JP2004279815A - 導光板、面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品数で薄型軽量のバックライトシステムを効率よく構築できて、視差バリア方式で明るい三次元表示を達成できる液晶表示装置の開発。
【解決手段】透明板（１０）の下面に光路変換斜面具備の光出射手段（１１）の複数を縦横に配列した状態で有する導光板の側面に線状光源を配置してなる視差バリア式立体視用の面光源装置（１）及びその面光源装置の光出射側に光出射手段の縦横配列と、視差バリア式立体視用の液晶パネルの右目用と左目用の画素（２０ｌ、２０ｒ）の縦横配列とを対応させて配置した液晶表示装置。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、明るい表示を実現した視差バリア式立体視用の導光板、面光源装置及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
右目用と左目用の同寸の画素を交互に配列させると共に、その配列方向を横方向としたときにその方向に直交する縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させてなる視差バリア式立体視用の液晶パネルが提案されている。従来その三次元表示としての立体画像を実現するためのバックライトシステムとしては、ドット散乱式のサイドライト型導光板上にプリズムシートや拡散板を配置して一様な面発光が得られるものとした面光源の上に、さらにレンチキュラーレンズを配置してストライプ状の発光が得られるものが知られていた。
【０００３】
【発明の技術的課題】
しかしながら前記のように導光板上に多数の部品を配置してバックライトシステムを構築する必要があり、必要部品が多くてその構築に多くの工程や労力を要すると共に、嵩高くて重い問題点があった。
【０００４】
本発明は、少ない部品数で薄型軽量のバックライトシステムを効率よく構築できて、視差バリア方式で明るい三次元表示を達成できる液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、上下面とその上下面間の側面からなる入射側面を具備する形態を有する透明板の下面に、入射側面からの入射光を上面に向けて反射する光路変換斜面を具備する光出射手段の複数を縦横に配列した状態で有し、その配列状態が入射側面に平行な横方向に一定の間隔で断続し、横方向に直交する縦方向に前後平行にあることを特徴とする視差バリア式立体視用の導光板、及びその導光板の入射側面に線状光源を配置してなり、その光源を介した入射側面からの入射光を導光板の上面より出射することを特徴とする視差バリア式立体視用の面光源装置を提供するものである。
【０００６】
また本発明は、前記した導光板の上面側、又は面光源装置の光出射側に液晶パネルを有してなり、そのパネルが右目用と左目用の同寸の画素を交互に配列させると共に、その配列方向を横方向としたときにその方向に直交する縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させてなる視差バリア式立体視用のものであり、かつ導光板が、その横方向における光出射手段の長さをＬ、その配列間隔をＰとし、液晶パネルの横方向の画素幅をＷとしたとき、式：０．０１Ｗ＜Ｌ＜Ｗ及び２Ｗ≦Ｐ≦２．５Ｗを満足する光出射手段を有するものであり、その導光板を液晶パネルに対し、光出射手段の横方向と画素の横方向を対応させて、かつ光出射手段を右目用画素と左目用画素の間に位置させて配置してなることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、導光板の上にプリズムシートと拡散板とレンチキュラーレンズを配置する必要なくストライプ状に発光する面光源装置を得ることができ、少ない部品数で薄型軽量のバックライトシステムを効率よく構築できて、明るい表示の視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施形態】
本発明による視差バリア式立体視用の導光板は、上下面とその上下面間の側面からなる入射側面を具備する形態を有する透明板の下面に、入射側面からの入射光を上面に向けて反射する光路変換斜面を具備する光出射手段の複数を縦横に配列した状態で有し、その配列状態が入射側面に平行な横方向に一定の間隔で断続し、横方向に直交する縦方向に前後平行にあるものである。その例を図１、図２に示した。
【０００９】
図１は下面を示す平面図、図２は断面を示す側面図である。１０が透明板（導光板）であり、１０ａが上面、１０ｂが下面、１０ｃが入射側面、１１が下面に形成した光出射手段、１１ａが光路変換斜面である。なお１０ｄは入射側面に対向する側面、１０ｆは横側面、１１ｂは立面である。
【００１０】
導光板を形成する透明板としては、図例の如く上面１０ａ、それに対向する下面１０ｂ、上下面間の側面からなる入射側面１０ｃを少なくとも具備する形態を有するものが用いられる。透明板は、図例の如く均一厚のものであってもよいし、厚さを入射側面から対向側面側に向けて順次薄くした楔形などの形態を有するものであってもよい。透明板の平面形状は、長方形や正方形が一般的であるが、その他の形状であってもよく、方形の角部が面取りされたものなどであってもよい。
【００１１】
