JP3810788B2

JP3810788B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3810788B2
Application number: JP2005507184A
Authority: JP
Inventors: 圭徳井; 謙一岩内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: US7465104B2; JPWO2004114004A1; EP1640787B1; EP1640787A4; US20070008458A1; DE602004020345D1; EP1640787A1; WO2004114004A1

Description

本発明は、動画質が改善され、また光利用効率を向上することができる表示装置に関するものである。

従来、文字や画像を表示する表示装置として、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube、以下「ＣＲＴ」と称する）が広く知られているが、装置全体の大きさが大きいことや、消費電力が大きいことなどから、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display、以下「ＬＣＤ」称する）が急速に普及しつつある。

しかしながら、ＬＣＤで動画表示を行った場合、以下に示す表示原理に起因する、いわゆる尾引き、動きボケと呼ばれる動画質劣化が生じてしまう。

ＣＲＴでは、点状の電子ビームをスキャニングすることにより表示を行っているため、表示面のある部分に着目した場合に一瞬の期間だけ発光するインパルス型表示が行われる。これに対して、ＬＣＤでは、バックライトなどによって液晶パネルに光を常時照射しており、同様に表示面のある部分（画素）に着目した場合、黒表示時以外では連続的に表示をしているホールド型表示が行われる。

インパルス型表示の場合、表示画像が移動するときには、その瞬間ごとの画像を目で追いかけるため残像感が無いのに対し、ホールド型表示の場合、連続的に表示がなされているため、ある瞬間には２箇所で同じ画像が表示されたかのように見え、それが尾引き、動きボケを生じさせる結果になる。また、表示される対象物のフレーム間の移動量により尾引き量、ボケ量が変化する。すなわち、表示される対象物を追従する視点の速度によって尾引き量、ボケ量が変化するため、大型のＬＣＤでは特に問題となる。

また、液晶の応答速度により所望の階調が得られないことに起因する動画質劣化は、液晶の応答を高速にすることで改善されるが、表示方法がホールド型表示のままなので、液晶の応答を高速にすることだけで上述の動画質劣化を解決できるわけではない。

この問題を解決する手段としては、１フレーム期間において、液晶パネルへの光照射期間および光非照射期間を設けることで、ホールド型表示をインパルス型表示に近づける手段が考えられる。さらに、液晶パネルの各画素に階調データを線順次走査して書き込んでいくため、表示面内において、液晶の応答完了時刻に差があり、液晶の応答遅延による画質劣化を防ぐために、バックライトに複数の照射領域を設け、これらを順次照射することによりインパルス型表示に近づける方法が提案されている。

例えば特許文献１では、図１９に示すように、１枚の液晶表示部３００（液晶パネル）に対して、光反射板３０２を兼ねた収容ケース内に複数の各光源３０１が収容された直下型バックライトを用いた表示装置が開示されている。上記表示装置においては、複数の各光源３０１を用いることにより、バックライトを複数の照射領域に分割し、液晶表示部３００の応答状態に応じて、各照射領域ごとに各光源３０１の点灯および消灯をすることができる。これにより、上記液晶表示部３００での動画表示をインパルス型表示に近づけて動画質を改善できることが知られている。

また、他の従来例として、例えば特許文献２では、透明電極に挟まれた高分子分散型液晶を導光板の背面に配置したサイドエッジ型バックライトを用いた表示装置が開示されている。上記表示装置においては、透明電極はストライプ状に形成されており、電圧が印加されることで液晶層の屈折率を変化させ、上記液晶層内を伝搬する光の透過および散乱を制御することができる。この制御により、ストライプ状の透明電極で選択された領域の光を散乱して液晶パネルに照射することが可能となり、インパルス型表示に近づけて動画質を改善できることが知られている。

さらに、異なる技術分野では、例えば、特許文献３に示すように、導光板とアクチュエータとを用いた表示装置が開示されている。この表示装置は、導光板の端面に光源を配置し、アクチュエータを導光板の表示面と反対面に配置し、導光板内を伝播する光をアクチュエータにより出射する装置である。アクチュエータが導光板に接した部分においては、導光板内を伝播する光は全反射条件が成り立たなくなり、アクチュエータにより散乱された光が、導光板のアクチュエータと反対面から出射される。また、上記表示装置では、多数の微小アクチュエータが各画素にそれぞれ対応しており、アクチュエータの接触、非接触の時間の長短により階調を表現している。また、上記表示装置において、カラー表示を行うには、各画素に対応したアクチュエータにカラーフィルタを設けることなどが考えられている。
特開２０００−２７５６０４号公報（公開日：2000年１０月６日）特開２００２−４９０３７号公報（公開日：2002年２月１５日）特開平７−２８７１７６号公報（公開日：1995年１０月３１日）

