JP2006309981A - Backlight device and liquid crystal display - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce color unevenness and luminance unevenness of a backlight by providing a transparent light guide plate with a planar optical element. <P>SOLUTION: In a backlight device to illuminate a liquid-crystal display panel from the back side which comprises a point light source as a light source and a transparent plate above this point light source, the transparent plate is provided with the planar optical element which has the function of controling a direction of travel of light emitted by the point light source. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を液晶表示パネル等に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、色ムラを少なくするバックライト装置及び液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a backlight device used to display an image by irradiating light onto a liquid crystal display panel or the like, and a liquid crystal display device using the backlight device. More specifically, the backlight device reduces luminance unevenness and color unevenness. The present invention relates to a light device and a liquid crystal display device.

現在、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)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が、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、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(例えば特許文献1参照。)。   Currently, a liquid crystal display (LCD) is mainly a backlight system that displays a color image by illuminating a transmissive liquid crystal display panel equipped with a color filter from the back side with a backlight device. ing. As a light source of the backlight device, a fluorescent lamp such as a CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) that emits white light using a fluorescent tube is often used. However, since CCFL encloses mercury in the fluorescent tube, The light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) is considered promising as a light source of a backlight device that replaces the CCFL (see, for example, Patent Document 1).

しかし、発光ダイオードのような点状光源を用いたバックライト装置においては、点状光源の真上に玉状の輝度の高い部分が発生してしまうので、これを防止するために、拡散板と点状光源との間に反射板を設け、点状光源から出射された光を反射板で反射させて、輝度ムラの発生を防止することが知られている(例えば、特許文献2参照)。   However, in a backlight device using a point light source such as a light emitting diode, a ball-like high-luminance portion is generated directly above the point light source. It is known that a reflection plate is provided between the point light source and light emitted from the point light source is reflected by the reflection plate to prevent uneven brightness (for example, see Patent Document 2).

また、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ため、これら三色の発光ダイオードを光源としたバックライト装置が知られている。   In addition, with the development of blue light-emitting diodes, light-emitting diodes that emit red, green, and blue light, which are the three primary colors of light, have been prepared, and red light, green light, and blue light emitted from these light-emitting diodes have been prepared. By mixing light, white light with high color purity can be obtained. Therefore, a backlight device using light emitting diodes of these three colors as a light source is known.

しかし、三色の発光ダイオードを光源に用いたバックライト装置においては、赤色発光ダイオードの真上には赤の輝度の高い部分が発生し、緑色発光ダイオードの真上には緑の輝度の高い部分が発生し、青色発光ダイオードの真上には青の輝度の高い部分が発生してしまう。そこで、これを防止するために、拡散板と各色の発光ダイオードとの間に透明板を設け、その透明板に吸収材あるいは反射材を塗布することによりドットを形成し、発光ダイオードから出射された光をドット部分で吸収あるいは反射させて、輝度ムラ、色ムラを防止することが知られている(例えば非特許文献1参照。)。
特開平7−191311号 特開2004−311353号 日経エレクトロニクス(日経BP社)、2004年12月20日号(第889号)第123〜130頁
However, in a backlight device using a three-color light emitting diode as a light source, a portion with high red luminance is generated directly above the red light emitting diode, and a portion with high green luminance is directly above the green light emitting diode. As a result, a portion with high blue luminance is generated immediately above the blue light emitting diode. Therefore, in order to prevent this, a transparent plate is provided between the diffusion plate and the light emitting diode of each color, and dots are formed by applying an absorbing material or a reflecting material to the transparent plate, and emitted from the light emitting diode. It is known to prevent luminance unevenness and color unevenness by absorbing or reflecting light at a dot portion (see, for example, Non-Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-191311 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-313153 Nikkei Electronics (Nikkei BP), December 20, 2004 (No. 889), pages 123-130

しかし、バックライト装置やこれを用いた液晶表示装置の薄型化を図る場合には、発光ダイオードと拡散板との距離を狭くする必要があるため、発光ダイオードから出射された光を反射板で反射するようにしても、反射した光が拡散板に入射するまでの間で、光を混色させるための光路長を十分に確保できないため、輝度ムラ、色ムラを防止することができないという問題が生じる。   However, when reducing the thickness of a backlight device or a liquid crystal display device using the backlight device, it is necessary to reduce the distance between the light emitting diode and the diffusion plate, so that the light emitted from the light emitting diode is reflected by the reflecting plate. Even if it does so, since the optical path length for mixing light cannot be sufficiently ensured until the reflected light enters the diffuser plate, there arises a problem that luminance unevenness and color unevenness cannot be prevented. .

