WO2007026463A1

WO2007026463A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2007026463A1
Application number: PCT/JP2006/313480
Authority: WO
Inventors: Hiromi Katoh; Osamu Teranuma; Yasukuni Yamane
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2007-03-08

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶表示装置、特には画像入力機能を備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、表示装置の分野においては、表示機能に加え、入力機能をも兼ね備えた表示装置が普及してきている。このような表示装置の一例としては、タツチパネル付の表示装置が挙げられる (例えば、特許文献 1参照。 ) o特許文献 1に開示の表示装置は、プロジェクタ力も照射された光を表示領域へと導き、導かれた光のうち表示領域上に置かれたユーザの指で反射された光を CCDカメラで受光することによってタツチ位置の検出を行なっている。

[0003] また、タツチパネル付の表示装置の他に、画像そのものを取り込むことができるように構成された液晶表示装置も開示されている (例えば、特許文献 2参照)。特許文献 2に開示された表示装置は、アクティブマトリクス基板上にマトリクス状に配置された複数個のフォトダイオードを備えており、これにより、表示画面上の物体の画像を取り込んでいる。

特許文献 1：特開 2001— 350586号公報 (第 1図）

特許文献 2：特開 2004— 159273号公報 (第 2図-第 3図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1に開示の表示装置においては、プロジェクタを使用する必要があるため、電源ファンによる騒音が大きいという問題、発熱量が大きいという問題、装置全体を小型化できないという問題がある。

[0005] また、特許文献 2に開示の表示装置は、画像の取り込みを可能とする構成を備えているが、結像光学系を備えていないため、特許文献 2に開示の表示装置において、鮮明な取り込み画像を得ることは不可能である。特許文献 2の表示装置には、高解像度での取り込みを行なうことが不可能であるという問題がある。 [0006] 本発明の目的は、上記問題を解消し、発熱量が少なぐ静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度での画像の取り込みを可能とし得る液晶表示装置を提供することにめる。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、メインバックライト装置と、サブバックライト装置と、結像光学系を有する撮像部とを備え、前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像し、前記メインバックライト装置は、前記メインバックライト装置の発光面が前記液晶表示パネルと対向し、且つ、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間に空間が存在するように配置され、前記サブバックライト装置は、前記液晶表示パネルと前記バックライト装置との間において、前記サブバックライト装置の発光面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲むように配置されていることを特徴とする。

発明の効果

[0008] 以上のように本発明における液晶表示装置によれば、液晶表示パネルを用いて画像を表示できるため、発熱量の減少化、静音化及び小型化を達成できる。更に、本発明における液晶表示装置においては、撮像部が結像光学系を備えるため、従来の入力機能を備えた表示装置に比べて、高解像度での画像の取り込みを達成できる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示す液晶表示装置を構成するサブバックライト装置と液晶表示パネルとの位置関係を示す平面図である。

[図 3]図 3は、図 1に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 4]図 4は、図 1〜図 3に示した液晶表示装置に備えられた撮像部の概略構成を示す断面図である。 [図 5]図 5は、本発明の実施の形態 1において用いられるサブバックライト装置の構成を示す断面図である。

[図 6]図 6は、本発明の実施の形態 1において用いられるサブバックライト装置の光学層を構成するプリズムシートの一部分を拡大して示す断面図である。

[図 7]図 7は、図 5に示すサブバックライト装置の発光面力出射される光の配向を示す図である。

[図 8]図 8は、図 1及び図 3に示した液晶表示装置に備えられた検出光源の概略構成を示す図であり、図 8 (a)は検出光の出射方向に沿って切断した断面図、図 8 (b)は正面図である。

[図 9]図 9は、検出光源の他の例を示す図であり、図 9 (a)は検出光の出射方向に沿つて切断した断面図、図 9 (b)は正面図である。

[図 10]図 10は、カラーフィルタの透過率分光特性を示す図である。

[図 11]図 11は、液晶表示パネルを構成する偏光板の透過率分光特性を示す図である。

[図 12]図 12は、図 1〜図 3に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成を示すブロック図である。

[図 13]図 13は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

圆 14]図 14は、図 13に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 15]図 15は、図 13に示すサブバックライト装置の内部を拡大して示す平面図である。

[図 16]図 16は、図 13及び図 14に示した液晶表示装置に備えられた撮像部の概略構成を示す断面図である。

[図 17]図 17は、図 13〜図 16に示した撮像部によって撮像された画像の外形と補正後の画像の外形とを示す図である。

[図 18]図 18は、図 13及び図 14に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成を示すブロック図である。

[図 19]図 19は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 20]図 20は、図 19に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 21]図 21は、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 22]図 22は、図 21に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 23]図 23は、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 24]図 24は、図 23に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 25]図 25は、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 26]図 26は、図 25に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 27]図 27は、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 28]図 28は、図 27に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、メインバックライト装置と、サブバックライト装置と、結像光学系を有する撮像部とを備え、前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像し、前記メインバックライト装置は、前記メインバックライト装置の発光面が前記液晶表示パネルと対向し、且つ、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間に空間が存在するように配置され、前記サブバックライト装置は、前記液晶表示パネルと前記バックライト装置との間において、前記サブバックライト装置の発光面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲むように配置されていることを特徴とする。

[0011] なお、本発明でいう「バックライト装置と液晶表示パネルとの間の空間」は、撮像部の光学的撮像距離 (結像光学系の焦点距離)を確保するために設けられた空間を、 V、、その大きさや形状は特に限定されるものではな！/、。

[0012] 上記本発明における液晶表示装置においては、前記サブバックライト装置が、その発光面から出射された光の最も輝度が高い方向が、発光面の法線に対して傾斜するように構成され、前記最も輝度が高い方向が前記液晶表示パネルへと向力う方向となるように配置されている態様とするのが好ましい。上記態様とした場合は、光の利用効率の向上を図ることができる。

[0013] また、上記態様は、前記サブバックライト装置が、光源と、プリズムシートを含む光学層とを備え、前記光学層は、前記光源から出射された光が前記光学層を通過するように配置され、前記プリズムシートは、一方向に伸びる複数条の溝を備え、前記複数条の溝それぞれの断面形状は、前記プリズムシート主面の法線に対して非対称な形状に形成されている場合に容易に実現できる。更に、上記態様は、前記サブバックライト装置が、その発光面の法線が前記液晶表示パネルの法線に対して垂直に交わるように配置されて、る場合に有効である。

[0014] 上記本発明における液晶表示装置においては、前記サブバックライト装置が、その発光面を前記液晶表示パネル側に傾斜させた状態で配置されて、る態様とするのも好ましい。この態様においても、光の利用効率の向上を図ることができる。

[0015] 上記本発明における液晶表示装置にお!、ては、前記液晶表示パネルの観察者側に向けて検出光を照射する検出光源を備え、前記検出光源が、前記検出光として 7 OOnm以上の波長の光を照射し、前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する前記検出光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像する態様とするのが好ましい。上記態様とした場合は、可視光によるノイズを除去でき、撮像画像の解像度の向上を図ることができる。

[0016] また、上記本発明における液晶表示装置にお!、ては、前記撮像部が、前記サブバックライト装置の内部に配置され、前記サブバックライト装置が、光源と、光学層とを有し、前記光学層は、前記光源から出射された光が前記光学層を通過するように配置され、前記光学層における前記撮像部に受光される光の光学的経路と重なる領域には、開口部が形成され、前記開口部の内部に、または前記開口部の開口が覆われるように、 700nm以上の波長の光を透過させるバンドパスミラーが配置されて!、るのも好ましい。この場合は、撮像部の配置によって、液晶表示パネルやメインバックライト装置が悪影響を受けるのを回避できる。

