(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示装置であって、
画像表示パネルと、
前記画像表示パネルの背面側に配置されるバックライト装置と、
前記画像表示パネルと前記バックライト装置との間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第１液晶プリズム素子と、
前記画像表示パネルと前記第１液晶プリズム素子との間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第２液晶プリズム素子と、
ユーザの位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部によって検出されたユーザの位置情報に基づいて、前記第１液晶プリズム素子及び前記第２液晶プリズム素子に印加する電圧を制御する制御部とを備え、
前記第１液晶プリズム素子及び前記第２液晶プリズム素子は、それぞれ、一対の対向基板と、前記画像表示パネルの一辺と平行な第１の方向に延びる稜線を有し、前記一対の対向基板の間において、前記第１の方向と直交する第２の方向に並列に配置される複数の三角プリズムと、前記対向基板の間に封入される液晶とを含み、
前記位置検出部によって検出された前記ユーザの位置が前記画像表示パネルの中央より右端方向に移動した場合には、前記第１液晶プリズム素子及び前記第２液晶プリズム素子の一方が前記出射光を走査し、
前記位置検出部によって検出された前記ユーザの位置が前記画像表示パネルの中央より左端方向に移動した場合には、前記第１液晶プリズム素子及び前記第２液晶プリズム素子の他方が前記出射光を走査する、画像表示装置。
【請求項２】
前記ユーザの位置が前記画像表示パネルの中央より右端方向に移動した場合には、前記一方の液晶プリズム素子の液晶層の屈折率が電圧を印加していない状態より大きくなるように前記一方の液晶プリズム素子に電圧を印加し、かつ、前記他方の液晶プリズム素子には電圧を印加せず、
前記ユーザの位置が前記画像表示パネルの中央より左端方向に移動した場合には、前記一方の液晶プリズム素子に電圧を印加せず、かつ、前記他方の液晶プリズム素子の液晶層の屈折率が電圧を印加していない状態より大きくなるように前記他方の液晶プリズム素子に電圧を印加する、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１液晶プリズム素子を構成する第１三角プリズムと、前記第２液晶プリズム素子を構成する第２三角プリズムとは、それぞれ略直角三角形の断面を有し、
前記第１液晶プリズム素子の斜面の傾斜方向と、前記第２液晶プリズム素子の斜面の傾斜方向とが、前記第２の方向において逆である、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１液晶プリズム素子及び第２液晶プリズム素子を構成する液晶の、印加される電圧に応じて変化する屈折率の最小値が、前記第１三角プリズム及び前記第２三角プリズムの屈折率と略等しい、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１液晶プリズム素子及び前記第２プリズム素子は、前記対向基板の内面側に設けられる電極を含んでおり、
１枚の前記対向基板の内面側に設けられる１つの電極に対して、複数の前記第１三角プリズムまたは複数の前記第２プリズムが配置される、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記画像表示パネルには、視差が与えられた右眼用画像信号及び左眼用画像信号が時分割で交互に入力され、
前記バックライト装置は、
一対の側面を有し、前記側面から入射された光を出射面に導く導光板と、
前記側面の一方に対向するように配置され、右眼用画像を表示するための照明光を出射する第１の光源と、
前記側面の他方に対向するように配置され、左眼用画像を表示するための照明光を出射する第２の光源と、
前記第１の光源および前記第２の光源から出射された光を前記表示パネル中央の前方に偏向する光制御シートとを含み、
