JP5730081B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示は表示装置に関する。また、本開示は照明装置に関する。

外光の反射率を制御することによって画像を表示する反射型の画像表示部が知られている。例えば、反射型の液晶表示パネルは外光を反射する反射膜などを備えており、液晶層によって外光の反射率を制御することによって画像を表示する。反射型の画像表示部を備えた表示装置は外光を利用して画像を表示するので、低消費電力化、薄型化、軽量化が達成でき、例えば携帯端末用として利用されている。

しかしながら、反射型の画像表示部を備えた表示装置は、照度の低い環境下において視認性が低下する。このため、反射型の画像表示部に向けて光を照射する照明装置を備えた構成の表示装置も提案されている。しかしながら、画像表示部の前面を覆う導光板を配置した構成の照明装置では、照明装置からの光の一部はそのまま観察者側に漏れる。このため、画像のコントラストが低下する。また、導光板を介して画像を観察することになるので、導光板が画像の視認性に影響を与える。

一方、読書ライトのような照明装置は画像表示部の前面を覆う導光板を有さないので、上述した問題は起こらない。例えば、特開２０００−３３８４８８号公報や特開２００２−２２９０１９号公報には、画像表示部の前面を覆う導光板を有さない照明装置を備えた表示装置が記載されている。

特開２０００−３３８４８８号公報 特開２００２−２２９０１９号公報

反射型の画像表示部を備えた表示装置にあっては、画像表示部の表示領域における光の散乱特性に角度依存性を持たせることによって、例えば、所定の観測位置に対する反射率を高めて、カラー表示化に伴う反射率低下による視認性低下を補うことや、所定の観測位置から外れた場所から画像が観察されることを妨げる、といったことができる。しかしながら、光の散乱特性に角度依存性を有する画像表示部に読書ライトのような照明装置から光を照射すると、表示領域における散乱光の強さに不均一を生じ、所定の観察位置から観察される画像の輝度の不均一が顕著になる。

従って、本開示の目的は、表示領域における光の散乱特性が角度依存性を有していても所定の観察位置から観察される画像の輝度の均一性を向上することができる、反射型の画像表示部を備えた表示装置、および、反射型の画像表示部に光を照射する照明装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、及び、
画像表示部に向かって斜め前方から光を照射する照明装置、
を備えており、
表示領域における光の散乱特性は角度依存性を有しており、
照明装置は、同一階調の画像が表示された表示領域を所定の観測位置から観察したときに画像の輝度が均一となるように調整された強度分布の光を照射する表示装置である。

上記の目的を達成するための本開示の照明装置は、
表示領域における光の散乱特性が角度依存性を有する反射型の画像表示部に向かって斜め前方から光を照射する照明装置であって、
同一階調の画像が表示された表示領域を所定の観測位置から観察したときに画像の輝度が均一となるように強度分布が調整された光を照射する照明装置である。

本開示の表示装置に用いられる照明装置、あるいは又、本開示の照明装置にあっては、画像表示部に向かって斜め前方から、同一階調の画像が表示された表示領域を所定の観測位置から観察したときに画像の輝度が均一となるように強度分布が調整された光を照射する。これによって、表示される画像の輝度の均一性を向上することができる。

図１は、第１の実施形態における表示装置の模式的な斜視図である。 図２の（Ａ）は、反射型の画像表示部の模式的な斜視図である。図２の（Ｂ）は、異方性散乱フィルムの模式的な断面図である。 図３の（Ａ）乃至（Ｃ）は、反射型の画像表示部における入射光と散乱光の関係を説明するための模式図と模式的なグラフである。 図４は、通常の光源を備えた照明装置を用いた場合に観測位置で観察される散乱光の強さなどを説明するための模式図である。 図５は、画像の輝度を均一にするような入射光の強度分布を説明するための模式図である。 図６は、第１の実施形態に用いられる照明装置における各光源の制御について説明するための模式図である。 図７は、第１の実施形態の変形例における入射光の強度分布を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示に係る表示装置および照明装置、全般に関する説明
２．第１の実施形態（その他）

