JP3131034B2 - 平面ディスプレイパネル用光源 - Google Patents

平面ディスプレイパネル用光源

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置など平面デ
ィスプレイパネル用の光源に関する。さらに詳しくはパ
ネルの裏面側の光源に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の
３原色の発光源を使用してカラー表示できるようにした
カラーの平面ディスプレイパネル用の光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】平面ディスプレイパネルには液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）、エレクトロケミカルディスプレイ
（ＥＣＤ）などが種々あり、いずれも消費電力が小さく
利用範囲が広がっている。たとえば、液晶ディスプレイ
（表示装置）は他の表示装置に比べ、類をみない低消費
電力と低電圧動作の特徴を有し、ＡＶ、パソコン、テレ
ビ、ゲーム機器や自動車の計器類などに幅広く用いら
れ、さらに、カラー化が要望されている。
【０００３】従来のカラー液晶表示装置は、カラーフィ
ルター方式や捩れネマティック方式、プレオクロイック
方式などが考えられているが、実用化されているカラー
フィルタ型の基本構成を図６に示す。
【０００４】図６において、液晶層11の両側に、液晶の
分子配列を形成するための配向層12、13が形成され、一
方の配向層12側には各セグメントの電極を形成する透明
電極14、さらにＲＧＢカラーフィルタ15、16、17が表示
画素に対応してマトリクス状に微細に形成され、その代
表的な配列法にはモザイク、ストライプ、三角配列など
がある。ＲＧＢカラーフィルタ15、16、17の各画素間に
は通常ブラックマトリックス18が形成され、表面からみ
たばあい液晶面と同様の色に見えるようにして、コント
ラストや色純度の向上が図られ、その上面にさらに、ガ
ラス基板19および偏光板20が配置されている。また、液
晶層11の下側の配向層13側には透明電極21を経て下側の
ガラス基板22および偏光板23が配置され、さらにその下
側にバックライト24が配置されて構成されている。
【０００５】この構成で、バックライトから光が発せら
れ、液晶層11の両面に形成された透明電極14、21に印加
される電圧に応じて液晶層11の分子の配列方向が整えら
れ、バックライトからの光が液晶層11を透過する。この
液晶層11を透過した光は各画素に応じて赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）のＲＧＢカラーフィルタ15、16、17を
通過し、それぞれ赤、緑、青の色として出射し、どの画
素で光を通過させるかにより、隣り合う光の色が混色し
て認識され、カラー表示をすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述のカラーフィルタ
は光シールド層、ＲＧＢからなる着色層、保護膜、共通
電極から構成されており、染色法、顔料分散法、印刷
法、電着法または蒸着法などで着色層を形成する。この
カラーフィルタで実用化されているものとしては、主に
染色法、顔料分散法であるが、両者ともフォトリソグラ
フィを使用するため、大型用になるとコスト高になる。
そのため、従来のカラー液晶表示などカラーの平面ディ
スプレイパネルの普及が遅れ、安価なカラーの平面ディ
スプレイパネルが要望されている。
【０００７】本発明はこのような状況に鑑み、カラーフ
ィルターを使用しないで、安価なカラーの平面ディスプ
レイパネル用光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による平面ディス
プレイパネル用光源は、断面が三角形状をなす光反射板
が３枚重ね合わされ、該重ね合わされた光反射板のう
ち、光出射側に露出する前記光反射板の露出面が前記重
ね合わされた光反射板で形成される側面と垂直になるよ
うに配置され、前記おのおのの光反射板の斜面には前記
光反射板の側面から垂直に入射した光が前記側面と平行
方向に反射するように反射処理がなされ、前記３枚の光
反射板の側面からそれぞれ赤、緑、青の３色のうちのい
ずれか１色が該側面に垂直に入射され、前記露出面から