前記右眼用画像信号と前記左眼用画像信号との切り替えに同期して、前記第１の光源及び前記第２の光源が交互に点灯する、請求項１に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば液晶ディスプレイなどの画像を表示させるための画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の観測者のそれぞれの眼に右眼用画像の光と左眼用画像の光とを交互に提示することによって、映像を立体視させる自動立体視ディスプレイが開示されている。特許文献１の装置では、観測者の眼球位置移動に追従するように、偏向手段による光屈折挙動を変化させている。この偏向手段は、２種類の混合しない液体を内包する液滴制御セルによって構成されており、液滴制御セルに電圧を印加することによって液体の界面を変化させて、液滴制御セルにプリズム機能を発揮させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５２９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、視聴者の位置に応じて光を偏向する液晶プリズム素子を備え、偏向による相対輝度の低下やクロストークの増大を低減する画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における画像表示装置は、画像表示パネルと、画像表示パネルの背面側に配置されるバックライト装置と、画像表示パネルとバックライト装置との間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第１液晶プリズム素子と、画像表示パネルと第１液晶プリズム素子との間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第２液晶プリズム素子と、ユーザの位置を検出する位置検出部と、位置検出部によって検出されたユーザの位置情報に基づいて、第１の液晶プリズム素子及び第２の液晶プリズム素子に印加する電圧を制御する制御部とを備える。第１の液晶プリズム素子及び第２液晶プリズム素子は、それぞれ、一対の対向基板と、画像表示パネルの一辺と平行な第１の方向に延びる稜線を有し、一対の対向基板の間において、第１の方向と直交する第２の方向に並列に配置される複数の三角プリズムと、対向基板の間に封入される液晶とを有する。位置検出部によって検出されたユーザの位置が画像表示パネルの中央より右端方向に移動した場合には、第１液晶プリズム素子及び第２液晶プリズム素子の一方が出射光を走査し、位置検出部によって検出されたユーザの位置が画像表示パネルの中央より左端方向に移動した場合には、第１液晶プリズム素子及び第２液晶プリズム素子の他方が出射光を走査する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における画像表示装置は、液晶材料を用いて走査範囲をより大きくし、且つ、左右の走査時に、輝度、クロストークの変化を低減するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図
【図１Ｂ】図１Ａに示す画像表示装置の一部の分解斜視図
【図１Ｃ】図１Ａに示す液晶プリズム素子の部分拡大図
【図２】比較例に係る画像表示装置の概略構成図
【図３】比較例及び実施の形態に係る画像表示装置の液晶プリズム素子に入射する光の配光分布を示す図
【図４】比較例及び実施の形態に係る画像表示装置の走査量、相対輝度、クロストークの説明図
【図５Ａ】比較例に係る画像表示装置の走査量を表す図
【図５Ｂ】比較例に係る画像表示装置の相対輝度を表す図
【図５Ｃ】比較例に係る画像表示装置のクロストークを表す図
【図６Ａ】実施の形態に係る画像表示装置の走査量を表す図
【図６Ｂ】実施の形態に係る画像表示装置の相対輝度を表す図
【図６Ｃ】実施の形態に係る画像表示装置のクロストークを表す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。また、図面では、理解しやすくするために、主要な構成要素を模式的に示す場合がある。
【０００９】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
［１．画像表示装置の構成］
図１Ａは、実施の形態に係る画像表示装置１の概略断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す画像表示装置１の一部の分解斜視図である。尚、図１Ａにおいては、図１Ｂに記載の電極４１、４２、４３、４４の記載が省略されている。
【００１１】
本実施の形態では、画像表示装置１に対して３次元直交座標系を設定し、座標軸を用いて方向を特定する。図１Ａ及び１Ｂに示すように、Ｘ軸方向は、画像表示パネル４の表示面に対してユーザが正対したときの左右方向（水平方向）と一致している。Ｙ軸方向は、画像表示パネル４の表示面に対してユーザが正対したときの上下方向に一致している。Ｚ軸方向は、画像表示パネル４の表示面に対して垂直な方向に一致している。ここで、「正対」とは、例えば表示面に「Ａ」という文字が表示されている場合において、ユーザがこの「Ａ」という文字を正しい方向から見るように、表示面の真正面に向かって位置していることを意味する。また、図１Ａ及び１Ｂは、画像表示装置１の上側から見た図に相当する。したがって、図１Ａ及び１Ｂの左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。
