JP2006010788A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドライト型面発光パネルをバックライトとして用いるとともに狭額縁化を推進しても斜め視角における光源側暗部が発生しない画像表示装置を提供する。
【解決手段】導光板４の冷陰極管５に対向させた光入射面４ａから本液晶表示装置の表示領域Ｄdの縁に対応する位置までの距離Ａと、導光板４の厚さＢとの比（Ａ／Ｂ）を、導光板４の空気層に対する全反射角度をθとした場合に、
（Ａ／Ｂ）≦tanθ
として、液晶表示装置の狭額縁化を推進し、且つ、光入射面４ａを微細な凹凸面として、導光板４に入射した光の進行方向を分散させ、狭額縁化を推進することにより発生する斜め視角における光源側暗部を解消し、良好な表示品質を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、サイドライト型照明装置をバックライトとして用いる画像表示装置に関する。

近年において普及が著しい携帯電話機や携帯情報端末等のモバイル機器のディスプレイとしては、小型薄型化に好都合な画像表示装置が求められる。このような小型薄型化の要望を満たすことが可能な画像表示装置として、特許文献１に示されるような液晶表示装置が提案されている。

この液晶表示装置においては、装置の薄型化を促進するために、液晶表示パネルの背面側に配置するバックライトとして、導光板の側面に光源を配置し、導光板の液晶表示パネルの背面に対向させた主面から面状に光を出射させる、サイドライト型面発光パネルが用いられている。

しかるに、このサイドライト型面発光パネルを用いた液晶表示装置において、小型化を促進するために表示エリアの周縁つまり額縁部分の幅を狭くする（以下、狭額縁化という）と、斜め方向から視た場合に、表示エリアにおける光源を配置した側の縁部にストライプ状の暗部（以下、光源側暗部という）が発生する。この光源側暗部の発生は、表示品質を著しく低下させることになる。
特開２０００−１２２０５７号公報

本発明の課題は、サイドライト型面発光パネルをバックライトとして用いるとともに狭額縁化を推進しても斜め視角における光源側暗部が発生しない画像表示装置を提供することである。

本発明の画像表示装置は、複数の画素が配列された表示領域に、その背面から観察側へ透過する光を制御して画像を表示する画像表示素子と、光源と、該光源からの射出光を入射させる光入射面及び該光入射面に直角に延在し、入射した光を前記画像表示素子の表示領域に向けて出射させる光出射面を有し、前記画像表示素子の背面側に配置された導光板とからなるバックライトとを備え、
前記導光板の光入射面から、前記画像表示素子の前記表示領域の縁に対応する位置までの距離をＡ、前記画像表示素子の前記表示領域の縁に対応する位置における前記導光板の前記光出射面に直角な厚さ方向の寸法をＢとし、前記導光板の空気層に対する全反射角度をθとした場合に、
（Ａ／Ｂ）≦ｔａｎθ
であり、且つ、前記光入射面には微細な凹凸が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の画像表示装置によれば、導光板における光入射面から表示エリアに対応する光出射領域に至る光導入路を縮小したから狭額縁化が促進されるとともに、光入射面に凹凸を形成することにより、斜め視角における光源側暗部の発生が防止されて良好な表示品質が得られる。

本発明の画像表示装置においては、光入射面の微細な凹凸のピッチを０．０２〜０．０３μｍとすることが好ましく、これにより、斜め視角における光源側暗部の発生がより確実に防止される。

また、本発明の画像表示装置においては、光源は、光入射面に対向させてこの光入射面及び光出射面に対し平行に配置された冷陰極管からなり、前記光入射面は、頂角が直角の三角形断面の複数本の突条を前記光出射面と平行に形成したプリズム面や、断面がレンズ形状の複数本の突条を前記光出射面に平行に形成したレンズアレイ面からなることが好ましく、これにより、冷陰極管を用いた場合に特徴的に発生する斜め視角における光源側暗部の発生が確実に防止される。