また、透明板に吸収材でドットを形成した場合は、ドットにより発光ダイオードから出射された光が吸収されてしまうため、適切な画像を表示するのに必要な輝度を確保するための光量が不足してしまうという問題も生じる。   In addition, when dots are formed with an absorbent material on a transparent plate, the light emitted from the light emitting diodes is absorbed by the dots, so there is not enough light to secure the luminance necessary to display an appropriate image. The problem of end up occurs.

本発明は、上述の点を考慮し、色ムラや輝度ムラを少なくする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。   In consideration of the above points, the present invention provides a backlight device and a liquid crystal display device that can reduce color unevenness and brightness unevenness.

本発明に係るバックライト装置は、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、光源としての点状光源と、この点状光源の上方に透明板とを備え、前記透明板に、前記点状光源から出射される光の進行方向を制御する機能を有する平面光学素子を設けた構成とする。   A backlight device according to the present invention is a backlight device that illuminates a liquid crystal display panel from the back side, and includes a point light source as a light source, and a transparent plate above the point light source. The planar optical element having a function of controlling the traveling direction of the light emitted from the point light source is provided.

本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、こ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、光源としての点状光源と、この点状光源の上方に透明板とを備え、前記透明板に、前記点状光源から出射される光の進行方向を制御する機能を有する平面光学素子を設けた構成とする。   The liquid crystal display device according to the present invention is a liquid crystal display device comprising a liquid crystal display panel and a backlight device that illuminates the liquid crystal display panel from the back side, and the backlight device includes a point light source as a light source, In addition, a transparent plate is provided above the point light source, and a planar optical element having a function of controlling the traveling direction of light emitted from the point light source is provided on the transparent plate.

本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、光源から出射された光の進行方向を制御することにより、色ムラ、輝度ムラが生じないようにする。   In the backlight device and the liquid crystal display device of the present invention, color unevenness and luminance unevenness are prevented from occurring by controlling the traveling direction of the light emitted from the light source.

本発明に係るバックライト装置によれば、バックライトの色ムラ、輝度ムラを少なくすることができる。   According to the backlight device according to the present invention, color unevenness and luminance unevenness of the backlight can be reduced.

本発明に係る液晶表示装置によれば、バックライトの色ムラ、輝度ムラを少なくし、表示する画像の質をよくすることができる。   According to the liquid crystal display device of the present invention, it is possible to reduce the color unevenness and luminance unevenness of the backlight and improve the quality of the displayed image.

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。
Hereinafter, examples of the best mode for carrying out the backlight device and the liquid crystal display device according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
The present invention can be applied to, for example, a transmissive color liquid crystal display device 100 configured as shown in FIG. The transmissive color liquid crystal display device 100 includes a transmissive color liquid crystal display panel 110 and a backlight device 140 provided on the back side of the color liquid crystal display panel 110. Although not shown, the transmissive color liquid crystal display device 100 includes a receiving unit such as an analog tuner and a digital tuner that receives terrestrial and satellite waves, and a video signal that processes a video signal and an audio signal received by the receiving unit, respectively. An audio signal output unit such as a processing unit, an audio signal processing unit, a speaker that outputs an audio signal processed by the audio signal processing unit, and the like may be provided.

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。   In the transmissive color liquid crystal display panel 110, two transparent substrates (TFT substrate 111 and counter electrode substrate 112) made of glass or the like are arranged to face each other, and, for example, twisted nematic (TN) liquid crystal is provided in the gap. The liquid crystal layer 113 encapsulating the liquid crystal layer 113 is provided. On the TFT substrate 111, signal lines 114 arranged in a matrix, scanning lines 115, thin film transistors 116 serving as switching elements arranged at intersections of the signal lines 114 and the scanning lines 115, and pixel electrodes 117 are formed. Has been. The thin film transistor 116 is sequentially selected by the scanning line 115 and writes the video signal supplied from the signal line 114 to the corresponding pixel electrode 117. On the other hand, a counter electrode 118 and a color filter 119 are formed on the inner surface of the counter electrode substrate 112.

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。   The color filter 119 is divided into a plurality of segments corresponding to each pixel. For example, as shown in FIG. 2, it is divided into three segments of a red filter CFR, a green filter CFG, and a blue filter CFB which are three primary colors. The arrangement pattern of the color filter 119 includes a delta arrangement and a square arrangement, although not shown, in addition to the stripe arrangement shown in FIG.

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。   The configuration of the transmissive color liquid crystal display device 100 will be described again with reference to FIG. In the transmissive color liquid crystal display device 100, the transmissive color liquid crystal display panel 110 having such a configuration is sandwiched between two polarizing plates 131 and 132, and white light is irradiated from the back side by the backlight device 140. By driving with an active matrix system, a desired full-color image can be displayed.