【００１２】
画像表示装置１は、光源切替型のバックライト２と、液晶プリズム素子３と、右眼用画像及び左眼用画像を交互に切り替えながら表示する画像表示パネル４と、画像表示装置１を使用しているユーザの位置検出を行う位置検出部３８と、検出されたユーザの位置情報に基づいて、第１液晶プリズム素子３ａまたは第２液晶プリズム素子３ｂへ出力する液晶駆動電圧を制御する制御部６とから構成される。以下、各構成に対してそれぞれ詳細を述べる。
【００１３】
バックライト２は、互いに対向する光源７ａ及び７ｂと、反射フィルム８と、導光板９と、光制御フィルム１０とで構成される。反射フィルム８は導光板９の下面側（背面側）に設けられており、光制御フィルム１０は導光板９の上面側（前面側）に設けられている。
【００１４】
光源７ａ及び７ｂは、導光板９の一対の側面のそれぞれに沿って配置されており、Ｘ軸方向において互いに対向している。光源７ａは、導光板９の左側面に配置されており、光源７ｂは導光板９の右側面に配置されている。光源７ａ及び７ｂは、それぞれＹ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。光源７ａ及び７ｂは、画像表示パネル４に表示される左眼用画像及び右眼用画像の切り替えに同期して、交互に点灯及び点滅を繰り返す。すなわち、画像表示パネル４が右眼用画像を表示する場合は、光源７ａが点灯して光源７ｂが消灯し、画像表示パネル４が左眼用画像を表示する場合は、光源７ａが消灯して光源７ｂが点灯する。
【００１５】
光源７ａ及び７ｂから出射された光は、導光板９の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板９内に広がる。導光板９内で臨界角以下の角度を持った光が導光板９の上面から出射される。導光板９の下面は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、複数の傾斜面３５により構成されている。これらの傾斜面３５により、導光板９内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板９から出射する光の強度が上面全体にわたって均一になる。
【００１６】
反射フィルム８は、導光板９の下面側に設けられている。導光板９の下面に設けられた傾斜面３５の全反射角度を破った光は、反射フィルム８により反射され、再び導光板９内に入射し、最終的に上面から出射される。導光板９から出射された光は、光制御フィルム１０に入射する。
【００１７】
光制御フィルム１０の下面には、三角形状の断面及びＹ軸方向に延びる稜線を有する複数のプリズム３６が、Ｘ軸方向に並列に配置されている。すなわち、光制御フィルム１０の下面には、三角形状の断面を有するプリズム３６が１次元アレイ配置されている。また、光制御フィルム１０の上面には、Ｙ軸方向に延びる複数のシリンドリカルレンズ３７がＸ軸方向に並列に配置されている。すなわち、光制御フィルム１０の上面には、レンチキュラーレンズが形成されている。
【００１８】
光制御フィルム１０の下面に入射した光は、プリズム３６によりＺ軸方向に立ち上げられ、上面のレンチキュラーレンズにより集光され、第１液晶プリズム素子３ａに入射する
【００１９】
図１Ｃは、図１Ａに示す第１及び第２液晶プリズム素子の部分拡大図である。以下、図１Ａ〜１Ｃを併せて参照しながら、第１及び第２液晶プリズム素子３ａ、３ｂの詳細を説明する。
【００２０】
第１液晶プリズム素子３ａは、視聴者が画面左端方向に移動したとき、視聴者の移動に合わせて、偏向方向を制御する。第２液晶プリズム素子３ｂは、視聴者が画面右端方向に移動したとき、視聴者の移動に合わせて、偏向方向を制御する。
【００２１】
より詳細には、第１液晶プリズム素子３ａは、一対の対向基板１３及び１４と、対向基板１３及び１４の間に封入される複数の第１プリズム１７ａ及び第１液晶層２０ａと、対向基板１３の内面に設けられる電極４１と、対向基板１４の下面に設けられる電極４２と、電極４２の下面に設けられる配光膜５１と第１プリズム１７ａの第１斜面６１ａ上に設けられる配向膜５２とを備える。本実施の形態では、１枚の電極４１または１枚の電極４２に対して、複数の第１プリズム１７ａが配置されている。
【００２２】
