特開 2024-32349 表示装置および光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024032349

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】表示装置および光源装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13357 20060101AFI20240305BHJP

   G02F 1/1334 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

G02F1/13357

G02F1/1334

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135956

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】津田 幹

(72)【発明者】

【氏名】麻野 直之

(72)【発明者】

【氏名】市原 一輝

【テーマコード（参考）】

2H189

2H391

【Ｆターム（参考）】

2H189AA04

2H189AA64

2H189AA75

2H189HA16

2H189JA04

2H189LA07

2H189LA20

2H189LA22

2H189MA15

2H391AA15

2H391AA23

2H391AA25

2H391AB05

2H391AC05

2H391FA01

(57)【要約】

【課題】装置の性能を向上させる。
【解決手段】表示装置が備えるレンズ部８０は、出光面８１ｂに配列された複数のプリズム８１ｐを備え、導光板３０と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８１と、入光面８１ａと対向する位置に配置された出光面８２ｂに配列された複数のプリズム８２ｐ、を備え、レンズ８１と発光素子部との間に配置されたレンズ８２と、を有している。レンズ８１は、入光面８１ａに配列され、レンズ８２から出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入することが可能な複数の拡散用プリズム８１ｄｐを備えている。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１前面、および前記第１前面の反対側にある第１背面を備えている第１基板と、
前記第１基板の前記第１前面上に配置される液晶層と、
前記第１前面と対向する第１面、前記第１面の反対側にある第２面、および前記第１面および前記第２面と交差する第１側面を備えている導光板と、
前記導光板の前記第１側面と対向する位置に、第１方向に沿って配置された複数の発光ダイオード素子を備える発光素子部と、
前記導光板と前記発光素子部との間に配置されたレンズ部と、
を有し、
前記発光素子部、前記レンズ部、および前記導光板は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配列され、
前記レンズ部は、
第１入光面、前記第１入光面の反対側の第１出光面、および前記第１出光面に配列された複数の第１プリズム、を備え、前記導光板と前記発光素子部との間に配置された第１レンズと、
前記第１入光面と対向する位置に配置された第２出光面、前記第２出光面の反対側の第２入光面、および前記第２出光面に配列された複数の第２プリズム、を備え、前記第１レンズと前記発光素子部との間に配置された第２レンズと、
を有し、
前記第１レンズは、前記第１入光面に配列され、前記第２レンズから出射された光を拡散させて前記第１レンズ内に導入することが可能な複数の第１拡散用プリズムを備えている、表示装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記発光素子部と前記レンズ部とは、前記第１方向に交差する第２方向において互いに対向するように配置され、
前記第１方向および前記第２方向を含む第１平面に対する法線方向を第３方向とすると、
前記複数の第１プリズムは、前記第１出光面において前記第１方向に沿って配列され、かつ、前記第３方向に沿って延びており、
前記複数の第２プリズムは、前記第２出光面において前記第１方向に沿って配列され、かつ、前記第３方向に沿って延びており、
前記複数の第１拡散用プリズムは、前記第１入光面において前記第１方向に沿って配列され、かつ、前記第３方向に沿って延びている、表示装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記第２レンズは、前記第２入光面に配列され、前記複数の発光ダイオード素子のいずれかから出射された光を拡散させて前記第２レンズ内に導入することが可能な複数の第２拡散用プリズムを備えている、表示装置。

【請求項4】

請求項１において、
前記複数の第１プリズムと前記複数の第２プリズムとは構造が異なる、表示装置。

【請求項5】

第１方向に沿って互いに離間するように配置された複数の発光ダイオード素子を備える発光素子部と、
前記発光素子部と対向する位置に配置されたレンズ部と、
を有し、
前記レンズ部は、
第１入光面、前記第１入光面の反対側の第１出光面、および前記第１出光面に配列された複数の第１プリズム、を備えた第１レンズと、
前記第１入光面と対向する位置に配置された第２出光面、前記第２出光面の反対側の第２入光面、および前記第２出光面に配列された複数の第２プリズム、を備え、前記第１レンズと前記発光素子部との間に配置された第２レンズと、
を有し、
前記第１レンズは、前記第１入光面に配列され、前記第２レンズから出射された光を拡散させて前記第１レンズ内に導入することが可能な複数の第１拡散用プリズムを備えている、光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示装置および光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２０－６０６８２号公報（特許文献１）には、透明基板と発光素子との間に導光板が配置された表示装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－６０６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者は、例えば、カラー表示用の表示装置の光源として利用可能な光源装置の開発を行っている。光源装置が有する発光素子として、例えば赤色、緑色、および青色の光を出射する発光ダイオード素子を用いる場合、赤色、緑色、および青色の光をレンズ部で混色させて、白色光等、発光素子から出射される光とは異なる色の光を出射させることができる。レンズ部内では、光は入光面から出光面に向かって放射状に広がる。混色した光をレンズ部の正面方向に出射させるためには、レンズ部の出射面に複数のプリズムを形成する方法が考えられる。

