を用いた立体表示装置では、表示デバイスとして液晶ディスプレイのようなフラットパネルディスプレイが多く用いられる。一般的に、フラットパネルディスプレイは、図１６に示した表示パネル３０１のように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが縦ストライプ配列されたものが殆どである。すなわち、各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂについて、縦方向に同一色のサブピクセルが配列され、横方向には異なる色のサブピクセルが周期的に現れるような配列とされている。図１６では、このような画素構造の表示パネル３０１とシリンドリカルレンズアレイ３０２との最も単純な組み合わせ方を示しており、シリンドリカルレンズ３０３の円筒軸（中心軸）が表示パネル３０１の縦方向と平行になるように組み合わせて配置している。なお、図１６において、Ｘ，Ｙ，Ｚは立体表示装置を配置する空間上の座標軸を示している。Ｘ１，Ｙ１は、表示パネル３０１上の座標軸を示している。図１６では、配置空間上のＸ軸方向（横方向）を表示パネル３０１上の第１の座標軸方向（Ｘ１軸方向）に一致させ、配置空間上のＹ軸方向（縦方向）を表示パネル３０１上の第２の座標軸方向（Ｙ１軸方向）に一致させている。また、図１６において、Ｐｘはサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの短手方向のピクセルピッチ、Ｐｙは長手方向のピクセルピッチを示している。図１６では、サブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが長方形状とされ、その長手方向を表示パネル３０１上のＹ１軸方向に一致させている。

図１６に示したような画素構造とシリンドリカルレンズアレイ３０２の配置では、水平方向に連続するＲ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組が、カラー表示の単位画素（１画素）として用いられる。この場合、１画素内で各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの水平位置が異なるため、シリンドリカルレンズ３０３が屈折力を有する水平方向に各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが拡大される。このため、観察者の目に到達する時点で各色光の水平方向の位置に違いが生じ、色むらとして知覚されるという問題がある。また、各サブピクセル間には遮光部（ブラックマトリクス）が存在するため、発光しない部分が輝度むらとして知覚される。この問題の解決策として、以下の３つの方法が知られている。
（１）デフォーカスする（非特許文献１参照）
（２）拡散板を用いる（非特許文献１参照）
（３）斜めレンチキュラ方式を用いる（特許文献１参照）

（１）の方法は、シリンドリカルレンズアレイ３０２による屈折力や光学距離を変化させてデフォーカスすることにより、各色のサブピクセルからの色光を混色させて色むらおよび輝度むらを抑える方法である。（２）の方法は、表示パネル３０１とシリンドリカルレンズアレイ３０２との間に拡散板を配置することで色むらおよび輝度むらを軽減させる方法である。しかし、（１）および（２）の方法では、デフォーカスもしくは光を拡散するために表示画像のシャープネスが損なわれて、立体感の低下を引き起こす原因となりうる。

（３）の方法では、図１８に示すように、カラー表示の単位画素を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを２次元的に複数用いて、単位画素を斜め方向のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせで構成する。また、そのサブピクセルの組み合わせの角度に沿ってシリンドリカルレンズ３０３を斜めに配置する。図１８では、表示パネル３０１の表示面に平行な面内で、配置空間上のＹ軸方向（図１８の配置では表示パネル３０１上のＹ１軸方向に一致）に対してシリンドリカルレンズ３０３の円筒軸（中心軸）Ｃ１が角度θとなるように傾斜して配置されている。なお、図１８において、近接して同じ数字が振られたサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせ（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ、ｉ＝１，２，３，…）がカラー表示の単位画素となっている。例えば斜め方向に近接した（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）の組み合わせが単位画素となっている。この方法では、シリンドリカルレンズ３０３が屈折力を持たない円筒軸Ｃ１の方向に、１画素を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが配列されることになるため、色むらが生じない。また、輝度むらに関しても、シリンドリカルレンズ３０３が屈折力を持たない方向へは混色されるため、遮光部４２での輝度変化が知覚できないほど小さくなることで実質的に輝度むらは除去される。

ところで、通常、据え置き型の表示装置の場合には、画面の縦横方向の表示状態（配置状態）は常に固定されている。例えば画面が横に長い据え置き型の表示装置の場合には、常に図１６に示したような横長の表示状態で固定されている。しかしながら、例えば最近の携帯電話機等のモバイル機器では、ディスプレイ部の画面の表示状態を、縦長の状態（画面の縦横比率が縦の方が大きい状態）と、横長の状態（画面の縦横比率が横の方が大きい状態）とに切り替え可能なものが開発されている。このような縦横の表示状態の切り替えは、例えば機器全体、またはディスプレイ部分を表示面に平行な面内で独立して９０°回転させると共に、表示画像も９０°回転させることで実現できる。ここで、このような縦横切り替え可能な機器において、３次元表示を行うことを考える。

図１７は、表示パネル３０１の配置方向を図１６の第１の配置状態に対して表示面に平行な面内で９０°回転させた第２の配置状態にして立体表示装置を構成した例を示している。この場合、配置空間上のＸ軸方向（横方向）に表示パネル３０１上の第２の座標軸方向（Ｙ１軸方向）を一致させ、配置空間上のＹ軸方向（縦方向）を表示パネル３０１上の第１の座標軸方向（Ｘ１軸方向）に一致させた状態となる。従って、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが横ストライプ配列された状態となる。すなわち、各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂについて、横方向に同一色のサブピクセルが配列され、縦方向には異なる色のサブピクセルが周期的に現れるような配列となる。図１７では、このような画素構造の表示パネル３０１とシリンドリカルレンズアレイ３０２Ｘとの最も単純な組み合わせ方を示している。シリンドリカルレンズ３０３Ｘの円筒軸が表示パネル３０１上のＸ１軸方向（図１７の配置では配置空間上のＹ軸方向に一致）と平行になるように組み合わせて配置している。

図１７に示したような横ストライプ配列の場合、配置空間上の縦方向（Ｙ軸方向）に連続するＲ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組が、カラー表示の単位画素（１画素）として用いられる。この場合、１画素内で各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの配列方向がシリンドリカルレンズ３０３Ｘが屈折力を有する方向と直交するため、色むらは発生しない。しかし、この場合でも各ピクセル間の遮光部４２は存在するため、輝度むらは依然として存在する。

