JP2010008837A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エリア制御バックライトの厚みを１ミリメートル前後に薄型化することのできる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 複数のＬＥＤモジュールの輝度をエリア毎に制御する面状光源を備えた液晶表示装置であって，前記面状光源を，中央に設けられた窪みにＬＥＤモジュールが配置され，前記窪みを中心とした同心円状の溝または放射状の溝を備えたユニット導光板をマトリクス状に配列した導光板と，反射シートと前記複数のＬＥＤモジュールをマトリクス状に実装した基板とを備えて構成してなり，前記面状光源のエリア毎の輝度変調に同調してエリア毎の画像表示を変調する駆動回路を備えたＬＣＤセルを前記面状光源上に積層して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、例えば、携帯電話に代表される情報端末機器に用いられるエリア毎に輝度を変調可能な面状光源及びＬＣＤセルを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、一般に、薄型で軽量・低消費電力であることから，ノート型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話機、デジタルカメラ、コンピュータ用モニタ、薄型テレビ等、広範囲の電子機器の表示装置として使用されている。

このような液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するものではなく，外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示するものである。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることによって多色のカラー画像表示を行うことが可能となっている。
この種の液晶表示装置は、一対の基板（以下，第一の基板と第二の基板とも称する）の間に、液晶層を挟持した液晶セルにおいて、液晶層に印加される電界で液晶層を構成する液晶組成物の分子配向を制御することによって電子的な潜像を可視画像とするものである。

このような液晶表示装置は、その駆動方式によって、単純マトリクス型とアクティブマトリクス型とに分類されている。そして、現行の液晶表示装置にあっては、高精細、高速画像表示が可能なことからアクティブマトリクス型が主流となっている。このアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては，第一の基板に画素選択のため、薄膜トランジスタで代表されるアクティブ素子（スイッチング素子）を有している。さらに、第二の基板に、カラー表示のための３色に塗り分けたカラーフィルタを有している。

この液晶表示装置は、自発光型となっていないため、電子的潜像を可視光による照明によって可視化し、この可視化した電子的潜像を観察面に画像光として出射させて画像として形成する必要がある。
この電子的潜像を可視光する照明には、面状光源（バックライト）を用いている。すなわち、このバックライトを観察面と反対側に配置して、照明することによって、電子的潜像を観察面に可視化するようになっている。この照明光を照射する形式は、一般に透過型の液晶表示装置と称されている。

従来の液晶表示装置における階調表現は、液晶に印加する電圧を変調することによる電子的潜像の変調によって行うのが通常であった。
これに対し、近年、液晶表示装置が自発光型でなく電子的潜像を照明で可視化する必要があることを積極的に利用して、バックライトの輝度をエリア毎に変調し電子的潜像の変調と組み合わせて階調表現を行う方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１のバックライトの輝度をエリア毎に変調し電子的潜像の変調と組み合わせて階調表現を行う方式によると、電子的潜像の変調のみによる階調表現のダイナミックレンジを大幅に拡大することができ，豊かな画像表現が可能になる。
特開２００５−２５８４０３号公報

エリア毎に輝度を変調するエリア制御バックライトの技術は、現在、対角寸法にして数１０インチの比較的大型の液晶表示装置向けに開発が進められている。この大型液晶表示装置に用いられているバックライトの厚みは、通常、数センチメートルである。
したがって、エリア制御バックライトの厚みもセンチメートルオーダーが許容されている。

そこで、特許文献１に記載されているバックライトの輝度をエリア毎に変調し電子的潜像の変調と組み合わせて階調表現を行う方式を携帯電話向けの液晶表示装置に適用しようとした場合には、エリア制御バックライトの厚みが問題となる。
すなわち、携帯電話向けの液晶表示装置に用いられているバックライトの厚みは、通常１ミリメートル前後となっている。このため、携帯電話向けの液晶表示装置に適用するエリア制御バックライトの厚みも１ミリメートル前後とする必要がある。

