液晶表示装置
【課題】液晶表示パネルの画像と液晶表示パネルの背面に設置された特定画像の両方を切り替えて表示することが出来る液晶表示装置における画像の輝度ムラを小さくする。
【解決手段】ＴＦＴ基板１１と対向基板１２とで構成される液晶表示パネルの背面に液晶シャッター５０が配置され、液晶シャッター５０の背面に特定画像４０が配置されている。液晶シャッター５０を開いたときは特定画像４０が表示され、液晶シャッター５０が閉じたときは液晶表示パネルの画像が表示される。光源であるＬＥＤ２０はサイドに設置され、ＬＥＤ２０からの出射光の分布が２方向にピークを有する。このようなＬＥＤ２０を用いることによって、表示画面の輝度を均一にすることが出来る。
【解決手段】ＴＦＴ基板１１と対向基板１２とで構成される液晶表示パネルの背面に液晶シャッター５０が配置され、液晶シャッター５０の背面に特定画像４０が配置されている。液晶シャッター５０を開いたときは特定画像４０が表示され、液晶シャッター５０が閉じたときは液晶表示パネルの画像が表示される。光源であるＬＥＤ２０はサイドに設置され、ＬＥＤ２０からの出射光の分布が２方向にピークを有する。このようなＬＥＤ２０を用いることによって、表示画面の輝度を均一にすることが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特に液晶表示パネルによる画像と液晶表示パネルの背面に存在する表示物を切り替えて表示することが出来る液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、ディスプレイ装置を薄くできること、重量が大きくならないこと等から、コンピュータ用ディスプレイ、携帯電話用端末等からＴＶ等にいたるまで、需要が拡大している。液晶表示パネルはみずからは発光しないために、画像を表示するためには、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置し、バックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。
【０００３】
液晶表示装置は薄型に出来ることから種々の表示装置への応用が可能である。ゲーム用ディスプレイでは、液晶によって表示される画像の他に、特定の画像を同じ液晶の画面を用いて表示するという要求がある。このような表示を可能にする構成として、バックライト部分に液晶シャッターを設置し、通常の液晶画面を表示する場合は、この液晶シャッターを拡散板として使用する。
一方、液晶パネルに形成される画像ではなく、特定画像を表示する場合は、液晶表示パネルは全面を透過状態とすると同時に、液晶シャッターに電圧を加えることによって、液晶シャッターを透過状態とする。そうすると、液晶シャッターの背面に置かれた特定画像を視認することが出来る。なお、この場合、光源は液晶シャッター等のサイドに設置することによって背面の特定画像の視認を妨げないようにする。
【０００４】
このような技術は例えば、「特許文献１」に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
「特許文献１」に記載されているような従来技術では、バックライトの光源として、液晶シャッター５０等よりも横方向外側に配置されたＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管）が使用されている。このような構成の場合、画面の輝度ムラが問題となる。
【０００７】
通常のサイドライト方式の液晶表示装置では、サイドに配置されたＣＣＦＬから液晶表示パネルに均一に光を入射させるためには、種々の光学部品が必要である。図１７はバックライトを有する通常の液晶表示装置の断面図である。図１７においては、液晶表示パネルを収納するモールド、駆動ＩＣ等は省略されている。図１７において、液晶表示装置は液晶表示パネルとバックライトとから構成されている。
【０００８】
液晶表示パネルは、画素電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、走査線、データ信号線等が形成されたＴＦＴ基板１１と、カラーフィルタ等が形成された対向基板１２とから構成されている。ＴＦＴ基板１１と対向基板１２の間には液晶が挟持され、画素電極等に印加されるデータ信号に応じて液晶の向きが変化し、画素毎に透過光が制御されることによって画像が形成される。液晶は偏光光に対して制御することが出来るために、液晶表示パネルへの入射光は偏光光でなければならない。そのため、ＴＦＴ基板１１には下偏光板１４が接着され、対向基板１２の上には上偏光板１３が接着されている。
図１７において、バックライトは、光源３０、導光板２１および種々の光学シートから構成されている。光源３０は導光板２１のサイドに設置されている。このようにバックライトとして導光板タイプを用いるのは、表示装置の厚さを薄くするためである。光源３０にはＣＣＦＬ３０等が使用される。
【０００９】
導光板２１は、サイドから入射する光を液晶表示パネル方向に向ける働きを有する。導光板２１の下には反射シート２６が設置されており、光源３０からの光を液晶表示パネル側に反射する。導光板２１から液晶表示パネル方向に出射する光は、光強度のむらを有している。下拡散シート２２は導光板２１から出射した光を均一にする役割を有する。図１７における下プリズムシート２３は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、紙面と垂直な方向に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に向ける役割を有する。上プリズムシート２４は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、紙面と平行方向に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に集束する役割を有する。上拡散シート２５は、プリズムシートからの光を拡散することによって、プリズムシートからの出た周期的に強度が変化する光と、液晶表示パネルの走査線、あるいはデータ信号線等による透過率の周期的な変化との干渉によるモアレを低減する役割を有する。
【００１０】
このように、通常の液晶表示装置においては、バックライトに設置されている種々の光学部品によって液晶表示パネルに入射する光の均一化を図っている。しかし、液晶表示パネルの背面に設置された特定画像４０を表示するタイプの液晶表示装置では、従来の液晶表示装置のバックライトに存在するような、導光板２１、拡散シート等を使用することは出来ない。これは特に、画面の輝度ムラとなって現れる。具体的には、画面の周辺において、輝度が大きく、画面の中央付近において輝度が低下する問題が生ずる。
【００１１】
本発明は以上のような問題点を解決し、液晶表示パネルの背面に存在する特定画像４０を表示出来る液晶表示装置において、液晶表示パネルの画像を表示するときも、背面の特定画像４０を表示するときも、画面の輝度を均一にする構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、液晶シャッターの背面に特定画像あるいは特定物体が設置され、液晶表示パネルに形成される画像と液晶シャッターの背面に設置された特定画像あるいは特定物体を交互に表示できる液晶表示装置において、光源として２方向に出射光のピークを有するＬＥＤをサイドに設置する。具体的な手段は次のとおりである。
【００１３】
（１）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１４】
（２）前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１５】
（３）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はペアとなった２個のＬＥＤから構成され、前記ペアとなった２個のＬＥＤからの出射光は、２方向にピークが存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１６】
（４）前記ペアとなった２個のＬＥＤの各々の法線は、平行ではないことを特徴とする（３）に記載の液晶表示装置。
【００１７】
（５）前記ペアとなった２個のＬＥＤは、両サイドに設置されていることを特徴とする（３）に記載の液晶表示装置。
【００１８】
