JPH09197400A

JPH09197400A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09197400A
Application number: JP8009329A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mori; 祐二森; Seiichi Nishiyama; 清一西山; Toshihiro Yajima; 利浩矢島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1996-01-23
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】プリズムシートを用いたバックライトによる輝
度低下を無くして高輝度の照明を得る【解決手段】導光板１と、この導光板の一端に配置した
冷陰極蛍光灯２１と、前記導光板の平面の一方向に延在
する断面が三角形の多数の溝を有して前記導光板の上に
載置したプリズムシート６，７と、このプリズムシート
上に設置した液晶パネル３０とを少なくとも有する液晶
表示装置において、前記プリズムシートの溝を構成する
三角形の頂角を９７度〜９８度に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に視野角度範囲を広くして視認性を向上させた液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の画像を表示するための表示デバイ
スとして、近年、液晶表示装置が多方面で使用されるよ
うになった。

【０００３】液晶表示装置は、その画素選択方式の違い
により、単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型
とに分けられる。

【０００４】単純マトリクス型の液晶表示装置は、交差
する２組の電極間にＳＴＮ等の液晶を封入し、上記電極
の交差部で画素を形成するものである。

【０００５】一方、アクティブ・マトリクス方式の液晶
表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極
のそれぞれに対応して非線形素子（スイッチング素子）
を設けたものである。各画素における液晶は、理論的に
は常時駆動（デューティ比 1／１）されているので、時
分割駆動方式を採用している単純マトリクス方式と比べ
てアクティブ方式はコントラストが良く、特にカラー表
示では欠かせない技術となりつつある。スイッチング素
子として代表的なものとしては薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）がある。

【０００６】しかし、最近の単純マトリクス型の液晶表
示装置も、その駆動方式、あるいは液晶構造の改善によ
り、高品質のカラー画像表示が可能となっている。

【０００７】これらの液晶表示装置においては、一般
に、その液晶パネルの裏面から光を照射する、所謂バッ
クライトが組み込まれている。

【０００８】このバックライトは、光拡散板と導光板お
よび反射板等を積層してなり、該導光板の少なくとも一
辺に沿って配置された線形状の冷陰極蛍光灯を好適とす
るランプとを備えてなり、ランプからの光を導光板で液
晶パネル方向に誘導することで面光源とするものであ
る。

【０００９】図９は本発明を適用する液晶表示装置の全
体構成例を説明する展開斜視図であって、１０は上フレ
ーム、１１は下フレーム、１２は表示窓、１３はスペー
サ、１４は粘着テープ、１５はランプ反射シート、１６
は切起し片、１７は爪、１８はグランドパッド、１９は
爪受、２０は駆動回路基板、２１はランプ（冷陰極蛍光
灯）、２２はバックライト、２３は中間フレーム、２
４，２５は切欠き、２６，２７，２８，２９は切り抜き
部、３０は液晶パネル、３１はランプカバー、３２は液
晶表示装置全体を示す。

【００１０】同図において、液晶パネル３０はその下面
にバックライト２２を構成する導光体組立てとランプ２
１を備えたバックライトを積層した中間フレーム２３に
セットされ、上フレーム１０と下フレーム１１とで狭持
固定される。

【００１１】上フレーム１０に形成た切り起こし片１６
は駆動回路基板２０に形成されたグランドパット１８に
接触し、爪１７は下フレーム１１に形成した爪受け１９
に係合して上フレーム１０と下フレーム１１を固定す
る。

【００１２】また、上フレーム１０と液晶パネル３０と
は粘着テープ１４で固定される。切り抜き部２６，２７
はバックライトの中央部に直交する線に対称な位置に設
けられ、切り抜き部２８，２９はランプ２１の長手方向
に設けられている。また、ランプ２１の両端部の下方部
分には切欠き２４，２５が設けてある。

【００１３】上フレーム１０は例えば０．８ｍｍ厚の鋼
板で、下フレーム１１は鋼板あるいは相当厚例えば０．
５ｍｍ厚のアルミニウムで構成される。

【００１４】液晶表示装置３２は、同図に示される順序
で上フレーム１０と下フレーム１１とで挟持固定され
る。中間フレーム２３の一端側にはランプ２１が設置さ
れ、発光した光をランプ反射シート１５でバックライト
２２を構成する導光体組立側に指向させる。なお、ラン
プ２１の液晶パネル３０側に設置したランプカバー３１
は上方への光漏れを防止するものである。

