JP3633125B2 - カラー表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長の異なる複数の発光素子をタイミングをずらしてスキャン発光させ、その前面に液晶セルを光シャッターとして用いた継時加法混色の現象によりカラー表示を実現するカラー表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーラジオ、カーステレオの選局表示、カメラのファインダ内表示、ＶＴＲの表示部、その他主に蛍光表示管の代替用途として、小型で消費電力或いは駆動電圧が低く、信頼性の優れた表示装置のカラー表示化が要望されている。
【０００３】
従来、カラー表示化として一般的には、カラーブラウン管を用いる方法があるが、高電圧、大消費電力、装置大型化、低コントラスト等の欠点がある。これを解消するために発光ダイオード（ＬＥＤ）、電場発光（ＥＬ）、プラズマ、エレクトロクロミー（ＥＣ）或いは液晶（ＬＣ）デイスプレイ等各種の薄型表示装置が開発されている。
【０００４】
そこで、前記ＬＥＤ、ＥＬ、プラズマ、ＥＣデイスプレイ等は発光色が限られ、消費電力及び駆動電圧が高い等の欠点が有る。更に、発光色を変えるために発光色の異なるセルを並べるために解像力の低下を招く。この欠点を補うＬＣデイスプレイは、高密度で形成されている各表示セグメントにカラーフイルターを設ける必要がある。しかし、カラーフイルターの使用は表示装置の表面に出る光の通過を阻害し、バックライト効果を低下させる欠点がある。
【０００５】
しかしながら、各表示セグメントにカラーフイルターを形成しないで、カラー表示を行うカラー表示装置の技術が特公昭６３−４１０７８号公報に開示されている。その概要は、複数のセグメントを有するカラー表示装置で、複数色の光源を切り換え順序を固定して照射する手段と、複数色の照明に対応した色信号を一定時間間隔で前記照明時に同期して該カラー表示装置に印加をすることにより、各色信号に対応した複数のセグメントを選択的に駆動する手段とを有するものである。即ち、３原色の発光素子（赤色、緑色、青色）をタイミングをずらしてスキャン発光させ、それにモノクロ表示のＬＣデイスプレイを同期させて所望の発光素子が発光したときにＬＣデイスプレイを透明にして光を通過させる。発色させたくないときはＬＣデイスプレイを遮光するものである。
【０００６】
また、ＬＣデイスプレイの基板の背面に、バックライトとして光拡散板或いは光フアイバー等の光拡散性部材を積層し、該部材にランプ、ＬＥＤ等の光源赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を設け、モノクロ表示用のセルを用いたカラー表示装置の技術が記載されているが、効果的なバックライトユニットとしての具体的な構造が開示されていない。
【０００７】
また、複数の表示領域を有するネガタイプの液晶表示部全面に光を照射するバックライト構造の技術が特開平３−１１１８８６号公報に開示されている。その概要は、基板に実装された各ＬＥＤチップ間には、光出射方向にいくに伴って出射面積が拡がるように傾斜する断面Ｖ字状の仕切り壁が配設されている。この仕切り壁はＬＥＤチップからの光が相互に干渉するのを阻止・軽減すると共に、各表示領域における発光色の明るさが全体として極力均一な明るさとなるように、光の進行方向を案内する機能を有している等の記載はあるが、ＬＥＤチップの実装配置と仕切り壁との関係についてはなんら具体的な開示がない。
【０００８】
図１１は従来の一般的なバックライトユニットの構造を示す平面図である。図１１において、バックライトユニット１は基板２上に波長の異なる３色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）よりなる１組のＬＥＤブロック３を略直線状に実装し、該ＬＥＤブロック３からの発光を反射、集光させる略矩形形状の反射枠４と、該反射枠４より集光された光を面状に拡散発光させるための拡散シート５とより構成されている。また、反射枠４はＬＥＤブロック３の直線に平行な長辺側の壁４ａと、前記直線に直行する短辺側の壁４ｂとで構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したバックライトユニットの構造には次のような問題点がある。即ち、長辺側の壁４ａと短辺側の壁４ｂの傾斜角度が略等しいため、２つの壁４ａ、４ｂの傾斜角度を上方への反射が大きくなるように開くと、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色のＬＥＤの光を反射、集光させたとき、壁４ａ、４ｂに近いＬＥＤの光が強く反射され、遠いＬＥＤの光は反射されにくくなり、壁４ａ、４ｂから反射、集光され光が拡散シート５を照明したときに、ＬＥＤブロック３を構成する両サイドのＬＥＤの光が強く、拡散シート５上面で色むらが発生してしまうという問題があった。
