カラー立体表示装置
【課題】アパーチャーを有する拡散層を用いる場合に、光の利用効率が悪く映像が暗くなる点、レンチキュラーレンズからなるスクリーンに投映する際に、各色の指向性をなくすための調整が面倒で、しかも完全には無くせず、色斑の発生が懸念される点や、投映される画像とレンチキュラーレンズの各レンズとの位置合わせを、その都度、厳密に行わなければならない点等を解消する。
【解決手段】カラー立体表示装置は、表示パネル２と、レンチキュラーレンズシート３とが対向して配置され、レンチキュラーレンズシート３よりも観察側に、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシート９が配置され、プリズム面が、プリズムシート９の屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層１０で埋められて平坦化され、プリズムシート９及び平坦化層１０の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているものとした。
【解決手段】カラー立体表示装置は、表示パネル２と、レンチキュラーレンズシート３とが対向して配置され、レンチキュラーレンズシート３よりも観察側に、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシート９が配置され、プリズム面が、プリズムシート９の屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層１０で埋められて平坦化され、プリズムシート９及び平坦化層１０の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているものとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等の任意の表示パネルとレンチキュラーレンズシートとを組み合わせてなるカラー立体表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョンやコンピュータの表示装置としては、平面的な映像を表示し得るものが使用されていることが多いが、映像を立体表示にすれば、臨場感が増したり、事物の立体的配置が分かりやすくなり利点が生じ得る。
例えば、特許文献１には、レンチキュラーレンズを用いたレンチキュラ方式又はバリア方式の立体映像表示装置が記載されている。
【０００３】
図６は、従来、液晶表示装置等において立体表示を試みた例を示す図で、下面側に色分けして示した符号２を有する部分は、液晶表示装置を構成する三原色の区域の最小単位であるピクセルの集合体である表示パネル（あるいは、符号２は、カラーフィルタの各色の区域とみなしてもよい。）を示し、表示パネル２の各区域Ｒ、Ｇ、およびＢの各々から、強度がコントロールされた、赤色、緑色、および青色の光が出光し、出光した光は、レンチキュラーレンズ１１の各レンズにより屈折して集光し、レンチキュラーレンズ１１の集光部に対応して上部に設けられた拡散層１２の開孔部１２ａを通った後、上面側のレンチキュラーレンズ１１’により、適宜な方向に向かって収束される。
【０００４】
表示パネル２には、向かって左側より、三原色Ｒ、Ｇ、およびＢのピクセルを単位とする左眼用画像（「左」で表示）、および右目用画像（「右」で表示）のペアが形成されており、このペア毎に、１つの画素が設定されて、図では、水平方向に密に配列されている。下面側のレンチキュラーレンズ１１の各レンズは、１つの画素を構成する左眼用画像と右眼用画像にそれぞれ対応して設けられており、各々の画像に対応する開孔部（アパーチャー）１２ａより透過する。開孔部１２ａより出た光は、左眼用画像と右眼用画像のペア毎に対応して設けられたレンチキュラーレンズ１１’により屈折されることにより、左眼用画像が上方の向かって右側の方向に、右眼用画像が上方の向かって左側の方向に、それぞれ収束することにより、視差が生じ、左眼用画像と右眼用画像を同時に見ることにより、画像の立体感が得られるものである。なお、上記のように開孔部１２ａを有する拡散層１２を用いる代わりに、表示パネル２からの光をレンチキュラーレンズ１１’からなるスクリーンに投映する場合もある。
【０００５】
しかし、上記の方式では、開孔部１２ａにより表示パネル２からの光を絞るために、光の利用効率が悪く、映像が暗くなる欠点が避けられない。また、Ｒ、Ｇ、およびＢの三原色のピクセルで画素を構成しているので、これら三つのピクセル毎に、レンチキュラーレンズ１１’の下面に集光させて、白色光とした後、指向性を無くさないと、各ピクセル毎に、収束する位置がずれる結果となり、観察側の位置によって、ある１つのピクセルのみが見え、単色の映像しか見えないことになる。この問題の解決のためには、拡散層１２の両面のレンチキュラーレンズ１１および１１’を厳密に位置合わせして配置したものを、さらに、投映像との位置合わせをして配置する煩雑さがあり、いずれにおいても配置精度を向上させるための調整に手間がかかる上、指向性を完全に無くすことが困難であるために、色斑の発生も懸念される。また、スクリーンに投映する方式においても、投映される画像とレンチキュラーレンズの各レンズとの位置合わせを、その都度、厳密に行なわなければならない不便さがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−１０４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明においては、開孔部１２ａを有する拡散層１２を用いる場合に、光の利用効率が悪く、映像が暗くなる点、レンチキュラーレンズからなるスクリーンに投映する際に、三原色の各色の指向性を無くすための調整に手間がかかる上、指向性を完全に無くせずに、色斑の発生が懸念される点、およびレンチキュラーレンズからなるスクリーンに投映する際に、投映される画像とレンチキュラーレンズの各レンズとの位置合わせを、その都度、厳密に行なわなければならない点を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、従来、いずれも、三原色の三つのピクセルからなる左眼用画像と右眼用画像とを、レンチキュラーレンズの左右に対応させていたのに代えて、三原色の各々のピクセルを１つずつ、レンチキュラーレンズの左右に対応させることにより解決することができた。
【０００９】
第１の発明は、ピクセルが一定ピッチで多数配列されて構成された表示パネルと、前記表示パネルに対向して配置され、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に多数並べられたレンズ面を有するレンチキュラーレンズシートと、前記レンチキュラーレンズシートよりも観察側に配置され、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシートと、前記プリズム面を埋めて平坦化し、前記プリズムシートの屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層と、を備え、前記レンチキュラーレンズは、前記レンズの幅方向において、１つにつきｎ個（ただし、ｎは２〜２０の自然数）の前記ピクセルからなる１つずつのピクセル群が対応するよう配列され、前記表示パネルは、隣接する３つの前記ピクセル群の各々を構成するｎ個のピクセルのうち、一方の側から数えた同番目のピクセルに、三原色のそれぞれが割り振られたピクセルの各組からなり、前記ピクセルの各組が、前記一方の側から数えた順に、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面側に設定されたｎ個の観察位置の各々に順に送られるべき画素を構成し、前記プリズムシート及び前記平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第２の発明は、第１の発明において、前記屈折率が可変な材料は、液晶であることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層により埋められて平坦化されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第４の発明は、第３の発明において、前記レンチキュラーレンズシート及び前記低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１つのレンチキュラーレンズにｎ個のピクセルを対応させ、ｎ個の観察位置に隣接するレンチキュラーレンズから、１画素を構成する三原色の光を送れるよう配置したので、調整の問題が生じたり、映像が暗くなったり、色斑が生じることが無いｎ眼式のカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、レンチキュラーレンズシートよりもさらにプリズムシートを観察側に配置することにより、観察位置を上下左右にずらすことが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、プリズムシートのプリズム面が低屈折率な平坦化層により埋められて平坦化されているので、傷付きや汚れを防止することが可能で、プリズムシートと低屈折率な平坦化層の組み合わせにより、観察位置を上下左右に変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、プリズムシート及びプリズム面を埋めて平坦化する平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているので、プリズムシート、もしくは平坦化層を取り替えずに、観察位置を上下左右に変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、使用するレンチキュラーレンズのレンズ面が低屈折率層により埋められて平坦化されているので、傷付きや汚れを防止することが可能になるほか、レンチキュラーレンズおよび低屈折率層の各々の屈折率を変えることにより、観察位置の遠近を変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、レンチキュラーレンズシート及び低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているので、レンチキュラーレンズシート、もしくは低屈折率層を取り替えずに、観察位置を変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、距離Ｌ、設定した観察位置の数ｎ、ピクセル幅ｗが特定の関係を規定することにより、２眼式を含む多眼式立体表示が有効におこなわれ得るカラー立体表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】カラー立体表示装置の例を示す図である。
