JP2012523076A - 液晶ディスプレイ用のバックライト - Google Patents
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Abstract
ディスプレイ用のバックライトは複数の照明モジュールを有し、各照明モジュールは光源（１２）及び反射部材（１０）を有する。反射部材の一部（１４）は、光源（１２）の上に配置される。複数の照明モジュールの上には、液晶表示パネル（２６）が配置される。反射部材（１０）は、光源（１２）からの大部分の光が、液晶表示パネル（２６）に対する一様な照射を提供するよう液晶表示パネル（１２）と平行に向けられるように、構成される。幾つかの実施形態では、光源（１２）は少なくとも１つの半導体発光ダイオードである。
Description
本発明は、半導体発光ダイオードと組み合わされ且つ液晶ディスプレイ用のバックライトとして使用される照明用モジュールに係る。
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。可視スペクトルにわたって動作可能な高輝度ＬＥＤの製造において現在関心が持たれている材料システムには、ＩＩＩ〜Ｖ族の半導体、特に、ガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元及び四元合金（ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる。）と、ガリウム、アルミニウム、インジウム、ヒ素及びリンの二元、三元及び四元合金とがある。しばしば、ＩＩＩ族窒化物デバイスは、サファイア炭化ケイ素上にエピタキシャル成長され、あるいは、ＩＩＩ族窒化物基板及びＩＩＩ族リン化物デバイスは、金属酸化物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技術によってガリウムヒ素上にエピタキシャル成長される。しばしば、ｎタイプ領域が基板の上に蒸着され、次いで、アクティブ領域がｎタイプ領域の上に蒸着され、次いで、ｐタイプ領域がアクティブ領域の上に蒸着される。積層の順序は、ｐタイプ領域が基板に隣接するように入れ替えられてもよい。
半導体発光デバイスの期待される使用法の１つは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）におけるバックライト用である。フルカラーディスプレイに関し、ディスプレイを照射するために使用される光は、一般的に、赤、緑及び青の色成分を有する。赤色、緑色及び青色ＬＥＤの組み合わせが使用されも、あるいは、リン光体のような波長変換部材と組み合わされた青色又はＵＶＬＥＤが使用されてもよく、それにより、結果として得られる合成光は白色に見える。
本発明の実施形態に従って、ディスプレイ用のバックライトは複数の照明モジュールを有し、各照明モジュールは光源及び反射部材を有する。反射部材の一部は、光源の上に配置される。複数の照明モジュールの上には、液晶表示パネルが配置される。反射部材は、光源からの大部分の光が、液晶表示パネルに対する一様な照射を提供するよう液晶表示パネルと平行に向けられるように、構成される。幾つかの実施形態では、光源は、少なくとも１つの半導体発光ダイオードである。
このようなバックライトは、製造するのに費用がかからず、照明モジュールの増減によって容易にサイズ変更される。加えて、各照明モジュールに供給される電力の量は、画像のより明るい部分を照らす照明モジュールにはより多くの電力が供給され、画像のより暗い部分を照らす照明モジュールにはより少ない電力が供給されるように、表示される画像に基づき調整されてよく、潜在的に電力消費量を削減するとともに、投影される画像のコントラストを改善する。
図１は、一群の照明セグメント又はモジュールの上面図である。図２は、図１に示される軸１５に沿った一群の照明セグメントの断面図である。各セグメントは、光源１２よって照らされる。一般に、光源１２は単一のＬＥＤであるが、１よりも多いＬＥＤ又はその他の適切な光源が使用されてよい。例えば、各セグメントは、白色光を放射する単一のリン光体変換ＬＥＤによって照らされてよく、あるいは、各セグメントは、所望の輝度、コントラスト、色域を達成するよう選択される複数のＬＥＤによって照らされてよい。例えば、各セグメントは、セグメントの角に配置される又は縁に配置されるクラスタにおいて配置される赤色、緑色及び青色ＬＥＤの組み合わせによって照らされてよい。単一のＬＥＤが、セグメントの辺に沿って、又はセグメントにおけるその他の適切な配置において、図１に表されるように、各セグメントの角に配置されてよい。
