JP5020383B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置、特に直視型の表示装置に関する。
近年、テレビや情報表示用の表示装置において、大型化への強い要望がある。大型の表示装置の代表として、発光ダイオード(LED)などの自発光素子をマトリクス状に配列した表示装置や投射型表示装置があるが、これらは画質の点で不利であり、高画質の表示が可能な直視型の液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)のさらなる大型化が望まれている。
直視型の液晶表示装置やプラズマ表示装置は、基本的にガラス基板上に形成されるので、その画面の大きさは基板サイズに依存する。現在、液晶表示装置の製造に用いられているガラス基板(マザー基板)は、第8世代(2200mm×2400mm)が最大であり、この基板を用いて対角約100インチの液晶表示装置が製造されている。量産に使用できる基板はますます大型化していくものの、その速度は緩やかであり、現在の市場に要求されているさらに大面積の表示装置を今すぐ供給することは難しい。
そこで、従来から表示装置の大画面化を実現する方法として、複数の表示装置を配列し(タイリングということがある)、大画面の表示装置を擬似的に実現する試みがなされている。しかしながら、タイリング技術を用いると、複数の表示装置の継ぎ目が見えるという問題がある。液晶表示装置を例にこの問題を説明する。
なお、液晶表示装置は、主に、液晶表示パネルと、バックライト装置、液晶表示装置に各種の電気信号を供給する回路や電源およびこれらを収容する筐体を備えている。液晶表示パネルは、主に一対のガラス基板と、これらの間に設けられた液晶層とを有する。一対のガラス基板のうち、一方には、例えば画素電極がマトリクス状に形成され、TFTやバスラインおよびこれらに信号を供給するための駆動回路等が設けられており、他方には、カラーフィルタ層や対向電極が設けられている。また、液晶表示パネルは、複数の画素が配列された表示領域と、その周辺の額縁領域とを有している。額縁領域には、一対の基板を互いに対向させるとともに液晶層を密閉・保持するためのシール部や、画素を駆動するための駆動回路実装部等が設けられている。
このように、液晶表示パネルには表示に寄与しない額縁領域が存在するので、複数の液晶表示パネルを配列することによって大画面を構成すると、画像に継ぎ目が生じてしまう。この問題は液晶表示装置に限らず、PDP、有機EL表示装置、電気泳動表示装置など、直視型の表示装置に共通の問題である。
特許文献1には、表示パネルの全面を覆う光ファイバーフェイスプレートを有し、表示領域から出射される光を、光ファイバーフェイスプレートによって非表示領域まで導光することによって継ぎ目の無い表示を行う構成が開示されている。
また、特許文献2には、表示パネルの全面に光ファイバーフェイスプレート複合体を設け、表示領域から出射される光を、光ファイバーフェイスプレートによって非表示領域まで導光することによって継ぎ目の無い表示を行う構成が開示されている。
また、特許文献3には、表示パネルのほぼ全面に、多数の傾斜薄膜とその傾斜薄膜の間に充填される透明体からなる光補償手段を有し、光補償手段で非表示領域まで導光させることによって、継ぎ目の無い表示を行う構成が開示されている。傾斜薄膜として金属膜や樹脂(例えばアクリル樹脂またはポリカーボネイトのような透明樹脂)の膜を用いる構成が開示されている。
特開平7−128652号公報 特開2000−56713号公報 特開2001−5414号公報
光ファイバーフェイスプレートは、光ファイバーの集合体であるので、大面積になるほど製造が難しく、多大なコストがかかる。特許文献1および特許文献2に記載されている従来技術では、表示パネルのほぼ全面を覆う光ファイバーフェイスプレートが必要であり、特に大型の表示装置においては、製造方法およびコストの観点から現実的ではない。
また、特許文献3に記載の技術は、光ファイバーフェイスプレートに代えて多数の傾斜薄膜とその傾斜薄膜の間に充填される透明体からなる光補償手段を利用している点において、特許文献1および2の技術と異なるものの、表示パネルのほぼ全面を覆う光補償手段を必要とし、特許文献1および特許文献2に記載の技術と同様の問題を有している。
なお、特許文献2には、表示領域に配置される平行プレート(入射面と出射面とが平行な光ファイバーフェイスプレート)を省略し得ると記載されている。しかしながら、平行プレートを省略すると、表示領域の縁部に配置されたブロック状(断面が矩形)の光ファイバーフェイスプレートの端面部が表示領域内で段差を形成するので、画像が不連続になり、表示品位が損なわれる。
また、特許文献3には、光補償手段の製造方法について、外型枠に所定の角度に傾斜薄膜を傾けて設置して固定し、その間に液状の透明体を注入して充填したのち、これを硬化させる、と記載されている。
表示装置の表示画像のボケを防ぐためには、少なくとも画素ピッチと同じか、それ以下の細かいピッチで傾斜薄膜を作製する必要がある。また、液状の透明体を充填する空隙を空けて傾斜薄膜を作製するためには、例えばフォトリソグラフィ法により超高アスペクト比のリブを形成することが考えられるが、それは非常に困難である。
また、傾斜角が大きい(例えば表示面法線方向から30°以上の傾斜)傾斜薄膜を作製することも困難であり、さらには、そのような傾斜角が大きい傾斜薄膜間の空隙内に液状の透明体を気泡無く充填することも困難である。
これらの課題は、表示装置の画面サイズが大きくなるほど、さらに難易度が増す。このような光補償手段を作製する場合には、量産性が低く、多大なコストが掛かってしまう。
また、傾斜薄膜はそれ自体自立できるように、ある程度以上の膜厚を有するように作製する必要があるが、その膜厚は傾斜薄膜のピッチに対して十分小さくないと、導光素子の透過率が低下し、表示装置の輝度低下につながる。たとえば、膜厚を0.5mm、傾斜薄膜のピッチを1mmとすると、透過率は50%である(実際には傾斜薄膜間に充填された透明体による吸収もあるので、透過率はさらに低くなる)。また、実際の表示装置では画素ピッチがもっと小さいので、傾斜薄膜のピッチをさらに小さくしなければならず、透過率はさらに低下する。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、従来よりも製造が容易な、または従来よりも低コストの、表示パネルの額縁領域あるいはタイリングした場合の継ぎ目が見え難い直視型の表示装置を提供することを目的とする。
本発明の直視型の表示装置は、表示領域と前記表示領域の外側に形成された額縁領域とを有する少なくとも1つの表示パネルと、入射面と、出射面と、前記入射面と前記出射面の間に形成された複数の導光部とを有する少なくとも1つの導光素子と、を備え、前記複数の導光部は少なくとも1つの透明部を含み、前記少なくとも1つの透明部の側面の少なくとも一部には金属部が設けられており、前記少なくとも1つの導光素子の前記入射面は、前記少なくとも1つの表示パネルの前記額縁領域に第1の軸に沿って隣接する周辺表示領域の一部に重なり、且つ、前記少なくとも1つの表示パネルの表面と平行になるように配置され、前記少なくとも1つの導光素子の前記出射面は、前記第1の軸に沿って前記周辺表示領域の前記一部から前記額縁領域に向かって前記入射面からの距離が増大することを特徴とする。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの導光素子は、複数の透明層と複数の金属層が積層された積層体を有する。
ある実施形態において、前記複数の金属層は、厚さが100nm以上5μm以下である金属層を含む。
ある実施形態において、前記複数の金属層は、厚さが100nm以上1μm以下である金属層を含む。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの透明部は略円柱形であり、かつ、前記少なくとも1つの透明部の前記側面は前記金属部で覆われている。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの表示パネルは互いに隣接する第1および第2表示パネルを含み、前記第1表示パネルの観察者側表面と前記第2表示パネルの観察者側表面とがなす角が0°超180°未満となるように、前記第1表示パネルの前記額縁領域に前記第2表示パネルの側面が重なり、前記少なくとも1つの導光素子は第1および第2導光素子を含み、前記第1導光素子の体積は前記第2導光素子の体積より大きい。
ある実施形態において、前記第1導光素子の前記出射面の前記第2表示パネル側の端部は、前記第2導光素子の前記出射面の前記第1表示パネル側の端部に接している。
ある実施形態において、前記第1導光素子の前記出射面は前記第2導光素子の前記出射面と平行である。
ある実施形態において、前記第1および第2導光素子の形状は三角柱である。
ある実施形態において、前記第1および第2導光素子の形状は二等辺三角柱である。
ある実施形態において、前記第1表示パネルの観察者側表面と前記第2表示パネルの観察者側表面とがなす角をθとして、前記第1および第2導光素子の形状は、頂角がθ/2である二等辺三角柱である。
ある実施形態において、前記第1および第2導光素子の前記出射面の形状は円柱曲面である。
ある実施形態において、本発明による表示装置は、前記第2表示パネルの観察者側表面と反対側に、バックライト装置をさらに備え、前記バックライト装置の前記第1表示パネル側の側面は、前記第1表示パネルの観察者側表面と平行であり、前記第1表示パネルの前記額縁領域に重なっている。
ある実施形態において、前記第1導光素子の前記出射面上または前記第2導光素子の前記出射面上には光拡散層が設けられている。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの表示パネルは、少なくとも3枚の表示パネルを含み、前記少なくとも3枚の表示パネルは環状に配置されている。
本発明によると、従来よりも製造が容易な、または従来よりも低コストの、表示パネルの額縁領域あるいはタイリングした場合の継ぎ目が見え難い直視型の表示装置を提供することができる。
本発明による実施形態の液晶表示装置100aの模式的な断面図である。 液晶表示装置100aの端部の模式的な断面図である。 一列に配列された複数の液晶表示装置100aを備えた液晶表示装置100Aの模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の表示装置の導光素子として用いられるシート積層体90の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明による実施形態の表示装置の導光素子として用いられるシート積層体80の構成を模式的に示す斜視図である。 シート積層体90の導光部を拡大した模式的な断面図である。 シート積層体80の導光部を拡大した模式的な断面図である。 非表示領域30の幅が小さい場合の、導光素子(シート積層体90)の断面図である。 非表示領域30の幅が大きい場合の、導光素子(シート積層体90)の断面図である。 (a)および(b)は、シート積層体90の製造方法を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置200の模式的な断面図である。 液晶表示パネル10a、10bの接合部の模式的な拡大断面図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置200の模式的な斜視図である。 シート積層体40の模式的な斜視図である。 (a)および(b)は、シート積層体40の製造方法を説明するための模式図である。 導光素子の設計を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の他の表示装置200’の模式的な断面図である。 液晶表示パネル10a’、10b’の接合部の模式的な拡大断面図である。 本発明による実施形態の他の表示装置300の模式的な断面図である。 画像を圧縮して表示する方法(方法1)を説明するための模式図である。 画像を圧縮して表示する方法(方法2)を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の他の表示装置400の模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の表示装置400の可動部の拡大断面図であり、(a)は開いた状態、(b)は閉じた状態を示す。 本発明による実施形態の他の表示装置500の模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の表示装置600の模式的な斜視図である。 