JP2006313747A - ハイブリッドバックライト装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】赤色ＬＥＤのような単色光源を通じ特定な波長の光を蛍光ランプのような白色ランプの光に追加することにより混合光の色座標及び色温度を日光に近く調節することができる。
【解決手段】白色光を発生させる主光源、上記主光源の白色光の色温度を補正する単色光を発生させる補助光源、上記白色光に単色光が混合され色温度が補正された混合光を形成する光混合領域、及び上記光混合領域下側に配置された反射板を含むことを特徴とするハイブリッドバックライト装置を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は液晶表示装置(ＬＣＤ)用のバックライト装置に関することとして、より具体的には単色光源を蛍光ランプに追加することにより色表現領域を広げ色温度を効果的に調節することが可能で自然な色表現が可能であるよう構成されたＬＣＤ用のハイブリッドバックライト装置に関する。
一般的にＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は一対のガラス板とこれらの間の各画素に注入した液晶及び液晶の駆動回路を含み、上下ガラス板の電極に電源を印加し各画素の液晶分子配列を変化させることにより画像を表示する。
このようなＬＣＤはＣＲＴ(Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ)、ＰＤＰ(Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ)、ＦＥＤ(Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ)とは異なり自体発光しないため光源のバックライト装置を必要とする。
図１は従来技術に伴う蛍光ランプを採用したＬＣＤ用のバックライト装置の概略的な分解斜視図である。
従来技術のバックライト装置１０は光を側面から照射する方式を採択したものとして、透明な樹脂で作った導光板１２とこの導光板１２の両側面に配置された蛍光ランプ１４及びこれら蛍光ランプ１４を支持しつつ蛍光ランプ１４から出た光を導光板１２の中に反射する一対の反射鏡１６を含む。
蛍光ランプ１４としては、普通は冷陰極線管(ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ)を使用し、内壁には効率の高い希土類(Ｙ、Ｃｅ、Ｔｂ等)蛍光体が塗り付けられ電磁が加えられると励起され発光することとなる。
この際、導光板１２の底面には(図示を省略した)反射パターンと反射板が設置され光を導光板１２から上側のＬＣＤパネル２０へ送ることにより、ＬＣＤパネル２０にバックライト照明を提供することとなる。反射板は好ましくは微細パターンまたはランバートシート(Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｈｅｅｔ)が表面に形成される。一方、導光板１２の底面に微細凸凹パターンを形成することもある。
しかし、このような従来技術に伴う蛍光ランプ基盤のバックライト装置１０は次のような問題点を有する。
図２は従来技術に伴う蛍光ランプを採用したバックライト装置の色表現領域と代表的な色温度を示す色度図である。
先ず、色度図(ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｇｒａｐｈ)は一般の可視的な光源色または物体色に対し３原色の赤色、緑色、青色に対する刺激値を数値に表現し平面座標に表示するため研究された図面である。任意の光源の発光スペクトラムをＱ(λ)とすると、ここに各々の色を認識する視感覚器の分光感度特性に相当する等色関数を積したものが各々の色の刺激値となる。このような色度図において白色の領域はＸ＝０．２１〜０．４９、Ｙ＝０．２〜０．４６程度の範囲に存在する。
一方、図１のバックライト装置１０に採用された蛍光ランプ１２の場合、図２に図示した通り、出力光Ｐ１の色温度が１００００Ｋで色座標がＸ＝０．２９２、Ｙ＝０．３１５である。一方、日光は色温度が６５００ＫでＸ＝０．３１、Ｙ＝０．３２の色座標を有する。従って、蛍光ランプの出力光Ｐ１は日光に比べ青色側に傾いており冷たい感じを与えることが分かる。
この原因を図３のバックライトに採用される蛍光ランプの光源スペクトラムを参照し説明する。
図３に図示した通り、蛍光ランプは緑色波長Ｇで最も大きいエネルギーを有し赤色波長Ｒで最も小さいエネルギーを有する。また、赤色波長Ｒのピークは赤色フィルタより低く赤色フィルタに比べ緑色側にシフト(ｓｈｉｆｔ)、すなわち傾いている。従って、図２のように、蛍光ランプの出力光Ｐ１は緑色と青色側にシフトされ全体的に冷たい感じを与える画面を提供することとなる。また、フィルタを通過するとしても図３に示された通りフィルタの領域が広いため所望しない雑光が混ざるようになり色を表現する範囲が狭くなる。
