JP7737801B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライトを有する表示装置に係り、特に、ローカルディミングを用いて高コントラスト画面を可能とする表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

一方、有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ層による発光素子、駆動ＴＦＴ、スイッチングＴＦＴ等を有する画素がマトリクス状に形成され、画素毎に有機ＥＬ層の発光強度を制御して画像を形成している。有機ＥＬ表示装置は自発光素子なので、画像のコントラストが優れている。

しかし、画素の大きさは液晶表示装置のほうが小さくできるので、精細度は液晶表示装置のほうが優れている。そこで、液晶表示装置のコントラストを向上させる方式としてローカルディミングが開発されている。ローカルディミングに関する先行技術として、例えば特許文献１が存在する。

特開２０１７－１１６６８３

ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）用表示装置、医療用表示装置では、より高精細で、よりコントラストの高い画像が必要とされる。このような表示装置でローカルディミングを用いる場合、ローカルディミングについても、より細かい制御が必要である。

このような表示装置で、より効果的にローカルディミングを行い、コントラストを向上させるためには、例えば、ローカルディミングの単位となるセグメントの面積を小さくし、かつ、各セグメントの光が隣接するセグメントに及ばないようにする必要がある。

また、セグメントの面積を小さくすると、セグメントに複数のＬＥＤを配置することが難しくなる。一方、各セグメントに１個のみＬＥＤを配置した場合、輝度分布の均一化が問題となり、画面側からＬＥＤが見えてしまうという問題を生ずる。これを対策するために、例えば、拡散シートを配置すると、拡散シートの影響によって、各セグメントの光が隣接するセグメントに漏れるという問題を生ずる。

本発明の課題は、このような問題を解決し、ローカルディミングを効果的に行い、バックライトを有する表示装置において、高精細で高コントラストの画面を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。

（１）表示パネル及びバックライトを有する表示装置であって、前記バックライトは光源と光学シート群を有し、前記光源は、光源基板と前記光源基板に配置したＬＥＤを有し、前記光源は、平面で視てセグメントに分割され、前記セグメントには、少なくとも１個の前記ＬＥＤが存在し、前記光源基板及び前記ＬＥＤは、透明樹脂によって覆われ、前記透明樹脂の上には、ハニカム仕切りを有するシートが配置していることを特徴とする表示装置。

（２）表示パネル及びバックライトを有する表示装置であって、前記バックライトは光源と光学シート群を有し、前記光源は、光源基板と前記光源基板に配置したＬＥＤを有し、前記光源は、平面で視てセグメントに分割され、前記セグメントには、少なくとも１個の前記ＬＥＤが存在し、
前記光源基板及び前記ＬＥＤは、透明樹脂によって覆われ、前記ＬＥＤの出射光面の上には、前記透明樹脂内にハニカム仕切りが形成されていることを特徴とする表示装置。

液晶表示装置の平面図である。 液晶表示装置の断面図である。 液晶表示装置におけるローカルディミング動作の場合のセグメントの例を示す平面図である。 比較例１の平面図である。 比較例１の断面図である。 比較例１の問題点を示す平面図である。 比較例１の問題点を示す断面図である。 実施例１の断面図である。 ハニカム仕切りの斜視図である。 ハニカム仕切りの平面図である。 実施例１の動作原理を示す断面図である。 ハニカム仕切りとＬＥＤの関係を示す平面図である。 ハニカム仕切りとＬＥＤの関係を示す他の平面図である。 実施例２の断面図である。 実施例２の動作原理を示す断面図である。 実施例１及び実施例２の効果を示すグラフ及び表である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は液晶表示装置の１例を示す平面図である。図１において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１６によって接着し、内部に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がオーバーラップした部分に表示領域１４が形成されている。表示領域１４には、走査線１１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、映像信号線１２が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２で囲まれた領域に画素１３が形成されている。

