JP2013182247A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】横３Ｄ表示及び縦３Ｄ表示が可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに平行な第１長辺及び第２長辺と、互いに平行な第１短辺及び第２短辺とを有する液晶表示パネルと、第１出射面、前記第１長辺と並んだ第１入射面及び前記第１短辺と並んだ第２入射面を有する第１導光板と、前記第１入射面に対向する第１光源と、前記第２入射面に対向する第２光源と、を備え、前記第１光源または前記第２光源からの放射光を前記第１出射面から第１方向に出射する第１照明ユニットと、第２出射面、前記第２長辺と並んだ第３入射面及び前記第２短辺と並んだ第４入射面を有する第２導光板と、前記第３入射面に対向する第３光源と、前記第４入射面に対向する第４光源と、を備え、前記第３光源または前記第４光源からの放射光を前記第２出射面から第１方向とは異なる第２方向に出射する第２照明ユニットと、を備えた液晶表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、アミューズメント機器などの表示装置としても利用されている。

このような液晶表示装置のうち、液晶表示パネルの背面側に照明ユニット（すなわちバックライト）を備えた構成においては、より明るく、より高い表示品位が求められている。このような液晶表示装置に搭載される照明ユニットとして、近年では、少なくとも２方向に光を照射可能な指向性を有する照明ユニットが提案されている。このような指向性を有する照明ユニットと液晶パネルとを組み合わせて、メガネを使用することなく立体画像を表示する立体表示装置や、観察方向毎に異なる映像を観察できる表示装置などが開発されている。

特開２００１−６６５４７号公報

本実施形態の目的は、横３Ｄ表示及び縦３Ｄ表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
互いに平行な第１長辺及び第２長辺と、互いに平行な第１短辺及び第２短辺とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に配置され、前記液晶表示パネル側を向く第１出射面、前記第１長辺と並んだ第１入射面及び前記第１短辺と並んだ第２入射面を有する第１導光板と、前記第１入射面に対向する第１光源と、前記第２入射面に対向する第２光源と、を備え、前記第１光源または前記第２光源からの放射光を前記第１出射面から第１方向に出射し前記液晶表示パネルを照明する第１照明ユニットと、前記液晶表示パネルと前記第１照明ユニットとの間に配置され、前記液晶表示パネル側を向く第２出射面、前記第２長辺と並んだ第３入射面及び前記第２短辺と並んだ第４入射面を有する第２導光板と、前記第３入射面に対向する第３光源と、前記第４入射面に対向する第４光源と、を備え、前記第３光源または前記第４光源からの放射光を前記第２出射面から第１方向とは異なる第２方向に出射し前記液晶表示パネルを照明する第２照明ユニットと、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の構成例を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した第１導光板及び第２導光板に適用可能な反射パターンの形状例を示す図である。 図３は、複数の第１反射パターンを有する第１導光板を第１方向に沿ったＡ−Ａ線で切断したときの断面形状及び第２方向に沿ったＢ−Ｂ線で切断したときの断面形状を示す図である。 図４は、図１に示した第１導光板及び第２導光板に適用可能な反射パターンの他の形状例を示す図である。 図５は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能な導光板の一例を説明するための図である。 図６は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能な反射パターンの一例を説明するための図である。 図７は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能な反射パターンの一例を概略的に示す図である。 図８は、本実施形態に適用可能なプリズムシートの形状例を説明するための模式図である。 図９は、横表示及び縦表示の際に点灯する光源について説明するための模式図である。 図１０は、横３Ｄ表示の際の第１照明ユニットにおける光の進行方向を説明するための模式図である。 図１１は、横３Ｄ表示の際の第２照明ユニットにおける光の進行方向を説明するための模式図である。 図１２は、縦３Ｄ表示における第１照明ユニット及び第２照明ユニットにおける光の進行方向を説明するための模式図である。 図１３は、本実施形態に適用可能な導光板による光の利用効率向上を説明するための図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の構成例を概略的に示す分解斜視図である。

すなわち、液晶表示装置１は、略矩形平板状の透過型の液晶表示パネルＬＰＮと、液晶表示パネルＬＰＮを照明する第１照明ユニット１０及び第２照明ユニット２０と、プリズムシート３０と、を備えている。

液晶表示パネルＬＰＮは、略矩形平板状のアレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴと、これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に封入された液晶層ＬＱと、を備えている。図示した例では、液晶表示パネルＬＰＮは、互いに平行な第１長辺Ｌ１及び第２長辺Ｌ２と、互いに平行な第１短辺Ｓ１及び第２短辺Ｓ２とを有している。第１長辺Ｌ１及び第２長辺Ｌ２は、それぞれ第１方向Ｘに沿って延出している。第１短辺Ｓ１及び第２短辺Ｓ２は、それぞれ第２方向Ｙに沿って延出している。なお、第２方向Ｙは、第１方向Ｘに直交している。

液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示する略矩形状のアクティブエリア（表示エリア）ＡＣＴを備えている。このアクティブエリアＡＣＴは、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。アクティブエリアＡＣＴにおいては、第１方向Ｘに沿って延出した複数のゲート配線ＧＬ、第２方向Ｙに沿って延出した複数のソース配線ＳＬ、各画素ＰＸに配置されゲート配線ＧＬ及びソース配線ＳＬと電気的に接続されたスイッチング素子ＳＷ、各画素ＰＸのスイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥに対して共通に配置されるコモン電極ＣＥなどを備えている。画素電極ＰＥ及びコモン電極ＣＥは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。画素電極ＰＥとの間の電位差により液晶層ＬＱに電圧を印加するためのコモン電極ＣＥは、画素電極ＰＥとともにアレイ基板ＡＲに備えられても良いし、画素電極ＰＥとは別に対向基板ＣＴに備えられても良い。

