JP4196889B2 - 画像表示装置及び携帯端末装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の視点に向けて画像を表示することができる画像表示装置、及びこの画像表示装置が搭載された携帯端末装置に関する。
従来より、複数の視点に異なる画像を表示し得る画像表示装置の検討が行われている。その一例として、複数視点画像として視差画像を表示することを前提にした立体画像表示装置がある。紀元前２８０年にギリシャの数学者ユークリッドは「立体視とは、同一物体の異なる方向から眺めた別々の映像を左右両眼が同時に見ることによって得られる感覚である」と考察している（例えば、非特許文献１参照）。即ち、左右両眼に視差のある画像を夫々提示することにより、立体画像表示装置を実現することができる。
この機能を具体的に実現するため、これまでに多くの立体画像表示方式が検討されており、これらは眼鏡を使用する方式と眼鏡を使用しない方式とに大別することができる。このうち、眼鏡を使用する方式には、色の違いを利用したアナグリフ方式、及び偏光を利用した偏光眼鏡方式等があるが、これらの方式は本質的に眼鏡をかける煩わしさを避けることができないため、近年では眼鏡を使用しない眼鏡なし方式が盛んに検討されている。眼鏡なし方式には、パララックスバリア方式及びレンチキュラレンズ方式等がある。
先ず、パララックスバリア方式について説明する。パララックスバリア方式は、１８９６年にＢｅｒｔｈｉｅｒが着想し、１９０３年にＩｖｅｓによって実証された立体画像表示方式である。図１２はパララックスバリア方式による立体画像表示方法を示す光学モデル図である。図１２に示すように、パララックスバリア１０５は、細い縦縞状の多数の開口部、即ち、スリット１０５ａが形成されたバリア（遮光板）である。そして、このパララックスバリア１０５の一方の表面の近傍には、表示パネル１０６が配置されている。表示パネル１０６においては、スリット１０５ａの長手方向と直交する方向に右眼用サブ画素１２３及び左眼用サブ画素１２４が配列されている。また、パララックスバリア１０５の他方の表面の近傍、即ち、表示パネル１０６の反対側には、光源１０８が配置されている。
光源１０８から出射された光は、パララックスバリア１０５によりその一部が遮断される。一方、パララックスバリア１０５に遮断されずにスリット１０５ａを通過した光は、右眼用サブ画素１２３を通過して光束１８１となり、又は左眼用サブ画素１２４を通過して光束１８２となる。このとき、立体画像の認識が可能となる観察者の位置は、パララックスバリア１０５と画素との位置関係により決定される。即ち、観察者１０４の右眼１４１は、複数の右眼用サブ画素１２３に対応する全ての光束１８１の通過域内にあり、且つ、観察者の左眼１４２は、全ての光束１８２の通過域内にあることが必要となる。これは、観察者の右眼１４１と左眼１４２との中点１４３が図１２に示す四角形の立体可視域１０７内に位置する場合である。
立体可視域１０７における右眼用サブ画素１２３及び左眼用サブ画素１２４の配列方向に延びる線分のうち、立体可視域１０７における対角線の交点１０７ａを通る線分が最も長い線分となる。このため、中点１４３が交点１０７ａに位置するとき、観察者の位置が左右方向にずれた場合の許容度が最大となるため、観察位置としては最も好ましい。従って、この立体画像表示方法においては、この交点１０７ａと表示パネル１０２との距離を最適観察距離ＯＤとし、この距離で観察することを観察者に推奨している。なお、立体可視域１０７における表示パネル１０２からの距離が最適観察距離ＯＤとなる仮想的な平面を、最適観察面１０７ｂという。これにより、観察者の右眼１４１及び左眼１４２に夫々右眼用サブ画素１２３及び左眼用サブ画素１２４からの光が到達することになる。このため、観察者は表示パネル１０２に表示された画像を、立体画像として認識することが可能になる。
前述のパララックスバリア方式は、考案された当初は、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されていたため、目障りで視認性が低いという問題があった。しかしながら、近時の液晶表示装置の実現に伴い、図１２に示すように、パララックスバリア１０５を表示パネル１０２の裏側に配置することが可能になり、視認性の問題が改善された。このため、パララックスバリア方式の立体画像表示装置は、現在盛んに検討されており、パララックスバリア方式を適用した立体画像表示装置が実際に製品化されている（非特許文献２参照。）。
例えば、非特許文献２の表１には、３Ｄ対応液晶パネルを搭載した携帯電話が紹介されている。この携帯電話における立体画像表示装置を構成する液晶表示パネルは、対角２．２インチ型の大きさで、横１７６ドット×縦２２０ドットの表示ドット数を有する。そして、パララックスバリアの効果をオン・オフするスイッチ用の液晶パネルが設けられており、立体表示と平面表示を切り替えて表示することができる。
次に、レンチキュラレンズ方式について説明する。レンチキュラレンズ方式は、例えば前述の非特許文献１に記載されているように、Ｉｖｅｓ等により１９１０年頃に発明された。図１３はレンチキュラレンズを示す斜視図であり、図１４はレンチキュラレンズ方式による立体表示方法を示す光学モデル図である。図１３に示すように、レンチキュラレンズ１２１は一方の面が平面となっており、他方の面には、一方向に延びるかまぼこ状の凸部（シリンドリカルレンズ１２２）が、その長手方向が相互に平行になるように複数個形成されている。
そして、図１４に示すように、レンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置においては、観察者側から順に、レンチキュラレンズ１２１、表示パネル１０６及び光源１０８が配置されており、レンチキュラレンズ１２１の焦点面には表示パネル１０６の画素が位置している。表示パネル１０６においては、右眼１４１用の画像を表示する画素１２３と左眼１４２用の画像を表示する画素１２４とが交互に配列されている。このとき、相互に隣接する画素１２３及び画素１２４からなる群は、レンチキュラレンズ１２１の各シリンドリカルレンズ（凸部）１２２に対応している。これにより、光源１０８から出射し各画素を透過した光が、レンチキュラレンズ１２１のシリンドリカルレンズ１２２により左右の眼に向かう方向に振り分けられ、左右の眼に相互に異なる画像を認識させることが可能となり、観察者に立体画像を認識させることができる。このように左眼用画像及び右眼用画像を夫々の眼に対して表示することにより観察者に立体画像を認識させる方式は、２つの視点を形成するため２視点方式と呼ばれている。
次に、通常のレンチキュラレンズと表示パネルとを備えた立体画像表示装置の各部のサイズについて詳細に説明する。図１５は通常のレンチキュラレンズ方式による２眼式立体画像表示装置の光学モデル図であり、図１６はこの２眼式立体画像表示装置の立体可視域を示す光学モデル図である。図１５に示すように、レンチキュラレンズ１２１の頂点と表示パネル１０６の画素との間の距離をＨとし、レンチキュラレンズ１２１の屈折率をｎとし、焦点距離をｆとし、レンズ要素の配列周期、即ちレンズピッチをＬとする。表示パネル１０６の表示画素においては、各１個の左眼用サブ画素１２４及び右眼用サブ画素１２３が１組になって配置されている。この画素のピッチをＰとする。従って、各１個の左眼用サブ画素１２４及び右眼用サブ画素１２３からなる表示画素の配列ピッチは２Ｐとなる。この各１個の左眼用サブ画素１２４及び右眼用サブ画素１２３の２画素からなる表示画素に対して、１つのシリンドリカルレンズ１２２が対応して配置されている。