更に、本発明の画像表示素子においては、画像表示素子として、一対のガラス基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子を用いることが好ましく、これにより、画像表示装置の薄型化がより促進される。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての液晶表示装置を示す模式的断面図である。

本液晶表示装置の筐体は、外形が扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に底板を除去した形状のカバーケース２が嵌合状態で被装されてなる。収納ケース１は、樹脂材料を用いて例えば射出成形法等により２段収納スペースを備えた構造に形成されている。すなわち、底板１ａの周縁に立設された側壁１ｂの所定高さ位置にその全周にわたって形成された段差１ｃを境界として、下部スペースとこれより段差１ｃの面積分だけ広い上部スペースの２個の収納スペースが、２段に形成されている。

収納ケース１の下部スペースには、バックライトユニット３が収納されている。本実施形態のバックライトユニット３は、導光板４と、光源としての冷陰極管５、照射光調整用の光学シート積層体６、及び光の漏れを防止する光反射シート７からなる。

導光板４は、アクリル樹脂等の透明樹脂材料を用いて矩形板状に形成され、４個の端面のうちの一端面を光を入射させる光入射面４ａとし、この光入射面４ａには、斜め視角における光源側暗部の発生を防止するために微細な凹凸が形成されている。この微細な凹凸に関する詳細な構成とその作用効果については、後程詳細に説明する。

そして、導光板４においては、光入射面４ａに対して直角に延在する一対の主面のうちの一方の主面４ｂを光を出射させる光出射面（前面）４ｂとし、他方の主面（背面）４ｃには、複数の溝４ｄが光入射面４ａに平行に形成されている。

導光板４の光入射面４ａ側には、光源としての冷陰極管５がその長さ方向を光入射面４ａの長手方向に平行に延在させて対向配置されている。また、導光板４の光出射面４ｂには、光学シート積層体６が設置されている。光学シート積層体６は、導光板４の光出射面４ｂ上に拡散シート６ａとプリズムシート６ｂが順次積層されてなる。これにより、導光板１４の光出射面４ｂから面状に出射された光は、拡散シート６ａにより輝度分布が大略均一化されると共に、プリズムシート６ｂにより出射方向を光出射面４ｂの略法線方向に揃えられる。

そして、導光板４の光出射面４ｂとは反対側の背面４ｃ側には、光を散乱反射させる光反射シート７が設置されている。本実施形態における光反射シート７は、白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート：polyethylene terephthalate）シートからなり、導光板４の光入射面４ａを除く３方の端面と背面４ｃを被い、且つ、冷陰極管５に対応する縁部はコの字に折り曲げられて陰極管５を光入射面４ａに対向する側を除き囲繞している。

上述のように構成されたバックライトユニット３においては、冷陰極管５から射出された光が、直接或いは囲繞する光反射シート７により反射されて光入射面４ａから導光板４内に入射し、この入射光が微小溝４ｄにより光出射面４ｂ向けて全反射され、この光出射面４ｂから面状に出射される。この出射された面状光束は、光学シート積層体６を透過することにより、輝度分布が均一化されるとともに出射方向が光出射面４ｂの法線方向に揃えられる。なお、微小溝４ｄに入射して導光板４外に出射する光も存在するが、これらの出射光は光反射シート７により反射され、再度、導光板４内に入射する。これにより、冷陰極管５からの射出光の利用効率が格段に高められる。

収納ケース１の上部スペースには、液晶表示パネル８が収納されている。液晶表示パネル８は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板９、１０を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板９、１０間に液晶を封入して、構成されている。そして、ガラス基板９、１０の各外面には、一対の前、後偏光板１１、１２がそれぞれ貼着されている。本実施形態の液晶表示パネル８はアクティブマトリックス方式の液晶表示パネルであり、一対のガラス基板９、１０のうちの一方の例えばガラス基板９の内面には複数の画素電極（不図示）がマトリックス配設され、これに対向する他方のガラス基板１０の内面には、一枚膜状の対向電極（不図示）が設置されている。そして、これら双方の電極の対向部が画素部となり、それら画素部がマトリックス配置された表示領域Ｄdが形成されている。