なお、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、アレイ基板ＡＲの外面には偏光板を含む光学素子が設けられ、同様に、対向基板ＣＴの外面にも偏光板を含む光学素子が設けられているが、図示を省略する。

第１照明ユニット１０は、液晶表示パネルＬＰＮの背面側つまりアレイ基板ＡＲ側に配置されている。第２照明ユニット２０は、液晶表示パネルＬＰＮと第１照明ユニット１０との間に配置されている。プリズムシート３０は、液晶表示パネルＬＰＮと第２照明ユニット２０との間に配置されている。つまり、第１照明ユニット１０、第２照明ユニット２０、プリズムシート３０、及び、液晶表示パネルＬＰＮは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと直交する第３方向Ｚに沿ってこの順に積層されている。

第１照明ユニット１０は、第１導光板ＬＧ１、第１光源ＬＳ１、及び、第２光源ＬＳ２を備えている。

第１導光板ＬＧ１は、矩形平板状に形成され、第１出射面ＯＵＴ１、第１入射面ＩＮ１及び第２入射面ＩＮ２を有している。第１出射面ＯＵＴ１は、液晶表示パネルＬＰＮの側を向く平面である。この第１出射面ＯＵＴ１は、例えば、Ｘ−Ｙ平面と平行な長方形状の面であり、第１方向Ｘに長辺を有し第２方向Ｙに短辺を有する。第１入射面ＩＮ１は、第１長辺Ｌ１に並んだ平面である。この第１入射面ＩＮ１は、例えば、第１長辺Ｌ１と平行に形成されＸ−Ｚ平面と平行な長方形状の面であり、第１方向Ｘに長辺を有し第３方向Ｚに短辺を有する。第２入射面ＩＮ２は、第１短辺Ｓ１に並んだ平面である。この第２入射面ＩＮ２は、例えば、第１短辺Ｓ１と平行に形成されＹ−Ｚ平面と平行な長方形状の面であり、第２方向Ｙに長辺を有し第３方向Ｚに短辺を有する。

第１光源ＬＳ１は、第１入射面ＩＮ１に対向している。この第１光源ＬＳ１は、第１方向Ｘに沿って並んだ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良いし、第１方向Ｘに沿って延出した冷陰極管（ＣＣＦＬ）であっても良い。このような第１光源ＬＳ１は、第１入射面ＩＮ１の法線と平行な第２方向Ｙに向かって光を放射する。

第２光源ＬＳ２は、第２入射面ＩＮ２に対向している。この第２光源ＬＳ２は、第２方向Ｙに沿って並んだ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良いし、第２方向Ｙに沿って延出した冷陰極管（ＣＣＦＬ）であっても良い。このような第２光源ＬＳ２は、第２入射面ＩＮ２の法線と平行な第１方向Ｘに向かって光を放射する。

このような第１照明ユニット１０は、第１光源ＬＳ１または第２光源ＬＳ２からの放射光を第１出射面ＯＵＴ１から第１出射方向に出射して面発光し、液晶表示パネルＬＰＮを照明する面光源として機能する。

すなわち、第１導光板ＬＧ１は、第１光源ＬＳ１から放射され第１入射面ＩＮ１から入射した入射光を第２入射面ＩＮ２に向かう方向に反射しつつ第１出射面ＯＵＴ１から出射し、また、第２光源ＬＳ２から放射され第２入射面ＩＮ２から入射した入射光を第１入射面ＩＮ１に向かう方向に反射しつつ第１出射面ＯＵＴ１から出射する第１反射パターンＲ１を備えている。

第１反射パターンＲ１は、第１導光板ＬＧ１の第１出射面ＯＵＴ１とは反対側の面に形成されている。この第１反射パターンＲ１は、底面Ｂ１が略直角三角形の三角錐状の凹部である。このような第１反射パターンＲ１の詳細な形状については後述するが、第１入射面ＩＮ１の側及び第２入射面ＩＮ２の側を向く第１反射面ＲＳ１を有している。複数の第１反射パターンＲ１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並ぶように形成され、全ての第１反射パターンＲ１の第１反射面ＲＳ１が同じ向きを向いている。

第１光源ＬＳ１からの放射光は、第１入射面ＩＮ１から入射し、第２方向Ｙに沿って進む。このような入射光は、第１反射パターンＲ１の第１反射面ＲＳ１で反射され、Ｘ−Ｙ平面内において、光路が９０°折り曲げられる。つまり、第１反射面ＲＳ１での反射光は、第２入射面ＩＮ２に向かって第１方向Ｘに沿って進む。しかも、この反射光は、第１出射面ＯＵＴ１に向けて斜め上方に反射され、第１出射面ＯＵＴ１から出射される。これにより、第１光源ＬＳ１からの放射光は、第１出射面ＯＵＴ１の法線に対して第１出射角（例えば、約７０°）θ１で出射される。

第２光源ＬＳ２からの放射光は、第２入射面ＩＮ２から入射し、第１方向Ｘに沿って進む。このような入射光は、第１反射面ＲＳ１で反射され、Ｘ−Ｙ平面内において、光路が９０°折り曲げられる。つまり、第１反射面ＲＳ１での反射光は、第１入射面ＩＮ１に向かって第２方向Ｙに沿って進む。しかも、この反射光は、第１出射面ＯＵＴ１に向けて斜め上方に反射され、第１出射面ＯＵＴ１から出射される。これにより、第２光源ＬＳ２からの放射光は、第１出射面ＯＵＴ１の法線に対して第２出射角（例えば、約７０°）θ２で出射される。第１出射角θ１及び第２出射角θ２は、略同等の角度である。