また、レンチキュラレンズ１２１と観察者との間の距離を最適観察距離ＯＤとし、この距離ＯＤにおける画素の拡大投影幅、即ち、レンズから距離ＯＤだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼用サブ画素１２４及び右眼用サブ画素１２３の投影像の幅を夫々ｅとする。更に、レンチキュラレンズ１２１の中央に位置するシリンドリカルレンズ１２２の中心から、横方向１１２におけるレンチキュラレンズ１２１の端に位置するシリンドリカルレンズ１２２の中心までの距離をＷＬとし、表示パネル１０２の中心に位置する左眼用サブ画素１２４と右眼用サブ画素１２３からなる表示画素の中心と、レンズ配列方向１１２における表示パネル１０２の端に位置する表示画素の中心との間の距離をＷＰとする。更にまた、レンチキュラレンズ１２１の中央に位置するシリンドリカルレンズ１２２における光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、レンズ配列方向１１２におけるレンチキュラレンズ１２１の端に位置するシリンドリカルレンズ１２２における光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。更にまた、距離ＷＬと距離ＷＰとの差をＣとし、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とする。
シリンドリカルレンズ１２２の配列ピッチＬと画素の配列ピッチＰとは相互に関係しているため、一方に合わせて他方を決めることになるが、通常、表示パネルに合わせてレンチキュラレンズを設計することが多いため、画素の配列ピッチＰは定数として扱う。また、屈折率ｎは、レンチキュラレンズ１２１の材料を選択することにより決定される。これに対して、レンズと観察者との間の観察距離ＯＤ、及び観察距離ＯＤにおける画素拡大投影幅ｅは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズの頂点と画素との間の距離Ｈ及びレンズピッチＬを決定する。スネルの法則及び幾何学的関係より、下記数式１乃至６が成立する。
Figure 0004196889
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また、下記数式７乃至９が成立する。
Figure 0004196889
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上記数式１乃至３より、夫々下記数式１０乃至１２が成立する。
Figure 0004196889
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また、上記数式６及び数式９より、下記数式１３が成立する。
Figure 0004196889
更に、上記数式７及び数式８より、下記数式１４が成立する。
Figure 0004196889
更にまた、上記数式５より、下記数式１５が成立する。
Figure 0004196889
なお、前述の如く、通常はレンチキュラレンズの頂点と画素との間の距離Ｈを、レンチキュラレンズの焦点距離ｆと等しくするため、下記数式１６が成立し、レンズの曲率半径をｒとすると、曲率半径ｒは下記数式１７により求まる。
Figure 0004196889
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図１６に示すように、全ての右眼用サブ画素１２３からの光が到達する領域を右眼領域１７１とし、全ての左眼用サブ画素１２４からの光が到達する領域を左眼領域１７２とする。観察者は、右眼１４１を右眼領域１７１に位置させ、左眼１４２を左眼領域１７２に位置させれば、立体画像を認識することができる。但し、観察者の両眼間隔は一定なので、右眼１４１及び左眼１４２を夫々右眼領域１７１及び左眼領域１７２の任意の位置に配置できるわけではなく、両眼間隔を一定値に保つことができる領域に限定される。即ち、右眼１４１及び左眼１４２の中点が立体可視域１０７に位置する場合にのみ、立体視が可能となる。表示パネル１０６からの距離が最適観察距離ＯＤとなる位置では、立体可視域１０７における横方向１１２に沿った長さが最長となるため、観察者の位置が横方向１１２にずれた場合の許容度が最大となる。このため、表示パネル１０６からの距離が最適観察距離ＯＤとなる位置が、最も理想的な観察位置である。
前述のパララックスバリア方式が不要な光をバリアにより「隠す」方式であるのに対し、レンチキュラレンズ方式は光の進む向きを変える方式であり、原理的にレンチキュラレンズを設けることによる表示画面の明るさの低下がない。そのため、特に高輝度表示や低消費電力性能が重視される携帯機器等への適用が有力視されている。
レンチキュラレンズ方式による立体画像表示装置を開発した例が、前述の非特許文献２に記載されている。この立体画像表示装置の立体画像表示装置を構成する液晶表示パネルは、対角７インチ型の大きさで、横８００ドット×４８０ドットの表示ドット数を有する。そして、レンチキュラレンズと液晶表示パネルの距離を０．６ｍｍ変えることにより、立体表示と平面表示とを切り替えることができる。
また、複数の視点に異なる画像を表示し得る画像表示装置の他の例として、複数画像同時表示ディスプレイが開示されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載のディスプレイは、レンチキュラレンズによる画像の振り分け機能を利用して、観察する方向毎に異なる平面画像を同時に同一条件で表示し、複数の異なる観察者に対してそれぞれ異なる方向から異なる平面画像を１台のディスプレイで同時に観察可能としている。図１７はこの複数画像同時表示ディスプレイを示す斜視図である。図１７に示すように、この複数画像同時表示ディスプレイでは、観察者１０４側から順に、レンチキュラレンズ１２１及び表示パネル１０６が配置されている。表示パネル１０６においては、第１視点用の画像を表示する第１視点用画素１２５と第２視点用の画像を表示する第２視点用画素１２６とが交互に配列されている。このとき、相互に隣接する画素１２５及び画素１２６からなる群は、レンチキュラレンズ１２１の各シリンドリカルレンズ（凸部）１２２に対応している。これにより、各画素の光は、レンチキュラレンズ１２１のシリンドリカルレンズ１２２により異なる方向に振り分けられるため、異なる位置で異なる画像を認識させることが可能になる。この複数画像同時表示ディスプレイを使用することにより、人数分のディスプレイを用意する場合に比べて、設置スペース及び電気代等を削減することができる。
一方、液晶表示装置は消費電力が低い等の利点があり、携帯端末等の中小型用途で特に多く使用されている。液晶表示装置を構成する液晶表示パネルは、外光を変調して表示を行う非自発光型であるため、何らかの外部光源が必要である。現在最も普及している透過型の液晶表示装置においては、液晶表示パネルは透過型であり、観察者から見て液晶表示パネルの背面側にバックライトユニットと称する照明手段が設置されている（非特許文献３参照）。非特許文献３の図１には液晶パネル用バックライトユニットの構造が記載されている。一般にバックライトユニットは、発光源からの光を伝搬する導光板と、導光板の側面に配置されたエッジライト（サイドライト）と称する発光源と、導光板の観察者側に配置された光学シートから構成されている。そして、エッジライトから発した光は、導光板を伝搬しながらその一部が観察者側に向けて出射し、光学シートで光の均一性や角度分布などの光学特性が整形された後に、透過型液晶表示パネルを通過し、観察者に入射する。図１８はレンチキュラレンズを使用した従来の立体画像表示装置の光学モデル図である。非特許文献３に記載されているように、バックライトユニットの光学シートとしては、多数のプリズム又はレンズから構成されたプリズムシート及びレンズシートが多用されているが、図１８に示すように、これらプリズムシート及びレンズシートの表面には、プリズム又はレンズの構造に基づいた凸部が存在する。
特開平６−３３２３５４号公報（第９図） 増田千尋著，「３次元ディスプレイ」，産業図書株式会社，ｐ．１ 日経エレクトロニクス，２００３年１月６日，Ｎｏ．８３８号，ｐ．２６−２７ 田中章，"液晶用バックライトの最新動向"，月刊ディスプレイ，１９９７年６月，ｐ７５
