JP2007265716A

JP2007265716A - 面状光源及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007265716A
Application number: JP2006087107A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 博史山口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】白色光源の特性バラツキが大きい場合であっても、色むらの小さい面状光源及びその面状光源を有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の面状光源は、複数の白色光源１と、複数の白色光源１からの光を側面から入射して、対抗する２つの主面の一方の面から光を出射する導光板３と、複数の白色光源１と導光板３の側面との間に介在し、複数の白色光源の発光色の差が小さくなるように複数の白色光源のそれぞれの発光色を補正する複数の色補正シート２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトなどに用いる面状光源及び液晶表示装置に関する。

薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。この液晶ディスプレイとしては、透過型の液晶表示装置が一般的に使用されている。透過型の液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を液晶パネルの背面に備え、面状光源からの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。

近年、発光効率の高い発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）を光源として用いるバックライトが、特に携帯電話のディスプレイなどの小型パネルを中心に普及している（特許文献１参照）。バックライトの発光色としては白色が一般的であるが、ＬＥＤは単色光源のため、単独で白色を得ることはできない。そのため、青色ＬＥＤと青色光で励起される黄色蛍光体とを組み合わせて白色を得る方法が、構造が単純で且つ発光効率が高いため、最も普及している。

青色ＬＥＤを光源として用いて白色の発光色を得る面状光源として、複数個の青色ＬＥＤのみをパッケージした素子の青色光を１つの黄色蛍光体シートを介して導光板の側面に導入する方法や（特許文献２参照）、複数個の青色ＬＥＤの青色光を、主面に蛍光体を形成された導光板の側面に入射する方法（特許文献３参照）が開示されている。

また近年、青色に発光するＬＥＤチップを黄色蛍光体を分散した樹脂で封止してパッケージすることにより得られる白色ＬＥＤが普及している。白色ＬＥＤをバックライトの光源に用いる場合、複数個の白色ＬＥＤを導光板の側面に配置することにより、白色ＬＥＤの光を面状照明に変換する方法が一般的に利用されている。

このように、従来の面状光源は、小型で発光効率の高い発光ダイオードを用いることにより、液晶表示装置を薄型・軽量化するともに消費電力を小さくしている。
特開平８−１６０８９２号公報特許第３１１４８０５号公報特開平７−１７６７９４号公報

しかしながら、ＬＥＤは特性バラツキにより発光色に差が生じる。そのため、複数個の青色ＬＥＤに対して黄色蛍光体シートを１つしか設けない特許文献２や、導光板の主面に蛍光体を形成する特許文献３の場合、面状照明に色むらが生じるという問題があった。液晶のバックライトにこのような色むらが生じると、映像の品位を落とすことになり、大きな問題となる。

また、白色ＬＥＤを使用する場合、蛍光体の分散量を調整することにより発光色を調整することはできるが、蛍光体の分散量がばらつくと、色調のバラツキになる。そのため、白色ＬＥＤは、色度のｘ値で０．０２程度、ｙ値で０．０３程度に相当する色バラツキが生じるというのが実態である。一方、人が検出可能な色むらは、色度座標で０．００５程度であると言われているため、液晶のバックライトに上記のような色むらが生じると、液晶表示装置の映像の品位を落とすことになる。

色むらを回避するために、例えば各ＬＥＤの特性評価を行ったあとに、所望の色度範囲に入っているＬＥＤのみを使用するといった選別を行う方法が考えられる。しかし、この方法では、製造したＬＥＤの一部しか使用することができず、液晶表示装置の価格が必然的に高くなるという問題が生じる。

本発明は、上記の問題を解決するためのもので、通常のバラツキを持つＬＥＤを複数個使用した場合であっても、色むらの小さい、面状光源及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面状光源は、複数の白色光源と、前記複数の白色光源からの光を側面から入射して、対抗する２つの主面の一方の面から光を出射する導光板と、前記複数の白色光源と前記導光板の側面との間に介在し、前記複数の白色光源の発光色の差が小さくなるように前記複数の白色光源のそれぞれの発光色を補正する複数の色補正シートと、を備える。

