(57)【要約】  本発明は、集光特性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。  本発明に係る画像表示装置は、複数のプリズム（４３）が配列されたプリズムアレイ（４４）と、プリズムアレイ（４４）に積層された液晶層（４５）と、プリズムアレイ（４４）を構成するプリズム（４３）毎に対応した位置に設けられた電極（４８）とを有する液晶プリズム素子（４０）と、電極（４８）に印加する電圧を制御する制御部と、ユーザの視聴位置を検出する位置検出部とを備え、制御部は、位置検出部による視聴位置の検出結果に基づいて、プリズム（４３）毎に対応した位置に設けられた電極（４８）のそれぞれに対して、同一、又は異なる電圧を印加可能である。
2014155984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプリズムが配列されたプリズムアレイと、前記プリズムアレイに積層された液晶層と、前記プリズムアレイを構成するプリズム毎に対応した位置に設けられた電極とを有する液晶プリズム素子と、
前記電極に印加する電圧を制御する制御部と、
ユーザの視聴位置を検出する位置検出部とを備え、
前記制御部は、前記位置検出部による前記視聴位置の検出結果に基づいて、前記プリズム毎に対応した位置に設けられた電極のそれぞれに対して、同一又は異なる電圧を印加可能である、画像表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記液晶プリズム素子の左右方向の中央部に位置する前記電極に印可する電圧と、当該中央部より側方に位置する前記電極に印可する電圧との差を、前記液晶プリズム素子の中央部から側方にかけて大きくする、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記電極は、
複数の第１電極と、
前記プリズムアレイおよび前記液晶層を挟んで前記複数の第１電極と対向して配置される第２電極とを有し、
前記複数の第１電極のそれぞれが、前記複数のプリズムのそれぞれに対応して配置されている、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表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体的な画像を表示することができる画像表示装置が普及している。例えば、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】
ここで、特許文献１の液滴制御セルに代わる光学素子として、一対の対向基板の間に、ストライプ状に延びる複数の三角プリズムと液晶とを封入して構成され、印加電圧に応じて出射光の偏向角を変化させることができる液晶プリズム素子が知られている。【０００５】
本開示は、集光特性に優れた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する画像表示装置は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイと、プリズムアレイに積層された液晶層と、プリズムアレイを構成するプリズム毎に対応した位置に設けられた電極と、を有する液晶プリズム素子と、電極に印加する電圧を制御する制御部と、ユーザの視聴位置を検出する位置検出部と、を備える。制御部は、位置検出部による視聴位置の検出結果に基づいて、プリズム毎に対応した位置に設けられた電極のそれぞれに対して、同一又は異なる電圧を印加可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、集光特性に優れた画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る画像表示装置の概略分解斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る液晶プリズム素子４０の部分断面図である。
【図４】図４は、印可電圧調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、視聴時に行われる印可電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態２に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る画像表示装置の概略分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
なお、出願人は、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。
【００１１】
＜１．実施の形態１＞
以下、図１〜５を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１２】
＜１−１．画像表示装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る画像表示装置１０の概略断面図である。図２は、画像表示装置１０の分解斜視図である。
【００１３】
本実施の形態では、画像表示装置１０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１及び図２に示すように、Ｘ軸方向は、画像表示パネル５０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５０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５０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１及び図２は、画像表示装置１０の上側から見た図に相当する。したがって、図１及び図２の左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。
【００１４】
画像表示装置１０は、指向性バックライト２０と、液晶プリズム素子４０と、画像表示パネル５０と、画像表示装置１０を使用しているユーザの位置検出を行う位置検出部７０と、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４０へ出力する液晶駆動電圧を制御する制御部６０とから構成される。ここで、「指向性バックライト」とは、配向特性において指向性を有するバックライトであって、一般的なバックライトの配向特性と比べてより狭い配向特性を有するバックライトをいう。
【００１５】
以下、各構成の詳細について説明する。
【００１６】
＜１−２．バックライトの構成＞
バックライト２０は、例えば、指向性を有する一般的なエッジ入射型ＬＥＤバックライトである。バックライト２０は、画面の側辺にそって一次元に配列された光源２１と、反射フィルム２２と、導光板２３と、光制御フィルム３０とを備える。反射フィルム２２は導光板２３の下面側（背面側）に設けられており、光制御フィルム３０は導光板２３の上面側（前面側）に設けられている。
【００１７】
光源２１は、導光板２３の側面のいずれかに沿って配置されている。本実施の形態において、光源２１は、導光板２３の左側面に配置されている。光源２１は、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。
【００１８】
光源２１から出射された光は、導光板２３の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の上面から出射される。導光板２３の下面は、図１に示すように、複数の傾斜面２４により構成されている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３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。
【００１９】
反射フィルム２２は、導光板２３の下面側に設けられている。導光板２３の下面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を破った光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に上面から出射される。導光板２３から出射された光は、光制御フィルム３０に入射する。
【００２０】
光制御フィルム３０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３１を有する。複数のプリズム３１は、Ｘ軸方向に並べて配置されている。すなわち、光制御フィルム３０において、三角形状の断面を有するプリズム３１が１次元アレイ配置されている。また、光制御フィルム３０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がＸ軸方向に並べて配置されていても良い。すなわち、光制御フィルム３０の上面には、レンチキュラーレンズが形成されていても良い。
【００２１】
光制御フィルム３０の下面に入射した光は、プリズム３１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、液晶プリズム素子４０に入射する。
【００２２】
＜１−３．液晶プリズムの構成＞
＜１−３−１．構成＞
