JP2013020256A - 液晶表示装置モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】コレステリック液晶の反射及び透過特性を利用して透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の好ましい実施の形態による液晶表示装置モジュールは、液晶パネル１００と、液晶パネル１００の少なくとも１つの側面に配置されて前記側面に直接光を入射させるバックライトユニット１３０と、液晶パネル１００及びバックライトユニット１３０を支持及び固定する支持機構１４０、１６０とを含む。つまり、本発明の好ましい実施の形態によれば、液晶パネル１００の背面に備えられる導光板を省略し、液晶パネル１００の側面にバックライトユニット１３０を配置して液晶パネル１００に直接光を入射させて画像を表示することにより、画像の視認性を向上させると共に、液晶パネル１００の透明度を改善することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置モジュールに関し、特に、コレステリック液晶の反射及び透過特性を利用して透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールに関する。
液晶表示（ＬＣＤ）装置は、電極配線が格子状に配列された２枚の透明基板が対向して配置され、その間に液晶が介在する液晶表示（ＬＣＤ）パネルと、液晶パネルに光を提供する光源とから構成されるフラットパネルディスプレイ装置である。特に、液晶パネルに備えられる液晶として、複数の薄い分子層を有し、層内の分子配列が長軸方向であり、層の面が平行であり、全体として螺旋構造を有するコレステリック液晶（ＣＬＣ）を用いる場合、光を選択的に反射又は透過する特性を有するため、透明ディスプレイの実現に有利である。
しかし、液晶表示装置は、自ら発光できないため、光源を備えなければならない。よって、液晶パネルの背面に不透明なバックライトユニットが備えられる。特に、バックライトユニットに含まれる導光板は、液晶パネルの液晶が駆動されると光を導いて液晶パネルの全領域に均一に分布させることにより、画像の輝度を高める役割を果たすが、液晶パネルの透明度を低下させる原因となり、透明ディスプレイの実現を阻害する。
図５Ａ及び図５Ｂは、従来の透明ディスプレイにおけるモジュールの形態による反射及び透過特性を概略的に示す図である。
図５Ａに示すように、従来の透明ディスプレイは、液晶パネル１０と、液晶パネル１０の背面に光を提供するバックライトユニット３０と、液晶パネル１０及びバックライトユニット３０を結合・固定してモジュール化する支持機構５０とからなる。
図５Ａに示す構造の透明ディスプレイにおいては、光源３１から出射した光を導光板及び光学シート３３を介して液晶パネル１０に提供し、その光は、反射する光（ａ１）により液晶パネル１０上に実現された画像ＩＭＡＧＥを観察者が容易に識別できるようにする周辺光の役割を果たす。ところが、前記導光板及び光学シート３３、並びに液晶パネル１０の両面に貼り付けられた偏光フィルム１７が液晶パネル１０の透明度を低下させるため、液晶パネル１０に入射する光（ｂ１）のほとんどが液晶パネル１０を通過することができない。これにより、観察者が透明ディスプレイの背面に位置するオブジェクトＯＢＪを識別しにくいという欠点があった。
図５Ｂは、このような欠点を克服するための構造であって、導光板及びその他の光学部材を除去して液晶パネル１０の透明度を高めた例を示す。図５Ｂに示す構造の透明ディスプレイにおいては、液晶パネル１０は図５Ａと同じ構造であり、液晶パネル１０の両面に貼り付けられる偏光フィルム（図５Ａの符号１７）及びバックライトユニット（図５Ａの符号３０）が除去され、支持機構５２により支持及び固定されているだけである。
これにより、図５Ｂに示す構造の透明ディスプレイにおいては、液晶パネル１０に入射する光（ｂ２）のほとんどが吸収されることなく液晶パネル１０を通過し、透明ディスプレイの背面に位置するオブジェクトＯＢＪに到達し、従って、観察者はそのオブジェクトＯＢＪを容易に識別することができる。
しかし、光源による周辺光がないため、液晶パネル１０上に実現された画像ＩＭＡＧＥは観察者が識別しにくいという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、コレステリック液晶を用いて透明ディスプレイを実現した液晶表示装置において、バックライトユニットの有無によって反射画像及び透過画像の識別程度が異なる問題を改善して画像の視認性を向上させた液晶表示装置モジュール、並びにそれに含まれる支持機構を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の好ましい実施の形態による透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールは、液晶パネルと、前記液晶パネルの少なくとも１つの側面に配置されて前記側面に直接光を入射させるバックライトユニットと、前記液晶パネル及び前記バックライトユニットを支持及び固定する支持機構とを備え、前記バックライトユニットは、前記支持機構と前記液晶パネルの少なくとも１つの側面とによって囲まれた空間に配置される。
