JP2009244693A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 赤色、緑色、青色の発光ダイオードの混色距離を小さくし、均一な面光源の光を照射するバックライトを備えた「液晶表示装置」を提供とする。
【解決手段】 本発明に係る液晶表示装置は、赤色の光を出射するＬＥＤ１１０Ｒ、緑色の光を出射するＬＥＤ１１０Ｇと、青色の光を出射するＬＥＤ１１０Ｂを１組とし、当該組を直線状に複数配置した光源１１０と、光源１００からの光を入射面１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂから入射し、これを二次元変換して出射面１２８から出射する導光板１２０と、導光板１２０から出射された光を入射する液晶パネルとを備えている。ＬＥＤ１１０Ｇの光軸ＣＧにＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｂの光軸ＣＲ、ＣＢが交差するように光軸ＣＲ、ＣＢが傾斜している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、明るさや輝度のムラの少ない均一な光を液晶パネルに供給するバックライトに関する。

液晶表示装置は、液晶が発光素子ではないため、その背面にバックライトを装備している。従来のバックライトは、光源として冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬと称する）を用いてきたが、最近では低消費電力、高寿命の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）が使用されている。バックライトの光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤは点光源であるため、これを２次元光源に変換するための導光板のような光学部材が不可欠である。また、液晶パネルを照射する光は、白色光であることが望ましく、ＬＥＤから白色光を得る方法には、次の２つがある。

第１の方法は、青色光を黄色の蛍光体に照射させて擬似的に白色光を生成する擬似白色ＬＥＤである。図１は擬似白色ＬＥＤの波長成分を示すグラフであり、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に相対発光強度（ａ.ｕ．）を示す。同グラフに示すように、擬似白色光は、４５０ｎｍ付近と５５０ｎｍ付近にピークを有するが、６５０ｎｍ付近にはピークがみられない。つまり擬似白色光は、青色成分と黄色成分を主成分とし、赤色成分をほとんど含まず、演色性が乏しい。さらに、蛍光体を用いて色変換をすると光量が低下し、さらに蛍光体が熱によって劣化すると、擬似白色光の変換割合が低下するという欠点がある。

第２の方法は、赤色、青色および緑色を発するＬＥＤを混色させて白色光を生成する混色ＬＥＤである。図２は、混色ＬＥＤの波長成分である。同図に示すように、混色ＬＥＤは、６２０ｎｍ付近の赤色成分を含むため、擬似白色ＬＥＤよりも演色性が高く、色の再現性が高いという長所がある。

特許文献１は、このような混色ＬＥＤをバックライトの光源に適用する技術を開示している。図３（ａ）に示すように、白色光を出射する複数の光源セル５２が、導光板４１の光入射面４１ａ上に、光出射面４１ｂ及び光反射面４１ｃに対して垂直な方向に並ぶように配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、各光源セル５０は、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂを順番に一列に配置し、各ＬＥＤの出射面側に赤色光用フレネルレンズ５３Ｒ、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇ、青色光用フレネルレンズ５３Ｂとを備え、ビームスプリッタ６２によりＲ、Ｇ、Ｂ光が一点で交わるように反射させ、白色光を生成している。

特開２００５−３３２６８１号

しかしながら、従来の混色ＬＥＤを用いたバックライトには、次のような課題がある。特許文献１に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤからの光を混色させるためには、フレネルレンズおよびビームスプリッタ（ハーフミラー）等の光学部材を必要とするため、部品点数が多く、小型化、低コスト化を図ることができず、しかも、構成が非常に複雑であり、量産性に不向きである。また、ハーフミラーを用いるため、光源の利用効率が悪く、輝度の低下を招くおそれがある。さらに、ハーフミラー等の位置に少しでもずれが生じると、白色光の色度が変化してしまうという課題もある。

他方、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤを導光板の入射面に直接入射させた場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が混色するまでの空間または距離が長くなってしまい、バックライトに色ムラが生じてしまう。つまり、図４に示すように、バックライト６０の端面である入射面６２に沿うように混色ＬＥＤの光源７０を配置したとき、Ｒ、Ｇ、Ｂが混色する混色距離Ｌが長くなり、混色する地点までの間に、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の色むら７２が生じてしまう。従って、この色むらが生じる領域は、事実上、バックライトとして利用することができないデットスペースとなり、バックライトの使用可能領域が制限されてしまう。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、赤色、緑色、青色の発光ダイオードの混色距離を小さくし、かつ簡単な構成で赤色、緑色、青色を混色して白色光を生成することができるバックライトを備えた液晶表示装置の提供を目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、第１の波長の光を出射する第１の発光素子、第２の波長の光を出射する第２の発光素子および第３の波長の光を出射する第３の発光素子を１組とし、当該組を直線状に複数配置した光源と、前記光源からの光を入射面から入射し、これを二次元変換して出射面から出射する導光板と、前記導光板から出射された光を入射する液晶パネルとを備え、前記第1の発光素子の第１の光軸に第２および第３の発光素子の第２および第３の光軸が交差するように、前記第２および第３の光軸が傾斜している。