ガラス基板９、１０のうちの一方のガラス基板１０には、縁部を他方のガラス基板９の対応する端面よりも外側へ延出させて、延出部１０ａが形成されている。この延出部１０ａの表面（電極形成面の延長面）には、両基板９、１０の各電極に接続されている引回し配線の各接続端子（不図示）が並設されている。

上述の電極配線及び接続端子列が形成された延出部１０ａには、液晶を駆動する駆動回路素子１３がＣＯＧ（Chip On Glass）方式により直接搭載されている。そして、この延出部１０ａの縁部には、外部制御回路と駆動回路素子１３とを電気接続するフレキシブル配線基板１４が導通接合されている。

ここで、本実施形態における要部の詳細な構成について、図２及び図３の要部構成説明図に基づき説明する。なお、これら構成説明図においては、説明の都合上、バックライトユニット３と液晶表示パネル８以外の部材は省略されている。

サイドライト型面発光パネルを用いる液晶表示装置において狭額縁化を促進するには、相対的に大きく確保されている光源側の額縁幅を縮小することが最も有効である。光源側の額縁幅を縮小するには、導光板の光入射面から表示領域に至る距離つまり光導入路を可及的に短くすることが求められる。しかるに、導光板の光導入路を短くすると、前述したように、斜め視角における光源側暗部が発生し、表示品質が極端に低下する。

ここで、斜め視角における光源側暗部が発生する理由について、図３（ａ）に基づき説明する。図３（ａ）は、図２に示す本実施形態において光入射面４ａを従来と同様に平滑面とした比較例を示す構成説明図である。

冷陰極管５から射出され直接或いは光反射シート７に反射されて光入射面４ａから入射する全ての光は、光出射面４ｂ又は背面４ｃに対して全反射角（空気層に対する）よりも大きい角度で入射する。従って、平滑な光出射面４ｂに入射した光は全て全反射されて外部空気層に出射されないが、背面４ｃに入射された光のうち、微小溝４ｄに入射した光は、入射角が小さくなるため、光出射面側に全反射されるか、外部に出射される。外部に出射された光は光反射シート７により反射され、再度、導光板４内に入射する。このようにして、各入射光は光出射面４ｂや背面４ｃの微小溝４ｄ以外の面において全反射を繰り返しながら最終的には微小溝４ｄに入射して光出射面４ｂから大略その法線方向に揃えて出射され、これにより、面状照射光が得られる。従って、表示の正面方向においては、表示エリアの略全域にわたり輝度が略均一化された照射光が得られる。

一方、視角を正面方向から徐々に傾けていくと、表示領域Ｄdの光源側縁部からその視角方向に出射される光は、光線Ｒ1のように光入射面４ａで全反射された光だけとなる。この光線Ｒ1のような光路を経る光は、光入射面４ａから入射し少なくとも一度は反対側の端面で反射されて戻ってきた光であるため、全入射光中に占める割合は極めて小さい。このため、斜め視角における光源側暗部が発生する。

上述したように、表示領域Ｄdの光源側縁部から斜め視角φの方向に出射する光が光入射面４ａで全反射された光線Ｒ1のような光に限られるのは、導光板４の光入射面４ａから有効表示領域Ｄdの縁に至る距離つまり光導入路長をＡ、前記有効表示領域Ｄdの縁の位置における導光板の厚さをＢとし、導光板の空気層に対する全反射角度をθとしたときに、
（Ａ／Ｂ）≦ｔａｎθ・・・（１）
を満たすように液晶表示装置の狭額縁化を促進した場合である。

これに対して、図３（ｂ）のように、
（Ａ／Ｂ）＞ｔａｎθ・・・（２）
とした液晶表示装置の場合、表示領域Ｄdの光源側縁部から斜め視角φの方向に出射する光は、光線Ｒ2で示されるように、冷陰極管５から射出され導光板４内に光入射面４ａから入射して背面４ｃで全反射された後、光出射面４ｂから斜め視角φの方向に出射する光である。このような光は、表示領域Ｄdの中央部において同じ斜め視角φの方向に出射する光と略同程度に得られるから、斜め視角φにおける光源側暗部は発生しない。

