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JP2005114923A - 面光源及びそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

面光源及びそれを備えた液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】解像度の高い立体画像を表示することができ、しかも容易に製造することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル1の観察側とは反対側に、反射板9と、一方の面に複数の細長プリズム部11が互いに平行に並んだ入射面10aが形成され、他方の面に前記入射面10aから入射した光を出射する出射面10bが形成され、前記入射面10aを前記反射板9に対向させ、且つ前記反射板9との間に空間を設けて配置されたプリズムシート10と、前記反射板9とプリズムシート10との間の空間の両端側にそれぞれ配置され、前記空間内に向けて選択的に光を出射する第1と第2の光源部13a,13bとを備えた面光源8を配置し、制御手段17により、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次液晶表示パネル1の各画素に書込み、面光源8の観察側から見て右側の光源部13aから左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、左側の光源部13bから右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させるようにした。
【選択図】図1

Description

この発明は、液晶表示パネルに立体画像を表示させるための面光源及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
立体画像を表示する液晶表示装置としては、従来、液晶表示パネルの1列置きの画素により左眼用画像を、他の1列置きの画素により右眼用画像を表示し、その左眼用画像と右眼用画像とを、前記液晶表示パネルの一方の行の画素からの出射光と他方の行の画素からの出射光とを表示観察者の左眼方向と右眼方向とに振り分けるレンチキュラーレンズ、あるいは前記液晶表示パネルの画素行と平行な複数の透過部と遮光部が交互に並べてストライプ状に形成されたパララックスバリアを介して観察者の左眼と右眼とに観察させるようにしたものがある(特許文献1、2、3参照)。
特開平 3−119889号公報 特開平 7−005400号公報 特開平10−268230号公報
しかし、従来の立体画像を表示する液晶表示装置は、液晶表示パネルの1列置きの画素により左眼用画像を表示し、他の1列置きの画素により右眼用画像を表示するため、両方の画像の解像度が低い。
しかも、前記従来の液晶表示装置では、液晶表示パネルの画素ピッチに対応したレンズピッチのレンチキュラーレンズ、あるいは前記画素ピッチに対応した透過部ピッチのパララックスバリアを、その各レンズ部または透過部を前記液晶表示パネルの各行の画素に対し、予め定めた位置関係で精度良く対応させて配置しなければならず、したがって製造が難しい。
この発明は、液晶表示装置に解像度の高い立体画像を表示させ、しかも前記液晶表示装置を容易に製造することができる面光源を提供するとともに、前記面光源を備えた液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
この発明の面光源は、反射板と、透明シートの一方の面に二等辺三角形状の断面形状を有する複数の細長プリズム部が互いに平行に並んだ入射面が形成され、他方の面に前記入射面から入射した光を出射する出射面が形成されてなり、前記入射面を前記反射板に対向させ、且つ前記反射板との間に空間を設けて配置されたプリズムシートと、前記反射板と前記プリズムシートとの間の空間の前記細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の両端側にそれぞれ配置され、前記空間内に向けて選択的に光を出射する第1と第2の光源部とを備えることを特徴とする。
この面光源は、前記第1と第2の光源部からの光をそれぞれ、前記反射板と前記プリズムシートとの間の空間内を導いて前記プリズムシートに入射させ、その光を前記プリズムシートの入射面の複数の細長プリズム部により屈折させて前記プリズムシートの出射面から出射するものであり、前記第1の光源部からの光を、前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して前記第1の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光として出射し、前記第2の光源部からの光を、前記プリズムシートの出射面から前記法線に対して前記第2の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として出射する。
この発明の面光源において、前記第1と第2の光源部はそれぞれ、プリズムシートの複数の細長プリズム部と同程度の長さを有する帯板状をなし、その長さ方向に沿う2つの側面の一方に入射面が形成され、他方の側面に出射面が形成された光散乱性透明部材からなり、前記反射板と前記プリズムシートとの間の空間の側方に前記出射面を前記空間内に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を拡散して前記出射面から出射する導光板と、この導光板の前記入射面に対向させて配置された固体発光素子とからなっているのが望ましい。
また、前記プリズムシートは、その出射面が平坦面に形成され、前記入射面の複数の細長プリズム部の頂角が65°〜75°の範囲に設定されたものが望ましい。
さらに、前記プリズムシートは、その出射面に、複数の細長凸レンズ部が入射面の複数の細長プリズム部と平行に形成され、前記複数の細長プリズム部の頂角が60°〜80°の範囲に設定されたものが好ましい。
また、この発明の液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察側とは反対側に、前記プリズムシートの出射面を前記液晶表示パネルに対向させ、且つ前記プリズムシートの入射面の細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向を前記液晶表示パネルの左右方向に向けて配置された前記面光源と、前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、左側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる制御手段とを備えることを特徴とする。
