JP2008185952A

JP2008185952A - 表示装置

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Publication number: JP2008185952A
Application number: JP2007021522A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Tomizuka; 佳輝富塚; Kentaro Oku; 健太郎奥; Yoshinori Tanaka; 田中　　義則; Keiji Nagae; 慶治長江
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14
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Abstract

【課題】２枚の液晶表示パネルを用いて３次元表示する表示装置における、２枚の液晶表示パネルの干渉によるモアレを防止する。
【解決手段】上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間に上レンズアレイ３１および下レンズアレイ３２を設置することにより、モアレ、画像のにじみを防止する。この構成によれば、輝度、コントラストの低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は表示装置に係り、特に２枚の液晶パネルを使用して３次元画像を得る装置に関する。

３次元画像を表示する方法のひとつとして、２枚の透過型表示パネルを間隔をもって配置し、２枚の透過型表示パネルに同様な画像を形成し、２枚の画像の輝度を制御することによって奥行き感を出して３次元画像を形成する技術がある。このような方式を開示したものとして「特許文献１」を上げることができる。このような透過型表示装置の代表は液晶表示パネルである。

液晶表示パネルには、多数の走査線、ビデオ信号線が交差して配置されている。そして、走査線、ビデオ信号線で囲まれた部分に画素が形成されている。したがって、画面を微視的に見れば明るい部分と暗い部分が規則的に生じていることになる。２枚の液晶表示パネルを距離を隔てて重ねて配置して画像を形成すると、各液晶表示パネルに規則的に形成される暗い部分と明るい部分とが、干渉を起こし、いわゆるモアレを発生する。このような構成において発生するモアレを対策するために、２枚の液晶パネルの間に光を拡散する層を配置することが「特許文献２」に記載されている。

特開２００１−５４１４４号公報特許第３３３５９９８号

特許文献２に記載のように、２枚の液晶表示パネルの間に拡散層を配置すると、モアレは低減することができるが、副作用として、正面輝度の低下、コントラストの低下、画像のにじみ（画像の輪郭のぼやけ）等が発生する。

本発明の課題は、２枚の液晶表示パネルを距離を置いて配置して、２枚の液晶パネルへの画像信号を制御することによって３次元画像を得る方式において、上記のようなモアレを低減するとともに、正面輝度の低下、コントラストの低下、画像のにじみ等の副作用を防止する表示装置を提供することである。

２枚の液晶表示パネルを距離を置いて配置して、２枚の液晶表示パネルへの画像信号を制御することによって３次元画像を得る方式において、２枚の液晶表示パネルの間に２つのレンズアレイを配置することにより、モアレおよび画像のにじみを抑制する。具体的な手段は次のとおりである。

（１）第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイと前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイが設置されていることを特徴とする表示装置。

（２）前記第１のレンズアレイは前記特定方向には光を集束しないレンズアレイであり、前記第２のレンズアレイは前記特定方向と異なる方向には光を集束しないレンズアレイであることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（３）前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１の液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺に対して角度を有していることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（４）前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺とは４０度乃至７５度の角度を有していることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（５）前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺とは５５度乃至７５度の角度を有していることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（６）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイは前記第２の液晶表示パネルに接して設置されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（７）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイはレンチキュラーレンズであることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（８）前記レンチキュラーレンズの各レンズの間の谷間は曲線状であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（９）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は波状であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１０）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は頂角が９０度よりも大きい３角形であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１１）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は台形であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１２）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は先端が頂点となっている５角形であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１３）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのピッチＰとレンズの高さＨの関係は、Ｈ／Ｐ≦１／１０であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１４）前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのピッチＰとレンズの高さＨの関係は、Ｈ／Ｐ≦１／７であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１５）第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイシートと前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイシートが設置されていることを特徴とする表示装置。

（１６）第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間にはレンズアレイシートが設置され、前記レンズアレイシートの第１の面には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイが形成され、前記レンズアレイシートの第２の面には前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイが形成されていることを特徴とする表示装置。

