JP2006323221A - Liquid crystal display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー表示が可能な液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device capable of color display.
近年、液晶表示装置は、薄型、軽量等の特徴を有するフラットパネルディスプレイとして、テレビ、モニター、携帯電話などに広く利用されている。液晶表示装置の表示方式は種々提案されているが、最も広く利用されているのは、偏光板を二枚もしくは一枚用いた方式である。 In recent years, liquid crystal display devices are widely used as televisions, monitors, mobile phones, and the like as flat panel displays having features such as thinness and light weight. Various display methods for liquid crystal display devices have been proposed, but the most widely used method is a method using two or one polarizing plate.
図27に、一般的な液晶表示装置の模式図(断面図)を示す。上記液晶表示装置は、液晶パネル100と、バックライトユニット110とを具備している。液晶パネル100は、2枚の透明基板101および102の間に液晶層103およびカラーフィルター104を挟持し、かつ透明基板101および102の外側に偏光板105および106を配置してなる。バックライトユニット110は、光源111と導光板112とを有する。液晶パネル100とバックライトユニット110との間には、他の光学部材120を備えても良い。
FIG. 27 shows a schematic diagram (cross-sectional view) of a general liquid crystal display device. The liquid crystal display device includes a
ここで、光学部材120としては、例えば、Iプリズム形状フィルム、II散乱フィルム、III偏光反射フィルム等が使用できる。プリズム形状フィルムは、散乱面状光をパネル側に立ち上げる役目を果たすことによって正面輝度を上昇させることが出来る。II散乱フィルムは、導光板で立ち上がった光が面内ムラを有していたり、好ましくない光指向性を持った光の場合に散乱フィルムによって均一にさせる役割を持っている。III偏光反射フィルムは、一方の偏光のみ透過し、もう一方の偏光を反射させることにより上方にある偏光板での光透過率を向上させる役割を持つ。これらの光学部材により、正面輝度向上、光透過効率向上などをはかることができる。
Here, as the
上記液晶表示装置では、光源111によって発光した光は、導光板112の内部を全反射を繰り返しながら光出射面に対し平行方向に向かって進み、導光板112の底面内部に形成された突形成物112Aにより光の進行方向を変え、観察者側へ立ち上がる。観察者側に立ち上がった光は、偏光板105を透過することで片偏光となり、さらに光シャッターの役目をする液晶層103、カラー化を実現するカラーフィルター104、および偏光板106を透過して観察者に届く。
In the liquid crystal display device, the light emitted from the
液晶層103では、電界により液晶の旋光性を制御して表示を行うツイステッドネマチックモード(TNモード)、電界により液晶の複屈折を制御して表示を行う複屈折モード(ECBモード)、または、TNモードとECBモードとを組み合わせたミックスモードなどが主に利用されている。
In the
しかしながら、これらのモードを利用した液晶表示装置は、総じて光の利用効率が10%以下と非常に低い。上記液晶表示装置における光の利用効率を大きく減じている主な原因として、偏光板と吸収型カラーフィルターとが挙げられる。偏光板を利用した場合、光源から出射する光の40%程度しか利用できない。さらに、吸収型カラーフィルターを使用した場合、該カラーフィルターの濃度にもよるが、通常はカラーフィルターに入射される光の30%程度しか利用できない。 However, liquid crystal display devices using these modes generally have a very low light use efficiency of 10% or less. The main causes of greatly reducing the light utilization efficiency in the liquid crystal display device include a polarizing plate and an absorption color filter. When a polarizing plate is used, only about 40% of the light emitted from the light source can be used. Furthermore, when an absorptive color filter is used, although it depends on the density of the color filter, usually only about 30% of the light incident on the color filter can be used.
そこで、光の利用効率を向上させる目的で、偏光板やカラーフィルターを使用しないさまざまな表示方式が提案されている。 Therefore, various display methods that do not use polarizing plates or color filters have been proposed for the purpose of improving the light utilization efficiency.
特に、カラーフィルターを使用しない方式としては、(1)ゲストホスト方式やコレステリック液晶を利用した方式、(2)フィールドシーケンシャル方式及び色を変換する蛍光体を利用した方式、(3)回折格子やホログラムなどの分光素子を利用する方式、の液晶表示装置が挙げられる。 In particular, methods that do not use a color filter include (1) a guest-host method and a method using cholesteric liquid crystal, (2) a field-sequential method and a method using a phosphor that converts color, and (3) a diffraction grating and a hologram. And a liquid crystal display device using a spectroscopic element.
しかしながら、(1)のゲストホスト方式やコレステリック液晶を利用した方式では、表示画像におけるコントラストが低くなる、あるいは駆動電圧が高くなってしまう、などの問題が生じる。 However, the (1) guest-host method and the method using a cholesteric liquid crystal have problems such as low contrast in the displayed image or high drive voltage.
また、(2)のフィールドシーケンシャル方式や色を変換する蛍光体を利用した方式では、駆動部位に従来の液晶層を用いているため、この点で有利である。ただし、フィールドシーケンシャル方式は、原理的にカラーブレーキングの問題が生じるためにその点において不利となる。 In addition, the field sequential method (2) and the method using a phosphor that converts color are advantageous in this respect because a conventional liquid crystal layer is used for the driving part. However, the field sequential method is disadvantageous in that respect because a problem of color braking occurs in principle.