すなわち、この液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列した表示エリアを有する液晶表示パネルの観察側とは反対側に、前記第1の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して前記第1の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光として出射し、前記第2の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面から前記法線に対して前記第2の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として出射する面光源を配置したものである。
この液晶表示装置は、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネルの各画素に書込み、前記左眼用画像データの書込みに同期させて前記面光源の右側(液晶表示パネルの観察側から見て右側)の光源部から光を出射させることにより、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して左側、つまり表示観察者の左眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させ、前記右眼用画像データの書込みに同期させて前記面光源の左側(液晶表示パネルの観察側から見て左側)の光源部から光を出射させることにより、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して右側、つまり表示観察者の右眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させるものであり、前記液晶表示パネルに前記左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とを順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させる。
この発明の液晶表示装置において、前記面光源は、赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する第1と第2の光源部を備えており、前記制御手段は、1つの立体画像を表示するための1フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるのが好ましい。
この発明の面光源は、前記第1の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して前記第1の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光として出射し、前記第2の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面から前記法線に対して前記第2の光源部とは反対方向に予め定めた角度傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として出射するため、この面光源を液晶表示パネルの観察側とは反対側に配置して液晶表示装置を構成し、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データと右眼用画像データの選択的な書込みに同期させて、前記面光源から、前記プリズムシートの法線に対して前記第1の光源部とは反対方向に傾いた第1の方向、つまり表示観察者の左右の眼のうちの一方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記プリズムシートの法線に対して前記第2の光源部とは反対方向に傾いた第2の方向、つまり前記観察者の他方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光とを前記液晶表示パネルに向けて出射することにより、前記液晶表示パネルに、左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とをそれぞれ前記液晶表示パネルの全ての画素を使用して順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させることができる。
したがって、前記面光源によれば、前記液晶表示装置に解像度の高い立体画像を表示させることができ、しかも、前記面光源は、前記反射板と、前記反射板との間に空間を設けて配置された前記プリズムシートと、前記反射板とプリズムシートとの間の空間の両端側にそれぞれ配置された第1と第2の光源部とからなる簡単な構成であるため、前記液晶表示装置を容易に製造することができる。
この発明の面光源において、前記第1と第2の光源部はそれぞれ、前記プリズムシートの複数の細長プリズム部と同程度の長さを有する帯板状をなし、その長さ方向に沿う2つの側面の一方に入射面が形成され、他方の側面に出射面が形成された光散乱性透明部材からなり、前記反射板と前記プリズムシートとの間の空間の側方に前記出射面を前記空間内に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を拡散して前記出射面から出射する導光板と、この導光板の前記入射面に対向させて配置された固体発光素子とからなっているのが望ましく、このようにすることにより、前記固体発光素子が発する点状の光を前記導光板により拡散して前記プリズムシートの複数の細長プリズム部の全長にわたる幅の光を前記反射板とプリズムシートとの間の空間内に入射させ、前記プリズムシートの出射面の全域から、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光とを出射することができる。
また、この発明の面光源において、前記プリズムシートは、その出射面が平坦面に形成され、前記入射面の複数の細長プリズム部の頂角が65°〜75°の範囲に設定されたものが望ましく、このようにすることにより、前記第1及び第2の光源部からの光をそれぞれ、効果的に、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として前記プリズムシートの出射面から出射することができる。