一方、第２照明ユニット２０は、第２導光板ＬＧ２、第３光源ＬＳ３、及び、第４光源ＬＳ４を備えている。

第２導光板ＬＧ２は、第１導光板ＬＧ１の上方に位置している。この第２導光板ＬＧ２は、矩形平板状に形成され、第２出射面ＯＵＴ２、第３入射面ＩＮ３及び第４入射面ＩＮ４を有している。第２出射面ＯＵＴ２は、液晶表示パネルＬＰＮの側を向く平面である。この第２出射面ＯＵＴ２は、例えば、Ｘ−Ｙ平面と平行な長方形状の面であり、第１方向Ｘに長辺を有し第２方向Ｙに短辺を有する。第３入射面ＩＮ３は、第２長辺Ｌ２に並んだ平面である。この第３入射面ＩＮ３は、例えば、第２長辺Ｌ２と平行に形成されＸ−Ｚ平面と平行な長方形状の面であり、第１方向Ｘに長辺を有し第３方向Ｚに短辺を有する。つまり、この第３入射面ＩＮ３は、第１入射面ＩＮ１とは反対側に位置し、しかも、第１入射面ＩＮ１とは平行な平面である。第４入射面ＩＮ４は、第２短辺Ｓ２に並んだ平面である。この第４入射面ＩＮ４は、例えば、第２短辺Ｓ２と平行に形成されＹ−Ｚ平面と平行な長方形状の面であり、第２方向Ｙに長辺を有し第３方向Ｚに短辺を有する。つまり、この第４入射面ＩＮ４は、第２入射面ＩＮ２とは反対側に位置し、しかも、第２入射面ＩＮ２とは平行な平面である。

第３光源ＬＳ３は、第３入射面ＩＮ３に対向している。この第３光源ＬＳ３は、第１方向Ｘに沿って並んだ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良いし、第１方向Ｘに沿って延出した冷陰極管（ＣＣＦＬ）であっても良い。このような第３光源ＬＳ３は、第３入射面ＩＮ３の法線と平行な第２方向Ｙに向かって光を放射する。

第４光源ＬＳ４は、第４入射面ＩＮ４に対向している。この第４光源ＬＳ４は、第２方向Ｙに沿って並んだ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良いし、第２方向Ｙに沿って延出した冷陰極管（ＣＣＦＬ）であっても良い。このような第４光源ＬＳ４は、第４入射面ＩＮ４の法線と平行な第１方向Ｘに向かって光を放射する。

このような第２照明ユニット２０は、第３光源ＬＳ３または第４光源ＬＳ４からの放射光を第２出射面ＯＵＴ２から第１出射方向とは異なる第２出射方向に出射して面発光し、液晶表示パネルＬＰＮを照明する面光源として機能する。

すなわち、第２導光板ＬＧ２は、第３光源ＬＳ３から放射され第３入射面ＩＮ３から入射した入射光を第４入射面ＩＮ４に向かう方向に反射しつつ第２出射面ＯＵＴ２から出射し、また、第４光源ＬＳ４から放射され第４入射面ＩＮ４から入射した入射光を第３入射面ＩＮ３に向かう方向に反射しつつ第２出射面ＯＵＴ２から出射する第２反射パターンＲ２を備えている。

第２反射パターンＲ２は、第２導光板ＬＧ２の第２出射面ＯＵＴ２とは反対側の面に形成されている。この第２反射パターンＲ２は、底面Ｂ２が略直角三角形の三角錐状の凹部である。このような第２反射パターンＲ２の詳細な形状については後述するが、第３入射面ＩＮ３の側及び第４入射面ＩＮ４の側を向く第２反射面ＲＳ２を有している。複数の第２反射パターンＲ２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並ぶように形成され、全ての第２反射パターンＲ２の第２反射面ＲＳ２が同じ向きを向いている。

第３光源ＬＳ３からの放射光は、第３入射面ＩＮ３から入射し、第２方向Ｙに沿って進む。このような入射光は、第２反射パターンＲ２の第２反射面ＲＳ２で反射され、Ｘ−Ｙ平面内において、光路が９０°折り曲げられる。つまり、第２反射面ＲＳ２での反射光は、第４入射面ＩＮ４に向かって第１方向Ｘに沿って進む。しかも、この反射光は、第２出射面ＯＵＴ２に向けて斜め上方に反射され、第２出射面ＯＵＴ２から出射される。これにより、第３光源ＬＳ３からの放射光は、第２出射面ＯＵＴ２の法線に対して第３出射角（例えば、約７０°）θ３で出射される。

但し、第３光源ＬＳ３からの放射光が進む向きは、第１光源ＬＳ１からの放射光が進む向きとはＸ−Ｙ平面内においてすべて逆向きである。つまり、第１光源ＬＳ１からの放射光は第１出射面ＯＵＴ１から第１方向Ｘの正（＋）の向きに出射される一方で、第３光源ＬＳ３からの放射光は第２出射面ＯＵＴ２から第１方向Ｘの負（−）の向きに出射される。

第４光源ＬＳ４からの放射光は、第４入射面ＩＮ４から入射し、第１方向Ｘに沿って進む。このような入射光は、第２反射面ＲＳ２で反射され、Ｘ−Ｙ平面内において、光路が９０°折り曲げられる。つまり、第２反射面ＲＳ２での反射光は、第３入射面ＩＮ３に向かって第２方向Ｙに沿って進む。しかも、この反射光は、第２出射面ＯＵＴ２に向けて斜め上方に反射され、第２出射面ＯＵＴ２から出射される。これにより、第４光源ＬＳ４からの放射光は、第２出射面ＯＵＴ２の法線に対して第４出射角（例えば、約７０°）θ４で出射される。第３出射角θ３及び第４出射角θ４は、略同等の角度である。

但し、第４光源ＬＳ４からの放射光が進む向きは、第２光源ＬＳ２からの放射光が進む向きとはＸ−Ｙ平面内においてすべて逆向きである。つまり、第２光源ＬＳ２からの放射光は第１出射面ＯＵＴ１から第２方向Ｙの負（−）の向きに出射される一方で、第４光源ＬＳ４からの放射光は第２出射面ＯＵＴ２から第２方向Ｙの正（＋）の向きに出射される。

