JP5674023B2 - 光源デバイスおよび表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、パララックスバリア（視差バリア）方式による立体視を可能にする光源デバイスおよび表示装置に関する。

従来より、特殊な眼鏡を装着する必要がなく、裸眼で立体視が可能な立体表示方式の一つとして、パララックスバリア方式の立体表示装置が知られている。図１４はパララックスバリア方式による立体表示装置の一般的な構成例を示している。この立体表示装置は、２次元表示パネル１０２の前面に、パララックスバリア１０１を対向配置したものである。パララックスバリア１０１の一般的な構造は、２次元表示パネル１０２からの表示画像光を遮蔽する遮蔽部１１１と、表示画像光を透過するストライプ状の開口部（スリット部）１１２とを水平方向に交互に設けたものである。

２次元表示パネル１０２には、３次元画像データに基づく画像を表示する。例えば、互いに視差情報が異なる複数の視差画像を３次元画像データとして用意し、各視差画像から、例えば垂直方向に延在する複数のストライプ状の分割画像を切り出す。そして、その分割画像を、各視差画像ごとに水平方向に交互に配列することにより１画面内にストライプ状の複数の視差画像が含まれる合成画像を生成し、その合成画像を２次元表示パネル１０２に表示する。パララックスバリア方式の場合、２次元表示パネル１０２に表示された合成画像がパララックスバリア１０１を介して観察される。表示する分割画像の幅やパララックスバリア１０１におけるスリット幅などを適切に設定することで、所定の位置、方向から観察者が立体表示装置を見た場合に、スリット部１１２を介して観察者の左右の眼１０Ｌ，１０Ｒに異なる視差画像の光を別々に入射させることができる。このようにして、所定の位置および方向から観察者が立体表示装置を見た場合に、立体像が知覚される。立体視を実現するためには、左眼１０Ｌと右眼１０Ｒとに異なる視差画像を見せる必要があるため、少なくとも右眼用画像と左眼用画像との２つの視差画像が必要となる。３つ以上の視差画像を用いた場合には、多眼視を実現できる。視差画像の数が多いほど、観察者の視点位置の変化に応じた立体視を実現することができる。すなわち、運動視差が得られる。

図１４の構成例では、２次元表示パネル１０２の前側にパララックスバリア１０１が配置されているが、例えば透過型の液晶表示パネルを用いる場合、２次元表示パネル１０２の後側にパララックスバリア１０１を配置する構成も可能である（特許文献１の図１０、特許文献２の図３参照）。この場合、透過型の液晶表示パネルとバックライトとの間にパララックスバリア１０１を配置することで、図１４の構成例と同様の原理で立体表示を行うことができる。

特許第３５６５３９１号公報（図１０） 特開２００７−１８７８２３号公報（図３）

しかしながら、パララックスバリア方式の立体表示装置では、パララックスバリアという３次元表示用の専用部品を必要とするため、部品点数と配置スペースが通常の２次元表示用の表示装置に比べて多く必要になってしまうという問題がある。

本開示の目的は、従来のパララックスバリア方式の立体表示装置に比べて部品点数が少なく、省スペース化を図ることができる光源デバイスおよび表示装置を提供することにある。

本開示による光源デバイスは、互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有し、第１の内部反射面側から、照明光を所定の外部方向に向けて出射させる導光板と、導光板内部に向けて側面方向から照明光を照射する光源と、導光板に対して第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、第２の内部反射面を介して導光板から入射した光線に対する作用を、散乱反射状態と光吸収状態との２つの状態に部分的に切り替え可能な光学デバイスとを備え、第１の内部反射面に、光源からの一部の照明光を散乱させて第１の内部反射面側から所定の外部方向に向けて出射させると共に、その他の一部の照明光を第２の内部反射面を介して光学デバイスに向けて出射させる散乱エリアが設けられ、光学デバイスは、散乱反射状態となっている部分では第２の内部反射面を介して入射したその他の一部の照明光を、再び導光板に向けて入射させて第１の内部反射面側から所定の外部方向に向けて出射可能にするものである。

本開示による表示装置は、画像表示を行う表示部と、表示部に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスとを備え、その光源デバイスを、上記本開示の光源デバイスで構成したものである。

本開示による光源デバイスまたは表示装置では、散乱エリアで光源からの照明光が散乱され、一部の光が、第１の内部反射面側から所定の外部方向に向けて出射される。また、光学デバイスによって、光線の出射状態が部分的に制御される。これにより、導光板自体に部分的にパララックスバリアとしての機能を持たせることが可能となる。すなわち、等価的に、散乱エリアを開口部（スリット部）とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。

本開示の光源デバイスまたは表示装置によれば、等価的に、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。これにより、従来のパララックスバリア方式の立体表示装置に比べて部品点数を少なくし、省スペース化を図ることができる。また、光学デバイスによって、光線の出射状態を部分的に制御することを可能にしたので、パララックスバリアとしての機能を部分的に制御することができる。これにより、３次元表示と２次元表示との部分的な表示切り替え制御が可能となる。

