JP2010231010A - 電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減、装置の小型化が図れ、擬似立体画像が効果的に視認できる電
気光学装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の液晶表示装置１（電気光学装置）は、複数の画素が配列された表示
部を有し、第１の画像と第２の画像とを同時もしくは時間順次に表示可能な液晶表示素子
２（電気光学素子）と、電気光学素子の光射出側に設けられ、複数の画素のうちの少なく
とも一部の画素によって形成される第１の画像を電気光学素子の光射出側の空間上に結像
可能な複数のレンチキュラーレンズ１０（結像素子）を含むレンズアレイ３（結像素子ア
レイ）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学装置に関する。

擬似的な指向性表示方式を採用した表示装置の一例として、特殊な眼鏡等を用いること
なく、擬似的に立体画像が視認できる表示装置が提案されている（例えば、下記の特許文
献１、２参照）。これらの表示装置は、画像を表示するディスプレイやスクリーン等の表
示部を複数層備え、それらの表示部を観察者の視線の方向に間隔をおいて配置したもので
ある。これにより、各表示部に形成される画像間の空間的距離を利用して観察者に擬似的
な立体感を持たせている。

特開２００１−５４１４４号公報 特開２００２−２７１８１９号公報

しかしながら、上記従来の表示装置においては、ディスプレイやスクリーン等の表示部
を複数使用するために製造コストが多く掛かるという問題があった。また、擬似的な立体
感を高めるには複数の表示部間の間隔を大きく取る必要があるため、装置が大型化する、
という問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造コストの低減、装
置の小型化が図れ、擬似立体画像が効果的に視認できる電気光学装置の提供を目的とする
。

上記の目的を達成するために、本発明の電気光学装置は、複数の画素が配列された表示
部を有し、第１の画像と第２の画像とを同時もしくは時間順次に表示可能な電気光学素子
と、前記電気光学素子の光射出側に設けられ、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の
画素によって形成される前記第１の画像を前記電気光学素子の光射出側の空間上に結像可
能な複数の結像素子を含む結像素子アレイと、を備えたことを特徴とする。

本発明の電気光学装置によれば、表示部を構成する複数の画素のうち、少なくとも一部
の画素によって形成される第１の画像が結像素子アレイによって電気光学素子の光射出側
の空間上に結像される。一方、第２の画像は表示部上に表示される。したがって、観察者
が表示部を見たときに第１の画像と第２の画像とが視線方向（奥行き方向）において異な
る位置に形成されるので、例えば第１の画像を観察者にとって手前側の画像、第２の画像
を奥側の画像とすれば、観察者は擬似立体画像を認識することができる。このように、本
発明の電気光学装置は電気光学素子と結像素子アレイのみで構成されており、複数の電気
光学素子（表示部）が不要なため、従来に比べて製造コストを低減することができる。ま
た、電気光学素子と結像素子アレイを近接配置できるため、例えば２組の表示部が間隔を
おいて配置された従来の構成に比べて装置の小型化を図ることができる。

本発明の電気光学装置において、前記表示部が、第１の画像を形成する複数の第１画像
形成用画素と、第２の画像を形成する複数の第２画像形成用画素と、を有し、前記結像素
子アレイが、前記複数の第１画像形成用画素の位置にそれぞれ対応して設けられた複数の
レンズを有する構成を採用できる。
この構成によれば、電気光学素子と結像素子アレイとを組み合わせて配置するだけで本
発明の効果を得ることができ、例えば結像素子アレイを駆動する駆動部を必要とすること
なく、簡易な構成を実現できる。

本発明の電気光学装置において、前記複数のレンズの各々として、前記第１画像形成用
画素の形状に一致して設けられたレンチキュラーレンズを用いることができる。
この構成によれば、レンチキュラーレンズが第１画像形成用画素の形状に一致しており
、第１画像形成用画素から射出された光の略全てがレンチキュラーレンズを透過できるた
め、光利用効率が向上し、明るい画像が得られる。

もしくは、本発明の電気光学装置において、前記複数のレンズの各々として、互いに直
交する２方向に曲率を持つ湾曲面を有する凸レンズを用いることができる。
上述のレンチキュラーレンズが１方向の曲率しか持たないのに対し、この構成によれば
、凸レンズが互いに直交する２方向に曲率を持つため、擬似立体画像を認識可能な視角を
広げることができる。

