WO2007123133A1 - 液晶表示モジュール、液晶表示装置およびその照明装置 - Google Patents

液晶表示モジュール、液晶表示装置およびその照明装置 Download PDF

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    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/05Function characteristic wavelength dependent

Definitions

  • Liquid crystal display module liquid crystal display device and lighting device therefor
  • the present invention relates to a liquid crystal display module, a liquid crystal display device, and an illumination device thereof.
  • Thin and lightweight liquid crystal display devices capable of displaying images have rapidly spread due to price reductions and development of high image quality technology due to progress in manufacturing technology, and are widely used in personal computer monitors and TV receivers. .
  • a transmissive liquid crystal display device is generally used as the liquid crystal display device.
  • the transmissive liquid crystal display device includes a planar light source called a backlight, and forms an image by spatially modulating illumination light from the light source using a liquid crystal panel.
  • Fig. 1 shows the result of measuring the light distribution characteristics in the horizontal direction by displaying single colors of red, blue and green on a liquid crystal display device using TN liquid crystal.
  • the wavelength is long, the red light is relatively wide, shows a light distribution, and the wavelength is short! Blue light shows a relatively narrow light distribution! / Speak.
  • FIG. 2 shows the results of evaluating the light distribution characteristics through the red, blue, and green color filters after removing the liquid crystal panel of the liquid crystal display device used in the measurement of FIG. 1 and turning on the backlight.
  • Fig. 2 shows the results of evaluating the light distribution characteristics through the red, blue, and green color filters after removing the liquid crystal panel of the liquid crystal display device used in the measurement of FIG. 1 and turning on the backlight.
  • Fig. 2 shows the results of evaluating the light distribution characteristics through the red, blue, and green color filters after removing the liquid crystal panel of the liquid crystal display device used in the measurement of FIG. 1 and turning on the backlight.
  • Fig. 3 is a schematic diagram showing the state of color shift when the liquid crystal panel is illuminated with general illumination without wavelength dispersion.
  • the liquid crystal panel depending on the liquid crystal panel, if the wavelength dispersibility of the light distribution characteristic of the illumination light is similarly given to each orientation such as the horizontal, vertical, and diagonal directions of the liquid crystal display device, There is a problem that an azimuth in which the color shift increases is generated as compared with the case of illuminating with general illumination without light. In addition, there is a problem that the liquid crystal panel has different light distribution characteristics in the horizontal direction and the vertical direction.
  • FIG. 1 shows the result of measuring the light distribution characteristics of a liquid crystal display device using a TN type liquid crystal display with red, green, and blue colors.
  • the measurement direction is the horizontal direction when the liquid crystal display device is installed in the normal use state.
  • Figure 4 shows the results of the same measurement with the observation angle measured in the vertical direction.
  • the transmittance of the vertical light distribution characteristic decreases significantly as the measurement angle increases. That is, the light emitted from the liquid crystal display device has anisotropy in light distribution characteristics.
  • the anisotropy of the light distribution characteristic is a characteristic of the backlight.
  • Illumination by a backlight has no wavelength dispersion in both horizontal and vertical directions.
  • Wavelength dispersibility is a characteristic of liquid crystal panels.
  • the wavelength-dependent anisotropy of the liquid crystal display device is a characteristic of the liquid crystal panel.
  • the wavelength shift of the liquid crystal panel is corrected in the horizontal direction to reduce the color shift. I can do it. However, in the vertical direction, a new color shift occurs, which does not occur with normal non-chromatic dispersion illumination.
  • the object of the present invention is to consider the above-mentioned problems, and the transmittance for incident illumination light has different wavelength dependence depending on both the incident angle and wavelength of the illumination light, and the right and left directions of the liquid crystal panel
  • the liquid crystal display module of the present invention comprises:
  • the lighting device of the present invention includes
  • the wavelength dependency of the incident angle dependency of the transmittance, and the wavelength dependency depends on both the incident angle and the wavelength of the illumination light.
  • the liquid crystal display device of the present invention comprises:
  • the illumination unit is arranged to reduce wavelength dependence and anisotropy. Use a configuration that emits illumination light with optical characteristics.
  • FIG. 1 A graph showing the light distribution characteristics in the horizontal direction when the TN liquid crystal display device displays a single color.
  • FIG. 2 A graph showing the light distribution characteristics of a single color in the backlight of the TN liquid crystal display device of FIG.
  • Figure 3 Schematic diagram showing the state of color shift when a liquid crystal panel is illuminated with general illumination without chromatic dispersion.
  • FIG. 4 is a graph showing light distribution characteristics in the vertical direction when a TN liquid crystal display device displays a single color.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the first embodiment of the liquid crystal display module of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an anisotropic wavelength dispersion light source unit in Embodiment 1 of the liquid crystal display module of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view for explaining the operation of the liquid crystal display module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a liquid crystal display module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view for explaining the operation of the liquid crystal display module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10A is a graph showing the wavelength dependence of the refractive index of PMMA and MS
  • FIG. 10B is a graph showing the wavelength dependence of the relative refractive power (refractive index difference) when each medium of PMMA, MS, and air is combined.
  • FIG. 11 shows an example of a matrix type liquid crystal display device.
  • FIG. 5 is a perspective view showing Embodiment 1 of the liquid crystal display module of the present invention.
  • a large number of anisotropic wavelength-dispersed light source units 310 are arranged in a frame 320 and covered with a diffusion sheet 330 to form an anisotropic wavelength-dispersed planar light source 300.
  • a liquid crystal panel is used as a liquid crystal panel illumination device. Place below 200.
  • the liquid crystal panel 200 has a wavelength dependency in which the transmittance with respect to incident illumination light differs depending on both the incident angle and wavelength of the illumination light.
  • the liquid crystal panel 200 has a high transmittance with respect to light having a relatively short wavelength with respect to light incident in the normal direction (measurement angle 0 degree).
  • the liquid crystal panel has a wavelength dependency having different anisotropies in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the wavelength dependence of the liquid crystal panel 200 has a characteristic of transmitting a relatively long wavelength as the measurement angle increases. Therefore, it tends to be bluish when viewed from the front and reddish when observing a large angular force.
