JP2012068588A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことができるようにする。
【解決手段】表示部１に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスを備える。光源デバイスは、第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂとを有する導光板３と、導光板３内部に向けて側面方向から第１の照明光を照射する第１の光源２と、第２の内部反射面３Ｂに向けて第２の照明光を照射する第２の光源４とを含む。第２の内部反射面３Ｂは、全反射エリア３２と、散乱エリア３１とを有する。第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間において散乱エリア３１に対応する位置に、散乱エリア３１を透過した光を第１の内部反射面３Ａに向けて反射する反射部材（反射エリア５１）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、パララックスバリア（視差バリア）方式による立体視を可能にする光源デバイスおよび立体表示装置に関する。

従来より、特殊な眼鏡を装着する必要がなく、裸眼で立体視が可能な立体表示方式の一つとして、パララックスバリア方式の立体表示装置が知られている。図１３はパララックスバリア方式による立体表示装置の一般的な構成例を示している。この立体表示装置は、２次元表示パネル１０２の前面に、パララックスバリア１０１を対向配置したものである。パララックスバリア１０１の一般的な構造は、２次元表示パネル１０２からの表示画像光を遮蔽する遮蔽部１１１と、表示画像光を透過するストライプ状の開口部（スリット部）１１２とを水平方向に交互に設けたものである。

２次元表示パネル１０２には、３次元画像データに基づく画像を表示する。例えば、互いに視差情報が異なる複数の視差画像を３次元画像データとして用意し、各視差画像から、例えば垂直方向に延在する複数のストライプ状の分割画像を切り出す。そして、その分割画像を、各視差画像ごとに水平方向に交互に配列することにより１画面内にストライプ状の複数の視差画像が含まれる合成画像を生成し、その合成画像を２次元表示パネル１０２に表示する。パララックスバリア方式の場合、２次元表示パネル１０２に表示された合成画像がパララックスバリア１０１を介して観察される。表示する分割画像の幅やパララックスバリア１０１におけるスリット幅などを適切に設定することで、所定の位置、方向から観察者が立体表示装置を見た場合に、スリット部１１２を介して観察者の左右の眼１０Ｌ，１０Ｒに異なる視差画像の光を別々に入射させることができる。このようにして、所定の位置および方向から観察者が立体表示装置を見た場合に、立体像が知覚される。立体視を実現するためには、左眼１０Ｌと右眼１０Ｒとに異なる視差画像を見せる必要があるため、少なくとも右眼用画像と左眼用画像との２つの視差画像が必要となる。３つ以上の視差画像を用いた場合には、多眼視を実現できる。視差画像の数が多いほど、観察者の視点位置の変化に応じた立体視を実現することができる。すなわち、運動視差が得られる。

図１３の構成例では、２次元表示パネル１０２の前側にパララックスバリア１０１が配置されているが、例えば透過型の液晶表示パネルを用いる場合、２次元表示パネル１０２の後側にパララックスバリア１０１を配置する構成も可能である（特許文献１の図３参照）。この場合、透過型の液晶表示パネルとバックライトとの間にパララックスバリア１０１を配置することで、図１３の構成例と同様の原理で立体表示を行うことができる。

特開２００７−１８７８２３号公報（図３）

上記のような立体表示装置においては、３次元表示だけでなく、必要に応じて通常の２次元表示への切り替え表示を可能にしたものが開発されている。例えば特許文献１の図３には、バックライトとして第１の光源および第１の導光板と、第２の光源および第２の導光板とを備え、第１の導光板と第２の導光板との間にパララックスバリアを配置した構成が記載されている。この特許文献１に記載の構成では、第１の光源および第１の導光板を用いることで２次元表示を行い、第２の光源および第２の導光板ならびにパララックスバリアを用いることで３次元表示を行っている。すなわち、２つの光源を選択的に切り替えることで２次元表示と３次元表示との切り替えを行っている。

この特許文献１に記載の構成では、第１の導光板に半透過性部材を使用して２次元表示と３次元表示との切り替えを実現している。このため、例えば半透過性部材の透過率が５０％の反射膜を使用した場合には、第１および第２の導光板による光の利用率が５０％になるので光の利用効率が悪くなる。さらに、例えば半透過性部材として微小散乱粒子を含有している場合には、第２の導光板およびパララックスバリアを透過した指向性を持った光が第１の導光板で散乱し、３次元表示品質を劣化させてしまうなどの問題が生ずる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことが可能な光源デバイスおよび立体表示装置を提供することにある。

