JP2014026198A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の単色LEDを用いて白色表示が可能なサイドライト方式のバックライトを有する表示装置の表示領域の面積を大きくする。
【解決手段】
中央が緑LED20Gで、そのサイドに赤LED20Rまたは青LED20Bが配置されたLEDセット20が導光板10の凹部に収容され、導光板10の緑LED20Gに対向する部分には、円弧状の凸部を有する入光溝15が形成され、赤LED20R、青LED20Bに対向する部分には、凹部が直角三角形状の異振溝16が形成されている。この構成によって、導光板10内において、赤LED20Rおよび青LED20Bの光の配光軸を中央側に向け、かつ配向角をそれぞれ調整し、3色の光のミキシングを効果的に行う。これによって、白色領域を広げることが出来、有効表示領域を広げることが出来る。
【選択図】図5
【解決手段】
中央が緑LED20Gで、そのサイドに赤LED20Rまたは青LED20Bが配置されたLEDセット20が導光板10の凹部に収容され、導光板10の緑LED20Gに対向する部分には、円弧状の凸部を有する入光溝15が形成され、赤LED20R、青LED20Bに対向する部分には、凹部が直角三角形状の異振溝16が形成されている。この構成によって、導光板10内において、赤LED20Rおよび青LED20Bの光の配光軸を中央側に向け、かつ配向角をそれぞれ調整し、3色の光のミキシングを効果的に行う。これによって、白色領域を広げることが出来、有効表示領域を広げることが出来る。
【選択図】図5
Description
本発明は表示装置に係り、特に、サイドライト型で、複数の単色LEDを用いた場合、色むらの生ずる領域を少なくでき、有効表示領域を大きく出来る表示装置に関する。
表示装置の内、例えば液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ(TFT)等がマトリクス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して、TFT基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、TFT基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることから色々な分野に使用されている。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。小型の液晶表示装置では、光源としてLEDが使用されている。また、小型の液晶表示装置では、全体の厚さを小さくするために、導光板のサイドにLEDを配置するいわゆるサイドライト型のバックライトが使用される。
LEDは点光源であるが、導光板を出射する光は、面光源である必要がある。しかし、LEDが配置された導光板の付近は光の強度むらが大きく、面光源として用いることは不適である。したがって、面光源として用いることが出来る領域は限られてくる。面光源として使用できる面積を大きくするために、「特許文献1」および「特許文献2」では、導光板のサイドに台形状の突起を形成し、この台形上の突起の上底部分に光源であるLEDを配置して、導光板からの均一な出射光を得る構成が記載されている。「特許文献1」および「特許文献2」に記載のバックライトは光源として白色LEDを使用している。したがって、色むらの問題は生じない。
「特許文献3」には、いわゆる直下型のバックライトにおいて、赤発光LED(以後赤LED)、緑発光LED(以後緑LED)、青発光LED(以後青LED)のLEDセットを多数使用して、白色の面光源を得る構成が記載されている。各LEDセットは、凸部を有し、断面がT字型で、凸部と対向部に凹部を有する導光部の凸部に3色のLEDをデルタ型に配置し、導光部において、3色をミキシングする構成が記載されている。
液晶表示装置などの表示装置におけるカラー表示はカラーフィルタを用いて行うのが一般的である。この場合、バックライトは白色光である。カラーフィルタ方式では、たとえば、赤表示の場合、緑、青等の光はフィルタでブロックされ、バックライトの光のエネルギーの1/3しか使用できないので、エネルギー効率が悪い。緑表示、青表示等も同様である。
これに対して、いわゆるフィールドシーケンシャルによる駆動方法は、カラーフィルタを使用しないので、バックライトのエネルギー効率が優れている。図12は、フィールドシーケンシャルの原理を示す模式図である。図12において、赤、緑、青の色を持つ鉢に植えた花500を表示するものとする。最初の一定時間は赤である花501のみを表示する。このときは赤LEDのみ点灯している。次の一定時間は緑である茎および葉502のみ表示する。このときは緑LEDのみ点灯している。さらに他の一定時間は青である鉢503のみ表示する。このときは青LEDのみ点灯している。人間の眼は残像を有しているので、人間の眼には、3色の合成された絵500として認識される。
このように、フィールドシーケンシャルでは、カラーフィルタを用いないので、光源からの光を全量、表示に使用することができる。しかし、フィールドシーケンシャルにおいては、原理的に白色光は使用することができず、赤、緑、青の単色のLEDを時間差で点灯させる必要がある。単色のLEDを時間差で動作させても、人間の眼には、これらの光が重複して視認されるので、白表示する場合、3色のLEDは表示領域においては十分にミキシングされていないと色むらとして認識される。
