JP2016051135A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルに表示される画像の明るさと輝度むらの少なくとも一方を改善することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１０は、液晶表示パネル２０と、光源４０と、光源４０からの光を拡散可能なフィルム３０と、を備えている。光源４０は、液晶表示パネル２０の後方かつ側方に配置されている。フィルム３０は、液晶表示パネル２０の後方で光源４０よりも液晶表示パネル２０の近くに配置されている。フィルム３０は液晶表示パネル２０の方に向かって凸状に湾曲している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源から出射した光を拡散可能なフィルム、特に拡散状態と透過状態に切り替え可能に構成されたフィルムを備えた液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示パネルに画像を表示するとともに、液晶表示パネルを通して液晶表示パネルの後方を透けて見えるようにすることができる液晶表示装置が普及している（特許文献１）。このような液晶表示装置は、例えば電子広告として利用することができる。

特許文献１に記載の液晶表示装置は、表示面を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルに対して前記表示面の反対側に位置するシャッタと、シャッタに間接光を照射する光源と、を備えている。このシャッタは、光を透過する透過状態と、光を拡散する拡散状態とに切り替え可能である。透過状態では、液晶表示パネル及びシャッタは透明であり、ユーザは、液晶表示パネルの反対側を視認することができる。一方、拡散状態では、シャッタは不透明であり、ユーザは、液晶表示パネルの反対側を視認することができない。

光源は、液晶表示パネルの表示領域に重なった領域から外れたフレーム内側に位置している。したがって、光源は、液晶パネルやシャッタの側方から斜めに、液晶パネルやシャッタに向けて光を照射する。

特許文献２は、液晶表示パネル、拡散板、光源及び反射鏡を備えた液晶表示装置を開示している。光源は、液晶表示パネルの後方に設置されている。拡散板は、液晶表示パネルと光源との間に位置する。反射鏡は、光源よりも後方に設置されている。反射鏡は、放物線又は疑似放物線形状となっている。拡散板は、反射鏡と対向する放物線又は疑似放物線形状となっている。特許文献２では、光源の位置並びに反射鏡及び拡散板の形状を適切に設定することにより、均一で鮮明な画面を映し出すとされている。

特開２０１０−０９１６０９号公報 実開平２−７８９２５号公報

特許文献１に記載の液晶表示装置では、光源からの光は、斜めに角度をつけてシャッタに入射する。シャッタを透過する透過光の強度は、シャッタに対する入射角が大きいほど小さくなる。そのため、光源から離れたシャッタの部分では、シャッタを透過する透過光の強度が小さくなる。その結果、液晶表示パネルの、光源から遠い位置では、明るさが低下し、輝度むらが生じ得る。液晶表示パネルが大型化すると、明るさの低下及び輝度むらはより顕著になる。これは、液晶表示装置に採用できる液晶表示パネルの大きさに制限をつけることになる。したがって、液晶表示パネルに表示される画像の明るさと輝度ムラを改善することが望まれる。

特許文献２に記載の液晶表示装置では、光源は液晶表示パネル及び拡散板の背後に設置されている。そのため、光源は液晶表示パネル及び拡散板の背後の空間を有効に利用することができない。特に、ユーザは、光源の設置位置の影響で、液晶表示パネルの反対側の空間に設置された物を視認することができない。光源の位置を変更すれば、液晶表示パネルに映し出される画面が不均一になってしまうおそれがある。

本発明の目的は、液晶表示パネルの後方かつ側方に位置する光源を備えた液晶表示装置であって、液晶表示パネルに表示される画像の明るさと輝度むらの少なくとも一方を改善することができる液晶表示装置を提供することにある。

一実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、光源と、光源からの光を拡散可能なフィルムと、を備えている。光源は、液晶表示パネルの後方かつ側方に配置されている。フィルムは、液晶表示パネルの後方で光源よりも液晶表示パネルの近くに配置されている。フィルムは液晶表示パネルの方に向かって凸状に湾曲している。

