(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、表示画面の周縁の非表示領域（額縁）をなくし、全面に画像表示を可能とする。【解決手段】バックライトユニット２２は液晶パネル２４へ向けて平行光線を出射する。液晶パネル２４は後面に照射される平行光線を透過して画素単位の単位平行光線として出射し、前面に原画像を形成する。画像拡大パネル２６は液晶パネル２４に後面から入射される原画像を拡大して前面に表示画像を形成する平板状の光学素子である。画像拡大パネル２６は画素毎の単位平行光線をそれぞれ屈折により斜行させて平板面内での位置をずらし、単位平行光線を出射させる画素射影区画を原画像を構成する画素ピッチより大きな間隔で拡大画像表示領域にて当該画素に対応する画素射影区画から出射させる。視野角拡大パネル２８は、画像拡大パネル２６から入射される単位平行光線それぞれについて角度分布を広げて前面から出射し、表示画像の視野角を拡大する。【選択図】図１
2013044899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光線を出射する面光源と、
画像形成領域に配列された複数の画素を有し、後面に照射される前記平行光線を前記各画素が透過して画素単位の単位平行光線として出射し前記画像形成領域の前面に原画像を形成する透過型の液晶パネルと、
前記液晶パネルに後面を向けて配置され、前記原画像を拡大して前面に表示画像を形成する平板状の光学素子であって、前記画素毎の前記単位平行光線をそれぞれ屈折により斜行させて平板面内での位置をずらし、前記表示画像を形成する画像表示領域にて当該画素に対応する画素射影区画から出射させる光学パネルと、
前記光学パネルに後面を向けて配置され、前記光学パネルから前記単位平行光線を入射され、当該単位平行光線それぞれについて角度分布を広げて前面から出射し、前記表示画像の視野角を拡大する視野角拡大手段と、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学パネルはその後面側に位置する後面層と前面側に位置する前面層と当該後面層及び前面層に挟まれた中間層とからなる積層構造を有し、
前記後面層及び前記前面層は前記中間層より高い屈折率を有し、
前記画素毎に、前記後面層と前記中間層との境界面のうち当該画素に対向する部分である第１屈折面と、前記中間層と前記前面層との境界面のうち当該画素に対応する前記画素射影区画に対向する部分である第２屈折面とが設けられ、
前記各画素の前記第１屈折面の向きと当該第１及び第２屈折面の前記光学パネルの法線方向の間隔とは、前記第１屈折面にて屈折され前記中間層内を斜行する前記単位平行光線が前記第２屈折面に入射するように設定され、前記第２屈折面の向きは前記中間層内を斜行してきた前記単位平行光線を前記法線方向に屈折させるように設定されること、
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学パネルはその後面側に位置する後面層と前面側に位置する前面層とからなる積層構造を有し、
前記後面層は前記前面層より高い屈折率を有し、
前記画素毎に、前記後面層と前記前面層との境界面のうち当該画素に対向する部分である屈折面が設けられ、
前記各画素の前記屈折面の向きと当該屈折面から前記前面層の表面までの距離とは、前記屈折面にて屈折され前記前面層内を斜行する前記単位平行光線が前記前面層の表面にて前記画素射影区画に入射するように設定され、
前記視野角拡大手段は前記前面層の表面に積層され、前記光学パネルの前記画素射影区画それぞれからの前記単位平行光線の出射方向の相違を補償して、前記画素射影区画それぞれについて前記角度分布を共通にすること、
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学パネルと前記液晶パネル及び前記視野角拡大手段それぞれとの間に空気層を有し、
前記光学パネルは前記空気層より高い屈折率を有し、前記画素毎に、後面と前記空気層との境界面のうち当該画素に対向する部分である第１屈折面と、前面と前記空気層との境界面のうち当該画素に対応する前記画素射影区画に対向する部分である第２屈折面とが設けられ、
前記各画素の前記第１屈折面の向きと当該第１及び第２屈折面の前記光学パネルの法線方向の間隔とは、前記第１屈折面にて屈折され前記光学パネル内を斜行する前記単位平行光線が前記第２屈折面に入射するように設定され、前記第２屈折面の向きは前記光学パネル内を斜行してきた前記単位平行光線を前記法線方向に屈折させて前記空気層へ出射させるように設定されること、
