JP2007179012A

JP2007179012A - 映像表示装置

Info

Publication number: JP2007179012A
Application number: JP2006309115A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tanaka; 尚行田中
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】光効率を高めて低消費電力化を図るとともに、装置の薄型化及び軽量化を図り、容易に製造可能な映像表示装置を提供する。
【解決手段】導光体２０を映像表示面３１に沿って配置し、映像表示面３１に面して開口部２５を形成し、少なくとも光の三原色に相当する光を発する複数の光源１０から発する照射光を、開口部２５を通して映像表示部３０の表示色毎に導光するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源から発する照射光を映像表示面まで導光体により導光する映像表示装置に関する。

映像表示装置において、ＬＥＤを光源としてバックライトに利用した光源装置から導光する場合、従来技術では、使用する赤色（以下、Ｒという）、緑色（以下、Ｇという）、青色（以下、Bという）のＬＥＤを一旦混色して白色光とした後、この白色光を液晶表示面へ照射光として導光していた。そして、上記照射光をＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタにより白色光からＧとＢを除去してＲ、白色光からＲとＢを除去してＧ、白色光からＲとＧを除去してＢとし、液晶表示面に照射させて表示していた。

すなわち、上記従来技術では、図１５に示すようにＬＥＤを光源としたバックライト部１０１からの照射光を混色空間及び輝度むらの拡散空間Ｓを経て偏光シート、レンズシート及び拡散材からなる光学系１０２とカラーフィルタ１０３を通して液晶表示面１０４に照射させて表示していた。

一方、上記バックライトの導光手段ではないが、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を別々に導光する発明が特許文献１に開示されている。この発明は、図１６に示すように光の波長分布制限の数以上に分割された光シャッターと、導光体１０５を備え、上記光シャッターが制御する波長分布の光に併せて最適化した光源１０６を用いたものである。

また、上記光シャッターには、例えば液晶電気光学装置が、導光体１０５には、例えばプラスチック製の光ファイバが、光源１０６には、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色に対する光源１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃがそれぞれ使用されている。そして、光源１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃのＲ、Ｇ、Ｂの光を別々に光ファイバからなる導光体１０５を通して液晶表示面１０７に照射している。
特開平１−１８９６８４号公報

しかしながら、上記従来技術では、カラーフィルタ１０３により白色光からＲ、Ｇ、Ｂの各色を取り出す際、光の損失が生じて光量が１／３程度となってしまうので、光効率が低く、ひいては消費電力効率が低くなるという問題がある。

また、ＬＥＤを光源とするバックライ卜部１０１から液晶表示面１０４までの間隔は、白色光を得るためにＲ、Ｇ、Ｂの３色を混色させるために混色空間及び輝度むらの拡散空間Ｓを必要とし、かつＬＥＤによって発生する熱を放熱するための機構も必要としていたので、映像表示装置全体の長さがＬとなり装置自体の薄型化を容易に実現することが困難であった。さらに、現状では、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を拡散させるための高価な光学系１０２を介在させる構成となっているため、部品点数が増加するとともに、価格面でも高価になる要因になっている。これらはＬＥＤを光源とする液晶表示装置での課題となっていた。

一方、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を別々に導光する特許文献１に開示された発明では、液晶表示面１０７に対して垂直に光学ファイバからなる導光体１０５の末端を繋いでいるので、この光ファイバの数量が多く、かつ画素上に光ファイバの１本１本の末端を配置する際の位置合わせに高精度な設計技術が要求されるので、製造が困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、光効率を高めて低消費電力化を図るとともに、装置の薄型化及び軽量化を図り、容易に製造可能な映像表示装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光の三原色に相当する光を発する複数の光源と、各前記光源から発する照射光を映像表示面を構成する各画素までそれぞれ導光するための複数の導光体とを備え、各前記導光体は、前記映像表示面の背面側に配置されるとともに、前記各画素面に面して開口部が形成され、前記光源からの照射光を、前記開口部を通して表示色に応じた前記各画素にそれぞれ導光することを要旨とする。

請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記導光体の開口部を除く部分にマスクを被覆したことを要旨とする。

