JP2008281674A - 指向性表示ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】縦向きおよび横向き配置において視方向ごとに画像を高精度に分離表示する。
【解決手段】第１の向きで表示パネルを配置した状態では、液晶レンズにおいて、屈折力が無効とされるとともに、偏光制御部から入射した光のうち第１の偏光領域から射出された光が偏光板で遮光され、第２の偏光領域から射出された光が偏光板を透過するように、偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、複数の画像が複数の視方向に対してそれぞれ分離される。第２の向きで表示パネルを配置した状態では、液晶レンズにおいて、屈折力が所定の大きさに設定されるとともに、偏光制御部から液晶レンズに入射した光が、第１の偏光領域および第２の偏光領域のいずれからの射出光であるかに関わらず、偏光板を透過するように、偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、屈折力に基づいて複数の画像が複数の視方向に対してそれぞれ分離される。
【選択図】図１

Description

この発明は、２画面表示ディスプレイや３Ｄ表示ディスプレイ（立体表示ディスプレイ）など、複数の方向から見た場合に、それぞれの視方向ごとに異なる画像を同時に表示することが可能な指向性表示ディスプレイに関するものである。

従来において、３Ｄ表示ディスプレイなどの指向性表示ディスプレイは、液晶パネル等の画像を表示するための表示パネルの前面に、パララックスバリアやレンチキュラレンズ、光学フィルタ等のイメージスプリッタを配置して、各画像を表す画像光の射出方向をそれぞれ制限することにより、それぞれの視方向で異なる画像の表示（以下、「指向性表示」と呼ぶ）を実現している。例えば、下記の特許文献１にはパララックスバリアを用いた指向性表示ディスプレイについての例が記載されており、特許文献２には光学フィルタを用いた指向性表示ディスプレイについての例が記載されている。

従来の３Ｄ表示ディスプレイとしての指向性表示ディスプレイでは、表示パネルの画像表示面の縦と横の向きを、あらかじめ定められた向き（以下、「基準の向き」あるいは「縦向き」と呼ぶ）で配置した場合においてのみ３Ｄ画像（３次元画像，立体画像）の表示が可能で、縦向き配置に対して画像表示面の縦と横の向きを逆にした向き（９０度回転させた向き、以下、「横向き」と呼ぶ）で配置した場合には３Ｄ画像の表示が不可であるという問題があった。また、従来の２画面表示ディスプレイとしての指向性表示ディスプレイにおいては、縦向きでも横向きでも２画面の分離は可能であるが、縦向きでは分離の方向が水平方向（横方向）となるのに対して、横向きでは垂直方向（縦方向）となってしまうという問題があった。

そこで、上記の問題を解決し、縦向き配置だけでなく横向き配置においても、縦向きの場合と同様に、複数の方向から見た場合に、それぞれの視方向ごとに異なる画像を同時に表示することが可能な指向性表示ディスプレイを提供することが望まれている。

なお、例えば、下記の特許文献３および特許文献４には、第１の偏光制御手段と、第１偏光制御手段の前面に配置した第２偏光制御手段との組み合わせにより、上記問題点を解決した指向性表示ディスプレイの発明が開示されている。しかしながら、特許文献３および特許文献４の指向性表示ディスプレイでは、第１偏光制御手段の偏光制御領域のパターンに対して、第２偏光制御手段の偏光制御領域のパターンを高精度に設けることが困難であるため、横向き配置における複数の画像の分離性能が充分ではない。

特開２００５−１８１６６８号公報 特開平８−３３１６０５号公報 特開２００６−３３７４９６号公報 特開２００６−３３７８４４号公報

この発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、縦向き配置だけでなく横向き配置においても、縦向きの場合と同様に、複数の方向から見た場合に、それぞれの視方向ごとに異なる画像をそれぞれ高精度に分離して表示することが可能な指向性表示ディスプレイを提供することを目的とする。

本発明は、上記した目的の少なくとも一部を達成するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］表示パネルの画像表示面に表示された複数の画像を、互いに異なる複数の視方向に対してそれぞれ分離して表示することが可能な指向性表示ディスプレイであって、
前記表示パネルの前面に配置された偏光制御部と、
前記偏光制御部の前面に配置された液晶レンズと、
前記液晶レンズの前面に配置された偏光板と、
を備え、
前記偏光制御部は、入射する光をそれぞれ互いに異なる偏光軸を有する光に変化させる第１の偏光領域および第２の偏光領域を有しており、
前記液晶レンズは、所定の屈折率を有する複数のレンズを含むレンズ層と、液晶層と、を含み、前記液晶層の配向状態が変化されることにより、前記液晶層の屈折率が変化して前記液晶レンズの屈折力が変化されるとともに、前記液晶レンズに入射する光の偏光軸が変化されることが可能であり、
（ｉ）前記画像表示面の縦と横の向きがあらかじめ定められた第１の向きで前記表示パネルを配置した状態では、前記液晶レンズにおいて、前記屈折力が無効とされるとともに、前記偏光制御部から入射した光のうち前記第１の偏光領域から射出された光が前記偏光板で遮光され、かつ、前記第２の偏光領域から射出された光が前記偏光板を透過するように、前記偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、前記複数の画像が前記複数の視方向に対してそれぞれ分離され、
（ｉｉ）前記第１の向きに対して、前記画像表示面の縦と横の向きを逆にした第２の向きで前記表示パネルを配置した状態では、前記液晶レンズにおいて、前記屈折力が所定の大きさに設定されるとともに、前記偏光制御部から前記液晶レンズに入射した光が、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域のいずれから射出された光であるかに関わらず、前記偏光板を透過するように、前記偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、前記屈折力に基づいて前記複数の画像が前記複数の視方向に対してそれぞれ分離される、

