JPWO2008029891A1 - 画像表示装置、電子機器およびパララックスバリア素子 - Google Patents

Abstract

パララックスバリア素子を備えた画像表示装置において、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現する。本発明による画像表示装置は、第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有する表示パネルと、同一平面内で交互に配置された複数の遮光部および複数の透光部を含み、第１画素群から出射した表示光と第２画素群から出射した表示光とを分離するパララックスバリア素子とを備えている。パララックスバリア素子は、複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有する。

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、パララックスバリア素子を備えた画像表示装置に関する。

２次元画像を表示する画像表示装置を用いて立体映像を表示する代表的な方法の１つは、パララックスバリア方式である。パララックスバリア方式とは、画像表示装置の前面または後面に、遮光部と透光部とを交互に配置した帯（バリア）を設け、このバリアを通して表示面を観察することにより、立体視を実現する方式である。

特許文献１は、液晶表示パネルの観察者側にパララックスバリア素子を備えた立体画像表示装置を開示している。

図３５に、特許文献１に開示されている画像表示装置４００を模式的に示す。画像表示装置４００は、図３５に示すように、観察者側から、パララックスバリア素子４１０、液晶表示パネル４２０およびバックライト４３０を備えている。液晶表示パネル４２０は、駆動用の電極や配線、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタ等を備える一対のガラス基板４２１および４２２によって、液晶層４２３が挟み込まれた構成を有している。液晶表示パネル４２０の光入射面および光出射面にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されている。液晶表示パネル４２０は、複数の画素を有し、各画素の液晶層４２３に電圧を印加することにより光の偏光状態を変化させて表示を行う。

液晶表示パネル４２０は、図３５において『左』の文字を付した画素に左眼用の映像を、『右』の文字を付した画素に右眼用の映像を表示する。パララックスバリア素子４１０は、その遮光部で液晶表示パネル４２０からの光を遮るため、液晶表示パネル４２０からの画像は、パララックスバリア素子４１０の透光部を通してのみ観察者によって観察される。このとき、パララックスバリア素子４１０のパターンおよび配置を適切に設定することにより、観察者の右眼は『右』画素によって表示される映像のみ、左眼は『左』画素によって表示される映像のみを見ることができる。『左』画素および『右』画素によってそれぞれ表示される映像には視差が与えられているので、観測者は立体視を行うことができる。

また、近年、パララックスバリア素子を用いて複数の観察者にそれぞれ異なった画像を視認させる画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置は、「デュアルビュー表示装置」と呼ばれることもある。立体画像表示装置が、一人の観察者の右眼と左眼とに異なった画像を視認させるのに対し、デュアルビュー表示装置は、複数の観察者のそれぞれに異なった画像を視認させる。つまり、デュアルビュー表示装置は、立体画像装置よりも離れた位置に（つまり大きな角度で）画像を分離する。デュアルビュー表示装置は、非常に単純に言うと、立体画像表示装置におけるパララックスバリア素子と画素との距離を短くすることにより得られる。

デュアルビュー表示装置の例を図３６に示す。図３６に示すデュアルビュー表示装置５００は、パララックスバリア素子５１０、液晶表示パネル５２０およびバックライト５３０を備えている。

液晶表示パネル５２０は、アクティブマトリクス基板５２１と、カラーフィルタ基板５２２と、これらの間に設けられた液晶層５２３とを有している。アクティブマトリクス基板５２１には、画素電極やＴＦＴ（不図示）が設けられている。また、カラーフィルタ基板５２２には、カラーフィルタ５２４やブラックマトリクス５２５が設けられている。

パララックスバリア素子５１０は、ガラス基板５０３上に交互に配置された複数の遮光部５０１および複数の透光部５０２を有している。パララックスバリア素子５１０は、樹脂層５０５を介して液晶表示パネル５２０のカラーフィルタ基板５２２に直接貼り付けられており、そのことによってパララックスバリア素子５１０と画素（カラーフィルタ５２４）との距離が短くなっている。

アクティブマトリクス基板５２１のバックライト５３０側およびパララックスバリア素子５１０のガラス基板５０３の観察者側に、一対の偏光板５４１および５４２が設けられている。

液晶表示パネル５２０は、第１の画像を表示する第１画素群と、第２の画像を表示する第２画素群とを有しており、第１画素群から出射する表示光と第２画素群から出射する表示光とがパララックスバリア素子５１０によって分離されることにより、複数の観察者に異なる画像を視認させることができる。
特開平１０−２６８２３０号広報

しかしながら、パララックスバリア素子を備えた画像表示装置では、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を行うことが難しいという問題がある。