本発明の電気光学装置において、前記結像素子アレイが、前記複数の画素のうち、少な
くとも前記第１の画像を形成する複数の第１画像形成用画素の位置にそれぞれ対応して設
けられ、内部の液晶の屈折率を変化させることで結像作用の有無が個別に切り換え可能と
された複数の結像作用可変レンズを有する構成を採用できる。
この構成によれば、例えば全ての結像作用可変レンズが結像作用を持たないようにする
ことにより、擬似立体画像の表示を止め、通常の平面画像を表示することもできる。また
、例えば表示部の中の一部の結像作用可変レンズのみが結像作用を持つようにすることに
より、平面画像の中の一部だけを擬似立体画像として表示することもできる。このように
、本構成によれば、画像表現の自由度を向上できる。

本発明の電気光学装置において、前記結像作用可変レンズとして液晶レンズを用いるこ
とができる。
この構成によれば、液晶を電気的に駆動することにより上記の効果を容易に得ることが
できる。

本発明の電気光学装置において、前記複数の結像作用可変レンズが、前記複数の画素の
全ての位置に対応して設けられることが望ましい。
この構成によれば、画像表現の自由度を向上できるという上記の効果を画面上の全ての
領域で得ることができる。

本発明の電気光学装置において、前記表示部が、前記第１の画像と前記第２の画像とを
時間順次に表示可能なものである場合、前記表示部が前記第１の画像を表示するタイミン
グで前記複数の結像作用可変レンズが結像作用を持ち、前記表示部が前記第２の画像を表
示するタイミングで前記複数の結像作用可変レンズが結像作用を持たないように、前記表
示部における画像の切り換えのタイミングと前記複数の結像作用可変レンズにおける結像
作用の有無の切り換えのタイミングとを同期させる構成を採用できる。
この構成によれば、観察者が表示部を見たときに第１の画像と第２の画像とが視線方向
（奥行き方向）の異なる位置に時間順次で表示されるので、第１の画像と第２の画像とを
高速で切り換えることによりこれらの画像が観察者の目の中で積分され、観察者はこれら
の画像を擬似立体画像と認識することができる。このとき、表示部は全ての画素を用いて
第１の画像および第２の画像を表示するので、解像度の高い擬似立体画像が得られる。

本発明の電気光学装置において、前記複数の結像素子が、前記表示部の法線方向におけ
る結像位置が互いに異なる複数の結像素子群を含んでいても良い。
この構成によれば、結像位置が互いに異なる複数の結像素子群によって空間上の第１の
画像とは異なる位置に例えば第３の画像等、他の画像を表示できるので、３層以上の画像
からなる、より複雑な疑似立体画像を表示することができる。

本発明の電気光学装置において、前記電気光学素子として、液晶表示素子や自発光型表
示素子を用いることができる。
この構成によれば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ
等の既存のディスプレイに結像素子アレイを組み合わせることにより、本発明の電気光学
装置を実現できる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本液晶表示装置が備えるレンズアレイを示す図である。 本液晶表示装置の表示部を構成する画素の平面図である。 第１変形例の液晶表示装置を示す断面図である。 第２変形例の液晶表示装置を示す断面図である。 第３変形例の液晶表示装置のレンズアレイを示す図である。 第４変形例の液晶表示装置のレンズアレイを示す図である。 第５変形例の液晶表示装置のレンズアレイを示す図である。 第６変形例の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。 第７変形例の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 第８変形例の液晶表示装置を示す断面図である。 本液晶表示装置が備えるレンズアレイを示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態の電気光学装置は、電気光学素子として透過型液晶表示素子を用いた液晶表
示装置の例である。
図１は、本実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。図２は、本実施形態の液晶表
示装置が備えるレンズアレイを示す図であり、図２（Ａ）が斜視図、図２（Ｂ）が平面図
である。図３は、本実施形態の液晶表示装置の表示部を構成する画素の平面図である。な
お、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法や
縮尺を変えて示すことがある。

本実施形態の液晶表示装置１は、観察者から見て手前側に見える手前側画像（第１の画
像）と、奥側に見える奥側画像（第２の画像）との２つの画像によって疑似立体画像を認
識させるものである。液晶表示装置１は、図１に示すように、液晶表示素子２（電気光学
素子）と、液晶表示素子２の光射出側に液晶表示素子２に接して配置されたレンズアレイ
３（結像素子アレイ）と、から構成されている。液晶表示素子２は、透過型の液晶パネル
４（以下、単に液晶パネルと称する）と、バックライト５と、入射側偏光板６と、射出側
偏光板７と、から構成されている。液晶パネル４の駆動方式や表示モードは特に限定され
るものではなく、例えばアクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮ（Tw
isted Nematic）モード、ＶＡ（Vertical Align）モード、横電界モード等のいずれの組
み合わせを用いても良い。

