JP2011081048A - 液晶表示装置及び液晶表示装置の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト型のＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置において、低消費電力化及び高コントラスト化を図る。

【解決手段】映像を表示する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面から照光するＬＥＤバックライト装置と、を備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、垂直方向に分割された複数の第１領域と水平方向に分割された複数の第２領域とを有し、
前記ＬＥＤバックライト装置は、ＬＥＤ光源と１つのエッジライト型導光板とを有し、
前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の上辺及び下辺のうち少なくとも一側面に沿って配置され、且つ、前記第２領域のそれぞれに対応する少なくとも１つのＬＥＤを有し、且つ、前記第２領域に表示される映像の明暗度に応じて前記ＬＥＤの光量を制御されるように構成され、
前記ＬＥＤから放出される光束は、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差するように放射状に広がる。

【選択図】図１

Description

本発明は、導光板を用いたＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置及び液晶表示装置の照明装置に関する。

液晶表示パネルなどの光変調素子をその背後から照光するバックライトとして、ＬＥＤバックライトが注目されている。ＬＥＤバックライト装置の光源には、白色ＬＥＤによる白色光や、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のＬＥＤの光を混色して白色光を得る構成のものがある。上記白色ＬＥＤには、例えばＢ（青）のような短波長ＬＥＤに蛍光体を組み合わせて白色を得る構成のものがある。

また、ＬＥＤバックライト装置の構造には、液晶表示パネルの裏側に複数のＬＥＤをマトリクス状に配置して液晶表示パネルを一様に照光する直下型と呼ばれる構造や、光を一様に拡散する性質を有する導光板を用い、導光板の側面に複数のＬＥＤを配置し液晶表示パネルを一様に照光するエッジライト型と呼ばれる構造が知られている（特許文献１）。

特開平１０−１８６３１１号公報 特開２００３−２８２９５８号公報 特開２００４−２９６８８２号公報

エッジライト型のＬＥＤバックライト装置は、直下型に比べ、使用するＬＥＤの数が少なく低コストで製造できるという利点があるが、液晶表示パネル全体を一様に照光するため、直下型のように、部分的に輝度の濃淡をつけることができない、という問題があった。

本発明は、上記従来技術の状況に鑑み、エッジライト型のＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置において、低消費電力化及び高コントラスト化を図ることである。

上記課題を解決するために本発明に係る液晶表示装置は、
映像を表示する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面から照光するＬＥＤバックライト装置と、を備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、垂直方向に分割された複数の第１領域と水平方向に分割された複数の第２領域とを有し、
前記ＬＥＤバックライト装置は、ＬＥＤ光源と１つのエッジライト型導光板とを有し、
前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の上辺及び下辺のうち少なくとも一側面に沿って配置され、且つ、前記第２領域のそれぞれに対応する少なくとも１つのＬＥＤを有し、且つ、前記第２領域に表示される映像の明暗度に応じて前記ＬＥＤの光量を制御されるように構成され、
前記ＬＥＤから放出される光束は、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差するように放射状に広がることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために本発明に係る液晶表示装置の照明装置は、
液晶表示パネルを背面から照光する液晶表示装置の照明装置であって、
前記液晶表示装置の照明装置は、ＬＥＤ光源と１つのエッジライト型導光板とを有し、
前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の上辺及び下辺のうち少なくとも一側面に沿って配置され、且つ、前記第２領域のそれぞれに対応する少なくとも１つのＬＥＤを有し、且つ、前記第２領域に表示される映像の明暗度に応じて前記ＬＥＤの光量を制御されるように構成され、
前記ＬＥＤから放出される光束は、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差するように放射状に広がることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の照明装置によれば、エッジライト型のＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置において、低消費電力化及び高コントラスト化を図ることができる。

本発明に係る液晶表示装置の構成を示す概略図である。 実施例１に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。 実施例２に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。 実施例２に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。 実施例２に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。 実施例３に係る液晶表示パネルの動作を示す概略図である。 実施例４に係る液晶表示装置の一部を示す構成図である。 実施例５に係る液晶表示装置の一部を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態の導光板を用いたＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置及び液晶表示装置の照明装置並びにその制御方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１は、本発明の実施例１に係るエッジライト型ＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置の構成を示す概略図である。図２は本発明の実施例１に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。

