JP2004219880A - 平面表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】視認性を向上させると共に、状況変化を利用者が表示画面で明確に視認できる構成とした平面表示装置の提供装置を提供すること。
【解決手段】液晶表示層13が基板11、12に保持される表示パネル1と、前記表示パネルに対向するように設置される第1の光源3および第2の光源50と、前記表示パネルと前記各光源との間に設けられた導光板2と、前記各光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結合された集光光学系10と、前記第1の光源および第2の光源の点灯のタイミングを制御する制御部とを備え、前記第2の光源50は点灯時に閃光を出射する。
【選択図】 図1
【解決手段】液晶表示層13が基板11、12に保持される表示パネル1と、前記表示パネルに対向するように設置される第1の光源3および第2の光源50と、前記表示パネルと前記各光源との間に設けられた導光板2と、前記各光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結合された集光光学系10と、前記第1の光源および第2の光源の点灯のタイミングを制御する制御部とを備え、前記第2の光源50は点灯時に閃光を出射する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示層を有する表示パネルに用いられるバックライト型の液晶ディスプレイ(LCD)などの平面表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング素子や光学素子を用いた平面表示装置(フラットパネルディスプレイ;FPD)は、軽量、省スペース、且つ省エネルギーが実現できるなどの優れた特徴を備えている。このため、近年、ブラウン管(CRT)に代えて平面表示装置が産業機器や民生機器に多用されている。FPDのなかで、液晶を用いたLCDは自己発光特性を有していない。
【0003】
このような特性を有しているので、LCDを発光させるためには外部の光源(人工光源又は自然光源)が必要である。外部光源としては、主として透過型及び反射型の光源が採用されている。特に、高照度による視認性及び安定性等の観点からは、看者に対して液晶表示層の裏面側(背面側)から光を透過させるバックライト型の光源装置を用いた平面表示装置が有用である。
【0004】
このようなバックライト型の光源装置として、特許文献1には、液晶表示パネルの背面側に設けられた線状光源を備えており、その光源とパネルとの間に中央部が厚くされた特徴的な形状を有する光散乱体が配置されたものが記載されている。また、特許文献2には、液晶セルの背面側に設けられた導光体(ライトガイド)の後段に、斜面を含む透反板を有する透明板を介して光源が配置されたものが記載されている。
【0005】
さらに、特許文献3には、光拡散板の下方面側に対象配置された内面フレネル形状を有する二つの楔型導光体のそれぞれに線状光源が設けられたものが記載されている。また、特許文献4には、光乱反射層を有する導光板の側方に単一又は複数の線状光源が配置されたものが記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特公平3−72968号公報
【特許文献2】
実公平8−5454号公報
【特許文献3】
特許第2540549号公報
【特許文献4】
特公平7−113718号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の光源装置のなかで、液晶セル等の表示層(パネル)の背面側に光源が位置する上記特許文献1、特許文献2のタイプの場合には、表示層に出射される光強度ひいては表示層における照度の面内分布を均一化して照度ムラを解消するように、光源と導光体との間に一定の厚みを有する光散乱体や特徴的な透明板が配置されている。したがって、原理的に装置全体の厚みが不都合に増大してしまうという問題がある。なお、表示層又は導光体の直後方に複数の光源を配置することも考えられるが、照度ムラを十分に解消するには、実質的に理想的な面光源とする必要があり、複数の光源を配置しても照度ムラは解消されない。また、複数の光源を配置した場合には、光源自体の部材コスト及び製造工数の増大を招いてしまう
【0008】
上記特許文献3、特許文献4のタイプのものは、パネルの背面に設けた導光板の側方に光源が配置されているので、LCDの薄型化の観点では特許文献1、特許文献2のものよりも優れている。また、光源の周囲を反射体で覆うことにより、出射光の大部分を導光板へ導入して光の利用効率の向上が図られている。しかしながら、光源の制約から、単一光源ではLCDに要求される十分な照度が担保し難いこともあり、複数光線とせざるを得ない場合がある。このため、光源自体の部材コスト及び製造工数が増大するという問題がある。
【0009】
加えて、近時更なる薄型化という市場の要求が高まってきており、これに対応するために導光板の薄層化が加速している。これに対し、同等の光強度を有する光源サイズの縮小化には限界があるため、複数の光源を用いたとしても、従来と同様の光学系を使用する限り、出射光を導光板へ効率よく入射させることが困難である。よって、光の利用効率が低下し、LCDの照度が低下して表示面の視認性が悪化するおそれがあるという問題がある。
【0010】
一方、バックライト光源付のLCDを用いた平面表示装置の用途は拡大してきており、ゲーム機などの娯楽装置や、プラントなどの計測表示盤などにも採用されている。これらの用途に前記平面表示装置が用いられると、文字や画像が鮮明に視認できるという利点がある。しかしながら、ゲーム機において高得点をあげたときのようなビッグボーナス獲得時の表示画面や、プラントに異常が発生した場合の警報表示画面に、照度や輝度を変化させる手段が設けられていない。このため、前記平面表示装置の利用者に対して状況変化を表示画面で視認させることができない、という問題があった。