適用例１の指向性表示ディスプレイでは、表示パネルを第１の向き（縦向き）に配置した状態では、偏光制御部から入射した光のうち第１の偏光領域から射出された光が偏光板で遮光され、第２の偏光領域から射出された光が偏光板を透過することによって、複数の画像の視方向がそれぞれ制限されることになり、複数の画像を複数の視方向に対してそれぞれ分離することができる。また、表示パネルを第２の向き（横向き）に配置した状態では、液晶レンズの屈折力により、複数の画像の視方向がそれぞれ制限されることになり、複数の画像を複数の視方向に対してそれぞれ分離することができる。これにより、第１の向きおよび第２の向きのいずれの配置においても、複数の方向から見た場合に、それぞれの視方向ごとに異なる画像をそれぞれ高精度に分離して表示することができる。

［適用例２］適用例１に記載の指向性表示ディスプレイであって、
前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域は、前記表示パネルが前記第１の向きに配置された状態において、前記画像表示面の縦方向および横方向に対して斜め方向に配置されていることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

第１の偏光領域および第２の偏光領域を上記のような構成とすることにより、表示パネルを第１の向きで配置した状態において、複数の画像の視方向をそれぞれ制限して、複数の画像を複数の視方向に対してそれぞれ分離することができる。

［適用例３］適用例１または適用例２に記載の指向性表示ディスプレイであって、
前記液晶レンズの前記レンズ層は、前記表示パネルが前記第２の向きに配置された状態において、蒲鉾状の前記複数のレンズが横方向に沿って曲面を有するように複数配列されていることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

液晶レンズのレンズ層を上記のような構成とすることにより、表示パネルを第２の向きで配置した状態において、複数の画像の視方向をそれぞれ制限して、複数の画像を複数の視方向に対してそれぞれ分離することができる。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
前記偏光制御部は、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域を有する位相差板により構成されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

［適用例５］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
前記偏光制御部は、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域を有する液晶パネルにより構成されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

偏光制御部を、上記適用例４または適用例５のように構成することにより、表示パネルを第１の向きに配置した状態では、第１の偏光領域から射出された光を偏光板で遮光し、第２の偏光領域から射出された光を偏光板で透過するようにすることができ、表示パネルを第２の向きに配置した状態では、第１の偏光領域および第２の偏光領域のいずれから射出された光であるかに関わらず、偏光板を透過するようにすることができる。

［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
前記表示パネルを前記第１の向きおよび前記第２の向きで配置した場合において、前記液晶レンズの屈折力を前記所定の大きさよりも小さい中間状態とすることにより、前記複数の視方向に対して同一の画像が表示されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

液晶レンズの屈折力を所定の大きさよりも小さい中間状態とすることにより、複数の視方向に対して同一の画像を表示することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．指向性表示ディスプレイの概要：
Ｂ．縦向き配置時の構成および動作：
Ｃ．横向き配置時の構成および動作：
Ｄ．効果：
Ｅ．変形例：

Ａ．指向性表示ディスプレイの概要：
図１は、本発明の一実施例としての指向性表示ディスプレイを構成する表示部および駆動部を模式的に示した説明図である。本実施例における指向性表示ディスプレイ１０００は、表示部１０および表示部１０を駆動する駆動部２０と、で構成される。この指向性表示ディスプレイ１０００は、図１（Ａ）に示すように、表示部１０を基準配置（「縦向き配置」と呼ぶ。）とした場合、および、図１（Ｂ）に示すように、表示部１０を横向き配置とした場合、のいずれにおいても、表示部１０で表示される異なる２つの画像（第１画像と第２画像）を、観察者３０の左目３０Ｌの方向と右目３０Ｒの方向に分離して、観察者３０に視認させることができる、３Ｄ表示ディスプレイである。なお、以下では、観察者３０の左目３０Ｌで視認される第１画像を「左目用画像」とも呼び、観察者３０の右目３０Ｒで視認される第２画像を「右目用画像」とも呼ぶ。

ここで、「横向き配置」とは、基準配置である縦向き配置において、表示部１０を観察者３０側から見た面１０Ｄ（以下、「画像表示面」と呼ぶ。）内において、水平方向に沿った方向をＡ（横方向）とし、垂直方向に沿った方向をＢ(縦方向)と規定した場合に、方向Ａを垂直方向とし方向Ｂを水平方向とするように、表示部１０を９０度回転させた配置を意味している。

以下では、本実施例における指向性表示ディスプレイ１０００の構成および動作について、縦向き配置時および横向き配置時に分けて説明することとする。

Ｂ．縦向き配置時の構成および動作：
図２は、縦向き配置時における表示部１０の内部構成を模式的に示す説明図である。表示部１０は、図２に示すように、バックライト１１と、バックライト１１の前面に配置される表示パネル１２と、表示パネル１２の前面に配置される位相差板１６と、位相差板１６の前面に配置される液晶レンズ１７と、液晶レンズ１７の前面に配置される偏光板１８と、を備えている。なお、位相差板１６が本実施例における本発明の偏光制御部に相当する。