図13は従来例におけるフィールドシーケンシャル方式のバックライトの一部の斜視図である。図13において、導光板10の側面に、LED用フレキシブル配線基板120に搭載された複数のLEDセット20が対向して配置されている。導光板10の下面には反射シート30が配置している。LEDセット20とは、図11に示すように、LEDパッケージに赤LED20R、緑LED20G、青LED20Bが組み込まれたものである。
図14は、導光板10とLEDセット20の配置を示す平面図である。図14は、導光板10の端部の平面図を記載している。図14において、LED用フレキシブル配線基板120は省略されている。図14において、導光板10に矩形状の凹部12が形成され、この凹部12の中にLEDセット20が配置されている。導光板10の凹部12において、LEDセット20と対向する面には、LEDからの光を広げるための入光溝13が形成されている。入光溝13の従来構造については、後で説明する。
LEDセット20において、導光板10の入光溝13に対向する部分には、赤LED20R、緑LED20G、青LED20Bが配置している。各単色LEDから入光溝13に入射した光は、入光溝13によって広げられ、液晶表示パネルの表示領域400に対応する部分に進む。表示領域400においては、3色の光が十分にミキシングされ、白表示が可能となっている必要がある。しかし、図14に示すように、LEDセット20付近においては、単色領域あるいは2色領域が存在するので、この領域が存在する部分は表示領域400として使用することができない。
図14において、入光溝13から出射する光のうち、Rは赤単色の領域であり、Gは緑単色の領域であり。Bは、青単色の領域である。また、Yは、赤と緑の混合した黄色の領域であり、Cは青と緑の混合したシアンの領域であり、Wは赤、緑、青の3色が混合した白の領域である。ところで、赤および黄色の領域は、導光板の端部で反射して表示領域に向かうが、反射後、赤の領域は緑と青の光と、黄色の領域は青の光とも混合するので、白色光となる。したがって、表示領域400として使用できる領域は、図14における点線の部分よりも上側の領域となる。一方、単色あるいは、2色混合の光が存在する領域は非表示領域450であり、表示領域としては使用できない。
図15は、LEDセット20側に対向する円弧状の凸部を有する入光溝15である。円弧状入光溝を形成する目的は、光を左右に広げて3色のミキシング領域をできるだけ広げることである。しかし、円弧状の凸部を有する入光溝15では、図15に示すように、LEDセットからの配光軸25はLEDセットの出射面と垂直方向に直進する方向である。ここで、配光軸は、LEDから出た光が導光板10に入射して伝播している方向の中心軸である。したがって、従来例では、3色の光の混合する領域は、LEDセットから比較的大きな距離が必要となる。
表示装置のスペース効率を上げるためには、非表示領域450を小さくする必要があるが、図15に示す従来例における円弧状の凸部を有する入光溝では、非表示領域450を小さくするには限界があった。本発明の課題は、フィールドシーケンシャル方式等、赤LED、緑LED、青LEDの単色のLEDを用いて表示する表示装置において、白色光となる領域をできるだけ大きくすることができるバックライトの構成を実現することである。なお、赤LED、緑LED、青LEDを用いる場合は例であって、たとえば、黄色のLEDが加わったような場合においても、課題は同様である。
本発明は以上のような課題を解決するものであり、主な手段は次のとおりである。
(1)TFT基板と対向基板を有する液晶表示パネルの背後にバックライトが配置された液晶表示装置であって、前記バックライトは、導光板と前記導光板のサイドに光源を配置したサイドライト型であり、前記光源は、中央が緑LEDで、そのサイドに赤LEDまたは青LEDが配置されたLEDセットであり、前記導光板には前記LEDセットを収容する凹部が形成され、前記導光板の前記凹部において、前記緑LEDに対向する部分には、左右対称な形状の入光溝が形成され、前記赤LED、前記青LEDに対向する部分には、左右非対称な異振溝が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
(2)前記緑LEDに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、円弧状の凸部を有する入光溝が形成されており、前記赤LED、前記青LEDに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
本発明によれば、複数の単色のLEDを用いて白色表示する液晶表示装置において、外形を同じにした場合の表示領域の面積を大きくすることが出来る。フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置においては、単色のLEDを用いることが必須であるので、特に効果がある。
以下、本発明の内容を、実施例を用いて詳細に説明する。
図1は本発明が適用される表示装置の断面図である。本実施例では、表示装置の一例として液晶表示装置について説明する。図1において、液晶表示パネル300(表示パネル)の背面にバックライトが配置されている。TFTと画素電極がマトリクス状に形成されたTFT基板100と対向基板200の間に図示しない液晶層が挟持されている。TFT基板100の下には下偏光板101が配置し、対向基板200の上には上偏光板201が配置している。TFT基板100、対向基板200、下偏光板101、上偏光板201で液晶表示パネル300を構成している。TFT基板100は対向基板200よりも大きく形成され、TFT基板100が1枚となっている部分は端子部150となっている。端子部150には画像信号等を供給するためのフレキシブル配線基板110が接続されている。
