JP2000284268A

JP2000284268A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000284268A
Application number: JP11088570A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 進高橋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP3613065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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する。【解決手段】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を備え、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、
該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部または該レン
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有することを
特徴とする液晶表示装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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（ＣＣ
ＦＴ）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。

【０００３】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Ｐ
ＭＭＡ（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。

【０００４】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７４，７
５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。

【０００５】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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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、この液晶パネルに背面側から光を照
射する光源手段とを備え、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、該レンズ
層焦点面近傍に開口をもつ遮光部を有することを特徴と
する液晶表示装置である。

【０００８】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を備
え、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、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
口をもつ遮光部を有することを特徴とする液晶表示装置
である。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】

【発明の実施の態様】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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１３，１
１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。

【００２０】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７
９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。

【００２１】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３
８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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】

【発明の効果】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】従来の液晶表示装置の構成の一例を示した概略
断面図。

【図６】従来の液晶表示装置の構成の他例を示した概略
断面図。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA08X FA08Z FA14Z FA16Z FA21Z FA23Z FA29Z FA34Z FA35Y FA42Z FB02 FB06 FC12 FD06 LA18 5C094 AA01 AA10 AA12 AA22 AA44 BA43 CA19 ED01 ED11 ED13 ED15 ED20 FA01 FA02 5G435 AA03 AA17 BB12 BB15 BB16 CC09 DD13 EE27 FF03 FF06 FF07 FF13 GG02 GG24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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を備え、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、
該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部を有すること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】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を備え、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、
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有する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】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。
【請求項４】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。
【請求項５】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１乃至
４記載の何れかの液晶表示装置。
【請求項６】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１乃至５記載の何れかの液
晶表示装置。
【請求項７】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１乃
至５記載の何れかの液晶表示装置。
【請求項８】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請求項１乃至５記載の何れかの液
晶表示装置。