導光板は、図例の如く透明板１０の下面１０ｂに光出射手段１１の複数を設けることにより形成される。またその光出射手段１１は、入射側面１０ｃからの入射光（矢印）を透明板の上面１０ａに向けて反射する光路変換斜面１１ａを具備するものとされる。
【００１２】
前記により図４に例示の如く入射側面１０ｃに光源１２を配置してその光源を介し入射側面より光を入射させた場合に、図２に例示の矢印の如くその入射光α１を光路変換斜面１１ａを介し透明板の上面に向けて反射してその上面より出射α２させることができ、従来の凹凸を介した散乱式の光出射手段では出射光が垂直方向から大きく傾くために、その出射角を垂直化するために要したプリズムシートや拡散板等の補助手段の導光板上への配置を不要化することができる。
【００１３】
入射側面からの入射光ないしその伝送光を反射して透明板の上面より垂直指向性よく出射させると共に、斜面からの漏れ光を抑制する点より好ましい光路変換斜面１１ａは、導光板の基準平面に対する傾斜角θ１が３８〜４６度のものである。斯かる傾斜角の光路変換斜面とすることにより、上面の法線に対して２０度以内に最大強度を示す出射光を得ることができる。
【００１４】
出射光の垂直指向性の向上、就中、上面の法線に対して１５度以内、特に１０度以内に最大強度を示す出射光を得ると共に、入射側面からの入射光ないしその伝送光を効率よく全反射して高輝度な発光を得る点より光路変換斜面のより好ましい傾斜角θ１は、３９〜４５度、就中４０〜４４である。
【００１５】
前記の垂直指向性に優れる出射光は、液晶パネルの照明光として利用したときにパネルの正面方向に近い角度で入射させてパネル正面方向での明るい三次元表示（立体視）の達成を目的とする。なお前記の傾斜角は、図２の例の如く入射側面１０ｃと対向側面１０ｄを結ぶ縦方向の断面における光出射手段１１を形成する斜面等の角度に基づく（以下同じ）。
【００１６】
光出射手段１１は、光路変換斜面１１ａを具備する凹部又は凸部として形成することができる。凹部又は凸部は、下面より溝状に窪んでいるか（凹）、山状に突出しているか（凸）による。入射側面からの入射光ないしその伝送光の利用効率の向上を図る点、従って発光輝度の向上を図る点よりは、図例の如く溝構造（凹）による光出射手段が好ましい。溝構造は、光出射手段、従って光路変換斜面が取扱時等に傷付きにくく機能の維持性に優れる利点なども有している。
【００１７】
また光出射手段１１は、縦方向の断面に基づいて三角形や四角形のものなどの適宜な形態に形成することができる。就中、導光板の製造の容易さなどの点より図例の如く断面三角形の光出射手段が好ましい。なお前記の多角形は、厳密なものではなく、加工精度などに基づく面の角度変化や面交点の丸みなどは許容される。
【００１８】
光出射手段は、視差バリア方式による立体視を可能とするため図１に例示の如くその複数を縦横に配列させて配置する。その配列は、入射側面に平行な横方向に一定の間隔で断続し、横方向に直交する縦方向に前後平行にある状態とされる。光出射手段１１の好ましい配列は、図２に例示した如く光路変換斜面１１ａを入射側面１０ｃの側に位置させたものである。これにより光路変換斜面を入射側面に対面させることができ、入射側面からの入射光ないしその伝送光を光路変換斜面で効率よく受光して高輝度な発光を達成することができる。
【００１９】
前記において好ましい光出射手段は、図２の例の如く縦方向の断面に基づいて三角形の凹部１１からなり、導光板１０の基準平面に対する傾斜角θ２が６０〜９０度の立面１１ｂを光路変換斜面１１ａの対向面として有するものである。従ってこの場合には、図１、２の例の如く光路変換斜面１１ａと立面１１ｂの交点（三角形凹部の頂点）に基づく稜線が入射側面１０ｃと平行になる（横方向）と共に、複数の光出射手段１１の配列が横及び縦の両方向に整列したものとなり、その縦方向の配列を単位として、その光出射手段の全体の縦配列を縦縞としたときに、その縦縞が横方向に平行に配列したストライプ状の配列となる。
【００２０】
光出射手段の構造に関しては、縦方向の断面に基づいて例えば当該傾斜角θ２が０超〜１０度の緩斜面と光路変換斜面からなる三角形の凹部又は凸部とすることもでき、またその光出射手段の複数の配列に関しては当該断面方向に隣接した配置構造などとすることもできるが、前記した傾斜角θ２の立面を有する光出射手段の場合には、入射側面からの入射光ないしその伝送光が光路変換斜面で反射されずにその斜面を透過して導光板よりの漏れ光となったときに、その漏れ光を立面より取り入れて導光板内に効率よく再入射させることができ、入射側面からの入射光の利用効率を高めて発光輝度を向上できる利点がある。前記漏れ光の導光板内への再入射の点より立面の傾斜角θ２は、垂直に近いほど好ましく、就中７０度以上、特に７５〜９０度であることが好ましい。
【００２１】
他方、前記した横方向における光出射手段の入射側面と平行な断続配列、かつ縦方向における光出射手段全体による縦縞に基づくストライプ状配列は、後述するように視差バリア方式による立体視を可能として三次元表示を実現するものである。
【００２２】
上記した図例の如き光出射手段１１が横及び縦方向に間隔をおいて分布した配列構造において、明るい面発光と導光板の薄型化を達成する点より光出射手段における光路変換斜面は、その平面に対する投影幅を１〜１００μｍ、就中２〜６０μｍ、特に５〜３０μｍとしたものが好ましい。投影幅は、光路変換斜面の投影における縦方向の長さを意味する。
