JP4585481B2 - Ｌｅｄ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、液晶表示装置に用いるＬＥＤバックライトに関し、特に、白色ＬＥＤバックライトの色再現性を改善したＬＥＤバックライト及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

下記特許文献１には、白色ＬＥＤと導光板との間に屈折部材を設け、この屈折部材によって、白色ＬＥＤからの光を導光板方向に屈折させるバックライトユニットが記載されている。また、下記特許文献２には、白色ＬＥＤと単色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）を用いて、色再現性を向上させたバックライトアセンブリーが記載されている。
は考慮されていない。
特開２００４−１５８４５２号公報 特開２００５−５６８４２号公報

従来、白色ＬＥＤを用いたＬＥＤバックライトは、３原色ＬＥＤ（赤色、緑色、青色のＬＥＤ）を用いたバックライトより、輝度ムラ及び色度ムラに有利で有るが、色再現性は、３原色ＬＥＤを用いた場合より悪かった。

すなわち、白色ＬＥＤを用いた場合は、青色ＬＥＤから出た青色波長とそれによって蛍光体が励起されて黄色波長の合成により擬似白色になっていることから、特に、赤色の再現性が弱い。また、３原色ＬＥＤを用いた場合は、各原色波長にピークを持たせているので、色再現性はよいが、各原色のＬＥＤを混色して色ムラがないように白色化させることが難しい。

また、白色ＬＥＤの場合には、自己発熱のみが発光効率に影響することから放熱対策を十分に対策することで対応ができるが、３原色ＬＥＤを用いた場合は、各原色のＬＥＤからの発光を混色するために、各原色のＬＥＤ同士を近づける必要がある。このとき、各原色のＬＥＤからの発熱が、各原色のＬＥＤを過熱することになり、発光効率を低下させる問題がある。

さらに、導光板を用いたサイドライト方式のバックライトの場合には、白色ＬＥＤを直接導光板の側面に配置して面光源としているために、白色ＬＥＤの分光特性に依存した発光色となる。白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤと黄色蛍光体励起による擬似白色であり、特に、赤色波長側に波長のピークがないことから赤色発色が悪い。

そこで、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを混色することが考えられるが、赤色ＬＥＤをまばらに配置すると、色度ムラとして見えてしまうことから、均一な混色が必要となる。

本発明は、高輝度の白色ＬＥＤと色再現性の良い単色ＬＥＤ(赤色ＬＥＤ)とを組み合わせて、均一な混色を行い、色再現性と高輝度を実現できるバックライトを特徴とする。特に、中小形用バックライトとして、一般的な導光板を使ったサイドライト方式のバックライトに好適である。

本発明においては、白色ＬＥＤと単色ＬＥＤ(赤色ＬＥＤ)からの光を混色させるために、光拡散用導光板を用いることを特徴とする。この光拡散用導光板の前面に設けた白色ＬＥＤからの光は、光拡散用導光板を素通り（透過）し、この光拡散用導光板の側面に設けた単色ＬＥＤ(赤色ＬＥＤ)からの光を、光拡散用導光板の側面から入光させる。このようにして、白色ＬＥＤの発光波長にない発光波長（赤色波長）を混色させたバックライトにすることができる。

上記光拡散用導光板から導光板に光を拡散入光させるために、光拡散用導光板の白色ＬＥＤ入光面に反射用のドット白色印刷、又は、出光面を溝加工する。

上記光拡散用導光板に、ドット白色印刷、又は、溝加工する場合、白色ＬＥＤからの白色光が導光板へ入光する際に邪魔にならないように、白色ＬＥＤに対応する部分のみのドット白色印刷又は溝加工を削除するか、導光板に入光しやすいように、ドットや溝を少なくする。