このような色温度を改善するため、ＬＣＤの場合液晶を調節し所望の色温度の白色光を得る。すなわち、液晶分子の配向(ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ)を調節し赤色光を除いた緑色と青色光の通過量を減少させることにより全体白色光の色温度を所望の値に合わせるようになる。しかし、このようにすると、一部光すなわち緑色光と青色光を遮断することにより、出力される全体光量及び輝度が減少するという短所がある。
従って、本発明は上記の従来技術の問題を解決するため案出されたものであり、光量を減少させたり信頼性を低下させることなく、色表現範囲を広げ白色光の色温度を効果的に調節することが可能なハイブリッドバックライト装置を提供することを目的とする。
このため本発明のハイブリッドバックライト装置は白色光を発生させる白色光源の蛍光ランプの色座標を補正することが可能であるよう単色光を発生させる単色発光ダイオード、すなわちＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)のような単色光源を追加することを特徴とする。
一方、本明細書において"白色光"は多様な波長を含む全般的に自然状態の日光(ｄａｙｌｉｇｈｔ)に近い光を称するが、必ずしも日光を意味することではない。また、"単色光"はいずれか一つの波長に集中された光を称しただ一つの波長を有する光を意味することではない。
本発明は、上記の目的を達成するために、白色光を発生させる主光源、上記主光源の白色光の色温度を補正する単色光を発生させる補助光源、上記白色光に単色光が混合され色温度が補正された混合光を形成する光混合領域、及び上記光混合領域下側に配置された反射板を含むことを特徴とするハイブリッドバックライト装置を提供する。
本発明のハイブリッドバックライト装置において、上記白色光は２００００Ｋないし７０００Ｋ範囲の色温度を有し、上記補助光源は上記混合光が１２０００Ｋから５０００Ｋ範囲の色温度を有するよう上記単色光を発生することを特徴とする。しかし、ＬＣＤで色別光量を調節するか、あるいは緑色の単色光を補充した場合、フラン軌跡を外れない範囲で４０００Ｋ以下の色温度移動も可能である。
この場合、上記主光源は蛍光ランプであり、上記単色光は赤色光であることを特徴とする。また、ＬＥＤ、レーザーダイオード及び単色フィルタランプのうち少なくとも一つであることを特徴とする。
上記補助光源の出力は上記主光源対比５ないし２０％であり、色温度の変化を自在にするため出力が調節可能であることを特徴とする。
この際、ハイブリッドバックライト装置は地域または個人別などで好きな色温度をホワイトバランスを維持しながら合わせるため上記混合光と混合されるよう緑色光を発生させる第２補助光源をさらに含むことが可能である。この際、上記混合光は上記白色光に比べ赤色及び緑色領域側に移動した色温度を有するよう調節することが可能である。一方、上記第２補助光源はＬＥＤ、レーザー、レーザーダイオード及び単色フィルタランプを含んだ光源のうち少なくとも一つであることを特徴とする。
また、本発明のハイブリッドバックライト装置において、上記光混合領域は導光板であり、上記主光源と補助光源は上記導光板の側面に配置されたことを特徴とする。この際、上記主光源と上記補助光源は上記導光板の相互異なる側面に配置されることが可能である。また、上記主光源と上記補助光源は上記導光板の同一な側面に配置されることが可能である。
また、本発明のハイブリッドバックライト装置は、上記反射板と共に上記光混合領域を形成するハウジングをさらに含み、上記主光源と上記補助光源は上記ハウジング内に配置されることを特徴とする。この際、上記主光源は上記ハウジングの側壁に支持されることが可能である。
本発明のハイブリッドバックライト装置によると、赤色ＬＥＤのような単色光源を通じ特定な波長の光を蛍光ランプのような白色ランプの光に追加することにより混合光の色座標及び色温度を日光に近く調節することが可能である。また、補助光源すなわち単色光源の種類と補助光の波長を調節することにより混合光の色領域及び色温度を多様に調節することが可能である。また、単色光源を追加すると、色表現領域が追加した単色光源側に広くなりさらに自然な色表現が可能となる。尚、このような混合光の色温度調節は光出力を減少させるかまたはランプの信頼性を低下させることなく低価で遂行することが可能である。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照してより詳細に説明する。
図４は本発明の第１実施例に伴うハイブリッドバックライト装置を分解した概略平面図であり、図５は図４のハイブリッドバックライト装置をＬＣＤパネルと共に示した分解斜視図である。
