JP2008176227A - 表示装置及び表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】非表示領域による表示画質の低下を排除し、かつ量産性も確保した表示装置、及び表示システムを提供すること。
【解決手段】所定数の発光口９５を有したバックライト方式に液晶表示装置９１を用いた表示装置１であって、一方の端部である入射端より発光口９５から発光される光を取り入れ、他方の端部であり、該表示装置１の表示画素として用いられる出射端より該光を放出する導光部３を発光口９５毎に備え、任意の出射端と、それに隣接する出射端との間隔は常に一定とする。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置・表示システムに関し、特にバックライト方式の液晶パネルを用いた表示装置・表示システムに関する。

近年の発光ダイオード進歩（青色発光ダイオードの開発、発光強度の増加）に伴い、発光ダイオードそのものを表示画素として用いる表示装置（以下、ＬＥＤ表示装置という。）が見かけられるようになってきた。

しかしながら、このＬＥＤ表示装置は欠点も存在する。発光ダイオードはロスとして熱が発生する。ＬＥＤ表示装置においては大量の発光ダイオードを使用するため、このロスとして発生する熱が膨大な量となる。

それ故、大型の冷却装置を備えることが必須である。そのためＬＥＤ表示装置を低消費電力化、薄型化することは、現状では非常に困難である。

また、発光ダイオードの発光強度のばらつき、及び発光波長のばらつきは、ＬＥＤ表示装置の画質低下に直接的につながる。故に、ＬＥＤ表示装置を構成する発光ダイオードは、前記ばらつきを抑えるため、発光強度、及び発光波長のそろった発光ダイオードを選択的に使用することが必要となる。このため、コストアップが避けられない。

これらの欠点を解消できるポテンシャルを有する別の表示装置として、液晶表示パネルを使用した表示装置９１（以下、液晶表示装置という。）がある。図９（ａ）は液晶表示装置９１の発光方向を図面の表面方向にした場合の外観図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＧ−Ｇ’断面図である。

液晶表示装置９１は、液晶部９２、取出電極９３、駆動回路基板９４、取出電極９３からパターン接続された発光口９５、バックライト９６より構成される。

液晶部９２は、２枚の例えばガラス板からなる透光性を有する板の間に、例えば数ミクロン高さの封止枠９７を設け、液晶材料９８を封入する。取出電極９３の電極は、駆動回路基板９４と接続されており、駆動回路基板９４からの発光口９５のオン・オフ制御信号にて、液晶部９２に内在する発光口９５の光の透過／非透過を任意に選択する。

ここで、液晶部９２の液晶材料９８は高速応答可能な液晶材料であって、バックライト９６の光源の切り替えと、この光源切り替えに同期して発光口９５のオン・オフ制御する、いわゆるフィールドシーケンシャル方式のものであり、例えば、５ｍｓ以下の高速応答の発光口９５のオン・オフであれば、利用者に残像等に基づく違和感を覚えさせない。

液晶部９２の液晶封止面側のガラス板上には、透光性を有する例えばインジウムスズ等の透明電極材料がパターニングされ、個々の発光口９５からパターンが引き出され、このパターンは取出電極９３まで引き回され、発光口９５の外部からの駆動制御電極となっている。

駆動回路基板９４は、液晶部９２の発光口９５を任意に制御する外部からの制御信号を受け付け、取出電極９３から発光口９５への制御信号を与えるものであり、例えば屈曲性を備えたフレキシブルプリント基板により構成される。

バックライト９６は、発光ダイオード（不図示）と、導光体（不図示）とにより構成される。発光ダイオード（不図示）で発光された光を、導光体（不図示）により、発光口９５の下部に光を導く。

発光口９５は、液晶表示装置９１の表示画素として機能し、その下部に導かれた光は、発光口９５において光の透過が選択された場合に、液晶表示装置９１の外部に放出される。これにより表示が行われる。

