JP2021032962A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄ画像をより明るくできる表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数の画素Ｐが設けられた液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０に光を投射する複数の光源２１がＸ方向に沿って設けられた光源部２０とを備え、液晶表示パネル１０を挟んで光源部２０の反対側で液晶表示パネル１０と対向するユーザの２つの目と液晶表示パネル１０とのＺ方向の距離と、２つの目同士のＸ方向の距離と、画素Ｐと光源２１とのＺ方向の距離と、画素ＰのＸ方向のピッチと、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される光源２１のＸ方向のピッチと、第１基板１１及び第２基板１２の光の屈折率とが所定条件を満たす関係にある。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。

液晶表示パネルと光源との間に視差バリアを設けて光源から液晶表示パネルに投射される光の一部を遮ることで３Ｄ画像を視認させる表示装置が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００８−１７５８７５号公報

視差バリアを利用する方式では、光源からの光の一部が液晶表示パネルに届かないよう遮蔽される。従って、この方式では３Ｄ画像の明るさを高めることが困難であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、３Ｄ画像をより明るくできる表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による表示装置は、直交する２方向に沿って複数の画素が設けられた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を投射する複数の光源が前記２方向のうち少なくとも一方の方向に沿って設けられた光源部とを備え、前記液晶表示パネルを挟んで前記光源部の反対側で前記液晶表示パネルと対向するユーザの２つの目と前記液晶表示パネルとの対向方向の距離と、前記２つの目同士の前記一方の方向の距離と、前記画素と前記光源との前記対向方向の距離と、前記画素の前記一方の方向のピッチと、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチと、前記液晶表示パネルの透光性基板の光の屈折率とが所定条件を満たす関係にある。

図１は、表示装置の主要構成を示す図である。 図２は、３Ｄ画像の出力例を示す模式図である。 図３は、３Ｄ画像が視認可能になる各部の位置関係に関する説明図である。 図４は、３Ｄ画像が視認可能になる各部の位置関係に関する説明図である。 図５は、３Ｄ画像が視認可能になる各部の位置関係に関する説明図である。 図６は、１つの光源から４つの投射位置に光を投射することを想定した出力例を示す模式図である。 図７は、図６に示す４つの投射位置と左目、右目との位置関係の例を示す説明図である。 図８は、図６に示す４つの投射位置のうち図７を参照して説明した２つの投射位置で３Ｄ画像が視認可能になる場合の各部の位置関係に関する説明図である。 図９は、１つの光源から５つの投射位置に光を投射することを想定した出力例を示す模式図である。 図１０は、図９に示す５つの投射位置と左目、右目との位置関係の例を示す説明図である。 図１１は、図９に示す５つの投射位置のうち図１０を参照して説明した２つの投射位置で３Ｄ画像が視認可能になる場合の各部の位置関係に関する説明図である。 図１２は、インテグラル・ライトフィールドによる出力例を示す模式図である。 図１３は、実施形態２における液晶表示パネルと光源との関係を示す模式図である。 図１４は、実施形態２における液晶表示パネルと光源との関係を示す模式図である。 図１５は、実施形態２における液晶表示パネルと光源との関係を示す模式図である。 図１６は、２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方を出力可能な表示装置の主要構成例及び当該表示装置に対して画像を入力する入力装置を示すブロック図である。 図１７は、２Ｄ画像と３Ｄ画像を同時に出力可能な点灯光源の制御例を示す模式図である。 図１８は、液晶表示パネルの画素領域の一例を示す模式図である。 図１９は、光源部の発光領域の一例を示す図である。 図２０は、２Ｄ画像と３Ｄ画像が混在する表示出力時の画素領域における表示内容と発光領域における点灯パターンとの対応関係を例示する図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（実施形態１）
図１は、表示装置１の主要構成を示す図である。表示装置１は、液晶表示パネル１０と、光源部２０とを備える。液晶表示パネル１０は、背面側で光源部２０と対向するよう配置される。背面とは、液晶表示パネル１０の板面の一方である。液晶表示パネル１０の板面の他方は、表示装置１の表示面である。

以後の記載において、液晶表示パネル１０と光源部２０との対向方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面をＸ−Ｙ平面とし、Ｘ−Ｙ平面に沿って互いに直交する２方向の一方をＸ方向とし、他方をＹ方向とする。

液晶表示パネル１０は、第１基板１１、第２基板１２、偏光板１３，１４等を備える。これらの各構成は、背面側から表示面側に向かって、偏光板１３、第１基板１１、第２基板１２、偏光板１４の順に積層している。

図示しないが、第１基板１１と第２基板１２との間には、液晶が封止されている。また、第１基板１１又は第２基板１２（例えば、第１基板１１）には、液晶に電圧を印加するための画素電極が複数設けられている。画素電極は、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってマトリクス状に配置されている。画素電極は、第１基板１１又は第２基板１２に設けられる共通電位電極との電位差に応じた電圧を液晶に与える。液晶は、各画素電極の位置で画素電極から与えられた電圧に応じた配向となるよう制御される。このような仕組みで、表示装置１には、画素電極が設けられた位置に画素Ｐ又は後述する副画素（図１８参照）が設けられる。

