JP2007334017A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の光源から出射された光を効率的に利用できるバックライト装置を備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置に、複数の線状光源１１と複数のプリズム１３と導光板１４とを含むエッジライト型のバックライト装置を設ける。導光板１４は液晶パネル１の背面に設けられ、線状光源１１は導光板１４の少なくとも１つの端面の近傍に設けられる。プリズム１３は、断面が略直角二等辺三角形となる三角柱状の形状を有し、線状光源１１と対にして設けられる。プリズム１３の最大側面を第１側面、残余の側面を第２および第３側面としたとき、プリズム１３のうち一のプリズムは第１側面が導光板１４の端面に対向するように配置され、残余のプリズムは第１側面が他のプリズムの第２側面に対向するように配置され、線状光源１１はプリズム１３の第３側面の近傍に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、複数の線状光源を含むエッジライト型のバックライト装置を備えた液晶表示装置に関する。

近年の液晶表示装置では、画面の大型化や高精細化などに伴い、バックライトを高輝度化することが必要とされている。液晶表示装置にバックライト装置を設けるときに、厚みや消費電力に関する制限が緩い場合には、液晶パネルの真下から光を照射する直下型のバックライト装置を用いることができる。しかし、モバイル用の液晶表示装置では厚みや消費電力に関する制限が厳しく、また、テレビなどの大型液晶表示装置でも環境保護の観点から低消費電力の必要性が高くなっている。

このため、光源から出射された光の利用効率を高め、より少ない数の光源でバックライトを高輝度化する必要がある。ところが、直下型のバックライト装置には、光源の数を少なくすると、輝度ムラを消すことが極めて困難になるという問題がある。そこで、直下型のバックライト装置よりも光源の数が少ないエッジライト型のバックライト装置について、複数の線状光源を用いてバックライトを高輝度化することが特に必要とされている。

複数の線状光源を含むエッジライト型のバックライト装置については、従来から、以下のような技術が知られている。特許文献１には、図１７に示すように、導光板９１の端面の近傍に複数の蛍光管９２ａ〜ｃを導光板９１の厚み方向に並べて配置し、ある蛍光管から他の蛍光管に直接入射する光を遮る遮光板９３を設けることが記載されている。特許文献２には、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、導光板９４の端面の近傍に複数の冷陰極蛍光灯９５ａ〜ｃを導光板９４の厚み方向あるいは長さ方向（厚み方向に直交する方向）に並べて配置し、冷陰極蛍光灯９５ａ〜ｃの配置間隙に静電遮蔽部材９６を設けることが記載されている。
特開２００１−７５０９２号公報 特開平１０−１７７１７０号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下のような問題がある。特許文献１に記載されたバックライト装置には、装置の厚みがかなり大きくなるという問題がある。この問題は、光源の管径を細くすれば、ある程度は解消できる。しかし、光源の管径を細くすると、光源から出射される光の絶対量が少なくなるので、バックライトを高輝度化するという当初の目的を達成できなくなる。

特許文献２に記載されたバックライト装置では、厚みはそれほど増加しないが、導光板に近い側の光源が邪魔になり、導光板に遠い側の光源から出射された光がほとんど導光板に入射しないことや、額縁サイズが大きくなることが問題になる。また、エッジライト型のバックライト装置では、多くの場合、光源として蛍光灯が使用されるが、蛍光灯の輝度は管内の水銀蒸気圧に応じて変化し、水銀蒸気圧は温度依存性が高い。具体的には、周囲温度が５０℃付近のときに、水銀蒸気圧は最適値となり、蛍光灯の輝度は最大となるが、周囲温度が５０℃より高くても低くても、水銀蒸気圧は低下し、蛍光灯の輝度は低くなる。特許文献２に記載されたバックライト装置には、冷陰極蛍光灯が互いに暖め合うために、周囲温度が５０℃を大幅に超え、バックライトの輝度がさらに低下するという問題もある。

それ故に、本発明は、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用できるバックライト装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、エッジライト型のバックライト装置を有する液晶表示装置であって、
液晶パネルと、
前記液晶パネルを駆動する液晶駆動回路と、
前記液晶パネルの背面に光を照射するエッジライト型のバックライト装置と、
前記バックライト装置を駆動するバックライト駆動回路とを備え、
前記バックライト装置は、
前記液晶パネルの背面に設けられた導光板と、
前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍に設けられた複数の線状光源と、
断面が略直角二等辺三角形となる三角柱形状を有し、前記線状光源と対にして設けられた複数のプリズムとを含み、
前記プリズムの最大側面を第１側面、残余の側面を第２および第３側面としたとき、前記プリズムのうち一のプリズムは第１側面が前記導光板の端面に対向するように配置され、残余のプリズムは第１側面が他のプリズムの第２側面に対向するように配置され、前記線状光源は前記プリズムの第３側面の近傍に配置されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記残余のプリズムの第１側面は対向して配置された他のプリズムの第２側面と同じサイズを有し、前記線状光源の管径はすべて同じであることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記残余のプリズムの第１側面は対向して配置された他のプリズムの第２側面と同じサイズを有し、前記線状光源の管径は対となるプリズムの厚みの概ね８０％であることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍には、同色の３本の線状光源が設けられていることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、
前記３本の線状光源は、すべて白色光源であることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明において、
前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍には、２色以上の３本の線状光源が設けられていることを特徴とする。

第７の発明は、第６の発明において、
前記３本の線状光源は、赤色光源、緑色光源および青色光源であることを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、
前記３本の線状光源は、前記導光板の端面に近い側から緑色光源、赤色光源、青色光源の順に配置されていることを特徴とする。

