JP2008286993A

JP2008286993A - 表示装置

Info

Publication number: JP2008286993A
Application number: JP2007131712A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kawada; 靖川田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27
Also published as: US20080284715A1

Abstract

【課題】広角度視野と低消費電力との両立が可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】輝度を変化させることが可能なバックライトユニット３からの平行光の表示素子への入射角を光学素子４により可変させる。バックライトユニット３からの平行光の輝度を増加させるとともに、光学素子４により液晶表示パネル２への光の入射角を大きくすることで広角度視野に対応できる。バックライトユニット３からの平行光の輝度を低減させるとともに、光学素子４により液晶表示パネル２への光の入射角を小さくすることでバックライトユニット３での消費電力を抑制して低消費電力に対応できる。広角度視野と低消費電力との両立が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライトユニットからの光を変調させて透過させる表示素子を備えた表示装置に関する。

いわゆるバックライト方式と称されるカラー表示の液晶表示装置は、液晶層を介して互いに対向配置された一対の基板を備えた表示素子としての液晶表示素子である液晶表示パネルの背面に、バックライトユニットを配置して構成されている。

そして、液晶表示パネルは、その主表面において、液晶層に光透過の程度をそれぞれ独立に制御できる多数の画素がマトリックス状に配置されて表示部が構成されているとともに、この表示部にバックライトユニットからの放射光を透過できるように構成されている。

このように構成された液晶表示装置は、その長所の一つとして低消費電力が挙げられるが、さらなる低消費電力化への構成が要望されている。

一方、液晶表示装置として、近年、その表示部に対して大きな角度視野から観察しても鮮明な映像を認識でき、いわゆる広角度視野に優れたものがある。

この場合、このような液晶表示装置における広視野角での観察は、その必要時において有効となるもので、例えば少数の観察者が移動せずに前方で観察する場合には、その有効性はあまり発揮されないことになる。

このような事情に基づき、バックライトユニットの輝度を、バックライトユニットと液晶パネルの間に配置された光学素子の散乱特性によって可変にするなどして、低消費電力と広角度視野の両立を図った液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献１および２参照。)。
特開平５−７２５２９号公報特開２００６−１４０１２６号公報

しかしながら、上述の表示装置では、光学素子の散乱性によってのみバックライトユニットから液晶パネルに入射する光の輝度と配光を制御しているため、不必要な方向への配光も同時に生じ、充分な低消費電力設計が容易でないなどの問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、広角度視野と低消費電力との両立が可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、平行光を発光し、輝度を変化させることが可能なバックライトユニットと、このバックライトユニットからの光を変調させて透過させる表示素子と、この表示素子と前記バックライトユニットとの間に設けられ、このバックライトユニットからの光の前記表示素子への入射角を変化させる光学素子とを具備したものである。

そして、輝度を変化させることが可能なバックライトユニットからの平行光の表示素子への入射角を光学素子により可変させる。

本発明によれば、バックライトユニットからの平行光の輝度を増加させるとともに、光学素子により表示素子への光の入射角を大きくすることで広角度視野に対応でき、バックライトユニットからの平行光の輝度を低減させるとともに、光学素子により表示素子への光の入射角を小さくすることでバックライトユニットでの消費電力を抑制して低消費電力に対応できるので、広角度視野と低消費電力との両立が可能になる。

以下、本発明の一実施の形態の表示装置の構成を図１ないし図８を参照して説明する。

図１および図２において、１は表示装置としての液晶表示装置を示し、この液晶表示装置１は、表示素子としての液晶表示素子である、いわゆるアクティブマトリクス型の液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２の背面に配置された面状光源装置であるバックライトユニット３と、これら液晶表示パネル２とバックライトユニット３との間に配置された光学素子４とを備え、液晶表示パネル２の表示部がマトリクス状に配置された図示しない複数の画素の集合によって構成され、それぞれの画素が、バックライトユニット３から照射され光学素子４により入射角が設定された透過光を独立して変調制御できるように構成されている。