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。   The backlight device 140 illuminates the color liquid crystal display panel 110 from the back side. As shown in FIG. 1, the backlight device 140 includes a diffusion plate 141, a light source (not shown), and a backlight plate 120 in order to mix light emitted from the light source into white light. The configuration includes an optical function sheet group 145 such as a diffusion sheet 142, a prism sheet 143, and a polarization conversion sheet 144 that are arranged on the diffusion plate 141.

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。
The diffusing plate 141 makes the luminance emitted from the surface emission uniform by internally diffusing the light emitted from the backlight casing 120.
In general, the optical function sheet group 145 includes, for example, a function of decomposing incident light into orthogonal polarization components, a function of compensating for a phase difference of light waves to achieve a wide-angle viewing angle and preventing coloring, a function of diffusing incident light, and luminance. It is composed of a sheet having a function to improve, and is provided to convert light emitted from the backlight device 140 into illumination light having optical characteristics optimal for illumination of the color liquid crystal display panel 110. Yes. Therefore, the configuration of the optical function sheet group 145 is not limited to the diffusion sheet 142, the prism sheet 143, and the polarization conversion sheet 144 described above, and various optical function sheets can be used.

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が、点状光源として配置されている。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。   FIG. 3 shows a schematic configuration diagram in the backlight housing 120. As shown in FIG. 3, the backlight casing 120 includes a red light emitting diode 21R that emits red light, a green light emitting diode 21G that emits green light, and a blue light emitting diode 21B that emits blue light. Is arranged as. For example, the peak wavelengths of red light emitted from the red light emitting diode 21R, green light emitted from the green light emitting diode 21G, and blue light emitted from the blue light emitting diode 21B are about 640 nm, 530 nm, and 450 nm, respectively. The peak wavelengths of red light and blue light emitted by the red light emitting diode 21R and the blue light emitting diode 21B may be shifted from 640 nm to the long wavelength side and from 450 nm to the short wavelength side, respectively. In this way, when the peak wavelength is shifted to the long wavelength side and the short wavelength side, the color gamut can be expanded, so that the color reproduction range of the image displayed on the color liquid crystal display panel can be expanded.

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。また、本例では、発光ダイオードチップ等の光源から発せられた光を側面から放射する放射指向性を有している発光ダイオード21を用いているが、発光ダイオードはこれに限定されることなく、その他の放射指向性を有するものを用いてもよい。   In the following description, when the red light emitting diode 21R, the green light emitting diode 21G, and the blue light emitting diode 21B are collectively referred to, they are simply referred to as the light emitting diode 21. Further, in this example, the light emitting diode 21 having radiation directivity for radiating light emitted from a light source such as a light emitting diode chip from the side surface is used, but the light emitting diode is not limited to this, You may use what has other radiation directivity.

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、発光素子列としての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、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、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。
As shown in FIG. 3, the light emitting diodes 21n (n is a natural number) as a light emitting element array are formed by arranging a plurality of the light emitting diodes 21 in a desired order on the substrate 22 as shown in FIG. .
In order to form the light emitting diode unit 21n, the order in which the light emitting diodes 21 are arranged on the substrate 22 is the most basic arrangement method with the red light emitting diode 21R, the green light emitting diode 21G, and the blue light emitting diode 21B as repeating units. There are various arrangement methods such as arranging green light emitting diodes 21G at equal intervals and arranging red light emitting diodes 21R and blue light emitting diodes 21B alternately between adjacent green light emitting diodes 21G.

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してもよいし、発光ダイオードユニット21nの長手方向が垂直方向となるように配列してもよく、発光ダイオードユニットの列が直線上に並んでいなくてもよい。また、配線基板22を用いずに、発光ダイオード21を、直接バックライト筐体120に取り付けるようにしてもよい。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。
また、バックライト筐体部120の内壁面120a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面もしくは拡散反射面となっている。
As shown in FIG. 3, the light emitting diode unit 21n may be arranged in the backlight housing 120 so that the longitudinal direction of the light emitting diode unit 21n is in the horizontal direction. The units 21n may be arranged so that the longitudinal direction thereof is the vertical direction, and the rows of the light emitting diode units may not be arranged on a straight line. Further, the light emitting diode 21 may be directly attached to the backlight housing 120 without using the wiring board 22. In addition, since the method of arranging the longitudinal direction of the light emitting diode unit 21n in the horizontal direction is the same as the CCFL arrangement method used as the light source of the conventional backlight device, the accumulated design know-how is used. It is possible to reduce the cost and the time required for manufacturing.
In addition, the inner wall surface 120a of the backlight housing 120 is a reflective surface or a diffuse reflective surface that has been subjected to reflection processing in order to increase the utilization efficiency of the light emitted from the light emitting diode 21.

