JP2009258731A - 液晶ディスプレイ用の折り曲げられたバックライトシステム - Google Patents

Abstract

【課題】適切な色混合、輝度特性及び熱管理を提供するコンパクトな設計のコンパクトなバックライトシステムを備えた液晶ディスプレイを提供する。
【解決手段】液晶ディスプレイが提供される。液晶ディスプレイは、画像を形成するための画素を構成する液晶表示パネル１１０と、液晶表示パネルに近接し、液晶表示パネルの画素を照らすように構成されたバックライトシステム１２０とを含む。バックライトシステムは、液晶表示パネルと概して平行な平面部及び平面部から概して垂直に延在する第１の側部を含む光導波路１３０と、第１の側部を介して光導波路へ光を放射するように構成された光源１６０と、光源に結合され、動作中に光源によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンク１８０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にバックライトシステムを有する液晶ディスプレイに関し、特に、折り曲げられたバックライトシステムを備えた液晶ディスプレイに関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ＥＬディスプレイ（ＥＬＤ）及び真空蛍光表示装置（ＶＦＤ）など、陰極線管（ＣＲＴ）の代わりとして様々なタイプのディスプレイ装置を研究し開発するために多くの努力がなされてきた。例えば、ＬＣＤは、その高品質な画像、明るさ、薄さ、コンパクトなサイズ及び低電力消費のために、ラップトップ・コンピュータ、デスクトップコンピュータ及び大型の情報表示装置のフラットディスプレイパネルとして活発に開発されている。したがって、ＬＣＤの需要は引き続き増加している。

ＬＣＤは、通常、画像が形成されるＬＣＤパネル及びＬＣＤパネル上で画像を照らすためのバックライトシステムを含んでいる。一般に、バックライトシステムは１つ以上の光源を含み、光導波路を含んでもよい。光導波路が存在する場合、光源は、通常、光導波路の１つ以上のエッジに隣接して構成される。光導波路は光源から光を受け取り混合し、ＬＣＤパネルを照らすために光を向ける。バックライトシステムの設計及び動作は特に重要な検討事項である。いくつかのバックライトシステムは次の共通の不利益を受ける：一様でない輝度及び／又は輝度スポット；明るさの問題；熱管理の問題；サイズの制約；色の混合の問題。

従って、適切な色混合、輝度特性及び熱管理を提供するコンパクトな設計のよりコンパクトなバックライトシステムを提供することが望ましい。さらに、そのようなバックライトシステムをもつ改善されたＬＣＤを提供することが望ましい。さらに、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面及び発明の背景と共に以下の発明の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を考慮することで明らかになる。

例示的な実施例に従って、液晶ディスプレイが提供される。液晶ディスプレイは、画像を形成するように構成された画素を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルに近接し、液晶表示パネルの画素を照らすように構成されたバックライトシステムとを含む。 バックライトシステムは、液晶表示パネルと概して平行な平面部及び平面部から概して垂直に延在する第１の側部を含む光導波路と、第１の側部を介して光導波路へ光を放射するように構成された光源と、光源に接続され、動作中に光源によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンクとを含んでいる。

別の例示的な実施例によれば、バックライトシステムは、平面部及び平面部から概して垂直に延在する第１の側部を含む光導波路と、第１の側部を介して光導波路へ光を放射するように構成された光源と、光源に接続され、光源によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンクとを含んでいる。

さらに別の例示的な実施例によれば、液晶ディスプレイは、画像を形成するように構成された画素を含む液晶表示パネルと、液晶表示パネルに近接し、液晶表示パネルの画素を照らすように構成されたバックライトシステムとを含む。 バックライトシステムは、液晶表示パネルと概して平行で少なくとも４つの側面を備えた周囲を有する平面部と、平面部の少なくとも４つの側面の各々に結合された折り曲げ部と、折り曲げ部の各々に結合され、平面部から実質的に垂直に延在する側部とを有する光導波路を含み、当該側部及び平面部はキャビティを形成し、バックライトシステムはさらに、側部を介して光導波路へ光を放射するように構成された光源と、光源に接続され、動作中に光源によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンクとを含む。液晶ディスプレイは、キャビティ内に構成されて液晶表示パネル及び光源を駆動するように構成された回路をさらに含んでいる。