マトリクス状に配列され複数の液晶表示装置を備えた液晶表示装置100Bの模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の液晶表示装置100Cの模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の表示装置700の模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の表示装置800の模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の他の表示装置900の模式的な斜視図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置100Dの模式的な断面図である。 テーパー状の導光素子20Bの模式的な斜視図である。 液晶表示装置100Dの端部の模式的な断面図である。 液晶表示装置100D’の端部の模式的な断面図である。 (a)および(b)は、本発明による実施形態の液晶表示装置に用いられる導光シート27Bおよび27Cの模式的な断面図である。 (a)および(b)は、シート積層体80の製造方法を説明するための模式図である。 (a)および(b)は、シート積層体80の他の製造方法を説明するための模式図である。 シート積層体80のさらに他の製造方法を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の他の液晶表示装置の模式的な断面図である。 均一なピッチで配列された画素を有する液晶表示パネル10eを備える液晶表示装置100eの模式的な断面図である。 周辺表示領域の画素ピッチを他の領域の画素ピッチよりも狭くした液晶表示パネル10fを備える液晶表示装置100fの模式的な断面図である。
以下、図面を参照して本発明による実施形態の表示装置を説明する。
図1から図3を参照して、本発明による実施形態の表示装置の構成と動作を説明する。以下では、表示パネルとして液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を例示するが、本発明の表示装置に用いる表示パネルはこれに限られない。表示パネルとして、たとえば、PDP用表示パネル、有機EL表示パネル、電気泳動表示パネル等を用いることもできる。
図1は、本発明による実施形態の液晶表示装置100aの模式的な断面図である。図2は液晶表示装置100aの端部の模式的な断面図である。図3は、複数の液晶表示装置100aを備えた液晶表示装置100Aの模式的な斜視図である。液晶表示装置100aは単独で用いることもできるし、図3に示すように複数の液晶表示装置100aをタイリングすることによって大型の液晶表示装置100Aを得ることもできる。なお、タイリングは公知の方法で行うことができる。
図1に示すように、液晶表示装置100aは、液晶表示パネル10と、液晶表示パネル10の観察者側に配置され、第1の軸J1(図1において、水平方向)に沿って互いに対向する2つの導光素子20とを備えている。液晶表示装置100aは透過型であり、バックライト装置50をさらに有し、バックライト装置50から出射された光を液晶表示パネル10で変調することによって表示を行う。
液晶表示パネル10は、公知の任意の液晶表示パネルであってよく、例えばTFT型のVAモードの液晶表示パネルである。液晶表示パネル10は、TFT基板12及び対向基板11を有し、TFT基板12と対向基板11との間には液晶層13が設けられている。TFT基板12にはTFTや画素電極が設けられ、対向基板11にはカラーフィルタや対向電極が設けられている。液晶層13は、シール部14によって、TFT基板12と対向基板11との間に保持されている。対向基板11の観察者側(図1における上側)、TFT基板12の観察者側と反対側(図1における下側)には、それぞれ、光学フィルム部15、16が設けられている。光学フィルム部15、16は、偏光板や、必要に応じて設けられる位相差板を含む。
液晶表示パネル10は、複数の画素が配列された表示領域31と、表示領域31の外側にある額縁領域30とを有する。額縁領域30は、シール部14や、各種配線の端子、駆動回路等が設けられる領域を含む。額縁領域30には一般に遮光膜が設けられている。従って、額縁領域30は表示に寄与しない。
液晶表示パネル10の表示領域31には、複数の画素が、行及び列を有するマトリクス状に配列されている。行方向は、液晶表示パネル10の表示面における水平方向(図1における、紙面の左右方向)、列方向は表示面における垂直方向(図1における紙面に垂直な方向)に対応する。
バックライト装置50としては公知のものを広く用いることができる。例えば、複数の冷陰極管を平行に配列した直下型のバックライト装置を用いることができる。但し、後述するように、バックライト装置50は、輝度の分布を調整できるものが好ましい。
液晶表示パネル10の観察者側に配置される導光素子20は、入射面21と出射面22と、入射面21と出射面22との間に形成された複数の導光部とを有している。複数の導光部は透明部を含み、透明部の側面の少なくとも一部には金属部が設けられている。導光素子20の入射面21は、液晶表示パネル10の額縁領域30に第1の軸J1に沿って隣接する周辺表示領域の一部32に重なり、且つ、液晶表示パネル10の表面(「表示面」ともいう。)と平行になるように配置され、導光素子20の出射面22は、第1の軸J1に沿って周辺表示領域の一部32から額縁領域30に向かって入射面21からの距離が増大する。
ここでは、第1の軸J1は水平方向に延びる(液晶表示パネル10の行方向に平行に延びる)軸であり、図1は第1の軸J1に沿った断面図である。液晶表示装置100aでは、導光素子20の断面の形状は三角形である。導光素子20の全体の形状は、長手方向に垂直な断面が三角形の三角柱である。この三角柱は、入射面21、出射面22および側面23で規定される。液晶表示装置100aにおいて、導光素子20は、長手方向が液晶表示パネル10の水平方向に垂直(列方向と平行)となるように配置されている。
先述のように、導光素子20は、複数の導光部を有している。また、複数の導光部は少なくとも1つの透明部を有し、透明部の側面の少なくとも一部には金属部が設けられている。導光素子20の入射面21から入射した光は、透明部内を伝播し、出射面22から出射する。このとき、透明部に入射した光は、透明部の側面に設けられた金属部に反射されながら、透明部内を伝播する。このことにより、導光素子20においては、透明部が導光部として機能する。導光素子20の金属部は、透明部の側面全体に設けられている必要はなく、透明部に入射した光が金属反射によって伝播することができるように設けられていればよい。
次に図4を参照して導光素子20の好ましい構成について説明する。
導光素子20としては、たとえば、複数の透明層と複数の金属層が積層された積層体を用いることができる。図4は導光素子20として用いられる三角柱状のシート積層体90を模式的に示す斜視図である。シート積層体90は、透明層93と金属層94が互いに平行に積層された積層体である。シート積層体90において、透明層93と金属層94は、長さ方向(光の伝播方向)に直交する方向に互いに平行となるように積層されている。透明層93と金属層94の積層方向は、導光素子20の側面23に垂直な方向である。導光素子20に入射面21から入射した光は、側面23に平行に透明層93内を伝播し、出射面22から観察者側に向けて出射される。このとき、透明層93に入射した光は、隣接する金属層94で反射されながら、透明層93内を伝播する。入射面21には様々な角度から光が入射するが、シート積層体90は、金属層94における金属反射を利用するので、入射角度に関わらず全ての光を導光させることができる。
また、導光素子20として、側面の少なくとも一部が金属部で覆われた略円柱形の透明部を含む複数の導光部を有するものを用いることができる。このとき、透明部に入射する光が、透明部の側面に設けられた金属部で反射されながら、透明部内を伝播する。すなわち、個々の透明部が導光部として機能する。このときの導光素子20の断面は、図1、2に示す導光素子20と同様である。すなわち、導光素子20において、透明部の長さ方向が導光素子20の側面23に平行に揃うように形成されている。
導光素子20として、複数の透光層が積層されたシート積層体80を用いることもできる。シート積層体80は、少なくとも2種類以上の、屈折率の異なる透光層が積層された積層体である。図5に、2種類の透光層83、84を有するシート積層体80の斜視図を示す。複数の透光層が積層されたシート積層体80については後に詳述する。
図5に示すシート積層体80では、透光層83と透光層83より屈折率が低い透光層84が互いに平行に積層されている。導光素子20としてシート積層体80を用いた場合には、導光素子20に入射面21から入射した光は、側面23に平行に透光層83内を伝播し、出射面22から観察者側に向けて出射される。透光層83の屈折率が透光層84の屈折率より高いので、透光層83に入射した光は透光層83と透光層84の界面において全反射されて、透光層83内を伝播する。
全反射は、屈折率が大きい媒質から屈折率が小さい媒質に光が入射するときに、入射光が2つの媒質の境界面を透過せず、全て反射する現象である。入射角がある一定の角度以上の場合に全反射が起こる。この角度は臨界角と呼ばれる。臨界角の大きさは透光層83の屈折率と透光層84の屈折率の比に依存する。透光層83に入射する光のうち、入射角が臨界角より大きい光のみが透光層83内を伝播することができる。臨界角より大きい入射角で入射した光に対する反射率は100%であるが、入射角が臨界角以下である光は反射されず屈折して透光層83から出ていく。
一方、シート積層体90は、金属層94における金属反射を利用して入射光を導光するので、入射角に関わらず全ての入射光を伝播することができる。
このことを図6、図7を参照して説明する。図6はシート積層体90の導光部を拡大した模式的な断面図であり、図7はシート積層体80の導光部を拡大した模式的な断面図である。図6には、シート積層体90の透明層93内に、異なる入射角で入射する光線98、99を示す。図7においても同様に、シート積層体80に入射する光線88、89を示す。
シート積層体90では、金属反射を利用して導光するので、さまざまな角度から入射する光線98、99を導光させることができる(図6)。それに対しシート積層体80では、入射角が臨界角より大きい光線88は導光するものの、入射角が臨界角より小さい光線89は、透光層84を通り、隣の透光層83に入射し迷光となるか、あるいは透光層84内に吸収層が形成されている場合には、この吸収層により吸収される(図7)。
このように、全反射を利用するシート積層体80では、金属層を用いたシート積層体90に比べ、伝播可能な入射角の範囲が狭い。伝播可能な入射角の範囲は上述のように透光層の屈折率の比の大きさに依存する。透光層の屈折率の比を大きくするような材料は限られている。従って、透光層83、透光層84の材料の選択には制約がある。
例えば、透光層83として比較的屈折率が低いアクリルフィルムを用いると、光ファイバーでいうところの開口数(NA)が小さくなる。すなわち、伝播可能な入射角の範囲が狭くなる。従って、透光層83としてアクリルフィルムを用いることは好ましくない。そのため、例えば、透光層83としてポリエチレンテレフタレートフィルム(PET、屈折率1.65)、透光層84としてアクリルフィルム(屈折率1.49)が用いられる。PETは透過率がアクリルより低いので、表示が暗くなってしまう。
一方シート積層体90では、透明層93は透明であればよく、屈折率の大きさは問われないので、透明層93に用いる材料の選択の幅が広い。透明層93としてガラス並みに透過率が高いアクリルフィルム(例えばPMMA)を用いることができる。従って、導光素子20としてシート積層体90を用いると、シート積層体80を用いる場合に比べ、明るく表示させることができる。シート積層体90の透明層93としてアクリルフィルムを用いる場合には、例えば三菱レイヨン社製の「アクリプレン」を用いることができる。
また、図6、7からも明らかであるが、シート積層体90の方が伝播可能な入射角の範囲が広いので、表示画像の視野角が広いという利点がある。
また、導光素子20として、光ファイバーフェイスプレートを用いることができる。よく知られているように、光ファイバーは、コアと呼ばれる芯の部分と、コアの外側のクラッドと呼ばれる部分を有する。コアの屈折率をクラッドの屈折率より高くすることによって、全反射を利用して光がコア内を伝播する。導光素子20として光ファイバーフェイスプレートを用いるときには、個々の光ファイバーが導光部として機能する。なお、光ファイバーフェイスプレートについては後に詳述する。
