JP5036346B2 - 液晶表示装置および拡散板 - Google Patents

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Description

この発明は、液晶表示装置および拡散板に関し、特にたとえば、液晶パネルおよび液晶パネルの後方に配置されるバックライトを備える、液晶表示装置、およびこれに用いられる拡散板に関する。
この種の装置の一例が、特許文献1に開示されている。この従来の装置は、積層された複数の液晶パネルおよびその後方に配置されるバックライトを備え、積層された複数の液晶パネルでそれぞれ再現される複数の画像を前面から出力する。そして、背面側の液晶パネルと前面側の液晶パネルとの間に拡散板が介挿される。背面側の液晶パネルで再現された背景画像と、前面側の液晶パネルで再現された前景画像との干渉は、拡散板によって抑制される。
特許第3335998号公報[H04N 13/04, G02B 27/22, G09F 19/12, G09G 3/20]
ところが、従来技術では、液晶表示装置の出力画像に現れる干渉縞の視認が困難となる程度の抑制効果を得るためには、高い拡散特性の拡散板を用いなければならない。拡散板の拡散特性を高めると、前面側の液晶パネルへの入射光量が減少する結果、出力画像は暗くなる。
このように、従来技術では、複数の液晶パネルの各々での損失に加えて、拡散板でも大きな損失が生じるので、バックライト光の利用効率が著しく低下する。このため、高出力のバックライトが必要であり、消費電力や発熱が問題となる。しかし、特許文献1は、バックライト光の利用効率を高める方策については何ら開示していない。
なお、単一の液晶パネルを有する液晶表示装置でも、バックライト光の均一化のためにバックライトと液晶パネルとの間に拡散板が介挿される場合があり、同様の問題が生じる。
それゆえに、この発明の主たる目的は、バックライト光の利用効率を高めることができる、液晶表示装置を提供することである。
1の発明に従う液晶表示装置(10:実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、液晶パネル(16,22)、液晶パネルの後方に配置されるバックライト(14)、バックライトから発せられた光を拡散させる少なくとも1つの拡散板(20)、拡散板を支持する支持部材(18a,18b)、拡散板と支持部材との間に介在する弾性部材(28)、および拡散板を振動させる振動手段(26,26a,26b,30)を備える。
液晶パネルの後方にバックライトが配置され、バックライトから発せられた光は拡散板によって拡散される。拡散板は、支持部材により支持され、振動手段によって振動される。拡散板と支持部材との間には弾性部材が介在しており、拡散板の振動は弾性部材で吸収される。
拡散板を振動させることで、拡散板の見かけ上の拡散特性が向上する。これは、拡散特性の低い拡散板を採用できることを意味し、ひいてはバックライトから発せられた光の利用効率の向上につながる。
なお、ある局面では、拡散板は、バックライトと液晶パネルとの間に配置される(換言すればバックライトユニット内に配置される)。別の局面では、液晶パネルは複数の液晶パネルを積層した液晶パネルユニットであり、拡散板は積層された複数の液晶パネルの間に介挿される。
2の発明に従う液晶表示装置は、の発明に従属し、振動手段は拡散板を可聴帯域外の周波数で振動させる。これにより、拡散板の振動による雑音は聞こえなくなる。
3の発明に従う液晶表示装置は、1または2の発明に従属し、振動手段は圧電素子(26,26a,26b)および圧電素子に電圧を印加するドライバ(30)を含む。
圧電素子は電圧に応じて振動する。圧電素子の振動が拡散板に伝わることで拡散板は振動する。
4の発明に従う液晶表示装置は、の発明に従属し、圧電素子は拡散板の端部と対向する圧電素子片(26)である。
5の発明に従う液晶表示装置は、の発明に従属し、バックライト用のインバータ回路(34)をさらに備え、ドライバはインバータ回路で生成されるスイッチング信号に従って動作する。
バックライト用のインバータ回路では、聴覚の検知限界つまり20kHzを超える周波数のスイッチング信号が生成される。ドライバへは、このインバータ回路で生成されるスイッチング信号が与えられる。