しかしながら、上述した従来の各技術においては、以下に示すような問題点がある。例えば、特許文献１に記載の表示装置のように、複数の光源３０１を用いて照射領域を複数に分割すると、照射領域の分割数以上の光源が必要になり、コストの増加と装置の大型化という課題を有する。また、各照射領域を分割するための仕切り板などの部材を配置しなければならず、照射面において、各領域を分割する仕切り板の有る部分と、仕切り板の無い部分とで、光照射量が異なってしまい、輝度ムラが発生するという課題を有する。

さらに、光源３０１としての冷陰極管の点灯と消灯を繰り返すと、光源３０１の寿命が短くなるという問題だけでなく、冷陰極管が備える蛍光体は、例えば、赤、緑、青などの蛍光体の色によって残光時間が異なるため、光源消灯時に色割れによる画質劣化が発生するという課題を有する。

また、例えば、特許文献２に記載の表示装置のように、導光板の背面に高分子分散型液晶を配置する表示装置では、一般に透過率が高くない液晶層を光が伝播することになり、特に、尾引き量、ボケ量が増加する大型のＬＣＤなどにおいては、光の伝播距離が大きくなるため、光の損失が大きくなり、光の利用効率が悪くなる。

また、光源付近と、光源からの距離が大きいところでは、光が導光板から出射されるまでの伝播距離が異なるため、液晶層による光吸収量が異なり、面内位置によって伝播光量が異なってしまい、輝度ムラが生じるという課題を有する。

さらに、画像表示を行う液晶パネル内の液晶に到達する光は、偏光板を通過するため光量が減少しているが、導光板および高分子分散型液晶を伝播、散乱する光量は、画像表示用液晶パネルを透過してくる光量の１０倍以上であり、多量の光によって高分子分散型液晶の劣化を引き起こすという課題がある。特に、冷陰極管から発せられる光に含まれる紫外光の影響が大きい。

さらに、例えば、特許文献３に記載の表示装置のように、導光板とアクチュエータとを用いた表示装置では、各画素に対応したアクチュエータをそれぞれ備えなければならず、各アクチュエータを独立に制御するために互いに分離する必要がある。このため、上記表示装置においては、各アクチュエータ間に隙間ができ、開口率が低下して光の利用効率が悪くなるとともに、同じ画面サイズのＬＣＤに比べ解像度が劣る。さらに、アクチュエータだけで階調表現を行うために、アクチュエータの高速動作が必要であり、生産性やコストの面で課題を有する。

本発明に係る表示装置は、上記課題を解決するために、複数の画素を有する液晶パネルと、導光板を用いて前記液晶パネルに光を照射する照明装置とを備える表示装置において、前記照明装置は、前記導光板に接触、または、非接触することにより、前記導光板内における伝播光の光路を変更して、前記液晶パネルを照射する光の強度を変更する光路変更手段を備え、前記光路変更手段が、前記液晶パネルの走査線と平行な方向に複数配置されていることを特徴としている。

上記構成によれば、液晶パネルへ照射する光の強度を光路変更手段により変更することで、液晶パネルに対する光の照射期間と非照射期間とを設けることができ、液晶パネルでの動画の表示をインパルス型表示に近づけて、動画質を改善することが可能となる。

また、上記構成においては、照射状態において導光板を伝播する光が液晶パネルに照射され、非照射状態では伝播光は導光板内にて全反射している。このため、非照射状態での伝播光が導光板内にて全反射により保持されるから、液晶パネルに照射される光の瞬間輝度が上昇し、かつ、光の損失を最小限にした光利用効率の良好な表示装置を実現することができる。

これにより、液晶パネルの走査線と平行に各照射領域を形成することができ、液晶パネルの線順次走査に対応した線順次照射が可能になり、さらに、光路変更手段の駆動制御を簡略化することができる。

前記表示装置は、前記導光板の光入射面と、前記液晶パネルの走査線とが略平行である構成としてもよい。

これにより、任意の光照射領域において、導光板に入射された光が光照射領域を必ず通過するため、光利用効率を向上することができる。

前記表示装置は、前記液晶パネルの液晶の応答が略完了した領域に対して光を照射するように、前記光路変更手段が前記導光板へ接触する構成としてもよい。

これにより、液晶パネルが所望の階調を示す状態で、液晶パネルへの光照射が行われるため、所望の階調表示が可能となる。

前記表示装置は、前記光路変更手段が、前記導光板に対する接触、または非接触の状態を変化させる圧電体素子を備える構成としてもよい。

これにより、導光板と光路変更手段との間での接触、非接触の状態を変化させることが、上記圧電体素子により容易に実現できる。

前記表示装置は、前記光路変更手段の前記導光板との接触面が、有機樹脂により形成される構成としてもよい。

これにより、光路変更手段と導光板との接触状態が上記有機樹脂によって良好となるため、導光板からの出射光量が増加し、光利用効率を向上することができる。

前記表示装置は、前記導光板が、光の入射される第１導光層と、該第１導光層よりも小さい屈折率を有する第２導光層とを備え、前記導光板の光入射面の対向する面に、前記第１導光層を伝播する光を、前記第２導光層にも伝播させる光反射手段を備える構成としてもよい。

