JP2012027415A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体表示装置の２つの楔型導光板を構造的に簡素化し、製造コストを抑制する。
【解決手段】立体表示装置は、重ね合わせられた導光板１ａ、１ｂと、導光板１ａ、１ｂの２つの入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源２ａ、２ｂとを有する。各導光板１ａ、１ｂは、複数の平坦鏡面加工部１１ａ、１１ｂと平坦鏡面加工部１１ａ、１１ｂの間に設けられた非対称三角プリズム列１２ａ、１２ｂを有し、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａは導光板１ｂの平坦鏡面加工部１１ｂに対向し、また、導光板１ｂの非対称三角プリズム列１２ｂは導光板１ａの平坦鏡面加工部１１ａに対向する。導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａの光源２ａからの光を受ける面の傾斜角αは1°〜3°（最適値2°）、光源２ａからの光を受けない面の傾斜角βは6°〜30°（最適値15°）である。
【選択図】図２

Description

本発明は立体表示装置に関する。

一般に、立体表示装置は、観察者の左右眼に各々の視点からの視差像を提供するものであり、特殊な眼鏡を利用する方式と眼鏡を利用しない方式とがある。

図２１は眼鏡を利用しない方式としての第１の従来の立体表示装置を示す（参照：特許文献１）。

図２１の立体表示装置は、重ね合わせた２つの楔型導光板１０１ａ、１０１ｂと、各楔型導光板１０１ａ、１０１ｂの入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源１０２ａ、１０２ｂと、楔型導光板１０１ａ、１０１ｂの出射面S_out1上に設けられた片面三角プリズムシート１０３と、片面三角プリズムシート１０３の出射面S_out3上に設けられた透過型液晶表示パネル１０４と、透過型液晶表示パネル１０４に２つの光源１０２ａ、１０２ｂを同期させて視差像を表示させる同期駆動回路１０５とによって構成されている。これにより、透過型液晶表示パネル１０４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

図２２は眼鏡を利用しない方式としての第２の従来の立体表示装置を示す（参照：特許文献２）。

図２２の立体表示装置は、反射印刷、粗面化加工等の光取り出し部２０１ａを有する平板導光板２０１と、平板導光板２０１の２つの対抗する入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源２０２ａ、２０２ｂと、平板導光板２０１の出射面S_out1上に設けられ、平板導光板２０１に対向する三角プリズム列２０３１及びその反射面上に円筒状レンズ列２０３２を有する両面プリズムシート２０３と、両面プリズムシート２０３の出射面S_out3上に設けられた透過型液晶表示パネル２０４と、透過型液晶表示パネル２０４に２つの光源２０２ａ、２０２ｂを同期させて視差像を表示させる同期駆動回路２０５とによって構成されている。これにより、やはり、透過型液晶表示パネル２０４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

特開２００１−６６５４７号公報 ＷＯ２００４／０２７４９２Ａ１ 特開２００９−８１０９４号公報

しかしながら、図２１の第１の従来の立体表示装置においては、下側の楔型導光板１０１ｂからの光は上側の楔型導光板１０１ａのパターンの影響を受けるので、上側の楔型導光板１０１ａは複雑な構造としなければならず、この結果、製造コストが上昇するという課題がある。

図２２の第２の従来の立体表示装置においては、平板導光板２０１が図２１の立体表示装置の２つの楔型導光板１０１ａ、１０１ｂが発生する課題を解決する構造を何ら有していない。

さらに、図２２の第２の従来の立体表示装置においては、平板導光板２０１の配光分布がシャープのときに両面プリズムシート２０３を必要とし、三角プリズム列２０３１及び円筒状レンズ列２０３２を金型等を用いて寸法的に精確に合わせて製造しなければならず、この結果、やはり、製造コストの上昇を招くという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る立体表示装置は、下側導光板と、下側導光板の出射面に重ね合わせられた上側導光板と、下側導光板及び上側導光板の入射面に設けられた第１、第２の光源と、上側導光板の出射面上に設けられた透過型表示パネルと、透過型表示パネルに第１、第２の光源を同期させて視差像を表示させる同期駆動回路とを具備し、各導光板が、出射面と反対の配光制御面に形成された鏡面加工部と、配光制御面上の鏡面が形成されていない領域に形成された非対称三角プリズムとを具備し、下側導光板の非対称三角プリズムが上側導光板の鏡面の少なくとも一部に対向し、上側導光板の非対称三角プリズムが下側導光板の鏡面の少なくとも一部に対向し、上側導光板の非対称三角プリズムの第１の光源からの光を受ける面の傾斜角α及び第１の光源からの光を受けない面の傾斜角βが
α＜β
を満足するようにしたものである。また、傾斜角αが1°〜3°であり、傾斜角βが6°〜30°であり、たとえば、傾斜角αが2°であり、傾斜角βが15°である。これにより、下側導光板のプリズムから立上った光は上側導光板の鏡面加工部を透過するので、上側導光板のパターンに影響されることがない。また、上側導光板の非対称三角プリズムにより上側導光板の出光効率及び下側導光板の出光効率を維持しつつ、左右のクロストークを抑制する。
尚、特許文献３の図１には、配光制御面に複数の鏡面を形成し、鏡面を形成していない領域に複数の非対称三角プリズムを形成した導光板が開示されているが、この導光板は面光源装置用であって、立体表示装置を目的としていない。

