JP2008083310A - 光変調装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】二方向に指向性を有する光出射角特性を備えた光分離層から出射される照明光を効率的に利用する。
【解決手段】照明部１０と、鋭角の頂角θ２を備え方位軸２０Ｆに沿って頂部の両側に第１分離屈折面及び第２分離屈折面を備えた光分離プリズム２２ｐを方位軸に沿い繰り返し配置し、第１分離屈折面からと第２分離屈折面からの光出射方向に指向性を有する光出射角特性を有する光分離層２０と、光分離層の光出射側に配置され、方位軸に沿い遮光範囲３４ｘを介して開口範囲３４ｙが光分離プリズムの繰り返し配置態様に整合して繰り返し配置された光変調部３０とを具備し、第１分離屈折面を介して第２分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第１光成分と、第２分離屈折面を介して第１分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第２光成分とが異なる開口範囲内を通過する。
【選択図】図５

Description

本発明は光変調装置及び電子機器に係り、特に、照明部の照明光を二方向に指向性を有する光出射角特性を備えた光に変換する光分離層を含む光変調装置の構成に関する。

一般に、Ｖ字状の溝或いは三角柱状のリブを所定の方位に沿って繰り返し配列させてなるプリズムシートを用いて、バックライトの照明光を光軸方向に集光したり、所定の光出射角分布を呈する照明光に変換したりするといったことが一般的に行われている。

一方、車載用の表示装置、例えばカーナビゲーションシステムのディスプレイ装置などのように、複数の異なる方向からそれぞれ画面が視認されるような用途では、一般的な視野角特性では十分な表示品位（特に表示の明るさ）が得られない場合があるため、上記のようなプリズムシートを用いて、例えば優先的な観察方向を二つ持つディスプレイに適した照明光を形成する方法及びこの方法を用いた照明装置が提案されている（例えば、以下の特許文献１及び２参照）。

また、近年、画像を三次元的に表示する立体映像表示装置や、一つの画面上に視野角によって異なる複数の画像を表示することができるように構成したマルチプル視野ディスプレイなどが提案されている。これらの表示装置では、視野角に応じて異なる画像を視認可能に構成するために、その画面上にマスクやレンチキュラーシート等よりなる視差バリアを形成するようにしている（例えば、以下の特許文献３及び４参照）。
特開平８−２３４２０３号公報 特開平１１−２７１７６５号公報 特開２００４−１１８１４０号公報 特開２００４−２０６０８９号公報

しかしながら、前述のような照明方法では、プリズムシートから出射される照明光の強度が所定の方位に沿ったプリズムの形成周期に応じて周期的に変化するため、ディスプレイ装置に設けられた液晶表示体などで構成される光変調部の画素の開口周期と整合せず、照明装置から出射された照明光の分布が不均一になる場合がある。

特に、上述の視差バリアを有する表示装置では、視差バリアの開口範囲（遮光マスクの開口領域、或いは、マイクロレンズの光学特性に応じて所定の視野角に対して実質的に開口したものと等価に作用する領域等で構成される。）と照明光強度の周期的分布とが整合していないために、表示の明るさが十分に確保できなかったり、或いは、モアレ縞等が視認されたりする虞がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、二方向に指向性を有する光出射角特性を備えた光分離層から出射される照明光を光変調部で効率的に利用できるように構成して所望の特性を得ることのできる光変調装置を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の光変調装置は、照明光を出射する照明部と、鋭角の頂角を備え、所定の方位軸に沿って頂部の両側に逆向きに第１分離屈折面及び第２分離屈折面を備えた光分離プリズムを前記方位軸に沿って繰り返し配置してなり、前記照明光を前記第１分離屈折面の内面と前記第２分離屈折面及び前記第２分離屈折面の内面と前記第１屈折分離面によって屈折させることにより前記第１分離屈折面からの光出射方向と前記第２分離屈折面からの光出射方向の二方向に指向性を有する光出射角特性を備えた光分離層と、該光分離層の光出射側に配置され、前記方位軸に沿って遮光範囲を介して開口範囲が複数の前記光分離プリズムの繰り返し配置の態様に整合して繰り返し配置されてなる光変調部と、を具備し、前記第１分離屈折面を介して第２の分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第１光成分と、前記第２分離屈折面を介して第１の分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第２光成分とがそれぞれ異なる前記開口範囲内を通過することを特徴とする。