液晶表示素子２は、後述する２種類のサブ画素を有し、これら２種類のサブ画素によっ
て手前側画像と奥側画像とを同時に表示可能なものである。また、液晶パネル４はカラー
フィルター（図示せず）を備えており、カラー画像が表示可能なものである。一方、レン
ズアレイ３は、平板部９と、複数のレンチキュラーレンズ１０（結像素子）と、を備えて
いる。そして、レンズアレイ３は、液晶表示素子２の一部のサブ画素によって形成された
手前側画像を液晶表示素子２の空間上に結像させる機能を有する。

液晶表示素子２の表示部１２は、図２（Ｂ）に示すように、マトリクス状に配置された
複数のサブ画素１３Ｆ，１３Ｂにより構成されている。図２（Ｂ）は表示部１２を拡大視
した図であり、以降、図面の横方向を画面の水平方向Ｈ、縦方向を垂直方向Ｖと称するこ
とにする。複数のサブ画素１３Ｆ，１３Ｂは、手前側画像を形成するための複数の手前側
画像形成用サブ画素１３Ｆ（第１画像形成用画素）と、複数の奥側画像形成用サブ画素１
３Ｂ（第２画像形成用画素）と、を有している。なお、以下の説明を簡略化するため、手
前側画像形成用サブ画素１３Ｆを「手前用サブ画素１３Ｆ」、奥側画像形成用サブ画素１
３Ｂを「奥用サブ画素１３Ｂ」と略記する。また、図面において、手前用サブ画素には「
Ｆ」、奥用サブ画素には「Ｂ」の符号を付す。

表示部１２の水平方向Ｈの１つの行を見ると、手前用サブ画素１３Ｆと奥用サブ画素１
３Ｂとが交互に配列されている。また、表示部１２の垂直方向Ｖの１つの列を見ると、手
前用サブ画素１３Ｆと奥用サブ画素１３Ｂとが交互に配列されている。すなわち、表示部
１２の全体にわたって、複数の手前用サブ画素１３Ｆと複数の奥用サブ画素１３Ｂとが市
松模様に配列されている。手前用サブ画素１３Ｆおよび奥用サブ画素１３Ｂの平面形状は
ともに水平方向の寸法が短く、垂直方向の寸法が長い縦長の矩形状であり、形状および寸
法は同一である。また、図２（Ｂ）に示す符号１４の部分は隣接するサブ画素間を区画す
る格子状のブラックマトリクス（遮光膜）であり、ブラックマトリクス１４の開口部１４
Ａの部分が光を透過させて実効的な表示領域となる部分である。

図２（Ａ）に示すように、各々の手前用サブ画素１３Ｆの位置にのみ対応してレンチキ
ュラーレンズ１０が設けられている。レンチキュラーレンズ１０は、表示部１２の水平方
向Ｈに曲率を持ち、表示部１２の垂直方向Ｖには曲率を持たない、円柱を切った形状、い
わゆる蒲鉾状のレンズである。各レンチキュラーレンズ１０は、平板部９の２面のうち、
液晶表示素子２に対向する面とは反対側の面に形成されている。レンチキュラーレンズ１
０、平板部９を含むレンズアレイ３の全体は、例えば高い光透過性を有するガラスや樹脂
等で構成することができる。

レンチキュラーレンズ１０の形状を平面的に見ると、図２（Ｂ）に示すように、各レン
チキュラーレンズ１０の縁は、対応する手前用サブ画素１３Ｆの開口部１４Ａに対して水
平方向Ｈ、垂直方向Ｖともに僅かにはみ出している。すなわち、手前用サブ画素１３Ｆの
開口部１４Ａは全てレンチキュラーレンズ１０に覆われている。これにより、液晶表示素
子２の各手前用サブ画素１３Ｆから射出された光の略全てがレンチキュラーレンズ１０に
入射するようになっている。また、レンチキュラーレンズ１０の縁の開口部１４Ａからの
はみ出し量は、液晶表示素子２とレンズアレイ３とのアライメントズレを考慮して設定さ
れることが望ましい。その場合、液晶表示素子２とレンズアレイ３とが多少ずれてアライ
メントされたとしても、手前用サブ画素１３Ｆの開口部１４Ａがレンチキュラーレンズ１
０に覆われるため、液晶表示素子２から射出された光の略全てがレンチキュラーレンズ１
０に入射する。