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。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along the line XX attached to the transmissive color liquid crystal display device 100 shown in FIG. 1 when the transmissive color liquid crystal display device 100 is assembled. As shown in FIG. 4, a color liquid crystal display panel 110 constituting the liquid crystal display device 100 includes spacers 103 a and 103 b formed by an external frame 101 that is an external housing of the transmissive color liquid crystal display device 100 and an internal frame 102. It is hold | maintained so that it may pinch | interpose through. A guide member 104 is provided between the outer frame 101 and the inner frame 102, and the color liquid crystal display panel 110 sandwiched between the outer frame 101 and the inner frame 102 is displaced in the longitudinal direction. Is suppressed.

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21nを覆うように設けられた、各発光ダイオード21から出射された赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光を混色させるための透明な樹脂基板で形成された導光板(ダイバータプレート)125とを備えている。また、導光板125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。導光板125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、反射シート126で反射された光を拡散させる。   On the other hand, the backlight device 140 constituting the transmissive color liquid crystal display device 100 is provided so as to cover the diffusion plate 141 on which the optical function sheet group 145 is laminated and the light emitting diode 21n as the light source, as described above. A light guide plate (diverter plate) 125 formed of a transparent resin substrate for mixing red (R) light, green (G) light, and blue (B) light emitted from each light emitting diode 21 is provided. . In addition, a reflection sheet 126 is disposed between the light guide plate 125 and the backlight housing 120. The light guide plate 125 has a color mixing function, and diffuses the light emitted from the light emitting diode 21 and the light reflected by the reflection sheet 126.

導光板125の光入射面125aには、各発光ダイオードから出射された光を制御する平面的な光学素子23が設けられている。光学素子23は、例えば導光板125に入射した光の屈折角度や進行向きを積極的に制御する機能を有している。   A planar optical element 23 for controlling the light emitted from each light emitting diode is provided on the light incident surface 125 a of the light guide plate 125. The optical element 23 has a function of positively controlling, for example, the refraction angle and traveling direction of light incident on the light guide plate 125.

反射シート126は、その反射面が、導光板125の光入射面125aと対向するように、かつ、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や、バックライト筐体部120の反射面120aで反射された光などを反射する。   The reflection sheet 126 is disposed so that the reflection surface thereof faces the light incident surface 125 a of the light guide plate 125 and is closer to the backlight housing 120 than the light emitting direction of the light emitting diode 21. As the reflection sheet 126, for example, a silver-enhanced reflection film formed by sequentially laminating a silver reflection film, a low refractive index film, and a high refractive index film on a sheet base material can be used. The reflection sheet 126 reflects light emitted mainly from the light emitting diode 21 and emitted downward due to the radiation angle distribution, light reflected by the reflection surface 120a of the backlight housing 120, and the like.

バックライト装置140が備える拡散板141、導光板125、反射シート126は、図4に示すように、それぞれが互いに対向するように配列されており、バックライト筐体部120に複数設けられた光学スタッド105によって、互いの対向間隔を保ちながら、当該バックライト装置140のバックライト筐体部120内に保持されている。このとき、拡散板141の端部は、バックライト筐体部120に設けられたブラケット部材108で保持される。   As shown in FIG. 4, the diffusion device 141, the light guide plate 125, and the reflection sheet 126 included in the backlight device 140 are arranged so as to face each other, and a plurality of optical units provided in the backlight housing unit 120. The studs 105 are held in the backlight casing 120 of the backlight device 140 while maintaining the mutually facing distance. At this time, the end of the diffusing plate 141 is held by the bracket member 108 provided in the backlight housing 120.

図5は、図4に示したカラー液晶表示装置100に、本発明の第1の実施の形態で用いる平面光学素子のフレネルレンズ23aが設けられている付近の拡大図である。
図5に示すように、平面光学素子としてのフレネルレンズ23aが、発光ダイオード21の真上に位置するように、導光板125の下面に設けられている。フレネルレンズ23aは、ホットプレス法等により、導光板125の下面に直接形成されている。
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of where the color liquid crystal display device 100 shown in FIG. 4 is provided with the Fresnel lens 23a of the planar optical element used in the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, a Fresnel lens 23 a as a planar optical element is provided on the lower surface of the light guide plate 125 so as to be positioned directly above the light emitting diode 21. The Fresnel lens 23a is directly formed on the lower surface of the light guide plate 125 by a hot press method or the like.

