JP2015084079A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄ画像の画質を向上できる画像表示装置を提供する。【解決手段】本開示における３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置は、格子状のブラックマトリクス６１により行方向及び列方向に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する画像表示部と、３Ｄ画像の表示時に、右目用画像及び左目用画像を画像表示部６０に同時に表示させる表示制御部６５と、画像表示部６０の前面側に配置され、３Ｄ画像の表示時に、画像表示部６０から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離する複数の分離素子４１，４２を含む光線制御部４０とを備え、分離素子４１，４２の各々は、列方向に対して傾斜するように直線状に配置されており、行方向における分離素子４１，４２の配列ピッチが、行方向における区画領域の配列ピッチの４．５未満の非整数倍である。【選択図】図２

Description

本開示は、裸眼での立体視を可能とする画像表示装置に関する。

特許文献１には、パララックスバリア方式により立体視を可能とする立体画像表示装置が開示されている。特許文献１に開示される立体画像表示装置は、第１方向の画像を表示する第１のピクセルと、第２方向の画像を表示する第２のピクセルとが水平方向に交互に配置されたディスプレイモジュールと、ディスプレイモジュールから所定距離だけ離れて配置され、視聴者の左目と右目に第１のピクセル及び第２のピクセルがそれぞれ選択的に見えるように配置された斜線方向パターンのバリアの駆動を制御するバリアモジュールとを含み、斜線方向パターンのバリアによってモアレ干渉を防止している。

特開２０１２−５３４３２号公報

本開示は、３Ｄ画像の画質を向上できる画像表示装置を提供する。

本開示における３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置は、格子状のブラックマトリクスにより行方向及び列方向に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する画像表示部と、３Ｄ画像の表示時に、右目用画像及び左目用画像を画像表示部に同時に表示させる表示制御部と、画像表示部の前面側に配置され、３Ｄ画像の表示時に、画像表示部から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離する複数の分離素子を含む光線制御部とを備え、分離素子の各々は、列方向に対して傾斜するように直線状に配置されており、行方向における分離素子の配列ピッチが、行方向における区画領域の配列ピッチの４．５未満の非整数倍である。

本開示における画像表示装置は、３Ｄ画像の画質を向上させるのに有効である。

実施の形態１に係る画像表示装置の概略断面図 図１に示した画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 比較例１に係る画像表示装置における画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 比較例２に係る画像表示装置における画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 実施の形態１に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 比較例１に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 比較例２に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 実施の形態１に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 比較例１に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 比較例２に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 人間のコントラスト感度の空間周波数特性を示すグラフ 実施の形態２に係る画像表示装置の概略構成図 図１２に示した液晶レンズにおける液晶分子の配向変化を示す図 図１２に示した画像表示パネルと液晶レンズの第２電極との関係を示す正面図 図１２に示した液晶レンズの分解斜視図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下の説明では、画像表示装置に対して３次元直交座標系を設定し、座標軸を用いて方向を特定する。画像表示パネルの表示面に対して視聴者が正対したときの左右方向をＸ軸方向とする。画像表示パネルの表示面に対して視聴者が正対したときの上下方向をＹ軸方向とする。また、画像表示パネルの表示面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。ここで、「正対」とは、例えば表示面に「Ａ」という文字が表示されている場合において、視聴者がこの「Ａ」という文字を正しい方向から見るように、表示面の真正面に向かって位置していることを意味する。

（実施の形態１）
以下、図１〜６を用いて実施の形態１を説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像表示装置１１の概略断面図であり、図２は、図１に示した画像表示パネル６０（画像表示部）と視差バリア４０（光線制御部）との関係を示す正面図である。図１は、画像表示装置１１の上側から見た図に相当する。したがって、図１の左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。

図１に示すように、画像表示装置１１は、バックライト２０と、画像表示パネル６０と、視差バリア４０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５とを備える。バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、視差バリア４０側に出射される。

以下、各構成に対してそれぞれ詳細を述べる。

バックライト２０は、光源２１と、反射フィルム２２と、傾斜面２４を有する導光板２３と、拡散シート２５と、プリズムシート２６と、偏光反射シート２７とを備える。反射フィルム２２は導光板２３の背面側（図１における下面側）に設けられており、拡散シート２５は導光板２３の前面側（図１における上面側）に設けられている。

光源２１は、導光板２３の一方の側面に沿って配置されている。光源２１は、例えば、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。

光源２１から出射された光は、導光板２３の前面と背面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の前面から出射される。導光板２３の背面には、図１に示すように、複数の傾斜面２４が設けられている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３から出射する光の強度が前面の全体にわたって均一になる。

反射フィルム２２は、導光板２３の背面側に設けられている。導光板２３の背面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を超えた光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に前面から出射される。導光板２３の前面から出射された光は、拡散シート２５に入射する。

拡散シート２５は表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度である。拡散シート２５は、導光板２３の前面から出射された光の強度を面方向において更に均一化させるために設けられている。拡散シート２５の替わりに、内部に複数のビーズを有する拡散板を用いてもよい。拡散板は、拡散シート２５よりも厚いため、内部で面方向に光を広げる作用が大きい。一方、拡散シート２５は、拡散板よりも薄いため内部で面方向に光を広げる作用は小さいが、表面の凹凸で光を拡散させることができる。また、拡散シート２５を用いることで、画像表示装置１１のＺ軸方向の厚みを小さくすることもできる。

プリズムシート２６は、透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを設けることによって構成される。プリズムシート２６は、一部の光を反射しそれ以外の光を透過する。プリズムシート２６は、プリズムシートの平坦面の法線方向に相対的に強い指向性を有し、入射した光をプリズムシート２６の前面方向に集光する。これにより、プリズムシート２６は、少ない光量で有効方向を明るく照明する。

偏光反射シート２７は、液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルである画像表示パネル６０が透過する偏光方向成分（透過偏光成分）の光を透過しそれ以外の成分を反射する。反射された光は、他の光学部材や導光板２３裏面に設けられた反射フィルム２２で反射される際に無偏光となって、偏光反射シート２７に再入射する。再入射した光は、透過偏光成分が偏光反射シート２７を透過する。これを繰り返すことで、バックライト２０の出射光の偏光成分を、画像表示パネル６０で有効に利用される偏光成分に統一して、画像表示パネル６０側に出射する。

画像表示パネル６０は、図２に示すように、格子状のブラックマトリクス６１により行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する。区画領域の各々は、１つのサブ画素６２を構成する。複数のサブ画素６２（例えばＲＧＢの３つのサブ画素６２）により、１つの画素を構成する。なお、単色表示の画像表示装置の場合は、区画領域の各々は、１つの画素を構成する。ブラックマトリクス６１は、列方向に延びる第１ブラックライン６１ａと、行方向に延びる第２ブラックライン６１ｂとにより、複数の区画領域を形成している。ブラックマトリクス６１では、複数の第１ブラックライン６１ａが行方向に例えば一定のピッチで配列され、複数の第２ブラックライン６１ｂが列方向に例えば一定のピッチで配列されている。複数のサブ画素６２は、行方向（図２の左右方向）及び列方向（図２の上下方向）にマトリクス状に配列されている。画像表示パネル６０は、表示制御部６５による制御に従って２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能である。画像表示パネル６０の一例として、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式を用いた液晶パネルが挙げられる。ただし、画像表示パネル６０として、他の方式の液晶パネルや有機ＥＬパネル等を採用することもできる。

