JP2005166514A - カラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 近くで表示装置を直視しても均一なカラー表示が得られる、カラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造を提供すること。
【解決手段】 カラー表示装置用面状光源ユニット１を、それぞれ異なる色の光を発する複数個の単一色光源３Ａ、３Ｂ等と、該光源３Ａ等から発せられる光を反射して反射光とする反射板４と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板２とから主として構成する。該光源３Ａ等には、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の三原色をそれぞれ発する光源１個ずつ計３個を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明はカラー表示装置用光源ユニットおよび液晶カラー表示構造に係り、特に、カラーの液晶パネルや電飾看板などの表示装置の裏面側から光を照射するバックライトや表面側から光を照射するカラー発光ライトに適した、カラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造に関する。さらに詳しくは、近くで表示装置を直視しても均一なカラー表示が得られる、カラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造に関する。

従来、液晶表示パネルなどでカラー表示をする場合、図６（ａ）または図６（ｂ）に示されるように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のそれぞれの画素を１組として１つのドット１１を構成し、赤、緑、青の強さをそれぞれ変化させることにより、３つの画素の混合色によりドット１１ごとのカラー表示をしている。すなわち、液晶表示パネルの場合、赤、緑、青の各画素に対応する部分の透明基板にそれぞれのカラーフィルターを設けておき、その画素を透過する光を制御することにより、混合する光の色を変化させて、混色によりカラー表示を行っている。カラーフィルターを用いた表示装置としては、後掲特許文献の他にも相当多数のものが提案されている。

特開２００３−３１５７７７号公報「カラー液晶表示装置」。要約。特許請求の範囲。図１。 特開２００２−４０２３５号公報「反射型カラー液晶表示素子およびカラー反射板」。要約。特許請求の範囲。図１。

前述のように、従来の表示パネル裏面側にバックライトを設けてカラー表示するカラー表示装置においては、隣接させた３つの画素に対応してそれぞれ赤、緑、青の３原色のカラーフィルターを設けて１つのドットとし、カラーフィルターを透過した各色の光を離れたところから見る際の混色効果を利用して１つの色として識別できる方式を用いている。そのため、バックライトとして表示パネルの背面側に設けられる光源としては一定の輝度の白色光源が必要となり、混色する色の光を透過、遮断するためには、半導体スイッチング素子が必要となる。

さらにこの方式では、隣接する色を目の感覚で混色するため、各画素を微細にすれば混合色として認識できるが、画素が大きかったり、直視する位置が表示画面に非常に近いところでは、混色した色ではなく、個別の色として認識され、きれいなカラー表示画面として認識されない問題が発生する。

本発明はこのような問題を解決し、表示パネルの表面側もしくは裏面側に光源を配列してその光の透過、不透過により画像を表示するカラーの平面型表示装置において、３原色の画素を並べて目の感覚で混色した色を認識させるのではなく、１つの画素で混食した色の発光を制御することによりカラー表示をさせることができるカラー表示装置用面状光源ユニット、および液晶カラー表示構造を提供することを目的とする。

そして、近くで表示装置を直視しても均一なカラー表示が得られる、カラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造を提供することを目的とする。

本願発明者は上記課題について検討した結果、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明は、以下のとおりである。

（１） それぞれ異なる色の光を発する複数個の単一色光源と、該光源から発せられる光を反射して反射光とする反射板と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板とを備えてなることにより、該光拡散板をカラー表示装置用の面状光源として用いることのできる、カラー表示装置用面状光源ユニット。
（２） それぞれ異なる色の光を輝度可変に発することのできる複数個の単一色光源と、該光源から広角度に発せられる光を反射して後記光拡散板の一定領域を照射できる広角度の反射光とする反射板と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板とを備えてなり、該光拡散板の一定領域がすべての光源に由来するそれぞれ異なる色の反射光により照射されることによって、該一定領域において各色の光が混合された一の色の光が生じ、これにより該光拡散板をカラー表示装置用の面状光源として用いることができることを特徴とする、カラー表示装置用面状光源ユニット。
（３） 前記光源は、前記カラー表示装置用面状光源ユニットを構成する筐体に取り付けられていることを特徴とする、（１）または（２）に記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
（４） 前記光源としては、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する三種類が用いられることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
（５） 前記光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
（６） 前記光拡散板はプリズム拡散板を用いて構成することを特徴とする、）１）ないし（５）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
（７） 各色の光源ごとの点滅や輝度変化を制御するための光源制御手段が設けられていることを特徴とする、（１）ないし（６）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。

