JP2012108316A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高精細な多視点の立体表示が可能な立体表示装置を提供する。
【解決手段】この立体表示装置は、空間的に分割された４つの視点映像を一の画面内に表示する液晶表示パネル１と、その４つの視点映像を４つの視点での立体視が可能となるように光学的に分離するパララックスバリア２とを備える。液晶表示パネル１は、複数のサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂからなる単位画素を複数有し、画面水平方向の同一列上において互いに異なる色光を発するサブ画素が隣り合うように配列されたものである。４つの視点映像の各々は、画面斜め方向に並ぶ複数のサブ画素からそれぞれ構成されると共に画面水平方向に連続する２つのサブ画素列が、画面水平方向において４×２列の周期で複数表示されたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、パララックスバリア方式またはレンチキュラー方式による立体表示が可能な立体表示装置に関する。

近年、立体視表示を実現できる表示装置（立体表示装置）が注目を集めている。立体視表示は、互いに視差のある（視点の異なる）左眼用映像と右眼用映像を表示するものであり、観察者が左右の目でそれぞれを見ることにより奥行きのある立体的な映像として認識することができる。また、互いに視差がある３つ以上の映像を表示することにより、観察者に対してより自然な立体映像を提供することが可能な表示装置も開発されている。

このような立体表示装置は、専用の眼鏡が必要なものと不要なものとに大別されるが、観察者にとっては専用の眼鏡は煩わしく感じるものであり、専用の眼鏡が不要なもの（すなわち裸眼で立体視が可能なもの）が望ましい。裸眼で立体視が可能な立体表示装置としては、例えばパララックスバリア（視差バリア）方式やレンチキュラー方式を採用した立体表示装置が知られている。これらの方式の立体表示装置では、パララックスバリアやレンチキュラーレンズなどの光分離素子を光軸上に配置することで互いに視差がある複数の映像（視点映像）を同時に表示し、表示部と観察者の視点との相対的な位置関係（角度）によって見える映像が異なるようになっている。このような立体表示装置で複数の視点の映像を表示した場合には、映像の実質的な解像度が、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示パネルなどの表示部自体の解像度を視点の数で割ったものとなり、画質が低下してしまうという問題があった。

この問題を解決するために、様々な検討がなされている。例えば、特許文献１には、パララックスバリア方式において、パララックスバリアの透過状態および遮断状態を時分割的に切り替えて時分割表示することにより、等価的に解像度を改善する方法が提案されている。

しかしながら、パララックスバリアが画面鉛直方向へ延在する場合には、画面水平方向における解像度を向上させることはできるものの、画面鉛直方向における解像度の向上は困難である。そこで、画面水平方向の解像度と画面鉛直方向の解像度とのバランス（解像度バランス）を改善するための技術として、ステップバリア方式が開発されている。このようなステップバリア方式では、パララックスバリアの開口の並び方向（もしくは延在方向）、あるいはレンチキュラーレンズの軸方向が画面の斜め方向に設定され、斜め方向に隣接して一列に並ぶ複数色（例えばＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色））のサブ画素が１つの単位画素を構成するようになっている。

特開２００５−１５７０３３号公報

ところで、最近では、画素数の向上を図るため、あるいは、より小さな画面においても一定以上の画素数を確保するため、サブ画素の配列ピッチが縮小する傾向にある。このようにサブ画素の配列ピッチが縮小すると、適切な視差を確保するため、光分離素子と表示部の表示素子との光軸上の間隔も相対的に縮小する必要がある。しかしながら、一般的に、表示素子は透明なガラス基板上に設けられている。そのため、そのガラス基板の機械的強度が確保される最小限度の厚さに応じて光分離素子と表示素子との間隔が自ずと決まってしまうこととなる。また、通常の２次元画像については、より高精細化が求められているので画素サイズは今後ますます縮小する傾向にある。その高精細な画素を使って３次元画像を表示しようとする場合、サブ画素単位のステップバリア方式では、機械的な強度が十分に確保できないレベルまでガラス基板を薄くする必要性が生じるおそれがある。一方、３次元表示を基準としてガラス基板の厚さを設定すると画素サイズを大きくせざるを得ず、高精細な２次元画像の表示が困難となってしまう。このため、機械的強度を損なうことなく、サブ画素の配列ピッチがより縮小された表示部を備えた立体表示装置が望まれる。