この発明によれば、鋭角の頂部を備えた光分離プリズムにより、照明部から出射された照明光を一方の分離屈折面で内反射させた後に他方の分離屈折面から出射させる態様で、照明部から出射された照明光を二つの分離屈折面によりそれぞれ出射する二つの光成分に分離することができる。そして、光変調部の開口範囲の位置が複数の光分離プリズムの繰り返し配置の態様に整合しているとともに、光分離層の光分離プリズムを構成する第１分離屈折面及び第２分離屈折面から出射した光のうち各々の光強度ピークの出射角で出射した光成分がそれぞれ光変調部の開口範囲内を通過することにより、照明光を効率的に利用することができることから、二方向に指向性を有する光出射角特性を十分に利用した効果的な光変調装置を実現できる。また、光分離プリズムの頂角が鋭角に構成されていることにより、狭ピッチの光変調装置にも容易に対応できる。この場合に、上記第１光成分と上記第２光成分の全てが上記開口範囲を通過するように構成することがさらに望ましい。

本発明において、前記光変調部は、前記方位軸に沿って配列されるとともに前記第１光成分又は前記第２光成分が通過する複数の光変調単位を備えた光変調層を含み、該光変調層には、前記方位軸に沿って前記遮光範囲を介して前記開口範囲として前記光変調単位が配列されていることが好ましい。これによれば、光変調層の光変調単位が光分離プリズムに整合して形成されるとともに、各光変調単位に第１光成分又は第２光成分が通過するように構成されていることにより、光変調された光を効率的に二方向へ出射させることができる。

本発明において、前記光変調部は、前記方位軸に沿って前記遮光範囲と前記開口範囲を交互に備えた視差バリア層を含むことが好ましい。これによれば、視差バリア層の開口範囲が光分離プリズムに整合して形成されるとともに、各開口範囲に第１光成分又は第２光成分が通過するように構成されていることにより、照明光を効率的に二方向へ出射させることができる。

本発明において、前記光分離プリズムは前記頂部の前記方位軸に沿った両側に対称に構成され、前記頂角が４０〜６０度の範囲内であることが好ましい。対称形状の光分離プリズムの頂角が上記の範囲内であれば、光分離プリズムが屈折率１．５〜１．６程度である場合において、照明部から法線方向に入射する照明光を第１分離屈折面で内反射させた後に第２分離屈折面から出射させ、また、第２分離屈折面で内反射させた後に第１分離屈折面から出射させることができるとともに第１光成分と第２光成分とが異なる方向へ出射するように設定できる。

本発明において、前記照明部は、一次光源と、該一次光源から放出される光を入射する光入射面並びに該光入射面といずれも交差し互いに背反する光出射面及び光偏向面を備え、前記光入射面から入射する光を既定の光伝播方向に伝播させながら前記光偏向面で光を偏向させて前記光出射面から出射する導光板と、該導光板の前記光出射面上に配置された集光層と、を有し、前記導光板の前記光偏向面には前記光出射面に対して前記光入射面側に０．１〜５．０度の範囲内で傾斜してなる傾斜反射面が形成され、前記集光層には、６０〜７０度の範囲内の頂角を有するとともに頂部の前記光伝播方向両側に逆向きに傾斜した第１集光屈折面及び第２集光屈折面を備えて前記導光板側に突出してなる集光プリズムが前記光伝播方向に繰り返し形成されていることが好ましい。これによれば、一次光源から放出された光が導光板の端面から入射して内部を伝播しつつ光偏向面の傾斜反射面で内反射されて光出射面から出射する。このとき、傾斜反射面が光出射面と平行な方向に対して０．１〜５．０度の範囲内で傾斜していることにより、光出射面より出射される光の出射角（光出射面の法線に対する角度）が光入射面とは反対側へ傾斜し、その出射光が光伝播方向に配列された頂角６０〜７０度の集光プリズムによって法線方向に立ち上げられることから、照明光を効率的に光軸方向へ集光することができる。

本発明において、前記光分離層と前記集光層とが一体の光学シートで構成されてなることが好ましい。これによれば、光分離層と集光層とが一体に構成されることで、光出射時及び光入射時の光学損失が低減され、装置組立時の手間も低減できる。

次に、本発明の電子機器は、上記のいずれかに記載の光変調装置と、該光変調装置の前記光変調部の制御装置とを具備することを特徴とする。これによれば、二方向に指向性を有する光出射角特性を持ちながら照明光を効率的に利用することで光変調作用を受けた明るい光学特性を実現できる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る光変調装置の実施形態の全体構成を示す概略分解斜視図である。本実施形態の光変調装置は、照明部１０と、この照明部１０から出射される照明光を受けて二方向に指向性を有する光を出射する光分離層２０と、この光分離層２０から出射される光を変調して所定の光を出射する光変調部３０とを有している。

照明部１０は、照明光を出射するように構成されたものであれば如何なるものであってもよいが、特に面状に照明光を出射する面状光源であることが好ましく、例えば、液晶表示体のバックライトやフロントライト等といった、一次光源と導光板或いは光拡散板とを含むものを用いることができる。特に、薄型化の観点から見てサイドライト（エッジライト）型の照明装置とすることが好ましい。

