JP2019133097A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像カメラを有する画像表示装置において、撮像用窓部によって表示エリアが縮小されることを抑制可能な画像表示装置を実現する。【解決手段】撮像用窓部（２００）を有する画像表示装置（１０）において、撮像カメラ（１１０）のための撮像用窓部（２００）を画像表示領域内に配置し、かつ、撮像用窓部（２００）の口径（φｐ）を、撮像カメラ（１１０）の画角（θ）に基づく特定の条件を満たすように設定する。【選択図】図３

Description

本発明は画像表示装置に関する。

液晶表示装置などの画像表示装置は、携帯電話または車載用表示装置などの様々な分野で使用されている。このような画像表示装置には、表示エリア（「画面表示領域」とも言う）に向けて配置されている撮像用の撮像カメラを有する画像表示装置が知られている。これらの画像表示装置は、表示エリアを囲む非表示エリアに撮像用窓部を有し、この撮像用窓部に対応する位置に上記撮像カメラが配置されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−１０１３５２号公報 特開２００８−２５７１９１号公報

しかしながら、上述のような従来技術は、上記撮像用窓部に撮像カメラを有することから、上記非表示エリアの幅が広くなり、それに応じて表示エリアが小さくなるという問題がある。

本発明の一態様は、撮像カメラを有する画像表示装置において、撮像用窓部によって表示エリアが縮小されることを抑制可能な画像表示装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像表示装置は、画像表示領域に画像を形成するための画像形成層と、撮像レンズを有するとともに、前記画像形成層を平面視したときの前記画像表示領域内の位置であって、前記画像形成層の表示面側に向けて前記画像形成層の背面側に配置される撮像カメラと、を有し、前記画像形成層が、平面視したときに前記撮像レンズに重なる位置であって前記画像形成層における前記撮像カメラの光路上に形成されている撮像用窓部を有する画像表示装置であって、前記撮像レンズの光軸方向におけるカメラ焦点から前記撮像用窓部における前記表示面側の端縁までの距離をＤｐ、前記撮像カメラの画角をθとしたときに、前記端縁での口径φｐが下記の条件を満たしている。

２Ｄｐｔａｎ（θ／２）≦φｐ

本発明の一態様によれば、撮像用撮像カメラを有する画像表示装置において、撮像用窓部によって表示エリアが縮小されることを抑制可能な画像表示装置を実現することができる。

本発明の実施形態１に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る配線とブラックマトリクスとを模式的に示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１に係る画像表示装置の断面の構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）における画像表示装置の断面の要部を拡大して示す図であり、（ｃ）は、当該画像表示装置における撮像カメラの形状を模式的に示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２に係る画像表示装置の断面の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）における画像表示装置の断面の要部を拡大して示す図であり、（ｃ）は、本実施形態に用いられる撮像カメラの一例の形状を模式的に示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施形態１に係る配線とブラックマトリクスとを模式的に示す図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態１に係る画像表示装置の断面の構成を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における画像表示装置の断面の要部を拡大して示す図であり、図３（ｃ）は、当該画像表示装置における撮像カメラの形状を模式的に示す図である。

画像表示装置１０は、図１、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、液晶表示パネル１００と撮像カメラ１１０とを有する。

液晶表示パネル１００は、バックライト１２０、第一の偏光板１３０、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板１４０、液晶層１５０、カラーフィルタ基板１６０、第二の偏光板１７０、粘着層１８０、カバーガラス１９０および撮像用窓部２００を有している。液晶表示パネル１００は、画像表示領域に画像を形成するための画像形成層に相当している。

バックライト１２０は、液晶表示パネル１００の光源である。平面視したときのバックライト１２０の形状（平面形状）は、矩形であり、バックライト１２０は、貫通孔１２１を有している。貫通孔１２１は、撮像カメラ１１０を収容するための孔であり、平面視したときの液晶表示パネル１００における画像表示領域の内側に配置されている。なお、画像表示領域とは、画像表示装置１０の周囲を縁取る額縁等の非表示エリアによって囲まれる表示エリアである。画像表示領域には、液晶による所期の画像が表示される。貫通孔１２１の平面形状は、撮像カメラ１１０の平面形状に応じて適宜に決めることが可能であり、例えば、撮像カメラ１１０の平面形状と同じ円形である。