発光ダイオード21の図示しない発光ダイオードチップから真上方向に出射された光L1は、フレネルレンズ23aに入射する際に所定の方向に第1次屈折する。屈折した光L2は、導光板125の中を、導光板の上面方向に向かって進行する。そして、屈折光L2は、導光板125と拡散板141と間に存在する空間部127に入射するときに第2次屈折する。屈折した光L3は、空間127の中を拡散板141に向かって進行して、拡散板141に入射する。   The light L1 emitted directly upward from a light emitting diode chip (not shown) of the light emitting diode 21 is primarily refracted in a predetermined direction when entering the Fresnel lens 23a. The refracted light L2 travels in the light guide plate 125 toward the top surface of the light guide plate. The refracted light L2 is second-order refracted when entering the space 127 that exists between the light guide plate 125 and the diffusion plate 141. The refracted light L3 travels through the space 127 toward the diffusion plate 141 and enters the diffusion plate 141.

図6は、図5に示したフレネルレンズ23aに入射した光L1が屈折を起こす様子を示した模式図である。
図6に示すように、フレネルレンズ23aの表面には、微小な凹凸24が形成されている。発光ダイオード21から出射された光L1は、フレネルレンズの凹凸部24に入射して第1次の屈折が生じる。この場合、入射した光が屈折する角度は、予めフレネルレンズに設けられた凹凸部24の角度を調整することによって制御することができる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing how the light L1 incident on the Fresnel lens 23a shown in FIG. 5 is refracted.
As shown in FIG. 6, minute irregularities 24 are formed on the surface of the Fresnel lens 23a. The light L1 emitted from the light emitting diode 21 enters the concavo-convex portion 24 of the Fresnel lens and primary refraction occurs. In this case, the angle at which the incident light is refracted can be controlled by adjusting the angle of the concavo-convex portion 24 provided in advance on the Fresnel lens.

第1次屈折光L2は、平行な間隔を保ちながら導光板125の中を進行し、導光板125の拡散板141側の面で第2次屈折を行う。第2次屈折光L3は、平行な間隔を保ちながら空間127を進行し、拡散板141に入射する。図6に示すように、空間127を進行する屈折光L3は、波面に凹凸の無い球面波形L4を有している。   The first-order refracted light L2 travels through the light guide plate 125 while maintaining a parallel interval, and performs second-order refraction on the surface of the light guide plate 125 on the diffusion plate 141 side. The second-order refracted light L3 travels through the space 127 while maintaining a parallel interval, and is incident on the diffusion plate 141. As shown in FIG. 6, the refracted light L3 traveling through the space 127 has a spherical waveform L4 with no irregularities on the wavefront.

このように、本例によるバックライト装置140によれば、入射する光の屈折角を制御するフレネルレンズ23aを導光板125に設けたので、発光ダイオード21から真上方向に出射した光を、拡散板141に入射する前に球面波形を有する光に変換することができるので、バックライトにおける輝度ムラ、色ムラをなくすことができる。また、薄型化にともなって起きる輝度ムラ、色ムラと逆位相の波形を上記の球面波形に持たせて足し合わせてやることにより、バックライト装置、液晶表示装置を薄型化した場合でも輝度ムラ、色ムラを防止することができる。   Thus, according to the backlight device 140 of this example, the Fresnel lens 23a that controls the refraction angle of the incident light is provided on the light guide plate 125, so that the light emitted from the light emitting diode 21 in the upward direction is diffused. Since it can be converted into light having a spherical waveform before entering the plate 141, luminance unevenness and color unevenness in the backlight can be eliminated. In addition, luminance unevenness that occurs with thinning, color unevenness and opposite phase waveforms are added to the above spherical waveform to add together, even when the backlight device and liquid crystal display device are thinned, luminance unevenness, Color unevenness can be prevented.

図7は、本発明の第2の実施の形態の例で用いる平面光学素子の回折格子23bが、図4に示したカラー液晶表示装置100に設けられている場合の拡大図である。
図7に示すように、平面光学素子としての回折格子23bが、発光ダイオード21の真上に位置するように、導光板125の下面に設けられている。また、導光板125の上面には、拡散面125cが設けられている。回折格子23bは、印刷法、インプリント法、フォトマスクを用いたリソグラフィ法、二光束干渉法などにより形成される。また、拡散面125cは、サンドブラスト法により形成されるが、導光板125の上面に拡散シートを貼るようにして形成してもよい。
FIG. 7 is an enlarged view when the diffraction grating 23b of the planar optical element used in the example of the second embodiment of the present invention is provided in the color liquid crystal display device 100 shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the diffraction grating 23 b as a planar optical element is provided on the lower surface of the light guide plate 125 so as to be positioned right above the light emitting diode 21. A diffusion surface 125 c is provided on the upper surface of the light guide plate 125. The diffraction grating 23b is formed by a printing method, an imprinting method, a lithography method using a photomask, a two-beam interference method, or the like. The diffusion surface 125c is formed by sandblasting, but may be formed by attaching a diffusion sheet to the upper surface of the light guide plate 125.