（８） （１）ないし（７）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニットが複数個用いられてマトリックス状に配置され、二以上の該面状光源ユニットに亘って一の前記光拡散板が共通して設けられていることを特徴とする、カラー表示装置用面状光源複合体。

（９） それぞれ独立に光の透過および不透過を制御され得る複数の画素がマトリックス状に形成された液晶パネルと、該液晶パネルの裏面側に各画素ごとに設けられた、（１）ないし（７）のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニットと、からなることを特徴とする、液晶カラー表示構造。
（１０） それぞれ独立に光の透過および不透過を制御され得る複数の画素がマトリックス状に形成された液晶パネルと、該液晶パネルの裏面側に各画素ごとに設けられた、（７）に記載のカラー表示装置用面状光源複合体と、からなることを特徴とする、液晶カラー表示構造。

本発明のカラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造は上述のように構成されるため、これによれば、表示パネルの表面側もしくは裏面側に光源を配列してその光の透過、不透過により画像を表示するカラーの平面型表示装置において、３原色の画素を並べて目の感覚で混色した色を認識させるのではなく、１つの画素で混食した色の発光を制御することによりカラー表示をさせることができる。すなわち、カラーの液晶パネルや電飾看板などの表示装置の裏面側から光を照射するバックライトや表面側から光を照射するカラー発光ライトに適しており、近くで表示装置を直視しても均一なカラー表示を得ることができる。

つまり本発明によれば、光の３原色を並べて３個の画素を１個のドットとして観察するのではなく、既に混合された色の光もしくはその透過光によって各画素を観察することとなるため、見る位置によって混合されない別々の色で観察されることなく、きれいな自然色の表示画面を得ることができる。

さらに１つの色が複数個の光源で形成されるため、仮に１個の光源が不良になったとしても画面全体が不点灯となることがなく、安定した表示を得ることができる。

以下、図面を用いながら本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの基本的構成を断面において示す説明図である。図において本ユニット１は、それぞれ異なる色の光を発する複数個の単一色光源３Ａ、３Ｂ等と、該光源３Ａ等から発せられる光を反射して反射光とする反射板４と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板２とを備えてなることを主たる構成とする（上記（１）の発明）。本発明において該光源３Ａ等の数は特に限定されるものではないが、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の三原色をそれぞれ発する光源１個ずつ計３個を用いることにより、本発明の目的を充分に果たすことができる。

図において本カラー表示装置用面状光源ユニットユニット１は上述の構成をとるため、各単一色光源３Ａ、３Ｂ等からそれぞれ異なる色の光が発せられ、それらの光は反射板４によって反射されて反射光となり、該反射光は光拡散板２によって受けられ、そこから透過される。これにより、該光拡散板２をカラー表示装置用の面状光源として用いることができる。

図において本カラー表示装置用面状光源ユニット１の構成はまた、それぞれ異なる色の光を輝度可変に発することのできる複数個の単一色光源３Ａ、３ｂ等と、該光源３Ａ等から広角度に発せられる光を反射して後記光拡散板２の一定領域を照射できる広角度の反射光とする反射板４と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板２とを備えてなるものとすることができる（上記（２）の発明）。かかる構成により、該光拡散板２の一定領域がすべての光源３Ａ等に由来するそれぞれ異なる色の反射光によって照射されて、該一定領域において各色の光が混合された一の色の光が生じ、これにより該光拡散板２をカラー表示装置用の面状光源として用いることができる。各色の混合は、図４を用いて後述するように、一の光源３Ａ等からの広い角度範囲をもった光の照射が該反射板４に対してなされることにより広角度の反射光が発生し、これにより該光拡散板２の面の全範囲または広範囲に対して均一に反射光が照射され、これが各色の光について同様になされることによって、実現する。