（６）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの光の出射面にはレンズが設置され、前記レンズからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１９】
（７）前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする（６）に記載の液晶表示装置。
【００２０】
（８）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤは断面が前記液晶表示パネルの法線と平行な方向の壁と前記壁と略直角方向の上下庇で囲まれたコの字型領域に収容され、前記ＬＥＤの中心は前記壁の中心とは一致せず、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００２１】
（９）前記ＬＥＤの中心と前記壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明が対象とする液晶表示装置では、バックライトに導光板、拡散シート、プリズムシート等の光学部品を使用することは出来ないが、光源に２方向に出射光のピークを有するような指向性を有するＬＥＤを用いることによって、液晶表示パネルの表示画像あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【００２３】
本発明の他の側面では、サイドに設置された光源として、ペアとなった２個のＬＥＤを使用し、２個のうちの各ＬＥＤの法線方向を異ならしめることによって出射光が２方向でピークを持つようにするので、液晶表示パネルの表示画像、あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【００２４】
本発明のさらに他の側面では、サイドに設置された光源として、ＬＥＤを使用し、ＬＥＤからの光の出射面にレンズを設置し、レンズからの出射光が２方向にピークを持つようにしているので、液晶表示パネルの表示画像、あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の第１の実施例を示す断面図である。図１において、液晶表示パネルは上モールド６０に載置されている。液晶表示パネルは画素電極、ＴＦＴ等が形成されたＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ等が形成された対向基板１２とから構成されており、ＴＦＴ基板１１と対向基板１２の間には液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１１の下には下偏光板１４が、対向基板１２の上には上偏光板１３が接着している。
【００２７】
ＴＦＴ基板１１は対向基板１２よりも若干大きく形成されており、ＴＦＴ基板１１が一枚となった部分には、液晶表示パネルに電力、信号等を供給するための端子部１１１が形成されている。端子部１１１は図示しない、フレキシブル配線基板と接続し、外部回路と接続する。
【００２８】
液晶表示パネルの背面には、液晶シャッター５０が下モールド６５に載置されている。液晶シャッター５０の概略構成を図３に示す。液晶シャッター５０は電圧を印加すると光が透過し、電圧を切ると光を散乱する作用を有する。図３（ａ）は電圧が印加されていない状態の液晶シャッター５０の断面模式図である。図３（ａ）において、プラスチック基板５３内に液晶が封入されている。また、プラスチック基板５３内には、高分子５１がネットワーク状に構成され、その間に液晶分子５２は不規則に並んでいる。図３（ａ）の状態では、不規則に並んだ液晶分子５２が光を散乱し、液晶シャッター５０は白濁した状態となっている。このような状態の液晶シャッター５０は一種の拡散板としての作用を有する。なお、プラスチック基板５３の内側にはＩＴＯ等の透明電極５４が形成されている。
【００２９】
図３（ａ）の状態では、液晶表示パネルの前方からは、背面に配置された特定画像４０を視認することは出来ない。したがって、液晶シャッター５０に電圧を印加しない状態では、図１の液晶表示装置は通常の液晶表示装置として、液晶表示パネルに形成された画像を視認することになる。
【００３０】
図３（ｂ）はプラスチック基板５３の内側に形成された透明電極５４に電圧が印加された状態を示している。上下の透明電極５４間に電圧を印加すると液晶分子５２は図３（ｂ）に示すように、上下方向に整列し、液晶シャッター５０を光が透過するようになる。
【００３１】
液晶シャッター５０に電圧を印加して液晶シャッター５０を光が透過するような状態の場合は、図１における液晶表示パネルの全画素は、透過となっている。すなわち、白表示となっている。そうすると、液晶表示パネル、液晶シャッター５０いずれも透過状態なので、液晶シャッター５０の背面に配置された特定画像４０が視認されることになる。ここで、液晶シャッター５０の背面に配置された特定画像４０は、スロットマシーン遊技機のドラムの場合もあるし、３次元の物体である場合もある。以後、３次元の物体も含めて特定画像４０と表現する。
【００３２】
図３に示す液晶シャッター５０のＯＮ、ＯＦＦはｍｓｅｃのオーダーで切り替えることが出来る。したがって、液晶表示パネルによる画面と液晶シャッター５０の背面に存在する特定画像４０との切り替えは、ｍｓｅｃのオーダーの高速で切り替えることが出来る。液晶シャッター５０は，モールド内に設置するために、補強のための透明なプラスチック補強板によってサンドイッチされる場合もある。
【００３３】
図１において、下モールド６５内のサイドには光源であるＬＥＤ２０（Light Emitting Diode）が設置されている。ＬＥＤ２０は両サイドに設置されている。また、ＬＥＤ２０は紙面の垂直方向に複数配列されている。図１において、ＬＥＤ２０と液晶表示パネルの間には通常のバックライトのように光学部品が存在していないために液晶表示パネルに入射する光にムラが生じ易い。本発明は、光源に特定の指向性を持ったＬＥＤ２０を用いることによって導光板、光学シート等を用いなくとも、液晶表示パネルに入射する光を均一に設定するものである。
【００３４】
液晶表示パネルを載置する上モールド６０、液晶シャッター５０を載置し、側部においてＬＥＤ２０を収容する下モールド６５はフレーム７０に収容されて本実施例の液晶表示装置が形成される。
【００３５】
図２は本実施例で使用されるＬＥＤ２０の輝度分布である。図２において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図２の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図２に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０においては、ＬＥＤ２０からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向が最大ではなく、ＬＥＤ２０の法線方向から３５度程度で最大強度となっている。
【００３６】
このように、ＬＥＤ２０からの出射光を法線方向でなく、上下特定角度ずれたところで、ピークを持たせることによって、本液晶表示装置が通常の液晶表示装置にように、液晶表示パネルからの画像を表示する場合も、あるいは、液晶表示パネルは単に光を透過させ、背面に設置された特定画像４０を表示する場合も最適な光強度分布とすることが出来る。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤ２０からの出射光がＬＥＤ２０の法線方向に最大の分布であると、対向するＬＥＤ２０に最も光が当たることになり、光の利用効率が低下する。通常のバックライトであれば、導光板２１が存在しているので、ＬＥＤ２０の法線方向に出射する光も、適切な反射、拡散を行うことによって光を液晶表示パネル方向に向けることが出来るが、本実施例においては、導光板２１が存在していないので、ＬＥＤ２０の出射光の指向性を変えることによって均一な光を得ている。
【００３８】
本実施例においては、ＬＥＤ２０の出射光の最大値は、＋３５度および−３５としたが、液晶シャッター５０の下の空間の大きさによって適切な角度が異なってくる場合がある。また、ＬＥＤ２０の置かれる位置が、背面の特定画像４０に近いか、あるいは液晶シャッター５０に近いかによって、ＬＥＤ２０からの出射光の指向性を変える場合もある。このような場合、ＬＥＤ２０の角度による指向性を非対称にする場合もある。ＬＥＤ２０からの出射光の指向性はＬＥＤ２０内において、ＬＥＤ２０チップの背面に設置される鏡面の形状を変化させて変えることが出来る。
