JP2010055998A - バックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型かつ省電力を両立することができるとともに、ローカルディミングなどの部分駆動方式において、輝度均一性に優れたバックライトユニットを提供する。
【解決手段】表示パネル１０の背面に配置され、表示パネル１０に光を照射するバックライトユニット１２であって、第１反射膜２３と、第１反射膜２３上に設けられ、表示パネル１０方向に光を出射する複数の点光源２２と、第１反射膜２３と対向して点光源２２上に設けられ、表示パネル１０側に光の一部を透過する第２反射膜２８と、を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光源と反射膜とを備え、液晶表示装置等のバックライトとして用いられるバックライトユニット、およびこれを備えた液晶表示装置に関する。

通常、液晶表示装置は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明するバックライトユニットとを備えている。大型の液晶表示装置では直下型のバックライトが、また、中小型の液晶表示装置では導光板方式によるバックライトが主流となっている。

近年、大型液晶表示装置は薄型化の傾向が高まり、直下型のバックライトユニットでは、部品数を統合することによる薄型化が行われている。しかし、直下型のバックライトユニットは光源の光を均一に拡散させる必要があり、光源と拡散板との間に一定以上の間隔を設ける必要がある。その結果、直下型の大型液晶表示装置においては、原理的にバックライトユニットの薄型化に限界がある。

一方、導光板方式によるバックライトユニットにおいて、光源は導光板の周りに配置され、画面の額縁部に配置される。そのため、導光板方式のバックライトユニットは直下型よりも容易に薄型化することができる。導光板方式のバックライトユニットを大型液晶表示装置に使用する試みも行われているが、大型の導光板を形成することに技術的な課題がある。また、導光板方式のバックライトユニットとして、導光板の背面側に点光源を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１）
また、薄型化とは別に液晶表示装置の省電力化も重要な課題となっている。バックライトの光源が冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）から発光ダイオード（ＬＥＤ）に置き換わることに伴い、光源の調光を行うことにより、省電力化を図る試みがなされている。特に、液晶表示装置の高コントラスト化、低消費電力化が可能となる技術として、ローカルディミング技術が知られている（非特許文献１）。
これは、液晶パネルを複数の分割領域に分割するとともに分割領域毎に光源を設け、各分割領域の表示輝度レベルに応じて各光源の輝度レベルを調整する駆動方式である。この駆動方式を用いることにより、液晶表示装置の省電力化に加え、コントラストが向上し、表示品位の向上にも貢献することができる。

このような薄型化と省電力とを両立する大型液晶表示装置用のバックライトシステムとして、例えば多数の導光板と多数の光源とを面内に配列したバックライトシステムが提案されている（特許文献２）。
特開２００８−２７８８６ Seetzen et al.,ACM Trans. Graph.23,3,pp.760-768,2004 特開２００７−２９３３３９号公報

導光板方式によるバックライトユニットにおいては直下型よりも薄型化することが容易である。しかしながら、導光板方式では、光源を導光板の周りに設置する必要があり、光源をマトリックス状に配列した場合、輝度の均一性を達成する事が困難となる。すなわち、導光板方式ではローカルディミングに対応することが困難となる。

このように、薄型化・輝度の均一化・省電力化を同時に達成する大型液晶表示装置用のバックライトユニットが望まれているが、現状では、これらの特性を同時に満足するバックライトユニットは提供されていない。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、薄型かつ省電力を両立することができるとともに、ローカルディミングなどの部分駆動方式において、輝度均一性に優れた高品質なバックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の態様に係るバックライトユニットは、表示パネルの背面に配置され、前記表示パネルに光を照射するバックライトユニットであって、第１反射膜と、前記第１反射膜上に設けられ、前記表示パネル方向に光を出射する複数の点光源と、前記第１反射膜と対向して前記点光源上に設けられ、前記表示パネル側に光の一部を透過する第２反射膜と、を備えている。

この発明の他の態様に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に対して配置され、前記液晶表示パネルに光を照射するバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、第１反射膜と、前記第１反射膜上に設けられ、前記表示パネル方向に光を出射する複数の点光源と、前記第１反射膜と対向して前記点光源上に設けられ、前記表示パネル側に光の一部を透過する第２反射膜と、を備えている。

上記構成によれば、薄型かつ省電力を両立することができるとともに、ローカルディミングなどの部分駆動方式において、輝度均一性に優れた高品質なバックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係るバックライトユニットを備えた液晶表示装置について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係るバックライトユニットを備えた液晶表示装置を示す分解斜視図、図２は液晶表示装置の断面図である。