バックライトにおけるセグメントの数は、バックライトのサイズ、必要とされる輝度、及び所望のコストに依存する。所与のディスプレイサイズに関し、より多くのセグメントを用いる利点には、より高い輝度及びコントラスト範囲があり、一方、より少ないセグメントを用いる利点には、コスト及び電力消費量の削減がある。一例として、ＬＣＤモニタ用のバックライトは、１００単位のセグメントに使用してよいが、セグメントの数がより少ないより小さいバックライトも本発明の範囲内にある。
図１において、セグメントの夫々は、サイズ及び形状が同じである。例えば、各セグメントは、一辺が５０から１００ミリメートルの正方形であってよい。幾つかの実施形態では、個々のセグメントのサイズ及び形状は、特定の輝度プロフィールを生じるよう選択されてよい。例えば、セグメントは、バックライトの中央近くでの最小のセグメントから、バックライトの端近くでの最大のセグメントまで、サイズが増大してよい。
各セグメントは、反射部材１０を有する。反射部材１０は、例えば、Ｅ６０Ｌ、東レ（登録商標）から入手することできる白色拡散反射部材であるＥ６０Ｌのような反射部材、又はアラノッド（Ａｌａｎｏｄ）から入手することができる高反射率アルミニウムミラーであるミロ（Ｍｉｒｏ）のような反射部材のシートであってよい。
反射部材１０は、バックライトの前から見られる場合に直視されないよう光源１２を隠し、且つ、バックライトの前から見られる場合にセグメント間の目に見える縁を減らす又は無くすよう成形される。例えば、図２に表されるように、反射部材の部分１４は、光源１２から発せられた下向きの光を反射するよう成形される。反射部材の部分１３は、隣接するセグメントの部分１４と重なり合う。
個々のセグメントは、反射部材の上に光源を取り付けることによって形成されてよく、その場合に、反射部材１０を所望の形状に成形する。隣接するセグメントの反射部材は、例えば、空洞１８に配置される接着剤によって又は溶接によって、マウント１６に張り合わされて又は溶接されて取り付けられてよい。セグメントは、例えば、厚さが２０ミリメートルよりも薄くてよく、望ましくは、１５ミリメートルよりも薄い。
反射部材１０は、光源１２が図３Ａに表されるようにマウント１６の上に載っているように、成形され位置付けられてよい。代替の実施形態では、図３Ｂ及び図３Ｄに表されるように、光源１２は、マウント１６の上に載っていない。反射部材１０が、光源１２のためのヒートシンクとしての機能を果たしてよい。
幾つかの実施形態では、光源１２は、反射部材１０と組み合わせて、大部分の光がマウント１６平行な方向において放射されるように、構成される。ＬＥＤ光源は、例えば、米国特許第６５９８９９８号明細書に記載されるようにレンズを使用することによって、又は米国特許出願第１１／４２３４１９号明細書に記載されるように反射体を使用することによって、デバイスの側面から大部分の光を取り出すよう構成されてよい。米国特許第６５９８９９８号明細書及び米国特許出願第１１／４２３４１９号明細書はいずれも、参照により本願に援用される。代替的に、ＬＥＤ光源は、略均等拡散パターン（Lambertian pattern）において、デバイスの上部から大部分の光を取り出すよう構成されてよい。かかる光源は、平行な方向において光を向けるために、屈折又は反射素子を用いる透明光学材料等の二次的な光学素子を使用してよい。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに表される実施形態のような幾つかの実施形態では、略均等拡散パターンにおいて光を発する光源は、角度＋／−ａｒｃｔａｎ（Ｔ／Ｗ）内で少なくとも８０パーセントの光を放射するよう構成される反射素子と組み合わされる。ここで、Ｔはバックライトの厚みであり、Ｗはセグメントの幅である。
図３Ａに表されるように、上から見られる場合に、光源１２からの明点４０は可視的であり、一方、セグメント４２の端はそれほど明るくない。明点４０及び暗領域４２の出現は、より多くの光が光源１２の近くよりも光源１２から遠くで焦点を合わせられるように照明セグメントを設計することによって、低減される。任意の透明又は半透明な材料４８が、光源１２の上に配置される反射部材１０の部分の縁に配置されてよい。