画像表示パネル６０に３Ｄ画像を表示する場合、複数の画素は、右目用画素と左目用画素に分けて用いられる。表示制御部６５は、３Ｄ画像の表示時には、右目用画素に右目用画像を表示し、左目用画素に左目用画像を表示する。すなわち、３Ｄ画像の表示時には、画像表示パネル６０に、右目用画像及び左目用画像が同時に表示される。右目用画素に表示される右目用画像の光は後述する視差バリア４０によって遮られ、左目用画素に表示される左目用画像の光が視聴者の左目に届く。また、左目用画素に表示される左目用画像の光は後述する視差バリア４０によって遮られ、右目用画素に表示される右目用画像の光が視聴者の右目に届く。

一方、表示制御部６５は、２Ｄ画像の表示時には、従来通り全ての画素を用いて１つの２Ｄ画像を表示する。

尚、図示を省略しているが、画像表示パネル６０の入射面および出射面には光の偏光を揃えるためのシートが形成されている。ここで、本実施の形態では画像表示パネル６０からの出射光の偏光方向はＹ軸方向としている。

視差バリア４０は、画像表示パネル６０の前面側に配置され、図２に示すように、ストライプ状（スリット状）に配列された複数の遮光部４１を有する。隣接する遮光部４１の間には、画像表示パネル６０から出射された光を透過させる開口部４２が形成されている。遮光部４１は、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光を視聴者の左目の視線範囲から遮ると共に、画像表示パネル６０から出射された左目用画像の光を視聴者の右目の視線範囲から遮る。この結果、右目用画像の光及び左目用画像の光が開口部４２を通じて視聴者の右目及び左目のそれぞれに届く。また、図２に示すように、遮光部４１及び開口部４２は、列方向（画素列）に対して傾斜する直線状に形成されている。遮光部４１及び開口部４２は、列方向（つまり、第１ブラックライン６１ａの延伸方向）に対して傾斜するように直線状に配置されている。視差バリア４０は、例えば、電圧の印可に応じてストライプ状に複数の遮光部４１を表示する液晶素子を用いて実現できる。また、３Ｄ画像の表示専用の画像表示装置においては、視差バリア４０は、黒色インキ等の遮光性材料を用いて形成されたストライプ状のパターンでも良い。尚、遮光部４１及び開口部４２は、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離して、分離したそれぞれの光を視聴者の右目及び左目に導く分離素子の一例である。また、視差バリア４０は、画像表示パネル６０から出射された光線に視差を付与する光線制御部の一例である。

ここで、視差バリア４０は、行方向（Ｘ軸方向）における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１が、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となるように構成されている。非整数とは、整数ではない数である。なお、行方向（画素行方向）において、分離素子（一対の遮光部４１及び開口部４２）の配列ピッチＰ１は一定である。

行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２を、同方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍とすることにより、３Ｄ画像表示時に視聴位置が最適視聴位置からずれた際のモアレを低減することができる。以下、比較例と対比しながら、本実施の形態に係るモアレ低減効果の詳細を説明する。

図３及び４は、それぞれ比較例１及び２に係る画像表示装置１０１，２０１における画像表示パネル６０と視差バリア１４０，２４０との関係を示す正面図である。

図３に示す画像表示装置１０１は、実施の形態１に係る画像表示装置１１が備えるものと同じ画像表示パネル６０と、視差バリア１４０とを用いて構成したものである。視差バリア１４０は、図２に示した視差バリア４０と同様に、ストライプ状に配列された複数の遮光部１４１を有し、隣接する遮光部１４１の間には光を透過させる開口部１４２が設けられている。ただし、遮光部１４１は、列方向に平行に延びるように形成されている。

図４に示す画像表示装置２０１は、実施の形態１に係る画像表示装置１１が備えるものと同じ画像表示パネル６０と、視差バリア２４０とを用いて構成したものである。視差バリア２４０は、図２に示した視差バリア４０と同様に、ストライプ状に配列された複数の遮光部２４１を有し、隣接する遮光部２４１の間には光を透過させる開口部２４２が設けられている。また、図２の例と同様に、遮光部２４１及び開口部２４２は、列方向に対して傾斜するように形成されている。ただし、行方向における遮光部２４１及び開口部２４２の配列ピッチＰ３がサブ画素６２の配列ピッチＰ２の整数倍となっている点で、図３の視差バリア１４０は、図２の視差バリア４０と異なっている。

図５は、実施の形態１に係る画像表示装置１１を見たときに視差バリア４０の開口部４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

実施の形態１に係る画像表示装置１１（図２）においては、図５（ａ）に示すように、ブラックマトリクス６１の第１ブラックライン６１ａが開口部４２の略中央に見える領域や、サブ画素６２が開口部４２の略中央に見える領域がある。更に、図５（ｂ）に示すような、画像表示装置１１の表示領域上の位置に応じて、第１ブラックライン６１ａが開口部４２の中央からずれて見える領域や、サブ画素６２が開口部４２の中央からずれて見える領域がある。これらの領域では、第１ブラックライン６１ａの見え方が異なるので、各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、サブ画素６２が開口部４２の中央に位置する領域は相対的に明るく、第１ブラックライン６１ａが開口部４２の中央に位置する領域は相対的に暗い。尚、図５（ａ）及び（ｂ）は、画像表示装置１１を適視距離から見た場合、及び、画像表示装置１１を適視距離からずれた距離から見た場合のいずれにも現れるブラックマトリクス６１のパターンである。

図６は、比較例１に係る画像表示装置１０１を見たときに視差バリア１４０の開口部１４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

比較例１に係る画像表示装置１０１においては、適視距離から見たときに、図６（ａ）に示すブラックマトリクス６１のパターンが画面の全面に現れる。適視距離からの視聴時には、画面全体でブラックマトリクス６１と開口部１４２とが図６（ａ）に示す位置関係にあるため、全てのサブ画素６２の輝度が同じであれば、画面全体が略均一な輝度となる。ただし、視聴者の視聴距離が適視距離からずれると、視線範囲が代わることによって、開口部１４２から見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化する。この結果、図６（ｂ）に示すような、第１ブラックライン６１ａが開口部１４２の略中央に見える領域が画面上の一部に出現する。各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、図６（ａ）に示す領域と比べて、図６（ｂ）に示す領域は相対的に暗く見える。

図７は、比較例２に係る画像表示装置２０１を見たときに視差バリア２４０の開口部２４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

比較例２に係る画像表示装置２０１においては、図４にも示したように、適視距離から見たときに、図７（ａ）に示すような、サブ画素６２が開口部１４２の略中央に見える領域や、図７（ｂ）に示すような、第１ブラックライン６１ａが開口部４２の略中央に見える領域が現れる。また、視聴距離が適視距離からずれた場合にも、図７（ａ）に示す領域と、図７（ｂ）に示す領域とが現れる。各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、図７（ａ）に示す領域は相対的に明るく見え、図７（ｂ）に示す領域は相対的に暗く見える。

図８は、実施の形態１に係る画像表示装置１１の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図であり、図９及び１０は、それぞれ比較例１及び比較例２に係る画像表示装置１０１，２０１の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図である。図８〜１０において、左欄はクロストークが最も少なくなる適視距離で３Ｄ画像を視聴した場合に見える輝度分布を示し、右欄は視聴者が画面に近づいて適視距離より短い距離で３Ｄ画像を視聴した場合に見える輝度分布を示す。また、図８〜１０では、各帯状の領域において明るさが概ね一様である。図８〜１０では、帯状の領域によって、相対的に明るく見える領域（明るい領域）と、相対的に暗く見える領域（暗い領域）、又は相対的に明るく見える領域と相対的に暗く見える領域との中間の明るさの領域（中間の明るさの領域）を示す。また、図１０（ａ）は、遮光部２４１の傾斜が大きい場合を示し、図１０（ｂ）は、遮光部２４１の傾斜が小さい場合を示す。