図２は、上記照明部１０の具体例を示す概略縦断面図である。この例の照明部１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、ＣＣＦＬ（冷陰極管）等よりなる一次光源１１と、この一次光源１１の光放出面に対向する端面である光入射面１２ａ、表面である光出射面１２ｂ、裏面である光偏向面１２ｃを備えた導光板１２を備えている。この導光板１２は例えば透明なアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等で構成でき、上記一次光源１１から放出され光入射面１２ａから入射した光を図示右方向（以下、単に「光伝播方向」という。）１２Ｆに伝播させる。また、光出射面１２ｂと光偏向面１２ｃは、共に上記光入射面１２ａと交差（図示例では直交）する面であり、相互に背反した位置関係となるように設けられている。

光偏向面１２ｃには、光出射面１２ｂを基準として光入射面１２ａ側に斜めに向いた傾斜反射面１２ｒが形成されている。この傾斜反射面１２ｒは光伝播方向１２Ｆに沿って繰り返し形成されている。図示例の場合、複数の同形状の傾斜反射面１２ｒが光伝播方向１２Ｆに沿って周期的に形成されている。この傾斜反射面１２ｒは導光板１２の内部伝播光を内反射（導光板１２内において全反射）させて光出射面１２ｂ側へ偏向させ、光出射面１２ｂから出射させる。なお、後述する集光層１４を用いる場合には、上記傾斜反射面１２ｒは上記平行な面に対して０．１〜５．０度（傾斜角ψ１）の範囲内で傾斜した平坦面であることが好ましい。なお、上記の複数の傾斜反射面１２ｒの代わりに、光偏向面１２ｃ全体を一つの傾斜面で構成してなる楔状の導光板を用いても構わない。

導光板１２の背面側には光反射層１３が配置される。この光反射層１３は例えば白色ポリエチレン等からなる樹脂シートやアルミニウム等の金属膜等で構成できる。光反射層１３は上記導光板１２の光偏向面１２ｃから背面側へ出射した光を反射し、再び導光板１２内へ入射させる。光反射層１３は必須のものではないが、一次光源１１の放出する光の利用効率を高め、導光板１２の光出射面１２ｂから出射する照明光の輝度を高める上で設置することが望ましい。

導光板１２の前面側には集光層１４が配置される。この集光層１４は例えば透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂等で構成できる。集光層１４の導光板１２側の面には導光板１２側へ突出する集光プリズム１４ｐが設けられ、反対側の面は平坦面とされている。上記の集光プリズム１４ｐは、頂部１４ｐｐの光伝播方向１２Ｆ両側に互いに逆向きに傾斜した第１集光屈折面１４ｐ１及び第２集光屈折面１４ｐ２を有した三角形、好ましくは二等辺三角形の断面形状を備えている。集光プリズム１４ｐの頂角θ１は６０〜７０度の範囲内に設定される。なお、集光プリズム１４ｐの形状は厳密な三角形である必要はなく、例えば、複数のプリズム１４ｐの頂部や谷部が丸められて全体として波状に形成された凹凸面となっていても構わない。

上記照明部１０において、光源１１から放出された光は光入射面１２ａより導光板１２内に入射し、導光板１２内を光伝播方向１２Ｆに沿って伝播しながら、少しずつ各傾斜反射面１２ｒにて反射されて前面側に偏向され、やがて光出射面１２ｂから出射する。光出射面１２ｂより出射した光は、典型的には、集光層１４の集光プリズム１４ｐの第１集光屈折面１４ｐ１に入射し、集光プリズム１４の内部を伝播した後、第２集光屈折面１４ｐ２にて反射され、集光層１４の内部を通過してその反対側の平坦面より出射される。

上記の傾斜反射面１２ｒの傾斜角ψ１が０．１〜５．０度の範囲内であれば、導光板１２の光出射面１２ｂより出射される光の出射角は比較的大きくなり、その結果、上記頂角θ１が６０〜７０度の範囲内の集光プリズム１４ｐによって導光板１２の法線方向の光強度が高く、照明光として良好な光出射角特性が得られる。

再び図１に戻って説明を続ける。光分離層２０は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等よりなり、上記照明部１０から出射された照明光を受けて異なる二方向に指向性を備えた光出射特性を持つ光を出射するプリズムシートである。この光分離層２０は、照明部１０側に平坦面２１を有し、照明部１０とは反対側の面２２に光分離プリズム２２ｐが突設されている。光分離プリズム２２ｐは、頂部２２ｐｐと、当該頂部２２ｐｐの光軸Ｌと直交する方位軸２０Ｆに沿った両側にそれぞれ逆向きに傾斜した第１分離屈折面２２ｐ１と第２分離屈折面２２ｐ２とを備えている。光分離層２０には複数の光分離プリズム２２ｐが上記方位軸２０Ｆに沿って繰り返し形成されている。具体的には、同形状の複数の光分離プリズム２２ｐが方位軸２０Ｆに沿って周期的に形成されている。