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、より高精細な多視点の立体表示が可能である立体表示装置を提供することにある。

本発明の第１の立体表示装置は、空間分割されたｐ個（ｐは２以上の整数）の視点映像を一の画面内に表示する２次元表示部と、この２次元表示部に表示されたｐ個の視点映像をｐ個の視点での立体視が可能となるように光学的に分離する光学素子とを備える。ここで２次元表示部は、カラー映像表示に必要なｒ種（ｒは３以上の整数）の色をそれぞれ表示する複数のサブ画素からなる単位画素を複数有し、画面水平方向の同一列上において互いに異なる色光を発するサブ画素が隣り合うように配列されたものである。ｐ個の視点映像の各々は、画面水平方向と異なる第１の方向に並ぶ複数のサブ画素からそれぞれ構成されると共に画面水平方向に連続するｎ個のサブ画素列が、画面水平方向において（ｐ×ｎ）列の周期で複数表示されたものである。

本発明の第１の立体表示装置では、空間分割されたｐ個の視点映像は、光学素子によってｐ個の視点での立体視が可能となるように光学的に分離される。ここで各視点映像の各々は、画面水平方向において連続したｎ個のサブ画素列が画面水平方向において所定間隔で複数表示されたものである。このため、光学素子と２次元表示部との間隔を狭めなくとも、各視点映像が一のサブ画素列のみを所定間隔で複数表示することで形成される場合よりも、２次元表示部におけるサブ画素の配列ピッチが縮小される。

本発明の第２の立体表示装置は、複数のサブ画素からなる単位画素を複数有する表示部と、この表示部に表示された複数の視点映像を光学的に分離する光学素子とを備える。光学素子は、表示部からの光または表示部へ向かう光を透過する複数の光透過部と、表示部からの光または２次元表示部へ向かう光を遮蔽する複数の遮光部とを有し、画面水平方向において、光透過部の最大幅は、一のサブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合う２つのサブ画素の合計の幅よりも狭い。

本発明の第２の立体表示装置では、光学素子によって表示部に表示された複数の視点映像が光学的に分離される。ここで、画面水平方向において、光学素子における光透過部の最大幅は、一のサブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合う２つのサブ画素の合計の幅よりも狭くなっている。このため、光学素子と表示部との間隔を狭めなくとも、各視点映像が一のサブ画素列のみを所定間隔で複数表示することで形成される場合よりも、表示部におけるサブ画素の配列ピッチが縮小される。

本発明の第１の立体表示装置によれば、光学素子によって光学的に分離されたｐ個の視点映像が、画面水平方向において連続したｎ個のサブ画素をそれぞれ含むようにした。また、第２の立体表示装置によれば、画面水平方向において、光透過部の最大幅が、一のサブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合う２つのサブ画素の合計の幅よりも狭くなるようにした。これにより、各視点映像を一のサブ画素列のみを所定間隔で複数表示することで形成する場合と比較して、光学素子と（２次元）表示部との間隔を狭めることなく、サブ画素の配列ピッチを縮小することができる。その結果、例えば２次元表示部を構成するガラス基板などを一定以上の厚さとすることで機械的強度を確保しつつ、画素密度を高めることでより高精細な２次元画像の表示と共に、３次元画像の表示をも行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る立体表示装置における液晶表示パネルのサブ画素配列を示す平面図である。 図１などに示した液晶表示パネルに表示される表示パターンの例を表す平面図である。 図３に示した表示パターンに合成される４つの視点映像の元画像を表す概念図である。 図１などに示したパララックスバリアに形成されるバリアパターンの例を表す平面図である。 立体視をしている状態を模式的に表す説明図である。 第２の実施の形態に係る立体表示装置における液晶表示パネルのサブ画素配列を示す平面図である。 第２の実施の形態の液晶表示パネルに表示される表示パターンの例を表す平面図である。 第２の実施の形態におけるスイッチ液晶パネルに形成されるバリアパターンの例を表す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成を示す断面図である。 図１０に示した液晶レンズの詳細な構成を示す断面図である。 図１０に示した液晶レンズにおける第２の電極の構成例を示す平面図である。 図１０に示した液晶レンズにおける電圧印加時の状態を模式的に示した説明図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という。）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＞
［立体像表示装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態としての立体表示装置の全体構成を表す概略断面図である。この立体表示装置は、図１に示したように、観察者の側から順に液晶表示パネル１と、パララックスバリア２と、バックライト３とを備えている。液晶表示パネル１と、パララックスバリア２とは、例えば紫外線硬化樹脂などからなる接着層ＡＬによって固定されている。

