JP4198372B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子を背面から照明する光源を持つ液晶表示装置に係り、特に液晶表示素子を照明する光源と液晶表示素子間に設置する拡散板を制御して液晶表示素子に対して均一な色度の照明光を照射可能とした液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置では、液晶表示素子（以下、液晶パネルとも称する）に形成した電子潜像を明瞭な可視画像として観察するために当該液晶パネルを照明する光源を備えているものがある。この種の光源は、所謂バックライトと呼ばれる液晶表示素子を背面から照明する光源であり、以下の説明では、これをバックライトとも称する。
【０００３】
このバックライトには、アクリル樹脂等で成形した透明板からなる導光板の側面に線状のランプ（蛍光ランプ、多くは冷陰極蛍光ランプが使用される）を配置したサイドエッジ型と、液晶パネルの主面背面に対向して１または複数の線状ランプを配置した所謂直下型とが知られている。
【０００４】
薄型化が要求されるノート型コンピユータでは、サイドエッジ型が広く採用されており、またディスプレイモニター用液晶表示装置でも奥行きを短縮するためにはサイドエッジ型を用いたものが多い。
【０００５】
しかし、ディスプレイモニター等の大型の液晶表示装置では、高コントラストで明るいカラー表示画像を得るため、また長期にわたる使用でも輝度が低下しないことが必須の要求事項となっているため、複数の線状ランプを液晶パネルの主面直下に並設した形式の俗に直下型と称する液晶表示装置が製品化されている。ここでは、このようなバックライトを直下型のバックライトと称して説明する。
【０００６】
図７は直下型のバックライトを備えた液晶表示装置の構成例を模式的に説明する断面図である。図中、参照符号ＰＮＬは電子的に画像を生成する液晶表示素子（液晶パネル）であり、ガラス板を好適とする一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の間に液晶層ＬＣを挟持し、当該ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の一方または両方に形成した画素選択用の電極あるいはスイッチング素子に選択的に電圧を印加することによって画像を生成する。ここでは、基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２がガラス板で構成されているものとし、基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２をガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２として説明する。
【０００７】
なお、ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２のそれぞれの外面には偏光板ＰＬ１、ＰＬ２が積層されており、バックライトＢＬからの照明光の偏光を制御して液晶層ＬＣを通過する光を上側の偏光板（ＰＬ２）から出射させ、あるいは遮断させるようにしている。
【０００８】
バックライトＢＬは複数の冷陰極蛍光ランプＣＦＬと反射板ＲＥＦ、冷陰極蛍光ランプＣＦＬから出射する照明光の分布を制御する拡散板ＳＣＴおよび当該照明光の方向を制御する少なくとも１つの拡散シートＳＣと少なくとも１つのプリズムシートＰＲＳの積層体で構成される光学シートＯＰＳで構成され、液晶表示素子ＰＮＬの背面に設置される。
【０００９】
図８は図７に示す液晶表示装置の具体例を模式的に説明する要部拡大断面図である。直下型のバックライトＢＬでは、光源である複数の冷陰極蛍光ランプＣＦＬの上方に近接してアクリル樹脂板やポリカーボネート樹脂板等からなる平板状の拡散板ＳＣＴが設置されている。又、この拡散板ＳＣＴの前記冷陰極蛍光ランプＣＦＬに対向する面の光入射面ＳＣＴ１の略全面には、輝度むらを補正するための反射遮光パターンＲＣＰが印刷等で形成されている。この反射遮光パターンＲＣＰは、前記冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上を含む略全面に設けられ拡散板ＳＣＴが平坦の時に液晶表示素子ＰＮＬを照明する照明光が最適輝度分布となるように調整されている。
【００１０】