図１において、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００とオーバーラップしていない部分は端子領域１５となっている。端子領域１５には、液晶表示パネルに電源や信号を供給するためにフレキシブル配線基板１７が接続している。液晶表示パネルを駆動するドライバＩＣはフレキシブル配線基板１７に搭載されている。ＴＦＴの背面には、図２に示すようにバックライトが配置している。

図２は液晶表示装置の断面図である。図２において、液晶表示パネル１０の背面にバックライト２０が配置している。液晶表示パネル１０は次のような構成になっている。すなわち、画素電極、コモン電極、ＴＦＴ、走査線、映像信号線等が形成されたＴＦＴ基板１００に対向して、ブラックマトリクスやカラーフィルタが形成された対向基板２００が配置している。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００は周辺において、シール材１６によって接着し、内部に液晶３００が封入されている。

液晶分子は、ＴＦＴ基板１００及び対向基板２００に形成された配向膜によって、初期配向している。画素電極とコモン電極の間に電圧が印加されると、液晶分子が回転し、画素毎にバックライト２０からの光を制御することによって画像を形成する。液晶３００は、偏向光のみ制御することが出来るので、ＴＦＴ基板１００の下に下偏光板１０１を配置して、偏向光のみを液晶３００に入射する。液晶３００で変調された光は、上偏光板２０１において、検光され、画像が視認される。

図２において、液晶表示パネルの背面にバックライト２０が配置している。バックライト２０は光源３０の上に複数の拡散シートからなる拡散シート群４０が配置し、その上にプリズムシート５０が配置している構成である。表示装置のバックライト２０には、ＬＥＤ等の光源が導光板の側面に配置するサイドライト方式と、ＬＥＤ等の光源が導光板の下面に配置する直下型とが存在するが、本発明では、直下型方式のバックライトを使用する。

図２では、ＬＥＤは白色ＬＥＤを用いるが、青色ＬＥＤを用いる場合は、拡散シートに加え、樹脂シート内に蛍光体を分散した、色変換シートが用いられることもある。また、バックライト２０からの光の利用効率を向上させるために、偏向反射シートが用いられることもある。どのような光学シートを用いるか、あるいは、このような光学シートを何枚用いるかは表示装置によって決められる。

液晶表示装置に画像を表示する場合、明るい部分はバックライトを透過し、暗い部分は、バックライトを遮蔽する。画像のコントラストは、明るい部分と暗い部分の比によって定義される。液晶表示装置は、暗い部分は、液晶によってバックライトからの光を遮蔽することによって形成する。しかし、液晶によるバックライトの遮蔽は、完全ではなく、若干の光が漏れる。これによってコントラストが低下することになる。

ローカルディミングは、暗い部分には、バックライトを照射しないことによって、深い黒表示を可能とする。したがって、高いコントラストを実現することが出来る。図３はローカルディミングの形態を示す液晶表示装置の例である。図３は液晶表示装置の平面図であり、構成は図１で説明したのと同様である。図３において、表示領域１４はセグメント１４１によって分割されている。図３における点線は、セグメント１４１の境界であるが、これは便宜上記載したものであり、液晶表示パネルにこのような境界があるわけではない。バックライトにおける光源が各セグメントに対応する位置に配置されている。

図３において、セグメント（４、２）は明るい部分であり、セグメント（５、２）は暗い部分であるとする。ローカルディミングでは、セグメント（４、２）の部分の光源、すなわち、ＬＥＤを点灯し、セグメント（５、２）の部分の光源、すなわち、ＬＥＤは点灯しない。そうすると、セグメント（５、２）の部分に形成される黒は、深い黒表示となり、高いコントラストが実現される。

しかし、セグメント間には境界があるわけではないので、例えばセグメントの輝度分布等によっては、セグメント（４、２）の光がセグメント（５、２）に及ぶ場合がある。そうすると、黒表示をするはずのセグメント（５、２）にもバックライトが照射されることになり、ローカルディミングの効果を十分に発揮できないことになる。