[0017] また、上記本発明における液晶表示装置にお!、ては、前記撮像部が、前記メインバックライト装置の内部に配置され、前記メインバックライト装置が、光源と、光学層とを有し、前記光学層は、前記光源から出射された光が前記光学層を通過するよう〖こ配置され、前記光学層における前記撮像部に受光される光の光学的経路と重なる領域には、開口部が形成され、前記開口部の内部に、または前記開口部の開口が覆われるように、 700nm以上の波長の光を透過させるバンドパスミラーが配置されて!ヽる態様とすることもできる。上記態様とした場合は、撮像領域を撮像部の正面に位置させることができるため、撮像画像が台形状に歪むのを回避できる。また、液晶表示装置の構成を簡略ィ匕することもできる。

[0018] また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記メインバックライト装置力 S、その発光領域の面積が前記液晶表示パネルの表示領域の面積よりも大きくなるように構成されているのが好ましい。この場合、液晶表示パネルとバックライト装置との間の距離が長い場合であっても、液晶表示パネルを十分に照明することができる。

[0019] 更に、上記本発明における液晶表示装置においては、前記サブバックライト装置が、その前記メインバックライト装置側の端部が前記メインバックライト装置の発光領域の外縁の内側に位置するように配置されているのが好ましい。この場合、観察者によつて、ノックライト装置とサブバックライト装置との境界が観察されてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。また、前記サブバックライト装置が、その前記液晶表示パネル側の端部が前記液晶表示パネルの表示領域の外縁の外側に位置するように配置されているのも好ましい。この場合は、観察者によって、液晶表示パネルとサブバックライト装置との境界が観察されてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。

[0020] (実施の形態 1)

以下、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置について、図 1〜図 12を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態 1における液晶表示装置の全体構成について図 1〜図 3を用いて説明する。図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 2は、図 1に示す液晶表示装置を構成するサブバックライト装置と液晶表示パネルとの位置関係を示す平面図である。図 3は、図 1に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[0021] 図 1〜図 3に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル 2と、メインバックライト装置 5と、サブバックライト装置 14a〜14dと、結像光学系（図示せず)を有する撮像部 4a〜4dとを備えている。図 3においては、サブバックライト装置 14a〜14dの図示は省略している。

[0022] 本実施の形態 1にお、て、液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置である。液晶表示パネル 2は、アクティブマトリクス基板 2cと、液晶層 2bと、フィルタ基板 (対向基板 ) 2aとを備えている。液晶層 2bは、アクティブマトリクス基板 2cとフィルタ基板 2aとによつて挟み込まれている。液晶層 2bを封止するためのシールについては、図示を省略している。また、フィルタ基板 2a及びアクティブマトリクス基板 2cそれぞれにおける液晶層 2b側の反対側の面には、図示していないが、偏光板が設けられている。

[0023] アクティブマトリクス基板 2cには、マトリクス状に配置された複数のアクティブ素子（図示せず)が形成されている。アクティブ素子は画素を構成しており、画素が設けられた領域と厚み方向（図 1中の太線の矢印で示す）において重なる領域力表示領域 3となっている。また、アクティブマトリクス基板 2cには、図示していないが、ゲート駆動回路やソース駆動回路といった駆動回路が設けられている。フィルタ基板 2aには、各画素に対応する複数のカラーフィルタ（図示せず)や、対向電極が形成されている。

[0024] 図 1に示すように、撮像部 4a〜4dは、観察者側力も液晶表示パネル 2に入射し、且つ、液晶表示パネル 2及び結像光学系を通過する光を受光して、液晶表示パネル 2 の観察者側における状態を撮像する。具体的には、撮像部 4a〜4dは、液晶表示パネル 2の表示領域 3上の被写体 1 (ヒトの指先)からの反射光が、液晶表示パネル 2を介して、結像光学系に入射するように配置されている。撮像部 4a〜4dは、結像光学系に入射し、且つ、これを通過した光を受光し、これによつて被写体 1を撮像している。なお、撮像部 4a〜4dの具体的な構成については後述する。

[0025] また、本実施の形態 1にお!/、ては、液晶表示装置は、液晶表示パネル 2の観察者側に向けて、即ち、被写体 1に向けて検出光を照射する検出光源 7も備えている。このため、撮像部 4は、観察者側力液晶表示パネルに入射し、且つ、液晶表示パネル 2及び結像光学系を通過する検出光、即ち、被写体 1で反射された検出光を受光することによって、撮像を行っている。更に、検出光の波長は、赤外領域に設定されている。この点については、後述する。

[0026] メインバックライト装置 5は、一般的な透過型の液晶表示装置においても備えられているものであり、発光面が液晶表示パネル 2と対向するように配置されている。但し、一般的な液晶表示装置では、メインバックライト装置は、液晶表示パネルに密着しているのに対し、メインバックライト装置 5は、メインバックライト装置 5と液晶表示パネル 2との間に空間 18が存在するように配置されている。具体的には、液晶表示パネル 2 とメインバックライト装置 5とは、フレーム 20によって、一定の距離 Lを置いて保持されている。

[0027] このように、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間に空間 18を設け、これらの間の距離を従来に比べて大きくしているのは、撮像部 4a〜4dの光学的撮像距離 (結像光学系の焦点距離)を稼ぐためである。本実施の形態 1において、空間 1 8の大きさ (距離 Lの長さ）は、撮像部 4a〜4dの光学的撮像距離を考慮して設定すれば良い。

[0028] 例えば、液晶表示パネル 2の大きさ力 30インチ程度であるならば、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との距離 Lは 15cm程度に設定される。液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間には、液晶表示装置の強度を高めるため、透明の榭脂材料を充填する等しても良い。

[0029] また、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間の距離 Lが従来に比べて大きいため、図 1及び図 3に示すように、メインバックライト装置 5は、その発光領域の面積が表示領域 3の面積よりも大きくなるように構成するのが好ましい。これは、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との距離 Lが大き、と、液晶表示パネル 2の照射領域が減少する傾向にあるからである。

[0030] また、本実施の形態 1にお!/、て、メインバックライト装置 5は、直下型のメインバックライト装置であり、複数の蛍光ランプ 6と、光学層 13とを備えている。複数の蛍光ランプ 6は、バスタブ型の筐体 8の底面に、互いに平行な状態で配置されている（図 3参照）。筐体 8の内面には、図示していないが、反射シートが貼付されている。光学層 13は、拡散板 9、拡散シート 10、プリズムシート 11、反射 Z偏光シート 12を順に積層して形成されている。

[0031] ところで、このように液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間に空間 18が設けられていると、図 2に示すように、液晶表示パネル 2の表示領域 3の外縁近傍の領域 (領域 A)に照明光が届きに《なる可能性がある。この場合、領域 Aの輝度が低下し、液晶表示装置の表示品位が低下するおそれがある。このため、図 1及び図 2に示すように、サブバックライト装置 14a〜14dが、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間において、発光面を空間 18に向けた状態で、空間 18を囲むように配置されている。

[0032] この結果、フレーム 20の側壁側からも照明光が出射され、領域 Aにも照明光が届くため、上記した表示品位の低下を回避することができる。なお、本実施の形態 1においては、 4つのサブバックライト装置 14a〜14dが配置されている力サブバックライト装置の数は特に限定されるものではない。例えば、図 2に示すサブバックライト装置 1 4aと 14cのみが配置された態様や、サブバックライト装置 14bと 14dのみが配置された態様であっても良い。なお、サブバックライト装置 14a〜14dの具体的な構成については後述する。 17はサブバックライト装置の光学層であり、図 1においては外形のみで図示している。

[0033] また、本実施の形態 1においては、図 1及び図 2に示すように、サブバックライト装置 14a〜14dは、そのメインバックライト装置 5側の端部力メインバックライト装置 5の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置するように配置するのが好ましい。この場合、観察者によって、メインバックライト装置 5とサブバックライト装置 14a〜14dとの境界が観察されてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。なお、メインバックライト装置 5の発光領域の外縁は、図 1の例では、光学層 13の外縁に一致する