前記液晶パネルは外部に露出していることを特徴とする。
前記支持機構は、前記液晶パネルの前面縁部を囲むトップケースと、前記液晶パネルの背面縁部を囲み、前記バックライトユニットが前記液晶パネルの側面に対向するように実装され、前記トップケースと機構的に結合されるガイドパネルとを含むことを特徴とする。
前記支持機構は、前記トップケースと前記液晶パネルとを固定する遮光テープを含むことを特徴とする。
前記バックライトユニットは、少なくとも１つの光源と、前記光源が一列に配列されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイとを含むことを特徴とする。
前記バックライトユニットは、前記光源及び前記ＬＥＤアレイが実装され、前記光源から出射した光を前記液晶パネルの側面方向に反射させるランプハウジングをさらに含むことを特徴とする。
前記液晶パネルは、下部基板と、前記下部基板に対向する上部基板と、前記下部基板と前記上部基板との間に介在するコレステリック液晶層とを含むことを特徴とする。
前記コレステリック液晶層は、形成される電界に応じて、一面から入射する光を他面に通過させる第１状態と、一面から入射する光を散乱及び反射する第２状態とを実現することを特徴とする。
前記第１状態は、前記コレステリック液晶層のプレーナ状態（planer state）であり、前記第２状態は、前記コレステリック液晶層のフォーカルコニック状態（focal conic state）であることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態によれば、液晶パネルの背面に備えられる導光板を省略し、液晶パネルの側面にバックライトユニットを配置して液晶パネルに直接光を入射させて画像を表示することにより、画像の視認性を向上させると共に、液晶パネルの透明度を改善することができるという効果がある。
本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールの分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置モジュールの部分断面図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置モジュールの部分断面図である。 本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールにおいて液晶パネルに入射する光の形態を概略的に示す図である。 従来の透明ディスプレイの一例の反射及び透過特性を概略的に示す図である。 従来の透明ディスプレイの他の例の反射及び透過特性を概略的に示す図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態による透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュール、及びそれに含まれる支持機構について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールの分解斜視図である。
同図に示すように、本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールは、画像を実現する液晶パネル１００と、液晶パネル１００に光を提供するバックライトユニット１３０と、液晶パネル１００及びバックライトユニット１３０を固定及び支持する支持機構１４０、１６０とからなる。
液晶パネル１００は、所定の間隔をおいて対向して貼り合わせられる下部基板１０２及び上部基板１０３と、その間に介在するコレステリック液晶層とから構成されており、液晶パネル１００の一端に備えられるドライバＩＣ１０５から信号が供給されることにより、コレステリック液晶層の光透過率が変化して画像を実現する。
下部基板１０２には、スイッチング素子である薄膜トランジスタに加えて、各種配線と画素電極が形成され、一側にドライバＩＣ１０５が備えられて配線と電気的に接続される。同図においては、ドライバＩＣ１０５が下部基板１０２上に直接実装されるＣＯＧ（Chip On Glass）方式の一例を示すが、ドライバＩＣが実装されたフィルムを下部基板１０２に貼り付けるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式を適用することもできる。
ドライバＩＣ１０５は、液晶パネル１００の薄膜トランジスタをターンオン／オフするための走査信号を供給するゲートドライバと、画素電極にデータ信号を供給するデータドライバとを含むようにしてもよい。前記ゲートドライバは、ＧＩＰ（Gate In Panel）方式にして、液晶パネル１００上の一側端部に薄膜トランジスタの形態で内蔵してもよい。
このような液晶パネル１００についてより詳細に説明すると次の通りである。
下部基板１０２には複数のゲート配線及びデータ配線が縦横に配列され、その交差地点が画素領域として定義される。また、各画素領域にはスイッチング素子である薄膜トランジスタが備えられる。前記薄膜トランジスタは、ゲート配線に接続されるゲート電極と、前記ゲート電極の上部に非晶質シリコン又はポリシリコンで形成される半導体層と、前記半導体層の上部に形成され、データ配線及び画素電極に電気的に接続されるソース電極及びドレイン電極とからなる。
