JP4635650B2 - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライト装置及び液晶表示装置に関し、詳しくは、動画ボケを低減させつつ薄型化したバックライト装置及びこのバックライト装置を備えた液晶表示装置に関する。

現在、液晶表示装置（LCD：Liquid Crystal Display）は、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側からバックライト装置にて照明することでカラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。バックライト装置の光源としては、蛍光管を使った白色光を発光するＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）といった蛍光ランプが多く用いられているが、ＣＣＦＬは、蛍光管内に水銀を封入するため、環境への悪影響が考えられるので、ＣＣＦＬに代わるバックライト装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、青色ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることで、液晶表示パネルを介した色光の色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。なお、バックライト装置の光源として用いる発光ダイオードとしては、高出力の発光ダイオードチップを使用した発光ダイオードが有効であり、この発光ダイオードを用いることで、バックライト装置の輝度を大幅に向上させることができる。

また、液晶表示パネルを背面側からバックライト装置にて照明するバックライト方式の液晶表示装置において、高品位の動画表示を行うために、液晶表示パネルを複数の水平走査ラインを含む表示分割領域に分割し、各表示分割領域毎に対応して光源の蛍光管を点灯できるようにした照明制御装置を設けた液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１９１３１１号 特開２００１−３１２２４１号

液晶表示パネルを照明する照明光を出射するバックライト装置は、光源の配置位置によって、直下型と、エッジライト型との２つに大別される。直下型は、液晶表示パネルの背面側直下に光源を配置させるタイプのバックライト装置であり、サイドエッジ型は、液晶表示パネルの背面側直下に光を導光する導光板を配し、導光板の側面部に光源を配置させるタイプのバックライト装置である。直下型のバックライト装置は、エッジライト型のバックライト装置と較べて、導光板を必要としないことから部品点数が少なくなり、製造コストを下げることができる。
しかしながら、バックライト装置の光源として光の三原色である赤色光、緑色光、青色光を発光する発光ダイオードを用いた場合、この三原色光を白色光へと混色するためには、発光ダイオードから液晶表示パネルの前段に配置される拡散板までの距離を十分に確保する必要がある。
具体的には、三原色光を発光する発光ダイオードは、それぞれがパッケージング化されているため、混色性を高めるために一箇所に集めて配置させたとしても、発光された三原色光が拡散板上で完全に混色することはなく、拡散板との距離が近ければ近いほどそれが顕著となってしまう。すなわち、三原色光の混色が十分に行われない色ムラのある白色光を照明光として液晶表示パネルに照明すると、液晶表示パネルに表示される画像も適切に色表現がなされない画像となってしまう。
したがって、色再現範囲を広げるために、光源として三原色光を発光する発光ダイオードを用い、直下型のバックライト装置を構成すると、バックライト装置を厚くする必要があり、液晶表示装置の薄型化を阻害してしまうことになる。また、バックライト装置に厚みを与えないで、拡散のための空間を十分に確保しないと、発光ダイオードから発光された光がバックライト装置内全体に拡散されず、発光ダイオードが配置された真上の位置の輝度が高くなってしまうという輝度ムラも生じてしまう。このように、バックライト装置の薄型化と、色ムラ、輝度ムラの抑制とは、互いにトレードオフの関係にあり、双方を同時に解決することは非常に困難となっている。

赤色光、緑色光、青色光を発光する発光ダイオードを用い、この三原色光を混色させた白色光をバックライト装置の光源として用いる場合には、色ムラの発生を防止するため、赤色光、緑色光、青色光が互いに重なる範囲が、拡散板上でなるべく広くなるように、発光ダイオードを同時に発光させるようにしている。すなわち、バックライト装置全体を発光するようにしている。
一般に、液晶表示パネルの動画ボケを改善するためには、バックライトの発光エリアを分割し、液晶への書き込みタイミングに同期させてバックライトの発光タイミングをスキャンさせていく方式（スキャンブリンキング方式）が採用されている。
しかしながら、発光ダイオードを同時に発光させて、バックライト装置全体が発光する装置では、バックライトの発光エリアを分割することができないため、スキャンブリンキング方式を採用することができないという問題がある。