【００１５】スペーサ１３は中間フレーム２３に形成さ
れた凹部に設置される導光体組立と液晶パネル３０との
間に介在して表示領域を確定する。

【００１６】上記したように、上フレーム１０はステン
レス薄板で形成され、下フレーム１１はアルミニウム薄
板で構成される。そして、下フレーム１１のランプ２１
と直交する方向に少なくとも液晶パネル３０の領域にわ
たって、ランプ２１の中央部に直交する線に対称な位置
に少なくとも一対の切り抜き部２６，２７が設けられ、
前記ランプ２１の直下に当該ランプ２１の長手方向に設
けた少なくとも２つの切り抜き部２８，２９と、ランプ
２１の両端部の下方部分に設けた切欠き２４，２５とが
形成されている。

【００１７】上記の構成によれば、液晶表示装置の剛性
を低下させることなく薄型，軽量化が達成されると共
に、ランプ２１と直交する方向に少なくとも液晶パネル
３０の領域にわたって上記ランプ２１の中央部に直交す
る線に対称な位置に設けた切り抜き部２６，２７、ラン
プ２１の直下に当該ランプ２１の長手方向に設けた切り
抜き部２８，２９、前記ランプ２１の両端部の下方部分
に設けた切欠き２４，２５とで放熱効果が向上し、液晶
パネル３０の全面に均一な温度分布を形成し、表示むら
の発生を防止する。

【００１８】また、ランプ２１は高周波で駆動されるた
めに、下フレーム１１とランプ２１との間の浮遊容量を
介して、ランプ２１から下フレーム１１に電流が流れ
る。この電流は、「もれ電流」と呼ばれるが、この「も
れ電流」分だけ、ランプ２１の点灯に寄与する電流が少
なくなるため、輝度が低下することになる。

【００１９】また、ランプ２１は長時間点灯されること
により発熱し、その近傍は外気に対して温度が上昇する
ため、何らかの対策を施さなければ、その熱が液晶パネ
ル３０に直接影響を与え、液晶パネルの温度分布を均一
にできない。そこで、上記実施例では切り抜き部２８，
２９を設け、「もれ電流」による輝度の低下を防止し、
液晶パネルの温度分布の均一化を図ることにより、表示
むらの発生を防止する。更に、切り抜き部２８，２９
は、ランプ２１の熱拡散による輝度の低下を防止する。

【００２０】ランプ２１の両端部は、特に、温度低下を
起因とする輝度の低下を招く部分であり、液晶パネルの
温度分布の均一化を維持できる範囲で、温度を高くして
おく必要がある。そこで、切欠き２４，２５を設け、液
晶パネルの温度分布の均一化を図りつつ、輝度の低下を
防止している。機能的には上記切り抜き部２８，２９と
同様の効果を生じる。

【００２１】なお、単純マトリクス型液晶表示装置に関
する従来技術を開示したものとしては、例えば特公昭５
１−１３６６６号公報、特開昭６３−３０９９２１号公
報を挙げることができ、また、薄膜トランジスタを使用
したアクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例
えば特開昭６３−３０９９２１号公報や、「冗長構成を
採用した12.5型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶
ディスプレイ」、日経エレクトロニクス、頁193 〜210
、1986年12月15日、日経マグロウヒル社発行、で知ら
れている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】図１０は従来の液晶表
示装置に用いられているバックライトの構造例を説明す
る要部斜視図であって、１は導光板、１ａは入光面、１
ｂは出光面、２１はランプ、１５はランプ反射シート、
６はプリズムシート、である。

【００２３】導光板１は出光面１ｂからの出射光の指向
性が強く、そのＹ方向に沿った一端縁を入光面１ａとし
て、Ｘ方向の対向端縁に向かって厚みが漸減する楔形断
面を有し、上記一端縁に沿ってランプ２１が配置されて
いる。このランプ２１の周囲にはランプ反射シート１５
が設けてある。

【００２４】ランプ２１からの光は導光板１の入光面１
ａから導光板１に入射し、上面と下面で反射を繰り返し
つつ出光面１ｂからＺ方向（図示しない液晶パネル方
向）にプリズムシート６に対して出射する。

【００２５】プリズムシート６は、その下面（導光板１
との対向面）にランプ２１の長手方向（Ｙ方向）と平行
な多数の溝を有している。この溝の頂角は９０度に設定
されている。

【００２６】図１１は図１０に示した従来のバックライ
トの出射光のＸ方向の角度分布の説明図であって、
（ａ）は分布角度（Angle)の説明図、（ｂ）は出射光の
角度分布図である。

