JP2006235107A - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い色再現範囲とする、薄型のバックライト装置を実現する。
【解決手段】 赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオード２１からなる光源と、光源で発光された赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路３１と、光導光路３１によって導光された白色光を、側面３２ａから入射し、一方主面３２ｃ方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板３２とを備えることで実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライト装置に関し、詳しくは、薄型化したバックライト装置及びこのバックライト装置を備える液晶表示装置に関する。

テレビジョン放送が開始されてから長年使用されてきたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（PDP：Plasma Display Panel）といった非常に薄型化されたテレビジョン受像機が考案、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い、加速的に普及することが考えられ、今後の更なる発展が期待できる表示装置である。

液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側からバックライト装置にて照明することでカラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。バックライト装置の光源としては、蛍光管を使った白色光を発光するＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）といった蛍光ランプが多く用いられている。

また、ＣＣＦＬは、蛍光管内に水銀を封入するため、環境への悪影響が考えられるため、ＣＣＦＬに代わるバックライト装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている。青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることで、液晶表示パネルを介した色光の色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。

特開平７−１９１３１１号公報

液晶表示パネルを照明する照明光を出射するバックライト装置は、光源の配置位置によって、直下型と、エッジライト型との２つに大別される。直下型は、液晶表示パネルの背面側直下に、光源を配置させるタイプのバックライト装置であり、サイドエッジ型は、液晶表示パネルの背面側直下に光を導光する導光板を配し、導光板の側面部に光源を配置させるタイプのバックライト装置である。

直下型のバックライト装置は、エッジライト型のバックライト装置と較べて、導光板を必要としないことから部品点数が少なくなり、製造コストを下げることができる。特に、光源としてＣＣＦＬを用いた場合、ＣＣＦＬは、それ自体が白色光を出射するので、バックライト装置に混色のための厚みを必要としないため、非常に薄型の液晶表示装置を構成することができる。

しかしながら、バックライト装置の光源として光の三原色である赤色光、緑色光、青色光を発光する発光ダイオードを用いた場合、この三原色光を白色光へと混色するためには、発光ダイオードから液晶表示パネルの前段に配置される拡散板までの距離を十分確保する必要がある。三原色光の混色が十分でない、色ムラのある白色光を照明光として液晶表示パネルを照明すると、液晶表示パネルに表示される画像も適切に色表現がなされない画像となってしまう。

したがって、色再現範囲を広げるために、光源として三原色光を発光する発光ダイオードを用い、直下型のバックライト装置を構成すると、バックライト装置を厚くする必要があり、液晶表示装置の薄型化を阻害してしまうことになる。

そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、光源として赤色光、緑色光、青色光を発光する発光ダイオードを用いた場合において、液晶表示パネルを照明する白色光の色ムラを低減させると共に、薄型化を実現したバックライト装置及びこのバックライト装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るバックライト装置は、透過型の液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置において、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードからなる光源と、上記光源で発光された上記赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路と、上記光導光路によって導光された上記白色光を、側面から入射し、一方主面方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板とを備えることを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置において、上記バックライト装置は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードからなる光源と、上記光源で発光された上記赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路と、上記光導光路によって導光された上記白色光を、側面から入射し、一方主面方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板とを有することを特徴とする。

本発明は、透過型の液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置として、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードからなる光源と、光源で発光された赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路と、光導光路によって導光された上記白色光を、側面から入射し、一方主面方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板とを備える。

これにより、光源から出射される赤色光、緑色光、青色光が、導光板に入射されるまでの光導光路内にて、白色光へと十分に混色されるため、液晶表示パネルで表示される画像の色再現範囲を広くしつつ、バックライト装置の薄型化を実現することを可能とする。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明をする。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構成のカラー液晶表示装置５０に適用される。このカラー液晶表示装置５０は、透過型のカラー液晶表示パネル１０と、このカラー液晶表示パネル１０の背面側に設けられたバックライト装置４０とからなる。また、図示しないが、このカラー液晶表示装置５０は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。

透過型のカラー液晶表示パネル１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１、対向電極基板１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１３を設け、さらに、ＴＦＴ基板１１，対向電極基板１２を、２枚の偏光板３１，３２によって挟むことで構成されている。ＴＦＴ基板１１には、マトリックス状に配列された信号線１４と、走査線１５と、この信号線１４、走査線１５の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１６と、画素電極１７とが形成されている。薄膜トランジスタ１６は、走査線１５により、順次選択されると共に、信号線１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１７に書き込む。一方、対向電極基板１２の内表面には、対向電極１８及びカラーフィルタ１９が形成されている。