本発明による光源デバイスは、互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有する導光板と、導光板内部に向けて側面方向から第１の照明光を照射する第１の光源と、導光板に対して第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、第２の照明光を照射する第２の光源と、第２の内部反射面に設けられ、第１の照明光については内部全反射させると共に、第２の照明光については透過させる全反射エリアと、第２の内部反射面に設けられ、第１の照明光を散乱反射させる散乱エリアと、第２の内部反射面と第２の光源との間において散乱エリアに対応する位置に設けられ、散乱エリアを透過した光を第１の内部反射面に向けて反射する反射部材とを備えたものである。

本発明による立体表示装置は、画像表示を行う表示部と、表示部に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスとを備え、その光源デバイスを、上記本発明の光源デバイスで構成したものである。

本発明による光源デバイスまたは立体表示装置では、第１の光源による第１の照明光が、導光板内部において第１の内部反射面と第２の内部反射面との間で全反射される。ただし、第２の内部反射面において散乱エリアで散乱反射された第１の照明光については、一部またはすべてが、第１の内部反射面において全反射条件から外れた光線となり外部に出射される。ここで、散乱エリアを透過した光があったとしても、第２の内部反射面と第２の光源との間において散乱エリアに対応する位置に反射部材が設けられていることで、その透過光は第１の内部反射面に向けて全反射条件から外れた光線として反射される。これにより、第１の照明光を効率的に利用することができる。第２の光源による第２の照明光については、第２の内部反射面における全反射エリアを透過することで、第１の内部反射面において全反射条件から外れた光線となり、第１の内部反射面から導光板の外部に出射される。これにより、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることが可能となる。すなわち、第１の光源による第１の照明光に対しては、等価的に、散乱エリアを開口部（スリット部）とし、全反射エリアを遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。

従って、全第１の光源と第２の光源とを適切にオン（点灯）・オフ（非点灯）制御することで、２次元表示用の照明光と３次元表示用の照明光とを得ることができる。具体的には、３次元表示を行う場合には、第１の光源をオン（点灯）状態にすると共に、第２の光源をオフ（非点灯）状態にする。この場合、導光板の第２の内部反射面の散乱エリアで散乱反射された第１の照明光が、導光板の第１の内部反射面を透過し、導光板の外部に出射される。また、２次元表示を行う場合には、第１の光源をオン（点灯）状態またはオフ（非点灯）状態にすると共に、第２の光源をオン（点灯）状態にする。この場合、少なくとも、第２の光源による第２の照明光が第２の内部反射面における全反射エリアを透過することで、第１の内部反射面のほぼ全面から、導光板の外部に出射される。

本発明の光源デバイスまたは立体表示装置によれば、導光板の第２の内部反射面に散乱エリアと全反射エリアとを設け、第１の光源による第１の照明光と、第２の光源による第２の照明光とを選択的に導光板の外部に出射可能にしたので、等価的に、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。特に、導光板の第２の内部反射面と第２の光源との間において散乱エリアに対応する位置に反射部材を設け、散乱エリアを透過した光を第１の内部反射面に向けて反射するようにしたので、光の利用効率の低下を防ぎつつ、２次元表示用の照明光と３次元表示用の照明光とを選択的に得ることができる。これにより、光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を、第１の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 図１に示した立体表示装置の一構成例を、第２の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 図１に示した立体表示装置の一構成例を、第１の光源および第２の光源の双方をオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第１の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第２の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第３の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 図１に示した光源デバイスにおいて第１の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における、表示部側と第２の光源側とで観測される光の強度分布の実施例を示した特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を、第１の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 （Ａ）は図８に示した立体表示装置において、導光板表面を凹形状に加工した場合における第１の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は導光板表面を凹形状に加工した場合における第２の構成例を示す説明図である。 図８に示した立体表示装置において、導光板表面を凸形状に加工した場合の一構成例を示す断面図である。 （Ａ）は図８に示した立体表示装置において、導光板表面に別部材を配置した場合における第１の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は導光板表面に別部材を配置した場合における第２の構成例を示す説明図である。 図１に示した立体表示装置に対する比較例の立体表示装置の構成を示す説明図である。 パララックスバリア方式の立体表示装置の一般的な構成例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
［立体表示装置の全体構成］
図１ないし図３は、本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、画像表示を行う表示部１と、表示部１の背面側に配置され、表示部１に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスとを備えている。光源デバイスは、第１の光源２（２Ｄ／３Ｄ表示用光源）と、導光板３と、第２の光源４（２Ｄ表示用光源）と、透明基板５とを備えている。導光板３は、表示部１側に対向配置される第１の内部反射面３Ａと、第２の光源４側に対向配置される第２の内部反射面３Ｂとを有している。なお、この立体表示装置は、その他にも、表示に必要な表示部１用の制御回路等を備えているが、その構成は一般的な表示用の制御回路等と同様であるので、その説明を省略する。また、光源デバイスは、図示しないが、第１の光源２および第２の光源４のオン（点灯）・オフ（非点灯）制御を行う制御回路を備えている。