インバータ回路で生成されるスイッチング信号を流用することで、ドライバ専用のパルスジェネレータは不要となる。
6の発明に従う液晶表示装置は、1ないし5のいずれかの発明に従属し、液晶パネルは複数の液晶パネルを積層した液晶パネルユニットである。
7の発明に従う液晶表示装置は、の発明に従属し、拡散板は液晶パネルユニットの複数の液晶パネルの間に介挿され、振動手段は拡散板を視覚の時空間特性に基づく検知限界以上の周波数で振動させる。これにより、干渉縞の視認は困難となる。
8の発明に従う拡散板(20A)は、光を拡散させる拡散層(20)、および拡散層と積層される透明圧電素子層(26a)を備える。
透明圧電素子層に電圧を印加することで透明圧電素子層は振動し、この透明圧電素子層の振動が拡散層に伝わって拡散層も振動する。これにより、見かけ上の拡散特性が向上する。また、透明圧電素子層の振動が拡散層の全体に直接伝わるので、振動の均一化が容易であり、安定した拡散特性が得られる。
第9の発明に従う透明圧電素子(26b)は、板状に成形され、一方の面から他方の面
に透過する光を拡散する。
第10の発明に従う液晶表示装置は、複数の液晶パネルを積層した多層の液晶パネル、多層の液晶パネルの後方に配置されるバックライト、多層の液晶パネルの複数の液晶パネルの間に介挿され、バックライトから発せられた光を拡散させる少なくとも1つの拡散板、拡散板を支持する支持部材、拡散板と支持部材との間に介在する弾性部材、および拡散板を振動させる振動手段を備える。
透明圧電素子が拡散板を兼ねることで、透過光の損失が減少する。また、透明圧電素子つまり拡散板自身が振動するので、振動の均一化が容易であり、安定した拡散特性が得られる。
この発明によれば、バックライト光の利用効率を高めることができる。この結果、消費電力や発熱の問題が改善される。
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
図1を参照して、この発明が適用される液晶表示装置10は、後方カバー12,バックライトユニット14,背面側の液晶パネル16,スペーサ18a,拡散板20,スペーサ18b,前面側の液晶パネル22および前方カバー24によって形成される。
液晶パネル16および22はいずれも矩形の板状に形成され、主面の大きさならびに主面に設けられる表示画面の大きさは液晶パネル16および22の間で一致する。バックライトユニット14は矩形の板状に形成され、その大きさは液晶パネル16または22の主面の大きさとほぼ一致する。
拡散板20は矩形の板状に形成され、その大きさは液晶パネル16または22の主面の大きさとほぼ一致する。スペーサ18aおよび18bはいずれも矩形の枠状に形成され、その大きさは液晶パネル16または22の主面の大きさをわずかに上回る。さらに、枠によって定義される窓W1a,W1bの大きさは、表示画面の大きさとほぼ一致する。
バックライトユニット14,液晶パネル16,スペーサ18a,拡散板20,スペーサ18bおよび液晶パネル22は、各々の主面または窓W1a,W1bの中心が軸AXと一致し、かつ各々の四隅が互いに接するように、軸AX方向に積層される。積層された液晶パネル16および22の表示画面はいずれも前方を向く。
後方カバー12は、バックライトユニット14の背面および側面と、液晶パネル16の側面とを覆う直方体状のカバーである。前方カバー24は、液晶パネル22の正面外周と側面とを覆う直方体状のカバーであり、液晶パネル22の表示画面と同じサイズの窓W2が前方カバー24の主面に形成される。バックライトユニット14,液晶パネル16,スペーサ18a,拡散板20,スペーサ18bおよび液晶パネル22の積層体は、このような後方カバー12および前方カバー24によって封止される。
液晶表示装置10へは、背面用の映像信号と前面用の映像信号とが入力される。これら2つの映像信号の入力は、共通の同期信号に従うラスタ走査態様で行われる。入力された背面用の映像信号は液晶パネル16に供給され、入力された前面用の映像信号は液晶パネル22に供給される。液晶パネル16および22の各々は、供給された映像信号に基づいて液晶の透過率を制御する。この状態でバックライトユニット14を点灯することで、液晶パネル16には背景画像が再現され、液晶パネル22には前景画像が再現される。液晶表示装置10からは、こうして再現された背景画像および前景画像が前方に出力され、この結果、ユーザの目には背景および前景からなる立体画像が見える。