図３は、液晶プリズム素子４０の部分拡大図である。具体的には、図３は、図１に示す液晶プリズム素子４０の右側の領域Ｒ２の一部を拡大した図である。以下、図１〜３を併せて参照しながら、液晶プリズム素子４０の詳細を説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、液晶プリズム素子４０は、バックライト２０と表示パネル５０の間に配置されている。そして、液晶プリズム素子４０は、基板４１と、基板４２と、複数のプリズム４３で構成されるプリズムアレイ４４と、液晶層４５と、複数の第１電極４８と、第２電極４９とを備える。
【００２４】
基板４１と基板４２は互いに対向して配置されている。
【００２５】
基板４１の内面（基板４２と対向する側の面）には、プリズムアレイ４４が形成されている。プリズムアレイ４４は、Ｘ軸方向に並べて配置される複数のプリズム４３により構成されている。プリズム４３は、ＸＺ平面における断面が略三角形の形状を有する。本実施の形態では、プリズム４３の断面は、直角三角形である。図３に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、プリズム４３の斜辺（直角三角形の直角の対辺）が液晶層４５に接するよう構成されている。また、図３に示すように、プリズム４３の斜辺は、傾斜角φで傾斜している。図２に示すように、プリズム４３は、Ｙ軸方向に伸びるように形成されている。すなわち、プリズム４３は、三角柱形状を有する。
【００２６】
基板４１と液晶プリズム素子４０との間には、第１電極４８が形成されている。また、基板４２と液晶プリズム素子４０との間には、第２電極４９が形成されている。
【００２７】
図３に示すように、液晶プリズム素子４０では、１つのプリズム４３に、１つの第１電極４８が対応するよう配置されている。すなわち、１つのプリズム４３に対応する領域を液晶プリズム素子４０の単位構造としたとき、この単位構造が複数配列されることで液晶プリズム素子４０が構成される。液晶プリズム素子４０は、光源２１から出射され、導光板２３及び光制御フィルム３０を通じて入射した光が、ユーザの位置に集光するように、偏光方向を制御する。具体的には、図３に示すように、第１電極４８および第２電極４９に印加する電圧を制御することで、液晶層４５内の液晶分子の配向を変化させる。液晶分子の配向が変化することで、液晶層４３内の屈折率分布が変化する。プリズム４３と液晶層４５との間に生じる屈折率差により、光は偏向される。つまり、液晶層４５の屈折率分布を制御することで、液晶プリズム素子４０に入射する光は、プリズム４３をそのまま透過したり（光Ａ）、プリズム４３の傾斜面から離れる方向に偏向したり（光Ｂ）、プリズム４３の傾斜面に近づく方向に偏向したり（光Ｃ）する。
【００２８】
図１に示すように、複数のプリズム４３が、電極４９上にＸ軸方向に並べて設けられている。複数のプリズム４３の断面形状は、液晶プリズム素子４０の全体で左右対称となるように構成されている。説明を容易にするために、液晶プリズム４０を図１における左半分及び右半分に二分し、左側の領域をＲ１、領域Ｒ１とＸ軸方向に隣接する右側の領域をＲ２とする。また、領域Ｒ１及びＲ２の境界線（中央線）を通過し、かつ、画像表示パネル５０の表示面と直交する平面を、Ｐ１とする。ＸＺ平面と平行な平面上で見たときに、領域Ｒ１に配置されるプリズム４３の断面形状と、領域Ｒ２に配置されるプリズム４３の断面形状とは、図１及び図２に示すように、平面Ｐ１に対して対称となるように設計されている。以下、断面形状を左右対称にした理由について説明する。
【００２９】
液晶プリズム素子４０は、出射光をプリズム４３の傾斜面から遠ざける方向への偏向（図３の光Ｂ）と比べて、出射光をプリズム４３の傾斜面に近づける方向への偏向（図３の光Ｃ）の効率が低いという性質がある。そこで、プリズム４３の傾斜面を平面Ｐ１に対して対称とし、プリズム４３の傾斜面を画面の中央部の前方に向けることによって、液晶プリズム素子４０は、画面の左端近傍に入射した光を画面の右前方へと効率的に偏向することができ、画面の右端近傍に入射した光を画面の左前方へと効率的に偏向することができる。
【００３０】
液晶層４５は、基板４１と基板４２との間に形成されている。詳細には、液晶層４５は、基板４１側において第１電極４８と、基板４２側においてプリズムアレイ４４と接している。
【００３１】
なお、本実施の形態では、プリズム４３は、Ｙ軸と平行な方向に伸びるように形成されているが、プリズム４３は、Ｙ軸に対して所定角度傾いた方向に伸びるように形成されていてもよい。このように、プリズムの延伸方向をＹ軸に対して所定角度傾けることによって、モアレ（干渉縞）の発生が低減される。モアレは、周期的な構造が複数重ね合わされたときに、各構造の周期のずれにより視覚的に発生する縞模様である。本実施の形態に係る画像表示装置１０においては、画像パネル５０の画素の配置や、光制御フィルム３０（プリズム３１、シリンドリカルレンズ）、液晶プリズム素子４０（プリズムアレイ４４）など、周期的な構造が複数重ね合わされているため、モアレが発生しやすい。そこで、プリズムをＹ軸に対して所定角度傾けた方向に伸ばした形状にすることで、モアレの発生を低減している。
【００３２】
また、本実施の形態では、第１電極４８及び第２電極４９は、基板４１とプリズムアレイ４４との間、及び、基板４２とプリズムアレイ４４との間にそれぞれに形成されているが、第１電極４８及び第２電極４９は、それぞれ基板４１及び４２におけるプリズムアレイ４４とは反対側の面に形成されてもよい。また、本実施の形態では、プリズムアレイ４４と基板４２とは別体で構成されているが、プリズムアレイ４４と基板４２とが一体成形されていてもよい。
【００３３】
＜１−３−２．電極＞
次に、電極構成の詳細について説明する。
【００３４】
第１電極４８は、Ｙ軸方向に延伸された電極構造を有する。第１電極４８は、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて複数配列されている。第１電極４８の数は、プリズム４３とほぼ同数である。１つのプリズム４３に対して、１つの第１電極４８が配置されている。第１電極４８が複数配列されることで、スリット状の電極が構成されている。
【００３５】
本実施の形態に係る画像表示装置１０では、第１電極４８のそれぞれに異なる電圧を印加可能である。そのために、隣り合う第１電極４８同士は導通されておらず、任意の間隔をあけて配置されている。また、それぞれに異なる電圧を印加できるように電極は画面端近傍まで引き出され、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等の外部配線に接続されている。
【００３６】
第２電極４９は、分割されていない平面電極である。第２電極４９には、均一な電圧が印加される。なお、第１電極４８と同様に、第２電極４９をスリット状の複数の電極で構成し、当該複数の電極のそれぞれに異なる電圧を印加できる構成を採用しても良い。この場合、電極４８が分割されていない平面電極であっても良い。すなわち、少なくとも、液晶層４５を挟持する２つの電極のうち一方がスリット状の電極構造を有すれば良い。
【００３７】
このような構成を取ることで、液晶プリズムの各々の領域において、印加する電圧を独立に制御する事ができ、各々の領域で液晶の配向及び透過光に対する屈折率を独立に制御する事ができる。
【００３８】
尚、基板４１及び４２、プリズム４３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。プリズム４３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、プリズム４３を形成することができる。液晶プリズム素子４０は、電極４９を成膜した基板４２上にプリズム４３の一次元配列を形成した後、基板４２と、電極４８を成膜した基板４１とを貼り合わせ、対向させた基板４１及び４２の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００３９】
＜１−３−３．液晶＞
液晶プリズム素子４０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、液晶層４５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、液晶分子の長軸配向（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、液晶層４５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。
【００４０】
本実施の形態では、液晶層４５を構成する材料としては１軸性のポジ型液晶を用いた場合を考える。そして、第１電極４８及び第２電極４９間に電圧が印加されていない場合には液晶分子長軸がＹ軸方向に配向しており、電圧が印加された場合は、液晶分子長軸がＺ軸方向に配向する場合を考える。なお、液晶分子はネガ型液晶であってもよい。また、本実施の形態において、液晶プリズム素子４０に電圧が印加されていない状態において、液晶分子の配向が、電極４８に対して所定の角度傾いていても良い。
【００４１】
一般的に、液晶プリズム素子４０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、Δｎ（＝異常光に対する屈折率ｎｅ−常光に対する屈折率ｎｏ）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Δｎが大きな液晶材料は少なく、一般的に、Δｎは約０．２程度である。
【００４２】
