JP5546494B2 - 表示装置及び光学マスクの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、老眼鏡や近視用のメガネを用いないでも、画面を近づけて高精細な画像を視認することのできる表示装置に関する。

今日、携帯電話などの電子機器には小型で解像度の高い液晶ディスプレイが用いられている。その画素サイズは０．１ｍｍに近く、小さい画面でも小さなフォントの文字を用いることにより多くの文字数を表示することができる。このような画面を見る場合は、画面を近づけて見ることで、細かい文字でも判読できるが、４０歳を過ぎた高齢者では老眼が進み、目の焦点調節機能が衰えているため、画面を近づけると画面がぼやけて文字が判読できないという課題があった。

そこで、目の焦点調節機能が正常ではないユーザでも、画面を近づけて、表示させた画像を見ることのできる表示装置が必要とされてきた。そのような表示装置として例えば特許文献１に開示された表示装置がある。

特許文献１に開示された表示装置は、透過型画像表示板に表示された画像を投影する手段として、点光源を所定位置に結像させる結像部材を設けた画像表示装置である。

この画像表示装置は、上記点光源を面方向に多数分散配置してアレイ状とした点光源アレイを設け、該点光源アレイから上記結像部材までの距離に対する、隣り合う点光源の間隔の比率が、上記結像部材から上記所定位置の距離における一般的な人の瞳径の比率とほぼ等しくなるように設定した画像表示装置である。

このような構成の画像表示装置は、点光源からの光を上記所定位置に結像させる結像部材の前面に置かれた光透過型の表示デバイスの画面上の各画素を通過する光が上記所定位置に集光されるように構成されており、上記所定位置に目の瞳が来るようにすれば、ピンホールアイマスクと同じ原理で、目の調節機能によらずに透過型表示デバイスの画像が鮮明に網膜上に結像される。

また、該結像部材に対し複数の点光源を設けることにより可能な観察位置の数を増やし、しかも同時に二つ以上の光源の光が瞳に入射し網膜上に２重像を形成しないように光源のピッチが工夫されている。

国際公開第２００５／１１６７２２号パンフレット

しかし、上述した構成の従来の画像表示装置では、結像部材としてフライアイレンズを用いた場合には、フライアイレンズには結像する所定の位置にフライアイレンズの複数のレンズの結像位置を一点に一致させなければ、フライアイレンズの個々のレンズに対応した場所の透過型表示デバイスの画像を視認することができなくなるため、所定の光学性能を実現するためにフライアイレンズに要求される形状精度は高く製造は困難であるという問題点があった。さらに、樹脂でフライアイレンズを形成した場合、環境条件で形状の歪みが生じ光学性能が変化するため表示性能が落ちるというか問題点があった。

また、光源はアレイ上に配置されているため、観察ポイントは左右上下方向に複数実現されるが、フライアイレンズ上の各レンズの結像位置でなければならず、且つ、フライアイレンズ上の異なるレンズからの光の集光点の位置でなければならない。このため、観察可能な位置の画面からの距離（視距離）が特定の距離に固定されてしまうためユーザは観察位置を左右に変えることはできるが距離を変えることができないため使いづらいという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、製造における困難性を伴うことなく、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく高精細な視認が可能な画像を表示する使いやすい表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を表面に有する発光表示面と、前記発光表示面の前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、前記発光表示面の前方、かつ前記フライアイレンズの後方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクを備え、前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記光点マスクの前記複数の開口部の水平方向のピッチである開口ピッチを、前記発光表示面の同一画素から出た光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記光点マスクの開口部を配置し、前記視距離は互いに異なる複数の視距離を含み、前記光点マスクの前記フライアイレンズにおいて一の単レンズに対応した領域内に、縦方向に異なる前記複数の視距離が実現可能に前記複数の開口部間における隣接ピッチを異なる値に設定したことを特徴とする。

この発明に係る請求項６記載の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を形成可能な液晶層を有する液晶パネルと、前記液晶パネルの前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、前記液晶パネルの後方に設けられ、前記液晶パネルに向けて光を照射するバックライト部をさらに備え、前記液晶パネルは、裏面側及び表面側に設けられた第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に設けられる前記液晶層と、前記液晶層及び前記第１の透明基板間並びに前記液晶層及び前記第２の透明基板間のうちの一方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクを備え、前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記光点マスクの前記複数の開口部の水平方向のピッチである開口ピッチを、前記液晶層の同一画素形成領域を通過する光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記光点マスクの開口部を配置し、前記光点マスクは、各々が前記複数の開口部の外周領域に沿って形成される複数のハーフトーン位相シフト部をさらに有することを特徴とする。

請求項１記載の本願発明は、上記のように、フライアイレンズピッチ、開口ピッチを含む複数の開口部の配置を設定することにより、発光表示面の各画素からの光がフライアイレンズから、瞳の大きさよりも十分小さい径のビームとして、発光表示面から所定の視距離上に位置する観察者の瞳に一点に集光される表示形態となるため、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく視認可能なぼやけの少ない画像を表示することができる。

この際、上記視距離を多少前後させても上記表示状態をほぼ維持することができるため、フライアイレンズの焦点距離に対する許容誤差が大きくなり製造を容易化することができる効果を奏する。また、光点マスクの開口部のピッチを変えて配置することにより、画面全体を見渡すことの出来る視認距離を複数設定することが可能になるため、使いやすさが向上する。

請求項６記載の本願発明は、上記のように、フライアイレンズピッチ、開口ピッチを含む複数の開口部の配置を設定することにより、発光表示面の各画素からの光がフライアイレンズから、瞳の大きさよりも十分小さい径のビームとして、発光表示面から所定の視距離上に位置する観察者の瞳に一点に集光される表示形態となるため、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく視認可能なぼやけの少ない画像を表示することができる。

この際、上記視距離を多少前後させても上記表示状態をほぼ維持することができるため、フライアイレンズの焦点距離に対する許容誤差が大きくなり製造を容易化することができる効果を奏する。また、光点マスクの開口部のピッチを変えて配置することにより、画面全体を見渡すことの出来る視認距離を複数設定することが可能になるため、使いやすさが向上する。

加えて、液晶パネルの液晶層を制御する電極並びにその配線等の形成時に、光点マスクを併せて形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることができる効果を奏する。

この発明の実施の形態１である表示装置の構成を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の表示装置における光の経路を示す説明図である。 観察面におけるレンズピッチぼやけ像を模式的に示す説明図である。 フライアイレンズピッチ、開口ピッチ及びレンズ対応開口ピッチの関係を模式的に示す説明図である。 観察面における集光スポットサイズを模式的に示す説明図である。 開口部の位置の違いによる観察面の集光スポットへの集光状況を示す説明図である。 光点マスクにおける開口部の配列状況を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の表示装置の横断面を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の表示装置の縦断面を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態２である光点マスクの製造方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態３である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態３である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。 実施の形態５である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。 図１３で示した光点マスク２の表面形状を示す説明図である。 フライアイレンズピッチに対する集光スポットサイズ（輝度半値幅）との関係を示すグラフである。 フライアイレンズピッチと網膜像の幅との関係を示すグラフである。 実施の形態６の表示装置で用いられる光点マスクの表面形状を示す説明図である。 図１７で示した光点マスクの開口部及びハーフトーン位相シフト部を通過して得られる合成像を示す波形図である。 実施の形態７である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。 図１９で示した光点マスクの表面形状を示す説明図である。

＜実施の形態１＞
（原理）
図１はこの発明の実施の形態１である表示装置の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、フライアイレンズ１の背面には光点マスク２が形成される。

フライアイレンズ１は表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有している。光点マスク２はフライアイレンズを構成する一つのレンズに相当する領域に複数の開口部２０を持っている。

光点マスク２の裏面には発光表示面３が設けられる。発光表示面３はマトリクス状に配置された複数の画素を表面に有し、複数の画素はそれぞれフライアイレンズ１の一の単レンズに対向する位置に設けられる。

ここで、フライアイレンズ１の複数の単レンズにおいて隣接する単レンズ間のピッチであるフライアイレンズピッチＰ１は人間の目の瞳の直径Ｄ（通常２〜５ｍｍ）に比べ十分小さな０．３ｍｍ以下が望ましく、ここでは０．１２ｍｍとしている。各単レンズの曲率半径は０．５ｍｍ、材料は光学機器用樹脂であり屈折率は１．５２〜１．５３に設定される。