発光ダイオード21の図示しない発光ダイオードチップから真上方向に出射された光L1は、回折格子23bに入射する際に、0次光、1次光、2次光などに回折する。回折した光L2は、導光板125の中を、導光板の上面方向に向かって進行する。そして、回折L2は、導光板125の上面に設けられた拡散面125cに入射したときに、図7に示す矢印L3のように細かく拡散される。拡散光L3は、導光板125と拡散板141と間に存在する空間部127の中を拡散板141に向かって進行して、拡散板141に入射する。   The light L1 emitted right above from a light emitting diode chip (not shown) of the light emitting diode 21 is diffracted into zero-order light, first-order light, second-order light, and the like when entering the diffraction grating 23b. The diffracted light L2 travels in the light guide plate 125 toward the top surface of the light guide plate. The diffraction L2 is finely diffused as indicated by an arrow L3 shown in FIG. 7 when entering the diffusion surface 125c provided on the upper surface of the light guide plate 125. The diffused light L <b> 3 travels toward the diffuser plate 141 through the space 127 existing between the light guide plate 125 and the diffuser plate 141 and enters the diffuser plate 141.

図8は、図7に示した回折格子23bに入射した光L1が回折を起こす様子を示した模式図である。
図8に示すように、回折格子23bの表面には、微小な格子部25が形成されている。発光ダイオード21から出射された光L1は、回折格子23bの格子部25に入射して、0次光、1次光、2次光に回折される。すなわち、導光板125の中を進行する回折光L2は、図8に示すように、凹凸を有する波面を有する光となっている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing how the light L1 incident on the diffraction grating 23b shown in FIG. 7 diffracts.
As shown in FIG. 8, a minute grating portion 25 is formed on the surface of the diffraction grating 23b. The light L1 emitted from the light emitting diode 21 enters the grating portion 25 of the diffraction grating 23b, and is diffracted into zero-order light, first-order light, and second-order light. That is, the diffracted light L2 traveling through the light guide plate 125 is light having a wavefront having irregularities, as shown in FIG.

凹凸波面を有する回折光L2は、導光板125の上面に設けられた拡散面125cに入射して拡散される。その結果、拡散光L3は、図8に示すように、波面に凹凸の無い滑らかな波面を有する光L4に変換されて、空間127を進行し、拡散板141に入射する。   The diffracted light L2 having an uneven wavefront enters and diffuses into a diffusion surface 125c provided on the upper surface of the light guide plate 125. As a result, as shown in FIG. 8, the diffused light L3 is converted into light L4 having a smooth wavefront with no irregularities on the wavefront, travels through the space 127, and enters the diffuser plate 141.

このように、本例によるバックライト装置140によれば、発光ダイオードから入射する光の回折を制御する回折格子23bを導光板125に設け、回折された光を滑らかにする拡散面を設けたので、発光ダイオード21から真上に出射した光を、拡散板141に入射する前に滑らかな波面を有する光に変換することができ、バックライトにおける輝度ムラ、色ムラを少なくすることができる。また、薄型化にともなって起きる輝度ムラ、色ムラと逆位相の波形を上記の滑らかな波形に持たせて足し合わせてやることにより、バックライト装置、液晶表示装置を薄型化した場合でも輝度ムラ、色ムラを防止することができる。   Thus, according to the backlight device 140 of this example, the diffraction grating 23b that controls the diffraction of light incident from the light emitting diode is provided on the light guide plate 125, and the diffusion surface that smoothes the diffracted light is provided. The light emitted directly from the light emitting diode 21 can be converted into light having a smooth wavefront before entering the diffuser plate 141, and luminance unevenness and color unevenness in the backlight can be reduced. In addition, brightness unevenness and color unevenness that occur with thinning are added to the above smooth waveform to add the uneven brightness even when the backlight and liquid crystal display devices are thinned. Color unevenness can be prevented.

図9は、本発明の第3の実施の形態の例で用いる平面光学素子の位相差板23cが、図4に示したカラー液晶表示装置100に設けられている場合の拡大図である。
図9に示すように、平面光学素子としての位相差板23cが、発光ダイオード21の真上に位置するように、導光板125の下面に設けられている。位相差板23cは、導光板125の一部分に位相差フィルムを貼り付けることにより形成する。
FIG. 9 is an enlarged view when the phase difference plate 23c of the planar optical element used in the example of the third embodiment of the present invention is provided in the color liquid crystal display device 100 shown in FIG.
As shown in FIG. 9, a phase difference plate 23 c as a planar optical element is provided on the lower surface of the light guide plate 125 so as to be positioned directly above the light emitting diode 21. The retardation plate 23 c is formed by attaching a retardation film to a part of the light guide plate 125.

