JP2008191325A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の表示特性を得ることが可能な表示装置を提供すること。
【解決手段】レンズアレイユニット２０と、第１基板１１及びこの第１基板１１とレンズアレイユニット２０との間に配置された第２基板１２を貼り合わせた構造でありマトリクス状に配列された画素によって構成された表示エリアＤＡを有する表示ユニット１０と、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間に所定のギャップを形成するギャップ制御層ＧＣＬと、表示ユニット１０の表示エリア外において表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０とを固定する支持体３０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、表示装置に係り、特に、レンズアレイユニットを備えた立体映像表示装置に関する。

動画表示が可能な立体画像表示装置、所謂、３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用の眼鏡等を必要としない方式の要望が高くなっている。このタイプの立体動画表示装置のうち、ホログラフィの原理を利用する方式はフルカラー動画の実現が難しいが、直視型或いは投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置などのような画素位置が固定されている表示ユニット（表示装置）の直前に、表示ユニットからの光線を制御して観察者に向ける光線制御素子を設置する方式は比較的容易に実現できる。

光線制御素子は、一般的にはパララクスバリア或いは視差バリアとも称され、光線制御素子上の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、スリット或いはレンチキュラーレンズシート（シリンドリカルレンズアレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、ピンホールアレイ或いはマトリクス状のレンズからなるレンズアレイが用いられる。視差バリアを用いる方式にも、さらに２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラルフォトグラフィー（以下、ＩＰとも云う）に分類される。これらの基本的な原理は、１００年程度前に発明され立体写真に用いられてきたものと実質上同一である。

このうちＩＰ方式は、視点位置の自由度が高く、容易に立体視が可能となるという特徴がある。水平視差のみで垂直視差のない１次元ＩＰ方式では、非特許文献１に記載されているように、解像度の高い表示装置の実現も比較的容易である。これに対し、２眼方式や多眼方式では、立体視できる視点位置の範囲、すなわち視域が狭く、見にくいという問題があるが、立体画像表示装置としての構成としては最も単純であり、表示画像も簡単に作成できる。

光線制御素子は、表示ユニットに対して適当なギャップを保って精度良く固定されることが望まれる。光線制御素子の一つであるレンズアレイユニットを表示ユニットに固定する手法は種々開示されている。特許文献１は、立体画像表示装置とは関係ないが、画素の開口率を実効的に高める目的で、カバーガラス側の外面にマイクロレンズを配置した構成の第２基板を用いた液晶表示素子を開示している。特に、この特許文献１によれば、マイクロレンズが形成されたガラス基板上において、マイクロレンズの外周にマイクロレンズと同じ高さのスペーサを設け、このスペーサを介してカバーガラスの外面にガラス基板を接着する構成が開示されている。

また、特許文献２も立体画像表示装置とは関係ないが、構造的な安定性を得る目的で、マイクロレンズのレンズ面が形成された第１透明基板と、これに対向配置された第２透明基板との間に、減圧層を備えたマイクロレンズアレイ板、及び、これを備えた電気光学装置（液晶装置）が開示されている。
ＳＩＤ０４ Ｄｉｇｅｓｔ １４３８ （２００４） 特開平１１−２０２３１３号公報 特開２００６−０３９２６５号公報

十分な立体表示特性を得るためには、種々の設計パラメータを最適化する必要がある。特に、所望の表示特性を得るためには、レンズアレイユニットと表示ユニットとを組み合わせた構成において、表示エリアにおけるレンズ−画素間ギャップを均一化することが極めて重要である。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、所望の表示特性を得ることが可能な表示装置を提供することにある。

この発明の態様による表示装置は、
レンズアレイユニットと、
第１基板及びこの第１基板と前記レンズアレイユニットとの間に配置された第２基板を貼り合わせた構造であり、マトリクス状に配列された画素によって構成された表示エリアを有する表示ユニットと、
前記表示ユニットと前記レンズアレイユニットとの間に所定のギャップを形成するギャップ制御層と、
前記表示ユニットの表示エリア外において、前記表示ユニットと前記レンズアレイユニットとを固定する支持体と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、所望の表示特性を得ることが可能な表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。