カラーフィルタ１９は、各画素に対応した複数のセグメントに分割されている。例えば、図２に示すように、３原色である赤色フィルタＣＦＲ、緑色フィルタＣＦＧ、青色フィルタＣＦＢの３つのセグメントに分割されている。カラーフィルタ１９の配列パターンは、図２に示すようなストライプ配列の他に、図示しないが、デルタ配列、正方配列などがある。

透過型のカラー液晶表示装置５０は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル１０を、バックライト装置４０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリックス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示させることができる。

＜バックライト装置の構成＞
バックライト装置４０は、上記カラー液晶表示パネル１０を背面側から照明する。図１に示すように、バックライト装置４０は、基板２２上に配列された複数個の赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂ（以下、総称する場合は、単に発光ダイオード２１と呼ぶ。）を光源とし、光源から出射された白色光をカラー液晶表示パネル１０、全面に渡って満遍なく均一に照明させるように、図示しないバックライト筐体部内に、光導光路３１、導光板３２、拡散板４１、拡散板４１上に重ねて配列される拡散シート４２、プリズムシート４３、偏光変換シート４４といった光学機能シート群４５などを備えた構成となっている。

基板２２上に発光ダイオード２１を配列する順番は、図１に示すような、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを繰り返し単位とする最も基本的な配列の仕方や、図示しないが、例えば、緑色発光ダイオード２１Ｇを等間隔で配列させ、等間隔で配列させた、隣り合う緑色発光ダイオード２１Ｇの間に、赤色発光ダイオード２１Ｒ、青色発光ダイオード２１Ｂを交互に配列させるような順番など様々な配列の仕方があるが、本発明は、このような発光ダイオード２１の配列する順番に限定されるものではない。

拡散板４１は、光源から出射された光を、内部拡散させることで、面発光における輝度の均一化を行う。

一般に、光学機能シート群は、例えば、入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成されており、バックライト装置４０から面発光された光をカラー液晶表示パネル１０の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために設けられている。したがって、光学機能シート群４５の構成は、上述した拡散シート４２、プリズムシート４３、偏光変換シート４４に限定されるものではなく、様々な光学機能シートを用いることができる。

また、バックライト装置４０は、発光ダイオード２１が配列された基板２２と接し、発光ダイオード２１から発せられる熱を放熱するヒートシンク３５を備えている。ヒートシンク３５上には、発光ダイオード２１からの熱が伝達されたヒートシンク３５を冷却する冷却ファン３６が設けられている。

導光板３２と、ヒートシンク３５との間には、カラー液晶表示装置５０を駆動するための駆動回路１００が設けられている。図３に、駆動回路１００の構成を示す。駆動回路１００は、カラー液晶表示パネル１０や、バックライト装置４０の駆動電源を供給する電源部１１０、カラー液晶表示パネル１０を駆動するＸドライバ回路１２０及びＹドライバ回路１３０、外部から供給される映像信号や、当該カラー液晶表示装置５０が備える図示しない受信部で受信され、映像信号処理部で処理された映像信号が、入力端子１４０を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部１５０、このＲＧＢプロセス処理部１５０に接続された画像メモリ１６０及び制御部１７０、バックライト装置４０を駆動制御するバックライト駆動制御部１８０などを備えている。

この駆動回路１００において、入力端子１４０を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部１５０により、クロマ処理などの信号処理がなされ、さらに、コンポジット信号からカラー液晶表示パネル１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換されて、制御部１７０に供給されるとともに、画像メモリ１６０を介してＸドライバ回路１２０に供給される。

また、制御部１７０は、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた所定のタイミングで、Ｘドライバ回路１２０及びＹドライバ回路１３０を制御して、上記画像メモリ１６０を介してＸドライバ回路１２０に供給されるＲＧＢセパレート信号で、カラー液晶表示パネル１０を駆動することにより、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた映像を表示する。

