JP2001188230A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
き、かつ、表示ムラや画像ボケのない、高画質な画像を
表示できる液晶表示装置を提供する。 【解決手段】液晶表示パネルと、コリメート光を入射す
るバックライト部と、光拡散板とを有し、かつ、コリメ
ート光の平均的な射出ピッチをp、コリメート光の広が
り角をθ、光コリメート板から液晶表示パネルの液晶層
の光コリメート板側の界面までの距離をL、液晶表示パ
ネルの液晶層の光拡散板側の界面から光拡散板までの距
離をd、液晶表示パネルの画素サイズをAとした際に、
式「p/tanθ≦L」、「d×tanθ≦A」の少な
くとも一方を満たすことにより、前記課題を解決する。
Description
術分野に属し、詳しくは、広い視野角にわたって高コン
トラストな画像を表示することができる液晶表示装置に
関する。
のディスプレイとして、液晶表示装置(LCD)の使用
頻度が大幅に増大している。また、LCDは、超音波診
断装置、CT診断装置、MRI診断装置等の、従来は、
CRT(Cathode Ray Tube)が主流であった医療用診断装
置のモニタとしても利用が検討されている。
量である等、非常に多くの利点を有する。その反面、視
野角特性が悪く(視野角が狭く)、すなわち、見る方向
や角度によって画像のコントラストが急激に低下してし
まい、また、階調の反転も生じ、画像の見え方が異な
る。そのため、観察者の位置等によっては、画像を適正
に観察することができないという問題点が有る。特に、
前述のような医療用の用途では、誤診を防ぐためにも適
正な画像観察は重要であり、しかも、画像の濃淡で診断
を行うため、特に、広い視野角にわたって、コントラス
ト比の高い表示画像が要求される。さらに、医療用のモ
ニタでは、表示画像は、通常はモノクロ画像であるた
め、視野角に依存する画像コントラストの低下が激し
く、より問題となる。
クライトとしてコリメート光(平行光)を用い(コリメ
ートバックライト)、さらに、液晶表示パネルを通過し
た、画像を担持する光を、光拡散板で拡散させる方法が
知られている。この方法によれば、液晶表示パネルが有
する視野角を広くして、広い視野角に渡って高いコント
ラストな画像表示ができるLCDが得られる。
特性と液晶表示パネルの特性とが合わない場合には、表
示ムラや画像のボケを生じてしまうことがある。例え
ば、コリメート光の平均的な射出ピッチが液晶表示パネ
ルの画素サイズよりも大きいと、液晶表示パネルの各画
素に入射するバックライトの光量が異なってしまい、そ
の結果、表示画像にムラが生じてしまう。特に、医療用
途においては、画像の非適正な認識は、誤診や診断結果
の食い違い等の原因となるため、表示ムラや画像ボケ
は、大きな問題となる。
従来技術の問題点を解決することにあり、コリメートバ
ックライトと光拡散板とを組み合わせて利用することに
より、広い視野角に渡って、コントラストの高い画像を
表示でき、かつ、この広視野角化におけるコリメート光
および液晶表示パネルの特性に起因して生じる、表示ム
ラや画像ボケのない、高画質な画像を表示できる液晶表
示装置を提供することにある。従って、本発明の液晶表
示装置は、表示ムラや画像ボケのない高画質な画像表示
を、広い視野角に渡って高いコントラストで行うことが
できる。
に、本発明の第1の態様は、液晶表示パネルと、光コリ
メート板を用いて前記液晶表示パネルにコリメート光を
入射するバックライト部とを有し、かつ、前記コリメー
ト光の平均的な射出ピッチをp、前記コリメート光の広
がり角をθ、前記光コリメート板から液晶表示パネルの
液晶層の光コリメート板側の界面までの距離をLとした
際に、下記式「p/tanθ≦L」を満たすことを特徴
とする液晶表示装置を提供する。
ネルと、光コリメート板を用いて前記液晶表示パネルに
コリメート光を入射するバックライト部と、前記液晶表
示パネルを通過した画像を担持する光を拡散する光拡散
板を有し、かつ、前記コリメート光の広がり角をθ、前
記液晶表示パネルの液晶層の光拡散板側の界面から光拡
散板までの距離をd、前記液晶表示パネルの画素サイズ
をAとした際に、下記式「d×tanθ≦A」を満たす
ことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
パネルと、光コリメート板を用いて前記液晶表示パネル
にコリメート光を入射するバックライト部と、前記液晶
表示パネルを通過した画像を担持する光を拡散する光拡
散板とを有し、かつ、前記コリメート光の平均的な射出
ピッチをp、前記コリメート光の広がり角をθ、前記光