このように、光源としての白色ＬＥＤから十分な光量を導光板に入光させることで、バックライトとしての輝度を十分に確保した上で、光拡散用導光板からは、単色ＬＥＤの光が均等に、導光板に入光され、色ムラのない面発光が得られると同時に、白色ＬＥＤの分光特性に足らなかった、波長が追加され、色再現性が改善できる。

本発明では、白色ＬＥＤバックライトと３原色ＬＥＤバックライトは、それぞれ長所、短所があるが、これら双方の欠点を補うことができる。すなわち、白色ＬＥＤは、発光源それ自体で白色化されているから、色ムラはほとんどなく、白色ＬＥＤで不足している発光色として、単色ＬＥＤからの発光色を混合することで色再現性がよくなる。

このように、白色ＬＥＤの高光束により、バックライトの高輝度を維持し、原色の高色再現性に寄与する原色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）からの光を、バックライトにムラなく入光させる光拡散用導光板を用いることで、それぞれの長所を生かし、短所を補うことができる。

また、本発明は、高演色性ＴＦＴ液晶表示装置として、ＬＥＤの数量を少なくし、バックライトも小形薄型化が可能な液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明に係るＬＥＤバックライトの構成図である。図１において、複数の白色ＬＥＤ１からの白色光は、光拡散用導光板３を透過(素通り)して、導光板６の側面に入射する。導光板６の側面に入射した白色光は、反射板（ＬＥＤ実装基板）４により反射を繰り返し、導光板６の上面から面光源化された白色光として出射する。導光板６の上側には、図示しない液晶パネルが配置され、導光板６からの面光源化された白色光は、液晶パネル内にマトリクス状に配置された液晶素子により制御され、液晶パネルに画像が表示される。

次に、光拡散用導光板３の両側面に設けた単色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）２からの単色光は、光拡散用導光板３内で拡散されて、導光板６の側面に入射する。

このように、光拡散用導光板３によって、白色ＬＥＤ１からの白色光と単色ＬＥＤ２からの単色光とが混合されて導光板６の側面に入射し、導光板６と反射板（ＬＥＤ実装基板）４とにより、面光源化され、混色された白色光として導光板６の上面から出射する。

なお、白色ＬＥＤ１は、反射板を兼用するＬＥＤ実装基板４又は４’に取り付けられ、単色ＬＥＤ２は、反射板を兼用するＬＥＤ実装基板４に取り付けられる。また、反射シート５は、光拡散用導光板３の上面からの光を、その内部に反射する。

図２、図３は、図１に示す光拡散用導光板３と白色ＬＥＤ１及び単色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）２の拡大図であって、それぞれのＬＥＤからの光の経路概略図である。

図２は、単色ＬＥＤ２からの単色光線を点線矢印で示した単色光の経路概略図である。図２において、光拡散用導光板３の両側面に配置された単色ＬＥＤ２からの単色光は、光拡散用導光板３内を進み、白色ＬＥＤ１側に形成した光拡散処理部７によって拡散されて、導光板に入射する。光拡散用導光板３に形成される光拡散処理部７は、複数の白色ＬＥＤ１が配置される部分を除いて形成される。

図３は、白色ＬＥＤ１からの白色光線を点線矢印で示した白色光の経路概略図である。図３において、白色ＬＥＤ１からの白色光は、光拡散用導光板３の光拡散処理部７が形成されていない部分から光拡散用導光板３を通過して、導光板に入射する。

図４は、光拡散用導光板３に光拡散処理部７としてドット状の白色印刷を施した場合の説明図であって、同図（ａ）は光拡散用導光板３の詳細図、同図（ｂ）はドット状の白色印刷パターン、同図(ｃ)は単色ＬＥＤ２からの光路の模式図、同図（ｄ）は光拡散用導光板３の出光特性図である。

