JP4575277B2 - バックライト及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源に発光ダイオードを使用したバックライト及びそれを用いた液晶表示装置に係り、薄型化に対応し輝度ムラや色ムラを改善し良好な画面品位が得られるバックライト及び液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、消費電力が少なく、また軽量で薄型・小型化に適しており、パーソナルコンピュータやテレビジョン受像機、携帯端末及びナビゲーションシステム等の各種モニターとして広く活用されている。このような液晶表示装置においては、反射型の液晶表示装置と透過型の液晶表示装置が存在するが、明るさの点において透過型の液晶表示装置が多用されている。この透過型の液晶表示装置では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として使用したバックライトが使用されている。このバックライトは、複数のＬＥＤを直列に接続したダイオード回路を設けるとともに、このダイオード回路のＬＥＤを中央部分と端部部分で異なる色度の発光ダイオードを使用するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成のバックライトにおいては、使用するＬＥＤの数の削減を図りながら色ムラを改善するようにしているので、ＬＥＤと導光板との設定が難しく画面品位が良好な製品を容易に得られないという問題がある。
特開２００２−１０９９３６号公報

このように、複数のＬＥＤを使用する箇所に応じて、ｘｙ色度図によって異なる色度となるＬＥＤを選定して使用していくために、ＬＥＤと導光板との設定が難しくなるという問題が発生していた。

本発明では、薄型化を達成させつつも、簡単に輝度ムラや色ムラを改善することが可能なバックライト及び液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係るバックライトは、 複数の発光ダイオードを直列に接続したダイオード回路を搭載した回路基板と、この発光ダイオードに一側面を対向させて配置された導光板と、この導光板の裏面側に配置された反射シートとを含むバックライトにおいて、ダイオード回路を、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとに区分され、これら別異の領域に存在する発光ダイオードを導光板の一側面に沿って回路基板上に夫々交互に配置するようにした。

また、本発明に係る液晶表示装置は、ガラス基板上に複数の画素電極を配設したアレイ基板と、このアレイ基板に対向するように共通電極を配設した対向基板と、これら基板間に封入された液晶部材とを有する液晶パネルと、液晶パネルを照射するために液晶パネルの裏面側に配設された導光板と、この導光板の少なくとも一側面に対向して配設された複数の発光ダイオードを直列に接続したダイオード回路と、導光板の裏面側に配置された反射シートとを有するバックライトとを備える液晶表示装置において、ダイオード回路を、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとに区分され、これら別異の領域に存在する発光ダイオードを導光板の一側面に沿って回路基板上に夫々交互に配置するようにした。

本発明によれば、ダイオード回路を、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとに区分するとともに、これら別異の領域に存在する発光ダイオードを回路基板上に夫々交互に配置するようにしているので、ＬＥＤ個々の光学的特性上の差を小さく設定することが可能となるので、輝度ムラや色ムラの改善を図ることができ、製品として良好な品位を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る液晶表示装置は、その概要を図１に示すように、液晶パネル１１と、光源として複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２を有するバックライト１３から構成されている。

この液晶パネル１１は、夫々矩形状のアレイ基板１４と対向基板１５とを有し、このアレイ基板１４の表示領域の外側を囲むようにアレイ基板１４上に印刷されたシール材１６を介して張合わされることにより、５μｍ程度以下の隙間を置いて対向位置され、この空隙部に液晶部材（図示せず）を封入している。

このアレイ基板１４は、矩形状のガラス基板１７を有し、このガラス基板１７上には、いずれも図示を省略しているが、多数本の信号線と走査線とが互いに直交して配列されており、更に複数本の補助容量線が走査線と略平行に配列されている。このガラス基板１７の内面上には更に保護膜や配向膜（図示せず）等が積層され、外面側には偏光板（図示せず）が貼付けられてアレイ基板１４を構成している。