これにより、伝播する光の光路長を確保することができ、第１導光層で伝播光を混合することができるので、十分に混合され均一になった光を導光板から出射することが可能となる。

前記表示装置は、前記第１導光層の屈折率がｎ１、前記第２導光層の屈折率がｎ２であって、前記第１導光層を伝播する光の前記第２導光層への入射角の大きさが、ｓｉｎ^−１（ｎ２／ｎ１）以上となるように、前記導光板への入射光が設定される構成としてもよい。

これにより、導光板を伝播する光が、第１導光層で全反射して混合されるため、より均一な照明光を得ることができる。

前記表示装置は、前記導光板に光を入射する発光素子が複数設けられていてもよい。また、前記表示装置は、前記発光素子の発光色が複数色であってもよい。さらに、前記表示装置は、前記発光素子が、少なくとも１つの発光ダイオードを含むものであってもよい。

これにより、照明装置の照射強度を向上することが可能であり、さらに、発光色を複数色とすることで、色純度を高め、色再現性を向上することができる。さらに、発光ダイオードにより急峻な発光スペクトルを有する発光素子を容易に実現できるから、色再現性を向上することができる。

本発明に係る表示装置は、以上のように、複数の画素を有する液晶パネルと、導光板を用いて前記液晶パネルに光を照射する照明装置とを備える表示装置において、前記照明装置は、前記導光板に接触、または、非接触することにより、前記導光板内における伝播光の光路を変更して、前記液晶パネルを照射する光の強度を変更する光路変更手段を備え、前記光路変更手段が、前記液晶パネルの走査線と平行な方向に複数配置されている構成である。

これにより、液晶パネルへ照射する光の強度を変更することで、液晶パネルに対する光の照射期間と非照射期間を実現することが可能となるので、液晶パネルでの動画像の表示をインパルス型表示に近づけて、動画質の改善が可能となる。

また、上記構成においては、照射状態において導光板内を伝播する光が液晶パネルに出射され、非照射状態では伝播光が導光板内にて全反射されるため、瞬間輝度を向上させて、光の損失を最小限にした光利用効率の良好な表示装置を実現することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

以下、実施の各形態により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
〔第１の実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。なお、各図は、理解しやすいように誇張して記載しており、実際の大きさや間隔とは異なる。

本実施形態に係る液晶表示装置は、図１に示すように、導光板１００と、該導光板１００の側端面に配置された光源（発光素子）１０１と、該導光板１００の一方の表面上に配置された液晶パネル１０２と、該導光板１００の液晶パネル１０２と反対側の他の表面に配置された光路制御部（光路変更手段）３４とを有している。本実施形態では、導光板１００と、光源１０１と、光路制御部３４とにより、液晶パネル１０２に対する光の照明装置（バックライト）を構成している。

液晶パネル１０２は、複数の画素をマトリクス状に備え、各画素にそれぞれ印加される、ＬＣＤで表示するための映像信号に基づく信号電圧により、各画素での光の透過率をそれぞれ変化させることで、画像を表示できるようになっている。上記映像信号は、各画素での輝度を示すデータ信号、水平同期信号、垂直同期信号などを含むものである。また、液晶パネル１０２は、導光板１００の一方の表面に近接または密着して、導光板１００の一方の表面と略平行となるように装着されている。

光源１０１は、例えば冷陰極管であり、１本以上、例えば２本の冷陰極管が、略長方形板状の導光板１００の互いに対面する各側面に、各冷陰極管からの光を導光板１００内に照射するように取り付けられている。よって、各冷陰極管は、それらの長手方向が、上記液晶パネル１０２の各側面の長手方向に沿うようにそれぞれ設けられている。

なお、上記では、光源１０１として、線状光源である冷陰極管を用いた例を挙げたが、点状光源である発光ダイオードなどを用いることもでき、また、光源１０１を導光板１００の互いに対向する２つの各側面にそれぞれ設けた例を挙げたが、１つの側面にのみ設けてもよく、さらに、液晶パネル１０２からの画像の輝度を高めるために、３つの各側面や、４つの各側面に光源１０１をそれぞれ設けることも可能である。

液晶パネル１０２と導光板１００との間には、拡散シート、反射偏光シートなどの各種光学シートを配置してもよい（図示せず）。また、光源１０１の周囲を反射率の高い部材で覆うことにより、導光板１００への入射光量を増加させ、光利用効率を向上することもできる。

さらに、導光板１００の端面で、光源１０１が配置されない側端面に、ミラーや白ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）などの反射部材を配置することで光利用効率を向上させてもよい。