[0034] また、図 1及び図 2に示すように、サブバックライト装置 14a〜14dは、その液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのも好ましい。具体的には、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブバックライト装置 14a〜14dの液晶表示パネル 2側の端部との距離 L2 (図 1参照）力表示領域の対角線の長さを T[cm]として、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。この場合は、観察者によって、液晶表示パネル 2とサブバックライト装置 14a〜14dとの境界が観察されてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。

[0035] また、本実施の形態 1では、撮像部 4a〜4dは、液晶表示パネル 2の裏側における液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間であって、液晶表示パネル 2の厚み方向にお、て表示領域 3と重なる領域の周辺（空間 18の周辺）に配置されて、る。具体的には、撮像部 4a及び 4dは、サブバックライト装置 14aの内部に配置され、撮像部 4b及び 4cは、サブバックライト装置 14cの内部に配置されている。このように、本実施の形態 1においては、撮像部 4a〜4dは、液晶表示パネル 2の厚み方向において表示領域 3と重ならないように配置される。このため、撮像部 4a〜4dの配置によつて、液晶表示パネル 2やメインバックライト装置 5が悪影響を受けることはな、。

[0036] 本実施の形態 1にお、ては、 4つの撮像部 4a〜4dが設けられて、る。また、撮像部 4a〜4dそれぞれは、表示領域 3内の異なる領域における観察者側の状態を撮像できるように配置されている。このような構成とすると、単一の撮像部し力設けられない場合に比べて、撮像部 4a〜4dそれぞれの撮像領域を狭くすることができ、撮像部 4a 〜4dが求める光学的撮像距離を短くすることができる。よって、単一の撮像部しか設けられない場合に比べて、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5との間の距離 Lを短くでき、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。なお、本実施の形態 1において、撮像部の数は特に限定されるものではなぐ表示領域 3の大きさや撮像部の撮像範囲を考慮して適宜設定できる。

[0037] 更に、撮像部 4a〜4dそれぞれの撮像領域は、被写体 1の位置の認識が正確に行われるようにするため、隣接する撮像領域同士が部分的に重なり合うように設定するのが好ましい。また、撮像部 4a〜4dは、表示領域 3上に存在するものを被写体 1として撮像するため、撮像部 4a〜4dの結像光学系の合焦範囲は、液晶表示パネルの表面近傍、例えば、表示領域 3から観察者側に lcmの範囲内に設定するのが好ましい

[0038] また、本実施の形態 1では、検出光源 7は光量ロスを少なくするため、表示領域 3の周辺の領域に配置されている。具体的には、検出光源 7は 4つ備えられており、各検出光源 7は、表示領域 3のいずれかの辺に沿って、表示領域 3を囲むように配置されている。各検出光源 7は、対向位置にある検出光源 7へ向けて検出光を出射する。なお、本実施の形態 1において、検出光源 7の数は特に限定されるものではない。例えば、検出光源 7の数が二つであって、対向する 2辺にのみ検出光源 7が配置された態様であっても良い。

[0039] 次に、撮像部 4a〜4dの構成について図 4を用いて具体的に説明する。先ず、撮像部 4a〜4dの構成について図 4は、図 1〜図 3に示した液晶表示装置に備えられた撮像部の概略構成を示す断面図である。図 4に示すように、本実施の形態 1においては、撮像部 4a〜4dは全て同様の構成を備えている。撮像部 4a〜4dは、結像光学系を構成するレンズ素子 30と、レンズ素子 30によって結像された像を受光する固体撮像素子 32と、設定波長以上の波長の光のみを透過させる光学フィルタ (ハイパスフィルタ） 31とを備えている。固体撮像素子 32は、 CCD固体撮像素子や、 MOS型固体撮像素子といった固体撮像素子である。光学フィルタ 31の機能については後述する

[0040] レンズ素子 30と固体撮像素子 32とは、いわゆるシフト光学系を構成している。具体的には、固体撮像素子 32及びレンズ素子 30は、固体撮像素子 32の受光面の中心を通る法線 32aとレンズ素子 30の光軸 30aとが平行となり、且つ、光軸 30aが法線 32 aからシフトした状態でフレーム 33に保持されている。更に、図 1〜図 3に示したように、撮像部 4a〜4dそれぞれは、固体撮像素子 32の受光面が表示領域 3に対して平行となり、且つ、固体撮像素子 32の法線 32aがレンズ素子 30の光軸 30aよりも表示領域 3の外側に位置するように配置される。

[0041] このように、本実施の形態 1では、シフト光学系が採用されているため、固体撮像素子 32の受光面には、台形歪みの少ない像が結像される。よって、本実施の形態 1によれば、撮像部 4a〜4dが出力した撮像データに対して、台形歪みを改善するための補正を行うことなぐ画質の優れた画像を得ることができる。

[0042] なお、本発明にお、て「結像光学系」とは、液晶表示パネルの表面近傍と撮像部の受光面とに焦点を有し、液晶表示パネルの表面近傍の像を受光面に結像させるレンズ系をいう。よって、図 4の例では、結像光学系は、レンズ素子 30のみによって構成されている力複数のレンズ素子を備えたレンズ群で構成されていても良い。但し、シフト光学系を構成する場合は、結像光学系は、斜め光が蹴られずにレンズ系を透過するように設計されている必要がある。この場合、結像光学系は、シフト光学系が構成されな、場合に比べて、大口径のレンズ系によって構成する必要がある。

[0043] 次に、サブバックライト装置 14a〜14dの構成について図 5〜図 7を用いて具体的に説明する。図 5は、本発明の実施の形態 1において用いられるサブバックライト装置の構成を示す断面図である。図 6は、本発明の実施の形態 1において用いられるサブバックライト装置の光学層を構成するプリズムシートの一部分を拡大して示す断面図である。図 7は、図 5に示すサブバックライト装置の発光面から出射される光の配向を示す図である。

[0044] 図 5は、撮像部 4a及び 4dを備えたサブバックライト装置 14a (図 2参照）の断面構成を示している。図 5に示すように、本実施の形態 1において、サブバックライト装置 14a は、直下型のバックライト装置である。サブバックライト装置 14aは、光源となる複数の蛍光ランプ 15と、光学層 17とを備えている。

[0045] 複数の蛍光ランプ 15は、メインバックライト装置 5と同様に、バスタブ型の筐体 16の底面に、互いに平行な状態で配置されている。筐体 16の内面には、図示していない 1S 反射シートが貼付されている。また、筐体 16の開口を塞ぐように、光学層 17が設けられている。蛍光ランプ 15から出射された光は、光学層を通過して、外部へと出射される。光学層 17は、メインバックライト装置 5の光学層 13と同様に（図 1参照）、拡散板 51、拡散シート 52、プリズムシート 53、反射 Z偏光シート 54を順に積層して形成されている。

[0046] 但し、メインバックライト装置 5と異なり、サブバックライト装置 14aでは、筐体 16の底面に、更に、撮像部 4aと撮像部 4d (撮像部 4dについては図示せず)も配置されている。撮像部 4a及び 4dは、蛍光ランプ 15と干渉しないように、蛍光ランプ 15間に配置されている。

[0047] 更に、光学層 17には、撮像部 4a及び 4dによる撮像が光学層 17によって妨げられないようにするため、開口部 56が形成されている。開口部 56は、光学層 17において、撮像部 4a及び 4dに受光される光の光学的経路と重なる領域に形成されている。また、図 5に示すように、開口部 56の内部には、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 57を配置するのが好まし、。

[0048] バンドパスミラー 57を配置して、な、場合は、開口部 56が観察者側力も観察されて、表示品位が低下する可能性がある。しかし、バンドパスミラー 57を配置することによって、このような事態を回避できる。バンドパスミラー 57の具体例としては、検出光のみを透過させるダイクロイツクミラーが挙げられる。検出光の具体的な波長については後述する。また、バンドパスミラー 57の配置は、図 5の例に限定されるものではない。例えば、バンドパスミラー 57は、開口部 56の開口を覆うように配置しても良い。