請求項１記載の本発明によれば、少なくとも光の三原色に相当する光を発する複数の光源からの照射光を、導光体に形成された開口部を通して映像表示面の表示色毎に導光することにより、照射光を損失することなく映像表示に使用することができるので、光効率を高めて低消費電力化を図ることができる。また、導光体を映像表示面に沿って配置して照射光を導光していることから、導光体の数量を大幅に削減し、かつ導光体の発熱量も抑制することができるので、装置の薄型化及び軽量化を図り、容易に製造することが可能となる。

請求項２記載の本発明によれば、導光体の開口部を除く部分にマスクを被覆したことにより、照射光の漏洩を防止し、映像表示面に外光が入射することがなくなる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係る映像表示装置の第１実施形態において光源からの照射光を導光する状態を示す説明図、図２は、図１の液晶表示部における画素の行列位置を示す説明図、図３（ａ）は、図１の液晶表示部に対する光ファイバの配置状態を示す断面概略図，図３（ｂ）は、図３（ａ）の光ファイバの一部を示す側面図，図３（ｃ）は、図１の液晶表示部に対する他の光ファイバの配置状態を示す説明図、図４は、光ファイバと画素の赤色表示部を例にとったライン方向への断面を示す概略説明図、図５は、光ファイバと各色表示部から構成される画素の行方向の断面を示す概略説明図である。

なお、図３及び図４では、画素の表示部を赤色（Ｒ）のみを示したが、緑色、青色の表示部についても赤色の表示部と同様のために省略している。

図１に示すように、映像表示装置である液晶表示装置の光源１０は、少なくとも光の三原色に相当する光を発する。具体的には、光源１０は、赤色（Ｒ）に発光する１つ以上のＬＥＤから成るＬＥＤ部１１と、緑色（Ｇ）に発光する１つ以上のＬＥＤから或るＬＥＤ部１２と、青色（Ｂ）に発光する１つ以上のＬＥＤから或るＬＥＤ部１３とから構成されている。

また、導光体としての光ファイバ２０は、ＬＥＤ部１１〜１３から発する照射光を映像表示面としての液晶表示部３０の表示面３１まで導光する。光ファイバ２０に変えて、他の導光体を使用しても同様である。具体的には、光ファイバ２０は、ＬＥＤ部１１〜１３の各色に対応する光ファイバ２１，２２，２３を有し、これらの光ファイバ２１〜２３の長手方向が液晶表示部３０における各色表示部の表示面３１の列方向に沿って並べて接合するように配置されている。

そして、ＬＥＤ部１１〜１３からなる光源１０は、図４に示すように光ファイバ２１，２２，２３の各両端に配置され、光ファイバ２１，２２，２３の各両端から照射光が入射するようになっている。

さらに、液晶表示部３０は、図１〜図５に赤色表示部をＲ、緑色表示部をＧ、青色表示部をＢで示している。これらＲ、Ｇ、Ｂを１画素としてＮライン、Ｍ列配置されている。具体的には、例えば１０８０ライン×１９２０列の画素が配置されている。

したがって、光ファイバ２１は、その長手方向が液晶表示部３０の表示面３１におけるＲの列方向に沿って並べて接合するように配置されている。同様に、光ファイバ２２，２３も、その長手方向が液晶表示部３０の表示面３１におけるＧ、Ｂのそれぞれの列方向に沿って並べて接合するように配置されている。

また、光ファイバ２１，２２，２３のそれぞれの側面には、図３（ａ），（ｂ）に示すように液晶表示面３０における画素の各色表示部の表示面３１に面して開口部としてのスリット２５が形成され、そのスリット２５からＲの表示部にはＲの照射光が、Ｇの表示部にはＧの照射光が、Ｂの表示部にはＢの照射光がそれぞれ出力するように配置されている。これにより、ＬＥＤ部１１〜１３により構成される２つの光源１０から発する照射光は、図４に示すように光ファイバ２１に形成されたスリット２５を通して液晶表示部３０における画素の各色表示部（図４では赤色表示部Ｒを示す）の表示面３１に導光される。