第９の発明は、第４の発明において、
前記液晶パネルに供給される画像信号に基づき調光信号を求める調光制御部をさらに備え、
前記バックライト駆動回路は、前記調光信号に応じて前記線状光源の発光量を制御することを特徴とする。

第１０の発明は、第７の発明において、
前記液晶パネルはカラーフィルタを有しておらず、
前記液晶駆動回路は、前記液晶パネルに対して赤色、緑色および青色の画像信号を１画面分ずつ順に供給し、
前記バックライト駆動回路は、前記液晶駆動回路の動作に合わせて、赤色光源、緑色光源および青色光源を順に発光させることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、線状光源から出射された光は、他の線状光源に邪魔されることなく、プリズムの作用により導光板の端面に集光するので、線状光源から出射された光の大半をバックライトの高輝度化に利用することができる。また、線状光源を導光板の厚み方向あるいは長さ方向に並べて配置するよりも、装置の厚みあるいは額縁サイズを小さくすることができる。このように、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用できるエッジライト型のバックライトを備えた液晶表示装置を得ることができる。

上記第２の発明によれば、プリズムの接合面における光漏れを防止し、線状光源から出射された光の利用効率を高めることができる。また、同じ管径の線状光源を使用することにより、使用部品の種類を減らすことができる。

上記第３の発明によれば、プリズムの接合面における光漏れを防止し、線状光源から出射された光の利用効率を高めることができる。また、線状光源の管径をプリズムの厚みの概ね８０％とすることにより、線状光源から出射された光を最も効率的に利用することができる。

上記第４の発明によれば、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、単色のバックライトを高輝度化することができる。

上記第５の発明によれば、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、カラーフィルタ方式の液晶表示装置などに用いられる白色バックライトを高輝度化することができる。

上記第６の発明によれば、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、バックライト光の色を切り替えることができる。

上記第７の発明によれば、バックライト光の色を白色、赤色、緑色、青色などに切り替えることができる。したがって、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、カラーフィルタ方式の液晶表示装置などに用いられる白色バックライトを高輝度化することや、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を提供することが可能となる。

上記第８の発明によれば、プリズム内部での光の減衰を考慮して、緑色光源、赤色光源および青色光源の順に配置することにより、線状光源から出射された光を効率的に利用して、所望の色温度を有する白色バックライト光を得ることができる。

上記第９の発明によれば、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用でき、かつ、調光可能なエッジライト型のバックライトを備えた液晶表示装置を得ることができる。

上記第１０の発明によれば、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用できるエッジライト型のバックライトを備えた、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を得ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図１に示す液晶表示装置１０は、液晶パネル１、液晶駆動回路２、バックライト装置、および、バックライト駆動回路３を備えている。バックライト装置は、複数の線状光源１１、複数の反射鏡１２、複数のプリズム１３、導光板１４、反射板１５、および、光学シート１６を含んでいる。図１には、液晶パネル１とバックライト装置の断面が記載されている。

図１において、液晶パネル１は、従来公知の液晶パネルである。液晶駆動回路２は、所定の駆動方法で液晶パネル１を駆動する。液晶パネル１と液晶駆動回路２の詳細な構成は、任意でよい。例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）で構成されたアクティブマトリクス型のカラー液晶パネルを、液晶パネル１として使用することができる。この場合、液晶駆動回路２には、ＴＦＴを駆動するドライバＩＣや、入力された映像信号とタイミング信号をドライバＩＣの仕様に合わせて変換する表示制御ＩＣなどが含まれる。

バックライト装置は、液晶パネル１の背面に光を照射するエッジライト型のバックライト装置である。図２および図３は、それぞれ、バックライト装置の主要部を示す斜視図および断面図である。図２および図３に示すように、導光板１４の対向する２つの端面の近傍には、線状光源１１と反射鏡１２とプリズム１３が３個ずつ設けられている（図２では反射鏡１２を図示せず）。なお、線状光源１１と反射鏡１２とプリズム１３を３個ずつ、導光板１４の１つの端面の近傍にだけ設けてもよい。

線状光源１１は、任意の種類の線状光源である。例えば、冷陰極蛍光管や熱陰極蛍光管を線状光源１１として使用することができる。液晶表示装置１０には、液晶パネル１の対向する２辺に添って、それぞれ３本ずつ、全部で６本の線状光源１１が設けられている。

反射鏡１２は、光を反射する材質で形成され、線状光源１１から出射された光を効率的に反射する形状を有する。反射鏡１２の材質は、光を効率的に反射できるものであれば、任意でよい。例えば、銀蒸着フィルムや白色ＰＥＴ（Polyethyleneterephthalate ：ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどを半円筒状にしたものを、反射鏡１２として使用することができる。

プリズム１３は、断面がほぼ直角二等辺三角形で、長さが線状光源１１とほぼ等しい三角柱形状を有する。プリズム１３の材質は、透明度の高いものであれば、任意でよい。例えば、プリズム１３をＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate：ポリメタクリル酸メチル）で構成することができる。

以下、プリズム１３の３枚の側面のうち面積が最大のものを面Ａ、残り２つの側面を面Ｂおよび面Ｃという。面Ｂと面Ｃは鏡面であるのに対して、面Ａは粗面である（図面では、プリズム１３に付された点状の模様は粗面であることを表す）。面Ａを粗面にするためには、面Ａに対して、例えばサンドブラスト加工を行えばよい。これにより、面Ａの透明度を、例えばヘイズ値２０％以上にすることができる。