さらに、前記プリズムシートは、その出射面に、複数の細長凸レンズ部が入射面の複数の細長プリズム部と平行に形成され、前記複数の細長プリズム部の頂角が60°〜80°の範囲に設定されたものが好ましく、このようにすることにより、前記第1及び第2の光源部からの光をそれぞれ、より効果的に、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として前記プリズムシートの出射面から出射することができる。
また、この発明の液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列した表示エリアを有する液晶表示パネルの観察側とは反対側に前記面光源を、前記プリズムシートの出射面を前記液晶表示パネルに対向させ、且つ前記プリズムシートの入射面の細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向を前記液晶表示パネルの左右方向に向けて配置し、制御手段により、前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、左側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させるようにしたものであるため、前記左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とをそれぞれ前記液晶表示パネルの全ての画素を使用して順次表示し、表示観察者に立体画像を観察させることができる。
したがって、この液晶表示装置によれば、解像度の高い立体画像を表示することができ、しかも、前記面光源の構成が簡単であるため、この液晶表示装置を容易に製造することができる。
この発明の液晶表示装置において、前記面光源は、赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する第1と第2の光源部を備えており、前記制御手段は、1つの立体画像を表示するための1フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるのが好ましく、このようにすることにより、フィールドシーケンシャル表示によって解像度の高い立体カラー画像を表示することができる。
図1〜図5はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は液晶表示装置の分解斜視図、図2は前記液晶表示装置の側面図である。
この液晶表示装置は、図1及び図2のように、複数の画素(図示せず)がマトリックス状に配列した表示エリアAを有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用及び右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示パネル1と、前記液晶表示パネル1の観察側(図において上側)とは反対側に配置された面光源8と、前記液晶表示パネル1と面光源8とを駆動する制御手段17とを備えている。
前記液晶表示パネル1は、TFT(薄膜トランジスタ)をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示パネルであり、その内部構造は図示しないが、枠状のシール材を介して接合された一対の透明基板2,3の対向する内面のうち、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板2の内面に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の透明な画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のTFTと、各行のTFTにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のTFTにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線とが設けられ、他方の観察側基板3の内面に、前記複数の画素電極とそれぞれ対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する一枚膜状の透明な対向電極が設けられ、これらの基板2,3間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層が設けられ、前記一対の基板2,3の外面にそれぞれ偏光板4,5が配置された構成となっている。
なお、この液晶表示パネル1は、例えば、前記液晶層の液晶分子を一対の基板2,3間において実質的に90°のツイスト角でツイスト配向させたTN(ツイステッドネマティック)型液晶表示パネル、あるいは、前記液晶層の液晶分子を一方の方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させた非ツイストのホモジニアス配向型液晶表示パネルであり、前記一対の基板2,3の外面に、一対の偏光板4,5が、それぞれの透過軸を実質的に直交させるか、あるいは実質的に平行にして配置されている。
また、この液晶表示パネル1の観察側とは反対側の基板2には、その行方向の一端縁と列方向の一端縁とに、観察側基板3の外方に張出すドライバ搭載部2a,2bが形成されており、前記複数のゲート配線は、行方向のドライバ搭載部2aに搭載されたゲート側ドライバ6に接続され、前記複数のデータ配線は、列方向のドライバ搭載部2bに搭載されたデータ側ドライバ7に接続され、前記対向電極は、前記シール材による基板接合部に設けられたクロス接続部と前記ドライバ搭載部2a,2bの一方または両方に形成された対向電極接続配線を介して前記ゲート側ドライバ6とデータ側ドライバ7の一方または両方の基準電位に接続されている。
前記面光源8は、前記液晶表示パネル1の法線に対して表示観察者の左右の眼のうちの一方の眼の方向に予め定めた角度傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記法線に対して前記観察者の他方の眼の方向に予め定めた角度傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光とを前記液晶表示パネル1に向けて出射するものであり、この面光源8は、反射板9と、前記反射板9の反射面(図において上面)に対向させて配置されたプリズムシート10と、第1と第2の光源部13a,13bとからなっている。