プリズムシート３０の詳細については後述するが、第１長辺Ｌ１と平行な長辺３０Ｌ１、第２長辺Ｌ２と平行な長辺３０Ｌ２、第１短辺Ｓ１と平行な短辺３０Ｓ１、及び、第２短辺Ｓ２と平行な短辺３０Ｓ２を有する長方形の板状である。このようなプリズムシート３０は、第２照明ユニット２０と対向する側に配置された四角錐状の複数のプリズム３１を備えている。複数のプリズム３１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並ぶように形成されている。

なお、図示を省略するが、第１導光板ＬＧ１と第２導光板ＬＧ２との間、第２導光板ＬＧ２とプリズムシート３０との間、プリズムシート３０と液晶表示パネルＬＰＮとの間には、それぞれ種々の光学フィルムが配置されても良い。

図２は、図１に示した第１導光板ＬＧ１及び第２導光板ＬＧ２に適用可能な反射パターンの形状例を示す図である。

第１反射パターンＲ１及び第２反射パターンＲ２は、略同一形状の三角錐であり、ここでは、第１反射パターンＲ１を図示してその形状を説明し、第２反射パターンＲ２についての説明は省略する。

第１反射パターンＲ１の底面Ｂ１は、第１方向Ｘと平行な第１辺Ｂ１１と、第２方向Ｙに平行な第２辺Ｂ１２と、斜辺Ｂ１３とを有し、第１辺Ｂ１１と第２辺Ｂ１２とが直角に交差する直角三角形である。図示した例では、第１辺Ｂ１１の長さは、第２辺Ｂ１２の長さと同等である。つまり、底面Ｂ１は、直角二等辺三角形である。第１反射パターンＲ１においては、斜辺Ｂ１３は、直角に対して第１入射面ＩＮ１側及び第２入射面ＩＮ２側に位置している。なお、図示しない第２反射パターンＲ２においては、底辺Ｂ２の斜辺は直角に対して第３入射面ＩＮ３側及び第４入射面ＩＮ４側に位置している。

第１辺Ｂ１１から第３方向Ｚに立ち上がった第１側面ＢＳ１、及び、第２辺Ｂ１２から第３方向Ｚに立ち上がった第２側面ＢＳ２は、略同一形状である。第１反射面ＲＳ１は、斜辺Ｂ１３から第３方向Ｚに対して斜め方向に延在し、第１側面ＢＳ１及び第２側面ＢＳ２と交差している。このような第１反射面ＲＳ１は、第１入射面ＩＮ１側及び第２入射面ＩＮ２側を向いている。なお、図示しない第２反射パターンＲ２においては、第２反射面ＲＳ２は第３入射面ＩＮ３側及び第４入射面ＩＮ４側を向いている。

第１導光板ＬＧ１は、例えば、板状の透明シート部材の下面に金型などを用いて凹部となる第１反射パターンＲ１をパターニングすることで形成される。第２反射パターンＲ２を有する第２導光板ＬＧ２についても、同様に形成される。

図３は、複数の第１反射パターンＲ１を有する第１導光板ＬＧ１を第１方向Ｘに沿ったＡ−Ａ線で切断したときの断面形状及び第２方向Ｙに沿ったＢ−Ｂ線で切断したときの断面形状を示す図である。

図３の（Ａ）で示した第１方向Ｘに沿った断面形状は、第２側面ＢＳ２と第１反射面ＲＳ１とでノコギリ歯状に形成されている。第２側面ＢＳ２と第１反射面ＲＳ１との間の凹部には、空気層が存在している。図３の(Ｂ)で示した第２方向Ｙに沿った断面形状は、第１側面ＢＳ１と第１反射面ＲＳ１とでノコギリ歯状に形成されている。第１側面ＢＳ１と第１反射面ＲＳ１との間の凹部には、空気層が存在している。

図４は、図１に示した第１導光板ＬＧ１及び第２導光板ＬＧ２に適用可能な反射パターンの他の形状例を示す図である。

なお、第１反射パターンＲ１及び第２反射パターンＲ２は、略同一形状の角錐とすることができるが、ここでは、第１反射パターンＲ１を図示してその形状を説明し、第２反射パターンＲ２についての説明は省略する。

ここに示した形状例では、第１反射パターンＲ１の底面Ｂ１の辺の数が４本の多角形である点で、図２に示した形状例とは相違している。すなわち、底面Ｂ１は、第１方向Ｘと平行な第１辺Ｂ１１と、第２方向Ｙに平行な第２辺Ｂ１２と、第１辺Ｂ１１に繋がった第１斜辺Ｂ１３と、第２辺Ｂ１２に繋がった第２斜辺Ｂ１４とを有している。第１辺Ｂ１１と第２辺Ｂ１２とは直角に交差し、しかも、第１辺Ｂ１１の長さは第２辺Ｂ１２の長さと同等である。また、第１斜辺Ｂ１３の長さも第２斜辺Ｂ１４の長さと同等である。

第１辺Ｂ１１から第３方向Ｚに立ち上がった第１側面ＢＳ１、及び、第２辺Ｂ１２から第３方向Ｚに立ち上がった第２側面ＢＳ２は、略同一形状である。第１反射面ＲＳ１は、第１斜面ＲＳ１１及び第２斜面ＲＳ１２からなる。第１斜面ＲＳ１１は、第１斜辺Ｂ１３から第３方向Ｚに対して斜め方向に延在し、第１側面ＢＳ１と交差している。このような第１斜面ＲＳ１１は、第２入射面ＩＮ２側を向いている。第２斜面ＲＳ１２は、第２斜辺Ｂ１４から第３方向Ｚに対して斜め方向に延在し、第２側面ＢＳ２及び第１斜面ＲＳ１１と交差している。このような第２斜面ＲＳ１２は、第１入射面ＩＮ１側を向いている。