前記光路制御部３４は、導光板１００に対する、接触、および非接触を択一的に作動することにより、導光板１００内の伝播光の光路を変更して、導光板１００の表面から液晶パネル１０２を照射する光の強度を変更する手段（光路変更手段）である。また、光路制御部３４は、導光板１００の表面から液晶パネル１０２への光の照射状態および非照射状態を制御する各照射領域に応じて、複数、設置されていることが好ましい。

さらに、光路制御部３４は、それが導光板１００に対して非接触状態のとき、光路制御部３４の一方の表面が、導光板１００の他方の表面（つまり、液晶パネル１０２とは反対側の面）に対して、近接し、かつ略平行となるように取り付けられていることが望ましい。

このような光路制御部３４は、圧電体素子１０３と、導光板１００に接触する側の圧電体素子１０３表面全体上に形成された、膜状の有機樹脂１０４とを有している。圧電体素子１０３は、印加される電圧により、導光板１００の厚さ方向に沿って変位（伸縮）動作するように設けられた変位部である。

また、圧電体素子１０３のそれぞれは、液晶パネル１０２の走査信号に同期して、液晶の応答がほぼ完了した液晶パネル１０２の領域を照射するように、後述する方法によって制御される。これにより、導光板１００内を伝播する光は、液晶パネル１０２の所望される領域に対し、所望のタイミングで導光板１００から出射される。

圧電体素子１０３は、アルミニウム、銀、銅、白金、チタン、モリブデンなどの金属により構成される電極層と、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛などの圧電セラミクスにより構成される圧電体層とを複数それらの厚さ方向に互いに積層したもので、印加電圧に応じて変位を圧電体層の厚さ方向（つまり、導光板１００の厚さ方向）に生じるものである。

また、有機樹脂１０４は、ポリビニルアルコールやポリイソプレンなどで構成させることができ、導光板１００の他方の表面との接触（当接）により、導光板１００内の伝播光の光路を変更して、導光板１００の一方の表面から液晶パネル１０２を照射する光の強度を変更するための接触部である。

また、有機樹脂１０４は、光を散乱するためであって（詳細な原理は後述）、透過率の悪いカラーフィルタを使って画素を形成する必要がないので、表示に用いる可視波長域を散乱反射する白色とすることができ、光の利用効率を向上させることが可能なものである。有機樹脂１０４は、導光板１００との接触を確実化するために弾性を備えていることが好ましく、また、光を効率よく散乱させるために白色であることが望ましい。

図２は、導光板１００内にて全反射する光を示す図である。空気の屈折率をｎ０、導光板１００の屈折率をｎ１、導光板１００の主面Ｐの法線に対する入射角をθとすると、全反射条件は式１のようになり、式１を満たすθで導光板１００の主面Ｐに入射した場合、伝播光は反射角θで全反射される。また、導光板１００の側端面Ｑより入射される光の入射角（側端面Ｑの法線に対する角度）をθ０、その時の屈折角をθ１とすると、その関係は式２となり、また、θ１とθとは互いに補角の関係なので式３のように表すことができ、θとθ０の関係は式４のようになり、ｎ０を１とすると、ｎ１が√２より大きい場合は、導光板１００の側端面の入射角によらず入射した光はすべて導光板１００内で全反射する。

ｓｉｎθ≧ｎ０／ｎ１ …式１
ｓｉｎθ１＝（ｎ０／ｎ１）ｓｉｎθ０ …式２
ｃｏｓθ＝（ｎ０／ｎ１）ｓｉｎθ０ …式３
（ｎ１）^２≧１＋ｓｉｎ^２θ０ …式４
導光板１００の材料として一般的に用いられている材料は、光透過性に優れたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であり、その屈折率は１．４９程度と、√２より大きいものである。したがって、通常、導光板１００の側端面より入射された光は、導光板１００内の反射による損失無く伝播し、導光板１００の光入射側端面に平行な他の側端面に至るまで出射されない。

しかし、図３の（Ａ）に示すように、圧電体素子１０３によって有機樹脂１０４が導光板１００に接触している場合、導光板１００内を伝播する光Ｌ１１は有機樹脂１０４に到達し散乱される。このとき、散乱された光Ｌ１２が全反射条件を満たさない場合、導光板１００から出射されることになる。ここで、導光板１００における全反射面でのエバネセント光は、全反射面から数波長程度漏れる。したがって、本実施形態において、接触とは有機樹脂１０４の表面が導光板１００の表面までの距離が、伝搬する光の波長以下に配置されることである。また、波長は表示に用いられる光の波長であるため可視波長域であり、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍである。

また、図３の（Ｂ）に示すように、有機樹脂１０４が導光板１００に対し非接触である場合、導光板１００内を伝播する光は散乱されることなく、全反射により伝播される。ここで、圧電体素子１０３の励起状態は、導光板１００に接触している（Ａ）の状態、導光板１００に非接触である（Ｂ）の状態のどちらでも本発明の効果は得られるが、有機樹脂１０４などの磨耗の影響を考慮すると、（Ｂ）の状態が励起状態であることが望ましい。

