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WO2011074375A1 - 液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体 - Google Patents

液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体 Download PDF

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Publication number
WO2011074375A1
WO2011074375A1 PCT/JP2010/070688 JP2010070688W WO2011074375A1 WO 2011074375 A1 WO2011074375 A1 WO 2011074375A1 JP 2010070688 W JP2010070688 W JP 2010070688W WO 2011074375 A1 WO2011074375 A1 WO 2011074375A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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light
liquid crystal
crystal display
photoelectric conversion
light source
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/070688
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
千幸 神徳
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2011074375A1 publication Critical patent/WO2011074375A1/ja

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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device, a backlight unit, a translucent plate, and a light guide.
  • Patent Document 1 discloses a prior art document that discloses a liquid crystal display device that saves power by effectively using light from a backlight.
  • liquid crystal display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-212851, a plurality of photovoltaic elements are provided over substantially the entire back surface of the backlight.
  • unnecessary light that has traveled to the back side of the backlight is collected by a photovoltaic element, so that the unused light is effectively used to save power.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can improve the luminance uniformity of the lighting device, and can efficiently save power, and can provide a liquid crystal display device, a backlight unit, and a light transmitting device.
  • An object is to provide a plate and a light guide.
  • a liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel constituting a display surface, a light emitting layer disposed below the liquid crystal display panel on the side opposite to the display surface, and provided with a plurality of light sources, and a light emitting layer And a photoelectric conversion layer disposed between the liquid crystal display panel.
  • the photoelectric conversion layer includes a plurality of photoelectric conversion units each having a light receiving surface that is formed at a position above the light source and faces away from the display surface.
  • the photoelectric conversion unit is provided at a position above the light source where light with high luminance is likely to be generated, light with high luminance can be collected by the photoelectric conversion unit.
  • the brightness of light incident on the liquid crystal display panel from the light emitting layer can be made uniform, and the brightness uniformity of the lighting device can be improved.
  • the power generated by the photoelectric conversion unit it is possible to save power in the liquid crystal display device.
  • the photoelectric conversion layer includes a light amount adjusting unit that diffuses light emitted from the light emitting layer.
  • the light source has directivity in the light emitting direction, and this directivity is larger for the light component parallel to the light emitting layer than for the light component in the direction perpendicular to the light emitting layer. In this way, since light can be spread over the entire light emitting layer, the luminance of light incident on the liquid crystal display panel from the light emitting layer can be made uniform.
  • the light source is a light emitting diode. By doing so, the power consumed by the light source can be reduced.
  • the electric power generated by the photoelectric conversion unit is used as a light source.
  • the power generated by the photoelectric conversion unit can be used as a part of the power consumed by the light source, so that power saving of the liquid crystal display device can be achieved.
  • the light emitting layer includes a plurality of light guides into which light from a light source is incident. At least one photoelectric conversion unit is arranged so as to cover a boundary between adjacent light guides in a plan view. By doing so, it is possible to shield the light with high luminance emitted from the end face of the light guide and to make the luminance of the light incident on the liquid crystal display panel from the light emitting layer uniform.
  • the light emitting layer includes a plurality of light guides into which light from a light source is incident.
  • the light source is disposed along two opposite ends of the light guide, and the plurality of light sources include one or more light emitting light of different colors, and the end of each light guide in the arrangement direction of the light sources.
  • a photoelectric conversion unit having a light receiving surface facing the inside of the light guide is provided on a side surface of the unit.
  • the side end surface of the light guide can be prevented from being colored.
  • the plurality of light sources include a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode, and light from the light sources is mixed and emitted from the light emitting surface of the light guide facing the display surface.
  • the light source disposed on one end side of the two opposing end portions irradiates light toward the light source disposed on the other opposite end portion.
  • the luminance of light incident on the liquid crystal display panel from the light emitting layer can be made uniform.
  • the photoelectric conversion unit since the photoelectric conversion unit is provided at a position above the light source where light with high luminance is likely to be generated, light with high luminance can be collected by the photoelectric conversion unit. As a result, the luminance of light incident on the liquid crystal display panel from the light emitting layer can be made uniform, and the luminance uniformity of the lighting device can be improved. In addition, by using the power generated by the photoelectric conversion unit, it is possible to save power in the liquid crystal display device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a liquid crystal display device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the liquid crystal display device 1 according to Embodiment 1 of the present invention includes a liquid crystal display panel 2, a backlight unit 17, and a translucent plate 12.
  • the liquid crystal display panel 2 constitutes the display surface 18 of the liquid crystal display device 1.
  • the backlight unit 17 is disposed below the liquid crystal display panel 2 on the side opposite to the display surface 18 side.
  • the backlight unit 17 includes a light emitting layer 5 provided with a plurality of light sources 6, a photoelectric conversion layer 19 disposed above the light emitting layer 5, and the like.
  • a plurality of light sources 6 are arranged in an air layer 7 in which air is sealed in a flat substrate 4.
  • the light emitting layer 5 is composed of the light source 6 and the air layer 7.
  • a lighting device having a wide color reproduction range can be obtained.
  • the light incident on the air layer 7 from the light source 6 travels while being mixed in the air layer 7 and reaches the boundary with the photoelectric conversion layer 19.
  • a translucent plate 12 is disposed above the light emitting layer 5 in which a plurality of light sources 6 are scattered.
  • a glass substrate is used in the present embodiment.