ここで、発光ダイオード（不図示）は、光の三原色である、赤色、緑色、青色が備えられ、これらが順次点灯する。これに同期し、適宜発光口９５において光の透過／非透過が選択されるため、フルカラー表示を実現できる。

液晶表示装置９１は、ＬＥＤ表示装置と比較して、個々の発光口９５毎に発光ダイオードを備える必要がなく、よってその使用個数を大幅減少させることが可能である。

したがって、発光ダイオードにおいてロスとして発生する熱量が減少し、大型の冷却装置が不要となる。故に、薄型化、低消費電力化が可能である。

また、発光ダイオードの諸特性ばらつきの影響を受けづらく、発光ダイオードの選別の必要性が低減する。よって、ＬＥＤ表示装置と比較してコストの低減を図ることができる。

ただし、液晶表示装置９１にも欠点はある。これは、図１０のように液晶表示装置９１を複数台（ここでは６台）組み合わせ、大画面の液晶表示システム１０１を構成する場合に発生する。なお、図１０は液晶表示システム１０１の発光方向を図面の表面方向にした場合の外観図である。

図１０の網掛け部は発光口９５のない非表示領域１０２であり、これから明らかであるように発光口９５は均一なピッチで配置できない。これは、取出電極９３等の液晶表示装置９１の必須構成要素が存在することによる。

前述のように、発光口９５が均一なピッチで配置できないがため、液晶表示システム１０１については、表示画質に課題があるといえる。

このような状況を鑑みてか、特許文献１（図１１）に開示される表示装置１１１においては、発光口９５の光を放出する側に凹レンズ１１２を配置することで表示領域を拡大する。このことにより、非表示領域を隠匿し、表示画質を改善することができるとされている。

ここで、図１１(ａ)は、表示装置１１１の発光方向を図面の表面方向とした場合の外観図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＨ−Ｈ’断面図である。
特開平９−２１１４１１号公報

しかしながら、表示装置１１１は以下の点で実用性に疑問を感じる。表示装置１１１では、表示領域の拡大に凹レンズ１１２を使用する。この凹レンズ１１２の配置は、高い精度で位置決めを行う必要があると推定される。

その理由は、凹レンズ１１２が正確な位置に配置されない場合、該凹レンズ１１２の焦点が所望の位置からずれる。このずれが生じた場合、所望の表示領域の拡大が行われず、非表示領域の隠匿がかなわないことが懸念される。このずれは、たとえわずかな量であったとしてもその影響は大きいことが推定される。

それ故、表示装置１１１の製造（組み立て）においては、高精度の作業が要求される。このことは、コストの増大ばかりでなく、量産性を損なう原因となりかねない。

本発明は、上記課題を解決するものであって、その目的は、非表示領域による表示画質の低下を排除し、かつ量産性も確保した表示装置、及び表示システムを提供することにある。

上記課題は、所定数の発光口を有したバックライト方式の液晶パネルを用いた表示装置であって、一方の端部である入射端より発光口から放出される光を取り入れ、他方の端部であり、該表示装置の表示画素として用いられる出射端より該光を放出する導光手段を発光口毎に備え、任意の出射端と、それに隣接する出射端との間隔は常に一定とすることで解決することができる。

導光手段を用いることにより、液晶パネルの発光口から放出された光を互いに均一な間隔を有する表示画素（出射端）より放出することができる。これにより、液晶パネルの有する構成要素による画質の低下を避けることが可能となる。

ここで、任意の導光手段の入射端と、出射端とがなす距離は、所定の範囲の値であってもよい。

このような構成とすることにより、出射端における光強度の低下、光の不均一性を避けることが可能となるという効果がある。

ここで、さらに、導光手段は、中空構造である中空部を備え、中空部内を光の導光経路として使用してもよい。また、中空部における壁面は、可視光線に対し所定の反射率以上の反射率を有する材質によりコーティングされてもよい。

