JPWO2004027492A1

JPWO2004027492A1 - 表示装置および表示装置を備えた電子機器

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Publication number: JPWO2004027492A1
Application number: JP2004538005A
Authority: JP
Inventors: 笹川　智広; 智広笹川; 結城　昭正; 昭正結城; 菅原　直人; 直人菅原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: WO2004027492A1; CN100376924C; JP3930021B2; CN1678943A; US20050276071A1; US7210836B2

Abstract

導光板とその異なる２つの入光端面にそれぞれ配置された光源と、導光板の出光面側に配置され、導光板と向かい合う面には導光板の入光端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、上記面と対向する面には上記三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有する両面プリズムシートと、この両面プリズムシートの出射面側に配置された透過型表示パネルと、光源に同期させて視差像を透過型表示パネルに表示させる同期駆動手段とを備え、上記光源からの光がそれぞれ左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射され、立体表示を可能にしている。

Description

この発明は、表示装置、特に小型の表示面をもつ携帯情報端末用として使用される立体視および同一画面で同時に異なる画面表示が可能な表示装置に関するものである。

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を有する画像を提示する方法が一般的である。この観察者の左右眼に各々の視差を有する像を提示する方法としては、従来、特殊な眼鏡を利用する方式と眼鏡無し方式の二つが挙げられる。
眼鏡を利用する方法は、時分割で交互に表示される左右視差画像を、眼鏡によって観察者の左右眼に届くように切り替える方法で、立体表示を観察者に提示するためには、観察者が眼鏡を装着しなければならず、不快感や煩わしさをともなう。
眼鏡を使用しない方法としては、レンチキュラーレンズやパララックスバリアを使用する方法が一般的である。この方法では、表示装置は垂直画素ライン毎に左右用の視差像を表示し、その各々の画素ラインより出射する光が、それぞれ観察者の左右眼に導かれるように、表示装置にレンチキュラーレンズやパララックスバリアを設置している。表示装置の垂直画素ライン毎に左右の視差像を表示する必要があるため、画像が表示装置の１行の画素数が右用、左用に分担され、半分の画素数の画像となってしまう。また、レンチキュラーレンズ方式では、レンチキュラーレンズの有無を切り替えることが困難であるため、平面画像表示時にも、立体画像と同様に左右それぞれの眼に異なる画素ラインの表示を行う必要があり、平面画像表示時にも解像度が低下してしまう。パララックスバリア方式では、パララックスバリア自体を液晶素子などにより構成することにより、平面画像表示時にはパララックスバリアを消去することができるため、表示パネル本来の解像度で平面表示を行うことができるが、一方で立体表示時には、パララックスバリアにより光源光の一部をさえぎってしまうため、表示が暗くなる問題点もある。
この問題点を回避する方法として、眼鏡を使用する方法と同様に、透過型の表示パネルに時分割で左右視差像を表示し、これを照明する光源の指向性を切り替えることによって、左右の視差画像をそれぞれ左右の眼に導く方法がある。たとえば第２２図に示すケンブリッジ大学によって提案された方式では、透過型表示パネル４と、その後面に設けられたコリメータレンズ６と、更にその後方に設けられ、順次発光する光源の配列７とを備え、光源の配列中の発光している光源部７ａより出る光は、その前方に配置されたコリメータレンズ６により、透過型表示パネル４を通過した後に、指向性をもって収束される。従って、透過型表示パネルの画像は、収束される方向のみ観察可能となり、光源配列の発光部と透過型表示パネルに表示される視差画像とを同期して切り替えることにより、左右それぞれの視差画像が観察者の左右眼にそれぞれ導かれ立体視が可能となる。この発光位置制御とコリメーターレンズによる方式は、コリメータレンズにより光源上の発光点の位置を正確に照明光の角度や視認位置に変換することができるため、きわめて良好な照明光の指向性を得ることができ、良好な左右画像の分離により、高品位な立体視が可能となる。
