JPH07508105A - 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】 表示装置 発明の分野 本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）のような半透明表示装置（ｓｅｍｉ−ｔｒａ ｎｓｐａｒｅｎｔ　ｄｉｓｐｌａｙ）に関するものである。

発明の背景 固体表示装量は、電子および消費者産業において、増々広い用途に使われつつあ る。液晶表示装置は、低い電流ドレイン、信頼性１判読！ｌ（ｒｅｍｄｍｂｉｌ ｉｔｙ）および美的外観というような要因が理由で、初期の発光ダイオード表示 装置を大きく凌いでいる。

ＬＣＤは１反射モード、透過モード、または透過反射モード（ｔｒｍｎｓｆｌｅ ｃｔｉｖｅ　ｍｏｄｅ）のいずれがで動作する１反射モードでは、ＬＣＤは周囲 の光を表示装置がら反射させることによって、濃淡セグメント（ｃｏｎｔｒａｓ ｔｉｎｇｓｅｅｇｍｅｓｔｇ）を示す必要がある。透過モードＬＣＤはバックラ イトを有し、その光に表示装置を通過させる。透過反射モードＬＣＤは背面の偏 光子（ｐｏｌａｒｒｉｚｅｒ）に低いバックライトと薄い反射層とを有する。透 過反射モードＬＣＤは５全ての条件の周辺光において使用可能である。この装置 が周囲条件に係わらずに使用できるのは、部分的にバックライトの信頼性に依る ものである。

正の透過または透過反射モードのＬＣＤとは、明るい背景（ｂａｃｋｇｒｏｕｎ ｄ）に対して文字が暗く現れる表示装置のことである。負の透過または透過反射 モードのＬＣＤは光に文字を介して光を通過させるが、光が背景を通過するのを 阻止するものである。

ＬＣＤは、２枚のガラス層の間に偏向可能な液体を挟持したサンドイッチ構造で 構成される。この液体は、通過する光を選択的に回転させる。前部および後部偏 光子が光を偏向させ１表示装置の透過モードに応じて、前記液体によって回転さ せられた光または回転されなかった光を漬液して除去する。サンドイッチ状のガ ラス層は、典型的にツイスト−ネマティック・ガラス（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｕ ｍａｃｉｃ　ｇｌａｓｇ）として知られており、典型的に光を１８０度回転させ る。

スーパー・ツイスト・ネマティック・ガラスも同様のものであ′るが、約２７０ 度の回転を与える液体を有する。ダブル・スーパ−・ツイスト・ネマティック・ ガラス（ＤＳＴＮガラス）は、スーパー・ツイスト・ネマティック・ガラスを二 重サンドイッチ構造にしたものあり、追加したサンドインチが補償用セルとなっ てより広い目視角度が得られるようになっている０通常のスーパー・ツイスト・ ネマティック表示装置は、温度と共に色が変化する傾向がある。ＤＳＴＮ表示装 置では、補償用セルが色の補償も行う、ＤＳＴＮ表示装置は色に関しては曖昧で ある（ｎｅｕｔｒａｌ）。

一般的には表示装置外部からの光管によって与えられる光を、ＤＳＴＮガラスと 冷陰極管とを用いて供給するようにした。負透過モードＬＣＤ表示装置が知られ ている。このような構成が可能なのは、かさばる冷陰極管や光管用に適当な余裕 が与えられる航空機用表示装置のような用途においてのみである。冷陰極管は、 高圧用変圧器や遮蔽構造を必要とするため、およびｒ、ｆ、ノイズが発生するた め。

移動無線機には適さない、冷陰極管の他の問題は、約−１Ｏ°Ｃ以下では起動で きないことである。これは、航空機のコックビットや自動車のダツシュボードで は容認できるが。

戸外で動作させる必要がある無線機では容認できない０通常のフィラメント・バ ルブを用いることができるが、これらの寿命は非常に短い。

透過投射モードＬＣＤに、バックライトを発生させるためのＬＥＤモデュールを 備えることも公知である。このようなモデュールは、印刷回路基板上に実装され 、ディフューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）で被覆されたＬＥＤチップのアレイから成 る。ディフューザは、ＬＥＤアレイがらの光を拡散し、モデュール全域に光を均 一に分散させるが、ＬＥＤがらの光を約２０％減少させてしまう、ＬＥＤモデュ ールとディフューザとを透過モードＬＣＤ用バックライトとして用いようとする 際の問題は、表示装置全体の外形が非常に厚くなってしまうことである。これは 、多くの用途において容認できることではな（、冷陰極管の構成と同じ問題を生 じることになる。

