JP2008180800A - 表示素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るさの低下を抑制するとともに、画像分離性能を向上させたマルチプルビューディスプレイを提供する。
【解決手段】液晶表示素子２の表示面19に対して垂直方向に指向性を有するバックライト３により表示面19と反対側から液晶表示素子２へと照射した光を、プリズム部21を有する光学デバイス６により特定の複数方向に分配する。出射光を有効に利用して明るさの低下を抑制できるとともに、光学デバイス６への入射角が略一定となり、光学デバイス６による光の分配方向が揃うので、画像分離性能を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の異なる画像を表示しながら視角方向によって個別の画像を表示できる表示素子および表示装置に関する。

従来、例えば液晶表示素子などの表示素子を有する表示装置であるディスプレイは、一般に、携帯電話、携帯情報端末(ＰＤＡ)、カーナビゲーションシステム等の小型のディスプレイからパーソナルコンピューター、テレビ等の大型のディスプレイとして用いられている。

このようなディスプレイは、あらゆる視角度から同一の画像を高品位に観測できるよう最適化されてきたが、近年、マルチプルビューディスプレイと呼ばれ、複数の異なる画像を同時に表示し、かつ視角方向によって個別の画像を観測できるディスプレイも要望されてきている。例えば、自動車に搭載するディスプレイには、運転手が地図などのカーナビゲーションデータやモニタ確認に用いる他にも、助手席の同乗者が映画などを見るといった用途がある。

このようなマルチプルビューディスプレイとして、従来、同時に複数の画像を表示する表示デバイス部と、所定の視角方向から画像が個別に視認されるように各画像を視差により分離して表示させる光学デバイス部とを備えたものがある。

例えば、表示デバイス部としては、一般的なＲＧＢストライプ構造のアクティブマトリクス型ＴＦＴ液晶表示素子などがあり、このような表示デバイス部が有する複数の画素のうち、視差により画像を分離する方向に例えば複数のライン毎に交互に位置する複数の画素で複数の画素群を構成し、各画素群によって個別の画像を表示する。また、光学デバイスとしては、表示デバイスの画素を遮蔽する遮蔽部と透光させるスリット部とが交互に形成された視差バリア層などを用いる。

そして、マルチプルビューディスプレイの正面に対して、例えば一方の所定の視角方向から見た場合、一方の画素群の画像のみがスリット部を通じて視認され、残りの画素群の画像は視差バリア層の遮蔽部で遮蔽される。同様に、マルチプルビューディスプレイの正面に対して他方の所定の視角方向から見た場合、他方の画素群の画像のみがスリット部を通じて視認され、残りの画素群の画像は視差バリア層の遮蔽部で遮蔽される。したがって、１つのマルチプルビューディスプレイで、異なる視角度でスリット部を通過した異なる画像を観測できる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２０５８２２号公報

しかしながら、上記従来のマルチプルビューディスプレイでは、視差バリア層を用いて所定の視角方向から画像が個別に視認されるように分離して表示させており、画像分離のために隠された領域の画像を利用していない。従って、表示デバイス部単体と比較した場合、必然的に明るさにおいて劣るという欠点がある。

視差バリア層を用いない方法としては、光学デバイスとして、レンズあるいはプリズムを用いた方法が考えられ、この場合、表示デバイスから出射した光は、レンズあるいはプリズム界面での屈折により複数方向に分割され、それぞれの視角方向で異なった画像表示を可能とする。

しかしながら、通常の表示デバイスでは、表示部から出射する光は特定方向への指向性が弱く、拡散しているため、レンズあるいはプリズム界面への入射角が一定とはならず、屈折光も拡散する。そのため、通常の表示デバイスを用いた場合、単にレンズあるいはプリズムを用いただけでは、視角方向が設計された方向からずれた場合、複数の画像が重なって見える画像クロストークが容易に発生し、正常な表示品位が得られず、観測者に間違った情報や不快感などを与えるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、明るさの低下を抑制するとともに、画像分離性能を向上させた表示素子および表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能であり、かつ、出射光が表示面に対して垂直方向に指向性を有する表示素子本体と、前記出射光を、特定の複数方向に分配する光学デバイスとを具備したものである。

