專利名稱：顯示裝置和具有該顯示裝置的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示裝置，特別涉及具有小型顯示面的、作為便攜式信息終端使用的、能夠顯示立體視覺(jué)和能夠在同一畫面上同時(shí)顯示不同畫面的顯示裝置。
背景技術(shù)：
立體顯示裝置的一般方法是，對(duì)于觀察者的左右眼提示來(lái)自各個(gè)視點(diǎn)的、具有視差的圖像。作為對(duì)于該觀察者左右眼提示具有各個(gè)視差的像的方法，現(xiàn)在可以舉出利用特殊眼鏡的方式和不利用眼鏡的方式這兩種。
利用眼鏡的方法是利用眼鏡來(lái)切換以時(shí)分割方式交替地進(jìn)行顯示的左右視差圖像以使其到達(dá)觀察者左右眼的方法，為了對(duì)觀察者提示立體顯示，觀察者必須戴眼鏡，帶有不快感和麻煩。
作為不使用眼鏡的一般方法是，使用雙凸透鏡或視差阻擋的方法。在該方法中，顯示裝置每一垂直像素行地顯示左右用的視差像，在顯示裝置中設(shè)有雙凸透鏡或視差阻擋以便把從該各個(gè)像素行射出的光引導(dǎo)到觀察者的左右眼。由于需要對(duì)顯示裝置的每一垂直像素行顯示左右的視差像，所以圖像成為顯示裝置的一行像素?cái)?shù)由右用、左用分擔(dān)、即一半像素?cái)?shù)的圖像了。此外，在雙凸透鏡方式中，由于切換雙凸透鏡的有無(wú)是困難的，所以在顯示平面圖像時(shí)也需要與立體圖像一樣地對(duì)左右眼顯示不同的像素行，在顯示平面圖像時(shí)分辨率也降低了。在視差阻擋方式中，由于利用液晶元件等來(lái)構(gòu)成視差阻擋本身，由此在顯示平面圖像時(shí)能夠把視差阻擋消去，所以能夠以顯示屏本來(lái)的分辨率來(lái)進(jìn)行平面顯示，但是，另一方面，在立體顯示時(shí)還存在著由于視差阻擋遮擋了光源的一部分光所以顯示變暗的問(wèn)題。
作為避免該問(wèn)題的方法，有與使用眼鏡的方法一樣地在透射型顯示屏上以時(shí)分割方式來(lái)顯示左右視差像，切換對(duì)該顯示屏進(jìn)行照明的光源的方向性，由此分別把左右視差圖像引導(dǎo)到左右眼的方法。例如，在如圖22所示的劍橋大學(xué)提出的方式中，包括透射型顯示屏4；設(shè)置在其后面的準(zhǔn)直透鏡6；以及進(jìn)而設(shè)置在其后方的、依次進(jìn)行發(fā)光的光源排列7，利用配置在光源部7a前方的準(zhǔn)直透鏡6使從光源排列中進(jìn)行發(fā)光的光源部7a發(fā)出的光，在通過(guò)透射型顯示屏4之后具有方向性而聚光。因此，只能在聚光的方向上觀察到透射型顯示屏的圖像，通過(guò)同步地切換光源排列的發(fā)光部與在透射型顯示屏上顯示的視差圖像，把左右各自的視差圖像分別引導(dǎo)到觀察者的左右眼，能夠?qū)崿F(xiàn)立體像。該利用發(fā)光位置控制和準(zhǔn)直透鏡的方式由于能夠利用準(zhǔn)直透鏡把光源上發(fā)光點(diǎn)的位置正確地變換成照明光的角度或目視位置，所以可得到極好的照明光方向性，通過(guò)良好的左右圖像分離能夠?qū)崿F(xiàn)高品位的立體像。
作為能夠把該方式小型化的方法，例如，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平5-107663號(hào)公報(bào)和特開平10-161061號(hào)公報(bào)中，提出了利用可切換的液晶元件等活板元件把來(lái)自光源的光分割成為可切換的條狀或矩陣狀的光源，利用配置在其后的、作為準(zhǔn)直透鏡而起作用的雙凸透鏡薄片得到光源方向性的方法。在該方法中，在立體顯示時(shí)也能夠使分辨率不降低來(lái)進(jìn)行顯示，但是，由于遮掉了光源的一部分光而作為條狀光源，所以存在著光的利用效率降低，顯示變暗的問(wèn)題。此外，由于為了制作條狀光源，除了顯示屏之外還需要高價(jià)的液晶活板(shutter)元件等，所以存在著不能廉價(jià)地構(gòu)成的問(wèn)題。
此外，在特開2001-66547號(hào)公報(bào)中，提出了圖23所示的方法。該方法不利用準(zhǔn)直透鏡來(lái)提供光源的方向性，而是通過(guò)把光源1a和背光源導(dǎo)光板2a、與光源1b和背光源導(dǎo)光板2b這兩組重合起來(lái)，并利用配置在液晶屏4之下的棱鏡薄片8產(chǎn)生的光偏轉(zhuǎn)作用來(lái)切換照明光的方向性，這種方法不需要可切換的高價(jià)活板元件了，相反地，由于只通過(guò)對(duì)于來(lái)自導(dǎo)光板的光進(jìn)行射出配光調(diào)整來(lái)形成照明光的方向性，所以與利用活板元件和準(zhǔn)直透鏡能夠明確地預(yù)定照明光方向性的上述方式不同，難以得到充分的方向性。在特開2001-66547號(hào)公報(bào)的例子中，把對(duì)導(dǎo)光板射出的光的角度定為分布在60°～80°附近，峰值為70°，但是，可以認(rèn)為，這隨著導(dǎo)光板的形狀和光取出結(jié)構(gòu)而是某種程度的變化，為了使光的出射角在某范圍內(nèi)保持恒定并且得到亮度的均勻性，需要高度的導(dǎo)光板形狀設(shè)計(jì)和形狀限制。因此，存在著方向性降低，容易產(chǎn)生左右串?dāng)_等，或者為了得到良好的光強(qiáng)分布特性，像特開2001-66547號(hào)公報(bào)那樣需要準(zhǔn)備兩組導(dǎo)光板等的問(wèn)題。