次に、斜め視角において発生する光源側暗部の幅について説明する。図３（ａ）において、光線Ｒ1と出射方向（視角）が同じ角度φの光線を想定し、この光線の表示領域Ｄdにおける出射位置を中央側にずらしてゆくと、導光板４の背面側角部ｃを通る光線Ｒ3よりも中央側へずらした場合に、図３（ｂ）に示した光線Ｒ2のように背面４ｃで全反射された光線が出射される。従って、光線Ｒ1から光線Ｒ3までのズレ幅ｗがこの斜め視角φにおける光源側暗部の幅となる。この斜め視角φにおける光源側暗部幅ｗは、導光板４の寸法比（Ａ／Ｂ）が小さくなる程、或いは視角φが大きくなる程、大きくなる。

本実施形態の液晶表示装置は、導光板４の材料として空気層に対する屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いている。従って、導光板４の空気層に対する全反射角度をθとすると、
sinθ＝１／（１．５）＝２／３
となる。すなわち、全反射角θは、
θ≒４１．１８°
である。

そして、狭額縁化を促進するために、導光板４の光導入路長Ａと厚さＢの比（Ａ／Ｂ）を、
敢えて斜め視角における光源側暗部が発生する範囲内、つまり上記（１）式を満たす範囲内、
（Ａ／Ｂ）≦tan（４１．１８°）≒０．８７
に設定してある。具体的には、
光導入路長：Ａ＝３ｍｍ
厚さ ：Ｂ＝４ｍｍ
である。

而して、上述のような狭額縁化寸法設定により発生する斜め視角における光源側暗部を解消するため、図２に示すように、導光板４の入射端面４ａに本実施形態においてはピッチが０．０２μｍ〜０．０３μｍ程度の微細な凹凸が形成されている。このような導光板４は、樹脂成形後に＃１０００程度のサンドペーパで対応する端面を粗面化処理する方法、或いは樹脂成形金型の対応する壁面をシボ加工する方法等により、容易に得られる。

導光板４の光入射面４ａに微細な凹凸を形成することにより、この光入射面４ａから入射した光には、光線Ｒ4のように光出射面４ｂに対して全反射角（４１．１８°）よりも小さい入射角で入射する光線が存在するようになり、このような光線は、光出射面４ｂから外部へその法線方向に対して大きく傾斜した方向に出射する。すなわち、光入射面４ａが平滑な従来の導光板において光源側暗部が発生していた視角φの方向に出射し、これにより斜め視角φの方向における光源側暗部が解消される。

なお、本液晶表示装置の狭額縁化を更に促進するためには、上記（Ａ／Ｂ）を更に小さくすればよいが、これに伴って光源側暗部の幅や暗さも増すから、これを解消する為に光入射面４ａに形成する凹凸も入射光の方向がよりランダムに分散されるように形成する必要がある。入射方向の分散度を増加させることは、光入射面４ａに凹凸を形成することによる副作用として引き起こされる表示における正面輝度の低下を、助長することになる。従って、上記寸法比（Ａ／Ｂ）は、
０．５≦（Ａ／Ｂ）≦tanθ
に設定することが好ましい。

次に、本発明の他の実施形態について、図４及び図５に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示す実施形態は、導光板１６の光入射面１６ａを、頂角が直角の三角形断面を備えた複数本の突条１６ａ1が冷陰極管５の延在方向（光入射面１６ａの長手方向）に平行に形成されたプリズム面に、形成したものである。その他の構成は、上記実施形態と同じである。

上述のような構成とすることにより、光線Ｒ5のように光出射面１６ｂに対して全反射角（４１．１８°）よりも小さい入射角で入射する光線が突条１６ａ1毎にその延在方向に沿って得られるから、斜め視角φにおける光源側暗部がより確実に解消される。なお、突条１６ａ1の頂角は、直角に限らず、良好な表示品質が得られるように導光板１６の背面１６ｃに設ける微小溝１６ｄ等との兼ね合いを考慮して最適に設定されるものである。