［本開示に係る表示装置および照明装置、全般に関する説明］
本開示の照明装置、あるいは又、本開示の表示装置に用いられる照明装置（以下、これらを単に、本開示の照明装置と呼ぶ場合がある）にあっては、上述したように、同一階調の画像が表示された表示領域を所定の観測位置から観察したときに画像の輝度が均一となるように調整された強度分布の光を照射する。ここで、「画像の輝度が均一」とは、厳密に均一である場合の他、実使用上において均一である場合をも含む。

この場合において、照明装置は、光を照射したときに各画素からの光が散乱して所定の観測位置に到達する条件を満たすような所定の位置に配置されている構成とすることができる。通常、照明装置が光を照射したときに所定の観測位置が表示領域の照明装置側の辺に位置する画素から光が散乱する角度範囲に含まれ且つ照明装置側の辺に対向する辺に位置する画素から光が散乱する角度範囲に含まれれば、上述した条件は満たされる。

上述した好ましい構成を含む本開示の照明装置にあっては、照明装置は複数の光源を備えており、各光源の発光を制御することによって表示領域に照射する光の強度分布が調整される構成とすることができる。あるいは又、照明装置は光源と調光部とを備えており、調光部によって光源から表示領域に照射する光の強度分布が調整される構成とすることができる。

照明装置を構成する光源として、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、冷陰極線型若しくは熱陰極線型の蛍光ランプ、エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence：ＥＬ）装置、通常のランプを挙げることができる。照明装置が複数の光源を備えている構成にあっては、光源として発光ダイオードを用いることが好ましい。例えば、発光ダイオードを略矩形のマトリクス状に配列しておき、各ダイオードの発光を制御するといった構成とすることができる。

調光部として、光源の出射側に配列されたレンズや減光（Neutral Density：ＮＤ）フィルタを例示することができる。レンズの指向性や減光フィルタの分布を調整することによって、光源から表示領域に照射する光の強度分布が調整される。あるいは又、光源からの光を反射するリフレクタの反射率に同様な分布を持たせるといった構成とすることもできる。調光部は、周知の光学材料等を用いて構成することができる。

後述する各実施形態においては、表面に異方性散乱フィルムが貼られた反射型の液晶表示パネルを画像表示部として用いる。液晶表示パネルはモノクロ表示であってもよいしカラー表示であってもよい。

異方性散乱フィルムは、例えば、屈折率の異なる微小な領域が面に対して所定の角度で配向した状態で交互に形成されているフィルムから成る。このフィルムは、或る方向からの光はそのまま透過し他の方向からの光は散乱するといった、光の散乱特性の角度依存性を示す。換言すれば、その曇価は角度依存性を示す。このフィルムは、例えば、互いに屈折率が異なる２種の化合物を含有する光硬化性組成物を原料とし、この組成物の膜に所定の方向から光を照射して硬化させることによって得ることができる。

異方性散乱フィルムの構成は特に限定するものではなく、表示装置の仕様や設計に応じて適宜好適な構成のフィルムを選択して使用すればよい。照明装置から照射される光と異方性散乱フィルムとの関係を好適に設定することによって、照明装置から照射される光に対しては散乱性を示さず、液晶表示パネルから反射する光に対して散乱性を示すようにすることができる。

反射型の液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料などから成る。画素電極が光を反射する構成であってもよいし、透明画素電極と反射膜の組み合わせによって、反射膜が光を反射するといった構成であってもよい。液晶表示パネルの構成は特に限定するものではない。所謂ＴＮモードで駆動される構成であってもよいし、ＶＡモードあるいはＩＰＳモードで駆動される構成であってもよい。