垂直に前記３色の光が射出されてなることを特徴として
いる。
【０００９】また、前記光反射板のいずれかの面に半透
明または完全な光の反射膜が形成されることが望まし
い。
【００１０】さらに３色の発光源としては発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）が用いられることが、応答速度が速く、駆
動方法が容易で好ましい。
【００１１】
【作用】本発明によれば光反射板の斜面に、底面に対し
て水平方向から入射した光を垂直方向に反射させる反射
処理が施され、３枚の光反射板を重ね合わせてそれぞれ
水平方向の三方から入射する光をほぼ同じ場所で合成し
ているため、入射する光に赤、緑、青の３原色を使用す
ることにより任意の色を構成できる。その光を光源とし
てＬＣＤやＥＣＤなどの平面ディスプレイパネルの各画
素の裏面に導くことにより、液晶層などの電圧駆動によ
る光透過性と組み合わせて平面ディスプレイパネルのカ
ラー化ができる。
【００１２】
【実施例】つぎに、図面を参照しながら、本発明につい
て詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の基本構成要素
の１つであるプラスチックなどからなる光反射板１の斜
視図で、図１（ｂ）はその断面説明図である。光反射板
１は底面１ａと側面１ｂとが直角をなし、斜面１ｃが形
成されている。
【００１３】この斜面の角度θはとくに限定されず０〜
45°の範囲で適宜選択できるが、入射光を効率よく反射
させ、スペースを余りとらないようにするため、小さい
方が好ましい。
【００１４】プラスチック板１の斜面１ｃには図１
（ｂ）に示すように側面１ｂから入射した光が上方に反
射されるような処理が施されている。この処理の例とし
ては、たとえば図２（ａ）に斜面の断面図が示されるよ
うに、光反射板１の側面１ｂから底面１ａに平行に入射
した光Ｐが直角プリズム１ｆの斜面に45°の角度で入射
する形になるようにスリット１ｄが形成される。スリッ
ト１ｄは複数個形成しておけば、最初のスリット１ｄで
反射されないで透過した光がつぎの斜面で全反射されて
上方に向かうため効率よく集光することができる。
【００１５】また、斜面に形成するスリットを図２
（ｂ）に示すように底面に対して図２（ａ）と逆方向に
45°のスリット１ｅを形成すると右側から入射した光Ｐ
はスリット１ｅが直角プリズム１ｇの斜面となって下側
へ反射される。また斜面で反射しないで直進してスリッ
トの対面で反射した光は再度斜面に戻り上側に反射する
光もある。最初のスリット１ｅで反射しないで透過した
光が、つぎのスリットで全反射されて下方へ放射される
ことは前述の図２（ａ）のばあいと同じである。
【００１６】この光反射板の底面１ａと垂直方向の上方
に光を反射させる斜面１ｃの処理としては前述の底面に
対し45°の角度をなすスリットを形成する以外に透明ス
プレーのような拡散材料を塗布したり、表面をざらざら
にして乱反射させることによってもえられる。このばあ
い、上方に限らず下方に反射する光も多い。また、乱反
射させるばあいは、光が他方向にも反射されるため、液
晶層などに入射させる上方への光の量は少なくなり、効
率はわるくなるが目的を達成しうる。この光を上方へ反
射させるための光反射板１の斜面１ｃの処理は、光が入
射して斜面で反射する反射部分の近傍だけになされても
よいし、斜面１ｃの全体になされてもよい。通常は光反
射板の底面全面が画素の大きさに合わせられ、全面が使
われるため、斜面の処理も全面になされる。
【００１７】光反射板１は光を透過し易く、光の反射の
ための処理をし易い材料であればよく、プラスチック板
の他にガラス板などでもよい。
【００１８】つぎに、この光反射板を組み合わせて平面
ディスプレイパネルのカラー用光源とする本発明につい
て説明する。図３は本発明の一実施例であるカラー用平
面ディスプレイパネルの断面説明図である。
【００１９】図３において、５は第１の光反射板で、側
面５ｂから入射された光が上方に反射するように斜面５
ｃが反射処理されている。したがって、図３で右側の側
面５ｂから入射した第１の光源からの光Ａは前述のよう
に斜面５ｃで反射されて上方に射出される。第１の光反
射板５の斜面の上には僅かな間隔７を保って、または密
着して同じ角度に形成された斜面が対面するように第２
の光反射板６が配置される。光反射板６は前述の図２