一方、このアレイ基板１４と対向する対向基板１５は、アレイ基板１４を構成しているガラス基板１７よりも実際には小さな寸法に形成された矩形状のガラス基板１８を備え、このガラス基板１８内面上には、図示を省略しているが、カラー液晶表示装置の場合には、ブラックマトリクス、カラーフィルタを有し、更にＩＴＯからなる対向電極や配向膜が積層形成されており、ガラス基板１８の外面側には偏光板（図示せず）が貼付けられて対向基板１５を構成している。

上記アレイ基板１４のガラス基板１７に設けた各信号線と走査線との交差部近傍には、スイッチング素子としてのＴＦＴ（図示せず）が夫々形成されており、各ＴＦＴのゲート電極が走査線に、ソース電極が信号線に夫々接続され、各ＴＦＴのドレイン電極はＩＴＯからなる画素電極（図示せず）に接続されており、また各補助容量線とこれに対向する画素電極との間で補助容量が形成されている。

これら信号線と走査線に夫々映像信号及び走査信号を供給し、更に補助容量線に基準電圧等を供給する駆動回路は、アレイ基板１４の一方の長辺に沿って離間配置された印刷基板１９に搭載されている。この印刷基板１９と液晶パネル１１とは、ソースドライバ２０をＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装された３個の可撓性印刷配線板２１にて接続されている。これは液晶パネル１１の駆動を多選択駆動化することによって配線数を低減させているものである。

この可撓性印刷配線板２１が存在しない印刷基板１９の表面上には、システムＬＳＩや各種半導体、チップ抵抗、チップコンデンサ及びコネクタ等の電気部品２２が配置されている。

この３個の可撓性印刷配線板２１が設けられた液晶パネル１１の一側で、可撓性印刷配線板２１外側２個の側縁部分から残余の３側面には、合成樹脂やゴム材等の可撓性弾性材からなる枠体２３が嵌合されて側面を保持し、液晶パネル１１の端面を保護している。

このように構成された液晶パネル１１に対向して、液晶パネル１１の裏面側にはバックライト１３が配置されている。このバックライト１３は複数のＬＥＤ１２と、このＬＥＤ１２を一端側面に配置した板厚１ｍｍ以下に設定された導光板２４を備えている。このＬＥＤ１２で発光した光は、導光板２４内面にて反射させて導光板２４内を伝播させ、これらの光を導光板２４によって液晶パネル１１方向に導出している。そのためにこの導光板２４は効率良く光を液晶パネル１１側に導出するために、導光板２４底面あるいは導出面に鋸歯状の反射面を設けたり、プリズム状の反射面を形成したり、あるいはこれらを組合せて使用することにより、光の伝播効率の改善を図っている。

また、導光板２４の底面外側面には、白色紙や合成樹脂の表面にアルミニウムや銀等を蒸着させ、あるいはそれらのシートを貼着する等して鏡面仕上げされ比較的撓みが少なくなるように、例えば２３０μｍ程度のやや厚手の材料からなる反射シート２５が配設されている。光量が十分確保されているのであれば、内面を白色にした反射シート２５の使用も可能である。

一方、導光板２４の出射面側には、拡散シートやプリズムシート等の光学シート２６が配設されており、これらＬＥＤ１２、導光板２４、光学シート２６及び反射シート２５は、ステンレス等の金属製の枠状のバックケース２７内に収納される。この光源となるＬＥＤ１２は印刷配線板、好ましくは可撓性印刷配線板からなる回路基板２８上に搭載され、これらによってバックライト１３が構成されている。

このように構成されたバックライト１３と液晶パネル１１とは、バックライト１３のバックケース２７上に液晶パネル１１を重畳配置して位置決めされる。その後に、この重ねられた液晶パネル１１とバックライト１３の３側面部分を粘着テープ２９にて貼着することにより、液晶パネル１１とバックライト１３とを一体化して液晶表示装置を構成している。

この液晶表示装置は、図２に示すように、多層積層印刷基板１９と液晶パネル１１とを可撓性印刷配線板２１によって接続し、液晶パネル１１やバックライト１３の一側に、その幅方向が液晶パネル１１やバックライト１３の平面方向と平行になるように保持される。この印刷基板１９は多層積層印刷基板１９から構成されているので、単板構成の配線基板に比較して厚さ方向の板厚は厚くなるが、その分だけ幅方向の長さを短くすることが可能となるので、額縁部分の大きさを小さくすることができる。