上記光分離プリズム２２ｐは二等辺三角形状に構成され、その頂角θ２は鋭角に設定されており、より具体的には、４０〜６０度の範囲内に設定されている。この範囲を下回ると、光分離層２０の一般的な素材であるアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等のような屈折率が１．５〜１．６程度の素材を用いる場合であれば、第１分離屈折面２２ｐ１と第２分離屈折面２２ｐ２の一方で内反射した光が他方から出射できなくなったり逆側に出射したりするなどの理由で光の指向性が低下し、逆に上記範囲を上回ると、第１分離屈折面２２ｐ１と第２分離屈折面２２ｐ２で全反射して照明部側に光が戻ったり逆側に出射したりするなどの理由でやはり光の指向性を確保することができなくなり、光分離層２０の出射光に二方向に充分な指向性を有する光出射角特性を与えることができなくなる。なお、光分離プリズム２２ｐの形状は厳密な三角形である必要はなく、例えば、複数のプリズム２２ｐの頂部や谷部が丸められて全体として波状に形成された凹凸面となっていても構わない。なお、上記のように光分離プリズム２２ｐの頂角θ２が鋭角に構成されていることにより、後述する狭ピッチの光変調装置にも容易に対応できる。

光変調部３０は、液晶セル３１と、この液晶セル３１の両側に配置された偏光板３２，３３と、液晶セル３１と偏光板３３との間に配置された視差バリア層３４とを備えている。液晶セル３１は、透明な基板３１ａと３１ｂとの間に液晶３１ｃを配置（封止）したものである。液晶３１ｃの光軸Ｌ方向両側には基板３１ａ，３１ｂ上にそれぞれ形成された電極３１ａｅ、３１ｂｅが対向配置され、電極３１ａｅと３１ｂｅが平面的に重なる領域が光変調単位であるサブ画素として機能するようになっている。

また、図示例の場合には一方の基板３１ａ上にカラーフィルタ３１ｄが形成されている。このカラーフィルタ３１ｄは複数色のフィルタ要素が縦横に所定のパターンにて配列されたものであり、例えば３色又は４色の異なる色のフィルタ要素の一つずつが上記サブ画素に対応してそれぞれ形成され、これらの３色又は４色のフィルタ要素が配置されたサブ画素が集まって一つの画素（ピクセル）を構成している。本実施形態において、光変調部３０の光変調の最小単位は実質的な作用効果に応じて定められるが、例えば本実施形態の光変調装置を図示例のようにカラー表示装置として構成する場合には、最小の光変調単位は上記画素となり、モノクロ表示装置として構成する場合には、最小の光変調単位は上記サブ画素となる。

視差バリア層３４は、透明な基板３４ｓ上に金属や黒色樹脂等よりなる遮光層３４ｂをストライプ状に形成してなり、これによって遮光領域３４ｘを介して開口領域３４ｙが方位軸２０Ｆに沿って繰り返し形成される。具体的には、それぞれ同形状の複数の遮光領域３４ｘ及び開口領域３４ｙが方位軸２０Ｆに沿って一定の形成周期で配置されている。

図３は、図２に示す構造の照明部１０を用いた場合における、集光層１４と光分離層２０との位置関係を示す概略斜視図である。集光層１４は光伝播方向１２Ｆに沿って配列された複数の集光プリズム１４ｐを有し、また、光分離層２０は方位軸２０Ｆに沿って配列された複数の光分離プリズム２２ｐを有する。ここで、図示例では光伝播方向１２Ｆと方位軸２０Ｆとは共に光軸Ｌに直交する仮想平面に沿った方向であるが、相互に直交するように設定されている。なお、本発明は上記のように光伝播方向１２Ｆと方位軸２０Ｆが設定されている場合に限られるものではないが、上記のように光伝播方向１２Ｆと方位軸２０Ｆとを直交させることにより、照明部１０の光伝播方向１２Ｆに沿った光出射角分布による影響を光分離プリズム２２ｐの第１分離屈折面２２ｐ１と第２分離屈折面２２ｐ２からそれぞれ出射する光が等しく受けることとなるため、照明部１０の照明光に起因する光分離プリズム２２ｐの方位軸２０Ｆに沿った光出射角分布への影響、例えば、方位軸２０Ｆに沿った光出射角分布のピーク角度のずれなどを低減することができる。

図４は、図３に示す集光層１４と光分離層２０とを一体に構成したものに相当する光学シート２０′を示す概略斜視図である。この光学シート２０′は、一方の面に複数の集光プリズム２１ｐ′を光伝播方向１２Ｆに沿って形成し、他方の面に複数の光分離プリズム２２ｐ′を方位軸２０Ｆに沿って形成したものである。このような光学シート２０′は上記の集光層１４と光分離層２０とを貼り合わせることによって形成してもよく、或いは、樹脂成形技術等によって一体成形によって形成してもよい。

