JPH0277726A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、輝度ムラのない液晶表示装置に係り、特に小
画面の液晶表示パネルを複数枚組合わせて、大画面表示
を可能とする表示装置に好適な光学系に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置は自発光でないために外光を必要とする。

したがって暗い環境下では十分な輝度が得られないこと
がある。そのために、液晶の背後に、例えば蛍光灯等の
バックライトを備え、その光を液晶に照射し、輝度を確
保している。

またこの液晶表示装置の進展は目ざましいものがあるが
、大きな表示画面を実現しようとすると、製造時の歩留
りが悪い、大きな設備が必要となる等の問題があり、ま
たコストも非常に高くなる。

そこで、複数の小画面の液晶パネルを継ぎ合オ）せで、
大画面表示を実現する試みがいろいろと行なわれている
。その代表例として、特開昭６１−１３８２８８号が挙
げられる。この構成を第２図。

第３図に示す。第２図は縦断面図、第３図は平面図であ
る。９枚の小画面の液晶パネル３１１゜３１２．３１３
・・・３１９のそれぞれに対応して、点光源１２が設け
られている。液晶パネルの前面には透過拡散面１３が設
けられている。点光源からの光は液晶を照射し、液晶上
の像を拡散面に投写する。この拡散面」二には、各液晶
の像が写るが、光源と液晶、あるいは液晶と拡散面の間
の距離を最適にすることによって、各液晶の隣接する無
表爪部分１４が、拡散面上ではなくなり、一つの連続し
た大画面が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では次の問題がある。

例えは、バックライトを備えた液晶表示装置では、その
バックライトとして、一般に蛍光灯が用いられている。

この蛍光灯としては、１本あるいは２本の直営型、ある
いはＵ字管型が用いられている。装置の厚みを薄くする
ために、この蛍光灯は、液晶の直前に配置されている。

したがって液晶に照射される光量は、液晶上の位置によ
って大きな差があり、輝度ムラとなって表われ、画質を
著しく劣化させる。極端なときには、蛍光灯の形がその
まま、液晶上に写し出されることもある。

画面中心で明かるく、周辺部に移るに従い、単調に暗く
なるような輝度ムラは、余り目立たないが、明るいとこ
ろと暗いところの繰返しが多いときには、非常に画質を
損う。本発明の目的は、このバックライトに基づく輝度
ムラを解消する光学系を提供することにある。

また、小さな液晶を継ぎ合わせて大画面を得る、第２図
に示した従来例では、次の問題がある。

第２図において、拡散面」―の位置Ａ、Ａ’。

Ａ”においては、光源からの光が垂直に照射されるが、
拡散面」二の位置がＢ、　ｌ’３′、　＋（“及びＣ９
Ｃ′、ｃ″においては、光源からの距離が遠ざかるため
、Ａ、Ａ′、Ａ“の位置に比べて単位面積当りの光量が
減少する。また拡散面に照射した後の拡散光分布も方向
性を有する。例えばＡ、Ａ′。

Ａ”においては、第２図に示すように、垂直方向に拡散
される光量が最も多く、斜め方向になるに従い、光景は
少なくなる。また、＋４．　ｌ（′、　ｒ３“あるいは
、ｃ、ｃ′、ｃ″においては、拡散光の分布は、第２図
に示すように、光源から照射された方向では最も明かる
くなるが、多の方向ではしだいに光量が低減する。した
がって、拡散面から垂直方向に拡散面上の像を見たとき
、拡散面に均一に光が照射されたとしても、Δ、Ａ′、
Ａ″では明かるく、Ｂ、Ｂ′、Ｂ″及び（’：、Ｃ′、
Ｃ”では暗くなる。また右の方向から見たときには、［
３゜Ｂ′、Ｂ″の各点では暗く、ｃ、ｃ′、ｃ”の各点
では明かるく見える。

以上の２つの理由によって、第２図に示す従来例では、
輝度ムラが生じ、画質を劣化させる。

本発明の目的は上記輝度ムラを改善した液晶表示装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、液晶表示装置のバックライトとして点光源
を用い、その点光源からの光を集束するための非球面レ
ンズ、液晶の直前あるいは直後に非球面のフレネルレン
ズ、さらに最前面には像を結像させるための透過拡散面
を配置することにより、達成される。

〔作用〕

点光源からのあらゆる方向に均一に放射した光の一部分
は、集光レンズに入射する。このレンズは非球面の凸レ
ンズ形状となっており、中心軸上での曲率半径よりも、
周辺部の曲率半径が小さい。