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、消費電力や、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となる。
【００４３】
＜１−４．画像表示パネルの構成＞
液晶プリズム素子４０を透過した光は、画像表示パネル５０に入射する。画像表示パネル５０は、画像や映像を表示する。画像表示パネル５０は、例えば液晶パネルで構成される。画素表示パネル４０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５０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５０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。
【００４４】
＜１−５．位置検出部の構成＞
位置検出部７０は、カメラ７１と視聴位置算出部７２とを含む。カメラ７１は、ユーザの画像を所定周期で撮影する。視聴位置算出部７２は、カメラ７１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７１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７２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。
【００４５】
＜１−６．制御部の構成＞
制御部６０は、視聴位置算出部７２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４０に印加する電圧値を制御する。より詳細には、ユーザの視聴位置が、図１に示すように、画面中央から左端側に移動した場合、領域Ｒ１では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より小さく、領域Ｒ２では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より大きくする。これにより、プリズム４３からの出射光は、ユーザから見て右方向に偏向する。このとき、領域Ｒ１の液晶層４５に印加される電圧は、光を偏向しない時の印加電圧よりも大きくし、領域Ｒ２の液晶層４５に印加される電圧は、光を偏向しない時の印加電圧よりも小さくしている。
【００４６】
逆に、ユーザの視聴位置が、画面中央から右端側に移動した場合、領域Ｒ１では液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より大きく、領域Ｒ２では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より小さくする。これにより、プリズム４３からの出射光は、ユーザから見て左方向に偏向する。このとき、領域Ｒ１の液晶層４５に印加する電圧は、光を偏向しない時の印加電圧より小さくし、領域Ｒ２の液晶層４５に印加する電圧は、光を偏向しない時の印加電圧より大きくしている。
【００４７】
領域Ｒ１における液晶プリズムに印加する電圧は、所望の透過光を偏向させる角度に依存する。基本的に、液晶プリズム素子４０は、プリズム４３と液晶層４５との屈折率差によって起こる屈折現象を利用した素子である。そのため、偏向角θは、プリズム４３の傾斜角度φ、液晶層４５の屈折率ｎｅ、プリズム４３の屈折率ｎｐとした場合、下記式（１）を用いて算出することができる。
【００４８】
【数１】
2014155984.tif 000003
【００４９】
しかしながら、例えば製造工程において、複数のプリズムのうち一部のプリズムの傾斜角度が設計値からずれて製造される場合がある。この場合、液晶プリズム素子全体に均一な電圧を印加すると、設計からずれたプリズムの領域での光の偏向角がずれてしまう。また、製造工程において、プリズムを形成する金型の損耗や成形誤差等により、全部のプリズムの傾斜角度が設計値からずれることも考えられる。また、液晶材料のロット毎の特性がばらつくことも考えられる。このような場合、所定の電圧を印可しても、光の偏向角が設計値からずれてしまい、バックライトの指向性が損なわれる。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、液晶プリズム素子４０の単位構造毎に印加する電圧を制御できる構成にしている。そのため、例えばプリズムの形状に製造誤差が発生したり、液晶材料の特性がばらついたりしても、単位構造毎に印加電圧を制御できるため、液晶プリズム素子４０の集光特性の劣化を抑制できる。
【００５１】
したがって、本実施の形態に係る液晶プリズム素子４０は、所望の指向性を維持したまま、ユーザの位置に合わせて光線を偏向する事ができる。例えば、プリズムの傾斜角φが設計値に対して小さい場合は、同じ電圧値に対して小さい偏向角しか得られないため、より大きな屈折率差が得られるように電圧値を変更する。変更する電圧値は、プリズムの偏向角によって異なる。例えば、プリズムの斜面の方向に偏向する場合は、印加電圧を設計値に対して低く、また、斜面とは逆方向に偏向する場合は、印加電圧を設計値に対して高くするといった補正が可能となる。印加電圧の高さは、液晶層に用いられる材料の特性に応じて適宜設定される。
【００５２】
＜１−７．印可電圧の調整方法＞
図４は、印可電圧調整の調整方法の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、ステップＳ００１において、所定の検査パターンを画像表示装置１０に表示させる。この際に表示させる検査パターンは、視聴位置毎の指向性を判別できるものであれば特に限定されない。その後、処理はステップＳ００２に移る。
【００５４】
次に、ステップＳ００２において、視聴位置毎の集光特性を評価し、集光特性が設計値からずれているか否かを判断する。視聴位置は、例えばユーザの眉間の位置に相当する。
視聴位置毎の集光特性は、例えば、カメラを有する検査装置を用いて集光位置に集光される光の強度を検出し、検出された光の強度と設計値との比較を行うことによって評価できる。この評価は、画像表示装置１０に対する検査装置の相対位置を変化させながら繰り返し行ってもよい。あるいは、検査装置を用いる代わりに、ユーザが目視によって見やすいかどうかを評価しても良い。ステップＳ００２において、集光特性が設計値からずれていると判断された場合（ステップＳ００２でＹｅｓ）、処理はステップＳ００３に移り、この判断がＮｏの場合、印可電圧調整を終了する。
【００５５】
次に、ステップＳ００３において、各第１電極４８に印可する電圧値を調整する。電圧値の調整は、各第１電極４８に印可する電圧を、予め定められた電圧値だけ増加または減少させることによって行うことができる。画面の中央部から出射される光の偏向角と比べて、画面の側方部から出射される光の偏向角の方が大きい。したがって、画面中央に位置する第１電極４８に対する印可電圧と、画面中央より側方に位置する第１電極４８に対する印可電圧との差が、画面の中央から側方に向かうにつれて大きくなるように、電圧値の調整幅を第１電極４８の位置に応じて変化させても良い。その後、処理はステップＳ００４に移る。
【００５６】
次に、ステップＳ００４において、視聴位置と調整後の各第１電極４８への印可電圧とを関連付けた情報テーブルを更新する。この情報テーブルは、画像表示装置１０が備えるメモリ等の記憶装置に格納されており、制御部６０がユーザの視聴位置に基づいて印可電圧を制御する際に参照される。また、情報テーブルには、初期値として第１電極４８に対する印可電圧の設計値が設定される。その後、処理はステップＳ００２に移り、視聴位置毎の集光特性の評価を再度行う。
【００５７】
本開示に係る画像表示装置１０は、複数の第１電極４８に対する印可電圧を個別に制御可能な構成を有するので、以上に説明した調整方法によって、各第１電極４８に対する印可電圧を最適化し、製造誤差等に起因する集光特性のズレを補正することができる。したがって、本開示に係る画像表示装置１０は、設計通りの優れた集光特性を発揮できる。
【００５８】
尚、上記の印可電圧の調整は、工場出荷前に行っても良いし、ユーザが画像表示装置１０を使用する前にユーザ自身が行っても良い。また、予め工場出荷前に設計通りに印可電圧を調整しておき、その後、ユーザが見やすい集光特性が得られるように調整可能としても良い。ユーザが第１電極４８に対する印可電圧（すなわち、視聴位置毎の集光特性）を調整できるように、画像表示装置１０の設定等に調整メニューが設けられても良い。このように、工場出荷後にユーザが集光特性を調整できるように構成すれば、ユーザ毎の両目の間隔や視聴距離に個人差がある場合でも、各ユーザに最適な集光特性を実現できる。
【００５９】
図５は、視聴時に行われる印可電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、ステップＳ００５において、位置検出部７０がユーザの視聴位置を検出する。その後、処理はステップＳ００６に移る。
【００６１】
次に、ステップＳ００６において、制御部６０は、情報テーブルを参照して、視聴位置に関連付けられた各第１電極４８に対する印加電圧値を取得する。その後、処理はステップＳ００７に移る。
【００６２】
次に、ステップＳ００７において、制御部６０は、情報テーブルから取得した印可電圧値に基づき、各第１電極４８に対する印可電圧を制御する。その後、処理はステップＳ００８に移る。
【００６３】