本発明の面状光源は、複数の白色光源の発光特性がばらついていても、複数の白色光源の発光特性にそれぞれ応じた色補正シートを介して各白色光源の光を導光板に入射するため、導光板の全面に渡って色の均一な面状照明を得ることが可能となる。

好ましくは、前記複数の白色光源は、青色の発光と前記青色の発光によって励起される黄色光との補色関係によって白色の発光をするものであって、前記複数の白色光源を前記面状光源の目標とする白色の色度に対して青よりに設定し、前記複数の色補正シートは青色の発光により励起されて黄色を発光する蛍光体を含む。

また、前記複数の色補正シートは所定の光を吸収する光吸収シートであっても良い。

本発明の液晶表示装置は、上記の面状光源を備える。

本発明によれば、通常の特性バラツキを持つ複数個のＬＥＤを使用した場合であっても、色むらの小さい面状光源を実現できる。本発明の面状光源を使用することにより、色の均一性が高い安価な液晶表装置を提供することができる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１は本発明の面状光源を示す斜視図である。本発明の面状光源１０は、白色を発光する高色温度白色光源１、高色温度白色光源１の発光色を補正するための色補正蛍光体シート２、及び側面から入射された光を対向する主面の一方から出力する導光板３を備える。

高色温度白色光源１から出射された光は、色補正蛍光体シート２を通過する際に、色度が補正されて、導光板３の側面に入射される。導光板３の側面に入射された光は、導光板３の対向する主面間を全反射を繰り返しながら伝播される。導光板３は、光の出射面と逆の面に、特定の密度分布又は特定の大きさの拡散反射層、又は反射用凹凸面を有し、伝播する光の一部を出射する。これにより、本発明の面状光源１０から液晶パネルに照射される光は、全面にわたってほぼ一様になる。

高色温度白色光源１は、青色の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）をその発光色で励起される黄色蛍光体を分散した樹脂で封止して形成された白色ＬＥＤである。青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体の発光スペクトルのパターンを図２に示す。図２の横軸は波長λ（ｎｍ）、縦軸はピーク値を示す。実線で示される青色ＬＥＤの発光スペクトルは４５５ｎｍ近傍に比較的鋭いピークを持ち、破線で示される黄色蛍光体のスペクトルは５５０ｎｍ近傍に比較的緩やかなピークを持つ。図２で示す発光スペクトルのパターンは、規格化された相対光線強度である。青色ＬＥＤと黄色蛍光体は補色の関係にあり、黄色蛍光体を適切に樹脂に配合することにより所望の白色を得ることができる。

図２に示した発光スペクトルの青色ＬＥＤと黄色蛍光体の配合条件を変えた場合の白色ＬＥＤの色度変化を色度座標の軌跡として図３に示す。図３に示すように、黄色蛍光体の量を増やすと、高色温度白色光源１は白色に近づく。しかし、本発明の高色温度白色光源１は製造バラツキを考慮して、面状光源１０に含まれるほぼ全ての高色温度白色光源１が面状光源１０として目的とする白色の色度に対して青めの発光をするように、樹脂に含まれる黄色蛍光体を少なめに配合して形成される。例えば、黒体輻射軌跡上でｘ座標０．３０７（色温度７０００Ｋの色）を面状光源１０の目標として色調整を行う場合で、ＬＥＤ製造上の色度バラツキが±０．０２程度想定されるときは、予め高色温度白色光源１の目標色度のｘ値を０．２８７以下に設定する。

図４に、本実施形態の色度調整のグラフを示す。図２に示す発光パターンを考慮して、高色温度白色光源１の色度のバラツキの中心がｘ＝０．２８、ｙ＝０．２７になるように、ＬＥＤ内部に分散する蛍光体の量を調整する。その結果、製造された高色温度白色光源１の発光色度のｘ値は０．２７から０．２９の範囲内Ａに分布した。高色温度白色光源１の等価色温度は約９０００Ｋ以上となり、面状光源１０としての目標色度７０００Ｋより高くなる。そのため、「高色温度」と呼ぶ。