[0049] また、本実施の形態 1にお!/、て、撮像部 4b及び 4cを備えたサブバックライト装置 14 c (図 2参照)も、図 5に示すサブバックライト装置 14aと同様の構成を備えている。サブバックライト装置 14b及び 14d (図 2参照）は、撮像部が配置されない点及び光学層 17に開口部 56が設けられない点を除き、図 5に示したサブバックライト装置 14aと同様に構成されている。

[0050] ところで、図 1に示すように、本実施の形態 1においては、サブバックライト装置 14a 〜14dは、その発光面の法線が液晶表示パネル 2の法線に対して垂直に交わるように配置されている。言い換えると、サブバックライト装置 14a〜14dは、それぞれの発光面が液晶表示パネル 2の法線と平行になるように配置されている。従って、本実施の形態 1においては、光の利用効率の点から、サブバックライト装置 14a〜14dの発光面から出射された光の最も輝度が高い方向が、発光面の法線方向ではなぐ液晶表示パネル 2へと向力う方向となっているのが好ましい。

[0051] このため、図 6に示すように、本実施の形態 1では、一方向に伸びる複数条の溝を備えたプリズムシート 53において、複数条の溝は、それぞれの断面形状が、プリズムシート主面の法線に対して非対称な形状となるように形成されて、るのが好ま、。図 6に示すプリズムシート 53を用いた場合は、図 7に示すように、サブバックライト装置 14a〜14dの発光面から出射された光の最も輝度が高い方向（主要光成分）は、発光面の法線に対して傾斜する。よって、サブバックライト装置 14a〜14dから液晶表示パネル 2へと向力う方向において、最も輝度が高くなるようにすることができ、光の利用効率の向上を図ることができる。

[0052] なお、本実施の形態 1において、サブバックライト装置 14a〜14dの構成は、図 5に示す例に限定されるものではない。例えば、サブバックライト装置 14a〜14dは、光学層 17の変わりに、ハーフミラーや、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラーが用いられた態様であっても良、。

[0053] 次に、検出光源 7の構成について図 8及び図 9を用いて具体的に説明する。図 8は、図 1及び図 3に示した液晶表示装置に備えられた検出光源の概略構成を示す図であり、図 8 (a)は検出光の出射方向に沿って切断した断面図、図 8 (b)は正面図である。図 9は、検出光源の他の例を示す図であり、図 9 (a)は検出光の出射方向に沿つて切断した断面図、図 9 (b)は正面図である。

[0054] 図 8 (a)及び (b)に示すように、検出光源 7は、複数個の発光ダイオード 21を備えている。各発光ダイオード 21が出射する光の波長は、後述するように予め設定されている。複数個の発光ダイオード 21は、出射面が揃うようにして、フレーム 23の内部に一列に配置されている。また、発光ダイオード 21は、それぞれ個別に榭脂によってモ一ルドされている。 22は、榭脂モールドを示している。

[0055] フレーム 23は、出射方向側が開口したボックス状に形成されている。フレーム 23の出射方向側の開口には、面発光を可能とするため、拡散シートを含む光学シート 24 が取り付けられている。また、フレーム 23の内面には、反射シートが貼付されている。図 8 (b)においては、光学シート 24の図示は省略している。

[0056] このような検出光源 7を表示領域 3の周囲に配置すれば、被写体 1 (図 1参照）が表示領域 3上のどの位置にあっても、検出光が被写体 1に照射され、その反射光が撮像部 4によって受光される。また、配置する発光ダイオード 21の数は特に限定されるものではなぐ表示領域 3 (図 1〜図 3参照）の大きさに応じて必要な光量が得られるように設定すれば良い。

[0057] また、本実施の形態 1においては、検出光源 7の代わりに、図 9に示す検出光源 25 を用いることもできる。図 9の例においても、検出光源 25は、榭脂によってモールドされた複数個の発光ダイオード 21を備えている。但し、検出光源 25は、図 8に示した検出光源 7と異なり、導光板 26を備えている。また、導光板 26は、直方体形状に形成されており、各発光ダイオード 21は、導光板 26の長軸方向に位置する端面と対向するように配置されている。各発光ダイオード 21から出射された光は、導光板 26の内部で反射を繰り返した後、出射方向側にある側面から出射される。

[0058] また、図 9の例においても、フレーム 27は、出射方向側が開口したボックス状に形成されている。更に、図 8の例と同様に、フレーム 27の出射方向側の開口には、拡散シートを含む光学シート 28が取り付けられている。また、フレーム 27の内面にも、反射シートが貼付されている。また、図 9 (b)においても、光学シート 28の図示は省略している。

[0059] このように、図 9に示す検出光源 25を用いた場合は、図 8の例に比べて少ない数の発光ダイオード 21によって面発光が可能となるため、消費電力の削減を図ることができる。また、図 8の例では、発光ダイオード 21は、導光板 26の端面毎に 2個ずつ配置されている力発光ダイオード 21の数は特に限定されるものではない。

[0060] ここで、検出光源 7から出射される検出光の波長と、撮像部 4が受光する光の波長とについて図 10及び図 11を用いて説明する。図 10は、カラーフィルタの透過率分光特性を示す図である。図 10において、横軸は光の波長 [nm]を示し、縦軸は透過率 [%]を示している。また、図 10は、ブルー、グリーン、レッドそれぞれのカラーフィルタにつ!/、て透過率を示して!/、る。

[0061] 図 11は、液晶表示パネルを構成する偏光板の透過率分光特性を示す図である。

図 11において、横軸は透過光の波長 [nm]を示し、縦軸は透過率 [%]を示している。また、図 11は、二枚の偏光板を平行-コル配置にした場合と、直交-コル配置にした場合とを示している。

[0062] 図 1を用いて上述したように、被写体 1で反射した検出光は、液晶表示パネル 2を透過した後、撮像部 4に入射するが、このとき、検出光は、液晶表示パネル 2のカラーフィルタや偏光板を透過する必要がある。よって、検出光がカラーフィルタや偏光板を容易に透過できるようにするためには、図 10及び図 11に示すように、検出光の波長が赤外領域に設定されて、るのが好ま、。

[0063] 具体的には、検出光の波長の下限は、 700nm以上に設定する。また、検出光の波長の下限は、 800nm以上、特には 850nm以上に設定するのが好ましい。また、一般に、波長が lOOOnmを超える光を受光できる固体撮像素子は、高価であることから、検出光の波長の上限は、 lOOOnm以下とするのが好ましい。

[0064] また、検出光の波長が赤外領域に設定されて、る場合に、被写体 1によって反射された可視光が撮像部 4に入射すると、この可視光はノイズ成分となる。また、ここでいう可視光としては、バックライトから出射され、液晶表示パネル 2を通過した照明光や、液晶表示装置の外部からの光が挙げられる。

[0065] よって、撮像部 4は、波長が赤外領域の光のみを受光できるように構成されて!、るのが良い。具体的には、図 4で示した光学フィルタ 31として、波長が 700nm以上、好ましくは 800nm以上、特に好ましくは 850nm以上の光のみを透過させるハイパスフィルタを用いるのが良い。

[0066] また、上述したしょうに、サブバックライト装置 14a及び 14cの光学層 17の開口部 56 に、可視光を反射し、波長が赤外領域の光 (検出光)のみを透過させるバンドパスミラ一 57を配置するのであれば、光学フィルタ 31を用いない態様とできる。この態様においては、バンドパスミラー 57によって、可視光によるノイズ成分が除去される。この場合、バンドパスミラー 57としては、波長が 700nm以上、好ましくは 800nm以上、特に好ましくは 850nm以上の光のみを透過させるダイクロイツクミラーを用いることができる。

