JP2008216329A - 光源装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で光利用効率の高いカラー表示を実現することが可能な光源装置を提供する。
【解決手段】互いに異なる波長領域の複数の色光(赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0)を個別に射出可能な光源(赤色光照射部10r、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10b)と、中心軸を中心として回転すると共に光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズム10Aとを含む光源部10を設ける。また、液晶表示パネル2において、各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズム10Aの回転動作を制御する。各色ごとの複数の光源やカラーフィルタを設けなくともカラー表示の実現が可能となり、部材コストが低減する。また、各色ごとにポリゴンミラーを設けた場合と比べ、バックライト装置が小型化(薄型化)する。
【選択図】図6
【解決手段】互いに異なる波長領域の複数の色光(赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0)を個別に射出可能な光源(赤色光照射部10r、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10b)と、中心軸を中心として回転すると共に光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズム10Aとを含む光源部10を設ける。また、液晶表示パネル2において、各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズム10Aの回転動作を制御する。各色ごとの複数の光源やカラーフィルタを設けなくともカラー表示の実現が可能となり、部材コストが低減する。また、各色ごとにポリゴンミラーを設けた場合と比べ、バックライト装置が小型化(薄型化)する。
【選択図】図6
Description
本発明は、複数の色光を発する光源装置およびそのような光源装置を備えた液晶表示装置に関する。
従来、液晶表示装置では、常時白色光を発する光源(例えば、CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp:冷陰極蛍光ランプ)や、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)など)と、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色のカラーフィルタとの組み合わせによって、カラー表示がなされるようになっている。
ところが、このカラーフィルタでの光損失が大きいため、光源からの光の利用効率を大きく低下させてしまっている。そこで、このようなカラーフィルタを用いないでカラー表示を行う方法として、いわゆるフィールドシーケンシャル方式や、例えば各色ごとに複数の光源を設けて順次点灯させる方式(例えば、特許文献1,2)など、1つのフレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色用の映像を時分割で表示させるようにしたものが提案されている。これらの方式によれば、カラーフィルタによる光損失を回避できるため、その分、光源からの光の利用効率が向上すると考えられる。また、カラーフィルタが不要となるため、その分だけ部材コストを抑えることもできると考えられる。
ところで、上記特許文献1,2による方式では、各色ごとの複数の光源を用いて各色光の線順次点灯を行っているが、上記フィールドシーケンシャル方式による原理から脱却できるものではなく、1フレーム期間において1つ1つの光源が点灯する期間は、フィールドシーケンシャル方式による原理から算出されるわずかなものとなっている。したがって、そのような場合、点灯期間における各光源の発光輝度を大きく設定する必要が生じ、光源部の部材のコストが大幅に増加してしまう。また、各色ごとに複数の光源を設ける必要があるため、この点からも部材コストが増加してしまうことになる。
そこで、光源からの各色光自体を、照射面である液晶表示パネルに対して線順次で照射させるという方法が考えられる。そしてそのような方法を実現しようとする場合、光源の構成としては、各色光を発する光源と、発せられた各色光が線順次照射となるように、これら各色光を回転しつつ反射する各色ごとのポリゴンミラーとを含むようにすることが考えられる。
ところが、そのように各色光に対応するポリゴンミラーを設けて構成するようにした場合、各色ごとにポリゴンミラーを設ける必要があることや、ポリゴンミラーによる反射作用に起因して、光源装置が大型化してしまうことになる。
このように従来の技術では、部材コストの低減や装置構成の小型化を図りつつ、高い光利用効率でカラー表示を行うことが困難であった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成で光利用効率の高いカラー表示を実現することが可能な光源装置、およびそのような光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。
本発明の光源装置は、光源部と、この光源部を駆動する光源駆動手段とを備えたものである。ここで、上記光源部は、互いに異なる波長領域の複数の色光を個別に発する光源と、所定の中心軸を中心として回転すると共に光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズムとを含むものである。また、上記光源駆動手段は、所定の照射面において各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズムの回転動作を制御するようにしたものである。
本発明の液晶表示装置は、光を発する照射手段と、この照射手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルとを備え、上記照射手段が、上記光源部と、この光源部を駆動する光源駆動手段とを有するものである。ここで、この光源駆動手段は、上記液晶パネルにおいて各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズムの回転動作を制御するようにしたものである。
本発明の光源装置および液晶表示装置では、光源部において、光源から互いに異なる波長領域の複数の色光が個別に射出され、所定の中心軸を中心として回転するポリゴンプリズムによって、これら複数の色光が互いに独立して屈折される。そして屈折された各色光は、所定の照射面(または液晶パネル)へ照射される。この際、光源部から射出された各色光が、上記照射面(または液晶パネル)において周期的な線順次照射動作を行うように、ポリゴンプリズムの回転動作の制御がなされる。
本発明の光源装置では、上記照射面と対向して配置され、光源部から射出された各色光を略直角に屈折可能なプリズムシートを設けると共に、上記光源部を、複数の色光がプリズムシートに対して微小な角度で個別に入射するように配置するのが好ましい。このように構成した場合、プリズムシートに対して微小な角度で入射した各色光は、プリズムシートにおいて略直角に屈折され、上記照射面へ照射される。したがって、例えば各色ごとにポリゴンミラーを設けた場合と比べ、光源装置が小型化(薄型化)する。また、この場合において、上記光源部とプリズムシートとの間に、光源部から射出された各色光を個別にプリズムシートへと導く複数の層状導光板が積層されてなる導光部を備えるようにするのがより好ましい。このように構成した場合、光源部からの射出光は、各層状導光板内を進行してプリズムシートへと導かれるため、光源部とプリズムシートとの間における射出光の拡散が、最小限に抑えられる。したがって、射出光の拡散に起因した上記照射面での各色光の照射位置の変位幅も、最小限に抑えられる。
本発明の光源装置では、上記光源部が、光源とポリゴンプリズムとの間に、光源から発せられた各色光をそれぞれ平行化する平行化生成部をさらに有するようにするのが好ましい。このように構成した場合、平行化された各色光がポリゴンプリズムへ入射するため、ポリゴンプリズムに対する回線動作の制御が容易となる。また、この場合において、上記平行光生成部が、光源から発せられた各色光の光束のうち、この光束の中心軸に対して所定の閾値以上の角度であるn度(0<n<90)をなす方向に拡散する光線をn度の反射角で反射する曲面を含んで構成されているようにするのがより好ましい。このように構成した場合、例えば2次曲面で構成した場合と比べ、平行光生成部の構成がより小型化し、光源部全体の構成もより小型化する。また、この場合において、上記光源部が、平行生成部とポリゴンプリズムとの間に、生成された平行光を圧縮する平行光圧縮部をさらに有するようにするのがさらに好ましい。このように構成した場合、圧縮された平行光がポリゴンプリズムへ入射するため、ポリゴンプリズムの小型化が可能となり、光源部全体の構成がさらに小型化する。