フライアイレンズ１の裏面に設けられる光点マスク２の位置が、フライアイレンズ１の焦点距離の平面上となるように、フライアイレンズ１の厚さｔは１．５ｍｍに設計されており、すなわち、フライアイレンズ１の焦点距離とほぼ同じ値にフライアイレンズ１の厚さｔ（１．５mm）が設定される。また、光点マスク２の複数の開口部２０における隣接する開口部２０間のピッチは１２．０３８μｍ、開口径は１．０μｍに設定される。

図２は実施の形態１の表示装置における光の経路を示す説明図である。発光表示面３の一つの画素Ｘａから出た光は、光点マスク２の開口部２０を通過し、フライアイレンズ１の対応する単レンズＺａにより、単レンズＺａの径（フライアイレンズピッチＰ１）と同程度の径のビーム光５１となって直進する。これは、「焦点を通る光線のレンズ通過後は、平行光線になる。」原理に基づいている。ただし、厳密にビーム光５１は平行光線になる必要はなく、観察位置（瞳領域３１を有する黒目領域３０が存在する位置）において瞳の直径３〜４ｍｍよりも十分小さい０．５ｍｍ程度以下のビーム直径に維持される程度の平行度が維持されればよいとする許容度を有する。この許容度により、フライアイレンズ１の各単レンズの曲率半径やフライアイレンズ１の板厚ｔ（＝焦点距離）に要求される精度が緩和されることになる。また、この時、画素Ｘａから異なる開口部２０を通過した光は、それぞれ開口部２０と単レンズＺａとの位置関係で決まる異なる方向にビーム光５２として進むが、後述するように瞳領域３１に進入することはない。

ここで、光点マスク２に設けられる複数の開口部２０は左右方向に均等に開口ピッチＰ２で並んでおり、開口ピッチＰ２は以下の式(1)により決定する。

式(1)において、“Ｄ”は所定の観察者の瞳の直径（２〜５ｍｍ程度）であり、“Ｌ”はフライアイレンズ１の表面から観察面（黒目領域３０）までの視距離（３００〜５００ｍｍ）であり、“ｔ”はフライアイレンズ１の厚さ、“Ｒ１”はフライアイレンズ１の各単レンズの曲率半径である。すなわち、所定の観察者の瞳の直径として、２〜５ｍｍ程度内の任意の値を設定することができる。

図２に示すように、開口ピッチＰ２が式(1)を満足する場合、画素Ｘａから出た光のビームは、視距離Ｌにある観察者の目の瞳（瞳領域３１）には同時には一本しか入射しない。すなわち、ビーム（５１，５２）の間隔は観察距離において、瞳の直径Ｄと同じになるため、眼の位置によらず、常に１本（極稀に２本が半分づつ）のビームが瞳に入射することになる。

なお、式(1)において、開口ピッチＰ２が右辺の値よりも大きい場合でも、「視距離Ｌにある観察者の目の瞳には同時には一本しか入射しない」効果は達成できるが、開口ピッチＰ２が大きすぎると、瞳領域３１に１本のビーム光も入射しない可能性があり、暗くなってしまうため、画質は悪くなる。最適としては、開口ピッチＰ２は式(1)の右辺と等しいか、ビームの径を加味して右辺の１．３倍程度以内に設定することが望ましい。

また、光のビーム（５１，５２）の径（集光スポットサイズＤＳ）はフライアイレンズ１の単レンズ間のフライアイレンズピッチＰ１と後述する開口部投影領域Ｒ２０の和で決定するが、フライアイレンズピッチＰ１を所定の瞳の径に比べ十分細くし、且つ 光点マスクの開口部の直径を投影像Ｒ２０の拡大率を考慮して所定の瞳の直径よりも十分小さくしておけば、ピンホールアイマスクと同じ原理で観察者の調節機能が健全でなくても網膜上にぼやけの少ないひとつの点として結像される。たとえば、高精細視認領域（視距離Ｌ＝３０ｃｍ程度）において、各画素からのビーム光を視認スポットに集光することが必要であるが、７０歳の老眼者（限界近視距離２ｍ）の人には、集光スポットサイズ０．２ｍｍ以下が、６０歳の老眼者（限界近視距離１ｍ）の人には、集光スポットサイズ０．３ｍｍ以下にすることが望ましい。したがって、フライアイレンズ１のレンズのピッチも０．３ｍｍ以下程度の設定することが望ましい。さらに、後述するように光点マスクの開口部の直径は１μｍ以下程度が望ましい。

以下、集光スポットサイズについて詳述する。観察位置における集光スポットサイズをＤＳとすると集光スポットサイズＤＳは以下の式(2)（式(2a)，式(2b)）が決まる。

式(2a)に示すように、フライアイレンズ１を構成する一つの単レンズの直径（＝フライアイレンズピッチＰ１）が集光スポットサイズＤＳの要因の一つとなる。図２に示すように、光点マスク２の微小な一点から出た光のビームが、完全に平行光線になった場合のビームの径はフライアイレンズピッチＰ１になる。これは、観察位置における微小な光点のぼやけの径になり、集光スポットサイズＤＳの一部となる。

図３は観察面４０におけるレンズピッチぼやけ像を模式的に示す説明図である。図３に示すように、フライアイレンズ１の厚さｔが焦点距離よりも僅かに大きい場合は、微小な一点から出たビーム光５１ａ及び５１ｂのぼやけＲＰａ及びＲＰｂそれぞれの幅は所定の視距離においてフライアイレンズピッチＰ１よりも小さくなり、集光スポットサイズＤＳは小さくなる。破線で示すビーム光５１ａはフライアイレンズ１の厚さｔが焦点距離よりも僅かに大きい場合（ぼやけＲＰａ）、実線で示すビーム光５１ｂはさらに厚さｔがさらに大きくなり観察面４０の前方で結像した場合（ぼやけＲＰｂ）を示している。

この傾向は、微小な一点の結像位置が所定の視距離の半分以下になるまで維持される。ただし、さらにフライアイレンズ１の厚さｔが厚い場合は、ぼやけの幅がフライアイレンズピッチＰ１よりも大きくなるため集光スポットサイズＤＳは大きくなってしまう。

さらに、式(2a)に示すように、光点マスク２の開口部２０の大きさである開口径ＤＫによる開口像サイズＤｍが集光スポットサイズＤＳの要因となる。開口像サイズＤｍは式(2b)により決定する。

式(2)において、例えば、Ｌ＝３００ｍｍ、ｔ＝１．５ｍｍ、Ｒ１＝０．５ｍｍの場合、開口像サイズＤｍを０．３ｍｍにするためには、開口径ＤＫ＝１μｍが必要になる。

図５は観察面４０における集光スポットサイズを模式的に示す説明図である。ここでは、理解を容易にするために開口部２０のひとつを直径ＤＫの円で大きく描いている。同図に示すように、開口部２０を反映した開口部投影像Ｒ２０の開口像サイズＤｍと、レンズピッチぼやけ像ＲＰ１のぼやけの径ＤＲ１（＜Ｐ１）との和が集光スポットサイズＤＳとなる。なお、式(2)において、後述する、フライアイレンズ１の異なるレンズからの開口部投影像Ｒ２０の位置ズレは無視している。

理想的には、集光スポットサイズＤＳは０．３ｍｍ程度が望ましいが、瞳の直径よりも十分小さい１ｍｍ程度でも、ピンホールアイマスクと同様のぼやけ改善の効果は期待できる。

この場合、フライアイレンズ１からのビーム光は厳密に平行光線になる必要はなく、観察位置において集光スポットサイズＤＳ＝１ｍｍよりも小さい０．３ｍｍ程度のビーム直径に維持される程度の平行度でも許容範囲となる。この許容範囲により、フライアイレンズ１を構成する各単レンズの曲率半径Ｒ１やフライアイレンズ１の板厚ｔに要求される精度を緩和することができる。

図４はフライアイレンズピッチＰ１、開口ピッチＰ２及びレンズ対応開口ピッチＰ３の関係を模式的に示す説明図である。以下、図２に戻って、図４を参照しつつ、さらに、発光表示面３の他の画素Ｘｂを出てフライアイレンズ１の他の単レンズＺｂを通過する光を考える。