図５に示す実施形態は、導光板１７の光入射面１７ａを、断面が凸レンズ形状の複数本のレンズ突条１７ａ1が冷陰極管５の延在方向に平行に形成されたレンズアレイ面に、形成したものである。その他の構成は、図２に示す実施形態と同じである。この場合、レンズ突条１７ａ1は断面形状が凸レンズ形状のものに限らず、凹レンズ形状等の他のレンズ形状のものであってもよい。

上述のような構成とすることにより、光線Ｒ6のように光出射面１７ｂに対して全反射角（４１．１８°）よりも小さい入射角で入射する光線がレンズ突条１７ａ1毎にその延在方向に沿って得られるから、光入射面１７ａに沿って発生する斜め視角における光源側暗部が確実に解消されるとともに、表示領域Ｄd全体にわたり輝度分布がより均一化される。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、導光板としては、矩形板に限らず、円板等の他の種々の平面外形を備えた透明板を用いることができ、また、そのような導光板に対して光源を周端面の複数箇所に複数個配置した場合にも、本発明を有効に適用することができる。また、厚さが均一な平板に限らず、厚さが光源側から反光源側に向かって徐々に小さくなる楔形の導光板も好適に用いることができる。

更に、光源としては、冷陰極管に限らず、発光ダイオード等の点光源を用いることも可能である。

加えて、本発明は、画像表示素子として、上述の実施形態のような透過式液晶表示パネルではなく、半透過反射式液晶表示パネルや液晶表示パネル以外でバックライト光の透過を制御して画像表示を行う他の画像表示素子を用いる画像表示装置にも、適用できることは勿論である。

本発明の一実施形態としての透過型液晶表示装置を示す模式的断面図である。 上記透過型液晶表示装置における要部の構成を拡大して示す構成説明図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、上記透過型液晶表示装置に対する異なる比較例を示す図２に対応した構成説明図である。 本発明の他の実施形態を示す構成説明図である。 本発明の更に他の実施形態を示す構成説明図である。

符号の説明

１ 収納ケース
２ カバーケース
３ バックライトユニット
４ 導光板
５ 冷陰極管
６ 光反射シート
７ 光学シート積層体
８ 液晶表示パネル
９、１０ ガラス基板
１１、１２ 偏光板
１３ 駆動回路素子
１４ フレキシブル配線基板

Claims (5)

1. 複数の画素が配列された表示領域に、その背面から観察側へ透過する光を制御して画像を表示する画像表示素子と、
   光源と、該光源からの射出光を入射させる光入射面及び該光入射面に直角に延在し、入射した光を前記画像表示素子の表示領域に向けて出射させる光出射面を有し、前記画像表示素子の背面側に配置された導光板とからなるバックライトとを備え、
   前記導光板の光入射面から、前記画像表示素子の前記表示領域の縁に対応する位置までの距離をＡ、前記画像表示素子の前記表示領域の縁に対応する位置における前記導光板の前記光出射面に直角な厚さ方向の寸法をＢとし、前記導光板の空気層に対する全反射角度をθとした場合に、
   （Ａ／Ｂ）≦ｔａｎθ
   であり、
   且つ、前記光入射面には微細な凹凸が形成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光入射面の微細な凹凸のピッチは、０．０２〜０．０３μｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光源は、前記光入射面に対向させて前記光入射面及び前記光出射面に対し平行に配置された冷陰極管からなり、前記光入射面は、頂角が直角の三角形断面の複数本の突条を前記光出射面と平行に形成したプリズム面からなることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記光源は、を前記光入射面に対向させて前記光入射面及び前記光出射面に対し平行に配置された冷陰極管からなり、前記光入射面は、断面がレンズ形状の複数本の突条を前記光出射面に平行に形成したレンズアレイ面としたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記画像表示素子は、一対のガラス基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の画像表示装置。

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