この方式を小型化できる方法として、たとえば、特開平５−１０７６６３号公報や特開平１０−１６１０６１号公報では、光源からの光を液晶素子など切り替え可能なシャッタ素子により、切り替え可能なストライプ状やマトリックス状の光源に分割し、その後に配置されたコリメータレンズとして働くレンチキュラーシートによって光源の指向性を得る方法が提案されている。この方法では、立体表示時にも解像度を低下させることなく表示可能であるが、光源の一部を遮光してストライプ状光源を作るため、光利用効率が低下し表示が暗くなる問題点がある。また、表示パネルのほかに、ストライプ状光源を作るために、高価な液晶シャッタ素子等が必要であるため、安価に構成できない問題点もあった。
また、特開２００１−６６５４７号公報においては、第２３図に示す方法が提案されている。コリメータレンズにより光源の指向性を与えるのではなく、光源１ａ、１ｂおよびバックライト導光板２ａ、２ｂを２組重ね合わせ、液晶パネル４の下に配置したプリズムシート８による光偏向作用を用いることにより、照明光の指向性を切り替えるこの方法は、高価な切り替え可能シャッタ素子が不要となる反面、照明光の指向性を導光板からの光の出射配光調整のみによって行うため、シャッタ素子とコリメータレンズによって明確に照明光の指向性を規定できる前記の方式にたいし、十分な指向性を得ることが難しくなる。特開２００１−６６５４７号公報の例では、導光板を出射する光の角度をピークが７０度で６０度から８０度付近に分布するとされているが、これは導光板の形状や光取り出し構造によりある程度変化することが考えられ、光の出射角度を、この範囲に一定に保ちつつ、明るさの均一性を得るためには、高度な導光板形状の設計や、形状の制限が必要である。そのため、指向性が低下し左右のクロストークなどが発生しやすかったり、良好な配光特性を得るため、特開２００１−６６５４７号公報のように導光板を２組用意する必要があるなどの問題点があった。
以上のように、従来の立体表示装置において、眼鏡を用いる方法は、眼鏡をかけるわずらわしさがあったし、眼鏡を用いない方法では、レンチキュラーやパララックスバリアを用いる方法は立体画像や平面画像の解像度が低下したり、明るさが低下していた。また光の指向性を切り替える従来の方法は、切り替えシャッタ素子とコリメートレンズを用いるものは、高価な切り替えシャッタ素子が必要となり高コストになっていた。また導光板により直接指向性を制御する方法では、指向性の制御が難しく、左右のクロストークが発生しやすかったり、バックライト自体を２組用いるなど、複雑な構成になりコストが高くなっていた。
この発明は、このような問題点を解決し、立体、平面画像とも解像度の低下がなく、クロストークなど問題が少ない高品位な立体画像を実現することができ、かつ、簡便で低コストの、携帯情報端末に適した眼鏡なしで立体視および同一画面で同時に異なる画面表示が可能な表示装置を得るものである。

この発明に係る表示装置は、導光板とその向かい合った２つの入光端面にそれぞれ配置された光源と、上記導光板の出光面側に配置され、上記導光板と向かい合う面には上記導光板の入光端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、上記面と対向する面には上記三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有する両面プリズムシートと、この両面プリズムシートの出射面側に配置された透過型表示パネルとを有し、同期駆動手段によって上記透過型表示パネルに交互に表示される左右視差画像と同期して、上記光源からの光がそれぞれ左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射するように構成したものである。
このことによって、導光板とその異なる２つの入光端面にそれぞれ配置された光源と、上記導光板の出光面側に配置され、上記導光板と向かい合う面には上記導光板の入光端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、上記面と対向する面には上記三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有する両面プリズムシートと、この両面プリズムシートの出射面側に配置された透過型表示パネルと、上記透過型表示パネルに上記光源に同期させて視差像を表示させる同期駆動手段とを備え、上記光源からの光がそれぞれ左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射するように構成したので、クロストークの少ない高品位の立体視および同一画面で同時に異なる画面表示が可能となる効果がある。