(3)の回折格子やホログラム等の分光素子を利用する方式については、特許文献1において、バックライトから発する光をホログラムによって回折分光し、RGBの波長成分を、対応する色を表示する画素に入射させる液晶表示装置が開示されている。
しかし、回折格子やホログラムなどの分光素子を利用する上記(3)の方式では、入射光の入射角によって分光素子の光学特性が大きく変化する。したがって、上記特許文献1のように、分光されたRGBの各波長成分を、対応する色を表示する画素に効率的に入射させるためには、上記分光素子への入射光が平行光である必要がある。しかし、現在一般的に使用されている液晶表示用のバックライトでは光の拡散度が高く、平行光にはほど遠い。そのため、上記特許文献1では、分光素子の特性を有効に利用することができず、RGBの波長成分を対応する色を表示する画素に効率的に入射することができないといった問題がある。 However, in the method (3) using a spectroscopic element such as a diffraction grating or a hologram, the optical characteristics of the spectroscopic element greatly change depending on the incident angle of incident light. Therefore, as in Patent Document 1, in order to make each wavelength component of RGB separated into a pixel displaying a corresponding color efficiently, the incident light to the spectroscopic element needs to be parallel light. There is. However, currently used backlights for liquid crystal displays have high light diffusivity and are far from parallel light. Therefore, in the above-mentioned Patent Document 1, there is a problem that the characteristics of the spectroscopic element cannot be effectively used, and the RGB wavelength components cannot be efficiently incident on the pixel displaying the corresponding color.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源より出射される光を有効に利用し、明るい表示もしくは低消費電力表示を可能とする液晶表示装置を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a liquid crystal display device that enables effective display using light emitted from a light source and enables bright display or low power consumption display. There is.
本発明に係る液晶表示装置は、上記課題を解決するために、多角形からなる液晶パネルと、光源および導光板を有するバックライトユニットとを備えて構成される液晶表示装置において、上記光源は上記液晶パネルの少なくとも3つの辺に対応する位置に設置され、少なくとも3つの辺には各辺で互いに異なる色光を照射する光源が設置され、上記導光板は上記光源から照射される色光を、それぞれ上記液晶パネルの所定の画素に導くことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a liquid crystal display device according to the present invention is a liquid crystal display device including a liquid crystal panel having a polygonal shape and a backlight unit having a light source and a light guide plate. Installed at positions corresponding to at least three sides of the liquid crystal panel, and at least three sides are provided with light sources that irradiate different color lights on each side, and the light guide plate receives the color lights emitted from the light sources, respectively. It is characterized by being guided to a predetermined pixel of the liquid crystal panel.
上記の構成によれば、画像表示時には、複数の光源の全てを同時点灯し、各光源から照射される光がそれぞれ対応する画素に入射することによって、カラーフィルタを用いることなく各色を表現できる。ここで、上記複数の光源の各色は、それらの組み合わせによって全ての色を表現できる原色(例えば、R,G,Bの3原色)の組み合わせである。上記液晶表示装置では、液晶表示装置の作製プロセスを大きく変化しなくても、色純度の高い表示が可能な高品位のカラーディスプレイが実現できる。 According to the above configuration, when displaying an image, all of the plurality of light sources are turned on simultaneously, and the light emitted from each light source is incident on the corresponding pixel, whereby each color can be expressed without using a color filter. Here, each color of the plurality of light sources is a combination of primary colors (for example, three primary colors of R, G, and B) that can express all colors by a combination thereof. In the liquid crystal display device, a high-quality color display capable of displaying with high color purity can be realized without greatly changing the manufacturing process of the liquid crystal display device.
また、上記液晶表示装置では、上記導光板は上記液晶パネルとの対向側に突部を有しており、上記突部は上記光源から照射される光を、上記液晶パネルの所定の画素に導く、少なくとも3つの傾斜面からなる構成とすることが好ましい。 In the liquid crystal display device, the light guide plate has a protrusion on the side facing the liquid crystal panel, and the protrusion guides light emitted from the light source to a predetermined pixel of the liquid crystal panel. It is preferable to have a configuration comprising at least three inclined surfaces.
上記の構成によれば、上記導光板によって上記液晶パネルに向けて立ち上げられる光のそれぞれを、それらの色に対応する画素に導くことができる。 According to said structure, each of the light launched toward the said liquid crystal panel by the said light-guide plate can be guide | induced to the pixel corresponding to those colors.
また、上記液晶表示装置は、上記導光板と上記液晶パネルの液晶層との間に、上記導光板によって立ち上げられた光のそれぞれを対応する画素に集光するマイクロレンズアレイを備えている構成とすることができる。 In addition, the liquid crystal display device includes a microlens array between the light guide plate and the liquid crystal layer of the liquid crystal panel. The microlens array collects each of the light raised by the light guide plate on the corresponding pixels. It can be.
上記の構成によれば、上記導光板によって立ち上げられる光の指向性が低く、広がって立ち上がるような場合であっても、上記マイクロレンズアレイによってその光を集光し、対応する画素に入射させることができるため、対応する画素への光の入射効率を向上させることができる。 According to the above configuration, even if the directivity of the light launched by the light guide plate is low and spreads and rises, the light is collected by the microlens array and incident on the corresponding pixel. Therefore, the incident efficiency of light to the corresponding pixel can be improved.
