(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面に液晶駆動用の電極が形成されてなる一対の透明電極基板間に液晶が封入された、表示画面を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルの背後に置かれ、外光を採り入れて前記液晶表示パネルに光を照射するバックライトとを有する集光機構付き液晶表示装置において、
前記バックライトは、外光を採り入れる集光部と、該集光部の採り入れた光を前記液晶表示パネルに照射する照射部と、前記集光部及び照射部と結合され、前記集光部と前記照射部との光路を接続する導光部と、前記照射部に光を供給する光源とを有し、
前記集光部、導光部、照射部、光源が実質的に直線上に配置され、
前記照射部は前記液晶パネルに隣接し、前記集光部は前記液晶パネルから離間されていることを特徴とする集光機構付き液晶表示装置。
【請求項２】
前記導光部の、前記集光部及び照射部と隣接していない側面には、反射板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項３】
前記導光部は、前記集光部もしくは／及び前記照射部と一体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項４】
前記集光部の表面は外側に凸な曲面となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項５】
前記集光部は表面が実質平面であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項６】
前記集光部の中心に、前記液晶表示パネルの表示画面に平行に入射した外光は、少なくとも１回前記導光部内で反射する事を特徴とする請求項５に記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項７】
前記集光部の表面は、前記液晶表示パネルの法線に対して、平行でなく、所定角度傾いていることを特徴とする請求項５に記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項８】
前記導光部の厚さは、前記液晶表示パネルから離れるに従って厚くなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項９】
前記導光部の長さと、前記液晶表示パネルの前記集光部から前記照射部へ向かう方向の長さとの比が１：１０乃至５：９であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集光機構付液晶表示装置。
【請求項１０】
前記導光部の長さと、前記液晶表示パネルの前記集光部から前記照射部へ向かう方向の長さとの比が２：９乃至４：９であることを特徴とする請求項９に記載の集光機構付液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）に関し、特に、外光を採り入れる集光機構を備え、バックライトの消費電力を低減した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤは、透明な基板上に透明な電極を形成した電極基板間に液晶を封入して構成される液晶表示パネルを有する。液晶は電気光学的に異方性を有しており、電極間に所望の電圧を印加して液晶に電界を形成することにより、電界強度に従った光学特性を示す。液晶表示パネルは、この性質を利用し、画素毎に異なる電圧を印加することにより、所望の輝度を呈した画素の集合体として、画像を表示する。液晶表示パネルは、電圧制御により表示画像が作成され、小型、薄型、低消費電力などの利点があり、ＬＣＤは、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が進んでいる。液晶表示パネルは自ら発光することはできず、背面からバックライトによって光を照射して、表示画面を可視化するが、このバックライトは液晶表示パネルに比較して多くの消費電力を必要とする。そこで、ＬＣＤを携帯用として用いる場合には、バックライトによる消費電力を低減するために、屋外で使用する際には豊富な外光を利用して表示画面を可視化することで消費電力を低減したものが開発されている。
【０００３】
図４は、このようなＬＣＤの側断面図である。液晶表示パネル１０の背面に、照射部２０、光源５０、集光レンズ６０よりなるバックライトを有している。液晶表示パネル１０は、上面に表示画面を有し、その両端をＡ、Ｂで示す。照射部２０は、アクリル樹脂などよりなり、液晶表示パネル１０との間に拡散板３０が、背面に反射板４０が形成されている。拡散板３０及び反射板４０は、各々照射部２０の全面及び背面に一体的に拡散加工もしくは乱反射加工を施したものでもよい。光源５０は背後に反射板５１を配した蛍光ランプである。集光レンズ６０は照射部２０と別体のレンズ或いは照射部２０と一体でレンズ加工されたものである。筐体７０は以上の構成を内部に保持し、液晶表示パネル１０の表示画面が露出され、集光レンズが外部へ覗くように採光用の窓７１が設けられている。光源５０から発せられた光もしくは集光レンズ６０より採り入れられた光は照射部２０に伝えられ、その背面にある反射板４０にて反射され、前面にある拡散板３０にて拡散される。拡散板３０にて拡散された光は、一部が液晶表示パネル１０に照射され、残りは再び照射部２０へ戻され、反射板４０にて再度反射される。このように光源５０或いは集光レンズ６０より照射部２０へ導入された光は、拡散板３０と反射板４０の間を往復しながら平行方向に進んでいく。