本発明は、同様の数字が同様の要素を示す添付の図面に関連して、以下に説明される。

例示的な実施例によるバックライトシステムを備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の断面図である。 図１のバックライトシステムの部分的な後部平面図である。 図１の一部の近接図である。 代替の例示的な実施例によるバックライトシステムの部分的な断面図である。

以下の詳細な説明は、実際は単に例示的なものであって、本発明及び本発明の用途及び使用を制限するようには意図されない。更に、前述の背景あるいは以下の詳細な説明で示された任意の理論によって束縛する意図はない。

概して、液晶ディスプレイは、光導波路を備えたバックライトシステムを含んで提供される。バックライトシステムは、車両照明、サーチライト、作業照明及びプロジェクションシステムを含むがこれらに限定されない様々な用途で使用することができる。ディスプレイシステムは、特に、視角、空間、熱、及び／又は構造の問題が重要である他の用途と同様、飛行機コックピット等の車両用途で利用することができる。例示的な実施例に従って、バックライトシステムの光導波路は、平面部から概して垂直に延在する側部を含んでもよい。拡張された側部は、効率的な熱除去のための位置への光源の配置を可能にする。さらに、側部は、着色光源からの光の混合に十分な長さを持つことができ、回路を収容するために平面部とともにキャビティを作成することができる。折り曲げ部は平面部に側部を結合することができ、さらなる光学的な利点を提供することができる。

図１は、例示的な実施例による液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１００の断面図である。より詳しく以下に議論されるように、一般に、ＬＣＤ１００は、ＬＣＤパネル１１０、及びＬＣＤパネル１１０を照らすバックライトシステム１２０を含んでいる。ＬＣＤパネル１１０は、一般に２つのガラス基板の間にはさまれ、画素に分割された液晶層を含んでいる。通常、画像がＬＣＤパネル１１０の上で形成されるように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が画素を「オン」及び「オフ」に切り替えるためにガラス基板に取り付けられる。図示されたＬＣＤパネル１１０及びバックライトシステム１２０に加えて、ＬＣＤ１００は１つ以上のカラーフィルター、拡散プレート及び／又はプリズムシートを含んでもよい。

バックライトシステム１２０は、光導波路（あるいは「導波路」）１３０、光源１６０、反射器１７０、ヒートシンク１８０及び回路１９０を含んでいる。さらに詳細に以下に議論されるように、光導波路１３０は、ＬＣＤパネル１１０を照らすために光源１６０からの光を導く。図２は、ヒートシンク１８０（図１）を取り除いたＬＣＤ１００の背面図であり、図１と共に説明される。

光源１６０は１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。例示的には、さらに、ＬＥＤは、赤、緑又は青のＬＥＤの線形又は平面アレイを含むが、白又はその他の色のＬＥＤもまた可能である。他の実施例では、光源１６０は１つ以上の蛍光灯であってもよい。図２にもっともよく示され、さらに詳細に以下に議論されるように、光源１６０は、通常、バックライトシステム１２０の周囲のまわり、例えば４つの周囲側面すべてのまわりに延在する。光源１６０は、バックライトシステム１２０の４つの周囲側面すべてのまわりに延在するように描かれているが、代替的な実施例では、光源１６０は、バックライトシステム１２０の側面のうちの１つ、２つ、あるいは３つにおいてのみ提供されてもよい。

図示された実施例では、光導波路１３０は、上部側及び底部側から見た場合に概して矩形形状をもつ平面部１３２、平面部１３２の周囲から延在する１つ以上の側部１３４、及び平面部１３２へ側部１３４を結合する１以上の折り曲げ部１３６を含む。平面部１３２は、関連する波長のすべての範囲に関して高い透過率を持っている材料（例えば透明なアクリル樹脂）によって実質的に平面の形状に形成される。

