JPH05108023A

JPH05108023A - 視野角制御型表示装置

Info

Publication number: JPH05108023A
Application number: JP3264933A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakazawa; 憲二中沢; Shinichi Shiwa; 新一志和; Kenji Akiyama; 健二秋山; Susumu Ichinose; 進一之瀬
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1993-04-30
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3087861B2

Abstract

(57)【要約】【目的】何等特別な装置を観察者に装着せずに、表示
画面を私有化できる視野角制御型表示装置を提供する。【構成】視野角制御型表示装置は、面光源１０１と、
第１の偏光板１０５、ツイストネマチック型液晶セル１
０６、第２の偏光板１０７で構成され、各シャッター領
域が電気信号によって光透過領域と光遮断領域とに切替
え可能なシャッター板１０２と、シャッター板１０２の
光透過領域を通過した、面光源１０１から出射された光
を所定の位置へ集光する機能を有するマイクロレンズか
らなる光路制御板１０３と、ツイストネマチック型液晶
セル１０８、第３の偏光板１０９から構成され、光路制
御板１０３からの光を光源として表示画面を作る透過型
表示装置１０４で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は観察者の観察領域におい
てのみ表示画像を観察できる表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＲＴや液晶を用いた表示装置には目ざ
ましい進展がある。特に液晶表示装置は薄型、軽量、小
消費電力といった特徴を生かして、携帯ＴＶ、さらには
プロジェクタの分野において急速に市場を伸ばしてい
る。放送やビデオ等を対象とした市場のみならず、表示
装置はＴＶ電話等通信の分野にも膨大な需要が期待され
る。

【０００３】そう遠くない将来、公衆には様々な画像が
氾濫することが予想される。この画像とは別にラジオや
携帯型カセットテープ、電話等による、いわゆる音は公
衆に氾濫しているものの、イヤホンやヘッドホンあるい
はハンドセットといった機器は、個人のプライバシーを
保護するばかりでなく、第３者への妨害を未然に防止す
るといった機能を有する。音と同じように画像のプライ
バシー保護への要望が、今後高まってくると思われる。

【０００４】以下、液晶を用いた従来の表示装置につい
て説明する。

【０００５】図６は液晶表示装置の原理を説明するため
の一例図である。液晶表示装置は、例えば、第１の偏光
板６０１とツイストネマチック型液晶を用いたセル６０
２と第２の偏光板６０３を最低必要素子として構成され
る。図６（１）に示すように、光源からの円偏光６０４
の光は第１の偏光板６０１を通過する直線偏光になる。
この直線偏光の入射光は、液晶セル６０２に電圧を印加
しない場合にはツイストマネチック型液晶によって偏光
方向が９０度回転される。液晶セル６０２からの直線偏
光の出射光は、光の偏光方向が第２の偏光板６０３の偏
光方向と同じならば、遮断されずに液晶表示装置から出
てくる。一方、図６（２）に示すように、液晶セル６０
２に電圧を印加した場合には、液晶セル６０２への直線
偏光の入射光は、液晶セル６０２を通過することによっ
て偏光方向を変えずに直線偏光の出射光となる。この直
線偏光の出射光は、偏光方向が第２の偏光板６０３の偏
光方向と直交するために、遮断されることになる。

【０００６】図７は従来の液晶表示装置における１画素
分の断面構造図である。１画素は上記図６で示した原理
に基づいて構成される。液晶表示装置は、ガラス基板７
０１上に液晶７０２に電圧を印加するための透明電極７
０３、また、液晶分子の配向方向を揃えるための配向膜
７０４、かつ、ガラス基板７０１に張り付けられた第１
の偏光板６０１および第２の偏光板６０３が一体形成さ
れて構成されている。実際の表示装置では、数千、数
万、数十万の画素から画面が構成される。

【０００７】図８は従来の液晶表示装置の使用例を示す
図である。観察者８０１は前方に配置された表示装置８
０２上に表示された画像あるいは文字を認識することが
できる。画像あるいは文字が表示装置８０２上に表示さ
れているため、観察者８０１のみならず観察者８０１以
外の第３者でも容易にそれらの情報を認識することがで
きる。