図１を用いて、本実施例に係る液晶表示装置１０の構成について説明する。液晶表示装置１０は、ＬＥＤ光源１と、導光板２と、液晶表示パネル３と、液晶駆動部４と、ＬＥＤ駆動部５と、を備える。ＬＥＤ光源１と導光板２とＬＥＤ駆動部５とを合わせて、本発明のＬＥＤバックライト装置と換言できる。ＬＥＤ光源１は、白色光を出力する複数のＬＥＤ６を備え、導光板２の上辺及び下辺（図１における上下側面）に沿って配置される。上下側面に配置されるＬＥＤ光源１は、それぞれ同数のＬＥＤ１を有する。導光板２は、１つの液晶表示パネルに対し1つの例えばアクリル板で形成され、導光板２の側面（入光面）に配置したＬＥＤ光源１から入光する白色光が導光板２の内部を直進し、導光板２の一方の表面を照光するように構成される。このように構成される導光板２は、特にエッジライト型導光板と呼ばれる。液晶表示パネル３は、後述される制御信号により液晶配向を制御して光の透過率を変化させるように構成され、図示しない拡散フィルムと光学フィルムとを介して導光板２の一方の表面上に配置される。

また、液晶表示装置１０の動作上、液晶表示パネル３は、垂直方向に上部３１、中央部３２、下部３３の表示領域（本発明の第１領域）に３分割され、更にそれぞれの表示領域は、水平方向に複数の点灯領域（本発明の第２領域）に分割され、時分割表示される。本実施例では、上部３１→中央部３２→下部３３、というように順次表示される。

点灯領域の分割数は、図１においては１５であり、１つの点灯領域に対して、少なくとも１つのＬＥＤが設けられる。本実施例では、１５分割の点灯領域に１５のＬＥＤ６を配置（１つの点灯領域に１つのＬＥＤを配置）して構成しているが、分割数を１５に限定するものではなく、また、１つの点灯領域に複数のＬＥＤを配置するようにしてもよい。

液晶駆動部４は、図示しない映像処理部と液晶表示パネル３とＬＥＤ駆動部５とに接続される。ＬＥＤ駆動部５は、図示しない映像処理部と液晶駆動部４とＬＥＤ光源１とに接続される。

次に、図２を用いて、本実施例に係る液晶表示装置１０の動作について説明する。

液晶駆動部４は、図示しない映像処理部が出力するＲ，Ｇ，Ｂの映像信号を受信し、映像信号の明暗度（ＲＧＢ値又はグレー値）に応じて液晶配向を制御することで、液晶表示装置１０の表示を制御している。また、液晶駆動部４は、スキャニングしている表示領域に応じた同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、映像信号と同期信号とに応じて導光板２の上下側面に沿って配置されたＬＥＤ光源１を同期制御する。

具体例として、図２（ａ）に示すように、液晶駆動部４が上部３１をスキャニングしている場合について説明する。液晶駆動部４は、上部３１の映像信号に応じた制御信号を出力し、中央部３２、下部３３に黒を表示させる。それと同時に液晶駆動部４は、上部３１に対応する同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、同期信号に基づき上部３１に対応する映像信号のＲＧＢ値を読み取り、各点灯領域の映像信号の明暗度に応じてＬＥＤ光源１を制御する。ＬＥＤ光源１の制御量は、例えば、ＬＥＤに対応する点灯領域におけるＲＧＢ値の積分値から決定することができる。つまり、液晶表示パネル３の上部３１において、点灯領域３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが明るい映像である場合、図２（ｂ）に示すように、これらの点灯領域に対応したＬＥＤ６は高輝度となり、それ以外の点灯領域に対応したＬＥＤ６は低輝度又は消灯となる。従って、明るい映像が表示される点灯領域は明るく照光され、それ以外の点灯領域は暗く照光される。

液晶駆動部４は、上部３１の表示後、中央部３２を表示し、次に下部３３を表示する、というように順次スキャニング表示（時分割表示）すると同時に、各表示領域に応じた同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、同様に、同期信号と各点灯領域の映像信号とに基づきＬＥＤ光源１を連続的に制御する。なお、導光板２の上下側面に配置されるＬＥＤ光源１は、相対するＬＥＤ６毎に同期制御されているので、図2（ｂ）に示すように、上下のＬＥＤが同時点灯する。本実施例に係る液晶表示装置１０の液晶表示パネル３は、上述のような動作を繰り返す。

