JP2008191262A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が少なく、静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度での画像の取り込みを可能とし得る液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、液晶表示パネル２と、結像光学系を有する撮像部４と、バックライト装置５とを備えている。バックライト装置５は、光源８と光学層６とを備えている。光学層６には貫通孔９が設けられている。撮像部４は、観察者側から液晶表示パネル２に入射し、それを透過した光が、貫通孔９を介して結像光学系の有効領域に入射するように、バックライト装置５の内部に配置される。また、撮像部４は、結像光学系の有効領域に入射した光を受光して、液晶表示パネル２の観察者側の状態を撮像する。貫通孔９は、その内部形状が、結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面２０に整合するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像入力機能を備えた液晶表示装置に関する。

近年、表示装置の分野においては、表示機能に加え、入力機能をも兼ね備えた表示装置が普及してきている。このような表示装置の一例としては、タッチパネル付の表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示の表示装置は、プロジェクタから照射した光を表示領域へと導き、導かれた光のうち表示領域上に置かれたユーザの指で反射された光をＣＣＤカメラで受光することによってタッチ位置の検出を行なっている。

また、タッチパネル付の表示装置の他に、画像そのものを取り込むことができるように構成された液晶表示装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された表示装置は、アクティブマトリクス基板上にマトリクス状に配置された複数個のフォトダイオードを備えており、これにより、表示画面上の物体の画像を取り込んでいる。
特開２００１−３５０５８６号公報（第１図） 特開２００４−１５９２７３号公報（第２図−第３図）

しかしながら、特許文献１に開示の表示装置においては、プロジェクタを使用する必要があるため、電源ファンによる騒音が大きいという問題、発熱量が大きいという問題、装置全体を小型化できないという問題がある。

また、特許文献２に開示の表示装置は、画像の取り込みを可能とする構成を備えているが、結像光学系を備えていないため、特許文献２に開示の表示装置において、鮮明な取り込み画像を得ることは不可能である。特許文献２の表示装置には、高解像度の取り込みを行なうことが不可能であるという問題がある。

本発明の目的は、上記問題を解消し、発熱量が少なく、静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度での画像の取り込みを可能と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、結像光学系を有する撮像部と、前記液晶表示パネルを裏面側から照明するバックライト装置とを備え、前記バックライト装置は、光源と、前記光源の前記液晶表示パネル側に配置された光学層とを備え、前記光学層には貫通孔が設けられ、前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、それを透過した光が、前記貫通孔を介して前記結像光学系の有効領域に入射するように、前記バックライト装置の内部に配置され、そして、前記結像光学系の有効領域に入射した光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側の状態を撮像し、前記貫通孔は、その内部形状が、前記結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面に整合するように形成されていることを特徴とする。

以上のように、本発明における液晶表示装置によれば、液晶表示パネルによって画像を表示できるため、従来の画像入力機能付きの表示装置に比べて、発熱量の減少化、静音化及び小型化を達成できる。更に、本発明における液晶表示装置は、結像光学系を有する撮像部を備えるため、従来の画像入力機能を備えた表示装置に比べ、高解像度で画像を取り込みことができる。

本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記液晶表示パネルを裏面側から照明するバックライト装置とを備え、前記バックライト装置は、光源と、前記光源の前記液晶表示パネル側に配置された光学層とを備え、前記光学層には貫通孔が設けられ、前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、それを透過した光が、前記貫通孔を介して前記結像光学系の有効領域に入射するように、前記バックライト装置の内部に配置され、そして、前記結像光学系の有効領域に入射した光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側の状態を撮像し、前記貫通孔は、その内部形状が、前記結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面に整合するように形成されていることを特徴とする。

バックライト装置の内部に撮像部を配置した場合、撮像部の撮像範囲（視角）を広げるには、光学層に設けられた貫通孔の径を拡大する必要がある。一方、貫通孔の径を拡大すると、光学層に覆われていない部分の面積が拡大する。そして、この部分が観察者側から視認されて、液晶表示パネルの表示品位が低下してしまう可能性がある。これに対して、本発明によれば、上記特徴により、撮像部が撮像できる範囲（視角）の拡大を図りつつ、光学層に覆われていない部分の面積を最小限に抑えることができるので、表示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は、前記撮像部が複数個配置され、前記貫通孔が前記撮像部毎に設けられ、各撮像部は、前記液晶表示パネルの表示領域を前記撮像部の数で分割して得られた領域のいずれかに１対１で対応し、対応する領域から入射した光が前記結像光学系の有効領域に入射するように配置され、各貫通孔の内部形状は、対応する撮像部の前記結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面に整合しているとするのが好ましい。この場合は、撮像部における焦点距離を短くできるため、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。