このような構成とすることにより、導光手段内での光強度の低下を避けることが可能となるという効果がある。

ここで、中空部内には、可視光線を拡散する効果を有する粒子が封入されてもよい。

このような構成とすることにより、導光手段内での光の均一性を高めることが可能となる。

ここで、さらに、所定個数の導光手段を備える保持手段を備え、保持手段と、導光手段とは、異なる屈折率を有する材料により構成され、導光ユニットを構成する材料の屈折率は、光手段を構成する材料の屈折率より高い値であってもよい。

このような構成とすることにより、導光手段内での光の漏れを防ぐことができるという効果がある。

ここで、さらに、出射端は、所定の光学素子を具備し、光学素子は光の拡散効果、及び／又は光の拡大効果を有してもよい。

このような構成とすることにより、本表示装置の利用者にとって見やすい（認識しやすい）表示を提供することができるという効果がある。

ここで、導光手段は、円筒形状をとってもよい。

このような構成とすることにより、導光手段を容易に作成することが可能となるという効果がある。

また、上記表示装置を所定個数組み合わせて表示システムを構成することも可能である。

以上のように、本発明によって非表示領域による表示画質の低下を排除し、かつ量産性も確保した表示装置、及び表示システムを提供することが可能となる。

（実施例１）
本発明の表示装置１を、図面を用いて具体的に説明する。図１は本発明の表示装置１を、発光方向を図面の表面方向とした場合の外観図であり、図２、及び図３は、それぞれ表示装置１のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。また、図４は、表示装置１を複数台（ここでは、一例として６台）組み合わせて構成される表示システム４１である。

画質改善ユニット２は、液晶表示装置９１の液晶部９２の前方（ここで言う前方とは、図1、２、３において、発光口９５において光が放出される方向をさす。）に設置される。その、内部には導光部３が、液晶表示装置９１に設けられた発光口９５の個数と同数備えられる（ここでは、発光口９５が１６個であるため、導光部３は１６個備えられる。）。

導光部３は、中空構造をとる孔である。導光部３の液晶部９２側の端部（以下、入射端という）は、発光口９５の前方（ここで言う前方とは、発光口９５において光が放出される方向をさす。）に位置するように配される。さらには、この画質改善ユニット２に備えられた、全ての入射端は同一平面上に配される。このことにより、発光口９５から放出される光を確実に取り入れることができる。

一方、導光部３の液晶部９２側の端部と逆側の端部（以下、出射端という）については、図１に示すように配置する。すなわち、導光部３の出射端が、表示装置１の全域に均等に配されるようにする。この際、表示装置１を複数個接続して図４のような表示システム４１を構成することも考慮することが肝要である。

まず、Ｘ方向については、液晶表示装置９１のように任意の軸上に４個の発光口９５が配される場合には、表示装置１のＸ方向の端部より０．５：１：１：１：０．５の割合となるように間隔を設定し、導光部３の出射端を配する。すなわち、導光部３の出射端間の間隔を１としたときに、表示装置１のＸ方向の端部とそれに近接する発光口９５との間隔を０．５となるように配する。

次に、Ｙ方向についても、液晶表示装置９１のように任意の軸上に４個の発光口９５が配される場合には、表示装置１のＹ方向の端部より０．５：１：１：１：０．５の割合となるように間隔を設定し、導光部３の出射端を配する。すなわち、導光部３の出射端間の間隔を１としたときに、表示装置１のＹ方向の端部とそれに近接する発光口９５との間隔を０．５となるように配する。

ここで、表示装置１は、この出射端を表示画素として機能させ、表示画面４を構成する。上記のように、表示システム４１を構成することも考慮し、均一に出射端が配されている。また、この画質改善ユニット２に備えられた、全ての出射端は同一平面上に配される（この平面は、入射端が備えられる平面とは異なる。）。

したがって、図４に示す表示システム４１を構成した場合において、駆動回路基板９４等の非表示領域の存在による発光口９５の配置ピッチの乱れは隠匿され、表示画面４２には、表示画素として機能する導光部３の出射端が均一なピッチで配置される。故に、表示画質の高い表示システム４１を提供することが可能となる。