を特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、特に表示装置にて表示画面の周縁の非表示領域（額縁）の縮小又は解消に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に用いられる液晶パネル（液晶セル）は画素が配列される有効表示領域の外側に非表示領域を有する。液晶パネルのガラス基板は、有効表示領域に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）、ゲート信号線、ソース信号線等を配列されると共に、これらに信号を印加し駆動するゲートドライバやソースドライバなどを有効表示領域の外に配置される。これらドライバ等の配置のため、液晶パネルの周縁部には非表示領域が必要とされている。なお、この液晶パネルの非表示領域は液晶表示装置においてはフロントベゼル（額縁）で覆われ、従来、非表示領域を細くして狭額縁化を図る努力がなされている。
【０００３】
また、液晶パネルの前面に凸レンズを配置して有効表示領域の画像をそれより大きく表示する構造とした液晶表示装置も提案されている（特許文献１〜３）。
【０００４】
一方、液晶表示装置の大画面化が進んでいるが、デジタルサイネージ（電子看板）、展示などの用途ではさらに大きな画面表示が求められる場合がある。このような場合、複数の液晶表示装置の画面をタイル状に並べて１つの画面表示を可能とするマルチディスプレイが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５０９４号公報
【特許文献２】特開平６−２８９３８０号公報
【特許文献３】特開平７−２３３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶パネルの周縁部に配置されるドライバ等の基板上の面積縮小には限界があり、液晶パネルの非表示領域をなくすことは難しい。
【０００７】
また、液晶パネルの前面に凸レンズを配置すると、視点によって画像の見え方に違いが生じたり、見える画像が液晶パネルに表示されたものから歪んだりする。図９は液晶パネル２の前面に凸レンズ４を配置した液晶表示装置６の模式的な垂直断面図である。液晶パネル２の中心に位置する画素Ａは正対する視点Ｐ１からは正しい位置Ａ（又はＡ１）に見えるが、横にずれた視点Ｐ２，Ｐ３では、画素Ａから出射した光線が凸レンズ４の表面で屈折して届くため画素Ａの像は実際に画素Ａが存在する方向とはずれた視線上に見え、例えば凸レンズ表面の点Ａ２，Ａ３に画素Ａが表示されているように見える。図１０は図９の液晶表示装置を並べたマルチディスプレイの模式的な垂直断面図である。有限距離に位置する視点Ｐ４からはマルチディスプレイを構成する複数の液晶表示装置は互いに異なる方向に見える。具体的には、図１０における液晶表示装置６Ｌ，６Ｒの液晶パネル２Ｌ，２Ｒそれぞれの中心に位置する画素ＡＬ、ＡＲは視点Ｐ４からは例えば凸レンズ表面の点Ａ５，Ａ６に表示されているように見える。液晶表示装置６Ｌ，６Ｒそれぞれの正対する視点から見える中心画素の位置（図９の点Ａ１に相当）に対する点Ａ５，Ａ６のずれ方は、マルチディスプレイを構成する液晶表示装置ごとに相違し、また視点Ｐ４の位置によって変化する。このように前面に凸レンズを配して画像拡大を図る液晶表示装置は、単体での画像又はマルチディスプレイでの画像が原画像を忠実に表現したものとならないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、正確な画像表示がなされ、かつ前面に占める有向表示領域の比率が拡大した液晶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】
【０００９】
本発明に係る液晶表示装置は、平行光線を出射する面光源と、画像形成領域に配列された複数の画素を有し、後面に照射される前記平行光線を前記各画素が透過して画素単位の単位平行光線として出射し前記画像形成領域の前面に原画像を形成する透過型の液晶パネルと、前記液晶パネルに後面を向けて配置され、前記原画像を拡大して前面に表示画像を形成する平板状の光学素子であって、前記画素毎の前記単位平行光線をそれぞれ屈折により斜行させて平板面内での位置をずらし、前記表示画像を形成する画像表示領域にて当該画素に対応する画素射影区画から出射させる光学パネルと、前記光学パネルに後面を向けて配置され、前記光学パネルから前記単位平行光線を入射され、当該単位平行光線それぞれについて角度分布を広げて前面から出射し、前記表示画像の視野角を拡大する視野角拡大手段と、を有する。
【００１０】
他の本発明に係る液晶表示装置においては、前記光学パネルはその後面側に位置する後面層と前面側に位置する前面層と当該後面層及び前面層に挟まれた中間層とからなる積層構造を有し、前記後面層及び前記前面層は前記中間層より高い屈折率を有し、前記画素毎に、前記後面層と前記中間層との境界面のうち当該画素に対向する部分である第１屈折面と、前記中間層と前記前面層との境界面のうち当該画素に対応する前記画素射影区画に対向する部分である第２屈折面とが設けられ、前記各画素の前記第１屈折面の向きと当該第１及び第２屈折面の前記光学パネルの法線方向の間隔とは、前記第１屈折面にて屈折され前記中間層内を斜行する前記単位平行光線が前記第２屈折面に入射するように設定され、前記第２屈折面の向きは前記中間層内を斜行してきた前記単位平行光線を前記法線方向に屈折させるように設定される。