特に、図４に示すように、フライアイレンズ１の単レンズはフライアイレンズピッチＰ１で左右上下に均等に並んでいる。これらの単レンズ間で集光スポットに向かう光を通過する開口部２０の左右上下方向のレンズ対応開口ピッチＰ３は、隣接する単レンズ間のレンズ中心ＣＴを通過するそれぞれのビーム光が視距離上において同一集光点で交わるように設定される。すなわち、レンズ対応開口ピッチＰ３は、以下の式(3)に従って決定される。

この場合、発光表示面３の他の画素Ｘｂを出てフライアイレンズ１の他の単レンズＺｂを通過する光は、瞳領域３１内の集光スポットＦ１に進む。同様に発光表示面３の各画素の光は集光スポットＦ１を通過する。したがって、黒目領域３０にピンホールアイマスクを置いた状態と等価になるため、目の調節機能が健全でなくても、観察者の網膜上に鮮明な画像を結像することが可能になる。

ここで、図４に示すように、フライアイレンズ１のひとつの単レンズに対応する光点マスク２の開口部２０の数は少なくても形成される観察ポイントに瞳を持っていくことでぼやけの少ない画像を視認できる。ただし、開口部２０の数に比例して観察ポイントが増加するため、開口部２０の数が多いほうが観察者の瞳を観察ポイントに持ってゆくのが容易になり使いやすさ向上する。しかし、開口部２０の数が多くなると、フライアイレンズ１の単レンズの境界付近まで開口部が存在することになる。この時、式(a)「P３＝ｋ・Ｐ２…(a)」を満足することが望ましい。式(a)において、ｋは「Ｐ３／Ｐ２」に近い任意の整数である。

式(a)「P３＝ｋ・P２」を満足するため、フライアイレンズ１の単レンズの境界領域でも集光スポット間のピッチ（間隔）の乱れがなく、瞳領域３１内に収まる一の集光スポットＦ１が実現される。このため、左右方向に広い範囲で観察が可能であり、さらに使いやすくなる。なお、発光表示面３に輝度調節機構を設け、発光表示面３の輝度を調整することにより、式(1)の関係から導き出される瞳の大きさＤに観察者の瞳の大きさＤを変えて見やすい状態にすることも可能である。したがって、実際の設計では、まず想定の瞳サイズＤを仮定し、式(1)，式(3)から開口ピッチＰ２及びレンズ対応開口ピッチＰ３を決定し、式(a)を満足する適度な整数ｋを決め、「Ｐ２＝Ｐ３／ｋ」から開口ピッチＰ２を再決定することになる。ここで、一般的な瞳の径は３．０ｍｍを中心に±３０％の変化幅程度であるため。整数ｋの決定時も「Ｐ３／Ｐ２」の±３０％以内の整数に設定することが望ましい。

以下、この点を詳述する。本実施の形態では、所定の観察位置において直径０．３〜１ｍｍの集光スポットサイズを形成することが目的である。集光スポットサイズは、厳密には以下の３つの要因で決まる。

要因(1) 光点マスク２の一開口部から出た光のビームの像のレンズピッチぼやけ像ＲＰ１の径（ほぼフライアイレンズピッチＰ１）、
要因(2) 光点マスク２の開口部２０（開口径ＤＫ）のフライアイレンズ１による像の径、
要因(3) フライアイレンズ１の異なる単レンズのからの開口部投影像Ｒ２０の位置ズレ。

本発明の構成では、所定の視距離Ｌを変えたい場合、最も集光スポットサイズの変化が大きいのは、要因(3)の開口部投影像Ｒ２０の位置ズレである。したがって、本発明では異なる値のレンズ対応開口ピッチＰ３で形成された開口部２０を設けることにより、所定の視距離を複数設けることが可能となる。

観察距離Ｌ（視距離Ｌ）３００ｍｍ〜５００ｍｍとし、集光スポットサイズＤＳは直径０．２〜１．０ｍｍ、集光スポットＦＳ間のピッチ、すなわち瞳サイズＤを２〜４ｍｍ程度にすることを目標とする場合、設計値は以下のようになる。

画素のサイズは０．１〜０．４ｍｍ、フライアイレンズピッチＰ１は０．１〜０．５ｍｍ、フライアイレンズ１を構成する各単レンズの曲率半径Ｒ１は０．１〜３ｍｍ、フライアイレンズ１の厚さｔは０．１〜１ｍｍとなる。そして、以下の(1)〜(6)の順で寸法計算を行う。

(1) 所定の視距離Ｌ，所定の瞳サイズＤの仮定、
(2) 設計値のフライアイレンズピッチＰ１、曲率半径Ｒ１の設定、
(3) フライアイレンズ厚みｔの設定（厚みｔはフライアイレンズ１の裏面が表面のレンズの焦点の位置にくる値に設定する）、
(4) 式(3)を用いた光点マスク２のレンズ対応開口ピッチＰ３の計算、
(5) 式(1)を用いた光点マスク２の開口ピッチＰ２の仮計算、
(6) 式(a)を用いた開口ピッチＰ２の修正計算、
そして、レンズ対応開口ピッチＰ３によって視距離Ｌ１が最終的に決定する。

特許文献１では、観察距離は、レンズの結像距離に限定されてしまうが、本実施の形態表示装置では、投影するフライアイレンズ１のピッチＰ１を０.３ｍｍ以下に設定しているため、視距離Ｌはフライアイレンズ１のレンズの結像距離に限定されなくなる。すなわち、視距離Ｌの設定に自由度が存在する。このため、レンズ対応開口ピッチＰ３を適宜設定することにより、所定の視距離Ｌを異なる距離に複数設定することが出来る。例えば、図１に示すように、異なる結像面４１，４２に集光スポット８が結像するように異なる複数の想定視距離を実現することができる。

なお、式(3)のように、レンズ対応開口ピッチＰ３をフライアイレンズピッチＰ１より少し大きく設定する理由は以下の通りである。図６は開口部の位置の違いによる観察面４０の集光スポットへの集光状況を示す説明図である。同図に示すように、観察面４０のひとつの集光スポットＦＳに瞳を置いた場合に、画面全体を眺めるためには、画面全体のフライアイレンズ１を構成する個々の単レンズからの光が、その集光スポットＦＳに集まっていることが必要となる。

フライアイレンズ１の単レンズが球面レンズの場合、図６に示すように、集光スポットＦＳと正対する位置関係にあるフライアイレンズ１の中央の単レンズＺ０の中心軸Ｌ０の延長線上に開口部２０が配置されることにより、そのビーム光Ｍ２０は集光スポット内に集光する。しかし、単レンズＺ０の下方の単レンズＺ１は集光スポットＦＳとの関係は下方にずれるため、その中心軸Ｌ１の延長線上より少し下方に開口部２１を配置して、レンズＺ１のレンズ中心ＣＴを通過するビーム光Ｍ２１を集光スポット内に集光させる必要がある。同様にして、単レンズＺ１の下方の単レンズＺ２は集光スポットＦＳとの関係はさらに下方にずれるため、その中心軸Ｌ２の延長線上よりさらに少し下方に開口部２２を配置して、レンズＺ２のレンズ中心ＣＴを通過するビーム光Ｍ２２を集光スポットＦＳ内に集光させる必要がある。

このように、画面端のフライアイレンズ１のレンズの光は斜めに進ませることが必要であり、光点マスク２の開口部２０〜２２の位置は、中心の開口部２０から遠ざかる従い対応するフライアイレンズ１の対応するレンズの中心軸よりよりも外側に位置させることが必要となる。したがって、式(3)に示すようにレンズ対応開口ピッチＰ３を決定する必要がある。

（光点マスク２の構成）
ここまでの記載は原理の説明を主としたため、光点マスク２の開口部２０は水平方向及び垂直方向が均一で同じ値を採ることを前提にして述べた。ここからは本実施の形態で用いる光点マスク２について説明する。

図７は光点マスク２における開口部２０の配列状況を模式的に示す説明図である。同図において、図中の破線による四角線は升目状に配置されたフライアイレンズ１のひとつひとつの単レンズ位置を示している。