【００１０】
また、２つの壁４ａ、４ｂの傾斜角度を上方への反射が少なくなるように略直角に閉じると、光の反射、集光が効率的でなく、拡散シート５上面の輝度が低下してしまう。
【００１１】
また、反射枠４の矩形形状の長辺方向と平行に前記ＬＥＤブロック３を直列又は並列配置した場合は、各ブロック間を仕切る反射壁がないと、ブロック間方向に放射した光が効率よく拡散シート５上面に到達できず輝度の低下を招くという問題があった。
【００１２】
また、上記のようにＬＥＤブロック３を複数個直列配置したときに、隣接するＬＥＤブロック３で同色のＬＥＤの距離と、反射枠４の壁４ａ及び４ｂの高さを適切に設定しないと、不必要にＬＥＤの数を多くしてコストアップを招いたり、逆に少なくして輝度むらが発生してしまう等の問題があった。
【００１３】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な構造で多色のカラー表示を可能にし、高輝度で色むらのない、且つ安価なカラー表示装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明におけるカラー表示装置の構造は、基板上に実装された波長の異なる複数の発光素子と、前記発光素子からの発光を反射、集光させる略形矩形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、概バックライトユニットの前面に配置された光シャッター手段よりなるカラー表示装置において、前記基板上の発光素子配列は波長の異なる１組の発光素子が略直線状になる如く配置して光源ブロックを構成し、前記反射枠を構成する壁の傾斜角度は枠内に配置された光源ブロックの直線に平行な第１の壁を上方への反射が大きい第１の傾斜角とし、直線に直交する第２の壁を上方への反射が小さい第２の傾斜角とすることにより、前記光源ブロックを構成する端部の発光素子の第２の壁による反射を減少させたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記反射枠の第１の傾斜角が４５±１０°であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記第２の傾斜角が略直角であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記反射枠の矩形形状の長辺方向と平行に前記光源ブロックを複数個直列配置し、前記反射枠の矩形形状の長辺方向の壁を第１の傾斜角とし、短辺方向の壁を第２の傾斜角としたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記反射枠の矩形形状の長辺方向と直角に前記光源ブロックを複数個並列配置し、前記反射枠の矩形形状の短辺方向の壁を第１の傾斜角とし、長辺方向の壁を第２の傾斜角としたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記カラー表示装置は前記複数の発光素子をタイミングをずらせてスキャン発光させ、その前面の光シャッター手段を前記スキャン発光に同期させて継時加法混色するカラー表示装置であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記反射枠を構成する第１の壁が基板を覆う如く前記発光素子の近傍まで延長して形成され、かつ前記基板上に実装された発光素子を収納する凹部を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、前記光源ブロックを基板上に複数個直列配置し、その隣接する光源ブロックで同色の発光素子間の距離を前記反射枠を構成する第１及び第２の壁の高さと略等しくしたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、前記光源ブロックを基板上に複数個直列又は並列配置し、その隣接する光源ブロック間を仕切り、発光素子から発光された光を反射、集光させるための第３の壁を設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、前記光源ブロック間に設けた第３の壁の高さは、反射枠を構成する第１及び第２の壁の高さより低くしたことを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明におけるカラー表示装置について説明する。