JP2003131230A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2003131230A
JP2003131230A JP2001330604A JP2001330604A JP2003131230A JP 2003131230 A JP2003131230 A JP 2003131230A JP 2001330604 A JP2001330604 A JP 2001330604A JP 2001330604 A JP2001330604 A JP 2001330604A JP 2003131230 A JP2003131230 A JP 2003131230A
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Mitsuru Owada
満 大和田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に効率よく視野角範囲とその方向を制御
可能な表示装置を得ること。 【解決手段】 光源手段と、該光源手段からの光束で照
明される複数の画素を含む表示器と、該表示器の観察側
に複数の画素に対応して配置した所定の屈折力を有する
第1の光学素子と第2の光学素子を有し、該第1・第2
の光学素子の光軸方向の相対位置を可変する事により表
示装置の観察視野角、と観察視野範囲を可変とする表示
装置に於いて、該光源手段と表示器との間の光路中に該
表示器面上の観察視野角を狭くした時の光学特性に略合
わせた輝度上昇手段を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に関し、
特に画像情報が表示されている表示面を観察するときの
観察視野角や観察視野範囲を可変する手段を備えた表示
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、表示装置にはその性質上表示面
を観察するとき良好に表示面を観察できる観察視野角
(視野角)が存在する。特に液晶表示装置の場合は視野
角の影響が顕著で、使用者の目線と表示画面からなる角
度(視野角)に応じて、表示画面の鮮明度が大きく変化
する事が知られている。観察方向と表示画面とのなす角
度が直角の時(視野角が0度)に画像が最も鮮明にな
り、使用者の目線に対して表示画面が傾くのに伴って
(視野角が大きくなるに従って)次第に鮮明度が低下す
るのが一般的である。この特性は液晶表示装置の種類に
より異なり、広範囲の角度に渡ってなるべく鮮明に見え
るように作られた表示装置や、逆になるべく狭い範囲で
のみ表示画面が見えるように作られた表示装置がある。
図11、図12は視野角の大小の様子を示す図である。
図11中、1101は表示器であり図11(A)は広視
野角の表示装置を、図11(B)は狭視野角の表示装置
の視野範囲をイメージ的に示している。表示装置の画面
1101aに対する観察視野角θと輝度Bとの関係を示
しているのが図12である。図12(A)は広視野角の
表示器の視野角θと輝度Bの関係を示している。画面と
垂直方向1102の位置が一番輝度が高く、画像が鮮明
に見え、角度θが付くにつれて輝度Bが低下し、やがて
画像が見えなくなる。
【0003】図12(B)は狭視野角表示器の同様な特
性を示している。図12(A)と比べると明らかなよう
に、角度θがつくと急激に輝度Bが低下してしまう。従
って図11(B)に特性の表示器は、表示画面に対し、
表示の内容が見える範囲(視野角)2θが狭い。この特
性は機密性を有する表示装置に適しており、特に現金自
動払戻機等で有効である。また、近年特に使用されてい
るパーソナルモバイル機器・携帯電話等に於いてもその
操作内容やメール内容を周囲の人に見られる事がなく有
効である。
【0004】図11(A)、図12(A)は比較的、広
い範囲で表示画面の表示内容を見ることができるので、
多人数で見る事の多いプレゼンテーション用の表示装置
やTV、または表示装置を固定して動きながら見なけれ
ばならない環境やレジスターの表示装置等で有効であ
る。
【0005】狭視野角の表示装置の従来例として、画面
上に取り付ける機密保持スクリーンは周知である。これ
はある種の形のルーバーを内蔵しているスクリーンと、
前記スクリーンの平面に垂直な平面内に位置する複数の
平行平面のルーバーから成る。この場合、視野角の制限
は水平、または垂直の一方向となる。前記ルーバーを2
組それぞれを直交させる事で水平、垂直両方向を狭視野