本発明によれば、液晶表示パネルに表示される画像の明るさと輝度むらの少なくとも一方を改善することができる。

図１は、一実施形態に係る液晶表示装置の模式的分解斜視図である。 図２は、図１に示す液晶表示装置の模式的断面図である。 図３は、図１に示す液晶表示装置において光源から出射した光の軌跡を説明する図である。 図４は、平坦な拡散フィルムを備えた参考例に係る液晶表示装置において光源から出射した光の軌跡を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の液晶表示装置は、電子公告機、自動販売機及びゲーム機器などの様々な機器に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態における液晶表示装置の模式的分解斜視図である。図２は、図１に示す液晶表示装置を縦方向に切断した模式的断面図である。液晶表示装置１０は、液晶表示パネル２０と、光源４０と、光源４０からの光を拡散可能なフィルム３０と、を備えている。液晶表示パネル２０は、透過型の液晶表示パネルであってよい。液晶表示パネル２０は、電圧の駆動により、その表示部に画像を表示することができる。本明細書において、「画像」とは、記号、文字及び図形等を含むものとする。また、液晶表示パネル２０は、静止画だけでなく動画を表示することもできる。

液晶表示装置１０は、フレーム６０を備えていてよい。図１に示す例では、フレーム６０は箱状となっており、その一面に開口６２が形成されている。液晶表示パネル２０は、フレーム６０の開口６２を覆うように、フレーム６０に保持されていてよい。

光源４０は、液晶表示パネル２０の後方かつ側方に配置されている。光源４０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）から形成されていてよい。光源４０は、フレーム６０の内壁に取り付けられていてよい。本実施形態では、光源４０は、一方向に長く延びた線光源であり、フレーム６０の四辺に設置されている。

フィルム３０は、液晶表示パネル２０の後方で光源４０よりも液晶表示パネル２０の近くに配置されている。フィルム３０は、液晶表示パネル２０の後方で、フレーム６０の保持部６２に取り付けられていてよい。フィルム３０は液晶表示パネル２０の方に向かって凸状に湾曲している。

フレーム６０は、フィルム３０及び光源４０を収容する空間を形成していてよい。フィルム３０を挟んで液晶表示パネル２０とは反対側に、展示物５０を設置可能な展示スペース７０が設けられていることが好ましい。図１に示す例では、フレーム６０は、箱状に形成されており、展示スペース７０を取り囲んでいる。フレーム６０は、展示スペース７０に展示物５０を出し入れできるように扉（不図示）を有していても良い。なお、図１では、展示物５０は、フレーム６０の側壁に取り付けられている。これに限らず、展示物５０は、フレーム６０の床上に置かれてもよい。

上記実施形態では、光源４０は、フレーム６０の四辺に配置されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。光源４０は、フレーム６０の互いに対向する２辺に設置されていてもよく、又はフレーム６０の一辺若しくは三辺に設置されていてもよい。また、光源４０は、フレーム６０の角や稜に設置された点光源であってもよい。

フィルム３０は、光を拡散する拡散状態と光を透過する透過状態とに切り替え可能に構成されていることが好ましい。一例として、フィルム３０は、電圧駆動により、拡散状態と透過状態に切り替え可能な液晶素子を含んでいてよい。そのようなフィルム３０の一例として、高分子分散型の液晶素子を含む液晶フィルムがある。

この液晶フィルムは、その内部に封止している液晶材に電圧が印加されていないときに白濁した遮光状態（拡散状態）となる。液晶フィルムは、拡散状態では、比較的低い透過率を有し、透過光を拡散させる効果を持っている。一方、液晶材に電圧が印加されたときには、液晶フィルムは、透明な透過状態となる。透過状態では、液晶フィルムは、比較的高い透過率を有し、光を拡散しない。つまり、この液晶フィルムは、遮光状態では展示物５０を隠し、液晶表示パネル２０の表示部の画像のみを見せる状態となる。一方、透過状態では、液晶表示パネル２０及び液晶フィルムを介して展示物５０を見ることができる。なお、液晶フィルムが透過状態であっても、液晶表示パネル２０に画像を表示することは可能である。

光源４０から出射し、フィルム３０に入射した光の一部は、フィルム３０で反射する。フィルム３０に入射した光の残りの一部は、フィルム３０を透過する。フィルム３０が拡散状態にあるとき、フィルム３０を透過する光は、フィルム３０内で拡散される。フィルム３０が拡散状態であっても透過状態であっても、光源４０は、液晶表示パネル２０のバックライトとして機能する。