【図２】別のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図３】多眼式のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図４】別の多眼式のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図５】さらに機能を付加したカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図６】従来のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）は、本発明を適用した、左右両眼で見たときに立体感を与えることが可能なカラー立体液晶表示装置のうち、カラーフィルタ２およびレンチキュラーレンズシート３を組み合わせて配置した部分を示す図である。図において、カラーフィルタ２は、図の向かって左側より、青色、赤色、および緑色（順に、Ｂ、Ｒ、およびＧで表示）の各色の微小カラーフィルタが横方向にこの順で一定ピッチで繰返し配列され、および縦方向に一定ピッチで繰返し配列されたものである。なお、以降の図も含め、多数のレンチキュラーレンズ、および多数のピクセル（ここでは微小カラーフィルタ）のごく一部を描いてある。また、レンチキュラーレンズシート３は、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に一定ピッチで多数並べられたレンズ面を有するもので、図のものは、図面の奥側にレンズ面を有している。上記のカラーフィルタ２とレンチキュラーレンズシート３とは、レンチキュラーレンズ１つにつき、通常は微小カラーフィルタの２個からなる微小カラーフィルタ群２ａが１つずつが対応するよう配置されている。
【００１３】
カラー立体液晶表示装置は、例えば、図１（ｃ）に示すように、下面側よりバックライト５、液晶層をガラス内面に透明電極を有する二枚の電極シートではさんだ液晶パネル４、カラーフィルタ２、およびレンチキュラーレンズ３が順に配置されたもので、液晶パネルの両電極間に電位をかけることにより、バックライト５からの白色光の透過量を制御し、カラーフィルタ２により、赤色、青色、および緑色の各色の光として上面側に出光させるものである。なお、表示装置には、ＣＲＴ（ブラウン管）、プラズマディスプレイパネルのように、自身が発光するタイプのものもあるが、いずれにせよ、表示装置全体としては、観察側に赤色、青色、および緑色の光を出光させるものであるので、以降の説明で引用する場合も含め、図１（ａ）におけるカラーフィルタ２の図をもって、Ｒ、Ｇ、およびＢのような三原色の各々の色を表示するピクセルが一定ピッチで配列された表示パネルを表す事とし、液晶、プラズマディスプレイ等の方式を問わない。また、Ｒ、Ｇ、もしくはＢの文字で、しばしば、各々の色のピクセルを示すことがある。ここで、三原色としては、赤色、緑色、および青色からなる加色混合（加算混合）の場合の三色としたが、減色混合（減算混合）の場合の青色、赤色、および黄色からなる三色を用いることもあり得る。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、各レンチキュラーレンズの下部の表示パネル２の互いに隣接した３つのピクセル群２ａの図中、向かって左側半分にあるピクセル、即ち、向かって左側から１番目のＢ、３番目のＧ、および５番目のＲ（図中、○で囲んである。）のように、１つおきに選択された３つのピクセル（図中、６Ｌで表示）から出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズ３により屈折されて左眼７Ｌで観察することができ、ピクセル群２ａの右側半分にあるピクセル、即ち、上記で選択しされたピクセルの間、即ち、向かって左側から２番目のＲ、４番目のＢ、および６番目のＧのように、１つおきに選択された３つのピクセル（図中、６Ｒで表示）から出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズ３により屈折されて右眼７Ｒで観察することができる。なお、以降において、特に断らなくても、右は図中の向かって右を、また、左は図中の向かって左を指すものとし、ただし、観察者は図の手前側を向いているものとするので、観察者の左眼が図中の向かって右側に、右眼が図中の向かって左にあるものとする。後述する多眼式の例においても、多数並んだ眼に関する左右は二眼の場合の左右と同様であり、多眼の観察者が図の手前側を向いているものとして、図の左右とは逆であるとする。従って、表示パネルの各ピクセル群２ａの左側に三原色のそれぞれを割り振っておき、各ピクセル群２ａの右側にも同様にすることにより、隣接したピクセルの左側のピクセルの３つからなる組で左眼７Ｌ用の画素を、また、隣接したピクセルの３つからなる組で右眼７Ｒ用の画素を構成することができる。即ち、両眼用としては６つの画素を使用することになる。
【００１５】
上記のカラー立体液晶表示装置１においては、２ピクセル毎に１のレンチキュラーレンズを対応させることにより、ピクセルの光を、１つおきに左眼７Ｌもしくは右眼７Ｒに送ることができるので、図１の例では、右眼７Ｒでは、Ｒ、Ｂ、およびＧのピクセル６Ｒが順に繰返したことによる映像を、また、左眼７Ｌでは、Ｂ、Ｇ、およびＲのピクセル６Ｌが順に繰返したことによる映像を見ることができ、６Ｒ、および６Ｌで示した３ピクセル毎に１つの色が決まり、これら６Ｒ、もしくは６Ｌを構成するそれぞれのピクセルが左右の眼で解像されない限り、即ち、ピクセルが観察する距離に対して十分小さい限り、カラー立体液晶表示装置１全体としては、カラー立体映像を眺めることが可能になる。
【００１６】
本発明のカラー立体表示装置１は、ピクセルの光を、１つおきに左眼７Ｌもしくは右眼７Ｒに送ることができる、次のような構成であってもい。図２は、カラーフィルタ２であり得る表示パネルとレンチキュラーレンズ３との組み合わせて配置した状態を示し、図において、表示パネル２は、図の左側より、Ｒ、Ｒ、Ｇ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、・・・のように、同色のピクセルが二つずつ横方向に、この順で繰返し、および縦方向に一定ピッチで配列したものであり、上記のカラーフィルタ２とレンチキュラーレンズシート３とは、レンチキュラーレンズ１つにつき、ピクセル２個からなるピクセル群２ａの１つずつが対応するよう配置されている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、左側から１番目のレンチキュラーレンズの下部にある二つの赤色のピクセルＲ、Ｒからなるピクセル群２ａのうち、左側のピクセルＲから出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズにより屈折されて左眼７Ｌで観察することができ、同様に、左側から２番目のレンチキュラーレンズの下部にあるピクセル群２ａの左側のピクセルＧから出光した光、および、左側から３番目のレンチキュラーレンズの下部にあるピクセル群２ａの左側のピクセルＢから出光した光も、左眼７Ｌで観察することができる。また、各レンチキュラーレンズの下部のピクセル群２ａの右側にあるＲ、Ｇ、およびＢのピクセルから出光した光は、右眼７Ｒで観察することができる。従って、同色のピクセルが二つずつ並んだ微小色表区域群が配列した表示パネル２の各微小色表示群２ａの左側から選んだＲ、Ｇ、およびＢに左眼用の画素を、また、右側から選んだＲ、Ｇ、およびＢに右眼用の画素を設定しておけば、これら両方の画素により、立体視の際の１画素が設定され、図１を引用して説明した例におけるのと同様に、カラー立体表示装置１全体として、カラー立体映像を眺めることが可能になる。
【００１８】
本発明のカラー立体表示装置１は、上記の二例におけるように、２ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを配置して、ピクセルの光を、１つおきに左眼もしくは右眼に送る構造としたので、単色やダブルトーンの表示を行なうこともでき、単色であれば、２ピクセル、ダブルトーンであれば４ピクセルを単位にして立体表示を行なうことができる。また、本発明の立体表示装置は、３以上の数ｎのピクセルに１つのレンチキュラーレンズを配置して、ｎ眼式（多眼式）の立体表示を行なうこともできる。従って、上記の左右両眼で見る２眼式は、多眼式のうちの一例である。多眼式においても、２眼式と同様、単色表示やカラー表示があり得るが、本質的な相違はないので、以降の説明では、カラー立体表示の場合を説明する。なお、ｎ眼式（多眼式）のｎは、２以上の自然数であって、大きくできるが、ピクセルの数、製作精度、映像の明るさの観点から、実用上、２０以下とすることが好ましい。
