JP2011134620A - バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】擬似白色ＬＥＤを用いた場合や、導光板などの光学部材による色吸収がある場合でも、液晶表示装置における広い色再現範囲を確保する。
【解決手段】本発明は、光源としてのＬＥＤからの光を反射して液晶パネルの方向に導く反射シートに、３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光波長のうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に反射率のピークを有し、波長５００ｎｍ以上の反射率と上記反射率ピーク値との差が５％以上とされた反射率特性を持たせたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置及びそののバックライト装置に関するものであり、特に白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源に用いたバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関するものである。

近年、液晶表示装置のバックライト装置の光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が採用されている。ＬＥＤを用いたバックライト装置の照明方式の一つとして、例えば特許文献１に記載のようなＬＥＤを導光板の一辺または多辺に配置したサイドライト方式が知られている。かかるサイドライト方式においては、導光板の裏側に導光板からその裏面方向に漏れ出た光を再度導光板に戻し、表示装置の表示面側に光を出射させるために、例えば多孔性の白色ポリエステルフィルムで構成された反射シートが用いられている。

また、ＬＥＤを用いたバックライト装置の照明方式の一つとして、例えば特許文献２に記載のように、ＬＥＤを多数平面上に敷き詰めてバックライト装置を構成する直下方式が知られている。直下方式の場合も、ＬＥＤを表面実装した例えばガラスエポキシなどの回路実装基板上に、ＬＥＤ実装部分を穴あけした反射シートを被せ、回路基板での光吸収を低減するようにしている。

ＬＥＤからの光は、直下方式では拡散シートやレンズシートなどの光学シートを介して液晶パネルに入射する。サイドライト方式の場合では、ＬＥＤからの光は、導光板を介し、光学シートを通過後、液晶パネルに入射する。

特開２００８−１０３１６２号公報 特開２００８−１０３２００号公報

上記のように、サイドライト方式はＬＥＤからの光を液晶パネル側に導くための導光板
を使用しており、この導光板の材料によってバックライト装置から出射する光の色が変化する。図４は、代表的な導光板材料であるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクレート）とＰＣ（ポリカーボネート）の厚さ３ｍｍにおける透過率を示したものである。図６に示されるように、ＰＣは比較的短波長まで透過するものの、可視光領域である３８０ｎｍ以上の波長で両者を比較すると、ＰＭＭＡの方が高い透過率を示している。そのため、比較的コストの低いＰＣを導光板材料に用いた場合、青付近のスペクトル強度が低下し、大きく色度点がずれる可能性がある。

また、液晶パネルには、画素毎に赤、緑、青の有機色素を構成材料とするカラーフィルタが形成されており、バックライト装置の光はこのカラーフィルタを通して各画素を構成する液晶素子に入射される。図７にかかるカラーフィルタの透過率スペクトルの一例を示す。カラーフィルタの透過率は有機色素の特性に大きく依存しているため、色ごとの透過率はそれぞれ一様ではなく、一般的に青が低く、赤が高い特性を有している。そのため、バックライト装置の光は、液晶パネル通過後に青成分が低下し、赤、緑、青の色バランスが変化する場合がある。尚、上記カラーフィルタの透過率は、例えば、内田、内池監修「フラットパネルディスプレイ大辞典」工業調査会（２００１年）に示されている。

また、光源に使用されるＬＥＤとしては、青色ＬＥＤに黄色蛍光体の補色を組み合わせた擬似白色ＬＥＤが用いられている。かかる擬似白色ＬＥＤは、例えば中心波長４６０ｎｍ付近で青色蛍光体が発光し、更にこの青色蛍光体からの青色光を励起光として、中心波長５６０ｎｍ付近で黄色蛍光体が発光することによって白色光を実現している。

上記構成の擬似白色ＬＥＤは本質的に演色性に乏しく、ディスプレイとして要求される十分な色再現範囲を得ることが難しい。また、擬似白色ＬＥＤの蛍光体発光のスペクトルが５６０ｎｍを中心としてブロードに広がるのに対し、カラーフィルタは、緑と赤の波長に対する色分離が良くない。このため、擬似白色ＬＥＤからの光を上述のようなカラーフィルタを通して液晶素子に入射する場合は、赤と緑の色純度を上げることが難しいという課題があった。

