JP2006267167A - 面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＬＥＤを光源として用いた面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関し、安定した表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のＬＥＤ１４を備えた面状の光源部３０と、一対の基板と基板間に封止された液晶層とを備え、光源部３０からの光の一部が入射するダミー液晶パネル１７と、ダミー液晶パネル１７を透過した光の色度を検出する色度センサ１８と、検出された色度と設定された目標値とを比較し、色度が目標値に近づくように複数のＬＥＤ１４を制御するＬＥＤ制御部２２とを有するように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関し、特に、ＬＥＤを光源として用いた面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を備えた液晶表示パネルと、液晶表示パネルの後方から光を照射するバックライトユニットとを有している。液晶表示装置は、液晶を駆動してバックライトユニットからの光の透過率を画素毎に制御することにより表示を行っている。近年、液晶表示装置の色再現範囲（色域）を広げるために、バックライトユニットの光源にＬＥＤを用いることが検討され、実用化され始めている。複数のＬＥＤを用いる際には、ＬＥＤの特性がそれぞれ異なるため、各ＬＥＤの光量バランスの調整が必要となる。特に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の単色発光ＬＥＤを組み合わせて使用する場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤの光量バランスの調整が必要となる。

その手法として、バックライトユニットの一部（例えば導光板の裏面側）に光センサを設け、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色が合成された光の色度又は輝度を当該光センサで検出し、検出した色度又は輝度に基づいて各ＬＥＤをフィードバック制御し、Ｒ、Ｇ、Ｂの光量バランスを最適にする技術がある。光センサは、合成された光の色度や輝度を検出し、それらに応じた信号を出力する。この信号に基づいてＬＥＤを駆動することによって、各ＬＥＤの発光輝度が調整され、バックライトユニットから射出する光の色度や輝度が調整される。

特開２００４−２９１４１号公報

液晶表示装置の表示画面を観察する観察者の目には、バックライトユニットから射出して液晶表示パネルを通った光が入る。液晶表示パネルの光学特性は、温度による液晶の波長特性の変化や経時変化（例えばカラーフィルタの劣化や液晶の波長特性の経時変化）などにより変化する。したがって、上記のようにバックライトユニットから射出する光の色度や輝度を調整しても、液晶表示パネルの光学特性の変化は反映されないため、液晶表示装置の表示色度や表示輝度は変動してしまう場合がある。

図９は、従来の液晶表示装置の表示画面にほぼ白を表示させた状態での表示色度の時間変化を示すグラフである。グラフの横軸はバックライトユニットのＬＥＤの点灯時間（分）を表し、縦軸は液晶表示装置の表示色度を表している。●印を結ぶ線は色度ｘを示し、○印を結ぶ線は色度ｙを示している。図９に示すように、液晶表示装置の表示色度は、ＬＥＤの点灯直後には比較的大きく変化し、安定するまでに長時間を要している。このように、従来の液晶表示装置は、ＬＥＤ点灯後の時間の経過とともに表示色度や表示輝度が変化してしまい、表示品質が安定しないという問題を有している。

本発明の目的は、安定した表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

上記目的は、複数のＬＥＤを備えた面状の光源部と、一対の基板と前記一対の基板間に封止された液晶層とを備え、前記光源部からの光の一部が入射するダミー液晶パネルと、前記ダミー液晶パネルを透過した光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部と、前記色度及び／又は輝度に基づいて前記複数のＬＥＤを制御するＬＥＤ制御部とを有することを特徴とする面照明装置によって達成される。

本発明によれば、安定した表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を実現できる。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態による面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本実施の形態による液晶表示装置の構成を示す分解斜視図であり、図２は本実施の形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。また図３は、本実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図１乃至図３に示すように、液晶表示装置１は、透過型の液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２を照明するバックライトユニット（面照明装置）３とを有している。液晶表示パネル２は、一対の基板と、両基板間に封止された液晶層と、両基板を挟んで外側に配置された一対の偏光板とを備えている。液晶表示パネル２とバックライトユニット３との間には、偏光シート１１や拡散シート１２等の光学シート類が配置されている。液晶表示パネル２は、液晶を駆動してバックライトユニット３からの光の透過率を画素毎に制御することにより表示を行っている。