図４（ａ）において、光拡散用導光板３の入光面に、複数の白色ＬＥＤが配置される部分を除いて、ドット状の白色印刷を行う。このドット状白色印刷として、順次拡散するパターンを用いている。このパターンは、光拡散用導光板３の単色ＬＥＤ側は、粗いパターンで、光拡散用導光板３の中央部に行くほど細かなパターンとする。このようなパターンとすることで、光拡散用導光板３の出光面からは、点線矢印で示すように、均一な光が導光板に入射される。

図４(ｂ)は、図４（ａ）の楕円で示す部分のパターンを拡大したもので、光拡散用導光板３の中央部に行くほど細かなドットパターンとなっている。

図４（ｃ）において、単色ＬＥＤ２からの光が、ドット状の白色印刷部分において点線矢印で示すように拡散するので、ドットパターンが密な中央部での拡散量が増えることになる。このように、ドットパターンを単色ＬＥＤ２の近くは粗く、単色ＬＥＤ２から遠い中央部を密とすることで、図４(ｄ)に示すように、単色ＬＥＤ２からの距離と光強度の出光特性図から、光拡散用導光板３からは均等に出光し、導光板へ均等に入光することになる。

図５は、光拡散用導光板３に光拡散処理部７として溝加工を施した場合の説明図であって、同図（ａ）は光拡散用導光板３の詳細図、同図（ｂ）は溝加工パターン、同図(ｃ)は溝加工パターンの拡大図、同図（ｄ）は単色ＬＥＤ２からの光路の模式図である。

図５（ａ）において、図４に示すドット状の白色印刷が施された光拡散用導光板３の入光側とは逆の光拡散用導光板３の出光側に光拡散処理部７として溝加工を施す。このように、光拡散用導光板３の導光板側に溝加工をすることで、白色ＬＥＤ１と単色ＬＥＤ２からの光を拡散して導光板に入射させることができる。なお、白色ＬＥＤ１からの光路を点線矢印で示す。また、白色ＬＥＤ１と対応する部分の導光板側の溝加工を削除してもよい。

図５（ｂ）は、溝加工パターンの一例であって、単色ＬＥＤの近くは粗く、単色ＬＥＤから遠い中央部を密とする。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す楕円部分の拡大図である。

図５（ｄ）において、単色ＬＥＤ２側の溝は粗く、中央部に向かって溝のピッチを細かくすることで、中央部から出光する光量が増え、導光板への出光量は均等になる。なお、単色ＬＥＤ２からの光路を点線矢印で示す。

図６は、図１に示す導光板６の側面から入光した光の経路を点線矢印で示した図であって、入光した光が順次拡散して導光板で面光源化される様子を示す。

図７は、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの分光特性図であって、白色ＬＥＤは、２つのピーク値を有するが赤色部分が不足している擬似白色である。これを赤色ＬＥＤで補うことによって、白色に近いものとすることができる。

図８は、白色ＬＥＤと、この白色ＬＥＤに３原色（ＲＧＢ）ＬＥＤを加えたものと、白色ＬＥＤに赤色（Ｒ）ＬＥＤを加えたものを、それぞれ点灯したときのバックライト上の分光特性を測定した図である。図８において、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを点灯した時に、楕円で示す混色部分で、６２０ｎｍ（赤色）近辺の光強度が増加していることを示す。

図９は、放熱と反射を兼用したＬＥＤ実装基板の構造図である。図９において、ＬＥＤ実装基板４は、反射用の白色印刷をした金属基板で、その一端に複数の白色ＬＥＤ１が実装され、複数の白色ＬＥＤ１を挟むように、その両側に単色ＬＥＤ２を実装する。このように、複数のＬＥＤを分散配置することで、それぞれのＬＥＤの放熱効果を高めることができる。

本発明に係るＬＥＤバックライトの構成図。 単色光の経路概略図。 白色光の経路概略図。 ドット状の白色印刷を施した光拡散用導光板の説明図。 溝加工を施した光拡散用導光板の説明図。 導光板に入光した光が面光源化される様子を示した図。 白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの分光特性図。 バックライト上の分光特性を測定した図。 放熱と反射を兼用したＬＥＤ実装基板の構造図。