近年では、こうした問題を解決するために、青色ＬＥＤと緑色蛍光体・赤色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤや近紫外ＬＥＤと青色・緑色・赤色の三色の蛍光体を用いて高演色性を得る白色ＬＥＤの方式が提案されている。しかしながら、このような白色ＬＥＤでは、少なくとも二種類の蛍光体材料を混合してＬＥＤパッケージ内に塗布形成するために色バラツキが大きくなる。一般的に、ＬＥＤを光源として用いたバックライト装置には多数の（例えば100個〜1000個程度、或いはそれ以上）のＬＥＤが使用されており、多数のＬＥＤ間で上記色バラツキを低減するためには、大量生産されたＬＥＤから発光色や強度がほぼ等しい多数のＬＥＤを選別する作業が必要となる。よって、複数蛍光体を混合した白色ＬＥＤを使用する場合は、コストが大幅に増大する可能性が生じる。

このように、ＬＥＤ、特に白色のＬＥＤを使用したバックライト装置においては、導光板、カラーフィルタ、擬似白色ＬＥＤ等、色再現性を低下させるような光学的特性を有する光学部材を含んでいる。

本発明は、このような課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、例えばＬＥＤや導光板などの光学部材による光学的影響を抑制して液晶表示装置における広い色再現範囲を得ることが可能な技術を提供するものである。

本発明は、ＬＥＤからの光を反射して液晶パネル側に光を導くためにバックライト装置に用いられる反射シートとして、波長選択性を有する反射シートを用いることを特徴とする。より具体的には、かかる反射シートは、例えば（１）一般的に低い青の液晶カラーフィルタの透過率を補正する、（２）光学部材、特に導光板の光吸収特性を補正する、（３）赤と緑の液晶カラーフィルタの分離度を増強するための波長選択性の特性を有している。

本発明バックライト装置によれば、上述した波長選択性を有しているので、ＬＥＤや導光板等の光学部材の光学的影響による色再現性の低下を高画質な映像を提供することが可能となる。また、本発明によれば、例えば擬似白色ＬＥＤやＰＣで構成された導光板等、低価格な光学部材を用いても広い色再現範囲を得ることができるので、低価格でかつ高画質な映像を提供することが可能なバックライト装置を実現できる。

本発明に係るバックライト装置の一実施例であり、サイドライト型バックライト装置の一構成例を示す図である。 本発明が適用される液晶表示装置の一構成例を示す図である。 本発明に係る反射シートの反射率特性の第１実施例を示す図である。 本発明に係る反射シートの反射率特性の第２実施例を示す図である。 本発明に係るバックライト装置の第３実施例であり、サイドライト型バックライト装置の一構成例を示す図である。 導光板材料の透過率特性の一例を示す図である。 液晶パネルに用いられるカラーフィルタの透過率特性の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に本発明に係るサイドライト型のバックライト装置の一実施例を示す図であり、かかるバックライト装置の分解斜視図を示している。図１において、本実施例に係るバックライト装置（ＢＬ装置）１０は、実装基板１、ＬＥＤ２、反射シート３、拡散板４、拡散シート５、レンズシート６、導光板７及びリフレクタ８を有して構成されており、このバックライト装置１０からの光を液晶パネル９に照射する構成とている。

実装基板１は例えばガラスエポキシ樹脂により構成されており、導光板７の幅方向に伸びる横長の形状を為している。また、実装基板１には光源としてのＬＥＤ２が、その導光板７と対向する面において、実装基板１の長手方向に複数配列されおり、更にＬＥＤ２に対しＬＥＤ２を発光させるための駆動電流を供給する為の配線パターンが形成されている。ＬＥＤ２は、ここでは例えば擬似白色ＬＥＤを使用するものとし、実装基板１の配線パターンを経由して駆動電流が供給され、導光板７側に向かって白色光を放出する。ここで、ＬＥＤ２は、電極面と直交する方向に光を出射するトップビュー型のＬＥＤでもよく、また電極面と平行な方向に光を出射するサイドビュー型のＬＥＤでもよい。

実装基板１の背面側（実装基板１の導光板７と対向する面と反対側の面側）には、実装基板１の背面側に回りこむＬＥＤ２の光を反射して導光板７の光入射面側に集光するための、実装基板１の背面を囲うように湾曲されたリフレクタ８が設けられている。