第１基板１１及び第２基板１２は、ガラス等の透光性を有する素材を利用した基板である。第１基板１１には、例えば上述の画素電極、画素電極に与えられる電位を制御するためのスイッチング素子、これらの各構成を接続する配線等が設けられる。第２基板１２には、副画素の色に対応したカラーフィルタ等が設けられる。偏光板１３、偏光板１４は、液晶の配向に対応した偏光を透過するよう設けられる。

光源部２０は、複数の光源２１、光源基板２２等を備える。光源２１は、平面視で、３μｍ以上、３００μｍ以下程度の大きさを有する無機発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）チップであり、マイクロＬＥＤ（ｍｉｃｒｏ ＬＥＤ）又はミニＬＥＤ（ｍｉｎｉ ＬＥＤ）と呼ばれる。各画素にマイクロＬＥＤを備える表示装置１は、マイクロＬＥＤ表示装置とも呼ばれる。なお、マイクロＬＥＤのマイクロは、発光素子３の大きさを限定するものではない。光源基板２２は、光源２１に接続される配線等が設けられる基板である。光源２１は、光源基板２２の一面に配置される。当該一面は、液晶表示パネル１０と対向する側の面である。なお実施形態では、発光素子ＬＥＤとして無機発光ダイオードを用いるため、発光素子を無機発光素子ともいう。ただし可能であれば発光素子ＬＥＤとして、無機発光ダイオードに代えて有機発光素子を用いてもよい。

なお、図１に示す光源２１と画素Ｐの位置関係は表示装置１の構成を限定するものでなく、光源２１の配置（ピッチ）及び画素Ｐの配置（ピッチ）は、後述する図２から図１２を参照した説明によるピッチのうち少なくとも１つ以上を満たすよう設けられる。

表示装置１は、表示面を視認するユーザに３Ｄ画像を視認させることができる。以下、図２から図５を参照して、表示装置１による３Ｄ画像の出力に係る基本的な特徴について説明する。

図２は、３Ｄ画像の出力例を示す模式図である。表示装置１は、ユーザの左目ＬＥによって視認される画像と右目ＲＥによって視認される画像との視差を利用した所謂立体視によって３Ｄ画像をユーザに視認させる。

なお、図２等を参照した説明におけるユーザの眼の右左は、液晶表示パネル１０から向かって見た場合のユーザの眼の配置によるものであり、ユーザの主観では反対になる。また、図２等では、左目ＬＥに投射される光が通過する画素Ｐに符号Ｌを付している。画素Ｌと記載した場合、左目ＬＥに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、右目ＲＥに投射される光が通過する画素Ｐに符号Ｒを付している。画素Ｒと記載した場合、右目ＲＥに投射される光が通過する画素Ｐをさす。

図３、図４及び図５は、３Ｄ画像が視認可能になる各部の位置関係に関する説明図である。図３等で示すように、距離Ｅは、左目ＬＥと右目ＲＥとの間の距離である。また、中間点Ｃは、左目ＬＥと右目ＲＥとの間で画素Ｌを２分する点である。なお、図２等を参照した説明では、左目ＬＥと右目ＲＥは、Ｘ方向に並ぶものとする。距離Ｄは、左目ＬＥ及び右目ＲＥと液晶表示パネル１０との間のＺ方向の距離である。ピッチｐ_２ＬＥＤは、図２に示すように３Ｄ画像を出力する場合に点灯する複数の光源２１のＸ方向のピッチである。距離ｄ_２は、光源２１と画素ＰとのＺ方向の距離である。距離ｄ_{ｔｏｔａｌ}は、液晶表示パネル１０の表示面と光源２１との距離である。液晶表示パネル１０の表示面は、第２基板１２のユーザ側の面である。ピッチｐ_ｐｉｘは、Ｘ方向に交互に並ぶ１組の画素Ｌと画素Ｒのピッチである。ピッチｐ_２ｐｉｘは、画素Ｌ又は画素Ｒとして機能する画素ＰのＸ方向のピッチである。ｐ_２ｐｉｘ＝１／２ｐ_ｐｉｘである。屈折率ｎは、第１基板１１及び第２基板１２の屈折率である。なお、第１基板１１と光源２１との位置関係（Ｚ方向の距離）は、屈折率ｎを考慮して予め定められている。ここで、第１基板１１と光源２１とをより近接させる（例えば、０．１［ｍｍ］以下の距離）とすることで、表示装置１の出力におけるクロストークの発生をより確実に抑制できる。

図４で示すように、点灯する光源２１から発せられて１つの画素Ｌ（又は画素Ｒ）を通過し、第２基板１２から出射する光の出射前（第２基板１２内）の角度を角度θ_２とし、出射後（第２基板１２外の表示面側）の角度を角度θ_１とする。角度θ_１及び角度θ_２は、Ｚ方向に対する角度である。また、液晶表示パネル１０の表示面において、角度θ_１で出射して左目ＬＥ（又は右目ＲＥ）に投射される光の出射点と光源２１からＺ方向に直進して液晶表示パネル１０から出射すると仮定した場合の光の出射点とのＸ方向の距離を距離ｘ_１とする。この場合、角度θ_１は、式（１１）のように表せる。また、角度θ_２は、式（１２）のように表せる。また、距離ｄ_２は、式（１３）のように表せる。式（１１）、式（１２）及び式（１３）から、距離ｄ_２は、式（１４）のように表せる。ｐ_２ｐｉｘ＝１／２ｐ_ｐｉｘから、２×ｐ_２ｐｉｘ＝ｐ_ｐｉｘであるから、式（１４）は、式（１）のように表せる。

