JP2006301210A - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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貴司 奥
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健雄 新井
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Abstract

【課題】 拡散板の端部に入射する光の量を調整して、輝度ムラをなくすことができるバックライト装置及び液晶表示装置を提供する。また、反射板で反射した後、拡散板に入射する光の光路長を長くすることで、色ムラをなくすことができるバックライト装置及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 透過型の液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置において、光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源側に向かって傾斜する傾斜部を設けるようにバックライト装置を構成する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、液晶パネル等に光を照射して画像を表示するために用いられるバックライト装置及びそのバックライト装置を用いた液晶表示装置に関し、詳しくは、輝度ムラ、色ムラを少なくしたバックライト装置及び液晶表示装置に関する。
例えば、冷陰極放電管のランプから出射した光を液晶表示パネルに照射して画像を表示させるバックライト装置及び液晶表示装置が知られている。また、出射した光を効率よく液晶表示パネルに照射するため、光を反射させる側面反射板を用い、その側面反射板を、液晶表示パネルの下方に設けられた拡散板に向けて傾けるように構成したバックライト装置及び液晶表示装置が知られている(特許文献1参照)。
図10は、光源として複数の発光ダイオードを用いたバックライト装置の断面を上方から見たものである。このように、液晶パネルを照射する光の光源として、複数の発光ダイオード321を用い、その発光ダイオードを実装した複数本の基板322を、バックライトの筐体320の内部に並べて配置したバックライト装置及び液晶表示装置が知られている。
特開2002−311418号
しかし、図11(b)に示すように、発光ダイオード321を実装した基板322をバックライトの筐体内部に配置し、側面反射板310を拡散板341に傾けるようにしたバックライト装置においては、発光ダイオード321から出射した光のうち、拡散板341に近い位置の反射板310で反射した光は、矢印に示すように上向きに反射して、そのまま拡散板341の端部付近に入射する。その結果、拡散板の端部位置Aにおける光の光量が増加し、端部から少し内側に入った位置Bにおける入射光の光量との差が大きくなる。
また、図11(a)に示すように、バックライト筐体320の中央部位置Cでは、隣り合う基板322の発光ダイオードから出射した光が互いに足しあわされるため、拡散板341に入射する光の光量は大きくなる。従って、端部付近Aの光量及び中央部付近Cの光量と、端部から少し内側の位置Bとで生じる光量の差が原因となり、図10に示すように、バックライト筐体の側板に近接する基板322aと側板320aとの間には暗部(輝度ムラ)が発生する。
また、拡散板341に近い位置の反射板310で反射した光は、反射した後にすぐに拡散板341に入射するため、反射板310で反射した位置から拡散板341へ入射するまでの距離が短く、反射した光の光路長が短くなる。そのため、赤色光、青色光、緑色光の混色がうまく行われず、拡散板の端部付近では、発光ダイオードの色がそのまま表示パネルに現れて色ムラが発生するという問題がある。
本発明は、上述の点を考慮し、拡散板の端部に入射する光の量を調整して、表示パネルの輝度ムラをなくすことができるバックライト装置及び液晶表示装置を提供するものである。また、反射板で反射した後、拡散板に入射する光の光路長を長くすることで、表示パネルの色ムラをなくすことができるバックライト装置及び液晶表示装置を提供するものである。
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照明するバックライト装置であって、光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源側に向かって傾斜する傾斜部を設けた構成とする。
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照明するバックライト装置であって、光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源から出射される光を光源側へ反射させるための突部を設けた構成とする。
好ましくは、傾斜部に設けられた傾斜面の傾斜角度が10度〜30度の範囲であることが適当である。
さらに好ましくは、光源は、光源から発する光を側面から出射させる光学部品が設けられた側面出射発光ダイオードであることが適当である。
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、この透過型液晶パネルを背面側から照明するバックライト装置とからなる液晶表示装置であって、前記バックライト装置は、光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源側に向かって傾斜する傾斜部を設けた構成とする。
