JP2007271730A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡易な構造で、色再現性が高いカラー表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るカラー表示装置は、Ｒ色光源、Ｇ色光源、及びＢ色光源の各複数の光源が所定の間隔で順次配列されて成るＲＧＢ光源２と、ＲＧＢ光源２によって背面側が照光され、Ｒ色光源からの光が入射されるＲ色画素、Ｇ色光源からの光が入射されるＧ色画素、及びＢ色光源からの光が入射されるＢ色画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されて成る液晶パネル５と、液晶パネル５とＲＧＢ光源２との間に設けられ、液晶パネル５に形成された同色画素間のピッチと一致するピッチで複数の凸レンズがＲＧＢ光源２側に形成されたレンズ４とを備え、ＲＧＢ光源２とレンズ４と液晶パネル５とは、ＲＧＢ光源２から発光する各色光がレンズ４を透過し同色の各色画素に入射するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー表示を可能とした液晶表示装置等に適用し、色再現性が高く、構造が簡易なカラー表示装置に関する。

従来、カラーの表示装置では、バックライトと呼ばれる照明装置を用いて液晶パネルの背後から白色光を入射し、画素ごとに３原色（ＲＧＢ）に塗り分けられたカラーフィルタを透過させることにより、フルカラー表示を可能にしている。

この光源には、通常冷陰極蛍光管が用いられる。しかし冷陰極蛍光管の発光スペクトルは偏りがあるため、カラーフィルタを用いて均一なスペクトルを得ようとすると、全ての光の光量を最も低光量のものに合わせてカットすることになる。そのため光量の損失が大きく、表示全体が暗くなる。そこで光量の損失を抑えるため、カラーフィルタの色分離を緩和させると、色再現性が低くなるという問題があった。

これに対し、光源にＲＧＢのＬＥＤを用いる方法がある。この場合、原色の色純度が高いため、色再現性が改善される。しかし、冷陰極蛍光管をＬＥＤに置き換えた場合、ＲＧＢ光が白色に混合されてから画素に入射するので、ＲＧＢ光のうち特定の光のみを透過させるため、カラーフィルタを用いて不要の波長の光をカットする必要がある。そのため、ＬＥＤからの光の利用率は最大でも１／３になるという問題があった。

そこで、光源をＬＣＤパネルのＲＧＢ画素に対応して分割し、ＲＧＢの発光ブロックとすることで、カラーフィルタを設ける必要をなくすＬＣＤ表示装置が開示されている（特許文献１）。

また、光ファイバーや光導波路を用いて、ＲＧＢの光をそれぞれの画素に導く面放光装置が開示されている（特許文献２）。
特開平７−３０１７１４号公報 特開平９−２５８２２５号公報

しかし、特許文献１に記載のＬＣＤ表示装置では、ＬＣＤパネルのＲＧＢ画素に対応して光源をＲＧＢの発光ブロックに分割するので、光源の個体差によって画像に色ムラが生じ、その結果色再現性が低くなる。また多数の光源を必要とするので、製造コストが高くなるという課題もあった。