上記本発明における液晶表示装置は、前記結像光学系の前側焦点が、前記光学層の前記光源側に位置し、前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の前記液晶表示パネル側の主面において最大となり、前記光学層の前記光源側の主面において最小となるように形成されている態様とすることができる。

上記本発明における液晶表示装置は、前記結像光学系の前側焦点が、前記貫通孔の内部に位置し、前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の主面において最大となり、前記光学層の厚み方向に垂直であって前記前側焦点を含む断面において最小となるように形成されている態様とすることもできる。

上記本発明における液晶表示装置は、前記結像光学系の前側焦点が、前記光学層の前記液晶表示パネル側に位置し、前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の前記液晶表示パネル側の主面において最小となり、前記光学層の前記光源側の主面において最大となるように形成されている態様とすることもできる。

また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記光学層の前記液晶表示パネル側に円形黒色の印を付し、その状態で、前記バックライト装置を点灯し、そして前記液晶表示パネルの表示領域全体が白表示されるように前記液晶表示パネルを駆動したときの、前記表示領域上の前記印に厚み方向において重なる領域の輝度をＬＵ１とし、前記円形黒色の印が付されていない状態で、前記バックライト装置を点灯し、そして前記液晶表示パネルの表示領域全体が白表示されるように前記液晶表示パネルを駆動したときの、前記表示領域上の前記ＬＵ１を測定した領域と同一の領域の輝度をＬＵ２とし、輝度ＬＵ２に対する輝度ＬＵ１の比（ＬＵ１／ＬＵ２）を９０%以上とする前記印の直径がΦである場合に、前記貫通孔の最小径がΦに設定されているのが好ましい。この場合は、バックライト装置の光学層に形成された貫通孔が、観察者側から視認されるのを確実に抑制することができ、表示画像の画質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は、前記液晶表示パネルの観察者側へ検出光を出射する検出光源部を更に備え、前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、そしてそれを透過した後に、前記貫通孔を介して前記結像光学系の有効領域に入射した前記検出光を受光する態様であるのが好ましい。この場合は、撮像画像の解像度の向上を図ることができる。

更に、上記態様においては、前記検出光の波長が７００ｎｍ以上であり、前記撮像部が、７００ｎｍ以上の波長の光のみを透過させる光学フィルタを備え、前記光学フィルタを透過した光のみを受光するのが好ましい。これにより、可視光によるノイズが除去され、更なる撮像画像の高解像度化が図られる。

（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７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構成について図１〜図５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概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置に備えられた撮像部の断面構成を示す断面図である。図４は、図１に示した撮像部に入射する光の光路を示す図である。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル２と、撮像部４と、液晶表示パネル２を裏面側から照明するバックライト装置５とを備えている。本実施の形態において、液晶表示パネル２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２は、アクティブマトリクス基板２ｃと、フィルタ基板（対向基板）２ａとによって液晶層２ｂ挟み込んで形成されている。

アクティブマトリクス基板２ｃ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２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３となる。

バックライト装置５は、光源となる複数の蛍光ランプ８と、光学層６とを備えている。光学層６は、下層から順に、拡散板６ｄ、拡散シート６ｃ、プリズムシート６ｂ、及び反射／偏光シート６ａを積層して形成されている（図１参照）。光学層６には、撮像部４による撮像が光学層６によって妨げられないようにするため、撮像部４毎に貫通孔９が設けられている。複数の蛍光ランプ８は、バスタブ型の筐体７の内部に互いに平行な状態で配置されている。図２においては、光学層６及び筐体７は破線で示している。図示していないが、筐体７の内面には反射シートが貼付されている。

撮像部４は、観察者側から液晶表示パネル２に入射し、それを透過した光が、貫通孔９を介して結像光学系の有効領域（図３及び図４参照）に入射するように、バックライト装置５の内部に配置されている。具体的には、撮像部４は、筐体７内の隣接する蛍光ランプ８の間に、撮像方向がバックライト装置５の出射方向に一致した状態で配置されている（図１及び図２参照）。貫通孔９は、撮像部４が受光する光の光学的経路と重なる位置に配置されている。