ＬＥＤ２から放出された光及びリフレクタ８により反射され集光された光は、導光板７の光入射面（導光板７の実装基板１と対向する端面）に入射される。導光板７は、例えば安価なポリカーボネート（ＰＣ）で構成されており、その光入射方向に平行な断面は、図示されるように、光入射面からそれに対抗する先端部にかけて徐々に厚さが減少するような楔型形状を為している。これにより、光入射面から入射された光は、導光板７の光出射面（拡散板４と対向する面）の全面にわたって光がほぼ均一化されて紙面上方に出射される。光出射面からの出射光の均一を高めるために、導光板７の光出射面或いは背面（光出射面と反対側の面）に、微細な凹凸を有する拡散パターンや微細なレンズ形状を形成してもよい。

導光板７の背面側には、当該背面から外部に出射された光を反射して導光板７に戻すための反射シート３が配置されている。反射シート３によって反射されて導光板７に戻った光もまた、光出射面より紙面上方に出射される。

導光板７の光出射面の上方には、当該光出射面から出射された光を拡散するための拡散板４及び拡散シート５と、更に、微細なプリズムなどが形成されたレンズシート６が配置されている。当該光出射面から出射された光は、拡散板４、拡散シート５、レンズシート７の順に通過し、レンズシート７の光出射側（紙面上方側）に配置された液晶パネル９に入射される。液晶パネル９は、入力される映像データに応じて画素（液晶素子）毎にバックライト装置１０からの光を変調し映像を形成する。

図１では、実装基板１、ＬＥＤ２、反射シート３、導光板７及びリフレクタ８はそれぞれ１つしか示していないが、これらを複数一次元或いは二次元的に配列して比較的大きい面積（例えば２０インチ以上）の液晶パネルを照明するように、タンデム型のバックライト装置を構成してもよい。また、実装基板１の背面に回りこむ光が少ない場合は、リフレクタ８を設けなくてもよい。

続いて、図２を参照して本実施形態が適用される液晶表示装置の一構成例を説明する。かかる液晶表示装置は、例えばテレビジョン信号を受信して表示するテレビジョン表示装置であるものとする。

図２において、チューナ２１は、例えばデジタルテレビジョン信号を受信し復調する。復調されたテレビジョン信号の映像データは映像処理回路２２に供給される。映像処理回路２２は、入力された映像データを復号し、更に液晶パネル９の仕様（水平、垂直方向のピクセル数や表示周波数）に適するように該復号した映像データをフォーマット変換する。映像処理回路２２は、必要に応じコントラスト補正、ガンマ補正、色補正なども併せて行うようにしてもよい。フォーマット変換された映像データは液晶パネル９に供給され、液晶パネル９は、この映像データに応じた映像を形成するように動作する。尚、映像処理回路２２は、液晶表示装置全体を制御するためのマイクロコントローラと兼用してもよい。

また、映像処理回路２２は入力された映像データに応じてバックライト装置１０の光出力の強度を制御するための制御信号を生成し、ＬＥＤドライバ２３に供給する。ＬＥＤドライバ２３は、例えばデューティ比が可変の駆動パルス信号（ＰＷＭ信号）でＬＥＤ２を駆動するように構成されており、映像処理回路２２からの制御信号に基づいて、ＬＥＤ２３から放出される光の強度（輝度）を制御する。

例えば、映像処理回路２２は、映像データの全面或いは一部領域の平均輝度または最大輝度を検出し、例えば平均輝度または最大輝度が高い場合は光の強度を高くするための制御信号を生成する。そしてＬＥＤドライバ２３は、上記制御信号が光の強度を低下させるための指令を含むときは、駆動パルス信号のデューティ比を小さくし、光の強度を高くさせるための指令を含むときは、駆動パルス信号のデューティ比を大きくしてＬＥＤ２に供給する。これにより、バックライト装置１０からの光の強度を映像に応じた適切なものとすることができる。

