JP2005134613A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルの表示画面を鮮明にすることが可能な面状発光体を有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】ストライプ状に配列した複数の透明電極及び該透明電極を被覆する配向膜を形成した一対の基板を、双方の透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせた液晶表示パネルと、矩形状の導光板１の一方端面Ｓ１及び該一方端面Ｓ１と対向する他方端面Ｓ２に所定方向の光軸を有する点光源２を配置してなる面状発光体Ｌとから成る液晶表示装置であって、
前記導光板１の一方端面Ｓ１に配置され、隣接する二つの点光源２Ａ，２Ｃは、光軸が他方端面Ｓ２と略直交し、且つ、前記他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄは、前記一方端面Ｓ１の隣接する二つの点光源２Ａ，２Ｃの実質的な中点に対応する位置に配設されるとともに、該他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの光軸と、前記一方端面Ｓ１の点光源２Ａ，２Ｃの光軸とのなす傾斜角θが、０≦θ≦１６．７°を満たすように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶表示装置に関するものである。

従来より液晶表示装置には、液晶表示パネル用の照明として面状発光体が用いられている。

かかる従来の液晶表示装置は、ストライプ状に配列した複数の透明電極及び該透明電極を被覆する配向膜を形成した一対の基板を、双方の透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせた液晶表示パネルと、透明材料からなり、互いに対向する一対の端面Ｓ１，Ｓ２を有する矩形状の導光板１０１の一対の端面Ｓ１，Ｓ２に複数の点光源１０２Ａ，１０２Ｂを配置してなる面状発光体とから成る液晶表示装置が知られている。

そして、上述した面状発光体は、図３に示すように導光板１０１の一対の端面Ｓ１，Ｓ２のうち、一方端面Ｓ１に設けられた点光源１０２Ａと、他方端面Ｓ２に設けられた点光源１０２Ｂとが対向する位置に配置されている。

このような発光ダイオード等の点光源１０２は、所定方向の光軸を有し、該光軸近傍の光の輝度が最も高く、光軸から左右に広がるに従い輝度が低下する性質を有している。
特開２０００―２６０２１５号公報

しかしながら、上述した面状発光体は、導光板１０１の一方端面Ｓ１の点光源１０２Ａと、他方端面Ｓ２の点光源１０２Ｂとが対向しているため、図６に示すように、導光板１０１の一方端面Ｓ１の点光源１０２Ａの光の輝度の高い部分（以下、ピーク部分という。）と、他方端面Ｓ２の点光源１０２Ｂの光の輝度のピーク部分とが略一致し、また導光板１０１の一方端面Ｓ１の点光源１０２Ａの光の輝度の低い部分と、他方端面Ｓ２の点光源１０２Ｂの光の輝度の低い部分とが略一致することから、一方端面Ｓ１及び他方端面Ｓ２の点光源１０２による導光板１０１面上における合成された輝度分布は、輝度の高い部分と輝度の低い部分との差が大きくなってしまい、導光板１０１の配列方向における輝度ムラがより目立ってしまうことがある。

従って、このような面状発光体は、導光板１０１の一主面から出射する光が大きな輝度ムラを有し、この面状発光体を配置した液晶表示パネルは、面状発光体の輝度ムラがそのまま表示画面の輝度ムラとして現れてしまうことから、鮮明な表示画面が得られないという欠点を有していた。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、鮮明な表示画面を得ることが可能な液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、ストライプ状に配列した複数の透明電極及び該透明電極を被覆する配向膜を形成した一対の基板を、双方の透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせた液晶表示パネルと、矩形状の導光板の一方端面及び該一方端面と対向する他方端面に所定方向の光軸を有する点光源を配置してなる面状発光体とから成る液晶表示装置であって、前記導光板の一方端面に配置され、隣接する二つの点光源は、光軸が他方端面と略直交し、且つ、前記他方端面の点光源は、前記一方端面の隣接する二つの点光源の実質的な中点に対応する位置に配設されるとともに、該他方端面の点光源の光軸と、前記一方端面の点光源の光軸とのなす傾斜角θが、０≦θ≦１６．７°を満たすように設定されることを特徴とするものである。

また本発明の液晶表示装置は、前記点光源が発光ダイオードであることを特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置によれば、上記構成により、面状発光体の導光板における一方端面の点光源による輝度分布のピーク部分と、他方端面の点光源による輝度分布のピーク部分とをずらすことができ、導光板の輝度分布の均一さが向上することから、導光板の一主面から出射される光の輝度ムラを低減させることが可能となる。