光源４０から出射した光は、フィルム３０に入射するだけでなく、フレーム６０の内部空間を照明する。つまり、光源４０から出射した光の一部は、展示スペース７０や展示物５０を照明する役割も有する。このように、光源４０は、液晶表示パネル２０のバックライトとしての機能と、展示物５０に照明を当てる機能とを兼ねていることが好ましい。これにより、広告物５０に照明を当てる専用の付加的な照明装置を省略することができる。

光源４０は、液晶表示パネル２０に正対して見たときに液晶表示パネル２０の表示部に重ならない位置に配置されていることが好ましい。これにより、液晶表示パネル２０に正対して見たときに、光源４０が液晶表示パネル２０の背後に設置された展示物５０を隠さないようにすることができる。

液晶表示装置１０は、液晶表示パネル２０と、拡散状態と透過状態とに切り替え可能なフィルム３０と、を制御する制御部８０を有していてよい。制御部８０は、液晶表示パネル２０に表示すべき画像情報に基づき、液晶表示パネル２０の各画素に電圧を印加する。また、制御部８０は、フィルム３０を拡散状態と透過状態に切り替えるように制御することもできる。

次に、光源４０から出射した光の軌跡について説明する。ここでは、上記の液晶表示装置１０について説明する前に、湾曲したフィルム３０の代わりに平坦な拡散フィルム１３０を有する参考例に係る液晶表示装置について先に説明する。

図４は、上記の湾曲したフィルム３０の代わりに平坦な拡散フィルム１３０が用いられたときの、光源４０から出射した光の軌跡を説明する図である。図４（ａ）は、光源４０から出射した光が、拡散フィルム１３０の、光源から近い位置に入射した状況を示している。図４（ｂ）は、光源４０から出射した光が、拡散フィルム１３０の、図４（ａ）に示す位置よりも遠い位置に入射した状況を示している。図４（ｃ）は、光源４０から出射した光が、拡散フィルム１３０の、図４（ｂ）に示す位置よりも遠い位置に入射した状況を示している。

光源４０から出射し、拡散フィルム１３０の光源４０近くの位置に入射する光の入射角θ_４は、相対的に小さい（図４（ａ）参照）。光源４０から出射し、拡散フィルム１３０の中央の位置に入射する光の入射角θ_５は、入射角θ_４よりも大きい（図４（ｂ）参照）。光源４０から出射し、拡散フィルム１３０の光源４０から遠くの位置に入射する光の入射角θ_６は、入射角θ_５よりも大きい（図４（ｃ）参照）。すなわち、「θ_４＜θ_５＜θ_６」という関係式が満たされる。

拡散フィルム１３０に入射した光の一部は、拡散フィルム１３０で反射する。拡散フィルム１３０に入射した光の残りの一部は、拡散フィルム１３０を透過する。反射光の強度は、フレネル反射の原理に基づき、入射角が９０°に近いほど強くなり、入射角が０°に近いほど弱くなる。よって、平坦な拡散フィルム１３０を用いた場合、反射光の強度は、光源４０から遠く離れるほど大きくなる（Ｒ_４＜Ｒ_５＜Ｒ_６）。したがって、透過光の強度は、光源４０から遠く離れるほど小さくなる（Ｔ_４＞Ｔ_５＞Ｔ_６）。その結果、液晶表示パネルを正面から見たとき、液晶表示パネルの表示部は、光源４０から近いほど明るく、光源４０から遠いほど暗くなってしまう。これにより、液晶表示パネルに表示される画像の明るさや輝度むらが生じる。さらに、一般に、光の強度は光源４０から離れるほど小さくなるので、拡散フィルム１３０に入射する入射光の強度は、光源４０から遠く離れるほど小さくなる。したがって、透過光の強度は、光源４０から遠く離れるほどより一層小さくなってしまう。このように、光源からの距離とフレネル反射の原理との効果により、液晶表示パネルに表示される画像の明るさや輝度むらが生じることになる。

次に、湾曲したフィルム３０を有する本実施形態に係る液晶表示装置について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、光源４０から出射した光が、フィルム３０の、光源から近い位置に入射した状況を示している。図３（ｂ）は、光源４０から出射した光が、フィルム３０の、図３（ａ）に示す位置よりも遠い位置に入射した状況を示している。図３（ｃ）は、光源４０から出射した光が、フィルム３０の、図３（ｂ）に示す位置よりも遠い位置に入射した状況を示している。