また、各導光板において、鏡面加工部が各導光板の入射面の長手方向に並列された複数の平坦鏡面加工部を有し、プリズムが平坦鏡面加工部の間に設けられた複数の非対称三角プリズム列を有する。

さらに、各導光板において、プリズムが非対称三角プリズム形状ドット配列よりなる。

さらにまた、上側導光板と透過型表示パネルとの間に片面三角プリズムシートを具備し、この片面三角プリズムシートの三角形状が段差状となりかつ三角形状の角度が非対称である。これにより、上側導光板及び下側導光板からの左右非対称の配光分布が片面三角プリズムシートによって左右対称の配光分布に変換されると共にこれらの配光分布を急峻に変化させて左右のクロストークを小さくする。

さらに、各第１、第２の光源を複数個設け、透過型表示パネルを複数のブロックに分割し、各複数の第１、第２の光源の１つを各ブロックに対応させる。そして、同期駆動回路が、透過型表示パネルの各ブロック毎の画像データの書換に同期させて複数の第１の光源及び複数の第２の光源をオン、オフするようにする。これにより、分割オン、オフにより左右の視差像の切換を急峻にして立体表示を良好にする。

本発明によれば、複雑な構造を必要としないので、製造コストを低減できる。しかも、左右のクロストークも低減できる。

本発明に係る立体表示装置の第１の実施の形態を示す図である。 図１の導光板の平面図である。 図２のIII-III線断面図である。 図２のIV-IV線断面図である。 図１の導光板からの光の配光分布を示すグラフである。 図１の片面三角プリズムシートの詳細を示す図である。 図１の片面三角プリズムシートの光の配光分布を示すグラフである。 上側導光板の三角形状プリズム列の傾斜角を変化させた場合の図１の片面三角プリズムシートの光の配光分布を示すグラフである。 上側導光板の三角形状プリズム列の傾斜角を変化させた場合の図１の片面三角プリズムシートの光の配光分布の左右のクロストークを示すグラフである。 上側導光板の三角形状プリズム列の傾斜角を変化させた場合の図１の下側導光板の出光効率を示すグラフである。 上側導光板の三角形状プリズム列の傾斜角を変化させた場合の図１の上側導光板の出光効率を示すグラフである。 図９、図１０、図１１を合わせたグラフである。 本発明に係る立体表示装置の第２の実施の形態を示す図である。 図１３の導光板の第１の例を示す平面図である。 図１３の導光板の第２の例を示す平面図である。 図１４（図１５）のXVI-XVI線断面図である。 図１４（図１５）のXVII-XVII線断面図である。 図１３の導光板からの光の配光分布を示すグラフである。 図１、図１３の立体表示装置の同期駆動回路の他の例を示す図である。 図１９の同期駆動回路の動作を説明する図である。 第１の従来の立体表示装置を示す図である。 第２の従来の立体表示装置を示す図である。

図１は本発明に係る立体表示装置の第１の実施の形態を示す図である。

図１の立体表示装置は、導光板１ａと、導光板１ａの出射面S_outaの反対面側に設けられた導光板１ｂと、導光板１ａ、１ｂの入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源２ａ、２ｂと、導光板１ａの出射面S_outa側に設けられた片面三角プリズムシート３と、片面三角プリズムシート３の出射面S_out3上に設けられた透過型液晶表示パネル４と、透過型液晶表示パネル４に２つの光源２ａ、２ｂを同期させて視差像を表示させる同期駆動回路５とによって構成されている。これにより、透過型液晶表示パネル４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

図２は図１の導光板１ａ、１ｂの平面図である。尚、導光板１ａ、１ｂはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料よりなる。

図２の（Ａ）に示すように、導光板１ａは、導光板１ａの出射面S_outaと反対の配光制御面に入射面S_inaの長手方向に延在する複数の平坦鏡面加工部１１ａを形成する。平坦鏡面加工部１１ａは光を奥まで均一にするためのものであり、平坦鏡面加工部１１ａの幅は入射面S_inaから遠ざかるに伴って小さくなるように形成されている。また、平坦鏡面加工部１１ａが形成されていない領域に等間隔の複数の非対称三角プリズムよりなる光を立ち上げるための非対称三角プリズム列１２ａを形成する。非対称三角プリズム列１２ａの幅は入射面S_inaから遠ざかるに伴って大きくなるように形成されている。これにより、奥に行く光をより多く全反射させて均一に面発光させる。この非対称三角形状は、たとえば、光源２ａからの光を受ける面の傾斜角αが1°〜3°たとえば最適値2°、光源２ａからの光を受けない面の傾斜角βが6°〜30°たとえば最適値15°である。つまり、
α＜β
とし、導光板１ａの出光効率を確保して左目用配光分布を確保する。さらに、戻り光抑止のために、入射面Ｓ_ｉｎａと対向する面にシボ面１３ａを加工してあるが、シボ面１３ａの代りに三角形状、円弧形状あるいはマイクロレンズアレイ等のプリズムやレンズカットを設けてもよい。また、シボ、プリズム、レンズのように反射や屈折の方向を制御する方法の他に、光吸収により戻り光抑止を行ってもよい。光吸収には黒色樹脂の塗布や、黒色樹脂からなるシートの貼り付けなどを行ってもよい。尚、図２の（Ａ）に示すごとく、光源２ａは、複数個の発光ダイオード（LED）とすることができる。この場合、発光ダイオードは、非対称三角プリズム列１２ａではなく、平坦鏡面加工部１１ａに対向せしめて光をより奥まで到達するようにする。

