JP2005085467A

JP2005085467A - 平面表示装置

Info

Publication number: JP2005085467A
Application number: JP2003312360A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashimoto; 健橋本
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】高輝度化、薄型化および軽量化ができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】面状光源２１と面状光源の出射面側に配設される光学シート31、34と、光学シートから出射される光が偏光板を介して入射される液晶パネル２を備え、液晶パネル２の偏光軸方向に応じて入射される光が略最大になるように、前記光学シート31、34を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面表示パネルを備えた平面表示装置に関する。

近年、この種の平面表示装置としての液晶表示装置は、主としてノート型のパーソナルコンピュータ(ＰＣ)の画像表示部として利用されているとともに、薄型および軽量の特徴を生かして、各種の分野で利用されている。そして、この液晶表示装置は、画像を表示させる有効表示領域が中央部に形成された平面表示パネルとしての矩形平板状の液晶パネルを備えている。この液晶パネルは、この液晶パネルの有効表示領域を露出させた状態で矩形枠状のベゼル内に取り付けられている。

さらに、この液晶パネルの裏面側には、この液晶パネルの有効表示領域へと面状の光を照射させる面光源装置としてのバックライトが取り付けられている。そして、これら液晶パネルおよびバックライトは、互いに平行に対向させた状態でプラフレームに保持されており、これら液晶パネルおよびバックライトが保持されたプラフレームは、液晶パネルの表示画面エリアを露出させつつベゼル内に収容されて取り付けられている。

そして、このバックライトは、細長円筒状の管状光源としての放電ランプである冷陰極管を備えている。この冷陰極管には、この冷陰極管に一辺を対向させた状態で、この冷陰極管からの線状の光を光出射面としての一主面である表面に向けて面状に屈折させて面状光源に変換する矩形平板状の面状光源変換体としての導光板が取り付けられている。

この導光板は、光透過性を有する樹脂などにて成形されている。また、この導光板は、冷陰極管に対向した一辺である光入射面側から、この光入射面の反対側に位置する他辺である非光入射面側に向けて裏面が表面側に向けて傾斜して徐々に薄くされている。さらに、この導光板の他主面である裏面側にはプリズムが成形されている。

さらに、冷陰極管は、この冷陰極管からの光を反射させて導光板の一辺へと照射させる反射体としての略コ字状に湾曲したシート状のランプリフレクタにて周方向に沿って覆われている。そして、このランプリフレクタの両端部は、導光板の一辺の表裏面に取り付けられている。

また、この導光板の表面には、この導光板の輝度むらの均一化や輝度を向上させる矩形シート状の光学シートとしての複数のプリズムシートが重ね合わされた状態で取り付けられている。さらに、これら複数のプリズムシートの表面には、これらプリズムシートを透過した光を拡散させる矩形シート状の光学シートとしての拡散シートが取り付けられている。そして、導光板の裏面には、この導光板の裏面から照射される光をこの導光板の表面側に向けて反射させる光学シートとしての矩形シート状の反射シートが取り付けられている(例えば、特許文献１参照。)。

さらに、この種の液晶表示装置は、一般的に液晶パネルの長手方向であるＸ方向における一端部には、この液晶パネルをＸ方向に沿って駆動させる信号線駆動回路基板がフレキシブルなプリント配線基板を介して取り付けられている。また、この液晶パネルの幅方向としての高さ方向であるＹ方向における一側部には、この液晶パネルをＹ方向に沿って駆動させる走査線駆動回路基板がフレキシブルなプリント配線基板を介して取り付けられている。

そして、液晶表示装置の狭額縁化を目的として、それぞれのプリント回路基板をバックライトの導光板の裏面側に折り曲げることにより、この導光板の裏面側に信号線駆動回路基板および走査線駆動回路基板のそれぞれが重ね合わされて保持されて収容されている。
特開２００２−２７００２４号公報（第３−５頁、図３および図４）