  • the photoelectric conversion unit 3 having a light receiving surface facing away from the display surface 18 side of the liquid crystal display device 1 is formed above the position where the light source 6 is disposed.
  • the photoelectric conversion unit 3 is a thin film solar having a configuration in which a transparent conductive film 8 made of SnO 2 (tin oxide), a solar cell body 9, and a back electrode layer 10 in which a ZnO (zinc oxide) layer and an Ag layer are stacked are sequentially stacked. It is a battery.
  • the solar cell body 9 is composed of a tandem-type thin film solar cell in which a first solar cell layer made of amorphous silicon and a second solar cell layer made of microcrystalline silicon are laminated.
  • the first solar cell layer includes an a-Si: Hp layer, an a-Si: Hi layer, and an a-Si: Hn layer
  • the second solar cell layer includes a ⁇ c-Si: Hp layer and a ⁇ c-Si: Hi layer.
  • ⁇ c-Si: Hn layer but is not limited thereto.
  • the solar cell main body 9 which is a thin film solar cell was produced by decomposing gaseous silicon by plasma discharge in a plasma CVD apparatus and laminating a thin silicon film on a glass substrate.
  • a thin film solar cell is used for the solar cell main body 9 since the technique of the silicon thin film required when producing the liquid crystal display panel 2 can be developed horizontally on the photoelectric conversion unit 3, the liquid crystal display having the photoelectric conversion unit 3 is provided.
  • the apparatus 1 can be produced efficiently.
  • the photoelectric conversion unit 3 is formed at a position above each light source 6, and a space 11 is formed above the position between the light sources 6.
  • air is sealed in the space 11, but a light amount adjusting unit 28 that diffuses light emitted from the light emitting layer 5 may be provided in the space 11. Since the light amount adjustment unit 28 has the same function as the diffusion plate 13, when the light amount adjustment unit 28 is provided in the space 11, the luminance uniformity of light emitted from the backlight unit 17 is improved. be able to.
  • light emitted from the light emitting layer 5 may be scattered by dispersing diffusing particles in a transparent resin.
  • the amount of light scattering can be changed by changing the size of the diffusing particles depending on the position or changing the density of the diffusing particles depending on the position. By doing so, the amount of light incident on the liquid crystal display panel 2 can be adjusted by the light amount adjusting unit 28.
  • a diffusion plate 13 is disposed above the translucent plate 12.
  • the diffusion plate 13 diffuses the light emitted from the light source 6 inside the plate and emits light from the entire main surface of the plate.
  • the diffusion plate 13 can be formed using a transparent resin such as acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, but is not limited thereto, and a material generally used as a diffusion plate can be used.
  • a reflection portion 14 is formed for allowing light transmitted through the substrate 4 to enter the light emitting layer 5 again.
  • the reflecting portion 14 can be formed, for example, by depositing a metal such as Al on the lower surface of the substrate 4.
  • the backlight unit 17 unlike the conventional direct type backlight, there is no main component in the light emitting direction of the light source 6 in the direction perpendicular to the diffusion plate 13, in other words, no peak component of the emitted light. . In the direction parallel to the diffusion plate 13, there is a main component of the light emission direction of the light source 6.
  • the light source 6 has directivity in the light emitting direction, and the directivity of the light component parallel to the light emitting layer 5 is larger than that in the direction perpendicular to the light emitting layer 5.
  • the light directly incident on the photoelectric conversion layer 19 can be reduced, the luminance unevenness of the light incident on the liquid crystal display panel 2 from the light emitting layer 5 can be reduced, and the backlight unit. 17 can be reduced in thickness.
  • the emission direction of the light emitted from the light source 6 is indicated by an arrow. As indicated by the arrows, the light from each light source 6 is emitted along the light emitting layer 5. That is, light is emitted from the side surface of the light source 6 provided on the substrate 4, and the emission direction is substantially parallel to the extending direction of the diffusion plate 13.
  • the light emission direction from the light source 6 provided adjacent to each other is directed in the opposite direction.
  • the light emission direction from the light source 6 is parallel to the light emitting layer 5, the luminance of light in the region immediately above the light source 6 is higher than the luminance of light in other regions. It can be suppressed. Furthermore, since the light emission directions from the two adjacent light sources 6 are different from each other, the light can be spread to every corner of the light emitting layer 5. As described above, the light emitted from the light emitting layer 5 can be obtained by disposing the photoelectric conversion unit 3 directly above the light source 6 where the luminance is increased while reducing the difference in luminance between the light source 6 and other regions. Can be made uniform in brightness.
  • the main emission direction of light from the light source 6 is completely parallel to the boundary surface between the light emitting layer 5 and the photoelectric conversion layer 19, but such a configuration is not necessarily required. It is not limited to. That is, the light source 6 has directivity, and the directivity is determined between the light emitting layer 5 and the photoelectric conversion layer 19 by the light component in the direction perpendicular to the boundary surface between the light emitting layer 5 and the photoelectric conversion layer 19. It is sufficient if the light component in the direction parallel to the boundary surface is larger.
  • a light emitting diode is used as a light source. Further, in order to efficiently emit light emitted from the light emitting diode, a mold resin (not shown), a package (not shown) for holding the mold resin, and an electrode (not shown) for energizing the light emitting diode are provided. By using a light emitting diode as the light source 6, the power consumption of the backlight unit 17 can be reduced and the life of the light source 6 can be extended.