図１に示すように、表示装置は、表示ユニット１０と、光線制御素子であるレンズアレイユニット２０と、を備えて構成されている。表示ユニット１０は、一対の基板すなわち第１基板１１と第２基板１２とを貼り合わせた構造である。第２基板１２は、第１基板１１とレンズアレイユニット２０との間に配置されている。

この表示ユニット１０は、液晶表示パネル、プラズマ表示パネル、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示パネル、電界放出型表示パネルなどで構成されており、特に、種類は問わない。この実施の形態においては、特に、表示ユニット１０として液晶表示パネルを適用した例について説明する。

図２及び図３に示すように、液晶表示パネル１０は、一対の基板すなわち第１基板（アレイ基板）１１及び第２基板（対向基板）１２間に液晶層１３を保持した構造であり、画像を表示する表示エリアＤＡを備えている。この表示エリアＤＡは、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。

第１基板１１は、例えばガラス基板等の光透過性を有する絶縁基板１１Ａを用いて形成されている。この第１基板１１は、絶縁基板１１Ａ上において、各画素に駆動信号を供給する配線部を備えている。すなわち、第１基板１１は、配線部として、画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）及び複数の補助容量線Ｃ（Ｃ１〜Ｃｍ）、画素ＰＸの列方向に沿って配置されたＮ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子ＳＷなどを備えている。さらに、第１基板１１は、各スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥなどを備えている。走査線Ｙのそれぞれは、駆動信号（走査信号）を供給するゲートドライバＹＤに接続されている。信号線Ｘのそれぞれは、駆動信号（映像信号）を供給するソースドライバＸＤに接続されている。

各スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタによって構成されている。このスイッチング素子ＳＷは、各画素ＰＸに対応して走査線Ｙ及び信号線Ｘの交差部に配置されている。スイッチング素子ＳＷのゲートは、対応する走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのソースは、対応する信号線Ｘに接続されている（あるいは信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのドレインは、画素電極ＰＥに電気的に接続されている。

各画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷを覆う絶縁膜ＩＬ上に配置されており、絶縁膜ＩＬに形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子ＳＷのドレインと電気的に接続されている。この画素電極ＰＥは、バックライトユニットから放射されたバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型の液晶表示パネルにおいては、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成される。また、各画素電極ＰＥは、第２基板１２側から入射する外光（フロントライトユニットから放射されたフロントライト光も含む）を選択的に反射して画像を表示する反射型の液晶表示パネルにおいては、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射性を有する導電材料によって形成される。このような画素電極ＰＥの表面は、液晶層１３に含まれる液晶分子の配向を制御するための第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。

第２基板１２は、例えばガラス基板等の光透過性を有する絶縁基板１２Ａを用いて形成されている。この第２基板１２は、絶縁基板１２Ａ上において、複数の画素電極ＰＥに対向して配置された対向電極ＣＥなどを備えている。対向電極ＣＥは、光透過性を有する導電材料によって形成されている。このような対向電極ＣＥの表面は、液晶層１３に含まれる液晶分子の配向を制御するための第２配向膜ＡＬ２によって覆われている。

これらの第１基板１１及び第２基板１２は、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとを対向させた状態で配設され、これらの間にセルギャップを形成する。液晶層１３は、第１基板１１と第２基板１２とのセルギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。この実施の形態においては、液晶モードについて特に制限はなく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどが適用可能である。

カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶表示パネル１０は、複数種類の画素、例えば赤（Ｒ）を表示する赤色画素、緑（Ｇ）を表示する緑色画素、青（Ｂ）を表示する青色画素を有している。すなわち、赤色画素は、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備えている。緑色画素は、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備えている。青色画素は、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらのカラーフィルタは、第１基板１１または第２基板１２の主面に配置される。

