JP3248984B2 - 照明装置 - Google Patents
照明装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示用の蛍光発光
形照明装置に関する。
形照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子は非発光形ディスプレイで
あるため、ほとんどの場合その背面にバックライト光源
を設け、カラー表示の場合、液晶表示素子の各画素にバ
ックライトからの白色光のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか
の光を透過させるフィルタを装着した光学系を構成す
る。ディスプレイ装置の奥行きを小さくして薄形にする
には、バックライトに平板形の蛍光発光素子や蛍光ラン
プと拡散板が使用される場合が多い。
あるため、ほとんどの場合その背面にバックライト光源
を設け、カラー表示の場合、液晶表示素子の各画素にバ
ックライトからの白色光のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか
の光を透過させるフィルタを装着した光学系を構成す
る。ディスプレイ装置の奥行きを小さくして薄形にする
には、バックライトに平板形の蛍光発光素子や蛍光ラン
プと拡散板が使用される場合が多い。
【０００３】上記のフィルタはＲ，Ｇ，Ｂの中の１色の
光は通すが、残りの２色は遮断することになり、バック
ライトから出た光の利用効率が悪い。これを改善する方
法として、液晶表示素子の各画素にＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体の
一つを１対１対応して設置すれば、上記のカラーフィル
タは不要となり、光の利用効率は飛躍的に向上する。
光は通すが、残りの２色は遮断することになり、バック
ライトから出た光の利用効率が悪い。これを改善する方
法として、液晶表示素子の各画素にＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体の
一つを１対１対応して設置すれば、上記のカラーフィル
タは不要となり、光の利用効率は飛躍的に向上する。
【０００４】図６は上記の構造を示す図で、紫外光源１
からの紫外放射は単色発光形蛍光体ドット２を励起して
可視光を放射し、この光が液晶素子４を透過してカラー
画像を形成する。しかし、この方法では紫外光源と蛍光
体の間は通常の蛍光ランプの構造と同じように、真空に
保たなければならず、そのためにガラス基板が必要とな
り、液晶素子への蛍光体の直接塗布はきわめて困難であ
る。このため、図６に示すように、蛍光体ドット２と液
晶表示素子４との間にガラス基板３を介在させたとき
に、このガラス基板３を通してひとつの蛍光体ドット２
の光が周辺の液晶表示素子４に入射することになり、画
素毎の色分離が不完全となる。
からの紫外放射は単色発光形蛍光体ドット２を励起して
可視光を放射し、この光が液晶素子４を透過してカラー
画像を形成する。しかし、この方法では紫外光源と蛍光
体の間は通常の蛍光ランプの構造と同じように、真空に
保たなければならず、そのためにガラス基板が必要とな
り、液晶素子への蛍光体の直接塗布はきわめて困難であ
る。このため、図６に示すように、蛍光体ドット２と液
晶表示素子４との間にガラス基板３を介在させたとき
に、このガラス基板３を通してひとつの蛍光体ドット２
の光が周辺の液晶表示素子４に入射することになり、画
素毎の色分離が不完全となる。
【０００５】また、この表示装置の観測地点よって視差
（パララックス）による混色が生じ色の見え方が悪くな
る。これを解決する方法として、図７に示すように、ガ
ラス基板３と液晶表示素子４の間に介在させたマイクロ
レンズアレー５により蛍光体ドット２の発光面の像を液
晶表示素子４に投影する方法が知られているが、物像間
距離が大きくなり、液晶表示素子４を透過する光の透過