  • the wavelength-dispersed illumination emitted from the anisotropic wavelength-dispersed planar light source 300 alleviates this tendency. As a result, it is possible to display an image with a small color change depending on the viewing direction.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the anisotropic wavelength dispersion light source unit 310 of the liquid crystal display module according to Embodiment 1.
  • the red LED chip 311R is sealed with a transparent resin 313R to form a red light source element 310R.
  • a green light source element 310G and a blue light source element 310B formed using the green LED chip 311G and the blue LED chip 31 IB are formed.
  • the red light source element 310R, the green light source element 310G, and the blue light source element 310B constitute an anisotropic wavelength dispersion light source unit 310.
  • the red light source element 310R, the green light source element 310G, and the blue light source element 310B have different sealing resin shapes.
  • the light distribution of the red light source element 310R which has a relatively wide light distribution of the blue light source element 310B, is set so that the light distribution of the green light source element 310G is in the middle.
  • the anisotropic wavelength-dispersed light source unit 310 gives the anisotropic wavelength-dispersed planar light source 300 different wavelength dependencies in the left-right direction and the up-down direction. Further, in the y direction of FIG.
  • the red light source element 310R, the green light source element 310G, and the blue light source element 310B are set to have the same light distribution characteristics.
  • an anisotropic chromatic dispersion light source unit 310 having wavelength dispersion in the X direction and no wavelength dispersion in the y direction can be obtained. That is, the anisotropic wavelength-dispersed light source unit 310 has directivity in the left-right direction (X direction) of the liquid crystal panel, and has light distribution characteristics with relatively high diffusivity in the up-down direction (y direction).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid crystal display module of Embodiment 1, and shows the main part cut along the xz plane of FIG. [0028]
  • the anisotropic chromatic dispersion light source unit 310 emits light having a relatively sharp directivity (solid line in the figure) for red having a long wavelength, and relatively diffuse for blue having a short wavelength. Emits light (dashed line).
  • the diffusion sheet 330 functions to re-diffuse the light from the anisotropic wavelength dispersion light source unit 310 and improve the uniformity of illumination.
  • the light transmitted through the diffusion sheet 330 slightly increases the diffusivity and slightly relaxes the wavelength dispersion.
  • the wavelength dependency of the anisotropic wavelength dispersion light source 300 is given by the wavelength dependency of the anisotropic wavelength dispersion light source unit 310 and the wavelength dependency of the diffusion sheet 330.
  • the light transmitted through the diffusion sheet 330 is given wavelength dependency due to the wavelength dispersion of the diffusion sheet 330.
  • the diffusion sheet 330 is configured to have a wavelength dependency opposite to the wavelength dependency of the liquid crystal panel. Thereby, the light distribution characteristic of the light transmitted through the diffusion sheet 330 relaxes the wavelength dependency of the liquid crystal panel 200.
  • the wavelength dependence of the diffusion sheet 330 has a characteristic of transmitting a relatively short wavelength as the refraction angle increases. For this reason, illumination light transmitted through the diffusion sheet 330 tends to be reddish when viewed from the front, and bluish when viewed from a large angle.
  • the diffusion sheet 330 is formed by dispersing light diffusers having a refractive index different from the refractive index of the base material in the transparent base material in the thickness direction in the transparent base material. Is refracted a plurality of times so that the incident light is emitted with wavelength dependency.
  • fine fibers having a substantially circular cross section having a refractive index different from the refractive index of the base material are dispersed and disposed in the diffusion sheet 330 in a transparent base material. The fine fibers are dispersed and arranged with the longitudinal direction of the fine fibers aligned with the vertical direction of the diffusion sheet 330.
  • the anisotropic wavelength-dispersed light source unit 310 has a light distribution characteristic of relatively high diffusivity in the vertical direction (y direction), the light distribution characteristic of the light transmitted through the diffusion sheet 330 is widened. The light distribution characteristic in the vertical direction can be brought close to the light distribution characteristic in the horizontal direction of the liquid crystal panel 200.
  • the diffusion sheet will be described in detail in the second embodiment.
  • the light distribution characteristic power of the light transmitted through the diffusion sheet 330 is different depending on both the incident angle and the wavelength of the illumination light.
  • the light distribution characteristics of the anisotropic wavelength-dispersed light source unit 310 and the diffusion characteristics of the diffusion sheet 330 are set so as to alleviate the different anisotropy between the vertical direction and the vertical direction. Further, the light distribution characteristic of the anisotropic wavelength dispersion light source unit 310 and the diffusion characteristic of the diffusion sheet 330 are set so as to adjust the light distribution characteristic.
  • the light that has passed through the liquid crystal panel is red, blue, and green light that has a constant ratio regardless of the viewing angle, and has a reduced color shift. Furthermore, light with a well-balanced light distribution characteristic can be obtained.
  • the anisotropic wavelength-dispersed light source unit 310 emits light with the same light distribution in all of red, blue, and green in the y direction.
  • the emitted light passes through the diffusion sheet 330 and enters the liquid crystal panel 200 with the same light distribution.
  • the color shift caused by giving the liquid crystal panel the wavelength dispersion of the illumination light in each direction does not increase in the y direction. For this reason, in the y direction, there is no significant wavelength dispersion within the effective field of view due to the incident angle dependency of the transmittance of the liquid crystal panel 200, so that the occurrence of color shift can be prevented.
  • the illumination configuration in which the light source is arranged directly under the liquid crystal panel is called “direct type” and is used for a relatively large (for example, 20 type or larger) liquid crystal display device.
  • an illumination method called “edge light type” or “side light type” is generally used in order to realize thinness.
  • Embodiment 2 of the present invention uses the above-described edge light type, and is suitable for a relatively small liquid crystal display device.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the illumination device according to Embodiment 2 of the liquid crystal display module of the present invention.
  • the directional light source 420 includes a cold cathode tube 421, a reflector 422, a light guide plate 423, and a prism sheet 424.
  • the prism sheet 424 includes a prism array that converts the main direction of light into the z direction in FIG. 8 on the incident side facing the light guide plate 423.