バックライト駆動制御部１８０は、電源部１１０から供給される電圧から、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、バックライト装置４０の光源である各発光ダイオード２１を駆動する。一般に発光ダイオードの色温度は、動作電流に依存するという特性がある。したがって、所望の輝度を得ながら、忠実に色再現させる（色温度を一定とする）には、パルス幅変調信号を使って発光ダイオード２１を駆動し、色の変化を抑える必要がある。

ユーザインターフェース２００は、上述した図示しない受信部で受信するチャンネルを選択したり、同じく図示しない音声出力部で出力させる音声出力量を調整したり、カラー液晶表示パネル１０を照明するバックライト装置４０からの白色光の輝度調節、ホワイトバランス調節などを実行するためのインターフェースである。

例えば、ユーザインターフェース２００から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路１００の制御部１７０を介してバックライト駆動制御部１８０に輝度制御信号が伝わる。バックライト駆動制御部１８０は、この輝度制御信号に応じて、パルス幅変調信号のデューティ比を、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂ毎に変えて、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを駆動制御することになる。

再び、図１に戻り光導光路３１と、導光板３２について説明をする。光導光路３１は、光源である発光ダイオード２１から出射された赤色光、緑色光、青色光を光入射面３１ａから入射し、入射した各色光を、光導光路３１の内壁面にて複数回、反射させることにより、拡散させ白色光へと混色させながら導光板３２へと導く。光導光路３１の光出射面３１ｂと、導光板３２の光入射面３２ｂとは、空気層などを介すことなく密着するように接続されている。

光導光路３１は、例えば、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。光導光路３１に用いられる材料としては、アクリル樹脂の他、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。

導光板３２は、光導光路３２から出射された白色光を当該導光板３２の一側面である光入射面３２ａから入射し、光入射面３２ａから入射された光を当該導光板３２の一方主面である光反射面３２ｂと、光反射面３２ｂと平行で対向する他方主面である光出射面３２ｃとで全反射して導光し、上記光出射面３２ｃから均一な光として出射して面発光させる。

導光板３２は、光反射面３２ｂと、光出射面３２ｃとが平行となるような形状であってもよいし、導光された光の導光方向の厚みが徐々に減少するような楔形形状をしていてもよい。光反射面３２ｂは、入射された白色光が最終的には光出射面３２ｃから出射されるように光出射面３２ｃ方向へ光を立ち上げるために、例えば、ドットや、プリズムなどが形成されている。

導光板３２も、光導光路３１と同様に、例えば、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。光導光路３１に用いられる材料としては、アクリル樹脂の他、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。

光導光路３１は、導光板３２とは独立して形成するようにしてもよいし、一体成形してもよい。また、導光板３２の光入射面３２ａを、図１に示すような上部側面だけではなく、それ以外の３つの側面として、この光入射面に対して白色光を導くようにしてもよい。このとき、白色光の光量を増加させるために、導光板３２の２〜４つの側面を光入射面として、それぞれに、光導光路３１を設けて白色光を導光板３２内に導くようにしてもよい。

光入射面３２ａとしない導光板３２の側面及び光反射面３２ｂには、導光板３２から白色光が漏れ出てしまい光の利用効率が低下するのを防止するために反射シートなどを設けることで反射加工を施す。

図４、図５に、一体化された光導光路３１と、導光板３２の縦断面図を示す。さらに図４には、光源である発光ダイオード２１から入射された光の、光導光路３１と、導光板３２で形成される光導光路空間の、ある一平面における光路を示している。また、図５には、光源である発光ダイオード２１から入射された光の、光導光路３１と、導光板３２で形成される光導光路空間における光路を示している。

図４、図５に示すように、光導光路３１の光入射面３１ａから入射された各色光は、光導光路３１の光反射面３１ｃ、３１ｄによって複数回、反射され、光導光路空間において拡散される。光導光路３１は、光反射面３１ｃ、３１ｄを、それぞれ、複数の曲率を有する曲面形状としており、この形状によって、光入射面３１ａから光出射面３１ｂまでの光導光路空間の距離を長くしていると同時に、反射回数、拡散度を増加させているため赤色光、緑色光、青色光の混色をより促進することができる構造となっている。

図６、図７に、光導光路３１のバリエーションを示す。図６に示す、光導光路３１Ａは、光反射面３１Ａｃ、３１Ａｄの形状が、光入射面３１Ａａ側の曲率より、光出射面３１Ａｂ側の曲率を大きくした形状となっている。これのような形状の光反射面３１Ａｃ、３１Ａｄとすることで、光出射面３１Ａｂから出射され導光板３２の光入射面３１ａに入射される白色光が増加するため、光の利用効率を高めることができる。