さらに、図３（ｃ）では、液晶表示部３０における画素の各色表示部の表示面に面し、かつ各色表示部のラインに対応するように光ファイバ２１，２２，２３のそれぞれの長手方向側面に一定間隔をおいて角形の開口部２６が形成されている。このように光ファイバ２１，２２，２３の側面に角形の開口部２６を形成しても、スリット２５と同様に２つの光源１０から発する照射光は、角形の開口部２６を通して液晶表示部３０における画素の各色表示部の表示面３１に導光される。なお、開口部２６の形状は、図３（ｃ）に示すような角形以外に円形等、その他の形状であってもよい。

また、図５に示すように光ファイバ２１，２２，２３の開口部２５を除く部分と、光ファイバ２１，２２，２３と接合する液晶表示部３０における画素の各色表示部の表示面３１は、液晶表示部３０の各色表示部に外光が入射しないようにマスク３５により被覆されている。

《製造方法》
図６を用いて、開口部生成器によって開口部２６が生成された光ファイバ２１，２２，２３を用いて映像表示装置を製造する方法について説明する。開口部生成器は、図６に示すように、棒状もしくは板状の基盤４０の底面４１に複数個の円錐形状の硬質物である開口部生成エッジ４４を備えている。具体的には、開口部生成器では、第１端面４１側から第２端面４２側までの底面４１に複数個の開口部生成エッジ４４が列を成して固定されている。

映像表示装置を製造する際には、まず図７に示すように、表示面３１のＲ，Ｇ，Ｂの各液晶表示部３０とほぼ同じ幅の光ファイバ２１，２２，２３をそれぞれ隣り同士で接するように並べて配置させ、図８の断面図に示すようにマスク３５によって固定する。このマスク３５は、光ファイバ２１，２２，２３の開口部付近を除き、隣り合う光ファイバ２１，２２，２３の間や光ファイバ２１，２２，２３全体を覆い、光ファイバ２１，２２，２３間で光の干渉等の影響を及ぼさないようになっている。

上述した状態の光ファイバ２１，２２，２３とマスク３５の複合体をバックライト部３６とする。このバックライト部３６の開口が設けられる面に対して、図６で上述した開口部生成器を方向Xへスライドさせて、開口部生成エッジによってバックライト部３６に開口部２６を生成する。

図９に示すように、開口部生成器によって開口部２６が生成されたバックライト部３６の上に表示面３１を配置させ、必要に応じてそれらの中間位置に介在物３７を挿入し、これらを液晶表示装置とする。表示面３１は、具体的には、液晶である。

上述したように、開口部生成器の開口部生成エッジ４４で光ファイバ２１，２２，２３に穴を開けることで、一括して全ての開口部２６を生成できるため、機械的な単純作業が可能になる。これにより、光ファイバ２１，２２，２３における開口部２６の位置精度も向上する。

ここで、開口部２６は、図１０に示すように、光ファイバ２１の中央付近の開口部２６、つまり液晶表示部３０上の中央ライン付近に近づくにつれて大きくなり、光ファイバ２１の両端付近、つまり液晶表示部３０の１ライン目又はNライン目に近づくにつれて開口部２６は小さくなっている。これは、図５で上述したように、光ファイバ２１の長手方向の両端から光ファイバ２１内に光を入射したとき、光源１０からの距離が長くなるほど光が減少していくことを考慮したものであり、光ファイバ２１内で光が減衰もしくは減少していった場合、全ての開口部２６から出射される光の量（強度）を均一にし、開口部２６の位置によってその差が生じないようにするものである。開口部２６の位置によって光の量に差があると、液晶表示部３０上で画像等を見たときに輝度ムラとして認識されるため、この開口部２６の面積比の割合は開口部２６から出射する光が液晶表示部３０の全面において均一となるように調整する。

また、図１１のような光ファイバ２１の長手方向の片側（例えば図１０の1ライン目側）から光を入射し、残りの片側（図１０のNライン目側）の反射面Ｒに光を反射するような構成にした場合は、光ファイバ２１の光の入射する側（1ライン目側）に近づくにつれて開口部２６の面積は小さくなり、逆に入射する側から遠ざかるにつれて、つまり光を反射する側（Nライン目側）に近づくにつれて開口部２６の面積は大きくなる構成にすると良い。