[0067] 以上のように、本実施の形態 1においては、表示領域 3上にある被写体 1の光学像は結像光学系によって受光面に結像される。よって、本実施の形態 1における液晶表示装置を用いることで、従来に比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。また、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0068] 特に、本実施の形態 1にお!/、ては、被写体を撮像するために赤外領域の波長の光を使用し、可視光によるノイズを除去できる。このため、本実施の形態 1によれば、例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。

[0069] また、本実施の形態 1にお!/ヽて、撮像部 4は撮像した光学像を撮像データとして出力するが、液晶表示装置は、この撮像データに基づいて画像処理等を行う制御装置を備免ることちでさる。 [0070] ここで、本実施の形態 1における液晶表示装置で行われる画像処理について図 12 を用いて説明する。図 12は、図 1〜図 3に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成を示すブロック図である。図 12に示すように、本実施の形態 1における液晶表示装置 110は、撮像部 4a〜4dが出力した撮像データに基づヽて画像処理等を行う制御装置 109を備えている。制御装置 109は、主に、画像処理装置 100と、画像入力制御装置 105と、表示制御装置 107とを備えている。また、制御装置 109は、外部装置 108に接続されている。外部装置 108としては、例えば、パーソナルコンビユータ、ゲーム機器、テレビチューナ、 DVDプレイヤー、更には家庭電化製品等の液晶表示装置に映像信号を出力する各種機器が挙げられる。

[0071] また、図 12に示すように、画像入力制御装置 105は、外部装置 108の制御信号による指示に応じて、撮像部 4a〜4dに撮像データの出力を求める。撮像部 4a〜4dそれぞれは、画像入力制御装置 105から制御信号によって出力要請が通知されると、撮像データを画像入力制御装置 105へと出力する。画像入力制御装置 105は、撮像部毎にメモリ 106に撮像データをー且記憶させた後、各撮像データを画像処理装置 100へと出力する。また、画像入力制御装置 105は、外部装置 108の制御信号による指示に応じて、撮像部 4a〜4dそれぞれの固体撮像素子 32 (図 4参照）に対して、撮像の指示、感度設定、解像度設定等を行うこともできる。

[0072] 画像処理装置 100に入力された各撮像データは、先ず、画像合成部 101によって合成され、一つの撮像データとされ、ノイズ除去部 102へと送られる。ノイズ除去部 1 02は、先ず、画像合成部 101が出力した撮像データから、オフセット成分を減算する。更に、ノイズ除去部 102は、オフセット成分の除去後の撮像データから、表示成分の除去を行う。その後、ノイズ除去部 102は、得られた撮像データを画像認識部 103 へと出力する。

[0073] ここで、オフセット成分とは、メインバックライト装置 5 (図 1参照)から照射された後、液晶表示装置 110の構成部材の表面や構成部材間の界面等で反射され、撮像部 4 a〜4dの固体撮像素子 32 (図 4参照）に入射した光量成分をいう。また、表示成分とは、液晶表示パネル 2を介して外部力も撮像部 4a〜4dに入射した光量成分を、う。表示成分は、表示領域に表示される画像によって変動する。 [0074] 表示成分は、設定された基準データ力算出され、算出された値を用いて上記の処理が行われる。オフセット成分は予め設定され、画像処理装置 100が備えるメモリ（図示せず）に格納されている。表示成分を算出するための基準データも同様に予め設定され、画像処理装置 100が備えるメモリ（図示せず）に格納されている。

[0075] オフセット成分の設定は、例えば、次の手順によって行うことができる。先ず、表示領域 3への外部からの光の入射が遮断された状態とする。例えば、液晶表示装置を暗室に配置することによって、または、検出光を透過させるが可視光を透過させないシートや暗幕によって表示領域 3を覆うことによって行う。更に、表示領域 3上に被写体となる物体が存在しな！ヽ状態とする。

[0076] 次に、メインバックライト装置 5の光源の点灯と検出光源 7による検出光の照射とを行い、このときに撮像部 4a〜4dが出力する撮像データを取得する。このとき取得された撮像データ、即ち上記状態で撮像部 4a〜4dの固体撮像素子 32に入射した光量成分が、オフセット成分となる。オフセット成分の設定は、液晶表示装置の工場出荷段階で行うこともできるし、使用を開始した後にユーザが随時行うこともできる。

[0077] また、表示成分を算出するための基準データの設定は、例えば次の手順によって行なうことができる。先ず、液晶表示装置 110の設置環境下において、表示領域 3上に被写体となる物体が存在しない状態とする。次に、外光成分が液晶表示パネル 2 を介して撮像部 4a〜4dに入射したときに、撮像部 4a〜4dが出力する撮像データの最大値および最小値、即ち、液晶表示パネル 2が白表示状態時及び黒表示状態にある時の撮像データを取得する。次に、取得された撮像データから、液晶表示装置 1 10の設置環境下における、外光成分の入射による表示成分の出力幅を算出する。このとき算出された出力幅のデータが、表示成分を算出するためのデータ (基準データ）となる。上述した設定作業は、液晶表示装置 110の使用環境が同じであれば、設置時に一度行えばそれで良い。

[0078] また、表示成分は、液晶表示装置 110を使用している状況下で、映像信号から得られる表示画像の階調レベルと、予め算出された出力幅 (基準データ）とから算出される。上述した表示成分の除去は、具体的には、次の手順によって行われる。先ず、ノィズ除去部 102は、外部装置 108から出力された映像信号から、表示画像の階調レベルを抽出し、抽出した階調レベルと基準データとから表示成分を算出する。次に、ノイズ除去部 102は、このとき撮像部 4a〜4dが出力した撮像データ力も表示成分を減算する。また、上述のように、表示成分は、表示領域に表示される画像によって変動することから、表示状態の変化に応じて随時表示成分を算出する必要がある。

[0079] また、画像認識部 103は、ノイズ除去が行われた撮像データに基づ!/ヽて、被写体の画像及び位置を特定し、これらを画像データとして外部装置 108へと出力する。外部装置 108は、入力された画像データを用いて各種の処理を行い、処理が反映された映像信号を表示制御装置 107へと出力する。外部装置 108が行う処理としては、例えば、外部装置 108がパーソナルコンピュータであるならば、カーソルの移動処理やクリック動作処理等が挙げられる。更に、表示制御装置 107は、映像信号に基づいて制御信号を生成し、これを液晶表示パネル 2の駆動回路（図示せず）に出力する。

[0080] また、本実施の形態 1において、制御装置 109は、例えば、 CPUを内蔵した ICチップによって提供できる。 ICチップは、例えば、 FPCを介して液晶表示パネル 2に接続された基板上に搭載できる。また、この場合、 ICチップに内蔵された CPUは、表示制御装置 107、画像入力制御装置 105、及び画像処理装置 100として機能することができる。

[0081] (実施の形態 2)

次に、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置について、図 13〜図 18を参照しながら説明する。図 13は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 14は、図 13に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。図 15は、図 13に示すサブバックライト装置の内部を拡大して示す平面図である。図 16は、図 13及び図 14に示した液晶表示装置に備えられた撮像部の概略構成を示す断面図である。なお、図 13〜図 16に示された符号のうち、図 1 〜図 5に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 5において当該符号が付された部材と同一の部材を示している。

[0082] 図 13〜図 16に示すように、本実施の形態 2における液晶表示装置は、検出光源 7 の位置、サブバックライト装置 60の構成及び配置、撮像部 34〜34dの構成の点で、実施の形態 1における液晶表示装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態 2における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明する。

[0083] 図 13に示すように、本実施の形態 2においては、サブバックライト装置 60は、その発光面を液晶表示パネル 2側に傾斜させた状態で配置されている。このため、プリズムシートに設けられた溝の断面形状は、プリズムシート主面の法線に対して対称な形状に形成されている。また、図 15に示すように、撮像部 34a〜34dにカ卩え、検出光源 7も、サブバックライト装置 60の内部に配置されている。