  • the electric power generated by the photoelectric conversion unit 3 was stored in a power storage device (not shown) and used for driving the light source 6. In this way, by using the electromotive force obtained by the photoelectric conversion unit 3 as the light source 6, it is possible to save power in the liquid crystal display device 1. Further, the electromotive force obtained by the photoelectric conversion unit 3 may be used for driving a device mounted on the liquid crystal display device 1.
  • the photoelectric conversion unit 3 is provided at a position above the light source 6 where uneven luminance is likely to occur, the luminance of light incident on the liquid crystal display panel 2 from the light emitting layer 5 is uniform.
  • the luminance uniformity of the backlight unit 17 can be improved. Light with high luminance can be collected and generated by the photoelectric conversion unit 3, and power saving of the liquid crystal display device 1 can be achieved.
  • Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is not repeated.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a liquid crystal display device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the light emitting layer 27 includes a plurality of light guides 15 into which light from the light source 6 is incident.
  • the photoelectric conversion unit 3 is disposed so as to cover the boundary between the adjacent light guides 15.
  • all the photoelectric conversion units 3 are formed so as to cover the boundary between the adjacent light guides 15, but at least one photoelectric conversion unit 3 is formed between the adjacent light guides 15. What is necessary is just to be formed so that a boundary may be covered.
  • the light incident on the light guide 15 from the light source 6 proceeds to the boundary with the photoelectric conversion layer 19 while repeating total reflection in the light guide 15. Each time light is totally reflected in the light guide 15, the intensity of the light decreases. Therefore, the intensity of light totally reflected a plurality of times in the light guide 15 is reduced.
  • the light guide 15 having the tile structure As in the liquid crystal display device 20 of the present embodiment, in the light guide 15 having the tile structure, a part of the light incident on the light guide 15 from the light source 6 is adjacent to the light guide 15 without being totally reflected. The boundary between the light guides 15 to be reached is reached. Since some of the light 16 is not totally reflected in the light guide 15, the light intensity is high. Therefore, the light emitted from the gap between the adjacent light guides 15 includes strong light, and when the light is incident on the liquid crystal display panel 2 as it is, the light emitted from the backlight unit Luminance uniformity is impaired.
  • the photoelectric conversion unit 3 is disposed so as to cover the boundary between the adjacent light guides 15 in plan view. For this reason, since the light with high luminance emitted from the gap between the adjacent light guides 15 is collected by the photoelectric conversion unit 3, the luminance uniformity of the light incident on the liquid crystal display panel 2 is improved. Can do.
  • the photoelectric conversion unit 3 is provided at a position above the light source 6 where uneven brightness is likely to occur, the luminance of light incident on the liquid crystal display panel 2 from the light emitting layer 27 is uniform.
  • the luminance uniformity of the backlight unit 26 can be improved. Light with high luminance can be received and generated by the photoelectric conversion unit 3, and power saving of the liquid crystal display device 20 can be achieved.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same configurations as those in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is not repeated.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the configuration of the light guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the light emitting layer 27 includes the light guide 15 into which light from the light source is incident, as in the second embodiment.
  • the light source 6 is disposed along two opposing ends of the light guide 15.
  • the plurality of light sources 6 include one or more light sources that emit light of different colors, and a light receiving surface facing the inside of the light guide 15 is provided on the side surface of the end of each light guide 15 in the arrangement direction of the light sources 6.
  • the photoelectric conversion part 24 which has is provided.
  • the photoelectric conversion unit 24 is a thin film solar having a configuration in which a transparent conductive film 21 made of SnO 2 (tin oxide), a solar cell main body 22, a back electrode layer 23 in which a ZnO (zinc oxide) layer and an Ag layer are stacked are sequentially stacked. It is a battery.
  • the solar cell main body 22 is composed of a tandem-type thin film solar cell in which a first solar cell layer made of amorphous silicon and a second solar cell layer made of microcrystalline silicon are laminated.
  • the first solar cell layer includes an a-Si: Hp layer, an a-Si: Hi layer, and an a-Si: Hn layer
  • the second solar cell layer includes a ⁇ c-Si: Hp layer and a ⁇ c-Si: Hi layer.
  • ⁇ c-Si: Hn layer but is not limited thereto.
  • the solar cell main body 22 which is a thin film solar cell was produced by decomposing gaseous silicon by plasma discharge in a plasma CVD apparatus and laminating a thin silicon film on a glass substrate.
  • a thin film solar cell is used for the solar cell main body 22
  • the technology of the silicon thin film necessary for manufacturing the liquid crystal display panel 2 can be horizontally developed in the photoelectric conversion unit 24. Therefore, the liquid crystal display having the photoelectric conversion unit 24 is provided.
  • the apparatus 1 can be produced efficiently.
  • the angle characteristics of the emission luminance of the light-emitting diode that is the light source 6 do not necessarily emit with uniform luminance at any angle, but the luminance of the light emitted in the front direction is the highest, and the angle from the front direction is Luminance decreases as it increases.
  • the light emitted diagonally to the right from each light source 6 from the left side is mixed, but since there is no light source 6 on the right side, the light emitting diode arranged on the rightmost side.
  • the amount of light of colors other than the color of is reduced.
  • the light emitted to the right side from the rightmost light emitting diode is totally reflected on the right end surface. Thereby, the light quantity of the color of the rightmost light emitting diode increases. For this reason, there is a problem in that the color of the light emitting diode arranged at the end is colored on the side end face of the light guide 15.
  • the photoelectric conversion unit 24 is provided on the side surface of the end of the light guide 15 in the arrangement direction of the light sources 6.