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。携帯端末装置では可搬性を向上する観点から薄型化が重要視されており、携帯端末装置に搭載される画像表示装置にも薄型化が望まれている。そこで、本発明者等は、画像表示装置を薄型化するため、画像表示装置を構成する画素とバックライトユニットとの距離を小さくしたところ、表示画像中に縞模様が現れ、表示品質が著しく低下するという問題点が明らかになった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、薄型化で、且つ表示品質が優れた画像表示装置及びこの画像表示装置を備えた携帯端末装置を提供することを目的とする。
本願第１発明に係る画像表示装置は、少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部が形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳとし、前記レンズの焦点距離をｆとし、前記レンズの配列ピッチをＬとするとき、前記照明部材における隣接する凸部間の前記第１の方向の距離Ｖが下記数式１８を満たすことを特徴とする。
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本発明においては、照明部材の凸部に起因する出射光の指向性分布の影響を低減することができるため、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。
前記焦点距離ｆは、前記レンズと前記画素との距離よりも短くてもよい。これにより、レンズの焦点位置を画素よりもレンズ側に設定することができるため、照明部材上のより広い領域の光線を使用することができる。その結果、隣接する凸部間の距離を長くすることができるため、凸部に起因する出射光の指向性分布の影響を緩和することができ、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。また、レンズの焦点位置が画素面からずれるため、画素間の非表示領域の影響が緩和され、非表示領域に起因する表示品質の劣化も防止することができる。
また、照明部材における隣接する凸部間の距離Ｖが面内分布をもっている場合、この距離Ｖは、隣接する凸部間の距離のうち最小の値であることが好ましい。これにより、距離Ｖが面内分布をもっていても、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。
本願第２発明に係る画像表示装置は、少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部が規則的に形成された照明部材と、を有し、前記照明部材における隣接する凸部間の前記第１の方向の距離が０．６ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明においては、現在携帯端末用表示パネルとして最も利用されている画素ピッチが０．１５ｍｍの透過型液晶パネルを使用し、表示画素を２つのサブ画素により構成した２視点の画像表示装置において、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。
前記レンズは、例えば、複数個のシリンドリカルレンズがその長手方向が相互に平行になるように配列されたレンチキュラレンズである。そして、前記凸部が一方向に延びている場合、前記凸部が延びる方向と前記シリンドリカルレンズの長手方向とを相互に平行にしてもよい。また、前記凸部がマトリクス状に形成されていてもよい。これにより、例えば、バックライト上に凸部が形成されている光学シートが配置されている照明部材の場合、前記凸部がマトリクス状に形成されている光学シートを使用することにより、凸部が一方向に延びている光学シートを２枚積層して使用した場合と同様の効果が得られる。その結果、構成部材の数を低減して、低コスト化することができる。
又は、前記レンズは、例えば、複数個の凸型レンズがマトリクス状に配列されたフライアイレンズである。これにより、レンズを通して出射する光を４方向に振り分けることができるため、異なる画像を二次元状に分布して表示することができる。
本願第３発明に係る画像表示装置は、少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるシリンドリカルレンズを備えたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向に延びる複数個の凸部が形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの配列ピッチをＬ、前記シリンドリカルレンズの長手方向における画素ピッチをＰＶとするとき、前記照明部材における隣接する凸部間の距離Ｖが下記数式１９を満たすことを特徴とする。
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本発明においては、シリンドリカルレンズの一次元的なレンズ作用を利用して、照明部材の凸部に起因する表示品質の低下を防止することができる。その結果、表示品質が優れた薄型の画像表示装置が得られる。
本願第４発明に係る画像表示装置は、少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるシリンドリカルレンズを備えたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部がマトリクス状に形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの配列ピッチをＬ、前記シリンドリカルレンズの長手方向における画素ピッチをＰＶとするとき、前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向における前記照明部材の隣接する凸部間の距離ＶＶ、及び前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向に直交する方向における前記照明部材の隣接する凸部間の距離Ｖが夫々下記数式２１を満たすことを特徴とする。

Figure 0004196889
Figure 0004196889
前記レンチキュラレンズは、例えば前記表示パネルの一辺と前記シリンドリカルレンズの長手方向が相互に平行になるように配置されている。これにより、使用者に違和感を与えずに、画像を表示することができる。
また、前記焦点距離ｆが、前記レンチキュラレンズと前記画素との距離よりも短くてもよい。これにより、レンズの焦点位置を画素よりもレンズ側に設定することができるため、照明部材上のより広い領域の光線を使用することができる。その結果、隣接する凸部間の距離を長くすることができ、凸部に起因する出射光の指向性分布の影響を緩和することができるため、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。また、レンズの焦点位置が画素面からずれるため、画素間の非表示領域の影響が緩和され、非表示領域に起因する表示品質の劣化を防止することもできる。
更に、前記表示パネルと前記照明部材との間に光拡散部材が設けられていてもよい。これにより、照明部材の凸部に起因する出射光の指向性分布の表示画像への影響を緩和することができる。その結果、表示品質が優れた薄型の画像表示装置が得られる。
更にまた、この画像表示装置が立体画像表示装置であってもよい。これにより、複数の視差画像を表示することができ、良好な立体画像を表示することができる。