この横ストライプ配列の場合に、輝度むらを除去するために、図１９に示すように斜めレンチキュラ方式を用いたとする。図１９では、表示パネル３０１の表示面に平行な面内で、配置空間上のＹ軸方向（図１９の配置では表示パネル３０１上のＸ１軸方向に一致）に対してシリンドリカルレンズ３０３Ｘの円筒軸（中心軸）Ｃ２が角度θとなるように傾斜して配置されている。輝度むらを除去するために斜めレンチキュラ方式を用いると、横ストライプ配列の場合では縦ストライプ配列の場合と比べて、水平方向のサブピクセルピッチが大きい。すなわち、短手方向のピクセルピッチをＰｘ、長手方向のピクセルピッチをＰｙとすれば（Ｐｙ＞Ｐｘ）、縦ストライプ配列の場合には水平方向のサブピクセルピッチがＰｘであったものが、横ストライプ配列の場合にはＰｙとなる。このため、シリンドリカルレンズ３０３Ｘの傾き角θが大きくなり、水平方向に視差画像を分離することが困難となる。なお、図１９において、近接して同じ数字が振られたサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせ（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ、ｉ＝１，２，３，…）がカラー表示の単位画素となっている。例えば斜め方向に近接した（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）の組み合わせが単位画素となっている。

図１９の構成例では、１画素を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが１行・１列おきに配置されている。このときシリンドリカルレンズ３０３Ｘの傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｐｙ／Ｐｘ）で与えられる。一般的な表示パネルでは１画素のアスペクト比が１：１であることからＰｙ＝３Ｐｘが成り立つ。従って、図１９におけるシリンドリカルレンズ３０３Ｘの傾き角θは、７１．６°となる。この場合、水平方向（Ｘ方向）よりも垂直方向（Ｙ方向）に屈折力が大きくなるため、視差画像の分離度は水平方向よりも垂直方向に大きくなる。立体視においては水平方向の視差が重要であるため、少なくともθは４５°以下である必要がある。このため、図２０の構成例に示すように、１画素を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ間の垂直方向の距離を長くすることで、シリンドリカルレンズ３０３Ｘの傾き角θを小さくする方法が考えられる。

図２０の構成例では、１画素を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが４行・１列おきに配置されている。このため、シリンドリカルレンズ３０３Ｘの傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｐｙ／４Ｐｘ）で与えられる。この場合、Ｐｙ＝３Ｐｘから、θは３６．９°となり、水平方向の視差画像分離度が大きくなる。しかし、この場合はサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ間の距離が長くなり、１つの画素として知覚されにくくなるため、本来表示する画像とは異なる画像として知覚される可能性が生じる。

以上から、画素構造として縦ストライプ配列の場合と横ストライプ配列の場合との両方で、立体画像の立体感を損なうことなく、色むらおよび輝度むらを除去することは困難であると言える。つまり、レンチキュラ方式を用いた立体表示装置では、以下のような問題が生じる。まず、第１の問題点として、縦ストライプ配列の場合は色むらおよび輝度むらが生じる。この第１の問題は、斜めレンチキュラ方式を用いることで解決することができる。次に、第２の問題点として、横ストライプ配列の場合は斜めレンチキュラ方式の適用に向かないため輝度むらを除去することができない。

以上から、縦横切り替え表示可能な立体画像表示装置を実現するにあたって、従来のレンチキュラ方式を用いた場合には、表示装置を縦に配置した場合と横に配置した場合との両方について、色むらおよび輝度むらが発生しない装置を実現することはできない。

一方、立体表示において、色むらおよび輝度むらを除去する目的や、水平方向にピクセルを密に配列するといった目的のためには、通常の２次元表示に用いられる表示パネルを用いることが最適であるとは必ずしも言えない。例えば図２１に示すような、特殊な画素構造を有する表示パネルを用いることが有効であるとされている（特許文献２参照）。図２１に示した画素構造は、水平方向の第１の列と第１の列に隣接する水平方向の第２の列とで、複数の色ごとに同一色の２つのサブピクセルが水平方向に間隔を空けずに互いに切れ目無く配置され、連続するような配列としたものである。

図２１に示した画素構造の表示パネルを用いると、色むらおよび輝度むらを除去するためにシリンドリカルレンズアレイ３０２を斜めに傾けることなく、図１８に示した斜めレンチキュラ方式と同様の効果が得られる。しかし、このような表示パネルを用いても、表示装置を９０°回転して配置した場合には、遮光部４２が垂直方向に連続的に存在するため輝度むらが発生する。表示パネルに遮光部４２が存在する限り、縦に配置した場合でも横に配置した場合でも各色についてサブピクセル同士が切れ目無く配置される画素構造は実現不可能である。また、図２１に示した配置状態から表示装置を９０°回転して配置した場合には、水平方向のピクセルピッチが大きくなるため、水平方向にピクセルを密に配置することができない。そのため、斜めレンチキュラ方式にも向かず、輝度むらを除去することが困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、配置方向が９０°異なる第１および第２の配置状態のいずれにおいても、色むらおよび輝度むらの少ない良好な立体視を実現することができるようにした立体表示装置を提供することにある。

本発明による立体表示装置は、第１の配置状態と第１の配置状態に対して配置方向を表示面に平行な面内で９０°回転させた第２の配置状態との２つの配置状態に切り替えて２次元的な画像表示が可能とされた表示パネルと、全体として表示パネルの表示面側に対向配置され、表示パネルの配置状態に応じた方向に、複数のシリンドリカルレンズを並列配置させることが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、レンズアレイ素子が、表示パネルが第１の配置状態のときには複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように並列配置させ、表示パネルが第２の配置状態のときには複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で水平方向に並列配置させるようになされているものである。また、表示パネルが、カラー表示に必要とされる複数の色ごとのサブピクセルが２次元的に複数配列された画素構造を有し、第１の配置状態と第２の配置状態とで、カラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせの位置を異ならせるようになされているものである。

