JP2008191261A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルを利用することなく入力機能を得ることができ、表示品位の低下を抑制しながらの表示と入力とを同時に達成し得る液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル１と、バックライト装置２と、撮像部９とを備えた液晶表示装置であって、バックライト装置２は、光源６ａ及び６ｂと、光学層４と、傘状部材７とを備えている。光学層４は、光源から出射された光が光学層４を透過するように、液晶表示パネル１の背面側に配置される。また、光学層４は開口部４ａを備える。傘状部材７は、開口部４ａを介して液晶表示パネル１に面する位置に、傘の頂点を液晶表示パネル１に向けた状態で配置される。傘状部材７は、入射する光の一部を透過させ、残りを反射させる機能を有する。撮像部９は、バックライト装置２の裏面に配置され、傘状部材７を介して液晶表示パネル１の観察者側を撮像する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像機能又は入力機能を備えた液晶表示装置に関する。

近年、表示装置においては、表示機能に加え、入力機能をも兼ね備えることが求められている。一般的には、表示装置への入力機能の付与は、表示パネルの表示面の上にタッチパネルを配置することによって行われている。但し、タッチパネルを配置すると、タッチパネルによる透過率の低下によって表示品位が低下してしまう。また、タッチパネルの厚みの分だけ表示装置の厚みが増加し、表示装置の薄型化を困難にしてしまう。このため、特許文献１では、液晶表示パネルの裏面にカメラを配置することによって入力機能の付与を実現している。

ここで、図９〜図１１を用いて、特許文献１に開示された液晶表示装置について説明する。最初に、この液晶表示装置の概略について図９を用いて説明する。図９は、従来からの入力機能付の液晶表示装置を備えた携帯電話を示す図である。図９に示すように、携帯電話５０は、入力機能付の液晶表示装置３０を備えている。図９の例では、液晶表示装置３０は、携帯電話５０が折り畳まれた状態にあるときに情報を表示するサブディスプレイとして機能すると共に、利用者の認証を行うための入力装置としても機能する。

また、液晶表示装置３０の表示面側には、透明の部材によって構成された圧力センサ５１が配置されている。例えば利用者が指により圧力センサ５１を設定値以上の力で押圧すると、圧力センサ５１はそのことを検知し、携帯電話５０の制御装置（図示せず）に信号を出力する。そして、制御装置は、カメラモジュール３９に撮像を行わせる。カメラモジュール３９は、液晶表示装置３０の背面側に、圧力センサ５１を押圧している利用者の指を撮像できるように配置されている。

カメラモジュール３９は、図示していないが、レンズ素子と固体撮像素子とを備えており、レンズ素子が集光した光を固体撮像素子が受光することによって、撮像が行われる。カメラモジュール３９によって撮像された画像は、表示装置に送られ、利用者の認証の判定に用いられる。

ここで、図１０及び図１１を用いて、液晶表示装置３０の具体的構成について説明する。図１０は、図９に示された入力機能付の表示装置の構成を示す断面図である。図１１は、図９及び図１０に示された撮像装置を示す平面図である。

図１０に示すように、液晶表示装置３０は、液晶表示パネル３１とそれを照明するバックライト装置３５とを備えている。液晶表示パネル３１は、アクティブマトリクス基板３２と、液晶層３３と、フィルタ基板３４とを備え、液晶層３３を二つの基板で挟み込むことによって形成されている。

アクティブマトリクス基板３２は、ベースとなるガラス基板３２ａ上に、画素を構成するＴＦＴ（Thin Film Transistor）及び画素電極、ＴＦＴに信号を送るゲート配線やソース配線等とを備えている。図１０においては、ガラス基板３２ａ上に設けられたこれらの構成要素（ＴＦＴ、画素電極、及び配線等）については図示されておらず、これらの構成要素によって形成された層３２ｂの外形のみが図示されている。また、フィルタ基板３４には、図示されていないが、各画素に対応するカラーフィルタや対向電極が形成されている。

バックライト装置３５は、導光板３６と、導光板３６の側面に対向した位置に配置された光源（図示せず）とを備えている。導光板３６の出射面となる主面の反対側の主面には、反射部材３８が貼付されている。

また、被写体で反射された後にフィルタ基板３４に入射した光（入射光）４２は、フィルタ基板３４及び液晶層３３を透過し、そしてアクティブマトリクス基板３２に入射する。このとき、入射光がアクティブマトリクス基板３２を透過するように、ガラス基板３２ａ上の層３２ｂには、貫通孔３２ｃが形成されている。

更に、アクティブマトリクス基板３２を透過した入射光４２は、バックライト装置３５に入射する。このとき、反射部材３８が導光板３６の裏面全体を覆っていると、入射光４２がバックライト３５を透過できないため、反射部材３８には、アクティブマトリクス基板３２の貫通孔３２ｃに整合した位置に、開口部３８ａが形成されている。