側部１３４が平面部１３２に対してある角度で延在するので、この配置は、図１に最もよく示されたように、「折り曲げられたバックライト」システムと呼ぶことができる。従って、ディスプレイ装置（例えばＬＣＤ １００）にそのようなバックライトシステム１２０を組み入れることによって、ディスプレイ装置のデータ表示スペースの領域に対してディスプレイ装置の外側寸法は低減することができる。すなわち、ディスプレイ装置は、同じ面積のデータ表示スペースを持つ従来のディスプレイ装置と比較してより小さな外側寸法をもつことができる。エッジリット式の（edge-lit）バックライトシステムの輝度の利点を維持しつつ、このコンパクトな構成を達成することができる。

図示された実施例では、側部１３４は平面部１３２に対してほぼ９０°であり、光源１６０の方へ延在する。再び、図２に最もよく示されるように、側部１３４は、バックライトシステム１２０の周囲の側面の各々において提供され、概して光源１６０の配置に対応する。折り曲げ部１３６並びに平面部１３２及び側部１３４との折り曲げ部１３６の関係はさらに詳細に以下に説明される。

光導波路１３０の側部１３４及び平面部１３２は、回路１９０を収容する内部キャビティ１４２を形成する。回路１９０はバックライトシステム１２０及び／又はＬＣＤパネル１１０を駆動する。多くの従来のＬＣＤでは、回路はバックライトシステムの後ろに位置し、それによって、さらに厚さをもってしまうという不利益があった。側部１３４の長さ１３９は、さらなる又はより少ない回路１９０を収容するのに必要なように調節できる。

一般に、平面部１３２。側部１３４、及び折り曲げ部１３６は、アクリルやポリカーボネートなどの透明な高分子材料から作られてもよい。あるいは、石英ガラス、Ｆ２あるいはＢＫ７のようなガラスは、これらの材料の組み合わせと同様に使用することができる。

反射器１７０は、キャビティ１４２内で光導波路１３０と回路１９０との間に配置される。反射器１７０は、好ましくは反射性の白色シートであるが、拡散的又は鏡面的に反射性であってもよく、ポリマー、金属、金属膜、塗料、ファイバー、構造化されたガラスあるいはセラミックスのようないくつかの反射性材料あるいは構造のうちのいずれかを含んでいてもよい。反射器１７０は、平面部１３２及び側部１３４の各々と平行に延在する。

ヒートシンク１８０は、光源１６０に近接して配置され、光源１６０から熱を切り離すように機能する。一般に、ヒートシンク１８０は、例えばアルミニウム、銅、他の金属、又は特定の結晶構造など、任意の適切な材料であってよい。特に高い熱伝導率特性を備えた粒子又は構成要素を含んでいる場合には、複合材料も使用されてもよい。光導波路１３０の折り曲げられた特性により、ヒートシンク１８０のより効率的でより有効な使用が可能となり、特に、熱がＬＣＤパネル１１０からある距離だけ離れて除去されることを可能にする。ＬＣＤパネルと、ヒートシンク１８０及び光源１６０の組み合わせとの間のこの分離は、例えば０．２５〜０．５インチ又はそれ以上であり、ヒートシンク表面積又は断面積がより大きくなることを可能にし、かつ、温度及びしたがってＬＣＤパネル１１０の光学性能に悪影響を与えることなくより高温で動作することを可能にすることにより、熱の熱放散を向上させる。さらに、ＬＣＤパネル１１０からの分離は、回路１９０が同じヒートシンク１８０を共有することをより実際的にもする。

ＬＣＤ１００の構造が説明されたので、ＬＣＤ１００の動作を説明する。光源１６０は、この例においては回路１９０によって駆動され、例えば光線１３５を放射する。光線１３５は、側部１３４の底面１３８上の光導波路１３０に入る。側部１３４の垂直の性質により、たとえ光源１６０が光導波路１３０の後ろに位置していても、光導波路１３０と光源１６０との間の光結合は、エッジリット型のバックライトに近いものとなることができる。光線１３５は、側部１３４から折り曲げ部１３６へと通過し、その後折り曲げ部１３６から平面部１３２へと通過する。折り曲げ部１３６を通過する光は、図３に関してより詳細に以下に説明される。光線１３５は、ＬＣＤパネル１１０を照らす光１３７として平面部１３２から直接出ていくか、または、光１３７として抽出されるまで平面部１３２内で完全に内部反射されてもよい。平面部１３２は、光を抽出するのを支援するために１つ以上の抽出機能（図示せず）を含んでもよい。平面部１３２の後側面から漏れるどんな光も、反射器１７０によって平面部１３２へ反射して戻すことができる。