その結果、液晶表示パネルの表示画面を鮮明にすることが可能な液晶表示装置が得られる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の液晶表示装置の断面図、図２は本発明の液晶表示装置を構成する面状発光体の平面図である。

本発明の液晶表示装置は、図１に示すように、大略的に液晶表示パネルＰと面状発光体Ｌとから構成され、前記液晶表示パネルＰの一主面と、前記面状発光体Ｌの一主面とが対向して配置されている。

このような液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルＰは、外側の主面に偏光板１４や位相差板１３を、内側の主面にストライプ状に配列した複数の一方の透明電極５、配向膜１２を形成した第１の基板３と、外側の主面に偏光板１４や位相差板１３を、内側の主面にストライプ状に配列した複数の他方の透明電極６及び配線パターン群７を形成した第２の基板４とを、双方の透明電極５，６が互いに直交するように、導電性粒子１０を含む矩形状のシール部９により囲繞された液晶層１１を介して貼り合わせるとともに、前記第２の基板４のシール部９の対向する一対の一辺部の少なくとも１辺の外側領域に、１群を成す駆動素子用接続端子群８を形成し、前記複数の一方の透明電極５を、シール部９に含有される導電性粒子１０、配線パターン群７の一部を介して、前記駆動素子用接続端子群８の一部に接続し、また前記複数の他方の透明電極６を配線パターン群７の他部を介して、前記駆動素子用接続端子群８の一部に接続した構造を有している。

そして、上述した液晶表示パネルＰと対向して設けられる面状発光体Ｌは、図２に示すように、アクリル樹脂等の透明材料からなる矩形状の導光板１の一方端面Ｓ１及び該一方端面Ｓ１と対向する他方端面Ｓ２に所定方向の光軸を有する点光源２（以下、点光源全般を示すときは２と表記し、個別の点光源を示すときは、夫々２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと表記する。）を配置してなり、導光板１の一方端面Ｓ１に配置され、隣接する二つの点光源２Ａと２Ｃは、光軸が他方端面Ｓ２と略直交し、また、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄは、前記一方端面の隣接する二つの点光源２Ａと２Ｃの実質的な中点Ｐに対応する位置に配設されるとともに、該他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの光軸と、前記一方端面Ｓ１の点光源の光軸とのなす傾斜角θが、０≦θ≦１６．７°を満たすように構成されている。

そして、上述の面状発光体Ｌの支持母材となる導光板１は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ノルボルネン系樹脂、塩化ビニル樹脂等の熱可塑性透明樹脂や透明ガラスにより矩形状に形成されている。

このような導光板１は、例えば点光源２の配列方向の長さが１００ｍｍ〜１３０ｍｍ、一方端面Ｓ１と他方端面Ｓ２との間の距離が４０ｍｍ〜９８ｍｍ、厚みが１ｍｍ〜６ｍｍのものが用いられる。

また導光板１は、点光源２からの光を、この光が出射する導光板１の一主面と対向する他主面側に設けられた多数の溝（図示せず）により、前記一主面側から出射させる作用を為しており、例えばアクリル樹脂を使用する場合、液状に成したアクリル樹脂を所定形状の金型に注入し成型することにより作成される。

そして導光板１の他主面側に設けられる多数の溝は、各々が断面三角形状を成し、その深さが１μｍ〜７０μｍ、開口幅が１μｍ〜７０μｍに夫々設定されている。

また前記導光板１の端面Ｓ１，Ｓ２に配置される発光ダイオード等の点光源２は、所定方向の光軸を有し、この光軸近傍の光の輝度が最も高く、光軸から左右に広がるに従い輝度が低下する性質を有しており、点光源２から離間した光軸上の点と、この光軸の点と同一の距離を有する点であって、光軸上の点における輝度の５０％以上の輝度を有する点を含む範囲を照射領域、この照射領域の広がりの角度を指向角αと規定している。