図４及び図５は、ローカルディミングを可能とするバックライトの構成を示す比較例１である。光源には白色ＬＥＤ３１が使用されている。図４は、バックライトにおいて、各セグメント１４１における、光源であるＬＥＤ３１の配置を示す平面図である。図４において、各セグメント１４１は点線で仕切られている。しかし、この点線は、便宜上のものであり、実際に仕切りがあるわけではない。

各セグメントの大きさは４ｍｍ□以下であり、図５の場合は、例えば２ｍｍ□である。以下の例におけるセグメント１４１の大きさも同様である。図４において、各セグメント１４１に１個のＬＥＤ３１が配置している。なお、セグメントの大きさは、ｘ方向、ｙ方向ともに、互いに隣り合うＬＥＤの中心間距離であると定義することも出来る。各セグメントに複数のＬＥＤ３１が配置している場合は、ＬＥＤ３１の荷重平均の位置をとればよい。

図５は、比較例１におけるバックライトの断面図である。図５において、光源基板３２の上にＬＥＤ３１が配置し、ＬＥＤ３１を覆って透明樹脂３３が形成されている。ＬＥＤ３１には白色ＬＥＤが使用されている。透明樹脂３３には、例えばアクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂が使用される。透明樹脂３３は、ＬＥＤ３１、及び光源基板３２に形成された電極及び配線を保護するためのものである。図５の光源基板３２に記載された点線は、便宜上セグメントの境界を示すものである。

透明樹脂３３の上に３枚の拡散シート４１、４２、４３からなる拡散シート群４０が配置している。拡散シートは光源からの光を均一化するものである。したがって、必要に応じて１枚でもよいし、４枚以上でもよい。各拡散シートの厚さは、例えば０．１ｍｍである。

拡散シート４３の上にプリズムシート５０が配置している。図５のプリズムシート５０はｙ方向に延在する、断面が３角形の線状のプリズムが、ｘ方向に、例えば５０ミクロンのピッチで配列したものである。図５のプリズムシート５０は、ｘ方向に広がろうとする光をｚ軸方向に向ける作用をする。プリズムシート５０の厚さは、例えば、プリズムアレイの部分の厚さ（すなわち、プリズムの高さ）が５０ミクロン、基材の部分の厚さが７０ミクロンであり、合計１２０ミクロン程度である。ｙ方向に広がろうとする光をｚ軸方向に向けるためには、ｘ方向に延在する、断面が３角形の線状のプリズムが、ｙ方向に配列したプリズムシートをプリズムシート５０に重ねて用いればよい。

比較例１の問題点は、ＬＥＤ３１からの光が、ＬＥＤ３１を覆う透明樹脂３３、拡散シート群４０から隣接するセグメントに漏れてしまうということである。図６はこの問題を示す平面図である。セグメント１４１、ＬＥＤ３１の配置等は図４と同じである。図６における矢印はＬＥＤ３１から放出される光である。図６は、ＬＥＤ３１から放出される光は、矢印に示すように、該当セグメントにとどまらず、隣接するセグメントにも漏れていることを示している。

図７は、この問題を示す断面図である。図７の構成は図５で説明したのと同様である。図７における矢印はＬＥＤ３１から出射する光を示している。斜め方向に向かう光は、隣接セグメントに漏れ出すことを示している。したがって、正確な、あるいは、効果的なローカルディミングを行うことが出来ない。

図８はこれを対策する実施例１の断面図である。図８の基本的な構成は図５と同じである。図８が図５と異なる点は、第１拡散シート内にハニカム状の仕切り６０が形成されていることである。以後、ハニカム仕切りが形成された第１拡散シートをハニカム拡散シート４５と呼ぶこともある。図８では、このハニカム仕切り６０によってＬＥＤ３１からの光が隣接するセグメントに漏れだすことを防止している。