表示パネル１２は、液晶パネル１４と、液晶パネル１４を挟み込むように配置される２つの偏光板（入射側偏光板および射出側偏光板）１３，１５と、によって構成される。

入射側偏光板１３および射出側偏光板１５は、それぞれ、入射する光のうち、設定されている偏光軸に等しい偏光軸を有する光のみを透過する。例えば、本実施例では、入射側偏光板１３は、観察者３０側から見て水平方向を基準として半時計回りに約１３５°の偏光軸を有するものとする。なお、以下、特に記載の無い限り、偏光軸の角度は、観察者３０側から見て水平方向を基準として半時計回りの角度を示すものとする。また、射出側偏光板１５は約４５°の偏光軸を有するものとする。

液晶パネル１４は、液晶層１４２と、液晶層１４２を挟みこむように設けられた２つのガラス基板１４１，１４３（入射側ガラス基板，射出側ガラス基板）と、を備えている。入射側ガラス基板１４１には画素電極（図示省略）が設けられており、射出側ガラス基板１４３には対向電極（図示省略）が設けられている。そして、これら２つのガラス基板１４１，１４３によってはさまれた液晶層１４２において、駆動部２０（図１参照）が出力する駆動信号の変化（画素電極と対向電極との間の電圧の変化）に応じて液晶分子の配向が変化し、入射した光の偏光軸を変化させる。なお、駆動部２０が出力する駆動信号は、表示する画像を表す画像信号に基づいて生成される。例えば、本実施例では、液晶層１４２を構成する液晶として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いることとする。この場合、各画素（図中、破線で示す領域または一点鎖線で示す領域）の電極間の印加電圧に応じてそれぞれの液晶分子の配向方向が変化し、印加電圧が低く対応する液晶部分がいわゆるオフ状態の画素では、入射した光の偏光軸を約９０°変化させて射出させ、印加電圧が高く対応する液晶部分がいわゆるオン状態の画素では、入射した光の偏光軸をほぼ変化させることなくそのまま射出させる。

図３は、縦向き配置時における液晶パネル１４の観察者３０側から見た状態を模式的に示す説明図である。液晶パネル１４は、図３に示すように、Ａ方向(水平方向)およびＢ方向（垂直方向）に沿って、複数の画素がマトリクス状に配置されている。各画素は、上記したように、駆動部２０（図１参照）からそれぞれに与えられる駆動信号に応じて、入射側偏光板１３からの入射光の偏光軸を変化させて射出する。このとき、射出側偏光板１５は、液晶パネル１４からの入射光のうち、射出側偏光板１５の偏光軸に等しい偏光軸を有する光のみを透過する。この結果、表示パネル１２から射出される光は、射出側偏光板１５の偏光軸に等しい偏光軸を有し、かつ、画像信号に基づいて生成された駆動信号に応じて輝度が変化する光であり、画像信号の表す画像を示す画像光となる。

なお、縦向き配置時における液晶パネル１４の各画素には、左目用画像Ｌｐ（第１画像）の画素と、右目用画像Ｒｐ（第２画像）の画素とが、それぞれ市松状（階段状）の配置となるように割り当てられる。また、液晶パネル１４の各画素には、Ｂ方向に沿ってストライプ状に並ぶＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ（図２では図示省略）が設けられている。

図２の位相差板１６は、ガラス板材１６１と、ガラス板材１６１の板面上に設けられた位相差層１６２と、を備えている。位相差層１６２は、異なる２種類の偏光軸を有する偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂによって構成される。

第１の偏光制御領域１６２ａは、液晶パネル１４の左目用画像Ｌｐに対応する各画素（一点鎖線の枠で示す）と、観察者３０の右目３０Ｒとを結んだ線（破線）上に配置されるとともに、右目用画像Ｒｐに対応する各画素（破線の枠で示す）と、観察者３０の左目３０Ｌとを結んだ線（破線）上に配置される。また、第２の偏光制御領域１６２ｂは、液晶パネル１４の左目用画像Ｌｐに対応する各画素と、観察者３０の左目３０Ｌとを結んだ線（一点鎖線）上に配置されるとともに、右目用画像Ｒｐに対応する各画素と、観察者３０の右目３０Ｒとを結んだ線（一点鎖線）上に配置される。

図４は、縦向き配置時における位相差板１６に含まれる位相差層１６２の観察者３０側から見た状態を模式的に示す説明図である。図３に示したように、液晶パネル１４の各画素には、左目用画像Ｌｐの画素と右目用画像Ｒｐの画素とが市松状に割り当てられているので、これに応じて、２つの偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂは、図４に示すように、市松状（階段状）となるように配置される。

また、位相差層１６２の偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂは、透過する光の偏光軸を、それぞれの偏光軸に対して線対称の偏光軸に変化させる機能を有する。具体的には、位相差層１６２の偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂは、入射した光にλ／２の位相差を与える機能を有しており、それぞれの偏光軸に対して、例えば、角度αの偏光軸を有する光は、それぞれの偏光軸に対して、角度―αの偏光軸を有する光に変化されて射出される。例えば、本実施例において、第１の偏光制御領域１６２ａは約７５°の偏光軸を有しており、第２の偏光制御領域１６２ｂは約１５°の偏光軸を有していることとする。