なお、反射パターンについては、上記した形状例に限らない。例えば、底面の辺の数が４本以上の多角形であり、最も長い辺と２番目に長い辺の２辺がなす角度は、９０°以上であり、さらに、その２辺はほぼ等しい長さの構造としてもよい。あるいは、錘状の底面は、斜辺に相当する部分を曲線にした形状であってもよい。

このような形状の第１反射パターンＲ１及び第２反射パターンＲ２については、その底面と反射面とのなす角度、及び、底面の直角との対角の角度を最適化することにより、反射光を所望の角度に取り出すことができる。

例えば、第１導光板ＬＧ１において、第１反射パターンＲ１の形状は、第１光源ＬＳ１からの放射光あるいは第２光源ＬＳ２からの放射光の進行方向と、第１反射面ＲＳ１によって反射された反射光の進行方向をＸ−Ｙ平面に射影した方向とのなす角度αが略９０°となるように設計されている。また、第１反射パターンＲ１の形状は、第１反射面ＲＳ１によって反射される反射光の進行方向と第１導光板ＬＧ１の法線とのなす角度βが第１導光板ＬＧ１の材料の臨界角よりも小さくなるように設計されている。これにより、第１導光板ＬＧ１の内部を伝播した光を外部に取り出すことが可能である。

第２導光板ＬＧ２において、第２反射パターンＲ２の形状は、第３光源ＬＳ３からの放射光あるいは第４光源ＬＳ４からの放射光の進行方向と、第２反射面ＲＳ２によって反射された反射光の進行方向をＸ−Ｙ平面に射影した方向とのなす角度αが略９０°となるように設計されている。また、第２反射パターンＲ２の形状は、第２傾斜面ＲＳ２によって反射される反射光の進行方向と第２導光板ＬＧ２の法線とのなす角度βが第２導光板ＬＧ２の材料の臨界角よりも小さくなるように設計されている。これにより、第２導光板ＬＧ２の内部を伝播した光を外部に取り出すことが可能である。

以下に、第１導光板ＬＧ１の一例を説明する。

第１導光板ＬＧ１がアクリル（屈折率は１．４９）によって形成され、第１導光板ＬＧ１の周囲が空気層である場合、図５に示すように、第１出射角θ１及び第２出射角θ２を７０°とするためには、なす角度βは３９．１°に設定される。図６に示すように、Ｘ−Ｙ平面内において、なす角度αを９０°とした場合には、なす角度βを３９．１°とした場合、第１反射パターンＲ１の底面Ｂ１における第１辺Ｂ１１と斜辺Ｂ１３とのなす角度γは５７．７°とし、底面Ｂ１と第１傾斜面ＲＳ１とのなす角度δは５６．８°とすることが望ましい。

図４に示した形状例の反射パターンの場合、図７の（Ａ）に示すように、第１辺Ｂ１１と第１斜辺Ｂ１３とのなす角度γ及び第２辺Ｂ１２と第２斜辺Ｂ１４とのなす角度γはいずれも５７．７°であり、図７の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、底面Ｂ１と第１斜面ＲＳ１１とのなす角度δ及び底面Ｂ１と第２斜面ＲＳ１２とのなす角度δはいずれも５６．８°である。

次に、図１に示したプリズムシート３０の構成例について説明する。

図８は、本実施形態に適用可能なプリズムシート３０の形状例を説明するための模式図である。

図中の（Ａ）は、プリズムシート３０のプリズム３１が形成された面のＸ−Ｙ平面図である。図中の（Ｂ）は（Ａ）に示したプリズムシート３０をＥ−Ｅ線で切断したときの断面図であり、図中の（Ｃ）は（Ａ）に示したプリズムシート３０をＦ−Ｆ線で切断したときの断面図であり、図中の（Ｄ）は（Ａ）に示したプリズムシート３０をＧ−Ｇ線で切断したときの断面図である。

プリズムシート３０において、プリズム３１の形状は、底面３１Ｂを正方形とする四角錐である。底面３１Ｂは、第１方向Ｘに平行な一対の辺と、第２方向Ｙに平行な一対の辺との４辺で規定されている。底面３１Ｂの４辺は、プリズムシート３０の４辺、すなわち長辺３０Ｌ１及び３０Ｌ２と、短辺３０Ｓ１及び３０Ｓ２とそれぞれ平行である。

プリズム３１の頂点３１Ｔは、図示しない第２照明ユニット２０と対向する側にある。プリズムシート３０の中心に位置するプリズム３１では、頂点３１Ｔからプリズムシート面の正方形の底面３１Ｂに下ろした垂線の足が底面３１Ｂの重心と一致する形状になっている。さらに、プリズム３１の配置位置がプリズムシート３０の中心から遠くなるにしたがい、頂点３１Ｔから下ろした垂線の足の位置は、底面３１Ｂの重心よりもプリズムシート３０の外側に向かって大きくずれている。つまり、プリズムシート３０の中心からプリズム３１が配置された位置までの距離が大きくなるにしたがって、頂点３１Ｔから下ろした垂線の足の位置と底面３１Ｂの中心とのずれ量が大きくなるように設計されている。しかも、プリズム３１の頂点３１Ｔから下ろした垂線の足は、底面３１Ｂの重心とプリズムシート３０の中心とを結ぶ直線上に位置している。

第１照明ユニット１０及び第２照明ユニット２０から出射された光がこのようなプリズムシート３０に入射すると、プリズム３１によって反射され、液晶表示パネルＬＰＮを照明する。このとき、例えばプリズム３１は、第１方向Ｘの正から負の向きに出射された出射光を第１方向Ｘの負から正の向きに反射したり、第１方向Ｘの負から正の向きに出射された出射光を第１方向Ｘの正から負の向きに反射したり、第２方向Ｙの正から負の向きに出射された出射光を第２方向Ｙの負から正の向きに反射したり、第２方向Ｙの負から正の向きに出射された出射光を第２方向Ｙの正から負の向きに反射したりする。