各画素ＰＸは、各々画素電極ＰＥ及び対向電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有している。複数の補助容量線Ｃ（Ｃ１〜Ｃｍ）は、各々対応行の画素電極ＰＥに容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。

透過型の液晶表示パネルを適用した構成においてはバックライトユニットを含み、図３に示すように、表示エリアＤＡに対応して第１基板１１の外面に偏光板を含む第１光学素子ＯＤ１が配置され、また、第２基板１２の外面にも同様に偏光板を含む第２光学素子ＯＤ２が配置されている。

レンズアレイユニット２０は、例えば図４Ａや図４Ｂなどに示すような形状で構成される。すなわち、レンズアレイユニット２０は、基体２０２と、基体２０２上に配置されたレンズアレイ層２０１と、を備えて構成されている。これらのレンズアレイユニット２０のレンズアレイ層２０１は、一方向に並んだ複数のシリンドリカルレンズによって構成されている。ここで、便宜上、走査線が延在する方向と平行な方向をＸとし、信号線が延在する方向と平行な方向をＹとし、Ｘ−Ｙ平面の法線方向（表示ユニット１０の厚み方向）をＺとする。

図４Ａに示した例のレンズアレイユニット２０においては、各シリンドリカルレンズはその円筒面の母線がＹ方向に伸びた形状であり、複数のシリンドリカルレンズがＸ方向に並んでいる。また、図４Ｂに示した例のレンズアレイユニット２０においては、各シリンドリカルレンズはその円筒面の母線がＸ方向及びＹ方向に対して傾いた形状であり、複数のシリンドリカルレンズがＸ方向に並んでいる。

レンズアレイ層２０１において、シリンドリカルレンズの水平ピッチＰｓは、表示ユニット１０の表示エリアＤＡにおける行方向（つまりＸ方向）に一致する方向のピッチである。このレンズアレイ層２０１は、レンズアレイユニット２０が表示ユニット１０に対向して配置された際、少なくとも表示エリアＤＡと対向するような領域にわたって形成されている。つまり、レンズアレイ層２０１が形成される面積は、表示エリアＤＡと同等以上に設定される。レンズアレイ層２０１の厚み（すなわち、基体の表面からレンズのトップ部分までの厚み）は、例えば０．２ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度であり、また、レンズの間の掘り込み量は、例えば０．０５ｍｍ乃至０．１ｍｍ程度であるが、これらの値は設計に応じて種々変更可能である。

基体２０２は、レンズアレイ層２０１を支持する平板状のものであって、レンズアレイ層２０１よりも大きなサイズを有している。この基体２０２は、例えば０．７ｍｍ乃至１．１ｍｍ程度の厚さを有しているが、必要に応じてさらに厚い数ｍｍ程度のものを適用しても良い。

このようなレンズアレイユニット２０は、種々の形態が提案され、いずれも適用可能である。すなわち、図５Ａに示した例のレンズアレイユニット２０は、ガラス製の基体２０２及びガラス製のレンズアレイ層２０１によって一体的に形成したものである。つまり、図５Ａの例は、ガラス基板の表面に加工を施して直接レンズ形状を形成したものである。このようにガラスによって一体的に形成されたレンズアレイユニット２０は、温度変化の影響を受けにくく、安定した性能を維持できるといったメリットがある。

図５Ｂに示した例のレンズアレイユニット２０は、ガラス製の基体２０２に接着層２０３を介して樹脂製のレンズアレイ層２０１を接着したものである。図５Ｃに示した例のレンズアレイユニット２０は、ガラス製の基体２０２に直接樹脂製のレンズアレイ層２０１を成型したものである。樹脂製のレンズアレイ層２０１は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やＰＣ（ポリカーボネート）などの材料によって形成されている。このような樹脂製のレンズアレイ層２０１は、プレス成型や射出成型により安価に製造できるといったメリットがある。一方で、樹脂材料は、基体２０２を形成するガラスよりも線膨張係数が大きいため、温度変化の影響を受けやすい。このため、水平ピッチＰｓの変動を抑制する目的で、レンズアレイ層２０１は、比較的厚い基体２０２に貼り付けることが望ましい。基体２０２の面積はレンズ層２０１よりもやや大きめにしてあり、余剰部分はレンズアレイユニット２０を表示ユニット１０に固定するための接着部として利用可能である。