図９は、ハニカム仕切り６０の斜視図である。すなわち、平面が６角形である格子がマトリクス状に形成されている。ハニカム仕切り６０は例えば、黒色シリコーン樹脂等で形成することが出来る。ハニカム仕切り６０の作り方は例えば、厚さ０．１ｍｍの黒色シリコーン樹脂にエッチングによって、小さな６角形の孔をマトリクス状に形成すればよい。ハニカム仕切りの壁の厚さは例えば０．０５ｍｍである。

その後、マトリクス状に形成されたハニカムの孔内に拡散シートを構成する樹脂を充填する。これによって、ハニカム拡散シート４５を形成することが出来る。拡散シートの材料としては、ほとんどの場合、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が使用されている。ただし、ＰＣ（ポリカーボネート）あるいはシリコーン樹脂が使用されることもある。ハニカム拡散シート４５は大きなマザーシートを形成し、これを各デスプレイの大きさに裁断して形成することも出来る。

図１０はハニカム仕切り６０の平面図である。ハニカム仕切り６０の壁の厚さは、例えば、０．０５ｍｍである。各ハニカムの最大径ｄは液晶表示パネルに形成された画素の径よりも大きく、セグメントの径よりも小さい。以後、特にことわらない限り、ハニカムの径という場合は最大径ｄをいうものとする。各ハニカムの大きさは、後で説明するように、用途に合わせて任意の大きさにすることが出来る。図１０において、ハニカムの中心にあるドット７０は、例えば点光源７０である。点光源７０からは、四方に光が放射されるが、ハニカム仕切り６０によって、他のハニカムには光が入射しない。したがって、当然、点光源からの光は、隣接するセグメントに対して影響を与えない。

図１１はこの様子を示す断面図である。図１１において、ＬＥＤ３１を覆う透明樹脂３３の上にハニカム拡散シート４５が配置している。ＬＥＤ３１からの光は、各ハニカムにおいて点光源を構成する。点光源から４方に広がる光はハニカム仕切り６０によって遮蔽され、上方に向かう光のみがハニカム拡散シート４５から出射することになる。当然、隣接するセグメントへの光漏れは防止される。

図１２は、図１１を上方から視た場合に対応する平面図である。図１２において、点線はセグメント１４１の境界を示す仮想線である。各セグメント１４１の中心にはＬＥＤ３１が配置している。図１２において、各セグメント１４１を覆うように、ハニカム仕切り６０が形成されている。ハニカム仕切り６０は、ＬＥＤ３１を含む光源３０と液晶表示パネル１０の間に配置される。一般の光学構成では、ＬＥＤ３１や液晶表示パネル１０との組み立て精度が問題となるが、ハニカム仕切り６０は細密充填構造であり、どの方向にも均一にハニカムが分布している。しがって、ハニカム仕切り６０を用いることによって、組み立て精度の影響を受けない、常に均一な特性を有する液晶表示装置を実現することが出来る。

このように、ハニカム仕切り６０は優れた特徴を有しているが、微視的にみた場合は、若干の問題が生ずる場合がある。例えば、図１２において、１個のＬＥＤに対応するハニカムの壁の影響が上から第１行目、第２行目、第３行目で異なっている。ハニカムの壁は黒色であり、光を通さないので、各行ごとに、ＬＥＤから出射する光の量が異なる場合が生ずる。

このような問題は、ハニカムのピッチを小さくすることによって軽減することが出来る。図１３は、図１２に比べてハニカムのピッチを小さくした場合の平面図である。図１３において、上から第１行目、第２行目、第３行目において、各ＬＥＤ３１に対応するハニカムの配置は異なっているが、この不均一は、図１２の場合に比べて軽減されている。つまり、ハニカムの壁の影響が図１３においては、図１２の場合よりもより均一になっている。

図１３に示すように、ハニカムのピッチを小さくすることによって、各セグメント毎の輝度の不均一は軽減することが出来る。しかし、ハニカムのピッチを小さくすれば、全体としての光透過率が低下する。したがって、ハニカムのピッチをどの程度とするかは、セグメント間の光の均一性と、バックライト全体としての光の透過率の兼ね合いから決めることになる。