図３７（ａ）および（ｂ）に示すように、パララックスバリア素子５１０を備えた画像表示装置では、第１画素群に属する画素Ｐ１からの表示光のみが届く領域Ａと、第２画素群に属する画素Ｐ２からの表示光のみが届く領域Ｂと、画素Ｐ１からの表示光および画素Ｐ２からの表示光の両方が届く領域Ｃが存在する。領域Ｃでは、第１画素群に属する画素Ｐ１からの表示光と第２画素群に属する画素Ｐ２からの表示光とが混ざり合うため、正常な視認が難しく、この領域Ｃはクロストーク領域とも呼ばれる。

クロストーク領域Ｃを狭くするためには、図３７（ａ）と図３７（ｂ）との比較からもわかるように、パララックスバリア素子５１０の透光部５０２の幅を狭くすればよい。図３７（ａ）に示すように、透光部５０２の幅を狭くすることによって、クロストーク領域Ｃを狭くし、正常な視認が可能な領域（以下では単に「正視領域」と呼ぶ。）Ａ、Ｂを広くすることができる。

ところが、透光部５０２の幅を狭くすることは、遮光部５０１の幅を広くすることにほかならないので、透光部５０２の幅を狭くして正視領域Ａ、Ｂを広くすると、表示輝度が低下して暗い表示となってしまう。一方、図３７（ｂ）に示すように、透光部５０２の幅を広くすると、表示輝度は高くなるものの、クロストーク領域Ｃが広くなって正視領域Ａ、Ｂは狭くなってしまう。このように、視認範囲と輝度とはトレードオフの関係にあり、両方を高くすることはできなかった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パララックスバリア素子を備えた画像表示装置において、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することにある。

本発明による画像表示装置は、第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有する表示パネルと、同一平面内で交互に配置された複数の遮光部および複数の透光部を含み、前記第１画素群から出射した表示光と前記第２画素群から出射した表示光とを分離するパララックスバリア素子とを備え、前記パララックスバリア素子は、前記複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有する。

ある好適な実施形態において、前記集光素子は、レンズである。

ある好適な実施形態において、本発明による画像表示装置は、前記レンズの前記表示パネル側の表面に接する樹脂層を有し、前記レンズの屈折率と、前記樹脂層の屈折率とは異なる。

ある好適な実施形態において、前記レンズの屈折率は、前記樹脂層の屈折率よりも高い。

ある好適な実施形態において、前記樹脂層の厚さは、前記レンズの厚さよりも大きい。

ある好適な実施形態において、前記樹脂層は、紫外線硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤または熱硬化型接着剤から形成されている。

ある好適な実施形態において、本発明による画像表示装置は、前記レンズの前記表示パネル側の表面に接する空気層を有する。

ある好適な実施形態において、前記レンズは、曲面形状を有するレンズまたはプリズムである。

ある好適な実施形態において、前記レンズは、所定の曲率半径を有する凸レンズである。

ある好適な実施形態において、前記凸レンズは、レンチキュラレンズである。

ある好適な実施形態において、前記複数の遮光部および複数の透光部は、ストライプ状に配列されている。

ある好適な実施形態において、前記複数の遮光部および複数の透光部は、千鳥状に配列されている。

ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、液晶層を含む液晶表示パネルである。

本発明による電子機器は、上記構成を有する画像表示装置を備える。

本発明による電子機器は、カーナビゲーションシステムであってもよい。

本発明によるパララックスバリア素子は、同一平面内で交互に配置された複数の遮光部および複数の透光部を含むパララックスバリア素子であって、前記複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有する。

ある好適な実施形態において、前記集光素子は、レンズである。

本発明による画像表示装置のパララックスバリア素子は、複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有しているので、表示パネルの第１画素群から出射した表示光および第２画素群から出射した表示光の輝度分布をそれぞれ狭くすることができる。従って、表示光が混ざり合うクロストーク領域を狭くして正視領域を広くすることができるので、透光部の幅を広くして輝度を向上しても十分な視認範囲を確保することができ、そのため、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することができる。