上部基板１０３には前記画素電極に対向する共通電極が形成される。前記共通電極は、垂直電界駆動モード、すなわちＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードなどと同様に、上部基板１０３に形成される。
このように構成された下部基板１０２と上部基板１０３とは、画像表示領域の外郭に形成されたシーラントにより対向するように貼り合わせられ、その間にコレステリック液晶が注入されることにより、液晶パネル１００を構成する。
前記コレステリック液晶は、印加される電界に応じて、液晶の螺旋軸が基板面に対して垂直方向に配列されるプレーナ状態（Ｐ）と、液晶の螺旋軸の方向が基板面に対して一定ではないがほぼ平行になるフォーカルコニック状態（Ｆ）とを実現する特性がある。
まず、プレーナ状態（Ｐ）では、液晶の分子が周期的な螺旋構造を有し、液晶の螺旋軸が基板面に対して垂直な方向となる。このようなプレーナ状態（Ｐ）は、コレステリック液晶層を有する液晶パネル１００に入射する光を全て透過させる透明な状態である。
また、フォーカルコニック状態（Ｆ）は、液晶の螺旋軸が任意の方向に配列されるものであって、入射光に対して弱い散乱を起こして一部の光は透過させ、一部の光は反射させる状態である。
よって、液晶パネル１００の各電極に高電圧が印加されると、前記コレステリック液晶層は、第１状態であるプレーナ状態が実現されて、液晶パネル１００の前背面に入射する光を全て透過させる透明な状態となる。また、液晶パネル１００の各電極に低電圧が印加されると、前記コレステリック液晶層は、第２状態であるフォーカルコニック状態が実現されて、不透明な状態となり、入射する光を遮断して画像を表示する。
一方、バックライトユニット１３０は、支持機構１４０、１６０と液晶パネル１００の少なくとも１つの側面とによって囲まれた空間に配置される。バックライトユニット１３０は、前述した液晶パネル１００の下部側面に配置されて光を放出する複数のＬＥＤランプ１３１と、ＬＥＤランプ１３１がボンディングされるランプ基板１３２とを含む。バックライトユニット１３０は、ＬＥＤランプ１３１に対向する液晶パネル１００の側面に直接光を照射する構造であって、従来のエッジライト型バックライトユニットに含まれる導光板、拡散シート及びプリズムシートなどが省略された形態である。設計者の意図に応じて、バックライトユニット１３０は、内側にＬＥＤランプ１３１及びランプ基板１３２が実装されるランプハウジング（図示せず）をさらに含んでもよい。
ＬＥＤランプ１３１としては、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の三原色をそれぞれ発光する複数のＬＥＤパッケージを使用してもよく、白色光を発光する複数のＬＥＤパッケージを使用してもよい。
単色光を発光するＬＥＤパッケージが使用される場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光を発光するＬＥＤランプを交互に所定の間隔で配置し、これらのＬＥＤランプから発光する単色光を混合して白色光にし、液晶パネル１００に供給する。それに対して、白色光を発光するＬＥＤパッケージが使用される場合は、ＬＥＤパッケージを所定の間隔で配置し、白色光を液晶パネル１００に供給する。
同図においては、エッジライト型バックライトユニットであってＬＥＤランプ１３１が液晶パネル１００の一側面に配置される例を示すが、両側面に配置される形態も本発明の液晶表示装置モジュールに適用することができる。
前述した構造の液晶パネル１００及びバックライトユニット１３０は、後述する支持機構に実装されて支持及び固定される。
液晶パネル１００の上部には、遮光テープ１１０を介して四角枠状のトップケース１４０が結合され、液晶パネル１００の下部には、ガイドパネル１６０が配置される。液晶パネル１００は、ガイドパネル１６０の突出部に実装されるが、液晶パネル１００の少なくとも１つの側面にバックライトユニット１３０が配置されて共にガイドパネル１６０に実装される。
トップケース１４０は、液晶パネル１００の前面縁部を囲んで液晶パネル１００の前面のうち画像が実現されない非表示領域を覆い、遮光テープ１１０により貼り付けられて固定される。ここで、遮光テープ１１０は、液晶パネル１００を固定する役割を果たすと共に、バックライトユニット１３０から出射した光が液晶パネル１００の縁部から漏れることを防止する。
ガイドパネル１６０は、内側に液晶パネル１００及びバックライトユニット１３０が実装され、液晶パネル１００の背面縁部を支持し、トップケース１４０と機械的に結合されて液晶表示装置をモジュール化する。通常、ガイドパネル１６０は、光の反射特性を考慮して、白色の合成樹脂を用いて射出成形方式で製作される。
また、図示していないが、トップケース１４０とガイドパネル１６０とは、より安定した結合のために、ネジなどの固定部材により締結されるように実現してもよい。