このようなレンズアレイユニット２０は、支持体３０により表示ユニット１０に対して所定のギャップを形成した状態で固定されている。すなわち、図１に示したように、レンズアレイユニット２０は、レンズアレイ層２０１側が、表示ユニット１０に対向するように配置されている。レンズアレイ層２０１が観察者側に面する構造を適用することも可能であるが、耐久性や信頼性の確保のために厚い基体２０２を用いた場合、レンズ焦点距離が長くなるためレンズ設計に制約が出る点や、レンズ凸面による外光反射を防止するためにさらに外側にフェースガラスを設置させると部材点数や重量が増大する。

特に、この実施の形態においては、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間に所定のギャップを形成するギャップ制御層ＧＣＬが配置されている。すなわち、このギャップ制御層ＧＣＬは、支持体３０によって囲まれた内側の領域に配置され、表示ユニット１０における第２基板１２の外面に配置された第２光学素子ＯＤ２に接触するとともに、レンズアレイユニット２０におけるレンズアレイ層２０１のレンズトップ部分に接触している。このようなギャップ制御層ＧＣＬは、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間に均一なギャップを形成するものである。なお、ギャップ制御層ＧＣＬは、レンズアレイ層２０１に接触することからそのレンズ作用に影響を及ぼさないようにするためにも、ギャップ制御層ＧＣＬを構成する材料の屈折率は、レンズアレイ層２０１を構成する材料の屈折率とは異なることが望ましい。

支持体３０は、表示ユニット１０の表示エリアＤＡ外において、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間に所定のギャップを形成した状態で固定する。図１に示した例では、レンズアレイ層２０１は、その表面が表示ユニット１０の表面とは接着することなく、表示ユニット１０を構成する第２基板１２に対して、レンズアレイユニット２０の周辺部のみが固定されている。つまり、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０とは、上述したようなギャップ制御層ＧＣＬを挟持した状態で支持体３０によって直接固定されており、両者の間の距離が安定的に固定され、表示性能の安定性が確保される。

特に、図１に示した例では、レンズアレイユニット２０は、表示エリアＤＡと同等の面積にわたって配置されたレンズアレイ層２０１を備えており、支持体３０は、表示ユニット１０の第２基板１２と、レンズアレイユニット２０の基体２０２との間に配置されている。

支持体３０は、表示エリアＤＡを囲む枠状に配置されても良いし、表示エリアＤＡの外周に点在した柱状に形成されても良い。このような支持体３０は、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間の距離を保持するためのスペーサを有している。

例えば、支持体３０は、金属板、樹脂板、ガラス板などの板状スペーサを有し、表示ユニット１０及びレンズアレイユニット２０に対してそれぞれ接着剤により接着されている。また、支持体３０は、板状スペーサを有するものに限らず、棒状や小片を含むものであってもよい。このとき、接着剤は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などが使用可能である。また、支持体３０は、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間の距離を保持するためのスペーサを含有する接着剤によって形成してもよい。ここで、接着剤に含有されるスペーサとしては、スペーサビーズやカットファイバ、ミルドファイバなどが使用可能である。このときの接着剤は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などが使用可能である。

