JP5899520B2 - 光照射装置及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば３Ｄ液晶表示装置及びプライバシーディスプレイとして用いることができる、光照射装置及びこれを用いた液晶表示装置並びに画像表示装置に関する。

画像表示装置の一つに、液晶表示装置がある。液晶表示装置は、空間変調素子としての液晶パネルと、液晶パネルの背面に向けて光を照射する光照射装置（バックライト）と、を備えている。液晶パネルを透過する光が空間変調されることにより、液晶パネルにおいて画像が形成される。

液晶表示装置で表示される画像の臨場感をより向上させるために、３Ｄ（Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）画像を表示可能な３Ｄ液晶表示装置の開発が進められている。この３Ｄ液晶表示装置では、視認者の左右の目にそれぞれ異なる画像を見せて視差を与えることにより、視認者に３Ｄ画像を視認させることができる。

例えば、視認者が特殊な光学作用を有する専用のメガネを掛けることにより、３Ｄ画像を視認することができるメガネ式の３Ｄ液晶表示装置が提案されている。しかしながら、このメガネ式の３Ｄ液晶表示装置では、視認者はメガネを掛けなければならない煩わしさがあり、利便性が良いとは言えない。そのため、近年では、メガネを掛けずに３Ｄ画像の視認が可能な、裸眼式の３Ｄ液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この裸眼式の３Ｄ液晶表示装置の光照射装置では、例えば、特殊な形状を有する導光板の両側面にそれぞれ、右側光源及び左側光源が配置されている。右側光源及び左側光源は、交互に点灯される。右側光源が点灯したときには、右側光源からの光は導光板の一側面に入射され、導光板から出射した光は、視認者の右目に集光される。また、左側光源が点灯したときには、左側光源からの光は導光板の他側面に入射され、導光板から出射した光は、視認者の左目に集光される。右側光源が点灯している間に液晶パネルに右目用画像を表示させ、左側光源が点灯している間に液晶パネルに左目用画像を表示させることにより、視認者は裸眼で３Ｄ画像を視認することができる。なお、この原理は、３Ｄ液晶表示装置以外に、例えば、第三者によって表示画像を覗き見されることを防止するプライバシーディスプレイにも応用することが可能である。

特表２０１０−５２４０４７号公報

しかしながら、上述した従来の裸眼式の３Ｄ液晶表示装置では、３Ｄ画像を視認するためには、視認者の両目の位置は所定位置に固定されている必要がある。視認者の両目が上記所定位置からずれた場合には、導光板からの光が視認者の両目に集光されないため、視認者は３Ｄ画像を視認することができない。そのため、例えばタブレット型の３Ｄ液晶表示装置では、視認者は３Ｄ液晶表示装置に対して頭の位置を大きく動かすことができないという制約があるため、利便性が良いとは言えなかった。また、視認者は、両目の位置が上記所定位置からずれたことに気付かないことがあり、３Ｄ画像を正しく視認することができないおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、その目的は、３Ｄ画像等を視認可能な視域を拡大することができる光照射装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することである。また、本発明の目的は、視認者の両目の位置を適正な視域に戻すことを視認者に促すことができる画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光照射装置の一態様は、視認者の右目位置及び左目位置に交互に光を集光させる液晶表示装置に用いられる光照射装置であって、出射した光を所定の集光点に集光させる面状照明体と、前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、前記面状照明体は、出射する光の方向を切り替えることにより、前記所定の集光点を視認者の右目位置とする第１の集光状態と、前記所定の集光点を視認者の左目位置とする第２の集光状態とに交互に切り替え可能であり、前記光偏向器は、視認者の動きに追従して、前記第１の集光状態における前記所定の集光点及び前記第２の集光状態における前記所定の集光点をそれぞれ変調可能である。

本態様によれば、光偏向器は、視認者の動きに追従して、第１の集光状態における所定の集光点及び第２の集光状態における所定の集光点をそれぞれ変調する。これにより、本態様の光照射装置を液晶表示装置に用いることにより、例えば視認者が液晶表示装置に対して動いた場合であっても、視認者は３Ｄ画像等を視認し続けることができ、３Ｄ画像等を視認可能な視域を拡大することができる。

また、本発明の光照射装置の一態様において、前記面状照明体は、単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面から光が出射する導光板と、を有し、前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記導光板の前記主面から出射した光の方向を切り替え可能であることが好ましい。

本態様によれば、光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、面状照明体は、導光板の主面から出射した光の方向を切り替え可能である。これにより、面状照明体による光の方向の切り替えを容易に行うことができる。

また、本発明の光照射装置の一態様において、前記面状照明体は、さらに、前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、前記偏光変調板からの光のうち、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタの光の出射側に設けられたプリズムシートと、を備え、前記偏光変調板は、光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、前記プリズムシートは、前記偏光変調セルに対応する第１の位置と、前記非偏光変調セルに対応する第２の位置とにおいて、透過する光の偏向方向が異なるように構成されており、前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記プリズムシートの前記第１の位置に入射する第１の状態と、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記プリズムシートの前記第２の位置に入射する第２の状態とに切り替え可能であることが好ましい。

本態様によれば、光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、面状照明体は、第１の状態と第２の状態とに切り替え可能である。これにより、面状照明体による光の方向の切り替えを容易に行うことができる。

本発明の光照射装置の一態様は、視認者の右目位置及び左目位置に交互に光を集光させる液晶表示装置に用いられる光照射装置であって、光を出射する面状照明体と、前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、入射した光を所定の集光点に集光させるフレネルレンズ又はプリズムシートと、を備え、前記光偏向器は、光の偏向角度を切り替えることにより、前記所定の集光点を視認者の右目位置とする第１の集光状態と、前記所定の集光点を視認者の左目位置とする第２の集光状態とに交互に切り替え可能である。

本態様によれば、光偏向器は、光の偏向角度を切り替えることにより、所定の集光点を第１の集光状態と第２の集光状態とに交互に切り替え可能であるので、本態様の光照射装置を液晶表示装置に用いることにより、３Ｄ画像を表示することができる。また、フレネルレンズ又はプリズムシートが設けられているので、光偏向器の両端部近傍における光の偏向角度を小さくすることができる。

また、本発明の光照射装置の一態様において、前記光偏向器は、さらに、視認者の動きに追従して、前記第１の集光状態における前記所定の集光点及び前記第２の集光状態における前記所定の集光点をそれぞれ変調可能であることが好ましい。

本態様によれば、視認者の動きに追従して、第１の集光状態における所定の集光点及び第２の集光状態における所定の集光点をそれぞれ変調可能である。これにより、本態様の光照射装置を液晶表示装置に用いることにより、例えば視認者が液晶表示装置に対して動いた場合であっても、視認者は３Ｄ画像等を視認し続けることができ、３Ｄ画像等を視認可能な視域を拡大することができる。

本発明の光照射装置の一態様は、光を出射する面状照明体と、前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、前記面状照明体は、単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面より光が出射する導光板と、前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタの光の出射側に設けられた拡散板と、を有し、前記偏光変調板は、光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、前記拡散板は、光を拡散する拡散領域と、光を拡散しない非拡散領域と、を有し、前記拡散領域は、前記偏光変調セルに対応して配置され、前記非拡散領域は、前記非偏光変調セルに対応して配置され、前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記拡散領域に入射する光拡散状態と、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記非拡散領域に入射する非光拡散状態とに切り替え可能である。

本態様によれば、光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、面状照明体は、光拡散状態と非光拡散状態とに切り替え可能である。本態様の光照射装置を液晶表示装置に用いることにより、面状照明体が非光拡散状態に切り替えられたときには、液晶表示装置を３Ｄ液晶表示装置又はプライバシーディスプレイとして用いることができる。また、面状照明体が光拡散状態に切り替えられたときには、液晶表示装置を２Ｄ液晶表示装置として用いることができる。