本発明は、上述の点を考慮し、三原色光を発光することで色再現範囲を広げると共に、液晶表示パネルを照明する白色光の色ムラ、輝度ムラや動画ボケを低減させ、かつ薄型化を実現したバックライト装置及びこのバックライト装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るバックライト装置は、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードからなる複数の発光ダイオードユニットを平行に配置してなる光源と、前記発光ダイオードから出射された前記色光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、前記発光ダイオードユニットの間に曲面部を有する仕切り部材を設けたものである。

上述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードからなる複数の発光ダイオードユニットを平行に配置してなる光源と、前記発光ダイオードから出射された前記色光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、前記発光ダイオードユニットの間に曲面部を有する仕切り部材を設けたものである。

本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、発光ダイオードユニットに設けられた仕切り部材の曲面部で、発光ダイオードから出射された色光を拡散し、混色させて白色光を生成することができる。

本発明に係るバックライト装置及び液晶表示装置によれば、色再現範囲を広げると共に、液晶表示パネルを照明する白色光の色ムラ、輝度ムラや動画ボケを低減させ、かつ薄型化を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の例について、図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

本発明は、例えば図1に示すような構成の透過型のカラー液晶表示装置１００に適用される。
図1に示すように、この透過型のカラー液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示パネル１１０と、その背面側に設けられたバックライト装置１２０とにより構成される。図示しないが、この液晶表示装置１００は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。

この例は、アクティブマトリクス駆動方式によるカラー液晶表示装置の場合を示し、ガラス等より成る第１の基板１ａ上において、画素毎に各画素を選択する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）２ａと、ＴＦＴ２ａのドレイン領域に接続する画素電極２ｂが形成されており、各画素の境界部において、ＴＦＴ２ａのゲート電極に接続するゲートバスライン２ｃとＴＦＴ２ａのソース領域に接続するソースバスライン２ｄが各画素を接続するように格子状に形成されている。
一方、ガラス等から成る第２の基板１ｂ上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ３が画素毎に交互に形成され、その上層に複数の画素に対して一体に形成された共通電極４が形成されている。図１においては、３画素×３画素の９画素分のみを示す。画素電極２ｂと共通電極４が対向するように、第１の基板１ａと第２の基板１ｂが平行に所定の間隙をもって配置され、得られた画素電極２ｂと共通電極４の間のスペースに、不図示の液晶配向膜で挟まれるようにして液晶５が封入される。
さらに、第１の基板１ａの画素電極２ｂの形成面の裏面側に、偏光板６と白色光を発するバックライト装置１２０が配置され、また、第２の基板１ｂの共通電極４の形成面の裏面側に、偏光板７が配置される。

図２は、液晶駆動電極とＴＦＴの配置図である。図面上、４画素×４画素の１６画素分を示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するように配置される。上記のように第１の基板１ａの一方の面上において、画素毎にＴＦＴ２ａと画素電極２ｂが配置され、各画素の境界部において、ゲートバスライン２ｃとソースバスライン２ｄが格子状に形成されている。液晶画面の外枠部分などには、ＸドライバＸＤおよびＹドライバＹＤを含む液晶駆動用ドライバが配置されており、上記のゲートバスライン２ｃは、選択回路Ｇ１〜Ｇｎを介して、ＹドライバＹＤに接続され、一方、ソースバスライン２ｄは、選択回路Ｄ１〜Ｄｍを介して、ＸドライバＸＤに接続される。
ここで、アクティブ素子であるＴＦＴ２ａは、走査電極バスであるゲートバスライン２ｃの信号に従って、液晶５に電界を印加する各画素電極２ｂとデータ電極であるソースバスライン２ｄとを接続し、または切断する役目を果しており、各画素の液晶を選択的に駆動することができる。偏光板６を透過したバックライト装置１２０からの光は、上述の選択回路により選択されて駆動された液晶部により透過率を制御されながら液晶５を透過し、さらに各色のカラーフィルタ３及び偏光板７を透過して、偏光板７側にカラー画像を形成する。これにより高コントラストで高速対応な高画質液晶ディスプレイが実現される。