この立体表示装置は、全画面での２次元（２Ｄ）表示モードと、全画面での３次元（３Ｄ）表示モードとを任意に選択的に切り替えることが可能とされている。２次元表示モードと３次元表示モードとの切り替えは、表示部１に表示する画像データの切り替え制御と、第１の光源２および第２の光源４のオン・オフの切り替え制御とを行うことで可能となっている。図１は、第１の光源２のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これは３次元表示モードに対応している。図２は、第２の光源４のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これは２次元表示モードに対応している。また、図３は、第１の光源２および第２の光源４の双方をオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これも２次元表示モードに対応している。

表示部１は、透過型の２次元表示パネル、例えば透過型の液晶表示パネルを用いて構成され、例えばＲ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。表示部１は、光源デバイスからの光を画像データに応じて画素ごとに変調させることで２次元的な画像表示を行うようになっている。表示部１には、３次元画像データに基づく画像と２次元画像データに基づく画像とが任意に選択的に切り替え表示されるようになっている。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。例えば２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。３次元表示モードでの表示を行う場合には、図１３に示した従来のパララックスバリア方式の立体表示装置と同様に、例えば、１画面内にストライプ状の複数の視差画像が含まれる合成画像を生成して表示する。

第１の光源２は、例えば、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光ランプや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて構成されている。第１の光源２は、導光板３内部に向けて側面方向から第１の照明光Ｌ１（図１）を照射するようになっている。第１の光源２は、導光板３の側面に少なくとも１つ配置されている。例えば、導光板３の平面形状が四角形である場合、側面は４つとなるが、第１の光源２は、少なくともいずれか１つの側面に配置されていれば良い。図１では、導光板３における互いに対向する２つの側面に第１の光源２を配置した構成例を示している。第１の光源２は、２次元表示モードと３次元表示モードとの切り替えに応じて、オン（点灯）・オフ（非点灯）制御されるようになっている。具体的には第１の光源２は、表示部１に３次元画像データに基づく画像を表示する場合（３次元表示モードの場合）には点灯状態に制御されると共に、表示部１に２次元画像データに基づく画像を表示する場合（２次元表示モードの場合）には非点灯状態または点灯状態に制御されるようになっている。

第２の光源４は、導光板３に対して第２の内部反射面３Ｂが形成された側に対向配置されている。第２の光源４は、第２の内部反射面３Ｂに向けて外側から第２の照明光を照射するようになっている（図２、図３参照）。第２の光源４は、一様な面内輝度の光を発する面状光源であれば良く、その構造自体は特定のものには限定されず、市販の面状バックライトを使用することが可能である。例えばＣＣＦＬやＬＥＤ等の発光体と、面内輝度を均一化するための光拡散板とを用いた構造などが考えられる。第２の光源４は、２次元表示モードと３次元表示モードとの切り替えに応じて、オン（点灯）・オフ（非点灯）制御されるようになっている。具体的には第２の光源４は、表示部１に３次元画像データに基づく画像を表示する場合（３次元表示モードの場合）には非点灯状態に制御されると共に、表示部１に２次元画像データに基づく画像を表示する場合（２次元表示モードの場合）には点灯状態に制御されるようになっている。