光ファイバーフェイスプレートでは、臨界角の大きさによって伝播可能な入射角の範囲が異なるので、コアとクラッドの材料の選択には制約がある。しかしながら、側面が金属部で覆われた略円柱形の透明部を有する導光素子では、シート積層体90と同様に、透明部の材料の選択の幅が広い。また、金属反射を利用するので、入射角度に関わらず全ての光を伝播させることができる。従って、視野角が広くなる。
以上説明したように、導光素子20は、屈折率の異なる透光層が積層されたシート積層体80や光ファイバーフェイスプレートを用いた導光素子に比べ、材料の選択の幅が広い。従って、屈折率に関わらず透過率が高い材料を選択することができ、明るく表示することができる。また、透明部の材料の選択の幅が広いので、透明部の材料として安価な材料を用いることができる。透明部の材料として、一般的に高価なガラスやPET等の屈折率が高い材料ではなく、例えばアクリル等の安価な材料を用いることができる。従って導光素子20を低コストで作製することができる。
また、液晶表示装置100aは、額縁領域30に隣接する周辺表示領域の一部32および額縁領域30に重なるように設けられた導光素子20を有しているだけであり、周辺表示領域の一部32を除く表示領域31の大部分には導光素子を有していない。従って、上述した特許文献1−3に記載されている従来の表示装置のように、大面積の導光素子を必要としないので、製造が容易で、低コストであるという利点を有している。
また、導光素子20は、金属反射を利用するので、入射角度に関わらず全ての光を伝播させることができるので、視野角が広いという利点を有している。
ここで、図2を参照して、液晶表示装置100aにおいて液晶表示パネル10の額縁領域30が見え難い理由を説明する。
導光素子20に入射面21から入射した光は、側面23に平行に透明部内を伝播し、出射面22から観察者側に向けて出射される。上述のように、入射面21は液晶表示パネル10の周辺表示領域の一部32に重なっている。従って、出射面22から出射された光により、周辺表示領域の一部32に形成される画像が導光素子20の観察者側に表示される。液晶表示装置100aでは、導光素子20の出射面22は、額縁領域30と重なる位置まで延設されている。また、出射面22は入射面21と平行ではなく、額縁領域30に向かって入射面21からの距離が増大するように形成されている。従って、入射面21に入射する表示光(画像情報)は、拡大されて出射面から出射される。このことにより、液晶表示パネル10の額縁領域30の観察者側に画像が表示され、額縁領域が見え難くなる。
液晶表示装置100aでは、導光素子20の出射面22は、液晶表示パネル10の端と一致する位置まで延設されていてもよい。この場合には、出射面22が額縁領域30全体を覆うので、観察者側からは額縁領域30全体が視認されず好ましい。
液晶表示装置100aを単独で用いる場合には、額縁領域が見え難い、あるいは視認される額縁領域が、液晶表示パネル10の額縁領域30よりも狭い表示装置を得ることができる。この場合に、例示したように、水平方向において対向する2つの額縁領域に対して導光素子20を設ける場合に限られず、垂直方向において対向する他の2つの額縁領域に対しても導光素子20を設けて、液晶表示装置100aの4辺の全てにおいて額縁領域を見え難くする、あるいは視認されなくする構成を採用してもよい。また、液晶表示装置100aの用途によっては、1辺だけまたは任意の2辺または3辺に導光素子20を設けてもよい。この場合にも、導光素子20が観察者側に設けられている辺では、額縁領域が見え難い。
また、複数の液晶表示装置100aをタイリングする場合には、隣接する液晶表示装置100aの辺に導光素子20を設けることによって、継ぎ目が見え難い表示装置を得ることができる。例えば、複数の液晶表示装置100aを一列に配列することによって、図3に示す大型の液晶表示装置100Aを得ることができる。この大型の液晶表示装置100Aにおいては、複数の液晶表示装置100aの互いに隣接する辺に導光素子20が設けられている。このことにより、大型の液晶表示装置100Aは継ぎ目が見え難い表示を実現できる。
シート積層体90の金属層94の材料としては、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等の反射率の高い金属を用いることができる。但し、例えば、アルミニウムの反射率は約90%、銀の反射率は約98%であるので、光が金属層94で反射するたびに、その一部が吸収される。金属層94の代わりに、誘電体多層膜など原理的に光吸収のない反射膜も使用することができるが、多層薄膜を作製するコストが高いために、好ましくない。
金属層を用いたシート積層体90では、導光路の長さ(導光部の光が伝播する方向の長さ)が長いほど反射回数が多くなり、金属層94における光の吸収が大きくなる。一方、全反射を利用したシート積層体80では、透光層83と透光層84の界面における反射率は100%なので、導光路が長くなったとしても光は界面で吸収されない。
図8、9を参照して、金属層を用いたシート積層体90では、導光路の長さにより光の透過率の低下が異なることについて説明する。
図8には非表示領域(額縁領域)30の幅が小さい場合、図9には非表示領域30の幅が大きい場合について、導光素子20の断面図を示す。図8に示すように、非表示領域30の幅が比較的小さい場合には導光路が短く、図9に示すように、非表示領域30の幅が比較的大きい場合には導光路が長い。このように導光路の長さは、非表示領域30の幅に依存する。図8に示す、非表示領域30の幅が比較的小さい場合(例えば5mm以下)には、導光路は短く反射回数は少なくなるので、金属層を用いたシート積層体90のほうが、全反射を利用したシート積層体80より透過率が高くなる。逆に、図9に示す、非表示領域30の幅が比較的大きい場合(例えば5mm以上)には、導光路は長く反射回数は多くなるので、全反射を利用したシート積層体80の方が透過率は高くなる。透過率に関しては、導光路の長さ以外にも、用いる材料、接着剤や粘着剤等の種類によって、どちらの構造が有利であるかは変わってくる。金属層を用いたシート積層体90は、導光路の長さによって透過率が変化するが、伝播可能な入射角の範囲が広く、透明層93の材料選択の幅が広いので、透過率が高い材料を選択することができる。従って、金属層を用いたシート積層体90は全反射を利用したシート積層体80より有利である。
液晶表示装置100aは、液晶表示パネル10の表示領域31と2つの導光素子20の出射面22とを覆う透光性のカバー(カバー26)をさらに有していても良い(図1および図2に図示)。このとき、カバー26および導光素子20は、不図示の透明な接着剤層によって液晶表示パネル10の表面に固定されている。導光素子20は、側面23と液晶表示パネル10の表面との間に形成された樹脂層25によってさらに固定されていてもよい。樹脂層25は省略してもよいが、樹脂層25を設けた場合には導光素子20をより安定に固定することができる。カバー26は導光素子20の出射面22と接着剤層によって固定されている。導光素子20と液晶表示パネル10との間の接着剤層も必ず必要なわけではなく、これらの間に空気層を介して固定してもよい。
液晶表示パネル10の観察者側の表面に設けられた、導光素子20、カバー26および樹脂層25をまとめて、導光シート27ということがある。カバー26および樹脂層25を設け、平坦な表面を有するシート状にすることによって、導光素子20や、液晶表示パネル10の表示面を保護できる。また、液晶表示装置100aの表面が平坦になるので、見た目の違和感も軽減される。さらに、表面の汚れを拭き取り易いという利点も得られる。カバー26は、例えば、導光素子20および液晶表示パネル10の表示面の形状に沿うように予め成形された透明な樹脂板(例えばアクリル樹脂板)である。カバー26を設けることにより、液晶表示装置100aの表示品位を高くすることができる。
カバー26および導光シート27としては、後に詳述する、導光素子20として光ファイバーフェイスプレートを用いた液晶表示装置100Dに用いられるカバー26および導光シート27と同様のものを好適に用いることができる。
本発明の液晶表示装置では、導光素子として、側面に金属部が設けられた透明部を含む導光素子を用いる。透明部の材料は、少なくとも透明であればよく、屈折率を問わないことから、材料選択の幅が広がる、という利点がある。従って、屈折率の大きさに関わらず透過率の高い材料を用いることができる。このことにより、非表示領域が暗くなることが抑制される。また、金属反射を利用するので、光の入射角度に関わらず、全ての光を導光することができ、視野角が広くなる。また、透明部の材料選択の幅が広いので、透明部の材料として安価な材料を選択することができ、コストを低減することができる。また、このような導光素子を用いることによって、表示パネルの額縁領域あるいはタイリングした場合の継ぎ目を見え難くすることができる。
次に図10を参照して、金属反射を利用する導光素子20の製造方法について説明する。ここでは、図4に示す三角柱状のシート積層体90の製造方法について説明する。シート積層体90は、以下の方法で容易に作製することができる。
図10(a)に示すように、アクリル樹脂またはガラスのような透光性の材料から形成された透明層93の片側表面に、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等の光反射率の高い金属層94を、蒸着法やスパッタ法により、薄膜として形成し、積層膜96を得る。
シート積層体90が有する複数の金属層94は、厚さが100nm以上5μm以下である金属層を含むことが好ましい。金属層94の厚さが100nm未満であると、光反射特性が十分に得られないことがある。また、金属層94の厚さが5μmより大きいと、シート積層体90の入射面における透明層93が占める割合が小さくなり、光透過率が低下して表示輝度が低下するので好ましくない。なお、蒸着法やスパッタ法で形成する膜の厚さが大きいほど(例えば1μmより厚く形成すると)、製造時間およびコストが増大するので、複数の金属層は、厚さが1μm以下である金属層を含むことがさらに好ましい。なお、シート積層体90の全ての金属層の厚さが上記の範囲内にあることが好ましいが、一部の金属層の厚さが上記範囲外であってもよい。
また、金属層94としては、表面における散乱等が無く、表面における反射が鏡面反射に近いことが好ましい。
次に、透明層93の表面に金属層94が形成された積層膜96を粘着性または接着性を有する層を介して、複数層積層した後に、各層が剥離しないように硬化させ、積層体95を得る(図10(b))。粘着性または接着性を有する材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の樹脂材料等が使用できるが、透光性が高く、光散乱性が少なく、さらに硬化後の強度が十分得られる範囲で、層厚は薄いほうが好ましい。透明層93が粘着性・接着性を有する場合には、特に別途粘着層、接着層を配置する必要はない。
次に、上述のようにして得られた積層体95を、図10(b)に破線61、62で示すように、透明層93及び金属層94の面方向に対して斜め方向に切断し、必要によって切断面を研磨し、外観を整えることによって、図4に示した三角柱状のシート積層体90が得られる。
切断の方向は、液晶表示パネル10の非表示領域(額縁領域)30の幅と、シート積層体90を配置する領域(周辺表示領域の一部)32の面積により決定されるパラメータである。液晶表示装置100aの導光素子20として用いられるシート積層体90は、破線61と透明層93、金属層94の面方向とのなす角を65度、破線62と透明層93、金属層94の面方向とのなす角を30度として作製されている。
透明層93が樹脂材料から形成されたフィルム基材のように、フレキシブルに湾曲可能である場合には、透明層93の表面に金属層94が形成された積層膜96を、ロールツーロール法を用いて複数融着させることで、シート積層体90をさらに容易に作製することができる。積層膜96を融着させるロールツーロール法としては、シート積層体80の製造方法として後述するロールツーロール法と同様の方法を用いることができる。
次に、図11から図41を参照して、本発明による実施形態の表示装置の種々の具体例を示す。
