JP4164077B2 - 光源ユニット及び光源ユニットを用いたディスプレイユニット - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話機などに使用される光源ユニット及びこの光源ユニットを用いたディスプレイユニットに関する。詳しくは、視野角制御機構を用いて広視野角と狭視野角とを切替えるようにした光源ユニット等に関する。

一般に、携帯電話機においてはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により所望の画面を表示する。かかる携帯電話機は、暗所でも画面が表示されるよう、ＬＣＤ背面にバックライトが設けられている。

しかし、携帯電話機においてメール等を使用するときに表示画面を周囲から覗かれたくない場合がある。一方で、テレビ放送等を視聴するときはできるだけ多くの人が視聴できるようにしたい。

そこで、従来では、表示用ＬＣＤの表示面の前面にある視野角変更液晶板のオン、オフにより、ＬＣＤの視野角を広視野角と狭視野角に切り換えることで、かかる機能を備えた携帯電話機が開示されている（例えば、以下の特許文献１）。

また、同様に表示用ＬＣＤの前面の液晶セルにより視野角を制御するとともに、バックライト前面のＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）セルにより反射型表示と透過型表示とを切り換えるようにした液晶表示装置も開示されている（例えば、以下の特許文献２）。
特開２００４−６２０９４号公報 特開平１０−１９７８４４号公報

しかしながら、上述の従来技術は、いずれもＬＣＤの前面で視野角を切り換えるもので、しかも、広視野角（又は狭視野角）で動作させるには視野角制御用の液晶に電圧を与える必要があり、その分装置全体での消費電力が上昇するという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものでその目的は、ＬＣＤの前面ではなくバックライトの前面側で視野角を切り換える光源ユニット及びかかる光源ユニットを用いたディスプレイユニットを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、狭視野角や広視野角で動作させても消費電力を略一定にした光源ユニット等を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、情報を表示する表示手段の表示面を背面から照明するバックライトユニットと、前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段と、を光源ユニットに備えることを特徴としている。

また、本発明は、前記光源ユニットにおいて、前記視野角制御手段は、電源部からの電圧により前記バックライトからの光を透過する透明状態又は前記バックライトからの光を拡散させる不透明拡散状態となることで前記表示手段の視野角を制御する、ことを特徴としている。

更に、本発明は、前記光源ユニットにおいて、前記視野角制御手段は、電源部からの電圧がオンになったとき前記バックライトからの光を略全透過する透明状態となって前記表示手段の視野角を狭視野角に制御し、前記電源部からの電圧がオフになったとき前記バックライトからの光を拡散させる不透明拡散状態となって前記表示手段の視野角を広視野角に制御する、ことを特徴としている。

更に、本発明は、前記光源ユニットにおいて、前記表示手段の視野角が広視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力と、前記表示手段の視野角が狭視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力とが略同じになるように、前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットに与える電源部からの電圧を制御する切換制御手段を備える、ことを特徴としている。

更に、本発明は、前記光源ユニットにおいて、前記視野角制御手段に与える電源部からの電圧のオンとオフとを切り換える第１の切換手段と、前記バックライトに与える前記電源部からの電圧に対してＨｉｇｈとＬｏｗとを切り換える第２の切換手段と、前記第１の切換手段及び前記第２の切換手段の切換を制御する切換制御手段と、を備え、前記切換制御手段は、前記表示手段を狭視野角にするときは前記電圧がオンとなるように前記第１の切換手段を切り換えるとともに前記電圧がＬｏｗとなるように前記第２の切換手段を切り換え、前記表示手段を広視野角にするときは前記電圧がオフとなるように前記第１の切換手段を切り換えるとともに前記電圧がＨｉｇｈとなるように前記第２の切換手段を切り換える、ことを特徴としている。

更に、本発明は、前記光源ユニットにおいて、前記バックライトユニットと前記視野角制御機構との間に、前記バックライトユニットから発光された光を集光する集光レンズを備える、ことを特徴としている。

また、上記目的を達成するために本発明は、情報を表示する表示手段と、前記表示手段の表示面に対して背面から照明するバックライトユニットと、前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段と、をディスプレイユニットに備えることを特徴としている。

本発明によれは、情報を表示する表示手段の表示面を背面から照明するバックライトユニットと、前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段と、を光源ユニットに備えたことで、バックライト前面にある視野角制御機構により表示手段の視野角を切り換える光源ユニットを提供できる。

また、前記光源ユニットにおいて、前記表示手段の視野角が広視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力と、前記表示手段の視野角が狭視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力とが略同じになるように、前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットに与える電源部からの電圧を制御する切換制御手段を備えることで、狭視野角や広視野角で動作させても消費電力を略一定にした光源ユニットを提供することができる。

