JP7317517B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
近年、自動車のフロントガラス等の投影面に映像を反射させてドライバーの視野内に情報を表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が普及しつつある。ＨＵＤはドライバーに対して、例えばフロントガラスから４メートルほど先の位置に虚像を知覚させる。これによりドライバーは視線を大きく動かすことなく経路案内や緊急情報等を視認できるので、運転時の安全性が向上する。
ＨＵＤは三次元画像を表示可能な表示装置を備えることがある。ユーザ（視聴者）に三次元画像を知覚させるためには、ユーザの右目で右目用の画像が知覚され、左目で左目用の画像が知覚される必要がある。これを実現するための方法として例えば、ユーザが偏光眼鏡やシャッター眼鏡等の特殊な眼鏡を装着する方法と、表示装置にバリアやレンチキュラーレンズ等の光制御素子を設ける方法とがある。
例えば車載のＨＵＤに三次元画像を表示可能な表示装置が設けられる場合には、運転の妨げとなり得る眼鏡等をドライバーが装着する必要がないように、表示装置に光制御素子を設ける方法が用いられることが好ましい。
特開２００１－２５１４０３号公報
しかし、表示装置に光制御素子を設ける方法では、ユーザによって知覚される虚像の解像度が低下する場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、虚像の表示品位を向上できる表示装置を提供することである。
本実施形態によれば、表示装置は、表示部と、光制御素子と、投影面と、１つ以上のミラーと１つ以上のレンズの少なくとも一方とを具備する。前記表示部は、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに並んだ副画素群を備える表示部であって、前記副画素群の内の第１副画素群を含む第１領域と前記副画素群の内の第２副画素群を含む第２領域とを含む。前記光制御素子は、前記第１領域に重畳し、前記第２領域に重畳しない。前記投影面は、前記表示部によって表示される画像が投影される。前記１つ以上のミラーと１つ以上のレンズの少なくとも一方は、前記画像を前記投影面に投影するためのものである。前記投影面を見るユーザによって知覚される虚像は、前記第１領域に対応し、立体的な虚像として知覚される第１虚像と、前記第２領域に対応し、平面的な虚像として知覚される第２虚像とを含む。前記表示部は、周縁部と、前記第１副画素群を構成する複数の第１副画素の間と、前記第２副画素群を構成する複数の第２副画素の間に配置される遮光体を備える。前記第１領域は、前記第２領域に最も近い第１副画素群の行と、前記第２領域の間に、１行以上の第１副画素群を配置可能な大きさの第３領域を含む。前記第３領域には、前記遮光体の一部と第１遮光体が、全面に亘って配置される。
実施形態に係る表示装置を概略的に示す図。 同実施形態の表示装置によって形成される虚像の例を示す図。 同実施形態の表示装置に設けられるディスプレイの構成例を示す断面図。 図３のディスプレイ内の表示パネルおよび光制御素子の一構成例を示す平面図。 図３のディスプレイ内の表示パネルおよび光制御素子の別の一構成例を示す平面図。 図３のディスプレイ内の表示パネルおよび光制御素子の一構成例を示す断面図。 図３のディスプレイ内の光制御素子の一構成例を示す平面図。 図３のディスプレイ内の表示パネルに配置された副画素群に対する画像の第１配置例を示す図。 図３のディスプレイ内の表示パネルに配置された副画素群に対する画像の第２配置例を示す図。 図３のディスプレイ内の表示パネルに配置された副画素群に対する画像の第３配置例を示す図。 図３のディスプレイ内の表示パネルに配置された副画素群に対する画像の第４配置例を示す図。
以下、いくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図１は本実施形態に係る表示装置を概略的に示す図である。この表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１である。ＨＵＤ１は、画像が投影面に投影されることにより形成される虚像をユーザに知覚させる。
図１に示すように、表示装置の構成を説明するために規定する座標系において、ＸＨ方向およびＹＨ方向は互いに直交し、ＺＨ方向はＸＨ方向およびＹＨ方向と直交している。ＸＨ方向はユーザの視点ＶＰに対する水平方向に相当し、ＹＨ方向は視点ＶＰに対する垂直方向に相当し、ＺＨ方向は視点ＶＰに対する奥行き方向に相当する。また、視点ＶＰからＸＨ方向およびＹＨ方向によって規定されるＸＨ－ＹＨ平面を観察することを平面視とも称する。
ＨＵＤ１は、ディスプレイ２と、１つ以上のミラーＭ１，Ｍ２と、投影面ＰＳとを備える。ディスプレイ２は、ディスプレイ２によって取得または生成される表示信号に基づく画像を画面に表示する。１つ以上のミラーＭ１，Ｍ２は、例えば平面ミラーＭ１と凹面ミラーＭ２とを含む。
ディスプレイ２の画面に表示された画像は、平面ミラーＭ１および凹面ミラーＭ２を介して、投影面ＰＳに投影される。より具体的には、表示された画像を構成する光線が平面ミラーＭ１および凹面ミラーＭ２により反射、集光され、投影面ＰＳに投影される。また凹面ミラーＭ２は、例えば垂直方向の曲率半径が７３０ｍｍであり、画像を拡大するように光線を反射し得る。
投影面ＰＳは、例えば自動車のフロントガラスの内面であり、水平方向の曲率半径が例えば１７００ｍｍである。投影された画像は、投影面ＰＳによって、視点ＶＰを有するユーザ（ドライバー）側に反射され、ユーザに対して投影面ＰＳよりも遠い位置（例えば、投影面ＰＳから数メートル先の位置）に虚像Ｖを形成する。つまり、ユーザは投影面ＰＳよりも遠い位置に虚像Ｖを知覚する。