本発明の目的は、エリア制御バックライトの厚みを１ミリメートル前後に薄型化することのできる液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の液晶表示装置は、複数のＬＥＤモジュールの輝度をエリア毎に制御する面状光源を備えた液晶表示装置であって，前記面状光源を，中央に設けられた窪みにＬＥＤモジュールが配置され，前記窪みを中心とした同心円状の溝または放射状の溝を備えたユニット導光板をマトリクス状に配列した導光板と，反射シートと前記複数のＬＥＤモジュールをマトリクス状に実装した基板とを備えて構成してなり，前記面状光源のエリア毎の輝度変調に同調してエリア毎の画像表示を変調する駆動回路を備えたＬＣＤセルを前記面状光源上に積層したことを特徴としている。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の本発明の液晶表示装置は、請求項１記載の本発明の液晶表示装置における前記ユニット導光板をマトリクス状に配列した導光板における隣接するユニット導光板を，前記ユニット導光板を形成する材料で少なくとも一部を結合して構成したことを特徴としている。
ものである。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の本発明の液晶表示装置は、請求項１記載の本発明の液晶表示装置における前記ユニット導光板の中央に設けられた窪みに，拡散層を形成してあることを特徴としている。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の本発明の液晶表示装置は、請求項１記載の本発明の液晶表示装置における前記反射シートを，ＬＥＤモジュールがマトリクス状に実装された基板と導光板との間に配置し，かつマトリクス状に穴が形成してあり，前記穴を通してＬＥＤモジュールが導光板の窪みに装着されていることを特徴としている。

本発明によれば、携帯電話に代表される情報端末機器向けの薄型液晶表示装置において、厚みを維持しながら液晶表示特有の電子的潜像の変調のみによる階調表現のダイナミックレンジを大幅に拡大することができ、豊かな画像表現ができ、高品質の液晶表示装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明に係る液晶表示装置の実施例１について図１、図２を用いて説明する。
図１には、面状光源及びそれを備えた液晶表示装置を構成する各部品を分離した状態が示されており、図２には、本発明に係る液晶表示装置の実施例を示す面状光源の概略図で、液晶表示装置の構成を見やすくするために、図１に図示のＬＣＤセル１０１の一部を切り取った状態が示されている。

図１において、本実施例の面状光源１００は、フレキシブルプリント基板１０５上にマトリクス状に配列したＬＥＤ（発光ダイオード）モジュール１０３と、ＬＥＤモジュール１０３を通す穴１４１がマトリクス状に設けられた反射シート１０４と、中央にＬＥＤモジュールを配置する窪みが設けられており、下面に同心円状の溝と上面に放射状の溝を設けた導光板をマトリクス状に配列した導光板１０２と、プリズムシート１０７とによって構成されている。

導光板１０２は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂を材料としており，射出整形等の作製方法により形成されている。
フレキシブルプリント基板１０５には、ＬＥＤモジュール１０３への電力を供給するための接続端子１０６が設けられている。そして、面状光源１００上にＬＣＤセル１０１を配置して、液晶表示装置を構成する。

ＬＣＤセル１０１は、カラーフィルタなどを備える第一の基板１５１と、マトリクス状に配列したアクティブマトリクス素子等を備える第二の基板１５２と、図示されていないが，前記第一の基板１５１と第二の基板１５２に挟持された液晶層と、前記アクティブマトリクス素子及び前記液晶層を駆動するためのドライバＩＣ１５３と、信号源及び電源との接続のためのフレキシブルプリント基板１５４とによって構成されている。

プリズムシート１０７の枚数は、本実施例においては、１枚であるが、２枚としてもよい。また，拡散シートをプリズムシート１０７の下部または上部に追加してもよい。さらに，プリズムシート１０７にマット処理を施して拡散性を付与してもよい。

図３には，面状光源１００の平面図及びＡ−Ａ’部の断面図が示されている。
図３の平面図においては、プリズムシート１０７は、導光板１０２の構成を明示するために省略してある。
導光板１０２は、中央にＬＥＤモジュール１０３を配置する窪み１３１が設けられたユニット導光板１３６をマトリクス状に配列して構成してある。また、隣接するユニット導光板１３６は、導光板接合部１３５を介して接合されている。

