JP2012194378A - Image control device and image display system - Google Patents

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Yasuo Toko
康夫 都甲
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Abstract

【課題】良好な立体表示を実現し得る画像表示技術を提供する。
【解決手段】画像制御装置は、第1画像と第2画像を交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられるものであり、光学素子と、第1画像と第2画像の切り替えタイミングに対応して光学素子を駆動する光学素子駆動部を備える。光学素子は、第1基板及び第2基板と、第1基板上に設けられた第1電極と、第1基板上に設けられた複数のプリズムを有するプリズムアレイと、第1電極及びプリズムアレイの上側に設けられた第1配向膜と、第2基板上に設けられた第2電極と、第2電極の上側に設けられた第2配向膜と、第1基板と第2基板の間に設けられた液晶層を有する。
【選択図】図5
An image display technique capable of realizing good stereoscopic display is provided.
An image control device is used in combination with an image display device that alternately displays a first image and a second image, and corresponds to an optical element and a switching timing of the first image and the second image. And an optical element driving unit for driving the optical element. The optical element includes a first substrate and a second substrate, a first electrode provided on the first substrate, a prism array having a plurality of prisms provided on the first substrate, and a first electrode and a prism array. The first alignment film provided on the upper side, the second electrode provided on the second substrate, the second alignment film provided on the upper side of the second electrode, and provided between the first substrate and the second substrate A liquid crystal layer.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、使用者が立体的な表示を感得し得るための画像表示技術に関する。   The present invention relates to an image display technique for allowing a user to perceive a stereoscopic display.

使用者に立体的な画像(いわゆる3D画像)を視認させる画像表示システムが普及し始めている。立体的な画像表示を実現する方式には、大別して液晶シャッター等を用いて構成された立体表示用メガネを使用する方式とこのような立体表示用メガネを使用しない方式がある。   An image display system that allows a user to visually recognize a three-dimensional image (so-called 3D image) is becoming popular. Methods for realizing stereoscopic image display are roughly classified into a method using stereoscopic display glasses configured using a liquid crystal shutter and the like and a method not using such stereoscopic display glasses.

立体表示用メガネを使用しない方式としては、主にレンチキュラーレンズ方式とパララックスバリア方式が挙げられる。これらの方式はいずれも空間的に右目用画像と左目用画像を作り出して、使用者が予め定められた位置から各画像を視認することにより立体的な画像を感得させるものである。   Examples of methods that do not use stereoscopic display glasses include a lenticular lens method and a parallax barrier method. In any of these methods, a right-eye image and a left-eye image are created spatially, and a user visually recognizes each image from a predetermined position so that a stereoscopic image can be obtained.

上記のレンチキュラーレンズ方式とは、レンチキュラーと呼ばれる半円筒状のレンズ群を用いて、ディスプレイ上に再生された左目用画像と右目用画像を分離して左右の目に別々に入射させる方式である。また、上記のパララックスバリア方式とは、小さな穴もしくはスリットを有するパララックスバリアをディスプレイ前面に配置することにより、右目用画像と左目用画像を分離して左右の目に別々に入射させる方式である。   The above lenticular lens method is a method in which a left-eye image and a right-eye image reproduced on a display are separated and incident separately on the left and right eyes using a semi-cylindrical lens group called a lenticular. The parallax barrier method described above is a method in which a parallax barrier having a small hole or slit is arranged on the front of the display so that the right eye image and the left eye image are separated and separately incident on the left and right eyes. is there.

しかし、レンチキュラーレンズ方式では、使用者は決められた位置でしか立体視できないという点や、画像表示システムの全体構成および映像ソフトが高価であるという点で未だ改良の余地がある。また、レンチキュラーレンズ方式とパララックスバリア方式のいずれにおいても、画像の解像度を高めるのが難しいという問題がある。具体的には、ディスプレイの画素数を一定で考えると、このディスプレイの画素数で通常に画像表示を行う場合と比較すると2眼式では解像度が1/2になり、多眼式では1/(多眼の数)になる。   However, in the lenticular lens system, there is still room for improvement in that the user can view stereoscopically only at a predetermined position and that the entire configuration of the image display system and video software are expensive. In addition, in both the lenticular lens system and the parallax barrier system, there is a problem that it is difficult to increase the resolution of the image. Specifically, when the number of pixels of the display is considered to be constant, the resolution is halved with the binocular system and 1 / ( The number of multiple eyes).

一方、立体表示用メガネを使用する方式として、特開平5−257083号公報(特許文献1)には、偏光方向が90°異なる偏光板をそれぞれ左右の目に合うように貼り合わせた偏光めがねを用いた立体表示技術が開示されている。また、特開平6−178325号公報(特許文献2)には、立体表示用の左右の画像に同期させて左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターメガネを用いた立体表示技術について開示されている。   On the other hand, as a method of using 3D display glasses, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-257083 (Patent Document 1) discloses polarizing glasses in which polarizing plates having polarization directions different from each other by 90 ° are bonded so as to match the left and right eyes. The stereoscopic display technique used is disclosed. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-178325 (Patent Document 2) discloses a stereoscopic display technique using liquid crystal shutter glasses that open and close left and right shutters in synchronization with left and right images for stereoscopic display.

しかし、特許文献1に代表される先行例においては、液晶パネルにおいて画素列を1列おきに用いて右画像と左画像をそれぞれ形成しているため表示画像の解像度が低下するという不都合がある。また、このような偏光メガネを用いる立体表示技術の1つとして、微細偏光素子を規則正しく配列して構成された高価な光学フィルムを用いるものもある。しかし、その場合には液晶パネル等の表示装置の出射光側に上記の光学フィルムを高い精度で取り付ける必要があり、光学フィルムの設置が容易ではない。さらに、偏光メガネは透過率が低く、画像以外を見るときに使用者が暗く感じてしまうという不都合もある。また、特許文献2に代表される先行例は、液晶表示装置以外の方式の表示装置にも広く適用できる優れた技術であるが、上記と同様に液晶シャッターメガネは透過率が低く、具体的には比較的に透過率が高いものでも45%以下、低いものでは30%以下であり、画像や画像以外を見るときに使用者が暗く感じてしまうという不都合もある。   However, in the prior example represented by Patent Document 1, since the right image and the left image are formed by using every other pixel column in the liquid crystal panel, there is a disadvantage that the resolution of the display image is lowered. In addition, as one of stereoscopic display technologies using such polarized glasses, there is one using an expensive optical film configured by regularly arranging fine polarizing elements. However, in that case, it is necessary to attach the optical film to the outgoing light side of a display device such as a liquid crystal panel with high accuracy, and the installation of the optical film is not easy. Further, the polarizing glasses have a low transmittance, and there is a disadvantage that the user feels dark when viewing other than the image. The prior art represented by Patent Document 2 is an excellent technique that can be widely applied to display devices of a system other than the liquid crystal display device, but the liquid crystal shutter glasses have a low transmittance as described above. Even if the transmittance is relatively high, it is 45% or less, and if it is low, it is 30% or less. There is also the inconvenience that the user feels dark when viewing images or other images.

特開平5−257083号公報JP-A-5-257083 特開平6−178325号公報JP-A-6-178325

本発明に係る具体的態様は、上記課題を解決し、良好な立体表示を実現し得る画像表示技術を提供することを目的の1つとする。   A specific aspect according to the present invention is to solve the above-described problems and to provide an image display technique capable of realizing good stereoscopic display.