尚、反射型と透過型の両方の特性を有する半透過型の画像表示部として、例えば、画素内に反射型の表示領域と透過型の表示領域の両方を有する半透過型の液晶表示パネルが周知である。このような半透過型の画像表示部を用いてもよい。即ち、「反射型の画像表示部」には「半透過型の画像表示部」も含まれる。

画像表示部の形状は特に限定するものではなく、横長の矩形状であってもよいし縦長の矩形状であってもよい。画像表示部の画素（ピクセル）の数Ｍ×Ｎを（Ｍ，Ｎ）で表記したとき、例えば横長の矩形状の場合には（Ｍ，Ｎ）の値として、（６４０，４８０）、（８００，６００）、（１０２４，７６８）等の画像表示用解像度の幾つかを例示することができ、縦長の矩形状の場合には相互に値を入れ替えた解像度を例示することができるが、これらの値に限定するものではない。

画像表示部を駆動する駆動回路や、照明装置を駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。

本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本開示に係る表示装置および照明装置に関する。

図１は、第１の実施形態における表示装置の模式的な斜視図である。

図１に示すように、表示装置１は、画素１２が配列された表示領域１１を有する反射型の画像表示部１０、及び、画像表示部１０に向かって斜め前方から光を照射する照明装置３０を備えている。画像表示部１０は、反射型の液晶表示パネルから成り、筐体２０内に組み込まれている。照明装置３０は、支持部４０から伸びる腕部４１の端部に取り付けられている。支持部４０は、図示せぬ把持部によって、筐体２０の一端側に着脱可能に取り付けられている。尚、図１においては、筐体２０の一部を切り欠いて示した。説明の都合上、表示領域１１はＸ−Ｚ平面と平行であり、画像を観察する側が＋Ｙ方向であるとする。

照明装置３０は複数の光源３１を備えている。光源３１は例えば白色ＬＥＤから成り、Ｘ軸方向に沿って複数配列されて成る行を形成している。図１に示す例では４行分の光源３１が平面状に配置されている。第１行目に含まれる光源を符号３１_aで表し、第２行目に含まれる光源を符号３１_bで表す。同様に、第３行目に含まれる光源を符号３１_cで表し、第４行目に含まれる光源を符号３１_dで表す。

後述するように、表示領域１１における光の散乱特性は角度依存性を有しており、照明装置３０は、同一階調の画像が表示された表示領域１１を所定の観測位置から観察したときに画像の輝度が均一となるように調整された強度分布の光を照射する。照明装置３０は、光を照射したときに各画素１２からの光が散乱して所定の観測位置に到達する条件を満たすような所定の位置に配置されている。また、各光源３１の発光を制御することによって表示領域１１に照射する光の強度分布が調整される。

図２の（Ａ）は、反射型の画像表示部の模式的な斜視図である。図２の（Ｂ）は、異方性散乱フィルムの模式的な断面図である。

図２の（Ａ）に示すように、反射型の画像表示部１０は、表面に異方性散乱フィルム１４が貼付された反射型の液晶表示パネル１３から成る。表示領域１１は矩形状である。表示領域１１の辺を参照番号１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄで表す。辺１５Ａは照明装置３０側の辺であり、辺１５Ｃは辺１５Ａに対向する辺である。例えば、辺１５Ａ，１５Ｃは約１２［ｃｍ］、辺１５Ｂ，１５Ｄは約１６［ｃｍ］といった値である。

異方性散乱フィルム１４は、例えばその厚さが０．１［ｍｍ］程度のフィルムであって、図２の（Ｂ）に示すように、屈折率の異なる微小な領域が面に対して所定の角度で配向した状態で交互に形成されている。この微小な領域は図においてＸ方向に延びるように形成されている。領域の屈折率ｎ１，ｎ２との差に起因して、或る方向からの光はそのまま透過し他の方向からの光は散乱するといった、光の散乱特性の角度依存性を示す。基本的には、所定の角度で配向した領域に平行に入射する光はそのまま透過し、他の方向から入射する光については、角度に応じて所定の依存性をもって光が散乱する。