【００３９】
図４は本実施例に対する比較例としての液晶表示装置である。図４において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は図１と同様である。図４が図１と異なる点は、光源にＬＥＤ２０ではなく、ＣＣＦＬ３０を使用していることである。光源にＣＣＦＬ３０を使用した場合は、次のような問題を生ずる。
【００４０】
図５はＣＣＦＬ３０から出射する光の分布である。図５において、横軸は出射角で、縦軸は出射する光の相対強度である。図５において、ＣＣＦＬ３０からの出射強度は、出射角（θ）に係わらず、一定となっている。すなわち、ＣＣＦＬ３０では光は放射状に均一に出射する。このようなＣＣＦＬ３０を図４に示すような液晶表示装置の光源として使用すると、ＣＣＦＬ３０近辺、すなわち、液晶表示パネルの画面の周辺のみ明るくなるという現象を生ずる。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、ＣＣＦＬ３０の近辺においては、矢印で示す光束の密度が大きく、液晶表示装置の中央付近においては光束の密度が小さい。ＣＣＦＬ３０の近辺に入射する光はその部分で乱反射を起こすので、ＣＣＦＬ３０からの光束が多く当たる部分が明るく視認されることになる。
【００４２】
これに対して、本実施例で光源として使用されるＬＥＤ２０は指向性を持ち、かつ、角度にしてプラスマイナスの２方向にピークを持ち、液晶シャッター５０の背面の空間形状に合わせて指向性を持たせることが出来る。したがって、本実施例によれば、導光板２１等を使用しなくとも、輝度が均一な画面を得ることが出来る。
【００４３】
以上の説明では、ＬＥＤ２０は液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０の出射強度における２つのピークの位置、あるいは、方向を変えれば良い。
【００４４】
以下は、上記説明した内容に関連するシミュレーション結果である。図６は、図１に示す液晶表示装置における、下側から液晶シャッター５０の表面までの断面図において、光源を変えた場合に輝度分布がどのように変化するかを評価した結果である。仕様Aは光源としてCCFLを２本重ねて使用した場合である。CCFLはL字型となっており、下モールドの内壁に配置されている。各CCFLからの出射光の指向性は光源に指向性の欄に記載されたとおりである。これは図５と同様である。
【００４５】
図１における特定画像の部分には、図６においては、反射シート２６を使用している。この反射シート２６は表面に銀メッキが施されており、鏡面である。また、液晶シャッター５０は上下のアクリル板７０によってサンドイッチされている。アクリル板７０の厚さは１．５ｍｍである。アクリル板７０は、紫外線から液晶シャッター５０内の液晶分子５２を保護する役割を有する。
【００４６】
下モールド６５において、液晶シャッター５０を載置する壁の高さｄ１は例えば、４．８ｍｍであり、光源を載置する壁の高さｄ２は１０．２ｍｍである。ｄ２の値は実際のLED２０の大きさあるいはCCFLの径に比較して大きい。CCFLは２本使用するので、上下方向の裕度は小さいが、LED２０は１個使用しているので、上下方向に設置の自由度が存在する。後に述べるように、LEDの設置位置によって。アクリル面、あるいは画面の輝度分布を変えることが出来る。
【００４７】
仕様Bと仕様Cの構造は外見上は同様である。すなわち、仕様Bと仕様CはいずれもLED２０を使用している。LED２０の配置数は、下モールド６５の内壁に、画面の長辺方向には１０ｍｍピッチで２６個配置され、画面の短辺方向には、１０ｍｍピッチで１６個配置されている。仕様Bと仕様Cが異なる点はLED２０からの出射光の指向性である。仕様Bでは、図２に示すように、ピークが２方向に存在するLEDを使用している。一方、仕様Cでは、通常のLEDと同様で、ピークはLEDの法線方向に１箇所存在する。仕様Cで使用しているLEDの輝度指向性は、図１４に示すLED２０と同様な分布である。
【００４８】
仕様A、B、Cのバックライトの構成において、輝度分布を評価した。輝度を評価した面は図６に示す上アクリル板の上である。輝度を測定した場所を、図７に示す。図７において、長径ｍは２６５．８ｍｍで、短径ｎは１６０．８ｍｍである。測定点は、最外周から長径あるいは短径の１０％内側の長軸上、短軸上、コーナー部、および中央である。短軸上の周辺は上下で表し、長軸上は左右で表している。
【００４９】
測定結果を図６の表の最右欄である輝度偏差の欄に示す。輝度偏差において、中央の輝度を１００で表し、上下、左右、コーナーは中央との比較で表している。図６で示すような構造においては、コーナーが最も明るく、中央が最も暗くなる。したがって、中央とコーナーとの輝度差が小さいほど、均一な輝度分布であるといえる。
【００５０】
図６に示すように、CCFLを使用した場合が、上アクリル板７０上の輝度の差が大きい。LED２０を使用すると、輝度ムラは改善される。なかでも、２方向にピークを有するLED２０を使用した場合が、最も輝度ムラを小さくすることが出来る。
【００５１】
図８は図６に示すデータの表現を変えたものである。すなわち、図８は、仕様A、B、Cについて、中央の輝度／コーナーの輝度、中央の輝度／上下の輝度、中央の輝度／左右の輝度を比較した表である。図８に示す表では、各数値が大きいほうが輝度ムラが小さいといえる。この表で見ても、輝度差が最も問題となる中央、および上下における数値は仕様B、すなわち、LED２０の出射光の方向が２方向にピークを持つ場合がもっとも数値が大きく、輝度ムラを小さく出来ることを示している。
【００５２】
図９は図８の表をグラフにプロットしたものである。図９において、横軸は仕様、縦軸は輝度比である。図９において、中央とコーナーの比、中央と上下の比は仕様Bが最も優れている。
【００５３】
図１０〜図１２は下モールド６５のＬＥＤ２０の収容部において、光源であるＬＥＤ２０を上下させた場合と輝度ムラとの関係を示すものである。図１０において、ＬＥＤ２０は、下モールド６５において、断面が高さｄ２の壁と上下庇で囲まれたコの字型の領域に収容されている。図１０において、ｈはLED２０の中心と、下モールド６５のLED２０が収容される壁の中心との差である。また、光源は図６におけるB仕様、すなわち、２方向に出射光のピークが存在するLED２０を使用している。
【００５４】
図１１はＬＥＤ２０と下モールド６５の壁の中心とのズレ量と図６における上アクリル７０における輝度の比較を示すものである。測定位置は図７と同様である。図１１において、各数値が大きいほど輝度ムラが小さい。図１１の表からわかるように、LED２０の中心と下モールド６５に形成された壁の中心とをずらせたほうが、上アクリル７０上、あるいは、画面上の輝度ムラは小さくなる。
【００５５】
図１２は図１１の表に示すデータをグラフにプロットしたものである。図１２において、横軸は、LED２０の中心と下モールド６５の壁部の中心のズレ量であり、縦軸は輝度比である。図１２において、数値が大きいほど、輝度ムラが小さいことを意味する。図１２からわかるように、中央とコーナー、中央と上下、中央と左右の輝度比はLED２０の位置が下モールド６５の中心から２ｍｍ離れたところが輝度ムラが小さくなっている。ＬＥＤ２０が上方向にずれても下方向にずれても輝度分布の改善の効果に大きな差はない。また、図１２から推測できるように、ＬＥＤ２０の中心と下モールド６５に形成された壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上の場合に顕著な効果が得られる。
【実施例２】
【００５６】
図１３は本発明の第２の実施例を示す断面図である。図１３において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は実施例１の図１と同様である。図１と異なるところは、光源として用いるＬＥＤ２０である。本実施例においては、２個のＬＥＤ２０をペアとして用いている。この２個ペアのＬＥＤ２０は紙面垂直方向に複数配列している。
【００５７】