図４は、本発明と従来例との開口率の比較を示す図である。ここで、開口率とは、導光板１００における、液晶パネル１０２が配置される面と対向する面の面積に対する、有機樹脂１０４と導光板１００との接触面の占有面積の割合である。図４（ａ）は圧電体素子１０３および有機樹脂１０４を光散乱に使用した本実施形態であり、図４（ｂ）は圧電体素子および有機樹脂を表示画素として使用した場合（上述した特許文献３のもの）である。

図４（ｂ）において、カラー表示を行う場合、圧電体素子に特定色のみを透過するカラーフィルタを配置する必要があり、赤色フィルタ１０５、緑色フィルタ１０６、青色フィルタ１０７のように配置される。このため、特定色以外の光が吸収されて損失となり光の利用効率が悪くなるだけでなく、階調表現を行うために各画素を独立制御する必要があるから、多数の各圧電体素子間に隙間を形成する必要があり、隙間における光出射は行われないため、開口率が低下してしまう。

しかし、図４（ａ）においては、圧電体素子１０３および有機樹脂１０４により画素を形成する必要がないため、カラーフィルタを使用せずに、特定色に限らずに散乱反射することができるだけでなく、圧電体素子１０３および有機樹脂１０４を表示画素に対して大きくすることができるため、隙間が減少して開口率が増加し、光の利用効率を向上させることが可能となる。

図５は、圧電体素子１０３の接触および非接触を制御する構成例を示すブロック図である。圧電体素子１０３は、ＬＣＤで表示する映像信号を受信して照射または非照射を伝達するパルス信号を発生するためのパルス発生部１０８と、パルス発生部１０８からのパルス信号を受信して圧電体素子１０３のそれぞれを独立して駆動する駆動部１０９とで制御することができる。したがって、照射または非照射を行うために各圧電体素子１０３への電圧印加タイミングを、表示映像信号に同期して制御することになる。

すなわち、圧電体素子１０３の駆動を、特に、液晶パネル１０２の走査信号、つまり映像信号に含まれる垂直同期信号、水平同期信号に同期させることにより、液晶の応答が完了する的確なタイミングで、液晶パネル１０２の各領域に対する光の照射、非照射を制御することが可能である。例えば、互いに隣り合う一連の走査線群単位で、各光路制御部３４を、上記走査信号に基づき、導光板１００に対し接触、または、非接触となるように、対応する各圧電体素子１０３が上記駆動部１０９により制御・駆動される。

ここで、液晶の応答と照射タイミングの関係を図６に示す。図６は、表示を黒、白、黒としたときの図で、縦軸が光透過率（階調輝度）を表し、横軸が時間を表している。液晶パネル１０２は、透過率の変化により階調表現を行っており、また、液晶の透過率が変化するには所定の時間を必要とするため、所望の透過率に到達していない、透過率が変化している状態（図６中の（Ａ）の時間帯）で光を照射すると、所望の階調表示が行えないため画質劣化となってしまう。したがって、所望の透過率に到達した、透過率が安定している状態（図６中の（Ｂ）の時間帯）において光照射を行うことが望ましい。

また、本実施形態においては、液晶パネル１０２の光透過率によって表示画像の階調表現を行っており、圧電体素子１０３は液晶パネル１０２に対する光の照射、非照射のみを制御すればよく、階調表現の必要がないので、圧電体素子１０３の動作速度は、液晶パネル１０２の走査信号に同期した所望のタイミングでの動作が可能な速度でよい。

なお、上記液晶の応答が完了して安定している状態の時間帯内において、圧電体素子１０３により照射期間、非照射期間との割合を可変制御することで、液晶パネル１０２の画像表示において、さらに階調表現を加えることも可能である。または、圧電体素子１０３による液晶パネル１０２への光の照射量を制御することでも、大まかな階調表現を設定することができ、液晶パネル１０２での実際の階調表示に対する補助的なものとして適用することも可能である。

図７は、複数配置される圧電体素子１０３の駆動によって導光板１００の表面から光が照射される領域の一例を示す図である。図７は、導光板１００の表面を液晶パネル１０２の走査方向（走査線に対して直交する方向）に沿って仮に５つの領域（ａ）〜（ｅ）に、それぞれが互いに隣接するように分割した場合である。

ここで、液晶パネル１０２の全面に対して１フレーム期間内のあるタイミングで同時に光を照射し、続いて、非照射期間を設定すること（１フレーム期間内で間欠的にフラッシングする全面同時フラッシュ型）によっても、ホールド型表示からインパルス型表示に近づけることができ、動画質の改善効果を得ることができる。

しかしながら、下記に示すような各タイミング例で各照射領域（ａ）〜（ｅ）において、１フレーム期間内で順次照射、非照射を行うことで、各照射領域（ａ）〜（ｅ）からの、光が照射されるタイミングにおける液晶パネル１０２の液晶応答状態を互いに略均一化することが可能になり、液晶パネル１０２での表示ムラを低減することができる。