バックライトＢＬを構成する冷陰極蛍光ランプＣＦＬはアルミニウム板あるいは鉄板からなる金属製の下フレームＦＬＭ−Ｄの内部に配置した山形の反射板ＲＥＦの谷部に沿って取り付けられている。この冷陰極蛍光ランプＣＦＬの上方に配置した拡散板ＳＣＴの上面（液晶表示素子側）の光出射面ＳＣＴ２側には二枚の拡散シートＳＣ−Ｄ、ＳＣ−Ｕで挟んだプリズムシートＰＲＳからなる光学シートＯＰＳが積み重ねられている。プリズムシートＰＲＳは１枚の場合、またはプリズムの溝方向を交差させた他のプリズムシートを重ねて用いる場合がある。なお、拡散シートやプリズムシートの積層体の構造は上記の例に限らず、１枚の拡散シートのみ、１枚の拡散シートと２枚のプリズムシートを積層した組み合わせ、１枚の拡散シートと１枚のプリズムシートを積層した組み合わせ、その他の組み合わせが既知である。
【００１１】
この様な構成から成るバックライトＢＬのその上に更に液晶表示素子ＰＮＬが配置され、これらを上フレームＦＬＭ−Ｕを下フレームＦＬＭ−Ｄに係合させて一体化して液晶表示装置を構成している。
【００１２】
更に、前述した図７及び図８に示すものとは異なる形式のサイドエッジ型の液晶表示装置に関する従来技術として、例えば次の様な発明が公開されている。すなわち、雲母表面を二酸化チタンで被覆し、更にその上をチタン系複合酸化物で被覆した構成の有色真珠光沢顔料を拡散板の光出射面表面に塗布し、光の拡散性能と透過性能を向上させる発明が特開平１０−３９１１６号公報に開示されている。又、特開２０００−１８０６３４号公報には、透明導光板の出光面に二酸化チタン被覆透明球状粉末の光拡散層を設けて光の利用効率を改善する発明が開示されている。
【００１３】
更に、特開２００１−１７４６０９号公報には、金属酸化物からなる光拡散剤が分散された印刷インクを光学シ−ト表面の端部に塗り、サイドエッジ型光源に因る輝線を抑える発明が開示されている。更に又、特開平７−４２４７５号公報には、二酸化チタン膜からなる誘電体干渉膜を導光板とパネルとの間に設ける発明が開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した図７、図８に示す様な構成からなる液晶表示装置では、前述の様に高コントラストで明るい表示画像が得られ、しかも長期にわたる使用でも輝度低下が少ないと云う特徴を備えている。しかしながら、この構成では表示画面の輝度むら発生の問題がある。これを図８に示す図面を用いて説明する。
【００１５】
先ず、前述した図８に示す様な構成からなる液晶表示装置では、図８に一例の詳細を示すように複数本の冷陰極蛍光ランプＣＦＬは所定のピッチｐで並設等配され、又上側に配置される拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１との間隔ｓ１はランプ全長で略一定に設定されている。又、ｔ１は平板状の拡散板ＳＣＴの肉厚、Ｌ１は拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上の点Ｐ１への光線、Ｌ２は拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の冷陰極蛍光ランプＣＦＬの隣接したランプ相互の略中間の位置Ｐ２への光線、Ｌ１１は冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上の点Ｐ１に対応する液晶表示素子ＰＮＬからのの発光、Ｌ２１は冷陰極蛍光ランプＣＦＬの隣接したランプ相互の略中間の位置Ｐ２に対応する液晶表示素子ＰＮＬからの発光をそれぞれ示している。
【００１６】
この様な直下型バックライトを備えた構成の液晶表示装置を駆動した際、Ｌ１１とＬ２１との発光に色度差が発生し、この色度差がそのまま表示画面上に輝度むらとして現われ、結果的に液晶表示装置の表示画面の精細度が低下し、更にカラ−表示では色純度の低下も避けられないと云う問題があり、これが解決すべき課題の一つとなっている。
【００１７】
その解決策として、前述した反射遮光パターンＲＣＰの印刷インクの特性、印刷パタ−ンのピッチ、インク濃度等を変える等の手段が用いられている。しかしながら、この様な手段のみでは上記Ｌ１１とＬ２１との色度差の補正は不十分である。特に、静止画像を目視するモニタ−等では一層顕著であり、色度差に伴う輝度むら発生の防止対策が求められている。この様なことが直下型バックライトを有する技術分野における解決すべき課題となっていた。
【００１８】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、直下型の光源（バックライト）と液晶表示素子の間に設置する拡散板を制御して液晶表示素子に対して色度差の無い均一な輝度分布の照明光を長期間にわたって照射可能とした液晶表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者等は種々の実験、研究を行い次の様な知見を得た。すなわち、