図１、図２及び図３は本発明の好適な第１の実施の形態であり、図１はカラー表示装置の構造を示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。図において、従来技術と同一部材は同一符号で示す。
【００２５】
図１において、１はバックライトユニットでその構成は、発光素子として基板２上に波長の異なるＲ（赤）ＬＥＤ３ａ、Ｇ（緑）ＬＥＤ３ｂ、Ｂ（青）ＬＥＤ３ｃの３色よりなる１組の光源ブロックとしてのＬＥＤブロック３を略直線状に実装し、該ＬＥＤブロック３からの発光を反射、集光させる略矩形形状の反射枠４と、該反射枠４より集光された光を面状に拡散発光させるための拡散シート５とを有している。また、反射枠４はＬＥＤブロック３の直線に平行な第１の壁４ａと、前記直線に直交する第２の壁４ｂとよりなり、前記第１の壁４ａは上方への反射が大きい第１の傾斜角と、第２の壁４ｂを上方への反射が小さい第２の傾斜角とを形成している。前記バックライトユニット１はＬＥＤ駆動回路６によって駆動される。
【００２６】
前記バックライトユニット１の前面には、ＬＥＤブロック３より発光する光を制御する光シャッター手段としての液晶素子による液晶シャッター部１０を配設する。該液晶シャッター部１０は文字、数字の表示可能な表示セグメント１１を有する。液晶シャッター部１０はセグメントタイプに限らずマトリクスタイプでもよいことは言うまでもない。前記液晶シャッター部１０はシャッター制御回路１２によって制御される。
【００２７】
前記液晶シャッター部１０としてはノーマリー白、即ち、オフ電圧印加で光通過状態、オン電圧印加で光遮断状態のＳＴＮモードを用いた。
【００２８】
前述した如く、ＬＥＤブロック３はＲ−ＬＥＤ３ａ、Ｇ−ＬＥＤ３ｂ、Ｂ−ＬＥＤ３ｃからなり、前記ＬＥＤ駆動回路６から供給される各光源点灯信号によって点灯される。また、液晶シャッター部１０はシャッター制御回路１２から供給されるデータ信号とコモン信号によって駆動される。
【００２９】
前記３色のＬＥＤをタイミングをずらしてスキャン発光させ、それに液晶シャッター部１０を同期させて所望のＬＥＤが発光したときにＬＣＤを透明にして光を通過させ、発色させたくないときはＬＣＤを遮光しておく。
【００３０】
次に、図２及び図３において、反射枠４の構成する壁の傾斜角度について説明する。前記反射枠４を構成する第１の壁４ａは上方への反射が大きい第１の傾斜角αは４５±１０°に設定することにより、波長の異なる３色のＲ−ＬＥＤ３ａ、Ｇ−ＬＥＤ３ｂ、Ｂ−ＬＥＤ３ｃからの発光した光を比較的多く上方に反射、集光させる。また、第２の壁４ｂを上方への反射が小さい第２の傾斜角βを略直角に設定することにより、ＬＥＤブロック３を構成する両端のＬＥＤ、即ち、図２におけるＲ−ＬＥＤ３ａ及びＢ−ＬＥＤ３ｃの発光した光は上方への反射が少なく、従来のように両端のＬＥＤの発光の光が強調されることなく、略中央部に反射、集光されて、３色が一様に混色される。従って、バックライトユニット１の拡散シート５上で色むらの現象が生じない。また、発光するＬＥＤの光の利用効率がアップし高輝度化が計られる。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施の形態に係わる断面図である。前記反射枠４を構成する第１の壁４ａ及び第２の壁４ｂの反射壁の形状を凹状の放物曲面４ｃに形成することにより、ＬＥＤブロック３の３色のＲ−ＬＥＤ３ａ、Ｇ−ＬＥＤ３ｂ、Ｂ−ＬＥＤ３ｃからの発光した光を各方向に満遍なく一様に反射、集光することができる。更に、輝度及び色むらが改善される。
【００３２】
図５は本発明の第３の実施の形態に係わる一部切り欠き斜視図である。前記反射枠４を構成する第１の壁４ａ及び第２の壁４ｂが基板２を覆う如く、基板２に実装されたＬＥＤブロック３の３色のＲ−ＬＥＤ３ａ、Ｇ−ＬＥＤ３ｂ、Ｂ−ＬＥＤ３ｃの近傍まで延長して反射底面４ｄを形成することにより、基板２を特別に白色印刷等を施すことなく、前記反射枠４の全内面からの反射光を活用するものである。
【００３３】