【0005】

ところが、プリズムは、特定の方向の光を選択的にレンズ部の正面方向に屈折させるので、複数の発光素子の間の距離が大きい場合、正面方向に向かう光の量が不足する領域が発生する場合がある。この場合、明るい領域の間に暗い領域が分布するように視認される。暗い領域では、レンズ部の正面方向に向かう光の量が不足している。この現象を防止するためには、発光素子を密に配置する方法があるが、この場合、光源光として寄与しない光が多く発生するので、発光素子の効率という点では改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様である表示装置は、第１前面、および前記第１前面の反対側にある第１背面を備えている第１基板と、前記第１基板の前記第１前面上に配置される液晶層と、前記第１前面と対向する第１面、前記第１面の反対側にある第２面、および前記第１面および前記第２面と交差する第１側面を備えている導光板と、前記導光板の前記第１側面と対向する位置に、第１方向に沿って配置された複数の発光ダイオード素子を備える発光素子部と、前記導光板と前記発光素子部との間に配置されたレンズ部と、を有している。前記発光素子部、前記レンズ部、および前記導光板は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って配列されている。前記レンズ部は、第１入光面、前記第１入光面の反対側の第１出光面、および前記第１出光面に配列された複数の第１プリズム、を備え、前記導光板と前記発光素子部との間に配置された第１レンズと、前記第１入光面と対向する位置に配置された第２出光面、前記第２出光面の反対側の第２入光面、および前記第２出光面に配列された複数の第２プリズム、を備え、前記第１レンズと前記発光素子部との間に配置された第２レンズと、を有している。前記第１レンズは、前記第１入光面に配列され、前記第２レンズから出射された光を拡散させて前記第１レンズ内に導入することが可能な複数の第１拡散用プリズムを備えている。

【0007】

本発明の他の実施態様である光源装置は、第１方向に沿って互いに離間するように配置された複数の発光ダイオード素子を備える発光素子部と、前記発光素子部と対向する位置に配置されたレンズ部と、を有している。前記レンズ部は、第１入光面、前記第１入光面の反対側の第１出光面、および前記第１出光面に配列された複数の第１プリズム、を備えた第１レンズと、前記第１入光面と対向する位置に配置された第２出光面、前記第２出光面の反対側の第２入光面、および前記第２出光面に配列された複数の第２プリズム、を備え、前記第１レンズと前記発光素子部との間に配置された第２レンズと、を有している。前記第１レンズは、前記第１入光面に配列され、前記第２レンズから出射された光を拡散させて前記第１レンズ内に導入することが可能な複数の第１拡散用プリズムを備えている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】透明表示パネル装置の一方の面側にいる視認者が、反対面側にある背景を、透明表示パネル装置を介して視認する場合の位置関係を示す説明図である。

【図2】透明表示パネル装置を介して視認される背景の一例を示す説明図である。

【図3】図１に示す透明表示パネルの一例を示す斜視図である。

【図4】図３の表示パネルが備える回路の一例を示す回路ブロック図である。

【図5】図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図6】検討例である透明表示装置の発光素子部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。

【図7】図３に示す発光素子部、レンズ部、および導光板の構造例を示す断面図である。

【図8】図３に示す発光素子部、レンズ部、および導光板を上方から視た拡大平面図である。

【図9】図８に対する検討例を示す拡大平面図である。

【図10】図８に示すレンズ部に対する他の変形例を示す拡大断面図である。

【図11】図８に示すレンズ部に対する他の変形例を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一または関連する符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0010】

以下で説明する技術は、複数種類の発光素子から出射される光を混色させる光源装置として、広く適用可能である。以下の実施の形態では、光源装置の利用例として、透明表示パネルの光源装置として利用した実施態様を取り上げて説明する。

【0011】

＜透明表示パネル＞
まず、所謂、透明表示パネルの特徴について説明する。図１は、透明表示パネルの一方の面側にいる視認者が、反対面側にある背景を、透明表示パネルを介して視認する場合の位置関係を示す説明図である。図２は、透明表示パネルを介して視認される背景の一例を示す説明図である。

【0012】

図１に示すように、観察者１００が、表示パネルＰ１の一方から他方をみる場合、背景１０１が表示パネルＰ１を透過して視認される。図２に示すように、表示領域ＤＡおよび表示領域ＤＡの外側の周辺領域ＰＦＡが共に光を透過させる場合、背景１０１の全体を違和感なく視認することができる。一方、周辺領域ＰＦＡが光を透過させない遮光性を有している場合、表示パネルＰ１を介して視認される背景１０１の一部分が周辺領域ＰＦＡにより遮られるため、観察者１００（図１参照）に違和感を与える場合がある。このように、透明表示パネルである表示パネルＰ１の場合、表示領域ＤＡおよび周辺領域ＰＦＡのそれぞれが可視光透過性を備えていることが好ましい。また、背景１０１を違和感なく視認する観点からは、表示領域ＤＡおよび周辺領域ＰＦＡのそれぞれの可視光透過特性が同程度であることが特に好ましい。

【0013】

図３は、図１に示す透明表示パネルの一例を示す斜視図である。図３では、表示領域ＤＡと周辺領域ＰＦＡの境界を二点鎖線で示している。また、図３では、表示パネルＰ１が備える回路のうち、液晶を駆動するための信号を伝送する信号配線の一部（詳しくは、ゲート線ＧＬおよびソース線ＳＬ）を一点鎖線で模式的に示している。図３を含む以下の図面において、表示パネルＰ１の厚さ方向に沿った方向をＺ方向、Ｚ方向に直交するＸ－Ｙ平面において、表示パネルＰ１の一辺の延在方向をＸ方向、Ｘ方向に交差する方向をＹ方向として説明する。図５は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図６は、検討例である透明表示装置の発光素子部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。

【0014】

図３に示すように、本実施の形態の表示パネルＰ１は、基板（アレイ基板）１０、基板（対向基板）２０、導光板（第１導光板または第１カバーガラスともいう）３０、発光素子部５０、駆動回路７０、およびレンズ部８０を有している。

【0015】

表示装置として利用する場合、図３に示す表示パネルＰ１が備える各部分の他、例えば制御回路、あるいは表示パネルＰ１に接続されるフレキシブル基板、あるいは筐体などが含まれる場合がある。図３では、表示パネルＰ１以外の部分は図示を省略している。