如上所述，在現(xiàn)有的立體顯示裝置中，使用眼鏡的方法有戴眼鏡的麻煩，在不使用眼鏡的方法中，使用雙凸透鏡或視差阻擋的方法的立體圖像和平面圖像的分辨率降低，或者亮度降低。此外，切換光的方向性的現(xiàn)有方法中，使用切換活板元件和準(zhǔn)直透鏡的方法需要高價(jià)的切換活板元件，需要高成本。此外，在利用導(dǎo)光板直接控制方向性的方法中，難以控制方向性，容易產(chǎn)生左右串?dāng)_，或者使用兩組背光源本身等，成為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，成本提高了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了這樣的問(wèn)題，得到立體和平面圖像都不降低分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)串?dāng)_等問(wèn)題少的高品位立體圖像，而且是簡(jiǎn)單的、低成本的、適合于便攜式信息終端的、不使用眼鏡就能夠顯示立體像和能夠在同一畫面上同時(shí)顯示不同畫面的顯示裝置。
本發(fā)明的顯示裝置構(gòu)成為，具有導(dǎo)光板；分別配置在該導(dǎo)光板相對(duì)的兩個(gè)光入射端面上的光源；雙面棱鏡薄片，其配置在上述導(dǎo)光板的光出射端側(cè)，在與上述導(dǎo)光板相對(duì)的面上具有向與上述導(dǎo)光板的光入射端面平行的方向延伸的三角形狀棱鏡列，在與上述面對(duì)置的面上具有與上述三角形狀棱鏡列平行地延伸的圓柱狀透鏡列；以及配置在該雙面棱鏡薄片的射出面?zhèn)鹊耐干湫惋@示屏，利用同步驅(qū)動(dòng)單元使來(lái)自上述光源的光，與在上述透射型顯示屏上交替顯示的左右視差圖像同步地，從上述透射型顯示屏分別以與左右視差對(duì)應(yīng)的角度射出。
因此，由于顯示裝置構(gòu)成為，包括導(dǎo)光板；分別配置在該導(dǎo)光板的兩個(gè)不同的光入射端面上的光源；雙面棱鏡薄片，其配置在上述導(dǎo)光板的光出射端側(cè)，在與上述導(dǎo)光板相對(duì)的面上具有與上述導(dǎo)光板的光入射端面平行的方向延伸的三角形狀棱鏡列，在與上述面對(duì)置的面上具有與上述三角形狀棱鏡列平行地延伸的圓柱狀透鏡列；以及配置在該雙面棱鏡薄片的射出面?zhèn)鹊耐干湫惋@示屏，以及同步驅(qū)動(dòng)單元，使上述透射型顯示屏與上述光源同步地顯示視差，使來(lái)自上述光源的光，從上述透射型顯示屏分別以與左右視差對(duì)應(yīng)的角度射出，所以具有能夠顯示串?dāng)_少的高品位立體像和能夠在同一畫面上同時(shí)顯示不同畫面的效果。


圖1為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的主要部分的側(cè)視圖。
圖2為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的工作的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的導(dǎo)光板和顯示屏射出光的光強(qiáng)分布特性的特性圖。
圖4為用于說(shuō)明用于本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的雙面棱鏡薄片的透射光路的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為用于說(shuō)明用于本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的雙面棱鏡薄片的作用的結(jié)構(gòu)圖。
圖6為用于說(shuō)明用于本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的、在雙面棱鏡薄片上形成的圓柱狀透鏡列的透鏡焦點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為用于說(shuō)明用于本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的雙面棱鏡薄片的角度規(guī)定作用的結(jié)構(gòu)圖。
圖8為示出用于本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示裝置的雙面棱鏡薄片的角度規(guī)定作用的結(jié)構(gòu)圖。
圖9為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的顯示雙面棱鏡薄片的光強(qiáng)分布特性的計(jì)算條件的結(jié)構(gòu)圖。
圖10為了說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1，示出作為比較例示出的棱鏡薄片的光強(qiáng)分布特性的特性圖。
圖11為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，作為比較例，雙面棱鏡薄片的厚度和間距所引起的光路變化的結(jié)構(gòu)圖。