反射部材１０は、光源１２に近い領域４４では正反射特性を有し、光源１２から遠い領域４６では拡散反射特性を有してよい。正反射領域４４及び拡散反射領域４６は、図３Ａに表されるように、異なった領域であってよい。代替的に、反射部材１０の光学特性は、光源１２に近い領域における主として正反射である特性から、光源１２から遠い領域における主として拡散反射である特性へと変化してよい。反射部材１０の拡散性は、例えば、反射部材１０に白点を印刷したスクリーンによって、又は光源１２から遠い領域において反射部材１０に波形を付けることによって、変更されてよい。
図３Ｃに表される照明セグメントは、光源１２からの側光を反射する任意の縁５０を加えることによって、直接的な光放射を有さないよう構成され得る。任意の縁５０は、残りの反射部材１０と同じ材料であってよい。図３Ａを参照して上述されたように、反射部材１０は、光源１２に近い領域では正反射特性を有し、光源１２から遠い領域では拡散反射特性を有してよい。
図４は、ＬＣＤディスプレイの一部の断面図である。ディスプレイのための光は、本発明の実施形態に従う照明セグメントによって提供される。上述されたように、各セグメントにおいては、光源１２は、反射部材１０によって形成される空洞に配置される。反射部材１０は、マウント１６に取り付けられる。バックライトの上には、改善された輝度均一性が必要とされる実施形態における任意の拡散器２２、反射性の偏光器又は輝度増幅フィルムのような１又はそれ以上の光学フィルム２４、及びＬＣＤパネル２６等の従来の層が配置される。拡散器２２は、均一性を改善するためにパターニングされてよい。幾つかの実施形態では、ギャップ２３が拡散器２２と光学フィルム２４との間に形成され、個々の照明セグメントの縁の出現を減らす。
幾つかの実施形態では、照明セグメントは、所与のセグメントから発せられた光の一部が隣接するセグメントに対応するＬＣＤパネル２６の一部に入射するように、構成される。隣接するセグメントからの光の重なり量は、照明モジュールと拡散器２２との間の間隔によって制御されてよい。例えば、拡散器２２は、照明モジュールの上面から０．５から１０ミリメートルの間の間隔をあけられてよい。幾つかの実施形態では、特定の照明セグメントに対応するＬＣＤパネル２６の一部に入射する光の５から６０パーセントが、他の照明セグメントによって放射されてよい。
図４に表されるディスプレイは、１又はそれ以上の任意の波長変換層を有してよい。波長変換層２０は、拡散器２２の表面上又はそれと光学フィルム２４との間に配置される平面層として形成されてよい。波長変換層２８は、反射部材１０の全て又は一部の上に配置されてよい。各波長セグメント層は、光を１又はそれ以上の異なる波長へ変化するリン光体等の単一又は複数の波長変換材料を有してよい。異なった波長変換層が別々に又は一緒に使用されてよく、波長変換光源又は非波長変換光源とともに使用されてよい。
幾つかの実施形態では、青色の光を発するＬＥＤ光源は、反射部材１０又は照明セグメントの上に配置される黄色光放射リン光体を備える単一の波長変換層と組み合わされる。幾つかの実施形態では、青色の光を発するＬＥＤ光源は、緑色光放射リン光体及び赤色光放射リン光体と組み合わされる。赤色及び緑色光放射リン光体は、反射部材１０又は照明セグメントの上に配置される単一の波長変換装置において複合形成される。代替的に、赤色光放射リン光体が反射部材１０の上に配置されてよく、且つ、緑色光放射リン光体が照明セグメントの上に配置されておく、あるいは、その逆であってもよい。幾つかの実施形態では、ＵＶ光を発するＬＥＤ光源は、青色、緑色及び赤色光放射リン光体と組み合わされる。
例えば、波長変換層２０及び２８は、セラミック層、あるいは、ステンシル、スクリーン印刷又は電気泳動析出によって形成される粉末蛍光体層であってよい。波長変換層は均一である必要がない。例えば、波長変換層２８は、１又はそれ以上のタイプのリン光体のスクリーン印刷された点であってよい。点は、サイズ及び濃度が様々であってよい。白色拡散点等の波長変換しない材料の点がウェルとして含まれてよい。波長変換層の厚さ、波長変換層の配置及び位置付け、及びリン光体の濃度等の要素は、特定の割合の波長変換された光を達成するよう選択されてよい。