  • a lenticular lens array that diffuses light only in the y direction in Fig. 8 is provided on the opposite surface of the prism array.
  • the directional light source 420 has directivity in the left-right direction (z direction), and has a light distribution characteristic with relatively high diffusivity in the up-down direction (y direction). The operation in the above configuration will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a sectional view of the liquid crystal panel cut along the xz plane in the configuration of FIG.
  • the light from the cold-cathode tube 421 is incident on the side end face of the light guide plate 423 after the exit region is defined in a rectangular shape by the action of the reflector 422.
  • the light incident from the side end face propagates in the direction of the end face facing the incident end while repeating total reflection between the two opposing main faces.
  • a fine diffusing element for finely diffusing light is locally provided on one of the main surfaces of the light guide plate, and light incident on that portion is emitted with a component that deviates from the total reflection condition. At this time, the size and density of the fine diffusing element are appropriately set so that light is emitted from the entire surface of the light guide plate with substantially uniform light intensity.
  • the light emitted from the light guide plate 423 is slightly deviated from the total reflection condition due to fine diffusion, and is emitted at an angle close to parallel to the main surface.
  • the prism provided on the incident surface of the prism sheet 424 converts the main directivity direction to the normal direction of the light guide plate (z direction in FIG. 9) while preserving the directivity of the light. Further, light is diffused only in the y direction by the lenticular lens array provided on the exit surface of the prism sheet 424. As a result, light having sharp directivity in the X direction and light having high diffusibility in the y direction are incident on the anisotropic wavelength dispersion diffusion sheet 430. If it is desired to further increase the diffusivity in the y direction, the lenticular lens array may be composed of a plurality of layers. When the lenticular lens array is made up of multiple layers, the diffusivity is increased with high accuracy.
  • the wavelength dispersive diffusion sheet 430 has strong directivity in the z direction and diffuses light only in the X direction to convert it into illumination light having a wide light distribution characteristic. At that time, it is set so that the shorter the wavelength, the stronger the diffusion. In addition, the light distribution characteristics from the prism sheet with no diffusing action are preserved in the y direction.
  • the liquid crystal panel 410 is illuminated by wavelength-dispersed illumination that has wavelength dispersibility in the light distribution characteristic that redness is strong near the front and blue is strong in a large angle direction.
  • the liquid crystal panel 410 has a high transmittance with respect to light having a relatively short wavelength with respect to light incident in the normal direction of the liquid crystal panel 410, and enters at a large angle in the X direction.
  • permeability with respect to the light of a relatively long wavelength is high. As a result, it looks bluish when viewed from the front and tends to be reddish when observing a large angular force.
  • the chromatic dispersion illumination emitted from the directional light source 420 and transmitted through the chromatic dispersion diffuser sheet 430 alleviates this tendency. As a result, it is possible to display an image with a small color change depending on the viewing direction. Furthermore, it is possible to display an image with a balanced light distribution characteristic.
  • anisotropic wavelength dispersion diffusion sheet 430 characteristic of the present invention will be described in detail.
  • fine fibers 432 having a refractive index different from that of the base 431 are dispersed in the base 431 having a transparent material. The light is diffused only in the X direction by the refraction action at the interface between the substrate 431 and the fine fiber 432.
  • FIG. 10A is a graph showing the wavelength dependence of the refractive index of PMMA (acrylic) and MS (acrylic and styrene copolymer) which are general transparent resin materials.
  • the horizontal axis is the wavelength, and the vertical axis is the refractive index and the relative refractive index difference.
  • the refractive index is not constant but wavelength-dependent (this wavelength-dependent phenomenon is called chromatic dispersion).
  • General optical materials tend to have a higher refractive index as the wavelength is shorter. Since the absolute refractive power is small at the interface of the transparent resin material, multiple refractions are required. Therefore, a method in which the fine fibers 432 are dispersedly arranged in the thickness direction in the base material 431 is effective.
  • Figure 10B shows the wavelength dependence of the relative refractive power when the above PMMA and MS are refracted at the interface with air (refractive index 1 regardless of wavelength) and when they are refracted at the interface between PMMA and MS. It is a graph.
  • the horizontal axis is the wavelength, and the vertical axis is the relative refractive power.
  • the vertical axis indicates the relative value obtained by standardizing the refractive index difference with the value at the measurement wavelength of 546 nm.
  • the chromatic dispersion at the PMMAZMS interface is much larger than the refracting action at the PMMAZ air / MSZ air interface. Therefore, the refractive work at the interface between the two It can be expected to realize diffusion with a large wavelength dispersion.
  • the liquid crystal panel 410 is illuminated with anisotropy in wavelength dispersion
  • a light source having anisotropy in directivity and anisotropy in wavelength dispersion are provided.
  • the present invention is not limited to this, and after passing through an anisotropic wavelength dispersive diffusion sheet that diffuses light only in one direction using a light source, the directionality is not limited to this. It is also possible to perform anisotropic diffusion without wavelength dispersion such as a lenticular lens array sheet in a direction perpendicular to the diffusion direction.
  • FIG. 11 shows an example of a matrix type liquid crystal display device.
  • the matrix type liquid crystal display device 1000 includes a matrix type liquid crystal display module 1010, a display signal line driving circuit 1020, and a scanning signal line driving circuit 1030.
  • the display control circuit of the present invention corresponds to the display signal line driving circuit 1020 and the scanning signal line driving circuit 1030.
  • the matrix type liquid crystal display module 1010 also has a planar light source power including a liquid crystal panel, a planar light source that illuminates the liquid crystal panel from the back, and a wavelength dispersive diffusion sheet.
  • the liquid crystal display module described in the above embodiment is used as the matrix type liquid crystal display module 1010.
  • p display signal lines 1011 and n scanning signal lines 1012 are arranged in a matrix, and a liquid crystal display element 1013 is formed between the signal electrode and the scanning electrode at each intersection.
  • the display signal line drive circuit 1020 outputs a display signal (drive signal) via the display signal line 1011.
  • the scanning signal line driving circuit 1030 outputs a scanning signal via the scanning signal line 1012.