液晶表示パネル１は、２次元的に配列された複数のサブ画素（後出）を有する透過型の液晶表示ディスプレイであり、対向配置された一対の透明基板１１，１２の間に液晶層１３が封入されたものである。透明基板１１，１２の内面には、液晶層１３を挟むように画素電極と対向電極とが設けられている（いずれも図示せず）。すなわち、画素電極および対向電極のうちの一方が透明基板１１の内面に設けられ、他方が透明基板１２の内面に設けられている。対向電極は全てのサブ画素に共通して設けられており、画素電極はサブ画素ごとに分離されて設けられている。また、透明基板１１または透明基板１２の表面には、カラー表示に必要とされるＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色のカラーフィルタがサブ画素ごとに割り付けられて設けられている。バックライト３から射出された光がパララックスバリア２を経て液晶表示パネル１に入射したのち、この３色のカラーフィルタをそれぞれ透過することにより、赤色光、緑色光および青色光が液晶表示パネル１から射出することとなる。なお、透明基板１１，１２の外面（液晶層１３と反対側の面）には、必要に応じて偏光板ＰＰ１，ＰＰ２を設けるようにしてもよい。

バックライト３は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源と、光源からの射出光を拡散してほぼ均一な面発光をするための導光板とを有している（いずれも図示せず）。なお、バックライト３の射出側には、必要に応じて偏光板ＰＰ３を設けるようにしてもよい。

図２は、液晶表示パネル１におけるサブ画素配列の例を示している。図２に示したように、液晶表示パネル１では、サブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂが２次元的に複数配列されている。具体的には、画面水平方向（Ｘ軸方向）の同一列上には各色のサブ画素が周期的に現れ、かつ、画面鉛直方向（Ｙ軸方向）の同一列には同一色のサブ画素が並ぶような画素配列とされている。液晶表示パネル１は、このような画素構造において、バックライト３から照射された光をサブ画素ごとに変調させることで２次元的に画像表示を行うようになっている。

なお、立体視を実現するためには、左眼１０Ｌと右眼１０Ｒとに異なる視点映像を見せる必要があるため、少なくとも右眼用映像と左眼用映像との２つの視点映像が必要となる。３つ以上の視点映像を用いた場合には多眼視を実現できる。本実施の形態では、図１において＜１＞〜＜４＞を付して表した４つの視点映像（第１〜第４の視点映像）を形成する（すなわち、視点数を４とする）と共に、そのうちの２つの視点映像を用いて観察する場合を説明する。なお、図１では、右眼１０Ｒに右眼用映像として第３の視点映像が入射し、左眼１０Ｌに左眼用映像として第２の視点映像が入射する様子を表している。

液晶表示パネル１は、空間的に分割された４つの視点映像を一画面内に合成して表示するようになっている。空間分割された４つの視点映像の各々は、画面水平方向に隣り合うｎ個（ｎは２以上の整数）のサブ画素列が画面水平方向において（４×ｎ）列の周期で複数表示されたものである。サブ画素列とは、画面水平方向と異なる方向（ここでは斜め方向）に並ぶ複数のサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂからなるものである。