図５に示すようにＸ方向について中間点Ｃから距離Ｅの半分（Ｅ／２）の距離離れた位置に光源２１があると仮定した場合、当該光源２１は画素Ｌ又は画素ＲのＸ方向の中間点に対応する位置（図５に示すｐ_２ｐｉｘ／２に対応する位置）にあることが望ましい。また、当該光源２１からの光は直進して左目ＬＥ又は右目ＲＥに向かう必要がある。一方、図２及び図４で例示したように、一部の光源２１から左目ＬＥ又は右目ＲＥに向かう光は、Ｚ方向に対して０度を超える角度を生じて進行する。仮に、ピッチｐ_２ｐｉｘがピッチｐ_２ＬＥＤ以上（ｐ_２ｐｉｘ≧Ｐ_２ＬＥＤ）であるとすると、これらの条件を全て満たすように光源２１を配置することはできない。なぜなら、ｐ_２ｐｉｘ≧ｐ_２ＬＥＤであるということは、１つの画素Ｐ（画素Ｌ又は画素Ｒ）の背面側に必ず１つ以上の光源２１があるということであり、画素Ｌを透過した光が右目ＲＥに投射されたり、画素Ｒを透過した光が左目ＬＥに投射されたりすることが生じてしまうからである。従って、ピッチｐ_２ｐｉｘは、ピッチｐ_２ＬＥＤより小さい（ｐ_２ｐｉｘ＜ｐ_２ＬＥＤ）。具体的には、実施形態では、ピッチｐ_２ＬＥＤは、以下の式（２）を満たす。

より具体的な例を挙げると、ピッチｐ_２ｐｉｘが０．０５［ｍｍ］、すなわち、ピッチｐ_ｐｉｘが０．１［ｍｍ］、距離Ｅが６５［ｍｍ］ｍ、距離Ｄが５００［ｍｍ］であるとすると、距離ｄ_２が０．５７８［ｍｍ］、ピッチｐ_２ＬＥＤが０．１０００７７［ｍｍ］を満たすように第２基板１２の厚み及び光源２１の配置を決定することで、図２を参照して説明した３Ｄ画像の出力が成立する。なお、ここで例示したように、距離Ｄは、一般的に、距離ｄ_２、距離ｄ_{ｔｏｔａｌ}及び距離ｘ_１に比べて十分に大きな値となる。

なお、ユーザに３Ｄ画像を視認させる場合、画素Ｌには３Ｄ画像に対応する視差画像の一方に対応する画素信号が与えられ、画素Ｒには他方に対応する画素信号が与えられる。係る画素信号の出力制御は、例えば表示装置１に接続される図示しない画像出力回路が行うが、表示装置１に係る画素信号の出力制御を行うための当該回路を設けるようにしてもよい。後述する画素ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤや２Ｄ画像用の画素信号等、他の画像出力に係る画素信号の出力についても当該回路が行ってもよいし、出力毎に専用の回路を設けてもよい。

（実施形態１の変形例）
なお、３Ｄ画像を視認可能なユーザの位置は１つに限定されるものでない。以下、複数の位置で３Ｄ画像を視認可能になる実施形態１の変形例について、図６から図１１を参照して説明する。

図６は、１つの光源２１から４つの投射位置に光を投射することを想定した出力例を示す模式図である。図６では、Ｘ方向に沿って一方（図６の左側）から他方（図６の右側）に向かって位置ＬＡ、位置ＬＢ、位置ＬＣ、位置ＬＤの順に並ぶ４つの投射位置に光源２１からの光が投射される例を示している。

ピッチｐ_４ＬＥＤは、図６に示すように光を投射する場合に点灯する複数の光源２１のＸ方向のピッチである。また、図６等では、位置ＬＡに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＡを付している。画素ＰＡと記載した場合、位置ＬＡに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＢに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＢを付している。画素ＰＢと記載した場合、位置ＬＢに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＣに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＣを付している。画素ＰＣと記載した場合、位置ＬＣに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＤに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＤを付している。画素ＰＤと記載した場合、位置ＬＤに投射される光が通過する画素Ｐをさす。

図７は、図６に示す４つの投射位置と左目ＬＥ、右目ＲＥとの位置関係の例を示す説明図である。図６に示す４つの投射位置のうちＸ方向に隣接する２つの投射位置の一方（左側）に左目ＬＥが位置し、他方（右側）に右目ＲＥが位置する場合、ユーザは３Ｄ画像を視認できる。図７に示す「例１」は、位置ＬＢに左目ＬＥが位置し、位置ＬＣに右目ＲＥが位置する例を示す。図７に示す「例２」は、位置ＬＡに左目ＬＥが位置し、位置ＬＢに右目ＲＥが位置する例を示す。図７に示す「例３」は、位置ＬＣに左目ＬＥが位置し、位置ＬＤに右目ＲＥが位置する例を示す。