この面光源8の反射板9は、前記液晶表示パネル1の表示エリアAの全域に対向する面積を有する鏡面反射板であり、例えば、白色PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に銀からなる反射皮膜が250nm〜300nmの膜厚に形成され、その上に腐食防止用透明膜が形成された、略完全な鏡面反射性を有する反射板からなっている。
また、前記プリズムシート10は、前記液晶表示パネル1の表示エリアAの全域に対向する面積を有するアクリル樹脂等からなる透明シートの一方の面に、二等辺三角形状の断面形状を有する複数の細長プリズム部11が互いに平行に並んだ入射面10aが形成され、他方の面に、前記入射面10aから入射した光を出射する平坦な出射面10bが形成されたものであり、このプリズムシート10の前記複数の細長プリズム部11を除く部分の厚さdは約200μm、前記複数の細長プリズム部11の頂角αは65°〜75°の範囲に設定されている。
なお、図では便宜上、前記複数の細長プリズム部11を大きく誇張して示しているが、これらの細長プリズム部11は、前記液晶表示パネル1の画素ピッチと同程度またはそれ以下のピッチPで密に並べて形成されている。この複数の細長プリズム部11のピッチPは、30μm〜150μmの範囲であり、好ましくは40μm〜60μmである。
前記プリズムシート10は、前記複数の細長プリズム部11が形成された入射面10aを前記反射板9に対向させ、且つ前記反射板9との間に空間を設けて配置されており、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間の前記細長プリズム部11の頂部に対応する部分の高さHは、2mm〜7mmの範囲、好ましくは4mm〜6mmに設定されている。
そして、前記第1と第2の光源部13a,13bは、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間の前記細長プリズム部11の長さ方向に対して直交する方向の両端側にそれぞれ配置されている。
この第1と第2の光源部13a,13bはそれぞれ、前記プリズムシート10の複数の細長プリズム部11と同程度の長さを有する帯板状をなし、その長さ方向に沿う2つの側面の一方に入射面14aが形成され、他方の側面に出射面14bが形成された光散乱性透明部材からなり、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間の側方に前記出射面14bを前記空間内に対向させて前記細長プリズム部11と平行に配置され、前記入射面から入射した光を拡散して前記出射面から出射する導光板14と、この導光板14の前記入射面14aに対向させて配置された複数の固体発光素子16とからなっている。
前記導光板14は、例えば、アクリル樹脂等の透明樹脂中に屈折率の異なるSiO等の粒子を分散させた透明部材からなっており、その対向する2つの板面(図において上下面)のうち、一方の板面は平坦面に形成され、他方の板面は前記入射面14a側から出射面14b側に向かって前記一方の板面から離間する方向に傾斜する傾斜面に形成されている。
この導光板14の前記傾斜面の傾斜角(平坦面に対する角度)は、10°以下、好ましくは2°〜4°の範囲に設定され、前記入射面14aと出射面14bとの間の幅Wは5mm〜20mm、好ましくは15mm〜20mmに設定されており、前記入射面14aの高さは1mm〜2mm、出射面14bの高さは3mm〜4mmに設定されている。
そして、前記第1と第2の光源部13a,13bの導光板14はそれぞれ、前記プリズムシート10の端縁よりも外方に、前記平坦面を前記反射板9側に向けるとともに、前記プリズムシート10の端縁と前記導光板14の出射面14bとの間の距離Lを2mm〜10mm、好ましくは4mm〜6mmに設定して配置されている。
また、前記反射板9は、前記プリズムシート10の入射面10aの細長プリズム部11の長さ方向に対して直交する方向の両端部に、前記導光板14の配置部まで延長された張り出し部を有しており、この張り出し部の上に、前記導光板14の前記平坦面が貼り付けられている。
さらに、前記導光板14の傾斜面には、その全面にわたって、前記反射板9と同じ構造の鏡面反射膜15が貼り付けられている。
また、前記固体発光素子16は、LED(発光ダイオード)を透明樹脂でモールドしたものであり、この固体発光素子16は、前記導光板14の入射面14aの高さ(1mm〜2mm)と同じかあるいはそれよりも小さい高さの出射面を有しており、その出射面を前記導光板14の入射面14aに対向させて配置されている。
なお、図1では、第1と第2の光源部13a,13bにそれぞれ3個ずつの固体発光素子16を備えさせ、これらの固体発光素子16を、前記導光板14の長さ方向に間隔をおいて配置しているが、各光源部13a,13bの固体発光素子16の数とその配置間隔は、前記導光板14の長さに応じて、その入射面14aから入射し、前記導光板14により拡散された光が、この導光板14の出射面14bの全域から均等な輝度分布で出射するように設定される。
前記面光源8は、前記第1と第2の光源部13a,13bからの光をそれぞれ、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間内を導いて前記プリズムシート10に入射させ、その光を前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11により屈折させて前記プリズムシート10の出射面10bから出射するものであり、前記第1の光源部13aからの光を、前記プリズムシート10の出射面10bからこのプリズムシート10の法線に対して前記第1の光源部13aとは反対方向に予め定めた角度傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光として出射し、前記第2の光源部13bからの光を、前記プリズムシート10の出射面10bから前記法線に対して前記第2の光源部13bとは反対方向に予め定めた角度傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として出射する。
図3は前記面光源8からの前記第1の光の出射経路を示しており、このときは、第1の光源部13aの固体発光素子16が点灯され、第2の光源部13bの固体発光素子16は消灯される。