そして、表示面に対して垂直方向に指向性を有する表示素子本体からの出射光を、光学デバイスにより特定の複数方向に分配する。

また、本発明は、複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能な表示素子本体と、前記出射光を、特定の複数方向に分配する光学デバイスを備えた表示素子と、前記表示面に対して垂直方向に指向性を有し、前記表示素子の前記表示面と反対側から光を照射するバックライトとを具備したものである。

そして、表示素子の表示面に対して垂直方向に指向性を有するバックライトにより表示面と反対側から表示素子へと照射された光を、光学デバイスにより特定の複数方向に分配する。

本発明によれば、出射光を有効に利用して明るさの低下を抑制できるとともに、光学デバイスへの入射角が略一定となり、光学デバイスによる光の分配方向が揃うので、画像分離性能を向上できる。

以下、本発明の一実施の形態の表示装置の構成を、図面を参照して説明する。

図１において、１は液晶表示装置である表示装置としてのマルチプルビューディスプレイを示し、このマルチプルビューディスプレイ１は、表示素子としての透過型の液晶表示素子２と、この液晶表示素子２の背面側から照明するバックライト３とを備えている。

液晶表示素子２は、受光型の素子であり、同時に複数の画像を表示する表示素子本体としての表示デバイス５、および、異なる所定の視角方向から表示デバイス５で表示する画像が個別に視認されるように画像分離するための光学素子である光学デバイス６を備えている。

表示デバイス５には、一般的なＲＧＢストライプ構造のアクティブマトリクス型ＴＦＴ液晶表示素子が用いられる。この表示デバイス５は、スペーサにより一定の間隔で保持されたアレイ基板11と対向基板12との間に液晶層13を挟持した構造である。

アレイ基板11には、透明なガラス製の基板15上に、図示しない走査線、信号線、画素電極、およびスイッチング素子としてのＴＦＴなどが形成されて、複数の画素16がマトリクス状に形成されている。対向基板12には、透明なガラス製の基板17上に、ＲＧＢ各色のストライプ状の着色層としてのカラーフィルタ18と、ＩＴＯ電極などの図示しない対向電極とが層状に形成されている。これらアレイ基板11と対向基板12とを合わせて複数の画素16により画像を表示する表示面19が構成されている。

表示デバイス５は、図示しない駆動回路により、例えば、インターレースされた画像を表示可能としており、さらに、複数の異なる画像も表示可能としている。すなわち、複数の画素16のうち、例えば左右方向等の視差により画像を分離する方向に１列ずつ交互に位置する複数の画素16aで構成される画素群と複数の画素16bで構成される画素群とで２つの画素群を構成し、各画素群によって個別の画像を表示可能としている。

本実施の形態において、画素16のピッチは、例えば６３．５μｍに設定されているとともに、カラーフィルタ18は、ＲＧＢ各色のストライプ配列を、２つの画素16毎の繰り返しで作成したものとする。

したがって、画素16とは、本実施の形態において、カラーフィルタ18の各色にそれぞれ対応したサブ画素を示すが、例えば白黒表示などの表示装置においては、画素そのものを指すものとする。

また、光学デバイス６は、例えば断面が微細な三角形で帯状のプリズム部21の繰り返し構造が面内に配置され、例えばアクリル樹脂などにより形成されたプリズムフィルムである。

ここで、光学デバイス６の繰り返し単位の大きさは、底辺が表示デバイス５の２つの画素16と等しく、各プリズム部21の底角θ1は、これらプリズム部21のそれぞれに対応するカラーフィルタ18の色の屈折率波長分散データに対応して、全ての色の屈折角が略等しくなるように設計されている。

このプリズム部21を設計する際には、図２に示すように、空気層の屈折率をｎ1、光学デバイス６でのＲＧＢ各色の屈折率をｎ2、表示デバイス５から光学デバイス６への入射角(プリズム部21の底角)をθ1、光学デバイス６での屈折角(表示面19に垂直な方向に対してマルチプルビューディスプレイ１の正常な表示画面方向(視角))をθ2とすると、次のスネルの式を満たすようにθ1を定める。

ｎ1・sinθ1＝ｎ2・sinθ2

そして、光学デバイス６は、プリズム部21の列がＲＧＢストライプと平行で、プリズム部21の頂点が表示面19に接するように配置され、周縁部が図示しない所定のスペーサなどを挟んで表示デバイス５に貼り合わせられている。