図３は、一画面内に合成して表示された４つの視点映像の一例としての表示パターン１０（ここではｎ＝２とする）を表している。表示パターン１０では、第１〜第４のサブ画素群４１〜４４が各々斜め方向へ互いに平行に延在すると共に、画面水平方向において順に周期的に配置されている。第１のサブ画素群４１は、斜め方向へ並ぶＲ１，Ｇ１，Ｂ１の符号を付した複数のサブ画素からなる連続した２つのサブ画素列を有している。同様に、第２のサブ画素群４２は、斜め方向へ並ぶＲ２，Ｇ２，Ｂ２の符号を付した複数のサブ画素からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第３のサブ画素群４３は、斜め方向へ並ぶＲ３，Ｇ３，Ｂ３の符号を付した複数のサブ画素からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第４のサブ画素群４４は、斜め方向へ並ぶＲ４，Ｇ４，Ｂ４の符号を付した複数のサブ画素からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第１〜第４のサブ画素群４１〜４４は、それぞれ、第１〜第４の視点映像を表示する。より詳細には、第１〜第４のサブ画素群４１〜４４には、第１〜第４の視点映像の各々に対応する元画像としての２次元画像の一部分（各視点位置に応じた部分）が切り出されてそれぞれ表示される。すなわち、第１のサブ画素群４１には、図４（Ａ）に示した第１の視点映像に対応する２次元画像の一部画像４１Ｚが表示される。同様に、第２〜第４のサブ画素群４２〜４４には、それぞれ、図４（Ｂ），４（Ｃ），４（Ｄ）に示した第２〜第４の視点映像に対応する２次元画像の一部画像４２Ｚ，４３Ｚ，４４Ｚが表示される。なお、図３では、識別しやすいように、便宜上第１および第３のサブ画素群４１，４３のサブ画素列に網掛けを付している。

ここで、元画像（２次元画像）からどのようにサンプリングを行うのか、という点については特に限定されるものではない。すなわち、第１〜第４の視点映像を各々表示する単位画素は、第１〜第４のサブ画素群４１〜４４の各々から任意に選択されるＲ，Ｇ，Ｂの３つのサブ画素によって構成される。

パララックスバリア２は、例えば図１に示したように、対向配置された一対の透明基板２１，２２の間に液晶層２３が封入されたものであり、液晶層２３における液晶分子の配向状態によって選択的に光を透過させるものである。すなわち、パララックスバリア２は、立体表示の際に、バックライト３からの入射光を透過する光透過部２５と、その入射光を遮断する遮光部２４とがそれぞれ所定位置に配置された状態となるものである。これにより、パララックスバリア２は、液晶表示パネル１に表示された第１〜第４の視点映像を、４つの視点での立体視が可能となるように光学的に分離するためのバリアパターンを形成するようになっている。

図５（Ａ），５（Ｂ）に、パララックスバリア２の液晶層２３が形成するバリアパターン２０の例を２つ示す。バリアパターン２０における光透過部２５の配置位置および形状は、この立体表示装置を所定の位置、所定の方向から観察者が見たときに、観察者の左右の眼１０Ｌ，１０Ｒ（図１）に異なる視点映像の光が別々に入射されるように設定されている。なお、図５（Ａ），５（Ｂ）では、光透過部２５を、図３に示した第１〜第４のサブ画素群４１〜４４に対応して斜め方向へ延在するステップ形状としたが、斜め方向へ延在するストライプ形状としてもよい。ここで、画面水平方向において、光透過部２５の最大幅Ｗ２５は、一のサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの幅Ｗ１（図３）よりも広く、かつ、隣り合う２つのサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの合計の幅Ｗ２（図３）よりも狭くなっていることが望ましい（Ｗ１＜Ｗ２５＜Ｗ２）。所望の視点映像が視認できる所定の視点位置と、観察者の左眼１０Ｌおよび右眼１０Ｒの位置との多少のずれがあった場合であっても、不要な視点映像が観察者の左眼１０Ｌおよび右眼１０Ｒに入射することが防止されるからである。特に、図５（Ｂ）に示したように、画面垂直方向において光透過部２５の最大長さＤ２５が一のサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの長さＤ１（図３）よりも狭くなっている（Ｄ２５＜Ｄ１）と、画面垂直方向における所定の視点位置と観察者の両眼の位置とのずれにも対応可能となるのでより好ましい。

パララックスバリア２において、透明基板２１，２２の内面には、液晶層２３を挟むようにパターン電極と対向電極とが設けられている（いずれも図示せず）。すなわち、画素電極および対向電極のうちの一方が透明基板２１の内面に設けられ、他方が透明基板２２の内面に設けられている。対向電極は少なくとも有効画面領域における液晶層２３を全面的に覆うように設けられている。一方、パターン電極は複数に分割されており、画面水平方向において（４×ｎ）個のサブ画素列ごとに１つの割合で周期的に配置されている。パターン電極は、光透過部２５と同様のステップ形状をそれぞれ有している。

