JP2008071856A - 光源、照明装置、液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の複数の方向に指向性を有する光を出射させることを可能とする光源を提供する。
【解決手段】光源は、２画面表示を行うことのできる液晶装置に用いられる照明装置用の光源であり、発光手段と、プリズムとを備える。発光手段は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、光を発光する。プリズムは、発光手段より出射された光を複数の方向に屈折するものであり、発光手段が光を出射する方向からの平面視で互いに対向するように複数の傾斜面が形成され、複数の傾斜面によって、光を複数の方向に屈折させる。これにより、プリズムシートなどの他の光学部材で光の指向性を制御する必要がなくなり、光源のみで光を所望の複数の方向に指向性を持たせることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、２画面表示に用いて好適な液晶装置の照明装置用の光源に関する。

液晶装置の例として、異なる観察位置に位置する観察者に異なる画像を提示する２画面表示装置や３次元の立体画像を表示する立体画像表示装置が知られている。このような表示装置の１つの方式として、左右に指向性を有する照明装置を用いる液晶装置がある。この液晶装置は、液晶表示パネルと、照明装置より構成される。照明装置からは、左右方向に指向性を有する光が出射され、液晶表示パネルに光を透過することにより照明する。観察位置の異なる観察者のうち、一方の観察者には、左右方向に指向性を有する光のうち、一方の方向に指向性を有する光が入射し、他方の観察者には、左右方向に指向性を有する光のうち、他方の方向に指向性を有する光が入射する。特許文献１に記載されている照明装置では、プリズムシートのプリズム角度を調整することで、光に対し左右方向に指向性を持たせている。

特開平８−２３４２０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている照明装置では、プリズムシートのプリズム角度を調整することにより光の指向性を調整するので、光の指向性を所望の設定にするのは難しい。

本発明は、例えば、２画面表示を行うことのできる液晶装置の照明装置用の光源において、所望の複数の方向に指向性を有する光を出射させることを可能とすることを課題とする。

本発明の１つの観点では、光源は、光を発光する発光手段と、前記発光手段より出射された光を複数の方向に屈折するプリズムと、を備え、前記プリズムは、前記発光手段が前記光を出射する方向からの平面視で互いに対向するように複数の傾斜面が形成され、前記複数の傾斜面によって、前記光を前記複数の方向に屈折させる。

上記の光源は、例えば２画面表示を行うことのできる液晶装置に用いられる照明装置用の光源であり、発光手段と、プリズムとを備える。前記発光手段は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、光を発光する。前記プリズムは、前記発光手段より出射された光を複数の方向に屈折するものであり、前記発光手段が前記光を出射する方向からの平面視で互いに対向するように複数の傾斜面が形成され、前記複数の傾斜面によって、前記光を前記複数の方向に屈折させる。これにより、光源は、複数の方向に光を出射することができる。つまり、このようにすることで、プリズムシートなどの他の光学部材で光の指向性を制御する必要がなくなり、光源のみで光を所望の複数の方向に指向性を持たせることができる。

上記の光源の他の一態様は、前記複数の傾斜面の傾斜角は、互いに異なる角度となっている。これにより、各傾斜角を有するプリズムの斜面より出射される光の指向性を夫々で異ならせることができる。

上記の光源の他の一態様は、前記複数の傾斜面の傾斜角は、１２．１〜４５[°]の範囲内に設定されている。これにより、２画面表示を行うことのできる液晶装置に用いられる照明装置として最適な光源となる。

上記の光源の他の好適な実施例は、前記光の出射方向に沿った前記プリズムの断面形状は、凹型となっている。

上記の光源の他の好適な実施例は、前記光の出射方向に沿った前記プリズムの断面形状は、凸型となっている。

本発明の他の観点では、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源が平面的に複数配列され、該光源の配列面に交差する方向に光を出射する姿勢で設置されて面状光源を構成しているとともに、前記光源がそれぞれ該光源の配列面に交差する複数の方向に指向性を備えた光出射角特性を有している。

本発明の更なる他の観点では、請求項６に記載の照明装置と、前記照明装置により出射された光が透過することにより照明される液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの面上に配置され、互いに隣接するサブ画素の間に対応してスリットが位置している視差バリアと、を備える。これにより、本発明の液晶装置は、光源から出射される光の利用効率を高めることができる。

