JP2013195893A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体画像の光量を増加させ光学特性を向上させた立体画像の表示位置を自在に変えることができる立体表示装置を提供する。
【解決手段】立体表示装置１０”は、導光板１と、その２つの入射面Sina、Sinbに設けられた２つの光源２ａ、２ｂと、導光板１の出射面側Sout1に設けられた片面異形三角プリズムシート３と、その出射面Sout3上に設けられた透過型液晶表示パネル４と、その表示パネル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、全体制御回路６とによって構成されている。片面異形三角プリズムシート３’の主偏向方向を所定角回転させる位相差板８を設ける。片面異形三角プリズムシート３’と光変調部７との間に位相差板８を挿入する。片面異形三角プリズムシート３’と位相差板８との間、位相差板８と光変調部４との間、光変調部７と透過型液晶表示パネル４との間に密着層９を設けている。
【選択図】図１

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１７は眼鏡を利用しない方式としての従来の立体表示装置を示す（参照：特許文献１）。図１７において、(Ａ）は、立体表示装置の詳細を示し、(Ｂ）は概観を示す。

図１７の立体表示装置１０は、導光板１と、導光板１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、導光板１の出射面S_out1側に設けられた片面異形三角プリズムシート３と、片面異形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、全体を制御する制御回路（マイクロコンピュータ）６とによって構成されている。片面異形三角プリズム３は、光源２ａ、２ｂの一方を点灯させると片側の眼に出射されかつ反対の眼に出射されないように、構成されている。また、透過型液晶表示パネル４内の入射側、出射側には、偏光板４ａ、４ｂが設けられている。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１７において、導光板１の代りに、２つの導光板、つまり、下側導光板及び下側導光板の出射面に重ね合わせられた上側導光板を設けることもできる（参照：特許文献２）。

図１７の立体表示装置１０においては、観察者２０が立体表示装置１０の正面から点線に示すごとく右方向あるいは左方向にいる場合には、立体画像の表示位置を自在にシフトさせることができない。

本願出願人は立体画像の表示位置を自在に変えることができる図１８に示す立体表示装置を既に提案している(参照：特許文献３)。

図１８の立体表示装置１０’においては、図１７の立体表示装置１０に、マイクロプリズム液晶光学素子による光変調部７を付加すると共に、観察者２０の位置を検出するセンサ１０aを付設する。これにより、センサ１０aによって検出された観察者２０の位置に応じた駆動電圧V_dによって光変調部７を駆動する。尚、光変調部７については後に詳述する。たとえば、観察者２０が立体表示装置１０’の正面から点線に示すごとく右方向あるいは左方向にいる場合には、これをセンサ１０aによって検出して駆動電圧V_dによって光変調部７を駆動して立体画像の表示位置を右方向あるいは左方向にシフトさせる。

特開２０１０−２６２１９８号公報 特開２０１０−２８６８１３号公報 特願２０１０−２６２１９８号

しかしながら、図１８の先に提案した立体表示装置１０’においては、片面異形三角プリズムシート３からの出射光の主偏向方向と光変調部の画像を左右へ動かせる偏光軸とが必ずしも整合していないので、光学特性が低下するという課題がある。

また、透過型液晶表示パネル４の表示位置は画面中央であり、光変調部７は光軸を数度〜２０度方向へ変化させるので、左右対称位置に観察者２０が動いた場合には、２つの変調部を必要とする等の複雑な構成となる課題がある。

さらに、導光板１、片面異形三角プリズムシート３、透過型液晶表示パネル４、光変調部７の各々の間には空気層が存在して屈折率差が大きい構成となるので、光学特性が低下するという課題がある。