コリメート板から液晶表示パネルの液晶層の光コリメー
ト板側の界面までの距離をL、前記液晶表示パネルの液
晶層の光拡散板側の界面から光拡散板までの距離をd、
前記液晶表示パネルの画素サイズをAとした際に、下記
式「p/tanθ≦L」「d×tanθ≦A」を満たす
ことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
部は、光コリメート板に加え、光源と、前記光源を収容
する内壁が拡散反射層で覆われたランプハウジングとを
有し、さらに、前記光コリメート板が、レンズ基板、前
記レンズ基板に支持される光をコリメート光にする多数
のレンズ、前記レンズの光軸と一致する光入射部以外を
覆ってレンズ基板に形成される拡散反射層、および前記
光入射部以外を覆ってレンズ基板に形成される前記拡散
反射層よりもレンズ側の遮光層を有するものであるのが
好ましく、また、前記コリメート光の広がり角θが±1
0°以下であるのが好ましく、さらに、前記液晶表示パ
ネルがモノクロの液晶表示パネルであるのが好ましい。
いて、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に
説明する。
念的に示す。図1に示される液晶表示装置10は、画像
の表示手段として液晶表示パネル12を利用する、いわ
ゆる液晶ディスプレイ(以下、LCDとする)で、液晶
表示パネル12と、液晶表示パネル12を通過した画像
を担持する光を拡散する光拡散板16と、液晶表示パネ
ル12にコリメート光(平行光)を入射するバックライ
ト部14とを有して構成される。
は、これを駆動するドライバ(図示省略)が接続され
る。さらに、本発明の表示装置10には、画像観察のた
めの開口を有し、バックライト部14、液晶表示パネル
12、光拡散板16および前記ドライバなどの部材を所
定の位置に保持しつつ収納するケーシング等、公知のL
CDが有する各種の部材が、必要に応じて配置される。
型のLCDと同様に、バックライト部14から射出され
たコリメート光(コリメートバックライト)が、表示画
像に応じて駆動された液晶パネル12に入射して、通過
することにより、画像を担持する光となり、これが光拡
散板16で拡散されて、画像が表示される。
パネル12(以下、表示パネル12とする)は、各種の
LCDに用いられる公知の液晶表示パネルである。図示
例は、一例として、2枚のガラス基板18(18aおよ
び18b)の間に液晶を充填してなる液晶層20を有
し、両ガラス基板18の液晶層20の逆面に、偏光板2
2(22aおよび22b)を配置してなる構成を有す
る。また、ガラス基板18と偏光板22の間には、必要
に応じて、位相補償フィルム等の各種の光学補償フィル
ム等が配置されてもよい。
ノクロでもよく、液晶の種類、液晶セル、TFT(Thin
Film Transistor) などの駆動手段(スイッチング素
子)、ブラックマトリクス(BM)等にも特に限定はな
い。また、動作モードも、TN(Twisted Nematic) モー
ド、STN(Super TwistedNematic) モード、ECB(El
ectrically Controlled Birefringence) モード、IP
S(In-Plane Switching)モード、MVA(Multidomain V
ertical Alignment)モード等の全ての動作モードが利用
可能である。
のモニタにも好適に利用可能なように、液晶パネル12
の画素サイズ(本発明においては、カラーの場合には、
R,GおよびBのサブピクセルを合わせて1画素とす
る)は200μm以下であるのが好ましく、また、モノ
クロの液晶パネル12を用いるのが好ましい。
表示した画像を観察するためのバックライトとして、コ
リメート光(平行光)を射出するもので、ハウジング2
4と、光源26と、光コリメート板28とを有して構成
される。
筐体で、好ましい態様として、その内壁面は、入射した
光を拡散することによって光を反射する、拡散反射層で
覆われている。このような構成とすることにより、光源
26から射出された光を無駄なく利用して、高輝度なコ
リメート光を射出することができる。拡散反射層には、
特に限定はなく、アルミナ(Al2O3) や酸化チタン(TiO2)
等の光拡散物質の微粒子を分散した塗料から形成される
拡散反射層等、公知のものが各種利用可能である。
れる。光源26としては、十分な光量を有するものであ
れば、いわゆる透過型のLCDに用いられる公知のもの
が全て利用可能である。
された光や、ハウジング24の内壁面で反射された光を
集光してコリメート光(コリメートバックライト)とし