第一の偏光板１３０は、画像表示装置に使用可能であることが公知の偏光板から適宜に選ぶことができる。

ＴＦＴ基板１４０は、画像表示装置に使用可能であることが公知のＴＦＴ基板と同じに構成されている。例えば、ＴＦＴ基板１４０は、ガラス基板と、走査信号線と、透光性の無機絶縁膜と、半導体膜（例えば、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、酸化物半導体）と、データ信号線およびドレイン電極と、透光性の有機絶縁膜と、透光性のセンサ信号線と、透光性の無機絶縁膜と、透光性の画素電極と、透光性の無機絶縁膜と、透光性の共通電極とが、上方向（表示光の出射方向）に向かってこの順に配され、半導体膜をチャネルとするトランジスタが形成されていてもよい。画素電極、共通電極およびセンサ信号線は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透光性の金属化合物で構成することができる。

液晶層１５０は、画像表示装置に使用可能であることが公知の液晶層から適宜に選ぶことができる。

カラーフィルタ基板１６０も、ＴＦＴ基板１４０と同様に、画像表示装置に使用可能であることが公知のカラーフィルタ基板と同じに構成されている。例えば、カラーフィルタ基板は、原色（赤・緑・青）カラーフィルタ、無色コート（透明コート）、およびブラックマトリクスを含んでいる。無色コートは光透過率が９０％以上であることが望ましく、白のサブ画素用の色材でもよい。

第二の偏光板１７０は、第一の偏光板１３０と同様に、画像表示装置に使用可能であることが公知の偏光板から適宜に選ぶことができる。第一の偏光板１３０および第二の偏光板１７０における偏光の向きは、液晶表示パネルの液晶構造に応じて適宜に決められている。

粘着層（ＯＣＲ）１８０は、透光性を有する接着層であり、第二の偏光板１７０とカバーガラス１９０とを接着している。

撮像用窓部２００は、液晶表示パネル１００における貫通孔１２１に対向する部分である。撮像用窓部２００は、撮像カメラ１１０による撮像のための光路であり、撮像カメラ１１０による撮像に十分な透明性を有している。第一の偏光板１３０および第二の偏光板１７０における撮像用窓部２００に対応する部分は、貫通孔となっている。

ＴＦＴ基板１４０における撮像用窓部２００に対応する部分は、ＴＦＴ基板１４０における配線１４１が除かれた、透明基板で構成された領域となっている。当該部分は、より詳しくは図２に示されるように、その平面形状が円形である撮像用窓部２００と、その周囲を縁取る環状の額縁部２１０とによって構成されている。額縁部２１０は、ＴＦＴ基板１４０に配置され、撮像用窓部２００を迂回する配線１４１と、平面視したときに配線１４１に重なるブラックマトリクス１６１とによって構成されている。

撮像カメラ１１０は、図３（ａ）に示されるように、貫通孔１２１内に配置されている。このように、撮像カメラ１１０は、液晶表示パネル１００を平面視したときの画像表示領域内の位置であって、液晶表示パネル１００の表示面側に向けて画像形成層の背面側に配置されている。

撮像カメラ１１０は、図３（ｃ）に示されるように、筒部１１５と、その一端に配置されるセンサ１１２と、筒部１１５の他端に配置される撮像レンズ１１１とを有している。撮像カメラ１１０は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子である。

画像表示装置１０において、撮像用窓部２００の口径φｐは、撮像レンズ１１１の光軸方向におけるカメラ焦点１１３から撮像用窓部２００における表示面側の端縁までの距離をＤｐ、撮像カメラ１１０の画角をθとしたときに、下記の条件を満たしている。