このような構成により、表示エリアＤＡにおけるレンズ−画素間ギャップを高い精度で均一化することが可能となる。すなわち、図６に本実施形態に対する比較例を示す。この比較例に係る表示装置は、基体２０２の表面にレンズアレイ層２０１を有するレンズアレイユニット２０と、レンズアレイユニット２０に対向して配置された表示ユニット１０とを備え、表示ユニット１０を構成する２枚の基板のうち、レンズアレイユニット２０側の第２基板１２に対してレンズアレイユニット２０の周辺部が支持体３０を介して固定されている。

レンズ−画素間ギャップとは、レンズアレイユニット２０のレンズと表示ユニット１０の画素ＰＸとの間の距離である。表示ユニット１０として図３に示したような液晶表示パネルを適用する場合、レンズ−画素間ギャップは、より厳密にはレンズアレイユニット２０のレンズアレイ層２０１におけるトップ部分から液晶表示パネル１０の液晶層１３までの距離に相当する（つまり、レンズアレイ層２０１と第２光学素子ＯＤ２との間の厚み＋第２光学素子ＯＤ２の厚み＋ガラス基板１２Ａの厚み＋対向電極ＣＥの厚み＋第２配向膜ＡＬ２の厚みがレンズ−画素間ギャップであるが、対向電極ＣＥの厚み及び第２配向膜ＡＬ２の厚みは他の構成の厚みに比べて極めて小さいため要求される精度に応じて無視しても良い）。

このような表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との組み合わせにおいては、所望の表示特性を得るためには、少なくとも表示エリアＤＡにおいて、レンズ−画素間ギャップを均一に制御することが非常に重要である。図６に示した比較例においては、レンズ−画素間ギャップＧは以下の式で表される。

Ｇ＝Ｔ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）＋Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）−Ｔ（ｌｅｎｓ）
ただし、Ｔ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）は第２基板１２の厚さであり、Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）は支持体３０の厚さであり、Ｔ（ｌｅｎｓ）はレンズアレイ層２０１の厚さである。

このように、図６に示した例では、レンズ−画素間ギャップＧのばらつきは、Ｔ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）、Ｔ（ｌｅｎｓ）のばらつきの総和となる。また、レンズアレイユニット２０は、周辺部のみ支持体３０によって固定されているため、自重によって表示ユニット１０側へ反ってしまう。このような現象は、特に画面の大型化に伴って顕著となる。結果として、表示面内においてレンズ−画素間ギャップＧが不均一になるといった課題がある。このため、レンズアレイユニット２０の自重の大小にかかわらず、レンズ−画素間ギャップＧを表示面内で均一にできる構造が要望されている。

このような要望に対して、図１に示した本実施形態によれば、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間に、均一な厚さのギャップ制御層ＧＣＬを介在させた構造を適用することにより、レンズアレイユニット２０の自重による表示ユニット側への反りを抑制することが可能となる。したがって、表示面内において、レンズ−画素間ギャップＧをより均一に所望の値に制御することが可能となる。

図１に示した例では、ギャップ制御層ＧＣＬは、シート状のものを適用している。このようなギャップ制御層ＧＣＬは、透明な樹脂フィルム、ガラスなどを用いて形成可能である。このようなギャップ制御層ＧＣＬの形成方法としては、表示ユニット１０のレンズアレイユニット２０側の第２光学素子ＯＤ２上に接着剤又は糊を介してシートを貼り合せる方式や、液状の樹脂材料をキャスト方式で形成する方式などが適用可能である。

本実施形態において適用可能なギャップ制御層ＧＣＬの形態は、上述したようなシート状のものに限らない。すなわち、ギャップ制御層ＧＣＬとしては、表示エリアＤＡの略全体にわたって配置されたシート状のものに限らず、表示エリアＤＡ内に点在する球状のものや柱状のものを適用しても良い。

例えば、図７Ａに示した例では、ギャップ制御層ＧＣＬは、球状スペーサＳＰによって構成されている。このような球状スペーサＳＰは、支持体３０によって囲まれた内側の領域に配置されており、ガラス、樹脂、シリカ（二酸化珪素）等の材料によって形成可能である。また、球状スペーサＳＰ自身のレンズ作用による表示画像への影響を低減するために、球状スペーサＳＰは、光吸収性の材料（例えば黒色材料）を用いて形成しても良いが、極めて小さな直径の球状スペーサＳＰを適用する場合には透明な材料を用いて形成しても良い。

