JP2009295591A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度の高い立体画像を表示することができ、しかも容易に製造することができる液晶表示装置とそれに好適な面光源を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル１の観察側とは反対側に、複数の細長プリズム部１１を互いに平行に配列した入射面１０ａが形成されたプリズムシート１０と、光吸収板９とをそれらの間に空間を設けて配置し、この空間の両端側に複数の高指向性配光のＬＥＤ１３ｂ、１４ｂが細長プリズム部１１の長さ方向に並設されてなる第１と第２の光源部１３、１４が配置された面光源８が配置され、制御手段１７により、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次液晶表示パネル１の各画素に表示させ、面光源８の観察側から見て左側の第１の光源部１３から左眼用画像データの表示に同期させて光を出射させ、右側の第２の光源部１４から右眼用画像データの表示に同期させて光を出射させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、予め定めた方向に指向性を持った面光源、及びそれを備えた立体画像を表示する液晶表示装置に関する。

立体画像を表示する液晶表示装置としては、従来、液晶表示パネルの１列置きの画素により左眼用画像を、他の１列置きの画素により右眼用画像を表示し、その左眼用画像と右眼用画像とを、前記液晶表示パネルの一方の行の画素からの出射光と他方の行の画素からの出射光とを表示観察者の左眼方向と右眼方向とに振り分けるレンチキュラーレンズ、あるいは前記液晶表示パネルの画素行と平行な複数の透過部と遮光部が交互に並べてストライプ状に形成されたパララックスバリアを介して観察者の左眼と右眼とに観察させるようにしたものが知られている（特許文献１、２、３参照）。

特開平 ３−１１９８８９号公報 特開平 ７−００５４５５号公報 特開平１０−２６８２３０号公報

しかし、従来の立体画像を表示する液晶表示装置は、液晶表示パネルの１列置きの画素により左眼用画像を表示し、他の１列置きの画素により右眼用画像を表示するため、両方の画像の解像度が低い。

しかも、前記従来の液晶表示装置では、液晶表示パネルの画素ピッチに対応したレンズピッチのレンチキュラーレンズ、あるいは前記画素ピッチに対応した透過部ピッチのパララックスバリアを、その各レンズ部または透過部を前記液晶表示パネルの各行の画素に対し、予め定めた位置関係で精度良く対応させて配置しなければならず、したがって製造が難しい。

この発明は、解像度の高い立体画像を表示するにも拘わらず製造が容易な面光源とこれを備えた液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の面光源は、断面が山形をなす複数の細長プリズム部が互いに平行に並設されて、傾斜方向が異なる第１の斜面と第２の斜面とが交互に連なった凹凸表面形状をなす入射面と、前記入射面から入射した光を予め定めた方向に出射する出射面とを備えたプリズムシートと、
前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第１の斜面に対向する側に配置され、前記第１の斜面に向けて光を射出させる第１の光源部と、
前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第２の斜面に対向する側に配置され、前記第２の斜面に向けて光を射出させる第２の光源部と、を有することを特徴とする。

この面光源は、前記第１と第２の光源部の何れかから射出された光を、それぞれ、前記プリズムシートの入射面に入射させ、その光を前記入射面に並設されている複数の細長プリズム部により屈折させて前記出射面から出射するものであり、一方の光源部からの光を、前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して予め定めた角度だけ傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させることができる。

この発明の面光源において、プリズムシートの入射面側に、前記光源からの射出光を通すための空間を設けて対向配置され、前記第１、第２の光源から射出した光のうち、前記プリズムシートの入射面の方向以外の方向に射出した光の少なくとも１部を吸収するための光吸収板が、さらに設けられていることが望ましく、これにより、より指向性に富んだ出射光が得られる。

この発明の面光源において、前記第１の光源部と前記第２の光源部は、それぞれ、複数の固体発光素子を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向へ平行に並設してなり、各固体発光素子は射出光強度が１／２となる角度範囲が±７．５°の指向特性を備えていることが望ましい。

さらに、この発明の面光源において、前記プリズムシートは、その出射面が平坦面に形成され、前記入射面に形成された複数の細長プリズム部における三角断面形状の頂角が６０°〜８０°の範囲に設定されたものが望ましい。

また、さらに、前記プリズムシートに対しては、その出射面側に、複数の細長凸レンズ部が平行に並設されてなり、前記複数の細長凸レンズ部の長さ方向を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向と直交させて形成した異方性光拡散部材が、さらに設けられていることが望ましい。

この発明の液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列された表示エリアを有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の観察側とは反対側に、断面が山形をなす複数の細長プリズム部が互いに平行に並設されて、傾斜方向が異なる第１の斜面と第２の斜面とが交互に連なった凹凸表面形状をなす入射面と、前記入射面から入射した光を予め定めた方向に出射する出射面とを備えたプリズムシートと、前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第１の斜面に対向する側に配置され、前記第１の斜面に向けて光を射出する第１の光源と、前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第２の斜面に対向する側に配置され、前記第２の斜面に向けて光を射出する第２の光源とからなり、前記プリズムシートの入射面の細長プリズム部の長さ方向を、前記液晶表示パネルの左右方向に対して直交させて配置した面光源と、
前記面光源の第１と第２の光源部のうち、いずれか一方の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、他方の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる制御手段とを備えることを特徴とする。