本発明は、拡散板の端部に入射する光の量を減らして、拡散板へ入射する光の量を調整するものである。また、拡散板に入射する光の光路長を長くすることで、赤色光、青色光、緑色光の混色を充分に行うものである。
本発明に係るバックライト装置によれば、拡散板に入射する光の量を調整することで、輝度ムラを少なくする照射を行うことができる。また、本発明に係るバックライト装置によれば、拡散板に入射する光の光路長を長くすることで、赤色光、青色光、緑色光の混色を行い、色ムラを少なくする照射を行うことができる。
本発明に係る液晶表示装置によれば、拡散板に入射する光の量を調整することで、輝度ムラを少なくすることができる。また、本発明に係るバックライト装置によれば、拡散板に入射する光の光路長を長くすることで、赤色光、青色光、緑色光の混色を行い、色ムラを少なくすることができる。
以下、本発明に係るバックライト装置及び液晶表示装置を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明は、例えば図1に示すような構成の液晶表示装置としての透過型のカラー液晶表示装置100に適用することができる。この透過型カラー液晶表示装置100は、透過型のカラー液晶表示パネル110と、このカラー液晶表示パネル110の背面側に設けられたバックライト装置140とからなる。また、図示しないが、この透過型カラー液晶表示装置100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110は、ガラス等で構成された2枚の透明な基板(TFT基板111、対向電極基板112)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113を設けた構成となっている。TFT基板111には、マトリックス状に配列された信号線114と、走査線115と、この信号線114、走査線115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116と、画素電極117とが形成されている。薄膜トランジスタ116は、走査線115により、順次選択されると共に、信号線114から供給される映像信号を、対応する画素電極117に書き込む。一方、対向電極基板112の内表面には、対向電極118及びカラーフィルタ119が形成されている。
カラーフィルタ119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119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。
再び、図1を用いて、透過型カラー液晶表示装置100の構成について説明をする。透過型カラー液晶表示装置100は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル110を2枚の偏光板131,132で挟み、バックライト装置140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140は、上記カラー液晶表示パネル110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140は、ここでは図示していない光源や、光源から出射された光を白色光へと混色するためにバックライト筐体部120内に、拡散板141、拡散板141上に重ねて配列される拡散シート142、プリズムシート143、偏光変換シート144といった光学機能シート群145などを備えた構成となっている。
拡散板141は、バックライト筐体部120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145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140から面発光された光をカラー液晶表示パネル110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145の構成は、上述した拡散シート142、プリズムシート143、偏光変換シート144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。
図3に、バックライト筐体部120内の概略構成図を示す。この図3に示すように、バックライト筐体部120は、赤色光を発光する赤色発光ダイオード21R、緑色光を発光する緑色発光ダイオード21G、青色光を発光する青色発光ダイオード21Bを光源として用いている。例えば、赤色発光ダイオード21Rで発光される赤色光、緑色発光ダイオード21Gで発光される緑色光、青色発光ダイオード21Bで発光される青色光のピーク波長は、それぞれ640nm、530nm、450nm程度とされる。赤色発光ダイオード21R、青色発光ダイオード21Bで発光される赤色光、青色光のピーク波長は、それぞれ640nmから長波長側へ、450nmから短波長側へシフトしてもよい。このようにピーク波長を、長波長側、短波長側へシフトさせると、色域を広げることができるため、カラー液晶表示パネルに表示させる画像の色再現範囲を拡大することができる。
なお、以下の説明において、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を総称する場合は、単に発光ダイオード21と呼ぶ。