実施例１では、ＬＥＤ２０自体が、２方向において光の出射強度がピークを持つＬＥＤ２０を使用している。このようなＬＥＤ２０はＬＥＤ２０に内蔵されている鏡面の形状を変えることによって可能となるが、ＬＥＤ２０自体のコスト上昇の要因となる。
【００５８】
本実施例では、ＬＥＤ２０の法線方向に光強度のピークを有する通常のＬＥＤ２０を光源に用いることによって、実施例１と同様な効果を得るものである。図１４は通常のＬＥＤ２０から出射される光強度の分布の例である。図１４において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１３に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図１４の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図１４に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０は、ＬＥＤ２０からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向が最大であり、通常のＬＥＤ２０と同様の分布を示している。このような通常の指向性を有するＬＥＤは市場から安価に入手することが出来る。
【００５９】
このＬＥＤ２０を図１３に示すように、２個組み合わせて光源として使用する。すなわち、図１３において、上側のＬＥＤ２０は特定画像４０を照射するのに最適な角度に設定する。一方、下側のＬＥＤ２０は液晶表示パネルのバックライトとして最適な角度に設置する。
【００６０】
本実施例の特徴は、通常のＬＥＤ２０を使用して、設置角度を変えればよいので、液晶シャッター５０の背面の空間に合わせて光源の指向性を最適な条件に設定し易いということである。また、ＬＥＤ２０は特殊仕様ではなく、通常のＬＥＤ２０を使用することが出来るので、ＬＥＤ２０のコストの点からも有利である。
【００６１】
以上の説明では、ＬＥＤ２０のペアは液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０のペアが片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０のペアが片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０のペアの出射強度における２つのピークの位置を変えれば良い。この場合、２つのＬＥＤ２０の設置角度を変化させればよいので、実施例１の場合に比較して自由度が大きい。
【実施例３】
【００６２】
図１５は本発明の第３の実施例を示す断面図である。図１５において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は実施例１の図１と同様である。図１と異なるところは、光源として用いるＬＥＤ２０である。本実施例においては、ＬＥＤ２０は出射光に対して通常の指向性をもつＬＥＤ２０を使用している。このＬＥＤ２０は紙面垂直方向に複数配列している。
【００６３】
実施例１では、ＬＥＤ２０自体が、２方向において光の出射強度がピークを持つＬＥＤ２０を使用している。このようなＬＥＤ２０はＬＥＤ２０に内蔵されている鏡面の形状を変えることによって可能となるが、ＬＥＤ２０自体のコスト上昇の要因となる。
【００６４】
本実施例では、ＬＥＤ２０の法線方向に光強度のピークを有する通常のＬＥＤ２０を光源に用い、ＬＥＤ２０の光出射面にレンズを設置することによって実施例１と同様に、２方向に出射光がピークを持つ光源を得るものである。本実施例で使用するレンズは光の方向を変えることが目的であるから、精密なレンズである必要は無い。例えば、特定の２つの角度において、プラスチックの肉厚を大きくしたようなレンズであっても本実施例の目的は果たすことが出来る。
【００６５】
図１６は本実施例で使用する光源、すなわち、ＬＥＤ２０とレンズの組み合わせによる出射光の分布である。図１６において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１５に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図１６の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図１６に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０を用いた光源においては、光源からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向において最大ではなく、プラス３５度およびマイナス３５度においてピークを有している。出射光のピーク位置は実施例１と同様に設定したものであり、本実施例では、レンズを設計することによってピーク位置は自由に決定することが出切る。
【００６６】
図１６の出射光の相対強度の分布は実施例１とは異なっている。出射光の分布もレンズの設計によって自由に変えることが出来る。すなわち、本実施例においては、通常のＬＥＤ２０を使用して、レンズ設計によって、最適な光源とすることが出来る。
【００６７】
以上の説明では、ＬＥＤ２０は液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０の出射強度における２つのピークの位置を変えれば良い。この場合、ＬＥＤ２０は同一のものを使用し、レンズの特性を変化させれば良いので、実施例１の場合に比較して自由度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１を示す断面図である。
【図２】図１で使用されるＬＥＤの出射光の分布である。
【図３】液晶シャッターの断面模式図である。
【図４】光源にＣＣＦＬを使用した従来例である。
【図５】ＣＣＦＬの出射光の分布である。
【図６】バックライト構造と輝度分布との関係を示す表である。
【図７】輝度の測定位置を示す図である。
【図８】バックライト仕様と輝度分布の数値を示す表である。
【図９】バックライト構造と輝度分布を示すグラフである。
【図１０】ＬＥＤの位置を示す断面模式図である。
【図１１】ＬＥＤの位置と輝度分布を示す表である。
【図１２】ＬＥＤの位置と輝度分布を示すグラフである。
【図１３】実施例２を示す断面図である。
【図１４】実施例２で使用されるＬＥＤの出射光の分布である。
【図１５】実施例３を示す断面図である。
【図１６】実施例３の光源からの出射光の分布である。
【図１７】従来のサイドライト型の液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１…ＴＦＴ基板、 １２…対向基板、 １３…上偏光板、 １４…下偏光板、 ２０…ＬＥＤ、 ２１…導光板、 ２２…下拡散シート、 ２３…下プリズムシート、 ２４…上プリズムシート、 ２５…上拡散シート、 ２６…反射シート、 ３０…ＣＣＦＬ、 ４０…特定画像、 ５０…液晶シャッター、 ５１…高分子ネットワーク、 ５２…液晶分子、 ５３…プラスチック基板、 ５４…透明電極、 ６０…上モールド、 ６５…下モールド、 ７０…アクリル板、 １１１…端子部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特に液晶表示パネルによる画像と液晶表示パネルの背面に存在する表示物を切り替えて表示することが出来る液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、ディスプレイ装置を薄くできること、重量が大きくならないこと等から、コンピュータ用ディスプレイ、携帯電話用端末等からＴＶ等にいたるまで、需要が拡大している。液晶表示パネルはみずからは発光しないために、画像を表示するためには、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置し、バックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。
【０００３】
液晶表示装置は薄型に出来ることから種々の表示装置への応用が可能である。ゲーム用ディスプレイでは、液晶によって表示される画像の他に、特定の画像を同じ液晶の画面を用いて表示するという要求がある。このような表示を可能にする構成として、バックライト部分に液晶シャッターを設置し、通常の液晶画面を表示する場合は、この液晶シャッターを拡散板として使用する。
