(57)【要約】【課題】  画像信号を供給するための配線等の回路によって光量ロスが生じにくく、高輝度の画像を表示することができる画像表示装置を提供する。【解決手段】  ビデオ信号等を受けた駆動装置２２は、駆動信号を配線基板２５上の回路パターン部２８に供給し、画像を構成する各画素に対応する光源要素ユニット２７が所望の色及び輝度で発光する。各光源要素ユニット２７から射出された画像光である画素光は、正面のレンズアレイ部材２４の対応するレンズエレメント２４ａを経て、対応する光ファイバ３１の入射端面３１ａに漏れなく入射する。各光ファイバ３１を伝搬した画素光は、ＲＧＢの各色成分が混合した状態でコア拡大ファイバ３３で均一に拡大され、表示板４０の各画素に対応する領域に入射する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を構成する複数の画素に対応してそれぞれ設けられ、それぞれ画像光を発生可能な複数の光源要素と、
前記複数の光源要素から射出された画像光を、個別に画像表示面の対応する箇所に導く光ガイド手段と、
前記光源要素の画像光の輝度を、入力画像信号に応じて個別に調節する輝度調節手段と
を備える画像表示装置。
【請求項２】
前記光源要素は、前記画像光としてカラー画像に対応する各色の光源光を射出可能であり、前記輝度調節手段は、前記光源要素から射出させるべき前記光源光の輝度を各色ごとに調節することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光源要素は、前記画像光として各色の光源光を発生する複数の固体発光素子を含むことを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光源要素は、三原色の光源光を個別に発生する少なくとも３つの固体発光素子を含むことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光ガイド手段は、各光源要素を構成する複数の固体発光素子ごとに設けられた光ファイバであることを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか一項記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光ガイド手段は、各光源要素を構成する複数の固体発光素子を一組として設けられた光ファイバであることを特徴とする請求項４及び請求項５のいずれか一項記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光ガイド手段は、前記光ファイバと前記光源要素との間にカップリング用レンズを備えることを特徴とする請求項５及び請求項６のいずれか一項記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光源要素は、基板上にアレイ状に配列されており、前記カップリング用レンズは、前記光源要素に対向してアレイ状に配列されて全体として一体のアレイレンズを構成することを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記光ガイド手段は、前記光ファイバの画像表示面側の先端にコア径を拡大した端部を有することを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動画や静止画を高輝度で表示可能な画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像表示装置として、ＴＦＴやカラーフィルタを設けた透明基板の間に液晶を挟んだ構造の液晶パネルをバックライト型の光源によって照明することにより、液晶パネルに潜在的に形成されているカラー画像を可視化するものが存在する（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
また、液晶ディスプレイ等の画像表示装置と組み合わせて使用される画像伝達デバイスとして、一端と他端とで配列間隔やサイズが異なるファイバ群を備えることにより、液晶ディスプレイ等に形成された画像を拡大表示するものが存在する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６９８７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、液晶パネル等からなる画像表示装置では、各画素をＯＮ／ＯＦＦするための配線やＴＦＴ等が画面上で遮光体となる。つまり、液晶パネルにおける透過率の不可避的低下に起因するバックライトの光量ロスにより、液晶パネルの所謂開口率が制限され、高輝度の画像を形成することが容易でなくなる。
【０００５】