本発明の他の観点では、上記の液晶装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器を構成することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

[液晶装置]
図１は、本実施形態に係る液晶装置１００の断面図である。本実施形態に係る液晶装置１００は、視差バリア方式の画像表示装置であり、例えば、異なる観察位置に位置する複数の観察者に異なる画像を表示する２画面表示を行うことができる。

図１に示すように、本実施形態に係る液晶装置１００は、主に、視差バリア９と、液晶表示パネル２０と、照明装置１０より構成される。

液晶表示パネル２０は、基板１、２がシール材３を介して貼り合わされてなる構造を有し、基板１、２の間には、液晶４が封入されてなる。基板１の内面上には、１ドットのサブ画素ＳＧａ、ＳＧｂ毎に画素電極５が形成されている。基板２の内面上には、カラーフィルタたるＲＧＢの各色の着色層６及び対向電極７が全面に形成されている。なお、ＲＧＢの各色の着色層６は、画素電極５に対応する位置に形成されている。また、基板１の外面上には、上偏光板１２ａが配置され、基板２の外面上には、下偏光板１２ｂが配置される。

液晶表示パネル２０の背面側には、一定の距離を空けて照明装置１０が設置される。照明装置１０は、液晶表示パネル２０に光を透過することにより照明する。

液晶表示パネル２０の光の出射面側には、視差バリア９が配置される。視差バリア９は、所定の間隔でスリット９Ｓが設けられているパネルである。視差バリア９は、スリット９Ｓの設けられている部分のみが光を透過する透過領域として機能し、それ以外の部分は光を透過しない遮光領域として機能する。視差バリア９は、例えば、２枚の基板の間に液晶を挟持してなる構成を有し、当該液晶の配向を制御することで、スリット９Ｓとして機能する透過領域と、光を透過しない遮光領域とを形成する。スリット９Ｓは、液晶表示パネル２０における互いに隣接するサブ画素ＳＧａ、ＳＧｂの間に対応して位置している。

照明装置１０は、光源１５を、例えばマトリクス状に複数配置してなる構造を有している。光源１５は、光の出射口が液晶表示パネル２０に向けられており、左右の２方向に光Ｌａ、Ｌｂを出射することができる。即ち、光源１５は、平面的に複数配列され、光源１５の配列面に交差する方向に光を出射する姿勢で設置されて面状光源を構成しているとともに、光源１５がそれぞれ当該光源１５の配列面に交差する複数の方向に指向性を備えた光出射角特性を有している。なお、液晶表示パネル２０の背面側に一定の距離を空けて照明装置１０が設置される理由は、液晶表示パネル２０の背面側に接して照明装置１０が設置されると、光Ｌａ、Ｌｂが、十分に拡散する前に液晶表示パネル２０に到達してしまい、表示画面上における輝度ムラの原因となるからである。

照明装置１０より出射した光Ｌａ、Ｌｂは、液晶表示パネル２０に入射し、着色層６を透過した後、液晶表示パネル２０より出射する。液晶表示パネル２０より出射した光Ｌａ、Ｌｂは夫々、スリット９Ｓを通して、異なる観察位置に位置する複数の観察者１１ａ、１１ｂに入射する。

図１に示す液晶装置１００において、観察者１１ａに入射する光Ｌａが透過するＲＧＢの着色層６を着色層Ｒａ、Ｇａ、Ｂａとして示し、観察者１１ｂに入射する光Ｌｂが透過するＲＧＢの着色層６を着色層Ｒｂ、Ｇｂ、Ｂｂとして示す。従って、各色の着色層Ｒａ、Ｇａ、Ｂａを有するサブ画素ＳＧａは、観察者１１ａに入射する光Ｌａが透過する液晶表示パネル２０のＲＧＢの各色のサブ画素を夫々示し、各色の着色層Ｒｂ、Ｇｂ、Ｂｂを有するサブ画素ＳＧｂは、観察者１１ｂに入射する光Ｌｂが透過する液晶表示パネル２０のＲＧＢの各色のサブ画素を夫々示す。

