JP2005115131A - バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを光源に用いた液晶表示装置用バックライト装置において、ＬＥＤの発光エネルギーを効率良く利用して、消費電力を低減すること。
【解決手段】 液晶パネル７の背面に設置したバックライト装置１において、光源としての発光ダイオード２、３、４をマトリクス状に配置し、各発光ダイオードの表面又は表面内部に蓄光物質を配設すること。また、液晶パネルの背面側に対向配置された導光板の側面に設置したバックライト装置において、光源としての発光ダイオードを前記側面に線状に配置し、各発光ダイオードの表面又は表面内部に蓄光物質を配設すること。また、発光ダイオードの光源は３原色の発光ダイオードを三角形状配置の一組として、これを複数組み配置すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源に用いた液晶表示装置用バックライト装置に関し、特に、その光源に蓄光物質を備えた光源を用いたバックライト装置に関する。

液晶テレビ、携帯電話等に用いられる液晶表示装置においては、液晶パネルの背面に設けた光源（以下、バックライトと称す）が、液晶パネルの照明手段として多用されている。そして、バックライトの電力は液晶表示装置の大部分を占めるため、その電力を低減する方法が各種提案されている。

従来技術の消費電力低減方法として、ＬＥＤを用いた光源と蓄光物質を用いた光照射が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に示された機能と構成を図４と図５に示す。図４は特許文献１における面状光源の駆動タイミング図であり、図５は特許文献１の面状光源を分解して示した斜視図である。

図５において、ＬＥＤを光源に用いたバックライトにおいて、簡単な構成で光源を断続させても連続発光状態に保つようにして、消費電力を低減させるもので、光源２１は矩形状の導光板２２の１側面に対向して設けられる。導光板２２は、光出射面が平坦であり、光出射面との反対面が光源２１と反対側の面に向かうにしたがって稜線間が密になるプリズム形状をなしている。また、導光板２２内には光源２１から出る光線を吸収し、光源２１からの光線がなくなった後も所定時間発光する蓄光物質２４が混入されている。

導光板２２のプリズム形状をなす面に対向して反射シート２３が設けられている。光源２１からの光は導光板２２内を伝播しプリズムに対して所定の角度で入射した光や、反射シート２３で反射し所定の角度で導光板２２に入射した光は出射光として導光板２２表面から出射される。

光源２１を例えば図４に示すタイミングで駆動させることによって、消費電力を削減しつつも連続した光照射が可能となる。図４で表す蓄光期間とは、光源２１からの光が導光板から出射されると同時に、蓄光物質に蓄光される期間を表し、図４で示す自発光期間とは、光源２１が消灯状態で蓄光物質の発する光が導光板から出射される期間である。

次に、従来技術における直下型ＬＥＤバックライト装置（例えば、特許文献２を参照）を図６乃至図８を用いて説明する。図６は特許文献２における直下型ＬＥＤバックライト装置の分解斜視図であり、３１は光源、３５は拡散板、３７は液晶パネルである。また、図７は光源拡大図で、（ａ）は側面図で（ｂ）は正面図である。

光源３１は多数個のＬＥＤ素子により構成され、赤色ＬＥＤ素子３２、緑色ＬＥＤ素子３３、青色ＬＥＤ素子３４の３色のＬＥＤで構成されている。また、その配置は図７（ｂ）に示す様に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各ＬＥＤ素子３２、３３、３４が各々１個ずつで３個１組となり三角形を形成し、この三角形形状のＬＥＤ素子が多数個隙間なく配設されている。

図８に示すタイムチャートは、各色の色データが液晶パネル３７に表示されるタイミングと各色のＬＥＤ素子３２、３３、３４が発光するタイミングを示す図である。例えば、上述の赤色表示の場合、液晶パネル３７への画像表示の出力タイミング（Ｒｄの立ち上がり）に同期して赤色ＬＥＤ素子３２を発光する（ｔｏｎ）。同様に、緑色表示の場合、液晶パネル３７への表示タイミング（Ｇｄ）の立ち上がりに同期して緑色ＬＥＤ素子３３を発光し（ｔｏｎ）、青色表示の場合、表示タイミング（Ｂｄ）の立ち上がりに同期して青色ＬＥＤ素子３４を発光する（ｔｏｎ）。

赤色、緑色、青色の各色のＬＥＤ素子配置を三角形状等に配列し、各色のＬＥＤ素子３２、３３、３４を同時に駆動することなく、図８に示す様に順次点灯することで時分割的に各色のＬＥＤ素子３２、３３、３４を発光するので、各色のＬＥＤ素子３２、３３、３４それぞれの発光時間を短くでき電力を節約することができる。つまり、表示画面全体に均一かつ充分な発光光量を得ることができ、照度不足を生じることなく長寿命の表示装置を得ることができるという方法である。
特開２０００−２８４２８０号公報 特開平８−２１１３６１号公報

