JP2004109644A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルに代表される、画素単位での透過/非透過あるいは透明状態/散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子を背面側から照射するバックライトシステムを備えた表示装置の改良に関する。
液晶パネルが用いられる前記表示装置としては、
(1)バックライト,エッジライトなどの内蔵光源を有さず、太陽光や室内照明光などの周辺光により表示光を生成するタイプの反射型液晶表示装置。
(2)太陽光や室内照明光などの周辺光だけでなく、液晶パネルの前面側(観察者側)に配置したフロントライトを、装置の内蔵光源として用いるタイプの反射型液晶表示装置。
(3)太陽光や室内照明光などの周辺光によらず、バックライト,エッジライトなどの内蔵光源からの照明光を、主として表示光を生成するために用いるタイプの透過型液晶表示装置。
(4)バックライト,エッジライトなどの内蔵光源からの照明光、および太陽光や室内照明光などの周辺光の双方を、表示光を生成するために用いるタイプの半透過型液晶表示装置。
があり、本発明は、(3),(4)のタイプに適用される。
【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、従来から、液晶パネルの背面側(反観察者側)に光源を配置し、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り付け、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。
【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PMMA(ポリメチルメタクリレート)やアクリル等の透明な基材からなる導光板79が配設されており、該導光板の上面(光射出面)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が印刷などによって設けられる(図示せず)と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム(反射層)77が設けられている。
【0004】
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、光射出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。
【0005】
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79の光射出面から射出され、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。
【0006】
しかしながら、図5,図6に例示したこれらの方法では、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を招いていた。
さらに、図6に例示した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いだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
【0007】
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶TVなどの表示装置に用いられている。
直下型方式の液晶表示装置としては、図7に例示する構成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、蛍光管等からなる光源51の列が配設されており、該光源の上面(光射出面)に拡散フィルム(拡散層)74が設けられている。
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の場合と同様に拡散フィルム74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)を設けることが提案されている。
このプリズムフィルムは、光源51から射出され、拡散フィルム74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。
【0008】
しかしながら、図7に例示する構成でも、視野範囲のコントロールは、拡散フィルム74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を招いていた。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いだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
また、光源間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源の数を減らせず、消費電力の増加およびコストの増加を招く原因となっていた。
【0009】
ところで、このような液晶表示装置では、軽量,低消費電力,高輝度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、軽量,低消費電力,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。
【0010】
上記の状況を鑑みて本出願人は、