又は、この画像表示装置は、平面画像表示装置であってもよい。これにより、例えば、この画像表示装置を携帯端末装置に搭載した場合、携帯端末装置の角度変えるだけで、複数視点用の画像を観察することができる。特に、複数視点用の画像に関連性がある場合には、観察角度を変えるという簡単な手法で、夫々の画像を参照することができるため、利便性が大幅に向上する。また、複数視点用の画像を縦方向に配列した場合には、観察者は各視点用の画像を必ず両眼で観察できるため、各視点用の画像の視認性を向上することができる。更にまた、前記表示パネルとして、液晶表示パネルを使用してもよい。
本願第５発明に係る携帯端末装置は、前述の画像表示装置を有することを特徴とする。この携帯端末装置は、例えば、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオである。
本発明によれば、照明部材に形成された凸部に起因する出射光線の指向性分布の影響を低減することができるため、表示品質を低下させることなく、画像表示装置を薄型化することができる。
本発明者等は、前述の課題を解決し、上述の立体画像表示装置及び複数画像同時表示ディスプレイ等の画像表示装置を薄型化して、これらを携帯端末装置に搭載すべく、鋭意検討を行った。その結果、表示画像中に縞模様が現れる現象について、以下に示す知見を得た。立体画像表示装置においては、単に立体画像を表示することが目的であれば、図１６に示すように、画素から観察者側の光学モデルのみを検討すれば良いが、装置の薄型化及び高画質化を実現するためには、図１８に示すように表示画素（右眼用サブ画素１２３及び左眼用サブ画素１２４）からバックライトユニット１５０に設けられた光学シート１５１までの距離及び光学シート１５１の表面に形成されている凸部の形状について検討する必要がある。
図１８に示すように、一般に立体画像表示装置は、観察者側から順に、レンチキュラレンズ１２１、表示パネル１０６及びバックライトユニット１５０が設けられている。表示パネル１０６は例えば透過型液晶パネルである。バックライトユニット１５０における表示パネル側の面には、一方向に延びる凸部が形成された光学シート１５１が配置されている。この光学シート１５１の表面に形成されている凸部の形状は例えばプリズム状であり、その凹部の繰り返しピッチはＶである。また、レンチキュラレンズ１２１を構成するシリンドリカルレンズ１２２の焦点距離はｆである。この立体画像表示装置における焦点は、表示画素（左眼用サブ画素１２４及び右眼用サブ画素１２３）に設定されているため、焦点距離ｆは図１６に示すシリンドリカルレンズ１２２の頂点と表示画素との距離Ｈと等しい。更に、光学シート１５１表面の凸部は一方向に配列しており、その長手方向はシリンドリカルレンズ１２２の長手方向と一致している。即ち、光学シート１５１表面の凸部の配列方向とシリンドリカルレンズ１２２の配列方向とは一致している。
ここで、シリンドリカルレンズ１２２の配列ピッチをＬ、表示画素から光学シート１５１までの距離をＳとする。表示画素のある一点を通過した光は広がりながらレンチキュラレンズに向かうが、レンチキュラレンズ１２１を構成する１つのシリンドリカルレンズ１２２に入射する光線群は、レンズピッチＬを底辺とし、焦点距離ｆを高さとする三角形を形成する。一方、バックライトユニット１５０から出射し、前述の表示画素のある一点に向かう光線群１も三角形を形成する。この三角形の高さは、表示画素から光学シート１５１までの距離Ｓであり、その底辺の長さをＸと定義する。この２つの三角形は相似の関係となるため、下記数式２２の関係が成立する。
Figure 0004196889
前述の表示画素のある一点を通過し、シリンドリカルレンズ１２２を通過した光は、観察面上に投影され、前述の画素の一点と１対１に対応する。従って、光学シート１５１上の有限の範囲Ｘが観察面上のある一点と対応し、観察面上の点の位置により光学シート１５１上の有限の範囲Ｘが変化することになる。ここで、有限の範囲Ｘにおける光学シート１５１の輝度分布に着目する。有限の範囲Ｘの位置により輝度分布が異なると、観察面上の明るさが変動する。この変動は表示する画像に重畳して観察されるため、画質が著しく低下してしまう。
有限の範囲Ｘの位置により輝度分布が異なる要因としては、光学シート１５１の表面の凸部に起因した輝度分布が挙げられる。光学シート１５１表面の凸部の傾斜角はその位置によって異なる。このため、凸部中の位置、即ち光学シート１５１上の位置によって、出射する光の輝度分布が異なる。この結果、光学シート１５１上の有限範囲Ｘが凸部の繰り返しピッチＶより小さくなり、即ち、下記数式２３が成立し、光学シート１５１の表面の凸部に起因した出射光の輝度分布の影響を大きく受けることになる。
Figure 0004196889
この課題について具体的に検討するため、現在携帯電話用途として多用されている画素ピッチＰが０．１５ｍｍの透過型液晶表示パネルを使用し、２つのサブ画素をからなる表画素を備えた２視点の立体画像表示装置について考える。この透過型液晶表示パネルにおける薄型ガラス基板の厚さは、最も汎用的な０．７ｍｍである。このため、レンズと画素との距離及び焦点距離は共に０．７ｍｍに設定されている。また、表示画素から光学シートまでの空間には、上述の厚さが０．７ｍｍのガラス基板の他に、透過型液晶表示パネルには必須である偏光板（厚さ０．３ｍｍ）、輝度を向上させるための多層膜光学フィルム（厚さ０．２ｍｍ）、バックライトユニットと液晶表示パネルとを相互に固定する光透過性粘着フィルム（厚さ０．２ｍｍ）がこの順に設けられている。ここで、ピッチＶが０．６ｍｍより大きい凸部が形成された光学シートを使用する場合、表示画像の品質が劣化することを防止するために、表示画素から光学シートまでの距離を大きくしなければならない。例えば、凸部のピッチＶが１ｍｍである光学シートを使用する場合には、表示画素から光学シートまでの距離を２ｍｍにする必要がある。このため、表示画素から光学シートまでの空間に無駄な隙間が生じ、立体画像表示装置の厚みが増大してしまう。一方、画像表示装置の薄型化を実現するために、表示画素から光学シートまでの無駄な空間を排除すると、光学シート表面の凸部に起因する輝度分布の影響が大きくなり、表示画質が著しく低下する。
以下、本発明の実施形態に係る画像表示装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置について説明する。図１は本実施形態の立体画像表示装置を示す光学モデル図である。なお、図１においては、図を見やすくするために、表示パネルにおける画素以外の構成要素は省略している。図１に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１０においては、観察者側から順に、レンチキュラレンズ３、表示パネル２及びバックライトユニット５が設けられている。この画像表示装置１における表示パネル２は、例えば透過型液晶パネルであり、表示パネルの表示画素は隣接する右眼用サブ画素４２及び左眼用サブ画素４１により構成されている。各表示画素はシリンドリカルレンズ３ａの長手方向に沿って配列されており、レンチキュラレンズ３は、この配列された表示画素の列に１つのシリンドリカルレンズ３ａが対応するように配置されている。
また、バックライトユニット５の表示パネル２側の面には、一方の面に一方向に延びる凸部が形成された光学シート５１が、凸部が形成されている面が表示パネル２側になるように配置されている。この光学シート５１に形成されている凸部の形状は例えばプリズム状であり、隣接する凸部間の距離、即ち、凸部の繰り返しピッチはＶである。更に、実施形態の画像表示装置１０においては、焦点を表示画素に設定しており、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの焦点距離ｆは、レンズの頂点と表示画素との距離と等しくなっている。更に、光学シート５１の凸部は一方向に配列しており、その長手方向はシリンドリカルレンズ３ａの長手方向と一致している。即ち、光学シート５１の凸部の配列方向と、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向は一致している。そして、シリンドリカルレンズ３ａの配列ピッチをＬ、表示画素と光学シート５１との距離をＳとしたとき、光学シート５１における凸部のピッチＶが、下記数式２４を満たしている。