本発明の光照射装置の一態様は、光を出射する面状照明体と、前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、前記面状照明体は、単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面より光が出射する導光板と、前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタの光の出射側に設けられた拡散板と、を有し、前記偏光変調板は、光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、前記拡散板は、光を拡散する拡散領域と、光を拡散しない非拡散領域と、を有し、前記拡散領域は、前記非偏光変調セルに対応して配置され、前記非拡散領域は、前記偏光変調セルに対応して配置され、前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記拡散領域に入射する光拡散状態と、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記非拡散領域に入射する非光拡散状態とに切り替え可能である。

本態様によれば、光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、面状照明体は、光拡散状態と非光拡散状態とに切り替え可能である。本態様の光照射装置を液晶表示装置に用いることにより、面状照明体が非光拡散状態に切り替えられたときには、液晶表示装置を３Ｄ液晶表示装置又はプライバシーディスプレイとして用いることができる。また、面状照明体が光拡散状態に切り替えられたときには、液晶表示装置を２Ｄ液晶表示装置として用いることができる。

また、本発明の光照射装置の一態様において、前記光偏向器は、光の偏向方向を切り替え可能である液晶偏向素子で構成され、前記液晶偏向素子に電圧を印加して前記液晶偏向素子の屈折率を変調することにより、前記液晶偏向素子に入射した光の偏向方向が切り替えられることが好ましい。

本態様によれば、光偏向器における光の偏向方向を容易に切り替えることができる。

本発明の液晶表示装置の一態様は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置と、前記光照射装置の光の出射側に配置された液晶パネルと、を備え、前記光照射装置から出射した光によって前記液晶パネルが照射される。

本態様によれば、例えば視認者が液晶表示装置に対して動いた場合であっても、視認者は３Ｄ画像等を視認し続けることができる。これにより、３Ｄ画像等を視認可能な視域を拡大することができる。

また、本発明の液晶表示装置の一態様において、前記液晶パネルは、所定の走査周期で画素値が順に入力される複数の画素列を有し、前記光照射装置の光偏向器は、前記所定の走査周期と同期して、走査しながら光を偏向することが好ましい。

本態様によれば、クロストークの無い、高画質な液晶表示装置を実現することができる。

また、本発明の液晶表示装置の一態様において、さらに、前記液晶表示装置を視認する視認者の右目位置及び左目位置を検出する検出器を備え、前記光照射装置により集光される所定の集光点は、前記検出器により検出された視認者の右目位置及び左目位置であることが好ましい。

本態様によれば、光照射装置からの光を視認者の右目位置及び左目位置に正確に集光させることができる。

本発明の液晶表示装置の一態様は、請求項４又は５に記載の光照射装置と、前記光照射装置の光の出射側に設けられた液晶パネルと、を備え、前記光照射装置から出射した光によって前記液晶パネルが照射され、前記光照射装置のフレネルレンズはリニアフレネルレンズであり、前記リニアフレネルレンズは、前記液晶パネルを構成する画素に対して傾斜するようにして配置されている。

本態様によれば、フレネルレンズの凹凸の配置周期及び液晶パネルの各画素の配置周期に起因するモアレの発生を低減することができる。

本発明の液晶表示装置の一態様は、請求項６又は７に記載の光照射装置と、前記光照射装置の光の出射側に設けられた液晶パネルと、を備え、前記光照射装置の拡散板を構成する拡散領域及び非拡散領域は交互に配置されており、光拡散状態では、前記拡散板の前記拡散領域から出射された光により前記液晶パネルが照射され、非光拡散状態では、前記拡散板の前記非拡散領域から出射された光により前記液晶パネルが照射される。

本態様によれば、３Ｄ液晶表示装置又はプライバシーディスプレイと２Ｄ液晶表示装置とに切り替えることができる３Ｄ液晶表示装置を実現することができる。

本発明の画像表示装置の一態様は、画像が表示される表示部と、前記表示部を視認する視認者の目の位置を検出する検出器と、前記検出器により検出された目の位置が所定の領域から外れた際に、視認者にその旨を報知する報知部と、を備える。

本態様によれば、視認者の右目及び左目の位置を適正な視域に戻すことを視認者に促すことができる。

以上説明したように、本発明の光照射装置及びこれを用いた液晶表示装置では、例えば視認者が動いた場合であっても、視認者は３Ｄ画像等（プライバシーディスプレイの表示画像を含む）を視認し続けることができ、３Ｄ画像等を視認可能な視域を拡大することができる。また、本発明の画像表示装置では、視認者の右目及び左目の位置を適正な視域に戻すことを視認者に促すことができる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の外観を示す斜視図である。 図３Ａは、光偏向器を構成する液晶偏向素子単位セルを示す断面図である。 図３Ｂは、図３Ａ中のＡ−Ａ線により切断した液晶偏向素子単位セルの断面図である。 図４は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図６Ｃは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図７は、図５Ａの光源の構成を示す斜視図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図８Ｂは、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図９Ａは、導光板、光偏向器、フレネルレンズ及び液晶パネルの位置関係を示す斜視図である。 図９Ｂは、図９Ａにおいて破線で囲まれた領域を拡大して示す図である。 図１０Ａは、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置を示す平面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａ中のＢ−Ｂ線により切断した液晶表示装置の断面図である。 図１０Ｃは、液晶パネルの駆動タイミング及び光源の点灯タイミングを示すダイアグラムである。 図１１Ａは、本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１１Ｃは、本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態６に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素及び構成要素の配置位置等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲のみによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の目的を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面は、理解を容易にするために、各構成要素を主体に模式的に示している。

（実施の形態１）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の外観を示す斜視図である。本実施の形態では、液晶表示装置１００は、タブレット型且つ裸眼式の３Ｄ液晶表示装置で構成されている。図２に示すように、液晶表示装置１００は、矩形状のフレーム１を備えている。このフレーム１には、光照射装置２、液晶パネル３、右側カメラ４ａ、左側カメラ４ｂ及び制御部５が搭載されている。

光照射装置２は、面状照明体６と、面状照明体６の光の出射側に設けられた光偏向器７と、を備えている。

面状照明体６は、導光板８と、導光板８の一側面８ａに対向して設けられた光源９ａと、導光板８の他側面８ｂに対向して設けられた光源９ｂと、を有している。面状照明体６は、後述するように、出射した光を所定の集光点に集光させる。導光板８の底面８ｃは、凹凸を有するプリズム形状に形成されている。光源９ａは、導光板８の一側面８ａに向けて右側光１８ａを出射する。光源９ｂは、導光板８の他側面８ｂに向けて左側光１８ｂを出射する。

光偏向器７は、パネル状に構成され、導光板８の主面８ｄ（即ち、導光板８の一側面８ａに対して直交する面）に対向して設けられている。光偏向器７は、入射した光に対して、光偏向器７の面内の各部位において二次元的に光を偏向することができる。これにより、光偏向器７は、入射した光を三次元空間内の所定の集光点に集光することができる。

図３Ａは、光偏向器を構成する液晶偏向素子単位セルを示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａ中のＡ−Ａ線により切断した液晶偏向素子単位セルの断面図である。光偏向器７は、複数個の液晶偏向素子単位セル１０をマトリクス状に並べて配置した液晶偏向素子で構成されている。液晶偏向素子単位セル１０の構成としては、一般的には、例えば国際公開第２００５／０６９９１８号に記載されているような構成が用いられる。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、液晶偏向素子単位セル１０は、断面三角形状の液晶１１と、液晶１１の形状に対して相補的な形状を有する誘電体１２と、液晶１１及び誘電体１２の周囲に配置された３組の一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、を有している。誘電体１２は液晶１１の斜面側に配置されており、これにより液晶偏向素子単位セル１０は全体として断面矩形状に構成されている。誘電体１２は、例えばプラスチック等の高分子樹脂等、或いは、ガラス等で構成することができる。