次に、液晶表示素子２のカラーフィルターの配列パターンと手前用サブ画素１３Ｆ、奥
用サブ画素１３Ｂとの位置関係について説明する。
本実施形態では、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、カラーフィルターの赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の各着色層は表示部１２の垂直方向Ｖに同じ色が並ぶ構成、いわゆる縦
ストライプと呼ばれる配列パターンを採用している。したがって、表示部１２の水平方向
ＨにはＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素が順番に並んでおり、これら３個のサブ画素で画像の最小
構成単位である１個の画素を構成している。このようなカラーフィルターの配列パターン
に、上述の手前用サブ画素１３Ｆ、奥用サブ画素１３Ｂが組み合わせられているため、例
えば図３（Ａ）、（Ｂ）の最上段の行を見ると、Ｒの手前用サブ画素１３Ｆ、Ｇの奥用サ
ブ画素１３Ｂ、Ｂの手前用サブ画素１３Ｆ、Ｒの奥用サブ画素１３Ｂ、Ｇの手前用サブ画
素１３Ｆ、Ｂの奥用サブ画素１３Ｂ、…という順に繰り返される構成となっている。

また、図３（Ａ）、（Ｂ）は液晶表示素子２に入力される画像信号を各サブ画素に割り
分ける形態の一例を示しており、例えば水平方向８００ドット×垂直方向４００ドットの
ワイドＶＧＡと呼ばれる画像信号を振り分ける例を示す。本例では、液晶表示素子２も水
平方向に８００個の画素、垂直方向に４００個の画素を有している。そして、図３（Ａ）
、（Ｂ）に示す「Ｆ１１」、「Ｂ１１」等の記号は画像信号を示しており、「１１」等の
数字は最初の数字がその画像信号が入力される画素の行番号、２番目の数字がその画素の
列番号を示している。

手前用サブ画素１３Ｆについては、図３（Ａ）に示すように、１行目を見ると、Ｒ１１
の手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｂ１１の手前用サブ
画素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｇ２１の手前用サブ画素１３Ｆに
Ｇの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見る
と、Ｇ１２の手前用サブ画素１３ＦにＧの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１２、Ｒ２２の
手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２２、Ｂ２２の手前用サブ画
素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２２、…がそれぞれ入力される。

奥用サブ画素については、図３（Ｂ）に示すように、１行目を見ると、Ｇ１１の奥用サ
ブ画素１３ＢにＧの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｒ２１の奥用サブ画素１３ＢにＲ
の奥側画像表示用の画像信号Ｂ２１、Ｂ２１の奥用サブ画素１３ＢにＢの奥側画像表示用
の画像信号Ｂ２１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見ると、Ｒ１２の奥用サブ
画素１３ＢにＲの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１２、Ｂ１２の奥用サブ画素１３ＢにＢの
奥側画像表示用の画像信号Ｂ１２、Ｇ２２の奥用サブ画素１３ＢにＧの奥側画像表示用の
画像信号Ｂ２２、…がそれぞれ入力される。本実施形態の場合、水平方向８００ドット×
垂直方向４００ドットのワイドＶＧＡ画像信号が水平方向８００個×垂直方向４００個の
画素に振り分けられるので、手前側画像、奥側画像の双方が解像度を落とすことなく表示
できる。

本実施形態の液晶表示装置１においては、レンズアレイ３を構成する各レンチキュラー
レンズ１０が液晶表示素子２の各手前用サブ画素１３Ｆの位置に対応して設けられている
ので、図１に示すように、複数の手前用サブ画素１３Ｆによって形成される手前側画像が
レンズアレイ３の上方空間に結像される。液晶表示装置１から結像位置Ｍまでの距離ｄ１
は各レンチキュラーレンズ１０の屈折率や曲率によって任意に調整が可能である。これに
より、奥側画像が仮に液晶パネル４の液晶層が存在する位置に形成されると考えると、観
察者が液晶表示装置１を見たとき、奥側画像と手前側画像とが液晶パネル４の液晶層と結
像位置との間の距離ｄ２だけ離れて見える。このようにして、観察者は奥側画像と手前側
画像を疑似立体画像として認識できる。

本実施形態の液晶表示装置１は、液晶表示素子２とレンズアレイ３のみで構成されてお
り、２組の液晶表示素子を用いる必要がないため、従来に比べて製造コストを低減するこ
とができる。また、液晶表示素子２とレンズアレイ３とを接して配置しても疑似立体画像
を形成できるため、２組の液晶表示素子を間隔をあけて配置する必要があった従来の構成
に比べて装置の小型化を図ることができる。さらに本実施形態の場合、レンチキュラーレ
ンズ１０が手前用サブ画素１３Ｆの形状および寸法に略一致して設けられているため、手
前用サブ画素１３Ｆから射出された光の略全てがレンチキュラーレンズ１０を透過できる
。そのため、光利用効率が向上し、明るい画像が得られる。