色補正蛍光シート２は、青色の発光により励起されて黄色を発光する蛍光体を含み、高色温度白色光源１の発光色と組み合わせたときに、導光板３に入射される光が目的とする色度範囲内Ｂになるように、蛍光体の分散量を調整されて形成される。複数の高色温度白色光源１の各々の発光特性を測定し、その発光色度によるランク分けを行って、それぞれの高色温度白色光源１のランクに応じた色補正蛍光シ-ト２を高色温度白色光源１と同じ数だけ備える。

例えば、発光色度のｘ値が０．２７から０．２９に分布した複数の高色温度白色光源１を色度のｘ値によって５段階に分類し、高色温度白色光源１と組み合わせて目標色度ｘ＝０．３０６、ｙ＝０．３１７近傍になる５種類の色補正蛍光シート２を備える。これにより、色補正蛍光シート２を介した発光色の色度をｘ値で０．３０６±０．０２５にすることができた。

このように、高色温度白色光源１の選別のランク分けが５段階であれば、理想的には導光板３に入射される光の特性バラツキを１／５程度にすることが出来る。また、色補正蛍光シート２の製造誤差や高色温度白色光源１の特性の測定誤差が実際にあったとしても、導光板３に入射される光の特性バラツキを１／４程度に小さくすることができる。

これにより、高色温度白色光源１から色補正蛍光シート２を介して導光板３に入射される複数の白色の光は均一な色となる。

本発明の構成によれば、特性バラツキの大きな白色光源を用いた場合であっても、色むらの小さい面状光源を実現することができる。また、本実施形態によれば、色補正蛍光シート２による波長変換により色補正を行っているので、必要最低限のエネルギー損失で色補正が可能になる。

なお、色補正蛍光シート２は黄色を発光する蛍光体に限らず、所定の光を吸収する光吸収シート（カラーフィルタ）であっても良い。この場合、高色温度白色光源１を青めに製造せずに、特性ばらつきの中心が面状光源１０としての目標色度になるように製造し、複数の高色温度白色光源１に対して、各発光色に併せた複数のカラーフィルタを用いて色補正を行う。この場合であっても、面状光源１０の色を均一にするという効果が得られる。

図５に、本発明の液晶表示装置の構成を示す。本発明の液晶表示装置１００は、図１に示す本発明の面状光源１０と、面状光源１０からの照明光を空間変調して画像を形成する液晶パネル２０と、液晶パネル２０を駆動する駆動装置３０とを有する。本発明の面状光源１０を有することにより、色の均一性の高い安価な液晶表示装置１００を実現できる。

本発明の面状光源は、特性バラツキの大きな複数の白色光源を用いた場合であっても、色度補正によるエネルギー損失が小さい状態で均一に面状発光することができ、液晶表示装置のバックライトなどに有用である。

本発明の実施形態の面状光源を示す斜視図青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体の発光スペクトルを示すグラフ白色ＬＥＤにおける色度変化を示すグラフ本発明の実施形態の面状光源における色度補正を示すグラフ本発明の実施形態の液晶表示装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１高色温度白色光源
２色補正蛍光シート
３導光板
１０面状光源
２０液晶パネル
３０駆動装置
１００液晶表示装置

Claims

複数の白色光源と、
前記複数の白色光源からの光を側面から入射して、対抗する２つの主面の一方の面から光を出射する導光板と、
前記複数の白色光源と前記導光板の側面との間に介在し、前記複数の白色光源の発光色の差が小さくなるように前記複数の白色光源のそれぞれの発光色を補正する複数の色補正シートと、
を備えたことを特徴とする面状光源。
前記複数の白色光源は、青色の発光と前記青色の発光によって励起される黄色光との補色関係によって白色の発光をするものであって、前記複数の白色光源を前記面状光源の目標とする白色の色度に対して青よりに設定し、
前記複数の色補正シートは青色の発光により励起されて黄色を発光する蛍光体を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
前記複数の色補正シートは所定の光を吸収する光吸収シートであることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
請求項１から請求項３のいずれかの前記面状光源を備えたことを特徴とする液晶表示装置。