しかも印刷基板１９の幅方向の長さを短くしたとしても、印刷基板１９と液晶パネル１１を接続する可撓性印刷配線板２１を３個で構成することが可能となっており、印刷基板１９の可撓性印刷配線板２１が存在していない中間の空間部分に、駆動回路を構成するシステムＬＳＩや各種半導体及び抵抗、コンデンサ類の電気部品２２を配置させることが可能となっている。

従って、印刷基板１９の幅を１０ｍｍまで狭くしても可撓性印刷配線板２１の使用個数を３個以下となるように設定することと相俟って、印刷基板１９面上には、なお且つ十分な部品配置スペースを確保することができ、薄型化及び小型化を推進することが可能となる。

この液晶パネル１１とＬＥＤ１２を使用したバックライト１３との関係を、図３を参照してより詳細に説明する。なお、上記説明でしたのと同じ構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。

即ち、図３は液晶パネル１１とバックライト１３の当該部分の一部切欠断面図であって、両面に偏光板３０，３１を備えた液晶パネル１１は、導光板２４の一端を係止させたバックケース２７の側面と粘着テープ３４等によって固定されている。このバックケース２７は、ＬＥＤ１２を配置する端面内側を断面コ字状に形成されているもので、このコ字状の中に導光板２４の一端が挿入されている。この導光板２４には液晶パネル１１側に光学シート２６を、反対面側には反射シート２５が配置されている。

また、導光板２４の一端とバックケース２７側面間の空隙部分には、可撓性印刷配線板からなる回路基板２８面上に配線パターンによって接続固定された複数のＬＥＤ１２が一列状に配置されて、このＬＥＤ１２の光源としての光軸が導光板２４の端面厚さ方向となるように粘着テープ３５で回路基板２８とバックケース２７底面とを固定している。

このバックケース２７は、ＬＥＤ１２を配置した一側のみが底板側も含めて幅広のコ字状に形成されているが、その他の辺に相当する部分は、単にＬ字状に形成されているのみで、反射シート２５が係止できる程度の幅でしかない。このため、バックケース２７には底板に相当する部材としてはＬ字状の枠体が存在しているのみなので、金属製のバックケース２７としての重量を大幅に軽減させることが可能であり、携帯型製品には好適な仕様となる。

なお、液晶パネル１１の前面側の非表示部分はフロントケース３６で覆われ、このフロントケース３６はバックケース２７と嵌合固定される。また、液晶表示装置全体は、粘着テープ３７によってパーソナルコンピュータ等の筐体３８に固定されている。

上記したＬＥＤ１２を使用した光源は、図４に示すように、複数のＬＥＤ１２がテープ状に形成された回路基板２８の一面上に横一列に数ｍｍ程度のピッチで、放出面４０が導光板２４側と対向するように直線的に並設されている。

この複数のＬＥＤ１２を用いて簡単に光源を形成するには、単純に複数のＬＥＤ１２を直列に接続して構成、もしくはこれら直列回路を複数列に形成することで構成し得る。ここでＬＥＤ１２一つあたりに２０ｍＡの電流を流すとすると、中心輝度４，０００ｃｄ（カンデラ）のバックライトとして構成することができる。

ここで、納入されたＬＥＤ１２は、１，０００ｍｃｄ〜１，４００ｍｃｄの光度領域の範囲内にあるものを選定し、且つ、５０ｍｃｄ毎にランク分けを行なって８つの光度ランクに選別を行なっている。

また、色度については色度座標領域としてｘｙ色度系にて（０．００５、０．００５）毎にランク分けを行なって選別している。

このようにして選別されたＬＥＤ１２のうち、表１に示すように、光度領域と色度座標領域とが１つのランク（領域）のもののみを選別して使用した。

このように１つのランクのＬＥＤ１２を直列接続して光源として利用すれば、相互に接続されているＬＥＤ１２間では輝度差及び色度差が殆ど発生しないために目立つことがなく、均一な画面を得ることができる。