この球状スペーサＳＰの直径は、数μｍから数百μｍまでの範囲で設定可能であるが、球状スペーサＳＰ自身のレンズ作用による表示画像への影響を考慮すると、レンズアレイ層２０１におけるシリンドリカルレンズの水平ピッチＰｓ（例えば５００μｍ）よりも十分に小さい直径に設定することが望ましい。

このような構成例においては、第２光学素子ＯＤ２上に球状スペーサＳＰが略均一に散布され、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０との間で挟持される。このため、ギャップ制御層ＧＣＬにおいては、大部分の球状スペーサＳＰが第２光学素子ＯＤ２とレンズアレイ層２０１のトップ部分との間に挟持される。

図７Ｂに示した例では、ギャップ制御層ＧＣＬは、柱状スペーサＣＬによって構成されている。このような柱状スペーサＣＬは、支持体３０によって囲まれた内側の領域に配置されており、感光性樹脂材料を用いてフォトリソグラフィ法によって形成可能である。すなわち、このような柱状スペーサＣＬは、第２光学素子ＯＤ２上において、選択的に形成可能であり、図７Ｂに示した例では、柱状スペーサＣＬは、その先端部がレンズアレイ層２０１のトップ部分と接触するように配置されている。

また、図７Ｃに示した例でも同様に、ギャップ制御層ＧＣＬは、柱状スペーサＣＬによって構成されているが、この柱状スペーサＣＬは、第２光学素子ＯＤ２上において、その先端部がレンズアレイ層２０１のボトム部分と接触するように配置されている。

これら、図７Ａ乃至図７Ｃに示したような各種形態のギャップ制御層ＧＣＬを適用した場合であっても、上述した例と同様に、レンズ−画素間ギャップＧの表示面内均一性を向上することが可能となり、優れた表示特性を実現することができる。

以上説明した実施の形態においては、表示ユニット１０とレンズアレイユニット２０とは、表示ユニット１０を構成する第２基板１２とレンズアレイユニット２０を構成する基体２０２との間に配置された支持体３０によって固定されているが、レンズ−画素間ギャップＧのばらつきの原因となるパラメータを低減するために、図８Ａに示したように、表示ユニット１０を構成する２枚の基板のうち、レンズアレイユニット２０から遠い側の第１基板１１に対して、レンズアレイユニット２０の基体２０２が支持体３０を介して固定しても良い。このような構成例においては、レンズ−画素間ギャップＧは以下の式で表される。

Ｇ＝Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）−Ｔ（ｌｅｎｓ）
このように、図１に示した例では、レンズ−画素間ギャップＧのばらつきは、Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）、Ｔ（ｌｅｎｓ）のばらつきの総和となり、図６に示した比較例の構造と比較すると、レンズ−画素間ギャップＧをばらつかせるパラメータが一つ減る。したがって、表示エリアＤＡ内において、ギャップ制御層ＧＣＬを配置した効果に加え、さらにレンズ−画素間ギャップＧのばらつきを抑えることが可能となり、より均一に所望の値に制御することが可能となる。

また、図８Ｂに示した例では、レンズアレイユニット２０は、表示ユニット１０の第２基板１２よりも大きな面積にわたって配置されたレンズアレイ層２０１を備えており、支持体３０は、表示ユニット１０の第１基板１１と、レンズアレイユニット２０のレンズアレイ層２０１との間に配置されている。

図８Ｂに示した例によれば、表示ユニット１０を構成する２枚の基板のうち、レンズアレイユニット２０から遠い側の第１基板に対して、レンズアレイユニット２０のレンズアレイ層２０１が支持体３０を介して固定されているため、レンズ−画素間ギャップＧは以下の式で表される。