なお、図１０及び図１１では、画素の表示部を赤色（Ｒ）のみを示したが、緑色、青色についても赤色の表示部と同様のために省略している。

開口部生成器は、図６に示した形態の他、図１２（ａ）に示すように、半球状の硬質物の開口部生成エッジ４５を備えていてもよい。また、開口部生成器は、図１２（ｂ）に示すように、立方体形状の硬質物の開口部生成エッジ４６を備えていてもよい。さらに、開口部生成器は、図１２（ｃ）に示すように、四角柱状の硬質物の開口部生成エッジ４７を備えていてもよい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

以上のように構成された２つの光源１０及び光ファイバ２０を用意し、光ファイバ２０の長手方向が液晶表示部３０における表示面３１の列方向に沿って並べて接合するように配置して液晶表示装置の光源装置とすると、液晶表示部３０の表示面３１で映像を表示させる際にカラーフィルタを必要としないので、照射光を損失することなく、映像表示に使用することができる。

また、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤの照射光を一度混色させる方式と同程度の輝度が、本実施形態では１／３程度の光量で再現可能となり、光源として使用するＬＥＤの数量も削減することができ、消費電力が抑えられる。

さらに、ＬＥＤの数量減少や消費電力の減少に伴い、光源１０全体で発生する熱も抑えることができ、また光ファイバ２０の１本１本の末端を液晶表示部３０に接続することがなく、光ファイバ２０の長手方向を液晶表示部３０の表示面３１に接合するように配置すればよいので、容易に製造することができる。そして、液晶表示装置としての厚みは、光ファイバ２０を液晶表示部３０に対して平行に配置して照射光を導光しているので、図１３に示すように、液晶表示部３０と光ファイバ２０の直径を合わせただけの厚みで済むことが可能になる。図１３（ａ）に本発明に係る液晶表示装置の表示面３１からバックライト部３６までの距離（Ｄ1）を示し、図１３（ｂ）に従来の液晶表示装置の表示面からバックライト部までの距離（Ｄ2）を示している。ここで、Ｄ2≫Ｄ1であり、従来と比べ、本発明に係る液晶表示装置では、表示面３１からバックライト部３６までの距離が短くなっていることが分かる。本発明に係る液晶表示装置では表示面３１とバックライト部３６間に介在物を必須としないため、介在物で必要とする距離が不要となるためである。

また、バックライト部の生成においては、図７を用いて上述したよう一定間隔に固定された開口部生成エッジ４４を用いた方法であれば、開口位置の精度も高く、製造工程も導光体に対して各々加工するよりも遥かに工数を短縮可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、光源１０からの照射光はカラーフィルタによる損失を受けることがないので、液晶表示部３０で出力光として利用することができ、光源１０で必要とする光量は、従来のＲ、Ｇ、Ｂ照射光を混色する方法と比べて１／３程度で済むので、光効率が高まり低消費電力化が図れる。

また、本実施形態によれば、パネルモジュールとしての厚みは、図１３（ａ）に示したように、表示面３１とバックライト部３６の厚みがあれば十分であり、図１３（ｂ）に示す従来の映像表示装置に比べて、装置全体の長さを小さくでき、薄型化を容易に実現できる。またＲ、Ｇ、Ｂの光を拡散させるための高価な光学系部材も不要になるので、部品点数を削減し、低価格化を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、光源１０でのＬＥＤの数量も光量の効率を考慮すると、従来に比べても少数で賄うことができ、また光ファイバ２０を液晶表示部３０の表示面３１に接合するように配置すればよいので、製造も簡略化することができる。そして、ＬＥＤの数量減少に比例してＬＥＤによる発熱量も抑制することができるので、放熱機構は一段と簡素化することができる。これにより、映像表示装置の薄型化、軽量化に貢献することができる。

また、本実施形態によれば、光ファイバ２１，２２，２３の開口部２５を除く部分と、光ファイバ２１，２２，２３と接合する液晶表示部３０における画素の各色表示部の表示面３１をマスク３５により被覆したことにより、照射光の漏洩を防止し、液晶表示部３０の各色表示部に外光が入射することがなくなる。