て射出するもので、ハウジング24の開口を閉塞するよ
うに配置される。本発明に用いられる光コリメート板に
は、特に限定はなく、2枚のフレネルレンズをレンズ配
列方向を直交させて組み合わせた光コリメート板、散乱
光の一部の光のみを通過させるルーバを利用する光コリ
メート板等、公知の光コリメート板が各種利用可能であ
る。図示例においては、好ましい態様として、図2に模
式的に示される光コリメート板28が用いられる。
のレンズ基板30の一面に、半球形のマイクロレンズ3
2aを2次元的に多数配列してなるマイクロレンズアレ
イ32(以下、レンズアレイ32とする)が形成されて
いる。レンズ基板30のレンズアレイ32と逆側の面に
は、各マイクロレンズ32aの光軸と一致(on-axis)し
て設定される光入射部34以外を全面的に覆って、遮光
層36が形成されている。さらに、遮光層36よりも光
入射側(図示例においては、レンズ基板30をベースと
して、遮光層36の上層)に、同様に光入射部34以外
を全面的に覆って、拡散反射層38が形成されている。
32側を液晶パネル12に向けてハウジング24に固定
される。ハウジング24から射出された光(一点鎖線)
は、図2に模式的に示されるように、光入射部34から
レンズ基板30に入射、通過して、各マイクロレンズ3
2aに入射し、屈折されて、コリメート光として射出さ
れる。なお、光入射部34以外に入射した光は、拡散反
射層38によって反射されてハウジング24内に戻さ
れ、ハウジング24内で反射されて再度光コリメート板
28に入射されるので、光の利用効率が高い。さらに、
光が拡散反射層38を通過しても、遮光層36によって
遮光されるので、コリメート光の指向性低下の原因とな
る迷光とはならない。
レンズ基板30およびレンズアレイ32の材料には、特
に限定はなく、ガラス、各種の光学樹脂等、レンズで用
いられている材料が各種利用可能である。なお、レンズ
基板30とレンズアレイ32とは、一体成形でも別体の
ものを組み合わせて固定したものであってもよい。さら
に、マイクロレンズ32aとしては、半球形以外にも、
楕円体(回転楕円体)を長軸と直交する平面で切断した
形状も、好適に利用可能である。
限定はなく、公知のものが各種利用可能である。一例と
して、拡散反射層38としては前記ハウジング24の内
壁面で例示したものが、遮光層36としては、液晶パネ
ル12のBMに用いられるクロム(Cr)等が、それぞ
れ例示される。また、拡散反射層38および遮光層36
の形成方法にも限定はなく、材料等に応じて、蒸着など
の薄膜形成技術、印刷等、公知の方法で作成すればよ
い。
好ましい例として、半球形のマイクロレンズ32aに変
えて、光透過性の球体(ビーズ)を用い、ビーズの一部
が透明な支持シートに接触するようにして、多数のビー
ズを一層、支持シートに固定してなる光コリメート板も
例示される。
を完全な完全な平行光にすることはできず、コリメート
光として、通常は、若干の広がりを持つ光が射出され
る。本発明の表示装置10において、好ましくは、この
光の広がり、いわゆる広がり角θが±10°以下のコリ
メート光を射出できる光コリメート板28を用いる。こ
れにより、より視野角の広い表示装置10を実現でき
る。なお、本発明において、広がり角θとは、コリメー
ト光の指向特性の半値幅で規定される。すなわち、光量
が光軸の半分となる位置の光軸からの角度θを、広がり
角とする。
出されたコリメート光は、表示画像に応じて駆動される
液晶パネル12に入射、通過して、画像を担持する光と
なり、光拡散板16で拡散されて、観察者に観察され
る。コリメートバックライトを用い、液晶パネル12を
通過した画像を担持する光を光拡散板16で拡散するこ
とにより、LCDの広視野角化が図れるのは、前述のと
おりである。
16には特に限定はなく、公知の光拡散板(光拡散シー
ト)が各種利用可能でり、例えば、特開平5−3332
02号公報に開示される、透明支持体と光拡散層との間
に透明電子導電層を有する光拡散板; 同7−5306
号公報に開示される、透明支持体と光拡散層との間に側
鎖にカチオン性第四級アンモニウム塩基を有するイオン
導電性樹脂の架橋体の層を有する光拡散板; 等が例示
される。
い態様として、図3に模式的に示される光拡散板16が
用いられる。この光拡散板16は、板状のレンズ基板4
0の一面に、半球形のマイクロレンズ42aを2次元的
に多数配列したマイクロレンズアレイ42(以下、レン
ズアレイ42とする)が形成され、レンズ基板40のレ
ンズアレイ42と逆面には、各マイクロレンズ42aの
光軸と一致して設定される光出射部44以外を全面的に
覆って遮光層46が形成され、さらに遮光層36より観