圖12為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，作為比較例，雙面棱鏡薄片的厚度和間距所引起的光路變化的結(jié)構(gòu)圖。
圖13為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片的厚度和間距變化時(shí)的光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖14為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片的厚度和間距變化時(shí)的光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖15為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片的厚度和間距變化時(shí)的光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖16為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片上形成的三角形狀棱鏡列的棱鏡角度所引起的光路變化的結(jié)構(gòu)圖。
圖17為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片上形成的三角形狀棱鏡列的棱鏡角度變化時(shí)，光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖18為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片的三角形狀棱鏡列的棱鏡角度變化時(shí)，光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖19為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1中，雙面棱鏡薄片的三角形狀棱鏡列的棱鏡角度變化時(shí)，光強(qiáng)分布特性變化的特性圖。
圖20為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電子信息設(shè)備的正視圖。
圖21為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3中的便攜式電話機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
圖22為用于說(shuō)明現(xiàn)有的利用光源排列和準(zhǔn)直透鏡的立體顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖23為用于說(shuō)明現(xiàn)有的利用背光源配光控制的立體顯示裝置的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
為了更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，下面按照附圖，說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。
(實(shí)施方式1)圖1為用于說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式1的便攜式信息設(shè)備用的顯示裝置的側(cè)視圖。
圖1A中，1a、1b是光源，2是側(cè)面為矩形、整體上為平板狀的導(dǎo)光板，在與紙面正交的方向上具有預(yù)定的寬度。把光源1a、1b配置在該導(dǎo)光板2的兩個(gè)光入射端面?zhèn)?，以使光?a、1b分別對(duì)置。2a是通過(guò)反射印刷、表面粗糙化加工等形成的光取出單元。
3是配置在導(dǎo)光板2的射出面上的雙面棱鏡薄片，4是透射型液晶屏，斜線部是液晶層。
5是控制單元，對(duì)于光源1a、1b和透射型液晶屏4上的視差圖像的顯示切換的同步進(jìn)行控制。
圖1B為把雙面棱鏡薄片3的形狀擴(kuò)大后示出的側(cè)視圖。雙面棱鏡薄片3用折射率為1.5的材料形成，把由棱線朝向與導(dǎo)光板2的光入射端面平行的方向延伸的、頂角K為60°的等腰三角形構(gòu)成的三角形狀棱鏡列32配置在下表面，以使其在與紙面正交的方向上延伸，并且，把向與三角形狀棱鏡列32平行的方向(與紙面正交的方向)延伸的圓柱狀透鏡列31以與三角形狀棱鏡列32相同的間距P配置在上表面。調(diào)整各透鏡的曲率，以使形成圓柱形透鏡列31的該各透鏡的焦點(diǎn)位置、與下表面的三角形狀棱鏡列32的頂點(diǎn)一致，并且，把上表面的圓柱狀透鏡列31的間距P和雙面棱鏡薄片3的厚度L構(gòu)成為，使(厚度L/間距P)之值為3。