カラー液晶表示装置１００は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル１１０を、バックライト装置１２０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリックス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示させることができる。

バックライト装置１２０は、液晶表示パネル１１０を背面側から照射する。
図１に示すように、バックライト装置１２０は、ここでは図示していない光源や、光源から出射された光を、光の利用効率を保ちながら、色ムラ、輝度ムラを抑制するように十分拡散させる機能などが組み込まれたバックライト筐体部２０内に、拡散板４１や、拡散板４１上に重ねて配列される拡散シート４２、プリズムシート４３、偏光変換シート４４といった光学シート群４５などを備えた構成となっている。
拡散板４１は、光源から出射された光を、内部拡散させることで、面発光における輝度の均一化を行う。

一般に、光学機能シート群４５は、例えば、入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成されており、バックライト装置１２０から面発光された光をカラー液晶表示パネル１１０の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために設けられている。したがって、光学機能シート群４５の構成は、上述した拡散シート４２、プリズムシート４３、偏光変換シート４４に限定されるものではなく、様々な光学機能シートを用いることができる。

図３にバックライト筐体部２０内の概略構成図を示す。この図３に示すように、バックライト筐体部２０には、少なくとも赤色光を発光する赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色を発光する緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色光を発光する青色発光ダイオード２１Ｂをライン状に配列して構成された発光ダイオードユニット列からなる発光ダイオードユニット２１_ｎ（ｎは、それぞれ自然数）が設けられている。

発光ダイオード２１は、詳細を省略するがそれぞれ発光バルブを樹脂ホルダによって保持するとともに、樹脂ホルダから一対の端子が突出されてなる。各発光ダイオード２１には、光源から発せられた光を側面から放射させる光学部品２１ａが設けられた側面放射発光ダイオード、すなわち、出射光の主成分を発光バルブの外周方向に出射する指向性を有するいわゆるサイドエミッション型のＬＥＤが用いられている。図８は、このような発光ダイオード２１から出射される光の様子を模式的に現したものである。なお、側面放射発光ダイオードについては、例えば特開２００３−８０６８号公報や特開２００４−１３３３９１号公報などに開示されている。

発光ダイオードユニット２１_ｎは、例えば、図３に示すように長手方向がバックライト筐体部２０の水平方向と平行とされ、バックライト筐体部２０の垂直方向に複数行配置される。また、バックライト筐体部２０内には、発光ダイオードユニット２１_ｎをユニット毎に分離するための仕切り部材としての仕切り板２２_ｎが設けられている。仕切り板２２_ｎは、バックライト筐体部２０の水平方向と平行とされ、バックライト筐体部の垂直方向に複数行配置される。なお、発光ダイオードユニットは、長手方向がバックライト筐体部の垂直方向と平行とされるように配置してもよい。

図４に、図３に示すバックライト筐体部に付したＸ−Ｘ線で切断した際の概略断面図を示す。
例えば、発光ダイオードユニット２１_ｎに設けられた仕切り板２２_２は、ライン状に設けられた発光ダイオード２１を中心として、左右対称となるような側面部２２ａを有している。この側面部２２ａは、外側に膨らむようなＲ形状の曲面部を有している。すなわち、仕切り板２２_２は拡散板４１に対して開口するような形状であり、いわゆる凹面形状となるように形成されている。側面部２２ａの端部は、拡散板４１と接触するように形成されているので、発光ダイオードユニット２１_２は、仕切り板２２_２で隣接する発光ダイオードユニット２１_１，２１_３から分離されている。
また、仕切り板２２は、曲面部の内部で発光ダイオード２１から出射した色光ｗが反射し、散乱するような鏡部材、拡散部材で形成されているが、例えば、仕切り板２２の曲面部の内側に発光ダイオード２１から出射された光を反射する物質を塗るようにしてもよい。なお、仕切り板２２の形状は、凹面形状のほかにシリンドリカル形状や、パラボラ形状等が考えられるが、必ずしも軸対象な幾何学的な曲面である必要はない。