（ｂ）で説明したような光反射処理が斜面６ｃに施され
ており、側面６ｂから入射した第２の光源からの光Ｂは
斜面６ｃで反射されて底面６ａ側すなわち上方に反射さ
れる。なお、第２の光反射板６の外形は第１の光反射板
５の外形と同一または相似形が望ましい。すなわち、相
似形であれば、第２の光反射板６の底面６ａは第１の光
反射板５の底面５ａと平行になり、上方に向かった光は
屈折しないで鉛直方向に直進するからである。第１の光
反射板５の下側にはその底面が第１の光反射板５の底面
５ａと対面するように第３の光反射板８が間隙９を保っ
て、または密着して配置されている。この第３の光反射
板８の斜面８ｃも第２の光反射板６と同様の反射処理が
なされている。したがってこの第３の光反射板８の側面
８ｂからその底面８ａに平行に入射した光Ｃはその底面
８ａ側、すなわち上方に反射し、光Ａ、光Ｂの反射光と
同じ方向に反射する。
【００２０】従ってたとえば、前述の光Ａを赤色、光Ｂ
を緑色、光Ｃを青色の光源から発する光とすることによ
り、３原色が混色され、この各々の光の強さを調節する
ことにより、任意の色の光がえられる。この第２の光反
射板の底面６ａ上に両電極で挟まれた液晶層などを配置
して液晶層間の電圧を駆動することにより液晶の分子の
方向が統一されたり不規則になって、光を透過させたり
遮断し、光が透過されるときは前記光源を駆動すること
により任意の色の光を透過でき、カラーの平面ディスプ
レイパネルが実現される。
【００２１】前述の第３の光反射板８は図３に示したよ
うに、底面８ａが第１の反射板５ａと対面するように配
置されれば、斜面８ｃで反射した光は底面８ａに垂直方
向に出射され、屈折しないため、第１の光反射板５にも
底面５ａに垂直に入り、斜面５ｃで屈折するが再度第２
の光反射板６に入って第１の光反射板５の底面５ａと平
行な第２の光反射板６の底面６ａから垂直方向に出射す
るため屈折しないで真上の方向に出射される。従って断
面が直角３角形の光反射板の底面が対面するように配置
されれば、側面８ｂは図３と反対側の左側になるように
配置されてもよいし、また、図４にその分解斜視図が示
されるように、三方の水平方向から入射するようにする
こともできる。このような三方からの入射にすれば、２
つの光源が狭い場所で２つの光反射板に光を入射せしめ
るように配置されなくてもよく、構成し易い。
【００２２】さらに、第３の光反射板８の斜面８ｃ側に
は光は反射しないため、第３の光反射板８の斜面８ｃの
傾斜角度は第１の光反射板５や第２の光反射板６の斜面
５ａ、６ａの傾斜角度と異なった任意の角度でもよい。
また第３の光反射板８の斜面８ｃの傾斜角度が小さけれ
ば、反射光が出射するとき殆ど屈折しないため、第３の
光反射板８が第２の光反射板６の上に配置されてもよ
い。
【００２３】また、前述の実施例では第１の光反射板５
と第２の光反射板６の断面形状が相似になるように形成
して各々の底面５ａ、６ａが平行になる例で説明した
が、要は重ね合わせられた光反射板の一番上側の面（最
上面）が光の入射方向と平行な面になるように形成され
ていれば、反射光が入射方向に対して垂直方向に射出さ
れ、液晶層などに効率よく集光される。従って、たとえ
ば図５に示されるように、断面が直角三角形状の第１の
光反射板５と第３の光反射板７とのあいだに斜面がそれ
ぞれ前記第１および第３の光反射板の斜面の傾斜角と同
じ傾斜角になるような断面が三角形状をなす第２の光反
射板６を挿入した構成にすることもできる。このばあ
い、第２の光反射板６の側面６ｂの上半部に光反射膜10
を被着しておくと各光量が均等にでき好ましい。
【００２４】なお光源としては、たとえばＬＥＤなどの
半導体チップを直接近傍に形成して発光させたり、また
は大出力のＬＥＤから光ファイバなどで光を分岐して前
記光反射板の光入射面に導いて投入することもできる。
さらに、ＬＥＤ以外のＥＬやプラズマディスプレイなど
ＯＮ、ＯＦＦに対して応答速度の速い光源が好ましく用
いられる。
【００２５】前述の図３または図４に示す実施例で第１
の光反射板５の底面５ａに光反射膜を部分的に形成して
半透明膜を形成すると、両横から入射した光Ａ、Ｂが上
方に反射しないで、下方に反射されてきた光があって
も、この底面５ａで再度上方に反射されて有効に利用す
ることができる。ただし、このばあい底面側から入射す
る光Ｃは半分位反射されるため、あらかじめ光の強度を
