JP4007461B2 - カラー表示装置 - Google Patents
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【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LED等の光源の具体的な配置、構造についてなんら開示されていない。
【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、各表示領域に対応するバックライトの各出射領域にそれぞれ、LEDチップを配設すると共に、各表示領域毎のLEDチップを独立して点灯できるように電極端子を独立して設け、かつ、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断面V字状の仕切り壁が配設されている。前記仕切り壁で区分された複数のLEDチップのうち所要のものだけ点灯させることにより、バックライト全体としての発熱量を低減させるものである。また、表示領域により個々のカラーフィルタを配設して表示色を確保する等の記載はあるが、効果的なバックライトユニットとしてのLED等の光源の具体的な配置、組み合わせ等についてなんら開示されていない。
【0008】
図8は従来の一般的なバックライトユニットの構造である。図8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、反射枠4の矩形形状の長辺方向と直角に略直線状に複数個並列配置し、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、前記2つの壁4a及び4bでR、G、Bの発光色のLEDの光を反射、集光させたとき、LEDブロック3が略直線状に、R:G:B=1:1:1になるような比率で配置されている。一般にG色の輝度が低いため拡散シート5上での輝度バランスがくずれ、所望の色調、例えば、白色表示ができない。
【0010】
そのため、上記の各色の輝度バランスを調整する手段として、一般にはLEDの駆動電流値によって調整している。例えば、R:G:B=1:5:1になるようにするために、最も輝度の低い発光色、例えば、G色に合わせなければならず、各色の発光色の利用効率に差を生じることになる。また、各色の駆動電流値に差があるため、各色の輝度劣化に差が生じ易く、各色の輝度バランスの経時変化による表示品位の低下を招くと言う致命的な問題があった。
【0011】
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、発光素子としてのLEDの各色の輝度バランスの調整に、LEDの個数をアンバランスにしたものであり、簡単な構造で多色のカラー表示を可能な、輝度バランスが優れ、且つ安価なカラー表示装置を提供するものである。
【0012】
【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、集光させる長辺側の壁と短辺側の壁とを有する略矩形形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、該バックライトユニットの前面に配設された光シャッター手段を有し、前記波長の異なる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、その前面に設けた光シャッター手段を用いて経時加法混色の現象によりカラー表示を行なうカラー表示装置において、前記基板上にはR―LED、G―LED、B―LEDを1組とした発光素子で光源ブロックを構成し、前記1組の光源ブロック内でR―LED、G―LED、B―LEDの個数を1:2:1にするとともに、前記R―LEDとB―LEDの間に2個のG―LEDを挟んで直線的に配設し、かつ前記光源ブロックを前記反射枠の長辺側の壁に対して直角方向に複数並列配置したことを特徴とするものである。
【0015】
【請求項4】
また、前記液晶シャッターが電圧印加時に光遮断状態となるノーマリー白モードの液晶シャッターであることを特徴とするものである。
【0017】
【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は本発明の第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バックライトユニットの平面図、図2は図1のA−A線断面での輝度分布図である。図において、従来技術と同一部材は同一符号で示す。
【0018】
図1において、1はバックライトユニットでその構成は、基板2上に波長の異なる発光素子としてLEDを複数個を略直線状に配置して光源ブロックを構成し、該光源ブロックとしてLEDブロック3を並列配置する。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より反射、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4aと、前記直線に直交する壁4bとよりなる。前記バックライトユニット1は後述するLED駆動回路によって駆動される。前記LEDブロック3は3色のLED、即ち、R(赤)LED、G(緑)LED、B(青)LEDで構成されているが、各色の輝度バランスはG−LEDが最も輝度が低いので、配置するLEDの個数をアンバランスにして、G−LEDの個数を多く配置する。例えば、図1のように、R:B:G=1:1:2のようにG−LEDをサイドにまとめて配置する。LEDブロック3からの発光は反射枠4より集光された光は拡散シート5上に拡散発光される。
【0019】
図2は図1のように、発光輝度の低いG−LEDをサイドにまとめて、R−B−G−Gのように配置したときの輝度分布は、図2のように、R輝度分布Lr及びB輝度分布Lbと比較して、G輝度分布Lgは反射枠の壁4bからの反射、集光された光が強調されて高くなる。従来と異なり、各色の輝度バランスはLEDの駆動電流値を均等にしているので、駆動電流値で調整することにより生じる特有の弊害である各色の輝度劣化及び輝度バランスの経時変化等の問題は解消されたが、LEDの単色発光時の輝度むら、及び多色発光時の色むらが発生し易い等の問題があった。