発光ダイオード21は、光源から発せられた光を側面から放射させる光学部品21aを備えており、 発光ダイオード21から出射された光は、図8(a)に示すような光路で出射される。また、発光ダイオード21は、図8(b)に示すような放射指向特性を有している。
この発光ダイオード21を、図3に示すように、基板22上に所望の順番で列状に複数配列させることで、発光ダイオードユニット21n(nは、自然数。)が形成される。
発光ダイオードユニット21nを形成するために、基板22上に発光ダイオード21を配列する順番は、図3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、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。
バックライト筐体部120内への発光ダイオードユニット21nの配列の仕方は、図3に示すように、発光ダイオードユニット21nの長手方向が、水平方向となるように配列する。なお、発光ダイオードユニット21nの長手方向を、水平方向に配列する手法は、従来までのバックライト装置の光源として利用していたCCFLの配列の仕方と同じになるため、蓄積された設計ノウハウを利用することができ、コストの削減や、製造までに要する時間を短縮することができる。
バックライト筐体部の側板120aの内側には、発光ダイオード21から発光された光の利用効率を高めるために反射加工がなされた反射部10が、側板120aに沿うように形成されている。反射部10は、例えば、高い光反射性を有するポリカーボネイトなどで形成されている。また、側板120aの内側表面に、光反射性を有するシート等を貼り付けるようにして、反射部10を形成するようにしてもよい。
図4に、透過型カラー液晶表示装置100を組み上げた際に、図1に示す透過型カラー液晶表示装置100に付したXX線で切断した際の断面図を一部示す。
図4に示すように、液晶表示装置100を構成するカラー液晶表示パネル110は、透過型カラー液晶表示装置100の外部筐体となる外部フレーム101と、内部フレーム102とによって、スペーサ103a,103bを介して挟み込むように保持される。また、外部フレーム101と、内部フレーム102との間には、ガイド部材104が設けられており、外部フレーム101と、内部フレーム102によって挟まれたカラー液晶表示パネル110が長手方向へずれてしまうことを抑制している。
一方、透過型カラー液晶表示装置100を構成するバックライト装置140は、上述したように光学機能シート群145が積層された拡散板141と、光源である発光ダイオードを21を覆うようにして設けられた、各発光ダイオード21から出射された赤色光、緑色光、青色光を混色させるための拡散導光板(ダイバータプレート)147とを備えている。また、拡散導光板147と、バックライト筐体部120との間には、反射シート126が配されている。拡散導光板147は、混色機能を有しており、発光ダイオード21から出射された光および反射シート126で反射された光を分散させる。
反射シート126は、その反射面が、拡散導光板147の光入射面147aと対向するように、且つ発光ダイオード21の発光方向よりもバックライト筐体部120側となるように配されている。反射シート126は、例えば、シート基材上に銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層することで形成された銀増反射膜などを用いることができる。またこの反射シート126は、主に発光ダイオード21から発光され、その放射角度分布によって下向きに放射された光などを反射する。
バックライト筐体部の側板120aの内側には、発光ダイオード21から出射された光を反射するための反射部としての反射板10が設けられている。なお、この反射板10は、反射部の一例であり、反射部をバックライト筐体部120の内壁面に直接形成するようにしてもよい。
反射板10には、反射シート126と拡散導光板147との距離、拡散導光板147と光学機能シート群145が積層された拡散板141との距離を所定の間隔を保ちながら、反射シート126、拡散導光板147、拡散板141を保持するための部位が設けられている。
拡散導光板147と拡散板141との間にできる空間に対する反射板10の部位には、傾斜部10aが設けられている。傾斜部10aには、発光ダイオード21が配設された位置に向かって傾斜するような傾斜面10bが設けられている。また、傾斜面10bの上部は、拡散板141の下面と接するように形成されている。傾斜面10bの下方は、傾斜を有していない面10cと連続しており、その面10cの下方には、空間の内部にのびるような突起11が形成されている。この突起11の下面は、拡散導光板147の上面と接するように形成されている。
図5(a)は、拡散板141に入射する光の光量分布を示した図であり、縦軸は拡散板に入射する光の量を示し、横軸は拡散板141の端部からの位置を示す。図5(b)は、発光ダイオード21から出射した光が、反射板10の傾斜部10aで反射する様子を、矢印L1で模式的に示す図である。発光ダイオード21から出射した光は、反射板10に設けられた傾斜部10aの表面で反射して、拡散板141の端部付近Aよりも少し内側へ入った部分Bに入射する。
