JP2008134525A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の領域を有するバックライト光源を用いて画像を表示する液晶表示装置において、他の領域への光漏れ、干渉縞、色むら、及び輝度むらを防止し、光効率を高めて低消費電力化を図るとともに、装置の薄型化及び軽量化を図り、容易に製造可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基板１１上にバックライト光源の各発光領域を仕切るための隔壁１８と、各発光領域に対応して基板１１上に配置される光源１２と、液晶パネル１３と基板１１上に設けられた隔壁１８との間に配置され、隔壁１８から所定の位置に基板１１及び液晶パネル１３と平行に設けられた光拡散導光材１５とを備え、基板１１と隔壁１８と光拡散導光材１５とによって第１光混色層１６を構成すると共に、液晶パネル１３及び光拡散導光材１５によって第２光混色層１７を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の領域を有するバックライト光源を用いて画像を表示する液晶表示装置に関する。

近年、直下型バックライトによって画像を表示する液晶表示装置において、LED（発光ダイオード）等の光源を有するバックライト部を複数の領域に分割し、各領域を間欠点灯（スキャンニング）することがある。各領域を間欠点灯することによって、液晶表示装置の動画応答性を向上させることができる。

また、表示画像の画像信号に連動させて、バックライト部の各領域の光源を調光する液晶表示装置もある。領域毎に光源を調光することで、表示画像のコントラスト比や電力効率を高めることができる。

液晶表示装置の光源として用いられるLEDの一例を図４に示す。図４（ａ）に示すLEDは、斜線部分が照射光の輝度が強い部分であり、照射光の半分以上がLEDの側面から照射されるサイドエミッタタイプのLED１０１である。図５にサイドエミッタタイプのLED１０１の光放射指向特性を表すグラフの一例を示す。図５では、横軸を角度、縦軸を相対強度としている。図５でも示されるように、サイドエミッタタイプのLED１０１では、放射角度が６０°〜８０°付近に照射光のピーク（輝度が強い部分）がある。このようなサイドエミッタタイプのLED１０１は、LED周囲の領域に大量に光を放出するので、光を拡散または混色させるのに適しているという特徴がある。

他に、図４（ｂ）に示すように照射光の大半がLEDの上面から多くの照射光（斜線部）が照射されるタイプのLED１０２がある。図４（ｂ）に示すタイプのLED１０２では、LED１０２が存在する領域へ光を大量に放出し、LED周囲の領域への光の放出が少ないため、LED１０１に比べて光の拡散に適しておらず、色や輝度のむらが発生しやすくなる。そのため、図４（ａ）に示すサイドエミッタタイプのLED１０１と比較して、光混色距離を大きくとったり、光を拡散させる機構を別途持たせる必要がある。したがって、液晶表示装置では、サイドエミッタタイプのLED１０１が利用されることが多い。

サイドエミッタタイプのLEDを備えた液晶表示装置で、間欠点灯や領域毎の調光をする場合、LEDが消灯している領域での輝度を、LEDが点灯している領域での輝度と比較して所定以下（例えば、１/２以下）に保つことが望ましい。そのため、バックライト部を領域毎に仕切る隔壁が使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。

図６は、バックライト部２０２にサイドエミッタタイプのLED１０１を用いた液晶表示装置において、バックライト部２０２を７×６の領域に区分した一例である。図６では、バックライト部２０２を同一行の複数の領域毎にエリアA1〜A7に分割した一例であるが、LED１０１が消灯している領域で、LED１０１が点灯している領域からの影響を防止するため、図６で示すように隔壁２０１を設けている。

ここで、隔壁２０１の高さは、図７（ａ）に示すように一定以上の高さｄ1があることが必要である。例えば、隔壁２０１の高さｄ1が低い場合、図７（ｂ）に示すように、他の領域に漏れる照射光が多くなるためである。

図７（ａ）に示すように照射光の漏れを防止するに十分な高さの隔壁２０１を備えた液晶表示装置で、図８（ａ）に示すようにバックライト部２０２の第４エリアA4内のLED１０１を点灯させた場合の各エリアの輝度を図８（ｂ）及び図９（ａ）に示す。図８（ｂ）及び図９（ａ）では、第４エリアA4の輝度が強く、他の輝度は弱くなっている。また、図９（ａ）に示すグラフでは、LED１０１が消灯しているエリアA1〜A3，A5〜A7での輝度は、LED１０１が点灯している第４エリアA4での輝度と比較して、約１/２以下に低下していることが分かる。

一方、図７（ｂ）に示すように低い高さの隔壁２０１を備えた液晶表示装置や、隔壁２０１を備えていない液晶表示装置で第４エリアA4のLED１０１を点灯させた場合、隔壁２０１を備えている場合と比較して、図８（ｃ）及び図９（ｂ）に示すように第４エリアA4の輝度と他のエリアA1〜A3，A5〜A7との輝度の差は小さくなる。図９（ｂ）に示す例では、各エリアでの輝度の差は小さくなっている。