また、図７に示す光導光路３１Ｂは、光反射面３１Ｂｃ、３１Ｂｄの形状を曲面ではなく複数の平面を組み合わせてなる多角形状としている。このように、光導光路３１Ｂの光反射面Ｂｃ、３１Ｂｄの形状を曲面ではなく多角形状とした場合も、図１に示す光導光路３１、図６に示す光導光路３１Ａと同様に、光導光路空間の距離を長くすると同時に、反射回数、拡散度を増加させることができるため赤色光、緑色光、青色光の混色をより促進することができる。

このように、液晶表示パネル１０を照明するバックライト装置４０の光源として、広い色再現範囲を実現することができる赤色光、緑色光、青色光の三原色光を発光する発光ダイオード２１を用いて、導光板３２を使用したエッジライト型とする場合に、光源から光を導く手段として、光導光路３１、３１Ａ又は３１Ｂを使用することで、導光板３２に入射させる光を既に十分に混色された色ムラのない白色光とすることができる。さらに、色ムラのない白色光が実現されることで、輝度ムラへの対処も容易となる。

したがって、このようなバックライト装置４０から出射された照明光で液晶表示パネル１０を照明すると、液晶表示パネルには、色再現性のよい画像を表示させることができる。また、バックライト装置４０は、直下型のバックライト装置よりも非常に薄型化できるため、薄型で、色再現性の高い液晶表示装置を実現することができる。

本発明を実施するための最良の形態として示すカラー液晶表示装置の構成について説明するための図である。 同カラー液晶表示装置が備えるカラー液晶表示パネルのカラーフィルタについて説明するための図である。 同カラー液晶表示装置を駆動する駆動回路について説明するための図である。 同カラー液晶表示装置のバックライト装置が有する光導光路及び導光板の断面図及び光導光路空間のある平面における光路を示した図である。 同カラー液晶表示装置のバックライト装置が有する光導光路及び導光板の断面図及び光導光路空間における光路を示した図である。 光導光路の別な例を示した図である。 光導光路のさらに別な例を示した図である。

符号の説明

１０ カラー液晶表示パネル、２１ 発光ダイオード、２１Ｒ 赤色発光ダイオード、２１Ｇ 緑色発光ダイオード、２１Ｂ 青色発光ダイオード、３１ 光導光路、３２ 導光板、４０ バックライト装置、４１ 拡散板、４５ 光学機能シート群、５０ カラー液晶表示装置

Claims (8)

1. 透過型の液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置において、
   赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードからなる光源と、
   上記光源で発光された上記赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路と、
   上記光導光路によって導光された上記白色光を、側面から入射し、一方主面方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板とを備えること
   を特徴とするバックライト装置。
2. 上記導光路及び上記導光板とは、一体成形されていること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 上記光導光路は、異なる複数の曲率を有する曲面からなる２つ以上の反射面を有し、上記反射面にて、上記赤色光、緑色光、青色光を複数回、内部反射すること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
4. 上記光導光路は、複数の平面を組み合わせてなる多角形状の２つ以上の反射面を有し、上記反射面にて、上記赤色光、緑色光、青色光を複数回、内部反射すること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
5. 透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置において、
   上記バックライト装置は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードからなる光源と、
   上記光源で発光された上記赤色光、緑色光、青色光を入射し、複数回、内部反射することで白色光へと混色させながら導光する光導光路と、
   上記光導光路によって導光された上記白色光を、側面から入射し、一方主面方向へと立ち上げることで面状発光させる導光板とを有すること
   を特徴とする液晶表示装置。
6. 上記バックライト装置が有する上記導光路及び上記導光板とは、一体成形されていること
   を特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
7. 上記バックライト装置が有する上記光導光路は、異なる複数の曲率を有する曲面からなる２つ以上の反射面を有し、上記反射面にて、上記赤色光、緑色光、青色光を複数回、内部反射すること
   を特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
8. 上記バックライト装置が有する上記光導光路は、複数の平面を組み合わせてなる多角形状の２つ以上の反射面を有し、上記反射面にて、上記赤色光、緑色光、青色光を複数回、内部反射すること
   を特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。

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