(57)【要約】【課題】車載用ディスプレイに使用される液晶表示装置において、バックライトの低消費電力化、あるいは、液晶表示パネルに表示される画像の輝度を向上させる。【解決手段】第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルと、指向性を向上させた光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置される三角形のプリズムアレイ、あるいは、台形のプリズムアレイを有する。前記三角形のプリズムアレイは、２等辺三角形のプリズムアレイである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルと、
指向性を向上させた光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置される三角形のプリズムアレイを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記三角形のプリズムアレイの各プリズム素子は、２等辺三角形のプリズム素子であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶表示パネルと前記三角形のプリズムアレイとの間に配置される拡散板を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記三角形のプリズムアレイは、それぞれの三角形のプリズム素子の底辺が前記液晶表示パネル側となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示パネルの前記第１基板上に配置される第１偏光板を有し、
前記液晶表示パネルの前記第１基板は前記バックライト側に配置され、
前記三角形のプリズムアレイは、前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルと、
指向性を向上させた光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置される台形のプリズムアレイを有することを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記台形のプリズムアレイの各プリズム素子は、２等辺三角形の頂角を平坦にカットした台形のプリズム素子であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶表示パネルと前記台形のプリズムアレイとの間に配置される拡散板を有することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記台形のプリズムアレイは、それぞれの台形のプリズム素子の底辺が前記液晶表示パネル側となるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶表示パネルの前記第１基板上に配置される第１偏光板を有し、
前記液晶表示パネルの前記第１基板は前記バックライト側に配置され、
前記台形のプリズムアレイは、前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記バックライトから照射される光は、水平相対光度分布において、特定の角度方向にピーク光度を有するとともに、前記特定の角度を中心として時計回りに±１５度以上のときに、前記ピーク光度に対する相対光度が５０％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記特定の角度は、前記液晶表示パネルに垂直な方向であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示パネルから照射される光として、２方向、あるいは、３方向の指向性を持たせた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルから照射される光の指向性は、高視野角を実現するために、水平方向、あるいは、垂直方向に、所定範囲の角度となるようにされている。
しかしながら、液晶表示装置を車載用ディスプレイとして用いた場合、液晶表示パネルに表示される画像は、運転手、助手席の２方向、あるいは、後ろの席の真ん中を含む３方向から見えるだけで良い。
そのため、高視野角を持つ液晶表示パネルを車載用ディスプレイとして用いた場合、液晶表示パネルから照射される光の大部分が不要な方向に発せられていることになる。
一般に、液晶表示装置は、液晶表示パネルに光を照射するためのバックライトを備えているが、このバックライトから照射される光を有効に活用するために、バックライトから照射される光に指向性を持たせることが知られている。（下記、特許文献１参照）
一方、パララックスバリア方式の立体表示装置の原理を応用した２画面表示装置も知られている。（下記、特許文献２参照）
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特願２００７−１７７８９５