本発明に係る一態様の画像制御装置は、第1画像と第2画像を交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる画像制御装置であって、(a)光学素子と、(b)前記画像表示装置による前記第1画像と前記第2画像の切り替えタイミングに対応して前記光学素子を駆動する光学素子駆動部を備える。前記光学素子は、(c)相互に対向配置される第1基板及び第2基板と、(d)前記第1基板上に設けられ、前記光学素子駆動部と接続された第1電極と、(e)前記第1基板上に設けられた複数のプリズムを有するプリズムアレイと、(f)前記第1電極及び前記プリズムアレイの上側に設けられた第1配向膜と、(g)前記第2基板上に設けられ、前記光学素子駆動部と接続された第2電極と、(h)前記第2電極の上側に設けられた第2配向膜と、(i)前記第1基板の前記第1配向膜と前記第2基板の前記第2配向膜の間に設けられた液晶層を有する。   An image control apparatus according to an aspect of the present invention is an image control apparatus used in combination with an image display apparatus that alternately displays a first image and a second image, and includes: (a) an optical element; An optical element driving unit that drives the optical element in response to the switching timing of the first image and the second image by the image display device is provided. The optical element includes: (c) a first substrate and a second substrate disposed to face each other; (d) a first electrode provided on the first substrate and connected to the optical element driving unit; e) a prism array having a plurality of prisms provided on the first substrate; (f) a first alignment film provided on the first electrode and the prism array; and (g) the second substrate. A second electrode connected to the optical element driving unit; (h) a second alignment film provided on the upper side of the second electrode; and (i) the first alignment of the first substrate. A liquid crystal layer provided between the film and the second alignment film of the second substrate;

上記の画像制御装置においては、第1電極および第2電極を介して液晶層に電圧を印加することにより液晶分子の配列を変化させたときに、液晶層の屈折率が変化する。このとき、微少な斜面を有するプリズムアレイと液晶層との界面を透過する光の屈折角を変化させることができる。この作用に基づき、液晶層へ印加する電圧の大きさを適宜設定することにより、光学素子を介して視認される画像表示装置の表示画像の視角方向を自在に制御することができる。このような光学素子を画像表示装置による第1画像(例えば右目用画像)と第2画像(例えば左目用画像)の切り替えタイミングに対応して駆動することにより、使用者の一方の目(例えば右目)の方向へ第1画像を表示し、別の目(例えば左目)の方向へ第2画像を表示させることができる。それにより、使用者に立体的な画像を視認させることが可能となる。上記の画像制御装置における光学素子は、反射防止フィルムを使用した場合でも透過率を90%以上にすることが可能であるから使用者が暗さを感じることがない。また、メガネ不要であるから、コスト面や使用者の使い勝手の面でも有利である。また、原理上、レンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式のように解像度が低下することもない。したがって、上記の画像制御装置によれば先行例における不都合を解消し、良好な立体表示を実現し得る。   In the above image control device, when the alignment of the liquid crystal molecules is changed by applying a voltage to the liquid crystal layer via the first electrode and the second electrode, the refractive index of the liquid crystal layer changes. At this time, the refraction angle of light transmitted through the interface between the prism array having a minute slope and the liquid crystal layer can be changed. Based on this action, by appropriately setting the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer, the viewing angle direction of the display image of the image display device viewed through the optical element can be freely controlled. By driving such an optical element in accordance with the switching timing of the first image (for example, the image for the right eye) and the second image (for example, the image for the left eye) by the image display device, one eye of the user (for example, the right eye) ) And the second image can be displayed in the direction of another eye (for example, the left eye). Thereby, it becomes possible to make a user visually recognize a three-dimensional image. Since the optical element in the image control apparatus can have a transmittance of 90% or more even when an antireflection film is used, the user does not feel darkness. Moreover, since glasses are not required, it is advantageous in terms of cost and user convenience. In principle, the resolution is not lowered as in the lenticular lens system and the parallax barrier system. Therefore, according to the above-described image control apparatus, it is possible to eliminate inconveniences in the previous example and realize a good stereoscopic display.

上記の画像制御装置において、前記光学素子駆動部は、例えば前記第1画像の表示時において前記光学素子へ相対的に高い電圧を供給し、前記第2画像の表示時において前記光学素子へ相対的に低い電圧を供給する。ここでいう「相対的に低い電圧」には0ボルトも含む。   In the image control apparatus, the optical element driving unit supplies a relatively high voltage to the optical element, for example, when the first image is displayed, and is relative to the optical element, when the second image is displayed. Supply a low voltage. The “relatively low voltage” here includes 0 volt.

上記の画像制御装置において、前記光学素子は、例えば前記画像表示装置の前面側に配置される。なお、例えば画像表示装置が液晶表示パネルを有する液晶表示装置である場合には、この液晶表示パネルの後面側に光学素子が配置されてもよい。   In the image control apparatus, the optical element is disposed, for example, on the front side of the image display apparatus. For example, when the image display device is a liquid crystal display device having a liquid crystal display panel, an optical element may be disposed on the rear surface side of the liquid crystal display panel.

光学素子を前面配置とすることで、画像表示装置に対して光学素子を外付け設置することが容易になる。   By arranging the optical element in the front face, it becomes easy to install the optical element externally to the image display apparatus.

上記の画像制御装置において、前記画像表示装置は、指向性バックライトを有する液晶表示装置であることも好ましい。   In the image control device, the image display device is preferably a liquid crystal display device having a directional backlight.

それにより、第1画像と第2画像の分離性がより高まり、いわゆるクロストークを抑制する効果が高まる。   Thereby, the separability between the first image and the second image is further increased, and the effect of suppressing so-called crosstalk is enhanced.

上記の画像制御装置において、前記プリズムアレイは、前記複数のプリズムの配列方向に沿って当該各プリズムの傾斜角の大きさが異なることも好ましい態様の1つである。   In the above-described image control apparatus, it is also a preferable aspect that the prism array has different inclination angles of the prisms along an arrangement direction of the plurality of prisms.

それにより、光学素子における光の屈折角を徐々に大きくする(または小さくする)ことができるので、画像表示装置のサイズが比較的に大きい場合にも使用者における画像の視認性を向上させることが可能となる。   As a result, the refraction angle of light in the optical element can be gradually increased (or decreased), so that the visibility of the image to the user can be improved even when the size of the image display device is relatively large. It becomes possible.

一実施形態の画像表示システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image display system of one Embodiment. 液晶表示パネルおよび光学素子の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of a liquid crystal display panel and an optical element. プリズムアレイの模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of a prism array. 画像表示パネルの出射光の偏光方向と光学素子における配向処理の方向との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the polarization direction of the emitted light of an image display panel, and the direction of the orientation process in an optical element. 光学素子による画像制御の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the image control by an optical element. 光学素子の他の構造例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other structural example of an optical element. プリズムアレイの他の構造例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other structural example of a prism array.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の画像表示システムの構成を示すブロック図である。図1に示す画像表示システム100は、液晶表示パネル(LCD)1、液晶駆動部(LCD駆動部)2、バックライト3、光学素子5、光学素子駆動部6を含んで構成されている。なお、本実施形態では、光学素子5および光学素子駆動部6が「画像制御装置」に相当し、液晶表示パネル1、液晶駆動部2およびバックライト3が「画像表示装置」に相当する。図示の例では、使用者200を基準として、液晶表示パネル1の前面側に光学素子5が配置されている。また、光学素子5は、例えば図示のように液晶表示パネル1と密着して配置される。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image display system according to an embodiment. An image display system 100 shown in FIG. 1 includes a liquid crystal display panel (LCD) 1, a liquid crystal driving unit (LCD driving unit) 2, a backlight 3, an optical element 5, and an optical element driving unit 6. In this embodiment, the optical element 5 and the optical element driving unit 6 correspond to an “image control device”, and the liquid crystal display panel 1, the liquid crystal driving unit 2, and the backlight 3 correspond to an “image display device”. In the illustrated example, the optical element 5 is arranged on the front side of the liquid crystal display panel 1 with the user 200 as a reference. The optical element 5 is disposed in close contact with the liquid crystal display panel 1 as shown in the figure, for example.

液晶表示パネル1は、液晶駆動部2から与えられる画像信号に基づいて画像(動画又は静止画)を表示する。この液晶表示パネル1は、公知の構造を有するものであり、その背面側にバックライト3が配置されている。   The liquid crystal display panel 1 displays an image (moving image or still image) based on the image signal given from the liquid crystal driving unit 2. The liquid crystal display panel 1 has a known structure, and a backlight 3 is disposed on the back side thereof.

液晶駆動部2は、液晶表示パネル1に画像信号を供給することにより、液晶表示パネル1に右目用画像(第1画像)と左目用画像(第2画像)を交互に表示させる。右目用画像と左目用画像の切り替えサイクルは例えば60Hz(フレームレート60fps)である。   The liquid crystal driving unit 2 supplies an image signal to the liquid crystal display panel 1 to cause the liquid crystal display panel 1 to alternately display a right eye image (first image) and a left eye image (second image). The switching cycle between the right-eye image and the left-eye image is, for example, 60 Hz (frame rate 60 fps).