すなわち、この液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列した表示エリアを有する液晶表示パネルの観察側とは反対側に、前記第１の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して予め定めた角度だけ傾いた第１の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の光として出射させ、前記第２の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面から前記法線に対して前記第１の光とは反対側に予め定めた角度傾いた第２の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の光として出射させる面光源を配置したものである。

この液晶表示装置は、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネルの各画素に書込み、前記左眼用画像データの書込みに同期させて、前記面光源の第１の光源部又は第２の光源部のうちの何れか一方の光源部から光を射出させて、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して左側、つまり表示観察者の左眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させ、前記右眼用画像データの書込みに同期させて他方の光源部から光を射出させて、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して右側、つまり表示観察者の右眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させるものであり、前記液晶表示パネルに前記左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とを順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させる。

この発明の液晶表示装置において、前記面光源は、赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する第１と第２の光源部を備えており、前記制御手段は、１つの立体画像を表示するための１フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の第１と第２の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるのが好ましい。

また、この発明の液晶表示装置において、前記面光源は、前記プリズムシートの入射面側に、前記光源からの射出光を通す空間をあけて対向配置され、前記第１第２の光源から射出した光のうち、前記プリズムシートの入射面の方向以外の方向に射出した光の少なくとも１部を吸収するための光吸収板が、更に設けられていることが望ましい。

さらに、この発明の液晶表示装置においては、前記プリズムシートに対して、その出射面側に、複数の細長凸レンズ部が平行に並設されてなり、前記複数の細長凸レンズ部の長さ方向を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向と直交させて形成した異方性光拡散部材が、さらに設けられていることが好ましい。

またさらに、この発明の液晶表示装置において、液晶表示素子は、対向する電極が形成された一対の基板間に、液晶分子をねじれの無いホモジニアス配光状態に初期配光させた液晶層を封入したホモジニアス型液晶表示素子を適用するのが、液晶表示素子の応答特性上好ましい。

この発明の面光源は、前記第１と第２の光源部の何れかから射出された光を、それぞれ、前記プリズムシートの入射面に並設されている複数の細長プリズム部の第１と第２の斜面のうちの対向する側の斜面に直接入射させ、その光を各細長プリズム部において屈折させて前記出射面から出射させるものであり、それぞれの光源部からの各射出光を、前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して互いに反対側へ予め定めた角度傾いた方向に出射光強度の急峻なピークが存在する指向性をもった光として出射させることができる。

また、この発明の面光源は、前記第１の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面からこのプリズムシートの法線に対して予め定めた角度だけ傾いた第１の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の光として出射し、前記第２の光源部からの光を前記プリズムシートの出射面から前記法線に対して前記第１の光とは反対方向に予め定めた角度だけ傾いた第２の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の光として出射するため、この面光源を液晶表示パネルの観察側とは反対側に配置して液晶表示装置を構成し、前記液晶表示パネルに、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネルの各画素に書込み、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて、前記面光源の第１の光源部又は第２の光源部のうちの何れか一方の光源部から光を射出させ、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して左側、つまり表示観察者の左眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させ、右眼用画像データの書込みに同期させて他方の光源部から光を射出させ、その光を前記面光源から前記プリズムシートの法線に対して右側、つまり表示観察者の右眼の方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった光として出射させることにより、前記液晶表示パネルに、左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とをそれぞれ前記液晶表示パネルの全ての画素を使用して順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させることができる。

したがって、前記面光源によれば、前記液晶表示装置に解像度の高い立体画像を表示させることができ、しかも、前記面光源は、前記プリズムシートと、該プリズムシートの光入射面の両端部にそれぞれ配置された第１と第２の光源部とからなる簡単な構成であるため、前記液晶表示装置を容易に製造することができる。

また、この発明の液晶表示装置において、前記面光源は、赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する第１と第２の光源部を備えており、前記制御手段は、１つの立体画像を表示するための１フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の第１と第２の光源部のうち、前記液晶表示パネルの観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるのが好ましく、このようにすることにより、フィールドシーケンシャル表示によって解像度の高い立体カラー画像を表示することができる。

この発明の第１の実施形態としての液晶表示装置を示す分解斜視図。 前記液晶表示装置の側面図である。 前記液晶表示装置において発光素子として用いられているＬＥＤの射出配光特性図である。 （ａ）は前記液晶表示装置の面光源からの第１の光の出射経路を示す図で、（ｂ）は細長プリズム部を拡大して示す部分詳細図、（ｃ）は第２の光の出射経路を示す図である。 前記面光源から出射される第１と第２の出射光の配光特性図。 （ａ）は前記液晶表示装置の面光源でプリズム頂角を変えた場合の第１の光の出射経路を示す図で、（ｂ）は細長プリズム部を拡大して示す部分詳細図、（ｃ）は第２の光の出射経路を示す図である。 この発明の第２の実施形態をとしての面光源を示す分解斜視図である。 前記面光源の側面図である。

