JP5589674B2 - 面光源装置、透過型表示装置 - Google Patents
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Description
立体映像を表示する方法としては、例えば、視差を有する左眼用映像光及び右眼用映像光を、偏光面の異なる直線偏光とし、偏光眼鏡を用いてそれぞれの眼に映像が届くようにするものや、時分割で表示される視差を有する左眼用映像、右眼用映像を観察者の左右の眼にそれぞれ届くように、観察用眼鏡によって左右の目が視認できる映像を切り替えるもの等がある。しかし、このような眼鏡を使用する表示装置では、眼鏡の装着を観察者が煩わしく思う場合があった。
また、このような両面レンズシートから出射する光は、三角柱プリズムの配列ピッチに従って断続的に出射するため(例えば、後述の図4(b)参照)、モアレが生じたり、映像が筋張ってみえたりする場合がある。そして、これらを低減するために、円筒状レンズ及び三角柱レンズは、LCDパネルの絵素より小さくする必要があり、さらなるファインピッチ化が必要となっている。
請求項1の発明は、出射側の面に、出射側に凸となる略円柱形状の単位レンズ(144)が複数配列され、入射側の面に、入射側に凸となる略三角柱形状であって側面が凹んだ曲面からなる単位プリズム(142)が複数配列され、前記単位レンズの配列方向と前記単位プリズムの配列方向とは平行であり、前記単位レンズ及び前記単位プリズムの配列ピッチ(P)は同一であり、シート面の法線方向から見て、前記単位プリズムが、前記単位レンズに対応する位置に設けられたレンズシートと、前記レンズシートの入射側に配置される導光板と、前記単位レンズ及び前記単位プリズムの配列方向において対向する、前記導光板の2つの端面に配置され、交互に発光及び消灯を繰り返す第1の光源部及び第2の光源部と、を備える面光源装置である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の面光源装置において、前記単位プリズム(142)の頂点(142t)は、前記単位レンズ(144)側からシート面の法線方向に沿って略平行光を照射した場合の前記略平行光の焦点位置(f)よりも、該レンズシートの厚み方向において前記単位レンズ側に位置すること、を特徴とする面光源装置である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の面光源装置において、前記単位プリズム(142)の配列方向に平行であってシート面に直交する断面において、前記単位プリズムの一方の前記側面(142a)と隣接する前記単位プリズムの前記側面(142b)とが形成する曲線は、略放物線状であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の面光源装置において、前記単位プリズムの配列方向に平行であってシート面に直交する断面において、前記単位プリズムの一方の前記側面と隣接する前記単位プリズムの前記側面とが形成する曲線は、略カテナリー曲線状であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の面光源装置において、前記単位プリズム(142)は、紫外線硬化型樹脂により形成されること、を特徴とする面光源装置である。
請求項7の発明は、請求項6に記載の透過型表示装置において、前記レンズシート(14)の前記単位レンズ(144)及び前記単位プリズム(142)の配列ピッチ(P)は、前記透過型表示部(11)にマトリクス状に設けられた絵素の配列ピッチ以下であること、を特徴とする透過型表示装置(10)である。
(1)本発明によるレンズシートは、出射側の面に、出射側に凸となる略円柱形状の単位レンズが複数配列され、入射側の面に、入射側に凸となる略三角柱形状であって側面が凹んだ曲面からなる単位プリズムが複数配列され、単位レンズの配列方向と単位プリズムの配列方向とは平行であり、単位レンズ及び単位プリズムの配列ピッチは同一であり、シート面の法線方向から見て、単位プリズムは、単位レンズに対応する位置に設けられている。従って、単位プリズムの頂部近傍に入射した光を観察者側の所定の方向へ立ち上げることができる。また、単位プリズムの側面が入射側に凹となる曲面となっているので、単位プリズムの頂点近傍の形状や寸法の精度がそれほど高くない場合にも、観察者側へ光を立ち上げることができる。
さらに、このレンズシートを、右眼用映像光と左眼用映像光とを交互に所定の方向へそれぞれ出射することにより立体映像を表示可能な透過型表示装置の面光源装置に用いることにより、右眼用映像光を右眼に届け、左眼用映像光を左眼に届けることができるので、良好な立体映像を観察者に提供できる。
