JP6359989B2 - 表示装置および表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置および表示方法に関する。

画像分離体を用いて立体画像を表示する表示装置が知られている（特許文献１参照）。画像分離体としては、視差バリアやレンチキュラーレンズが用いられる。この種の表示装置では、画像分離体と観察者との相対位置がずれると、逆視と呼ばれる表示不良が発生し、正しく立体画像が観察されない。そのため、特許文献１では、観察者の位置をカメラで検出し、観察者の位置に基づいて画像分離体の位置を変化させている。

特開２０１３−１２５０４２号公報

上述の表示装置では、観察者が様々な位置で立体画像を観察できるように、立体画像を形成するための光源として、広い角度範囲に光を放射するものが用いられる。しかしながら、この構成では、観察されない位置にまで万遍なく光が放射されるため、表示に寄与しない光が多くなる。よって、光のロスが大きい。

本発明の目的は、光のロスを抑えつつ様々な位置で立体画像を表示することが可能な表示装置および表示方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る表示装置は、観察者の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報に基づいて画像分離体の位置を変化させる分離部と、前記画像分離体の位置が変化したタイミングに合わせて照明光の光軸の向きを前記位置情報に基づいて変化させる照明部と、前記照明光を変調して複数の視差画像を含む画像を表示する表示部と、を有する。

本発明の一態様に係る表示方法は、観察者の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得ステップと、前記位置情報に基づいて画像分離体の位置を変化させる分離体制御ステップと、前記画像分離体の位置が変化したタイミングに合わせて照明光の光軸の向きを前記位置情報に基づいて変化させる照明制御ステップと、前記照明光を変調して複数の視差画像を含む画像を表示する表示ステップと、を有する。

図１は、実施形態に係る表示装置の概略図である。 図２は、画像形成部の概略構成を示す断面図である。 図３は、照明部の要部の構成を示す断面図である。 図４は、照明部に設けられた光源の構成を示す模式図である。 図５は、照明部に設けられた光源基板を前面側から見た図である。 図６は、光源の点灯位置と照明光の光軸の向きとの関係を示す図である。 図７は、光源の点灯位置と照明光の光軸の向きとの関係を示す図である。 図８は、光源の点灯位置と照明光の光軸の向きとの関係を示す図である。 図９は、照明光の光軸の向きおよび広がり角の設定方法の説明図である。 図１０は、照明光の光軸の向きおよび広がり角の設定方法の説明図である。 図１１は、照明光の光軸の向きおよび広がり角の設定方法の説明図である。 図１２は、光源の点灯数と照明光の広がり角との関係を説明する図である。 図１３は、光源の点灯数と照明光の広がり角との関係を説明する図である。 図１４は、光源の点灯数と照明光の広がり角との関係を説明する図である。 図１５は、観察者と表示部との距離と最適な点灯数との関係を示す図である。 図１６は、３Ｄモードで表示が行われるときの表示方法の説明図である。 図１７は、３Ｄモードで表示が行われるときの表示方法の説明図である。 図１８は、３Ｄモードで表示が行われるときの表示方法の説明図である。 図１９は、３Ｄモードで表示が行われるときの表示方法の説明図である。 図２０は、各種信号のタイミングチャートである。 図２１は、画像領域およびシャッター領域の形状の一例を示す図である。 図２２は、画像領域およびシャッター領域の形状の一例を示す図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。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。

図１は、一実施の形態に係る表示装置１の概略図である。

表示装置１は、画像形成部１００と、制御部２００と、検出部３００と、を有する。

画像形成部１００は、表示部１１０と、分離部１２０と、照明部１３０と、を有する。画像形成部１００は、照明部１３０から照射された照明光を表示部１１０で変調して画像を形成する。観察者Ｕは、表示部１１０で表示された画像を分離部１２０を介して観察する。画像形成部１００は、立体画像を表示する３Ｄモードと、平面画像を表示する２Ｄモードと、を有する。３Ｄモードで表示が行われるときには、分離部１２０に画像分離体Ｂが形成され、表示部１１０に複数の視差画像（右眼用視差画像Ｒ、左眼用視差画像Ｌ）を含む３Ｄ用の画像が表示される。２Ｄモードで表示が行われるときには、分離部１２０には画像分離体Ｂが形成されず、表示部１１０には視差画像を含まない２Ｄ用の画像が表示される。なお、画像形成部１００の詳細については、後述する。

制御部２００は、表示制御部２１０と、分離体制御部２２０と、照明制御部２３０と、を有する。表示制御部２１０は、表示部１１０を制御して、表示部１１０に３Ｄ用の画像または２Ｄ用の画像を表示させる。分離体制御部２２０は、分離部１２０を制御して、３Ｄモード時に分離部１２０に画像分離体Ｂを形成させる。分離体制御部２２０は、画像分離体Ｂが形成される位置および画像分離体Ｂが形成されるタイミングなどを制御する。照明制御部２３０は、照明部１３０を制御して、照明部１３０から表示部１１０に向けて照明光を照射させる。照明制御部２３０は、照明光の光軸（照明光の中心線）の向き、照明光の広がり角および照明光が照射されるタイミングなどを制御する。