なお、ここで、導光部３の内壁は、可視光線に対する反射率の高い材質（好ましくは７０％以上の可視光線に対する反射率を有する材質）でコーティングすることが望ましい。

これは、導光部３の入射端から入射した光は、その内部を伝播し、出射端へと導かれる。この際、導光部３の内壁より、入射端から入射した光が漏れたならば、出射端から外部に放出される光の量が減少する。

もし、出射端から外部に放出される光の量が減少したのであれば、表示装置１の表示輝度が低下する。このことにより、それを利用する利用者は、その表示内容を認識することが困難となり問題である。

それ故、導光部３の内壁は、反射率の高い材質でコーティングすることが、望ましいといえる。コーティング材料は、上記のように反射率の高い材質であれば材質を問わないが、発明者らは、アルミを選択した。

その理由は、上記反射率の条件を満たし、さらに蒸着法等を適用することにより簡便に導光部３の内壁のコーティングができるためである。

このようにすることにより、導光部３入射端で入射した光（すなわち、発光口９５から放出される光）が、導光部３の内壁より漏れることを防止できる。さらに、反射率の高い材質により該内壁がコーティングされていることにより、光の減衰も最小限に抑えることが可能となる。

よって、表示装置１における表示輝度の低下を防止することができ、利用者にとって認識しやすい表示画像を提供することが可能となる。

ここで、画質改善ユニット２は、アルミなど金属等で形成してもよいが、発明者は、樹脂材料（アクリル、ポリカーボネート等）を選択した。これは、重量が軽いこと、取り扱い（加工）が簡便であること、コストを低減できることなどに基づき選択した。

また、発光口９５の配列ピッチが５ｍｍ以下のとき、画質改善ユニット２のＺ方向の厚さ（すなわち、導光部３の入射端と、出射端とがなす距離）は、３〜８０ｍｍの範囲で設定することが望ましい。

これは、画質改善ユニット２内部に形成される導光部３は、Ｘ方向、Ｙ方向ともに、任意の軸上の入射端と、出射端との配置ピッチが異なる。したがって、画質改善ユニット２のＺ方向の厚さが薄くしすぎると、発光口９５から放出される光が導光部３内で偏って伝播され、導光部３の出射端における光強度分布の不均一が生ずる。

図５（ａ）は、Ｚ方向の値を３ｍｍ以下とした際の、図１におけるＣ−Ｃ’間の光強度分布（任意の導光部３の出射端における１次元光強度分布）の一例を示すものである。

この図から明らかであるように、Ｚ方向の値が小さすぎる（Ｚ方向の厚さを薄くしすぎる）場合、導光部３の出射端での光強度分布の不均一が発生する。

表示装置１においては、前述のように導光部３の出射端を表示画素と機能させ、表示画面４を構成する。そのため、該出射端における光強度分布の不均一は、そのまま表示画質の低下につながる。よって、画質改善ユニット２のＺ方向の厚さをあまり薄くすることは好ましくない。

また、画質改善ユニット２のＺ方向の厚さをあまり厚くすることは、画質改善ユニット２の重量を増加させてしまうため好ましくない。

さらにもうひとつの理由としては、導光部３内で光を伝播させる際、その内壁を反射させながら伝播させるが、反射回数が増加すると、光が減衰してしまうことがあげられる。

これは、導光部３の内壁を反射率の高い材質でコーティングしたとしても、やはり該内壁で反射される際にある割合で光が減衰してしまう。画質改善ユニット２のＺ方向が厚くなると、当然導光部３の内壁で反射される回数が増加し、光の減推量が大きくなってしまう。