本発明の好適な実施形態における画像表示装置１００を模式的に示す断面図である。 パララックスバリア素子によって画像（表示光）が分離される様子を模式的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、比較例の画像表示装置における分離された表示光の輝度分布を示すグラフである。 画像表示装置１００における分離された表示光の輝度分布を示すグラフである。 本発明の好適な実施形態における他の画像表示装置１００Ａを模式的に示す断面図である。 本発明の好適な実施形態におけるさらに他の画像表示装置１００Ｂを模式的に示す断面図である。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．０５であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．１０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．１５であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．２０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．２５であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．３０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．３５であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．４０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．１５で、透光部の幅が７０μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．２０で、透光部の幅が７７μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．２５で、透光部の幅が８４μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．３０で、透光部の幅が９１μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．３５で、透光部の幅が９７μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと樹脂層の屈折率ｎ_Rとの差Δｎが０．４０で、透光部の幅が１０５μｍであるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと空気層の屈折率ｎ_Aとの差Δｎが０．５０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと空気層の屈折率ｎ_Aとの差Δｎが０．６０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと空気層の屈折率ｎ_Aとの差Δｎが０．７０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 レンズの屈折率ｎ_Lと空気層の屈折率ｎ_Aとの差Δｎが０．８０であるときの表示光の輝度分布を示すグラフである。 （ａ）〜（ｇ）は、レンズを有するパララックスバリア素子の製造工程を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、レンズを有するパララックスバリア素子の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、レンズを有するパララックスバリア素子の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、パララックスバリア素子と液晶表示パネルとの貼り合わせ工程を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、パララックスバリア素子と液晶表示パネルとの貼り合わせ工程を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、パララックスバリア素子と液晶表示パネルとの貼り合わせ工程を模式的に示す工程断面図である。 （ａ）は液晶表示パネルの画素の配列（カラーフィルタの配列）の一例を示す図であり、（ｂ）はパララックスバリア素子の遮光部、透光部およびレンズの配列の一例を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示す配列と（ｂ）に示す配列とを重ね合わせたものを示す図である。 （ａ）は液晶表示パネルの画素の配列（カラーフィルタの配列）の一例を示す図であり、（ｂ）はパララックスバリア素子の遮光部、透光部およびレンズの配列の一例を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示す配列と（ｂ）に示す配列とを重ね合わせたものを示す図である。 図３２に示す配列を採用した場合に発生する現象を説明するための図である。 本発明の好適な実施形態における画像表示装置１００を模式的に示す断面図である。 立体画像表示装置４００を模式的に示す断面図である。 デュアルビュー表示装置５００を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、パララックスバリア素子によって画像（表示光）が分離される様子を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 遮光部
２ 透光部
３ 透明基板
４ レンズ（集光素子）
４Ａ プリズム（集光素子）
５ 樹脂層
６ 空気層
７ シール部材
８ 両面テープ
１０ パララックスバリア素子
２０ 液晶表示パネル
２１ アクティブマトリクス基板
２２ カラーフィルタ基板
２３ 液晶層
２４ カラーフィルタ
２５ ブラックマトリクス
３０ バックライト（照明素子）
４１、４２ 偏光板

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に、本実施形態における画像表示装置１００を示す。画像表示装置１００は、複数の観察者のそれぞれに異なる画像を視認させ得るデュアルビュー表示装置である。

画像表示素子１００は、図１に示すように、観察者側から順に、パララックスバリア素子１０、液晶表示パネル２０およびバックライト（照明素子）３０を備えている。

バックライト３０は、光源を含んでおり、液晶表示パネル２０に向けて光を出射する。バックライト３０は、直下型のバックライトであってもよいし、導光板を有するエッジライト型のバックライトであってもよい。バックライト３０の光源としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの様々な光源を用いることができる。

液晶表示パネル２０は、アクティブマトリクス基板２１およびカラーフィルタ基板２２と、これらの間に設けられた液晶層２３とを有する。アクティブマトリクス基板２１上には、画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが形成されている（不図示）。また、カラーフィルタ基板２２上には、カラーフィルタ２４やブラックマトリクス２５、対向電極（不図示）が形成されている。液晶表示パネル２０の表示モードとしては、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モードなど種々の表示モードを用いることができる。

液晶表示パネル２０は、第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有する。第１の画像および第２の画像は、異なる観察者に視認させるための異なる画像である。例えば画像表示装置１００がカーナビゲーションシステムに用いられる場合には、第１の画像は運転者用の画像であり、第２の画像は助手席に座る者用の画像である。

パララックスバリア素子１０は、同一平面内で交互に配置された複数の遮光部１および複数の透光部２を含み、第１画素群から出射した表示光と第２の画素群から出射した表示光とを分離する。遮光部１および透光部２は、透明基板（例えばガラス基板やプラスチック基板）３の液晶表示パネル２０側の表面に、パターニングされた遮光層を設けることによって形成されている。

アクティブマトリクス基板２１のバックライト３０側およびパララックスバリア素子１０の透明基板３の観察者側に、一対の偏光板４１および４２が設けられている。なお、偏光板４１および４２は、液晶層２３よりもバックライト３０側および液晶層２３よりも観察者側に一枚ずつ設けられていればよく、偏光板４１および４２の配置はここで例示したものに限定されない。

本実施形態におけるパララックスバリア素子１０は、図１に示すように、複数の透光部２のそれぞれに集光素子として設けられたレンズ４を有する。レンズ４は、具体的には、所定の曲率半径を有する凸レンズであり、例えばかまぼこ状のレンチキュラレンズである。

パララックスバリア素子１０は、レンズ４を覆うように設けられた樹脂層５によってカラーフィルタ基板２２の観察者側の表面に接合されている。樹脂層５は、例えば、紫外線硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤または熱硬化型接着剤から形成されており、パララックスバリア素子１０を液晶表示パネル２０に接合するべく、その厚さがレンズ４の厚さよりも大きくなるように設けられている。