液晶表示パネル２には、外部回路として図示しない垂直走査回路および映像信号駆動回路が備えられ、この垂直走査回路によって走査信号線のそれぞれに順次走査信号(電圧)が供給され、そのタイミングに合わせて映像信号駆動回路から映像信号線に映像信号(電圧)を供給するように構成されている。

なお、垂直走査回路および映像信号駆動回路は、液晶駆動電源回路から電源が供給されているとともに、ＣＰＵからの画像情報がコントローラによってそれぞれ表示データおよび制御信号に分けられて入力されるように構成されている。

バックライトユニット３は、光源である冷陰極線管５からの光を、導光体である導光板６および拡散板７により面状光に変換して平行光すなわちコリメート光として出射するもので、冷陰極線管５に電圧を印加する図示しないバックライトユニット制御手段としてのバックライト電源回路を備えており、このバックライト電源回路を介して冷陰極線管５に印加する電圧を制御可能に構成されている。したがって、バックライトユニット３は、バックライト電源回路によりその輝度を制御可能に構成されている。

光学素子４は、バックライトユニット３から液晶表示パネル２への光照射の配光度合いを可変させる機能を有し、その配光度合いは、パルス電源を含む光学素子制御手段としての駆動電圧印加回路11によって制御されるように構成されている。すなわち、この駆動電圧印加回路11は、光学素子４に印加する電圧を制御することで、入射角を制御可能に構成されている。そして、この駆動電圧印加回路11と上記バックライト電源回路とにより、制御手段である制御部13が構成されている。この制御部13は、バックライト電源回路と駆動電圧印加回路11とにより、バックライトユニット３の輝度の増減と光学素子４による入射角の増減とを対応、例えば線形に制御可能に構成されている。

また、光学素子４は、図３および図４に示すように、液晶表示パネル２と略同じ大きさの一対の基板である透明基板15，16を備え、これら透明基板15，16間に、光変調層としての可変屈折率媒体17が配設されている。

透明基板15，16の少なくともいずれかの対向面、本実施の形態では透明基板16の透明基板15側の主面には、配光特性を制御するための凹凸構造がマトリクス状に形成されてレンズアレイＬをなしている。さらに、透明基板15，16の可変屈折率媒体17側の主面には、配光を電気的に制御するための透明電極21，22が形成されており、これらの透明電極21，22間に接するように可変屈折率媒体17が位置している。

透明基板15，16は、例えばガラス、樹脂、あるいは金属酸化物などにより形成され、例えば屈折率がｎ１に設定されている。特に、配光角度を大きく変化させたい場合には、可変屈折率媒体17の屈折率と透明基板15，16の屈折率との間に大きな差が必要となるため、例えば酸化チタン(Ｔｉ₂Ｏ₃)、高屈折率プラスチック、あるいは高屈折率ガラスなどを用いることが好ましい。

また、可変屈折率媒体17は、電気信号によって屈折率が大きく変化する材料が好ましく、例えば液晶材料、液晶材料と強誘電体ナノパーティクル、あるいは強誘電体薄膜などが用いられる。なお、可変屈折率媒体17としては、電気磁気光効果(カー効果)などを示す固体材料も用いることができるものの、印加電圧が高くなるため用途が限られてくる。ここでは、例えば、可変屈折率媒体17は、液晶分子25が垂直配向状態となる負の誘電率異方性を有する液晶材料を備えたＶＡモードの液晶層とし、電圧が印加されていない状態での屈折率がｎＳ(＝ｎ１)であり、所定の電圧が印加された状態でレンズアレイＬが形成された透明基板16の屈折率との差が変化するように構成されている。換言すれば、液晶分子25の短軸方向の屈折率とレンズアレイＬが形成された透明基板16の屈折率との差が、液晶分子25の長軸方向の屈折率とレンズアレイＬが形成された透明基板16の屈折率との差よりも小さく、すなわち、液晶分子25の短軸方向の屈折率が長軸方向の屈折率よりも小さく設定されている。