本実施例に係る液晶表示装置１０は、液晶表示パネル３の表示領域を点灯領域に分割し、各点灯領域に表示する映像の明暗度に応じてＬＥＤ光源１を制御するため、低消費電力化を図ることができ、更に、表示する映像のコントラスト及び色の濃淡を改善することができる。

また、本実施例に係る液晶表示装置１０は、スキャニングしていない表示領域には黒を表示させるため、映像切替時のにじみ（ゴースト）発生を抑制し、動画追従性を改善できる。

また、本実施例に係る液晶表示装置１０は、表示領域を示す同期信号と映像の明るさを示す映像信号とに基づきＬＥＤ光源１を制御する。即ち、暗い映像の点灯領域のＬＥＤ６は、低輝度又は消灯するため、ＬＥＤ光源１における消費電力を低減することができる。

なお、液晶表示装置１０が比較的小型である場合、又はＬＥＤ６が大電流を扱うことができる、即ち十分な発光強度を有する場合、ＬＥＤ光源１は、導光板２の上下いずれか一側面のみに配置しても良く、液晶表示装置１０を安価に提供することができる。

また、ＬＥＤ６は、一定電流による点滅制御することで調光されることが好ましい。その場合、ＬＥＤ駆動部５からパルス状の駆動信号を出力すれば良く、ＬＥＤ６にかかる電気的ストレスが低減でき、信頼性の高いＬＥＤバックライト装置が得られる。

図３〜５は、液晶駆動部４が上部３１、中央部３２、下部３３を順次スキャニングする場合の本発明の実施例２に係る液晶表示パネルとＬＥＤバックライト装置の動作を示す概略図である。

本実施例に係るＬＥＤバックライト装置は、導光板２の上側面（本発明の上辺）に配置されたＬＥＤ光源１（本発明の第１ＬＥＤ光源）の出力光が上部３１と中央部３２とを照光し、導光板２の下側面（本発明の下辺）に配置されたＬＥＤ光源１（本発明の第２ＬＥＤ光源）の出力光が下部３３と中央部３２とを照光し、上下側面のＬＥＤ光源１を同時点灯すると、導光板２全面の輝度分布が均一となるように構成されている。なお、導光板２の上側面に配置されたＬＥＤ光源１のみが点灯した場合、中央部３２は上部３１よりも暗く照光され、導光板２の下側面に配置されたＬＥＤ光源１のみが点灯した場合、中央部３２は下部３３よりも暗く照光される。また、液晶駆動部４は、映像信号に応じた制御信号を、液晶表示パネル３の上から下に向かって１ラインごとに書込み（水平スキャニング）を行う。また、液晶駆動部４は、スキャニングしている表示領域に応じた同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、映像信号と同期信号とに応じて導光板２の上下側面に配置されたＬＥＤ光源１を上下独立に制御する。

具体例として、図３（ａ）に示すように、液晶駆動部４が上部３１をスキャニングしている場合について説明する。液晶駆動部４は、上部３１の映像信号に応じた制御信号を出力し、中央部３２、下部３３に黒を表示させる。それと同時に液晶駆動部４は、上部３１に対応する同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、同期信号に基づき上部３１に対応する映像信号の明暗度（ＲＧＢ値又はグレー値）を読み取り、各点灯領域の映像信号の明暗度に応じてＬＥＤ光源１を制御する。従って、図３（ｂ）に示すように、液晶表示パネル３の上部３１において、点灯領域３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが明るい（ＲＧＢ値が高い）映像である場合、これらの点灯領域に対応したＬＥＤ６は点灯又は高輝度となり、それ以外の点灯領域に対応したＬＥＤ６は低輝度又は消灯となる。本実施例において、上部３１のラインをスキャニングしている場合、導光板２の上側面に配置したＬＥＤ光源１のみを制御する。また、下部３３のラインをスキャニングしている場合、導光板２の下側面に配置したＬＥＤ光源１のみを制御する。