（１７）第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、
前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間にはレンズアレイシートが設置され、前記レンズアレイシートの面には第１の方向と、第１の方向とは異なる第２の方向に周期性を持つマイクロレンズアレイが形成されていることを特徴とする表示装置。

（１８）前記レンズアレイシートの他の面は平面であることを特徴とする（１７）に記載の表示装置。

（１９）前記マイクロレンズアレイの第１の方向のピッチと第２の方向のピッチは等しいことを特徴とする（１７）に記載の表示装置。

（２０）前記第１の方向と前記第２の方向は前記レンズシートの短軸を挟んで線対称となっていることを特徴等する（１７）に記載の表示装置。

２枚の液晶表示パネルの間にレンズアレイを設置することによって、２枚の液晶表示パネルによって引き起こされるモアレを解消すすることが出来る。レンズアレイを使用することによって拡散シート等によってモアレを解消する場合に比べて正面輝度、コントラストの低下を防止することが出来る。そして、２つのレンズアレイを使用することによってこの効果をより上げることが出来る。

２つレンズアレイは２枚のシートに形成してもよいが、１枚のシートに形成した場合、レンズシートの表と裏に形成することによって部品点数とレンズアレイのセッティング誤差を低減することができる。

２つのレンズアレイの効果をレンズシートの１面のみに形成されたマイクロレンズアレイによっても達成することが出来る。この場合レンズシートの片面のみに加工したレンズを１枚使用すればよいため、部品点数、部品のコスト等に大きなメリットがある。

以下の実施例に基づいて本発明を詳細に開示する。

図１は本発明による３次元表示装置の概略断面図である。図１において、上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２には別個に画像信号が加えられ、画像が形成される。上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２とは関連する画像が形成されるが、各画像には、深さ方向の情報を加えることによって、各パネルの２次元画像を人間が見た場合、擬似的に３次元画像に見えるようにしている。具体的には、深さ方向の情報信号によって、上液晶表示パネル１に形成される画像と下液晶表示パネル２に形成される画像の輝度に差を設けることによって、奥行き感を出す。

本実施例での液晶表示パネルの有効画面の大きさは対角で９インチである。上液晶表示パネル１は一般にはガラスで形成される上基板１０１と下基板１０２、および、下基板１０２と上基板１０１との間に挟持される液晶から成る。下基板１０２には、図５に示すように、多数の走査線５１と、走査線５１と直角方向に延びる多数のビデオ信号線５２が形成され、走査線５１とビデオ信号線５２とに囲まれた部分に画素が形成される。そして、画素部に加えられる画像信号によって液晶の透過率が変化し、画像が形成される。

上基板１０１には下基板１０２に形成される画素部に対応して、図６に示すように、赤、緑、青の３色のカラーフィルタが形成されてカラー画像が形成される。カラーフィルタの間はコントラスを向上させるためのブラックマトリクス４４が形成されている。このブラックマトリクス４４は下基板１０２に形成される走査線５１およびビデオ信号線５２を覆って形成されることになる。下液晶表示パネル２の構成も下基板２０２と上基板２０１と、これらに挟持される液晶とからなり、基本的な構成は上液晶表示パネル１と同じである。