図３に示すように、撮像部４は、結像光学系を構成するレンズ素子２１と、固体撮像素子２２とを備えている。本実施の形態１では、レンズ素子２１の光軸２１ａと、固体撮像素子２２の受光エリアの中心を通る法線２２ａとは一致している。固体撮像素子２２としては、ＣＣＤ固体撮像素子や、ＭＯＳ型固体撮像素子等を用いることができる。図３において、２１ｂは、レンズ素子２１（結像光学系）の有効領域を示している。２４はレンズ素子２１及び固体撮像素子２２を保持するフレームである。２５は、設定波長以上の波長の光のみを透過させる光学フィルタ（ハイパスフィルタ）である。

このような構成により、撮像部４は、結像光学系（レンズ素子２１）の有効領域２１ｂに入射した光を固体撮像素子２２によって受光する（図１参照）。例えば、液晶表示パネル２の表示領域３上に、被写体１（ヒトの指先）が存在する場合、被写体１の反射光が、液晶表示パネル２及び貫通孔９を介して、結像光学系の有効領域２１ｂ（図３参照）に入射する。この結果、液晶表示パネル２の観察者側における状態（被写体１）が、撮像部４によって撮像される。

本実施の形態１では、液晶表示装置は、液晶表示パネル２の観察者側の空間に向けて、即ち、被写体１に向けて検出光を出射する検出光源部１０を更に備えている。検出光源部１０は、並列に配列された複数の発光素子１１（図１参照）を備えている。発光素子１１としては、例えば、設定波長の光を照射する発光ダイオードを用いることができる。撮像部４は、被写体１で反射された検出光を受光することによって、撮像を行うことができる。検出光は、観察者側から液晶表示パネルに入射し、それを透過した後に、貫通孔９を介してレンズ素子２１の有効領域２１ｂ（図３参照）に入射する。レンズ素子２１に入射した検出光は、固体撮像素子２２によって受光される（図３参照）。

本実施の形態１では、検出光源部１０は光量ロスを少なくするため、表示領域３の周辺の領域に配置されている。具体的には、図２に示すように、４つの検出光源部１０が、表示領域３のいずれかの辺に沿って、表示領域３を囲むように配置されている。各検出光源部１０は、対向位置にある検出光源部１０に向けて検出光を出射している。本実施の形態において、検出光源部１０の数は特に限定されるものではない。例えば、検出光源部１０の数が二つであって、対向する２辺にのみ検出光源部１０が配置された態様であっても良い。

本実施の形態において検出光の波長は、７００ｎｍ以上に設定するのが良い。この場合、液晶表示パネル２に備えられたカラーフィルタや偏光板に対する検出光の透過性の向上を図ることができる。また、透過性の更なる向上の点からは、検出光の波長は、８００ｎｍ以上、特には８５０ｎｍ以上に設定するのが好ましい。また、これに対応するため、撮像部４の光学フィルタ２５は、波長が７００ｎｍ以上の光のみを透過させるハイパスフィルタであるのが好ましい。

また、撮像部４の光学的撮像距離（結像光学系の焦点距離）を稼ぐため、液晶表示パネル２とバックライト装置５とは、従来の液晶表示装置に比べ、距離を置いて配置される。液晶表示パネル２とバックライト装置５とは、フレーム１２によって、一定の距離Ｌ１を置いて保持されている。例えば、液晶表示パネル２の大きさが、３０インチ程度であるならば、液晶表示パネル２とバックライト装置５との距離Ｌ１は１５ｃｍ程度に設定される。

本実施の形態において、撮像部４の個数は特に限定されるものではないが、図１及び図２に示すように、複数個の撮像部４が配置されているのが好ましい。この場合は、貫通孔９は、撮像部４毎に設けられる。更に、各撮像部４は、液晶表示パネル２の表示領域３を撮像部４の数で分割して得られた領域（分割領域）のいずれかに１対１で対応する。そして、各撮像部４は、対応する分割領域から入射した光（検出光）がレンズ素子２１の有効領域２１ｂ（図４参照）に入射するように配置される。

このような態様とすると、単一の撮像部しか設けられない場合に比べて、撮像部４それぞれの撮像範囲は狭くても良いため、各撮像部４が求める光学的撮像距離を短くすることができる。よって、液晶表示パネル２とバックライト装置５との間の距離Ｌ１の短縮化により、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。