角度は必然的に狭くなるため、液晶表示素子４を通して
画像をみる観測者の位置によって画面の端部の輝度が低
下するといった問題が生ずる。また、レンズ表面と蛍光
体ガラス基板およびレンズ表面と液晶表示素子間の光の
相互反射により、隣接画素間にクロストークが生じコン
トラストの良い明瞭な画質を得ることが困難となる。
（パララックス）による混色が生じ色の見え方が悪くな
る。これを解決する方法として、図７に示すように、ガ
ラス基板３と液晶表示素子４の間に介在させたマイクロ
レンズアレー５により蛍光体ドット２の発光面の像を液
晶表示素子４に投影する方法が知られているが、物像間
距離が大きくなり、液晶表示素子４を透過する光の透過
角度は必然的に狭くなるため、液晶表示素子４を通して
画像をみる観測者の位置によって画面の端部の輝度が低
下するといった問題が生ずる。また、レンズ表面と蛍光
体ガラス基板およびレンズ表面と液晶表示素子間の光の
相互反射により、隣接画素間にクロストークが生じコン
トラストの良い明瞭な画質を得ることが困難となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、蛍光発光
素子を用いた液晶バックライトを用いて液晶表示装置を
構成する場合に、観測者からみて如何に明るく、輝度ム
ラおよび色ムラのない照明装置を提供できるか、という
ことが大きな課題であった。
素子を用いた液晶バックライトを用いて液晶表示装置を
構成する場合に、観測者からみて如何に明るく、輝度ム
ラおよび色ムラのない照明装置を提供できるか、という
ことが大きな課題であった。
【０００７】本発明は上記のような課題を解決するもの
で、観測者の位置により画像に極端な輝度ムラや混色が
生ずることのないようにした照明装置を提供することを
目的とするものである。
で、観測者の位置により画像に極端な輝度ムラや混色が
生ずることのないようにした照明装置を提供することを
目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の照明装置は、液晶表示素子と、この液晶表
示素子の各画素にＲＧＢ３色のうちのいずれか１色を一
対一に対応させた蛍光体ドットと、この蛍光体ドットを
励起する紫外光源と、この液晶表示素子に接して蛍光体
ドットの縮小像をレンズ出射端面に結像するように液晶
表示素子に密着させた複数の分布屈折率レンズとを備
え、液晶表示素子の中心部から周辺部に向かうにしたが
って、個々の蛍光体ドットの中心を、対応する液晶表示
素子の光軸よりやや液晶表示素子の中心部から遠ざける
ように配置したものである。
に、本発明の照明装置は、液晶表示素子と、この液晶表
示素子の各画素にＲＧＢ３色のうちのいずれか１色を一
対一に対応させた蛍光体ドットと、この蛍光体ドットを
励起する紫外光源と、この液晶表示素子に接して蛍光体
ドットの縮小像をレンズ出射端面に結像するように液晶
表示素子に密着させた複数の分布屈折率レンズとを備
え、液晶表示素子の中心部から周辺部に向かうにしたが
って、個々の蛍光体ドットの中心を、対応する液晶表示
素子の光軸よりやや液晶表示素子の中心部から遠ざける
ように配置したものである。
【０００９】
【作用】この構成により、カラーフィルタを使用するこ
となく、しかもＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体の発光を所定の液晶表
示素子に効率よく導くことができ、かつ広い角度範囲に
光を投射でき理想的な液晶表示用の照明装置を得ること
ができる。
となく、しかもＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体の発光を所定の液晶表
示素子に効率よく導くことができ、かつ広い角度範囲に
光を投射でき理想的な液晶表示用の照明装置を得ること
ができる。
【００１０】以下に、本発明の一実施例を図面に基づい
て説明する。図１は本発明の第１の実施例である、照明
装置の要部を示す構成図である。図１において、１は紫