本開示の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成例を光源デバイスからの光線の出射状態と共に示した示す断面図であり、（Ａ）は３次元表示時の光線出射状態を示し、（Ｂ）は２次元表示時の光線出射状態を示している。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第１の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第２の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図１に示した立体表示装置における導光板表面の第３の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示す説明図である。 図１に示した立体表示装置における３次元表示時と２次元表示時とにおける表示部の表面の輝度分布の実施例を示した特性図である。 本開示の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成例を光源デバイスからの光線の出射状態と共に示した示す断面図であり、（Ａ）は３次元表示時の光線出射状態を示し、（Ｂ）は２次元表示時の光線出射状態を示している。 本開示の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成例を光源デバイスからの光線の出射状態と共に示した示す断面図であり、（Ａ）は３次元表示時の光線出射状態を示し、（Ｂ）は２次元表示時の光線出射状態を示している。 本開示の第４の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を、第１の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 図８に示した立体表示装置の一構成例を、第２の光源のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 図８に示した立体表示装置の一構成例を、第１の光源および第２の光源の双方をオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態と共に示す断面図である。 （Ａ）は図８に示した立体表示装置における導光板表面の第１の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図８に示した立体表示装置における導光板表面の第２の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 （Ａ）は図８に示した立体表示装置における導光板表面の第３の構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した導光板表面での光線の散乱反射状態を模式的に示す説明図である。 パララックスバリア方式の立体表示装置の一般的な構成例を示す構成図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
［立体表示装置の全体構成］
図１（Ａ），（Ｂ）は、本開示の第１の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、画像表示を行う表示部１と、表示部１の背面側に配置され、表示部１に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスとを備えている。光源デバイスは、光源２と、導光板３と、電子ペーパー４とを備えている。

この立体表示装置は、全画面での２次元（２Ｄ）表示モードと、全画面での３次元（３Ｄ）表示モードとを任意に選択的に切り替えることが可能とされている。図１（Ａ）は３次元表示モードでの構成に対応し、図１（Ｂ）は２次元表示モードでの構成に対応している。図１（Ａ），（Ｂ）には、各表示モードにおける光源デバイスからの光線の出射状態も模式的に図示している。

表示部１は、透過型の２次元表示パネル、例えば透過型の液晶表示パネルを用いて構成され、例えばＲ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。表示部１は、光源デバイスからの光を画像データに応じて画素ごとに変調させることで２次元的な画像表示を行うようになっている。表示部１には、３次元画像データに基づく画像と２次元画像データに基づく画像とが任意に選択的に切り替え表示されるようになっている。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。例えば２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。３次元表示モードでの表示を行う場合には、図１４に示した従来のパララックスバリア方式の立体表示装置と同様に、例えば、１画面内にストライプ状の複数の視差画像が含まれる合成画像を生成して表示する。

電子ペーパー４は、導光板３に対して、第２の内部反射面３Ｂが形成された側に対向配置されている。電子ペーパー４は、入射した光線に対する作用を、光吸収状態と散乱反射状態との２つの状態に選択的に切り替え可能な光学デバイスとなっている。電子ペーパー４は、例えば電気泳動（Electrophoresis）方式や電子粉流体方式による粒子移動型ディスプレイで構成されている。粒子移動型ディスプレイでは、対向する一対の基板間に、例えば正に帯電した黒色粒子と例えば負に帯電した白色粒子とを分散させ、基板間に印加する電圧に応じて粒子を移動させることで、黒色表示または白色表示を行う。特に電気泳動方式では溶液中に粒子を分散させ、電子粉流体方式では気体中に粒子を分散させている。上述の光吸収状態とは、図１（Ａ）に示したように電子ペーパー４の表示面４１を全面黒表示状態にすることに相当し、散乱反射状態とは、図１（Ｂ）に示したように電子ペーパー４の表示面４１を全面白色表示状態にすることに相当する。電子ペーパー４は、表示部１に３次元画像データに基づく画像を表示する場合（３次元表示モードにする場合）には、入射した光線に対する作用を光吸収状態にするようになっている。電子ペーパー４はまた、表示部１に２次元画像データに基づく画像を表示する場合（２次元表示モードにする場合）には、入射した光線に対する作用を散乱反射状態にするようになっている。

光源２は、例えば、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光ランプや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて構成されている。光源２は、導光板３の側面に少なくとも１つ配置され、導光板３内部に向けて側面方向から照明光（光線Ｌ１）を照射するようになっている。図１では、導光板３の両側面に光源２を配置した構成例を示している。

導光板３は、例えばアクリル樹脂等による透明なプラスチック板により構成されている。導光板３は、表示部１側に対向配置される第１の内部反射面３Ａと、電子ペーパー４側に対向配置される第２の内部反射面３Ｂとを有している。導光板３は、第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂとの間で、光源２からの光線を内部全反射により側面方向に導光するものである。