また、複数個の撮像部４それぞれの撮像範囲は、被写体１の位置の認識の正確性の向上の点から、隣接する撮像範囲が部分的に重なり合うのが好ましい。具体的には、図１に示すように、隣接している分割領域の縁が重なり合うように、各分割領域の設定が行われる。更に、表示領域３の上方に存在するものまでも、被写体１として撮像できるようにするため、撮像部４の結像光学系（レンズ素子２１）の合焦範囲は、液晶表示パネル２の表面近傍、例えば、表示領域３から観察者側に１ｃｍの範囲内に設定するのが好ましい。

ところで、撮像部４をバックライト装置５の内部に配置した場合、撮像部４の撮像範囲（視角）の大きさは貫通孔９の直径に支配される。つまり、撮像範囲を広げようとすると、それに合わせて貫通孔９の直径も拡大する必要がある。一方、貫通孔９の直径が大きくなるほど、バックライト装置５の発光面（図３参照）では、周囲よりも輝度が低い領域の面積が増加し、観察者によって貫通孔９が視認され易くなり、表示品位の低下が引き起こされてしまう。

本実施の形態１では、複数個の撮像部４を配置することによって、撮像部４それぞれに求められる撮像範囲は、単一の撮像部しか配置されない場合に比べて小さくなる。よって、この場合に比べて、各貫通孔９の直径も小さくなるため、各貫通孔９における外部からの視認は抑制される。しかし、各貫通孔９の直径を小さくするために、配置すべき撮像部４の数を増加させると、液晶表示装置のコストを引き上げてしまう。

よって、本実施の形態１では、撮像部４の数を必要最小限とするため、撮像部４の撮像範囲の確保と、貫通孔９の外部からの視認の抑制との両立を図ることが求められている。このため、図１に示すように、各貫通孔９は、その内部形状が、観察者側から液晶表示パネル２を経て撮像部４に入射する光の包絡面２０に整合するように形成されている。本実施の形態１では、撮像部４は複数個配置されているため、撮像部４に入射する光は、当該撮像部４が対応する分割領域から液晶表示パネル２に入射した光である。

具体的には、図４に示すように、観察者側から液晶表示パネル２に入射し、そしてこれを透過した光の光線束は円錐状を呈し、包絡面２０は円錐面となっている。更に、レンズ素子２１の前側焦点ｆは光学層９の光源側に位置している。貫通孔９は、光学層６の厚み方向に沿って得られる断面の形状が、この断面に現れる光線束の形状に一致するように（下に凸の台形状となるように）形成されている（図１及び図４参照）。よって、この包絡面２０を持つ光線束は、貫通孔９に蹴られることなく、それを通過できる。

また、貫通孔９の直径は、光学層６の液晶表示パネル２側の主面において最大となり、光学層６の光源側の主面において最小となる。そして、貫通孔９の直径が最小となる部分（最小径Φ）において、バックライト装置５の内部が露出され、この部分が光学層６で覆われていない部分となる。よって、光学層６で覆われていない部分の面積は、貫通孔９の内部形状が円柱状である場合に比べて低減され、貫通孔９の観察者側からの視認は抑制される。

このような構成により、本実施の形態１によれば、撮像部４に求められる撮像範囲が確保され、同時に、表示品位の低下も抑制される。また、本実施の形態１では、貫通孔９の外部からの視認を確実に困難にするため、貫通孔９の最小径Φは、次の手順によって設定されるのが好ましい。ここで、貫通孔の最小径Φの設定方法について図５及び図６を用いて説明する。

図５は、バックライト装置の光学層に付された印の視認検査を示す説明図である。図６は、図５に示した視認検査によって得られた結果を示すグラフである。図５において、バックライト装置１４は、光学層１３に貫通孔９が設けられていない以外は、図１〜図３に示されたバックライト装置５と同様に構成されている。また、図６において縦軸は、液晶表示パネル２とバックライト装置１４との距離を示し、横軸はバックライト装置１４の光学層１３に付された黒色円形の印の直径を示している。

先ず、図５に示すように、光学層１３の液晶表示パネル２側に円形黒色の印３１〜３５を付する。各印の直径はそれぞれ異なり、Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５に設定されている（Φ１＜Φ２＜Φ３＜Φ４＜Φ５）。そして、印３１〜３５が付された状態で、バックライト装置１４を点灯すると共に、表示領域３全体が白表示されるように液晶表示パネル２を駆動する。また、このときの液晶表示パネル２からバックライト装置１４までの距離（パネル裏面から発光面までの距離）は、図１に示した例と同様にＬ１に設定されている。