図８は、図６に示す４つの投射位置のうち図７を参照して説明した２つの投射位置で３Ｄ画像が視認可能になる場合の各部の位置関係に関する説明図である。距離ｄ_４は、光源２１と画素ＰとのＺ方向の距離である。ピッチｐ_４ｐｉｘは、画素ＰＡ、画素ＰＢ、画素ＰＣ又は画素ＰＤとして機能する画素ＰのＸ方向のピッチである。ピッチｐ_４ｐｉｘが上述のピッチｐ_２ｐｉｘと等しい場合、距離ｄ_４は、距離ｄ_２と等しい。これによって、左目ＬＥと右目ＲＥの視差による３Ｄ画像の視認条件が成立する。従って、その場合の距離ｄ_４は、以下の式（３）を満たす。

また、図８に示すようにＸ方向について中間点Ｃから距離Ｅの半分（Ｅ／２）の距離離れた位置に光源２１があると仮定した場合、図５を参照した説明と同様、当該光源２１は画素Ｌ又は画素ＲのＸ方向の中間点に対応する位置（図８に示すｐ_４ｐｉｘ／２に対応する位置）にあることが望ましい。その他、図５を参照した説明と同様の理由で、ピッチｐ_４ｐｉｘは、ピッチｐ_４ＬＥＤより小さい（ｐ_４ｐｉｘ＜ｐ_４ＬＥＤ）。具体的には、実施形態では、ピッチｐ_４ＬＥＤは、以下の式（４）を満たす。

より具体的な例を挙げると、ピッチｐ_４ｐｉｘが０．０５［ｍｍ］、距離Ｅが６５［ｍｍ］ｍ、距離Ｄが５００［ｍｍ］であるとすると、距離ｄ_４が０．５７８［ｍｍ］、ピッチｐ_４ＬＥＤが０．２００１５４［ｍｍ］を満たすように第２基板１２の厚み及び光源２１の配置を決定することで、図６及び図７を参照して説明した３Ｄ画像の出力が成立する。

図９は、１つの光源２１から５つの投射位置に光を投射することを想定した出力例を示す模式図である。図９では、Ｘ方向に沿って一方（図９の左側）から他方（図９の右側）に向かって位置ＬＪ、位置ＬＦ、位置ＬＧ、位置ＬＨ、位置ＬＩの順に並ぶ５つの投射位置に光源２１からの光が投射される例を示している。

ピッチｐ_５ＬＥＤは、図９に示すように光を投射する場合に点灯する複数の光源２１のＸ方向のピッチである。また、図９等では、位置ＬＪに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＪを付している。画素ＰＪと記載した場合、位置ＬＪに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＦに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＦを付している。画素ＰＦと記載した場合、位置ＬＦに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＧに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＧを付している。画素ＰＧと記載した場合、位置ＬＧに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＨに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＨを付している。画素ＰＨと記載した場合、位置ＬＨに投射される光が通過する画素Ｐをさす。また、位置ＬＩに投射される光が通過する画素Ｐに符号ＰＩを付している。画素ＰＩと記載した場合、位置ＬＩに投射される光が通過する画素Ｐをさす。

図１０は、図９に示す５つの投射位置と左目ＬＥ、右目ＲＥとの位置関係の例を示す説明図である。図９に示す５つの投射位置のうち、間に１つの投射位置を挟む位置関係にある２つの投射位置の一方（左側）に左目ＬＥが位置し、他方（右側）に右目ＲＥが位置する場合、ユーザは３Ｄ画像を視認できる。図７に示す「例１」は、位置ＬＦに左目ＬＥが位置し、位置ＬＨに右目ＲＥが位置する例を示す。図７に示す「例２」は、位置ＬＪに左目ＬＥが位置し、位置ＬＧに右目ＲＥが位置する例を示す。図７に示す「例３」は、位置ＬＧに左目ＬＥが位置し、位置ＬＩに右目ＲＥが位置する例を示す。

図１１は、図９に示す５つの投射位置のうち図１０を参照して説明した２つの投射位置で３Ｄ画像が視認可能になる場合の各部の位置関係に関する説明図である。距離ｄ_５は、光源２１と画素ＰとのＺ方向の距離である。ピッチｐ_５ｐｉｘは、画素ＰＡ、画素ＰＢ、画素ＰＣ又は画素ＰＤとして機能する画素ＰのＸ方向のピッチである。なお、角度θ_２については、図４を参照して説明した通りである。また、図１１に示す角度θ_１は、光源２１、第２基板１２及び左目ＬＥ又は右目ＲＥとの関係については同様であるが、式については式（１）とは異なる式（１５）で表される。また、距離ｄ_５は、式（１６）のように表せる。式（１５）と、上述の式（１２）と、式（１６）から、距離ｄ_５は、式（５）のように表せる。

また、図１１に示すようにＸ方向について中間点Ｃから距離Ｅの半分（Ｅ／２）の距離離れた位置に光源２１があると仮定した場合、図５及び図８を参照した説明と同様、当該光源２１は画素Ｌ又は画素ＲのＸ方向の中間点に対応する位置（図５に示すｐ_５ｐｉｘ／２に対応する位置）にあることが望ましい。その他、図５を参照した説明と同様の理由で、ピッチｐ_５ｐｉｘは、ピッチｐ_５ＬＥＤより小さい（ｐ_５ｐｉｘ＜ｐ_５ＬＥＤ）。具体的には、実施形態では、ピッチｐ_５ＬＥＤは、以下の式（６）を満たす。