ＨＵＤ１を構成する１つ以上のミラーＭ１，Ｍ２は２つの凹面ミラーであってもよい。また、平面ミラーおよび凹面ミラーに限らず、ハーフミラー、フレネルミラー等の他の光学部材が選択可能である。１つ以上のミラーＭ１，Ｍ２の代わりに、あるいは１つ以上のミラーＭ１，Ｍ２に加えて、１つ以上のレンズが用いられてもよい。また、投影面ＰＳはフロントガラスではなく、ドライバーの前方に設置される透明な反射板であってもよい。ディスプレイ２の画面に表示された画像は、平面ミラーＭ１および凹面ミラーＭ２により反射、集光され、この反射板に投影される。
ディスプレイ２は三次元画像および二次元画像を表示可能である。ディスプレイ２が三次元画像を表示可能であるとは、ディスプレイ２に複数の視点に対応する複数の画像が表示され、当該ディスプレイ２を見るユーザが、両目で２つの視点の画像をそれぞれ捉えることにより、立体的な画像を知覚できることを云う。
三次元画像を表示するために、ディスプレイ２の画面の一部にはバリアやレンチキュラーレンズ等の光制御素子が配置されている。光制御素子は、ディスプレイ２の画面に表示される右目用の画素群がユーザの右目で知覚され、表示される左目用の画素群がユーザの左目で知覚されるように、ディスプレイ２から出射される光線を制御する。これによりユーザは三次元画像を知覚できる。
ディスプレイ２によって三次元画像が表示され、ミラーＭ１，Ｍ２を介して投影面ＰＳに投影される場合、ユーザによって立体的な虚像として知覚される虚像Ｖ１が形成される。一方、ディスプレイ２によって二次元画像が表示され、ミラーＭ１，Ｍ２を介して投影面ＰＳに投影される場合、ユーザによって平面的な虚像として知覚される虚像Ｖ２が形成される。虚像Ｖ２は、例えばＸＨ－ＹＨ平面と平行な平面として形成される。
例えば図１に示すように、三次元画像に対応する虚像Ｖ１は、ユーザによって、視点ＶＰに対して奥行き位置ｚａから奥行き位置ｚｃまでの範囲に知覚される。また二次元画像に対応する虚像Ｖ２は、ユーザによって、視点ＶＰに対して特定の奥行き位置ｚｂに知覚される。これによりユーザは、虚像Ｖ１を立体的な虚像として知覚し、虚像Ｖ２を平面的な虚像として知覚する。
図１では、虚像Ｖ２が知覚される奥行き位置ｚｂが、虚像Ｖ１が知覚される奥行き位置ｚａから奥行き位置ｚｃまでの範囲内にある例が示されているが、奥行き位置ｚｂは、ユーザの視点ＶＰに対して、この範囲よりも視点ＶＰに近い位置（すなわち奥行き位置ｚａよりも手前の位置）であってもよいし、奥行き位置ｚｃよりもさらに奥の位置であってもよい。
ところで、光制御素子が配置されたディスプレイ（すなわち、表示パネルに光制御素子が重畳されたディスプレイ）では、当該ディスプレイが有する解像度よりも、ユーザによって知覚される画像の解像度は低くなる。例えば、ディスプレイに右目用と左目用の２視点の画像が表示される場合、ユーザによって知覚される画像の解像度は、ディスプレイの解像度の半分になる。
しかし、例えば自動車に設置されるＨＵＤでは、視認性の低下、すなわち解像度の低下が好ましくない情報が表示され得る。このような情報は、できるだけ高い解像度で表示されることが望ましい。
そのため本実施形態では、ディスプレイ２に、光制御素子が重畳される三次元表示のための第１領域と、光制御素子が重畳されない第２領域とを設ける。そして例えば、奥行き感が得られることが好ましい画像が第１領域に表示され、解像度の低下が好ましくない画像が第２領域に表示される。投影面ＰＳを見るユーザは、第１領域に表示された画像に対応する立体的な虚像を知覚すると共に、第２領域に表示された画像に対応する平面的な虚像を知覚する。これにより、ユーザによって知覚される虚像の表示品位を向上できる。
図２は、ユーザが視点ＶＰで知覚する虚像Ｖの例を示す。虚像Ｖでは、奥行き感が得られることが好ましい画像（ここでは矢印）が虚像Ｖ１として立体的に形成され、解像度の低下が好ましくない画像や立体的に形成される必要がない画像が虚像Ｖ２として平面的に形成される。解像度の低下が好ましくない画像とは、例えば、文字、記号、マーク、標識（例えば交通標識）等を含む画像のような、解像度が低下した場合に視認性が低下する画像である。図２に示すように、ユーザにシートベルトの装着を促すマーク２０１や、ユーザに車の接近を警告する文字列２０２は、解像度の低下が好ましくない画像であり、解像度が低下しない虚像Ｖ２として平面的に形成される。
虚像Ｖでは、ユーザに対して、上部に立体的に形成される虚像Ｖ１が配置され、下部に平面的に形成される虚像Ｖ２が配置されてもよい。ドライバーは、遠くを見ようとするときにフロントガラス（投影面ＰＳ）の上部に視線を移動し、近くを見ようとするときにフロントガラスの下部に視線を移動する特性を有する。虚像Ｖ１と比較して近くに形成され得る虚像Ｖ２が、虚像Ｖ１の下部に配置されることにより、この特性に適応できる。
図３はディスプレイ２の構成例を示す断面図である。ディスプレイ２の構成を説明するために規定する座標系において、ＸＤ方向およびＹＤ方向は互いに直交し、ＺＤ方向はＸＤ方向およびＹＤ方向と直交している。ＸＤ方向およびＹＤ方向はディスプレイ２を構成する基板の主面と平行であり、ＺＤ方向は当該主面に直交する。つまり、ＺＤ方向はディスプレイ２の厚さ方向に相当する。
ディスプレイ２は、表示パネル１０と光制御素子２０と照明装置３０とを備える。表示パネル１０は、例えば液晶パネルである。表示パネル１０は、第１基板１１および第２基板１２を備えている。第２基板１２は、第１基板１１の上に位置している。なお、ここでは、第１基板１１から第２基板１２に向かう方向を「上側」（あるいは、単に上）と称し、第２基板１２から第１基板１１に向かう方向を「下側」（あるいは、単に下）と称する。「第１部材の上の第２部材」および「第１部材の下の第２部材」とした場合、第２部材は、第１部材に接していてもよいし、第１部材から離間していてもよい。