更に、情報を表示する表示手段と、前記表示手段の表示面に対して背面から照明するバックライトユニットと、前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段と、をディスプレイユニットに備えることで、バックライト前面にある視野角制御機構により表示手段の視野角を切り換えるディスプレイユニットを提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明が適用されるディスプレイユニット１の外観構成を示す図である。本実施例において、ディスプレイユニット１は携帯電話機に使用される。

ディスプレイユニット１は、反射シート１０と、バックライトユニット２０と、視野角制御機構３０、及びＬＣＤパネル４０から構成される。図面上、最も上部に位置するＬＣＤパネル４０が、携帯電話機の前面側（表示面側）に位置し、人間の目に最も近い位置となる。

反射シート１０は、最も下部に位置し、バックライトユニット２０から漏れた光を反射してＬＣＤパネル４０を照明する。また、反射シート１０は、携帯電話機を外部で使用するときに太陽光を反射してＬＣＤパネル４０を照明する機能もある。

バックライトユニット２０は、反射シート１０と視野角制御機構３０との間に位置し、ＬＣＤパネル４０を背面から照明する。図１に示すように、バックライトユニット２０は、ＬＥＤ２１と、ライトガイドパイプ（ＬＧＰ）２２と、導光板２３、及びリフレクタ２４とから構成される。

ＬＥＤ２１は、発光素子であって、ＬＣＤパネル４０を照明する光源となる。なお、ＬＥＤ２１は図面上ＬＧＰ２２の片側に配置されているが、その両側、更には任意の位置に配置されてもよい。

ＬＧＰ２２は、内部にプリズム機構を有し、ＬＥＤ２１から点発光された光を線状光源に変換して、導光板２３に出光する。

導光板２３は、反射シート１０側にプリズム機構を有し、ＬＧＰ２２からの線状光を反射させてＬＣＤパネル４０側に出光させる。導光板２３によって反射された光の一部は反射シート１０側に向かうが、反射シート１０で反射されるため、ＬＣＤパネル４０を照射することになる。

なお、ＬＧＰ２２や導光板２３のプリズム機構は、各光を所望の方向に向かわせるように、所定の傾斜角で緩斜面と急斜面とを交互に備える。

リフレクタ２４は、ＬＥＤ２１及びＬＧＰ２２の側部を覆うように位置する。主として、ＬＥＤ２１から発光された光をすべてＬＧＰ２２に向かわせるためのものである。

なお、ＬＥＤ２１と、ＬＧＰ２２、及びリフレクタ２４により線光源ユニットが構成され、線光源ユニットと導光板２３とにより、バックライトユニット２０が構成される。

視野角制御機構３０は、バックライトユニット２０とＬＣＤパネル４０との間に位置する。視野角制御機構３０に与える電圧のオン又はオフにより、視野角制御機構３０はそれぞれ透明状態又は不透明拡散状態（白濁）となる。

なお、この視野角制御機構３０の曇り度（Ｈａｚｅ）は、透明時に略０％、白濁時に３０乃至９０％となるが、その曇り度は任意に制御できる。つまり、視野角制御機構３０は透明時にバックライトユニット２０からの光を略全透過し、白濁時にバックライトユニット２０からの光を拡散させて不透明状態となる。

図２は、視野角制御機構３０が透明になったときと、白濁になったときとで、配光特性の違いを説明するための図である。

この図に示すように、電源をオンにして視野角制御機構３０を透明にしたときの配光特性は全体として狭くなり狭視野角として使用される。一方、電源をオフにして視野角制御機構３０を白濁にしたときの特性は全体として広がり、広視野角として使用される。この視野角制御機構３０により、ＬＣＤパネル４０の視野角が制御される。詳細は後述する。

図１に戻り、ＬＣＤパネル４０はディスプレイユニット１で最も前面に位置し、メールやＴＶなどの種々の機能を実行するための情報を表示する。

図３は、ディスプレイユニット１のブロック構成図を示す。ディスプレイユニット１には、前述のバックライトユニット２０、視野角制御機構３０、ＬＣＤパネル４０以外にも、バックライトユニット用ＬＥＤドライバ２６と、視野角制御機構用ドライバ３６と、ＬＣＤ用ドライバ４６と、電源部５０、及び切換制御部６０とを備える。

バックライトユニット用ＬＥＤドライバ２６は、電源部５０に接続されるとともにバックライトユニット２０、とくにＬＥＤ２１にも接続される。バックライトユニット用ＬＥＤドライバ２６は、ＬＥＤ２１の発光を制御する駆動回路である。