外光源、２はＲ，Ｇ，Ｂ３色のうちのいずれか１つを単
色で発光させる蛍光体ドット、３はガラス基板、４は液
晶表示素子であり、液晶表示素子４の各画素にＲ，Ｇ，
Ｂ３色のうちのいずれか１色の蛍光体ドット２を一対一
に対応させて、ガラス基板３上に装着することにより３
色蛍光体ドットパネルが構成される。紫外光源１からの
紫外放射は蛍光体ドット２を励起して可視光（蛍光発
光：図１において矢印で示す）を放射し、この可視光の
縮小像が液晶表示素子４の後面（蛍光体ドット２側）に
配置した、分布屈折率レンズ６を通して液晶表示素子４
の後面に結像する。分布屈折率レンズ６の光学的特性は
（１）式で表わされる。
て説明する。図１は本発明の第１の実施例である、照明
装置の要部を示す構成図である。図１において、１は紫
外光源、２はＲ，Ｇ，Ｂ３色のうちのいずれか１つを単
色で発光させる蛍光体ドット、３はガラス基板、４は液
晶表示素子であり、液晶表示素子４の各画素にＲ，Ｇ，
Ｂ３色のうちのいずれか１色の蛍光体ドット２を一対一
に対応させて、ガラス基板３上に装着することにより３
色蛍光体ドットパネルが構成される。紫外光源１からの
紫外放射は蛍光体ドット２を励起して可視光（蛍光発
光：図１において矢印で示す）を放射し、この可視光の
縮小像が液晶表示素子４の後面（蛍光体ドット２側）に
配置した、分布屈折率レンズ６を通して液晶表示素子４
の後面に結像する。分布屈折率レンズ６の光学的特性は
（１）式で表わされる。
【００１１】
【数１】
【００１２】ここで、Ｌ1 、Ｌ2 は分布屈折率レンズ６
の端面から、蛍光体ドット３、液晶表示素子４までのそ
れぞれの距離を表わし、Ｎ0 、Ａは分布屈折率レンズ６
の中心軸の屈折率および集束パラメータを表わす。
の端面から、蛍光体ドット３、液晶表示素子４までのそ
れぞれの距離を表わし、Ｎ0 、Ａは分布屈折率レンズ６
の中心軸の屈折率および集束パラメータを表わす。
【００１３】ここで、Ｌ2 すなわち分布屈折率レンズ６
の端面から液晶表示素子４までの距離を０として、レン
ズの長さｚと、分布屈折率レンズ６の端面から蛍光体ド
ット３までの距離Ｌ1との関係を求めると、（２）式で
表わされる。
の端面から液晶表示素子４までの距離を０として、レン
ズの長さｚと、分布屈折率レンズ６の端面から蛍光体ド
ット３までの距離Ｌ1との関係を求めると、（２）式で
表わされる。
【００１４】
【数２】
【００１５】また、このときの像倍率ｍは（３）式で表
わされる。
わされる。
【００１６】
【数３】
【００１７】蛍光体ドット２の大きさと、これに対応す
る液晶表示素子４の開口面積を比べると、後者の方が小
さくなる。これはアクティブマトリックス形の液晶表示
素子では１画素毎に信号増幅用のトランジスタやダイオ
ードが設置されているので、１画素の面積のうち開口部
の占める面積が大幅に制限されるからである。
る液晶表示素子４の開口面積を比べると、後者の方が小
さくなる。これはアクティブマトリックス形の液晶表示
素子では１画素毎に信号増幅用のトランジスタやダイオ
ードが設置されているので、１画素の面積のうち開口部
の占める面積が大幅に制限されるからである。
【００１８】蛍光体ドット２の大きさと液晶表示素子４
の開口面積がわかれば、像倍率が特定でき、（３）式を
もとにＬ1 がわかり、最終的に分布屈折率レンズ６の長
さｚを特定できる。このとき、蛍光体ドット２の縮小像
はレンズの端面に結像して液晶表示素子４の開口部にぴ
ったり合致することになる。
の開口面積がわかれば、像倍率が特定でき、（３）式を
もとにＬ1 がわかり、最終的に分布屈折率レンズ６の長
さｚを特定できる。このとき、蛍光体ドット２の縮小像
はレンズの端面に結像して液晶表示素子４の開口部にぴ
ったり合致することになる。
【００１９】ここで、液晶表示素子４の開口面における
透過光の広がりについて考えると、図７の従来のレンズ
アレー５の透過角度特性がほぼレンズの口径とレンズ・
像面の距離によって制限されるのに対し、本実施例の端