導光板１４は、エッジライト型のバックライト装置で使用される従来公知の導光板である。例えば、ＰＭＭＡで形成された四角形状平板の底面にドット状の拡散反射物を光源から離れるほど密度が高くなるようにスクリーン印刷を施したものを、導光板１４として使用することができる。

反射板１５は、導光板１４の背面に設けられ、導光板１４に入射した光を反射させる。光学シート１６には、導光板１４で発生する輝度ムラなどを拡散させるシートや、特定方向の輝度を上昇させるプリズム状のフィルム、あるいは、偏光方向の選択性を有するフィルムなどが含まれる。

バックライト駆動回路３は、バックライト装置の駆動回路であり、線状光源１１を発光させる。例えば、線状光源１１として蛍光灯を使用する場合には、バックライト駆動回路３には昇圧トランスを用いたインバータ回路などが使用される。

以下、図３を参照して、バックライト装置の詳細を説明する。図３に示すように、導光板１４の端面Ｓを入光面とする場合、この入光面の近傍に３本の線状光源１１ａ〜ｃ、３個の反射鏡１２ａ〜ｃ、および、３個のプリズム１３ａ〜ｃが配置される。本実施形態では、同じ管径を有する線状光源１１ａ〜ｃと同じサイズのプリズム１３ａ〜ｃとが使用される。プリズム１３ａの面Ａは、導光板１４の入光面と同じサイズである。

線状光源１１ａ〜ｃ、反射鏡１２ａ〜ｃおよびプリズム１３ａ〜ｃは、次のように配置される（図３を参照）。
（ａ）プリズム１３ａは、面Ａが導光板１４の入光面（端面Ｓ）と対向するように配置される。特に、プリズム１３ａの面Ａが導光板１４の入光面に接するように、プリズム１３ａを配置することが好ましい。
（ｂ）線状光源１１ａは、プリズム１３ａの面Ｃから２〜３ｍｍ程度離れた位置に配置される。反射鏡１２ａは、線状光源１１ａを覆うように、線状光源１１ａを挟んでプリズム１３ａとは反対側に設けられる。
（ｃ）プリズム１３ｂは、面Ａがプリズム１３ａの面Ｂと対向するように配置される。特に、プリズム１３ｂの面Ａがプリズム１３ａの面Ｂから２〜３ｍｍ程度離れるように、プリズム１３ｂを配置することが好ましい。
（ｄ）線状光源１１ｂは、プリズム１３ｂの面Ｃから２〜３ｍｍ程度離れた位置に配置される。反射鏡１２ｂは、線状光源１１ｂを覆うように、線状光源１１ｂを挟んでプリズム１３ｂとは反対側に設けられる。
（ｅ）プリズム１３ｃは、面Ａがプリズム１３ｂの面Ｂと対向するように配置される。特に、プリズム１３ｃの面Ａがプリズム１３ｂの面Ｂから２〜３ｍｍ程度離れるように、プリズム１３ｃを配置することが好ましい。
（ｆ）線状光源１１ｃは、プリズム１３ｃの面Ｃから２〜３ｍｍ程度離れた位置に配置される。反射鏡１２ｃは、線状光源１１ｃを覆うように、線状光源１１ｃを挟んでプリズム１３ｃとは反対側に設けられる。

このようにバックライト装置では、プリズム１３ａ〜ｃは線状光源１１ａ〜ｃと対にして設けられ、プリズム１３ａ〜ｃのうちプリズム１３ａは面Ａが導光板１４の入光面（端面Ｓ）に対向するように配置され、残りのプリズム１３ｂ〜ｃは面Ａが他のプリズム１３ａ〜ｂの面Ｂに対向するように配置され、線状光源１１ａ〜ｃはプリズム１３ａ〜ｃの面Ｃの近傍に配置されている。

なお、ここでは一例として、導光板１４の入光面の近傍に３本の線状光源１１を配置する場合について説明したが、空間的に配置可能である限り、同様の方法で線状光源１１を必要な本数だけ配置することができる。

図３に示すように線状光源１１ａ〜ｃ、反射鏡１２ａ〜ｃおよびプリズム１３ａ〜ｃを配置した場合、線状光源１１ａ〜ｃから出射された光は、プリズム１３ａ〜ｃの作用により導光板１４の入光面に集光する。以下、図４を参照して、その理由を説明する。

図４（ａ）に示すように、プリズム１３の面Ｃに光が入射する場合を考える。面Ｃへの入射角をｅ（−９０°＜ｅ＜＋９０°）、面Ｃからの出射角をｆとしたとき、スネルの法則により、両者の間には次式（１）が成り立つ。
ｎ１×ｓｉｎ（ｅ）＝ｎ２×ｓｉｎ（ｆ） …（１）
ただし、上式（１）において、ｎ１は空気の屈折率（＝１．０）であり、ｎ２はプリズム１３の材質の屈折率である。

プリズム１３をＰＭＭＡで構成した場合、ＰＭＭＡの屈折率は１．４９であるので、面Ｃからの出射角ｆは上式（１）より−４２．７°＜ｆ＜＋４２．７°となる。面Ｃから角度ｆ（ｆ≧０）で出射した光は、必ず面Ａに直接到達する。一方、面Ｃから角度ｆ（ｆ＜０）で出射した光は、屈折角ｆと面Ｃへの入射位置によって、面Ａに直接到達する場合と面Ｂに到達する場合とがある。