図５は、拡散板４１を取り除いたバックライト筐体部２０を上方から眺めたものである。
発光ダイオードユニット２１_２の発光ダイオード２１から出射した色光ｗは、図に示される矢印のように、仕切り板２２の側面部２２ａに設けられた曲面で反射を繰り返す。すなわち、発光ダイオード列を構成する赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードから出射された色光がそれぞれ散乱する結果、互いに混合して白色光となる。
他の発光ダイオードユニット２１_１、・・・２１_ｎでも同様に色光が混合し白色光が得られるので、バックライト全体でも白色光となる。したがって、本発明のバックライト装置１２０によれば、拡散板４１の前段で十分に混色し、色ムラ、輝度ムラのない白色光を作ると共に、発光ダイオード２１と拡散板４１との距離を近づけた薄型のバックライト装置を作ることができる。

図６は、本発明のバックライト装置に適用する他の実施の形態に係るバックライト筐体部２０の断面図である。
バックライト筐体部２０に設けられる仕切り板２２_ｎは、仕切り部材２２_ｎの側面部２２ａの端部と、拡散板４１との間に空間部２３が存在するように形成されている。この場合、空間部２３の間隔２３ａは、隣接する発光ダイオードユニットの発光ダイオード２１_ｎから出射された色光ｗが、空間２３を通過して隣の発光ダイオードユニットへ入射できる程度の間隔とする。すなわち、発光ダイオードユニット２１_２と２１_３を分離するように設けられた仕切り板２２_２、２２_３の上方に形成された空間部２３には、発光ダイオードユニット２１_２から出射された色光ｗ２と発光ダイオードユニット２１_３から出射された色光ｗ３がそれぞれ入射することができる。

図７は、拡散板４１を取り除いた図６のバックライト筐体２０を上方から眺めたものである。
発光ダイオードユニット２１_２に設けられた発光ダイオード列の一つの発光ダイオード２１から出射した色光ｗ２は、仕切り板２２の側面部２２ａの曲面で散乱を繰り返し、発光ダイオードユニット２１_２内の他の発光ダイオードから出射される色光と混合して白色光となる。その一方で、ｗ２は、仕切り板の端部に形成された空間２３を通過して拡散板４１に入射する。発光ダイオードユニット２１_３の発光ダイオード２１から出射した色光ｗ３も、同様の散乱を行い拡散板４１に入射する。したがって、本発明のバックライト装置によれば、散乱により生成された白色光が、仕切り板２２上方に設けられた空間２３に介在することになるので、発光ダイオードユニット２１_ｎの間に設けられた仕切り板２２_ｎの影が拡散板４１に映ることがなく、輝度ムラのが発生を防止することができる。
また、空間部２３の間隔２３ａを調整することにより、空間２３を通過する白色光の量を調整することができるので、仕切り板２２_ｎの影によって生じる輝度ムラの度合いを調整をすることができる。

このような構成の透過型カラー液晶表示装置１００は、例えば、図９に示すような駆動回路２００により駆動される。駆動回路２００は、液晶表示パネル１１０、液晶表示パネル１１０を駆動する液晶パネル駆動回路、バックライト装置１２０、バックライト装置を駆動するバックライト駆動回路２９０、信号処理回路２５０、画像メモリ２６０、タイミングジェネレータ２７０等を備えている。
この駆動回路２００において、入力端子２４０を介して入力された映像信号は、信号処理回路２５０により必要な処理が行われ、画像メモリ２６０に記録される。入力された映像信号に含まれている同期信号は、タイミングジェネレータ２７０で分離される。タイミングジェネレータ２７０は、この分離された同期信号に基づいて、画像メモリ２６０への書き込み及び読み出しを制御するタイミング信号、液晶パネル駆動回路２８０を制御するタイミング信号、バックライト駆動回路２９０を介して発光ダイオード２１を発光させるタイミング信号を出力する。そして、画像メモリ２６０から発光ダイオードの発光タイミングにあわせて、画像メモリ２６０から映像信号が高速で読み出され、液晶パネル駆動回路２８０を介して、液晶表示パネル１１０に書き込まれる。