第１図はこの発明の実施の形態１による表示装置の主要部を説明するための側面図である。
第２図はこの発明の実施の形態１による表示装置の動作を説明するための構成図である。
第３図はこの発明の実施の形態１による表示装置の導光板および表示パネル出射光の配光特性を示す特性図である。
第４図はこの発明の実施の形態１による表示装置に用いられる両面プリズムシートの透過光路を説明するための構成図である。
第５図はこの発明の実施の形態１による表示装置に用いられる両面プリズムシートの作用を説明するための構成図である。
第６図はこの発明の実施の形態１による表示装置に用いられる両面プリズムシートに形成された円筒状レンズ列のレンズの焦点位置を説明するための構成図である。
第７図はこの発明の実施の形態１による表示装置に用いられる両面プリズムシートの角度規定作用を説明するための構成図である。
第８図はこの発明の実施の形態１による表示装置に用いられる両面プリズムシートの配光特性を示す特性図である。
第９図はこの発明の実施の形態１による両面プリズムシートの配光特性の計算条件を説明するための構成図である。
第１０図はこの発明の実施の形態１を説明するため、比較例として示すプリズムシートの配光特性を示す特性図である。
第１１図はこの発明の実施の形態１において、比較例として、両面プリズムシートの厚さとピッチによる光路変化を説明するための構成図である。
第１２図はこの発明の実施の形態１において、比較例として、両面プリズムシートの厚さとピッチによる光路変化を説明するための構成図である。
第１３図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートの厚さとピッチが変化した場合の配光特性の変化を説明するための特性図である。
第１４図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートの厚さとピッチが変化した場合の配光特性の変化を説明するための特性図である。
第１５図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートの厚さとピッチが変化した場合の配光特性の変化を説明するための特性図である。
第１６図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートに形成された三角形状プリズム列のプリズム角度による光路変化を説明するための構成図である。
第１７図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートに形成された三角形状プリズム列のプリズム角度が変化した場合、配光特性の変化を説明するための特性図である。
第１８図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートの三角形状プリズム列のプリズム角度が変化した場合、配光特性の変化を説明するための特性図である。
第１９図はこの発明の実施の形態１において、両面プリズムシートの三角形状プリズム列のプリズム角度が変化した場合、配光特性の変化を説明するための特性図である。
第２０図はこの発明の実施の形態２における電子情報機器を説明するための正面図である。
第２１図はこの発明の実施の形態３における携帯電話を説明するための構成図である。
第２２図は従来の光源配列とコリメータレンズによる立体表示装置を説明するための構成図である。
第２３図は従来のバックライト配光制御による立体表示装置を説明するための側面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明を実施するための実施の形態１による携帯情報機器用の表示装置を説明するための側面図である。
第１図Ａにおいて、１ａ，１ｂは光源、２は側面が矩形状で全体としては平板状の導光板であり紙面と直交する方向に所定の幅を持つ。この導光板２の両入光端面側には光源１ａ，１ｂがそれぞれ対向するように配置されている。２ａは導光板２の表面に、反射印刷、粗面化加工などによって形成された光取り出し手段である。
３は導光板２の出射面上に配置された両面プリズムシート、４は透過型液晶パネルであり、斜線部は液晶層である。
５は光源１ａ，１ｂと透過型液晶パネル４における視差画像の表示切替の同期を制御する制御手段である。
第１図Ｂは両面プリズムシート３の形状を拡大して示す側面図である。両面プリズムシート３は、屈折率１．５の材料で形成され、下面に稜線が導光板２の入光端面と平行な方向へ伸びる頂角Ｋが６０度の２等辺三角形よりなる三角形状プリズム列３２が紙面と直交する方向に延びるように配置され、上面には、三角形状プリズム列３２と平行な方向（紙面と直交する方向）へ延びる円筒状レンズ列３１が、三角形状プリズム列３２と同ピッチＰで配置されている。円筒状レンズ列３１を形成する各レンズの焦点位置が下面の三角形状プリズム列３２の頂点に一致するように曲率を調整されており、上面の円筒状レンズ列３１のピッチＰと両面プリズムシート３の厚さＬは、（厚さＬ／ピッチＰ）の値が３となるように構成されている。