より具体的な例を挙げると、ピッチｐ_５ｐｉｘが０．０５［ｍｍ］、距離Ｅが６５［ｍｍ］ｍ、距離Ｄが５００［ｍｍ］であるとすると、距離ｄ_５が１．１５５［ｍｍ］、ピッチｐ_５ＬＥＤが０．２５０３８５［ｍｍ］を満たすように第２基板１２の厚み及び光源２１の配置を決定することで、図９及び図１０を参照して説明した３Ｄ画像の出力が成立する。

以上、図２から図１１を参照して、視差を利用した３Ｄ画像の出力に関する説明を行ったが、表示装置１の出力方式はこれらに限られるものでない。表示装置１は、１つの光源２１から出射される光が複数の画素Ｐに投射されるよう設け、光の出射角度ごとに視差光線を割り当てて現実の物体の光線を再現する方式（インテグラル・ライトフィールド）が適用されてもよい。この場合、各々の視差光線は、必ずしもユーザの左目ＬＥと右目ＲＥに割り当てられるものでない。

以上、実施形態１及びその変形例によれば、直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿って複数の画素が設けられた液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０に光を投射する複数の光源が当該２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）のうち少なくとも一方の方向（Ｘ方向）に沿って設けられた２０とを備え、液晶表示パネル１０を挟んで光源部２０の反対側で液晶表示パネル１０と対向するユーザの２つの目（左目ＬＥ、右目ＲＥ）と液晶表示パネル１０との対向方向（Ｚ方向）の距離（距離Ｄ）と、２つの目（左目ＬＥ、右目ＲＥ）同士の一方の方向の距離（距離Ｅ）と、画素Ｐと光源２１との対向方向（Ｚ方向）の距離（距離ｄ_２、距離ｄ_４又は距離ｄ_５）と、画素Ｐの一方の方向（Ｘ方向）のピッチ（ピッチｐ_２ｐｉｘ、ピッチｐ_４ｐｉｘ又はピッチｐ_５ｐｉｘ）と、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される光源２１の一方の方向（Ｘ方向）のピッチ（ピッチｐ_２ＬＥＤ、ピッチｐ_４ＬＥＤ又はピッチｐ_５ＬＥＤ）と、液晶表示パネル１０の透光性基板（第１基板１１、第２基板１２）の光の屈折率（屈折率ｎ）とが所定条件を満たす関係にある。

これによって、光源２１からの光を遮らずに画素Ｐに投射してユーザの２つの目（左目ＬＥ、右目ＲＥ）に向かわせることができる。すなわち、光源２１からの光を十分に利用して３Ｄ画像を表示することができる。従って、３Ｄ画像をより明るくできる。

図１２は、インテグラル・ライトフィールドによる出力例を示す模式図である。図１２では、１つの光源２１から出射された光が複数の画素Ｐに投射され、表示面側の視域Ｖｉｓに出射される例を示している。図１２に示す例では、特に左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置は定まらない。ユーザは、画素Ｐの数（Ｎ）に対応した複数の視差光線投射位置Ｐ１，Ｐ２，…，ＰＮのいずれから表示面を視認するかによって異なる視差光線による画像を視認することができる。

ピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}は、図１２に示すように光を投射する場合に点灯する複数の光源２１のＸ方向のピッチである。ピッチｐ_Ｌは、１つの光源２１からの光が投射される範囲のＸ方向のピッチである。ピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}とピッチｐ_Ｌとは、実質的に同一である。ピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}をＸ方向に２分する中間点を通るＺ方向の線が、Ｘ方向に隣接する２つの光源２１の各々から照射される光の境界線になる。距離ｄ_Ｌは、光源２１と画素ＰとのＺ方向の距離である。

図１２で示すように、点灯する光源２１から発せられて第２基板１２から出射する光の出射前（第２基板１２内）の角度を角度θ_Ｌ２とし、出射後（第２基板１２外の表示面側）の角度を角度θ_Ｌ１とする。この場合、視域Ｖｉｓの視野角（θ_Ｌ）は、角度θ_Ｌ１に基づいて式（１７）のように表せる。また、角度θ_Ｌ２は、角度θ_Ｌ１に基づいて式（１８）のように表せる。また、距離ｄ_Ｌは、式（１９）のように表せる。

所望の角度θ_Ｌ１及びピッチｐ_Ｌを定めることで、距離ｄ_Ｌが決定される。１視点の映像を表現する画素を１視点画素と定義すると、ピッチｐ_Ｌは十分多くの１視点画素を構成するための画素を含む距離単位である。

より具体的な例を挙げると、視域Ｖｉｓの視野角（θ_Ｌ）を１２０［°］とし、ピッチｐ_Ｌを０．６［ｍｍ］とすると、ピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}が０．６［ｍｍ］とし、距離ｄ_Ｌが０．４２［ｍｍ］を満たすように第２基板１２の厚み及び光源２１の配置を決定することで、図１２を参照して説明した視差光線による画像の出力が成立する。ピッチｐ_Ｌが０．６［ｍｍ］である場合、１視点あたり０．０５［ｍｍ］とすると３０個の画素Ｐがピッチｐ_Ｌに収まり、視野光線の数は３０になる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。実施形態２は、２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方を出力可能な形態である。実施形態２に係る説明では、複数の光源２１のうち点灯するものを点灯光源２１Ｌと特記する。また、図において矩形で示される光源２１のうち、点灯する点灯光源２１Ｌにドットパターンを付し、点灯しない光源２１にはドットパターンを付さない。