光制御素子２０は表示パネル１０の上に位置する。光制御素子２０は、後述するように複数の光制御部を備える。光制御素子２０は透明樹脂４０により表示パネル１０に固定される。
照明装置３０は表示パネル１０の下に位置する。第１偏光板５１は第１基板１１の下面１１Ｂに接着されている。第２偏光板５２は光制御素子２０の上面２０Ａに接着されている。第２偏光板５２は第２基板１２の上面１２Ａに接着されてもよいし、光制御素子２０の下面２０Ｂに接着されてもよい。また光制御素子２０は、第１偏光板５１と第１基板１１との間に、あるいは照明装置３０と第１偏光板５１との間に、位置していてもよい。また光制御素子２０は、表示パネル１０に内蔵されていてもよい。
なお表示パネル１０は、液晶パネルに限らず、有機エレクトロルミネッセンス表示素子やμＬＥＤ等を有する自発光型の表示パネル、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型の表示パネルであってもよい。
表示パネル１０は、例えば第１基板１１の背面側からの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過型の表示パネルである。なお、表示パネル１０は、第２基板１２の前面側からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射型の表示パネルであってもよいし、透過表示機能および反射表示機能を備える表示パネルであってもよい。表示パネル１０が反射型の表示パネルである場合、照明装置３０が省略されてもよいし、照明装置３０が表示パネル１０の上に位置していてもよい。
図４は表示パネル１０および光制御素子２０の一構成例を示す平面図である。表示パネル１０は、第１基板１１と第２基板１２とが重畳する部分に表示部ＤＡを備えている。
表示部ＤＡは、ＸＤ方向と、ＸＤ方向に直交するＹＤ方向とにマトリクス状に並んだ副画素群ＳＰを備える。一例として副画素群ＳＰは、赤色を表示する赤副画素ＳＰＲと、緑色を表示する緑副画素ＳＰＧと、青色を表示する青副画素ＳＰＢとで構成される。また、表示部ＤＡの内、副画素群ＳＰが配置されていない領域には、ブラックマトリクスＢＭ１と称される遮光体が設けられている。つまりブラックマトリクスＢＭ１は、副画素ＳＰ間と表示パネル１０表面の周縁部とに配置されている。
ブラックマトリクスは、その光学濃度（ＯＤ値）が３以上であることが望ましい。ブラックマトリクスは光吸収体であってもよいし、光反射体であってもよい。ブラックマトリクスは、クロム、モリブデン、あるいは銀を含む化合物などの金属材料によって形成されてもよいし、黒色の樹脂材料によって形成されてもよい。
以下の説明では、副画素の色を特定しない場合に、１つの副画素を単に副画素ＳＰと称することがある。また、ＸＤ方向を水平方向と称し、ＹＤ方向を垂直方向と称する場合がある。各副画素ＳＰは同一のサイズの長方形の形状を有している。各副画素ＳＰは、ＸＤ方向に幅ＷＳＰを有し、ＹＤ方向に高さＨＳＰを有する。高さＨＳＰは、例えば幅ＷＳＰよりも大きい。なお、各副画素ＳＰは平行四辺形の形状を有し、ＹＤ方向に対して特定の角度（例えば４°以上１６°以下の角度）で傾いていてもよい。ＸＤ方向に並んだ複数の副画素ＳＰは「行」を構成し、ＹＤ方向に並んだ複数の副画素ＳＰは「列」を構成する。
ＸＤ方向に隣接する２つの副画素ＳＰは互いに異なる色を表示し得る。ＹＤ方向に隣接する２つの副画素ＳＰは同一の色を表示し得る。図４に示す例では、ＸＤ方向に赤副画素ＳＰＲ、緑副画素ＳＰＧ、青副画素ＳＰＢの順に複数の副画素が並び、またＹＤ方向に同一色の複数の副画素ＳＰが並んでいる。
例えば、ｎ色の副画素がＸＤ方向に並び、これらｎ個の副画素のセットがＸＤ方向に並んでいる場合、高さＨＳＰは幅ＷＳＰのｎ倍である。ｎは２以上の自然数である。図４に示した例では、ｎは３である。したがって、高さＨＳＰは幅ＷＳＰの３倍である。
表示部ＤＡには、表示部ＤＡ内に含まれる副画素群ＳＰの内の第１副画素群ＳＰ１を含む第１領域ＤＡ１と、副画素群ＳＰの内の第２副画素群ＳＰ２を含む第２領域ＤＡ２とが設けられる。第１領域ＤＡ１には斜線で示される光制御素子２０が重畳する。一方、第２領域ＤＡ２には光制御素子２０が重畳していない。つまり、範囲１Ａでは副画素群ＳＰ１上に光制御素子２０が重畳しているのに対して、範囲１Ｂでは副画素群ＳＰ２上に光制御素子２０が重畳していない。
第１領域ＤＡ１は三次元画像を表示するための領域として用いられ、したがって第１領域ＤＡ１内の第１副画素群ＳＰ１は、複数の視点に対応する複数の画像をそれぞれ表示するための複数の副画素群を含む。第２領域ＤＡ２は二次元画像を表示するための領域として用いられ、したがって第２領域ＤＡ２内の第２副画素群ＳＰ２は１つの視点の画像を表示するために用いられる。
あるいはＨＵＤ１において、第１領域ＤＡ１内の第１副画素群ＳＰ１は、立体的な虚像Ｖ１をユーザに知覚させるための複数の視点の複数の画像をそれぞれ表示する複数の副画素群を含むと云える。また第２領域ＤＡ２内の第２副画素群ＳＰ２は、平面的な虚像Ｖ２をユーザに知覚させるための１つの視点の画像を表示すると云える。
なお図５に示すように、第２領域ＤＡ２との境界に最も近い、第１領域ＤＡ１内の１行以上の副画素群ＳＰ１が、ブラックマトリクスＢＭ２に置き換えられてもよい。つまり表示パネル１０は、第２領域ＤＡ２に接する、第１領域ＤＡ１内の第３領域にブラックマトリクスＢＭ１，ＢＭ２（第１遮光体）を備えている。この第３領域に対応する範囲１Ｃでは、ブラックマトリクスＢＭ１，ＢＭ２上に光制御素子２０が重畳している。なお、光制御素子２０は、第３領域のブラックマトリクスＢＭ１，ＢＭ２に重畳するブラックマトリクス（第２遮光体）を備えていてもよい。
図６は表示パネル１０および光制御素子２０の一構成例を示す断面図である。