以下、第２図において、立体視の動作を説明する。第２図Ａでは左側の光源１ａのみが点灯し右側の光源１ｂは消灯している。この場合、光源１ａより発せられた光は、導光板２内を伝播し、導光板２に設置された光取り出し手段２ａにより導光板２の外へ取り出される。導光板２から出射した光は、出射した時点では、第３図Ａに示す配光特性のように、出射角度が光源１ａと反対側へ大きくかたよった配光分布になっている。第３図において、横軸は光源１ａ，１ｂからの光の出射角度であり、０度は正面方向（透過型液晶パネルの法線方向）を表し、それより右側へ傾いた角度を＋方向としており、縦軸は輝度（単位はｃｄ／ｍ^２）である。このような角度分布の光が、両面プリズムシート３を透過すると、両面プリズムシート３での屈折・反射により、第３図Ｂのように正面方向を境に、左側の０度から−１５度程度の範囲に強い強度を持ち、右側の０度から１５度程度の範囲にはほとんど光が出射しない配光分布となる。その後、透過型液晶パネル４を透過し、配光分布を保ったまま、第２図Ａに示すように観察者側へ出射される。観察者の左眼６ａと右眼６ｂの距離を約６５ｍｍとし、透過型液晶パネル４から観察者までの視距離を約３００ｍｍとすると、透過型液晶パネル４の中心と左眼６ａもしくは右眼６ｂを結ぶ直線と、透過型液晶パネル４の法線方向とのなす角は、約６度となる。すなわち視距離が３００ｍｍの場合、透過型液晶パネル４を出射した光が、左方向６度の向きに十分な強度を持ち、右方向６度の向きにほとんど光が出射しない配光分布であれば、観察者の左眼６ａでは画像が認識されるが、右目６ｂには光が届かず画像が認識されない。第３図Ｂのような配光分布であれば、画像を観察者の左眼６ａのみに認識させることが可能である。一方、第２図Ｂのように、左側の光源１ａを消灯し、右側の光源１ｂのみを点灯させれば、第２図Ａの場合と逆に、観察者の右眼６ｂにのみ画像が認識される。そこで、光源１ａ，１ｂを交互に点灯し、同期制御手段５によって、光源１ａ，１ｂの点灯と同期して透過型液晶パネル４に左右の視差画像を表示すれば、観察者の左眼６ａ、右眼６ｂにそれぞれ異なった視差画像を認識させることができ、視差による立体視が可能となる。
さらに、観察者がパネルの正面ではなく、右斜め８度の角度から眺めると、右目は右１６度、左眼は右２度の位置にくることになる。この場合、左右の目に右目用の画像のみが通常の平面画像として認識される。また、観察者が左８度の角度から眺めると、左目は左１６度、右は左２度の位置にくることになる。この場合、左右の目に左目用の画像のみが通常の平面画像として認識される。このとき、全く異なる画像を、右目用光源１ａと１ｂの点灯と同期して交互に表示すれば、同一画面で同時に表示しながら観察者の見る角度により、異なる２枚の画像を認識することができる。
次に、両面プリズムシート３の作用について、第４図〜第７図により詳細に説明する。第４図は、両面プリズムシートの透過光路を示す図、第５図は、両面プリズムシートの作用を説明するための図、第６図は、両面プリズムシートの円筒状レンズの焦点位置を説明するための図、第７図は、両面プリズムシートの角度規定作用を説明するための図である。
第４図において、導光板２から右側へ傾いて出射した光は、両面プリズムシート３に形成された三角形状プリズム列３２のプリズムの斜面３２ａから両面プリズムシート３内に入射し、斜面３２ｂで全反射により上方に反射され、直上の上面側の円筒状レンズ列３１（Ａは各レンズの光軸）を通過して出射されるような光路１０１を通る。斜面３２ｂで反射された後の光路線と、両面プリズムシート３に形成された三角形状プリズム列３２のプリズムの頂点Ｂを含む水平面Ｃとの交点を１０２とすると、光路１０１を通る光は、交点１０２から発せられ、直接円筒状レンズ列３１に入射する光と同等である。このことから、斜面３２ｂで全反射されて直上の円筒状レンズ列３１に入射する光はすべて、第５図における領域１０３から発せられ、直接直上の円筒状レンズ列３１に入射する光に置き換えることができる。なお、図中に破線によりプリズム列３２のプリズムの形状を示している。
また、斜面３２ｂで全反射されて直上の円筒状レンズ列３１に入射する光で、第５図における領域１０４から発せられ直接直上の円筒状レンズ列３１に入射する光と同様な光路を通る光は存在しないことがわかる。円筒状レンズ列３１の焦点位置を、第６図のように三角形状プリズム列３２のプリズムの頂点Ｂに一致させておけば、斜面３２ｂで全反射されて直上の円筒状レンズ列３１に入射する光は、円筒状レンズ列３１の焦点を含む水平面Ｃ上で、円筒状レンズ列３１の光軸Ａの右側から発せられ直接直上の円筒状レンズ列３１に入射する光と考えることができる。