図１および図２に示すように、液晶表示装置は、矩形状の液晶表示パネル１０、およびこの液晶表示パネル１０の背面側に対向して配設されたバックライトユニット１２を備えている。液晶表示パネル１０は、矩形状のアレイ基板１５、アレイ基板１５と隙間を置いて対向配置された矩形状の対向基板１４、およびこれらアレイ基板１５と対向基板１４との間に封入された液晶層１６を備えている。バックライトユニット１２は、液晶表示パネル１０のアレイ基板１５と隣接対向して設けられている。

バックライトユニット１２は、矩形状の回路基板２４と、この回路基板２４の上面に形成され光を乱反射あるいは拡散反射する反射膜２３と、反射膜２３を介して回路基板２４上に配設された多数のＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の上方に配設され反射膜２３と隙間を置いて対向した矩形状の反射膜シート２６と、を備えている。反射膜シート２６は、図示しない支持部材によって支持され、反射膜２３と平行に保持されている。反射膜２３および反射膜シート２６は、液晶表示パネル１０とほぼ等しい大きさに形成されている。そして、反射膜２３は下側の第１反射膜を形成し、反射膜シート２６は上側の第２反射膜を形成している。

多数のＬＥＤ２２は、回路基板２４上に格子状に並んで実装され、回路基板２４に電気的に接続されている。点光源として機能する各ＬＥＤ２２は、反射膜シート２６に向けて光を照射する。バックライトユニット１２は、反射膜シート２６が液晶表示パネル１０の背面と対向した状態で配設されている。

図３は、反射膜シート２６の内、１つのＬＥＤ２２に対応する発光領域Ｂを拡大して示す平面図、図４は、反射膜シート２６の一部を拡大して示す断面図である。図２、図３、および図４に示したように、反射膜シート２６は、透明なシート状の基材２７と、基材２７の一方の表面上、ここでは、液晶表示パネル１０側の表面上、に形成され光を正反射する反射膜２８と、を有している。反射膜２８は、例えば、銀、アルミニウム等の反射率の高い金属、あるいは多層膜により形成されている。反射膜シート２６には、光を透過する複数の光透過孔３０が形成され、反射膜２８は、光透過孔３０が形成されていない平らの部分に形成されている。これにより、反射膜シート２６は、ＬＥＤ２２から照射された光の一部を透過する透過領域と、光の一部を反射する反射領域とを有した構造となっている。すなわち、ＬＥＤ２２から出射した光は、直接、光透過孔３０を通って、あるいは、上側の反射膜２８および下側の反射膜２３により反射された後、光透過孔３０を通って反射膜シート２６から出射される。

反射膜シート２６の各発光領域Ｂは、例えば、正方形に設定され、ＬＥＤ２２は、この正方形の中心と対向する位置に配置されている。バックライトユニット１２をこのような構成すると、通常、ＬＥＤ２２から出射する光量は、ＬＥＤ２２の直頂部分、つまり、発光領域Ｂの中央部分が大きい。そのため、発光領域Ｂの中央部分が、他の部分に比較して輝度が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、ＬＥＤ２２からの光を各発光領域Ｂから均一の輝度で取り出すため、光透過孔３０の径と孔位置が適切に設計されている。

反射膜シート２６は、各発光領域Ｂにおいて、ＬＥＤ２２から離れた部分(端部)に比べ中央部の光の透過割合が小さく形成されている。ここでは、複数の光透過孔３０は、それぞれ同一の径に形成されている。そして、複数の光透過孔３０は、発光領域Ｂの中央部において疎に設けられ、発光領域Ｂの端縁に行くほど密に設けられている。言い換えると、光透過孔３０の配列ピッチは、発光領域Ｂの端部に比べ、中央部の方が大きくなっている。これにより、発光領域Ｂにおける光透過割合は、ＬＥＤ２２に隣接した中央部分が最も小さく、ＬＥＤ２２から離れるに従って増加している。

図１に示すように、バックライトユニット１２は、ＬＥＤ２２の点灯を制御する制御部４０を有している。この制御部４０は、回路基板２４に接続されているとともに、液晶表示装置の図示しない主制御部に接続されている。制御部４０は、液晶表示装置の主制御部から送られた映像輝度信号に基づき、ＬＥＤ２２の発光量を、対応する発光領域Ｂ毎に、あるいは、隣接する複数の発光領域を１ユニットとして、この１ユニットに対応する複数のＬＥＤ２２毎に、調整する発光量調整部４２を備えている。すなわち、制御部４０は、複数のＬＥＤ２２を個別に駆動することによって、映像情報に合わせてバックライトユニット１２の各発光領域の調光を行う。