第２の内部反射面３Ｂは、全面に亘って鏡面加工がなされており、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光線Ｌ１を内部全反射させるようになっている。第１の内部反射面３Ａは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とを有している。第１の内部反射面３Ａにおいて、全反射エリア３２と散乱エリア３１は、パララックスバリアに相当する構造となるように、交互に例えばストライプ状に設けられている。すなわち後述するように、３次元表示モードにしたときに、散乱エリア３１がパララックスバリアとしての開口部（スリット部）として機能し、全反射エリア３２が遮蔽部として機能するような構造とされている。

全反射エリア３２は、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光線Ｌ１を内部全反射させる（所定の臨界角αよりも大きい入射角θ１で入射した光線Ｌ１を内部全反射させる）ようになっている。散乱エリア３１は、入射した光線Ｌ２のうち、全反射エリア３２における所定の全反射条件を満たす入射角θ１に対応する角度で入射した光線の少なくとも一部を外部に出射させる（所定の臨界角αよりも大きい入射角θ１に対応する角度で入射した光線の少なくとも一部を外部に出射させる）ようになっている。散乱エリア３１ではまた、入射した光線Ｌ２のうち、その他の一部の光線Ｌ３が内部反射するようになっている。

なお、導光板３の屈折率をｎ１、導光板３の外側の媒質（空気層）の屈折率をｎ０（＜ｎ１）とすると臨界角αは、以下で表される。α，θ１は、導光板表面の法線に対する角度とする。全反射条件を満たす入射角θ１は、θ１＞αとなる。
ｓｉｎα＝ｎ０／ｎ１

［散乱エリア３１の具体的な構成例］
図２（Ａ）は、導光板３の表面の第１の構成例を示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した導光板３の表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第１の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凹形状の散乱エリア３１Ａにした構成例である。このような凹形状は例えば、導光板３の表面を鏡面加工した後、散乱エリア３１Ａに対応する部分をレーザ加工することで形成することができる。このような凹形状の散乱エリア３１Ａにした場合には、入射した光線のうち、全反射エリア３２における所定の全反射条件を満たす入射角θ１に対応する角度で入射した光線の少なくとも一部が、凹形状の側面部分３３では全反射条件を満たさなくなり、外部に出射される。

図３（Ａ）は、導光板３の表面の第２の構成例を示している。図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示した導光板３の表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第２の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凸形状の散乱エリア３１Ｂにした構成例である。このような凸形状は例えば、導光板３の表面を金型による成型加工することで形成することができる。この場合、金型の表面により全反射エリア３２に対応する部分については鏡面加工を行う。このような凸形状の散乱エリア３１Ｂにした場合には、入射した光線のうち、全反射エリア３２における所定の全反射条件を満たす入射角θ１に対応する角度で入射した光線の少なくとも一部が、凸形状の側面部分３４では全反射条件を満たさなくなり、外部に出射される。

図４（Ａ）は、導光板３の表面の第３の構成例を示している。図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示した導光板３の表面での光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。図２（Ａ）および図３（Ａ）の構成例では、導光板３の表面を全反射エリア３２とは異なる形状に表面加工することにより散乱エリア３１を形成するようにした。これに対して図４（Ａ）の構成例による散乱エリア３１Ｃは、表面加工ではなく、第１の内部反射面３Ａに対応する導光板３の表面に光拡散部材３５を配置したものである。光拡散部材３５としては、導光板３の屈折率以上の屈折率を有する部材、例えば屈折率１．５７程度のＰＥＴ樹脂を用いることができる。例えばＰＥＴ樹脂を用いた拡散シートをアクリル系接着剤を使用して導光板３の表面に貼り付けることで、散乱エリア３１Ｃを形成する。このような光拡散部材３５を配置した散乱エリア３１Ｃにした場合には、入射した光線のうち、全反射エリア３２における所定の全反射条件を満たす入射角θ１に対応する角度で入射した光線の少なくとも一部が、光拡散部材３５で屈折率が変化することにより全反射条件を満たさなくなり、外部に出射される。

上記で挙げた構成例に限らず、散乱エリア３１の構成には他の構成例が考えられる。例えば、導光板３の表面において、散乱エリア３１に対応する部分をサンドブラスト加工したり、または塗装するなどの方法によって形成することも可能である。

［立体表示装置の動作］
この立体表示装置において、３次元表示モードでの表示を行う場合（図１（Ａ））、表示部１には３次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、電子ペーパー４の表示面４１を全面黒表示状態（光吸収状態）にする。この状態では、光源２からの光線は、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全反射エリア３２と第２の内部反射面３Ｂとの間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、導光板３において第１の内部反射面３Ａの散乱エリア３１に入射した光線Ｌ２のうち、全反射条件を外れた一部の光線が散乱エリア３１から外部に出射される。散乱エリア３１ではまた、その他の一部の光線Ｌ３が内部反射されるが、その光線Ｌ３は、導光板３の第２の内部反射面３Ｂを介して、電子ペーパー４の表示面４１に入射する。ここで、電子ペーパー４の表示面４１は全面黒表示状態になっているので、その光線Ｌ３は表示面４１で吸収される。結果として、導光板３において第１の内部反射面３Ａからは、散乱エリア３１のみから光線が出射される。すなわち、導光板３の表面を等価的に、散乱エリア３１を開口部（スリット部）とし、全反射エリア３２を遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。これにより、等価的に、表示部１の背面側にパララックスバリアを配置したパララックスバリア方式による３次元表示が行われる。