図６（Ａ）は、範囲１Ａの内の第１副画素群ＳＰ１が配置された位置の断面図に相当し、表示パネル１０上に光制御素子２０が重畳している。表示パネル１０の上面には第１副画素群ＳＰ１とブラックマトリクスＢＭ１とが配置されている。ブラックマトリクスＢＭ１は、副画素間と、表示パネル１０上面の周縁部とに配置されている。
光制御素子２０は基材２１と複数の光規制体２２とを備える。基材２１はガラス、樹脂等の透明基板である。光規制体２２は、自身を透過する光線を制限するものであり、光制御部として機能する。光規制体２２は、例えば、ＸＤ方向に並んだ複数の副画素ＳＰに重畳する遮光体２３と、少なくとも１つの副画素ＳＰに重畳する開口２４とを備える。換言すると、複数の遮光体２３は、開口２４の幅に相当する間隔をおいてＸＤ方向に並んでいる。
遮光体２３は、その光学濃度（ＯＤ値）が３以上であることが望ましい。遮光体２３は光吸収体であってもよいし、光反射体であってもよい。遮光体２３は、クロム、モリブデン、あるいは銀を含む化合物などの金属材料によって形成されてもよいし、黒色の樹脂材料によって形成されてもよい。本実施形態では、例えば光規制体２２としてエマルジョンマスクが用いられる。
遮光体２３はＸＤ方向に幅Ｗ２３を有し、開口２４はＸＤ方向に幅Ｗ２４を有している。１つの光規制体２２の幅Ｗ２２は、すなわちＸＤ方向に並んだ光規制体２２のピッチは、幅Ｗ２３と幅Ｗ２４との和に相当する。
遮光体２３の幅Ｗ２３は開口２４の幅Ｗ２４よりも大きい。ＸＤ方向に並んだ２つの光規制体２２は複数の副画素ＳＰに重畳している。遮光体２３を挟んで隣り合う２つの開口２４は、例えば、互いに異なる色の副画素ＳＰに重畳する。例えば、図６（Ａ）の左側に位置する開口２４は赤副画素ＳＰＲに重畳し、図６（Ａ）の右側に位置する開口２４は青副画素ＳＰＢに重畳している。
開口２４の幅Ｗ２４は、副画素ＳＰの幅ＷＳＰよりも大きくてもよいし、同等であってもよいし、小さくてもよい。幅Ｗ２４が幅ＷＳＰよりも小さい場合、開口２４を透過する光線の数を低減することができ、視認される画像の解像度を向上できる。一方で、視認される画像の輝度低下を抑制する観点では、幅Ｗ２４は幅ＷＳＰとほぼ等しくなることが望ましい。また、１つの開口２４は複数の副画素ＳＰに重畳してもよい。
なお光制御素子２０には、複数の光規制体２２の代わりに、副画素ＳＰの各々から出射される光線を制御可能な別の種類の光制御体が設けられていてもよく、例えば複数のレンズが設けられていてもよい。
図６（Ｂ）は、範囲１Ｂの内の副画素群ＳＰ２が配置された位置の断面図に相当し、表示パネル１０上に光制御素子２０が重畳していない。表示パネル１０の構成については、図６（Ａ）と同様である。
図６（Ｃ）は、範囲１Ｃの断面図に相当し、上面にブラックマトリクスＢＭ１，ＢＭ２が配置された表示パネル１０上に光制御素子２０が重畳している。なお、範囲１Ｃの光制御素子２０には、光規制体２２の代わりにブラックマトリクスが配置されてもよい。あるいは、範囲１Ｃの表示パネル１０上面にブラックマトリクスＢＭ２を配置することなく、範囲１Ｃの光制御素子２０において、光規制体２２の代わりにブラックマトリクスが配置されてもよい。
なお範囲１Ａにおいても、上面にブラックマトリクスＢＭ１が配置された表示パネル１０上に光制御素子２０が重畳されている部分については、範囲１Ｃと同様の断面図になる。
図７は光制御素子２０のより具体的な構成例を示す平面図である。光制御素子２０において、複数の光規制体２２はＸＤ方向に並んでいる。光規制体２２を構成する遮光体２３および開口２４は、ＸＤ方向およびＹＤ方向とは異なる斜め方向に延出している。遮光体２３の各々は、ＸＤ方向に並んだ一対のエッジＥ２３を有している。一対のエッジＥ２３は平行である。開口２４は、ＸＤ方向に隣接する遮光体２３の互いに向かい合うエッジＥ２３の間に位置する。
光規制体２２は、表示部ＤＡに重畳し、副画素の複数の行に跨って直線的に延出している。光規制体２２、遮光体２３および開口２４のそれぞれは、ＹＤ方向に対して角度θで傾いている。
図８から図１０を参照して、表示部ＤＡ内の副画素群ＳＰを用いて表示される画像について説明する。副画素群ＳＰには、立体的な虚像Ｖ１（あるいは画像）をユーザに知覚させるための複数の視点に対応する複数の画像と、特定の奥行き位置にある平面的な虚像Ｖ２（あるいは画像）をユーザに知覚させるための１つの視点の画像とが表示される。この複数の視点の数は、２つ以上であればいくつであってもよい。視点の数が多いほど、ユーザが視点を移動したとしても、知覚される虚像が破綻する可能性は低くなる。
ここでは、立体的な虚像Ｖ１をユーザに知覚させるための複数の視点に対応する複数の画像として、４つの視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４にそれぞれ対応する第１画像、第２画像、第３画像、および第４画像が用いられる場合を例示する。第１画像、第２画像、第３画像、および第４画像は、ある１つのシーン（オブジェクト）を第１視点ＶＰ１、第２視点ＶＰ２、第３視点ＶＰ３、および第４視点ＶＰ４からそれぞれ撮像した場合に得られる画像である。また、ユーザに特定の奥行き位置にある平面的な虚像Ｖ２を知覚させるための１つの視点の画像として、第０画像が用いられる。
表示部ＤＡには、第１～第４画像が表示される第１領域ＤＡ１と、第０画像が表示される第２領域ＤＡ２とが設けられている。そして、第１領域ＤＡ１には光制御素子２０が重畳されている一方、第２領域ＤＡ２には光制御素子２０が重畳されていない。第１～第４画像の各々は、例えば第１領域ＤＡ１と同一の解像度を有している。第０画像は、例えば第２領域ＤＡ２と同一の解像度を有している。
図８は、表示部ＤＡ内の各副画素ＳＰに表示されるべき画像を示している。各副画素ＳＰを表す領域には、当該副画素ＳＰにその一部が表示される画像の番号が示されている。ここでは、表示される画像が第１画像であれば“１”、第２画像であれば“２”、第３画像であれば“３”、第４画像であれば“４”、第０画像であれば“０”が、各副画素ＳＰを表す領域に示されている。