このような問題は、液晶パネルにファイバ群からなる画像伝達デバイスを接続して画像を拡大した場合も同様に生じ、高輝度の画像の達成が困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、画像信号を供給するための配線等の回路によって光量ロスが生じにくく、高輝度の画像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、（ａ）画像を構成する複数の画素に対応してそれぞれ設けられ、それぞれ画像光を発生可能な複数の光源要素と、（ｂ）複数の光源要素から射出された画像光を、個別に画像表示面の対応する箇所に導く光ガイド手段と、（ｃ）光源要素の画像光の輝度を、入力画像信号に応じて個別に調節する輝度調節手段とを備える。
【０００８】
上記画像表示装置では、光ガイド手段が、複数の画素に対応してそれぞれ設けられて画像光を発生可能な複数の光源要素から射出された画像光を個別に画像表示面の対応する箇所に導くので、光源要素の配置や分布にかかわらず、画像表示面に無駄なく画像光を導くことができる。つまり、本発明の画像表示装置によれば、例えば光源要素の周辺に画像信号を供給するための回路等を含む非表示領域を設けざるを得ない場合にも、かかる非表示領域の面積や配置等にかかわりなく、各光源要素から射出された画像光を無駄なく画像表示面に導くことができるので、光量ロスのない高輝度の画像を表示することができる。
【０００９】
本発明の具体的態様において、光源要素が、画像光としてカラー画像に対応する各色の光源光を射出可能であり、輝度調節手段が、光源要素から射出させるべき光源光の輝度を各色ごとに調節する。この場合、複数の光源要素と輝度調節手段との協動によって、所望の色彩を有するカラー画像を表示することができる。
【００１０】
本発明の別の具体的態様において、光源要素が、画像光として各色の光源光を発生する複数の固体発光素子を含む。この場合、小型の固体発光素子を利用してカラーの画像光を簡易かつ効率的に形成することができ、高輝度のカラー画像を表示し得る画像表示装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の別の具体的態様において、光源要素が、三原色の光源光を個別に発生する少なくとも３つの固体発光素子を含む。この場合、三原色の各光源光を発生する固体発光素子によって効率的に高輝度で高品位の画像を形成することができる。
【００１２】
本発明の別の具体的態様において、光ガイド手段が、各光源要素を構成する複数の固体発光素子ごとに設けられた光ファイバである。この場合、各固体発光素子からの各色の画像光を低損失、かつ、所望の経路で目的の画像表示面に導くことができ、画像表示装置を効率的に小型化することができる。
【００１３】
本発明の別の具体的態様において、光ガイド手段が、各光源要素を構成する複数の固体発光素子を一組として設けられた光ファイバである。この場合、一組の固体発光素子からのカラーの画像光を低損失、かつ、所望の経路で目的の画像表示面に導くことができ、画像表示装置を効率的に小型化することができる。
【００１４】
本発明の別の具体的態様において、光ガイド手段が、光ファイバと光源要素との間にカップリング用レンズを備える。この場合、光源要素からの画像光の広がり角度等にかかわらず、画像光をロスなく効率的に光ファイバの入射端に導くことができる。
【００１５】
本発明の別の具体的態様において、光源要素が、基板上にアレイ状に配列されており、カップリング用レンズが、光源要素に対向してアレイ状に配列されて全体として一体のアレイレンズを構成する。この場合、光源要素やカップリング用レンズを一体的に製造することができる。
【００１６】
本発明の別の具体的態様において、光ガイド手段が、前記光ファイバの画像表示面側の先端にコア径を拡大した端部を有する。この場合、光ファイバの先端側の光射出部を画像表示面の面積に適合させて適宜拡大することができ、画像表示面に影の少ない繊細な画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構造を概念的に説明する側面図である。
【００１８】
この画像表示装置は、筐体１０中に、光源部２０と光ガイド部３０とを備え、筐体１０前面に、表示板４０を備える。ここで、光源部２０は、表示板４０に表示すべき画像を構成する多数の画素に対応する所望輝度の画像光を形成するための像光形成手段として動作し、光ガイド部３０は、光源部２０から射出された画像光を個別に表示板４０の対応する箇所に導く光ガイド手段として動作する。この画像表示装置では、光源部２０によって形成された画像光を光ガイド部３０を介して表示板４０に導くことにより、表示板４０上に高輝度の画像を形成することができる。なお、この場合、表示板４０は、２次元的なカラー画像を表示すべき画像表示面としての役割を有する。
【００１９】