【００１９】
図３は、６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させて配置し、レンズ面側に等間隔に位置を設定した６つの観察用の眼で観察可能とする、６眼式の立体表示を行なわせる例を示す図で、表示パネル２は、左側から１番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの順のピクセルからなる第１のピクセル群２ａが配列しており、左側から２番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＧ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒの順のピクセルからなる第２のピクセル群２ａ、さらには、左側から３番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇの順のピクセルからなる第３のピクセル群２ａが配列したもので、以降は、これら第１、第２、および第３のピクセル群の繰返しになる。
【００２０】
このような表示パネル２の各々のピクセル群２ａの、左側から１番目のピクセルから出た光のいずれもが、６つの観察用の眼のうち、「最も左」（図では向かって最も右）の観察用の眼に送られ、左側から２番目のピクセルから出た光のいずれもが、図中右側から２番目の観察用の眼に送られ、以降、同様に、それぞれのピクセル群２ａにおける左側から数えた順番に応じた位置の観察用の眼に送られる。
【００２１】
上記の各群において、向かって左側から数えて同じ順番（＝同番目）であるピクセルは、例えば、撮影対象をカメラアングルを順次変えて撮影した画像の、同一カメラアングルに相当する画素を構成することができ、例えば、表示パネル２のピクセルの各々の群の、向かって左側から１番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢ（図３中、いずれも○で囲んだＲ、Ｇ、およびＢを付したピクセル）を、撮影対象を最も左側から撮影した画像の画素を構成するものとして、出光した光を、観察用の眼のうち「最も左」（図では向かって最も右）のものに送るよう設定し、以降の２番目、３番目、…のピクセルについては、撮影した位置、および出光した光を送るべき観察用の眼を右側にずらしていくよう設定することにより、観察用の眼の位置により、カメラアングルの異なる画像を眺めることが可能になる。
【００２２】
図３に示すように、表示パネル２のピクセル群２ａの各々におけるピクセルの配列順を、第１のピクセル群でＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの順、第２のピクセル群でＧ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒの順、および第３のピクセル群でＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇの順のように、互いに異なる配列順としてある。この理由は、いずれのピクセル群も、同じピクセルの配列順、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、・・・の繰返しとすると、図３の例のように、６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させて配置した場合、各ピクセル群の先頭のピクセルの色が同じになって、カラー表示ができなくなるのを避けるためである。１つのレンチキュラーレンズに対応させるピクセルの数が、３、６、９、１２、…のような３の倍数のピクセル毎に配置した場合、各ピクセル群におけるピクセルの配列順を互いに異なるようにする必要があるが、１つのレンチキュラーレンズに対応するピクセルの数が、３の倍数以外である場合には、表示パネル２上の配列がＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、・・・の繰返しであって差し支えない。
【００２３】
ところで、多眼式のカラー立体表示装置においても、図２を引用して説明したように、１つのレンチキュラーレンズに対応する複数のピクセルを同色で構成することもできる。図４は、図３におけるのと同様、６眼式の立体表示を行なわせる例であるが、表示パネル２は、左側から１番目の第１のピクセル群２ａの６つのピクセルをＲで、２番目の第２のピクセル群２ａの６つのピクセルを６つのＧで、３番目の第３のピクセル群２ａの６つのピクセルを６つのＢで、それぞれ構成してある。
【００２４】
このような表示パネル２の各々のピクセル群２ａの、左側から１番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢから出た光のいずれもが、６つの観察用の眼のうち、「最も左」（図では最も右）の観察用の眼に送られ、以下、同様に向かって左側から２番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢから出た光のいずれもが、６眼のうち「左から２番目」（図では右から２番目）の観察用の眼に送られるというように、それぞれのピクセル群における位置に応じた位置の観察用の眼に送られる。
【００２５】
この図４を引用して説明している例においては、１つのレンチキュラーレンズに対応する複数のピクセルを同色で構成したので、隣り合うレンチキュラーレンズに対応するピクセル群２ａの同じ個所から選択されるピクセルどうしは、必ず色が異なり、先に述べたように、１つのレンチキュラーレンズに対応するピクセルの数が３の倍数であっても、各群の先頭のピクセルの色が同じになることはない。
【００２６】
本発明のカラー立体表示装置においては、レンチキュラーレンズシート３としては、個々のレンチキュラーレンズの断面形状が円形、楕円形、もしくは放物線等の２次曲線の一部である通常のものを原則的に使用することができる。レンチキュラーレンズシート３のレンズ面を観察側に配置するときは、レンズ面に凹凸を有するため、傷付きや汚れを招く恐れもあるので、屈折率の低い樹脂でレンズ面の凹凸をならして平坦化することにより、これらの恐れを少なくすることを行なってもよい。
【００２７】
図５に、レンチキュラーレンズシート３のレンズ面（図では上面）に低屈折率層８を被覆して、レンズ面の凹凸を埋め、上面を平坦化した例を示す。層９および１０については後述する。このように、レンズ面を平坦化することにより、傷付きや汚れを防止する効果が生じる。ここで、レンチキュラーレンズシート３は相対的に高屈折率層であるとして、被覆した低屈折率層８との屈折率の差を大きくすると、眼７で図示してある観察位置をレンチキュラーレンズシート３に近づけることができ、屈折率の差を小さくすると、観察位置は遠ざかる。
【００２８】
従って、レンチキュラーレンズ３、もしくは低屈折率層８のいずれかを変えることにより、同じレンズ形状であっても、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を変えることができ、例えば、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を充分長くすることにより、２眼式における左右の眼の視差を生じさせないようにして立体表示を通常の平面表示とすることもできる。レンチキュラーレンズシート３の少なくともレンチキュラーレンズ、もしくは低屈折率層８のいずれかを、屈折率が可変な液晶等の材料で構成して、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を可変としてもよい。屈折率が可変な液晶等を使用する場合、液晶に印加する電位の制御により焦点距離を変えることができるから、観察者との距離を検知して、観察者が立体画像を眺められるよう、焦点距離を調節することも可能である。
【００２９】
本発明のカラー立体表示装置のサイズが大きくなるにつれ、カラー立体表示装置の周辺部では、中央部にくらべ、同じ観察位置からの角度差が大きくなるので、既に説明した例で言えば、レンチキュラーレンズ１ピッチあたり、表示パネルのピクセルの２つ分、もしくは６つ分を、寸法を合わせて配置しただけでは、周辺部において、レンチキュラーレンズとピクセルの光学的な対応が取れなくなることがあり得る。そこで、表示パネル２のピクセルとレンチキュラーレンズとの所定の寸法比よりも、レンチキュラーレンズのピッチを幾分小さくするか、レンチキュラーレンズの光軸を、周辺部に近づくほど、レンチキュラーレンズシート中央部の法線よりに傾けることが好ましい。
【００３０】
本発明のカラー立体表示装置には、レンチキュラーレンズシート３の観察側に観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシート９が配置されていてもよく、このプリズムシート９により、観察位置をずらすことができ、図では点線で示す右の方（方向としては矢印方向）に光が送られることになる。プリズムシート９は、図で言えば上面に凹凸を有するので、レンチキュラーレンズシート３と同様、プリズム面に傷付きや汚れを招く恐れもあるので、プリズム面を別の層１０でならして平坦化することにより、これらの恐れを少なくすることを行なってもよい（図５）。
【００３１】