【０００８】この第３者に情報が認識されるのを防止す
るため、観察者８０１だけに限定して表示する装置とし
てヘッドマウント型の表示装置がある。図９はヘッドマ
ウント型表示装置の使用例を示す図である。観察者８０
１はヘアバンド型のホルダ９０２を頭に装着し、ホルダ
９０２に取付けられた小型のヘッドマウント型表示装置
９０３を片目で観察する。

【０００９】上記ヘッドマウント型表示装置９０３の原
理図を図１０に示す。この表示装置は、線状に多数個数
配置された１本のダイオードアレイ１００１、レンズ１
００２および高速に回転する可動ミラー１００３から構
成される。発光ダイオードアレイ１００１からは表示情
報を１ライン分ずつ順次表示させ、１ラインの情報の切
替えに同期して可動ミラー１００３を回転させて１フレ
ーム分の表示情報を形成する。可動ミラーを見ている観
察者は８０１はあたかも発光ダイオードアレイ１００１
が１フレームを構成しているかのように見える。このヘ
ッドマウント型表示装置９０３は、物理的な画面の大き
さは小さいにもかかわらず、Ａ４サイズの画面を見てい
るかのような錯覚に陥るといった利点もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ヘッドマウント型の表示装置は、観察者だけのプライベ
ートな表示装置ではあるが、片目だけでしか表示面を観
察できないし、また、ある程度の重量をもつ装置を頭に
装着しなければならない等観察者にとって負担になるこ
とは回避できなかった。

【００１１】さらに、ヘッドマウント型の表示装置をテ
レビ電話装置へ応用すると、カメラはヘッドマウント型
の表示装置を装着した人物像を常に撮影することにな
り、その画像が相手端末へ送信されるため違和感が生じ
てくる。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の不具合を
解消し、何等特別な装置を観察者に装着せずに、表示画
面を私有化できる視野角制御型表示装置を提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の視野角制御型表
示装置は、面光源と、複数のシャッター領域を含み、各
シャッター領域が電気信号によって光透過領域と光遮断
領域とに切替え可能な光シャッター板と、前記シャッタ
ー板の光透過領域を透過した、前記面光源から出射され
た光を所定の位置へ集光する機能を有するマイクロレン
ズからなる光路制御板と、前記光路制御板からの光を光
源として表示画面を作る透過型表示装置とを有する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、面光源から出射したあらゆる
方向を持つ光のうちの一部が光シャッター板を通過し、
あたかも光シャッター板が点光源あるいは線光源として
作用する。かつ光源上にはマイクロレンズで構成された
光路制御板が覆っているために、光源からの出射光は光
源とマイクロレンズとの位置関係によって決定される観
察位置に集光されることになる。透過型表示装置が光路
制御板と観察位置との間に存在するため、観察位置には
表示画像が到達することになる。したがって、何等特別
な装置を観察者に装着せずに、集光領域においてのみ画
像を観察でき、表示画面を私有化できる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例の視野角制御型表
示装置の構成図である。

【００１７】この視野角制御表示装置は、面光源１０
１、光シャッター板１０２、光路制御板１０３および透
過型表示装置１０４から構成される。光シャッター板１
０２はここでは光シャッター用第１の偏光板１０５とツ
イストネマチック型液晶セル１０６および光シャッター
用第２の偏光板１０７から構成されている。また、透過
型表示装置１０４は表示用ツイストネマチック型液晶セ
ル１０８と表示用第３の偏光板１０９で構成されてい
る。