Figure 0004196889
次に、本実施形態の立体画像表示装置１０の動作について、表示パネル２における表示画素のある一点に着目して説明する。バックライトユニット５から出射された光は様々な角度に進行する。従って、表示画素のある一点を通過した光線は拡散すると共にレンチキュラレンズ３に向かって進行する。そこで、レンチキュラレンズ３を構成する１つのシリンドリカルレンズ３ａに着目すると、そのシリンドリカルレン３ａに入射する光線群は、レンズピッチＬを底辺とし焦点距離ｆを高さとする三角形を形成する。一方、バックライトユニット５から出射され、前述の表示画素のある一点に向かう光線群も三角形を形成する。この三角形の高さは、表示画素から光学シート５１までの距離Ｓである。これら２つの三角形は相似の関係となるため、この三角形の底辺の長さをＸと定義すると、下記数式２５の関係が成立する。
Figure 0004196889
上記数式２５に示す三角形の底辺の長さＸは、前述の数式２４における右辺に他ならない。即ち、本実施形態の立体画像装置１０は、表示パネル２における表示画素のある一点に着目した場合、バックライトユニット５から出射され表示画素のある一点に入射する光線群が形成する三角形の底辺の長さＸが、バックライトユニット５の光学シート５１におけるプリズム状の凸部のピッチＶ以上になっている。なお、光学シート５１の表面のプリズム状の凸部は、その位置によって表面の傾斜角が異なるため、バックライトユニット５から出射する光の指向性分布も、出射位置によって異なる。例えば、三角形の底辺の長さＸが凸部のピッチＶよりも小さい場合には、この凸部の位置に依存した出射光線の指向性分布の影響が大きくなる。しかしながら、本実施形態の立体画像表示装置１０においては、三角形の底辺の長さＸが凸部のピッチＶ以上になっているため、指向性分布の影響を緩和することができる。
また、前述の表示画素のある一点を通過し、シリンドリカルレンズ３ａを通過した光は、観察面上に投影され、前述の表示画素の一点と１対１に対応する。従って、光学シート５１上の有限の範囲Ｘが観察面上のある一点と対応し、観察面上の点の位置に対応して光学シート５１上の有限の範囲Ｘが変化することになる。ここで、ある有限の範囲Ｘにおける光学シート５１の輝度分布に着目する。有限の範囲Ｘの光学シート上における位置により、出射する光の指向性分布、即ち輝度分布が異なると、観察面上の明るさが位置によって変動する。この明るさの変動は、表示する画像に重畳して観察されるため、画質が著しく低下してしまう。この課題を解決するためには、有限の範囲Ｘにおける輝度分布を光学シート上の位置によらず均一化することが有効である。このように、本実施形態の立体画像表示装置１においては、上記数式２４が成立し、有限の範囲Ｘが光学シート５１におけるプリズム状凸部のピッチＶ以上に設定されているため、有限の範囲Ｘにおける輝度分布を光学シート５１上の位置によらず均一化することができる。これにより、表示品質が優れた薄型の画像表示装置を実現することができる。
次に、本実施形態の立体画像表示装置１０の効果について、表示パネル２として、ガラス基板（図示せず）の厚さが０．７ｍｍであり、画素ピッチが０．１５ｍｍである透過型液晶表示パネルを使用した２視点の立体画像表示装置を例に詳細に説明する。この立体画像表示装置におけるレンチキュラレンズ３の頂点と表示画素との距離及び焦点距離ｆは、共にガラス基板（図示せず）の厚さ、即ち０．７ｍｍである。また、表示画素と光学シート５１との間には、前述のガラス基板（図示せず）の他に、透過型液晶表示パネルには必須である偏光板（図示せず）、輝度向上のための多層膜光学フィルム（図示せず）、バックライトユニット５と液晶表示パネルとを相互に固定するための光透過性粘着フィルム（図示せず）がこの順に設けられている。これらの厚さは、偏光板が０．３ｍｍ、光学フィルムが０．２ｍｍ、粘着フィルムが０．２ｍｍである。このような構成の立体画像表示装置においては、光学シート５１の凸部のピッチＶを０．６ｍｍ以下にすることにより、表示画素から光学シート５１までの距離Ｓを、各部材を設けるための最小値である１．４ｍｍ以下にすることができる。
一方、光学シート５１の凸部のピッチＶが０．６ｍｍより大きいと、表示品質の劣化を防止するために、表示画素から光学シート５１までの距離を大きくしなければならない。具体的には、光学シート５１の凸部のピッチＶが１ｍｍである場合、表示画素から光学シート５１までの距離Ｓは２ｍｍにしなければならず、表示画素から光学シート５１までの間に無駄な隙間が生じ、その結果画像表示装置の厚みが増大してしまう。このように、バックライトユニット５に設けられた光学シート５１の凸部のピッチを０．６ｍｍ以下にすることにより、表示品質に優れた薄型の立体画像表示装置を実現することができる。
図２は図１に示す立体画像表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。図２に示すように、この立体画像表示装置１０は、例えば、携帯電話等の携帯端末装置９に搭載される。
本実施形態の立体画像表示装置１０においては、表面に一方向に延びるプリズム状の凸部が形成された光学シートを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、プリズム状凸部がマトリクス状に配列された光学シートを使用することもできる。また、例えば一方向に延びるプリズム状の凸部が形成された２枚の光学シートを、凸部が延びる方向が平面視で相互に直交するように配置する等、バックライトユニット５に２枚の光学シートを設けることもできる。その場合、凸部が延びる方向がシリンドリカルレンズ３ａの配列方向と同じである光学シートのピッチＶを、上記数式２４で規定された範囲にすることが好ましい。
また、本実施形態の立体画像表示装置１０においては、光学シート５１に凸部が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばバックライトユニット５に設けられた導光板の表面に凸部が形成されている場合でも、その凸部のピッチを上記数式２３の範囲内にすることにより、同様の効果が得られる。なお、凸部に面内分布がある場合には、ピッチＶの最小値が上記数式２４を満たしていることが望ましい。更に、凸部の形状もプリズム状に限定されるものではなく、本発明は、バックライトユニット５の表面に凸部が存在し、その凸部があるために、微小領域で出射光の指向性分布が異なる場合に適用することができる。なお、バックライトユニット５に形成されている凸部の上に、光拡散部材、具体的には光散乱効果がある光学フィルム等が設けられていてもよい。これにより凸部の影響を低減することができる。