層９の屈折率は、層１０の屈折率にくらべ、相対的に高いことが好ましく、両層の屈折率の差を大きくすると、観察位置を大きくずらすことができる。また、層９、もしくは層１０のいずれかを、屈折率が可変な液晶等の材料で構成して、層９、および層１０を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を可変としてもよい。
【００３２】
本発明のカラー立体表示装置においては、必要に応じて、カラー立体表示装置の表面の諸性能を改善するための方策を講じることができる。例えば、それらの方策としては、反射防止性、表面硬度（ハードコートによる）、ぎらつき防止性、もしくは帯電防止性の付与を挙げることができる。これらの方策は、通常、平坦な面への塗付方式によって行なわれることが多いので、上記したような、レンチキュラーレンズシート３のレンズ面を埋めて平坦化したものや、最も観察側に設け得るプリズムシートの表面のプリズム面を埋めて平坦化したものに適用することが好ましい。
【００３３】
本発明のカラー立体表示装置には、観察者の方向に、表示パネルからの光（映像光）が有効に向かうよう、種々の方策を講じてもよく、例えば、プリズム、リニアフレネルレンズ、サーキュラーフレネルレンズ、２次元凸レンズ、もしくは３次元凸レンズ等を適宜な位置に配置することが、これらの方策として挙げることができる。
【００３４】
既に説明したように、本発明のカラー立体表示装置においては、三原色のピクセル１つずつからなる画素において、各ピクセルが解像されない限り、カラー立体表示装置１全体で、カラー立体映像を眺めることが可能になる。図１（ｂ）に示すように、隣接し合う３つのピクセル群２ａから、Ｒ、Ｂ、およびＧ、またはＢ、Ｇ、およびＲが一つの画素として認知されるには、これらの６ピクセルの両端と眼とを結んだ線の観察位置における角度θが、視力が１．０である観察者の場合、角度で１分以内であれば、各ピクセルは解像されない。
【００３５】
そこで、観察位置とレンチキュラーレンズシート３の表面との距離をＬ（単位；ｍｍ）、観察位置の数（＝多眼式の眼の数）をｎ、ピクセル幅をｗとすると、３×ｎ個のピクセルの合計幅が１分以内なのであり、角度１分程度の微小角度θに関しては、ｔａｎθ＝θであるから、次式が成り立つ。即ち、３×ｎ×ｗ＜（Ｌ×π）／（６０×１８０）である。仮にＬを２，５００ｍｍ（＝２．５ｍ）、５眼式（ｎ＝５）とすると、ｗ＜２５００×π／（６０×１８０×３×５）＝０．０４８５となり、ピクセル１個当りの幅を４８μｍ以下とすれば、この条件では解像されないので、カラー立体画像を眺めることが可能になる。
【００３６】
あるいは、ピクセル１個当りの幅が決まっているときに、観察距離Ｌをどれくらい取る必要があるかの例を示すと、ピクセル幅；４０μｍ、２眼式（ｎ＝２）の場合、Ｌ＞３×２×０．０４×６０×１８０／π＝８２５となり、８２５ｍｍ以上の観察距離を取れば、６ピクセル分の幅以下の解像性を有しないので、カラー立体画像を眺めることが可能になる。
【００３７】
次に、幾つかの製造例を挙げて、より実際的な本発明のカラー立体表示装置を示す。
【００３８】
（製造例１）表示パネルとしては、水平画素数；３，８４０、ピクセル数；１１，５２０、および垂直画素数；２，４００の液晶ディスプレイを用いた。各ピクセルのカラーフィルタの色は向かって左側より、Ｒ、Ｇ、およびＢのこの順の繰返しとなっている。この表示パネルの水平方向の２ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が５，７６０のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。これにより、左右両眼に高精細ディスプレイの水平解像度に相当する映像信号を送ることができた。右眼では、ＲＢＧに相当する信号、また、左眼では、ＧＲＢに相当する信号にそれぞれ基づく色が見え、全体として、カラー立体画像を眺めることができる。
【００３９】
（製造例２）上記製造例１と同じ諸元の表示パネルを用い、表示パネルの水平方向の６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が１，９２０のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。これにより、水平解像度は、６４０（＝３，８４０÷６）となり、通常のＴＶ信号の解像度で、６眼式の立体視画像を表示することができた。ただし、各ピクセルのカラーフィルタの配列を、レンチキュラーレンズ毎に変え、向かって左側から１番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＲＧＢＲＧＢ、２番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＧＢＲＧＢＲ、３番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＢＲＧＢＲＧとして、６眼の各位置で、それぞれ、ＲＧＢ、ＧＢＲ、ＢＲＧに相当する色が見えるようにし、表示パネルを表示させるための信号も、このピクセルのカラーフィルタの配列に合うよう変更した。
【００４０】
（製造例３）製造例２のように、表示パネルの水平方向の６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、また、各レンチキュラーレンズに対応する６つのピクセルのカラーフィルタを同色とし、即ち、ＲＲＲＲＲＲ、ＧＧＧＧＧＧ、ＢＢＢＢＢＢのようにして、以降は、この繰返しとした。これにより、水平解像度が製造例２のものと同じである、６眼式の立体視画像を表示することができた。
【００４１】
（製造例４）上記製造例１と同じ諸元の表示パネルを用い、表示パネルの水平方向の５ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が２，３０４のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。この場合は、製造例３のように各ピクセルのカラーフィルタの配列を変える必要はなく、向かって左側より、Ｒ、Ｇ、およびＢのこの順の繰返しのままとした。この場合には、水平解像度は、７６８（＝３，８４０÷５）となり、欧州、中東、豪州、および中国等の各国のＴＶに相当する水平解像度で、５眼式の立体視画像を表示することができた。
【００４２】
（製造例５）使用した表示パネルのピクセルのサイズは、縦；１５０μｍ、横；５０μｍであり、また、使用したレンチキュラーレンズは、ピッチ；１００μｍ、曲率；４５０μｍ、レンズ部分の屈折率；１．５である。この場合には、ディスプレイから約２ｍ離れた位置で立体画像を眺めることができた。
【００４３】
（製造例６）レンチキュラーレンズの曲率を１００μｍとし、レンチキュラーレンズシートの観察面側のレンズ面の凹凸を、屈折率が１．４の樹脂を用いて埋めることにより、表面を平坦化した。解像度としては、製造例１の場合と同じ立体画像を見ることができ、レンチキュラーレンズシートの観察側が平坦であるために、画像のコントラストが優れており、また、表面の屈折率が低いために、反射が減って、外部の照明や事物が表面に映って画像が見えにくくなることが低減できた。
【００４４】
（製造例７）製造例２と同様に、ただし、レンチキュラーレンズシートのレンズ部分を屈折率が１．４５〜１．６の間で可変である液晶で構成したので、立体画像を観察できる距離を調整することができた。
【００４５】
（製造例８）製造例３と同様に、ただし、観察側にプリズムシートとプリズムシートのプリズム面を屈折率が可変である液晶で埋めて平坦化したものを用いたので、水平方向の観察位置を調整することができた。
【符号の説明】
【００４６】
１ カラー立体表示装置（立体液晶ディスプレイ）
２ カラーフィルタ（表示パネル）
３ レンチキュラーレンズシート
４ 液晶パネル
５ バックライト
６ 左右各々の眼（観察位置）用の画素
７ 眼（観察位置）
８、１０ 低屈折率層
９ プリズムシート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等の任意の表示パネルとレンチキュラーレンズシートとを組み合わせてなるカラー立体表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョンやコンピュータの表示装置としては、平面的な映像を表示し得るものが使用されていることが多いが、映像を立体表示にすれば、臨場感が増したり、事物の立体的配置が分かりやすくなり利点が生じ得る。
例えば、特許文献１には、レンチキュラーレンズを用いたレンチキュラ方式又はバリア方式の立体映像表示装置が記載されている。
【０００３】
図６は、従来、液晶表示装置等において立体表示を試みた例を示す図で、下面側に色分けして示した符号２を有する部分は、液晶表示装置を構成する三原色の区域の最小単位であるピクセルの集合体である表示パネル（あるいは、符号２は、カラーフィルタの各色の区域とみなしてもよい。）を示し、表示パネル２の各区域Ｒ、Ｇ、およびＢの各々から、強度がコントロールされた、赤色、緑色、および青色の光が出光し、出光した光は、レンチキュラーレンズ１１の各レンズにより屈折して集光し、レンチキュラーレンズ１１の集光部に対応して上部に設けられた拡散層１２の開孔部１２ａを通った後、上面側のレンチキュラーレンズ１１’により、適宜な方向に向かって収束される。
【０００４】
