JP4628043B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、複数の点光源を有するバックライト・ユニットを備える液晶表示装置に関する。

透過型、反透過型の液晶表示装置において、液晶パネルの反視認側にはバックライト・ユニットが配置される。このバックライト・ユニットは、典型的には、光源と、その光源の光を効果的に液晶パネルに出射するための複数の光学部材を有している。このバックライト・ユニットとしては、薄型化が容易であることから、線状もしくは点状の光源を、アクリル樹脂などからなる透明な板状の導光板の側端面に沿って取り付けたサイドライト型のものが主流となっている。

このようなサイドライト型のバックライト・ユニットは、導光板の側端面（以下、光入射面とする。）から照明光を入射し、導光板の内部で繰り返し反射させて、この照明光を伝搬させると共に光出射面より出射させることにより、光源の照明光を利用して面状光を生成するようになされている。

光源としては、従来、蛍光管が用いられてきた。しかし、環境問題への配慮、寿命の長さ及び発光のよさから発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする。）が用いられるようになってきている。

ＬＥＤの光は指向性が高いため、ＬＥＤの発光面の直前が明るく、放射角度が大きくなるにつれて暗くなる。これを解決するために、リフレクタ（反射板）等を用いて光を拡散させ、均一照明が得られるよう工夫したものが提供されている（特許文献１参照）。また、導光板の光出射面の中央部と周辺部との明るさの差異を解消するために、導光板に出光制御パターンを設け、配光を行っている（特許文献２参照）。
特開平９ー０９２８８６号公報 特開２００２−１０７７１６号公報

ＬＥＤを用いたバックライト・ユニットにおいては、従来の蛍光管をＬＥＤに置き換えるという設計が行われている。蛍光管において有効発光長の部分は均一に発光するため、これをＬＥＤに置き換える場合、同じ光度のＬＥＤを複数個配置していた。しかし、このように同じ光度のＬＥＤを配置することは、光源からの光を有効に利用する観点から最適とはいえない。

例えば、液晶表示装置では、中央部の輝度を周辺部より高くすることによって、表示特性を向上している。すなわち、バックライト・ユニットから出射される光を中央の輝度が高く、周辺の輝度が低くなるような輝度分布とする。このような輝度分布を有する光が液晶パネルに入射すると、面全体から均一な輝度の光が出射する場合よりも視認者にとって明るく視認される。

このように、バックライト・ユニットを所望の輝度分布にするために、導光板に光制御パターンを設け、配光を行っている。しかし、製品によって要求される輝度分布が異なるため、導光板をそれぞれの製品に対して異なる設計としなければならなかった。また、導光板の構造が複雑になり、光の透過率が著しく減少してしまうという問題があった。

また、それぞれのＬＥＤに供給する電流を変えることで、ＬＥＤの光度を変化させることが可能である。しかし、電流を変えるとＬＥＤの色度も変化してしまい、表示特性が劣化してしまう。ＬＥＤの数を増やしたり、ＬＥＤの印加電流を上げたりするなどして、全体の輝度を高めることも行われている。しかし、この場合、消費電力が増加する、光源の発熱量が増加する、光源の劣化が早まるなどの問題がある。

本発明は上記のような事情を背景になされたものであって、本発明の目的は、表示特性の優れた液晶表示装置を提供することである。

本発明にかかる液晶表示装置は、液晶パネルに光を照射するライト・ユニットを備える液晶表示装置であって、前記ライト・ユニットは、３以上の点光源と前記３以上の点光源から出射された光を面全体に導いて、前記液晶パネルに照射する導光板とを備え、前記３以上の点光源は、高光度点光源と低光度点光源とを有するものである。これによって、簡便にライト・ユニットから出射する光の輝度分布を調整することができる。

また、前記３以上の点光源は、略同じ電流値で駆動される。これによって、簡単な構成で、表示特性を向上させることができる。

また、前記高光度点光源の光度は、前記低光度点光源の光度の１．５〜３倍であることが好ましい。これによって、所望の輝度分布に応じて点光源の光度を決定することができる。

前記３以上の点光源は、前記導光板の光入射面の長手方向に沿って一列に配置されている場合に特に有効である。

前記低光度点光源は、前記導光板の光入射面の長手方向において、前記３以上の光源の両端に配置される。これによって、ライト・ユニットの中央の輝度を高く、周辺の輝度を低くすることができ、表示特性をさらに向上させることができる。