【特許文献２】特開２００５−７８０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように、高視野角を持つ液晶表示パネルを車載用ディスプレイとして用いた場合、液晶表示パネルから照射される光の大部分が不要な方向に発せられている。このことは、不要な方向に発せられている光を照射するために、バックライトにおいて消費電力を無駄に消費していることを意味している。
この不要な方向に発せられている光を削減できれば、バックライトの消費電力を低減すること、或いは、液晶表示パネルに表示される画像の輝度を向上させることが可能である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、車載用ディスプレイに使用される液晶表示装置において、バックライトの低消費電力化、あるいは、液晶表示パネルに表示される画像の輝度を向上させることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルと、指向性を向上させた光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置される三角形のプリズムアレイ、あるいは、台形プリズムアレイを有する。
本発明の液晶表示装置では、一方向に光を照射するような指向性を持つバックライトを使用し、三角形のプリズムアレイ、あるいは、台形プリズムアレイを利用することにより、バックライトから照射される光の指向性を、２方向あるいは３方向となし、それにより、液晶表示パネルに表示される画像が、運転手、助手席の２方向、あるいは、後ろの席の真ん中を含む３方向から見えるようする。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、車載用ディスプレイに使用される液晶表示装置において、バックライトの低消費電力化、あるいは、液晶表示パネルに表示される画像の輝度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の液晶表示装置の概略構成を示す図である。
図１において、１０は液晶表示パネル、１１は三角形のプリズムアレイ、１２はバックライトである。ここで、バックライトは、図１のＺ方向の指向性を向上させた光を照射する。
本実施例において、バックライト１２から液晶表示パネル１０に向かって垂直に照射された光（光束）は、鈍角三角形のプリズムアレイ１１によって、２方向の光束に分離して、液晶表示パネル１０に入射される。
その２方向の光束は、三角形のプリズムアレイ１１から射出した際には隙間があるが、液晶表示パネル１０に向かう間に重なり合って一様性の高い２方向の光になる。なお、一様性に問題があれば、液晶表示パネル１０の下面に拡散板を設けて一様性を向上させるようにしてもよい。これにより、液晶表示パネル１０から照射される光も、２方向の光束となる。
図２に示すように、三角形のプリズムアレイ１１の屈折率が１．５３、各三角形プリズム素子１１ａの底角が３７度、頂角が１０６度の鈍角の時に、図１に示すように、光束の角度分布は垂直方向からのずれが±３０度となる。
【０００８】
図３は、本実施例のバックライト１２から照射される光の水平相対光度分布、三角形のプリズムアレイ１１を通過した光の水平相対光度分布を示すグラフである。
図３は、図１に示すＸ方向の角度依存性を示すグラフであり、図３の縦軸が、水平相対光度（Ｂｒ）を、図３の横軸が、出光角度（φ）である。また、図３のＡが、バックライト１２から照射される光の水平相対光度分布を、図３のＢが、三角形のプリズムアレイ１１を通過した光の水平相対光度分布を示す。
図３に示すように、バックライト１２から照射される光束の水平相対光度分布は、０度（所謂、垂直方向）の方向にピーク光度を有しているが、三角形のプリズムアレイ１１を通過した光のピーク光度は、正面からのずれが±３０度となっている。
図４は、水平方向３０度において、三角形のプリズムアレイ１１を通過した光束の垂直相対光度分布を示すグラフであり、図４の縦軸が、垂直相対光度（Ｂｒ）を、図４の横軸が、出光角度（φ）である。なお、図３、図４は、三角形プリズム素子１１ａの屈折率が１．５３、底角が３７度、頂角が１０６度の場合のグラフである。
この図４から、水平方向３０度（φ＝３０°）において、三角形のプリズムアレイ１１を通過した光束は、垂直方向に光の分布が制限されていることが分かる。
図３、図４から、本実施例の液晶表示パネル１０から照射される光は、水平方向（あるいは、左右方向）には、±３０度の方向に光の分布が強くなり、しかも、垂直方向（あるいは、上下方向）にも光の分布が制限されていることが分かる。
そして、水平方向（あるいは、左右方向）の、±３０度の方向に、運転席、助手席の人の頭があれば、この光分布は理想的な分布になっていることが分かる。
【０００９】
図５は、三角形のプリズムアレイ１１のプリズム素子１１ａの底角を変えたときの水平相対光度分布を示すグラフである。