【0016】

表示パネルＰ１は、外部から供給される入力信号に応じて画像が形成される表示領域ＤＡと、表示領域ＤＡの周囲にある周辺領域（額縁領域）ＰＦＡを有する。なお、図３に示す表示パネルＰ１の表示領域ＤＡは四角形であるが、表示領域が多角形や円形など、四角形以外の形状であってもよい。表示領域ＤＡは、表示面を視た平面視において、表示パネルＰ１が画像を表示する有効領域である。基板１０、基板２０、および導光板３０のそれぞれは、平面視において表示領域ＤＡと重なる位置にある。図１に示す例では、発光素子部５０、駆動回路７０、およびレンズ部８０のそれぞれは、基板１０上に搭載されているが、変形例として、基板１０とは別に図示しない光源用基板が表示パネルＰ１とは独立した部材として設けられ、発光素子部５０およびレンズ部８０が、図示しない光源用基板に搭載されている場合もある。この変形例の場合であっても、発光素子５０及びレンズ部８０は後述するように表示パネルＰ１の側方より光を表示パネルＰ１に入光させるものである。

【0017】

まず、図３に示す表示パネルＰ１が備える回路の構成例について説明する。図４は、図３の表示パネルが備える回路の一例を示す回路ブロック図である。図４に示すコモン電極ＣＥに接続される配線経路は、例えば後述する図５に示す基板２０に形成されている。図４では、基板２０に形成された配線を点線で図示している。図４に示す例では、光源制御部５２が、駆動回路７０に含まれる。変形例としては、駆動回路７０とは別に発光素子部５０および光源制御部５２が設けられている場合がある。上記したように、基板１０とは別に図示しない光源用基板が表示パネルＰ１とは独立した部材として設けられ、発光素子部５０が、図示しない光源用基板に搭載されている場合がある。この場合、光源制御部５２は、例えば図示しない光源用基板に形成されている。あるいは、光源制御部５２は、図示しない光源用基板に搭載された電子部品に形成されている。

【0018】

図４に示す例では、駆動回路７０は、信号処理回路７１、画素制御回路７２、ゲート駆動回路７３、ソース駆動回路７４、およびコモン電位駆動回路７５を備える。また、発光素子部５０は、例えば、発光ダイオード素子５１ｒ、発光ダイオード素子５１ｇ、および発光ダイオード素子５１ｂを備える。なお、発光ダイオード素子５１ｒ、発光ダイオード素子５１ｇ、および発光ダイオード素子５１ｂの組み合わせについては、後で詳細に説明する。図３に示すように、基板１０は、基板２０よりも面積が大きいので、駆動回路７０は、基板１０上に設けられている。

【0019】

信号処理回路７１は、入力信号解析部（入力信号解析回路）７１１、記憶部（記憶回路）７１２、および信号調整部７１３を備える。表示パネルＰ１は、画像の表示を制御する制御回路を備える制御部９０を有し、信号処理回路７１の入力信号解析部７１１には、制御部９０から図示しないフレキシブル配線板などの配線経路を介して入力信号ＶＳが入力される。入力信号解析部７１１は、外部から入力された入力信号ＶＳに基づいて解析処理を行い、入力信号ＶＣＳを生成する。入力信号ＶＣＳは、例えば、入力信号ＶＳに基づいて、表示パネルＰ１（図３参照）の各画素ＰＩＸ（図３参照）にどのような階調値を与えるかを定める信号である。

【0020】

信号調整部７１３は、入力信号解析部７１１から入力された入力信号ＶＣＳから入力信号ＶＣＳＡを生成する。信号調整部７１３は、入力信号ＶＣＳＡを画素制御回路７２へ送出し、光源制御信号ＬＣＳＡを光源制御部５２へ送出する。光源制御信号ＬＣＳＡは、例えば、画素ＰＩＸへの入力階調値に応じて設定される発光素子部５０の光量の情報を含む信号である。

【0021】

画素制御回路７２は、入力信号ＶＣＳＡに基づいて水平駆動信号ＨＤＳと垂直駆動信号ＶＤＳとを生成する。例えば、本実施形態では、フィールドシーケンシャル方式で駆動されるので、水平駆動信号ＨＤＳと垂直駆動信号ＶＤＳとが発光素子部５０が発光可能な色毎に生成される。ゲート駆動回路７３は水平駆動信号ＨＤＳに基づいて１垂直走査期間内に表示パネルＰ１（図３参照）のゲート線ＧＬを順次選択する。ゲート線ＧＬの選択の順番は任意である。図３に示すように複数のゲート線（信号配線）ＧＬは、Ｘ方向に延び、かつ、Ｙ方向に沿って配列されている。

【0022】

ソース駆動回路７４は垂直駆動信号ＶＤＳに基づいて１水平走査期間内に表示パネルＰ１（図３参照）の各ソース線ＳＬに各画素ＰＩＸ（図３参照）の出力階調値に応じた階調信号を供給する。図３に示すように複数のソース線（信号配線）ＳＬは、Ｙ方向に延び、かつ、Ｘ方向に沿って配列されている。ゲート線ＧＬとソース線ＳＬとの交差毎に、一つの画素ＰＩＸが形成される。ゲート線ＧＬとソース線ＳＬとが交差する部分のそれぞれには、スイッチング素子Ｔｒ（図４参照）が形成されている。図３および図４に示す複数のゲート線ＧＬおよび複数のソース線ＳＬは、後述する図５（および図６）に示す液晶ＬＱを駆動する駆動信号を伝送する複数の信号配線に相当する。

【0023】

図４に示すスイッチング素子Ｔｒとして例えば、薄膜トランジスタが用いられる。薄膜トランジスタの種類は特に限定されず、例えば、以下のようなものを例示できる。ゲートの位置で分類すると、ボトムゲート型トランジスタ又はトップゲート型トランジスタを挙げることができる。また、ゲートの数で分類すると、シングルゲート薄膜トランジスタと、ダブルゲート薄膜トランジスタとを挙げられる。スイッチング素子Ｔｒのソース電極及びドレイン電極のうち一方はソース線ＳＬに接続され、ゲート電極はゲート線ＧＬに接続され、ソース電極及びドレイン電極のうち他方は、高分子分散型液晶ＬＣ（図５および図６に示す液晶ＬＱ）の容量の一端に接続されている。高分子分散型液晶ＬＣの容量は、一端がスイッチング素子Ｔｒに画素電極ＰＥを介して接続され、他端がコモン電極ＣＥを介してコモン電位配線ＣＭＬに接続されている。また、画素電極ＰＥと、コモン電位配線ＣＭＬに電気的に接続されている保持容量電極との間には、保持容量ＨＣが生じる。なお、コモン電位配線ＣＭＬは、コモン電位駆動回路７５より供給される。