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について提案している。(例えば、特許文献1参照)
【0011】
【特許文献1】
特開2000−284268号公報
【0012】
上記特許文献1には、図1〜図3に示されるように、液晶パネルとバックライトユニットの間に、遮光部を有するレンズシートを配置してなる構成が開示されているが、図1〜図3の何れも、レンズシートは液晶パネル側にレンズ部を構成する凹凸形状を有している。
上記構成のレンズシートを介在させたことによる作用効果は、導光板から射出する光が有する拡散性をレンズ作用により変調して、液晶パネル側に方向を揃えて射出させることが可能となる点にある。
加えて、特定箇所に開口を持つ遮光部を形成したことにより、液晶パネルの画素に入射する光量を選択的に多くすることが可能となり、バックライトの利用効率が向上することと、前記開口の形状を制御することで表示光の視域も制御することが可能となることが挙げられる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、透過型液晶表示装置向けとしての用途に限らず、周辺光も表示光として利用できる半透過型液晶表示装置向けとしても使用することが可能なバックライトユニットの提案を主目的とする。
また、バックライトの利用にあたっては、液晶パネルに対して略垂直に照明光を入射させる作用だけでなく、レンズ作用により表示光の視域(射出する範囲)をダイナミックに制御できるようにすることも目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示装置では、上記の目的を実現するために、照明光源側にレンズ部を構成する凹凸形状を有するレンズシートを、液晶パネルとバックライトユニットの間に配置し、照明光が液晶パネルに対して略垂直に、しかも集光作用を伴って導くような構成とする。
すなわち、請求項1記載の本発明による表示装置は、
画素単位での透過/非透過あるいは透明状態/散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子に対して、観察者と反対側に配置した照明光源から照明光を照射し、前記表示素子を通過させて表示光を生成し、観察者側に射出する構成の表示装置において、
照明光が表示素子に入射する直前に、集光作用を伴って照明光を表示素子に導くためのレンズが複数形成されてなるレンズシートを有する構成であり、
前記レンズシートは、照明光源側にレンズ部を構成する凹凸形状を有しており、表示素子側は平坦面であり、
前記平坦面には、レンズ部による集光作用に応じた箇所が開口部となり、集光作用を受けた照明光が透過するように、部分的な開口を持つ遮光パターンが形成された構成であることを特徴とする。
【0015】
請求項10記載の本発明による表示装置は、
画素単位での透過/非透過あるいは透明状態/散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子に対して、観察者と反対側に配置した照明光源から照明光を照射し、前記表示素子を通過させて表示光を生成し、観察者側に射出する構成の表示装置において、
照明光が表示素子に入射する直前に、集光作用を伴って照明光を表示素子に導くためのレンズが複数形成されてなるレンズシートを有する構成であり、
前記レンズシートは、照明光源側に第1レンズ部を構成する凹凸形状を有すると共に、表示素子側は、前記第1レンズ部による集光作用に応じた箇所が透光性を有しており、前記第1レンズ部による集光作用を受けた照明光が透過する際、再度レンズ部による屈折作用を受けて射出するように、単位レンズが複数形成されてなる第2レンズ部を構成する凹凸形状を有する構成であることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<実施形態1>
図1は、エッジライト方式のバックライトユニットを具備する液晶表示装置に本発明を適用した一実施形態を示す説明図である。
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)やアクリル等の透明な基材のからなる導光板79が配設されており、導光板79の下方に反射フィルム(反射層)77が設けられている。
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。
導光板79は、表面の一部を粗面にしたり、印刷インクを載せたりすることで導波する光を射出する機能を持つ。
【0017】
レンズシート16は、照明光源側にレンズ部を構成する凹凸形状を有しており、図示のように液晶パネル12と導光板79の間に配置される。
導光板79から射出した光は、レンズ部(凹凸面)に入射し、各単位レンズによって屈折を受け、単位レンズ毎に焦点面近傍に集光する。
単位レンズの形状としては、半円柱状凸シリンドリカルレンズ(所謂、レンチキュラー),半球状凸レンズ(所謂、フライアイレンズもしくはマイクロレンズ)があり、レンズの種類や、シリンドリカルレンズの並列方向を複数方向に組み合わせることなどは、目的に応じて選択される。
【0018】
レンズシート16を構成する各単位レンズの焦点面近傍に、各単位レンズ毎に対応する開口(集光部)を持つ遮光層14を配置する。導光板79から射出した光は、遮光層14の開口部分のみを通過する。遮光層14の開口を通過した光は、レンズ部によって曲げられているため、そのレンズの曲率と大きさに依存した角度θで射出する。