検出部３００は、観察者Ｕの位置に関する位置情報を検出し、位置情報を位置情報取得部２４０に供給する。位置情報取得部２４０は、例えば、制御部２００と電気的に接続されるコネクターである。検出部３００は、観察者Ｕを撮像する撮像部３１０と、撮像部３１０により撮像された観察者Ｕの画像を解析して位置情報を検出する画像解析部３２０と、を有する。位置情報取得部２４０は、画像解析部３２０から観察者Ｕの位置に関する位置情報を取得する。

制御部２００は、観察者Ｕの位置情報に基づいて、表示部１１０、分離部１２０および照明部１３０を制御する。３Ｄモードで表示が行われるときには、分離部１２０は、位置情報に基づいて画像分離体Ｂの位置を変化させる。照明部１３０は、画像分離体Ｂの位置が変化したタイミングに合わせて照明光の光軸の向きを位置情報に基づいて変化させる。表示部１１０は、照明光を変調して複数の視差画像を含む画像（３Ｄ用の画像）を表示する。２Ｄモードで表示が行われるときには、分離部１２０は、画像分離体Ｂを形成せず、照明部１３０は、照明光の光軸の向きを位置情報に基づいて変化させる。表示部１１０は、照明光を変調して画像（２Ｄ用の画像）を表示する。

図２は、画像形成部１００の概略構成を示す断面図である。

画像形成部１００は、表示部１１０と、分離部１２０と、照明部１３０と、を有する。以下の説明では、観察者Ｕによって画像が観察される側を「前面側」とし、観察者Ｕによって画像が観察される側とは反対側を「背面側」として、各部材の構成を説明する。

表示部１１０は、第一の基板１１１と、第二の基板１１２と、液晶層１１３と、第一の偏光板１１４と、第二の偏光板１１５と、を有する。照明部１３０から照射された照明光は、第二の偏光板１１５を透過して液晶層１１３に入射し、液晶層１１３で変調される。液晶層１１３で変調された照明光は、第一の偏光板１１４を透過して画像として表示される。表示部１１０の表示モードは特に限定されず、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードや、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの公知の表示モードが採用される。ＥＣＢモードとしては、ＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどの縦電界（液晶層１１３の層厚方向）を利用した縦電界モードや、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどの横電界（液晶層１１３の層厚方向と直交する方向）を利用した横電界モードが採用可能である。

表示部１１０には、複数の画素がマトリクス状に設けられている。１つの画素は、それぞれ異なる色を表示する複数の副画素を有する。複数の副画素で表示される色の組み合わせは任意である。例えば、１つの画素が、赤、緑および青の３つの色をそれぞれ表示する３つの副画素によって構成されてもよい。１つの画素が、シアン、イエローおよびマゼンタの３つの色をそれぞれ表示する３つの副画素によって構成されてもよい。色域を拡げるために、１つの画素が４以上の副画素によって構成されてもよい。

２Ｄモードで表示が行われるときには、表示部１１０には、複数の画素によって、２Ｄ用の画像が表示される。３Ｄモードで表示が行われるときには、表示部１１０には、複数の画素によって、複数の視差画像を含む３Ｄ用の画像が表示される。３Ｄモードで表示が行われるときには、表示部１１０には、複数の視差画像にそれぞれ対応した複数の画像領域１１６が一方向に交互に並んで表示される。

複数の画像領域１１６は、矩形の画素の一辺に沿ってストライプ状に形成されてもよく、矩形の画素の二辺に沿ってステップ状またはデルタ状の形状に形成されてもよい。例えば、図２１は、複数の画像領域１１６（右眼用画像領域１１６Ｒ、左眼用画像領域１１６Ｌ）が、矩形の画素または副画素ＰＸの一辺に沿ってストライプ状に形成された例を示しており、図２２は、複数の画像領域１１６が、矩形の画素または副画素ＰＸの二辺に沿ってステップ状に形成された例を示している。画像領域１１６がストライプ状に形成される場合には、画像領域１１６は、画素の一辺と平行な方向に長手方向を有し、画像領域１１６がステップ状またはデルタ状の形状に形成される場合には、画像領域１１６は、画素の一辺に対して斜めに交差する方向（ステップ状またはデルタ状の形状が画素の一辺と交差する方向に連続する方向）に長手方向を有する。複数の画像領域１１６は、画像領域１１６の長手方向と直交する一方向に交互に並んで表示される。

複数の画像領域１１６の各々は、ストライプ状、ステップ状またはデルタ状の配列で並ぶ複数の画素または複数の副画素によって形成される。例えば、図２では、複数の右眼用画像領域１１６Ｒと複数の左眼用画像領域１１６Ｌとが一方向に交互に並んで表示されている。複数の右眼用画像領域１１６Ｒによって右眼用視差画像Ｒが表示され、複数の左眼用画像領域１１６Ｌによって左眼用視差画像Ｌが表示される。

表示部１１０の前面側には、接着層１２５を介して分離部１２０が設けられている。分離部１２０は、第一の基板１２１と、第二の基板１２２と、液晶層１２３と、第一の偏光板１１４と、第三の偏光板１２４と、を有する。第一の偏光板１１４は、表示部１１０の第一の偏光板１１４と兼用される。第一の偏光板１１４を透過した照明光は、液晶層１２３で変調される。液晶層１２３で変調された照明光は、第三の偏光板１２４を透過して観察者に観察される。分離部１２０の表示モードは特に限定されない。例えば、ＥＣＢモードやＴＮモードなどの公知の表示モードが採用される。ＥＣＢモードとしては、ＶＡモードなどの縦電界モードや、ＩＰＳモードなどの横電界モードが採用可能である。