(5)単位プリズムの配列方向に平行であってシート面に直交する断面において、単位プリズムの一方の側面と隣接する単位プリズムの側面とが形成する曲線は、略カテナリー曲線状であるので、単位プリズムに入射した光を効率よく出射側へ立ち上げることができる。
また、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。従って、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。例えば、レンズシートは、レンズフィルムとしてもよいし、レンズ板としてもよい。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
図1は、実施形態の立体映像表示装置を説明する図である。
表示装置10は、LCDパネル11と、光源部12A,12Bと、導光板13と、レンズシート14と、制御部15とを備え、LCDパネル11に表示される映像を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置であり、観察者Oが立体視用の眼鏡等を用いることなく、立体映像を観察可能とする表示装置である。この表示装置10における面光源装置(バックライト)は、エッジライド型であり、光源部12A,12B、導光板13、レンズシート14が相当する。
以下の明細書においては、一例として、表示装置10の使用状態における観察画面(LCDパネル11)の短辺に平行な方向を使用状態における画面上下方向(画面垂直方向)とし、長辺に平行な方向を使用状態における画面左右方向(画面水平方向)とする。図1では、表示装置10の画面左右方向に平行な断面の様子を示している。なお、以下の説明中において、特に断りが無い場合、画面左右方向、画面上下方向とは、表示装置10の使用状態における画面左右方向、画面上下方向であるとする。
このLCDパネル11は、制御部15からの指示により、視差を有する右眼用映像と左眼用映像とを交互に表示する。
本実施形態の光源部12A,12Bは、白色光を発するLED(Light Emitting Diode)を発光源とし、導光板13の画面左右方向の両端部に沿って画面上下方向へ延在する不図示のライトガイドと組み合わせて使用している。
本実施形態の導光板12は、アクリル系樹脂製であるが、これに限らず、例えば、PC(ポリカーボネート)樹脂等を適宜に選択して用いてよい。
この導光板13は、その背面側の面13bに印刷等によりドット(不図示)が形成されている。また、導光板13の出射側の面13aに粗面化加工等を施してもよい。また、この導光板13の背面側(レンズシート14とは反対側)に、不図示の反射板等を設けてもよい。
このレンズシート14は、入射側(導光板13側)の単位プリズム142に入射した光を、単位レンズ144から略正面方向に位置する観察者Oの左右の眼にそれぞれ届く方向へ出射する。本実施形態のレンズシート14は、導光板13から出射した光の方向を制御し、表示装置10の観察面(レンズシート14のシート面)に対して略正面方向に位置する観察者Oから見て、観察者Oの右眼に届く光は、シート面の法線方向に対して画面左右方向右側に0〜15°をなす方向へ出射させ、左眼に届く光は、シート面の法線方向に対して画面左右方向左側に0〜15°をなす方向へ出射させる。
なお、シート面とは、レンズシート14において、レンズシート14全体として見たときにおける、レンズシート14の平面方向となる面を示すものであり、本明細書中、及び、特許請求の範囲においても同一の定義として用いている。また、このレンズシート14のシート面は、表示装置10(LCDパネル11)の観察面に平行である。
基材層141は、このレンズシート14の基材(ベース)となる層である。基材層141は、光透過性を有する樹脂製のシート状の部材が用いられ、その厚さはTである。
単位プリズム142は、略二等辺三角柱形状であるが、その側面142a,142bは、いずれも凹となる曲面である。そして、図2に示す断面において、隣接する2つの単位プリズム142の頂点142t間を結ぶ曲線(即ち、図2に示す断面において、単位プリズム142の側面142aとこの単位プリズム142に隣接する単位プリズムの側面142bとが形成する曲線)は、導光板13側に対して凹となる略放物線状となっている。
単位プリズム142は、紫外線硬化型樹脂製である。この単位レンズ144は、紫外線硬化型樹脂に限らず、例えば、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂を用いることも可能である。
また、単位プリズム142の配列ピッチはPであり、LCDパネル11の画面左右方向における絵素の配列ピッチ(本実施形態では、約40μm)以下である。