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、導光板と、導光板の対向する第１、第２の入射面に設けられた第１、第２の光源と、導光板の出射面上に設けられ複数のプリズムが平行に配列された片面プリズムシートと、片面プリズムシートの出射面上に設けられ、片面プリズムシート側に偏光板を有する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、片面プリズムシートの主偏向方向を所定角だけ回転させるための位相差板と、位相差板からの光を受ける光変調部とを具備し、光変調部は、対向配置された第１、第２の透明基板と、第１の透明基板上に設けられたプリズムアレイと、第１の透明基板もしくはプリズムアレイ上に設けられた第１の透明電極層と、第２の透明基板上に設けられた第２の透明電極層と、第１、第２の透明基板間に設けられた液晶層と、各第1、第２の透明基板上に設けられ、液晶層の液晶分子を配向処理するための第1、第２の配向層とを具備し、位相差板は片面プリズムシートの主偏向方向を回転させて液晶層の配向処理方向に一致させるようにしたものである。

また、位相差板及び光変調部は、片面プリズムシートと透過型液晶表示パネルとの間に配設され、もしくは透過型表示パネルの出射側に配設されたものである。

さらに、片面プリズムシートの複数のプリズムの該各プリズムの法線に対する傾きを変化させたものである。さらに、片面プリズムシート、位相差板、光変調部及び透過型表示パネルの各々の間に密着層を具備する。

さらに、導光板の代りに、第１、第２の導光板を具備することもできる。この場合、第１の導光板が第２の導光板の出射面に重ね合わされ、各第１、第２の光源が第１、第２の導光板の入射面に設けられ、片面プリズムシートが第１の導光板の出射面上に設けられた。

本発明によれば、三角プリズムシートの主偏向方向が位相差板によって光変調部の画像を左右に動かす液晶層の配向処理方向に一致させているので、立体画像の光量が増加して光学特性を向上できる。

本発明に係る立体表示装置の実施の形態を示す図である。 図１の導光板の例を示す平面図である。 図２のIII-III線断面図である。 図１の導光板からの光の左目用配光分布を示すグラフである。 図１の片面異形三角プリズムシートの中央部の１つのプリズムを示す図である。 図１の片面異形三角プリズムシート内の光路を説明する図である。 図１の導光板からの光が50°、60°、70°、80°の場合の片面異形三角プリズムシート内の光路を示す図である。 図１の片面異形三角プリズムシートからの光の左目用配光分布を示すグラフである。 図１の片面異形三角プリズムシートの例を示す図である。 図１の片面異形三角プリズムシートの他の例を示す図である。 図１の変調部の断面図である。 図１１のプリズムアレイを示す図である。 駆動電圧を変化させた場合の図１の光変調部からの配光分布を示す図である。 駆動電圧を変化させた場合の図１の光変調部（透過型液晶表示パネル）からの配光分布を示す図である。 図１の位相差板を説明する図である。 図１の立体表示装置の変更例を示す図である。 従来の立体表示装置を示す図である。 本出願人が先に提案した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実施の形態を示す図である。

図１の立体表示装置１０’’においては、図１８の立体表示装置１０’における片面異形三角プリズムシート３を片面異形三角プリズムシート３’に置き換し、また、光変調部７を透過型液晶表示パネル４の下に移し、片面異形三角プリズムシート３’と光変調部７との間に位相差板８を挿入し、さらに、片面異形三角プリズムシート３’と位相差板８との間、位相差板８と光変調部４との間、光変調部７と透過型液晶表示パネル４との間に密着層９を設けている。

次に、図１の各部について詳細に説明する

図２は図１の導光板１の例を示す平面図である。尚、導光板１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に示すように、導光板１は、入射面S_ina、S_inbに関して対称となっている。また、導光板１の出射面S_out1と反対の配光制御面に入射面S_ina、S_inb間方向に延在する複数の平坦鏡面部１１を形成する。平坦鏡面部１１は光を奥まで均一にするためのものである。また、平坦鏡面部１１が形成されていない領域に等間隔の三角形状の複数のプリズムよりなる光を立ち上げるための三角形状プリズム列１２を形成する。さらに、入射面S_ina、S_inb特に平坦鏡面部１１の入射面S_ina、S_inbには、戻り光抑止のために、三角形状、円弧形状及びマイクロレンズアレイ等のシボ面１３を加工してある。尚、図２に示すごとく、光源２ａ、２ｂは、それぞれ、複数個の発光ダイオード（LED）とすることができる。