分離部１２０は、光の透過率を制御可能な複数のシャッター領域１２６を有する。複数のシャッター領域１２６の各々の透過率は、分離部１２０に入力される分離体制御信号によって制御される。分離体制御信号によって、複数のシャッター領域１２６の各々の液晶層１２３に印加される電圧が制御され、これにより、複数のシャッター領域１２６の各々の液晶層１２３の変調量が制御される。

例えば、複数のシャッター領域１２６は、分離体制御信号によってそれぞれ、電圧が液晶層１２３に印加されるオン状態と、電圧が液晶層１２３に印加されないオフ状態と、のいずれかの状態に制御される。シャッター領域１２６がオン状態のときには、シャッター領域１２６に入射した照明光は、第三の偏光板１２４に吸収される方向に偏光方向が調整される。よって、シャッター領域１２６の透過率は低くなる。シャッター領域１２６がオフ状態のときには、シャッター領域１２６に入射した照明光は、第三の偏光板１２４を透過する方向に偏光方向が調整される。よって、シャッター領域１２６の透過率は高くなる。

図２に示すように、３Ｄモードで表示が行われるときには、分離部１２０は、複数のシャッター領域１２６のうち、画像分離体Ｂが形成されるべき位置の複数のシャッター領域１２６Ｓの透過率を低下させる。これにより、視差バリアとしての画像分離体Ｂが形成される。画像分離体Ｂは、透過率が低下した複数のシャッター領域１２６Ｓによって形成される。画像分離体Ｂが形成されない位置の複数のシャッター領域１２６Ｐは、高い透過率を有する。２Ｄモードで表示が行われるときには、全てのシャッター領域１２６の透過率が高い状態に維持される。複数のシャッター領域１２６の透過率が電気的に制御されることにより、高速かつ高精度に画像分離体Ｂの位置が制御される。そのため、観察者Ｕの位置が変化しても観察者Ｕの位置の変化に追随して画像分離体Ｂの位置が常に適切な位置に配置される。

複数のシャッター領域１２６の形状は任意である。分離部１２０には、複数の矩形のシャッター領域１２６が、マトリクス状に設けられていてもよい。分離部１２０には、画像領域１１６の形状に対応した複数のストライプ状、ステップ状またはデルタ状の形状のシャッター領域１２６が一方向または二方向に並べて設けられてもよい。例えば、図２１は、複数のシャッター領域１２６（シャッター領域１２６Ｓ、シャッター領域１２６Ｐ）が、複数の画像領域１１６の長手方向と平行にストライプ状に形成された例を示しており、図２２は、複数のシャッター領域１２６が、複数の画像領域１１６の長手方向（画素または副画素ＰＸの一辺と斜めに交差する方向）に沿ってステップ状に形成された例を示している。複数の画像領域１１６の並び方向（複数の画像領域１１６の長手方向と直交する方向）における複数のシャッター領域１２６のピッチは、複数の画像領域１１６のピッチよりも小さいことが好ましい。これにより、観察者Ｕの位置に応じて画像分離体Ｂの位置を微細に調整することができる。

表示部１１０の背面側には、照明部１３０が設けられている。照明部１３０は、表示部１１０を背面側から照明する。照明部１３０から照射された照明光は、表示部１１０および分離部１２０を透過して観察者Ｕに観察される。表示部１１０を透過した照明光は画像として表示される。３Ｄモードで表示が行われるときには、表示部１１０を透過した照明光は、複数の視差画像（右眼用視差画像Ｒ、左眼用視差画像Ｌ）を含む画像として表示される。この画像に含まれる複数の視差画像は、分離部１２０に形成された画像分離体Ｂによって分離され、観察者Ｕの右眼と左眼にそれぞれ入射する。これにより、観察者Ｕにおいて立体画像が観察される。

図３は、照明部１３０の要部の構成を示す断面図である。図４は、照明部１３０に設けられた光源１４５の構成を示す模式図である。図５は、照明部１３０に設けられた光源基板１４０を前面側から見た図である。

図３に示すように、照明部１３０は、光源基板１４０と、光調整基板１５０と、を有する。光源基板１４０と光調整基板１５０は、表示部１１０の第二の偏光板１１５（図２参照）と対向して設けられる。光調整基板１５０と光源基板１４０は、表示部１１０側からこの順に設けられている。

光源基板１４０は、基板１４１と、基板１４１上に設けられた複数の光源１４５と、を有する。図４に示すように、光源１４５は、例えば、陽極１４２と、有機発光層１４３と、陰極１４４と、が基板１４１側から順に積層された有機ＥＬ素子である。有機発光層１４３と陽極１４２との間には、必要に応じて正孔注入層と正孔輸送層とが設けられる。有機発光層１４３と陰極１４４との間には、必要に応じて電子注入層と電子輸送層とが設けられる。

図５に示すように、複数の光源１４５は、それぞれストライプ状に形成されている。複数の光源１４５はそれぞれ、画像領域１１６（図２参照）の長手方向と平行に延びる。複数の光源１４５は、複数の画像領域１１６の並び方向と平行な方向に並べて配置されている。複数の光源１４５の一端側には、複数の光源１４５と交差する方向に延びる複数の配線１４７が設けられている。図５では、配線１４７の本数は６本であるが、配線１４７の数はこれに限られない。