【0024】

次に、図３に示す表示パネルＰ１において、発光素子部５０から出射された光の光路について説明する。判り易さのため、図６に示すように単純化された構造の表示パネルＰ２を用いて説明する。なお、図６に示す表示パネルＰ２は、導光板３０を有していない点を除き、図５に示す表示パネルＰ１と同様である。表示パネルＰ２の場合、基板２０を導光板として用いている。したがって、表示パネルＰ２についての以下の説明は、図５に示す表示パネルＰ１にも適用できる。

【0025】

図６に示すように、表示パネルＰ２は、液晶層ＬＱＬを介して対向するように貼り合せられた基板１０および基板２０を有している。基板１０と基板２０とは、表示パネルＰ２の厚さ方向であるＺ方向に配列される。言い換えれば、基板１０と基板２０とは、表示パネルＰ２の厚さ方向（Ｚ方向）において互いに対向する。基板１０は、液晶層ＬＱＬ（および基板２０）と対向する前面（主面、面）１０ｆを有する。また基板２０は、基板１０の前面１０ｆ（および液晶層ＬＱＬ）と対向する背面（主面、面）２０ｂを有する。基板１０は、スイッチング素子（能動素子）Ｔｒ（図４参照）としての複数のトランジスタ（トランジスタ素子）がアレイ状に配置されたアレイ基板である。また、基板２０は、表示面側に設けられた基板である。基板２０は、アレイ基板に対向配置された基板という意味で、対向基板と言い換えることができる。

【0026】

液晶ＬＱを含む液晶層ＬＱＬは、基板１０の前面１０ｆと基板２０の背面２０ｂとの間にある。液晶層ＬＱＬは、光学変調素子である。表示パネルＰ２は、上記したスイッチング素子を介して液晶層ＬＱＬの周辺に形成される電界の状態を制御することにより、そこを通過する光を変調する機能を備えている。基板１０および基板２０にある表示領域ＤＡは、図６に示すように液晶層ＬＱＬと重畳する。

【0027】

また、基板１０と基板２０とは、シール部（シール材）ＳＬＭを介して接着される。図３および図６に示すように、シール部ＳＬＭ（図６参照）は、表示領域ＤＡの周囲を囲むように、周辺領域ＰＦＡに配置される。シール部ＳＬＭの内側には、図６に示すように液晶層ＬＱＬがある。シール部ＳＬＭは、基板１０と基板２０との間に液晶を封入するシールとしての役割を果たす。また、シール部ＳＬＭは、基板１０と基板２０とを接着する、接着材としての役割を果たす。

【0028】

発光素子部５０は、基板２０の側面２０ｓ１と対向する位置に配置される。図６に二点鎖線で模式的に示すように、発光素子部５０から出射された光源光Ｌ１は、基板１０の背面１０ｂおよび基板２０の前面２０ｆで反射しながら、側面２０ｓ１から遠ざかる方向に伝搬する。光源光Ｌ１の伝搬経路において、基板１０の背面１０ｂおよび基板２０の前面２０ｆは、屈折率の大きな媒質と、屈折率の小さな媒質との界面である。このため、光源光Ｌ１が前面２０ｆおよび背面１０ｂに入射する入射角が臨界角よりも大きい場合、光源光Ｌ１は、前面２０ｆおよび背面１０ｂにおいて全反射する。

【0029】

液晶ＬＱは高分子分散型液晶ＬＣ（図４参照）であり、液晶性ポリマーと液晶分子を含んでいる。液晶性ポリマーは、筋状に形成され、液晶分子は、液晶性ポリマーの隙間に分散される。液晶性ポリマー及び液晶分子の各々は、光学異方性あるいは屈折率異方性を有している。液晶性ポリマーの電界に対する応答性は、液晶分子の電界に対する応答性より低い。液晶性ポリマーの配向方向は、電界の有無にかかわらずほとんど変化しない。一方、液晶分子の配向方向は、液晶ＬＱにしきい値以上の高い電圧が印加された状態では、電界に応じて変化する。液晶ＬＱに電圧が印加されていない状態では、液晶性ポリマー及び液晶分子のそれぞれの光軸は互いに平行であり、液晶層ＬＱＬに入射した光源光Ｌ１は、液晶層ＬＱＬ内でほとんど散乱されることなく透過する（透明状態）。液晶ＬＱに電圧が印加された状態では、液晶性ポリマー及び液晶分子のそれぞれの光軸は互いに交差し、液晶ＬＱに入射した光源光Ｌ１は、液晶層ＬＱＬ内で散乱される（散乱状態）。表示パネルＰ２は、光源光Ｌ１の伝搬経路における液晶ＬＱの配向を制御することにより、透明状態と散乱状態とを制御する。散乱状態において光源光Ｌ１は液晶ＬＱにより放出光Ｌ２として前面２０ｆ側から表示パネルＰ２の外部に出射される。また、背面１０ｂ側から入射した背景光Ｌ３は、基板１０、液晶層ＬＱＬ、および基板２０を透過して、前面２０ｆから外部に出射される。放出光Ｌ２および背景光Ｌ３は、前面２０ｆ側にいる観察者に視認される。観察者は、放出光Ｌ２と、背景光Ｌ３とを組み合わせて認識することができる。このように観察者が、表示画像と背景とを重ね合わせて認識することが可能な表示パネルを透明表示パネルと呼ぶ。