【００２３】
上記したように複数の光出射手段の配置は、視差バリア式立体視を可能とするため図１の例の如く横方向には一定の間隔で配列し、かつ縦方向には前後において平行に配列したものとされる。良質な立体視を得る点よりは縦横の両方向において一直線状に整列したものが好ましい。その横方向の光出射手段の配列間隔（横ピッチ）は、液晶パネルの画素幅（画素の横方向の長さ）により決定される。
【００２４】
すなわち視差バリア方式による立体視は、右目用画素の透過光と左目用画素の透過光を異なる角度で液晶パネルより出射させ、その出射角度の違いによる像の発生位置の相違により右目用と左目用の空間像にズレを生じさせることにより、その右目画像と左目画像を捉えたときにそのズレに基づいて立体像として合成認識されるものである。
【００２５】
従って液晶パネルにおける右目用画素と左目用画素に照明光を異なる角度で入射させる必要があり、かつその場合に横方向において照明光を提供する光出射手段（光路変換斜面）と右目用及び左目用の一対の画素との間に高度な対応関係をもたせることが要求される。
【００２６】
よって光出射手段の横ピッチは、液晶パネルの画素幅により決定される。その横ピッチと画素幅の関係は、横ピッチをＰ、画素幅をＷとしたとき、式：２Ｗ≦Ｐ≦２．５Ｗとして表すことができる。またその場合、光出射手段の横方向の長さＬは、式：０．０１Ｗ＜Ｌ＜Ｗを満足すればよい。画素幅Ｗは、３０〜３００μｍが一般的であるが、これに限定されない。
【００２７】
前記の横ピッチ決定式におけるピッチの許容幅は、導光体を液晶パネルのバックライトとして配置した場合の位置関係による画面の画角に基づく寸法変化に基づく。すなわち液晶パネルの画像視認を目を中心に円弧状に位置する画像光がその放射状の円弧位置の各点からの線として目に入射することとすると、前記した導光体と液晶パネルの位置関係による画角に基づいて、液晶パネルの画素幅（ピッチ）よりも広い横ピッチの光出射手段を有する導光体が好ましい場合がある。
【００２８】
前記の点を考慮すると、視認点（目）と液晶パネルの画面までの距離をＺ、液晶パネルの液晶層と導光体の光出射手段までの距離をｄとしたとき、Ｐ≦２Ｗ（Ｚ＋ｄ）／Ｚの関係を満足する範囲まで光出射手段の横ピッチを広げうることとなり、よって基本となるＰ＝２ＷからＰ＝２．５Ｗを満足する範囲までを意味する前記の横ピッチ決定式としたものである。好ましい横ピッチＰは、２．０Ｗ以上から、２．２Ｗ以下、就中２．１Ｗ以下、特に２．０５Ｗ以下の範囲である。なお導光板の作製精度は、前記の横ピッチ決定式にて算出される数値の±５％以内の誤差範囲とすることが好ましい。
【００２９】
光出射手段の横方向の長さＬは、二重像の発生回避と表示輝度とのバランスにより決定される。すなわち照明光を右目用と左目用の両画素に異なる角度で入射させて右目用と左目用の画像の混合による二重像の発生を回避する点よりは小さいＬであるほど有利であり、その点よりはＬ＜Ｗを満足することが好ましい。
【００３０】
一方、表示輝度の点よりは大きいＬとして画素に入射させる照明光の量を多くすることが有利であり、その点よりは０．０１Ｗ＜Ｌを満足することが好ましい。前記したバランスの点より好ましいＬは、０．０５Ｗ≦Ｌ≦０．６Ｗ、就中０．１Ｗ≦Ｌ≦０．４Ｗを満足するものである。
【００３１】
他方、光出射手段の縦方向における配置間隔（縦ピッチ）Ｔについては、画素への入射角の制御による立体視と直接関係しないことより表示輝度の調節手段として利用することができ、緻密な発光による自然で高輝度な表示を実現する点より画素あたりの光出射手段数が多いほど好ましい。一般には縦方向の視角変化による表示像の変化を抑制する点より、液晶パネルにおける画素の縦方向の寸法（高さ）をＨとしたとき、Ｔ≦Ｈ、就中０．０１Ｈ≦Ｔ≦０．８Ｈ、特に０．０５Ｈ≦Ｔ≦０．５Ｈ、更には０．１Ｈ≦Ｔ≦０．３Ｈを満足することが好ましい。
【００３２】
画素サイズを考慮した場合の光出射手段の一般的な横ピッチＰは、６０〜９００μｍ、就中１００〜６００μｍ、特に１４０〜４５０μｍである。また光出射手段の一般的な横方向の長さＬは、５〜３００μｍ、就中１０〜２００μｍ、特に２０〜１５０μｍである。さらに光出射手段の一般的な縦ピッチＴと縦方向の長さは、２〜３００μｍ、就中５〜２００μｍ、特に１０〜１５０μｍである。
【００３３】
光出射手段の縦ピッチＴについては、一定とされる横ピッチとは異なり、例えば入射側面より遠離るほど伝送光が減少することを考慮して面発光における輝度の均一化を目的に、入射側面より遠離るほどピッチを狭くして光出射手段を密に配置する方式の如く、一定である必要はなく、導光板内の配置位置に応じて異なる縦ピッチとすることもできる。
【００３４】
なお前記した面発光における輝度の均一化は、例えば溝の深さ又は突出の高さを変化させる方式などにより光出射手段の大きさ、特に光路変換斜面の大きさを入射側面より遠離るほど大きくする方式などにても達成することができる。従って光出射手段は、縦ピッチ又は／及び大きさ等の形状が異なるものの組合せで設けることもできる。
【００３５】
導光板ないし透明板は、上記したように適宜な形態とすることができる。楔形等とする場合にもその形状は適宜に決定でき、直線面や曲面などの適宜な面形状とすることができる。また光出射手段を形成する光路変換斜面等についても直線面や屈折面や湾曲面等の適宜な面形態とすることができる。光出射手段における光路変換斜面とその対向面以外の側面の角度は、出射光に対する影響を抑制する点より可及的に垂直であることが好ましい。