  • the light incident on the light guide 15 from the light source 6 is collected by the photoelectric conversion unit 24 without being totally reflected at the end side surface of the light guide 15.
  • the amount of light emitted from the light source 6 disposed at the end portion of the light guide 15 is reduced, and therefore, depending on the color of the light source 6 disposed at the end among the light sources 6 disposed side by side. Coloring can be reduced.
  • uniform white light is radiate
  • the light source 6 disposed on one end side of the two facing end portions irradiates light toward the light source 6 disposed on the other facing end portion.
  • positioned along with the two opposing edge parts of each light guide 15 can irradiate light so that the area
  • uniform light can be irradiated from the entire light emitting surface 25 of the light guide 15. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof will not be repeated.
  • 1,20 liquid crystal display device 1,20 liquid crystal display device, 2 liquid crystal display panel, 3,24 photoelectric conversion unit, 4 substrate, 5,27 light emitting layer, 6 light source, 7 air layer, 8,21 transparent conductive film, 9,22 solar cell body, 10 , 23 Back electrode layer, 11 space, 12 translucent plate, 13 diffuser plate, 14 reflector, 15 light guide, 16 light, 17, 26 backlight unit, 18 display surface, 19 photoelectric conversion layer, 25 light emitting surface, 28 Light quantity adjustment unit.

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Abstract

　表示面(１８)を構成する液晶表示パネル(２)と、液晶表示パネル(２)の表示面(１８)側とは反対側である下方に配置され、複数の光源(６)が設けられた発光層(５)と、発光層(５)と液晶表示パネル(２)との間に配置された光電変換層(１９)とを備えている。光電変換層(１９)は、光源(６)の上方の位置に形成された、表示面(１８)側とは反対側に向いた受光面を有する複数の光電変換部(３)を含む。この構成により、照明装置の輝度均一性を向上しつつ、効率的に省電力化を図ることができる。

Description

液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体
　本発明は、液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体に関する。
　近年、液晶表示装置が大型化するに従い、その消費電力の低減が求められている。バックライトからの光を有効活用して省電力化を図った液晶表示装置を開示した先行文献として(特開２００７－２１２８５１号公報)特許文献１がある。
　特開２００７－２１２８５１号公報に記載された液晶表示装置においては、バックライトの背面の略全域に複数の光発電素子が設けられている。この液晶表示装置は、バックライトの背面側に進行した無駄な光を光発電素子により回収することにより、未利用であった光を有効活用して省電力化を図っている。
　大型液晶ディスプレイにおいて薄型化を図るために、光源と液晶表示パネルとが近づけられるが、この場合、照明装置の輝度均一性を保つために遮光部が設けられていた。遮光部を設けた液晶表示装置を開示した先行文献として(国際公開ＷＯ２００８／０５０５０４号パンフレット)特許文献２がある。
　国際公開ＷＯ２００８／０５０５０４号パンフレットに記載された液晶表示装置においては、光源の直上の領域に高密度の拡散粒子を配置することにより、光源からの距離が近い領域の光の透過率を低減させて、拡散板からの出射光の輝度均一性を向上させている。
特開２００７－２１２８５１号公報 国際公開ＷＯ２００８／０５０５０４号パンフレット
　国際公開ＷＯ２００８／０５０５０４号パンフレットに記載された液晶表示装置においては、遮光部を設けることにより輝度ムラを低減しているが、この遮光部に輝度の高い光が当たることにより、光エネルギーの損失が発生している。特開２００７－２１２８５１号公報に記載された液晶表示装置においては、光源から出射された光を回収するためにバックライトの背面側の略全面に光発電素子が設けられており、バックライトと光発電素子との間において、バックライトの背面側のほぼ全領域にわたって反射シートが設けられている。その反射シートによってバックライトの光が反射されるため、光発電素子に入射する光が低減されている。よって、液晶表示装置の省電力化という点で、さらに改善の余地があった。
　本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、照明装置の輝度均一性を向上しつつ、効率的に省電力化を図ることができる、液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体を提供することを目的とする。