このような構成により、観察者側から液晶表示装置に入射した入射光４２は、カメラモジュール３９に備えられたレンズ素子４０によって集光され、その後、固体撮像素子（図示せず）によって受光される。但し、図示されていないが、バックライト装置３５においては、可視光を出射する発光素子と、赤外光を出射する発光素子との二種類の光源が備えられている。また、カメラモジュール３９は、可視光は透過させないが、赤外光は透過させるハイパスフィルタを備えている。

上記の例では、カメラモジュール３９は、被写体で反射された赤外光を受光することによって撮像を行っている。これは、赤外光は、可視光に比べて、フィルタ基板３４や液晶層３３に対する透過性に優れており、赤外光による撮像を行えば撮像画像の画質の向上を図ることができるからである。

ところで、上記の例では、反射部材３８に開口部３８ａが形成されているため、この状態で、液晶表示パネル３１の表示領域に画像を表示させると、照明光の輝度ムラによって表示品位が低下してしまう。このため、図１１に示すように、カメラモジュール３９の筐体４１のレンズ素子４０側の面には、反射面４３が設けられたスライドプレート４２が配置されている。反射面４３の反射率は、反射部材３８（図１０参照）と略同一に設定されている。

スライドプレート４２は、必要に応じてレンズ素子４０を覆ったり、露出させたりできるように、ヒンジ４４によって筐体４１に取り付けられている。また、反射面４３は、スライドプレート４２のレンズ素子４０に重なる部分に形成されている。よって、スライドプレート４２でレンズ素子４０のレンズ面を覆うと、同時に、開口部３８ａの開口は反射面４３によって塞がれる（図１０参照）。そして、バックライト装置３５（図１０参照）の光源からの光は、反射面４３によっても反射されるので、照明光に輝度ムラが発生するのが抑制され、表示品位の低下が抑制される。

なお、スライドプレート４２のヒンジ４４を中心とした回転動作は、カメラモジュール３９の内部に配置された駆動部（図示せず）によって行われる。駆動部は、動力源として電磁石や電動機等を備えている。また、駆動部は、圧力センサ５１（図９参照）が圧力を検知すると、スライドプレート４２を回転させてレンズ素子４０のレンズ面を露出させる。これにより、カメラモジュール３９による撮像が可能な状態となる。
特開２００６−１１７１１号公報（第４図−第６図、第９図）

上述のように、図９〜図１１に示した液晶表示装置は、タッチパネルを用いることなく、液晶表示装置への入力機能の付与を実現している。また、スライドプレート４２により、カメラモジュールを液晶表示装置の背面に配置したことによる表示品位の低下も抑制している。

しかしながら、図９〜図１１に示した液晶表示装置では、画像を表示する際において、スライドプレート４２によってカメラモジュール３９は遮光されるため、画像を表示しながら入力を行うことができないという問題がある。

また、近年においては、網膜血管パターンを利用した生体認証のような非接触型の個人認証も提案されている。このような非接触認証においては、撮像角度や撮像深度にズレが生じていないかどうか、また撮像箇所が正しいかどうかを確認しながら入力を行う必要がある。よって、図９〜図１１に示した液晶表示装置では、入力と表示とを同時に行えず、確認しながらの入力が困難であることから、非接触型の個人認証には不向きである。

一方、上述したタッチパネルを用いれば、表示と入力とを実現することは可能であるが、この場合は、上述したように、透過率の低下による表示品位の低下や、液晶表示装置の厚みの増大化を引き起こしてしまう。よって、タッチパネルを利用することなく、表示装置に入力機能を付与することが求められている。

本発明の目的は、上記問題を解消し、タッチパネルを利用することなく入力機能を得ることができ、表示品位の低下を抑制しながらの表示と入力とを同時に達成し得る液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、バックライト装置と、撮像部とを備え、前記バックライト装置は、光源と、光学層と、傘状部材とを備え、前記光学層は、開口部を備え、且つ、前記光源から出射された光が前記光学層を透過するように、前記液晶表示パネルの背面側に配置され、前記傘状部材は、前記開口部を介して前記液晶表示パネルに面する位置に、傘の頂点を前記液晶表示パネルに向けた状態で配置され、且つ、それに入射する光の一部を透過させ、残りを反射させる機能を有し、前記撮像部は、前記バックライト装置の裏面に配置され、前記傘状部材を介して前記液晶表示パネルの観察者側を撮像することを特徴とする。

上記本発明における液晶表示装置は、前記バックライト装置が、散乱機能を有する筒状の光学部材を更に備え、前記筒状の光学部材は、前記光学層の前記開口部から前記液晶表示パネルの反対側に向けて突き出すように配置され、前記傘状部材が、前記筒状の光学部材の内側に配置されている態様であるのが好ましい。この態様によれば、傘状部材の周囲で散乱光が発生するため、傘状部材の外部からの視認の抑制効果を高めることができる。