図11は、本発明による実施形態の液晶表示装置200の模式的な断面図である。図11に示す液晶表示装置200は、隣接する2枚の液晶表示パネル、10a、10b、および2つの導光素子20a、20bを備える。液晶表示装置200は、2枚の液晶表示パネル10aおよび10bを所定の角度(後述するθ)を設けてタイリングした表示装置である。なお、タイリングは公知の方法で行うことができる。図12は液晶表示装置200の液晶表示パネル10aと液晶表示パネル10bの接合部の拡大図である。液晶表示装置200の接合部については後に説明する。図13は液晶表示装置200の模式的な斜視図である。図11は、図13に示す液晶表示装置200を液晶表示パネル10a、10bの観察者側表面17a、17bに垂直な平面で切った断面図である。
図11、図12に示すように、液晶表示パネル10aの観察者側表面17a上には導光素子20aが設けられている。液晶表示装置200は透過型であり、液晶表示パネル10aの観察者側と反対側(図11、図12における下側)にはバックライト装置50aが設けられている。液晶表示装置200では、バックライト装置50aから出射された光を液晶表示パネル10aで変調することによって表示を行なう。液晶表示パネル10aと同様に、液晶表示パネル10bの観察者側表面17b上には導光素子20bが設けられ、観察者側と反対側にはバックライト装置50bが設けられている。
液晶表示装置200では、2枚の液晶表示パネル10aおよび10bを用いたが、もちろん、さらに多くの表示パネルを配列しても良い。3枚以上の表示パネルを備える表示装置の例については後述する。
液晶表示パネル10aは、公知の任意の液晶表示パネルであってよく、例えばTFT型のVAモードの液晶表示パネルである。図12に示すように、液晶表示パネル10aは、TFT基板12aおよび対向基板11aを有し、TFT基板12aと対向基板11aとの間には液晶層13aが設けられている。TFT基板12aにはTFTや画素電極が設けられ、対向基板11aにはカラーフィルタや対向電極が設けられている。液晶層13aは、シール部14aによって、対向基板11aとTFT基板12aとの間に保持されている。対向基板11aの観察者側(図12における上側)、TFT基板12aの観察者側と反対側(図12における下側)には、それぞれ、光学フィルム部15a、16aが設けられている。光学フィルム部15a、16aは、偏光板や、必要に応じて設けられる位相差板を含む。液晶表示パネル10bは、液晶表示パネル10aと同様に、TFT基板12b、対向基板11b、液晶層13b、シール部14b、光学フィルム部15b、16b等を有している。
液晶表示パネル10a、10bは、複数の画素が配列された表示領域31a、31bと表示領域31a、31bの外側にある額縁領域30a、30bとを有する。額縁領域30a、30bは、シール部14a、14bや、各種配線の端子、駆動回路等が設けられる領域を含む。額縁領域30a、30bには一般に遮光膜が設けられている。従って、額縁領域30a、30bは表示に寄与しない。
液晶表示パネル10aの表示領域31aには、複数の画素(不図示)が、行および列を有するマトリクス状に配列されている。行方向は、液晶表示パネル10aの表示面における水平方向(図11における紙面に垂直な方向)、列方向は表示面における垂直方向(図11における紙面の左右方向)に対応する。液晶表示パネル10bの表示領域31bにも液晶表示パネル10aと同様に複数の画素が行および列を有するマトリクス状に配列されている。
バックライト装置50a、50bは、例えば、互いに平行な複数の蛍光管を備える直下型バックライト装置である。但し、後述するように、輝度の分布を調整できるものが好ましい。
図11に示すように、液晶表示パネル10aの観察者側表面17aと液晶表示パネル10bの観察者側表面17bとがなす角が所定の角度θ(0°<θ<180°)となるように、液晶表示パネル10aと液晶表示パネル10bは配置される。図11に示すように、角度θは、液晶表示パネル10bの観察者側表面17bと、液晶表示パネル10aの観察者側表面17aを液晶表示パネル10b側に延長した面とがなす角を表す。
角度θは、製品形態によりさまざまな角度に設定されるが、図11には、θ=60°である液晶表示装置200を図示している。
液晶表示パネル10a及び10bは、一方の液晶表示パネルの額縁領域にもう一方の液晶表示パネルの側面が重なるように配置される。液晶表示装置200では、液晶表示パネル10aの額縁領域30aに、液晶表示パネル10bの側面18bが重なっている。
図12に示すように、液晶表示パネル10aの観察者側に配置される導光素子20aは、入射面21aと、出射面22aと、入射面21aと出射面22aとの間に形成された複数の導光部とを有している。導光素子20aの入射面21aは、液晶表示パネル10aの表示領域31aのうち、額縁領域30aに第2軸(J2)に沿って隣接する領域である周辺表示領域32aに重なっている。なお、入射面21aは、額縁領域30aのうち液晶表示パネル10bと隣接する側にある部分に、第2軸J2に沿って隣接する周辺表示領域に重なっている。また、入射面21aが液晶表示パネル10aの観察者側表面17aに平行となるように、導光素子20aは配置されている。ここで、第2軸J2は、液晶表示パネル10aの列方向(液晶表示パネル10aの表示面における垂直方向)に平行に延びる軸とする。入射面21aと出射面22aとの距離は、第2軸J2に沿って周辺表示領域32aから額縁領域30aに向かって(図12において左から右に向かって)増大する。液晶表示装置200では、入射面21aは周辺表示領域32aと額縁領域30aとの境界35aまで延設されている。
導光素子20bは、導光素子20aと同様に、入射面21bと、出射面22bと、入射面21bと出射面22bとの間に形成された複数の導光部とを有し、入射面21bは液晶表示パネル10bの表示領域31bのうち額縁領域30bに第3軸J3に沿って隣接する領域である周辺表示領域32bに重なるように配置されている(額縁領域30b、表示領域31b、周辺表示領域32bは図11に図示)。また、入射面21bと出射面22bとの距離は、第3軸J3に沿って周辺表示領域32bから額縁領域30bに向かって増大する。ここで、第3軸J3は、液晶表示パネル10bの列方向(液晶表示パネル10bの表示面における垂直方向)に平行に延びる軸とする。
液晶表示装置200では、導光素子20aの断面の形状は三角形である。導光素子20aの全体の形状は、長手方向に垂直な断面が三角形の三角柱である。この三角柱は、入射面21a、出射面22a、側面23aで規定される。同様に、導光素子20bの全体の形状は、長手方向に垂直な断面が三角形の三角柱であり、この三角柱は、入射面21b、出射面22b、側面23bで規定される。液晶表示装置200において、導光素子20a、20bは、長手方向が液晶表示パネル10a、10bの表示面における水平方向に平行になるように配置されている。
導光素子20aの形状は、三角柱であるので、出射面22aは、液晶表示パネル10aの観察者側表面17aよりも観察者側に存在する。同様に、導光素子20bの形状は、三角柱であるので、出射面22bは、液晶表示パネル10bの観察者側表面17bよりも観察者側に存在する。従って、周辺表示領域32a、額縁領域30a、額縁領域30b、および周辺表示領域32bの観察者側には、出射面22aおよび22bが存在する。
液晶表示装置200の導光素子20aおよび20bは、上述の液晶表示装置100aの導光素子20と同様に、側面の少なくとも一部に金属部が設けられた透明部を含む複数の導光部を有する。このような導光素子としては、例えば複数の透明層と複数の金属層が積層されたシート積層体である導光素子や、側面が金属部で覆われている略円柱形の透明部を有する導光素子を用いることができる。ここでは、導光素子20a、20bとして、複数の透明層と複数の金属層が積層されたシート積層体を用いる場合について説明する。図12に示すように、液晶表示装置200の導光素子20aでは、導光素子20aの側面23aに平行に透明層と金属層が積層されている。導光素子20bにおいても同様に、導光素子20bの側面23bに平行に透明層と金属層が積層されている。
導光素子20aに入射面21aから入射した光は、側面23aに平行に透明部内を伝播し、出射面22aから観察者側に向けて出射される。上述のように、入射面21aは液晶表示パネル10aの周辺表示領域32aに重なっている。そのため、周辺表示領域32a内の画素から出射された光は、入射面21aから導光素子20a内に入り、側面23aに平行な個々の導光路内を伝播して、出射面22aから出射される。従って、周辺表示領域32aに形成される画像が導光素子20aの観察者側に表示される。液晶表示装置200では、導光素子20bも導光素子20aと同様のシート積層体であり、周辺表示領域32b内の画素から出射された光は、入射面21bから導光素子20b内に入り、側面23bに平行な個々の導光路内を伝播して、出射面22bから出射される。従って、液晶表示パネル10bの周辺表示領域32bに形成される画像が導光素子20bの観察者側に表示される。
周辺表示領域32a、額縁領域30a、額縁領域30b、および周辺表示領域32bの観察者側には、出射面22aおよび22bが存在するので、周辺表示領域32a、32bに形成される画像が導光素子20a、20bの観察者側に表示されることにより、額縁領域30a、30bが見え難くなる。このことにより、液晶表示装置200では、液晶表示パネル10aと液晶表示パネル10bの継ぎ目が見え難い。
図12に示すように、液晶表示装置200では、液晶表示パネル10bの側の、導光素子20aの出射面22aの端部24a(出射面22aと側面23aとの交線に相当)は、液晶表示パネル10aの側の、導光素子20bの出射面22bの端部24b(出射面22bと側面23bとの交線に相当)と接している。このため、液晶表示装置200では、出射面22aと出射面22bとがつながっているように視認される。このことにより、一層継ぎ目が見え難い表示が実現される。さらに、液晶表示装置200では、導光素子20aの出射面22aと導光素子20bの出射面22bとは平行である。そのため、出射面22aと出射面22bとは同一平面上にあり、観察者には、出射面22aと22bとが一つの面を形成しているように視認される。このことにより、さらに継ぎ目が見え難い表示が実現される。すなわち、液晶表示装置200は、導光素子20aの出射面22aと導光素子20bの出射面22bとが同一平面上にあることにより、連続的に継ぎ目が無い画像を表示できる。なお、導光素子の設計値の例については後述する。
導光素子20aおよび導光素子20bとして用いられるシート積層体は、先述の液晶表示装置100aの導光素子20と同様に、板状の積層体から、三角柱状になるように入射面と出射面を切り出すことで作製することができる。
図14に、液晶表示装置200の導光素子20aとして用いられる三角柱状のシート積層体40の斜視図を示す。シート積層体40は、透明層43と、金属層44との積層体で構成されている。なお、図14には、導光素子20aをシート積層体で作製した場合の、入射面21a、出射面22a、側面23aも併せて示す。図14に示すように、導光素子20aとしてシート積層体を用いた場合、側面23aはシートの積層方向に垂直である。導光素子20a、20bとしてシート積層体40を用いた場合、シート積層体40の透明層43、金属層44は、図12中の導光素子20aの側面23aおよび導光素子20bの側面23bに平行に配列される。
シート積層体40の作製方法を、図15を用いて説明する。
液晶表示装置100aの導光素子20として用いられるシート積層体90と同様に、図15(a)に示すように、まず、アクリル樹脂またはガラスのような透光性の材料から形成される透明層43の片側表面に、金属層44を設け、乾燥・硬化させ、積層膜46を得る。次に、積層膜46を粘着性または接着性を有する層を介して、複数層積層した後に、各層が剥離しないように硬化させ、積層体95(図10(b))と同様の積層体45を得る(図15(b))。
次に、積層体45を、切断面(破線61、62で示す)で切断する。積層体45を、破線61、62に示すように透明層43、金属層44の接着面に対して斜めの方向に切断し、必要によっては切断面を研磨し外観を整えることによって、図14に示した三角柱形状を有するシート積層体40が得られる。
次に、図16を用いて、液晶表示装置200における液晶表示パネル10aと液晶表示パネル10bとがなす角(θ)および導光素子20a、20bの設計値の例を説明する。
図16は、液晶表示パネル10a、10bと導光素子20a、20bの関係を模式的に示す断面図である。液晶表示パネル10aの観察者側表面17aと平行な面の方向を一点鎖線70aで示し、液晶表示パネル10bの観察者側表面17bと平行な面の方向を一点鎖線70bで示す。導光素子20aの入射面21aは液晶表示パネル10aの観察者側表面17aと平行であるので、線70aは入射面21aと平行である。同様に、線70bは導光素子20bの入射面21bと平行である。また、導光素子20aの出射面22aと平行な面の方向を一点鎖線71aで示し、導光素子20bの出射面22bと平行な方向を一点鎖線71bで示す。