同図に示すように、各列における水平方向（図中左右方向）の開口ピッチＰ２Ｈ１〜Ｐ２Ｈｍはフライアイレンズ１を構成する単レンズとの位置に関係なく各均一なピッチで開口部２０は並んでいる。ただし、開口ピッチＰ２Ｈ１〜Ｐ２Ｈｍの順にピッチは大きくなるように設定されている。一方、垂直方向（図中上下方向）のピッチＰ２Ｖ１〜Ｐ２Ｖｍは、開口ピッチＰ２Ｈ１〜Ｐ２Ｈｍの順に大きくなるのと併せて、ひとつの単レンズに対応した領域内で、上部から下部に向けてピッチが広くなるように開口部２０のピッチＰ２Ｖ１〜Ｐ２Ｖｍは不均一に配列されている。

図８は実施の形態１の表示装置の横断面を模式的に示す説明図である。図９は実施の形態１の表示装置の縦断面を模式的に示す説明図である。これらの図に示すように、フライアイレンズ１のレンズはピッチＰ１で左右上下に均等に並んでいる。光点マスク２の開口部２０は水平方向（左右方向）には均等にピッチＰ２Ｈｎ（図７のＰ２Ｈ１〜Ｐ２Ｈｍのいずれか）で並んでいる。ここで、各ピッチＰ２Ｈｎは視距離Ｌｎとして、以下の式(4)を満足するように構成されている。また、レンズ対応開口ピッチＰ３Ｈｎは以下の式(5)を満足するように構成されている。

さらに、式(b)「Ｐ３Ｈｎ＝ｋｎ・Ｐ２Ｈｎ」を満足することが望ましい。ここで、“ｋｎ”は「Ｐ３Ｈｎ／Ｐ２Ｈｎ」に近い任意の整数である。視距離Ｌｎとしては、２００〜５００ｍｍが使いやすい値である。したがって、実際の設計では、まず想定の瞳サイズＤを仮定し、Ｌｎを設定して式(4)、式(5)から開口ピッチＰ２Ｈｎとレンズ対応開口ピッチＰ３Ｈｎを決定し、「ｋｎ＝Ｐ３Ｈｎ/Ｐ２Ｈｎ」から近い整数ｋｎを決め、「Ｐ２Ｈｎ＝Ｐ３Ｈｎ／ｋｎ」から開口ピッチＰ２Ｈｎを再決定することになる。

図９に示すように、フライアイレンズ１の連なるレンズを通過して同一の集光スポットＦ１に光が集まる開口部２０の上下方向のピッチＰ３Ｖｎも同様に、以下の式(6)で決定される。

なお、フライアイレンズ１を上下方向には、ひとつのレンズに対応した領域内で、上部から下部に向けて（図７のＰ２Ｈ１からＰ２Ｈｍにかけて）水平方向及び垂直方向の開口ピッチが共に広くなるように開口部２０を配列する理由は以下の通りである。

前述したように、集光スポットサイズＤＳは上述した３つの要因(1)〜(3)で決まる。そこで、ボケのない集光スポットが何処にどのように出来るかを考える。

表示装置を立てて正面方向から眺める場合。上下方向には、ひとつのレンズに対応した領域内で、上部から下部に向けてピッチ（水平方向及び垂直方向共に）が広くなっている。このため、要因(3)により、図９に示すように、上部の狭いピッチの光点マスク２の開口部２０の集光スポットのできる位置は集光スポットＦ２３，Ｆ２４ように、画面の下方の遠距離になり、下部の広いピッチで並ぶ光点マスク２の開口部２０の集光スポットの出来る位置は、集光点Ｆ２１，Ｆ２２のように、画面の上方の近距離になる。なお、ピッチＤ１〜Ｄ４はＦ２１〜Ｆ２４（Ｆ１を含む）間のピッチであり同じ値（所定の瞳の大きさ）に設定される。

このように、フライアイレンズ１の単レンズ当たりにおいて、集光スポットＦ２１、Ｆ２２及びＦ１、Ｆ２３及びＦ２４の順で視距離Ｌが変化するように、光点マスク２の複数の開口部２０の水平方向及び垂直方向の配置がなされる。

このとき、視距離Ｌの変化が３００〜５００ｍｍ間の変化で収まる場合、上記要因(1)，(2)による集光スポットＦＳの拡大は１．６６倍程度であり比較的に悪影響は少ない。

このように、実施の形態１の表示装置は、フライアイレンズピッチＰ１、開口ピッチＰ２及びレンズ対応開口ピッチＰ３を式(4)〜式(6)に従い設定することにより、各々以下の働きを達成することができる。

フライアイレンズピッチＰ１を０．３ｍｍ以下に設定することによって、集光スポットサイズＤＳをピンポールアイマスク効果が老眼者にも機能する小さいサイズにする。開口ピッチＰ２を式(1)，式(4)によって設定することにより同一画素から出たビームは観察者の瞳には同時には一本しか入射しないようにする。レンズ対応開口ピッチＰ３を式(3)、式(5)及び式(6)に示すように設定することにより、集光スポットＦＳ上にピンホールアイマスクを置いたのと等価な状態にすることができる。

このように、実施の形態１の表示装置は、フライアイレンズピッチＰ１と、開口ピッチＰ２及びレンズ対応開口ピッチＰ３（複数の開口部２０の配置）とを設定することにより、発光表示面３の各画素からの光がフライアイレンズ１から、瞳の大きさよりも十分小さい径の平行ビームとして、発光表示面３から視距離Ｌ上に位置する観察者の瞳（瞳領域３１）に一点に集光される表示形態となる。このため、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なくぼやけの少ない高精細な画像を表示することができる。

この際、視距離Ｌ１を多少前後させても平行ビームの径は変化が少なく上記表示状態をほぼ維持することができるため、フライアイレンズの焦点距離に対する許容誤差が大きくなり製造の製造を容易化することができる効果を奏する。

さらに、実施の形態１の表示装置では、光点マスク２の複数の開口部２０の水平方向及び垂直方向の開口ピッチを共に縦方向（垂直方向）に従い異なる値に設定して、縦方向に異なる複数の観察可能な所定の視距離を実現することにより、表示装置を水平方向の軸を中心として傾けることにより、上記複数の視距離のいずれかに合致した観察点（瞳領域３１）において、高精細な画像を視認することができる。すなわち、観察距離を近づけたり遠ざけたりできる。

ここで、光点マスク２のそれぞれの開口部２０の色と明るさを決める方法として、背面に発光表示面３を設けたが、発光表示面３としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどが使用できる。

この際に、発光表示面３の光を有効に活用するために、光点マスク２の開口部２０に対向する部分だけ発光させることにより、発光表示面３の光の利用効率を高めることが可能である。

＜実施の形態２＞
図１０はこの発明の実施の形態２である光点マスク２の製造方法を示す説明図である。以下、実施の形態２の光点マスク２の製造方法は実施の形態１の表示装置における光点マスク２を製造する方法であって、以下のステップ(a)〜(c)の順で実行される。

ステップ(a)では、焦点距離に等しい厚さｔを有するフライアイレンズ１の裏面に黒色のレジストを塗布する。すなわち、フライアイレンズ１の厚さｔを裏面にちょうどレンズの焦点面が位置するように設定した後、裏面に黒色のレジスト１４を塗布する。

ステップ(b)では、フライアイレンズ１から視距離Ｌの観察位置に複数の露光用開口部１３を有する露光用マスク１２を配置する。すなわち、フライアイレンズ１から視距離Ｌの観察位置に露光用マスク１２を配置、瞳の大きさ程度の間隔で実現したい集光スポットＦＳの位置に、複数の露光用開口部１３を設け、複数の露光用開口部１３の後方に露光用点光源アレイ１１の各光源１１ａ〜１１ｄを設ける。

ステップ(c)では、露光用開口部１３を介して、露光用点光源アレイ１１の各光源１１ａ〜１１ｄよりレジスト感光用の光を点灯して、フライアイレンズ１で集光させてレジスト１４を感光させ、感光させた領域を除去して得られる複数の開口部２０を有する光点マスク２を得る。