また、上記液晶表示装置は、上記液晶パネルにおける液晶層の観察者側に、上記各画素からの出射光の出射角度を揃える視野角改善部材を備えている構成とすることができる。 In addition, the liquid crystal display device may be configured to include a viewing angle improving member that aligns the emission angles of the emitted light from the pixels on the viewer side of the liquid crystal layer in the liquid crystal panel.
上記の構成によれば、各画素に対しての光の入射角度が異なっていたとしても、その出射光においては上記視野角改善部材によってその出射角度が揃えられるため、視認性を向上させることができる。 According to the above configuration, even if the incident angle of light with respect to each pixel is different, the emission angle is uniformed by the viewing angle improving member in the emitted light, so that the visibility can be improved. it can.
本発明の液晶表示装置は、以上のように、多角形からなる液晶パネルと、光源および導光板を有するバックライトユニットとを備えて構成される液晶表示装置において、上記光源は上記液晶パネルの少なくとも3つの辺に対応する位置に設置され、少なくとも3つの辺には各辺で互いに異なる色光を照射する光源が設置され、上記導光板は上記光源から照射される色光を、それぞれ上記液晶パネルの所定の画素に導く構成である。 As described above, the liquid crystal display device of the present invention is a liquid crystal display device comprising a polygonal liquid crystal panel and a backlight unit having a light source and a light guide plate, wherein the light source is at least the liquid crystal panel. The light source is installed at a position corresponding to the three sides, and at least three sides are provided with light sources that irradiate different color lights on each side, and the light guide plate emits the color light emitted from the light source respectively to the predetermined liquid crystal panel. This is a configuration that leads to the pixels.
それゆえ、画像表示時には、複数の光源の全てを同時点灯し、各光源から照射される光がそれぞれ対応する画素に入射することによって、カラーフィルタを用いることなく各色を表現でき、液晶表示装置の作製プロセスを大きく変化しなくても、色純度の高い表示が可能な高品位のカラーディスプレイが実現できるといった効果を奏する。 Therefore, when displaying an image, all of the plurality of light sources are turned on simultaneously, and light emitted from each light source is incident on the corresponding pixel, so that each color can be expressed without using a color filter. There is an effect that a high-quality color display capable of displaying with high color purity can be realized without greatly changing the manufacturing process.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図13に基づいて説明すると以下の通りである。図1(a),(b)は、本実施の形態1に係る液晶表示装置(以下、本液晶表示装置と称する)の概略構成を示す断面図である。図2および図3は、本液晶表示装置において用いられるバックライトユニットの斜視図および平面図である。尚、以下の説明では、液晶パネル表示面内の直交する2方向をX方向およびY方向とし、液晶パネル表示面の法線方向をZ方向とする。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to Embodiment 1 (hereinafter referred to as the present liquid crystal display device). 2 and 3 are a perspective view and a plan view of a backlight unit used in the present liquid crystal display device. In the following description, two orthogonal directions in the liquid crystal panel display surface are defined as an X direction and a Y direction, and a normal direction of the liquid crystal panel display surface is defined as a Z direction.
本液晶表示装置は、図1(a),(b)に示すように、液晶パネル10と、バックライトユニット20とを具備している。尚、図1(a)は本液晶表示装置のZ−X平面での断面図を示し、図1(b)はZ−Y平面での断面図を示している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the present liquid crystal display device includes a
液晶パネル10は、2枚の透明基板11および12の間に液晶層13を挟持し、かつ透明基板11および12の外側に偏光板14および15を配置してなる。また、バックライトユニット20は、光源21aないし21cと導光板22とを有している。
The
バックライトユニット20において、光源21aないし21cは、フルカラー表示を行うために必要な、それぞれ異なる発光色を有する光源である。以下の説明では、例えば、光源21aがR(赤)、光源21bがG(緑)、光源21cがB(青)の発光色を有するものとする。
In the
導光板22は、透光性部材からなる厚さ数mm程度の直方体形状をしてなる。導光板22の光出射面(すなわち、液晶パネル10との対向面)からの光の出射角度は、導光板22と空気との屈折率差によって決まることから、導光板1の材料は、屈折率が高く、成形加工性に優れたものが好ましい。このような材料としては、例えばアクリル樹脂などが挙げられる。
The
本液晶表示装置では、図2および図3に示すように、光源21aおよび21bは、導光板22におけるY方向に平行な2辺に対向して配置されている。また、光源21cは、導光板22におけるX方向に平行な1辺に対向して配置されている。また、導光板22の底面(光出射面と反対側の面)には、傾斜面23aないし23cを有する突部23が等間隔で複数形成されている。