このように、発光ダイオード21から出射した光が、拡散板141の端部位置Aではなく、端部位置よりもさらに内側の位置Bへ入射するようにしたので、表示パネルにおける端部位置Aでの光量が少なくなるとともに、端部より少し離れた内側の位置Bでの光量が増えるため、図5(a)に示すように、位置A及び位置Bでの光量が略等しくなる。これにより、表示パネルにおける輝度分布が等しくなるので、表示パネルの輝度ムラをなくすことができる。また、図5(b)に示すように、反射部10aで反射した光が拡散板141に入射するまでの光路が長くなるので、赤色光、緑色光、青色光がよく混ざるようになり、表示パネルの色ムラをなくすことができる。
図6(a)は、反射板10に設けられた傾斜部10aの拡大図である。
本実施の形態では、傾斜部10aに設けられた傾斜の角度θは、10度〜30度の範囲で設定するが、特に20度となるように設定することが望ましい。傾斜の角度を30度以上に設定すると、傾斜部10aの拡散板141と接触する部分の高さDが大きくなる。そのため、傾斜部10aが拡散板141を覆う範囲が増えるので、表示パネルの光量を維持するために拡散板141を大きくしなければならないという問題が生じる。また、傾斜部10aの傾斜の角度を10度以下とすると、傾斜部10aで反射した光が傾斜板141の端部付近Aに入射してしまうため、輝度ムラの発生を防止することができない。
ここで、傾斜部10aに設けられた傾斜の角度θとは、傾斜部10aの傾斜面10bと、傾斜板10の平坦面10cとがなす角度をいう。
また、反射板10において、拡散板141の下面と接する位置と拡散導光板147との距離をLとすると、反射板10に傾斜部10aが形成される部分の長さが1/2L以上となるように傾斜部10aを形成する。これにより、傾斜部10aにおいて、十分な量の光を拡散板141の端部よりも内側に反射させることができる。
図6(b)は、反射部10に設けられた傾斜部の他の実施の形態を示す図である。
傾斜面10b’は、拡散導光板147と拡散板141との間にできる空間に対する反射板10の部位のすべてにわたるように形成する。これにより、傾斜部10a’において、十分な量の光を拡散板141の端部よりも内側に反射させることができる。
図7は、本発明のバックライト装置において、反射板10に発光ダイオード21から出射される光を発光ダイオード側へ反射させる突部を場合の断面図であり、発光ダイオード21から出射した光が突部11で反射する様子を矢印L2で模式的に示した図である。
発光ダイオード21から出射した光は、反射板10に設けられた突部11の下面で反射して、発光ダイオード21が位置している方向へ反射する。このように、発光ダイオード21から出射して、拡散導光板147の端部に入射する光が、そのまま拡散導光板147を通過するのではなく、反射板10に設けられた突部11によって発光ダイオード21側へ戻るように反射させられるので、上方に設けられている表示パネルの端部にそのまま発光ダイオード21の光が入射することがなく、色の輝度ムラをなくすことができる。また、突部11で反射した光が、拡散板141に入射するまでの光路が長くなるので、赤色光、緑色光、青色光がよく混ざるようになるため、色ムラをなくすことができる。
また、図7に示すように、反射板10に設けられた突部11の下面が、拡散導光板147の上面に接するように設けられているが、この突起11の長さは、破線aで示す拡散導光板147の端部位置を基準として、1.5mmから7.0mm程度内側へ延びるように形成する。これにより、突部11によって生じる影が表示パネル等に映されることなく、突部11で光を反射することができる。
上述したように、本実施の形態における反射板10は、バックライト筐体の側板120aの内側に沿って設けられているが、バックライト筐体部の側板120aのうち、基板22の長手方向に沿った位置の側板120a−1に沿ってのみ設けるようにしてもよい。基板22の長手方向の位置とバックライト筐体の側板120a−1の間には、バックライト筐体の裏側に取り付けるファン等を固定するネジ穴等を設けるためのスペースが必要であり、そのため基板22と側板120a−1との間には一定の間隔を設ける必要がある。一定の間隔を設けることで、特に端部付近で暗部が生じやすくなるが、上記の構成とすることにより、発光ダイオードから出射された光を反射板10の傾斜部10aで効率よく反射することができ、側板120a−1と基板22との間における暗部(輝度ムラ)を無くすことができる。
このような構成の透過型カラー液晶表示装置100は、例えば、図9に示すような駆動回路200により駆動される。駆動回路200は、カラー液晶表示パネル110や、バックライト装置140の駆動電源を供給する電源210、カラー液晶表示パネル110を駆動するXドライバ回路220及びYドライバ回路230を備えている。さらに駆動回路200は、外部から供給される映像信号や、当該透過型カラー液晶表示装置100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240を介して供給されるRGBプロセス処理部250、このRGBプロセス処理部250に接続された画像メモリ260及び制御部270、バックライト装置140を駆動制御するバックライト駆動制御部280などを備えている。
この駆動回路200において、入力端子240を介して入力された映像信号は、RGBプロセス処理部250により、クロマ処理などの信号処理がなされる、さらに、信号処理された映像信号は、コンポジット信号からカラー液晶表示パネル110の駆動に適したRGBセパレート信号に変換されて、制御部270に供給されるとともに、画像メモリ260を介してXドライバ220に供給される。