次に、ステップＳ００８において、制御部６０は、画像表示終了の指示があったか否かを判定する。画像表示終了の指示は、例えば、ユーザが電源をＯＦＦにする操作を行ったか否かにより判定できる。画像表示を終了する場合（ステップＳ００８でＹｅｓ）、印可電圧制御処理を終了し、この判定がＮｏの場合は、ステップＳ００５に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００６４】
このように、検出したユーザの視聴位置と、予め用意された情報テーブルとを参照することによって、ユーザの視聴位置にかかわらず、ユーザの視聴位置に適切に集光することができる。
【００６５】
＜１−８．効果等＞
上述したとおり、本実施の形態に係る画像表示装置１０は、液晶プリズム素子４０と、位置検出部７０と、制御部６０とを備える。
【００６６】
液晶プリズム素子４０は、複数のプリズム４３が配列されたプリズムアレイ４４と、プリズムアレイ４４に積層された液晶層４５と、プリズムアレイ４４を構成するプリズム４３毎に対応した位置に設けられた第１電極４８と、第２電極４９とを有する。
【００６７】
制御部６０は、電極に印加する電圧を制御する。
【００６８】
位置検出部７０は、ユーザの視聴位置を検出する。そして、制御部６０は、位置検出部７０の検出結果に基づいて、プリズム４３に対応した第１電極４８のそれぞれに対して、同一または異なる電圧を印加可能である。
【００６９】
このような構成により、液晶プリズム素子４０の単位構造毎に、液晶層４５の屈折率及び出射光の偏向角を個別に制御することができる。その結果、表示装置１０の最適な表示特性を実現することができる。
【００７０】
また、表示プリズム素子４０に製造上の誤差が発生したとしても、第１電極４８への印可電圧を個別に調整することによって、その誤差を容易に補正することができる。その結果、設計値に近い優れた表示特性を実現することができる。
【００７１】
液晶プリズム素子４０の構成を詳細に説明すると、液晶プリズム素子４０は、複数の第１電極４８と、プリズムアレイ４４および液晶層４５を挟んで複数の第１電極４８と対向して配置される第２電極４９と、を有する。そして、複数の第１電極のそれぞれは、複数のプリズム４３のそれぞれに対応して配置されている。
【００７２】
上述したような効果は、このような具体的な構成においてもまた実現することができる。
【００７３】
＜２．実施の形態２＞
以下、実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る画像表示装置１００は、バックライトに２つの光源を有し、右目用画像と左目用画像を交互に切り替えながら表示する時分割方式に対応している点で、実施の形態１の画像表示装置１０と異なる。以下、構成が異なる部分について説明し、同様の構成については説明を省略することがある。
【００７４】
＜２−１．画像表示装置の構成＞
図６は、実施の形態２に係る画像表示装置１００の概略図である。図７は、画像表示装置１００の分割斜視図である。
【００７５】
画像表示装置１００は、光源切替型のバックライト２００と、液晶プリズム素子４０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５００と、画像表示装置１００を使用しているユーザの位置検出を行う位置検出部７０と、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４０へ出力する液晶駆動電圧を制御する制御部６０とから構成される。
【００７６】
画像表示装置１００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２１０ａ及び２１０ｂのＯＮ／ＯＦＦ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自然な立体画像を認識することができる。
【００７７】
以下、各構成の詳細について説明する。
【００７８】
＜２−２．バックライトの構成＞
バックライト２００は、互いに対向する光源２１０ａ及び２１０ｂと、反射フィルム２２と、導光板２３と、光制御フィルム３００とを備える。光源２１０ａ及び２１０ｂは、導光板２３０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２１０ａは、導光板２３の左側面に配置されており、光源２１０ｂは導光板２３の右側面に配置されている。例えば、光源２１０ａ及び２１０ｂ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２１０ａ及び２１０ｂは、画像表示パネル５００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、交互に点灯及び消灯を繰り返す。すなわち、画像表示パネル５００が右眼用画像を表示する場合は、光源２１０ａが点灯して光源２１０ｂが消灯し、画像表示パネル５００が左眼用画像を表示する場合は、光源２１０ａが消灯して光源２１０ｂが点灯する。
【００７９】
光源２１０ａ及び２１０ｂから出射された光は、導光板２３０の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３０内に広がる。導光板２３０内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３０の上面から出射される。
【００８０】
光制御フィルム３００は、プリズム３１０とシリンドリカルレンズ３２０とを備える。光制御フィルム３００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３１０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３００の下面には、三角形状の断面を有するプリズム３１０が１次元アレイ配置されている。また、光制御フィルム３００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３２０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３００の上面には、レンチキュラーレンズが形成されている。
【００８１】
光制御フィルム３００の下面に入射した光は、プリズム３１０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、液晶プリズム素子４０に入射する。
【００８２】
液晶プリズム素子４０は、実施の形態１と同様の構成および機能を有する。
【００８３】
＜２−３．効果等＞
本実施の形態に係る画像表示装置１００もまた、実施の形態１に係る画像表示装置と同様に、製造誤差や材料特性のばらつきがある場合でも、優れた集光特性を実現できる。
【００８４】
＜３．その他の変形例＞
【００８５】
尚、実施の形態１及び２で説明した、プリズムとレンチキュラーレンズとが一体になった光制御フィルム３００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。
【００８６】
また、実施の形態１及び２では、液晶プリズム素子４０内のプリズム４３の傾斜面の向きを領域Ｒ１及びＲ２で異ならせ、平面Ｐ１に対して対称となるように構成しているが、プリズムの傾斜面の向きを液晶プリズム素子４０全体で一定としても良い。この場合、本実施の形態のように、液晶プリズム素子４０の領域Ｒ１及びＲ２で電極を分ける代わりに、表示画面全領域にわたって、１つの電極を設ける。しかしながら、配向変化に対する光線の偏向角及び透過効率の面で、２つの領域Ｒ１及びＲ２に分けてプリズム４３及び電極を設けることがより好ましい。
【００８７】
更に、実施の形態１及び２では、視差のある右眼用画像及び左眼用画像を同時または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２１ａ及び２１ｂ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。
【００８８】
更に、実施の形態２においては、バックライト２００は、図６および７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。
【００８９】
更に、実施の形態２では、光源２１０ａ及び２１０ｂで共用されているが、光源２１０ａ用の導光板と光源２１０ｂ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。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示は、立体画像を表示する画像表示装置などに適用可能である。具体的には、テレビ、パソコン、デジタルスチルカメラの表示面、ムービーの表示面、カメラ機能付き携帯電話機の表示面、スマートフォンの表示面などに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０    画像表示装置
２０    バックライト
２２    反射フィルム
２３    導光板
２４    傾斜面
３０    光制御フィルム
３１    プリズム
４０    液晶プリズム素子
４１    基板
４２    基板
４３    プリズム
４４    プリズムアレイ
４５    液晶層
４８    第１電極
４９    第２電極
５０    画像表示パネル
６０    制御部
７０    位置検出部
７１    カメラ
７２    視聴位置算出部
１００  画像表示装置