すなわち、露光用点光源アレイ１１の各光源１１ａ〜１１ｄよりレジスト感光用の光を点灯することにより、露光用マスク１２の露光用開口部１３を介して、フライアイレンズ１で集光させてレジスト１４を感光させ、現像する。その結果、レジスト１４におけるフライアイレンズ１によって光の集光した箇所を除去して、複数の開口部２０を有する光点マスク２を製造する。

実施の形態２の光点マスク２の製造方法により、フライアイレンズ１におけるフライアイレンズピッチＰ１が何らかの原因でバラついている場合でも、精度良く観察位置に設定した集光スポットＦＳの位置に、ビーム光の集まる光点マスク２を得るできることができる効果を奏する。

＜実施の形態３＞
図１１はこの発明の実施の形態３である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、フライアイレンズ１の裏面のフライアイレンズ１の焦点面に位置する光点マスク２の開口部２０にそれぞれ焦点を持つように、光点集光レンズ５が形成されている。

これにより、実施の形態１の表示装置の効果に加え、発光表示面３から出て光点マスク２の開口部２０を通過する光が増加し、光利用効率を高めることができる効果を奏する。

また、光点マスク２が存在することにより、複数の光点集光レンズ５による焦点の位置ズレを補正することができる。

＜実施の形態４＞
図１２はこの発明の実施の形態４である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、フライアイレンズ１の焦点の平面上の光点マスク２の開口部２０のあるべき点に焦点を持つ光点集光レンズ５が形成されている。しかし、実施の形態４では光点マスク２は形成されていない。さらに発光表示面３の表面側に光の配光角度分布を狭め平行光線に近づける機能を有す光指向性制御フィルム６を設置している。

したがって、開口ピッチＰ２が光点集光レンズ５の複数の単レンズ間の隣接ピッチ（焦点ピッチ）に置き換わり、レンズ対応開口ピッチＰ３がレンズ対応焦点ピッチに置き換わるとともに、式(1)、式(3)〜式(6)を満足する。

上述したように、実施の形態４では、光点集光レンズ５の焦点は、ちょうどフライアイレンズ１の焦点面上に設定している。したがって、発光表示面３からの平行光線を光点集光レンズ５側に入射すると、ちょうどフライアイレンズ１の焦点面上に個々の光点集光レンズ５に対応した焦点が集光される。その結果、フライアイレンズ１の焦点面上に格子状に配列した光点群が形成されることになり、実施の形態１の光点マスク２を用いて発光点を格子状に並べた状態と同じ状態を実現することができる。

よって、実施の形態４の表示装置は、光点マスク２を設けた実施の形態１の表示装置と同じ効果を実現することができる。さらに、光点マスク２での光利用効率の低下がないため、光の利用効率が高くなり、高輝度が実現できる効果を奏する。

なお、発光表示面３と光点集光レンズ５との間に光指向性制御フィルム６を設けたのは、以下の理由による。

光点集光レンズ５に平行光線を入射しないと、フライアイレンズ１の焦点面上に集光される個々の光点集光レンズに対応した焦点がぼやける。そこで、平行光線に近づけるために面に垂直方向に透過率が高く、斜め方向に透過率の低い光指向性制御フィルム６を用いて、光点集光レンズ５に入射する光の平行度を高め、上述した焦点のぼやけを解消している。

このように、実施の形態４の表示装置は、上記のように、フライアイレンズピッチＰ１、集光ピッチ及びレンズ対応焦点ピッチを含む複数の集光レンズの配置を設定することにより、発光表示面３の各画素からの光がフライアイレンズ１から、瞳の大きさよりも十分小さい径の平行ビームとして、発光表示面３から視距離上に位置する観察者の瞳に一点に集光される表示形態となる。このため、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく視認可能な画像を表示することができる。

この際、上記視距離を多少前後させても上記表示状態をほぼ維持することができるため、フライアイレンズの焦点距離に対する許容誤差が大きくなり製造の製造を容易化することができる効果を奏する。

さらに、複数の光点集光レンズ５を用いることにより、光の利用効率が高くなり、高輝度が実現できる効果を奏する。

さらに、実施の形態４の表示装置は、光指向性制御フィルム６をさらに備えるため、発光表示面３から光点集光レンズ５に入射する光の平行度を高めて、焦点のぼやけを解消することができる。

＜実施の形態５＞
図１３は実施の形態５である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。同図において、実施の形態５の表示装置はバックライト部（バックライト導光板１８０，光源１９０）、反射偏光板１１２、液晶パネル１００及びフライアイレンズ１０１から構成される。

バックライト導光板１８０は光源１９０の点灯時に液晶パネル１００に向けて拡散光を照射する。液晶パネル１００は、裏面側（バックライト導光板１８０側）から表面側（フライアイレンズ１０１側）にかけて、偏光板１１０、透明基板１２０（第１の透明基板）、光点マスク１０２、透明電極１３０（第１の透明電極）、液晶層１４０、透明電極１５０（第２の透明電極）、透明基板１６０（第２の透明基板）及び偏光板１７０の順に積層された積層構造により形成される。

すなわち、液晶パネル１００の裏面側及び表面側に２枚の透明基板１２０及び１６０が形成され、透明基板１２０と透明基板１６０との間に液晶層１４０が形成され、液晶層１４０及び透明基板１２０間、並びに液晶層１４０及び透明基板１６０間には、透明電極１３０及び１５０が形成される。透明電極１３０及び透明電極１５０それぞれの厚さは数マイクロメートル程度である。さらに、透明基板１２０及び透明電極１３０間に光点マスク１０２が形成される。

液晶パネル１００の偏光板１７０の表面にはフライアイレンズ１０１が貼り付けられている。フライアイレンズ１０１は表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有している ここではフライアイレンズ１０１のフライアイレンズピッチＰ１は例えば０．２４ｍｍに設定される。

フライアイレンズ１０１と光点マスク１０２との位置関係において、フライアイレンズ１０１の各単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部１０３を有する光点マスク１０２が位置している。すなわち、透明基板１２０及び透明電極１３０間に設けられる光点マスク１０２が、フライアイレンズ１０１の焦点距離ｆ１０１の平面上に位置するよう設計される。

液晶層１４０は透明電極１３０及び透明電極１５０による電圧駆動により、マトリクス状に配置された複数の画素を形成可能であり、上記複数の画素はそれぞれフライアイレンズ１０１の一の単レンズに対向する位置に形成される。

フライアイレンズ１の単レンズはフライアイレンズピッチＰ１で左右上下に均等に並んでいる。これらの単レンズ間で集光スポットに向かう光を通過する光点マスク１０２の開口部１０３の左右上下方向のレンズ対応開口ピッチＰ３は、実施の形態１と同様、隣接する単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が視距離上において同一集光点で交わるように設定される。

前述したように、液晶層１４０に対してバックライト導光板１８０側である、透明基板１２０と透明電極１３０との間に、フライアイレンズ１０１の単レンズに対応して複数の開口部１０３が設けられた光点マスク１０２が形成されている。

図１４は光点マスク１０２の表面形状を示す説明図である。同図に示すように、光点マスク１０２に選択的に設けられる複数の開口部１０３それぞれの直径は１〜５μｍ程度で設定され、液晶層１４０の駆動用の電極（透明電極１５０）や配線を形成する際に同時に写真製版プロセスで形成することができる。

光点マスク１０２の材料（開口部１０３以外の周辺領域１０４を形成する材料）はブラックマトリクスや金属配線に用いられる材料のうち、光を通さない材質であれば任意であるが、ここでは遮光した光を反射するアルミ薄膜で形成している。アルミ薄膜は液晶パネルの配線材料として一般的であり光の反射率が９０％程度と高い。

なお、実施の形態１で述べた(1)〜(6)の順で行う寸法計算と同様にして実施の形態５の寸法設定が行われる。

すなわち、所定の視距離Ｌ，所定の瞳サイズＤ、フライアイレンズ厚みｔ、フライアイレンズ１０１の曲率半径Ｒ１、フライアイレンズピッチＰ１、光点マスク１０２における開口部１０３の開口ピッチＰ２、さらに、レンズ間で集光スポットに向かう光を通過する開口部１０３の左右上下方向のレンズ対応開口ピッチＰ３等は実施の形態１と同様に設定される。