好ましくは前記第１の発光素子の両側に前記第２および第３の発光素子が配置され、前記第２および第３の光軸の傾斜角はそれぞれ等しく、第２および第３の光軸は等しい位置で前記第１の光軸と交差する。好ましくは前記入射面は、前記出射面と直交する第１の入射面と、第１の入射面に対して第１の傾斜角で傾斜する第２の入射面と、第１の入射面に対して第２の傾斜角で傾斜する第３の入射面とを含み、前記第１、第２および第３のの光軸は、それぞれ第１、第２および第３の入射面にそれぞれ直交する。この場合、第１の傾斜角と第２の傾斜角は等しいことが望ましい。

好ましくは液晶表示装置は、前記光源を搭載する搭載手段を含み、前記第１、第２および第３の発光素子は、それぞれ第１、第２および第３のパッケージに収容され、前記第１、第２および第３のパッケージは、前記搭載手段の第１、第２および第３の搭載面にそれぞれ搭載される。この場合、前記第１、第２および第３の搭載面は、前記第１、第２および第３の入射面と平行であることが好ましい。また、第１、第２および第３の発光素子の各々は、赤色を発光する発光ダイオード、緑色を発光する発光ダイオード、青色を発光する発光ダイオードのいずれかである。

本発明によれば、第１の発光素子の第１の光軸に第２および第３の発光素子の第２および第３の光軸が交差するように第２および第３の光軸を傾斜させることで、第１ないし第３の発光素子の混色距離を短くすることができ、バックライトの使用可能領域を広げることができる。さらに本発明は、光軸を傾斜させるという簡単な構成により光源が構成されるため、従来のように多数の光学部材を必要とせず、しかも光学部材の複雑な位置合わせが不要となる。その結果、バックライトの組立性が向上し、液晶表示装置の量産性にも適している。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施例で述べる液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルに面光源の光を供給するバックライトと、バックライトや液晶パネルを駆動する駆動回路等を含む。バックライトは、複数のＬＥＤを含む光源と、光源からの光を面光源に変換する導光板と、光源や導光板を収容するフレームとを有する。液晶パネルは、公知のように、例えば二枚のガラス板の間に液晶分子を封入し、そこに電圧を印加することで、液晶分子向きを偏向させ、光の透過率の増減により画像を形成する。バックライトは、液晶パネルの背面から光を照射し、画像のコントラストまたは輝度を向上させる。

図５（ａ）は、本実施例に用いられるバックライトの斜視図、図５（ｂ）は、バックライトの平面図である。これらの図面は、本実施例のバックライトの特徴を表すものであり、実際のバックライトを同一スケールで詳細に表したものではない。

バックライト１００は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を出射する光源１１０と、光源１１０からのＲ、Ｇ、Ｂの光を端面から入射し、これを面光源に変換する導光板１２０と、フレーム１３０とを有している。この例では、フレーム１３０は、光源１１０と導光板１２０を収容するが、これ以外にも、例えば導光板１２０からの光を拡散する拡散シート、液晶パネル、各種駆動回路等を収容するものであってもよい。

光源１１０は、導光板１２０の入射面１２２に沿うように直線状に配置され、フレーム１３０の底部に形成されたフランジ１３２上に支持部材１４０を介して固定されている。光源１１０は、好ましくは等間隔で配置される。図示する例では、４つの光源１１０を示しているが、これは単なる例示であり、バックライトのサイズや要求される輝度に応じて光源の数は適宜選択される。また、光源１１０は、支持部材１４０を用いることなく、フランジ１３２上に直接取り付けられるようにしても良い。