角にする事が可能となる。
【0006】狭視野角の表示装置をさらに広視野角同等
にすべく考案された表示装置が、特開平6−38136
号公報で開示されている。この表示装置は角度調節機構
に支持され、角度調節機構に対する表示装置の傾斜角度
を検出する角度検出手段と、傾斜角度毎に個々のコント
ラストデータを対応付けて記憶する記憶手段とが設けら
れている。使用者が表示装置を傾けると、角度検出手段
によって検出された傾斜角度に応じて記憶手段から特定
のコントラストデータが読み出され、そのコントラスト
データに基づいて表示画面のコントラストを設定するよ
うになっている。特開2000−321991号公報で
はさらにその微調整の利便性を向上すべく調整方法を有
した表示装置が提案されている。
【0007】1つの表示装置でその視野角範囲を狭視野
角にしたり、広視野角にしたりする事が可能な装置が、
特開平11−231794で提案されている。使用する
環境によって狭視野角と広視野角を可変する事が可能で
あれば、非常に利便性の高い表示装置が実現される。図
13を用いてその概要を説明する。図13中において、
1301はバックライト等の照明光源、1302は透過
・拡散を制御可能な液晶素子、1303は透過型の表示
器である。液晶素子1302を透過状態でバックライト
1301からの照明を透過型の表示器1303で表示す
ると照明光は液晶素子1302を直進透過し表示器13
03で画像変調される。照明光は直進するため、狭視野
角となる。液晶素子1302を拡散状態で使用すると照
明光はこの液晶で拡散され、拡散光として透過型の表示
器1303を照明するため、広視野角となる。この様に
照明光を液晶素子1302で透過と拡散を切り換える事
で透過型の表示装置の視野角を制御している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の表示装置は視野
角を、機構的に用途に応じて適宜切換る事が困難であっ
た。また、視野方向を可変するタイプであっても広視野
角ではないので、同時に複数方向から表示内容を確認す
る事が困難である。
【0009】液晶素子による照明光の透過・拡散により
視野角を可変する手法は、その広視野角範囲は、透過型
の表示装置に依存され、広視野角化は容易に実現できる
ものではない。また、照明光の透過・拡散に高価な液晶
素子を用いるためコスト的には高価な装置となってしま
う。さらに照明光を拡散させるためその光の利用効率は
低く、画面が極端に暗くなり、それをカバーすべく照明
光を明るくすると熱や電力的に問題となってしまう。視
野角の制御についても、透過と拡散の為、視野角の連続
的な可変制御は困難であった。
【0010】本発明は、容易に効率よく視野角範囲とそ
の方向を制御可能な表示装置の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の表示装
置は光源手段と、該光源手段からの光束で照明される複
数の画素を含む表示器と、該表示器の観察側に複数の画
素に対応して配置した所定の屈折力を有する第1の光学
素子と第2の光学素子を有し、該第1・第2の光学素子
の光軸方向の相対位置を可変する事により表示装置の観
察視野角と観察視野範囲を可変とする表示装置に於い
て、該光源手段と表示器との間の光路中に該表示器面上
の観察視野角を狭くした時の光学特性に略合わせた輝度
上昇手段を設けた事を特徴としている。
【0012】請求項2の発明は請求項1の発明において
前記第1、第2の光学素子は、前記複数の画素に各々対
応した微小レンズの集合体より成ることを特徴としてい
る。
【0013】請求項3の発明は請求項1の発明において
前記第1の光学素子は正の屈折力の微小レンズの集合体
より成り、前記第2の光学素子は負の屈折力の微小レン
ズの集合体より成る事を特徴としている。
【0014】請求項4の発明は請求項1の発明において
前記第1の光学素子は負の屈折力の微小レンズの集合体
より成り、前記第2の光学素子は正の屈折力の微小レン
ズの集合体より成る事を特徴としている。
【0015】請求項5の発明は1から4のいずれか1項
の発明において前記第1、第2の光学素子は屈折力の絶
対値が等しく、符号が逆符号の屈折力を有している事を
特徴としている。
【0016】請求項6の発明は請求項1から5の発明に
おいて前記表示器は透過型の液晶表示器である事を特徴
としている。
【0017】請求項7の発明は請求項1から6の発明に
おいて前記輝度上昇手段はプリズムシートを有する事を