さらに、単位プリズム142は、厚み方向における基材層141の入射面から頂点142tまでの寸法がh1、単位プリズム142の高さ(単位プリズム142間の谷底となる点v1から頂点142tまでの厚み方向における寸法)がh2であり、ランド厚がd1(d1=h1−h2)である。
単位レンズ144は、略円柱状のレンズであり、所謂、シリンドリカルレンズである。
単位レンズ144の配列ピッチはPであり、単位プリズム142の配列ピッチに等しい。そして、単位レンズ144の頂点144tを通りシート面に直交する直線(図2に破線で示す仮想直線H)は、単位プリズム142の頂点142tを通り、シート面の法線方向から見て頂点142tと頂点144tとの位置は、一致している。即ち、1つの単位レンズ144は、基材層141を介して1つの単位プリズム142に対応している。
単位レンズ144は、紫外線硬化型樹脂製である。なお、単位レンズ144は、紫外線硬化型樹脂に限らず、例えば、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂を用いることも可能である。
図3は、実施形態のレンズシート14の製造方法を説明する図である。
まず、基材層141の一方の面141bに紫外線硬化型樹脂を充填した成形型を当て、紫外線を照射して硬化させ、成形型を離型する等により、単位レンズ144が複数形成されたレンズ層145を基材層141の面141b上に形成する(図3(a)参照)。このレンズ層145(単位レンズ144)及び基材層141は、上述の例に限らず、例えば、熱溶融押出成形によりレンズ層145と基材層141とを一体に成形してもよく、他の公知の方法を適宜採用してよい。
次に、基材層141の他方の面(単位レンズ144が形成された面とは反対側の面)141aに、感光性の紫外線硬化型樹脂を塗布して塗膜143Rを形成する(塗膜形成工程)。
次に、イソプロピルアルコール(IPA)を現像液として、塗膜143Rの未露光部分をWET現像(湿式現像)により除去し(未露光部分除去工程)、単位プリズム142側から紫外線を照射してポストUV露光を行う。
これらの工程を経て、図3(d)に示すようなレンズシート14が完成する。
また、このような製造方法を選択することにより、配列ピッチP=40μm以下となるような単位プリズム142及び単位レンズ144を備えるレンズシートであっても、単位プリズム等の形状や寸法の精度が高く、かつ、位置合わせ精度の高いものを、容易に作製できる。なお、単位プリズム142及び単位レンズ144の配列ピッチP=100〜200μm程度のレンズシートであっても、高い精度で作製可能である。
本実施形態の制御部15は、LCDパネル11の表示映像の切り替え及び光源部12A,12Bの交互の発光を、120Hzで同期しながら行うように指示する。なお、この周期は、使用するLCDパネル11の特性や使用環境等に応じて、適宜設定してよい。
図1に示す表示装置10において、例えば、光源部12Aが発した光は、導光板13を導波して導光板13の出射面13aから出射し、レンズシート14の単位プリズム142の一方の側面142aに入射する。単位プリズム142に入射した光は、側面142aに対向する側面142bで全反射して単位レンズ144側へ向かう。そして単位レンズ144から略正面方向に位置する観察者Oの右眼側となる方向(表示装置10の観察面の法線方向に対して約0〜15°画面左右方向右側)へ出射し、LCDパネル11へ入射する。このとき、LCDパネル11は、右眼用映像を表示しているので、観察者Oの右眼へ右眼用映像の光が到達する。一方、光源部12Bは消灯しているので、左眼に到達する光は、非常に少なく、立体映像の視認に影響を与えることはない。
従って、観察者Oの右眼には右眼用映像が届き、左眼には左眼用映像が届き、これらが高速で(本実施形態では120Hz)で切り替わるので、観察者Oには立体映像として認識される。
ここで、側面が平面からなる二等辺三角柱状の単位プリズム542を備える比較例のレンズシート54と、本実施形態のレンズシートの実施例に相当するレンズシート14とを用意し、導光板13から出射して各レンズシート14,54に入射した光がどのように出射するかを調べた。
図4は、実施例のレンズシートと比較例のレンズシートとに入射した光線の様子を示す図である。図4(a)は、実施例のレンズシート14における光線の様子を示し、図4(b)は、比較例のレンズシート54における光線の様子を示し、いずれも、シート面の法線方向に対して75度方向から入射した光の様子を示している。
また、単位レンズ144及び基材層141、単位プリズム142の屈折率は、いずれも1.55である。基材層141は、PET樹脂製である。
そのため、上述のような小さいピッチであっても、単位レンズ544及び単位プリズム542の位置合わせの精度は5%程度以下に抑える必要があり、単位レンズ544及び単位プリズム542との位置合わせは非常に困難である。