バックライト3は、液晶表示パネル1の背面側に配置されており、液晶表示パネル1に光を入射させる。   The backlight 3 is disposed on the back side of the liquid crystal display panel 1 and makes light incident on the liquid crystal display panel 1.

光学素子5は、外観上ほぼ透明な薄板状の素子であり、液晶表示パネル1の前面側に配置される。この光学素子5は、光学素子駆動部6から供給される駆動信号に応じて、液晶表示パネル1から出射される光の状態を自在に制御する。それにより、使用者200において視認される表示画像の視角方向を自在に制御できる。なお、本実施形態の光学素子5は一般的な液晶素子とは異なり偏光板が不要であるため原理的に高透過率である。具体的には、光学素子自体の透過率として90%以上が見込まれ、光学素子5の表面に反射防止コート(ARコート)を施した場合には95%以上の透過率が見込まれる。   The optical element 5 is a thin plate-like element that is substantially transparent in appearance, and is disposed on the front side of the liquid crystal display panel 1. The optical element 5 freely controls the state of light emitted from the liquid crystal display panel 1 in accordance with a drive signal supplied from the optical element driving unit 6. Thereby, the viewing angle direction of the display image visually recognized by the user 200 can be freely controlled. Note that the optical element 5 of the present embodiment has a high transmittance in principle because a polarizing plate is not required unlike a general liquid crystal element. Specifically, 90% or more is expected as the transmittance of the optical element itself, and when an antireflection coating (AR coating) is applied to the surface of the optical element 5, a transmittance of 95% or more is expected.

光学素子駆動部6は、液晶表示パネル1による右目用画像と左目用画像の切り替えタイミングに対応して光学素子5を駆動する。具体的には、光学素子駆動部6は、例えば右目用画像の表示時に同期して光学素子5へ相対的に高い電圧を供給し、左目用画像の表示時に同期して光学素子5へ相対的に低い電圧を供給する。ここでいう「相対的に低い電圧」には0ボルトも含む。   The optical element driving unit 6 drives the optical element 5 in accordance with the switching timing of the right eye image and the left eye image by the liquid crystal display panel 1. Specifically, the optical element driving unit 6 supplies, for example, a relatively high voltage to the optical element 5 in synchronization with the display of the right-eye image, and relatively to the optical element 5 in synchronization with the display of the left-eye image. Supply a low voltage. The “relatively low voltage” here includes 0 volt.

図2は、光学素子およびバックライトの構造を示す模式的な断面図である。なお、図2においては便宜上、一部構成を除いてハッチング記載を省略する(後述する図面においても同様)。図示のように、バックライト3と光学素子5は液晶表示パネル1を挟んで配置されており、光学素子5が液晶表示パネル1の前面側(光出射側)に配置され、バックライト3が液晶表示パネル1の後面側(光入射側)に配置されている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical element and the backlight. In FIG. 2, for the sake of convenience, hatching is omitted except for some components (the same applies to the drawings described later). As shown in the figure, the backlight 3 and the optical element 5 are disposed with the liquid crystal display panel 1 sandwiched therebetween, the optical element 5 is disposed on the front side (light emitting side) of the liquid crystal display panel 1, and the backlight 3 is liquid crystal. The display panel 1 is disposed on the rear surface side (light incident side).

図2に示す本実施形態のバックライト3は、導光板31、LED光源32およびホログラム拡散板33を含んで構成されている。本実施形態のバックライト3は、その出射光に指向性を有するバックライト(指向性バックライト)である。なお、このような指向性バックライトの構造は、例えば特開2005−142078号公報において開示されている。   The backlight 3 of the present embodiment shown in FIG. 2 includes a light guide plate 31, an LED light source 32, and a hologram diffusion plate 33. The backlight 3 of the present embodiment is a backlight having directivity for the emitted light (directional backlight). Such a directional backlight structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-142078.

導光板31は、透光性の材料(例えば透明アクリル樹脂など)を用いて形成された平板状の部材である。この導光板31は、複数の斜面を配列してなる溝状の凹凸部(ローレット)31aを有する一面とこれに対向する他面を備えており、他面側を液晶表示パネル1に近い側へ向けて配置されている。また、導光板31は、その端部にLED光源32からの出射光を導入するための光導入部31bを備える。   The light guide plate 31 is a flat member formed using a translucent material (for example, a transparent acrylic resin). The light guide plate 31 includes a surface having a groove-shaped uneven portion (knurl) 31 a formed by arranging a plurality of inclined surfaces and another surface facing the surface, and the other surface is closer to the liquid crystal display panel 1. It is arranged toward. In addition, the light guide plate 31 includes a light introducing portion 31b for introducing light emitted from the LED light source 32 at an end thereof.

導光板31の凹凸部31aは、LED光源32から出射した光を反射し、その進行方向を変えるためのものである。この凹凸部31aの各斜面の傾斜角度(ローレット傾斜角度)は、例えば2°〜20°程度、より好ましくは3°〜11°程度とされる。   The uneven portion 31a of the light guide plate 31 is for reflecting the light emitted from the LED light source 32 and changing the traveling direction thereof. The inclination angle (knurling inclination angle) of each inclined surface of the uneven portion 31a is, for example, about 2 ° to 20 °, more preferably about 3 ° to 11 °.

導光板31の光導入部31bは、例えば、対向するLED光源32の光軸と中心軸を同じくする双曲線(または円、楕円、放物線等)の断面形状の周縁部とこの周縁部とは異なる断面形状の中央部とを有し、かつフレネル化されたレンズである。   The light introduction part 31b of the light guide plate 31 has, for example, a peripheral part of a cross-sectional shape of a hyperbola (or a circle, an ellipse, a parabola, etc.) having the same central axis as the optical axis of the opposing LED light source 32, and a cross section different from this peripheral part. The lens has a central portion of the shape and is Fresnelized.

LED光源32は、導光板31の端部の光導入部31bに近接して配置されており、導光板31へ光を入射させる。導光板31の光導入部とLED光源32との間隔は例えば0.1mm程度に設定される。   The LED light source 32 is disposed in the vicinity of the light introducing portion 31 b at the end of the light guide plate 31 and makes light incident on the light guide plate 31. The distance between the light introducing portion of the light guide plate 31 and the LED light source 32 is set to about 0.1 mm, for example.

ホログラム拡散板33は、導光板31と液晶表示パネル1の間に配置されている。   The hologram diffusion plate 33 is disposed between the light guide plate 31 and the liquid crystal display panel 1.

図2に示す本実施形態の光学素子5は、第1基板51、第1電極52、プリズムアレイ53、第1配向膜54、第2基板55、第2電極56、第2配向膜57、液晶層58を含んで構成される。   The optical element 5 of this embodiment shown in FIG. 2 includes a first substrate 51, a first electrode 52, a prism array 53, a first alignment film 54, a second substrate 55, a second electrode 56, a second alignment film 57, and a liquid crystal. A layer 58 is included.

第1基板51および第2基板55は、相互に対向配置されており、それぞれ例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第1基板51と第2基板55との相互間には、例えば多数のスペーサー(粒状体)が分散して配置されており(図示せず)、それらのスペーサーによって第1基板51と第2基板55との相互間隔が保たれる。   The first substrate 51 and the second substrate 55 are arranged to face each other, and are transparent substrates such as a glass substrate and a plastic substrate, respectively. Between the first substrate 51 and the second substrate 55, for example, a large number of spacers (granular bodies) are distributed (not shown), and the first substrate 51 and the second substrate are arranged by these spacers. The mutual space | interval with 55 is maintained.

第1電極52は、第1基板51の一面側に設けられている。同様に、第2電極56は、第2基板55の一面側に設けられている。第1電極52および第2電極56、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物(ITO)などの透明導電膜を用いて構成される。例えば本実施形態では、第1電極52、第2電極56ともに、基板一面に形成されている。なお、第1電極52、第2電極56は、適宜パターニングされていてもよい。   The first electrode 52 is provided on one surface side of the first substrate 51. Similarly, the second electrode 56 is provided on one surface side of the second substrate 55. The first electrode 52 and the second electrode 56 are each configured using a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO). For example, in the present embodiment, both the first electrode 52 and the second electrode 56 are formed on the entire surface of the substrate. The first electrode 52 and the second electrode 56 may be appropriately patterned.