面結像方式による分布屈折率レンズ６の場合はレンズ内
をほとんどの光が曲線を描いて像面に達するから透過角
度特性が拡大し、観測者の位置による極端な輝度ムラが
生じない。さらに、分布屈折率レンズ６が、液晶表示パ
ネルに接着することができる液晶表示素子密着形分布屈
折率レンズとなるため、従来レンズの前後両側にとって
いた２つの空間が、ガラス基板３と分布屈折率レンズ６
の間の空間のみとなり、構造および製造方法が簡単で、
堅牢なディスプレイが得られる。
透過光の広がりについて考えると、図７の従来のレンズ
アレー５の透過角度特性がほぼレンズの口径とレンズ・
像面の距離によって制限されるのに対し、本実施例の端
面結像方式による分布屈折率レンズ６の場合はレンズ内
をほとんどの光が曲線を描いて像面に達するから透過角
度特性が拡大し、観測者の位置による極端な輝度ムラが
生じない。さらに、分布屈折率レンズ６が、液晶表示パ
ネルに接着することができる液晶表示素子密着形分布屈
折率レンズとなるため、従来レンズの前後両側にとって
いた２つの空間が、ガラス基板３と分布屈折率レンズ６
の間の空間のみとなり、構造および製造方法が簡単で、
堅牢なディスプレイが得られる。
【００２０】上記の構成において、輝度ムラを更に低減
して、表示面の中心軸から一定範囲内の観測者に対して
画質の良い画像を提供するために、表示面の中心部（図
２において右方向）から周辺部（図２において左方向）
に向かうにしたがって、図２に示すように、個々の蛍光
体ドット２の中心を、対応する液晶表示素子４の光軸
（図２のＡ−Ａ’）よりやや表示面中心部から遠ざける
ように配置している。この場合、観測者の方向は図２の
上部方向（図２の上方向）にある。これによって、表示
面周辺部の画素の光軸が、表示面の中心軸にある観測者
の方向に向けられるよう収斂され、表示面周辺部の輝度
の低下が抜本的に改良される。また、表示面を観る観測
者はディスプレイからみて上下方向よりも左右方向に広
がる場合が多いため、上記の蛍光体ドット２の各光学中
心軸からの外れ度合を水平方向に大きく、垂直方向にや
や小さくするようにすれば、表示面を近距離で観測する
場合でも表示面全体の輝度分布の差が圧縮され、さらに
画質の向上が期待できる。
して、表示面の中心軸から一定範囲内の観測者に対して
画質の良い画像を提供するために、表示面の中心部（図
２において右方向）から周辺部（図２において左方向）
に向かうにしたがって、図２に示すように、個々の蛍光
体ドット２の中心を、対応する液晶表示素子４の光軸
（図２のＡ−Ａ’）よりやや表示面中心部から遠ざける
ように配置している。この場合、観測者の方向は図２の
上部方向（図２の上方向）にある。これによって、表示
面周辺部の画素の光軸が、表示面の中心軸にある観測者
の方向に向けられるよう収斂され、表示面周辺部の輝度
の低下が抜本的に改良される。また、表示面を観る観測
者はディスプレイからみて上下方向よりも左右方向に広
がる場合が多いため、上記の蛍光体ドット２の各光学中
心軸からの外れ度合を水平方向に大きく、垂直方向にや
や小さくするようにすれば、表示面を近距離で観測する
場合でも表示面全体の輝度分布の差が圧縮され、さらに
画質の向上が期待できる。
【００２１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図１ではガラス基板３と液晶表示素子４は一定の間
隔をあけて相対することとなるが、表示面の寸法すなわ
ち画素数が増大してくると、表示面全体にわたって上記
の間隔を一定に保つためには、ガラス基板３と液晶表示
素子４の間に支柱が必要となる。そこで、図３のように
画素毎に円筒パイプ７を設け、この一方の端に分布屈折
率レンズ６を挿入し、この円筒パイプ７のレンズ側の端
面を液晶表示素子４に、レンズと反対側の端面を蛍光体
ドット２のガラス基板３に接着させることにより、表示
面の寸法が大きくなっても堅牢な液晶表示装置を構成で
きる。さらにこの円筒パイプ７の少なくともガラス基板
