(57)【要約】【課題】  簡素な構造で厚さの増大を抑えながら、表示面内で良好な輝度均一性を得ることができ、表示領域ごとに輝度調整が可能な面状光源を備えた液晶表示装置を提供する。【解決手段】  複数の分割された表示区画１０１に対応して配置され、独立して輝度調整が可能な点光源２５を有し、各点光源上の位置における点光源の光の強度に合わせ、明るい領域ほど反射率を高めて透過する光を減らし、暗い領域では反射率を下げて透過する光の量を増やすよう反射性の材料２３４により着色が施された拡散板２３が配置された面状光源２を有する液晶表示装置であり、その拡散板２３により面状光源２から出射される光の強度分布を均一化することで、点光源２５から照射面までの寸法の増大を抑え、さらに表示する映像との相関において各領域に応じて独立して輝度調整を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの表示領域が複数に分割された表示区画に対応して配置され、独立して輝度調整が可能な複数の点光源とを具備し、前記液晶表示パネルに表示する画像の明るさに応じて前記表示区画に応じて独立して輝度調整を行う面状光源を有する液晶表示装置において、
前記複数の点光源は、前記表示区画に対応した仕切り部材によって区切られており、
前記面状光源の前記複数の点光源と前記液晶表示パネルとの間に拡散板を配置し、
該拡散板が備える反射材料中の反射材の濃度は、前記表示区画に対応して区切られており、前記各表示区画内の前記各点光源に最も近い中心部が最も濃く、周辺に向かった徐々に濃さが変化し、前記点光源から離れる周辺部ほど薄くなるよう施されていることを特徴とする面状光源を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射材料は、前記拡散板の前記点光源と対向する面に塗布される、請求項１に記載の面状光源を有する液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射材料は、前記拡散板の前記液晶パネルと対向する面に塗布される、請求項１に記載の面状光源を有する液晶表示装置。
【請求項４】
前記拡散板の光出射面側の少なくとも一部に、プリズムあるいはレンズ形状の断面を有する部分が形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状光源を有する液晶表示装置。
【請求項５】
前記拡散板の光出射面側の少なくとも一部が、光が散乱する粗面形状となっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状光源を有する液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子により画像を表示する液晶表示装置において、表示面の下部に複数の点光源を配置した構造を採用した面状光源を備えた液晶表示装置に関するものであり、表示領域を分割し、領域ごとに輝度調整が可能な液晶表示装置に好適に採用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶表示装置の性能向上に伴い、コントラストを向上させ、消費電力も低減でき、表示領域ごとに画像に合わせて輝度を個別に調整することができる面光源装置が実用化されている。表示領域を分割し、領域ごとに輝度調整を可能とするための構造としては、照射面の下部に照射面と対向して点光源を配置する、いわゆる直下型の形態とし、点光源としてはＬＥＤを使用するのが一般的である。その場合、指向性の強いＬＥＤの光を拡散させ、表示面内で輝度を均一化するために、光源上に拡散板やレンズ機能を有する光学素子を配置する手法が従来から提案されてきた。
【０００３】
点光源上に透明板を配置し、その透明板の点光源と対抗する面に反射材料でのグラデーション印刷を施して点光源の光を均一化した、各点光源上の領域ごとに独立して輝度制御が可能な面光源装置を有する液晶表示装置が周知である（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２３５５１号公報
【特許文献２】特許第５９３１１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