他方、図２の（Ｂ）に示すように、導光板１ｂは、導光板１ｂの出射面S_outbと反対の配光制御面に入射面S_inbの長手方向に延在する複数の平坦鏡面加工部１１ｂを形成する。平坦鏡面加工部１１ｂは光を奥まで均一にするためのものであり、平坦鏡面加工部１１ｂの幅は入射面S_inbから遠ざかるに伴って小さくなるように形成されている。また、平坦鏡面加工部１１ｂが形成されていない領域に等間隔の複数の非対称三角プリズムよりなる光を立ち上げるための非対称三角プリズム列１２ｂを形成する。非対称三角プリズム列１２ｂの幅は入射面S_inbから遠ざかるに伴って大きくなるように形成されている。これにより、奥に行く光をより多く全反射させて均一に面発光させる。この非対称三角形状は、たとえば、光源２ｂからの光を受ける面の傾斜角γが1°〜3°たとえば最適値2°、光源２ｂからの光を受けない面の傾斜角δが30°〜52°たとえば最適値52°である。つまり、
γ＜δ
とし、導光板１ｂの出光効率を確保して右目用配光分布を確保する。さらに、戻り光抑止のために、入射面Ｓ_ｉｎｂと対向する面にシボ面１３ｂを加工してあるが、シボ面１３ｂの代りに三角形状、円弧形状あるいはマイクロレンズアレイ等のプリズムやレンズカットを設けてもよい。また、シボ、プリズム、レンズのように反射や屈折の方向を制御する方法の他に、光吸収により戻り光抑止を行ってもよい。光吸収には黒色樹脂の塗布や、黒色樹脂からなるシートの貼り付けなどを行ってもよい。尚、図２の（Ｂ）に示すごとく、光源２ｂは、複数個の発光ダイオード（LED）とすることができる。この場合、発光ダイオードは、非対称三角プリズム列１２ｂではなく、平坦鏡面加工部１１ｂに対向せしめて光をより奥まで到達するようにする。

図２の（Ａ）に示す導光板１ａを図２の（Ｂ）に示す導光板１ｂ上に重ね合わせると、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａは導光板１ｂの平坦鏡面加工部１１ｂの全体に対向し、他方、導光板１ｂの非対称三角プリズム列１２ｂは導光板１ａの平坦鏡面加工部１１ａの全体に対向する。この結果、導光板１ｂの非対称三角プリズム列１２ｂから出射面S_outbを介して出光する光は導光板１ａのパターンに影響されることなく、導光板１ａを透過する。尚、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａから出射面S_outaを介して出光する光は導光板１ｂのパターンに影響されないのは当然である。

図３は図２の（Ａ）の導光板１ａのIII-III線断面図である。図３の（Ａ）に示すように、平坦鏡面加工部１１ａより非対称三角プリズム列１２ａを下側に突出させてもよく、他方、図３の（Ｂ）に示すように、非対称三角プリズム列１２ａより平坦鏡面加工部１１ａを下側に突出させてもよい。図３の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、光源２ａのみが動作した場合を図示している。

図３の（Ａ）、（Ｂ）において、光源２ａからの光R1aは入射面S_inaから入射して非対称三角プリズム列１２ａの非対称三角プリズムによって直接全反射されて出射光となる。また、光源２ａからの光R2aは入射面S_inaから入射して平坦鏡面加工部１１ａにおいて全反射された後に非対称三角プリズム列１２ａの非対称三角プリズムによって全反射されて出射光となる。つまり、光源２ａが左目用の視差像を表示させるものとすれば、角度＋方向の光R1a、R2aは左目用視差像に役立ち、角度−方向の不要な出射光はほとんどなく、右目用視差像に悪影響せず、左右のクロストークは少ない。

図４は図２の（Ａ）、（Ｂ）の導光板１ａ、１ｂを重ね合わせたときのIV-IV線断面図である。図４の（Ａ）に示すように、平坦鏡面加工部１１ｂより非対称三角プリズム列１２ｂを下側に突出させてもよく、他方、図４の（Ｂ）に示すように、非対称三角プリズム列１２ｂより平坦鏡面加工部１１ｂを下側に突出させてもよい。図４の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、光源２ｂのみが動作した場合を図示している。

図４の（Ａ）、（Ｂ）において、光源２ｂからの光R1bは入射面S_inbから入射して非対称三角プリズム列１２ｂの非対称三角プリズムによって直接全反射されて出射光となり、導光板１ａの平坦鏡面加工部１１ａを透過する。また、光源２ｂからの光R2bは入射面S_inbから入射して平坦鏡面加工部１１ｂにおいて全反射された後に非対称三角プリズム列１２ｂの非対称三角プリズムによって全反射されて出射光となり、導光板１ｂの平坦鏡面加工部１１ｂを透過する。つまり、光源２ｂが右目用の視差像を表示させるものとすれば、角度−方向の光R1b、R2bは右目用視差像に役立つ。他方、角度＋方向の光R3bが、非対称三角プリズム列１２ｂの非対称三角プリズムによって全反射された後に導光板１ａ内面で全反射を繰り返すことで発生し、この結果、左目用視差像に影響し、左右のクロストークは僅かに発生する。なお、図面のこの光線の軌跡は、断面図内のみで成立するものではなく、図面の紙面前後方向への光線を考慮したものである。本第１の実施の形態は導光板１ａ、１ｂからの出光効率を維持しながら左右のクロストークを最小にする。