一方、２次元表示モードでの表示を行う場合（図１（Ｂ））には、表示部１には２次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、電子ペーパー４の表示面４１を全面白色表示状態（散乱反射状態）にする。この状態では、光源２からの光線は、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全反射エリア３２と第２の内部反射面３Ｂとの間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、導光板３において第１の内部反射面３Ａの散乱エリア３１に入射した光線Ｌ２のうち、全反射条件を外れた一部の光線が散乱エリア３１から外部に出射される。散乱エリア３１ではまた、その他の一部の光線Ｌ３が内部反射されるが、その光線Ｌ３は、導光板３の第２の内部反射面３Ｂを介して、電子ペーパー４の表示面４１に入射する。ここで、電子ペーパー４の表示面４１は全面白色表示状態になっているので、その光線Ｌ３は表示面４１で散乱反射される。ここで散乱反射された光線は、第２の内部反射面３Ｂを介して再び導光板３に入射するが、その光線の入射角度は、全反射エリア３２における全反射条件を外れた状態となり、散乱エリア３１のみならず、全反射エリア３２からも外部に出射される。結果として、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全面から光線が出射される。すなわち導光板３は、通常のバックライトと同様の面状光源として機能する。これにより、等価的に、表示部１の背面側に通常のバックライトを配置したバックライト方式による２次元表示が行われる。

図５は、図１に示した立体表示装置における３次元表示時と２次元表示時とにおける表示部１の表面の輝度分布の実施例を示している。３次元表示は電子ペーパー４を黒表示にした状態、２次元表示は電子ペーパー４を白色表示にした状態に対応する。なお、表示部１には全面に亘って一様な画像を表示している。図５の横軸は表示部１の画面上の水平方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は規格化された輝度値（任意単位（ａ．ｕ．））を示す。図５から分かるように、電子ペーパー４を白色表示にした状態では、全面に亘って一様な輝度が得られている。電子ペーパー４を黒表示にした状態では、位置に応じて輝度が変化し、パララックスバリアを配置した場合と等価な輝度分布が得られている。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源デバイスを用いた立体表示装置によれば、導光板３の第１の内部反射面３Ａに全反射エリア３２と散乱エリア３１とを設けるようにしたので、等価的に、導光板３自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。これにより、従来のパララックスバリア方式の立体表示装置に比べて部品点数を少なくし、省スペース化を図ることができる。また、電子ペーパー４の表示状態を切り替えるだけで、２次元表示モードと３次元表示モードとを容易に切り替えることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図６（Ａ），（Ｂ）は、本開示の第２の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置と同様に、２次元表示モードと３次元表示モードとを任意に選択的に切り替えることが可能とされている。図６（Ａ）は３次元表示モードでの構成に対応し、図６（Ｂ）は２次元表示モードでの構成に対応している。図６（Ａ），（Ｂ）には、各表示モードにおける光源デバイスからの光線の出射状態も模式的に図示している。

この立体表示装置は、光源デバイスが、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置における電子ペーパー４に代えてポリマー拡散板５を備えている。その他の構成は、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置と同様である。ポリマー拡散板５は、ポリマー分散型液晶（polymer-dispersed liquid crystal）を用いて構成されている。ポリマー拡散板５は、導光板３に対して、第１の内部反射面３Ａが形成された側に対向配置されている。ポリマー拡散板５は、液晶層に印加する電圧に応じて、入射した光線に対する作用を、透明状態と拡散透過状態との２つの状態に選択的に切り替え可能な光学デバイスである。

この立体表示装置において、３次元表示モードでの表示を行う場合（図６（Ａ））、表示部１には３次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、ポリマー拡散板５の状態を全面に亘って透明状態にする。この状態では、光源２からの光線は、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全反射エリア３２と第２の内部反射面３Ｂとの間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、導光板３において第１の内部反射面３Ａの散乱エリア３１に入射した光線Ｌ２のうち、全反射条件を外れた一部の光線が散乱エリア３１から外部に出射される。散乱エリア３１を介して外部に出射された光線はポリマー拡散板５に入射するが、ポリマー拡散板５の状態は全面に亘って透明状態になっているので、散乱エリア３１からの出射角度を保った状態で、そのままポリマー拡散板５を透過して表示部１に入射する。散乱エリア３１ではまた、その他の一部の光線Ｌ３が内部反射されるが、その光線Ｌ３は、導光板３の第２の内部反射面３Ｂを介して外部に出射され、画像の表示に寄与することはない。結果として、導光板３において第１の内部反射面３Ａからは、散乱エリア３１のみから光線が出射される。すなわち、導光板３の表面を等価的に、散乱エリア３１を開口部（スリット部）とし、全反射エリア３２を遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。これにより、等価的に、表示部１の背面側にパララックスバリアを配置したパララックスバリア方式による３次元表示が行われる。