図２は、図１の画像表示装置中の光源部２０の構造を概念的に説明するブロック図である。光源部２０は、画素単位で光源光を発生するＬＥＤを適当な配列で実装した発光装置２１と、発光装置２１の発光動作を制御する駆動装置２２と、発光装置２１上のＬＥＤから射出された光源光を個別に集光して光ガイド部３０の入射端面３０ａの対応位置に入射させるレンズアレイ部材２４とを備える。これら発光装置２１、レンズアレイ部材２４、及び、光ガイド部３０の入射端は、保持具２６によって互いに精密にアライメントして固定されている。ここで、発光装置２１は、以下に詳述するが、ＲＧＢの各色のＬＥＤを一組とする光源要素ユニットを配線基板上に適当な配列で形成した発光面２１ａを有し、各光源要素ユニットは、表示すべき画像を構成する特定画素に対応して様々な色彩及び輝度の発光を行う。また、駆動装置２２は、発光装置２１に設けた上記光源要素ユニットに電力を供給するためのものであり、画像表示装置の外部から供給される画像信号や内部で提供される画像信号に適当な処理を施して、このような光源要素ユニットを動作させるための信号を形成する。また、レンズアレイ部材２４は、発光装置２１の発光面２１ａと光ガイド部３０の入射端面３０ａとの間に配置されるものであり、発光装置２１上に配列された多数の光源要素ユニットに対向して設けた多数のレンズエレメントからなる。
【００２０】
図３は、光源部２０の詳細を具体的に説明する斜視図である。発光装置２１は、３つのＬＥＤ発光部２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂを一組とする光源要素ユニット２７を配線基板２５上に適当な配列で形成したものである。各光源要素ユニット２７の周辺には、これらを構成するＬＥＤ発光部２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂに信号を供給するための回路パターン部２８が形成されており、各光源要素ユニット２７の色彩や輝度を駆動信号に応じて個別に調節することができるようになっている。つまり、回路パターン部２８やこれに信号等を供給する駆動装置２２は、光源要素ユニット２７に適当な輝度で点灯動作を行わせて各色の光源光を発生させる輝度調節手段としての役割を有する。各光源要素ユニット２７から正面のレンズアレイ部材２４側に射出した各色の光源光は、そのまま画像光となっており、この画像光は、レンズアレイ部材２４に設けた個々のコリメータレンズ或いはカップリング用レンズである各レンズエレメント２４ａに入射し、光ガイド部３０を構成する各光ファイバ３１のコアに相当する入射端面３１ａに効率良く入射する。このため、各光源要素ユニット２７の中心と、対応するレンズエレメント２４ａの中心と、光ファイバ３１の入射端面３１ａとは、ほぼ同一の直線ＡＸ上に配置されている。なお、入射端面３１ａを介して各光ファイバ３１に入射した画像光は、それぞれ光ファイバ３１を伝搬して他端から射出される。
【００２１】
図４は、光ガイド部３０の構造を説明する図である。光ガイド部３０は、光ファイバ３１と、コア拡大ファイバ３３とからなる光ガイド手段である。各光源要素ユニット２７から対応するレンズエレメント２４ａに入射した画像光は、これに対向して配置された光ファイバ３１の一端に形成された入射端面３１ａに入射する。入射端面３１ａに入射した画像光は、光ファイバ３１のコア３１ｂを伝搬して光ファイバ３１の他端側に設けたコア拡大ファイバ３３に結合される。光ファイバ３１の端部に設けたコア拡大ファイバ３３に達した画像光は、射出端面３３ｂを介して表示板４０に入射し、正面４０ａ側から射出する。つまり、各光源要素ユニット２７から射出される所望の色及び輝度の画像光が表示画面に対応する表示板４０の適所に入射することによって、表示板４０の正面４０ａに所望の画像が形成される。
【００２２】
図５は、表示板４０に接続される光ガイド部３０の状態の一例を概念的に説明する正面図である。図からも明らかなように、コア拡大ファイバ３３の射出端面３３ｂは、マトリックス状に近接して配列されている。なお、図示の例では、コア拡大ファイバ３３の射出端面３３ｂを円形としているが、これを矩形とすることにより、表示板４０をコア拡大ファイバ３３によって隙間なく裏面から照明することができる。
【００２３】
以下、第１実施形態に係る画像表示装置の動作について説明する。実施形態の画像表示装置において、光源部２０に設けた駆動装置２２にビデオ信号その他の画像信号を入力すると、駆動装置２２が駆動信号を配線基板２５上の回路パターン部２８に供給するので、入力画像を構成する各画素に対応する個々の光源要素ユニット２７が所望の色及び輝度で発光する。各光源要素ユニット２７から射出された画像光である画素光は、正面のレンズアレイ部材２４の対応するレンズエレメント２４ａを経て、対応する光ファイバ３１の入射端面３１ａに漏れなく入射する。つまり、光源要素ユニット２７から射出された画像光をロスなく効率的に利用することができる。各光ファイバ３１を伝搬した画素光は、ＲＧＢの各色成分が混合した状態でコア拡大ファイバ３３で均一に拡大され、表示板４０のうち各画素に対応する領域に個別に入射する。この際、駆動装置２２の動作を適宜設定することにより、コア拡大ファイバ３３の射出端面３３ｂから射出する画像光の色や階調を事由に表現することができる。これにより、駆動装置２２に入力されたビデオ信号等に対応する鮮やかな映像が表示板４０上に高輝度で形成される。