図５は左目用の光源２ａ及び右目用の光源２ｂを点灯した場合の図１の導光板１ａ、１ｂからの光の左目用配光分布及び右目用配光分布を示す。

図５の配光分布においては、導光板１ａからの出射光である左目用配光分布の最大強度の角度（以下、ピーク角度とする）＋（θ＋Δθ）と、導光板１ｂからの出射光である右目用配光分布のピーク角度−θとは、左右非対称の配光分布となる。これは導光板１ａと片面三角プリズムシート３との距離が導光板１ｂと片面三角プリズムシート３との距離より大きいこと、導光板１ｂからの出射光が空気の屈折率と異なる導光板１ａ内を通過すること等によるものと考えられる。また、ピーク角度の差も大きい。

図５に示すピーク角度の差が大きい左右非対称の配光分布は図１の片面三角プリズムシート３によって観察者の裸眼の視差像のピーク角度の差が小さい左右対称の配光分布に変換される。この場合、観察者の左目用配光分布のピーク角度は+5°であり、右目用配光分布のピーク角度は-5°であり、ピーク角度の差は10°であることが好ましいものとする。

次に、図１の片面三角プリズムシート３の三角形状と片面三角プリズムシート３からの光の左目用配光分布及び右目用配光分布とを考察する。

図６に示すごとく、片面三角プリズムシート３の三角形状の角度を段差ありの非対称な角度たとえば36.5°,37°；34°,34°；33°,34°とし、三角形状の各段差の高さを4μm、4μm、4μm（合計12μm）とする。この場合、図７に示すごとく、左目用配光分布のピーク角度が+5°であり、右目用配光分布のピーク角度が-5°であり、従って、対称となる。しかも、ピーク角度の差が10°で、かつ、各配光分布は急峻に変化している。この結果、配光分布の非対称が解消されていると共に、左右のクロストークが小さくなる。尚、左右のクロストークとは、図７の左目用配光分布と右目用配光分布との重複部分／（左目用配光分布＋右目用配光分布）、で表わされる。

このように、片面三角プリズムシート３に段差を設けると共に非対称な角度を与えると、左目用配光分布のピーク角度及び右目用配光分布のピーク角度が対称となると共に、各配光分布も急峻に変化しているので、左右のクロストークも小さくなる。尚、この場合でも、片面三角プリズムシート３の三角形状の角度が狭角となり過ぎると、ピーク角度が0°に近く、立体表示に不適切となり、他方、片面三角プリズムシート３の三角形状の角度が広角となり過ぎると、ピーク角度の差が大きくなり過ぎ、やはり、立体表示に不適切となる。尚、片面三角プリズムシート３の段差の数及び非対称の角度は適宜変更し得る。

また、片面三角プリズムシート３に段差を設けるが、対称な角度を与えると、配光分布は非対称となり、さらに、片面三角プリズムシート３に段差なしとすると、ピーク角度の差が10°より小さくもしくは大きくなる。

図８は図１の片面三角プリズムシート３の光の配光分布を示すグラフであって、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａの傾斜角α、β及び導光板１ｂの非対称三角プリズム列１２ｂの傾斜角γ、δを
α= 2°
γ= 2°
δ= 52°
と固定し、β=15°、52°と変化させた場合のシミュレーション結果である。つまり、β=52°の場合よりもβ=15°の場合の方が右目用配光分布の左目用視差像に対する影響が少なくなり、左右のクロストークが小さくなることが分かる。尚、α=1°〜3°、γ=1°〜3°、δ=30°〜52°と変化させても、図８のシミュレーション結果はほとんど変化しなかった。

図９は図１の片面三角プリズムシート３の左右のクロストークを示すグラフであって、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａの傾斜角α、β及び導光板１ｂの非対称三角プリズム列１２ｂの傾斜角γ、δを
α= 2°
γ= 2°
δ= 52°
と固定し、βを2°〜52°と変化させた場合のシミュレーション結果である。つまり、βが小さい方が右目用配光分布の左目用視差像に対する影響が少なくなり、左右のクロストークが小さくなることが分かる。尚、α=1°〜3°、γ=1°〜3°、δ=30°〜52°と変化させても、図９のシミュレーション結果はほとんど変化しなかった。

図９に示すように、導光板１ａの非対称三角プリズム列１２ａの傾斜角βが小さくなるにつれて、左右のクロストークが小さくなり、この結果、図１０に示すように、導光板１ｂからの出光効率も上昇するが、逆に、図１１に示すように、導光板１ａからの出光効率は低下する。