線70aと線70bとがなす角は、液晶表示パネル10aの観察者側表面17aと液晶表示パネル10bの観察者側表面17bとがなす角θと同じ大きさである。
線70aと線71aとがなす角をα、線70bと線71bとがなす角をβとする。α、βは、三角柱の頂角である。
また、導光素子20a、20bの入射面21a、21b、出射面22a、22bの、長手方向に垂直な断面における長さを以下の通り設定する。
L1:導光素子20aの入射面21aの長さ
L2:導光素子20aの出射面22aの長さ
L3:導光素子20bの入射面21bの長さ
L4:導光素子20bの出射面22bの長さ
α=β=θ/2と設定すると、線70aと線71aとがなす角、および線70bと線71bとがなす角は等しくなる。また、このとき、α+β=θであることから、線71aは線71bと平行となる。このことは、出射面22aと出射面22bとが同一平面上にあることを意味する。また、液晶表示装置200では、先述のように、出射面22aの端部24aと出射面22bの端部24bとが接している。そのため、線71aと線71bとはつながった一直線となる。すなわち、出射面22aと出射面22bとはつながった一平面を形成している。このことにより、液晶表示装置200では、出射面どうしが同一平面でない場合に比べ、見栄えが良く、画像の表示品位も高い。
ここで、L1とL2が異なる場合、画像が拡大もしくは縮小されることとなる。L1<L2である場合、液晶表示パネル10aの周辺表示領域32aに形成される画像は、導光素子20aで拡大されて観察者側に表示される。この場合、周辺表示領域32aには、表示領域31aのうち周辺表示領域32a以外の領域である中央表示領域33aに形成される画像に比べ、圧縮して画像を形成する必要があり、手間とコストがかかる。また、L1>L2である場合、液晶表示パネル10aの周辺表示領域32aに形成される画像は、導光素子20aで縮小されて観察者側に表示される。L1<L2である場合と同様にこの場合も、手間とコストがかかる。画像を拡大、あるいは縮小する方法については後述する。
従って、L1とL2とは等しいことが好ましい。この場合には、導光素子20aの断面(長手方向に垂直な断面)の形状は二等辺三角形である。このとき、導光素子20aの全体の形状は二等辺三角柱である。
同様の理由から、導光素子20bも、L3とL4とが等しく、全体形状が二等辺三角柱であることが好ましい。
このように、最適な導光素子20a、20bの長手方向に垂直な断面の形状は、互いに相似な二等辺三角形である。
これは最適な場合であって、必ずしもα=β=θ/2でなくとも良いし、必ずしもL1=L2、およびL3=L4でなくとも良い。
以下に示すように、導光素子20aの体積は導光素子20bの体積より大きい。図16に示すように、L1>L3であり、L2>L4である。また、上記のように、導光素子20aの断面と導光素子20bの断面とは、互いに相似な二等辺三角形である。従って、導光素子20aの長手方向に垂直な断面の面積は導光素子20bの長手方向に垂直な断面の面積より大きい。また図13に示すように、導光素子20aおよび導光素子20bは、長手方向の長さが同程度である三角柱である。従って、導光素子20aの体積は導光素子20bの体積より大きい。このことは、先述のように、液晶表示装置200では、液晶表示パネル10aの額縁領域32aに液晶表示パネル10bの側面18bが重なっているからである。なお、逆に、液晶表示パネル10bの額縁領域32bに液晶表示パネル10aの側面を重ねる場合には、導光素子20bの体積が導光素子20aの体積より大きくなる。
例えば、後に例示する導光素子20aおよび20bの設計値は、L1=L2=14.9mm、L3=L4=10.9mmである。このとき、導光素子20aの体積は、導光素子20bの体積の約1.87倍である。
導光素子の形状が三角柱状である場合を例に説明したが、導光素子の形状が三角柱状でなくても、一方の導光素子の体積は他方の導光素子の体積より大きい。例えば、後述する液晶表示装置300(図19)のように、導光素子320aの出射面322aおよび導光素子320bの出射面322bがいずれも円柱曲面の一部であるときでも、導光素子320aの体積は導光素子320bの体積より大きい。
なお、導光素子20aの側面23aと、導光素子20bの側面23bと、液晶表示パネル10bの観察者側表面17bのうちの額縁領域30bに対応する部分との3つの面で囲まれた領域20c(図16で梨地で示した領域)は、表示に寄与しない無効な領域である。従って、この領域20cは、空隙でもよいし、樹脂材料等で形成した部材を配置してもよい。さらには、導光素子20aまたは20bの一部が領域20c内にはみ出すように形成されてもよい。その場合、導光素子の全体の形状は、上述のような二等辺三角柱とは異なるが、上述の議論は、あくまで有効な領域における形状が二等辺三角柱であることを意味しており、導光素子が無効な領域にはみ出し、全体の形状が二等辺三角柱ではなくなったとしても、その効果は失われるものではない。
液晶表示装置200の設計値を以下に示す。
α=β=θ/2=30°
L1=L2=14.9mm
L3=L4=10.9mm
額縁領域30a、30bの幅をいずれも4mmとした。
次に、他の実施形態の液晶表示装置200’を示す。
図17は実施形態の液晶表示装置200’の断面図である。液晶表示装置200’は、液晶表示装置200の液晶表示パネル10a及び10bと同様の液晶表示パネル10a’及び10b’と、導光素子20a’、20b’とを備える。図18は液晶表示装置200’の液晶表示パネル10a’と液晶表示パネル10b’の接合部の拡大図である。液晶表示装置200’では、液晶表示パネル10a’、10b’の観察者側のエッジ19a’、19b’どうしが接するように角度θ’をなして配置されている。なお、角度θ’は、液晶表示パネル10a’の観察者側表面17a’と平行な方向70a’と、液晶表示パネル10b’の観察者側表面17b’と平行な方向70b’とがなす角である。また、導光素子20a’、20b’は、それぞれ、液晶表示パネル10a’、10b’の観察者側表面17a’、17b’上に配置されている。導光素子20a’、20b’は、周辺表示領域32a’、32b’の観察者側に配置されている。
導光素子20a’、20b’の形状は三角柱であり、周辺表示領域32a’、32b’から出る光が導光素子20a’、20b’により観察者側に出射される。このことにより、周辺表示領域32a’、32b’に形成される画像が導光素子20a’、20b’の観察者側に表示され、額縁領域30a’、30b’が見え難くなり、継ぎ目が無い画像が表示される。
液晶表示装置200と液晶表示装置200’とは、2枚の表示パネルの接合部分が異なる。上述のように、液晶表示装置200では、液晶表示パネル10aの額縁領域30a上に液晶表示パネル10bの側面18bが重なっているが、液晶表示装置200’では、表示パネル10a’、10b’の観察者側のエッジ19a’、19b’どうしが接している。
液晶表示装置200’では、導光素子20a’、20b’の設計値を以下の通りとした。
α’=β’=θ’/2=30°
L1’=L2’=L3’=L4’=25.7mm
なお、α’およびβ’は、三角柱である導光素子20a’および20b’の頂角である。また、L1’およびL2’は、それぞれ、導光素子20a’の入射面21a’および出射面22a’の断面における長さであり、L3’およびL4’は、それぞれ、導光素子20b’の入射面21b’および出射面22b’の断面における長さである。額縁領域30a’、30b’の幅は、液晶表示装置200と同様に4mmである。
液晶表示装置200の導光素子20a、20bの体積を液晶表示装置200’の導光素子20a’、20b’の体積と比較すると、以下の通りとなる。
20a:20a’=34:100
20b:20b’=18:100
液晶表示装置200では、液晶表示装置200’に比べ、導光素子20aおよび導光素子20bの体積を、それぞれ、約1/3および約1/5とすることができた。液晶表示装置200では、一方の表示パネルの額縁領域に他方の表示パネルの側面が重なっていることにより、導光素子の体積が小さくて済む。このように、液晶表示装置200では、高コストである導光素子材料の使用量を減らしても液晶表示装置200’と同等の効果を得ることができるので、非常に有用である。
なお、液晶表示装置200’は、表示パネル10a’、10b’の観察者側のエッジ19a’、19b’どうしが接しており、L1’=L2’=L3’=L4’であり、導光素子20a’の体積および導光素子20b’の体積は同じである。液晶表示装置200では、L3、L4は、それぞれ、L1、L2より小さい。すなわち、導光素子20bの体積は導光素子20aの体積より小さい。導光素子20aは導光素子20a’や20b’より体積が小さいが、導光素子20bはさらに体積が小さくて済む。
液晶表示装置200’でも上述した特許文献1−3に記載されている従来の表示装置のように大面積の導光素子を必要としないので、製造が容易で、低コストであるが、液晶表示装置200では導光素子をさらに小型化することができる。従って、液晶表示装置200では、さらにコストを低減することができる。
液晶表示装置200において、導光素子20a及び20bの出射面22a及び22bの観察者側には光拡散層を設けてもよい。光拡散層を設けることにより、出射面から出射される光が拡散され、液晶表示装置200の視野角が広がる、という効果が得られる。光拡散層としては公知の光拡散層または光拡散素子を用いることができる。例えば、微小粒子を含む散乱膜や、ランダムに微小凹凸が形成された表面を有する拡散反射層や、住友スリーエム社のBEFに代表されるプリズムシート、マイクロレンズアレイなどの光拡散素子を使用することができる。
また、導光素子20a及び20bの出射面22a及び22bは、平面でなくてもよく、出射面が曲面である導光素子を用いることができる。液晶表示装置200では、導光素子20aおよび20bの断面(長手方向に垂直な断面)は三角形であり、出射面22a、22bは断面において直線であるが、例えば図19に示す液晶表示装置300の導光素子320a、320bのように、出射面322a、322bが断面において円弧であってもよい。この場合の出射面322a、322bは円柱曲面となる。もちろん導光素子の出射面は円柱曲面でなくてもよく、周辺表示領域から額縁領域に向かって厚さが増大するような形状であれば、自由に設計できる。
なお、液晶表示パネル10a及び10bの液晶層と、導光素子との距離が大きい場合や、その間に光拡散層がある場合には、導光素子を通して見える画像がぼける場合がある。従って、液晶表示パネル10a、10bの観察者側基板(対向基板11a、11b)と観察者側基板の観察者側に設けられている光学フィルム部15a、15bの厚さはできるだけ小さいことが好ましく(例えば、基板の厚さが0.3mm、光学フィルム部の厚さが0.1mm)、平行光の透過率が高い(すなわち、拡散が少ない)ことが好ましい。また、同様の理由から、光学フィルム部に含まれる粘着フィルムなど、液晶表示パネルの観察者側に設けられる接着剤(粘着剤を含む)は、光を拡散する粒子を含まない材料を用いることが好ましい。
液晶表示装置200では、液晶表示パネル10bの観察者側と反対側に設けられているバックライト装置50bの液晶表示パネル10a側の側面58b(図12に示す)は液晶表示パネル10aの観察者側表面17aと平行である。すなわち、側面58bと液晶表示パネル10bの観察者側表面17bとがなす角が、観察者側表面17aと観察者側表面17bとがなす角θと等しくなるように、側面58bは斜めに形成されている。また、バックライト装置50bの側面58bの一部が液晶表示パネル10aの額縁領域30aに重なっている。このような構成により、側面58bが斜めではない場合に比べ、液晶表示パネル10bの表示領域31bは液晶表示パネル10aの表示領域31aに近づき、導光素子の体積を小さくすることができるので、コストダウンに効果的である。なお、バックライト装置の側面がこのように斜めに形成されていなくても、上述のように導光素子の体積を小さくすることができる。
また、表示パネルとして、バックライト装置を有しない表示パネルを用いる場合、表示パネルの側面の一部をバックライト装置50bの側面58bのように、斜めに切り欠くことで、表示パネルの表示領域どうしを近づけることができ、同様の効果を得ることができる。
次に、均一な表示を得るための構成を説明する。まず、輝度の均一化について説明する。