一方、液晶パネルに形成される画像ではなく、特定画像を表示する場合は、液晶表示パネルは全面を透過状態とすると同時に、液晶シャッターに電圧を加えることによって、液晶シャッターを透過状態とする。そうすると、液晶シャッターの背面に置かれた特定画像を視認することが出来る。なお、この場合、光源は液晶シャッター等のサイドに設置することによって背面の特定画像の視認を妨げないようにする。
【０００４】
このような技術は例えば、「特許文献１」に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
「特許文献１」に記載されているような従来技術では、バックライトの光源として、液晶シャッター５０等よりも横方向外側に配置されたＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管）が使用されている。このような構成の場合、画面の輝度ムラが問題となる。
【０００７】
通常のサイドライト方式の液晶表示装置では、サイドに配置されたＣＣＦＬから液晶表示パネルに均一に光を入射させるためには、種々の光学部品が必要である。図１７はバックライトを有する通常の液晶表示装置の断面図である。図１７においては、液晶表示パネルを収納するモールド、駆動ＩＣ等は省略されている。図１７において、液晶表示装置は液晶表示パネルとバックライトとから構成されている。
【０００８】
液晶表示パネルは、画素電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、走査線、データ信号線等が形成されたＴＦＴ基板１１と、カラーフィルタ等が形成された対向基板１２とから構成されている。ＴＦＴ基板１１と対向基板１２の間には液晶が挟持され、画素電極等に印加されるデータ信号に応じて液晶の向きが変化し、画素毎に透過光が制御されることによって画像が形成される。液晶は偏光光に対して制御することが出来るために、液晶表示パネルへの入射光は偏光光でなければならない。そのため、ＴＦＴ基板１１には下偏光板１４が接着され、対向基板１２の上には上偏光板１３が接着されている。
図１７において、バックライトは、光源３０、導光板２１および種々の光学シートから構成されている。光源３０は導光板２１のサイドに設置されている。このようにバックライトとして導光板タイプを用いるのは、表示装置の厚さを薄くするためである。光源３０にはＣＣＦＬ３０等が使用される。
【０００９】
導光板２１は、サイドから入射する光を液晶表示パネル方向に向ける働きを有する。導光板２１の下には反射シート２６が設置されており、光源３０からの光を液晶表示パネル側に反射する。導光板２１から液晶表示パネル方向に出射する光は、光強度のむらを有している。下拡散シート２２は導光板２１から出射した光を均一にする役割を有する。図１７における下プリズムシート２３は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、紙面と垂直な方向に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に向ける役割を有する。上プリズムシート２４は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、紙面と平行方向に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に集束する役割を有する。上拡散シート２５は、プリズムシートからの光を拡散することによって、プリズムシートからの出た周期的に強度が変化する光と、液晶表示パネルの走査線、あるいはデータ信号線等による透過率の周期的な変化との干渉によるモアレを低減する役割を有する。
【００１０】
このように、通常の液晶表示装置においては、バックライトに設置されている種々の光学部品によって液晶表示パネルに入射する光の均一化を図っている。しかし、液晶表示パネルの背面に設置された特定画像４０を表示するタイプの液晶表示装置では、従来の液晶表示装置のバックライトに存在するような、導光板２１、拡散シート等を使用することは出来ない。これは特に、画面の輝度ムラとなって現れる。具体的には、画面の周辺において、輝度が大きく、画面の中央付近において輝度が低下する問題が生ずる。
【００１１】
本発明は以上のような問題点を解決し、液晶表示パネルの背面に存在する特定画像４０を表示出来る液晶表示装置において、液晶表示パネルの画像を表示するときも、背面の特定画像４０を表示するときも、画面の輝度を均一にする構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、液晶シャッターの背面に特定画像あるいは特定物体が設置され、液晶表示パネルに形成される画像と液晶シャッターの背面に設置された特定画像あるいは特定物体を交互に表示できる液晶表示装置において、光源として２方向に出射光のピークを有するＬＥＤをサイドに設置する。具体的な手段は次のとおりである。
【００１３】
（１）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１４】
（２）前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１５】
（３）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はペアとなった２個のＬＥＤから構成され、前記ペアとなった２個のＬＥＤからの出射光は、２方向にピークが存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１６】
（４）前記ペアとなった２個のＬＥＤの各々の法線は、平行ではないことを特徴とする（３）に記載の液晶表示装置。
【００１７】
（５）前記ペアとなった２個のＬＥＤは、両サイドに設置されていることを特徴とする（３）に記載の液晶表示装置。
【００１８】
（６）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの光の出射面にはレンズが設置され、前記レンズからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００１９】
（７）前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする（６）に記載の液晶表示装置。
【００２０】
（８）液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤは断面が前記液晶表示パネルの法線と平行な方向の壁と前記壁と略直角方向の上下庇で囲まれたコの字型領域に収容され、前記ＬＥＤの中心は前記壁の中心とは一致せず、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【００２１】
（９）前記ＬＥＤの中心と前記壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明が対象とする液晶表示装置では、バックライトに導光板、拡散シート、プリズムシート等の光学部品を使用することは出来ないが、光源に２方向に出射光のピークを有するような指向性を有するＬＥＤを用いることによって、液晶表示パネルの表示画像あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【００２３】
本発明の他の側面では、サイドに設置された光源として、ペアとなった２個のＬＥＤを使用し、２個のうちの各ＬＥＤの法線方向を異ならしめることによって出射光が２方向でピークを持つようにするので、液晶表示パネルの表示画像、あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【００２４】
本発明のさらに他の側面では、サイドに設置された光源として、ＬＥＤを使用し、ＬＥＤからの光の出射面にレンズを設置し、レンズからの出射光が２方向にピークを持つようにしているので、液晶表示パネルの表示画像、あるいは、液晶シャッターの背面に設置されている特定画像、特定物体の表示輝度を均一にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の第１の実施例を示す断面図である。図１において、液晶表示パネルは上モールド６０に載置されている。液晶表示パネルは画素電極、ＴＦＴ等が形成されたＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ等が形成された対向基板１２とから構成されており、ＴＦＴ基板１１と対向基板１２の間には液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１１の下には下偏光板１４が、対向基板１２の上には上偏光板１３が接着している。