近年、液晶表示装置は薄型化、低消費電力化及び高輝度化の要求が一段と強まっている。この液晶表示装置をより薄型にするためには、導光板自体の厚さをより薄くすれば良いが、この場合、冷陰極管から出射される光の導光板への導入量が小さくなるため、導光板の輝度が低くなる。また、この導光板の輝度を上げると消費電力が大きくなるため、要求に応えられる十分な薄型化、軽量化および高輝度化を実現することが容易ではなかった。

さらに、導光板の表面にプリズムシートおよび拡散シートを配置させて、この導光板による光利用効率を向上させることにより、高輝度化を図ろうとするアプローチもあるが、これだけでは充分な輝度を得られなかったり、液晶表示装置としての輝度がばらついてしまうという問題を有していた。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高輝度化、薄型化および軽量化ができる平面表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、面状の光を出射させる面状光源と、この面状光源の光出射面側に配設され、この面状光源からの面状の光に対して偏光の変化を及ぼして光を出射する第１の光学シートと、前記第１の光学シートの光出射面側に配設され、前記第１の光学シートから出射される光が偏光板を介して入射する平面表示パネルとを具備し、前記平面表示パネルに入射する光の偏光方向が、前記偏光板の偏光軸方向に応じて前記平面表示パネルに入射される光が略最大になるように調整されているものである。

そして、面状の光を出射させる面状光源の光出射面側に第１の光学シートを配設して、この第１の光学シートにて面状光源からの面状の光に対して偏光の変化を及ぼして光を出射させる。次いで、この第１の光学シートの光出射面側に平面表示パネルを配設して、第１の光学シートから出射される光を偏光板を介して平面表示パネルへと入射させる。このとき、平面表示パネルに入射する光の偏光方向を、偏光板の偏光軸方向に応じて平面表示パネルに入射される光が略最大になるように調整する。この結果、この平面表示パネルの光出射面から出射される光利用効率を向上できるから、面状光源をより薄くすることが可能となるので、平面表示装置の高輝度化、薄型化および軽量化が可能となる。

本発明によれば、平面表示パネルに入射する光の偏光方向が、偏光板の偏光軸方向に応じて平面表示パネルに入射される光が略最大になるように調整されていることにより、この平面表示パネルの光出射面から出射される光利用効率を向上できるから、面状光源をより薄くでき、平面表示装置を高輝度化、薄型化および軽量化できる。

以下、本発明の液晶表示装置の一実施の形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図１ないし図３において、１は平面表示装置としての液晶表示装置で、この液晶表示装置１は比較的大型であり、狭額縁および携帯性に優れた薄型である。そして、この液晶表示装置１は、主としてノート型のパーソナルコンピュータ(ＰＣ)の画像表示部などとして用いられる平面表示パネルとしての液晶表示パネルである略矩形平板状の液晶パネル２を備えている。

この液晶パネル２は、例えば対角１４．１型であるとともに、カラー表示が可能な光透過型であり、光変調層を図示しない液晶層としている。さらに、この液晶パネル２の中央部には、画像を表示させる有効表示領域としての矩形状の表示画面エリア３が形成されている。この表示画面エリア３には、複数の図示しない表示画素がマトリクス状に配列されている。

また、図１に示すように、液晶パネル２は、図示しない薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)が一主面である表面にマトリクス状に設けられたアレイ基板４を備えている。そして、このアレイ基板４上には、裏面側に図示しない対向電極が形成された対向基板５が対向されて配設されている。この対向基板５の高さ方向における一側部である上端部は、アレイ基板４の上端部よりも内側に位置している。また、これらアレイ基板４と対向基板５との間には液晶層が介挿されて封止されて液晶パネル２が構成されている。

さらに、この液晶パネル２の表面および裏面のそれぞれである両面には、偏光板８,９が取り付けられている。これら偏光板８,９は、偏光板９から光を入射して、偏光板８から光を出射させる。