さて、液晶表示装置10から出力される立体画像には通常、背景画像と前景画像との間の干渉によって縞模様が現れる。2枚の液晶パネル16および22の間に配置された拡散板20は、このような干渉縞の出現を抑制する。
拡散板20は、図2および図3に示すように、2つの主面の一方に複数の錘状突起を有する。これら複数の錘状突起は、主面の対角方向PおよびQの各々に沿って並ぶ。2つの主面の他方は平らである。拡散板20を通過する光は、錘状突起のある方の主面で拡散される。
拡散板20の拡散特性は、干渉縞の視認を困難とするのに要求される拡散特性よりも低い。しかし、拡散板20による干渉抑制の効果は、以下のように拡散板20を振動させることで増大する。
この実施例の液晶表示装置10は、拡散板20を法線方向に振動させるための4つの圧電素子26,26,…を含む。図4を参照して、4つの圧電素子26,26,…は拡散板20の一方主面の四隅にそれぞれ配置される。スペーサ18aおよび18bにより保持された拡散板20の線“A”での切断面(線Aを含むZX平面と平行な面での切断面)を図5に示す。図5を参照して、スペーサ18aおよび18bの各々の断面はL字形状を有し、スペーサ18aの底面とスペーサ18bとで空間Sが形成される。拡散板20の周縁部は4つの圧電素子26,26,…と共にこの空間Sに収納され、空間Sの残りはアブソーバ28で埋められる。
拡散板20のスペーサ18b側の主面に位置する4つの圧電素子26,26,…の各々は、圧電素子ドライバ30から同位相の電圧の印加を受け、同位相で振動する。この結果、拡散板20は法線方向(Z方向)に振動する。
図6を参照して、拡散板20が法線方向に振動すると、光路が変化し、これにより拡散板20から出射される像に変化が生じる。このため、視覚の時空間特性に基づく検知限界である60Hzを超える周波数で拡散板20を振動させれば、出力画像に現れる干渉縞の視認は困難となる。
ただし、拡散板20の振動によって雑音が発生するから、可聴帯域外(20Hz〜20kHz)の周波数で振動させることが好ましい。この実施例では、20kHzを超える周波数で振動させる。したがって、圧電素子ドライバ30は、20kHz超のパルスを発生させる専用のパルスジェネレータ(図示せず)を含む。パルスジェネレータがパルスの周波数,振幅,波形などを制御することで、拡散板20の拡散特性を制御することができる。
なお、図7に示すように、バックライトユニット14に冷陰極管(CCFL)14aを用いる場合、CCFL14aはインバータ回路34を介して外部電源32に接続される。このインバータ回路34に含まれるパルスジェネレータ34aが、聴覚の検知限界を超える周波数たとえは56kHzのパルス(スイッチング信号)を発生している。このパルスをインバータ回路34から取り出して圧電素子ドライバ30に与えれば、専用のパルスジェネレータは不要となる。
以上から明らかなように、この実施例では、拡散板20は4つの圧電素子26,26,…により法線方向に振動される。これにより、拡散板20の見かけ上の拡散特性が向上する。このことは、拡散特性の低い拡散板20を採用できることを意味し、ひいてはバックライト光の利用効率が高まる。
ところで、上記の実施例では、4つの圧電素子26,26,…を拡散板20の四隅にそれぞれ配置したが、層状の透明圧電素子26aを拡散板20と積層してもよい。以下には、このような実施例を図8〜図10により説明する。なお、この実施例でも、液晶表示装置10は図1のように構成され、圧電素子ドライバ30には図6のインバータ回路34から取り出されたパルスを与えてよい。
図8を参照して、この実施例の拡散板ユニット20Aはスペーサ18aおよび18bにより保持される。図9を参照して、スペーサ18aおよび18bで形成された空間Sには拡散板ユニット20Aの端部が収納され、空間Sの残りはアブソーバ28で埋められる。図10を参照して、拡散板ユニット20Aは拡散板20を含み、拡散板20には、層状の透明電極E1,層状の透明圧電素子26aおよび層状の透明電極E2が法線方向に積層される。