この構成では、晴れの屋外のような外光が豊富な環境で、光源５０を消灯して、集光レンズ６０からの採光のみによって表示を行い、外光が不十分な環境では、光源５０を点灯する事で表示を行うことができる。従って、外光が十分であれば消費電力の大きな光源５０を消灯でき、ＬＣＤの総消費電力が低減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すＬＣＤにおいて、集光レンズ６０のみを用いて表示を行った場合、その表示画面における位置と輝度との関係は図５に示すようになる。図５において、横軸は液晶表示パネル表示画面内の図４の横方向の位置、縦軸は表示画面の輝度である。横軸のＡ及びＢで示した位置は、図４に示した表示画面の両端部である。集光レンズから採り入れられた光は、Ａ点から図面左方向へ伝播していくが、Ａ点からの距離で、いくつかの輝度のピークがある。ピーク値はＡ点にもっとも近いピークでもっとも大きく、Ａ点から離れるに従って、徐々に小さくなっていく。ピーク間の距離は、例えば表示画面の図４の横方向の長さが４５ｍｍの２インチ型のＬＣＤの場合、およそ１５ｍｍ程度であり、長さが１９０ｍｍの１５インチ型のＬＣＤの場合、およそ６０ｍｍであった。
【０００５】
このような輝度の変化は、表示画面において明るさの縞となって視認され、輝度のばらつき及び輝度の勾配が大きいと、表示品質が悪くなる。
【０００６】
本発明は、このような輝度のばらつきを抑え、表示品質の高いＬＣＤを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、バックライトの集光部と照射部の間に導光部を設けた集光機構付液晶表示装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態にかかるＬＣＤの側断面図である。液晶表示パネル１０、照射部２０、導光部２１、拡散板３０、反射板４０，４１，４２、光源５０、集光レンズ６０、及び、これらを収納保持する筐体７０を有する。液晶表示パネル１０は、透明電極間に液晶が封入されている公知の液晶表示装置であり、任意の方式のＬＣＤを用いることができる。液晶表示パネルの表示画面は図１では上方に向いており、その両端をＡ、Ｂで示す。照射部２０は、例えばアクリル樹脂や、ポリカーボネイトもしくはガラスのような透明度の高い材料からなり、液晶表示パネル１０の下面を、拡散板３０を介して覆っている。照射部２０は、液晶表示パネル１０の直下に位置し、その外側には５ｍｍ以上延在しない。反射板４０は、照射部２０直下に形成されている。反射板４０には、ここで反射した光が均一に液晶表示パネル１０に照射されるよう、図示しない微少な凹凸が形成されている。この微少な凹凸は、その大きさや疎密を場所によって変化させることによって、反射率や反射角度を調節してある。即ち、輝度の低い場所は反射率を高く、輝度の高い場所は反射率を低く、もしくは輝度の低い場所に反射するように反射角度を調節してある。導光部２１は、照射部２０の側面に一体もしくは別体に形成され、集光レンズ６０は導光部２１の、照射部２０と反対側の側面に一体もしくは別体に形成されている。集光レンズ６０は、光を集めるレンズ形状の断面を有し、紙面に対して垂直方向に延在している。集光量を多くするために、その直径が図示したように照射部２０の厚みよりも長くされている。導光部２１の照射部２０と集光レンズ６０に面しない全ての面には、反射板４１，４２が形成されている。導光部２１に形成されている反射板４１，４２は、照射部２０の反射板４０とは異なり、前述した微少な凹凸は形成されていない。照射部２０の導光部２１と反対側の側面には光源５０がある。光源５０は、夜間や屋内など、外光の光量が不十分の時に点灯される。光源５０の照射部２０に面しない周囲には反射板５１が形成されており、表示効率を向上させている。筐体７０は上述した構造を収納しており、液晶表示パネル１０の表示画面及び集光レンズ６０が露出されている。
【０００９】
また、液晶表示パネル１０としては、ポリシリコンなどの多結晶半導体を用いた薄膜トランジスタを用いることにより、表示画素部分とその周辺の駆動回路を同意月番状に一体的に作り込んだ、ドライバー内蔵型野茂のを採用することが望ましい。これにより、ドライバーＩＣの外付けが不要となるので、表示画面の周囲の額縁部が縮小され、いっそうの小型化、軽量化が達成されるので、携帯に最適なＬＣＤが得られる。
【００１０】
集光レンズ６０より入射した外光は、導光部２１を通り、照射部２０に入射し、照射部２０下の反射板によって図面上方に反射され、液晶表示パネル１０を背面に照射される。導光部２１の表面は全て反射板とされているので、導光部２１に導入された光は、周囲に拡散して減衰することなく、照射部２０へ導出される。照射部２０では反射板４０によって図面上方に反射され、拡散板３０にて拡散され、入射光は液晶表示パネル１０へ照射されることで減衰しながら、反対側の側辺に向かって進み、この間、平面光が液晶表示パネル１０全面にわたってほぼ均一に照射され、これによって画面表示を視認できる。
【００１１】