３組の一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃはそれぞれ、液晶１１及び誘電体１２を挟んで相互に対向するように配置されている。３組の一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間にそれぞれ電圧を印加することにより、液晶１１の屈折率が変調され、液晶偏向素子単位セル１０に入射した光が偏向される。一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に印加される電圧は、制御部５によって制御される。なお、本実施の形態では、３組の一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けるように構成したが、これらのうちいずれか１組の一対の電極のみ、或いは、２組の一対の電極のみを設けるように構成することもできる。

面状照明体６からの光は、図３Ａ中の光１４で示すように、液晶１１の入射端面（図３Ａにおいて下側の面）に入射する。なお、光が一対の電極１３ｂを通過できるように、一対の電極１３ｂは透明電極であることが望ましい。

一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に電圧が印加されていない状態において、液晶１１の屈折率ＮＬと誘電体１２の屈折率ＮＤとが同じ値である場合には、光は、屈折することなく図３Ａ中の光１４ｓで示す方向に直進する。一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に電圧を印加することにより、液晶１１の屈折率ＮＬが誘電体１２の屈折率ＮＤよりも高くなった場合には、光は、図３Ａ中の光１４ｈで示す方向に屈折する。また、一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に電圧を印加することにより、液晶１１の屈折率ＮＬが誘電体１２の屈折率ＮＤよりも低くなった場合には、光は、図３Ａ中の光１４ｍで示す方向に屈折する。このように、一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に印加する電圧を制御することにより、光の偏向角度を変調することができる。

なお、一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に電圧を印加した際の液晶１１の屈折率変動は０．１程度であるため、光の偏向角度は最大で１°程度変調する。そのため、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、液晶偏向素子単位セル１０の光の出射側に角度拡大レンズ１５を設けることにより、光の偏向角度を拡大することができる。本実施の形態では、角度拡大レンズ１５は、凸レンズ１５ａと凹レンズ１５ｂとを組み合わせることにより構成されている。なお、角度拡大レンズ１５の構成は、これに限られず、適宜設定することができる。

液晶パネル３は、光偏向器７に対向して設けられている。液晶パネル３の表示領域には、複数の画素がマトリクス状に配置されている。

右側カメラ４ａは、液晶表示装置１００を視認する視認者１６の右目１７ａの位置を検出する。左側カメラ４ｂは、液晶表示装置１００を視認する視認者１６の左目１７ｂの位置を検出する。図２に示すように、これら右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂは、例えばフレーム１の所定部位に設けられている。なお、右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂはそれぞれ検出器を構成する。

制御部５は、右側カメラ４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラ４ｂからの左目位置検出信号に基づいて、光偏向器７を構成する各液晶偏向素子単位セル１０の液晶１１に印加される電圧を制御することにより、液晶１１の屈折率を変調する。また、制御部５は、光源９ａ及び光源９ｂを交互に点灯させる。

次に、図１Ａ及び図１Ｂを用いて、本実施の形態の液晶表示装置１００の動作の仕組みについて説明する。右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂはそれぞれ、液晶表示装置１００を視認する視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置を検出する。右側カメラ４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラ４ｂからの左目位置検出信号はそれぞれ、制御部５に送られる。制御部５は、右側カメラ４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラ４ｂからの左目位置検出信号に基づいて、光偏向器７を構成する各液晶偏向素子単位セル１０の液晶１１に印加される電圧を制御することにより、各液晶偏向素子単位セル１０の液晶１１の屈折率を変調する。

まず、図１Ａに示すように、視認者１６が液晶パネル３の中心軸上に位置する場合における、液晶表示装置１００の動作の仕組みについて説明する。光源９ａ及び光源９ｂは、時系列で交互に点灯する。

光源９ｂが点灯しているときには、光源９ｂから出射された右側光１８ａは、導光板８の一側面８ｂに入射する。導光板８の一側面８ｂから入射した右側光１８ａは、導光板８の底面８ｃに形成されたプリズム形状の第１の傾斜面１９ａ（即ち、図１Ａにおいて右側に向けて下り傾斜した面）に到達し、導光板８の主面８ｄに向けて反射される。導光板８の主面８ｄから出射した右側光１８ａは、光偏向器７を通過した後に液晶パネル３を通過する。視認者１６が液晶パネル３の中心軸上に位置する場合には、制御部５は、一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに電圧を印加しない。これにより、導光板８の主面８ｄから出射された右側光１８ａは、光偏向器７により偏向角度を変調されることなく、液晶パネル３に入射される。このとき、液晶パネル３には、二次元の右側画像が形成される。液晶パネル３から出射した右側光１８ａは、液晶パネル３の中心軸上に位置する視認者１６の右目１７ａの位置に集光される。このとき、面状照明体６は、上記所定の集光点を視認者１６の右目１７ａの位置とする第１の集光状態となる。

光源９ａが点灯しているときには、光源９ａから出射された左側光１８ｂは、導光板８の他側面８ａに入射する。導光板８の他側面８ａから入射した左側光１８ｂは、導光板８の底面８ｃに形成されたプリズム形状の第２の傾斜面１９ｂ（即ち、図１Ａにおいて左側に向けて下り傾斜した面）に到達し、導光板８の主面８ｄに向けて反射される。導光板８の主面８ｄから出射した左側光１８ｂは、光偏向器７を通過した後に液晶パネル３を通過する。上述と同様に、導光板８の主面８ｄから出射された左側光１８ｂは、光偏向器７により偏向角度を変調されることなく、液晶パネル３に入射される。このとき、液晶パネル３には、右側画像とは異なる二次元の左側画像が形成される。液晶パネル３から出射した左側光１８ｂは、液晶パネル３の中心軸上に位置する視認者１６の左目１７ｂの位置に集光される。このとき、面状照明体６は、上記所定の集光点を視認者１６の左目１７ｂの位置とする第２の集光状態となる。

上述したように、光源９ａ及び光源９ｂを交互に点灯させながら、光源９ｂが点灯している間は液晶パネル３に右側画像を表示させ、光源９ａが点灯している間は液晶パネル３に左側画像を表示させることにより、視認者１６は３Ｄ画像を視認することができる。なお、面状照明体６は、出射する光の方向を切り替えることにより、上記第１の集光状態と上記第２の集光状態とに交互に切り替えられる。

なお、導光板８から出射された右側光１８ａ及び左側光１８ｂがそれぞれ、液晶パネル３の中心軸上に位置する視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置に集光されるように、導光板８の底面８ｃのプリズム形状が最適化されている。

次に、図１Ｂに示すように、視認者１６の位置が液晶パネル３の中心軸上からずれた場合における、液晶表示装置１００の動作の仕組みについて説明する。例えば、視認者１６の頭の位置が液晶表示装置１００に対して左右に動くなどして、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置が液晶パネル３の中心軸上からずれた場合には、まず、右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂにより、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置がそれぞれ検出される。