液晶はバックライトからの光を変調することによって画像を形成するが、この液晶によって変調される光は偏光されている必要がある。このために、下液晶表示パネル２の下に下偏光板２１を設置し、バックライトからの光を偏光する。下液晶表示パネル２を出た光は、後に述べるレンズアレイ３を通って上液晶表示パネル１に入射し、上液晶表示パネル１による変調を受ける。下液晶表示パネル２、上液晶表示パネル１によって変調を受け、画像形成された光のみを取り出すために上偏光板１１が設置される。上液晶表示パネル１、下液晶表示パネル２、上レンズアレイ３１、下レンズアレイ３２、および、それらの付属部材はサイドフレーム４内に収容される。液晶表示画面が９インチの場合、２枚の液晶表示パネルの液晶層間の距離ＤＤは、例えば、７．５ｍｍである。液晶表示パネルの各基板の厚さは０．６ｍｍであり、上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間隔Ｄは６．３ｍｍとなる。上レンズアレイ３１および下レンズアレイ３２の厚さは各々０．３ｍｍであり、シート状である。レンズアレイの厚さは０．３ｍｍにかぎらず、例えば、０．５ｍｍ程度であってもよい。図１では下レンズアレイ３２は下液晶表示パネル２からＤ１の距離離れたところに設置されているが、必要に応じて上液晶表示パネル１または、下液晶表示パネル２の間のどこに置いても良い。レンズアレイ３に近い方の液晶表示パネルの画像がレンズアレイ３の影響をより受けることになる。実験ではＤ１がゼロの場合、すなわち、下レンズアレイ３２が下液晶表示パネル２に載置された場合にもっとも良い結果が得られた。

液晶表示パネルは自らは発光しないため、バックライトが必要である。図１において、下フレーム５内には光源としての蛍光管６が配設されている。本方式では液晶表示パネルを２枚使用する。各液晶表示パネルの光透過率は１０％以下である。したがって、液晶表示パネル２枚の光透過率は１％以下となってしまう。よって、本方式でのバックライトは大きな輝度を持つことが必要である。図１では光源としての蛍光管６は３本設置されているが、輝度を十分取るためには、９インチ程度の画面の場合であっても９本程度の蛍光管６が必要とされる場合もある。

下フレーム５の内側は光反射面となっている。光源である蛍光管６の上には光を出来るだけ液晶パネルの主面側に集めるために、光学シート群７が形成されている。図１において、光学シート群７は下拡散シート７１、下プリズムシート７２、上プリズムシート７３、上拡散シート７４で形成されている。これらの光学シート群７は常にすべて必要というわけではなく、画面の必要な輝度、画質、コスト等を考慮して、必要に応じて設置される。

光学シート群７の下には拡散板７５が設置される。拡散板７５の役割は光源である蛍光管６の光を拡散させて均一な光とすることと同時に、光学シート群７を支える役割をする。拡散板７５はポリカーボネイトで形成され、板厚２ｍｍ、透過率は約７０％である。拡散板７５には例えば、タキロン製ＰＣＤＳＤ４７１Ｇが使用される。

図１の光学シート群７の分解斜視図を図２に示す。下拡散シート７１は光源が蛍光管６で形成されているために、各蛍光管６の位置のみが明るくなって、バックライトからの光が不均一になるのを防止するために設置される。下拡散シート７１には例えば、(株)ツジデンの商品名Ｄ１２４が使用される。下拡散シート７１の上には下プリズムシート７２が設置される。下プリズムシート７２のＡ―Ａ断面は図３のようになっており、多数の小さなプリズムが形成されている。このプリズムのピッチは例えば５０μｍである。この下プリズムシート７２は、図２に示すａ方向に広がろうとするバックライトからの光を液晶パネル方向に集光する役割を持つ。下プリズムシート７２には例えば、３Ｍ製のＢＥＦIII９０／５０−Ｔ（Ｈ）が使用される。

下プリズムシート７２の上には上プリズムシート７３が形成される。上プリズムシート７３のＢ−Ｂ断面は図３のようになっており、下プリズムシート７２と同様にピッチは例えば、５０μｍである。上プリズムシート７３は、図２に示すｂ方向に広がろうとするバックライトからの光を液晶パネル方向に集光する役割を持つ。上プリズムシート７３には、例えば、３Ｍ製のＢＥＦIII９０／５０−Ｔ（Ｖ）が使用される。上プリズムシート７３の上には上拡散シート７４が設置される。プリズムシートから出てくる光をさらに均一にするためである。上拡散シート７４には例えば、(株)ツジデンの商品名Ｄ１１７ＶＧが使用される。