図６(ａ)は、図５（ｂ）のＡ−Ａ線断面図（但し、フレームを除いている）、図６（ｂ）は、光源の拡大断面図である。１つの光源１１０は、赤色を発光するＬＥＤ１１０Ｒ、緑色を発光するＬＥＤ１１０Ｇ、および青色を発光するＬＥＤ１１０Ｂを１組含み、ＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの光軸が同一平面で交差するように配置されている。各ＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂは、それぞれが個別のパッケージから構成され、各パッケージは、内部に発光素子（チップ）を収容している。個別のパッケージとすることで、高輝度のＬＥＤを選択したり、または所望のＶＦ(順方向電圧)や光度のランクのＬＥＤを選択することができる。また、パッケージには、発光素子に電気的に接続された外部端子が取り付けられ、外部端子は、搭載部材１１２に形成された図示しない金属配線に接続されている。

搭載部材１１２は、図６（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１１０Ｒを搭載する搭載面１１２Ｒと、ＬＥＤ１１０Ｇを搭載する搭載面１１２Ｇと、ＬＥＤ１１０Ｂを搭載する搭載面１１２Ｂとを有している。搭載面１１２Ｇは、入射面１２２と平行な水平な面または出射面１２８と直交する面である。搭載面１１２Ｒおよび搭載面１１２Ｂは、搭載面１１２Ｇと傾斜角θａ、θｂで傾斜している。好ましくは、傾斜角θａ＝θｂであり、搭載面１１２Ｒと１１２Ｂは、搭載面１１２Ｇの中心線に関し線対称である。さらに好ましくは、搭載面１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂのほぼ中心にＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂが搭載され、ＬＥＤ１１０Ｒと１１０Ｂの光軸ＣＲとＣＢが、ＬＥＤ１１０Ｇの光軸ＣＧ上で交差する。

導光板１２０は、例えば、光透過性の材質であるアクリル板などから構成される。導光板１２０は、ＬＥＤ１１０からの光を入射する入射面１２２と、表面に反射ドットや凹凸が形成された反射面１２４と、入射面１２２と対向する対向面１２６と、反射面１２４と平行な出射面１２８とを有している。

入射面１２２はさらに、図６（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１１０Ｒの光を入射する入射面１２２Ｒ、ＬＥＤ１１０Ｇの光を入射する入射面１２２Ｇ、ＬＥＤ１１０Ｂの光を入射する入射面１２２Ｂとを有している。

入射面１２２Ｇは、出射面１２８と直交する面であり、その両側に形成された入射面１２２Ｒと入射面１２２Ｂが傾斜している。入射面１２２Ｒは、入射面１２２Ｇに対して傾斜角θαで傾斜し、入射面１２２Ｂは、入射面１２２Ｇに対して傾斜角θβで傾斜する。好ましくは、θα＝θβ、θα＝θａ、θβ＝θｂである。このとき、入射面１２２Ｇは、搭載面１１２Ｇと平行であり、入射面１２２Ｒは、搭載面１１２Ｒと平行であり、入射面１２２Ｂは、搭載面１１２Ｂと平行である。従って、ＬＥＤ１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１０Ｂの光軸ＣＲ、ＣＧ、ＣＢは、各入射面１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂと直交する。これにより、各ＬＥＤからの光が効率よく導光板１２０内に入射される。

フレーム１３０は、例えばアルミニウム等の金属から構成され、一面が開放された矩形状の枠体である。フレーム１３０は、支持部材１４０を取り付けるフランジ１３２と背面１３４とを含み、背面１３４には、光を反射する反射膜がコーティングされている。フランジ１３２上には、入射面１２２の長手方向に沿って延在する支持部材１４０が固定され、その上に上記した複数の光源１１０が配置されている。

次に、本実施例の動作原理について説明する。図７（ａ）に示すように、ＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｒから出射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、入射面１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂから導光板１２０の内部に入射される。ＬＥＤ１１２Ｇの光軸ＣＧは、好ましくは導光板１２０の板厚Ｄのほぼ中心に一致しており、ＬＥＤ１１２Ｇの光は、導光板１２０のほぼ中心に沿って進行する。ＬＥＤ１１２ＲとＬＥＤ１１２Ｂからの光は、導光板１２０内へ傾斜して進行し、ＬＥＤ１１２Ｇの光とＰ１において交差し、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が混色する。ＬＥＤ１１０Ｒと１１０Ｂの光または光軸が傾斜しているため、最初に混色する地点Ｐ１までの混色距離Ｌ１を入射面１２２非常に近い距離とすることができる。ＲおよびＢの光は、導光板１２０の内部で反射または散乱され、Ｇの光と混色される。これにより、出射面１２８からは、面光源としての白色光Ｗが出射される。