図５（ｂ）は、Ｚ方向の値を８０ｍｍ以上とした際の、図１におけるＣ−Ｃ’間の光強度分布（任意の導光部３の出射端における１次元光強度分布）の一例を示すものである。

この図から明らかであるように、Ｚ方向の値が大きすぎる（Ｚ方向の厚さを厚くしすぎる）場合、導光部３の出射端における光強度の低下が発生する。

表示装置１においては、前述のように導光部３の出射端を表示画素として機能させ、表示画面４を構成する。そのため、該出射端における光強度の低下は、そのまま表示輝度の低下につながる。よって、Ｚ方向の厚さは、あまり厚くなっても好ましくない。

以上の理由に基づき、画質改善ユニット２のＺ方向の厚さは、適切なものにしなければならない。したがって、上記のごとく発光口９５の配列ピッチが５ｍｍ以下の場合３〜８０ｍｍの範囲で設定することが好ましい。発明者らの実験によれば、４ｍｍが最適であった。

図５（ｃ）は、Ｚ方向の値を４ｍｍとした際の、図１におけるＣ−Ｃ’間の光強度分布（任意の導光部３の出射端における１次元光強度分布）の一例を示すものである。

この図から明らかであるように、Ｚ方向の値を４ｍｍとした場合、光強度分布の均一性と、発光強度の維持の両立がなされている。

また、導光部３は、画質改善ユニット２とともに、金型を用いて形成してもよいが、画質改善ユニット２を先に製造した後、穴あけ加工により形成してもよい。

導光部３の形状は角柱形状であってもよいが、穴あけ加工により導光部３を形成する場合においては、この形状を円筒形状とすることが好ましい。これは、ドリル等を用いて穴あけ加工により、簡便に形成することが可能であるためである。

以上のように、表示装置１、並びに表示装置１を組み合わせて構成される表示システム４１は、駆動回路基板９４などの影響による、非表示領域の影響を排除し、高画質の画像表示を実現することが可能である。

さらに、発光口９５から放出される光を、漏れなく、さらに減衰を最小限に抑え導光部３の出射端から放出させることができる。表示装置１、および表示システム４１においては、導光部３の出射端を表示画素として機能させ、表示画面４、および４２を構成する。それ故、その表示輝度の低下を防ぐことができ、利用者に対し認識しやすい画像を提供することも可能である。

（実施例２）
本発明の表示装置６１を、図面を用いて具体的に説明する。図６（ａ）は本発明の表示装置６１を、発光方向を図面の表面方向とした場合の外観図であり、同図（ｂ）は、表示装置６１のＤ−Ｄ’断面図である。

ここで、表示装置６１については、表示装置１と同一機能の構成物については、同一符号を付与し説明を省略する。

表示装置６１の表示装置１と異なる点は、導光部６２が所定の樹脂により構成されていることにある。

ここで、導光部６２を構成する樹脂の屈折率は、画質改善ユニット２を構成する樹脂材料の屈折率に比べ、高い屈折率を有する材料を選定することが肝要である。このようにすることで、導光部６２を構成する樹脂と、導光部６２の内壁との界面において、全反射することが多くなり、結果として入射端から入射した光が減衰することを抑え、出射端まで伝播することが可能となる。

また、導光部６２を構成する樹脂には、光を拡散させる拡散材料を含有させることが望ましい。このようにすることにより、入射端から入射した光を拡散することができる。よって、出射端における光の強度分布の均一性をさらに高めることが可能となり、表示装置６１の表示画質をさらに改善することが可能となる。

以上のように、表示装置１と同様に、表示装置６１は、複数個組み合わせて表示システム（不図示）を構成した場合において、電極８４などの影響による、非表示領域の影響を排除し、高画質の画像表示を実現することが可能である。

さらには、出射端から放出される光の強度分布の均一性をさらに高めることができ、表示画質をさらに向上させることが可能となる。

なお、本発明はその趣旨を逸脱しない限り自由に変形して実施できることは言うまでもない。

例えば、表示装置１の導光部３に光ファイバーを挿入してもよい。光ファイバーは、光の減衰を抑え伝播することができる。それ故、この場合においても、導光部３の入射端から入射した光を、ロスなく出射端から放出することができる。