複数の光源１４５は、６本ごとに同じ配線１４７と電気的に接続されている。これにより、複数の光源１４５が６つのグループに分けられる。それぞれのグループに属する複数の光源１４５は同じ配線１４７によって同時に駆動される。互いに隣接する６つの光源１４５は、互いに異なる配線１４７と電気的に接続され、それぞれ独立に駆動を制御される。互いに隣接する６つの光源１４５は、一つの光源群１４６を構成する。基板１４１上には、複数の光源群１４６が複数の光源１４５の並び方向に並べて設けられている。

一つの光源群１４６に含まれる光源１４５の数は、配線１４７の数によって増減させることができる。配線１４７の数がｎ本（ｎは２以上の整数）であれば、複数の光源１４５は、ｎ本ごとに同じ配線１４７と電気的に接続される。これにより、複数の光源１４５がｎ個のグループに分けられる。それぞれのグループに属する複数の光源１４５は同じ配線１４７によって同時に駆動される。互いに隣接するｎ個の光源１４５は、互いに異なる配線１４７と電気的に接続され、それぞれ独立に駆動を制御される。互いに隣接するｎ個の光源１４５は、一つの光源群１４６を構成する。

以下、複数の配線１４７を区別する場合には、それぞれの配線１４７の名称の先頭に番号を付し、符号の末尾にもその番号を付す。複数の配線１４７によってそれぞれ独立に駆動される複数の光源１４５を区別する場合には、それぞれの光源１４５の名称の先頭に番号を付し、符号の末尾にもその番号を付す。

図３に示すように、光調整基板１５０は、基板１５１と、基板１５１上に設けられた複数の光調整層１５２と、を有する。複数の光調整層１５２は、それぞれ光源１４５の長手方向と平行に延びる。複数の光調整層１５２は、複数の光源群１４６と一対一に対応して設けられている。光調整層１５２は、対応する光源群１４６に含まれる複数の光源１４５と対向して設けられ、複数の光源１４５からそれぞれ放射された光Ｌ１を互いに光軸が異なる向きとなるように調整する。光調整層１５２は、例えば、複数の光源１４５の並び方向と平行な断面が表示部１１０に向けて凸となるレンズである。

図３では、光調整層１５２が平凸レンズとして構成される例が記載されているが、レンズは、光源の位置に応じて、照射する光の方向を変更できるものであればよく、レンズの種類としては、平凸レンズおよびフレネルレンズのいずれを用いてもよい。

照明部１３０は、各光源群１４６において点灯している一つまたは複数の光源１４５から放射された光Ｌ１を照明光Ｌ２として表示部１１０に照射する。照明部１３０は、画像分離体Ｂ（図２参照）の位置が変化したタイミングに合わせて光源１４５の点灯位置を観察者の位置情報に基づいて変化させる。

図６〜図８は、光源１４５の点灯位置と照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きとの関係を示す図である。

図６に示すように、光調整層１５２の左端部に対向して設けられた第一の光源１４５−１を点灯させると、第一の光源１４５−１から放射された光Ｌ１は、光調整層１５２によって、右側に大きく傾いた方向に光軸ＡＸを有する照明光Ｌ２に変換される。照明光Ｌ２は、表示部に大きな角度θａで入射する。照明光Ｌ２は、右側から画像を観察する観察者に向けて効率よく照射される。

図７に示すように、光調整層１５２の中央部に対向して設けられた第四の光源１４５−４を点灯させると、第四の光源１４５−４から放射された光Ｌ１は、光調整層１５２によって、左側に僅かに傾いた方向に光軸ＡＸを有する照明光Ｌ２に変換される。照明光Ｌ２は、表示部に小さな角度θｂで入射する。照明光Ｌ２は、正面もしくは若干左側から画像を観察する観察者に向けて効率よく照射される。

図８に示すように、光調整層１５２の右端部に対向して設けられた第六の光源１４５−６を点灯させると、第六の光源１４５−６から放射された光Ｌ１は、光調整層１５２によって、左側に大きく傾いた方向に光軸ＡＸを有する照明光Ｌ２に変換される。照明光Ｌ２は、表示部に大きな角度θｃで入射する。照明光Ｌ２は、左側から画像を観察する観察者に向けて効率よく照射される。

図９〜図１１は、照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きおよび照明光Ｌ２の広がり角Θを設定する方法を説明する図である。図９〜図１１では、分離部などの図示を省略する。

図９に示すように、照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きは、観察者Ｕの位置に基づいて制御される。照明部１３０は、観察者Ｕが表示部１１０の画像を観察する方向に照明光Ｌ２を照射する。図１に示した検出部３００は、例えば、観察者Ｕが表示部１１０を観察する角度（以下、「観察角」という）αを検出する。観察角αは、例えば、表示部１１０の表示面１１０ａ上に設定された基準位置ＳＰと観察者Ｕとを結ぶ仮想線ＴＬが、表示面１１０ａの法線ＮＬとなす角度である。照明部１３０は、例えば、表示部１１０に入射する照明光Ｌ２の入射角θが観察角αと等しくなるように照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きを設定する。基準位置ＳＰが設定される位置は、任意である。基準位置ＳＰは、例えば表示面１１０ａの中心に設定されるが、基準位置ＳＰが設定される位置はこれに限定されない。