また、上記態様においては、前記バックライト装置が、導光板を更に備え、前記光源が、それから出射された光が導光板の側面に入射するように配置され、前記導光板には、それを厚み方向に貫通する貫通孔又は凹部が設けられ、前記光学層の前記開口部が、前記貫通孔又は前記凹部の開口に整合し、前記筒状の光学部材の外面が、前記貫通孔又は前記凹部の内壁面に整合していても良い。

更に、上記態様においては、前記バックライト装置が、開口が設けられた筐体を更に備え、前記光学層が、前記筐体の前記開口を覆うように配置され、前記光源が、蛍光管であり、且つ、前記筐体の前記開口に対向する面において、前記光学層の前記開口部に重ならない位置に配置され、前記筐体の前記開口に対向する面における、前記開口部に重なる位置には、貫通孔が形成され、前記撮像部が、前記傘状部材及び前記貫通孔を介して前記液晶表示パネルの観察者側を撮像するのであっても良い。

上記本発明における液晶表示装置は、前記バックライト装置が、前記光源として、可視光を出射する発光素子と、赤外光を出射する発光素子とを備え、前記撮像部が、前記赤外光を透過させ、前記可視光を反射又は減衰させるフィルタを備え、且つ、前記液晶表示パネルの観察者側に存在する被写体で反射された前記赤外光を受光することによって撮像を行う態様とするのが好ましい。

上記態様によれば、赤外線撮影が可能となるため、いっそう鮮明な撮像画像を得ることができる。また、上記態様では、前記赤外光の波長が８５０ｎｍ以上に設定され、前記撮像部に備えられた前記フィルタが、波長が８５０ｎｍ以上の光を透過させるハイパスフィルタであるのが良い。

また、上記態様においては、前記傘状部材が、それに入射した光に含まれる赤外光のみを透過させ、残りを反射させるのが好ましい。この場合は、撮像部に入射する赤外光の光量を増加でき、撮像品位の向上を図ることができる。

上記本発明における液晶表示装置においては、前記傘状部材は、その頂点が、前記バックライト装置の出光面よりも奥まったところに位置するように配置されているのが良い。この場合、傘状部材の外部からの視認の抑制を図ることができる。また、この場合においては、前記傘状部材の高さ方向における、前記バックライト装置の出光面から前記頂点までの距離をｕ、前記開口部の前記出光面側の開口直径をＲ、前記傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する前記傘状部材の側面の角度をθとしたときに、前記ｕが、下記式（１）を満たすように形成されているのが好ましい。

（数３）
ｕ≧Ｒ／（ｔａｎθ） ・・・・・（１）

上記本発明における液晶表示装置であって、光学部材を配置する場合は、傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する光学部材の内壁面の立ち上がり角度をβ、前記傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する前記傘状部材の側面の角度をθとしたときに、前記傘状部材及び前記光学部材が、下記式（２）を満たすように形成されているのが好ましい。

（数４）
１８０°−２θ−β＝０ ・・・・・（２）

上記の場合は、傘状部材の視角依存性と、光学層４の正面における視角依存性とが等しくなり、観察者において、傘状部材が見え難くなる。このため、更なる表示品位の向上を図ることができる。

以上のように、本発明の液晶表示装置においては、撮像部によって入力機能が付与されており、タッチパネルを備える必要がない。また、照明光は、傘状部材でも反射されるため、撮像部による撮像を行いながら表示を行った場合であっても、照明光に輝度ムラは発生し難くなっている。よって、本発明の液晶表示装置によれば、表示と入力とを同時に実行しつつ、表示品位の低下を抑制できる。更に、このため、本発明の液晶表示装置を用いれば、非接触型の個人認証を行うこともできる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における液晶表示装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態１における液晶表示装置の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の全体構成を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示されたバックライト装置を構成する導光板及び光学層を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態１おける液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、バックライト装置２と、撮像部９とを備えている。本実施の形態に１おいて、液晶表示パネル１は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルである。液晶表示パネル１は、アクティブマトリクス基板１ａと、フィルタ基板（対向基板）１ｃとによって液晶層１ｂ挟み込んで形成されている。なお、図１では、液晶表示パネル１については各基板の外形のみが示されている。

アクティブマトリクス基板１ａは、ベース基板となるガラス基板上に、マトリクス状に配置された複数の画素を備えている。各画素は、主にアクティブ素子（図示せず）と画素電極とを備えている。また、液晶表示パネル１の表示面において、この複数の画素が設けられた領域と厚み方向（図１中の太線の矢印で示す）において重なる領域が、表示領域となる。