光源９ｂが点灯しているときには、検出された右目１７ａの位置に右側光１８ａが集光されるように、制御部５によって一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに印加する電極が制御され、光偏向器７による光の偏向角度が変調される。光源９ａが点灯しているときには、検出された左目１７ｂの位置に左側光１８ｂが集光されるように、制御部５によって一対の電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに印加する電極が制御され、光偏向器７による光の偏向角度が変調される。このように、光偏向器７は、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの動きに追従して、上記第１の集光状態における所定の集光点及び上記第２の集光状態における所定の集光点をそれぞれ変調する。これにより、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置が液晶パネル３の中心軸上からずれた場合であっても、視認者１６は、３Ｄ画像を視認し続けることができる。従って、本実施の形態の液晶表示装置１００では、３Ｄ画像を視認可能な視域を拡大することができる。

また、本実施の形態の液晶表示装置１００では、次のような作用効果を得ることもできる。図４は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶表示装置１００では、右目用の右側光１８ａと左目用の左側光１８ｂとを切り替える機能を面状照明体６に持たせているが、図２に示す液晶表示装置５００のように、光偏向器７’の応答速度が速い場合には、上記機能を光偏向器７’に持たせることが考えられる。図２に示す液晶表示装置５００では、単一の光源９’が設けられ、導光板８’からの光の出射方向は、導光板８’に対して略垂直方向である。そのため、導光板８’から出射する段階では、光は視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置に向けて偏向されておらず、光偏向器７’において、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置に向けての光の偏向と視認者１６の動きに対する追従とが行われる。

しかしながら、一般的に光偏向器として用いられる、液晶の屈折率を変調することにより光の偏向方向を制御する液晶偏向素子では、液晶の応答速度は数ミリ秒程度と遅い場合がある。そのため、液晶の応答速度が、右側光１８ａと左側光１８ｂとの光の偏向方向の切り替え速度に追いつかずに、光偏向器を正しく機能させることが困難である場合があった。具体的には、通常、画像のフレームレートは６０フレーム／秒であるため、１フレームは１６ミリ秒である。そのため、右側光１８ａと左側光１８ｂとに光の偏向方向を切り替える場合には、８ミリ秒のサブフレーム速度で光の偏向方向を切り替える必要がある。光偏向器として液晶偏向素子を用いた場合に、液晶偏向素子の応答速度が４ミリ秒程度である場合は、１サブフレームの半分の期間で光の偏向方向が切り替えられるため、クロストークが生じる等の問題が生じる場合があった。

これに対して、本実施の形態の液晶表示装置１００では、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの動きを追従する機能のみを光偏向器７に持たせ、右側光１８ａと左側光１８ｂとに光の偏向方向を切り替える機能を面状照明体６に持たせている。このように両機能を分離することにより、仮に光偏向器７の応答速度が遅い場合であっても、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの動きに対する追従を容易に行うことができ、広い視域の液晶表示装置１００を実現することができる。なお、右側光源９ａ及び左側光源９ｂとしてＬＥＤ及びレーザ等の半導体光源等を用いる場合には、半導体光源等はマイクロ秒以下の応答速度で駆動することが可能であるため、半導体光源等の応答速度は、右側光１８ａと左側光１８ｂとの切り替え速度である８ミリ秒よりも十分に速くすることができる。

なお、右側光１８ａと左側光１８ｂとに光の偏向方向を切り替える機能を光偏向器７に持たせる必要がないため、光偏向器７の単位セルとして、図３Ａに示す液晶偏向素子単位セル１０を用いた場合には、角度拡大レンズ１５の拡大倍率を低減することができる。これにより、光偏向器７に入射する光の広がり角ばらつきが大きい場合であっても、光偏向器７から出射する光の広がり角ばらつきが相対的に大きくならずに済むため、クロストークの少ない、高画質な３Ｄ画像を表示可能な液晶表示装置を実現することができる。

なお、本実施の形態では、液晶表示装置１００を３Ｄ液晶表示装置で構成したが、第三者によって表示画像を覗き見されることを防止するプライバシーディスプレイで構成することもできる。この場合には、液晶パネル３に表示される右側画像と左側画像とを同じ画像にすることにより、視認者１６は通常の２Ｄ画像として認識することができるが、視認者１６以外の第三者はその画像を視認することができない。

また、本実施の形態では、液晶表示装置１００を構成する面状照明体６として、導光板８の両端部に光源９ａと光源９ｂを配置する構成としたが、このような配置に限定されない。導光板８の形状も図１Ａに示す形状に限定されない。例えば、本実施の形態では、導光板８を一枚で構成したが、他の光学シート等と組み合わせた導光ユニットとして構成することもできる。

また、本実施の形態では、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置を検出するために右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂを用いたが、これ以外の方法で実現することもできる。例えば、右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂでそれぞれ視認者１６の顔（両目１７ａ，１７ｂ）を撮影し、右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂで撮影した画像の差に基づいて両目１７ａ，１７ｂの位置を検出することもできる。

また、本実施の形態では、光偏向器７を液晶偏向素子で構成したが、これに限られず、他の光偏向素子で構成することもできる。

（実施の形態２）
次に、図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７を用いて、本発明の実施の形態２に係る光照射装置について説明する。図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態２に係る光照射装置の構成を示す断面図である。

本実施の形態の光照射装置２Ａは、面状照明体６Ａと、面状照明体６Ａの光の出射側に設けられた光偏向器７と、を備えている。面状照明体６Ａは、光源２０、導光板２１、反射シート２２、偏光変調板２３、偏光フィルタ２４及びプリズムシート２５を有している。

図７は、図５Ａの光源の構成を示す斜視図である。図７に示すように、光源２０は、光源部２６及び導光棒２７を有している。光源部２６は、単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性（偏光方向）を切り替え可能である。即ち、光源部２６から出射される光は、進行方向に対して水平方向の偏光方向を有する直線偏光の偏光光２８ａと、進行方向に対して鉛直方向の偏光方向を有する直線偏光の偏光光２８ｂとに交互に切り替えられる。偏光光２８ａの偏光方向と偏光光２８ｂの偏光方向とは互いに直交している。光源部２６から出射される偏光光の偏光方向は、例えば液晶リターダ等を用いることによって切り替えることができる。なお、偏光方向が直交する二つの光源部からの偏光光を合波することにより光源２０を構成することもできる。導光棒２７は所定方向に延びており、その一側面には全反射プリズムが形成されている。光源部２６からの偏光光は、導光棒２７の一端部に入射した後に、全反射プリズムで全反射される。これにより、導光棒２７の他側面より偏光光２８ａ，２８ｂが出射される。

導光板２１の底面には、光を全反射するための全反射プリズム２１ｂが形成されている。光源２０は、導光板２１の一側面２１ａに対向して設けられている。また、導光板２１の一側面２１ａに対して直交する面には、主面２１ｃが形成されている。

反射シート２２は、導光板２１の底面に対向して設けられている。この反射シート２２は、後述するように偏光光２８ａ，２８ｂを反射する。

偏光変調板２３は、導光板２１の主面２１ｃに対向して設けられている。この偏光変調板２３は、偏光変調セル２３ａと非偏光変調セル２３ｂとが交互に配置されることにより構成されている。偏光変調セル２３ａは、入射する偏光光の偏光特性（偏光方向）を変調する１／２波長板として機能する。これにより、偏光変調セル２３ａを透過した偏光光２８ａ，２８ｂの偏光方向はそれぞれ９０度回転される。非偏光変調セル２３ｂは、入射する偏光光の偏光特性を変調しない。

偏光フィルタ２４は、偏光変調板２３の光の出射側に設けられている。この偏光フィルタ２４は、偏光変調板２３からの偏光光のうち、所定方向の偏光光を反射させる。本実施の形態では、偏光フィルタ２４は、図５Ａの紙面内左右方向の偏光光を反射させ、図５Ａの紙面に対して垂直方向の偏光光を透過させる。