【００１１】
別の本発明に係る液晶表示装置においては、前記光学パネルはその後面側に位置する後面層と前面側に位置する前面層とからなる積層構造を有し、前記後面層は前記前面層より高い屈折率を有し、前記画素毎に、前記後面層と前記前面層との境界面のうち当該画素に対向する部分である屈折面が設けられ、前記各画素の前記屈折面の向きと当該屈折面から前記前面層の表面までの距離とは、前記屈折面にて屈折され前記前面層内を斜行する前記単位平行光線が前記前面層の表面にて前記画素射影区画に入射するように設定され、前記視野角拡大手段は前記前面層の表面に積層され、前記光学パネルの前記画素射影区画それぞれからの前記単位平行光線の出射方向の相違を補償して、前記画素射影区画それぞれについて前記角度分布を共通にする。
【００１２】
さらに別の本発明に係る液晶表示装置においては、前記光学パネルと前記液晶パネル及び前記視野角拡大手段それぞれとの間に空気層を有し、前記光学パネルは前記空気層より高い屈折率を有し、前記画素毎に、後面と前記空気層との境界面のうち当該画素に対向する部分である第１屈折面と、前面と前記空気層との境界面のうち当該画素に対応する前記画素射影区画に対向する部分である第２屈折面とが設けられ、前記各画素の前記第１屈折面の向きと当該第１及び第２屈折面の前記光学パネルの法線方向の間隔とは、前記第１屈折面にて屈折され前記光学パネル内を斜行する前記単位平行光線が前記第２屈折面に入射するように設定され、前記第２屈折面の向きは前記光学パネル内を斜行してきた前記単位平行光線を前記法線方向に屈折させて前記空気層へ出射させるように設定される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像の歪みや視点に依存した画像のずれを抑制して正確な画像表示を可能としつつ、前面に占める有向表示領域の比率を拡大させ額縁レスや狹額縁化が図られた液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の液晶表示装置の模式的な垂直断面図である。
【図２】第１実施形態における画像拡大パネル及び視野角拡大パネルの水平方向中央部の垂直断面の模式図である。
【図３】第１実施形態における画像拡大パネル及び視野角拡大パネルの水平方向端部の垂直断面の模式図である。
【図４】本発明の実施形態の液晶表示装置における表示画像の見え方を説明する模式図である。
【図５】本発明の実施形態の液晶表示装置を並べたマルチディスプレイにおける表示画像の見え方を説明する模式図である。
【図６】第２実施形態における画像拡大パネル及び視野角拡大パネルの垂直断面の一部の模式図である。
【図７】第３実施形態における画像拡大パネル及び視野角拡大パネルの垂直断面の一部の模式図である。
【図８】第３実施形態における画像拡大パネルの垂直断面の一部の模式図である。
【図９】液晶パネルの前面に凸レンズを配置した従来技術に係る液晶表示装置の模式的な垂直断面図である。
【図１０】図９に示す液晶表示装置を並べたマルチディスプレイの模式的な垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は実施形態の液晶表示装置２０の模式的な垂直断面図である。ここで、液晶表示装置２０の表示画面の横方向（水平方向）をＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、表示画面の縦方向（垂直方向）をＹ軸とし、表示画面の法線方向をＺ軸とする。液晶表示装置２０は、バックライトユニット２２、液晶パネル２４、画像拡大パネル２６及び視野角拡大パネル２８を備える。
【００１７】
バックライトユニット２２は、液晶パネル２４の背面を一様な強度で照らす面光源である。特に本実施形態においては、バックライトユニット２２は前面からその法線方向（Ｚ軸方向）に平行光線を出射する。例えば、バックライトユニット２２はエッジライト方式の構造を有し、図１に示すように、液晶パネル２４に沿って配置された導光板３０、導光板３０の側面に配置された発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）３２、及び導光板３０の前面に積層された光学シート群３４を含んで構成される。なお、バックライトユニット２２を構成する例えば、導光板３０の裏面に積層される反射シートや後面に白色印刷又は凹形状で形成される反射構造は図示を省略している。
【００１８】