一方、バックライト３は、光源23と、この光源23から照射される光を面状に拡散する導光体としての導光板24とを有し、例えば導光板24の反射位置に、図示しない溝部あるいは突起などを設けることで、表示面19に垂直方向に指向性を有するように構成されている。なお、バックライト３は、指向性が高いほどマルチプルビューディスプレイ１の画像分離性能が高くなるので好ましい。

次に、マルチプルビューディスプレイ１の動作を説明する。

複数の画素16のうち、視差により画像を分離する方向に１列ずつ交互に位置する複数の画素16aで構成される画素群と複数の画素16bで構成される画素群とで異なる画像を表示する。

そして、複数の画素16aの画素群で表示される画像は、光学デバイス６のプリズム部21により視角方向Ｌへと出射され、複数の画素16bの画素群で表示される画像は、光学デバイス６のプリズム部21により視角方向Ｒへと出射される。

このとき、バックライト３からの出射光は、遮られることなく表示面19へと達するので、出射光を有効に利用して明るさの低下を抑制できるとともに、バックライト３からの出射光が指向性を有することで、光学デバイス６への入射角が略一定となるので、光学デバイス６のプリズム部21での光の分配方向が揃うから、画像分離性能が向上する。

また、プリズム部21の底辺を画素16の２つ分と略等しくして、各プリズム部21を断面三角形状に形成することで、表示面19に垂直な出射光が２方向に分割され、表示面19に対して左右で異なる表示を見ることができる。

さらに、光学デバイス６としてプリズム部21を有するものを使用した場合、その材質の屈折率波長分散のため、色によって光学デバイス６からの出射角が異なる。そのため、プリズム部21を屈折率波長分散とは無関係に同一形状としてしまうと、マルチプルビューディスプレイ１から離れるほど各色が正常な場所に見えず、間違った情報を与えるおそれがある。そこで、カラーフィルタ18の色のプリズム部21での屈折率波長分散に対応して、プリズム部21の底角θ1を光の屈折に関するスネルの法則に従って設定することで、プリズム部21にて分配する出射光の方向を、色に拘らず略等しい方向に揃えることができる。

また、通常、カラー表示の画素配列は、例えばＲ，Ｇ，Ｂを１列毎の繰り返し単位で作成するのに対して、本実施の形態では、カラーフィルタ18を、同色が画素２つ毎に連続するように形成する、すなわち２画素単位の繰り返しで作成することにより、プリズム部21の頂点が２画素単位の中央となるから、このプリズム部21の頂点に対応する部分を配線ブラックマトリクス(ＢＭ)で隠すことができ、プリズム部21の頂点位置と画素16の位置ずれなどに伴う画像クロストークなどをも防止できる。

さらに、液晶表示素子２の特性として、視角方向によって、階調反転や輝度コントラストの低下など表示画像の劣化を生じ、通常、表示面19に対して正面方向で最適化されているため、マルチプルビューディスプレイ１に対して正面以外の出射光を使用した場合、劣化した画像を見ることになるのに対して、表示デバイス５を挟んでバックライト３と反対側に光学デバイス６を配設することで、表示面19に垂直方向の出射光を光学デバイス６で分配することにより、最適化された画像を複数の視角で見ることができる。

そして、プリズム部21の頂点を表示面19側すなわち内側に配置することで、プリズム部21から空気層への出射の場合、その界面において、入射角が大きくなっても全反射することがなく、明るさの面から好ましい。

なお、上記一実施の形態において、画像分離性能をさらに向上させるために、光学デバイス６の上面に反射防止層としての視差バリア層を作成してもよい。

また、プリズム部21の頂点を内側に向けて配置しているが、プリズム部21の頂点を表示面19と反対側すなわち外側に向けていても構わない。

さらに、例えば有機ＥＬなどの自己発光型で、指向性を有するものであれば、バックライト３を設けない表示素子に対しても上記光学デバイス６を適用できる。

そして、上記一実施の形態は、本発明を限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々変更して用いることができる。