図８において、各照射領域（ａ）〜（ｅ）の各波形の縦軸は照射と非照射との状態を示し、横軸は時間を示す。図８の例では、領域（ａ）に対応する液晶パネル１０２における液晶の応答がほぼ完了したときに、領域（ａ）に対向する液晶パネル１０２の領域に対して光を照射し、他の領域には光を照射しないように制御し、次に、領域（ｂ）に対応する液晶パネル１０２における液晶の応答がほぼ完了したときに、領域（ｂ）に対向する液晶パネル１０２の領域に光を照射するようにし、他の領域には光を照射しないように制御し、次に、領域（ｃ）に対応する液晶パネル１０２における液晶の応答がほぼ完了したときに、領域（ｃ）に対向する液晶パネル１０２の領域に光を照射するように制御し、他の領域には光を照射しないようにし、次に、領域（ｄ）に対応する液晶パネル１０２における液晶の応答がほぼ完了したときに、領域（ｄ）に対向する液晶パネル１０２の領域に光を照射するように制御し、他の領域には光を照射しないようにし、次に、領域（ｅ）に対応する液晶パネル１０２における液晶の応答がほぼ完了したときに、領域（ｅ）に対向する液晶パネル１０２の領域に光を照射するようにし、他の領域には光を照射しないように、各領域での光の照射を互いに排他的に制御するものである。

また、図９に示すように、液晶の応答完了タイミングに合わせて領域（ａ）と領域（ｂ）とを照射し、次に領域（ｂ）と領域（ｃ）とを照射し、次に領域（ｃ）と領域（ｄ）とを照射し、次に領域（ｄ）と領域（ｅ）とを照射し、次に領域（ｅ）と領域（ａ）とを照射するように、圧電体素子１０３を駆動制御してもよい。

また、図１０に示すように、液晶の応答完了タイミングに合わせて、領域（ａ）を照射し、次に領域（ａ）と領域（ｂ）を照射し、次に領域（ｂ）と領域（ｃ）を照射し、次に領域（ｃ）と領域（ｄ）を照射し、次に領域（ｄ）と領域（ｅ）を照射し、次に領域（ｅ）を照射するように、圧電体素子１０３を駆動制御してもよい。

図８〜図１０は照射タイミングの制御例を示すものであり、照射量や照射時間を限定するものではない。また、理解を容易にするため、導光板１００の照射領域の分割数を５としたが、必ずしも５分割である必要はない。ここで、図７に示すように、光源１０１からの光は、液晶パネル１０２の走査線と平行となる導光板１００の側端面から入射することが望ましい。すなわち、複数の照射領域をすべて通過するように光入射を行うことにより、任意の領域が照射状態であっても伝播光を出射することができるため、光利用効率が良くなる。

図１１は、本実施形態において照射領域を３分割とした場合の、それぞれの照射状態における光照射強度と１フレーム期間の光照射強度を示す図である。図１１（ａ）は本実施形態のように圧電体素子１０３を駆動することにより、液晶パネル１０２の各領域に対して順次光の照射を行ってインパルス型表示に近づけた場合を示しており、図１１（ｂ）は液晶パネル１０２の全面が常時照射されるホールド型表示を示す。また、縦軸は光照射強度を表し、ホールド型表示における照射強度を１とし、横軸は液晶パネルの走査方向の位置を表し、照射領域を３分割としている。

図１１（ａ）において、非照射領域の導光板１００内を伝播する光は全反射することにより液晶パネル１０２に出射されず、導光板１００内に入射された光は照射領域のみから液晶パネル１０２に出射されるため、瞬間的な光照射強度は、図１１（ｂ）に示されるホールド型表示の瞬間的な光照射強度の約３倍となる。また、１フレーム期間内の光照射強度の合計は、図１１（ａ）のように非照射期間が有っても、図１１（ｂ）と同じ光照射強度となる。

すなわち、１フレーム期間内に光の非照射期間を設けることにより、インパルス型表示に近づけることが可能となり、動画質の改善ができ、さらに、光の利用効率が良い表示装置を得ることが可能となる。さらに、瞬間的な光照射強度を高めることも可能である。また、導光板１００による光の損失が少ないため、大型のディスプレイにも容易に対応できる。

〔第２の実施形態〕
図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。本実施形態では、導光板１００が導光板第１層２００と導光板第２層２０１とから構成される。導光板第２層２０１は、有機樹脂１０４に対面する位置に配置されている。

本実施形態では、光源１０１を構成する発光素子として、発光する光に狭指向性を有する発光ダイオードを使用している。導光板１００の側端面に配置される光源１０１と反対側の側端面には、光反射手段２０２として導光板第１層２００に傾斜した反射面が設けられている。上記反射面では、光利用効率を向上させるために、導光板１００内を伝播する光を主に正反射するミラー部材が配置されている。