適切な黄色／緑色光放射リン光体は、一般式（Ｌｕ１−ｘ−ｙ−ａ−ｂＹｘＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２（ここで、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．１及び０＜ｂ≦０．１）（例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋及びＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）；（Ｓｒ１−ａ−ｂＣａｂＢａｃ）ＳｉｘＮｙＯｚ：Ｅｕａ ２＋（ここで、ａ＝０．００２−０．２、ｂ＝０．０−０．２５、ｃ＝０．０−０．２５、ｘ＝１．５−２．５、ｙ＝１．５−２．５、ｚ＝１．５−２．５）（例えば、ＳｒＳｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ２＋）；（Ｓｒ１−ｕ−ｖ−ｘＭｇｕＣａｖＢａｘ）（Ｇａ２−ｙ−ｚＡｌｙＩｎＺＳ４）：Ｅｕ２＋（例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋）；及びＳｒ１−ｘＢａｘＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を有するアルミニウム・ガーネットリン光体を含む。適切な赤色光放射リン光体は、ｅＣＡＳ、ＢＳＳＮＥ、ＳＳＯＮＥ、及び（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）Ｓ：Ｅｕ２＋（ここで、０＜ｘ≦１）（例えば、ＣａＳ：Ｅｕ２＋及びＳｒＳ：Ｅｕ２＋）；及び（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）２−ｚＳｉ５−ａＡｌａＮ８−ａＯａ：Ｅｕｚ ２＋（ここで、０≦ａ＜５、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０＜ｚ≦１）（例えば、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋）を含む。Ｃａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：ＥｕｘであるｅＣＡＳは、５．４３６グラムのＣａ３Ｎ２（純度９８パーセント超）、４．００９グラムのＡｌＮ（９９パーセント）、４．７３２グラムのＳｉ３Ｎ４（純度９８パーセント超）及び０．１７６グラムのＥｕ２Ｏ３（純度９９．９９パーセント）から合成されてよい。粉末は、遊星ボールミルによって混合され、Ｈ２／Ｎ２（５／９５％）雰囲気中で１５００℃で４時間焼かれる。Ｂａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚ（Ｍ＝Ｓｒ，Ｃａ；０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦４、０．０００５≦ｚ≦０．０５）であるＢＳＳＮＥは、分散剤として２−プロパノールを用いる遊星ボールミルによって６０グラムのＢａＣＯ３、１１．２２１グラムのＳｒＣＯ３及び１．６７２グラムのＥｕ２Ｏ３（全て純度９９．９９パーセント）を混合することを含む炭素熱還元によって、合成されてよい。乾燥後、混合物はフォーミング・ガス雰囲気中で１０００℃で４時間焼かれ、そのようにして得られた１０グラムのＢａ０．８Ｓｒ０．２Ｏ：Ｅｕ（２パーセント）は、５．８４６グラムのＳｉ３Ｎ４（純度９８パーセント超）、０．０５６グラムのＡｌＮ（純度９９パーセント）及び１．０６０グラムのグラファイト（微結晶グレード）と混合される。粉末は、Ｂａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚ（Ｍ＝Ｓｒ，Ｃａ；０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦４、０．０００５≦ｚ≦０．０５）の粉末を得るよう、遊星ボールミルによって２０分間にわたって完全に混合され、フォーミング・ガス雰囲気中で１４５０℃で４時間焼かれる。ＳＳＯＮＥは、８０．３６グラムのＳｒＣＯ３（純度９９．９９パーセント）、２０．０グラムのＳｉＮ４／３（純度９８パーセント超）及び２．２８グラムのＥｕＯ３（純度９９．９９パーセント）を混合し、Ｎ２／Ｈ２（９３／７）雰囲気中で１２００℃で４時間焼くことによって、製造されてよい。