In the present liquid crystal display device, as shown in FIGS. 2 and 3, the
このような構造において、例えば光源21aを点灯した場合の光路を図4に示す。光源21aからの光は導光板22の光入射面22aから導光板22に入射し、その内部を全反射を繰り返しながら導光板出射面22eに平行な方向に進む。そして光の一部は複数配設されている突部23の傾斜面23aに当射する。傾斜面23aに当射された光は全反射され、導光板22の光出射面22eから上方へ出射し、偏光板14および下側基板11を透過した後、対応する画素16aに入射する。
In such a structure, for example, an optical path when the
同様に、図4には光源21bを点灯した場合の光路が示され、図5には光源21cを点灯した場合の光路が示される。光源21b,21cからの光は、導光板22の光入射面22b,22cから導光板22にそれぞれ入射し、突部23の傾斜面23b,23cによって全反射される。傾斜面23b,23cによって全反射された光は、導光板22の光出射面22eから上方へ出射し、偏光板14および下側基板11を透過した後、対応する画素16b,16cに入射する。
Similarly, FIG. 4 shows an optical path when the
導光板22の底面に形成される複数の突部23は、絵素と同数配設され、その全てが各絵素の真下となるように形成される。ここでいう絵素とは表示の最小単位であり、各絵素の中には各色を表現する画素が存在するものとする。画素とは、液晶、TFT素子、配向膜、透明電極等で構成されるものである。
The plurality of
また、各突部23は、例えば図6に示すような四角錐形状をしており、突部23における傾斜面23aないし23cの傾き角は、それぞれ光源21aないし21cからの入射光がその面において全反射し、偏光板14および下側基板11を透過し、対応する色を表示する画素にそれぞれが入射される角度に設計される。傾斜面23aないし23cのそれぞれの傾き角度は、偏光板14および下側基板11の厚さ、画素のサイズ、及び傾斜面に当射する光源光の平均当射角度から算出される。尚、図6に示す突部23は四角錐形状をしているため、傾斜面23aないし23c以外に4つ目の傾斜面を有することになるが、その傾斜面は光源からの光を反射する面として利用されないため、傾斜面23aないし23cのような角度調整がされない。
Each
また、本液晶表示装置では、液晶パネル10における絵素の形状についても独特の形状を必要とする。本発明に適用可能な画素形状例の幾つかを図7(a)〜(d)に示すが、本発明における画素形状はこれに限定されるものではない。液晶パネル10における各絵素は画素16a〜16cの3つの画素領域に分割される。画素16aは光源21aからの光が入射される画素であり、光源21aに対応した色を表示するよう設計されている。すなわち、画素16aではR(赤)成分の画像データに応じて液晶層の透過率が制御される。同様に、画素16bは、光源21bからの光が入射され、G(緑)成分の画像データに応じて液晶層の透過率が制御される。画素16cは、光源21cからの光が入射され、B(青)成分の画像データに応じて液晶層の透過率が制御される。
In the present liquid crystal display device, the shape of the picture element in the
画素16a〜16cの位置関係は、傾斜面23aないし23cの傾き角に応じて、図7(a),(b)のような関係であっても良く、あるいは、X方向およびY方向の位置関係が入れ替わった図7(c),(d)のような位置関係でも良い。
The positional relationship between the
本液晶表示装置において、画像表示時には、3つの光源21a〜21cの全てを同時点灯し、各光源から照射される光がそれぞれ対応する画素に入射することによって各色を表現できる。光源21a〜21cからの照射光が、全てロスなく対応する画素16a〜16cに入射されれば、カラーフィルターを配設する必要がなく、液晶表示装置の作製プロセスを大きく変化しなくても、色純度の高い表示が可能な高品位のカラーディスプレイが実現できる。
In the present liquid crystal display device, when an image is displayed, all the three
但し、本液晶表示装置の構成では、光源21a〜21cからの照射光が対応する画素16a〜16cに効率よく入射されない場合、画素において混色した光が入射する。このため、本来の光源の色純度よりも表示可能な色度範囲が狭くなる可能性がある。このような場合には、液晶層13の直下もしくは直上に画素形状に合ったカラーフィルターを導入し、色純度の向上を図ることができる。
However, in the configuration of the present liquid crystal display device, when the irradiation light from the
すなわち、カラーフィルターを導入することによって、光源からの照射光が本来対応しない画素に入射したとしても、そのような光はカラーフィルターによって吸収されるため、低下した色純度は向上する。上記カラーフィルターを導入した場合であっても、本来入射されるべきでない一部の光のみがカラーフィルターによって吸収され、光源から照射される光の大部分は対応する画素に入射するため、従来よりも高い光利用効率が得られることには変わりはない。 That is, by introducing a color filter, even if light emitted from a light source is incident on a pixel that does not correspond to the light, such light is absorbed by the color filter, so that the reduced color purity is improved. Even when the color filter is introduced, only part of the light that should not be incident is absorbed by the color filter, and most of the light emitted from the light source is incident on the corresponding pixel. However, there is no change in the high light utilization efficiency.
本液晶表示装置では、カラーフィルターを用いないことで(あるいは、色純度の向上のためにカラーフィルターを用いたとしても)、光源から照射される光の光利用効率が高くなり、カラーフィルターを用いる従来の液晶表示装置よりも明るく低消費電力での表示が可能となる。 In the present liquid crystal display device, by not using a color filter (or even if a color filter is used to improve color purity), the light use efficiency of light emitted from the light source is increased, and the color filter is used. Brighter display and lower power consumption than conventional liquid crystal display devices are possible.