バックライト装置は、光源６ａ及び６ｂと、光学層４とを備えている。光学層４は、光源６ａ及び６ｂから出射された光がそれを透過するように液晶表示パネル１の背面側に配置されている。光学層４は、例えば、プリズムシート、偏光再利用シート、散乱シート等を順に積層して形成される。本実施の形態１においては、バックライト装置は、サイドライト方式のバックライト装置であり、導光板３を備えている。光源６ａ及び６ｂは、それから出射された光が導光板の側面に入射するように配置されている。また、導光板３の裏面（液晶表示パネル１側の反対側の主面）には、反射部材８が設けられている。

よって、導光板３の側面から入射した光は、導光板３の内部で全反射を繰り返しながら進行し、最終的に出光面（液晶表示パネル１側の主面）２ａから出射される。そして、出光面２ａから出射された光は、光学層４で散乱等されて、輝度が均一な照明光１３となる。照明光１３は、液晶表示パネル１を照明し、液晶表示パネル１の表示領域に画像を表示させる。

また、図１及び図２に示すように、光学層４は、従来からのバックライト装置に備えられた光学層とは異なり、開口部４ａを備えている。開口部４ａは、光学層４に貫通孔を設けて形成されている。バックライト装置２は、従来からのバックライト装置と異なり、傘状部材７を備えている。

傘状部材７は、開口部４ａを介して液晶表示パネル１に面する位置に、傘の頂点を液晶表示パネル１に向けた状態で配置されている。また、傘状部材７は、それに入射する光の一部を透過させ、残りを反射させる機能を有している。更に、反射部材８においては、光学層４の開口部４ａに対向する位置に、開口部８ａが設けられている。

本実施の形態１においては、導光板３の中央に、それを厚み方向に貫通する貫通孔３ａが設けられており、光学層４の開口部４ａは、貫通孔３ａの液晶表示パネル１側の開口に整合している。また、バックライト装置２は、筒状の光学部材５を備えている。光学部材５は、光学層と同様に構成されており、散乱機能を有している。また、筒状の光学部材５は、その外面が貫通孔３ａの内壁面に整合するように配置されている。光学部材５は、開口部４ａから液晶表示パネル１の反対側に向けて突き出した状態となっている。傘状部材７は、この光学部材５の内部に配置されている。

撮像部９は、レンズ素子１１と、固体撮像素子１２とを備え、バックライト装置２の裏面に配置されている。本実施の形態１では、撮像部９は、観察者側から液晶表示パネル１に入射し、そして液晶表示パネル１及び傘状部材７を透過した光（入射光）１４が、開口部８ａを介して、レンズ素子１１の有効領域に入射するように配置されている。なお、図１において、９は、光学フィルタであり、これについては後述する。

このように、撮像部９は、観察者側から液晶表示パネル１に入射した光（入射光）１４を受光でき、液晶表示パネル１の観察者側を撮像することができる。また、このとき、撮像部９による撮像は、傘状部材７を介して行われており、撮像部９は傘状部材７によって覆われている。更に、上述したように、傘状部材７は、入射光１４の一部を反射させる。

よって、本実施の形態１によれば、従来例のように撮像部９を遮光しなくても、撮像部９の外部からの視認が抑制され、表示品位の低下も抑制される。また、本実施の形態１によれば、撮像部９は、従来例のように遮光されないため、液晶表示パネル１によって画像が表示されている間も撮像を行うことができる。更に、本実施の形態１では、上述のように傘状部材７は、散乱機能を有する光学部材５によって囲まれているため、傘状部材７の表面に映る光は散乱状態にある。よって、観察者側から見たときに傘状部分とその周囲との差が判別し難くなっており、このことによっても表示品位の低下が抑制されている。

また、本実施の形態１では、光源６ａは、白色光等の可視光を出射する発光素子（ＬＥＤ）であるが、光源６ｂは、赤外光を出射する発光素子（ＬＥＤ）である。このため、液晶表示パネル１の表示領域からは、照明光となる可視光に加えて赤外光も外部に出射される。よって、液晶表示パネル１の観察者側に被写体となる物体が存在すると（図示せず）、可視光と赤外光との両方が被写体で反射され、両者の一部が傘状部材７を透過する。

しかし、撮像部９に備えられたフィルタ１０は、偏光板を備えており、それによって、赤外光を透過させるが、可視光を反射又は減衰させる。赤外光のみが撮像部９のレンズ素子１１を通過し、固体撮像素子１２によって受光される。

つまり、本実施の形態１においては、撮像部９による撮像は、光源６ｂが出射した赤外光によって行われる。赤外光は、可視光よりも液晶表示パネル１に対する透過性に優れるため、赤外光による撮像を行った場合は、撮像画像の画質の向上が図られる。

また、本実施の形態１においては、光源６ａが出射する赤外光の波長は、液晶表示パネル１に備えられたカラーフィルタや偏光板（両者とも図示せず）に対する透過性の点から、８５０ｎｍ以上に設定されているのが好ましい。また、この場合、フィルタ１０は、波長が８５０ｎｍ以上の光を透過させ、それより波長が短い光を減衰させるハイパスフィルタであるのが好ましい。