導光板３は、例えばアクリル樹脂等による透明なプラスチック板により構成されている。導光板３は、第２の内部反射面３Ｂ以外の面は、全面に亘って透明とされている。例えば、導光板３の平面形状が四角形である場合、第１の内部反射面３Ａと、４つの側面とが全面に亘って透明とされている。

第１の内部反射面３Ａは、全面に亘って鏡面加工がなされており、導光板３内部において全反射条件を満たす入射角で入射した光線を内部全反射させると共に、全反射条件から外れた光線を外部に出射するようになっている。

第２の内部反射面３Ｂは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とを有している。散乱エリア３１は、後述するように、導光板３の表面にレーザ加工、サンドブラスト加工、塗装加工、またはシート状の光散乱部材を貼り付けるなどすることで形成されている。第２の内部反射面３Ｂにおいて、散乱エリア３１は３次元表示モードにしたときに、第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１に対してパララックスバリアとしての開口部（スリット部）として機能し、全反射エリア３２は遮蔽部として機能するようになっている。第２の内部反射面３Ｂにおいて、散乱エリア３１と全反射エリア３２は、パララックスバリアに相当する構造となるようなパターンで設けられている。すなわち、全反射エリア３２はパララックスバリアにおける遮蔽部に相当するパターンで設けられ、散乱エリア３１はパララックスバリアにおける開口部に相当するパターンで設けられている。なお、パララックスバリアのバリアパターンとしては例えば、縦長のスリット状の開口部が遮蔽部を介して水平方向に多数、並列配置されたようなストライプ状のパターンが知られている。ただし、バリアパターンは、従来から知られている種々のタイプのものを用いることができ、特定のものには限定されない。

第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２は、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光線を内部全反射させる（所定の臨界角αよりも大きい入射角θ１で入射した光線を内部全反射させる）ようになっている。これにより、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１は、第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２との間で、内部全反射により側面方向に導光されるようになっている。全反射エリア３２はまた、図２または図３に示したように、第２の光源４からの第２の照明光を透過させ、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射するようになっている。

なお、導光板３の屈折率をｎ１、導光板３の外側の媒質（空気層）の屈折率をｎ０（＜ｎ１）とすると臨界角αは、以下で表される。α，θ１は、導光板表面の法線に対する角度とする。全反射条件を満たす入射角θ１は、θ１＞αとなる。
ｓｉｎα＝ｎ０／ｎ１

散乱エリア３１は、図１に示したように、第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１を散乱反射させ、第１の照明光Ｌ１の少なくとも一部の光Ｌ２を第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射するようになっている。

透明基板５は、第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間に設けられている。透明基板５は例えばガラス基板よりなり、その表面には、導光板３における散乱エリア３１に対応する位置に反射エリア５１が設けられている。透明基板５において、反射エリア５１以外の領域は透明エリア５２となっている。反射エリア５１の大きさは散乱エリア３１と同じか少し大きい程度が好ましい。反射エリア５１は散乱エリア３１に近接（完全に接しているか、わずかな間隔を空けて対向配置）していることが好ましい。反射エリア５１には、例えば印刷や蒸着により、高反射率の反射部材が設けられている。反射エリア５１に設ける反射部材としては、例えば、銀などの正反射材料や硫酸バリウムなどの乱反射材料を使用することが可能である。

ところで、図１２の比較例に示したように、透明基板５（反射エリア５１）を設けなかった場合、導光板３において第１の照明光Ｌ１の一部の光は、散乱エリア３１を透過した光Ｌ３となり、光利用効率の低下を招くだけでなく、第２の光源４の表面等で反射して導光板３への戻り光となり、意図しない出射光として導光板３から外部に出射されてしまう。このような意図しない出射光は、３次元表示を行う場合において、左眼用画像と右眼用画像とが混ざって認識される、いわゆるクロストークの発生を招く。これに対して、透明基板５の反射エリア５１は、図１に示したように散乱エリア３１を透過した光Ｌ３を第１の内部反射面３Ａに向けて反射するようになっている。反射エリア５１は、導光板３における散乱エリア３１に対応する位置に、かつ近接して設けられているので、散乱エリア３１を透過した光Ｌ３を、散乱エリア３１で散乱反射した光Ｌ２と同等の光として、すなわち、３次元表示用の有効な光として第１の内部反射面３Ａに向けて反射することが可能となっている。