本実施例の場合、導光板１０２は、横方向にユニット導光板１３６を３ユニット、縦方向に４ユニット並べた計１２個のユニット導光板１３６によって構成されている。
各ユニット導光板１３６の下面には、窪み１３１を中心として同心円状溝１３３が設けられている。そして、各ユニット導光板１３６の上面には、窪み１３１を中心として放射状溝１３４が設けられている。この窪み１３１内には、散乱層１３２が形成されている。

図４には、本実施例の面状光源１００の導光板１０２における窪み１３１近傍の断面図が示されている。
図４には、導光板１０２とＬＥＤモジュール１０３と反射シート１０４とフレキシブルプリント基板１０５との位置関係が詳細に示されている。
ＬＥＤモジュール１０３は、ＬＥＤチップ１１１と基板１１２と蛍光体含有樹脂１１３と電極１１４等から構成されている。

ＬＥＤモジュール１０３は、フレキシブルプリント基板１０５上のＬＥＤ用端子１２１上に実装されており、反射シート１０４に設けられた穴１４１を介して導光体１０２の窪み１３１内に配置されている。
導光体１０２とＬＥＤモジュール１０３との間には、散乱層１３２が形成されている。この散乱層１３２としては、例えば酸化チタン等の高屈折率顔料を分散した樹脂等が好適である。

このように、導光体１０２とＬＥＤモジュール１０３との間に散乱層１３２を配置する理由は、ＬＥＤモジュール１０３から上方に放出された光を適切に散乱させるためである。
ＬＥＤモジュール１０３の横方向への出射光強度は、この散乱層１３２の後方散乱性を十分確保することにより強めることができる。

液晶表示装置用のバックライトとしては、特に中小型の画面サイズにおいて、導光板の側面に光源を配置する、いわゆるサイドライト方式のバックライトが主流である。このサイドライト方式のバックライトの光源における発光部は、導光板側面に対し平行に配置されている。
このサイドライト方式のバックライトを薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが不可欠である。しかしながら，光源における発光部の高さ方向の寸法が導光板の厚みよりも大きいと、光源と導光板との結合効率が大幅に低下してしまう。

したがって，サイドライト型バックライトにおいては，光源における発光部の高さ方向の寸法を導光板の薄型化に合わせて小さくする必要がある。この発光部の高さ方向の寸法を縮めるということは、光量が低下することを意味している。
一方、本発明においては、光源における発光部を導光板の下面に平行に配置している。この構成によって、必要な光量を得るための十分な発光部の面積を確保することができると同時に、発光部全体を導光板に結合させることができるため結合効率の低下がない。

次に、図５を用いて、ユニット導光板１３６における光線１０８の導光経路の概略を説明する。
図５には、図３に図示の面状光源１００の断面図における中央部の拡大図が示されている。
ＬＥＤモジュール１０３から放出された光線１０８は、いくつかの異なる経路を辿って面状光源１００から放出される。

ＬＥＤモジュール１０３から放出された光線の一部は、散乱層１３２に当たらずに直接導光板１０２内に浸入し、導光板１０２内を全反射で導光し、同心円状溝１３３によって経路が変えられて導光板１０２外に出射し、プリズムシート１０７により概ね正面方向に放出される（１０８ａ）。
あるいはまた、ＬＥＤモジュール１０３から放出された光線の一部は、散乱層１３２によって前方散乱を受けた後、導光板１０２を通過し、プリズムシート１０７により概ね正面方向に放出される（１０８ｂ）。

あるいはまた、ＬＥＤモジュール１０３から放出された光線の一部は、散乱層１３２によって後方散乱を受けた後、導光板１０２に入射し、導光板１０２内を導光した後、同心円状溝１３３よって経路が変えられて導光板１０２外に出射し、プリズムシート１０７により概ね正面方向に放出される（１０８ｃ）。放
射状溝１３４は、溝方向に直交する方向の輝度分布を調整するために設けられている。この放射状溝１３４の密度は、ＬＥＤモジュール１０３からの距離に応じて変えることが望ましい。また、放射状溝１３４は、ＬＥＤモジュール１０３近傍では２度以下の間隔で設けられ、ＬＥＤモジュール１０３から離れるに従って間隔を狭めて溝を追加し、密度を高くするとよい。