液晶表示パネル10a及び10bに形成される画像のうち、導光素子20a、20bが配置されている周辺表示領域32a、32bに形成される画像は、導光素子20a、20bを通って観察者側に表示される。一方、表示領域31a、31bのうち周辺表示領域32a、32b以外の領域である中央表示領域33a、33bに形成される画像は導光素子を介さず観察者側に表示される。そのため、周辺表示領域32a、32bに形成されて導光素子を通って表示される画像と、中央表示領域33a、33bに形成されて観察者側に表示される画像との間に輝度差が生じる。たとえば、導光素子20aの入射面21aの断面における長さL1が出射面22aの断面における長さL2より大きい場合、周辺表示領域32aに形成される画像は導光素子20aを通って縮小される。そのため、輝度は高くなる。逆に、L1<L2である場合、周辺表示領域32aに形成される画像は導光素子20aを通って拡大される。この場合、輝度は低くなる。L3>L4である場合や、L3<L4である場合も、それぞれL1>L2、L1<L2である場合と同様である。また、上述のように、液晶表示装置200では、導光素子20a、20bは、側面に金属部が設けられた透明部を含む導光部を有し、透明部内に入射した光は金属部で反射されて導光される。このとき、金属部で反射するたびに、一部の光が吸収される。このことは、L1、L2やL3、L4の大小関係に関わらず生じる。このことによっても、導光素子20a、20bが設けられている領域と、導光素子が設けられていない領域との間に輝度差が発生する。
このような輝度差は、周辺表示領域32a、32bに形成される画像の輝度を、中央表示領域33a、33bに形成される画像の輝度に対して相対的に変化させることによって改善できる。
例えば、導光素子20a、20bが設けられている領域に表示される画像の輝度が、導光素子20a、20bが設けられていない領域に表示される画像の輝度より低い場合(上記では、L1<L2やL3<L4である場合)には、周辺表示領域32a、32bに形成される画像の輝度を、中央表示領域33a、33bに形成される画像の輝度よりも相対的に高くすることによって改善できる。
液晶表示装置200では、以下の2通りの方法を採り得る。
方法a:中央表示領域33a、33bに設けられている画素の透過率を下げる。
方法b:周辺表示領域32a、32bに向けて出射される光の強度を、中央表示領域33a、33bに向けて出射される光の強度よりも高くする。
方法aは、画素に供給する電圧を調整することによって、容易に実現される。方法bは、例えば、周辺表示領域32a、32bに配列された画素に向けてバックライト装置50a、50bから出射される光の強度を中央表示領域33a、33bに配列された画素に向けて出射される光の強度よりも高くすれば実現できる。バックライト装置50a、50bとして冷陰極管が配列されている場合、周辺表示領域32a、32bに対応して配置された冷陰極管群を他の冷陰極管群(中央表示領域33a、33bに対応して配置された冷陰極管群)よりも明るく点灯させればよい。また、バックライト装置50a、50bとして、発光ダイオード(LED)が並べて配置されている場合でも同様の方法で実現できる。もちろん、上記の方法a、bを組み合わせて輝度の均一化を行なってもよい。
また、導光素子20a、20bの、周辺表示領域32a、32b側の部分と額縁領域30a、30b側の部分との間にも輝度差が生じる。この輝度差が大きいと、観察者に違和感を与えることがある。導光素子20a、20bの形状は三角柱であり、出射面22a、22bは、周辺表示領域32a、32bから額縁領域30a、30bに向かって入射面21a、21bとの距離が増大する。すなわち、周辺表示領域32a、32bから額縁領域30a、30bに向かって導光路の長さが長くなる。上述したように、導光路の長さが長いほど金属層44で光が反射される回数が多く透過率が低下するので、導光素子20a、20bは、周辺表示領域32a、32bから額縁領域30a、30bに向かって透過率が低くなる。このことにより、周辺表示領域32a、32b側の部分と額縁領域30a、30b側の部分との間に透過率の差が生じる。この透過率の差によって輝度差が生じる。金属層44の反射率が低いと、導光素子20a、20bの周辺表示領域32a、32b側の部分と額縁領域30a、30b側の部分との間の透過率の差が大きくなり、輝度差が大きくなる。
このような輝度差に対しては、周辺表示領域32a、32b内で、画素の透過率またはバックライトの輝度を連続的に変化させることにより、輝度を均一化することができる。
また、表示パネルとして、プラズマ表示パネル(PDP)や有機EL表示パネル(OLED)のような自発光型の表示パネルを用いる場合には、導光素子が配置されていない表示領域に設けられた画素の輝度を相対的に小さくすればよい。
また、導光素子の透過率が、導光素子に入射する光の波長によって異なる場合、すなわち、透過光の色が変化しうる場合でも、上記の方法aまたは方法bを用いることにより、色味の調整が可能である。
次に、画像の均一化について説明する。
上述したように、導光素子20aにおいて、L1<L2である場合には、周辺表示領域32aに形成される画像は導光素子20aによって第2軸J2に沿って拡大される。そのため、正常な表示を得るためには、周辺表示領域32aに形成される画像を、中央表示領域33a、33bに形成される画像に比べ、導光素子20aによって拡大される率に応じて予め圧縮しておくことが好ましい。画像を圧縮して表示する方法としては、以下の2種類がある。2種類の方法を、図20、21を用いて説明する。図20、図21は、それぞれ、下記方法1、2を説明するための模式図である。
方法1:図20に示す液晶表示パネル10aのように、液晶表示パネル10aの表示領域31a全体(周辺表示領域32a及び中央表示領域33a)に亘って画素173a(中央表示領域33aに設けられた画素)および画素172a(周辺表示領域32aに設けられた画素)のピッチは一定としつつ、信号処理によって周辺表示領域32aに圧縮画像を形成する方法である。すなわち、周辺表示領域32aに設けられた複数の画素に供給される表示信号を第2軸J2に沿って圧縮する。このとき、周辺表示領域32aに設けられた画素172aに供給される表示信号は、導光素子20aによる拡大率に応じて、圧縮される。
方法2:図21に示す液晶表示パネル10aのように、周辺表示領域32aに配列された画素172aのピッチを他の領域(中央表示領域33a)に配列された画素173aのピッチよりも狭くし(圧縮し)、信号処理を行なうことなく圧縮画像を形成する方法である。方法2は特別な信号処理が不要であるものの、予め専用の表示パネルを製造する必要があり、汎用性に劣る、コストがかかる、等の問題がある。
これに対し、方法1は、特別な信号処理が必要になるものの、一般的な表示パネルを使用することができるという利点を有している。方法1は、例えば、ソフトウェアで実現することができる。また、導光素子20aの出射面22aが平面(断面が直線)である場合には、画像が第2軸J2に沿って均等に拡大されるので、画像の圧縮、表示信号の圧縮も均等にすればよく、信号処理が簡単に行なえる、という利点がある。図19に示した液晶表示装置300の導光素子320a、320bのように、出射面が曲面である導光素子を用いる場合には、導光素子による拡大率に応じて画像を圧縮すればよい。
以上、L1<L2であって周辺表示領域32aに形成される画像が導光素子20aによって拡大される場合について、周辺表示領域32aに中央表示領域33aより圧縮して画像を形成する方法を説明した。L1>L2である場合には、周辺表示領域32aに形成される画像は導光素子20aによって第2軸J2に沿って縮小されるので、周辺表示領域32aに形成される画像を、中央表示領域33aに形成される画像より予め拡大しておくことが好ましい。画像を拡大して形成する方法は、上記縮小する場合の逆の方法で実現できる。
また、導光素子20bについても同様に、L3<L4、L3>L4の各場合に、上述の方法で周辺表示領域32bに形成される画像を第3軸J3に沿って、それぞれ、縮小、拡大すればよい。
なお、液晶表示装置200では、導光素子20a、20bの形状は二等辺三角柱である。すなわち、導光素子20a、20bの長手方向に垂直な断面は二等辺三角形であり、L1=L2、L3=L4である。従って、周辺表示領域32a、32bに形成される画像は導光素子20a、20bによって拡大も縮小もされない。そのため、上記のような画像の拡大や縮小の必要はない。ただし、導光素子20a、20bの金属部において一部の光が吸収されることにより輝度差が目立つ場合等は、必要に応じて上記の方法a、bにより、輝度差の改善を行なうことが好ましい。また、導光素子20a、20bの体積が異なることに起因して、出射面22aに表示される画像と出射面22bに表示される画像との間に輝度差が生じる可能性がある。そのような場合にも、必要に応じて、上記の方法a、bにより輝度差の改善を行なうことが好ましい。
液晶表示装置200の構成は、複数の表示パネルが所定の角度を設けて配置されている表示装置に適用することができるが、表示パネルどうしがなす角を変化させることが可能な表示装置にも適用できる。図22に示す表示装置400は、隣接する表示パネル410a、410bの観察者側表面417a、417b上に設けられている導光素子420aと420bの接触部を、軸72を回転中心とする回転可能な可動部としている。可動部の詳細を図23に示す。図23は可動部の拡大断面図であり、図23(a)は開いた状態、図23(b)は閉じた状態を示す。このような構成を採用すると、隣接する表示パネル410aと410bとがなす角を可変にできる。また、常に表示パネルの継ぎ目が見え難いまま開閉することができる。このような表示装置400においても、小型の導光素子を用いているので、低コストで継ぎ目を見え難くすることができる。
従って、例えば携帯電話機やゲーム機、電子ブック等、画面を2つ有する表示装置においても液晶表示装置400の構成を適用すれば、低コストで継ぎ目が無い画像を表示できる。このように、小型の電子機器でも、従来よりも大きな画面の表示装置を搭載できる。
また、液晶表示装置200は、表示パネルを2枚備えているが、液晶表示装置200を応用して、図24に示す表示装置500のように、さらに多くの表示パネルをタイリングしてもよい。図24に、複数の表示パネルを備える表示装置500の斜視図を示す。図24に示す表示装置500は、複数の表示パネル510を備え、各表示パネル510は互いに隣接している。隣接する2枚の表示パネルのうち一方の表示パネルの観察者側表面と他方の表示パネルの観察者側表面とがなす角が0°超180°未満(例えば10°)となるように、一方の表示パネルの額縁領域に他方の表示パネルの側面が重なっている。この曲面型の表示装置500においても、表示パネルの互いに隣接する端部に導光素子520a、520bを設けることによって、継ぎ目が見え難い画像を表示することができる。このような表示装置においても、小型の導光素子によって継ぎ目が無い画像を表示することができるので、コストが低減される。
また、少なくとも3枚の表示パネルを1つの軸を中心に環状に配置することによって、内面全体を表示面とする表示装置も可能である。例えば、図25に示す表示装置600では、4枚の表示パネル610a、610b、610cおよび610dが、中心軸Jcを中心に環状に配置され、表示装置の角に導光素子620aおよび導光素子620bが配置されている。このような表示装置においても、小型の導光素子によって継ぎ目が無い画像を表示することができ、コストの低減が実現される。
また、表示装置600を応用して、部屋の内壁に沿って表示パネルを配置し、角に対応して導光素子を設けることによって、部屋の内壁全体を継ぎ目の無い表示装置で覆うこともできる。内壁全体を継ぎ目の無い表示装置で覆うことによって、表示パネルが1枚である場合には不可能な、超高臨場感を実現できる。
次に、液晶表示装置100aを複数タイリングした大型の液晶表示装置の他の形態を説明する。
上述のように、複数の液晶表示装置100aが一列に配列された大型の液晶表示装置100A(図3)では、隣接する液晶表示装置100aの辺に導光素子20を設けることによって、継ぎ目が見え難い表示が実現できる。導光素子20を4辺に設けた液晶表示装置をマトリクス状に配列することによって、図26に示す液晶表示装置100Bを得ることができる。液晶表示装置100Bでは、液晶表示装置100aの4辺に導光素子20が設けられているので、液晶表示装置100B全体にわたって継ぎ目が見え難い表示が実現される。