表示パネル２には、向かって左側より、三原色Ｒ、Ｇ、およびＢのピクセルを単位とする左眼用画像（「左」で表示）、および右目用画像（「右」で表示）のペアが形成されており、このペア毎に、１つの画素が設定されて、図では、水平方向に密に配列されている。下面側のレンチキュラーレンズ１１の各レンズは、１つの画素を構成する左眼用画像と右眼用画像にそれぞれ対応して設けられており、各々の画像に対応する開孔部（アパーチャー）１２ａより透過する。開孔部１２ａより出た光は、左眼用画像と右眼用画像のペア毎に対応して設けられたレンチキュラーレンズ１１’により屈折されることにより、左眼用画像が上方の向かって右側の方向に、右眼用画像が上方の向かって左側の方向に、それぞれ収束することにより、視差が生じ、左眼用画像と右眼用画像を同時に見ることにより、画像の立体感が得られるものである。なお、上記のように開孔部１２ａを有する拡散層１２を用いる代わりに、表示パネル２からの光をレンチキュラーレンズ１１’からなるスクリーンに投映する場合もある。
【０００５】
しかし、上記の方式では、開孔部１２ａにより表示パネル２からの光を絞るために、光の利用効率が悪く、映像が暗くなる欠点が避けられない。また、Ｒ、Ｇ、およびＢの三原色のピクセルで画素を構成しているので、これら三つのピクセル毎に、レンチキュラーレンズ１１’の下面に集光させて、白色光とした後、指向性を無くさないと、各ピクセル毎に、収束する位置がずれる結果となり、観察側の位置によって、ある１つのピクセルのみが見え、単色の映像しか見えないことになる。この問題の解決のためには、拡散層１２の両面のレンチキュラーレンズ１１および１１’を厳密に位置合わせして配置したものを、さらに、投映像との位置合わせをして配置する煩雑さがあり、いずれにおいても配置精度を向上させるための調整に手間がかかる上、指向性を完全に無くすことが困難であるために、色斑の発生も懸念される。また、スクリーンに投映する方式においても、投映される画像とレンチキュラーレンズの各レンズとの位置合わせを、その都度、厳密に行なわなければならない不便さがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−１０４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明においては、開孔部１２ａを有する拡散層１２を用いる場合に、光の利用効率が悪く、映像が暗くなる点、レンチキュラーレンズからなるスクリーンに投映する際に、三原色の各色の指向性を無くすための調整に手間がかかる上、指向性を完全に無くせずに、色斑の発生が懸念される点、およびレンチキュラーレンズからなるスクリーンに投映する際に、投映される画像とレンチキュラーレンズの各レンズとの位置合わせを、その都度、厳密に行なわなければならない点を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、従来、いずれも、三原色の三つのピクセルからなる左眼用画像と右眼用画像とを、レンチキュラーレンズの左右に対応させていたのに代えて、三原色の各々のピクセルを１つずつ、レンチキュラーレンズの左右に対応させることにより解決することができた。
【０００９】
第１の発明は、ピクセルが一定ピッチで多数配列されて構成された表示パネルと、前記表示パネルに対向して配置され、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に多数並べられたレンズ面を有するレンチキュラーレンズシートと、前記レンチキュラーレンズシートよりも観察側に配置され、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシートと、前記プリズム面を埋めて平坦化し、前記プリズムシートの屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層と、を備え、前記レンチキュラーレンズは、前記レンズの幅方向において、１つにつきｎ個（ただし、ｎは２〜２０の自然数）の前記ピクセルからなる１つずつのピクセル群が対応するよう配列され、前記表示パネルは、隣接する３つの前記ピクセル群の各々を構成するｎ個のピクセルのうち、一方の側から数えた同番目のピクセルに、三原色のそれぞれが割り振られたピクセルの各組からなり、前記ピクセルの各組が、前記一方の側から数えた順に、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面側に設定されたｎ個の観察位置の各々に順に送られるべき画素を構成し、前記プリズムシート及び前記平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第２の発明は、第１の発明において、前記屈折率が可変な材料は、液晶であることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層により埋められて平坦化されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
第４の発明は、第３の発明において、前記レンチキュラーレンズシート及び前記低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていることを特徴とするカラー立体表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１つのレンチキュラーレンズにｎ個のピクセルを対応させ、ｎ個の観察位置に隣接するレンチキュラーレンズから、１画素を構成する三原色の光を送れるよう配置したので、調整の問題が生じたり、映像が暗くなったり、色斑が生じることが無いｎ眼式のカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、レンチキュラーレンズシートよりもさらにプリズムシートを観察側に配置することにより、観察位置を上下左右にずらすことが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、プリズムシートのプリズム面が低屈折率な平坦化層により埋められて平坦化されているので、傷付きや汚れを防止することが可能で、プリズムシートと低屈折率な平坦化層の組み合わせにより、観察位置を上下左右に変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、プリズムシート及びプリズム面を埋めて平坦化する平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているので、プリズムシート、もしくは平坦化層を取り替えずに、観察位置を上下左右に変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、使用するレンチキュラーレンズのレンズ面が低屈折率層により埋められて平坦化されているので、傷付きや汚れを防止することが可能になるほか、レンチキュラーレンズおよび低屈折率層の各々の屈折率を変えることにより、観察位置の遠近を変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、レンチキュラーレンズシート及び低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されているので、レンチキュラーレンズシート、もしくは低屈折率層を取り替えずに、観察位置を変えることが可能なカラー立体表示装置を提供することができる。
本発明によれば、距離Ｌ、設定した観察位置の数ｎ、ピクセル幅ｗが特定の関係を規定することにより、２眼式を含む多眼式立体表示が有効におこなわれ得るカラー立体表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】カラー立体表示装置の例を示す図である。
【図２】別のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図３】多眼式のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図４】別の多眼式のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図５】さらに機能を付加したカラー立体表示装置の例を示す図である。
【図６】従来のカラー立体表示装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）は、本発明を適用した、左右両眼で見たときに立体感を与えることが可能なカラー立体液晶表示装置のうち、カラーフィルタ２およびレンチキュラーレンズシート３を組み合わせて配置した部分を示す図である。図において、カラーフィルタ２は、図の向かって左側より、青色、赤色、および緑色（順に、Ｂ、Ｒ、およびＧで表示）の各色の微小カラーフィルタが横方向にこの順で一定ピッチで繰返し配列され、および縦方向に一定ピッチで繰返し配列されたものである。なお、以降の図も含め、多数のレンチキュラーレンズ、および多数のピクセル（ここでは微小カラーフィルタ）のごく一部を描いてある。また、レンチキュラーレンズシート３は、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に一定ピッチで多数並べられたレンズ面を有するもので、図のものは、図面の奥側にレンズ面を有している。上記のカラーフィルタ２とレンチキュラーレンズシート３とは、レンチキュラーレンズ１つにつき、通常は微小カラーフィルタの２個からなる微小カラーフィルタ群２ａが１つずつが対応するよう配置されている。
【００１３】