【0011】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、光源からの出射光の利用効率を高めて平面表示装置の視認性を向上させると共に、状況変化を利用者が表示画面で明確に視認できる構成とした平面表示装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による平面表示装置は、液晶表示層が基板に保持される表示パネルと、前記表示パネルに対向するように設置される第1の光源および第2の光源と、前記表示パネルと前記各光源との間に設けられた導光板と、前記各光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結合された集光光学系と、前記第1の光源および第2の光源の点灯のタイミングを制御する制御手段とを備え、前記第2の光源は点灯時に閃光を出射することを特徴とする。
【0013】
このように構成された平面表示装置においては、第1の光源から発せられた光が、表示パネルに直接導入されずに、第1の光源の周囲に配置された集光光学系で集められ、その内部を導波し、集光光学系に光学結合された導光板に入射する。よって、第1の光源からの出射光の利用効率を極めて高くすることができる。したがって、光源を複数光源としなくても表示パネルに要求される十分な輝度が実現される。また、点灯時に閃光を出射する第2の光源を設けているので、利用者は状況変化を表示画面で視認することができる。
【0014】
また、本発明は、前記第2の光源は、前記第1の光源と併置して、前記表示パネルの中央部に対向するように設置されることを特徴とする。このため、第1の光源と第2の光源の出射光は、表示パネルに平均して拡散され利用者に視認されやすい構成とすることができる。
【0015】
また、本発明は、前記第2の光源は、前記集光光学系を分割した空間に形成される集光媒体の中に、前記第1の光源と共に前記表示パネルの中央部に対向するように設置されることを特徴とする。このため、第1の光源と第2の光源の取り付けを簡単な構成とすることができる。
【0016】
また、本発明は、前記制御手段に特定の信号が入力されると前記第2の光源を点灯することを特徴とする。このため、閃光が強く出射されるので表示画面は通常状態に比較して変化の度合いが大きくなり、特殊な状況であることを利用者に視認によりアピールすることができる。
【0017】
また、本発明は、前記表示パネルを計測表示盤に設け、前記特定の信号は計測器が異常状態を検出したときに制御手段に入力されることを特徴とする。このため、オペレータの注意を喚起して、異常の見過ごしを防止できる。
【0018】
また、本発明は、前記表示パネルをゲーム機に設け、前記特定の信号はゲーム機の高得点獲得時に制御手段に入力されることを特徴とする。このため、ゲーム機の利用者の娯楽性を高めることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【0020】
図1は、本発明の平面表示装置の第一実施形態を示す模式断面図である。FPDlOO(平面表示装置)は、バックライト型LCDであって、表示パネル1の後方(看者9から見て表示パネル1の背面側)に光源装置が設けられている。表示バネル1は、それぞれ電極が設けられた透明基板11、12(基板)間に、例えば数十〜数百μmピッチで配設された液晶セルアレイを有する液晶表示層13が扶持されている。また、看者9側の表面には必要に応じて偏光体14が被着される。
【0021】
ここで、LCDの駆動方式としては、パッシプ方式及びアクティブ方式のいずれも採用され得るが、薄膜トランジスタ(TFT)、薄膜ダイオード(TFD)等のスイッチング素子を画素セル毎に備えるアクティブ方式が、表示性能においてより優れている点で好適である。また、カラー表示を行う場合には、各スイッチング素子に対応して例えばピクセル単位でRGB等のカラーフィルタが配設される。また、透明基板11、12としては、可視光(波長が概ね400〜750nm程度)に対する透光性を有する樹脂体、例えば(メタ〉アクリル系樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフイン系樹脂等、或いは、各種ガラス材等を適宜選択して用いることが可能である。さらに、必要に応じて、例えば無機系の防湿層を設けてもよい。
【0022】
また、光源装置は、表示パネル1に対向するように配置された導光板2と、更にその後段に配置された第1の光源3及び集光光学系10を備えている。光源3は、導光板2を介して表示パネル1の背面にそれらと同軸状に設けられたバックライトである。なお、光源3の形状は特に制限されず、例えば、線状光源でも点状光源でもよい。以下においては、線状光源として説明する。
【0023】
また、第1の光源3と併置して第2の光源50を設ける。第1の光源3は、平面表示装置が使用される際には常時点灯されるが、第2の光源50は、特定のタイミングで閃光を出射する。第2の光源50は、表示パネル1の中央部に対向するように筐体21内の空間部に設置される。このため、第1の光源3と第2の光源50の出射光は、表示パネル1に平均して拡散される。
【0024】
この第2の光源50が点灯されるのは、ゲーム機などで高得点を獲得したときや、プロセス計測表示盤において異常発生時などである。このように通常とは異なる状況の際に第2の光源50が点灯して閃光を出射するので、利用者はかかる特殊な状況を表示画面で視認することができる。このような第2の光源50としては、小型でパルス発光するロングアークキセノンランプなどを使用する。
【0025】
導光板2は、側壁から導入された光を表示パネル1側へ照射するためのものである。その内面に、例えばフレネル形状の散乱体、分散体、或いは反射体等が形成された一般に用いられているものを使用できる。集光光学系10は、光源3の周囲を覆うように設けられた集光部20(第1の光学部)とプリズム30(第2の光学部)とから構成されている。
【0026】
集光部20は、内面が反射面であり且つ第1の光源3を挟んで対称に対向配置された二つの反射体21a、21aから成る筐体21を有している。また、第1の光源3と同軸状に設けられた円筒部22との間に、集光媒体23を有している。集光媒体23としては、例えば、空気その他のガス、或いは、所定の屈折率を有する透明部材等が適宜選択できる。また、集光部20は、第1の光源3の近傍の断面幅が最大とされており、端部に向かってその幅が漸次狭くされている。