表示領域ごとの輝度を個別に調整することができる面光源装置では、一般的に照射面の下部に照射面と対向して点光源を配置した、いわゆる直下型の構造が一般的であり、点光源として指向性の強いＬＥＤを用いる場合、面内での輝度を均一化するため光源上に拡散板やレンズ機能を有する光学素子を配置するのが一般的であるが、良好な輝度均一性を得るためには、点光源と照射面間の距離を拡大することが必要となり、それにより表示装置の厚さが増大したり、拡散性の高い拡散板を使用した場合、透過率が低くなり、光利用効率が低下する等の問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、簡素な構造で厚さの増大を抑えながら、表示面内で良好な輝度均一性を得ることができ、かつ表示領域ごとに輝度調整が可能な面状光源を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの表示領域が複数に分割された表示区画に対応して配置され、独立して輝度調整が可能な複数の点光源とを具備し、前記液晶表示パネルに表示する画像の明るさに応じて前記表示区画に応じて独立して輝度調整を行う面状光源を有する液晶表示装置であって、前記複数の点光源は、前記表示区画に対応した仕切り部材によって区切られており、前記面状光源の前記複数の点光源と前記液晶表示パネルとの間に拡散板を配置し、該拡散板の反射材料の塗布は、前記表示区画に対応して区切られており、各表示区画内の前記各点光源に最も近い中心部が最も濃く、周辺に向かった徐々に濃さが変化し、点光源から離れて入射光の強度が低くなる周辺部ほど薄くなるよう施されていることを特徴とする面状光源を有する。
【発明の効果】
【０００８】
簡便な構造で点光源から照射面までの寸法の増大を抑え、製品の薄型化を可能としながら、面状光源から出射される光の強度分布を均一化することが可能となり、表示領域ごとに輝度調整が可能な面状光源を備えた液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】図１の液晶表示装置を組み立てた状態でＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【図３】図１の液晶表示装置の個別に輝度調整が可能な表示領域の分割を示す概略図である。
【図４】図１に示した輝度分布調整用拡散板の、各分割領域において施された光反射材料の塗布濃度の分布を示す概略図である。
【図５】図１に示した輝度分布調整用拡散板における点光源から入射する光の強度分布と、その拡散板を通過する光の透過率分布の合成を表す概念図である。
【図６】実施の形態２に係る液晶表示装置に採用した輝度分布調整用拡散板の光出射面側に形成されたプリズム形状を示す概略図である。
【図７】実施の形態３に係る液晶表示装置に採用した輝度分布調整用拡散板の光出射面側に形成された粗面パターンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図に基づいてこの発明による液晶表示装置の実施の形態について説明する。各図において同一の符号を付されたものは、実質的に同様の構成要素を示す。図１は本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を説明する分解斜視図、図２は図１の液晶表示装置を組み立てた状態でＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態ついて以下に図面を参照して説明する。
＜液晶表示装置の全体構成＞
図１および図２に示すように、本発明の液晶表示装置の１００は、表示素子１と該表示素子１を背面より照射するための面状光源２と、表示素子１および面状光源２を内部に配置し、開口部３１を有する筐体３および画像入力信号に応じ表示素子１の各画素の透過率を制御する表示制御回路５（後述）を搭載した回路基板４を備えている。また、表示素子１の前面を保護するための概ね透明の保護部材（図示せず）、後面には回路基板４を保護するためのカバー（図示せず）を備えている。
【００１２】
次に、本発明における液晶表示装置の１００を構成する上記の各部材に関し説明する。
【００１３】
＜表示素子＞
表示素子１は、透過型または半透過型の液晶表示パネルより成り、液晶の複屈折性を応用し、ガラスなどの絶縁性基板上にカラーフィルタ、遮光層、対向電極等が形成された第１の基板１１と、ガラスなどの絶縁性基板上にスイッチング素子となる薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）画素電極等が形成された第２の基板１２とを備えている。また、第１の基板１１と第２の基板１２との間隔を保持するためのスペーサ、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせるためのシール材、また、両基板間に挟持させる液晶、液晶を注入する注入口の封止材、液晶を配光させる配向膜、両基板の外側面上に配置された偏光板（図示せず）、および第２の基板１２の外周部、あるいは第２の基板１２の外周部に接続されたテープ状の配線材料（ＴＣＰ、ＣＯＦ等）上に配置された駆動用ＩＣ１３などにより構成されている。