  • the liquid crystal display element 1013 is driven by the potential difference between the display signal and the scanning signal. .
  • the drive power supply device 1040 supplies power to the display signal line drive circuit 1020 and the scanning signal line drive circuit 1030.
  • the display signal line driving circuit 1020 and the scanning signal line driving circuit 1030 are formed of a liquid crystal driving controller integrated circuit (IC).
  • IC liquid crystal driving controller integrated circuit
  • a scanning signal is sequentially output to each scanning signal line 1012, and each scanning signal line 1012 is output.
  • the liquid crystal is driven by applying the selected voltage 'non-selection voltage (scanning signal) from the display signal line 1011 according to the selection / non-selection data of the liquid crystal display element 1013 on the selected scanning signal line 1012
  • the time-division driving method the number obtained by dividing the vertical synchronizing signal period T by the period for selecting one scanning signal line is set to be the same as the number n of scanning signal lines!
  • AC polarity reversal
  • the present invention it is possible to realize video display with little color change depending on the observation angle even in the vertical, horizontal, diagonal, and shift directions, and video such as a liquid crystal television or a liquid crystal monitor can be realized. This can contribute to improving the display performance of the display device.

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Abstract

 液晶表示装置のカラーシフトを低減する液晶表示装置。この装置において、水平方向には光の波長が短いほど広い配光特性を有する波長分散性を有し、垂直方向には波長依存性の少ない配光特性の光で照明することにより、液晶パネルの透過率の水平方向の波長分散特性を打ち消して、カラーシフト現象を緩和するとともに、垂直方向にカラーシフトが発生することを防止する。垂直、水平、斜めの全方位についてカラーシフトが軽微な液晶表示装置を実現できる。

Description

明 細 書
液晶表示モジュール、液晶表示装置およびその照明装置
技術分野
[0001] 本発明は、液晶表示モジュール、液晶表示装置およびその照明装置に関する。
背景技術
[0002] 薄型軽量で画像表示が可能な液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減 や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターや T V受像機などに広く用いられている。
[0003] 液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液 晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パ ネルによって空間変調して画像を形成する。
[0004] この液晶表示装置の性能上の課題の一つに観察方向によって色調が変化すると いう現象 (カラーシフト)がある。これは、液晶パネルが出射光の透過率に角度依存性 があり、更に、波長依存性 (波長分散性)に異方性を有することに起因する。
[0005] 図 1は TN液晶を用いた液晶表示装置で赤、青、緑の単色を表示し、水平方向の 配光特性を測定した結果である。この様に波長の長 、赤の光は相対的に広 、配光 分布を示し、波長の短!、青の光は相対的に狭 ヽ配光分布を示して!/ヽる。
[0006] 図 2は図 1の測定に用いた液晶表示装置の液晶パネルを外してバックライトを点灯 し、赤、青、緑の色フィルターを介して配光特性を評価した結果である。図 2から明ら かなように、ノ ックライトからの照明光には特段の波長分散性は認められず、図 1に認 められる顕著な波長分散性は液晶パネルの特性に起因することが分力る。
[0007] 上記配光特性の結果、白色表示した画面を観察した場合、相対的に正面方向は 青っぽく角度の大きい方向(斜め方向)からは赤っぽく見える。図 3は液晶パネルを一 般的な波長分散の無い照明で照明した際のカラーシフトの発生状態を示す模式図 である。
[0008] 上記カラーシフト現象を軽減するために、それぞれ単色の 3原色の光源を用い、そ れらを異なる配光特性で導光板側面に入射する方法や、白色光源を用い、導光板 から出射する光を、波長によって出射角度の異なるホログラムを介して液晶パネルに 入射する方法が提案されて ヽる (特許文献 1参照)。
[0009] 上記のような方法によれば、液晶パネルの透過率の波長依存性を、照明光の配光 特性の波長分散性によってキャンセルして、カラーシフトを低減することが期待できる 特許文献 1 :特開 2004— 61693号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、照明光の配光特性の波長分散性を、液晶表示装置の画面の水平、 垂直、斜めなど各方位に対して同様に与えると、液晶パネルによっては、波長分散 性の無い一般照明で照明した場合よりカラーシフトが増大する方位が発生するという 問題が有る。また、液晶パネルの左右方向と上下方向で異なる配光特性を有すると いう問題がある。