図５は、本実施形態の光分離層２０と光変調部３０との位置関係及びこれらを通過する光路を示す概略縦断面図である。照明部１０から出射した照明光は光分離層２０に入射し、上記光分離プリズム２２ｐの第１分離屈折面２２ｐ１で屈折されて出射した光と、第２分離屈折面２２ｐ２で屈折されて出射した光とに分離される。ここで、照明部１０から出射する照明光は所定の光出射角分布（出射角の幅）を備えているため、それぞれの分離屈折面から出射する光も所定の光出射角分布（出射角の幅）を備えたものとなるが、本発明では、図示一点鎖線で示すように、第１分離屈折面２２ｐ１でから出射する光のうち、当該光の光出射角分布のピーク値の出射角を備えた第２光成分Ｌ２と、第２分離屈折面２２ｐ２から出射する光のうち、当該光の光出射角分布のピーク値の出射角を備えた第１光成分Ｌ１とに着目する。なお、図示例の第１光成分Ｌ１は、光軸Ｌ方向に入射した照明光が上記第１分離屈折面２２ｐ１で内反射し、上記第２分離屈折面２２ｐ２で屈折されて出射する光である場合を示し、図示例の第２光成分Ｌ２は、光軸Ｌ方向に入射した照明光が上記第２分離屈折面２２ｐ２で内反射し、上記第１分離屈折面２２ｐ１で屈折されて出射する光である場合を示してある。

すなわち、最も典型的な例として、図示例では、照明部１０から出射する照明光の光出射角分布が光軸Ｌの方向（法線方向）にピークを持つ場合について描いてある。ただし、本発明は上記の場合に限らず、第１分離屈折面２２ｐ１及び第２分離屈折面２２ｐ２からそれぞれ出射した光のうち、最も強度の高いピークの出射角を有する光成分Ｌ１，Ｌ２に着目すればよい。当該光成分Ｌ１，Ｌ２の出射角は光分離層２０に入射する照明光の入射角分布に依存する。上記の場合において、光分離プリズム２２ｐの頂角θ２を４６度に設定したときの光分離層２０から出射する光の光出射角分布の概要を図６に黒点にて示す。ここで、図６中の方位角９０度と２７０度を結ぶ線が上記方位軸２０Ｆに相当する。この場合、光分離層２０から出射した光の出射角分布には、当該方位軸２０Ｆに沿って出射角±３４度付近に二つの強度ピークがある。

図５に示すように、光成分Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ液晶セル３１のサブ画素若しくは画素３１Ｐを通過し、その後、視差バリア層３４の開口領域３４ｙを通過するように設定される。ここで、サブ画素若しくは画素３１Ｐは遮光層３１Ｂを介して方位軸２０Ｆに沿って繰り返し配置されている。ここで、上記の遮光範囲は遮光層３１Ｂで遮光される範囲に相当し、上記の開口範囲はサブ画素若しくは画素３１Ｐに相当する。

また、複数の光成分Ｌ１、Ｌ２のそれぞれは方位軸２０Ｆに沿って配列された複数の開口領域３４ｙをそれぞれ通過するように構成されるとともに、一つの開口領域３４ｙには上記光成分Ｌ１とＬ２の双方が通過するように構成されている。ここで、上記の遮光範囲は遮光領域３４ｘにも相当し、上記の開口範囲は開口領域３４ｘにも相当している。これによって、第１光成分Ｌ１が出射する方向と、第２光成分Ｌ２が出射される方向とを異ならしめることができるとともに、それぞれの光が効率的に視差バリア層３４を通過するように構成することができる。なお、同一の光分離プリズム２２ｐから異なる方向へ出射される第１光成分Ｌ１と第２光成分Ｌ２とは必ず相互に異なる開口範囲を通過するように構成されるが、本実施形態では、他の光分離プリズム２２ｐから出射される光成分Ｌ２又はＬ１が同一の開口範囲を通過するように構成される。具体的には、本実施形態の各海溝範囲である開口領域３４ｙには相互に異なる光分離プリズム２２ｐから出射された第１光成分Ｌ１と第２光成分Ｌ２とが共に通過するように構成されている。