図４は、本実施例の要部を示す分解斜視図である。上液晶表示パネル１の上には上偏光板１１が、下液晶表示パネル２の下には下偏光板２１が設置される。上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間に上レンズアレイ３１および下レンズアレイ３２が設置される。上レンズアレイ３１および下レンズアレイ３２は、１方向に光を集束し、直角方向には集束をしない例えば、レンチキュラーレンズアレイのようなものが使用される。ただし、１方向と直角方向には全く光を集束しない場合のみでなく、１方向のほうが直角方向よりも光の集束効果が強い場合も本発明の効果を得ることができる。上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２は光を集光する向きが異なるが、同様な性質を持つレンズである。

本実施例では、図４に示すように、上液晶表示パネル１の上に設置される偏光板の偏光方向ＰＦは時計方向４５度である。また、下偏光パネルの下に設置される偏光板の偏光方向ＰＲは反時計方向４５度である。バックライトからの光は下液晶表示パネル２の下偏光板２１によって偏光され、偏光された光の偏光面は下液晶表示パネル２および上液晶表示パネル１によって回転し、上液晶表示パネル１の上偏光板１１によって偏光されて出射することになる。この場合の構成は、下偏光板２１を通った偏光光は下液晶表示パネル２で９０度回転し、上液晶表示パネル１でさらに９０度回転することになるので、液晶に画像信号が加わらない状態においては画面が白となる、いわゆるノーマリホワイトのモードである。上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間には上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２が設置される。

図４の構成をさらに簡略化して表示したものが図５である。図５において、上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２には説明を簡単にするために走査線５１とビデオ信号線５２のみが記載してある。上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間には上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２が設置されている。上レンズアレイ３１または下レンズアレイ３２が無い場合、上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の走査線５１どうし、あるいは、ビデオ信号線５２どうしが干渉をしてモアレを発生する。本発明は上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間に互いに集束の向きの異なるレンチキュラーレンズアレイ３１とレンチキュラーレンズアレイ３１を設置することによってモアレを防止するものである。

モアレを防止する手段として、バックライトで使用するような拡散シート、または、拡散フィルムを上液晶表示パネル１と下液晶表示パネル２の間に使用する方法もあるが、この方法では光が拡散されてしまうため、正面輝度、コントラスト等が低下する。本発明は上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２を適切に設置することによってモアレを防止するとともに、正面輝度の低下、コントラストの低下を防止するものである。上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２は一定方向に延びた蒲鉾状のレンズが多数配列されたものである。この蒲鉾状レンズの延びている方向と、液晶表示パネルの走査線５１あるいはビデオ信号線５２とのなす角度が、モアレ、輝度、コントラス等に対して大きく影響する。以後この角度の影響を、図５に示すように、走査線５１の方向と上レンズアレイ３１の稜線方向とのなす角度をθ１とし、走査線５１の方向と下レンズアレイ３２の稜線方向とのなす角度をθ２として評価する。

図６は液晶表示パネルの上基板に形成されるカラーフィルタおよびブラックマトリクスと上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２との関係を示す図である。カラーフィルタは赤フィルタ４１、緑フィルタ４２、青フィルタ４３が横方向に順に配列されている。各フィルタのピッチは８２μｍで、同一フィルタ同士のピッチは２４６μｍである。一方カラーフィルタの縦ピッチは２４６μｍである。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のセットでくくると、縦ピッチ、横ピッチとも同一となる。カラーフィルタの縦ピッチは走査線５１ピッチに対応し、カラーフィルタの横ピッチはビデオ信号線５２のピッチに対応する。

図６においては、表現を簡単にするために、上レンズアレイ３１および下レンズアレイ３２における２つのレンズのみがカラーフィルタとの関係を示すために記載されている。上レンズアレイ３１はレンチキュラーレンズであるが、図６のＹｏｐｔの方向に光を集束するが、Ｘｏｐｔの方向には光を集束しない。上レンズアレイ３１のレンズが延びている方向とカラーフィルタの横配列方向との角度はθ１である。下レンズアレイ３２もレンチキュラーレンズであるが、図６のＸｏｐｔの方向に光を集束するが、Ｙｏｐｔの方向には光を集束しない。下レンズアレイ３２のレンズが延びている方向とカラーフィルタの横配列方向との角度はθ２である。