第１領域ＤＡ１では、例えば４つの副画素群８０１，８０２，８０３，８０４を用いて、４つの視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４に対応する第１～第４画像の一部がそれぞれ表示される。４つの副画素群８０１，８０２，８０３，８０４は、ＸＤ方向に順に並んでいる。各副画素群８０１，８０２，８０３，８０４では、例えば、ＸＤ方向に対して５個の副画素が並び、ＹＤ方向に対して１個から３個の副画素が並んでいる。
副画素群８０１から出射される光線は、２つの遮光体２３間の開口２４を通過して第１視点ＶＰ１に到達する。そのため、副画素群８０１は、第１視点ＶＰ１に対応する第１画像の一部を表示するために用いられる。副画素群８０１には、第１領域ＤＡ１内での副画素群８０１の位置に対応する、第１画像内の一部が表示される。
副画素群８０２から出射される光線は、２つの遮光体２３間の開口２４を通過して第２視点ＶＰ２に到達する。そのため、副画素群８０２は、第２視点ＶＰ２に対応する第２画像の一部を表示するために用いられる。副画素群８０２には、第１領域ＤＡ１内での副画素群８０２の位置に対応する、第２画像内の一部が表示される。
副画素群８０３から出射される光線は、遮光体２３間の開口２４を通過して第３視点ＶＰ３に到達する。そのため、副画素群８０３は、第３視点ＶＰ３に対応する第３画像の一部を表示するために用いられる。副画素群８０３には、第１領域ＤＡ１内での副画素群８０３の位置に対応する、第３画像内の一部が表示される。
また、副画素群８０４から出射される光線は、遮光体２３間の開口２４を通過して第４視点ＶＰ４に到達する。そのため、副画素群８０４は、第４視点ＶＰ４に対応する第４画像の一部を表示するために用いられる。副画素群８０４には、第１領域ＤＡ１内での副画素群８０４の位置に対応する、第４画像内の一部が表示される。
第１領域ＤＡ１では、上記の副画素群８０１，８０１，８０３，８０４と同様にして、各副画素ＳＰ１にいずれの画像が表示されるかが決定され得る。したがって第１領域ＤＡ１では、４つの視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４に対応する４つの画像の一部が、ＸＤ方向およびＹＤ方向に特定のパターンで配置される。
ユーザは、例えば以下の場合に、第１領域ＤＡ１から出射される光線により立体的な虚像Ｖ１を知覚できる。
（１）副画素群８０１から第１視点ＶＰ１に出射される光線を右目で、副画素群８０２から第２視点ＶＰ２に出射される光線を左目で捉えた場合
（２）副画素群８０２から第２視点ＶＰ２に出射される光線を右目で、副画素群８０３から第３視点ＶＰ３に出射される光線を左目で捉えた場合
（３）副画素群８０３から第３視点ＶＰ３に出射される光線を右目で、副画素群８０４から第４視点ＶＰ４に出射される光線を左目で捉えた場合
このように図８に示す例では、ある番号の視点（例えば第１視点ＶＰ１）に出射される光線を右目で、当該番号より１つ大きい番号の視点（例えば第２視点ＶＰ２）に出射される光線を左目で捉えることにより、ユーザが立体的な虚像を適切に知覚できる。
上述したように、第１領域ＤＡ１内の副画素群ＳＰ１は第１～第４画像を表示するために分配される。そして、分配された副画素群ＳＰ１には第１～第４画像の一部が表示される。この分配により、表示される第１～第４画像の各々の解像度は第１領域ＤＡ１の解像度の約１／４になる。そのため、各視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４において、第１領域ＤＡ１から出射された光線により知覚される虚像Ｖ１の解像度は、第１領域ＤＡ１の表示性能の解像度の約１／４になり、低下する。
また、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰは、第０画像を表示するために用いられる。第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰには、第０画像の一部ではなく、第０画像の全体が表示され得る。第２領域ＤＡ２上には光制御素子２０が重畳されていないので、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰから出射される光線は、いずれの視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４にも到達する。したがって、各視点ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４において、第２領域ＤＡ２から出射された光線により知覚される虚像Ｖ２の解像度は、第２領域ＤＡ２の解像度と同一であり、低下しない。そのため、文字、記号等を含む、解像度の低下が好ましくない画像は、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰを用いて表示する。これにより、対応する虚像Ｖ２を、視認性を低下させることなくユーザに知覚させることができる。
ディスプレイ２には、表示部ＤＡ内の副画素群ＳＰが、図８に示したようなレイアウトで、第０画像と第１～第４画像の一部とを表示するように構成された表示信号が入力される。ディスプレイ２はこの表示信号に従った制御により、副画素群ＳＰを用いて第０画像と第１～第４画像の一部とを表示する。
表示信号は別の情報処理装置等によって生成され、ディスプレイ２に入力され得る。また表示信号は放送信号であってもよい。このような場合、ディスプレイ２は少なくとも表示信号を受信するための通信デバイスを備えている。なお、表示信号はディスプレイ２内のプロセッサ等の回路を用いて生成されてもよい。
