JPS6111788A

JPS6111788A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPS6111788A
Application number: JP59131662A
Authority: JP
Inventors: 田島　陽一郎
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1984-06-26
Filing date: 1984-06-26
Publication date: 1986-01-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は裏面側から照明光を受けて画像を表示する透
過型のマトリクス液晶表示パネルを用いた画像表示装置
に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

マトリクス液晶表示パネルを用いて画像を表示する画像
表示装置としては、裏面に反射板を備えた反射型の液晶
表示パネルを使用するものと、透過型の液晶表示パネル
を使用するものとがあるが、反射型液晶表示パネルは、
光のロスが大きくてコントラストのよい画像を表示する
ことができない（反射型液晶表示パネルは液晶表示パネ
ルを通って入射する光を反射板で反射させて液晶表示パ
ネルを照明するものであるために液晶表示パネルを通る
際の光のロスが入射時と反射時とで二重に生じることに
なる）から、コントラストのよい画像を要求される液晶
表示式テレビジョン受像機等の画像表示装置には、裏面
側から照明光を受けて画像を表示する透過型の液晶表示
パネルが使用されている。

第１７図は透過型マトリクス液晶表示パネルを用いた従
来の画像表示装置を示したもので、図中１０は透過型マ
トリクス液晶表示パネル、２０はこの液晶表示パネル１
０の裏面側に設けられたエレクトロルミネッセンス等の
パネル状バックライトである。

前記マトリクス液晶表示パネル１０は、Ｔ−Ｎ（ツィス
テッド・ネマティック）型のもので、上下一対の透明基
板１１．１２間には液晶１３′Ｓ充填され、また各基板
１１．１２の内面には表示用透明電極が形成されている
。なお、１６．１７は各基板１１．１２の外面に設けら
れた偏光板である。

第１８図は各基板１１．１２の内面に形成された表示用
透明電極のパターンを示したもので、１４．１４゜・・
・は上部基板１１の内面に形成された信号電極、１５゜
１５；・・・は下部基板１２の内面に形成された走査電
極であり、また１４ａ　、　１４ａ　、・・・は前記信
号電極１４゜１４、・・・のリード、１４ｂ　、　１４
ｂ　、・・・は信号電極端子、１５ａ　、　１５ａ　、
・・・は走査電極端子である。なお、第１８図は２重マ
トリクス方式の電極パターンを示している。

この画像表示装置は、バックライト２０により液晶表示
パネル１０をその裏面側から照明して画像を表示するも
ので、液晶表示パネル１０の各画素表示部（信号電極１
４．１４．・・・と走査電極１５．１５．・・・とが対
向している部分）Ａ、Ａ、・・・は、電極間（信号電極
１４と走査電極１５との間）に電圧が印加されていない
ときは光を遮断し、電極間への電圧印加により光を透過
させるようになっている。

！！１９図及び第２０図は電圧非印加時及び電圧印加時
の１１ＷＪを示したもので、画素表示部Ａ、Ａ。

・・・に電圧を印加していないときは第１９図に示すよ
うに画面が無表示状態となり、画素表示部Ａ。

Ａ、・・・に電圧を印加すると第２０図に示すように画
素表示ＩＡ、Ａ、・・・と対応する部分に照明光色の画
素が表示される。なお、第１９図及び第２０図では黒く
見える部分を斜線を施して示している。

この画像表示装置は、透過型の液晶表示パネル１０を用
いてこれをその裏面側から照明することにより画像を表
示するものであるために、反射型の液晶表示パネルを用
いるものに比べて光のロスを半減することができ、従っ
て、反射型の液晶表示パネルを用いるものに比べればは
るかにコントラストのよい画像を表示することができる
。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記のような透過型の液晶表示パネルを
用いた画像表示装置においても、液晶表示パネル１０を
照明する照明光が液晶表示パネル１０を透過する過程で
光をロスするために、ある程度のコントラストの低下は
避けられないから、コントラストのよい鮮明な画像を表
示するには、液晶表示パネル１０の照明光量を多くして
やる必要がある。

このため、従来は、バックライト２０として発光輝度の
高いものを使用することにより、液晶表示パネル１０を
透過する過程での光のロスがあっても十分なコントラス
トの画像が得られるようにしているが、このようにバッ
クライト２０を発光輝度の高いものとするのでは、バッ
クライト２０の点灯に大きな電力を必要とするために、
電力の消費量が多くなり、そのために電池を電源とする
携帯用テレビジョン受像機等の画像表示装置では、電池
数を多くしたり、電池を頻繁に交換しなければならなく
なるから、電池の収納スペースの増大にともなう装置の
大型化や、ランニングコストの増大という問題を生じて
い・た。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような実情にかんがみてなされたもの
であって、その目的とするところは、バックライトの発
光輝度を高くすることなく、少ない照明光量でフントラ
ストのよい鮮明な画像を表示することができるようにし
た画像表示装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