【００１８】面光源１０１から出射された円偏光をもつ
無指向性の光は、光シャッター板１０２の構成要素であ
る第１の偏光板１０５を通過後、直線偏光に変換され
る。この直線偏光は、ツイストネマチック型液晶セル１
０６中におけるオン状態の画素を通過すると９０度偏光
方向が回転し、一方、オフ状態の画素を通過した後は、
偏光方向は変化せずにそのまま通過する。偏光方向が９
０度変化した光だけが第２の偏光板１０７を通過でき
る。したがって、液晶の偏光制御を利用することによっ
て、光シャッター板１０２で、任意の位置に光通過領域
を作製することができる。通過光は、光シャッター板１
０２での通過位置と光路制御板１０３におけるレンズの
位置関係によって、特定の方向に指向性をもつことにな
る。光路制御板１０３から出射した光は、偏光方向が決
まっているばかりでなく、指向性もそろっている。この
指向性をもつ直線偏光が透過型表示装置１０４において
光源として作用する。ツイスツネマチック型液晶セル１
０８では表示信号に応じて偏光方向を制御し、第３の偏
光板１０９で検光され、表示画像が得られる。この表示
画像は、以上の説明から、特定の観察領域に到達する。
したがって、何等特別な装置を観察者に装着せずに、表
示画面を私有化できる。

【００１９】図２（１）は光路制御板１０３としてのレ
ンチキュラーレンズ２０１と光シャッター板１０２とに
よる光の集光作用を説明するための図で、光シャッター
板１０２の中央付近と左右方向の位置から出た光の光線
追跡をシュミレーションした結果を示している。また、
中央付近の拡大図（図２（２））も合わせて示してあ
る。レンチキュラーレンズ２０１のピッチ中には複数個
のシャッター領域が形成されている。ここでは、一例と
して、中央付近の窓を開（選択された画素２０５）の状
態とした（図２（３））。面光源１０１からの光は窓を
通過し、レンチキュラーレンズ２０１によって中心方向
に広がる。この広がりは、窓の大きさ、あるいはレンチ
キュラーレンズ２０１の厚さと焦点距離との関係によっ
て制御できる。中央付近と同様に、左右の窓を通過した
光も左右各々の方向に広がる。各々の広がった光の重な
り領域が観察領域２０４となる。観察領域２０４以外の
領域にもサイドローブプ２０３による光の広がりが見ら
れる。このサイドローブ２０３はメインローブ２０２を
生じるレンズ以外からの光である。

【００２０】以上の実施例では、光シャッター用ツイス
トネマチック型液晶セル１０８に格子状のシャッター領
域を設けた場合について説明したが、これに限ることは
なく、ストライプ状のシャッター領域を設けても同様に
実施できる。また、光路制御板１０３は互いに直交する
ように配置された２枚のレンチキュラーレンズ２０１で
構成してもよい。

【００２１】図３はブラックストライプ付きレンチキュ
ラーレンズ３０１の断面図である。サイドローブ２０３
を観察領域２０４からより外側に追いやる方法として有
効である。

【００２２】図４はマイクロレンズに使用するレンズ形
態を示す図である。同図（１）はレンチキュラーレンズ
２０１であり、左右、あるいは上下いずれかの指向性が
得られる。同図（２）はハエの目レンズ４０１であり、
左右、上下両方の指向性が得られる。

【００２３】図５は観察者の頭部追跡を行う機能的な構
成例を示している。実線は光の経路であり、破線は電気
信号である。面光源１０１から出射した光は上述したよ
うに指向性をもって透過型液晶装置１０４から出射す
る。指向性は光シャッター板１０２のシャッター領域と
光路制御板１０３のマイクロレンズの位置関係で決定さ
れる。マイクロレンズの位置は固定であるため、シャッ
ター領域を変更することによって指向性を制御できる。
この指向性の制御は、頭部検出器５０１で観察者の頭部
の位置を検出し、観察者の頭部の動きに応じた制御信号
を光シャッター板１０２にフィードバックすることによ
って実現できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は次のような
効果がある。

【００２５】（１）請求項１の発明は、面光源と透過型
表示装置の間に光シャッター板と光路制御板を配置する
ことにより、集光領域においてのみ画像を観察でき、し
たがって何等特別な装置を観察者に装着せずに、表示画
面を私有化できる。

【００２６】（２）請求項２の発明は、光シャッター板
を液晶パネルで構成することにより、液晶の偏光制御を
利用して任意の位置に光通過領域を作製することができ
る。

【００２７】（３）請求項３の発明は、光路制御板をレ
ンチキュラーレンズで構成することにより、サイドロー
ブを観察領域から外側に追いやることができ、かつ左右
あるいは上下いずれかの指向性が得られる。