（ａ）、拡散板の光入射面ＳＣＴ１の表面に凹凸が存在する構成で、かつ反射遮光パターンＲＣＰの無い拡散板では、Ｌ１１とＬ２１との発光に色度差は無い。
【００２０】
（ｂ）、拡散板の光入射面ＳＣＴ１の表面が平滑な構成で、かつ反射遮光パターンＲＣＰの無い拡散板では、Ｌ１１とＬ２１との発光に色度差が発生する。
【００２１】
（ｃ）、拡散板の光入射面ＳＣＴ１の表面に凹凸が存在する構成で、かつ反射遮光パターンＲＣＰが印刷された拡散板では、Ｌ１１とＬ２１との発光に色度差が発生する。
【００２２】
（ｄ）、拡散板の光入射面ＳＣＴ１の表面が平滑な構成で、かつ反射遮光パターンＲＣＰが印刷された拡散板では、Ｌ１１とＬ２１との発光に色度差が発生する。
【００２３】
（ｅ）、（ｂ）と（ｄ）では、色度が逆転する。
このような知見に基づいて、本発明者等は、拡散板の光入射面ＳＣＴ１の表面形状と、反射遮光パターンＲＣＰの存在有無とが色度差発生の要因であることを突き止め、拡散板を制御して液晶表示素子に対して色度差の無い均一な輝度分布の照明光を照射可能とした。以下、本発明の代表的な構成を列挙する。
【００２４】
（１）、液晶表示素子と、この液晶表示素子の背面側に配置された拡散板と、この拡散板と前記液晶表示素子間に配置された光学シートと、前記拡散板を挟んで前記光学シートと反対側に配置された線状光源とを具備する液晶表示装置であって、
前記拡散板は、前記線状光源と対向する面の光入射面が平滑で、かつその面に光散乱性を持つ反射遮光パターンを有することを特徴とする。
【００２５】
（２）、（１）において、前記光散乱性を持つ反射遮光パターンは、膜表面が凹凸形状を有することを特徴とする。
【００２６】
（３）、（１）または（２）において、前記光散乱性を持つ反射遮光パターンは、光散乱粒子を有することを特徴とする。
【００２７】
（４）、（３）において、前記光散乱粒子は、粒子径が０．１〜０．４μｍであることを特徴とする。
【００２８】
（５）、（３）または（４）において、前記光散乱粒子は酸化チタンであることを特徴とする。
【００２９】
なお、本発明は上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明による液晶表示装置の一実施例を模式的に説明する断面図、図２は図１に示す本発明による液晶表示装置の実施例の要部拡大断面図である。図１と図２において、前述の図７、図８と同じ部分には同一記号を付してある。本実施例では図１に示したように、直下型バックライトＢＬを液晶表示素子ＰＮＬの背面側に配置してある。この直下型バックライトＢＬは光源である複数の冷陰極蛍光ランプＣＦＬの上方に近接して後述する構成からなる拡散板ＳＣＴが設置され、更にこの拡散板ＳＣＴの前方には光学シートＯＰＳが配置されている。
【００３２】
この拡散板ＳＣＴは図１の要部を拡大して摸式的に示す図２にその一例の詳細を示す様に、アクリル樹脂板（ポリカーボネート樹脂でも可）で成形された比較的厚みのある（例えば、２ｍｍ程度）もので液晶表示素子ＰＮＬと同様に矩形板で、かつその冷陰極蛍光ランプＣＦＬと対向する面の光入射面ＳＣＴ１の表面形状を平滑とすると共に光散乱性を持つ膜からなる反射遮光パターンＲＣＰ１を有している。一方、光出射面ＳＣＴ２は平面を呈している。
【００３３】
この反射遮光パターンＲＣＰ１は、前記冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上を含む略全面に設けられ、そのパタ−ンサイズ及びパタ−ンピッチ等はこの拡散板ＳＣＴが平坦の時に液晶表示素子ＰＮＬを照明する照明光が最適輝度分布となるように調整されていると共に、膜自体が光散乱性を有している。
【００３４】
光散乱性を持つ反射遮光パターンＲＣＰ１は、図２の要部の詳細を拡大して摸式的に示す図３及び図４の例によりその構成を説明する。先ず、図３は図２の要部を拡大して摸式的に示す断面図で、前述した各図と同じ部分には同一記号を付してある。図３において、拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の表面形状は平滑で、この面に光散乱性を持つ反射遮光パターンＲＣＰ１１を形成してある。この反射遮光パターンＲＣＰ１１は、従来と同様な組成のインクを用い、そのパタ−ンサイズ及びパタ−ンピッチ等は前述した様にこの拡散板ＳＣＴが平坦の時に液晶表示素子ＰＮＬを照明する照明光が最適輝度分布となるように調整されていると共に、膜の表面が凹凸形状を呈している。
【００３５】