プリズムシート２５は、偏光フィルタ２４の光の出射側に設けられている。プリズムシート２５は、偏光変調セル２３ａに対応する第１の位置２５ａと、非偏光変調セル２３ｂに対応する第２の位置２５ｂとにおいて、透過する光の偏向方向が異なるように構成されている。

光偏向器７は、プリズムシート２５の光の出射側に設けられている。この光偏向器７は、上記実施の形態１の光偏向器７と同様に構成されている。

次に、図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃを用いて、本実施の形態の光照射装置２Ａの動作の仕組みについて説明する。光源２０からの光の偏光方向は、図５Ａの紙面内左右方向と、図５Ａの紙面内上下方向とに交互に切り替えられる。光源２０より図５Ａの紙面内左右方向の偏光光２８ａが出射されたときには、図５Ａに示すように、この偏光光２８ａは、導光板２１の一側面２１ａより入射し、導光板２１内の全反射プリズム２１ｂで全反射した後に導光板２１の主面２１ｃから出射される。偏光光２８ａが全反射プリズム２１ｂで全反射した際に、その偏光方向は、図５Ａの紙面に対して垂直方向に変調される。

図５Ｂに示すように、導光板２１の主面２１ｃから出射した偏光光２８ａは、偏光変調板２３の偏光変調セル２３ａ及び非偏光変調セル２３ｂに入射する。偏光変調セル２３ａを透過した偏光光２８ａの偏光方向は、９０度回転することにより、図５Ｂの紙面内左右方向に変調される。また、非偏光変調セル２３ｂを透過した偏光光２８ａの偏光方向は変調されず、図５Ｂの紙面に対して垂直方向に保たれる。

図５Ｃに示すように、偏光変調板２３から出射した偏光光２８ａは、偏光フィルタ２４に入射する。偏光フィルタ２４では、図５Ｃの紙面内左右方向の偏光光２８ａが反射され、図５Ｃの紙面に対して垂直方向の偏光光２８ａが透過される。

図６Ａに示すように、偏光フィルタ２４を透過した偏光光２８ａは、プリズムシート２５の第２の位置２５ｂに入射する。図６Ｃに示すように、この偏光光２８ａは、所定方向に偏向された後にプリズムシート２５から出射され、光偏向器７を通して視認者の左目の位置に集光される。

また、図６Ａに示すように、偏光フィルタ２４で反射された偏光光２８ａは、図面下向きに偏光変調板２３に入射される。このとき、偏光フィルタ２４で反射した偏光光２８ａを偏光変調セル２３ａに確実に入射させるために、偏光変調板２３と偏光フィルタ２４とは互いに密着されていることが好ましい。図６Ｂに示すように、偏光光２８ａが偏光変調セル２３ａを透過することにより、偏光光２８ａの偏光方向は、図６Ｂの紙面に対して垂直方向に再度変調される。ここで、導光板２１と偏光変調板２３との間の空間を伝播する偏光光２８ａの偏光方向は、紙面上向きに伝播する場合も、偏光フィルタ２４で反射されて紙面下向きに伝播する場合も、ともに紙面に対して垂直方向である。これにより、偏光フィルタ２４で反射された偏光光２８ａは、紙面下向きに伝播して導光板２１を透過した後に、反射シート２２で反射される。反射シート２２で反射された偏光光２８ａは、上述と同様に、紙面上向きに伝播される。

導光板２１の全反射プリズム２１ｂで全反射した偏光光２８ａが、紙面左右方向に僅かに広がりながら導光板２１の主面２１ｃから出射した場合には、偏光光２８ａは、非偏光変調セル２３ｂを透過するまで偏光フィルタ２４と反射シート２２との間を多重反射する。その結果、偏光光２８ａは非偏光変調セル２３ｂの直上からのみ出射し、光量ロス無く偏光光２８ａを外部に取り出すことができる。なお、偏光光２８ａを導光板２１の主面２１ｃから紙面左右方向に僅かに広がりながら出射させるためには、例えば、全反射プリズム２１ｂに僅かに曲率を設けてもよく、或いは、導光板２１の一側面２１ａに僅かに曲率を設けてもよい。

次に、光源２０より図５Ａの紙面内上下方向の偏光光２８ｂが出射されたときには、図５Ａに示すように、この偏光光２８ｂは、導光板２１の一側面２１ａより入射し、導光板２１内の全反射プリズム２１ｂで全反射した後に導光板２１の主面２１ｃから出射される。偏光光２８ｂが全反射プリズム２１ｂで全反射した際に、その偏光方向は、図５Ａの紙面内左右方向に変調される。

図５Ｂに示すように、導光板２１の主面２１ｃから出射した偏光光２８ｂは、偏光変調板２３の偏光変調セル２３ａ及び非偏光変調セル２３ｂに入射する。偏光変調セル２３ａを透過した偏光光２８ｂの偏光方向は、９０度回転することにより、図５Ｂの紙面に対して垂直方向に変調される。また、非偏光変調セル２３ｂを透過した偏光光２８ｂの偏光方向は変調されず、図５Ｂの紙面内左右方向に保たれる。

図５Ｃに示すように、偏光変調板２３から出射した偏光光２８ｂは、偏光フィルタ２４に入射する。偏光フィルタ２４では、図５Ｃの紙面内左右方向の偏光光２８ｂが反射され、図５Ｃの紙面に対して垂直方向の偏光光２８ｂが透過される。

図６Ａに示すように、偏光フィルタ２４を透過した偏光光２８ｂは、プリズムシート２５の第１の位置２５ａに入射する。図６Ｃに示すように、この偏光光２８ｂは、所定方向に偏向された後にプリズムシート２５から出射され、光偏向器７を通して視認者の右目の位置に集光される。

また、図６Ａに示すように、偏光フィルタ２４で反射された偏光光２８ｂは、図面下向きに偏光変調板２３に入射する。図６Ｂに示すように、偏光光２８ｂが非偏光変調セル２３ｂを透過することにより、偏光光２８ｂの偏光方向は、図６Ｂの紙面内左右方向に保たれる。ここで、導光板２１と偏光変調板２３との間の空間を伝播する偏光光２８ｂの偏光方向は、紙面上向きに伝播する場合も、偏光フィルタ２４で反射されて紙面下向きに伝播する場合も、ともに紙面内左右方向である。これにより、偏光フィルタ２４で反射された偏光光２８ｂは、紙面下向きに伝播して導光板２１を透過した後に、反射シート２２で反射される。反射シート２２で反射された偏光光２８ｂは、上述と同様に、偏光フィルタ２４と反射シート２２との間を多重反射する。ここで、上述と同様に、偏光光２８ｂが紙面左右方向に僅かに広がりながら導光板２１の主面２１ｃから出射した場合には、偏光光２８ｂは、偏光変調セル２３ａを透過するまで偏光フィルタ２４と反射シート２２との間を多重反射する。その結果、偏光光２８ｂは偏光変調セル２３ａの直上からのみ出射し、光量ロス無く偏光光２８ｂを外部に取り出すことができる。

従って、本実施の形態の光照射装置２Ａでは、光源２０からの偏光光の偏光方向が切り替えられることにより、面状照明体６Ａは、非偏光変調セル２３ｂからの光が偏光フィルタ２４で反射され、且つ、偏光変調セル２３ａからの光が偏光フィルタ２４を通過してプリズムシート２５の第１の位置２５ａに入射する第１の状態と、偏光変調セル２３ａからの光が偏光フィルタ２４で反射され、且つ、非偏光変調セル２３ｂからの光が偏光フィルタ２４を通過してプリズムシート２５の第２の位置２５ｂに入射する第２の状態とに切り替えられる。