一方、２次元表示モードでの表示を行う場合（図６（Ｂ））には、表示部１には２次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、ポリマー拡散板５の状態を全面に亘って拡散透過状態にする。この状態では、光源２からの光線は、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全反射エリア３２と第２の内部反射面３Ｂとの間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、導光板３において第１の内部反射面３Ａの散乱エリア３１に入射した光線Ｌ２のうち、全反射条件を外れた一部の光線が散乱エリア３１から外部に出射される。ここで、散乱エリア３１を介して外部に出射された光線はポリマー拡散板５に入射するが、ポリマー拡散板５の状態は全面に亘って拡散透過状態になっているので、表示部１に入射する光線は、ポリマー拡散板５によって全面に亘って拡散された状態となる。結果として、光源デバイス全体としては、通常のバックライトと同様の面状光源として機能する。これにより、等価的に、表示部１の背面側に通常のバックライトを配置したバックライト方式による２次元表示が行われる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１または第２の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図７（Ａ），（Ｂ）は、本開示の第３の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置と同様に、２次元表示モードと３次元表示モードとを任意に選択的に切り替えることが可能とされている。図７（Ａ）は３次元表示モードでの構成に対応し、図７（Ｂ）は２次元表示モードでの構成に対応している。図７（Ａ），（Ｂ）には、各表示モードにおける光源デバイスからの光線の出射状態も模式的に図示している。

この立体表示装置は、光源デバイスが、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置における電子ペーパー４に代えて、面状光源からなるバックライト７を備えている。その他の構成は、図１（Ａ），（Ｂ）の立体表示装置と同様である。バックライト７は、導光板３の側面に配置された光源２とは別の、他の光源であり、導光板３に対して、第２の内部反射面３Ｂが形成された側に対向配置されている。バックライト７は、第２の内部反射面３Ｂに向けて外側から照明光を照射するようになっている。バックライト７は、２次元表示モードと３次元表示モードとの切り替えに応じて、オン（点灯）・オフ（非点灯）制御されるようになっている。

この立体表示装置において、３次元表示モードでの表示を行う場合（図７（Ａ））、表示部１には３次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、バックライト７の状態を全面に亘ってオフ（非点灯）状態にする。導光板３の側面に配置された光源２は、オン（点灯）状態にする。この状態では、光源２からの光線は、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全反射エリア３２と第２の内部反射面３Ｂとの間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、導光板３において第１の内部反射面３Ａの散乱エリア３１に入射した光線Ｌ２のうち、全反射条件を外れた一部の光線が散乱エリア３１から外部に出射される。散乱エリア３１ではまた、その他の一部の光線が内部反射されるが、その光線は、導光板３の第２の内部反射面３Ｂを介して外部に出射され、画像の表示に寄与することはない。結果として、導光板３において第１の内部反射面３Ａからは、散乱エリア３１のみから光線が出射される。すなわち、導光板３の表面を等価的に、散乱エリア３１を開口部（スリット部）とし、全反射エリア３２を遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。これにより、等価的に、表示部１の背面側にパララックスバリアを配置したパララックスバリア方式による３次元表示が行われる。

一方、２次元表示モードでの表示を行う場合（図７（Ｂ））には、表示部１には２次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、バックライト７の状態を全面に亘ってオン（点灯）状態にする。導光板３の側面に配置された光源２は、例えば非点灯にする。この状態では、バックライト７からの光線が第２の内部反射面３Ｂを介して、ほぼ垂直に近い状態で導光板３に入射する。従って、その光線の入射角度は、全反射エリア３２における全反射条件を外れた状態となり、散乱エリア３１のみならず、全反射エリア３２からも外部に出射される。結果として、導光板３において第１の内部反射面３Ａの全面から光線が出射される。すなわち導光板３は、通常のバックライトと同様の面状光源として機能する。これにより、等価的に、表示部１の背面側に通常のバックライトを配置したバックライト方式による２次元表示が行われる。

なお、２次元表示モードでの表示を行う場合において、導光板３の側面に配置された光源２も、バックライト７と共にオン（点灯）状態に制御するようにしても良い。また、２次元表示モードでの表示を行う場合において、光源２を、必要に応じて非点灯状態と点灯状態とに切り替えるようにしても良い。これにより、例えば、バックライト７のみを点灯しただけでは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とで輝度分布に差が生じるような場合、光源２の点灯状態を適宜調整する（オン・オフ制御、または点灯量の調整をする）ことで全面に亘って輝度分布を最適化することが可能である。

＜第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第１ないし第３の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［立体表示装置の全体構成］
上記上記第１ないし第３の実施の形態では、導光板３において、散乱エリア３１と全反射エリア３２とを第１の内部反射面３Ａ側に設けた構成例について説明したが、第２の内部反射面３Ｂ側に設けた構成であっても良い。例えば上記第３の実施の形態の構成（図７）に対して、第２の内部反射面３Ｂ側に散乱エリア３１と全反射エリア３２とを設けた構成であっても良い。