図１〜図５はこの発明の第１の実施形態を示しており、図１は液晶表示装置の分解斜視図、図２は前記液晶表示装置の側面図である。

この液晶表示装置は、図１及び図２のように、複数の画素（図示せず）がマトリックス状に配列した表示エリア１００を有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用及び右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示パネル１と、前記液晶表示パネル１の観察側（図において上側）とは反対側に配置された面光源８と、前記液晶表示パネル１と面光源８とを駆動する制御手段１７とを備えている。

前記液晶表示パネル１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示パネルであり、その内部構造は図示しないが、枠状のシール材を介して接合された一対の透明基板２，３の対向する内面のうち、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板２の内面に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の透明な画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線とが設けられ、他方の観察側基板３の内面に、前記複数の画素電極とそれぞれ対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する一枚膜状の透明な対向電極が設けられ、これらの基板２，３間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層が設けられ、前記一対の基板２，３の外面にそれぞれ偏光板４，５が配置された構成となっている。

この液晶表示パネル１は、前記液晶層の液晶分子を一方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させた非ツイストのホモジニアス配向型液晶表示パネルであり、前記一対の基板２，３の外面に、一対の偏光板４，５が、それぞれの透過軸を実質的に直交させるか或いは平行にして配置している。なお、液晶表示パネル１としては、ホモジニアス配向型液晶表示パネルに限らず、他の種々の配光動作モードの液晶表示パネルを用いることができ、例えば、前記液晶層の液晶分子を一対の基板２，３間において実質的に９０°のツイスト角でツイスト配光させたＴＮ（ツイステッドネマティック）型液晶表示パネルとし、一対の偏光板４，５をそれぞれの透過軸を実質的に直交または平行に配置する構成としてもよい。

液晶表示パネル１の観察側とは反対側の基板２には、その行方向の一端縁と列方向の一端縁とに、観察側基板３の外方に張出すドライバ搭載部２ａ，２ｂが形成されており、前記複数のゲート配線は、行方向のドライバ搭載部２ａに搭載されたゲート側ドライバ６に接続され、前記複数のデータ配線は、列方向のドライバ搭載部２ｂに搭載されたデータ側ドライバ７に接続され、前記対向電極は、前記シール材による基板接合部に設けられたクロス接続部と前記ドライバ搭載部２ａ，２ｂの一方または両方に形成された対向電極接続配線を介して前記ゲート側ドライバ６とデータ側ドライバ７の一方または両方の基準電位に接続されている。

前記面光源８は、前記液晶表示パネル１の法線に対して表示観察者の左右の眼のうちの一方の眼の方向に予め定めた角度傾いた第１の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の光と、前記法線に対して前記観察者の他方の眼の方向に予め定めた角度傾いた第２の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の光とを前記液晶表示パネル１に向けて出射するものであり、この面光源８は、光吸収板９と、前記光吸収板９の光入射面（図において上面）に対向させて配置されたプリズムシート１０と、第１と第２の光源部１３、１４とからなっている。

この面光源８の光吸収板９は、第１と第２の光源部１３、１４及びプリズムシート１０等を支える面光源ハウジング（不図示）と一体的に形成されており、第１と第２の光源部１３、１４と共に前記プリズムシートの背面を覆うベース板の内面（プリズムシート１０に対向させる表面）を黒色に例えば塗料等で着色したもので、前記液晶表示パネル１の表示エリア１００の全域に充分に対向する面積を有している。なお、この光吸収板９の光入射面の色は、黒色に限らず、液晶表示装置として要求される表示品質を得るのに最適な色に着色しても良い。

また、前記プリズムシート１０は、前記液晶表示パネル１の表示エリア１００の全域に対向する面積を有するアクリル樹脂等からなる透明シートの一方の面に、横断面が二等辺三角形をなす複数の細長プリズム部１１が互いに平行に並設されてなり、傾斜方向が異なる第１の斜面と第２の斜面とが交互に連なった凹凸表面形状をなす入射面１０ａが形成され、他方の面に、前記入射面１０ａから入射した光を出射する平坦な出射面１０ｂが形成されたものであり、このプリズムシート１０の前記複数の細長プリズム部１１を除く部分の厚さｄは約２００μｍ、前記複数の細長プリズム部１１の頂角αは６０°〜８０°の範囲に設定される。

なお、図では便宜上、前記複数の細長プリズム部１１を大きく誇張して示しているが、これらの細長プリズム部１１は、前記液晶表示パネル１の画素ピッチと同程度またはそれ以下のピッチＰで密に並べて形成されている。この複数の細長プリズム部１１のピッチＰは、３０μｍ〜１５０μｍの範囲であり、好ましくは４０μｍ〜６０μｍである。

前記プリズムシート１０は、前記複数の細長プリズム部１１が形成された入射面１０ａを前記光吸収板９に対向させ、且つ前記光吸収板９との間に空間を設けて配置されており、前記光吸収板９と前記プリズムシート１０との間の空間の前記細長プリズム部１１の頂部に対応する部分の高さＨは、２ｍｍ〜７ｍｍの範囲、好ましくは４ｍｍ〜６ｍｍに設定されている。