透明電極21，22は、例えばＩＴＯ、あるいはＩＺＯなどの透明導電膜を用いることができ、また、屈折率の観点から半導体薄膜などを用いることも可能である。そして、これら透明電極21，22は、駆動電圧印加回路11に電気的に接続されている。

そして、光学素子４は、駆動電圧印加回路11により透明電極21，22へと電圧を印加することで可変屈折率媒体17の液晶分子25のチルト角を可変させて屈折率を可変させることにより、可変屈折率媒体17の屈折率と透明基板15，16の屈折率との大小関係によって、可変屈折率媒体17から透明基板16へと入射する光の屈折状態を可変させて、透過する光の入射角を制御可能に構成されている。

具体的に、透明電極21，22間に電圧を印加しない、すなわち可変屈折率媒体17に電圧を印加しない状態では、可変屈折率媒体17の屈折率ｎＳと透明基板15，16の屈折率ｎ１との大小関係はｎＳ＝ｎ１となるため、可変屈折率媒体17から透明基板16へ入射する光はスネルの法則による屈折を受けることはない。

ここでは、透明基板16の可変屈折率媒体17と接触する側の主面のレンズアレイＬは、透明基板16の界面での屈折が生じないため、光を殆どそのまま透過させ、狭い配光角度θ１を保ったままとなる。

また、透明電極21，22間に信号電圧が印加されると、すなわち可変屈折率媒体17に電圧を印加する状態では、可変屈折率媒体17の屈折率が、例えばｎＬ(＞ｎＳ)という大きい値を示す。

このとき、可変屈折率媒体17の屈折率ｎＬと透明基板15，16の屈折率ｎ１との大小関係がｎＬ＞ｎ１となるため、可変屈折率媒体17から透明基板16へ入射する光がスネルの法則による屈折を受け、透明基板16の可変屈折率媒体17と接触する側の主面のレンズアレイＬが光を拡散させるため、広い配光角度θ２が形成される。

なお、光学素子４は、例えば１０°≦θ１≦２８°、２８°＜θ２≦６０°に制御可能となっている。

次に、上記一実施の形態の液晶表示装置の作用を説明する。

(1) 低消費電力モード
この場合、制御部13により、図４に示すように、バックライト電源回路からのバックライトユニット３への電力供給を抑制することによって、その照度を弱め、同時に、駆動電圧印加回路11からの光学素子４への駆動電圧を所定値、例えば０にして配光性を全くない状態としたり、あるいは、駆動電圧を低くして配光性がわずかに存在する状態としたりする。

このようにした場合、図７の分布図および図８のグラフに示すように、バックライトユニット３からの光は、ほぼそのまま光学素子４、液晶表示パネル２を透過することになり、図２に示すように、中心近傍の視点V1に対応する位置に、比較的狭い極明領域B1が形成され、この極明領域B1の周囲に暗領域Ｄが形成される。

なお、図７の分布図には、中心位置から３６０°の輝度を示し、輝度の変化位置が等高線(等輝度線)で示され、等高線L1で区画された領域A1から等高線L8の外方に位置する領域A9へと順次輝度が小さくなることを示している。

液晶表示装置１の前方で、例えば少数の観察者が移動せずにこの液晶表示装置１を観察する場合、この液晶表示装置１において特に広視野角の特性が要求されないことから、このモードとして用いることで充分となる。

このことから、液晶表示装置１を低消費電力で駆動させることができるようになる。

(2) 広視野角モード
この場合、制御部13により、図３に示すように、バックライト電源回路からのバックライトユニット３への電力供給を上記低消費電力モード時よりも大きくすることによって、その輝度を強め、同時に、駆動電圧印加回路11からの光学素子４への駆動電圧を、上記低消費電力モード時の所定値よりも高い通常の電圧とし、その配光を広くする。

このようにした場合、バックライトユニット３からの光は、光学素子４によって配光され、図５の分布図および図６のグラフに示すような広がりを有して液晶表示パネル２を透過することになり、図１に示すように、中央近傍の視点V1、および、この視点V1の左右方向の視点V2，V3まで対応する位置に、比較的広い明領域B2が形成される。