本発明の光源装置では、上記光源から発せられた複数の色光のうちの一の色光の光軸に対して他の色光の光軸がそれぞれ線対称となると共に、各色光が上記中心軸へ向かってポリゴンプリズムへ入射することとなるように、各色光の光路を設定するのが好ましい。このように構成した場合、ポリゴンプリズムが回転動作しているときの一の色光の虚像点の軌跡(虚像カーブ)と、他の色光の虚像カーブとが、それらの位置や形状において互いに近づくようになり、その結果、上記線順次照射動作の際の各色光の位置ずれが抑えられる。また、この場合において、上記一の色光の光軸に対して他の色光の光軸がなす角度により規定されるポリゴンプリズムに対する他の色光の入射位置の角度が、それぞれ、(理論入射角)=360°/(ポリゴンプリズムの多面体の面数)/(色光の数)という式により規定される理論入射角よりも小さくなるように、各色光の光路を設定するのがより好ましい。このように構成した場合、一の色光の虚像カーブと他の色光の虚像カーブとの間で位置や形状がより近づくため、上記線順次照射動作の際の各色光の位置ずれがより抑えられる。
また、上記光源部が、光源とポリゴンプリズムとの間に、光源から発せられた各色光を、各々の焦点がポリゴンプリズムの表面と中心軸との間に位置するように集光する集光光学系をさらに有するようにするのが好ましい。このように構成した場合、ポリゴンプリズムへ入射する各色光が擬似的な平行光(略平行光)である場合に、このことに起因する各色光の虚像カーブの入射側への変位が抑えられる。よって、各色光が略平行光である場合であっても、一の色光の虚像カーブと他の色光の虚像カーブとの間で位置が近づく(具体的には、各色光の虚像カーブが、入射側とは反対方向に変位する)ようになり、上記線順次照射動作の際の各色光の位置ずれが抑えられる。また、この場合において、上記ポリゴンプリズムを、凹面状の多面体により構成するのがより好ましい。このように構成した場合、各色光の虚像カーブが変形するため、一の色光の虚像カーブと他の色光の虚像カーブとの間で、位置に加えて形状も近づくようになり、その結果、各色光が略平行光である場合であっても、上記線順次照射動作の際の各色光の位置ずれがより抑えられる。
本発明の光源装置では、上記光源駆動部が、上記照射面において各色光が互いに離間した位置で常時照射されつつ周期的な線順次照射動作を行うように、ポリゴンプリズムの回転動作を制御するのが好ましい。このように構成した場合、照射期間における光源部の発光輝度を増加させることなく、各色光の常時照射が可能となる。したがって、例えば各色ごとに複数の光源を設けて各色光の線順次点灯を行う場合と比べ、光源部の部材コストが低減する。
本発明の液晶表示装置では、上記液晶パネルに対して表示駆動を行う表示駆動手段を備え、この表示駆動手段が、液晶パネルにおける各色光の照射位置を含んだ表示画素に対し、対応する色用の映像信号を線順次照射動作に同期しつつ供給する線順次表示駆動を行うように構成することが可能である。また、この場合において、上記表示駆動手段が、光源部による線順次照射動作が時間変化に対して非線形動作となっている場合に、上記非線形動作に対応した非線形動作となるように線順次表示駆動を行うようにするのが好ましい。このように構成した場合、液晶パネルにおいて、各色用の映像信号の供給領域の幅を保持しつつ、各色用の照射位置を含むような線順次表示動作が可能となる。よって、そのような線順次表示動作を行う際に、各色用の映像信号の供給領域の幅を太くする必要がなくなるため、一の色用の映像から他の色用の映像への遷移期間、すなわち液晶の応答時間が十分に確保可能となる。
本発明の光源装置または液晶表示装置によれば、互いに異なる波長領域の複数の色光を個別に射出可能な光源と、所定の中心軸を中心として回転すると共に光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズムとを含む光源部を設けると共に、所定の照射面(または液晶パネル)において各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズムの回転動作を制御するようにしたので、各色ごとの複数の光源やカラーフィルタを設けなくともカラー表示の実現を可能とし、部材コストを低減することができる。また、各色ごとにポリゴンミラーを設けた場合と比べ、光源装置の小型化(薄型化)を図ることができる。よって、簡易な構成で光利用効率の高いカラー表示を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置(液晶表示装置3)の全体構成を分解斜視図で模式的に表したものである。この液晶表示装置3は、透過光を表示光Doutとして出射するいわゆる透過型の液晶表示装置であり、バックライト装置1と、透過型の液晶表示パネル2とを含んで構成されている。
液晶表示パネル2は、透過型の液晶層20と、この液晶層20を挟む一対の基板、すなわちバックライト装置1側の基板であるTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)基板22Aおよびこれに対向する基板である対向電極基板22Bと、これらTFT基板22Aおよび対向電極基板22Bにおける液晶層20と反対側にそれぞれ積層された偏光板21A,21Bとから構成されている。また、TFT基板22Aにはマトリクス状の画素が構成され、各画素にはTFTなどの駆動素子を含む画素電極23が形成されている。
バックライト装置1は、互いに異なる波長領域の複数の色光(この場合、赤色光Lr、緑色光Lgおよび青色光Lb)を、照射光Loutとして個別に射出可能なものである。
図2は、バックライト装置1の構成例を断面図で表したものである。
このバックライト装置1は、赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbをそれぞれ個別に射出可能であると共に、これらの光の射出方向を周期的な線順次方向となるように射出可能な光源部10と、これら赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbをそれぞれ個別に屈折させて液晶表示パネル2へと導くプリズムシート13と、光源部10およびプリズムシート13の間に設けられ、複数の薄い板状の導光板からなる積層導光板14とを含んで構成されている。
光源部10は、例えば、積層導光板14の光入射口に対して光を照射する半導体レーザやLEDなどの光源と、後述する所定の中心軸を中心として回転するポリゴンプリズムなどの照射光学系とを含んで構成されている。この光源部10は、図示しないバックライト駆動部(後述するバックライト駆動部11)により駆動され、後述するように、液晶表示パネル2に対して赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbをそれぞれ線順次で照射できるようになっている。なお、光源部10は、赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbがそれぞれプリズムシート13に対して微小な角度(例えば、3°程度)で入射するように配置されている。
積層導光板14(導光部)は、プリズムシート13に対して微小な角度(例えば、3°程度)で傾斜を持つように配置されている。この積層導光板14は、光源部10から射出された赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbを個別にプリズムシート14へと導く複数の層状導光板が積層されてなり、これら層状導光板はそれぞれ、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)シートなどにより構成される。
プリズムシート13は、液晶表示パネル2の側は平坦面である一方、積層導光板14の光射出口側には、微小な三角形状のプリズムが形成されている。このプリズムシート13は、入射した光(この場合、積層導光板14から射出した光)を略直角(例えば、90°程度)に屈折可能なようになっており、例えば市販の逆プリズムシートなどにより構成される。