照明光Ｌ２の広がり角Θは、観察者Ｕと表示部１１０との距離ＶＲに基づいて制御される。距離ＶＲは、観察者Ｕと基準位置ＳＰとの距離Ｄでもよいし、表示面１１０ａの法線ＮＬと平行な方向における観察者Ｕと基準位置ＳＰとの距離Ｈでもよい。距離ＶＲが大きいときには、照明部１３０は、照明光Ｌ２の広がり角Θを小さくする。距離ＶＲが小さいときには、照明部１３０は、照明光Ｌ２の広がり角Θを大きくする。

例えば、図１０に示すように、距離ＶＲ１が大きいときには、観察者Ｕの右眼が画像を見る方向と観察者Ｕの左眼が画像を見る方向とがなす角度（以下、「眼間角度」という）ＥＡ１は小さくなる。そのため、照明光Ｌ２の広がり角Θａも眼間角度ＥＡ１と同様に小さくすることができる。照明光Ｌ２の広がり角Θａが眼間角度ＥＡ１よりも大きければ、複数の視差画像を分離して観察することができるが、照明光Ｌ２の広がり角Θａが眼間角度ＥＡ１に比べて大きすぎると、観察者Ｕに観察されない位置に照射される光が多くなる。よって、照明光Ｌ２の広がり角Θａは眼間角度ＥＡ１と同程度の大きさに設定される。

図１１に示すように、距離ＶＲ２が小さいときには、眼間角度ＥＡ２は大きくなる。そのため、照明光Ｌ２の広がり角Θｂも眼間角度ＥＡ２と同様に大きくする必要がある。照明光Ｌ２の広がり角Θｂが眼間角度ＥＡ２よりも大きければ、複数の視差画像を分離して観察することができるが、照明光Ｌ２の広がり角Θｂが眼間角度ＥＡ２に比べて大きすぎると、観察者Ｕに観察されない位置に照射される光が多くなる。よって、照明光Ｌ２の広がり角Θｂは眼間角度ＥＡ２と同程度の大きさに設定される。

照明光Ｌ２の広がり角Θは、各光源群１４６（図３参照）において点灯される光源１４５の点灯数を制御することにより制御することができる。照明部１３０は、観察者Ｕと表示部１１０との距離ＶＲに基づいて光源１４５の点灯数を変化させる。

図１２〜図１４は、光源１４５の点灯数と照明光の広がり角との関係を説明する図である。図１２〜図１４において、横軸は照明光の照射角度ＤＡを示しており、縦軸は照明光の明るさＢＲを示している。図１２〜図１４では、一つの光源群１４６を構成する光源１４５の数は１０個である。以下、１０個の光源１４５を区別する場合には、それぞれの光源１４５の名称の先頭に番号を付し、符号の末尾にもその番号を付す。

図１２に示すように、１０個の光源１４５をそれぞれ単独で点灯させたときに得られる１０個の照明光の光軸は、互いに４°ずつ異なる。各照明光の角度分布はガウシアン分布である。各照明光の広がり角は８°であり、各照明光は光軸を中心として概ね８°の範囲に照射される。よって、光源１４５の点灯数を増やせば、照明光の広がり角を大きくすることができる。また、光源１４５の点灯位置を変えれば、照明光の光軸の向き（表示部への入射角）を変化させることができる。

例えば、図１３に示すように、光源群の中央部に位置する二つの光源１４５（第五の光源１４５−５、第六の光源１４５−６）を同時に点灯させると、照明光の広がり角は１２°となり、照明光の表示部への入射角は０°となる。図１４に示すように、光源群の中央部に位置する四つの光源１４５（第四の光源１４５−４、第五の光源１４５−５、第六の光源１４５−６、第七の光源１４５−７）を同時に点灯させると、照明光の広がり角は２０°となり、照明光の表示部への入射角は０°となる。

図１５は、観察者と表示部との距離ＶＲと、最適な光源の点灯数Ｎと、の関係を示す図である。図１５において、横軸は距離ＶＲを示しており、右側の縦軸は最適な光源の点灯数Ｎを示しており、左側の縦軸は眼間角度ＥＡを示している。

図１５に示すように、最適な光源の点灯数Ｎは、距離ＶＲが小さいほど多くなる。例えば、距離ＶＲが３０ｃｍ以下では、眼間角度ＥＡは１２°以上であり、最適な点灯数Ｎは８つである。距離ＶＲが４６ｃｍ以下では、眼間角度ＥＡは８°以上であり、最適な点灯数Ｎは６つである。距離ＶＲが９２ｃｍ以下では、眼間角度ＥＡは４°以上であり、最適な点灯数Ｎは４つである。よって、常に１０個の光源を点灯させる場合に比べて、距離ＶＲが３０ｃｍ以下では２０％の消費電力が削減され、距離ＶＲが４６ｃｍ以下では４０％の消費電力が削減され、距離ＶＲが９２ｃｍ以下では６０％の消費電力が削減される。

この場合、観察者が表示部に近づくほど表示が明るくなり、観察者が表示部から遠ざかるほど表示が暗くなる。そのため、照明部１３０は、観察者と表示部との距離ＶＲに基づいて、点灯する光源１４５の明るさを変化させてもよい。例えば、距離ＶＲが小さくなるほど、点灯する光源の明るさを小さくすれば、距離ＶＲによって明るさが大きく変動することが抑制される。