すなわち、この発明は、裏面側から照明光を受けて画像
を表示する透過型のマトリクス液晶表示パネルの裏面側
に、液晶表示パネルの各画素表示部に向かう照明光を各
画素表示部の一部に集光させるレンズ部材を設けること
により、各画素表示部に向かう照明光をレンズ部材で各
画素表示部の一部に集光させて照明光の明るさを増加さ
せてやるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図〜第４図はこの発明の第１の実施例を示したもの
で、この実施例は、レンズ部材として、液晶表示パネル
の各画素表示部と対応させて多数の凸レンズを配列した
凸レンズ配列体を使用したものである。

この実施例について説明すると、第１図において１０は
透過型のマトリクス液晶表示パネル、２０は液晶表示パ
ネル１０の裏面側の設けられたエレクトロルミネッセン
ス等のパネル状バックライトであり、前記液晶表示パネ
ル１０は、Ｔ−Ｎ型の２重マトリクス液晶表示パネルと
されている。なお、この液晶表示パネル１０は第１７図
に示したものと同様のものであるから、その説明は図に
同符号を付して省略する。

また、３０は液晶表示パネル１０とバックライト２０と
の間に設けられた凸レンズ配列体である。この凸レンズ
配列体３０は、第２図に示すように、ガラス板または光
透過性のよいプラスチック板に、液晶表示パネル１０の
各画素表示部Ａ、Ａ、・・・に向かう照明光を各画素表
示８ＩＩＡ、Ａ、・・・の中心部に集光させる多数の凸
レンズ３１．３１．・・・を、液晶表示パネル１０の各
画素表示部Ａ、Ａ、・・・とそれぞれ対応させて配列形
成したもので、この凸レンズ配列体３０は、ガラスまた
はプラスチックの一体成形によって形成されている。

そして、この凸レンズ配列体３０は、液晶表示パネル１
０の各画素表示部Ａ、、Ａ、・・・の中心に各凸レンズ
３１．３１．・・・の光軸Ｏを一致させると共に、各凸
レンズ３１．３１．・・・の焦点が液晶表示パネル１０
の配置されている。

素表示部Ａ、Ａ、・・・の周囲を囲むように形成された
黒色の不透明膜であり、この不透明１１１８．１８゜・
・・は、液晶表示パネル１０の信号電極１４．１４．　
川のリード１４ａ　、　１４ａ　、・・・を覆い隠すた
めと、前記凸レンズ配列体３０の凸レンズ３１．３１．
・・・以外の部分を通って液晶表示パネル１０に入射し
た直進照明光をカットするために設けられている。

第３図及び第４図は上記画像表示装置の電圧非印加時及
び電圧印加時の画面を示したもので、画素表示部Ａ、Ａ
、・・・に電圧を印加していないときは第３図に示すよ
うに画面が無表示状態となり、画素表示部Ａ、Ａ、・・
・に電圧を印加すると第４図に示すように画素表示部Ａ
、Ａ、・・・と対応する部分に照明光色の画素ａ、ａ、
・・・が表示される。なお、第３図及び第４図において
、塗りつぶした部分は液晶表示パネル１０の上面に各画
素表示部Ａ。

Ａ、・・・の周囲を囲むように形成された黒色の不透明
１１１８．１８．・・・であり、また斜線を施した部分
は黒く見える表示を示している。

そして、この画像表示装置においては、液晶表示パネル
１０の裏面側に、液晶表示パネル１０の各画素表示部Ａ
、Ａ、・・・に向かう照明光を各画素表示部Ａ、Ａ、・
・・の中心部に集光させる凸レンズ配列体３０を設けて
いるから、液晶表示パネル１０の各画素表示部Ａ、Ａ、
・・・に向かうバックライト２０からの照明光は、凸レ
ンズ配列体３０の各凸レンズ３１゜３１、・・・により
各画素表示部Ａ、Ａ、・・・の中心部に集光されること
になり、そのために、各画素表示部Ａ、Ａ、・・・の照
明光により照明される部分の単位面積当りの光ｌはバッ
クライト２０の単位面積当りの発光光量よりも増加する
（例えば表示画素ａ。

ａ、・・・の大きさが凸レンズ３１．３１．・・・の受
光面積の１／４であるとすれば、画素ａ、ａ、・・・の
明るさはバックライト２０のからの照明光の明るさの４
倍となる）。