現在のところ、目視角度、文字の鮮明さ、温度範囲、耐久性、寿命および美的外 観（色の安定性も含む）といった顧客の要求すべてを満たす薄型（ｌｏｗ−ｐｒ ｏｆｉｌｅ）表示装置は存在しない。

したがって、改良された薄型表示装置が必要とされている。

発明の概要 本発明によれば、半透明表示素子、バックライト素子が取り付けられた副構造体 、および前記表示素子を前記副構造体上で前記バックライト素子に隣接して取り 付ける取り付は手段とを備え、バックライト素子と表示素子との間にディフュー ザを設けない表示装置が提供される。前記バックライト素子は１発光ダイオード ・アレイであり、前記表示素子の前面から見た時、十分広い角度を有すると共に 互いに十分密接している。前記表示装置では、アレイ全体にわたってほぼ均一な 明るさの分布となる。

前記半透明表示素子は、前部偏光子、後部偏光子、ならびにこれら前部および後 部偏光子に挟持された表示用セルおよび補償用セル素子を有する。透過または透 過反射モード液晶構造体であることが好ましい。

本発明者は、ダブル・スーパー・ツイスト・ネマティック（ＤＳＴＮ）ガラスは ある程度の拡散をガラス内で与えるのでディフューザが不要となることを発見し た。これによって、表示装置の外形を大幅に小さくすることができる。

したがって、前記表示用セル素子および浦償用セル素子はＤＳＴＮガラスである ことが好ましい。

ＬＣＤは負透過モードであることが好ソしい。

別の重大な問題に、ＬＥＤアレイが多量の熱を発生することがあげられる。更に 、ＤＳＴＮガラスのような半透明表示素子は、ＬＥＤからの光を吸収してしまう 、このために、ＬＣＤガラスをその特定する範囲の外側でカミ然してしまうとい う影響があり、この熱を散逸させないと、前記前部および後部偏光子の構造体に 用いられる接着構造（ｇｌｕｅｊｏｉｎｔｓ）を損傷してしまう、この問題は、 ＬＥＤを表示素子に近づけると、更に悪化する。

ＬＥＤ素子を、ＬＥＤモデュールを用いずに、直接ＰＣＢの銅導電借上に実装す ると、ＬＥＤリードを通じてＰＣＢに熱がよく伝導し、しかも全体の外形を薄く できるという二重の利点が得られることがわかった。

前記ＬＥＤはＰＣＧ上に表面実装されていることが好ましい。

ＤＳＴＮガラスがＬＣＤ表示装置には好ましい物質であることを先に述べた。他 のガラスを使用してもよいが、光の減少（ｌｉｇｈｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が ５０パーセント以上、好ましくは８０パーセント（表示装置を通過させて測定し た場合）を示すガラスを用いることが好ましい、透過されなかった光の内あるも のは、ガラス内で拡散され、これが均一な明るさを得るのに貢献する。

ＰＢＣの表面は明るい彩色または銀色にしてもよいが。

ＰＣＢとＬＣＤ背面との間の空間内においてＬＥＤからの光をできるだけ多く反 射させるには、白（Ｍえば、紙の白さ）が最も好ましい、更に、ＬＥＤの後ろ鋼 および周囲の全表面を実質的に白とすることが好ましい。

白い表面の代わりに、ＰＣＢの表面および／またはＬＥＤ周囲の他の表面を、選 択したＬＥＤの光の色を反射するように１選択してもよい。

図面の簡単な説明 以下、本発明の好適実施例を図面を参照しながら、−例として説明する。ここで 。

Ｗｉ１図は、本発明の好適実施例の表示装置の完成品を示す断面図。

第２図は、第１図上の矢印Ｘの方向力白−１見た図。

第３図は、第１図のＬＥＤの電気接続を示す回路図。

好適実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、ＬＥＤＩ　１．１２．１３のアレイが実装された印刷回路 基板（ＰＣＢ）１０が示されている。