図１６〜図１９は、３Ｄモードで表示が行われるときの表示方法の説明図である。図２０は、３Ｄモードで表示が行われるときの各種信号のタイミングチャートである。図２０において、符号ＰＤＳは、図１に示した画像解析部３２０が制御部２００に供給する観察者の位置情報に関する信号を示しており、符号ＢＤＳは、分離体制御部２２０が分離部１２０に供給する分離体制御信号を示しており、符号ＴＲは、分離部１２０に設けられた特定のシャッター領域１２６−１（図１６〜図１９参照）の透過率を示しており、符号ＬＤＳは、照明制御部２３０が照明部１３０に供給する照明制御信号を示している。図２０において、横軸は時刻を示している。

以下、図１、図２および図２０を参照しながら、制御部２００および検出部３００の動作を説明する。

画像解析部３２０は、観察者Ｕの位置情報に関する信号ＰＤＳを一定時間ごとに制御部２００に供給する。位置情報取得部２４０は一定時間ごとに観察者Ｕの位置に関する位置情報を取得する（位置情報取得ステップ）。位置情報取得部２４０が取得した位置情報は制御部２００に供給される。信号ＰＤＳが制御部２００に供給されるタイミングは任意である。信号ＰＤＳは、撮像部３１０が観察者Ｕを撮像するタイミングに合わせて制御部２００に供給されればよい。

分離体制御部２２０は、信号ＰＤＳが供給されたタイミングに合わせて分離部１２０に分離体制御信号ＢＤＳを供給する。分離部１２０に設けられた複数のシャッター領域１２６の透過率は、分離体制御信号ＢＤＳによって観察者Ｕの位置情報に基づいてそれぞれ制御される。これにより、分離部１２０は、観察者Ｕの位置情報に基づいて画像分離体Ｂの位置を変化させる（分離体制御ステップ）。

照明制御部２３０は、信号ＰＤＳが供給されたタイミングに合わせて照明部１３０に照明制御信号ＬＤＳを供給する。照明部１３０に設けられた光源１４５の点灯位置は、照明制御信号ＬＤＳによって観察者Ｕの位置情報に基づいて制御される。照明部１３０は、例えば、画像分離体Ｂが形成されるべき位置の複数のシャッター領域１２６の透過率ＴＲの変化が完了してから表示部１１０に照明光Ｌ２を照射する。これにより、照明部１３０は、画像分離体Ｂの位置が変化したタイミングに合わせて照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きを観察者Ｕの位置情報に基づいて変化させる（照明制御ステップ）。ただし、照明部１３０は、照明光Ｌ２を照射したまま、光源１４５の切り替えによって照明光ｌ２の光軸ＡＸの向きを変化させてもよい。

表示部１１０は、照明光Ｌ２を変調して複数の視差画像を含む画像を表示する（表示ステップ）。

以下、図１６〜図１９を参照して、分離部１２０および照明部１３０の動作を説明する。図１６〜図１９に示した時刻ｔは、図２０に示した時刻ｔに対応している。

図１６に示すように、時刻ｔがｔ０のときに、観察者Ｕは、表示部１１０の画像（右眼用視差画像Ｒ、左眼用視差画像Ｌ）を第一の位置から観察する。第一の位置は、基準位置ＳＰと対向する位置である。観察者Ｕの観察角は０°である。

分離部１２０は、観察者Ｕに右眼用視差画像Ｒと左眼用視差画像Ｌとが適切に観察されるように、右眼用画像領域１１６Ｒと左眼用画像領域１１６Ｌとの境界部に位置する二つのシャッター領域１２６（シャッター領域１２６−１、シャッター領域１２６−２）の透過率を高くし、この二つのシャッター領域１２６と隣接する複数のシャッター領域１２６の透過率を低下させる。透過率が低下した複数のシャッター領域１２６によって画像分離体Ｂが形成される。

照明部１３０は、観察者Ｕに向けて照明光Ｌ２が照射されるように、光源群１４６の中央部に位置する光源１４５−２を点灯させ、照明光Ｌ２を表示部１１０に垂直に入射させる。照明部１３０は、観察者Ｕと表示部１１０との距離に基づいて光源１４５の点灯数を変化させ、照明光Ｌ２の広がり角Θ１を制御する。

図１７に示すように、時刻ｔがｔ１のときに、観察者Ｕは、表示部１１０の画像を第二の位置から観察する。第二の位置は、複数の光源１４５の並び方向に沿って第一の位置から第一の方向Ｄ１（図１７では例えば右方向）に移動した位置である。観察者Ｕが第一の方向Ｄ１に移動すると、観察者Ｕの観察角も第一の方向Ｄ１に変化する。

分離部１２０は、観察者Ｕに右眼用視差画像Ｒと左眼用視差画像Ｌとが適切に観察されるように、画像分離体Ｂの位置を観察者Ｕの移動方向と同じ第一の方向Ｄ１にずらす。具体的には、分離部１２０は、シャッター領域１２６−２と、シャッター領域１２６−２の隣りのシャッター領域１２６−３の透過率を高くし、シャッター領域１２６−１の透過率を低下させる。これにより、画像分離体Ｂの位置が、第一の位置で観察するときと比べて、シャッター領域一つ分だけ第一の方向Ｄ１に移動する。