射出角度範囲θは、レンズ層16を構成するレンズの間隔が一定の場合、曲率が大きいほど大きくなり、また曲率が一定の場合、間隔が広いほど大きくなる。
【0019】
また、遮光層14の開口は、射出角度範囲θが大きいほど大きくなる。そこで、射出角度を水平方向と垂直方向で変える場合、開口の水平方向の大きさと、垂直方向の大きさを変える必要がある。
一般にディスプレイ(以下、「表示装置」と混同して用いる)では、水平方向の視域の方が、垂直方向の視域よりも広いものが求められており、その場合、遮光層14の開口は、図4に示すように、垂直方向より水平方向に広くする必要がある。
このように、必要な視域内に効率的に光を分配できるため無駄な光の成分が少なくなり、エネルギー効率良く明るい表示像を得ることが出来る。
【0020】
本発明では拡散成分ではなく、レンズの集光及び発散効果によって、光を広げているため、射出角θ内での、輝度の変化が少なく画質の良い表示像を観察することが可能になる。導光板79から射出した光で、輝度変化をもたらすようなノイズ成分の光は遮光層14によって遮られる。
【0021】
遮光層14の入射側(同図で、導光板79側)を反射面とした場合、遮光層14によって遮られたノイズ成分の光は、前記反射面によって導光板79へ戻され、導光板79の表面または反射層77によって反射する。
導光板79の表面または反射層77によって反射された光は、再度、導光板79を透過し、レンズ層16に入射することで再利用され、光の利用効率を向上させることが可能になる。
【0022】
さらに、遮光層14に形成する前記反射面を散乱反射面とすることで、ノイズ光を散乱させることで、再利用した光が遮光層14の開口部を通過する確率を上げ、一層光の利用効率を向上させることが可能になる。
【0023】
他方、遮光層14の射出側(同図で、液晶パネル12側)を反射面とした場合、液晶パネル12に対して観察者側から入射した周辺光が、遮光層14の射出側に形成した反射面によって反射することで、周辺光も液晶ディスプレイの照明光として利用することが可能になる。
さらに、遮光層14の射出側の反射面を散乱反射面とすることで、周辺光を散乱させることで、周辺光による液晶ディスプレイの視域を広げることが可能になる。屋外で用いる液晶ディスプレイは、周辺が明るい場合、相対的にバックライトの明るさが暗くなり、明るい表示像を得られない欠点があったが、遮光層14の射出側を反射面とすることで、周辺光を液晶ディスプレイの照明光として利用できるため、明るい屋外でも良好な画像を観察することが可能になる。
従って、半透過型液晶表示装置としての使用が可能である。
【0024】
また、単位レンズや開口の周期性と液晶パネルの画素の周期性との関係に起因するモアレの発生を防ぐため、レンズシート16を構成する単位レンズの間隔は、液晶パネル12の画素間隔の1/3以下であることが望ましい。
【0025】
<実施形態2>
図2は、直下型方式のバックライトユニットを具備する液晶表示装置に本発明を適用した一実施形態を示す説明図である。
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、照明用の光源として蛍光管などの光源51が並べられている。光源51からの光を効率よく照明光として利用するために、光源51の背面には、リフレクター52が配置されている。光源51によって発光した光は、リフレクター52によって方向を整えられ、レンズシート16に入射する。
レンズシート16は、照明光源側にレンズ部を構成する凹凸形状を有しており、図示のように液晶パネル12と光源51の間に配置される。
【0026】
レンズシート16を構成する各単位レンズの焦点面近傍に、各単位レンズ毎に対応する開口(集光部)を持つ遮光層14を配置する。
リフレクター52で反射した光は、レンズシート16に入射し、各レンズによって曲げられ、遮光層14の開口部分のみを通過する。遮光層14の開口を通過した光は、レンズ部によって曲げられているため、レンズ毎に焦点面近傍に集光した後、レンズの曲率と大きさに依存した角度θで射出する。
【0027】
射出角度範囲θは、レンズ層16を構成するレンズの間隔が一定の場合、曲率が大きいほど大きくなり、また曲率が一定の場合、間隔が広いほど大きくなる。また、遮光層14の開口は、射出角度範囲θが大きいほど大きくなる。そこで、射出角度を水平方向と垂直方向で変える場合、開口の水平方向の大きさと、垂直方向の大きさを変える必要がある。
一般にディスプレイでは、水平方向の視域の方が、垂直方向の視域よりも広いものが求められており、その場合、遮光層14の開口は、垂直方向より水平方向に広くする必要がある。このように、必要な視域内に効率的に光を分配できるため無駄な光の成分が少なくなり、エネルギー効率良く明るい表示像を得ることが出来る。
【0028】
本発明では拡散成分ではなく、レンズの集光及び発散効果によって、光を広げているため、射出角θ内での、輝度の変化が少なく画質の良い表示像を観察することが可能になる。光源51から発した光で、輝度変化をもたらすようなノイズ成分の光は遮光層14によって遮られる。
【0029】
遮光層14の入射側(同図で、光源51側)を反射面とした場合、遮光層14によって遮られたノイズ成分の光は、前記反射面によってリフレクター52へ戻され、再度反射する。
リフレクター51によって反射された光は、再度、レンズ層16に入射することで再利用され、光の利用効率を向上させることが可能になる。
【0030】
さらに、遮光層14に形成する前記反射面を散乱反射面とすることで、ノイズ光を散乱させることで、再利用した光が遮光層14の開口部を通過する確率を上げ、一層光の利用効率を向上させることが可能になる。