【0027】
また、プリズム30は断面台形状を成しており、底面30aが導光板2の側端面2a及び集光部20の側端面10aと光学的に接合されている。さらに、プリズム30における導光板2側に位置する反射面31(第1の反射面)及び集光部20側に位置する反射面32(第2の反射面〉は、底面30aに対する内角θが45度とされている。
【0028】
また、これらの反射面31、32は、下記(1)式
h×√2≦L≦d×√2…(1)
を満たすように設けられている。ただし、
L:前記第2の光学部の断面における前記第1及び第2の反射面の長さ、
h:前記第1の光学部の側端部の厚さ、
d:前記導光板の厚さ
とする。
【0029】
なお、本実施形態においては、式中のLは、反射面31、32の断面長さを示し、bは集光部20の側端面の厚さを示している。また、dは導光板2の厚さを示す。つまり、反射面31の高さ(L/√2)は、導光板2の厚さd以下とされる一方で、反射面32の高さ(L/√2)は、集光部20の側端面10aの厚さb以上に設定している。
【0030】
このように構成されたFPDlOOにおいては、第1の光源3からの出射光(ー例を図示矢印で示す。)の一部がプリズム30へ入射すると共に、他の大部分が反射体21aの反射面で反射されて集光部20の両側端側へ導波し、プリズム30内へ入射する。よって、光源3から全周方向へ発せられる光の略全部が、集光部20の両側瑞部に集光され、プリズム30内へ入射する。この入射光は、プリズム30の反射面31、32等で反射され、導光板2へ導入される。そして、導光板2内で分散、反射等された光が表示パネル1側へ出射される。また、第2の光源50から出射される閃光も、同様にプリズム30を介して導光板2へ導入され、導光板2内で分散、反射等された光が表示パネル1側へ出射される。
【0031】
このように、FPDlOOによれば、第1の光源3から全周方向に出射された光の殆ど(実質的に略全部)が導光板2内へ導入されるので、従来に比して、出射光の利用効率を格段に高めることができる。よって、光源を複数用いることなく単一の第1の光源3のみでも、導光板2から表示バネル1側へ照射される光量が増大する。このため、表示パネル1の輝度が増し、その表示牲、視認性及び色調を格別に改善できる.また、導光板2を用いるので、表示パネル1上での照度ムラを防止できる。
【0032】
さらに、第1の光源3からの出射光を、幅が狭い集光部20の両側端部に集光し、光束フルエンス(フラックス)を高めるので、プリズム30の小型化を図り得る。また、プリズム30の小型化により、反射面31の長さLを短小化できるので、導光板2の厚さdが極薄い場合にも、導発板2の側壁へ十分な光量を導入し易くなる。なお、このような構成としているので、第1の光源3、集光光学系10の配列(アライメント)が簡便となる。またさらに、第1の光源3を単色化することにより、経済性をも向上させることができる。
【0033】
また、反射面32の高さ(L/√2)に比して集光部20の側端部の厚さ10a(高さ)bが同等又はそれより小さくされているので、集光部20で集光された光束がプリズム30へ入射する際の損失を十分に抑制できる。よって、反射面32への入射効率を高めることができる。さらに、反射面31の高さ(L/√2)に比して導光板2の厚さd(側壁の高さ)が同等又はそれより大きくされているので、反射面31等で反射された光が導光板2へ入射する際の損失を十分に抑制できる。よって、光の利用効率を更に一層向上できる。
【0034】
図2は、本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第二実施形態を示す摸式断面図である。図2のFPD200(平面表示装置)は、集光光学系10の代わりに、反射体41a、41bをニつに分割した空間に形成される集光媒体41x内に第1の光源3と第2の光源51とを併置して設けた筐体41を有する集光光学系40を備えること以外は、図1に示すFPDlOOと同等に溝成されたものである。
【0035】
図2の例では、第2の光源51は、反射体41a、41bを分割した空間に形成される集光媒体41x内に第1の光源3に隣接した位置に設けている。このように、筐体41を分割した空間内に第1の光源3と第2の光源51とを設けることにより、図1の場合よりも第1の光源3と第2の光源51との設置が簡単に行える。
【0036】
図3は、本発明の平面表示装置の第三実施形態を示す摸式断面図である。FPD300(平面表示装置)は、集光光学系40の代わりに、反射体61a、61bをニつに分割した空間に形成される集光媒体61x内に、第1の光源3と第2の光源52とを併置して設けた筐体61を有する集光光学系60を備えている。それ以外の構成は、図2に示すFPD2OOと同等に構成されたものである。図3の例でも、第2の光源52は、第1の光源3と併置して設けている。、
【0037】
これらFPD200,300に用いられる集光光挙系40,60の反射体41a,61aには、第1の光源3の近傍部位、具体的には光源の図示上方及び下方部位にそれぞれ凹部Kl、K2が形成されている。凹部Klは、断面弧状を成す一方で、凹部K2は、断面「く」の字状を成している。このように凹部Kl、K2が形成された部位には、第1の光源3からの出射光が深い角度で照射される。
【0038】
このため、前記照射光は当該凹部Kl、K2によって反射、散乱等され、その反射光や散乱光が第1の光源3から遠方に導光され易くなる。よって、集光光学系40、60の両側端面10aへの集光効率がより高められる。したがって、同じ第1の光源3を用いても、出射光の利用効率を図1の例よりも更に向上できる利点がある。なお、FPDlOOが奏するのと同様の他の作用・効果については、重複を避けるため、ここでの説明は省略する。
【0039】