第７図のように、円筒状レンズ列３１のレンズの焦点を含む水平面Ｃ上の１点から発せられ直接直上の円筒状レンズ列３１に入射する光は、発光点の円筒状レンズ３１の光軸Ａからの距離ｄに応じて下記の式（１）で示される角度θで円筒状レンズ３１から出射される光となり、発光点の位置と出射角度が１対１で対応する。
θ＝−ＡｒｃＴａｎ（ｎｄ／Ｌ）（１）
ここで、ｎは両面プリズムシート３を構成する材料の屈折率、Ｌは両面プリズムシート３の厚さであり、レンズ列３１のレンズの焦点距離になっている。
そのため、平面Ｃ上で光軸Ａの右側から発せられた光は、すべて左方向へ傾いて出射されることになる。つまり、斜面３２ｂで全反射されて直上の円筒状レンズ３１に入射する光は、円筒状レンズ３１を通過した後は左方向にのみ出射され、第３図Ｂのような、法線方向を境に鋭い左右分離特性の配光分布を得ることができる。これは、上記のとおりケンブリッジ大学により提案され、また特開平５−１０７６６３号公報等で提示されているように、分割光源とレンズによる指向性制御方式とまったく同様な指向性制御であり、高価な液晶シャッタ素子などを用いることなく、正確な指向性制御が実現でき、クロストークの少ない立体表示が可能となる。
ここで、第８図は、両面プリズムシート３の配光特性についてシミュレーションを行った結果を示す特性図である。横軸は両面プリズムシート３への入射角度、縦軸は両眼の視認領域の出射光量（任意目盛であり、数値はシミュレーションで使用したもの）である。また、実線は左眼の視認領域へ出射する光量、破線は右眼の視認領域へ出射する光量を表している。
シミュレーションは、第９図のように単体の両面レンズシート３について、角度の決まった光を入射させ、出射する光の角度分布を計算することによって行った。
第９図において、θ１は両面プリズムシート３への入射角度、領域Ａ、Ｂはそれぞれ、θａ＝４．５度、θｂ＝１０度の範囲内の、左右眼の視認領域である。
第８図は、屈折率約１．５の材料で形成され、第９図Ｂに示すように三角形状プリズム３１のプリズムの角度φａ＝φｂ＝３０度、三角形状プリズムのピッチＰと厚さＬとの比が１：３で、円筒状レンズ列３１のレンズの焦点が三角形状プリズムの頂点に位置するように構成された両面レンズシート３についてシミュレーションを行い、計算結果に基づいて、横軸に光入射角度をとり、縦軸には左右それぞれの眼に対応した、左方向４．５度から１０度、右方向４．５度から１０度の視認範囲に出射される光量を任意スケールでプロットしたものである。第８図の実線は左眼の視認領域へ出射する光量、破線は右眼の視認領域へ出射する光量をあらわしている。左右の眼に入射する光の角度は、視距離によって決まり、視距離２００ｍｍで約９度、３００ｍｍで約６度、４００ｍｍで約４．５度である。ここでは、携帯情報機器を想定し、視距離２００ｍｍから４００ｍｍの範囲に相当する４．５度から１０度の出射角の光で特性を評価している。第８図から、左右方向それぞれ５０度から８０度の入射角度の光が、視認範囲に出射され、それ以外の入射角度の光はほとんど視認範囲には出射しないことがわかる。
立体視を行う際に、左眼に導かれるはずの光が、右眼にも到達してしまうと左右のクロストークとなって立体感が損なわれる。そのため、左右の眼に導かれる光の入射角度の領域が、オーバーラップしていては立体視できないし、オーバーラップしていなくても、お互いに接近していると、シート入射以前にそれらを十分分離できるような鋭い配光特性を持った光を入射させる必要が生じる。第８図のような特性の場合には、法線方向をはさんで±４０度の広い入射角度範囲にわたって、左右どちらの眼に対しても視認範囲内に光を出射しない領域が存在するため、両面プリズムシート３への入射光は、特に鋭い配光分布を必要としない。そのため、両面プリズムシート３入射前の配光分布を制御するための、導光板２の特別な構成や、複雑な設計が不要となる。
ここで、特開２００１−６６５４７号公報に示された、円筒状レンズ列を持たないレンズシートの配光特性を比較例として第１０図に示しておく。第１０図の実線は左眼の視認領域へ出射する光量、破線は右眼の視認領域へ出射する光量を示す。第１０図の横軸はプリズムシートへの光入射角度で、縦軸は出射光量（任意目盛で、数値はシミュレーションで使用したもの）である。この比較例のレンズシートの構造では、特開２００１−６６５４７号公報で開示されように、屈折率１．５７でプリズムの頂角がφａ＝φｂ＝３４．５度である。