画像表示部１０からの光の散乱特性、具体的には光の散乱範囲および散乱光の強さは、入射する光の入射角の値により影響を受ける。例えば、画像表示部１０を全白表示とした状態で入射角を変えて光を入射させたときの特性を、図３を参照して説明する。

図３の（Ａ）乃至（Ｃ）は、反射型の画像表示部における入射光と散乱光の関係を説明するための模式図と模式的なグラフである。

説明の都合上、図３の（Ａ）乃至（Ｃ）の右側の模式図において入射光はＹ−Ｚ平面上を伝搬するものとする。また、散乱光はＹ−Ｚ平面を対称面として略円錐状に散乱するが、図においてはＹ−Ｚ平面上を伝搬する散乱光を示す。図示の都合上、光は画像表示部１０の表面で散乱するように記したが、実際には透過した光が液晶表示パネル１３に達しそこからの反射光に基づいて光が散乱する。右側の模式図における散乱する光の出射角と光の強さの関係を、左側の模式的なグラフに示す。

図３の（Ａ）に示すように、入射角θ₁が小さな値である場合には、強い光が散乱する。そして、θ₁＜θ₂といった関係の入射角θ₂で光が入射すると、散乱光の強さは弱まる（図３の（Ｂ）参照）。θ₂＜θ₃といった関係の入射角θ₃で光が入射すると、散乱光の強さは更に弱まる（図３の（Ｃ）参照）。また、入射角が大きくなると、光が散乱する角度範囲（以下、単に、「散乱範囲」と略称する場合がある）は図において右方向に傾く傾向を示す。

蛍光ランプ等の直線状の光源を備えた通常の照明装置を用いた場合には、表示される画像の輝度の均一性を確保することができない。図４を参照して、通常の照明装置を用いた場合の画像の輝度について説明する。

図４は、通常の照明装置を用いた場合に観測位置で観察される散乱光の強さなどを説明するための模式図である。具体的には、図１に示す照明装置３０をＸ軸方向に延びる蛍光ランプ等の直線状光源を備えた照明装置３０’に置き換えた構成において、図１に示すＡ−Ａ線を含むＹ−Ｚ平面上における光の挙動を表した模式図である。尚、例えば、画像表示部１０は全白表示であるとする。

図４や後述する図５乃至図７においては、図２に示す辺１５Ａが占める位置を座標の基準とする。また、表示領域１１のＺ方向の長さ（換言すれば、図２に示す辺１５Ｂ，１５Ｄの長さ）を符号ＺＤで表す。

図４において、照明装置３０’は、座標の基準から−Ｚ方向に距離ＬＺかつ＋Ｙ方向に距離ＬＹだけ離れた場所に位置する。また、所定の観測位置は、＋Ｚ方向に距離ＺＰかつ＋Ｙ方向に距離ＹＰ離れた場所に位置する。例えば、距離ＺＰは約１３［ｃｍ」、距離ＹＰは約３０［ｃｍ」である。

表示領域１１に配列された各画素１２からの散乱光が、所定の観測位置（ｚ＝ＺＰ，ｙ＝ＹＰ）に到達すれば、画像観察者は表示された画像全体を視認することができる。照明装置３０’から辺１５Ａに入射する光の入射角を符号θ_Nで表し、照明装置３０’からの距離を符号Ｄ_Nで表す。辺１５Ａに対向する辺１５Ｃに入射する光の入射角をを符号θ_Fで表し、照明装置３０’からの距離を符号Ｄ_Fで表す。また、辺１５Ａから＋Ｚ軸方向に距離ＭＰの部分に入射する光の入射角をを符号θ_MPで表し、照明装置３０’からの距離を符号Ｄ_MPで表す。この場合に、θ_N＜θ_MP＜θ_Fといった関係にあり、且つ、Ｄ_N＜Ｄ_MP＜Ｄ_Fといった関係にあることは、図からも明らかである。