図4は、図1の矢視X方向からみた平面表示装置の背面の概略平面図である。図4の例では、第1の光源3は筐体41の空間内の中央部に線状に配置されている。また、線状の第2の光源50は、線状の第1の光源3と併置される位置、すなわち筐体41の空間内の中央部に配置されている。このため、第1の光源3による出射光と、第2の光源51、52の出射光は、いずれも導光板2内で分散、反射等されて平均して表示パネル1側へ出射される。したがって、利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。なお、図2、図3の例でも第2の光源は第1の光源と併置されて筐体のほぼ中央部に設けられている。このとめ、図1の例と同様に利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。
【0040】
図5は、図1の例に適用される本発明の制御部の構成を示す概略のブロック図である。図5において、55はCPUなどを内蔵した演算処理装置、56は商用電源に接続されるプラグ、57、58は第1の光源3、第2の光源50と演算処理装置55との電気的接続を開閉するスイッチ、59は外部からの信号が入力される信号線である。演算処理装置55は、信号線Sa、Sbに信号を送りスイッチ57、58を開閉する。なお、スイッチ57、58は、アナログスイッチを用いることに代えて電子的開閉手段で構成することもできる。
【0041】
演算処理装置55を交流電源に接続し、演算処理装置55に設けている電源スイッチをオンにすると、スイッチ57が閉じられ、第1の光源3が点灯する。第1の光源3は、平面表示装置の使用中は点灯を維持してバックライトとして表示パネル1を照射する。平面表示装置をゲーム機として使用している場合に、高得点などのボーナスポイントを獲得すると、信号線59から当該情報が演算処理装置55に入力される。
【0042】
この情報に基づいて、演算処理装置55は信号線Sbによりスイッチ58を閉止して、第2の光源50を点灯する。演算処理装置55には、タイマなどが設けられており、所定時間が経過すると、スイッチ58を開放する信号を信号線Sbに送り、第2の光源50を消灯する。このように、ボーナスポイント獲得時などの通常とは異なる状況を表示画面の発光状態を変えて利用者に報知するので、利用者が視認しやすく、娯楽性を高めることができる。
【0043】
また、平面表示装置をプラントの計測表示盤として利用した場合には、多数の計測信号の中でいずれかの測定値に異常が発生した場合に、該当の計器の画面を第2の光源50で照射する。オペレータは、多数の計器の中で異常を報知する計器を迅速に確認して、適切な対応をとることができる。また、このような平面表示装置は、狭い空間に多数の計器が配置されている航空機や船舶などの運航表示器としても利用できる。この場合にも、異常の報知を見逃すことなく認識することができる。
【0044】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、集光光学系10,40.60の各集光部20及びプリズム30の形状、凹部Kl,拡2の形状等は、図示に限定されず、また、プリズム30の一部又は全部に代わりに、ファイバ等の柔軟性を有する導光路を用いてもよい。さらに、光源3として、よりサイズの小さいものを集光光学系10,40,60の各集光部20内に配置しても構わない。またさらに、LCDの表示性及び視認性を一層高めるべく、透明基額12における例えば導光板2の対向面にARコートを施してもよい。これにより、看者9側から入射する反射光によるコントラストの低下を抑えることができる。さらにまた、偏光体14は設けなくてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、表示パネルの背面に配置される光源の周囲を覆い且つ導光板に光学結合された集光光学系を有するので、導光板が薄型化しても、光源からの出射光の利用効率を格別に高めることができる。よって、平面表示装置の照度ムラを防止し且つ高輝度及び高照度を両立でき、これにより視認性を向上できる。また、出射光の利用効率が高まるので、単一光源で十分な光量を得ることができ、経済性の向上をも図ることが可能となる。
【0046】
また、本発明によれば、第1の光源と第2の光源の出射光は、表示パネルに平均して拡散され利用者に視認されやすい構成とすることができる。さらに、本発明によれば、第1の光源による出射光と、第2の光源の出射光は、いずれも導光板内で分散、反射等されて平均して表示パネル側へ出射される。したがって、利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。なお、反射体を分割した空間に形成される集光媒体内に、第1の光源と併置して第2の光源を設ける場合には、各光源の取り付けが簡単に行える。
【0047】
本発明の平面表示装置を計測表示盤に設けた場合には、計測器が異常状態を検出したときに第2の光源から閃光が発せられるので、オペレータの注意を喚起して、異常の見過ごしを防止できる。また、本発明の平面表示装置をゲーム機に設けた場合には、ゲーム機の高得点獲得時に第2の光源から閃光が発せられるので、ゲーム機の利用者の娯楽性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第一実施形態を示す摸式断面図である。
【図2】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第二実施形態を示す摸式断面図である。
【図3】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第三実施形態を示す摸式断面囲である。
【図4】図1の矢視X方向からみた背面の平面図である。
【図5】図1の制御手段を示す概略のブロック図である。
【符号の説明】
1…表示パネル、2a…側端面、2…導光板、3…第1の光源、10a…側端面、10、40.60‥・集発光学系、20‥集光部〈第1の光学部)、11,12…薄明基板(基板)、13・・・液晶表示層、21a.41a,61a…反射体、30…プリズム(第2の光学都)、30a…底面、31‥・反射面(第1の反射面)、32‥・反射面(第2の反射面)、50〜52…第2の光源、55…演算処理装置、57、58…スイッチ、Kl,K2…凹部、100.200,300…LCD(平面表示装置)。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示層を有する表示パネルに用いられるバックライト型の液晶ディスプレイ(LCD)などの平面表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング素子や光学素子を用いた平面表示装置(フラットパネルディスプレイ;FPD)は、軽量、省スペース、且つ省エネルギーが実現できるなどの優れた特徴を備えている。このため、近年、ブラウン管(CRT)に代えて平面表示装置が産業機器や民生機器に多用されている。FPDのなかで、液晶を用いたLCDは自己発光特性を有していない。