図８ないし図１０は、そのような構成にした立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、図７の立体表示装置と同様の光源制御により、２次元表示モードと３次元表示モードとを任意に選択的に切り替えることが可能とされている。図８は、光源２のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これは３次元表示モードに対応している。図９は、バックライト７のみをオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これは２次元表示モードに対応している。また、図１０は、光源２およびバックライト７の双方をオン（点灯）状態にした場合における光源デバイスからの光線の出射状態を模式的に示しているが、これも２次元表示モードに対応している。

本実施の形態では、導光板３の第１の内部反射面３Ａは、全面に亘って鏡面加工がなされており、導光板３内部において全反射条件を満たす入射角で入射した光線を内部全反射させると共に、全反射条件から外れた光線を外部に出射するようになっている。

第２の内部反射面３Ｂは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とを有している。散乱エリア３１は、後述するように、導光板３の表面にレーザ加工、サンドブラスト加工、塗装加工、またはシート状の光散乱部材を貼り付けるなどすることで形成されている。第２の内部反射面３Ｂにおいて、散乱エリア３１は３次元表示モードにしたときに、光源２からの第１の照明光（光線Ｌ１）に対してパララックスバリアとしての開口部（スリット部）として機能し、全反射エリア３２は遮蔽部として機能するようになっている。第２の内部反射面３Ｂにおいて、散乱エリア３１と全反射エリア３２は、パララックスバリアに相当する構造となるようなパターンで設けられている。すなわち、全反射エリア３２はパララックスバリアにおける遮蔽部に相当するパターンで設けられ、散乱エリア３１はパララックスバリアにおける開口部に相当するパターンで設けられている。なお、パララックスバリアのバリアパターンとしては例えば、縦長のスリット状の開口部が遮蔽部を介して水平方向に多数、並列配置されたようなストライプ状のパターンが知られている。ただし、バリアパターンは、従来から知られている種々のタイプのものを用いることができ、特定のものには限定されない。

第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２は、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光線を内部全反射させる（所定の臨界角αよりも大きい入射角θ１で入射した光線を内部全反射させる）ようになっている。これにより、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光源２からの第１の照明光は、第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２との間で、内部全反射により側面方向に導光されるようになっている。全反射エリア３２はまた、図９または図１０に示したように、バックライト７からの第２の照明光を透過させ、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射するようになっている。

散乱エリア３１は、図８に示したように、光源２からの第１の照明光（光線Ｌ１）を散乱反射させ、第１の照明光の少なくとも一部の光（散乱光Ｌ２０）を第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射するようになっている。

［散乱エリア３１の具体的な構成例］
図１１（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第１の構成例を示している。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示した第１の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第１の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凹形状の散乱エリア３１Ａにした構成例である。このような凹形状の散乱エリア３１Ａは例えば、サンドブラスト加工やレーザ加工により形成することができる。例えば、導光板３の表面を鏡面加工した後、散乱エリア３１Ａに対応する部分をレーザ加工することで形成することができる。この第１の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、凹形状の散乱エリア３１Ａでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２の光線の一部が凹形状の側面部分３３では全反射条件を満たさなくなり、一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線（散乱光Ｌ２０）の一部またはすべてが、図８に示したように、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射される。

図１２（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第２の構成例を示している。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）に示した第２の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。この第２の構成例は、散乱エリア３１を、全反射エリア３２に対して凸形状の散乱エリア３１Ｂにした構成例である。このような凸形状の散乱エリア３１Ｂは例えば、導光板３の表面を金型による成型加工することで形成することができる。この場合、金型の表面により全反射エリア３２に対応する部分については鏡面加工を行う。この第２の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、凸形状の散乱エリア３１Ｂでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２の光線の一部が凸形状の側面部分３４では全反射条件を満たさなくなり、一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線（散乱光Ｌ２０）の一部またはすべてが、図８に示したように、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射される。

図１３（Ａ）は、導光板３における第２の内部反射面３Ｂの第３の構成例を示している。図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）に示した第３の構成例における第２の内部反射面３Ｂでの光線の反射状態および散乱状態を模式的に示している。図１１（Ａ）および図１２（Ａ）の構成例では、導光板３の表面を全反射エリア３２とは異なる形状に表面加工することにより散乱エリア３１を形成するようにした。これに対して図１３（Ａ）の構成例による散乱エリア３１Ｃは、表面加工ではなく、第２の内部反射面３Ｂに対応する導光板３の表面に、導光板３の材料とは異なる材料による光散乱部材３５を配置したものである。この場合、光散乱部材３５として例えば白色塗料（例えば硫酸バリウム）をスクリーン印刷で導光板３の表面にパターニングすることで散乱エリア３１Ｃを形成することができる。この第３の構成例の場合、第２の内部反射面３Ｂにおいて、全反射条件を満たす入射角θ１で入射した光源２からの第１の照明光Ｌ１１は、全反射エリア３２で内部全反射される。一方、光散乱部材３５を配置した散乱エリア３１Ｃでは、全反射エリア３２と同じ入射角θ１で入射したとしても、入射した第１の照明光Ｌ１２が光散乱部材３５によって一部が散乱透過し、その他は散乱反射する。この散乱反射した光線の一部またはすべてが、第１の内部反射面３Ａに向けて全反射条件を外れた光線として出射される。