ＰＣＢ　１０は白い表面を有する上面はんだマスク１４を有する（注：緑色の表 面のほうがより一般的である）。

ＰＣＢＩＯ上に実装されるのは、前部偏光子１６．補償用セル１７．表示用セル １８および後部偏光子１９から成り、反射シートを含む、液晶表示装！１５であ る。ＬＣＤ表示装置１５は、シリコーン・ゴム・ゼブラ接続器（ｓｉｌｉｃｏｎ ｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｚｅｂｒａ　ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）　２０によってＰＣＢＩ Ｏから隔離されている。この接続６２０は、基板ｌＯと表示セルの端子との間に 電気接続を設けるためのものである（Ｎ慣用セルには端子がない）９反射１１２ １がゼブラ接続器の内部に設けられている。ベゼル（ｂｅｚｅｌ）２２がゼブラ ２０および表示装置！５の縁部を被覆し、この表示装置を適切な位置に固定する 。

この表示装置は、垂直と「目視方向」という名称が付されている矢印によって示 された角度との間の角度で、上面から目視される１表示装置の全目視領域は５ベ ゼル１５内に印された領域である。

上記構成の重要な特徴は、補償用セル１７と表示用セル１８である。好適実施例 では、５ｏｄｅｎｅｒ　Ｓｔｒ＊ｓｓｅ　９゜Ｗ−６２３１Ｓｃｈｗａｌｂｍｃ ｂ／Ｔｓｕｎｕｓ、、　Ｇｅｒｍａｎｙ　の０ｐｔｒｅｘ　Ｅｕｒｏｐｅ　Ｇｍ ｂＨから入手可能なダブル・スーパー・ツイスト・ネマティック・ガラスが用い られている０表示領域は通常黒で、文字が透明に現れる。［開いたＪ　ＬＣＤガ ラスを透過することによって、光の少なくとも５０％、好ましくは約８０％減少 される。即ち、１００Ｃｄ／ｍ２のバックライト光源が、前面（目視側）では２ ０　Ｃｄ　／　ｍ　２に低下する。ＤＳＴＮ　ＬＣＤガラスの機能可能温度範囲 は、−３０°Ｃから＋８０°Ｃまでである。高温に注意を要するのは、ＬＣＤ偏 光子の取り付け／接着であり、これは表示装置の安定性および寿命に影響を与え る。ＬＣＤガラスを局所的に加熱すると、液体物質の温度係数にも影響を及ぼす 。

ＬＥＤＩＩ、１２．１３は、輝白色表面Ｉ４のＰＣＢ　１０上に実装され、白い プラスチック製の保持部２１によって囲まれており、ｌｉ部が傾斜している。Ｌ ＣＤガラスの端子は、縞模様で示す導通片２０によって、ＰＣＢの両側に接続さ れている。これらは、ＰＣＢ表面と表示装置１５との間の間隔を維持する機能を 有する。

負透過ＤＳＴＮ　ＬＣＤは、一定で一様に分布されしかも強度が高いバックライ トを用い、［開いたＪ透明表示領域を通じて光を発射する必要がある。光源はＬ ＥＤＩＩ。

１２．１３によって形成される。これらは第２図にも示されている。これらのＬ ＥＤは１００％の強度に対して、５０度の極性発光角（ｐｏｌａｒ　１ｉｇｈｔ ｉｎｇ　ａｎｇｌｅ）を有する（３５〜４０　ｍ　Ｃｄ　／　ｍ　”　／　２０ 　ｍ　Ａ　）　、これらは、典型的に５７０ｎｍのスペクトル波長を有しく黄色 −緑）、各々実装面から０．７ｍｍ上のセラミック・チップ載置用基板上に実装 される。各ＬＥＤは、５０ｍＷの定格を有し、２１ｍＷの電力を消費する。

これらのＬＥＤを、多層ＰＣＢの表面上に実装する。その下にある層は、最上層 からの熱を吸収し分散させる堅い基礎面（ｇｏｌｘｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌａｎ ｅ）である、この構成により熱抵抗が非常に低くなる。