強くしておく必要がある。
【００２６】また、半透明膜を形成するのは、第１の光
反射板５の底面５ａではなく、第１の光反射板５の斜面
５ｃに形成されてもよいが、第１の光源と第３の光源が
弱くなり、あらかじめこれらの光の強度を上げておく必
要がある。また、このような半透明膜を使用して光を反
射することを考えれば、前述の第２の光反射板の反射処
理を逆方向にするように形成しなくても、第１の光反射
板と同じものを使用して図３に示すように構成し、左側
から入射する光Ｂを第２の光反射板６の斜面６ｃで下方
向に反射させ、その反射光をたとえば第１の光反射板の
底面５ａに形成された半透明膜で再度反射させて、上方
に光を集中させてもよい。
【００２７】また、図５に示す実施例で第１の光反射板
５の底面５ａに光反射膜11を被着すれば、下側に反射し
てきた光をすべて上側に反射させることができ、効率的
である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、薄い板材で形成され、
光を直角方向に反射させる光反射板を重ねて三方からの
光を一方向に集中させているため、三方の光源に赤、
緑、青の３原色を用いることにより液晶表示装置のよう
に小さい画素が沢山集まった平面ディスプレイパネルの
各画素に任意の色の光を供給できる。しかも本発明で
は、三方からの光をすべて平面ディスプレイパネルの平
面に沿った方向から入射でき、小型に構成することがで
きる。従って液晶層のように両端に印加される電圧に応
じて光の透過、不透過が制御される。モノクロパネルと
組み合わせ、簡単に小型でカラー表示の平面ディスプレ
イパネルを実現できる効果がある。
【００２９】さらに本発明によれば、従来のカラー液晶
表示装置のよう高価なカラーフィルタを使用することな
く、発光源に直接カラー光源を用いているため、たとえ
ばＬＥＤなどで簡単に形成でき、またバックライトも不
要となり、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である平面ディスプレイパネ
ル用光源に用いる光反射板の原理を説明する図である。
【図２】本発明の一実施例である光反射板により横から
入射された光が鉛直方向に反射される斜面の処理の一実
施例を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例である平面ディスプレイパネ
ル用光源の概略断面説明図である。
【図４】本発明の他の実施例である平面ディスプレイパ
ネル用光源の概略分解斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例である平面ディスプ
レイパネル用光源の概略断面説明図である。
【図６】従来のカラー液晶表示装置の断面説明図であ
る。
【符号の説明】
５ 第１の光反射板 ５ａ 第１の光反射板の底面 ５ｂ 第１の光反射板の側面 ５ｃ 第１の光反射板の斜面 ６ 第２の光反射板 ６ａ 第２の光反射板の底面 ６ｂ 第２の光反射板の側面 ６ｃ 第２の光反射板の斜面 ８ 第３の光反射板 ８ａ 第３の光反射板の底面 ８ｂ 第３の光反射板の側面 ８ｃ 第３の光反射板の斜面

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 断面が三角形状をなす光反射板が３枚重
    ね合わされ、該重ね合わされた光反射板のうち、光出射
    側に露出する前記光反射板の露出面が前記重ね合わされ
    た光反射板で形成される側面と垂直になるように配置さ
    れ、前記おのおのの反射板の斜面には前記光反射板の側
    面から垂直に入射した光が前記側面と平行方向に反射す
    るように反射処理がなされ、前記３枚の光反射板の側面
    からそれぞれ赤、緑、青の３色のうちのいずれか１色が
    該側面に垂直に入射され、前記露出面から垂直に前記３
    色の光が射出されてなる平面ディスプレイパネル用光
    源。
  2. 【請求項２】 前記光反射板のいずれかの面に光反射膜
    が形成されてなる請求項１記載の平面ディスプレイパネ
    ル用光源。
  3. 【請求項３】 前記３色の光がそれぞれ発光ダイオード
    の光である請求項１記載の平面ディスプレイパネル用光
    源。
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