［変形例１］
上記実施形態では、レンチキュラーレンズ１０が平板部９の液晶表示素子２に対向する
面とは反対側の面に形成されていた。これに対し、図４に示すように、レンチキュラーレ
ンズ１０が平板部９の液晶表示素子２に対向する面に形成されていても良い。この構成で
あっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

［変形例２］
上記実施形態では、レンズアレイ３が液晶表示素子２の射出側偏光板７の光射出側に配
置されていた。これに対し、図５に示すように、レンズアレイ３が液晶パネル４の光射出
側に配置され、レンズアレイ３の光射出側に射出側偏光板７が配置されていても良い。こ
の構成であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。図１の配置、図５の配置のい
ずれを選択するかは、奥側画像と手前側画像との間の距離をどの位に設定するかによって
決定できる。

［変形例３］
上記実施形態では、レンズアレイ３が複数のレンチキュラーレンズ１０を備えていた。
これに対し、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光射出面が楕円球面状とされた複数の凸
レンズ１６（結像素子）を有するレンズアレイ（結像素子アレイ）を用いても良い。この
凸レンズ１６の楕円球面状の光射出面は表示部１２の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖの２方向に
曲率を持っている。この形状とした場合、矩形状の手前用サブ画素１３Ｆと形状が一致し
ないため、手前用サブ画素１３Ｆの開口部１４Ａの四隅に凸レンズ１６が配置されない部
分が生じる。逆に、凸レンズ１６が配置されない部分が生じないように凸レンズ１６を大
きくすると、今度は凸レンズ１６が奥用サブ画素１３Ｂにまで掛かってしまうので好まし
くない。
この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。さらに本例の場合、凸レ
ンズ１６が表示部１２の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖの２方向に曲率を持っているため、擬似
立体画像を認識可能な視角を広げることができる。

［変形例４］
上記変形例３では、レンズアレイの凸レンズ１６が楕円球面状の光射出面を有していた
。これに対して、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光射出面が球面状であり、形状およ
び寸法が同一の複数の凸レンズ１７を有するレンズアレイを用いても良い。この例では、
手前用サブ画素１３Ｆの開口部１４Ａの長手方向に２個の凸レンズ１７を配置している。
もしくは、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、手前用サブ画素の開口部の長手方向に３個
の凸レンズ１８を配置しても良く、特に個数は限定されない。これらの構成においても、
凸レンズ１７，１８が表示部１２の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖの２方向に曲率を持っており
、上記変形例３と同様の効果が得られる。

［変形例５］
上記実施形態では、画像信号の水平方向ドット数および垂直方向ドット数と、液晶表示
素子２の水平方向画素数および垂直方向画素数とが一致している例を示した。これに対し
、画像信号の水平方向ドット数および垂直方向ドット数と、液晶表示素子２の水平方向画
素数および垂直方向画素数とが一致していなくても良い。本例は、画像信号の垂直方向ド
ット数が液晶表示素子２の垂直方向画素数の半分であり、１行分の画像信号を２行の画素
に振り分ける例である。

手前用サブ画素１３Ｆについては、図９（Ａ）に示すように、１行目を見ると、Ｒ１１
の手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｂ１１の手前用サブ
画素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｇ２１の手前用サブ画素１３Ｆに
Ｇの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見る
と、Ｇ１２の手前用サブ画素１３ＦにＧの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｒ２２の
手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２１、Ｂ２２の手前用サブ画
素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ２１、…がそれぞれ入力される。

奥用サブ画素１３Ｂについては、図９（Ｂ）に示すように、１行目を見ると、Ｇ１１の
奥用サブ画素１３ＢにＧの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｒ２１の奥用サブ画素１３
ＢにＲの奥側画像表示用の画像信号Ｂ２１、Ｂ２１の奥用サブ画素１３ＢにＢの奥側画像
表示用の画像信号Ｂ２１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見ると、Ｒ１２の奥
用サブ画素１３ＢにＲの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｂ１２の奥用サブ画素１３Ｂ
にＢの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｇ２２の奥用サブ画素１３ＢにＧの奥側画像表
示用の画像信号Ｂ２１、…がそれぞれ入力される。
本例においては、上記実施形態と比べて垂直方向の解像度が若干低下するものの、上記
実施形態と同様の効果が得られる。

［変形例６］
本例は、変形例５とは異なり、画像信号の水平方向ドット数が液晶表示素子２の水平方
向画素数の半分であり、１列分の画像信号を２列の画素に振り分ける例である。
手前用サブ画素１３Ｆについては、図１０（Ａ）に示すように、１行目を見ると、Ｒ１
１の手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｂ１１の手前用サ
ブ画素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、Ｇ２１の手前用サブ画素１３Ｆ
にＧの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見
ると、Ｇ１２の手前用サブ画素１３ＦにＧの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１２、Ｒ２２
の手前用サブ画素１３ＦにＲの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１２、Ｂ２２の手前用サブ
画素１３ＦにＢの手前側画像表示用の画像信号Ｆ１２、…がそれぞれ入力される。