本実施の形態１では、傘状部材７としては、円錐状のガラス製の部材の内壁面に、複数の誘電体膜を積層して形成されたハーフミラーを用いることができる。また、傘状部材７として、入射光に含まれる赤外光のみを透過させるが、可視光を反射させる反射膜が形成されたコールドミラーを用いることもできる。後者の場合は、撮像に利用される赤外光の光量を増加させることができるため、撮像画像の画質の更なる向上を図ることができる。

なお、図１及び図２に示した例では、導光板３に設けられた貫通孔３ａは、液晶表示パネル１側の開口直径が大きく、反射部材８側の開口直径が小さくなった形状を有しているが、これに限定されるものではない。本実施の形態１では、両方の開口直径が同一となる態様であっても良い。また、図１及び図２に示した例では、貫通孔３ａの断面形状は円形であるが、本実施の形態１においては、これに限定されるものではない。貫通孔３ａの断面形状は、半円形、楕円形、多角形等であっても良い。

また、図１及び図２に示した例においては、筒状部分４ｂを形成するため、導光板３には貫通孔３ａが形成されているが、本実施の形態１は、これに限定されるものではない。本実施の形態１は、導光板３に、貫通孔３ａの代わりに凹部が形成された態様であっても良い。

ここで、本実施の形態１における液晶表示装置の光学的特性について図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、図１に示したバックライト装置の傘状部材の周辺を拡大して示す断面図である。先ず、図３を用いて、傘状部材７の高さ及び開口部４ａの開口直径の設定について説明する。図３に示すように、傘状部材７は、その頂点が、バックライト装置２の出光面２ａから奥まったところに位置するように形成されている。

傘状部材７の高さ方向における出光面２ａから頂点までの距離（奥まり量）をｕ、開口部４ａの出光面２ａ側の開口半径をＲ、傘状部材７の高さ方向に垂直な面に対する傘状部材の側面の角度（導光板３の背面と傘状部材の側面とのなす角度）をθとする。このとき、出光面２ａの法線を基準とした観察者の観察方向の角度θ２がθであるとすると、Ｒ／ｕ＝ｔａｎ（θ２）となる。よって、傘状部材７及び開口部４ａは、θ≧θ２が成立するように、即ち、下記式（１）が成立するように形成されているのが好ましい。

（数５）
ｕ≧Ｒ／（ｔａｎθ） ・・・・・（１）

なお、ｕ＝Ｒ／（ｔａｎθ）が成立している場合に、出光面２ａの法線を基準とした観察者の観察方向の角度θ２がθとなると（θ２＝θ）、丁度、傘状部材の頂点が観察されない状態となる。この場合、出光面２ａの法線を基準とした観察者の観察方向の角度θ２がθ以上であるときは、常に、傘状部材７は、観察者から隠れた状態にある。

ところで、上記式（１）が成立せず、ｕ＜Ｒ／（ｔａｎθ）のときは、観察者は、傘状部材７の斜面を正面から見ることになる。このとき、観察者は、観察者自身を正面から見ている状態となり、更に、観察者に向けて反射される光も存在しない。よって、傘状部材７が存在している部位は、観察者にとって周囲よりも暗く見える。この結果、液晶表示パネル１における表示品位は損なわれてしまう。

一方、上記式（１）が成立している場合は、観察者が傘状部材７を観察してしまう範囲を狭くすることができる。例えば、ｕ＝Ｒ／（ｔａｎθ）が成立する場合は、観察者の観察方向の角度θ２がθ未満となって初めて、傘状部材７が観察される。このことから、上記式（１）が成立するように傘状部材７及び開口部４ａを形成することによって、表示品位の低下を抑制することができる。

次に、図４及び図５を用いて、傘状部材７の反射面における視角依存性について説明する。傘状部材７の高さ方向に垂直な面に対する光学部材５の内壁面の立ち上がり角度（図４及び図５の例では、導光板３の背面と光学部材５の壁面とのなす角度）をβとする。また、観察者が、出光面２ａの法線に対して角度αをなした方向から傘状部材７を観察しているとする。

図４では、傘状部材７の中心線の右側から観察が行われている。この場合、図４における傘状部材７の右側面には、光学部材５が写っている。また、右側面に映っている像は、光学部材の５の内壁面の法線に対して角度ｘで傾斜した方向から、光学部材５の内壁面を見たときに得られる像である。角度ｘと、角度αとの間には、下記式（３）が成立する。