【００３６】
透明板における上面や入射側面等の形状については、特に限定はなく適宜に決定してよい。一般には可及的に平滑でフラットな上面及びその上面に対して垂直な入射側面とされる。入射側面については、例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射効率の向上を図ることもできる。さらに光源との間に介在する導入部を有する入射側面構造などとすることもできその導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができる。
【００３７】
導光板ないし透明板は、光源の波長域に応じそれに透明性を示す有機や無機の適宜な材料にて形成しうる。ちなみに可視光域では、例えばポリメチルメタクリレートの如きアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、ノルボルネン系樹脂やポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂やポリウレタン系樹脂、アセテート系樹脂やポリビニルアルコール系樹脂、ポリアリレートやエポキシ系樹脂等で代表される熱可塑性や熱硬化性、光硬化性の透明樹脂、ガラスなどがあげられる。無機材料と有機材料の組合わせ物であってもよい。複屈折を示さないか、複屈折の小さい材料で形成した透明板が好ましく用いられる。
【００３８】
導光板は、切削法にて透明板に所定の光出射手段を形成する方法などにても製造でき、適宜な方法で製造することができる。量産性等の点より好ましい製造方法としては、所定の光出射手段を形成しうる金型等を予め準備してその型に、熱可塑性樹脂を加熱下に押付て形状を転写する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を充填する方法、熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状樹脂やオリゴマーやモノマー等を充填ないし流延して重合処理する方法などがあげられる。所定の光出射手段を形成しうる中駒を取り付けた金型を使用して射出成形方式により導光板を製造することもできる。
【００３９】
また所定の光出射手段形状に成形しうる型に前記の液状樹脂等を充填し、その上に透明板を静置して当該充填層を重合処理する方法や、透明板に前記の液状樹脂等を塗布しその塗布層を所定の光出射手段形状に成形しうる型を介し成形した後、その成形層を重合処理する方法などもあげられる。前記の場合、透明板に代えて透明フィルム等を用いて重合処理した後、所定の形状に打抜き方式等の適宜な方式で裁断し、そのフィルムを接着剤等を介し透明板に接着する方法なども採ることができる。
【００４０】
従って導光板は、光の伝送を担う導光部としての透明板に、光出射手段を形成した透明層や透明フィルムを接着したものの如く、同種又は異種の材料からなる積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。
【００４１】
前記の場合、光出射手段を有する層は、透明層として透明板に直接設けることもできるし、光出射手段を形成した透明フィルムとしてそれを透明板に接着層を介し積層する方式などにても設けることができる。その場合、透明層と透明板との屈折率差、あるいは透明フィルムと透明板と接着層との屈折率差が大きいと界面反射により光の利用効率が低下しやすいので、それら層間の屈折率差は、０．０５以内、就中０．０１以内、特に０．００５以内にあることが好ましい。また透明層や透明フィルムや接着層の屈折率が透明板のそれよりも高いことが好ましい。
【００４２】
前記の接着層を形成する接着剤としては、光透過性の適宜なものを用いうる。接着作業の簡便性の点よりは、例えばアクリル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やゴム系などで代表される粘着剤が好ましく用いられる。就中、耐熱性や光学特性等に優れるアクリル系粘着剤が好ましく用いられる。
【００４３】
導光板の厚さは、使用目的による導光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。一般的な厚さは、その入射側面に基づき５０ｍｍ以下、就中０．１〜３０ｍｍ、特に０．３〜２０ｍｍである。
【００４４】
面光源装置は、図４の例の如く導光板１０の入射側面１０ｃに線状光源１２を設けることにより形成される。これにより線状光源を介した入射側面からの入射光を導光板の上面より出射させることができる。その面発光状態は、光出射手段の縦方向の配列に基づく帯状の発光線が光出射手段の横ピッチに対応した間隔で横方向に配列したストライプ状ないし縦縞模様状の発光である。
【００４５】
導光板の入射側面に配置する線状光源としては、適宜なものを用いうる。一般には例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源、発光ダイオード等の点光源を線状や面状等に配列したアレイ体、あるいは点光源を一定又は不定間隔の線状発光状態に変換する装置を用いた光源などが好ましく用いうる。低消費電力性や耐久性等の点よりは、冷陰極管が特に好ましい。従って線状光源は、細長い形態を有してその長さ方向に細長く発光する発光体を意味する。