前記第1の光源部13aの複数の固体発光素子16から出射した光は、前記第1の光源部13aの導光板14にその入射面14aから入射してこの導光板14により拡散され、この導光板14の出射面14bの全域から、均等な輝度分布で前記反射板9とプリズムシート10との間の空間内に向かって出射する。
なお、前記導光板14は、その対向する2つの板面を前記反射板9の張り出し部と前記鏡面反射膜15とにより挟まれているため、この導光板14にその入射面14aから入射した光のほとんどが効率良く前記出射面14bの全域から出射する。
そして、前記導光板14は、前記反射板9側とは反対側の板面が、前記入射面14a側から出射面14b側に向かって前記反射板9側の板面から離間する方向に傾斜する傾斜面に形成されているため、前記出射面14bの全域から前記反射板9と平行な面よりも僅かにプリズムシート10の方向に傾いた方向に強い指向性をもった光を出射する。
前記導光板14の出射面14bから出射して前記空間内に入射した光は、前記空間内を導かれ、図3に矢線で示したように、前記プリズムシート10の入射面10aに、直接、または前記反射板9により正反射されて入射する。
なお、上述したように、前記導光板14の傾斜面の傾斜角は10°以下(好ましくは2°〜4°の範囲)に設定され、前記プリズムシート10の端縁と前記導光板14の出射面14bとの間の距離Lは2mm〜10mm(好ましくは4mm〜6mm)に設定されているため、前記導光板14の出射面14bから出射して前記空間内に入射した光のうち、前記プリズムシート10に直接入射する光は、このプリズムシート10の入射面10aの略全域に入射する。
また、前記反射板9は、上述したように略完全な鏡面反射性を有しているため、前記反射板9により正反射された光のうち、前記反射板9の長さ方向(細長プリズム部11の長さ方向に対して直交する方向)における略中間から前記第1の光源部13a側の領域で反射された光が前記プリズムシート10の入射面10aの略全域に入射し、前記略中間から第2の光源部13b側の領域で反射された光は、前記空間内から前記第2の光源部13b側の外部空間に放出される。
すなわち、前記導光板14の出射面14bから出射して前記空間内に入射した光のうち、前記プリズムシート10の入射面10aに向かう光と、前記反射板9により正反射された光のうちの前記反射板9の略中間から前記第1の光源部13a側の領域で反射された一次反射光とが、前記プリズムシート10の入射面10aの略全域に入射する。
前記プリズムシート10の入射面10aに入射した光は、その入射面10aの複数の細長プリズム部11の前記第1の光源部13a側の側面と前記空間内の空気層との界面により、プリズムシート10の法線に対する角度が小さくなる方向に屈折されて前記プリズムシート10内に入射し、このプリズムシート10の出射面10bから、前記法線に対して前記第1の光源部13aとは反対方向に予め定めた角度θ傾いた第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光となって出射する。
図4は前記面光源8からの前記第2の光の出射経路を示しており、このときは、第2の光源部13bの固体発光素子16が点灯され、第1の光源部13aの固体発光素子16は消灯される。
この第2の光の出射経路は、図3に示した第1の光の出射経路に対して左右対象であり、前記第2の光源部13bの固体発光素子16から出射した光は、前記第1の光源部13aの導光板14にその入射面14aから入射してこの導光板14により拡散され、この導光板14の出射面14bの全域から、均等な輝度分布で前記反射板9とプリズムシート10との間の空間内に向かって出射し、前記空間内に入射した光のうち、前記プリズムシート10の入射面10aに向かう光と、前記反射板9により正反射された光のうちの前記反射板9の略中間から前記第2の光源部13b側の領域で反射された一次反射光とが、前記プリズムシート10の入射面10aの略全域に入射する。
前記プリズムシート10の入射面10aに入射した光は、その入射面10aの複数の細長プリズム部11の前記第2の光源部13b側の側面と前記空間内の空気層との界面により、プリズムシート10の法線に対する角度が小さくなる方向に屈折されて前記プリズムシート10内に入射し、このプリズムシート10の出射面10bから、前記法線に対して前記第2の光源部13bとは反対方向に予め定めた角度θ傾いた第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光となって出射する。
図3に示した第1の指向性光と、図4に示した第2の指向性光の出射光強度のピーク方向は、主に、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αと、前記反射板9とプリズムシート10との間の空間の前記細長プリズム部11の頂部に対応する部分の高さHと、前記第1及び第2の光源部13a,13bの導光板14の傾斜面(反射板9側とは反対側の板面)の傾斜角とによって決まり、例えば、細長プリズム部11の頂角αを70°、前記空間の細長プリズム部11の頂部に対応する部分の高さHを5mm、前記第1及び第2の光源部13a,13bの導光板14の傾斜面の傾斜角を3°に設定することにより、前記プリズムシート10の法線に対する角度θ,θが約7°の方向に出射光強度のピークをもった第1と第2の指向性光を出射することができる。
図5は、前記面光源8から出射する前記第1と第2の指向性光の強度分布図である。なお、図5において、横軸の視角は、前記面光源8の出射側(液晶表示パネル1の観察側)から見た、前記プリズムシート10の入射面10aの細長プリズム部11の長さ方向に対して直交する方向における出射光の観察角であり、正の視角は、前記プリズムシート10の法線に対して第1の光源部13aとは反対方向の角度、負の視角は、前記法線に対して第2の光源部13bとは反対方向の角度である。
この面光源8は、上述したように、前記第1の光源部13aから出射して前記反射板9とプリズムシート10との間の空間内に入射した光のうち、前記プリズムシート10の入射面10aに向かう光と、前記反射板9により正反射された光のうちの前記反射板9の略中間から前記第1の光源部13a側の領域で反射された一次反射光とを前記プリズムシート10に入射させ、前記第2の光源部13bから出射して前記空間内に入射した光のうち、前記プリズムシート10の入射面10aに向かう光と、前記反射板9により正反射された光のうちの前記反射板9の略中間から前記第2の光源部13b側の領域で反射された一次反射光とを前記プリズムシート10に入射させるようにしているため、前記第1と第2の指向性光はそれぞれ、図5のように、前記プリズムシート10の法線に対して前記指向性光の出射光強度のピーク方向とは反対方向に出射する光強度が0に近い強度分布の光である。