そして、この液晶パネル２の高さ方向であるＸ方向における一側縁であるアレイ基板４の上端部の表面側には、走査線駆動回路基板としての制御回路基板である細長矩形平板状のＹ方向ドライバ回路６がフレキシブルな可撓性を有する駆動集積回路としての細長矩形平板状のプリント配線基板(Flexible Print Circuit:ＦＰＣ)７を介して幅方向であるＹ方向に沿って取り付けられている。ここで、このＹ方向ドライバ回路６は、液晶パネル２に電気的に接続され、この液晶パネル２の図示しない各走査線に対して駆動信号を供給して、この液晶パネル２を幅方向であるＹ方向に沿って駆動させる。

さらに、この液晶パネル２のＸ方向の一端部の表面側には、信号線駆動回路基板としての細長矩形平板状の図示しないＸ方向ドライバ回路がフレキシブルな細長矩形平板状の図示しないプリント配線基板を介して取り付けられている。このＸ方向ドライバ回路は、液晶パネル２に電気的に接続され、この液晶パネル２の図示しない各信号線に駆動信号を供給して、この液晶パネル２をＸ方向に沿って駆動させる。よって、これらＹ方向ドライバ回路６とＸ方向ドライバ回路とにより、液晶パネル２の表示画面エリア３に画像を表示させる。

さらに、この液晶パネル２の表面側には、矩形枠状のベゼルカバー11が取り付けられている。このベゼルカバー11は、液晶パネル２の表示画面エリア３の表面側を露出させる矩形状の窓部12が中央部に開口形成された矩形枠状の本体部13を備えている。この本体部13の窓部12は、液晶パネル２の表示画面エリア３に対応した形成である矩形状に形成されている。

また、この本体部13の外周縁には、この本体部13の裏面側に液晶パネル２を収容させた際に、この液晶パネル２の縁部を覆う外周縁部14が垂直に突出した状態で一体的に設けられている。そして、この外周縁部14には、このベゼルカバー11を図示しない筐体に取り付けて固定させるねじ形状としての図示しないねじ挿入孔が設けられている。これらねじ挿入孔は、液晶表示装置１をさらに狭額縁化させる。

一方、液晶パネル２の裏面側には、この液晶パネル２の表示画面エリア３へと面状の光を入射させる矩形平板状の面状光源である面光源装置としてのバックライト21が対向されて取り付けられている。このバックライト21は、このバックライト21の一主面である表面側を液晶パネル２の裏面に対向させた状態で、この液晶パネル２とともにベゼルカバー11の外周縁部14の内側に収容されている。なお、この液晶パネル２に取り付けられたＹ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路は、液晶パネル２の裏面側にバックライト21の表面側を対向させた状態で、このバックライト21の裏面側にプリント配線基板７を湾曲させることにより、このバックライト21の裏面側に配設されている。

さらに、このバックライト21は、細長円筒状の管状光源である放電ランプとしての冷陰極管22を備えている。この冷陰極管22の長手方向における両端部には、弾性を有するゴムなどにより成形された光源保持部材としてのランプホルダ23が嵌合されて挿入されて取り付けられている。さらに、この冷陰極管22の両端部のそれぞれには、ケーブル24の一端部が接続されており、これらケーブル24それぞれの他端部には、図２に示すように、コネクタとしてのハウジング30が取り付けられている。

また、図１および図３に示すように、冷陰極管22の外周面に対して一辺であるランプ側としての光入射面25を平行に対向させた状態で、矩形略平板状の面状光源変換体としてのプリズム導光体である導光板26が配設されている。この導光板26は光透過性を有する樹脂などにより成形されており、冷陰極管22からの光を面状に導く。また、この導光板26の他主面としての非光出射面、すなわちこの導光板26の光出射面に対向する面である裏面27には、図示しないプリズムが成形されている。そして、この導光板26は、冷陰極管22からの線状の光が光入射面25を介して入射されて、この線状の光を導光板26の一主面である裏面27に対向した光出射面としての表面28側に向けて屈折させて面状光源に変換して、この面状の光を液晶パネル２の表示画面エリア３の裏面側へと照射させる。なお、この導光板26の表面28には、微細なパターンが形成されている。