なお、積層導光板14における各層状導光板の厚みは、なるべく小さい(すなわち、積層導光板14における層状導光板の積層数がなるべく多い)ほうが好ましく、例えば、後述する赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbによる線順次照射動作の際に、光源部10から積層導光板14へ照射される各色光の照射ライン幅よりも小さいほうが好ましい。これは、例えば図3に、積層導光板14内の各層状導光板141の配置例と時間との関係で示したように、光源部10から積層導光板14へ照射される各色光の照射ライン幅がW1(=層状導光板141の厚みW0)やW2(=0.7×W0)の場合、各色光の照射ラインが線順次動作することを考えると、実際に積層導光板14を通って液晶表示パネル2へ照射される各色光のライン幅(カラーライン幅)は、それぞれ、W1A(=3×W0)やW2A(=2.7×W0)となり、各層状導光板141の厚みが小さいほうがカラーライン幅の増加率を抑えることができるからである。具体的には、例えば図4に示したように、各色光の照射ライン幅がW1,W2のときのカラーライン幅の増加率は、それぞれ図中の符号P1,P2のように表され、各層状導光板141の厚みに対する照射ライン幅の比率がより大きい(各層状導光板141の厚みがより小さい)符号P1のほうが、符号P2の場合と比べ、カラーライン幅の増加率が抑えられていることが分かる。
次に、図5を参照して、液晶表示パネル2および光源部10の駆動および制御部分の構成について詳細に説明する。ここで、図5は、液晶表示装置3のブロック構成を表したものである。
図5に示したように、液晶表示パネル2を駆動して映像を表示するための駆動回路は、液晶表示パネル2内の各画素電極23へ映像信号に基づく駆動電圧を供給するXドライバ(データドライバ)51と、液用表示パネル2内の各画素電極23を図示しない走査線に沿って線順次駆動するYドライバ(ゲートドライバ)52と、これらXドライバ51およびYドライバ52ならびに後述するバックライト駆動部11を制御するタイミング制御部61と、外部からの映像信号を処理してRGB信号を生成するRGBプロセス処理部60と、このRGBプロセス処理部60からのRGB信号を記憶するフレームメモリである映像メモリ62とから構成されている。
一方、バックライト装置1の光源部10を駆動して後述する線順次照射動作を行うための駆動および制御を行う部分は、上記タイミング制御部61およびバックライト駆動部11である。なお、これらタイミング制御部61およびバックライト駆動部11の詳細(役割)については、後述する。
ここで、バックライト装置1が、本発明における「光源装置」および「照射手段」の一具体例に対応する。また、バックライト駆動部11が、本発明における「光源駆動手段」の一具体例に対応する。また、Xドライバ51、Yドライバ52、RGBプロセス処理部60、映像メモリ62およびタイミング制御部61が、本発明における「表示駆動手段」の一具体例に対応する。
次に、図6〜図12を参照して、バックライト装置1における光源部10の詳細構成について説明する。ここで、図6は、バックライト装置1の断面構成を光源部10について詳細に表したものであり、図7は、図6において符号P3で示した領域を拡大してより詳細に表したものである。
図6に示したように、光源部10は、積層導光板14上に並んで配置された緑色光照射部10g、赤色光照射部10rおよび青色光照射部10bと、これら緑色光照射部10g、赤色光照射部10rおよび青色光照射部10bから照射される各色光を個別に屈折可能な単一のポリゴンプリズム10Aと、このポリゴンプリズム10Aで屈折された各色光を積層導光板14の入射口部分に結像させるための結像光学系である集光レンズ10B、ミラー10C1、集光レンズ10Dおよびミラー10C2とから構成されている。
赤色光照射部10rは、赤色光を発する赤色LED10r0を有しており、後述するようにして平行化され圧縮された赤色光である赤色光Lr0をポリゴンプリズム10Aへ向けて照射するものである。同様に緑色光照射部10gは、緑色光を発する緑色LED10g0を有しており、平行化され圧縮された緑色光である緑色光Lg0をポリゴンプリズム10Aへ向けて照射するものである。また、青色光照射部10bは、青色光を発する青色LED10b0を有しており、平行化され圧縮された青色光である青色光Lb0をポリゴンプリズム10Aへ向けて照射するものである。
ポリゴンプリズム10Aは、緑色光照射部10g、赤色光照射部10rおよび青色光照射部10bからそれぞれ照射される緑色光Lg0、赤色光Lr0および青色光Lb0を、例えば図6および図7中の符号r1で示したように回転することによって個別に屈折するものであり、ここでは四面体により構成されている。なお、このポリゴンプリズム10Aの詳細構成および屈折作用については、後述する。
集光レンズ10Bは、ポリゴンプリズム10Aで屈折された各色光を、ミラー10C1の方向へ向けて集光するレンズである。ミラー10C1は、集光レンズ10Bによって集光された各色光を、集光レンズ10Dの方向へ向けて反射するものである。集光レンズ10Dは、ミラー10C1で反射された各色光を、ミラー10C2の方向へ向けて集光するレンズである。ミラー10C2は、集光レンズ10Dによって集光された各色光を、積層導光板14の入射口方向へ向けて反射し、その入射口部分P4に結像させるものである。
なお、上記結像光学系のうちの一部(ミラー10C1、集光レンズ10Dおよびミラー10C2)を省略して考えると、例えば図8に断面図で示したような構成となる。この図8から分かるように、緑色光Lg0、赤色光Lr0および青色光Lb0では、一の色光(この場合、青色光Lb0)の光軸に対して他の色光(この場合、赤色光Lr0および緑色光Lg0)の光軸がそれぞれ線対称となっており、例えば符号r1のように回転するポリゴンプリズム10Aによって各色光が屈折され、集光レンズ10Bで集光されることにより、各色光が積層導光板14の入射口に対して個別に線順次照射されるようになっている。また、例えば図9に示したように、積層導光板14Aの入射面に対して直角に入射しないの場合には、この積層導光板14Aのように、その入射口を凸面状とするのが好ましい。入射した光の角度が積層導光板の導光方向に近づいて反射回数が減ることで、透過損失を減少させることができるからである。なお、図8および図9に示した符号V0a,V0bはそれぞれ、ポリゴンプリズム10Aが回転している時の緑色光Lg0、赤色光Lr0および青色光Lb0の虚像点の軌跡(虚像カーブ)を表している。
次に、図10〜図12を参照して、図6に示した赤色光照射部10rの詳細構成について説明する。ここで、図10(A)は、赤色光照射部10rの断面構成を表すものであり、図10(B)は、図10(A)のII−II部分における矢視断面構成を表すものである。なお、図6に示した緑色光照射部10gおよび青色光照射部10bは、図10に示した赤色光照射部10rと同様の構成であるため、説明を省略する。
赤色光照射部10rは、前述の赤色LED10r0と、曲面S1,S2を含む平行光生成部10r1と、平行光圧縮部10r2とを含んで構成されている。また、この赤色光照射部10rにおいて、赤色LED10r0、平行光生成部10r1および平行光圧縮部10r2が一体化して形成されるようになっている。
平行光生成部10r1は、赤色LED10r0において発せられた赤色光を、上記曲面S1,S2を利用して略平行光とするものである。具体的には、これら曲面S1,S2は、例えば図11に断面模式図で示した曲面S1のように、赤色LED10r0から発せられた赤色光の光束のうち、この光束の中心軸L1に対して所定の閾値である角度α(0°<α<90°であり、例えば、α=4°)以上をなす角度(例えば、α≦n<90°である角度n)方向に拡散する光線を、n度の反射角で反射するような曲面となっている。すなわち、例えば中心軸L1に対して角度α以上の角度(射出角)をなす光線Lr01,Lr02,Lr03は、曲面S1においてその射出角と等しい角度で反射され(例えば、赤色LED10r0の最悪位置から射出される光線Lr03は、射出角αで赤色LED10r0から射出し、曲面S1において反射角αで反射されている。)、これにより各赤色光の光線が、閾値角度α以下の射出角で進行する略平行光として、平行光生成部10r1から射出されるようになっている。したがって、例えば図11に示したパラボラミラー曲面S101と比べ、平行光生成部の小型化(例えば、幅が64%程度小さくなり、長さが62%程度小さくなる)が可能となっている。なお、赤色LED10r0から元々閾値角度α以下で射出された赤色光は、曲面S1,S2に反射されず、そのまま平行光生成部10r1から射出されるようになっている。