次いで、印３１〜３５毎に、それぞれに厚み方向において重なる表示領域３上の領域の輝度ＬＵ１（１）〜ＬＵ１（５）を測定する。続いて、円形黒色の印３１〜３５を取り除き、表示領域３上のＬＵ１（１）〜ＬＵ１（５）を測定した領域と同一の領域の輝度ＬＵ２（１）〜ＬＵ２（５）を測定する。輝度の測定は、市販の輝度計（たとえばトプコン社製ＢＭ−５ａ）を用いて、次の要領で行われる。

先ず、バックライト装置１４及び液晶表示パネル２を暗室に配置する。次に、輝度の測定方向が液晶表示パネル２の表示面に対して垂直となるように輝度計を設置し、そして輝度を測定する。このとき、輝度計と表示面との距離や、測定視野角は、輝度計の被測定領域の直径が最も小さい印３１の直径Φ１の約半分となるように設定するのが良い。なお、上記の測定作業は、印３１〜印３５毎に、各印の位置に応じて輝度計を移動させながら、上記の距離及び測定視野角の条件を同一にして行われる。印を取り除いた場合も同様である。

本実施の形態１において、ＬＵ１及びＬＵ２の測定順序は、上記に限定されものではない。測定順序は上記とは逆になっていても良い。また、本実施の形態１では、印が取り除かれたときの輝度として、各印に対応する領域の輝度を測定しているが、これに限定されるものではない。例えば、印が取り除かれたときの表示領域内の任意の数箇所の輝度を測定し、その平均値を求め、これを共通のＬＵ２として扱う態様とすることもできる。

そして、印が存在しない場合の輝度ＬＵ２（１）〜ＬＵ２（５）それぞれに対する、印が存在する場合のＬＵ１（１）〜ＬＵ１（５）の比（ＬＵ１（ｎ）／ＬＵ２（ｎ）：ｎ＝１、２、３、４、５）を求める。このとき、算出された比が９０％以上である場合は、印の外部からの視認は極めて困難となる。図６において直線は、比が９０％になる場合を示している。図５及び図６の例では、直径がΦ２の印３２についての比が９０％となり、直径がΦ１の印３１についての比は９０％以上となる。印３１及び３２についての視認は困難であるが、残りの印３３〜３５では、それぞれの比は９０％より小さな値となり、印３３〜３５は液晶表示パネル２の観察者側から容易に視認できる。

このことから、貫通孔９の最小径Φは、上記の比（ＬＵ２／ＬＵ１）が９０％以上となるように設定されるのが好ましい。具体的には、貫通孔９の最小径Φは、Φ２以下に設定されるのが好ましい。この場合は、貫通孔９の外部からの視認を確実に困難にでき、表示品位の低下が一層抑制される。なお、上記のようにして貫通孔９の最小径Φを決定した場合は、これに合わせて、各撮像部４が対応する分割領域の大きさが決定される。更に、表示領域３の面積を分割領域の面積で除することによって、必要となる撮像部４の個数が求められる。

以上のように本実施の形態１における液晶表示装置によれば、バックライト装置５の内部に配置した撮像部４によって、液晶表示パネル２の観察者側の状態を高解像度で撮像できる。また、バックライト装置５の光学層６に設けられる貫通孔９の大きさは最小限に抑えられ、殆ど外部から視認できなくなる。本実施の形態１では、貫通孔９による表示品位の低下が抑制される。

また、本実施の形態１においては、貫通孔９の内部形状は、図１及び図４に示す例に限定されるものではない。図７は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の他の例を示す図である。図７においても、図４と同様に、液晶表示パネル２、光学層６、レンズ素子２１、及び固体撮像素子２２のみが図示されており、撮像部に入射する光の光路が示されている。

図７に示すように、本例では、反射／偏光シート６ａ、プリズムシート６ｂ、拡散シート６ｃ、及び拡散板６ｄそれぞれに、直径の異なる貫通孔を形成することによって、貫通孔９が形成されている。各層の貫通孔は、上層から下層に向かうに従って直径が小さくなるように形成されている。この構成であっても、貫通孔９の内部形状は、観察者側から液晶表示パネル２を経て撮像部４に入射する光の包絡面２０に整合できる。よって、図７の例を用いた場合も、撮像部４に求められる撮像範囲を確保しつつ、同時に、表示品位の低下を抑制できる。