このような構成のパララックスバリア２では、例えばステップ形状のパターン電極と対向電極との間に電圧を印加すると、複数のパターン電極の形状に対応したステップ形状の光透過部２５が一定の間隔で複数形成される。すなわち、例えば液晶層２３の液晶分子が、電圧無印加の状態で白表示となる（いわゆるノーマリーホワイトの）ツイストネマチック液晶からなる場合、パターン電極の形成領域における液晶分子が垂直方向に配向することで、その領域が遮光部２４となる。なお、液晶モードについては特に限定されるものではなく、例えば電界効果複屈折モードでもよい。あるいは、電圧無印加の状態で黒表示となるノーマリーブラックの垂直配向（ＶＡ）モードや、面内スイッチング（ＩＰＳ）モードであっても、電極構成を適宜変更するなどして２次元画像で白表示が可能であれば適用することができる。以上により、パララックスバリア２は、４つの視点映像を４つの視点での立体視が可能となるように光学的に分離する機能を発揮する。その結果、観察者は、液晶表示パネル１に表示された映像を、３次元映像として視認することとなる。

一方、パターン電極と対向電極との間に電圧を印加しない状態では、液晶層２３は全面に亘って透過状態となる。この場合、パララックスバリア２は、４つの視点映像を光学的に分離する機能は発揮しない。したがって、パターン電極と対向電極との間に電圧を印加しない状態では、観察者は、液晶表示パネル１に表示された映像を、３次元映像ではなく２次元映像として視認することとなる。

［立体表示装置の動作］
この立体表示装置では、液晶表示パネル１において一画面内に全ての視点映像が空間分割されて表示される。具体的には、例えば図３に示した表示パターン１０のように、第１〜第４の視点映像が第１〜第４のサブ画素群４１〜４４に割り振られて表示される。このような表示を、パララックスバリア２によって形成されたバリアパターン２０（図５）を介して観察する。パララックスバリア２では、バックライト３からの入射光が選択的に透過することで、液晶表示パネル１に表示された４つの視点映像が、４つの視点での立体視が可能となるように光学的に分離される。すなわち、例えば図６に示したように、観察者の右眼１０Ｒには第３の視点映像を形成するサブ画素Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３からの光のみが認識される。一方、観察者の左眼１０Ｌには第２の視点映像を形成するサブ画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２からの光のみが認識される。これにより、観察者には第２の視点映像と第３の視点映像とに基づく立体像が知覚される。なお、図６は、図３において破線で囲んだ領域Ｖにおける、画面（ＸＹ平面）と直交する断面構成を表す概念図である。また、図６では、第２の視点映像を右眼１０Ｒで観察すると共に第３の視点映像を左眼１０Ｌで観察することにより立体像を知覚する例を挙げたが、第１〜第４の視点映像のうちの２つを任意に組み合わせることで立体像の観察は可能である。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態によれば、パララックスバリア２によって光学的に分離された第１〜第４の視点映像を、画面水平方向において連続した２つのサブ画素列からなる第１〜第４のサブ画素群４１〜４４を所定間隔で複数表示することによって形成するようにした。これにより、各視点映像を一のサブ画素列のみを所定間隔で複数表示することで形成する場合と比較して、パララックスバリア２の液晶層２３と液晶表示パネル１の液晶層１３との厚さ方向（Ｚ軸方向）の間隔を狭めることなく、サブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの配列ピッチを縮小することができる。その結果、例えば液晶表示パネル１の透明基板１１やパララックスバリア２の透明基板２２を一定以上の厚さとして機械的強度を確保しつつ、画素密度を高めることでより高精細な２次元画像の表示を行うことができるうえ、３次元画像の表示をも行うことができる。なお、図１において隣り合う第２の視点映像の光線と第３の視点映像の光線との間隔Ｅを６５ｍｍとしたとき、適視距離Ａは３００ｍｍ程度となる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態としての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。