前記３以上の点光源のうち同じ光度の点光源がそれぞれ前記導光板の光入射面の長手方向の中心線に対して対称に配置される。これによって、表示特性を向上させることができる。なお、同じ光度とは、全く同じである必要はなく、光度比が０．９〜１．１の範囲内に入っていればよい。

前記３以上の点光源は、発光ダイオードである場合に特に有効である。

本発明によって、表示特性の優れた液晶表示装置を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。

図１を用いて、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置について説明する。図１は、本発明の表示装置の一例である液晶表示装置の全体構成を説明するための分解斜視図である。図１は、サイドライト型のバックライト・ユニットを有する液晶表示装置１００の概略を示している。図１において、１０１は面状の光を照射するバックライト・ユニット、１０２は画像を表示する液晶パネルである。液晶パネル１０２はソース・ドライバＩＣ１０３、ゲート・ドライバＩＣ１０４によって駆動され、バックライト・ユニット１０１からの光の透過を制御することによって、画像を表示することができる。１０５は液晶パネル１０２とバックライト・ユニット１０１を外側から保持、保護するホルダである。ホルダ１０５は、樹脂もしくは金属などによって形成される。

液晶パネル１０２は、２枚のガラス基板間に液晶を封入し、液晶に印加する電界を制御することによって、光の透過率を制御することができる。２枚のガラス基板の間は、ビーズ・スペーサや、柱状スペーサによって、所定の間隔になるように維持されている。反視認側ガラス基板の外側表面と、視認側ガラス基板の外側表面のそれぞれには、偏光板が付着されている。例えば、液晶パネルの典型的な例であるＴＮ型の液晶パネルにおいては、反視認側、視認側の偏光板は、それぞれの透過軸が垂直もしくは平行となるように配置される。反視認側の偏光板を透過した直線偏光は、液晶によって偏光方向が制御され、視認側偏光板を透過する光の透過率が制御される。

液晶パネル１０２は、複数の画素から構成される表示領域とその周囲に形成された周辺領域とを有している。周辺領域にはソース・ドライバＩＣ１０３、ゲート・ドライバＩＣ１０４が接続される。液晶パネル１０２の表示領域内の各画素は、ＲＧＢいずれかの色表示を行う。白黒ディスプレイにおいては、白から黒の間で変化するモノトーン表示を行う。アクティブマトリックス型の液晶パネルは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチ素子がアレイ上に形成されたアレイ基板と、アレイ基板に対向して配置される対向基板を有している。

カラー液晶パネルにおいては、対向基板上にカラー・フィルタ層が形成される。アレイ基板上の表示領域内には、複数のソース線とゲート線がマトリックス状に配設される。ソース線とゲート線とはお互いにほぼ直角に重なるように配設される。ゲート・ドライバＩＣ１０４によってON状態とされたＴＦＴのソース／ドレインを介して、ソース・ドライバＩＣ１０３から入力される電圧が画素電極に送られ、アレイ基板上の画素電極と対向基板上のコモン電極との間の液晶に電圧を印加する。この電圧を変えることにより液晶への印加電圧を変化させることができ、光の透過率を制御する。ソース・ドライバＩＣ１０３及びゲート・ドライバＩＣ１０４は、典型的には、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）によってアレイ基板に接続されるが、アレイ基板のガラス基板上に直接に設けられることもある。

液晶パネル１０２は、上記のアクティブマトリックス型の他に、スイッチング素子を有していない単純マトリックス型などが知られている。この他、液晶パネルの型式として、ＴＮ（Twisted Nematic）型液晶パネル、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型の液晶パネル、画素電極とコモン電極が同一基板上に形成されたＩＰＳ（In Plane Switching）型の液晶パネルなどが知られている。本発明は、これらのような様々な型式の液晶パネルに適用可能である。

バックライト・ユニット１０１は、視認側から、拡散シート１０６、プリズム・シート１０７、導光板１０８、反射シート１０９の順に積層されて配置されている。また、バックライト・ユニット１０１は、サイドライト型であり、光源である複数のＬＥＤ（Light Emitting Diodes）を導光板の側端面に沿って一列に配置したＬＥＤ光源１１０を有する。ここでは、３個のＬＥＤが配置されている例を示す。