下面，說(shuō)明圖2中立體視覺(jué)的工作。圖2A中，只有左側(cè)的光源1a點(diǎn)亮，右側(cè)的光源1b熄滅。此時(shí)，從光源1a發(fā)出的光在導(dǎo)光板2內(nèi)傳播，由設(shè)置在導(dǎo)光板2上的光取出單元2a將其向?qū)Ч獍?之外取出。從導(dǎo)光板2射出的光在射出瞬間的光強(qiáng)分布，如圖3A所示的光強(qiáng)分布那樣，出射角度顯著偏向于與光源1a相反一側(cè)。圖3中，橫軸為來(lái)自光源1a、1b的光的出射角度，0°表示正面方向(透射型液晶屏的法線方向)，把從此向右側(cè)傾斜的角度作為+方向，縱軸為亮度(單位為cd/m2)。這樣的角度分布的光在透過(guò)雙面棱鏡薄片3時(shí)，由于雙面棱鏡薄片3中的折射和反射而成為如圖3B那樣，以正面方向?yàn)榻?，在左?cè)0°～約-15°的范圍內(nèi)具有強(qiáng)的強(qiáng)度，而在右側(cè)的0°～約15°的范圍內(nèi)幾乎不射出光的光強(qiáng)分布。之后，透過(guò)透射型液晶屏4，如圖2A所示那樣，使光強(qiáng)分布保持原樣地向觀察者射出。假定觀察者的左眼6a與右眼6b的距離約為65mm，從透射型液晶屏4到觀察者的視距約為300mm，則連結(jié)透射型液晶屏4的中心與左眼6a或右眼6b的直線、與透射型液晶屏4的法線方向所構(gòu)成的角約為6°。即，視距為300mm時(shí)，如果經(jīng)過(guò)透射型液晶屏4射出的光的光強(qiáng)分布是在向在6°的方向上具有充分的強(qiáng)度，在向右6°的方向上幾乎不射出光，則觀察者可用左眼6a識(shí)別圖像，但是，光不到達(dá)右眼6b，不能用右眼來(lái)識(shí)別圖像。如果是圖3B那樣的光強(qiáng)分布，則只能使觀察者的左眼6a識(shí)別圖像。另一方面，如果像圖2B那樣，把左側(cè)光源1a熄滅、只使右側(cè)光源1b點(diǎn)亮，則與圖2A的場(chǎng)合相反，觀察者只能用右眼6b識(shí)別圖像。因此，如果把光源1a、1b交替點(diǎn)亮，并利用同步控制單元5與光源1a、1b的點(diǎn)亮同步地在透射型液晶屏4上顯示左右的視差圖像，則觀察者能夠用左眼6a、右眼6b分別識(shí)別不同的視差圖像，可以實(shí)現(xiàn)利用視差的立體視覺(jué)。
而且，當(dāng)觀察者不從屏的正面而從右斜8°的角度觀看時(shí)，則右眼看著右16°，左眼看著右2°的位置。此時(shí)，用左右眼只能把右眼用的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此外，當(dāng)觀察者從左8°的角度觀看時(shí)，則左眼看著左16°，右眼看著左2°的位置。此時(shí)，用左右眼只能把左眼用的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此時(shí)，如果與右眼用光源1a和1b的點(diǎn)亮同步地交替顯示完全不同的圖像，則在同一個(gè)畫面上能夠同時(shí)顯示且觀察者能夠根據(jù)觀看的角度來(lái)識(shí)別兩個(gè)不同的圖像。
接著，使用圖4～圖7，詳細(xì)地說(shuō)明雙面棱鏡薄片3的作用。圖4為示出雙面棱鏡薄片的透射光路的圖，圖5為用于說(shuō)明雙面棱鏡薄片的作用的圖，圖6為用于說(shuō)明雙面棱鏡薄片的圓柱狀透鏡的透鏡焦點(diǎn)位置的圖，圖7為用于說(shuō)明雙面棱鏡薄片的角度規(guī)定作用的圖。
圖4中，從導(dǎo)光板2向右側(cè)傾斜射出的光通過(guò)光路101，該光路101為從在雙面棱鏡薄片3上形成的三角形狀棱鏡列32的棱鏡斜面32a入射到雙面棱鏡薄片3內(nèi)，在斜面32b上通過(guò)全反射反射到上方，通過(guò)透射正上方上表面?zhèn)鹊膱A柱狀透鏡列31(A為各透鏡的光軸)射出。當(dāng)把在斜面32b上反射之后的光路線、與包含在雙面棱鏡薄片3上形成的三角形狀棱鏡列32的棱鏡頂點(diǎn)B的水平面C的交點(diǎn)表示為102時(shí)，通過(guò)光路101的光與從交點(diǎn)102發(fā)出、直接入射到圓柱狀透鏡列31上的光是同等的。由此可知，可以把在斜面32b上全反射后入射到正上方的圓柱狀透鏡列31中的光，全部置換成從圖5中的區(qū)域103發(fā)出、直接入射到正上方的圓柱狀透鏡列31中的光。再有，圖中用虛線表示棱鏡列32的棱鏡形狀。
此外，可以看出，在斜面32b上全反射后入射到正上方的圓柱狀透鏡列31中的光中，不存在與從圖5中的區(qū)域104發(fā)出、直接入射到正上方圓柱狀透鏡列31中的光通過(guò)同樣光路的光。如果使圓柱狀透鏡列31的焦點(diǎn)位置、如圖6那樣與三角形狀棱鏡列32的棱鏡頂點(diǎn)B一致，就可以把在斜面32b上全反射后入射到正上方圓柱狀透鏡列31中的光，考慮為在包含圓柱狀透鏡列31的焦點(diǎn)的水平面C上、從圓柱狀透鏡列31的光軸A的右側(cè)發(fā)出、直接入射到正上方圓柱狀透鏡列31中的光。
如圖7那樣，從包含圓柱狀透鏡列31的透鏡焦點(diǎn)的水平面C上的1點(diǎn)發(fā)出、直接入射到正上方圓柱狀透鏡列31中的光，成為根據(jù)發(fā)光點(diǎn)與圓柱狀透鏡31光軸A的距離d、以由下述式(1)表示的角度θ從圓柱狀透鏡31射出的光，出射角度與發(fā)光點(diǎn)的位置一一對(duì)應(yīng)。
θ＝-ArcTan(nd/L) (1)在此，n為構(gòu)成雙面棱鏡薄片3的材料的折射率，L為雙面棱鏡薄片3的厚度，等于透鏡列31的透鏡焦距。
因此，在平面C上從光軸A的右側(cè)發(fā)出的光，全部向左方傾斜射出。即，在斜面32b上全反射后入射到正上方圓柱狀透鏡31中的光，在透射圓柱狀透鏡31后只向左方射出，可以得到如圖3B那樣的，以法線方向?yàn)榻?、鮮明的左右分離特性的光強(qiáng)分布。如上所述，像由劍橋大學(xué)提出和在特開平5-107663號(hào)公報(bào)等中提示的那樣，這是與利用分割光源和透鏡的方向性控制方式完全一樣的方向性控制，不使用高價(jià)的液晶活板元件等就能夠?qū)崿F(xiàn)正確的方向性控制，能夠進(jìn)行串?dāng)_少的立體顯示。