カラー立体液晶表示装置は、例えば、図１（ｃ）に示すように、下面側よりバックライト５、液晶層をガラス内面に透明電極を有する二枚の電極シートではさんだ液晶パネル４、カラーフィルタ２、およびレンチキュラーレンズ３が順に配置されたもので、液晶パネルの両電極間に電位をかけることにより、バックライト５からの白色光の透過量を制御し、カラーフィルタ２により、赤色、青色、および緑色の各色の光として上面側に出光させるものである。なお、表示装置には、ＣＲＴ（ブラウン管）、プラズマディスプレイパネルのように、自身が発光するタイプのものもあるが、いずれにせよ、表示装置全体としては、観察側に赤色、青色、および緑色の光を出光させるものであるので、以降の説明で引用する場合も含め、図１（ａ）におけるカラーフィルタ２の図をもって、Ｒ、Ｇ、およびＢのような三原色の各々の色を表示するピクセルが一定ピッチで配列された表示パネルを表す事とし、液晶、プラズマディスプレイ等の方式を問わない。また、Ｒ、Ｇ、もしくはＢの文字で、しばしば、各々の色のピクセルを示すことがある。ここで、三原色としては、赤色、緑色、および青色からなる加色混合（加算混合）の場合の三色としたが、減色混合（減算混合）の場合の青色、赤色、および黄色からなる三色を用いることもあり得る。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、各レンチキュラーレンズの下部の表示パネル２の互いに隣接した３つのピクセル群２ａの図中、向かって左側半分にあるピクセル、即ち、向かって左側から１番目のＢ、３番目のＧ、および５番目のＲ（図中、○で囲んである。）のように、１つおきに選択された３つのピクセル（図中、６Ｌで表示）から出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズ３により屈折されて左眼７Ｌで観察することができ、ピクセル群２ａの右側半分にあるピクセル、即ち、上記で選択しされたピクセルの間、即ち、向かって左側から２番目のＲ、４番目のＢ、および６番目のＧのように、１つおきに選択された３つのピクセル（図中、６Ｒで表示）から出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズ３により屈折されて右眼７Ｒで観察することができる。なお、以降において、特に断らなくても、右は図中の向かって右を、また、左は図中の向かって左を指すものとし、ただし、観察者は図の手前側を向いているものとするので、観察者の左眼が図中の向かって右側に、右眼が図中の向かって左にあるものとする。後述する多眼式の例においても、多数並んだ眼に関する左右は二眼の場合の左右と同様であり、多眼の観察者が図の手前側を向いているものとして、図の左右とは逆であるとする。従って、表示パネルの各ピクセル群２ａの左側に三原色のそれぞれを割り振っておき、各ピクセル群２ａの右側にも同様にすることにより、隣接したピクセルの左側のピクセルの３つからなる組で左眼７Ｌ用の画素を、また、隣接したピクセルの３つからなる組で右眼７Ｒ用の画素を構成することができる。即ち、両眼用としては６つの画素を使用することになる。
【００１５】
上記のカラー立体液晶表示装置１においては、２ピクセル毎に１のレンチキュラーレンズを対応させることにより、ピクセルの光を、１つおきに左眼７Ｌもしくは右眼７Ｒに送ることができるので、図１の例では、右眼７Ｒでは、Ｒ、Ｂ、およびＧのピクセル６Ｒが順に繰返したことによる映像を、また、左眼７Ｌでは、Ｂ、Ｇ、およびＲのピクセル６Ｌが順に繰返したことによる映像を見ることができ、６Ｒ、および６Ｌで示した３ピクセル毎に１つの色が決まり、これら６Ｒ、もしくは６Ｌを構成するそれぞれのピクセルが左右の眼で解像されない限り、即ち、ピクセルが観察する距離に対して十分小さい限り、カラー立体液晶表示装置１全体としては、カラー立体映像を眺めることが可能になる。
【００１６】
本発明のカラー立体表示装置１は、ピクセルの光を、１つおきに左眼７Ｌもしくは右眼７Ｒに送ることができる、次のような構成であってもい。図２は、カラーフィルタ２であり得る表示パネルとレンチキュラーレンズ３との組み合わせて配置した状態を示し、図において、表示パネル２は、図の左側より、Ｒ、Ｒ、Ｇ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、・・・のように、同色のピクセルが二つずつ横方向に、この順で繰返し、および縦方向に一定ピッチで配列したものであり、上記のカラーフィルタ２とレンチキュラーレンズシート３とは、レンチキュラーレンズ１つにつき、ピクセル２個からなるピクセル群２ａの１つずつが対応するよう配置されている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、左側から１番目のレンチキュラーレンズの下部にある二つの赤色のピクセルＲ、Ｒからなるピクセル群２ａのうち、左側のピクセルＲから出光した光は、各々のピクセルの上部にあるレンチキュラーレンズにより屈折されて左眼７Ｌで観察することができ、同様に、左側から２番目のレンチキュラーレンズの下部にあるピクセル群２ａの左側のピクセルＧから出光した光、および、左側から３番目のレンチキュラーレンズの下部にあるピクセル群２ａの左側のピクセルＢから出光した光も、左眼７Ｌで観察することができる。また、各レンチキュラーレンズの下部のピクセル群２ａの右側にあるＲ、Ｇ、およびＢのピクセルから出光した光は、右眼７Ｒで観察することができる。従って、同色のピクセルが二つずつ並んだ微小色表区域群が配列した表示パネル２の各微小色表示群２ａの左側から選んだＲ、Ｇ、およびＢに左眼用の画素を、また、右側から選んだＲ、Ｇ、およびＢに右眼用の画素を設定しておけば、これら両方の画素により、立体視の際の１画素が設定され、図１を引用して説明した例におけるのと同様に、カラー立体表示装置１全体として、カラー立体映像を眺めることが可能になる。
【００１８】
本発明のカラー立体表示装置１は、上記の二例におけるように、２ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを配置して、ピクセルの光を、１つおきに左眼もしくは右眼に送る構造としたので、単色やダブルトーンの表示を行なうこともでき、単色であれば、２ピクセル、ダブルトーンであれば４ピクセルを単位にして立体表示を行なうことができる。また、本発明の立体表示装置は、３以上の数ｎのピクセルに１つのレンチキュラーレンズを配置して、ｎ眼式（多眼式）の立体表示を行なうこともできる。従って、上記の左右両眼で見る２眼式は、多眼式のうちの一例である。多眼式においても、２眼式と同様、単色表示やカラー表示があり得るが、本質的な相違はないので、以降の説明では、カラー立体表示の場合を説明する。なお、ｎ眼式（多眼式）のｎは、２以上の自然数であって、大きくできるが、ピクセルの数、製作精度、映像の明るさの観点から、実用上、２０以下とすることが好ましい。
【００１９】
図３は、６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させて配置し、レンズ面側に等間隔に位置を設定した６つの観察用の眼で観察可能とする、６眼式の立体表示を行なわせる例を示す図で、表示パネル２は、左側から１番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの順のピクセルからなる第１のピクセル群２ａが配列しており、左側から２番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＧ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒの順のピクセルからなる第２のピクセル群２ａ、さらには、左側から３番目のレンチキュラーレンズの下部に、左側からＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇの順のピクセルからなる第３のピクセル群２ａが配列したもので、以降は、これら第１、第２、および第３のピクセル群の繰返しになる。
【００２０】
このような表示パネル２の各々のピクセル群２ａの、左側から１番目のピクセルから出た光のいずれもが、６つの観察用の眼のうち、「最も左」（図では向かって最も右）の観察用の眼に送られ、左側から２番目のピクセルから出た光のいずれもが、図中右側から２番目の観察用の眼に送られ、以降、同様に、それぞれのピクセル群２ａにおける左側から数えた順番に応じた位置の観察用の眼に送られる。
【００２１】
上記の各群において、向かって左側から数えて同じ順番（＝同番目）であるピクセルは、例えば、撮影対象をカメラアングルを順次変えて撮影した画像の、同一カメラアングルに相当する画素を構成することができ、例えば、表示パネル２のピクセルの各々の群の、向かって左側から１番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢ（図３中、いずれも○で囲んだＲ、Ｇ、およびＢを付したピクセル）を、撮影対象を最も左側から撮影した画像の画素を構成するものとして、出光した光を、観察用の眼のうち「最も左」（図では向かって最も右）のものに送るよう設定し、以降の２番目、３番目、…のピクセルについては、撮影した位置、および出光した光を送るべき観察用の眼を右側にずらしていくよう設定することにより、観察用の眼の位置により、カメラアングルの異なる画像を眺めることが可能になる。
【００２２】
図３に示すように、表示パネル２のピクセル群２ａの各々におけるピクセルの配列順を、第１のピクセル群でＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの順、第２のピクセル群でＧ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒの順、および第３のピクセル群でＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇの順のように、互いに異なる配列順としてある。この理由は、いずれのピクセル群も、同じピクセルの配列順、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、・・・の繰返しとすると、図３の例のように、６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させて配置した場合、各ピクセル群の先頭のピクセルの色が同じになって、カラー表示ができなくなるのを避けるためである。１つのレンチキュラーレンズに対応させるピクセルの数が、３、６、９、１２、…のような３の倍数のピクセル毎に配置した場合、各ピクセル群におけるピクセルの配列順を互いに異なるようにする必要があるが、１つのレンチキュラーレンズに対応するピクセルの数が、３の倍数以外である場合には、表示パネル２上の配列がＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、・・・の繰返しであって差し支えない。