[0084] なお、本実施の形態 2においても、 4つのサブバックライト装置 60が配置されている。また、実施の形態 1と同様に、このうちの 1つの内部に、撮像部 34a及び 34dが配置され、これと対向するサブバックライト装置 60の内部に、撮像部 34b及び 34cが配置される。残りの二つのサブバックライト装置 60の内部には、撮像部は配置されていない。

[0085] また、サブバックライト装置 60が傾斜した状態で配置されるため、実施の形態 1と異なり、図 16に示すように、撮像部 34a〜34dにおいて、レンズ素子 35と、固体撮像素子 32とによってシフト光学系は構成されていない。本実施の形態 2では、レンズ素子 35及び固体撮像素子 32は、レンズ素子 35の光軸 35aと固体撮像素子 32の受光面の中心を通る法線 32aとが一致するように、フレーム 36に保持されている。図 13及び図 14に示すように、撮像部 34a〜34dは、固体撮像素子 32の受光面の中心を通る法線 32a (図 11参照）と、レンズ素子 35 (結像光学系）の光軸 35a (図 11参照）とが、表示領域 3に向力つて傾斜した状態で配置される。

[0086] また、検出光源 7は、サブバックライト装置 60の内部に配置されている。このため、本実施の形態 2においては、検出光源 7は、液晶表示パネル 2の裏面側における、液晶表示パネル 2の厚み方向において表示領域 3と重なる領域の周辺に位置することとなる。更に、検出光源 7の光軸は傾斜した状態となるため、検出光は表示領域 3 に向力つて出射される。

[0087] 更に、本実施の形態 2において、液晶表示パネル 2とメインバックライト装置 5とを一定の距離を置、て保持するフレーム 37は、実施の形態 1にお、て図 1に示したフレーム 20とは、形状の点で異なっている。フレーム 37は、サブバックライト装置 60を斜めの状態で保持できるように形成されて、る。

[0088] このように、本実施の形態 2によれば、液晶表示パネル 2の観察者側に検出光源 7 が配置されないため、実施の形態 1に比べて、液晶表示装置の正面側のデザインの自由度を高めることができる。また、撮像部 34においてシフト光学系を採用しないため、実施の形態 1に比べて、結像光学系を構成するレンズ系の小径化や、結像光学系の簡略ィ匕を図ることができる。また、このため、設計コストの低減を図ることができる

[0089] 但し、本実施の形態 2では、撮像部 34a〜34dがシフト光学系を採用していないため、撮像部 34a〜34dが撮像した画像は、図 17の上段に示すように、台形状に歪んでしまう。このため、本実施の形態 2においては、図 17の下段に示すように、制御装置が、台形状に歪んだ撮像画像を矩形状に補正している。なお、図 17は、図 13〜図 16に示した撮像部によって撮像された画像の外形と補正後の画像の外形とを示す図である。また、図 17中の横方向が走査線方向に相当する。

[0090] ここで、本実施の形態 2における液晶表示装置で行われる画像処理について図 18 を用いて説明する。図 18は、図 13及び図 14に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成を示すブロック図である。

[0091] 図 18に示すように、本実施の形態 2における制御装置 108は、画像処理装置 100 力画像補正部 104を備えており、この点で、本実施の形態 1における制御装置と異なっている。本実施の形態 2においては、画像入力制御装置 105が出力した撮像データについて、先ず、画像補正部 104によって台形歪みの補正が行われ、その後、画像合成、オフセット成分及び表示成分の除去 (ノイズ除去)、画像認識が行われる

[0092] 具体的には、最初に、画像補正部 104は、図 17の上段に示した台形状の撮像画像の上底 A、下底 B、高さ hを算出する。上底 A、下底 B、高さ hの算出は、撮像部 34 a〜34dの位置、撮像領域の大きさ及び位置力も算出できる。また、上底 A、下底 B、高さ hの算出は、予め表示領域 3に複数個の目印を配置しておき、撮像画像に含まれる目印に基づいて行うこともできる。

[0093] 次に、画像補正部 104は、撮像画像の上底 A及び下底 Bのうち短い方 (本実施の形態 2では下底 B)が大きい方と同じになるように、走査線の位置に応じて倍率を変えながら、撮像画像を拡大する。また、走査線方向に垂直な方向（高さ方向）については、画像補正部 104は、高さ hが本来の高さ Hとなるように、撮像画像を拡大又は縮小する。なお、高さ Hは、撮像領域の大きさから予め設定される。

[0094] このように、本実施の形態 2においては、撮像部 34a〜34dにおいてシフト光学系を採用しないことによる問題は、撮像後の画像処理によって解消することができる。また、本実施の形態 2においても、表示領域 3上にある被写体 1の光学像は結像光学系によって受光面に結像される。よって、本実施の形態 2における液晶表示装置を用いた場合も、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。

[0095] また、本実施の形態 2においても、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。更に、本実施の形態 2においても、実施の形態 1と同様に、被写体を撮像するために赤外領域の波長の光を使用し、可視光によるノイズを除去できる。このため、例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。

[0096] なお、本実施の形態 2においても、サブバックライト装置 60は、そのメインバックライト装置 5側の端部が、メインバックライト装置 5の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側力も観察したときの表示領域 3の外縁とサブバックライト装置 60の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、（lZT) c m以上であるのが好ましい。

[0097] (実施の形態 3)

次に、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置について、図 19及び図 20を参照しながら説明する。図 19は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 20は、図 19に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図 19及び図 20に示された符号のうち、図 1〜図 3及び図 8に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 3及び図 8において当該符号が付された部材と同一の部材を示して、る。 [0098] 図 19及び図 20に示すように、本実施の形態 3における液晶表示装置は、メインバックライト装置 40が、その内部に検出光源 7 (図 8及び図 9参照）を備えている点で、実施の形態 1における液晶表示装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態 3における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明する。

[0099] 本実施の形態 3においては、検出光源 7は、メインバックライト装置 40の内部に、検出光が液晶表示パネル 2に向けて出射されるように配置されている。具体的には、検出光源 7は、蛍光ランプ 6が設置されていない領域に、出射面を上方に向けて配置されている。また、検出光は赤外領域の波長の光であるため、実施の形態 3においても、可視光によるノイズは除去される。

[0100] このような構成により、本実施の形態 3によれば、実施の形態 1及び 2に比べて、表示領域 3上の検出光の光量分布を均一なものとできる。この結果、被写体 1の位置に影響されない撮像を行うことができる。また、本実施の形態 3によれば、検出光源 7とメインバックライト装置 40とを一体ィ匕できるため、実施の形態 1及び 2に比べて、液晶表示装置の構成の簡易化や、装置サイズのコンパクトィ匕を図ることができる。

[0101] 更に、本実施の形態 3においても、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0102] なお、本実施の形態 3においても、サブバックライト装置 14a〜14d (図 19においてサブバックライト装置 14b及び 14dは図示を省略している。）は、実施の形態 2において図 13に示した例と同様に、発光面をメインバックライト装置 40の発光面の法線に対して傾斜させた状態で配置されて、ても良、。

[0103] また、本実施の形態 3においても、サブバックライト装置 14a〜14dは、メインバックライト装置 40側の端部が、メインバックライト装置 40の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブバックライト装置 14a〜14dの液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照 )は、（lZT) cm以上であるのが好ましい。

[0104] (実施の形態 4)

次に、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置について、図 21及び図 22を参照しながら説明する。図 21は、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 22は、図 21に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図 21及び図 22に示された符号のうち、図 1〜図 3に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の部材を示している。

[0105] 図 21及び図 22に示すように、本実施の形態 4は、メインバックライト装置 42が実施の形態 2で用いた撮像部 34a〜34dを内部に備え、更に、光学層 13に開口部 41が形成されている点で、実施の形態 1と異なっている。また、配置されている全てのサブノックライト装置 61は、実施の形態 1において図 2に示したサブバックライト装置 14b 及び 14cと同様のものである。これら以外の点では、本実施の形態 4における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明する。