そして、前記第１と第２の光源部１３、１４は、前記光吸収板９と前記プリズムシート１０との間の空間の前記細長プリズム部１１の長さ方向に対して直交する方向の両端側にそれぞれ配置されている。

この第１と第２の光源部１３、１４はそれぞれ、前記プリズムシート１０の複数の細長プリズム部１１と同程度の長さを有する帯板状の基板１３ａ、１４ａに、複数の固体発光素子１３ｂ、１４ｂがその長さ方向へ実質的に隙間なく並設されてなる。基板１３ａ、１４ａには、図示されていないが、固体発光素子１３ｂ、１４ｂを並列に電気接続する配線と接点がそれぞれ配設されている。

固体発光素子１３ｂ、１４ｂは、配光特性において所要の急峻な指向性を備える固体発光素子であり、本実施形態においては、丸型発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）という）が、それぞれの光源部１３、１４において、５ｍｍピッチで１２個づつ並設されている。この丸型ＬＥＤ１３ｂ、１４ｂは、図３に示すように、極めて指向性の高い射出配光特性を備えている。すなわち、射出光強度が１／２となる角度範囲が、±７．５°〜±１０°の指向特性、つまり、半値幅が±７．５°〜±１０°を持ち、狭い角度範囲内に射出できる射出配光特性を備えている。

上述のように構成された第１及び第２の光源部１３、１４は、それぞれ、光吸収板９の両端部に、基板１３ａ、１４ａを光吸収板９の表面に対し所定角度だけ傾けて設置されている。この傾斜角度は、図２に示されるように、各ＬＥＤ１３ｂ、１４ｂから射出される主光線の液晶表示パネル１やプリズムシート１０の出射面１０ａを平行に延在させた平面方向に対してなす射出角度θが、１〜２０°となるように設定される。なお、この主光線の傾斜角度θは、１〜２０°の角度範囲内のうちでも、５〜１０°がより好ましく、さらにそのうちでも約７°程度が最も好ましい。

前記面光源８においては、前記第１と第２の光源部１３、１４から、図３に示す指向性を備えた光をそれぞれ、前記プリズムシート１０の凹凸表面形状をなす入射面１０ａを構成する細長プリズム１１の傾斜方向が異なる第１と第２の斜面１１ａ、１１ｂのうちのそれぞれの光源部１３、１４に対向する側の斜面１１ａ、１１ｂに向けて射出させる。射出された光は、前記光吸収板９と前記プリズムシート１０との間の空間内を通って、対向側の第１或いは第２の斜面１１ａ、１１ｂに入射し、これらの入射光は入射した各細長プリズム部１１における屈折及び全反射の各光学作用を経て前記プリズムシート１０の出射面１０ｂから出射する。このときの光の出射方向とその出射面１０ｂの法線ｎに対する角度φは、細長プリズム部１１の頂角αにより異なってくる。

本実施形態においては、前述したように細長プリズム部１１の頂角αは６０°〜８０°の範囲内に設定されるが、そのうちでも、頂角αを６０°≦α≦７０°に設定した場合、第１の光源部１３から射出された高指向性光源光は、図４（ａ）、及び細長プリズム部を拡大して示す図４（ｂ）に示されるように、対向側の第１の斜面１１ａに入射し、この際にプリズムと空気の各屈折率の差に基づく屈折作用を受けた後、入射した斜面とは反対側の第２の斜面１１ｂで全反射されて出射面１０ｂから出射される。この出射の際に再度プリズムと空気の各屈折率の差に基づく屈折作用を受けて、プリズムシート１０の法線ｎに対して射出元の第１の光源部１３側に予め定めた角度φだけ傾いた第１の方向に出射光強度のピークが存在する高度な指向性をもった第１の光Ｒ1 として出射される。一方、第２の光源部１４から射出された光は、図４（ｃ）に示されるように、対向側の第２の斜面１１ｂに入射し、同様にプリズムシート１０内で屈折作用と全反射作用を受けて出射面１０ｂから、法線ｎに対して射出元の第２の光源部１４側に予め定めた角度φだけ傾いた第２の方向に出射光強度のピークが存在する高度な指向性をもった第２の光Ｒ2 として出射する。

因みに、第１の光源１３から射出される主光線の射出角度θを１０°、プリズムシート１０の屈折率を１．４９、細長プリズム部１１の頂角αを６８度とした場合、出射光Ｒ1 の出射角度φは約＋７°（法線ｎを０°としこれに対して第１の光源部３側へ傾斜する場合を＋とする）となる。同条件で、第２の光源１４から射出されプリズムシート１０に入射して出射する出射光Ｒ2 の出射角度φは、約−７°となる。

また、プリズムシート１０の加工精度には限界があるため、加工精度のバラツキ等に起因した所期の光路を辿らない光つまり迷光の或る程度の発生は避けられないものであるが、本実施形態においては、光吸収板９を設けてあるため、そのような迷光をこの光吸収板９に入射した際にプリズムシート１０側へ反射させずに吸収することができる。その結果、それぞれの光源部から射出された光が出射されるべき方向とは逆側つまり射出元の光源部とは反対側に傾斜した方向に出射されるクロストーク出射が防止され、第１、第２の出射光Ｒ1 、Ｒ2 の指向性が更に高くなる。