【0030】

図５に示す表示パネルＰ１の場合、基板２０上に導光板３０が配置されている点と、導光板３０と発光素子部５０との間にレンズ部８０が配置されている点と、発光素子部５０から出射された光源光Ｌ５０が、レンズ部８０および導光板３０を介して液晶層ＬＱＬに入射する点と、で図６に示す表示パネルＰ２と相違する。表示パネル（表示装置）Ｐ１は、前面１０ｆ、および前面１０ｆの反対側にある背面１０ｂを備えている基板１０と、前面１０ｆと対向する背面２０ｂ、および背面２０ｂの反対側にある前面２０ｆを備えている基板２０と、基板１０の前面１０ｆと基板２０の背面２０ｂとの間に配置される液晶層ＬＱＬと、を有している。この点は、図６に示す表示パネルＰ２と同様である。表示パネルＰ１は、上記に加え、基板２０の前面２０ｆ上に接着層３１を介して接着固定された導光板３０と、複数の発光ダイオード素子５１（図４参照）を備え、基板１０の前面１０ｆ上に配置され、導光板３０の側面３０ｓ１と対向する位置に配置された発光素子部５０と、導光板３０と前記発光素子部５０との間に配置されたレンズ部８０と、を有している。

【0031】

導光板３０は、基板２０の前面２０ｆと対向する背面３０ｂおよび背面３０ｂの反対側の前面３０ｆを備えている。また、導光板３０は、レンズ部８０を介して発光素子部５０と対向する側面３０ｓ１、および側面３０ｓ１の反対側に位置する側面３０ｓ２を備えている。導光板３０は、接着層３１を介して基板２０に接着固定されている。少なくとも表示領域ＤＡでは、導光板３０と基板２０との間の隙間は、接着層３１により埋められている。図５に示す例では、導光板３０の背面３０ｂの全体に接着層３１が接着している。発光素子部５０から出射される光源光Ｌ５０は、レンズ部８０で拡散されて、側面３０ｓ１から導光板３０に入射し、反射しながら側面３０ｓ２に向かって進む。

【0032】

接着層３１は、可視光を透過させることのできる透明な樹脂材料からなる。可視光透過性の接着層３１の例として、シート状に形成されたＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）と呼ばれる透明接着シートや、液体状の透明接着剤を硬化させて用いるＯＣＲ（Optical Clear Resin）などを例示できる。基板１０、基板２０、および導光板３０の屈折率には種々の変形例があるが、これらの屈折率は、例えば１．５程度である。接着層３１の屈折率は、導光板３０の屈折率に近く、例えば１．３７～１．５程度である。

【0033】

上記の条件下では、光源光Ｌ５０の一部は接着層３１との界面で反射せず、基板２０内に侵入する。基板２０に侵入した光は、図６に示す光源光Ｌ１と同様に、液晶層ＬＱＬに向かって進み、液晶層ＬＱＬに侵入する。液晶層ＬＱＬで散乱された光は、放出光Ｌ２として前面２０ｆ側から表示パネルＰ１の外部に出射される。一方、液晶層ＬＱＬで散乱されなかった光は、基板１０の背面１０ｂおよび基板２０の前面２０ｆ（または導光板３０の前面３０ｆ）で反射して、発光素子部５０から遠ざかる方向に伝搬する。

【0034】

＜発光素子部およびレンズの構造＞
次に、発光素子部およびレンズの構造について説明する。図７は、図３に示す発光素子部、レンズ部、および導光板の構造例を示す断面図である。図７に示す断面は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面、すなわち、図５と同じ断面である。図８は、図３に示す発光素子部、レンズ部、および導光板を上方から視た拡大平面図である。図９は、図８に対する検討例を示す拡大平面図である。以下では、図５に示す表示パネルＰ１のように基板２０とは別に基板２０の前面側に導光板３０が配置された例を取り上げて説明する。ただし、以下で説明する技術は、図６に示す表示パネルＰ２のように、導光板３０が設けられず、基板２０を導光板と見做して使用する場合にも適用することができる。この場合、図６に示す基板２０と発光素子部５０との間に図５に示すレンズ部８０が配置される。また、この場合、以下で説明する導光板３０という記載を基板２０と読み替えて適用することができる。

【0035】

図７に示すように、発光素子部５０、レンズ部８０、および導光板３０は、Ｘ方向と交差するＹ方向に沿って配列されている。レンズ部８０は、出光面８１ｂに配列されたプリズム８１ｐを備え、導光板３０と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８１と、出光面８２ｂに配列されたプリズム８２ｐを備え、レンズ８１と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８２と、を備えている。また、レンズ８１は、入光面８１ａに配列され、レンズ８２から出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入することが可能な拡散用プリズム８１ｄｐを備えている。

【0036】

レンズとは、可視光を透過させる導光部材のうち、屈折率の違いを利用して光を発散または収束させる機能を備えた光学部材である。レンズ部８０は導光板の一種であるが、本実施の形態では、表示領域ＤＡ（図３参照）に配置された導光板３０と、レンズ部８０とを区別して説明する。また、プリズムとは、光を分散、屈折、あるいは反射させる光学素子である。本実施の形態の場合、レンズ８１の出光面８１ｂに配置されるプリズム８１ｐは、レンズ８１内に伝搬された光のうち、一部の方向を向いた光の向きを出光面８１ｂに対する法線方向（図７および図８に示す例ではＹ方向）に変える機能を備えている。また、レンズ８２の出光面８２ｂに配置されるプリズム８２ｐは、レンズ８２内に伝搬された光のうち、一部の方向を向いた光の向きを出光面８２ｂに対する法線方向（図７および図８に示す例ではＹ方向）に変える機能を備えている。また、レンズ８１の入光面８１ａに配置される拡散用プリズム８１ｄｐは、レンズ８２の出光面８２ｂから出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入する機能を備えている。

