JP2006286512A - 照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置 - Google Patents

照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】サイズの増加を抑え、簡単な構造で色むらの少ない光を生成することができる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置の提供。
【解決手段】本実施例の照明装置は、その長手方向に切り欠き部を有する略円筒状の反射板２と、ＲＧＢの各色を発光する第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５と、反射板２の切り欠き部に配置される棒状の集光レンズ１とで構成され、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５は反射板２の内側に円の中心に向かって配置され、各々のＬＥＤは円筒の長手方向に色毎に略直線状に配列されている。このような構成により、ＲＧＢ各色のＬＥＤから出た光は反射板２で反射を繰り返し、最後は集光レンズ１で集光されて導光板８に送られるため、反射板で反射を繰り返している間に各色の光が十分に混合されて、色むらの少ない白色光を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は照明装置に関し、特に、液晶表示装置のバックライトユニットとして用いる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、ＡＶ機器、携帯端末機器等の広い分野で利用されている。この液晶表示装置は液晶パネルの背面側にバックライト光源を備えており、バックライト光源から出る光の透過量を液晶で制御することにより表示を行っている。このバックライト光源として、従来は蛍光管が用いられていたが、蛍光管を点灯させるためにはインバータ回路などの周辺回路が必要であり、また、インバータ回路からノイズが発生することから、近年ではＬＥＤが用いられている。
ここで、バックライト光源として用いるＬＥＤは、通常、ＲＧＢの各々の色を発生する複数種類のＬＥＤで構成され、各々の種類のＬＥＤから出る光を混合することによって白色光を生成するため、ＬＥＤの並び方に起因して色むらが発生してしまうという問題があった。
このようなＬＥＤの配置に関して、下記特許文献１には、図８に示すように、複数のＬＥＤ１０ａからなる点光源群１０と、点光源群１０からの出射光を入射光とする拡散板１１とから構成される線状光源において、隣接するＬＥＤ１０ａの間隔（図８（ａ）のＰ）とＬＥＤ１０ａと拡散板１１との距離（図８（ｂ）のＬ）とが所定の関係を満たすように、点光源群１０を拡散板１１から離して配置する方法が開示されている。
特開２０００−３６２０９号公報（第３〜４頁、第２図）
このように、異なる色を発光する複数種類のＬＥＤを光源とする場合、各々の色の光を均一に混合することが重要であり、上記特許文献１では点光源群１０と拡散板１１との距離を長くしているが、この方法では照明装置のサイズが大きくなってしまい、特に、小型化が求められる携帯機器用の照明装置として大きな欠点となってしまう。また、点光源群１０を拡散板１１から離して配置すると輝度が低くなってしまうという弊害も生じる。
また、色むらを軽減する方法として、複数のＬＥＤを個別に制御する方法もあるが、この方法ではＬＥＤを点灯させるための電源や制御回路が多数必要になり、特に、大画面を照明する照明装置ではＬＥＤの数が多いために照明装置の構造が複雑になってしまい、価格の上昇を招いてしまうという問題も生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、サイズの増加を抑え、簡単な構造で色むらの少ない光を生成することができる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、長手方向に切り欠き部を備える筒状の反射板と、前記反射板の内面に配置され、異なる色の光を発生する複数の種類のＬＥＤと、前記切り欠き部に配置される集光レンズとを少なくとも備え、前記ＬＥＤは、前記種類毎に、前記反射板の長手方向に沿って略直線状に配列されているものである。
また、本発明の照明装置は、長手方向に切り欠き部を備える筒状の反射板と、前記反射板の内面に配置され、異なる色の光を発生する複数の種類のＬＥＤと、前記切り欠き部に配置される集光レンズと、前記反射板の内部に配置され、該反射板の長手方向に延びる副反射板とを少なくとも備え、前記ＬＥＤは、前記種類毎に、前記反射板の長手方向に沿って略直線状に配列され、前記副反射板は、少なくとも一つの種類の前記ＬＥＤから前記集光レンズに直接入射する光を遮るように配置されているものである。
本発明においては、前記副反射板は、各々の種類の前記ＬＥＤに対して設けられており、各々の前記副反射板は、対応する種類の前記ＬＥＤから前記集光レンズに直接入射する光を遮るように配置されている構成とすることができる。
また、本発明においては、前記反射板は、前記長手方向に直交する方向の断面形状を、略円形、略楕円形又は略多角形のいずれかとすることができる。
また、本発明においては、前記複数の種類のＬＥＤは、ＲＧＢの各々の色の光を発生する３種類のＬＥＤで構成されることが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置は、上記いずれか一に記載の照明装置と、前記照明装置の前記集光レンズに対向する位置に入射面が配置される導光板と、前記導光板の出射面に対向する位置に配置される液晶パネルとを少なくとも備えるものである。