[0011] 図 1は前述のように、 TN型の液晶パネルを用いた液晶表示装置を赤、緑、青の単 色表示してその配光特性を測定した結果であるが、その観察角度の測定方向は液 晶表示装置を通常使用状態に設置した状態での水平方向である。図 4に観察角度 の測定方向を垂直方向として同様の測定をした結果を示す。この様に、垂直方向に ついては実用視野角範囲 ±40° の範囲で有意な波長分散性を示していない。また 、図 1に示した水平方向の配光特性と比べて、垂直方向の配光特性は計測角度が 大きくなるほど透過率が著しく低下している。即ち、液晶表示装置の出射光には配光 特性に異方性がある。ただし、この配光特性の異方性はバックライトの特性である。
[0012] バックライトによる照明は、水平、垂直ともに波長分散性は無い。波長分散性は、液 晶パネルの特性である。更に、液晶表示装置の波長依存性の異方性は、液晶パネ ルの特性である。
[0013] この場合、図 1の波長分散性を緩和するような波長分散性照明を等方に行うと、水 平方向については液晶パネルの波長分散性を補正して、カラーシフトを低減すること が出来る。しかし、垂直方向については、通常の波長分散性の無い照明では発生し な 、カラーシフトを新たに発生させてしまう。 [0014] 本発明の目的は、上記の問題を考慮し、入射する照明光に対する透過率が照明 光の入射角度および波長の双方に応じて異なる波長依存性を有し、液晶パネルの 左右方向と上下方向で異なる波長依存性を有する液晶パネルを用いても、水平、垂 直、斜めの様々な観察角度に対してカラーシフトを軽減した液晶表示モジュール、照 明装置及び液晶表示装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明の液晶表示モジュールは、
入射する照明光に対する透過率が照明光の入射角度および波長の双方に応じて 異なる波長依存性を有し、さらに波長依存性が左右方向と上下方向とで異なる異方 性を有する液晶パネルと、液晶パネルを背面力 照明するための照明光を出射する 照明手段と、を備え、照明手段は、波長依存性および異方性を緩和する配光特性を 持つ照明光を出射する。
[0016] また、本発明の照明装置は、
透過率の入射角依存性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性入 射する照明光に対する透過率が照明光の入射角度および波長の双方に応じて異な る波長依存性を有し、さらに波長依存性が左右方向と上下方向とで異なる異方性を 有する液晶パネルをその背面から照明するための照明装置であって、照明手段は、 波長依存性および異方性を緩和する配光特性を持つ照明光を出射する。
[0017] また、本発明の液晶表示装置は、
入射する照明光に対する透過率が照明光の入射角度および波長の双方に応じて 異なる波長依存性を有し、さらに波長依存性が左右方向と上下方向とで異なる異方 性を有する液晶パネルと、液晶パネルを背面力 照明するための照明光を出射する 照明手段と、液晶パネルを駆動し画像を表示させる表示制御回路と、を備え、照明 手段は、波長依存性および異方性を緩和する配光特性を持つ照明光を出射する構 成を採る。
発明の効果
[0018] 本発明によれば、水平、垂直、斜めのあらゆる方位に対して、観察角度による色変 ィ匕が小さい画像表示が可能になる。 図面の簡単な説明
[0019] [図 1]TN液晶表示装置を単色表示した場合の水平方向の配光特性を示すグラフ [図 2]図 1の TN液晶表示装置のバックライトにおける単色の配光特性を示すグラフ [図 3]液晶パネルを一般的な波長分散の無い照明で照明した際のカラーシフトの発 生状態を示す模式図
[図 4]TN液晶表示装置を単色表示した場合の垂直方向の配光特性を示すグラフ [図 5]本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 1の構成を示す斜視図
[図 6]本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 1における異方性波長分散光源ュ ニットの構成を示す斜視図
[図 7]本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 1の動作を説明する断面図
[図 8]本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 2の構成を示す斜視図
[図 9]本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 2の動作を説明する断面図
[図 10]図 10Aは PMMAと MSの屈折率の波長依存性を示すグラフ、図 10Bは PM MA、 MS、空気の各媒体組み合わせ時の相対屈折力 屈折率差)の波長依存性 を示すグラフ
[図 11]マトリクス型液晶表示装置の一例を示す図
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[0021] (実施の形態 1)
図 5は本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 1を示す斜視図である。
[0022] フレーム 320内に、異方性波長分散光源ユニット 310を多数配列して拡散シート 3 30で覆 、異方性波長分散面状光源 300を構成し、液晶パネルの照明装置として液 晶パネル 200の下方に配置する。
[0023] 液晶パネル 200は、入射する照明光に対する透過率が前記照明光の入射角度お よび波長の双方に応じて異なる波長依存性を有する。液晶パネル 200は図 1に示し たように法線方向(計測角度 0度)に入射する光に対しては相対的に波長の短い光 に対する透過率が高ぐ大きな角度で入射する光に対しては、相対的に長い波長の 光に対する透過率が高い。言い換えると、法線方向から入射された照明光に対する 出射光の光強度は、計測角度が 0度のときにも最も強くなる傾向にあり、計測角度が 大きくなる程光強度が低下する傾向がある (透過率の入射角依存性)。更に、液晶パ ネルには、左右方向と上下方向とで異なる異方性を有する波長依存性がある。液晶 パネル 200の波長依存性は、計測角度が大きくなるほど相対的に長い波長を透過す る特性を有する。そのため、正面から見た場合青みを帯び、大きな角度力 観察する と赤みを帯びる傾向にある。異方性波長分散面状光源 300から出射される波長分散 照明はその傾向を緩和する。その結果、観察方向による色変化の小さな画像表示が 可會 になる。