【0003】
このような特性を有しているので、LCDを発光させるためには外部の光源(人工光源又は自然光源)が必要である。外部光源としては、主として透過型及び反射型の光源が採用されている。特に、高照度による視認性及び安定性等の観点からは、看者に対して液晶表示層の裏面側(背面側)から光を透過させるバックライト型の光源装置を用いた平面表示装置が有用である。
【0004】
このようなバックライト型の光源装置として、特許文献1には、液晶表示パネルの背面側に設けられた線状光源を備えており、その光源とパネルとの間に中央部が厚くされた特徴的な形状を有する光散乱体が配置されたものが記載されている。また、特許文献2には、液晶セルの背面側に設けられた導光体(ライトガイド)の後段に、斜面を含む透反板を有する透明板を介して光源が配置されたものが記載されている。
【0005】
さらに、特許文献3には、光拡散板の下方面側に対象配置された内面フレネル形状を有する二つの楔型導光体のそれぞれに線状光源が設けられたものが記載されている。また、特許文献4には、光乱反射層を有する導光板の側方に単一又は複数の線状光源が配置されたものが記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特公平3−72968号公報
【特許文献2】
実公平8−5454号公報
【特許文献3】
特許第2540549号公報
【特許文献4】
特公平7−113718号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の光源装置のなかで、液晶セル等の表示層(パネル)の背面側に光源が位置する上記特許文献1、特許文献2のタイプの場合には、表示層に出射される光強度ひいては表示層における照度の面内分布を均一化して照度ムラを解消するように、光源と導光体との間に一定の厚みを有する光散乱体や特徴的な透明板が配置されている。したがって、原理的に装置全体の厚みが不都合に増大してしまうという問題がある。なお、表示層又は導光体の直後方に複数の光源を配置することも考えられるが、照度ムラを十分に解消するには、実質的に理想的な面光源とする必要があり、複数の光源を配置しても照度ムラは解消されない。また、複数の光源を配置した場合には、光源自体の部材コスト及び製造工数の増大を招いてしまう
【0008】
上記特許文献3、特許文献4のタイプのものは、パネルの背面に設けた導光板の側方に光源が配置されているので、LCDの薄型化の観点では特許文献1、特許文献2のものよりも優れている。また、光源の周囲を反射体で覆うことにより、出射光の大部分を導光板へ導入して光の利用効率の向上が図られている。しかしながら、光源の制約から、単一光源ではLCDに要求される十分な照度が担保し難いこともあり、複数光線とせざるを得ない場合がある。このため、光源自体の部材コスト及び製造工数が増大するという問題がある。
【0009】
加えて、近時更なる薄型化という市場の要求が高まってきており、これに対応するために導光板の薄層化が加速している。これに対し、同等の光強度を有する光源サイズの縮小化には限界があるため、複数の光源を用いたとしても、従来と同様の光学系を使用する限り、出射光を導光板へ効率よく入射させることが困難である。よって、光の利用効率が低下し、LCDの照度が低下して表示面の視認性が悪化するおそれがあるという問題がある。
【0010】
一方、バックライト光源付のLCDを用いた平面表示装置の用途は拡大してきており、ゲーム機などの娯楽装置や、プラントなどの計測表示盤などにも採用されている。これらの用途に前記平面表示装置が用いられると、文字や画像が鮮明に視認できるという利点がある。しかしながら、ゲーム機において高得点をあげたときのようなビッグボーナス獲得時の表示画面や、プラントに異常が発生した場合の警報表示画面に、照度や輝度を変化させる手段が設けられていない。このため、前記平面表示装置の利用者に対して状況変化を表示画面で視認させることができない、という問題があった。
【0011】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、光源からの出射光の利用効率を高めて平面表示装置の視認性を向上させると共に、状況変化を利用者が表示画面で明確に視認できる構成とした平面表示装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による平面表示装置は、液晶表示層が基板に保持される表示パネルと、前記表示パネルに対向するように設置される第1の光源および第2の光源と、前記表示パネルと前記各光源との間に設けられた導光板と、前記各光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結合された集光光学系と、前記第1の光源および第2の光源の点灯のタイミングを制御する制御手段とを備え、前記第2の光源は点灯時に閃光を出射することを特徴とする。
【0013】
このように構成された平面表示装置においては、第1の光源から発せられた光が、表示パネルに直接導入されずに、第1の光源の周囲に配置された集光光学系で集められ、その内部を導波し、集光光学系に光学結合された導光板に入射する。よって、第1の光源からの出射光の利用効率を極めて高くすることができる。したがって、光源を複数光源としなくても表示パネルに要求される十分な輝度が実現される。また、点灯時に閃光を出射する第2の光源を設けているので、利用者は状況変化を表示画面で視認することができる。
【0014】
また、本発明は、前記第2の光源は、前記第1の光源と併置して、前記表示パネルの中央部に対向するように設置されることを特徴とする。このため、第1の光源と第2の光源の出射光は、表示パネルに平均して拡散され利用者に視認されやすい構成とすることができる。