図４および図５に示すように、本発明のバックライト装置１００は、側面照射形式をとった場合として、透明な樹脂で作った導光板１１０とこの導光板１１０の一対の対向側面にそれぞれ配置された主光源である一対の白色光源１２０及び導光板１１０の他の対の対向側面にそれぞれ配置された補助光源である一対の単色光源１３０を含む。
導光板１１０は、一定な厚さを有する平板部材として、透明なアクリル、ＰＭＭＡ(Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、プラスチックまたはガラス等で構成される。
各々の白色光源１２０は、ランプ１２２及びランプ１２２から出た光を導光板１１０の中に反射する白色光源の反射鏡１２４を含む。また、図示してはいないがランプ１２２を支持しながら電気連結を提供する連結口が設置される。
ランプ１２２は蛍光ランプであり、好ましくは冷陰極線管を使用し、内壁には効率の高い希土類(Ｙ、Ｃｅ、Ｔｂ等)蛍光体が塗り付けられ電磁が加えられると励起され発光することとなる。白色光源の反射鏡１２４は高反射率の素材、好ましくは金属で作るかまたは高反射率の素材をコーティングして構成する。
各々の単色光源１３０は多数の単色ＬＥＤ１３２、これらＬＥＤ１３２を支持しながら電気連結を提供する基板１３４及びＬＥＤ１３２から出た光を導光板１１０の中に反射する単色光源の反射鏡１３６を含む。
ＬＥＤ１３２はランプ１２２の色温度を日光に近く補正するため使用される。すなわちランプ１２２から出る白色光の色座標が青色及び緑色側に傾いているので、これを日光の色座標(Ｘ＝０．３１、Ｙ＝０．３２)側に補正するようになる。従って、ＬＥＤ１３２としては赤色ＬＥＤが使用される。
この際、ＬＥＤ１３２全体の出力はランプ１２２出力対比５ないし２０％であることが適切である。従って、一般的にランプ１２２の色温度が２００００Ｋ〜７０００Ｋであるので、ＬＥＤ１３２を使用すると、１２０００Ｋ〜５０００Ｋの色温度を得ることが可能となる。
一方、ランプ１２２から出る白色光の色座標を補正するための単色光源１３０としては前記の赤色ＬＥＤの他に適切な波長範囲の赤色レーザー、レーザーダイオード及び赤色フィルタランプ(赤色フィルタを含んだランプ)等を採用し得る。
この際、複数の赤色ＬＥＤ１３２は暗部を形成しないよう相互の間隔と導光板１１０からの距離が定められるか、放射角を広げることが可能なレンズを使用する。
基板１３４はＬＥＤ１３２に電気連結を提供しながらそこから発生した熱を外部に引き出すことが可能であるよう好ましくは金属基板で作る。白色光源の反射鏡１２４はＬＥＤ１３２の光を、すなわち単色光を導光板１１０の中に送るよう高反射率の素材、好ましくは金属で作るか高反射率の素材をコーティングして構成する。
また、導光板１１０の底面には反射板１４０が設置される。反射板１４０はランプ１２２とＬＥＤ１３２から出た光を導光板１１０から上側のＬＣＤパネル１５０へ送ることにより、ＬＣＤパネル１５０にバックライト照明を提供することとなる。反射板１４０は好ましくは微細パターンまたはランバート面(Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｕｒｆａｃｅ)が表面に形成される。一方、導光板１１０の底面に微細凸凹パターン及びインクドットパターンの一方または両方を形成することもある。
また、白色光源１２０は導光板１１０の一対の対向する側面に沿って配置された一対の光源であると記載したが、白色光源１２０は導光板１１０の一対の対向する側面の片方に沿って配置することも可能である。これと同様に、単色光源１３０もまた導光板１１０の一対の対向する側面の片方に沿って配置することも可能である。これと異なり、単色光源１３０を白色光源１２０のように導光板１１０の同一側面に沿って配置することもまた可能である。
図６は本発明に採用されるＬＥＤの光源スペクトラムを示すグラフである。図６に図示した通り、赤色ＬＥＤ波長Ｒはそのピークが赤色フィルタより高いので、図３に図示した蛍光ランプ１２２の白色光に足りない赤色波長の光を補充することが可能である。従って、バックライト装置１００からＬＣＤパネル１５０へ入射される光の色温度及び色座標は従来の蛍光ランプに比べ赤色領域に移動することとなり全体的に冷たい感じは減り日光に近くなる。
この時の、赤色ＬＥＤ１３２の光量を適切に調節することにより混合光の色温度を１００００Ｋから４０００Ｋまで調節することが可能である。このような色温度範囲を得るための混合光において、赤色ＬＥＤ１３２の出力範囲はランプ１２２の色温度が１００００Ｋの時ランプ１２２対比８％ないし１５％の範囲である。一方、日光の色温度(６５００Ｋ)を得るためのＬＥＤ１３２の出力範囲はランプ１２２の色温度が１００００Ｋの時はランプ１２２対比約１０％である。
一方、図示してはいないが、他の単色光源、例えば緑色光源を第２補助光源として追加で採用することが可能である。このようにするとバックライト装置の混合光の色温度をより広い領域すなわち４０００Ｋ以下まで調節することが可能である。