【0031】
他方、遮光層14の射出側(同図で、液晶パネル12側)を反射面とした場合、液晶パネル12に対して観察者側から入射した周辺光が、遮光層14の射出側に形成した反射面によって反射することで、周辺光も液晶ディスプレイの照明光として利用することが可能になる。
さらに、遮光層14の射出側の反射面を散乱反射面とすることで、周辺光を散乱させることで、周辺光による液晶ディスプレイの視域を広げることが可能になる。屋外で用いる液晶ディスプレイは、周辺が明るい場合、相対的にバックライトの明るさが暗くなり、明るい表示像を得られない欠点があったが、遮光層14の射出側を反射面とすることで、周辺光を液晶ディスプレイの照明光として利用できるため、明るい屋外でも良好な画像を観察することが可能になる。
従って、半透過型液晶表示装置としての使用が可能である。
【0032】
また、単位レンズや開口の周期性と液晶パネルの画素の周期性との関係に起因するモアレの発生を防ぐため、レンズシート16を構成する単位レンズの間隔は、液晶パネル12の画素間隔の1/3以下であることが望ましい。
【0033】
<実施形態3>
図3は、エッジライト方式のバックライトユニットを具備する液晶表示装置に本発明を適用した他の実施形態を示す説明図である。
本実施形態では、レンズシート16は、照明光源側のみならずバックライトユニット側にもレンズ部を構成する凹凸形状を有している点が顕著な特徴となっている。その他の構成要素としては、実施形態1と共通するため、説明は省略する。
【0034】
第2レンズ部21(同図で、液晶パネル12側)は、第1レンズ部16(同図で、導光板79側)の焦点面近傍に位置しており、照明光をディスプレイの正面方向に曲げる作用を持つ。
そのため、第2レンズ部21を第1レンズ部16の焦点面近傍に、第1レンズ部を構成する単位レンズと1対になるように第2レンズ部を構成する単位レンズを配置することで、第1,第2の単位レンズ同士が相乗的な作用を生じるように各単位レンズの形状を設計することで、導光板から入射する光の方向がディスプレイ面に対して傾いた場合でも、ディスプレイ表面に垂直に光を射出することができる。
【0035】
また、遮光層15の開口の大きさを、第1,第2の実施形態に比べて大きくしても、視野角範囲のコントロールが可能なため、光源の散乱度合いが大きい場合でも、光の利用効率を高めることが可能になる。
本実施形態においては、エッジライト方式のバックライトユニットに対して本発明を適用する場合について説明したが、実施形態2のように、直下型方式のバックライトユニットについても本発明を適用しても良いことは言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】
バックライトユニットからの照明光を、レンズ作用により液晶パネルなどの表示素子に対して略垂直に照明光を入射させることが可能であり、開口形状の制御により表示光の視域(射出する範囲)を制御できることになる、という従来技術の効果に加えて、レンズシートのレンズ作用によりダイナミックに表示光の視域を制御できるようにすることが、本発明によって実現される。
特に顕著な効果としては、レンズシートに形成される遮光部の表示素子側に反射面を形成した場合、反射面が表示素子の直後の背面に位置するため、周辺光を反射して表示光を生成することが容易であり、半透過型液晶表示装置としての使用にあたって好適となることにある。
遮光部のバックライト側に反射面を形成した場合、無駄になる照明光を再利用したり、ディスプレイを観察する環境の周辺光を照明光として利用したりすることで、より省エネルギーで明るい観察像を得ることができる。
以上より、本発明により、低価格,高輝度,高表示品位で、かつ低消費電力の表示装置を提供することが出来る。
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の一例を示す説明図。
【図2】本発明による液晶表示装置の一例を示す説明図。
【図3】本発明による液晶表示装置の一例を示す説明図。
【図4】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す平面図。
【図5】従来の液晶表示装置の構成例を示す説明図。
【図6】従来の液晶表示装置の構成例を示す説明図。
【図7】従来の液晶表示装置の構成例を示す説明図。
【符号の説明】
11,13,71,73…偏光板
12,72…液晶パネル
14,78…拡散フィルム
15…遮光層
16…レンズシート
18…遮光部の開口
21…第2レンズ部
51,76…光源
52,81…リフレクタ
74,75…プリズムフィルム(プリズム層)
77…反射フィルム(反射層)
79…導光板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device, such as a liquid crystal panel, provided with a backlight system for irradiating from the back side a display element whose display pattern is defined according to transmission / non-transmission or a transparent state / scattering state in pixel units. Regarding improvement.