第１０図では、左右の眼に導かれる光の入射角度範囲はそれぞれ幅１０度程度と狭い上に、最適領域よりも傾いた光が入射すると、５度程度の角度差で、逆の眼に導かれる光が出射することがわかる。そのため、導光板からの出射光をこの最適入射角度範囲にあわせた鋭い配光特性をもったものとする必要があり、くさび状の導光板２枚を重ねる複雑なバックライド構造を用いる必要があった。
また、両面プリズムシート３の厚さＬ、ピッチＰによっても、配光分布が変化し、クロストークが発生しやすい場合がある。たとえば、ピッチと厚さの比（厚さＬ／ピッチＰ）が小さな場合では、第１１図のように、斜面３２ａから直接円筒状レンズ列３１に入射する光１０７が、視認領域に入る可能性がある。第１１図の破線はピッチと厚さの比（厚さＬ／ピッチＰ）が上記のように３の場合の構成を示している。
また、ピッチと厚さの比が大きくなりすぎても、第１２図のように、三角形状プリズム列３２のとなりの斜面３２ｄによって全反射され、円筒状レンズ列３１に入射する光１０９が視認領域に入る可能性が生じる。どちらの場合も、円筒状レンズ列のレンズへ入射する入射光の光路線と三角形状プリズム列のプリズムの頂点を含む水平面Ｃとの交点は光軸Ａに対して正規の光路を通る光と逆側になるため、クロストークを発生する可能性がある。第１２図の破線は第１１図の破線と同様にピッチと厚さの比（厚さＬ／ピッチＰ）が３の場合の構成を示している。
第１３図〜第１５図に両面プリズムシート３のピッチＰと厚さＬの比（厚さＬ／ピッチＰ）を１．７、変化させた場合における、両面プリズムシート３の配光特性を第８図の場合と同様にプロットした結果を示す。第１３図Ａ及び第１３図Ｂは上記比が、１．７及び２．３、第１４図Ａ及び第１４図Ｂは上記比が、２．７及び４．０、第１５図Ａ及び第１５図Ｂは上記比が４．３及び４．７の場合、両面プリズムシート３の配光特性をそれぞれ示している。これらの図において、横軸は両面プリズムシート３への入射角度、縦軸は出射光量（任意目盛で数値はシミュレーションで使用したもの）である。また、実線は左眼視認領域へ出射する光量、破線は右眼視認領域へ出射する光量を表している。
第１３図から、厚さ／ピッチが２．７から４．０の範囲では、視認範囲の分布が若干変化するものの、入射角度±４０度の範囲にわたって左右どちらの眼にも光が出射しない領域を持つ角度特性に大きな変化はない。厚さ／ピッチが２．７より小さくなり２．３になると、０度から３０度程度の入射角範囲に小さなピークが現れ、１．７ではかなり大きなピークとなる。これは、第１１図に示す光１０７のような光路による光の影響によると考えられる。この入射角度範囲に視認領域に光を出射するピークがあると、左右の分離に有効な、左右どちらの眼に対しても視認範囲内に光を出射しない領域が狭くなることから好ましくない。また、厚さ／ピッチが４．３になると、入射角度５０から６０度程度の範囲に、クロストークとなるピークが発生し、より厚さ／ピッチが大きくなるとピークの高さが増す。これは、第１２図に示す光１０９のような光路による光の影響によるものである。よって、厚さ／ピッチが２．３以下の範囲および４．３以上の範囲は、クロストークの増加が予想され、厚さ／ピッチは約２．５から４．０程度の範囲で用いることが好ましいことがわかる。このように厚さ／ピッチを約２．５から４．０程度の範囲で用いることにより、より高品位の立体表示が可能となる。
さらに、両面プリズムシート３に形成された三角形状プリズム列３２のプリズムの頂角が実線で示す角度から破線で示す角度に変化すると、第１６図のように、斜面３２ｂで全反射された後には同じ光路を通る光でも、全反射される以前は光路１１２と１１３のように異なる光路となり、両面レンズシート３への入射角度はαとβのように異なるものとなる。
そのため、視認領域に光を出射する最適入射角度範囲が変化してしまうことが考えられる。入射角度範囲の変化により、左右どちらの眼に対しても視認範囲内に光を出射しない領域が狭くなるとクロストークを発生しやすくなるし、第３図Ａのような６０度から８０度の範囲に特に多くの光が出射されるバックライト導光板における配光分布とのマッチングが悪くなると効率が低下して好ましくない。
第１７図〜第１９図に三角形状プリズム列３１のプリズムの頂角φａ＝φｂを変化させた場合の、両面プリズムシート３の配光特性を第８図の場合と同様にプロットした結果を示す。第１７図Ａ及び第１７図Ｂはプリズムの頂角φａ＝φｂが３５度及び３４度、第１８図Ａ及び第１８図Ｂはプリズムの頂角φａ＝φｂが３１度及び３０度、第１９図Ａ及び第１９図Ｂはプリズムの頂角φａ＝φｂが２８度及び２７度の場合、両面プリズムシート３の配光特性をそれぞれ示している。なお、第１７図〜第１９図における横軸は両面プリズムシート３への入射角度、縦軸は出射光量（任意目盛で、数値はシミュレーションで使用したもの）である。また、実線は左眼の視認領域へ出射する光量、破線は右眼の視認領域へ出射する光量を表している。