この凹凸形状は、冷陰極蛍光ランプＣＦＬの配列ピッチｐ、このランプと拡散板ＳＣＴとの間隔ｓ１、反射遮光パターンＲＣＰの膜厚等を基に設定すれば良いが、４００ｎｍ程度以上が好ましい。この構成であれば、冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上の点Ｐ１への光線Ｌ１は直進して反射遮光パターンＲＣＰ１１を通過した後、拡散板ＳＣＴの平滑な表面から拡散板ＳＣＴ内に入り、これを通過してＬ１２として発光する。
【００３６】
一方、中間点Ｐ２へ向かう光線Ｌ２は、反射遮光パターンＲＣＰ１１に傾斜して射突する。従って、当然の事ながら光線Ｌ２は前記光線Ｌ１とは光路長に差を有している。衝突した光線Ｌ２は、矢印で示す様にこの位置で散乱して飛散消滅するものと、この反射遮光パターンＲＣＰ１１内に進みここで消滅するものと、この膜を通過し更に拡散板ＳＣＴを通過してＬ２２として発光するもの等種々の光路に分けられが、Ｌ２２の発光はＬ１２の発光に近い色度となる。このＬ２２とＬ１２との発光の色度差は、従来に比べ改善され、静止画面で実用上略同一色と判別可能であった。
【００３７】
ここで、拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の平滑な表面形状は、アクリル樹脂板の様な原材料板を加熱整形する方法等公知の手段で製作出来、所望の形状を容易に得る事が可能である。
【００３８】
図４は本発明による液晶表示装置の他の実施例の図３に対応する要部を拡大して摸式的に示す断面図であり、前述した各図と同じ部分には同一記号を付してある。図４において、拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の表面形状は平滑で、この面に光散乱性を持つ反射遮光パターンＲＣＰ１２を形成してある。この反射遮光パターンＲＣＰ１２は、その膜中に酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）粒子のような光散乱粒子Ｓを含有している。又、パターンサイズ及びパターンピッチ等は前述した様にこの拡散板ＳＣＴが平坦の時に液晶表示素子ＰＮＬを照明する照明光が最適輝度分布となるように調整されている。
【００３９】
ここで、前記光散乱粒子Ｓとしては、光を反射、散乱する特性を持ち、かつ反射遮光パターンＲＣＰ本来の目的である光透過量制御機能を備えたものであれば良く、前記酸化チタン以外に例えば銀、樹脂ビーズ等が用いられる。又粒子径としては色度変化が得られる０．１μｍ〜０．４μｍ程度のものが望ましく、更には０．２μｍ〜０．３μｍのものであれば一層好ましい。
【００４０】
この実施例の様な構成とすることによって、成膜用インク中に光散乱粒子Ｓを混入するだけで所望の反射遮光パターンＲＣＰを得る事が可能で、しかも光散乱粒子Ｓで入射光の散乱、反射を発生させ、拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の平滑な表面形状と相俟って出射光の色度を変更させて冷陰極蛍光ランプＣＦＬの略直上の発光Ｌ１２と隣接する冷陰極蛍光ランプＣＦＬ相互の中間の略直上の発光Ｌ２２との色度差を解消することができる。
【００４１】
従って、液晶表示素子への照射光の色度を拡散板ＳＣＴの略全面で均一とすることが可能となり、結果的に液晶表示装置の表示画面の色度差を無くして輝度むらを解消出来、精細度が高く、更にカラ−表示では色純度の低下も無い優れた表示を可能に出来る特徴を有する。
【００４２】
次に、図４に示す構成の具体仕様例を説明する。先ず、光散乱粒子Ｓとして平均粒径が０．２５μｍの酸化チタン粒子を用い、この光散乱粒子Ｓと、ポリエステル系オリゴマ−及びアクリレ−トモノマ−を７：２：１の割合で混合し、この混合液を用いて拡散板ＳＣＴの光入射面ＳＣＴ１の平滑な表面の全面に膜厚１５μｍの反射遮光パターンＲＣＰを形成した。
【００４３】
この様な仕様の反射遮光パターンＲＣＰをもつ拡散板ＳＣＴを、冷陰極蛍光ランプＣＦＬとして直径２．６ｍｍ、前述した間隔ｓ１：８ｍｍ、ｐ：３０ｍｍの直下型バックライトＢＬに組込み、動作させて発光Ｌ１２及びＬ２２の色度を測定した。その結果、発光Ｌ１２とＬ２２の色度差は検出されず、しかもこれを図１に示す液晶表示装置に実装して動画及び静止画像で夫れ夫れ測定した結果、何れの画像でも色度差に伴う輝度むらの発生は見られなかった。
【００４４】