３と分布屈折率レンズ６端面との間の内側に鏡面特性を
持たせるように仕上げれば、図３の矢印のように、蛍光
体ドット２から放射される光を効率よく分布屈折率レン
ズ６に導くことができるとともに、隣接する液晶表示素
子４への光のクロストーク（混光）も必然的に防止でき
るという効果が得られる。
る。図１ではガラス基板３と液晶表示素子４は一定の間
隔をあけて相対することとなるが、表示面の寸法すなわ
ち画素数が増大してくると、表示面全体にわたって上記
の間隔を一定に保つためには、ガラス基板３と液晶表示
素子４の間に支柱が必要となる。そこで、図３のように
画素毎に円筒パイプ７を設け、この一方の端に分布屈折
率レンズ６を挿入し、この円筒パイプ７のレンズ側の端
面を液晶表示素子４に、レンズと反対側の端面を蛍光体
ドット２のガラス基板３に接着させることにより、表示
面の寸法が大きくなっても堅牢な液晶表示装置を構成で
きる。さらにこの円筒パイプ７の少なくともガラス基板
３と分布屈折率レンズ６端面との間の内側に鏡面特性を
持たせるように仕上げれば、図３の矢印のように、蛍光
体ドット２から放射される光を効率よく分布屈折率レン
ズ６に導くことができるとともに、隣接する液晶表示素
子４への光のクロストーク（混光）も必然的に防止でき
るという効果が得られる。
【００２２】上記の例では、円筒パイプ７について述べ
たが、図４のように、この円筒パイプをすべて接続し、
１枚のパネル８に仕上げることもできる。この構造はパ
ネル８に各画素毎に円筒状のパネル孔９を開けたもの
で、多円筒孔形マルチ分布屈折率レンズ支持基板として
位置づけられ、その製法はきわめて簡単で、かつ、ガラ
ス基板と液晶表示素子を堅牢な構成で接続することがで
きる。もちろんこの場合もパネル孔９の内面を鏡面特性
に仕上げたのち、その底部（端部）に分布屈折率レンズ
を落し込んで固定するといった手順で簡単に製作するこ
とができる。
たが、図４のように、この円筒パイプをすべて接続し、
１枚のパネル８に仕上げることもできる。この構造はパ
ネル８に各画素毎に円筒状のパネル孔９を開けたもの
で、多円筒孔形マルチ分布屈折率レンズ支持基板として
位置づけられ、その製法はきわめて簡単で、かつ、ガラ
ス基板と液晶表示素子を堅牢な構成で接続することがで
きる。もちろんこの場合もパネル孔９の内面を鏡面特性
に仕上げたのち、その底部（端部）に分布屈折率レンズ
を落し込んで固定するといった手順で簡単に製作するこ
とができる。
【００２３】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。図５は、図４の多円筒孔形マルチ分布屈折率レンズ
支持基板を構成するパネル８のパネル孔９を、蛍光体ド
ット側の端面からやや内側の場所で透明の円板１０を用
いて仕切り、蛍光体ドット側の端面の凹空間に蛍光体ド
ット２を装着したものである。これにより、蛍光体ドッ
トを形成するガラス基板をなくし、簡単な構成の照明装
置を実現することができる。
る。図５は、図４の多円筒孔形マルチ分布屈折率レンズ
支持基板を構成するパネル８のパネル孔９を、蛍光体ド
ット側の端面からやや内側の場所で透明の円板１０を用
いて仕切り、蛍光体ドット側の端面の凹空間に蛍光体ド
ット２を装着したものである。これにより、蛍光体ドッ
トを形成するガラス基板をなくし、簡単な構成の照明装
置を実現することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ｒ，Ｇ，
Ｂ蛍光体ドットを用いるために、カラーフィルタを必要
とせず、さらに特定の諸元をもつ分布屈折率レンズと画
素間の光のクロストーク防止機能を設けることにより、
透過角度特性が拡大し、観測者の位置による画像の極端
な輝度ムラと混色の生じない高効率の照明装置を実現で
き、その実用的な価値は大きい。
Ｂ蛍光体ドットを用いるために、カラーフィルタを必要
とせず、さらに特定の諸元をもつ分布屈折率レンズと画
素間の光のクロストーク防止機能を設けることにより、