Ｇ＝Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）
このように、図８Ｂに示した例では、レンズ−画素間ギャップＧのばらつきは、Ｔ（ｓｐａｃｅｒ）のばらつきとなり、図８Ａに示した実施形態と比較して、レンズ−画素間ギャップＧをばらつかせるパラメータがさらに一つ減る。したがって、表示エリアＤＡ内において、ギャップ制御層ＧＣＬを配置した効果に加え、さらにレンズ−画素間ギャップＧのばらつきをさらに抑えることが可能となり、より均一に所望の値に制御することが可能となる。

なお、図８Ａ及び図８Ｂに示した例では、ギャップ制御層ＧＣＬとしてシート状のものを適用した場合を図示しているが、これらの例に限らず、図７Ａ乃至図７Ｃに示した形態のギャップ制御層ＧＣＬを適用してもよいことは言うまでもない。

次に、表示装置の一例として、１次元ＩＰ方式や多眼方式の立体映像を表示可能な表示装置について説明する。

図９は、立体映像表示装置の全体を概略的に示す斜視図である。立体映像表示装置は、要素画像表示部を含む液晶表示パネルなどの表示ユニット１０及び光学的開口を有する光線制御素子として機能するレンズアレイユニット２０を備えている。レンズアレイユニット２０は、要素画像表示部に対向して設けられ、レンズアレイ層の各レンズ主点を基準にした各方向の光線によって立体表示を行う。観察者の想定位置４４において、水平画角４１と垂直画角４２との範囲で、レンズアレイユニット２０の前面及び背面の近傍に立体映像が観察可能となる。

図１０は、図９に示した立体映像表示装置の表示部を基準にして垂直面内及び水平面内における光線再生範囲を概略的に示す展開図である。図１０の（ａ）に表示ユニット１０及びレンズアレイユニット２０の正面図、図１０の（ｂ）に立体映像表示装置の画像配置を示す平面図、図１０の（ｃ）に立体映像表示装置の側面図を示す。図１０において、レンズアレイユニット２０と視距離面４３との間の視距離Ｌ、レンズアレイユニット２０における水平ピッチＰｓ、レンズアレイユニット２０と画素面とのギャップｄが定められれば、要素画像水平ピッチＰｅが視距離面４３上の視点からアパーチャ（またはレンズ主点）中心を要素画像表示面（画素面）上に投影した間隔により決定される。符号４６は、視点位置と各アパーチャ中心（レンズ主点）とを結ぶ線を示し、視域幅Ｗは画素面上で要素画像同士が重なり合わないという条件から決定される。平行光線の組を持つ条件の１次元ＩＰ方式の場合は、要素画像の水平ピッチの平均値がサブ画素水平ピッチの整数倍よりわずかに大きく、かつレンズアレイユニット２０の水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍に等しい。多眼方式の場合は、要素画像の水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍に等しく、かつレンズアレイユニットの水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍よりわずかに小さい。

図１１は、立体映像表示装置の一部分の構成を概略的に示す斜視図である。ここでは、液晶表示パネルなどの平面状の要素画像表示部の前面に、シリンドリカルレンズアレイからなるレンズアレイユニット（レンチキュラーシート）２０が配置されている場合を示している。図１１に示されるように、要素画像表示部には、縦横比が３：１のサブ画素３１が横方向（Ｘ方向）及び縦方向（Ｙ方向）に夫々直線状にマトリクス状に配置され、サブ画素３１は、行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が交互に並ぶように配列されている。このような色配列は、一般にモザイク配列と呼ばれる。

