JP2010262198A

JP2010262198A - 立体表示装置

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Publication number: JP2010262198A
Application number: JP2009114177A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Omori; 敦大森; Norihiro Sakamoto; 範宏坂本; Norio Nagata; 典生永田; Masatsuna Sawada; 正綱澤田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP5059051B2

Abstract

【課題】従来の立体表示装置の２つの楔型導光板は構造が複雑となり、製造コストの上昇を招いていた。
【解決手段】立体表示装置は、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とによって構成されている。導光板１は、複数の平坦鏡面部と平坦鏡面部の間に設けられた三角形状プリズム列を有し、入射面S_ina、S_inbの一部に、戻り光抑止のためのシボ加工を施した。
【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９は眼鏡を利用しない方式としての第１の従来の立体表示装置を示す（参照：特許文献１）。

図９の立体表示装置は、重ね合わせた２つの楔型導光板１０１ａ、１０１ｂと、各楔型導光板１０１ａ、１０１ｂの入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源１０２ａ、１０２ｂと、楔型導光板１０１ａ、１０１ｂの出射面S_out1上に設けられた片面三角プリズムシート１０３と、片面三角プリズムシート１０３の出射面S_out3上に設けられた透過型液晶表示パネル１０４と、透過型液晶表示パネル１０４に２つの光源１０２ａ、１０２ｂを同期させて視差像を表示させる同期駆動回路１０５とによって構成されている。これにより、透過型液晶表示パネル１０４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

図１０は眼鏡を利用しない方式としての第２の従来の立体表示装置を示す（参照：特許文献２）。

図１０の立体表示装置は、反射印刷、粗面化加工等の光取り出し部２０１ａを有する平板導光板２０１と、平板導光板２０１の２つの対抗する入射面S_ina、S_inbに設けられた２つの光源２０２ａ、２０２ｂと、平板導光板２０１の出射面S_out1上に設けられ、平板導光板２０１に対向する三角形状プリズム列２０３１及びその反射面上に円筒状レンズ列２０３２を有する両面プリズムシート２０３と、両面プリズムシート２０３の出射面S_out3上に設けられた透過型液晶表示パネル２０４と、透過型液晶表示パネル２０４に２つの光源２０２ａ、２０２ｂを同期させて視差像を表示させる同期駆動回路２０５とによって構成されている。これにより、やはり、透過型液晶表示パネル２０４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

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

しかしながら、図９の第１の従来の立体表示装置においては、下側の楔型導光板１０１ｂからの光は上側の楔型導光板１０１ａのパターンの影響を受けるので、上側の楔型導光板１０１ａは複雑な構造としなければならず、この結果、製造コストが上昇するという課題がある。

図１０の第２の従来の立体表示装置においては、平板導光板２０１が図９の立体表示装置の２つの楔型導光板１０１ａ、１０１ｂが発生する課題を解決する構造を何ら有していない。

さらに、図１０の第２の従来の立体表示装置においては、平板導光板２０１の配光分布がシャープのときに両面プリズムシート２０３を必要とし、三角形状プリズム列２０３１及び円筒状レンズ列２０３２を金型等を用いて寸法的に精確に合わせて製造しなければならず、この結果、やはり、製造コストの上昇を招くという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る立体表示装置は、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た透過型表示パネルと、透過型表示パネルに第１、第２の光源を同期させて視差像を表示させる同期駆動回路とを具備し、導光板の出射面と反対の配光制御面に導光板の第１、第２の入射面間方向に延在する複数の平坦鏡面部を形成し、配光制御面上の平坦鏡面部を形成していない領域に導光板の入射面間方向から見て等間隔の三角形状の複数のプリズムよりなる三角形状プリズム列を形成し、導光板の各第１、第２の入射面の一部をシボ加工したものである。これにより、戻り光を抑止する。
尚、特許文献３の図６には、配光制御面に複数の平坦鏡面部を形成し、平坦鏡面部を形成していない領域に三角形状の複数のプリズムを形成した導光板が開示されているが、この導光板は面光源装置用であって、立体表示装置を目的としていない。従って、戻り光を抑止する必要がない。

また、各平坦鏡面部の導光板の第１、第２の入射面間方向と垂直方向の幅が一定である。あるいは、各平坦鏡面部の導光板の第１、第２の入射面間方向と垂直方向の幅が変化し、かつ導光板の第１、第２の入射面に関して対称である。

さらに、片面プリズムシートは複数の多段三角プリズムよりなる。これにより、導光板の配光分布がシャープであっても、片面プリズムシートの配光分布を立体画像の視差像に合わせることができる。

本発明によれば、複雑な構造を必要としないので、製造コストを低減できる。

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の導光板の第１の例を示す平面図である。図１の導光板の第２の例を示す平面図である。図２Ａ、図２Ｂ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。第１の従来の立体表示装置を示す図である。第２の従来の立体表示装置を示す図である。

図１は本発明に係る立体表示装置の実施の形態を示す図である。

図１の立体表示装置は、導光板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とによって構成されている。これにより、透過型液晶表示パネル４の画素数と同数の画素数を有する立体画像を表示できる。

図２Ａは図１の導光板１の第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２Ａ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２Ａ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２Ａ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。そこで、図１の導光板１の第２の例を示す図２Ｂに示すごとく、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（図２Ｂにおいては3個づつ）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２Ａ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。これに対し、図２Ｂにおいては、光源２ａ、２ｂの反対側側面はシボ面となっているので、戻り光は抑止される。

図３は図２Ａ及び図２Ｂ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。本発明では、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３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４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からの右目用配光分布は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段の多段三角プリズムにしてもよい。

１：導光板
２ａ、２ｂ：光源
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
１１：平坦鏡面部
１２：三角形状プリズム列
１３：シボ面
１０１ａ、１０１ｂ：楔形導光板
１０２ａ、１０２ｂ：光源
１０３：プリズムシート
１０４：透過型液晶表示パネル
１０５：同期駆動回路
２０１：平板導光板
２０２ａ、２０２ｂ：光源
２０３：両面プリズムシート
２０４：透過型液晶表示パネル
２０５：同期駆動回路

Claims

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た透過型表示パネルと、
該透過型表示パネルに前記第１、第２の光源を同期させて視差像を表示させる同期駆動回路と
を具備し、
該導光板の出射面と反対の配光制御面に該導光板の前記第１、第２の入射面間方向に延在する複数の平坦鏡面部を形成し、該配光制御面上の該平坦鏡面部を形成していない領域に該導光板の入射面間方向から見て等間隔の三角形状の複数のプリズムよりなる三角形状プリズム列を形成し、
前記導光板の前記各第１、第２の入射面の一部をシボ加工した立体表示装置。
前記シボ加工された前記導光板の前記各第１、第２の入射面の一部が前記平坦鏡面部の前記各第１、第２の入射面である請求項１に記載の立体表示装置。
前記第１、第２の光源が複数個の平坦鏡面部及び複数個の三角形状プリズム列毎に左右交互に配置され、
前記シボ加工された前記導光板の前記第１、第２の入射面の一部が前記第１、第２の光源が配置されていない前記第１、第２の入射面である請求項１に記載の立体表示装置。
前記各平坦鏡面部の該導光板の前記第１、第２の入射面間方向と垂直方向の幅が一定である請求項１に記載の立体表示装置。
前記各平坦鏡面部の該導光板の前記第１、第２の入射面間方向と垂直方向の幅が変化し、かつ該導光板の前記第１、第２の入射面に関して対称である請求項１に記載の立体表示装置。
前記片面プリズムシートが複数の多段三角プリズムよりなる請求項１に記載の立体表示装置。