（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８及び図９を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を示す図である。図９は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の他の例を示す図である。図８及び図９においては、実施の形態１で用いた図１及び図４と同様に、液晶表示パネル２、光学層６、レンズ素子２１、及び固体撮像素子２２のみが図示されており、撮像部に入射する光の光路が示されている。

図８に示すように、本実施の形態２においては、レンズ素子２１の前側焦点ｆは、貫通孔９の内部に位置し、円錐状の光線束の頂点も貫通孔９の内部に位置する。このため、貫通孔９は、その直径が、光学層６の主面において最大となり、光学層６の厚み方向に垂直であって前側焦点ｆを含む断面において最小となるように形成されている。具体的には、貫通孔９は、くびれを持った内部形状を有している。

この構成により、レンズ素子２１の前側焦点ｆが貫通孔９の内部に位置する場合であっても、レンズ素子２１に入射する光線束の通過は妨げられない（貫通孔９によって入射光は蹴られない。）。また、本実施の形態２においても、光学層６で覆われていない部分の面積は、貫通孔９の内部形状が円柱状である場合に比べて低減され、貫通孔９の観察者側からの視認は抑制される。なお、貫通孔９の内部形状が異なる以外は、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。

また、図９に示すように、本実施の形態２においても、反射／偏光シート６ａ、プリズムシート６ｂ、拡散シート６ｃ、及び拡散板６ｄそれぞれに、直径の異なる貫通孔を形成することによって、貫通孔９が形成されていても良い。本実施の形態２においては、中間の２層に設けられた貫通孔の直径が小さく、上層及び下層の２層に設けられた貫通孔の直径が大きくなっている。

このように、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、貫通孔９の内部形状は、観察者側から液晶表示パネル２を経て撮像部４に入射する光の包絡面２０に整合する。よって、本実施の形態２を用いた場合も、撮像部４に求められる撮像範囲を確保しつつ、同時に、表示品位の低下を抑制できる。

また、本実施の形態２では、前側焦点ｆが貫通孔９の内部（光学層６内）位置し、貫通孔９の形状がくびれ状となるため、貫通孔９の最大開口径は、実施の形態１や、後述の実施の形態３に比べて小さくなる。このため、本実施の形態２によれば、観察者側からの貫通孔９の視認性は、実施の形態１や、後述の実施の形態３に比べて低下することとなる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における液晶表示装置について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の構成を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の他の例を示す図である。図１０及び図１１においては、実施の形態１で用いた図１及び図４と同様に、液晶表示パネル２、光学層６、レンズ素子２１、及び固体撮像素子２２のみが図示されており、撮像部に入射する光の光路が示されている。

図１０に示すように、本実施の形態３においては、レンズ素子２１の前側焦点ｆは、光学層６の液晶表示パネル２側に位置する。このため、貫通孔９は、その直径が、光学層６の光源側の主面において最大となり、光学層６の液晶表示パネル２側の主面において最小となるように形成されている。具体的には、貫通孔９は、光学層６の厚み方向に沿って得られる断面の形状が上に凸の台形状となるように形成される。

この構成により、レンズ素子２１の前側焦点ｆが光学層６の液晶表示パネル２側に位置する場合であっても、レンズ素子２１に入射する光線束の通過は妨げられない（貫通孔９によって入射光は蹴られない。）。また、本実施の形態３においても、光学層６で覆われていない部分の面積は、貫通孔９の内部形状が円柱状である場合に比べて低減され、貫通孔９の観察者側からの視認は抑制される。なお、貫通孔９の内部形状が異なる以外は、本実施の形態３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。

また、図１１に示すように、本実施の形態３においても、反射／偏光シート６ａ、プリズムシート６ｂ、拡散シート６ｃ、及び拡散板６ｄそれぞれに、直径の異なる貫通孔を形成することによって、貫通孔９が形成されていても良い。本実施の形態３においては、各層の貫通孔は、上層から下層に向かうに従って直径が大きくなるように形成されている。

このように、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、貫通孔９の内部形状は、観察者側から液晶表示パネル２を経て撮像部４に入射する光の包絡面２０に整合する。よって、本実施の形態３を用いた場合も、撮像部４に求められる撮像範囲を確保しつつ、同時に、表示品位の低下を抑制できる。