プリズムアレイ53は、複数の微少な傾斜状の突起形状(プリズム)を一方向に配列して構成されている。プリズムアレイ53の模式的な斜視図を図3に示す。図示のように各プリズムの断面形状は直角三角形(例えば頂角75°、底角が15°と90°)である。また、各プリズムの配置ピッチPは例えば8μm程度、高さtは例えば2μm程度である。図3に示すように、プリズムアレイ53は、上面から見るとスリット形状に形成されている。このプリズムアレイ53は、例えば耐熱性および密着性に優れた樹脂材料を成形することにより得られる。プリズムアレイ53の成形方法の詳細については後述する。   The prism array 53 is configured by arranging a plurality of minute inclined projection shapes (prisms) in one direction. A schematic perspective view of the prism array 53 is shown in FIG. As shown in the drawing, the cross-sectional shape of each prism is a right triangle (for example, a vertical angle of 75 ° and a base angle of 15 ° and 90 °). Further, the arrangement pitch P of each prism is, for example, about 8 μm, and the height t is, for example, about 2 μm. As shown in FIG. 3, the prism array 53 is formed in a slit shape when viewed from above. The prism array 53 can be obtained by molding a resin material having excellent heat resistance and adhesion, for example. Details of the method of forming the prism array 53 will be described later.

第1配向膜54は、第1基板51の一面側に、第1電極52およびプリズムアレイ53を覆うようにして設けられている。また、第2配向膜57は、第2基板55の一面側に、第2電極56を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、第1配向膜54および第2配向膜57として、液晶層58の液晶分子の初期状態(電圧無印加時)における配向状態を水平配向状態に規制するもの(水平配向膜)が用いられている。これらの第1配向膜54、第2配向膜57に対しては、所定の表面処理(ラビング処理、光配向処理等)が施されている。   The first alignment film 54 is provided on one surface side of the first substrate 51 so as to cover the first electrode 52 and the prism array 53. The second alignment film 57 is provided on one surface side of the second substrate 55 so as to cover the second electrode 56. In the present embodiment, the first alignment film 54 and the second alignment film 57 regulate the alignment state of the liquid crystal molecules 58 in the initial state (when no voltage is applied) to the horizontal alignment state (horizontal alignment film). Is used. The first alignment film 54 and the second alignment film 57 are subjected to predetermined surface treatment (rubbing treatment, photo-alignment treatment, etc.).

液晶層58は、第1基板51の一面と第2基板55の一面の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正(Δε>0)のネマティック液晶材料を用いて液晶層58が構成されている。液晶層58に図示された太線は、液晶層58内の液晶分子を模式的に示したものである。電圧無印加時における液晶分子は、第1基板51および第2基板55の各基板面に対して所定のプレティルト角を有してほぼ水平に配向する。   The liquid crystal layer 58 is provided between one surface of the first substrate 51 and one surface of the second substrate 55. In the present embodiment, the liquid crystal layer 58 is configured using a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy Δε (Δε> 0). The bold lines shown in the liquid crystal layer 58 schematically show the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 58. The liquid crystal molecules when no voltage is applied are aligned substantially horizontally with a predetermined pretilt angle with respect to the substrate surfaces of the first substrate 51 and the second substrate 55.

ここで、光学素子5の動作について詳述する。光学素子5の第1電極52および第2電極56を介して液晶層58に電圧を印加すると、液晶層58の液晶分子の配列が変化し、それにより液晶層58の屈折率値が変化する、このため、複数の微少な傾斜状の突起形状であるプリズムアレイ53と液晶層58との界面を透過する光の屈折角が変化する(スネルの法則)。屈折角の大きさは、プリズムアレイ53の形状や液晶層58の屈折率異方性の値等により一概にいえないが、諸条件を調整することにより現状で18°程度までの屈折角を実現し得ることが確認できている。この屈折角は、光学素子5へ印加される電圧に応じて変化させることができる。   Here, the operation of the optical element 5 will be described in detail. When a voltage is applied to the liquid crystal layer 58 via the first electrode 52 and the second electrode 56 of the optical element 5, the arrangement of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 58 changes, whereby the refractive index value of the liquid crystal layer 58 changes. For this reason, the refraction angle of the light transmitted through the interface between the prism array 53 and the liquid crystal layer 58 which are a plurality of minute inclined projection shapes changes (Snell's law). Although the size of the refraction angle cannot be generally specified depending on the shape of the prism array 53 and the value of the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 58, a refraction angle up to about 18 ° can be realized by adjusting various conditions. It has been confirmed that it can be. This refraction angle can be changed according to the voltage applied to the optical element 5.

図4は、液晶表示パネル1からの出射光の偏光方向と、光学素子5における配向処理の方向との関係を説明するための図である。図示のように、本実施形態の液晶表示パネル1は、出射側偏光板が斜め45°の方向に透過軸を有しており、出射側偏光板を通過した出射光が方向a1に偏光している。図示の例では、液晶表示パネル1の左右方向を基準として45°の方向に出射光が偏光している。これに対して、第1基板51は、第1配向膜54へ施された配向処理の方向a2が上記した出射光の偏光方向a1と略平行になるように配置されている。図示の例では、配向処理の方向a2は、プリズムアレイ53の各プリズムの長手方向(延在方向)a3との間で略45°に設定されている。また、第2基板55は、第2配向膜57へ施された配向処理の方向a4が上記した第1基板51の配向処理の方向a2との間でアンチパラレルの関係になるように配置されている。   FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the polarization direction of the light emitted from the liquid crystal display panel 1 and the direction of the alignment treatment in the optical element 5. As shown in the figure, in the liquid crystal display panel 1 of the present embodiment, the output side polarizing plate has a transmission axis in the direction of 45 ° obliquely, and the outgoing light that has passed through the output side polarizing plate is polarized in the direction a1. Yes. In the illustrated example, the outgoing light is polarized in a 45 ° direction with respect to the horizontal direction of the liquid crystal display panel 1. On the other hand, the first substrate 51 is arranged so that the direction a2 of the alignment treatment applied to the first alignment film 54 is substantially parallel to the polarization direction a1 of the emitted light. In the illustrated example, the orientation processing direction a <b> 2 is set to approximately 45 ° with respect to the longitudinal direction (extending direction) a <b> 3 of each prism of the prism array 53. In addition, the second substrate 55 is arranged so that the alignment process direction a4 applied to the second alignment film 57 has an antiparallel relationship with the alignment process direction a2 of the first substrate 51 described above. Yes.