（数６）
ｘ＝１８０°−２θ−β＋α ・・・（３）

上記式（３）について検討する。図４に示すように、三角形ＡＢＦから、「γ―ｙ」が「９０°−θ」となる。また、点Ｂを通る傘状部材７の法線を中心にして、入射光線と反射光線とは対称となる。よって、「９０°−θ」にαを足した「（９０°−θ）＋α」がｙとなる。また、三角形ＤＥＦから、δは、「９０°−β」となる。三角形ＡＢＣから、ｚは、「９０°−γ」となる。更に、三角形ＣＤＥから、「ｚ＋ｘ」はδとなる。即ち、下記式（４）〜（８）が成立する。

（数７）
ｙ＝（９０°−θ）＋α ・・・・・（４）

（数８）
γ＝ｙ＋（９０°−θ） ・・・・・（５）

（数９）
δ＝９０°−β ・・・・・（６）

（数１０）
ｚ＝９０°−γ ・・・・・（７）

（数１１）
ｚ＋ｘ＝δ ・・・・・（８）

従って、上記式（４）〜（８）より、
ｘ＝δ−ｚ＝（９０°−β）−（９０°−γ）＝γ−β＝ｙ＋（９０°−θ）−β
＝（９０°−θ＋α）＋（９０°−θ）−β＝１８０°−２θ−β＋α
となり、上記式（３）が成立する。

また、図５では、傘状部材７の中心線の左側から観察が行われている。図５に示すように、観察者が、出光面２ａの法線に対して角度αをなした方向から、傘状部材の左側面を観察した場合も、左側面には、光学部材５が映っている。左側面に映っている像も、光学部材の５の内壁面の法線に対して角度ｘで傾斜した方向から、光学部材５の内壁面を見たときに得られる像である。図５においては、角度ｘと、角度αとの間には、下記式（９）が成立する。

（数１２）
ｘ＝２θ＋β−１８０°＋α ・・・・・（９）

上記式（９）について検討する。図５に示すように、三角形ＡＢＦから、「γ―ｙ」が「９０°−θ」となる。点Ｂを通る傘状部材７の法線を中心にして、入射光線と反射光線とは対称となる。よって、「９０°−θ」にαを足した「（９０°−θ）−α」がｙとなる。また、三角形ＡＢＤから、δは、「９０°−γ」となる。三角形ＣＥＦから、ｚは「９０°−β」となる。更に、三角形ＣＤＥから、「ｚ＋ｘ」はδとなる。即ち、下記式（１０）〜（１４）が成立する。

（数１２）
ｙ＝（９０°−θ）−α ・・・・・（１０）

（数１３）
γ＝ｙ＋（９０°−θ） ・・・・・（１１）

（数１４）
δ＝９０°−γ ・・・・・（１２）

（数１５）
ｚ＝９０°−β ・・・・・（１３）

（数１６）
ｚ＋ｘ＝δ ・・・・・（１４）

従って、上記式（１０）〜（１４）より、
ｘ＝δ−ｚ＝（９０°−γ）−（９０°−β）＝β−γ＝β−（ｙ＋９０°−θ）
＝β−ｙ−９０°＋θ＝β−（９０°−θ−α）−９０＋θ
＝２θ＋β−１８０°＋α
となり、上記式（９）が成立する。

また、傘状部材７の図中左右両側の視角依存性が、光学層４の正面における視角依存性と等しくなると、観察者において、傘状部材７は見え難くなり、更なる表示品位の向上を図ることができる。傘状部材７の図中左右両側の視角依存性が、光学層４の正面における視角依存性と等しくなるためには、上記式（３）及び上記式（９）の両者において、ｘ＝αまたはｘ＝−αとなれば良い。上記式（３）及び上記（９）のそれぞれにおいて、ｘ＝αとすると、下記式（２）が成立する。

（数１７）
β＋２θ−１８０°＝０ ・・・・・（２）

傘状部材７の図中左右両側の視角依存性と、光学層４の正面における視角依存性とを等しくするには、上記式（２）が成立するように、傘状部材７及び光学部材５を形成すれば良い。

次に、観察者が光学部材５の図中左右両側を直接見た場合と、光学層４の正面における視角依存性との関係について検討する。まず、θ＝β＝６０°とすると、上記式（２）が満たされる。図４において、観察者が、出光面２ａの法線に対して角度αをなした方向から、光学部材５の右側内壁面を観察した場合、光学部材５の右側内壁面はそれに直交する軸から角度（β＋α）傾斜した方向から観察された状態となる。このとき、角度αと、角度（β＋α）と、角度ｘ（上記式（３）参照）との関係を求めると、表１のようになる。

一方、図５において、観察者が、出光面２ａの法線に対して角度αをなした方向から、光学部材５の左側内壁面を観察した場合、光学部材５の左側内壁面はそれに直交する軸から角度（β−α）傾斜した方向から観察された状態となる。このとき、角度αと、角度（β−α）と、角度ｘ（上記式（９）参照）との関係を求めると、表２のようになる。