透過角度特性が拡大し、観測者の位置による画像の極端
な輝度ムラと混色の生じない高効率の照明装置を実現で
き、その実用的な価値は大きい。
【図１】本発明の第１の実施例の照明装置の要部を示す
構成図
構成図
【図２】本発明の同実施例の照明装置の要部を示す構成
図
図
【図３】本発明の第２の実施例の照明装置の要部を示す
構成図
構成図
【図４】本発明の第２の実施例を多円筒孔形マルチ分布
屈折率レンズ支持基板で構成したことを説明する平面図
屈折率レンズ支持基板で構成したことを説明する平面図
【図５】本発明の第３の実施例の照明装置の要部を示す
構成図
構成図
【図６】従来例の照明装置の要部を示す構成図
【図７】従来例の他の照明装置の要部を示す構成図
１ 紫外光源 ２ 蛍光体ドット ３ ガラス基板 ４ 液晶表示素子 ６ 分布屈折率レンズ ７ 円筒パイプ ８ パネル（多円筒孔形マルチ分布屈折率支持基板） ９ パネル孔 １０ 円板
Claims (4)
- 【請求項１】 液晶表示素子と、この液晶表示素子の各
画素にＲＧＢ３色のうちのいずれか１色を一対一に対応
させた蛍光体ドットと、前記蛍光体ドットを励起する紫
外光源と、前記液晶表示素子に接して蛍光体ドットの縮
小像をレンズ出射端面に結像するように液晶表示素子に
密着させた複数の分布屈折率レンズとを備えた液晶表示
用の照明装置において、前記液晶表示素子の中心部から
周辺部に向かうにしたがって、個々の蛍光体ドットの中
心を、対応する液晶表示素子の光軸よりやや液晶表示素
子の中心部から遠ざけるように配置してなる液晶表示用
の照明装置。 - 【請求項２】 複数の分布屈折率レンズが複数の円筒パ
イプに少なくとも一対一で収納され、前記円筒パイプの
一端が前記蛍光体ドットに、また前記円筒パイプの他端
が前記液晶表示素子にそれぞれ密着し、かつ前記円筒パ
イプの内壁面が鏡面特性をもつ請求項１記載の液晶表示
用の照明装置。 - 【請求項３】 前記円筒パイプが１枚のパネル板に複数
設けられたパネル孔で構成される請求項２記載の液晶表
示用の照明装置。 - 【請求項４】 前記パネル孔の片方の端面からやや内側
を透明の円板で仕切り、前記パネル孔の片方の端面に形
成された凹空間に、蛍光体を装着してなる請求項３記載
の液晶表示用の照明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13708593A JP3248984B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13708593A JP3248984B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 照明装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347789A JPH06347789A (ja) | 1994-12-22 |
| JP3248984B2 true JP3248984B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=15190540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13708593A Expired - Fee Related JP3248984B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248984B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP13708593A patent/JP3248984B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06347789A (ja) | 1994-12-22 |
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