また、特許文献２に記載の面放光装置では、光ファイバーや光導波路を用いて、ＲＧＢの光をそれぞれの画素に導くので、光源からの光を光ファイバーや光導波路へ入射させ、さらに光を均一に分岐させる必要がある。しかしこれを実現するためには、装置の構造が非常に複雑になり、製造コストが高くなるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、色再現性が高く、かつ構造が簡易なカラー表示装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るカラー表示装置の第１の特徴は、Ｒ色光源、Ｇ色光源、及びＢ色光源の各複数の光源が所定の間隔で順次配列されて成るＲＧＢ光源と、ＲＧＢ光源によって背面側が照光され、Ｒ色光源からの光が入射されるＲ色画素、Ｇ色光源からの光が入射されるＧ色画素、及びＢ色光源からの光が入射されるＢ色画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されて成る液晶パネルと、液晶パネルとＲＧＢ光源との間に設けられ、液晶パネルに形成された同色画素間のピッチと一致するピッチで複数の凸レンズがＲＧＢ光源側に形成されたレンズとを備え、ＲＧＢ光源とレンズと液晶パネルとは、ＲＧＢ光源から発光する各色光が前記レンズを透過し前記同色の各色画素に入射するように配置されていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るカラー表示装置の第２の特徴は、Ｒ色光源、Ｇ色光源、及びＢ色光源の各複数の光源が所定の間隔で順次配列されて成るＲＧＢ光源と、ＲＧＢ光源によって背面側が照光され、Ｒ色光源からの光が入射されるＲ色画素、Ｇ色光源からの光が入射されるＧ色画素、及びＢ色光源からの光が入射されるＢ色画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されて成る液晶パネルと、液晶パネルと前記ＲＧＢ光源との間に設けられ、前記液晶パネルに形成された同色画素間のピッチと一致するピッチで複数の凸レンズがＲＧＢ光源側に形成されたレンズと、ＲＧＢ光源から光が入射する液晶パネルの背面側に配置された拡散板とを備え、ＲＧＢ光源と前記レンズと前記液晶パネルとは、前記ＲＧＢ光源から発光する各色光が前記レンズを透過し前記同色の各色画素に入射するように配置されている要旨とする。

本発明によれば、簡易な構造で色再現性が高いカラー表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態では、レンチキュラーレンズにより３原色の光源の光を液晶パネルの同色の複数の画素へ入射させるカラー表示装置を例に挙げて説明する。

≪第１の実施形態≫
図１は本発明に係るカラー表示装置の一実施形態を示す平面図である。図２は図１に示すカラー表示装置の詳細な配置構成を示す説明図である。

各図に示すカラー表示装置１ａは、Ｒ色光、Ｇ色光、Ｂ色光を出射するＲＧＢ光源２と、ＲＧＢ光源２の前面に配置され、ＲＧＢ光源２から出射されるＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光を各々集光する２枚のレンチキュラーレンズ３，４と、レンチキュラーレンズ４の前面に配置され、各レンチキュラーレンズ３，４で集光されたＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光により背面側が照光されて、画像を表示する液晶パネル５とを備えている。

ＲＧＢ光源２は、図３に示すように、平板状のパネル６と、このパネル上に所定の等間隔“Ｄ”で一列に繰り返し配置されるＲ色ＬＥＤ７、Ｇ色ＬＥＤ８及びＢ色ＬＥＤ９とを備えている。

なお、縦方向には同色のＬＥＤを配置しているが、このＬＥＤの個数を変えることで光量調節することができる。縦方向の間隔に指定はないが、明るさムラが発生しないように等間隔に配列する。

１枚目のレンチキュラーレンズ３は、画素面１３に形成された同色画素間の距離と一致するピッチでＲＧＢ光源２のピッチ（各Ｒ色ＬＥＤ７の間隔“Ｄ”）と一致するピッチで、複数の凸レンズが並べられた蒲鉾状のレンズであり、ＲＧＢ光源２から出射されるＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光が場所によって投影位置がずれないように補正して、２枚目のレンチキュラーレンズ４に導く。

２枚目のレンチキュラーレンズ４は、図２に示すように、液晶パネル５の同色画素間のピッチと一致するピッチ、即ち液晶パネル５の画素間隔（例えば、Ｒ画素の間隔）“ｄ”の３倍と一致するピッチで複数の凸レンズが形成されている。

液晶パネル５は、レンチキュラーレンズ４からのＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光に含まれる特定偏光光を透過させる偏光板１０と、画素電極を有して偏光板１０の前面に配置される駆動基板１１と、透明電極を有して駆動基板１１と一定の間隔となるように配置される対向基板１２と、これら駆動基板１１および対向基板１２に挟み込まれ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されてなる画素面１３と、対向基板１２の前面に配置されて画素面１３を透過したＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光に含まれる特定偏光光を透過させる偏光板１４とを備えている。

なお、光源にレーザー光等の偏光光を用いる場合は、入り口側の偏光板１０は省略することができる。

ここで、ＲＧＢ光源２とレンチキュラーレンズ４の前側主点間の距離をｘ、レンチキュラーレンズ４の後側主点と液晶パネル５間の距離をｙ、及び像倍率をβとすると、下記の関係が成り立つ。