通常、照明装置が光を照射したときに所定の観測位置が表示領域１１の照明装置側の辺１５Ａに位置する画素１２からの光の散乱範囲に含まれ、且つ、照明装置側の辺に対向する辺１５Ｃに位置する画素１２からの光の散乱範囲に含まれれば、各画素１２からの散乱光は所定の観測位置（ｚ＝ＺＰ，ｙ＝ＹＰ）に到達する。

図３を参照して説明したように、入射角が大きくなると、散乱範囲は図において右方向に傾く傾向を示す。このような傾向を勘案した上で、図４に示す照明装置３０’の位置（ｚ＝−ＬＺ，ｙ＝ＬＹ）は、辺１５Ａに入射角θ_Nで入射した光の散乱範囲と辺１５Ｃに入射角θ_Fで入射した光の散乱範囲とに所定の観測位置が含まれるといった条件を満たすような値に設定されている。所定の観測位置には各画素１２からの散乱光が到達するので、画像全体を視認することができる。

しかしながら、図３を参照して説明したように、入射角が大きくなるほど、散乱光の強さは弱まる。また、表示領域１１に入射する光の強さは、定性的には照明装置からの距離の自乗に反比例する。これらの相乗作用に起因して、辺１５Ａ付近の画素１２から散乱する光の強さに対して、辺１５Ｃ付近の画素１２から散乱する光の強さは著しく低下する。

図４の下段に示すグラフは、辺１５Ａ付近の画素１２から散乱する光の強さを基準としたときに、表示領域のｚ座標の値と観察位置で観察される散乱光の強さとの関係を模式的に示したグラフである。散乱光の強さは、ｚ＝０（換言すれば、辺１５Ａの位置）において最大であり、ｚ座標が大きくなるほど減少するといった変化を示す。画像表示部１０の設計にもよるが、辺１５Ｃ付近の画素１２から散乱する光の強さは、辺１５Ａ付近の画素１２から散乱する光の強さの数パーセント程度といった値となる。このように、通常の照明装置を用いた場合には、ｚ座標の値に応じて画像の輝度が著しく変化するので、表示される画像の輝度の均一性を確保することができない。

次いで、表示される画像の輝度の均一性を向上させるために、どのような強度分布の光を照明装置から照射すればよいかについて、図５を参照して説明する。

図５は、画像の輝度を均一にするような入射光の強度分布を説明するための模式図である。

図５に示すように、辺１５Ｃに向かって照射する光とｚ＝ＭＰの部分に向かって照射する光と辺１５Ａに向かって照射する光とをそれぞれ符号Φ_F，Φ_MP，Φ_Nと表すとき、光の強さがΦ_N＜Φ_MP＜Φ_Fとなるようにすれば、画像の輝度の均一性を改善することができる。

即ち、図４の下段のグラフに示す散乱光の強度変化を補償するように、入射光の強さに図５の中段のグラフに示すような強度分布をつければよい。図５の中段に示すグラフは、辺１５Ａ付近の画素１２に入射する入射光の強さを基準とし、表示領域のｚ座標の値とその位置に入射する入射光の強さとの関係を模式的に示したグラフである。

具体的には、図４の下段のグラフを示す関数をｆ₁（ｚ）と表し、図５の中段のグラフを示す関数をｆ₂（ｚ）と表し、或る定数をＬ_Constと表せば、関数ｆ₂（ｚ）＝Ｌ_Const／ｆ₁（ｚ）といった関係にある。

上述した関数ｆ₂（ｚ）で強度分布が表されるように光を照射することによって、図５の下段のグラフに示すように散乱光の強さを均一にすることができる。従って、表示される画像の輝度の均一性を改善することができる。図５の下段のグラフは、入射光の強さに図５の中段のグラフに示すような強度分布をつけたときに、辺１５Ａ付近の画素１２から散乱する光の強さを基準として、表示領域のｚ座標の値と観察位置で観察される散乱光の強さとの関係を模式的に示したグラフである。