更にまた、本実施形態の立体画像表示装置１０においては、表示パネル２として透過型液晶パネルを使用したが、本発明はこれに限定されず、バックライトユニット５を使用する表示パネルであれば適用可能である。なお、液晶パネルの駆動方法は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）方式及びＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）方式等のアクティブマトリクス方式でもよく、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic liquid crystal）方式等のパッシブマトリクス方式でもよい。更にまた、本実施形態の画像表示装置１は携帯電話のみならず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：個人用情報端末）、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種携帯端末装置に適用することができる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示装置について説明する。図３は本実施形態の立体画像表示装置の光学モデル図であり、図４はフライアイレンズを示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態の立体画像表示装置２１は、レンチキュラレンズの代わりに、レンズがマトリクス状に配置されたフライアイレンズ８を使用している以外は、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１０と同様である。本実施形態の立体画像表示装置２０においては、フライアイレンズ８を使用しているため、レンズを通して出射する画素の光を上下左右の４方向に振り分けることができる。その結果、立体画像表示装置２０の配置方向を回転させた場合でも、立体画像を表示することができる。
なお、フライアイレンズ８のレンズピッチが、配列方向によって異なる場合には、ピッチが小さい方向に対して、光学シート５１における凸部のピッチＶを上記数式２４の範囲にすることが望ましい。なお、本実施形態の立体画像表示装置２０においては、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１０と同様に、光学シート５１の表面に形成された凸部の配列は、一方向及びマトリクス状のどちらでもよい。
また、例えば一方向にプリズム状の凸部が形成された２枚の光学シート５１を、凸部の長手方向が平面視で相互に直交するように配置している場合、表示パネル２側に配置されている光学シートのピッチＶを、上記数式２４で規定された範囲にすることが好ましい。これは、表示パネル２側の光学シートの方が、表示画素と光学シートとの距離が小さいため、表示品質を劣化させないための条件が厳しいからである。更に、本実施形態の立体画像表示装置２１における上記以外の構成及び効果は前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１と同様である。
次に、本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示装置について説明する。図５は本実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。なお、図５においては、レンチキュラレンズの一部、光学シートの一部及び１個の表示画素のみを示しており、これら以外の構成要素は省略している。図５に示すように、本実施形態の立体画像表示装置３０は、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向と、光学シート５１の表面に形成されたプリズム状凸部が延びる方向とは一致していない。そして、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向とプリズム状凸部が延びる方向とがなす角度をθとし、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向における画素ピッチをＰＶとしたときに、光学シート５１の凸部の繰り返しピッチＶが下記数式２６を満たしている。
Figure 0004196889
図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態の立体画像表示装置のバックライトユニットを示す断面図であり、図６（ａ）は図５に示すＡ−Ａ線による断面図であり、図６（ｂ）はＢ−Ｂ線による断面図である。本実施形態の立体画像表示装置においては、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向と、光学シート５１の凸部が延びる方向とがなす角度がθになるように、レンチキュラレンズ３及び光学シート５１が配置されているため、図６（ａ）及び図６（ｂ）における凸部形状の相対位置は、値（ＰＶ×ｔａｎθ）だけ異なる。
また、光学シート５１の凸部のピッチＶにおけるシリンドリカルレンズ３ａの配列方向成分は、値（Ｖ／ｃｏｓθ）となる。
シリンドリカルレンズ３はその連続方向においてレンズ効果を持たないため、光学シート５１の効果は、図６（ａ）及び（ｂ）に示す凸部の配置を重畳した効果として考えることができる。従って、光学シート５１の凸部はその幅が値（ＰＶ×ｔａｎθ）だけ広がって配置されている場合と等価になる。そして、光学シート５１の凸部のピッチＶにおけるシリンドリカルレンズ３ａの配列方向成分は値（Ｖ／ｃｏｓθ）により示されるため、本実施形態の立体画像表示装置においては、下記数式２７が成立する場合に、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１と同等の効果が得られる。
Figure 0004196889
なお、上記数式２７を、整理すると上記数式２６となる。本実施形態の立体画像表示装置３０によれば、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向に対し、一方向に延びる凸部が形成された光学シート５１を傾けて配置することにより、シリンドリカルレンズの一次元的レンズ作用を利用して、光学シート５１の凸部に起因した表示品質の低下を防止し、薄型で表示品質が優れた立体画像表示装置を実現することができる。
なお、本実施形態の立体画像表示装置においては、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向に対して、光学シート５１を回転させて配置しているが、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向と光学シート５１の凸部が延びる方向とが一致していなければよく、例えば、立体画像表示装置のある辺に対して、凸部が延びる方向が平行になるように光学シート５１を配置し、レンチキュラレンズ３を回転させて配置してもよい。但し、レンチキュラレンズ３を傾けて配置すると、使用者に違和感を与えるため、レンチキュラレンズ３は、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向と表示パネルの一辺が平行になるように配置することが好ましい。これにより、使用者の違和感を取り除くことができる。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図７は本実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。なお、図７においては、レンチキュラレンズの一部、光学シートの一部及び１個の表示画素のみを示しており、これら以外の構成要素は省略している。図７に示すように、本実施形態の立体画像表示装置４０は、一方向に延びる凸部が形成された光学シート５１の代わりに、凸部がマトリクス状に形成されている光学シート５２を使用している。なお、本実施形態の立体画像表示装置４０における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態の立体画像表示装置３０と同様である。本実施形態の立体画像表示装置４０は、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向と、光学シート５１の表面に形成された凸部の配列方向とが一致していない。そして、シリンドリカルレンズ３ａが延びる方向に対して、角度θだけ傾いた方向における凸部のピッチＶＶが下記数式２８を満たしている。なお、下記数式２８におけるＰＶは、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向における画素ピッチである。
Figure 0004196889