視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、例えば画像表示装置１１，１０１，２０１に近づいた場合を想定する。視聴距離が適視距離より短くなった場合、視聴者の右目及び左目の視線範囲が左右方向にシフトする。したがって、視聴距離が適視距離からずれると、開口部４２，１４２，２４２を通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化するため、適視距離で相対的に明るく見えていた領域が暗く見えたり、適視距離で相対的に明るく見えていた領域が明るく見えたりするなど、画面上の見た目の輝度分布が変化する。

ただし、実施の形態１においては、遮光部４１及び開口部４２を列方向（画素列）に対して斜めに配置すると共に、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることによって、配列ピッチＰ１が配列ピッチＰ２の半整数倍（例えば、２．５倍又は３．５倍）の場合、図５に示したような、明るさが異なる開口部４２が画像表示装置１１の表示領域上に行方向に交互に配置される。配列ピッチＰ１が配列ピッチＰ２の非整数倍であって半整数倍ではない場合、明るさが異なる開口部４２が画像表示装置１１の表示領域上に行方向にランダムに配置される。何れの場合においても、明るさが同程度の開口部４２が行方向において偏ることなく、視聴者が見た目で分かる大きさの領域としては、明るさが異なる領域が周期的に配置されない。また、視聴者の視聴距離が適視距離からずれても、図８に示すように、適視距離での視聴時と同じ輝度に見える領域の位置が変化するだけで、明るさが異なる開口部４２が行方向に交互又はランダムに現れる状態は維持されている。したがって、実施の形態１に係る画像表示装置１１では、視聴距離にかかわらず、見た目の明るさが異なる領域が周期的に配置されないため、モアレが視認されにくい。

これに対して、比較例１に係る画像表示装置１０１では、適視距離から見たときには、ブラックマトリクス６１のパターンが画面全体に渡って図６（ａ）のように見えるため、画面全体の輝度は略一定である。しかし、視聴距離が適視距離からずれると、図６（ｂ）に示すようなブラックマトリクス６１のパターンが出現する。この結果、画面上には、適視距離から見た場合と比べて暗く見える領域が現れる。比較例１では、遮光部１４１及び開口部１４２を列方向と平行に配置しているので、視聴距離の変化に伴って生じる暗い領域は、図９に示すように、列方向に沿って生じる。このような列方向の輝度変化は、縦縞状のモアレとして視認されてしまう。

また、比較例２に係る画像表示装置２０１では、遮光部２４１及び開口部２４２を列方向に対して斜めに配置しているが、行方向における遮光部２４１及び開口部２４２の配列ピッチＰ３が行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の整数倍である。そのため、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、相対的に明るい領域（図７（ａ））と、相対的に暗い領域（図７（ｂ））とが周期的に現れる。この結果、比較例２に係る画像表示装置２０１においても、３Ｄ画像視聴時の視聴距離の変化に伴って、縦縞状または横縞状のモアレが視認されてしまう。尚、列方向に対する遮光部４１及び開口部４２の傾斜が小さい場合には、図１０（ｂ）に示すように、適視位置から見た場合にも周期的な輝度分布が生じてモアレが視認されることがある。この場合、適視距離からずれた場合には、適視距離での視聴時と同じ輝度に見える領域の位置が変化するが、依然として周期的な輝度分布が維持されるためモアレが視認される。

このような理由により、本実施の形態では、行方向（視聴者から見た左右方向）における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることによって、視聴者の視聴距離が適視距離からずれた場合に、モアレの発生を抑制することが可能となる。

また、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍であって、４．５倍未満に設定する。この理由を以下に説明する。

図１１は、人間のコントラスト感度の空間周波数特性を示すグラフである。図１１の横軸は、空間周波数、すなわち、視野角１度あたりの縞の繰り返し数（単位：ｃｐｄ（ｃｙｃｌｅ ｐｅｒ ｄｅｇｒｅｅ））を表し、縦軸は、コントラスト感度、すなわち、縞状パターンのコントラストを変化させた場合に、縞を認識可能な最小のコントラストであるコントラスト閾値の逆数を表す。

本実施の形態では、視差バリア４０の遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１が、を人間のコントラスト感度の空間周波数特性に基づいて設定されている。本実施の形態で説明した視差バリア４０は、遮光部４１及び開口部４２のコントラストが１の素子である。後述するように、視差バリア４０の代わりに、液晶レンズまたはシリンドリカルレンズを用いることも可能であるが、レンズのコントラストは１／１０程度である。したがって、右目用画像の光と左目用画像の光に対して視差を付与する光線制御部として、レンズを用いて画像表示装置を構成した場合に、レンズが縞として視認されないように配列ピッチＰ１の値を設定する。レンズのコントラスト感度を１０と想定すると、レンズが視認されないようにするには、図１１に示すように、レンズの縞状パターンの空間周波数を４０より大きく（つまり、配列ピッチＰ１を小さく）すれば良い。

一方、画像表示パネル６０のサブ画素６２の配列ピッチＰ２は、適視位置からの視聴時に、連続する３つのサブ画素６２が画素として識別できないように（つまり、ＲＧＢ等の３つのサブ画素６２が１つの画素に見えるように）、３つのサブ画素の列毎に構成される縞状パターンの空間周波数が６０ｃｐｄより大きくなるように設計されている。

ここで、遮光部４１及び開口部４２の空間周波数を４０ｃｐｄとする場合、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２が、サブ画素６２の配列ピッチＰ１の何倍に相当するかを求める。遮光部４１及び開口部４２で構成される縞状パターンの空間周波数４０ｃｐｄは、連続する３つのサブ画素６２で構成される縞状パターンの空間周波数６０ｃｐｄの２／３倍であるので、遮光部４１及び開口部４２は、連続する３つサブ画素６２の配列ピッチ（３×Ｐ１）より粗く、３／２倍となる。したがって、遮光部４１及び開口部４２の空間周波数を４０ｃｐｄより大きくするには、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、３×Ｐ１×（３／２）、すなわち、４．５×Ｐ１より小さくすれば良い。

このような理由により、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の４．５倍未満の非整数倍としている。

また、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の半整数倍（ただし、４．５倍未満）であることが好ましい。ここで、半整数とは、奇数の１／２をいう。行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の半整数倍とした場合、図２に示したように、明るさが異なる開口部４２が画面全域において行方向に交互に現れ、適視距離からずれた位置で３Ｄ画像を視聴した際に、モアレがより視認されにくくなるため好ましい。ただし、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２をサブ画素６２のピッチＰ１の非整数倍とすることで、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２をサブ画素６２のピッチＰ１の整数倍とする場合と比べて、適視距離からずれた位置で３Ｄ画像を視聴した際のモアレの視認が十分低減されるため、配列ピッチＰ２は必ずしも配列ピッチＰ１の半整数倍でなくても良い。

なお、隣り合う遮光部４１の間に右目用の画素と左目用の画素を設けるため、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ２は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の２倍より大きくする。

以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置１１では、視差バリア４０の遮光部４０及び開口部４２の配列ピッチＰ２をサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍とすることによって、明るさが異なる開口部４２が画面全体で行方向に交互又はランダムに現れる。このため、３Ｄ画像の表示時に、視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、視聴者の視線範囲がシフトした場合にも、明るさが異なる開口部４２が画面全体で行方向に交互又はランダムに現れるため、視聴者によりモアレが視認されることを抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、視聴距離が変化した場合でも３Ｄ画像の画質の劣化が低減されるので、３Ｄ画像の画質に優れた画像表示装置１１を実現できる。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に係る画像表示装置１２の概略構成図であり、図１３は、図１２に示した液晶レンズ５０における液晶分子５９の配向変化を示す図であり、図１４は、図１２に示した画像表示パネル６０と液晶レンズ５０の第２電極５５との関係を示す正面図である。