照明部１３０は、照明光Ｌ２の光軸ＡＸが向く位置を、複数の光源１４５の並び方向に沿って離間した第一の位置から第二の位置に変化させるときには、光源１４５の点灯位置を第二の位置から第一の位置に向かう方向Ｄ２に移動させる。例えば、照明部１３０は、光源群１４６の左端部に位置する光源１４５−１を点灯させ、すでに点灯している中央部の光源１４５−２を消灯する。これにより、照明部１３０は、観察者Ｕの観察角αに対応させて、照明光Ｌ２を入射角θ１で表示部１１０に斜めに入射させる。照明部１３０は、観察者Ｕと表示部１１０との距離に基づいて光源１４５の点灯数を変化させ、照明光Ｌ２の広がり角Θ２を制御する。図２０に示したように、シャッター領域１２６−１の透過率は、徐々に変化する。そのため、照明部１３０は、シャッター領域１２６−１の透過率の変化が完了してから表示部１１０に照明光Ｌ２を照射する。

図１８に示すように、時刻ｔがｔ２のときに、観察者Ｕは、第二の位置で表示部１１０の画像を観察する。観察者Ｕは時刻ｔ１から時刻ｔ２まで同じ位置に停止して表示を観察する。画像分離体Ｂの位置は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで変化せず、照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きおよび照明光Ｌ２の広がり角Θ２も時刻ｔ１から時刻ｔ２まで変化しない。

図１９に示すように、時刻ｔがｔ３のときに、観察者Ｕは、表示部１１０の画像を第三の位置から観察する。第三の位置は、複数の光源１４５の並び方向に沿って第二の位置から第二の方向Ｄ２（図１９では例えば左方向）に移動した位置である。図１９では、例えば、第三の位置は第一の位置と一致する。観察者Ｕが第二の方向Ｄ２に移動すると、観察者Ｕの観察角も第二の方向Ｄ２に変化する。

分離部１２０は、観察者Ｕに右眼用視差画像Ｒと左眼用視差画像Ｌとが適切に観察されるように、画像分離体Ｂの位置を観察者Ｕの移動方向と同じ第二の方向Ｄ２にずらす。具体的には、分離部１２０は、シャッター領域１２６−１とシャッター領域１２６−２の透過率を高くし、シャッター領域１２６−３の透過率を低下させる。これにより、画像分離体Ｂの位置が、第二の位置で観察するときと比べて、シャッター領域一つ分だけ第二の方向Ｄ２に移動する。

照明部１３０は、照明光Ｌ２の光軸ＡＸが向く位置を、複数の光源１４５の並び方向に沿って離間した第二の位置から第三の位置に変化させるときには、光源１４５の点灯位置を第三の位置から第二の位置に向かう方向Ｄ１に移動させる。例えば、照明部１３０は、光源群１４６の中央部に位置する光源１４５−２を点灯させ、すでに点灯している左端部の光源１４５−１を消灯する。これにより、照明部１３０は、観察者Ｕの観察角に対応させて、照明光Ｌ２を表示部１１０に垂直に入射させる。図２０に示したように、シャッター領域１２６−１の透過率は、徐々に変化する。そのため、照明部１３０は、シャッター領域１２６−１の透過率の変化が完了してから表示部１１０に照明光Ｌ２を照射する。照明部１３０は、観察者Ｕと表示部１１０との距離に基づいて光源１４５の点灯数を変化させ、照明光Ｌ２の広がり角Θ３を制御する。

以上のように、本実施形態の表示装置１では、観察者Ｕの位置に基づいて画像分離体Ｂの位置、照明光Ｌ２の光軸ＡＸの向きおよび照明光Ｌ２の広がり角Θが変化する。そのため、観察者Ｕの位置が変化しても、逆視などの表示不良が発生しにくく、観察者Ｕに観察されない無駄な光も少ない。よって、光のロスを抑えつつ様々な位置で立体画像を表示することが可能である。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。

例えば、上記の実施形態では、位置情報取得部２４０としてコネクターが例示されたが、位置情報取得部２４０はコネクターに限られない。フレキシブルプリント回路基板や入力端子などが位置情報取得部として用いられてもよい。また、分離部１２０として液晶パネルが例示されたが、分離部１２０は液晶パネルに限られない。開口部が形成された遮光板が分離部１２０として用いられてもよい。この場合、遮光板を観察者Ｕの位置に基づいて機械的に移動させる移動装置が表示装置１に設けられる。また、光調整層１５２としてレンズ（屈折素子）が例示されたが、光調整層１５２はレンズに限られない。ホログラム素子のように回折現象を用いて光軸を調整する回折素子が光調整層１５２として用いられてもよい。

また、上記の実施形態では、検出部３００として、撮像部３１０と画像解析部３２０とを有するものが例示されたが、検出部３００の構成はこれに限られない。例えば、検出部３００は、赤外線や超音波を観察者Uに照射し、その反射波が受信されるまでの時間を距離に換算して観察者Uの位置情報を検出してもよい。また、検出部３００は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて、観察者Ｕと表示部１１０との相対位置に関する情報（位置情報）を検出してもよい。