面Ｃに角度ｅで入射した光について、面Ｃからの出射角ｆ、面Ａに直接到達した場合の入射角ｇ、面Ｂへの入射角ｈ、面Ｂで反射した後に面Ａに到達した場合の入射角ｊを求めると、図４（ｂ）に示すようになる。図４（ｂ）に示すように、面Ｂへの入射角ｈは、プリズム１３内の全反射角である４２．１°（＝Ｓｉｎ^-1（１／１．４９））よりも常に大きい。したがって、面Ｃから出射された光が面Ｂに到達した場合、この光は面Ｂで全反射し、すべて面Ａに到達する。よって、面Ｃから角度ｆ（ｆ＜０）で出射した光も、必ず面Ａに到達する。このようにプリズム１３の面Ｃに入射した光は、必ずプリズム１３の面Ａに到達する。面Ｂと面Ｃを逆にしても同じであるので、プリズム１３の面Ｂに入射した光も必ずプリズム１３の面Ａに到達する。

上述したように、プリズム１３の面Ａは粗面である。したがって、プリズム１３の面Ａに入射した光は面Ａで拡散し、その一部がプリズム１３の外部に出射する。ただし、面Ａを完全拡散面にすると、透過成分と反射成分がほぼ等しくなり、光の外部への出射効率が低下するので、面Ａはヘイズ値３０％程度の弱拡散性を有していればよい。このように面Ａの鏡面度を低下させることにより、プリズム１３の面Ａに入射した光の大半は、プリズム１３の面Ａから外部に出射する。

したがって、線状光源１１ａから出射された光は、直接あるいは反射鏡１２ａで反射してプリズム１３ａの面Ｃに到達し、プリズム１３ａの面Ａから出射して、導光板１４の入光面に入射する。このように、線状光源１１ａから出射された光は、プリズム１３ａの内部を伝播して、導光板１４の入光面に入射する。

また、線状光源１１ｂから出射された光は、直接あるいは反射鏡１２ｂで反射してプリズム１３ｂの面Ｃに到達し、プリズム１３ｂの面Ａから出射して、プリズム１３ａの面Ｂに入射する。プリズム１３ａの面Ｂに入射した光は、プリズム１３ａの面Ｃに入射した光と同様に、プリズム１３ａの面Ａから出射して、導光板１４の入射面に入射する。このように、線状光源１１ｂから出射された光は、プリズム１３ｂとプリズム１３ａの内部を伝播して、導光板１４の入光面に入射する。

同様の理由により、線状光源１１ｃから出射された光も、プリズム１３ｃとプリズム１３ｂとプリズム１３ａの内部を伝播して、導光板１４の入光面に入射する。このように、線状光源１１ａ〜ｃから出射された光は、プリズム１３ａ〜ｃの作用により導光板１４の入光面に集光する。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置では、線状光源から出射された光は、他の線状光源に邪魔されることなく、プリズムの作用により導光板の端面に集光するので、線状光源から出射された光の大半をバックライトの高輝度化に利用することができる。また、線状光源を導光板の厚み方向あるいは長さ方向に並べて配置するよりも、装置の厚みあるいは額縁サイズを小さくすることができる。したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用できるエッジライト型のバックライトを備えた液晶表示装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置は、図５に示す部分を除き、第１の実施形態に係る液晶表示装置（図１）と同じ構成を有する。

本実施形態に係る液晶表示装置では、第１の実施形態と同様に、導光板１４の入光面の近傍に３本の線状光源２１ａ〜ｃ、３個の反射鏡２２ａ〜ｃ、および、３個のプリズム２３ａ〜ｃが配置されている。また、第１の実施形態と同様に、同じ管径を有する線状光源２１ａ〜ｃが使用されるが、第１の実施形態とは異なり、異なるサイズのプリズム２３ａ〜ｃが使用される。具体的には、プリズム２３ａの面Ａは導光板１４の入光面と同じサイズであり、プリズム２３ｂの面Ａはプリズム２３ａの面Ｂと同じサイズであり、プリズム２３ｃの面Ａはプリズム２３ｂの面Ｂと同じサイズである。

線状光源２１ａ〜ｃ、反射鏡２２ａ〜ｃおよびプリズム２３ａ〜ｃは、第１の実施形態と同じ方法で配置される。本実施形態では、プリズム２３ｃの光出射面（面Ａ）はプリズム２３ｂの光入射面（面Ｂ）と同じサイズであるので、プリズム２３ｂとプリズム２３ｃの接合面で光漏れは起こらない。同様に、プリズム２３ｂの光出射面（面Ａ）はプリズム２３ａの光入射面（面Ｂ）と同じサイズであるので、プリズム２３ａとプリズム２３ｂの接合面でも光漏れは起こらない。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、プリズムの接合面における光漏れを防止し、線状光源から出射された光の利用効率を高めることができる。また、同じ管径の線状光源を使用することにより、使用部品の種類を減らすことができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置は、図６に示す部分を除き、第１の実施形態に係る液晶表示装置（図１）と同じ構成を有する。

本実施形態に係る液晶表示装置では、第１の実施形態と同様に、導光板１４の入光面の近傍に３本の線状光源３１ａ〜ｃ、３個の反射鏡３２ａ〜ｃ、および、３個のプリズム３３ａ〜ｃが配置されている。一方、第１の実施形態とは異なり、異なる管径を有する線状光源３１ａ〜ｃと、異なるサイズのプリズム３３ａ〜ｃとが使用される。具体的には、プリズム３３ａの面Ａは導光板１４の入光面と同じサイズであり、プリズム３３ｂの面Ａはプリズム３３ａの面Ｂと同じサイズであり、プリズム３３ｃの面Ａはプリズム３３ｂの面Ｂと同じサイズである。線状光源３１ａ〜ｃの管径は、それぞれ、プリズム３３ａ〜ｃの厚みの概ね８０％とされる。