従って、この画像表示装置によれば、液晶表示パネル１
０の照明光量が少なくてもコントラストのよい鮮明な画
像を表示することができるから、バックライトパネル２
０として発光輝度の高いものを使用する必要はなく、そ
のために、バックライトパネル２０の点灯に要する電力
を節減して電力消費ｍを少なくすることができるから、
電池を電源とする携帯用テレビジョン受像機等の画像表
示装置であっても、電池数を少なくしたり、電池の交換
頻度を少なくして、電池収納スペースの減少による装置
の小型化や、ランニングコストの改善をはかることがで
きる。

また、この画像表示装置では、表示画素ａ、ａ。

・・・が画素表示部Ａ、Ａ、・・・の大きさよりも小さ
いスポット状の画素となり、その周囲は影となるから、
１つ１つの画素ａ、ａ、・・・を鮮明に表示することが
できるし、また液晶表示パネル１０の上面に各画素表示
部Ａ、Ａ、・・・Ｃ；７４囲を囲むように黒色の不透明
Ｉｌ！１８．１８．・・・を形成しているから、この不
透明膜１８．１８．・・・からなる縦横の黒色ストライ
プで各画素ａ、ａ、・・・間の境界をはつきりさせて表
示画像をさらに鮮明にすることができる。

なお、この実施例では、凸レンズ配列体３０としてガラ
スまたはプラスチックの一体成形によって形成したもの
を使用しているが、この凸レンズ体３０は、パンチング
メタル状の不透明枠に多数の凸レンズを嵌め込んだもの
としてもよい。

また、この実施例では凸レンズ配列体３０をその各凸レ
ンズ３１．３１．・・・の焦点が液晶表示パネル１０の
上部偏光板１６よりわずか上方にくるように設置してい
るが、この凸レンズ配列体３０は、各凸レンズ３１．３
１．・・・の焦点を上部偏光板１６に合せて設置しても
よいし、また焦点が上部偏光板１６よりわずか下方にく
るように設置してもよいしてもよい。

これは後述する他の実施例でも同様である。

次に、この発明の他の実施例を説明する。なお、以下の
実施例において、上記第１の実施例と同じ構成の部分に
ついては、図に同符号を付してその説明を省略する。

第５図はこの発明の第２の実施例を示したもので、この
実施例は、レンズ部材として、第６図に示すような平板
マイクロレンズ４０を使用したものである。

この平板マイクロレンズ４０は、ガラスまたは光透過性
のよいプラスチック等の透光板に、液晶表示パネル１０
の各画素表示部Ａ、Ａ、・・・と対応させて、凸レンズ
と同様に光を屈折させる多数の光屈折部４１．４１．・
・・を形成したもので、この平板マイクロレンズ４０は
、前記第１の実施例における凸レンズ配列体３０と同様
に、液晶表示パネル１０とバックライト２０との間に位
置させて液晶表示パネル１０の裏面側に設けられている
。

平板マイクロレンズは、光が屈折率の高い方向に曲がる
ことを利用し、透光板に、イオン交換拡散法、イオン電
界移入法、ＣＶＤ法、光化学反応法等によりレンズと同
様な屈折率分布の光屈折部を作ることにより、この光屈
折部にレンズ作用をもたせたもので、この平板マイクロ
レンズは、（１）平板状のものである。

（２）直径０．１〜数ミリの光屈折部を作れる。

（３）光屈折部の形成においてその屈折率分布の制御が
容易である。

（４）量産性がある。

等の利点をもっている。

この実施例は、前記第１の実施例における凸レンズ配列
体３０に代えて上記平板マイクロレンズ４０を用いるこ
とにより第１の実施例と同様な表示を行なうようにした
もので、この実施例の画像表示装置によっても、バック
ライト２０として発光輝度の高いものを使用することな
く少ない照明光量でコントラストのよい鮮明な画像を表
示することができる。

なお、前記第１の実施例で使用した凸レンズ配列体３０
は、その凸レンズ３１．３１．・・・をあまり小さくす
ることができないために、液晶表示パネル１０の画素表
示部Ａ、Ａ、・・・を小さくした、緻密な画像を表示す
る画像表示装置には使用できないが、上記平板マイクロ
レンズ４０は、その光屈折部４１゜４１．・・・を非常
に小さくすることができるから、緻密な画像を表示する
画像表示装置にも十分使用することができる。

第７図〜第１０図はこの発明の第３の実施例を示したも
ので、この実施例は、上記第２の実施例の画像表示装置
に三原色カラーフィルタ５０を付加してカラー画像を表
示するようにしたものである。

