JP4506358B2

JP4506358B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4506358B2
Application number: JP2004249801A
Authority: JP
Inventors: 進高橋
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2005043907A

Description

本発明は、液晶パネルを背面側から照射するバックライトシステムを備えた液晶表示装置に関するものである。

近年、ＴＦＴやＳＴＮからなる液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野の（カラー）ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されつつある。このような液晶表示装置においては、従来より、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光で液晶パネルを照射する方式、いわゆる、バックライト方式が採用されている。このようなバックライトシステムとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取付け、光源ランプからの光を導光板内で多重反射させる、導光板ライトガイド方式（所謂、エッジライト方式）と、導光板を用いない直下型方式とがある。最近では、薄型化が容易なことから、導光体ライトガイド方式のバックライトシステムが主流となってきている。

導光板ライトガイド方式のバックライトシステムが搭載された液晶表示装置としては、例えば図５に示すような構成のものが一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等からなる導光板７９が配設されており、該導光板の上面（光出射面）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられている。さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部８２が印刷などによって設けらると共に、散乱反射パターン部８２下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。また、上記導光板７９には、側端部に沿って光源ランプ７６が取り付けらており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ８１が設けられている。上記散乱反射パターン部８２は、白色である二酸化チタン（TiO2）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光出射面側へと光を導くようになっており、高輝度化を図るための一手段である。

さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図６に示すように拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）７４および７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム７４，７５は、導光板４５の光出射面から出射され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。

しかしながら、これらの方法では視野範囲のコントロールは、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、そのコントロールは難しく、拡散方向の中心部が明るく周辺部にいくほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見た時の輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下の原因になっていた。
さらに、プリズムフィルムを用いる方法では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きく、またコストが上昇する原因にもなっていた。

ところで、このような液晶表示装置では、薄型で低消費電力、かつ、高輝度対応であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトシステムも、薄型で低消費電力、かつ、高輝度であることが要求されている。特に、最近、目覚ましい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトシステムの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須の課題となっている。しかしながら、上記したような従来の構成では、液晶表示装置のさらなる薄型化が図られる今日、高輝度、低消費電力の要請に充分に応えられているとは言い難く、ユーザからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ、低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトシステムの開発が待ち望まれている。そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ユーザの要求に応え得る、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を提供することを目的としている。

本発明の液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、液晶パネルと、この液晶パネルの背面側から光を照射する光源手段と、液晶パネルと光源手段との間に光源手段からの光を液晶パネルへと導くレンズ層とを備え、レンズ層の片面には複数のレンズを有し、レンズ層と光源手段の間に各レンズ焦点面近傍に開口をもつ遮光部を有し、光源手段からの照射光は開口を通過しレンズを介して液晶パネルに入射してなることを特徴とする液晶表示装置である。

請求項２記載の発明は、液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段と、液晶パネルと光源手段との間に光源手段からの光を液晶パネルへと導くレンズ層とを備え、レンズ層の片面には複数のレンズを有し、レンズ層と光源手段の間でレンズ焦点面より外側に、該レンズによって液晶層内部で結像する位置関係にある開口をもつ遮光部を有し、光源手段からの照射光は開口を通過しレンズを介して液晶パネルに入射してなることを特徴とする液晶表示装置である。

請求項３記載の発明は、請求項1又は２記載の液晶表示装置において、前記遮光部が、反射層であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の液晶表示装置において、前記反射層が、散乱反射面であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載の何れかの液晶表示装置において、前記レンズ層を構成するレンズのピッチａと、該レンズにそれぞれ対応する前記開口のピッチｂが、ａ＜ｂの関係にあることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載の何れかの液晶表示装置において、前記開口の形が、垂直方向より水平方向に広いことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至５記載の何れかの液晶表示装置において、前記開口の数が、レンズ層の一つのレンズに対して、２つ以上有することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至５記載の何れかの液晶表示装置において、前記開口が、レンズ層の一つのレンズに対して、少なくとも２種類以上の大きさの異なる開口からなることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置の液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段において、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層が設けられ、このレンズ層焦点面近傍又は該レンズ層によって液晶層内部で結像する位置関係にあるレンズ層焦点面より外側に開口をもつ遮光部を設けることにより、従来の液晶表示装置の構成では実現できなかった光源からの光の利用効率を向上させることができる。また、開口の形状を、垂直方向より水平方向に大きくすることにより、一般に液晶特性として上下方向の視域は小さいため、予めバックライトの特性を垂直方向に狭い視域とすることにより、液晶の特性に合わせた観察領域を持つことができ、より光の利用効率を高めることが出来る。また、レンズ層の一つのレンズに対して複数の開口を持つことにより、液晶パネルの観察領域を分割し、複数の観察領域を持たすことが可能になる。また、開口の大きさを異なったものとすることにより、領域によって観察領域を変化させることも可能になる。さらには、このように様々な開口の形によって視域を自由に制御することが出来る。以上のことから、本発明により、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を提供することが出来る。