なお、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αは65°〜75°の範囲、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間の前記細長プリズム部11の頂部に対応する部分の高さHは2mm〜7mmの範囲(好ましくは4mm〜6mm)、前記第1及び第2の光源部13a,13bの導光板14の傾斜面の傾斜角は10°以下(2°〜4°)であればよく、これらの値を前記範囲内で組み合わせることにより、前記プリズムシート10の法線に対する角度θ,θが約7の方向に出射光強度のピークをもった第1と第2の指向性光を出射することができる。
そのため、前記面光源8を前記液晶表示パネル1の観察側とは反対側に配置して液晶表示装置を構成し、前記液晶表示パネル1の複数の画素への左眼用画像データと右眼用画像データの選択的な書込みに同期させて、前記面光源8から、前記プリズムシート10の出射面10bの法線に対して前記第1の光源部13aとは反対方向に傾いた第1の方向、つまり表示観察者の左右の眼のうちの一方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記プリズムシート10の出射面10bの法線に対して前記第2の光源部13bとは反対方向に傾いた第2の方向、つまり前記観察者の他方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光とを前記液晶表示パネル1に向けて出射することにより、前記液晶表示パネル1に、左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とをそれぞれ前記液晶表示パネル1の全ての画素を使用して順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させることができる。
したがって、前記面光源8によれば、前記液晶表示装置に解像度の高い立体画像を表示させることができ、しかも、前記面光源8は、前記反射板9と、前記反射板9との間に空間を設けて配置された前記プリズムシート10と、前記反射板9とプリズムシート10との間の空間の両端側にそれぞれ配置された第1と第2の光源部13a,13bとからなる簡単な構成であるため、前記液晶表示装置を容易に製造することができる。
また、前記面光源8は、前記第1と第2の光源部13a,13bをそれぞれ、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11と同程度の長さを有する帯板状をなし、その長さ方向に沿う2つの側面の一方に入射面14aが形成され、他方の側面に出射面14bが形成された光散乱性透明部材からなり、前記反射板9と前記プリズムシート10との間の空間の側方に前記出射面14bを前記空間内に対向させて配置され、前記入射面14aから入射した光を拡散して前記出射面14bから出射する導光板14と、この導光板14の前記入射面14aに対向させて配置された固体発光素子16とにより構成しているため、前記固体発光素子16が発する点状の光を前記導光板14により拡散して前記プリズムシート10の入射面10aの細長プリズム部11の全長にわたる幅の光を前記反射板9とプリズムシート10との間の空間内に入射させ、前記プリズムシート10の出射面10bの全域から、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光とを出射することができる。
さらに、この実施例では、面光源8のプリズムシート10の出射面を平坦面に形成し、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αを65°〜75°の範囲に設定しているため、前記第1及び第2の光源部13a,13bからの光をそれぞれ、効果的に、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として前記プリズムシート10の出射面10bから出射することができる。
前記面光源8は、図1及び図2に示したように、前記液晶表示パネル1の観察側とは反対側に、前記プリズムシート10の出射面10bを前記液晶表示パネル1に対向させ、且つ前記プリズムシート10の入射面10aの細長プリズム部11の長さ方向に対して直交する方向を前記液晶表示パネル1の左右方向に向けて配置されている。
この実施例では、前記面光源8を、第1の光源部13aの配置側を前記液晶表示パネル1の観察側から見て右側に向け、第2の光源部13bの配置側を前記観察側から見て左側に向けて配置し、前記第1の光源部13aからの光を前記プリズムシート10の出射面10bから表示観察者の左眼の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の指向性光として出射し、前記第2の光源部13bからの光を前記プリズムシート10の出射面10bから表示観察者の右眼の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の指向性光として出射するようにしている。
以下、前記面光源8の第1と第2の光源部13a,13bのうち、前記液晶表示パネル1の観察側から見て右側(図1及び図2では左側)の第1の光源部13aを左眼用光源部と言い、前記観察側から見て左側(図1及び図2では右側)の第2の光源部13bを右眼用光源部と言う。
次に、前記液晶表示パネル1と面光源8とを駆動する制御手段17について説明すると、この制御手段17は、その具体的な構成は図示しないが、前記液晶表示パネル1のゲート側ドライバ6及びデータ側ドライバ7を制御する書込み制御回路と、前記面光源8の左眼用光源部13a及び右眼用光源部13bからの光の出射(固体発光素子16の点灯)を制御する照明制御回路とからなっている。
この制御手段17は、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネル1の各画素に書込み、前記面光源8の第1と第2の光源部13a,13bのうち、前記液晶表示パネル1の観察側から見て右側の第1の光源部、つまり左眼用光源部13aから、前記左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、前記観察側から見て左側の第2の光源部、つまり右眼用光源部13bから、前記右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる。