バックライトは樹脂モールド80内に配置されている。光源は赤LED20R、緑LED20G、青LED20BがセットになったLEDセット20である。LEDセット20は導光板10の側面に形成された凹部内に配置している。LEDセット20は、LED用フレキシブル配線基板120に載置されている。導光板10のLEDセット20と対向する部分にはLEDからの光を広げるための入光溝13が形成されている。導光板10の下面には反射シート30が配置している。
導光板10の上には光学シート群が配置している。図1においては、光学シート群は、下から、下拡散シート40、下プリズムシート50、上プリズムシート60、上拡散シート70である。下拡散シート40は、導光板10によって均一にしきれない点光源に起因する輝度むらを軽減する。下プリズムシート50は、特定方向に広がろうとする光を液晶表示パネル300の方向に向ける働きを有し、上プリズムシート60は、特定方向と直角方向に広がろうとする光を液晶表示パネル300の方向に向ける。上拡散シート70は、液晶表示パネル300の走査線あるいは映像信号線と、下プリズムシート50あるいは上プリズムシート60とによって発生するモアレを低減する。図1における光学シートは例であり、他の組み合わせも存在する。例えば、プリズムシートを使用せずに、複数の拡散シートを用いる場合もある。
図2は、導光板10とLEDセット20が配置された平面図である。導光板10の凹部12内にLEDセット20が配置している。導光板10の凹部12内において、LEDセット20と対向している部分にはLEDセット20からの光を広げるための入光溝13が形成されている。本発明は、この入光溝13の形状に特徴があり、LEDセット20からの光を効果的に広げることが出来、3色がミキシングした表示領域を広げることが出来る。
図2において、複数のLEDセット20がLED用フレキシブル配線基板120の上に配置している。図3は、複数のLEDセット20がLED用フレキシブル配線基板120に配置している状態を示す平面図である。図3において、フレキシブル配線基板120の配線は省略してあるが、T字型のフレキシブル配線基板120には、6個のLEDセット20が配置している。
図4は、赤LED20R、緑LED20G、青LED20Bが前面に配置された状態のLEDセット20が導光板10の凹部12に配置された状態を示す平面図である。図4において、光量が最も多い緑LED20GをLEDセット20の中央に配置している。これによって、ミキシングバランスを最適化することができ、輝度効率を高めることが出来る。なお、従来例では、サイズが最も小さい青LED20BをLEDセット20の中央に配置していた。図4において、赤LED20R用入光溝13R、緑LED20G用入光溝13G、青LED20B用入光溝13Bは分離して配置されているが、連続して配置されていてもよい。
図5は、本発明における入光溝13の平面形状と、赤LED20R、緑LED20G、青LED20Bから出射する光の方向を示す模式図である。図5において、緑LED20Gに対応する入光溝は円弧状の凸部を有する入光溝15である。赤LED20Rおよび青LED20Bに対応する入光溝は鋸歯状の異振溝16となっている。異振溝16は、赤LED20Rからの光および青LED20Bからの光を中心方向に向け、緑LED20Gからの光とのミキシングをしやすくしている。
LEDチップから入光溝13に入射し、入光溝13から導光板10内に広がる光の中心軸を配光軸と称し、各光の広がりを配向角とよぶ。赤LED20Rと青LED20Bから出射する光の配光軸は、異振溝16によって、中央方向に向かう。緑LED20Gからの光が円弧状の凸部を有する入光溝15によって広げられる配向角φ1と、赤LED20Rあるいは青LED20Bからの光が異振溝16によって広げられる配向角φ2は、本実施例実施例においてはほぼ同等としたが、それぞれ溝形状により配光角を調整することが可能である。なおφ1とφ2はいずれも最大で120度程度である。
したがって、図6に示すように、赤の光と青の光の配光軸が傾いた分、3色の光のミキシングに要する距離が小さくなる。これによって、導光板10における白色の領域が大きくなり、表示領域を広げることが出来る。
図7は、緑LED20Gからの光が入射する円弧状の凸部を有する入光溝15の平面形状である。円弧状の凸部を有する入光溝15による導光板10内における光の広がりを示す配向角は、図7に示す接触角θsによって制御することが出来る。接触角θsは一般には、70度〜90度であるが、接触角θsが大きいほど光を広げることが出来る。接触角θsの最大は90度であるが、この場合でも、配向角は120度程度である。
図8は、青LED20Bからの光に対する異振溝16の形状を示す平面図である。図8における異振溝16の凹部は頂部が直角である直角三角形であり、直角三角形における最も小さい角度θtは、図8においては35度である。なお、頂部は正確に直角でなくともよい。最も小さい角度θtと頂部の角度を制御することによって、入光溝13からの配光軸および配向角を調整することが出来る。図8は青LED20Bからの光が入射する異振溝16の形状であるが、赤LED20Rからの光が入射する異振溝16の形状は、図8の形状とは対称の関係となっている。