【００２４】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、第２実施形態の画像表示装置は、第１実施形態の画像表示装置を変形したものであり、同一部分には同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００２５】
図６は、第２実施形態の画像表示装置における光源部１２０や光ガイド部３０の構造を説明する図である。この場合、発光装置１２１に、各画素を構成する各色のＬＥＤ発光部２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂが離散的に設けられており、これら離散的なＬＥＤ発光部２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂを一組として光源要素ユニット１２７が構成される。各ＬＥＤ発光部２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂからの色分割された画像光は、正面のレンズエレメント２４ａに入射し、光ガイド部３０を構成する光ファイバ１３１の入射端面１３１ａに入射する。各光ファイバ１３１に入射した画像光は、それぞれ光ファイバ１３１を伝搬して他端に設けたコア拡大ファイバ３３から射出される。
【００２６】
第２実施形態の場合、各画素を構成するＲＧＢの３原色ごとに光ファイバ１３１を設けており、各色の光源光を確実に光ファイバ１３１内に導くことができる。ただし、光ガイド部３０の射出端面３３ｂでＲＧＢの３原色が現れるが、画素のピッチが小さい場合、表示板４０上では３原色を合成した画像として観察される。
【００２７】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の発光装置２１に組み込まれる光源要素ユニット２７，１２７の配列パターンは、光ファイバ３１，１３１の可撓性や接続の柔軟性を利用することにより、配線等を妨げない範囲で任意に設定することができる。この際、レンズアレイ部材２４に設けるレンズエレメント２４ａの配列も、光源要素ユニット２７の配列パターンに合わせて適宜変更することになる。
【００２８】
また、上記実施形態において、レンズアレイ部材２４は、必ずしも必要ではなく、光源要素ユニット２７或いは背後に配列された集光ミラーからの画像光を直接光ファイバ３１内に導くこともできる。
【００２９】
また、光ファイバ３１の射出側にコア拡大ファイバ３３を設ける必要は必ずしもなく、光ファイバ３１の射出側を拡大することなく表示板４０に直接接続することができ、或いは、光ファイバ３１自体を徐々にコア径が増大するものとすることができる。
【００３０】
また、光ファイバ３１の射出側にコア拡大ファイバ３３を設ける代わりに、発散角を任意に調節することができるレンズ等を設けることができる。
【００３１】
また、光源要素ユニット２７を形成する発光体は、ＬＥＤに限らず、有機・無機のＥＬ発光素子等の各種固体発光素子とすることができる。
【００３２】
また、光源要素ユニット２７を形成する発光体は、ＲＧＢの三原色に限らず、他の種類の原色を発生するものとすることができ、例えば４原色以上の色光を発生させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る画像表示装置の構造を概念的に説明する図である。
【図２】光源部の構造を概念的に説明するブロック図である。
【図３】光源部の詳細を具体的に説明する斜視図である。
【図４】光ガイド部の構造を説明する図である。
【図５】表示板に接続される光ガイド部の状態の一例を説明する正面図である。
【図６】第２実施形態に係る画像表示装置の構造を概念的に説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…筐体、  ２０…光源部、  ２１…発光装置、  ２２…駆動装置、  ２４…レンズアレイ部材、  ２４ａ…レンズエレメント、  ２５…配線基板、  ２６…保持具、  ２７…光源要素ユニット、  ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ…発光部、  ３０…光ガイド部、  ３０ａ…入射端面、  ３１…ファイバ、  ３１…光ファイバ  ３１…光ファイバ、  ３１ａ…入射端面、  ３１ｂ…コア、  ３１ｂ…射出端面、  ３３…コア拡大ファイバ、  ３３ｂ…射出端面、  ４０…表示板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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