図１２及び図１３のＬＥＤ３１は、ＬＥＤからの光の出光窓と定義することも出来る。ハニカムの径は、ＬＥＤの出光窓の径との関係で定義することも出来る。つまり、ハニカムの径が大きい場合とは、ＬＥＤの出光窓よりもハニカムの径が大きい場合であり、ハニカムの径が小さい場合とは、ＬＥＤの出向窓よりもハニカムの径が小さい場合と定義することが可能である。ＬＥＤの出光窓が短径と長径を有する場合、出光窓の長径を出光窓の径と定義すればよい。

なお、ハニカム仕切りは、黒色なので、光の透過率とともに、モアレの問題が生ずる場合がある。しかし、このモアレの問題は、例えば、仕切りが矩形等、他の仕切りの場合に比べて軽微である。また、モアレ対策としてハニカム仕切り６０を液晶表示パネルに対して回転して使用する場合も、この回転による影響は、他の仕切りの場合に比べて非常に軽微である。

図１４は実施例２の構成を示す断面図である。図１４が図５と異なる点は、ハニカム仕切り６０がＬＥＤ３１を覆う透明樹脂３３内に形成されている点である。ハニカム仕切り６０を形成することによって、光源からの光が隣接するセグメントに入射することを防止できることは実施例１で説明したのと同じである。しかし、実施例２では、ハニカム仕切り６０がＬＥＤ３１の直上に形成されているので、効果をより上げることが出来る。

図１４において、ハニカム仕切り６０の高さｈは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍである。ハニカム仕切り６０の材料は、実施例１同様、黒色シリコーン樹脂で形成することが出来る。ハニカム仕切り６０の製造方法は、実施例１の図９で説明したのと同様である。

そして、図９のようなハニカム仕切り６０をＬＥＤアレイの上に配置し、その後、透明樹脂３３としてのアクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂を充填し、その後、透明樹脂３３を硬化させればよい。ハニカム仕切り６０は、機械的に不安定なので、ＬＥＤアレイ上に載せにくい場合は、まず、透明樹脂３３をＬＥＤ３１間に充填し、硬化して、透明樹脂３３を平坦化する。その後、ハニカム仕切り６０を載置し、ハニカムの内部に透明樹脂３３を充填し、硬化させればよい。

ところで、ハニカム仕切り６０は黒色なので、光の均一性に影響する危険がある。実施例２では、３枚の拡散シート４１、４２、４３によって、光を拡散させるので、実施例１の場合よりもハニカム仕切り６０自体による光の均一性への影響を軽減することが出来る。

図１５は、実施例２の動作原理を示す断面図である。各ハニカムに入射した光は、各々、各ハニカム内において点光源になる。この点光源から４方に広がろうとする光は、ハニカム仕切り６０によって遮られ、上方に向かう光のみがハニカム仕切り６０から出射することになる。当然、隣接するセグメントへの光の漏れも防止することが出来る。

図１６は、隣接セグメントへの光漏れを比較例１と、実施例１及び実施例２とで比較したグラフ及び表である。図１６の上側のグラフと下側の表のデータは同じものである。図１６のグラフにおいて、横軸は、ＬＥＤを配置した特定セグメントの中央部分からの距離であり、単位はｍｍである。図１６においては、セグメントの径は、２ｍｍである。縦軸は相対輝度である。

図１６のグラフと図１６の表を対応させると次のようになる。表における「境界」は、グラフの横軸の１．０または－１．０に対応し、表における「１セグメント先境界」は、グラフの横軸の３または－３に対応し、表における「２セグメント先境界」は、グラフの横軸の５または－５に対応する。

図１６のグラフ及び表において、理論的には、輝度は、特定セグメント中央を挟んで対称になるはずであるが、誤差等によって、若干非対称になっている。しかし、傾向は読み取ることが出来る。図１６のグラフにおいて、横軸のプラス方向における輝度と横軸の－方向の輝度の平均をとれば、より合理的な比較が可能になる。