また、図７のように、表示装置１の導光部３の出射端に光学素子７２を設置して表示装置７１を構成してもよい。

図７（ａ）は、本発明の表示装置７１を、発光方向を図面の表面方向とした場合の外観図であり、図７（ｂ）は表示装置７１のＥ−Ｅ’断面図である。

表示装置７１においては、光学素子７２は、光を均一化する作用を有するものであって、この作用により導光部３の出射端から光学素子７２を介して放出される光の強度分布の均一性をさらに高めることができ、その表示画質をさらに向上させることができる。

さらには、光学素子７２に光を拡大させる機能も付加することにより、表示装置７１の利用者にとって見やすい（認識しやすい）表示を提供することも可能となる。

また、図８のように、表示装置１の導光部３の内部にビーズ８２を封入して表示装置８１を構成してもよい。

図８（ａ）は、本発明の表示装置８１を、発光方向を図面の表面方向とした場合の外観図であり、図８（ｂ）は表示装置８１のＦ−Ｆ’断面図である。

表示装置８１においては、ビーズ８２は、透光性を有するとともに光の拡散効果を有するものであり、導光部３内に配される。透明板８３は、透光性を有する板であり、ビーズ８２を導光部３に封止する為に用いる。

ビーズ８２、透明板８３については、例えばガラス、又はアクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料により構成される。

表示装置８１では、ビーズ８２の光の拡散効果により、導光部３の出射端から放出される光の強度分布の均一性をさらに高めることができ、その表示画質をさらに向上させることができる。

本発明の表示装置１の外観図である。 図１におけるＡ−Ａ’断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の表示システム４１の外観図である。 図１におけるＣ−Ｃ’間の光強度分布の一例を示す図である。 本発明の表示装置６１の外観図、及び断面図である。 本発明の表示装置７１の外観図、及び断面図である。 本発明の表示装置８１の外観図、及び断面図である。 液晶表示装置９１の外観図、及び断面図である。 液晶表示システム１０１の外観図である。 特許文献１に開示される表示装置１１１の外観図、及び断面図である。

符号の説明

１、６１、７１、８１、１１１ 表示装置
２ 画質改善ユニット
３、６２ 導光部
４、４２ 表示画面
４１、１０１ 表示システム
７２ 光学素子
８２ ビーズ
８３ 透明板
９１ 液晶表示装置
９２ 液晶部
９３ 取出電極
９４ 駆動回路基板
９５ 発光口
９６ バックライト
９７ 封止枠
９８ 液晶材料
１０２ 非表示領域
１１２ 凹レンズ

Claims (9)

1. 所定数の発光口を有したバックライト方式の液晶パネルを用いた表示装置であって、
   一方の端部である入射端より前記発光口から放出される光を取り入れ、他方の端部であり、該表示装置の表示画素として用いられる出射端より該光を放出する導光手段を前記発光口毎に備え、
   任意の前記出射端と、それに隣接する前記出射端との間隔は常に一定とすることを特徴とする表示装置。
2. 任意の前記導光手段の前記入射端と、前記出射端とがなす距離は、所定の範囲の値であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. さらに、前記導光手段は、中空構造である中空部を備え、
   前記中空部内を光の導光経路として使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記中空部における壁面は、可視光線に対し所定の反射率以上の反射率を有する材質によりコーティングされることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記中空部内には、可視光線を拡散する効果を有する粒子が封入されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の表示装置。
6. さらに、所定個数の導光手段を備える保持手段を備え、
   前記保持手段と、前記導光手段とは、異なる屈折率を有する材料により構成され、
   前記導光ユニットを構成する材料の屈折率は、前記導光手段を構成する材料の屈折率より高い値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
7. さらに、前記出射端は、所定の光学素子を具備し、
   前記光学素子は光の拡散効果、及び／又は光の拡大効果を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の表示装置。
8. 前記導光手段は、円筒形状をとることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の表示装置。
9. 請求項１〜８の何れかの表示装置を所定個数用いて構成される表示システム。

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