奥用サブ画素１３Ｂについては、図１０（Ｂ）に示すように、１行目を見ると、Ｇ１１
の奥用サブ画素１３ＢにＧの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｒ２１の奥用サブ画素１
３ＢにＲの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１１、Ｂ２１の奥用サブ画素１３ＢにＢの奥側画
像表示用の画像信号Ｂ１１、…がそれぞれ入力される。また、２行目を見ると、Ｒ１２の
奥用サブ画素１３ＢにＲの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１２、Ｂ１２の奥用サブ画素１３
ＢにＢの奥側画像表示用の画像信号Ｂ１２、Ｇ２２の奥用サブ画素１３ＢにＧの奥側画像
表示用の画像信号Ｂ１２、…がそれぞれ入力される。
本例においては、上記実施形態と比べて水平方向の解像度が若干低下するものの、上記
実施形態と同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図１１〜図１３を用いて説明する。
本実施形態の電気光学装置も、第１実施形態と同様、電気光学素子として透過型液晶表
示素子を用いた液晶表示装置の例である。
図１１は、本実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。図１２は、本実施形態の液
晶表示装置の変形例を示す断面図である。図１３は、本実施形態の液晶表示装置の表示部
を構成する画素の平面図である。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、結像素子アレイの
構成が異なるのみである。よって、以下の各図面において第１実施形態の図１、図２と共
通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

第１実施形態では、手前側画像を光射出側の空間に結像させる結像素子アレイとして、
ガラスや樹脂等で形成されたレンズを有するレンズアレイを用いていたのに対し、本実施
形態の液晶表示装置は、結像素子アレイとして複数の液晶レンズを有する液晶レンズアレ
イを用いている点が異なる。すなわち、第１実施形態のレンズアレイは焦点距離等を含む
結像作用が不変であったのに対し、本実施形態のレンズアレイは液晶レンズを用いたこと
により結像作用の有無を切り換えられる点が大きく異なる。

本実施形態の液晶表示装置２１は、図１１に示すように、液晶表示素子２（電気光学素
子）と、液晶表示素子２の光射出側に液晶表示素子２に接して配置された液晶レンズアレ
イ２３（結像素子アレイ）と、から構成されている。液晶表示素子２は、液晶パネル４と
、バックライト５と、入射側偏光板６と、射出側偏光板７と、から構成されており、第１
実施形態と同一のものを用いることができる。

液晶レンズアレイ２３は、一対のガラス基板２４，２５（以下、図１１における下側の
基板を「第１基板」、上側の基板を「第２基板」と称する）によって液晶層２６が挟持さ
れた構成の液晶パネルである。第１基板２４の内面には、図１３に示すように、表示部１
２の水平方向Ｈに沿って延在する複数の帯状電極からなるストライプ状の第１電極２７が
形成されている。第１電極２７はＩＴＯ（Indium Tin Oxide, インジウム錫酸化物）等の
透明導電膜から構成されている。

また、第２基板２５の内面の全域には、図１１に示すように、光透過性が高い樹脂から
なるレンズ形状層２８が形成されている。レンズ形状層２８は液晶層２６にレンズ形状を
付与するものであり、第１基板２４と第２基板２５によって挟持された液晶層２６が凸レ
ンズ形状となるように、レンズ形状層２８には湾曲面からなる複数の凹部２８Ａが形成さ
れている。第１実施形態では手前用サブ画素１３Ｆに対応する位置のみにレンズが設けら
れていたが、本実施形態では手前用サブ画素１３Ｆ、奥用サブ画素１３Ｂの双方に対応す
る位置に液晶レンズ２９（結像作用可変レンズ）が設けられている。本実施形態では、図
１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各サブ画素１３Ｆ，１３Ｂの長手方向に２個の液晶レ
ンズ２９を並べて配置した例を挙げるが、その他、レンチキュラーレンズ形状、楕円球形
状等の液晶レンズを形成しても良く、第１実施形態の同様のレンズ形状を採用できる。