在此，圖8為示出對(duì)于雙面棱鏡薄片3的光強(qiáng)分布特性進(jìn)行模擬的結(jié)果的特性圖。橫軸為向雙面棱鏡薄片3的入射角度，縱軸為向雙眼目視區(qū)域射出的光量(為任意刻度，數(shù)值為在模擬中使用的數(shù)值)。此外，實(shí)線表示向左眼目視區(qū)域射出的光量，虛線表示向右眼目視區(qū)域射出的光量。
如圖9那樣，使確定了角度的光向單體的雙面棱鏡薄板3入射，計(jì)算射出的光的角度分布，由此進(jìn)行了模擬。
圖9中，θ1為向雙面棱鏡薄片3入射的入射角，區(qū)域A、B分別為在θa＝4.5°，θb＝10°的范圍內(nèi)的左右眼的目視區(qū)域。
對(duì)于用折射率約為1.5的材料形成，構(gòu)成為如圖9B所示那樣，三角形狀棱鏡31的棱鏡角φa＝φb＝30°、三角形狀棱鏡的間距P與厚度L之比為1∶3、圓柱狀透鏡列31的透鏡焦點(diǎn)位于三角形狀棱鏡的頂點(diǎn)上的雙面透鏡薄片3進(jìn)行模擬，基于計(jì)算結(jié)果，以橫軸為光入射角度，縱軸為與左右每一只眼對(duì)應(yīng)的、左方在4.5°～10°、右方在4.5°～10°的目視范圍內(nèi)射出的光量，以任意比例尺畫圖。圖8的實(shí)線表示向左眼的目視區(qū)域射出的光量，虛線表示向右眼的目視區(qū)域射出的光量。向左右眼入射的光的角度由視距決定，視距為200mm時(shí)約為9°；300mm時(shí)約為6°；400mm時(shí)約為4.5°。在此，設(shè)想使用出射角為與視矩200mm～400mm范圍相當(dāng)?shù)?.5°～10°的光來(lái)評(píng)價(jià)便攜式信息設(shè)備。從圖8可以看出，入射角度在左右方向分別為50°～80°的光向目視范圍射出，除此以外的入射角度的光幾乎不向目視范圍射出。
在顯示立體視覺(jué)時(shí)，如果應(yīng)該引導(dǎo)到左眼的光也到達(dá)右眼了，則產(chǎn)生左右串?dāng)_，損害立體感。因此，如果引導(dǎo)到左右眼的光的入射角區(qū)域重疊起來(lái)就不能實(shí)現(xiàn)立體像，或者，即使未重疊但是互相接近了時(shí)也需要使入射光具有在入射到薄片之前能夠被充分分離開來(lái)那樣鮮明的光強(qiáng)分布特性。在圖8那樣的特性場(chǎng)合下，由于在夾著法線方向的±40°廣泛的入射角范圍內(nèi)、存在著對(duì)于左右任何一只眼睛在目視范圍內(nèi)都不射出光的區(qū)域，所以向雙面棱鏡薄片3入射的入射光不需要特別尖銳的光強(qiáng)分布。因此，不需要用來(lái)控制雙面棱鏡薄片3在入射前的光強(qiáng)分布的、導(dǎo)光板2的特別結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的設(shè)計(jì)。
在此，把特開2001-66547號(hào)公報(bào)中示出的、沒(méi)有圓柱狀透鏡列的透鏡薄片的光強(qiáng)分布特性作為比較例示于圖10。圖10的實(shí)線表示向左眼目視區(qū)域射出的光量，虛線表示向右眼目視區(qū)域射出的光量。圖10的橫軸為向棱鏡薄片的光入射角度，縱軸為射出光量(為任意刻度，數(shù)值為在模擬中使用的數(shù)值)。在該比較例的透鏡薄片結(jié)構(gòu)中，如特開2001-66547號(hào)公報(bào)中所公開的那樣，折射率為1.57，棱鏡的頂角φa＝φb＝34.5°。
從圖10中可以看出，不但引導(dǎo)到左右眼的光的入射角度的范圍分別窄到寬10°左右，而且，當(dāng)比最佳區(qū)域更斜的光入射時(shí)，射出以5°左右的角度差被引導(dǎo)到另一只眼睛的光。因此，需要把來(lái)自導(dǎo)光板的射出光作成具有與該最佳入射角范圍一致的尖銳光強(qiáng)分布特性的光，需要使用把兩塊楔狀導(dǎo)光板重疊起來(lái)的復(fù)雜的背光源結(jié)構(gòu)。
此外，雙面棱鏡薄片3的厚度L、間距P也引起光強(qiáng)分布發(fā)生變化，有時(shí)容易產(chǎn)生串?dāng)_。例如，間距與厚度之比(厚度L/間距P)小時(shí)，如圖11那樣，從斜面32a直接入射到圓柱狀透鏡列31上的光107有進(jìn)入目視區(qū)域的可能性。圖11的虛線示出間距與厚度之比(厚度L/間距P)如上述那樣為3時(shí)的結(jié)構(gòu)。
此外，即使間距與厚度之比過(guò)大，如圖12那樣，由三角形狀棱鏡列32的鄰近的斜面32d全反射后入射到圓柱狀透鏡列31中的光109也產(chǎn)生進(jìn)入目視區(qū)域的可能性。由于在任一場(chǎng)合下，向圓柱狀透鏡列的透鏡入射的入射光的光路線、與包含三角形狀棱鏡列的棱鏡頂點(diǎn)的水平面C的交點(diǎn)，相對(duì)于光軸A位于與通過(guò)正規(guī)光路的光相反的一側(cè)上，所以有產(chǎn)生串?dāng)_的可能性。圖12的虛線與圖11的虛線一樣，示出間距與厚度之比(厚度L/間距P)為3時(shí)的結(jié)構(gòu)。