また第２液晶プリズム素子３ｂは、一対の対向基板１４及び１５と、対向基板１４及び１５の間に封入される複数の第２プリズム１７ｂ及び第２液晶層２０ｂと、対向基板１４の上面に設けられる電極４３と、対向基板１５の内面に設けられる電極４４と、電極４４の下面に設けられる配光膜５３と、第２プリズム１７ｂの第２の斜面６１ｂ上に設けられる配向膜５４とを備える。本実施の形態では、１枚の電極４３または１枚の電極４４に対して、複数の第１プリズム１７ｂが配置されている。
【００２３】
ここで、本実施の形態では偏光子２１および２２の透過軸はＹ軸方向としている。つまり、Ｙ軸方向以外の振動方向成分の光は吸収される。
【００２４】
第１プリズム１７ａは、直角三角形の断面とＹ軸方向に延びる稜線とを有する三角柱形状であり、第１斜面６１ａと第１側面６２ａと第１底面６３ａとを有する。
【００２５】
第２プリズム１７ｂは、直角三角形の断面とＹ軸方向に延びる稜線とを有する三角柱形状であり、第２斜面６１ｂと第２側面６２ｂと第２底面６３ｂとを有する。第２プリズム１７ｂは、第１プリズム１７ａをＺ軸に平行な回転軸を中心として１８０度回転させた向きに配置されている。すなわち、第１プリズム１７ａと第２プリズム１７ｂの向きは左右で逆である。
【００２６】
更に、第１プリズム１７ａの表面上及び電極４２上には、液晶分子の配向方向を所望の方向に制御するための配向処理を施した配向膜５１及び５２が設けられている。
【００２７】
また、第２プリズム１７ｂの表面上及び電極４４上には、液晶分子の配向方向を所望の方向に制御するための配向処理を施した配向膜５３及び５４が設けられている。
【００２８】
配向膜５１、５２、５３及び５４は、電極４１、４２、４３及び４４に電圧が印加されていない状態で、液晶分子の長軸がＹ軸方向となるように液晶分子を配向させる。ただし、液晶分子の配向が均一に保てるのであれば、配向膜５１、５２、５３及び５４はなくても良い。
【００２９】
尚、対向基板１３、１４及び１５、第１プリズム１７ａ、第２プリズム１７ｂの形成材料としては、ガラスまたは樹脂を用いることができる。第１プリズム１７ａ、第２プリズム１７ｂの材料として樹脂を用いる場合、一例として、ガラス基板上にＵＶ硬化樹脂をインプリントすることによって、第１プリズム１７ａ、第２プリズム１７ｂを形成することができる。
【００３０】
第１液晶プリズム素子３ａは、電極４１を成膜した対向基板１３上に第１プリズム１７ａの一次元配列を形成した後、対向基板１３と電極４２を成膜した対向基板１４とを貼り合わせ、対向基板１３及び１４の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００３１】
第２の液晶プリズム素子３ｂは、電極４３を成膜した対向基板１４上に第２プリズム１７ｂの一次元配列を形成した後、対向基板１４と電極４４を成膜した対向基板１５とを貼り合わせ、対向基板１４及び１５の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００３２】
第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂは、外部からの印加電圧の大きさに応じて、透過する光の偏向角度の大きさを制御できる素子である。その原理を簡単に述べる。通常、液晶分子は楕円体形状をしており、長手方向と短手方向とで誘電率が異なる。このため、第１液晶層２０ａ及び第２液晶層２０ｂは、入射光の偏光方向毎に屈折率が異なる複屈折の性質を有する。また、液晶分子の配向（ダイレクタ）の向きが光の偏光方向に対して相対的に変化すれば、第１液晶層２０ａ、第２液晶層２０ｂの屈折率も変化する。そのため、ある印加電圧を与えて発生させた電場により液晶の配向を変化させると、透過する光に対する屈折率が変わるため、光の屈折角である偏向角が変化する。
【００３３】
本実施の形態では、第１液晶層２０ａ、第２液晶層２０ｂを構成する材料としては１軸性のネガ型液晶を用いた場合を考える。そして、前述のとおり、電圧が印加されていない場合には液晶分子をＹ軸方向に配向し、電圧が印加された場合は、液晶分子をＺ軸方向に配向する場合を考える。
【００３４】
偏光子２１および２２の透過軸がＹ軸方向であるため、電圧が印加されていない場合の第１液晶層２０ａ及び第２液晶層２０ｂの屈折率は異常光屈折率となり、電圧が印加された場合の第１液晶層２０ａ及び第２液晶層２０ｂの屈折率は常光屈折率となる。
【００３５】
一般的に、第１液晶プリズム素子３ａ、第２液晶プリズム素子３ｂ等のアクティブ素子で光を偏向させる場合に、偏向角を大きくするためには、常光に対する屈折率ｎｏと異常光に対する屈折率ｎｅとの差が大きな液晶材料を用いることが望ましい。しかしながら、市販されている中で常光に対する屈折率ｎｏと異常光に対する屈折率ｎｅとの差が大きな液晶材料は少なく、一般的には、その差は約０．２程度である。