β＝ｙ/ｘ （数式１）
そして、液晶パネル５の画素間隔をｄ、ＲＧＢ光源２の同色ＬＥＤ間の間隔をＤとすると、下記の関係が成り立つ。

Ｄ＝３ｄ/β （数式２）
この関係により、第１の実施形態では、ＲＧＢ光源２、レンチキュラーレンズ４及び液晶パネル５の位置関係を決定すると、像倍率β＝ｙ/ｘが決まり、（数式２）により算出したＲＧＢ光源２の同色ＬＥＤ間の間隔Ｄとなるように、ＲＧＢ光源２を配置する。

或いは、ＲＧＢ光源２の同色ＬＥＤ間の間隔Ｄと液晶パネル５の各画素の間隔ｄを決定すると、像倍率βが決まり、（数式１）により決まる位置関係で、ＲＧＢ光源２、レンチキュラーレンズ４及び液晶パネル５を配置することで、色再現性が高く、かつ構造が簡易なカラー表示装置を実現することができる。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。

図４は、第１の実施形態において、Ｇ色ＬＥＤ８からの光の光路を示した図である。

図４のようにＧ色ＬＥＤ８ａ、８ｂ及び８ｃから出射されたＧ色光は、レンチキュラーレンズ３により入射角度が緩やかになるように角度補正された後、レンチキュラーレンズ４により液晶パネル５の画素面１３に投影される。投影倍率β、画素間隔ｄ及びＲＧＢ光源２の同色ＬＥＤ間の間隔Ｄは（数式２）に示す関係にあるので、レンチキュラーレンズ３、４の効果により、Ｇ色のＬＥＤ８ａからの光線は、Ｇ色の画素面１３ｃへ照射される。同様に、Ｇ色のＬＥＤ８ｂ及び８ｃからの光線は、各々Ｇ色の画素面１３ｂ及び１３ａへ照射される。

ここで、上述のようにレンチキュラーレンズ４の凸レンズのピッチは液晶パネル５の同色画素間のピッチと一致するので、レンチキュラーレンズの隣り合う凸レンズを経由する光線は同一色の画素面１３で重なり合うことになる。

図５は、レンチキュラーレンズ４の隣り合う凸レンズを経由するＧ色光の光路を示した図である。

図５から分かるように、Ｇ色のＬＥＤ８ｂからの光線は、レンチキュラーレンズ４の凸レンズ４ｂを経由して、Ｇ色の画素面１３ｂへ照射される。そして、Ｇ色のＬＥＤ８ａからの光線は、レンチキュラーレンズ４の凸レンズ４ｂに隣り合う４ａを経由して、Ｇ色の画素面１３ｂへ照射される。同様に、Ｇ色のＬＥＤ８ｃからの光線は、レンチキュラーレンズ４の凸レンズ４ｂに隣り合う４ｃを経由して、Ｇ色の画素面１３ｃへ照射される。

これにより、画素面１３上の１つの画素に複数のＬＥＤからの光が照射されるので、利用者から見て視野角が広がり、またＬＥＤの個体差による明るさムラを軽減することができ、高い色再現性を得ることができる。

また、光ファイバーや光導波路を用いずに、レンチキュラーレンズ４の光の屈折により、ＲＧＢ色の光を各々の色の画素面１３に導くので、簡易な構造で実現することが可能となり、製造コストを下げることができる。

≪第２の実施形態≫
図６は、本発明に係るカラー表示装置の第２の実施形態を示した平面図である。

第１の実施形態では、レンチキュラーレンズにより３原色の光源の光を液晶パネルの同色の画素へ入射させるカラー表示装置を挙げたが、第２の実施形態では、図６に示すように、ＲＧＢ光源２から光が入射する液晶パネル５の背面側、つまり利用者側から見える面に拡散板１５を設けている。

第１の実施形態において、レンチキュラーレンズの作用により視野角や明るさムラが改善されるが、この拡散板１５を設けることによって、さらに効果的に視野角を広げ、明るさムラを少なくすることができる。