この実施例では、前記面光源8の第1と第2の光源部13a,13bにそれぞれ、赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する固体発光素子16を備えさせ、前記制御手段17を、1つの立体画像を表示するための1フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネル1の各画素に書込み、前記面光源8の第1と第2の光源部13a,13bのうち、前記液晶表示パネル1の観察側から見て右側の左眼用光源部13aから、前記赤、緑、青の3色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、前記観察側から見て左側の右眼用光源部13bから、前記赤、緑、青の3色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるように構成している。
前記面光源8の第1と第2の光源部13a,13bの固体発光素子16は、その内部構造は図示しないが、赤色光を発する赤色LEDと、緑色光を発する緑色LEDと、青色光を発する青色LEDとを備えており、これらのLEDを選択的に駆動され、赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する。
また、前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと、右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データは、例えば、予め定めた間隔で配置された左右2つの撮像レンズを有するデジタルカメラにより撮像したカラー画像の左側レンズによる赤、緑、青の各色成分の画像データと、右側レンズによる赤、緑、青の各色成分の画像データである。
この液晶表示装置は、1つの立体画像を表示するための1フレームの間に、前記制御手段17により、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データを任意の順序で選択して順次前記液晶表示パネル1の各画素に書込み、前記制御手段17により前記面光源8の左眼用光源部13aと右眼用光源部13bの固体発光素子16の点灯を制御し、前記面光源8から、前記液晶表示パネル1の各画素に書込まれた単位色画像データに対応する色及び指向性をもった照明光を、前記単位色画像データの書込みに同期させて出射させることにより、前記1フレームの間に左眼用の赤色画像、緑色画像、青色画像と、右眼用の赤色画像、緑色画像、青色画像との計6つの単位色画像を予め定めた順序で順次表示する。
すなわち、この液晶表示装置は、1つの立体画像を表示するための1フレームを6フィールドで形成し、その各フィールド毎に、左眼用赤色画像、左眼用緑色画像、左眼用青色画像、右眼用赤色画像、右眼用緑色画像、右眼用青色画像の6つの単位色画像の1つを任意の順序で順次表示するフィールドシーケンシャル表示を行なうものであり、この液晶表示装置によれば、前記6つの単位色画像をそれぞれ前記液晶表示パネルの全ての画素を使用して表示し、前記6つの単位色画像が重なって見える立体カラー画像を観察させることができるため、解像度の高い立体カラー画像を表示することができる。
なお、この液晶表示装置において、前記1フレームは1/30秒以下、前記1フィールドは1/180秒以下に設定するのが好ましく、このようにすることにより、ちらつきの無い良好な品質の立体カラー画像を表示することができる。
しかも、この液晶表示装置は、前記面光源8の構成が上述したように簡単であるため、容易に製造することができる。
なお、この液晶表示装置は、立体カラー画像だけでなく、平面画像をフィールドシーケンシャル表示することも可能であり、その場合は、左右いずれか一方の眼用の赤、緑、青の単位色画像データ、または1つの撮像レンズにより撮像した赤、緑、青の単位色画像データを順次前記液晶表示パネル1の各画素に書込み、前記単位色画像データの書込みに同期させて、書込まれた単位色画像データに対応する色の左眼用と右眼用の照明光を同時に前記面光源8から出射させればよい。
図6はこの発明の第2の実施例を示す面光源の側面図であり、この実施例の面光源8は、プリズムシート10の出射面10bに、複数の細長凸レンズ部12を前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11と平行に形成し、前記複数の細長プリズム部11の頂角αを60°〜80°の範囲に設定したものであり、前記複数の細長プリズム部11及び細長凸レンズ部12のピッチP,Pは、30μm〜150μmの範囲、好ましくは30μm〜40μmに設定されている。
なお、この実施例の面光源8は、プリズムシート10の出射面10bに複数の細長凸レンズ部12を形成し、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αと、前記複数の細長プリズム部11及び細長凸レンズ部12のピッチP,Pはを上記のように設定したものであるが、他の構成は、上述した第1の実施例と同じであるから、重複する説明は省略する。
この面光源8は、プリズムシート10の出射面10bに、複数の細長凸レンズ部12を前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11と平行に形成したものであるため、前記第1及び第2の光源部13a,13bから出射し、前記プリズムシート10の出射面10bから出射する第1及び第2の指向性光の出射光強度のピークの方向を前記細長凸レンズ部12の集光作用により略同じ方向に向けることができ、したがって、前記第1及び第2の光源部13a,13bからの光をそれぞれ、より効果的に、前記第1の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第1の光と、前記第2の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第2の光として前記プリズムシート10の出射面10bから出射することができる。