図１に示したＨＵＤ１の投影面ＰＳには、第１副画素群ＳＰ１を用いて表示された複数の視点の複数の画像（例えば第１～第４画像）が、光制御素子２０とミラーＭ１，Ｍ２とを介して投影され、第２副画素群ＳＰ２を用いて表示された１つの視点の画像（例えば第０画像）がミラーＭ１，Ｍ２を介して投影される。
ＨＵＤ１の視点ＶＰは、より詳しくはユーザの右目の視点ＶＰＲと左目の視点ＶＰＬとを含む。右目の視点ＶＰＲには、第１領域ＤＡ１内の、ある画像（例えば第１画像）が表示された副画素群ＳＰ１から出射され、開口２４を通過した第１光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。左目の視点ＶＰＬには、第１領域ＤＡ１内の、別の画像（例えば第２画像）が表示された副画素群ＳＰ１から出射され、開口２４を通過した第２光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。さらに、これら２つの視点ＶＰＲ，ＶＰＬには、第０画像が表示された第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２から出射された第３光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。
ユーザは右目で第１光線を捉え、且つ左目で第２光線を捉えることによって、立体的な虚像Ｖ１を知覚できると共に、両目で第３光線を捉えることによって平面的な虚像Ｖ２を知覚できる。つまりユーザは、奥行き感が得られることが好ましい画像に対応する虚像Ｖ１と、解像度の低下が好ましくない文字や記号等を含む画像に対応する虚像Ｖ２とを知覚できる。したがって、ＨＵＤ１において形成される虚像Ｖの表示品位を向上できる。
なお、第１領域ＤＡ１と第２領域ＤＡ２との境界付近では、表示パネル１０および光制御素子２０の組み立ての精度等によっては、例えば第１領域ＤＡ１の一部に光制御素子２０が重畳していなかったり、第２領域ＤＡ２の一部に光制御素子２０が重畳していたりする場合がある。このような場合、各領域ＤＡ１，ＤＡ２から出射される光線が、意図しない視点で知覚される可能性がある。
そのため、図５を参照して上述したように、第２領域ＤＡ２との境界に最も近い、第１領域ＤＡ１内の１行以上の副画素群ＳＰ１はブラックマトリクスＢＭ２に置き換えられてもよい。この場合、図９に示すように、ブラックマトリクスＢＭ２の部分は第１～第４画像の表示に用いられないので、この１行以上の副画素群ＳＰ１にたとえ光制御素子２０が重畳していなかったとしても、意図しない虚像がユーザに知覚されることを回避できる。
また、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２に近接する、第１領域ＤＡ１内の副画素群ＳＰ１の一部を用いて、平面的な虚像Ｖ２をユーザに知覚させるための第０画像が表示されてもよい。例えば図１０に示すように、第２領域ＤＡ２との境界に最も近い、第１領域ＤＡ１内の１行以上の副画素群ＳＰ１が、平面的な虚像Ｖ２を知覚させるための第０画像の表示に用いられ得る。
この１行以上の副画素群ＳＰ１に光制御素子２０が重畳していない場合、この副画素群ＳＰ１を用いて表示された第１～第４画像の一部はそのままユーザに知覚される。つまり、視点毎のいずれか２つの画像がユーザの右目および左目にそれぞれ知覚されずに、表示された第１～第４画像の一部がユーザの両目で知覚される。したがって、意図しない内容の虚像がユーザに知覚される。
これに対して、第０画像の一部が、光制御素子２０が重畳していない１行以上の副画素群ＳＰ１を用いて表示される場合、ユーザに知覚される虚像の解像度は低下するものの、その虚像から知覚（認識）される内容は変化しない。したがって、この１行以上の副画素群ＳＰ１にたとえ光制御素子２０が重畳していなかったとしても、意図しない画像がユーザに知覚されることを回避できる。
以上により、表示パネル１０および光制御素子２０の組み立ての精度が低い場合等にも、意図した虚像Ｖをユーザに知覚させることができ、ユーザによる視認性への影響が軽減される。
また図１１は、表示部ＤＡ内の副画素群ＳＰにいずれの画像が表示されるかを示す別の例を示す。ここでは、立体的な虚像Ｖ１（あるいは画像）をユーザに知覚させるための複数の視点に対応する複数の画像として、２つの視点ＶＰ１，ＶＰ２にそれぞれ対応する第１画像および第２画像が用いられている。第１画像および第２画像は、ある１つのシーンを第１視点ＶＰ１および第２視点ＶＰ２からそれぞれ撮像した場合に得られる画像である。また、特定の奥行き位置にある平面的な虚像Ｖ２をユーザに知覚させるための１つの視点の画像として、第０画像が用いられる。
表示部ＤＡには、第１および第２画像のいずれかが表示される第１領域ＤＡ１と、第０画像が表示される第２領域ＤＡ２とが設けられている。そして、第１領域ＤＡ１には光制御素子２０が重畳されている一方、第２領域ＤＡ２には光制御素子２０が重畳されていない。第１および第２画像の各々は、例えば第１領域ＤＡ１と同一の解像度を有している。第０画像は、例えば第２領域ＤＡ２と同一の解像度を有している。
第１領域ＤＡ１では、例えば２つの副画素群１１１，１１２を用いて、２つの視点ＶＰ１，ＶＰ２に対応する第１および第２画像の一部がそれぞれ表示される。２つの副画素群１１１，１１２は、ＸＤ方向に順に並んでいる。各副画素群１１１，１１２では、例えば、ＸＤ方向に対して１０個の副画素が並び、ＹＤ方向に対して１個から３個の副画素が並んでいる。
副画素群１１１から出射される光線は、２つの遮光体２３間の開口２４を通過して第１視点ＶＰ１に到達する。そのため、副画素群１１１は、第１視点ＶＰ１に対応する第１画像の一部を表示するために用いられる。副画素群１１１には、第１領域ＤＡ１内での副画素群１１１の位置に対応する、第１画像内の一部が表示される。