【００２８】（４）請求項４の発明は、光路制御板をハ
エの目レンズで構成することにより、左右、上下両方の
指向性が得られる。

【００２９】（５）請求項５の発明は、透過型表示装置
に入射する光は進行方向のみならず偏向方向も揃ってい
るため、直線偏光に変換する偏向板が不要となり、従来
装置よりも安価で、表示画面が明るい。

【００３０】（６）請求項６の発明は、頭部検出器を有
することにより、光シャッター板での通過光の指向性を
制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の視野角制御型表示装置の構
成図である。

【図２】光路制御板１０３としてのレンチキュラーレン
ズ２０１と光シャッター板１０２とによる光の集光作用
を説明するための図である。

【図３】ブラックストライプ付きレンチキュラーレンズ
の断面図である。

【図４】マイクロレンズに使用するレンズ形態を示す図
である。

【図５】観察者の頭部追跡を行う機能の構成例を示す図
である。

【図６】液晶表示装置の原理を説明するための図であ
る。

【図７】従来の液晶表示装置における１画素分の断面構
造を示す図である。

【図８】従来の液晶表示装置の使用例を示す図である。

【図９】従来のヘッドマウント型表示装置の使用例を示
す図である。

【図１０】ヘッドマウント型表示装置の原理図である。

【符号の説明】

１０１面光源１０２光シャッター板１０３光路制御板１０４透過型表示装置１０５光シャッター用第１の偏光板１０６光シャッター用ツイストネマチック型液晶セ
ル１０７光シャッター用第２の偏光板１０８表示用ツイストネマチック型液晶セル１０９表示用第３の偏光板２０１レンチキュラーレンズ２０２メインローブ２０３サイドローブ２０４観察領域２０５選択された画素３０１ブラックストライプ付きレンチキュラーレン
ズ４０１ハエの目レンズ５０１頭部検出器６０１第１の偏光板６０２ツイストネマチック型液晶セル６０３第２の偏光板６０４円偏光７０１ガラス基板７０２液晶７０３透明電極７０４配向膜８０１観察者８０２表示装置９０２ホルダ９０３ヘッドマウント型表示装置１００１発光ダイオードアレイ１００２レンズ１００３可動ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一之瀬進東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面光源と、複数のシャッター領域を含み、各シャッター領域が電気
信号によって光透過領域と光遮断領域とに切替え可能な
光シャッター板と、前記シャッター板の光透過領域を透過した、前記面光源
から出射された光を所定の位置へ集光する機能を有する
マイクロレンズからなる光路制御板と、前記光路制御板からの光を光源として表示画面を作る透
過型表示装置とを有する視野角制御型表示装置。
【請求項２】前記光シャッター板は、第１の偏光板、
液晶からなる偏光制御素子、および第２の偏光板を構成
要素とする液晶パネルであり、該液晶パネルには格子状
あるいはストライプ状のシャッター領域が形成され、該
シャッター領域は電気信号によって制御できる請求項１
記載の視野角制御型表示装置。
【請求項３】前記光路制御板は、１枚のレンチキュラ
ーランズ、あるいは互いに直交するように配置された２
枚のレンチキュラーレンズから構成され、該レンズの１
ピッチ領域にシャッター領域を複数個含む請求項１また
は２に記載の視野角制御型表示装置。
【請求項４】前記光路制御板はハエの目レンズから構
成され、該レンズの１ピッチ領域にシャッター領域を複
数個含む請求項１または２に記載の視野角制御装置。
【請求項５】前記透過型表示装置は、液晶からなる偏
光制御素子と第３の偏光板を最小構成要素とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載の視野角制御型表示装置。
【請求項６】観察者の頭の位置を検出する頭部検出器
を有し、観察者の頭部の動きに応じた、前記頭部検出器
から光シャッター板への制御信号によって観察領域が移
動できる請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制
御型表示装置。