また、本液晶表示装置では、各画素にはそれぞれ波長成分の異なる単色光が入射されるが、これらの単色光を得るために複数の光源を用いる構成となっている。このように本液晶表示装置の構成では、各画素に入射されるべきそれぞれ波長成分の異なる単色光を得るために、分光素子を用いて光源光を分光する特許文献1の構成に比べ、光源からの照射光において極めて高い平行度が要求されず、一般的な種類の光源が利用可能であるといった利点がある。尚、本液晶表示装置において使用される光源は、それぞれ波長成分の異なる単色光を照射するものであることから、LED(Light Emitting Diode)が好適に利用できる。 In the present liquid crystal display device, monochromatic light having different wavelength components is incident on each pixel, and a plurality of light sources are used to obtain these monochromatic lights. Thus, in the configuration of the present liquid crystal display device, in order to obtain monochromatic light having different wavelength components to be incident on each pixel, the light source is separated from the configuration of Patent Document 1 in which the light source light is dispersed using a spectroscopic element. There is an advantage that a very high degree of parallelism is not required for the irradiated light, and a general type of light source can be used. In addition, since the light source used in this liquid crystal display device irradiates the monochromatic light from which a wavelength component differs, LED (Light Emitting Diode) can be utilized suitably.
上述したように、本液晶表示装置では、特許文献1の液晶表示装置で用いられる光源よりは高い平行度を要求されないが、光源から照射される光をより効率よく対応画素に入射させるためには、3つの光源21a〜21cの進行指向性(平行度)を高くすることが望ましい。
As described above, this liquid crystal display device is not required to have a higher degree of parallelism than the light source used in the liquid crystal display device of Patent Document 1, but in order to make the light emitted from the light source enter the corresponding pixel more efficiently. It is desirable to increase the traveling directivity (parallelism) of the three
図8および図9に示すように、上記進行指向性には垂直方向(Z方向)の指向性と水平方向(X−Y面内方向)の指向性がある。垂直方向の指向性が低い場合、突部23に当射される光の当射角度にばらつきが生じ、反射後の上方への出射方向も指向性が低くなるため、対応画素に入射されないことが起こり得る。また、水平方向の指向性が低い場合、突状部23に当射された光が垂直上方に立ち上がらず傾斜した角度で立ち上がってしまうため、対応画素に入射されないことが起こり得る。
As shown in FIGS. 8 and 9, the traveling directivity includes directivity in the vertical direction (Z direction) and directivity in the horizontal direction (XY in-plane direction). When the directivity in the vertical direction is low, the incident angle of light incident on the
このため、本液晶表示装置では、光源21a〜21cにおいて、進行指向性が導光板22の光入射面に対して垂直な方向の指向性に高い光源を用いることが望ましい。例えば、線導光体の形状(線導光体内部のプリズム形状及び線導光体外側形状)の最適化を行なうことによって、光源光(LEDなど)を効率良く入射させ、かつ平行光として面導光体に入射させることが可能である。
For this reason, in this liquid crystal display device, it is desirable to use a light source with high traveling directivity in the direction perpendicular to the light incident surface of the
あるいは、図10に示すように、光源21a〜21cのそれぞれに放物ミラー24a〜24cを組み合わせて平行光を得る構成も考えられる。すなわち、LEDからなる光源21a〜21cのそれぞれに対し、その背面側(導光板22と反対側)に放物線形状のミラー24a〜24cを配置し、その焦点位置に光源21a〜21cを配置する。光源21a〜21cの光をミラー方向に出射させると、放物ミラー24a〜24cでの反射によって、導光板22への入射光を平行光とすることができる。
Or as shown in FIG. 10, the structure which combines the
また、本液晶表示装置では、突部23から絵素までの距離が、隣接する突部23・23間の距離に比べて非常に大きい場合、光源21a〜21cからの出射光の指向性が高くても、絵素に入射されるまでの間に徐々に広がるため、光源21a〜21cからの出射光を効率よく対応画素に入射することが難しくなる。よって、導光板22やガラス基板11の厚さを薄くするなどして、突部23と絵素との間の距離を短くする設計とすることが好ましい。
Moreover, in this liquid crystal display device, when the distance from the
突状部23の形状に関しては、液晶パネルに出射される光の面内均一性を高める構成とすることがより良い表示に繋がる。すなわち、導光板22においては、光源から近い位置にある突部23と光源から遠い位置にある突部23とに関して、同じだけの光量を同じ角度で出射されるべきであり、そのためには突部形状やその大きさを突部23の配置面内で変化させることも有効である。例えば、突部23の形状例は、図11(a)に示す四角すい型以外に、図11(b),(c)に示すようなキーボード型、屋根型などが考えられ、突部23の形状を異ならせることによって傾斜面の面積を異ならせたり、傾斜角度を異ならせることが可能となる。導光板22では、種々の形状の突部23を、その配置位置に応じて適切に組み合わせることによって液晶パネルに出射される光の面内均一性を高めることができる。
With respect to the shape of the
また、本液晶表示装置においては、表示に使用される3原色の各光は、それぞれ異なる光源から照射され、異なる光路で液晶パネル10に入射される。このため、観察者側からは、上記3原色光のそれぞれの出射方向が若干異なることとなる(図4,5参照)。このため、観察者の視認方向によっては、上記3原色光のうち、1つの色が他の2色よりも強く観察されることがある。
In the present liquid crystal display device, the three primary colors used for display are irradiated from different light sources and are incident on the
本液晶表示装置では、このような不具合を防止するために、光散乱膜等の視野角改善部材を備えることが考えられる。このような視角改善部材としては、ホログラフィック散乱膜などの異方性散乱膜の使用が考えられる。異方性散乱膜は、例えば図12(a)〜(b)に示すような散乱特性を示す。 In the present liquid crystal display device, it is conceivable to include a viewing angle improving member such as a light scattering film in order to prevent such a problem. As such a viewing angle improving member, use of an anisotropic scattering film such as a holographic scattering film can be considered. The anisotropic scattering film exhibits scattering characteristics as shown in FIGS.