　本発明に基づく液晶表示装置は、表示面を構成する液晶表示パネルと、液晶表示パネルの表示面側とは反対側である下方に配置され、複数の光源が設けられた発光層と、発光層と液晶表示パネルとの間に配置された光電変換層とを備えている。光電変換層は、光源の上方の位置に形成された、表示面側とは反対側に向いた受光面を有する複数の光電変換部を含む。
　上記の液晶表示装置によれば、輝度の高い光が発生しやすい光源の上方の位置に光電変換部が設けられているため、光電変換部により輝度の高い光を回収することができる。その結果、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度を均一にして、照明装置の輝度均一性を向上させることができる。また、光電変換部が発電した電力を利用することにより、液晶表示装置の省電力化を図ることができる。
　本発明の一形態においては、光電変換層は、発光層から発光された光を拡散させる光量調節部を含む。このようにすることにより、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度をさらに均一にすることができる。
　好ましくは、光源は、その発光方向に指向性を有し、この指向性は、発光層に垂直な方向の光の成分よりも発光層に平行な光の成分の方が大きい。このようにすることにより、発光層の全体に光を行き渡らせることができるため、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度を均一にすることができる。
　本発明の一形態においては、光源が発光ダイオードである。このようにすることにより、光源が消費する電力を削減することができる。
　本発明の一形態においては、光電変換部により発電された電力を光源に利用する。このようにすることにより、光源が消費する電力の一部に光電変換部で発電した電力を利用することができるため、液晶表示装置の省電力化を図ることができる。
　本発明の一形態においては、発光層は、光源からの光が入射される複数の導光体を備えている。少なくとも１つの光電変換部が、平面的に見て、隣接する導光体同士の境界を覆うように配置されている。このようにすることにより、導光体の端面から出射する輝度の高い光を遮光して、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度を均一にすることができる。
　本発明の一形態においては、発光層は、光源からの光が入射される複数の導光体を備えている。光源は、導光体の互いに対向する２つの端部に沿って配置され、複数の光源は、異なる色の光を発光するものを１つ以上含み、光源の配列方向における各導光体の端部の側面には、導光体の内側に向いた受光面を有する光電変換部が設けられている。
　このようにすることにより、配列された光源において最も端に配置された光源から発光された光を光電変換部により回収することができるため、導光体の側端面が色付くことを防ぐことができる。
　本発明の一形態においては、複数の光源が、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードを含み、表示面に対向する導光体の発光面から、光源からの光が混色されて出射される。このようにすることにより、色再現範囲の広い照明装置を得ることができる。
　好ましくは、対向する２つの端部のうちの一方の端部側に配置された光源は、対向する他方の端部に配置された光源に向かって光を照射する。このようにすることにより、発光層の全体に光を行き渡らせることができるため、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度を均一にすることができる。
　本発明によれば、輝度の高い光が発生しやすい光源の上方の位置に光電変換部が設けら
れているため、光電変換部により輝度の高い光を回収することができる。その結果、発光層から液晶表示パネルに入射する光の輝度を均一にして、照明装置の輝度均一性を向上させることができる。また、光電変換部が発電した電力を利用することにより、液晶表示装置の省電力化を図ることができる。
本発明の実施形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る導光体の構成を模式的に示す平面図である。
　以下、本発明の実施形態１に係る、液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体について図面を参照して説明する。
　(実施形態１)
　図１は、本発明の実施形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る液晶表示装置１は、液晶表示パネル２、バックライトユニット１７および透光板１２を備えている。
　液晶表示パネル２の構成については、従来の液晶表示装置に使用される一般的な液晶表示パネルと同様であるため、その説明を省略する。液晶表示パネル２は、液晶表示装置１の表示面１８を構成している。
　液晶表示パネル２の表示面１８側とは反対側である下方に、バックライトユニット１７が配置されている。バックライトユニット１７は、複数の光源６が設けられた発光層５および発光層５の上方に配置された光電変換層１９などを備えている。
　光源６は、平板状の基板４に空気が封入された空気層７内に複数配置されている。光源６と空気層７とから、発光層５が構成されている。光源６を構成するサイド発光型のＬＥＤとして、Ｒ、Ｇ、Ｂのチップが１つのパッケージにモールドされているものを用いることによって、色再現範囲の広い照明装置を得ることが可能となる。光源６から空気層７に入射した光は、空気層７内で混色されながら進行して光電変換層１９との境界に達する。
　複数の光源６が点在して存在する発光層５の上方に透光板１２が配置されている。透光板１２として、本実施形態においてはガラス基板を用いた。透光板１２には、液晶表示装置１の表示面１８側とは反対側に向いた受光面を有する光電変換部３が、光源６が配置された位置の上方に形成されている。光電変換部３は、ＳｎＯ2（酸化錫）からなる透明導電膜８、太陽電池本体９、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層とＡｇ層とを積層した裏面電極層１０が順次積層された構成の薄膜太陽電池である。