【0037】

カラー表示可能な表示装置の場合、例えば図７に例示するように、赤色用光源素子としての発光ダイオード素子５１ｒ、緑色用光源素子としての発光ダイオード素子５１ｇ、および青色用光源素子としての発光ダイオード素子５１ｂを利用する。図７に示すような表示装置の場合、色の異なる光源から出射された光を混ぜることにより、白色光等の光を再現し、再現された色の光を導光板３０に向かって照射する。ただし、各光源素子から出射された光は、光源素子の出射面から放射状に広がる。このため、混色された光を導光板３０に導入するためには、レンズ部８０の出光面（図７に示す例の場合、レンズ８１の出光面８１ｂ）にプリズム８１ｐを設ける方法がある。

【0038】

以下、図９に示す検討例を用いてレンズ８３の出光面８３ｂにプリズム８３ｐが形成されている例を用いて説明する。図９において、導光板３０と発光素子部５０との間にはレンズ８３が配置されている。レンズ８３は、入光面８３ａ、入光面８３ａの反対側の出光面８３ｂ、および出光面８３ｂに配列された複数のプリズム８３ｐ、を備えている。プリズム８３ｐは、図８に示すプリズム８１ｐと同様の機能を有している。すなわち、プリズム８３ｐは、レンズ８３内に伝搬された光のうち、一部の方向を向いた光の向きを出光面８３ｂに対する法線方向（図９に示す例ではＹ方向）に変える機能を備えている。

【0039】

複数の発光ダイオード素子５１から出射された光は、レンズ８３の入光面８３ａから入光し、レンズ８３内を進行する。レンズ８３内では、入光面８３ａから出光面８３ｂに向かって光は放射状に進むので、複数種類の色の光を混合させるためには、レンズ８３の厚さ（Ｙ方向における入光面８３ａから出光面８３ｂまでの距離）は、ある程度の厚さを必要とする。プリズム８３ｐの近傍において、赤色の光、緑色の光、および青色の光が混合されていれば、混合された光の向きはプリズム８３ｐの光学的機能によりＹ方向に変更され、白色光ＬＷが導光板３０に侵入する。

【0040】

ところが、本願発明者の検討によれば、図９に示すように、導光板３０と発光素子部５０との間に単に１個のレンズ８３を配置した場合、複数の発光ダイオード素子５１の配列間隔によっては、導光板３０内において、白色光ＬＷの輝度にムラが出ることが判った。詳しくは、図９に示すように、Ｙ方向において、発光ダイオード素子５１の中心（発光点）と重なる領域Ｒ１では、白色光ＬＷの輝度が高く、Ｙ方向において、発光ダイオード素子５１の中心（発光点）と重なる領域Ｒ１から離れた領域Ｒ２では、輝度が低い。このため、平面視において、明るい領域と暗い領域とのストライプが形成される。

【0041】

図９に示す状態で表示装置用の光源装置として用いた場合、観察者には、白色光ＬＷの輝度ムラが視認される。隣り合う領域Ｒ１の間では、導光板３０に光が全く入らない訳ではない。図９に模式的に示すように、Ｙ方向に対して傾斜した方向の光が拡散されて導光板３０に侵入する。ただし、これらの光は、領域Ｒ１の白色項ＬＷと比較して輝度が低いため、観察者側から視ると、暗い領域として視認される。

【0042】

一方、レンズ８３の厚さや、プリズム８３ｐの角度や発光ダイオード素子５１の配列ピッチを調整することで明るい領域と暗い領域とのストライプが形成されることを抑制することも可能であるが、製品仕様ごとに都度最適な調整を行う必要があり、工程の複雑化を招く恐れがある。また、他の手段として多数の発光ダイオード素子５１を高密度で配置すれば、この輝度ムラを改善することができるが、この場合、発光ダイオード素子５１の数が増加することに伴いコスト高、さらには消費電力の増大が考えられ、さらには表示装置の高温化を抑制するための放熱対策も施す必要がある。

【0043】

上記の検討結果を踏まえ、本願発明者は、図８に示す本実施の形態の光源装置の構成を見出した。図８に示すように、発光素子部５０、レンズ部８０、および導光板３０は、Ｘ方向と交差するＹ方向に沿って配列されている。レンズ部８０は、入光面８１ａ、入光面８１ａの反対側の出光面８１ｂ、および出光面８１ｂに配列された複数のプリズム８１ｐ、を備え、導光板３０と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８１を有している。またレンズ部８０は、出光面８１ｂと対向する位置に配置された入光面８２ａ、入光面８２ａの反対側の出光面８２ｂ、および出光面８２ｂに配列された複数のプリズム８２ｐ、を備え、レンズ８１と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８２と、を備えている。また、レンズ８１は、入光面８１ａに配列され、レンズ８２から出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入することが可能な複数の拡散用プリズム８１ｄｐを備えている。

【0044】

図８に示す発光素子部５０とレンズ部８０とを組み合わせて、光源装置と考えた場合、光源装置の構造は、以下のように表現することができる。レンズ部８０は、入光面８１ａ、入光面８１ａの反対側の出光面８１ｂ、および出光面８１ｂに配列された複数のプリズム８１ｐ、を備え、導光板３０と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８１を有している。またレンズ部８０は、入光面８１ａと対向する位置に配置された出光面８２ｂ、出光面８２ｂの反対側の入光面８２ａ、および出光面８２ｂに配列された複数のプリズム８２ｐ、を備え、レンズ８１と発光素子部５０との間に配置されたレンズ８２と、を有している。また、レンズ８１は、入光面８１ａに配列され、レンズ８２から出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入することが可能な複数の拡散用プリズム８１ｄｐを備えている。