２Ｄｐｔａｎ（θ／２）≦φｐ
画像表示装置１０において、撮像用窓部２００の口径φｐは、撮像用窓部として機能する大きさであればよい。撮像用窓部２００の口径φｐの上限値は、「撮像用」の観点から適宜に決めることができ、このような用途の観点から、撮像用窓部２００によって表示エリアが縮小されることを十分に抑制可能な値として決めることが可能である。撮像用窓部２００の口径φｐの上限値が、平面視したときの撮像カメラ１１０の長さをＡとしたときに、Ａよりも小さいことは、撮像用窓部２００の口径φｐを、撮像カメラ１１０の画角にθに応じた最小の口径とすることが可能となる観点から好ましい。

ここで、「カメラ焦点１１３」とは、センサ１１２からの距離が撮像カメラ１１０の焦点距離未満の位置にある点であり、センサ１１２の検出領域の一端および他端と、それに対して実質的に作用する撮像レンズ１１１の領域の他端および一端とを結ぶ直線（以下、これらの直線のうちの一方を「上線」とも言い、他方を「下線」とも言う）１１６、１１７の交点で表される。上記直線が上記交点の撮像レンズ１１１側に形成する角度は、画角である。本実施形態において、画角は、例えば９０°である。カメラ焦点１１３の位置および画角は、焦点距離の長短またはセンサ１１２の検出領域の増減によって適宜に調整され得る。

画像表示装置１０において、撮像用窓部２００の口径φｐは、上記式を満たしている。撮像用窓部２００の口径φｐは、撮像カメラ１１０が満たす画角およびカメラ焦点１１３に応じた最小の口径に設計することが可能となる。当該最小の口径は、上線１１６および下線１１７が撮像用窓部２００に一点で接するときの水平方向における両直線間の距離で表される。これにより、撮像用窓部２００の口径φｐは、撮像カメラ１１０の平面の平面視したときの幅よりも小さくすることができる。また、額縁部２１０の大きさは、撮像用窓部２００を迂回する配線１４１の数に依存しているため、撮像用窓部２００の口径φｐが小さくなることにより、撮像用窓部２００を迂回する配線１４１の数が減少する。これにより、撮像カメラ１１０の平面視したときの周囲に額縁部２１０を配置する場合に比べて、額縁部２１０が小さくなる。よって、上記の場合に比べて画像表示領域を大きくすることができる。

貫通孔１２１の平面形状は、撮像カメラ１１０の平面形状と同じ円形である。一側部に光源を有するバックライトの場合、画像表示領域における撮像用窓部２００を挟んで光源とは反対側の部分（図１に符号Ａｄで示す部分）に光が届きにくいが、画像表示装置１０では撮像用窓部２００が小さい。よって、上記の場合に比べてより良好な画像の表示が実現できる。

バックライト１２０は、撮像カメラ１１０を収容するための貫通孔１２１を有している。また、撮像カメラ１１０は、貫通孔１２１内に配置されている。これにより、撮像カメラ１１０をバックライト１２０の背面に配置する場合に比べて、画像表示装置１０の厚さを、撮像カメラ１１０が貫通孔１２１に収納された厚さ分、薄くすることができる。

なお、撮像用窓部２００の実際の口径は、上記式で求められるφｐであってよいが、本実施形態の効果を奏する範囲、すなわち撮像カメラ１１０の平面形状における長さよりも撮像用窓部２００の実際の口径が小さくなる範囲において、φｐよりも大きくてもよい。たとえば。撮像用窓部２００の実際の口径は、φｐに組み立てマージンα（例えば５０〜１５０μｍ）をさらに含んでいてもよい。あるいは、上記式の左辺（２Ｄｐｔａｎ（θ／２））は、当該組み立てマージンに対応する適当な係数（例えば０．５〜１．５）を含んでいてもよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。図４（ａ）は、本発明の実施形態２に係る画像表示装置の断面の構成を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における画像表示装置の断面の要部を拡大して示す図であり、図４（ｃ）は、本実施形態に用いられる撮像カメラの一例の形状を模式的に示す図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