本実施形態における画像表示装置１００のパララックスバリア素子１０は、透光部２に設けられたレンズ（集光素子）４を有しているので、図２に示すように、カラーフィルタ２４を通過した光を正面方向に集光することができ、第１画素群に属する画素Ｐ１から出射した表示光および第２画素群に属する画素Ｐ２から出射した表示光の輝度分布をそれぞれ狭くすることができる。従って、表示光が混ざり合うクロストーク領域を狭くして正視領域を広くすることができるので、透光部２の幅を広くして輝度を向上しても十分な視認範囲を確保することができる。そのため、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することができる。また、レンズ（集光素子）４は、透光部２に設けられているので、遮光部１および透光部２から形成されるバリアパターンと実質的に同一平面内に位置している。そのため、集光された光がバリアパターンを通過する前に他の部材によって散乱されることもなく、クロストーク領域を効果的に低減することができる。

以下、集光素子を設けることによる効果を具体例に基づいて説明する。

まず、集光素子を備えていない比較例の画像表示装置における表示光の輝度分布を図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）および（ｂ）は、視角（Viewing Angle）と輝度（Brightness）との関係を示すグラフであり、図３（ａ）は、図３７（ａ）に示した透光部の幅が狭い構成（比較例１）に対応し、図３（ｂ）は、図３７（ｂ）に示した透光部の幅が広い構成（比較例２）に対応する。なお、図３（ａ）および（ｂ）においては、第１画素群に属する画素Ｐ１からの表示光の輝度分布を実線で示し、第２画素群に属する画素Ｐ２からの表示光の輝度分布を点線で示している。また、比較例１および比較例２の画像表示装置の仕様は、それぞれ表１および表２に示す通りである。

表１および表２に示すように、比較例１と比較例２とでは、透光部および遮光部の幅のみが異なっている。クロストーク領域を狭くして視認範囲を広くするために比較例１のように透光部の幅を４０μｍと狭くすると、図３（ａ）に示すように、１０°〜５５°程度の視認範囲を確保できるものの、ピーク輝度は３５０ｃｄ／ｍ²程度と低くなってしまう。

一方、輝度を向上させるために比較例２のように透光部の幅を６５μmまで広げると、図３（ｂ）に示すように、クロストーク領域が広くなって視認範囲が２５°〜４５°程度と狭くなってしまう。また、輝度に関しては、ピーク輝度が４８０ｃｄ／ｍ²と高くなっているものの、輝度のピーク（視角２０°〜２５°付近）はクロストーク領域内に位置しているので、実際にはこのような高い輝度で画像を観察することはできず、正視領域内での輝度は、透光部の幅が狭い場合と実質上ほとんど変わらない。

上述したように、パララックスバリア素子の透光部に集光素子が設けられていない画像表示装置では、高い輝度と広い視認範囲とを両立することができない。

次に、集光素子としてレンズ４を備えた画像表示装置１００における表示光の輝度分布を図４に示す。図４においても、第１画素群に属する画素Ｐ１からの表示光の輝度分布を実線で示し、第２画素群に属する画素Ｐ２からの表示光の輝度分布を点線で示している。また、用いた画像表示装置１００の仕様は、表３に示す通りである。

表３に示すように、画像表示装置１００は比較例２と透光部および遮光部の幅は同じである。それにも関わらず、画像表示装置１００では、図４に示すように、比較例２に比べてクロストーク領域の幅が狭くなっており、１０°〜６０°程度の広い視認範囲が確保されている。また、ピーク輝度も６００ｃｄ／ｍ²と高くなっている。このように、透光部２に集光素子を設けることにより、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することができる。

なお、集光素子であるレンズ４とレンズ４の液晶表示パネル２０側の表面に接する樹脂層５との界面で光を屈折させるために、表３にも示しているように、レンズ４の屈折率と樹脂層５の屈折率とは異なっており、レンズ４の屈折率は、樹脂層５の屈折率よりも高い。

レンズ４と樹脂層５との界面で光を十分に屈折させるためには、レンズ４と樹脂層５との屈折率の差は少なくとも０．０５以上あることが好ましい。また、屈折率差が大きいほどレンズ４の集光作用が強くなるので、レンズ４の屈折率と樹脂層５の屈折率との差は大きいほど好ましい。

樹脂層５の材料として例えば紫外線硬化型のアクリレート系材料を用いた場合、屈折率は一般には１．５程度であるが、フッ素系の置換基を導入することによって屈折率をより低くすることができる。樹脂層５の接着性も考慮すると、屈折率はおおよそ１．３５程度まで低くすることができる。