図において前記光源３Ａ等は、前記カラー表示装置用面状光源ユニットを構成する筐体５に取り付けられた構成とすることができる（上記（３）の発明）。該筐体５は図のように、その内部に、前記光拡散板２および反射板４が、後者からの反射光が前者方向に対して良好に反射されるよう、上記構成を満たす条件で立体的に配置固定され、さらに該光源３Ａ等が該反射板４に対して、良好な反射光を生じさせるように照射されるよう配置される。

図２は、本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの別の構成例を示す斜視図である。図示するように本ユニット１１では、前記光源としては、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する三種類の単一色の光源１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃを用いることができる（上記（４）の発明）。

図２において本発明カラー表示装置用面状光源ユニット１１では、前記光源１３Ａ等としては特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる（上記（５）の発明）。光源の仕様・種類・数は特に限定されるものではないが、図２に示すように反射板１４の一側面には、前記光源１３Ａ等として、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを用い、これらをそれぞれ横に並べた構成とすることができる。たとえば５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の画素であれば、ＬＥＤの直径が６ｍｍ程度のものを好適に用いることができる。なおまた、ＬＥＤチップを使用することもでき、これによればより小サイズであり、設計上有利である。

前記光源１３Ａ等としてＬＥＤを用いることにより、その小サイズである等の特徴を活かし、狭いところにも設けやすくなり、しかも低電圧で駆動ができ、かつ長寿命であるため、メンテナンス性に優れたユニットとすることができる。またＬＥＤであれば半導体チップのまま積載することができるため、小さな表示画面用の面状光源にするには、最適である。しかし、本発明ユニットに係る光源としてはＬＥＤに限定されないことは上述のとおりであり、たとえば、通常の豆電球など白色光の光源にもカラーフィルターを取り付けたものでも、好適に用いることができる。

図２において本発明カラー表示装置用面状光源ユニット１１はまた、前記光拡散板１２としては、一面に設けられたプリズム拡散板を用いることができる（上記（６）の発明）。プリズム拡散板としては、公知のものを適宜用いることができる。

図２において本発明カラー表示装置用面状光源ユニット１１はまた、各色の光源ごとの点滅や輝度変化を制御するための、図示しない光源制御手段を設けることとすることができる（上記（７）の発明）。

図２においてまた前記反射板１４としては、光を反射しやすくまた光を透過させやすい透明樹脂などからなるアクリル、ポリカーボネート、プラスティックなどからなる透明板を好適に用いることができるが、特に樹脂に限定されることなく、ガラスなどで内面が反射しやすくなっているものであれば、これも好適に用いることができる。内面を反射しやすくするのは、光源１３Ａ等からの光を有効に利用するためである。すなわち、光源１３Ａ等から発せられた光を反射させながらプリズム拡散板（１２）を介して後掲図４に示されるように、外部に放射させる。なお、該反射板１４の裏面に白色塗料などを塗布することにより、一層内部での反射効率が良くなり、光の損失が少なくなり、反射効率が良くなる。

図３は本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの光源構成例を示す側面図である。図に例示するように、ＬＥＤの並べ方は、図２のように複数の光源を一列に並べるのではなく、赤色ＬＥＤ２３Ａ、緑色ＬＥＤ２３Ｂ、青色ＬＥＤ２３Ｃをそれぞれ互い違いになるように並べてもよい。本発明は、このように複数色の光源２３Ａ等による光が混合されて所望の色になった光を直視したり、バックライトとして用いるものである。