また、この面光源8では、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αを上述したように60°〜80°の範囲に設定しているため、前記プリズムシート10の法線に対して約7の方向に出射光強度のピークをもった第1と第2の指向性光を出射することができる。
なお、上記第1及び第2の実施例の面光源8は、第1と第2の指向性光の出射光強度のピークが存在する方向がそれぞれプリズムシート10の法線に対して約7°傾いた方向になるように設計されたものであるが、前記第1と第2の指向性光の出射光強度のピークが存在する方向は、液晶表示装置の用途による表示の観察距離に応じて、前記左眼用照明光及び右眼用照明光の強度のピークが存在する方向が表示観察者の左右の眼に向かう方向に一致するように設計すればよく、それに合わせて、前記プリズムシート10の入射面10aの複数の細長プリズム部11の頂角αまたは、前記細長プリズム部11の頂角αと前記プリズムシート10の出射面10bの細長凸レンズ部12の曲率とを設定すればよい。
また、上記実施例の液晶表示装置は、カラーフィルタを備えない液晶表示パネル1を用い、前記面光源8に赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する左眼用及び右眼用光源部13a,13bを備えさせることにより、フィールドシーケンシャル表示によって立体カラー画像を表示するものであるが、この発明は、液晶表示パネルにその複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の3色のカラーフィルタを備えさせ、前記面光源8に白色光を出射する左眼用及び右眼用光源部を備えさせた液晶表示装置にも適用することができ、その場合は、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の左眼用の発光素子から、前記左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、右眼用発光素子から、前記右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させることにより、左眼用のカラー画像と右眼用のカラー画像とを交互に順次表示し、これらの画像が重なって見える立体画像を観察させればよい。
この発明の第1の実施例を示す液晶表示装置の分解斜視図。 前記液晶表示装置の側面図。 前記液晶表示装置の面光源からの第1の光の出射経路を示す図。 前記面光源からの第2の光の出射経路を示す図。 前記面光源から出射する第1と第2の光の強度分布図。 この発明の第2の実施例を示す面光源の側面図。
符号の説明
1…液晶表示パネル、A…表示エリア、8…面光源、9…反射板、10…プリズムシート、10a…入射面、10b…出射面、11…細長プリズム部、12…細長凸レンズ部、13a,13b…光源部、14…導光板、14a…入射面、14b…出射面、15…反射膜、16…固体発光素子、17…制御手段。

Claims (6)

  1. 反射板と、
    透明シートの一方の面に二等辺三角形状の断面形状を有する複数の細長プリズム部が互いに平行に並んだ入射面が形成され、他方の面に前記入射面から入射した光を出射する出射面が形成されてなり、前記入射面を前記反射板に対向させ、且つ前記反射板との間に空間を設けて配置されたプリズムシートと、
    前記反射板と前記プリズムシートとの間の空間の前記細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の両端側にそれぞれ配置され、前記空間内に向けて選択的に光を出射する第1と第2の光源部と、
    を備えることを特徴とする面光源。
  2. 第1と第2の光源部はそれぞれ、プリズムシートの複数の細長プリズム部と同程度の長さを有する帯板状をなし、その長さ方向に沿う2つの側面の一方に入射面が形成され、他方の側面に出射面が形成された光散乱性透明部材からなり、反射板と前記プリズムシートとの間の空間の側方に前記出射面を前記空間内に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を拡散して前記出射面から出射する導光板と、この導光板の前記入射面に対向させて配置された固体発光素子とからなっていることを特徴とする請求項1に記載の面光源。
  3. プリズムシートの出射面は平坦面に形成されており、入射面の複数の細長プリズム部の頂角は65°〜75°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の面光源。
  4. プリズムシートの出射面に、複数の細長凸レンズ部が入射面の複数の細長プリズム部と平行に形成されており、前記複数の細長プリズム部の頂角は60°〜80°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の面光源。
  5. 複数の画素がマトリックス状に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルの観察側とは反対側に、プリズムシートの出射面を前記液晶表示パネルに対向させ、且つ前記プリズムシートの入射面の細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向を前記液晶表示パネルの左右方向に向けて配置された請求項1に記載の面光源と、
    前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、左側の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる制御手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 面光源は、赤、緑、青の3色の光を選択的に出射する第1と第2の光源部を備えており、制御手段は、1つの立体画像を表示するための1フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の第1と第2の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の3色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の3色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
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