ＬＥＤ３２は導光板３０に白色光を入射させる。導光板３０はその表面での反射により、ＬＥＤ３２からの入射光を板面方向に伝搬させ、前面から一様な強度で光を取り出す。光学シート群３４は、導光板３０の表面から出射される光を拡散して発光面内での光強度の均一性を向上させる拡散シートに加え、拡散シートから前面の様々な方向へ出射される光を集光させてその角度分布を発光面に垂直な方向に集中させるプリズムシートなどを含み、バックライトユニット２２の出射光３６を平行光線にするように構成されている。
【００１９】
液晶パネル２４はその後面をバックライトユニット２２の前面に対向させて配置される。液晶パネル２４は画素が配列された有効表示領域４０（画像形成領域）とその周縁部の非表示領域４２とを有する。各画素は基本的に複数のサブ画素からなる。すなわち、１つの画素領域は複数のサブ画素領域に区画され、サブ画素領域には互いに異なる色のカラーフィルタ、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが形成される。各サブ画素はゲート信号線及びソース信号線に印加される電圧に応じて液晶の配向を制御され、バックライトユニット２２から照射される光に対する透過率を変化させる。これにより液晶パネル２４の有効表示領域４０は各画素を透過する光の色・輝度が制御され、有効表示領域４０の前面には液晶表示装置２０に表示される原画像が形成される。
【００２０】
カラーフィルタは液晶パネル２４の裏面側から透過してきた平行光線を基本的に平行光線のまま、つまり散乱、屈折させずに透過するように構成される。これにより、液晶パネル２４の各画素領域（又はそれを構成するサブ画素領域群）は、当該画素が表現する色・輝度に応じた平行光線を出射し、ここではこれを単位平行光線４４と称する。
【００２１】
なお、非表示領域には、ゲートドライバやソースドライバが配置される。
【００２２】
バックライトユニット２２及び液晶パネル２４は例えば金属製のフレーム５０に収納され、フレーム５０の前面側にはフロントベゼル５２が設けられる。フロントベゼル５２は液晶パネル２４の周縁部である非表示領域４２を覆う。フロントベゼル５２は有効表示領域４０には配置されず、有効表示領域４０を透過した平行光線は前方へ出射される。
【００２３】
画像拡大パネル２６（光学パネル）はその後面を液晶パネル２４の前面に向け、液晶表示装置２０の表示画面側から見てフロントベゼル５２より手前に配置される。画像拡大パネル２６は液晶パネル２４が形成する原画像を後面に入射され、当該原画像を拡大した画像を前面に形成する平板状の光学素子であり、画像拡大パネル２６が表面に形成した画像が基本的に液晶表示装置２０の表示画像となる。
【００２４】
画像拡大パネル２６は原画像の画素毎の単位平行光線をそれぞれ屈折により斜行させて画像拡大パネル２６面（ＸＹ平面）内での位置をずらし（斜行光線５４）、表示画像を形成する画像表示領域における画素に相当する画素射影区画のうち原画像の画素に対応するものから出射させる。
【００２５】
画像拡大パネル２６は原画像を拡大した表示画像を前面に形成するので、Ｘ方向、Ｙ方向のサイズを液晶パネル２４の有効表示領域４０より大きく形成され、具体的にはフロントベゼル５２の前にも広がる。図１では、画像拡大パネル２６の水平方向（ＸＹ方向）のサイズをフレーム５０に合わせているが、画像拡大パネル２６のサイズが液晶表示装置２０のＸ，Ｙ方向のサイズとなるようにもすることができ、これにより液晶表示装置２０の表示画面は額縁レスとなる。
【００２６】
視野角拡大パネル２８（視野角拡大手段）はその後面を画像拡大パネル２６に向けて配置され、画像拡大パネル２６の各画素射影区画から出射した単位平行光線５６を入射される。そして、視野角拡大パネル２８は当該単位平行光線それぞれについて角度分布５８を広げて前面から出射し、表示画像の視野角を拡大する。すなわち、視野角拡大パネル２８は、パネル面の法線方向を向いた単位平行光線それぞれについてそれを構成する光線束の向きを当該法線方向を中心としてＸ方向、Ｙ方向それぞれに分散させる。例えば、視野角拡大パネル２８は拡散ビーズやマイクロレンズアレイなどを用いて構成することができる。
【００２７】