As the display device using a liquid crystal panel,
(1) A reflective liquid crystal display device that does not have a built-in light source such as a backlight or an edge light and generates display light by ambient light such as sunlight or indoor illumination light.
(2) A reflection type liquid crystal display device that uses not only ambient light such as sunlight and indoor illumination light but also a front light disposed on the front side (observer side) of a liquid crystal panel as a built-in light source of the device.
(3) A transmissive liquid crystal display device of a type in which illumination light from a built-in light source such as a backlight or an edge light is mainly used to generate display light regardless of ambient light such as sunlight or indoor illumination light.
(4) A transflective liquid crystal display device that uses both illumination light from a built-in light source such as a backlight and an edge light and ambient light such as sunlight and indoor illumination light to generate display light.
The present invention is applied to the types (3) and (4).
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices using liquid crystal panels made of TFTs and STNs have been commercialized mainly for (color) notebook PCs (personal computers) in the OA field.
In such a liquid crystal display device, a method of arranging a light source on the back side (non-viewer side) of the liquid crystal panel and irradiating the liquid crystal panel with light from the light source, that is, a so-called backlight method has been conventionally used. ing.
As such a backlight system, a light source lamp such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFT) is roughly mounted along a side end portion of a flat light guide plate made of acrylic resin or the like having excellent light transmittance. There is a "light guide plate light guide system (so-called edge light system)" in which light from the light is reflected multiple times in the light guide plate, and a "direct type system" which does not use the light guide plate.
[0003]
As a liquid crystal display device equipped with a light guide plate light guide type backlight system, for example, one having a configuration as shown in FIG. 5 is generally known.
In this case, a
Further, on the lower surface of the
[0004]
Further, a
[0005]
Recently, a prism film (prism layer) having a light condensing function is provided between the
[0006]
However, in these methods exemplified in FIGS. 5 and 6, the control of the visual field range is left only to the diffusivity of the
Further, the method using the prism film illustrated in FIG. 6 requires two prism films, which not only causes a large decrease in the amount of light due to the absorption of the film but also increases the cost due to an increase in the number of members. Had also become.
[0007]
On the other hand, the direct type is used for a display device such as a large liquid crystal TV in which it is difficult to use a light guide plate.
As a direct type liquid crystal display device, a configuration illustrated in FIG. 7 is generally known. In this case, a
Further, recently, in order to increase the light use efficiency and achieve higher luminance, a prism film (prism layer) having a light condensing function is provided between the
The prism film concentrates light emitted from the
[0008]
However, even in the configuration illustrated in FIG. 7, the control of the visual field range is left only to the diffusivity of the
On the other hand, if the interval between the light sources is too wide, luminance unevenness is likely to occur on the screen, and the number of light sources cannot be reduced, leading to an increase in power consumption and an increase in cost.
[0009]
By the way, in such a liquid crystal display device, light weight, low power consumption, and high luminance are strongly demanded as market needs, and accordingly, a backlight system mounted on the liquid crystal display device is also lightweight, low power consumption. Power and high brightness are required.
In particular, recently, in a color liquid crystal display device, which is undergoing remarkable development, the panel transmittance of the liquid crystal panel is much lower than that of a monochrome liquid crystal panel. This is an indispensable issue for obtaining power consumption.
