JP2009224138A - バックライト装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックライトを厚さ方向に大型化させることなく、発光面を違和感なく発光させることができるバックライト装置を提供する。
【解決手段】発光色の異なるLED10R,10G,10Bで構成したLED群11をLED基板16上に所定間隔毎に複数組実装した光源ユニット15と、光源ユニット15からの出射光を入射して色混合させる導光路を筐体2の背面に沿って形成する導光板21と、導光路の終端から出射する光を反射して発光面9aに導く反射部材30とを具備して構成した複数の光源モジュール5を筐体内に配列し、これら光源モジュール5で色混合された各LED10R,10G,10Bからの出射光を空気層40を介して発光面9aに入射させる。そして、制御ユニット102を通じて各LED群11のLED10R,10G,10B毎に調光制御を行う。
【選択図】図1
【解決手段】発光色の異なるLED10R,10G,10Bで構成したLED群11をLED基板16上に所定間隔毎に複数組実装した光源ユニット15と、光源ユニット15からの出射光を入射して色混合させる導光路を筐体2の背面に沿って形成する導光板21と、導光路の終端から出射する光を反射して発光面9aに導く反射部材30とを具備して構成した複数の光源モジュール5を筐体内に配列し、これら光源モジュール5で色混合された各LED10R,10G,10Bからの出射光を空気層40を介して発光面9aに入射させる。そして、制御ユニット102を通じて各LED群11のLED10R,10G,10B毎に調光制御を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光色の異なる複数の発光ダイオード等の発光素子を光源として用いたバックライト装置に関する。
近年、液晶装置等のバックライトにおいては、冷陰極蛍光ランプ等に代えて、複数の発光ダイオード(LED)を光源として用いたバックライトが数多く提案されている。ところで、一般に、LEDは発光色の個体差が大きいため、この種のバックライトでは、複数種類のLEDから出射される光を混合することによって所望の色の光が生成される。
この種のバックライトとして、例えば、特許文献1には、表示面(発光面)の直下に配置したR,G,BのLEDを隔壁で囲んで構成した複数のバックライトサブユニットをマトリクス状に配置したバックライトが開示されている。
特開2007−183560号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術のように内部に隔壁を設けた場合、当該隔壁が発光面上に暗線として現出したり、発光区分があまりにも明瞭となり、発光領域の境界近傍において、画像上の発光強度等を滑らかにコントロールすることが困難となる等の虞がある。
また、上述の特許文献1に開示された技術のように、複数のLEDによって発光面を直接的に照射する構成では、各LEDの配置に応じた輝度ムラ等が発生し易い。そして、このような輝度ムラ等を平滑化等するためには、各LEDから発光面までの間に所定の光路長を確保する必要があり、バックライトを厚さ方向に大型化させる虞がある。
さらに、LEDの発光量等は、温度に大きく依存して変化するため、使用時等にバックライト内で発生する温度勾配等に応じて発光面上に意図しない輝度ムラ等が発生する虞がある。
本発明は、バックライトを厚さ方向に大型化させることなく、発光面を違和感なく発光させることができるバックライト装置を提供することを目的とする。
本発明は、前面が開口された扁平な筐体と、前記筐体の開口部に設定された発光面と、前記筐体内に配列された複数の光源モジュールと、前記発光面と前記光源モジュールとの間に形成された空気層と、前記各光源モジュールを点灯制御する点灯制御手段と、を具備し、前記各光源モジュールは、発光色の異なる複数の光源で構成された光源群を設定間隔毎に複数組実装した光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を入射して色混合させる導光路を前記筐体の背面に平行な前記光源モジュールの配列方向に形成する導光板と、前記導光路の終端から出射する光を反射して前記発光面に導く反射部材とを有し、前記点灯制御手段は、前記各光源モジュールを前記光源群毎に調光制御することを特徴とする。
本発明のバックライト装置によれば、バックライトを厚さ方向に大型化させることなく、発光面を違和感なく発光させることができる。