以上のように、本発明の液晶表示装置は、入力機能を備えており、パーソナルコンピュータ、テレビ、ゲーム機器等の表示装置として有用であり、産業上の利用可能性を有している。

図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置に備えられた撮像部の断面構成を示す断面図である。 図４は、図１に示した撮像部に入射する光の光路を示す図である。 図５は、バックライト装置の光学層に付された印の視認検査を示す説明図である。 図６は、図５に示した視認検査によって得られた結果を示すグラフである。 図７は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の他の例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の他の例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の構成を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 被写体
２ 液晶表示パネル
２ａ フィルタ基板（対向基板）
２ｂ 液晶層
２ｃ アクティブマトリクス基板
３ 表示領域
４ 撮像部
５、１４ バックライト装置
６、１３ 光学層
６ａ 反射／偏光シート
６ｂ プリズムシート
６ｃ 拡散シート
６ｄ 拡散板
７ 筐体
８ 蛍光ランプ（バックライト装置の光源）
９ 開口部
１０ 検出光源部
１１ 発光素子
１２ フレーム
２１ レンズ素子
２１ａ レンズ素子の光軸
２１ｂ 有効領域
２２ 固体撮像素子
２３ 受光エリア
２４ 撮像部のフレーム
３１〜３５ 印

Claims (8)

1. 液晶表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記液晶表示パネルを裏面側から照明するバックライト装置とを備え、
   前記バックライト装置は、光源と、前記光源の前記液晶表示パネル側に配置された光学層とを備え、前記光学層には貫通孔が設けられ、
   前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、それを透過した光が、前記貫通孔を介して前記結像光学系の有効領域に入射するように、前記バックライト装置の内部に配置され、そして、前記結像光学系の有効領域に入射した光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側の状態を撮像し、
   前記貫通孔は、その内部形状が、前記結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面に整合するように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記撮像部が複数個配置され、前記貫通孔が前記撮像部毎に設けられ、
   各撮像部は、前記液晶表示パネルの表示領域を前記撮像部の数で分割して得られた領域のいずれかに１対１で対応し、対応する領域から入射した光が前記結像光学系の有効領域に入射するように配置され、
   各貫通孔の内部形状は、対応する撮像部の前記結像光学系の有効領域に入射する光の包絡面に整合している請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記結像光学系の前側焦点が、前記光学層の前記光源側に位置し、
   前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の前記液晶表示パネル側の主面において最大となり、前記光学層の前記光源側の主面において最小となるように形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記結像光学系の前側焦点が、前記貫通孔の内部に位置し、
   前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の主面において最大となり、前記光学層の厚み方向に垂直であって前記前側焦点を含む断面において最小となるように形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記結像光学系の前側焦点が、前記光学層の前記液晶表示パネル側に位置し、
   前記貫通孔は、その直径が、前記光学層の前記液晶表示パネル側の主面において最小となり、前記光学層の前記光源側の主面において最大となるように形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記光学層の前記液晶表示パネル側に円形黒色の印を付し、その状態で、前記バックライト装置を点灯し、そして前記液晶表示パネルの表示領域全体が白表示されるように前記液晶表示パネルを駆動したときの、前記表示領域上の前記印に厚み方向において重なる領域の輝度をＬＵ１とし、
   前記円形黒色の印が付されていない状態で、前記バックライト装置を点灯し、そして前記液晶表示パネルの表示領域全体が白表示されるように前記液晶表示パネルを駆動したときの、前記表示領域上の前記ＬＵ１を測定した領域と同一の領域の輝度をＬＵ２とし、
   輝度ＬＵ２に対する輝度ＬＵ１の比（ＬＵ１／ＬＵ２）を９０%以上とする前記印の直径がΦである場合に、
   前記貫通孔の最小径がΦに設定されている請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶表示パネルの観察者側へ検出光を出射する検出光源部を更に備え、
   前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、そしてそれを透過した後に、前記貫通孔を介して前記結像光学系の有効領域に入射した前記検出光を受光する請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記検出光の波長が７００ｎｍ以上であり、
   前記撮像部が、７００ｎｍ以上の波長の光のみを透過させる光学フィルタを備え、前記光学フィルタを透過した光のみを受光する請求項７に記載の液晶表示装置。

Images