表示画質の向上手段として色再現範囲を広げる方法があり、実現方法として、光源１０１に色純度の高い、赤色、緑色、青色の各発光色を有する発光ダイオードを用いる方法がある。しかしながら、点状光源である発光ダイオードを光源１０１として用いると、図１３に示すように、輝度ムラおよび色ムラが生じる領域（Ａ）が生じてしまう。

領域（Ａ）では、発光ダイオードから発せられる光が指向性を有しているため、各発光ダイオードからの光が十分に混合されず、領域（Ａ）を伝播する光を液晶パネル１０２に照射してしまうと、輝度ムラ、色ムラが生じてしまう。領域（Ｂ）においては、各発光ダイオードからの光が十分に混合するだけの距離があり、均一な白色光となっており、領域（Ｂ）を伝播する光を液晶パネル１０２に照射しても輝度ムラ、色ムラは生じない。

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、導光板１００が導光板第１層２００と導光板第２層２０１から構成されており、導光板第１層２００の屈折率をｎ１とし、導光板第２層２０１の屈折率をｎ２（＜ｎ１）とすると、図１４に示す角度ｓｉｎ^−１（ｎ２／ｎ１）以上で導光板第１層２００から導光板第２層２０１に向かう光は全反射され、導光板第２層２０１内に進入し、導光板第２層２０１内を伝播することが防止されている。本実施形態では、上記角度ｓｉｎ^−１（ｎ２／ｎ１）を導光板第１層２００内にて伝播する光の導光板第２層２０１に対する入射角とする。

すなわち、導光板第１層２００内を伝播する光の導光板第２層２０１に対する入射角をｓｉｎ^−１（ｎ２／ｎ１）以上になるように、上記光が導光板第１層２００に入射するように制御すると、導光板１００内を全反射により伝播し、導光板１００から出射されない。ここで、伝播角を制御するために導光板第１層２００に入射する角度を制御するには、発光ダイオードの発する光を制御するか、シリンドリカルレンズなどを用いて角度を設定することで実現できる。

したがって、発光ダイオードからの光を導光板第１層２００内のみを全反射させて伝播することができ、図１５に示すように、圧電体素子１０３によって有機樹脂１０４が導光板第２層２０１に接触していても、導光板第１層２００内を伝播する光Ｌ２１は散乱することがないので、導光板１００から出射されない。すなわち、上記光Ｌ２１は、圧電体素子１０３による有機樹脂１０４の導光板１００への接触、非接触に関係なく、導光板第１層２００内を全反射する。

導光板第１層２００を伝播する光は、導光板１００から出射されることなく全反射を繰り返して入射面と対向する面に到達する。図１６に示すように、入射面と対向する面には光反射手段２０２が設けられている。ここで、光反射手段２０２は、導光板第１層２００の端面を傾斜させミラーなどを配置して実現される。導光板第１層２００を伝播する光Ｌ２１は、光反射手段２０２によって反射されるが、このとき、端面には傾斜が設けられているため、光の伝播角が変化する。

これにより、導光板第１層２００内を全反射していた光Ｌ２１が、導光板第１層２００および導光板第２層２０１内を全反射する光Ｌ２２になる。すなわち、導光板１００内全体を全反射しながら伝播する光Ｌ２２となる。このとき、伝播光Ｌ２２は、発光ダイオードから発されてから十分な距離を伝播しており、各発光ダイオードからの光は十分に混合されているため均一な白色光となっている。

導光板１００内全体を伝播する光Ｌ２２は、図１７に示すように、圧電体素子１０３によって有機樹脂１０４が導光板第２層２０１に接触している場合、伝播角が変化しているため、有機樹脂１０４との接触部において散乱される。したがって、有機樹脂１０４で散乱された光Ｌ２３が、導光板１００内での全反射条件を満たさない場合、導光板１００から液晶パネル１０２側に出射される。

しかし、有機樹脂１０４が導光板第２層２０１に対し非接触である場合、伝播光Ｌ２２は導光板１００内を全反射し、有機樹脂１０４にて散乱されることがないため、導光板１００から出射されない。

以上のとおり、圧電体素子１０３を駆動制御することにより、有機樹脂１０４の導光板１００への接触、非接触を制御でき、液晶パネル１０２の所望の領域を照射することが可能である。さらに、伝播光Ｌ２３は均一な白色光であるため、点光源に起因する輝度ムラや色ムラを低減することができる。ここで、各領域への照射タイミングなどは、前述の第１の実施形態と同様の方法で実現可能である。

また、導光板第２層２０１よりも高い屈折率を有する部材を導光板第２層２０１と有機樹脂１０４との間に設けてもよく、例えば、図１８に示すように、アクリル板やガラス板などの透過性板２０３を備えることができる。透過性板２０３は、圧電体素子１０３および有機樹脂１０４が形成される基板とスペーサなどを介して一体で作成することができ、これを導光板第１層２００および透過性板２０３よりも小さい屈折率を有する低屈折率の接着剤で接着することで、容易に導光板第２層２０１を形成することができる。