しかしながら、上記の特許文献１は蓄光物質を混入した導光板を用いているが、光源から蓄光物質までの距離が遠いものもあり、光のエネルギーは距離によって弱くなるということから、光のエネルギーを効率良く利用できない（光源が導光板の一側面に配置されているため）という課題や、画面上に輝度勾配が生ずるという課題がある。

また、特許文献２は赤色、緑色、青色の各色のＬＥＤ素子を三角形状等に配置して各色ＬＥＤ素子が順次点灯させる方法のため、タイミング制御は煩雑になると共に、画面全体を均一で且つ高輝度に保つためには各色のＬＥＤ素子数を充分に確保する必要があり、３色同時発光方式のバックライトに比べて必ずしも十分な電力削減にはなり得るものでは無いという課題がある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
光源として発光ダイオードを用いた直下型バックライト装置において、前記発光ダイオードの表面及び又は内部表層に蓄光物質を配設する構成とする。また、前記バックライト装置において、前記発光ダイオードの光源は発光色の異なる発光ダイオードを三角形状配置の一組として、これを複数組み配置する構成とする。

また、光源として発光ダイオードを用いたサイドエッジ型バックライト装置において、前記発光ダイオードの表面及び又は内部表層に蓄光物質を配設する構成とする。また、前記バックライト装置において、前記発光ダイオードの光源は発光色の異なる発光ダイオードを線状配置の一組として、これを複数組み配置する構成とする。

本発明によれば、ＬＥＤの表面部に蓄光物質を設ける構成とすることで、作製されたＬＥＤに格別の処理を行うことなく蓄光可能な光源を容易に得ることができる。また、光源を一定時間オフの状態にしても光源は発光状態を維持することができるから、その消費電力を大幅に低減することできる。

また、複数種のＬＥＤを１組として構成することで、これらのバランスを変化させておくことにより色温度の調整も可能となる。

本発明の実施形態に係るＬＥＤバックライト装置について、図１〜図３を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る直下型ＬＥＤバックライト装置の分解斜視図であり、図２は本実施形態に関するＬＥＤ部の斜視図である。図３は本発明の他の実施形態に係るエッジライト型ＬＥＤバックライト装置の分解斜視図である。

図１〜図３において、１は光源、２は赤色発光ダイオード、３は緑色発光ダイオード、４は青色発光ダイオード、５は拡散板、７は液晶パネル、８は赤色発光する赤色蓄光物質、９は緑色発光する緑色蓄光物質、１０は青色発光する青色蓄光物質、１１は赤色蓄光物質の塗布された赤色ダイオード、１２は緑色蓄光物質の塗布された緑色ダイオード、１３は青色蓄光物質の塗布された青色ダイオード、１４は導光板、１５は反射シート、１６は拡散板、１７は液晶パネル、をそれぞれ表す。

第1の実施形態として、図１、図２と共に説明する。図１と図２において、光源１には、赤色発光ダイオード２、緑色発光ダイオード３、青色発光ダイオード４を一組とした光源単位がマトリクス状に配置されている。また、赤色発光ダイオード２、緑色発光ダイオード３、青色発光ダイオード４の表面にはそれぞれ赤色蓄光物質８、緑色蓄光物質９、青色蓄光物質１０が塗布されている。

光源１からの光は拡散板５に入射し、拡散効果にてダイオード組の直上部とダイオード組の間部での輝度差が緩和され、液晶パネル７を背面から均一に照射することになる。また、ダイオード２、３、４が点灯されると、光の一部はダイオード２、３、４の外装（表面部又は内部表層）に混入されている蓄光物質８、９、１０において蓄光され、光源の消灯時にも一定時間発光が継続される。

以上説明したように構成した光源１を各ダイオードで同期させて間欠駆動させた場合、光源１の消灯後は蓄光物質の自発光によって一定時間発光可能であるから、光源１の点灯、消灯が繰り返されても光源１が連続発光されることになる。

このように、蓄光物質８、９、１０を直接にダイオード２、３、４に設置、例えば、塗布することで、ダイオード２、３、４を間欠駆動した場合でも、消費電力の低減を図りながらも、液晶パネル７面に均一で連続した光照射が可能となる。

次に、本発明の他の実施形態に係るエッジライト型バックライト装置について、図３を参照しながら説明する。図３において、１１は赤色蓄光物質の塗布された赤色ダイオード、１２は緑色蓄光物質の塗布された緑色ダイオード、１３は青色蓄光物質の塗布された青色ダイオードであり、赤色ダイオード１１、緑色ダイオード１２、青色ダイオード１３を一組として、且つ蓄光物質塗布部が導光板１４に対向するように配置される。なお、蓄光物質の発光ダイオード１１、１２、１３への塗布という設置方法は一例であり、発光ダイオードの表面部又は内部表層に蓄光物質を一体的に設置する方法であれば、何れの設置方法であっても良い。