第１の実施形態にあっては、照明装置３０における各光源３１の発光量を制御することによって表示領域１１に照射する光の強度分布を制御する。以下、図６を参照して説明する。

図６は、第１の実施形態に用いられる照明装置における各光源の制御について説明するための模式図である。

第１の実施形態に用いられる照明装置３０は、４行並んだ光源３１を備えている。従って、各光源３１の発光を制御することによって表示領域１１に照射する光の強度分布が調整される。定性的には、発光量を、光源３１_a＜光源３１_b＜光源３１_c＜光源３１_dという関係とし、更に、光源３１_a≪光源３１_dとする。図６の下段に示す強度分布となるように各光源３１の発光を制御することによって、表示される画像の輝度の均一性を改善することができる。

尚、画像表示部の表面処理などの具合にもよるが、光源３１からの光の正反射光が視認される場合がある。このような場合には、照明装置３０の位置の設定において、正反射光が観測位置に到達しないような条件を更に満たすようにすればよい。基本的には、辺１５Ａにおける正反射光が観測位置（ｚ＝ＺＰ，ｙ＝ＹＰ）よりも更に＋Ｚ側を通るような条件を満たしていればよい。

次いで、図７を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。変形例の表示装置の模式的な斜視図は、図１に示す照明装置３０を照明装置１３０と読み替えたと同様である。

図７は、第１の実施形態の変形例における入射光の強度分布を説明するための模式図である。

変形例にあっては、照明装置１３０は、Ｘ軸方向に延びる蛍光ランプ等の直線状光源１３１と、例えば透過率に所定の分布を有する減光フィルタから成る調光部１３２とを備えている。調光部１３２によって光源１３１から表示領域１１に照射する光の強度分布が調整され、図７の下段に示すような強度分布で表示領域１１に照射される。これによって、図５を参照して説明したと同様の理由により、画像の輝度の均一性が改善される。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

１・・・表示装置、１０・・・反射型の画像表示部、１１・・・表示領域、１２・・・画素、１３・・・反射型の液晶表示パネル、１４・・・異方性散乱フィルム、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ・・・辺、３０，３０’，１３０・・・照明装置、３１，１３１・・・光源

Claims (3)

1. 画素が２次元配列された表示パネルにより形成された表示領域と、前記表示領域に面して設けられ、屈折率が異なる２つの微小領域が前記２次元配列の一方向を延設方向として延びて形成され、且つ、当該２つの微小領域が前記表示領域の面に対して所定角度で配向されて交互に形成された異方性散乱フィルムとを有する反射型の画像表示部、及び、
   前記微小領域の延設方向に沿って延びる発光部を有し、前記表示領域の鉛直方向の空間の外側で前記表示領域から所定の高さの位置に配置され、前記表示領域に対し光を照射する照明装置、
   を備えており、
   前記異方性散乱フィルムは、
   前記画像表示部が前記表示領域の全領域において同一階調の画像を表示した際に、前記照明装置からの入射光の入射角度に応じた略一定の強さの光を所定の散乱範囲の角度内に散乱させるように、前記２つの微小領域の屈折率及び前記表示領域の面に対する所定角度が決められており、
   前記照明装置は、
   同一階調の画像が表示した際に、前記表示領域の全領域における前記所定の散乱範囲の角度内に入る観測位置で輝度が均一となるように調整された強度分布の光を照射する
   表示装置。
2. 前記照明装置は、前記発光部として複数の光源を備えており、
   前記各光源の発光量が制御されることによって前記表示領域に照射する光の強度分布が調整される
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記照明装置は、前記発光部として光源と調光部とを備えており、
   前記調光部によって前記光源から前記表示領域に照射する光の強度分布が調整される
   請求項１に記載の表示装置。

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