本発明の実施形態に従う照明セグメントは、ディスプレイ用のバックライトとして幾つかの利点を有してよい。かかるバックライトは、作るのに費用がかからず且つ簡単であり、比較的薄い。光源はバックライトにより一様に分散されるので、光源は、図５に表されるように、ディスプレイの様々な部分における輝度を調整するよう個別的に制御されてよい。ＬＣＤ２６が適切な画像を形成することができるようにＬＣＤコントローラ３２に与えられる画像データ３４は、直接に又は間接にＬＥＤドライバ３０にも与えられる。例えば、所与の画像に関し、照明モジュール３８Ａに対応する画像の部分はより暗く、一方、照明モジュール３８Ｂに対応する画像の部分はより明るい。ＬＥＤドライバ３０は、その画像データを受け取り、それに応じて、より多くの光を生成するようより多くの電力を照明モジュール３８Ｂに供給し、より少ない光を生成するようより少ない電力を照明モジュール３８Ａに供給してよい。画像データに対応するよう各照明モジュールの輝度を調整することは、コントラストを改善するとともに、プロジェクタの電力消費量を削減する。
本発明について詳述してきたが、当業者には当然に、本開示を鑑みて、本発明は、ここで記載される発明概念の精神を逸脱しない範囲内で変更されてよい。従って、本発明の適用範囲は、図示及び記載されている具体的な実施形態に限定されるよう意図されない。
Claims (15)
- 複数の照明モジュール；及び
前記複数の照明モジュールの上に配置される液晶表示パネル
を有し、
各照明モジュールは：
光源；及び
一部が前記光源の上に配置される反射部材
を有する、構造。 - 前記光源は、前記照明モジュールの角又は縁に配置される、
請求項１に記載の構造。 - 前記光源は、少なくとも１つの半導体発光ダイオードを有する、
請求項１に記載の構造。 - 前記光源は、少なくとも１つの赤色半導体発光ダイオード、少なくとも１つの緑色半導体発光ダイオード、及び少なくとも１つの青色半導体発光ダイオードを有する、
請求項１に記載の構造。 - 当該構造における各照明モジュールは、サイズ及び形状が同じである、
請求項１に記載の構造。 - 第１の照明モジュールは、前記液晶表示パネルの中央付近に配置され；
第２の照明モジュールは、前記液晶表示パネルの端付近に配置され；且つ
前記第１の照明モジュールは、前記第２の照明モジュールよりも小さい面積を有する、
請求項１に記載の構造。 - 少なくとも１つの照明モジュールは略正方形であり、該正方形の辺は５０から１００ミリメートルの間である、
請求項１に記載の構造。 - 第１の照明モジュールの反射部材の一部は、第２の照明モジュールの一部と重なり合う、
請求項１に記載の構造。 - 各照明モジュールは、厚さが２０ミリメートルよりも薄い、
請求項１に記載の構造。 - 前記反射部材は湾曲している、
請求項１に記載の構造。 - 前記反射部材は、第１の部分及び第２の部分を有し；
前記第１の部分は、前記第２の部分よりも正反射率が高く；
前記第２の部分は、前記第１の部分よりも拡散反射率が高く；且つ
前記第１の部分は、前記光源と前記第２の部分との間に配置される、
請求項１に記載の構造。 - 前記複数の照明モジュールから間隔をあけられた波長変換部材を更に有する、
請求項１に記載の構造。 - 前記液晶表示パネルの第１の部分は、第１の照明モジュールの上に整列され；
前記液晶表示パネルの第２の部分は、第２の照明モジュールの上に整列され；且つ
前記第１の照明モジュールは、該第１の照明モジュールの光源から発せられた光の一部が前記液晶表示パネルの前記第２の部分に入射するように、構成される、
請求項１に記載の構造。 - 前記複数の照明モジュールは、前記液晶表示パネルの前記第１の部分に入射する光の５から６０パーセントが前記第１の照明モジュールの光源以外の他の光源から発せられるように、構成される、
請求項１３に記載の構造。 - 前記複数の照明モジュールと前記液晶表示パネルとの間に配置される拡散器を更に有する、
請求項１に記載の構造。
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