察面側に同様に反射防止(AR)層48が形成されてい
る。図2および図3より明らかなように、この光拡散板
16は、拡散反射層36に換えて、反射防止層48を形
成した以外は、基本的に、前述の光コリメート板28と
同様の構成を有するものである。
晶パネル12に向けて配置される。光拡散板16におい
ては、前述の光コリメート板12の作用とは逆に、液晶
パネル12を通過した、画像を担持する光(コリメート
光)は、マイクロレンズ42aに入射して、屈折される
ことによって拡散され、光射出部44から拡散光として
射出される。一方、光射出部44以外に入射した光(迷
光)は、遮光層46で遮光されるので、観察の妨害には
ならない。また、好ましい態様として、観察面側に反射
防止層48が形成されているので、良好な画像の観察が
可能である。なお、反射防止層48には特に限定はな
く、公知のものが各種利用可能である。
いては、図4に模式的に示されるように、光コリメート
板12からのコリメート光の平均的な射出ピッチ(図示
例においてはマイクロレンズ32aの光軸の間隔)を
p; コリメート光の広がり角をθ; 光コリメート板
12(マイクロレンズアレイ32の表面)から液晶層2
2の光コリメート板12側の界面(すなわちガラス基板
18aとの界面)までの距離をL; 液晶層22の光拡
散板16側の界面(すなわちガラス基板18bとの界
面)から光拡散板16(マイクロレンズアレイ42の表
面)までの距離をd; 液晶パネル12の画素サイズを
A; とした際に、コリメート光、光コリメート板28
および液晶パネル12が、式「p/tanθ≦L」を満
たし、さらに、コリメート光、液晶パネル12および光
拡散板16が、式「d×tanθ≦A」を満たす。
の発生は不可能であり、コリメート光は、光コリメータ
の性能に応じた広がり角θを有しており、従って、光軸
から外方向に向かって、光量分布を有している。コリメ
ートバックライトを用いる従来のLCDでは、例えば、
図4(A)に点線で示される位置に液晶層20を有す
る。そのため、この光量分布(光量ムラ)が、表示画像
に悪影響を与え、表示ムラが生じてしまう。特に、コリ
メート光のピッチpが液晶パネルの画素サイズAよりも
大きな場合は、この光量ムラが、そのまま表示画像に現
れて、表示ムラとなる。
示されるように、液晶層20に入射するコリメート光
を、隣り合わせるピッチで半値域以上重ねることによ
り、液晶層20に入射するコリメート光が平均化され
て、光量ムラは解消され、これに起因する表示ムラを無
くし、高画質な画像を表示することができる。従って、
コリメート光、光コリメート板28および液晶パネル1
2(液晶層20)が「p/tanθ≦L」の関係を満た
す本発明によれば、液晶層20に入射するコリメート光
は、半分以上、隣のピッチと重なり、その結果、表示ム
ラのない、高画質な画像を表示することができる。例え
ば、コリメート光の広がり角θが10°、射出ピッチp
が600μmであれば、距離Lを3.4mm以上とすれ
ばよい。
ル12の光コリメート板28側の最外面(図示例におい
ては、偏光板22aの光コリメート板28側の面)と光
コリメート板28との距離Lfが、式「p/tanθ≦
Lf」を満たす。これにより、偏光板22aや必要に応
じて配置される光学補償フィルム等に入射するコリメー
ト光も平均化して、光量ムラを無くせるので、より良好
かつ確実に表示ムラを防止でき、より高画質な画像の表
示が可能である。
ト光も、光コリメート板28から射出された状態と同じ
広がり角θを有して進行する。LCDの液晶層20と光
拡散板16との間には、ガラス基板18bや偏光板22
bが配置され、さらに必要に応じて、位相補償フィルム
等の光学補償フィルムが配置される。そのため、通常の
LCDでは、異なる画素の画像を担持するコリメート光
が重なった状態で、光拡散板16に入射して拡散され
る。その結果、コリメートバックライトを用いる従来の
LCDでは、画像ボケを生じてしまう。
式的に示されるように、拡散板16に入射する際に、隣
り合わせる画素の画像を担持するコリメート光が、半値
域以上重ならなければ、画像ボケによる画質低下は、大
幅に抑えることができる。従って、コリメート光、液晶
パネル12および光拡散板16が「d×tanθ≦A」
を満たす本発明によれば、画像ボケのない、高画質な画
像を表示することができる。
mm、偏光板22bの厚さが0.2mmの場合には、液
晶層20から光拡散板16までの距離dは0.9mmで
あるので、コリメート光の広がり角θが10°の場合に
は、液晶パネル12の画素サイズAを159μm以上と
すれば、画像ボケの無い高画質な画像が得られる。ま