[0024] 図 6は実施の形態 1の液晶表示モジュールの異方性波長分散光源ユニット 310の 構成を示す斜視図である。基板 312R上に赤色の LEDチップ 311Rを実装する。赤 色の LEDチップ 311Rを透明榭脂 313Rで封止して赤色光源素子 310Rを形成する 。同様に緑色の LEDチップ 311G、青色の LEDチップ 31 IBを用いて形成した緑色 光源素子 310G、青色光源素子 310Bを形成する。前記赤色光源素子 310Rと緑色 光源素子 310Gと青色光源素子 310Bによって異方性波長分散光源ユニット 310を 構成する。
[0025] 赤色光源素子 310R、緑色光源素子 310G、青色光源素子 310Bはそれぞれ封止 榭脂の形状が異なっている。図 6の X方向には相対的に青色光源素子 310Bの配光 が広ぐ赤色光源素子 310Rの配光は狭ぐ緑色光源素子 310Gはその中間になる ように設定している。異方性波長分散光源ユニット 310は、左右方向と上下方向とで 異なる波長依存性を異方性波長分散面状光源 300に与えている。また、図 6の y方 向には赤色光源素子 310R、緑色光源素子 310G、青色光源素子 310Bともに同等 の配光特性となるように設定している。この様にして、 X方向には波長分散性があり y 方向には波長分散性が無い異方性波長分散光源ユ ット 310を得ることができる。 即ち、異方性波長分散光源ユニット 310は、液晶パネルの左右方向(X方向)に指向 性を有し、上下方向 (y方向)には相対的に拡散性の大きい配光特性を有する。
[0026] 以下、液晶表示モジュールの動作の詳細について図 7を用いて説明する。
[0027] 図 7は実施の形態 1の液晶表示モジュールの断面図であり、図 5の xz平面で切った 要部を示している。 [0028] 前述のように、異方性波長分散光源ユニット 310は、波長の長い赤色については 比較的指向性が鋭い(図中実線)光を出射し、波長の短い青色については比較的拡 散性の大きな (図中破線)光を出射する。拡散シート 330は異方性波長分散光源ュ ニット 310からの光を再拡散して照明の均一性を高める働きがある。拡散シート 330 を透過した光は、拡散性をやや増大させるとともに波長分散性がやや緩和される。異 方性波長分散光源ユニット 310の波長依存性と拡散シート 330の波長依存性とで異 方性波長分散面状光源 300に波長依存性を与えて ヽる。
[0029] 拡散シート 330を透過した光は拡散シート 330が有する波長分散性により波長依 存性が与えられている。拡散シート 330は、液晶パネルの波長依存性と逆の波長依 存性を有するように構成する。これにより、拡散シート 330を透過した光の配光特性 が液晶パネル 200の波長依存性を緩和する。拡散シート 330の波長依存性は、屈折 角度が大きくなるほど相対的に短い波長を透過する特性を有する。そのため、拡散 シート 330を透過した照明光を正面力も見た場合赤みを帯び、大きな角度から観察 すると青みを帯びる傾向にある。
[0030] また、拡散シート 330は、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する 光拡散体を透明な基材中の厚さ方向に分散配置してなり、入射光を複数回屈折させ 、入射光に波長依存性を与えて出射させるように構成する。例えば、透明な基材中 に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する略円断面の微細ファイバーを拡散シート 330に分散配置する。微細ファイバーの長手方向を拡散シート 330の上下方向に合 わせて微細ファイバーを分散配置する。これにより、異方性波長分散面状光源 300 の上下方向には拡散性に波長依存性を与えずに、左右方向の拡散性に大きな波長 依存性を与えることができる。異方性波長分散光源ユニット 310が上下方向 (y方向) には相対的に拡散性の大きい配光特性を有するため、拡散シート 330を透過した光 の配光特性が広がるため、液晶パネル 200の上下方向の配光特性を、液晶パネル 2 00の左右方向の配光特性に近づけることができる。なお、拡散シートについては実 施の形態 2で詳しく述べる。
[0031] 上述のように、拡散シート 330を透過した光の配光特性力 透過率が照明光の入 射角度および波長の双方に応じて異なる波長分散性、および、波長依存性が左右 方向と上下方向とで異なる異方性を緩和するように、異方性波長分散光源ユニット 3 10の配光特性および拡散シート 330の拡散特性を設定している。更に、配光特性の ノ《ランスを整えるように、異方性波長分散光源ユニット 310の配光特性および拡散シ ート 330の拡散特性を設定して 、る。
[0032] その結果、液晶パネル透過後の光は、赤、青、緑の光が観察角度によらず一定の 割合となりカラーシフトが軽減された光となる。更に、配光特性のバランスが整えられ た光を得ることができる。
[0033] なお、 y方向について異方性波長分散光源ユニット 310は、赤、青、緑いずれも同 等の配光分布で光を出射する。そして、出射された光は、拡散シート 330を透過して 、互いに同等な配光分布で液晶パネル 200に入射する。 X方向にのみ拡散性に波 長分散性を与えることにより、各方位に対して照明光の波長分散性を液晶パネルに 与えることにより生じたカラーシフトが、 y方向には増大することがない。そのため、 y方 向には液晶パネル 200の透過率の入射角依存性に有効視野内で有意な波長分散 性が元々無 、ので、カラーシフトの発生を防止できる。
[0034] (実施の形態 2)
上記実施の形態 1のように、液晶パネルの直下に光源を配置する照明の構成は「 直下型」と呼ばれ、比較的大型 (例えば 20型以上)の液晶表示装置に用いられる。
[0035] 一方、比較的小型の液晶表示装置では、薄型を実現するため「エッジライト型」ある いは「サイドライト型」と呼ばれる照明方式を用いるのが一般的である。
[0036] 本発明の実施の形態 2は、上記エッジライト型を用いたものであり、比較的小型の 液晶表示装置に好適である。図 8は本発明の液晶表示モジュールの実施の形態 2の 照明装置の構成を示す斜視図である。
[0037] 指向性光源 420は、冷陰極管 421、リフレクタ 422、導光板 423、プリズムシート 42 4によって構成される。プリズムシート 424は、導光板 423に対向する入射側に光の 主指向方向を図 8の z方向に変換するプリズムアレイを備えている。そして、プリズム アレイの対向面には光を図 8の y方向にのみ拡散するレンチキユラレンズアレイが設 けられている。指向性光源 420は、左右方向(z方向)に指向性を有し、上下方向(y 方向)には相対的に拡散性の大きい配光特性を有する。 [0038] 上記構成での動作を図 9を用いて説明する。図 9は図 8の構成に液晶パネルをカロえ xz平面で切った断面図である。
[0039] 冷陰極管 421からの光は、リフレクタ 422の作用で出射領域が矩形状に規定され、 導光板 423の側端面から入射される。側端面から入射された光は、対向する 2つの 主面間を全反射を繰り返しながら、入射端と対向する端面方向に伝播する。