視野角制御機構用ドライバ３６は、電源部５０に接続されるとともに、視野角制御機構３０にも接続され、視野角制御機構３０の駆動を制御する。

ＬＣＤ用ドライバ４６も電源部５０とＬＣＤパネル４０とに接続され、ＬＣＤパネル４０の駆動を制御する。

なお、本発明に係る光源ユニットは、本実施の形態では、バックライトユニット２０と、バックライトユニット用ＬＥＤドライバ２６と、視野角制御機構３０と、視野角制御機構用ドライバ３６と、電源部５０、及び切換制御部６０から構成される。

ここで、バックライトユニット用ＬＥＤドライバ２６には、電源部５０からの電源電圧を「Ｌｏｗ」又は「Ｈｉｇｈ」に切り換えるための第１の切換部２７を備える。第１の切換部２７は、切換制御部６０からの切換制御信号に基づいて、「Ｌｏｗ」、「Ｈｉｇｈ」が切り換わる。

同様に、視野角制御機構用ドライバ３６にも視野角制御機構３０のオン（透明）、オフ（白濁）を切り換えるための第２の切換部３７を備える。同様に、切換制御部６０からの切換制御信号に基づいて切り換えが行われる。

かかる構成のディスプレイユニット１の動作は以下のようになる。

すなわち、切換制御部６０は、視野角制御機構３０に対して電源オフとなるよう切換制御信号を第２の切換部３７に出力する。これにより、視野角制御機構３０は白濁になり、ＬＣＤパネル４０は広視野角となる。

その際に、切換制御部６０は、白濁となった視野角制御機構３０に対して輝度を高めるため、第１の切換部２７に「Ｈｉｇｈ」となるように切換制御信号を出力する。

つまり、広視野角のときは、視野角制御機構３０に与える電圧をオフにするとともに、ＬＥＤ２１に与える電圧を「Ｈｉｇｈ」にする。

一方、切換制御部６０は、視野角制御機構３０に対して電源オンとなるよう切換制御信号を第１の切換部２７に出力する。これにより、視野角制御機構３０は透明になり、ＬＣＤパネル４０は狭視野角となる。

その際に、第１の切換部２７に「Ｌｏｗ」となる切換制御信号を出力して、ＬＥＤ２１の輝度を低くする。

つまり、狭視野角のときは、視野角制御機構３０に与える電圧をオンにするとともに、ＬＥＤ２１に与える電圧を「Ｌｏｗ」にする。

まとめると、ＬＣＤパネル４０を広視野角にするとき、視野角制御機構３０に与える電圧をオフにするとともにＬＥＤ２１に与える電圧を「Ｈｉｇｈ」にする一方で、狭視野角のときは視野角制御機構３０に与える電圧をオンにするとともにＬＥＤ２１に与える電圧を「Ｌｏｗ」にしている。

従って、視野角制御機構３０とＬＥＤ２１とに与える電力の合計値は、広視野角と狭視野角のときとで略同じとなる。よって、本発明に係るディスプレイユニット１は広視野角や狭視野角にしても全体として消費電力を略一定にすることができる。

なお、切換制御部６０は、携帯電話機のサイドボタンや他の操作部、所定のソフトウェアの起動により、切換制御信号が出力される。

次に、図４乃至図８を用いて、視野角制御機構３０の視野角特性について説明する。

図４は、視野角制御機構３０の水平方向における視野角特性を示す図である。水平方向とは、図５に示すようにＬＧＰ２２から導光板２３へ向かう光路ｄと垂直な方向である。図４で横軸は角度を示し、縦軸は最も高い輝度を「１」としたときの相対比を示す。ここで角度とは、図５に示すように中心点Ａの真上を角度「０」とし、その距離が一定となるように水平方向に移動した角度である。

また、図４で「ＢＬ単体」とは、図５に示すようにバックライトユニット２０のみにおける視野角特性であって、「ＢＬ単体＋視野角制御機構」とあるのは、バックライトユニット２０の上部に視野角制御機構３０を配置したときの特性である。バックライトユニット２０単体のときの中心点Ａはバックライトユニット２０の中心点であって、上部に視野角制御機構３０を配置したときの中心点Ａは視野角制御機構３０の中心点となる。

図４に示すように、バックライトユニット２０単体の視野角特性と視野角制御機構３０をオン（透明）にしたときの視野角特性は略同じ特性が得られた。また、視野角制御機構３０をオフ（白濁）にしたときは、角度が大きくなるにつれ輝度の相対比は除々に低くなるものの、低くなる度合いはオンの場合と比較して少ない。