符号の説明

１…白色ＬＥＤ、２…単色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）、３…光拡散用導光版、４，４’…反射板（ＬＥＤ実装基板）、５…反射シート、６…導光板、７…光拡散処理部。

Claims (13)

1. 導光板と、導光板の側面に光を投射する白色ＬＥＤとを備えたバックライトにおいて、
   前記白色ＬＥＤと導光板との間に設けた光拡散用導光板と、前記光拡散用導光板の側面に設けた単色ＬＥＤとからなり、
   前記白色LEDは前記導光板の側面に対向するように前記光拡散用導光板の白色LED入光面に離散して複数形成され、
   前記光拡散用導光板は、白色ＬＥＤからの光を透過し、単色ＬＥＤからの光を拡散して導光板に入光させ、
   隣接する２つの前記白色LED間に光拡散処理部を設けて前記光拡散用導光板の側面から入射する前記単色LEDの光を前記導光板の側面方向に進むように向けさせることを特徴とするバックライト。
2. 前記単色ＬＥＤは赤色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 前記赤色ＬＥＤによって、６２０ｎｍ近辺の光強度の分光特性が増加することを特徴とする請求項２に記載のバックライト。
4. 前記白色ＬＥＤと単色ＬＥＤの実装基板は、放熱と反射を兼用したことを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
5. 前記光拡散用導光板は、白色ＬＥＤ側にドット状の白色印刷した光拡散処理部、又は、導光板側に溝加工した光拡散処理部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
6. 前記光拡散処理部は、白色ＬＥＤから導光板への入光を妨げないように、白色ＬＥＤと対応する部分のドット状の白色印刷を削除するか、又は、白色ＬＥＤと対応する部分の導光板側の溝加工を削除することを特徴とする請求項５に記載のバックライト。
7. 前記ドット状の白色印刷の部分のみの光が拡散することを特徴とする請求項５又は６に記載のバックライト。
8. 前記ドット状の白色印刷は、光拡散用導光板の側面に設けられた単色ＬＥＤ側は粗いパターンで、中央部に行くほど細かなパターンとし、導光板に入光する単色ＬＥＤの入光量を均等にすることを特徴とする請求項５又は６に記載のバックライト。
9. 前記溝加工は、光拡散用導光板の側面に設けられた単色ＬＥＤ側はピッチを粗く、中央部に行くほどピッチを細かくし、導光板に入光する単色ＬＥＤの入光量を均等にすることを特徴とする請求項５又は６に記載のバックライト。
10. 導光板の側面に光を投射する白色ＬＥＤバックライトと、このバックライトからの光を
    制御して画像を表示する表示パネルとを備えた液晶表示装置において、
    前記白色ＬＥＤと導光板との間に設けた光拡散用導光板と、前記光拡散用導光板の側面に設けた単色ＬＥＤとからなり、
    前記白色LEDは前記導光板の側面に対向するように前記光拡散用導光板の白色LED入光面に離散して複数形成され、
    前記光拡散用導光板は、隣接する２つの前記白色LED間に光拡散処理部を設けて前記光拡散用導光板の側面から入射する前記単色LEDの光を前記導光板の側面方向に進むように向けさせることで、白色ＬＥＤからの光を透過し、単色ＬＥＤからの光を拡散して導光板に入光させ、この導光板からの光を表示パネルで制御して画像を表示することを特徴とする液晶表示装置。
11. 前記白色ＬＥＤと単色ＬＥＤの実装基板は、放熱と反射を兼用したことを特徴とする請
    求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記単色ＬＥＤは赤色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
13. 前記光拡散用導光板は、白色ＬＥＤ側にドット状の白色印刷した光拡散処理部、又は、導光板側に溝加工した光拡散処理部が形成されていることを特徴とする請求項１0に記載の液晶表示装置。