図４は、各光源からの光が反射板の中で混合されて所望の光がえられる原理を説明する説明図である。図４に示されるように、たとえば、赤色ＬＥＤ３３Ａから発せられた光は、前方の広い角度に渡って放射される。そして、反射板３４により反射され、プリズム拡散板３２の方向に進む。一方、緑色ＬＥＤ３３Ｂ、青色ＬＥＤ３３Ｃから発せられる光も、同様にして該反射板３４により反射され、該プリズム拡散板３２の方向に進み、その結果、該プリズム拡散板３２上で赤、緑、青の３色が混合され、それぞれの光の強さや点滅周期を制御することにより所望のカラーが得られ、該プリズム拡散板３２の表面から、面状発光として矢印方向に均一に照射させることができる。このように、各光源３３Ａ等から発せられる光は、広角度に放射され、該プリズム拡散板３２の全面を均一に照射することができるよう設計可能であるため、各光源である赤色ＬＥＤ３３Ａ、緑色ＬＥＤ３３Ｂ、青色ＬＥＤ３３Ｃの配列順序や配設位置などは、特に限定されない。

図５は、本発明のカラー表示装置用面状光源複合体を備えた液晶カラー表示構造の構成例を示す断面図である。図において下方に示されているカラー表示装置用面状光源複合体Ｍは、上述したいずれかの構成を有するカラー表示装置用面状光源ユニット４１が複数個用いられてマトリックス状に配置されたものであり、二以上の該面状光源ユニット４１に亘って、一の前記光拡散板４２が共通して設けられている構成を特徴とする（上記（８）の発明）。

上述のいずれかのカラー表示装置用面状光源ユニットと、あるいは図５において例示されるようなカラー表示装置用面状光源複合体Ｍを上述のいずれかのカラー表示装置用面状光源ユニットによって構成したものと、それぞれ独立に光の透過および不透過を制御され得る複数の画素がマトリックス状に形成された液晶パネルＰとを組み合わせることによって、液晶カラー表示構造Ｄを構成することができる（上記（９）、（１０）の発明）。

図に示すように該液晶カラー表示構造Ｄは、ガラスなどからなる透明基板５１、５２、該透明基板５２等に設けられた透明電極５３、５４（一方が縦横に他方が左右に設けられており、その交差部分が画素となり、マトリックス状に画素が形成されている）、２枚の透明基板５２等を接着するシール剤５７、配向膜５５、５６、２枚の透明電極間に注入された液晶材料５８、偏光板５９、６０、等から構成され、これらの構造は通常の液晶パネルと同じ構造である。従来のカラーフィルターを備えたカラー表示構造とは異なり、光の出力側にカラーフィルター構造は設けられず、光の入力側に本発明の面状光源ユニットが設けられる。さらに、該液晶カラー表示構造には、各画素の情報信号に合わせて各光源の輝度や点滅周期を変化させることのできる前記制御手段を備えることにより、フルカラーの画像表示構造として用いることができる。

つまり、上述のカラー表示装置用面状光源ユニットを平面型表示装置の各画素に合わせて並べるとともに、各画素の情報信号に合わせて各光源の輝度や点滅周期を変化させられる制御手段を設ければ、各画素ごとに任意の発光色を得ることができ、フルカラーの画像表示が得られる。この場合、縦横に並べられるカラー表示装置用面状光源ユニットのプリズム拡散板を、複数個分まとめた大きいものにすれば、面状光源のプリズム拡散板がない反射板のみを作成することによって、各画素に対応する面状光源が縦横に配列された平面型表示装置用のカラーの面状光源を得ることができる。

図では、複数の面状光源ユニット４１が、それぞれ各画素の下部に位置するように設けられている。その結果、各画素ごとにその画素に適した色の光を作り出し、その光を透過させて直視することができる。そのため、目で見た感覚による色の混合ではなく、近くで見る場合や大きな表示画面にして１個あたりの表示画素が大きい液晶装置にしても色むらがなく、自然色のカラー表示にすることができる。