図１２は図９、図１０、図１１を合わせたグラフである。図１２に示すように、β=2°では、左右のクロストークは小さく、導光板１ｂからの出光効率は高く、導光板１ａからの出光効率は低い。また、β=52°では、左右のクロストークは大きく、導光板１ｂからの出光効率は低く、導光板１ａからの出光効率は高い。さらに、β=15°では、左右のクロストークは小さく、導光板１ｂ及び導光板１ａからの出光効率は同程度に高い。従って、導光板１ａ、１ｂの出光効率を維持して左右のクロストークをできるだけ小さくするためには、βは6°〜30°の範囲が良く、β=15°が最適値である。

図１３は本発明に係る立体表示装置の第２の実施の形態を示す図である。

図１３の立体表示装置においては、図１の導光板１ａ、１ｂの代りに、導光板１ａ’、１ｂ’を設けてある。

図１４は図１３の導光板１ａ’、１ｂ’の第１の例を示す平面図である。尚、導光板１ａ’、１ｂ’もアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料よりなる。

図１４の（Ａ）に示すように、導光板１ａ’は、導光板１ａ’の出射面S_outaと反対の配光制御面に平坦鏡面加工部１１ａ’を形成する。平坦鏡面加工部１１ａ’は光を奥まで均一にするためのものである。また、平坦鏡面加工部１１ａ’が形成されていない領域に複数の非対称三角プリズム形状ドットよりなる光を立ち上げるための非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’を形成する。この非対称三角プリズムは、たとえば、光源２ａからの光を受ける面の傾斜角αが1°〜3°たとえば最適値2°、光源２ａからの光を受けない面の傾斜角βが6°〜30°たとえば最適値15°である。つまり、第１の実施の形態と同様に、α＜βである。さらに、戻り光抑止のために、入射面Ｓ_ｉｎａと対向する面にシボ面１３ａ’を加工してあるが、シボ面１３ａ’の代りに三角形状、円弧形状あるいはマイクロレンズアレイ等のプリズムやレンズカットを設けてもよい。また、シボ、プリズム、レンズのように反射や屈折の方向を制御する方法の他に、光吸収により戻り光抑止を行ってもよい。光吸収には黒色樹脂の塗布や、黒色樹脂からなるシートの貼り付けなどを行ってもよい。

他方、図１４の（Ｂ）に示すように、導光板１ｂ’は、導光板１ｂ’の出射面S_outbと反対の配光制御面に平坦鏡面加工部１１ｂ’を形成する。平坦鏡面加工部１１ｂ’は光を奥まで均一にするためのものである。また、平坦鏡面加工部１１ｂ’が形成されていない領域に複数の非対称三角プリズム形状ドットプリズムよりなる光を立ち上げるための非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’を形成する。この非対称三角プリズム形状は、たとえば、光源２ｂからの光を受ける面の傾斜角δが1°〜3°たとえば最適値2°、光源２ｂからの光を受けない面の傾斜角δが30°〜52°たとえば最適値52°である。つまり、第１の実施の形態と同様に、γ＜δである。さらに、戻り光抑止のために、入射面Ｓ_ｉｎａと対向する面にシボ面１３ｂ’を加工してあるが、シボ面１３ｂ’の代りに三角形状、円弧形状あるいはマイクロレンズアレイ等のプリズムやレンズカットを設けてもよい。また、シボ、プリズム、レンズのように反射や屈折の方向を制御する方法の他に、光吸収により戻り光抑止を行ってもよい。光吸収には黒色樹脂の塗布や、黒色樹脂からなるシートの貼り付けなどを行ってもよい。

図１５は図１３の導光板１ａ’、１ｂ’の第２の例を示す平面図である。

図１５の（Ａ）に示すように、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’の幅は入射面S_inaから遠ざかるに伴って大きくなるように形成されている。これにより、奥に行く光をより多く全反射させて均一に面発光させる。また、図１５の（Ｂ）に示すように、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’の幅は入射面S_inbから遠ざかるに伴って大きくなるように形成されている。これにより、奥に行く光をより多く全反射させて均一に面発光させる。

図１４（図１５）の（Ａ）に示す導光板１ａ’を図１４（図１５）の（Ｂ）に示す導光板１ｂ’上に重ね合わせると、導光板１ａ’の非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’は導光板１ｂ’の平坦鏡面加工部１１ｂ’の一部に対向し、他方、導光板１ｂ’の非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’は導光板１ａ’の平坦鏡面加工部１１ａ’の一部に対向する。つまり、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’と非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’とが同一でない。この結果、導光板１ｂ’の非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’から出射面S_outbを介して出光する光は導光板１ａ’のパターンに影響されることなく、導光板１ａ’を透過する。尚、導光板１ａ’の非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’から出射面S_outaを介して出光する光は導光板１ｂ’のパターンに影響されないのは当然である。また本実施例の非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’、１２ｂ’では、第１の実施の形態と比べ非対称三角プリズムの図面上下方向の幅が導光板全域にわたって狭い構成とすることができる。このため導光板１ａ’、１ｂ’の内面反射により紙面上下方向に大きなベクトルをもつ光線が出光しにくい構造とできる。第１の実施の形態で説明したように、導光体内部で全反射を繰り返す光成分はクロストークの原因となるため、本実施の形態はクロストーク抑制に効果的である。