[0106] 本実施の形態 4においては、メインバックライト装置 42は、図 16に示した撮像部 34 a〜34dを備えている。撮像部 34a〜34dは、隣り合う蛍光ランプ 6の間に配置されている。また、撮像部 34a〜34dは、固体撮像素子 32 (図 16参照）の受光面の中心を通る法線とレンズ素子 35 (結像光学系）の光軸とが、表示領域 3の法線と平行となるように配置されている。

[0107] また、メインバックライト装置 42の光学層 13における、検出光源 7から出射された検出光がレンズ素子 35に入射するまでの光学的経路 (撮像部 34a〜34dに受光される光の光学的経路）と重なる領域には、開口部 41が形成されている。

[0108] また、本実施の形態 4においては、図 21及び図 22に示すように、開口部 41の内部に、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 19を配置するのが好ましい。バンドパスミラー 19を配置していない場合は、開口部 41が観察者側から観察されて、表示品位が低下する可能性があるが、バンドパスミラー 19を配置することによって、このような事態を回避できる。 [0109] バンドパスミラー 19の具体例としては、波長が 700nm以上、好ましくは 800nm以上、特に好ましくは 850nm以上の光のみを透過させるダイクロイツクミラーが挙げられる。また、バンドパスミラー 19の配置は、図 21の例に限定されるものではない。例えば、バンドパスミラー 19は、開口部 41の開口を覆うように配置しても良い。

[0110] このように、本実施の形態 4においては、被写体 1が撮像部 34a〜34dの正面に位置することとなるため、撮像画像が台形状に歪むのが回避され、撮像画像に対して補正を行う必要がない。また、シフト光学系を採用する撮像部を配置する必要性もない。このため、本実施の形態 4によれば、実施の形態 2と同様に、結像光学系を構成するレンズ系の小径化や、結像光学系の簡略化、設計コストの低減を図ることができる。更には、本実施の形態 4によれば、制御装置における撮像画像の画像処理も簡略ィ匕することができる。

[0111] また、本実施の形態 4においては、撮像部 34a〜34dの配置は、撮像部 34a〜34d をメインバックライト装置 42の筐体 8に載置するだけで行うことができるため、撮像部 3 4a〜34dの設置数の増減を容易に行うこともできる。更に、光学層 13に開口部 41が形成されているため、被写体 1によって反射された検出光は、光学層 13によって散乱したり、反射したり、更に減衰したりすることなぐレンズ素子 35 (図 16参照）に入射することができる。更に、メインバックライト装置 42を用いれば、従来からの液晶表示装置に簡単に撮像機能を付与することができる。

[0112] また、本実施の形態 4においても、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0113] なお、本実施の形態 4においても、サブバックライト装置 61は、メインバックライト装置 42側の端部が、メインバックライト装置 42の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブノックライト装置 61の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、 (1/T) cm 以上であるのが好ましい。 [0114] (実施の形態 5)

次に、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置について、図 23及び図 24を参照しながら説明する。図 23は、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 24は、図 23に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図 23及び図 24に示された符号のうち、図 1〜図 3に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の部材を示している。

[0115] 図 23及び図 24に示すように、本実施の形態 5における液晶表示装置は、撮像部 3 4a〜34dがメインバックライト装置 42の内部に配置されている点を除き、実施の形態 2における液晶表示装置と同様に構成されている。

[0116] 本実施の形態 5において、サブバックライト装置 62は、実施の形態 2において図 1 3に示したサブバックライト装置 60と同様に、発光面を液晶表示パネル 2側に傾斜させた状態で配置されている。但し、サブバックライト装置 62は、蛍光ランプ 15の他には検出光源 7のみを内部に備えている点で、実施の形態 2において図 13に示したサブバックライト装置 60と異なって、る。

[0117] このような構成により、本実施の形態 5によれば、実施の形態 4によって得られる効果を得ることができる。また、本実施の形態 5によれば、実施の形態 2と同様に、表示領域 3側に検出光源 7が配置されないため、液晶表示装置の正面側のデザインの自由度を高めることができる。

[0118] なお、本実施の形態 5において用いられるメインバックライト装置 42は、実施の形態 4で示したものと同様に構成されている。本実施の形態 5においても、メインバックライト装置 42は、図 16に示した撮像部 34a〜34dを備え、撮像部 34a〜34dは、隣り合う蛍光ランプ 6の間に配置されている。また、光学層 13における、検出光源 7から出射された検出光がレンズ素子 35 (図 16参照）に入射するまでの光学的経路と重なる領域には、開口部 41が形成されている。更に、本実施の形態 5においても、実施の形態 4と同様に、開口部 41の内部には、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 19を配置するのが好まし、。

[0119] また、本実施の形態 5においても、サブバックライト装置 62は、メインバックライト装置 42側の端部が、メインバックライト装置 42の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブノックライト装置 62の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、 (1/T) cm 以上であるのが好ましい。

[0120] (実施の形態 6)

次に、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置について、図 25及び図 26を参照しながら説明する。図 25は、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 26は、図 25に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図 25及び図 26に示された符号のうち、図 1〜図 3及び図 8に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 3及び図 8において当該符号が付された部材と同一の部材を示して、る。

[0121] 図 25及び図 26に示すように、本実施の形態 6は、メインバックライト装置 43が、その内部に、撮像部 34a〜34dと検出光源 7とを備えている点で、実施の形態 4と異なつている。これ以外の点では、本実施の形態 6における液晶表示装置は、実施の形態 4における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明する。

[0122] 本実施の形態 6では、メインバックライト装置 43において、蛍光ランプ 6及び撮像部 34a〜34dが配置されていない領域には、検出光源 7 (図 8及び図 9参照）が配置されている。図 26に示すように、例えば、隣り合う蛍光ランプ 6間のうち撮像部 34が配置されていない箇所には、図 19及び図 20に示した実施の形態 3と同様に、検出光源 7が配置されている。また、図 26に示すように、隣り合う蛍光ランプ 6間のうち撮像部 34a〜34dが配置されている箇所には、撮像部 34a〜34dを挟み込むように、全長が短く設定された検出光源 7が配置されている。

[0123] このように、本実施の形態 6によれば、検出光源 7と撮像部 34との両方をメインバックライト装置 43の内部に収めることができるため、実施の形態 1〜5に比べて、液晶表示装置のコンパクトィ匕を促進することができる。また、従来からの透過型液晶表示装置のバックライトを、本実施の形態 6におけるメインバックライト装置 43に取り替えれば、簡単に本実施の形態 6における液晶表示装置を得ることができる。

[0124] また、本実施の形態 6においても、実施の形態 3と同様に、表示領域 3上の検出光の光量分布を均一なものとでき、被写体 1の位置に影響されない撮像を行うことができる。更に、本実施の形態 6においても、実施の形態 4と同様に、撮像画像が台形状に歪むのが回避されるので、撮像画像に対して補正を行う必要性や、シフト光学系を採用する撮像部を配置する必要性がない。また、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる

[0125] なお、本実施の形態 6においても、メインバックライト装置 43の光学層 13における、検出光がレンズ素子 35 (図 16参照）に入射するまでの光学的経路と重なる領域には、開口部 41が形成されている。また、本実施の形態 6においても、実施の形態 4と同様に、開口部 41の内部には、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 19を配置するのが好ましい。

[0126] また、本実施の形態 6においても、サブバックライト装置 61は、メインバックライト装置 43側の端部が、メインバックライト装置 43の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブノックライト装置 61の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、 (1/T) cm 以上であるのが好ましい。

[0127] (実施の形態 7)