本発明による立体表示装置では、表示パネルにおいて、配置方向を互いに９０°異なる２つの配置状態に任意に切り替えて２次元的な画像表示が行われる。表示パネルが第１の配置状態のときには、複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように並列配置させる。表示パネルが第２の配置状態のときには複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で水平方向に並列配置させる。また、第１の配置状態と第２の配置状態とで、カラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせの位置を異ならせる。

本発明による立体表示装置において、レンズアレイ素子としては例えば、電気的に液晶層内の屈折率分布を変化させることで選択的に、異なる２方向に複数のシリンドリカルレンズに相当するシリンドリカルレンズ状のレンズ効果を発生させることが可能な液晶可変レンズアレイを用いることができる。

本発明の立体表示装置によれば、表示パネルの配置状態に応じて、シリンドリカルレンズの配置方向とカラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせとを最適化するようにしたので、良好な立体視を実現することができる。すなわち、配置方向が９０°異なる第１および第２の配置状態のいずれにおいても、色むらおよび輝度むらの少ない良好な立体視を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置における第２の配置状態での画素の配列とシリンドリカルレンズの配置との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置における第１の配置状態での画素の配列とシリンドリカルレンズの配置との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置におけるレンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態によるレンズアレイ素子における電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態によるレンズアレイ素子におけるレンズ効果の切り替え状態をシリンドリカルレンズで光学的に等価に示した説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置における表示状態の切り替え例を示した説明図である。 本発明の第１の実施の形態によるレンズアレイ素子における電極構造の一例と発生するレンズ効果との対応関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態によるレンズアレイ素子における電極構造の他の例と発生するレンズ効果との対応関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置における第２の配置状態での画素の配列とシリンドリカルレンズの配置との関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置における第１の配置状態での画素の配列とシリンドリカルレンズの配置との関係を示す説明図である。 レンチキュラ方式による立体表示の概念を示す説明図である。 液晶レンズによる可変レンズアレイの構成例を示す断面図であり、（Ａ）はレンズ効果の無い状態、（Ｂ）はレンズ効果を発生させた状態を示す。 図１３に示した液晶レンズにおける電極部分の構成例を示す断面図である。 図１３に示した液晶レンズにおける電極部分の構成例を示す斜視図である。 レンチキュラ方式による立体表示の第１の配置例を示す説明図である。 レンチキュラ方式による立体表示の第２の配置例を示す説明図である。 従来の輝度むらおよび色むらの改善手法の一例を示すものであり、画素配列が縦ストライプ型である場合に、シリンドリカルレンズを斜めに配置した状態を示す説明図である。 従来の輝度むらおよび色むらの改善手法の一例を示すものであり、画素配列が横ストライプ型である場合に、シリンドリカルレンズを斜めに配置した状態を示す説明図である。 図１９の配置に対して傾き角が小さくなるようにシリンドリカルレンズを斜めに配置した状態を示す説明図である。 従来の輝度むらおよび色むらの改善手法の一例を示すものであり、画素構造を立体表示に適した配列にした状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
［立体表示装置の全体構成］
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。本実施の形態に係る立体表示装置は、２次元的な画像表示が可能とされた表示パネル２と、全体として表示パネル２の表示面２Ａ側に対向配置されたレンズアレイ素子１とを備えている。この立体表示装置は、表示パネル２を第１の配置状態と第２の配置状態との２つの配置状態に切り替えて立体表示が可能とされている。第２の配置状態は、第１の配置状態に対して配置方向を表示面２Ａに平行な面内で９０°回転させた状態である。また、この立体表示装置は、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることが可能とされている。

なお、本実施の形態において、Ｘ，Ｙ，Ｚは立体表示装置を配置する空間上の座標軸を示し、Ｘ１，Ｙ１は、表示パネル２上（表示面２Ａ上）の座標軸を示している。特に断りのない限り基本的に、「横方向」または「水平方向」という場合には配置空間上のＸ軸方向に平行な方向、「縦方向」または「垂直方向」という場合には配置空間上のＹ軸方向に平行な方向のことをいう。また、この立体表示装置では、配置空間上のＸ軸方向に視差画像を分離させ、観察者の両眼が配置空間上のＸ軸方向に存在する場合に立体視が可能なものとする。

また、本実施の形態において、「第１の配置状態」とは、配置空間上のＸ軸方向を表示パネル２上の第１の座標軸方向（Ｘ１軸方向）に一致させ、配置空間上のＹ軸方向を表示パネル２上の第２の座標軸方向（Ｙ１軸方向）に一致させた状態のことをいう。これは、従来技術として示した図１６の配置状態に相当する。また、「第２の配置状態」とは、配置空間上のＸ軸方向に表示パネル２上の第２の座標軸方向（Ｙ１軸方向）を一致させ、配置空間上のＹ軸方向を表示パネル２上の第１の座標軸方向（Ｘ１軸方向）に一致させた状態のことをいう。これは、従来技術として示した図１７の配置状態に相当する。

表示パネル２は、例えば液晶表示ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイで構成されている。表示パネル２は、２次元表示を行う場合には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示を行う場合には３次元画像データに基づく映像表示を行うようになっている。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。例えば２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。

レンズアレイ素子１は、後述するように液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。レンズアレイ素子１は、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル２からの光線の通過状態を選択的に変化させるようになっている。レンズアレイ素子１はまた、後述するように電気的に液晶層内の屈折率分布を変化させることで選択的に、異なる２方向にシリンドリカルレンズ状のレンズ効果を発生させることが可能とされている。

なお、表示パネル２の好ましい画素構造、およびレンズアレイ素子１によるシリンドリカルレンズの好ましい配置方向については、後に図１および図２を参照して詳述する。

［レンズアレイ素子１の全体構成］
以下ではレンズアレイ素子１の基本的な構造および作用を説明するために、まず、レンズ効果を発生させる方向（シリンドリカルレンズの配列方向）を互いに縦横の９０°異なる方向に切り替える場合を例に説明する。