本実施の形態に係る画像表示装置１２は、バックライト２０と、画像表示パネル６０と、液晶レンズ５０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ５０を制御する制御部７０とを備える。バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、液晶レンズ５０側に出射される。尚、バックライト２０、画像表示パネル６０及び表示制御部６５は、実施の形態１で説明したものと同じであるので、繰り返しの説明を省略する。

液晶レンズ５０は、３Ｄ画像の表示時に、画像表示パネル６０上に表示される右目用画像の光を視聴者の右目に導き、画像表示パネル６０上に表示される左目用画像の光を視聴者の左目に導く光学素子である。液晶レンズ５０は、第１電極５８と、ストライプ状（スリット状）に配置される複数の第２電極５５と、第１電極５８の形成層と複数の第２電極５５の形成層との間に設けられる液晶層５３とを備える。本実施形態では、液晶層５３は、前面側の基板５２と背面側の基板５１との間に封入されている。第１電極５８は、基板５２の背面に形成され、各第２電極５５は、基板５１の前面に形成されている。液晶レンズ５０は、第１電極５８を成膜した基板５１と各第２電極５５を成膜した基板５２と貼り合わせ、基板５１と基板５２の間に液晶を封入することによって作製できる。尚、基板５１の光出射面及び基板５２の光入射面には、図示しない配向膜が形成されている。各配向膜は、図１３（ａ）に示すように、第１電極５８と各第２電極５５の間に電圧が印加されていない状態で、液晶分子５９の長軸がＹ軸方向と略平行なるように液晶分子５９を配向させる。ただし、液晶分子５９の配向が均一に保てるのであれば、配向膜はなくても良い。基板５１及び５２の形成材料としては、ガラスを用いることができる。

第１電極５８は、基板５２の内面の略全面に設けられる単一の平面電極である。一方、複数の第２電極５５は、基板５１の内面にストライプ状（スリット状）に設けられ、第１電極５８と対向している。第２電極５５の各々は、図１４に示すように、列方向（画素列）に対して斜め方向に延びるように形成されている。第２電極５５の各々は、第１ブラックライン６１ａに対して斜め方向に延びるように形成されている。複数の第２電極５５が、所定間隔を空けて、例えば一定のピッチで行方向（Ｘ軸方向）に繰り返し配置されている。Ｘ軸方向における第２電極５５の配置ピッチにより、液晶レンズ５０への電圧印可時に液晶層５３内に形成される複数のレンズ部Ｐの配置ピッチＰ４が定まる。尚、第２電極５５のそれぞれに対して、独立して電圧を印可可能である。

制御部７０は、２Ｄ画像の表示時と３Ｄ画像の表示時とで、液晶レンズ５０に印加する電圧値を切り換える。３Ｄ画像の表示時には、制御部７０は、液晶レンズ５０がレンズ作用を持つように液晶層５３に所定の電圧を印加する。また、２Ｄ画像の表示時には、制御部７０は、液晶レンズ５０がレンズ作用を発揮しないように電圧を制御する。

第１電極５８及び第２電極５５の間に電圧が印可されていない状態では、図１３（ａ）に示すように、液晶分子５９は、長軸がＹ軸と略平行となるように配向されている。第１電極５８及び第２電極５５の間に電圧が印可されると、図１３（ｂ）に示すように、液晶層５３内に生じる電場に応じて液晶分子５９の配向が変化して、液晶層５３内に屈折率分布が生じ、この屈折率分布によって液晶層５３がレンズ部として機能する。尚、液晶層５３内の屈折率分布は、第２電極５５の延伸方向に生じるため、図１５に示すように、液晶層５３内には電圧の印可によって列方向に対して傾斜する複数のシリンドリカル状のレンズ部Ｐが生じる。レンズ部Ｐは、隣り合う第２電極５５間に１つずつ現れる。尚、電圧印可時に生じるレンズ部Ｐは、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離して、分離したそれぞれの光を視聴者の右目及び左目に導く分離素子の一例である。行方向における分離素子の配列ピッチは、行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチＰ４である。行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチは、行方向における第２電極５５の配列ピッチと等しい。また、液晶レンズ５０は、画像表示パネル６０から出射された光線に視差を付与する光線制御部の一例である。なお、図１５は、液晶レンズ５０の分解斜視図である。図１５では、説明の便宜上、基板５２及び液晶層５３を省略して示しており、液晶層５３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。

このように印加電圧を制御することで、２Ｄ画像の表示時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ５０を通過しても光の配光特性を保ったまま視聴者の目に入射する。一方で、３Ｄ画像表示時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ５０により偏向され右目用画素からの光は視聴者の右目に、左目用画素からの光は視聴者の左目に集光される。

実施の形態２に係る画像表示装置１２において３Ｄ画像を表示する際にも、視聴者の視聴位置が適視位置からずれることが想定される。視聴者の視聴位置が適視位置からずれると、実施の形態１で説明したのと同じ理由により、レンズ部（シリンドリカルレンズ）Ｐを通して見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化する。例えば、視聴距離が適視距離より短くなった場合、画面中央部の視線範囲が左右両方向に若干広がり、画面中央部より右側の視線範囲は右側にシフトし、画面中央部より左側の視線範囲は左側にシフトする。このように視聴位置がずれた場合に、レンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに応じて、見た目が明るい領域と見た目が暗い領域との配列が周期的に現れると、当該周期的な配列は、視聴者にとってモアレとして視認されてしまう。

そこで、第２電極５５は、行方向（Ｘ軸方向）にピッチが、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となるように構成されている。これにより、行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチＰ４が、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となる。

第２電極５５の配列ピッチをこのように設定することによって、電圧印可時に生じるレンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに起因して明るさが異なるレンズ部Ｐが画面全体で行方向に交互又はランダムに現れる。このため、３Ｄ画像の表示時に、視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、視聴者の視線範囲がシフトした場合にも、レンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに起因して明るさが異なるレンズ部Ｐが画面全体で行方向に交互又はランダムとなる。そのため、輝度分布が画面全体で略一様となり、視聴者によりモアレが視認されることを抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、視聴距離が変化した場合でも３Ｄ画像の画質の劣化が低減されるので、３Ｄ画像の画質に優れた画像表示装置１２を実現できる。

尚、本実施の形態では、液晶レンズ５０を設ける例を説明したが、液晶レンズ５０に代えて、列方向（画素列）に対して傾斜する複数のシリンドリカルレンズを有するレンズアレイを設けても良い。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置などに適用可能である。例えば、テレビ、モニター、タブレットＰＣ、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話機、スマートフォンなどに、本開示は適用可能である。

１１ 画像表示装置
１２ 画像表示装置
４０ 視差バリア
４１ 遮光部
４２ 開口部
５０ 液晶レンズ
６０ 画像表示パネル（画像表示部）
６５ 表示制御部

本開示は、裸眼での立体視を可能とする画像表示装置に関する。

特許文献１には、パララックスバリア方式により立体視を可能とする立体画像表示装置が開示されている。特許文献１に開示される立体画像表示装置は、第１方向の画像を表示する第１のピクセルと、第２方向の画像を表示する第２のピクセルとが水平方向に交互に配置されたディスプレイモジュールと、ディスプレイモジュールから所定距離だけ離れて配置され、視聴者の左目と右目に第１のピクセル及び第２のピクセルがそれぞれ選択的に見えるように配置された斜線方向パターンのバリアの駆動を制御するバリアモジュールとを含み、斜線方向パターンのバリアによってモアレ干渉を防止している。