図２においては、光源２ａ、２ｂの幅は三角形状プリズム列１２の幅と同一である。この場合、光源２ａ、２ｂ付近から三角形状プリズム列１２のプリズム面にて全反射した多くの光が出光され、均一性が減少する。一般に、光源２ａ、２ｂの幅に対する三角形状プリズム列１２の数は製品の大きさ、面輝度の求められる均一性に依存して異なる。尚、光源２ａ、２ｂの幅に対して平坦鏡面部１１及び三角形状プリズム列１２を複数個配置し、光源２ａ、２ｂを左右交互に配置すると、均一性は増加する。

また、図２においては、光源２ａ、２ｂを三角形状プリズム列１２に対して対称に配置している。この場合、互いの導光板の反対側側面つまり入射面S_ina、S_inbが平坦面となり、この平坦面から戻り光が発生するという問題がある。光源２ａ、２ｂを交互に配置し、光源２ａ、２ｂの反対側側面はシボ面とすれば戻り光は抑止される。

図３は図２のIII-III線断面図である。図３の(Ａ）に示すように、平坦鏡面部１１より三角形状プリズム列１２を下側に突出させてもよく、他方、図３の(Ｂ）に示すように、三角形状プリズム列１２より平坦鏡面部１１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おり、光源２ａ、２ｂは対称に設けられているので、光源２ｂの動作も同様である。

図３の(Ａ）、(Ｂ）において、光源２ａからの光R1は入射面S_inaから入射して三角形状プリズム列１２の三角形状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R2は入射面S_inaから入射して平坦鏡面部１１において全反射された後に三角形状プリズム列１２の三角形状プリズムによって全反射されて出射光となる。他方、シボ面１３が存在しない場合には、点線で示す光源２ａからの光R3は入射面S_inbから入射して平坦鏡面部１１において全反射され、入射面S_in2にて戻り光となり、最後に、三角形状プリズム列１２の三角形状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R1、R2は左目用視差像に役立つが、角度−方向の戻り光R3は不要な出射光であって、右目用視差像に悪影響するものである。この戻り光R3がシボ面１３によって乱反射されて抑止されるので、出射光とならないようにしている。

三角形状プリズム列１２の三角形状プリズムは光源２ａ、２ｂから左右対称な出射光を必要とするので、二等辺三角形でありかつ等間隔に配列されている。また、その頂角は大きくたとえば164°であり、戻り光を抑制している分、光の立ち上がり量を少なくしてある。

図４は左目用の光源２ａを点灯した場合の図１の導光板１からの光の左目用配光分布を示す。図４において、点線はシボ面１３が存在せず図６の戻り光R3が抑制されない場合の導光板１からの光の配光分布である。

図４に示すように、図３の戻り光R3が抑制された分、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。図７においては、出光強度は+50°〜+80°方向で大きく、-64°で最大となる。

尚、右目用の光源２ｂを点灯した場合には、図４の場合と0°を軸とした対称の配光分布となり、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。

図５は図１の片面異形三角プリズムシート３’の中央部の１つのプリズムを示す図である。

図５に示すように、片面異形三角プリズムシート３’中央部の１つのプリズムは異形三角プリズムたとえば３段三角プリズムであり、つまり、辺部E1、F1（稜部からの距離0μm〜9μmの範囲）は頂角81°であり、辺部E2、F2（稜部からの距離9μm〜39μmの範囲）は頂角71°であり、辺部E3、F3（稜部からの距離39μm〜63μmの範囲）は頂角65°である。尚、このような片面異形三角プリズムシート３’は成形用スタンパにより精度よく所望の傾斜角度で形成できる。