図9は鋸歯状の異振溝16の他の例を示す平面図である。図9において、直角三角形の凹部は連続しているのではなく、凹部と凹部の間に平坦な部分Fが存在している。つまり、直角三角形状の凹部は、平坦部を介して周期的に形成されている。この場合も、頂部は正確に直角でなくともよい。図8と同様、凹部の三角形の最も小さな角度θtと頂部の角度によって、導光板10内における光の配光軸、光の配向角を制御することが出来る。
図10は、鋸歯状の異振溝16のさらに他の例を示す平面図である。図10において、異振溝16の直角三角形の直角に対応する部分には、長さTにわたって平坦部が形成されている。このような形状であっても、青LED20Bからの導光板10内における光の配光軸、配向角を制御することが出来る。図10は青LED20Bに対する異振溝16の例であるが、赤LED20Rに対する異振溝16は、図10に示す異振溝16の対称形とすればよい。
以上のように、本実施例における入光溝13は、中央の緑LED20Gに対しては、左右対称な円弧状の凸部を有する入光溝15であり、サイドの赤LED20Rあるいは青LED20Bに対しては、左右が異なる形状である異振溝16が形成されている。この構成によって、3色がミキシングする白色領域を広く形成することが出来る。
図11は、本発明の第2の実施例による入光溝13の平面形状である。図11が実施例1の図5と異なる点は、緑LED20Gからの光に対応する入光溝13が円弧状の凸部を有する入光溝15ではなく、凹部が台形状の入光溝17となっている。この場合も緑LED20Gからの光の導光板10内における配光軸および配向角を制御することが出来る。図11では、台形である凹部が1個の場合を示しているが、台形である凹部は複数の場合であってもよい。
図11において、赤LED20Rからの光と青LED20Bからの光が入射する部分の入光溝13は、実施例1と同様に、鋸歯状の異振溝16となっている。この場合の異振溝16も図8に示すような、完全な鋸歯状である必要はなく、実施例1において説明したような、図9、図10に示すような、異振溝16によって赤LED20Rからの光と青LED20Bからの光の導光板10内における配光軸および配向角を制御することが出来る。
以上のように、本実施例においても入光溝13は、中央の緑LED20Gに対しては、左右対称な台形状の凹部を有する入光溝13であり、サイドの赤LED20Rあるいは青LED20Bに対しては、左右が異なる形状である異振溝16が形成されている。この構成によって、3色がミキシングする白色領域を広く形成することが出来る。
実施例1および実施例2において説明したバックライトの光源は、3色のLEDからの光を効果的にミキシングし、白色を形成できる領域を広くとることが出来るので、フィールドシーケンシャル方式の表示装置において特に効果がある。
10…導光板、 12…導光板凹部、 13…入光溝、 13R…赤LEDに対する入光溝、 13G…緑LEDに対する入光溝、 13B…青LEDに対する入光溝、 15…円弧状の凸部を有する入光溝、 16…異振溝、 17…凹部が台形状の入光溝、 20…LEDセット、 20R…赤LED、 20G…緑LED、 20B…青LED、 25…配光軸、 30…反射シート、 40…下拡散シート、 50…下プリズムシート、 60…上プリズムシート、 70…上拡散シート、 80…モールド、 100…TFT基板、 101…下偏光板、 110…フレキシブル配線基板、 120…LED用フレキシブル配線基板、 150…端子部、 200…対向基板、 201…上偏光板、 300…液晶表示パネル、 400…表示領域、 450…非表示領域
Claims (5)
- TFT基板と対向基板を有する表示パネルの背後にバックライトが配置された表示装置であって、
前記バックライトは、導光板と前記導光板のサイドに光源を配置したサイドライト型であり、
前記光源は、中央が緑LEDで、そのサイドに赤LEDまたは青LEDが配置されたLEDセットであり、
前記導光板には前記LEDセットを収容する凹部が形成され、
前記導光板の前記凹部において、前記緑LEDに対向する部分には、左右対称な形状の入光溝が形成され、前記赤LED、前記青LEDに対向する部分には、左右非対称な異振溝が形成されていることを特徴とする表示装置。 - 前記緑LEDに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、円弧状の凸部を有する入光溝が形成されており、前記赤LED、前記青LEDに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記三角形状の凹部は、直角三角形であることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
- 前記直角三角形状の凹部は、平坦部を介して周期的に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
- 前記緑LEDに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、台形状の凹部を有する入光溝が形成されており、前記赤LED、前記青LEDに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
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