このように、本発明では、筒状の反射板内に配列された各色のＬＥＤから出射される光が反射板の内面や副反射板の表裏面で繰り返し反射されて混合されるため、色むらの少ない白色光を生成することができる。
本発明の照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置によれば、サイズの増加を抑え、かつ、簡単な構造で色むらの少ない白色光を生成することができる。
その理由は、切り欠き部を有する筒状の反射板と、反射板の内部に配列されるＲＧＢ各色の光を発生する複数種類のＬＥＤと、切り欠き部に配置される集光レンズとで照明装置を構成することにより、各色のＬＥＤから出る光を反射板の内面で繰り返し反射させることができ、これにより各色の光を十分に混合して白色光を生成することができるからである。
また、筒状の反射板の内部に副反射板を設けることによって、反射回数をさらに増やすことができ、また、該副反射板によってＬＥＤから集光レンズに直接入射する光を遮断することができるため、色むらをさらに改善することができるからである。
そして、このような照明装置を液晶表示装置のバックライトとして利用することにより、液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。
従来技術で示したように、ＲＧＢの各色のＬＥＤを光源として用いる照明装置では、各色のＬＥＤの光を十分に混合することが重要であるが、導光板のＬＥＤの並び方に起因して色むらが発生するという問題がある。この問題を解決する方法として、点光源と拡散板との距離を長くする方法があるが、この方法では照明装置のサイズが大きくなり、また、輝度が低下してしまうという問題があった。また、複数のＬＥＤを個別に制御する方法も考えられるが、この方法ではＬＥＤを点灯させるための電源や制御回路が多数必要になり、構成が複雑になって価格の上昇を招いてしまうという問題があった。
そこで、本発明では、照明装置のサイズの増加を抑え、かつ、構成を複雑にすることなく色むらの少ない白色光を生成できるようにするために、照明装置に筒状の反射板を設け、その反射板の内面に長手方向に沿ってＲＧＢ各色のＬＥＤを略直線状に配列する。また、反射板の長手方向に切り欠き部を設け、その切り欠き部に棒状の集光レンズを配置する。
このような簡単かつコンパクトな構成でありながら、ＲＧＢ各色のＬＥＤから出た光は反射板で反射を繰り返し、最後は集光レンズで集光されて導光板の光入射面に送られるため、色むらの少ない白色光を得ることができる。
上記実施形態について詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本実施例の照明装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は長手方向から見た図、（ｂ）は長手方向に直交する方向（Ａ方向）から見た図である。また、図２は、その組立例を模式的に示す斜視図であり、図３は、本実施例の照明装置の構造の他の例を示す図、図４は、本実施例の反射板の構造の他の例を示す図である。
図１に示すように、本実施例の照明装置は、その長手方向に切り欠き部を有する略円筒状の反射板２と、ＲＧＢなどの異なる色を発生する第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５などの複数種類のＬＥＤと、反射板２の切り欠き部に配置される棒状の集光レンズ１とで構成され、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５は反射板２の内側に円の中心に向かって配置され、種類毎に反射板２の長手方向に沿って略直線状に配列されている。そして、これらは、導光板８の入光部９に集光レンズ１が平行になるように配置されている。また、導光板８は入光部９から入射した光を面光源として出射し、出射面に対向して配置された液晶パネル（図示せず）を照明するように構成されている。
なお、反射板２はその内面が反射機能を備えていればよく、アルミなどの金属板を加工して形成してもよいし、プラスチックなどの表面に金属膜を形成したものを用いてもよい。また、切り欠き部は反射板２を分断するように形成してもよいし、反射板２の長手方向の一部をくり抜くように形成してもよい。また、図１では、反射板２の長手方向に直交する面の断面形状を略円形にしたが、本発明の反射板２は筒状であればよく、例えば、図４（ａ）に示すように断面形状を略楕円形にしてもよいし、図４（ｂ）に示すように多角形にしてもよい。更に、反射板２の内面は鏡面状にしてもよいが、例えば、図４（ｃ）に示すように内面に微小な凹凸を形成してＬＥＤの光を乱反射するようにしてもよい。
また、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５の配置は図１の構成に限定されず、各々の種類のＬＥＤの輝度や発光スペクトルを考慮して配置を変更してもよく、例えば、各々の種類のＬＥＤを円を等分するように配置してもよいし、図３（ａ）に示すように、特定種類のＬＥＤの列（ここでは第１のＬＥＤ３の列と第２のＬＥＤ４の列）を近づけて配置するなど、非対称に配置してもよい。また、全ての種類のＬＥＤを同じ間隔で配置してもよいし、図３（ｂ）に示すように、特定の種類のＬＥＤ（ここでは第２のＬＥＤ４）の間隔を狭めるなど、間隔を変えてもよい。また、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５の固定構造も特に限定されず、反射板２に穴を開けて各々のＬＥＤを差し込んで固定してもよいし、図２に示すように、種類毎に複数のＬＥＤを土台に固定し、その土台を反射板２の内面に固定するようにしてもよい。その際、各々のＬＥＤが指向性を有する場合はその光軸が反射板２の中心を向くように固定することが望ましいが、光軸が中心から多少ずれた方向を向いても問題はない。