上述のように、光源１６０は、通常、複数の色のＬＥＤを含んでいる。これらの色は赤、緑、青色及び白いＬＥＤを含んでいもよく、側部１３４に入る光（例えば光線１３５）は通常複数の色に分離される。側部１３４は、着色光が混合して、平面部１３２に達する前に白色光が形成されて光導波路１３０から放射されることを可能にする十分な長さ１３９を持つことができる。一般に、側部１３４が長くなるほど、より多くの色混合が生じる。複数の色の光源１６０を提供することで、所望の混合された色又は色度を有するバックライト又は表示出力の達成のために求められるように色が混合することが可能になる。１つの実施例では、側部１３４の長さ１３９は所望の量の色混合を生むために「調整」することができる。さらなる色混合が平面部１３２で生じてもよいし、生じなくてもよい。

図３は、図１の部分３００の近接図であり、特に折り曲げ部１３６を図示する。図示された実施例では、折り曲げ部１３６は、側部１３４に結合された１つのレグ（leg）３０２及び平面部１３２に結合された１つのレグ３０４を備えた直角三角形の断面形状を有する。折り曲げ部１３６は、例えばポリカーボネートなどの任意の適切な材料であり得る。同様に、折り曲げ部１３６は、平面部１３２及び／又は側部１３４と同じあるいは異なる材料であり得る。

概して、折り曲げ部１３６の断面形状のレグ３０２及び３０４は、同じ長さであり、それぞれ側部１３４及び平面部１３２の厚さに相当する。外部側面３０６（あるいは断面形状の第３のレグ）は、反射性材料（例えばコーティング、隣接したミラー）を含んでもよく、その結果、そうでなければ折り曲げ部１３６から漏れてしまうどんな光も光導波路１３０へ反射して戻され、平面部１３２に導かれる。

折り曲げ部１３６は低屈折率部３０８によって平面部１３２及び側部１３４に結合することができる。例示的には、低屈折率部３０８は光導波路１３０内に伝播される光の全内部反射（ＴＩＲ）を維持するのに十分低い屈折率を有する。１つの実施例では、低屈折率部３０８は、平面部１３２又は側部１３４に折り曲げ部１３６を付着させる接着剤によって形成することができる。接着剤は、例えば接着剤の層あるいは間にエアギャップを備えた接着剤のスポットであってもよい。他の実施例では、低屈折率部３０８は、空気、クリアなＰＴＦＥ、シリコンあるいは任意の適切な材料で形成することができる。低屈折率部の存在は、平面部１３２内のＴＩＲのための条件を満たさない角度で光が平面部１３２に入るのを防ぐことにより、折り曲げ部における有用な光の損失を最小化する助けとなる。

図示された光導波路１３０は複数の部分からなる（multi-piece）光導波路であるが、代替の実施例では、光導波路１３０は一体成形（single piece）であってもよい。言いかえれば、光導波路１３０は、側部１３４及び折り曲げ部１３６を形成するために物理的に折り曲げることができ、あるいは、光導波路１３０は、平面部１３２、側部１３４及び折り曲げ部１３６へと成型することができる。さらに、図１及び３の折り曲げ部１３６の断面形状は三角形であるが、折り曲げ部１３６は、例えば、半円形、台形など、他の断面形状を有してもよい。一体成形にもかかわらず、光導波路１３０はなお低屈折率部３０８を含みうる。例えば、エアスペースは、構造内に全部又は一部のチャネルを含むように、当該一体成形を切断すること、鋳造すること、あるいはそうでなければ成形することによって提供することができ、これらのエアスペースは、適切な屈折率の材料で交互に満たされてもよい。またさらなる実施例では、光源１６０はキャビティ１４２内に配置することができ、光源１６０からの光は、側部１３４の内側における光導波路１３０に入ることができる。

図４は、代替の例示的な実施例によるバックライトシステム４００の部分的な断面図である。上述の実施例でのように、バックライトシステム４００は光源４６０及び光導波路４３０を含んでいる。光導波路４３０は平面部４３２、１以上の側部４３４及び１以上の折り曲げ部４３６を含む。