図６は図１の片面異形三角プリズムシート３’の中央部内の光路を説明する図である。

図６に示すように、導光板１の出射面S_out1から出光した光は、辺部E1、E2、E3において屈折し、辺部F1、F2、F3において全反射して上面へ出光する。図４に示す導光板１からの左目用配光分布は50°〜80°で強いので、図１の片面異形三角プリズムシート３は50°〜80°のいずれの出射角の光でも+方向へ出射させるように作用している。以下、導光板１からの光が配光角50°、60°、70°、80°の場合について片面異形三角プリズムシート３’の光路について詳述する。

図７の(Ａ）は導光板１からの光の出射角が+50°の場合の光路を示す。図７の(Ａ）に示すように、導光板１からの光はプリズムの辺部E1、E2、E3を透過し、辺部F1、F2、F3で全反射する。この結果、片面異形三角プリズムシート３の出射角が+22°〜+50°方向に出光する。

図７の(Ｂ）は導光板１からの光の出射角が+60°の場合の光路を示す。図７の(Ｂ）に示すように、導光板１からの光はプリズムの辺部E1、E2を透過し、辺部F1、F2、F3で全反射する。この結果、片面異形三角プリズムシート３の出射角が+10°〜+39°方向に出光する。

図７の（Ｃ）は導光板１からの光の出射角が+70°の場合の光路を示す。図７の（Ｃ）に示すように、導光板１からの光はプリズムの辺部E1、E2を透過し、辺部F1、F2、F3で全反射する。この結果、片面異形三角プリズムシート３の出射角が+1°〜+28°方向に出光する。

図７の（Ｄ）は導光板１からの光の出射角が+80°の場合の光路を示す。図７の（Ｄ）に示すように、導光板１からの光はプリズムの辺部E1を透過し、辺部F1で全反射する。この結果、片面異形三角プリズムシート３の出射角が+1°〜+17.5°方向に出光する。

尚、導光板１からの光の出射角が0°（垂直）〜50°の場合には、片面異形三角プリズムシート３のプリズムへの入射角及びプリズムの上面において臨界角を超える角度でプリズムに入射する成分が増加し、この結果、プリズムの上面からは出光しづらくなる。

図８は左目用の光源２ａを点灯した場合の片面異形三角プリズムシート３’からの光の左目用配光分布を示す。図８において、点線はシボ面１３が存在せず図３の戻り光R3が抑制されない場合の片面異形三角プリズムシート３からの光の配光分布である。

図８に示すように、図３の戻り光R3が抑制された分、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。図８においては、出光強度は0°〜+30°方向で大きく、0°〜-30°方向でほとんど出光しない。

尚、右目用の光源２ｂを点灯した場合には、図８の場合と0°を軸とした対称の配光分布となり、角度0〜+30°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いては、平坦鏡面部の幅は一定であったが、平坦鏡面部の幅を変化させることもできる。この場合にあっても、入射面S_ina、S_inbに関して対称である。

さらに、片面異形三角プリズムシート３は1部材に限らず、少なくとも2種類以上の屈折率が異なる部材を張り合わせてもよい。また、片面異形三角プリズムシート３のプリズムは３段三角プリズムであったが、配光分布に合わせて２段もしくは４段以上の多段三角プリズムにしてもよい。

図９は片面異形三角プリズムシート３’の各プリズムの形状の例を示す。この場合、片面異形三角プリズムシート３’は観察者２０が立体表示装置１０”の画面中央に位置する場合に画面中央の位置に立体画像を表示させるために、片面異形三角プリズムシート３’の各プリズムの長辺方向の法線に対して、画面中央では、ｄｏ＝0°であり、画面右端及び左端に向かうにつれて各プリズムの導光板１側の頂点を各法線に対して画面中央へ向けて徐々に傾ける。この傾きは、ｄ（−２）＞ｄ（−１）＞ｄｏ，ｄｏ＜ｄ１＜ｄ２の関係となる。但し、この傾き変化量は同一でなくともよい。このように、光変調部７の無電圧印加時に画面中央部に立体画像を表示させた場合にあって、画面左端側もしくは画面右端に立体画像を表示させる場合には、光変調部７に駆動電圧V_dを印加する。しかし、この場合、光変調部７による立体画像の移動は一方側のみであり、立体画像は画面左端側か画面右端側かのいずれかしか移動しない。