したがって、中心部よりも周辺部の方が集光率が大きく
、その結果、周辺部での光量劣化を補償する働きをする
。

このレンズを通過した光は、液晶の直前あるいは直後に
設けられたフレネルレンズに到達する。

フレネルレンズの焦点には前述した集光レンズによる光
源の像が位置するように構成されている。

したがって、フレネルレンズを通過した光はほぼ平行光
となり、中心、周辺部ともレンズの中心軸方向の光強度
が最も強くなる。これは、最前部に設けられた拡散面を
通過した光も同様であり、中心軸方向の光強度が最も強
い。その結果、液晶パネルの輝度ムラが低減でき、均一
な表示画面を再生できる。また集光レンズを非球面とし
たときには、近軸通過光を非近軸通過光では、光源の像
の位置が異なる。この場合には、フレネルレンズの焦点
位置が、光源の像の位置に対応して、中心軸上と周辺部
で異なった形状とすることによって、フレネルレンズ通
過後の光は、はぼ平行光となる。

したがって、液晶パネルの輝度ムラを改善することがで
き、どの方向から見ても均一・な表示画面が得られる。

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本図
は、本発明に係る液晶表示パネルの縦断面図である。１
は点光源、２は光源からの光を集光するための１ノンス
、３は液晶パネル、４はフレネルレンズ、５は拡散板で
あり、その表面に拡散層６が設けＩ）れている。光源１
からの光は、集光レンズ２により集光される。集光レン
ズ２は非球面形状をしており、中心部より周辺部の曲率
が強くなっている。したがって、光源から等方向に均一
に放射された光は、集光レンズ透過後は、中心部よりも
、周辺部の方が光量密度が大となる。また、中心附近を
通過した光７は、点Ａから出射したように進み、周辺部
を通過した光８は、点Ａ′から出射したように進む。こ
れらの光は液晶パネル３を通過する。液晶パネルは、７
１ヘリクス状に配列された電極への印加電圧を変化させ
ることによって、各絵素の透過率を変えることができ、
２次元表示画像を再生できる。液晶パネルにより変調さ
れた光は、フレネルレンズ４に到達する。フレネルレン
ズの焦点距離は、中心部で○Δ、周辺部でＯＡ′となっ
ている。したがってフレネルレンズを通過した光は、全
て中心軸に平行な光となる。この光は拡散面６に達し、
拡散される。一般に、周辺部では、光源１からの距離が
遠く、また、光線は斜め方向から到達するため、中心部
に比べて、光量が少なくなるが、上述した非球面集光レ
ンズにより、中心部も周辺部も同量の光量を確保するこ
とができる。また」二連したフレネルレンズの作用によ
り、組視方向による画面の輝度ムラを解消できる。第４
図は別な実施例であり、集光レンズ２は球面、フレネル
レンズ４′は単一焦点距離となっている点で、第１図の
実施例と異っている。

一般に表示面６上の点Ｂに到達する光量は、光源とＢと
の距離ｒの２乗に逆比例する。集光レンズ２′を設ける
ことにより、光源］の虚像がＡ点にできる。見かけ上の
光源ＡとＢ点の間隔ＡＢか大となり、中心部と周辺部の
光量１１うは低減できる。

第−６図は別な実施例であり、第１図と比へて、フレネ
ルレンズが省略されている。本実施例も第１図の実施例
と同じ作用により、周辺部の光量密度を中心部と同じに
できる。しかしながら、周辺部での、拡散層通過後の光
束の角度分布は、必ずしも中心軸方向が最も強くなって
いるわけではない。したがって、画面上に若干輝度ムラ
が生じるが、用途によっては許容できる。

別な実施例を第６図を用いて説明する。本実施例は、第
１図の実施例の場合に比べて、フレネルレンズ４と液晶
パネル３の位置が逆になっている。

しかし、第１図の実施例において述べたのと同じ原理に
より、同一の作用をする。

別な実施例を第７図を用いて説明する。第１図の実施例
とは、集光レンズ２と液晶パネル３の間に光路折返し用
ミラー９が設けられている点である。これはセットの厚
みを薄くするのに効果がある。例えば１０インチの液晶
パネルを用い、焦点距離２８０ｍｍのフレネルレンズを
用いたとき、セラ１への厚みは約８ｃｍにできる。