また、副画素群１１２から出射される光線は、２つの遮光体２３間の開口２４を通過して第２視点ＶＰ２に到達する。そのため、副画素群１１２は、第２視点ＶＰ２に対応する第２画像の一部を表示するために用いられる。副画素群１１２には、第１領域ＤＡ１内での副画素群１１２の位置に対応する、第２画像内の一部が表示される。
第１領域ＤＡ１では、上記の副画素群１１１，１１２と同様にして、各副画素ＳＰ１にいずれの画像が表示されるかが決定され得る。したがって第１領域ＤＡ１では、２つの視点ＶＰ１，ＶＰ２に対応する２つの画像の一部が、ＸＤ方向およびＹＤ方向に特定のパターンで配置される。
ユーザは、第１視点ＶＰ１に出射される光線を右目で、第２視点ＶＰ２に出射される光線を左目で捉えた場合に、第１領域ＤＡ１から出射される光線により立体的な虚像Ｖ１を知覚できる。
上述したように、第１領域ＤＡ１内の副画素群ＳＰ１は第１および第２画像を表示するために分配される。そして、分配された副画素群ＳＰ１には第１および第２画像の一部が表示される。この分配により、表示される第１および第２画像の各々の解像度は第１領域ＤＡ１の解像度の約１／２になる。そのため、各視点ＶＰ１，ＶＰ２において、第１領域ＤＡ１から出射された光線により知覚される虚像Ｖ１の解像度は、第１領域ＤＡ１の表示性能の解像度の約１／２になり、低下する。
また、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２は、第０画像を表示するために用いられる。第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２には、第０画像の一部ではなく、第０画像の全体が表示され得る。第２領域ＤＡ２上には光制御素子２０が重畳されていないので、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２から出射される光線は、いずれの視点ＶＰ１，ＶＰ２にも到達する。したがって、各視点ＶＰ１，ＶＰ２において、第２領域ＤＡ２から出射された光線により知覚される虚像Ｖ２の解像度は、第２領域ＤＡ２の解像度と同一であり、低下しない。そのため、文字、記号等を含む解像度の低下が好ましくない画像は、第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２を用いて表示することにより、対応する虚像Ｖ２を、視認性を低下させることなくユーザに知覚させることができる。
ディスプレイ２には、表示部ＤＡ内の副画素群ＳＰが、図１１に示したようなレイアウトで、第０画像と第１および第２画像の一部とを表示するように構成された表示信号が入力される。ディスプレイ２はこの表示信号に従った制御により、副画素群ＳＰを用いて第０画像と第１および第２画像の一部とを表示する。
上述したように、図１に示したＨＵＤ１の視点ＶＰは、より詳しくはユーザの右目の視点ＶＰＲと左目の視点ＶＰＬとを含む。右目の視点ＶＰＲには、第１領域ＤＡ１内の第１画像が表示された副画素群ＳＰ１から出射され、開口２４を通過した第１光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。左目の視点ＶＰＬには、第１領域ＤＡ１内の第２画像が表示された副画素群ＳＰ１から出射され、開口２４を通過した第２光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。さらに、これら２つの視点ＶＰＲ，ＶＰＬには、第０画像が表示された第２領域ＤＡ２内の副画素群ＳＰ２から出射された第３光線が、ミラーＭ１，Ｍ２および投影面ＰＳを介して到達する。
ユーザは右目で第１光線を捉え、且つ左目で第２光線を捉えることによって、立体的な虚像Ｖ１を知覚できると共に、両目で第３光線を捉えることによって平面的な虚像Ｖ２を知覚できる。つまりユーザは、奥行き感が得られることが好ましい画像に対応する虚像Ｖ１と、解像度の低下が好ましくない文字や記号等を含む画像に対応する虚像Ｖ２とを知覚できる。したがって、ＨＵＤ１において形成される虚像Ｖの表示品位を向上できる。
なお、第１領域ＤＡ１に２視点の第１および第２画像を表示する場合にも、図９および図１０を参照して上述した、第１領域ＤＡ１と第２領域ＤＡ２との境界付近に関して変形した構成を適用できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、虚像の表示品位を向上できる。
なお、この発明は、上記各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、各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わせにより種々の発明を形成できる。例えば、各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。
本明細書にて開示した構成から得られる表示装置の一例を以下に付記する。
（１）
第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに並んだ副画素群を備え、前記副画素群の内の第１副画素群を含む第１領域と前記副画素群の内の第２副画素群を含む第２領域とを含む表示部と、
前記第１領域に重畳する光制御素子と、
前記表示部によって表示される画像が投影される投影面と、
前記画像を前記投影面に投影するための１つ以上のミラーと１つ以上のレンズの少なくとも一方と、
を具備し、
前記投影面を見るユーザによって知覚される虚像は、前記第１領域に対応し、立体的な虚像として知覚される第１虚像と、前記第２領域に対応し、平面的な虚像として知覚される第２虚像とを含む、表示装置。
（２）
前記虚像は、前記ユーザに対して、上部に前記第１虚像を含み、下部に前記第２虚像を含む、（１）記載の表示装置。