特徴としている。
【0018】請求項8の発明は請求項1から7の発明に
おいて前記輝度上昇手段は、水平およびまたは垂直方向
で屈折力を有する事を特徴としている。
【0019】請求項9の発明は請求項1から8の発明に
おいて前記輝度上昇手段は固定パターンの繰り返しより
成り、その周期は表示器の画素周期との間で、同じ又は
その整数倍である事を特徴としている。
【0020】請求項10の発明は請求項1から9の発明
において前記輝度上昇手段は、前記表示器の複数の画素
に対応した複数のプリズムの集合体を有することを特徴
としている。
【0021】請求項11の発明は請求項1から9の発明
において前記輝度上昇手段は、前記表示器の複数の画素
に対応した複数の微小レンズの集合体を有することを特
徴としている。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は本発明の表示装置の実施形
態1の要部概略図である。本実施形態は、表示面を観察
する際の視野角範囲や視野角を可変する事ができる表示
装置を示し、特にその利便性の改善に特に有効なもので
ある。
【0023】図1において、11は表示装置であり、モ
バイル型のパーソナルコンピュータを例にとり示してい
る。
【0024】12は画像情報が表示される表示面。
【0025】13は表示面12から放射される光束の輝
度分布を模式的に示しており、水平方向13Hに観察視
野範囲を狭くし、斜線で示す領域13aが表示面12の
画像表示内容を高輝度の状態で観察することができるこ
とを示している。
【0026】尚、図1とは逆に垂直方向13Uに観察視
野範囲を狭くし、表示面12の画像表示内容を高輝度の
状態で観察することもできる。
【0027】図2(A)、(B)は、図1の表示装置の
観察視野範囲の様子を示す説明図である。
【0028】図2(A)、(B)において、100は光
源手段であり、拡散光源又は後述する液晶表示器の複数
の画素に対応した複数の発光素子を有している。100
aは複数の発光器の1つの発光点を示している。
【0029】101は後述する表示器102の複数の画
素に対応した複数のプリズムから成る輝度上昇手段、1
02は複数の画素から成る透過型の液晶表示器、103
は液晶表示器102の複数画素に対応して複数の凸レン
ズ部(集光レンズ)103aを有する第1の光学素子、
104は液晶表示器102の複数画素に対応し、第1の
光学素子103の屈折力を略相殺する複数の凹レンズ部
(発散レンズ)104aを有する第2の光学素子であ
る。図2(A)は表示装置12の観察視野角を狭くした
狭視野角状態での輝度上昇手段101、液晶表示器10
2、第1の光学素子103、第2の光学素子104の位
置関係を示している。
【0030】輝度上昇手段101は複数のプリズム又は
レンズを2次元方向に配列した構成又は複数のプリズム
若しくは複数のシリンドリカルレンズを1次方向に配列
した構成より成っている。
【0031】第1、第2の光学素子103、104は複
数の微小レンズを2次元的に配列した構成、又は複数の
シリンドリカルレンズを一方向に配列した構成より成っ
ている。
【0032】液晶表示器102は照明光を透過・不透過
を各画素毎に制御する事で、画像を形成し使用者に表示
している。液晶表示器102により画像変調された光L
aはそのまま直進し第1の光学素子103、第2の光学
素子104に入射される。この時第1の光学素子103
の正レンズと第2の光学素子104の負レンズは屈折力
の絶対値が等しく、符号が逆となっており、それぞれそ
の屈折力を相殺する様に構成されているので、第1の光
学素子103の凸レンズ部103aと第2の光学素子1
04の凹レンズ部104aを略接する、または近接させ
る事で、第1・第2の光学素子の合成される光学特性は
板ガラスと同様な屈折力を有しない光学特性となる。従
って、液晶表示器102で入射された画像変調された光
Laは第1・第2の光学素子103・104をそのまま
透過直進し、使用者の目に到達する。結果として、図1
に示すように液晶表示器102の画像を確認出来る視野
範囲13aは、液晶表示器102とその照明系の特性と
なる。狭視野角の照明光は照明光と液晶表示器102の
間に輝度上昇手段101を設ける事で可能となる。輝度
上昇手段101について図3を用いて説明する。図3は
輝度照明手段101の一例であるプリズムシートの断面
を表している。図左より入射される照明光La1は一般
的な拡散光である。拡散光La1はプリズムシート10