上記導光板７を二次元的に複数配列してバックライト装置１０を構成する場合は、各導光板７に対応する液晶パネル９のエリアに供給される映像データの最大値を検出し、この最大値と液晶パネル９で表現可能な階調最大値との比率により光強度の制御のための制御値を決定するようにしてもよい。例えば、あるエリアの最大値が８ビット表現で１２７、表現可能な階調最大値が２５５の場合、制御値を１／２とし、この制御値により対応する導光板７のＬＥＤ２を制御する（この場合、当該ＬＥＤ２からの光強度は最大出力の半分となる）。このとき、当該導光板７からの光は暗くなるので、これを補償するために、液晶パネル９の当該エリアに供給される映像信号を２倍とする。このようにすれば、映像の部分に応じた適切な光強度を得ることができ、低消費電力化、高コントラスト化に有利となる。

本実施例は、導光板７の背面側に配置された反射シート３に、所定の反射率特性を持たせたことを特徴とするものである。この反射率特性について、図２を参照しながら説明する。

図２は、本発明に係るバックライト装置に適用される反射シート３の反射率特性の一例を示している。図２に示されるように、本実施例にかかる反射シート３は、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間、本実施例では４５０ｎｍの波長付近に反射率のピーク（最大値）を持ち、かつ５３０ｎｍ以上の可視光の波長領域ではほぼフラットな反射率を持つ反射率特性を有している。図２からも明らかなように、上記反射率の最大値は例えば１００％付近に、フラットな部分（５３０ｎｍ以上の波長領域）の反射率は約９４〜９５％程度に設定されており、両者の差はおおよそ５％以上となっている。このような反射シート３の反射率特性を設定することによって、反射シート３から反射される光の色度点（Ｃｘ,Ｃｙ）を色座標において青方向に０．００１オーダ以上で変化させることができる。換言すれば、色度点（Ｃｘ,Ｃｙ）を０．００１オーダ以上で変化させるためには、反射率のピークと他の部分の反射率との差を約５％以上とする必要がある。

すなわち、本実施例に係る反射シート３は、４５０ｎｍの波長の光、すなわち青色の光を他の色（波長）の光よりも強く反射する特性を持つものであり、換言すれば、かかる反射シート３によって反射された光は、青色波長の成分が他色の波長成分よりも多くなっている。従って、本実施例に係る反射シート３は、青色波長領域での導光板７の吸収特性と液晶カラーフィルタの青色波長領域に対する透過率不足を補正する働きを持つこととなる。導光板７として青色波長領域の透過率が低いＰＣの導光板を使用する場合において、かかる補正はより効果的となる。

このように、本実施例によれば、青色波長領域の透過率が低い導光板を使用した場合の色再現性の低下を抑えることが可能となる。よって、例えばＰＣにより構成された導光板等、安価な光学部剤を使用しても色再現性が広い高画質な映像を提供することができる。

本発明に係る反射シート３の別の反射率特性を、本発明の第２の実施例として、図４を参照して以下に説明する。図４は、反射シート３の別の反射率特性を示している。図から明らかなように、本実施例に係る反射率特性は、波長４５０ｎｍ付近にピーク（最大値）を持つ点で図２に示された第１実施例の反射率特性と同様であるが、第１実施例の反射率特性は波長５３０ｎｍ以上の波長についてはフラットな特性であったのに対し、第２実施例では波長５６０ｎｍから６００ｎｍの間に極小値を持つ点で第１実施例の反射率特性と異なっている。本実施例では、波長５８０ｎｍ付近に極小値が設定され、この極小値における反射率は約９２〜９４％程度に設定される。この第２実施例では、反射率の最大値と極小値との差が約５％以上とされている。

このような反射率特性によれば、第１実施例と同様に反射シート３によって反射された光は青色波長の成分が他色の波長成分よりも多く含み、青色波長領域での導光板７の吸収特性と液晶カラーフィルタの青色波長領域に対する透過率不足を補正することができる。更に、本実施例では波長５８０ｎｍ付近に極小値を持たせているので、緑と赤の中間にある黄色もしくは橙色の光の反射を抑えることができる。上述したように液晶カラーフィルタは緑と赤の波長に対する色分離が良くないが、本実施例では、このような緑及び赤のカラーフィルタの波長分離を改善することができ、赤と緑の色純度を向上させることができる。従って、本実施例によれば、ＬＥＤ２として擬似白色ＬＥＤを使用した場合でも広い色再現性を得ることが可能となる。