すなわち、図12(a)〜(b)に示す散乱膜1〜3は、それぞれ異なる入射角を有する入射光に対し、その出射光においては同一方向への散乱特性を有するものとする(図13参照)。このため、上記3種類の異方性散乱膜を画素16a〜16cの配置パターンに合わせてパターニングすることにより、各画素に対しての光の入射角度が異なっていたとしても、その出射光においては出射角度を揃えることが可能となる。尚、上記視野角改善部材を配置する場所としては、液晶層13より観察者側(すなわち、液晶層13と上側基板12との間、上側基板12と上側偏光板15との間、もしくは上側偏光板15の上方)が好ましい。
That is, the scattering films 1 to 3 shown in FIGS. 12A to 12B have scattering characteristics in the same direction in the emitted light with respect to incident light having different incident angles (FIG. 13). reference). Therefore, by patterning the three types of anisotropic scattering films according to the arrangement pattern of the
〔実施の形態2〕
本発明の第2の実施形態について図14ないし図21に基づいて説明すると以下の通りである。図14(a),(b)は、本実施の形態2に係る液晶表示装置(以下、本液晶表示装置と称する)の概略構成を示す断面図である。図15および図16は、本液晶表示装置において用いられるバックライトユニットの斜視図および平面図である。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 21 as follows. 14A and 14B are cross-sectional views showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to the second embodiment (hereinafter referred to as the present liquid crystal display device). 15 and 16 are a perspective view and a plan view of a backlight unit used in the present liquid crystal display device.
本液晶表示装置は、図14(a),(b)に示すように、液晶パネル30と、バックライトユニット40とを具備している。尚、図14(a)は本液晶表示装置のZ−X平面での断面図を示し、図14(b)はZ−Y平面での断面図を示している。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the present liquid crystal display device includes a
液晶パネル30は、実施の形態1における液晶パネル10の同様の積層構造を有している。すなわち、液晶パネル30は、2枚の透明基板11および12の間に液晶層13を挟持し、かつ透明基板11および12の外側に偏光板14および15を配置してなる。液晶パネル30は、画素の形成パターンのみについて液晶パネル10と異なるが、液晶パネル30の画素パターンについては後述する。
The
バックライトユニット40は、実施の形態1における液晶パネル20に対し、さらに4つ目の光源21dを備えた点で異なっている。また、そして導光板22内部に配設された突部23には、光源21dからの光を液晶パネル30側に反射するために、傾斜角度を調整されるもうひとつの傾斜面23dが追加される。このため、バックライトユニット40における突部25は、例えば四角錐形状とすることできる(図17参照)。尚、実施の形態1におけるバックライトユニット20においても、突部25は同じく四角錐計上とすることができるが、そのうちの一つの傾斜面は角度調整される必要が無い。これに対し、バックライトユニット40では4つの傾斜面の全てが角度調整される点で実施の形態1とは異なる。
The
本液晶表示装置の構造において、光源21a〜21dを点灯した場合の光路を図18および19に示す。すなわち、光源21a〜21dから出射される光のそれぞれは、導光板22の光入射面22a〜22dから導光板22にそれぞれ入射し、突部23の傾斜面23a〜23dによって全反射される。傾斜面23a〜23dによって全反射された光は、導光板22の光出射面22eから上方へ出射し、偏光板14および下側基板11を透過した後、対応する画素16a〜16dに入射する。
18 and 19 show the optical paths when the
液晶パネル30においては、バックライトユニット40における光源が4つであることから、実施の形態1における液晶パネル10とは異なる画素パターンを有する。具体的には、液晶パネル30における各絵素は画素16a〜16dの4つの画素領域に分割される。本発明に適用可能な画素形状例の幾つかを図20(a)〜(d)に示すが、本発明における画素形状はこれに限定されるものではない。
Since the
本液晶表示装置において、画像表示時には、4つの光源21a〜21dの全てを同時点灯し、各光源から照射される光がそれぞれ対応する画素に入射することによって各色を表現できる。すなわち、光源21a〜21dからの照射光のそれぞれが、対応する画素16a〜16dに入射される。なお、本液晶表示装置では、4つの光源21a〜21dのそれぞれにおける色は、例えば、赤、緑、青、シアンとすることが考えられる。但し、基本的には、赤、緑、青、マゼンタ、イエロー、シアンの中でどの組み合わせの4色でもよく、色度図での再現範囲を大きく確保でき、明度を維持できる組み合わせが好ましい。
In the present liquid crystal display device, when displaying an image, all the four
このように、本実施の形態2に係る液晶表示装置の特徴としては、表示を構成する原色が3色から4色となることである。本液晶表示装置では、表示を構成する原色が3色から4色に増加することによって、色再現範囲を増大させることができるというメリットが生まれる(図21参照)。尚、表示信号がNTSC形式のように3原色(RGB)で表現されている場合には、表示信号を4原色表示信号に変換するドライバーが用いられる。 Thus, a feature of the liquid crystal display device according to the second embodiment is that the primary colors constituting the display are changed from three colors to four colors. In the present liquid crystal display device, the primary color constituting the display is increased from three colors to four colors, so that the color reproduction range can be increased (see FIG. 21). When the display signal is expressed in three primary colors (RGB) as in the NTSC format, a driver that converts the display signal into a four primary color display signal is used.