図２、図３は画像拡大パネル２６及び視野角拡大パネル２８の部分断面図であり、図２は液晶表示装置２０の水平方向（Ｘ方向）における中央部の垂直断面を拡大した図であり、図３はＸ方向における端部を拡大した図である。なお、図３において右側が端部であり、左側が中央寄りである。本実施形態の画像拡大パネル２６は後面層６０、中間層６２及び前面層６４の３層を順に積層した積層構造を含んでいる。後面層６０、前面層６４は中間層６２より高い屈折率を有し、後面層６０、中間層６２及び前面層６４それぞれの屈折率をｎＲ，ｎＭ，ｎＦと表すと、各層はｎＲ＞ｎＭ，ｎＦ＞ｎＭとなる材質で形成される。ここでは説明の簡素化のため、後面層６０と前面層６４とは同じ材質で形成されているとする。各層は加工の容易さから透明樹脂が好適に使用される。例えば、後面層６０、前面層６４はポリカーボネート（ＰＣ：polycarbonate，屈折率ｎ＝１．５８）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl-methacrylate，ｎ＝１．４９）、ポリスチレン（ＰＳ：polystyrene，ｎ＝１．５９）などで形成される。フッ素系ポリマーには屈折率ｎが１．３５前後のものが存在し、これを中間層６２に用いることができる。その一つとしてサイトップ（旭硝子株式会社の登録商標，ｎ＝１．３４）がある。
【００２８】
後面層６０と中間層６２との境界面６６、及び中間層６２と前面層６４との境界面６８は、画像拡大パネル２６の後面の位置（ｘＩ，ｙＩ）（当該位置を以下、ＰＩと表す）に入射した単位平行光線をＸＹ平面内での位置がずれた前面の目標位置（ｘＥ，ｙＥ）（当該位置を以下、ＰＥと表す）からＺ軸方向に出射させるように、当該単位平行光線を屈折させる。そのために、境界面６６，６８には単位平行光線それぞれに対応して要素境界面が設定され、各単位平行光線に対応する境界面６６の要素境界面（第１屈折面）と境界面６８の要素境界面（第２屈折面）とはそれぞれＸＹ平面内の位置がＰＩ，ＰＥであって、それらの面の向き（傾斜）及びＺ方向の間隔が目標位置からＺ軸方向へ当該単位平行光線を出射させるように設定される。なお、上述の単位平行光線の入射位置ＰＩ、出射位置ＰＥは、単位平行光線の断面の中心の位置とする。
【００２９】
画像拡大パネル２６に入射する単位平行光線は、液晶パネル２４にて透過する画素領域の形状・大きさの断面を有する。また、本実施形態では画像拡大パネル２６から出射する単位平行光線も基本的に当該画素領域と同じ形状・大きさの断面を有する。本実施形態では液晶パネル２４の有効表示領域４０の中心と液晶表示装置２０の表示画面の中心とは一致させ、画像拡大パネル２６における画素の位置ずらしは上下左右対称に行う。以下、説明を簡単にするために液晶パネル２４の有効表示領域４０がＸ方向に２ＮＸ画素、Ｙ方向に２ＮＹ画素からなる行列配置とし、有効表示領域４０や液晶表示装置２０の表示画面の共通の中心をＸＹ平面の原点に設定して、上下左右４分割した領域のうちＸ≧０かつＹ≧０なる領域、つまりＸＹ平面の第１象限における要素境界面の位置依存性を説明する。
【００３０】
第１象限に水平方向にＮＸ個、垂直方向にＮＹ個の行列配置された画素のうち任意のものは、Ｘ方向のインデックスｋＸとＹ方向のインデックスｋＹとの組み合わせ〈ｋＸ，ｋＹ〉で指定され、また当該画素に対応する単位平行光線、要素境界面も当該インデックス〈ｋＸ，ｋＹ〉で指定することができる。ここでｋＸ，ｋＹはそれぞれＮＸ，ＮＹ以下の自然数とし、ＸＹ平面の原点に最も近い画素のインデックスを〈１，１〉とし、ｋＸ，ｋＹはＸ軸、Ｙ軸の正方向にそれぞれ増加すると定義する。
【００３１】
液晶パネル２４における画素配列の間隔（画素ピッチ）を水平方向（Ｘ方向）についてｐＸ、垂直方向（Ｙ方向）についてｐＹとすると、〈ｋＸ，ｋＹ〉の画素領域はｐＸ（ｋＸ−１）＜ｘ＜ｐＸｋＸかつｐＹ（ｋＹ−１）＜ｙ＜ｐＹｋＹを満たす点（ｘ，ｙ）からなる矩形領域であり、当該画素の第１屈折面のＸＹ平面内の位置も当該領域となり、その中心座標ＰＩは（ｐＸ（ｋＸ−１／２），ｐＹ（ｋＹ−１／２））となる。なお、ここではブラックマトリクス領域などの画素間の間隙は無視して単純化している。
【００３２】
画像拡大パネル２６の前面における画素射影領域のＸ方向、Ｙ方向の間隔（ピッチ）をそれぞれｑＸ，ｑＹとする。ここで、画像拡大パネル２６は後面に入射する原画像を拡大して前面から出射するので、ｑＸ＞ｐＸ，ｑＹ＞ｐＹである。〈ｋＸ，ｋＹ〉の画素に対応する画素射影区画の中心座標ＰＥは（ｑＸ（ｋＸ−１／２），ｑＹ（ｋＹ−１／２））となる。本実施形態では、〈ｋＸ，ｋＹ〉の画素に対応する第２屈折面７２はＸＹ平面内にて点ＰＥを中心とするｑＸ（ｋＸ−１）＜ｘ＜ｑＸｋＸかつｑＹ（ｋＹ−１）＜ｙ＜ｑＹｋＹなる矩形領域に設定する。
【００３３】
第１屈折面７０及び第２屈折面７２での単位平行光線の屈折はスネルの法則を用いて計算することができる。第１屈折面７０では入射する単位平行光線の方向ベクトルｅＩはＺ軸方向に固定されるので、スネルの法則から第１屈折面７０の法線ベクトルＳに応じて第１屈折面７０での屈折光、つまり中間層６２を斜行する単位平行光線の方向ベクトルｅＥが求められる。ベクトルｅＥのＸ，Ｙ，Ｚ座標成分をそれぞれξＸ，ξＹ，ξＺと表し、また第１屈折面７０にてＰＩに位置する点ＣＩと第２屈折面７２にてＰＥに位置する点ＣＥとのＸ，Ｙ，Ｚ座標の差をそれぞれΔｘ，Δｙ，Δｚと表すと、まず、上述のＰＩ及びＰＥの座標から、
Δｘ＝（ｑＸ−ｐＸ）・（ｋＸ−１／２）  ・・・（１）