　本実施形態においては、太陽電池本体９は、アモルファスシリコンからなる第１太陽電池層と微結晶シリコンからなる第２太陽電池層とが積層されてなるタンデム型の薄膜太陽電池から構成されている。第１太陽電池層は、ａ－Ｓｉ：Ｈｐ層、ａ－Ｓｉ：Ｈｉ層およびａ－Ｓｉ：Ｈｎ層からなり、第２太陽電池層は、μｃ－Ｓｉ：Ｈｐ層、μｃ－Ｓｉ：Ｈｉ層およびμｃ－Ｓｉ：Ｈｎ層からなるが、これに限定されるものではない。なお、薄膜太陽電池である太陽電池本体９は、プラズマＣＶＤ装置内でガス状のシリコンをプラズマ放電によって分解し、ガラス基板上に薄いシリコン膜を積層して作製した。このように、太陽電池本体９に薄膜太陽電池を用いれば、液晶表示パネル２を作製する際に必要なシリコン薄膜の技術を光電変換部３に水平展開できるため、光電変換部３を有する液晶表示装置１を効率的に生産することができる。
　光電変換層１９においては、それぞれの光源６の上方の位置に光電変換部３が形成され、光源６同士の間の位置の上方に空間１１が形成されている。本実施形態においては、空間１１には空気が封入されているが、空間１１に発光層５から発光された光を拡散させる光量調節部２８を設けてもよい。光量調節部２８は、拡散板１３と同様の機能を有しているため、空間１１に光量調節部２８を設けた場合には、バックライトユニット１７から照射される光の輝度均一性を向上することができる。
　光量調節部２８の具体的な構造としては、たとえば、透明樹脂に拡散粒子を分散させることにより、発光層５から発光された光を散乱させるようにしてもよい。拡散粒子の大きさを位置によって変える、または、拡散粒子の密度を位置によって変えることにより、光の散乱量を変化させることができる。このようにすることにより、光量調節部２８により液晶表示パネル２に入射する光の量を調節することができる。
　透光板１２の上方に、拡散板１３が配置されている。拡散板１３は、光源６から出射された光を板の内部で拡散させ、板の主面全体から面発光させるものである。拡散板１３としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの透明樹脂を用いて形成することができるが、これらに限られず、拡散板として一般的に使用される材料を用いることができる。
　基板４の下面には、基板４を透過した光を再度発光層５に入射させる反射部１４が形成されている。反射部１４としては、たとえば、基板４の下面にＡｌなどの金属を蒸着させることにより形成することができる。光源６から出射された光を反射部１４により液晶表示パネル２側に反射させることにより、輝度が均一にされた光を発光層５から面発光させることができる。
　光源６からの光の出射方向について説明する。本実施形態に係るバックライトユニット１７においては、従来の直下型のバックライトとは異なり、拡散板１３に垂直な方向に光源６の発光方向の主成分、言い換えると、出射光のピーク成分がない。拡散板１３に平行な方向に、光源６の発光方向の主成分がある。
　つまり、光源６は、その発光方向に指向性を有し、その指向性は、発光層５に垂直な方向の成分よりも発光層５に平行な光の成分の方が大きい。これにより、光電変換層１９に光源６からの光が直接入射する光を減らすことができるため、発光層５から液晶表示パネル２に入射する光の輝度ムラを低減することができ、バックライトユニット１７の薄型化を図ることができる。
　図１中に、光源６から出射された光の出射方向を矢印で示す。この矢印に示されるように、各光源６からの光は、発光層５に沿うように出射される。つまり、基板４上に設けられた光源６の側面から光が出射し、その出射方向が拡散板１３の板の延在方向に略平行になっている。
　隣接して設けられた光源６からの光の出射方向は、反対方向に向けられている。このように、本実施形態に係るバックライトユニット１７においては、複数個の光源６から出射される各光の出射方向は、少なくとも２種類存在する。
　このように、光源６からの光の出射方向が発光層５に平行な方向になっていることによって、光源６の直上の領域の光の輝度が、他の領域の光の輝度に比べて高くなることを抑制することができる。さらに、隣接する２つの光源６からの光の出射方向が互いに異なっていることにより、光を発光層５の隅々まで行き渡らせることができる。上記のように、光源６の直上と他の領域との輝度の差を少なくしつつ、輝度が高くなる光源６の直上に光電変換部３を配置することにより、発光層５から出射される光の輝度を均一にすることができる。
　なお、本実施形態においては、光源６からの光の主たる出射方向が、発光層５と光電変換層１９との境界面に完全に平行になっているものが最も好ましいが、かならずしもこのような構成に限定されない。つまり、光源６が指向性を有するものであり、その指向性が、発光層５と光電変換層１９との境界面に垂直な方向の光の成分より、発光層５と光電変換層１９との境界面に平行な方向の光の成分の方が大きくなるようなものであればよい。
　本実施形態においては、光源として発光ダイオードを用いた。また、発光ダイオードから出射された光を効率よく出射するために、図示しないモールド樹脂とモールド樹脂を保持するための図示しないパッケージと発光ダイオードを通電するための図示しない電極を設けた。光源６として、発光ダイオードを用いることにより、バックライトユニット１７の消費電力を低減することができるとともに、光源６の長寿命化を図ることができる。
　光電変換部３により発電された電力は、図示しない蓄電装置に蓄電して光源６の駆動に利用した。このように、光電変換部３により得られた起電力を光源６に利用することにより、液晶表示装置１の省電力化を図ることができる。また、光電変換部３により得られた起電力は、液晶表示装置１に搭載されるデバイスの駆動などに使用してもよい。
　上記の液晶表示装置１によれば、輝度ムラの発生しやすい光源６の上方の位置に光電変換部３が設けられているため、発光層５から液晶表示パネル２に入射する光の輝度を均一にして、バックライトユニット１７の輝度均一性を向上させることができる。光電変換部３により輝度の高い光を回収して発電することができ、液晶表示装置１の省電力化を図ることができる。
　以下、本発明の実施形態２に係る、液晶表示装置、バックライトユニット、透光板および導光体について図面を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同じ参照符号を付し、その説明を繰り返さない。
　(実施形態２)
　図２は、本発明の実施形態２に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置２０においては、発光層２７は、光源６からの光が入射される複数の導光体１５を備えている。
　導光体１５の上面と光電変換層１９の下面とは接している。平面的に見て、光電変換部３は、隣接する導光体１５の同士の境界を覆うように配置されている。本実施形態においては、すべての光電変換部３は、隣接する導光体１５同士の境界を覆うように形成されているが、少なくとも１つの光電変換部３が、隣接する導光体１５同士の境界を覆うように形成されていればよい。