一方、レンズ４を後述するようにフォトリソグラフィープロセスにより形成する場合には、レンズ４の材料としてやはり紫外線硬化型のアクリレート系材料を用いることができる。アクリレート系材料の一般的な屈折率は、既に述べたように１．５程度であるが、屈折率の高い成分（例えば硫黄系の置換基）を導入することにより、屈折率を１．６０程度まで高くすることができる。また、屈折率の高い金属ナノ粒子（例えばジルコニア）をレンズ材料中に分散させることにより、屈折率をさらに１．８０程度まで高くすることができる。

上述した低屈折率の樹脂層材料と高屈折率のレンズ材料とを用いることにより、レンズ４と樹脂層５との屈折率差を０．４５程度まで高くすることができる。また、図５および図６に示す画像表示装置１００Ａおよび１００Ｂのように、レンズ４の液晶表示パネル２０側の表面に接するような空気層６を設けると、より大きな屈折率差を実現できる。空気層６の屈折率はほぼ１．０であるので、空気層６を設けることにより、レンズ４とそれに接する空気層６との屈折率差を０．８程度まで大きくすることが可能になり、より強い集光作用を得ることができる。

なお、空気層６を設ける場合、図５に示すように、カラーフィルタ基板２２の外周近傍に設けた枠状のシール部材７によってパララックスバリア素子１０を液晶表示パネル２０に接合してもよいし、あるいは、図６に示すように、カラーフィルタ基板２２上に設けた両面テープ８によってパララックスバリア素子１０を液晶表示パネル２０に接合してもよい。

続いて、レンズ４と樹脂層５との屈折率差やレンズ４と空気層６との屈折率差を大きくすることによる効果を具体例に基づいて説明する。

図７〜図１４に、レンズ４と樹脂層５との屈折率差を変化させたときの表示光の輝度分布を示す。ここでは、樹脂層５の屈折率を約１．４０に固定し、レンズ４の屈折率を約１．４５から約１．８０まで変化させた。用いた画像表示装置の仕様は、表４に示す通りであり、図７〜図１４中には、レンズ４の屈折率ｎ_L、樹脂層５の屈折率ｎ_Rおよびこれらの差Δｎの値も示している。

図７〜図１４に示すように、レンズ４と樹脂層５との屈折率差が大きくなるにつれて、ピーク輝度（３０°付近の輝度）はほとんど変化することなく、視認範囲が広く（つまりクロストーク領域が狭く）なっている。これは、レンズ４と樹脂層５との屈折率差が大きくなるほど、レンズ４の集光作用が強くなるためである。

なお、図７〜図１４には、明るさをほとんど変化させずに視認範囲を広くする例を示したが、これとは逆に、視認範囲をほとんど変化させずに明るさを向上させることもできる。

図１５〜図２０に、このような例を示す。図１５〜図２０も、図７〜図１４と同様にレンズ４と樹脂層５との屈折率差を変化させたときの表示光の輝度分布を示しているが、表５に示すように視認範囲を一定に保ったままで透光部２の幅を変化させている点において、図７〜図１４と異なっている。

図１５〜図２０に示すように、レンズ４と樹脂層５との屈折率差が大きくなるにつれて、視認範囲はほとんど変化することなく、ピーク輝度（３０°付近の輝度）が高くなり、明るさが向上している。これは、レンズ４と樹脂層５との屈折率差が大きくなるほど、レンズ４の集光作用が強くなるためである。

また、図２１〜図２４に、レンズ４と空気層６との屈折率差を変化させたときの表示光の輝度分布を示す。ここでは、空気層６の屈折率を約１．００に固定し、レンズ４の屈折率を約１．４５から約１．８０まで変化させた。用いた画像表示装置の仕様は、表６に示す通りであり、図２１から図２４中には、レンズ４の屈折率ｎ_L、空気層６の屈折率ｎ_Aおよびこれらの差Δｎも示している。

図２１〜図２４に示すように、レンズ４と空気層６との屈折率差が大きくなるにつれて、視認範囲が広く（つまりクロストーク領域が狭く）なっている。これは、レンズ４と空気層６との屈折率差が大きくなるほど、レンズ４の集光作用が強くなるためである。なお、レンズ４と空気層６との屈折率差が大きくなるにつれて、ピーク輝度（３０°付近の輝度）がやや低下しているのは、レンズ４と空気層６との屈折率差が大きくなることによって、レンズ４と空気層６との界面での光反射率が高くなったためである。

上述したように、レンズ４と樹脂層５との屈折率差あるいはレンズ４と空気層６との屈折率差を大きくしてレンズ４の集光作用を強くすることによって、明るさの向上および／または視認範囲の拡大を図ることができる。