【００２７】分布角度は、導光板１のランプ設置端と反
対端に向く方向を０度とし、ランプ設置端に向く方向を
１８０度として示す。

【００２８】分布角度は、導光板１のランプ設置端と反
対端に向く方向を０度とし、ランプ設置端に向く方向を
１８０度として示す。

【００２９】また、図１２は図１０に示した従来のバッ
クライトの出射光のＹ方向の角度分布の説明図であっ
て、（ａ）は分布角度(Angle) の説明図、（ｂ）は出射
光の角度分布図である。

【００３０】分布角度は、導光板１のランプの長手方向
と平行な一端を０度、他端を１８０度として示す。

【００３１】図１１において、導光板１の出光面からの
出射光はａのカーブに示したように前記反対端方向にピ
ークを持ち、ランプ設置端方向に略々平坦な分布とな
る。

【００３２】また、図１２において、導光板１の出光面
からの出射光はａのカーブに示したようにランプ３の長
手方向（Ｙ方向）に略々平坦な分布となる。

【００３３】すなわち、出射光の指向性を強めて集光性
を高めた導光板１ではエネルギーのピーク値が高くな
る。しかし、集光性を高めると上記ａのカーブのように
出射光は水平に寝た方向に出射してしまう。

【００３４】そこで、図１０に示したように、導光板１
の上面に、当該導光板１側（下面）にランプ３の長手方
向と平行な溝をもつプリズムシート（下面プリズムシー
ト）６を設置し、導光板１の出光面１ｂからの出射光を
制御すると、図１１のカーブｂおよび図１２のカーブｂ
に示したように９０度方向、すなわち液晶パネルに対し
て直角方向に入射する方向にピークを持つ光度分布とす
ることができる。

【００３５】しかし、図１２から分かるように、ランプ
３の長手方向と平行な溝を持つ下面プリズムシート６の
Ｙ方向ではＸ方向に比べて分布の幅が広く、その分輝度
の向上が抑制される。

【００３６】これを改善するために、下面プリズムシー
ト６の上に、導光板１とは反対の面に当該下面プリズム
シート６の溝と直交する溝を有する上面プリズムシート
を重ねて前記下面プリズムシート６と同様の効果を付加
することも考えられる。

【００３７】しかし、上面に溝を有するプリズムシート
では次のような問題があり、光の効率が低下してしま
う。

【００３８】図１３はプリズムの溝による光の制御態様
を説明する模式図であって、（ａ）は下面プリズムシー
トの場合、（ｂ）は上面プリズムシートの場合である。

【００３９】同図（ａ）においては、頂角が９０度に設
定されたプリズムシートの溝に角度を持って入光した光
は図示した矢印イの経路を通って略々９０度方向に出射
するが、同図（ｂ）においては矢印イの経路で略々９０
度方向に出射する光に他に、矢印ロで示したような戻り
光が生じる。

【００４０】このように、上面プリズムシートでは上記
の戻り光により光の光度低下をもたらす。

【００４１】すなわち、プリズムシートの溝が下面すな
わち導光板側にある下面プリズムシートを用いる場合、
従来は出射光の指向性が強い導光板の上に一枚だけ配置
されていた。

【００４２】しかし、その場合、主としてプリズムシー
トの溝の方向に垂直な平面においてのみ光線が制御され
るため、溝に平行な平面では集光されない。そのため、
無駄な方向に出射する光が多く存在して液晶パネルを照
明する光の効率が低下し、輝度劣化の原因となる。

【００４３】また、溝に平行な平面での光を制御するた
めに、さらに上面に溝を有する上面プリズムシートを、
その溝方向を下面プリズムシートの溝方向と直交させて
重ねて設置したものも知られているが、前記図１１で説
明したように溝での反射で導光板側に戻ってしまう光が
存在し、却って輝度の低下をもたらすという問題があ
る。

【００４４】なお、頂角を９０度としたプリズムシート
を有するバックライトを具備した液晶表示装置は、例え
ば特公平１−３７８０１号公報に開示がある。

【００４５】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、プリズムシートを少なくとも一枚用いた場合の輝
度低下を無くして高輝度の照明を得ることのできるバッ
クライトとした液晶表示装置を提供することにある。

【００４６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の第１の発明は、導光板と、この導
光板の一端に配置した冷陰極蛍光灯と、前記導光板の平
面の一方向に延在する断面が三角形の多数の溝を有して
前記導光板の上に載置したプリズムシートと、このプリ
ズムシート上に設置した液晶パネルとを少なくとも有す
る液晶表示装置において、前記プリズムシートの溝を構
成する三角形の頂角を９７度〜９８度に設定したことを
特徴とする。

【００４７】また、請求項２に記載の第２の発明は、第
１の発明における前記プリズムシートの溝を構成する三
角形の頂角を９７度〜９８度の範囲でランダムに変化さ
せたことを特徴とする。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の実施の形態
につき、図面を参照して詳細に説明する。