図７は、光分離層２０及び光変調部３０の断面構造を模式的に示す概略説明図である。最初に、光分離層２０から出射される上記光成分Ｌ１，Ｌ２が視差バリア層３４の開口領域３４ｙ（上記開口範囲）を通過するようにするための条件について説明する。なお、本実施形態では光の利用効率を最大限高めるために光成分Ｌ１，Ｌ２の全てが開口領域３４ｙを通過する場合について説明するが、本発明では光成分Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの少なくとも一部が上記開口範囲を通過するように構成されていればよい。本実施形態では、光成分Ｌ１，Ｌ２は、光変調部３０に入ると液晶セル３１、偏光板３２、３３等の屈折率に応じて屈折して進行し、やがて視差バリア層３４に到達する。このとき、図７に示すように、第１分離屈折面２２ｐ１及び第２分離屈折面２２ｐ２の方位軸２０Ｆに沿った幅をそれぞれ同じ値Ｗ２とし、光分離プリズム２２ｐの高さをＨ２とし、光分離層２０における光成分Ｌ１，Ｌ２の出射角をそれぞれ同じ値のφ２とすれば、上記光成分Ｌ１、Ｌ２の方位軸２０Ｆに沿った光束の幅ＷＬは、ＷＬ＝Ｗ２＋Ｈ２・ｔａｎφ２で表される。そして、上述のように光成分Ｌ１，Ｌ２が全て開口領域３４ｙを通過するように構成するには、視差バリア層３４の開口領域３４ｙの方位軸２０Ｆに沿った幅をＷ３としたとき、条件（１）：Ｗ３≧ＷＬが成立し、しかも、視差バリア層３４の開口領域３４ｙの方位軸２０Ｆに沿った周期（ピッチ）をＰ３としたときに条件（２）：Ｐ３＝２×Ｗ２が成立しなければならず、さらに、条件（３）として光変調部３０を通過したときの光成分Ｌ１，Ｌ２の方位軸２０Ｆに沿ったシフト量Ｄｓと開口領域３４ｙの方位軸２０Ｆに沿った位置とが整合している必要がある。具体的には、例えば、光分離層２０の光分離プリズム２２ｐの頂部２２ｐｐに対して方位軸２０Ｆに沿った一方側にシフト量Ｄｓだけずれた平面位置に、視差バリア層３０の開口領域３４ｙの一方側の開口縁から他方側にＷ３−ＷＬだけずれた位置までの範囲が存在する必要がある。

ここで、光変調部３０における有効屈折率をＮｅ、光分離層２０と視差バリア層３４との間の有効距離をＤｅとする。ここで、有効屈折率Ｎｅは、光分離層２０と視差バリア層３４との間の構造と光学的に等価な特性を有する一様な素材を考えたときの当該素材の屈折率である。すなわち、有効距離Ｄｅ内が全て一様な屈折率Ｎｅの素材で構成されている場合を想定している。このようなＮｅは測定により簡単に求めることができる。このとき、上記のシフト量Ｄｓは、Ｄｓ＝Ｄｅ・ｓｉｎφ３＝ｓｉｎφ２・Ｄｅ／Ｎｅとなる。

なお、照明光が光分離層２０に対して光軸Ｌの方向から入射するとすれば、光分離プリズム２２ｐの頂角θ２と光分離プリズム２２ｐからの出射角φ２との関係は、スネルの法則よりｓｉｎφ／ｃｏｓ（θ２／２）＝１／Ｎｄ（Ｎｄは光分離層２０の屈折率）である。光分離層２０に対する照明光の入射角分布のピークが光軸Ｌの方向に一致している場合には、光成分Ｌ１，Ｌ２の出射角は上記式で求められるが、一致していない場合でも、上記入射角分布を測定することにより容易に求めることが可能である。

次に、上記光成分Ｌ１，Ｌ２が液晶セル３１のサブ画素若しくは画素３１Ｐ（上記開口範囲）を通過する場合について検討する。この場合において、光成分Ｌ１，Ｌ２の全てがサブ画素若しくは画素３１Ｐを通過するように設定することが好ましいが、本発明では光成分Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの少なくとも一部がサブ画素若しくは画素３１Ｐを通過するように構成されていればよい。図示例の場合には光成分Ｌ１，Ｌ２の主要部分がサブ画素若しくは画素３１Ｐを通過するが、残部が遮光層３１Ｂで遮光される場合を示してある。ここで、光分離層２０から液晶セル３１の液晶層３１ｃまでの距離をＤｃとし、この距離Ｄｃにおける光成分Ｌ１，Ｌ２の方位軸２０Ｆに沿ったシフト量をＤｔとすれば、この距離Ｄｃとシフト量Ｄｔの関係を上記距離Ｄｅとシフト量Ｄｓとの関係と同様に求めることができる。この場合、光成分Ｌ１の通過位置にあるサブ画素若しくは画素３１Ｐの幅Ｗｃと周期Ｐｃを用いると、光成分Ｌ１，Ｌ２の全てがそれぞれ開口領域３４ｙを通過するように構成するには、条件（４）：Ｗｃ≧ＷＬ、及び、条件（５）：Ｐｃ＝２×Ｗ２が成立するように設定する。このように設定した上で、条件（３）と同様に光分離層２０と液晶セル３１の方位軸２０Ｆに沿った平面的な位置関係を上記シフト量Ｄｔに整合させる（条件（３′））と、光成分Ｌ１、Ｌ２のそれぞれは方位軸２０Ｆに沿ってサブ画素若しくは画素３１Ｐを一つずつ通過するとともに、光成分Ｌ１と光成分Ｌ２とが共通のサブ画素若しくは画素３１Ｐを通過するように設定できる。この場合、光分離層２０からの出射光の指向性が十分に高ければ、視差バリア層３４を省略することも可能である。

