JP2006310045A - バックライト装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ダイオードの如き高輝度な光源を使用して、バックライトとしての照明が良好にできるようにする。
【解決手段】 表示部１２の背面を照明するバックライトとして、表示部１２の背面に、所定の間隔で複数配置された光源３１，３２，３３を用意し、それぞれの光源３１〜３３と表示部１２の背面との間に光を拡散させる拡散板２３を配置し、光源の配置位置と拡散板との間で、それぞれの光源に対応して設けられ光源からの光を光源側に反射させる所定形状の反射部材５１，５２，５３と、その反射部材の周囲に配置されて光源からの光を表示部側に拡散させながら透過させる透過拡散部材６１，６２，６３とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置に適用して好適なバックライト装置及びそのバックライト装置を備えた表示装置に関する。

液晶表示装置は、表示パネルに配置された画素そのものが発光しないため、表示パネルの背面に、バックライトを配置して、そのバックライトで背面を照明させて、画像などを表示させるようにしてある。表示パネルの表示面積は拡大する方向にあり、バックライトそのものも非常に大型化しつつある。

また、バックライトを構成する光源として、ある程度以上のサイズ以上の表示装置の場合には、従来、冷陰極蛍光ランプ（CCFL）を使用するのが一般的であったが、近年、発光ダイオード（LED:LightEmitting Diode）の性能向上に伴って、発光ダイオードを使用するものが開発されている。

図１３は、従来の液晶表示装置の表示パネルの背面に配置される、発光ダイオードを使用したバックライトの構成例を断面で示した図である。図１３に示した構成のバックライトは、表示パネルの真下になる位置に光源である発光ダイオードを配置した、いわゆる直下型の構成としたものである。図１３に示した構成について説明すると、基板１の上には複数の発光ダイオード２ａ，２ｂ，２ｃ‥‥が、縦横それぞれ所定間隔でマトリクス状に２次元配列してある（図１３では、３個のダイオード２ａ，２ｂ，２ｃの配置状態だけを示してある）。それぞれの発光ダイオード２ａ，２ｂ，２ｃ‥‥の上面には、出射光を拡散させる光学レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ‥‥が配置してある。発光ダイオードと光学レンズは一体化されている場合がある。

そして、基板１と所定の間隔を開けて、透明板４と拡散板６とを配置してあり、拡散板６の上に液晶表示パネル７を配置してあり、拡散板６で光源からの光を拡散させて光の強度をほぼ均一とした上で、液晶表示パネル７の背面を照明する構成としてある。

ここで、各発光ダイオード２ａ，２ｂ，２ｃ‥‥の配置位置の真上の透明板４には、拡散反射膜５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥が配置してある。拡散反射膜５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥は、例えば白色の円形パターンを印刷などで形成させて構成させてあり、光学レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ‥‥の径とほぼ同じ径で構成させてあり、光学レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ‥‥から拡散板６に直進する出射光（基板１と直交する角度の光）を、透明板４で拡散しながら反射させて、基板１側に戻す構成としてある。

この拡散反射膜５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥が、各発光ダイオードに対応して配置してあることで、各発光ダイオードからの出射光が拡散されて拡散板６に入射するようになり、拡散板６に入射する光の強度が、発光ダイオードの配置位置で強くなることを阻止して、表示パネルの背面を照明する明るさに不均一が発生するのを防止している。

特許文献１には、多数個の発光ダイオードを２次元配列して白色光を得るバックライトの例が開示されている。
特開平７−１９１３１１号

ところが、図１３に記載されたような従来の構成のバックライトでは、発光ムラをなくす処理として不十分であった。即ち、図１３に示した拡散反射膜５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥を設けない構成の場合には、発光ダイオードの配置位置の箇所の表示パネルの発光輝度が、他の部分よりも明るくなってしまう問題があり、図１３に示した構成では、各発光ダイオードの直前には反射作用がある部材を配置して拡散させ、発光ダイオードの配置位置の明るさが強くなるのを防止する構成としてある。しかしながら、このような構成だけでは光の強さの分散が十分とは言えず、逆に、拡散反射膜５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥の作用で、その反射膜の配置位置（図１３に破線で示した領域ｘの個所）の光量が不足してしまう問題があった。