［散乱エリア３１の具体的な構成例］
図４（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第１の構成例を示している。図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示した第１の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第１の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凹形状の散乱エリア３１Ａにした構成例である。このような凹形状の散乱エリア３１Ａは例えば、サンドブラスト加工やレーザ加工により形成することができる。例えば、導光板３の表面を鏡面加工した後、散乱エリア３１Ａに対応する部分をレーザ加工することで形成することができる。この第１の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、凹形状の散乱エリア３１Ａでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２の光線の一部が凹形状の側面部分３３では全反射条件を満たさなくなり、一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線の一部またはすべてが、図１に示したように、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線Ｌ２として出射される。また、散乱透過した光は、図１に示したように、透明基板５の反射エリア５１によって、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線Ｌ３として出射される。

図５（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第２の構成例を示している。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示した第２の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第２の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凸形状の散乱エリア３１Ｂにした構成例である。このような凸形状の散乱エリア３１Ｂは例えば、導光板３の表面を金型による成型加工することで形成することができる。この場合、金型の表面により全反射エリア３２に対応する部分については鏡面加工を行う。この第２の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、凸形状の散乱エリア３１Ｂでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２の光線の一部が凸形状の側面部分３４では全反射条件を満たさなくなり、一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線の一部またはすべてが、図１に示したように、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線Ｌ２として出射される。また、散乱透過した光は、図１に示したように、透明基板５の反射エリア５１によって、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線Ｌ３として出射される。

図６（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第３の構成例を示している。図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示した第３の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。図４（Ａ）および図５（Ａ）の構成例では、導光板３の表面を全反射エリア３２とは異なる形状に表面加工することにより散乱エリア３１を形成するようにした。これに対して図６（Ａ）の構成例による散乱エリア３１Ｃは、表面加工ではなく、第２の内部反射面３Ｂに対応する導光板３の表面に、導光板３の材料とは異なる材料による光散乱部材３５を配置したものである。この場合、光散乱部材３５として例えば白色塗料（例えば硫酸バリウム）をスクリーン印刷で導光板３の表面にパターニングすることで散乱エリア３１Ｃを形成することができる。この第３の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、光散乱部材３５を配置した散乱エリア３１Ｃでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２が光散乱部材３５によって一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線の一部またはすべてが、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射される。また、散乱透過した光は、図１に示したように、透明基板５の反射エリア５１によって、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線Ｌ３として出射される。

［立体表示装置の動作］
この画像表示装置において、３次元表示モードでの表示を行う場合、表示部１には３次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、第１の光源２と第２の光源４とを３次元表示用にオン（点灯）・オフ（非点灯）制御する。具体的には、図１に示したように、第１の光源２をオン（点灯）状態にすると共に、第２の光源４をオフ（非点灯）状態に制御する。この状態では、第１の光源２からの第１の照明光Ｌ１は、導光板３において第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂの全反射エリア３２との間で、繰り返し内部全反射されることにより、第１の光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、第１の光源２による第１の照明光Ｌ１の一部が、導光板３の散乱エリア３１で散乱反射されることで、導光板３の第１の内部反射面３Ａを透過し、導光板３の外部に出射される。これにより、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることが可能となる。すなわち、第１の光源２による第１の照明光Ｌ１に対しては、等価的に、散乱エリア３１を開口部（スリット部）とし、全反射エリア５１を遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。これにより、等価的に、表示部１の背面側にパララックスバリアを配置したパララックスバリア方式による３次元表示が行われる。また、本実施の形態では、導光板３において、散乱エリア３１を散乱透過した光Ｌ３があったとしても、第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間において散乱エリア３１に対応する位置に反射部材（透明基板５の反射エリア５１）が設けられているので、その透過光Ｌ３は第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件から外れた光線として反射される。これにより、第１の照明光Ｌ１を、３次元表示用の有効な光として効率的に利用することができる。