ここで、輝度値がピーク時の半分（相対比０．５）となる角度は、視野角制御機構３０を透明にしたときは「±８°」で、視野角制御機構３０を白濁にしたときは「±２２°」となった。

即ち、視野角制御機構３０を透明にしたときに人間の視覚で見ることのできる限界は、「±８°」である。つまり視野角制御機構３０を透明にしたときに狭視野角となる。一方、視野角制御機構３０を白濁にしたときは、「±２２°」が限界値であり、広視野角となる。

図６は、垂直方向における視野角特性を示す図である。垂直方向とは、ＬＧＰ２２から導光板２３に向かう光路と平行な方向である。この場合も同様に、視野角制御機構３０を透明にしたときとバックライトユニット２０単体のときとで略同じ視野角特性を有し、視野角制御機構３０を白濁（オフ）にしたときは広視野角、透明にすると狭視野角となった。

更に、視野角制御機構３０の上部にＬＣＤ４０を配置したときの視野角特性を図７（水平方向）及び図８（垂直方向）に示す。この場合も同様に、視野角制御機構３０を透明（オン）にしたときと、視野角制御機構３０のないときとで略同じ視野角特性を有し、透明のときは狭視野角、白濁のときは広視野角となった。

以上から、視野角制御機構３０を透明（オン）又は白濁（オフ）にすることで視野角が制御されることが理解される。つまり、ＬＣＤパネル４０を狭視野角にするときは視野角制御機構３０を白濁状態にし、広視野角にするときは透明状態にすればよい。

なお、視野角制御機構３０をＬＣＤパネル４０の表示面の前面に配置することも考えられるが、白濁状態ではＬＣＤパネル４０に表示された文字等が見えなくなるため好ましいことではない。

図９は、本発明に係るディスプレイユニット１の他の構成例を示す図である。このディスプレイユニット１には、バックライトユニット２０と視野角制御機構３０との間に集光レンズ７０を備える。

集光レンズ７０は、下向きレンズ７１と上向きレンズ７２とから構成され、導光板２３から発光された光を確実に視野角制御機構３０へ出光させる。

すなわち、下向きレンズ７１は、バックライトユニット２３側に向いたプリズムレンズを備え、ＬＥＤ２１から発光される光の方向ｄ（図５参照）と平行な方向であって導光板２３から上向きに広がった光を集光する。

一方、上向きレンズ７２は、視野角制御機構３０側に向いたプリズムレンズを備え、ＬＥＤ２１から発光される光の方向ｄと垂直な方向であって導光板２３から上向きに広がった光を集光する。

この集光レンズ７０は、必ずしも２つのレンズ７１、７２双方必要ではなく、いずれか一方のみであってもよい。導光板２３から出光した光は、レンズ７１、７２がない場合と比較して確実に視野角制御機構３０へ向かうからである。

なお、本例におけるＬＥＤ２１は、導光板２３の側面に直接設けられている。従って、本例におけるバックライトユニット２０はＬＥＤ２１と導光板２３とから構成される。

また、導光板２３は、図１に示す導光板２３とは異なり、表面等に種々のパターンが施されている。これにより、点発光されたＬＥＤ２１の光を視野角制御機構３０の方向に均一に向かわせることができる。

図１０は、他のディスプレイユニット１の構成例である。同様に、バックライトユニット２０と視野角制御機構３０との間に集光レンズ５０を備えるが、図９とは異なり、下向きレンズ７１と上向きレンズ７２とが一体成型されている。図９の例と同様に、導光板２３から上向きに広がった光を集光して確実に視野角制御機構３０に光を集光させることができる。

前述の例は、いずれも光源ユニット及びディスプレイユニットが携帯電話機に使用される例について説明した。勿論、それ以外にも、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistance）や携帯型ゲーム機などの情報携帯端末や、パーソナルコンピュータやカーナビゲーションシステムのディスプレイに用いられても前述の例と同様の作用効果を奏する。

また、前述の例では視野角制御機構３０に与える電圧をオン又はオフとして夫々透明又は白濁になるものとして説明した。これ以外にも、例えば、電圧値を制御することで透明から白濁になるまでその曇り度を任意に制御し、任意の視野角を得ることも可能である。

この場合、例えば、アプリケーションの種類、表示される文字や画像の種類などによってそれぞれ異なる視野角を持たせることが可能となる。更に、視野角制御機構３０の曇り度によってＬＥＤ２１に与える電圧値を変えることで装置全体の電力を一定にすることも可能である。