図１３、図１４及び図１５は、実施形態２における液晶表示パネル１０と光源２１との関係を示す模式図である。図１３は、２Ｄ画像を出力する場合の例を示す。図１４及び図１５は、３Ｄ画像を出力する場合の例を示す。

図１３から図１５で示すように、実施形態では、図２を参照して説明した３Ｄ画像の出力に必要な光源２１よりも多くの光源２１が液晶表示パネル１０の背面側で少なくともＸ方向に並ぶよう設けられている。具体的には、図１４及び図１５で点灯するよう制御される点灯光源２１Ｌ同士の間にさらに（ｍ−１）個の光源２１が設けられる。すなわち、図１４及び図１５で点灯するよう制御される点灯光源２１Ｌのピッチ（ピッチｐ_２ＬＥＤ）に対して、点灯光源２１Ｌを含む光源２１のピッチは、１／ｍである。なお、図１４及び図１５で例示するＸ方向の両端の点灯光源２１Ｌのさらに外側に光源２１を設けてもよい。図１３から図１５で示す例では、ｍ＝５であるが、これに限られるものでなく、ｍは２以上の自然数であれば任意の数とすることができる。図１３の点灯光源２１Ｌが示すように、係る光源２１が全て点灯される場合、ユーザは２Ｄ画像を視認できる。この場合、画素Ｐには、２Ｄ画像に対応する画素信号が与えられる。

一方、図１４及び図１５に示すように、点灯光源２１Ｌのピッチをピッチｐ_２ＬＥＤに対応するピッチとすることで、ユーザは３Ｄ画像を視認できる。この場合、画素Ｌには３Ｄ画像に対応する視差画像の一方に対応する画素信号が与えられ、画素Ｒには他方に対応する画素信号が与えられる。

また、図１４と図１５との対比で示すように、液晶表示パネル１０に対する点灯光源２１ＬのＸ方向の位置を変更することで、ユーザが３Ｄ画像を視認可能な位置を変更できる。図１５に示す例では、図１４に示す例に比して点灯光源２１Ｌの位置をＸ方向の一方（図１５の右側）にシフトさせることで、ユーザが３Ｄ画像を視認可能な位置が反対側（図１５の左側）にシフトしている。

３Ｄ画像を視認させる場合にどの位置の光源２１を点灯光源２１Ｌとするかは、任意に決定可能であるが、例えばユーザの左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置を特定可能なセンサ、例えばカメラ等の撮像素子を表示面側に設けることで、液晶表示パネル１０とユーザとの位置関係に応じて当該ユーザに３Ｄ画像を視認させるための点灯光源２１Ｌの位置を決定可能になる。より具体的には、ユーザの左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置のシフト量ＳＨ１を撮像素子により特定し、シフト量ＳＨ１に応じて点灯光源２１Ｌの位置のシフト量ＳＨ２を決めればよい。

図１６は、２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方を出力可能な表示装置１の主要構成例及び当該表示装置１に対して画像を入力する入力装置５０を示すブロック図である。図１６に示す表示装置１は、液晶表示パネル１０と光源部２０に加えて、さらにセンサ３０と制御部４０とを備える。当該表示装置１は、入力装置５０からの画像等の入力に応じた表示出力を行う。入力装置５０は、２Ｄ画像又は３Ｄ画像の元になる画像データ及び当該画像データを２Ｄ画像、３Ｄ画像又はその混在画像として表示出力させる命令として機能するデータを含む入力信号を表示装置１に入力する。入力装置５０は、例えば所謂パーソナルコンピュータのような情報処理装置であってもよいし、所定の入力信号を出力し続ける専用の装置であってもよいし、その他表示装置１で表示出力可能な画像データを含む入力信号を出力するあらゆる装置を入力装置５０として適用可能である。

センサ３０は、例えばカメラ等の撮像素子を有し、液晶表示パネル１０と対向するユーザの左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置を検知する。制御部４０は、例えばＤＤＩＣ（Display Driver Integrated Circuit）、光源２１の点灯を制御する光源駆動回路、これらの回路が実装される基板等を有する。制御部４０は、入力装置５０からの入力信号に応じて２Ｄ画像、３Ｄ画像又はその混在画像を液晶表示パネル１０に出力させる。また、制御部４０は、液晶表示パネル１０が出力する内容に応じて光源２１の点灯を制御する。例えば、２Ｄ画像が出力される場合、制御部４０は、図１３を参照して説明したように、光源２１を全点灯させる。また、３Ｄ画像が出力される場合、制御部４０は、図１４及び図１５を参照して説明したように、センサ３０が検知したユーザの左目ＬＥ及び右目ＲＥの位置に応じて点灯する光源２１を選択制御する。このように、制御部４０は、２Ｄ画像と３Ｄ画像を切り替える。

図１３から図１５に示す例では、点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_２ＬＥＤとすることで、図２から図５を参照して説明した３Ｄ画像の出力と同様の出力を可能にしているが、実施形態２において３Ｄ画像を出力するための点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチはピッチｐ_２ＬＥＤに限られるものでない。例えば、点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_４ＬＥＤとすることで、図６から図８を参照して説明した場合と同様の出力が可能になる。また、点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_５ＬＥＤとすることで、図９から図１１を参照して説明した場合と同様の出力が可能になる。