【００１４】
＜面状光源＞
図１に示した面状光源２は、光を出射する複数の点光源２５、この点光源２５から出射された光が入射し、点光源２５との相対位置に応じてその一部を反射、一部を透過し液晶パネルへ向けて出射する輝度分布調整用拡散板２３、輝度分布調整用拡散板２３から出射された光の分布、広がりを制御するため、輝度分布調整用拡散板２３の出射面２３１に配置された光学シート２２、輝度分布調整用拡散板２３の入射面２３２により反射された光を再度輝度分布調整用拡散板２３へ向かわせる反射シート２４およびそれらの部材を保持する背面筐体２６等によって構成されており、表示素子１を表示面と反対側である第２の基板１２側より照射している。
【００１５】
点光源２５には、青色ＬＥＤに、青色の光で励起される蛍光体を組み合わせ、青色ＬＥＤ自体からの光と、蛍光体を通して出射される光の混色により、白色の光を発する白色ＬＥＤを用い、該白色ＬＥＤを光源基板２５２上に配置している。さらに点光源２５を実装する光源基板２５２としては、一般的なガラスエポキシ樹脂をベースにしたプリント基板を使用している。
【００１６】
さらに上記複数の点光源２５は、背面筺体２６の表示素子１と対向する面状に配置され、複数に分割された個別に輝度調整を可能とする領域（表示区画）ごとに、表示素子１に表示される画像に対応して個別に輝度調整が可能である。
【００１７】
輝度分布調整用拡散板２３は、透明または半透明のアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂、ガラスなどで構成され、この輝度分布調整用拡散板２３の入射面２３２には、表示素子１側へ出射される光の強度分布を調整するために、反射特性を有する材料による輝度分布調整層（反射材料）２３４が塗布あるいは印刷等により形成されている。
【００１８】
さらに輝度分布調整用拡散板２３上には、出射光の強度分布や出射角度、均一性を調整するために、光学シート２２が配置されている。光学シート２２としては、集光を目的としたレンズシート、光の均一化を目的とした拡散シート、視野角方向で輝度を調整する視野角調整シート等が、目的に応じて必要な枚数配置されている。
【００１９】
＜筐体＞
前面筐体２１は、輝度分布調整用拡散板２３の出射面２３１からの光を出射させるための開口部３１を有し、上面側周辺には表示素子１が搭載、位置決めされて保持される。前面筐体２１の材質としては、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属や、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の樹脂材料を用いることができ、さらに必要に応じて複数の部材に分割して構成してもよい。
【００２０】
図２にて図示したように、背面筐体２６には、複数の点光源２５が位置決め、保持され、必要に応じ個々に輝度調整が可能な各領域を区切る仕切り部材２７を備え、各領域の点光源２５から出射される光の、隣り合う領域との干渉が抑制される。点光源２５から放出される熱を伝導させ効果的に放熱させるために、背面筺体２６は熱伝導性が高い金属を使用することが望ましく、特に熱伝導性が高いアルミまたはアルミ合金筐体を用いることで、効率よく点光源２５からの発熱を拡散して、面状光源２が高温になることを防止することができるが、要求に応じて形状の自由度の高い樹脂成型品としてもよい。
【００２１】
前述の前面筐体２１及び背面筐体２６は、一般にツメによる引っ掛け構造やネジ止め、テープによる接着あるいはそれらを複合した手段により互いに固定され、他の面状光源部材や表示素子１、回路基板４等を保持するが、両者を一体化あるいは複数の部材に分割した構造としてもよい。
【００２２】
筐体３は、表示素子１、面状光源２、保護部材等（図示せず）を保持する枠状の部材であり、アルミニウム、ステンレス、鉄等の薄板の金属あるいはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の樹脂成型品等により構成され、ツメ状の固定構造あるいはネジ止め等により、面状光源２と固定される。筐体３は、一体で形成してもよいし、複数の部材を組み合わせることにより構成してもよく、側面、正面、背面、あるいは周辺部等に、最終製品への取り付け部（ネジ、取付穴等）を設けてもよい。