特開２０１２−５３４３２号公報

本開示は、３Ｄ画像の画質を向上できる画像表示装置を提供する。

本開示における３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置は、格子状のブラックマトリクスにより行方向及び列方向に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する画像表示部と、３Ｄ画像の表示時に、右目用画像及び左目用画像を画像表示部に同時に表示させる表示制御部と、画像表示部の前面側に配置され、３Ｄ画像の表示時に、画像表示部から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離する複数の分離素子を含む光線制御部とを備え、分離素子の各々は、列方向に対して傾斜するように直線状に配置されており、行方向における分離素子の配列ピッチが、行方向における区画領域の配列ピッチの４．５未満の非整数倍である。

本開示における画像表示装置は、３Ｄ画像の画質を向上させるのに有効である。

実施の形態１に係る画像表示装置の概略断面図 図１に示した画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 比較例１に係る画像表示装置における画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 比較例２に係る画像表示装置における画像表示パネルと視差バリアとの関係を示す正面図 実施の形態１に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 比較例１に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 比較例２に係る画像表示装置を見たときに視差バリアの開口部から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図 実施の形態１に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 比較例１に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 比較例２に係る画像表示装置の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図 人間のコントラスト感度の空間周波数特性を示すグラフ 実施の形態２に係る画像表示装置の概略構成図 図１２に示した液晶レンズにおける液晶分子の配向変化を示す図 図１２に示した画像表示パネルと液晶レンズの第２電極との関係を示す正面図 図１２に示した液晶レンズの分解斜視図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下の説明では、画像表示装置に対して３次元直交座標系を設定し、座標軸を用いて方向を特定する。画像表示パネルの表示面に対して視聴者が正対したときの左右方向をＸ軸方向とする。画像表示パネルの表示面に対して視聴者が正対したときの上下方向をＹ軸方向とする。また、画像表示パネルの表示面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。ここで、「正対」とは、例えば表示面に「Ａ」という文字が表示されている場合において、視聴者がこの「Ａ」という文字を正しい方向から見るように、表示面の真正面に向かって位置していることを意味する。

（実施の形態１）
以下、図１〜６を用いて実施の形態１を説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像表示装置１１の概略断面図であり、図２は、図１に示した画像表示パネル６０（画像表示部）と視差バリア４０（光線制御部）との関係を示す正面図である。図１は、画像表示装置１１の上側から見た図に相当する。したがって、図１の左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。

図１に示すように、画像表示装置１１は、バックライト２０と、画像表示パネル６０と、視差バリア４０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５とを備える。バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、視差バリア４０側に出射される。

以下、各構成に対してそれぞれ詳細を述べる。

バックライト２０は、光源２１と、反射フィルム２２と、傾斜面２４を有する導光板２３と、拡散シート２５と、プリズムシート２６と、偏光反射シート２７とを備える。反射フィルム２２は導光板２３の背面側（図１における下面側）に設けられており、拡散シート２５は導光板２３の前面側（図１における上面側）に設けられている。

光源２１は、導光板２３の一方の側面に沿って配置されている。光源２１は、例えば、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。

光源２１から出射された光は、導光板２３の前面と背面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の前面から出射される。導光板２３の背面には、図１に示すように、複数の傾斜面２４が設けられている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３から出射する光の強度が前面の全体にわたって均一になる。

反射フィルム２２は、導光板２３の背面側に設けられている。導光板２３の背面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を超えた光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に前面から出射される。導光板２３の前面から出射された光は、拡散シート２５に入射する。

拡散シート２５は表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度である。拡散シート２５は、導光板２３の前面から出射された光の強度を面方向において更に均一化させるために設けられている。拡散シート２５の替わりに、内部に複数のビーズを有する拡散板を用いてもよい。拡散板は、拡散シート２５よりも厚いため、内部で面方向に光を広げる作用が大きい。一方、拡散シート２５は、拡散板よりも薄いため内部で面方向に光を広げる作用は小さいが、表面の凹凸で光を拡散させることができる。また、拡散シート２５を用いることで、画像表示装置１１のＺ軸方向の厚みを小さくすることもできる。

プリズムシート２６は、透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを設けることによって構成される。プリズムシート２６は、一部の光を反射しそれ以外の光を透過する。プリズムシート２６は、プリズムシートの平坦面の法線方向に相対的に強い指向性を有し、入射した光をプリズムシート２６の前面方向に集光する。これにより、プリズムシート２６は、少ない光量で有効方向を明るく照明する。

偏光反射シート２７は、液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルである画像表示パネル６０が透過する偏光方向成分（透過偏光成分）の光を透過しそれ以外の成分を反射する。反射された光は、他の光学部材や導光板２３裏面に設けられた反射フィルム２２で反射される際に無偏光となって、偏光反射シート２７に再入射する。再入射した光は、透過偏光成分が偏光反射シート２７を透過する。これを繰り返すことで、バックライト２０の出射光の偏光成分を、画像表示パネル６０で有効に利用される偏光成分に統一して、画像表示パネル６０側に出射する。

画像表示パネル６０は、図２に示すように、格子状のブラックマトリクス６１により行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する。区画領域の各々は、１つのサブ画素６２を構成する。複数のサブ画素６２（例えばＲＧＢの３つのサブ画素６２）により、１つの画素を構成する。なお、単色表示の画像表示装置の場合は、区画領域の各々は、１つの画素を構成する。ブラックマトリクス６１は、列方向に延びる第１ブラックライン６１ａと、行方向に延びる第２ブラックライン６１ｂとにより、複数の区画領域を形成している。ブラックマトリクス６１では、複数の第１ブラックライン６１ａが行方向に例えば一定のピッチで配列され、複数の第２ブラックライン６１ｂが列方向に例えば一定のピッチで配列されている。複数のサブ画素６２は、行方向（図２の左右方向）及び列方向（図２の上下方向）にマトリクス状に配列されている。画像表示パネル６０は、表示制御部６５による制御に従って２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能である。画像表示パネル６０の一例として、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式を用いた液晶パネルが挙げられる。ただし、画像表示パネル６０として、他の方式の液晶パネルや有機ＥＬパネル等を採用することもできる。

画像表示パネル６０に３Ｄ画像を表示する場合、複数の画素は、右目用画素と左目用画素に分けて用いられる。表示制御部６５は、３Ｄ画像の表示時には、右目用画素に右目用画像を表示し、左目用画素に左目用画像を表示する。すなわち、３Ｄ画像の表示時には、画像表示パネル６０に、右目用画像及び左目用画像が同時に表示される。右目用画素に表示される右目用画像の光は後述する視差バリア４０によって遮られ、左目用画素に表示される左目用画像の光が視聴者の左目に届く。また、左目用画素に表示される左目用画像の光は後述する視差バリア４０によって遮られ、右目用画素に表示される右目用画像の光が視聴者の右目に届く。

一方、表示制御部６５は、２Ｄ画像の表示時には、従来通り全ての画素を用いて１つの２Ｄ画像を表示する。

尚、図示を省略しているが、画像表示パネル６０の入射面および出射面には光の偏光を揃えるためのシートが形成されている。ここで、本実施の形態では画像表示パネル６０からの出射光の偏光方向はＹ軸方向としている。