図５は、図１に示すＸ方向の角度依存性を示すグラフであり、図５の縦軸が、水平相対光度（Ｂｒ）を、図５の横軸が、出光角度（φ）である。
また、図５において、図５のＡが、バックライト１２から照射される光の水平相対光度分布を、図５のＢが、三角形プリズム素子１１ａの底角が３７度（図６に示すθが３７度）である三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を、図５のＣが、三角形プリズム素子１１ａの底角が３２度（図６に示すθが３２度）である三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を、図５のＤが、三角形プリズム素子１１ａの底角が２７度（図６に示すθが２７度）である三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を、図５のＥが、三角形プリズム素子１１ａの底角が２２度（図６に示すθが２２度）である三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を示す。
図５から分かるように、三角形プリズム素子１１ａの底角を変化させることにより、２方向の指向性は、±１０度〜±３０度の方向の範囲で変化させることが可能である。なお、図５では、左右方向の指向性の角度は等しいが、これは、三角形プリズム素子１１ａを二等辺三角形にしたからであり、三角形プリズム素子１１ａを、各辺の長さが等しくない三角形のプリズムを使用すれば、左右方向の指向性の角度を変えることができる。
【００１０】
［実施例２］
本実施例の液晶表示装置は、前述の実施例において、三角形のプリズムアレイ１１に代えて、台形のプリズムアレイ１３を使用するものである。
図７は、本実施例の台形のプリズムアレイ１３を構成する台形のプリズム素子１３ａを説明するための図である。本実施例の台形のプリズム素子１３ａは、前述の三角形のプリズム素子１１ａの頂点部分を平坦にカットしたものである。
図８は、台形のプリズム素子１３ａのカット量（△Ｈ／Ｈ）を変えたときの、本実施例２の台形のプリズムアレイ１３を通過した光の水平相対光度分布を示すグラフである。図８は、図１に示すＸ方向の角度依存性を示すグラフであり、図８の縦軸が、水平相対光度（Ｂｒ）を、図８の横軸が、出光角度（φ）である。
図８において、図８のＡが、バックライト１２から照射される光の水平相対光度分布を、図８のＢが、三角形のプリズム素子１１ａの底角（図６のθ）が３７度であるプリズムアレイ１１を通過した光の水平相対光度分布を、図８のＣが、台形のプリズム素子１３ａの底角（図７のθ）が３７度で、頂角カット量１０％（△Ｈ／Ｈ＝０．１）であるプリズムアレイ１３を通過した光の水平相対光度分布を、図８のＤが、台形のプリズム素子１３ａの底角（図７のθ）が３７度で、頂角カット量２０％（△Ｈ／Ｈ＝０．２）であるプリズムアレイ１３を通過した光の水平相対光度分布を、図８のＥが、台形のプリズム素子１３ａの底角（図７のθ）が３７度で、頂角カット量３０％（△Ｈ／Ｈ＝０．３）であるプリズムアレイ１３を通過した光の水平相対光度分布を、図８のＦが、台形のプリズム素子１３ａの底角（図７のθ）が３７度で、頂角カット量４０％（△Ｈ／Ｈ＝０．４）であるプリズムアレイ１３を通過した光の水平相対光度分布を示す。
【００１１】
図８では、プリズム素子１３ａの屈折率（ｎ）が、１．５３、底角（図７のθ）が３７度としている。したがって、カットがない場合には、前述のプリズムアレイ１１となるので、照射される光は、水平方向の±３０度の方向に指向性を持っている。
図８のＣないし図８のＦに示すように、カット量（△Ｈ／Ｈ）を増すにしたがって、プリズムアレイ１３から照射される光には、前方（所謂、垂直方向）、つまり角度０度の指向性も現れる。
図８のＤに示すように、カット量が２０％の時には、プリズムアレイ１３から照射される光の左右３０度方向、前方の３方向の指向性はほぼ等しくなっている。左右±３０度の方向に運転席、助手席、後部座席の中央に人の頭があれば、図８のＤに示す台形のプリズム素子１３ａを有する台形のプリズムアレイ１３の光分布は理想的な分布になっていることが分かる。つまり、運転席、助手席、後部座席の人が同時に画像を見るのに最も適した光指向性を持つ液晶表示装置を提供することができる。
【００１２】
［実施例３］
図９は、本発明の実施例３の液晶表示装置の概略構成を示す要部断面図である。
図９に示すように、液晶表示パネル１０は、第１基板（ＳＵＢ１）と第２基板（ＳＵＢ２）との間に挟持される液晶層（ＬＣ）を有する。また、第１基板（ＳＵＢ１）上には第１偏光板（ＰＯＬ１）が、第２基板（ＳＵＢ２）上には第２偏光板（ＰＯＬ２）が設けられる。
本実施例では、台形のプリズムアレイ１３が、液晶表示パネル１０側に配置される。
図９では、台形のプリズムアレイ１３は、第１偏光板（ＰＯＬ１）と第１基板（ＳＵＢ１）との間に配置される。
そして、図９のＢに、図９のＡの箇所を拡大して示すように、台形のプリズムアレイ１３の各プリズム素子１３ａの向きが、前述の実施例１、実施例２とは逆向きになるように設けられている。なお、図９のＢにおいて、１５は空気層、１６は空気層または樹脂、ＢＭはブラックマトリクス、ＢＥＦは輝度上昇フィルムである。