図１６は図１４（図１５）の（Ａ）の導光板１ａ’のXVI-XVI線断面図である。図１６の（Ａ）に示すように、平坦鏡面加工部１１ａ’より非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’を下側に突出させてもよく、他方、図１６の（Ｂ）に示すように、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’より平坦鏡面加工部１１ａ’を下側に突出させてもよい。図１６の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、光源２ａのみが動作した場合を図示している。

尚、図１６の（Ａ）においては、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’の１つのドットにおいて、傾斜角βが光源２ａ側であり、傾斜角αが光源２ａと反対側になるのに対し、図１６の（Ｂ）においては、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’の１つのドットにおいて、傾斜角αが光源２ａ側であり、傾斜角βが光源２ａと反対側になる。

図１６の（Ａ）、（Ｂ）において、光源２ａからの光R1a’は入射面S_inaから入射して非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’の非対称三角プリズム形状ドットによって直接全反射されて出射光となる。また、光源２ａからの光R2a’は入射面S_inaから入射して平坦鏡面加工部１１ａ’において全反射された後に非対称三角プリズム形状ドット配列１２ａ’の非対称三角プリズム形状ドットによって全反射されて出射光となる。つまり、光源２ａが左目用の視差像を表示させるものとすれば、角度＋方向の光R1a’、R2a’は左目用視差像に役立ち、角度−方向の不要な出射光はほとんどなく、右目用視差像に悪影響せず、左右のクロストークは少ない。

図１７は図１４（図１５）の（Ａ）、（Ｂ）の導光板１ａ’、１ｂ’を重ね合わせたときのXVII-XVII線断面図である。図１７の（Ａ）に示すように、平坦鏡面加工部１１ｂ’より非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’を下側に突出させてもよく、他方、図１７の（Ｂ）に示すように、非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’より平坦鏡面加工部１１ｂ’を下側に突出させてもよい。図１７の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、光源２ｂのみが動作した場合を図示している。

図１７の（Ａ）、（Ｂ）において、光源２ｂからの光R1b’は入射面S_inbから入射して非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’の非対称三角プリズム形状ドットによって直接全反射されて出射光となり、導光板１ａ’の平坦鏡面加工部１１ａ’を透過する。また、光源２ｂからの光R2b’は入射面S_inbから入射して平坦鏡面加工部１１ｂ’において全反射された後に非対称三角プリズム形状ドット配列１２ｂ’の非対称三角プリズム形状ドットによって全反射されて出射光となり、導光板１ａ’の平坦鏡面加工部１１ａ’を透過する。つまり、光源２ｂが右目用の視差像を表示させるものとすれば、角度−方向の光R1b’、R2b’は右目用視差像に役立つ。他方、角度＋方向の光R3b’が非対称三角プリズム列１２ｂ’の非対称三角プリズムによって全反射された後に非対称三角プリズム列１２ａ’の非対称三角プリズムによって全反射されて発生し、この結果、左目用視差像に影響し、左右のクロストークは僅かに発生し、この結果、左目用視差像に悪影響し、左右のクロストークは僅かに発生する。本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、導光板１ａ、１ｂからの出光効率を維持しながら左右のクロストークを最小にする。

図１８は左目用の光源２ａ及び右目用の光源２ｂを点灯した場合の図１３の導光板１ａ’からの光の左目用配光分布及び右目用配光分布を示す。

図１８に示すように、光源２ａを点灯した場合には、第１の実施の形態に比較して、光の強さは小さいが、角度0°〜-90°方向には弱い強度の光しか出光しない。従って、右目用の視差像に悪影響せず、左右のクロストークは少ない。他方、右目用の光源２ｂを点灯した場合には、やはり、第１の実施の形態に比較して、光の強さは小さいが、角度0〜+90°方向には弱い強度の光しか出光しない。従って、左目用の視差像に悪影響せず、左右のクロストークは少ない。

尚、上述の実施の形態における導光板は楔型にしてもよい。

また、上述の第１、第２の実施の形態において、導光板１ｂは導光板１ａと異なり導光板の板厚方向に透過する光に対して不規則な反射を抑制するという課題を有さないため、その非対称三角プリズムは代わりに対称三角プリズムが採用された構成であってもよい。なお、この場合、導光板１ｂの出光効率が低下する傾向が生じる。

また、上述の第１、第２の実施の形態は光源、導光板、及び片面三角プリズムシートなどの機能性部材のみでの検討を行ったものであるが、製品としての実装を行う場合、上記の構成全体を所定の筐体内に納めた構成とされる。

この場合、上記検討では無視していた導光板裏面などから透過型表示パネル以外の方向に出射する光が、筐体内面での反射を生じさらに複雑な経路を経て配光に影響を及ぼす。

導光板から筐体内部空間への漏光が、筐体内部空間内で反射し、その結果導光板内面の全反射角度に近い角度をもって導光板内部に再度入射した場合、一反導光板から漏れた光の再利用を可能とし、また、導光板内面の全反射光と近い成分であるため配光を乱さず、全体の輝度上昇につながり好ましい結果をもたらす。