次に、マルチプルビューディスプレイ１の実施例と、比較例１および比較例２とに対して目視評価する。

実施例１としては、光学デバイス６のＲ(６５０ｎｍ)，Ｇ(５５０ｎｍ)，Ｂ(４５０ｎｍ)の屈折率波長分散が、それぞれ１．５１，１．５１，１．５２であり、表示面19に対して垂直方向から例えば視角３０°方向で正常な表示画面を観察するように、上記スネルの式により、Ｇ(５５０ｎｍ)のカラーフィルタ18に対向するプリズム部21の底角θ1を計算する。ｎ1＝１．００(空気層の屈折率)，ｎ2＝１．５１(光学デバイス６を形成するアクリル樹脂の屈折率)とすると、プリズム部21の底角θ1は６８°となり、プリズム部21の底辺は２画素分と同じであることから、高さが１５７μｍの二等辺三角形となる。なお、本実施例では、光学デバイス６の屈折率波長分散が小さいため、カラーフィルタ18の色によらず全てのプリズム部21の底角θ1を６８°とする。

また、光学デバイス６の周縁部を、例えば厚さ３５０μｍのステンレス(ＳＵＳ)製のスペーサなどを挟んでエポキシ樹脂により表示デバイス５に貼り合わせている。

さらに、バックライト３は、例えば、図３に示すように、半値幅を５°以下とする。

一方、比較例１としては、上記実施例１で示したマルチプルビューディスプレイ１において、光学デバイス６のプリズム部21に代えて、表示デバイス５の表示面19側である正面側にて、例えば非光透過性金属であるクロムを積層し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングして視差バリア層を透明なガラス製の基板に形成し、この基板を、透明な接着層を介して基板17の表示面19上に接着したものを用いる。ここで、視差バリア層は、例えば左右方向などの視差により画像を分離する方向に間隔をあけて複数の遮蔽部を備え、これら遮蔽部間に複数のスリット部を備えるように、表示デバイス５の正面に対して平行に設けられ、各スリット部に、接着層を充填して構成されている。また、この比較例１では、画素ピッチを６３．５μｍ、画素ブラックマトリクス(ＢＭ)幅を１２μｍとする表示デバイス５の正面側の基板を、厚さ５５μｍまでケミカル研磨あるいは機械研磨し、距離調整層とした。

さらに、比較例２としては、上記実施例１のバックライト３を指向性のないものとした以外は、同様に作成した。

そして、上記実施例１、比較例１および比較例２を、目視評価にて、表示面19の垂線と３０°をなす方向から観察したところ、比較例１では暗い表示しか得られず、比較例２では画像分離が良好でない表示しか得られなかったのに対して、実施例１では、画像分離性能が良好で、明るい表示が得られた。

本発明の一実施の形態の表示装置を示す説明断面図である。 同上表示装置の作用を示す説明断面図である。 実施例のバックライトの極角方向の輝度分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 表示装置としてのマルチプルビューディスプレイ
２ 表示素子としての液晶表示素子
３ バックライト
５ 表示素子本体としての表示デバイス
６ 光学デバイス
16 画素
18 着色層としてのカラーフィルタ
19 表示面
21 プリズム部

Claims (6)

1. 複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能であり、かつ、出射光が表示面に対して垂直方向に指向性を有する表示素子本体と、
   前記出射光を、特定の複数方向に分配する光学デバイスと
   を具備したことを特徴とした表示素子。
2. 前記光学デバイスは、底辺が前記画素２つ分と等しい断面三角形状のプリズム部が前記表示素子本体側に対向して形成されている
   ことを特徴とした請求項１記載の表示素子。
3. 前記表示素子本体は、前記画素に対応して設けられた複数色の着色層を備え、
   前記プリズム部の底角が、このプリズム部が対向する前記着色層の色の前記プリズム部での屈折率波長分散に対応して設定されている
   ことを特徴とした請求項２記載の表示素子。
4. 前記着色層は、同色のものが前記画素２つに連続して形成されている
   ことを特徴とした請求項３記載の表示素子。
5. 複数の画素を有し、これら画素のうち交互に位置する複数の画素で構成される複数の画素群毎に異なる画像を表示可能な表示素子本体と、前記出射光を、特定の複数方向に分配する光学デバイスを備えた表示素子と、
   前記表示面に対して垂直方向に指向性を有し、前記表示素子の前記表示面と反対側から光を照射するバックライトと
   を具備したことを特徴とした表示装置。
6. 前記光学デバイスは、前記表示素子本体を挟んで前記バックライトと反対側に配設されている
   ことを特徴とした請求項５記載の表示装置。

Images