【００３６】
また、同じ液晶材料で用いて液晶プリズムを構成しても配向方向の設計、電場のかけ方が液晶プリズム素子の能力である偏向角や、電力や、スイッチングスピードなどといった素子性能を大きく左右する重要な項目である。
【００３７】
本実施の形態では、第１プリズム１７ａと第２プリズム１７ｂとに同じ材質を用いている。また第１液晶２０ａと第２液晶２０ｂとに同じ材質を用いている。第１プリズム１７ａ及び第２プリズム１７ｂの屈折率は、それぞれ、第１液晶層２０ａ及び第２液晶層２０ｂの異常光の屈折率と略等しい。そして、図１Ａに示すように画面左に偏向するときは、第１液晶プリズム素子３ａに電圧を印加し、画面右側に偏向するときは、第２液晶プリズム素子３ｂに電圧を印加する。
【００３８】
第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶素子３ｂを透過した光は、画像表示パネル４に入射する。画素表示パネル４の一例として、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式のパネルが挙げられる。ただし、画像表示パネル４として他の方式の画像表示パネルを採用することもできる。画像表示パネル４を透過した光は、指向性を持ち、視聴者の眼の位置に集光される。
【００３９】
画像表示装置１は、右眼用画像と左眼用画像の切り替えに同期させて、光源７ａ及び７ｂの切り替えを行っている。また、右眼用画像と左眼用画像との切り替えを１２０Ｈｚ以上の周波数で行うことで、ユーザは右眼用画像と左眼用画像とに基づいて立体画像を認識することができる。
【００４０】
位置検出部３８は、カメラ５と視聴位置算出部３９とを含む。カメラ５は、ユーザの画像を所定周期で撮影する。視聴位置算出部３９は、カメラ５によって撮影された画像を解析し、ユーザの視聴位置を表す視聴位置情報を算出する。カメラ５が行う画像解析には、顔や顔の一部（眼や鼻など）の位置を認識する公知のアルゴリズムを利用できる。また、視聴位置算出部３９が求める視聴位置情報は、ユーザの目の位置を表すものであることが好ましいが、眼の位置に代えて顔や鼻等の位置を表しても良い。
【００４１】
制御部６は、視聴位置算出部３９によって求められた視聴位置情報に基づいて、液晶プリズム素子に印加する電圧値を制御する。より詳細には、視聴者の視聴位置が、図１Ａに示すように、画面中央から左端側に移動した場合、第１液晶プリズム素子３ａを使って、ユーザの視聴位置に応じた電圧を印加し偏向する。逆に、ユーザの視聴位置が、図１Ａに示すように、画面中央から右端側に移動した場合、第２液晶プリズム素子３ｂを使って光をユーザの視聴位置に応じた電圧を印加し偏向する。また第１プリズム１７ａ、第２プリズム１７ｂ、第１液晶層２０ａ、第２液晶層２０ｂの異常光に対する屈折率を等しく設定しているので、ユーザの視聴位置が画面中央の場合、電圧を印加しない状態に設定される。
【００４２】
尚、印加電圧に対する液晶プリズム素子の偏向角及び光の集光点の位置情報は設計段階で想定できるため、予め印加電圧と位置情報とを関連付けたデータを用意し、画像表示装置１が備える記憶装置に格納しておけば良い。また、製品完成後、キャリブレーションを行って、集光点の位置の補正を行っても良い。
【００４３】
以上説明した視聴位置情報に基づく偏向制御を所定の周期毎に繰り返し行うことによって、画像表示装置１に対して視聴者が自由に移動した場合でも、任意の場所で、立体画像を視聴する事が可能となる。よって、本開示によれば、視域の広い画像表示装置を実現できる。また、光を視聴者の目の位置に集光させることで、高輝度かつ省エネの画像表示装置１を実現できる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、光源７ａ及び７ｂで共用されているが、光源７ａ用の導光板と光源７ｂ用の導光板とを設け、２枚の導光板を重ねて配置しても良い。
【００４５】
また、プリズムとレンチキュラーレンズとが一体になった制御フィルム１０に代えて、プリズムシート及びレンチキュラーレンズシートを別個に設けても良い。
【００４６】
更に、バックライト２は、図１Ａ及び１Ｂに記載された構成に限定されず、左右の画像信号の切り替えと同期して、右眼用の光と左眼用の光とを時分割で交互に出射できるものであれば、他の構成を採用しても良い。
【００４７】
更に、基板１４を第１の液晶プリズム素子３ａと第２の液晶プリズム素子３ｂで共通して用いる構成を説明したが、基板１４を第１の液晶プリズム素子３ａ用と第２の液晶プリズム素子３ｂ用に分割してもよい。