図５は、上述の指向性が顕著に高い第１、第２出射光Ｒ1 、Ｒ2 の配光分布特性を示したものである。図３に示した高指向性の射出配光特性を備える丸型ＬＥＤ３ｂ、４ｂが並設された第１及び第２の光源部１３、１４から、それぞれ、対向側の全ての斜面１１ａ、１１ｂに向けて略均等に半値出力光射出範囲が±７．５°の高指向性光が射出されるとともに、光吸収板９により迷光が吸収されるから、面光源８から出射される第１、第２の出射光Ｒ1 、Ｒ2 は、図示されるように、出射角度φが±７°の方向において顕著に急峻化された出力（光強度）の各ピークが存在し、プリズムシート１０の法線ｎに対して出射光強度のピーク方向とは反対方向に出射する光強度が０に近い配光分布特性を備えた光である。

一方、三角プリズム部１１の頂角αを７０°＜α≦８０°に設定した場合は、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、第１の光源部１３から射出された光は、図６（ａ）、及び細長プリズム部を拡大して示す図６（ｂ）に示されるように、頂角αが６０°≦α≦７０°の場合と同様に入射したプリズムシート１０内で屈折作用と全反射作用を受けて出射面１０ｂから、このプリズムシート１０の法線ｎに対して射出元の第１の光源部１３側とは反対側へ予め定めた角度δだけ傾いた第１の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の光Ｒ1 として出射される。一方、第２の光源部１４から射出された光は、図６（ｃ）に示されるように、プリズムシート１０の出射面１０ｂから、法線ｎに対して射出元の第２の光源部１４側とは反対側へ予め定めた角度δだけ傾いた第２の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の光Ｒ2 として出射する。

因みに、第１の光源１３から射出される主光線の射出角度θを１０°、プリズムシート１０の屈折率を１．４９、細長プリズム部１１の頂角αを７５°とした場合、出射光Ｒ1 の出射角度φは約−７°となる。同条件で、第２の光源１４から射出されプリズムシート１０に入射して出射する出射光Ｒ2 の出射角度φは、約＋７°となる。従って、この場合の出射光Ｒ1 、Ｒ2 の配光分布特性は、図５に示した頂角αが６８°の場合とは、出射光Ｒ1 、Ｒ2 が入れ替わっただけの、略同じ分布特性を示す。

以上のように、本実施形態の面光源８によれば、プリズムシート１０の両端部に、上述した高指向性の射出配光特性を備えるＬＥＤ１３ｂ、１４ｂを細長プリズム部１１の長さ方向に平行に略同じ距離にわたり並設してなる第１と第２の光源部１３、１４をそれぞれ設置し、各光源部１３、１４から対向側の斜面１１ａ、１１ｂに向けて高指向性光をそれぞれ射出させるから、プリズムシート１０の入射面１０ａの全ての各斜面１１ａ、１１ｂに対し対向する光源部１３、１４から直接且つ略均等に光が射出される。また、前記入射面１０ａに対向させて光吸収板９を配置したから、迷光を効率良く吸収することができる。その結果、出射面１０ｂの法線ｎに対して両光源部１３、１４側へそれぞれ所要角度だけ傾斜した方向に急峻な光強度ピークを有し且つ互いに出射方向が重なる部分の少ない分離性の高い配光（図５参照）の第１、第２出射光Ｒ1 、Ｒ2 が得られる。また、光源光を直接入射面１０ａに入射させることも相俟って光の利用効率が高くなり、各出射光Ｒ1 、Ｒ2 からなるそれぞれの面状出射光の輝度も高められる。

そして、上述の面光源８を前記液晶表示パネル１の観察側とは反対側に配置して液晶表示装置を構成し、液晶表示パネル１の複数の画素への左眼用画像データと右眼用画像データの選択的な書込みに同期させて、前記面光源８から、プリズムシート１０の出射面１０ｂの法線ｎに対して何れか一方に傾いた第１の方向、つまり表示観察者の左右の眼のうちの一方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の光と、前記プリズムシート?０の出射面１０ｂの法線ｎに対して他方に傾いた第２の方向、つまり前記観察者の他方の眼の方向に予め定めた角度傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の光とを前記液晶表示パネル１に向けて出射することにより、前記液晶表示パネル１に、左眼用画像データに対応した左眼用画像と前記右眼用画像データに対応した右眼用画像とをそれぞれ前記液晶表示パネル１の全ての画素を使用して順次表示させ、表示観察者に立体画像を観察させることができる。

したがって、前記面光源８によれば、前記液晶表示装置に解像度の高い立体画像を表示させることができ、しかも、前記面光源８は、前記光吸収板９と、前記光吸収板９との間に空間を設けて配置された前記プリズムシート１０と、前記光吸収板９とプリズムシート１０との間の空間の両端側にそれぞれ配置された第１と第２の光源部１３、１４とからなる簡単な構成であるため、前記液晶表示装置を容易に製造することができる。