２００  バックライト
２２０  反射フィルム
２３０  導光板
２４０  傾斜面
３００  光制御フィルム
３１０  プリズム
４００  液晶プリズム素子
【図１】
2014155984.tif 000004
【図２】
2014155984.tif 000005
【図３】
2014155984.tif 000006
【図４】
2014155984.tif 000007
【図５】
2014155984.tif 000008
【図６】
2014155984.tif 000009
【図７】
2014155984.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月27日(2015.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体的な画像を表示することができる画像表示装置が普及している。例えば、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】
ここで、特許文献１の液滴制御セルに代わる光学素子として、一対の対向基板の間に、ストライプ状に延びる複数の三角プリズムと液晶とを封入して構成され、印加電圧に応じて出射光の偏向角を変化させることができる液晶プリズム素子が知られている。
【０００５】
本開示は、集光特性に優れた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する画像表示装置は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイと、プリズムアレイに積層された液晶層と、プリズムアレイを構成するプリズム毎に対応した位置に設けられた電極と、を有する液晶プリズム素子と、電極に印加する電圧を制御する制御部と、ユーザの視聴位置を検出する位置検出部と、を備える。制御部は、位置検出部による視聴位置の検出結果に基づいて、プリズム毎に対応した位置に設けられた電極のそれぞれに対して、同一又は異なる電圧を印加可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、集光特性に優れた画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る画像表示装置の概略構成図
【図２】実施の形態１に係る画像表示装置の概略分解斜視図
【図３】実施の形態１に係る液晶プリズム素子４０の部分断面図
【図４】印可電圧調整方法の一例を示すフローチャート
【図５】視聴時に行われる印可電圧制御処理の一例を示すフローチャート
【図６】実施の形態２に係る画像表示装置の概略構成図
【図７】実施の形態２に係る画像表示装置の概略分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
なお、出願人は、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。
【００１１】
＜１．実施の形態１＞
以下、図１〜５を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１２】
＜１−１．画像表示装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る画像表示装置１０の概略断面図である。図２は、画像表示装置１０の分解斜視図である。
【００１３】
本実施の形態では、画像表示装置１０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１及び図２に示すように、Ｘ軸方向は、画像表示パネル５０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５０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５０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１及び図２は、画像表示装置１０の上側から見た図に相当する。したがって、図１及び図２の左側が、ユーザから見た表示画面の右側となる。
【００１４】
画像表示装置１０は、指向性バックライト２０と、液晶プリズム素子４０と、画像表示パネル５０と、画像表示装置１０を使用しているユーザの位置検出を行う位置検出部７０と、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４０へ出力する液晶駆動電圧を制御する制御部６０とから構成される。ここで、「指向性バックライト」とは、配向特性において指向性を有するバックライトであって、一般的なバックライトの配向特性と比べてより狭い配向特性を有するバックライトをいう。
【００１５】
以下、各構成の詳細について説明する。
【００１６】
＜１−２．バックライトの構成＞
バックライト２０は、例えば、指向性を有する一般的なエッジ入射型ＬＥＤバックライトである。バックライト２０は、画面の側辺にそって一次元に配列された光源２１と、反射フィルム２２と、導光板２３と、光制御フィルム３０とを備える。反射フィルム２２は導光板２３の下面側（背面側）に設けられており、光制御フィルム３０は導光板２３の上面側（前面側）に設けられている。
【００１７】
光源２１は、導光板２３の側面のいずれかに沿って配置されている。本実施の形態において、光源２１は、導光板２３の左側面に配置されている。光源２１は、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。
【００１８】
光源２１から出射された光は、導光板２３の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の上面から出射される。導光板２３の下面は、図１に示すように、複数の傾斜面２４により構成されている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３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。
【００１９】
反射フィルム２２は、導光板２３の下面側に設けられている。導光板２３の下面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を破った光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に上面から出射される。導光板２３から出射された光は、光制御フィルム３０に入射する。
【００２０】
光制御フィルム３０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３１を有する。複数のプリズム３１は、Ｘ軸方向に並べて配置されている。すなわち、光制御フィルム３０において、三角形状の断面を有するプリズム３１が１次元アレイ配置されている。また、光制御フィルム３０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がＸ軸方向に並べて配置されていても良い。すなわち、光制御フィルム３０の上面には、レンチキュラーレンズが形成されていても良い。
【００２１】
光制御フィルム３０の下面に入射した光は、プリズム３１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、液晶プリズム素子４０に入射する。
【００２２】
＜１−３．液晶プリズム素子の構成＞
＜１−３−１．構成＞
図３は、液晶プリズム素子４０の部分拡大図である。具体的には、図３は、図１に示す液晶プリズム素子４０の右側の領域Ｒ２の一部を拡大した図である。以下、図１〜３を併せて参照しながら、液晶プリズム素子４０の詳細を説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、液晶プリズム素子４０は、バックライト２０と画像表示パネル５０の間に配置されている。そして、液晶プリズム素子４０は、基板４１と、基板４２と、複数のプリズム４３で構成されるプリズムアレイ４４と、液晶層４５と、複数の第１電極４８と、第２電極４９とを備える。
【００２４】
基板４１と基板４２は互いに対向して配置されている。
【００２５】
基板４１の内面（基板４２と対向する側の面）には、プリズムアレイ４４が形成されている。プリズムアレイ４４は、Ｘ軸方向に並べて配置される複数のプリズム４３により構成されている。プリズム４３は、ＸＺ平面における断面が略三角形の形状を有する。本実施の形態では、プリズム４３の断面は、直角三角形である。図３に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、プリズム４３の斜辺（直角三角形の直角の対辺）が液晶層４５に接するよう構成されている。また、図３に示すように、プリズム４３の斜辺は、傾斜角φで傾斜している。図２に示すように、プリズム４３は、Ｙ軸方向に伸びるように形成されている。すなわち、プリズム４３は、三角柱形状を有する。
【００２６】
基板４１と液晶プリズム素子４０との間には、第１電極４８が形成されている。また、基板４２と液晶プリズム素子４０との間には、第２電極４９が形成されている。
【００２７】