例えば、破線で示すように、着色層Ｇａを透過した光Ｌａは、着色層Ｇａ、Ｂｂの間に対応して位置しているスリット９Ｓを通過することにより、観察者１１ａに入射する。一方、着色層Ｂｂを透過した光Ｌｂは、当該スリット９Ｓを通過した後、観察者１１ｂに入射する。

本実施形態に係る液晶装置１００では、照明装置１０の光源１５が左右の指向性を有する光を出射することができるので、一般的な２画面表示を行うことのできる液晶装置と比較して、スリット９の遮光領域で遮られる光の量を少なくすることができる。従って、本実施形態に係る液晶装置１００では、照明装置１０の光源１５から出射される光の利用効率を高めることができる。

（光源の構成）
次に、本実施形態に係る光源１５の構成について述べる。図２は、光源１５の断面図を示している。光源１５は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２６とプリズム２５より構成される。白色ＬＥＤ２６は、白色光を発光するＬＥＤであり、主に、枠体２１と、青色ＬＥＤ２４と、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体２３より構成される。枠体２１は、樹脂などにより形成され、すり鉢状の凹部を有しており、凹部の内面にはメッキ処理等により光を反射する反射膜が形成されている。青色ＬＥＤ２４は、枠体２１の凹部の底面に設置されている。青色ＬＥＤ２４は、電流Ｉが流されることにより青色光を発光する。青色ＬＥＤ２４は、ＹＡＧ系蛍光体２３が混ぜられたシリコン（Ｓｉ）などの透明な樹脂２２と共に、当該枠体２１の凹部内に封止材２７によって封止されている。

青色ＬＥＤ２４より出光した青色光は、ＹＡＧ系蛍光体２３を励起することによって黄色光（図２における破線矢印Ｙ）を生成する光と、樹脂２２をそのまま透過して青色光として出光する光（図２における波線矢印Ｂ）とに分かれる。白色ＬＥＤ２６は、樹脂２２をそのまま透過した青色光とＹＡＧ系蛍光体２３が励起されることによって出光した黄色光を混光することで、白色光たる光Ｌを生成する。

白色ＬＥＤ２６より出射された光Ｌは、プリズム２５に略垂直に入射する。プリズム２５は、例えばシリコンなどの樹脂で形成されており、その断面形状は、谷形状の凹型に形成されている。プリズム２５は、２つのプリズムの傾斜角（以下、単に「プリズム傾斜角」と称す）θＡａ、θＡｂを有している。プリズム２５に入射した光Ｌは、液晶表示パネル２０へ向けて出射する際に、プリズム傾斜角θＡａを有するプリズムの斜面Ｓａ、プリズム傾斜角θＡｂを有するプリズムの斜面Ｓｂで夫々屈折されて、左右方向の光Ｌａ、Ｌｂとして出射する。図２では、光源１５の光の出射口から液晶表示パネル２０に向かう方向ｐ１に対する、光Ｌａの出射角、光Ｌｂの出射角を夫々、θＢａ、θＢｂとする。なお、以下の説明では、左右方向の光Ｌａ、Ｌｂを区別しないで説明する場合には、添字ａ、ｂを省略して示すこととする。例えば、プリズム傾斜角θＡａとプリズム傾斜角θＡｂとを区別しないで示す場合には、単に傾斜角θＡとして示すこととし、出射角θＢａと出射角θＢｂとを区別しないで示す場合には、単に出射角θＢとして示すこととする。

次に、本実施形態に係る光源１５における光の出射角とプリズム傾斜角との関係について述べる。図３は、プリズム２５における波線３０で囲まれた部分の拡大図を示している。具体的には、プリズム傾斜角θＡａを有するプリズムの斜面Ｓａの拡大図である。

光Ｌは、プリズム２５に略垂直に入射するので、プリズムの斜面Ｓａに入射するときの当該斜面Ｓａに垂直な方向ｐ２に対する光Ｌの入射角はθＡａとなる。従って、プリズムの斜面Ｓａより出射するときの当該斜面Ｓａに垂直な方向ｐ２に対する光Ｌａの出射角をθＣａとし、プリズム２５の屈折率をｎとすると、入射角θＡａと出射角θＣａとの関係は、スネルの法則を用いて以下の式で示すことができる。