同心円状溝１３３の間隔は、ユニット導光板１３６の厚みの２分の１以下であることが望ましいが、それぞれの経路における光線１０８の強度のバランスをとるためには、ユニット導光板１３６のサイズに応じて同心円状溝１３３の本数・密度分布・溝の傾斜角度・寸法等の調整、散乱層１３２の散乱強度、ＬＥＤモジュール１０３の輝度、窪み１３１の形状等の調整が必要であることは言うまでもない。
同心円状溝１３３の平面構造は、必ずしも真円である必要はなく、ユニット導光板１３６の形状に応じて調整することが望ましい。

本実施例においてユニット導光板１３６の平面構造は正方形としたが、必ずしもそれに限られるわけではなく、例えば、長方形や他の多角形としてもよい。そして、隣接するユニット導光板１３６同士を接続する導光板接合部１３５の厚み・幅は、隣接するユニット導光板１３６同士のクロストークを防止するためにはできるだけ薄くかつ細いことが望ましい。しかしながら、その一方で射出整形により導光板１０２を一体形成するための十分な厚みを確保しておく必要がある。

隣接するユニット導光板１３６同士のクロストークを防止するためには、導光板接合部１３５の厚みを一定に薄くするだけではなく、一部をさらに薄くしておいたり、一部に導光板１０２を貫通する穴を設けておくことも効果的である。
本実施例においては、導光板接合部１３５下部の導光板１０２に設けられた溝は空隙であるが、溝の表面に反射コーティングを施してもよい。この反射コーティングは、溝表面にのみ形成する方法の他、溝全体に埋め込む方法であってもよい。さらに、この反射コーティングとしては、誘電体多層膜コーティングや高反射率金属コーティングが挙げられる。

あるいはまた、導光板接合部１３５下部の導光板１０２に設けられた溝においては、後方散乱性の強い散乱体を配置してもよい。この場合散乱体が直接導光板１０２に接触していると、導光板接合部１３５近傍において面状光源１００の輝度が強まってしまうため、散乱体と導光板１０２との間には、空気層または低屈折率層を介在させることが望ましい。

本実施例は、主として携帯電話のような情報端末機器向けの液晶表示装置のような中小型液晶表示装置を対象としてきたが、本発明の応用形態は、必ずしもこれだけに限られるわけではなく、例えば、薄型テレビのような比較的大型の液晶表示装置にも適用可能であることは言うまでもない。
また、本実施例は、ユニット導光体１３６毎に輝度を変調できる構成を主として想定してきたが、本発明の応用形態としてエリア制御機能を廃した構成を採用することも可能である。この場合の特徴は、多数のＬＥＤモジュールを備えていることによる液晶表示装置の高輝度画像表示である。

本発明に係る液晶表示装置の実施例２について図６〜図８を用いて説明する。
実施例２が実施例１との相違する点は、導光板１０２の構成である。
図６には，本実施例の面状光源１００の平面図及びｂ−ｂ’部の断面図が、示されている。
図６の平面図においては、プリズムシート１０７が、導光板１０２の構成を明示するために省略されている。

導光板１０２は、中央にＬＥＤモジュール１０３を配置する窪み１３１が設けられたユニット導光板１３６をマトリクス状に配列して構成されている。そして、隣接するユニット導光板１３６は、導光板枠１６１を介して接合されている。
本実施例の場合、導光板１０２は、横方向にユニット導光板１３６を３ユニット、縦方向に４ユニット並べた計１２個のユニット導光板１３６により構成されている。
各ユニット導光板１３６の下面には、窪み１３１を中心として同心円状溝１３３が設けられている。また、各ユニット導光板１３６の上面には、窪み１３１を中心として放射状溝１３４が設けられており、この窪み１３１内には、散乱層１３２が形成されている。