図６は本発明の第４の実施の形態に係わるバックライトユニットの平面図である。前記反射枠４の矩形形状の長辺方向と平行に前記光源ブロック３を複数個、例えば、図６では３個、３Ａ、３Ｂ、３Ｃのように直列配置し、前記反射枠４の矩形形状の長辺方向の第１の壁４ａを第１の傾斜角とし、短辺方向の第２の壁４ｂを第２の傾斜角とする。前述と同様に第１の傾斜角αを４５±１０°、第２の傾斜角βを略直角に形成することにより、同様な作用、効果を奏するものであることは言うまでもない。
【００３４】
図７は本発明の第５の実施の形態に係わる図６のＣ−Ｃ断面図である。前述したように、光源ブロック３を基板２上に３個直列配置した場合において、その隣接する光源ブロック３、例えば、３Ａと３Ｂで同色のＲ−ＬＥＤ３ａとＲ−ＬＥＤ３ａ間の距離Ｌを、前記反射枠４を構成する第１及び第２の壁４ａ及び４ｂの高さＨと略等しく設定することにより、適正なＬＥＤの数で壁から反射、集光した光を拡散シート５上を均一に照明することが可能で、余分なＬＥＤを配置しないで、所望の輝度が確保できる。従って、仮に壁の高さＨに対して同色のＬＥＤ間の距離Ｌを短く配置すると、ＬＥＤの数が徒に多くなりコストアップを招いたり、距離Ｌを長く配置すると、輝度むらが発生することになる。
【００３５】
図８は本発明の第６の実施の形態に係わるバックライトユニットの平面図である。前述したように、光源ブロック３を基板２上に複数個、例えば、図８では３個直列配置した場合において、その隣接するＬＥＤブロック３間、例えば、３Ａと３Ｂ、３Ｂと３Ｃの各々を仕切る第３の壁４ｅを設ける。該第３の壁４ｅの傾斜角度を対向する第２の壁４ｂの傾斜角度、即ち、第２の傾斜角と略等しく設定する。以上により、ＬＥＤブロック３間方向に放射した光が前記第３の壁４ｅによって反射、集光され効率よく拡散シート５の上面まで到達でき、バックライトユニット１としての発光輝度の低下を防ぐことができた。
【００３６】
図９は本発明の第７の実施の形態に係わり、図８のＤ−Ｄ線断面図である。前述したように、ＬＥＤブロック３間に設けた第３の壁４ｅの高さｈは、反射枠４を構成する第１及び第２の壁、４ａ及び４ｂの高さＨより低くすることにより、ＬＥＤブロック３間に光が交錯して、拡散シート５上に第３の壁４ｅの仕切り部の上面近傍が暗くなるという問題が解消されて、輝度むらは発生しない。
【００３７】
図１０は本発明の第８の実施の形態に係わるバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。前記反射枠４の矩形形状の長辺方向と直角に前記ＬＥＤブロック３を複数個並列配置し、反射枠４の矩形形状の短辺方向の第１の壁４ａを第１の傾斜角とし、長辺方向の第２の壁４ｂを第２の傾斜角とする。前述と同様に第１の傾斜角αを４５±１０°、第２の傾斜角βを略直角に形成する。更に、前記ＬＥＤブロック３間を仕切る第３の壁４ｅを設け、その傾斜角度を前記第１の傾斜角と略同様にする。また、前記第３の壁４ｅの高さを第１及び第２の壁４ａ及び４ｂより低くすることにより、前述と同様な作用、効果を奏することは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カラー表示装置のバックライトユニットの構造において、前述したように、反射枠を構成する第１の壁は上方への反射が大きい第１の傾斜角に設定し、波長の異なる複数の発光素子からの発光した光を比較的多く上方に反射、集光させる。また、第２の壁を上方への反射が小さい第２の傾斜角に設定し、光源ブロックを構成する両端の発光素子から発光した光は上方への反射が少ない。略中央部に反射、集光された複数色が一様に混色される。従って、拡散シート上で輝度の低下と色むらをなくすことができる。以上のように簡単な構造で多色カラー表示が可能で、輝度及び色むら等で信頼性が高く、小型で経済的なカラー表示装置を提供することができ、その実用効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるカラー表示装置の要部斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わるバックライトユニットの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わるバックライトユニットの一部切り欠き斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係わるバックライトユニットの平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係わる図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係わるバックライトユニットの平面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係わる図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態に係わるバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図１１】従来技術のバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【符号の説明】
１ バックライトユニット
２ 基板
３ ＬＥＤブロック
４ 反射枠
４ａ 第１の壁
４ｂ 第２の壁
４ｃ 放物曲面
４ｄ 反射底面
４ｅ 第３の壁
５ 拡散シート
１０ 液晶シャッター部
α 第１の傾斜角
β 第２の傾斜角
Ｌ 同色のＬＥＤ間の距離
Ｈ 第１及び第２の壁の高さ
ｈ 第３の壁の高さ

Claims (10)

1. 基板上に実装された波長の異なる複数の発光素子と、前記発光素子からの発光を反射、集光させる略形矩形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、概バックライトユニットの前面に配置された光シャッター手段よりなるカラー表示装置において、前記基板上の発光素子配列は波長の異なる１組の発光素子が略直線状になる如く配置して光源ブロックを構成し、前記反射枠を構成する壁の傾斜角度は枠内に配置された光源ブロックの直線に平行な第１の壁を上方への反射が大きい第１の傾斜角とし、直線に直交する第２の壁を上方への反射が小さい第２の傾斜角とすることにより、前記光源ブロックを構成する端部の発光素子の第２の壁による反射を減少させたことを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記カラー表示装置は前記複数の発光素子をタイミングをずらせてスキャン発光させ、その前面の光シャッター手段を前記スキャン発光に同期させて継時加法混色するカラー表示装置であることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
3. 前記第１の傾斜角が４５±１０゜であることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
4. 前記第２の傾斜角が略直角であることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
5. 前記反射枠の形矩形状の長辺方向と平行に前記光源ブロックを複数個直列配置し、前記反射枠の形矩形状の長辺方向の壁を第１の傾斜角とし、短辺方向の壁を第２の傾斜角としたことを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
6. 前記反射枠の形矩形状の長辺方向と直角に前記光源ブロックを複数個並列配置し、前記反射枠の形矩形状の短辺方向の壁を第１の傾斜角とし、長辺方向の壁を第２の傾斜角としたことを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
7. 前記反射枠を構成する第１の壁が基板を覆う如く前記発光素子の近傍まで延長して形成され、かつ前記基板上に実装された発光素子を収納する凹部を有することを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
8. 前記光源ブロックを基板上に複数個直列配置し、その隣接する光源ブロックで同色の発光素子間の距離を前記反射枠を構成する第１及び第２の壁の高さと略等しくしたことを特徴とする請求項５記載のカラー表示装置。
9. 前記光源ブロックを基板上に複数個直列又は並列配置し、その隣接する光源ブロック間を仕切り、発光素子から発光された光を反射、集光させるための第３の壁を設けたことを特徴とする請求項５又は６記載のカラー表示装置。
10. 光源ブロック間に設けた第３の壁の高さは、反射枠を構成する第１及び第２の壁の高さより低くしたことを特徴とする請求項９記載のカラー表示装置。

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