図１に基づいて、以下に本発明の一実施態様について詳細に説明する。図１は、上部に偏光板１１、１３に挟まれた液晶パネル１２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等からなる導光板７９が配設されており、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル１２方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部８２が印刷などによって設けらると共に、散乱反射パターン部８２下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。

また、上記導光板７９には、側端部に沿って光源ランプ７６が取り付けらており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ８１が設けられている。

上記散乱反射パターン部８２は、白色である二酸化チタン（TiO2）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものである。散乱パターン部８２などで散乱した光は、導光板７９の上面から出射する。この光の出射側に、複数のレンズからなるレンズ層１５を配置し、そのレンズ層１５を構成するレンズの焦点面近傍に、各レンズ毎に対応する開口をもつ遮光層１８を配置する。導光板７９から出射した光は、遮光層１８の開口部分のみを通過し、レンズ層１５に入射する。遮光層は焦点近傍に配置してあるため、遮光層１８の一点からでた光は、レンズによってある一定の方向の光としてレンズ層１５から出射する。そこで、この遮光層１８の開口の大きさによって、レンズ層から出射する光の方向を決定することが出来る。

つまり、遮光層１８の開口の大きさを小さくするほどバックライトの指向性は強くなり、逆に大きくすれば、指向性が低減し拡散度合いが強くなる。また、開口の形を変形させることにより、方向によって拡散性を変化させることも可能になる。例えば、水平方向に大きく垂直方向に小さな開口を用いれば、垂直方向に対して水平方向に広い観察領域を取ることが出来る。一般に液晶特性として上下方向の視域は小さいため、予めバックライトの特性を垂直方向に狭い視域とすることにより、より光の利用効率を高めることが出来る。さらには、一つのレンズに対する開口の数を複数にすることによって、液晶パネルの観察領域を分割することも可能になる。このように様々な開口の形によって視域を自由に制御することが出来る。この開口の形の例を次に示す。
横方向に長い観察領域の例を図７に、横方向に長く楕円に広がる観察領域の場合を図８に、異なる大きさの２つの視域をもつ例を図９に示す。また、レンズ毎の視域を変化させた例を図１０に示す。

導光板７９から出射した光は、遮光層１８の開口部分のみを通過し、開口以外に入射した光は、反射され導光板７９に再入射する。この遮光層１８によって反射された光は、反射層７７などで再度反射され、遮光層１８の開口を通過するまで反射を繰り返し再利用される。そこで、遮光層１８の遮光部分の吸収を小さくし、反射層とすればその利用効率は更に向上することになる。また、この遮光層１８の反射が散乱反射であれば、反射層７７などで反射後、遮光層１８の開口に入射する確率が向上する場合があり、より光の利用効率向上が見込まれる。このようにレンズ層１５を出射した光は、必要に応じて拡散層１４を透過後、偏光板１３，１１に挟まれた液晶に入射し、光の強度などが変調することによって観察者は像を観察することによる。

また、図３に示すように、拡散パターン部８２を遮光層１８の開口近傍に配置することによって、拡散パターン部８２からの拡散光を効率よく前記開口から出射することが可能になる。図１に例では、レンズ層１５が、導光板７９側に配置されていたが、図２に示すように液晶側に配置しても同様の効果が得られる。図２においては、上部に偏光板３１、３４に挟まれた液晶パネル３２が設けられ、その下面側に、上面（光出射面）に拡散フィルム（拡散層）３６が設けられた、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等からなる導光板７９が設けられている。さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部８２が印刷などによって設けらると共に、散乱反射パターン部８２下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。また、上記導光板７９には、側端部に沿って光源ランプ７６が取り付けらており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ８１が設けられている。

上記散乱反射パターン部８２は、白色である二酸化チタン（TiO2）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものである。散乱パターン部８２などで散乱した光は、導光板７９の上面から出射する。この光の出射側に、複数の開口をもつ遮光層３８を配置し、開口から出射した光は必要に応じて拡散層３４を透過する。遮光層３８の開口に対応したレンズを持つレンズ層３３を配置する。このときレンズ層３３の焦点面より外側に遮光層３８が位置するようにする。遮光層３３にある開口の大きさにしたがってレンズ層３３から出射する光の拡散性を制御することが可能になる。
前記開口を液晶層３２内で結像するようにレンズ層３３及び遮光層３８を配置した場合、図２に示すように液晶層３２内で光が集光するため、レンズ層のレンズの配置を液晶のピッチと合わせることにより液晶のブラックマトリクスによって失われる光のエネルギーを少なくすることができ、より効率的に光を利用することが可能になる。

なお、本実施例では図１に示すように導光板にレンズ層を配置した場合に遮光層をレンズの焦点面近傍に、図２に示すように液晶にレンズ層を配置した場合に遮光層をレンズの焦点面より外側に配置したが、効果としてはこれに限定されるものではなく、図1の構成でも遮光層をレンズ焦点面の外側に配置しても良く、また図２の構成で遮光層をレンズの焦点近傍に配置しても良い。

また、遮光要素の光の透過濃度は、図７から図１０では、２値的に変化しているが、徐々に透過率が変化しているような構成でも良く。さらには、ディザのような技術を用いて透過率を変化させても良い。

さらに、図４に示すようにレンズ層５１のレンズピッチaよりも、遮光層５２の開口のピッチｂを大きく取ることにより、各レンズ毎の観察範囲を視点位置５４に集める効果をもたらすことができる。このことを利用すれば光をある領域内に集中させることが出来るため、比較的大きな画面などの場合に、光の利用効率をより向上させることが出来る。

もし、視域のコントロールが１方向のみで良い場合、レンズ層としてレンチキュラーレンズシートを用い開口として、スリット状の開口を用いればより簡単な構成でこの効果を実現することが出来る。

本発明の液晶表示装置の一例で、開口を持つ遮光部をレンズ層焦点面近傍に設けた構成を示した概略断面図。本発明の液晶表示装置の一例で、開口を持つ遮光部をレンズ層焦点面より外側に設けた構成を示した概略断面図。本発明の液晶表示装置の一例で、拡散パターン部を遮光層の開口近傍に配置した構成を示した概略断面図。本発明の液晶表示装置における、レンズ層のレンズのピッチと遮光層に設けた開口のピッチとの関係を示した説明図。従来の液晶表示装置の構成の一例を示した概略断面図。従来の液晶表示装置の構成の他例を示した概略断面図。本発明の液晶表示装置における、遮光部に設けた開口の形が水平方向に長い形状の例を示した平面図。本発明の液晶表示装置における、遮光部に設けた開口の形が水平方向に長く楕円状の形状の例を示した平面図。本発明の液晶表示装置における、開口の大きさの異なる２つの視域をもつ例を示した平面図。本発明の液晶表示装置における、開口の形を種々変えてレンズ毎の視域を変化させた例を示した平面図。

符号の説明

１１、１３、３１、３４、７１、７３…偏光板
１２、３２、７２…液晶パネル
１４、３６、７８…拡散フィルム
１５、３３、５１…レンズ層
１８、３８、５２…遮光層
５４…視点位置
７４、７５…プリズムフィルム（プリズム層）
７６…光源ランプ
７７…反射フィルム（反射層）
７９…導光板
８１…ランプリフレクタ
８２…散乱反射パターン
ａ…レンズ層を構成する一つのレンズのピッチ
ｂ…レンズ層を構成する一つのレンズに対応する開口のピッチ

Claims

垂直方向より水平方向の視域が広い液晶表示装置において、液晶パネルと、この液晶パネルの背面側から光を照射する光源手段と、液晶パネルと光源手段との間に光源手段からの光を液晶パネルへと導くレンズ層とを備え、レンズ層の片面には複数のレンズを有し、レンズ層と光源手段の間に各レンズ焦点面近傍に垂直方向より水平方向に広い開口をもつ遮光部を有し、光源手段からの照射光は開口を通過しレンズを介して液晶パネルに入射し、液晶パネルより垂直方向より水平方向に広い拡散光を射出することを特徴とする液晶表示装置。
液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段と、液晶パネルと光源手段との間に光源手段からの光を液晶パネルへと導くレンズ層とを備え、レンズ層の片面には複数のレンズを有し、レンズ層と光源手段の間でレンズ焦点面より外側に該レンズによって液晶層内部で結像する位置関係にある開口をもつ遮光部を有し、
レンズ層と光源手段の間に開口をもつ遮光部を有し、前記開口が液晶層内部で結像するようにレンズ層及び遮光部が配置され、
光源手段からの照射光は開口を通過しレンズを介して液晶パネルに入射してなることを特徴とする液晶表示装置。
前記遮光部が、反射層であることを特徴とする請求項1又は２記載の液晶表示装置。
前記反射層が、散乱反射面であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。