バックライトユニット３は、例えば長方形状の平面形状を有し液晶表示パネル２側に光射出面１３ａを有する面状の導光板１３と、導光板１３の例えば対向する２つの端辺近傍に配置され、例えば発光色の互いに異なる複数のＬＥＤ１４からなるＬＥＤモジュールとを備えた光源部３０を有している。ＬＥＤ１４には、例えばＲの光を発光する複数のＲ発光ＬＥＤと、Ｇの光を発光する複数のＧ発光ＬＥＤと、Ｂの光を発光する複数のＢ発光ＬＥＤとが含まれている。Ｒ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤは、それぞれ独立して駆動でき、例えばそれぞれの駆動電流に比例する発光輝度で発光するようになっている。光射出面１３ａと拡散シート１２との間には、例えば所定厚さの気体空間１９が設けられている。導光板１３の光射出面１３ａの裏面側には散乱ドット等が設けられている。また導光板１３の散乱ドット等が設けられた面に対向して、反射シート１５が配置されている。各ＬＥＤ１４から射出した光は、導光板１３に入射して導光板１３内を導光し、散乱ドット及び反射シート１５によって主に光射出面１３ａから射出する。光射出面１３ａから射出した光は、気体空間１９及び光学シート類を通過して液晶表示パネル２に入射する。液晶表示パネル２に入射した光は、画素毎に所定の透過率で液晶表示パネル２を透過し、観察者の目に入るようになっている。バックライトユニット３、光学シート類及び液晶表示パネル２は、プラスチックフレーム２４及びフロントカバー２５により収納されて保持されている。

反射シート１５のほぼ中央部には、例えば円形状の開口部１６が形成されている。導光板１３を導光する光の一部は、開口部１６を介して光射出面１３ａの裏面側に射出するようになっている。反射シート１５の裏面側には、実際の表示には用いられないダミー液晶パネル１７が配置されている。ダミー液晶パネル１７には、開口部１６を介して光射出面１３ａの裏面側に射出した光が液晶表示パネル２を通過せずに入射するようになっている。ダミー液晶パネル１７は、一対の基板と、両基板間に封止された液晶層と、両基板を挟んで外側に配置された一対の偏光板とを有している。ダミー液晶パネル１７に用いられる液晶は、例えば液晶表示パネル２に用いられる液晶と同一である。両基板には、液晶表示パネル２の一対の基板とそれぞれほぼ同一の層構成で電極や絶縁膜、カラーフィルタ等が形成されていることが望ましい。また両基板と液晶層との界面には配向膜が形成されていることが望ましい。ダミー液晶パネル１７は、液晶表示パネル２よりパネル面積が小さいことを除いて液晶表示パネル２とほぼ同一又は類似した構成を備え、液晶表示パネル２とほぼ同一又は類似した光学特性（透過特性）を有している。ダミー液晶パネル１７の光学特性は、温度による液晶の波長特性の変化や経時変化などにより、液晶表示パネル２の光学特性とほぼ同様に変化するようになっていれば良く、従って、例えばダミー液晶パネル１７は、カラーフィルターがなくても良い。カラーフィルターがない場合は、カラーフィルターの変化の要因は反映されないが、液晶の特性は反映されるので、本特許の目的は近似的にかなえられるからである。同様に、ダミー液晶パネルは光学特性が液晶表示パネル２と類似していれば簡略化できる。また、例えば液晶表示パネル２がノーマリブラックモードであれば、ダミー液晶パネル１７もノーマリブラックモードにする。ダミー液晶パネル１７の液晶層には不図示の電圧印加部により例えば常時白電圧が印加され、ダミー液晶パネル１７は光を透過する状態になっている。

液晶表示パネル２がノーマリホワイトモードであれば、ダミー液晶パネル１７もノーマリホワイトモードにする。また、液晶表示パネル２がノーマリブラックモードであっても、ダミー液晶パネル１７をノーマリホワイトモードにしてもよい。ダミー液晶パネル１７をノーマリホワイトモードにすることにより、液晶層に電圧を印加しなくても光がダミー液晶パネル１７を透過するようになる。したがって、ダミー液晶パネル１７の液晶層に電圧を印加する電圧印加部が不要になり、小型化、低コスト化及び低消費電力化を実現できる。ノーマリブラックモードの液晶表示パネル２が、例えば負の誘電率異方性を有する垂直配向型の液晶とクロスニコル配置の偏光板とを有する場合、ダミー液晶パネル１７を液晶表示パネル２と類似した構成を維持しつつノーマリホワイトモードにするには、ダミー液晶パネル１７の偏光板をパラレルニコル配置にすればよい。