図５は本発明による液晶表示装置の他の実施例のバックライト部分の構成を説明する展開斜視図である。図５において、一般に金属材からなる下フレームＦＬＭ−Ｄの上面に複数の冷陰極蛍光ランプＣＦＬを、その長手方向が平行になるように配列し、この上に上フレームＦＬＭ−Ｕを被せて両者を爪ＮＬで合体し、両側（左右）に樹脂材のモールドＭＬＤ−Ｌ（左モールド）、ＭＬＤ−Ｒ（右モールド）で上フレームＦＬＭ−Ｕと下フレームＦＬＭ−Ｄを挟持して一体化している。下フレームＦＬＭ−ＤのＣＦＬ側には反射板ＲＥＦを有している。
【００４５】
そして、上フレームＦＬＭ−Ｕの上には冷陰極蛍光ランプＣＦＬの反対側に透明シートＴＰＳを貼り合わせた拡散板ＳＣＴ、２枚の拡散シートＳＣ−ＤとＳＣ−Ｕの間にプリズムシートＰＲＳを積層した光学シートＯＰＳが設置されている。このバックライトの上方に液晶パネル（図示せず）が載置され、ＣＦＬを駆動する電源、その他の必要回路、構造部材が実装される。
【００４６】
この実施例のように、拡散板ＳＣＴの光出射面ＳＣＴ２に透明シートＴＰＳを貼り合わせたことにより、拡散板ＳＣＴの「そり」を軽減できる。更に、光入射面ＳＣＴ１の平滑な表面形状と光散乱性を持つ反射遮光パターンを有する効果とが相俟って液晶表示装置の表示画面の色度差による輝度むらを解消出来る。
【００４７】
更に、拡散板ＳＣＴのそりを軽減出来ることから長時間にわたる使用でも液晶表示素子の照明光の輝度分布を均一に保持して高画質の表示を実現することができる。
【００４８】
図６は本発明による液晶表示装置を実装したディスプレイモニターの一例を示す外観図である。このディスプレイモニターの画面すなわち表示部に実装する液晶表示装置を構成するバックライトは前記した本発明の実施例の構成を有しており、冷陰極蛍光ランプの点灯による拡散板からの照射光の色度がその全面で略同一となって液晶表示素子を照射するため、画面上に色度差に伴う輝度むらの発生も無く高画質の表示を実現することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所謂直下型の光源（バックライト）と液晶表示素子の間に設置する拡散板の光入射面を平滑な表面形状とすると共に、その表面に光散乱性を持つ反射遮光パターンを有する構成としたことにより、この拡散板の光出射面から出射する照明光を拡散板の全面で均一な色度にすると共に、拡散板のそりや垂下を抑制して液晶表示素子に対して均一な色度の照明光を長期間にわたって照射可能とした液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す本発明による液晶表示装置の実施例の要部拡大断面図である。
【図３】図２に示す本発明による液晶表示装置の実施例の要部拡大断面図である。
【図４】本発明による液晶表示装置の他の実施例の要部拡大断面図である。
【図５】本発明による液晶表示装置の更に他の実施例を模式的に説明する要部斜視図である。
【図６】本発明による液晶表示装置を実装したディスプレイモニターの一例を示す外観図である。
【図７】直下型のバックライトを備えた液晶表示装置の構成例を模式的に説明する断面図である。
【図８】図７に示す液晶表示装置の具体例を模式的に説明する要部拡大断面図である。
【符号の説明】
ＳＣＴ 拡散板
ＳＣＴ１ 拡散板の光入射面
ＳＣＴ２ 拡散板の光出射面
ＲＣＰ 反射遮光パターン
ＣＦＬ 冷陰極蛍光ランプ（光源）
Ｌ１、Ｌ２ 光線
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２ 発光
ＦＬＭ−Ｄ 下フレーム
ＲＥＦ 反射板
ＳＣ 拡散シート
ＰＲＳ プリズムシート
ＯＰＳ 光学シート
ＦＬＭ−Ｕ 上フレーム
Ｐ１ 拡散板の冷陰極蛍光ランプ直上点
Ｐ２ 拡散板の冷陰極蛍光ランプ相互の中間直上点。

Claims (3)

1. 液晶表示素子と、この液晶表示素子の背面側に配置された拡散板と、この拡散板と前記液晶表示素子間に配置された光学シートと、前記拡散板を挟んで前記光学シートと反対側に配置された線状光源とを具備する液晶表示装置であって、
   前記拡散板は、前記線状光源と対向する面の光入射面が平滑で、かつその面に光散乱性を持つ反射遮光パターンを有し、
   前記光散乱性を持つ反射遮光パターンは、膜表面が凹凸形状であり、光散乱粒子を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光散乱粒子は、粒子径が０．１μｍ〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光散乱粒子は、酸化チタンであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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