さらに、図27に示す液晶表示装置100Cのように、液晶表示パネル10の、導光素子20が設けられた辺同士が隣接するように、例えば10度ずつ傾けて複数の液晶表示パネル10を配置すれば、継ぎ目の無い曲面型の表示装置が実現できる。もちろん、複数の液晶表示装置10の表示面のなす角については、導光素子20の辺が接していれば特に制限はないが、なす角が180°未満であるほうが、導光素子20の頂角が目立たない点で好ましい。なお、原理的には、180°以上の角度でも継ぎ目の無い表示を行うことはできる。
なお、図3、図26および図27においては、バックライト装置50の図示を省略している。複数の液晶表示装置100aをタイリングする場合には、バックライト装置50を個々の液晶表示装置100aに個別に設けてもよいし、タイリングによって得られる液晶表示装置を構成する複数の液晶表示装置100aの一部または全部に共通なバックライト装置50を設けてもよい。液晶表示パネル10に代えて、有機EL表示パネルなどの自発光型の表示パネルを用いる場合に、バックライト装置50が不要であることは言うまでも無い。
次に、図28〜図31を参照して、本発明による実施形態の表示装置の種々の具体例をさらに示す。
例えば、図28に示す表示装置700のように、2つの表示パネル10の、導光素子20が設けられた縁(辺)同士が接するように、90度傾けてL字型に並べて配置することで、継ぎ目の無いL字型の表示領域(表示領域70aおよび70b)を有する表示装置を実現することができる。これは、例えば立て掛け型のデジタルフォトフレームや、車載型の情報表示機器等、今までにないデザイン形状の表示装置に応用することができる。もちろん、2つの表示パネル10の表示面が成す角は90度に限られない。
また、少なくとも3枚の表示パネル10を1つの軸に沿って環状に配置することによって、内面全体を表示面とすることができる。例えば図29に示す表示装置800のように、4枚の表示パネル10を部屋の内壁に沿って環状に配置し、角に対応して導光素子20を配置することによって、部屋の内壁全体を表示装置で覆うこともできる。部屋の壁一面を継ぎ目の無い表示装置で覆うことによって、単体の表示装置では不可能な、超高臨場感を実現する表示装置を提供することができる。もちろん、天井部分または床部分も表示装置とすることで、臨場感がさらに増すことは言うまでも無い。なお、表示パネル10に代えて、例えば図1に示した液晶表示装置100aを用いることもできる。
さらに、図30に示す表示装置900のように、隣接する表示パネルの接触部を軸72の回りに回転可能な可動部とすることで、隣接する表示面97aと97bとの角度を可変にできる。従って、2つ画面を有する携帯電話やゲーム機、電子ブック等のディスプレイの表示を継ぎ目無く表示できる。このように、小型の機器でも大画面の表示装置を搭載でき、非常に有用である。
上記の表示装置700、800および900において正常に画像を表示するためには、上述したように一般に、画像を圧縮(または拡大)して表示する必要がある。しかしながら、図17に示す表示装置200’のように、隣接する表示パネル10の角度によっては、断面形状が略2等辺三角形の導光素子20a’、20b’を用いることができる。この場合には、導光素子の入射面と出射面との長さがほぼ等しいので、画像は拡大も縮小もされず等倍で表示される。
なお、上述の液晶表示装置700、800、および900のように、複数の液晶表示パネルを互いに傾けて配置するときには、液晶表示装置200、300、400、500および600のように互いに隣接する液晶表示パネルのうちの一方の液晶表示パネルの額縁領域に他方の液晶表示パネルの側面が重なるように配置すると、導光素子を小さくすることができるので、好ましい。
先述のように、導光素子として、光ファイバーフェイスプレートや、少なくとも2種類以上の屈折率の異なる透光層の積層体を用いることもできる。
導光素子として光ファイバーフェイスプレートを用いる場合について説明する。個々の光ファイバーはコアとクラッドを有し、コアの屈折率はクラッドの屈折率より高い。図31に導光素子20として光ファイバーフェイスプレートを用いた場合の液晶表示装置100Dを示す。図31は液晶表示装置100Dの断面図である。図31に示す断面図においては、導光素子20の側面23に平行に光ファイバーが配列されている。導光素子20に入射面21から入射した光は、側面23に平行に光ファイバー内を伝播し、出射面22から観察者側に向けて出射される。出射面22は、液晶表示パネル10の額縁領域30と重なるように設けられているので、液晶表示装置100Dは、液晶表示パネル10の額縁領域30に対応する領域を表示に利用することができる。
導光素子20として用いられる光ファイバーフェイスプレートは、板状に形成された光ファイバーフェイスプレートから光ファイバーの長さ方向に対し、三角柱状になるように入射面および出射面を斜めに切り出すことで作製することができる。例えば、石英製の光ファイバーフェイスプレート(例えば、コアの屈折率は1.8、クラッドの屈折率は1.5)を好適に用いることができる。もちろん、コアとクラッドの屈折率差が大きいほど、光ファイバーの開口数(NA:Numerical Aperture)が大きくなり、光透過率が高くなるので好ましいが、コアとクラッドの屈折率には特に制限はない。光ファイバーの材料は、特に限定は無く、アクリル樹脂等の透明な樹脂材料を用いてもよい。また、コア内から漏れた光が、隣のコアに伝達されるのを防ぐ光吸収体を備えたファイバーフェイスプレートを用いると、表示画像のぼけが防止される点でさらに好ましい。
図26に示した液晶表示装置100Bの導光素子20として光ファイバーフェイスプレートを用いる場合の、液晶表示パネルの角部について説明する。図32にこの場合における液晶表示パネルの角部の拡大図を示す。角部分の導光素子は、例えば、図32に模式的に示すように、入射面から出射面に向けて直径が次第に大きくなるファイバー21tを用いて形成され得る。このようなテーパー状の導光素子20Bは、通常の非テーパー状のファイバーフェイスプレートを、熱を加えながら各ファイバーの直径が場所により変化するように延伸したものから切り出すことによっても作製することができる。
導光素子20Bは、角を形成する互いに直交する2つの辺のそれぞれに直交する線に沿った断面および角を2等分する線に沿った断面(図32中のハッチング部分)が上述の条件を満足する形状(ここでは三角形)を有するように形成されている。
液晶表示装置100Dは、上述の液晶表示装置100aと同様に、周辺表示領域の一部32を除く表示領域31の大部分には導光素子を有していない。従って、大面積の光ファイバーフェイスプレートを必要としないので、製造が容易で、低コストという利点を有している。また、液晶表示装置100Dは、タイリングによって超大画面の表示装置を実現することができるだけでなく、解体して容易に運搬できるので、取り扱い性も高いという利点を有している。このように、導光素子として光ファイバーフェイスプレートを用いた場合にも、利点を有している。
液晶表示装置100Dは、液晶表示パネル10の表示領域と2つの導光素子20の出射面22とを覆う透光性のカバーをさらに有していても良い。カバー26および導光素子20は、不図示の透明な接着剤層によって液晶表示パネル10の表面に固定されている。導光素子20は、側面23と液晶表示パネル10の表面との間に形成された樹脂層25によってさらに固定されている。樹脂層25は省略してもよいが、樹脂層を設けた場合には導光素子20をより安定に固定することができる。カバー26は導光素子20の出射面22と接着剤層によって固定されている。また、導光素子20と液晶表示パネル10との間の接着剤層も必ず必要なわけではなく、これらの間に空気層を介して固定してもよい。
液晶表示パネル10の観察者側の表面に設けられた、導光素子20、カバー26および樹脂層25をまとめて、導光シート27ということがある。カバー26および樹脂層25を設け、平坦な表面を有するシート状にすることによって、導光素子20や、液晶表示パネル10の表示面を保護できる。また、液晶表示装置100Dの表面が平坦になるので、見た目の違和感も軽減される。さらに、表面の汚れを拭き取り易いという利点も得られる。カバー26は、例えば、導光素子20および液晶表示パネル10の表示面の形状に沿うように予め成形された透明な樹脂板(例えばアクリル樹脂板)である。
カバーを設けることにより、正面輝度を高くできるという利点が得られる。図33と図34とを参照しながら、カバー26の機能を説明する。
図34に示す液晶表示装置100D’は、図33に示した液晶表示装置100Dの導光シート27に代えて、カバー26を有しない光学シート27’を有している。
図34に示すように、導光素子20内を伝播した光は出射面22と外部との屈折率差に応じて屈折する。ここで、カバーが無い場合、導光素子20の屈折率、例えば光ファイバーのコアの屈折率1.8と空気の屈折率1.0との比に応じて屈折し、図34に太い矢印で示したように、正面方向(液晶表示パネル10の表示面法線方向)から大きく傾いた方向に出射されることになる。その結果、液晶表示装置100D’の正面輝度は低下することになる。なお、カバーを設けない場合には、光ファイバーフェイスプレートの上、および液晶表示パネル10の表示面の上に反射防止膜を形成することが好ましい。
これに対し、図33に示したように、カバー26を設けると、出射面22においては、導光素子20の屈折率と、カバー26の屈折率との比に応じて屈折することになる。従って、カバー26が無い場合よりも、正面方向に出射される光の量が増える。このとき、カバー26が、光ファイバーのコアの屈折率と同一の屈折率を有する材料である場合には、出射界面における屈折が無くなるために、正面輝度の低下は最も少なくなる。
図31に示した液晶表示装置100Dが有する導光シート27に代えて、図35(a)に示す導光シート27Bや、図35(b)に示す導光シート27Cを用いることもできる。
図35(a)に示す導光シート27Bは、導光素子20の出射面上に形成された光拡散層28を有している。光拡散層28を設けることにより、出射面から出射する光が拡散され、視野角が広がるという効果を得ることができる。光拡散層28としては公知の光拡散層または光拡散素子を用いることができる。例えば、巴川製紙所社製の拡散粘着シートに代表される微小粒子を含む散乱膜や、日東電工社製のアンチグレア処理に代表されるランダムに微小凹凸が形成された表面を有する拡散層や、スリーエム社のBEFに代表されるプリズムシート、マイクロレンズアレイなどの光拡散素子を使用することができる。もちろん、光拡散素子は1種類だけではなく、例えばプリズムシートと拡散粘着シートとの組み合わせ等、複数の方法を併用してもよい。
光拡散層28を設けた場合には、導光素子20の出射面において光が正面方向に拡散するために、上述の正面輝度低下を少なくする効果がある。したがって、カバー26を設けない場合でも、光拡散層28を設けることが好ましい。また、導光素子20の出射面だけでなく表示領域をも覆うように光拡散層28を設けてもよい。
また、図35(b)に示す導光シート27Cのように、曲面を有する導光素子20Cを用いることができる。導光素子20Cは、液晶表示パネル10の額縁領域に向かって厚さが増大するような形状であれば、形状は自由に設計できる。
さらに、カバー26の上に反射防止膜を形成することが好ましい。反射防止膜によって、外光の表面反射を低減し、視認性を向上させることができる。反射防止膜としては、フッ化マグネシウム(MgF2)薄膜や、フッ素を添加したアクリル樹脂等に代表される低屈折率樹脂を塗布した膜や、表面にサブ波長オーダーの微小凹凸を形成して表面反射を低減したモスアイ反射防止膜等が使用できる。
なお、液晶表示パネル10の液晶層13(図31参照)と導光素子20との距離が大きい場合や、その間に光拡散層28がある場合には、導光素子20を通して見える画像がぼける場合がある。従って、液晶表示パネル10の観察者側基板(対向基板)11と光学フィルム部15の厚さはできるだけ薄いことが好ましく、(例えば、基板11の厚さが0.3mm、光学フィルム部15の厚さが0.1mm)、平行光の透過率が高い(拡散が少ない)ことが好ましい。また、同様の理由から、光学フィルム部15に含まれる粘着フィルムなど、液晶表示パネル10の観察者側に設けられる接着剤(粘着剤を含む)は、光を拡散する粒子を含まない材料を用いることが好ましい。
先述のように、導光素子20として、図5に示す複数の透光層を有するシート積層体80を用いることもできる。
シート積層体80は、少なくとも2種類以上の屈折率の異なる透光層の積層体である。透光層は長さ方向(光の伝播方向)に直交する方向に互いに平行に積層されている。図1における導光素子20と同様に、シート積層体80は、表示領域31の端の部分と、シート積層体80の端(つまり表示装置の端と同意)の部分とを結ぶ直線の傾き方向に、透光層83および84の長さ方向が一致するように配置され、導光素子20として機能する。