ただし、フライアイレンズ１０１の厚みｔ１０１は、液晶パネル１００内に形成される光点マスク１０２がフライアイレンズ１０１の単レンズの焦点の位置にくる値に設定する必要がある点が異なる。

このような構成の実施の形態５の表示装置の動作について説明する。図１３において、光源１９０の点灯時にバックライト導光板１８０から照射された光ｄが反射偏光板１１２及び偏光板１１０を通過し、さらに、光点マスク１０２の開口部１０３を通過してフライアイレンズ１０１により集光されて所定の観察位置において集光スポットを形成する。この原理は実施の形態１の表示装置と同様である。

一方、光ｄ，光ｆは透明電極１３０と透明電極１５０との駆動内容で決定する液晶層１４０の状態により透過率が調整されるのは通常の液晶パネルと同様である。

この時、光ｆのように光点マスク１０２の開口部１０３を通過しない光があるが、光点マスク１０２の周辺領域１０４が反射率の高いアルミで形成されているため、バックライト導光板１８０に向けて反射され、バックライト導光板１８０でさらに反射された光が再び開口部１０３を通過することもあるため、光利用効率を高めることができる。なお、バックライト導光板１８０の裏面には通常、反射板が設けられるため、前方からの光を反射することができる。

一方、光利用効率を重視しない場合は、光点マスク１０２（の周辺領域１０４）を反射率の高い金属配線で製造する必要はない。

また、図１３で示した構成では、光点マスク１０２を液晶層１４０に対しバックライト導光板１８０側に設けたが、透明電極１５０及び透明基板１６０間に光点マスク１０２を設ける、すなわち、光点マスク１０２を液晶層１４０に対しフライアイレンズ１０１側に設けても良い。ただし、光点マスク１０２は、フライアイレンズ１０１の焦点距離ｆ１０１の平面上に位置するよう設計する必要がある。

この際、光点マスク１０２（の周辺領域１０４）は、配線やブラックマトリクスに用いる遮光性の材料を用いて、製造し易いように形成しても良い。このように製造することにより光点マスク１０２の製造コストが削減できる効果を奏する。

なお、実施の形態５の構成において、フライアイレンズ１０１のピッチを０．２４ｍｍに設定しているが、これは、フライアイレンズ１０１のピッチが小さくなりすぎると単レンズの口径が小さくなり、回折による集光スポットサイズが大きくなってしまうのを防ぐためである。

図１５はフライアイレンズピッチＰ１に対する集光スポットサイズ（輝度半値幅）との関係を示すグラフである。

同図において、フライアイレンズピッチＰ１（口径）が０．１２ｍｍ（同図(a) ）と０．２４ｍｍ（同図(b) ）の場合の３００ｍｍ先の集光スポット位置に置かれたスクリーン上の相対輝度の輝度プロファイルの輝度半値幅を示している。なお、相対輝度とは、光点マスク１０２を配置しない場合における輝度を１００％としたとき、光点マスク１０２光学シートを配置したときの輝度のこれに対する比率（割合）を意味する。

同図に示すように、フライアイレンズピッチＰ１が０．１２ｍｍの場合は輝度半値幅が１．２ｍｍとなり、フライアイレンズピッチＰ１が０．２４ｍｍの場合は輝度半値幅が０．７０ｍｍとなり、フライアイレンズピッチＰ１の変化に比べ大きく変動する。

図１６はフライアイレンズピッチＰ１と網膜像の幅との関係を示すグラフである。同図に示すように、横軸にフライアイレンズピッチＰ１（口径）、縦軸に網膜像のフライアイレンズ１０１のレンズの像の幅を示している。

図１６では、３００ｍｍの集光スポット位置に瞳径３．２ｍｍの観察者が位置した場合を想定し、網膜上のフライアイレンズ１０１のレンズ（＝画素）の像の幅は、レンズのクリアな像の幅＋ボヤケ幅で表されるとして、回折により集光スポットサイズが大きくなりピンポールアイマスク効果が低下したことによる網膜像のボヤケ幅の変化を、観察者の限界視点距離をパラメータとして計算した。

限界近視距離が６７ｃｍ（５５歳老眼者）の場合は、フライアイレンズピッチＰ１が０．２４ｍｍ付近で網膜像のボヤケ幅は最小の０．０４ｍｍになる。フライアイレンズピッチＰ１が０．２４ｍｍに比べ小さすぎると回折により、集光スポットのボヤケ幅が広がり、逆にフライアイレンズピッチＰ１が０．２４ｍｍに比べ大きくなるとレンズの像自体が大きくなるためである。

同様に限界近視距離３３ｃｍ（４５歳老眼者）〜２００ｃｍ（７０歳老眼者）において、フライアイレンズピッチＰ１が０．１〜０．５ｍｍの場合に、ボヤケ幅は最小になっている。すなわち、図１６から、フライアイレンズ１０１のフライアイレンズピッチＰ１としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍが適しており、４５歳以上の高齢者においては、０．２０ｍｍ〜０．４ｍｍが適していることがわかる。

このように、実施の形態５の表示装置は、フライアイレンズ１０１のフライアイレンズピッチＰ１と、光点マスク１０２の開口ピッチＰ２及びレンズ対応開口ピッチＰ３（複数の開口部１０３の配置）とを設定することにより、液晶層１４０の各画素からの光がフライアイレンズ０１１から、瞳の大きさよりも十分小さい径の平行ビームとして、液晶層１４０から視距離上に位置する観察者の瞳に一点に集光される表示形態となる。このため、実施の形態１の表示装置と同様、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なくぼやけの少ない高精細な画像を表示することができるピンホールアイマスク効果を得ることができる。

この際、視距離を多少前後させても平行ビームの径は変化が少なく上記表示状態をほぼ維持することができるため、フライアイレンズの焦点距離に対する許容誤差が大きくなり製造の製造を容易化することができる効果を奏する。

加えて、液晶パネル１００の液晶層１４０を制御する透明電極１３０及び１５０並びにその配線等の形成時に、光点マスク１０２を併せて形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることができる効果を奏する。

さらに、光点マスク１０２の周辺領域１０４を反射率が比較的高い金属で形成することにより、光点マスク１０２の開口部１０３を通過せず、周辺領域１０４により反射された光がバックライト導光板１８０に戻って反射されることにより再利用されるため、光利用効率を高めることができる効果を奏する。

＜実施の形態６＞
図１７は実施の形態６の表示装置で用いられる光点マスク２０２の表面形状を示す説明図である。図１３に示した実施の形態５の表示装置において、光点マスク１０２を光点マスク２０２に置き換えたのが実施の形態６の表示装置である。

同図に示すように、実施の形態６の表示装置における光点マスク２０２に設けられる複数の開口部２０３の対応し、各開口部２０３の外周領域に沿って複数のハーフトーン位相シフト部２０４が形成されている。各ハーフトーン位相シフト部２０４の特性としては透過率１０％〜３０％、対応する開口部２０３との位相差は１／２波長に設定される。

実施の形態５の表示装置について述べたように、フライアイレンズ１０１のピッチが小さくなると回折による集光スポットの径の拡大が起き、これにより、ピンホールアイマスク効果が低下する。

実施の形態６では、光点マスク２０２において対応する開口部２０３及びハーフトーン位相シフト部２０４間において、開口部２０３の周囲のハーフトーン位相シフト部２０４を通過した光は、開口部２０３を通過した光と半波長ずれているために集光スポットのビームの外周部における干渉によりビームの外形を小さくすることができる集光ビーム縮小効果を発揮することができる。

図１８は開口部２０３及びハーフトーン位相シフト部２０４を通過して得られる合成像を示す波形図である。以下、図１８を参照して上記集光ビーム縮小効果について詳述する。

ここで、開口部２０３及びハーフトーン位相シフト部２０４の透過率をそれぞれ１．０及び０．１と仮定する。

上記仮定の場合、開口部２０３及びハーフトーン位相シフト部２０４の組合せによる相対的な透過率を考えると、開口部２０３の外形と等しい直径で透過率が１．１の円形の光通過部と、ハーフトーン位相シフト部２０４の外形と等しい外形の直径で透過率が０.１の円形の光通過部に分離して考えることができる。