上記第１の実施の形態では、液晶表示パネル１において、画面水平方向の同一列上に異色のサブ画素が周期的に現れ、かつ、画面鉛直方向の同一列には同色のサブ画素が並ぶような画素配列とした。これに対し本実施の形態は、図７に示したように、画面水平方向の同一列上および画面鉛直方向の同一列上に異色のサブ画素が周期的に現れ、かつ、画面斜め方向の同一列には同色のサブ画素が並ぶような画素配列の液晶表示パネル１Ａを用いるものである。なお、図７は、本実施の形態の立体表示装置における液晶表示パネル１Ａのサブ画素配列の例を示している。

図８は、液晶表示パネル１Ａにおいて、一画面内に合成して表示された４つの視点映像の一例としての表示パターン１０Ａ（ここではｎ＝２とする）を表している。表示パターン１０Ａでは、第１〜第４のサブ画素群４１〜４４が各々画面鉛直方向に延在すると共に、画面水平方向において順に周期的に配置されている。第１のサブ画素群４１は、画面鉛直方向へ並ぶサブ複数の画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１からなる連続した２つのサブ画素列を有している。同様に、第２のサブ画素群４２は、画面鉛直方向へ並ぶ複数のサブ画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第３のサブ画素群４３は、画面鉛直方向へ並ぶ複数のサブ画素Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第４のサブ画素群４４は、画面鉛直方向へ並ぶ複数のサブ画素Ｒ４，Ｇ４，Ｂ４からなる連続した２つのサブ画素列を有している。第１〜第４のサブ画素群４１〜４４は、それぞれ、第１〜第４の視点映像を表示する。この結果、画面鉛直方向に延在するストライプ状の第１〜第４の視点映像が、画面水平方向において周期的に配列されることとなる。なお、図８では、識別しやすいように、便宜上第１および第３のサブ画素群４１，４３のサブ画素列に網掛けを付している。

［立体表示装置の動作］
本実施の形態の立体表示装置においても、上記第１の実施の形態と同様にして立体視が可能である。すなわち、液晶表示パネル１Ａにおいて、一画面内に全ての視点映像が空間分割されて表示される。具体的には、例えば図８に示した表示パターン１０Ａのように、第１〜第４の視点映像が第１〜第４のサブ画素群４１〜４４に割り振られて表示される。このような表示を、パララックスバリア２によって形成されたバリアパターン２０Ａ（図９）を介して観察する。パララックスバリア２では、バックライト３からの入射光が選択的に透過することで、液晶表示パネル１Ａに表示された４つの視点映像が、４つの視点での立体視が可能となるように光学的に分離される。

［第２の実施の形態の効果］
以上説明したように、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。すなわち、第１〜第４の視点映像を、画面水平方向において連続した２つのサブ画素列からなる第１〜第４のサブ画素群４１〜４４を所定間隔で複数表示することによって形成するようにした。これにより、液晶表示パネル１Ａとパララックスバリア２との距離を十分に確保して機械的強度を維持しつつ、画素密度を高めることでより高精細な２次元画像の表示を行うことができるうえ、３次元画像の表示をも行うことができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態としての立体表示装置について説明する。

上記第１および第２の実施の形態では、光学素子として複数の光透過部２５および複数の遮光部２４を有するパララックスバリア２を用いるようにした。これに対し、図１０に示した本実施の形態の立体表示装置は、パララックスバリア２の代わりに図１１に示したような液晶レンズ５を用いるものである。この液晶レンズ５は、液晶表示パネル１よりも観察者側に配置される。なお、本実施の形態の立体表示装置は、上記の点を除き、他は上記第１の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一である。よって、以下では、液晶レンズ５の説明を行い、他は適宜説明を省略する。

液晶レンズ５は、間隔を空けて互いに対向配置された透明基板５１および透明基板５２と、それら透明基板５１と透明基板５２との間に配置された液晶層５３とを備えている。透明基板５１，５２は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる。透明基板５１の内面（透明基板５２に対向する面）には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第１の電極５４がほぼ全面に形成されている。図示しないが、透明基板５１には、第１の電極５４を介して液晶層５３に接するように第１の配向膜が形成されている。透明基板５２の内面（透明基板５１に対向する面）には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極５５が部分的に形成されている。透明基板５２には、第２の電極５５を介して液晶層５３に接するように第２の配向膜（図示せず）が形成されている。液晶層５３は、液晶分子５６を含み、第１の電極５４と第２の電極５５とによって印加される電圧に応じて液晶分子５６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５６は、誘電率異方性および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。