線状光源３１ａ〜ｃ、反射鏡３２ａ〜ｃおよびプリズム３３ａ〜ｃは、第１の実施形態と同じ方法で配置される。したがって、本実施形態でも、第２の実施形態と同様に、プリズム３３ｂとプリズム３３ｃの接合面、および、プリズム３３ａとプリズム３３ｂの接合面では、光漏れは起こらない。

以下、図７を参照して、線状光源３１の管径をプリズム３３の厚みの概ね８０％とする理由について説明する。線状光源３１の管径は、以下に示す光線追跡シミュレーションによって決定される。図７（ａ）に示すように、厚みｔの導光板Ｂの端面Ｓの近傍に管径（直径）φの線状光源Ｌを設け、線状光源Ｌを反射鏡Ｍで覆う場合を考える。反射鏡Ｍは、導光板Ｂの厚みｔだけ離れた２枚の平行平面（一点鎖線の右側に記載した部分）と、直径が導光板の厚みｔに等しい半円筒部分（一点鎖線の左側に記載した部分）とからなる反射率１００％の鏡面であるとする。また、導光板Ｂの端面Ｓと線状光源Ｌの中心軸との距離ｄは、線状光源Ｌの半径（φ／２）に３ｍｍ加えた長さとする。

ここで、光は２次元状に伝播すると仮定して光線追跡シミュレーションを行い、線状光源Ｌから出射された光のうち導光板Ｂの端面Ｓに入射する光の割合（以下、入射効率という）を求める。導光板Ｂの厚みｔと線状光源Ｌの管径φとの比率ｔ／φを変化させて入射効率を求めると、図７（ｂ）に示す結果が得られる。

図７（ｂ）に示すように、線状光源Ｌの管径φが導光板Ｂの厚みｔより大きいとき（ｔ／φ＜１のとき）には、線状光源Ｌ自体が邪魔になるため、入射効率が５０％を超えることはない。一方、線状光源Ｌの管径φが導光板Ｂの厚みｔよりも十分に大きいとき（ｔ／φ＞＞１のとき）には、線状光源Ｌが邪魔になることによる入射効率の低下は小さい。しかし、ｔ／φ＞＞１のときには、線状光源Ｌから導光板Ｂに直接入射する光の角度が大きくなり、導光板Ｂの端面Ｓにおける反射光量が多くなる。したがって、ｔ／φを大きくしても、入射効率はそれほど増加しない。

図７（ｂ）に示す結果によれば、ｔ／φが１．２５以上のときには、入射効率はほぼ一定となる。したがって、導光板Ｂの厚みｔに対して線状光源Ｌの管径φを１／１．２５＝０．８倍とすることが好ましい。このとき、線状光源Ｌから出射された光の利用効率は最も高くなる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、プリズムの接合面における光漏れを防止し、線状光源から出射された光の利用効率を高めることができる。また、線状光源の管径をプリズムの厚みの概ね８０％とすることにより、線状光源から出射された光を最も効率的に利用することができる。

（第４の実施形態）
図８〜図１２は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置は、第１の実施形態に係る液晶表示装置（図１）において、線状光源１１の本数と種類を特定したものである。

本実施形態に係る液晶表示装置では、導光板１４の１つの端面の近傍には、３本の線状光源１１ａ〜ｃが設けられている。第１の例（図８）では、線状光源１１ａ〜ｃはすべて青色光源である。第２の例（図９）では、線状光源１１ａ〜ｃはすべて白色光源である。第３の例（図１０）では、線状光源１１ａは白色光源、線状光源１１ｂは黄色光源、線状光源１１ｃは青色光源である。第４の例（図１１）では、線状光源１１ａは赤色光源、線状光源１１ｂは緑色光源、線状光源１１ｃは青色光源である。第５の例（図１２）では、線状光源１１ａは緑色光源、線状光源１１ｂは赤色光源、線状光源１１ｃは青色光源である。

本実施形態に係る液晶表示装置において、導光板１４の１つの端面の近傍に３本の線状光源１１を設ける理由は、以下のとおりである。プリズム１３をＰＭＭＡで構成した場合、プリズム１３の透過率は約９２％（プリズム界面での反射率を約４％、プリズム内部での吸収による減衰を無視した場合）となる。このため、４個のプリズム１３を伝播する間に、光は約２８％減衰する（９２％×９２％×９２％×９２％≒７２％より、光量は約７２％になる）。したがって、線状光源１１を４本以上設けても、４本目以降の線状光源１１から出射された光は、プリズムの内部を伝播する間に大幅に減衰するので、導光板１４に入射する光の量はそれほど増加しない。また、線状光源１１を配置するスペースにも制限があり、線状光源１１を４本以上設けると装置の厚みが増加する。

このため、導光板１４の１つの端面の近傍に設ける線状光源１１の数は３本以下であることが好ましい。一方、バックライトを高輝度化するためには、線状光源１１の数は多いことが好ましい。これらのことから、本実施形態に係る液晶表示装置では、導光板１４の１つの端面の近傍には３本の線状光源１１が設けられている。これにより、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、バックライトを高輝度化することができる。

特に、第１および第２の例のように、同色の線状光源１１ａ〜ｃを使用することにより、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、単色のバックライトを高輝度化することができる。特に、第２の例によれば、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、カラーフィルタ方式の液晶表示装置などに用いられる白色バックライトを高輝度化することができる。