発光ダイオード21の図示しない発光ダイオードチップから真上方向に出射された光L1は、位相差板23cを通過する際に、光の位相が位相差板の貼り付け方向によって決まるある方向にそろった光のみ通過し、残りは吸収または反射される。光の位相がそろった光L2は、導光板125と拡散板141と間に存在する空間部127の中を拡散板141に向かって進行する。そして、拡散板141に入射した後、光学機能シート145群を透過して液晶表示パネル100に到達する。光学機能シートの中には、位相差板の機能を持つシートもあるので、光学機能シートの位相と位相差板23cの位相とのなす角を調整することによって、光学機能シートを通過する光の通過量を制御することができる。   Light L1 emitted right above from a light emitting diode chip (not shown) of the light emitting diode 21 is light whose phase is aligned in a certain direction determined by the attaching direction of the phase difference plate when passing through the phase difference plate 23c. Only passes and the rest is absorbed or reflected. The light L2 having the same phase of light travels toward the diffusion plate 141 in the space 127 that exists between the light guide plate 125 and the diffusion plate 141. Then, after entering the diffusion plate 141, the light passes through the group of optical function sheets 145 and reaches the liquid crystal display panel 100. Some optical function sheets have a retardation plate function. Therefore, by adjusting the angle between the phase of the optical function sheet and the phase of the retardation plate 23c, the light passing through the optical function sheet can be adjusted. The amount of passage can be controlled.

このように、本例によるバックライト装置140によれば、位相差板23cを導光板125に設け、光学機能シートとの位相差を利用することにより、発光ダイオード21から真上方向に出射した光の量を、光学機能シートを通過するときに少なくすることができ、バックライトにおける輝度ムラ、色ムラを少なくすることができる。   As described above, according to the backlight device 140 according to this example, the light emitted from the light emitting diode 21 in the upward direction is provided by providing the phase difference plate 23c on the light guide plate 125 and using the phase difference with the optical function sheet. Can be reduced when passing through the optical function sheet, and luminance unevenness and color unevenness in the backlight can be reduced.

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10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。   The transmissive color liquid crystal display device 100 having such a configuration is driven by a drive circuit 200 as shown in FIG. 10, for example. The drive circuit 200 includes a color liquid crystal display panel 110, a power supply 210 that supplies drive power to the backlight device 140, and an X driver circuit 220 and a Y driver circuit 230 that drive the color liquid crystal display panel 110. Further, the drive circuit 200 receives an image signal supplied from the outside or an image signal received by a receiving unit (not shown) included in the transmissive color liquid crystal display device 100 and processed by the image signal processing unit via the input terminal 240. The RGB process processing unit 250 supplied, the image memory 260 connected to the RGB process processing unit 250, the control unit 270, the backlight drive control unit 280 for driving and controlling the backlight device 140, and the like.

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。   In the driving circuit 200, the video signal input via the input terminal 240 is subjected to signal processing such as chroma processing by the RGB process processing unit 250. Further, the video signal subjected to signal processing is converted from the composite signal to the color signal. It is converted into an RGB separate signal suitable for driving the liquid crystal display panel 110, supplied to the control unit 270, and supplied to the X driver 220 via the image memory 260.

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。   Further, the control unit 270 controls the X driver circuit 220 and the Y driver circuit 230 at a predetermined timing according to the RGB separate signal, and supplies the X driver circuit 220 together with the video signal from the image memory 260. By driving the color liquid crystal display panel 110 with the RGB separate signal, an image corresponding to the RGB separate signal is displayed.

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。
The backlight drive control unit 280 generates a pulse width modulation (PWM) signal from the voltage supplied from the power supply 210 and drives each light emitting diode 21 that is a light source of the backlight device 140. In general, the color temperature of a light emitting diode has a characteristic that it depends on an operating current. Therefore, in order to reproduce the color faithfully (with a constant color temperature) while obtaining a desired luminance, it is necessary to drive the light emitting diode 21 using a pulse width modulation signal to suppress the color change.
The user interface 300 selects a channel to be received by a receiving unit (not shown) described above, adjusts an audio output amount to be output by an audio output unit (not shown), or from a backlight device 140 that illuminates the color liquid crystal display panel 110. This is an interface for executing brightness adjustment of white light, white balance adjustment, and the like.
For example, when the user adjusts the brightness from the user interface 300, the brightness control signal is transmitted to the backlight drive control unit 280 via the control unit 270 of the drive circuit 200. In response to the luminance control signal, the backlight drive control unit 280 changes the duty ratio of the pulse width modulation signal for each of the red light emitting diode 21R, the green light emitting diode 21G, and the blue light emitting diode 21B to change the red light emitting diode 21R, green The light emitting diode 21G and the blue light emitting diode 21B are driven and controlled.