平行光圧縮部10r2は、例えば図12に示したように、平行光生成部10r1で略平行化された赤色光を集光する集光レンズ10r3(第1の集光光学系)と、この集光された赤色光を圧縮して出力する圧縮部10r4とを含んで構成されている。この圧縮部10r4は、例えば図中に示したように、略平行光を圧縮するように配置された光学系(レーザ光のエクスパンダを逆向きにした構成に類似している)により構成される。なお、この圧縮部10r4を、例えば顕微鏡の原理を利用して構成してもよい。また、このような平行光圧縮部10r2を複数設け、それらが多段構成となるようにしてもよい。そのように構成した場合、略平行光をより圧縮し、光源部10の構成をより小型化することができるからである。
次に、本実施の形態のバックライト装置1および液晶表示装置3の動作について、詳細に説明する。
まず、図1〜図5を参照して、本実施の形態のバックライト装置1および液晶表示装置3の基本動作について説明する。
バックライト装置1では、バックライト駆動部11による光源部10の駆動動作により、光源部10から液晶パネル2に対し、赤色光Lr,緑色光Lgおよび青色光Lbからなる照射光Loutが、それぞれ個別に射出される。
一方、液晶表示装置3全体では、映像信号に基づいてXドライバ51およびYドライバ52から出力される画素電極23への駆動電圧によって、光源部10からの照射光Loutが液晶層20で変調され、表示光Doutとして液晶パネル2から出力される。このようにしてバックライト装置1が液晶表示装置3のバックライト(液晶用照射手段)として機能し、これにより表示光Doutによる映像表示がなされる。
具体的には、タイミング制御部61による制御に従って、Yドライバ52から液晶パネル2内の1水平ライン分のTFT素子のゲートへ画素ゲートパルスが印加され、それと共にXドライバ51からその1水平ライン分の画素電極23へ、映像信号に基づく駆動電圧が印加される。これにより、液晶表示装置3において映像信号に基づく映像表示がなされる。
次に、図1〜図5に加えて図6〜図10および図13〜図21を参照して、バックライト装置1(特に光源部10)による照射動作について、詳細に説明する。
まず、図6に示したように、赤色光照射部10r、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10bから、それぞれ、略平行化されると共に圧縮された赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0が射出され、例えば符号r1のように回転するポリゴンプリズム10Aに個別に入射する。具体的には、例えば赤色光照射部10rでは、図10に示したように、赤色LED10r0から発せられた赤色光は、曲面S1,S2を含む平行光生成部10r1において略平行化され、さらに平行光圧縮部10r2において圧縮され、出力する。なお、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10bにおいても同様の動作がなされ、略平行化され圧縮された緑色光Lg0および青色光Lb0がそれぞれ出力される。
この際、平行光生成部10r1では、例えば図13および図14(図13の一部を拡大したもの)に示したように、赤色LED10r0から、この赤色LED10r0の最下点から上向きに前述の閾値角度αをなす直線L2と、曲面S1と、赤色LED10r0の発光面とから構成される閉空間内に射出された光線は、全て曲面S1において反射されて出力する。また、平行光圧縮部10r2では、例えば図12に示したように、平行光生成部10r1において略平行化された赤色光が、集光レンズ10r3によって圧縮部10r4内に集光される。そしてこの圧縮部10r4において、集光された赤色光が圧縮され、赤色光Lr0としてポリゴンプリズム10Aへ射出される。
次に、例えば図7および図8に示したように、ポリゴンプリズム10Aへ個別に入射した赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0は、それぞれ、集光レンズ10Bにより集光され、ミラー10C1で反射され、集光レンズにより集光され、ミラー10C2で反射されることにより、図7中の符号P4で示した積層導光板14の光入射口部分で結像し、積層導光板14内へ個別に入射する。
この際、図7に示したようにポリゴンプリズム10Aが回転しているため、個別に入射した赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0の入射角が随時変化し、これにより各色光の屈折角も変化する。したがって、バックライト駆動部11の駆動動作によってポリゴンプリズム10Aの回転動作が制御されることにより、積層導光板14へ入射する各色光の入射位置がそれぞれ線順次に変化し、その結果、例えば図2に示したように、積層導光板14およびプリズムシート13を介して液晶表示パネル2へ個別に照射される各色光Lr,Lg,Lbが、それぞれ線順次照射動作をなすようになる。なお、この線順次照射動作の詳細については、後述する。
このようにして、光源部10から、略平行化された各色光Lr,Lg,Lbが個別に照射されると共に、積層導光板14およびプリズムシート13を介して液晶表示パネル2に対し、それぞれ個別に線順次で照射される。
ここで、図15〜図21を参照して、ポリゴンプリズム10Aにおける構成と屈折作用との関係について、詳細に説明する。図15〜図21は、それぞれ、ポリゴンプリズム10Aにおける緑色光Lg0および赤色光Lr0の虚像点の軌跡(虚像カーブ)の態様を示したものである。なお、青色光Lb0の虚像点の軌跡(虚像カーブ)は、この場合、緑色光Lg0の光軸に対して赤色光Lr0の虚像カーブを線対称としたものであり同様となるため、説明を省略する。
まず、例えば図15に示したポリゴンプリズム10A1のように、一の色光(この場合、緑色光Lg0)の光軸に対して他の色光(この場合、赤色光Lr0)の光軸がなす角度により規定される、ポリゴンプリズムに対する他の色光の入射位置が、以下の(1)式により規定される理論入射角から算出される位置(ポリゴンプリズムが定速回転するので、各色光が画面の下に消え上に現れるタイミングの色光ごとの時間差は一定でなければならないとの考えから算出される位置である。上下の切り替えはポリゴンプリズムの頂角で起きるので、(1)式で規定される角度に頂点が来たときの位置が、入射位置である。)になると共に、他の色光がこの理論入射位置へ向かって水平方向に入射するように各色光の光路が設定された場合について考える。ポリゴンプリズム(偶数角形)は入射面と出射面が平行であることから光は平行にシフトするため、ここに述べた水平方向に入射させることは一番自然な発想である。また、ここでは、ポリゴンプリズム10A1へ入射する各色光が、それぞれ、理想的な平行光である場合について考える。この場合、赤色光Lr0の理論入射位置角は、(360°/4)/3=30°となる(ポリゴンプリズムに対する入射光線の順序は、基本的には自由に決定できる。しかしここでは仮に上から赤色光、緑色光、青色光の配置として述べることとする)。また、ポリゴンプリズム10A1が回転することによる赤色光Lr0および緑色光Lg0の虚像点の軌跡(虚像カーブ)Vr1,Vg0はそれぞれ、図15に示したようになり、互いの虚像位置が大きく離れてしまっている。したがって、そのままでは、液晶表示パネル2に対する線順次照射動作の際の各色光の位置ずれが大きくなってしまう。
(理論入射角)
=360°/(ポリゴンプリズムの多面体の面数)/(色光の数)…(1)
(理論入射角)
=360°/(ポリゴンプリズムの多面体の面数)/(色光の数)…(1)
そこで、例えば図16に示したポリゴンプリズム10A2では、まず、上記理論入射位置へ向かう赤色光Lr0の入射角が、ポリゴンプリズム10A2の中心点へと向かう方向(下向き)となるように、赤色光Lr0の入射角度が変更されている。具体的には、虚像カーブVr21は、赤色光Lr0の入射角=0°(水平方向)の場合であり、虚像カーブVr22は、赤色光Lr0の入射角=5°の場合であり、虚像カーブVr23は、赤色光Lr0の入射角=10°の場合であり、虚像カーブVr24は、赤色光Lr0の入射角=20°の場合である。したがって、図16から、赤色光Lr0の入射角が水平方向から小さくなってポリゴンプリズム10A2の中心軸へ向かうにつれて、赤色光Lr0の虚像カーブの位置が緑色光Lg0の虚像カーブVg1の位置へと近づいていき、入射角=10°〜20°程度で最も近づいていることが分かる。