しかし、単位プリズム542及び単位レンズ544のピッチをより小さくし、ファインピッチ化を進めた場合、このような単位プリズム542の頂部の賦形精度を高く維持して製造することは、金型の製造等、生産コストがかかり、また、製造が非常に困難である。
さらに、観察者O側へ出射する光束が所定の角度範囲内に広がって出射するので、単位プリズム142及び単位レンズ144の配列ピッチPをファインピッチ化しなくともLCDパネル11の画素や絵素とのモアレや映像の筋感を低減できる。
加えて、単位プリズム142と単位レンズ144との位置合わせが高い精度で容易に行え、しかも、単位プリズム142を成形するための金型等が不要であり、安価に製造できる。
以上のことから、本実施形態によれば、良好な光学特性を有しつつ、両面のレンズ形状及びプリズム形状の位置合わせの精度が高く、製造が容易に行えるレンズシート14を提供できる。
図5は、単位プリズムの頂点の位置が異なるレンズシートに入射した光の様子を示す図である。図5(a)〜(d)では、いずれも、シート面の法線方向に対して75度方向から入射した光の様子を示している。
図5(a)〜(d)のレンズシートは、基材層141の厚みが異なることにより、レンズシート14の厚み方向における単位プリズム142の頂点142tの位置が互いに異なっている点以外は、図4に示す前述の実施例のレンズシートと略同形状である。
図5(a)に示すレンズシートは、その基材層141の厚さが38μmである。図5(b)に示すレンズシートは、その基材層141の厚さが75μmであり、前述の実施例のレンズシート14に相当する。図5(c)に示すレンズシートは、基材層141の厚さが100μmである。図5(d)に示すレンズシートは、基材層141の厚さが200μmである。図5(a)〜(c)に示す各レンズシートは、いずれも、その単位プリズム142の頂点142tが、単位レンズ144の焦点fよりも単位レンズ144側に位置しているが、図5(d)に示すレンズシートは、単位プリズム142の頂点142tが、単位レンズ144の焦点fよりも背面側(導光板13)側に位置している。
一方、図5(a)〜(c)に示す各レンズシートでは、導光板から出射し、斜め方向から単位プリズムに入射した光を略法線方向に立ち上げて出射している。一部の光が正面方向から大きくそれた方向へ出射しているが、立体視や映像の輝度に対する影響は小さい。特に、図5(a)に示すレンズシートは、図5(b),(c)のレンズシートに比べて、そのような横方向へ向かう光量が少なく、光の利用効率は高い。
また、図5(a)〜(c)中において、各単位レンズ144の最も紙面左側端部から出射する光束は、少量ではあるが、反対側の視点方向へ向かって出射している。このような光は、クロストークを引き起こし、その光量が多いと映像が立体的に見えない等の問題を生じさせる。しかし、図5(a)〜(c)のレンズシートでは、そのような光の量は小さく、特に図5(a)のレンズシートではそのような光の量は極めて小さく、立体視に与える影響は、非常に小さい。
図6(a)は、露光工程における露光時間を10秒とした場合、現像時間の違い(5秒、20秒、35秒、50秒、65秒)によって得られる単位プリズムの形状の差を示し、図6(b)は、露光工程における露光時間を30秒とした場合、現像時間の違い(5秒、20秒、35秒、50秒、65秒)によって得られる単位プリズムの形状の差を示している。図6(a),(b)において、現像時間5秒、20秒、35秒、50秒で得られる単位プリズム形状は破線で示し、現像時間65秒で得られる単位プリズムの形状は実線及びハッチングで示している。
図6(a),(b)に示すように、本実施形態のレンズシート14の単位プリズム142は、その製造工程における露光工程での露光時間や未硬化部分除去工程での現像時間によって、得られる形状が異なる。特に、除去工程での現像時間が長くなるにつけて、単位プリズム142間の凹み(谷部分)は、深くなる。
図7(a)に示すように、現像時間が短く、単位プリズム242間の凹みが浅いレンズシートでは、単位プリズム242に入射した光の多くは、その単位プリズム242の他方の面で全反射することなくレンズシート内を斜め方向へ進み、観察者O側へ立ち上がることなく、観察者O側から大きくそれた方向へ光が逃げてしまう。そのため、このようなレンズシートを表示装置10に用いた場合には、映像が暗くなり、また立体映像も不明瞭なものとなる。
一方、現像時間を長くする等により、単位プリズム342の断面形状が、図7(b)に示すように底辺が狭くその頂角が小さい二等辺三角形状に近い形状とすると、光線は正面方向から大きくそれた方向へ出射してしまい、立体映像が不明瞭となったり、立体映像ではなく二重像として観察されたりする。