視差バリア４０は、画像表示パネル６０の前面側に配置され、図２に示すように、ストライプ状（スリット状）に配列された複数の遮光部４１を有する。隣接する遮光部４１の間には、画像表示パネル６０から出射された光を透過させる開口部４２が形成されている。遮光部４１は、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光を視聴者の左目の視線範囲から遮ると共に、画像表示パネル６０から出射された左目用画像の光を視聴者の右目の視線範囲から遮る。この結果、右目用画像の光及び左目用画像の光が開口部４２を通じて視聴者の右目及び左目のそれぞれに届く。また、図２に示すように、遮光部４１及び開口部４２は、列方向（画素列）に対して傾斜する直線状に形成されている。遮光部４１及び開口部４２は、列方向（つまり、第１ブラックライン６１ａの延伸方向）に対して傾斜するように直線状に配置されている。視差バリア４０は、例えば、電圧の印可に応じてストライプ状に複数の遮光部４１を表示する液晶素子を用いて実現できる。また、３Ｄ画像の表示専用の画像表示装置においては、視差バリア４０は、黒色インキ等の遮光性材料を用いて形成されたストライプ状のパターンでも良い。尚、遮光部４１及び開口部４２は、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離して、分離したそれぞれの光を視聴者の右目及び左目に導く分離素子の一例である。また、視差バリア４０は、画像表示パネル６０から出射された光線に視差を付与する光線制御部の一例である。

ここで、視差バリア４０は、行方向（Ｘ軸方向）における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１が、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となるように構成されている。非整数とは、整数ではない数である。なお、行方向（画素行方向）において、分離素子（一対の遮光部４１及び開口部４２）の配列ピッチＰ１は一定である。

行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、同方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることにより、３Ｄ画像表示時に視聴位置が最適視聴位置からずれた際のモアレを低減することができる。以下、比較例と対比しながら、本実施の形態に係るモアレ低減効果の詳細を説明する。

図３及び４は、それぞれ比較例１及び２に係る画像表示装置１０１，２０１における画像表示パネル６０と視差バリア１４０，２４０との関係を示す正面図である。

図３に示す画像表示装置１０１は、実施の形態１に係る画像表示装置１１が備えるものと同じ画像表示パネル６０と、視差バリア１４０とを用いて構成したものである。視差バリア１４０は、図２に示した視差バリア４０と同様に、ストライプ状に配列された複数の遮光部１４１を有し、隣接する遮光部１４１の間には光を透過させる開口部１４２が設けられている。ただし、遮光部１４１は、列方向に平行に延びるように形成されている。

図４に示す画像表示装置２０１は、実施の形態１に係る画像表示装置１１が備えるものと同じ画像表示パネル６０と、視差バリア２４０とを用いて構成したものである。視差バリア２４０は、図２に示した視差バリア４０と同様に、ストライプ状に配列された複数の遮光部２４１を有し、隣接する遮光部２４１の間には光を透過させる開口部２４２が設けられている。また、図２の例と同様に、遮光部２４１及び開口部２４２は、列方向に対して傾斜するように形成されている。ただし、行方向における遮光部２４１及び開口部２４２の配列ピッチＰ３がサブ画素６２の配列ピッチＰ２の整数倍となっている点で、図４の視差バリア２４０は、図２の視差バリア４０と異なっている。

図５は、実施の形態１に係る画像表示装置１１を見たときに視差バリア４０の開口部４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

実施の形態１に係る画像表示装置１１（図２）においては、図５（ａ）に示すように、ブラックマトリクス６１の第１ブラックライン６１ａが開口部４２の略中央に見える領域や、サブ画素６２が開口部４２の略中央に見える領域がある。更に、図５（ｂ）に示すような、画像表示装置１１の表示領域上の位置に応じて、第１ブラックライン６１ａが開口部４２の中央からずれて見える領域や、サブ画素６２が開口部４２の中央からずれて見える領域がある。これらの領域では、第１ブラックライン６１ａの見え方が異なるので、各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、サブ画素６２が開口部４２の中央に位置する領域は相対的に明るく、第１ブラックライン６１ａが開口部４２の中央に位置する領域は相対的に暗い。尚、図５（ａ）及び（ｂ）は、画像表示装置１１を適視距離から見た場合、及び、画像表示装置１１を適視距離からずれた距離から見た場合のいずれにも現れるブラックマトリクス６１のパターンである。

図６は、比較例１に係る画像表示装置１０１を見たときに視差バリア１４０の開口部１４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

比較例１に係る画像表示装置１０１においては、適視距離から見たときに、図６（ａ）に示すブラックマトリクス６１のパターンが画面の全面に現れる。適視距離からの視聴時には、画面全体でブラックマトリクス６１と開口部１４２とが図６（ａ）に示す位置関係にあるため、全てのサブ画素６２の輝度が同じであれば、画面全体が略均一な輝度となる。ただし、視聴者の視聴距離が適視距離からずれると、視線範囲が代わることによって、開口部１４２から見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化する。この結果、図６（ｂ）に示すような、第１ブラックライン６１ａが開口部１４２の略中央に見える領域が画面上の一部に出現する。各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、図６（ａ）に示す領域と比べて、図６（ｂ）に示す領域は相対的に暗く見える。

図７は、比較例２に係る画像表示装置２０１を見たときに視差バリア２４０の開口部２４２から見えるブラックマトリクスのパターンを示す図である。

比較例２に係る画像表示装置２０１においては、図４にも示したように、適視距離から見たときに、図７（ａ）に示すような、サブ画素６２が開口部２４２の略中央に見える領域や、図７（ｂ）に示すような、第１ブラックライン６１ａが開口部２４２の略中央に見える領域が現れる。また、視聴距離が適視距離からずれた場合にも、図７（ａ）に示す領域と、図７（ｂ）に示す領域とが現れる。各サブ画素６２の輝度が同一の場合には、図７（ａ）に示す領域は相対的に明るく見え、図７（ｂ）に示す領域は相対的に暗く見える。

図８は、実施の形態１に係る画像表示装置１１の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図であり、図９及び１０は、それぞれ比較例１及び比較例２に係る画像表示装置１０１，２０１の表示面上に現れる輝度分布を示す模式図である。図８〜１０において、左欄はクロストークが最も少なくなる適視距離で３Ｄ画像を視聴した場合に見える輝度分布を示し、右欄は視聴者が画面に近づいて適視距離より短い距離で３Ｄ画像を視聴した場合に見える輝度分布を示す。また、図８〜１０では、各帯状の領域において明るさが概ね一様である。図８〜１０では、帯状の領域によって、相対的に明るく見える領域（明るい領域）と、相対的に暗く見える領域（暗い領域）、又は相対的に明るく見える領域と相対的に暗く見える領域との中間の明るさの領域（中間の明るさの領域）を示す。また、図１０（ａ）は、遮光部２４１の傾斜が大きい場合を示し、図１０（ｂ）は、遮光部２４１の傾斜が小さい場合を示す。

視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、例えば画像表示装置１１，１０１，２０１に近づいた場合を想定する。視聴距離が適視距離より短くなった場合、視聴者の右目及び左目の視線範囲が左右方向にシフトする。したがって、視聴距離が適視距離からずれると、開口部４２，１４２，２４２を通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化するため、適視距離で相対的に明るく見えていた領域が暗く見えたり、適視距離で相対的に暗く見えていた領域が明るく見えたりするなど、画面上の見た目の輝度分布が変化する。