したがって、開口部２０３及びハーフトーン位相シフト部２０４それぞれの光通過部の（集光ビーム）像Ｚ１及びＺ２がフライアイレンズ１によりそれぞれ単独に形成される。この時、開口部２０３とハーフトーン位相シフト部２０４の位置関係は数μｍと近接しているため、それぞれを通過する光線がレーザ光の場合、位相の揃った状態となる。

その場合、ハーフトーン位相シフト部２０４の像を形成する光はハーフトーン位相シフト部２０４を通過する際に、開口部２０３の像を形成する光と比べ半波長ずれている。このため、両者の光は相殺され、実際には像は実線で示す合成（集光ビーム）像Ｚ１２で示し相対輝度の強度分布になる。このため、輝度半値幅（輝度半値径）はハーフトーン位相シフト部２０４が無い場合にくらべ縮小される。

すなわち、開口部２０３の像Ｚ１の輝度半値幅ｒ１に比べ、合成像Ｚ１２の輝度半値幅ｒ２を小さくすることができるという、上記集光ビーム縮小効果が得られる。

この集光ビーム縮小効果は、通過する光線がレーザ光のようなコヒーレンス光の場合に、輝度半値幅を１０％〜２０％程度の縮小効果を得ることができる。

この時、上記集光ビーム縮小効果をより高めるには、バックライト導光板１８０の光源１９０には可干渉距離の長いレーザ光が望ましい。また、光源１９０の色は回折によるボヤケの幅の狭い短波長（青、緑）光が効果的である。ただし、青色は高齢者の視感度が低下しているために、緑色が適している。

このように、実施の形態６の表示装置は、光点マスク２０２において各開口部２０３に対応してハーフトーン位相シフト部２０４を設けることにより、集光スポットの径を小さくする集光ビーム縮小効果を発揮することができるため、上記ピンホールアイマスク効果を改善することができる。

＜実施の形態７＞
図１９は実施の形態７である表示装置の断面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、実施の形態７の表示装置には２つの平行光線バックライト導光板２８１及び拡散光線バックライト導光板２８２が設けられている。平行光線バックライト導光板２８１及び拡散光線バックライト導光板２８２には平行光線用の光源２９１及び拡散光線用の光源２９２が設けられる。光源２９１及び光源２９２のうち、一方を点灯、他方を消灯することができる。なお、拡散光線バックライト導光板２８２の裏面には反射板が設けられるが、平行光線バックライト導光板２８１の裏面には反射板が設けられない。したがって、平行光線バックライト導光板２８１は光を透過する。

したがって、実施の形態７の表示装置は、平行光線バックライト導光板２８１、光源２９１、拡散光線バックライト導光板２８２及び光源２９２からなるバックライト群、光点集光レンズ２２５、液晶パネル２００、及びフライアイレンズ１０１から構成される。液晶パネル２００は光点マスク１０２に代えて光点マスク３０２が用いられた点を除き、図１３で示した実施の形態５の表示装置における液晶パネル１００と同様な構成を呈している。

液晶パネル２００の表面側の偏光板１７０の表面には、実施の形態５と同様に、フライアイレンズ１０１が貼り付けられている。ここではフライアイレンズ１０１のフライアイレンズピッチＰ１は例えば０．２４ｍｍに設定される。

液晶層１４０に対して、バックライト群（平行光線バックライト導光板２８１及び拡散光線バックライト導光板２８２並びに光源２９１及び２９２）側に位置する液晶層１４０と透明電極１３０との間にフライアイレンズ１０１の単レンズに対応して設けられる複数の開口部３０３からなる光点マスク３０２が形成されている。

図２０は光点マスク３０２の表面形状を示す説明図である。同図に示すように、光点マスク３０２を構成する開口部３０３の直径は１〜５μｍ程度であり、各開口部３０３の外周領域に沿って遮光縁３０５が形成されている。これら複数の遮光縁３０５の組合せにより光点マスク３０２が形成される。

複数の遮光縁３０５は互いに離散して形成されているため、遮光縁３０５，３０５間の離散部分は光透過領域となっている。光点マスク３０２を構成する複数の遮光縁３０５は、液晶層１４０の駆動用の透明電極１３０，１５０や配線を形成する際に同時に写真製版プロセスを用いて、透明電極１５０上に形成することができる。遮光縁３０５の材料はブラックマトリクスや（金属）配線に用いられる材料のうち、光を通さない材質であれば何でも良いが、ここでは遮光した光を反射するアルミ薄膜で形成している。

さらに、液晶パネル２００のバックライト群側の偏光板１１０には光点集光レンズ２２５が貼り付けられている。この光点集光レンズ２２５は、光点マスク３０２の開口部３０３に焦点を持つよう配置されている。

このような構成における実施の形態７の表示装置の表示動作について説明する。まず、光源２９１を点灯し、光源２９２を消灯することにより、平行光線バックライト導光板２８１から平行光線を液晶パネル２００に照射する第１の表示モードについて説明する。

第１の表示モードにおいて、平行光線バックライト導光板２８１から照射された平行光ｇは、液晶パネル２００に対し鉛直方向を呈しており、光点集光レンズ２２５により光点マスク３０２の開口部３０３内に集光される。

その結果、フライアイレンズ１０１を通過して集光スポットを形成するのは実施の形態１の表示装置と同様である。この際、光ｇは透明電極１３０と透明電極１５０とで決まる液晶層１４０の複屈折状態により透過率が調節されるのは通常の液晶パネルと同様である。

この時、平行光線バックライト導光板２８１から照射された光のうち、僅かに液晶パネル２００の鉛直方向から傾いた光は、光点マスク３０２の開口部３０３を通過せず遮光縁３０５により反射され、平行光線バックライト導光板２８１を通過して拡散光線バックライト導光板２８２に向かい、拡散光線バックライト導光板２８２の裏面に設けられた反射板によって反射される。この反射された光が再び開口部３０３を通過することもあるため、光利用効率を高めるこうとができる。遮光縁３０５は、平行光線バックライト導光板２８１から放射される平行光ｇの広がりを考慮して広く形成しているので、平行光線バックライト導光板２８１から照射される光のうち、遮光縁３０５の外側を通過する光はない。

このように、実施の形態７の表示装置は、第１の表示モード時にバックライト群のうち平行光線バックライト導光板２８１の光源２９１を点灯し、拡散光線バックライト導光板２８２の光源２９２を消灯する。その結果、平行光線バックライト導光板２８１から照射された平行光線は光点集光レンズ２２５によって光点マスク３０２の複数の開口部３０３に集光され、フライアイレンズ１を通過して集光スポットを形成することができ、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく視認可能な画像からなる第１の表示形態で表示することができる。

次に、光源２９１を消灯し、光源２９２を点灯することにより、拡散光線バックライト導光板２８２から拡散光線を液晶パネル２００に照射する第２の表示モードについて説明する。

次に、拡散光線バックライト導光板２８２から放射された斜め光ｈは、平行光線バックライト導光板２８１を透過し、光点集光レンズ２２５により光点マスク３０２の開口部３０３方向に集光されず、遮光縁３０５のさらに外側を通過してフライアイレンズ１０１に向かう。このため、集光スポットを形成せずにその周辺を照らす。この際、光ｈも光ｇと同様に、透明電極１３０と透明電極１５０で決まる液晶層１４０の複屈折状態により透過率が調節されるのは通常の液晶パネルと同様である。したがって、通常の液晶ディスプレイにおける表示形態と同様に集光スポットに瞳が位置しなくても、全面がムラなく明るく見える第２の表示形態で表示することができる。

前述したように、平行光線バックライト導光板２８１と拡散光線バックライト導光板２８２とは互いに独立した光源２９１及び光源２９２を備えているため、光源２９１及び光源２９２をそれぞれ個別にＯＮ／ＯＦＦが可能である。したがって、光源２９１，光源２９２間点灯と消灯とを切り替えることにより、どこから見ても輝度ムラのない通常の表示状態（第２の表示形態）と、老眼者用のピンホールアイマスク効果が発揮される表示状態（第１の表示状態）を切り替えることができる。