間欠点灯や領域毎の調光をするためには、図９（ａ）に示すグラフになるような他のエリア（領域）からの照射光の影響が少ない隔壁２０１を設けることが望ましく、図９（ｂ）に示すグラフになるように他のエリアからの照射光の影響が大きい場合、間欠点灯や領域毎の調光は不向きである。
特開２００４−１８４９３７号公報

各領域を区分する隔壁２０１は、図１０（ｂ）で示すように液晶パネル２０３直下の光利用高効率に用いられる光学部材層２０４とLED１０１との間の光混色層２０５に位置している。バックライト部２０２では、この隔壁２０１によって他の領域への光の漏洩を抑制しているが、隔壁２０１を使用した場合、図１０（ｂ）に断面図で示ように、隔壁２０１によって光の干渉が起こり、図１０（ａ）に示すように液晶パネル２０３上で干渉縞が生じた画像が表示されるという問題があった。このように液晶パネル２０３で表示される画像での干渉縞を防止するため、隔壁２０１と光学部材層２０４との間を調整しているが、困難であるのが現状である。

一方、隔壁２０１と液晶パネル２０３直下の光学部材層２０４との間に隙間を設けずに隔壁２０１の境界部分で干渉縞を生じさせないようにすることもできる。LED１０１は、同様の製造方法で製造した場合であっても、照射光の強度が各々異なる。したがって、バックライト部２０２で領域毎の光漏れを全く生じさせない場合にはLED１０１によって照射された照射光の強度のばらつきによって生じる色むらや輝度むらが完全に分散されずに液晶パネル２０３に到達し、領域毎の光源による色むらや輝度むらが液晶パネル２０３に表示される画像に大きく影響するという問題があった。

具体的には、境界線上での輪郭がずれて見えたり、同一色もしくは同一階調の画像を表示したとき、色や明るさにムラが生じたり、急激な階調段差を含む画像が液晶パネル２０３に表示される。色むらや輝度むらを防止するためには、照射される照射光の強度が同程度のLED１０１でバックライト部２０２を構成すればよいが、同一の照射光強度のLED１０１を複数揃えるためには液晶表示装置の製造工程にLED１０１の選別工程が必要となり、製造工程が複雑となるとともに製造コストも増加するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、複数の領域を有するバックライト光源を用いて画像を表示する液晶表示装置において、他の領域への光漏れを防止し、干渉縞や色むらまた輝度むらを防止させる。

上記課題に鑑み、請求項１に係る本発明は、液晶パネルの背面に基板を配設し、基板上に複数の発光領域を有するバックライト光源を設け、液晶パネルを照射することにより画像を表示する液晶表示装置であって、基板上にバックライト光源の各発光領域を仕切るための隔壁と、各発光領域に対応して基板上に配置される光源と、液晶パネルと基板上に設けられた隔壁との間に配置され、隔壁から所定の位置に基板及び液晶パネルと平行に設けられた光拡散導光材とを備え、基板と隔壁と光拡散導光材とによって第１光混色層を構成すると共に、液晶パネル及び光拡散導光材によって第２光混色層を構成したことを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明は、請求項１記載の液晶表示装置において、光拡散導光材を隔壁上に設け、基板と隔壁と光拡散導光材とによって構成される第１光混色層を複数設けることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置によれば、複数の領域を有するバックライト光源を用いて画像を表示する液晶表示装置において、他の領域への光漏れを防止し、干渉縞や色むらまた輝度むらを防止することができる。

以下に、図面を用いて本発明の最良の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

本発明の最良の実施形態に係る液晶表示装置１は、図１に示すように、液晶パネル１３の背面に基板１１を配設し、基板１１上に複数の発光領域を有するバックライト光源を設けており、液晶パネル１３を照射することにより画像を表示する。この液晶表示装置１は、図1に示すように、基板１１上にバックライト光源の各発光領域を仕切るための隔壁１８と、各発光領域に対応して基板１１上に配置される光源１２と、液晶パネル１３と基板１１上に設けられた隔壁１８との間に配置され、隔壁１８から所定の位置に基板１１及び液晶パネル１３と平行に設けられた光拡散導光材１５とを備えている。

液晶表示装置１では、図１に示すように、基板１１と隔壁１８と光拡散導光材１５とによって第１光混色層１６を構成すると共に、液晶パネル１３及び光拡散導光材１５によって第２光混色層１７を構成している。

ここで、液晶表示装置１の基板１１上には図６で上述した場合と同様に複数の光源１２が縦横に配列されるとともに液晶表示装置１は、図１に示すように、光拡散導光材１５を隔壁１８上に設け、基板１１と隔壁１８と光拡散導光材１５とによって構成される第１光混色層１６を複数設けている。

光源（以下、「LED」とする）１２に光の三原色であるR・G・B各色の照射光の光量を調整することが可能なLEDにすることで、カラーの画像を表示することのできる液晶表示装置１となる。また、基板１１から第２光混色層１７までをバックライト部１９として以下に説明する。