前記三原色カラーフィルタ５０は、第８図に示すような
、平板マイクロレンズ４０の各光屈折部４１゜４１、・
・・と対応させて、赤色フィルタＲと緑色フィルタＧと
青色フィルタＢとを縦方向及び横方向に交互に配列形成
したモザイク状のものか、あるいは第９図に示すような
、平板マイクロレンズ４０の各光屈折部列と対応させて
、帯状の赤色フィルタＲと緑色フィルタＧと青色フィル
タＢとを交互に配列形成した縞状のものとされており、
この三原色カラーフィルタ５０は、平板マイクロレンズ
４０の上面に接着して、液晶表示パネル１０と平板マイ
クロレンズ４０との藺に設けられている。

この実施例の画像表示装置は、平板マイクロレンズ４０
の各光屈折部４１．４１．・・・を通った照明光を三原
色カラーフィルタ５０により着色してカラー画像を表示
するようにしたもので、この実施例のカラー画像表示装
置でも、平板マイクロレンズ４０の各光屈折部４１．４
１．・・・の集光作用で照明光を液晶表示パネル１０の
各画素表示部Ａ、Ａ、・・・に集光させることができる
から、三原色カラーフィルタ５０の光吸収による光のロ
スがあっても、バックライト２０として発光輝度の高い
ものを使用することなく少ない照明光量でコントラスト
のよい鮮明なカラー画像を表示することができる。

第１０図は第８図に示したモザイク状の三原色カラーフ
ィルタ５０を使用した場合の画面を示したもので、Ｒａ
は赤色画素、Ｑ’ａは緑色画素、Ｂａは青色画素を示し
ている。

なお、この実施例では、三原色カラーフィルタ５０を平
板マイクロレンズ４０の上面に設けているが、この三原
色カラーフィルタ５０は、液晶表示パネル１０の裏面ま
たは上面に設けてもよいし、液晶表示パネル１０の電極
面（信号電極面または走査電極面に設けてもよい。これ
は次の第４及び第５の実施例においても同様である。

第１１図〜第１４図はこの発明の第４の実施例を示した
もので、この実施例は、レンズ部材として、液晶表示パ
ネル１０の各画素表示部列と対応させて画素表示部列に
沿う多数の半円柱状レンズ部６１、　Ｃ）１．・・・を
形成したレンテイキュラーレンズ６０を使用するととも
に、液晶表示パネル１０とレンテイキユラーレンズ６０
との間に三原色カラーフィルタ５０を設けてカラー画像
を表示するようにしたものである。

前記三原色カラーフィルタ５０は、第１２図に示すよう
な、レンテイキュラーレンズ６０の各半円柱状レンズ部
６１．６１．・・・と対応させて、帯状の赤色フィルタ
Ｒと緑色フィルタＧと青色フィルタＢとを交互に配列形
成した縞状のものか、あるいは第１３図に示すような、
赤色フィルタＲと緑色フィルタＧと青色フィルタＢとを
縦方向及び横方向に交互に配列形成したモザイク状のも
のとされており、この三原色カラーフィルタ５０は、レ
ンテイキュラーレンズ６０の上面に接着されている。

第１４図は第１２因に示したモザイク状の三原色カラー
フィルタ５０を使用した場合の画面を示したも゛ので、
Ｒａは赤色画素、Ｑａは緑色画素、Ｂａは青色画素を示
している。

なお、この実施例では、レンズ部材としてレンテイキュ
ラーレンズ６０を使用しているから、各画素Ｒａ、Ｇａ
、Ｂａは、液晶表示パネル１０の画素表示部Ａ、Ａ、・
・・の大きさに対して巾だけが狭くなった細巾スポット
状の画素となる。

第１５図及び第１６図はこの発明の第５の実施例を示し
たもので、この実施例は、上記第４の実施例のカラー画
像表示装置において、レンテイキュラーレンズ６０の各
半円柱状レンズ部６１．６１．・・・を３列ずつ１組と
し、各組の半円柱状レンズ部６１゜６１、６１のうち、
両側の半円柱状レンズ部６１．６１の光軸０，０をそれ
ぞれ中央の半円柱状レンズ部６１側にずらしたものであ
る。

この実施例によれば、第１６図に示すように、赤色画素
Ｒａの列と緑色画素Ｇａの列と青色画素Ｂａの列とから
なる３色１組の画素列群２，２゜・・・の両側の画素列
（第１６図では緑色画素Ｇａ列と青色画素Ｂａ列）を中
央の画素列（第１６図では赤色画素Ｒ’ａ列）に近ずけ
て、各画素列群Ｚ。