また、集光レンズ１は、反射板２で反射されたＬＥＤの光を導光板８に出射する機能を備えていればよく、レンズの形状は任意であり、また、複数枚のレンズを組み合わせて構成してもよい。また、集光レンズ１の固定構造も特に限定されず、例えば、図２に示すように、反射板２の切り欠き部７にガイドを設け、そのガイドに集光レンズ１を挟み込んで固定する構造などとすることができる。
次に、本実施例の照明装置の動作について説明する。例えば、図１（ａ）に示すように、第３のＬＥＤ５から出た光は、反射板２の内側を複数回（図では２回）反射して集光レンズ１に入り、集光レンズ１を通って導光板８の入光部９に入射される。同様に、第１のＬＥＤ３や第２のＬＥＤ４から出た光も、反射板２の内側を複数回反射して集光レンズ１に入り、集光レンズ１を通って導光板８の入光部９に入射される。従って、第１のＬＥＤ３を赤色、第２のＬＥＤ４を緑色、第３のＬＥＤ５を青色とすると、筒状の反射板２の内部で３色の光が十分に混合されて色むらの少ない白色光を生成することができる。また、種類毎にＬＥＤの輝度を調整する機能を設けておけば、白バランスを可変することができ、必要な白バランスを得ることができる。
このように、本実施例によれば、切り欠き部７を備える筒状の反射板２の内面に、異なる色を発生する複数種類のＬＥＤを種類毎に長手方向に沿って略直線状に配置し、切り欠き部７に棒状の集光レンズ１を配置することによって、各々の色のＬＥＤから出た光は反射板２で複数回反射されて混合された後に集光レンズ１から出射されるため、色むらの少ない白色光を発生させることができる。また、この照明装置をバックライトとして用いることにより、液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。
次に、本発明の第２の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図５乃至図７を参照して説明する。図５は、本実施例の照明装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は長手方向から見た図、（ｂ）は長手方向に直交する方向（Ａ方向）から見た図である。また、図６は、その組立例を模式的に示す斜視図であり、図７は、本実施例の副反射板の構造の他の例を示す図である。
前記した第１の実施例では、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５から出る光を反射板２のみで反射させる構成としたが、反射の回数が増えるほど各色が均一に混合されることから、本実施例では反射板２に加えて副反射板６を設けている。
具体的に説明すると、図５に示すように、本実施例の照明装置は、その長手方向に切り欠き部を有する略円筒状の反射板２と、ＲＧＢなどの異なる色を発生する第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５などの複数種類のＬＥＤと、反射板２の切り欠き部に配置される棒状の集光レンズ１と、反射板２の内部に配置される副反射板６とで構成され、副反射板６は、反射板２の内側の集光レンズ１の正面に配置されている。この副反射板６は、断面形状が略円弧状で、反射板２の長手方向に伸びた形状をしており、第２のＬＥＤ４からの光が集光レンズ１に直接入射しないように形成されている。
なお、この副反射板６はその両面が反射機能を備えていればよく、アルミなどの金属板を加工して形成してもよいし、プラスチックなどの表面に金属膜を形成したものを用いてもよい。また、この副反射板６の固定構造は特に限定されず、図６に示すように副反射板６に柱を設け、その柱を反射板２に固定するようにしてもよいし、副反射板６の両端部を反射板２の両端部に固定するようにしてもよい。また、図５では副反射板６が反射板２の内面に接しないようにしているが、長手方向の一方の側面が反射板２の内面に接していてもよい。また、図５では、副反射板６の断面形状を略円弧状にしたが、副反射板６の形状は任意であり、例えば、平板としてもよいし、図７（ａ）に示すように断面形状をＶ字型などにしてもよい。
また、上記説明では、副反射板６を反射板２の内側の集光レンズ１の正面に配置して第２のＬＥＤ４からの光が集光レンズ１に直接入射しないようにしたが、例えば、図７（ｂ）に示すように、各々の種類のＬＥＤに対応する位置に副反射板６を設け、各々の種類のＬＥＤからの光が集光レンズ１に直接入射しないようにしてもよい。また、反射板２の両面は鏡面状にしてもよいが、例えば、図７（ｃ）に示すように表面に微小な凹凸を形成してＬＥＤの光を乱反射するようにしてもよい。