また、例えば図17に示したポリゴンプリズム10A3では、さらに、このポリゴンプリズム10A3に対する赤色光Lr0の入射位置の角度が、上記(1)式で規定される理論入射角(この場合、30°)よりも小さくなるように(図17では、一例として25°となるように記載されている)入射位置を設定することにより、赤色光Lr0の光路が定められている。よって、赤色光Lr0の入射位置の角度がそのようになるように光路を設定すれば、赤色光Lr0の虚像カーブVr3の位置が緑色光Lg0の虚像カーブVg1の位置へとより近づき、その結果、液晶表示パネル2に対する線順次照射動作の際の各色光の位置ずれがより抑えられることになる。
ここで、ほとんど理想的な平行光線に対する実用的なポリゴンプリズムの使用方法については、上記のようになる。しかし、実際には光源として理想的な平行光線を使える場合は多くないと思われる。そこで、図15〜図17の場合とは異なり、ポリゴンプリズムへ入射する各色光が、それぞれ、擬似的な平行光である場合(例えば、平行光生成部10r1等により生成された略平行光である場合)について考えると、例えば図18に示したように、略平行光である緑色光Lg0の焦点位置fg2がポリゴンプリズム10A4の端面の位置となっている場合、虚像点カーブVg2の位置(特に、虚像カーブVg2における緑色光Lg0の光軸付近の位置(中央虚像点位置))が、理想的な平行光の場合の虚像点カーブVg1の位置から入射側へ大きくシフトしてしまうことが分かる。よってこの場合、赤色光Lr0および青色光Lb0の中央虚像点位置と、緑色光Lg0の中央虚像点位置とが、大きくずれてしまうことになり、液晶表示パネル2に対する線順次照射動作の際の各色光の位置ずれも、理想的な平行光である場合と比べて大きくなってしまうことになる。
そこで、このような問題に対する対策として、例えば図19(A),(B)に示したポリゴンプリズム10A51,10A52では、緑色光Lg0の焦点がポリゴンプリズムの表面(端面)とそのポリゴンプリズムの中心軸との間に位置するように集光する集光光学系(例えば、集光レンズ;図示せず)を、ポリゴンプリズムの前段にさらに設け、緑色光Lg0の焦点位置が、図18に示した焦点位置fg2から、図19(A)に示した焦点位置fg3、図19(B)に示した焦点位置fg4、となるにつれて、ポリゴンプリズムの中心軸へ近づくようにしている。このように設定した場合、緑色光Lg0の虚像カーブが、図18に示した虚像カーブVg2から、図19(A)に示した虚像カーブVg3、図19(B)に示した虚像カーブVg4、となるにつれて、虚像カーブの形状は変位せずに保たれつつ、それらの中央虚像点位置が入射方向からポリゴンプリズムの中心軸方向へシフトしていることが分かる。したがって、各色光が擬似的な平行光であることに起因する緑色光Lg0の中央虚像点位置の入射側へのシフトが抑制される方向にシフトし、その結果、液晶表示パネル2に対する線順次照射動作の際の各色光の位置ずれが抑えられることになる。
上記では虚像カーブ位置の制御方法を示しているが、虚像カーブの形状については目的に適していないので、例えば図20に示したポリゴンプリズム10A6では、さらに、ポリゴンプリズムの端面の形状が平面から曲面へと変更され、緑色光Lg0の虚像カーブ自体の形状も変形されている。具体的には、虚像カーブVg5は、ポリゴンプリズムの端面が凸面である場合のもの、虚像カーブVg6(=Vg2)は、これまで説明したようにポリゴンプリズムの端面が平面であるもの、虚像カーブVg7は、ポリゴンプリズムの端面が凹面である場合のもの、をそれぞれ示している。また、虚像カーブVg7では、虚像カーブVg71から虚像カーブVg72、虚像カーブVg73へと向かうにつれて、凹面の曲率が大きくなっている。したがって、ポリゴンプリズム10A6の端面を凹面状とすると共にその曲率を調整することにより、緑色光Lg0の虚像カーブが変形し(具体的には、中央虚像点位置がポリゴンプリズムの中心軸方向に向かうように変形し)、緑色光Lg0が理想的な平行光である場合の虚像カーブVg1の形状と近づけることが可能となる。
このようにして、ポリゴンプリズムへ入射する各色光が擬似的な平行光(略平行光)である場合であっても、例えば図21に示したポリゴンプリズム10A7のように、赤色光Lr0の虚像カーブVr8と、緑色光Lg0の虚像カーブVg8とで、位置および形状をほぼ一致させることが可能であることが分かる。したがって、上記したようにして各色光の光路やポリゴンプリズムの端面形状等を調整することで、液晶表示パネル2に対する線順次照射動作の際の各色光の位置ずれが最大限抑えられることになる。
次に、図1〜図5に加えて図22〜図27を参照して、光源部10を含むバックライト装置1による線順次照射動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。
ここで、図22は、比較例1に係る従来のバックライト装置(白色光を照射するバックライト装置であり、図23に断面図で示したように、赤色用、緑色用および青色用のカラーフィルタCFR,CFG,CFBを有する液晶表示パネルに適用されるもの)における1フレーム期間(1垂直動作期間)の動作を平面模式図で表したものである。また、図24は、比較例2に係る従来のバックライト装置(いわゆるフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に適用されるバックライト装置)における1フレーム期間の動作を平面模式図で示したものである。また、図25は、比較例3に係る従来のバックライト装置(前述の特許文献1,2に示されているバックライト装置)を平面摸式図で示したものである。また、図26は、本実施の形態に係るバックライト装置1の線順次照射動作を説明するためのもの(液晶表示パネル2の平面図)であり、図27は、1フレーム期間における線順次照射動作を平面模式図で表したものである。なお、図24および図27における各平面模式図は、それぞれ、1フレーム期間を複数分割してなる1サブフレーム期間における状態図を表している。
まず、図22に示した比較例1に係るバックライト装置では、光源部110全体から一様に白色光が射出される(光源部110全体が、白色発光領域10Wとなっている)と共に、その状態が1フレーム期間内で保持され、発光状態が変化することはない。そして例えば図23に示したようなカラーフィルタCFにおいて、光源部110から射出された白色光Lw101,Lw102,Lw103がそれぞれ、赤色用カラーフィルタCFR、緑色用カラーフィルタCFGおよび青色用カラーフィルタCFBを透過し、これにより赤色光Lr101、緑色光Lg101および青色光Lb101が得られる。ここで、このカラーフィルタCFでは光損失が大きいため(各色用のカラーフィルタごとに光利用効率はそれぞれ異なるが、いずれにしても3色のうちの1色を透過させるため、カラーフィルタCF全体での平均の理論効率は、3分の1程度(約33%)になってしまう。なお、透過光に対する透過効率も80%程度であるため、これを考慮すると、実際の光利用効率は33%×80%程度となり、さらに低下してしまうことになる。)、この比較例1では、光源110からの光の利用効率を大きく低下させてしまうことになる。
また、図24に示した比較例2に係るバックライト装置では、1フレーム期間が複数(この場合、12個)のサブフレーム期間に時分割されると共に、一定のサブフレーム期間(この場合、4つのサブフレーム期間)ごとに、光源210全体から一様に異なる色光が液晶パネルに対して周期的に照射されるようになっている(この場合、赤色光を照射する赤色発光領域210Rを有するサブフレーム期間と、緑色光を照射する緑色発光領域210Gを有するサブフレーム期間と、青色光を照射する青色発光領域210Bを有するサブフレーム期間とが、周期的に出現するようになっている)。また、これらの色光が照射されている期間では、各色光に対応する色用の映像信号が液晶パネルに対して一様に供給され、各色用の映像表示がなされるようになっている。なお、各色光が照射されているサブフレーム期間以外のサブフレーム期間は、ある色用の映像表示状態から他の色用の映像表示状態への遷移期間(例えば、符号Δt101で示した3つのサブフレーム期間は、赤色用の映像表示状態から緑色用の映像表示状態への遷移期間であり、符号Δt102で示した3つのサブフレーム期間は、緑色用の映像表示状態から青色用の映像表示状態への遷移期間であり、符号Δt103で示した3つのサブフレーム期間は、青色用の映像表示状態から赤色用の映像表示状態への遷移期間である)であり、この遷移期間では、光源部210は消灯状態となっている。したがって、このようなフィールドシーケンシャル方式では、各色光用の点灯期間(サブフレーム期間)は、1フレーム期間の1/3となってしまううえ、上記遷移期間が必要なため、液晶の応答時間を確保しようとすると、各色光用の点灯期間は、1フレーム期間のうちのわずかな時間(この場合、1フレーム期間の1/12(=(1/3)×(1/4)))程度となってしまう。よって、1フレーム期間に必要な光量を確保しようとすると、従来のカラーフィルタを用いた表示方式と比べ、点灯期間における各色光の輝度をそれぞれ12倍に増加させなければならなくなり、光源部210の部材コストが大幅に増加してしまうことになる。