【0045】

本実施の形態の場合、レンズ８２の出光面８２ｂまでの光の経路は、図９を用いて説明した光の経路と同様である。レンズ８２は、Ｙ方向の厚さ（入光面８２ａから出光面８２ｂまでの距離）がレンズ８３と比較して短いので、レンズ８３の厚さよりも薄く、出光面８２ｂに到達する段階では、３色の光が十分に混合されていない場合もある。ただし、本実施の形態の場合、レンズ８２は、レンズ８１において、３色の光を十分に混合するための前処理機構として設けられている。このため、レンズ８２の出光面８２ｂにおいて光が十分に混合されていなくても特に問題はない。一方、光源装置の小型化の観点からは、レンズ８２の厚さは薄い方が好ましい。

【0046】

上記したように、レンズ８２の出光面８２ｂに配置されるプリズム８２ｐは、レンズ８２内に伝搬された光のうち、一部の方向を向いた光の向きを出光面８２ｂに対する法線方向（図７および図８に示す例ではＹ方向）に変える機能を備えている。このため、図９を用いて説明したレンズ８３の場合と同様に、プリズム８２ｐの近傍に到達した光の一部は、光の向きがプリズム８２ｐの光学的機能によりＹ方向に変更され、レンズ８１の入光面８１ａに向かって照射される。また、光の向きがＹ方向に変更されなかった光は拡散光としてレンズ８１の入光面８１ａに向かって照射される。

【0047】

レンズ８１の複数の拡散用プリズム８１ｄｐは、入光面８１ａに配列され、レンズ８２から出射された光を拡散させてレンズ８１内に導入する機能を備えている。また、入光面８１ａに照射される光は、予めレンズ８２により拡散された光である。このため、拡散用プリズム８１ｄｐを経由した光は更に拡散され、レンズ８１内を入光面８１ａから出光面８１ｂに向かって進行する。入光面８１ａで拡散された光の一部は、レンズ８１の側面で反射され、出光面８１ｂに向かって進行する。

【0048】

このように本実施の形態の場合、レンズ８１に光が導入される前に、予めレンズ８２により光が拡散される。また、レンズ８１に光が導入される際には拡散用プリズム８１ｄｐにより更に拡散される。このため、レンズ８１の出光面８１ｂに設けられたプリズム８１ｐに光が到達する時には、出光面８１ｂの各領域において３つの色の光がほぼ均等に混合されている。したがって、図８に示すように、プリズム８１ｐから出射される光は、輝度ムラの少ない白色光ＬＷとなる。もちろん、プリズム８１ｐに到達する光には、光の向きがＹ方向に変更されない拡散光も含まれる。しかし、本実施の形態の場合には、出光面８１ｂの各領域において、Ｙ方向に進む白色光とＹ方向に対して傾斜した方向に進む拡散光との割合が、ほぼ同程度になっているので、導光板３０に照射される光全体としては輝度ムラの少ない光が得られる。

【0049】

また、本実施の形態の場合、互いに隣り合う発光ダイオード素子５１ｇと発光ダイオード素子５１ｂとの離間距離５１Ｐ１は、発光ダイオード素子５１ｇと発光ダイオード素子５１ｂとの中心間距離５１Ｐ２に対して３０％以上である。発光素子部５０が有する発光ダイオード素子は等間隔で配列されているので、複数の発光ダイオード素子５１のそれぞれに対して上記関係が成り立つ。このように、離間距離５１Ｐ１を大きくすることにより発光ダイオード素子５１の利用効率を向上させることができる。例えば、発光ダイオード素子５１の数が低減できることは、消費電力の低減、あるいは部品数の低減に寄与する。

【0050】

ところで、本実施の形態の場合、Ｙ方向に沿って白色光ＬＷを照射する方法について説明しているが、これは図８に示すＸ－Ｙ平面における白色光ＬＷの進行方向に関する説明である。図７に示すように、Ｙ－Ｚ平面において、白色光ＬＷは、Ｙ方向に対して傾斜した方向に進むことが好ましい。図５および図６を用いて説明したように透明表示装置の場合、導光板３０の前面３０ｆ（または基板２０の前面２０ｆ）で光を反射させることにより、液晶層ＬＱＬに光が到達するからである。

【0051】

したがって図８に示す複数のプリズム８１ｐは、出光面８１ｂにおいてＸ方向に沿って配列され、かつ、Ｚ方向に沿って延びている。複数のプリズム８２ｐは、出光面８２ｂにおいてＸ方向に沿って配列され、かつ、Ｚ方向に沿って延びている。また、複数の拡散用プリズム８１ｄｐは、入光面８１ａにおいてＸ方向に沿って配列され、かつ、Ｚ方向に沿って延びている。これにより、プリズム８１ｐ、プリズム８２ｐ、および拡散用プリズム８１ｄｐのそれぞれの光学的な機能は、図７に示すＺ方向に対しては作用し難い。このため、図７に示すように、白色光ＬＷを導光板３０の前面３０ｆで反射させることができる。

【0052】

＜変形例＞
次に、図７および図８に示すレンズ部に対する変形例について説明する。図１０は、図８に示すレンズ部に対する変形例を示す拡大断面図である。図１０に示すレンズ部８０Ａは、レンズ８２の構造が図８に示すレンズ部８０と相違する。