また、第３〜第５の例のように、２色以上の線状光源１１ａ〜ｃを使用することにより、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、バックライト光の色を切り替えることができる。例えば、第３の例では、白色光源、黄色光源および青色光源をすべて発光させたときには白色バックライト光が得られ、白色光源および青色光源を発光させたときにはパステルブルーのバックライト光が得られ、黄色光源のみを発光させたときには黄色バックライト光が得られる。

また、第４および第５の例では、赤色光源、緑色光源および青色光源をすべて発光させたときには白色バックライト光が得られ、３本の線状光源のうち１本を発光させたときには赤色、緑色および青色バックライト光が得られる。したがって、装置の厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、カラーフィルタ方式の液晶表示装置などに用いられる白色バックライトを高輝度化することや、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を提供することが可能となる。

第５の例では、線状光源１１ａ〜ｃは、導光板１４の入光面に近い側から緑色光源、赤色光源、青色光源の順に配置されている。このため、第５の例には、以下に示す特有の効果がある。一般に、表示装置では、色温度がＤ５６光源を見立てた６５００Ｋ（あるいは、ＮＴＳＣ規格では９３００Ｋ）となるように、ホワイトバランス調整が行われる。現行のカラーフィルタなどを用いて得られる赤色、緑色および青色を合成して上記の色温度の白色を得るためには、赤色、緑色および青色を輝度比３：６：１で合成する必要がある。

そこで、プリズム１３の内部を伝播する間に光が減衰することを考慮して、第５の例では、高い輝度が必要とされる色の線状光源ほど、導光板１４の入光面に近い位置（減衰の影響を受けにくい位置）に配置される。具体的には、緑色の輝度が最も高いので、緑色光源は導光板１４の入光面に最も近い位置に配置される。赤色の輝度が２番目に高いので、赤色光源は導光板１４の入光面に２番目に近い位置に配置される。青色の輝度が最も低いので、青色光源は導光板１４の入光面に最も遠い位置に配置される。

このようにプリズム内部での光の減衰を考慮して、緑色光源、赤色光源および青色光源の順に配置することにより、線状光源から出射された光を効率的に利用して、所望の色温度を有する白色バックライト光を得ることができる。

なお、以上の説明では、第１の実施形態に係る液晶表示装置について線状光源１１の本数と種類を特定することとしたが、第２および第３の実施形態に係る液晶表示装置について線状光源１１の本数と種類を特定してもよい。

（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図１３に示す液晶表示装置５０は、液晶パネル１、液晶駆動回路５１、バックライト装置、調光制御回路５２、および、バックライト駆動回路５３を備えている。図１３に示す構成要素のうち第１の実施形態と同一のものについては、同一の参照符号を付して、説明を省略する。

液晶駆動回路５１は、信号処理回路５１１および画素ドライバ５１２を含んでいる。信号処理回路５１１は、入力された画像信号に基づき、液晶パネル１に形成されたＴＦＴを駆動するためのＲＧＢ画像信号と、画像表示のためのタイミング信号を生成する。画素ドライバ５１２は、タイミング信号に応じてＴＦＴのゲート端子に所定のパルスを供給するゲートドライバ（図示せず）と、ＲＧＢ画像信号に基づき液晶パネル１に形成された画素回路に液晶印加電圧を供給するソースドライバ（図示せず）とを含んでいる。なお、液晶駆動回路５１は、半導体チップに内蔵されていてもよく、あるいは、液晶パネル１のガラス基板上に直接形成されていてもよい。

調光制御回路５２は、レベル検出演算回路５２１および調光信号生成回路５２２を含み、入力された画像信号に基づき調光信号を求める。レベル検出演算回路５２１は、入力された画像信号に基づき、１フレームごとに平均信号レベル（Average Signal Level：以下、ＡＳＬと略称する）を求める。より詳細には、レベル検出演算回路５２１は、例えば画素ごとに供給される赤色、緑色および青色の画像信号の電圧レベルを１フレームごとに区切り、１フレームごとにＡＳＬを求める。ＡＳＬは、１フレーム内の平均電圧レベル、最大レベル、最小レベル、あるいは、これらの組合せなどに基づき算出される。なお、画像信号の信号レベルと輝度レベルとの間にガンマ特性のような対応づけがある場合には、レベル検出演算回路５２１は、入力された画像信号に基づき、１フレームごとに平均輝度レベル（Average Brightness Level：以下、ＡＢＬと略称する）を求めてもよい。調光信号生成回路５２２は、レベル検出演算回路５２１で求めたＡＳＬまたはＡＢＬに応じて調光信号を生成し、生成した調光信号をバックライト駆動回路５３に対して出力する。

バックライト駆動回路５３は、制御回路５３１、レギュレータ５３２、発振回路５３３、出力トランス５３４、および、フィードバック回路５３５を含み、調光制御回路５２で求めた調光信号に応じて線状光源１１の発光量を制御する。発振回路５３３と出力トランス５３４は、線状光源１１を駆動するインバータ回路を形成する。フィードバック回路５３５は、線状光源１１に供給される駆動電流の量を検出する。制御回路５３１とレギュレータ５３２は、フィードバック回路５３５で検出された電流量と調光制御回路５２で求めた調光信号とに応じて、線状光源１１に供給する駆動電流の量を変化させる。

なお、バックライト駆動回路５３は、線状光源１１に供給する駆動電圧（あるいは駆動電流）の振幅を変化させる電圧調光を行ってもよく、線状光源１１に供給する駆動電圧の振幅を変化させずにデューティー比を変化させるデューティー調光を行ってもよい。