本実施の形態の光照射装置２Ａでは、単一の光源２０からの偏光光２８ａ，２８ｂを導光板２１の一側面２１ａからのみ入射することができるため、例えば楔形状の導光板２１を用いることにより、一側面２１ａとは反対側の側面から偏光光が出射する光のロスが発生することがなく、光の利用効率を高めることができる。また、光源２０からの偏光光２８ａ，２８ｂは、導光板２１内で全反射を繰り返すため、均一な照明が可能になるという利点もある。

本実施の形態の光照射装置２Ａの光の出射側に液晶パネルを設けることにより液晶表示装置を構成した場合には、次のような効果を得ることができる。一般に、液晶表示装置にランダム偏光光が入射されると、その半分は液晶パネル内部の偏光板に吸収されてしまう。しかしながら、本実施の形態の光照射装置２Ａのように、偏光光を用いて液晶パネルを照明することにより、液晶パネル内部の偏光板による光の吸収が無く、光利用効率の高い液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施の形態の光照射装置２Ａを液晶表示装置に適用した場合には、３Ｄ液晶表示装置でありながら、単一の光源２０によって３Ｄ画像を表示することができるので、低コスト化を図ることができる。

なお、本実施の形態の光照射装置２Ａの光の出射側に液晶パネルを設けることにより液晶表示装置を構成した場合には、上記第１の実施の形態と同様に、視認者の右目及び左目の位置が液晶パネルの中心軸上からずれたときには、光偏向器７により光の偏向角度が変調される。また、視認者の右目及び左目の位置が液晶パネルの中心軸上に位置するときには、光偏向器７により光の偏向角度は変調されない。プリズムシート２５の第１の位置２５ａ及び第２の位置２５ｂの傾斜角度を適宜設定することにより、プリズムシート２５から出射する光２８ａを視認者の右目に集光させ、光２８ｂを視認者の左目に集光させることができる。

また、本実施の形態では、導光板２１を楔形状に構成したが、光偏向器７を背面側から照明することができれば、その形状は特に限定されない。

（実施の形態３）
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図示の液晶表示装置１００Ｂは、光照射装置２Ｂ、液晶パネル３、右側カメラ４ａ、左側カメラ４ｂ及び制御部５Ｂを備えている。

光照射装置２Ｂは、面状照明体６Ｂ、光偏向器７及びフレネルレンズ２９を有している。面状照明体６Ｂは、光源３０及び導光板２１を有している。導光板２１は、上記実施の形態２の導光板２１と同様に構成されている。光源３０は、導光板２１の一側面２１ａに対向して設けられている。

光偏向器７は、導光板２１の主面２１ｃに対向して設けられている。この光偏向器７は、上記実施の形態１の光偏向器７と同様に構成されている。

フレネルレンズ２９は、光偏向器７の光の出射側に設けられ、出射した光を所定の集光点に集光させる。本実施の形態では、フレネルレンズ２９は、リニアフレネルレンズで構成されている。

右側カメラ４ａ、左側カメラ４ｂ及び制御部５Ｂはそれぞれ、上記実施の形態１の右側カメラ４ａ、左側カメラ４ｂ及び制御部５と同様に構成されている。

液晶パネル３は、上記実施の形態１の液晶パネル３と同様に構成されている。図９Ａは、導光板２１、光偏向器７、フレネルレンズ２９及び液晶パネル３の位置関係を示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａにおいて破線で囲まれた領域３２を拡大して示す図である。図９Ｂに示すように、液晶パネル３は、複数の画素３３がマトリクス状に配置されることにより構成されている。各画素３３は、３個のサブ画素、即ち、赤サブ画素３３ｒ、緑サブ画素３３ｇ及び青サブ画素３３ｂで構成されている。本実施の形態の液晶表示装置１００Ｂでは、フレネルレンズ２９は、液晶パネル３を構成する各画素３３に対して傾斜するようにして配置されている。これにより、フレネルレンズ２９の凸部の稜線２９ａは、各画素３３に対して角度θだけ傾斜される。このように構成することにより、フレネルレンズ２９の凹凸の配置周期及び液晶パネル３の各画素３３の配置周期に起因するモアレの発生を低減することができる。なお、このような作用効果を得るためには、傾斜角度θは０．５°以上であるのが好ましい。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを用いて、本実施の形態の液晶表示装置１００Ｂの動作の仕組みについて説明する。光源３０から出射した光３１は、導光板２１内を伝搬しながら、導光板２１の底面に設けられた全反射プリズム２１ｂで全反射され、導光板２１の主面２１ｃから紙面上向きに出射する。導光板２１の主面２１ｃから出射した光３１は、光偏向器７に入射する。液晶パネル３に右側画像が表示されているタイミングでは、右側光３１ａは、光偏向器７によって所定方向に偏向される。液晶パネル３に左側画像が表示されているタイミングでは、左側光３１ｂは、光偏向器７によって上記所定方向とは異なる方向に偏向される。光偏向器７を出射した右側光３１ａ及び左側光３１ｂはそれぞれ、フレネルレンズ２９に入射する。図８Ａに示すように視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂが液晶パネル３の中心軸上に位置する場合に、光偏向器７では、光偏向器７を出射する右側光３１ａ及び左側光３１ｂの偏向方向が逆向きで、且つ、偏向角度が同程度となるように光を偏向する。フレネルレンズ２９は、光偏向器７により偏向された右側光３１ａ及び左側光３１ｂをそれぞれ視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂに入射するように構成されている。

従って、光偏向器７は、光の偏向角度を切り替えることにより、上記所定の集光点を視認者１６の右目１７ａの位置とする第１の集光状態と、所定の集光点を視認者１６の左目１７ｂの位置とする第２の集光状態とに交互に切り替られる。光偏向器７は、さらに、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの動きに追従して、第１の集光状態における所定の集光点及び第２の集光状態における所定の集光点をそれぞれ変調する。

なお、本実施の形態の液晶表示装置１００Ｂでは、フレネルレンズ２９を設けることにより、光偏向器７の両端部近傍における光の偏向角度を小さくすることができる。即ち、フレネルレンズ２９の作用により、光偏向器７の両端部近傍から出射された光が液晶パネル３の中心軸近傍に集光されるため、特に光偏向器７の両端部近傍から出射された光に対して光偏向器７により偏向させる角度が小さくて済む。仮に、フレネルレンズ２９が設けられていない場合には、光偏向器７の両端部近傍から出射される光を、液晶パネル３の中心軸上近傍に位置する視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂに向けて偏向する角度は、光偏向器７の中心軸近傍から出射される光を偏向する場合よりも偏向すべき角度が大きくなる。その場合、偏向角を大きく取るためには、例えば液晶偏向素子であれば、屈折率変動量の大きな液晶を用いる、或いは、液晶に対して高電圧を印加する必要が生じる。しかしながら、本実施の形態のようにフレネルレンズ２９を設けることにより、光偏向器７による光の偏向角度を小さくすることができ、安価且つ低消費電力の液晶表示装置１００Ｂを実現することができる。また、特に光偏向器７の両端部近傍における偏向角度がフレネルレンズ２９による偏向角度の分だけオフセットされているため、光偏向器７の偏向角度が小さいままでも液晶パネル３から視認者１６までの距離を短くすることも可能であり、臨場感の高い液晶表示装置１００Ｂを構成することができる。

なお、本実施の形態ではフレネルレンズ２９を用いたが、大きく偏向することができる素子であれば、例えばプリズムシート等を用いることもできる。

また、本実施の形態では、フレネルレンズ２９を光偏向器７の光の出射側に設けたが、フレネルレンズ２９を光偏向器７の光の入射側に設けることもできる。このことは、フレネルレンズ２９に代えてプリズムシートを用いる場合も同様である。