ダミー液晶パネル１７の裏面側には、色度センサ（光センサ部）１８が設けられている。色度センサ１８は、導光板１３からダミー液晶パネル１７に入射してダミー液晶パネル１７を透過した光を受光する受光面を有している。色度センサ１８は、受光した光の色度を検出し、色度に応じた所定の色度信号を出力するようになっている。なお色度センサ１８に代えて、光の輝度を検出して輝度に応じた所定の輝度信号を出力する輝度センサを光センサ部として用いてもよいし、色度センサ１８及び輝度センサの双方を用いてもよい。

色度センサ１８から出力された色度信号は、ＬＥＤ制御部２２のセンサコントローラＩＣ２０に入力される。色度信号が入力されたセンサコントローラＩＣ２０は、ダミー液晶パネル１７を透過した光の色度と予め設定された色度の目標値とを比較して、色度が目標値に近づくようにＲ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤにそれぞれ流す電流を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力する。センサコントローラＩＣ２０から出力されたＰＷＭ信号は、ＬＥＤ駆動部の定電流電源回路２１に入力される。定電流電源回路２１は、入力したＰＷＭ信号に基づいて、Ｒ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤにそれぞれ所定の電流を流すようになっている。このようにＬＥＤ制御部２２は、ダミー液晶パネル１７を透過した光の色度（又は輝度）に基づきＬＥＤ１４に流す電流量をフィードバック制御している。

図４は、本実施の形態による液晶表示装置の表示色度の時間変化を示すグラフである。グラフの横軸はＬＥＤの点灯時間（分）を表し、縦軸は液晶表示装置の表示色度を表している。●印を結ぶ線ａは色度ｘの時間変化を示し、○印を結ぶ線ｂは色度ｙの時間変化を示している。既に図９に示したように、従来の液晶表示装置の表示色度は、ＬＥＤの点灯直後には比較的大きく変化し、安定するまでに長時間を要する。これは、ＬＥＤを点灯することにより液晶表示パネルの温度が上昇し、液晶の波長特性が変化することに起因する。これに対して本実施の形態による液晶表示装置では、図４に示すように、表示色度がＬＥＤ点灯直後から比較的安定している。

図５は、本実施の形態による液晶表示装置及び従来の液晶表示装置の表示輝度の時間変化を示すグラフである。グラフの横軸はＬＥＤの点灯時間（分）を表し、縦軸は液晶表示装置の表示輝度を表している。ここで表示輝度は、安定した後の表示輝度を１として正規化している。線ｃは本実施の形態による液晶表示装置の表示輝度の時間変化を示し、線ｄは従来の液晶表示装置の表示輝度の時間変化を示している。図５に示すように、従来の液晶表示装置の表示輝度は、ＬＥＤの点灯直後が最も高く、ＬＥＤ点灯時間の経過とともに徐々に低下し、１５０分程度点灯した後に安定している（線ｄ）。これに対して本実施の形態による液晶表示装置の表示輝度は、ＬＥＤの点灯時間に関わらずほぼ一定である（線ｃ）。