【００４９】図１は本発明による液晶表示装置の一実施
例の構造を説明する模式断面図であって、１は導光板、
１ａは入光面、１ｂは出光面、２は散乱パターン、５は
拡散板、６は下側のプリズムシート、７は上側のプリズ
ムシート、８は反射シート、１５はランプ反射シート、
２１はランプ、２２はバックライト、３０は液晶パネル
である。なお、Ｘ方向はランプ２１の軸と直交する液晶
パネルの平面方向、Ｚ方向は液晶パネルの平面と直交す
る方向である。

【００５０】この液晶表示装置は、液晶パネル３０の背
面にバックライト２２が配置されており、バックライト
２２はランプ２１から出射された光が導光板１の入光面
１ｂから入射し、導光板１の中を伝播する際に、当該導
光板１の下面に形成されたドット状の散乱パターン２で
散乱され、出光面１ｂから液晶パネル３０方向に出射す
る。出射した光は拡散板５でさらに拡散されてプリズム
シート６に入射する。導光板１から出射する光の主たる
方向は２０度〜４０度であり、この光は拡散板５を通し
て２枚のプリズムシート６、７に入射する。

【００５１】プリズムシート６、７は、微小な三角プリ
ズムが平行に多数配列されたもので、そのプリズム面
（溝形成面）は共に液晶パネル３０側にあり、プリズム
シート６の溝とプリズムシート７の溝とは直交するよう
に配置されている。

【００５２】そして、導光板１側のプリズムシート（下
側のプリズムシート）６の溝の延在方向はランプ２１の
軸方向と直交し、液晶パネル３０側のプリズムシート
（上側のプリズムシート）７の溝の延在方向はランプ２
１の軸方向と平行に配置されている。

【００５３】プリズムシート６に入射した光は、主とし
てランプ２１に平行な方向に集光されて出射し、プリズ
ムシート７に入射した光は、主としてランプ２１に直交
な方向に集光されて出射する。

【００５４】図２は本発明による液晶表示装置に設置さ
れるプリズムシートの断面構造を説明する模式図であっ
て、アクリル系樹脂等の透明樹脂板に一方の面に断面が
三角形の複数のプリズムが連続して形成されている。そ
して、この三角形の頂角θは９７度〜９８度である。

【００５５】このような頂角に設定したことにより、視
野角度範囲が広くなり視認性が向上する。

【００５６】図３は本発明によるプリズムシートを用い
た場合と従来のプリズムシートを用いた場合の視野角度
範囲を計測した結果を比較した相対輝度分布の説明図で
あって、図中の実線は頂角が９０度である従来のプリズ
ムシートを用いた場合、また点線は本発明によるプリズ
ムシートを用いた場合のそれぞれ視野角度対相対輝度の
曲線である。

【００５７】同図において、従来の頂角９０度のプリズ
ムシートを用いた液晶表示装置では、液晶パネルの面に
直交する方向から２０度程度離れた位置で輝度が急激に
減衰しているのに対し、本発明の頂角９７度〜９８度の
プリズムシートを用いた液晶表示装置では、液晶パネル
の面に直交する方向から３０度以上離れた位置でも輝度
が十分に保たれているのが分かる。なお、図中の矢印Ａ
は輝度が１／２のところを示す。

【００５８】このように、本実施例によれば、広い視野
角度が得られ、視野角度範囲が広くなり、広角での視認
性が向上する。

【００５９】図４は本発明による液晶表示装置の他の実
施例の構造を説明する模式断面図であって、図１と同一
符号は同一部分に対応する。

【００６０】この実施例では、バックライト２２を構成
するプリズムシートは１枚のみであり、このプリズムシ
ート６の溝の頂角は前記実施例と同様に９７度〜９８度
に設定され、かつ溝形成面は液晶パネル３０側になるよ
うに配置されている。

【００６１】そして、上記溝の延在方向はランプ２１の
軸方向ト一致する方向となるように設置される。

【００６２】この実施例の構成によっても同様に、広い
視野角度が得られ、視野角度範囲が広くなり、広角での
視認性が向上する。

【００６３】図５は本発明による液晶表示装置のさらに
他の実施例の構造を説明する模式断面図であって、図１
と同一符号は同一部分に対応する。

【００６４】この実施例は、図１の実施例と同様に２枚
のプリズムシート６、７を用いるが、それらの溝形成面
は共に導光板１側となるように設置されている。

【００６５】この実施例の構成によっても同様に、広い
視野角度が得られ、視野角度範囲が広くなり、広角での
視認性が向上する。

【００６６】図６は本発明による液晶表示装置のさらに
また他の実施例の構造を説明する模式断面図であって、
図１と同一符号は同一部分に対応する。

【００６７】この実施例は、図１の実施例と同様に２枚
のプリズムシート６、７を用いるが、それらの溝形成面
は共に液晶パネル側となるように、かつ下側のプリズム
シート６の溝方向がランプ２１の軸方向と一致する方向
で、上側のプリズムシート７の溝方向がランプ２１の軸
方向と直交する方向となるように設置されている。