液晶パネル１１０に動画表示を行う場合は、タイミングジェネレータ２７０が、発光ダイオードユニット２１_ｎの発光を発光ダイオードユニットの行ごとに切り替えるタイミング信号を出力する。そして、発光ダイオードユニット２１_ｎの単位発光時間内に、バックライトの発光位置に応じた映像信号が、画像メモリ２６０から高速で読み出され、液晶パネル駆動回路２８０を介して、液晶表示パネル１１０に書き込まれる。

本発明の液晶表示装置によれば、発光ダイオードユニット２１_ｎごとに十分な白色光を得ることができるので、液晶表示パネル１１０への書き込みタイミングに同期させてバックライト装置１２０の発光タイミングをスキャンさせていく方式（スキャンブリンキング方式）を採用し、発光ダイオードユニット２１_ｎ単位で発光の切替を行うようにしても、動画ボケが生じることがない。すなわち、発光ダイオードを光源を用いた場合に、薄型で動画ボケのない液晶表示装置を作ることができる。

本発明を適用したカラー液晶表示装置の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。 カラー液晶表示装置に備えられた液晶駆動電極とＴＦＴの配置図である。 カラー液晶表示装置に備えられたバックライト筐体部の概略構成を示す模式的な斜視図である。 図３に示したＸＸ線で切断したバックライト筐体部の断面図である。 図３に示したバックライト筐体部を上方から観察した際の色光の屈折の様子を示した図である。 他の実施の形態に係るバックライト筐体部の断面図である。 図６に示したバックライト筐体部を上方から観察した際の色光の屈折の様子を示した図である。 サイドエミッション型の発光ダイオードにおける出射方向を模式的に示した図である。 本発明を適用したカラー液晶表示装置のブロック図である。

符号の説明

２０・・バックライト筐体部、２１・・発光ダイオード、２１_ｎ・・発光ダイオードユニット、２２_ｎ・・仕切り板、２２ａ・・側面部、２３・・空間部、４１・・拡散板、１００・・カラー液晶表示装置、１１０・・液晶表示パネル、１２０・・バックライト装置、 ２００・・駆動回路

Claims (6)

1. 赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを順番に配列した複数のライン状の発光ダイオードユニットを所定の間隔で隣接配置してなる光源と、
   前記各発光ダイオードから出射された光を拡散して面状発光させる拡散板と、
   断面が前記発光ダイオードユニットの出射面を除いて囲むような曲面を有し、前記各発光ダイオードから出射された光を反射拡散する仕切り板と、を備え、
   前記仕切り板は、前記各発光ダイオードユニットの背面に配置され、その端部が隣接する発光ダイオードユニットの中間に位置すること
   を特徴とするバックライト装置。
2. 前記仕切り部材は、前記曲面部の内面で色光を反射する材質で形成されていること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 前記仕切り部材の端部と、前記拡散板との間に、空間部を有していること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
4. 前記発光ダイオードユニット毎に、前記発光ダイオードの発光動作を行わせること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
5. 前記発光ダイオードは、ダイオードの光源から発生した光を側面から放射させる光学部品が設けられた側面放射発光ダイオードであること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
6. 透過型の液晶表示パネルと、
   赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを順番に配列した複数のライン状の発光ダイオードユニットを所定の間隔で隣接配置してなる光源と、
   前記各発光ダイオードから出射された前記色光を拡散して面状発光させる拡散板と、
   断面が前記発光ダイオードユニットの出射面を除いて囲むような曲面を有し、前記各発光ダイオードから出射された光を反射拡散する仕切り板と、を備え、
   前記仕切り板は、前記各発光ダイオードユニットの背面に配置され、その端部が隣接する発光ダイオードユニットの中間に位置すること
   を特徴とする液晶表示装置。
   

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