このようなバックライトユニット１２において、ＬＥＤ２２を点灯することにより、ＬＥＤ２２から出射された光を反射膜シート２６に入光する。その光は、直接、あるいは、反射膜シート２６と下側の反射膜２３との間で反射を繰り返した後、光透過孔３０を通して出射され、更に、液晶表示パネル１０に照射される。

上記のように構成されたバックライトユニット１２は、上面側反射膜２８と下面側反射膜２３と、これらの反射膜間に配設された複数のＬＥＤ２２とを備えた構成であることから、直下型のバックライトユニットに比較して、薄型化を図ることができる。また、反射膜シート２６の光透過孔３０を透過する光と、反射膜２８で反射される光とが補償しあい、反射膜シート２６を透過後の光は、反射膜シート２６の全面にわたって均一な輝度分布を得ることができる。

また、ＬＥＤ２２の下面側には光を拡散反射する反射膜２３が設けられているため、ＬＥＤ２２から出射された光あるいは上側の反射膜２８で反射された光は、反射膜２３によって光の角度が変化し、その結果、光の方向がミキシングされる。よって、図４に示すように、反射膜シート２６の１つの光透過孔３０から出射される光の配光分布は、大きな広がりをもった分布となる。従って、バックライトユニット１２は、どの方向からみても輝度ムラのない均一な輝度特性を得ることができる。

さらに、バックライトユニット１２においては、ＬＥＤ２２の各々について同じ輝度分布が得られるため、ローカルディミング駆動を達成することができる。駆動エリア単位については、１つのＬＥＤ２２毎に部分駆動してもよいし、隣接する複数のＬＥＤ２２を１ユニットとしたユニット毎に部分駆動してもよく、画面のサイズや駆動回路との相性などにより適宜選択すればよい。

以上のことから、薄型、省電力かつ高コントラスト比を両立することができるとともに、ローカルディミング駆動において、発光領域の輝度の均一性に優れたバックライトユニットが得られる。また、このバックライトユニットを液晶表示装置に適用することにより、高コントラスト、低消費電力、かつ薄型を満たす高品質な大画面液晶表示装置を提供することができる。

なお、上述した第１の実施形態では、光透過孔３０のピッチの粗密により、反射膜シート２６の光の透過率を制御しているが、この発明は、この構造に限定されるものではない。複数の光透過孔３０の配列ピッチを一定とし、孔径や孔形状などの孔面積で反射膜シート２６の透過率を制御してもよい。例えば、複数の光透過孔３０の配列ピッチを一定とし、発光領域Ｂの中央部に位置した光透過孔３０の径を小さく、発光領域Ｂの端部に行くほど、光透過孔３０の径を大きく形成するようにしてもよい。また、光透過孔３０のピッチと孔面積を組み合わせて制御するように構成しても、同じ効果が得られる。

光透過孔３０の形状は、円形に限定されるものではなく、四角形や楕円形など、他の形状としてもよく、反射膜シート２６の加工性などを考慮して適宜選択すればよい。また、上述した実施形態では、反射膜シート２６の光透過率を各発光領域Ｂの中央部と端部とで変化させているが、例えば、配光角の広いＬＥＤ２２などを使用することにより、全面で均一な光透過率をもった反射膜シート２６としてもよく、ＬＥＤ２２の配光特性などにより適宜選択すればよい。また、反射膜シート２６の反射膜２８は、基材２７の液晶表示パネル１０側の表面に限らず、ＬＥＤ２２側の表面上、あるいは、両面上に形成してもよい。

次に、この発明の他の実施形態に係るバックライトユニットについて説明する。
図５は、第２の実施形態に係るバックライトユニットの反射膜シートを示す断面図である。図５に示すように、本実施形態によれば、反射膜シート２６は、光を透過するシート状の透明な基材２７と、基材２７のＬＥＤ２２側の表面上に全面に亘って形成され、光の一部を透過し、一部を反射する全面反射膜２８と、を有している。