【００４８】
更に、本実施の形態では、視差のある右眼用画像及び左眼用画像を時分割で表示する立体画像表示装置を例として説明したが、視差のない画像を表示しても良い。この場合、光源７ａ及び７ｂを交互に点滅させる代わりに、常時点灯させる。３次元画像に限らず、二次元画像を表示する際にも、視聴者の動きに追従して、視聴者の眼付近にのみ画像を縮小投影させることにより、省エネだけでなく、周辺の人から表示されている内容を覗かれることも防止でき、プライバシー保護も向上できる。
【００４９】
［２．液晶プリズム素子の詳細説明］
本開示の液晶プリズム素子について詳細な説明を行なう。
【００５０】
まず、比較例に係る液晶プリズム素子の諸条件を説明する。視聴者と画像表示装置との垂直距離（図１Ａのｈ）を３７０ｍｍとし、液晶材料の異常光屈折率ｎｅを１．４とし、常光屈折率ｎｏを１．８とし、プリズムの屈折率ｎを１．６とした。
【００５１】
［２−１．比較例に係る液晶プリズム素子］
比較例に係る画像表示装置９０では、図２に示すように、第１液晶プリズム素子３ａだけを設け、第２液晶プリズム素子３ｂは設けられない。第１液晶プリズム素子３ａには、図３に示すような配光分布を持つ光が入射する。図３のグラフにおいて、実線が右眼用画像の配光分布を示し、点線が左眼用画像の配光分布を示す。このような配光分布は導光板９と光制御フィルム１０とを適正な形状に設計することで得られる。
【００５２】
視聴者が画面中央にいる場合、第１液晶層２０ａと第１プリズム１７ａとで屈折率を同じにするために、第１液晶層２０ａの屈折率が１．６となるように印加電圧を制御する。この場合、視聴者の右眼及び左眼に図３に示す配光のピーク値近傍の光が入射し明るい画像が得られる。
【００５３】
視聴者が画面左端方向に移動した場合は、第１液晶層２０ａの屈折率を１．６より大きくするように印加電圧を制御し、画面右端方向に移動した場合は、第１液晶層２０ａの屈折率を１．６より小さくするように印加電圧を制御する。
【００５４】
図４に第１プリズム１７ａのフレネル角を５０度、第１液晶層２０ａの屈折率を１．４とした場合の、視聴位置における配光分布を示す。横軸はＸ軸方向に沿った画面中央からの距離を表す。右眼用及び左眼用の配光分布が画面の右側方向（プラスＸ方向）に走査されていることがわかる。また走査に伴い配光分布の強度等も変化する。
【００５５】
ここで、物理量を定義する。画面中央の視聴位置（Ｘ＝０ｍｍ）から、右眼用配光分布と左眼用配光分布の交わる点の位置までの距離を走査量と定義する。また、右眼用配光分布と左眼用配光分布の交わる点の位置を走査位置と定義する。走査位置からＸ方向に沿って−３２．５ｍｍシフトした位置における右眼用配光分布の輝度を右眼相対輝度と定義する。逆に、走査位置からＸ方向に沿って＋３２．５ｍｍシフトした位置における左眼用配光分布の輝度を左眼相対輝度と定義する。視聴者の両眼の間隔を６５ｍｍとすると、視聴者の両眼の中心（眉間の位置）と走査位置が一致する時、走査位置から±３２．５ｍｍの位置に両眼が位置し、その位置での輝度が画像の明るさに対応していることになる。
【００５６】
また、右眼相対輝度を定義した位置、すなわち視聴者の右眼の位置において、左眼用の配光分布も輝度を有する。この左目用の光は、視聴者にとって不要な光となるので、右目に入る左目用の配光分布の輝度を右眼ノイズ成分と定義する。そして、右眼相対輝度に対する右眼ノイズ成分の割合を右眼クロストークと定義する。
【００５７】
逆に、左眼相対輝度を定義した位置、すなわち視聴者の左眼の位置において、右眼用の配光分布も輝度を有する。この右目用の光は、視聴者にとって不要な光となるので、左目に入る右目用の配光分布の輝度を左眼ノイズ成分と定義する。そして、左眼相対輝度に対する左眼ノイズ成分の比を左眼クロストークと定義する。
【００５８】
以上で定義した物理量の計算を行なった。計算は照明解析により行なった。具体的には、図３に示す配光分布、液晶プリズム素子の形状及び屈折率を入力パラメータとして与え、配光分布に相当する光線を光線追跡により計算し、視聴者の位置に受光器を設置し、輝度分布を求めた。そして得られた輝度分布から、上述の通りに定義した走査量、相対輝度、クロストークを求めた。結果を図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示す。
【００５９】
なお、第１プリズム１７ａのフレネル角は３０度、４０度、５０度、６０度とした。また、図５Ａ〜５Ｃのグラフの横軸は、Δｎ（＝第１液晶層２０ａの屈折率−第１プリズム１７ａの屈折率）である。
【００６０】
図５Ａは走査量の計算結果である。フレネル角が大きいほど走査量の幅も大きい。
【００６１】