以下、液晶表示装置５０における調光制御について説明する。ここでは、レベル検出演算回路５２１で求められるＡＳＬは０〜１００％の値を取り、自然画のＡＳＬは４０％を中心とした所定の範囲に入るものとする。

まず、線状光源１１ａ〜ｃがすべて白色光源である場合について説明する。この場合には、例えば以下に示す方法で、画像の明るさに応じてバックライトの輝度を動的に切り替えることができる（図１４を参照）。
（ａ）画像が比較的明るい（ＡＳＬが４０％前後）ときには、バックライトの輝度を１００％（最大輝度）にする。
（ｂ）画像が全白画像（ＡＳＬが１００％）のときには、バックライトの輝度を最大輝度の５０％にする。
（ｃ）画像が全黒画像（ＡＳＬが０％）のときには、バックライトの輝度をゼロにする。
（ｄ）上記以外のときには、ＡＳＬの値に応じて、バックライトの輝度を最大輝度の０〜１００％の間（あるいは、１００〜５０％の間）で直線的に切り替える。

図１４には、全黒画像、暗い自然画、明るい自然画、および、全白画像を表示する場合について、白色光源１１ａ〜ｃの輝度を０から１０までの間で切り替える様子が示されている。全黒画像を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度はいずれもレベル０に制御され、これによりバックライトの輝度はゼロとなる。暗い自然画を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度はいずれもレベル３に制御され、これによりバックライトの輝度は最大輝度の３３％となる。明るい自然画を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度はいずれもレベル１０に制御され、これによりバックライトの輝度は最大輝度となる。全白画像を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度はいずれもレベル５に制御され、これによりバックライトの輝度は最大輝度の５０％となる。

上記の例において、暗い自然画を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度を順にレベル０、レベル０、レベル１０に制御してもよく、全白画像を表示するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度を順にレベル０、レベル５、レベル１０に制御してもよい。このように、白色光源１１ａ〜ｃの輝度を制御するときには、白色光源１１ａ〜ｃの輝度を３つとも同じレベルに制御してもよく、あるいは、１以上の白色光源の輝度を最小値（レベル０）または最大値（レベル１０）に固定し、残りの白色光源の輝度を制御してもよい。

このように線状光源１１がすべて白色光源である液晶表示装置５０において、画像の明るさに応じてバックライトの輝度を動的に切り替えることにより、全白画像は明るすぎて目が痛くなるという問題を解消し、広いダイナミックレンジで画像表示を行うことができる。

次に、液晶表示装置５０に含まれる線状光源１１ａ〜ｃが赤色光源、緑色光源および青色光源である場合について説明する。この場合には、レベル検出演算回路５２１は、赤色、緑色および青色のそれぞれについてＡＳＬを求める（以下、Ｒ−ＡＳＬ、Ｇ−ＡＳＬおよびＢ−ＡＳＬという）。そこで、例えば以下に示す方法で、画像に含まれる赤色成分、緑色成分および青色成分に応じて各線状光源１１ａ〜ｃの輝度を個別に動的に切り替えることができる（図１５を参照）。
（ａ）画像に赤色成分が比較的多く含まれている（Ｒ−ＡＳＬが４０％前後）ときには、赤色光源１１ａの輝度を１００％（最大輝度）にする。
（ｂ）画像が全白画像（Ｒ−ＡＳＬが１００％）のときには、赤色光源１１ａの輝度を最大輝度の５０％にする。
（ｃ）画像が全黒画像（Ｒ−ＡＳＬが０％）のときには、赤色光源１１ａの輝度をゼロにする。
（ｄ）上記以外のときには、Ｒ−ＡＳＬの値に応じて、赤色光源１１ａの輝度を最大輝度の０〜１００％の間（あるいは、１００〜５０％の間）で直線的に切り替える。
（ｅ）緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度も、赤色光源１１ａの輝度と同様に切り替える。

図１５には、全黒画像、青色成分が多い自然画、赤色成分が多い自然画、緑色成分が多い自然画、および、全白画像を表示する場合について、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度を０から１０までの間で切り替える様子が示されている。全黒画像を表示するときには、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度はいずれもレベル０に制御され、これによりバックライトの輝度はゼロとなる。青色成分が多い自然画を表示するときには、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度は、それぞれレベル３、レベル３、レベル１０に制御され、これにより青色を帯びたバックライト光が得られる。赤色成分が多い自然画を表示するときには、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度は、それぞれレベル１０、レベル３、レベル３に制御され、これにより赤色を帯びたバックライト光が得られる。緑色成分が多い自然画を表示するときには、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度は、それぞれレベル３、レベル１０、レベル３に制御され、これにより緑色を帯びたバックライト光が得られる。全白画像を表示するときには、赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂおよび青色光源１１ｃの輝度はいずれもレベル５に制御され、これにより最大輝度の５０％の輝度を有する白色バックライト光が得られる。

このように線状光源１１が赤色光源、緑色光源および青色光源である液晶表示装置５０において、画像に含まれる赤色成分、緑色成分および青色成分に応じて各線状光源の輝度を個別に動的に切り替えることにより、アクティブ駆動に適したバックライト装置を得ることができる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用でき、かつ、調光可能なエッジライト型のバックライトを備えた液晶表示装置を得ることができる。なお、図１４および図１５に示す調光制御方法は一例にすぎず、液晶表示装置５０は上記以外の調光制御方法を実行してもよい。

（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図１６に示す液晶表示装置６０は、液晶パネル６、液晶駆動回路６１、バックライト装置、および、バックライト駆動回路６２を備えている。図１６に示す構成要素のうち第１または第５の実施形態と同一のものについては、同一の参照符号を付して、説明を省略する。