（実施の形態４）
図１０Ａは、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置を示す平面図である。図１０Ｂは、図１０Ａ中のＢ−Ｂ線により切断した液晶表示装置の断面図である。なお、図１０Ａでは、理解を容易にするために、光偏向器７、フレネルレンズ２９及び液晶パネル３の図示を省略した。

本実施の形態の液晶表示装置１００Ｃは、光照射装置２Ｃと、光照射装置２Ｃの光の出射側に設けられた液晶パネル３と、を備えている。光照射装置２Ｃは、面状照明体６Ｃ、光偏向器７及びフレネルレンズ２９を有している。面状照明体６Ｃは、光源４０、フレネルレンズ４１、ガルバノミラー４２及び導光板２１を有している。光源４０からの光は、ガルバノミラー４２により走査され、さらにフレネルレンズ４１により導光板２１に対して略垂直に入射する。導光板２１に入射した光は、上記実施の形態３の液晶表示装置１００Ｂと同様の経路で進む。

次に、図１０Ｃを用いて、液晶パネル３の駆動タイミング及び光源４０の点灯タイミングについて説明する。図１０Ｃは、液晶パネルの駆動タイミング及び光源の点灯タイミングを示すダイアグラムである。図１０Ｃでは、横軸は時間を表し、縦軸は液晶パネル３の所定方向（図１０Ａの紙面内上下方向）における位置を表している。この図１０Ｃには、液晶パネル３の上記所定方向における所定の画素列に画素値が入力されるタイミング（即ち、液晶パネル３がオンされるタイミング）と、光源４０が点灯及び消灯されるタイミングとが示されている。

液晶パネル３を構成する複数の画素列には、所定の走査周期で画素値が順に入力される。光源４０からの光は、ガルバノミラー４２によって走査されることにより、液晶パネル３の複数の画素列に順に照射される。光照射装置２Ｃの光偏向器７は、液晶パネル３における上記所定の走査周期と同期して、走査しながら光を偏向する。図１０Ｃに示すように、例えば、液晶パネル３の複数の画素列のうちＬ列では、時刻Ｔ１１で液晶パネル３がオンされ、液晶パネル３のＬ列の各画素に画素値が入力される。その後、時刻Ｔ１２で光源４０が点灯され、時刻Ｔ２１までの間、光源４０からの光が液晶パネル３のＬ列に照射され続ける。さらにその後、時刻Ｔ２１で液晶パネル３のＬ列の各画素に次のフレームの画素値が入力され、以下、上述した動作が繰り返される。

本実施の形態の液晶表示装置１００Ｃでは、光偏向器７は、液晶パネル３の駆動タイミング及び光源４０の点灯タイミングと同期して、走査しながら光を偏向する。例えば、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２の間で、液晶パネル３のＬ列に対応する光偏向器７の位置で光を偏向させる。このとき、光偏向器７の駆動時間が数ミリ秒以下である場合には、光源４０の点灯タイミングに掛かる前に光偏向器７の駆動が完了しているため、クロストークの無い高画質な液晶表示装置１００Ｃを構成することができる。

なお、本実施の形態では、面状照明体６Ｃにおける光の走査手段としてガルバノミラー４２を用いたが、これに限られず、例えばポリゴンミラー及びＭＥＭＳミラー等を用いることもできる。

（実施の形態５）
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶表示装置１００Ｄでは、光照射装置２Ｄの面状照明体６Ｄは拡散板５１を有している。光照射装置２Ｄの他の構成は、上記第２の実施の形態の光照射装置２Ａと同様である。この拡散板５１は、偏光フィルタ２４の光の出射側と光偏向器７の光の入射側との間に設けられている。拡散板５１は、光を拡散する拡散領域５１ａと、光を拡散しない非拡散領域５１ｂとが交互に配置されることにより構成されている。拡散領域５１ａは、偏光変調セル２３ａに対応して配置され、非拡散領域５１ｂは、非偏光変調セル２３ｂに対応して配置されている。

光源２０からの偏光光２８ａ，２８ｂがそれぞれ偏光フィルタ２４を透過するまでの経路は、上記実施の形態２と同様である。光源２０より図１１Ａの紙面内左右方向に偏光された偏光光２８ａが出射されたときには、偏光フィルタ２４から非拡散領域５１ｂに入射した偏光光２８ａは、拡散されずに拡散板５１を通過し、光偏向器７に入射する。光偏向器７により偏向された光は、上記実施の形態２と同様にフレネルレンズ２９で所定の偏向方向に偏向された後、液晶パネル３に入射して画像形成に寄与する。これにより、本実施の形態の液晶表示装置１００Ｄを、３Ｄ画像等を表示する３Ｄ液晶表示装置又はプライバシーディスプレイとして用いることができる。

また、光源２０より図１１Ａの紙面内上下方向に偏光された偏光光２８ｂが出射されたときには、偏光フィルタ２４から拡散領域５１ａに入射した偏光光２８ｂは、拡散されて光偏向器７に入射する。このとき、光偏向器７により光が偏向されないように制御することにより、拡散された光は、フレネルレンズ２９を通過して液晶パネル３に入射する。これにより、本実施の形態の液晶表示装置１００Ｄを、通常の２Ｄ画像を表示する２Ｄ液晶表示装置として用いることができる。

従って、本実施の形態では、光源２０によって偏光光の偏光方向が切り替えられることにより、面状照明体６Ｄは、非偏光変調セル２３ｂからの光が偏光フィルタ２４で反射され、且つ、偏光変調セル２３ａからの光が偏光フィルタ２４を通過して拡散領域５１ａに入射する光拡散状態と、偏光変調セル２３ａからの光が偏光フィルタ２４で反射され、且つ、非偏光変調セル２３ｂからの光が偏光フィルタ２４を通過して非拡散領域５１ｂに入射する非光拡散状態とに切り替えられる。

即ち、光源２０によって偏光光の偏光方向が切り替えられることにより、液晶表示装置１００Ｄを、３Ｄ液晶表示装置又はプライバシーディスプレイと、２Ｄ液晶表示装置とに切り替えて用いることができる。

なお、本実施の形態では、拡散領域５１ａは、非偏光変調セル２３ｂに対応して配置され、非拡散領域５１ｂは、偏光変調セル２３ａに対応して配置されているが、これとは反対に、拡散領域５１ａは、偏光変調セル２３ａに対応して配置され、非拡散領域５１ｂは、非偏光変調セル２３ｂに対応して配置されるように構成することもできる。

（実施の形態６）
図１２は、本発明の実施の形態６に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶表示装置１００Ｅ（画像表示装置を構成する）では、ランプ６１（報知部を構成する）が設けられており、他の構成は、上記実施の形態３と同様である。このランプ６１は、制御部５Ｅによって制御されている。これにより、右側カメラ４ａ及び左側カメラ４ｂにより検出された、液晶パネル３（表示部を構成する）を視認する視認者１６の右目１７ａの位置及び左目１７ｂの位置が、予め設定された所定の領域（視域）から外れた場合に、ランプ６１が点灯されることによってその旨が視認者１６に報知される。

従って、液晶表示装置１００Ｅを例えばタブレット型の３Ｄ液晶表示装置及びプライバシーディスプレイとして使用する際に、例えば視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置が上記所定の領域から外れた場合、或いは、いずれかの目１７ａ，１７ｂの位置が光を偏向できる角度を越えた場合等に、ランプ６１の点灯によってその旨を視認者１６に報知する。これにより、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置を適正な視域に戻すことを視認者１６に促すことができる。

なお、本実施の形態では、報知部をランプ６１で構成したが、これに限られず、例えば報知部をブザーで構成し、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置が所定の領域から外れた際には、ブザーを鳴らすこともできる。或いは、報知部を液晶パネル３で構成し、視認者１６の右目１７ａ及び左目１７ｂの位置が所定の領域から外れた際に、液晶パネル３にその旨を文字情報として表示させることもできる。