図１０は片面異形三角プリズムシート３’の各プリズムの形状の他の例を示す。観察者２０が立体表示装置１０’’の画面左端に位置する場合に、画面左端の位置に立体画像を表示させるために、片面異形三角プリズムシート３’の各プリズムの長辺方向の法線に対して、画面左端では、ｄｏ＝0°であり画面右端につれて各プリズムの導光板１側の頂点を各法線に対して画面左端へ向けて徐々に傾ける。この傾きは、ｄｏ＜ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４の関係となる。但し、この傾き変化量は同一でなくてもよい。このように、光変調部７の無電圧印加時に画面左端に立体画像を表示させた場合にあって、画面中央側もしくは画面右側に立体画像を表示させる場合には、光変調部７に駆動電圧V_dを印加する。この場合、駆動電圧V_dが中間電圧とともに、画面中央に立体画像が表示される。たとえば、光変調部７に最大駆動電圧V_dを印加した場合に、光変調部７が２０°傾くときには、片面異形三角プリズムシート３’の出射角度を−１０°にすればよい。従って、立体画像の表示は中央位置、左右位置のいずれも可能となる。

次に、図１の光変調部７の詳細について図１１、図１２を参照して説明する。

図１１の（Ａ）において、ガラス、プラスチック等よりなる透明基板７１上にインジウム錫酸化物（ITO）よりなる透明電極層７２を形成し、その上にプリズムアレイ７３を形成する。プリズムアレイ７３については後述する。さらに、プリズムアレイ７３上に配向層７４を形成する。尚、透明電極層７２は適宜パターニングされる。他方、ガラス、プラスチック等よりなる透明基板７５上にITOよりなる透明電極層７６を形成し、その上に配向層７７を形成する。尚、透明電極層７６も適宜パターニングされる。

透明基板７１側と透明基板７５側との間には多数の粒状体のスペーサが分散配置されており、これにより透明基板７１、７５の相互間隔を保持して液晶層７８を注入する。

配向層７４、７７は液晶層７８の液晶分子の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であり、これらの配向層７４、７７には、ラビング処理、光配向処理等の表面処理が施されている。

液晶層７８は透電率異方性Δεが正（Δε>0）のネマティック液晶材料よりなる。液晶層７８内の太線は液晶分子を模式的に示し、電圧無印加時の液晶分子は透明基板７１、７５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している。

図１１の（Ｂ）においては、図１１の（Ａ）における透明電極層７２がプリズムアレイ７３上に形成されている点のみが異なる。図１１の（Ｂ）の光変調部７においては、液晶層７８にかかる電場強度を除いて、図１１の（Ａ）の光変調部７の動作と変わらない。

図１１の（Ｃ）においては、図１１の（Ｂ）の透明電極層７２を複数の短冊状（ストライプ状）の透明電極層７２ａ、７２ｂ、７２ｃとした点のみ異なる。これにより、複数の短冊状領域で異なる電圧印加状態を発生できる。

図１１の液晶層７８に印加する駆動電圧V_dは数V程度で十分である。この場合、プリズムアレイ７３下に透明電極層７２を形成する図１１の（Ａ）の場合に比較してプリズムアレイ７３上に透明電極層７２を形成する図１１の（Ｂ）、（Ｃ）の場合の方が駆動電圧V_dは低くてもよい。また、液晶層７８の厚さ（以下、セル厚）はプリズムアレイ７３の場所によって異なるが、配向層７４、７７の配向処理をアンチパラレルとすれば、駆動電圧V_dのしきい値が液晶層７８のセル厚に対してほとんど依存しないので、プリズムアレイ７３と液晶層７８との界面の屈折率変化の場所による差異はほとんどない。また、光変調部７は、一般の液晶素子における偏光板が不要であるので、原理的に高透過率である。具体的には、光変調部７の透過率は90％以上が見込まれ、光変調部７の透明基板７１上に反射防止（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。尚、ここでは配向処理をアンチパラレルの場合について述べたが配向処理方向が捩れていても構わない。