これにより、１つのサブ画素（右眼用サブ画素４２又は左眼用サブ画素４１）中に２個以上の凸部を含めることができるため、シリンドリカルレンズ３ａの一次元的レンズ作用を通して、凸部の空間周波数を等価的に高めることができ、凸部に起因した表示品質の低下を防止することができる。
本実施形態の立体画像表示装置４０によれば、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの長手方向に対し、マトリクス状に凸部が形成された光学シート５２傾けて配置することにより、シリンドリカルレンズ３ａの一次元的レンズ作用を利用して、凸部に起因した表示画質の低下を防止することができるため、薄型で表示品質が優れた立体画像表示装置を実現できる。
また、マトリクス状に凸部が形成された光学シート５２を使用すると、一方向に延びる凸部が形成された光学シートを２枚使用する場合と同様の効果が得られるため、構成部材数が少なくなり、製造コストを低減することができる。
次に、本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示装置について説明する。図８は本実施形態に係る立体画像表示装置を示す光学モデル図である。なお、図８においては、図を見やすくするために、表示パネル２における画素以外の構成要素は省略している。本実施形態の立体画像表示装置５０は、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの焦点が表示画素よりもレンチキュラレンズ３側に設定されており、焦点距離ｆがレンズの頂点と画素との間の距離Ｈより小さくなっている。即ち、下記数式２９が成立している。
Figure 0004196889
本実施形態の立体画像表示装置５０においては、レンズの焦点位置を表示画素よりもレンチキュラレンズ３側に設定することができるため、バックライトユニット５上のより広い領域の光線を使用することができる。その結果、凸部のピッチが広い光学シートを使用することができるため、凸部に起因した出射光線の指向性分布の影響を緩和することができる。また、レンズの焦点位置が画素表面からすれるため、画素間の非表示領域の影響を緩和することができ、非表示領域に起因した表示画像の劣化も緩和できる。なお、本実施形態の立体画像表示装置５０における上記以外の構成及び効果は、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１０と同様である。但し、本実施形態の立体画像表示装置５０においては、レンズ焦点位置から光学シート５１までの距離をＳとする。
次に、本発明の第６の実施形態に係る立体画像表示装置について説明する。図９は本実施形態の立体画像表示装置を示す光学モデル図である。本実施形態の立体画像表示装置は、フライアイレンズ８を構成するレンズの焦点が表示画素よりフライアイレンズ８側に設定されている。このため、焦点距離ｆがレンズの頂点と画素との間の距離Ｈより小さくなっており、下記数式３０が成立している。なお、本実施形態の立体画像表示装置６０における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態の立体画像表示装置２０と同様である。
Figure 0004196889
本実施形態の立体画像表示装置６０においては、前述の第２の実施形態の立体画像表示装置２０における効果に加えて、レンズの焦点位置を表示画素よりもフライアイレンズ８側に設定しているため、バックライトユニット５上のより広い領域の光線を使用することができる。その結果、凸部のピッチが広い光学シートを使用することができるため、凸部に起因した出射光線の指向性分布の影響を緩和することができる。また、レンズの焦点位置が画素表面からすれるため、画素間の非表示領域の影響を緩和することができ、非表示領域に起因した表示画像の劣化も緩和できる。
次に、本発明の第７の実施形態に係る携帯端末装置について説明する。図１０は本実施形態の携帯端末装置を示す斜視図であり、図１１は本実施形態の携帯端末装置に搭載された画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。図１０及び図１１に示すように、本実施形態の携帯端末装置９は、画像表示装置７０が組み込まれている携帯電話である。そして、この携帯端末装置９においては、レンチキュラレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの配列方向が縦方向１１、即ち、画像の垂直方向であり、シリンドリカルレンズ３ａの長手方向が横方向１２、即ち、画像の水平方向である。また、表示パネルの１つの表示画素における第１視点用サブ画素４３及び第２視点用サブ画素４４の配列方向は、シリンドリカルレンズ３ａの配列方向と同じ縦方向１１である。なお、図１０においては、図示を簡略化するために、シリンドリカルレンズ３ａは４本しか図示されていないが、実際には縦方向１１における表示画素の配列数だけシリンドリカルレンズ３ａが形成されている。また、本実施形態の携帯端末装置９の画像表示装置７０における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置１０と同様である。
次に、本実施形態の携帯端末装置９における画像表示装置７０の動作について説明する。図１１に示すように、バックライトユニット５が光を出射し、この光が表示パネル２に入射する。このとき、表示パネル２の第１視点用サブ画素４３が第１視点用の画像を表示し、第２視点用サブ画素４４が第２視点用の画像を表示する。そして、表示パネル２の第１視点用サブ画素４３及び第２視点用サブ画素４４に入射した光は、これらの画素を透過し、レンチキュラレンズ３に向かう。そして、これらの光はレンチキュラレンズ３のシリンドリカルレンズ３ａにより屈折し、夫々領域Ｅ１及びＥ２に向けて出射する。領域Ｅ１及びＥ２は縦方向１１に沿って配列されている。このとき、観察者が両眼を領域Ｅ１に位置させた場合には、第１視点用の画像を観察することができ、両眼を領域Ｅ２に位置させた場合には、第２視点用の画像を観察することができる。
本実施形態の携帯端末装置９においては、観察者が携帯端末装置９の角度を変えるだけで、自分の両眼を領域Ｅ１又は領域Ｅ２に位置させ、第１視点用の画像又は第２視点用の画像を観察できるという利点がある。特に、第１視点用の画像と第２視点用の画像に関連がある場合には、観察角度を変えるという簡単な手法で夫々の画像を観察できるため、利便性が大幅に向上する。なお、複数視点用の画像を横方向に配列した場合には、右眼と左眼とで異なる視点の画像を観察する位置が発生するため、観察者は混乱し、各視点の画像を認識できなくなる。これに対して、本実施形態に示すように、複数視点用の画像を縦方向に配列した場合には、観察者は各視点用の画像を必ず両眼で観察できるため、これらの画像を容易に認識できる。本実施形態の携帯端末装置９における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態の立体画像表示装置と同様である。また、前述の第３、第４、第５の実施形態の立体画像表示装置をにおいても、本実施形態は適用可能である。
本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置を示す光学モデル図である。 図１に示す立体画像表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示装置を示す光学モデル図である。 フライアイレンズを示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る立体画像装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る立体画像表示装置の一部を示す斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。 本実施形態に係る画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。 パララックスバリア方式による立体画像表示方法を示す光学モデル図である。 レンチキュラレンズを示す斜視図である。 レンチキュラレンズ方式による立体表示方法を示す光学モデル図である。 通常のレンチキュラレンズ方式による２眼式立体画像表示装置の光学モデル図である。 図１５に示す２眼式立体画像表示装置の立体可視域を示す光学モデル図である。 複数画像同時表示ディスプレイを示す斜視図である。 レンチキュラレンズを使用した従来の立体画像表示装置の光学モデル図である。