拡散シート１０６、プリズム・シート１０７、導光板１０８、反射シート１０９、ＬＥＤ光源１１０は、フレーム１１１内に収容されている。導光板１０８の視認側表面の４つのコーナーにはL字凸状の位置決め部（不図示）が形成されており、拡散シート１０６、プリズム・シート１０７及び液晶パネル１０２は、位置決め部と嵌合して導光板１０８上に配置されている。

拡散シート１０６は、入射光を拡散させて出射する。拡散シート１０６としては、例えば、基材シートの表面にビーズなどの光拡散剤を分散させたバインダーを塗布したもの、光拡散剤を分散させた光拡散層が基材シート表面に積層されたものや、合成樹脂製の基材シートの成形時に表面にエンボス加工などを施すことによって、基材シートの表面に複数の凹凸が形成されているものなどの従来のものを用いることができる。

プリズム・シート１０７は、光を集光することにより表示正面の輝度を向上させる。プリズム・シート１０７は、例えばポリエチレン・テレフタレートなどの基材フィルムの上に有機樹脂で凹凸構造を形成するによって構成することができる。このプリズム・シート１０７は、典型的には、複数の断面三角形状のプリズム構造部や異方性回折格子などが形成されている。ここでは、１枚しか図示していないが、プリズム・シートを２枚一組で使用し、各プリズム・シートの稜線部が直交するように配置されてもよい。

ＬＥＤ光源１１０は、導光板１０８の所定の端面（光入射面）に沿ってＬＥＤが配列するように配置される。導光板１０８は、ＬＥＤ光源１１０からの光を導き拡散させ、面状光を出射する。導光板１０８の反視認側にはドット・パターンが設けられている。このドット・パターンは、ドット印刷あるいは加工処理によって形成される。あるいは、導光板の背面に凹凸構造が設けられていてもよい。

反射シート１０９は、導光板１０８の反視認側から出射した光を導光板１０８に再入射させる。この反射シート１０９は、導光板１０８の反視認側に設けられている。この反射シート１０９としては、白色顔料を含む塗料からなるもの、微細な樹脂中空粉末を塗布したものなど、従来のものを用いることができる

ここで、バックライト・ユニット１０１の光学作用について説明する。導光板１０８の背面には、ドット・パターンが形成されている例を示す。ＬＥＤ光源１１０からの光は導光板１０８内に入射し、全反射を繰り返しながら導光板１０８内を伝播する。ドット・パターンによって全反射条件を満たさなくなった一部の光は、導光板１０８の光出射面から視認側に出射される。また、一部の光は導光板１０８の反視認側から出射して反射シート１０９によって反射され、導光板１０８内に再入射する。導光板１０８の光出射面からの光は、プリズム・シート１０７によって液晶パネル１０２の表示面と垂直な方向に集光され、拡散シート１０６に入射する。拡散シート１０６は、入射光を拡散させて視認側に出射する機能を有する。

ここで、図２を参照して、本実施形態にかかるＬＥＤ光源１１０について説明する。図２は、図１の液晶表示装置１００を視認側から見た概略平面図である。図２において、積層されて見えない部分の構成要素の図示は省略している。また、説明のために、ホルダ１０５の図示を省略している。

本実施形態にかかるＬＥＤ光源１１０においては、光源として使用するＬＥＤは光度の異なる２種類のＬＥＤを使用する。例えば、図２において、ＬＥＤを３個使用する場合、光度が１２００ｍｃｄの高光度ＬＥＤ１１０aと、５００ｍｃｄである低光度ＬＥＤ１１０ｂ、１１０ｃを組み合わせて使用する。これらのＬＥＤは、同じ電流で異なる光度の光を出射するものである。すなわち、電流に対する発光効率の異なるものを用いている。また、高光度ＬＥＤ１１０ａと低光度ＬＥＤ１１０ｂ、１１０ｃは、同じ電流で駆動した場合、同じ色度の白色光を発光する。

通常、ＬＥＤは駆動電流に応じて色度が変化する。高電流では青色側に、低電流では黄色側に変化するのが一般的である。本実施形態では、同じ発光色で異なる発光効率のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃを用いている。したがって、複数のＬＥＤに光度の差を設けようとした場合でも、同じ電流で駆動することができるので、それぞれのＬＥＤの発光色を同じにすることができる。すなわち、全てのＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃを同じ電流で駆動することができるため、ＬＥＤ間で色度のずれがない。これによって、色ムラを抑制することができ、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。