シート積層体80は、以下の方法で容易に作製することができる。
図36(a)に示すように、アクリル樹脂またはガラスのような透光性の材料からなる基材83の片側表面に、基材83よりも屈折率の低い、例えばJSR社製のオプスター(商品名)等のフッ素系化合物を含む低屈折率の樹脂を塗布し、乾燥・硬化させ、基材84を形成する。次に、これらの基材を粘着性または接着性を有する層を介して、複数層積層した後に、各層が剥離しないように硬化させる。粘着性または接着性を有する材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、または紫外線硬化性の樹脂材料等が使用できるが、透光性が高く、光散乱性が少なく、さらに硬化後の強度が十分得られる範囲で、膜厚は薄い方が好ましい。例えば、基材83または基材84が粘着性・接着性を有する場合には、特に別途粘着層または接着層を配置する必要はない。
次に、図36(b)に示すように、上述のようにして得られた積層体を、破線61、62で示すように、透光層83、84の面に対して斜め方向に切断し、必要によって切断面を研磨し、外観を整えることによって、図5に示したシート積層体80が得られる。
切断の方向は、非表示領域30の幅と、シート積層体80を配置する領域32(例えば図33参照)の面積により決定されるパラメータであって、破線61と基材83、84の面方向とのなす角を65度、破線62と透光層83、84の面方向とのなす角を30度とした。
また、透光層83が樹脂材料からなるフィルム基材のように、フレキシブルに湾曲可能な場合には、図37(a)および(b)や図38に示すように、ロールツーロールによる方法を用いて、さらに容易に作製することができる。
図37(a)および(b)は、ロールツーロール法による第1の方法を示す。
まず、図37(a)に示すように、透光性のフレキシブルな材料からなるフィルム基材83の片側表面に、基材83よりも屈折率の低い樹脂材料84をスリットコータ等の塗布装置を用いて、ノズル85から樹脂を吐出させて基材83上に均一に塗布し、乾燥・硬化させ、その後ロールで巻き取る。フィルム基材83としては例えばポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムやアクリルフィルムを用いることができる。屈折率の低い樹脂材料としては、例えばJSR社製のオプスター(商品名)等のフッ素系化合物を含む樹脂を用いることができる。次に、このロールをオーブン等でフィルム基材84の軟化点以上に加熱し、フィルム同士を融着させる。
次に、図37(b)に示すように、上述のようにして得られた積層体を、破線61、62で示すように、基材83、84の面に対して斜め方向に切断し、必要によって切断面を研磨し、外観を整えることによって、図5に示したシート積層体80が得られる。
ここで、基材83、84の面は厳密には曲面であるが、ロールの径を、シート積層体80の厚さよりも十分大きく(例えば6インチ径等)すると、基材の面は略平面と近似することができる。また、実際に曲面であったとしても、フィルム材料内を十分導光する範囲であれば得られる効果は特に変わらない。また、積層体をロールから剥離した後、熱を加えながらプレス機等により平板になるように圧力を加えることによって、曲面形状から平面形状に変形させることもできる。
フィルムを融着させる方法の他に、接着性(粘着性を含む)を有する層を介してロールに巻き取ることで、各層が剥離しないように硬化させてもよい。
粘着性または接着性を有する材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、または紫外線硬化性の樹脂材料等が使用できるが、透光性が高く、光散乱性が少なく、さらに硬化後の強度が十分得られる範囲で、膜厚は薄い方が好ましい。
図38に、ロールツーロールによる第2の方法を示す。
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムやアクリルフィルムのような透光性の材料からなるフィルム基材83と、基材83よりも屈折率の低い、例えばダイキン工業社製のネオフロン等のフッ素系化合物からなるフィルム基材84とを、重ねるようにロールで巻き取る。
次に、このロールをオーブン等でフィルム基材83またはフィルム基材84の軟化点以上に加熱し、フィルム同士を融着させる。
この後、上述と同様にして、図5に示したシート積層体80が得られる。ここでもフィルムを融着させる方法の他に、粘着性または接着性を有する層を介してロールに巻き取ることで、各層が剥離しないように硬化させてもよい。
例えば、ロールツーロールの第1の方法で作製したシート積層体80は、屈折率1.65のPET層と屈折率1.4のフッ素系化合物を含有した低屈折率樹脂層との界面で光が導光する。すなわち、光ファイバーで言うところの、PET層がコアに相当し、低屈折率樹脂層がクラッドに相当する。もちろんコアとクラッドの屈折率差が大きいほど、シート積層体の開口数(NA)が大きくなるために、光透過率が高くなる点で好ましい。また、PET層から漏れた光が隣接するPET層に入射するのを防ぐために、低屈折率樹脂層の更に外側に光吸収層を積層することが好ましい。PET層から漏れた光が隣接するPET層に入射すると、表示画像のぼけが発生することがある。光吸収層としては、例えば、着色材料を含んだPETフィルム等を用いることができる。
上記において、図20、21を参照して説明した液晶表示装置200において均一な表示を得るための構成と同様の方法により、液晶表示装置100aにおいても均一な表示が得られる。
液晶表示装置100aでは、表示光のうち、導光素子20が配置される周辺表示領域の一部32から出射される表示光は、導光素子20によって第1軸に沿って拡大されるので、その拡大率に応じて輝度が低下する。導光素子として光ファイバーフェイスプレートを用いた場合には、光ファイバーのコアの開口率及び光ファイバーの伝送損失によって、輝度が低下する。この場合には、上記方法a、bの少なくとも一方により、輝度の均一化が実現される。例えば方法bは、図39に示すバックライト装置50のように、周辺表示領域の一部32に対応して配置される冷陰極管群51および52を他の冷陰極管よりも明るく点灯させることにより実現される。
また、液晶表示装置100aでは、周辺表示領域の一部32で形成された画像は拡大される。この場合には、上記方法1及び方法2の少なくとも一方により、画像の均一化が実現される。例えば方法1により画像を均一化する場合の例について、図40を参照して説明する。図40は、画素のピッチを一定とした液晶表示パネル10eを備える液晶表示装置100eを示す断面図である。図40に示すように、液晶表示パネル10eは、表示領域全体(中央表示領域33及び周辺表示領域の一部32e)に亘って画素173(中央表示領域33の画素)、172e(周辺表示領域の一部32eの画素)のピッチが一定である。画素のピッチを一定とし、信号処理により周辺表示領域の一部32eに配列された画素172eに供給される表示信号を圧縮することで画像の均一化が実現される。また、方法2により画像を均一化する場合の例について、図41を参照して説明する。図41にこの場合の液晶表示パネル10fを備える液晶表示装置100fを示す。図41に示すように、液晶表示パネル10fは、周辺表示領域の一部32fの画素172fのピッチが中央表示領域33の画素173のピッチより狭い。周辺表示領域の一部32fの画素のピッチを狭くすることにより、画像の均一化が実現される。
上述したように、本発明によると、表示パネルの観察者側に導光素子を設けることによって、額縁領域が見え難い表示が実現される。また、複数の表示パネルを備える表示装置において、導光素子を設けることにより、従来よりも容易に表示パネルの継ぎ目を見え難くすることができる。
本発明は、種々の直視型の表示装置に好適に用いられる。
10 液晶表示パネル
11 対向基板
12 TFT基板
13 液晶層
14 シール部
15、16 光学フィルム部
20 導光素子
21 入射面
22 出射面
23 側面
25 樹脂層
26 カバー
30 額縁領域
31 表示領域
32 周辺表示領域の一部
50 バックライト装置
100a 液晶表示装置

Claims (15)

  1. 表示領域と前記表示領域の外側に形成された額縁領域とを有する少なくとも1つの表示パネルと、
    入射面と、出射面と、前記入射面と前記出射面の間に形成された複数の導光部とを有する少なくとも1つの導光素子と、
    を備え、
    前記複数の導光部は少なくとも1つの透明部を含み、
    前記少なくとも1つの透明部の側面の少なくとも一部には金属部が設けられており、
    前記少なくとも1つの導光素子の前記入射面は、前記少なくとも1つの表示パネルの前記額縁領域に第1の軸に沿って隣接する周辺表示領域の一部に重なり、且つ、前記少なくとも1つの表示パネルの表面と平行になるように配置され、
    前記少なくとも1つの導光素子の前記出射面は、前記第1の軸に沿って前記周辺表示領域の前記一部から前記額縁領域に向かって前記入射面からの距離が増大する、直視型の表示装置。
  2. 前記少なくとも1つの導光素子は、複数の透明層と複数の金属層が積層された積層体を有する、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記複数の金属層は、厚さが100nm以上5μm以下である金属層を含む、請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記複数の金属層は、厚さが100nm以上1μm以下である金属層を含む、請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記少なくとも1つの透明部は略円柱形であり、かつ、前記少なくとも1つの透明部の前記側面は前記金属部で覆われている、請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記少なくとも1つの表示パネルは互いに隣接する第1および第2表示パネルを含み、
    前記第1表示パネルの観察者側表面と前記第2表示パネルの観察者側表面とがなす角が0°超180°未満となるように、前記第1表示パネルの前記額縁領域に前記第2表示パネルの側面が重なり、
    前記少なくとも1つの導光素子は、前記第1表示パネルの観察者側に配置された第1導光素子および前記第2表示パネルの観察者側に配置された第2導光素子を含み、
    前記第1導光素子の体積は前記第2導光素子の体積より大きい、請求項1から5のいずれかに記載の表示装置。
  7. 前記第1導光素子の前記出射面の前記第2表示パネル側の端部は、前記第2導光素子の前記出射面の前記第1表示パネル側の端部に接している、請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記第1導光素子の前記出射面は前記第2導光素子の前記出射面と平行である、請求項6または7に記載の表示装置。
  9. 前記第1および第2導光素子の形状は三角柱である、請求項6から8のいずれかに記載の表示装置。
  10. 前記第1および第2導光素子の形状は二等辺三角柱である、請求項9に記載の表示装置。
  11. 前記第1表示パネルの観察者側表面と前記第2表示パネルの観察者側表面とがなす角をθとして、
    前記第1および第2導光素子の形状は、頂角がθ/2である二等辺三角柱である、請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記第1および第2導光素子の前記出射面の形状は円柱曲面である、請求項6または7に記載の表示装置。
  13. 前記第2表示パネルの観察者側表面と反対側に、バックライト装置をさらに備え、
    前記バックライト装置の前記第1表示パネル側の側面は、前記第1表示パネルの観察者側表面と平行であり、前記第1表示パネルの前記額縁領域に重なっている、請求項6から12のいずれかに記載の表示装置。
  14. 前記第1導光素子の前記出射面上または前記第2導光素子の前記出射面上には光拡散層が設けられている、請求項6から13のいずれかに記載の表示装置。
  15. 前記少なくとも1つの表示パネルは、少なくとも3枚の表示パネルを含み、
    前記少なくとも3枚の表示パネルは環状に配置されている、請求項6から14のいずれかに記載の表示装置。
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