次に、本実施形態の液晶表示装置による２Ｄ表示及び裸眼３Ｄ表示の動作の一例について説明する。

図９は、横表示及び縦表示の際に点灯する光源について説明するための模式図である。図示した例では、縦表示を行う場合、横表示を行う場合と比較して、液晶表示装置１の全体を左回りに９０°回転させた状態としている。

図中の（Ａ）は、液晶表示パネルＬＰＮの長手方向つまり第１方向Ｘが水平な方向を向いた状態を示している。つまり、液晶表示パネルＬＰＮの第１短辺Ｓ１及び第２短辺Ｓ２がそれぞれ観察位置の右側及び左側に位置している。この状態では横２Ｄ表示あるいは横３Ｄ表示が可能である。このような横表示を実現する際には、液晶表示パネルＬＰＮの四方に位置する４つの光源のうち、液晶表示パネルＬＰＮの長辺に沿った光源つまり第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３が点灯（ＯＮ）する。

横３Ｄ表示を行う際には、第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３は、液晶表示パネルＬＰＮに表示される画像に同期して交互に点灯する。すなわち、第１光源ＬＳ１は液晶表示パネルＬＰＮが観察者の一方の目に向けて第１画像（例えば、左目用画像）を表示するのに同期して点灯し、このタイミングでは第３光源ＬＳ３は消灯している。一方、第３光源ＬＳ３は液晶表示パネルＬＰＮが観察者の他方の目に向けて第２画像（例えば、右目用画像）を表示するのに同期して点灯し、このタイミングでは第１光源ＬＳ１は消灯している。なお、横３Ｄ表示の際には、第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４は常に消灯（ＯＦＦ）している。

横２Ｄ表示を行う際には、第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３はほぼ同時に点灯しており、第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４は消灯している。なお、横２Ｄ表示を行う際に、第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４を補助的に点灯しても良い。これにより、横２Ｄ表示の輝度を向上することが可能となり、また、高輝度が得られる視野角を拡大できるという効果も期待できる。

図中の（Ｂ）は、液晶表示パネルＬＰＮの長手方向つまり第１方向Ｘが垂直な方向を向いた状態（あるいは、第２方向Ｙが水平な方向を向いた状態）を示している。つまり、液晶表示パネルＬＰＮの第１長辺Ｌ１及び第２長辺Ｌ２がそれぞれ観察位置の右側及び左側に位置している。この状態では縦２Ｄ表示あるいは縦３Ｄ表示が可能である。このような縦表示を実現する際には、液晶表示パネルＬＰＮの四方に位置する４つの光源のうち、液晶表示パネルＬＰＮの短辺に沿った光源つまり第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４が点灯（ＯＮ）する。

縦３Ｄ表示を行う際には、第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４は、液晶表示パネルＬＰＮに表示される画像に同期して交互に点灯する。すなわち、第２光源ＬＳ２は液晶表示パネルＬＰＮが観察者の一方の目に向けて第１画像（例えば、左目用画像）を表示するのに同期して点灯し、このタイミングでは第４光源ＬＳ４は消灯している。一方、第４光源ＬＳ４は液晶表示パネルＬＰＮが観察者の他方の目に向けて第２画像（例えば、右目用画像）を表示するのに同期して点灯し、このタイミングでは第２光源ＬＳ２は消灯している。なお、縦３Ｄ表示の際には、第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３は常に消灯（ＯＦＦ）している。

縦２Ｄ表示を行う際には、第２光源ＬＳ２及び第４光源ＬＳ４はほぼ同時に点灯しており、第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３は消灯している。なお、縦２Ｄ表示を行う際に、第１光源ＬＳ１及び第３光源ＬＳ３を補助的に点灯しても良い。これにより、縦２Ｄ表示の輝度を向上することが可能となり、また、高輝度が得られる視野角を拡大できるという効果も期待できる。

図１０は、横３Ｄ表示の際の第１照明ユニット１０における光の進行方向を説明するための模式図である。特に、ここでは、横３Ｄ表示における左目用画像に同期した第１照明ユニット１０からの出射光の進行方向を示している。

図中の（Ａ）に示した例は、横３Ｄ表示を行う第１タイミングにおいて、液晶表示パネルＬＰＮが第１画像を表示している場合に相当する。横３Ｄ表示を行う場合、第１方向Ｘの正（＋）の向きが観察位置の右側に対応し、第１方向Ｘの負（−）の向きが観察位置の左側に対応する。

第１照明ユニット１０は、横３Ｄ表示において、液晶表示パネルＬＰＮが第１画像を表示するのに同期して第１光源ＬＳ１を点灯する。第１光源ＬＳ１からの放射光は、第１入射面ＩＮ１から第１導光板ＬＧ１の内部に入射し、第２方向Ｙに沿って進行する。この入射光は、第１反射パターンＲ１によって反射され、第１方向Ｘの正の方向に進行し、第１出射面ＯＵＴ１から出射される。つまり、第１出射面ＯＵＴ１から出射された出射光の向きは、観察位置の右側に対応する第１方向Ｘの正の向きである。

図中の（Ｂ）で示したように、第１出射面ＯＵＴ１から図中の右側に向かって（つまり第１方向Ｘの正の向き）出射された出射光は、第２照明ユニット２０を透過し、プリズムシート３０により、図中の左側に向かって（つまり第１方向Ｘの負の向き）反射される。この反射光は、第１画像として左目用画像を表示している液晶表示パネルＬＰＮに到達し、液晶表示パネルＬＰＮによって選択的に透過される。液晶表示パネルＬＰＮの透過光は、観察者の左目に入射する。