また、同じ電流で駆動することができるため、それぞれのＬＥＤを直列に接続してもよい。これによって、配線数を減少させることができ、より簡単な構成とすることができる。

このような構成のＬＥＤ光源１１０について、例えば、ＬＥＤを３個使用して、バックライト・ユニット１０１の全体の輝度を所望の値に維持しつつ、中心輝度を高く、周辺の輝度を低くして、中央部の輝度を周辺部より高くすることによって、液晶表示装置１００の表示特性を向上させるように、輝度分布を作り出す場合について説明する。

まず、高光度ＬＥＤ１１０ａを導光板１０８の光入射面の長手方向の中心線Ａ−Ａ上に光入射面に沿って配置する。そして、高光度ＬＥＤ１１０aを中心として左右対称に、低光度ＬＥＤ１１０ｂ及び１１０ｃを配置する。すなわち、高光度ＬＥＤ１１０ａと低光度ＬＥＤ１１０ｂとの距離と、高光度ＬＥＤ１１０ａと低光度ＬＥＤ１１０ｃとの距離を等しくする。また、それぞれのＬＥＤは、導光板１０８の光入射面に沿って配置されている。ＬＥＤの発光面は、導光板１０８側に配置される。すなわち、ＬＥＤの発光面は光入射面に対向するように配置される。導光板１０８の光入射面とＬＥＤの発光面とは平行になる。

ＬＥＤから出射される光は、指向性が高く、発光面の直前が明るく、放射角度が大きくなるにつれて暗くなる。高光度ＬＥＤ１１０ａをひとつだけ使用した場合、図２中のＸ及びＹの部分の輝度が中心部と比較すると暗くなってしまう。そこで、この輝度の暗い部分の輝度を補うために低光度ＬＥＤ１１０ａ及び１１０ｃを配置する。

従来は、導光板１０８の表面に織物表面のような凹凸模様あるいはしわ模様などを形成し、光を反射・拡散することによってバックライト・ユニットの輝度分布を調整していた。しかし、上述のように、高光度ＬＥＤ１１０ａと低光度ＬＥＤ１１０ｂ、１１０ｃを組み合わせて配置することによって、導光板１０８の設計を変えることなく、輝度分布を調整することができる。すなわち、バックライト・ユニット１０１の全体の輝度を所望の値に維持しつつ、中心輝度が高く、周辺輝度を低くすることができる。

これによって、液晶表示装置１００の表示特性を向上することができる。すなわち、バックライト・ユニット１０１から出射される光を中央の輝度が高く、周辺の輝度が低くなるような輝度分布とする。このような輝度分布を有する光が液晶パネル１０２に入射すると、面全体から均一な輝度の光が出射する場合よりも視認者にとって明るく視認される。

また、高光度ＬＥＤ１１０ａと低光度ＬＥＤ１１０ｂ、１１０ｃの発光効率をそれぞれ変化させることによって、バックライト・ユニット１０１の輝度分布を容易に調整することが可能である。例えば、中央の輝度をより高くする場合は、中央により発光効率の高いＬＥＤを用いる。一方、周辺輝度をより低くする場合は、中央の発光効率の高いＬＥＤを挟んで対称に発光効率のより低いＬＥＤを用いる。

このバックライト・ユニット１０１の輝度分布は、ＬＥＤの配置を変えるだけで容易に変更することができる。例えば、液晶表示装置１００の表示面内の輝度を一様に明るくする場合、図３に示すように、導光板１０８の光入射面の長手方向の中心線Ａ−Ａ上に光入射面に沿って低光度ＬＥＤ１１０ｄを配置する。そして、その低光度ＬＥＤ１１０ｄを中心として左右対称に高光度ＬＥＤ１１０ｅ、１１０ｆを配置する。これによって、左右の高光度ＬＥＤ１１０ｅ、１１０ｆによって輝度を向上させることができ、中心の低光度ＬＥＤ１１０ｄによって輝度が低い部分Ｚの輝度を補うことができる。