前記面光源８は、図１及び図２に示したように、前記液晶表示パネル１の観察側とは反対側に、前記プリズムシート１０の出射面１０ｂを前記液晶表示パネル１に対向させ、且つ前記プリズムシート１０の入射面１０ａの細長プリズム部１１の長さ方向に対して直交する方向を前記液晶表示パネル１の左右方向に向けて配置されている。

本実施形態では、前記面光源８を、第１の光源部１３の配置側を前記液晶表示パネル１の観察側から見て左側に向け、第２の光源部１４の配置側を前記観察側から見て右側に向けて配置し、前記第１の光源部１３からの光を前記プリズムシート１０の出射面１０ｂから表示観察者の左右何れかの眼の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第１の指向性光として出射し、前記第２の光源部１４からの光を前記プリズムシート１０の出射面１０ｂから表示観察者の他方の眼の方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった第２の指向性光として出射するようにしている。

次に、前記液晶表示パネル１と面光源８とを駆動する制御手段１７について説明するが、以下の説明においては、プリズムシート１０における細長プリズム部１１の頂角αを６０°≦α≦７０°に設定したものとして説明する。また、前記面光源８の第１と第２の光源部１３、１４のうち、前記液晶表示パネル１の観察側から見て左側（図１及び図２では右側）の第１の光源部１３を左眼用光源部と言い、前記観察側から見て右側（図１及び図２では左側）の第２の光源部１４を右眼用光源部と言う。

制御手段１７は、その具体的な構成は図示しないが、前記液晶表示パネル１のゲート側ドライバ６及びデータ側ドライバ７を制御する書込み制御回路と、前記面光源８の左眼用光源部１３及び右眼用光源部１４からの光の出射（ＬＥＤ１３ｂ、１４ｂの点灯）を制御する照明制御回路とからなっている。

この制御手段１７は、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネル１の各画素に書込み、前記面光源８の第１と第２の光源部１３、１４のうち、前記液晶表示パネル１の観察側から見て左側の第１の光源部、つまり左眼用光源部１３から、前記左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、前記観察側から見て右側の第２の光源部、つまり右眼用光源部１３ｂから、前記右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる。

この実施形態では、前記面光源８の第１と第２の光源部１３、１４にそれぞれ、赤色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色光を発する緑色ＬＥＤと、青色光を発する青色ＬＥＤの３種類のＬＥＤ３ｂ、４ｂを備えさせ、前記制御手段１７を、１つの立体画像を表示するための１フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示パネル１の各画素に書込み、前記面光源８の第１と第２の光源部１３、１４のうち、前記液晶表示パネル１の観察側から見て左側の左眼用光源部１３から、前記赤、緑、青の３色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、前記観察側から見て右側の右眼用光源部１４から、前記赤、緑、青の３色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させるように構成している。

前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと、右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データは、例えば、予め定めた間隔で配置された左右２つの撮像レンズを有するデジタルカメラにより撮像したカラー画像の左側レンズによる赤、緑、青の各色成分の画像データと、右側レンズによる赤、緑、青の各色成分の画像データである。

この液晶表示装置は、１つの立体画像を表示するための１フレームの間に、前記制御手段１７により、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データを任意の順序で選択して順次前記液晶表示パネル１の各画素に書込み、前記制御手段１７により前記面光源８の左眼用光源部１３と右眼用光源部１４のＬＥＤ１３ｂ、１４ｂの点灯を制御し、前記面光源８から、前記液晶表示パネル１の各画素に書込まれた単位色画像データに対応する色及び指向性をもった面状出射光を、前記単位色画像データの書込みに同期させて出射させることにより、前記１フレームの間に左眼用の赤色画像、緑色画像、青色画像と、右眼用の赤色画像、緑色画像、青色画像との計６つの単位色画像を予め定めた順序で順次表示する。

すなわち、この液晶表示装置は、１つの立体画像を表示するための１フレームを６フィールドで形成し、その各フィールド毎に、左眼用赤色画像、左眼用緑色画像、左眼用青色画像、右眼用赤色画像、右眼用緑色画像、右眼用青色画像の６つの単位色画像の１つを任意の順序で順次表示するフィールドシーケンシャル表示を行なうものであり、この液晶表示装置によれば、前記６つの単位色画像をそれぞれ前記液晶表示パネルの全ての画素を使用して表示し、前記６つの単位色画像が重なって見える立体カラー画像を観察させることができるため、解像度の高い立体カラー画像を表示することができる。

なお、この液晶表示装置において、前記１フレームは１／３０秒以下、前記１フィールドは１／１８０秒以下に設定するのが好ましく、このようにすることにより、ちらつきの無い良好な品質の立体カラー画像を表示することができる。

しかも、この液晶表示装置は、前記面光源８の構成が上述したように簡単であるため、容易に製造することができる。

なお、プリズムシート１０における細長プリズム部１１の頂角αが７０°＜α≦８０°の場合は、第１の光源部１３が右眼用光源部となり、第２の光源部１４が左眼用光源部になるだけで、立体画像を表示させる動作は上述した頂角αが６０°≦α≦７０°の場合と同様である。

次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図８に基づき説明する。なお、図８は、図７の液晶表示装置を第２の光源部１４側からこれを省略して第１の光源部１３側を視た側面図である。また、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