次に、レンズ（集光素子）４を有するパララックスバリア素子１０の製造方法を図２５（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。図２５（ａ）〜（ｇ）は、パララックスバリア素子１０の製造工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図２５（ａ）に示すように、透明基板（例えばガラス基板）３上に感光性を有する黒色フィルム１’をローラーを用いて熱転写する。黒色フィルム１’としては、例えば、厚さが４μｍ程度でＯＤ（光学濃度）値が４程度のものを用いることができる。なお、ここでは透明基板３上に黒色フィルム１’を熱転写する方法を例示しているが、これに限定されず、黒色のワニスをスピンコートやスリットコート、インクジェットなどで塗布してもよい。

次に、図２５（ｂ）に示すように、黒色フィルム１’にフォトマスク５０を介して紫外線を照射し、露光を行う。黒色フィルム１’は、ネガ型の材料から形成されていてもよいし、ポジ型の材料から形成されていてもよい。

続いて、現像を行って黒色フィルム１’をパターニングすることにより、図２５（ｃ）に示すように、遮光部１と透光部２とが交互に配置されたバリアパターンが形成される。このとき、バリアパターンを形成するのと同時に、レンズ形成用のアライメントパターンや、貼り合せ（パララックスバリア素子１０と液晶表示パネル２０との貼り合わせ）用のアライメントパターンなどを同時に形成しておくことが好ましい。

その後、図２５（ｄ）に示すように、バリアパターンを形成した透明基板３上にレンズ形成用の感光性を有する透明フィルム４’を熱転写する。透明フィルム４’としては、例えば、厚さが３０μｍ程度のものを用いることができる。なお、バリアパターンを形成するための材料層（黒色フィルム１’）について説明したのと同様に、レンズを形成するための材料層は、ここで例示した方法に限定されず、種々の方法を用いて形成することができる。

次に、図２５（ｅ）に示すように、透明フィルム４’にグレーマスク５１を介して紫外線を照射して階調露光を行い、続いて現像を行うことによって、図２５（ｆ）に示すように、透明フィルム４’を大まかなレンズ形状に成形する。

最後に、現像後の透明フィルム４’を高温に加熱してリフローさせることにより、透光部２にレンズ４が形成される。このようにして、集光素子としてのレンズ４を有するパララックスバリア素子１０が得られる。

なお、図２５（ｅ）および（ｆ）に示した工程に変えて、図２６（ａ）および（ｂ）に示す工程を採用してもよい。具体的には、図２６（ａ）に示すように、通常のフォトマスク５２を用いて露光を行った後に、図２６（ｂ）に示すように現像を行い、その後、図２５（ｇ）に示したようにリフロー工程を実行してもよい。図２５（ｅ）や図２６（ａ）に示したようにフォトマスク（グレーマスク５１や通常のフォトマスク５２）を用いて露光を行う場合には、あらかじめ（具体的にはバリアパターンを形成する際に）形成しておいたアライメントマーカーでフォトマスクをアライメントすることにより、所望の位置にパターニングを施すことができる。

あるいは、図２５（ｅ）および（ｆ）に示した工程に変えて、図２７（ａ）および（ｂ）に示す工程を採用してもよい。具体的には、図２７（ａ）および（ｂ）に示すように、透明基板３の裏面（バリアパターンが形成されていない方の面）から紫外線を照射してバリアパターンをマスクとして露光・現像し、その後、図２５（ｇ）に示したリフロー工程を実行することによって、遮光部１間の透光部２に自己整合的にレンズ４を形成してもよい。

続いて、パララックスバリア素子１０と液晶表示パネル２０との貼り合わせ方法を図２８（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。図２８（ａ）〜（ｆ）は、パララックスバリア素子１０と液晶表示パネル２０との貼り合わせ工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図２８（ａ）に示すような液晶表示パネル２０を用意し、続いて、図２８（ｂ）に示すように、この液晶表示パネル２０のカラーフィルタ基板２２をケミカルエッチングや研削により薄くする。なお、ここでは、完成した液晶表示パネル２０に対してカラーフィルタ基板２２の薄板化処理を行っているが、液晶表示パネル２０の製造工程のある段階でカラーフィルタ基板２２を薄板化してもよい。

次に、図２８（ｃ）に示すように、カラーフィルタ基板２２上に樹脂材料を塗布することによって樹脂層５を形成する。樹脂材料は、スピンコート、スリットコート、インクジェットなど種々の方法を用いて塗布することができる。また、樹脂材料から形成されたフィルムを貼り付けることによって樹脂層５を形成してもよい。

続いて、図２８（ｄ）に示すように、液晶表示パネル２０とパララックスバリア素子１０とを樹脂層５を介して貼り合わせる。このとき、貼り合わせを減圧下（略真空中）で行うことにより、樹脂層５への気泡の混入が防止される。勿論、大気中で貼り合わせを行ってもよいが、その場合でも、気泡の混入が防止されるような方法や材料を用いることが好ましい。