【0020】
図3及び図4は、第2の実施の形態である。図3は直列、図4は並列配置した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LEDブロック3の3色のR−LED、G−LED、B−LEDの配置において、LEDの個数をアンバランスにして、G−LEDの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、図3及び図4のように、R:G:B=1:2:1のようにG−LEDをR−LEDとB−LEDの間にまとめて配置する。即ち、R−G−G−Bに配列することにより、拡散シート5上で各色の輝度バランスが安定し、白色表示が可能となる。前述と同様に、各色の輝度劣化に差がなくなり、輝度バランスの経時変化が少ない。
【0021】
図5及び図6は本発明の好適な第3の実施の形態であり、図5はカラー表示装置の構造で発光素子の配置を示す斜視図である。図6は図1のB−B線断面での輝度分布図である。
【0022】
図5において、前述のように、LEDブロック3を構成する3色のLEDの個数をアンバランスにして、G−LEDの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、両サイドにG−LEDを分散して、G−R−B−Gに配列することにより、拡散シート5上で各発光の光が一様に混色する。図6に示すように、R、G、Bの3色の輝度分布即ち、R輝度分布Lr、G輝度分布Lg及びB輝度分布Lbは均一になり、輝度バランスがとれ、白色表示が更に改善され、LEDの単色発光時の輝度むら、及び多色発光時の色むらが生じない。従って、最小限のLEDの個数で効率良く発光させることができ、輝度バランスが安定し、且つ、安価で高品位のカラー表示装置が実現できた。
【0023】
前記カラー表示装置を構成する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。その前面には、LEDブロック3より発光する光を制御する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。
【0024】
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。
【0025】
前述した如く、LEDブロック3は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。
【0026】
前記3色のLEDをタイミングをずらせ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る。発色させたくないときはLCDを遮光しておく。
【0027】
図7は本発明の第4の実施の形態で、バックライトユニットの一部切り欠き平面図である。前述のようにLEDの個数をアンバランスにして、G−LEDの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、LEDの配置は、2個のGが対角の位置になりR、G、Bを四角に配置する。前述の第2及び第3の実施の形態と同様な作用効果を奏するものである。
【0028】
【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、前記基板上に波長の異なる1組の発光素子を複数個配置して光源ブロックを構成し、前記1組の光源ブロック内で波長の異なる発光素子の個数をアンバランスに配設し、更に適正配置に組み合わせた。各色の発光素子を効率良く発光させるために、不必要な発光素子は配置せず、安価で輝度バランスの安定した、高品位なカラー表示装置の提供が可能となった。
【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バックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図2】図1のA−A線断面における輝度分布図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係わり、LEDブロックを直列配置したバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係わり、LEDブロックを並列配置したバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係わるカラー表示装置の斜視図である。
【図6】図5のB−B線断面における輝度分布図である。
【図7】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一部切り欠き平面図である。
【図8】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
5 拡散シート
10 液晶シャッター部
Lr R輝度分布
Lg G輝度分布
Lb B輝度分布
Claims (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、集光させる長辺側の壁と短辺側の壁とを有する略矩形形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、該バックライトユニットの前面に配設された光シャッター手段を有し、前記波長の異なる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、その前面に設けた光シャッター手段を用いて経時加法混色の現象によりカラー表示を行なうカラー表示装置において、前記基板上にはR―LED、G―LED、B―LEDを1組とした発光素子で光源ブロックを構成し、前記1組の光源ブロック内でR―LED、G―LED、B―LEDの個数を1:2:1にするとともに、前記R―LEDとB―LEDの間に2個のG―LEDを挟んで直線的に配設し、かつ前記光源ブロックを前記反射枠の長辺側の壁に対して直角方向に複数並列配置したことを特徴とするカラー表示装置。
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