一方、２次元表示モードでの表示を行う場合には、表示部１には２次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、第１の光源２と第２の光源４とを２次元表示用にオン（点灯）・オフ（非点灯）制御する。具体的には、例えば図２に示したように、第１の光源２をオフ（非点灯）状態にすると共に、第２の光源４をオン（点灯）状態に制御する。この場合、第２の光源４による第２の照明光が、第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２を透過することで、第１の内部反射面３Ａのほぼ全面から、全反射条件を外れた光線となって導光板３の外部に出射される。すなわち導光板３は、通常のバックライトと同様の面状光源として機能する。これにより、等価的に、表示部１の背面側に通常のバックライトを配置したバックライト方式による２次元表示が行われる。

なお、第２の光源４のみを点灯させたとしても導光板３のほぼ全面から、第２の照明光が出射されるが、必要に応じて、図３のように第１の光源２を点灯するようにしても良い。これにより、例えば、第２の光源４のみを点灯しただけでは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とに対応する部分で輝度分布に差が生じるような場合、第１の光源２の点灯状態を適宜調整する（オン・オフ制御、または点灯量の調整をする）ことで全面に亘って輝度分布を最適化することが可能である。ただし、２次元表示を行う場合において、例えば表示部１側で十分に輝度の補正を行える場合には、第２の光源４のみの点灯で構わない。

図７は、図１に示した立体表示装置の光源デバイスを、３次元表示に対応する状態（第１の光源２をオン（点灯）状態、第２の光源４をオフ（非点灯）状態）にした場合における光強度分布（配光角特性）をシミュレーションした結果を示している。図７には比較例として、第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間に反射部材（透明基板５）を配置しなかった構成（図１２参照）での光強度分布のシミュレーション結果も示している。図７において、横軸は角度（光出射面に対して垂直な方向を０°とする）を示し、縦軸は規格化された光強度（任意単位（ａ．ｕ．））を示す。シミュレーションの条件として、導光板３における散乱エリア３１のパターンの大きさと透明基板５の反射エリア５１のパターンの大きさは、同じにしている。また、散乱エリア３１の直下に反射エリア５１を配置している（散乱エリア３１と反射エリア５１との密着はない）。反射エリア５１には反射率９０％の正反射材料を用いている。縦軸の光強度は、反射部材（透明基板５）を配置していない状態において、導光板３から表示部１側に出射される光の最大光量を基準として規格化している。

図７において、符号６１を付した曲線は図１に示した構成において表示部１側に出射される光の強度を示し、符号６２を付した曲線は図１に示した構成において第２の光源４側に出射される光の強度を示している。符号６４を付した曲線は図１２に示した比較例の構成において表示部１側に出射される光の強度を示し、符号６３を付した曲線は図１２に示した比較例の構成において第２の光源４側に出射される光の強度を示している。曲線６１と曲線６４とから分かるように、本実施の形態の光源デバイスによれば、比較例の光源デバイスに比べて、表示部１側で約２倍の光量が得られている。また、曲線６２と曲線６３とから分かるように、比較例の光源デバイスでは、第２の光源４側に多くの光が出射されているが、本実施の形態の光源デバイスによれば、第２の光源４側にはほとんど光が出射されていない。すなわち、光利用効率的が高いことが分かる。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源デバイスを用いた立体表示装置によれば、導光板３の第２の内部反射面３Ｂに散乱エリア３１と全反射エリア３２とを設け、第１の光源２による第１の照明光と、第２の光源４による第２の照明光とを選択的に導光板３の外部に出射可能にしたので、等価的に、導光板３自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。特に、導光板３の第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間において散乱エリア３１に対応する位置に反射部材（透明基板５の反射エリア５１）を設け、散乱エリア３１を透過した光を第１の内部反射面３Ａに向けて反射するようにしたので、光の利用効率の低下を防ぎつつ、２次元表示用の照明光と３次元表示用の照明光とを選択的に得ることができる。これにより、光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことが可能となる。また、反射エリア５１を、導光板３における散乱エリア３１に対応する位置に、かつ近接して設けるようにしたので、散乱エリア３１を透過した光Ｌ３を、散乱エリア３１で散乱反射した光Ｌ２と同等の光として、すなわち、３次元表示用の有効な光として第１の内部反射面３Ａに向けて反射することができる。これにより、散乱エリア３１を透過した光Ｌ３が、意図しない方向に出射されてしまうことを抑制し、クロストークの発生を抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。本実施の形態に係る立体表示装置は、図１の立体表示装置の構成に対して、光源デバイスにおける透明基板５を省いた構成とされている。その代わりに、導光板３の第２の内部反射面３Ｂにおいて散乱エリア３１に対応する位置に反射部材が設けられている。