この問題点を解決するためには、例えば、表示パネルの裏側に配置された拡散板（図１３の拡散板６）として、拡散作用が強いものを使用して、拡散板の内部で比較的強く拡散させるようにして、表示パネル側から見た発光輝度が均一になるようにする必要があった。ところが、拡散板で強く拡散させるようにすると、それだけ表示パネル側から見た輝度が低下する問題があり、光源として使用した発光ダイオードの輝度の高さが損なわれてしまう問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、発光ダイオードの如き高輝度な光源を使用して、表示用の照明が良好にできるようにすることを目的とする。

本発明は、表示部の背面を照明するバックライトとして、表示部の背面に、所定の間隔で複数配置された光源を用意し、それぞれの光源と表示部の背面との間に光を拡散させる拡散板を配置し、光源の配置位置と拡散板との間で、それぞれの光源に対応して設けられ光源からの光を光源側に反射させる所定形状の反射部材と、その反射部材の周囲に配置されて光源からの光を表示部側に拡散させながら透過させる透過拡散部材とを備えたものである。

このようにしたことで、光源からの光が最も強く拡散板側に向かう中心部分では、反射部材で反射されて拡散板に直接入射するのが阻止される。そして、その反射部分の周辺の透過拡散部材で拡散された光が拡散板に入射することで、光源からの比較的強い光が拡散されて拡散板に入力するようになり、拡散板に入力する光の強度を均一にすることができる。

本発明によると、反射部材と透過拡散部材との作用で、拡散板に入力する光の強度を均一にすることができ、表示パネルの背面をムラのない均等な明るさで照明することができる。従って、このバックライトを備えた表示装置は、明るさが均一な良好な表示が行える。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図１２を参照して説明する。

本例においては、バックライト装置を備えた液晶表示装置に適用したものである。まず、液晶表示装置全体の構成例を、図２を参照して説明する。本例の表示装置に入力した映像信号（又は内蔵されたチューナで受信した映像信号）は、液晶パネル制御回路１１に供給されて、その映像信号に基づいて、液晶表示パネル１２での表示駆動を行う信号が生成される。生成された表示駆動信号は、液晶表示パネル１２のソースドライバ１３及びゲートドライバ１４に供給されて、パネル上の各画素に表示信号が書き込まれる。表示信号の書込みについては、例えば供給される映像信号のフィールド周期に同期して、１フィールド周期で行われる。

そして、液晶表示パネル１２の背面には、バックライト装置２０が配置してある。本例においては、バックライト装置２０が備える光源として、複数の発光ダイオードを二次元配列して水平方向に直列に複数配置させた構成としてある。複数の発光ダイオードとしては、例えば赤色の発光ダイオード、緑色の発光ダイオード、青色の発光ダイオードを所定状態で配列して、白色となるようにしてある。

バックライト装置２０内の光源としての発光ダイオードの点灯の制御は、光源制御回路１５により行われる。液晶表示パネル１２で映像を表示させる際には、各発光ダイオードを常時連続点灯させる構成とする。或いは、液晶パネル制御回路１１から光源制御回路１５に、映像信号の垂直同期信号などを供給して、表示させる映像の垂直周期などに同期して、発光ダイオードを点滅させ、映像の表示特性を改善する構成としてもよい。

次に、図１を参照して本例のバックライト装置２０の構成について説明する。図１は、バックライト装置を縦方向に切断して示す断面図である。図１に示すように、本例のバックライト装置２０は、表示パネル１２の表示面を図中の上側としたとき、真下になる位置に光源である発光ダイオードを配置した、いわゆる直下型の構成としたものである。基板２１の上には複数の発光ダイオード３１，３２，３３‥‥が、縦横それぞれ所定間隔でマトリクス状に２次元配列してある（図１では、３個のダイオード３１，３２，３３が直列に配置された状態だけを示してある）。それぞれの発光ダイオード３１，３２，３３‥‥の上面には、出射光を周囲に拡散させる光学レンズ４１，４２，４３‥‥が配置してある。発光ダイオードと光学レンズは一体化された構成としてもよい。また、基板２１の発光ダイオード配置個所以外は、白色などに塗装してあり、光を拡散させて反射させる構成としてある。

そして、基板２１と所定の間隔を開けて、透明板２２と上面拡散板２３とを配置してあり、拡散板２３の上に液晶表示パネル１２を配置してある。透明板２２と上面拡散板２３は、例えばアクリル板など構成する。上面拡散板２３については、光を拡散させる素材を含有させた構成として、下面から入射した光を拡散させて、上面から出射させる構成としてあり、液晶表示パネル１２の背面（底面）を照明する。