また、このＬＥＤ１２を使用した光源は、図５に示すように構成することもできる。図５に図示した回路は、例えばＬＥＤ１２を総数４０個で構成しており、その半分である２０個ずつを夫々の長尺状に形成した一対の回路基板２８上に搭載している。更にこの２０個のＬＥＤ１２を１０個単位で夫々直列に接続して２系統のダイオード回路４１ａ，４１ｂとし、これらダイオード回路４１ａ，４１ｂを構成している各ＬＥＤ１２を交互に互い違いに位置するように組合せ、回路基板２８にＬＥＤ１２が一列になるように配置されている。

このダイオード回路４１ａ，４１ｂのアノード側は、回路基板２８に設けた第１と第２のアノード用接続端子４２ａ，４２ｂに接続され、最終のカソード側の配線部分は、各ダイオード回路４１ａ，４１ｂを同一方向に折曲し、更に折り返すことにより、回路基板２８のアノード用接続端子４２ａ，４２ｂが設けられた同じ回路基板２８端部に形成した第１と第２のカソード用接続端子４３ａ，４３ｂに接続されている。この回路基板２８には、アノード用接続端子４２ａ，４２ｂとカソード用接続端子４３ａ，４３ｂとの耐電圧性を確保するために、その両端子４２，４３中間の回路基板２８端部に空端子４４を形成することにより、両端子４２，４３間で放電等が発生しないように十分な距離を確保している。

この夫々のアノード用接続端子４２ａ，４２ｂとカソード側接続端子４３ａ，４３ｂは、点灯制御駆動回路４５に接続されている。この点灯制御駆動回路４５は直流駆動、あるいはパルス電圧駆動等の駆動方法を採用することが可能で、各ＬＥＤ１２は回路基板２８に形成した回路パターンと接続することによって駆動される。

ここで、ＬＥＤ１２として、表２に示すように、光度領域は１つのランクを用いたものを使用し、色度座標領域については所定のランクとそれに隣接するランクとの２ランクのものを使用している。

ここで、同じ光度ランク（領域）に含まれるが、隣接する２つの色度ランク範囲（座標領域）のＬＥＤ１２を、例えば一方の色度ランクの奇数番目のＬＥＤ１２を直列に接続してダイオード回路４１ａを構成し、他方の色度ランクの偶数番目のＬＥＤ１２を直列に接続してダイオード回路４１ｂとして構成する。この際に、隣接するＬＥＤ１２を交互に他のダイオード回路４１のＬＥＤ１２が配置されるように互い違いに接続配置することで、色度ランクの相違による色度差を目立たせることなく輝度ムラや色度ムラの改善を図ることができ、均一な画面を得ることができる。また、パルス電圧駆動方法を採用すれば、低消費電力で駆動をすることが可能となる。

更にまた、このＬＥＤ１２を使用した光源は、図６に示すように構成することもできる。図６に図示した回路は、図５に図示した回路と同様に、２０個ずつを夫々の長尺状に形成した一対の回路基板２８上に夫々直列に接続して一列に配置したダイオード回路４１として搭載している。

このダイオード回路４１のアノード側は、回路基板２８に設けたアノード用接続端子４２に接続され、最終のカソード側の配線部分は折り返されて回路基板２８のアノード用接続端子４２が設けられた同じ回路基板２８端部に形成したカソード用接続端子４３に接続されている。

この回路基板２８には、アノード用接続端子４２とカソード用接続端子４３との耐電圧性を確保するために、その両端子４２，４３中間の回路基板２８端部に空端子４４を形成することにより、両端子４２，４３間で放電等が発生しないように十分な距離を確保している。

ここで、ＬＥＤ１２として、上記表２に示すように、光度ランクは１つのランクを用いたものを使用し、色度ランクについては所定のランクとそれに隣接するランクとの２ランクのものとを交互に接続して使用している。