このように本実施例によれば、混色距離Ｌ１を従来と比較して十分に小さくすることができるため、図７（ｂ）に示すように、色むら７２ａが生じるエリアを可能な限り小さくすることができ、バックライトの利用可能なスペースを大きくすることができる。この結果、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。

上記実施例では、光源の真中にＬＥＤ１１０Ｇを配置し、その両側にＬＥＤ１１０Ｒと１１０Ｂを配置したが、この配列は一例であり、ＬＥＤの配置は適宜変更することが可能である。例えば、真中にＬＥＤＲを配置させ、両側にＬＥＤＧとＬＥＤＢを配置してもよい。

さらに上記例では、各ＬＥＤ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂは、個別のパッケージから構成される例を示したが、Ｒ、Ｇ、Ｂを発光する３つの発光素子を１つのパッケージ内に収容するようにしてもよい。この場合には、１つのパッケージ内に、搭載部材１１２に相当するような搭載面を持つマウンタ部材が組み込まれ、発光素子を適宜傾斜させればよい。

さらに上記例では、両側の搭載面の傾斜角θａ＝θｂとしたが、必ずしも傾斜角は等しくしなくてもよい。この場合、入射面１２２の両側の入射面の傾斜角θα、θβも異なるようにしてもよい。さらに、ＬＥＤからの光は、入射面に必ずしも直交する関係になくても良く、ＬＥＤからの光が入射面で屈折して入射させるようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は、擬似白色ＬＥＤの波長成分を示すグラフである。 図２は、混色ＬＥＤの波長成分を示すグラフである。 図３（ａ）は、従来の混色ＬＥＤを用いたバックライトの構成を示す図、図３（ｂ）は、混色ＬＥＤの構成を示す図である。 従来の混色ＬＥＤを用いたバックライトの課題を説明する図である。 図５（ａ）は、本実施例の液晶表示装置のバックライトの斜視図、図５（ｂ）はバックライトの平面図である。 図６（ａ）は、図５（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ｂ）は、光源の拡大断面図、図６（ｃ）は、導光板の入射面の拡大断面図である。 図７（ａ）は、本実施例の液晶表示装置におけるバックライトの動作を説明する図、図７（ｂ）は本実施例による混色距離を説明する図である。

符号の説明

７２、７２ａ：色むら
１００：バックライト
１１０：光源
１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ：発光ダイオード
１１２：搭載部
１２０：導光板
１２２、１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂ：入射面
１２４：反射面
１２６：対向面
１２８：出射面
１３０：フレーム
１３２：フランジ
１３４：背面
１４０：支持部材
Ｐ１：混色地点
Ｌ、Ｌ１：混色距離
ＣＲ、ＣＧ、ＣＢ：光軸
θａ、θｂ：搭載面の傾斜角
θα、θβ：入射面の傾斜角

Claims (7)

1. 第１の波長の光を出射する第１の発光素子、第２の波長の光を出射する第２の発光素子および第３の波長の光を出射する第３の発光素子を１組とし、当該組を直線状に複数配置した光源と、
   前記光源からの光を入射面から入射し、これを二次元変換して出射面から出射する導光板と、
   前記導光板から出射された光を入射する液晶パネルとを備え、
   前記第1の発光素子の第１の光軸に第２および第３の発光素子の第２および第３の光軸が交差するように、前記第２および第３の光軸が傾斜している、液晶表示装置。
2. 前記第１の発光素子の両側に前記第２および第３の発光素子が配置され、前記第２および第３の光軸の傾斜角はそれぞれ等しく、第２および第３の光軸は等しい位置で前記第１の光軸と交差する、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記入射面は、前記出射面と直交する第１の入射面と、第１の入射面に対して第１の傾斜角で傾斜する第２の入射面と、第１の入射面に対して第２の傾斜角で傾斜する第３の入射面とを含み、前記第１、第２および第３のの光軸は、それぞれ第１、第２および第３の入射面にそれぞれ直交する、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の傾斜角と前記第２の傾斜角は等しい、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 液晶表示装置は、前記光源を搭載する搭載手段を含み、前記第１、第２および第３の発光素子は、それぞれ第１、第２および第３のパッケージに収容され、前記第１、第２および第３のパッケージは、前記搭載手段の第１、第２および第３の搭載面にそれぞれ搭載される、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１、第２および第３の搭載面は、前記第１、第２および第３の入射面と平行である、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１、第２および第３の発光素子の各々は、赤色を発光する発光ダイオード、緑色を発光する発光ダイオード、青色を発光する発光ダイオードのいずれかである、請求項１ないし６いずれか１つに記載の液晶表示装置。

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