【００２３】
ところで、多眼式のカラー立体表示装置においても、図２を引用して説明したように、１つのレンチキュラーレンズに対応する複数のピクセルを同色で構成することもできる。図４は、図３におけるのと同様、６眼式の立体表示を行なわせる例であるが、表示パネル２は、左側から１番目の第１のピクセル群２ａの６つのピクセルをＲで、２番目の第２のピクセル群２ａの６つのピクセルを６つのＧで、３番目の第３のピクセル群２ａの６つのピクセルを６つのＢで、それぞれ構成してある。
【００２４】
このような表示パネル２の各々のピクセル群２ａの、左側から１番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢから出た光のいずれもが、６つの観察用の眼のうち、「最も左」（図では最も右）の観察用の眼に送られ、以下、同様に向かって左側から２番目のピクセルＲ、Ｇ、およびＢから出た光のいずれもが、６眼のうち「左から２番目」（図では右から２番目）の観察用の眼に送られるというように、それぞれのピクセル群における位置に応じた位置の観察用の眼に送られる。
【００２５】
この図４を引用して説明している例においては、１つのレンチキュラーレンズに対応する複数のピクセルを同色で構成したので、隣り合うレンチキュラーレンズに対応するピクセル群２ａの同じ個所から選択されるピクセルどうしは、必ず色が異なり、先に述べたように、１つのレンチキュラーレンズに対応するピクセルの数が３の倍数であっても、各群の先頭のピクセルの色が同じになることはない。
【００２６】
本発明のカラー立体表示装置においては、レンチキュラーレンズシート３としては、個々のレンチキュラーレンズの断面形状が円形、楕円形、もしくは放物線等の２次曲線の一部である通常のものを原則的に使用することができる。レンチキュラーレンズシート３のレンズ面を観察側に配置するときは、レンズ面に凹凸を有するため、傷付きや汚れを招く恐れもあるので、屈折率の低い樹脂でレンズ面の凹凸をならして平坦化することにより、これらの恐れを少なくすることを行なってもよい。
【００２７】
図５に、レンチキュラーレンズシート３のレンズ面（図では上面）に低屈折率層８を被覆して、レンズ面の凹凸を埋め、上面を平坦化した例を示す。層９および１０については後述する。このように、レンズ面を平坦化することにより、傷付きや汚れを防止する効果が生じる。ここで、レンチキュラーレンズシート３は相対的に高屈折率層であるとして、被覆した低屈折率層８との屈折率の差を大きくすると、眼７で図示してある観察位置をレンチキュラーレンズシート３に近づけることができ、屈折率の差を小さくすると、観察位置は遠ざかる。
【００２８】
従って、レンチキュラーレンズ３、もしくは低屈折率層８のいずれかを変えることにより、同じレンズ形状であっても、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を変えることができ、例えば、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を充分長くすることにより、２眼式における左右の眼の視差を生じさせないようにして立体表示を通常の平面表示とすることもできる。レンチキュラーレンズシート３の少なくともレンチキュラーレンズ、もしくは低屈折率層８のいずれかを、屈折率が可変な液晶等の材料で構成して、低屈折率層８を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を可変としてもよい。屈折率が可変な液晶等を使用する場合、液晶に印加する電位の制御により焦点距離を変えることができるから、観察者との距離を検知して、観察者が立体画像を眺められるよう、焦点距離を調節することも可能である。
【００２９】
本発明のカラー立体表示装置のサイズが大きくなるにつれ、カラー立体表示装置の周辺部では、中央部にくらべ、同じ観察位置からの角度差が大きくなるので、既に説明した例で言えば、レンチキュラーレンズ１ピッチあたり、表示パネルのピクセルの２つ分、もしくは６つ分を、寸法を合わせて配置しただけでは、周辺部において、レンチキュラーレンズとピクセルの光学的な対応が取れなくなることがあり得る。そこで、表示パネル２のピクセルとレンチキュラーレンズとの所定の寸法比よりも、レンチキュラーレンズのピッチを幾分小さくするか、レンチキュラーレンズの光軸を、周辺部に近づくほど、レンチキュラーレンズシート中央部の法線よりに傾けることが好ましい。
【００３０】
本発明のカラー立体表示装置には、レンチキュラーレンズシート３の観察側に観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシート９が配置されていてもよく、このプリズムシート９により、観察位置をずらすことができ、図では点線で示す右の方（方向としては矢印方向）に光が送られることになる。プリズムシート９は、図で言えば上面に凹凸を有するので、レンチキュラーレンズシート３と同様、プリズム面に傷付きや汚れを招く恐れもあるので、プリズム面を別の層１０でならして平坦化することにより、これらの恐れを少なくすることを行なってもよい（図５）。
【００３１】
層９の屈折率は、層１０の屈折率にくらべ、相対的に高いことが好ましく、両層の屈折率の差を大きくすると、観察位置を大きくずらすことができる。また、層９、もしくは層１０のいずれかを、屈折率が可変な液晶等の材料で構成して、層９、および層１０を合せたレンチキュラーレンズシートの焦点距離を可変としてもよい。
【００３２】
本発明のカラー立体表示装置においては、必要に応じて、カラー立体表示装置の表面の諸性能を改善するための方策を講じることができる。例えば、それらの方策としては、反射防止性、表面硬度（ハードコートによる）、ぎらつき防止性、もしくは帯電防止性の付与を挙げることができる。これらの方策は、通常、平坦な面への塗付方式によって行なわれることが多いので、上記したような、レンチキュラーレンズシート３のレンズ面を埋めて平坦化したものや、最も観察側に設け得るプリズムシートの表面のプリズム面を埋めて平坦化したものに適用することが好ましい。
【００３３】
本発明のカラー立体表示装置には、観察者の方向に、表示パネルからの光（映像光）が有効に向かうよう、種々の方策を講じてもよく、例えば、プリズム、リニアフレネルレンズ、サーキュラーフレネルレンズ、２次元凸レンズ、もしくは３次元凸レンズ等を適宜な位置に配置することが、これらの方策として挙げることができる。
【００３４】
既に説明したように、本発明のカラー立体表示装置においては、三原色のピクセル１つずつからなる画素において、各ピクセルが解像されない限り、カラー立体表示装置１全体で、カラー立体映像を眺めることが可能になる。図１（ｂ）に示すように、隣接し合う３つのピクセル群２ａから、Ｒ、Ｂ、およびＧ、またはＢ、Ｇ、およびＲが一つの画素として認知されるには、これらの６ピクセルの両端と眼とを結んだ線の観察位置における角度θが、視力が１．０である観察者の場合、角度で１分以内であれば、各ピクセルは解像されない。
【００３５】
そこで、観察位置とレンチキュラーレンズシート３の表面との距離をＬ（単位；ｍｍ）、観察位置の数（＝多眼式の眼の数）をｎ、ピクセル幅をｗとすると、３×ｎ個のピクセルの合計幅が１分以内なのであり、角度１分程度の微小角度θに関しては、ｔａｎθ＝θであるから、次式が成り立つ。即ち、３×ｎ×ｗ＜（Ｌ×π）／（６０×１８０）である。仮にＬを２，５００ｍｍ（＝２．５ｍ）、５眼式（ｎ＝５）とすると、ｗ＜２５００×π／（６０×１８０×３×５）＝０．０４８５となり、ピクセル１個当りの幅を４８μｍ以下とすれば、この条件では解像されないので、カラー立体画像を眺めることが可能になる。
【００３６】
あるいは、ピクセル１個当りの幅が決まっているときに、観察距離Ｌをどれくらい取る必要があるかの例を示すと、ピクセル幅；４０μｍ、２眼式（ｎ＝２）の場合、Ｌ＞３×２×０．０４×６０×１８０／π＝８２５となり、８２５ｍｍ以上の観察距離を取れば、６ピクセル分の幅以下の解像性を有しないので、カラー立体画像を眺めることが可能になる。
【００３７】
次に、幾つかの製造例を挙げて、より実際的な本発明のカラー立体表示装置を示す。
【００３８】
（製造例１）表示パネルとしては、水平画素数；３，８４０、ピクセル数；１１，５２０、および垂直画素数；２，４００の液晶ディスプレイを用いた。各ピクセルのカラーフィルタの色は向かって左側より、Ｒ、Ｇ、およびＢのこの順の繰返しとなっている。この表示パネルの水平方向の２ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が５，７６０のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。これにより、左右両眼に高精細ディスプレイの水平解像度に相当する映像信号を送ることができた。右眼では、ＲＢＧに相当する信号、また、左眼では、ＧＲＢに相当する信号にそれぞれ基づく色が見え、全体として、カラー立体画像を眺めることができる。