However, with the conventional configuration as described above, it is difficult to say that the demands for high luminance and low power consumption are sufficiently satisfied in today's liquid crystal display devices, which are further reduced in thickness. Development of a backlight system capable of realizing a liquid crystal display device with high luminance, high display quality, and low power consumption has been awaited.
[0010]
In view of the above situation, the applicant has
A liquid crystal panel; and a light source means for irradiating the liquid crystal panel with light from the back side. The light source means is provided with a lens layer for guiding light from the light source to the liquid crystal panel, and has an aperture near the focal plane of the lens layer. There has been proposed a liquid crystal display device characterized by having a light-shielding portion having the following. (For example, see Patent Document 1)
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2000-284268 A
Patent Document 1 discloses a configuration in which a lens sheet having a light-shielding portion is disposed between a liquid crystal panel and a backlight unit as shown in FIGS. 1 to 3. In each of FIGS. 3A and 3B, the lens sheet has an uneven shape forming a lens portion on the liquid crystal panel side.
The function and effect of interposing the lens sheet having the above configuration is that the diffusivity of the light emitted from the light guide plate is modulated by the lens function, and the light can be emitted in the same direction toward the liquid crystal panel. is there.
In addition, by forming a light-shielding portion having an opening at a specific location, it is possible to selectively increase the amount of light incident on the pixels of the liquid crystal panel, thereby improving the use efficiency of the backlight, and Controlling the shape also makes it possible to control the viewing area of the display light.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, a main object is to propose a backlight unit that can be used not only for a transmissive liquid crystal display device but also for a transflective liquid crystal display device in which ambient light can be used as display light. .
In addition, in using the backlight, not only the function of making the illumination light substantially perpendicular to the liquid crystal panel, but also the ability to dynamically control the viewing area (the range of emission) of the display light by the function of the lens. Aim.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the display device according to the present invention, in order to achieve the above object, a lens sheet having a concave and convex shape forming a lens portion on the illumination light source side is disposed between the liquid crystal panel and the backlight unit, and the illumination light is transmitted to the liquid crystal panel. To be guided substantially perpendicular to and with a light collecting action.
That is, the display device according to the present invention described in claim 1 is:
A display element whose display pattern is defined according to a transmission / non-transmission or a transparent state / scattering state in a pixel unit is irradiated with illumination light from an illumination light source arranged on the side opposite to a viewer, and the display element is turned on. In a display device configured to generate display light by passing through and emit to the observer side,
Immediately before the illumination light is incident on the display element, a configuration having a lens sheet formed with a plurality of lenses for guiding the illumination light to the display element with a light condensing action,
The lens sheet has an uneven shape forming a lens portion on the side of the illumination light source, the display element side is a flat surface,
The flat surface has a configuration in which a portion corresponding to the light-condensing action of the lens portion serves as an opening, and a light-shielding pattern having a partial opening is formed so that illumination light subjected to the light-condensing action is transmitted. It is characterized by the following.
[0015]
The display device according to the present invention described in claim 10 is:
A display element whose display pattern is defined in accordance with a transmission / non-transmission or a transparent state / scattering state in a pixel unit is irradiated with illumination light from an illumination light source arranged on the side opposite to a viewer, and the display element is In a display device configured to generate display light by passing through and emit to the observer side,
Immediately before the illumination light is incident on the display element, a configuration having a lens sheet formed with a plurality of lenses for guiding the illumination light to the display element with a light condensing action,
The lens sheet has a concave-convex shape forming a first lens portion on an illumination light source side, and a portion corresponding to a light condensing action of the first lens portion on the display element side has translucency, When the illumination light subjected to the light condensing action by the first lens section is transmitted, the concave and convex shape forming the second lens section having a plurality of unit lenses is formed so as to be emitted again by the refraction action by the lens section. It is characterized by having the structure having.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a liquid crystal display device having an edge light type backlight unit.
A
A
The
[0017]
The
The light emitted from the
As the shape of the unit lens, there are a semi-cylindrical convex cylindrical lens (so-called lenticular) and a hemispherical convex lens (so-called fly-eye lens or microlens), and the types of lenses and the parallel direction of the cylindrical lenses are combined in a plurality of directions. Things are selected according to the purpose.