図７は第２実施形態としての液晶表示装置を示す分解斜視図であり、本実施形態の液晶表示装置で用いる面光源２０においては、プリズムシート１０の出射面１０ｂ側に、プリズムシート１０と同様に透明な材料で形成された一軸方向に光を拡散させる異方性光拡散シート２１が設置されている。この異方性光拡散シート２１は、面積はプリズムシート１０と略同じで、レンチキュラーレンズのように複数の細長凸レンズ部２２を平行に並設してなり、図８に示すように、平坦面の入射面２１ａと、細長湾曲凸面が連なる凹凸形状の出射面２１ｂを備えている。そして、この異方性光拡散シート２１は、その入射面２１ａをプリズムシート１０の出射面１０ｂに対向させ、細長レンズ部２２の長さ方向をプリズムシート１０の細長プリズム部１１の長さ方向に直交させて配置されている。本実施形態における細長レンズ部２２の並設ピッチは、４０μｍに設定されている。

本実施形態の液晶表示装置においては、面光源２０のプリズムシート１０から出射された面状出射光が、異方性光拡散シート２１を透過することにより、光源であるＬＥＤ１３ｂ、１４ｂの配列に対応した輝度ムラが解消された面状出射光となる。この理由を、第１の光源部１３から射出される光について、図８に基づき説明する。

プリズムシート１０の出射面１０ｂでは、細長プリズム部１１の長さ方向に直交する方向においては、図５の配光特性を備えた第１の出射光Ｒ1 が略均一に出射される。しかし、細長プリズム部１１の長さ方向つまり光源部１３の各ＬＥＤ１３ｂの並設方向においては、各ＬＥＤ１３ｂからの射出光が図３に示す高指向性の配光特性を備えているため、図８に示されるように、隣接するＬＥＤ１３ｂの各射出光の出射光が略平行に重なることなく出射される。その為、第１の光源部１３から射出された光は、プリズムシート１０を出射した時点では、細長プリズム部１１の長さ方向にＬＥＤ１３ｂの配列に対応した輝度ムラを有する面状出射光となっている。

このような輝度ムラを有する面状出射光が、異方性光拡散シート２１を透過すると、細長レンズ部２２のレンズ効果により、図示されるように細長レンズ部２２の長さ方向と直交する方向においてだけ拡散される。これは、ＬＥＤ１３ｂの並設ピッチが５ｍｍであるのに比べて細長レンズ部の並設ピッチが４０μｍと充分に小さいからである。但し、細長レンズ部２２の長さ方向においては、図５に示される配光特性が維持されている。その結果、第１の光源部１３の隣接するＬＥＤ１３ｂからそれぞれ射出された光の各出射光Ｒ1 が互いに充分に重なり合う。

従って、第１の光源部１３から射出された光に基づく異方性光拡散シート２１の出射面２１ｂから出射される面状出射光Ｒ1 は、所期の方向に急峻な光強度ピークを備える図５に示した高い配光指向性が確保されつつ光源の配置に起因する輝度ムラが解消された表示装置のバックライトに好適な面状出射光を形成している。他方の第２の光源部１４から射出された光についても、同様である。

以上のように、本実施形態の面光源２０においては、前述した実施形態の面光源８の光出射側に、複数の細長レンズ部２２が充分に小さいピッチで並設されてなる異方性光拡散シート２１を、各光源部１３、１４を構成する複数のＬＥＤ１３ｂ、１４ｂの配列方向に細長レンズ部２２の長さ方向を直交させる配置で配設したから、所期の高度な配光指向性が確保されつつ各光源部１３、１４のＬＥＤ１３ｂ、１４ｂの配列に起因する輝度ムラが解消された第１及び第２の出射光Ｒ1 、Ｒ2 からなる各面状出射光が得られる。従って、この観察者の左右それぞれの眼の方向に急峻な出射光強度ピークが存在すると共に観察者の上下視角方向においては輝度ムラのない面状出射光が液晶表示素子１に向けて出射され、高解像度の良好な画質の立体画像が表示される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記第１及び第２の実施形態の面光源８、２０は、共に、第１と第２の指向性出射光がそれぞれプリズムシート１０の法線ｎに対して約７°傾いた方向に出射光強度のピークが存在するように設計されたものであるが、前記第１と第２の指向性光の出射光強度のピークが存在する方向は、液晶表示装置の用途による表示の観察距離に応じて、前記左眼用照明光及び右眼用照明光の強度のピークが存在する方向が表示観察者の左右の眼に向かう方向に一致するように設計すればよく、それに合わせて、前記プリズムシート１０の入射面１０ａの複数の細長プリズム部１１の頂角αを設定すればよい。

また、上記実施形態の液晶表示装置は、カラーフィルタを備えない液晶表示パネル１を用い、前記面光源８、２０に赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する左眼用及び右眼用光源部１３ａ，１３ｂを備えさせることにより、フィールドシーケンシャル表示によって立体カラー画像を表示するものであるが、この発明は、液晶表示パネルにその複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせ、前記面光源８、２０に白色光を出射する左眼用及び右眼用光源部を備えさせた液晶表示装置にも適用することができ、その場合は、左眼用画像データと右眼用画像データとを順次前記液晶表示パネルの各画素に書込み、前記面光源の左眼用の発光素子から、前記左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、右眼用発光素子から、前記右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させることにより、左眼用のカラー画像と右眼用のカラー画像とを交互に順次表示し、これらの画像が重なって見える立体画像を観察させればよい。