た、上記例と同様で、偏光板22bと光拡散板16との
間に厚さ0.2mmの光学補償フィルムが入る場合(距
離dは1.1mm)には、液晶パネル12の画素サイズ
Aが194μm以上であればよい。
置10によれば、コリメートバックライトと光拡散板を
用いて好適に広視野角化を図った上に、この広視野化に
起因する表示ムラや画像ボケも防止することができる。
そのため、本発明の表示装置は、広い視野角にわたって
高コントラストで、かつ高画質の画像表示が要求される
医療用途のモニタ等に好適に利用可能である。
光、光コリメート板28および液晶パネル12、ならび
に、コリメート光、液晶パネル12および光拡散板16
の両者が、前記所定の関係を満たすものであるのに限定
はされず、本発明の別の態様では、いずれか一方のみ
が、前記所定の関係を満たすものであればよい。この態
様においても、コリメートバックライトと光拡散板を利
用して広視野角化を図った従来のLCDに比して、大幅
に表示ムラや画像ボケを低減した、高画質な画像を表示
することができる。
に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変
更を行ってもよいのは、もちろんである。
液晶表示装置によれば、コリメートバックライトと光拡
散板とを組み合わせて利用することにより、広い視野角
に渡って、コントラストの高い画像を表示でき、かつ、
この広視野角化に起因する表示ムラや画像ボケも、好適
に低減した、高画質な画像を表示できる。従って、本発
明の液晶表示装置は、広視野角で高画質な画像表示を要
求される医療用途のモニタに、特に好適に利用可能であ
る。
コリメート板の概念図である。
拡散板の概念図である。
置を説明するための概念図である。
Claims (7)
- 【請求項1】液晶表示パネルと、光コリメート板を用い
て前記液晶表示パネルにコリメート光を入射するバック
ライト部とを有し、 かつ、前記コリメート光の平均的な射出ピッチをp、前
記コリメート光の広がり角をθ、前記光コリメート板か
ら液晶表示パネルの液晶層の光コリメート板側の界面ま
での距離をLとした際に、下記式 p/tanθ≦L を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】液晶表示パネルと、光コリメート板を用い
て前記液晶表示パネルにコリメート光を入射するバック
ライト部と、前記液晶表示パネルを通過した画像を担持
する光を拡散する光拡散板を有し、 かつ、前記コリメート光の広がり角をθ、前記液晶表示
パネルの液晶層の光拡散板側の界面から光拡散板までの
距離をd、前記液晶表示パネルの画素サイズをAとした
際に、下記式 d×tanθ≦A を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項3】液晶表示パネルと、光コリメート板を用い
て前記液晶表示パネルにコリメート光を入射するバック
ライト部と、前記液晶表示パネルを通過した画像を担持
する光を拡散する光拡散板とを有し、 かつ、前記コリメート光の平均的な射出ピッチをp、前
記コリメート光の広がり角をθ、前記光コリメート板か
ら液晶表示パネルの液晶層の光コリメート板側の界面ま
での距離をL、前記液晶表示パネルの液晶層の光拡散板
側の界面から光拡散板までの距離をd、前記液晶表示パ
ネルの画素サイズをAとした際に、下記式 p/tanθ≦L d×tanθ≦A を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項4】前記バックライト部は、光コリメート板に
加え、光源と、前記光源を収容する内壁が拡散反射層で
覆われたランプハウジングとを有し、さらに、前記光コ
リメート板が、レンズ基板、前記レンズ基板に支持され
る光をコリメート光にする多数のレンズ、前記レンズの
光軸と一致する光入射部以外を覆ってレンズ基板に形成
される拡散反射層、および前記光入射部以外を覆ってレ
ンズ基板に形成される前記拡散反射層よりもレンズ側の
遮光層を有するものである請求項1〜3のいずれかに記
載の液晶表示装置。 - 【請求項5】前記液晶表示パネルの画素サイズAが20
0μm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の液晶
表示装置。 - 【請求項6】前記コリメート光の広がり角θが±10°
以下である請求項1〜5のいずれかに記載の液晶表示装
置。 - 【請求項7】前記液晶表示パネルがモノクロの液晶表示
パネルである請求項1〜6のいずれかに記載の液晶表示
装置。
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