圖13～圖15示出與圖8的場(chǎng)合一樣地畫出的、使雙面棱鏡薄片3的間距P與厚度L之比(厚度L/間距P)在1.7～4.7變化時(shí)的雙面棱鏡薄片3光強(qiáng)分布特性的結(jié)果。圖13A和圖13B、圖14A和圖14B、圖15A和圖15B分別示出上述比值為1.7和2.3、2.7和4.0、4.3和4.7時(shí)，雙面棱鏡薄片3的光強(qiáng)分布特性。在這些圖中，橫軸為向雙面棱鏡薄片3的入射角度，縱軸為射出光量(為任意刻度，數(shù)值為模擬中使用的數(shù)值)。此外，實(shí)線表示向左眼目視區(qū)域射出的光量，虛線表示向右眼目視區(qū)域射出的光量。
從圖13可以看出，厚度/間距在2.7～4.0范圍內(nèi)，雖然目視范圍的分布發(fā)生若干變化，但是，在入射角度±40°的范圍內(nèi)具有對(duì)于左右任何一只眼睛都不射出光的區(qū)域的角度特性，在這一方面并無(wú)顯著變化。厚度/間距從2.7減小到2.3時(shí)，在0°～30°的入射角范圍內(nèi)出現(xiàn)小的峰值，在1.74時(shí)成為很大的峰?？梢哉J(rèn)為，這是由于圖11所示的光107那樣的光路所產(chǎn)生的光的影響。在該入射角范圍內(nèi)存在著向目視區(qū)域射出光的峰值時(shí)，對(duì)左右分離有效的、對(duì)于左右任何一只眼睛在目視范圍內(nèi)部不射出光的區(qū)域變窄，因此，是不優(yōu)選的。此外，厚度/間距為4.3時(shí)，在入射角約50°～60°的范圍內(nèi)產(chǎn)生構(gòu)成串?dāng)_的峰值，厚度/間距變成更大時(shí)峰值的高度增加。這是由于圖12所示的光109那樣的光路所產(chǎn)生的光的影響。因此，可以預(yù)料，厚度/間距在≤2.3的范圍和≥4.3的范圍內(nèi)串?dāng)_增加，顯然，厚度/間距在約2.5～4.0的范圍內(nèi)使用，是優(yōu)選的。這樣，通過(guò)在約2.5～4.0的范圍內(nèi)使用厚度/間距，可以實(shí)現(xiàn)更高品位的立體顯示。
而且，當(dāng)在雙面棱鏡薄片3上形成的三角形狀棱鏡列32的棱鏡頂角從用實(shí)線示出的角度變化成為用虛線示出的角度時(shí)，如圖16那樣，即使是在斜面32b上全反射以后通過(guò)同一光路的光，在全反射以前也構(gòu)成如光路112和113那樣不同的光路，向雙面透鏡薄片3入射的入射角為α和β那樣的不同角。
因此，可以認(rèn)為，向目視區(qū)域射出光的最佳入射角范圍發(fā)生了變化。由于入射角范圍的變化，對(duì)于左右任何一只眼睛在目視范圍內(nèi)部不射出光的區(qū)域變窄時(shí)容易產(chǎn)生串?dāng)_，或者，在圖3A那樣的60°～80°范圍內(nèi)、與射出特別多的光的背光源導(dǎo)光板上的光強(qiáng)分布的匹配變壞時(shí)效率降低，是不優(yōu)選的。
圖17～圖19示出與圖8的場(chǎng)合一樣地畫出的、在使三角形狀棱鏡列31的棱鏡頂角φa＝φb變化時(shí)的、雙面棱鏡薄片3的光強(qiáng)分布特性的結(jié)果。圖17A和圖17B、圖18A和圖1 8B、圖19A和圖19B分別示出棱鏡的頂角φa＝φb為35°和34°、31°和30°、28°和27°時(shí)，雙面棱鏡薄片3的光強(qiáng)分布特性。再有，圖17～圖19中的橫軸為向雙面棱鏡薄片3的入射角度，縱軸為射出光量(為任意刻度，數(shù)值為在模擬中使用的數(shù)值)。此外，實(shí)線表示向左眼目視區(qū)域射出的光量，虛線表示向右眼目視區(qū)域射出的光量。
通過(guò)圖17～圖19可以看出，目視射出光的入射角范圍之所以大致覆蓋從背光源射出特別多的光的60°～80°的范圍，是由于φa＝φb為圖19A的28°～圖17B的34°的范圍。而且，當(dāng)φa＝φb為圖18A那樣的≥31°時(shí)，在±40°之間對(duì)于左右任何一只眼睛在目視范圍內(nèi)都不射出光的區(qū)域中，向目視范圍射出的光的比例有慢慢增大的傾向，因此，希望φa＝φb至少在28°～34°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，為28°～30°的范圍內(nèi)。
如果這樣來(lái)構(gòu)成雙面棱鏡薄片的下表面棱鏡的頂角，就能夠更加減少串?dāng)_，提高背光源射出光的光利用效率，可以實(shí)現(xiàn)更亮的高品位立體顯示。
這樣，通過(guò)使光源1a、1b交替點(diǎn)亮，進(jìn)行使用了雙面棱鏡薄片3的光的方向性控制，與其同步地在透射型液晶屏4上顯示左右的視差圖像，就能夠用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)顯示高品位的立體視覺(jué)。此外，在顯示平面圖像時(shí)，如果使光源1a、1b二者都點(diǎn)亮，在透射型液晶屏4上顯示圖像，就也能夠顯示不降低分辨率等的高品位的平面圖像。
在該實(shí)施方式1中，是把在雙面棱鏡薄片3上形成的圓柱狀透鏡列31的透鏡焦點(diǎn)位置設(shè)定于與三角形狀棱鏡列32的棱鏡頂點(diǎn)一致的位置上來(lái)進(jìn)行射出光的角度控制的方式，但是，也可以是把圓柱狀透鏡列31的透鏡焦距作得更短，以便把包含三角形狀棱鏡列32的棱鏡頂點(diǎn)的水平面C上的假想光源轉(zhuǎn)移到觀察者眼睛的位置上的結(jié)構(gòu)。此外，在顯示區(qū)域比觀察者左右眼的間隔充分大時(shí)，使圓柱狀透鏡列31和三角形狀棱鏡列32的間距根據(jù)雙面棱鏡薄板3內(nèi)的位置而變化，能夠在寬廣的整個(gè)表面區(qū)域上得到良好的左右分離特性。