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図1は液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図、図2はバックライトの内部構造を図1のII−II線に沿って示す平面図、図3は図1のIII領域の構成を示す分解斜視図、図4はバックライト内における光の挙動及び熱の伝達状態を示す説明図、図5はバックライトの要部を示す断面斜視図、図6は液晶表示装置のシステム構成を示すブロック図、図7は光源モジュールと発光エリアとの関係を示す説明図、図8(a)は各発光エリアの輝度調光率の設定例を示す説明図であって(b)は(a)の輝度調光率で制御した場合の発光面上の輝度分布のシミュレーション結果を模式的に示す説明図、図9(a)は各発光エリアの輝度調光率の設定例を示す説明図であって(b)は(a)の輝度調光率で制御した場合の発光面上の輝度分布のシミュレーション結果を模式的に示す説明図、図10(a)は液晶パネルで表示する映像の一例を示す説明図であって(b)は(a)の映像に応じて色度を制御した場合の色度分布のシミュレーション結果を模式的に示す説明図である。
図1に示すバックライト1は液晶テレビ等に好適に用いられるバックライトであり、このバックライト1は、例えば、発光面9a上に重畳配置される液晶パネル101、及び、当該液晶パネル101に対する表示制御を行う制御ユニット102等とともに液晶表示装置100を構成する。
図1〜3に示すように、本実施形態のバックライト1は、前面が開口した扁平な略箱形形状の筐体2を有する。この筐体2は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウム合金等を用いたプレス成形等によって、矩形の背面板2aと、当該背面板2aの各辺に立設する側壁2bと、が一体形成されて要部が構成されている。
この筐体2の内部には、例えば、筐体2の長手方向に長尺に形成された複数組(例えば、6組)の光源モジュール5が、筐体2の短手方向に沿って平行に配列されている。
また、筐体2には、例えば、矩形の開口部6aを有するベゼル6が前面側から冠設されている。筐体2とベゼル6との間には、例えば、平面矩形形状をなす拡散板7と、前面側に拡散シート9を貼着した平面略矩形形状のレンズシート8とが、背面側から順に重畳された状態で保持されている。そして、ベゼル6の開口部6aから外部に露呈する拡散シート9上の領域が、発光面9aとして設定されている。ここで、拡散板7と各光源モジュール5との間には、所定の空隙による空気層40が形成されている。
各光源モジュール5は、例えば、発光色の異なる複数種類の発光ダイオード(LED)を光源として実装した光源ユニット15と、この光源ユニット15から供給される各色の光線を入射して色混合させる導光路20を筐体2の背面に平行な源モジュール5の配列方向に形成する導光板21と、導光路20の終端から出射する光を反射して発光面9aに導く反射部材30とを備えて構成されている。
光源ユニット15は、例えば、筐体2の長手方向の各側壁2b間に保持される細長な短冊状のLED基板16上に、R,G,B各色のLED10R,10G,10Bを各1個用いた組み合わせを1組とするLED群(光源群)11が、筐体2の長手方向に沿って、所定間隔毎に複数組実装されて要部が構成されている。具体的には、例えば、図2に示すように、各LED基板16上には、5組のLED群11が実装されている。そして、上述のように、本実施形態において、LED基板16上にそれぞれ5組のLED群11が実装された6組の光源ユニット15(光源モジュール5)が筐体2内に収容されることから、筐体2内には、例えば、5×6組のLED群11が所定間隔毎にマトリクス状に配置される。なお、以下の説明において、LED10R,10G,10Bを総称してLED10ともいう。
ここで、例えば、図2,3に示すように、筐体2の長手方向の各側壁2bの内面には、互いに対向する一対の基板保持溝3aが各光源モジュール5にそれぞれ対応して所定間隔毎に設けられている。これら各基板保持溝3aは、筐体2の前面側から背面板2aに向けて延在されており、各光源ユニット15は、各対の基板保持溝3aにLED基板16の両端部が挿入されることにより、各LED10の各光軸を筐体2の背面板2aに平行な方向に指向させた状態で保持される。