さらに、この導光板26は、この導光板26の光入射面25から入射する光を、この導光板26の表面28へと均等に反射させるともに、この導光板26の他辺である反ランプ側としての非光入射面29よりの裏面27側に収容スペースを確保するために、この光入射面25側から非光入射面29側に向けて高さ方向に沿って平行に徐々に薄くされている。言い換えると、この導光板26は、冷陰極管22からの光が入射する光入射面25での厚みが最大となっており、この冷陰極管22から遠ざかるに連れて徐々に薄くなっている。

そして、この導光板26の表面28には、この導光板26の表面28を覆う略矩形シート状の第１の光学シートとしての集光シートであるプリズムシート31が重ね合わされた状態で取り付けられている。このプリズムシート31は、導光板26の表面28に対向して配設されている。さらに、このプリズムシート31は、導光板26の表面28から出射される面状の光を光学的に変化させて集光などさせる。また、このプリズムシート31は、バックライト21の光出射面側に配設されており、このバックライト21からの面状の光に対して偏光の変化を及ぼして光を出射する。さらに、このプリズムシート31の光入射面である一主面としての裏面には、導光板26の幅方向に沿った複数のプリズム32が、この導光板26の高さ方向に向けて成形されている。これら複数のプリズム32は、導光板26の表面28側に向けて鋭角の頂角を有している。なお、このプリズムシート31の光出射面である表面33から出射される面状の光は、所定の偏光を有している。

さらに、このプリズムシート31の表面33には、このプリズムシート31の表面33を覆う略矩形シート状の第２の光学シートである拡散シート34が重ね合わされた状態で取り付けられている。この拡散シート34は、プリズムシート31の表面33に対向して配設されており、ＰＥＴ(PolyEthylene Terephthalate)シートの表面に光拡散性を持たせるためのコーティングが施されて構成されている。また、この拡散シート34は、導光板26の表面28から出射されてプリズムシート31にて光学的に変化された面状の光を拡散させて、液晶パネル２に向かって光を出射する。

ここで、この拡散シート34は、プリズムシート31の表面33から出射される面状の光の偏光方向を、液晶パネル２の入射面側に配置された偏光板９を通過する光、すなわち液晶パネル２に入射する光が略最大になるように調整されている。例えば拡散シート34から出射する光の偏光が楕円偏光になっている場合は楕円の長軸が偏光板９の透過軸方向と略一致するように調整されている。言い換えると、この拡散シート34は、液晶パネル２に入射する光の偏光方向が、偏光板９の偏光軸方向に応じて、液晶パネル２に入射される光が略最大になるように調整する。

また、この導光板26の裏面27には、この導光板26の裏面27を覆う矩形シート状の光学シートである反射シート35が取り付けられている。この反射シート35は、この導光板26内からこの導光板26の裏面27を介して外部へと照射される光を、この導光板26の表面28側に向けて反射させる。

一方、導光板26の光入射面25に対向して配設された冷陰極管22は、略コ字状に湾曲したシート状の反射体としてのランプリフレクタ41にて周方向に亘って覆われている。このランプリフレクタ41は、冷陰極管22からの光を内側面で反射させて、この反射した光を導光板26の光入射面25へと効率良く入射させて導入させる。

さらに、このランプリフレクタ41の高さ方向における一側部である上端部42は、導光板26の光入射面25側の表面28と拡散シート34との間に挟まれて、これら導光板26と拡散シート34との間に位置するプリズムシート31の一側縁よりも導光板26の光入射面25側に位置している。そして、このランプリフレクタ41の高さ方向における他側部である下端部43は、このランプリフレクタ41の上端部42よりも導光板26の非光入射面29側に向けて突出している。さらに、このランプリフレクタ41の下端部43は、反射シート35の表面の高さ方向における一側部である下端側を覆っている。

そして、プリズムシート31および拡散シート34が表面28に取り付けられ、反射シート35が裏面27に取り付けられ、冷陰極管22およびランプリフレクタ41が光入射面25側に取り付けられた導光板26は、略矩形平板状のフレーム51の一主面である表面側に収容されて保持されている。このフレーム51は、バックライト21の導光板26、冷陰極管22および反射シート35を保持しつつ、これら導光板26、冷陰極管22および反射シート35のそれぞれをベゼルカバー11に取り付けさせるとともに、このベゼルカバー11とによって液晶パネル２を挟持固定する。