液晶レンズ１７は、駆動部２０から与えられる駆動信号に応じて、屈折力を有する状態と、屈折力を有さない状態の２種類の状態で動作する機能を有している。

図５は、縦向き配置時における液晶レンズ１７を模式的に示す説明図である。図５（Ａ）は観察者３０側から液晶レンズ１７を見た状態を模式的に示しており、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のａ−ａ線に沿って側方から液晶レンズ１７を見た状態を模式的に示している。図５に示すように、液晶レンズ１７は、入射側ガラス板材１７１と、射出側ガラス板材１７４と、レンズ部材１７２と、液晶層１７３と、を備えている。２つのガラス板材１７１，１７４は、表面に透明電極（図示省略）を備え、基板全体として透光性を有している。

レンズ部材１７２は、透光性を有する物質からなる。透光性物質としては、紫外線硬化樹脂であるウレタンアクリレート等の合成樹脂や、ガラスなど、屈折率がほぼ一定である物質を採用することができる。レンズ部材１７２は、図５（Ｂ）に示すように、複数のシリンドリカルレンズ１７２ａがＢ方向に沿って並んだレンチキュラレンズである。

液晶層１７３は、レンズ部材１７２と射出側ガラス板材１７４との間に充填された液晶からなる。この液晶は、２つのガラス板材１７１，１７４が備える透明電極（図示省略）間の印加電圧に応じて配向方向が変化することで屈折率が変化する。具体的には、例えば、印加電圧が０Ｖの場合には液晶層１７３をオフ状態とするとともに、屈折率がＮ２となり、印加電圧が所定の電圧Ｖ１の場合には液晶層１７３をオン状態とするとともに、屈折率がＮ１（＜Ｎ２）となる特性を有している。ここで、印加電圧が０Ｖの場合の屈折率Ｎ２は、レンズ部材１７２を構成する透光性物質の屈折率（Ｎ２）と同一となる。なお、液晶層１７３を構成する液晶としては、例えば、ターフェニル系液晶やトラン系液晶等を採用することができる。そして、これら複数種類の液晶の中から、屈折率の変化範囲内に屈折率Ｎ１，Ｎ２を含む光学特性の液晶を選択する。屈折率がＮ１となる場合の電圧Ｖ１は、実験により求めて設定することができる。

なお、縦向き配置時において、この液晶レンズ１７は、駆動部２０によって透明電極間に印加される電圧を０Ｖとすることによって液晶層１７３をオフ状態とするとともに、屈折率がＮ２となり、レンズ部材１７２の屈折力（液晶レンズ１７の屈折力）が無効とされる。一方、後述する横向き配置時には、駆動部２０によって透明電極間に印加する電圧をＶ１とすることによって液晶層１７３をオン状態とするとともに、屈折率がＮ１となり、レンズ部材１７２の屈折力（液晶レンズ１７の屈折力）が有効とされる。

図２の偏光板１８は、表示パネル１２の入射側偏光板１３および射出側偏光板１５と同様に、入射する光のうち、設定されている偏光軸に等しい偏光軸を有する直線偏光光のみを透過する。なお、本実施例では、偏光板１８は、表示パネル１２の射出側偏光板１５と同じ約４５°の偏光軸を有するものとする。

図６は、縦向き配置時において表示部１０を透過する画像光を模式的に示す説明図である。左目用画像Ｌｐの画素から射出された画像光のうち、位相差板１６の第２の偏光制御領域１６２ｂを透過して観察者３０の左目３０Ｌの方向に進む光ＳＬｂは、偏光板１８を透過して左目３０Ｌに入射する。また、同様に、右目用画像Ｒｐの画素から射出された画像光のうち、位相差板１６の第２の偏光制御領域１６２ｂを透過して観察者３０の右目３０Ｒの方向に進む光ＳＲｂも、偏光板１８を透過して右目３０Ｒに入射する。一方、後述するように、左目用画像Ｌｐの画素から射出された画像光のうち、第１の偏光制御領域１６２ａを透過して観察者３０の右目３０Ｒの方向に進む光ＳＬａは、偏光板１８で遮光されて観察者３０の右目３０Ｒには到達しない。同様に、右目用画像Ｒｐの画素から射出された画像光のうち、第１の偏光制御領域１６２ａを透過して観察者３０の左目３０Ｌの方向に進む光ＳＲａも、偏光板１８で遮光されて観察者３０の左目３０Ｌには到達しない。すなわち、縦向き配置時において、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過した光は遮光され、第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した光のみが観察者３０に到達する。これにより、図７に示すように、観察者３０の左目３０Ｌでは左目用画像Ｌｐのみが視認され、観察者３０の右目３０Ｒでは右目用画像Ｒｐのみが視認されることになる。なお、図７は、縦向き配置時において、観察者３０が左目３０Ｌで視認する画像と右目３０Ｒで視認する画像を模式的に示す説明図である。

図８は、縦向き配置時において、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過した光が遮光され、第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した光のみが観察者３０に到達する理由を示す説明図である。なお、図８において、破線は、表示パネル１２の２つの偏光板１３，１５、位相差板１６、液晶レンズ１７、および、偏光板１８の偏光軸の角度を示している。また、矢印付きの破線は、入射光の偏光軸の角度を示し、矢印付きの実線は、透過光の偏光軸の角度を示す。

バックライト１１から射出されたランダムな偏光軸を有する光のうち、入射側偏光板１３の約１３５°の偏光軸に等しい偏光軸を有する光のみが、入射側偏光板１３を透過する。入射側偏光板１３を射出した光は、液晶パネル１４に入射し、偏光軸が９０°回転した状態で射出される。すなわち、液晶パネル１４を透過した光は、約４５°の偏光軸を有する。そして、液晶パネル１４を射出した光は、約４５°の偏光軸を有する射出側偏光板１５を透過する。また、射出側偏光板１５を透過した光は、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａまたは第２の偏光制御領域１６２ｂに入射する。