図９（Ａ），（Ｂ）は、図４の構成例と同様に導光板３の第２の内部反射面３Ｂが凹形状の散乱エリア３１Ａを有している場合において、その凹形状の散乱エリア３１Ａに反射部材を設けた構成例を示している。図９（Ａ）の構成例では、凹形状の散乱エリア３１Ａの表面に反射部材として、例えば蒸着により高反射率材料からなる反射膜３６を形成している。図９（Ｂ）の構成例では、例えばスクリーン印刷により、凹形状の散乱エリア３１Ａの表面全体を埋めるように反射部材としての高反射率材料３７を充填している。

図１０は、図５の構成例と同様に導光板３の第２の内部反射面３Ｂが凸形状の散乱エリア３１Ｂを有している場合において、その凸形状の散乱エリア３１Ｂに反射部材を設けた構成例を示している。この構成例では、凸形状の散乱エリア３１Ｂの表面に反射部材として、例えば蒸着により高反射率材料からなる反射膜３６を形成している。

図１１（Ａ）は、図６の構成例と同様に導光板３の第２の内部反射面３Ｂの表面に導光板３の材料とは異なる材料による光散乱部材３５を配置した場合において、その光散乱部材３５に反射部材を設けた構成例を示している。この構成例では、光散乱部材３５の表面に反射部材として、例えばスクリーン印刷により高反射率材料からなる反射膜３６を形成している。また、図１１（Ｂ）の構成例は、光散乱部材３５の厚みｄを厚くして、光散乱部材３５自体に反射部材としての機能を持たせたものである。光散乱部材３５自体の反射率が高ければ、図１１（Ｂ）のような構成であっても構わない。

本実施の形態に係る光源デバイスを用いた立体表示装置によれば、第２の内部反射面３Ｂと第２の光源４との間に透明基板５を設けることなく、導光板３の第２の内部反射面３Ｂにおいて散乱エリア３１に対応する位置に直接的に反射部材を設けるようにしたので、図１の立体表示装置に比べて部品点数を少なくし、省スペース化を図ることができる。

１…表示部、２…第１の光源（２Ｄ／３Ｄ表示用光源）、３…導光板、３Ａ…第１の内部反射面、３Ｂ…第２の内部反射面、４…第２の光源（２Ｄ表示用光源）、５…透明基板、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…散乱エリア、３２…全反射エリア、３３…凹形状の側面部分、３４…凸形状の側面部分、３５…光散乱部材、３６…反射膜、３７…高反射率材料、５１…反射エリア、５２…透明エリア、Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ１２…第１の照明光、Ｌ２…散乱光、Ｌ３…反射光、θ１…入射角。

本発明は、パララックスバリア（視差バリア）方式による立体視を可能にする立体表示装置に関する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことが可能な立体表示装置を提供することにある。

本発明による立体表示装置では、第１の光源による第１の照明光が、導光板内部において第１の内部反射面と第２の内部反射面との間で全反射される。ただし、第２の内部反射面において散乱エリアで散乱反射された第１の照明光については、一部またはすべてが、第１の内部反射面において全反射条件から外れた光線となり外部に出射される。ここで、散乱エリアを透過した光があったとしても、第２の内部反射面と第２の光源との間において散乱エリアに対応する位置に反射部材が設けられていることで、その透過光は第１の内部反射面に向けて全反射条件から外れた光線として反射される。これにより、第１の照明光を効率的に利用することができる。第２の光源による第２の照明光については、第２の内部反射面における全反射エリアを透過することで、第１の内部反射面において全反射条件から外れた光線となり、第１の内部反射面から導光板の外部に出射される。これにより、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることが可能となる。すなわち、第１の光源による第１の照明光に対しては、等価的に、散乱エリアを開口部（スリット部）とし、全反射エリアを遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。