さらに、全面反射膜２８は、各発光領域Ｂから均一の輝度で取り出すため、その膜厚が適切に設計されている。全面反射膜２８は、各発光領域Ｂにおいて、ＬＥＤ２２から離れた部分(端部)に比べ中央部の膜厚が厚く形成されている。これにより、発光領域Ｂにおける光透過割合は、ＬＥＤ２２に隣接した中央部分が最も小さく、ＬＥＤ２２から離れるに従って増加する。

バックライトユニット１２の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。反射膜シート２６を上記構成とすることにより、第１の実施形態と同様に、反射膜シート２６を透過後の光は、反射膜シート２６の全面にわたって均一な輝度分布を得ることができる。また、反射膜シート２６の全面から光を取り出すことが可能なため、輝度の均一性を一層向上することができる。

なお、全面反射膜２８の制御が難しいため、表示サイズや性能などを考慮して適宜選択すればよい。また、全面反射膜２８は、基材２７のＬＥＤ側の表面に限らず、液晶表示パネル１０側の表面に形成してもよく、組立性や性能などを考慮して適宜選択することができる。

次に、この発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図６は、第３の実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。本実施形態によれば、バックライトユニット１２は、矩形状の回路基板２４と、この回路基板２４の上面に形成され光を乱反射あるいは拡散反射する反射膜２３と、反射膜２３を介して回路基板２４上に格子状に配設された多数のＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の上方に配設され反射膜２３と隙間を置いて対向した矩形状の反射膜シート２６と、この反射膜シート２６と液晶表示パネル１０との間に配置された光拡散シート４４と、を備えている。反射膜シート２６としては、前述した第１又は第２の実施形態と同様の反射膜シートを用いている。
このように、光拡散シート４４を反射膜シート２６と液晶表示パネル１０との間に配置することにより、輝度の均一性をさらに向上することができる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。第４の実施形態によれば、バックライトユニット１２は、矩形状の回路基板２４と、この回路基板２４の上面に形成され光を乱反射あるいは拡散反射する反射膜２３と、反射膜２３を介して回路基板２４上に格子状に配設された多数のＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の上方に配設され反射膜２３と隙間を置いて対向した矩形状の光拡散シート４６と、この光拡散シート４６のＬＥＤ２２側の表面上に形成され光の一部を透過する反射膜５０と、を備えている。バックライトユニット１２は、光拡散シート４６が液晶表示パネル１０のアレイ基板１５と隣接対向した状態で配置されている。

反射膜５０は、第１の実施形態と同様に、複数の光透過孔が形成された反射膜、第２の実施形態と同様に、光の一部を透過する全面反射膜、あるいは、これらの複合パターンにより形成され、光拡散シート４６との相性などにより選択すればよい。

上記構成の第４の実施形態によれば、光拡散シート４６を反射膜５０の基材として利用することができ、上述した第３の実施形態に比較して、部品点数を削減し、組み立てコストを下げることが可能となる。これにより、一層安価な液晶表示装置を提供することができる。

第２ないし第４の実施形態において、バックライトユニットの他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略した。そして、第２ないし第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図８は、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置のバックライトを示す平面図、図９は、液晶表示装置の断面図である。第５の実施形態によれば、バックライトユニット１２は、矩形状の回路基板２４と、この回路基板２４の上面に形成され光を乱反射あるいは拡散反射する反射膜２３と、反射膜２３を介して回路基板２４上に格子状に配設された多数のＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の上方に配設され反射膜２３と隙間を置いて対向した矩形状の反射膜シート２６と、この反射膜シート２６と反射膜２３との間に配置され、ＬＥＤ２２を個別に区切り格子状に構成された仕切り板５２と、を備えている。反射膜シート２６としては、前述した第１の実施形態と同様の反射膜シートを用いている。

その他、バックライトユニット１２および液晶表示パネル１０は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
上記のように構成されたバックライトユニット１２によれば、各ＬＥＤ２２の光量分布を明確に区分することができる。そのため、より大きな調光効果が得られ、省消費電力や高コントラストを達成できる。その他、第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、仕切り板５２により仕切られるエリア単位は、図８に示したような１個のＬＥＤ２２毎に仕切る場合に限らず、複数のＬＥＤ２２毎に仕切りを設けてもよく、表示サイズやシステム構成などを考慮して適宜選択すればよい。また、調光単位についても、１つの仕切りを駆動単位としてもよいし、複数の仕切りを駆動単位としてもよく、同様に、表示サイズやシステム構成などを考慮して適宜選択すればよい。