図１１は、横３Ｄ表示の際の第２照明ユニット２０における光の進行方向を説明するための模式図である。特に、ここでは、横３Ｄ表示における右目用画像に同期した第２照明ユニット２０からの出射光の進行方向を示している。

図中の（Ａ）に示した例は、横３Ｄ表示を行う第１タイミングに続く第２タイミングにおいて、液晶表示パネルＬＰＮが第２画像を表示している場合に相当する。第２照明ユニット２０は、横３Ｄ表示において、液晶表示パネルＬＰＮが第２画像を表示するのに同期して第３光源ＬＳ３を点灯する。第３光源ＬＳ３からの放射光は、第３入射面ＩＮ３から第２導光板ＬＧ２の内部に入射し、第２方向Ｙに沿って進行する。この入射光は、第２反射パターンＲ２によって反射され、第１方向Ｘの負の方向に進行し、第２出射面ＯＵＴ２から出射される。つまり、第２出射面ＯＵＴ２から出射された出射光の向きは、観察位置の左側に対応する第１方向Ｘの負（−）の向きである。

図中の（Ｂ）で示したように、第２出射面ＯＵＴ２から図中の左側に向かって（つまり第１方向Ｘの負の向き）出射された出射光は、プリズムシート３０により、図中の右側に向かって（つまり第１方向Ｘの正の向き）反射される。この反射光は、第２画像として右目用画像を表示している液晶表示パネルＬＰＮに到達し、液晶表示パネルＬＰＮによって選択的に透過される。液晶表示パネルＬＰＮの透過光は、観察者の右目に入射する。

第１タイミング及び第２タイミングは、例えば６０Ｈｚで繰り返される。つまり、液晶表示パネルＬＰＮが左目用画像と右目用画像とを６０Ｈｚで交互に表示するのに同期して、左目用面光源として機能する第１照明ユニット１０及び右目用面光源として機能する第２照明ユニット２０が交互に液晶表示パネルＬＰＮを照明する。これにより、時分割横３Ｄディスプレイを実現することができる。

図１２は、縦３Ｄ表示における第１照明ユニット１０及び第２照明ユニット２０における光の進行方向を説明するための模式図である。縦３Ｄ表示を行う場合、第２方向Ｙの正（＋）の向きが観察位置の左側に対応し、第２方向Ｙの負（−）の向きが観察位置の右側に対応する。

図中の（Ａ）に示した例は、縦３Ｄ表示を行う第１タイミングにおいて、液晶表示パネルＬＰＮが第１画像を表示している場合に相当する。第１照明ユニット１０は、縦３Ｄ表示において、液晶表示パネルＬＰＮが第１画像を表示するのに同期して第２光源ＬＳ２を点灯する。第２光源ＬＳ２からの放射光は、第２入射面ＩＮ２から第１導光板ＬＧ１の内部に入射し、第１方向Ｘに沿って進行する。この入射光は、第１反射パターンＲ１によって反射され、第２方向Ｙの負の方向に進行し、第１出射面ＯＵＴ１から出射される。つまり、第１出射面ＯＵＴ１から出射された出射光の向きは、観察位置の右側に対応する第２方向Ｙの負の向きである。

第１出射面ＯＵＴ１から出射された出射光は、横３Ｄ表示の場合と同様に、プリズムシート３０により観察位置の左側に向かって反射される。この反射光は、第１画像として左目用画像を表示している液晶表示パネルＬＰＮによって選択的に透過され、液晶表示パネルＬＰＮの透過光が観察者の左目に入射する。

図中の（Ｂ）に示した例は、縦３Ｄ表示を行う第１タイミングに続く第２タイミングにおいて、液晶表示パネルＬＰＮが第２画像を表示している場合に相当する。第２照明ユニット２０は、縦３Ｄ表示において、液晶表示パネルＬＰＮが第２画像を表示するのに同期して第４光源ＬＳ４を点灯する。第４光源ＬＳ４からの放射光は、第４入射面ＩＮ４から第２導光板ＬＧ２の内部に入射し、第１方向Ｘに沿って進行する。この入射光は、第２反射パターンＲ２によって反射され、第２方向Ｙの正の方向に進行し、第２出射面ＯＵＴ２から出射される。つまり、第２出射面ＯＵＴ２から出射された出射光の向きは、観察位置の左側に対応する第２方向Ｙの正の向きである。

第２出射面ＯＵＴ２から出射された出射光は、横３Ｄ表示の場合と同様に、プリズムシート３０により観察位置の右側に向かって反射される。この反射光は、第２画像として右目用画像を表示している液晶表示パネルＬＰＮによって選択的に透過され、液晶表示パネルＬＰＮの透過光が観察者の右目に入射する。

第１タイミング及び第２タイミングは、例えば６０Ｈｚで繰り返され、時分割縦３Ｄディスプレイを実現することができる。

このような本実施形態によれば、液晶表示装置１の表示方向を縦方向・横方向で切り替えても、２Ｄ表示のみならず、裸眼３Ｄ表示が可能となる。また、２Ｄ表示時において、液晶表示装置１の表示方向により使用する光源と使用しない光源とがあるが、使用しない方の光源を補助的に点灯することにより、輝度を向上することが可能となり、また、高輝度が得られる視野角を拡大することが可能となる。

また、本実施形態で適用した導光板によれば、光の利用効率を向上することが可能となる。これについて、図１３に示した第１導光板ＬＧ１の第１反射パターンＲ１を例に説明する。