第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂに入射した光は、それぞれの偏光軸に対して線対称の偏光軸に変化されて透過する。具体的には、上記したように、第１の偏光制御領域１６２ａの偏光軸は約７５°であり、第１の偏光制御領域１６２ａに入射した光の偏光軸は約４５°であるので、第１の偏光制御領域１６２ａから射出される光の偏光軸は約１０５°となる。一方、第２の偏光制御領域１６２ｂの偏光軸は約１５°であり、第２の偏光制御領域１６２ｂに入社した光の偏光軸は約４５°であるので、第２の偏光制御領域から射出される光の偏光軸は約１６５°となる。

そして、位相差板１６を射出した光は、液晶レンズ１７を透過する。この最、液晶レンズ１７は、透明電極間に印加される電圧を０Ｖとして、液晶層１７３がオフ状態とされているので、液晶レンズ１７の液晶層１７３は、入射する光の偏光軸を所定の偏光軸に対して線対称の偏光軸を有する光に変化させる機能部として動作する。なお、本実施例では、液晶層１７３は、約１２０°の偏光軸を有するものとする。従って、液晶レンズ１７に入射した光は、約１２０°の偏光軸に対して線対称の偏光軸に変化されて液晶レンズ１７を透過する。具体的には、第１の偏光制御領域１６２ａから射出された光は、約１３５°の偏光軸となって液晶レンズ１７から射出され、第２の偏光制御領域１６２ｂから射出された光は、約７５°の偏光軸となって射出される。

液晶レンズ１７から射出された光のうち、第１の偏光制御領域１６２ａを透過した約１３５°の偏光軸を有する光は、偏光板１８の約４５°の偏光軸に対して垂直な偏光軸を有しているので、偏光板１８で遮光されることになる。図２で示したように、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａは、表示パネル１２の左目用画像Ｌｐの画素と、観察者３０の右目３０Ｒとを結ぶ線上に配置されているので、左目用画像Ｌｐの各画素から射出される画像光が右目３０Ｒに入射するのを抑制することが可能である。また、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａは、表示パネル１２の右目用画像Ｒｐの画素と、観察者３０の左目３０Ｌとを結ぶ線上に配置されているので、右目用画像Ｒｐの各画素から射出される画像光が左目３０Ｌに入射するのを抑制することが可能である。

一方、液晶レンズ１７から射出された光のうち、第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した約７５°の偏光軸を有する光は、偏光板１８の約４５°の偏光軸に対して垂直ではないので、偏光板１８によって約４５°の偏光軸を有する光に変化されて偏光板１８から射出される。図２で示したように、位相差板１６の第２の偏光制御領域１６２ｂは、表示パネル１２の左目用画像Ｌｐの画素と、観察者３０の左目３０Ｌとを結ぶ線上に配置されているので、左目用画像Ｌｐの各画素から射出される画像光を左目３０Ｌに入射させることが可能である。また、位相差板１６の第２の偏光制御領域１６２ｂは、表示パネル１２の右目用画像Ｒｐの画素と、観察者３０の右目３０Ｒとを結ぶ線上に配置されているので、右目用画像Ｒｐの各画素から射出される画像光を右目３０Ｒに入射させることが可能である。

以上のように、縦向き配置時において、観察者３０の左目３０Ｌには左目用画像Ｌｐを表す画像光のみが入射され、観察者３０の右目３０Ｒには右目用画像Ｒｐを表す画像光のみが入射されることにより、観察者３０は、左目３０Ｌでは左目用画像Ｌｐのみを視認し、右目３０Ｒでは右目用画像Ｒｐのみを視認することとなる。この結果、観察者３０は、３Ｄ画像を視認することが可能となる。

Ｃ．横向き配置時の構成および動作：
図９は、横向き配置時において表示部１０を透過する画像光を模式的に示す状態である。

ここで、横向き配置の場合、液晶パネル１４の各画素には、図１０に示すように、左目用画像Ｌｐ（第１画像）の画素と右目用画像Ｒｐ（第２画像）の画素が、図２に示した縦向き配置の場合と異なった状態で割り当てられる。

図１０は、横向き配置時における液晶パネル１４を観察者３０側から見た状態を模式的に示す説明図である。図１０に示すように、横向き配置時における液晶パネル１４の各画素には、左目用画像Ｌｐ（第１画像）の画素と、右目用画像Ｒｐ（第２画像）の画素とが、Ａ方向（垂直方向）に沿って並ぶ画素列ごとに交互に配列されて、ストライプ状の配置となるように割り当てられる。

また、液晶レンズ１７は、横向き配置の場合、縦向き配置における説明において図５を用いて説明したように、レンズ部材１７２の透光性物質の屈折率Ｎ２に対して液晶層１７３の屈折率をＮ１（＜Ｎ２）とし、屈折力が有効となるように、駆動部２０（図１）によって駆動されている。なお、レンチキュラレンズとして作用するレンズ部材１７２の各シリンドリカルレンズ１７２ａは、レンチキュラレンズをイメージスプリッタとして用いた３Ｄ表示ディスプレイの場合と同様に、左目用画像Ｌｐの画素の列と、観察者側３０側から見てその左横に並ぶ右目用画像Ｒｐの画素の１列と、を組とした各組に対応するように配列される。例えば、図９に示す中心のシリンドリカルレンズ１７２ａ（２）は中心の２つの画素ＰＬ２，ＰＲ２に対応し、左横のシリンドリカルレンズ１７２ａ（１）は、左横の２つの画素ＰＬ１，ＰＲ１に対応し、右横のシリンドリカルレンズ１７２ａ（３）は右横の２つの画素ＰＬ３，ＰＲ３に対応する。