ここで、図３に示するように、蓄光物質の塗布された発光ダイオード１１、１２、１３は、拡散板１６の側面に配置されていて、発光ダイオード１１、１２、１３からの光は蓄光物質を透過して導光板１４に入光し出射対向平面に沿って導光される。即ち、発光ダイオード１１、１２、１３からの光は、導光板１４内を反射を繰返しながら伝播し、出射面に対する所定の角度の入射光が導光板１４表面から拡散板１６方向へ出射される。また、同様に、所定の角度で入射光し導光板１４裏面から出射した光は、反射シート１５にて導光板１４に再入射する。このような反射を繰り返しながら、光源光が導光板１４表面から拡散板１６方向へ出射されることになる。

なお、赤色ダイオード１１、緑色ダイオード１２、青色ダイオード１３からのそれぞれの光が反射を繰り返しながら導光板１４内を伝播することで、拡散板１６方向へ出射される光は混色されて白色光となって出射されることになる。そして、拡散板１６において拡散効果により均一光となり、液晶パネル１７を背面から均一に照射することになる。

ここで、発光ダイオード１１、１２、１３が点灯されると、光の一部は蓄光物質において蓄光され、発光ダイオード１１、１２、１３の消灯時にも一定時間発光が継続される。

以上説明したように構成した各発光ダイオード１１、１２、１３を同期させて間欠駆動させた場合、各発光ダイオード１１、１２、１３の消灯後は蓄光物質の自発光によって、一定時間発光可能であるから、各発光ダイオード１１、１２、１３の点灯、消灯が繰り返されても光源としては連続発光されることになる。

このように、蓄光物質を直接発光ダイオード１１、１２、１３に塗布することで、発光ダイオード１１、１２、１３を間欠駆動した場合でも、消費電力の低減を図りながらも液晶パネル１７面に均一で連続した光照射が可能となる。

なお、以上の説明における本発明の実施形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のダイオードを一組とする配置で説明したが、白色蓄光物質塗布の白色ダイオードのみで構成することや、マゼンタ色蓄光物質塗布のマゼンタ色ダイオードと緑色蓄光物質塗布の緑色ダイオードのように、３原色の一つと当該一つの色に対する補色を一組（赤色蓄光物質の赤色ダイオードに対するシアン蓄光物質のシアンダイオードなど）として、また、互いが補色関係の一組として構成することも当然に可能である。

本発明の実施形態に係る直下型ＬＥＤバックライト装置の分解斜視図である。 本実施形態に関するＬＥＤ部の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るエッジライト型ＬＥＤバックライト装置の分解斜視図である。 従来技術における光源の駆動タイミングを示す図である。 従来技術におけるバックライト装置の分解斜視図である。 従来技術におけるバックライト装置の全体構成を示す分解斜視図である。 従来技術におけるバックライトの配設を示す図である。 従来技術におけるバックライト装置の動作態様を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 光源
２ 赤色発光ダイオード
３ 緑色発光ダイオード
４ 青色発光ダイオード
５ 拡散板
７ 液晶パネル
８ 赤色蓄光物質
９ 緑色蓄光物質
１０ 青色蓄光物質
１１ 赤色蓄光物質の塗布された赤色ダイオード
１２ 緑色蓄光物質の塗布された緑色ダイオード
１３ 青色蓄光物質の塗布された青色ダイオード
１４ 導光板
１５ 反射シート
１６ 拡散板
１７ 液晶パネル

Claims (10)

1. 光源として発光ダイオードを用いた直下型バックライト装置において、
   前記発光ダイオードの表面及び又は内部表層に蓄光物質を配設する
   ことを特徴とするバックライト装置。
2. 請求項１において、前記発光ダイオードの光源は発光色の異なる発光ダイオードを三角形状配置の一組として、これを複数組み配置することを特徴とするバックライト装置。
3. 光源として発光ダイオードを用いたサイドエッジ型バックライト装置において、
   前記発光ダイオードの表面及び又は内部表層に蓄光物質を配設する
   ことを特徴とするバックライト装置。
4. 請求項３において、前記発光ダイオードの光源は発光色の異なる発光ダイオードを線状配置の一組として、これを複数組み配置することを特徴とするバックライト装置。
5. 請求項１又は３において、前記発光ダイオードは３原色の内の１色の発光ダイオードと当該１色の補色の発光ダイオードとを一組として複数組みを配置することを特徴とするバックライト装置。
6. 請求項１又は３において、前記発光ダイオードは発光ダイオードの互いの色が補色である発光ダイオードとを一組として複数組みを配置することを特徴とするバックライト装置。
7. 請求項２又は４において、前記発光色の異なる発光ダイオードは、赤色蓄光物質を配した赤色発光ダイオードと、緑色蓄光物質を配した緑色ダイオードと、青色蓄光物質を配した青色発光ダイオードであることを特徴とするバックライト装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つの請求項において、前記各発光ダイオードの駆動は間欠駆動であることを特徴とするバックライト装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか１つの請求項において、前記各発光ダイオードへの蓄光物質の配設は塗布によることを特徴とするバックライト装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか１つの請求項に記載されたバックライト装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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