【００４６】
面光源装置の形成に際しては、必要に応じて線状光源からの発散光を透明板の入射側面に導くために、光源を包囲するリフレクタなどの適宜な補助手段を配置した組合せ体とすることもできる。リフレクタとしては、高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。リフレクタは、それを導光板の端部に接着剤等を介し接着して線状光源の保持手段とすることもできる。
【００４７】
また面光源装置には図３、４に例示の如く導光板１０における下面１０ｂの側に光吸収層１３を設けることもできる。光吸収層は、導光板、例えば光出射手段ないしその光路変換斜面などからの漏れ光の吸収を目的とする。漏れ光による像が形成されると、本来の照明光による立体視を阻害するためである。
【００４８】
光吸収層としては、前記の漏れ光等を吸収できる適宜な材料で形成でき、その光反射率などについて特に限定はない。ちなみにその例としては黒色塗料を塗布した黒色シートや、黒色顔料を配合した黒色シートなどがあげられる。光吸収層は、導光板の下面に接着層等を介して接着されていてもよいし、導光板の下面側に単に配置された状態にあってもよい。光吸収層は、漏れ光を発生しうる導光板の対向側面１０ｄや横側面１０ｆなどにも設けることができる。
【００４９】
本発明による面光源装置は、光源からの入射光の利用効率に優れて明るくて垂直性に優れるストライプ状の出射光を提供し、薄型軽量性に優れて大面積化等も容易であることなどより、視差バリア方式で立体視するようにした液晶表示装置等におけるサイドライト型のバックライトなどとして好ましく適用でき、明るくて見やすく低消費電力の液晶表示装置等を得ることができる。
【００５０】
視差バリア方式で立体視するようにした液晶表示装置は、図３、４に例示した如く立体視用の液晶パネル２の背面側に面光源装置１ないし導光板１０を配置したものであり、面光源装置の光出射側、従って導光板１０の上面側に液晶パネルを配置することより形成することができる。なお図３は液晶パネルの横方向を表しており、図４は同パネルの縦方向を表している。
【００５１】
液晶パネル２としては、図３の例の如く右目用と左目用の両画素２０ｒ、２０ｌを対として、右目用画素と左目用画素を交互に配列させると共に、その配列方向を横方向としたときにその方向に直交する縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させてなる視差バリア式立体視用のものが用いられる。
【００５２】
また液晶パネル２に対する面光源装置１ないし導光板１０の配置は、導光板における光出射手段１１の横方向とパネルにおける画素の横方向を対応させて、かつ光出射手段１１が右目用画素と左目用画素の間に位置する状態とされる。従って光出射手段１１の縦方向の配列によるストライプ状の発光を画素の縦方向の配列と対応させ、かつその場合に横方向において図３に例示の如く、右目用と左目用の一対の画素２０ｒ、２０ｌからなる縦方向の配列に対して縦方向一列の光出射手段１１を対応させた配置関係とされる。
【００５３】
前記により図２に例示の如く、光出射手段の光路変換斜面１１ａを介し入射側面からの入射光α１を反射して導光板の上面１０ａよりストライプ状に出射させた光α２が、そのストライプの縦一列と左右一対の画素の縦列との位置対応に基づいて最寄りの右目用と左目用の一対の画素に対し異なる角度で入射し、かつ表示像として透過して立体視が可能となる。
【００５４】
光出射手段の光路変換斜面を入射側面と対面させてその入射側面からの入射光を光路変換斜面を介し反射させて出射光を得る本発明による導光板では、出射光の横方向における出射角の偏りが少なく、右目用画像を右目方向に、左目用画像を左目方向に出射して右目用画像は右目だけに、左目用画像は左目だけに入射させることの出射角の相違関係を高精度に維持できて右目用と左目用の画像が混合しにくく、従って本来の立体画像の周囲に二重像が形成されて不快な視認像となることを防止できて、明るくて良質な立体表示を実現することができる。
【００５５】
液晶パネルとしては、上記したように右目用と左目用の画素を横方向に交互配列させ、かつ縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させてなる適宜な視差バリア式立体視用のものを用いうる。右目用と左目用の画像の混合を防止して鮮明な三次元画像を得ることを目的に、画素間にブラックストライプを設けることもできる。
【００５６】
画素のサイズとピッチは、縦横両方向に一定で、右目用と左目用の画素が同寸であることが一般的である。また例えばツイストネマチック（ＴＮ）型や垂直配向（ＶＡ）型、水平電界（ＩＰＳ）型などの公知の表示方式を採用した液晶セルとすることができる。
【００５７】
従って液晶表示装置の形成に際しては、例えば偏光板や位相差板、視差補償フィルムや反射層などの液晶表示装置の形成に用いられることのある光学層の１層又は２層以上を適宜な位置に必要に応じて配置することができる。その光学層の種類について特に限定はない。
【００５８】
ちなみに図３、４の例ではＴＮ型液晶セル２１の両側に偏光板２２、２３が配置されている。図では液晶セル内に設けた透明電極や配向膜の図示は省略している。偏光板は、前記した他の光学層と積層一体化したものなどとして配置することもできる。また導光板の下面側には光吸収層に代えて反射層を配置することもできる。