ここで、第1基板51の配向処理の方向a2を液晶表示パネル1の出射光の偏光方向a1と略平行とすることによる利点について説明する。通常、液晶層58の液晶分子は、細長い形状を有しており、ある方向の偏光(液晶分子の長軸方向)は曲げることができるが、ある方向の偏光はそのまま透過する。したがって、液晶表示パネル1からの出射光の偏光方向a1と、光学素子5において液晶表示パネル1側に配置される第1基板51に施される配向処理の方向a2とが平行になるように配置することにより、原理的には、出射光の全成分を曲げることができる。すなわち、光の利用効率が高くなる。これに対して、例えば液晶表示パネル1からの出射光の偏光方向a1と光学素子5における配向処理の方向a2が45°になるように配置した場合には、原理的に、出射光のうち約1/2の成分は曲げられるが残りの成分は制御することができなくなる。さらに、偏光方向a1と配向処理の方向a2とが直交するように配置した場合には、原理的に、光学素子5によって液晶表示パネル1の出射光を制御することができなくなる。したがって、液晶表示パネル1からの出射光の偏光方向a1と、光学素子5における配向処理の方向a2とが略平行になるように配置することがより望ましいといえる。なお、プリズムアレイ53の各プリズムの長手方向a3については、表示画像全体を使用者200に対して相対的に左右へ移動させる方向に設定される。   Here, an advantage of making the direction a2 of the alignment treatment of the first substrate 51 substantially parallel to the polarization direction a1 of the emitted light of the liquid crystal display panel 1 will be described. Normally, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 58 have an elongated shape, and polarized light in a certain direction (long axis direction of the liquid crystal molecules) can be bent, but polarized light in a certain direction is transmitted as it is. Accordingly, the polarization direction a1 of the light emitted from the liquid crystal display panel 1 and the alignment treatment direction a2 applied to the first substrate 51 disposed on the liquid crystal display panel 1 side in the optical element 5 are arranged in parallel. By doing so, in principle, all components of the emitted light can be bent. That is, the light utilization efficiency is increased. On the other hand, in the case where the polarization direction a1 of the emitted light from the liquid crystal display panel 1 and the alignment treatment direction a2 in the optical element 5 are arranged to be 45 °, for example, in principle, about a part of the emitted light. The half component is bent, but the remaining components cannot be controlled. Further, when the polarization direction a1 and the alignment treatment direction a2 are arranged so as to be orthogonal to each other, in principle, the light emitted from the liquid crystal display panel 1 cannot be controlled by the optical element 5. Therefore, it can be said that it is more desirable to arrange so that the polarization direction a1 of the emitted light from the liquid crystal display panel 1 and the alignment treatment direction a2 in the optical element 5 are substantially parallel. The longitudinal direction a3 of each prism of the prism array 53 is set to a direction in which the entire display image is moved to the left and right relative to the user 200.

次に、図5に沿って本実施形態の画像表示システム100の動作を説明する。   Next, the operation of the image display system 100 of this embodiment will be described with reference to FIG.

まず、図5(A)に示す動作状態について説明する。LED光源32から導光板31に入射した光は導光板31によって斜め方向に指向される。この斜めに指向された光はホログラム拡散板33により指向性を保ったまま法線方向(または少し斜め方向)へ傾けることができる。このとき、光学素子5に対して相対的に高い電圧を印加することにより、光学素子5の液晶層58を垂直配向状態にする。それにより、バックライト3から出光し、液晶表示パネル1を通過した光をそのままの進行方向で通過させることができる。このときの通過光を使用者200の左目で見えるようにしておくことで、使用者200の左目にのみ左目用画像を視認させることができる。このときの通過光を少し斜め方向へ傾けた状態で出光させるほうが制御はより容易である。   First, the operation state illustrated in FIG. Light incident on the light guide plate 31 from the LED light source 32 is directed obliquely by the light guide plate 31. This obliquely directed light can be tilted in the normal direction (or slightly oblique direction) while maintaining the directivity by the hologram diffusion plate 33. At this time, a relatively high voltage is applied to the optical element 5 to bring the liquid crystal layer 58 of the optical element 5 into a vertically aligned state. Thereby, the light emitted from the backlight 3 and passed through the liquid crystal display panel 1 can be passed in the traveling direction as it is. By making the passing light at this time visible to the left eye of the user 200, the left-eye image can be viewed only by the left eye of the user 200. Control is easier if the passing light at this time is emitted in a slightly inclined state.

次に、図5(B)に示す動作状態について説明する。上記図5(A)の場合と同様にしてバックライト3から液晶表示パネル1に光を入射させる。このとき、光学素子5に対して相対的に低い電圧(本例では0V)を印加することにより、光学素子5の液晶層58を水平配向状態にする。それにより、バックライト3から出光し、液晶表示パネル1を通過した光を光学素子5によって屈折させ、その進行方向を変化させることができる。このときの通過光を使用者200の右目で見えるようにしておくことで、使用者200の右目にのみ右目用画像を視認させることができる。   Next, the operation state illustrated in FIG. 5B will be described. In the same manner as in FIG. 5A, light is incident on the liquid crystal display panel 1 from the backlight 3. At this time, a relatively low voltage (0 V in this example) is applied to the optical element 5 to bring the liquid crystal layer 58 of the optical element 5 into a horizontal alignment state. Thereby, the light emitted from the backlight 3 and passed through the liquid crystal display panel 1 can be refracted by the optical element 5 and its traveling direction can be changed. By making the passing light at this time visible to the right eye of the user 200, the right eye image can be viewed only by the right eye of the user 200.

以上のようにして液晶表示パネル1から出射する光の向きを光学素子5によって変化させる動作を高速に行うことにより、使用者200に対して立体的な画像を視認させることができる。このとき、液晶表示パネル1が表示する右目用画像と左目用画像の切り替えサイクルは、例えば120Hzや240Hzである。ここでは、例えば切り替えサイクルが120Hzであるとすると、約8.3ミリ秒ごとに右目用画像と左目用画像が交互に表示される。例えば左目用画像が表示されているフレームでは、光学素子駆動部6は光学素子5に対して比較的に高い電圧(例えば30V)を印加する。それにより、光学素子5の液晶層58は上記のように垂直配向状態に変化し、液晶表示パネル1からの出射光は光学素子5によって進行方向を曲げられずに通過するため、上記のように使用者200の左目にのみ左目用画像を視認させることができる(図5(A)参照)。次に右目用画像が表示されているフレームでは、光学素子駆動部6は光学素子5に対して相対的に低い電圧(例えば0V)を印加する。それにより、光学素子5の液晶層58は上記のように水平配向状態に変化し、液晶表示パネル1からの出射光は光学素子5によって進行方向を曲げられて通過するため、上記のように使用者200の右目にのみ右目用画像を視認させることができる(図5(B)参照)。   By performing the operation of changing the direction of the light emitted from the liquid crystal display panel 1 with the optical element 5 at a high speed as described above, a stereoscopic image can be visually recognized by the user 200. At this time, the switching cycle between the right-eye image and the left-eye image displayed on the liquid crystal display panel 1 is, for example, 120 Hz or 240 Hz. Here, for example, assuming that the switching cycle is 120 Hz, the image for the right eye and the image for the left eye are alternately displayed every about 8.3 milliseconds. For example, in the frame in which the image for the left eye is displayed, the optical element driving unit 6 applies a relatively high voltage (for example, 30 V) to the optical element 5. As a result, the liquid crystal layer 58 of the optical element 5 changes to the vertical alignment state as described above, and the light emitted from the liquid crystal display panel 1 passes through the optical element 5 without being bent in the traveling direction. Only the left eye of the user 200 can visually recognize the left eye image (see FIG. 5A). Next, in the frame in which the image for the right eye is displayed, the optical element driving unit 6 applies a relatively low voltage (for example, 0 V) to the optical element 5. As a result, the liquid crystal layer 58 of the optical element 5 changes to the horizontal alignment state as described above, and the emitted light from the liquid crystal display panel 1 is bent in the traveling direction by the optical element 5 and passes as described above. The right-eye image can be visually recognized only by the right eye of the person 200 (see FIG. 5B).

なお、光学素子5の応答時間については諸条件に依存し一概には言えないが、上記した一例の条件により製造された光学素子5に対して相対的に高い電圧として35Vを印加し、相対的に低い電圧として0Vを印加した場合においては、立ち上がり時の応答時間が1.6〜1.7ミリ秒、立ち下がり時の応答時間が2.8〜4.2ミリ秒(いずれも室温)であり、120Hzの切り替えサイクルを想定した場合には必要十分な応答速度である。また、高い電圧を印加してから光の角度(進行方向)の変化量が最大変化量の90%となるまでの時間ton、低い電圧を印加してから光の角度の変化量が最大変化量の10%となるまでの時間toffは、それぞれtonが0.8〜0.9ミリ秒、toffが1.7〜2.9ミリ秒であり、実質的な変化時間は非常に速いことが分かる。なお、配向処理の手法との相関については、光配向処理を用いたほうが若干、応答時間が短くなる傾向が見られるが著しい差ではない。   Although the response time of the optical element 5 depends on various conditions and cannot be generally stated, a relatively high voltage of 35 V is applied to the optical element 5 manufactured according to the above-described example conditions. When 0V is applied as a low voltage, the response time at the rise is 1.6 to 1.7 milliseconds, the response time at the fall is 2.8 to 4.2 milliseconds (both at room temperature) Yes, the response speed is necessary and sufficient when a switching cycle of 120 Hz is assumed. Also, the time ton from when a high voltage is applied until the amount of change in the light angle (traveling direction) reaches 90% of the maximum amount of change, and the amount of change in the angle of light after the low voltage is applied is the maximum amount of change. It can be seen that the time toff until 10% of the ton is 0.8 to 0.9 milliseconds for ton and 1.7 to 2.9 milliseconds for ton, and the substantial change time is very fast. . Regarding the correlation with the alignment treatment method, the response time tends to be slightly shorter when the photo-alignment treatment is used, but this is not a significant difference.