発光点と表示素子１８との間の距離（第１図における距離［Ａ」）を６ｍｍにす ると、第１図に示すように、ＬＥＤを互いに１００％重なり合うように用いるこ とによって。

表示装置全体に光を均一に分散可能である。これは、ＬＥＤ間の最大距離を約７ ｍｍとすることによって達成される。

この数字は１次の式から得られることを注記しておく。

Ｂ＝Ａｔａｎ＋９ 与えられた寸法を用いると、以下のようになる。

６ｔａｎ５０＝７．１５ｍｍ この寸法では、１つのＬＥＤからの光は隣接するＬＥＤかもの光と完全に重なり 合う　（少なくともＬＥＤアレイの行および列方向では）、この配列は経験的に 到達したものである。この間隔を少し広めにしても構わない０間隔を挾めるとコ ストが増大す木と共に、熱の発生および電力ドレイン（ｐｏｗｅｒ　ｄｒ＊５ｆ ｉ）も増大することになる。

前述のプラスチック製保持部の傾斜した縁部は、光が表示装置を通って上方向に 反射するように作用する。このプラスチック製保持部は、空気循環のために各端 部に孔を有する。

第３図は、ＬＥＤ接続の概略電気回路図を示す、ＬＥＤは並列に接続されている のがわかる。この構成は供給電流を等しく分配する。ＬＥＤ構造体間の電圧降下 は、８±１゜４ボルト、即ちＩｗの電力消費に対して供給電流は１２５ｍＡであ り、１つのＬＥＤに流れる電流は１０．５ｍＡである。ＬＥＤバックライトの寿 命を容認できる程度にする（１００．０００時間）には、供給電流を６０　’Ｃ において１０ｍＡに低下させ、８０℃以上でオフに切り換えられるまで温度と共 に線形に低下させる。

光の拡散は、ガラスおよび後部偏光子の物質内で起きるもの以外は不要であるこ とが発見されている。

光強度は、一定なＬＥＤ電流を用いた標準ＬＥＤバックライト・モデュールの拡 散損失と比較して、約２５％増加した。

第１図　目視方向 第２図 ＰＣＴ／ＥＰ　９１１０１３９８

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．半透明表示素子； バックライト素子が実装された剛構造体；および前記バックライト素子と表示素 子との間にデイフユーザを設けずに、前記表示素子を、前記剛構造上の前記バッ クライト素子に隣接して実装する実装手段；から成り、前記バックライト素子は 、前記表示素子の前面から見た時、十分に広い角度を有しかつ十分に互いに密接 した発光ダイオードのアレイであり、前記表示装置は前記アレイにわたって実質 的に等しく分布された明るさを有することを特徴とする表示装置。
2. ２．請求項１において、前記表示素子は、透過または透過反射モードの液晶構造 体であり、前部偏光子と、後部偏光子と、これら前部および後部偏光子間に挟持 された表示用セル素子と補償用セル素子とを有することを特徴とする表示装置。
3. ３．請求項１または２において、前記表示素子は、負透過または負透過反射モー ド液晶構造体であることを特徴とする表示装置。
4. ４．請求項１、２または３のいずれか１項において、前記表示素子は、ダブル・ スーバーツイスト・ネマティック・ガラスから成ることを特徴とする表示装置。
5. ５．請求項１、２、３または４のいずれか１項において、前記表示素子は、その 背面側に反射物質層を有し、それ自体を透過反射表示素子とすることを特徴とす る表示装置。
6. ６．ダブル・スーバー・ツイスト・ネマティック・ガラス表示素子； 直接実装されるバックライト素子と、前記バックライト素子周囲およびその間に 反射面を有する印刷回路基板；および 前記バックライト素子間にディフユーザを設けずに、前記表示素子を前記剛構造 体上で前記バックライト素子に隣接して実装する実装手段； から成り、前記バックライト素子は、前記表示素子の前面から見た時、十分に広 い角度を有しかつ十分に互いに密接した発光ダイオードのアレイであり、前記表 示装置は前記アレイにわたって実質的に等しく分布された明るさを有することを 特徴とする表示装置。
7. ７．請求項６において、前記実装手段には空気循環用の孔が設けられていること を特徴とする表示装置。
8. ８．請求項１ないし７のいずれか１環において、更に、測温手段と、電流供給手 段と、前記バックライト素子への供給電流を制御し、温度がしきい値を越えた時 に電流を減少させる手段とを含むことを特徴とする表示装置。