なお、上記した構成以外の他の構成については、配置の向きが異なっている点を除いて基本的に縦向き配置時における構成と同じであるので、説明は省略する。

横向き配置の場合、左目用画像Ｌｐの各画素から射出された画像光および右目用画像Ｒｐの各画素から射出された画像光は、後述するように、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂのいずれに入射するかにかかわらず、偏光板１８を透過する。そして、例えば、図９に示すように、左目用画像Ｌｐの画素ＰＬ２から射出された画像光のうち、対応して配置されたシリンドリカルレンズ１７２ａ（２）を透過した光ＳＬ１は、シリンドリカルレンズ１７２ａの屈折力によって観察者３０の左目３０Ｌの位置で像を結ぶように導かれる。また、同様に、右目用画像Ｒｐの画素ＰＲ２から射出された画像光のうち、対応して配置されたシリンドリカルレンズ１７２ａ（２）を透過した光ＳＲ１は、シリンドリカルレンズ１７２ａ（２）の屈折力によって観察者３０の右目３０Ｒの位置で像を結ぶように導かれる。すなわち、各シリンドリカルレンズ１７２ａは、対応する画素から射出される画像光を観察者の目の位置で像を結ぶように構成されている。一方、左目用画像Ｌｐの画素ＰＬ２から射出された画像光のうち、対応して配置されていないシリンドリカルレンズ１７２ａ（１）を透過した光ＳＬ２は、観察者３０の目の位置に導かれない。同様に、右目用画像Ｒｐの画素ＰＲ２から射出された画像光のうち、対応して配置されていないシリンドリカルレンズ１７２ａ（３）を透過した光ＳＲ２も、観察者３０の目の位置に導かれない。なお、他の画素から射出された光も同様である。これにより、図１１に示すように観察者３０の左目３０Ｌでは左目用画像Ｌｐのみが視認され、観察者３０の右目３０Ｒでは右目用画像Ｒｐのみが視認されることになる。なお、図１１は、横向き配置時において観察者３０が左目３０Ｌで視認する画像と右目３０Ｒで視認する画像を模式的に示す説明図である。

図１２は、横向き配置時において、各画素から射出された光が、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂのいずれを透過するかにかかわらず偏光板１８を透過する理由を示す説明図である。なお、図１２において、破線は、表示パネル１２の２つの偏光板１３，１５、位相差板１６、液晶レンズ１７、および、偏光板１８の偏光軸の角度を示している。また、矢印付きの破線は、入射光の偏光軸の角度を示し、矢印付きの実線は、透過光の偏光軸の角度を示す。

縦向き配置時と同様に、表示パネル１２および位相差板１６を透過した光のうち、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過した光は約１０５°の偏光軸を有する光となり、第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した光は約１６５°の偏光軸を有する光となる。

そして、位相差板１６を射出した光は、液晶レンズ１７を透過する。この最、液晶レンズ１７は、透明電極間に印加される電圧をＶ１として、液晶層１７３がオン状態とされているので、液晶レンズ１７の液晶層１７３がオフ状態において有していた入射した光の偏光軸を変化させる機能は有さず、入射した光の偏光軸をそのままとして透過させる。具体的には、第１の偏光制御領域１６２ａから射出された光は、約１０５°の偏光軸のまま液晶レンズ１７から射出され、第２の偏光制御領域１６２ｂから射出された光は、約１６５°の偏光軸のまま液晶レンズ１７から射出される。

液晶レンズ１７から射出された光のうち、第１の偏光制御領域１６２ａを透過した約１０５°の偏光軸を有する光は、偏光板１８の約４５°の偏光軸に対して垂直ではない偏光軸を有しているので、偏光板１８によって遮光されることなく約４５°の偏光軸を有する光に変化されて射出される。また、第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した約１６５°の偏光軸を有する光も、偏光板１８の約４５°の偏光軸に対して垂直ではない偏光軸を有しているので、偏光板１８によって遮光されることなく約４５°の偏光軸を有する光に変化されて射出される。

従って、左目用画像Ｌｐの画素から射出された画像光および右目用画像Ｒｐの画素から射出された画像光は、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂのいずれを透過するかにかかわりなく、偏光板１８を透過することが可能となる。これにより、左目用画像Ｌｐの各画素から射出された画像光のうち、それぞれ対応するシリンドリカルレンズ１７２ａを透過した光は、観察者３０の左目３０Ｌの位置で像を結ぶように導かれ、観察者３０の左目３０Ｌでは左目用画像Ｌｐのみが視認される。また、右目用画像Ｒｐの各画素から射出された画像光のうち、それぞれ対応するシリンドリカルレンズ１７２ａを透過した光は、観察者３０の右目３０Ｒの位置で像を結ぶように導かれ、観察者３０の右目３０Ｒでは右目用画像Ｒｐのみが視認される。