次に、光学素子5の製造方法の一例について詳述する。   Next, an example of a method for manufacturing the optical element 5 will be described in detail.

まず、第1基板51および第2基板55として用いるためのガラス基板を用意する。これらのガラス基板としては、予めITO(インジウム錫酸化物)などの透明導電材料からなる導電膜を有するものがより好ましい。例えば、厚さが1500ÅのITO膜を有し、板厚が0.7mm、ガラス材質が無アルカリガラスである一対のガラス基板を用意する。第1基板51、第2基板55のそれぞれについて、ITO膜を適宜パターニングすることにより、第1電極52、第2電極56を形成する。   First, glass substrates for use as the first substrate 51 and the second substrate 55 are prepared. As these glass substrates, those having a conductive film made of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide) in advance are more preferable. For example, a pair of glass substrates having an ITO film with a thickness of 1500 mm, a plate thickness of 0.7 mm, and a glass material made of non-alkali glass are prepared. About each of the 1st board | substrate 51 and the 2nd board | substrate 55, the 1st electrode 52 and the 2nd electrode 56 are formed by patterning an ITO film | membrane suitably.

次に、第1基板51の第1電極52上にプリズムアレイ53を形成する。ここでは、断面が三角形状であり、そのピッチPが8μm、高さtが約2μm、頂角75°、底角が15°と90°であり、上面から見るとスリット形状を有する金型を用いてプリズムアレイ53を形成する。   Next, the prism array 53 is formed on the first electrode 52 of the first substrate 51. Here, the cross section is triangular, the pitch P is 8 μm, the height t is about 2 μm, the apex angle is 75 °, the base angles are 15 ° and 90 °, and a mold having a slit shape is seen from above. The prism array 53 is formed by using this.

具体的には、第1基板51上に光硬化性樹脂材料を滴下し、その上に金型を置き、かつ第1基板51の裏面側を厚手の石英基板等で補強した状態でプレスを行う。プレス後にある程度の時間(例えば1分間以上)だけ放置し、光硬化性樹脂材料を十分に広げた後、第1基板51側から光を照射することで光硬化性樹脂材料を硬化させる。光の照射量は光硬化性樹脂材料が硬化するのに十分な値を適宜に設定する。ここで、一般にプリズム用材料は耐熱性が低く、プリズムアレイ53上に第1配向膜54を形成する際の熱処理(例えば180℃以上)により特性が劣化してしまう場合が多い。これに対して、本実施形態では、熱処理前後での透過率特性の低下がほとんど生じない光硬化性(例えば紫外線硬化性)のアクリル系樹脂材料を用いる。光硬化性樹脂材料の屈折率は例えば1.51程度である。   Specifically, a photocurable resin material is dropped onto the first substrate 51, a mold is placed thereon, and pressing is performed in a state where the back side of the first substrate 51 is reinforced with a thick quartz substrate or the like. . After being pressed for a certain period of time (for example, 1 minute or longer), the photocurable resin material is sufficiently spread, and then the photocurable resin material is cured by irradiating light from the first substrate 51 side. The amount of light irradiation is appropriately set to a value sufficient to cure the photocurable resin material. Here, in general, the prism material has low heat resistance, and the characteristics are often deteriorated by heat treatment (for example, 180 ° C. or more) when the first alignment film 54 is formed on the prism array 53. On the other hand, in this embodiment, a photo-curing (for example, UV-curing) acrylic resin material that hardly causes a decrease in transmittance characteristics before and after the heat treatment is used. The refractive index of the photocurable resin material is, for example, about 1.51.

以上により第1基板51上に透明樹脂膜からなるプリズムアレイ53が形成される。その後、このプリズムアレイ53が形成された第1基板51を洗浄機により洗浄する。洗浄は、例えば、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線(UV)照射、赤外線(IR)乾燥の順に行うことができるがこれに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。   Thus, the prism array 53 made of the transparent resin film is formed on the first substrate 51. Thereafter, the first substrate 51 on which the prism array 53 is formed is cleaned by a cleaning machine. The cleaning can be performed, for example, in the order of brush cleaning using an alkaline detergent, pure water cleaning, air blow, ultraviolet (UV) irradiation, and infrared (IR) drying, but is not limited thereto. High pressure spray cleaning or plasma cleaning may be performed.

次いで、プリズムアレイ53が形成された第1基板51に第1配向膜54を形成する。同様に、第2基板55に第2配向膜57を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。フレキソ印刷法、インクジェット法、スピンコート法、スリットコート法、スリット法とスピンコート法の組みあわせ等の適宜の方法で配向膜材料を第1基板51上、第2基板55上にそれぞれ適当な膜厚(例えば800Å程度)で塗布し、熱処理(例えば180℃で1.5時間の焼成)を行う。そして、熱処理によって得られた第1配向膜54、第2配向膜57のそれぞれに対して配向処理を行う。この配向処理は、第1基板51と第2基板55とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。また、配向処理は、第1配向膜54への配向処理の方向がプリズムアレイ53の各プリズムの延在方向に対して45°となるようにする。   Next, a first alignment film 54 is formed on the first substrate 51 on which the prism array 53 is formed. Similarly, a second alignment film 57 is formed on the second substrate 55. Here, for example, polyimide is used as the alignment film. An appropriate film is formed on the first substrate 51 and the second substrate 55 by an appropriate method such as a flexographic printing method, an inkjet method, a spin coating method, a slit coating method, or a combination of a slit method and a spin coating method. The film is applied in a thickness (for example, about 800 mm) and heat treatment (for example, baking at 180 ° C. for 1.5 hours) is performed. Then, an alignment process is performed on each of the first alignment film 54 and the second alignment film 57 obtained by the heat treatment. This alignment process is performed so that the alignment direction of the liquid crystal molecules on each substrate is antiparallel when the first substrate 51 and the second substrate 55 are overlapped. The alignment process is performed so that the direction of the alignment process on the first alignment film 54 is 45 ° with respect to the extending direction of each prism of the prism array 53.

ここでは配向処理として、例えばラビング処理を行うが、光配向処理等の配向処理であってもよいし、複数種の配向処理を組み合わせてもよい。例えば、第1基板51に対しては光配向処理を行い、第2基板55にはラビング処理を行うなどの組み合わせが考えられる。第1基板51に対して光配向処理を施す場合には、例えば紫外線を偏光した光を第1基板51に対して法線方向から照射する方法を用いることができる。このときの紫外線は、第1基板51に対しては垂直方向から照射しているが、プリズムアレイ53の各プリズムの斜面部分に対しては相対的に45°傾いた方向から照射しているに等しいことになる。露光に用いる偏光フィルタの波長は例えば310nmである。   Here, for example, a rubbing process is performed as the alignment process, but an alignment process such as a photo-alignment process may be used, or a plurality of types of alignment processes may be combined. For example, a combination of performing a photo-alignment process on the first substrate 51 and performing a rubbing process on the second substrate 55 is conceivable. When performing the photo-alignment treatment on the first substrate 51, for example, a method of irradiating the first substrate 51 with light polarized with ultraviolet rays from the normal direction can be used. At this time, the ultraviolet rays are radiated from the vertical direction to the first substrate 51, but are radiated from the direction inclined relatively by 45 ° to the slope portions of the prisms of the prism array 53. Will be equal. The wavelength of the polarizing filter used for exposure is, for example, 310 nm.