なお、図５の分布図には、中心位置から３６０°の輝度を示し、等輝度の位置が等高線(等輝度線)で示され、等高線L1で区画された領域A1から等高線L8の外方に位置する領域A9へと順次輝度が小さくなることを示している。

液晶表示装置１の前方で、例えば少数の観察者が移動しながらこの液晶表示装置１を観察する場合、あるいは、多数の観察者が移動せずにこの液晶表示装置１を観察する場合などには、液晶表示装置１において特に広視野角の特性が要求されることから、このモードを必要時に用いることで充分となる。

このように、上記一実施の形態によれば、輝度を変化させることが可能なバックライトユニット３からの平行光の液晶表示パネル２への入射角を光学素子４により可変させる構成とすることにより、バックライトユニット３からの平行光の輝度を増加させるとともに、光学素子４により液晶表示パネル２への光の入射角を大きくすることで広角度視野に対応でき、バックライトユニット３からの平行光の輝度を低減させるとともに、光学素子４により液晶表示パネル２への光の入射角を小さくすることでバックライトユニット３での消費電力を抑制して低消費電力に対応できるので、広角度視野と低消費電力との両立が可能になる。

また、制御部13により、バックライトユニット３の輝度の増減と光学素子４による入射角の増減とを対応させて線形に制御することで、広視野角モードと低消費電力モードとを容易に切り換え制御できる。

さらに、可変屈折率媒体17を、負の誘電率異方性を有し液晶分子25が電圧無印加時に垂直配列状態に設定される液晶材料を備えたＶＡモードの液晶層とすることで、低消費電力モード時にも、液晶分子25の長軸方向にバックライトユニット３からの光が漏れることを防止でき、コントラストの低下を防止できる。

なお、上記一実施の形態において、バックライトユニット３の輝度と、光学素子４による入射角とは、それぞれ独立して制御してもよい。

また、光学素子としては、例えばエレクトロウェッティング素子など、入射角を可変できる構成であれば、任意のものを用いることが可能である。

同様に、表示素子としては、バックライトユニット３からの光を変調させて透過させるものであれば、任意のものを用いることが可能である。

本発明の一実施の形態の表示装置の広視野角モードを示す説明図である。同上表示装置の低消費電力モードを示す説明図である。同上広視野角モードでの光学素子を示す説明図である。同上低消費電力モードでの光学素子を示す説明図である。同上広視野角モードでの輝度分布を示す分布図である。同上広視野角モードでの図５の０°側から１８０°側への中心線位置での輝度分布を示すグラフである。同上低消費電力モードでの輝度分布を示す分布図である。同上低消費電力モードでの図７の０°側から１８０°側への中心線位置での輝度分布を示すグラフである。

符号の説明

１表示装置としての液晶表示装置
２表示素子としての液晶表示パネル
３バックライトユニット
４光学素子
13 制御手段である制御部
15 基板である透明基板
16 基板である透明基板
17 光変調層としての液晶層である可変屈折率媒体
Ｌレンズアレイ

Claims

平行光を発光し、輝度を変化させることが可能なバックライトユニットと、
このバックライトユニットからの光を変調させて透過させる表示素子と、
この表示素子と前記バックライトユニットとの間に設けられ、このバックライトユニットからの光の前記表示素子への入射角を変化させる光学素子と
を具備したことを特徴とした表示装置。
前記バックライトユニットの輝度と、前記光学素子による入射角とをそれぞれ制御可能な制御手段を具備した
ことを特徴とした請求項１記載の表示装置。
制御手段は、前記バックライトユニットの輝度の増減と前記光学素子による入射角の増減とを対応させて制御可能である
ことを特徴とした請求項１記載の表示装置。
前記制御手段は、前記バックライトユニットの輝度の増減と前記光学素子による入射角の増減とを線形に制御可能である
ことを特徴とした請求項３記載の表示装置。
前記光学素子は、
一対の基板と、
これら基板間に介在された光変調層とを備え、
前記基板の少なくとも一方は、前記光変調層側の面にレンズアレイを有している
ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか一記載の表示装置。