【００２７】
ＴＦＴ基板１１は対向基板１２よりも若干大きく形成されており、ＴＦＴ基板１１が一枚となった部分には、液晶表示パネルに電力、信号等を供給するための端子部１１１が形成されている。端子部１１１は図示しない、フレキシブル配線基板と接続し、外部回路と接続する。
【００２８】
液晶表示パネルの背面には、液晶シャッター５０が下モールド６５に載置されている。液晶シャッター５０の概略構成を図３に示す。液晶シャッター５０は電圧を印加すると光が透過し、電圧を切ると光を散乱する作用を有する。図３（ａ）は電圧が印加されていない状態の液晶シャッター５０の断面模式図である。図３（ａ）において、プラスチック基板５３内に液晶が封入されている。また、プラスチック基板５３内には、高分子５１がネットワーク状に構成され、その間に液晶分子５２は不規則に並んでいる。図３（ａ）の状態では、不規則に並んだ液晶分子５２が光を散乱し、液晶シャッター５０は白濁した状態となっている。このような状態の液晶シャッター５０は一種の拡散板としての作用を有する。なお、プラスチック基板５３の内側にはＩＴＯ等の透明電極５４が形成されている。
【００２９】
図３（ａ）の状態では、液晶表示パネルの前方からは、背面に配置された特定画像４０を視認することは出来ない。したがって、液晶シャッター５０に電圧を印加しない状態では、図１の液晶表示装置は通常の液晶表示装置として、液晶表示パネルに形成された画像を視認することになる。
【００３０】
図３（ｂ）はプラスチック基板５３の内側に形成された透明電極５４に電圧が印加された状態を示している。上下の透明電極５４間に電圧を印加すると液晶分子５２は図３（ｂ）に示すように、上下方向に整列し、液晶シャッター５０を光が透過するようになる。
【００３１】
液晶シャッター５０に電圧を印加して液晶シャッター５０を光が透過するような状態の場合は、図１における液晶表示パネルの全画素は、透過となっている。すなわち、白表示となっている。そうすると、液晶表示パネル、液晶シャッター５０いずれも透過状態なので、液晶シャッター５０の背面に配置された特定画像４０が視認されることになる。ここで、液晶シャッター５０の背面に配置された特定画像４０は、スロットマシーン遊技機のドラムの場合もあるし、３次元の物体である場合もある。以後、３次元の物体も含めて特定画像４０と表現する。
【００３２】
図３に示す液晶シャッター５０のＯＮ、ＯＦＦはｍｓｅｃのオーダーで切り替えることが出来る。したがって、液晶表示パネルによる画面と液晶シャッター５０の背面に存在する特定画像４０との切り替えは、ｍｓｅｃのオーダーの高速で切り替えることが出来る。液晶シャッター５０は，モールド内に設置するために、補強のための透明なプラスチック補強板によってサンドイッチされる場合もある。
【００３３】
図１において、下モールド６５内のサイドには光源であるＬＥＤ２０（Light Emitting Diode）が設置されている。ＬＥＤ２０は両サイドに設置されている。また、ＬＥＤ２０は紙面の垂直方向に複数配列されている。図１において、ＬＥＤ２０と液晶表示パネルの間には通常のバックライトのように光学部品が存在していないために液晶表示パネルに入射する光にムラが生じ易い。本発明は、光源に特定の指向性を持ったＬＥＤ２０を用いることによって導光板、光学シート等を用いなくとも、液晶表示パネルに入射する光を均一に設定するものである。
【００３４】
液晶表示パネルを載置する上モールド６０、液晶シャッター５０を載置し、側部においてＬＥＤ２０を収容する下モールド６５はフレーム７０に収容されて本実施例の液晶表示装置が形成される。
【００３５】
図２は本実施例で使用されるＬＥＤ２０の輝度分布である。図２において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図２の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図２に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０においては、ＬＥＤ２０からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向が最大ではなく、ＬＥＤ２０の法線方向から３５度程度で最大強度となっている。
【００３６】
このように、ＬＥＤ２０からの出射光を法線方向でなく、上下特定角度ずれたところで、ピークを持たせることによって、本液晶表示装置が通常の液晶表示装置にように、液晶表示パネルからの画像を表示する場合も、あるいは、液晶表示パネルは単に光を透過させ、背面に設置された特定画像４０を表示する場合も最適な光強度分布とすることが出来る。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤ２０からの出射光がＬＥＤ２０の法線方向に最大の分布であると、対向するＬＥＤ２０に最も光が当たることになり、光の利用効率が低下する。通常のバックライトであれば、導光板２１が存在しているので、ＬＥＤ２０の法線方向に出射する光も、適切な反射、拡散を行うことによって光を液晶表示パネル方向に向けることが出来るが、本実施例においては、導光板２１が存在していないので、ＬＥＤ２０の出射光の指向性を変えることによって均一な光を得ている。
【００３８】
本実施例においては、ＬＥＤ２０の出射光の最大値は、＋３５度および−３５としたが、液晶シャッター５０の下の空間の大きさによって適切な角度が異なってくる場合がある。また、ＬＥＤ２０の置かれる位置が、背面の特定画像４０に近いか、あるいは液晶シャッター５０に近いかによって、ＬＥＤ２０からの出射光の指向性を変える場合もある。このような場合、ＬＥＤ２０の角度による指向性を非対称にする場合もある。ＬＥＤ２０からの出射光の指向性はＬＥＤ２０内において、ＬＥＤ２０チップの背面に設置される鏡面の形状を変化させて変えることが出来る。
【００３９】
図４は本実施例に対する比較例としての液晶表示装置である。図４において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は図１と同様である。図４が図１と異なる点は、光源にＬＥＤ２０ではなく、ＣＣＦＬ３０を使用していることである。光源にＣＣＦＬ３０を使用した場合は、次のような問題を生ずる。
【００４０】
図５はＣＣＦＬ３０から出射する光の分布である。図５において、横軸は出射角で、縦軸は出射する光の相対強度である。図５において、ＣＣＦＬ３０からの出射強度は、出射角（θ）に係わらず、一定となっている。すなわち、ＣＣＦＬ３０では光は放射状に均一に出射する。このようなＣＣＦＬ３０を図４に示すような液晶表示装置の光源として使用すると、ＣＣＦＬ３０近辺、すなわち、液晶表示パネルの画面の周辺のみ明るくなるという現象を生ずる。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、ＣＣＦＬ３０の近辺においては、矢印で示す光束の密度が大きく、液晶表示装置の中央付近においては光束の密度が小さい。ＣＣＦＬ３０の近辺に入射する光はその部分で乱反射を起こすので、ＣＣＦＬ３０からの光束が多く当たる部分が明るく視認されることになる。
【００４２】
これに対して、本実施例で光源として使用されるＬＥＤ２０は指向性を持ち、かつ、角度にしてプラスマイナスの２方向にピークを持ち、液晶シャッター５０の背面の空間形状に合わせて指向性を持たせることが出来る。したがって、本実施例によれば、導光板２１等を使用しなくとも、輝度が均一な画面を得ることが出来る。
【００４３】
以上の説明では、ＬＥＤ２０は液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０の出射強度における２つのピークの位置、あるいは、方向を変えれば良い。
【００４４】