図３に示すように、液晶プリズム素子４０では、１つのプリズム４３に、１つの第１電極４８が対応するよう配置されている。すなわち、１つのプリズム４３に対応する領域を液晶プリズム素子４０の単位構造としたとき、この単位構造が複数配列されることで液晶プリズム素子４０が構成される。液晶プリズム素子４０は、光源２１から出射され、導光板２３及び光制御フィルム３０を通じて入射した光が、ユーザの位置に集光するように、偏向方向を制御する。具体的には、図３に示すように、第１電極４８および第２電極４９に印加する電圧を制御することで、液晶層４５内の液晶分子の配向を変化させる。液晶分子の配向が変化することで、液晶層４５内の屈折率分布が変化する。プリズム４３と液晶層４５との間に生じる屈折率差により、光は偏向される。つまり、液晶層４５の屈折率分布を制御することで、液晶プリズム素子４０に入射する光は、プリズム４３をそのまま透過したり（光Ａ）、プリズム４３の傾斜面から離れる方向に偏向したり（光Ｂ）、プリズム４３の傾斜面に近づく方向に偏向したり（光Ｃ）する。
【００２８】
図１に示すように、複数のプリズム４３が、電極４９上にＸ軸方向に並べて設けられている。複数のプリズム４３の断面形状は、液晶プリズム素子４０の全体で左右対称となるように構成されている。説明を容易にするために、液晶プリズム素子４０を図１における左半分及び右半分に二分し、左側の領域をＲ１、領域Ｒ１とＸ軸方向に隣接する右側の領域をＲ２とする。また、領域Ｒ１及びＲ２の境界線（中央線）を通過し、かつ、画像表示パネル５０の表示面と直交する平面を、Ｐ１とする。ＸＺ平面と平行な平面上で見たときに、領域Ｒ１に配置されるプリズム４３の断面形状と、領域Ｒ２に配置されるプリズム４３の断面形状とは、図１及び図２に示すように、平面Ｐ１に対して対称となるように設計されている。以下、断面形状を左右対称にした理由について説明する。
【００２９】
液晶プリズム素子４０は、出射光をプリズム４３の傾斜面から遠ざける方向への偏向（図３の光Ｂ）と比べて、出射光をプリズム４３の傾斜面に近づける方向への偏向（図３の光Ｃ）の効率が低いという性質がある。そこで、プリズム４３の傾斜面を平面Ｐ１に対して対称とし、プリズム４３の傾斜面を画面の中央部の前方に向けることによって、液晶プリズム素子４０は、画面の左端近傍に入射した光を画面の右前方へと効率的に偏向することができ、画面の右端近傍に入射した光を画面の左前方へと効率的に偏向することができる。
【００３０】
液晶層４５は、基板４１と基板４２との間に形成されている。詳細には、液晶層４５は、基板４１側において第１電極４８と、基板４２側においてプリズムアレイ４４と接している。
【００３１】
なお、本実施の形態では、プリズム４３は、Ｙ軸と平行な方向に伸びるように形成されているが、プリズム４３は、Ｙ軸に対して所定角度傾いた方向に伸びるように形成されていてもよい。このように、プリズムの延伸方向をＹ軸に対して所定角度傾けることによって、モアレ（干渉縞）の発生が低減される。モアレは、周期的な構造が複数重ね合わされたときに、各構造の周期のずれにより視覚的に発生する縞模様である。本実施の形態に係る画像表示装置１０においては、画像表示パネル５０の画素の配置や、光制御フィルム３０（プリズム３１、シリンドリカルレンズ）、液晶プリズム素子４０（プリズムアレイ４４）など、周期的な構造が複数重ね合わされているため、モアレが発生しやすい。そこで、プリズムをＹ軸に対して所定角度傾けた方向に伸ばした形状にすることで、モアレの発生を低減している。
【００３２】
また、本実施の形態では、第１電極４８及び第２電極４９は、基板４１とプリズムアレイ４４との間、及び、基板４２とプリズムアレイ４４との間にそれぞれに形成されているが、第１電極４８及び第２電極４９は、それぞれ基板４１及び４２におけるプリズムアレイ４４とは反対側の面に形成されてもよい。また、本実施の形態では、プリズムアレイ４４と基板４２とは別体で構成されているが、プリズムアレイ４４と基板４２とが一体成形されていてもよい。
【００３３】
＜１−３−２．電極＞
次に、電極構成の詳細について説明する。
【００３４】
第１電極４８は、Ｙ軸方向に延伸された電極構造を有する。第１電極４８は、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて複数配列されている。第１電極４８の数は、プリズム４３とほぼ同数である。１つのプリズム４３に対して、１つの第１電極４８が配置されている。第１電極４８が複数配列されることで、スリット状の電極が構成されている。
【００３５】
本実施の形態に係る画像表示装置１０では、第１電極４８のそれぞれに異なる電圧を印加可能である。そのために、隣り合う第１電極４８同士は導通されておらず、任意の間隔をあけて配置されている。また、それぞれに異なる電圧を印加できるように第１電極４８は画面端近傍まで引き出され、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等の外部配線に接続されている。
【００３６】
第２電極４９は、分割されていない平面電極である。第２電極４９には、均一な電圧が印加される。なお、第１電極４８と同様に、第２電極４９をスリット状の複数の電極で構成し、当該複数の電極のそれぞれに異なる電圧を印加できる構成を採用しても良い。この場合、電極４８が分割されていない平面電極であっても良い。すなわち、少なくとも、液晶層４５を挟持する２つの電極のうち一方がスリット状の電極構造を有すれば良い。
【００３７】
このような構成を取ることで、液晶プリズムの各々の領域において、印加する電圧を独立に制御する事ができ、各々の領域で液晶の配向及び透過光に対する屈折率を独立に制御する事ができる。
【００３８】
尚、基板４１及び４２、プリズム４３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。プリズム４３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、プリズム４３を形成することができる。液晶プリズム素子４０は、電極４９を成膜した基板４２上にプリズム４３の一次元配列を形成した後、基板４２と、電極４８を成膜した基板４１とを貼り合わせ、対向させた基板４１及び４２の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００３９】
＜１−３−３．液晶＞
液晶プリズム素子４０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、液晶層４５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、液晶分子の長軸配向（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、液晶層４５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。
【００４０】
本実施の形態では、液晶層４５を構成する材料としては１軸性のポジ型液晶を用いた場合を考える。そして、第１電極４８及び第２電極４９間に電圧が印加されていない場合には液晶分子長軸がＹ軸方向に配向しており、電圧が印加された場合は、液晶分子長軸がＺ軸方向に配向する場合を考える。なお、液晶分子はネガ型液晶であってもよい。また、本実施の形態において、液晶プリズム素子４０に電圧が印加されていない状態において、液晶分子の配向が、電極４８に対して所定の角度傾いていても良い。
【００４１】
一般的に、液晶プリズム素子４０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、Δｎ（＝異常光に対する屈折率ｎｅ−常光に対する屈折率ｎｏ）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Δｎが大きな液晶材料は少なく、一般的に、Δｎは約０．２程度である。
【００４２】
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、消費電力や、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となる。
【００４３】
＜１−４．画像表示パネルの構成＞
液晶プリズム素子４０を透過した光は、画像表示パネル５０に入射する。画像表示パネル５０は、画像や映像を表示する。画像表示パネル５０は、例えば液晶パネルで構成される。画素表示パネル５０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５０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５０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。
【００４４】
＜１−５．位置検出部の構成＞
位置検出部７０は、カメラ７１と視聴位置算出部７２とを含む。カメラ７１は、ユーザの画像を所定周期で撮影する。視聴位置算出部７２は、カメラ７１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７１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７２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。
【００４５】
＜１−６．制御部の構成＞