図７は上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２の具体例である。図７（ａ）は上レンズアレイ３１の平面図である。図７（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの稜線の向きを示す。レンズの稜線の向きは上レンズアレイ３１の長辺に対してθ１の角度を持っている。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（ｂ）において、レンズの高さはＨであり、レンズのピッチはＰである。レンズとレンズの間の谷間Ｖは曲線状になめらかに変化するほうが良い。図７（ｃ）は下レンズアレイ３２の平面図である。図７（ｃ）の斜線はレンチキュラーレンズの稜線の向きを示す。下レンズアレイ３２のレンズの稜線の向きは、短軸を挟んで上レンズアレイ３１のレンズの稜線の向きと線対称の関係になっている。すなわち、θ１＝θ２である。また、上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２のレンズのピッチは等しい。図７（ｃ）のＡ−Ａ断面図は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である図７（ｂ）と同様である。

図７（ｂ）において、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。また、図７（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図７（ｃ）におけるθ２も同様である。図７ではθ１＝θ２の例を示したが、θ１とθ２が異なる場合でも本発明の効果を得ることが出来る。

図８はレンズアレイの他の例である。図８（ａ）は上レンズアレイ３１の平面図である。図８（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの向きであり、レンズアレイの長辺とのなす角度はθ１である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（ｂ）に示すレンズアレイの断面はいわゆるレンチキュラーレンズの典型的な形に近いレンズアレイとなっているが、図８（ｂ）に示すレンズアレイの断面はいわゆるウェーブシートと呼ばれるものに近い形状となっている。図８（ｂ）に示す断面は全体的に緩やかな曲面で形成されているために、モアレに対する効果はより高い。図８（ｃ）は下レンズアレイ３２の平面図である。図８（ｃ）のレンズの稜線の角度θ２は図８（ａ）のレンズ稜線の角度θ１に対して、レンズアレイの短軸に対して線対称となっている。図８（ｃ）のＡ−Ａ断面は図８（ａ）のＡ−Ａ断面である図８（ｂ）と同様である。

図８（ｂ）に示すレンズピッチＰおよび、レンズ高さＨは図７（ｂ）に示した場合と同様である。すなわち、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。また、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。また、図８（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図８（ｃ）におけるθ２も同様である。

図９はレンズアレイのさらに他の例である。図９（ａ）は上レンズアレイ３１の平面図である。図９（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの向きであり、レンズアレイの長辺とのなす角度はθ１である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ｂ）に示す上レンズアレイ３１の断面図はプリズムシートと同様な断面となっている。しかし、プリズムの頂角ＴＡは９０度よりも大きい。図９に示すレンズアレイはバックライトで使用実績のあるプリズムシートと同様な形状であるために生産コスト上のメリットがある。図９（ｃ）は下レンズアレイ３２の平面図である。図９（ｃ）のレンズの稜線の角度θ２は図９（ａ）のレンズ稜線の角度θ１に対して、レンズアレイの短軸に対して線対称となっている。図９（ｃ）のＡ−Ａ断面は図８（ａ）のＡ−Ａ断面である図９（ｂ）と同様である。

図９（ｂ）に示すレンズピッチＰおよび、レンズ高さＨは図７（ｂ）に示した場合と同様である。すなわち、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。すなわち、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。このような場合はレンズアレイの頂角ＴＡは９０度よりもかなり大きな値となる。また、図９（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図９（ｃ）におけるθ２も同様である。