本発明の立体表示装置によれば、導光板の第２の内部反射面に散乱エリアと全反射エリアとを設け、第１の光源による第１の照明光と、第２の光源による第２の照明光とを選択的に導光板の外部に出射可能にしたので、等価的に、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。特に、導光板の第２の内部反射面と第２の光源との間において散乱エリアに対応する位置に反射部材を設け、散乱エリアを透過した光を第１の内部反射面に向けて反射するようにしたので、光の利用効率の低下を防ぎつつ、２次元表示用の照明光と３次元表示用の照明光とを選択的に得ることができる。これにより、光の利用効率の低下を防ぎ、表示品質を劣化させることなく２次元表示と３次元表示との切り替えを行うことが可能となる。

Claims (10)

1. 互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有する導光板と、
   前記導光板内部に向けて側面方向から第１の照明光を照射する第１の光源と、
   前記導光板に対して前記第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、第２の照明光を照射する第２の光源と、
   前記第２の内部反射面に設けられ、前記第１の照明光については内部全反射させると共に、前記第２の照明光については透過させる全反射エリアと、
   前記第２の内部反射面に設けられ、前記第１の照明光を散乱反射させる散乱エリアと、
   前記第２の内部反射面と前記第２の光源との間において前記散乱エリアに対応する位置に設けられ、前記散乱エリアを透過した光を前記第１の内部反射面に向けて反射する反射部材と
   を備えた光源デバイス。
2. 前記導光板は、前記第１の内部反射面において全反射条件から外れた光線を外部に出射するものであり、
   前記散乱エリアおよび前記反射部材は、前記第１の照明光を前記第１の内部反射面に向けて前記全反射条件を外れた光線として出射する
   請求項１に記載の光源デバイス。
3. 前記全反射エリアは、前記第２の内部反射面に向けて外側から照射された前記第２の照明光を透過させ、前記第１の内部反射面に向けて前記全反射条件を外れた光線として出射する
   請求項２に記載の光源デバイス。
4. 前記第２の内部反射面と前記第２の光源との間に設けられた透明基板をさらに備え、
   前記反射部材は、前記透明基板における前記散乱エリアに対応する位置に設けられている
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源デバイス。
5. 前記散乱エリアは、前記第２の内部反射面に対応する前記導光板の表面を、前記全反射エリアとは異なる形状に表面加工することにより形成されたものである
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源デバイス。
6. 前記反射部材は、前記全反射エリアとは異なる形状に表面加工された部分の表面に設けられている
   請求項５に記載の光源デバイス。
7. 前記散乱エリアは、前記第２の内部反射面に対応する前記導光板の表面に、前記導光板の材料とは異なる材料による光散乱部材を配置することにより形成されたものである
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源デバイス。
8. 前記反射部材は、前記光散乱部材の表面に設けられている
   請求項７に記載の光源デバイス。
9. 画像表示を行う表示部と、
   前記表示部に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスと
   を備え、
   前記光源デバイスは、
   互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有する導光板と、
   前記導光板内部に向けて側面方向から第１の照明光を照射する第１の光源と、
   前記導光板に対して前記第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、第２の照明光を照射する第２の光源と、
   前記第２の内部反射面に設けられ、前記第１の照明光については内部全反射させると共に、前記第２の照明光については透過させる全反射エリアと、
   前記第２の内部反射面に設けられ、前記第１の照明光を散乱反射させる散乱エリアと、
   前記第２の内部反射面と前記第２の光源との間において前記散乱エリアに対応する位置に設けられ、前記散乱エリアを透過した光を前記第１の内部反射面に向けて反射する反射部材と
   を有する立体表示装置。
10. 前記表示部は、３次元画像データに基づく画像と２次元画像データに基づく画像とを選択的に切り替え表示するものであり、
    前記第１の光源は、前記表示部に３次元画像データに基づく画像を表示する場合には点灯状態に制御されると共に、前記表示部に２次元画像データに基づく画像を表示する場合には非点灯状態または点灯状態に制御され、
    前記第２の光源は、前記表示部に３次元画像データに基づく画像を表示する場合には非点灯状態に制御されると共に、前記表示部に２次元画像データに基づく画像を表示する場合には点灯状態に制御される
    請求項９に記載の立体表示装置。

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