本実施の形態では、液晶表示パネル２とほぼ同一の光学特性を有し、光源部３０からの光の一部が入射するダミー液晶パネル１７と、ダミー液晶パネル１７を透過した光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部とが設けられている。ダミー液晶パネル１７の光学特性は、温度による液晶の波長特性の変化や経時変化などにより、液晶表示パネル２の光学特性とほぼ同様に変化するようになっている。ダミー液晶パネル１７を透過した光の色度及び／又は輝度に基づきＬＥＤ１４に流す電流量をフィードバック制御することにより、液晶表示パネル２の光学特性に変化が生じても液晶表示装置の表示輝度や表示色度が変化せず、安定した表示品質が得られる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置について図６乃至図８を用いて説明する。本実施の形態では、液晶表示パネル２の光学特性の経時変化を無視できる場合に、温度による液晶の波長特性の変化などを予め求めておき、光源部３０からの光の色度及び／又は輝度と、液晶表示パネル２近傍の温度とに基づいてＬＥＤ１４に流す電流量を制御する。図６は本実施の形態による液晶表示装置の構成を示す分解斜視図であり、図７は本実施の形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。また図８は、本実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図６乃至図８に示すように、本実施の形態による液晶表示装置は、液晶表示パネル２近傍の温度を検出して温度信号を出力する温度センサ２６を有している。例えば温度センサ２６は、周辺回路が実装されたプリント回路基板２７上などに配置される。プリント回路基板２７は、ドライバＩＣが実装されたフレキシブル基板２８を介して液晶表示パネル２に接続されている。また本実施の形態では、ＬＥＤ制御部２２のセンサコントローラＩＣ２０が、液晶表示パネル２近傍の温度に基づいて、液晶表示パネル２の光学特性の温度変化を打ち消すように色度の目標値を補正するようになっている。さらに本実施の形態では、第１の実施の形態と異なりダミー液晶パネル１７が設けられておらず、開口部１６を介して導光板１３の裏面側から射出した光は、色度センサ（又は輝度センサ）１８に直接入射するようになっている。

色度センサ１８は、導光板１３からの光の色度を検出し、色度信号を出力する。色度センサ１８から出力された色度信号は、ＬＥＤ制御部２２のセンサコントローラＩＣ２０に入力される。また、温度センサ２６から出力された温度信号もセンサコントローラＩＣ２０に入力される。色度信号及び温度信号が入力されたセンサコントローラＩＣ２０は、予め設定された色度の目標値を液晶表示パネル２近傍の温度に基づいて補正する。次にセンサコントローラＩＣ２０は、導光板１３から射出する光の色度と補正した目標値とを比較して、補正した目標値に色度が近づくようにＲ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤにそれぞれ流す電流量を求め、ＰＷＭ信号を生成して出力する。なお、温度に基づき目標値を補正するのではなく、予め設定された目標値を用いて電流量を求めた後に、液晶表示パネル２の光学特性の温度変化を打ち消すように当該電流量を温度に基づき補正するようにしてもよい。センサコントローラＩＣ２０から出力されたＰＷＭ信号は、ＬＥＤ駆動部の定電流電源回路２１に入力される。定電流電源回路２１は、入力したＰＷＭ信号に基づいて、Ｒ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤにそれぞれ所定の電流を流すようになっている。

本実施の形態では、導光板１３から射出する光の色度（又は輝度）と、液晶表示パネル２近傍の温度とに基づいてＬＥＤ１４に流す電流量を制御している。色度の目標値は、液晶表示パネル２の光学特性の温度変化を打ち消すように補正されるようになっている。これにより、液晶表示パネル２の光学特性に温度変化が生じても液晶表示装置の表示輝度や表示色度がほとんど変化せず、安定した表示品質が得られる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、導光板のエッジ部近傍にＬＥＤが直線状に配置されたサイドライト型のバックライトユニットを例に挙げたが、本発明はこれに限らず、直下型のバックライトユニットにも適用できる。