また、このフレーム51は、プラスチックなどの合成樹脂製であり、矩形枠状の本体部52を備えている。この本体部52の表面側は、液晶パネル２の裏面側に対向して当接し、この液晶パネル２とともにベゼルカバー11に収容される。さらに、この本体部52の一端部であるバックライト21の導光板26の非光入射面29側には、この導光板26の裏面27の非光入射面29側が嵌合されて保持される段状の嵌合段部53が設けられている。

次に、上記一実施の形態の作用を説明する。

まず、ハウジング30からケーブル24を介して冷陰極管22へと電気エネルギを供給して、この冷陰極管22を発光させる。

すると、この冷陰極管22から発光した線状の光は、直接に、もしくはこの冷陰極管22を覆うランプリフレクタ41の内側面にて反射されて導光板26の光入射面25へと入射する。

そして、この導光板26の光入射面25へと入射した光は、この導光板26の裏面27に形成されたプリズム、およびこの裏面27側に取り付けられた反射シート35によって、この導光板26の表面28側に向けて面状に変換されて、この導光板26の表面28から出射される。

この後、この導光板26の表面28から出射された面状の光は、プリズムシート31を透過してこのプリズムシート31により光学的に変化された後、拡散シート34を透過してこの拡散シート34に拡散されて、この拡散シート34によってプリズムシート31の表面33から出射される面状の光の偏光方向を、液晶パネル２の入射面側に配置された偏光板９を通過する光、すなわち液晶パネル２に入射する光が略最大になるように調整することによって、これらプリズムシート31および拡散シート34にて導光板26の表面28の面内輝度の均一化や輝度の向上が図られる。

さらに、これらプリズムシート31および拡散シート34を透過した面状の光は、液晶パネル２の表示画面エリア３の裏面側へと照射される。

そして、この液晶パネル２の表示画面エリア３の裏面側へと照射した光は、この液晶パネル２の表示画面エリア３を選択的に透過して使用者の目に入り、この液晶パネル２の表示画面エリア３にて表示される画像が使用者に視認される。

以下、本発明の一実施例を図４および図５を参照して説明する。

まず、バックライト21の導光板26を、熱可塑性プラスチックであるポリメチルメタクリレート(polymethyl methacrylate:ＰＭＭＡ)にて成形し、この導光板26の光入射面25側の厚さが２ｍｍとなり、この導光板26の非光入射面29側の厚さが０．７ｍｍとなるように、射出成型にて作成する。また、このバックライト21のランプリフレクタ41は、厚さ０．１ｍｍのステンレスに銀スパッタリング層を設けた材料を加工して作成した。さらに、このバックライト21の冷陰極管22としては、ガラス材料で直径２ｍｍの管状に形成したものとした。

そして、これら冷陰極管22、導光板26およびランプリフレクタ41にて構成されたバックライト21を点灯させたところ、図４に示すように、このバックライト21の導光板26の表面28に拡散シート34を取り付けない場合では、バックライト21のプリズムシート31の表面から出射される面状の光の偏光方向と、液晶パネル２の光入射面側に配置された偏光板９の偏光軸方向との相違によって、液晶表示装置１の輝度が約２５％程度変化する。

したがって、バックライト21のプリズムシート31の表面33から出射される面状の光の偏光方向を調整することにより、これらバックライト21および液晶パネル２による最大の光利用効率を得ることができることが分かった。例えば、図５に示すように、拡散シート34の向きを面方向に沿って回転させることにより、プリズムシート31の表面33から出射される面状の光の偏光方向を変えることができることが分かった。

この結果、このバックライト21のプリズムシート31と液晶パネル２との間に配設された拡散シート34を面方向に沿って回転させることにより、プリズムシート31の表面33から出射される光の偏光方向を光学的に変化させることができる。