この場合、緑色光源は前記の赤色ＬＥＤ１３２の間またはランプ１２２側に配置することが可能で、その例としては適切な緑色波長範囲のＬＥＤ、レーザー、レーザーダイオード及び単色フィルタを含んだランプ等がある。
図７は本発明のハイブリッドバックライト装置において色温度範囲を示す色度図である。図７を参照すると、本発明のハイブリッドバックライト装置は、Ｔ１(１２０００Ｋ)〜Ｔ２(５０００Ｋ)区間の色温度を有する。ここで、Ｔ１の座標はＸ＝０．２８、Ｙ＝０．２８でＴ２の座標はＸ＝０．３７、Ｙ＝０．３７である。
以下、図８の色度図を参照し本発明において蛍光ランプと赤色ＬＥＤを結合した時の混合光の色温度実験に対して説明する。
この際、主光源の蛍光ランプは２０Ｗの出力を有するものとして、蛍光ランプ自体から出る白色光の色温度は約９０００Ｋで色座標はＸ＝０．２９２、Ｙ＝０．３１５のものを使用した。一方、補助光源の赤色ＬＥＤは図６に図示した波長及びピークを有し蛍光ランプ出力の８％のものを使用した。
このような蛍光ランプと赤色ＬＥＤを使用して得た光は色温度が約６８００Ｋで色座標がＸ＝０．３１９、Ｙ＝０．３０８である。これは日光と類似で、全体的にグラフの右側すなわち赤色領域の方に移動した。
これを蛍光ランプと比較すると約５％の色再現性が改善された。すなわち、図８において蛍光ランプの色表現領域は点線で表示されるが、ＮＴＳＣで規定した色表現領域の約７５％で、赤色ＬＥＤを追加した場合には約８０％である。このようになると、蛍光ランプの点線領域に属しない色領域を表現することが可能になり、自然な色表現が可能になることが分かる。すなわち、蛍光ランプに比べ赤色領域側で自然な色表現が可能となる。
一方、上の実験では赤色光源の出力を蛍光ランプ対比８％にしたが、その出力を増やすと日光の色温度の６５００Ｋまたはこれを経て移動した色温度を得ることが可能である。また、緑色光源などを追加すると日光光の色温度をより容易に得ることが可能なだけではなく４０００Ｋ以下の色温度も得ることが可能である。
また、図８を参照し従来の蛍光ランプの色特性と本発明のハイブリッドバックライトにおける色特性を比較する。
図８において(Ｔ１)は従来の蛍光ランプの色具現領域で赤色の尖頭値(Ｘ＝０．６３６、Ｙ＝０．３３６)を説明する図面で、(Ｔ２)は赤色の単色光を含んで具現された尖頭値(Ｘ＝０．６４９、Ｙ＝０．３２８)を示す。
図８に図示した通り、蛍光ランプでの尖頭値より赤色の単色光源を含んだ場合がより広い領域を表わすことが可能であることを示す。
その結果、本発明のハイブリッドバックライトから出る白色混合光の色温度及び色座標は従来の蛍光ランプに比べ赤色領域に移動することとなり全体的に冷たい感じが減り日光に近くなり、色表現範囲も広くなる。従って、より自然な色表現が可能となる。
図９は本発明の第２実施例に伴うハイブリッドバックライト装置の概略的な構成を示す分解斜視図で、図１０は図９のハイブリッドバックライト装置の概略的な断面図である。
図９および図１０を参照すると、第２実施例のハイブリッドバックライト装置２００は直下型として、反射板２１０、この反射板２１０上に配置された複数の白色光源２２０及びこれら白色光源２２０の間に配置された単色光源２３０を含む。
また、バックライト装置２００はこれらを収容するハウジングＨをさらに含む。上記ハウジングＨは反射板２１０を支持する底面２０２と白色光源２２０を支持する側壁２０４を含む。側壁２０４の内面は白色光源２２０及び単色光源２３０から発生した光を反射することが可能であるよう反射面が形成され得る。
反射板２１０は白色光源２２０及び単色光源２３０から出た光を上側に反射するよう構成される。特に、反射板２１０の上面にはランバート面または微細凸凹の反射面が形成されると好ましい。
反射板２１０は白色光源２２０と単色光源２３０から出た光を上側のＬＣＤパネル２５０に均一に反射することにより、ＬＣＤパネル２５０にバックライト照明を提供することとなる。
このように、ハウジングＨ内部のすなわちハウジング側壁２０４と反射板２１０により形成されるハウジング内部空間２０６では白色光源２２０及び単色光源２３０から出た光が混合される。すなわち、単色光が白色光に混合され白色光の色温度を調節するようになる光混合領域が形成される。
白色光源２２０は例えば蛍光ランプで、好ましくは令陰極線管を使用する。ランプの内壁には効率の高い希土類(Ｙ、Ｃｅ、Ｔｂ等)の蛍光体が塗り付けられ電磁が加えられると励起され発光するようになる。
単色光源２３０は白色光源２２０の機具的、光学的位置を妨害しないよう配置される。単色光源２３０としては単色ＬＥＤ、例えば赤色ＬＥＤを使用する。
このような白色光源２２０及び単色光源２３０の具体的な事項は前記の第１実施例のものと同一なためこれ以上の説明は省略する。
尚、第１実施例と同様に、色座標及び色温度の調節と色表現領域の増加を得ることが可能である。このような効果も前記のものと実質的に同一であるため追加説明を省略する。