Δｙ＝（ｑＹ−ｐＹ）・（ｋＹ−１／２）  ・・・（２）
が得られる。また、中間層６２を斜行する単位平行光線にてＣＩを始点としＣＥを終点とする光線のベクトルとその方向ベクトルｅＥとの比例係数をαとすると、
Δｘ＝αξＸ   ・・・（３）
Δｙ＝αξＹ   ・・・（４）
Δｚ＝αξＺ   ・・・（５）
となる。また方向ベクトルｅＥを単位ベクトルで定義すると次式が成り立つ。
ξＸ２＋ξＹ２＋ξＺ２＝１  ・・・（６）
（１）〜（６）式からαをパラメータとしてΔｚ及びベクトルｅＥが定まることが理解される。つまり、αの値に応じて、第１屈折面７０の向きと、第１屈折面７０及び第２屈折面７２のＺ方向の距離とが設定される。例えば、任意の画素〈ｋＸ，ｋＹ〉に対してΔｚを一定に設定し、第１屈折面７０の向きだけを変えて各画素に対応する目標位置ＰＥに単位平行光線を導くことが可能である。逆に、任意の画素〈ｋＸ，ｋＹ〉に対して第１屈折面７０の向きは一定に設定し、第１屈折面７０と第２屈折面７２とのＺ方向の距離だけを変えて各画素に対応する目標位置ＰＥに単位平行光線を導くことが可能である。但し、例えば、Δｚを一定に保つ設計では、ＰＥとＰＩとの位置の相違が大きくなるにつれ第１屈折面７０の傾斜が大きくなり後面層６０から入射する単位平行光線が第１屈折面７０にて全反射を起こす場合が生じ得る。また、第１屈折面７０の傾斜を一定に保つ設計では、ＰＥとＰＩとの位置の相違が大きくなるにつれΔｚが大きくなり画像拡大パネル２６が厚くなり得る。よって、具体的に設計する際にはこれらの点にも配慮する必要がある。例えば、図２、図３に示すように端に向かうにつれて、第１屈折面７０の傾斜及びΔｚの両方を増加させる設計とすることができる。
【００３４】
第２屈折面７２のＸ，Ｙ方向の位置は目標出射位置ＰＥにより定まり、Ｚ方向の位置は第１屈折面７０に対する距離Δｚにより定まる。第２屈折面７２の向きは中間層６２内を斜行してきた単位平行光線をＺ軸方向に屈折させるように設定される。本実施形態では後面層６０と前面層６４とは屈折率が同じであるので、第２屈折面７２の向きは第１屈折面７０と同じ、つまり平行に設定される。
【００３５】
以上、画像拡大パネル２６を上下左右の４つに分けたうちの１つの領域について説明したが、残りの３つの領域についても上下左右の対称性により同様の構成とすることができる。
【００３６】
例えば、画像拡大パネル２６は、拡散シートやプリズムシート等の光学シートの製造方法を応用して作製することができる。例えば、後面層６０とする樹脂層の表面に各画素領域に対する第１屈折面７０が配列された表面形状を形成し、その上に中間層６２となる樹脂層を塗布し硬化させる。そして、当該中間層６２の表面に第２屈折面７２が配列された表面形状を形成した後、前面層６４となる樹脂層を塗布・硬化する。第１屈折面７０が配列された表面形状や第２屈折面７２が配列された表面形状は、転写ロールに形成した当該形状を樹脂表面に転写して形成することができる。
【００３７】
図２、図３に示す光線８０は単位平行光線を模式的に表しており、光線８０は液晶パネル２４から画像拡大パネル２６の後面層６０へＺ軸方向に入射し、対応する第１屈折面７０にて屈折されてＸＹ平面内の目標位置まで中間層６２内を斜行し、その位置に設けられている第２屈折面７２で屈折されて前面層６４からＺ軸方向に射出される。そして、画像拡大パネル２６から射出された単位平行光線（光線８０）はそれぞれ視野角拡大パネル２８にて同じ角度分布８２を付与される。
【００３８】
図４、図５は液晶表示装置２０における表示画像の見え方を説明する模式図である。図４は液晶表示装置２０と図９に示した従来の液晶表示装置６との相違を示しており、図５は液晶表示装置２０を並べたマルチディスプレイと、図１０に示した従来のマルチディスプレイとの相違を示している。すなわち、図４に示すように、液晶表示装置２０では液晶パネル２４の中心に位置する画素Ａは正対する視点Ｐ１からも、また横にずれた視点Ｐ２，Ｐ３からも視野角拡大パネル２８表面上にて画素Ａに対応する画素射影区画Ａ１０に見える。また図５に示すように、マルチディスプレイを構成する液晶表示装置２０Ｌ，２０Ｒそれぞれの中心画素ＡＬ、ＡＲは例えば、視点Ｐ４からそれぞれ視野角拡大パネル２８の中心の点Ａ１１，Ａ１２に表示されているように見える。図４、図５では図９、図１０との対比のため中心の画素を示したが、液晶表示装置２０の任意の画素は視点を変えても視野角拡大パネル２８の同じ位置に見える。視野角拡大パネル２８上では、液晶パネル２４における画素配列をＸ方向及びＹ方向に伸張させた配列で画素射影区画が設定され、液晶パネル２４の原画像を拡大した画像が表示される。上述のように各画素射影区画に表示される画素は視点を変えても見える位置がずれないので、液晶表示装置２０は画像の歪みや視点に依存した画像のずれを抑制して正確な画像表示を可能としつつ、前面に占める有向表示領域の比率を拡大させ、例えば、額縁レスの構成とすることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