また、制御部270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220及びYドライバ回路230を制御して、上記画像メモリ260からの映像信号とともにXドライバ回路220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110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280は、電源210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140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300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110を照明するバックライト装置140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300から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路200の制御部270を介してバックライト駆動制御部280に輝度制御信号が伝わる。バックライト駆動制御部280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。
図1は、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一例の概略分解斜視構成図である。 図2は、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が備えるカラー液晶表示パネルのカラーフィルタの一例の概略平面構成図である。 図3は、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が備えるバックライト装置の概略斜視構成図である。 図4は、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一例における概略断面構成図である。 図5(a)は、拡散板に入射する光の光量分布を示したグラフであり、図5(b)は、本発明の実施の形態で使用する反射部材に設けられた傾斜部近傍の光の様子を模式的に示した図である。 図6(a)は、本発明の実施の形態で使用する反射板の拡大断面図であり、図6(b)は、他の実施の形態で使用する反射板の拡大断面図である。 図7は、本実施の形態で使用する反射板に設けられた突部付近の光の様子を模式的に示した図である。 図8(a)は、発光ダイオードから出射される光の様子を模式的に示した図であり、図8(b)は、発光ダイオードから出射される光の放射角分布を示した図である。 図9は、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を駆動する駆動回路の一例の概略ブロック構成図である。 図10は、従来のバックライト装置における発光ダイオードの配列を示す平面図である。 図11(a)は、従来のバックライト装置における拡散板に入射する光の光量分布を示したグラフであり、図11(b)は、従来のバックライト装置における側面反射板と拡散板付近での光の様子を模式的に示した図である。
符号の説明
10・・反射板、10a・・傾斜部、10b・・傾斜面、11・・突部、21・・発光ダイオード、21a・・光学部品、100・・液晶表示装置、110・・液晶表示パネル、120・・バックライト筐体部、140・・バックライト装置、θ・・傾斜角度

Claims (6)

  1. 透過型の液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、
    光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源側に向かって傾斜する傾斜部を設けたこと
    を特徴とするバックライト装置。
  2. 前記傾斜部に設けられた傾斜面の傾斜角度が10度〜30度の範囲であること
    を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
  3. 前記光源は、光源から発する光を側面から出射させる光学部品が設けられた側面出射発光ダイオードであること
    を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
  4. 透過型の液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、
    光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源から出射される光を光源側へ反射させるための突部を設けたこと
    を特徴とするバックライト装置。
  5. 前記光源は、光源から発する光を側面から出射させる光学部品が設けられた側面出射発光ダイオードであること
    を特徴とする請求項4記載のバックライト装置。
  6. 透過型の液晶表示パネルと、この透過型液晶パネルを背面側から照明するバックライト装置とからなる液晶表示装置であって、
    前記バックライト装置は、光源から出射される光を反射する反射部に、前記光源側に向かって傾斜する傾斜部を設けたこと
    を特徴とする液晶表示装置。
JP2005121606A 2005-04-19 2005-04-19 バックライト装置及び液晶表示装置 Pending JP2006301210A (ja)

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