レンズアレイ素子１は、図３に示したように、間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０と、それら第１の基板１０および第２の基板２０の間に配置された液晶層３とを備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第１の基板１０上における第２の基板２０に対向する側には、第１の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第１の電極群１４が形成されている。第１の基板１０上にはまた、第１の電極群１４を介して配向膜１３が形成されている。第２の基板２０上における第１の基板１０に対向する側には、第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第２の電極群２４が形成されている。第２の基板２０上にはまた、第２の電極群２４を介して配向膜２３が形成されている。

液晶層３は、液晶分子５を含み、第１の電極群１４と第２の電極群２４とに印加される電圧に応じて液晶分子５の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子５は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層３は、第１の電極群１４と第２の電極群２４とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、第１のレンズ状態と、第２のレンズ状態との３つの状態に電気的に切り替わるようになっている。第１のレンズ状態は、第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。第２のレンズ状態は、第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。なお、このレンズアレイ素子１において、２つの異なる方向にレンズ効果が切り替わって発生することを除いて、そのレンズ効果発生の基本原理は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示した液晶レンズと同様である。

［レンズアレイ素子１の電極構造］
図４は、このレンズアレイ素子１の電極構造の一構成例を示している。なお、図４では、図１５に示した従来の電極構造との違いを分かりやすくするため、第１の基板１０を上側に、第２の基板２０を下側にして、図３とは上下を逆にした状態で図示している。

第１の電極群１４は、複数の透明電極として、異なる電極幅を有する２種類の電極を交互に並列配置した構成とされている。すなわち、第１の電極群１４は、Ｘ方向第１電極（第１の電極１１Ｘ）と、Ｘ方向第２電極（第２の電極１２Ｘ）とをそれぞれ複数有し、それら第１の電極１１Ｘと第２の電極１２Ｘとが交互に並列配置された構成とされている。第１の電極１１Ｘは、第１の幅Ｌｙを有して第１の方向（Ｘ１軸方向）に延在している。第２の電極１２Ｘは、第１の幅Ｌｙよりも大きい第２の幅Ｓｙを有して第１の方向に延在している。第１の電極１１Ｘは、レンズ効果として発生する第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第１の電極１１Ｘと第２の電極１２Ｘは、間隔ａの幅を空けて配置されている。

第２の電極群２４も同様に、複数の透明電極として、異なる電極幅を有する２種類の電極を交互に並列配置した構成とされている。すなわち、第２の電極群２４は、Ｙ方向第１電極（第１の電極２１Ｙ）と、Ｙ方向第２電極（第２の電極２２Ｙ）とをそれぞれ複数有し、それら第１の電極２１Ｙと第２の電極２２Ｙとが交互に並列配置された構成とされている。第１の電極２１Ｙは、第１の幅Ｌｘを有して第２の方向（Ｙ１軸方向）に延在している。第２の電極２２Ｙは、第１の幅Ｌｘよりも大きい第２の幅Ｓｘを有して第２の方向に延在している。第１の電極２１Ｙは、レンズ効果として発生する第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第２の電極２１Ｙと第２の電極２２Ｙは、間隔ａの幅を空けて配置されている。

［レンズアレイ素子の製造］
このレンズアレイ素子１の製造を行う場合、まず、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる第１の基板１０および第２の基板２０のそれぞれに、例えばＩＴＯ膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第１の電極群１４および第２の電極群２４を形成する。配向膜１３，２３は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、ＳｉＯ等の斜方蒸着法により形成する。これにより、液晶分子５の長軸を一方向に配向させる。配向膜１３，２３上には、第１の基板１０と第２の基板２０との間隔ｄを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ４を分散させたものを印刷する。そして、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、公知のＴＮ、ＳＴＮ等の液晶材料を、シール材開口部から第１の基板１０と第２の基板２０との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、レンズアレイ素子１を完成させる。なお、本実施の形態においては、液晶分子５の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果が得られるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。その一方で、屈折率異方性Δｎが大きい液晶組成物の場合、却って液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまうことによる基体間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、製造性とレンズ効果との双方を考慮した内容組成にすることが好ましい。

［レンズアレイ素子の制御動作］
次に、図５および図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、このレンズアレイ素子１の制御動作（レンズ効果の制御動作）を説明する。図５は、レンズアレイ素子１における電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を示している。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、レンズアレイ素子１で発生するレンズ効果を光学的に等価に示している。

このレンズアレイ素子１では、液晶層３が、第１の電極群１４と第２の電極群２４とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、第１のレンズ状態と、第２のレンズ状態との３つの状態に電気的に切り替わる。第１のレンズ状態は、第２の方向（Ｙ１軸方向）に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。第２のレンズ状態は、第１の方向（Ｘ１軸方向）に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。

このレンズアレイ素子１では、液晶層３をレンズ効果の無い状態にする場合には、第１の電極群１４を構成する複数の透明電極と第２の電極群２４を構成する複数の透明電極とがすべて同電位（０Ｖ）となるような電圧状態とする（図５の中央部に示した状態）。この場合、図１３（Ａ）に示した場合と同様の原理で、液晶分子５が配向膜１３，２３によって規定される所定の方向に一様に配列されるので、レンズ効果の無い状態となる。

また、液晶層３を第１のレンズ状態にする場合には、液晶層３を挟む上下の透明電極間で、第２の電極群２４の第１の電極２１Ｙに対応する部分において、液晶分子５の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。例えば、第１の電極群１４を構成する複数の透明電極のすべてに共通の電圧を印加する。かつ、第２の電極群２４を構成する複数の透明電極のうち第１の電極２１Ｙのみに選択的に所定の駆動電圧を印加する（図５の上段に示した状態）。この場合、図１３（Ｂ）に示した場合と同様の原理で、液晶層３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第１の電極２１Ｙが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第１の電極２１Ｙから離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、第１の方向（Ｘ１軸方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図６（Ａ）に示したように、Ｙ１軸方向に延在しＸ１軸方向に屈折力のある第１のシリンドリカルレンズ（Ｙ方向シリンドリカルレンズ）３１Ｙが、Ｘ１軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。この場合には、第２の電極群２４のうち、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙのレンズピッチｐに相当する位置にある透明電極（第１の電極２１Ｙ）のみに選択的に電圧が印加されていることになる。