ただし、実施の形態１においては、遮光部４１及び開口部４２を列方向（画素列）に対して斜めに配置すると共に、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることによって、配列ピッチＰ１が配列ピッチＰ２の半整数倍（例えば、２．５倍又は３．５倍）の場合、図５に示したような、明るさが異なる開口部４２が画像表示装置１１の表示領域上に行方向に交互に配置される。配列ピッチＰ１が配列ピッチＰ２の非整数倍であって半整数倍ではない場合、明るさが異なる開口部４２が画像表示装置１１の表示領域上に行方向にランダムに配置される。何れの場合においても、明るさが同程度の開口部４２が行方向において偏ることなく、視聴者が見た目で分かる大きさの領域としては、明るさが異なる領域が周期的に配置されない。また、視聴者の視聴距離が適視距離からずれても、図８に示すように、適視距離での視聴時と同じ輝度に見える領域の位置が変化するだけで、明るさが異なる開口部４２が行方向に交互又はランダムに現れる状態は維持されている。したがって、実施の形態１に係る画像表示装置１１では、視聴距離にかかわらず、見た目の明るさが異なる領域が周期的に配置されないため、モアレが視認されにくい。

これに対して、比較例１に係る画像表示装置１０１では、適視距離から見たときには、ブラックマトリクス６１のパターンが画面全体に渡って図６（ａ）のように見えるため、画面全体の輝度は略一定である。しかし、視聴距離が適視距離からずれると、図６（ｂ）に示すようなブラックマトリクス６１のパターンが出現する。この結果、画面上には、適視距離から見た場合と比べて暗く見える領域が現れる。比較例１では、遮光部１４１及び開口部１４２を列方向と平行に配置しているので、視聴距離の変化に伴って生じる暗い領域は、図９に示すように、列方向に沿って生じる。このような列方向の輝度変化は、縦縞状のモアレとして視認されてしまう。

また、比較例２に係る画像表示装置２０１では、遮光部２４１及び開口部２４２を列方向に対して斜めに配置しているが、行方向における遮光部２４１及び開口部２４２の配列ピッチＰ３が行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の整数倍である。そのため、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、相対的に明るい領域（図７（ａ））と、相対的に暗い領域（図７（ｂ））とが周期的に現れる。この結果、比較例２に係る画像表示装置２０１においても、３Ｄ画像視聴時の視聴距離の変化に伴って、縦縞状または横縞状のモアレが視認されてしまう。尚、列方向に対する遮光部４１及び開口部４２の傾斜が小さい場合には、図１０（ｂ）に示すように、適視位置から見た場合にも周期的な輝度分布が生じてモアレが視認されることがある。この場合、適視距離からずれた場合には、適視距離での視聴時と同じ輝度に見える領域の位置が変化するが、依然として周期的な輝度分布が維持されるためモアレが視認される。

このような理由により、本実施の形態では、行方向（視聴者から見た左右方向）における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることによって、視聴者の視聴距離が適視距離からずれた場合に、モアレの発生を抑制することが可能となる。

また、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍であって、４．５倍未満に設定する。この理由を以下に説明する。

図１１は、人間のコントラスト感度の空間周波数特性を示すグラフである。図１１の横軸は、空間周波数、すなわち、視野角１度あたりの縞の繰り返し数（単位：ｃｐｄ（ｃｙｃｌｅ ｐｅｒ ｄｅｇｒｅｅ））を表し、縦軸は、コントラスト感度、すなわち、縞状パターンのコントラストを変化させた場合に、縞を認識可能な最小のコントラストであるコントラスト閾値の逆数を表す。

本実施の形態では、視差バリア４０の遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１が、を人間のコントラスト感度の空間周波数特性に基づいて設定されている。本実施の形態で説明した視差バリア４０は、遮光部４１及び開口部４２のコントラストが１の素子である。後述するように、視差バリア４０の代わりに、液晶レンズまたはシリンドリカルレンズを用いることも可能であるが、レンズのコントラストは１／１０程度である。したがって、右目用画像の光と左目用画像の光に対して視差を付与する光線制御部として、レンズを用いて画像表示装置を構成した場合に、レンズが縞として視認されないように配列ピッチＰ１の値を設定する。レンズのコントラスト感度を１０と想定すると、レンズが視認されないようにするには、図１１に示すように、レンズの縞状パターンの空間周波数を４０より大きく（つまり、配列ピッチＰ１を小さく）すれば良い。

一方、画像表示パネル６０のサブ画素６２の配列ピッチＰ２は、適視位置からの視聴時に、連続する３つのサブ画素６２が画素として識別できないように（つまり、ＲＧＢ等の３つのサブ画素６２が１つの画素に見えるように）、３つのサブ画素の列毎に構成される縞状パターンの空間周波数が６０ｃｐｄより大きくなるように設計されている。

ここで、遮光部４１及び開口部４２の空間周波数を４０ｃｐｄとする場合、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１が、サブ画素６２の配列ピッチＰ２の何倍に相当するかを求める。遮光部４１及び開口部４２で構成される縞状パターンの空間周波数４０ｃｐｄは、連続する３つのサブ画素６２で構成される縞状パターンの空間周波数６０ｃｐｄの２／３倍であるので、遮光部４１及び開口部４２は、連続する３つサブ画素６２の配列ピッチ（３×Ｐ２）より粗く、３／２倍となる。したがって、遮光部４１及び開口部４２の空間周波数を４０ｃｐｄより大きくするには、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、３×Ｐ２×（３／２）、すなわち、４．５×Ｐ２より小さくすれば良い。

このような理由により、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の４．５倍未満の非整数倍としている。

また、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の半整数倍（ただし、４．５倍未満）であることが好ましい。ここで、半整数とは、奇数の１／２をいう。行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１を、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の半整数倍とした場合、図２に示したように、明るさが異なる開口部４２が画面全域において行方向に交互に現れ、適視距離からずれた位置で３Ｄ画像を視聴した際に、モアレがより視認されにくくなるため好ましい。ただし、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１をサブ画素６２のピッチＰ２の非整数倍とすることで、遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１をサブ画素６２のピッチＰ２の整数倍とする場合と比べて、適視距離からずれた位置で３Ｄ画像を視聴した際のモアレの視認が十分低減されるため、配列ピッチＰ１は必ずしも配列ピッチＰ２の半整数倍でなくても良い。

なお、隣り合う遮光部４１の間に右目用の画素と左目用の画素を設けるため、行方向における遮光部４１及び開口部４２の配列ピッチＰ１は、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ２の２倍より大きくする。

以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置１１では、視差バリア４０の遮光部４０及び開口部４２の配列ピッチＰ１をサブ画素６２の配列ピッチＰ２の非整数倍とすることによって、明るさが異なる開口部４２が画面全体で行方向に交互又はランダムに現れる。このため、３Ｄ画像の表示時に、視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、視聴者の視線範囲がシフトした場合にも、明るさが異なる開口部４２が画面全体で行方向に交互又はランダムに現れるため、視聴者によりモアレが視認されることを抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、視聴距離が変化した場合でも３Ｄ画像の画質の劣化が低減されるので、３Ｄ画像の画質に優れた画像表示装置１１を実現できる。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に係る画像表示装置１２の概略構成図であり、図１３は、図１２に示した液晶レンズ５０における液晶分子５９の配向変化を示す図であり、図１４は、図１２に示した画像表示パネル６０と液晶レンズ５０の第２電極５５との関係を示す正面図である。

本実施の形態に係る画像表示装置１２は、バックライト２０と、画像表示パネル６０と、液晶レンズ５０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ５０を制御する制御部７０とを備える。バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、液晶レンズ５０側に出射される。尚、バックライト２０、画像表示パネル６０及び表示制御部６５は、実施の形態１で説明したものと同じであるので、繰り返しの説明を省略する。