[0018]
A light-
The emission angle range θ increases as the curvature increases, when the distance between the lenses forming the
[0019]
In addition, the opening of the
In general, a display (hereinafter, confused with a “display device”) is required to have a wider viewing area in a horizontal direction than a viewing area in a vertical direction. As shown in FIG. 4, it is necessary to make the horizontal direction wider than the vertical direction.
As described above, since light can be efficiently distributed within a required viewing zone, unnecessary light components are reduced, and a bright display image can be obtained with high energy efficiency.
[0020]
In the present invention, since the light is spread not by the diffusion component but by the condensing and diverging effects of the lens, it is possible to observe a display image with a small change in luminance and good image quality within the emission angle θ. Light emitted from the
[0021]
When the incident side (the
The light reflected by the surface of the
[0022]
Furthermore, by making the reflection surface formed on the light shielding layer 14 a scattering reflection surface, the noise light is scattered, thereby increasing the probability that the reused light passes through the opening of the
[0023]
On the other hand, when the emission side of the light-shielding layer 14 (the
Furthermore, by making the reflection surface on the emission side of the light-shielding layer 14 a scattering reflection surface, the surrounding light is scattered, so that the viewing range of the liquid crystal display due to the surrounding light can be expanded. A liquid crystal display used outdoors has a drawback that when the periphery is bright, the brightness of the backlight becomes relatively dark and a bright display image cannot be obtained. In addition, since ambient light can be used as illumination light for a liquid crystal display, it is possible to observe a good image even in bright outdoors.
Therefore, it can be used as a transflective liquid crystal display device.
[0024]
Further, in order to prevent the occurrence of moiré due to the relationship between the periodicity of the unit lens or the aperture and the periodicity of the pixels of the liquid crystal panel, the interval between the unit lenses constituting the
[0025]
<
FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment in which the present invention is applied to a liquid crystal display device having a direct type backlight unit.
A
The
[0026]
A light-
The light reflected by the
[0027]
The emission angle range θ increases as the curvature increases, when the distance between the lenses forming the
In general, a display is required to have a wider viewing zone in the horizontal direction than the viewing zone in the vertical direction. In this case, the opening of the
[0028]
In the present invention, since the light is spread not by the diffusion component but by the condensing and diverging effects of the lens, it is possible to observe a display image with a small change in luminance and good image quality within the emission angle θ. The light emitted from the
[0029]
When the incident side (the
The light reflected by the
[0030]
Furthermore, by making the reflection surface formed on the light shielding layer 14 a scattering reflection surface, the noise light is scattered, thereby increasing the probability that the reused light passes through the opening of the
[0031]
On the other hand, when the emission side of the light-shielding layer 14 (the
Furthermore, by making the reflection surface on the emission side of the light-shielding layer 14 a scattering reflection surface, the surrounding light is scattered, so that the viewing range of the liquid crystal display due to the surrounding light can be expanded. A liquid crystal display used outdoors has a drawback that when the periphery is bright, the brightness of the backlight becomes relatively dark and a bright display image cannot be obtained. In addition, since ambient light can be used as illumination light for a liquid crystal display, it is possible to observe a good image even in bright outdoors.
Therefore, it can be used as a transflective liquid crystal display device.
[0032]
Further, in order to prevent the occurrence of moiré due to the relationship between the periodicity of the unit lens or the aperture and the periodicity of the pixels of the liquid crystal panel, the interval between the unit lenses constituting the
[0033]
<Embodiment 3>
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another embodiment in which the present invention is applied to a liquid crystal display device having an edge light type backlight unit.
In the present embodiment, the
[0034]
The second lens unit 21 (in the figure, on the side of the liquid crystal panel 12) is located near the focal plane of the first lens unit 16 (in the figure, on the side of the light guide plate 79), and directs the illumination light in the front direction of the display. Has the effect of bending.