なお、図示例のように光成分Ｌ１，Ｌ２の一部が遮光層３１Ｂによって遮光されてもよいのであれば、上記条件（５）を外すことができる。この場合にも、視差バリア層３４は単に光の出射方向の指向性を高めるフィルタとしてのみ機能するため、視差バリア層３４を省略することも可能である。

図８は、上記実施形態においてＮｅ＝Ｎｄ＝１．５８とし、照明光が光分離層２０に対して光軸Ｌの方向から入射する光であるとしたときの、光分離プリズム２２ｐの頂角θ２と、光分離プリズム２２ｐの頂部２２ｐｐと視差バリア層３４までの距離とシフト量の比Ｄｅ／Ｄｓとの関係を示すグラフである。このグラフを見ると、上記関係は厳密には図示点線で示すように曲線となるが、実際に好ましい指向性を有する頂角θ２の範囲（４５度〜５８度）では図示破線で示す直線で近似することができる。当該直線は、Ｄｅ／Ｄｓ＝−０．０９×θ２＋６．７となる。

したがって、上記の条件（１）、（２）及び（３）、並びに、上記の条件（４）、（５）及び（３′）、を用いて、光分離プリズム２２ｐの頂角θ２、Ｗ２、Ｈ２、液晶セル３１のＰｃ、Ｗｃ、視差バリア層３４のＰ３、Ｗ３、並びに、距離Ｄｅ及びＤｃを決定し、光分離層２０、液晶セル３１及び視差バリア層３４の方位軸２０Ｆに沿った平面的な位置関係を上記シフト量Ｄｓ及びＤｃで設定することで、本実施形態の光変調装置が形成される。なお、光成分Ｌ１，Ｌ２の全てが開口範囲を通過するように設計しなくてもよい場合には、条件（１）及び条件（４）を成立させる必要はない。

本実施形態では、二方向に指向性を有する光出射角特性を備えた照明光を効率的に用いることができるため、二方向へ出射される光の強度を高めることができる。特に、図示例の光変調装置は、光変調部３０が液晶セル３１を含んで構成されることにより、直視型の表示装置を構成する液晶装置として構成されたものとなっている。このような表示装置を構成する場合には二方向から見た表示画像を明るくすることができる。

［電子機器］
最後に、図９を参照して上記液晶装置を搭載した電子機器の実施形態について説明する。図９は本発明に係る電子機器の一例の外観を示す概略斜視図である。図示例の電子機器１０００は、車載用のカーナビゲーションシステムであり、本体１０１０と、この本体１０１０に接続された表示部１０２０とを備えている。本体１０１０には操作ボタン等を配設した操作面１０１１が設けられるとともに、ＤＶＤ等の記録媒体の導入口１０１２が設けられている。表示部１０２０の内部には上記の光変調装置である液晶装置１００が格納されるとともに、この液晶装置１００の制御装置、すなわち、上記の照明部１０の一次光源１１に電力を供給する光源駆動回路及び上記の液晶セル３０に表示データや駆動電位を供給する液晶駆動回路及び液晶制御回路が設けられている。そして、当該制御装置による制御によって液晶装置１００による表示、すなわち、ナビゲーション画像の表示が表示部１０２０の表示画面１０２０ａにて視認できるように構成されている。

この電子機器１０００においては、上記の液晶装置１００が搭載されていることで、表示画面から出射される表示光が二つの方向に指向性を有するものとすることができる。例えば、電子機器１０００を車両内部の全部幅方向中央に配置する場合、運転者と他の同乗者（例えば助手席に座る者）とがそれぞれ左右方向から同時に表示画面１０２０ａを視認することになるが、光成分Ｌ１とＬ２が効率的に画面上から効率的に出射するように構成されていることにより、いずれの方向から見ても明るい表示を視認することができるようになる。

尚、本発明の照明装置、液晶装置及び電子機器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の実施形態では液晶セル３１と視差バリア層３４を設け、これらに合わせて光分離層２０を構成しているが、視差バリア層を設けずに、液晶セル３１のサブ画素若しくは画素３１Ｐにのみ合わせて光分離層２０を構成してもよい。また、これとは逆に、視差バリア層３４のみを設け、視差バリア層３４の開口領域３４ｙにのみ合わせて光分離層２０を構成し、例えば指向性を有する照明装置などとしてもよい。さらに、上記の光変調装置では光変調部として液晶表示体を用いたものを例示したが、液晶表示体に限らず、電気泳動表示体等の他の電気光学表示体や、画像投射装置用の液晶シャッタ等の種々の光変調部を用いることができる。