［立体表示装置の動作］
この立体表示装置において、３次元表示モードでの表示を行う場合、表示部１には３次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、光源２とバックライト７とを３次元表示用にオン（点灯）・オフ（非点灯）制御する。具体的には、図８に示したように、光源２をオン（点灯）状態にすると共に、バックライト７をオフ（非点灯）状態に制御する。この状態では、光源２からの第１の照明光（光線Ｌ１）は、導光板３において第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂの全反射エリア３２との間で、繰り返し内部全反射されることにより、光源２が配置された側の一方の側面から、対向する他方の側面へと導光され、他方の側面から出射される。その一方で、光源２による第１の照明光の一部が、導光板３の散乱エリア３１で散乱反射されることで、導光板３の第１の内部反射面３Ａを透過し、導光板３の外部に出射される。これにより、導光板自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることが可能となる。すなわち、光源２による第１の照明光に対しては、等価的に、散乱エリア３１を開口部（スリット部）とし、全反射エリア３２を遮蔽部とするようなパララックスバリアとして機能させることができる。これにより、等価的に、表示部１の背面側にパララックスバリアを配置したパララックスバリア方式による３次元表示が行われる。

一方、２次元表示モードでの表示を行う場合には、表示部１には２次元画像データに基づく画像表示を行うと共に、光源２とバックライト７とを２次元表示用にオン（点灯）・オフ（非点灯）制御する。具体的には、例えば図９に示したように、光源２をオフ（非点灯）状態にすると共に、バックライト７をオン（点灯）状態に制御する。この場合、バックライト７による第２の照明光が、第２の内部反射面３Ｂにおける全反射エリア３２を透過することで、第１の内部反射面３Ａのほぼ全面から、全反射条件を外れた光線となって導光板３の外部に出射される。すなわち導光板３は、通常のバックライトと同様の面状光源として機能する。これにより、等価的に、表示部１の背面側に通常のバックライトを配置したバックライト方式による２次元表示が行われる。

なお、バックライト７のみを点灯させたとしても導光板３のほぼ全面から、第２の照明光が出射されるが、必要に応じて、図１０のように光源２を点灯するようにしても良い。これにより、例えば、バックライト７のみを点灯しただけでは、散乱エリア３１と全反射エリア３２とに対応する部分で輝度分布に差が生じるような場合、光源２の点灯状態を適宜調整する（オン・オフ制御、または点灯量の調整をする）ことで全面に亘って輝度分布を最適化することが可能である。ただし、２次元表示を行う場合において、例えば表示部１側で十分に輝度の補正を行える場合には、バックライト７のみの点灯で構わない。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源デバイスを用いた立体表示装置によれば、導光板３の第２の内部反射面３Ｂに散乱エリア３１と全反射エリア３２とを設け、光源２による第１の照明光と、バックライト７による第２の照明光とを選択的に導光板３の外部に出射可能にしたので、等価的に、導光板３自体にパララックスバリアとしての機能を持たせることができる。

＜その他の実施の形態＞
本開示は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各実施の形態では、導光板３において、散乱エリア３１と全反射エリア３２とを第１の内部反射面３Ａまたは第２の内部反射面３Ｂのいずれか一方にのみ設けた構成例を挙げたが、第１の内部反射面３Ａと第２の内部反射面３Ｂとの双方に散乱エリア３１と全反射エリア３２とが設けられた構成であっても良い。

また、上記各実施の形態では、３次元表示と２次元表示との選択的な切り替えを画面領域全体を単位として制御するものとして説明したが、３次元表示と２次元表示との選択的な切り替えを、部分的な領域ごとに制御するようにしても良い。すなわち、１つの画面内で一部の領域を３次元表示、他の領域を２次元表示にするといったことを行うようにしても良い。３次元表示は２次元表示に比べて解像度が低下するので、画像の見え方としては３次元表示よりも２次元表示の方が好ましい場合がある。例えば、字幕付きの映画を３次元表示する場合において、字幕を表示する領域のみを２次元表示にすることで、字幕が見えやすくなる。また、携帯電話等の携帯端末機器において、電波強度や電池残量等を示すアイコン等を表示する領域のみを２次元表示にし、他の領域を３次元表示にする場合などが考えられる。

このような３次元表示と２次元表示との部分的な表示切り替え制御を行うために、表示部１では、３次元画像データに基づく３次元画像と２次元画像データに基づく２次元画像とを部分的な領域ごとに切り替え表示する。併せて、光線の出射状態を部分的に制御可能な光学デバイスを用いる。