【0053】

図１０に示す例では、レンズ８２は、入光面８２ａに配列され、複数の発光ダイオード素子５１のいずれかから出射された光を拡散させてレンズ８２内に導入することが可能な複数の拡散用プリズム８２ｄｐを備えている。拡散用プリズム８２ｄｐは、図８を用いて説明した拡散用プリズム８１ｄｐと同じ構造を備えている。レンズ８２の入光面８２ａには、発光ダイオード素子５１からの光が照射されるので、発光ダイオード素子５１の配置ピッチが大きい場合には、拡散用プリズム８２ｄｐの光学的な拡散機能に起因する光の拡散の程度はレンズ８１の拡散用プリズム８１ｄｐの拡散機能により得られる拡散の程度と比較すると低い。ただし、レンズ８２は、レンズ８１に導入される光を予め拡散させる前処理のために設けられている。レンズ８２の入光面８２ａに複数の拡散用プリズム８２ｄｐが設けられていることにより、レンズ８１の入光面８１ａに照射される光は、図８に示す例と比較して、より拡散された状態になっている。したがって、レンズ８１に供給される光を拡散させるという観点からは、本変形例が好ましい。発光ダイオード素子５１のからの光の拡散性を向上させることができれば、要求される輝度レベルを満たす範囲内において複数の発光ダイオード素子の配列ピッチを広げることができる。

【0054】

図１１は、図８に示すレンズ部に対する他の変形例を示す拡大断面図である。図１１に示すレンズ部８０Ｂは、レンズ８２のプリズム８２ｐの構造が図８に示すレンズ部８０と相違する。

【0055】

図１１に示すレンズ部８０Ｂの場合、レンズ８１の複数のプリズム８１ｐとレンズ８２の複数のプリズムと８２ｐとは構造が異なる。詳しくは、複数のプリズム８１ｐのそれぞれは、図８に示すレンズ部８０の場合と同様に、レンズ８１内に伝搬された光のうち、一部の方向を向いた光の向きを出光面８１ｂに対する法線方向（図７および図８に示す例ではＹ方向）に変える機能を備えている。一方、図１１に示すレンズ部８０Ｂが有するレンズ８２の複数のプリズム８２ｐは、レンズ８２の出光面８１ｂから出射される光を拡散させる機能を備えている。言い換えれば、本変形例の複数のプリズム８２ｐは、レンズ８２の出光面８１ｂから出射される光を拡散させることが可能な拡散用プリズムである。このように、本変形例の場合には、プリズム８１ｐとプリズム８２ｐとで機能が異なるので、構造もこれに対応して異なっている。本変形例のようにプリズム８２ｐを拡散用プリズムとすることで、レンズ８１の入光面８１ａに照射される光は、図８に示す例と比較して、より拡散された状態になっている。したがって、レンズ８１に供給される光を拡散させるという観点からは、本変形例が好ましい。

【0056】

なお、図示は省略するが、本変形例と図１０を用いて説明した変形例とを組み合わせて、図１１に示すレンズ８２の入光面８２ａに図１０に示す複数の拡散用プリズム８２ｄｐが更に形成されている場合もある。

【0057】

図８、図１０および図１１では、導光板３０と発光素子部５０との間にレンズ８１およびレンズ８２がＹ方向に沿って配列された例を用いて説明した。ただし、導光板３０と発光素子部５０との間にＹ方向に配列されるレンズの数は２個には限定されず、３個以上の場合もある。例えば、図８、図１０および図１１と発光素子部５０との間にさらに別のレンズが配置されている場合がある。このようにＹ方向に配列されるレンズの数を増やすことにより、発光ダイオード素子５１のからの光の拡散性を向上させることができるので、要求される輝度レベルを満たす範囲内において複数の発光ダイオード素子の配列ピッチを広げることができる。一方、レンズの数が増えると、製造工程の煩雑化の原因となる。したがって、部品数の削減、あるいは製造効率を向上させる観点からは、図８、図１０および図１１に示すように、レンズ部がレンズ８１およびレンズ８２により構成されていることが好ましい。言い換えれば、レンズ８２と発光素子部５０との間に他のレンズが介在していないことが好ましい。

【0058】

以上、実施の形態および代表的な変形例について説明したが、上記した技術は、例示した変形例以外の種々の変形例に適用可能である。例えば、上記した変形例同士を組み合わせてもよい。

【0059】

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、表示装置や表示装置が組み込まれた電子機器に利用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１０，２０ 基板
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ 背面（主面、面）
１０ｆ，２０ｆ，３０ｆ 前面（主面、面）
１０ｓ１，１０ｓ２，２０ｓ１，２０ｓ２，３０ｓ１，３０ｓ２ 側面
３０ 導光板
３１ 接着層
５０ 発光素子部
５１，５１ｂ，５１ｇ，５１ｒ 発光ダイオード素子
５２ 光源制御部
５３ レンズ
７０ 駆動回路
７１ 信号処理回路
７２ 画素制御回路
７３ ゲート駆動回路
７４ ソース駆動回路
７５ コモン電位駆動回路
８０,８０Ａ，８０Ｂ レンズ部
８１，８２，８３ レンズ
８１ａ，８２ａ，８３ａ 入光面
８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ 出光面
８１ｄｐ，８２ｄｐ 拡散用プリズム
８１ｐ，８２ｐ，８３ｐ プリズム
９０ 制御部
１００ 観察者
１０１ 背景
７１１ 入力信号解析部（入力信号解析回路）
７１２ 記憶部（記憶回路）
７１３ 信号調整部
ＣＥ コモン電極
ＣＭＦ１，ＣＭＦ２ 給電部
ＣＭＬ コモン電位配線
ＤＡ 表示領域
Ｐ１，Ｐ２ 表示パネル（表示装置）
ＧＬ ゲート線（信号配線）
ＨＣ 保持容量
ＨＤＳ 水平駆動信号
Ｌ１，Ｌ５０ 光源光
Ｌ２ 放出光
Ｌ３ 背景光
ＬＣＳＡ 光源制御信号
ＬＱ 液晶
ＬＱＬ 液晶層
ＬＷ 白色光
ＰＥ 画素電極
ＰＦＡ 周辺領域（額縁領域）
ＰＩＸ 画素
Ｒ１，Ｒ２ 領域
ＳＬ ソース線（信号配線）
ＳＬＭ シール部
Ｔｒ スイッチング素子
ＶＣＳ，ＶＣＳＡ，ＶＳ 入力信号
ＶＤＳ 垂直駆動信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】