図１２は図１１のプリズムアレイ７３を示し、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は部分断面図である。

図１２の（Ａ）に示すように、プリズムアレイ７３は複数の微小な傾斜状の突起形状のプリズムを一方向に配列して構成されている。このプリズムアレイ７３は上面から見てスリット形状に形成されている。また、プリズムアレイ７３は耐熱性、密着性に優れた樹脂によって形成される。

図１２の（Ｂ）に示すように、各プリズムの断面形状は頂角たとえば75°、底角たとえば15°、90°の直角三角形であり、プリズムの配置ピッチ（幅）Pはたとえば20μm程度、高さHは5.2μm程度である。従って、各プリズムの下方から入射した光は直角三角形の斜面においてスネルの屈折則に従って屈折するが、その際の屈折角は図１１の液晶層７８の屈折率nに依存する。この場合、図１の制御回路６はセンサ１０ａの出力に応じた駆動電圧V_dを透明電極層７２、７６間に印加する。この結果、駆動電圧V_dに応じて液晶層７８の液晶分子の列が変化して液晶層７８の屈折率nが変化し、従って、プリズムアレイ７３（正確には、配向層７４）と液晶層７８との界面における光の屈折角を自在に変化させることができる。この屈折角の大きさはプリズムアレイ７３のプリズムの形状、液晶層７８の屈折率異方性等に依存し、数°から20°程度である。

図１１においては、液晶層７８の液晶分子の応答速度は液晶層７８のセル厚に依存し、たとえば、セル厚の２乗に比例すると言われている。この液晶層７８のセル厚はプリズムアレイ７３の場所により異なるので、上述の液晶分子の応答速度もプリズムアレイ７３の場所により異なる。従って、駆動電圧V_dをセル厚が一番大きい場所での液晶分子の応答速度よりも早く速度で変化させると、立体画像の表示位置が微妙にずれる。この微妙なずれを積極的に利用すると、立体画像の表示がゆらゆらと陽炎のように揺れて見える。また、駆動電圧V_dを徐々に増大もしくは減少せしめると、立体画像の表示位置が連続的に変化する。

図１３は駆動電圧V_dを変化させた場合の図１の光変調部からの配光分布を示す図である。

駆動電圧V_dが0Vのときには、図１３の（Ａ）に示すごとく、左目用配光分布の中心は+2.5°、右目用配光分布の中心は-7°である。

次いで、駆動電圧V_dを3Vに上昇させると、図１３の（Ｂ）に示すごとく、左目用配光分布の中心は+2.3°、右目用配光分布の中心は-5.8°となり、立体画像の表示位置は左側にシフトする。

さらに、駆動電圧V_dを6Vに上昇させると、図１３の（Ｃ）に示すごとく、左目用配光分布の中心は+4.9°、右目用配光分布の中心は-3.9°となり、立体画像の表示位置はさらに左側にシフトする。

さらに、駆動電圧V_dを9Vに上昇させると、図１４の（Ａ）に示すごとく、左目用配光分布の中心は+4.9°、右目用配光分布の中心は-3.2°となり、立体画像の表示位置は少しだけ左側にシフトする。

その後、駆動電圧V_dを12V、15Vと上昇させても、図１４の（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、左目用配光分布の中心は+4.9°、右目用配光分布の中心は-3.2°は変化せず、立体画像の表示位置はシフトしない。

このように、駆動電圧V_dに応じて立体画像の表示位置は立体表示装置１０”の正面から見て右側、つまり、観察者２０から見て左側へシフトさせることができる。制御回路６がこの駆動電圧V_dをセンサ１０ａの出力に応じて変化させれば、観察者２０の位置に応じて立体画像を適切な方向へ移動させることができる。