ｓｉｎ（θＡａ）／ｓｉｎ（θＣａ）＝１／ｎ （１）
図３より分かるように、光Ｌａの出射角θＢａは、θＢａ＝θＣａ−θＡａで表すことができるので、式（１）は以下の式で書き直すことができる。

ｓｉｎ（θＡａ）／ｓｉｎ（θＢａ＋θＡａ）＝１／ｎ （２）
式（２）から分かるように、出射角θＢａは、プリズム傾斜角θＡａ、プリズム２５の屈折率ｎによって決まることが分かる。なお、出射角θＢｂについても、上述したのと同様にして以下の式（３）を求めることができる。従って、出射角θＢｂについても、プリズム傾斜角θＡｂ、プリズム２５の屈折率ｎによって決まる。

ｓｉｎ（θＡｂ）／ｓｉｎ（θＢｂ＋θＡｂ）＝１／ｎ （３）
従って、上述の式（２）と式（３）をまとめて以下の式（４）で示すことができる。

ｓｉｎ（θＡ）／ｓｉｎ（θＢ＋θＡ）＝１／ｎ （４）
図４は、プリズム２５がシリコン（ｎ＝１．４１）で形成されているとしたときの上述の式（４）より求められたプリズム傾斜角θＡと出射角θＢとの関係を示す図表である。

図４より分かるように、プリズム傾斜角θＡの範囲が１２．１〜４５[°]となる場合、出射角θＢの範囲は５〜４０．５７[°]となる。なお、プリズム傾斜角θＡを４５°よりも大きくすることはできない。なぜならば、光Ｌがプリズム２５に略垂直に入射する場合、プリズム傾斜角θＡが４５°よりも大きくなると、光Ｌはプリズム２５の斜面で全反射してしまうからである。

液晶表示パネル２０において２画面表示を行う上で好適な光源の出射角θＢの範囲は５〜６０[°]であり、特に好適な出射角θＢの範囲は３５〜４５[°]である。従って、図４より分かるように、プリズム傾斜角θＡが１２．１〜４５[°]となる範囲は、液晶表示パネル２０において２画面表示を行う上で好適な範囲となっており、特に好適なプリズム傾斜角θＡの範囲は４４〜４５[°]である。

以上に述べたように、本実施形態に係る光源１５では、光を発光する白色ＬＥＤ２６と、当該白色ＬＥＤ２６より出射された光Ｌを複数の方向に屈折するプリズム２５と、を備え、プリズム２５は、上述したプリズムの斜面Ｓａ、Ｓｂに示されるように、当該白色ＬＥＤ２６が光Ｌを出射する方向からの平面視で互いに対向するように複数の傾斜面が形成され、当該複数の傾斜面によって、光Ｌを前記複数の方向に屈折させる。これにより、光源１５は、複数の方向に光を出射することができる。つまり、このようにすることで、プリズムシートなどの他の光学部材で光の指向性を制御する必要がなくなり、光源１５のみで光を所望の複数の方向に指向性を持たせることができる。

また、本実施形態に係る光源１５では、プリズム傾斜角θＡａとプリズム傾斜角θＡｂを互いに異なる角度とすることもできる。このようにすることで、光Ｌａ、Ｌｂの夫々の出射方向を異ならせることができる、即ち、プリズム傾斜角θＡａを有する斜面Ｓａ、プリズム傾斜角θＡｂを有する斜面Ｓｂの夫々より出射される光の指向性を夫々で異ならせることができる。

[変形例]
次に本発明の変形例について述べる。図５は、本発明の変形例に係る光源１５の断面図を示している。

変形例に係る光源１５では、プリズム２５が谷形状の凹型に形成されている上述の実施形態に係る光源１５と異なり、プリズム２５の断面形状は、山形状の凸型に形成されている。この場合においても、プリズム２５は、２つのプリズム傾斜角θＡａ、θＡｂを有しており、プリズム２５に入射した光Ｌは、液晶表示パネル２０へ向けて出射する際に、プリズム傾斜角θＡａを有するプリズムの斜面Ｓａ、プリズム傾斜角θＡｂを有するプリズムの斜面Ｓｂで夫々屈折されて、左右方向の光Ｌａ、Ｌｂとして出射する。そして、白色ＬＥＤ２６より出射された光Ｌの進む方向に対する、光Ｌａの出射角をθＢａとし、光Ｌｂの出射角をθＢｂとすると、先に述べた式（１）〜（４）が成立する。また、プリズム傾斜角θＡと出射角θＢの関係は、図４の図表に示したのと同じ関係となる。従って、変形例に係る光源１５は、上述の実施形態に係る光源１５と同様の効果を有する。