液晶レンズ５０は、３Ｄ画像の表示時に、画像表示パネル６０上に表示される右目用画像の光を視聴者の右目に導き、画像表示パネル６０上に表示される左目用画像の光を視聴者の左目に導く光学素子である。液晶レンズ５０は、第１電極５８と、ストライプ状（スリット状）に配置される複数の第２電極５５と、第１電極５８の形成層と複数の第２電極５５の形成層との間に設けられる液晶層５３とを備える。本実施形態では、液晶層５３は、前面側の基板５２と背面側の基板５１との間に封入されている。第１電極５８は、基板５２の背面に形成され、各第２電極５５は、基板５１の前面に形成されている。液晶レンズ５０は、第１電極５８を成膜した基板５１と各第２電極５５を成膜した基板５２と貼り合わせ、基板５１と基板５２の間に液晶を封入することによって作製できる。尚、基板５１の光出射面及び基板５２の光入射面には、図示しない配向膜が形成されている。各配向膜は、図１３（ａ）に示すように、第１電極５８と各第２電極５５の間に電圧が印加されていない状態で、液晶分子５９の長軸がＹ軸方向と略平行なるように液晶分子５９を配向させる。ただし、液晶分子５９の配向が均一に保てるのであれば、配向膜はなくても良い。基板５１及び５２の形成材料としては、ガラスを用いることができる。

第１電極５８は、基板５２の内面の略全面に設けられる単一の平面電極である。一方、複数の第２電極５５は、基板５１の内面にストライプ状（スリット状）に設けられ、第１電極５８と対向している。第２電極５５の各々は、図１４に示すように、列方向（画素列）に対して斜め方向に延びるように形成されている。第２電極５５の各々は、第１ブラックライン６１ａに対して斜め方向に延びるように形成されている。複数の第２電極５５が、所定間隔を空けて、例えば一定のピッチで行方向（Ｘ軸方向）に繰り返し配置されている。Ｘ軸方向における第２電極５５の配置ピッチにより、液晶レンズ５０への電圧印可時に液晶層５３内に形成される複数のレンズ部Ｐの配置ピッチＰ４が定まる。尚、第２電極５５のそれぞれに対して、独立して電圧を印可可能である。

制御部７０は、２Ｄ画像の表示時と３Ｄ画像の表示時とで、液晶レンズ５０に印加する電圧値を切り換える。３Ｄ画像の表示時には、制御部７０は、液晶レンズ５０がレンズ作用を持つように液晶層５３に所定の電圧を印加する。また、２Ｄ画像の表示時には、制御部７０は、液晶レンズ５０がレンズ作用を発揮しないように電圧を制御する。

第１電極５８及び第２電極５５の間に電圧が印可されていない状態では、図１３（ａ）に示すように、液晶分子５９は、長軸がＹ軸と略平行となるように配向されている。第１電極５８及び第２電極５５の間に電圧が印可されると、図１３（ｂ）に示すように、液晶層５３内に生じる電場に応じて液晶分子５９の配向が変化して、液晶層５３内に屈折率分布が生じ、この屈折率分布によって液晶層５３がレンズ部として機能する。尚、液晶層５３内の屈折率分布は、第２電極５５の延伸方向に生じるため、図１５に示すように、液晶層５３内には電圧の印可によって列方向に対して傾斜する複数のシリンドリカル状のレンズ部Ｐが生じる。レンズ部Ｐは、隣り合う第２電極５５間に１つずつ現れる。尚、電圧印可時に生じるレンズ部Ｐは、画像表示パネル６０から出射された右目用画像の光と左目用画像の光とを分離して、分離したそれぞれの光を視聴者の右目及び左目に導く分離素子の一例である。行方向における分離素子の配列ピッチは、行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチＰ４である。行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチは、行方向における第２電極５５の配列ピッチと等しい。また、液晶レンズ５０は、画像表示パネル６０から出射された光線に視差を付与する光線制御部の一例である。なお、図１５は、液晶レンズ５０の分解斜視図である。図１５では、説明の便宜上、基板５２及び液晶層５３を省略して示しており、液晶層５３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。

このように印加電圧を制御することで、２Ｄ画像の表示時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ５０を通過しても光の配光特性を保ったまま視聴者の目に入射する。一方で、３Ｄ画像表示時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ５０により偏向され右目用画素からの光は視聴者の右目に、左目用画素からの光は視聴者の左目に集光される。

実施の形態２に係る画像表示装置１２において３Ｄ画像を表示する際にも、視聴者の視聴位置が適視位置からずれることが想定される。視聴者の視聴位置が適視位置からずれると、実施の形態１で説明したのと同じ理由により、レンズ部（シリンドリカルレンズ）Ｐを通して見えるブラックマトリクス６１のパターンが変化する。例えば、視聴距離が適視距離より短くなった場合、画面中央部の視線範囲が左右両方向に若干広がり、画面中央部より右側の視線範囲は右側にシフトし、画面中央部より左側の視線範囲は左側にシフトする。このように視聴位置がずれた場合に、レンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに応じて、見た目が明るい領域と見た目が暗い領域との配列が周期的に現れると、当該周期的な配列は、視聴者にとってモアレとして視認されてしまう。

そこで、第２電極５５は、行方向（Ｘ軸方向）にピッチが、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となるように構成されている。これにより、行方向におけるレンズ部Ｐの配列ピッチＰ４が、行方向におけるサブ画素６２の配列ピッチＰ１の非整数倍（ただし、２より大きく４．５未満）となる。

第２電極５５の配列ピッチをこのように設定することによって、電圧印可時に生じるレンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに起因して明るさが異なるレンズ部Ｐが画面全体で行方向に交互又はランダムに現れる。このため、３Ｄ画像の表示時に、視聴者の視聴位置が適視位置からずれて、視聴者の視線範囲がシフトした場合にも、レンズ部Ｐを通じて見えるブラックマトリクス６１のパターンに起因して明るさが異なるレンズ部Ｐが画面全体で行方向に交互又はランダムとなる。そのため、輝度分布が画面全体で略一様となり、視聴者によりモアレが視認されることを抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、視聴距離が変化した場合でも３Ｄ画像の画質の劣化が低減されるので、３Ｄ画像の画質に優れた画像表示装置１２を実現できる。

尚、本実施の形態では、液晶レンズ５０を設ける例を説明したが、液晶レンズ５０に代えて、列方向（画素列）に対して傾斜する複数のシリンドリカルレンズを有するレンズアレイを設けても良い。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置などに適用可能である。例えば、テレビ、モニター、タブレットＰＣ、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話機、スマートフォンなどに、本開示は適用可能である。

１１ 画像表示装置
１２ 画像表示装置
４０ 視差バリア
４１ 遮光部
４２ 開口部
５０ 液晶レンズ
６０ 画像表示パネル（画像表示部）
６５ 表示制御部

Claims (3)

1. ３Ｄ画像を表示可能な画像表示装置であって、
   格子状のブラックマトリクスにより行方向及び列方向に区画された複数の画素を構成する区画領域を有する画像表示部と、
   前記３Ｄ画像の表示時に、右目用画像及び左目用画像を前記画像表示部に同時に表示させる表示制御部と、
   前記画像表示部の前面側に配置され、前記３Ｄ画像の表示時に、前記画像表示部から出射された前記右目用画像の光と前記左目用画像の光とを分離する複数の分離素子を含む光線制御部とを備え、
   前記分離素子の各々は、前記列方向に対して傾斜するように直線状に配置されており、
   前記行方向における前記分離素子の配列ピッチが、前記行方向における前記区画領域の配列ピッチの４．５未満の非整数倍である、画像表示装置。
2. 前記行方向における前記分離素子の配列ピッチが、前記行方向における前記区画領域の配列ピッチの半整数倍である、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記区画領域の各々は、１つのサブ画素を構成する、請求項１に記載の画像表示装置。