【００５９】
前記の光学層は、液晶表示装置の製造工程で液晶パネルに順次別個に積層して適用でき、また導光板と予め積層して液晶パネルに適用することもできる。さらに光学層の２層以上を予め接着層等を介し積層一体化して液晶パネル又は導光板に接着適用することもできる。
【００６０】
前記した偏光板としては、直線偏光を出射する適宜なものを用いることができ、特に限定はない。ちなみにその例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムにヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸し、必要に応じ架橋処理したフィルム、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物の如きポリエン配向フィルムなどの偏光フィルムがあげられる。
【００６１】
また偏光板は、前記偏光フィルムの片面又は両面に耐水性等の保護目的で、上記の透明板で例示の透明樹脂などからなる塗布層やフィルムのラミネート層等からなる透明保護層を有するものであってもよい。さらに液晶ポリマーや液晶含有のポリマーからなる偏光層を有する偏光板などもあげられる。透過率の高い偏光板が明るい表示等の点より好まし用いられる。
【００６２】
位相差板は、直線偏光を楕円偏光や円偏光に変換したり、楕円偏光や円偏光を直線偏光に変換すること、液晶セルによる複屈折を補償することなどを目的に１層又は２層以上が用いられる。従って１／４波長板や１／２波長板の如き各種の波長板やその他の位相差特性を示す適宜な位相差板を用いうる。その位相差板としては、上記の透明板で例示の透明樹脂などからなる高分子フィルムを延伸した複屈折性フィルムや液晶ポりマーの配向層を有するものなどがあげられる。
【００６３】
特に前記した視角補償フィルムは、液晶表示装置の画像が鮮明に見える角度を広げる機能を有する補償用位相差板の１種であり、トリアセチルセルロース等からなる高分子フィルムにディスコチック液晶層を塗工付設したものなどがあげられる。なお前記の複屈折性フィルムは、自由端や固定端による一軸延伸や二軸延伸、熱収縮性フィルムの接着下に加熱処理する方式などで厚さ方向にも分子配向させる延伸などの、各種の方式で延伸処理したものであってよい。位相差板は、例えば偏光板と液晶パネルとの間などの適宜な位置に配置することができる。
【００６４】
反射層は、例えばアルミニウムや銀、金や銅やクロム等の高反射率金属の粉末をバインダ樹脂中に含有する塗工層や、蒸着方式等による金属薄膜の付設層、その塗工層や付設層を基材で支持した反射シート、金属箔などの従来に準じた適宜な反射層として形成することができる。
【００６５】
上記した光学層としては、低屈折率の透明層もあげられる。これは、導光板の上面全面での発光輝度の均一化を目的とするものである。すなわち透明板の上面にそれよりも屈折率の低い層を設けて、光源からの入射光が透明板の内部を伝送される際に、その伝送光を透明板と透明層との屈折率差を介し全反射させて透明板内に効率よく閉じ込めて、伝送光を対向側面側（後方）に効率よく伝送し、光源から遠い位置における光出射手段の光路変換斜面にも伝送光を均等性よく供給し、その斜面による反射を介し光路変換して、光出射面たる上面全体における明るさの均一性の向上を目的とする。
【００６６】
また低屈折率の透明層は、液晶パネル等が偏光板等を有する場合に前記の伝送光が偏光板等に入射して減衰や複屈折を受け、それにより伝送状態が部分的に変化して伝送光が減少したり不均一化することの防止などにも有効である。すなわち伝送光が偏光板に入射すると吸収されて減衰する。また位相差板も有する場合にはその位相差板への入射によって生じる位相差により、偏光板を介した直線偏光が楕円偏光となり偏光板に再入射した際に吸収され減衰する。
【００６７】
前記伝送光の減衰は、そのまま出射光量の減少となり、照明光が暗くなって液晶表示装置の表示が暗くなる。また伝送距離に応じて減衰も大きくなり、光源から遠くなるほど照明光が暗くなり、明るさの均一性が低下する。従って低屈折率の透明層を介し伝送光の当該入射を抑制することで前記の減衰等が防止される。
【００６８】
低屈折率の透明層は、前記した働きの点より導光板と液晶パネルの間に設けられ、特に導光板における透明板の上面に直接設けられていることが好ましい。その場合、透明板における透明層の付設面、従って透明板の上面は平滑なほど、よって透明層は平滑なほど伝送光の散乱防止に有利で好ましく、また表示光への影響防止の点よりも好ましい。
【００６９】
低屈折率の透明層は、伝送光の全反射による後方への伝送効率等の点より、導光板を形成する透明板との屈折率差が大きいほど有利であり、透明板を形成する材料よりも屈折率が０．０７以上、就中０．１以上、特に０．２〜０．４低いものであることが好ましい。
【００７０】
低屈折率の透明層は、例えば無機系や有機系の低屈折率誘電体、特にフッ素含有化合物やシリコーン系樹脂の如き適宜な材料を用いて真空蒸着方式やスピンコート方式などの適宜な方式で形成でき、その材料や形成方法について特に限定はない。導光板を液晶パネルに接着層を介して接着する場合には、その接着層に低屈折率透明層を兼ねさせることもできるし、その接着層とは別体のものとして形成することもできる。