なお、変形例に係る光源１５を用いた場合、プリズム２５の形状が山形状になっているため、例えば振動の発生等により、液晶表示パネル２０と接することで破損する恐れがある。そのため、照明装置１０に用いられる光源１５としては、変形例に係るものを用いるよりも、プリズム２５の形状が谷形状となっている上述の実施形態に係るものを用いる方が望ましい。

また、光源１５の構造としては、上述の実施形態で述べた構造には限られず、代わりに、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、プリズム２５が枠体２１に組み込まれているものを用いるとしてもよいのは言うまでもない。

また、上述の実施形態では、光源１５には、白色ＬＥＤ２６が用いられるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、他の色のＬＥＤ、例えば、ＲＧＢの各色のＬＥＤが用いられるとしてもよいのは言うまでもない。

さらに、上述の実施形態では、液晶装置１００は、２画面表示を行うとしているが、これに限られるものではなく、代わりに立体画像表示を行うとしてもよいのは言うまでもない。この場合、隣り合うサブ画素ＳＧａ、ＳＧｂには、右目用の画像、左目用の画像が夫々表示され、液晶表示パネル２０より出射した光Ｌａ、Ｌｂは、スリット９Ｓを通して、観察者の左右の目に夫々入射する。

[電子機器]
次に、上述した各実施形態に係る液晶装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図７を参照して説明する。

まず、各実施形態に係る液晶装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図７は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶表示装置１００等を適用した表示部７１３とを備えている。

また、各実施形態に係る液晶装置１００は、液晶テレビや、カーナビゲーション装置の表示部に適用されるのが特に好適である。例えば、カーナビゲーション装置の表示部に本実施形態に係る液晶装置１００を用いることにより、運転席にいる観察者に対しては、地図の画像を表示し、助手席にいる観察者に対しては、映画などの映像を表示することができる。

なお、各実施形態に係る液晶装置１００等を適用可能な電子機器としては、上述したものの他にも、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ページャ、電子手帳、電卓、携帯電話、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。

本実施形態に係る液晶装置の断面図である。 本実施形態に係る光源の断面図である。 プリズムの拡大断面図である。 プリズム傾斜角と出射角の関係を示す図表である。 変形例に係る光源の断面図である。 変形例に係る光源の断面図である。 本発明の液晶装置を適用した電子機器の例である。

符号の説明

１５ 光源、 ２１ 枠体、 ２２ 樹脂、 ２３ ＹＡＧ蛍光体、 ２４ 青色ＬＥＤ、 ２５ プリズム、 ２６ 白色ＬＥＤ

Claims (8)

1. 光を発光する発光手段と、
   前記発光手段より出射された光を複数の方向に屈折するプリズムと、を備え、
   前記プリズムは、前記発光手段が前記光を出射する方向からの平面視で互いに対向するように複数の傾斜面が形成され、前記複数の傾斜面によって、前記光を前記複数の方向に屈折させることを特徴とする光源。
2. 前記複数の傾斜面の傾斜角は、互いに異なる角度となっていることを特徴とする請求項１に記載の光源。
3. 前記複数の傾斜面の傾斜角は、１２．１〜４５[°]の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源。
4. 前記光の出射方向に沿った前記プリズムの断面形状は、凹型となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源。
5. 前記光の出射方向に沿った前記プリズムの断面形状は、凸型となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源が平面的に複数配列され、該光源の配列面に交差する方向に光を出射する姿勢で設置されて面状光源を構成しているとともに、前記光源がそれぞれ該光源の配列面に交差する複数の方向に指向性を備えた光出射角特性を有していることを特徴とする照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と、
   前記照明装置により出射された光が透過することにより照明される液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの面上に配置され、互いに隣接するサブ画素の間に対応してスリットが位置している視差バリアと、を備えることを特徴とする液晶装置。
8. 請求項７に記載の液晶装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。

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