図５Ｂは、右眼相対輝度及び左眼相対輝度の計算結果である。Δｎがマイナス側で相対輝度が小さくなる。フレネル角が６０度、Δｎが−０．２の場合、右目相対輝度は４５％、左眼相対輝度は２９％になる。相対輝度が小さいことは、視聴者に提供される画像が暗くなってしまうことを意味する。
【００６２】
図５Ｃにクロストークの結果を示す。Δｎがマイナス側でクロストークの値が大きくなる。例えば、フレネル角６０ｄｅｇ．での左眼クロストークは２５％になる。クロストークが大きいと、視聴者には２重像が見えることになり、画質劣化になる。
【００６３】
［２−２．実施の形態に係る液晶プリズム素子］
次に本実施の形態について説明する。
【００６４】
実施の形態において、視聴者と画像表示装置との垂直距離（図１Ａのｈ）を３７０ｍｍとし、第１液晶層２０ａ、第２液晶層２０ｂの液晶材料の異常光屈折率ｎｅを１．６とし、常光屈折率ｎｏを１．８とし、第１プリズム１７ａ及び第２プリズム１７ｂの屈折率ｎを１．６とした。
【００６５】
比較例と同様に第１液晶プリズム素子３ａ、第２液晶プリズム素子３ｂには、図３に示すような配光の光が入射する。図３のグラフにおいて、実線が右眼用画像の配光分布を示し、点線が左眼用画像の配光分布を示す。
【００６６】
視聴者が画面中央にいる場合、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂには電圧が印加されない。この、場合第１液晶層２０ａ及び第２液晶層２０ｂの屈折率は１．６となり、第１プリズム１７ａ及び第２プリズム１７ｂの屈折率と等しくなるので、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂに入射した光は、プリズムと液晶素子との界面で屈折されずに、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂをそれぞれ透過する。この場合、画面中央の視聴者の右眼及び左眼に図３に示す配光のピーク値近傍の光が入射し明るい画像が得られる。
【００６７】
視聴者が画面中央より画面左端方向に移動した場合は、第１液晶層２０ａの屈折率を１．６より大きくするように印加電圧を制御する。この時、第２液晶層２０ｂには電圧が印加されない。逆に、視聴者が画面中央より画面右端方向に移動した場合は、第２液晶層２０ｂの屈折率を１．６より大きくするように印加電圧を制御する。すなわち、視聴者が画面左端方向に移動した場合は、第１液晶プリズム素子３ａを用いて光を走査し、視聴者が画面右端方向に移動した場合は、第２液晶プリズム素子３ｂを用いて光を走査する。
【００６８】
本実施の形態における、走査量、相対輝度、クロストークの計算結果を、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃにおいて、グラフの右半分に第１液晶層２０ａのΔｎを制御した場合のプロットを示し、左半分に第２の液晶層２０ｂのΔｎを制御した場合のプロットを示す。
【００６９】
比較例と比較した場合、Δｎが変化した時の相対輝度の劣化、クロストークの増大が低減されている。比較例では、第１液晶プリズム素子３ａのみで左側から右側への走査全体を行ない、Δｎをマイナスからプラス側まで変化させている。このため、図５Ｂ及び図５Ｃから分かるように、Δｎがマイナスの時、相対輝度の劣化及びクロストークの増大の割合が大きい。
【００７０】
一方、本実施の形態では、左側走査時と右側走査時とで、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂを使い分けることで、Δｎがプラスの範囲だけを使うことができる。これにより、相対輝度の劣化とクロストークの増大とを低減させることができる。また比較例では、第１液晶層２０ａの屈折率を１．４から１．８まで変化させているのに対し、本実施の形態では１．６から１．８の変化で大きな走査量が得られる。一般的な液晶材料のΔｎは、０．２程度であるので、比較例の場合、Δｎが−０．１〜０．１の範囲で考えると走査量はフレネル角６０度の場合でも−７４ｍｍ〜６０ｍｍである。それに対し、本実施の形態の場合は、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂを使用することで、左右それぞれΔｎが０〜０．２の範囲でフレネル角６０度の場合、−１１８ｍｍ〜１１８ｍｍの走査量が得られている。
【００７１】
［３．効果等］