なお、利用者から見た上下方向の視野角は縦方向のＬＥＤの数や間隔に影響するので、上下方向にのみ拡散する散乱板やレンチキュラーレンズを配置しても良い。

また、第１、第２の実施形態では光源としてＬＥＤを用いたが、半導体レーザーやその他の発光源を使用しても良い。また、光源とレンチキュラーレンズとの間に光学レンズ等を置いて光線の広がり角を変えるようにしてもよい。光源の発光部は必ずしも点状である必要はなく、線状に加工ものを光源とすることもできる。

さらに、液晶パネル５の画素が縦方向に同色なので、レンチキュラーレンズを配置したが、球面レンズや非球面を用いることもできる。

また、第１、第２の実施形態では説明のため、レンチキュラーレンズ３及び４の２つのレンチキュラーレンズを用いて機能を分けて示したが、コストや精度の観点から一つのレンズでその機能を有するようにしてもよい。

さらに、画素面のカラーフィルタは省略したが、従来の液晶パネルのようにカラーフィルタを挿入すると、装置の精度誤差等によって発生する迷光による色純度の低下を防止し、より高い色再現性を得ることができる。

また、表示パネルとして液晶パネルを用いたが、偏光を必要としない光シャッター式表示パネルにも適用できる。

本発明に係るカラー表示装置の一実施形態を示した平面図である。 図１に示すカラー表示装置の詳細な配置構成を示す説明図である。 ＬＥＤの配置例を示した図である。 本発明に係るカラー表示装置の一実施形態において、Ｇ色光の光路を示した図である。 レンチキュラーレンズの隣り合う凸レンズを経由するＧ色光の光路を示した図である。 本発明に係るカラー表示装置の第２の実施形態を示した平面図である。

符号の説明

１ａ…カラー表示装置
２…ＲＧＢ光源
３，４…レンチキュラーレンズ
５…液晶パネル
６…パネル
７…ＬＥＤ（Ｒ色）
８…ＬＥＤ（Ｇ色）
９…ＬＥＤ（Ｂ色）
１０…偏光板
１１…駆動基板
１２…対向基板
１３…画素面
１４…偏光板
１５…拡散板

Claims (2)

1. Ｒ色光源、Ｇ色光源、及びＢ色光源の各複数の光源が所定の間隔で順次配列されて成るＲＧＢ光源と、
   前記ＲＧＢ光源によって背面側が照光され、前記Ｒ色光源からの光が入射されるＲ色画素、前記Ｇ色光源からの光が入射されるＧ色画素、及び前記Ｂ色光源からの光が入射されるＢ色画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されて成る液晶パネルと、
   前記液晶パネルと前記ＲＧＢ光源との間に設けられ、前記液晶パネルに形成された同色画素間のピッチと一致するピッチで複数の凸レンズが前記ＲＧＢ光源側に形成されたレンズとを備え、
   前記ＲＧＢ光源と前記レンズと前記液晶パネルとは、前記ＲＧＢ光源から発光する各色光が前記レンズを透過し前記同色の各色画素に入射するように配置されている
   ことを特徴とするカラー表示装置。
2. Ｒ色光源、Ｇ色光源、及びＢ色光源の各複数の光源が所定の間隔で順次配列されて成るＲＧＢ光源と、
   前記ＲＧＢ光源によって背面側が照光され、前記Ｒ色光源からの光が入射されるＲ色画素、前記Ｇ色光源からの光が入射されるＧ色画素、及び前記Ｂ色光源からの光が入射されるＢ色画素を単位とする画素がマトリクス状に配列されて成る液晶パネルと、
   前記液晶パネルと前記ＲＧＢ光源との間に設けられ、前記液晶パネルに形成された同色画素間のピッチと一致するピッチで複数の凸レンズが前記ＲＧＢ光源側に形成されたレンズと、
   前記ＲＧＢ光源から光が入射する液晶パネルの背面側に配置された拡散板とを備え、
   前記ＲＧＢ光源と前記レンズと前記液晶パネルとは、前記ＲＧＢ光源から発光する各色光が前記レンズを透過し前記同色の各色画素に入射するように配置されている
   ことを特徴とするカラー表示装置。

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