しかし、プリズム形成部周辺など導光板内面の全反射角度と大きく異なる角度で筐体内部空間に光が出射される場合や、筐体内面で反射光が不規則に拡散される場合、筐体内部での反射光は、導光板の光源光とは全く異なる進行方向をもって導光板内部に入射したり、または不規則な内部反射の後正面透過型表示パネル方向に出射する。このことにより、導光板とプリズムで光学設計を行った光の経路と異なる経路による迷光を生じ、配光分布に乱れを生じる。これは、導光板裏面に、拡散や全反射を行う反射シートを単に配置する構成を採用することは、配光分布の乱れを生じ、立体表示装置の性能低下をもたらすことを示している。

このような現象が生じるので、重ね合わせた導光板の光源及び透過型表示パネル側以外には、導光板より生ずる漏光を導光板に戻さないよう無反射または低反射となるような構成を採ることが好ましい。なお、導光板内面の全反射角度に近い角度においてのみ反射によって導光板へ光束の戻りを生ずる構成は有効に機能する。

上述の目的のために、立体表示装置を所定の筐体に収める場合、重ね合わせた導光板の非透過型表示パネル側に裏打ち部材を備えることが有効である。裏打ち部材として好ましい材質はたとえば黒色に着色されたフィルムなどが挙げられる。導光板に対向する面は光沢を備えた面であると、全反射角度に近い光束を反射するためより好ましい。

発明者らは上記の考察をふまえ、導光板に裏打ち部材を加えた立体表示装置と加えない立体表示装置をそれぞれ筐体に納めて官能評価を行い比較した。裏打ち部材には、ＰＥＴ基材にカーボンブラックを練り込み成形した、東レ株式会社製ルミラーＸ３０ ＃１２５を使用した。比較を行うと、裏打ち部材のない立体表示装置は、迷光の発生に起因するものと思われる画像のボケが生じ、対して裏打ち部材のある立体表示装置は筐体の無い時と同様に明瞭な画像が得られた。

画像のボケは、配光分布が緩やかであるときに、右目用画像と左目用画像の分離が明瞭に行われずに生じるものと同様のものと考えられる。

裏打ち部材に必要とされる要件は裏面への漏光を吸収する低反射性と考えられる。具体的な数値による最適値は不明であるが、実施例のルミラーＸ３０ ＃１２５はデータシートによると光学濃度５．０、つまり透過率０．００１％程度の特性を備えていた。この特性で有効性が認められたことから、少なくとも同程度の光学特性を備えた部材であればＰＥＴ基材のフィルム以外の部材であっても有効に機能すると考えられる。より光学濃度が高い、透過率の低い部材であればより効果的に機能すると考えられる。

光学特性以外に、耐熱性が備わっていることが好ましい。耐熱性は光源や、電源装置などから発する熱が筐体内にこもることにより生ずる高温環境を想定し、＋８５℃程度の耐熱性が備わっていることが好ましい。

また、上述の第１、第２の実施の形態においては、同期駆動回路５は、画面のスキャニング時間に同期させて、光源２ａ、光源２ｂのいずれか一方をオン、他方をオフするように、構成されている。この場合、透過型表示パネル４の左右の画像データの書換に同期させて光源２ａ、光源２ｂを切換える際に、表示メモリの画像データの書換中は光源２ａ、光源２ｂを共にオフにする。このオフ時間が長いために左右の視差像が立体しにくい表示となる。このため、複数の光源２ａ及び複数の光源２ｂを分割オン、オフする同期駆動回路５’を図１９に示すごとく構成して良い立体表示を可能とする。

図１９においては、光源２ａを３つの光源２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３とし、光源２ｂを３つの光源２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３とし、各光源２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３は光源２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３に対向している。つまり、透過型表示パネル４のスキャニングラインは３つブロックB1、B2、B3に分割されている。尚、このブロック分割数は他の数になし得る。

図１９の同期駆動回路５’の動作を図２０を参照して説明する。図２０においては、透過型表示パネル４の画像データを格納する表示メモリの上述のブロックB1、B2、B3に対応する内容を時系列的に示してある。

始めに、図２０の（Ａ）を参照すると、同期駆動回路５’は光源２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３をオンにし、光源２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３をオフにしていると共に、表示メモリのブロックB1、B2、B3は左目用画像データを記憶しているものとする。この結果、透過型表示パネル４には左目用画像が表示される。

次に、図２０の（Ｂ）を参照すると、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB1の画像データを右目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ａ−１をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB1に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB1の右目用画像データへの書換が行われることになる。この右目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ｃ）に進む。

次に、図２０の（Ｃ）を参照すると、光源２ｂ−１をオンにして透過型表示パネル４のブロックB1に対応する部分に右目用画像を表示する。また、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB2の画像データを右目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ａ−２をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB2に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB2の右目用画像データへの書換が行われることになる。この右目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ｄ）に進む。

次に、図２０の（Ｄ）を参照すると、光源２ｂ−２をオンにして透過型表示パネル４のブロックB2に対応する部分に右目用画像を表示する。また、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB3の画像データを右目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ａ−３をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB3に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB3の右目用画像データへの書換が行われることになる。この右目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ｅ）に進む。

図２０の（Ｅ）を参照すると、同期駆動回路５’は光源２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３をオフにし、光源２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３をオンにしていると共に、表示メモリのブロックB1、B2、B3は右目用画像データを記憶している。この結果、透過型表示パネル４には右目用画像が表示される。

次に、図２０の（Ｆ）を参照すると、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB1の画像データを左目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ｂ−１をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB1に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB1の左目用画像データへの書換が行われることになる。この左目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ｇ）に進む。