Ｚ、・・・間にスペースをとることができるから、さら
に鮮明なカラー画像を表示することができる。

なお、第１４図は第１２図に示した三原色カラーフィル
タ５０を使用した場合の画面を示している。

なお、上記各実施例では液晶表示パネル１ｏの上面に不
透明膜１８．１８．・・・を形成しているが、この不透
明膜１８．１８．・・・は液晶表示パネル１０の内面（
上下の基板１１．１２の一方または両方の内面）に形成
してもよいし、またこの不透明膜１８．１８．・・・を
なくしてもよい。

また、上記各実施−ではレンズ部材（凸レンズ配列体３
０、平板マイクロレンズ４０．レンテイキユラーレンズ
６０）を液晶表示パネル１０とバックライト２０との間
に設けているが、このレンズ部材は、液晶表示パネル１
０の裏面またはバックライト２ｏの発光面に一体的に設
けてもよいし、またこのレンズ部材を液晶表示パネル１
０に対して接離可能に設けて、表示画素の大きざを任意
に変えられるように［・でもよい。

すらに、上記実施例では液晶表示パネル１０の裏面側に
設けたバックライト２０を点灯させて表示する画像表示
装置について説明したが、この発明は、常時は外光（自
然光や室内照明光）を液晶表示パネル１０の裏面側から
取り入れて外光を利用する表示を行ない、十分な外光が
得られないときにバックライト２０を点灯させて表示を
行なう画像表示装　　　置にも適用することができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、液晶表示パネルの各画素表示部に向
かう照明光をレンズ部材により各画素表示部の一部に集
光させて照明光の明るさを増加させてやることができる
から、バックライトの発光輝度を高くすることなく、少
ない照明光量でコントラストのよい鮮明な画像を表示す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の第１の実施例を示したもの
で、第１図は画像表示装置の断面図、第２図は凸レンズ
配列体の斜視図、第３図及び第４図は電圧非印加状態及
び電圧印加状態の画面の一部分図である。第５図及び第
６図はこの発明の第２の実施例を示す画像表示装置の断
面図及び平板マイクロレンズの斜視図である。第７図〜
第１０図はこの発明の第３の実施例を示したもので、第
７図は画像表示装置の断面図、第８図及び第９図はそれ
ぞれ平板マイクロレンズと三原色カラーフィルタの斜視
図、第１０図は画面の一部分図である。第１１図〜第１
４図はこの発明の第４の実施例を示したもので、第１１
図は画像表示装置の断面図、第１２図及び第１３図はそ
れぞれ平板マイクロレンズと三原色カラーフィルタの斜
視図、第１４図は画面の一部分図である。第１５図及び
第１６図はこの発明の第５の実施例を示す画像表示装置
の断面図及び画面の一部分図である。第１７図は従来の
画像表示装置の断面１図、第１８図は２重マトリクス液
晶表示パネルの電極パターン図、第１９図及び第２０図
は従来の画像表示装置の電圧非印加状態及び電圧印加状
態の画面の一部分図である。１０・・・透過型マトリクス液晶表示パネル、２０・・
・バックライト、３０・・・凸レンズ配列体、３１・・
・凸レンズ、４０・・・平板マイクロレンズ、４１・・
・光屈折部、５ｏ・・・三原色カラーフィルタ、６０・
・・レンテイキユラーレンズ、６１・・・半円柱状レン
ズ部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図ん第２図第３図第４図第１７図第１９図第２０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）裏面側から照明光を受けて画像を表示する透過型
のマトリクス液晶表示パネルを用いた画像表示装置にお
いて、前記液晶表示パネルの裏面側に、液晶表示パネル
の各画素表示部に向かう照明光を各画素表示部の一部に
集光させるレンズ部材を設けたことを特徴とする画像表
示装置。
（２）レンズ部材は、液晶表示パネルの各画素表示部と
対応させて多数の凸レンズを配列した凸レンズ配列体で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像
表示装置。
（３）レンズ部材は、透光板に、液晶表示パネルの各画
素表示部と対応させて凸レンズと同様に光を屈折させる
多数の光屈折部を形成した平板マイクロレンズであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像表示装
置。
（４）レンズ部材は、液晶表示パネルの各画素表示部列
と対応させて画素表示部列に沿う多数の半円柱状レンズ
部を形成したレンテイキユラーレンズであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の画像表示装置。
（５）液晶表示パネルの裏面とレンズ部材との間には三
原色カラーフイルタが設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１つに記載の
画像表示装置。