本発明のカラー表示装置用面状光源ユニットおよび液晶カラー表示構造によれば、表示パネルの表面側もしくは裏面側に光源を配列してその光の透過、不透過により画像を表示するカラーの平面型表示装置において、３原色の画素を並べて目の感覚で混色した色を認識させるのではなく、１つの画素で混食した色の発光を制御することによりカラー表示をさせることができる。すなわち、カラーの液晶パネルや電飾看板などの表示装置の裏面側から光を照射するバックライトや表面側から光を照射するカラー発光ライトに適しており、近くで表示装置を直視しても均一なカラー表示を得ることができる。

つまり本発明によれば、光の３原色を並べて３個の画素を１個のドットとして観察するのではなく、既に混合された色の光もしくはその透過光によって各画素を観察することとなるため、見る位置によって混合されない別々の色で観察されることなく、きれいな自然色の表示画面を得ることができる。さらに１つの色が複数個の光源で形成されるため、仮に１個の光源が不良になったとしても画面全体が不点灯となることがなく、安定した表示を得ることができ、産業上利用価値が高い発明である。

本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの基本的構成を断面において示す説明図である。 本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの別の構成例を示す斜視図である。 本発明カラー表示装置用面状光源ユニットの光源構成例を示す側面図である。 各光源からの光が反射板の中で混合されて所望の光がえられる原理を説明する説明図である。 本発明のカラー表示装置用面状光源複合体を備えた液晶カラー表示構造の構成例を示す断面図である。 従来のカラー表示の原理を示す説明図である。 従来のカラー表示の原理を示す説明図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１…カラー表示装置用面状光源ユニット
２、１２、２２、３２、４２…光拡散板（プリズム拡散板）
３Ａ、３Ｂ…単一色光源
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ…光源
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ…光源
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…光源
４、１４、３４…反射板
５、２５…筐体
５１、５２…透明基板
５３、５４…透明電極
５５、５６…配向膜
５７…シール剤
５８…液晶材料
５９、６０…偏光板
Ｍ…カラー表示装置用面状光源複合体
Ｐ…液晶パネル
Ｄ…液晶カラー表示構造

Claims (10)

1. それぞれ異なる色の光を発する複数個の単一色光源と、該光源から発せられる光を反射して反射光とする反射板と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板とを備えてなることにより、該光拡散板をカラー表示装置用の面状光源として用いることのできる、カラー表示装置用面状光源ユニット。
2. それぞれ異なる色の光を輝度可変に発することのできる複数個の単一色光源と、該光源から広角度に発せられる光を反射して後記光拡散板の一定領域を照射できる広角度の反射光とする反射板と、該反射光を受けてこれを透過させる光拡散板とを備えてなり、該光拡散板の一定領域がすべての光源に由来するそれぞれ異なる色の反射光により照射されることによって、該一定領域において各色の光が混合された一の色の光が生じ、これにより該光拡散板をカラー表示装置用の面状光源として用いることができることを特徴とする、カラー表示装置用面状光源ユニット。
3. 前記光源は、前記カラー表示装置用面状光源ユニットを構成する筐体に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
4. 前記光源としては、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する三種類が用いられることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
5. 前記光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
6. 前記光拡散板はプリズム拡散板を用いて構成することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
7. 各色の光源ごとの点滅や輝度変化を制御するための光源制御手段が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニット。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニットが複数個用いられてマトリックス状に配置され、二以上の該面状光源ユニットに亘って一の前記光拡散板が共通して設けられていることを特徴とする、カラー表示装置用面状光源複合体。
9. それぞれ独立に光の透過および不透過を制御され得る複数の画素がマトリックス状に形成された液晶パネルと、該液晶パネルの裏面側に各画素ごとに設けられた、請求項１ないし７のいずれかに記載のカラー表示装置用面状光源ユニットと、からなることを特徴とする、液晶カラー表示構造。
10. それぞれ独立に光の透過および不透過を制御され得る複数の画素がマトリックス状に形成された液晶パネルと、該液晶パネルの裏面側に各画素ごとに設けられた、請求項７に記載のカラー表示装置用面状光源複合体と、からなることを特徴とする、液晶カラー表示構造。
    

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