第４図から第６図の各実施例においても、同様に光路折
返し用ミラーを配置することにより、セットの厚みを薄
くできる。

別の実施例を第８，９図を用いて説明する。

第８図は液晶パネルの配置を示す」ｌ面図、第９図は縦
断面図である。本実施例では液晶パネルを２枚３′、３
“を用いている。液晶パネルは、表示部１０と無表示部
１１から成っている。この無表示部は出来る丈小さくし
ようとしても、通常４ｍｍ程度は残る。この各液晶パネ
ルに対応して、それぞれ点光源１′及び１“が配置され
ている。また液晶パネルの上方には、それぞれに対応し
て、フレネルレンズ４′、４“が配置されている。この
フレネルレンズの上方には、表面に拡散層６を設けた拡
散板５が配置されている。点光源１′からの光は放射線
状に出射し、液晶を照射する。光は、その後フレネルレ
ンズ４′に達する。フレネルレンズと光源］−′の間隔
は、はぼ焦点距離ｆに等しく設定されている。

このフレネルレンズに達した光は平行光となって−Ｌ方
に向かい、拡散板」二の拡散層６に到達し、光は拡散さ
れ、液晶上の像が写し出される。同様にして液晶パネル
３”の像が拡散層６上に写し出される。これら拡散層上
の像は液晶パネル上の像よりも若干大きくなり、拡散層
上では無表示部分がなくなり、全体がつながった像が得
られる。この構成において、フレネルレンズは光源側か
らの光を平行光とする作用をする。その結果、拡散面上
のどの位置においても、中心軸に平行な方向で最も輝度
が高くなり、輝度ムラの非常に少ない画像を再生するこ
とができる。

この際に最も問題となるのは、像のボケであるが、以下
詳述するように、十分に小さい光源を用いることによっ
て、この問題を実用上解決することができる。

今冬液晶表示パネルは、６４０Ｘ４８０ドツトを有する
１０インチサイズとする。このパネルのとなる１、すな
わち本光学系によるボケ址を０．３２ｍｍ以下とする必
要がある。ボケ量ｄは、光源の太きさＱ、液晶パネルと
光源の間隔Ｐ、液晶パネルと拡散層の距離姿を用いて、
次式で表現できる。

ｄ　＝　Ｑ　Ｘ　’　　＜０．３ｍｍ Ｐ　＝　１２０ｍｍ、　％＝　５ｍｍ　　とき、！！（
７ｍｍ となる。この程度の大きさの光源は、ランプパワーを５
０〜１００Ｗとしても、キセノン、ハロゲン、メタルハ
ライドランプ等によって十分実現できる。

特にキセノンランプは、光源は非常に小さく、フォーカ
スボケは殆んど問題とならない。

以上の構成にすることによって、略１０インチサイズの
２倍の画面の大きさでありながら、ドツト数が６４０Ｘ
４８０の２倍、すなわち１２８０×４８０となり、非常
に高精細度の画像を構成することができる。

第１０図に示す実施例では、液晶を３１．３２゜３３．
３４と４枚配置している。このときには、４倍の面積を
実現できる。例えば６４０Ｘ４８０ドツ］・を有する１
０インチサイズの液晶を用いたときには、１．２８０　
Ｘ　９６０ドツトという高精細であり、かつ２０インチ
のサイズを実現できる。

例えばこの液晶パネルに、トライアングル状に、赤、青
、緑の各色のフィルターを配置し、カラーテレビ画像を
再生すると、その水平解像度は６４０ＴＶ本となり、通
常のＮＴＳＣ受信はもちろん、５−ＶＨ８、ビデオディ
スク等からの画像に対しても、劣化が殆んどなく、忠実
に画像を再生することができる。

また、第９図に示す実施例において、第１図と同様、光
源と液晶の間に、非球面の集光レンズを設け、またフレ
ネルレンズの中心部と周辺部の焦点距離を変えることに
よって、第１図において述べたのと同様の理由により、
輝度ムラを大巾に改善することができる。

さらに、光源と液晶パネルの間に光路折り返しミラーを
設けることにより、セットの厚みを薄くすることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、表示面への光量が、画面上の位置によ
らず一定であり、また拡散後の光の角度分布も一定であ
るため、画面上で、輝度ムラのない均一な再生像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第５図、第６図、第７図、第９図は本
発明の実施例に係る縦断面図、第８図。 第１０図、は本発明の実施例に係る平面図、第２図、第
３図は従来例に係る構成の縦断面図及び平面図である。 １・・・点光源、２・・・非球面集光レンズ、３・・・
液晶。 ４・・・非球面フレネルレンズ、５・・・拡散板、９・
・・光路折返しミラー。 第　９　面 名　１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透過形液晶パネルの背後から、点光源の光を照射す
   る構成とした液晶表示装置において、点光源と液晶パネ
   ルの間に集光レンズを設け、この集光レンズの形状とし
   て、中心部よりも周辺部の曲率を強くした非球面とした
   ことを特徴とする液晶表示装置。