表１及び表２から判るように、傘状部材７の図中左右両側において、光学部材５の正面からの傾き角ｘは等しくなる。しかし、光学部材５の内壁面を直接見たときの傾き角（β＋α）、（β−α）は等しくならない。

よって、傾き角（β＋α）と傾き角（β−α）との両者を近づけるためには、βはより小さい値であることが好ましい。ここで、β＝３０°、θ＝７５°に設定した例について、表３及び表４に示す。

表３及び表４に示すように、β＝３０°、θ＝７５°とした方が、β＝６０°、θ＝６０°とする表１及び表２の場合よりも好ましい結果となる。

また、光学部材５の内壁面における光指向性（散乱特性）が、出光面２ａの法線を中心として図中の左右で非対称であるとする。この場合、式（９）においてｘ＝αとしても、式（３）においてはｘ＝−αとなる。よって、図５に示す傘状部材７の図中左側の側面と、図４に示す傘状部材７の図中右側の側面との間では、視角依存性が変化する。

但し、光学部材５の光指向性が、その内壁面の法線を中心として対称であるのであれば、式（３）においてｘ＝−αの場合であっても、視角依存性の変化は存在しなくなる。この場合、傘状部材７の図中左右の側面、光学部材５の図中左右の内壁面、光学層４の正面それぞれにおいて、視覚特性が同一となり、好ましい態様となる。また、この結果、液晶表示パネル１の観察者側からバックライト装置５を見たときにおける、光学部材５の輝度と傘状部材７の輝度とは、光学層４における輝度と同一となる。

また、本実施の形態１における液晶表示装置は、入力機能と画像表示機能との両方が求められる機器であれば、制限なく適用できる。図６は、図１に示された液晶表示装置が搭載された携帯電話を概略的に示す構成図である。図６に示すように、本実施の形態１における液晶表示装置は、携帯電話のメイン画面の表示装置として利用することができる。図６の例では、撮像部９は、ユーザがメイン画面を指でタッチした場合、ユーザの指先を撮像する。そして、携帯電話の制御装置は、撮像画像から指先の位置を検出し、これからユーザの入力内容を検出する。このように、図６の例では、従来のようなタッチパネルを用いることなく、撮像機能によるタッチ入力が実現されている。

更に、本実施の形態１では、上述したように撮像しながら、画像を表示できる。よって、入力機能を非接触型の個人認証に利用した場合は、撮像角度や撮像深度にズレが生じていないかどうか、又ピントが合っているかどうか確認しながら、認証を行うことができる。なお、本実施の形態１では、赤外光を出射する光源が備えられているが、被写体が十分な赤外線を発する場合は、赤外光を出射する光源が備えられていない態様であっても良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における液晶表示装置について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の全体構成を概略的に示す断面図である。図８は、図７に示されたバックライト装置を示す斜視図である。

図７に示すように、本実施の形態２における液晶表示装置においては、バックライト装置は、開口が設けられた筐体２２を備えている。筐体２２は、バスタブ状の形状を呈しており、一の面が開口している。光学層２１は筐体２２の開口を覆うように配置されている。また、光学層２１には、複数個の開口部２１ａが設けられ、筒状の光学部材５も開口部２１ａ毎に配置されている。更に、各筒状の光学部材５の内部には、傘状部材７が配置されている。

また、図７に示すように、筐体２２の開口に対向する面（底面）における、光学層２１の開口部２１ａに重なる位置には、複数の貫通孔２２ａが形成されている。更に、本実施の形態２では、筐体２２の裏面には、撮像部９も複数個配置され、各撮像部９は、対応する傘状部材７及び貫通孔２２ａを介して液晶表示パネル１の観察者側を撮像する。更に、光源としては、複数本の蛍光管２３が用いられている。これら蛍光管２３は、筐体２２の底面において、光学層２１の開口部２１ａに重ならないように配置されている。

また、本実施の形態２においては、各撮像部９の撮像領域は、それぞれ異なっている。各撮像部が撮像した画像は、外部の画像処理装置で一つの画像に合成することができる。このように、本実施の形態２によれば、複数個の撮像部９が配置されるため、実施の形態１に比べて撮像領域を拡大することができる。よって、本実施の形態２における液晶表示装置は、液晶テレビや、パーソナルコンピュータのモニター装置として有用である。本実施の形態２によれば、タッチパネルを用いることなく、大画面の表示装置に入力機能を付与することができる。なお、上述の点以外については、本実施の形態２における液晶表示装置は、実施の形態１における液晶表示装置と同様に構成されている。

以上のように、本発明における液晶表示装置は、表示機能に加えて入力機能が求められる表示装置に有用である。本発明における液晶表示装置は、産業上の利用可能性を有するものである。