導光板21は、例えば、その厚さが筐体2の深さよりも十分に薄く形成された細長な略直方体形状をなす光透過性の樹脂部材で構成されている。本実施形態において、この導光板21は、入射面22aが各LED10に当接する第1の導光部材22と、この第1の導光部材22の出射面22bに入射面23aが当接されるとともに出射面23bが導光路20の終端を構成する第2の導光部材23とで分割形成されている。これら第1の導光部材22の出射面22b及び第2の導光部材23の入射面23aは、筐体2の背面板2aに対して所定角度で傾斜する曲面で構成されている。そして、これら出,入射面22b,23aが傾斜されることにより、導光路20内の中途にハーフミラー部が形成される。これにより、導光板21は、各LED10から入射された光を、導光路20終端の出射面23bからのみならず、その中途からも一部出射する(図4参照)。この場合において、導光部材22の入射面22aから出射面22b(すなわち、ハーフミラー部)までの距離は、3種類のLED10R,10G,10Bからの出射光を色混合させるに十分な距離に設定されている。
ここで、図5に示すように、各導光部材22,23には、発光面9a側の面の両端部に、それぞれ凹部22c,23cが形成されている、そして、各導光部材22,23は、各凹部22c,23cに、筐体2の側壁2bから突出する爪部2cが係合することにより、筐体2内に保持されている。なお、各凹部22c,23cは、各爪部2cに対して十分大きなサイズに形成されている。これにより、各爪部2cは、各凹部22c,23cに対して遊嵌され、各導光部材22,23が熱膨張した場合にも、各導光部材22,23に不要な応力を発生させることなく、これらを好適に保持する。
反射部材30は、例えば、熱伝導率の高い材料からなる三角柱状のブロックで構成されている。本実施形態において、具体的には、反射部材30は、断面形状が直角三角形をなすアルミニウム合金製の部材で構成されている。この反射部材30は、直交する2つの面に連続する斜面が反射面30aとして設定され、鏡面加工されている。そして、図4,5に示すように、反射部材30は、導光板21の終端である出射面23bに反射面30aが対向するよう、筐体2内に配置される。その際、反射面30aに連続する他の面30b,30cは、例えば、隣接する光源ユニット15、及び、筐体2の背面板2aに対し、熱伝導性の良好な接着剤等を介して当接されている。なお、図4に示すように、筐体2の短手方向の一端部には、側壁2bに当接する熱伝導部材35が配設されており、この熱伝導部材25には、一端側に位置する光源モジュール5のLED基板16が熱伝導可能に当接されている。
このような構成において、図4に示すように、光源ユニット15の各LED群11(LED10R,10G,10B)から導光板21に入射された各色の光は、各々が全反射を繰り返しながら導光路20を進行する過程で互いに混合される。
そして、色混合された光の一部は、第1の導光部材22の出射面22bと第2の導光部材23の入射面23aとの間に形成されたハーフミラー部で反射されて導光路20の中途から出射され、空気層40で広範囲に拡散されながら発光面9a側に導かれる。一方、ハーフミラー部で反射されることなく第2の導光部材23側に透過した光は導光路20の終端である出射面23bから出射され、反射面30aで反射された後、空気層40で広範囲に拡散されながら発光面9a側に導かれる。そして、空気層40で拡散された光は、拡散板7、レンズシート8、及び、拡散シート9の各作用によって、さらに拡散された後、発光面9aを発光させる。その際、各光源ユニット15で発生する熱は、隣接する光源モジュール5の反射部材30、或いは、熱伝導部材35を介して筐体2に伝達された後、外部に放出される。
ここで、導光部材22,23間に形成されるハーフミラー部の曲面形状や傾斜角、及び、反射面30aの傾斜角等は、実験やシミュレーション等に基づいて適正化されている。これにより、各LED群11からの出射光が発光面9aに到達するまでに拡散される領域がおおよそ規定され、各LED群11は、それぞれ、図1に発光面9a上に2点鎖線で仮想的に示す各発光エリア(小領域)Arを主として発光させる。すなわち、本実施形態において、発光面9a上には、各LED群11に対応する仮想的な発光エリアArが5×6のマトリクス状に形成され、各光源モジュール5は、対応する発光エリアArに対して出射光を略均一に分散させるよう放射する。
ところで、本実施形態の制御ユニット102は、液晶パネル101に対する表示制御手段としての機能に加え、バックライト1の各光源モジュール5に対する点灯制御手段としての機能を備えている。そして、これらを実現するための機能部として、制御ユニット102は、映像処理部121と、液晶制御部122と、光源駆動部123とを有する(図6参照)。
映像処理部121は、例えば、映像信号発生器130から入力される映像信号を処理し、さらに、処理した映像信号に対して必要に応じた各種の画像調整処理等を行うことにより、液晶パネル101の駆動に適したR,G,B等の画像表示信号を生成し、液晶制御部122に出力する。なお、図示しないが、制御ユニット102が記録再生装置等を内蔵する場合、映像処理部121は、記録再生装置の記録媒体から読み出された映像信号を処理し、液晶パネル101の駆動に適したR,G,B等の映像表示信号を生成することも可能である。