【００２３】
＜回路基板＞
回路基板４には、表示制御回路５が搭載されており、表示素子１や点光源２５を電気的入出力信号により制御するもので、通常ガラスエポキシ板等に銅パターンが形成され、表面に電子部品がハンダにより実装されており、主に表示装置１００の裏面側（光が出射されない側）に配置、固定されるが、表示素子１に接続されたフィルム状の基材に配線を形成したＦＰＣ上に電子部品を実装し、構成しても良い。また、回路基板４を外部からの圧力や静電気から保護するために、アルミニウムやステンレス、亜鉛めっき鋼板等の金属、あるいはＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等フィルム状の薄い樹脂から成る保護カバー（図示せず）を取り付けてもよい。金属製の保護カバーを使用する場合は、回路基板４側には回路基板４や回路基板４上の電子部品との電気的接触（短絡）を避けるためにＰＥＴ等の樹脂製シートを貼り付け、絶縁対策を行うことが望ましい。
【００２４】
なお、上記回路基板４の表示素子１を制御する部分と、点光源２５を制御する部分は、同一の基板上に設けてもよく、分割された異なる基板上に設けてもよい。
【００２５】
次に、本発明の液晶表示装置１００において、分割した表示領域（表示区画）に応じて複数の点光源２５の輝度を個々に調整し、点光源２５から出射された光を、各表示分割領域に応じた輝度調整パターンを備えた輝度分布調整用拡散板２３により、表示装置の厚さ寸法の増大を抑え、表示素子１を照射する光を均一化するための構成と、各部の機能および得られる効果について説明を行う。
【００２６】
図３に本液晶表示装置の個別に輝度調整が可能な表示領域の分割（表示区画）１０１を示す。この分割された表示区画１０１に対応し、面状光源２の開口部３１を点線に示したように縦横のマトリックス状に分割する（図４）。この点線で分割された各照射領域１０２には、一区画あたり１個あるいは複数の点光源２５が配置される。図４で、この照射領域１０２の一区画範囲を一点鎖線で示した。また図２で示したように点光源２５は、仕切り部材２７によって区切られて独立した照射領域１０２毎に輝度の調整が可能である。すなわち点光源２５は、表示される画像の各分割（表示区画１０１）の明るさに応じて、回路基板４からの信号に基づいて個別にその輝度が制御される。
【００２７】
表示画像の各部の明るさに応じた、表示素子１の液晶の諧調特性による透過率の制御に加え、上記点光源２５の輝度調整を行うことにより、表示素子１の背面から一定輝度で照射する液晶表示装置と比較し、コントラスト（表示の明暗の比率）に関し大きな改善効果を得ることができる。
【００２８】
なお、図３、４では個別に輝度調整が可能な分割された照射領域１０２を縦横等間隔でマトリクス状に分割した矩形形状について示しているが、必要に応じて異なる外形形状としてもよく、また分割数も任意に設定してよい。また各領域の寸法、面積、形状は個々に異なる設定としてもよく、表示面全域で縦横の分割数を同一としなくてもよい。
【００２９】
図４には、面状光源２の個別に輝度調整が可能な各領域（照射領域１０２）に対応して、輝度分布調整用拡散板２３の入射面２３２側に形成された拡散性を有する反射材料２３４による着色の濃度分布を例示した。輝度分布調整用拡散板２３への反射材料２３４の形成は、印刷あるいは塗布あるいはそれらと同等の効果をもたらす手段が採用可能である。
【００３０】
反射材料２３４の塗布は、点光源２５が各照射領域１０２の中心に配置されている場合、最も点光源２５に近い中心部が最も濃く、周辺に向かった徐々に濃さが変化し、点光源２５から離れて入射光の強度が低くなる周辺部ほど薄くなるよう施されており、輝度分布調整用拡散板２３の中心部付近に出射された光の一部は同部材を透過するが、多くの部分は反射材料２３４により拡散、反射され、点光源搭載面側の反射シート２４により再度反射され、一部透過、一部反射を繰り返しながら周辺部へ広がっていく。
【００３１】
図５には、各分割された照射領域１０２における点光源２５から出射される光の各位置に対応した強度分布（図５の（ａ））と、拡散性を有する反射材料２３４による着色を施された輝度分布調整用拡散板２３の、点光源２５上の各位置における光の透過率（図５の（ｂ））と、両者の相関により輝度分布調整用拡散板２３から出射される、照射領域１０２における光の強度分布（図５の（ｃ））を示す。
【００３２】