さらに、図25に示した従来のバックライト装置(比較例3)においても、各色ごとの複数の光源310(赤色光源310R、緑色光源310Gおよび青色光源310Bからなる)を用いて、図中の符号P301で示したような各色光ごとの線順次点灯を行っているため、各色光について常時点灯にすることも可能ではあるが、1フレーム期間において1つ1つの光源が点灯する期間は、依然としてわずかなものとなってしまう。したがって、この場合も点灯期間における各光源310の発光輝度を大きく設定する必要が生じ、光源部310の部材のコストが大幅に増加してしまう。また、この比較例3では各色ごとに複数の光源310を設けているため、その点からも部材コストが増加してしまう。
これに対して本実施の形態では、単一の光源部10を有するバックライト装置1から各色光Lr,Lg,Lbがそれぞれ個別に射出され、例えば図26に示したように、各色光によるライン(赤色光ライン4R、緑色光ライン4Gおよび青色光ライン4B)が、互いに離間した位置で、液晶表示パネル2に対して常時照射されるようになっている。また、液晶表示パネル2では、垂直方向に沿って表示領域が複数の分割領域に分割されると共に、赤色光ライン4R、緑色光ライン4Gおよび青色光ライン4Bを含む分割領域の表示画素(画素電極23)に対して対応する色用の映像信号が供給され、それぞれ、赤色用表示領域2R、緑色用表示領域2Gおよび青色用表示領域2Bが形成されるようになっている。なお、液晶表示パネル2において、赤色用表示領域2Rと緑色用表示領域2Gとの間の領域2aは、緑色用の映像表示状態から赤色用の表示状態への遷移期間となっている領域であり、緑色用表示領域2Gと青色用表示領域2Bとの間の領域2bは、青色用の映像表示状態から緑色用の表示状態への遷移期間となっている領域であり、青色用表示領域2Bの下に位置する領域2cは、赤色用の映像表示状態から青色用の表示状態への遷移期間となっている領域であり、これらの領域にはバックライト装置1からの各色光が照射されないようになっている。そして赤色光ライン4R、緑色光ライン4Gおよび青色光ライン4Bと、赤色用表示領域2R、緑色用表示領域2Gおよび青色用表示領域2B(ならびに領域2a,2b,2c)とが互いに同期して、それぞれ図中の符号P2〜P4で示したように、周期的な線順次照射動作および線順次表示動作がなされるようになっている。
具体的には、例えば図27に示したように、隣接するサブフレーム期間ごとに、赤色光ライン4R、緑色光ライン4Gおよび青色光ライン4Bと、赤色用表示領域2R、緑色用表示領域2Gおよび青色用表示領域2B(ならびに領域2a,2b,2c)とが、垂直方向に沿って分割領域の1つ分ずつずれるように変位する。また、図中の左上のサブフレームを基点として、例えば4番目のサブフレームから5番目のサブフレームへの動作時や、8番目のサブフレームから9番目のサブフレームへの動作時や、12番目のサブフレームから1番目のサブフレームへの動作時には、一番下の分割領域に位置していた青色用表示領域2Bおよび青色光ライン4Bや、緑色用表示領域2Gおよび緑色光ライン4Gが、赤色用表示領域2Rおよび赤色光ライン4Rが、次のサブフレームにおいて一番上に位置するようになっており、各色用表示領域および各色光ラインがそれぞれ常時存在するような周期的動作がなされる。
このようにして本実施の形態では、比較例1のようなカラーフィルタが不要となると共に、各色光ラインが液晶表示パネル2に対して常時照射されるため、比較例2,3のように光源部の発光輝度を増加される必要がなくなる。また、単一の光源部10から各色光が射出されるため、比較例3のように、各色光ごとに複数の光源部を設ける必要もない。さらに、液晶表示パネル2の各分割領域では、比較例2と同様に、一の色用の表示領域から他の色用の表示領域への遷移期間が設けられているため、液晶の応答期間が十分に確保可能となる。
また、光源部10において、赤色光照射部10r、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10bから互いに異なる波長領域の複数の色光(赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0)が個別に射出され、中心軸を中心として回転するポリゴンプリズム10Aによって、これら複数の色光が互いに独立して屈折される。そしてこのように屈折された各色光は、プリズムシート13に対して微小な角度で入射し、入射した各色光は、プリズムシート13において略直角に屈折され、所定の照射面である上記液晶表示パネル2へ照射される。この際、光源部10から射出された各色光が液晶表示パネル2において上記したような周期的な線順次照射動作を行うように、ポリゴンプリズム10Aの回転動作の制御がなされる。したがって、例えば図28に示したように、赤色光Lr401、緑色光Lg401および青色光Lb401をそれぞれ射出する光源部410と、符号r401のように回転することにより各色光を反射するポリゴンミラー411(411R,411G,411B)とから構成されるバックライト装置401(比較例4)と比べ、バックライト装置が小型化(薄型化)する。
以上のように本実施の形態では、互いに異なる波長領域の複数の色光(赤色光Lr0、緑色光Lg0および青色光Lb0)を個別に射出可能な光源(赤色光照射部10r、緑色光照射部10gおよび青色光照射部10b)と、中心軸を中心として回転すると共に光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズム10Aとを含む光源部10を設けると共に、液晶表示パネル2において各色光が周期的な線順次照射動作を行うようにポリゴンプリズム10Aの回転動作を制御するようにしたので、各色ごとの複数の光源やカラーフィルタを設けなくともカラー表示の実現を可能とし、部材コストを低減することができる。また、各色ごとにポリゴンミラーを設けた場合(上記比較例4)と比べ、バックライト装置の小型化(薄型化)を図ることができる。よって、簡易な構成で光利用効率の高いカラー表示を実現することが可能となる。
また、光源部10と液晶表示パネル2との間に入射光を略直角に屈折可能なプリズムシート13を設けると共に、このプリズムシート13に対し、光源部10が各色光を微小な角度で個別に入射させるようにしたので、バックライト装置をより小型化(薄型化)することができる。よって、より簡易な構成で光利用効率の高いカラー表示を実現することが可能となる。
また、光源部10から互いに異なる波長領域の複数の色光Lr,Lg,Lbを個別に射出すると共に、液晶パネル2において、各色光が互いに離間した位置で常時照射されつつ周期的な線順次照射動作を行う(各色光によるカラーライン4R,4G,4Bが互いに離間した位置で常時存在しつつ周期的な線順次動作を行う)ようにしたので、照射期間における光源部10の発光輝度を増加させることなく、各色光を常時照射させることができる。よって、安価な構成かつ高い光利用効率でカラー表示を行うことが可能となる。
また、比較例1のようなカラーフィルタが不要となるため、部材コストを低減することができると共に、液晶表示装置3における消費電力を低減することも可能となる。
また、赤色用、緑色用および青色用の表示画素(サブピクセル)を設ける必要がないため、同じ画素ピッチの場合、表示画素の精細度を3倍に増加させることができる。また、同じ表示画素の精細度を、3倍の大きさの表示画素で実現することができる。