制御部６０は、視聴位置算出部７２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４０に印加する電圧値を制御する。より詳細には、ユーザの視聴位置が、図１に示すように、画面中央から左端側に移動した場合、領域Ｒ１では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より小さく、領域Ｒ２では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より大きくする。これにより、プリズム４３からの出射光は、ユーザから見て右方向に偏向する。このとき、領域Ｒ１の液晶層４５に印加される電圧は、光を偏向しない時の印加電圧よりも大きくし、領域Ｒ２の液晶層４５に印加される電圧は、光を偏向しない時の印加電圧よりも小さくしている。
【００４６】
逆に、ユーザの視聴位置が、画面中央から右端側に移動した場合、領域Ｒ１では液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より大きく、領域Ｒ２では、液晶層４５の屈折率をプリズム４３の屈折率より小さくする。これにより、プリズム４３からの出射光は、ユーザから見て左方向に偏向する。このとき、領域Ｒ１の液晶層４５に印加する電圧は、光を偏向しない時の印加電圧より小さくし、領域Ｒ２の液晶層４５に印加する電圧は、光を偏向しない時の印加電圧より大きくしている。
【００４７】
領域Ｒ１における液晶プリズムに印加する電圧は、所望の透過光を偏向させる角度に依存する。基本的に、液晶プリズム素子４０は、プリズム４３と液晶層４５との屈折率差によって起こる屈折現象を利用した素子である。そのため、偏向角θは、プリズム４３の傾斜角度φ、液晶層４５の屈折率ｎｅ、プリズム４３の屈折率ｎｐとした場合、下記式（１）を用いて算出することができる。
【００４８】
【数１】
2014155984.tif 000011
【００４９】
しかしながら、例えば製造工程において、複数のプリズムのうち一部のプリズムの傾斜角度が設計値からずれて製造される場合がある。この場合、液晶プリズム素子全体に均一な電圧を印加すると、設計からずれたプリズムの領域での光の偏向角がずれてしまう。また、製造工程において、プリズムを形成する金型の損耗や成形誤差等により、全部のプリズムの傾斜角度が設計値からずれることも考えられる。また、液晶材料のロット毎の特性がばらつくことも考えられる。このような場合、所定の電圧を印可しても、光の偏向角が設計値からずれてしまい、バックライトの指向性が損なわれる。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、液晶プリズム素子４０の単位構造毎に印加する電圧を制御できる構成にしている。そのため、例えばプリズムの形状に製造誤差が発生したり、液晶材料の特性がばらついたりしても、単位構造毎に印加電圧を制御できるため、液晶プリズム素子４０の集光特性の劣化を抑制できる。
【００５１】
したがって、本実施の形態に係る液晶プリズム素子４０は、所望の指向性を維持したまま、ユーザの位置に合わせて光線を偏向する事ができる。例えば、プリズムの傾斜角φが設計値に対して小さい場合は、同じ電圧値に対して小さい偏向角しか得られないため、より大きな屈折率差が得られるように電圧値を変更する。変更する電圧値は、プリズムの偏向角によって異なる。例えば、プリズムの斜面の方向に偏向する場合は、印加電圧を設計値に対して低く、また、斜面とは逆方向に偏向する場合は、印加電圧を設計値に対して高くするといった補正が可能となる。印加電圧の高さは、液晶層に用いられる材料の特性に応じて適宜設定される。
【００５２】
＜１−７．印可電圧の調整方法＞
図４は、印可電圧調整の調整方法の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、ステップＳ００１において、所定の検査パターンを画像表示装置１０に表示させる。この際に表示させる検査パターンは、視聴位置毎の指向性を判別できるものであれば特に限定されない。その後、処理はステップＳ００２に移る。
【００５４】
次に、ステップＳ００２において、視聴位置毎の集光特性を評価し、集光特性が設計値からずれているか否かを判断する。視聴位置は、例えばユーザの眉間の位置に相当する。
視聴位置毎の集光特性は、例えば、カメラを有する検査装置を用いて集光位置に集光される光の強度を検出し、検出された光の強度と設計値との比較を行うことによって評価できる。この評価は、画像表示装置１０に対する検査装置の相対位置を変化させながら繰り返し行ってもよい。あるいは、検査装置を用いる代わりに、ユーザが目視によって見やすいかどうかを評価しても良い。ステップＳ００２において、集光特性が設計値からずれていると判断された場合（ステップＳ００２でＹｅｓ）、処理はステップＳ００３に移り、この判断がＮｏの場合、印可電圧調整を終了する。
【００５５】
次に、ステップＳ００３において、各第１電極４８に印可する電圧値を調整する。電圧値の調整は、各第１電極４８に印可する電圧を、予め定められた電圧値だけ増加または減少させることによって行うことができる。画面の中央部から出射される光の偏向角と比べて、画面の側方部から出射される光の偏向角の方が大きい。したがって、画面中央に位置する第１電極４８に対する印可電圧と、画面中央より側方に位置する第１電極４８に対する印可電圧との差が、画面の中央から側方に向かうにつれて大きくなるように、電圧値の調整幅を第１電極４８の位置に応じて変化させても良い。その後、処理はステップＳ００４に移る。
【００５６】
次に、ステップＳ００４において、視聴位置と調整後の各第１電極４８への印可電圧とを関連付けた情報テーブルを更新する。この情報テーブルは、画像表示装置１０が備えるメモリ等の記憶装置に格納されており、制御部６０がユーザの視聴位置に基づいて印可電圧を制御する際に参照される。また、情報テーブルには、初期値として第１電極４８に対する印可電圧の設計値が設定される。その後、処理はステップＳ００２に移り、視聴位置毎の集光特性の評価を再度行う。
【００５７】
本開示に係る画像表示装置１０は、複数の第１電極４８に対する印可電圧を個別に制御可能な構成を有するので、以上に説明した調整方法によって、各第１電極４８に対する印可電圧を最適化し、製造誤差等に起因する集光特性のズレを補正することができる。したがって、本開示に係る画像表示装置１０は、設計通りの優れた集光特性を発揮できる。
【００５８】
尚、上記の印可電圧の調整は、工場出荷前に行っても良いし、ユーザが画像表示装置１０を使用する前にユーザ自身が行っても良い。また、予め工場出荷前に設計通りに印可電圧を調整しておき、その後、ユーザが見やすい集光特性が得られるように調整可能としても良い。ユーザが第１電極４８に対する印可電圧（すなわち、視聴位置毎の集光特性）を調整できるように、画像表示装置１０の設定等に調整メニューが設けられても良い。このように、工場出荷後にユーザが集光特性を調整できるように構成すれば、ユーザ毎の両目の間隔や視聴距離に個人差がある場合でも、各ユーザに最適な集光特性を実現できる。
【００５９】
図５は、視聴時に行われる印可電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、ステップＳ００５において、位置検出部７０がユーザの視聴位置を検出する。その後、処理はステップＳ００６に移る。
【００６１】
次に、ステップＳ００６において、制御部６０は、情報テーブルを参照して、視聴位置に関連付けられた各第１電極４８に対する印加電圧値を取得する。その後、処理はステップＳ００７に移る。
【００６２】
次に、ステップＳ００７において、制御部６０は、情報テーブルから取得した印可電圧値に基づき、各第１電極４８に対する印可電圧を制御する。その後、処理はステップＳ００８に移る。
【００６３】
次に、ステップＳ００８において、制御部６０は、画像表示終了の指示があったか否かを判定する。画像表示終了の指示は、例えば、ユーザが電源をＯＦＦにする操作を行ったか否かにより判定できる。画像表示を終了する場合（ステップＳ００８でＹｅｓ）、印可電圧制御処理を終了し、この判定がＮｏの場合は、ステップＳ００５に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００６４】
このように、検出したユーザの視聴位置と、予め用意された情報テーブルとを参照することによって、ユーザの視聴位置にかかわらず、ユーザの視聴位置に適切に集光することができる。
【００６５】
＜１−８．効果等＞
上述したとおり、本実施の形態に係る画像表示装置１０は、液晶プリズム素子４０と、位置検出部７０と、制御部６０とを備える。
【００６６】
液晶プリズム素子４０は、複数のプリズム４３が配列されたプリズムアレイ４４と、プリズムアレイ４４に積層された液晶層４５と、プリズムアレイ４４を構成するプリズム４３毎に対応した位置に設けられた第１電極４８と、第２電極４９とを有する。
【００６７】
制御部６０は、電極に印加する電圧を制御する。
【００６８】
位置検出部７０は、ユーザの視聴位置を検出する。そして、制御部６０は、位置検出部７０の検出結果に基づいて、プリズム４３に対応した第１電極４８のそれぞれに対して、同一または異なる電圧を印加可能である。
【００６９】
このような構成により、液晶プリズム素子４０の単位構造毎に、液晶層４５の屈折率及び出射光の偏向角を個別に制御することができる。その結果、画像表示装置１０の最適な表示特性を実現することができる。
【００７０】
また、液晶プリズム素子４０に製造上の誤差が発生したとしても、第１電極４８への印可電圧を個別に調整することによって、その誤差を容易に補正することができる。その結果、設計値に近い優れた表示特性を実現することができる。