次に、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置について、図 27及び図 28を参照しながら説明する。図 27は、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 28は、図 27に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図 27及び図 28に示された符号のうち、図 1〜図 3に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の部材を示している。 [0128] 図 27及び図 28に示すように、本実施の形態 7においては、メインバックライト装置 4 4は、実施の形態 6において図 25及び図 26に示した蛍光ランプ 6と検出光源 7との代わりに、発光体 45を備えている。なお、これ以外の点においては、本実施の形態 7における液晶表示装置は、実施の形態 6における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明する。

[0129] 図 27及び図 28に示すように、発光体 45は、メインバックライト装置 44の筐体 8の内部に配置されている。発光体 45は、 4種類の発光ダイオード 46〜49を備えている。発光ダイオード 46〜49は、榭脂のモールドによって一体ィ匕されている。また、発光ダィオード 46は緑色光を出射する緑色ダイオード、発光ダイオード 47は赤色光を出射する赤色発光ダイオード、発光ダイオード 48は青色光を出射する青色発光ダイォードである。更に、発光ダイオード 49は、図 8及び図 9に示した発光ダイオード 21と同様に赤外領域の光を出射する発光ダイオードである。

[0130] 更に、図 28に示すように、一つの発光ダイオード 49の周囲には、発光ダイオード 4 7及び 48それぞれ二つずつと、四つの発光ダイオード 46とが配置される。また、発光ダイオード 46〜49は、発光体 45〖こおける、表示領域 3の直下の領域全体に渡って設置されている。

[0131] このように構成された発光体 45において、発光ダイオード 46〜48を点灯させれば、液晶表示パネル 2を照明することができる。また、発光ダイオード 49を点灯させれば、実施の形態 6と同様に、表示領域 3に向けて検出光が出射される。なお、本実施の形態 7においては、発光ダイオード 46〜48の代わりに、白色光を出射する発光ダィ才ードを用、ることもできる。

[0132] 更に、発光体 45には、複数の開口部 45aが設けられており、撮像部 34a〜34dそれぞれは、各開口部 45a内に配置されている。また、光学層 13には、実施の形態 4 〜6と同様に、開口部 41が設けられている。よって、撮像部 34a〜34dは、発光ダイオード 49から出射され、被写体 1で反射された検出光を受光して、撮像を行うことができる。また、本実施の形態 7においても、実施の形態 4〜6と同様に、開口部 41の内部には、可視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 19を配置するのが好ましい。 [0133] このように、本実施の形態 7によれば、検出光源とメインバックライト装置 44の光源とを共通の回路によって駆動できる。このため、メインバックライト装置のコンパクト化、ひいては液晶表示装置全体のコンパクトィ匕を図ることができる。また、メインバックライト装置 44は、実施の形態 6と同様に、検出光源と撮像部 34a〜34dとを備えている。よって、本実施の形態 7によれば、実施の形態 6で述べた効果を全て得ることもできる

[0134] なお、本実施の形態 7においても、サブバックライト装置 61は、メインバックライト装置 44側の端部が、メインバックライト装置 44の発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が、表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察したときの表示領域 3の外縁とサブノックライト装置 61の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、 (1/T) cm 以上であるのが好ましい。

[0135] また、本発明における液晶表示装置は、検出光源が可視領域の波長の光を出射する態様であっても良いし、検出光源を備えていない態様であっても良い。例えば、検出光源に可視領域の波長の光を出射する光源を使用する場合は、可視光を透過させる表示モードのウィンドウを表示画像中に意図的に作成し、このウィンドウ中に被写体を配置するようにすればょ、。

[0136] 更に、検出光源を備えていない態様においても、実施の形態 1に示したように、撮像部は、赤外領域の波長の光、例えば 700nm以上、好ましくは 800nm以上、特に好ましくは 850nm以上の波長の光のみを受光するように構成するのが好まし、。この場合、外光に含まれる赤外領域の波長の光のみが撮像部の受光面に入射するため、可視光によるノイズが除去され、高解像度での取り込みが可能となる。

[0137] また、検出光源は、外部装置（図 11及び図 13参照）に備えることもできる。例えば、外部装置がゲーム機器である場合は、検出光源は、ゲーム機器のコントローラに内蔵することができる。外部装置がコンピュータである場合は、検出光源は、マウス等の入力装置に内蔵することができる。更に、これらの場合においては、撮像部が液晶表示パネルに入射した検出光そのものを撮像し、これによつて検出光の入射位置が検出される態様としても良い。 [0138] また、一般的な液晶表示装置では、液晶表示パネルの観察者側の面 (表示面）にのみ、防反射処理が施されている力本発明における液晶表示装置においては、更に、液晶表示パネルの観察者側の反対側の面 (裏面）にも防反射処理が施されているのが好ましい。この場合、液晶表示パネルの裏面での表面反射成分が撮像部に入射するのを抑制でき、撮像画像のコントラストの向上を図ることができる。

産業上の利用可能性

[0139] 以上のように、本発明の液晶表示装置は、入力機能を備えており、パーソナルコンピュータ、テレビ、ゲーム機器等の表示装置として有用であり、産業上の利用可能性を有している。また、本発明のメインバックライト装置は、液晶表示装置の照明光源として有用であり、産業上の利用可能性を有している。

Claims

請求の範囲

[1] 液晶表示パネルと、メインバックライト装置と、サブバックライト装置と、結像光学系を有する撮像部とを備え、

前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像し、

前記メインバックライト装置は、前記メインバックライト装置の発光面が前記液晶表示パネルと対向し、且つ、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間に空間が存在するように配置され、

前記サブバックライト装置は、前記液晶表示パネルと前記バックライト装置との間において、前記サブバックライト装置の発光面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲むように配置されて、ることを特徴とする液晶表示装置。

[2] 前記サブバックライト装置は、その発光面から出射された光の最も輝度が高い方向力発光面の法線に対して傾斜するように構成され、前記最も輝度が高い方向が前記液晶表示パネルへと向力う方向となるように配置されて、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記サブバックライト装置が、光源と、プリズムシートを含む光学層とを備え、

前記光学層は、前記光源から出射された光が前記光学層を通過するように配置され、

前記プリズムシートは、一方向に伸びる複数条の溝を備え、

前記複数条の溝それぞれの断面形状は、前記プリズムシート主面の法線に対して非対称な形状に形成されている請求項 2に記載の液晶表示装置。

[4] 前記サブバックライト装置力その発光面の法線が前記液晶表示パネルの法線に対して垂直に交わるように配置されて!、る請求項 2に記載の液晶表示装置。

[5] 前記サブバックライト装置が、その発光面を前記液晶表示パネル側に傾斜させた状態で配置されて!、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[6] 前記液晶表示パネルの観察者側に向けて検出光を照射する検出光源を備え、前記検出光源が、前記検出光として 700nm以上の波長の光を照射し、前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する前記検出光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像する請求項 1に記載の液晶表示装置。

[7] 前記撮像部が、前記サブバックライト装置の内部に配置され、

前記サブバックライト装置が、光源と、光学層とを有し、

前記光学層における前記撮像部に受光される光の光学的経路と重なる領域には、開口部が形成され、

前記開口部の内部に、または前記開口部の開口が覆われるように、 700nm以上の波長の光を透過させるバンドパスミラーが配置されている請求項 6に記載の液晶表示装置。

[8] 前記撮像部が、前記メインバックライト装置の内部に配置され、

前記メインバックライト装置が、光源と、光学層とを有し、

[9] 前記メインバックライト装置が、その発光領域の面積が前記液晶表示パネルの表示領域の面積よりも大きくなるように構成されて、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[10] 前記サブバックライト装置は、その前記メインバックライト装置側の端部が前記メインバックライト装置の発光領域の外縁の内側に位置するように配置されている請求項 1 に記載の液晶表示装置。

[11] 前記サブバックライト装置は、その前記液晶表示パネル側の端部が前記液晶表示パネルの表示領域の外縁の外側に位置するように配置されてヽる請求項 1に記載の液晶表示装置。