なお、透明電極E1,E2はたとえば酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide:ITO)で形成され、透明圧電体26aはたとえばポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidine DiFluoride:PVDF)で形成される。
圧電素子ドライバ30が透明電極E1およびE2に電圧を印加すると、透明圧電素子26aは法線方向に伸縮し、この結果として拡散板20が法線方向に振動する。圧電素子ドライバ30が20kHz超のパルスに従って動作することで、干渉縞は見えなくなり、拡散板20の振動音が聞こえることもない。
ところで、上記2つの実施例の各々では拡散板20を法線方向に振動させたが、振動は面方向でもよい。以下、拡散板20を面方向の1つであるX方向に振動させる実施例について、図11〜図13により説明する。この実施例でも、液晶表示装置10は図1のように構成され、圧電素子ドライバ30には図6のインバータ回路34から取り出されたパルスを与えてよい。
図11を参照して、拡散板20はスペーサ18aおよび18bにより保持される。4つの圧電素子26,26,…は、拡散板20の4つの端面のうちYZ平面に並行な2つの端面の各々の両端に配置される。すなわち、4つの圧電素子26,26,…のうち2つは、拡散板20のYZ平面と平行な端面のY方向の一方端部にあって、拡散板20をX方向に挟んで対向し、4つの圧電素子26,26,…の他の2つは、当該端面のY方向の他方端部にあって、拡散板20をX方向に挟んで対向する。なお、拡散板20および圧電素子26は図4のものと同じである。
図12を参照して、スペーサ18aおよび18bで形成された空間Sには、拡散板20の周縁部が4つの圧電素子26,26,…と共に収納され、空間Sの残りはアブソーバ28で埋められる。圧電素子ドライバ30は、拡散板20をX方向に振動させるべく圧電素子26,26,…の各々に電圧を印加する。印加電圧は、X方向に隣り合う2つの圧電素子26,26の間では逆相を示し、Y方向に隣り合う2つの圧電素子26,26の間では同相を示す。
図13を参照して、拡散板20がX方向に振動すると、光路が変化し、これにより拡散板20から出射される像に変化が生じる。圧電素子ドライバ30が20kHz超のパルスに従って動作することで、干渉縞は見えなくなり、拡散板20の振動音が聞こえることもない。
なお、上記3つの実施例の各々では、拡散板20を平行移動させることで光路を変化させたが、拡散板20を変形させても光路は変化する。以下、拡散板20を面方向(XY方向)に伸縮させる実施例について、図14〜図17により説明する。この実施例でも、液晶表示装置10は図1のように構成され、圧電素子ドライバ30には図7のインバータ回路34から取り出されたパルスを与えてよい。
図14を参照して、この実施例の拡散板ユニット20Bはスペーサ18aおよび18bにより保持される。図15を参照して、スペーサ18aおよび18bで形成された空間Sには拡散板ユニット20Bの端部が収納され、空間Sの残りはアブソーバ28で埋められる。図16を参照して、拡散板ユニット20Bは、透明電極E1,透明圧電素子26bおよび透明電極E2を法線方向に積層した積層構造を有する。透明電極E1,E2は図10のものと同じである。
透明圧電素子26bは、図10の透明圧電素子26aにおいて、一方の主面に錘状突起を形成したものである。すなわち、透明圧電素子26bは拡散板20の機能をも有し、これにより透光率が向上する。
圧電素子ドライバ30が透明電極E1およびE2に電圧を印加すると、透明圧電素子26bは面方向に伸縮する。図17を参照して、透明圧電素子26bが面方向に伸縮すると、透明圧電素子26bを通過する光の光路は変化する。この変化は、面方向だけでなく法線方向(Z方向)の成分も含む。圧電素子ドライバ30が20kHz超のパルスに従って動作することで、干渉縞は見えなくなり、透明圧電素子26b(拡散板20)の振動音が聞こえることもない。
また、後の2つの実施例のように拡散板20が面方向に振動する場合には、突起の配列方向P,Qと振動方向とが互いに一致しないように注意する必要がある。