ここで、各発光ダイオード３１，３２，３３‥‥の配置位置の真上の透明板２２には、入射光を拡散させながら反射させる反射部材である拡散反射膜５１，５２，５３‥‥が配置してある。拡散反射膜５１，５２，５３‥‥は、例えば白色の円形パターンを印刷などで形成させて構成させてあり、例えば、光学レンズ４１，４２，４３‥‥の径とほぼ同じ径の円形で構成させてあり、光学レンズ４１，４２，４３‥‥から上面拡散板２３に直進する出射光（基板２１と直交する角度の光）を、透明板２２で拡散しながら反射させて、基板２１側に戻す構成としてある。

そして、各拡散反射膜５１，５２，５３‥‥の周囲の透明板２２には、入射光を拡散させながら透過させる透過拡散部材としての拡散透過部６１，６２，６３‥‥が形成させてある。この拡散透過部６１，６２，６３‥‥は、例えば円形の拡散反射膜５１，５２，５３‥‥を囲むように、ドーナツ状の円形に形成してある。拡散透過部６１，６２，６３‥‥の具体的な構成としては、例えば透明板２２の該当する部分の表面を、平滑でない荒くした状態として形成させる。表面を荒らす処理としては、例えば透明板２２の該当する個所に熱を加えた状態で、型となる部材を押し当てて、その型の表面の形状を転写する処理などがある。或いは、同様の作用がある透明（半透明）の膜の透明板２２への貼り付け、同様の作用のある素材の塗布、等の構成で、拡散透過部を形成させてもよい。拡散作用のある素材の塗布としては、例えば、透明な塗料に微小なビーズを含有させたものを塗布させる構成とする。

図３は、この拡散反射膜５１，５２，５３‥‥と拡散透過部６１，６２，６３‥‥の配置状態の例を分解斜視図として示した図である。図３に示すように、各発光ダイオード３１〜３６が基板２１上に二次元に配列してある場合に、透明板２２の下面の各発光ダイオード配置位置の真上に、円形の拡散反射膜５１〜５６が配置してあり、それぞれの拡散反射膜５１〜５６を囲むようにして、ドーナツ状の円形に拡散透過部６１〜６６を形成してある。なお、図１、図３では一部の発光ダイオードが配置された構成についてだけ示してあるが、基本的に、全ての発光ダイオードが配置された個所を同様に構成する。

このようにバックライト装置を構成することで、図１に示したように、例えば発光ダイオード３１からの光が最も強く拡散板２３側に向かう中心部分では、拡散反射膜５１に入射した光Ｌ１は、拡散反射膜５１で拡散されながら反射されて、拡散板２３に直接入射するのが阻止される。そして、その反射部分の周辺の透過拡散部６１に入射した光Ｌ２については、拡散された状態で透過し、拡散板２３に入力する光の強度を均一にするように作用する。従って、発光ダイオードを配置した位置で、拡散板２３に入力する光の強度が強くなったり、或いは逆に弱くなったりすることを阻止することができ、拡散板に入力する光の強度をほぼ均一にすることができ、表示パネル１２の背面をムラのない均等な明るさで照明することができる。従って、このバックライトを備えた表示装置は、明るさが均一な良好な映像表示が行える。

なお、図３に示した拡散反射膜５１〜５６と拡散透過部６１〜６６の形状は一例であり、拡散板２３に入力する光の強度を均一にするために、種々の形状とすることができる。図４〜図１０は、別の形状とした場合の例である。以下、それぞれの構成について説明する。

図４に示した形状は、拡散反射膜５１〜５６として、図３の例と同様にほぼ真円として形成し、それぞれの拡散反射膜５１〜５６の周囲の拡散透過部７１〜７６を、ほぼ楕円形状としたものである。拡散透過部７１〜７６を楕円形状に細長く形成させる方向としては、ここでは発光ダイオードの配置列の方向と一致させてある。特に、縦横に二次元状に発光ダイオードを配置させた場合の、配置間隔が狭い側の配列方向に、楕円形状に細長く形成させてある。

図５に示した形状は、拡散反射膜８１〜８６として、ほぼ楕円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜８１〜８６の周囲の拡散透過部９１〜９６についても、ほぼ楕円形状としたものである。拡散反射膜８１〜８６及び拡散透過部９１〜９６を楕円形状に細長く形成させる方向としては、図４の例と同じである。