液晶表示装置６０は、以下に示すように、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置である。液晶パネル６はカラーフィルタを有しておらず、線状光源１１には赤色光源、緑色光源および青色光源が使用される。液晶駆動回路６１は、液晶パネル６に対して赤色、緑色および青色の画像信号を１画面分ずつ順に供給する。バックライト駆動回路６２は、液晶駆動回路６１の動作に合わせて、赤色光源、緑色光源および青色光源を順に発光させる。

液晶表示装置６０では、１フレーム時間は、第１〜第３サブフィールド期間に分割される。液晶駆動回路６１は、信号処理回路５１１、スイッチング回路６１２および画素ドライバ６１３を含んでいる。スイッチング回路６１２は、信号処理回路５１１から出力されたタイミング信号に基づき、第１〜第３のサブフィールド期間のいずれであるかを示すスイッチング信号を出力すると共に、信号処理回路５１１から出力されたＲＧＢ画像信号を単色画像信号に変換し、スイッチング信号に同期して画素ドライバ６１３に出力する。画素ドライバ６１３は、スイッチング回路６１２から出力された単色画像信号に基づき、液晶パネル６を駆動する。具体的には、画素ドライバ６１３は、第１のサブフィールド期間では赤色の画像信号に基づき、第２サブフィールド期間では緑色の画像信号に基づき、第３サブフィールド期間では青色の画像信号に基づき、液晶パネル６を駆動する。

バックライト駆動回路６２は、制御回路６２１、レギュレータ５３２、発振回路５３３、出力トランス５３４、および、フィードバック回路５３５を含んでいる。制御回路６２１は、第５の実施形態とは異なり、液晶駆動回路６１から出力されたスイッチング信号に基づき、３種類の線状光源１１のいずれを発光させるかを制御する。具体的には、制御回路６２１は、第１サブフィールド期間では赤色光源を発光させ、第２サブフィールド期間では緑色光源を発光させ、第３サブフィールド期間では青色光源を発光させる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、厚みや額縁サイズの増加を抑えながら、複数の線状光源から出射された光を効率的に利用できるエッジライト型のバックライトを備えた、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 図１に示す液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す斜視図である。 図１に示す液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。 図１に示す液晶表示装置に含まれるプリズムの内部での光の伝播経路を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。 図６に示す液晶表示装置に含まれる線状光源の管径を決定するために行われた光線追跡シミュレーションの実行条件と得られた結果を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置（第１の例）の主要部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置（第２の例）の主要部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置（第３の例）の主要部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置（第４の例）の主要部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置に含まれるバックライト装置（第５の例）の主要部を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 図１３に示す液晶表示装置に含まれるバックライト装置における調光制御方法を示す図である。 図１３に示す液晶表示装置に含まれるバックライト装置における他の調光制御方法を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 従来の液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。 従来の液晶表示装置に含まれるバックライト装置の主要部を示す断面図である。

符号の説明

１、６…液晶パネル
２、５１、６１…液晶駆動回路
３、５３、６２…バックライト駆動回路
１０、５０、６０…液晶表示装置
１１、２１、３１…線状光源
１２、２２、３２…反射鏡
１３、２３、３３…プリズム
１４…導光板
１５…反射板
１６…光学シート
５２…調光制御回路

Claims (10)

1. エッジライト型のバックライト装置を有する液晶表示装置であって、
   液晶パネルと、
   前記液晶パネルを駆動する液晶駆動回路と、
   前記液晶パネルの背面に光を照射するエッジライト型のバックライト装置と、
   前記バックライト装置を駆動するバックライト駆動回路とを備え、
   前記バックライト装置は、
   前記液晶パネルの背面に設けられた導光板と、
   前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍に設けられた複数の線状光源と、
   断面が略直角二等辺三角形となる三角柱形状を有し、前記線状光源と対にして設けられた複数のプリズムとを含み、
   前記プリズムの最大側面を第１側面、残余の側面を第２および第３側面としたとき、前記プリズムのうち一のプリズムは第１側面が前記導光板の端面に対向するように配置され、残余のプリズムは第１側面が他のプリズムの第２側面に対向するように配置され、前記線状光源は前記プリズムの第３側面の近傍に配置されていることを特徴とする、液晶表示装置。
2. 前記残余のプリズムの第１側面は対向して配置された他のプリズムの第２側面と同じサイズを有し、前記線状光源の管径はすべて同じであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記残余のプリズムの第１側面は対向して配置された他のプリズムの第２側面と同じサイズを有し、前記線状光源の管径は対となるプリズムの厚みの概ね８０％であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍には、同色の３本の線状光源が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記３本の線状光源は、すべて白色光源であることを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記導光板の少なくとも１つの端面の近傍には、２色以上の３本の線状光源が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記３本の線状光源は、赤色光源、緑色光源および青色光源であることを特徴とする、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記３本の線状光源は、前記導光板の端面に近い側から緑色光源、赤色光源、青色光源の順に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶パネルに供給される画像信号に基づき調光信号を求める調光制御部をさらに備え、
   前記バックライト駆動回路は、前記調光信号に応じて前記線状光源の発光量を制御することを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶パネルはカラーフィルタを有しておらず、
    前記液晶駆動回路は、前記液晶パネルに対して赤色、緑色および青色の画像信号を１画面分ずつ順に供給し、
    前記バックライト駆動回路は、前記液晶駆動回路の動作に合わせて、赤色光源、緑色光源および青色光源を順に発光させることを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示装置。

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