図１は、ディスプレイユニットの外観構成を示す図である。 図２は、狭視野角と広視野角での配光特性の違いを説明するための図である。 図３は、ディスプレイユニットのブロック構成を示す図である。 図４は、視野角制御機構を用いた場合の水平方向における視野角特性を示す図である。 図５は、視野角特性の図面で方向と角度とを説明するための図面である。 図６は、視野角制御機構を用いた場合の垂直方向における視野角特性を示す図である。 図７は、更にＬＣＤを含む場合の水平方向における視野角特性を示す図である。 図８は、更にＬＣＤを含む場合の垂直方向における視野角特性を示す図である。 図９は、集光レンズを含むディスプレイユニットの構成例を示す図である。 図１０は、集光レンズを含むディスプレイユニットの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１・・・ディスプレイユニット、１０・・・反射シート、２０・・・バックライトユニット、２１・・・ＬＥＤ、２２・・・ライトガイドパルプ（ＬＧＰ）、２３・・・導光板、２４・・・リフレクタ、２６・・・バックライトユニット用ＬＥＤドライバ、２７・・・第１の切換部、３０・・・視野角制御機構、３６・・・視野角制御機構用ドライバ、３７・・・第２の切換部、４０・・・ＬＣＤパネル、４６・・・ＬＣＤ用ドライバ、５０・・・電源部（バッテリー）、６０・・・切換制御部、７０・・・集光レンズ、７１・・・下向きレンズ、７２・・・上向きレンズ

Claims (4)

1. 情報を表示する表示手段を表示面の背面から照明するバックライトユニットと、
   前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段とを備え、
   前記視野角制御手段は、電源部からの電圧がオンになったとき前記バックライトからの光を略全透過する透明状態となって前記表示手段の視野角を狭視野角に制御し、前記電源部からの電圧がオフになったとき前記バックライトからの光を拡散させる不透明拡散状態となって前記表示手段の視野角を広視野角に制御し、
   更に、前記表示手段の視野角が広視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力と、前記表示手段の視野角が狭視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力とが略同じになるように、前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットに与える電源部からの電圧を制御する切換制御手段を備え、
   前記バックライトユニットは、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから点発光された光を線状光源に変換するライトガイドパイプと、前記ライトガイドパイプから線発光された光を前記表示手段に出光させる導光板とを備え、前記ＬＥＤは前記ライトガイドパイプの片側または両側に配置される、ことを特徴とする光源ユニット。
2. 請求項１記載の光源ユニットにおいて、
   更に、前記視野角制御手段に与える電源部からの電圧のオンとオフとを切り換える第１の切換手段と、前記バックライトに与える前記電源部からの電圧に対してＨｉｇｈとＬｏｗとを切り換える第２の切換手段と、前記第１の切換手段及び前記第２の切換手段の切換を制御する切換制御手段と、を備え、
   前記切換制御手段は、前記表示手段を狭視野角にするときは前記電圧がオンとなるように前記第１の切換手段を切り換えるとともに前記電圧がＬｏｗとなるように前記第２の切換手段を切り換え、前記表示手段を広視野角にするときは前記電圧がオフとなるように前記第１の切換手段を切り換えるとともに前記電圧がＨｉｇｈとなるように前記第２の切換手段を切り換える、ことを特徴とする光源ユニット。
3. 請求項１記載の光源ユニットにおいて、
   更に、前記バックライトユニットと前記視野角制御手段との間に、前記バックライトユニットから発光された光を集光する集光レンズを備えることを特徴とする光源ユニット。
4. 情報を表示する表示手段と、
   前記表示手段の表示面に対して背面から照明するバックライトユニットと、
   前記表示手段と前記バックライトユニットとの間に前記表示手段の視野角を制御する視野角制御手段とを備え、
   前記視野角制御手段は、電源部からの電圧がオンになったとき前記バックライトからの光を略全透過する透明状態となって前記表示手段の視野角を狭視野角に制御し、前記電源部からの電圧がオフになったとき前記バックライトからの光を拡散させる不透明拡散状態となって前記表示手段の視野角を広視野角に制御し、
   更に、前記表示手段の視野角が広視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力と、前記表示手段の視野角が狭視野角のときに前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットで消費される電力とが略同じになるように、前記視野角制御手段及び前記バックライトユニットに与える電源部からの電圧を制御する切換制御手段を備え、
   前記バックライトユニットは、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから点発光された光を線状光源に変換するライトガイドパイプと、前記ライトガイドパイプから線発光された光を前記表示手段に出光させる導光板とを備え、前記ＬＥＤは前記ライトガイドパイプの片側または両側に配置される、ことを特徴とするディスプレイユニット。

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