また、本実施の形態2に係る液晶表示装置においても、実施の形態1に係る液晶表示装置と同様、光源21a〜21dからの照射光が対応する画素16a〜16dに効率よく入射されない場合には、液晶層13の直下もしくは直上に画素形状に合ったカラーフィルターを導入し、色純度の向上を図ることができる。また、光源21a〜21dにおいて、進行指向性が導光板22の光入射面に対して垂直な方向の指向性に高い光源を用い、光源から照射される対応画素に入射される光の効率を向上させることも有効である。
Also in the liquid crystal display device according to the second embodiment, as in the case of the liquid crystal display device according to the first embodiment, the irradiation light from the
さらに、液晶パネル30からの出射光の出射角度を揃えるために、視野角改善部材を備える構成としてたり、導光板22において種々の形状の突部23をその配置位置に応じて適切に組み合わせることによって液晶パネルに出射される光の面内均一性を高める構成としてもよい。
Furthermore, in order to make the output angle of the light emitted from the
〔実施の形態3〕
本発明の第3の実施形態について図22ないし図26に基づいて説明すると以下の通りである。図22(a),(b)は、本実施の形態2に係る液晶表示装置(以下、本液晶表示装置と称する)の概略構成を示す断面図である。
[Embodiment 3]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 22A and 22B are cross-sectional views showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to the second embodiment (hereinafter referred to as the present liquid crystal display device).
本液晶表示装置は、図22(a),(b)に示すように、液晶パネル50と、バックライトユニット20とを具備している。尚、図22(a)は本液晶表示装置のZ−X平面での断面図を示し、図22(b)はZ−Y平面での断面図を示している。
As shown in FIGS. 22A and 22B, the present liquid crystal display device includes a
液晶パネル50は、実施の形態1における液晶パネル10のほぼ同様の構造を有しているが、下側基板11と偏光板14との間に、複数のマイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレイ17を備えている点で、液晶パネル10とは異なっている。また、マイクロレンズアレイ17は、導光板22と液晶層13との間に配置されていればよく、偏光板14と導光板22との間に配置されていても良い。バックライトユニット20は、実施の形態1と同様の構成とすることができる。
The
本液晶表示装置において、マイクロレンズアレイ17は、各画素に入射される光の集光効率を向上させることを目的として備えられるものである。このため、液晶パネル50は、各絵素の真下に各マイクロレンズの頂点が来ることが望ましい。また、マイクロレンズ−画素(液晶層)間の光学距離とマイクロレンズ−突部の光学距離とをほぼ等しくすることが望ましい。
In the present liquid crystal display device, the
本実施の形態3の構成によれば、バックライトユニット20における突部23と液晶パネル50における画素との間の距離を短くしなくても、また、光源の指向性を高くしなくても、各画素に入射される光の集光効率を上げることができる。
According to the configuration of the third embodiment, the distance between the
すなわち、導光板22内を導光している光が様々な角度を持って突部23に当射された場合、突部23の各傾斜面によって反射される光は指向性高く立ち上がるのではなく、広がって立ち上がるため、対応する画素に入射する入射効率が悪くなる。マイクロレンズアレイ17における各マイクロレンズは、光の集光効果を利用して、広がって立ち上がる光を集光させ、対応する画素内に効率良く入射させる役割を示す。
That is, when the light guided in the
マイクロレンズアレイ17において、各マイクロレンズの曲率半径は下側基板11や偏光板14の厚さおよび屈折率によって決定され、光が画素(液晶層13)に到達する時に焦点を結ぶ設計とする(図23参照)。
In the
マイクロレンズアレイ17における各マイクロレンズは、図24もしくは図25に示すように、絵素ピッチと同じ直径か、もしくは絵素の半ピッチと同じ直径で、縦横に配列された形状とするが望ましい。各絵素中心の真下には各マイクロレンズの頂点が必ず配設されるようにする。マイクロレンズアレイ17をこのような形状にすると、大きく広がって立ち上がった光でも、ほぼ全て対応する画素に入射することができる。その様子を示したのが図23および図26である。図23および図26より、突部23の真上以外のレンズに当たった光も対応する色画素に入射することがわかる。これによって、混色を防止し、液晶表示装置における色再現範囲を高めることができる。
As shown in FIG. 24 or FIG. 25, each microlens in the
マイクロレンズアレイ17の作成に関して、レンズ材料は、導光板材料に求められる性能と同様で、なるべく可視光域全域に渡って透過率の高い屈折率の高い材料を用いることが望ましい。また、マイクロレンズアレイ17の作製法としては、アクリル系UV硬化性樹脂を用いた2P法や、熱硬化性樹脂を用いた熱転写法等で作製したレンズフィルムを、位置合わせしながら偏光板もしくは下側基板に貼り合わせを行うことが考えられる。もしくはグレイスケールマスクと、レジストでフォトグラフィ法を用いて、直接偏光板上もしくは下側基板にレンズを作製することも考えられる。
Regarding the production of the
本実施の形態3において、上記説明では、光源の数は、実施の形態1のように3つとしたが、実施の形態2のように4つの光源を用いる構成であっても良い。 In the third embodiment, in the above description, the number of light sources is three as in the first embodiment, but a configuration using four light sources as in the second embodiment may be used.