　光源６から導光体１５に入射した光は、導光体１５内において全反射を繰り返しながら光電変換層１９との境界に進行する。光は、導光体１５内において全反射する度に、光の強度が減少していく。そのため、導光体１５内において複数回全反射した光の強度は低下している。
　本実施形態の液晶表示装置２０のように、タイル構造の導光体１５では、光源６から導光体１５に入射した光の一部が、導光体１５内において全反射することなく、隣接する導光体１５同士の境界に達する。その一部の光１６は、導光体１５内において全反射していないため、光の強度が強い。そのため、隣り合う導光体１５同士の間の隙間から出射された光には強度の強い光が含まれ、その光がそのまま液晶表示パネル２に入射した場合、バックライトユニットから出射される光の輝度均一性が損なわれる。
　本実施形態の液晶表示装置２０においては、平面的に見て、光電変換部３が隣接する導光体１５同士の境界を覆うように配置されている。そのため、隣接する導光体１５同士の間の隙間から出射された輝度の高い光は、光電変換部３により回収されるため、液晶表示パネル２に入射される光の輝度均一性を向上することができる。
　上記の液晶表示装置２０によれば、輝度ムラの発生しやすい光源６の上方の位置に光電変換部３が設けられているため、発光層２７から液晶表示パネル２に入射する光の輝度を均一にして、バックライトユニット２６の輝度均一性を向上させることができる。輝度の高い光を光電変換部３により受光して発電することができ、液晶表示装置２０の省電力化を図ることができる。
　以下、本発明の実施形態３に係る導光体について図面を参照して説明する。実施形態１または２と同一の構成については、同じ参照符号を付し、その説明を繰り返さない。
　(実施形態３)
　図３は、本発明の実施形態３に係る導光体の構成を模式的に示す平面図である。本実施形態に係る導光体１５は、実施形態２と同様に、発光層２７は、光源からの光が入射される導光体１５を備えている。
　図３に示すように、光源６は、導光体１５の互いに対向する２つの端部に沿って配置されている。複数の光源６は、異なる色の光を発光するものを１つ以上含み、光源６の配列方向における各導光体１５の端部の側面には、導光体１５の内側に向いた受光面を有する光電変換部２４が設けられている。
　光電変換部２４は、ＳｎＯ2（酸化錫）からなる透明導電膜２１、太陽電池本体２２、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層とＡｇ層とを積層した裏面電極層２３が順次積層された構成の薄膜太陽電池である。
　本実施形態においては、太陽電池本体２２は、アモルファスシリコンからなる第１太陽電池層と微結晶シリコンからなる第２太陽電池層とが積層されてなるタンデム型の薄膜太陽電池から構成されている。第１太陽電池層は、ａ－Ｓｉ：Ｈｐ層、ａ－Ｓｉ：Ｈｉ層およびａ－Ｓｉ：Ｈｎ層からなり、第２太陽電池層は、μｃ－Ｓｉ：Ｈｐ層、μｃ－Ｓｉ：Ｈｉ層およびμｃ－Ｓｉ：Ｈｎ層からなるが、これに限定されるものではない。なお、薄膜太陽電池である太陽電池本体２２は、プラズマＣＶＤ装置内でガス状のシリコンをプラズマ放電によって分解し、ガラス基板上に薄いシリコン膜を積層して作製した。このように、太陽電池本体２２に薄膜太陽電池を用いれば、液晶表示パネル２を作製する際に必要なシリコン薄膜の技術を光電変換部２４に水平展開できるため、光電変換部２４を有する液晶表示装置１を効率的に生産することができる。
　以下、光電変換部２４を上記のように設ける理由について説明する。光源６である発光ダイオードの出射輝度の角度特性は、どの角度においても均一な輝度で出射しているわけでなく、正面方向に出射している光の輝度が最も高く、正面方向からの角度が増大するにしたがって輝度が低下していく。
　たとえば、図３に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の発光ダイオードを用いた場合、Ｒの発光ダイオードの正面で充分に混色された白色光を得るためには、Ｒの右隣のＧ、Ｂのの各光源、また、Ｒの左隣のＧ、Ｂの各光源から斜め方向に出射された光がＲの正面の発光部まで導光され、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が均等に混色されることが必要となる。
　しかし、たとえば導光体１５の右側端面においては、左側からの各光源６から斜め右方向に出射された光は混色されるが、右側に光源６が無いため、最も右側に配置された発光ダイオードの色以外の色の光量が少なくなる。さらに、最右端の発光ダイオードから右側に出射された光は、右端面で全反射する。これにより、最右端の発光ダイオードの色の光量が大きくなる。そのため、導光体１５の側端面において、最も端に配置された発光ダイオードの色に色づいてしまう問題が発生していた。
　そこで、本実施形態に係る導光体１５においては、光源６の配列方向における導光体１５の端部の側面に光電変換部２４が設けられている。このように構成することにより、光源６から導光体１５へ入射された光は、導光体１５の端部側面にて全反射することなく光電変換部２４により回収される。この結果、導光体１５の端部に配置された光源６から出射された光の光量が低下するため、並んで配置された各光源６のうち、最も端に配置された光源６の色による色付を低減することができる。上記の導光体１５においては、図２に示す導光体１５の発光面２５から均一な白色光が出射される。
　本実施形態においては、対向する２つの端部のうちの一方の端部側に配置された光源６は、対向する他方の端部に配置された光源６に向かって光を照射する。このようにすることにより、各導光体１５の対向する２つの端部に沿ってそれぞれ並んで配置された各光源６が、互いに照射できない領域を補い合うように光を照射することができる。その結果、導光体１５の発光面２５の全面から均一な光を照射することができる。その他の構成については、実施形態２と同一であるため説明を繰り返さない。
　なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１，２０　液晶表示装置、２　液晶表示パネル、３，２４　光電変換部、４　基板、５，２７　発光層、６　光源、７　空気層、８，２１　透明導電膜、９，２２　太陽電池本体、１０，２３　裏面電極層、１１　空間、１２　透光板、１３　拡散板、１４　反射部、１５　導光体、１６　光、１７，２６　バックライトユニット、１８　表示面、１９　光電変換層、２５　発光面、２８　光量調節部。

Claims (17)