本発明のＬＣＤの表示画面における位置と輝度との関係は図２に示すようになる。図２に於いて、横軸は液晶表示パネル表示画面内の図１横方向の位置、縦軸は表示画面の輝度である。横軸のＡで示した位置は集光レンズに近接する表示画面の端部である。集光レンズから採り入れられた光は、Ａ点から図面左方向へ伝播していくが、Ａ点からの距離で、いくつかの輝度のピークがある。従来の図５と比べて、これらのピークのばらつきは小さく、かつ輝度は、全体に高くなっている。これは、集光レンズ６０にてあらゆる方角から採り入れられた外光が、導光部２１内で反射板４１，４２間で反射されながら進む間に、複数回の反射を繰り返して照射部２０に導入されるので、表示画面の集光レンズ６０側の端部辺位置Ａにおいて、輝度が著しく高くなることがなく、その分、入射光が分散し、平均化されるためである。従来の図５に示す輝度と本発明の図２に示す輝度の差、即ち本願の効果は、表示画面の大きさ、導光部２１及び照射部２０の厚さ、導光部２１の長さなどによって異なる。実験によると、例えば図１で表示画面の横方向の長さが約４５ｍｍ、紙面に垂直な方向の長さが約５０ｍｍの、いわゆる２インチ型のＬＣＤで、照射部２０と導光部２１の厚さが約５ｍｍの場合、導光部２１の長さが５ｍｍ程度から効果が現れはじめ、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度で大きな効果がある。最適には、１５ｍｍであるとき最も効果があった。この最適な導光部２１の長さは、表示画面の紙面に垂直な方向の長さには依存せず、図面横方向の長さに依存する。導光部２１の内部では、光が材質によって吸収されるため、長さが２５ｍｍを越えると、全体の輝度が落ち始める。従って、導光部２１の長さｌと液晶表示パネル１０の長さＬとの比ｌ：Ｌは、１：１０〜５：９、さらには、２：９〜４：９、最適には、１：３であればよい。ただし、表示画面が大型のＬＣＤの場合は、この最適比では導光部２１の長さが長すぎる場合があるので、効果を有する範囲で任意に設定するとよい。
【００１２】
図３は本発明の第２の実施形態にかかるＬＣＤの側断面図である。本実施形態では、導光部２２の、その一方の面、例えば液晶表示パネル１０側の面が、液晶表示パネル１０から離れる方向に向かって広がるように傾斜している。これによって、集光レンズ６０を第１の実施形態のものよりも大型化できるので、採光量が多くなる。導光部２２の集光レンズ６０に面していない全ての面には反射板４３、４４が設けられている。この構成で、集光レンズ６０より採り入れられた光は、導光部２２に導入されて反射板  ４３，４４間で反射されながら進む。導光部２２の角度は本形態のLCDを組み込む機器の都合で任意に決定できる。
【００１３】
また、集光部は、図６に示すようにレンズ形状でなくともよい。この場合、集光部６１には、角度θをつけるようにする。これにより、図面水平方向に入射する光は集光部６１表面で屈折して入射するので、水平な光も導光部２２で反射するようになる。すると、水平に入射した光が、そのまま光源５０側の照射部２０端部に反射して、装置外に放出されることがない。また、前述のように、反射板４０の反射率や反射角度は、輝度が均一になるように調節されているので、入射光が反射板４０の光源５０側の領域に直接入射するよりも、導光部２１の近くに入射する方が画面の輝度は平均化される。角度θが付いていることで、平行光は反射板４１，４２に反射するので、反射板４０の導光部２１の近くに入射させることができる。従って、表示画面における輝度の分布をより最適にすることができる。角度θの大きさは、４３°が望ましいが、それ以下の角度でもよい。集光部がレンズ形状であれば、どの角度から入射する光も入射位置によって異なる方向に屈折するので、これを考慮する必要はない。
【００１４】
導光部２１の厚さを薄く形成すると導光部２１の長さをより短くすることができる。導光部の長さ及び集光部表面の角度θは、図６に示すように、集光部の中心に入射した水平な光が、集光部表面で屈折し、少なくとも１回は導光部２１の反射板で反射する角度であればよい。
【００１５】
また、集光部６１の側面と筐体７０との間を密着させると、内部の光が漏れ出ることを防止できると共に、筐体７０をより小型化できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、バックライトの、外光を採り入れる集光部と、液晶表示パネルに光を照射する照射部との間に導光部を有し、前記照射部は前記液晶パネルに隣接し、前記集光部は前記液晶パネルから離間されていることにより、表示画面の輝度のばらつきを抑えることができる。
【００１７】
また、導光部には、集光部及び照射部と隣接していない側面に、反射板が設けられているので、集光した光が導光部側面から漏れることがなく、より輝度を高くできる。
【００１８】
また、導光部は、前記集光部もしくは／及び前記照射部と一体で形成されているので、接続面での光の乱反射がなく、より輝度を高くできる。
【００１９】
また、集光部の表面は外側に凸な曲面となっており、レンズの働きをするので、より集光効率を向上することができ、より輝度を高くできる。
【００２０】
また、集光部は表面が実質平面であるので、集光部が筐体から外にでないので、装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態の表示画面の輝度を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の側断面図である。
【図４】従来の集光機構付液晶表示装置の側断面図である。
【図５】従来の表示画面の輝度を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の別の側断面図である。
【符号の説明】
１０  液晶表示パネル、２０  照射部、３０  拡散板、４０  反射板、５０  光源、６０  集光部  ７０  筐体
【図１】
0003545237.tif 000002
【図２】
0003545237.tif 000003
【図３】
0003545237.tif 000004
【図４】
0003545237.tif 000005
【図５】
0003545237.tif 000006
【図６】
0003545237.tif 000007