図１０はレンズアレイのさらに他の例である。図１０（ａ）は上レンズアレイ３１の平面図である。図１０（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの向きであり、レンズアレイの長辺とのなす角度はθ１である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１０のレンズアレイでは、各レンズの断面形状が図１０（ｂ）に示すように台形となっている。このように台形とすることで、図９の例等に比較して他の光学部材との光学的干渉を小さくすることができるとともに、断面が円弧である通常のレンチキュラーレンズに近い光学的特性を得ることができる。また、断面を台形とすることによって、レンズアレイの機械的強度を上げることが出来る。さらに、断面が台形であることにより、レンズアレイを製造するための型の製作を容易にし、レンズアレイの製造コストを抑制することが出来る。

図１０（ｃ）は下レンズアレイ３２の平面図である。図１０（ｃ）のレンズの稜線の角度θ２は図１０（ａ）のレンズ稜線の角度θ１に対して、レンズアレイの短軸に対して線対称となっている。図１０（ｃ）のＡ−Ａ断面は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面である図１０（ｂ）と同様である。

図１０（ｂ）に示すレンズピッチＰおよび、レンズ高さＨは図７（ｂ）に示した場合と同様である。すなわち、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。また、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。また、図１０（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図１０（ｃ）におけるθ２も同様である。

図１１はレンズアレイのさらに他の例である。図１１（ａ）は上レンズアレイ３１の平面図である。図１１（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの向きであり、レンズアレイの長辺とのなす角度はθ１である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１の例では各レンズの断面は図１１（ｂ）に示すように、先端が頂点となっている５角形をしている。一般的なレンズアレイの製作方法としては、先ず型を製作し、その型に樹脂等を流しこむことが行なわれている。型の製作はバイトによって機械加工されることが多い。バイトで型を切削する場合は、レンズ断面が円形であるよりも多角形であるほうが作りやすい。

一般のレンチキュラーレンズは断面が円弧であるが、円弧では機械加工が難しい場合がある。この場合、図１１（ｃ）に示すように、レンズ断面を５角形として各頂点を特定の円に内接するようにすれば、通常のレンチキュラーレンズとほぼ同様な特性を得ることができる。図１１の例によれば、製作が容易で製造コストを抑えつつ、通常のレンチキュラーレンズと同様な特性を得ることが出来る。

図１１（ｃ）は下レンズアレイ３２の平面図である。図１１（ｃ）のレンズの稜線の角度θ２は図１１（ａ）のレンズ稜線の角度θ１に対して、レンズアレイの短軸に対して線対称となっている。図１１（ｃ）のＡ−Ａ断面は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面である図１１（ｂ）と同様である。

図１１（ｂ）に示すレンズピッチＰおよび、レンズ高さＨは図７（ｂ）に示した場合と同様である。すなわち、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。また、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。また、図１１（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図１１（ｃ）におけるθ２も同様である。

以上の例では上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２はレンズアレイの稜線の角度θ１またはθ２がレンズアレイの短軸に対して対称となっているほかはすべて同じ仕様であるとしたが、本発明はこれに限らず、上レンズアレイ３１と下レンズアレイ３２のレンズピッチ、レンズ形状、角度等が異なっても効果を得ることが出来る。

また、以上の例ではレンズアレイのレンズが形成されている側が上向きとなっていたが、いずれのレンズも下向き、あるいは、１枚のレンズが下向きであっても効果を得ることが出来る。

図１２は本発明による３次元表示装置の第２の実施例を示す概略断面図である。本実施例が実施例１と異なる点はレンズアレイが形成されているレンズシートが１枚であることである。本実施例の特徴はレンズアレイとして、レンズシートの上面と下面の両方にレンズが形成されている２重レンズアレイ３３を使用していることである。この場合のレンズシートも厚さは０．３ｍｍあるいは０．５ｍｍ程度である。このような構成とすることによって部品点数を減らすことができるとともに、２個のレンズアレイの相互のセッティング誤差を無くすことが出来る。

図１３は実施例２で仕様する２重レンズアレイ３３の模式図である。図１３（ａ）は２重レンズアレイ３３の平面図である。図１３（ａ）の斜線はレンチキュラーレンズの向きであり、レンズアレイの長辺とのなす角度はθ１である。図１３（ｃ）は２重レンズアレイ３３の裏面図である。図１３（ｃ）のレンズの稜線の角度θ２は図１３（ａ）のレンズ稜線の角度θ１に対して、レンズアレイの短軸に対して線対称となっている。