ここに示した例では、９列３行のサブ画素３１で１つの立体映像表示時の実効画素３２（黒枠で示されている）が構成される。このような表示部の構造では、立体映像表示時の実効画素３２が２７サブ画素からなることから、１視差に３色成分が必要であるとすると、Ｘ方向に９視差を与える立体画像・映像表示が可能となる。なお、実効画素とは立体表示時の解像度を決定する最小単位のサブ画素群をさし、要素画像とは１つのレンズに対応する視差成分画像の集合をさす。したがって、シリンドリカルレンズを使用する構成の立体映像表示装置の場合は、１つの要素画像は、縦方向に並ぶ多数の実効画素を含んでいる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、この発明は、立体映像表示装置として構成する場合に限らず、表示パネルとレンズアレイユニットとを所定のギャップで固定して構成される他の表示装置、例えば２以上の方位で異なる画像を同時に表示可能なマルチビューディスプレイを構成する場合にも適用可能である。

図１は、この発明の一実施の形態に係る表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した表示装置に適用可能な表示ユニット（液晶表示パネル）の構成を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した表示ユニットの断面構造を概略的に示す図である。 図４Ａは、図１に示した表示装置に適用可能なレンズアレイユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 図４Ｂは、図１に示した表示装置に適用可能なレンズアレイユニットの他の構成を概略的に示す斜視図である。 図５Ａは、図１に示した表示装置に適用可能なレンズアレイユニットの構造を概略的に示す断面図である。 図５Ｂは、図１に示した表示装置に適用可能なレンズアレイユニットの他の構造を概略的に示す断面図である。 図５Ｃは、図１に示した表示装置に適用可能なレンズアレイユニットの他の構造を概略的に示す断面図である。 図６は、本実施形態に対する比較例に係る表示装置の構成を概略的に示す図である。 図７Ａは、本実施形態に係る表示装置の他の構成を概略的に示す図である。 図７Ｂは、本実施形態に係る表示装置の他の構成を概略的に示す図である。 図７Ｃは、本実施形態に係る表示装置の他の構成を概略的に示す図である。 図８Ａは、本実施形態に係る表示装置の他の構成を概略的に示す図である。 図８Ｂは、本実施形態に係る表示装置の他の構成を概略的に示す図である。 図９は、この発明の一実施の形態に係る立体画像表示装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 図１０は、この発明の一実施の形態に係る立体画像表示装置の全体構成を概略的に示す展開図である。 図１１は、この発明の一実施の形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

ＤＡ…表示エリア ＰＸ…画素 Ｇ…レンズ−画素間ギャップ ＧＣＬ…ギャップ制御層 ＳＰ…球状スペーサ ＣＬ…柱状スペーサ
１０…表示ユニット（液晶表示パネル） １１…第１基板（アレイ基板） １２…第２基板（対向基板） １３…液晶層 ２０…レンズアレイユニット ３０…支持体
２０１…レンズアレイ層 ２０２…基体 ２０３…接着層

Claims (6)

1. レンズアレイユニットと、
   第１基板及びこの第１基板と前記レンズアレイユニットとの間に配置された第２基板を貼り合わせた構造であり、マトリクス状に配列された画素によって構成された表示エリアを有する表示ユニットと、
   前記表示ユニットと前記レンズアレイユニットとの間に所定のギャップを形成するギャップ制御層と、
   前記表示ユニットの表示エリア外において、前記表示ユニットと前記レンズアレイユニットとを固定する支持体と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記ギャップ制御層は、前記支持体によって囲まれた内側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記ギャップ制御層は、球状のもの、柱状のもの、及び、シート状のもののいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記レンズアレイユニットは、基体と、前記基体上において少なくとも前記表示エリアと対向するレンズアレイ層と、を備え、
   前記レンズアレイユニットは、ガラス製の前記基体及び前記レンズアレイ層によって一体的に形成されたもの、ガラス製の前記基体に接着層を介して樹脂製の前記レンズアレイ層を接着したもの、及び、ガラス製の前記基体に直接樹脂製の前記レンズアレイ層を成型したもののいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記表示ユニットは、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記表示ユニットは、前記表示エリアにおいて、立体映像表示時の実効画素を構成する複数のサブ画素を備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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