液晶制御部122は、映像処理部121から出力されたR,G,Bの画像信号に従って、液晶パネル101上のソースドライバ111に出力する階調データ及び信号線制御信号を生成するとともに、ゲートドライバ112に出力する走査線制御信号を生成する。これにより、液晶パネル101の表示領域に配設されたスイッチング素子群113内の各スイッチング素子が所定のタイミングで適宜駆動される。
さらに、液晶制御部122は、例えば、光源駆動部123に出力するバックライト制御信号を生成し、各LED10に個別の発光駆動制御を行う。この場合、液晶制御部122は、例えば、映像信号に基づいて、液晶パネル101に表示すべき映像に必要な光の輝度や色度等を小領域Ar毎(すなわち、LED群11毎)に求める。そして、液晶制御部122は、これら小領域Ar毎の輝度や色度等を得るために各LED群11のLED10R,10G,10B毎に要求される発光輝度を、バックライト制御信号としてそれぞれ生成し、光源駆動部123に出力する。ここで、所定の小領域Arに対応する液晶パネル上の領域全域が黒色表示される場合、液晶制御部122は、該当するLED群11の各LED10R,10G,10Bを消灯すべき旨のバックライト制御信号を生成する。
光源駆動部123は、各LED群11のLED10R,10G,10B毎に設定されたバックライト制御信号に基づき、各LED10を個別に調光制御する。この場合の調光制御として、光源駆動部123は、電圧(電流)調光方式や、明るさが時分割されるデューティ調光方式等を適用することが可能である。電圧(電流)調光方式の場合は、電源回路からの入力電圧または入力電流をDC−DCコンバータ等で変化させて、その駆動電圧(電流)の大きさで直接、LED10の電流を変化させて調光することができる。デューティ調光方式のばあいは、例えば、光源駆動部123に内蔵された輝度調整回路(図示せず)で各LED10を駆動するための調光パルス(PWM信号)を生成し、そのPWM比設定データに応じたデューティ比となるようにパルス幅を可変することで、各LED10の発光輝度を調光することができる。
また、このような調光に際し、本実施形態の光源駆動部123は、各小領域Arの輝度や色度等に基づくフィードバック制御を行う。すなわち、例えば、図7に示すように、液晶パネル101には、例えば、各小領域Arの輝度及び色度等を検出するためのフォトセンサ31がそれぞれ配設されており、光源駆動部123は、各フォトセンサ31からの検出信号に基づき、駆動電圧(電流)や調光パルス等をフィードバック制御する。これにより、光源駆動部123は、温度変化等に起因する各LED10の出力変化等を補償しつつ、各LED10の発光輝度をバックライト制御信号に応じた発光輝度に制御する。
ここで、液晶制御部122は、例えば、映像信号に基づいて、輝度のみ、或いは、色度のみを可変に調光するための各バックライト制御信号を生成することも可能である。
例えば、色度を一定の白色に維持したまま輝度のみを調光する場合、液晶制御部122は、映像信号に基づいて各小領域Arの輝度調光率(例えば、図8(a),図9(a)参照)を設定し、この輝度調光率に基づいてバックライト制御信号を生成する。これにより、例えば、図8(b),図9(b)に示すように、所定の輝度勾配を有する白色光で発光面9a上を発光させることができる。
また、例えば、輝度を一定に維持したまま色度のみを調光する場合、液晶制御部122は、映像信号に基づいて各小領域Arに好適な色度を設定し、この色度に基づいてバックライト制御信号を生成する。これにより、特に、所定の色度範囲の映像が広範囲に渡って連続する風景映像(例えば、図10(a)参照)等においては、例えば、図10(b)に示すように、所定の色度勾配を持たせて発光面9a上を発光させることが可能となり、所望の良好なコントラストで映像を表示させることができる。
このような実施形態によれば、発光色の異なるLED10R,10G,10Bで構成したLED群11をLED基板16上に所定間隔毎に複数組実装した光源ユニット15と、この光源ユニット15からの出射光を入射して色混合させる導光路を筐体2の背面に沿って形成する導光板21と、導光路の終端から出射する光を反射して発光面9aに導く反射部材30とを具備して構成した複数の光源モジュール5を筐体内に配列し、これら光源モジュール5で色混合された各LED10R,10G,10Bからの出射光を空気層40を介して発光面9aに入射させる構成とすることにより、バックライト1を厚さ方向に大型化させることなく、十分な導光距離で色混合された光によって発光面9aを発光させることができる。そして、このようなバックライト1に対し、制御ユニット102を通じて各LED群11のLED10R,10G,10B毎に調光制御を行うことにより、熱的要因等によって各LED10の発光量が変化した場合等においても、意図しない輝度ムラ等の発生を的確に防止することができる。