この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

反射膜シート２６の各発光領域は、正方形に限らず、正六角形、長方形、ひし形等の他の形状としてもよく、この場合でも上記と同様の効果を得ることができる。上述した実施形態では、同じ大きさおよび形状の発光領域を形成する構成としたが、複数の発光領域は、形状あるいは大きさの異なる発光領域としてもよい。この場合、光量分布の不均一性のパターンがランダムに配置されるパターンとなるため、輝度ムラが目立ちにくくなるという利点がある。

ＬＥＤ２２側に設けられた下側の反射膜２３は、光を拡散反射する構成としたが、表示装置の種類によっては、より正面の輝度を向上させたい場合もあり、この場合は、光を正反射する成分が多い反射膜２３が好ましい。反射膜２３の反射の種類は、拡散反射に限定されるものではない。

反射膜シート２６は、光を正反射する構成としたが、これは、光をより端部にまで拡散させるためである。例えば、ＬＥＤ２２の間隔が狭い構成の場合などは、より光をミキシング出来る拡散反射が好ましく、反射膜シート２６の反射の種類については、正反射に限定されるものではない。

点光源としてのＬＥＤ２２は、白色のものでも、単色のものでも適用可能であり、ＬＥＤ２２の種類に関して限定を受けるものではない。例えば、単色のＬＥＤでカラー表示を行う場合には、図１０に示すように、赤（Ｒｅｄ）、青（Ｂｌｕｅ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）を発光する３つのＬＥＤ２２を隣り合わせて配置することにより、色ずれのない均一な輝度分布を得る事ができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るバックライトユニットを備えた液晶表示装置を示す分解斜視図。 図２は、前記液晶表示装置の断面図。 図３は、前記バックライトユニットの反射膜シートの一部を拡大して示す平面図。 図４は、前記反射膜シートの一部を拡大して示す断面図。 図５は、この発明の第２の実施形態に係るバックライトユニットの反射膜シートを示す断面図。 図６は、この発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図。 図７は、この発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図。 図８は、この発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置のバックライトユニットを示す平面図。 図９は、第５の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図。 図１０は、この発明の他の実施形態に係るバックライトユニットの光源配置を概略的に示す平面図。

符号の説明

１０…液晶表示パネル、１２…バックライトユニット、２２…ＬＥＤ、
２３…反射膜、２４…回路基板、２６…反射膜シート、２７…基材、
２８…反射膜、３０…光透過孔、４４、４６…光拡散シート、５０…反射膜、
５２…仕切り板

Claims (12)

1. 表示パネルの背面に配置され、前記表示パネルに光を照射するバックライトユニットであって、
   第１反射膜と、
   前記第１反射膜上に設けられ、前記表示パネル方向に光を出射する複数の点光源と、
   前記第１反射膜と対向して前記点光源上に設けられ、前記表示パネル側に光の一部を透過する第２反射膜と、
   を備えたバックライトユニット。
2. 前記第２反射膜は、前記点光源と対向する直頂部の光透過率が、この直頂部の周囲に位置した部分の光透過率に比べて小さい請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記第２反射膜の光透過率は、前記点光源から離れるに従って増加している請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記第２反射膜は、光を透過する光透過領域と光を反射する光反射領域とを有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
5. 前記第２反射膜は、全面に亘って光の一部を透過する反射膜で形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
6. 前記第２反射膜と前記表示パネルとの間の少なくも一部に配設され、光を拡散透過する光拡散シートまたは拡散板を備えている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
7. 前記第２反射膜は、前記光拡散シートまたは拡散板の前記点光源側の表面の少なくとも一部に形成されている請求項６に記載のバックライトユニット。
8. 前記第２反射膜は、正反射を主とする反射膜であり、前記第１反射膜は、拡散反射を主とする反射膜である請求項１に記載のバックライトユニット。
9. 前記第１反射膜および第２反射膜は、拡散反射を主とした反射膜である請求項６又は請求項７に記載のバックライトユニット。
10. 前記第１反射膜と第２反射膜との間に配設され、少なくとも１個の前記点光源を他の点光源に対して区切る仕切り板を備えている請求項１ないし９のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
11. 映像輝度信号に基づき、前記点光源の発光量を、前記点光源毎、もしくは隣接する複数の点光源を１ユニットとするユニット毎に部分調整する発光量調整部を備えている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
12. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルの表示パネルの背面に対向して配置され、前記液晶表示パネルに光を照射する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、
    を備えた液晶表示装置。

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