以下は、上記説明した内容に関連するシミュレーション結果である。図６は、図１に示す液晶表示装置における、下側から液晶シャッター５０の表面までの断面図において、光源を変えた場合に輝度分布がどのように変化するかを評価した結果である。仕様Aは光源としてCCFLを２本重ねて使用した場合である。CCFLはL字型となっており、下モールドの内壁に配置されている。各CCFLからの出射光の指向性は光源に指向性の欄に記載されたとおりである。これは図５と同様である。
【００４５】
図１における特定画像の部分には、図６においては、反射シート２６を使用している。この反射シート２６は表面に銀メッキが施されており、鏡面である。また、液晶シャッター５０は上下のアクリル板７０によってサンドイッチされている。アクリル板７０の厚さは１．５ｍｍである。アクリル板７０は、紫外線から液晶シャッター５０内の液晶分子５２を保護する役割を有する。
【００４６】
下モールド６５において、液晶シャッター５０を載置する壁の高さｄ１は例えば、４．８ｍｍであり、光源を載置する壁の高さｄ２は１０．２ｍｍである。ｄ２の値は実際のLED２０の大きさあるいはCCFLの径に比較して大きい。CCFLは２本使用するので、上下方向の裕度は小さいが、LED２０は１個使用しているので、上下方向に設置の自由度が存在する。後に述べるように、LEDの設置位置によって。アクリル面、あるいは画面の輝度分布を変えることが出来る。
【００４７】
仕様Bと仕様Cの構造は外見上は同様である。すなわち、仕様Bと仕様CはいずれもLED２０を使用している。LED２０の配置数は、下モールド６５の内壁に、画面の長辺方向には１０ｍｍピッチで２６個配置され、画面の短辺方向には、１０ｍｍピッチで１６個配置されている。仕様Bと仕様Cが異なる点はLED２０からの出射光の指向性である。仕様Bでは、図２に示すように、ピークが２方向に存在するLEDを使用している。一方、仕様Cでは、通常のLEDと同様で、ピークはLEDの法線方向に１箇所存在する。仕様Cで使用しているLEDの輝度指向性は、図１４に示すLED２０と同様な分布である。
【００４８】
仕様A、B、Cのバックライトの構成において、輝度分布を評価した。輝度を評価した面は図６に示す上アクリル板の上である。輝度を測定した場所を、図７に示す。図７において、長径ｍは２６５．８ｍｍで、短径ｎは１６０．８ｍｍである。測定点は、最外周から長径あるいは短径の１０％内側の長軸上、短軸上、コーナー部、および中央である。短軸上の周辺は上下で表し、長軸上は左右で表している。
【００４９】
測定結果を図６の表の最右欄である輝度偏差の欄に示す。輝度偏差において、中央の輝度を１００で表し、上下、左右、コーナーは中央との比較で表している。図６で示すような構造においては、コーナーが最も明るく、中央が最も暗くなる。したがって、中央とコーナーとの輝度差が小さいほど、均一な輝度分布であるといえる。
【００５０】
図６に示すように、CCFLを使用した場合が、上アクリル板７０上の輝度の差が大きい。LED２０を使用すると、輝度ムラは改善される。なかでも、２方向にピークを有するLED２０を使用した場合が、最も輝度ムラを小さくすることが出来る。
【００５１】
図８は図６に示すデータの表現を変えたものである。すなわち、図８は、仕様A、B、Cについて、中央の輝度／コーナーの輝度、中央の輝度／上下の輝度、中央の輝度／左右の輝度を比較した表である。図８に示す表では、各数値が大きいほうが輝度ムラが小さいといえる。この表で見ても、輝度差が最も問題となる中央、および上下における数値は仕様B、すなわち、LED２０の出射光の方向が２方向にピークを持つ場合がもっとも数値が大きく、輝度ムラを小さく出来ることを示している。
【００５２】
図９は図８の表をグラフにプロットしたものである。図９において、横軸は仕様、縦軸は輝度比である。図９において、中央とコーナーの比、中央と上下の比は仕様Bが最も優れている。
【００５３】
図１０〜図１２は下モールド６５のＬＥＤ２０の収容部において、光源であるＬＥＤ２０を上下させた場合と輝度ムラとの関係を示すものである。図１０において、ＬＥＤ２０は、下モールド６５において、断面が高さｄ２の壁と上下庇で囲まれたコの字型の領域に収容されている。図１０において、ｈはLED２０の中心と、下モールド６５のLED２０が収容される壁の中心との差である。また、光源は図６におけるB仕様、すなわち、２方向に出射光のピークが存在するLED２０を使用している。
【００５４】
図１１はＬＥＤ２０と下モールド６５の壁の中心とのズレ量と図６における上アクリル７０における輝度の比較を示すものである。測定位置は図７と同様である。図１１において、各数値が大きいほど輝度ムラが小さい。図１１の表からわかるように、LED２０の中心と下モールド６５に形成された壁の中心とをずらせたほうが、上アクリル７０上、あるいは、画面上の輝度ムラは小さくなる。
【００５５】
図１２は図１１の表に示すデータをグラフにプロットしたものである。図１２において、横軸は、LED２０の中心と下モールド６５の壁部の中心のズレ量であり、縦軸は輝度比である。図１２において、数値が大きいほど、輝度ムラが小さいことを意味する。図１２からわかるように、中央とコーナー、中央と上下、中央と左右の輝度比はLED２０の位置が下モールド６５の中心から２ｍｍ離れたところが輝度ムラが小さくなっている。ＬＥＤ２０が上方向にずれても下方向にずれても輝度分布の改善の効果に大きな差はない。また、図１２から推測できるように、ＬＥＤ２０の中心と下モールド６５に形成された壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上の場合に顕著な効果が得られる。
【実施例２】
【００５６】
図１３は本発明の第２の実施例を示す断面図である。図１３において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は実施例１の図１と同様である。図１と異なるところは、光源として用いるＬＥＤ２０である。本実施例においては、２個のＬＥＤ２０をペアとして用いている。この２個ペアのＬＥＤ２０は紙面垂直方向に複数配列している。
【００５７】
実施例１では、ＬＥＤ２０自体が、２方向において光の出射強度がピークを持つＬＥＤ２０を使用している。このようなＬＥＤ２０はＬＥＤ２０に内蔵されている鏡面の形状を変えることによって可能となるが、ＬＥＤ２０自体のコスト上昇の要因となる。
【００５８】
本実施例では、ＬＥＤ２０の法線方向に光強度のピークを有する通常のＬＥＤ２０を光源に用いることによって、実施例１と同様な効果を得るものである。図１４は通常のＬＥＤ２０から出射される光強度の分布の例である。図１４において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１３に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図１４の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図１４に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０は、ＬＥＤ２０からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向が最大であり、通常のＬＥＤ２０と同様の分布を示している。このような通常の指向性を有するＬＥＤは市場から安価に入手することが出来る。
【００５９】
このＬＥＤ２０を図１３に示すように、２個組み合わせて光源として使用する。すなわち、図１３において、上側のＬＥＤ２０は特定画像４０を照射するのに最適な角度に設定する。一方、下側のＬＥＤ２０は液晶表示パネルのバックライトとして最適な角度に設置する。
【００６０】
本実施例の特徴は、通常のＬＥＤ２０を使用して、設置角度を変えればよいので、液晶シャッター５０の背面の空間に合わせて光源の指向性を最適な条件に設定し易いということである。また、ＬＥＤ２０は特殊仕様ではなく、通常のＬＥＤ２０を使用することが出来るので、ＬＥＤ２０のコストの点からも有利である。
【００６１】
以上の説明では、ＬＥＤ２０のペアは液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０のペアが片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０のペアが片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０のペアの出射強度における２つのピークの位置を変えれば良い。この場合、２つのＬＥＤ２０の設置角度を変化させればよいので、実施例１の場合に比較して自由度が大きい。