なお、拡散板20,20Aおよび20B(透明圧電素子26b)では、2つの主面の一方に、対角方向PおよびQの各々に並ぶ複数の錘状突起が形成されているが(図2,図3参照)、複数の錘状突起は2つの主面の両方に形成されてもよい。突起の形状は錘状とは限らず、柱状や球状など任意の形状でよい。複数の突起は、対角方向以外の方向に並んでもよく、ランダムに配置されてもよい。複数の突起を形成する代わりに複数の粒子を付着させてもよい。要するに、液晶表示装置10には、少なくとも一方の主面に光を拡散させる凹凸が設けられた任意の拡散板の適用が可能である。
以上では、積層された2枚の液晶パネル16および22と、2枚の液晶パネル16および22の後方に配置されるバックライトユニット14と、2枚の液晶パネル16および22の間に介挿される1つの拡散板20とを有する液晶表示装置10を用いて説明したが、この発明は、積層された3枚以上の液晶パネルを有する液晶表示装置にも適用できる。介挿される拡散板の枚数は2以上でもよい。また、拡散板を振動させるのに圧電素子を用いたが、モータなど圧電素子以外の各種アクチュエータを振動手段として利用してもよい。
この発明はまた、液晶パネルの後方に配置されるバックライトユニットと、バックライトユニット内に配置される少なくとも1つの拡散板とを有する液晶表示装置にも適用されうる。この場合、液晶パネルの枚数は、1枚でも2枚以上でもよい。以下には、図1の液晶表示装置において、バックライトユニット14内に前述と同様の拡散板26b(20)をさらに配置したものを、他の実施例として説明する。
この実施例のバックライトユニット14の光学的な構成例を図18に示す。比較のため、従来のバックライトユニットの光学的な構成例を図19に示す。まず図19を参照して、従来のバックライトユニット100では、バックライトであるCCFLアレイの背面に反射シートRSが設けられ、これによって、CCFLアレイが発する光は前面から効率よく出力される。CCFLアレイの前面には、CCFLアレイの照射ムラを改善する(バックライト光を均一にする)ための拡散板102が配置される。
拡散板102の前面には、拡散板102で拡散された光を前方に集光するべく、2枚のプリズムシートBEF1およびBEF2が配置される。プリズムシートBEF1およびBEF2の各々は、拡散板100で低下したバックライト光の輝度を高める働きがあり、輝度向上フィルム(Brightness Enhancement Film)と呼ばれる。
さらに、プリズムシートBEF2の前面には、バックライト光のうち液晶パネルのバックライト側の偏光フィルムで吸収されてしまう偏光成分を選択的に反射するフィルムDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)が配置される。これにより、偏光成分の再利用が図られる。
このように、従来のバックライトユニット100では、CCFLの前面に、拡散板102と3枚の機能性フィルムとで4層が形成される。4層の間には8つの界面があり、バックライト光は界面を通過する度に減衰するので、バックライト光のロスが大きい。
次に図18を参照して、この実施例のバックライトユニット14では、CCFLアレイの背面に従来と同様の反射シートが配置され、CCFLアレイの前面には図16および図17に示すものと同様の拡散板26b(20)が配置される。拡散板26b(20)の前面には、従来と同様のフィルムDBEFが配置される。
拡散板26b(20)は、バックライト光の出力方向に対する拡散角が小さいにもかかわらず、振動によって高い拡散特性を発揮する。このため、バックライトユニット14では、プリズムシートBEFは不要である。
換言すれば、この実施例のバックライトユニット14は、従来4層で実現していた機能を2層で実現できる。したがって、界面の数は4つとなり、従来と比べてバックライト光のロスが小さくなる。これにより、バックライト光の利用効率がいっそう高まる。