さらに、第２実施形態の面光源２０におけるプリズムシート１０と異方性光拡散シート２１とを一部材に合体させてもよく、これにより部材数が減少し、製造工数も低減される。

加えて、光吸収板９を光吸収層を設けない単なるハウジングの一部材としてのベース板としてもよい。

１…液晶表示パネル、１００…表示エリア、８、２０…面光源、９…光吸収板、１０…プリズムシート、１０ａ…入射面、１０ｂ…出射面、１１…細長プリズム部、１３，１４…光源部、１３ｂ，１４ｂ…ＬＥＤ、１７…制御手段、２１…異方性光拡散シート、２２…細長レンズ部。

Claims (10)

1. 断面が山形をなす複数の細長プリズム部が互いに平行に並設されて、傾斜方向が異なる第１の斜面と第２の斜面とが交互に連なった凹凸表面形状をなす入射面と、前記入射面から入射した光を予め定めた方向に出射する出射面とを備えたプリズムシートと、
   前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第１の斜面に対向する側に配置され、前記第１の斜面に向けて光を射出させる第１の光源部と、
   前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第２の斜面に対向する側に配置され、前記第２の斜面に向けて光を射出させる第２の光源部と、
   を有することを特徴とする面光源。
2. 前記プリズムシートの入射面側に、前記光源からの射出光を通すための空間を設けて対向配置され、前記第１、第２の光源から射出した光のうち、前記プリズムシートの入射面の方向以外の方向に射出した光の少なくとも１部を吸収するための光吸収板が、更に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
3. 前記第１の光源部と前記第２の光源部は、それぞれ、複数の固体発光素子を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向へ平行に並設してなり、各固体発光素子は射出光強度が１／２となる角度範囲が±７．５°の指向特性を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面光源。
4. 前記プリズムシートは、前記出射面が平坦面に形成され、前記入射面に形成された複数の細長プリズム部における三角断面形状の頂角は６０°〜８０°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の面光源。
5. 前記プリズムシートに対しては、その出射面側に、複数の細長凸レンズ部が平行に並設されてなり、前記複数の細長凸レンズ部の長さ方向を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向と直交させて形成した異方性光拡散部材が、さらに設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の面光源。
6. 複数の画素がマトリックス状に配列された表示エリアを有し、前記複数の画素に、左右別々の眼で観察するための左眼用画像データと右眼用画像データとが選択的に書込まれ、これらの左眼用及び右眼用画像データに応じて左眼用画像と右眼用画像とを選択的に表示する液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の観察側とは反対側に、断面が山形をなす複数の細長プリズム部が互いに平行に並設されて、傾斜方向が異なる第１の斜面と第２の斜面とが交互に連なった凹凸表面形状をなす入射面と、前記入射面から入射した光を予め定めた方向に出射する出射面とを備えたプリズムシートと、前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第１の斜面に対向する側に配置され、前記第１の斜面に向けて光を射出する第１の光源と、前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向に対して直交する方向の前記第２の斜面に対向する側に配置され、前記第２の斜面に向けて光を射出する第２の光源とからなり、前記プリズムシートの入射面の細長プリズム部の長さ方向を、前記液晶表示パネルの左右方向に対して直交させて配置した面光源と、
   前記面光源の第１と第２の光源部のうち、いずれか一方の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への左眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させ、他方の光源部から、前記液晶表示パネルの複数の画素への右眼用画像データの書込みに同期させて光を出射させる制御手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記面光源は、赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する第１と第２の光源部を備えており、前記制御手段は、１つの立体画像を表示するための１フレームの間に、左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データと右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データとを任意の順序で選択して順次液晶表示素子の各画素に書込み、前記面光源の第１と第２の光源部のうち、前記液晶表示素子の観察側から見て右側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記左眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させ、左側の光源部から、前記赤、緑、青の３色の光を前記右眼用画像を表示するための赤、緑、青の３色の単位色画像データの書込みにそれぞれ同期させて出射させることを特徴とする請求項６または請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記面光源は、前記プリズムシートの入射面側に、前記光源からの射出光を通す空間をあけて対向配置され、前記第１第２の光源から射出した光のうち、前記プリズムシートの入射面の方向以外の方向に出射した光の少なくとも１部を吸収するための光吸収板が、更に設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記プリズムシートに対しては、その出射面側に、複数の細長凸レンズ部が平行に並設されてなり、前記複数の細長凸レンズ部の長さ方向を前記プリズムシートの細長プリズム部の長さ方向と直交させて形成した異方性光拡散部材が、さらに設けられていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のうちの何れかに記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶表示素子は、対向する電極が形成された一対の基板間に、液晶分子をねじれの無いホモジニアス配向状態に初期配向させた液晶層を封入したホモジニアス型液晶表示素子であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のうちの何れかに記載の液晶表示素子。

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