按照上面說(shuō)明的實(shí)施方式1，能夠分別對(duì)于左右眼提供串?dāng)_等少的高品位的視差圖像，具有能夠得到立體顯示和平面顯示都不降低分辨率的、高品位的顯示裝置的效果。
關(guān)于該實(shí)施方式1，由于在構(gòu)成后使雙面棱鏡薄片3的間距、或圓柱狀透鏡列31與三角形狀棱鏡列32的位置關(guān)系等發(fā)生變化是困難的，所以根據(jù)觀察者的位置而能動(dòng)地控制光強(qiáng)分布特性，進(jìn)行控制立體像區(qū)域那樣的控制是困難的。因此，是特別適合于觀察者把設(shè)備拿在手中，通過(guò)挪動(dòng)易于對(duì)觀察位置進(jìn)行控制的便攜式信息設(shè)備。
(實(shí)施方式2)圖20為用于說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式2的電子信息設(shè)備的正視圖。在此，為了說(shuō)明顯示裝置的細(xì)節(jié)，在顯示裝置周邊示出電子信息設(shè)備的內(nèi)部。
圖20中，在作為電子信息設(shè)備的便攜式電子筆記本的本體10中，把光源1a和1b配置在導(dǎo)光板2的左右，以使光源1a和1b相對(duì)置。光源1由發(fā)光二極管8和光波導(dǎo)9構(gòu)成，從發(fā)光二極管8發(fā)出的光在光波導(dǎo)9中行進(jìn)，同時(shí)，使光一點(diǎn)一點(diǎn)地向?qū)Ч獍?發(fā)射，由此使光均勻地向?qū)Ч獍?的側(cè)面發(fā)射。
3是配置在導(dǎo)光板2的出射面上的雙面棱鏡薄片，三角狀棱鏡列和圓柱狀棱鏡列在縱向延伸。4是放置在雙面棱鏡薄片之上的透射型液晶屏。11是操作按鈕。
下面，用圖20說(shuō)明其工作。如果把光源1a、1b交替點(diǎn)亮，并利用同步控制單元5(未圖示)與光源1a、1b的點(diǎn)亮同步地在透射型液晶屏4上顯示左右的視差圖像，則當(dāng)觀察者在透射型液晶屏4的正面時(shí)，觀察者能夠用左眼6a、右眼6b分別識(shí)別不同的視差圖像，可以實(shí)現(xiàn)用視差造成的立體視覺(jué)。
而且，當(dāng)觀察者使便攜式信息終端10傾斜、不從透射型液晶屏的正面而從右斜8°的角度觀看時(shí)，則右眼看著右16°，左眼看著右2°的位置。此時(shí)，用左右眼只能把右眼用的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此外，當(dāng)觀察者從左8°的角度觀看時(shí)，則左眼看著左16°，右眼看著左2°的位置。此時(shí)，用左右眼只能把左眼用的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此時(shí)，如果與右眼用光源1a和1b的點(diǎn)亮同步地交替顯示完全不同的圖像，則觀察者能夠根據(jù)觀看的角度來(lái)識(shí)別兩個(gè)不同的圖像。
這樣的顯示功能，在把作為圖像數(shù)據(jù)是完全不同的、但是作為內(nèi)容有關(guān)聯(lián)的圖像，例如地圖與道路指南、郵件的文件與附加的文件照片、兩種商品的照片加以比較時(shí)；以及把兩種商品的說(shuō)明書加以比較時(shí)，由于不進(jìn)行手指操作而是通過(guò)自然的動(dòng)作來(lái)比較，所以是有效的。
(實(shí)施方式3)圖21為用于說(shuō)明使用了用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式3的電子信息設(shè)備和顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖21中，在作為電子信息設(shè)備的便攜式電話機(jī)12中，配置有實(shí)施方式1的顯示裝置。在此，把顯示裝置配置成為在上下顯示不同的圖像。即，把光源1c和1d配置在導(dǎo)光板2的上下，以使光源1c和1d分別與該上下端對(duì)置。3是配置在導(dǎo)光板2的射出面上的雙面棱鏡薄片，三角狀棱鏡列和圓柱狀棱鏡列在左右方向上延伸。4是設(shè)置在雙面棱鏡薄片之上的透射型液晶屏。其它顯示裝置的細(xì)節(jié)由于與實(shí)施方式1一樣，所以省略其說(shuō)明。11是操作按鈕。
下面，用圖21說(shuō)明其工作。如果把光源1c、1d交替點(diǎn)亮，并利用同步控制單元5(未圖示)與點(diǎn)亮光源1c、1d同步地在透射型液晶屏4上顯示兩個(gè)不同的圖像，則當(dāng)觀察者使便攜式電話機(jī)12傾斜、不從透射型液晶屏的正面而從上斜2°～14°之間，例如，上6°的角度觀看時(shí)，則左右眼都看著上6°的位置，由此，只能把當(dāng)點(diǎn)亮配置在上側(cè)的光源1c時(shí)的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此外，當(dāng)觀察者從下2°～14°之間，例如，下6°的角度觀看時(shí)，則左右眼都看著下6°的位置。此時(shí)，用左右眼只能把當(dāng)點(diǎn)亮配置在下側(cè)的光源1d時(shí)的圖像作為通常的平面圖像來(lái)識(shí)別。此時(shí)，如果與光源1c和1d的點(diǎn)亮同步地交替顯示完全不同的圖像，則觀察者能夠根據(jù)觀看的角度來(lái)識(shí)別兩個(gè)不同的圖像。