1に入射し、プリズムとのなす角度(プリズム角)Bに
より内部反射または屈折透過し、結果的に透過光はある
特定の指向性を持った光La2となる。その様子を図4
に示す。図4は横軸に観察方向101aを基準(0度)
にしたときの観察角度(角度)θ、縦軸は光束の輝度を
表したときの照射光の角度θと輝度Bとの関係を示して
いる。輝度上昇用のプリズムシート101が無い状態で
は実線41で示すように、照明光は拡散光となる。輝度
上昇用のプリズムシート101を付けると点線42で示
す特性となり、照射角度は狭くなるが、その分輝度Bが
上昇し、結果的に狭帯域高輝度化が同時に実現される。
【0033】この時は、観察できる視野角が狭いため使
用者だけに表示画面が確認でき、他の人は表示画面10
2の内容を確認する事が困難となる。従って、例えば表
示装置を自動現金支払機の暗証番号等の機密情報を扱う
時や携帯機器での電話番号・メール等に適用したときは
プライバシーの保護等に非常に有効である。
【0034】次に表示面12の観察視野角を広くした場
合について、図2(B)を用いて説明する。図2(B)
は図2(A)と構成部品は同一であるが、それらの位置
関係が異なっている。図2(B)では略接していた第1
の光学素子103と第2の光学素子104が画面に対し
垂直方向に離れてそれらの間に距離を置く配置となって
いる。第1の光学素子103と第2の光学素子104の
間を離すことにより、液晶表示器102の各画素からの
光束Laを第1の光学素子103である凸レンズ103
aの屈折力により画素毎に集光されて、第2に光学素子
104に入射される。このとき液晶表示器102の各画
素で画像変調された光Laは前記第1の光学素子103
の凸レンズ103aにより集光され第2の光学素子10
4の凹レンズ104aの中央の面上に集中される為に、
入射された光に対しての凹レンズ104aの屈折力はそ
の集光の度合いに応じて低減される。図2(B)は凹レ
ンズ104aの面上に集光した状態を示している。この
時第2の光学素子104の凹レンズ104aの屈折作用
はほとんど無くなり、第1の光学素子103の凸レンズ
103aの屈折力だけにより入射光を集光さらに拡散さ
せ、その結果、視野角は広がる事になる。
【0035】さらに視野角を広くした場合は、第1の光
学素子103の凸レンズ103aにより、集光された画
素毎の画像により変調された光Laを集光後、凹レンズ
104aで拡散する事になり、第2の光学素子104の
凹レンズ104aの屈折力がその拡散の度合いに応じて
強くなりさらに拡散される。入射された画像変調された
光は第1・第2の光学素子103・104によりそれぞ
れ拡散され、使用者の目に到達する。結果として、液晶
表示器102の画像を確認出来る視野範囲は、広視野と
なる。
【0036】この時は、視野角が広いため使用者だけで
なく多くの人が表示面102の表示画面を確認する事が
可能となり、会議やプレゼンテーション等に有効とな
る。モバイル機器や携帯電話等ではそれら機器の状況や
時刻や画像を表示面102でいろいろな角度から確認で
きるので、非常に便利である。
【0037】以上説明した狭視野角、広視野角を図5・
図6を用いて更に説明する。
【0038】図5において、12は表示器であり、その
ときの表示内容が確認できる範囲を示している。また図
6は狭視野角・広視野角それぞれの時の視野角と輝度の
関係を示した図である。図2の実施形態は光源の明るさ
は同一状態でその光の照射範囲を制御して狭視野角と広
視野角を実現しているので、図6のように狭視野角時の
中央位置(θ=0)は広視野角時より明るくなってい
る。しかし狭視野角時は周辺位置、角度θが付くにつれ
て急激に低下し画像を確認出来なくなる。一方広視野角
時は、中央でも狭視野角ほどは明るくないが、周辺で角
度θがついても明るさの低下は少なく、広範囲で画像を
確認することが出来る。
【0039】輝度上昇手段101についてさらに詳細に
説明する。前述の様にプリズムシートの輝度上昇手段だ
とプリズムを周期的に配置してその特性を得ている。従
ってそのプリズム周期に応じて多少なりその変動がリッ
プルとして表れる事がある。その様子を図7を用いて説
明する。図7は下側にプリズムシート101の断面図、
上側にそのプリズム位置に対応する輝度量の変化を示し
ている。輝度は便利上プリズムシート面に対し垂直方向
の成分を表している。微少ではあるがプリズムの山と谷
の部分の影響が出てしまう。この現象は、液晶表示器1
02の画素配置との関係により問題となる事がある。液