画像表示装置２０は、バックライト１２０の替わりに貫通孔２２１を有するバックライト２２０を、第一の偏光板１３０の替わりに第一の偏光板２３０を、ＴＦＴ基板１４０の替わりにＴＦＴ基板２４０を、撮像用窓部２００の替わりに撮像用窓部２０１を有している。画像表示装置２０では、撮像カメラ１１０がバックライト２２０の背面に配置されている。それ以外は画像表示装置１０と同様に構成されている。

画像表示装置２０において、バックライト２２０の貫通孔２２１の口径φｂは、撮像レンズ１１１の光軸方向におけるカメラ焦点１１４からバックライト２２０の貫通孔２２１における表示面側の端縁までの距離をＤｂとしたときに、下記の条件を満たしている。

２Ｄｂｔａｎ（θ／２）≦φｂ
画像表示装置２０において、バックライト２２０の貫通孔２２１の口径φｂは、撮像用窓部として機能する大きさであればよい。画像表示装置２０において、バックライト２２０の貫通孔２２１の口径φｂの上限値は、実施形態１で前述したように、撮像用窓部２０１によって表示エリアが縮小されることを抑制可能な値であればよく、Ａよりも小さいことが好ましい。

カメラ焦点１１４は、上線１１８および下線１１９の交点で表される。本実施形態において、画角は、実施形態の１よりも小さく、例えば８０°である。

撮像用窓部２０１は、液晶表示パネル１００における貫通孔２２１に対向する部分を少なくとも含む部分である。

ＴＦＴ基板２４０における撮像用窓部２０１に対応する部分は、実施形態１のそれと同様に構成されており、ＴＦＴ基板２４０における配線１４１が除かれた領域となっている。ＴＦＴ基板２４０の額縁部は、ＴＦＴ基板２４０に配置され、撮像用窓部２０１を迂回する配線１４１と、平面視したときに配線１４１に重なるブラックマトリクス１６１とによって構成されている（図２参照）。

第一の偏光板２３０は、撮像用窓部２０１に対応する部分に貫通孔を有し、第二の偏光板１７０も、実施形態１と同様に、撮像用窓部２０１に対応する部分に貫通孔を有している。これらの偏光板が有する貫通孔の口径およびＴＦＴ基板２４０における配線が除かれた領域の口径は、いずれも、各貫通孔および領域における上線１１８と下線１１９との間の水平方向の距離よりも実質的に大きい任意の長さである。

画像表示装置２０は、画像表示装置１０と同様に、貫通孔２２１の口径φｂを撮像カメラ１１０の平面の平面視したときの幅よりも小さくすることができる。

また、画像表示装置２０の撮像カメラ１１０は、撮像用窓部となり得る貫通孔および領域に対して、撮像カメラ１１０の光軸方向においてより離れて（液晶表示パネルのさらに背面側に）配置されている。よって、画像表示装置２０の撮像カメラ１１０の画角は、画像表示装置１０のそれに比べてより小さくすることが可能である。したがって、画像表示装置２０の額縁部は、実施形態１のそれに比べてより一層小さくすることが可能である。よって、実施形態１に比べて画像表示領域を大きくすることができる。

さらに、画像表示装置２０では、撮像カメラ１１０は、バックライト２２０の背面に配置されている。したがって、画像表示装置２０では、カメラの形状によらず、例えばカメラの平面形状が図４（ｃ）に示すような矩形である場合であっても、液晶表示パネル１００に設置することが可能である。また、画像表示装置２０では、貫通孔２２１の平面形状を、撮像カメラ１１０の平面形状に関わらず、撮像カメラ１１０の撮像レンズ１１１と同じ円形とすることができる。一側部に光源を有するバックライトの場合では、画像表示装置２０も、画像表示装置１０と同様に、画像表示領域における撮像用窓部２０１を挟んで光源とは反対側の部分（図１の符号Ａｄで示す部分）に光が届きにくい。しかしながら、画像表示装置２０では撮像用窓部２０１が画像表示装置１０のそれよりもさらに小さいので、より一層良好な画像の表示を実現することができる。