【００７１】
低屈折率の透明層の厚さは、薄すぎると波動のしみだし現象で上記した閉じ込め効果に劣る場合があることより、全反射効果の維持の点より厚いほど有利である。その厚さは、全反射効果等の点より適宜に決定しうる。一般には可視光域、特に短波長光に対する全反射効果等の点より９０ｎｍ〜１０μｍ、就中２００ｎｍ〜５μｍ、特に６００ｎｍ〜２μｍの厚さであることが好ましい。
【００７２】
液晶パネルに対する導光板の配置は、図例の如く空気層が介在してもよいし、接着層にて接着されていてもよい。導光板と液晶パネルの接着処理は、空気層よりも屈折率の大きい接着層が介在することで反射ロスを抑制ないし防止でき、輝度の向上に有効である。
【００７３】
また導光板は、少なくともその入射側面側を液晶パネルの端部より外側に突出させて配置することが光源部による液晶パネルに対する照明妨害を防止できて好ましい。また斯かる突出配置は、光源部が障害とならずに液晶パネルとの接着処理、その接着処理後の光源の交換等の取り付け、さらにはリフレクタによる光源の被覆やその取り付けの際の導光板の上下面に対する密着処理などを容易に行える利点などもある。
【００７４】
本発明において、上記した面光源装置や液晶表示装置を形成することのある透明板や偏光板、位相差板や液晶セル等の部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置されていてもよい。光軸のズレ防止などの点よりは固着状態にあることが好ましい。その固着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができる。また前記の部品、特に視認側に配置される部品は、その耐久性や信頼性の向上を目的に紫外線吸収能を有する安定剤を添加したものであってもよい。
【００７５】
【実施例】
例１
ポリカーボネートフィルム上に塗布した屈折率が１．５２２の硬化層を形成する厚さ１００μｍの紫外線硬化型アクリル樹脂層を、予め所定の形状に形成した金型上に静置しゴムローラにて密着させて余分な樹脂と気泡を押出し、メタルハライドランプで紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させた後、金型から剥離しポリカーボネートフィルムと分離して所定サイズに裁断し、その分離面に屈折率が１．５２３の粘着層を設けて他面に光出射手段を有する透明フィルムを得た。
【００７６】
前記の透明フィルムは、傾斜角約４３度の光路変換斜面と傾斜角約７８度の立面からなる縦方向の幅が１４μｍで、横方向の長さが５０μｍの断面三角形の凹部よりなる光出射手段を入射側面と平行に１８０μｍの横ピッチで、かつ光路変換斜面が入射側面側に位置する状態で横方向に配列すると共に、縦方向にも前後平行に入射側面から遠離るほど縦ピッチを狭くして高密度な配列とした状態で有する、横方向の長さが４０ｍｍで、縦方向の長さが３０ｍｍのものである。
【００７７】
前記の透明フィルムをその粘着層を介し横方向の長さが４２ｍｍで、縦方向の長さが３２ｍｍ、厚さが０．７ｍｍで、屈折率が１．５２２の透明樹脂板に接着して導光体を得、その入射側面に冷陰極管を配置してその周囲を銀膜蒸着の反射フィルムで覆い、そのフィルム端を導光板の上下端部に光が洩れないように接着して冷陰極管を保持し、光出射手段を設けた側を下側にして、かつその背面に黒色板からなる光吸収層を配置してバックライト用の面光源装置を得た。
【００７８】
ついで前記バックライト用の面光源装置の光出射側にノーマリーホワイトの透過型ＴＮ液晶パネルを配置して視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。液晶パネルは、右目用と左目用の画素を横方向に交互配列させると共に、縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させたものからなる。画素は、９０μｍ角のサイズである。また液晶パネルに対する面光源装置の配置は、モアレを観察しながら導光板における光出射手段の横方向とパネルにおける画素の横方向を対応させて、かつ光出射手段が右目用画素と左目用画素の中間に位置する状態とした。
【００７９】
例２
例１と同じ金型に同じ紫外線硬化型アクリル樹脂をスポイトにて滴下後、その上に横方向の長さが４２ｍｍで、縦方向の長さが３２ｍｍ、厚さが０．７ｍｍで、屈折率が１．５２２のガラス板を静置してゴムローラで密着させて余分な樹脂と気泡を押出し、ガラス板側からメタルハライドランプで紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させた後、金型から剥離して導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８０】
例３
面全体をサンドブラスト加工にて粗面化した金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。従って導光板は、斜面反射式の光出射手段の代わりに粗面からなる散乱反射式の光出射手段を有するものである。
【００８１】
例４
均等な密度で、かつランダムな配置で光出射手段が形成される金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８２】
例５