そして、例えば指向角αが６０°〜７５°の発光ダイオード等の点光源２が、点光源２の配列方向の長さが１２０ｍｍ程度、一方端面Ｓ１と他方端面Ｓ２との間の距離Ｈが９６ｍｍ程度の導光板に配置される場合、各点光源２は、前述した導光板１の一方の端面Ｓ１では、一方及び他方の端面Ｓ１，Ｓ２と略直交する導光板１の他の端面Ｓ３から０ｍｍ〜２ｍｍ、５８ｍｍ〜６２ｍｍ、１１８ｍｍ〜１２０ｍｍの位置にそれぞれ配置され、他方端面では、同じく一方及び他方の端面と略直交する導光板１の他の端面Ｓ３から２８ｍｍ〜３２ｍｍ、８８ｍｍ〜９２ｍｍの位置にそれぞれ配置される。

このとき、一方端面Ｓ１に配置される点光源２Ａ，２Ｃは、その光軸が、導光板１の他方端面Ｓ２に対してほぼ直交するように設定されており、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄは、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの光軸と、一方端面Ｓ１の点光源２Ａ，２Ｃの光軸とのなす傾斜角θが、０≦θ≦１６．７°を満たすように設定される。

このように点光源２を配置することにより、図４、図５に示すように、一方端面Ｓ１の点光源２Ａ，２Ｃの輝度分布のピーク部分と、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの輝度分布の輝度の低い部分とを略一致させることができ、導光板１における両端面Ｓ１，Ｓ２の点光源２からの光による合成された光の輝度分布の均一さを向上させることができる。

従って導光板１の一主面から出射される光の輝度ムラを低減させることも可能となる。

その結果、液晶表示パネルＰの表示画面を鮮明にすることが可能な液晶表示装置が得られる。

また、本発明の面状発光体は、導光板１の一方端面Ｓ１の隣接しあう点光源２Ａの照射領域と２Ｃの照射領域との間の領域に、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂの照射領域を位置させることにより、光軸上の点における輝度の５０％以上の輝度を有する光がいずれの点光源２によっても照射されることのない領域（低照射領域）を生じさせることを低減できるとともに、一方端面Ｓ１の点光源２Ａ，２Ｃの照射領域と、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの照射領域とが交錯する領域を少なくすることが可能となり、導光板１の一主面から出射する光に輝度ムラが発生することを減少させることが可能な面状発光体Ｌを得ることができる。

更に本発明の面状発光体は、照射領域の交錯領域が少なくなることから各点光源２の照射領域の無駄が減少し、配置される該点光源２の個数を減ずることも可能となり、低電力化にも寄与することができる。

更に上述の実施形態において、他方端面Ｓ２の複数の点光源２の光軸が互いに略平行になるように設定してもよく、これにより、一方端面Ｓ１の点光源２Ａ，２Ｃの照射領域と、他方端面Ｓ２の点光源２Ｂ，２Ｄの照射領域とが交錯する領域が更に少なくなり、より確実に導光板１の一主面から出射される光に輝度ムラが発生することを減少させることも可能となる。

また更に、他方端面Ｓ２の複数の点光源２の光軸が互いに略平行で且つ一方端面Ｓ１に対して略直交するように成すと、図４に示すように、より一層輝度ムラの抑制や低照射領域の低減が図れることとなる。

その結果、液晶表示パネルＰの表示画面を鮮明にすることが可能な液晶表示装置が得られる。

本実施例では、面状発光体Ｌの導光板１の一方端面Ｓ１に、距離２Ｍだけ離間して隣接配置する二つの点光源２Ａ，２Ｃの中点Ｐに他方端面の点光源２Ｂを配置し、点光源２Ｃの光軸と点光源２Ｂの光軸との成す傾斜角θを徐々に変化させた場合における傾斜角θと均斉値Ｋとの関係について調べた結果について説明する。

この実施例では、まず点光源２を、導光板１の一方の端面Ｓ１では、一方及び他方の端面Ｓ１，Ｓ２と略直交する導光板１の他の端面Ｓ３から０ｍｍ（この位置の点光源を２Ａという。）、６０ｍｍ（この位置の点光源を２Ｃという。）、１２０ｍｍ（この位置の点光源を２Ｅという。）の位置にそれぞれ配置し、他方端面Ｓ２では、同じく一方及び他方の端面と略直交する導光板１の他の端面Ｓ３から３０ｍｍ（この位置の点光源を２Ｂという。）、９０ｍｍ（この位置の点光源を２Ｄという。）の位置に配置させている。