以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶パネルとバックライトユニットとを備えて構成される液晶表示装置において、上記バックライトユニットは、それぞれが異なる発光色を有する少なくとも3つの光源と、上記複数の光源から照射される光のそれぞれを、それらの色に対応する画素に導くように上記液晶パネルに向けて立ち上げる導光板とを備えた構成とすることができる。 As described above, the liquid crystal display device according to the present embodiment includes a liquid crystal panel and a backlight unit. In the liquid crystal display device, the backlight unit includes at least three light emitting colors that are different from each other. A light source and a light guide plate that rises toward the liquid crystal panel so as to guide each of the light emitted from the plurality of light sources to pixels corresponding to the colors can be provided.
上記の構成によれば、画像表示時には、複数の光源の全てを同時点灯し、各光源から照射される光がそれぞれ対応する画素に入射することによって、カラーフィルタを用いることなく各色を表現できる。ここで、上記複数の光源の各色は、それらの組み合わせによって全ての色を表現できる原色(例えば、R,G,Bの3原色)の組み合わせである。上記液晶表示装置では、液晶表示装置の作製プロセスを大きく変化しなくても、色純度の高い表示が可能な高品位のカラーディスプレイが実現できる。 According to the above configuration, when displaying an image, all of the plurality of light sources are turned on simultaneously, and the light emitted from each light source is incident on the corresponding pixel, whereby each color can be expressed without using a color filter. Here, each color of the plurality of light sources is a combination of primary colors (for example, three primary colors of R, G, and B) that can express all colors by a combination thereof. In the liquid crystal display device, a high-quality color display capable of displaying with high color purity can be realized without greatly changing the manufacturing process of the liquid crystal display device.
また、上記液晶表示装置では、上記導光板は、上記複数の光源から照射される光のそれぞれを、それぞれ異なる傾斜角度に調節された傾斜面によって立ち上げる突部をその底面に有しており、上記液晶パネルは、上記突部の傾斜面形成パターンに対応した画素パターンを有している構成とすることが好ましい。 In the liquid crystal display device, the light guide plate has, on its bottom surface, a protrusion that rises with an inclined surface that is adjusted to a different inclination angle for each of the light emitted from the plurality of light sources. The liquid crystal panel preferably has a pixel pattern corresponding to the inclined surface forming pattern of the protrusion.
上記の構成によれば、上記導光板によって上記液晶パネルに向けて立ち上げられる光のそれぞれを、それらの色に対応する画素に導くことができる。 According to said structure, each of the light launched toward the said liquid crystal panel by the said light-guide plate can be guide | induced to the pixel corresponding to those colors.
また、上記液晶表示装置では、上記バックライトユニットは、それぞれが異なる発光色を有する4つの光源と、上記4つの光源から照射される光のそれぞれを、それらの色に対応する画素に導くように上記液晶パネルに向けて立ち上げる導光板とを備えている構成とすることができる。 Further, in the liquid crystal display device, the backlight unit guides each of four light sources having different emission colors and light emitted from the four light sources to pixels corresponding to the colors. It can be set as the structure provided with the light-guide plate raised toward the said liquid crystal panel.
上記の構成によれば、表示を構成する原色を4色にすることによって、液晶表示装置の色再現範囲を向上させることができる。 According to said structure, the color reproduction range of a liquid crystal display device can be improved by making the primary color which comprises a display into four colors.
10,30,50 液晶パネル
16a〜16d 画素
17 マイクロレンズアレイ
20,40 バックライトユニット
21a〜21d 光源
22 導光板
23 突部
23a〜23d 傾斜面
10, 30, 50
Claims (4)
上記光源は上記液晶パネルの少なくとも3つの辺に対応する位置に設置され、少なくとも3つの辺には各辺で互いに異なる色光を照射する光源が設置され、
上記導光板は上記光源から照射される色光を、それぞれ上記液晶パネルの所定の画素に導くことを特徴とする液晶表示装置。 In a liquid crystal display device comprising a polygonal liquid crystal panel and a backlight unit having a light source and a light guide plate,
The light source is installed at a position corresponding to at least three sides of the liquid crystal panel, and at least three sides are provided with light sources that irradiate different color lights on each side,
The liquid crystal display device, wherein the light guide plate guides color light emitted from the light source to predetermined pixels of the liquid crystal panel.
上記突部は上記光源から照射される光を、上記液晶パネルの所定の画素に導く、少なくとも3つの傾斜面からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 The light guide plate has a protrusion on the side facing the liquid crystal panel,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the protrusion includes at least three inclined surfaces that guide light emitted from the light source to predetermined pixels of the liquid crystal panel.
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JP2010237416A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Sharp Corp | Stereoscopic display device |
JP2011512686A (en) * | 2008-02-20 | 2011-04-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | High voltage transformer with space-saving primary winding |
-
2005
- 2005-05-19 JP JP2005147314A patent/JP2006323221A/en active Pending
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