次に、本実施例の照明装置の動作について説明する。例えば、図５に示すように、第２のＬＥＤ４から出た光は、副反射板６及び反射板２の内側を複数回（図では５回）反射して集光レンズ１に入り、集光レンズ１を通って導光板８の入光部９に入射される。同様に、第１のＬＥＤ３や第２のＬＥＤ４から出た光も、副反射板６及び略円筒状の反射板２の内側を複数回反射して集光レンズ１に入り、集光レンズ１を通って導光板８の入光部９に入射される。従って、第１のＬＥＤ３を赤色、第２のＬＥＤ４を緑色、第３のＬＥＤ５を青色とすると、副反射板６及び筒状の反射板２の内部で３色の光が十分に混合されて色むらの少ない白色光を生成することができる。また、種類毎にＬＥＤの輝度を調整する機能を設けておけば、白バランスを可変することができ、必要な白バランスを得ることができる。
このように、本実施例によれば、切り欠き部７を備える筒状の反射板２の内面に、異なる色を発生する複数種類のＬＥＤを種類毎に長手方向に沿って略直線状に配置し、切り欠き部７に棒状の集光レンズ１を配置し、かつ、反射板２の内部に副反射板６を配置することによって、各々の色のＬＥＤから出た光は反射板２及び副反射板６で複数回反射されて混合された後に集光レンズ１から出射されるため、第１の実施例の構造よりも更に色むらの少ない白色光を発生させることができる。また、この照明装置をバックライトとして用いることにより、液晶表示装置の表示品位を更に向上させることができる。
なお、上記各実施例では、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５の３色のＬＥＤを用いたが、混合することによって白色光となる光を発光する複数種類のＬＥＤで構成されていればよく、例えば、２色を混合して白色光を生成できる場合は２種類のＬＥＤで構成してもよいし、４色以上を混合して白色光を生成できる場合は４種類以上のＬＥＤで構成してもよい。
また、上記各実施例では、第１のＬＥＤ３、第２のＬＥＤ４及び第３のＬＥＤ５の光を混合して白色光を生成したが、白色以外の所望の色の光を生成する場合についても同様に適用することができる。
本発明は異なる色を発生する複数種類のＬＥＤを備える任意の照明装置に適用することができる。
本発明の第１の実施例に係る照明装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は長手方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た図である。 本発明の第１の実施例に係る照明装置の組立例を模式的に示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係るＬＥＤの配置例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る反射板の構造例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る照明装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は長手方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た図である。 本発明の第２の実施例に係る照明装置の組立例を模式的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る反射板の構造例を示す図である。 従来の照明装置の構造を示す図である。
符号の説明
１ 集光レンズ
２ 反射板
３ 第１のＬＥＤ
４ 第２のＬＥＤ
５ 第３のＬＥＤ
６ 副反射板
７ 切り欠き部
８ 導光板
９ 入光部
１０ 点光源群
１０ａ ＬＥＤ
１１ 拡散板
１２ 導光板

Claims (6)

  1. 長手方向に切り欠き部を備える筒状の反射板と、前記反射板の内面に配置され、異なる色の光を発生する複数の種類のＬＥＤと、前記切り欠き部に配置される集光レンズとを少なくとも備え、
    前記ＬＥＤは、前記種類毎に、前記反射板の長手方向に沿って略直線状に配列されていることを特徴とする照明装置。
  2. 長手方向に切り欠き部を備える筒状の反射板と、前記反射板の内面に配置され、異なる色の光を発生する複数の種類のＬＥＤと、前記切り欠き部に配置される集光レンズと、前記反射板の内部に配置され、該反射板の長手方向に延びる副反射板とを少なくとも備え、
    前記ＬＥＤは、前記種類毎に、前記反射板の長手方向に沿って略直線状に配列され、
    前記副反射板は、少なくとも一つの種類の前記ＬＥＤから前記集光レンズに直接入射する光を遮るように配置されていることを特徴とする照明装置。
  3. 前記副反射板は、各々の種類の前記ＬＥＤに対して設けられており、各々の前記副反射板は、対応する種類の前記ＬＥＤから前記集光レンズに直接入射する光を遮るように配置されていることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
  4. 前記反射板は、前記長手方向に直交する方向の断面形状が、略円形、略楕円形又は略多角形のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の照明装置。
  5. 前記複数の種類のＬＥＤは、ＲＧＢの各々の色の光を発生する３種類のＬＥＤで構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の照明装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一に記載の照明装置と、前記照明装置の前記集光レンズに対向する位置に入射面が配置される導光板と、前記導光板の出射面に対向する位置に配置される液晶パネルとを少なくとも備えることを特徴とする液晶表示装置。
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