JP2009300508A - 液晶表示装置 - Google Patents

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【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

Description

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。
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)
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。
特願2007−177895 特開2005−78080号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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
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

Claims (12)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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