第２基板２５上のレンズ形状層２８の内面側には、表示部１２の垂直方向Ｖに沿って延
在する複数の帯状電極からなるストライプ状の第２電極３０が形成されている。第２電極
３０は、図１１に示すように、レンズ形状層２８の凹部２８Ａに沿って形成されている。
第２電極３０も、第１電極２７と同様、ＩＴＯ等の透明導電膜で構成されている。このよ
うに、第１電極２７と第２電極３０とは互いに直交する方向に延在するように形成されて
おり、第１電極２７と第２電極３０とが交差する位置にある液晶レンズ２９における液晶
層２６の配向状態を第１電極２７−第２電極３０間の電界の有無により切り換えることが
できる。すなわち、液晶レンズアレイ２３には、いわゆる単純マトリクス型の駆動が採用
される。また、液晶層２６を構成する液晶材料は、正の誘電率異方性を持つもの、負の誘
電率異方性を持つもののいずれを用いても良い。また、第１基板２４の第１電極２７上、
もしくは第２基板２５の第２電極３０上には液晶層２６の配向状態を規制するための配向
膜を形成しても良い。

上記構成の液晶レンズアレイ２３において、電界無印加状態での液晶層２６の屈折率と
レンズ形状層２８の屈折率とが一致するように、液晶材料とレンズ形状層２８の樹脂材料
を選択する。この液晶レンズアレイ２３を用いて結像作用の有無を切り換える際には、第
１電極２７−第２電極３０間に電界を印加しない液晶レンズ２９（以下、非駆動状態の液
晶レンズと称する）においては、液晶層２６の屈折率とレンズ形状層２８の屈折率とが一
致しているため、液晶層２６とレンズ形状層２８との界面で光の屈折が生じず、この液晶
レンズ２９は結像作用を持たない状態となる。一方、第１電極２７−第２電極３０間に電
界を印加した液晶レンズ２９（以下、駆動状態の液晶レンズと称する）においては、液晶
層２６の配向状態が変化して液晶層２６の屈折率がレンズ形状層２８の屈折率と異なるよ
うになるため、液晶層２６とレンズ形状層２８との界面で光の屈折が生じ、この液晶レン
ズ２９は結像作用を持つ状態となる。なお、液晶レンズ２９から結像位置までの距離は、
液晶層２６およびレンズ形状層２８の屈折率とレンズ形状層２８の凹部２８Ａの形状（曲
率）とで調整が可能である。

本実施形態の液晶表示装置２１は、上述したように、手前用サブ画素１３Ｆ、奥用サブ
画素１３Ｂの全てに対応する位置に液晶レンズ２９が設けられている。そのため、例えば
手前用サブ画素１３Ｆに対応する位置にある液晶レンズ２９を駆動状態とすれば、第１実
施形態と同等の作用が得られ、観察者は手前側画像と奥側画像とからなる疑似立体画像を
認識することができる。本実施形態においては、液晶表示素子２と液晶レンズアレイ２３
の２枚の液晶パネルが必要となるが、液晶レンズアレイ２３は素子基板が不要であり、表
示用の液晶パネルに比べて安価に製造できる。よって、全体としてコストの低減が可能で
ある。また、液晶表示素子２と液晶レンズアレイ２３を近接配置できるので、装置の小型
化が可能である。

さらに本実施形態特有の効果として、以下の効果が得られる。
本実施形態の構成によれば、各サブ画素１３Ｆ，１３Ｂ上の全ての液晶レンズ２９の結
像作用の有無をサブ画素毎に自由に制御できる。したがって、例えば液晶表示素子２に通
常の画像を表示させておき、図１３（Ｂ）に示すように、全てのサブ画素１３Ｆ，１３Ｂ
に対応する液晶レンズ２９が結像作用を持たないように制御することにより、擬似立体画
像の表示を止め、液晶表示素子２上に通常の平面画像を表示することもできる。逆に、図
１３（Ａ）に示すように、全てのサブ画素１３Ｆ，１３Ｂに対応する液晶レンズ２９が結
像作用を持つように制御することにより、液晶表示素子２から離れた空間上に浮き上がっ
たような平面画像を表示することもできる。さらに、例えば表示部１２の中の一部の液晶
レンズ２９のみが結像作用を持つようにすることにより、平面画像の中の一部だけを擬似
立体画像として表示することもできる。このように、本構成によれば、画像表現の自由度
を向上することができる。

以上の説明では、液晶表示素子２が手前側画像と奥側画像とを同時に表示することを前
提としたが、液晶表示素子が表示部の全てのサブ画素を用いて手前側画像と奥側画像とを
時間順次に高速に切り換えて表示することができる場合、さらに他の構成が実現できる。