全体の輝度を高くするために、ＬＥＤの個数を増加してもよい。この場合、導光板１０８の光入射面の長手方向の中心線Ａ−Ａに関して対称に高光度ＬＥＤと低光度ＬＥＤを配置するようにすればよい。すなわち、同じ光度のＬＥＤを中心線Ａ−Ａに対して対称に配置する。例えば、図４に示すようにＬＥＤを４個使用する場合、高光度ＬＥＤ１１０ｇ、１１０ｈを導光板１０８の光入射面の長手方向の中心線Ａ−Ａに対して対称に配置する。そして、低光度ＬＥＤ１１０ｉ、１１０ｊを中心線Ａ−Ａに対して対称に、高光度ＬＥＤ１１０ｇ、１１０ｈから中心線までの距離よりも離れた位置に配置する。

このようにすることで、輝度を上昇させることができるとともに、バックライト・ユニットを所望の輝度分布とすることが可能となる。また、上述したように、この高光度ＬＥＤと低光度ＬＥＤの配置は、液晶表示装置１００が所望の輝度分布になるように配置を変更することが可能である。

また、それぞれのＬＥＤは等間隔に配置してもよいし、また不等間隔に配置することも可能である。これによって、バックライト・ユニット１０１の輝度分布をより細かく設定することができる。高光度ＬＥＤと低光度ＬＥＤの光度の差は、液晶表示装置１００の輝度分布に応じて決定することができる。すなわち、液晶表示装置１００を所望の輝度分布とするため、ＬＥＤの光度をそれぞれ決定する。例えば、発光効率の高い高光度ＬＥＤの光度を低光度ＬＥＤの光度の１．５倍〜３倍とすることができる。

大型の液晶表示装置に適用する場合、所望の輝度を得るために、導光板の隣り合う２側面に、Ｌ字型にＬＥＤ光源を配置する場合がある。このときは、図５に示すように、ＬＥＤを配置するそれぞれの辺の中心線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂに対して対称になるように、導光板１０８の光入射面に沿って高光度ＬＥＤと低光度ＬＥＤを配置すればよい。また、液晶パネルの視認側にライト・ユニットを配置するフロントライト・ユニットにも本発明は適用可能である。

実施形態にかかる液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 実施形態にかかる液晶表示装置のＬＥＤ光源の配置を説明する概略平面図である。 実施形態にかかる液晶表示装置のＬＥＤ光源の他の配置を説明する概略平面図である。 実施形態にかかる液晶表示装置のＬＥＤ光源の他の配置を説明する概略平面図である。 実施形態にかかる液晶表示装置のＬＥＤ光源の他の配置を説明する概略平面図である。

符号の説明

１００ 液晶表示装置
１０１ バックライト・ユニット
１０２ 液晶パネル
１０３ ゲート・ドライバＩＣ
１０４ ソース・ドライバＩＣ
１０５ ホルダ
１０６ 拡散シート
１０７ プリズム・シート
１０８ 導光板
１０９ 反射シート
１１０ ＬＥＤ光源
１１１ フレーム

Claims (7)

1. 液晶パネルに光を照射するライト・ユニットを備える液晶表示装置であって、
   前記ライト・ユニットは、３個以上の点光源と
   前記３個以上の点光源から出射された光を面全体に導いて、前記液晶パネルに照射する導光板とを備え、
   前記３個以上の点光源は、高光度点光源と低光度点光源とを有し、
   前記ライト・ユニットから出射される光を中央の輝度が高く、周辺の輝度が低くなるような輝度分布とするため、前記低光度光源は、前記導光板の光入射面の長手方向において、前記３個以上の光源の両端に配置され、
   前記高光度点光源の光度は、前記低光度点光源の光度の１．５〜３倍である液晶表示装置。
2. 前記３個以上の点光源は、略同じ電流値で駆動される請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記３個の以上の点光源は、直列に接続される請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記３個以上の点光源は、前記導光板の光入射面の長手方向に沿って一列に配置されている請求項１、２または３に記載の液晶表示装置。
5. 前記３個以上の点光源は、それぞれ等間隔に配置されている請求項１〜４のいずれか記載の液晶表示装置。
6. 前記３個以上の点光源のうち同じ光度の点光源がそれぞれ前記導光板の光入射面の長手方向の中心線に対して対称に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記３個以上の点光源は、発光ダイオードである請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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