〔変形例〕
なお、上記の実施の形態に係る画像表示装置は、前述した本実施の形態の効果が得られる範囲において、前述の構成以外の構成をさらに有していてもよいし、前述の構成に替わる他の構成をさらに有していてもよい。

例えば、画像形成層は、原色（赤・緑・青）や、それらの補色要素も含めた色要素を組み合わせて色彩を表現するような一般的な表示パネルであればよく、前述した実施形態で説明したような液晶表示パネルであってもよいし、また、有機ＥＬ表示パネルであってもよい。

また、実施形態２では、バックライトの貫通孔の口径だけでなく、第一の偏光板、第二の偏光板、カラーフィルタ基板のブラックマトリクス、およびカバーガラスのブラックマトリクスの端縁の口径などの、撮像カメラの光路上にある貫通孔および領域の口径のそれぞれも、前述の式を満たすように設計してよい。画像表示装置２０において、第一の偏光板、第二の偏光板、カラーフィルタ基板のブラックマトリクス、およびカバーガラスのブラックマトリクスの端縁の口径などの、撮像カメラの光路上にある貫通孔および領域の口径のそれぞれの上限値は、撮像用窓部２０１によって表示エリアが縮小されることを抑制可能な値であればよく、Ａよりも小さいことが好ましい。この場合では、各貫通孔または領域を縁取る額縁部を配置する場合に、額縁部をより精密に設計することが可能となる。よって、撮像用窓部と額縁部とを含む非表示エリアを最小化する観点からより効果的であり、その結果、画像表示領域を最大限に拡大する観点からより効果的である。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る画像表示装置１０は、画像表示領域に画像を形成するための液晶表示パネル（画像形成層）１００と、撮像レンズ１１１を有するとともに、液晶表示パネル１００を平面視したときの画像表示領域内の位置であって、液晶表示パネル１００の表示面側に向けて液晶表示パネル１００の背面側に配置される撮像カメラ１１０と、を有し、液晶表示パネル１００が、平面視したときに撮像レンズ１１１に重なる位置であって液晶表示パネル１００における撮像カメラ１１０の光路上に形成されている撮像用窓部２００を有する画像表示装置１０であって、撮像レンズ１１１の光軸方向におけるカメラ焦点１１３から撮像用窓部２００における表示面側の端縁までの距離をＤｐ、撮像カメラ１１０の画角をθ、平面視したときの撮像カメラ１１０の長さをＡとしたときに、端縁での口径φｐが下記の条件を満たしている。

２Ｄｐｔａｎ（θ／２）≦φｐ＜Ａ
上記の構成によれば、撮像用窓部２００の口径φｐは、撮像カメラ１１０の平面の平面視したときの幅よりも小さくなり得る。よって、撮像カメラ１１０を有する画像表示装置１０では、表示エリアを囲む非表示エリアに撮像用窓部を有する従来の画像表示装置に撮像用窓部２００によって表示エリアが縮小されることを抑制可能である。

本発明の態様２に係る画像表示装置１０は、態様１において、撮像用窓部２００の周囲を縁取る額縁部２１０をさらに含んでいてもよい。

上記の構成によれば、液晶表示パネル１００から撮像用窓部２００に侵入する光の影響が抑制され、撮像カメラ１１０により高画質な画像を撮像する観点からより一層効果的である。