また、本実施例では、台形のプリズムアレイ１３で説明しているが、三角形のプリズムアレイ１１の場合でも同様な効果があり、その効果は台形のプリズムアレイ１３の場合の説明から容易に理解できるので省略する。
本実施例では、プリズムアレイ１３から照射される光の指向性として、左右３０度方向、前方の３方向の指向性の他に、光束が、液晶表示パネル１０で収束する効果も有している。つまり、ブラックマトリクス（ＢＭ）で遮蔽される光も利用でき、液晶表示パネル１０をさらに明るくする効果がある。
【００１３】
前述したように、例えば、図１０に示す２画面液晶表示装置が知られている。このような２画面液晶表示装置に本発明を適用することも可能である。
なお、図１０は、２画面表示装置の原理を示す図であり、同図において、Ａは、ＫＡの観察者用の像、Ｂは、ＫＢの観察者用の像、ＢＡＲＩＡは視差バリア、ＴＨＢＡは視差バリア（ＢＡＲＩＡ）のスリット状の開口部である。
図１０において、視差バリア（ＢＡＲＩＡ）と、Ａ，Ｂの像が形成される像面との距離（図１０のＴ１）と、視差バリア（ＢＡＲＩＡ）の開口部（ＴＨＢＡ）の幅（図１０のＴ２）とを適宜設定することにより、ＫＡの観察者と、ＫＢの観察者とにそれぞれ異なる像、例えば、ＫＡの観察者に映画、ＫＢの観察者にナビゲーション情報を表示することが可能となる。
また、前述の説明では、バックライト１２から照射される光は、液晶表示パネル１０に向かって垂直に照射される平行な光束を想定しているが、バックライト１２から照射される光は平行光束である必要はない。例えば、バックライト１２から照射される光は、図１に示すＸ方向の相対光度分布（所謂、水平相対光度分布）において、特定の角度方向（０度の方向、所謂、垂直方向）にピーク光度を有するとともに、特定の角度を中心として時計回りに±１５度以上のときに、ピーク光度に対する相対光度が５０％以下である光であっても前述の各実施例と同様な効果を奏する。なお、特定の角度方向は、０度の方向（所謂、垂直方向）以外の角度であってもよい。
【００１４】
以上説明したように、本実施例では、バックライト１２から照射される光が、運転席、助手席の２方向、あるいは、後ろの席の真ん中を含む３方向の指向性を持つようにしたので、バックライト１２から照射される照射光を有効に活用することができる。
したがって、従来の液晶表示装置と同様の輝度で表示する場合は、バックライト１２の消費電力を低減でき、また、従来の液晶表示装置と同様の消費電力で表示する場合は、液晶表示パネル１０に表示される画像の輝度を向上させることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の三角形のプリズムアレイを構成する三角形のプリズム素子を示す図である。
【図３】本発明の実施例１のバックライトから照射される光の水平相対光度分布と、三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を示すグラフである。
【図４】水平方向３０度において、三角形のプリズムアレイを通過した光の垂直相対光度分布を示すグラフである。
【図５】三角形のプリズム素子の底角を変えたときの、本発明の実施例１の三角形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例１の三角形のプリズムアレイを構成する三角形のプリズム素子を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の台形のプリズムアレイを構成する台形のプリズム素子を示す図である。
【図８】台形のプリズム素子のカット量を変えたときの、本発明の実施例２の台形のプリズムアレイを通過した光の水平相対光度分布を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例３の液晶表示装置の要部断面構造を示す断面図である。
【図１０】２画面液晶表示装置の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  液晶表示パネル
１１  三角形のプリズムアレイ
１１ａ  三角形のプリズム素子
１２  バックライト
１３  台形のプリズムアレイ
１３ａ  台形のプリズム素子
１５  空気層
１６  空気層または樹脂
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２  基板
ＬＣ  液晶層
ＢＭ  ブラックマトリクス
ＰＯＬ１，ＰＯＬ２  偏光板
ＢＥＦ  輝度上昇フィルム
ＫＡ，ＫＢ  観察者
Ａ  観察者（ＫＡ）用の像
Ｂ  観察者（ＫＢ）用の像
ＢＡＲＩＡ  視差バリア
ＴＨＢＡ  視差バリアのスリット状の開口部
【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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