このように、本実施形態に記載の構成により、動画質の改善効果が得られ、さらに、光利用効率を向上することができ、さらに、色再現範囲を拡大することができ、輝度ムラや色ムラを低減した表示装置を容易に得ることが可能となる。

尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施形態は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

前記表示装置は、前記液晶パネルの走査線と平行な方向に配置される複数の光路変更手段が、前記導光板に同時に接触する構成としてもよい。

本発明の表示装置は、導光板内を伝播する光を、選択的に液晶パネルへ照射することによって、１フレーム期間内において、液晶パネルへの光の照射期間と非照射期間とを生成できる。

このことから、上記表示装置は、上記液晶パネルでの動画表示をインパルス型表示に近づけることができ、上記動画質を改善できると共に、さらに、所望の照射領域のみ照射を行うことで、瞬間輝度を向上するとともに、光利用効率の向上が可能となる。

よって、本発明の表示装置は、動画質を改善しながら、光利用効率の向上が可能となるので、画像、特に動画像の表示が有益な、テレビ、モニターなどの電子機器、携帯端末等に好適に利用できる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成例を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る表示装置の導光板における光入射端面部の拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る表示装置の圧電体素子と導光板との関係を示す断面図である。本発明の表示装置の導光板からの光出射を示す開口率と、従来例（特許文献３）の表示装置の導光板からの光出射を示す開口率とを比較した平面図であり、図４（ａ）は、本発明を示し、図４（ｂ）は、上記従来例を示す。本発明の第１の実施形態に係る表示装置の圧電体素子の駆動部および駆動方法例を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る表示装置の液晶の応答と照射タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態に係る表示装置の照射領域を示す分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る表示装置における第１の光照射タイミング例を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態に係る表示装置における第２の光照射タイミング例を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態に係る表示装置における第３の光照射タイミング例を示すタイミングチャートである。本発明の表示装置の光照射量と、従来の表示装置の光照射量を比較するため、光の照射時間と照射強度とをパルス波形にて示した波形図であり、図１１（ａ）は、本発明を示し、図１１（ｂ）は、上記従来を示す。本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成例を示す断面図である。導光板における、点状光源からの輝度ムラおよび色ムラを示す正面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置における、導光板内を伝播し、全反射する光の角度を示した断面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置の圧電体素子と導光板との関係を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置の導光板の要部を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置の圧電体素子と導光板との関係を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置の圧電体素子と導光板と透過性板の関係を示す断面図である。従来の表示装置の構成例を示す断面図である。

Claims

複数の画素を有する液晶パネルと、導光板を用いて前記液晶パネルに光を照射する照明装置とを備える表示装置において、
前記照明装置は、前記導光板に接触、または、非接触することにより、前記導光板内における伝播光の光路を変更して、前記液晶パネルを照射する光の強度を変更する光路変更手段を備え、前記光路変更手段が、前記液晶パネルの走査線と平行な方向に複数配置されていることを特徴とする表示装置。
前記請求項１に記載の表示装置において、
前記導光板の光入射面と、前記液晶パネルの走査線とが略平行であることを特徴とする表示装置。
前記請求項１又は２に記載の表示装置において、
前記液晶パネルの液晶の応答が略完了した領域に対して光を照射するように、前記光路変更手段が前記導光板に接触することを特徴とする表示装置。
前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の表示装置において、
前記光路変更手段は、前記導光板に対する接触、または、非接触の状態を変化させる圧電体素子を備えることを特徴とする表示装置。
前記請求項１乃至４の何れか１項に記載の表示装置において、
前記光路変更手段の前記導光板との接触面が、有機樹脂により形成されていることを特徴とする表示装置。
前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の表示装置において、
前記導光板が、光の入射される第１導光層と、該第１導光層よりも小さい屈折率を有する第２導光層とを備え、
前記導光板の光入射面と対向する面に、前記第１導光層を伝播する光を、前記第２導光層にも伝播させる光反射手段を備えることを特徴とする表示装置。
前記請求項６に記載の表示装置において、
前記第１導光層の屈折率がｎ１、前記第２導光層の屈折率がｎ２であって、前記第１導光層を伝播する光の前記第２導光層への入射角の大きさが、ｓｉｎ⁻¹（ｎ２／ｎ１）以上となるように、前記導光板への入射光が設定されていることを特徴とする表示装置。
前記請求項１乃至７の何れか１項に記載の表示装置において、
前記導光板に光を入射する発光素子が複数設けられていることを特徴とする表示装置。
前記請求項８に記載の表示装置において、
前記発光素子の発光色が複数色であることを特徴とする表示装置。
前記請求項８又は９に記載の表示装置において、
前記発光素子が、少なくとも１つの発光ダイオードを含むことを特徴とする表示装置。