符号の説明
２、１０６；表示パネル
３、１２１；レンチキュラレンズ
３ａ、１２２；シリンドリカルレンズ
５、１５０；バックライトユニット
５１、５２、１５１；光学シート
８；フライアイレンズ
９；携帯端末装置
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０；画像表示装置
１１；縦方向
１２、１１２；横方向
４１、１２４；左眼用サブ画素
４２、１２３；右眼用サブ画素
４３、１２５；第１視点用画素
４４、１２６；第２視点用画素
１０４；観察者
１０５；パララックスバリア
１０５ａ；スリット
１０７；立体可視域
１０７ａ；対角線の交点
１０７ｂ；最適観察面
１０８；光源
１４１；右眼
１４２；左眼
１４３；右眼１４１と左眼１４２の中点
１７１；右眼領域
１７２；左眼領域
１８１、１８２；光束

Claims (20)

  1. 少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部が形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳとし、前記レンズの焦点距離をｆとし、前記レンズの配列ピッチをＬとするとき、前記照明部材における隣接する凸部間の前記第１の方向の距離Ｖが下記数式を満たすことを特徴とする画像表示装置。
    Ｖ≦Ｌ×Ｓ／ｆ
  2. 前記焦点距離ｆは、前記レンズと前記画素との距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記距離Ｖは、隣接する凸部間の距離のうち最小の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
  4. 少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部が規則的に形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳとし、前記レンズの焦点距離をｆとし、前記レンズの配列ピッチをＬとするとき、前記照明部材における隣接する凸部間の前記第１の方向の距離Ｖが下記数式を満たし、かつ０．６ｍｍ以下であることを特徴とする画像表示装置。
    Ｖ≦Ｌ×Ｓ／ｆ
  5. 前記レンズは、複数個のシリンドリカルレンズがその長手方向が相互に平行になるように配列されたレンチキュラレンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  6. 前記凸部は一方向に延びており、前記凸部が延びる方向と前記シリンドリカルレンズの長手方向とは相互に平行であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
  7. 前記凸部がマトリクス状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
  8. 前記レンズは、複数個の凸型レンズがマトリクス状に配列されたフライアイレンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  9. 少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるシリンドリカルレンズを備えたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向に延びる複数個の凸部が形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの配列ピッチをＬ、前記シリンドリカルレンズの長手方向における画素ピッチをＰＶとするとき、前記照明部材における隣接する凸部間の距離Ｖが下記数式を満たすことを特徴とする画像表示装置。
    Ｖ≦Ｌ×Ｓ×ｃｏｓθ／ｆ＋ＰＶ×ｓｉｎθ
  10. 少なくとも第１視点用の画像を表示する画素及び第２視点用の画像を表示する画素が第１の方向に並置され夫々前記第１視点用画素及び前記第２視点用画素を含む表示単位が複数個マトリクス状に配列された表示パネルと、前記各表示単位内の前記第１視点用の画素から出射した光及び前記第２視点用の画素から出射した光を前記表示パネルに垂直の面内で前記第１の方向に傾斜する相互に異なる方向に振り分けるシリンドリカルレンズを備えたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの背面に近接して配置され前記表示パネル側の面に複数個の凸部がマトリクス状に形成された照明部材と、を有し、前記画素と前記凸部との距離をＳ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの配列ピッチをＬ、前記シリンドリカルレンズの長手方向における画素ピッチをＰＶとするとき、前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向における前記照明部材の隣接する凸部間の距離ＶＶ、及び前記シリンドリカルレンズの長手方向に対して角度θだけ傾いた方向に直交する方向における前記照明部材の隣接する凸部間の距離Ｖが夫々下記数式を満たすことを特徴とする画像表示装置。
    ＶＶ≦ＰＶ／ｃｏｓθ
    Ｖ≦Ｌ×Ｓ×ｃｏｓθ／ｆ＋ＰＶ×ｓｉｎθ
  11. 前記レンチキュラレンズは、前記表示パネルの一辺と前記シリンドリカルレンズの長手方向が相互に平行になるように配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の画像表示装置。
  12. 前記焦点距離ｆは、前記レンチキュラレンズと前記画素との距離よりも短いことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  13. 前記表示パネルと前記照明部材との間に光拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  14. 立体画像表示装置であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  15. 平面画像表示装置であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  16. 前記表示パネルが液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  17. 前記照明部材が、前記表示パネル側に光学シートが配置されたバックライトユニットであり、前記光学シートにはその面に前記複数個の凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１６に記載の画像表示装置。
  18. 前記距離Ｓは、１．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の画像表示装置を有することを特徴とする携帯端末装置。
  20. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項１９に記載の携帯端末装置。
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