晶表示器102は画面空間を画素でサンプリングした状
態で画像を表現している為、そのサンプリング周期と前
記プリズムシートによる照明光のリップルが干渉し、サ
ンプリング定理の折り返し成分が発生し、観察者に視覚
的画質劣化要因として感じられる。
【0040】具体的には画素周期と照明光のリップル周
期の差分周期が発生し画面が明るくなったり暗くなった
りと周期的に発生することになる。この周期が低周波成
分だと視覚的に目立ち大きな問題となる。この現象は、
画素周期と照明光のリップル周期を合わせる事で改善さ
れる。つまり、画素ピッチとプリズムシートのピッチを
同じにするかまたは整数倍の関係にすると良い。その倍
率はなるべく1に近い方が良く、大きくなるに従ってそ
の周期性が視覚的に検知しやすくなる。当然ながら画素
を細かくしても、プリズムを細かくしても良い。
【0041】図8は本発明の表示装置の実施形態2の要
部概略図である。
【0042】実施形態1では、視野角を水平または垂直
の一次元に変化させた場合で説明したが、本実施形態で
は水平方向13Hと垂直方向13Vを同時に2次元的に
変化させている。
【0043】図1の実施形態1は一次元での構成時の視
野範囲の様子を示しており、図1において狭視野範囲時
は図中斜線で示す範囲13aが画面表示内容を確認可能
で有るのに対し、広視野範囲時はその外枠の範囲13b
についても表示内容を確認する事が可能となる。
【0044】図8の実施形態2では水平・垂直方向の2
次元構成時の視野範囲13Cの変化を示している。視野
範囲13Cが同心円上に変化しているのが分かる。図で
は円状で視野範囲13Cを示したが、この限りでなく長
方形であっても同様である。
【0045】プリズムシートを用いて2次元に視野範囲
を変化させるときの輝度上昇手段101の構成例を図9
に示す。
【0046】図9の様に一次元配置の2つのプリズムシ
ート101b、101cを直交させて配置して構成して
いる。図9の場合は構成部品が一次元のプリズムシート
の為加工性にすぐれ、容易に製造が可能である。
【0047】2次元用の輝度上昇手段101の視野角θ
と輝度Bの関係を図10に示す。図中実線1001で示
す輝度上昇シートが無い場合は照明が拡散面と成るた
め、ブロードな特性となる。図中破線1002で示す輝
度上昇シートを1次元で用いた場合は、集光効果によ
り、輝度Bが上昇し結果的に狭視野で明るい表示器特性
が得られる。さらに、図中、一点破線1003で示す輝
度上昇シートを2次元で用いると1次元に比べさらに2
次元で集光されるために、より輝度Bが上昇し、結果的
にさらに狭視野でさらに明るい表示特性が得られる。
【0048】これらの特性は目的とする表示装置全体の
特性に合わせて適宜組み合わせて用いれば良く、視野角
を広く可変するのは実施形態1で説明した第1、第2の
光学素子を用いる事で容易に可能となる。
【0049】以上の構成の表示装置を用いれば所望とす
る最適な視野角特性を容易に実現する事が可能となり、
利用形態の変化や場合により視覚特性を最適にする事が
可能となり、表示装置の利便性が格段に向上される。特
にセキュリティーやプライバシーを必要とする装置、モ
バイル機器で有効である。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば容易に効率よく視野角範
囲とその方向を制御可能な表示装置を達成することがで
きる。
【0051】この他本発明によれば、視野角の範囲を狭
視野角から広視野角に自由に可変する事が可能となり、
仕様用途に応じて最適な視野範囲を設定する事ができ
る。特にセキュリティーやプライバシー保持を必要とす
る機器には特に有効である。また視野方向を可変出来る
ために、操作者や表示器が移動しても表示内容を確認す
る事が可能となる。両手法を組み合わせて用いる事で、
様々の条件下でもより最適な視野角・視野角範囲で表示
する事が容易に可能となる表示装置を達成する事が可能
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】 図1の表示装置の構成図
【図3】 図2のプリズムシートを説明する図
【図4】 実施形態1の角度特性を説明する図
【図5】 視野範囲可変の様子を示す図
【図6】 狭視野角と広視野角特性を示す図
【図7】 プリズムシートのリップルを説明する図
【図8】 本発明の実施形態2の要部概略図
【図9】 図8の一部分の構成図
【図10】 本発明の実施形態2の角度特性を示す図