図１５は図１の位相差板８の作用を説明するための図である。

図１５に示すように、片面異形三角プリズムシート３’の出射面S_out3には、各プリズムの長辺方向が平行に配列されているので、主偏向方向P1は各プリズムの長辺方向である。他方、光変調部７の透明基板７１、７５上の配向層７４、７７（図１１参照）の配向処理方向P71、P75は片面異形三角プリズムシート３’の各プリズムの長辺方向に対して略45°に設定され、しかも、配向処理方向P71、P75はアンチパラレル関係に配置されているものとする。この場合、位相差板（λ／２板）８によって片面異形三角プリズムシート３’の主偏向方向P1を22.5°回転させると、配向処理方向P2が45°となり、光変調部７のアンチパラレル配向処理方向P71、P75（=45°）と一致する。

片面異形三角プリズムシート３’の主偏向方向P1を位相差板８によって光変調部７のアンチパラレル配向処理方向P71、P75とほぼ一致させるもしくは光変調部７の配向処理方向P71もしくはP75とほぼ一致させることの利点について説明する。通常、液晶層７８の液晶分子は細長い形状をなしており、液晶分子の長軸方向の偏光を曲げることができる一方、液晶分子の短軸方向の偏光を曲げることができない。従って、位相差板８によって配向処理された方向P2の偏光の全成分は光変調部７の液晶層７８の液晶分子によって曲げられ、つまり、光の利用効率が高くなる。

尚、片面異形三角プリズムシート３’の主偏向方向P1と光変調部７のアンチパラレル配向処理方向P71、P75とが45°をなす場合は、位相差板８の位相差は22.5°であるが、片面異形三角プリズムシート３’の主偏向方向P1と光変調部７のアンチパラレル配向処理方向P71、P75とがなす角度がαの場合には、位相差板８の位相差はα／２である。

また、図１においては、片面異形三角プリズムシート３’、位相差板８、光変調部７及び透過型液晶表示パネル４の間に、密着層９を設けてある。たとえば、密着層９は、たとえば、ポリエチレン・テレフタレート（PET）よりなるベース層の両面に塗布されたシリコン系樹脂、ウレタン系樹脂あるいはアクリル系樹脂よりなる接着層で構成される。密着層９の材料は密着層９の屈折率が片面異形三角プリズムシート３’等の屈折率と近ければよく、これにより、片面異形三角プリズムシート３’と密着層９との屈折率差等は小さくなり、全反射による迷光を抑制できる。たとえば、片面異形三角プリズムシート３’をPETで形成し、密着層９のベース層もPETで形成すれば、片面異形三角プリズムシート３’と密着層９との屈折率差はほぼ0となり、全反射による迷光を抑制できる。
全反射による迷光は片面異形プリズムシート３から導光板１内に進行し、前記した内部反射成分となりクロストークの原因となる。

尚、密着層９はベース層を省略して接着剤のみで構成してもよい。つまり、接着層をたとえばPETよりなる片面異形三角プリズムシート３の出射面S_out3上に直接塗布してもよい。

図１６は図１の立体表示装置の変更例を示し、位相差板８及び光変調部７を透過型液晶表示パネル４の外側に設けてある。この場合にも、位相差板８の位相差は片面異形三角プリズムシート３’のプリズム主偏向方向を位相差板８によって光変調部７のアンチパラレル配向処理方向P71、P75とほぼ一致させるもしくは光変調部７の配向処理方向P71もしくはP75とほぼ一致させる。

１：導光板
２ａ、２ｂ：光源
３、３’：片面異形三角プリズムシート
４：透過型液晶表示パネル
５：同期駆動回路
６：制御回路
７：光変調部
８：位相差板
９：密着層
１１：平坦鏡面加工部
１２：三角形状プリズム列
１３：シボ面
７１：透明基板
７２：透明電極層
７３：プリズムアレイ
７４：配向層
７５：透明基板
７６：透明電極層
７７：配向層
７８：液晶層