また、点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}とすることで、図１２を参照して説明した場合と同様の出力が可能になる。なお、距離ｄ_２、距離ｄ_４、距離ｄ_５又は距離ｄ_Ｌについては、点灯光源２１Ｌとする想定のＸ方向のピッチと対応するよう予め第２基板１２の厚みが決定されているものとする。

（実施形態２の変形例）
次に、実施形態２の変形例について、図１７から図２０を参照して説明する。

（実施形態２の変形例１）
図１７は、２Ｄ画像と３Ｄ画像を同時に出力可能な点灯光源２１Ｌの制御例を示す模式図である。図１７で示すように、Ｘ方向に並ぶ複数の画素Ｐのうち３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側に光を投射する点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチを３Ｄ画像の出力に対応したピッチ（例えば、ピッチｐ_４ＬＥＤ）とすることで、３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側に設けられた画素Ｐ（例えば、画素ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ）を３Ｄ画像の出力に割り当てることができる。なお、図１７では、３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側の点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_４ＬＥＤとしているが、図２から図１１を参照して説明した他のピッチ（ピッチｐ_２ＬＥＤ又はピッチｐ_５ＬＥＤ）であってもよい。また、３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側の点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチをピッチｐ_{Ｌ＿ＬＥＤ}とすることで、図１２を参照して説明した視域Ｖｉｓを３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側で出力可能になる。

また、Ｘ方向に並ぶ複数の画素Ｐのうち２Ｄ画像出力領域２ＤＡ側に光を投射する点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチを２Ｄ画像の出力に対応したピッチ（例えば、全点灯）とすることで、２Ｄ画像出力領域２ＤＡ側に設けられた画素Ｐを２Ｄ画像の出力に割り当てることができる。これによって、図１７では、位置ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤのうちＸ方向に隣接する２つの位置に左目ＬＥ及び右目ＲＥが位置するユーザに対して、３Ｄ画像出力領域３ＤＡ側で出力される３Ｄ画像と２Ｄ画像出力領域２ＤＡ側で出力される２Ｄ画像を同時に視認させることができる。なお、図１７では、２Ｄ画像出力領域２ＤＡ側に光を投射する点灯光源２１Ｌが全点灯状態になっているが、これに限られるものでなく、３Ｄ画像等、２Ｄ画像以外の画像を出力する状態にならない範囲内で一部の光源２１を非点灯としてもよい。

図１８は、液晶表示パネル１０の画素領域ＡＡの一例を示す模式図である。画素領域ＡＡは、Ｘ−Ｙ平面に沿ってマトリクス状に設けられた複数の画素Ｐを含む領域であり、液晶表示パネル１０に設けられた画素Ｐによって構成される。カラー表示可能な液晶表示パネル１０に設けられた複数の画素Ｐはそれぞれ、複数の副画素を有する。この場合、画素電極は、画素Ｐ単位でなく、副画素単位で設けられる。具体的には、例えば図１８に示すように、画素Ｐは、第１副画素ＳＰＲ、第２副画素ＳＰＧ及び第３副画素ＳＰＢを有する。第１副画素ＳＰＲは、赤色（Ｒ）のカラーフィルタが設けられた副画素である。第２副画素ＳＰＧは、緑色（Ｇ）のカラーフィルタが設けられた副画素である。第３副画素ＳＰＢは、青色（Ｂ）のカラーフィルタが設けられた副画素である。なお、カラー表示のために設けられる副画素の色は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に限られるものでなく適宜変更可能である。例えば副画素の色としてシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等が採用されてもよい。また、輝度をより高めることを目的としたホワイト（Ｗ）、イエロー（Ｙ）等の副画素がさらに設けられてもよい。

図１９は、光源部２０の発光領域ＢＡの一例を示す図である。発光領域ＢＡは、Ｘ−Ｙ平面に沿ってマトリクス状に設けられた複数の光源２１を含む領域であり、光源部２０に設けられた光源２１によって構成される。発光領域ＢＡにおいて、光源２１のＸ方向のピッチ及び光源２１のＹ方向のピッチは、例えばピッチｐ_２ＬＥＤの１／ｍである。

（実施形態２の変形例２）
図２０は、２Ｄ画像と３Ｄ画像が混在する表示出力時の画素領域ＡＡにおける表示内容と発光領域ＢＡにおける点灯パターンとの対応関係を例示する図である。図２０では、画素領域ＡＡのうち２Ｄ画像の出力に対応した画素信号が割り当てられる画素Ｐの領域を２Ｄ画像出力領域２ＤＡとしている。また、画素領域ＡＡのうち３Ｄ画像の出力に対応した画素信号が割り当てられる画素Ｐの領域を３Ｄ画像出力領域３ＤＡとしている。また、発光領域ＢＡのうち点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチが２Ｄ画像の出力に対応したピッチである領域を２Ｄ画像発光領域２ＤＬＡとしている。また、発光領域ＢＡのうち点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチが３Ｄ画像の出力に対応したピッチである領域を３Ｄ画像発光領域２ＤＬＡとしている。