点光源２５として図５の（ａ）で示したような光の強度の指向性を持つ白色ＬＥＤを使用した場合、図５の（ｂ）で示したように照射領域１０２内の透過率分布として、点光源２５からの距離が近く、最も指向性が強く光の強度が最も高くなる中心付近の透過率が最も低く、逆に輝度分布調整用拡散板２３に到達する光の強度が低くなる周辺部ほど透過率を高くする。このように点光源２５の光の強度の指向性に応じて、輝度分布調整用拡散板２３の透過率分布を採用することで、図５の（ｃ）に示したように輝度分布調整用拡散板２３の各分割された照射領域１０２から出射される光の強度を、全域で均一にすることができる。
【００３３】
上記の構成とすることで、簡便な構造で点光源２５から照射面までの距離を増大させることなく、点光源２５から出射される光の損失を抑えながら独立した照射領域１０２内に分散させ、各位置から出射される光量を制御することにより、照射面内で均一な輝度分布を得ることができる。
【００３４】
実施の形態２．
図６は、本実施の形態２に係る液晶表示装置の面状光源２に採用した輝度分布調整用拡散板２３の断面図である。それ以外の構成および動作は、上述の実施の形態１と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】
本実施の形態２においては、より効果的に光を散乱させ、均一な照射を得るため、図６に示した断面図のように、輝度分布調整用拡散板２３の出射面２３１側に光学的に光を屈折させて広げるプリズム形状２３３の光学機能を施した。このように輝度分布調整用拡散板２３に反射材料２３４の塗布と光学的なプリズム形状２３３を併用することにより、点光源２５と出射面２３１間の厚さ寸法をさらに短縮しながら、所望の均一な輝度分布を得ることができる。
【００３６】
また、輝度分布調整用拡散板２３の出射面２３１側に配置したプリズム形状２３３に代えてレンズ形状の光学機能を施してもよく、さらにプリズム形状２３３とレンズ形状の光学機能とを併用してもよい。
【００３７】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態３に係る液晶表示装置の面状光源２に採用した輝度分布調整用拡散板２３の断面図である。それ以外の構成および動作は、上述の実施の形態１と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施の形態３においては、図７に示したように、より効果的に光を散乱させ、均一な照射を得るため、輝度分布調整用拡散板２３の出射面２３１側に微細な凹凸を有する粗面パターン２３５とする加工を施した。このように輝度分布調整用拡散板２３と、微細な凹凸面を有する粗面パターン２３５を併用することにより、点光源２５と出射面２３１間の厚さ寸法をさらに短縮しながら、所望の均一な輝度分布を得ることができる。
【００３９】
上述の実施の形態１において、輝度分布調整用拡散板２３の入射面２３２側に輝度分布調整層を形成したが、この輝度分布調整層は、輝度分布調整用拡散板２３の入射面２３２側に限定されるわけではなく、出射面２３１側であってもよく、さらには入射面２３２、出射面２３１の両面に形成してもよい。
【００４０】
さらに上述の実施の形態１〜３において、点光源２５を実装する光源基板２５２として、ガラスエポキシ基板を採用したプリント基板の例を示したが、プリント基板に代えてフレキシブルなフラットケーブルを使用してもよく、また放熱性を高めるために、アルミ等の金属やセラミックをベースとしたものを使用してもよい。さらに、点光源２５には、白色ＬＥＤを採用いた例を示したが、この白色ＬＥＤと同等の機能を有する他の光源素子、例えばレーザ発光素子等を使用してもよいのは無論である。
【００４１】
また上述の実施の形態２および３では、輝度分布調整用拡散板において、表示区画に対応した表面のほぼ全面に表面のプリズム形状、レンズ形状または粗面パターンを追加する加工例を示したが、該加工は、表示区画の全面に対応する領域である必要はなく、光出射面側の少なくとも一部の領域であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  表示素子
２  面状光源
２２  光学シート
２３  輝度分布調整用拡散板
１０１  分割した表示領域（表示区画）
１０２  分割された照射領域
２３１  出射面
２３２  入射面、
２３３  拡散表面のプリズム形状
２３４  反射材料
２３５  粗面パターン
２４  反射シート
２５  点光源
２７  仕切り部材
４  回路基板
５  表示制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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