具体的には、光学デバイスとして、図１（Ａ），（Ｂ）に示した構成例のように電子ペーパー４を用いる場合には、表示部１において３次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を光吸収状態（黒表示状態）にし、表示部１において２次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を散乱反射状態（白色表示状態）にするように電子ペーパー４を部分制御する。また、光学デバイスとして、図６（Ａ），（Ｂ）に示した構成例のようにポリマー拡散板５を用いる場合には、表示部１において３次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を透明状態にし、表示部において２次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を拡散透過状態にするようにポリマー拡散板５を部分制御する。また、光学デバイスとして、図７（Ａ），（Ｂ）または図８〜図１０に示した構成例のようにバックライト７を用いる場合には、バックライト７として、部分的な領域ごとの点灯制御が可能なものを用いる。そして、表示部１において３次元表示をする領域に対応する部分では非点灯（オフ）状態にし、表示部１において２次元表示をする領域に対応する部分では点灯（オン）状態となるようにバックライト７の点灯制御を行う。

１…表示部、２…光源、３…導光板、３Ａ…第１の内部反射面、３Ｂ…第２の内部反射面、４…電子ペーパー、５…ポリマー拡散板、７…バックライト、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…散乱エリア、３２…全反射エリア、３３…凹形状の側面部分、３４…凸形状の側面部分、３５…拡散部材、４１…電子ペーパーの表示面、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光線、Ｌ１１１，Ｌ１２…照明光、Ｌ２０…散乱光線、θ１…入射角。

Claims (7)

1. 互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有し、前記第１の内部反射面側から、照明光を所定の外部方向に向けて出射させる導光板と、
   前記導光板内部に向けて側面方向から前記照明光を照射する光源と、
   前記導光板に対して前記第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、前記第２の内部反射面を介して前記導光板から入射した光線に対する作用を、散乱反射状態と光吸収状態との２つの状態に部分的に切り替え可能な光学デバイスと
   を備え、
   前記第１の内部反射面に、前記光源からの一部の照明光を散乱させて前記第１の内部反射面側から前記所定の外部方向に向けて出射させると共に、その他の一部の照明光を前記第２の内部反射面を介して前記光学デバイスに向けて出射させる散乱エリアが設けられ、
   前記光学デバイスは、前記散乱反射状態となっている部分では前記第２の内部反射面を介して入射した前記その他の一部の照明光を、再び前記導光板に向けて入射させて前記第１の内部反射面側から前記所定の外部方向に向けて出射可能にする
   光源デバイス。
2. 前記第１の内部反射面には、前記散乱エリアと、前記光源からの照明光を内部全反射させる全反射エリアとが交互に設けられている
   請求項１に記載の光源デバイス。
3. 前記散乱エリアは、前記第１の内部反射面に対応する前記導光板の表面を、前記全反射エリアとは異なる形状に表面加工することにより形成されたものである
   請求項２に記載の光源デバイス。
4. 前記散乱エリアは、前記第１の内部反射面に対応する前記導光板の表面に、前記導光板の屈折率以上の屈折率を有する光拡散部材を配置することにより形成されたものである
   請求項１に記載の光源デバイス。
5. 前記所定の外部方向には、３次元画像データに基づく３次元表示と２次元画像データに基づく２次元表示とを部分的な領域ごとに切り替え表示する表示部が存在し、
   前記光学デバイスは、前記表示部において３次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を光吸収状態にし、前記表示部において２次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を散乱反射状態にする
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源デバイス。
6. 画像表示を行う表示部と、
   前記表示部に向けて画像表示用の光を出射する光源デバイスと
   を備え、
   前記光源デバイスは、
   互いに対向する第１の内部反射面と第２の内部反射面とを有し、前記第１の内部反射面側から、照明光を前記表示部が存在する所定の外部方向に向けて出射させる導光板と、
   前記導光板内部に向けて側面方向から前記照明光を照射する光源と、
   前記導光板に対して前記第２の内部反射面が形成された側に対向配置され、前記第２の内部反射面を介して前記導光板から入射した光線に対する作用を、散乱反射状態と光吸収状態との２つの状態に部分的に切り替え可能な光学デバイスと
   を有し、
   前記第１の内部反射面に、前記光源からの一部の照明光を散乱させて前記第１の内部反射面側から前記所定の外部方向に向けて出射させると共に、その他の一部の照明光を前記第２の内部反射面を介して前記光学デバイスに向けて出射させる散乱エリアが設けられ、
   前記光学デバイスは、前記散乱反射状態となっている部分では前記第２の内部反射面を介して入射した前記その他の一部の照明光を、再び前記導光板に向けて入射させて前記第１の内部反射面側から前記所定の外部方向に向けて出射可能にする
   表示装置。
7. 前記表示部は、３次元画像データに基づく３次元表示と２次元画像データに基づく２次元表示とを部分的な領域ごとに切り替え表示するものであり、
   前記光学デバイスは、前記表示部において３次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を光吸収状態にし、前記表示部において２次元表示をする領域に対応する部分では、入射した光線に対する作用を散乱反射状態にする
   請求項６に記載の表示装置。

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