次いで、一方の基板(例えば第1基板51)上に、ギャップコントロール剤を適量(例えば2〜5wt%)含んだメインシール剤を形成する。メインシール剤の形成は、例えばスクリーン印刷やディスペンサーによる。また、ギャップコントロール剤の径は、プリズムアレイ53のベース層とプリズムの高さを含め、液晶層58の厚さが2〜4μm程度と比較的に薄くなるように材料を選ぶことができる。本実施形態では、ギャップコントロール剤としてその径が10.5μmのプラスチックボールを用いる。また、他方の基板(例えば第2基板55)上にはギャップコントロール剤を散布する。例えば本実施形態では、3.5μmのプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布する。   Next, a main sealant containing an appropriate amount (for example, 2 to 5 wt%) of a gap control agent is formed on one substrate (for example, the first substrate 51). The main sealant is formed by screen printing or a dispenser, for example. The diameter of the gap control agent can be selected so that the thickness of the liquid crystal layer 58 including the base layer of the prism array 53 and the height of the prism is as thin as about 2 to 4 μm. In this embodiment, a plastic ball having a diameter of 10.5 μm is used as the gap control agent. A gap control agent is sprayed on the other substrate (for example, the second substrate 55). For example, in this embodiment, 3.5 μm plastic balls are sprayed by a dry gap spreader.

次いで、第1基板51と第2基板55とを重ね合わせ、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させる。ここでは、例えば150℃で3時間の熱処理を行う。その後、第1基板51と第2基板55の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層58を形成する。液晶材料の充填は、例えば真空注入法によって行う。本実施形態では、誘電率異方性△εが正であり比較的に粘度の低い液晶材料を用いる。液晶材料の屈折率異方性については、光を曲げる角度に関係するため目的にあった値とする。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理(例えば120℃で1時間)を行うことにより、液晶層58の液晶分子の配向状態を整える。以上のようにして本実施形態の光学素子5が得られる。   Next, the first substrate 51 and the second substrate 55 are overlaid, and the main sealant is cured by heat treatment in a state where pressure is constantly applied by a press machine or the like. Here, for example, heat treatment is performed at 150 ° C. for 3 hours. Thereafter, a liquid crystal layer 58 is formed by filling a gap between the first substrate 51 and the second substrate 55 with a liquid crystal material. The liquid crystal material is filled by, for example, a vacuum injection method. In this embodiment, a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy Δε and a relatively low viscosity is used. The refractive index anisotropy of the liquid crystal material is a value suitable for the purpose because it relates to the angle at which light is bent. After the liquid crystal material is injected, an end sealant is applied to the inlet and sealed. Then, the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 58 is adjusted by appropriately performing a heat treatment (for example, at 120 ° C. for 1 hour) after sealing. The optical element 5 of this embodiment is obtained as described above.

図6は、光学素子の他の構造例を示す模式的な断面図である。図6に示す光学素子5aは、第1基板51、第1電極52a、プリズムアレイ53a、第1配向膜54a、第2基板55、第2電極56、第2配向膜57、液晶層58を含んで構成される。上述した図2に示した光学素子5では第1電極52の上側にプリズムアレイ53が配置されていたが、図6に示す例の光学素子5aはプリズムアレイ53a上に第1電極52aが配置されている点が構造上の相違である。上記したような高い耐熱性を有する樹脂材料を用いて形成されたプリズムアレイ53a上であれば、本例のようにプリズムアレイ53aの上側にITO等の透明導電材料からなる第1電極52aを設けることもできる。なお、図示を省略するがプリズムアレイ53aと第1電極52aとの間に両者の密着性をより向上させるための酸化珪素(SiO)膜が設けられていることも好ましい。図6に例示する光学素子5aにおいては、第1基板51上の第1電極52aと液晶層58との間にプリズムアレイ53aが存在することなく、第1電極52aから直接的に液晶層58へ電圧を印加できることから、光学素子5aを駆動するための電圧をより低下させることが可能になる。また、図2に示した光学素子5、図6に示した光学素子5aのいずれについても、第1電極、第2電極の一方または双方がストライプ状(短冊状)などの形状にパターニングされていてもよい。それにより、表示画像の視角方向を変化させる領域と変化させない領域を設定することが可能となる。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another structural example of the optical element. The optical element 5a shown in FIG. 6 includes a first substrate 51, a first electrode 52a, a prism array 53a, a first alignment film 54a, a second substrate 55, a second electrode 56, a second alignment film 57, and a liquid crystal layer 58. Consists of. In the optical element 5 shown in FIG. 2 described above, the prism array 53 is arranged above the first electrode 52. However, in the optical element 5a shown in FIG. 6, the first electrode 52a is arranged on the prism array 53a. This is a structural difference. If it is on the prism array 53a formed using a resin material having high heat resistance as described above, the first electrode 52a made of a transparent conductive material such as ITO is provided on the prism array 53a as in this example. You can also. Although not shown, it is also preferable that a silicon oxide (SiO 2 ) film is provided between the prism array 53a and the first electrode 52a in order to further improve the adhesion between them. In the optical element 5 a illustrated in FIG. 6, the prism array 53 a does not exist between the first electrode 52 a on the first substrate 51 and the liquid crystal layer 58, and the liquid crystal layer 58 is directly connected from the first electrode 52 a. Since a voltage can be applied, the voltage for driving the optical element 5a can be further reduced. Further, in both the optical element 5 shown in FIG. 2 and the optical element 5a shown in FIG. 6, one or both of the first electrode and the second electrode are patterned into a stripe shape (strip shape) or the like. Also good. Thereby, it is possible to set a region where the viewing angle direction of the display image is changed and a region where the viewing angle direction is not changed.

図7は、プリズムアレイの他の構造例を示す模式的な断面図である。図7(A)に示すプリズムアレイ53bは、複数のプリズムの配列方向(図中では上下方向)に沿って各プリズムの傾斜角の大きさが異なっている。具体的には、図示の例では図中の下方向に配列されたプリズムほど傾斜角が大きくなっている。図7(B)に示すプリズムアレイ53cも同様である。図7(A)に示すプリズムアレイ53bは、各プリズムの底辺の長さが同一であり各プリズムの高さが異なるのに対して、図7(B)に示すプリズムアレイ53cは、各プリズムの高さが同一であり、各プリズムの底辺の長さが異なる。これらのようにプリズムアレイの各プリズムの傾斜角を徐々に変えることにより、光学素子における光の屈折角を徐々に大きくする(または小さくする)ことができる。したがって、液晶表示パネル1のサイズが比較的に大きい場合にも使用者における画像の視認性を向上させることが可能となる。具体的には、上記した図5に示した配置を仮定すると、使用者200の右目へ右目用画像を入射させるためには、図中下側へいくほど光をより大きく曲げる必要があり、そのような状況においてはプリズムアレイ53bまたはプリズムアレイ53cがより好適である。   FIG. 7 is a schematic sectional view showing another structural example of the prism array. In the prism array 53b shown in FIG. 7A, the inclination angles of the prisms are different along the arrangement direction of the plurality of prisms (vertical direction in the drawing). Specifically, in the illustrated example, the inclination angle becomes larger as the prisms are arranged in the downward direction in the figure. The same applies to the prism array 53c shown in FIG. The prism array 53b shown in FIG. 7A has the same base length and different heights, but the prism array 53c shown in FIG. The height is the same, and the length of the base of each prism is different. By gradually changing the inclination angle of each prism in the prism array as described above, the refraction angle of light in the optical element can be gradually increased (or decreased). Therefore, even when the size of the liquid crystal display panel 1 is relatively large, it is possible to improve the visibility of the image for the user. Specifically, assuming the arrangement shown in FIG. 5 described above, in order for the right-eye image to enter the right eye of the user 200, it is necessary to bend the light more toward the lower side in the figure. In such a situation, the prism array 53b or the prism array 53c is more preferable.