以上のように、横向き配置時においても、観察者３０の左目３０Ｌには左目用画像Ｌｐを表す画像光のみが入射され、観察者３０の右目３０Ｒには右目用画像Ｒｐを表す画像光のみが入射されるので、観察者３０は、左目３０Ｌでは左目用画像Ｌｐのみを視認し、右目３０Ｒでは右目用画像Ｒｐのみを視認することとなる。この結果、観察者３０は、３Ｄ画像を視認することが可能となる。

Ｄ．効果：
本実施例の指向性表示ディスプレイ１０００は、縦向き配置時には、駆動部２０によって液晶レンズ１７を駆動して液晶レンズ１７の屈折力を無効とし、左目用画像Ｌｐから射出した画像光のうち、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過して観察者３０の右目３０Ｒに入射する光を偏光板１８によって遮光するとともに、右目画像Ｒｐから射出した画像光のうち、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過して観察者３０の左目３０Ｌに入射する光を偏光板１８によって遮光することにより、左目用画像Ｌｐを左目３０Ｌにのみ入射させるとともに、右目用画像Ｒｐを右目３０Ｒにのみ入射させて、観察者３０に３Ｄ画像を視認させることができる。また、横向き配置時には、駆動部２０によって液晶レンズ１７を駆動して液晶レンズ１７の屈折力を有効とし、左目画像Ｌｐから射出した画像光を観察者３０の左目３０Ｌの位置で結像させるとともに、右目用画像Ｒｐから射出した画像光を観察者３０の右目３０Ｒの位置で結像させることにより、観察者３０に３Ｄ画像を視認させることができる。従って、本実施例の指向性表示ディスプレイ１０００は、表示部１０を縦向き配置した場合および横向き配置した場合のいずれの場合においても、観察者３０に３Ｄ画像を視認させることが可能である。

また、本実施例の指向性表示ディスプレイ１０００では、縦向き配置においては、液晶パネル１４の左目用画像Ｌｐに対応する各画素から射出されて、観察者３０の右目３０Ｒに向かう画像光を遮光するとともに、右目用画像Ｒｐに対応する各画素から射出されて、観察者３０の左目３０Ｌに向かう画像光を遮光するように、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂの配置のみを精度よく設定すればよく、横向き配置においては、液晶パネル１４の左目用画像Ｌｐに対応する各画素から射出された画像光を観察者３０の左目３０Ｌの位置で結像させるとともに、液晶パネル１４の右目用画像Ｒｐに対応する各画素から射出された画像光を観察者３０の右目３０Ｒの位置で結像させるように、液晶レンズ１７のレンズ部材１７２に含まれる各シリンドリカルレンズ１７２ａの配置のみを精度よく設定すればよいので、縦向き配置および横向き配置のいずれにおいても、画質劣化の少ない３Ｄ画像の表示を実現することが可能である。

Ｅ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｅ１．変形例１：
上記実施例の指向性表示ディスプレイ１０００は、観察者の左目と右目にそれぞれ異なる画像を視認させることにより、観察者に３Ｄ画像を視認させる３Ｄ表示ディスプレイの機能を有する指向性表示ディすれプレイを例として説明したが、これに限定されるものではなく、複数の観察者にそれぞれ異なる２次元画像を提供する複数画面表示ディスプレイの機能を有する指向性表示ディスプレイにも適用可能である。

Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、２種類の異なる偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂを有する位相差板１６を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、液晶パネルを用いることも可能である。すなわち、入射する光の偏光軸をそれぞれ異なる２種類の偏光軸に変化させることができる２種類の偏光制御領域を有する偏光制御部としての機能を実現可能な種々の光学部材を用いることができる。

Ｅ３．変形例３：
上記実施形態では、位相差板１６の偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂを市松状（階段状）に配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、位相差板１６の偏光制御領域１６２ａ，１６２ｂを所定の方向（図４のＢ方向）に延びるように配置してもよいし、市松状以外の水平方向（横方向）および垂直方向（縦方向）に対して斜め方向に延びるように配置してもよい。

Ｅ４．変形例４：
また、上記実施例では、表示パネル１２の液晶パネル１４は、９０°の旋光性を有するＴＮ液晶によるＴＮ方式を用いており、液晶パネル１４を挟んで対向するように配置される入射側偏光板１３および射出側偏光板１５が、互いに直交する偏光軸を有する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式およびＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）方式などの他の方式による液晶パネルを用いてもよい。この場合、たとえば、ＶＡ方式を用いれば、液晶パネル１４を挟み込むように配置された入射側偏光板１３および射出側偏光板１５を、同じ偏光軸を有する偏光板により構成するとともに、液晶パネル１４、入射側偏光板１３、および、射出側偏光板１５の偏光軸に対応するように、位相差板１６、液晶レンズ１７、および、偏光板１８の偏光軸を設定すればよい。

Ｅ５．変形例５：
また、上記実施例では、入射側偏光板１３、射出側偏光板１５、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａ、第２の偏光制御領域１６２ｂ、液晶レンズ１７、および、偏光板１８の偏光軸を、それぞれ、約１３５°、約４５°、約７５°、約１５°、約１２０°、約４５°に設定した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、入射側偏光板１３、射出側偏光板１５、位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａ、第２の偏光制御領域１６２ｂ、液晶レンズ１７、および、偏光板１８の偏光軸を上記の値以外の値に設定してもよい。この場合、偏光軸を最適化することにより、表示部を横向きに配置した場合に、偏光板１８に入射した光の偏光軸が、偏光板１８の偏光軸に変化される場合に発生する損失を低減することが好ましい。これにより、観察者に対して明るい画像を視認させることが可能となる。