次に、本発明の第３実施例について図５を参照して説明する。

上記実施例は、サイドライト型或いはタンデム型のバックライト装置を例にして説明したが、本発明は直下型バックライト装置にも適用可能である。その直下型バックライト装置の一構成例を図５に示す。尚、以下の説明において、第1実施例で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付して重複した説明は省略するものとする。また図５では液晶パネル９の図示も省略している。また、ここでは、バックライト装置（ＢＬ）５５は、実装基板５１、ＬＥＤ５２、反射シート５３、拡散板４、拡散シート５、レンズシート６を有して構成されるものとする。

図５において、実装基板５１は平面状に形成されており、その上に、トップビュー方式のＬＥＤ５２がマトリクス状に複数配列されている。反射シート５３は、実装基板５１の上面（ＬＥＤ２が実装される面）を覆うように形成されており、かつ、実装基板５１上に実装されたＬＥＤ２と対応する位置に孔５４が設けられている。このため、実装基板５１の上面に反射シート５３を載置する際は、各孔５４から各ＬＥＤ５２が露出される。

ＬＥＤ５２から放出されて実装基板５１に向かう光、或いはＬＥＤ５２から放出されて他の要素で反射されて実装基板５１に向かう光は、反射シート５３により反射され、拡散板４の方向へ導かれる。

このような直下型バックライト装置においても、反射シート５３の反射率特性を図２或いは図３に示したものとすることができる。どの反射率特性を採用するかは任意に選ぶことができるが、直下型の場合はサイドライト型やタンダム方に比べてＬＥＤ５２の使用個数が多くなり、また導光板を使用しないためにＬＥＤ５２による光学的影響がより大きくなる。ここで、ＬＥＤ５２として擬似白色ＬＥＤを使用する場合は、上述のように赤と緑の色純度の低下がより顕著となる。従って、多くのＬＥＤ（特に擬似白色ＬＥＤ）を使用する直下型バックライト装置では、図３の反射率特性を有する反射シート５３を用いることが、色再現性の拡大の点でより有利である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な改良、変更または変形が可能であることは言うまでも無い。

１、５１ 実装基板
２、５２ ＬＥＤ
３、５３ 反射シート
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ レンズシート
７ 導光板
８ リフレクタ
９ 液晶パネル
１０ バックライト装置
２１ チューナ
２２ 映像処理回路
２３ ＬＥＤドライバ

Claims (7)

1. 液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、
   光源と、該光源からの光を反射して前記液晶パネルの方向に導く反射シートとを備え、
   前記反射シートは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光波長のうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に反射率のピークを有し、波長５００ｎｍ以上の反射率と上記反射率ピーク値との差が５％以上とされた反射率特性を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、
   光源と、該光源からの光を反射して前記液晶パネルの方向に導く反射シートとを備え、
   前記反射シートは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光波長のうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に反射率のピークを有し、かつ波長５６０ｎｍから６００ｎｍの間に反射率の極小値を有し、上記反射率ピーク値と上記極小値との差が５％以上であることを特徴とするバックライト装置。
3. 請求項１または２に記載のバックライト装置において、前記光源は、青色を励起光として蛍光体材料との発光で白色光を得るＬＥＤであることを特徴とするバックライト装置。
4. 請求項１または２に記載のバックライト装置は、前記光源からの光及び前記反射シートからの光を前記液晶パネルの方向に導くための、波長５００以下の可視光を吸収する導光板を更に備えたサイドライト型であることを特徴とするバックライト装置。
5. 請求項１または２に記載のバックライト装置は、直下型であることを特徴とするバックライト装置。
6. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置とを備えた映像表示装置において、
   前記バックライト装置は、光源と、該光源からの光を反射して前記液晶パネルの方向に導く反射シートとを有し、
   前記反射シートは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光波長のうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に反射率のピークを有し、波長５００ｎｍ以上の反射率と上記反射率ピーク値との差が５％以上とされた反射率特性を有することを特徴とする映像表示装置において。
7. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置とを備えた映像表示装置において、
   前記バックライト装置は、光源と、該光源からの光を反射して前記液晶パネルの方向に導く反射シートとを有し、
   前記反射シートは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光波長のうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に反射率のピークを有し、かつ波長５６０ｎｍから６００ｎｍの間に反射率の極小値を有し、上記反射率ピーク値と上記極小値との差が５％以上であることを特徴とする映像表示装置。

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