本発明に係る光変調装置の実施形態の概略構成を示す分解斜視図。 同実施形態の照明部の構成を示す概略縦断面図。 同実施形態の光分離層と集光層の配置関係を示す概略斜視図。 同実施形態の光分離層と集光層を一体化してなる光学シートの概略斜視図。 同実施形態の光分離層と光変調部の構造を示す概略縦断面図。 同実施形態の光分離層から出射される光の出射角分布を示すグラフ。 同実施形態の光分離層、液晶層、視差バリア層の関係を示す概略説明図。 同実施形態の一例における光分離層の頂角θ２と、距離・シフト量比Ｄｅ／Ｄｓとの関係を示すグラフ。 同実施形態を搭載した電子機器の外観を示す概略斜視図。

符号の説明

１０…照明部、１１…一次光源、１２…導光板、１２ａ…光入射面、１２ｂ…光出射面、１２ｃ…光偏向面、１２ｒ…傾斜反射面、１２Ｆ…光伝播方向、１３…光反射層、１４…集光層、１４ｐ…集光プリズム、１４ｐｐ…頂部、１４ｐ１…第１集光屈折面、１４ｐ２…第２集光屈折面、２０…光分離層、２０Ｆ…方位軸、２２ｐ…光分離プリズム、２２ｐｐ…頂部、２２ｐ１…第１分離屈折面、２２ｐ２…第２分離屈折面、３０…光変調部、３１…液晶セル、３１ｃ…液晶、３１Ｂ…遮光層（遮光範囲）、３１Ｐ…サブ画素若しくは画素（開口範囲）、３２，３３…偏光板、３４…視差バリア層、３４ｘ…遮光領域（遮光範囲）、３４ｙ…開口領域（開口範囲）、Ｌ…光軸、Ｌ１…第１光成分、Ｌ２…第２光成分、θ１、θ２…頂角、φ２、φ３…出射角、ψ１…傾斜角

Claims (7)

1. 照明光を出射する照明部と、
   鋭角の頂角を備え、所定の方位軸に沿って頂部の両側に逆向きに傾斜した第１分離屈折面及び第２分離屈折面を備えた光分離プリズムを前記方位軸に沿って繰り返し配置してなり、前記照明光を前記第１分離屈折面の内面と前記第２分離屈折面及び前記第２分離屈折面の内面と前記第１屈折分離面によって屈折させることにより前記第１分離屈折面からの光出射方向と前記第２分離屈折面からの光出射方向の二方向に指向性を備えた光出射角特性を有する光分離層と、
   該光分離層の光出射側に配置され、前記方位軸に沿って遮光範囲を介して開口範囲が複数の前記光分離プリズムの繰り返し配置の態様に整合して繰り返し配置されてなる光変調部と、を具備し、
   前記第１分離屈折面を介して第２の分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第１光成分と、前記第２分離屈折面を介して第１の分離屈折面から出射した光のうち光強度ピークの出射角で出射した第２光成分とがそれぞれ異なる前記開口範囲内を通過することを特徴とする光変調装置。
2. 前記光変調部は、前記方位軸に沿って配列されるとともに前記第１光成分又は前記第２光成分が通過する複数の光変調単位を備えた光変調層を含み、該光変調層には、前記方位軸に沿って前記遮光範囲を介して前記開口範囲として前記光変調単位が配列されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記光変調部は、前記方位軸に沿って前記遮光範囲と前記開口範囲を交互に備えた視差バリア層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調装置。
4. 前記光分離プリズムは前記頂部の前記方位軸に沿った両側に対称に構成され、前記頂角が４０〜６０度の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調装置。
5. 前記照明部は、一次光源と、該一次光源から放出される光を入射する光入射面並びに該光入射面といずれも交差し互いに背反する光出射面及び光偏向面を備え、前記光入射面から入射する光を既定の光伝播方向に伝播させながら前記光偏向面で光を偏向させて前記光出射面から出射する導光板と、該導光板の前記光出射面上に配置された集光層と、を有し、
   前記導光板の前記光偏向面には前記光出射面に対して前記光入射面側に０．１〜５．０度の範囲内で傾斜してなる傾斜反射面が形成され、
   前記集光層には、６０〜７０度の範囲内の頂角を有するとともに頂部の前記光伝播方向両側に逆向きに傾斜した第１集光屈折面及び第２集光屈折面を備えて前記導光板側に突出してなる集光プリズムが前記光伝播方向に繰り返し形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調装置。
6. 前記光分離層と前記集光層とが一体の光学シートで構成されてなることを特徴とする請求項５に記載の光変調装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光変調装置と、該光変調装置の前記光変調部の制御装置とを具備することを特徴とする電子機器。

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