[0040] 導光板の主面の一方には、光を微拡散する微拡散要素が局所的に設けられており 、その部分に入射した光は全反射条件から外れる成分が生じて出射する。この際、 導光板全面からほぼ均一な光強度で出射するように、前記微拡散要素の大きさ、密 度を適切に設定する。
[0041] 導光板 423から出射する光は、微拡散により全反射条件から僅かに外れるだけな ので、主面に平行に近い角度で出射する。プリズムシート 424の入射面に設けられた プリズムはその光の指向性を保存したまま、主指向方向を導光板法線方向(図 9の z 方向)に変換する。更に、プリズムシート 424の出射面に設けられたレンチキユラレン ズアレイによって光が y方向にのみ拡散される。その結果、 X方向には指向性が鋭ぐ y方向には拡散性が大きな光が異方性波長分散拡散シート 430に入射する。なお、 y 方向の拡散性を更に大きくしたい場合には、レンチキユラレンズアレイを複数の層とし てもよい。レンチキユラレンズアレイを複数の層とする場合には高精度に拡散性を大 さくでさる。
[0042] 波長分散性拡散シート 430は上記 z方向に指向性の強 、光を X方向にのみ拡散し て、広い配光特性の照明光に変換する。その際、波長の短い光ほど強く拡散するよう に設定されている。また、 y方向には拡散作用が無ぐプリズムシートからの配光特性 が保存される。
[0043] その結果、 X方向について、波長の短い青の光は相対的に広く拡散され(図 9の破 線)、波長の長い赤の光は相対的に狭く拡散される(図 9の実線)。液晶パネル 410 は、正面近傍には赤みが強ぐ大きな角度方向には青みが強いという、配光特性に 波長分散性を有する波長分散照明によって照明される。
[0044] 液晶パネル 410は、図 1に示したように液晶パネル 410の法線方向に入射する光 に対しては相対的に波長の短い光に対する透過率が高ぐ X方向に大きな角度で入 射する光に対しては、相対的に長い波長の光に対する透過率が高い。これにより、 正面から見た場合青みを帯び、大きな角度力 観察すると赤みを帯びる傾向にある
。指向性光源 420から出射され、波長分散性拡散シート 430を透過した波長分散照 明はその傾向を緩和する。その結果、観察方向による色変化が小さい画像表示が可 能になる。更に、配光特性のバランスが整った画像表示が可能になる。
[0045] ここで、本発明に特徴的な異方性波長分散拡散シート 430について詳述する。
[0046] 異方性波長分散拡散シート 430は透明材料力もなる基材 431の中に、基材 431と は異なる屈折率の材料力もなる微細ファイバー 432が分散されている。基材 431と微 細ファイバー 432との界面での屈折作用により光を X方向にのみ拡散する。
[0047] 1方向にのみ光を拡散するだけなら、レンチキユラレンズアレイのように透明基板の 表面に微細な凹凸を設けても良い。し力しながら、この様に空気との界面での屈折作 用を利用すると、図 1に示したような特性を補正するほどの大きな波長分散性を得る ことは困難である。
[0048] 図 10Aは透明榭脂材料として一般的な PMMA (アクリル)および MS (アクリルとス チレンの共重合体)の屈折率の波長依存性を示すグラフである。横軸は波長であり、 縦軸は屈折率および相対屈折率差である。図 10Aに示されるように、屈折率は一定 ではなく波長依存性がある (このような波長依存現象を波長分散と呼ぶ)。そして一般 の光学材料は、波長が短いほど屈折率が高い傾向にある。なお、透明榭脂材料同 士の界面では絶対屈折力が小さいため、複数回の屈折が必要となる。そのため、微 細ファイバー 432を基材 431中の厚さ方向に分散配置する方法が有効である。
[0049] ある媒体から異なる屈折率の他の媒体へ光が入射すると、その界面でスネルの法 則に従って屈折するが、その屈折カは両媒体の屈折率差に比例する。
[0050] 図 10Bは上記 PMMAおよび MSが空気(波長によらず屈折率 1)との界面で屈折 する場合と、 PMMAと MSとの界面で屈折する場合の相対屈折力の波長依存性を 示すグラフである。横軸は波長であり、縦軸は相対屈折力である。縦軸は屈折率差を 測定波長 546nmでの値で規格ィ匕した相対値で表示されている。
[0051] この様に、 PMMAZ空気、 MSZ空気の界面での屈折作用より PMMAZMSの 界面での屈折作用の方が格段に波長分散が大きい。従って、両者の界面の屈折作 用を利用することにより、波長分散性の大きな拡散を実現することが期待できる。
[0052] ただし、両者の屈折率差は小さいため、空気との界面の場合のように一つの凹凸面 を界面とする 2層構造では十分な拡散を行うことが困難になる。そこで、一方の材料 を媒体として他方の材料からなる微粒子を厚さ方向に分散配置することにより、屈折 作用を受ける機会が増加する。
[0053] 上記構成により、 X方向には波長分散が大きぐ y方向には波長分散の小さな照明 光を得ることが出来る。これにより、波長分散性に異方性のある液晶パネルを効果的 に照明して、あらゆる観察角度に対してカラーシフトが小さぐ配光特性のバランスを 整えた液晶表示モジュールを実現することができる。
[0054] なお、上記実施の形態 1及び 2では波長分散性に異方性のある照明を液晶パネル 410に行うために、指向性に異方性のある光源と波長分散性に異方性を有する拡散 シートを用いた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなぐ等方に指向性の高 V、光源を用いて一方向にのみ光を拡散する異方性の波長分散性拡散シートを透過 させた後に、その拡散方向とは直交する方向に、レンチキユラレンズアレイシートなど 波長分散性の無!ヽ異方性拡散を行っても良 ヽ。
[0055] <マトリクス型液晶表示装置 >
図 11にマトリクス型液晶表示装置の一例を示す。このマトリクス型液晶表示装置 10 00は、マトリクス型液晶表示モジュール 1010と、表示信号線駆動回路 1020と、走査 信号線駆動回路 1030とから構成される。本発明の表示制御回路は、表示信号線駆 動回路 1020と、走査信号線駆動回路 1030とに相当する。マトリクス型液晶表示モ ジュール 1010は、液晶パネルと、液晶パネルを背面から照明する面状光源と、波長 分散性拡散シートを含む面状光源力もなる。マトリクス型液晶表示モジュール 1010と して上記実施の形態で説明した液晶表示モジュールを使用する。
[0056] 液晶パネルには、 p本の表示信号線 1011と n本の走査信号線 1012がマトリクス状 に配置され、各交点の信号電極と走査電極との間に液晶表示素子 1013が形成され ている。表示信号線駆動回路 1020は表示信号線 1011を介して表示信号 (駆動信 号)を出力する。走査信号線駆動回路 1030は走査信号線 1012を介して走査信号 を出力する。液晶表示素子 1013は、表示信号と走査信号との電位差により駆動する 。駆動電源装置 1040は表示信号線駆動回路 1020と走査信号線駆動回路 1030と に電力を供給する。
[0057] 前記表示信号線駆動回路 1020と走査信号線駆動回路 1030は液晶駆動用コント ローラ集積回路 (IC)から形成される。