すなわち、第１光源ＬＳ１からの放射光は、第１入射面ＩＮ１から第１導光板ＬＧ１の内部へ入射し、一部の光は第１反射パターンＲ１によって反射されるが、他の光は、第１反射パターンＲ１の第１反射面ＲＳ１に入射することなく第１導光板ＬＧ１の端面Ｅ１まで到達する。本実施形態においては、第１導光板ＬＧ１は、第１反射面ＲＳ１に入射することなく第１導光板ＬＧ１の端面Ｅ１まで到達した光を、再び第１反射パターンＲ１に向けて反射するように設計されている。これにより、第１導光板ＬＧ１の端面Ｅ１で反射した光は、第１光源ＬＳ１から入射した光と逆向きに戻り、第１反射パターンＲ１の垂直面で再反射され、第１光源ＬＳ１から入射した光と同じ向きの光となる。その結果、端面Ｅ１で反射された反射光は、第１光源ＬＳ１から入射した光と同様に、第１反射パターンＲ１の第１反射面ＲＳ１で反射され、第１導光板ＬＧの第１出射面ＯＵＴ１から所望の角度で出射される。したがって、第１導光板ＬＧ１からの光取り出し効率を向上することが可能となる。なお、反射パターンの形状が、図４に示したように、１つの角が直角であり、その直角を挟む２辺の長さが等しい四辺形の形状を底面Ｂ１の形状とし、直角を挟む２辺を第１方向Ｘ及び第２方向Ｙとそれぞれ平行に設置して、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれの方向から見た形状が直角三角形の形状である場合に、光取り出し効率を向上させる効果が最大となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、横３Ｄ表示及び縦３Ｄ表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。

上述した実施の形態において説明した透過型の液晶表示パネルとは、アクティブエリアＡＣＴの少なくとも一部に第１照明ユニット１０及び第２照明ユニット２０からの照明光を選択的に透過する透過表示機能を有しているものであれば如何なる構成であっても良く、各画素が反射部及び透過部を有するような半透過型液晶表示パネルも含まれる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…液晶表示装置
ＬＰＮ…液晶表示パネル ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板 ＬＱ…液晶層
１０…照明ユニット ＬＳ１…第１光源 ＬＳ２…第２光源 ＬＧ１…第１導光板
２０…照明ユニット ＬＳ３…第３光源 ＬＳ４…第４光源 ＬＧ２…第２導光板
３０…プリズムシート

Claims (7)

1. 互いに平行な第１長辺及び第２長辺と、互いに平行な第１短辺及び第２短辺とを有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの背面側に配置され、前記液晶表示パネル側を向く第１出射面、前記第１長辺と並んだ第１入射面及び前記第１短辺と並んだ第２入射面を有する第１導光板と、前記第１入射面に対向する第１光源と、前記第２入射面に対向する第２光源と、を備え、前記第１光源または前記第２光源からの放射光を前記第１出射面から第１方向に出射し前記液晶表示パネルを照明する第１照明ユニットと、
   前記液晶表示パネルと前記第１照明ユニットとの間に配置され、前記液晶表示パネル側を向く第２出射面、前記第２長辺と並んだ第３入射面及び前記第２短辺と並んだ第４入射面を有する第２導光板と、前記第３入射面に対向する第３光源と、前記第４入射面に対向する第４光源と、を備え、前記第３光源または前記第４光源からの放射光を前記第２出射面から第１方向とは異なる第２方向に出射し前記液晶表示パネルを照明する第２照明ユニットと、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１導光板は、前記第１入射面から入射した入射光を前記第２入射面に向かう方向に反射しつつ前記第１出射面から出射し、前記第２入射面から入射した入射光を前記第１入射面に向かう方向に反射しつつ前記第１出射面から出射する第１反射パターンを備え、
   前記第２導光板は、前記第３入射面から入射した入射光を前記第４入射面に向かう方向に反射しつつ前記第２出射面から出射し、前記第４入射面から入射した入射光を前記第３入射面に向かう方向に反射しつつ前記第２出射面から出射する第２反射パターンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１反射パターン及び前記第２反射パターンは底面が略直角三角形の三角錐状の凹部であり、前記第１反射パターンは前記第１入射面側及び前記第２入射面側を向く第１反射面を有し、前記第２反射パターンは前記第３入射面側及び前記第４入射面側を向く第２反射面を有することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶表示パネルの前記第１短辺及び前記第２短辺がそれぞれ観察位置の右側及び左側に位置した状態で横３Ｄ表示を行う際に、前記第１照明ユニットは前記液晶表示パネルが観察者の一方の目に向けて第１画像を表示するのに同期して前記第１光源を点灯して前記第１出射面から光を出射し、前記第２照明ユニットは前記液晶表示パネルが観察者の他方の目に向けて第２画像を表示するのに同期して前記第３光源を点灯して前記第２出射面から光を出射し、
   前記液晶表示パネルの前記第１長辺及び前記第２長辺がそれぞれ観察位置の右側及び左側に位置した状態で縦３Ｄ表示を行う際に、前記第１照明ユニットは前記液晶表示パネルが観察者の一方の目に向けて第１画像を表示するのに同期して前記第２光源を点灯して前記第１出射面から光を出射し、前記第２照明ユニットは前記液晶表示パネルが観察者の他方の目に向けて第２画像を表示するのに同期して前記第４光源を点灯して前記第２出射面から光を出射することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. さらに、前記液晶表示パネルと前記第２照明ユニットの間に配置され、前記第２照明ユニットと対向する側に四角錐状の複数のプリズムが配置されたプリズムシートを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記プリズムシートは長方形状であり、
   前記プリズムの各々は正方形の底面を有し、前記底面の４辺は前記プリズムシートの４辺とそれぞれ平行であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記プリズムの各々は前記第２照明ユニットと対向する側に頂点を有し、
   前記プリズムシートの中心に位置する前記プリズムは前記頂点から前記底面に下ろした垂線の足が前記底面の重心と一致し、前記プリズムの配置位置が前記プリズムシートの中心から遠くなるにしたがい、前記頂点が前記底面の重心よりも前記プリズムシートの外側に向かってずれることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。

Images