第１７図〜第１９図により、視認出射光の入射角範囲が、バックライトから特に多くの光が出射される６０度から８０度の範囲をほぼカバーしているのは、φａ＝φｂが第１９図Ａによる２８度から第１７図Ｂによる３４度の範囲である。さらにφａ＝φｂが第１８図Ａによる３１度以上になると、±４０度間の左右どちらの眼に対しても視認範囲内に光を出射しない領域において、視認範囲に出射してしまう光の割合が徐々に増えていく傾向にあることから、φａ＝φｂはすくなくとも２８度から３４度の範囲、より好ましくは２８度から３０度の範囲であることが望ましい。
このように両面プリズムシートの下面プリズムの頂角を構成すれば、よりクロストークが減少し、バックライト出射光の光利用効率が高まり、明るく高品位の立体表示が可能となる。
このように、光源１ａ，１ｂを交互に点灯させ、両面プリズムシート３を用いた光の指向性制御を行い、これと同期して、透過型液晶パネル４に左右の視差画像を表示することにより、簡便な構成で高品位の立体視を行うことができる。また、平面画像の表示時には、光源１ａ，１ｂを両方とも点灯させ、透過型液晶パネル４に画像を表示すれば、解像度などが低下することなく高品位の平面画像も表示可能となる。
この実施の形態１では、両面プリズムシート３に形成された円筒状レンズ列３１のレンズの焦点位置は三角形状プリズム列３２のプリズムの頂点と一致する位置に設定し、出射光の角度制御を行う方式としているが、円筒状レンズ列３１のレンズの焦点距離をより短いものとして、観察者の眼の位置に三角形状プリズム列３２のプリズムの頂点を含む水平面Ｃ上の仮想光源を転写する構成とすることもできる。また、表示領域が、観察者の左右眼間隔よりも十分大きな場合には、円筒状レンズ列３１と三角形状プリズム列３２のピッチを両面プリズムシート３内の位置に応じて変化させ、広い表地面全域で良好な左右分離特性を得ることができる。
以上で説明した実施の形態１によれば、クロストークなどが少なく高品位な視差画像を左右の眼にそれぞれ提示することができ、立体表示、平面表示ともにも解像度低下がなく高品位な表示装置を得ることができる効果がある。
この実施の形態１は、両面プリズムシート３のピッチや、円筒状レンズ列３１と三角形状プリズム列３２との位置関係などを構成後に変化させることは困難であるため、観察者の位置に応じて配光特性を能動的に制御し、立体視域を広げるような制御を行うことは難しい。そのため、機器を手にもって動かすことによって観察者が観察位置をコントロールしやすい、携帯情報機器に特に適した方法である。
実施の形態２．
第２０図は、この発明を実施するための実施の形態２による電子情報機器を説明するための正面図である。ここでは、表示装置の詳細を説明するために表示装置周辺は電子情報機器の内部を表示している。
第２０図において、電子情報機器である携帯電子手帳の本体１０の中に、導光板２の左右に光源１ａと１ｂがそれぞれ対向するように配置されている。光源１は、発光ダイオード８とライトガイド９から構成され、発光ダイオード８から出た光がライトガイド９の中を進みつつ導光板２に向かい少しずつ光を放射することにより、均一に導光板２の側面に光を放射する。
３は導光板２の出射面上に配置された両面プリズムシートであり、三角状プリズム列ならびに円筒状プリズム列は縦方向に伸びている。４は両面プリズムシートの上に置かれた透過型液晶パネルである。１１は操作ボタンである。
以下、第２０図において、動作を説明する。光源１ａ，１ｂを交互に点灯し、同期制御手段５（図示せず）によって、光源１ａ，１ｂの点灯と同期して透過型液晶パネル４に左右の視差画像を表示すれば、観察者が透過型液晶パネル４の正面にいる場合は、観察者の左眼６ａ、右眼６ｂにそれぞれ異なった視差画像を認識させることができ、視差による立体視が可能となる。
さらに、観察者が携帯情報端末１０を傾け透過型液晶パネルの正面ではなく、右斜め８度の角度から眺めると、右目は右１６度、左眼は右２度の位置にくることになる。この場合、左右の目に右目用の画像のみが通常の平面画像として認識される。また、観察者が左８度の角度から眺めると、左目は左１６度、右は左２度の位置にくることになる。この場合、左右の目に左目用の画像のみが通常の平面画像として認識される。このとき、全く異なる画像を、右目用光源１ａと１ｂの点灯と同期して交互に表示すれば、観察者の見る角度により、異なる２枚の画像を認識することができる。
このような表示機能は、画像データとしては全く異なるが内容として関連のある画像、たとえば、地図と道案内、メールの文書と添付ファイル写真、二つの商品の写真を比べる場合、二つの商品のスペックを比べる場合に、指を操作することなく自然な動作で見比べられるため有効である。
実施の形態３．
第２１図は、この発明を実施するための実施の形態３による電子情報機器および表示装置を説明するための構成図である。