さらに、液晶表示パネル2の各分割領域でみると、それぞれ、バックライト装置1から照射光Loutが照射されない遷移期間が存在することになるため、CRT(Cathode Ray Tube)のようなインパルス型の表示方式となる。よって、液晶表示装置3における動画応答性を向上させることが可能となる。具体的には、例えば図29(A)〜(D)にそれぞれ、表示画面上を物体が変位する際の動画応答性を示したように、図29(D)に示した本実施の形態に係る液晶表示装置3の動画応答性は、図29(B)(従来の一般的な液晶表示装置の場合;MPRT(応答速度)が12ms程度)の場合と比べて向上し、図29(A)(表示装置がCRTの場合;MPRTが4ms程度)や図29(C)(フレームレートが120Hz程度である従来の液晶表示装置;MPRTが6ms程度)の場合と同等の特性(MPRTが5ms程度)を得ることが可能となる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ポリゴンプリズムが4面体により構成されている場合について説明したが、例えば図30に示したポリゴンプリズムのように、六面体や八面体など、他の多面体からなるポリゴンプリズム(図30に示したのは、8面体のポリゴンプリズム10A8であり、例えば符号r2のように中心軸を中心として回転している)としてもよい。なお、ポリゴンプリズムの回転角度がθ(度)の場合のポリゴンプリズムへの入射光線の平行移動量は、例えば図31に示したように、ポリゴンプリズムの面数が大きくなるにつれて利用する回転数が小さくなることから線形性がより強まり、この線形性は好ましいが、この場合にポリゴンプリズムで得られる光線の平行移動量は減少してしまう。つまり、外接円の径が同じポリゴンプリズム同士を比較すると、ポリゴンプリズムが六面体の場合の光線の平行移動量(Δθ6)のほうが、ポリゴンプリズムが八面体の場合の光線の平行移動量(Δθ8)と比べて大きく、さらに四面体の場合の光線の平行移動量(Δθ4)のほうがより大きくなる。よって、ポリゴンプリズムの面数を減らしたほうが、光線の平行移動量の範囲をより大きく取ることができる。
また、上記実施の形態では、図2に示したように、光源部10とプリズムシート13との間に積層導光板14を設けた場合(バックライト装置1)について説明したが、例えば図32に断面図で示したバックライト装置1Aのように、例えば光源10から理想的な平行光である各色光Lr2,Lg2,Lb2を射出可能なのであり、符号P8で示した各色光の射出角の変位をほとんど無視できるくらいに小さくすることができるのであれば、バックライト装置内に積層導光板14を設けないようにしてもよい。このように構成した場合、バックライト装置の構成をより簡素化することができると共に、部品コストをより低減することが可能となる。
また、本発明の液晶表示装置では、例えば図33(A)に示したように、赤色光ライン4R1、緑色光ライン4G1および青色光ライン4B1による線順次照射動作が、それぞれ、時間変化に対して線形動作となっている場合が理想的である。しかしながら、例えば図33(B),(C)に示したように、例えばバックライト装置に起因して、赤色光ライン4R1、緑色光ライン4G1および青色光ライン4B1による線順次照射動作が、それぞれ時間変化に対して非線形動作となってしまう場合も生じする。このように線順次照射動作が時間変化に対して非線形動作となっている場合には、タイミング制御部61による表示タイミングの制御によって、図33(B)に示した赤色用表示領域2R2、緑色用表示領域2G2および青色用表示領域2B2のように、各色用の表示領域の幅(各色用の映像信号の供給領域の幅)を広げる(太くする)ことによって各色光ラインを含めるようにするよりも、図33(C)に示した赤色用表示領域2R3、緑色用表示領域2G3および青色用表示領域2B3のように、赤色光ライン4R1、緑色光ライン4G1および青色光ライン4B1による非線形動作に対応した非線形動作となるようにすることによって、各色光ラインを含めるようにするのが好ましい。図33(B)のように構成した場合、図33(A)の構成における一の色用の映像から他の色用の映像への遷移期間Δt1が、遷移期間Δt2のように短くなってしまい、液晶の応答時間として与えられる時間も短くなってしまうからである。言い換えると、図33(C)のように構成した場合、各表示ラインにおいて、一の色光の線順次照射が通過したのち、直ちにその一の色用の映像から他の色用の映像への表示切替を行うことができるため、各色用の表示領域の幅(各色用の映像信号の供給領域の幅)を広げる(太くする)必要がなくなり、これにより一の色用の映像から他の色用の映像への遷移期間Δt3を、図33(A)の構成における遷移期間Δt1と同等レベル(少なくとも、非線形性に対しては最適なもの)に設定することができる。よってこのように構成すれば、線順次照射動作が時間変化に対して非線形動作となっている場合であっても、液晶の応答時間を最大限に確保することが可能となる。
また、例えば本発明の光源装置が、いわゆる部分駆動方式の液晶表示装置に適用された場合において、液晶表示パネル2内の各位置に対してそれぞれ照射するべき照射輝度分布が、例えば図34(A)に示したように設定(輝度分布G0)されている場合には、各色光ラインの幅W3を考慮して、各色光ライン(各色光ごとの線順次照射動作)の照射輝度を設定する必要がある。その場合の照射輝度の設定方法の一例を、以下に説明する。まず、各色光ラインの先端位置が図34(A)で示した設定輝度線G0に来た時点で、それまでの照射輝度よりも設定輝度が高い場合には照射輝度を設定輝度まで上げるようにすると共に、逆に照射輝度が設定輝度よりも高い場合には、照射輝度は変化させないようにする。また、照射輝度を下げる行為は、各色光ラインの後端位置が設定輝度が下がる位置に来た時点で行うようにし、下げる値は当然その時点での下がった設定輝度となるが、各色光ラインの先端位置で設定輝度を下回らないという条件をつけるようにする。すなわち、各色光ラインの先端位置の照射輝度が、この先端位置において、照射輝度分布で規定された輝度以上となるようにする。このようにして、例えば図34(B)に示したように、各色光ラインの先端位置を基準として照度輝度設定線が定められる。なお、(各色光ラインの後端位置を基準として照度設定線を定めた場合、この設定線が各色光ラインの幅分、画面の上側にシフトすることになる。このように設定した場合、各色光ライン全体による照射輝度は、例えば図34(C)に示した照射輝度G3のようになり、照射輝度G3と輝度分布G0上の照射輝度との差分の積分値G4は余剰輝度となるが、この余剰分は各色光ラインが幅W1を有する限りやむをえないものである。
また、上記実施の形態では、光源部10が、赤色光Lr、緑色光Lgおよび青色Lbを個別に射出する場合(光源部10が、赤色LED10r0、緑色LED10g0および青色LED10b0を含んで構成されている場合)について説明したが、これらに加えて(またはこれらに代えて)、他の色光を発するLEDを含んで構成するようにしてもよい。例えば、光源部10が4色以上の色光を個別に射出すると共に、液晶表示パネル2に対し、各色に対応する色用の映像信号を上記実施の形態と同様の線順次動作で供給するようにした場合、上記実施の形態と比べて色再現範囲を拡大し、より多彩な色を表現することが可能となる。
また、上記実施の形態では、液晶表示装置3がバックライト装置1を含む透過型の液晶表示装置である場合について説明したが、本発明の光源装置によってフロントライト装置を構成し、反射型の液晶表示装置としてもよい。
さらに、本発明の液晶表示装置では、液晶パネル2によって変調された光(表示光Dout)をスクリーンに投射する投射手段を設けることにより、液晶プロジェクタとして構成することも可能である。このような液晶プロジェクタとして構成した場合、従来のように、白色光を射出する光源と、この白色光を赤色光、緑色光および青色光に分離する手段と、各色光に対応した3つのライトバルブと、各色光を再び合成して照射する手段とから構成されるいわゆる3板方式の液晶プロジェクタに対して、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ個別に射出する光源(光源10)を含む光源装置と、1つのライトバルブ(液晶表示パネル2)と、表示光Doutを投射する投射手段とによって液晶プロジェクタを構成することができるため、装置構成を簡素化して部材コストを低減することが可能になると共に、前述したインパルス型の表示方式により動画応答性を向上させることも可能となる。
1,1A…バックライト装置、10…光源部、10r…赤色光照射部、10g…緑色光照射部、10b…青色光照射部、10r0…赤色LED、10g0…緑色LED、10b0…青色LED、10r1…平行光生成部、10r2…平行光圧縮部、10r3…集光レンズ、10r4…圧縮部、10A,10A1〜10A8…ポリゴンプリズム、10B,10D…集光レンズ、10C1,10C2…ミラー、11…バックライト駆動部、13…プリズムシート、14,14A…積層導光板、141…導光板、2…液晶表示パネル、2R,2R1〜2R3…赤色用表示領域、2G,2G1〜2G3…緑色用表示領域、2B,2B1〜2B3…青色用表示領域、2a,2a1〜2a3,2b,2b1〜2b3,2c,2c1〜2c3…液晶状態遷移領域、20…液晶層、21A,21B…偏光板、22A…TFT基板、22B…対向電極基板、23…画素電極、3…液晶表示装置、4R,4R1〜4R3…赤色光ライン、4G,4G1〜4G3…緑色光ライン、4B,4B1〜4B3…青色光ライン、41,42…照射ライン、41A,42A…実際の各色光ラインの領域、51…Xドライバ、52…Yドライバ、60…RGBプロセス処理部、61…タイミング制御部、62…映像メモリ、Lout…照射光、Dout…表示光、Lr,Lr0,Lr01,Lr02,Lr03,Lr1,Lr3…赤色光、Lg,Lg0,Lg1,Lg3…緑色光、Lb,Lb0,Lb1,Lb2…青色光、W1,W2…照射ラインの幅、W1A,W2A…実際の各色光ラインの幅、W3…各色光ラインの幅、S1,S2…平行光生成部の曲面、V0a,V0b…虚像点の軌跡(虚像カーブ)、Vr1,Vr21〜Vr24,Vr3,Vr8…赤色光の虚像点の軌跡(赤色虚像カーブ)、Vg1〜Vg8…緑色光の虚像点の軌跡(緑色虚像カーブ)、G0…照射必要輝度、G1…各色光ラインの先端輝度の軌跡、G2…各色光ラインの後端輝度の軌跡、G3…各色光ライン全体による照射輝度、G4…余剰輝度。