図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の全体構成を概略的に示す断面図である。 図２は、図１に示されたバックライト装置を構成する導光板及び光学層を示す斜視図である。 図３は、図１に示したバックライト装置の傘状部材の周辺を拡大して示す断面図である。 図４は、図１に示したバックライト装置の傘状部材の周辺を拡大して示す断面図である。 図５は、図１に示したバックライト装置の傘状部材の周辺を拡大して示す断面図である。 図６は、図１に示された液晶表示装置が搭載された携帯電話を概略的に示す構成図である。 図７は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の全体構成を概略的に示す断面図である。 図８は、図７に示されたバックライト装置を示す斜視図である。 図９は、従来からの入力機能付の液晶表示装置を備えた携帯電話を示す図である。 図１０は、図９に示された入力機能付の表示装置の構成を示す断面図である。 図１１は、図９及び図１０に示された撮像装置を示す平面図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル
１ａ アクティブマトリクス基板
１ｂ 液晶層
１ｃ フィルタ基板
２ バックライト装置
３ 導光板
４ 光学層
４ａ 光学層の開口部
５ 光学部材
６ａ 光源（発光素子：可視光）
６ｂ 光源（発光素子：赤外光）
７ 傘状部材
８ 反射部材
８ａ 反射部材の開口部
９ 撮像部
１０ 光学フィルタ
１１ レンズ素子
１２ 固体撮像素子
１３ 照明光
１４ 入射光
１５ 携帯電話
２０ バックライト装置
２１ 光学層
２１ａ 光学層の開口部
２２ 筐体
２２ａ 開口部
２３ 蛍光管

Claims (10)

1. 液晶表示パネルと、バックライト装置と、撮像部とを備え、
   前記バックライト装置は、光源と、光学層と、傘状部材とを備え、
   前記光学層は、開口部を備え、且つ、前記光源から出射された光が前記光学層を透過するように、前記液晶表示パネルの背面側に配置され、
   前記傘状部材は、前記開口部を介して前記液晶表示パネルに面する位置に、傘の頂点を前記液晶表示パネルに向けた状態で配置され、且つ、それに入射する光の一部を透過させ、残りを反射させる機能を有し、
   前記撮像部は、前記バックライト装置の裏面に配置され、前記傘状部材を介して前記液晶表示パネルの観察者側を撮像することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記バックライト装置が、散乱機能を有する筒状の光学部材を更に備え、
   前記筒状の光学部材は、前記光学層の前記開口部から前記液晶表示パネルの反対側に向けて突き出すように配置され、
   前記傘状部材が、前記筒状の光学部材の内側に配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライト装置が、導光板を更に備え、
   前記光源が、それから出射された光が導光板の側面に入射するように配置され、
   前記導光板には、それを厚み方向に貫通する貫通孔又は凹部が設けられ、
   前記光学層の前記開口部が、前記貫通孔又は前記凹部の開口に整合し、
   前記筒状の光学部材の外面が、前記貫通孔又は前記凹部の内壁面に整合している請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記バックライト装置が、開口が設けられた筐体を更に備え、
   前記光学層が、前記筐体の前記開口を覆うように配置され、
   前記光源が、蛍光管であり、且つ、前記筐体の前記開口に対向する面において、前記光学層の前記開口部に重ならない位置に配置され、
   前記筐体の前記開口に対向する面における、前記開口部に重なる位置には、貫通孔が形成され、
   前記撮像部が、前記傘状部材及び前記貫通孔を介して前記液晶表示パネルの観察者側を撮像する請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記バックライト装置が、前記光源として、可視光を出射する発光素子と、赤外光を出射する発光素子とを備え、
   前記撮像部が、前記赤外光を透過させ、前記可視光を反射又は減衰させるフィルタを備え、且つ、前記液晶表示パネルの観察者側に存在する被写体で反射された前記赤外光を受光することによって撮像を行う請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記赤外光の波長が８５０ｎｍ以上に設定され、
   前記撮像部に備えられた前記フィルタが、波長が８５０ｎｍ以上の光を透過させるハイパスフィルタである請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記傘状部材が、それに入射した光に含まれる赤外光のみを透過させ、残りを反射させる請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 前記傘状部材は、その頂点が、前記バックライト装置の出光面よりも奥まったところに位置するように配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記傘状部材の高さ方向における、前記バックライト装置の出光面から前記頂点までの距離をｕ、前記開口部の前記出光面側の開口直径をＲ、前記傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する前記傘状部材の側面の角度をθとしたときに、前記ｕが、下記式（１）を満たすように形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
   （数１）
   ｕ≧Ｒ／（ｔａｎθ） ・・・・・（１）
10. 傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する光学部材の内壁面の立ち上がり角度をβ、前記傘状部材の高さ方向に垂直な面に対する前記傘状部材の側面の角度をθとしたときに、
    前記傘状部材及び前記光学部材が、下記式（２）を満たすように形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
    （数２）
    １８０°−２θ−β＝０ ・・・・・（２）

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