図２０の（Ｇ）を参照すると、光源２ａ−１をオンにして透過型表示パネル４のブロックB1に対応する部分に左目用画像を表示する。また、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB2の画像データを左目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ｂ−２をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB2に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB2の左目用画像データへの書換が行われることになる。この左目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ｈ）に進む。

次に、図２０の（Ｈ）を参照すると、光源２ａ−２をオンにして透過型表示パネル４のブロックB2に対応する部分に左目用画像を表示する。また、同期駆動回路５’は、表示メモリのブロックB3の画像データを左目用画像データに書換えると同時もしくはその直前に光源２ｂ−３をオフとする。これにより、透過型表示パネル４のブロックB3に対応する部分がオフとされている間に、ブロックB3の左目用画像データへの書換が行われることになる。この左目用画像データへの書換が完了すると、図２０の（Ａ）に進み、上述の動作が繰返されることになる。

このようにして、ブロックB1、B2、B3毎の光源２ａ、２ｂを分割オン、オフすることにより、左右の画像表示の切換が急峻となり、良い立体表示が可能となる。

１ａ、１ｂ、１ａ’、１ｂ’：導光板
２ａ、２ｂ、２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３、２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３：光源
３：片面三角プリズムシート
４：透過型液晶表示パネル
５、５’：同期駆動回路
１１ａ、１１ｂ、１１ａ’、１１ｂ’：平坦鏡面加工部
１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’：非対称三角プリズム列
１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’：シボ面
１０１ａ、１０１ｂ：楔形導光板
１０２ａ、１０２ｂ：光源
１０３：プリズムシート
１０４：透過型液晶表示パネル
１０５：同期駆動回路
２０１：平板導光板
２０２ａ、２０２ｂ：光源
２０３：両面プリズムシート
２０４：透過型液晶表示パネル
２０５：同期駆動回路

Claims (11)

1. 下側導光板と、
   該下側導光板の出射面に重ね合わせられた上側導光板と、
   前記下側導光板及び前記上側導光板の入射面に設けられ、互いに反対側に位置する第１、第２の光源と、
   前記上側導光板の出射面上に設けられた透過型表示パネルと、
   該透過型表示パネルに前記第１、第２の光源を同期させて視差像を表示させる同期駆動回路と
   を具備し、
   前記各導光板が、
   出射面と反対の配光制御面に形成された鏡面加工部と、
   前記配光制御面上の前記鏡面加工部が形成されていない領域に形成された非対称三角プリズムと
   を具備し、
   前記下側導光板の非対称三角プリズムが前記上側導光板の前記鏡面加工部の少なくとも一部に対向し、
   前記上側導光板の非対称三角プリズムが前記下側導光板の前記鏡面加工部の少なくとも一部に対向し、
   前記上側導光板の非対称三角プリズムの前記第１の光源からの光を受ける面の傾斜角α及び前記第１の光源からの光を受けない面の傾斜角βが
   α＜β
   を満足する立体表示装置。
2. 前記傾斜角αが1°〜3°であり、前記傾斜角βが6°〜30°である請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記傾斜角αが2°であり、前記傾斜角βが15°である請求項２に記載の立体表示装置。
4. 前記各導光板において、
   前記鏡面加工部が前記各導光板の入射面の長手方向に並列された複数の平坦鏡面加工部を有し、
   前記非対称三角プリズムが前記平坦鏡面加工部の間に設けられた複数の非対称三角プリズム列を形成する請求項１に記載の立体表示装置。
5. 前記各導光板の前記各平坦鏡面加工部の幅が前記各導光板の前記入射面から遠ざかるに伴って小さくなる請求項４に記載の立体表示装置。
6. 前記各第１、第２の光源が前記各導光板の前記鏡面加工部に対向して設けられた請求項４に記載の立体表示装置。
7. 前記各導光板において、
   前記非対称三角プリズムが非対称三角プリズム形状ドット配列を形成する請求項１に記載の立体表示装置。
8. 前記非対称三角プリズム形状ドット配列のプリズム幅が前記各導光板の前記入射面から遠ざかるに伴って大きくなる請求項７に記載の立体表示装置。
9. さらに、前記上側導光板と前記透過型表示パネルとの間に片面三角プリズムシートを具備し、
   該片面三角プリズムシートの三角形状が段差状となりかつ該三角形状の角度が非対称である請求項１に記載の立体表示装置。
10. 前記各第１、第２の光源を複数個設け、
    前記透過型表示パネルを複数のブロックに分割し、前記各複数の第１、第２の光源の１つを該各ブロックに対応させ、
    前記同期駆動回路が、
    前記透過型表示パネルの各ブロック毎の画像データの書換に同期させて前記複数の第１の光源及び前記複数の第２の光源をオン、オフする請求項１に記載の立体表示装置。
11. 前記同期駆動回路が、前記透過型表示パネルのあるブロックの画像データの書換中には、該ブロックに対応する前記複数の第１の光源の１つ及び前記複数の第２の光源の１つを共にオフにし、前記透過型表示パネルのあるブロックの画像データの書換後には、該ブロックに対応する前記複数の第１の光源の１つもしくは前記複数の第２の光源の１つをオンにする請求項１０に記載の立体表示装置。
    

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