また、液晶層３を第２のレンズ状態にする場合には、液晶層３を挟む上下の透明電極間で、第１の電極群１４の第１の電極１１Ｘに対応する部分において、液晶分子５の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。例えば、第２の電極群２４を構成する複数の透明電極（第１の電極２１Ｙおよび第２の電極２２Ｙ）のすべてに共通の電圧を印加する。かつ、第１の電極群１４を構成する複数の透明電極（第１の電極１１Ｘおよび第２の電極１２Ｘ）のうち第１の電極１１Ｘのみに選択的に所定の駆動電圧を印加する（図５の下段に示した状態）。この場合、図１３（Ｂ）に示した場合と同様の原理で、液晶層３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第１の電極１１Ｘが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第１の電極１１Ｘから離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、第２の方向（Ｙ方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図６（Ｂ）に示したように、Ｘ１軸方向に延在しＹ１軸方向に屈折力のある第２のシリンドリカルレンズ（Ｘ方向シリンドリカルレンズ）３１Ｘが、Ｙ１軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。この場合には、第１の電極群１４のうち、第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘのレンズピッチｐに相当する位置にある透明電極（第１の電極１１Ｘ）のみに選択的に電圧が印加されていることになる。

なお、第１の電極群１４と第２の電極群２４とで、電極幅（Ｌｙ，Ｌｘ等）や電極間の間隔ａを同じに構成する（Ｌｙ＝Ｌｘ等にする）ことで、方向が異なるのみでレンズピッチｐが同じ、かつ同じ屈折力を持ったシリンドリカルレンズの効果を発生させることができる。逆にいうと、第１の電極群１４と第２の電極群２４とで、電極幅や電極間の間隔ａを異なる構成にすることで、第１のレンズ状態と第２のレンズ状態とで、異なるレンズピッチを有するシリンドリカルレンズの効果を発生させることができる。

［立体表示装置の制御動作］
さらに、図７を参照して、このレンズアレイ素子１を用いた立体表示装置の制御動作を説明する。図７は、立体表示装置における表示状態の切り替え例を示している。ここでは、立体表示装置を、例えばモバイル機器のように画面の表示状態を縦長の状態と横長の状態とに切り替え可能なものに適用する場合を例に説明する。かつ、立体表示装置が２次元表示モードと３次元表示モードとに切り替えることができる場合を例に説明する。

この立体表示装置では、レンズアレイ素子１を、上記したような、レンズ効果の無い状態と、第１のレンズ状態および第２のレンズ状態とに適切に切り替えることにより、２次元表示と３次元表示との電気的な切り替えを行う。例えば、レンズアレイ素子１をレンズ効果の無い状態として、表示パネル２からの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行う。図７（Ｃ）は画面の表示状態を横長にした状態（第１の配置状態）で２次元表示を行った画面例、図７（Ｄ）は縦長にした状態（第２の配置状態）で２次元表示を行った画面例を示している。

また、レンズアレイ素子１を第１のレンズ状態として、表示パネル２からの表示画像光を第２の方向（Ｙ１軸方向）に直交する第１の方向（Ｘ１軸方向）に偏向させることで、第１の方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような３次元表示を行う。これは、図７（Ａ）に示したように画面の表示状態を横長にした状態（第１の配置状態）で３次元表示を行った場合に相当する。この状態では、レンズ効果としては図６（Ａ）に示したような状態でレンズ効果が発生しているので、画面の表示状態を横長にした状態で左右方向（配置空間上のＸ軸方向）に両眼を置いたときに立体感が得られる。

また、レンズアレイ素子１を第２のレンズ状態として、表示パネル２からの表示画像光を第１の方向（Ｘ１軸方向）に直交する第２の方向（Ｙ１軸方向）に偏向させることで、第２の方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような３次元表示を行う。これは、図７（Ｂ）に示したように画面の表示状態を縦長にした状態（第２の配置状態）で３次元表示を行った場合に相当する。この状態では、レンズ効果としては図６（Ｃ）に示したような状態（図６（Ｂ）の状態を構造的に９０°回転させた状態）でレンズ効果が発生しているので、画面の表示状態を縦長にした状態で左右方向（配置空間上のＸ軸方向）に両眼を置いたときに立体感が得られる。

［レンズアレイ素子１において斜め方向にレンズ効果を発生させる電極構造例］
図４、図５および図６（Ａ）〜（Ｃ）では、レンズアレイ素子１におけるレンズ効果が発生する方向を縦横に９０°切り替える場合について説明したが、切り替えの角度は縦横に９０°である場合に限らず、任意の角度での実施が可能である。すなわち、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙまたは第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘの少なくとも一方について、斜め方向にレンズ効果を発生させることが可能である。

図８（Ａ）は、図４、図５に示した電極構成に対して第２の電極群２４（第１の電極２１Ｙ、第２の電極２２Ｙ）を、表示面内の縦方向（Ｙ１軸方向）に対して角度θだけ傾斜させた電極構造の例を示している。このように第２の電極群２４を傾斜させることにより、図８（Ｂ）に示したように第１のレンズ状態として、中心軸（円筒軸）Ｃ１がＹ１軸方向に対して角度θだけ傾斜したシリンドリカルレンズ状のレンズ効果を発生させることができる。すなわち、等価的には、中心軸（円筒軸）Ｃ１がＹ１軸方向に対して角度θだけ傾斜した第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙを複数、並列配置させたようなシリンドリカルレンズアレイを構成することができる。なお、第２のレンズ状態については図６（Ｂ）の場合と同様に、Ｘ１軸方向に延在しＹ１軸方向に屈折力のある第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘが、Ｙ１軸方向に複数、並列配置されたような状態となる（図８（Ｃ））。