図６に示した形状は、拡散反射膜８１〜８６として、ほぼ楕円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜８１〜８６の周囲の拡散透過部１４１〜１４６について、拡散反射膜８１〜８６の長手方向とは直交する方向を長手方向として、ほぼ楕円形状としたものである。

図７に示した形状は、拡散反射膜８１〜８６として、ほぼ楕円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜８１〜８６の周囲の拡散透過部１０１〜１０６として、ほぼ真円形状としたものである。拡散反射膜８１〜８６を楕円形状に細長く形成させる方向としては、図４の例と同じである。

図８に示した形状は、拡散反射膜５１〜５６として、ほぼ真円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜５１〜５６の周囲の拡散透過部１１１，１１２として、各列ごとに連続した形状としたものである。この場合、拡散反射膜５１〜５６が配置された位置では、拡散透過部１１１，１１２の幅が太くなり、拡散反射膜５１〜５６が配置されていない位置では、拡散透過部１１１，１１２の幅を狭くするようにしてある。或いは、拡散透過部１１１，１１２の幅を一定としてもよい。

図９に示した形状は、拡散反射膜８１〜８６として、ほぼ楕円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜８１〜８６の周囲の拡散透過部１１１，１１２として、各列ごとに連続した形状としたものである。この場合にも、拡散反射膜８１〜８６が配置された位置では、拡散透過部１１１，１１２の幅が太くなり、拡散反射膜８１〜８６が配置されていない位置では、拡散透過部１１１，１１２の幅を狭くするようにしてある。この例の場合にも、拡散透過部１１１，１１２の幅を一定としてもよい。

図１０に示した形状は、拡散反射膜５１〜５６として、ほぼ真円形状に形成し、それぞれの拡散反射膜５１〜５６の周囲の拡散透過部１２１として、縦横に連続した形状としたものである。この場合、拡散反射膜５１〜５６から離れた位置には、拡散透過部１２１を形成させないようにして、例えば拡散反射膜５１〜５６と拡散透過部１２１のいずれも形成されてない個所が、図１０に示すように円形に形成されて、その円形が縦横に配列する形状としてある。

また、ここまでに示した各構成では、拡散透過部として拡散作用のある表面形状や膜などで形成させるようにしたが、拡散作用のあるレンズを、透明板２３の該当する位置に配置するようにしてもよい。即ち、例えば図１１に示すように、拡散透過部材として、凹レンズとして機能する拡散レンズ１３１，１３２，１３３を、拡散反射膜５１〜５６の周囲に配置する構成として、拡散レンズ１３１，１３２，１３３に入射した光を拡散させながら透過させる構成とし、実質的に拡散透過部と同様の作用を持たせるようにする。図１１の例では単純な凹レンズ形状としてあるが、レンチキュラー、フレネルなどの、実質的に同様のレンズ作用のある他の形状としてもよい。

また、ここまでに示した各構成では、発光ダイオードからの光を、直接透明板２２を介して拡散板２３に入射させる、いわゆる表示パネル直下型の光源配置構成に適用した例としたが、例えば、表示パネルの直下に導光板を配置したものにも適用可能である。図１２は、この場合の構成例を断面で示した例であり、各発光ダイオード３１〜３３及びその上の光学レンズ４１〜４３の上に、透明な部材で構成される導光板１３１を配置し、その導光板１３１から出射する光を、拡散板２３に入射させる構成とした場合に、透明板２２を配置して、その透明板２３に拡散反射膜５１〜５３及びその周囲の拡散透過部６１〜６３を配置する構成として、実質的に光源が表示パネル１２の直下に配置される構成に適用してもよい。なお、図１２の例では、導光板１３１と透明板２３との間に隙間を設けた例としてあるが、接触させて配置させる構成としてもよい。

また、ここまで説明した各構成では、拡散反射膜として、拡散作用を有しながら反射させる膜としたが、例えば入射光を全反射させるミラー、ある程度の比率で反射させるハーフミラー、特定の波長成分だけ反射させるダイクロイックミラーなどを配置するようにしてもよい。

また、それぞれの例で示した拡散透過部として、透過率や拡散率が中心から離れるに従って変化する、いわゆるグラデーション形状としてもよい。例えば拡散率が中心から離れるに従って徐々に弱くなるように、拡散作用を有するビーズの含有量を徐々に少なくする構成としてもよい。