第２の実施形態に係る液晶表示装置の概略の構成は図１に示した上記実施形態の液晶表示装置２０と基本的に同じである。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明の簡素化を図る。
【００４０】
本実施形態の液晶表示装置２０は画像拡大パネル２６及び視野角拡大パネル２８の構成が第１実施形態と相違する。図６は本実施形態の画像拡大パネル２６及び視野角拡大パネル２８の部分断面図であり、左側が中央寄りである。本実施形態の画像拡大パネル２６は後面層１００及び前面層１０２の２層を順に積層した積層構造を含んでいる。後面層１００は前面層１０２より高い屈折率を有し、例えば、後面層１００は第１実施形態の後面層６０や前面層６４と同じ材質、また、前面層１０２は第１実施形態の中間層６２と同じ材質で作ることができる。後面層１００と前面層１０２との境界面１０４には単位平行光線毎に光を屈折させる屈折面１０６が形成される。この屈折面１０６を配列した境界面１０４は第１実施形態で述べた転写ロールを用いる方法などで形成される。視野角拡大パネル２８は画像拡大パネル２６の前面に密接配置される。
【００４１】
境界面１０４は、画像拡大パネル２６の後面の位置ＰＩに入射した単位平行光線をＸＹ平面内での位置がずれた前面の目標位置ＰＥに到達させるように、液晶パネル２４の各画素領域に対向するＸＹ領域に要素境界面として屈折面１０６を形成され、屈折面１０６で当該単位平行光線を屈折させる。ここで、各画素領域に対応する屈折面１０６の向きと当該屈折面１０６（例えばその中心）から前面層１０２の表面（画像拡大パネル２６と視野角拡大パネル２８との境界面１０８）までのＺ方向の距離Δｚとは、屈折面１０６にて屈折され前面層１０２内を斜行する単位平行光線が境界面１０８の目標位置である画素射影区画に入射するように設定される。
【００４２】
この屈折面１０６の向き・位置の設定は、第１実施形態の第１屈折面７０の設定と基本的に同様である。よって、αをパラメータとしてΔｚ及び前面層１０２内を斜行する光の方向ベクトルｅＥが定まる。例えば、単位平行光線の入射位置ＰＩのＸＹ平面内での有効表示領域４０の中心（ＸＹ平面の原点）からの距離に比例してΔｚを大きく設定することにより、方向ベクトルｅＥと画像拡大パネル２６の法線ベクトルとのなす角、つまり画像拡大パネル２６と視野角拡大パネル２８との境界面１０８への単位平行光線の入射角を各単位平行光線について同じにすることができる。この設定では、各単位平行光線が境界面１０８を照らす面積（画素射影区画の面積）の均等化を図ることができる。
【００４３】
単位平行光線が前面層１０２から出射する方向は、第１実施形態と異なり、基本的に画素（画素射影区画）毎に相違する。視野角拡大パネル２８は画像拡大パネル２６の画素射影区画それぞれからの単位平行光線の出射方向の相違を補償して、画素射影区画それぞれについて角度分布８２を共通にするように構成される。例えば、視野角拡大パネル２８はマイクロレンズアレイを用いて構成することができ、マイクロレンズアレイを構成するレンズ群の特性を画素射影区画毎に設定して、単位平行光線の出射方向の相違を補償する。
【００４４】
出射位置ＰＥは第１実施形態と同様、液晶パネル２４の画素に対応した入射位置ＰＩの配列をＸ方向及びＹ方向に伸張させた配列で設定される。本実施形態の液晶表示装置２０は第１実施形態の液晶表示装置２０と同様、画像の歪みや視点に依存した画像のずれを抑制して正確な画像表示を可能としつつ、前面に占める有向表示領域の比率を拡大させ、例えば、額縁レスの構成とすることができる。
【００４５】
［第３実施形態］
第３の実施形態に係る液晶表示装置の概略の構成は図１に示した上記実施形態の液晶表示装置２０と基本的に同じである。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明の簡素化を図る。
【００４６】
本実施形態の液晶表示装置２０は画像拡大パネル２６の構成が第１実施形態と相違する。図７は本実施形態の画像拡大パネル２６及び視野角拡大パネル２８の部分断面図であり、左側が中央寄りである。画像拡大パネル２６と液晶パネル２４との間には空気層１２０が設けられ、画像拡大パネル２６と視野角拡大パネル２８との間にも空気層１２２が設けられる。画像拡大パネル２６は空気層より高い屈折率の材質で形成される。
【００４７】