図９（Ａ）は、図４、図５に示した電極構成に対して第１の電極群１４（第１の電極１１Ｘ、第２の電極１２Ｘ）を、表示面内の横方向（Ｘ１軸方向）に対して角度θだけ傾斜させた電極構造の例を示している。このように第１の電極群１４を傾斜させることにより、図９（Ｃ）に示したように第２のレンズ状態として、中心軸（円筒軸）Ｃ２がＸ１軸方向に対して角度θだけ傾斜したシリンドリカルレンズ状のレンズ効果を発生させることができる。すなわち、等価的には、中心軸（円筒軸）Ｃ２がＸ１軸方向に対して角度θだけ傾斜した第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを複数、並列配置させたようなシリンドリカルレンズアレイを構成することができる。なお、第１のレンズ状態については図６（Ａ）の場合と同様に、Ｙ１軸方向に延在しＸ１軸方向に屈折力のある第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙが、Ｘ１軸方向に複数、並列配置されたような状態となる（図９（Ｂ））。

［表示パネル２の画素構造とシリンドリカルレンズ３１Ｘ，３１Ｙの配置方向］
次に、本実施の形態における、表示パネル２の配置状態とカラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせとの好ましい関係について説明する。同時に、表示パネル２の配置状態とレンズアレイ素子１によるシリンドリカルレンズ３１Ｘ，３１Ｙの配置方向との好ましい関係について説明する。

図１は、第２の配置状態での表示パネル２の画素配列とレンズアレイ素子１による第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘの配置との関係を示している。図２は、第１の配置状態での表示パネル２の画素配列とレンズアレイ素子１による第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの配置との関係を示している。レンズアレイ素子１は、表示パネル２が第１の配置状態のときには、図２に示したように第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙを表示面２Ａに平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように複数、並列配置させるようになっている。また、表示パネル２が第２の配置状態のときには、図１に示したように第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを表示面２Ａに平行な面内で斜め方向に傾斜させることなく、水平方向に複数、並列配置させるようになっている。なお、レンズアレイ素子１において、このような２方向にレンズ効果を切り替えるためには、図８（Ａ）に示したような電極構造を採用すればよい。すなわち、第１の配置状態では図８（Ｂ）に示したような状態のレンズ効果を発生させる。第２の配置状態では図８（Ｃ）に示したような状態のレンズ効果を発生させ、レンズアレイ素子１を表示パネル２と共に構造的に９０°回転させることで、配置空間上のＸ軸方向に第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを並列配置させる。

表示パネル２は、カラー表示に必要とされる複数の色ごとのサブピクセルが２次元的に複数配列された画素構造を有している。表示パネル２では、第１の配置状態と第２の配置状態とで、カラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせの位置を異ならせるようにしている。図１および図２の構成例では、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを組み合わせてカラー表示のための１画素としている。表示パネル２の画素は、レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ３１Ｘ，３１Ｙのピッチｐに対して複数の画素が対応付けられている。３次元表示モードでは、シリンドリカルレンズ３１Ｘ，３１Ｙのピッチｐに対応付けられた複数の画素の個数分、３次元表示における光線数（視線数）を提示することになる。

本実施の形態では、第１の配置状態（図２）のときに、表示パネル２において垂直方向（Ｙ軸方向）の同一列上に各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが交互に配列された画素構造とされている。また、第２の配置状態（図１）のときに、水平方向（Ｘ軸方向）の同一列上に各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが交互に配列された画素構造とされている。かつ、第２の配置状態のときに、水平方向の第１の列と第１の列に隣接する水平方向の第２の列とで、複数の色ごとに同一色の２つのサブピクセルが水平方向に間隔を空けずに連続するような画素配列とされている。例えば図１において、網掛けして強調表示した、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の番号を付してある赤色のサブピクセル４１Ｒに着目してみる。すると、各サブピクセルが、水平方向に間隔を空けずに互いに切れ目無く配置され、連続するような配列とされていることが分かる。

図１および図２において、近接して同じ数字が振られたサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせ（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ、ｉ＝１，２，３，…）がカラー表示の単位画素となっている。図１および図２のそれぞれにおいて、例えば斜め方向に近接した（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）の組み合わせが単位画素となっている。

すなわち、第２の配置状態のときには、図１に示したように、異なる水平方向の列にある異なる色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを組み合わせてカラー表示の単位画素として用いている。第１の配置状態のときには、図２に示したように、異なる垂直方向の列にある異なる色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを組み合わせてカラー表示の単位画素として用いている。

このような画素構造とされていることで、第２の配置状態のときには、各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが垂直方向に部分的に重なるように連続し、かつ遮光部４２が垂直方向には不連続に存在することになる。このため、第２の配置状態のときには、第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを斜めに傾斜配置させることなく、色むらおよび輝度むらを除去することが可能となる。これにより、第２の配置状態のときには、図１９の構成例のような第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘの傾き角が大きいために視差画像の分離が困難になるという、斜めレンチキュラ方式の問題は生じない。

一方、第１の配置状態のときには、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙを傾斜させて、斜めレンチキュラ方式を用いていることで、色むらおよび輝度むらを除去することが可能となる。ここで、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θが大きくなりすぎると、斜めレンチキュラ方式の欠点である視差画像の分離が困難になるという問題が生じる。そこで、傾き角θに関して、以下で述べる条件を満足することが好ましい。

表示パネル２において、各色のサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、同一の大きさの長方形状であるものとする。そして、第１の配置状態（図２）のときに垂直方向がサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの長手方向となり、第２の配置状態（図１）のときには垂直方向がサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの短手方向となるような画素配列であるものとする。このとき、サブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの短手方向のピクセルピッチをＰｘ、長手方向のピクセルピッチをＰｙとする。また、短手方向のピクセル幅をＷｘ、長手方向のピクセル幅をＷｙとする。また、第２の配置状態のときに、立体画像の単位画素である「３次元画素」を構成するサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの垂直方向のピクセル数をＮとする。「３次元画素」は、立体表示の視差数分の画素群で構成される。第２の配置状態において、サブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが、同一色について、水平方向に間隔を空けずに互いに切れ目無くかつ重なりもなく、連続するような配列とされるためには、長手方向のピクセル幅Ｗｙが、以下の関係式を満足しなければならない。
Ｗｙ＝Ｐｙ（１−１／Ｎ）