図１３（ｂ）は２重レンズアレイ３３の側面図である。図１３（ｂ）に示すように、２重レンズアレイ３３の表面および裏面にレンズアレイが形成されている。図１３におけるレンズアレイはウェーブシートである。図１３に示す表側のレンズアレイ、裏側のレンズアレイのピッチおよび高さはともに実施例１で示したと同様な形状となっている。すなわち、レンズのピッチＰは３５μｍ、レンズの高さは５μｍである。また、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られる。また、図１３（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図１３（ｃ）におけるθ２も同様である。

以上の実施例では２重レンズアレイ３３の表側のレンズアレイと裏側のレンズあれいとはレンズアレイの稜線の角度θ１またはθ２がレンズアレイの短軸に対して対称となっているほかはすべて同じ仕様であるとしたが、本発明はこれに限らず、表側のレンズアレイと裏側のレンズアレイのレンズピッチ、レンズ形状、角度等が異なっても効果を得ることが出来る。また、実施例２ではレンズアレイの断面形状としてウェーブシート状のものを用いたが、レンズアレイの断面はこれに限らず、実施例１で説明した種々のレンズアレイを用いることが出来る。

図１４は本発明による３次元表示装置の第３の実施例を示す概略断面図である。本実施例においてもレンズアレイシートを１枚のみ使用している。本実施例が実施例２と異なる点は、レンズアレイはレンズアレイシートの１面（例えば表面）のみにレンズアレイが形成されていることである。本実施例の特徴はモアレに対する効果を実施例１および実施例２の場合と同等にするために、２方向レンズ３４を使用していることである。本実施例の２方向レンズ３４は１枚のレンズシートの片面のみにレンズアレイを形成すればよいために、実施例１および実施例２に比較してコスト面で大きなメリットがある。

図１５は本実施例で使用される２方向レンズアレイ３４の例である。２方向レンズアレイ３４は２方向にマイクロレンズが周期性を持って配列されているものである。マイクロレンズを２方向に配列したために、レンズシートの１面のみでレンチキュラーレンズ２枚を使用したと同様な効果を得ることが出来る。図１５（ａ）において、２つの向きを持った斜線はマイクロレンズの配列方向を示す。斜線ＡＡはマイクロレンズの配列の１方向であり、斜線ＢＢはマイクロレンズの配列の他の方向である。斜線の交差点ＣＲＯＳＳ部分にマイクロレンズのピークが形成されている。斜線ＡＡと２方向レンズアレイの長辺との角度はθ１であり、斜線ＢＢと２方向レンズアレイの長辺との角度はθ２である。また、斜線ＡＡのピッチはＰＢであり、斜線ＢＢのピッチはＰＡである。

図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ断面である。図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ−Ｂ断面である。図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示すように、各マイクロレンズの断面形状は波状となっている。図１５においてはマイクロレンズのピッチＰＡとＰＢは等しく、３５μｍであり、レンズの高さは５μｍである。また、レンズのピッチＰと高さＨを変化させてモアレを評価すると、Ｈ／Ｐが１／１０以上で効果が大きく、１／７以上であると顕著な効果が得られることは実施例１および実施例２と同様である。また、図１５（ａ）のθ１を変化させて評価すると、モアレの低減に対して、４０度≦θ１≦７５度で効果あり、５５度≦θ１≦７５度で顕著な効果があった。また、もっとも効果が得られた角度は６５度である。図１５（ａ）におけるθ２も同様である。

以上の実施例ではマイクロレンズアレイのピッチＰＡとＰＢは等しいとしたが、ＰＡとＰＢが異なる場合にも効果を得ることが出来る。また、以上の実施例ではθ１とθ２が同じであるとしたが、θ１とθ２が異なる場合にも効果を得ることが出来る。またマイクロレンズの断面も図１５（ｂ）または図１５（ｃ）に示すような形状に限らず、球面の一部等種々な断面形状をとるとこが出来る。