在把光源這樣配置在上下的結(jié)構(gòu)中，由于圖像在左右沒(méi)有不同，所以沒(méi)有用左右眼同時(shí)識(shí)別不同圖像的情況，因此，能夠在廣大的角度范圍內(nèi)，目視兩個(gè)圖像不混的、單獨(dú)的、鮮明的圖像。此時(shí)，由于能夠目視的角度大，所以觀察者不需要把手腕固定在小角度處，因此，容易拿住便攜式電話機(jī)。
再有，把圖21的便攜式電話機(jī)朝著橫向，作為兩個(gè)圖像來(lái)放映視差圖像，當(dāng)觀察者從便攜式電話機(jī)12的透射型液晶屏的正面觀看時(shí)，無(wú)疑，能夠目視立體圖像。此時(shí)，必須把圖像顯示成為，在視差圖像的右眼用圖像進(jìn)入右眼、左眼用圖像進(jìn)入左眼的方向上朝著橫向的狀態(tài)下，所顯示的視差圖像的上下方向正確地朝著上下。
此外，在本實(shí)施方式中使用便攜式電話機(jī)進(jìn)行了說(shuō)明，但無(wú)疑在其它便攜式信息終端中也能夠利用。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明能夠得到在便攜式信息終端中適用的、能夠顯示立體視覺(jué)和在同一畫面上同時(shí)顯示不同畫面的顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，其特征在于包括導(dǎo)光板；分別配置在該導(dǎo)光板的兩個(gè)不同的光入射端面上的光源；雙面棱鏡薄片，其配置在上述導(dǎo)光板的光出射端側(cè)，在與上述導(dǎo)光板相對(duì)的面上具有向與上述導(dǎo)光板的光入射端面平行的方向延伸的三角形狀棱鏡列，在與上述面對(duì)置的面上具有與上述三角形狀棱鏡列平行地延伸的圓柱狀透鏡列；配置在該雙面棱鏡薄片的射出面?zhèn)鹊耐干湫惋@示屏；以及使上述透射型顯示屏與上述光源同步地顯示兩個(gè)不同的圖像的同步驅(qū)動(dòng)單元，且來(lái)自上述光源的光分別沿著左右不同的方向從上述透射型顯示屏射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于來(lái)自上述光源的光分別以與左右視差對(duì)應(yīng)的角度從上述透射型顯示屏射出。
3.一種顯示裝置，其特征在于包括導(dǎo)光板；分別配置在該導(dǎo)光板的兩個(gè)不同的光入射端面上的光源；雙面棱鏡薄片，其配置在上述導(dǎo)光板的光出射端側(cè)，在與上述導(dǎo)光板相對(duì)的面上具有向與上述導(dǎo)光板的光入射端面平行的方向延伸的三角形狀棱鏡列，在與上述面對(duì)置的面上具有與上述三角形狀棱鏡列平行地延伸的圓柱狀透鏡列；配置在該雙面棱鏡薄片的射出面?zhèn)鹊耐干湫惋@示屏；以及使上述透射型顯示屏與上述光源同步地顯示兩個(gè)不同的圖像的同步驅(qū)動(dòng)單元，且來(lái)自上述光源的光，分別沿著上下不同的方向從上述透射型顯示屏射出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于構(gòu)成為使形成上述圓柱狀透鏡列的圓柱透鏡的焦點(diǎn)位置與形成上述三角形狀棱鏡列的棱鏡的頂點(diǎn)一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于上述圓柱狀透鏡列的間距與雙面棱鏡薄片的厚度之比在1∶2.5～1∶4的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于上述三角形狀棱鏡列的棱鏡的頂角在56°～68°的范圍內(nèi)。
7.一種電子設(shè)備，其特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置。
全文摘要
提供一種顯示裝置和具有該顯示裝置的電子設(shè)備。該顯示裝置包括導(dǎo)光板；分別配置在該導(dǎo)光板的兩個(gè)不同的光入射端面上的光源；雙面棱鏡薄片，其配置在導(dǎo)光板的光出射端側(cè)，在與導(dǎo)光板相對(duì)的面上具有向與導(dǎo)光板的光入射端面平行的方向延伸的三角形狀棱鏡列，在與上述面對(duì)置的面上具有與上述三角形狀棱鏡列平行地延伸的圓柱狀透鏡列；配置在該雙面棱鏡薄片的射出面?zhèn)鹊耐干湫惋@示屏；以及同步驅(qū)動(dòng)單元，使上述透射型顯示屏與光源同步地顯示視差像，來(lái)自上述光源的光，從上述透射型顯示屏分別以與左右視差對(duì)應(yīng)的角度射出，能夠進(jìn)行立體顯示。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1678943SQ0382097
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者笹川智廣, 結(jié)城昭正, 菅原直人 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社