[0058] 表示信号線駆動回路 1020と走査信号線駆動回路 1030によるこのマトリクス型液 晶表示装置 1000の駆動方法としては、前記各走査信号線 1012に順次走査信号を 出力し、各走査信号線 1012を選択する期間にその選択走査信号線 1012上の液晶 表示素子 1013の選択,非選択データに応じて、表示信号線 1011から選択電圧 '非 選択電圧 (走査信号)を印力 tlして液晶駆動を行う時分割駆動方法がある。この時分 割駆動方法では、垂直同期信号周期 Tを 1走査信号線を選択する期間で割った数 は走査信号線数 nと同一となるように設定されて!、る。
[0059] また、液晶は直流で駆動すると液晶自身の劣化を引き起こし、表示品質の低下お よび寿命に重大な影響を与えるために、液晶は交流駆動を行うことが必要で、上記 一般的なマトリクス型液晶表示装置 1000の時分割駆動方法では、走査信号線数 n よりも小さな自然数 k本の走査信号線 1030を選択する毎に、極性が反転する極性反 転 (交流化)信号で駆動させて交流化を行って 、る。
[0060] 2006年 4月 17日出願の特願 2006— 113146の日本出願に含まれる明細書、図 面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
産業上の利用可能性
[0061] 本発明によれば、垂直、水平、斜めの 、ずれの方向にっ 、ても観察角による色変 わりが少ない映像表示を実現することが出来、液晶テレビや液晶モニターなどの映 像表示装置の表示性能向上に貢献できる。

Claims

請求の範囲
[1] 入射する照明光に対する透過率が前記照明光の入射角度および波長の双方に応 じて異なる波長依存性を有し、さらに前記波長依存性が左右方向と上下方向とで異 なる異方性を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルを背面力 照明するための照明光を出射する照明手段と、を備え 前記照明手段は、前記波長依存性および前記異方性を緩和する配光特性を持つ 照明光を出射する、
液晶表示モジュール。
[2] 前記照明手段は、左右方向に指向性を有し、上下方向には相対的に拡散性の大 き ヽ配光特性を有する光源と、前記左右方向に波長依存性を有する拡散シートとを 備えた、
請求項 1に記載の液晶表示モジュール。
[3] 前記拡散シートは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する光拡 散体を透明な基材中の厚さ方向に分散配置してなり、複数回屈折させ、波長依存性 を照明光に与えて出射させる、
請求項 2に記載の液晶表示モジュール。
[4] 前記拡散シートでは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率の略円断面 の微細ファイバーがその長手方向がほぼ一致するように配向分散されている、 請求項 2に記載の液晶表示モジュール。
[5] 前記照明手段は、それぞれ波長の異なる複数の光源を有し、波長の異なる前記複 数の光源は互いに異なる配光特性を有する、
請求項 1に記載の液晶表示モジュール。
[6] 前記照明手段は、前記複数の波長の異なる光源と前記液晶パネルとの間に拡散 シートを備え、
前記複数の光源の配光特性と前記拡散シートの配光特性とは、前記波長依存性 および前記異方性を緩和するよう設定されて ヽる、
請求項 5に記載の液晶表示モジュール。
[7] 入射する照明光に対する透過率が前記照明光の入射角度および波長の双方に応 じて異なる波長依存性を有し、さらに前記波長依存性が左右方向と上下方向とで異 なる異方性を有する液晶パネルを背面から照明するための照明装置であって、 前記照明手段は、前記波長依存性および前記異方性を緩和する配光特性を持つ 照明光を出射する、
照明装置。
[8] 前記照明手段は、左右方向に指向性を有し、上下方向には相対的に拡散性の大 き ヽ配光特性を有する光源と、前記左右方向に波長依存性を有する拡散シートとを 備えた、
請求項 7に記載の照明装置。
[9] 前記拡散シートは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する光拡 散体を透明な基材中の厚さ方向に分散配置してなり、複数回屈折させ、波長依存性 を照明光に与えて出射させる、
請求項 8に記載の照明装置。
[10] 前記拡散シートでは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率の略円断面 の微細ファイバーがその長手方向がほぼ一致するように配向分散されている、 請求項 8に記載の照明装置。
[11] 前記照明手段は、それぞれ波長の異なる複数の光源を有し、波長の異なる前記複 数の光源は互いに異なる配光特性を有する、
請求項 7に記載の照明装置。
[12] 前記照明手段は、前記複数の波長の異なる光源と前記液晶パネルとの間に拡散 シートを備え、
前記複数の光源の配光特性と前記拡散シートの配光特性とは、前記波長依存性 および前記異方性を緩和するよう設定されて ヽる、
請求項 11に記載の照明装置。
[13] 入射する照明光に対する透過率が前記照明光の入射角度および波長の双方に応 じて異なる波長依存性を有し、さらに前記波長依存性が左右方向と上下方向とで異 なる異方性を有する液晶パネルと、 前記液晶パネルを背面力 照明するための照明光を出射する照明手段と、 前記液晶パネルを駆動し画像を表示させる表示制御回路と、を備え、 前記照明手段は、前記波長依存性および前記異方性を緩和する配光特性を持つ 照明光を出射する、
液晶表示装置。
[14] 前記照明手段は、左右方向に指向性を有し、上下方向には相対的に拡散性の大 き ヽ配光特性を有する光源と、前記左右方向に波長依存性を有する拡散シートとを 備えた、
請求項 13に記載の液晶表示装置。
[15] 前記拡散シートは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する光拡 散体を透明な基材中の厚さ方向に分散配置してなり、複数回屈折させ、波長依存性 を照明光に与えて出射させる、
請求項 14に記載の液晶表示装置。
[16] 前記拡散シートでは、透明な基材中に基材の屈折率とは異なる屈折率の略円断面 の微細ファイバーがその長手方向がほぼ一致するように配向分散されている、 請求項 14に記載の液晶表示装置。
[17] 前記照明手段は、それぞれ波長の異なる複数の光源を有し、波長の異なる前記複 数の光源は互いに異なる配光特性を有する、
請求項 13に記載の液晶表示装置。
[18] 前記照明手段は、前記複数の波長の異なる光源と前記液晶パネルとの間に拡散 シートを備え、
前記複数の光源の配光特性と前記拡散シートの配光特性とは、前記波長依存性 および前記異方性を緩和するよう設定されて ヽる、
請求項 17に記載の液晶表示装置。
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