図２０に示すように、画素領域ＡＡに２Ｄ画像出力領域２ＤＡと３Ｄ画像出力領域３ＤＡを混在させることができる。この場合、発光領域ＢＡの点灯パターンは、画素領域ＡＡにおける２Ｄ画像出力領域２ＤＡと３Ｄ画像出力領域３ＤＡの位置関係に対応するように制御されて２Ｄ画像発光領域２ＤＬＡと３Ｄ画像発光領域２ＤＬＡとが混在する。なお、図２０では模式的に２Ｄ画像出力領域２ＤＡの背面側に２Ｄ画像発光領域２ＤＬＡが位置し、３Ｄ画像出力領域３ＤＡの背面側に３Ｄ画像発光領域２ＤＬＡが位置する単純な位置関係を模式的に示しているが、実際には上述の角度θ_１、角度θ_２等を考慮した光源２１と点灯光源２１Ｌのピッチ調整が行われる。

なお、図１９を参照して説明したＢＢには点光源としての光源２１がマトリクス状に設けられているが、光源２１の具体的態様はこれに限られるものでない。光源２１は、少なくともＸ方向に複数設けられればよく、Ｙ方向については１つ以上であればよい。また、Ｙ方向を長手方向とする線状の光を発する光源を光源２１として採用してもよい。

以上、実施形態２及びその変形例によれば、光源２１の一方の方向（Ｘ方向）のピッチは、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される点灯光源２１Ｌの当該一方の方向のピッチの１／ｍであり、ｍは、２以上の自然数である。これによって、２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方を切り替え又は同時に出力できる。

さらに、図１９に例示するように光源２１をＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に設けることで、Ｚ方向を軸とした表示装置の９０度単位の回転にも対応して３Ｄ画像を表示可能になる。

なお、実施形態２及びその変形例では、光源２１のＸ方向のピッチは、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチの１／ｍであるが、実施形態１及びその変形例では、光源２１のＸ方向のピッチと３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される点灯光源２１ＬのＸ方向のピッチとが同一であってよい。

また、画素Ｐは必ずしも複数の副画素を有しなくともよい。モノクロ表示の場合には各画素Ｐに画素信号が供給され、カラー表示の場合には各副画素に画素信号が供給される。

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１ 表示装置
１０ 液晶表示パネル
２０ 光源部
２１ 光源
２１Ｌ 点灯光源
ＬＥ 左目
ＲＥ 右目
Ｄ，Ｅ，ｄ_２，ｄ_４，ｄ_５ 距離
ｎ 屈折率
ｐ_２ｐｉｘ，ｐ_２ＬＥＤ，ｐ_４ｐｉｘ，ｐ_４ＬＥＤ，ｐ_５ｐｉｘ，ｐ_５ＬＥＤ ピッチ

Claims (6)

1. 直交する２方向に沿って複数の画素が設けられた液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルに光を投射する複数の光源が前記２方向のうち少なくとも一方の方向に沿って設けられた光源部とを備え、
   前記液晶表示パネルを挟んで前記光源部の反対側で前記液晶表示パネルと対向するユーザの２つの目と前記液晶表示パネルとの対向方向の距離と、
   前記２つの目同士の前記一方の方向の距離と、
   前記画素と前記光源との前記対向方向の距離と、
   前記画素の前記一方の方向のピッチと、
   ３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチと、
   前記液晶表示パネルの透光性基板の光の屈折率とが所定条件を満たす関係にある
   表示装置。
2. 前記２つの目と前記液晶表示パネルとの対向方向の距離をＤとし、
   前記２つの目同士の前記一方の方向の距離をＥとし、
   前記画素と前記光源との前記対向方向の距離をｄ_２とし、
   前記画素の前記一方の方向のピッチをｐ_２ｐｉｘとし、
   ３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチをＰ_２ＬＥＤとし、
   前記液晶表示パネルの透光性基板の光の屈折率をｎとした場合、以下の式（１）及び式（２）が成り立つ
   請求項１に記載の表示装置。
   

   
3. 前記２つの目と前記液晶表示パネルとの対向方向の距離をＤとし、
   前記２つの目同士の前記一方の方向の距離をＥとし、
   前記画素と前記光源との前記対向方向の距離をｄ_４とし、
   前記画素の前記一方の方向のピッチをｐ_４ｐｉｘとし、
   ３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチをＰ_４ＬＥＤとし、
   前記液晶表示パネルの透光性基板の光の屈折率をｎとした場合、以下の式（３）及び式（４）が成り立つ
   請求項１に記載の表示装置。
   

   
4. 前記２つの目と前記液晶表示パネルとの対向方向の距離をＤとし、
   前記２つの目同士の前記一方の方向の距離をＥとし、
   前記画素と前記光源との前記対向方向の距離をｄ_５とし、
   前記画素の前記一方の方向のピッチをｐ_５ｐｉｘとし、
   ３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチをＰ_５ＬＥＤとし、
   前記液晶表示パネルの透光性基板の光の屈折率をｎとした場合、以下の式（５）及び式（６）が成り立つ
   請求項１に記載の表示装置。
   

   
5. 前記光源の前記一方の方向のピッチは、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチの１／ｍであり、
   ｍは、２以上の自然数である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 直交する２方向に沿って複数の画素が設けられた液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルに光を投射する複数の無機発光素子が前記２方向のうち少なくとも一方の方向に沿って設けられた光源部と、
   ２Ｄ画像と３Ｄ画像を切り替える制御部と、
   を備え、
   前記光源の前記一方の方向のピッチは、３Ｄ画像の表示時に点灯するよう制御される前記光源の前記一方の方向のピッチの１／ｍであり、
   ｍは、２以上の自然数である
   表示装置。

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