Ｅ６．変形例６：
上記実施例の指向性表示ディスプレイ１０００は、基本的には観察者に３Ｄ画像あるいは多画面画像を視認させるものであるが、液晶レンズ１７の液晶層１７３の状態をオン状態とオフ状態の中間状態とするように、駆動部２０によって液晶レンズ１７を駆動し、複数の画像の分離を不完全な状態とすることにより、観察者に２次元画像を提供することも可能である。

本発明の一実施例としての指向性表示ディスプレイを構成する表示部および駆動部を模式的に示した説明図である。 縦向き配置時における表示部１０の内部構成を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時における液晶パネル１４を観察者３０側から見た状態を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時における位相差板１６の位相差層１６２を観察者側から見た状態を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時における液晶レンズ１７を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時において表示部１０を透過する画像光を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時において観察者３０が左目３０Ｌで視認する画像と右目３０Ｒで視認する画像を模式的に示す説明図である。 縦向き配置時において位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａを透過した光が遮光され第２の偏光制御領域１６２ｂを透過した光のみが観察者３０に到達する理由を示す説明図である。 横向き配置時において表示部１０を透過する画像光を模式的に示す状態である。 横向き配置時における液晶パネル１４を観察者３０側から見た状態を模式的に示す説明図である。 横向き配置時において観察者３０が左目３０Ｌで視認する画像と右目３０Ｒで視認する画像を模式的に示す説明図である。 横向き配置時において各画素から射出された光が位相差板１６の第１の偏光制御領域１６２ａおよび第２の偏光制御領域１６２ｂのいずれを透過するかにかかわらず偏光板１８を透過する理由を示す説明図である。

符号の説明

１０…表示部
１０Ｄ…面
１１…バックライト
１２…表示パネル
１３…入射側偏光板
１４…液晶パネル
１５…射出側偏光板
１６…位相差板
１７…液晶レンズ
１８…偏光板
２０…駆動部
３０…観察者
３０Ｌ…左目
３０Ｒ…右目
１４１…入射側ガラス基板
１４２…液晶層
１４３…射出側ガラス基板
１６１…ガラス板材
１６２…位相差層
１６２ａ，１６２ｂ…偏光制御領域
１７１…入射側ガラス板材
１７２…液晶層
１７２…レンズ部材
１７２ａ…シリンドリカルレンズ
１７３…液晶層
１７４…射出側ガラス板材
１０００…指向性表示ディスプレイ

Claims (6)

1. 表示パネルの画像表示面に表示された複数の画像を、互いに異なる複数の視方向に対してそれぞれ分離して表示することが可能な指向性表示ディスプレイであって、
   前記表示パネルの前面に配置された偏光制御部と、
   前記偏光制御部の前面に配置された液晶レンズと、
   前記液晶レンズの前面に配置された偏光板と、
   を備え、
   前記偏光制御部は、入射する光をそれぞれ互いに異なる偏光軸を有する光に変化させる第１の偏光領域および第２の偏光領域を有しており、
   前記液晶レンズは、所定の屈折率を有する複数のレンズを含むレンズ層と、液晶層と、を含み、前記液晶層の配向状態が変化されることにより、前記液晶層の屈折率が変化して前記液晶レンズの屈折力が変化されるとともに、前記液晶レンズに入射する光の偏光軸が変化されることが可能であり、
   （ｉ）前記画像表示面の縦と横の向きがあらかじめ定められた第１の向きで前記表示パネルを配置した状態では、前記液晶レンズにおいて、前記屈折力が無効とされるとともに、前記偏光制御部から入射した光のうち前記第１の偏光領域から射出された光が前記偏光板で遮光され、かつ、前記第２の偏光領域から射出された光が前記偏光板を透過するように、前記偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、前記複数の画像が前記複数の視方向に対してそれぞれ分離され、
   （ｉｉ）前記第１の向きに対して、前記画像表示面の縦と横の向きを逆にした第２の向きで前記表示パネルを配置した状態では、前記液晶レンズにおいて、前記屈折力が所定の大きさに設定されるとともに、前記偏光制御部から前記液晶レンズに入射した光が、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域のいずれから射出された光であるかに関わらず、前記偏光板を透過するように、前記偏光制御部から入射した光の偏光軸が変化されることによって、前記屈折力に基づいて前記複数の画像が前記複数の視方向に対してそれぞれ分離される、
   ことを特徴とする指向性表示ディスプレイ。
2. 請求項１に記載の指向性表示ディスプレイであって、
   前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域は、前記表示パネルが前記第１の向きに配置された状態において、前記画像表示面の縦方向および横方向に対して斜め方向に配置されていることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。
3. 請求項１または請求項２に記載の指向性表示ディスプレイであって、
   前記液晶レンズの前記レンズ層は、前記表示パネルが前記第２の向きに配置された状態において、蒲鉾状の前記複数のレンズが横方向に沿って曲面を有するように複数配列されていることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
   前記偏光制御部は、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域を有する位相差板により構成されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
   前記偏光制御部は、前記第１の偏光領域および前記第２の偏光領域を有する液晶パネルにより構成されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の指向性表示ディスプレイであって、
   前記表示パネルを前記第１の向きおよび前記第２の向きで配置した場合において、前記液晶レンズの屈折力を前記所定の大きさよりも小さい中間状態とすることにより、前記複数の視方向に対して同一の画像が表示されることを特徴とする指向性表示ディスプレイ。

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