第１の配置状態のときには、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θが４５°以下となり、かつ画素構造として各サブピクセル間の距離が近い状態となることが好ましい。図２に示した画素配列において、仮にサブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの（Ｒ１，Ｇ２，Ｂ３）の組み合わせをカラー表示の単位画素として用いるならば、傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（（Ｐｙ−Ｗｙ）／Ｐｘ）
で与えられる。ここで上記のように、Ｗｙ＝Ｐｙ（１−１／Ｎ）で与えられるため、θは５３．１°となり、傾き角θが大きくなりすぎてしまう。従って、サブピクセル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの組み合わせは、各色が垂直方向に重ならず、かつ各色間の距離が近い（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）の組み合わせが好ましい。このとき第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｐｘ／Ｐｙ（１＋１／Ｎ））
で与えられる。このときＰｙ＝３Ｐｘであるならば、θは１４．９°となり、視差画像分離度は水平方向に大きい状態を実現できる値となる。すなわち、水平方向に立体視を行うのに十分な値となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、表示パネル２の配置状態に応じて、シリンドリカルレンズの配置方向とカラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせとを最適化するようにしたので、良好な立体視を実現することができる。すなわち、配置方向が９０°異なる第１および第２の配置状態のいずれにおいても、色むらおよび輝度むらの少ない自然な立体視を実現することができる。これにより、例えば携帯電話機器やデジタルカメラなどに用いられるモバイルディスプレイのように、表示部を縦横に配置切り替え可能な機器に適用した場合に、縦横のどちらでもむらの無い立体視を実現することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態に係る立体表示装置は、上記第１の実施の形態に係る立体表示装置に対して表示パネル２の画素構造が異なっている。レンズアレイ素子１によるシリンドリカルレンズの配置角度もその画素構造に応じたものとされている。それ以外の基本的な構成は上記第１の実施の形態と同様である。

図１０は、本実施の形態に係る立体表示装置における第２の配置状態での表示パネル２の画素配列とレンズアレイ素子１による第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘの配置との関係を示している。図１１は、第１の配置状態での表示パネル２の画素配列とレンズアレイ素子１による第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの配置との関係を示している。本実施の形態においても、レンズアレイ素子１は、表示パネル２が第１の配置状態のときには、図１１に示したように第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙを表示面２Ａに平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように複数、並列配置させるようになっている。また、表示パネル２が第２の配置状態のときには、図１０に示したように第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを表示面２Ａに平行な面内で斜め方向に傾斜させることなく、水平方向に複数、並列配置させるようになっている。なお、本実施の形態においても、レンズアレイ素子１において、このような２方向にレンズ効果を切り替えるためには、図８（Ａ）に示したような電極構造を採用すればよい。すなわち、第１の配置状態では図８（Ｂ）に示したような状態のレンズ効果を発生させる。第２の配置状態では図８（Ｃ）に示したような状態のレンズ効果を発生させ、レンズアレイ素子１を表示パネル２と共に構造的に９０°回転させることで、配置空間上のＸ軸方向に第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを並列配置させる。

本実施の形態では、第２の配置状態（図１０）のときに、表示パネル２において、カラー表示の単位画素を構成する異なる色のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの組み合わせがデルタ配列となるような画素構造を有している。また、第１の配置状態（図１１）のときには、異なる垂直方向の列にある異なる色のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂを組み合わせてカラー表示の単位画素として用いるようにしている。

図１０および図１１において、近接して同じ数字が振られたサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの組み合わせ（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ、ｉ＝１，２，３，…）がカラー表示の単位画素となっている。図１０および図１１のそれぞれにおいて、例えば破線で囲った（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの組み合わせが単位画素となっている。

このような画素構造とされていることで、第２の配置状態のときには、単位画素の構造がデルタ配列となり各色のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂが２次元的に配列される。このため、第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘによる拡散効果によって、色むらが軽減される。また遮光部４２は垂直方向に不連続に存在することになるため、第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘを斜めに傾斜配置させることなく、色むらおよび輝度むらを除去することが可能となる。これにより、第２の配置状態のときには、図１９の構成例のような第２のシリンドリカルレンズ３１Ｘの傾き角が大きいために視差画像の分離が困難になるという、斜めレンチキュラ方式の問題は生じない。

一方、第１の配置状態のときには、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙを傾斜させて、斜めレンチキュラ方式を用いていることで、色むらおよび輝度むらを除去することが可能となる。ここで、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θが大きくなりすぎると、斜めレンチキュラ方式の欠点である視差画像の分離が困難になるという問題が生じる。そこで、傾き角θに関して、以下で述べる条件を満足することが好ましい。

表示パネル２において、各色のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂは、同一の大きさの四角形状であるものとする。そして、第１の配置状態（図１１）のときに、サブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの水平方向のピクセルピッチをＰｘ、垂直方向のピクセルピッチをＰｙとする。また、水平方向のピクセル幅をＷｘ、垂直方向のピクセル幅をＷｙとする。第１の配置状態のときには、第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θが４５°以下となり、かつ画素構造として各サブピクセル間の距離が近い状態となることが好ましい。ここで、図１１に示した画素配列において、仮に斜め方向に連続するサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂのサブピクセル（Ｒ１，Ｇ３，Ｂ５）の組み合わせをカラー表示の単位画素として用いるとすると、傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（２Ｐｘ／Ｗｙ）
で与えられる。ここで、デルタ配列では各色のサブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂのアスペクト比が１：１であるとすると、Ｗｘ＝Ｗｙ、Ｐｘ＝Ｐｙとなり、Ｗｘ＜Ｐｘより、θは４５°より大きくなる。従って、サブピクセル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの組み合わせは、各色が垂直方向に重ならず、かつ各色間の距離が近い状態となる（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）の組み合わせが好ましい。このとき第１のシリンドリカルレンズ３１Ｙの傾き角θは、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｗｘ／（２Ｐｙ＋Ｗｙ／２））
で与えられる。ここではＷｘ、Ｗｙは任意の値となるが、Ｐｙ≒Ｗｙと近似すると、
θ＝ｔａｎ^-1（２／５）となり、θは約２１．８°となる。これにより、視差画像分離度は水平方向に大きい状態を実現できる値となる。すなわち、水平方向に立体視を行うのに十分な値となる。