【図11】 本発明の実施形態2の広視野角と狭視野角
をそれぞれ説明する図
【図12】 広視野角と狭視野角の特性をそれぞれ説明
する図
【図13】 従来の表示装置の説明図
【符号の説明】
101 プリズムシート 102、1303 透過型液晶表示器 103 第1の光学素子 104 第2の光学素子 1301 照明光源 1302 透過・拡散可変LCD 11 表示装置 12 表示面

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段と、該光源手段からの光束で照
    明される複数の画素を含む表示器と、該表示器の観察側
    に複数の画素に対応して配置した所定の屈折力を有する
    第1の光学素子と第2の光学素子を有し、該第1・第2
    の光学素子の光軸方向の相対位置を可変する事により表
    示装置の観察視野角と観察視野範囲を可変とする表示装
    置に於いて、該光源手段と表示器との間の光路中に該表
    示器面上の観察視野角を狭くした時の光学特性に略合わ
    せた輝度上昇手段を設けた事を特徴とする表示装置。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2の光学素子は、前記複数
    の画素に各々対応した微小レンズの集合体より成ること
    を特徴とする請求項1の表示装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の光学素子は正の屈折力の微小
    レンズの集合体より成り、前記第2の光学素子は負の屈
    折力の微小レンズの集合体より成る事を特徴とする請求
    項1の表示装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の光学素子は負の屈折力の微小
    レンズの集合体より成り、前記第2の光学素子は正の屈
    折力の微小レンズの集合体より成る事を特徴とする請求
    項1の表示装置。
  5. 【請求項5】 前記第1、第2の光学素子は屈折力の絶
    対値が等しく、符号が逆符号の屈折力を有している事を
    特徴とする請求項1から4のいずれか1項の表示装置。
  6. 【請求項6】 前記表示器は透過型の液晶表示器である
    事を特徴とする請求項1から5のいずれか1項の表示装
    置。
  7. 【請求項7】 前記輝度上昇手段はプリズムシートを有
    する事を特徴とする請求項1から6のいずれか1項の表
    示装置。
  8. 【請求項8】 前記輝度上昇手段は、水平およびまたは
    垂直方向で屈折力を有する事を特徴とする請求項1から
    7のいずれか1項の表示装置。
  9. 【請求項9】 前記輝度上昇手段は固定パターンの繰り
    返しより成り、その周期は表示器の画素周期との間で、
    同じ又はその整数倍である事を特徴とする請求項1から
    8のいずれか1項の表示装置。
  10. 【請求項10】 前記輝度上昇手段は、前記表示器の複
    数の画素に対応した複数のプリズムの集合体を有するこ
    とを特徴とする請求項1から9のいずれか1項の表示装
    置。
  11. 【請求項11】 前記輝度上昇手段は、前記表示器の複
    数の画素に対応した複数の微小レンズの集合体を有する
    ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項の表示
    装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7683867B2 (en) 2005-01-26 2010-03-23 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Method for controlling viewing angle characteristics of a liquid crystal display
US8350990B2 (en) 2005-07-01 2013-01-08 Panasonic Corporation Liquid crystal display apparatus
EP2480930A4 (en) * 2009-09-23 2016-09-28 Peter Dobrich ENHANCED SCREEN

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