この実施例では、側部４３４は、テーパのついた矩形断面を有する。言いかえれば、側部４３４は、折り曲げ部４３６に結合された第１の端部４５０及び光源４６０に隣接する第２の端部４５５を有する。第１の端部４５０は第２の端部４５５より大きな厚さ又は面積を有する。テーパ状の側部４３４は、コリメーター及び／又は複合の放物線集光器として機能することができ、図４に示されるように先細りになっていてもよいし、また直交軸に沿っていてもよい。角度を先細りにすることで、側部４３４の光学的出力はより平行又は指向性になる。

テーパ状の側部４３４によって生成された、平行にされた光は、光導波路４３０の折り曲げ部４３６及び平面部４３２の材料の選択及び性能の最適化にとって望ましいものとなりうる。折り曲げ部４３６に入る光の角度広がりの低減により、折り曲げ部から漏れる光がより少なくなり、存在する場合には、任意の低屈折率部の有効性が向上させられる。

少なくとも１つの例示的な実施例が本発明の前述の詳細な説明で示されているが、多数の変更が存在することは理解されるべきである。例示的な実施例が単なる例であり、本発明の範囲、適用可能性あるいは構成をいかなるようにも制限するようには意図されないことがさらに理解されるべきである。そのようなものではなく、先の詳細な説明は、本発明の例示的な実施例の実施のための便利なロードマップを当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施例において述べられた要素の機能及び構成に様々な変更をなし得ることが理解される。

Claims (3)

1. 液晶ディスプレイ（１００）であって、
   画像を形成するように構成された画素を含む液晶表示パネル（１１０）と、
   前記液晶表示パネル（１１０）に近接し、前記液晶表示パネル（１１０）の画素を照らすように構成されたバックライトシステム（１２０）とを具備し、前記バックライトシステムは、
   液晶表示パネル（１１０）と概して平行な平面部（１３２）と、前記平面部（１３２）から概して垂直に延在する第１の側部（１３４）とを含む光導波路（１３０）と、
   前記第１の側部（１３４）を介して前記光導波路（１３０）へ光を放射するように構成された光源（１６０）と、
   前記光源（１６０）に結合され、動作中に前記光源（１６０）によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンク（１８０）とを含む、液晶ディスプレイ（１００）。
2. 平面部（１３２）と、前記平面部（１３２）から概して垂直に延在する第１の側部（１３４）とを含む光導波路（１３０）と、
   前記第１の側部（１３４）を介して前記光導波路（１３０）へ光を放射するように構成された光源（１６０）と、
   前記光源（１６０）に結合され、前記光源（１６０）によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンク（１８０）とを含む バックライトシステム（１２０）。
3. 液晶ディスプレイ（１００）であって、
   画像を形成するように構成された画素を含む液晶表示パネル（１１０）と、
   前記液晶表示パネル（１１０）に近接し、前記液晶表示パネル（１１０）の画素を照らすように構成されたバックライトシステム（１２０）とを具備し、前記バックライトシステム（１２０）は、
   前記液晶表示パネル（１１０）と概して平行で、少なくとも４つの側面を備えた周囲を有する平面部（１３２）、
   前記平面部（１３２）の前記少なくとも４つの側面の少なくとも２つに結合された折り曲げ部（１３６）、及び
   前記折り曲げ部（１３６）の各々に結合され、前記平面部（１３２）から実質的に垂直に延在する側部（１３４）であって、前記側部（１３４）及び前記平面部（１３２）がキャビティ（１４２）を形成する、側部（１３４）
   を含む光導波路（１３０）と、
   前記側部（１３４）を介して前記光導波路（１３０）へ光を放射するように構成された光源（１６０）と、
   前記光源（１６０）に結合され、動作中に前記光源（１６０）によって生じた熱を除去するように構成されたヒートシンク（１８０）とを含み、前記液晶ディスプレイ（１００）はさらに、
   前記キャビティ（１４２）内に配置され、前記液晶表示パネル（１１０）及び前記光源（１６０）を駆動するように構成された回路（１９０）
   を具備する、液晶ディスプレイ（１００）。

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