（３）
前記表示部は、前記第２領域に接する、前記第１領域内の第３領域に第１遮光体を備える、（１）または（２）記載の表示装置。
（４）
前記光制御素子は、前記第１遮光体に重畳する第２遮光体をさらに備える、（３）記載の表示装置。
（５）
前記表示部は、さらに、前記第２副画素群に近接する前記第１副画素群の一部を用いて、平面的な虚像を前記ユーザに知覚させるための画像を表示する、（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の表示装置。
（６）
前記第２虚像は、前記ユーザによって第１奥行き位置に知覚され、
前記第１虚像は、前記ユーザによって第２奥行き位置から第３奥行き位置までの範囲に知覚される、（１）または（２）記載の表示装置。
（７）
前記範囲は、前記第１奥行き位置を含む、（６）記載の表示装置。
（８）
前記第１奥行き位置は、前記範囲よりも前記ユーザの視点に近い位置である、（６）記載の表示装置。
（９）
前記第１副画素群は、前記立体的な虚像を前記ユーザに知覚させるための複数の視点の複数の画像をそれぞれ表示する複数の副画素群を含み、
前記第２副画素群は、前記平面的な虚像を前記ユーザに知覚させるための１つの視点の画像を表示する、（１）記載の表示装置。
（１０）
前記投影面には、前記第１副画素群を用いて表示された複数の視点の複数の画像が、前記光制御素子を介して投影され、前記第２副画素群を用いて表示された１つの視点の画像が投影される、（１）記載の表示装置。
１…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、２…ディスプレイ、ＶＰ…視点、Ｍ１…平面ミラー、Ｍ２…凹面ミラー、ＰＳ…投影面、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２…虚像、１０…表示パネル、２０…光制御素子、３０…照明装置、４０…透明樹脂、１１…第１基板、１２…第２基板、２２…光規制体、２３…遮光体、２４…開口、５１…第１偏光板、５２…第２偏光板、ＤＡ…表示部、ＤＡ１…第１領域、ＤＡ２…第２領域、ＳＰ，ＳＰ１，ＳＰ２…副画素、ＢＭ１，ＢＭ２…ブラックマトリクス。

Claims (9)

  1. 第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに並んだ副画素群を備え、前記副画素群の内の第１副画素群を含む第１領域と前記副画素群の内の第２副画素群を含む第２領域とを含む表示部と、
    前記第１領域に重畳し、前記第２領域に重畳しない光制御素子と、
    前記表示部によって表示される画像が投影される投影面と、
    前記画像を前記投影面に投影するための１つ以上のミラーと１つ以上のレンズの少なくとも一方と、
    を具備し、
    前記投影面を見るユーザによって知覚される虚像は、前記第１領域に対応し、立体的な虚像として知覚される第１虚像と、前記第２領域に対応し、平面的な虚像として知覚される第２虚像とを含み、
    前記表示部は、周縁部と、前記第１副画素群を構成する複数の第１副画素の間と、前記第２副画素群を構成する複数の第２副画素の間に配置される遮光体を備え、
    前記第１領域は、前記第２領域に最も近い第１副画素群の行と、前記第２領域の間に、１行以上の第１副画素群を配置可能な大きさの第３領域を含み、
    前記第３領域には、前記遮光体の一部と第１遮光体が、全面に亘って配置される、
    表示装置。
  2. 前記虚像は、前記ユーザに対して、上部に前記第１虚像を含み、下部に前記第２虚像を含む、請求項１記載の表示装置。
  3. 前記光制御素子は、前記第１遮光体に重畳する第２遮光体をさらに備える、請求項１記載の表示装置。
  4. 前記第２虚像は、前記ユーザによって第１奥行き位置に知覚され、
    前記第１虚像は、前記ユーザによって第２奥行き位置から第３奥行き位置までの範囲に知覚される、請求項１または請求項２記載の表示装置。
  5. 前記範囲は、前記第１奥行き位置を含む、請求項４記載の表示装置。
  6. 前記第１奥行き位置は、前記範囲よりも前記ユーザの視点に近い位置である、請求項４記載の表示装置。
  7. 前記第１副画素群は、前記立体的な虚像を前記ユーザに知覚させるための複数の視点の複数の画像をそれぞれ表示する複数の副画素群を含み、
    前記第２副画素群は、前記平面的な虚像を前記ユーザに知覚させるための１つの視点の画像を表示する、請求項１記載の表示装置。
  8. 前記投影面には、前記第１副画素群を用いて表示された複数の視点の複数の画像が、前記光制御素子を介して投影され、前記第２副画素群を用いて表示された１つの視点の画像が投影される、請求項１記載の表示装置。
  9. 第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに並んだ副画素群を備え、前記副画素群の内の第１副画素群を含む第１領域と前記副画素群の内の第２副画素群を含む第２領域とを含む表示部と、
    前記第１領域に重畳し、前記第２領域に重畳しない光制御素子と、
    前記表示部によって表示される画像が投影される投影面と、
    前記画像を前記投影面に投影するための１つ以上のミラーと１つ以上のレンズの少なくとも一方と、
    を具備し、
    前記投影面を見るユーザによって知覚される虚像は、前記第１領域に対応し、立体的な虚像として知覚される第１虚像と、前記第２領域に対応し、平面的な虚像として知覚される第２虚像とを含み、
    前記光制御素子に重畳される第１副画素群のうち前記第２領域に最も近い第１副画素群の行は、平面的な虚像を前記ユーザに知覚させるための画像を表示する、
    表示装置。
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