【0015】
また、本発明は、前記第2の光源は、前記集光光学系を分割した空間に形成される集光媒体の中に、前記第1の光源と共に前記表示パネルの中央部に対向するように設置されることを特徴とする。このため、第1の光源と第2の光源の取り付けを簡単な構成とすることができる。
【0016】
また、本発明は、前記制御手段に特定の信号が入力されると前記第2の光源を点灯することを特徴とする。このため、閃光が強く出射されるので表示画面は通常状態に比較して変化の度合いが大きくなり、特殊な状況であることを利用者に視認によりアピールすることができる。
【0017】
また、本発明は、前記表示パネルを計測表示盤に設け、前記特定の信号は計測器が異常状態を検出したときに制御手段に入力されることを特徴とする。このため、オペレータの注意を喚起して、異常の見過ごしを防止できる。
【0018】
また、本発明は、前記表示パネルをゲーム機に設け、前記特定の信号はゲーム機の高得点獲得時に制御手段に入力されることを特徴とする。このため、ゲーム機の利用者の娯楽性を高めることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【0020】
図1は、本発明の平面表示装置の第一実施形態を示す模式断面図である。FPDlOO(平面表示装置)は、バックライト型LCDであって、表示パネル1の後方(看者9から見て表示パネル1の背面側)に光源装置が設けられている。表示バネル1は、それぞれ電極が設けられた透明基板11、12(基板)間に、例えば数十〜数百μmピッチで配設された液晶セルアレイを有する液晶表示層13が扶持されている。また、看者9側の表面には必要に応じて偏光体14が被着される。
【0021】
ここで、LCDの駆動方式としては、パッシプ方式及びアクティブ方式のいずれも採用され得るが、薄膜トランジスタ(TFT)、薄膜ダイオード(TFD)等のスイッチング素子を画素セル毎に備えるアクティブ方式が、表示性能においてより優れている点で好適である。また、カラー表示を行う場合には、各スイッチング素子に対応して例えばピクセル単位でRGB等のカラーフィルタが配設される。また、透明基板11、12としては、可視光(波長が概ね400〜750nm程度)に対する透光性を有する樹脂体、例えば(メタ〉アクリル系樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフイン系樹脂等、或いは、各種ガラス材等を適宜選択して用いることが可能である。さらに、必要に応じて、例えば無機系の防湿層を設けてもよい。
【0022】
また、光源装置は、表示パネル1に対向するように配置された導光板2と、更にその後段に配置された第1の光源3及び集光光学系10を備えている。光源3は、導光板2を介して表示パネル1の背面にそれらと同軸状に設けられたバックライトである。なお、光源3の形状は特に制限されず、例えば、線状光源でも点状光源でもよい。以下においては、線状光源として説明する。
【0023】
また、第1の光源3と併置して第2の光源50を設ける。第1の光源3は、平面表示装置が使用される際には常時点灯されるが、第2の光源50は、特定のタイミングで閃光を出射する。第2の光源50は、表示パネル1の中央部に対向するように筐体21内の空間部に設置される。このため、第1の光源3と第2の光源50の出射光は、表示パネル1に平均して拡散される。
【0024】
この第2の光源50が点灯されるのは、ゲーム機などで高得点を獲得したときや、プロセス計測表示盤において異常発生時などである。このように通常とは異なる状況の際に第2の光源50が点灯して閃光を出射するので、利用者はかかる特殊な状況を表示画面で視認することができる。このような第2の光源50としては、小型でパルス発光するロングアークキセノンランプなどを使用する。
【0025】
導光板2は、側壁から導入された光を表示パネル1側へ照射するためのものである。その内面に、例えばフレネル形状の散乱体、分散体、或いは反射体等が形成された一般に用いられているものを使用できる。集光光学系10は、光源3の周囲を覆うように設けられた集光部20(第1の光学部)とプリズム30(第2の光学部)とから構成されている。
【0026】
集光部20は、内面が反射面であり且つ第1の光源3を挟んで対称に対向配置された二つの反射体21a、21aから成る筐体21を有している。また、第1の光源3と同軸状に設けられた円筒部22との間に、集光媒体23を有している。集光媒体23としては、例えば、空気その他のガス、或いは、所定の屈折率を有する透明部材等が適宜選択できる。また、集光部20は、第1の光源3の近傍の断面幅が最大とされており、端部に向かってその幅が漸次狭くされている。
【0027】
また、プリズム30は断面台形状を成しており、底面30aが導光板2の側端面2a及び集光部20の側端面10aと光学的に接合されている。さらに、プリズム30における導光板2側に位置する反射面31(第1の反射面)及び集光部20側に位置する反射面32(第2の反射面〉は、底面30aに対する内角θが45度とされている。
【0028】
また、これらの反射面31、32は、下記(1)式
h×√2≦L≦d×√2…(1)
を満たすように設けられている。ただし、
L:前記第2の光学部の断面における前記第1及び第2の反射面の長さ、
h:前記第1の光学部の側端部の厚さ、
d:前記導光板の厚さ
とする。
【0029】
なお、本実施形態においては、式中のLは、反射面31、32の断面長さを示し、bは集光部20の側端面の厚さを示している。また、dは導光板2の厚さを示す。つまり、反射面31の高さ(L/√2)は、導光板2の厚さd以下とされる一方で、反射面32の高さ(L/√2)は、集光部20の側端面10aの厚さb以上に設定している。
【0030】
このように構成されたFPDlOOにおいては、第1の光源3からの出射光(ー例を図示矢印で示す。)の一部がプリズム30へ入射すると共に、他の大部分が反射体21aの反射面で反射されて集光部20の両側端側へ導波し、プリズム30内へ入射する。よって、光源3から全周方向へ発せられる光の略全部が、集光部20の両側瑞部に集光され、プリズム30内へ入射する。この入射光は、プリズム30の反射面31、32等で反射され、導光板2へ導入される。そして、導光板2内で分散、反射等された光が表示パネル1側へ出射される。また、第2の光源50から出射される閃光も、同様にプリズム30を介して導光板2へ導入され、導光板2内で分散、反射等された光が表示パネル1側へ出射される。