また、上記の実施形態では、画像分離体Ｂが視差バリアである例が例示されたが、画像分離体の構成はこれに限定されない。画像分離体Ｂは、レンチキュラーレンズでもよい。この場合、分離部１２０は、屈折率分布を制御可能な複数のシャッター領域１２６を有する。分離部１２０は、複数のシャッター領域１２６の屈折率分布を制御することにより、画像分離体Ｂを形成する。画像分離体Ｂは、凸レンズ（平凸レンズまたはフレネルレンズ）として機能する複数のレンズ部によって構成される。各々のレンズ部は、複数のシャッター領域１２６により構成される。画像分離体Ｂによって、表示部１１０に表示された複数の視差画像が分離される。シャッター領域１２６の屈折率分布は、液晶層１２３の配向分布（液晶層１２３内の電界分布）によって制御される。分離部１２０では、分離体制御信号により、複数のシャッター領域１２６の液晶層１２３に印加する電圧が制御されることにより、複数のシャッター領域１２６に跨る凸レンズ状の屈折率分布が実現される。

また、上記の実施形態では、光源１４５が有機ＥＬ素子で構成される例が例示されたが、光源１４５の構成はこれに限られない。光源１４５は、発光体と導光体とにより構成されてもよい。例えば、光源基板１４０には、図５に示した複数の光源１４５の配置領域に、複数のストライプ状の第一の導光体が配置され、複数の配線１４７の配置領域に、複数（図５の例では、例えば６本）のストライプ状の第二に導光体が配置される。複数の第一の導光体は、６本ごとに同じ第二の導光体と接続される。複数の第二の導光体の各々の端部には発光体が設けられる。それぞれの発光体は互いに独立に駆動される。この構成でも、複数の第一の導光体が６つのグループに分けられる。それぞれのグループに属する複数の第一の導光体には、共通の第二の導光体を介して発光体からの光が同時に入射し、それぞれの第一の導光体の内部を伝播した光が表示部１１０に向けて照射される。

１ 表示装置
１１０ 表示部
１１６ 画像領域
１２０ 分離部
１２６，１２６−１〜１２６−３，１２６Ｐ，１２６Ｓ シャッター領域
１３０ 照明部
１４５，１４５−１〜１４５−１０ 光源
１５２ 光調整層
２４０ 位置情報取得部
３００ 検出部
３１０ 撮像部
３２０ 画像解析部
ＡＸ 光軸
Ｂ 画像分離体
Ｌ 左眼用視差画像（視差画像）
Ｌ１ 光
Ｌ２ 照明光
Ｒ 右眼用視差画像（視差画像）
Ｕ 観察者

Claims (11)

1. 観察者の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記位置情報に基づいて画像分離体の位置を変化させる分離部と、
   前記画像分離体の位置が変化したタイミングに合わせて照明光の光軸の向きを前記位置情報に基づいて変化させる照明部と、
   前記照明光を変調して複数の視差画像を含む画像を表示する表示部と、
   を有する表示装置。
2. 前記照明部は、複数の光源と、前記複数の光源からそれぞれ放射された光を互いに光軸が異なる向きとなるように調整する光調整層と、を有し、
   前記照明部は、点灯している一つまたは複数の前記光源から放射された光を前記照明光として前記表示部に照射し、
   前記照明部は、前記画像分離体の位置が変化したタイミングに合わせて前記光源の点灯位置を前記位置情報に基づいて変化させる
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示部には、前記複数の視差画像にそれぞれ対応した複数の画像領域が一方向に交互に並んで表示され、
   前記複数の光源は、前記複数の画像領域の並び方向と平行な方向に並べて配置され、
   前記光調整層は、前記複数の光源の並び方向と平行な断面が前記表示部に向けて凸となるレンズである
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記照明部は、前記照明光の光軸が向く位置を、前記複数の光源の並び方向に沿って離間した第一の位置から第二の位置に変化させるときには、前記光源の点灯位置を前記第二の位置から前記第一の位置に向かう方向に移動させる
   請求項３に記載の表示装置。
5. 前記照明部は、前記観察者と前記表示部との距離に基づいて前記光源の点灯数を変化させる
   請求項３または４に記載の表示装置。
6. 前記照明部は、前記観察者と前記表示部との距離に基づいて、点灯する前記光源の明るさを変化させる
   請求項５に記載の表示装置。
7. 前記位置情報を検出し、前記位置情報を前記位置情報取得部に供給する検出部を有する
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記検出部は、前記観察者を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記観察者の画像を解析して前記位置情報を検出する画像解析部と、を有する
   請求項７に記載の表示装置。
9. 前記分離部は、光の透過率を制御可能な複数のシャッター領域を有し、
   前記分離部は、前記複数のシャッター領域のうち、前記画像分離体が形成されるべき位置の複数の前記シャッター領域の透過率を低下させる
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表示装置。
10. 前記照明部は、前記画像分離体が形成されるべき位置の複数の前記シャッター領域の透過率の変化が完了してから前記表示部に前記照明光を照射する
    請求項９に記載の表示装置。
11. 観察者の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
    前記位置情報に基づいて画像分離体の位置を変化させる分離体制御ステップと、
    前記画像分離体の位置が変化したタイミングに合わせて照明光の光軸の向きを前記位置情報に基づいて変化させる照明制御ステップと、
    前記照明光を変調して複数の視差画像を含む画像を表示する表示ステップと、
    を有する表示方法。

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