この場合において、導光板21を第1,第2の導光部材22,23で分割形成し、これらの間にハーフミラー部を形成することにより、発光面9aにおける照度の均斉度を向上させることができる。すなわち、例えば、各光源モジュール5は、各LED10からの出射光をハーフミラー部と出射面23bとの2箇所で出射することができるので、例えば、筐体2内の6箇所に配列した光源ユニット15によって、あたかも、12箇所に光源ユニットが存在するのと同等の均斉度を実現することができる。
そして、LED基板16上における各LED群11の配置、導光板21におけるハーフミラー部の光学特性、反射部材30における反射面30aの光学特性等をチューニングし、各LED群11からの出射光を、発光面9a上に設定した各小領域Arに対応付けて放射させることにより、発光面9a上を小領域Ar毎に調光制御することができる。
また、小領域Arに対応する液晶パネル101上の映像信号等に応じて、各光源群11で得られる輝度を小領域Ar毎に個別に制御すれば、液晶表示装置100による表示品質を維持しつつ、不要な電力消費を抑制することが可能となる。特に、小領域Arに対応する液晶パネル101上の領域全域が黒色表示されるとき、該当するLED群11を消灯させることにより、不要な電力消費の抑制を効果的に実現することができる。また、小領域Arに対応する液晶パネル100上の映像信号等に応じて、各光源群11で得られる色度を小領域Ar毎に個別に制御すれば、液晶表示装置100によるコントラスト等を好適に制御することができる。
1…バックライト、2…筐体、2a…背面板、2b…側壁、2c…爪部、3a…基板保持溝、5…光源モジュール、6…ベゼル、6a…開口部、7…拡散板、8…レンズシート、9…拡散シート、9a…発光面、10(10R,10G,10B)…発光ダイオード(光源)、11…LED群(光源群)、15…光源ユニット、16…基板、20…導光路、21…導光板、22…第1の導光部材、22a…入射面、22b…出射面、22c…凹部、23…第2の導光部材、23a…入射面、23b…出射面、23c…凹部、25…熱伝導部材、30…反射部材、30a…反射面、30b,30c…面、31…フォトセンサ、35…熱伝導部材、40…空気層、100…液晶表示装置、101…液晶パネル、102…制御ユニット、111…ソースドライバ、112…ゲートドライバ、113…スイッチング素子群、121…映像処理部、122…液晶制御部、123…光源駆動部、130…映像信号発生器、Ar…発光エリア(小領域)
Claims (4)
- 前面が開口された扁平な筐体と、
前記筐体の開口部に設定された発光面と、
前記筐体内に配列された複数の光源モジュールと、
前記発光面と前記光源モジュールとの間に形成された空気層と、
前記各光源モジュールを点灯制御する点灯制御手段と、を具備し、
前記各光源モジュールは、発光色の異なる複数の光源で構成された光源群を設定間隔毎に複数組実装した光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を入射して色混合させる導光路を前記筐体の背面に平行な前記光源モジュールの配列方向に形成する導光板と、前記導光路の終端から出射する光を反射して前記発光面に導く反射部材とを有し、
前記点灯制御手段は、前記各光源モジュールを前記光源群毎に調光制御することを特徴とするバックライト装置。 - 液晶パネルに用いられるバックライト装置であって、
前記点灯制御手段は、前記各光源群が前記液晶パネル上でそれぞれ対応する小領域の映像信号に応じて、前記各光源群の輝度を個別に制御することを特徴とする請求項1記載のバックライト装置。 - 液晶パネルに用いられるバックライト装置であって、
前記点灯制御手段は、前記各光源群が前記液晶パネル上でそれぞれ対応する小領域の映像信号に応じて、前記各光源群の色度を個別に制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバックライト装置。 - 液晶パネルに用いられるバックライト装置であって、
前記点灯制御手段は、所定の前記点光源群に対応する前記液晶パネル上の領域全域が黒色表示されるとき、当該点光源群を消灯させることを特徴とする請求項1または請求項2記載のバックライト装置。
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