光路変換斜面の傾斜角が３０度の光出射手段が形成される金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８３】
例６
光路変換斜面の傾斜角が５０度の光出射手段が形成される金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８４】
例７
光路変換斜面の長さ方向が入射側面に対して３０度傾斜する状態で配列する光出射手段が形成される金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８５】
例８
横ピッチ１４０μｍで配列する光出射手段が形成される金型を用いたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８６】
例９
例３と同様にして得た散乱反射式の光出射手段を有する導光板の上に拡散板、稜線が横方向のプリズムシート、稜線が縦方向のプリズムシートを順次配置しその上にさらに１８０μｍの横ピッチでストライプ状（縦縞）にレンズを形成したレンチキュラーレンズを配置したほかは例１に準じてバックライトを形成し、そのレンチキュラーレンズのストライプと液晶パネルの縦方向のストライプが平行に、かつレンチキュラーレンズの透過部分が右目用と左目用の画素の間に位置する配置関係としたほかは例１に準じ視差バリア式立体視用の液晶表示装置を得た。
【００８７】
評価試験
例１〜９で得た液晶表示装置における面光源装置を点灯して立体表示状態で画像を観察した。例１及び例２で良好な立体画像が観察された。一方、例３、４では二重像となって観察され、立体画像は得られなかった。また例５、６では立体画像が得られたものの、出射光の傾きが大きくて正面方向での表示が暗かった。ちなみに液晶表示装置の白状態での正面輝度を輝度計（トプコン社製、ＢＭ−７）にて測定したところ、例１が６５ｃｄ／ｍ^２、例５が１８ｃｄ／ｍ^２、例６が２３ｃｄ／ｍ^２であった。
【００８８】
一方、例７では右目用と左目用の画像の明るさのバランスが極端に異なっており右目画像のみが観察されて立体視しにくかった。例８ではモアレが発生すると共に立体画像も観察されなかった。例９では例１、２とほぼ同等の良好な立体画像が観察されたが導光板上に配置する多くの光学部品を要して製造に要する労力も多く、厚さも例１、２に比べて０．７ｍｍも厚いものとなり重さも大きかった。
【００８９】
以上より、本発明にて導光板上に配置する光学部品を要することなく、導光板を面光源化しただけの構造で立体表示を実現しうる液晶表示装置を形成できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図１】導光板の平面図
【図２】前記導光板の側面断面図
【図３】液晶表示装置の横方向説明断面図
【図４】前記液晶表示装置の縦方向説明断面図
【符号の説明】
１：面光源装置
１０：導光板（透明板）
１１：光出射手段（１１ａ：光路変換斜面 １１ｂ：立面）
１２：線状光源 １３：光吸収層
２：液晶パネル（２１：液晶セル）
２０ｒ、２０ｌ：右目用と左目用の画素

Claims (6)

1. 上下面とその上下面間の側面からなる入射側面を具備する形態を有する透明板の下面に、入射側面からの入射光を上面に向けて反射する光路変換斜面を具備する光出射手段の複数を縦横に配列した状態で有し、その配列状態が入射側面に平行な横方向に一定の間隔で断続し、横方向に直交する縦方向に前後平行にあることを特徴とする視差バリア式立体視用の導光板。
2. 請求項１において、光出射手段が当該縦方向の断面に基づいて、導光板の基準平面に対する傾斜角が３８〜４６度の光路変換斜面と６０〜９０度の立面を具備する三角形の凹部からなると共に、その光路変換斜面が入射側面側に位置して、かつ光路変換斜面と立面の交点に基づく稜線が入射側面と平行であり、複数の光出射手段の縦方向の配列を単位として縦縞としたときに、その縦縞が横方向に平行に配列する導光板。
3. 請求項１又は２に記載の導光板の入射側面に線状光源を配置してなり、その光源を介した入射側面からの入射光を導光板の上面より出射することを特徴とする視差バリア式立体視用の面光源装置。
4. 請求項３において、導光板の下面側に光吸収層を有する面光源装置。
5. 請求項１又は２に記載の導光板の上面側、あるいは請求項３又は４に記載の面光源装置の光出射側に液晶パネルを有してなり、そのパネルが右目用と左目用の同寸の画素を交互に配列させると共に、その配列方向を横方向としたときにその方向に直交する縦方向に右目用又は左目用の画素を統一して配列させてなる視差バリア式立体視用のものであり、かつ導光板が、その横方向における光出射手段の長さをＬ、その配列間隔をＰとし、液晶パネルの横方向の画素幅をＷとしたとき、式：０．０１Ｗ＜Ｌ＜Ｗ及び２Ｗ≦Ｐ≦２．５Ｗを満足する光出射手段を有するものであり、その導光板を液晶パネルに対し、光出射手段の横方向と画素の横方向を対応させて、かつ光出射手段を右目用画素と左目用画素の間に位置させて配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５において、導光板の光出射手段における縦方向の配置間隔をＴとし、液晶パネルの画素における縦方向の寸法を高さＨとしたとき、Ｔ≦Ｈを満足する導光板を用いた液晶表示装置。

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