なお、第1基板と第2基板の間隔をより薄く、かつ均一に得やすいという面からはプリズムアレイ53cがより好適である。プリズムアレイ53bの場合、基板間隔を均一に保持するには、プリズムアレイの各プリズムの高さの差が、ギャップコントロール剤が許容する弾性変形の範囲内に収まるようにプリズム形状および基板間隔を設定することが好ましい。この場合、概ね10%未満の変形を見込むことが好ましい。上記した高さ2μmのプリズムが最大プリズム高であった場合、基板間隔を20μmより大きくすることでこの条件は満たされる。このとき、基板間隔の保持をメインシール内のギャップコントロール剤で行うことを主とし、基板に散布されるギャップコントロール剤の量をごく少量とすることも好ましい。また、基板にはギャップコントロール剤を散布せずに構成しても構わない。   In addition, the prism array 53c is more preferable from the viewpoint that the distance between the first substrate and the second substrate is thinner and more easily obtained. In the case of the prism array 53b, in order to keep the substrate interval uniform, the prism shape and the substrate interval are set so that the height difference of each prism in the prism array is within the elastic deformation range allowed by the gap control agent. It is preferable to do. In this case, it is preferable to anticipate deformation of less than about 10%. When the above-mentioned prism having a height of 2 μm has the maximum prism height, this condition is satisfied by making the substrate interval larger than 20 μm. At this time, the gap between the substrates is mainly held by the gap control agent in the main seal, and it is also preferable to make the amount of the gap control agent sprayed on the substrate very small. Further, the substrate may be configured without spraying the gap control agent.

なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to the content of each embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, it can change and implement variously.

例えば、上記した実施形態では画像表示装置の一例として液晶表示装置を示していたが、これに限定されない。本発明における画像表示装置は、出射される光が偏光しているものであればよく、例えば、単色タイプで外観が鏡面になっていない有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置等を用いることもできる。   For example, in the above-described embodiment, a liquid crystal display device is shown as an example of an image display device, but the present invention is not limited to this. The image display device in the present invention may be any device as long as the emitted light is polarized, and for example, an organic EL (electroluminescence) display device having a monochromatic type and not having a mirror appearance can be used.

また、上記した実施形態における液晶層は水平配向に規制されていたが、90°捩れ配向等の配向モードとしてもよい。また、液晶層にカイラル剤を添加することなどにより液晶分子の配列方向を変えてもよい。また、液晶層を形成する際の手法は真空注入にのみ限定されず、ODF法を用いてもよい。   Further, although the liquid crystal layer in the above-described embodiment is restricted to the horizontal alignment, it may be an alignment mode such as 90 ° twist alignment. Further, the alignment direction of the liquid crystal molecules may be changed by adding a chiral agent to the liquid crystal layer. Further, the method for forming the liquid crystal layer is not limited to vacuum injection, and an ODF method may be used.

また、プリズムアレイの断面形状は、上記した三角形状にのみ限定されない。断面形状は、例えば正弦波(サインカーブ)状でもよい。また、プリズムアレイの上面形状は、上記したストライプ状にのみ限定されない。上面形状は、例えば格子状、同心円状、楕円状、フレネルレンズ状、ドット状などでもよい。さらに、プリズムアレイの各プリズムの長手方向と配向処理の方向とを45°にしていたが、角度はこれに限定されず適宜設定できる。   Further, the cross-sectional shape of the prism array is not limited to the triangular shape described above. The cross-sectional shape may be, for example, a sine wave (sine curve). Further, the upper surface shape of the prism array is not limited to the stripe shape described above. The top surface shape may be, for example, a lattice shape, a concentric circle shape, an ellipse shape, a Fresnel lens shape, or a dot shape. Furthermore, although the longitudinal direction of each prism of the prism array and the direction of the orientation treatment are set to 45 °, the angle is not limited to this and can be set as appropriate.

また、上記した実施形態では光学素子を画像表示装置の前面側に配置していたが、光学素子を画像表示装置の後面側に配置してもよい。ただし、視角特性の制御性という観点では光学素子を前面側に配置するほうがより好ましいといえる。   In the above-described embodiment, the optical element is arranged on the front side of the image display device. However, the optical element may be arranged on the rear side of the image display device. However, it can be said that it is more preferable to dispose the optical element on the front side in terms of controllability of viewing angle characteristics.

また、上記した実施形態の画像表示システムにおいて立体的な画像表示を行わずに通常の2次元的な画像表示を行う場合には、基本的に光学素子を駆動しなくてよいが、画像表示の切り替えサイクル(例えば60Hz)に同期し、もしくは切り替えサイクルよりも速いサイクルで光学素子を駆動してもよい。それにより、通常の画像を視認する使用者にとって視角をより広く感得させることができる。本実施形態の画像表示システムはこのような動作も実現し得るものであり、これも好ましい動作態様の1つである。   In addition, in the image display system of the above-described embodiment, when normal two-dimensional image display is performed without performing stereoscopic image display, it is basically unnecessary to drive the optical element. The optical element may be driven in synchronization with a switching cycle (for example, 60 Hz) or in a cycle faster than the switching cycle. Thereby, the viewing angle can be perceived more broadly for the user viewing the normal image. The image display system of the present embodiment can also realize such an operation, which is also one of the preferable operation modes.

1:液晶表示パネル(LCD)
2:液晶駆動部
3:バックライト
5、5a:光学素子
6:光学素子駆動部
51:第1基板
52、52a:第1電極
53、53a:プリズムアレイ
54、54a:第1配向膜
55:第2基板
56:第2電極
57:第2配向膜
58:液晶層
100:画像表示システム
200:使用者
1: Liquid crystal display panel (LCD)
2: liquid crystal drive unit 3: backlight 5, 5a: optical element 6: optical element drive unit 51: first substrate 52, 52a: first electrode 53, 53a: prism array 54, 54a: first alignment film 55: first Two substrates 56: Second electrode 57: Second alignment film 58: Liquid crystal layer 100: Image display system 200: User

Claims (6)

第1画像と第2画像を交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる画像制御装置であって、
光学素子と、
前記画像表示装置による前記第1画像と前記第2画像の切り替えタイミングに対応して前記光学素子を駆動する光学素子駆動部を含み、
前記光学素子は、
相互に対向配置される第1基板及び第2基板と、
前記第1基板上に設けられ、前記光学素子駆動部と接続された第1電極と、
前記第1基板上に設けられた複数のプリズムを有するプリズムアレイと、
前記第1電極及び前記プリズムアレイの上側に設けられた第1配向膜と、
前記第2基板上に設けられ、前記光学素子駆動部と接続された第2電極と、
前記第2電極の上側に設けられた第2配向膜と、
前記第1基板の前記第1配向膜と前記第2基板の前記第2配向膜の間に設けられた液晶層を有する、
画像制御装置。
An image control device used in combination with an image display device that alternately displays a first image and a second image,
An optical element;
An optical element driving unit that drives the optical element in response to a switching timing of the first image and the second image by the image display device;
The optical element is
A first substrate and a second substrate disposed opposite to each other;
A first electrode provided on the first substrate and connected to the optical element driving unit;
A prism array having a plurality of prisms provided on the first substrate;
A first alignment film provided above the first electrode and the prism array;
A second electrode provided on the second substrate and connected to the optical element driving unit;
A second alignment film provided on the upper side of the second electrode;
A liquid crystal layer provided between the first alignment film of the first substrate and the second alignment film of the second substrate;
Image control device.
前記光学素子駆動部は、前記第1画像の表示時において前記光学素子へ相対的に高い電圧を供給し、前記第2画像の表示時において前記光学素子へ相対的に低い電圧を供給する、請求項1に記載の画像制御装置。   The optical element driving unit supplies a relatively high voltage to the optical element when the first image is displayed, and supplies a relatively low voltage to the optical element when the second image is displayed. Item 2. The image control apparatus according to Item 1. 前記光学素子が前記画像表示装置の前面側に配置された、請求項1又は2に記載の画像制御装置。   The image control device according to claim 1, wherein the optical element is disposed on a front side of the image display device. 前記画像表示装置が指向性バックライトを有する液晶表示装置である、請求項1〜3の何れか1項に記載の画像制御装置。   The image control device according to claim 1, wherein the image display device is a liquid crystal display device having a directional backlight. 前記プリズムアレイは、前記複数のプリズムの配列方向に沿って当該各プリズムの傾斜角の大きさが異なる、請求項1〜4の何れか1項に記載の画像制御装置。   The image control apparatus according to claim 1, wherein the prism array has different inclination angles of the prisms along an arrangement direction of the plurality of prisms. 請求項1〜5の何れか1項に記載の画像制御装置と、
第1画像と第2画像を交互に表示する画像表示装置、
を備える画像表示システム。
The image control apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An image display device for alternately displaying the first image and the second image;
An image display system comprising:
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