以上の実施例は、バックライトとして、光源が液晶表示パネルの直下にあるいわゆる直下型バックライトの場合について説明した。しかし、本発明は直下型バックライトのみでなく、光源がサイドにあるサイド型バックライトについても適用できる。サイド型バックライトの場合は、図１に示した光学シート群７に加えて光をサイドから液晶表示パネルの主面方向に導く導光板が必要になる。

実施例１の概略断面図である。バックライトの光学シートの斜視図である。プリズムシートの断面図である。画像形成部の分解斜視図である。液晶表示パネルとレンズアレイの配置図である。カラーフィルタ面とレンチキュラーレンズの関係を示す平面図である。レンチキュラーレンズアレイの例である。ウェーブシート状のレンズアレイの例である。プリズムシート状のレンズアレイの例である。レンズアレイの他の例である。レンズアレイのさらに他の例である。実施例２の概略断面図である。実施例２のレンズアレイの例である。実施例３の概略断面図である。実施例３のレンズアレイの例である。

符号の説明

１…上液晶表示パネル、２…下液晶表示パネル、４…サイドフレーム、５…下フレーム、６…蛍光管、７…光学シート群、１１…上偏光板、１２…上液晶表示パネルの下偏光板、２１…下偏光板、２２…下液晶表示パネルの上偏光板、３１…上レンズアレイ、３２…下レンズアレイ、３３…２重レンズアレイ、３４…２方向レンズアレイ、４１…赤フィルタ４２…緑フィルタ、４３…青フィルタ、４４…ブラックマトリクス、５１…走査線、５２…ビデオ信号線

Claims

第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、
前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイと前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイが設置されていることを特徴とする表示装置。
前記第１のレンズアレイは前記特定方向には光を集束しないレンズアレイであり、前記第２のレンズアレイは前記特定方向と異なる方向には光を集束しないレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１の液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺に対して角度を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺とは４０度乃至７５度の角度を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記特定方向および前記特定方向と異なる方向は前記第１液晶表示パネルの長辺または前記第２の液晶表示パネルの長辺とは５５度乃至７５度の角度を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイは前記第２の液晶表示パネルに接して設置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイはレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記レンチキュラーレンズの各レンズの間の谷間は曲線状であることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は波状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は頂角が９０度よりも大きい３角形であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は台形であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのレンズ断面は先端が頂点となっている５角形であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのピッチＰとレンズの高さＨの関係は、Ｈ／Ｐ≦１／１０であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイのピッチＰとレンズの高さＨの関係は、Ｈ／Ｐ≦１／７であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、
前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイシートと前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイシートが設置されていることを特徴とする表示装置。
第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、
前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間にはレンズアレイシートが設置され、前記レンズアレイシートの第１の面には特定方向よりも、前記特定方向と直角方向に光を強く集束する第１のレンズアレイが形成され、前記レンズアレイシートの第２の面には前記特定方向とは異なる方向と直角方向に光を強く集束する第２のレンズアレイが形成されていることを特徴とする表示装置。
第１の液晶表示パネルと前記第１の液晶表示パネルの後方に所定の間隔を隔てて第２の液晶表示パネルが設置され、前記第２の液晶表示パネルの後方にはバックライトが設置されて、前記第１の液晶表示パネルの前方から画像を視認する表示装置であって、
前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとの間にはレンズアレイシートが設置され、前記レンズアレイシートの面には第１の方向と、第１の方向とは異なる第２の方向に周期性を持つマイクロレンズアレイが形成されていることを特徴とする表示装置。
前記レンズアレイシートの他の面は平面であることを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記マイクロレンズアレイの第１の方向のピッチと第２の方向のピッチは等しいことを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記第１の方向と前記第２の方向は前記レンズシートの短軸を挟んで線対称となっていることを特徴等する請求項１７に記載の表示装置。