上記では本発明の好ましい実施例を参照に説明したが、該当技術分野において通常の知識を有している者であれば下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することが可能であることが解る。
従来技術に伴う蛍光ランプを採用したバックライト装置の概略的な分解斜視図である。 従来技術に伴う蛍光ランプを採用したバックライト装置の色表現領域と代表的な色温度を示す色度図である。 バックライトに採用される蛍光ランプの光源スペクトラムを示すグラフである。 本発明の第１実施例に伴うハイブリッドバックライト装置の概略的な構成を示す平面図である。 図４のバックライト装置をＬＣＤパネルと共に示す分解斜視図である。 単色の一つの例であるＬＥＤの光源スペクトラム分布を示すグラフである。 本発明のハイブリッドバックライト装置において色温度の範囲を示す色度図である。 本発明のハイブリッドバックライト装置における色表現領域の変化を従来のものと比較した色度図である。 本発明の第２実施例に伴うハイブリッドバックライト装置の概略的な構成を示す分解斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線を沿って切断した断面図である。
符号の説明
１００ バックライト装置
１１０ 導光板
１２０、２２０ 白色光源
１２２ ランプ
１２４ 白色光源の反射鏡
１３０ 単色光源
１３２ ＬＥＤ
１３４ 基板
１３６ 単色光源の反射鏡
１４０ 反射板
１５０ ＬＣＤパネル

Claims (13)

  1. 白色光を発生する主光源と、
    上記主光源の白色光の色温度を補正するよう単色光を発生する補助光源と、
    上記白色光に単色光を混合し色温度が補正された混合光を形成する光混合領域、及び
    上記光混合領域下側に配置された反射板を含むことを特徴とするハイブリッドバックライト装置。
  2. 上記白色光は２００００Ｋから７０００Ｋ範囲の色温度を有し、上記補助光源は上記混合光が１２０００Ｋから５０００Ｋ範囲の色温度を有することとなるよう上記単色光を発生することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  3. 上記主光源は蛍光ランプであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  4. 上記単色光は赤色光であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  5. 上記補助光源はＬＥＤ、レーザーダイオード及び単色フィルタランプ中の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドバックライト装置。
  6. 上記補助光源の出力は上記主光源対比５ないし２０％であることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドバックライト装置。
  7. 上記単色光は赤色光であり、
    上記バックライト装置は上記混合光と混合されるよう緑色光を発生させる第２補助光源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  8. 上記第２補助光源はＬＥＤ、レーザー、レーザーダイオード、単色フィルタランプ中の少なくとも一つであることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッドバックライト装置。
  9. 上記光混合領域は導光板であり、上記主光源と補助光源は上記導光板の側面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  10. 上記主光源と上記補助光源は上記導光板の相互異なる側面に配置されたことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッドバックライト装置。
  11. 上記主光源と上記補助光源は上記導光板の同一な側面に配置されたことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッドバックライト装置。
  12. 上記反射板と共に上記光混合領域を形成するハウジングをさらに含み、
    上記主光源と上記補助光源は上記ハウジング内に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドバックライト装置。
  13. 上記主光源は上記ハウジングの側壁に支持されることを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッドバックライト装置。
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