図1は、本発明を実施するための形態の一例として示すカラー液晶表示装置の分解斜視構成図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a color liquid crystal display device shown as an example for carrying out the present invention. 図2は、本発明を実施するための形態の一例として示すカラー液晶表示パネルのカラーフィルタの平面構成図である。FIG. 2 is a plan configuration diagram of a color filter of a color liquid crystal display panel shown as an example for carrying out the present invention. 図3は、本発明を実施するための形態の一例として示すバックライト装置の斜視構成図である。FIG. 3 is a perspective configuration diagram of a backlight device shown as an example for implementing the present invention. 図4は、本発明を実施するための形態の一例として示すカラー液晶表示装置の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a color liquid crystal display device shown as an example for carrying out the present invention. 図5は、本発明の第1の実施の形態であるフレネルレンズを適用したカラー液晶表示装置の部分概略断面図である。FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view of a color liquid crystal display device to which the Fresnel lens according to the first embodiment of the present invention is applied. 図6は、平面光学素子であるフレネルレンズに入射した光の屈折の様子を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of refraction of light incident on a Fresnel lens that is a planar optical element. 図7は、本発明の第2の実施の形態である回折格子を適用したカラー液晶表示装置の部分概略断面図である。FIG. 7 is a partial schematic cross-sectional view of a color liquid crystal display device to which the diffraction grating according to the second embodiment of the present invention is applied. 図8は、図7に示した平面光学素子である回折格子に入射した光の屈折の様子を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a state of refraction of light incident on the diffraction grating which is the planar optical element shown in FIG. 図9は、本発明の第3の実施の形態である位相差板を適用したカラー液晶表示装置の部分概略断面図である。FIG. 9 is a partial schematic cross-sectional view of a color liquid crystal display device to which a retardation plate according to a third embodiment of the present invention is applied. 図10は、本発明を実施するための形態の一例として示すカラー液晶表示装置を駆動する駆動回路の概略ブロック構成図である。FIG. 10 is a schematic block diagram of a driving circuit for driving a color liquid crystal display device as an example for carrying out the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

21・・発光ダイオード、21n・・発光ダイオードユニット、23・・光学素子、23a・・フレネルレンズ、23b・・回折格子、23c・・位相差板、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、125・・導光板、126・・導光シート、140・・バックライト装置、141・・拡散板   21 .. Light emitting diode, 21 n... Light emitting diode unit, 23 .. Optical element, 23 a .. Fresnel lens, 23 b .. Diffraction grating, 23 c .. Phase plate, 100 .. Liquid crystal display device, 110. Panel 120 ··· Backlight casing 125 ··· Light guide plate 126 ··· Light guide sheet 140 ··· Backlight device 141 ··· Diffusion plate

Claims (9)

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、
光源としての点状光源と、
この点状光源の上方に透明板とを備え、
前記透明板に、前記点状光源から出射される光の進行方向を制御する機能を有する平面光学素子を設けたこと
を特徴とするバックライト装置。
A backlight device for illuminating a liquid crystal display panel from the back side,
A point light source as a light source;
A transparent plate is provided above the point light source,
A backlight device, wherein a planar optical element having a function of controlling a traveling direction of light emitted from the point light source is provided on the transparent plate.
前記透明板に、前記平面光学素子の上方に位置する拡散部を設けたこと
を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 1, wherein the transparent plate is provided with a diffusion portion positioned above the planar optical element.
前記平面光学素子は、回折格子であること
を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 1, wherein the planar optical element is a diffraction grating.
前記平面光学素子は、回折格子であること
を特徴とする請求項2記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 2, wherein the planar optical element is a diffraction grating.
前記平面光学素子は、フレネルレンズであること
を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 1, wherein the planar optical element is a Fresnel lens.
前記平面光学素子は、フレネルレンズであること
を特徴とする請求項2記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 2, wherein the planar optical element is a Fresnel lens.
前記平面光学素子は、偏光素子であること
を特徴とする請求項1記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 1, wherein the planar optical element is a polarizing element.
前記平面光学素子は、偏光素子であること
を特徴とする請求項2記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 2, wherein the planar optical element is a polarizing element.
液晶表示パネルと、こ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、光源としての点状光源と、
この点状光源の上方に透明板とを備え、
前記透明板に、前記点状光源から出射される光の進行方向を制御する機能を有する平面光学素子を設けたこと
を特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal display device comprising a liquid crystal display panel and a backlight device that illuminates the liquid crystal display panel from the back side,
The backlight device includes a point light source as a light source,
A transparent plate is provided above the point light source,
A liquid crystal display device, wherein a planar optical element having a function of controlling a traveling direction of light emitted from the point light source is provided on the transparent plate.
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