次に、図２８（ｅ）に示すように、パララックスバリア素子１０のバリアパターンと、液晶表示パネル２０の画素パターンとのアライメントを行う。このアライメントは、例えば、パララックスバリア素子１０の透明基板３と液晶表示パネル２０とにそれぞれあらかじめ形成しておいたアライメントマーカーをカメラで認識することにより行うことができる。

その後、樹脂層５を所定の方法で硬化させることによって貼り合わせが完了する。樹脂層５の材料として紫外線硬化型接着剤を用いる場合には、図２８（ｆ）に示すように、紫外線を照射することによって硬化を行えばよい。樹脂層５の材料として、可視光硬化型接着剤を用いる場合には可視光を照射すればよいし、熱硬化型接着剤を用いる場合には加熱処理を行えばよい。

図２８（ａ）〜（ｆ）には、レンズ４に接するように樹脂層５が設けられる場合の貼り合わせ方法を示したが、樹脂層５に代えて空気層６を設ける場合には、例えば図２９（ａ）〜（ｆ）に示す工程により貼り合わせを行うことができる。

まず、図２９（ａ）に示すような液晶表示パネル２０を用意し、続いて、図２９（ｂ）に示すように、この液晶表示パネル２０のカラーフィルタ基板２２をケミカルエッチングや研削により薄くする。

次に、図２９（ｃ）に示すように、カラーフィルタ基板２２上に枠状のシール部材７を形成する。シール部材７の材料としては、紫外線硬化型接着剤や可視光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤などを用いることができる。なお、ここでは液晶表示パネル２０のカラーフィルタ基板２２上にシール部材７を形成したが、パララックスバリア素子１０の透明基板３上にシール部材７を形成してもよい。

続いて、図２９（ｄ）に示すように、液晶表示パネル２０とパララックスバリア素子１０とを樹脂層５を介して貼り合わせる。この貼り合わせは、真空中で行ってもよいし、大気中や減圧下で行ってもよい。

次に、図２９（ｅ）に示すように、パララックスバリア素子１０のバリアパターンと、液晶表示パネル２０の画素パターンとのアライメントを行い、その後、シール部材７を所定の方法で硬化させることによって貼り合わせが完了する。例えばシール部材７の材料として紫外線硬化型接着剤を用いる場合には、図２９（ｆ）に示すように、紫外線を照射することによって硬化を行えばよい。

あるいは、図３０（ａ）〜（ｅ）に示す工程により貼り合わせを行ってもよい。

まず、図３０（ａ）に示すような液晶表示パネル２０を用意し、続いて、図３０（ｂ）に示すように、この液晶表示パネル２０のカラーフィルタ基板２２をケミカルエッチングや研削により薄くする。

次に、図３０（ｃ）に示すように、カラーフィルタ基板２２上に両面テープ８を貼り付ける。両面テープ８は、粘着型のものであってもよいし、接着型のものであってもよい。

続いて、図３０（ｄ）に示すように、液晶表示パネル２０とパララックスバリア素子１０とを樹脂層５を介して貼り合わせる。この貼り合わせは、真空中で行ってもよいし、大気中や減圧下で行ってもよい。なお、両面テープ８を用いる場合には、貼り合わせ後にアライメントを行うことができないため、貼り合わせを行う前にバリアパターンと画素パターンとのアライメントを行っておくことが好ましい。

その後、必要に応じて両面テープ８を硬化させることによって貼り合わせが完了する。紫外線硬化型の両面テープ８を用いる場合には、図３０（ｅ）に示すように、紫外線を照射することによって硬化を行えばよい。熱硬化型の両面テープ８を用いる場合には、加熱処理を行えばよいし、粘着型の両面テープ８を用いる場合には、硬化処理そのものが不要である。

次に、液晶表示パネル２０の画素の配列やパララックスバリア素子１０のバリアパターンの配列の例を説明する。図３１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に、好ましい配列の一例を示す。図３１（ａ）は、液晶表示パネル２０の画素の配列（カラーフィルタの配列）を示し、図３１（ｂ）は、パララックスバリア素子１０の遮光部１、透光部２およびレンズ４の配列を示し、図３１（ｃ）は、これらを重ね合わせたものを示している。

図３１（ａ）に示す例では、第１画素群に属する複数の画素Ｐ１および第２画素群に属する複数の画素Ｐ２は、それぞれ列方向に延びるストライプ状に配置されており、画素Ｐ１と画素Ｐ２とが行方向に沿って交互に配置されている。これに対応するように、パララックスバリア素子１０の複数の遮光部１および透光部２とレンズ４は、図３１（ｂ）および（ｃ）に示すように、ストライプ状に配列されている。

図３２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に、好ましい配列の他の一例を示す。図３２（ａ）に示す例では、第１画素群に属する画素Ｐ１と第２画素群に属する画素Ｐ２とは、行方向に沿っても交互に配置されているし、列方向に沿っても交互に配置されている。つまり、画素Ｐ１および画素Ｐ２は、それぞれ千鳥状に配置されている。これに対応するように、パララックスバリア素子１０の複数の遮光部１および透光部２とレンズ４は、図３２（ｂ）および（ｃ）に示すように、千鳥状に配列されている。

図３１に示すストライプ配列および図３２に示す千鳥配列のいずれを用いてもよい。図３２に示す千鳥配列を用いると、画素の配置がデルタ状になるので、よりきめ細やかな画像の表示が可能になる。ただし、千鳥配列を用いると、水平方向だけでなく垂直方向（図３２（ｃ）中に矢印で示す方向）についても遮光部１および透光部２が交互に配置されるので、水平方向だけでなく垂直方向にも画像が分離されてしまう。そのため、例えば、図３３に示すように、正面方向から第１の画像を観察している観察者が垂直方向に頭を動かすと、第２の画像が観察されてしまう。つまり、千鳥配列を用いると、垂直方向の視認範囲が制限されてしまう。図３１に示すストライプ配列を用いると、このような現象は発生せず、垂直方向における視認範囲が制限されることはない。

なお、本実施形態では、集光素子として、曲面形状を有するレンズ４を例示したが、集光素子はこれに限定されるわけではない。集光機能を有する素子を透光部２に設けることによって同様の効果を得ることができる。集光素子として用いられる「レンズ」は、広義のレンズであればよく、図１に示したような曲面形状を有するレンズ４（つまり狭義のレンズ）の他、図３４に示すようなプリズム４Ａを用いてもよい。曲面形状を有するレンズ４は、複数の平面から構成されるプリズム４Ａに比べ、集光作用が強いので、広い視認範囲を維持しながら高輝度化を実現しやすい。

また、本実施形態では、表示パネルとして液晶表示パネル２０を例示したが、表示パネルは液晶表示パネルに限定されるわけではない。表示パネルとしては、種々の表示パネルを用いることができ、有機ＥＬ表示パネルのような、バックライトを必要としない自発光型の表示パネルを用いてもよい。

また、本発明は、例示したようなデュアルビュー表示装置だけでなく、立体画像表示装置にも好適に用いられる。パララックスバリア素子を備えた立体画像表示装置においても、透光部に集光素子を設けることにより、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することができる。立体画像表示装置においては、第１画素群が表示する第１の画像は右眼用の画像であり、第２画素群が表示する第２の画像は左眼用の画像である。

本発明によると、パララックスバリア素子を備えた画像表示装置において、明るく、且つ、視認範囲の広い表示を実現することができる。本発明による画像表示装置は、カーナビゲーションシステムをはじめとする種々の電子機器に好適に用いられる。

Claims (17)

1. 第１の画像を表示するための第１画素群および第２の画像を表示するための第２画素群を有する表示パネルと、
   同一平面内で交互に配置された複数の遮光部および複数の透光部を含み、前記第１画素群から出射した表示光と前記第２画素群から出射した表示光とを分離するパララックスバリア素子と、を備え、
   前記パララックスバリア素子は、前記複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有する、画像表示装置。
2. 前記集光素子は、レンズである請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記レンズの前記表示パネル側の表面に接する樹脂層を有し、
   前記レンズの屈折率と、前記樹脂層の屈折率とが異なる請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記レンズの屈折率は、前記樹脂層の屈折率よりも高い請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記樹脂層の厚さは、前記レンズの厚さよりも大きい請求項３または４に記載の画像表示装置。
6. 前記樹脂層は、紫外線硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤または熱硬化型接着剤から形成されている請求項３から５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記レンズの前記表示パネル側の表面に接する空気層を有する請求項２に記載の画像表示装置。
8. 前記レンズは、曲面形状を有するレンズまたはプリズムである請求項２から７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記レンズは、所定の曲率半径を有する凸レンズである請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記凸レンズは、レンチキュラレンズである請求項９に記載の画像表示装置。
11. 前記複数の遮光部および複数の透光部は、ストライプ状に配列されている請求項１から１０のいずれかに記載の画像表示装置。
12. 前記複数の遮光部および複数の透光部は、千鳥状に配列されている請求項１から１０のいずれかに記載の画像表示装置。
13. 前記表示パネルは、液晶層を含む液晶表示パネルである請求項１から１２のいずれかに記載の画像表示装置。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の画像表示装置を備えた電子機器。
15. カーナビゲーションシステムである請求項１４に記載の電子機器。
16. 同一平面内で交互に配置された複数の遮光部および複数の透光部を含むパララックスバリア素子であって、
    前記複数の透光部のそれぞれに設けられた集光素子を有するパララックスバリア素子。
17. 前記集光素子は、レンズである請求項１６に記載のパララックスバリア素子。

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