第２の電極５５は、図１２に示したように、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなる。第１の電極５５は、所定の電極幅を有して縦方向（Ｙ軸方向）に延在し、所定の間隔でＸ軸方向に複数、並列的に配置されている。このような構成により、液晶レンズ５は、一方向（Ｘ軸方向）にのみ屈折力を有するレンズ効果を発生させることができるようになっている。

液晶層５３は、第１の電極５４と第２の電極５５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（図１１）と、レンズ効果が発生する状態（図１３）とに電気的に切り替わるようになっている。図示しない第１および第２の配向膜は、例えばＹ軸方向にラビング処理がなされている。電圧が印加されていない状態（図１１）では、液晶分子５６は、そのラビング処理によって規定された所定の配向方向に平行な方向にほぼ一様に配向している。一方、第１の電極５４と第２の電極５５との間に電圧が印加されると、液晶分子５６は図１２に示したように配向する。すなわち、ＸＹ平面において、第１の電極５４と第２の電極５５との間に挟まれた領域に近づくほど、Ｚ軸方向に長手方向を向けるように液晶分子５６が配向することとなる。図１３に示したように、ＸＹ平面内の位置によって液晶分子５６が配向方向が分布を有することにより、液晶層５３はレンズ効果を発揮する。

この立体表示装置では、バックライト３から液晶表示パネル１を透過した光によって形成される複数の視点映像が液晶レンズ５によって光学的に分離され、立体視が可能となる。例えば図１０に示したように、バックライト３から液晶表示パネル１を透過した光が、液晶レンズ５を介して観察者の右眼１０Ｒもしくは左眼１０Ｌに入射する。その際、観察者の右眼１０Ｒもしくは左眼１０Ｌには、各視点位置に応じた画素情報が入射する。例えば第２の実施の形態における図８の表示パターン１０Ａが液晶表示パネル１に表示された場合、右眼１０Ｒには第２のサブ画素列４２からの光が認識され、左眼１０Ｌには第３のサブ画素列４３からの光が認識される。これにより、観察者には第２の視点映像と第３の視点映像とに基づく立体像が知覚される。

［第３の実施の形態の効果］
このように、液晶レンズを、ｐ個の視点映像をｐ個の視点での立体視が可能となるように光学的に分離する光学素子として用いた場合においても、各視点映像が画面水平方向に連続する複数のサブ画素列からなるようにすることで、上記第１および第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、２次元表示部における単位画素を、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色のサブ画素によって構成する場合について説明したが、本発明では４色以上のサブ画素（Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）とＷ（白色）もしくはＹ（黄色）との組み合わせ）によって構成してもよい。

また、上記実施の形態では、２次元表示部において空間分割された４つの視点映像を一の画面内に一括表示し、各視点映像を、画面水平方向において連続した２つのサブ画素列からなる４つのサブ画素群を複数表示することによって形成するようにした。しかしながら、本発明では、視点映像の数および各視点映像のサブ画素群を構成するサブ画素列の数はこれに限定されず、いずれも２以上の整数個とすることができる。すなわち、本発明の２次元表示部は、空間的に分割されたｐ個（ｐは２以上の整数）の視点映像を一の画面内に表示するものであればよい。ここで、ｐ個の視点映像の各々は、画面水平方向と異なる第１の方向に並ぶ複数のサブ画素からそれぞれ構成されると共に画面水平方向に連続するｎ個のサブ画素列が、画面水平方向において（ｐ×ｎ）列の周期で複数表示されたものである。また、本発明の光学素子は、２次元表示部に表示されたｐ個の視点映像を、ｐ個の視点での立体視が可能となるように光学的に分離するものであればよい。また、画面水平方向において、光透過部の最大幅は、一のサブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合うｎ個のサブ画素の合計の幅よりも狭いことが望ましい。また、光透過部は、連続したｎ個のサブ画素列に対応して斜め方向へ延在するステップ形状もしくはストライプ形状を有していることが望ましい。