【0031】
このように、FPDlOOによれば、第1の光源3から全周方向に出射された光の殆ど(実質的に略全部)が導光板2内へ導入されるので、従来に比して、出射光の利用効率を格段に高めることができる。よって、光源を複数用いることなく単一の第1の光源3のみでも、導光板2から表示バネル1側へ照射される光量が増大する。このため、表示パネル1の輝度が増し、その表示牲、視認性及び色調を格別に改善できる.また、導光板2を用いるので、表示パネル1上での照度ムラを防止できる。
【0032】
さらに、第1の光源3からの出射光を、幅が狭い集光部20の両側端部に集光し、光束フルエンス(フラックス)を高めるので、プリズム30の小型化を図り得る。また、プリズム30の小型化により、反射面31の長さLを短小化できるので、導光板2の厚さdが極薄い場合にも、導発板2の側壁へ十分な光量を導入し易くなる。なお、このような構成としているので、第1の光源3、集光光学系10の配列(アライメント)が簡便となる。またさらに、第1の光源3を単色化することにより、経済性をも向上させることができる。
【0033】
また、反射面32の高さ(L/√2)に比して集光部20の側端部の厚さ10a(高さ)bが同等又はそれより小さくされているので、集光部20で集光された光束がプリズム30へ入射する際の損失を十分に抑制できる。よって、反射面32への入射効率を高めることができる。さらに、反射面31の高さ(L/√2)に比して導光板2の厚さd(側壁の高さ)が同等又はそれより大きくされているので、反射面31等で反射された光が導光板2へ入射する際の損失を十分に抑制できる。よって、光の利用効率を更に一層向上できる。
【0034】
図2は、本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第二実施形態を示す摸式断面図である。図2のFPD200(平面表示装置)は、集光光学系10の代わりに、反射体41a、41bをニつに分割した空間に形成される集光媒体41x内に第1の光源3と第2の光源51とを併置して設けた筐体41を有する集光光学系40を備えること以外は、図1に示すFPDlOOと同等に溝成されたものである。
【0035】
図2の例では、第2の光源51は、反射体41a、41bを分割した空間に形成される集光媒体41x内に第1の光源3に隣接した位置に設けている。このように、筐体41を分割した空間内に第1の光源3と第2の光源51とを設けることにより、図1の場合よりも第1の光源3と第2の光源51との設置が簡単に行える。
【0036】
図3は、本発明の平面表示装置の第三実施形態を示す摸式断面図である。FPD300(平面表示装置)は、集光光学系40の代わりに、反射体61a、61bをニつに分割した空間に形成される集光媒体61x内に、第1の光源3と第2の光源52とを併置して設けた筐体61を有する集光光学系60を備えている。それ以外の構成は、図2に示すFPD2OOと同等に構成されたものである。図3の例でも、第2の光源52は、第1の光源3と併置して設けている。、
【0037】
これらFPD200,300に用いられる集光光挙系40,60の反射体41a,61aには、第1の光源3の近傍部位、具体的には光源の図示上方及び下方部位にそれぞれ凹部Kl、K2が形成されている。凹部Klは、断面弧状を成す一方で、凹部K2は、断面「く」の字状を成している。このように凹部Kl、K2が形成された部位には、第1の光源3からの出射光が深い角度で照射される。
【0038】
このため、前記照射光は当該凹部Kl、K2によって反射、散乱等され、その反射光や散乱光が第1の光源3から遠方に導光され易くなる。よって、集光光学系40、60の両側端面10aへの集光効率がより高められる。したがって、同じ第1の光源3を用いても、出射光の利用効率を図1の例よりも更に向上できる利点がある。なお、FPDlOOが奏するのと同様の他の作用・効果については、重複を避けるため、ここでの説明は省略する。
【0039】
図4は、図1の矢視X方向からみた平面表示装置の背面の概略平面図である。図4の例では、第1の光源3は筐体41の空間内の中央部に線状に配置されている。また、線状の第2の光源50は、線状の第1の光源3と併置される位置、すなわち筐体41の空間内の中央部に配置されている。このため、第1の光源3による出射光と、第2の光源51、52の出射光は、いずれも導光板2内で分散、反射等されて平均して表示パネル1側へ出射される。したがって、利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。なお、図2、図3の例でも第2の光源は第1の光源と併置されて筐体のほぼ中央部に設けられている。このとめ、図1の例と同様に利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。
【0040】
図5は、図1の例に適用される本発明の制御部の構成を示す概略のブロック図である。図5において、55はCPUなどを内蔵した演算処理装置、56は商用電源に接続されるプラグ、57、58は第1の光源3、第2の光源50と演算処理装置55との電気的接続を開閉するスイッチ、59は外部からの信号が入力される信号線である。演算処理装置55は、信号線Sa、Sbに信号を送りスイッチ57、58を開閉する。なお、スイッチ57、58は、アナログスイッチを用いることに代えて電子的開閉手段で構成することもできる。
【0041】
演算処理装置55を交流電源に接続し、演算処理装置55に設けている電源スイッチをオンにすると、スイッチ57が閉じられ、第1の光源3が点灯する。第1の光源3は、平面表示装置の使用中は点灯を維持してバックライトとして表示パネル1を照射する。平面表示装置をゲーム機として使用している場合に、高得点などのボーナスポイントを獲得すると、信号線59から当該情報が演算処理装置55に入力される。
【0042】