また、本実施の形態では、画像表示装置を液晶表示装置１００Ｅで構成したが、３Ｄ画像表示装置及びプライバシーディスプレイとして用いることができれば、液晶表示装置以外の画像表示装置で構成することもできる。

以上、本発明の実施の形態１〜６について説明したが、上記実施の形態１〜６に示す構成は一例であって、発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形を加えることができるのは言うまでも無い。また、上記実施の形態１〜６を組み合わせて、或いは、それらを変形した発明を組み合わせて用いることももちろん可能である。

上記実施の形態１〜６では、液晶表示装置をタブレット型の３Ｄ液晶表示装置で構成したが、これに限られず、例えば設置型の３Ｄ液晶表示装置で構成することもできる。

本発明の光照射装置は、３Ｄ画像を視認可能な視域を拡大することができる３Ｄ液晶表示装置及びプライバシーディスプレイに用いることができる。また、本発明の液晶表示装置は、３Ｄ画像を視認可能な視域を拡大することができる３Ｄ液晶表示装置及びプライバシーディスプレイとして適用することができる。さらに、本発明の画像表示装置は、目の位置が所定の領域から外れた旨を視認者に報知することができる画像表示装置として適用することができる。

２，２’，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 光照射装置
３ 液晶パネル
４ａ 右側カメラ
４ｂ 左側カメラ
５，５Ｂ，５Ｅ 制御部
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 面状照明体
７，７’ 光偏向器
８，８’，２１ 導光板
９ａ，９ｂ，９’，２０，４０ 光源
１０ 液晶偏向素子単位セル
１１ 液晶
１２ 誘電体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 電極
１４，１４ｓ，１４ｍ，１４ｈ 光
１５ 角度拡大レンズ
１５ａ 凸レンズ
１５ｂ 凹レンズ
１６ 視認者
１７ａ 右目
１７ｂ 左目
１８ａ，３１ａ 右側光
１８ｂ，３１ｂ 左側光
２２ 反射シート
２３ 偏光変調板
２３ａ 偏光変調セル
２３ｂ 非偏光変調セル
２４ 偏光フィルタ
２５ プリズムシート
２６ 光源部
２７ 導光棒
２８ａ，２８ｂ 偏光光
２９，４１ フレネルレンズ
２９ａ 稜線
３２ 領域
３３ 画素
３３ｒ 赤サブ画素
３３ｇ 緑サブ画素
３３ｂ 青サブ画素
４２ ガルバノミラー
５１ 拡散板
５１ａ 拡散領域
５１ｂ 非拡散領域
６１ ランプ
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，５００ 液晶表示装置

Claims (9)

1. 視認者の右目位置及び左目位置に交互に光を集光させる液晶表示装置に用いられる光照射装置であって、
   出射した光を所定の集光点に集光させる面状照明体と、
   前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、
   前記面状照明体は、単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面から光が出射する導光板と、を有し、前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることで、前記導光板の前記主面から出射する光の方向を切り替えることにより、前記所定の集光点を視認者の右目位置とする第１の集光状態と、前記所定の集光点を視認者の左目位置とする第２の集光状態とに交互に切り替え可能であり、
   前記光偏向器は、視認者の動きに追従して、前記第１の集光状態における前記所定の集光点及び前記第２の集光状態における前記所定の集光点をそれぞれ変調可能である
   光照射装置。
2. 前記面状照明体は、さらに、
   前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、
   前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、前記偏光変調板からの光のうち、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、
   前記偏光フィルタの光の出射側に設けられたプリズムシートと、を備え、
   前記偏光変調板は、
   光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、
   光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、
   前記プリズムシートは、前記偏光変調セルに対応する第１の位置と、前記非偏光変調セルに対応する第２の位置とにおいて、透過する光の偏向方向が異なるように構成されており、
   前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記プリズムシートの前記第１の位置に入射する第１の状態と、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記プリズムシートの前記第２の位置に入射する第２の状態とに切り替え可能である
   請求項１に記載の光照射装置。
3. 光を出射する面状照明体と、
   前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、
   前記面状照明体は、
   単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、
   前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面より光が出射する導光板と、
   前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、
   前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、
   前記偏光フィルタの光の出射側に設けられた拡散板と、を有し、
   前記偏光変調板は、
   光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、
   光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、
   前記拡散板は、
   光を拡散する拡散領域と、
   光を拡散しない非拡散領域と、を有し、
   前記拡散領域は、前記偏光変調セルに対応して配置され、前記非拡散領域は、前記非偏光変調セルに対応して配置され、
   前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記拡散領域に入射する光拡散状態と、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記非拡散領域に入射する非光拡散状態とに切り替え可能である
   光照射装置。
4. 光を出射する面状照明体と、
   前記面状照明体からの光を二次元的に偏向する光偏向器と、を備え、
   前記面状照明体は、
   単一偏光の光を出射し、且つ、単一偏光の偏光特性を切り替え可能である光源と、
   前記光源からの光が一側面より入射され、前記一側面に対して直交する主面より光が出射する導光板と、
   前記導光板の光の出射側に設けられた偏光変調板と、
   前記偏光変調板の光の出射側に設けられ、所定方向の偏光光を反射させる偏光フィルタと、
   前記偏光フィルタの光の出射側に設けられた拡散板と、を有し、
   前記偏光変調板は、
   光の偏光特性を変調する波長板として機能する偏光変調セルと、
   光の偏光特性を変調しない非偏光変調セルと、を有し、
   前記拡散板は、
   光を拡散する拡散領域と、
   光を拡散しない非拡散領域と、を有し、
   前記拡散領域は、前記非偏光変調セルに対応して配置され、前記非拡散領域は、前記偏光変調セルに対応して配置され、
   前記光源によって単一偏光の偏光特性が切り替えられることにより、前記面状照明体は、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記拡散領域に入射する光拡散状態と、前記非偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタで反射され、且つ、前記偏光変調セルからの光が前記偏光フィルタを通過して前記非拡散領域に入射する非光拡散状態とに切り替え可能である
   光照射装置。
5. 前記光偏向器は、光の偏向方向を切り替え可能である液晶偏向素子で構成され、
   前記液晶偏向素子に電圧を印加して前記液晶偏向素子の屈折率を変調することにより、前記液晶偏向素子に入射した光の偏向方向が切り替えられる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。
6. 請求項１又は２に記載の光照射装置と、
   前記光照射装置の光の出射側に配置された液晶パネルと、を備え、
   前記光照射装置から出射した光によって前記液晶パネルが照射される
   液晶表示装置。
7. 前記液晶パネルは、所定の走査周期で画素値が順に入力される複数の画素列を有し、
   前記光照射装置の光偏向器は、前記所定の走査周期と同期して、走査しながら光を偏向する
   請求項６に記載の液晶表示装置。
8. さらに、前記液晶表示装置を視認する視認者の右目位置及び左目位置を検出する検出器を備え、
   前記光照射装置により集光される所定の集光点は、前記検出器により検出された視認者の右目位置及び左目位置である
   請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 請求項３又は４に記載の光照射装置と、
   前記光照射装置の光の出射側に設けられた液晶パネルと、を備え、
   前記光照射装置の拡散板を構成する拡散領域及び非拡散領域は交互に配置されており、
   光拡散状態では、前記拡散板の前記拡散領域から出射された光により前記液晶パネルが照射され、非光拡散状態では、前記拡散板の前記非拡散領域から出射された光により前記液晶パネルが照射される
   液晶表示装置。

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