【００７１】
液晶プリズム素子４０の構成を詳細に説明すると、液晶プリズム素子４０は、複数の第１電極４８と、プリズムアレイ４４および液晶層４５を挟んで複数の第１電極４８と対向して配置される第２電極４９と、を有する。そして、複数の第１電極のそれぞれは、複数のプリズム４３のそれぞれに対応して配置されている。
【００７２】
上述したような効果は、このような具体的な構成においてもまた実現することができる。
【００７３】
＜２．実施の形態２＞
以下、実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る画像表示装置１００は、バックライトに２つの光源を有し、右目用画像と左目用画像を交互に切り替えながら表示する時分割方式に対応している点で、実施の形態１の画像表示装置１０と異なる。以下、構成が異なる部分について説明し、同様の構成については説明を省略することがある。
【００７４】
＜２−１．画像表示装置の構成＞
図６は、実施の形態２に係る画像表示装置１００の概略図である。図７は、画像表示装置１００の分割斜視図である。
【００７５】
画像表示装置１００は、光源切替型のバックライト２００と、液晶プリズム素子４０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５００と、画像表示装置１００を使用しているユーザの位置検出を行う位置検出部７０と、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４０へ出力する液晶駆動電圧を制御する制御部６０とから構成される。
【００７６】
画像表示装置１００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２１０ａ及び２１０ｂのＯＮ／ＯＦＦ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自然な立体画像を認識することができる。
【００７７】
以下、各構成の詳細について説明する。
【００７８】
＜２−２．バックライトの構成＞
バックライト２００は、互いに対向する光源２１０ａ及び２１０ｂと、反射フィルム２２と、導光板２３と、光制御フィルム３００とを備える。光源２１０ａ及び２１０ｂは、導光板２３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２１０ａは、導光板２３の左側面に配置されており、光源２１０ｂは導光板２３の右側面に配置されている。例えば、光源２１０ａ及び２１０ｂ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２１０ａ及び２１０ｂは、画像表示パネル５００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、交互に点灯及び消灯を繰り返す。すなわち、画像表示パネル５００が右眼用画像を表示する場合は、光源２１０ａが点灯して光源２１０ｂが消灯し、画像表示パネル５００が左眼用画像を表示する場合は、光源２１０ａが消灯して光源２１０ｂが点灯する。
【００７９】
光源２１０ａ及び２１０ｂから出射された光は、導光板２３０の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３０内に広がる。導光板２３０内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３０の上面から出射される。
【００８０】
光制御フィルム３００は、プリズム３１０とシリンドリカルレンズ３２０とを備える。光制御フィルム３００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３１０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３００の下面には、三角形状の断面を有するプリズム３１０が１次元アレイ配置されている。また、光制御フィルム３００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３２０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３００の上面には、レンチキュラーレンズが形成されている。
【００８１】
光制御フィルム３００の下面に入射した光は、プリズム３１０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、液晶プリズム素子４０に入射する。
【００８２】
液晶プリズム素子４０は、実施の形態１と同様の構成および機能を有する。
【００８３】
＜２−３．効果等＞
本実施の形態に係る画像表示装置１００もまた、実施の形態１に係る画像表示装置と同様に、製造誤差や材料特性のばらつきがある場合でも、優れた集光特性を実現できる。
【００８４】
＜３．その他の変形例＞
【００８５】
尚、実施の形態１及び２で説明した、プリズムとレンチキュラーレンズとが一体になった光制御フィルム３００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。
【００８６】
また、実施の形態１及び２では、液晶プリズム素子４０内のプリズム４３の傾斜面の向きを領域Ｒ１及びＲ２で異ならせ、平面Ｐ１に対して対称となるように構成しているが、プリズムの傾斜面の向きを液晶プリズム素子４０全体で一定としても良い。
【００８７】
更に、実施の形態１及び２では、視差のある右眼用画像及び左眼用画像を同時または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２１ａ及び２１ｂ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。
【００８８】
更に、実施の形態２においては、バックライト２００は、図６および７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。
【００８９】
更に、実施の形態２では、光源２１０ａ及び２１０ｂで共用されているが、光源２１０ａ用の導光板と光源２１０ｂ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。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示は、立体画像を表示する画像表示装置などに適用可能である。具体的には、テレビ、パソコン、デジタルスチルカメラの表示面、ムービーの表示面、カメラ機能付き携帯電話機の表示面、スマートフォンの表示面などに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０    画像表示装置
２０    バックライト
２２    反射フィルム
２３    導光板
２４    傾斜面
３０    光制御フィルム
３１    プリズム
４０    液晶プリズム素子
４１    基板
４２    基板
４３    プリズム
４４    プリズムアレイ
４５    液晶層
４８    第１電極
４９    第２電極
５０    画像表示パネル
６０    制御部
７０    位置検出部
７１    カメラ
７２    視聴位置算出部
１００  画像表示装置
２００  バックライト
２２０  反射フィルム
２３０  導光板
２４０  傾斜面
３００  光制御フィルム
３１０  プリズム
４００  液晶プリズム素子
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプリズムが配列されたプリズムアレイと、前記プリズムアレイに積層された液晶層と、前記プリズムアレイを構成するプリズム毎に対応した位置に設けられた電極とを有する液晶プリズム素子と、
前記電極に印加する電圧を制御する制御部と、
ユーザの視聴位置を検出する位置検出部とを備え、
前記制御部は、前記位置検出部による前記視聴位置の検出結果に基づいて、前記プリズム毎に対応した位置に設けられた電極のそれぞれに対して、同一又は異なる電圧を印加可能である、画像表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記液晶プリズム素子の左右方向の中央部に位置する前記電極に印可する電圧と、当該中央部より側方に位置する前記電極に印可する電圧との差を、前記液晶プリズム素子の中央部から側方にかけて大きくする、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記電極は、
複数の第１電極と、
前記プリズムアレイおよび前記液晶層を挟んで前記複数の第１電極と対向して配置される第２電極とを有し、
前記複数の第１電極のそれぞれが、前記複数のプリズムのそれぞれに対応して配置されている、請求項１に記載の画像表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014155984.tif 000012
【図２】
2014155984.tif 000013
【図３】
2014155984.tif 000014
【図４】
2014155984.tif 000015
【図５】
2014155984.tif 000016
【図６】
2014155984.tif 000017
【図７】
2014155984.tif 000018
【国際調査報告】
2014155984.tif 000019
2014155984.tif 000020