次に、図４（ａ）に示すように、液晶駆動部４が中央部３２の１ラインをスキャニングしている場合について説明する。液晶駆動部４は、中央部３２のラインには映像信号に応じた制御信号を出力し、上部３１、下部３３の全てのラインに黒を表示させる。それと同時に液晶駆動部４は、中央部３２に対応する同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、同期信号に基づき中央部３２に対応する映像信号の明暗度を読み取り、各点灯領域の映像信号の明暗度に応じてＬＥＤ光源１を制御する。従って、図４（ｂ）に示すように、液晶パネル３の中央部３２において、点灯領域３２ａ及び３２ｂが明るい映像である場合、導光板２の上下側面に配置されたＬＥＤ光源１を制御する。

次に、図５（ａ）に示すように、液晶駆動部４が下部３３の１ラインをスキャニングしている場合について説明する。液晶駆動部４は、下部３３のラインには映像信号に応じた制御信号を出力し、上部３１、中央部３２の全てのラインに黒を表示させる。それと同時に液晶駆動部４は、下部３３に対応する同期信号をＬＥＤ駆動部５に出力する。ＬＥＤ駆動部５は、同期信号に基づき下部３３に対応する映像信号の明暗度を読み取り、各点灯領域の映像信号の明暗度に応じてＬＥＤ光源１を制御する。従って、図５（ｂ）に示すように、液晶パネル３の下部３３において、点灯領域３３ａ、３３ｂ及び３３ｃが明るい映像である場合、導光板２の下側面に配置されたＬＥＤ光源１を制御する。

本実施例に係る液晶表示装置１０は、実施例１と同様の効果が得られるほか、各表示領域と各点灯領域とに表示する映像信号の明暗に応じて、導光板２の上下側面に配置したＬＥＤ光源１を上下独立に制御するため、表示する映像のコントラスト及び動画追従性をさらに改善することができる。

また、本実施例に係る液晶表示装置は、上部３１又は下部３３を表示している場合は導光板２の上下側面に配置したＬＥＤ光源１の一方のみを制御するため、消費電力をさらに低減することができる。

また、ＬＥＤ６の白色光は、導光板２の垂直方向の中間程度、本実施例において好ましくは２／３程度まで到達すれば良いため、電流容量が比較的小さいＬＥＤチップをＬＥＤ６として使用できるため、ＬＥＤ光源１を安価に構成することができる。従って、液晶表示装置１０を安価に提供することができる。

図６は、本発明の実施例３に係る液晶表示パネルの動作を示す概略図である。

本実施例に係る液晶表示パネルは、実施例１及び２に対し、表示領域３１〜３３の時分割表示方法が異なり、上部３１と下部３３とを同時に表示させることを特徴とする。

具体例として、図６（ａ）に示すように、まず、液晶表示パネル３の上部３１と下部３３との表示領域を同時に表示する。つまり上部３１において、点灯領域３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが明るく、同時に、下部３３において、点灯領域３３ａ及び３３ｂが明るい。このとき、各点灯領域に対応するＬＥＤ６が各点灯領域の明暗度に応じて制御される。

次に、図６（ｂ）に示すように、液晶表示パネル３の中央部３２の表示領域を表示する。

本実施例に係る液晶表示パネル３は、上述のような動作を繰り返す。このような動作によっても、実施例１及び２と同様の効果が得られる。

図７は、本発明の実施例４に係る液晶表示装置の一部を示す構成図である。

本実施例に係る液晶表示装置は、ＬＥＤ光源１と導光板２との間に集光レンズ７を配置したことを特徴とする。集光レンズ７は、ＬＥＤ６から拡散出力される白色光を一方向に収束させる作用を有する。特に本実施例においては、白色光が、導光板２の入光面に対し垂直方向に収束するように構成される。

本実施例に係る液晶表示装置は、実施例１に対し、複数のＬＥＤ６が出力する白色光の広がりを抑制するため、表示する映像のコントラスト及び動画追従性をさらに改善することができる。