即ち、光度ランクが同じで隣接する２つの色度ランク範囲のＬＥＤ１２を、例えば一方の色度ランクのＬＥＤ１２が奇数番目に、他方の色度ランクのＬＥＤ１２が偶数番目になるように交互に直列に接続してダイオード回路４１を構成する。このように構成することにより、隣接するＬＥＤ１２を交互に色度ランクが相違するＬＥＤ１２を交互に互い違いに直列接続配置することで、色度ランクの相違による色度差を目立たせることなく輝度ムラや色度ムラの改善を図ることができ、均一な画面を得ることができる。

また、上記説明では光度ランクは１ランクのもののみを使用しているが、隣接する光度ランクのものと組合せて２ランクとして構成することも可能であり、更に、色度ランクを１ランクのものに設定し、これに光度ランクが隣接する２ランクのものを選定して夫々の組合せとして設定することも可能であり、更にまた、交互に配置されるＬＥＤ１２は、単一ＬＥＤ１２毎ではなく、設定された所定のランク内のＬＥＤ１２を複数個直列接続したＬＥＤ１２群毎に交互に配置することも可能である。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、カラーやモノクロタイプの液晶表示装置にも適用することが可能であり、また、ダイオード回路の分岐数やＬＥＤの組合せ数等も自由に設定することができる。また、商品形態によってはＬＥＤを導光板の複数の辺に配置することも可能である。

本発明に係るバックライト及び液晶表示装置の概要を示す分解斜視図。 同じく液晶表示装置の正面図。 同じくバックライトと液晶表示装置の要部を示す一部切欠断面図。 同じくＬＥＤ光源を示す斜視図。 同じくダイオード回路を示す回路図。 同じくダイオード回路の他の構成を示す回路図。

符号の説明

１１…液晶パネル
１２…発光ダイオード（ＬＥＤ）
１３…バックライト
１４…アレイ基板
１５…対向基板
２４…導光板
２５…反射シート
２８…回路基板
４１，４１ａ，４１ｂ…ダイオード回路
４２，４２ａ，４２ｂ…アノード側接続端子
４３，４３ａ，４３ｂ…カソード側接続端子
４５…点灯制御駆動回路

Claims (6)

1. 複数の発光ダイオードを直列に接続したダイオード回路を搭載した回路基板と、この発光ダイオードに一側面を対向させて配置された導光板と、この導光板の裏面側に配置された反射シートとを含むバックライトにおいて、
   前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとに区分され、これら別異の領域に存在する前記発光ダイオードを前記導光板の一側面に沿って前記回路基板上に夫々交互に配置したことを特徴とするバックライト。
2. 前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードを直列に接続した第１の系統と、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードを直列に接続した第２の系統とのダイオード回路で構成され、その各ダイオード回路の発光ダイオードを交互に互い違いとなるように配設したことを特徴とする請求項１記載のバックライト。
3. 前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとを交互に直列に接続して構成されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
4. ガラス基板上に複数の画素電極を配設したアレイ基板と、このアレイ基板に対向するように共通電極を配設した対向基板と、これら基板間に封入された液晶部材とを有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルを照射するために前記液晶パネルの裏面側に配設された導光板と、この導光板の少なくとも一側面に対向して配設された複数の発光ダイオードを直列に接続したダイオード回路と、前記導光板の裏面側に配置された反射シートとを有するバックライトとを備える液晶表示装置において、
   前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとに区分され、これら別異の領域に存在する前記発光ダイオードを前記導光板の一側面に沿って前記回路基板上に夫々交互に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードを直列に接続した第１の系統と、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードを直列に接続した第２の系統とのダイオード回路で構成され、その各ダイオード回路の発光ダイオードを交互に互い違いとなるように配設したことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記ダイオード回路は、所定の光度領域内及び色度座標領域内に存在する発光ダイオードと、これら所定の領域に隣接する他の光度領域内もしくは色度座標領域内に存在する発光ダイオードとを交互に直列に接続して構成されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。

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