【実施例３】
【００６２】
図１５は本発明の第３の実施例を示す断面図である。図１５において、液晶表示パネル、液晶シャッター５０、上モールド６０、下モールド６５等は実施例１の図１と同様である。図１と異なるところは、光源として用いるＬＥＤ２０である。本実施例においては、ＬＥＤ２０は出射光に対して通常の指向性をもつＬＥＤ２０を使用している。このＬＥＤ２０は紙面垂直方向に複数配列している。
【００６３】
実施例１では、ＬＥＤ２０自体が、２方向において光の出射強度がピークを持つＬＥＤ２０を使用している。このようなＬＥＤ２０はＬＥＤ２０に内蔵されている鏡面の形状を変えることによって可能となるが、ＬＥＤ２０自体のコスト上昇の要因となる。
【００６４】
本実施例では、ＬＥＤ２０の法線方向に光強度のピークを有する通常のＬＥＤ２０を光源に用い、ＬＥＤ２０の光出射面にレンズを設置することによって実施例１と同様に、２方向に出射光がピークを持つ光源を得るものである。本実施例で使用するレンズは光の方向を変えることが目的であるから、精密なレンズである必要は無い。例えば、特定の２つの角度において、プラスチックの肉厚を大きくしたようなレンズであっても本実施例の目的は果たすことが出来る。
【００６５】
図１６は本実施例で使用する光源、すなわち、ＬＥＤ２０とレンズの組み合わせによる出射光の分布である。図１６において、横軸は出射角（θ）であり、ＬＥＤ２０の法線方向、すなわち、図１５に示す液晶表示パネルと平行な方向をゼロ度としている。図１６の縦軸はＬＥＤ２０から出射する光の相対強度である。図１６に示すように、本実施例で使用するＬＥＤ２０を用いた光源においては、光源からの出射光の強度はＬＥＤ２０の法線方向において最大ではなく、プラス３５度およびマイナス３５度においてピークを有している。出射光のピーク位置は実施例１と同様に設定したものであり、本実施例では、レンズを設計することによってピーク位置は自由に決定することが出切る。
【００６６】
図１６の出射光の相対強度の分布は実施例１とは異なっている。出射光の分布もレンズの設計によって自由に変えることが出来る。すなわち、本実施例においては、通常のＬＥＤ２０を使用して、レンズ設計によって、最適な光源とすることが出来る。
【００６７】
以上の説明では、ＬＥＤ２０は液晶表示装置の両側に配置されているとして説明した。しかし、ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合であっても、同様な理論が適用できる。ＬＥＤ２０が片側にのみ配置されている場合は、ＬＥＤ２０の出射強度における２つのピークの位置を変えれば良い。この場合、ＬＥＤ２０は同一のものを使用し、レンズの特性を変化させれば良いので、実施例１の場合に比較して自由度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１を示す断面図である。
【図２】図１で使用されるＬＥＤの出射光の分布である。
【図３】液晶シャッターの断面模式図である。
【図４】光源にＣＣＦＬを使用した従来例である。
【図５】ＣＣＦＬの出射光の分布である。
【図６】バックライト構造と輝度分布との関係を示す表である。
【図７】輝度の測定位置を示す図である。
【図８】バックライト仕様と輝度分布の数値を示す表である。
【図９】バックライト構造と輝度分布を示すグラフである。
【図１０】ＬＥＤの位置を示す断面模式図である。
【図１１】ＬＥＤの位置と輝度分布を示す表である。
【図１２】ＬＥＤの位置と輝度分布を示すグラフである。
【図１３】実施例２を示す断面図である。
【図１４】実施例２で使用されるＬＥＤの出射光の分布である。
【図１５】実施例３を示す断面図である。
【図１６】実施例３の光源からの出射光の分布である。
【図１７】従来のサイドライト型の液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１…ＴＦＴ基板、 １２…対向基板、 １３…上偏光板、 １４…下偏光板、 ２０…ＬＥＤ、 ２１…導光板、 ２２…下拡散シート、 ２３…下プリズムシート、 ２４…上プリズムシート、 ２５…上拡散シート、 ２６…反射シート、 ３０…ＣＣＦＬ、 ４０…特定画像、 ５０…液晶シャッター、 ５１…高分子ネットワーク、 ５２…液晶分子、 ５３…プラスチック基板、 ５４…透明電極、 ６０…上モールド、 ６５…下モールド、 ７０…アクリル板、 １１１…端子部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はペアとなった２個のＬＥＤから構成され、前記ペアとなった２個のＬＥＤからの出射光は、２方向にピークが存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記ペアとなった２個のＬＥＤの各々の法線は、平行ではないことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記ペアとなった２個のＬＥＤは、両サイドに設置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの光の出射面にはレンズが設置され、前記レンズからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤは断面が前記液晶表示パネルの法線と平行な方向の壁と前記壁と略直角方向の上下庇で囲まれたコの字型領域に収容され、前記ＬＥＤの中心は前記壁の中心とは一致せず、
前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤの中心と前記壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はペアとなった２個のＬＥＤから構成され、前記ペアとなった２個のＬＥＤからの出射光は、２方向にピークが存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記ペアとなった２個のＬＥＤの各々の法線は、平行ではないことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記ペアとなった２個のＬＥＤは、両サイドに設置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤからの光の出射面にはレンズが設置され、前記レンズからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤは両サイドに設置されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
液晶表示パネルと前記液晶表示パネルの背面に液晶シャッターが配置され、前記液晶シャッターの背面に特定画像または特定物体が配置され、前記液晶表示パネルの表示面よりも外側で、かつ、前記液晶シャッターよりも背面で、かつ、前記特定画像あるいは前記特定物体よりも前面に光源が配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルに形成された画像を表示するときは、前記液晶シャッターは白濁して光を散乱させるモードであり、
前記特定画像あるいは前記特定物体を表示するときは、前記液晶シャッターは光を透過させるモードであり、
前記光源はＬＥＤから構成され、前記ＬＥＤは断面が前記液晶表示パネルの法線と平行な方向の壁と前記壁と略直角方向の上下庇で囲まれたコの字型領域に収容され、前記ＬＥＤの中心は前記壁の中心とは一致せず、
前記ＬＥＤからの出射光の分布におけるピークは２方向に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤの中心と前記壁の中心とのずれ量は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１８６８０４（Ｐ２００９−１８６８０４Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７３７７（Ｐ２００８−２７３７７）
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
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