光源４０から出射し、フィルム３０の光源４０近くの位置に入射する光の入射角θ_１は、相対的に大きい（図３（ａ）参照）。ここで、フィルム３０へ入射する光の入射角は、光が入射した入射点でのフィルム３０の接線に垂直な方向と、入射光の進行方向との間の角度によって定義される。光源４０から出射し、フィルム３０の中央の位置に入射する光の入射角θ_２は、入射角θ_１よりも小さい（図３（ｂ）参照）。光源４０から出射し、フィルム３０の光源４０から遠くの位置に入射する光の入射角θ_３は、入射角θ_２よりも小さい（図３（ｃ）参照）。すなわち、「θ_１＞θ_２＞θ_３」という関係式が満たされる。よって、湾曲したフィルム３０を用いた場合、反射光の強度は、光源４０から遠く離れるほど小さくなる（Ｒ_１＞Ｒ_２＞Ｒ_３）。したがって、透過光の強度は、光源４０から遠く離れるほど大きくなる（Ｔ_１＜Ｔ_２＜Ｔ_３）。

ここで、前述したように、一般に、光の強度は光源４０から離れるほど小さくなる。したがって、湾曲したフィルム３０を用いた場合、フレネルの原理に基づき光源４０から遠く離れるほど大きくなる透過光の強度が、距離に依存して強度が低下する効果を打ち消す。すなわち、液晶表示パネル２０に入射する光の強度が、液晶表示パネル２０全体で均一化される。その結果、液晶表示パネル２０に表示される画像の明るさと輝度むらの少なくとも一方を改善することができる。なお、液晶表示パネル２０のサイズや光源４０の位置に応じて、画像の明るさ及び／又は輝度むらを改善するように、適宜フィルム３０の湾曲形状を調整することができる。

上記例で説明したように、光源４０からの距離に応じて光強度が減衰することを考慮すると、光源４０から出射した光の、フィルム３０に対する入射角が、光源４０から遠ざかるにつれて小さくなるように、フィルム３０が湾曲していることが好ましい。しかしながら、液晶表示パネル２０のサイズが小さい場合、光源４０からの距離に応じて光強度が減衰する効果を考慮しなくてもよいこともある。この場合、光源４０から出射した光の、フィルム３０に対する入射角がフィルム３０の任意の場所で実質的に等しくなるように、フィルム３０が湾曲していてもよい。

上記実施形態では、光源４０からの光を拡散可能なフィルム３０として、拡散状態と透過状態に切り替え可能なフィルムが用いられている。本発明は、これに限らず、光源４０からの光を拡散可能なフィルム３０を有していればよい。例えばフィルム３０は、拡散状態と透過状態とに切り替えができない、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような材料からなる拡散フィルムであってもよい。この場合には、液晶表示装置１０は、液晶表示パネル２０及び拡散フィルムを通してそれらの背後の展示物を見せる機能を持たない。

以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

１０ 液晶表示装置
２０ 液晶表示パネル
３０ フィルム
４０ 光源
５０ 展示物
６０ フレーム
７０ 展示スペース
８０ 制御部

Claims (8)

1. 液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの後方かつ側方に配置された光源と、
   前記液晶表示パネルの後方で前記光源よりも前記液晶表示パネルの近くに配置され、前記光源からの光を拡散可能なフィルムと、を有し、
   前記フィルムは前記液晶表示パネルの方に向かって凸状に湾曲している、液晶表示装置。
2. 前記光源から出射した光の、前記フィルムに対する入射角が、前記光源から遠ざかるにつれて小さくなるように、前記フィルムが湾曲している、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光源から出射した光の、前記フィルムに対する入射角が、前記フィルムの任意の場所で実質的に等しくなるように、前記フィルムが湾曲している、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記フィルムは、光を拡散する拡散状態と光を透過する透過状態とに切り替え可能に構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記フィルムを挟んで前記液晶表示パネルとは反対側に、展示物を設置可能なスペースが設けられている、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記光源は、前記液晶表示パネルのバックライトとしての機能と、前記展示物に照明を当てる機能とを兼ねる、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記光源は、前記液晶表示パネルに正対して見たときに前記液晶表示パネルの表示部に重ならない位置に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶表示パネルを保持し、前記光源及び前記フィルムを収容する空間を形成するフレームをさらに有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
   

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