なお、ここで、光点マスク３０２が液晶層１４０近傍に作りこまれている構成を例に説明したが、これに限るものでは無く、光点マスクの製造コストを気にしなければ、液晶層１４０から離れた位置に別に形成しても良い。すなわち、光点集光レンズ２２５と光点マスク３０２とフライアイレンズ１０１との関係が第１の表示形態が実現可能に維持されていれば、光源２９１，光源２９２間で点灯と消灯とを切り替えることにより、どこから見ても輝度ムラのない通常の表示状態と、老眼者用のピンホールアイマスク効果状態を切り替えることができる。

実施の形態７の表示装置は、光源２９１及び光源２９２のうち光源２９１を点灯し、光源２９２を消灯することにより、第１のバックライトである平行光線バックライト導光板２８１から照射された平行光線は光点マスク３０２の複数の開口部３０３に集光され、フライアイレンズ１０１を通過して集光スポットを形成することができる。このため、目の焦点調節機能が劣る観察者にも支障なく視認可能な画像からなる第１の表示形態で表示することができる第１の表示モードを実現する。

また、光源２９２を点灯し、光源２９１を消灯することにより、第２のバックライトである拡散光線バックライト導光板２８２から照射された拡散光線は光点マスク３０２の遮光縁３０５外の光透過領域を通過し、集光スポット以外に向かう。このため、輝度ムラの無い通常の表示形態で表示する第２の表示モードを実現する。

その結果、実施の形態５の表示装置は、上記第１及び第２の表示モードを選択的に実現することにより、ピンホールアイマスク効果を発揮する第１の表示形態、及び輝度ムラの無い第２の表示形態のうち、ユーザの所望する表示形態を実現することができる効果を奏する。

＜その他＞
実施の形態１（実施の形態５）等では、フライアイレンズ１（１０１）の一つレンズに対し、一つの画素を持つ発光表示面３が配置されている構成を最適な配置として示したが、フライアイレンズ１の複数のレンズに対し、一つの画素を持つ発光表示面が配置される態様も可能である。この態様の場合、複数のレンズで一つの画素を表示することになる。この態様の長所は表示される画質が滑らかになることが期待される点である。一方、この態様の短所としては、発光表示面の画素のサイズよりも、小さいフライアイレンズを形成することになるため、フライアイレンズの製造は困難になる点がある。

さらに、実施の形態１（実施の形態５）等では、フライアイレンズ１（フライアイレンズ１０１）の単レンズをマトリクス状に配置した場合を例に説明したが、正三角形の頂点が並んだ配列にしても、同じ構成を実現できる。

１，１０１ フライアイレンズ、２，１０２，２０２，３０２ 光点マスク、３ 発光表示面、５，２２５ 光点集光レンズ、６ 光指向性制御フィルム、１００，２００ 液晶パネル、１００，１７０ 偏光板、１１２ 反射偏光板、１２０，１６０ 透明基板、１３０，１５０ 透明電極、１４０ 液晶層、１８０ バックライト導光板、１９０，２９１，２９２ 光源、２８１ 平行光線バックライト導光板、２８２ 拡散光線バックライト導光板。

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された複数の画素を表面に有する発光表示面と、
   前記発光表示面の前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、
   前記発光表示面の前方、かつ前記フライアイレンズの後方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクを備え、
   前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記光点マスクの前記複数の開口部の水平方向のピッチである開口ピッチを、前記発光表示面の同一画素から出た光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記光点マスクの開口部を配置し、
   前記視距離は互いに異なる複数の視距離を含み、
   前記光点マスクの前記フライアイレンズにおいて一の単レンズに対応した領域内に、縦方向に異なる前記複数の視距離が実現可能に前記複数の開口部間における隣接ピッチを異なる値に設定したことを特徴とする、
   表示装置。
2. 表示装置における光学マスクの製造方法であって、
   前記表示装置は請求項１記載の表示装置を含み、
   (a)焦点距離に等しい厚さを有する前記フライアイレンズの裏面に黒色のレジストを塗布するステップと、
   (b)前記フライアイレンズから前記視距離の観察位置に複数の露光用開口部を有する露光用マスクを配置するステップと、
   (c)前記露光用開口部を介して、所定の光源よりレジスト感光用の光を点灯して、前記フライアイレンズで集光させて前記レジストを感光させ、感光させた領域を除去して得られる前記複数の開口部を有する前記光点マスクを得るステップと、
   を備える光学マスクの製造方法。
3. マトリクス状に配置された複数の画素を表面に有する発光表示面と、
   前記発光表示面の前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、
   前記発光表面の前方、かつ前記フライアイレンズの後方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に焦点を持つ複数の集光レンズと備え、
   前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記複数の集光レンズの水平方向のピッチである集光レンズ間ピッチを前記発光表示面の同一画素から出た光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記集光レンズを配置したことを特徴とする、
   表示装置。
4. 請求項３記載の表示装置であって、
   前記複数のレンズの前方、かつ前記フライアイレンズの後方に設けられ、フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクをさらに備える、
   表示装置。
5. 請求項３記載の表示装置であって、
   前記発光表示面の前方、かつ前記複数の集光レンズの後方に設けられ、発光表示面からの光の平行性を維持する光指向性制御フィルムをさらに備える、
   表示装置。
6. マトリクス状に配置された複数の画素を形成可能な液晶層を有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルの前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、
   前記液晶パネルの後方に設けられ、前記液晶パネルに向けて光を照射するバックライト部をさらに備え、
   前記液晶パネルは、
   裏面側及び表面側に設けられた第１及び第２の透明基板と、
   前記第１及び第２の透明基板間に設けられる前記液晶層と、
   前記液晶層及び前記第１の透明基板間並びに前記液晶層及び前記第２の透明基板間のうちの一方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクを備え、
   前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記光点マスクの前記複数の開口部の水平方向のピッチである開口ピッチを、前記液晶層の同一画素形成領域を通過する光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記光点マスクの開口部を配置し、
   前記光点マスクは、
   各々が前記複数の開口部の外周領域に沿って形成される複数のハーフトーン位相シフト部をさらに有することを特徴とする、
   表示装置。
7. 請求項６記載の表示装置であって、
   前記光点マスクは、前記液晶層及び前記第１の透明基板間に設けられ、
   前記複数の開口部を除く周辺領域は、前記バックライトからの光を反射する反射機能を有する、
   表示装置。
8. マトリクス状に配置された複数の画素を形成可能な液晶層を有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルの前方に設けられ、表面にマトリクス状に配置された球面凸状の複数の単レンズを有するフライアイレンズとを備え、前記複数の画素それぞれに対し前記複数の単レンズのうち少なくとも一つの単レンズが対応づけられ、
   前記液晶パネルの後方に設けられ、前記液晶パネル方向に平行光線を照射する第１のバックライト部と、
   前記液晶パネルの後方に設けられ、前記液晶パネル方向に拡散光線を照射する第２のバックライト部とをさらに備え、
   前記液晶パネルは、
   表面側及び裏面側に設けられた第１及び第２の透明基板と、
   前記第１及び第２の透明基板間に設けられる前記液晶層と、
   前記液晶層及び前記第１の透明基板間並びに前記液晶層及び前記第２の透明基板間のうちの一方に設けられ、前記フライアイレンズの前記単レンズの焦点の並ぶ平面上に点状の複数の開口部を有する光点マスクとを含み、
   前記液晶パネルの後方に設けられ、前記第１のバックライト部から照射される平行光線が、前記光点マスクの複数の開口部に焦点を持つよう配置される集光レンズをさらに備え、
   前記複数の単レンズ間の隣接ピッチであるフライアイレンズピッチを０．３ｍｍ以下に設定し、前記光点マスクの前記複数の開口部の水平方向のピッチである開口ピッチを、前記液晶層の同一画素形成領域を通過する光のビームが所定の視距離において隣接する開口部を通過した光のビームとの距離が所定の観察者の目の瞳の直径と等しい値で、且つ、隣接する前記単レンズ間のレンズ中心を通過するそれぞれのビーム光が前記視距離上において同一集光点で交わるように前記複数の前記光点マスクの開口部を配置し、
   前記光点マスクは、
   各々が前記複数の開口部の外周領域に沿って形成され、互いに離散して形成される複数の遮光部を含み、前記複数の遮光部以外の領域が光透過領域となり、
   前記第１及び第２のバックライト部は選択的に点灯・消灯が可能であることを特徴とする、
   表示装置。

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