前述した構造により、本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールにおいては、従来の液晶パネルの背面に備えられる導光板を省略し、液晶パネルの側面に直接光を入射させることにより、透明ディスプレイの透明度を改善すると共に、液晶パネルが表示する画像の輝度を改善することができる。
以下、図２及び図３の本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールの断面図を参照して本発明の技術的思想をより詳細に説明する。
まず、図２は、本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置モジュールの部分断面図である。
同図に示すように、本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置モジュールは、液晶パネル１００と、液晶パネル１００に光を提供するバックライトユニット１３０と、液晶パネル１００及びバックライトユニット１３０を固定及び支持する支持機構１４０、１６０とを含む。
本発明の第１の実施の形態によれば、透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールにおいては、液晶パネル１００の縁部がトップケース１４０及びガイドパネル１６０により支持され、トップケース１４０とガイドパネル１６０との離隔空間にＬＥＤランプ１３１がボンディングされたランプ基板１３２が配置される。同図においては、ＬＥＤランプ１３１の発光面が側面に位置するＬＥＤパッケージの一例を示すが、後述する第２の実施の形態のＬＥＤランプのように発光面が前面に位置するＬＥＤパッケージに代えてもよい。
トップケース１４０と液晶パネル１００との取付部には遮光テープ１１０が配置されており、液晶パネル１００が揺れないように保持する役割を果たすと共に、ＬＥＤランプ１３１から出射した光が漏れないように遮断する役割を果たす。
このような構造により、ＬＥＤランプ１３１から出射した光は、液晶パネル１００の側面に入射し、液晶パネル１００のガラス基板により導光されて、一部は液晶パネル１００の前面及び背面から出射し、一部はガラス基板と空気中の屈折率の差により反射して再び液晶パネル１００内に進入する。また、液晶パネル１００内に進入した光の一部は、コレステリック液晶により実現されたフォーカルコニック状態の不透明領域に到達し、その領域で光が遮断されることにより画像が表示される。また、コレステリック液晶により実現されたプレーナ状態の透明領域は、入射する光を完全に通過させるので、液晶表示装置モジュールの背面に位置するオブジェクトが見える。
次に、図３は、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置モジュールの部分断面図である。
本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置モジュールは、前述した第１の実施の形態による液晶表示装置モジュールとは異なり、光効率をより高めると共にＬＥＤランプを保護するためのランプハウジングをさらに備える。
同図に示すように、本発明の第２の実施の形態によれば、透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールにおいては、液晶パネル２００の縁部がトップケース２４０及びガイドパネル２６０により支持及び固定され、ＬＥＤランプ２３１がボンディングされたランプ基板２３２がランプハウジング２５６の内側面に配置される。また、ランプハウジング２５６の開口部と液晶パネル２００の側面が当接するように配置され、ランプハウジング２５６は、下部に配置されるガイドパネル２６０の内側に収容され、外側にトップケース２４０が結合される。バックライトユニット２３０は、支持機構２４０，２６０と液晶パネル２００の少なくとも１つの側面とによって囲まれた空間に配置される。
前述したように、ＬＥＤランプ２３１はランプ基板２３２にボンディングされる。ランプ基板２３２は、金属基板又はＰＣＢ基板からなり、ランプハウジング２５６に実装される。ここで、ランプ基板２３２は、液晶パネル２００の側面に対向するように、液晶パネル２００の側面に沿って配置される。ランプハウジング２５６は、ＬＥＤランプ２３１から出射した光がより効率的に液晶パネル２００に入射できるように、反射率の高い金属材で構成してもよい。これにより、ＬＥＤランプ２３１は、駆動時に直接液晶パネル２００の側面に光を入射させ、また、ランプハウジング２５６は、ＬＥＤランプ２３１から出射した光を液晶パネル２００に反射する。
このような構造により、ＬＥＤランプ２３１から出射した光及びランプハウジング２５６から反射した光は、液晶パネル２００の側面に入射し、一部は外側に出射し、一部は液晶パネル２００により導光されて、コレステリック液晶の状態に応じて画像を表示する。
以下、図４を参照して本発明の実施の形態による液晶パネルに入射する光の形態を説明する。
図４は、本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールにおいて液晶パネルに入射する光の形態を概略的に示す図である。