〈第２実施形態〉
図１４は、本発明に係る映像表示装置の第２実施形態において光ファイバと各色表示部から構成される画素の行方向の断面を示す概略説明図である。なお、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して異なる構成及び作用についてのみ説明する。

前記第１実施形態では、光ファイバ２１〜２３を液晶表示部３０の表示面３１に沿って直接接合するように配置したが、本実施形態では、図１４に示すように光ファイバ２１〜２３と液晶表示部３０の表示面３１との間に空隙部３７を設け、この空隙部３７を介して光ファイバ２１〜２３を表示面３１に沿って配置している。なお、空隙部３７に代えてガラス等の光を透過する介在物を光ファイバ２１〜２３と表示面３１との間に設けるようにしてもよい。

このように本実施形態によれば、光ファイバ２１〜２３を液晶表示部３０の表示面３１に沿って空隙部３７を介して配置したとしても、前記第１実施形態と同様の作用及び効果が得られる。その他の構成及び作用は、前記第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では、光源をＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤとしたが、この３色以外の光源を用いてもよく、画素のＲ、Ｇ、Ｂ表示部の配列についても、異なった順の配列にしても全く同じ効果が得られる。開口部生成器ので、図７を用いて説明した開口部生成エッジ４４、図１２を用いて説明した開口部生成エッジ４５〜４７のいずれを用いても同様の効果が得られる。

また、上記各実施形態では、導光体として光ファイバを使用した場合について説明したが、これに限らず、光学的な屈折・反射を利用した光学媒体を使用する場合でも、同様の効果を得ることができる。

さらに、上記各実施形態では、光源１０を光ファイバ２０の両端に配置させて照射光を供給していたが、これに限らず光ファイバ２０の一端に屈折又は反射機構を設けて、その他端から照射光を供給するような図１１で上述したような構成にしても、同様の効果が得られる。

本発明に係る映像表示装置の第１実施形態において光源からの照射光を導光する状態を示す説明図である。図１の液晶表示部における画素の行列位置を示す説明図である。（ａ）は図１の液晶表示部に対する光ファイバの配置状態を示す断面概略図、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの一部を示す側面図、（ｃ）は図１の液晶表示部に対する他の光ファイバの配置状態を示す説明図である。光ファイバと画素の赤色表示部を例にとったライン方向への断面を示す概略説明図である。光ファイバと各色表示部から構成される画素の行方向の断面を示す概略説明図である。本発明に係る映像表示装置の製造に使用される開口部生成器の一例を示す概略図である。開口部生成器による開口部の生成を示す説明図である。開口部生成器による開口部の生成を側面から示す説明する説明図である。開口部が設けられたバックライト部を用いた液晶表示装置の生成を示す説明図である。（ａ）は、図１の液晶表示部に対する光ファイバの配置状態を示す断面該略図、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの一部を示す側面図、（ｃ）は図１の液晶表示部に対する他の光ファイバの配置状態を示す説明図である。光ファイバと各色表示部から構成される画素の行方向の断面を示す概略説明図である。本発明に係る映像表示装置の生成に使用される開口部生成器の他の例を示す該略図である。本発明に係る映像表示装置の断面と従来の映像表示装置の断面を示す概略説明図である。本発明に係る映像表示装置の第２実施形態において光ファイバと各色表示部から構成される画素の行方向の断面を示す概略説明図である。ＬＥＤを光源としてバックライトに利用した光源装置から導光する場合の従来技術を示す説明図である。特許文献１に開示された導光型表示装置を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１０光源
１１〜１３ＬＥＤ部
２０光ファイバ（導光体）
２５スリット（開口部）
２６開口部
３０液晶表示部
３１表示面（映像表示面）
３５マスク
３７空隙部

Claims

光の三原色に相当する光を発する複数の光源と、
各前記光源から発する照射光を映像表示面を構成する各画素までそれぞれ導光するための複数の導光体とを備え、
各前記導光体は、
前記映像表示面の背面側に配置されるとともに、前記各画素面に面して開口部が形成され、前記光源からの照射光を、前記開口部を通して表示色に応じた前記各画素にそれぞれ導光することを特徴とする映像表示装置。
前記導光体の開口部を除く部分にマスクを被覆したことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。