すなわち、液晶表示素子が上記の構成である場合、液晶表示素子が手前側画像を表示す
るタイミングで全ての液晶レンズを駆動状態とし、液晶表示素子が奥側画像を表示するタ
イミングで全ての液晶レンズを非駆動状態とするように、液晶表示素子における手前側画
像、奥側画像の切り換えのタイミングと液晶レンズにおける駆動、非駆動の切り換えのタ
イミングとを同期させる。
この構成によれば、観察者が液晶表示装置を見たときに手前側画像と奥側画像とが視線
方向（奥行き方向）の異なる位置に時間順次で高速に表示されるので、手前側画像と奥側
画像とが観察者の目の中で積分され、観察者は擬似立体画像と認識することができる。こ
の構成を採用する場合、液晶表示装置は全てのサブ画素を用いて手前側画像と奥側画像を
表示するので、解像度の高い擬似立体画像が得られる。

なお、本実施形態においては、液晶表示素子２の射出側偏光板７の光射出側に液晶レン
ズアレイ２３を配置したが、この構成に代えて、図１２に示すように、液晶表示素子２の
液晶パネル４の光射出側に液晶レンズアレイ２３を配置し、さらに液晶レンズアレイ２３
の光射出側に射出側偏光板７を配置する構成としても良い。この構成においても、本実施
形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、
第１実施形態のレンズアレイ、第２実施形態の液晶レンズアレイともに１種類の結像距離
しか持たないものであったが、この構成に代えて、複数のレンズや液晶レンズが、結像距
離が互いに異なる２種類以上のレンズ群を含んでいても良い。例えば曲率が異なる２種類
のレンズ群を形成しておき、結像距離が異なる２箇所に画像を形成すれば、手前側画像、
中間画像、奥側画像というように、３層以上の画像からなる、より複雑な疑似立体画像を
表示することができる。その他、上記実施形態で例示した各構成要素の形状、配置、材料
等については適宜変更が可能である。

１，２１…液晶表示装置（電気光学装置）、２…液晶表示素子（電気光学素子）、３…
レンズアレイ（結像素子アレイ）、１０…レンチキュラーレンズ（結像素子）、１３Ｆ…
手前側画像形成用サブ画素（第１画像形成用画素）、１３Ｂ…奥側画像形成用サブ画素（
第２画像形成用画素）、１６，１７…凸レンズ（結像素子）、２３…液晶レンズアレイ（
結像素子アレイ）、２９…液晶レンズ（結像作用可変レンズ）。

Claims (11)

1. 複数の画素が配列された表示部を有し、第１の画像と第２の画像とを同時もしくは時間
   順次に表示可能な電気光学素子と、
   前記電気光学素子の光射出側に設けられ、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画
   素によって形成される前記第１の画像を前記電気光学素子の光射出側の空間上に結像可能
   な複数の結像素子を含む結像素子アレイと、
   を備えたことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記表示部が、前記第１の画像を形成する複数の第１画像形成用画素と、前記第２の画
   像を形成する複数の第２画像形成用画素と、を有し、
   前記結像素子アレイが、前記複数の第１画像形成用画素の位置にそれぞれ対応して設け
   られた複数のレンズを有することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記複数のレンズの各々が、前記第１画像形成用画素の形状に一致して設けられたレン
   チキュラーレンズであることを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
4. 前記複数のレンズの各々が、互いに直交する２方向に曲率を持つ湾曲面を有する凸レン
   ズであることを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
5. 前記結像素子アレイが、前記複数の画素のうち、少なくとも前記第１の画像を形成する
   複数の第１画像形成用画素の位置にそれぞれ対応して設けられ、内部の液晶の屈折率を変
   化させることで結像作用の有無が個別に切り換え可能とされた複数の結像作用可変レンズ
   を有することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
6. 前記結像作用可変レンズが液晶レンズであることを特徴とする請求項５に記載の電気光
   学装置。
7. 前記複数の結像作用可変レンズが、前記複数の画素の全ての位置に対応して設けられた
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の電気光学装置。
8. 前記表示部が、前記第１の画像と前記第２の画像とを時間順次に表示可能なものであり
   、
   前記表示部が前記第１の画像を表示するタイミングで前記複数の結像作用可変レンズが
   結像作用を持ち、前記表示部が前記第２の画像を表示するタイミングで前記複数の結像作
   用可変レンズが結像作用を持たないように、前記表示部における画像の切り換えのタイミ
   ングと前記複数の結像作用可変レンズにおける結像作用の有無の切り換えのタイミングと
   を同期させることを特徴とする請求項５または６に記載の電気光学装置。
9. 前記複数の結像素子が、前記表示部の法線方向における結像位置が互いに異なる複数の
   結像素子群を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の電気光学装
   置。
10. 前記電気光学素子が液晶表示素子であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか
    一項に記載の電気光学装置。
11. 前記電気光学素子が自発光型表示素子であることを特徴とする請求項１ないし９のいず
    れか一項に記載の電気光学装置。

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