これらの現象は、基材層141の厚みに関係なく生じることが確認されている。
また、本実施形態によれば、単位プリズム142の形状の精度、特に、頂点142t近傍の形状精度が多少低くても、略正面方向に位置する観察者O側へ光を出射することができる。従って、高い形状精度を要求することなく、光学性能の好ましい単位プリズム142を製造することができ、その製造も容易に行える。
加えて、本実施形態によれば、単位プリズム142と単位レンズ144との位置合わせが高い精度で容易に行え、しかも、単位プリズム142を成形するための金型等が不要であり、安価に製造できる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)本実施形態において、導光板13は、その背面側の面に印刷等によりドット(不図示)が形成されている例を示したが、これに限らず、例えば、その背面側の面や出射側(LCDパネル11側)の面に各種の単位レンズ等が配列された形態としてもよいし、その背面にドット等を備えていない形態としてもよい。また、導光板13は、拡散材等を含有する形態としてもよい。
また、導光板13の背面側に、不図示の反射板等を設けてもよい。この反射板は、光を反射可能であり、レンズシート14等により導光板13側へ反射された光を、反射して再度レンズシート14側へ向ける部材である。このような反射板を設けることにより、光源部の光をより効率的に使用することができる。
また、本実施形態において、LCDパネル11の画面左右方向における絵素の配列ピッチは、約40μmである例を示したが、これに限らず、適宜選択して用いてよい。
11 LCDパネル
12A 第1の光源部
12B 第2の光源部
13 導光板
14 レンズシート
141 基材層
142 単位プリズム
144 単位レンズ
15 制御部
Claims (7)
- 出射側の面に、出射側に凸となる略円柱形状の単位レンズが複数配列され、
入射側の面に、入射側に凸となる略三角柱形状であって側面が凹んだ曲面からなる単位プリズムが複数配列され、
前記単位レンズの配列方向と前記単位プリズムの配列方向とは平行であり、
前記単位レンズ及び前記単位プリズムの配列ピッチは同一であり、
シート面の法線方向から見て、前記単位プリズムが、前記単位レンズに対応する位置に設けられたレンズシートと、
前記レンズシートの入射側に配置される導光板と、
前記単位レンズ及び前記単位プリズムの配列方向において対向する、前記導光板の2つの端面に配置され、交互に発光及び消灯を繰り返す第1の光源部及び第2の光源部と、
を備える面光源装置。 - 請求項1に記載の面光源装置において、
前記単位プリズムの頂点は、前記単位レンズ側からシート面の法線方向に沿って略平行光を照射した場合の前記略平行光の焦点位置よりも、該レンズシートの厚み方向において前記単位レンズ側に位置すること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の面光源装置において、
前記単位プリズムの配列方向に平行であってシート面に直交する断面において、
前記単位プリズムの一方の前記側面と隣接する前記単位プリズムの前記側面とが形成する曲線は、略放物線状であること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の面光源装置において、
前記単位プリズムの配列方向に平行であってシート面に直交する断面において、
前記単位プリズムの一方の前記側面と隣接する前記単位プリズムの前記側面とが形成する曲線は、略カテナリー曲線状であること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の面光源装置において、
前記単位プリズムは、紫外線硬化型樹脂により形成されること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置によって背面側から照射され、視差を有する右眼用映像と左眼用映像とを交互に表示する透過型表示部と、
を備え、
前記透過型表示部は、
前記第1の光源部が発光する場合には、前記右眼用映像を表示し、
前記第2の光源部が発光する場合には、前記左眼用映像を表示し、
前記第1の光源部及び前記第2の光源部の発光と同期して表示映像を切り替えることにより、立体映像を表示可能とすること、
を特徴とする透過型表示装置。 - 請求項6に記載の透過型表示装置において、
前記レンズシートの前記単位レンズ及び前記単位プリズムの配列ピッチは、前記透過型表示部にマトリクス状に設けられた絵素の配列ピッチ以下であること、
を特徴とする透過型表示装置。
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