  1. 　表示面(１８)を構成する液晶表示パネル(２)と、
    　前記液晶表示パネル(２)の前記表示面(１８)側とは反対側である下方に配置され、複数の光源(６)が設けられた発光層(５，２７)と、
    　前記発光層(５，２７)と前記液晶表示パネル(２)との間に配置された光電変換層(１９)と
    を備え、
    　前記光電変換層(１９)は、前記光源(６)の上方の位置に形成された、前記表示面(１８)側とは反対側に向いた受光面を有する複数の光電変換部(３)を含む、液晶表示装置(１，２０)。
  2. 　前記光電変換層(１９)は、前記発光層(５，２７)から発光された光を拡散させる光量調節部(２８)を含む、請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置(１，２０)。
  3. 　前記光源(６)は、その発光方向に指向性を有し、該指向性は、前記発光層(５，２７)に垂直な方向の光の成分よりも前記発光層(５，２７)に平行な光の成分の方が大きい、請求の範囲第１項または第２項に記載の液晶表示装置(１，２０)。
  4. 　前記光源(６)が発光ダイオードである、請求の範囲第３項に記載の液晶表示装置(１，２０)。
  5. 　前記光電変換部(３)により発電された電力を前記光源(６)に利用する、請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の液晶表示装置(１，２０)。
  6. 　前記光電変換部(３)は、アモルファスシリコンからなる太陽電池層と、微結晶シリコンからなる太陽電池層とが積層されたタンデム構造を含む、請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の液晶表示装置(１，２０)。
  7. 　前記発光層(２７)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　少なくとも１つの前記光電変換部(３)が、平面的に見て、隣接する前記導光体(１５)同士の境界を覆うように配置された、請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載の液晶表示装置(２０)。
  8. 　前記発光層(２７)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　前記光源(６)は、前記導光体(１５)の互いに対向する２つの端部に沿って配置され、
    　複数の前記光源(６)は、異なる色の光を発光するものを１つ以上含み、
    　前記光源(６)の配列方向における各前記導光体(１５)の端部の側面には、前記導光体(１５)の内側に向いた受光面を有する光電変換部(２４)が設けられた、請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載の液晶表示装置(２０)。
  9. 　複数の前記光源(６)が、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードを含み、
    　前記表示面(１８)に対向する前記導光体(１５)の発光面から、前記光源(６)からの光が混色されて出射される、請求の範囲第８項に記載の液晶表示装置(２０)。
  10. 　前記対向する２つの端部のうちの一方の端部側に配置された前記光源(６)は、対向する他方の端部に配置された前記光源(６)に向かって光を照射する、請求の範囲第９項に記載の液晶表示装置(２０)。
  11. 　複数の光源(６)が設けられた発光層(５，２７)と、
    　前記発光層(５，２７)の上方に配置された光電変換層(１９)と
    を備え、
    　前記光電変換層(１９)は、前記光源(６)の上方の位置に形成された、表示面(１８)側とは反対側に向いた受光面を有する複数の光電変換部(３)を含む、バックライトユニット(１７，２６)。
  12. 　前記発光層(２７)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　少なくとも１つの前記光電変換部(３)が、平面的に見て、隣接する前記導光体(１５)同士の境界を覆うように配置された、請求の範囲第１１項に記載のバックライトユニット(２６)。
  13. 　前記発光層(２７)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　前記光源(６)は、前記導光体(１５)の互いに対向する２つの端部に沿って配置され、
    　複数の前記光源(６)は、異なる色の光を発光するものを１つ以上含み、
    　前記光源(６)の配列方向における各前記導光体(１５)の端部の側面には、前記導光体(１５)の内側に向いた受光面を有する光電変換部(２４)が設けられた、請求の範囲第１１項に記載のバックライトユニット(２６)。
  14. 　液晶表示装置(１，２０)に用いられ、光源(６)の上方に配置され、該光源(６)から出射された光を透過させる透光板(１２)であって、
    　前記光源(６)の上方の位置に形成され、前記透光板(１２)の前記光が出射される側とは反対側に向いた受光面を有する光電変換部(３)を備えた、透光板(１２)。
  15. 　前記液晶表示装置(２０)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　少なくとも１つの前記光電変換部(３)が、平面的に見て、隣接する前記導光体(１５)同士の境界を覆うように配置された、請求の範囲第１４項に記載の透光板(１２)。
  16. 　前記液晶表示装置(２０)は、前記光源(６)からの光が入射される複数の導光体(１５)を備え、
    　前記光源(６)は、前記導光体(１５)の互いに対向する２つの端部に沿って配置され、
    　複数の前記光源(６)は、異なる色の光を発光するものを１つ以上含み、
    　前記光源(６)の配列方向における各前記導光体(１５)の端部の側面には、前記導光体(１５)の内側に向いた受光面を有する光電変換部(２４)が設けられた、請求の範囲第１４項に記載の透光板(１２)。
  17. 　液晶表示装置(２０)に用いられ、異なる色の光を発光するものを１つ以上含む複数の光源(６)からの光が入射される導光体(１５)であって、
    　前記導光体(１５)の互いに対向する２つの端部に沿って前記光源(６)が配置され、
    　前記光源(６)の配列方向における各前記導光体(１５)の端部の側面には、前記導光体(１５)の内側に向いた受光面を有する光電変換部(２４)が設けられた、導光体(１５)。
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