以上説明したように、本実施の形態においても、表示パネル２の配置状態に応じて、シリンドリカルレンズの配置方向とカラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせとを最適化するようにしたので、良好な立体視を実現することができる。すなわち、配置方向が９０°異なる第１および第２の配置状態のいずれにおいても、色むらおよび輝度むらの少ない自然な立体視を実現することができる。特に、本実施の形態では、表示パネル２の画素構造として一般的なデルタ配列のものを用いるようにしたので、図１および図２のような特殊な画素構造を用いることなく、上記第１の実施の形態と同様の効果を容易に得ることができる。

１…レンズアレイ素子、２…表示パネル、２Ａ…表示面、３…液晶層、４…スペーサ、５…液晶分子、１０…第１の基板、１１Ｘ…第１の電極（Ｘ方向第１電極）、１２Ｘ…第２の電極（Ｘ方向第２電極）、１３，２３…配向膜、１４…第１の電極群、２０…第２の基板、２１Ｙ…第１の電極（Ｙ方向第１電極）、２２Ｙ…第２の電極（Ｙ方向第２電極）、２４…第２の電極群、３１Ｙ…第１のシリンドリカルレンズ、３１Ｘ…第２のシリンドリカルレンズ、４１Ｒ，４３Ｒ…赤色用のサブピクセル、４１Ｇ，４３Ｂ…緑色用のサブピクセル、４１Ｂ，４３Ｂ…青色用のサブピクセル、４２…遮光部、Ｃ１，Ｃ２…中心軸（円筒軸）、Ｘ…配置空間上の横方向（水平方向）、Ｙ…配置空間上の縦方向（垂直方向）、Ｘ１…表示面内の第１の座標軸方向、Ｙ１…表示面内の第２の座標軸方向。

Claims (6)

1. 第１の配置状態と前記第１の配置状態に対して配置方向を表示面に平行な面内で９０°回転させた第２の配置状態との２つの配置状態に切り替えて２次元的な画像表示が可能とされた表示パネルと、
   全体として前記表示パネルの表示面側に対向配置され、前記表示パネルの配置状態に応じた方向に、複数のシリンドリカルレンズを並列配置させることが可能に構成されたレンズアレイ素子と
   を備え、
   前記レンズアレイ素子は、前記表示パネルが前記第１の配置状態のときには前記複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で斜め方向に傾斜した状態となるように並列配置させ、前記表示パネルが前記第２の配置状態のときには前記複数のシリンドリカルレンズを表示面に平行な面内で水平方向に並列配置させるようになされ、
   前記表示パネルは、カラー表示に必要とされる複数の色ごとのサブピクセルが２次元的に複数配列された画素構造を有し、前記第１の配置状態と前記第２の配置状態とで、カラー表示の単位画素として用いるサブピクセルの組み合わせの位置を異ならせる
   ようになされている立体表示装置。
2. 前記レンズアレイ素子は、電気的に液晶層内の屈折率分布を変化させることで選択的に、異なる２方向に前記複数のシリンドリカルレンズに相当するシリンドリカルレンズ状のレンズ効果を発生させることが可能な液晶可変レンズアレイである請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記表示パネルにおいて、前記サブピクセルは、前記第１の配置状態のときに垂直方向の同一列上に各色のサブピクセルが交互に配列され、かつ、前記第２の配置状態のときに、水平方向の同一列上に各色のサブピクセルが交互に配列されると共に、水平方向の第１の列と前記第１の列に隣接する水平方向の第２の列とで、複数の色ごとに同一色の２つのサブピクセルが水平方向に間隔を空けずに連続するような配列とされ、
   前記第２の配置状態のときには、異なる水平方向の列にある異なる色のサブピクセルを組み合わせて前記カラー表示の単位画素として用い、前記第１の配置状態のときには、異なる垂直方向の列にある異なる色のサブピクセルを組み合わせて前記カラー表示の単位画素として用いる
   ようになされている請求項１または２に記載の立体表示装置。
4. 前記表示パネルにおいて、前記サブピクセルが長方形状であり、前記第１の配置状態のときに垂直方向が前記サブピクセルの長手方向となり、前記第２の配置状態のときには垂直方向が前記サブピクセルの短手方向となるような画素配列とされており、
   前記サブピクセルの短手方向のピクセルピッチをＰｘ、長手方向のピクセルピッチをＰｙとし、また、短手方向のピクセル幅をＷｘ、長手方向のピクセル幅をＷｙとし、
   前記第２の配置状態のときに、立体画像の単位画素である３次元画素を構成するサブピクセルの垂直方向のピクセル数をＮとすると、長手方向のピクセル幅Ｗｙが、
   Ｗｙ＝Ｐｙ（１−１／Ｎ）
   の関係式を満足し、
   前記第１の配置状態における、前記シリンドリカルレンズの前記表示パネルの垂直方向の軸に対する傾き角をθとすると、
   θ＝ｔａｎ^-1（Ｐｘ／Ｐｙ（１＋１／Ｎ））
   の関係式を満足する
   ようになされている請求項３に記載の立体表示装置。
5. 前記表示パネルにおいて、前記サブピクセルは、前記第２の配置状態のときに前記カラー表示の単位画素を構成する異なる色のサブピクセルの組み合わせがデルタ配列となるような画素構造を有し、前記第１の配置状態のときには、異なる垂直方向の列にある異なる色のサブピクセルを組み合わせて前記カラー表示の単位画素として用いる
   ようになされている請求項１または２に記載の立体表示装置。
6. 前記表示パネルにおいて、前記サブピクセルが四角形状であり、
   前記第１の配置状態のときに、前記サブピクセルの水平方向のピクセルピッチをＰｘ、垂直方向のピクセルピッチをＰｙとし、また、水平方向のピクセル幅をＷｘ、垂直方向のピクセル幅をＷｙとすると、
   前記第１の配置状態における、前記シリンドリカルレンズの前記表示パネルの垂直方向の軸に対する傾き角θが、
   θ＝ｔａｎ^-1（Ｗｘ／（２Ｐｙ＋Ｗｙ／２））
   の関係式を満足する
   ようになされている請求項５に記載の立体表示装置。

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