第２１図において、電子情報機器である携帯電話１２の中に、実施の形態１の表示装置が配置されている。ここでは、表示装置は上下に異なる画像を表示するように配置されている。つまり、導光板２の上下に光源１ｃと１ｄがそれぞれ対向するように配置されている。３は導光板２の出射面上に配置された両面プリズムシートであり、三角状プリズム列ならびに円筒状プリズム列は左右方向に伸びている。４は両面プリズムシートの上に置かれた透過型液晶パネルである。その他の表示装置の詳細は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。１１は操作ボタンである。
以下、第２１図において、動作を説明する。光源１ｃ，１ｄを交互に点灯し、同期制御手段５（図示せず）によって、光源１ｃ，１ｄの点灯と同期して透過型液晶パネル４に異なる２枚の画像を表示すれば、観察者が携帯電話１２を傾け透過型液晶パネルの正面ではなく、上斜め２度から１４度の間のたとえば上６度の角度から眺めると、左右の目はともに上６度の位置にくることになり、上側に配置された光源１ｃの点灯時の画像のみが通常の平面画像として認識される。また、観察者が下２度から１４度の間のたとえば下６度の角度から眺めると、左右目はともに下６度の位置にくることになる。この場合、左右の目に下側に配置された光源１ｄの点灯時の画像のみが通常の平面画像として認識される。このとき、全く異なる画像を、光源１ｃと１ｄの点灯と同期して交互に表示すれば、観察者の見る角度により、異なる２枚の画像を認識することができる。
このように光源を上下に配置する構成の場合、左右で画像が異なることはないため、同時に違う画像を左右眼で認識することがないため、広い角度範囲で、２枚の画像が混じらない単独の鮮明な画像を視認できる。また、視認できる角度が広いので、観察者は手首を狭い角度に固定する必要がないので携帯電話の保持は容易である。
尚、第２１図の携帯電話を横に向けて、２枚の画像として視差画像を映し、観察者が携帯電話１２の透過型液晶パネルの正面から眺める場合には、立体画像を視認できることはいうまでもない。この場合画像は、視差画像の右目用画像が右目に入り、左目用画像が左目に入る方向に横を向けた状態で、表示する視差画像の上下方向が正しく上下を向くよう表示することが必要である。
また、本実施の形態では携帯電話を用いて説明したが、他の携帯情報端末に利用できることは言うまでもない。

本発明は、携帯情報端末に好適な、立体視および同一画面で同時に異なる画面表示が可能な表示装置を得ることができる。

Claims

導光板とその異なる２つの入光端面にそれぞれ配置された光源と、上記導光板の出光面側に配置され、上記導光板と向かい合う面には上記導光板の入光端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、上記面と対向する面には上記三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有する両面プリズムシートと、この両面プリズムシートの出射面側に配置された透過型表示パネルと、上記光源に同期させて上記透過型表示パネルに異なる２画像を表示させる同期駆動手段とを備え、上記光源からの光がそれぞれ左右の異なる方向に上記透過型表示パネルから出射することを特徴とする表示装置。
上記光源からの光がそれぞれ左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射することを特徴とする請求の範囲第１項記載の表示装置。
導光板とその異なる２つの入光端面にそれぞれ配置された光源と、上記導光板の出光面側に配置され、上記導光板と向かい合う面には上記導光板の入光端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、上記面と対向する面には上記三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有する両面プリズムシートと、この両面プリズムシートの出射面側に配置された透過型表示パネルと、上記光源に同期させて上記透過型表示パネルに異なる２画像を表示させる同期駆動手段とを備え、上記光源からの光がそれぞれ上下の異なる方向に上記透過型表示パネルから出射することを特徴とする表示装置。
上記円筒状レンズ列を形成する円筒レンズの焦点位置が、上記三角形状プリズム列を形成するプリズムの頂点に一致するように構成した請求の範囲第１項記載の表示装置。
上記円筒状レンズ列のピッチと両面プリズムシートの厚さとの比が１：２．５から１：４の範囲である請求の範囲第１項記載の表示装置。
上記三角形状プリズム列のプリズムの頂角が５６度から６８度の範囲である請求の範囲第１項記載の表示装置。
請求の範囲第１項記載の表示装置を備えた電子機器。