図７には、導光板枠１６１とユニット導光板１３６との関係をより分かりやすく示すための図が示されている。
図７において、予め構成した導光板枠１６１にユニット導光板１３６をはめ込むことにより、ユニット導光板１３６をマトリクス状に配列した導光板１０２を構成してある。
導光板枠１６１はアルミニウム等、反射率の高い材料を用いた構成が考えられる。あるいはまた、各ユニット導光板１３６の端面に金属コーティングを施し、白色の接着層により接合して導光板１０２を構成してもよい。

この場合には、白色の接着層が導光板枠１６１となる。反射コーティングとしては、誘電体多層膜コーティングや高反射率金属コーティングが挙げられる。
あるいはまた、各ユニット導光板１３６を後方散乱性の強い散乱性能をもつ散乱体で構成してもよい。この場合散乱体が直接導光板１０２に接触していると、導光板枠１６１近傍において面状光源１００の輝度が強まってしまうため、散乱体と導光板１０２との間には、空気層または低屈折率層を介在させることが望ましい。

図８を用いて，ユニット導光板１３６における光線１０８の導光経路の概略を説明する。
図８には、図６に図示の面状光源１００の断面図における中央部の拡大図が示されている。
図８において、隣接するユニット導光板１３６同士を接続する導光板枠１６１の幅は、隣接するユニット導光板１３６の境界部を目立たなくするためにはできるだけ薄くかつ細いことが望ましいが、その一方で導光板１０２としての強度を保つために十分な厚みを確保しておく必要がある。

本発明の実施例１の面状光源及びそれを備えた液晶表示装置を構成する各部品を分離した状態の概略図である。 本発明の実施例１の面状光源及びそれを備えた液晶表示装置の概略図である。 本発明の実施例１の面状光源の平面図及びａ−ａ’部の断面図である。 本発明の実施例１の面状光源の導光板における窪み近傍の断面図である。 図３に図示の面状光源の断面図における中央部の拡大図である。 本発明の実施例２の面状光源の平面図及びｂ−ｂ’部の断面図である。 本発明の実施例２の面状光源における導光板の組立図である。 本発明の実施例２の面状光源の導光板における窪み近傍の断面図である。

符号の説明

１００……………………面状光源
１０１……………………ＬＣＤセル
１０２……………………導光板
１０３……………………ＬＥＤモジュール
１０４……………………反射シート
１０５……………………フレキシブルプリント基板
１０６……………………接続端子
１０７……………………プリズムシート
１１１……………………ＬＥＤチップ
１１２……………………基板
１１３……………………蛍光体含有樹脂
１１４……………………電極
１２１……………………ＬＥＤ用端子
１３１……………………窪み
１３２……………………散乱層
１３３……………………同心円状溝
１３４……………………放射状溝
１３５……………………導光板接合部
１３６……………………ユニット導光板
１４１……………………穴
１５１……………………第一の基板
１５２……………………第二の基板
１５３……………………ドライバＩＣ
１５４……………………フレキシブルプリント基板
１６１……………………導光板枠

Claims (4)

1. 複数のＬＥＤモジュールの輝度をエリア毎に制御する面状光源を備えた液晶表示装置であって，
   前記面状光源は，中央に設けられた窪みにＬＥＤモジュールが配置され，前記窪みを中心とした同心円状の溝または放射状の溝を備えたユニット導光板をマトリクス状に配列した導光板と，反射シートと前記複数のＬＥＤモジュールをマトリクス状に実装した基板とを備えて構成してなり，
   前記面状光源のエリア毎の輝度変調に同調してエリア毎の画像表示を変調する駆動回路を備えたＬＣＤセルを前記面状光源上に積層したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記ユニット導光板をマトリクス状に配列した導光板における隣接するユニット導光板は，
   前記ユニット導光板を形成する材料で少なくとも一部が結合されているものである請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記ユニット導光板の中央に設けられた窪みには，
   拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の備えた液晶表示装置。
4. 前記反射シートは，
   ＬＥＤモジュールがマトリクス状に実装された基板と導光板との間に配置され，かつマトリクス状に穴が形成されており，前記穴を通してＬＥＤモジュールが導光板の窪みに装着されているものである請求項１に記載の備えた液晶表示装置。

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