同図に示すように、本発明の実施の形態による液晶表示装置モジュールの液晶パネル２００は、所定間隔離隔して貼り合わせられる下部基板２０２及び上部基板２０３と、その離隔空間に介在するコレステリック液晶層（図示せず）とからなる。液晶パネル２００の少なくとも１つの側面には、ＬＥＤランプ２５１及びＬＥＤランプ２５１がボンディングされたランプ基板２５２がランプハウジング２５６内に実装されて構成されるバックライトユニット２５０が配置される。
このような構造においては、ＬＥＤランプ２５１から入射する光のうち、一部は、直接（ｃ１）又はランプハウジング２５６により反射して（ｃ２）液晶パネル２００の内部に進入し、残りは、下部基板２０２又は上部基板２０３を介して外部に出射する（ｃ３，ｃ４）。ここで、液晶パネル２００に印加された電圧により所定領域の液晶層がフォーカルコニック状態に切り替えられると、その領域に入射した光が散乱して画像ＩＭＡＧＥを実現し（ｃ１）、観察者は反射する光の経路に従って画像を肉眼で容易に識別することができる（ｃ１）。また、外部に出射する光（ｃ３，ｃ４）は、下部基板２０２及び上部基板２０３と外部の接触面での屈折率の差により、一部が反射して再び液晶パネル２００の内部方向に進入し、他側面まで導光される。
そして、液晶パネル２００において、プレーナ状態の領域では、入射する光のほとんどが通過し（ｂ３）、観察者は液晶パネル２００の向こうの領域も識別することができる。
つまり、本発明の好ましい実施の形態による透明ディスプレイを実現した液晶表示装置モジュールにおいては、光を提供するバックライトユニットをコレステリック液晶層を含む液晶パネルの側面に配置し、従来の液晶パネルの背面に備えられる導光板を省略することにより、透明度を改善すると共に、表示中の画像の視認性を向上させることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることを理解できるであろう。
１００ 液晶パネル
１１０ 遮光テープ
１３０ バックライトユニット
１３１ ＬＥＤランプ
１３２ ランプ基板
１４０ トップケース
１６０ ガイドパネル

Claims (9)

  1. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルの少なくとも１つの側面に配置されて前記側面に直接光を入射させるバックライトユニットと、
    前記液晶パネル及び前記バックライトユニットを支持及び固定する支持機構とを備え、
    前記バックライトユニットは、前記支持機構と前記液晶パネルの少なくとも１つの側面とによって囲まれた空間に配置されることを特徴とする液晶表示装置モジュール。
  2. 前記液晶パネルは外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置モジュール。
  3. 前記支持機構は、
    前記液晶パネルの前面縁部を囲むトップケースと、
    前記液晶パネルの背面縁部を囲み、前記バックライトユニットが前記液晶パネルの側面に対向するように実装され、前記トップケースと機構的に結合されるガイドパネルと
    を含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置モジュール。
  4. 前記支持機構は前記トップケースと前記液晶パネルとを固定する遮光テープを含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置モジュール。
  5. 前記バックライトユニットは、
    少なくとも１つの光源と、
    前記光源が一列に配列されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイと
    を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置モジュール。
  6. 前記バックライトユニットは、
    前記光源及び前記ＬＥＤアレイが実装され、前記光源から出射した光を前記液晶パネルの側面方向に反射させるランプハウジング
    をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置モジュール。
  7. 前記液晶パネルは、
    下部基板と、
    前記下部基板に対向する上部基板と、
    前記下部基板と前記上部基板との間に介在するコレステリック液晶層と
    を含むことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置モジュール。
  8. 前記コレステリック液晶層は、形成される電界に応じて、一面から入射する光を他面に通過させる第１状態と、一面から入射する光を散乱及び反射する第２状態とを実現することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置モジュール。
  9. 前記第１状態は、前記コレステリック液晶層のプレーナ状態（planer state）であり、前記第２状態は、前記コレステリック液晶層のフォーカルコニック状態（focal conic state）であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置モジュール。
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