【００３９】
（製造例２）上記製造例１と同じ諸元の表示パネルを用い、表示パネルの水平方向の６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が１，９２０のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。これにより、水平解像度は、６４０（＝３，８４０÷６）となり、通常のＴＶ信号の解像度で、６眼式の立体視画像を表示することができた。ただし、各ピクセルのカラーフィルタの配列を、レンチキュラーレンズ毎に変え、向かって左側から１番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＲＧＢＲＧＢ、２番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＧＢＲＧＢＲ、３番目のレンチキュラーレンズに対応するピクセルのカラーフィルタの配列を、ＢＲＧＢＲＧとして、６眼の各位置で、それぞれ、ＲＧＢ、ＧＢＲ、ＢＲＧに相当する色が見えるようにし、表示パネルを表示させるための信号も、このピクセルのカラーフィルタの配列に合うよう変更した。
【００４０】
（製造例３）製造例２のように、表示パネルの水平方向の６ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、また、各レンチキュラーレンズに対応する６つのピクセルのカラーフィルタを同色とし、即ち、ＲＲＲＲＲＲ、ＧＧＧＧＧＧ、ＢＢＢＢＢＢのようにして、以降は、この繰返しとした。これにより、水平解像度が製造例２のものと同じである、６眼式の立体視画像を表示することができた。
【００４１】
（製造例４）上記製造例１と同じ諸元の表示パネルを用い、表示パネルの水平方向の５ピクセル毎に１つのレンチキュラーレンズを対応させ、従って、レンチキュラーレンズの総数が２，３０４のレンチキュラーレンズシートをレンズ面が観察者側になるよう、表示パネルの前面に密着させた。この場合は、製造例３のように各ピクセルのカラーフィルタの配列を変える必要はなく、向かって左側より、Ｒ、Ｇ、およびＢのこの順の繰返しのままとした。この場合には、水平解像度は、７６８（＝３，８４０÷５）となり、欧州、中東、豪州、および中国等の各国のＴＶに相当する水平解像度で、５眼式の立体視画像を表示することができた。
【００４２】
（製造例５）使用した表示パネルのピクセルのサイズは、縦；１５０μｍ、横；５０μｍであり、また、使用したレンチキュラーレンズは、ピッチ；１００μｍ、曲率；４５０μｍ、レンズ部分の屈折率；１．５である。この場合には、ディスプレイから約２ｍ離れた位置で立体画像を眺めることができた。
【００４３】
（製造例６）レンチキュラーレンズの曲率を１００μｍとし、レンチキュラーレンズシートの観察面側のレンズ面の凹凸を、屈折率が１．４の樹脂を用いて埋めることにより、表面を平坦化した。解像度としては、製造例１の場合と同じ立体画像を見ることができ、レンチキュラーレンズシートの観察側が平坦であるために、画像のコントラストが優れており、また、表面の屈折率が低いために、反射が減って、外部の照明や事物が表面に映って画像が見えにくくなることが低減できた。
【００４４】
（製造例７）製造例２と同様に、ただし、レンチキュラーレンズシートのレンズ部分を屈折率が１．４５〜１．６の間で可変である液晶で構成したので、立体画像を観察できる距離を調整することができた。
【００４５】
（製造例８）製造例３と同様に、ただし、観察側にプリズムシートとプリズムシートのプリズム面を屈折率が可変である液晶で埋めて平坦化したものを用いたので、水平方向の観察位置を調整することができた。
【符号の説明】
【００４６】
１ カラー立体表示装置（立体液晶ディスプレイ）
２ カラーフィルタ（表示パネル）
３ レンチキュラーレンズシート
４ 液晶パネル
５ バックライト
６ 左右各々の眼（観察位置）用の画素
７ 眼（観察位置）
８、１０ 低屈折率層
９ プリズムシート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセルが一定ピッチで多数配列されて構成された表示パネルと、
前記表示パネルに対向して配置され、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に多数並べられたレンズ面を有するレンチキュラーレンズシートと、
前記レンチキュラーレンズシートよりも観察側に配置され、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシートと、
前記プリズム面を埋めて平坦化し、前記プリズムシートの屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層と、
を備え、
前記レンチキュラーレンズは、前記レンズの幅方向において、１つにつきｎ個（ただし、ｎは２〜２０の自然数）の前記ピクセルからなる１つずつのピクセル群が対応するよう配列され、
前記表示パネルは、
隣接する３つの前記ピクセル群の各々を構成するｎ個のピクセルのうち、一方の側から数えた同番目のピクセルに、三原色のそれぞれが割り振られたピクセルの各組からなり、
前記ピクセルの各組が、前記一方の側から数えた順に、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面側に設定されたｎ個の観察位置の各々に順に送られるべき画素を構成し、
前記プリズムシート及び前記平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていること
を特徴とするカラー立体表示装置。
【請求項２】
前記屈折率が可変な材料は、液晶であること
を特徴とする請求項１に記載のカラー立体表示装置。
【請求項３】
前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層により埋められて平坦化されていること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラー立体表示装置。
【請求項４】
前記レンチキュラーレンズシート及び前記低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていること
を特徴とする請求項３に記載のカラー立体表示装置。
【請求項１】
ピクセルが一定ピッチで多数配列されて構成された表示パネルと、
前記表示パネルに対向して配置され、レンチキュラーレンズがレンズの幅方向に多数並べられたレンズ面を有するレンチキュラーレンズシートと、
前記レンチキュラーレンズシートよりも観察側に配置され、観察側の断面が鋸歯状のプリズム面を有するプリズムシートと、
前記プリズム面を埋めて平坦化し、前記プリズムシートの屈折率よりも低い屈折率を有する平坦化層と、
を備え、
前記レンチキュラーレンズは、前記レンズの幅方向において、１つにつきｎ個（ただし、ｎは２〜２０の自然数）の前記ピクセルからなる１つずつのピクセル群が対応するよう配列され、
前記表示パネルは、
隣接する３つの前記ピクセル群の各々を構成するｎ個のピクセルのうち、一方の側から数えた同番目のピクセルに、三原色のそれぞれが割り振られたピクセルの各組からなり、
前記ピクセルの各組が、前記一方の側から数えた順に、前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面側に設定されたｎ個の観察位置の各々に順に送られるべき画素を構成し、
前記プリズムシート及び前記平坦化層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていること
を特徴とするカラー立体表示装置。
【請求項２】
前記屈折率が可変な材料は、液晶であること
を特徴とする請求項１に記載のカラー立体表示装置。
【請求項３】
前記レンチキュラーレンズシートのレンズ面が前記レンチキュラーレンズシートの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層により埋められて平坦化されていること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラー立体表示装置。
【請求項４】
前記レンチキュラーレンズシート及び前記低屈折率層の少なくとも１つは、屈折率が可変な材料で構成されていること
を特徴とする請求項３に記載のカラー立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８１５５０（Ｐ２０１２−１８１５５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２１０２４（Ｐ２０１２−１２１０２４）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【分割の表示】特願２００１−２１２９２６（Ｐ２００１−２１２９２６）の分割
【原出願日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１３）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【分割の表示】特願２００１−２１２９２６（Ｐ２００１−２１２９２６）の分割
【原出願日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１３）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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