画像拡大パネル２６と空気層１２０との境界面１２４、及び画像拡大パネル２６と空気層１２２との境界面１２６は、画像拡大パネル２６の後面の位置ＰＩに入射した単位平行光線をＸＹ平面内での位置がずれた前面の目標位置ＰＥからＺ軸方向に出射させるように、当該単位平行光線を屈折させる。そのために、境界面１２４，１２６には単位平行光線それぞれに対応して要素境界面が設定され、各単位平行光線に対応する境界面１２４の要素境界面（第１屈折面）と境界面１２６の要素境界面（第２屈折面）とはそれぞれＸＹ平面内の位置がＰＩ，ＰＥであって、それらの面の向き（傾斜）及びＺ方向の間隔が目標位置からＺ軸方向へ当該単位平行光線を出射させるように設定される。この点で、本実施形態の画像拡大パネル２６及び空気層１２０，１２２の積層構造は、第１実施形態の画像拡大パネル２６と共通している。各画素の第１屈折面１３０の向きと、当該第１屈折面１３０とこれに対応する第２屈折面１３２とのＺ方向の間隔Δｚとは、第１屈折面１３０にて屈折され画像拡大パネル２６内を斜行する単位平行光線が第２屈折面１３２に入射するように設定される。また、第２屈折面１３２の向きは画像拡大パネル２６内を斜行してきた単位平行光線をＺ軸方向に屈折させて空気層１２２へ出射させるように設定される。
【００４８】
本実施形態の液晶表示装置２０も第１実施形態の液晶表示装置２０と同様、画像の歪みや視点に依存した画像のずれを抑制して正確な画像表示を可能としつつ、前面に占める有向表示領域の比率を拡大させ、例えば、額縁レスの構成とすることができる。
【００４９】
上述のように、本実施形態の空気層１２０、画像拡大パネル２６及び空気層１２２はそれぞれ第１実施形態の画像拡大パネル２６の後面層６０、中間層６２及び前面層６４に対応するが、本実施形態と第１実施形態とはそれらの屈折率の大小関係が逆である点に基本的な違いが存在する。この違いにより、第１屈折面での入射角と屈折角との大小関係、及び第２屈折面での入射角と屈折角との大小関係がそれぞれ本実施形態と第１実施形態とは逆になる。これは、図７において、第１屈折面１３０及び第２屈折面１３２の傾斜の向き（右下がり）が図３に示す第１実施形態の第１屈折面７０及び第２屈折面７２の傾斜の向き（右上がり）と逆となっていることに現れている。本実施形態の第１屈折面１３０及び第２屈折面１３２の向きと屈折光との関係では、或る画素の第１屈折面１３０で屈折した光の経路上に、当該光に対応する第２屈折面１３２以外の境界面が存在しやすくなるので、境界面１２４，１２６の設計に際しては当該光が第２屈折面１３２まで画像拡大パネル２６内を直進できるように配慮する。
【００５０】
この点を図８を用いて説明する。図８は画像拡大パネル２６の境界面１２４及び液晶パネル２４の垂直断面の一部の模式図である。複数の第１屈折面１３０が配列される境界面１２４は第１屈折面１３０の境界で不連続になる。例えば、図８に示すように画像拡大パネル２６の中心から端に向かう断面にて境界面１２４は鋸歯状となる。画素１４０Ｌに対応する第１屈折面１３０Ｌに当該画素から入射した光線は隣接する画素１４０Ｒに対応する第１屈折面１３０Ｒ寄りに屈折し画像拡大パネル２６内を斜行する光線となる。ここで、画素１４０Ｌの画素１４０Ｒ寄りの端部からの出射光１４２の第１屈折面１３０Ｌでの屈折光１４４が第２屈折面（図示せず）まで直進するように境界面を構成する。具体的には境界面１２４に関しては例えば、図８に点線１４６で示す形状とすると光線１４４は再び空気層１２０に出射して隣接画素１４０Ｒの第１屈折面１３０Ｒに入射したり、第１屈折面１３０Ｌ，１３０Ｒをつなぐ段差面１４８にて全反射したりする可能性がある。境界面１２４はこれを回避する形状とする。例えば、隣接画素１４０Ｒに対応する第１屈折面１３０Ｒの輪郭線のうち境界面１２４にて凹部となる側（画素１４０Ｌ側）のＸＹ平面内での位置を画素１４０Ｒの境界に合わせ、光線１４２の第１屈折面１３０Ｌへの入射位置と第１屈折面１３０Ｒの凹部との水平距離をできるだけ大きく、具体的には画素１４０Ｌ，１４０Ｒ間のブラックマトリクス１５０領域の幅に設定するといった配慮や、第１屈折面１３０Ｌとこれに対応する第２屈折面との距離Δｚを増加させて第１屈折面１３０Ｌの傾斜を小さく設定し、光線１４４の方向ベクトルｅＥの隣接画素の第１屈折面１３０Ｒ側への傾きを小さくするといった配慮をする。
【符号の説明】
【００５１】
２０  液晶表示装置、２２  バックライトユニット、２４  液晶パネル、２６  画像拡大パネル、２８  視野角拡大パネル、３０  導光板、３２  ＬＥＤ、３４  光学シート群、４０  有効表示領域、４２  非表示領域、５０  フレーム、５２  フロントベゼル、６０  後面層、６２  中間層、６４  前面層、６６，６８，１０４，１０８，１２４，１２６  境界面、７０，１３０  第１屈折面、７２，１３２  第２屈折面、１００  後面層、１０２  前面層、１２０，１２２  空気層、１４０  画素、１４８  段差面、１５０  ブラックマトリクス領域。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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