Therefore, by disposing the
[0035]
Further, even if the size of the opening of the light-
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to an edge light type backlight unit has been described. However, as in
[0036]
【The invention's effect】
The illumination light from the backlight unit can be made to enter the display element such as a liquid crystal panel substantially perpendicularly by a lens function, and the viewing area (the emission range) of the display light can be controlled by controlling the aperture shape. In addition to the effect of the prior art that the display area can be controlled, the present invention realizes that the viewing zone of the display light can be dynamically controlled by the lens action of the lens sheet.
As a particularly remarkable effect, when a reflection surface is formed on the display element side of the light-shielding portion formed on the lens sheet, the reflection surface is located on the back surface immediately after the display element, so that the ambient light is reflected and the display light is reflected. It is easy to produce and is suitable for use as a transflective liquid crystal display device.
If a reflective surface is formed on the backlight side of the light-shielding part, wasteful illumination light can be reused, and ambient light of the environment where the display is observed can be used as illumination light, thereby saving energy and brighter observation images. Can be obtained.
As described above, according to the present invention, a low-cost, high-brightness, high-quality display device with low power consumption can be provided.
[0037]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing an example in which a shape of an opening provided in a light shielding portion is long in a horizontal direction in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of a conventional liquid crystal display device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration example of a conventional liquid crystal display device.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration example of a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
11, 13, 71, 73 ...
77 ... Reflection film (reflection layer)
79 ... Light guide plate
Claims (12)
照明光が表示素子に入射する直前に、集光作用を伴って照明光を表示素子に導くためのレンズが複数形成されてなるレンズシートを有する構成であり、
前記レンズシートは、照明光源側にレンズ部を構成する凹凸形状を有しており、表示素子側は平坦面であり、
前記平坦面には、レンズ部による集光作用に応じた箇所が開口部となり、集光作用を受けた照明光が透過するように、部分的な開口を持つ遮光パターンが形成された構成であることを特徴とする表示装置。A display element whose display pattern is defined according to a transmission / non-transmission or a transparent state / scattering state in a pixel unit is irradiated with illumination light from an illumination light source arranged on the side opposite to a viewer, and the display element is turned on. In a display device having a configuration in which the display light is generated by passing through, and emitted to the observer side,
Immediately before the illumination light is incident on the display element, a configuration having a lens sheet formed with a plurality of lenses for guiding the illumination light to the display element with a light condensing action,
The lens sheet has an uneven shape forming a lens portion on the illumination light source side, the display element side is a flat surface,
The flat surface has a configuration in which a portion corresponding to the light condensing action of the lens unit becomes an opening, and a light-shielding pattern having a partial opening is formed so that the illumination light subjected to the light condensing action is transmitted. A display device characterized by the above-mentioned.
照明光が表示素子に入射する直前に、集光作用を伴って照明光を表示素子に導くためのレンズが複数形成されてなるレンズシートを有する構成であり、
前記レンズシートは、照明光源側に第1レンズ部を構成する凹凸形状を有すると共に、表示素子側は、前記第1レンズ部による集光作用に応じた箇所が透光性を有しており、前記第1レンズ部による集光作用を受けた照明光が透過する際、再度レンズ部による屈折作用を受けて射出するように、単位レンズが複数形成されてなる第2レンズ部を構成する凹凸形状を有する構成であることを特徴とする表示装置。A display element whose display pattern is defined according to a transmission / non-transmission or a transparent state / scattering state in a pixel unit is irradiated with illumination light from an illumination light source arranged on the side opposite to a viewer, and the display element is turned on. In a display device having a configuration in which the display light is generated by passing through, and emitted to the observer side,
Immediately before the illumination light is incident on the display element, a configuration having a lens sheet formed with a plurality of lenses for guiding the illumination light to the display element with a light condensing action,
The lens sheet has a concave-convex shape forming a first lens portion on an illumination light source side, and a portion corresponding to a light condensing action of the first lens portion on the display element side has translucency, When the illumination light that has been condensed by the first lens unit is transmitted, the concave and convex shape that constitutes the second lens unit having a plurality of unit lenses is formed so as to be emitted again by being refracted by the lens unit. A display device comprising:
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