以上説明した実施の形態による面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
複数のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
一対の基板と前記一対の基板間に封止された液晶層とを備え、前記光源部からの光の一部が入射するダミー液晶パネルと、
前記ダミー液晶パネルを透過した光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部と、
前記色度及び／又は輝度に基づいて前記複数のＬＥＤを制御するＬＥＤ制御部と
を有することを特徴とする面照明装置。
（付記２）
付記１記載の面照明装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、前記色度及び／又は輝度と設定された目標値とを比較し、前記色度及び／又は輝度が前記目標値に近づくように前記複数のＬＥＤを制御すること
を特徴とする面照明装置。
（付記３）
付記１又は２に記載の面照明装置において、
前記ダミー液晶パネルはノーマリホワイトモードであること
を特徴とする面照明装置。
（付記４）
付記１又は２に記載の面照明装置において、
前記ダミー液晶パネルはノーマリブラックモードであり、前記液晶層に所定の電圧が印加されていること
を特徴とする面照明装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の面照明装置において、
前記光源部は、発光色の互いに異なる複数のＬＥＤを有すること
を特徴とする面照明装置。
（付記６）
付記５記載の面照明装置において、
前記光源部は、Ｒ発光ＬＥＤ、Ｇ発光ＬＥＤ及びＢ発光ＬＥＤを有すること
を特徴とする面照明装置。
（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の面照明装置において、
前記光源部は面状の導光板を有し、
前記複数のＬＥＤは、前記導光板の少なくとも一端辺近傍に直線状に配列していること
を特徴とする面照明装置。
（付記８）
付記７記載の面照明装置において、
前記ダミー液晶パネルは、前記導光板の光射出面の裏面側に配置されていること
を特徴とする面照明装置。
（付記９）
面照明装置と前記面照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置であって、
前記面照明装置として付記１乃至８のいずれか１項に記載の面照明装置が用いられていること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記１０）
付記９記載の液晶表示装置において、
前記ダミー液晶パネルの光学特性は、前記液晶表示パネルの光学特性とほぼ同一であること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記１１）
複数のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
前記光源部からの光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部と、
前記光源部により照明される液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの近傍の温度を検出する温度センサと、
前記色度及び／又は輝度と前記温度とに基づいて前記複数のＬＥＤを制御するＬＥＤ制御部と
を有することを特徴とする液晶表示装置。
（付記１２）
付記１１記載の液晶表示装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、設定された目標値を前記温度に基づいて補正し、前記色度及び／又は輝度と補正した前記目標値とを比較し、補正した前記目標値に前記色度及び／又は輝度が近づくように前記複数のＬＥＤを制御すること
を特徴とする液晶表示装置。

本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の表示色度の時間変化を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置及び従来の液晶表示装置の表示輝度の時間変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 従来の液晶表示装置の表示色度の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ 液晶表示パネル
３ バックライトユニット
１１ 偏光シート
１２ 拡散シート
１３ 導光板
１３ａ 光射出面
１４ ＬＥＤ
１５ 反射シート
１６ 開口部
１７ ダミー液晶パネル
１８ 色度センサ
１９ 気体空間
２０ センサコントローラＩＣ
２１ 定電流電源回路
２２ ＬＥＤ制御部
２４ プラスチックフレーム
２５ フロントカバー
２６ 温度センサ
２７ プリント回路基板
２８ フレキシブル基板
３０ 光源部

Claims (10)

1. 複数のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
   一対の基板と前記一対の基板間に封止された液晶層とを備え、前記光源部からの光の一部が入射するダミー液晶パネルと、
   前記ダミー液晶パネルを透過した光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部と、
   前記色度及び／又は輝度に基づいて前記複数のＬＥＤを制御するＬＥＤ制御部と
   を有することを特徴とする面照明装置。
2. 請求項１記載の面照明装置において、
   前記ＬＥＤ制御部は、前記色度及び／又は輝度と設定された目標値とを比較し、前記色度及び／又は輝度が前記目標値に近づくように前記複数のＬＥＤを制御すること
   を特徴とする面照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の面照明装置において、
   前記ダミー液晶パネルはノーマリホワイトモードであること
   を特徴とする面照明装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面照明装置において、
   前記光源部は、発光色の互いに異なる複数のＬＥＤを有すること
   を特徴とする面照明装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面照明装置において、
   前記光源部は面状の導光板を有し、
   前記複数のＬＥＤは、前記導光板の少なくとも一端辺近傍に直線状に配列していること
   を特徴とする面照明装置。
6. 請求項５記載の面照明装置において、
   前記ダミー液晶パネルは、前記導光板の光射出面の裏面側に配置されていること
   を特徴とする面照明装置。
7. 面照明装置と前記面照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置であって、
   前記面照明装置として請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面照明装置が用いられていること
   を特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項７記載の液晶表示装置において、
   前記ダミー液晶パネルの光学特性は、前記液晶表示パネルの光学特性とほぼ同一であること
   を特徴とする液晶表示装置。
9. 複数のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
   前記光源部からの光の色度及び／又は輝度を検出する光センサ部と、
   前記光源部により照明される液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの近傍の温度を検出する温度センサと、
   前記色度及び／又は輝度と前記温度とに基づいて前記複数のＬＥＤを制御するＬＥＤ制御部と
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記ＬＥＤ制御部は、設定された目標値を前記温度に基づいて補正し、前記色度及び／又は輝度と補正した前記目標値とを比較し、補正した前記目標値に前記色度及び／又は輝度が近づくように前記複数のＬＥＤを制御すること
    を特徴とする液晶表示装置。

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