図１６のグラフにおいて、輝度分布の裾野が小さいほど、隣接セグメントへの光の漏れは小さい。図１６に示すように、比較例１に比較して、実施例１及び実施例２では、光の漏れは大幅に軽減している。図１６のグラフにおいて、実施例１と実施例２とでは、効果はほぼ同じであるが、実施例２のほうが若干良い効果を示している。これは、ハニカム仕切りが光源であるＬＥＤにより近接して配置しているためである。

図１６の表における数値は、特定セグメントの中央における輝度を１００とした場合の隣接するセグメントとの境界における輝度の数値を示すものである。表において、境界、１セグメント先境界、２セグメント先境界は、上記で説明したとおりである。表の３セグメント先境界は、グラフの横軸では７、－７に対応するが、グラフには記載されていない。

以上の説明では、導光板を用いていないが、必要に応じて導光板を用いても得られる効果は同じである。また、ＬＥＤは白色であるとしたが、青色ＬＥＤと色変換シートの組み合わせを用いてもよい。

以上説明したように、本発明を用いることによって、正確で効果的なローカルディミングを行うことが出来、高いコントラストを有する画像を形成することが出来る。また、ローカルディミングを用いることによって、省電力を実現することが出来る。

１０…表示パネル、 １１…走査線、 １２…映像信号線、 １３…画素、 １４…表示領域、 １５…端子領域、 １６…シール材、 １７…フレキシブル配線基板、 ２０…バックライト、 ３０…光源、 ３１…ＬＥＤ、 ３２…光源基板、 ３３…透明樹脂、 ４０…拡散シート群、 ４１…第１拡散シート、 ４２…第２拡散シート、 ４３…第３拡散シート、 ４５…ハニカム拡散シート、 ５０…プリズムシート、 ６０…ハニカム仕切り、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…下偏光板、 ２００…対向基板、 ２０１…上偏光板、 ３００…液晶、 １４１…セグメント

Claims (9)

1. 表示パネル及びバックライトを有する表示装置であって、
   前記バックライトは光源と光学シート群を有し、
   前記光源は、光源基板と前記光源基板に配置したＬＥＤを有し、
   前記光源は、平面で視てセグメントに分割され、
   前記セグメントには、少なくとも１個の前記ＬＥＤが存在し、
   前記光源基板及び前記ＬＥＤは、透明樹脂によって覆われ、
   前記ＬＥＤの出射光面の上には、前記透明樹脂内にハニカム仕切りが形成され、
   前記ハニカム仕切りのハニカムの径は、前記表示パネルの画素の径よりも大きく、前記セグメントの径よりも小さいことを特徴とする表示装置。
2. 前記ハニカム仕切りを有するシートの上には拡散シートが配置していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記ハニカム仕切りを有するシートの上には複数の拡散シートが配置していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記拡散シートの上には、プリズムシートが配置していることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記ＬＥＤは、光を出射する出射窓を有し、前記ハニカム仕切りのハニカムの径は、前記出射窓の径よりも大きく、前記セグメントの径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 表示パネル及びバックライトを有する表示装置であって、
   前記バックライトは光源と光学シート群を有し、
   前記光源は、光源基板と前記光源基板に配置したＬＥＤを有し、
   前記光源は、平面で視てセグメントに分割され、
   前記セグメントには、少なくとも１個の前記ＬＥＤが存在し、
   前記光源基板及び前記ＬＥＤは、透明樹脂によって覆われ、
   前記ＬＥＤの出射光面の上には、前記透明樹脂内にハニカム仕切りが形成され、
   前記ＬＥＤは、光を出射する出射窓を有し、前記ハニカム仕切りのハニカムの径は、前記出射窓の径よりも大きく、前記セグメントの径よりも小さいことを特徴とする表示装置。
7. 前記ハニカム仕切りの上には拡散シートが配置していることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記ハニカム仕切りの上には複数の拡散シートが配置していることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 前記拡散シートの上には、プリズムシートが配置していることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。