【００６８】この実施例の構成によっても同様に、広い
視野角度が得られ、視野角度範囲が広くなり、広角での
視認性が向上する。

【００６９】上記したように、本発明の各実施例のう
ち、上記の２枚のプリズムシート６、７を用いた場合
に、上下のプリズムシート間で部分的な密着な起こると
図７に示したように、特に画面の中央部にリング状の干
渉縞が発生して表示品質が劣化することがある。

【００７０】これを回避するために、前記した図１、図
５、図６における各プリズムシートの少なくとも一方の
溝の頂角θを９７度から９８度の間でランダムに変化さ
せる。これにより、プリズムの高さが変化し、例えばプ
リズムの溝ピッチが５０μｍの場合に溝の頂角θを９７
度から９８度の間でランダムに変化させると、その高さ
が約０．４μｍの範囲で変化する。

【００７１】図８は本発明による液晶表示装置のさらに
また他の実施例を説明するプリズムシートの要部断面を
示す模式図であって、プリズムシート６および／または
７の溝の頂角を９７度〜９８度の範囲でθ₁、θ₂、θ
₃、・・・というように変化させる。従って、その各溝
の高さＨ₁、Ｈ₂、Ｈ₃はそれぞれ異なる。

【００７２】この頂角の変化をプリズムシートの面内で
ランダムに分散させることにより、２枚のプリズムシー
トの密着が回避され、図７に示したような干渉縞の発生
が防止される。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画面の視野角度範囲が広くなり視認性が向上し、また、
２枚のプリズムシートを用いた場合の両プリズムシート
の密着を回避して干渉縞のない高品質の液晶表示装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の一実施例の構造を
説明する模式断面図である。

【図２】本発明による液晶表示装置に設置されるプリズ
ムシートの断面構造を説明する模式図である。

【図３】本発明によるプリズムシートを用いた場合と従
来のプリズムシートを用いた場合の視野角度範囲を計測
した結果を比較した相対輝度分布の説明図である。

【図４】本発明による液晶表示装置の他の実施例の構造
を説明する模式断面図である。

【図５】本発明による液晶表示装置のさらに他の実施例
の構造を説明する模式断面図である。

【図６】本発明による液晶表示装置のさらにまた他の実
施例の構造を説明する模式断面図である。

【図７】上下のプリズムシートの密着により発生する干
渉縞の説明図である。

【図８】本発明による液晶表示装置のさらにまた他の実
施例を説明するプリズムシートの要部断面を示す模式図
である。

【図９】本発明を適用する液晶表示装置の全体構成例を
説明する展開斜視図である。

【図１０】従来の液晶表示装置に用いられているバック
ライトの構造例を説明する要部斜視図である。

【図１１】図１０に示した従来のバックライトの出射光
のＸ方向の角度分布の説明図である。

【図１２】図１０に示した従来のバックライトの出射光
のＹ方向の角度分布の説明図である。

【図１３】プリズムの溝による光の制御態様を説明する
模式図である。

【符号の説明】

１導光板１ａ入光面１ｂ出光面２散乱パターン５拡散板６下側のプリズムシート７上側のプリズムシート８反射シート１０上フレーム１１下フレーム１２表示窓１３スペーサ１４粘着テープ１５ランプ反射シート１６切起し片１７爪１８グランドパッド１９爪受２０駆動回路基板２１ランプ（冷陰極蛍光灯）２２バックライト２３中間フレーム２４，２５切欠き２６，２７，２８，２９切り抜き部３０液晶パネル３１ランプカバー３２液晶表示装置全体。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板と、この導光板の一端に配置した冷
陰極蛍光灯と、前記導光板の平面の一方向に延在する断
面が三角形の多数の溝を有して前記導光板の上に載置し
たプリズムシートと、このプリズムシート上に設置した
液晶パネルとを少なくとも有する液晶表示装置におい
て、前記プリズムシートの溝を構成する三角形の頂角を９７
度〜９８度に設定したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記プリズムシートの
溝を構成する三角形の頂角を９７度〜９８度の範囲でラ
ンダムに変化させたことを特徴とする液晶表示装置。