この情報に基づいて、演算処理装置55は信号線Sbによりスイッチ58を閉止して、第2の光源50を点灯する。演算処理装置55には、タイマなどが設けられており、所定時間が経過すると、スイッチ58を開放する信号を信号線Sbに送り、第2の光源50を消灯する。このように、ボーナスポイント獲得時などの通常とは異なる状況を表示画面の発光状態を変えて利用者に報知するので、利用者が視認しやすく、娯楽性を高めることができる。
【0043】
また、平面表示装置をプラントの計測表示盤として利用した場合には、多数の計測信号の中でいずれかの測定値に異常が発生した場合に、該当の計器の画面を第2の光源50で照射する。オペレータは、多数の計器の中で異常を報知する計器を迅速に確認して、適切な対応をとることができる。また、このような平面表示装置は、狭い空間に多数の計器が配置されている航空機や船舶などの運航表示器としても利用できる。この場合にも、異常の報知を見逃すことなく認識することができる。
【0044】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、集光光学系10,40.60の各集光部20及びプリズム30の形状、凹部Kl,拡2の形状等は、図示に限定されず、また、プリズム30の一部又は全部に代わりに、ファイバ等の柔軟性を有する導光路を用いてもよい。さらに、光源3として、よりサイズの小さいものを集光光学系10,40,60の各集光部20内に配置しても構わない。またさらに、LCDの表示性及び視認性を一層高めるべく、透明基額12における例えば導光板2の対向面にARコートを施してもよい。これにより、看者9側から入射する反射光によるコントラストの低下を抑えることができる。さらにまた、偏光体14は設けなくてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、表示パネルの背面に配置される光源の周囲を覆い且つ導光板に光学結合された集光光学系を有するので、導光板が薄型化しても、光源からの出射光の利用効率を格別に高めることができる。よって、平面表示装置の照度ムラを防止し且つ高輝度及び高照度を両立でき、これにより視認性を向上できる。また、出射光の利用効率が高まるので、単一光源で十分な光量を得ることができ、経済性の向上をも図ることが可能となる。
【0046】
また、本発明によれば、第1の光源と第2の光源の出射光は、表示パネルに平均して拡散され利用者に視認されやすい構成とすることができる。さらに、本発明によれば、第1の光源による出射光と、第2の光源の出射光は、いずれも導光板内で分散、反射等されて平均して表示パネル側へ出射される。したがって、利用者にとっては表示画面が見やすい構成とすることができる。なお、反射体を分割した空間に形成される集光媒体内に、第1の光源と併置して第2の光源を設ける場合には、各光源の取り付けが簡単に行える。
【0047】
本発明の平面表示装置を計測表示盤に設けた場合には、計測器が異常状態を検出したときに第2の光源から閃光が発せられるので、オペレータの注意を喚起して、異常の見過ごしを防止できる。また、本発明の平面表示装置をゲーム機に設けた場合には、ゲーム機の高得点獲得時に第2の光源から閃光が発せられるので、ゲーム機の利用者の娯楽性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第一実施形態を示す摸式断面図である。
【図2】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第二実施形態を示す摸式断面図である。
【図3】本発明による光源装置を備える本発明の平面表示装置の第三実施形態を示す摸式断面囲である。
【図4】図1の矢視X方向からみた背面の平面図である。
【図5】図1の制御手段を示す概略のブロック図である。
【符号の説明】
1…表示パネル、2a…側端面、2…導光板、3…第1の光源、10a…側端面、10、40.60‥・集発光学系、20‥集光部〈第1の光学部)、11,12…薄明基板(基板)、13・・・液晶表示層、21a.41a,61a…反射体、30…プリズム(第2の光学都)、30a…底面、31‥・反射面(第1の反射面)、32‥・反射面(第2の反射面)、50〜52…第2の光源、55…演算処理装置、57、58…スイッチ、Kl,K2…凹部、100.200,300…LCD(平面表示装置)。
Claims (6)
- 液晶表示層が基板に保持される表示パネルと、前記表示パネルに対向するように設置される第1の光源および第2の光源と、前記表示パネルと前記各光源との間に設けられた導光板と、前記各光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結合された集光光学系と、前記第1の光源および第2の光源の点灯のタイミングを制御する制御手段とを備え、前記第2の光源は点灯時に閃光を出射することを特徴とする、平面表示装置。
- 前記第2の光源は、第1の光源と併置して、前記表示パネルの中央部に対向するように設置されることを特徴とする、請求項1記載の平面表示装置。
- 前記第2の光源は、前記集光光学系を分割した空間に形成される集光媒体の中に、前記第1の光源と共に併置されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の平面表示装置。
- 前記制御手段に特定の信号が入力されると前記第2の光源を点灯することを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の平面表示装置。
- 前記表示パネルを計測表示盤に設け、前記特定の信号は計測器が異常状態を検出したときに制御手段に入力されることを特徴とする、請求項4に記載の平面表示装置。
- 前記表示パネルをゲーム機に設け、前記特定の信号はゲーム機の高得点獲得時に制御手段に入力されることを特徴とする、請求項4に記載の平面表示装置。
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2003
- 2003-01-17 JP JP2003009340A patent/JP2004219880A/ja active Pending
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