この発明が適用される液晶表示装置の分解状態の一例を示す斜視図である。 図1液晶表示装置に備わる拡散板の一方主面に形成された突起の配列を示す図解図ある。 図1液晶表示装置に備わる拡散板を通過する光の光路を示す図解図である。 この発明の一実施例の要部を示す斜視図である。 図4実施例の線Aを含むZX平面と平行な面での切断面を示す断面図である。 図4実施例において拡散板の振動に伴い光路が変化する様子を示す図解図である。 図4実施例の電気的な構成を示すブロック図である。 この発明の他の実施例の要部を示す斜視図である。 図8実施例の線Aを含むZX平面と平行な面での切断面を示す断面図である。 図8実施例に適用される拡散板の積層構造を示す図解図である。 この発明のその他の実施例の要部を示す斜視図である。 図11実施例の線Aを含むZX平面と平行な面での切断面を示す断面図である。 図11実施例において拡散板の振動に伴い光路が変化する様子を示す図解図である。 この発明のさらにその他の実施例の要部を示す斜視図である。 図14実施例の線Aを含むZX平面と平行な面での切断面を示す断面図である。 図14実施例に適用される拡散板の積層構造を示す図解図である。 図14実施例において拡散板の振動に伴い光路が変化する様子を示す図解図である。 この発明に適用されるバックライトユニットの光学的な構成例を示す図解図である。 従来のバックライトユニットの光学的な構成例を示す図解図である。
符号の説明
10 …液晶表示装置
14 …バックライトユニット
16 …背面側液晶パネル
18a,18b …スペーサ
20,20A,20B …拡散板
22 …前面側液晶パネル
26,26a,26b …圧電素子
28 …アブソーバ
30 …圧電素子ドライバ
34 …インバータ回路

Claims (9)

  1. 複数の液晶パネルを積層した多層の液晶パネル、
    前記多層の液晶パネルの後方に配置されるバックライト、
    前記多層の液晶パネルの複数の液晶パネルの間に介挿され、前記バックライトから発せられた光を拡散させる少なくとも1つの拡散板、
    前記拡散板を支持する支持部材、
    前記拡散板と前記支持部材との間に介在する弾性部材、および
    前記拡散板を振動させる振動手段を備える、液晶表示装置。
  2. 前記振動手段は前記拡散板を可聴帯域外の周波数で振動させる、請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 前記振動手段は圧電素子および前記圧電素子に電圧を印加するドライバを含む、請求項1または2記載の液晶表示装置。
  4. 前記圧電素子は前記拡散板の端部と対向する圧電素子片である、請求項3記載の液晶表示装置。
  5. 前記バックライト用のインバータ回路をさらに備え、
    前記ドライバは前記インバータ回路で生成されるスイッチング信号に従って動作する、請求項3記載の液晶表示装置。
  6. 記振動手段は前記拡散板を視覚の時空間特性に基づく検知限界以上の周波数で振動させる、請求項記載の液晶表示装置。
  7. 液晶パネル、
    前記液晶パネルの後方に配置されるバックライト、
    前記バックライトから発せられた光を拡散させる少なくとも1つの拡散板、
    前記拡散板を支持する支持部材、
    前記拡散板と前記支持部材との間に介在する弾性部材、および
    前記拡散板を振動させる振動手段を備え、
    前記振動手段は圧電素子および前記圧電素子に電圧を印加するドライバを含み、
    前記バックライト用のインバータ回路をさらに備え、
    前記ドライバは前記インバータ回路で生成されるスイッチング信号に従って動作する、液晶表示装置。
  8. 液晶パネル、
    前記液晶パネルの後方に配置されるバックライト、
    前記バックライトから発せられた光を拡散させる少なくとも1つの拡散板、
    前記拡散板を支持する支持部材、
    前記拡散板と前記支持部材との間に介在する弾性部材、および
    前記拡散板を振動させる振動手段を備え、
    前記液晶パネルは複数の液晶パネルを積層した液晶パネルユニットである、液晶表示装置。
  9. 前記拡散板は前記液晶パネルユニットの前記複数の液晶パネルの間に介挿され、
    前記振動手段は前記拡散板を視覚の時空間特性に基づく検知限界以上の周波数で振動させる、請求項記載の液晶表示装置。
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