よって、バックライト21から出射される光の偏光方向を、液晶パネル２の光入射面側に配置された偏光板の偏光軸方向に応じて調整することにより、このバックライト21の光利用効率を向上できる。このため、このバックライト21の導光板26の厚さを厚くすることなく薄くした２ｍｍである薄型であっても、約１７０ｃｄ／ｍ^２程度の高輝度を得ることができるとともに、液晶表示装置１の輝度のばらつきを小さくできた。

同時に、この液晶表示装置１の厚さを４．９ｍｍにでき、この液晶表示装置１の重量を３５５ｇにできたので、この液晶表示装置１のさらなる薄型化および軽量化を実現できる。よって、携帯性に優れた薄型および軽量な液晶表示装置１でありながら、高輝度化が達成された液晶表示装置１を提供できる。さらに、バックライト21の消費電力を上げることなく、光の利用効率を向上できるので、従来に比べ、更なる高輝度化および低消費電力化が達成された液晶表示装置１を得ることができる。

なお、上記一実施例において、液晶パネル２をＴＮモードや他の光透過型としても、上記一実施例と同様の作用効果を奏することができる。

また、この液晶パネル２の薄膜トランジスタ、Ｙ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路のそれぞれを、活性層に多結晶シリコン膜が用いられた半導体素子で一体的に構成してもよい。さらに、この液晶パネル２のＹ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路の少なくとも一部あるいは全部の駆動ＩＣチップを、アレイ基板４上に直接搭載するチップオングラス(Chip On Glass:ＣＯＧ)技術を用いてもよい。

そして、これらの場合、これらＹ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路の駆動ＩＣの一部をアレイ基板４上に配置するので、これらＹ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路と液晶パネル２との間の電気的な接続数を低減できるとともに、これらＹ方向ドライバ回路６およびＸ方向ドライバ回路などの外部回路を小型化できるので、液晶表示装置１のより小型化が可能となる。

さらに、光変調層を液晶層とした液晶表示装置１以外の平面表示装置であっても、対応させて用いることができる。

本発明の平面表示装置の一実施の形態の一部を示す説明断面図である。同上平面表示装置を示す説明斜視図である。同上平面表示装置の面状光源を示す説明分解斜視図である。同上平面表示装置の一実施例における平面表示パネルの回転角度と輝度との関係を示す二次グラフである。同上平面表示装置の第１の光学シートの回転角度と輝度との関係を示す二次グラフである。

符号の説明

１平面表示装置としての液晶表示装置
２平面表示パネルとしての液晶パネル
８,９偏光板
21 面状光源としてのバックライト
22 管状光源としての冷陰極管
26 導光板
31 第１の光学シートとしてのプリズムシート
33 光出射面としての表面
34 第２の光学シートとしての拡散シート

Claims

面状の光を出射させる面状光源と、
この面状光源の光出射面側に配設され、この面状光源からの面状の光に対して偏光の変化を及ぼして光を出射する第１の光学シートと、
前記第１の光学シートの光出射面側に配設され、前記第１の光学シートから出射される光が偏光板を介して入射する平面表示パネルとを具備し、
前記平面表示パネルに入射する光の偏光方向が、前記偏光板の偏光軸方向に応じて前記平面表示パネルに入射される光が略最大になるように調整されている
ことを特徴とした平面表示装置。
第１の光学シートの光出射面側に配設され、この第１の光学シートの光出射面から出射される光の偏光方向を、前記偏光板の偏光軸方向に応じて前記平面表示パネルに入射される光が略最大になるように調整する第２の光学シートを具備した
ことを特徴とした請求項１記載の平面表示装置。
第１の光学シートは、一主面にプリズムが形成されたプリズムシートであり、
第２の光学シートは、入射した光を拡散させる拡散シートである
ことを特徴とした請求項２記載の平面表示装置。
面状光源は、管状光源と、この管状光源からの光を面状に導く導光板とを有し、
前記導光板は、前記面状光源の光出射面と対向する面にプリズムが形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の平面表示装置。