また、上記実施の形態では、観察者の側から２次元表示部とパララックスバリアとバックライトとを順に配置するようにしたが、本発明では、観察者の側からパララックスバリアと２次元表示部とバックライトとを順に配置するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、２次元表示部としてバックライトを使用するカラー液晶ディスプレイを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば有機ＥＬ素子を用いたディスプレイやプラズマディスプレイであってもよい。

また、上記実施の形態では、光学素子としてパララックスバリアまたは液晶レンズを用いるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリンドリカルレンズを一次元方向に複数並べたレンチキュラーレンズを光学素子として用いた場合であっても、同様の効果が得られる。

１，１Ａ…液晶表示パネル、２…パララックスバリア、３…バックライト、１０，１０Ａ…表示パターン、１１，１２，２１，２２…透明基板、１３，２３…液晶層、２０，２０Ａ…バリアパターン、２４…遮光部、２５…光透過部、４１〜４４…第１〜第４のサブ画素群、５…液晶レンズ、５１，５２…基板、５３…液晶層。

Claims (11)

1. 空間分割されたｐ個（ｐは２以上の整数）の視点映像を一の画面内に表示する２次元表示部と、
   前記２次元表示部に表示された前記ｐ個の視点映像を、ｐ個の視点での立体視が可能となるように光学的に分離する光学素子と
   を備え、
   前記２次元表示部は、カラー映像表示に必要なｒ種（ｒは３以上の整数）の色をそれぞれ表示する複数のサブ画素からなる単位画素を複数有し、画面水平方向の同一列上において互いに異なる色光を発する前記サブ画素が隣り合うように配列されたものであり、
   前記ｐ個の視点映像の各々は、画面水平方向と異なる第１の方向に並ぶ複数の前記サブ画素からそれぞれ構成されると共に画面水平方向に連続するｎ個のサブ画素列が、画面水平方向において（ｐ×ｎ）列の周期で複数表示されたものである
   立体表示装置。
2. 前記光学素子は、
   前記２次元表示部からの光または前記２次元表示部へ向かう光を透過する複数の光透過部と、前記２次元表示部からの光または前記２次元表示部へ向かう光を遮蔽する複数の遮光部とを有するパララックスバリアである
   請求項１記載の立体表示装置。
3. 画面水平方向において、前記光透過部の最大幅は、一の前記サブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合うｎ個の前記サブ画素の合計の幅よりも狭い
   請求項２記載の立体表示装置。
4. 前記光透過部は、前記連続したｎ個のサブ画素列に対応して斜め方向へ延在するステップ形状もしくはストライプ形状を有している
   請求項２または請求項３記載の立体表示装置。
5. 画面垂直方向において、前記光透過部の最大長さは、一の前記サブ画素の長さよりも狭い
   請求項４記載の立体表示装置。
6. 一の前記単位画素は、画面水平方向に延在する連続した２以上（ｒ−１）以下の列から選択されるｒ種の前記サブ画素によって構成される
   請求項１記載の立体表示装置。
7. 前記単位画素はＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の前記サブ画素からなり、そのうち、２色の前記サブ画素が画面水平方向の同一列に存在すると共に残りの１色の前記サブ画素が前記２色のサブ画素の存在する列と隣接する列に存在する
   請求項６記載の立体表示装置。
8. 前記２次元表示部は、
   画面水平方向および前記第１の方向の双方と異なる第２の方向の同一列上に同色の前記サブ画素が配列されたものである
   請求項１記載の立体表示装置。
9. 前記光学素子は、液晶レンズである請求項１記載の立体表示装置。
10. 複数のサブ画素からなる単位画素を複数有する表示部と、
    前記表示部に表示された複数の視点映像を光学的に分離する光学素子と
    を備え、
    前記光学素子は、前記表示部からの光または前記表示部へ向かう光を透過する複数の光透過部と、前記表示部からの光または前記２次元表示部へ向かう光を遮蔽する複数の遮光部とを有し、
    画面水平方向において、前記光透過部の最大幅は、一の前記サブ画素の幅よりも広く、かつ、隣り合う２つの前記サブ画素の合計の幅よりも狭い
    立体表示装置。
11. 前記光透過部はステップ形状を有し、
    画面垂直方向において、前記光透過部の最大長さは、前記一のサブ画素の長さよりも狭い
    請求項１０記載の立体表示装置。

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