これら点光源２Ａ，２Ｃ，２Ｅ及び２Ｄの光軸は、他方端面Ｓ２に対して略直交に設定され、また点光源２Ｂの光軸と点光源２Ｃとの成す傾斜角θも当初は零に設定されている。

そして、導光板１の一方端面Ｓ１と他方端面Ｓ２との中線上を点光源２の配列方向に沿って受光素子を走査させることにより、点光源２の配列方向の導光板１の輝度分布を調べ、均斉値Ｋ（得られた輝度分布の最小値ｂ１と最大値ｂ２の比：Ｋ＝ｂ１／ｂ２）を求める。

次に、点光源２Ｂの光軸と点光源２Ｃとの成す傾斜角θが２．５°になるように点光源２Ｂの光軸を設定し、前回と同様に均斉値を求める。

このように点光源２Ｂの光軸と点光源２Ｃとの成す傾斜角θを、３０°まで２．５°ずつ変化させながら、均斉値Ｋを夫々の傾斜角θについて求める。尚、均斉値０．６を与えるθ＝１６．７近傍では、傾斜角θを０．５°ずつ変化させて実験している。

このようにして得られた各傾斜角θ＝０°、θ＝１６．７°に対する輝度分布を、図４、図５に夫々示している。更に、比較例として、従来の面状発光体Ｌの輝度分布を図６に示している。

また、この点光源２Ｂの光軸と点光源２Ｃとの成す傾斜角θと均斉値Ｋとの関係をグラフ化したものを図７に示している。

尚、本実験では、ＬＥＤの指向角αを６０°、隣接するＬＥＤ間の距離Ｍを６０ｍｍ、一方端面Ｓ１から他方端面Ｓ２への距離Ｈを９６ｍｍに設定している。

この実験結果によると、図７に示すように、傾斜角θが０°≦θ≦１６．７°のとき、輝度分布の最小値ｂ１と最大値ｂ２の比Ｋが０．６以上となる。

この比が０．６以上であれば、液晶表示装置用の面状発光体としては充分実用可能である。

これに対し、傾斜角θがθ≧１７°のときには、輝度分布の最小値ｂ１と最大値ｂ２の比Ｋが、０．６未満となり、液晶表示パネルの輝度ムラが生じることがある。

従って、点光源２Ｂの光軸と点光源２Ｃとの成す傾斜角θは０°≦θ≦１６．７°に設定することが望ましいことがわかる。

かくして上述した液晶表示装置は、面状発光体Ｌの導光板１の一主面から出射した輝度ムラの少ない光を、偏光板１４及び位相差板１３を介して液晶層１１内に入射させながら、該液晶層１１に選択的に電圧を印加するとともに、該印加電圧によって液晶層１１内の分子配列を画素領域ごとに可変させ、液晶層１１を通過する光の割合を制御することにより画像表示が行われる。

本発明の液晶表示装置の断面図である。 本発明の液晶表示装置を構成する面状発光体の平面図である。 従来の液晶表示装置を構成する面状発光体の平面図である。 点光源の配列方向における傾斜角θ＝０°のときの導光板の輝度分布を示す。 点光源の配列方向における傾斜角θ＝１６．７°のときの導光板の輝度分布を示す。点光源の配列方向における導光板の輝度分布を示す。 従来の面状発光体Ｌの輝度分布を示す。 傾斜角θと均斉値Ｋとの関係を示す図である。

符号の説明

Ｐ・・・液晶表示パネル
Ｌ・・・面状発光体
１・・・導光板
２・・・点光源
３・・・第１の基板
４・・・第２の基板
５・・・一方の透明電極
６・・・他方の透明電極
７・・・配線パターン群
８・・・駆動素子用接続端子群
９・・・シール部
１０・・・導電性粒子
１１・・・液晶層
１２・・・配向膜
１３・・・位相差板
１４・・・偏光板
１５・・・両面テープ
α・・・指向角

Claims (2)

1. ストライプ状に配列した複数の透明電極及び該透明電極を被覆する配向膜を形成した一対の基板を、双方の透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせた液晶表示パネルと、矩形状の導光板の一方端面及び該一方端面と対向する他方端面に所定方向の光軸を有する点光源を配置してなる面状発光体とから成る液晶表示装置であって、
   前記導光板の一方端面に配置され、隣接する二つの点光源は、光軸が他方端面と略直交し、且つ、前記他方端面の点光源は、前記一方端面の隣接する二つの点光源の実質的な中点に対応する位置に配設されるとともに、該他方端面の点光源の光軸と、前記一方端面の点光源の光軸とのなす傾斜角θが、０≦θ≦１６．７°を満たすように設定されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記点光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。

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