さらに、ここまで説明した各構成では、拡散反射膜と拡散透過部とを、透明板の下面（光源が配置された面）に形成させた例としたが、いずれか一方又は双方を、透明板の上面（表示パネル側の面）に形成させる構成としてもよい。

また、ここまで説明した各例では、バックライトが備える光源として、発光ダイオードを配列して使用した例としたが、同様に多数配置されるその他の発光手段を光源として使用するようにしてもよい。

また、表示手段についても、液晶表示パネルを使用した例としたが、バックライトを必要とするその他の表示装置に適用してもよい。

本発明の一実施の形態による構成例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態による表示装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例１）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例２）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例３）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例４）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例５）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例６）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例７）を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による各部材の配置例（例８）を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施の形態による構成例（レンズを使用した例）を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態による構成例（導光板を使用した例）を示す断面図である。 従来の液晶表示装置の構成例を示す説明図である。

符号の説明

１２…液晶表示パネル、１５…光源制御回路、２０…バックライト装置、２１…基板、２２…透明プレート、２３…散乱板、３１〜３６…発光ダイオード、４１〜４６…光学レンズ、５１〜５６，８１〜８６…拡散反射膜、６１〜６６，７１〜７６，９１〜９６，１０１〜１０６，１１１，１１２，１２１…拡散透過部、１３１…拡散レンズ部、１４１…導光板

Claims (11)

1. 表示部の背面を照明するバックライト装置において、
   前記表示部の背面に、所定の間隔で複数配置された光源と、
   前記それぞれの光源と、前記表示部の背面との間に配置されて、光を拡散させる拡散板と、
   前記光源の配置位置と前記拡散板との間で、前記それぞれの光源に対応して設けられ、前記光源からの光を光源側に反射させる所定形状の反射部材と、
   前記反射部材の周囲に配置されて、前記光源からの光を前記表示部側に拡散させながら透過させる透過拡散部材とを備えたことを特徴とする
   バックライト装置。
2. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記光源は、発光ダイオードであり、
   それぞれの発光ダイオードに光学レンズを配置して、それぞれの発光ダイオードから発光する光を、前記光学レンズを介して出射させることを特徴とする
   バックライト装置。
3. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記反射部材及び前記透過拡散部材は、透明板に配置したことを特徴とする
   バックライト装置。
4. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記反射部材はほぼ円形又はほぼ楕円形状であり、前記透過拡散部材は前記反射部材よりも径の大きなほぼ円形又はほぼ楕円形状としたことを特徴とする
   バックライト装置。
5. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記反射部材はほぼ円形又はほぼ楕円形状であり、前記透過拡散部材は、隣接する前記反射部材を囲む透過拡散部材と連続した形状としたことを特徴とする
   バックライト装置。
6. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記透過拡散部材は、レンズ又はレンズに準じた形状の部材として、実質的に拡散透過させる部材としたことを特徴とする
   バックライト装置。
7. 請求項１記載のバックライト装置において、
   前記反射部材は、ミラーとして形成されて反射させる部材としたことを特徴とする
   バックライト装置。
8. 入力画像信号に対応した画像を表示する表示部と、
   前記表示部の背面を照明するバックライトとを備えた表示装置において、
   前記バックライトとして、
   前記表示部の背面に、所定の間隔で複数配置された光源と、
   前記それぞれの光源と、前記表示部の背面との間に配置されて、光を拡散させる拡散板と、
   前記光源の配置位置と前記拡散板との間で、前記それぞれの光源に対応して設けられ、前記光源からの光を光源側に反射させる所定形状の反射部材と、
   前記反射部材の周囲に配置されて、前記光源からの光を前記表示部側に拡散させながら透過させる透過拡散部材とを備えたことを特徴とする
   表示装置。
9. 請求項８記載の表示装置において、
   前記光源は、発光ダイオードであり、
   それぞれの発光ダイオードに光学レンズを配置して、それぞれの発光ダイオードから発光する光を、前記光学レンズを介して出射させることを特徴とする
   表示装置。
10. 請求項８記載の表示装置において、
    前記反射部材及び前記透過拡散部材は、透明板に配置したことを特徴とする
    表示装置。
11. 請求項８記載の表示装置において、
    前記反射部材はほぼ円形又はほぼ楕円形状であり、前記透過拡散部材は前記反射部材よりも径の大きなほぼ円形又はほぼ楕円形状としたことを特徴とする
    表示装置。

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