特開２０１０−２６２１９８号公報 特開２０１０−２８６８１３号公報 特願２０１０−２８５１９２号（特開２０１２−１３３１２８号公報）

図１の立体表示装置１０’’においては、図１８の立体表示装置１０’における片面異形三角プリズムシート３を片面異形三角プリズムシート３’に置き換し、また、光変調部７を透過型液晶表示パネル４の下に移し、片面異形三角プリズムシート３’と光変調部７との間に位相差板８を挿入し、さらに、片面異形三角プリズムシート３’と位相差板８との間、位相差板８と光変調部７との間、光変調部７と透過型液晶表示パネル４との間に密着層９を設けている。

さらに、片面異形三角プリズムシート３’は1部材に限らず、少なくとも2種類以上の屈折率が異なる部材を張り合わせてもよい。また、片面異形三角プリズムシート３’のプリズムは３段三角プリズムであったが、配光分布に合わせて２段もしくは４段以上の多段三角プリズムにしてもよい。

液晶層７８は誘電率異方性Δεが正（Δε>0）のネマティック液晶材料よりなる。液晶層７８内の太線は液晶分子を模式的に示し、電圧無印加時の液晶分子は透明基板７１、７５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している。

また、図１においては、片面異形三角プリズムシート３’、位相差板８、光変調部７及び透過型液晶表示パネル４の間に、密着層９を設けてある。たとえば、密着層９は、たとえば、ポリエチレン・テレフタレート（PET）よりなるベース層の両面に塗布されたシリコン系樹脂、ウレタン系樹脂あるいはアクリル系樹脂よりなる接着層で構成される。密着層９の材料は密着層９の屈折率が片面異形三角プリズムシート３’等の屈折率と近ければよく、これにより、片面異形三角プリズムシート３’と密着層９との屈折率差等は小さくなり、全反射による迷光を抑制できる。たとえば、片面異形三角プリズムシート３’をPETで形成し、密着層９のベース層もPETで形成すれば、片面異形三角プリズムシート３’と密着層９との屈折率差はほぼ0となり、全反射による迷光を抑制できる。
全反射による迷光は片面異形プリズムシート３’から導光板１内に進行し、前記した内部反射成分となりクロストークの原因となる。

Claims (6)

1. 導光板と、
   該導光板の対向する第１、第２の入射面に設けられた第１、第２の光源と、
   前記導光板の出射面上に設けられ複数のプリズムが平行に配列された片面プリズムシートと、
   該片面プリズムシートの出射面上に設けられ、前記片面プリズムシート側に偏光板を有する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、
   前記片面プリズムシートの主偏向方向を所定角だけ回転させるための位相差板と、
   該位相差板からの光を受ける光変調部と
   を具備し、
   前記光変調部は、
   対向配置された第１、第２の透明基板と、
   該第１の透明基板上に設けられたプリズムアレイと、
   前記第１の透明基板もしくはプリズムアレイ上に設けられた第１の透明電極層と、
   前記第２の透明基板上に設けられた第２の透明電極層と、
   前記第１、第２の透明基板間に設けられた液晶層と、
   前記各第1、第２の透明基板上に設けられ、前記液晶層の液晶分子を配向処理するための第1、第２の配向層と
   を具備し、
   前記位相差板は前記片面プリズムシートの主偏向方向を回転させて前記液晶層の配向処理方向に一致させるようにした立体表示装置。
2. 前記位相差板及び前記光変調部は、前記片面プリズムシートと前記透過型液晶表示パネルとの間に配設された請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記位相差板及び前記光変調部は、前記透過型表示パネルの出射側に配設された請求項２に記載の立体表示装置。
4. 前記片面プリズムシートの複数のプリズムの該各プリズムの法線に対する傾きを変化させた請求項１に記載の立体表示装置。
5. さらに、前記片面プリズムシート、前記位相差板、前記光変調部及び前記透過型表示パネルの各々の間に密着層を具備する請求項１に記載の立体表示装置。
6. 前記導光板の代わりに、第１、第２の導光板を具備し、
   前記第１の導光板が前記第２の導光板の出射面に重ね合わされ、
   前記各第１、第２の光源が前記第１、第２の導光板の入射面に設けられ、
   前記片面プリズムシート、前記第１の導光板の出射面上に設けられた請求項１に記載の立体表示装置。
   

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