LED１２から照射された照射光は、第１光混色層１６から光拡散導光材１５を通過して第２光混色層１７に入力される。

第１光混色層１６は、図１に示すように、基板１１と、隔壁１８と、光拡散導光材１５によって構成される空間である。第１光混色層１６では、LED１２によって発生されたＲ・Ｇ・Ｂ各色の照射光が混色される。基板１１及び隔壁１８に光反射材を用いて生成することで、基板１１や隔壁１８にLED１２からの照射光が反射され、輝度の向上を図ることができる。ここで、バックライト部を任意のｍ×ｎの領域に区分する（ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数）。なお、隔壁１８で区分された各領域内に含まれるLED１２の数は限られない。

光拡散導光材１５は、図２に示すように、LED１２からの照射光を拡散して入射面１５ａと反対の出射面１５ｂに出力する。光拡散導光材１５によって照射光を拡散させることで、照射光の強度の偏りを少なくして光学部材層１４に入力させることができる。

第２光混色層１７は、図１に示すように、液晶パネル１３に設置される光学部材層１４と、光拡散導光材１５とによって構成される空間である。第２光混色層１７では、光拡散導光材１５を介してLED１２から照射された照射光が混色される。

液晶パネル１３は、液晶層と電極とを有し、図１に示すように基板１１と対向する面に光学部材層１４が設置されている。光拡散導光材１５によって拡散された光は光学部材層１４へと入射され、液晶パネル１３に照射するために最適化された光となって光学部材層１４から出力される。そして最終的に液晶パネル１３を透過して画像を表示させる。

図３を用いて、光拡散導光材１５による照射光の拡散と液晶パネル１３での画像の表示について説明する。LED１２から出力される照射光は、光拡散導光材１５で図３（ｂ）に示すように拡散されて液晶パネル１３に到達する。したがって、図３（ａ）で示すように、液晶パネル１３に示す画像では、隔壁で生じた干渉縞やエリア毎の輝度むらが分散されている。

ここで、第２光混色層１７の距離Ｄ２は十分に大きいことが望ましいが、この距離Ｄ２を大きくした場合、バックライト部１９が厚くなる。したがって、光拡散導光材１５を内挿する前の光混色層の大きさの範囲で距離Ｄ２を設ける必要がある。このとき、距離Ｄ２を光学部材層１４の厚みＤ３よりも十分に大きくする必要がある。距離Ｄ２を厚みＤ３よりも大きくしないと、内挿する光拡散導光材１５で拡散した光が分散する前に光学部材層１４に到達し、干渉縞や輝度むらを防止することができないためである。また、内挿する光拡散導光材１５から隔壁１８上部までの距離Ｄ１は、大きくすると内挿する光拡散導光材表面で光が反射し、隣接したエリアに漏れる光が急激に増加するため、距離Ｄ１は小さくすることが望ましく、図３に示す例では、距離Ｄ１＝０である。したがって、０≦Ｄ１、Ｄ３＜Ｄ２となるようにすることによって、干渉縞及び輝度むらを防止した液晶表示装置を製造することができる。

上述した本発明の最良の実施形態に係る液晶表示装置１によれば、隔壁１８を用いて、他のエリアの光による影響を防止することができる。また、上述した液晶表示装置１によれば、光拡散導光材１５によって照射光を拡散させることによって、干渉縞、色むら及び輝度むらを防止することができる。

本発明の最良の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。 図１に示す液晶表示装置で使用される光拡散導光材の説明図である。 図１に示す液晶表示装置における光の拡散を説明する概略図である。 液晶表示装置で光源として使用されるLEDの照射光を説明する概略図である。 図４（ａ）に示すLEDの光放射特性の一例を表すグラフである。 複数の領域に区分されたバックライト部の一例である。 バックライト部に設けられる隔壁を説明する断面図である。 図６に示すバックライト部の一部の領域でLEDが点灯した場合について説明する図である。 図８に示すバックライト部の一部の領域でLEDが点灯した場合の各領域の輝度の一例を表すグラフである。 バックライト部に隔壁を設けた場合に干渉縞が生じる一例を説明する図である。

符号の説明

１…液晶表示装置
１１…基板
１２…光源（LED）
１３…液晶パネル
１４…光学部材層
１５…光拡散導光材
１６…第１光混色層
１７…第２光混色層
１８…隔壁
１９…バックライト部

Claims (2)

1. 液晶パネルの背面に基板を配設し、前記基板上に複数の発光領域を有するバックライト光源を設け、前記液晶パネルを照射することにより画像を表示する液晶表示装置であって、
   前記基板上に前記バックライト光源の各発光領域を仕切るための隔壁と、
   前記各発光領域に対応して前記基板上に配置される光源と、
   前記液晶パネルと前記基板上に設けられた隔壁との間に配置され、前記隔壁から所定の位置に前記基板及び前記液晶パネルと平行に設けられた光拡散導光材と、
   を備え、
   前記基板と前記隔壁と前記光拡散導光材とによって第１光混色層を構成すると共に、前記液晶パネル及び前記光拡散導光材によって第２光混色層を構成したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光拡散導光材を前記隔壁上に設け、前記基板と前記隔壁と前記光拡散導光材とによって構成される前記第１光混色層を複数設けることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。