本実施の形態に係る画像表示装置１は、画像表示パネル４と、画像表示パネル４の背面側に配置されるバックライト装置２と、画像表示パネル４とバックライト装置２との間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第１液晶プリズム素子３ａと、画像表示パネル４と第１液晶プリズム素子３ａとの間に配置され、印加される電圧に応じて出射光の偏向方向を変化させる第２液晶プリズム素子３ｂと、ユーザの位置を検出する位置検出部３８と、位置検出部３８によって検出されたユーザの位置情報に基づいて、液晶プリズム素子に印加する電圧を制御する制御部６とを備える。第１及び第２液晶プリズム素子３ａ及び３ｂは、対向基板１３、１４、１５と、画像表示パネル４の一辺と平行な第１の方向に延びる稜線を有し、一対の対向基板の間において、第１の方向と直交する第２の方向に並列に配置される複数の第１及び第２三角プリズム１７ａ及び１７ｂと、対向基板の間に封入される第１及び第２液晶層２０ａ及び２０ｂとを有する。
【００７２】
これにより、大きな走査量が得られる。そのため、視聴者の立体映像の視域を広げることができる。
【００７３】
本実施の形態の画像表示装置１において、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂは、左右の走査方向に対し、左側走査時は一方の液晶プリズム素子を用いて走査し、右側走査時は他方の液晶プリズム素子を用いて走査する。これにより、大きな走査量が得られる。そのため、視聴者の立体映像の視域を広げることができる。
【００７４】
本実施の形態の画像表示装置１において、第１液晶プリズム素子３ａを構成する第１三角プリズム１７ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂを構成する第２三角プリズム１７ｂは、それぞれ略直角三角形である。第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂは、第２の方向において、第１三角プリズム１７ａの斜面の傾斜方向と第２三角プリズム１７ｂの斜面の傾斜方向が逆である。これにより、プリズム壁面での光線のケラレを低減できる。また走査によるクロストークの増大と相対輝度の低下を軽減できる。そのため、視聴者が快適に立体映像を視聴できる。
【００７５】
本実施の形態の画像表示装置１において、第１液晶プリズム素子３ａ及び第２液晶プリズム素子３ｂを構成し、印加される電圧に応じて変化する液晶の屈折率の値の最小値が第１三角プリズム１７ａ及び第２三角プリズム１７ｂの屈折率と略等しい。第１液晶プリズム素子と第２液晶プリズム素子の材料を共通化できるため、安価な構成が実現できる。
【００７６】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【００７７】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００７８】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本開示に係る画像表示装置は、視聴者の位置情報に基づき自動的に光線を視聴者の位置に偏向させる。したがって、本開示は、高輝度、高効率、高解像度の画像表示装置に適用可能である。また、本開示は、３次元画像の表示用途だけでなく、２次元画像の表示用途にも広く適用することができる。また、本開示は、簡便な構成で３Ｄ液晶表示装置やプライバシーディスプレイ等に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  画像表示装置
２  バックライト
３ａ  第１液晶プリズム素子
３ｂ  第２液晶プリズム素子
４  画像表示パネル
５  カメラ
６  制御部
７ａ、７ｂ  光源
８  反射フィルム
９  導光板
１０  光制御フィルム
１３  対向基板
１４  対向基板
１５  対向基板
１７ａ  第１プリズム
１７ｂ  第２プリズム
２０ａ  第１液晶層
２０ｂ  第２液晶層
６１ａ  第１斜面
６１ｂ  第２斜面
６３ａ  第１底面
６３ｂ  第２底面
【図１Ｃ】
0005942150.tif 000002
【図３】
0005942150.tif 000003
【図４】
0005942150.tif 000004
【図５Ａ】
0005942150.tif 000005
【図５Ｂ】
0005942150.tif 000006
【図５Ｃ】
0005942150.tif 000007
【図６Ａ】
0005942150.tif 000008
【図６Ｂ】
0005942150.tif 000009
【図６Ｃ】
0005942150.tif 000010
【図１Ａ】
0005942150.tif 000011
【図１Ｂ】
0005942150.tif 000012
【図２】
0005942150.tif 000013