Claims (25)
- 互いに異なる波長領域の複数の色光を個別に発する光源と、所定の中心軸を中心として回転すると共に前記光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズムとを含む光源部と、
前記光源部を駆動する光源駆動手段と
を備え、
前記光源駆動手段は、所定の照射面において各色光が周期的な線順次照射動作を行うように、前記ポリゴンプリズムの回転動作を制御する
ことを特徴とする光源装置。 - 前記照射面と対向して配置され、前記光源部から射出された各色光を略直角に屈折可能なプリズムシートを備え、
前記光源部は、前記複数の色光が前記プリズムシートに対して微小な角度で個別に入射するように配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記光源部と前記プリズムシートとの間に、光源部から射出された各色光を個別にプリズムシートへと導く複数の層状導光板が積層されてなる導光部を備えた
ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 - 前記ポリゴンプリズムと前記導光部との間に、ポリゴンプリズムによる屈折光を導光部の入射口に結像させる結像光学系を設けた
ことを特徴とする請求項3に記載の光源装置。 - 前記導光部の入射口が、凹面状となっている
ことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。 - 前記光源部は、前記光源と前記ポリゴンプリズムとの間に、光源から発せられた各色光をそれぞれ平行化する平行光生成部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記平行光生成部は、前記光源から発せられた各色光の光束のうち、この光束の中心軸に対して所定の閾値以上の角度であるn度(0<n<90)をなす方向に拡散する光線をn度の反射角で反射する曲面を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の光源装置。 - 前記光源部は、前記平行生成部と前記ポリゴンプリズムとの間に、生成された平行光を圧縮する平行光圧縮部をさらに有する
ことを特徴とする請求項6に記載の光源装置。 - 前記平行光圧縮部は、
生成された平行光を集光する集光光学系と、
集光された平行光を圧縮する向きに配置されたエクスパンダと
を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 - 前記光源部が複数の前記平行光圧縮部を有し、
前記複数の平行光圧縮部が多段構成となるように配置されている
ことを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 - 前記光源、前記平行光生成部および前記平行光圧縮部が、一体化して形成されている
ことを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 - 前記光源から発せられた複数の色光のうちの一の色光の光軸に対して他の色光の光軸がそれぞれ線対称となると共に、各色光が前記中心軸へ向かって前記ポリゴンプリズムへ入射することとなるように、各色光の光路が設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記一の色光の光軸に対して他の色光の光軸がなす角度により規定される前記ポリゴンプリズムに対する他の色光の入射位置の角度が、それぞれ、以下の式により規定される理論入射角よりも小さくなるように、各色光の光路が設定されている
ことを特徴とする請求項12に記載の光源装置。
(理論入射角)=360°/(ポリゴンプリズムの多面体の面数)/(色光の数) - 前記光源部は、前記光源と前記ポリゴンプリズムとの間に、前記光源から発せられた各色光を、各々の焦点が前記ポリゴンプリズムの表面と前記中心軸との間に位置するように集光する集光光学系をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記光源部は、前記光源と前記ポリゴンプリズムとの間に、前記光源から発せられた各色光を、各々の焦点が前記ポリゴンプリズムの表面と前記中心軸との間に位置するように集光する集光光学系をさらに有する
ことを特徴とする請求項13に記載の光源装置。 - 前記ポリゴンプリズムが、凹面状の多面体により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記ポリゴンプリズムが、凹面状の多面体により構成されている
ことを特徴とする請求項15に記載の光源装置。 - 前記ポリゴンプリズムが、四面体により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記光源駆動部は、前記照射面において各色光が互いに離間した位置で常時照射されつつ周期的な線順次照射動作を行うように、前記ポリゴンプリズムの回転動作を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 入射光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルに適用される光源装置であって、
前記光源駆動手段によって線順次照射制御がなされた前記光源部からの各色光をそれぞれ前記入射光として、前記照射面としての液晶パネルへ発する液晶用バックライト装置として構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記光源駆動手段は、前記液晶パネルにおいて各色光にそれぞれ対応する色用の映像信号の供給領域が線順次で変位する線順次動作が行われている場合に、この線順次動作と同期して各色用の映像信号の供給領域内に各色光が照射されるように、前記光源部による線順次照射動作を制御する
ことを特徴とする請求項20に記載の光源装置。 - 光を発する照射手段と、
前記照射手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと
を備え、
前記照射手段は、
互いに異なる波長領域の複数の色光を個別に発する光源と、所定の中心軸を中心として回転すると共に前記光源から発せられた複数の色光を互いに独立して屈折可能なポリゴンプリズムとを含む光源部と、
前記光源部を駆動する光源駆動手段とを有し、
前記光源駆動手段は、前記液晶パネルにおいて各色光が周期的な線順次照射動作を行うように、前記ポリゴンプリズムの回転動作を制御する
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶パネルに対して表示駆動を行う表示駆動手段を備え、
前記表示駆動手段は、前記液晶パネルにおける各色光の照射位置を含んだ表示画素に対し、対応する色用の映像信号を前記線順次照射動作に同期しつつ供給する線順次表示駆動を行う
ことを特徴とする請求項22に記載の液晶表示装置。 - 前記表示駆動手段は、前記光源部による線順次照射動作が時間変化に対して非線形動作となっている場合に、前記非線形動作に対応した非線形動作となるように前記線順次表示駆動を行う
ことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。 - 前記光源部から発せられ、前記液晶パネルによって変調された光をスクリーンに投射する投射手段を備え、液晶プロジェクタとして構成されている
ことを特徴とする請求項22に記載の液晶表示装置。
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JP2007049982A JP2008216329A (ja) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | 光源装置および液晶表示装置 |
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