本発明の態様３に係る画像表示装置１０は、態様１または２において、液晶表示パネル１００は、貫通孔１２１を有するバックライト１２０および薄膜トランジスタ基板１４０を含み、撮像カメラ１１０は、貫通孔１２１に配置されており、撮像用窓部２００は、薄膜トランジスタ基板１４０における配線１４１が除かれた領域を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、撮像カメラ１１０をバックライト１２０の背面に配置する場合に比べて、画像表示装置１０の厚さを、撮像カメラ１１０が貫通孔１２１に収納された厚さ分、薄くすることができる。

本発明の態様４に係る画像表示装置２０は、態様１または２において、液晶表示パネルが貫通孔２２１を有するバックライト２２０および薄膜トランジスタ基板２４０を含み、撮像カメラ１１０は、バックライト２２０の背面に配置され、撮像用窓部２０１が、貫通孔２２１と、薄膜トランジスタ基板２４０における配線が除かれた領域とを含んでいてもよい。

上記の構成によれば、上記画像表示装置２０は、撮像カメラ１１０を有する画像表示装置２０において、撮像用窓部２０１によって表示エリアが縮小されることを抑制可能である。

本発明の態様５に係る画像表示装置１０は、態様３または４において、額縁部２１０が、ＴＦＴ基板１４０に配置され、撮像用窓部２００を迂回する配線１４１と、平面視したときに配線１４１に重なるブラックマトリクス１６１とを含んでいてもよい。

上記構成は、上記態様２と同様の観点からより一層効果的である。

本発明の態様６に係る画像表示装置は、態様１〜５のいずれかにおいて、前述したように、画像形成層が液晶表示パネルであってよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０、２０ 画像表示装置
１００ 液晶表示パネル
１１０ 撮像カメラ
１１１ 撮像レンズ
１１２ センサ
１１３、１１４ カメラ焦点
１１５ 筒部
１１６、１１８ 上線
１１７、１１９ 下線
１２０、２２０ バックライト
１２１、２２１ 貫通孔
１３０、２３０ 第一の偏光板
１４０、２４０ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板
１４１ 配線
１５０ 液晶層
１６０ カラーフィルタ基板
１６１ ブラックマトリクス
１７０ 第二の偏光板
１８０ 粘着層
１９０ カバーガラス
２００、２０１ 撮像用窓部
２１０ 額縁部
Ａｄ 光源と反対側の部分

Claims (6)

1. 画像表示領域に画像を形成するための画像形成層と、
   撮像レンズを有するとともに、前記画像形成層を平面視したときの前記画像表示領域内の位置であって、前記画像形成層の表示面側に向けて前記画像形成層の背面側に配置される撮像カメラと、を有し、
   前記画像形成層が、平面視したときに前記撮像レンズに重なる位置であって前記画像形成層における前記撮像カメラの光路上に形成されている撮像用窓部を有する画像表示装置であって、
   前記撮像レンズの光軸方向におけるカメラ焦点から前記撮像用窓部における前記表示面側の端縁までの距離をＤｐ、前記撮像カメラの画角をθとしたときに、前記端縁での口径φｐが下記の条件を満たす、画像表示装置。
   ２Ｄｐｔａｎ（θ／２）≦φｐ
2. 前記撮像用窓部の周囲を縁取る額縁部をさらに含む、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記画像形成層は、貫通孔を有するバックライトおよび薄膜トランジスタ基板を含み、
   前記撮像カメラは、前記貫通孔に配置されており、
   前記撮像用窓部は、前記薄膜トランジスタ基板における配線が除かれた領域を含む、請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記画像形成層は、貫通孔を有するバックライトおよび薄膜トランジスタ基板を含み、
   前記撮像カメラは、前記バックライトの背面に配置され、
   前記撮像用窓部は、前記貫通孔と、前記薄膜トランジスタ基板における配線が除かれた領域とを含む、請求項１または２に記載の画像表示装置。
5. 前記額縁部は、前記薄膜トランジスタ基板に配置され、前記撮像用窓部を迂回する前記配線と、平面視したときに前記配線に重なるブラックマトリクスとを含む、請求項３または４に記載の画像表示装置。
6. 前記画像形成層は、液晶表示パネルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。

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