図８は、本発明の実施例５に係る液晶表示装置の一部を示す構成図である。なお、図中の矢印は、ＬＥＤ６の光束の向きを示す。

本実施例に係る液晶表示装置は、ＬＥＤ光源１が、隣接するＬＥＤが放出する光束が互いに交差するように、光束を放射状に放出するＬＥＤ６ａ或いは光束をライン状に放出するＬＥＤ６ｂを備えることを特徴とする。図８（ａ）に示すように、導光板２において破線で区切られる１つの点灯領域に対し、複数（本実施例では３個）のＬＥＤ６ａが配置される。エッジライト型である導光板２は、上記のように光の直進性が高く、即ち拡散性が低くなるように構成される。そのため、ＬＥＤ６ａが放出する光束の指向性が高い場合、１つの点灯領域内において水平方向に明暗の斑が生じることを防止するため、ＬＥＤ６ａを密に配置する必要が生じる。しかしながら、ＬＥＤ６ａが光束を放射状に放出する場合、ＬＥＤ６ａを比較的疎に配置することができる。従って、ＬＥＤ光源１に配置するＬＥＤの数を低減でき、安価なＬＥＤバックライト装置が提供できる。なお、光束を放射状に放出するＬＥＤ６ａは、例えば特許文献２のような構造のものが知られる。

また、上記のように明暗の斑を防止するためには、ＬＥＤ光源１を複数のライン光源で構成することが望ましい。図８（ｂ）に示すように、導光板２において破線で区切られる１つの点灯領域に対し、複数（本実施例では２個）のＬＥＤ６ｂが配置される。ＬＥＤ６ｂは、１つのパッケージ内に複数のＬＥＤチップを有する。即ち、ＬＥＤ６ｂは、光反射板６１に複数（本実施例では３個）のＬＥＤチップ６２が線状に配置され、蛍光体を含有する封止樹脂６３で被覆された構成を有する。このように構成されたＬＥＤ６ｂは、ライン状の光束を放出することができるため、導光板２の１つの点灯領域内において水平方向に明暗の斑が生じることを防止することができる。また、ＬＥＤ６ｂから放出される光束が放射状に広がるように、光反射板６１はテーパ状に形成されることが望ましい。なお、ＬＥＤを使用した１つのパッケージ内に複数のＬＥＤチップが配置されるＬＥＤ６ｂは、特許文献３のような構造のものが知られる。

本実施例において、隣接するＬＥＤ６ａ及び６ｂから放出される光束は、ＬＥＤ光源１と導光板２との間で交差するように構成されることが望ましい。

以上、本発明の実施例の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施例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。例えば、液晶表示パネルが水平方向よりも垂直方向に長く構成されても良い。また、中央部３２は２分割としても良く、点灯領域の分割数も適宜変更しても良い。また、同期信号は、上述した以外の信号或いは出力手段を用いても良い。

１ ＬＥＤ光源
２ 導光板
３ 液晶表示パネル
４ 液晶駆動部
５ ＬＥＤ駆動部
６、６ａ、６ｂ ＬＥＤ
７ 集光レンズ
１０ 液晶表示装置
６１ 光反射板
６２ ＬＥＤチップ
６３ 封止樹脂

Claims (5)

1. 映像を表示する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面から照光するＬＥＤバックライト装置と、を備える液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルは、垂直方向に分割された複数の第１領域と水平方向に分割された複数の第２領域とを有し、
   前記ＬＥＤバックライト装置は、ＬＥＤ光源と１つのエッジライト型導光板とを有し、
   前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の上辺及び下辺のうち少なくとも一側面に沿って配置され、且つ、前記第２領域のそれぞれに対応する少なくとも１つのＬＥＤを有し、且つ、前記第２領域に表示される映像の明暗度に応じて前記ＬＥＤの光量を制御されるように構成され、
   前記ＬＥＤから放出される光束は、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差するように放射状に広がることを特徴とする液晶表示装置。
   
2. 前記ＬＥＤから放出される光束は、前記ＬＥＤ光源と前記エッジライト型導光板との間において、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
   
3. 前記ＬＥＤは、１つの光反射板に複数のＬＥＤチップが線状に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
   
4. 前記導光板は、前記導光板の入射面に対して垂直方向の直進性が垂直方向以外の直進性よりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
   
5. 液晶表示パネルを背面から照光する液晶表示装置の照明装置であって、
   前記液晶表示装置の照明装置は、ＬＥＤ光源と１つのエッジライト型導光板とを有し、
   前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の上辺及び下辺のうち少なくとも一側面に沿って配置され、且つ、前記第２領域のそれぞれに対応する少なくとも１つのＬＥＤを有し、且つ、前記第２領域に表示される映像の明暗度に応じて前記ＬＥＤの光量を制御されるように構成され、
   前記ＬＥＤから放出される光束は、隣接する前記ＬＥＤから放出される光束と交差するように放射状に広がることを特徴とする液晶表示装置の照明装置。

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