JP4650085B2 - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
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冷陰極蛍光管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)や、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が有望視されている。
このようなLEDを利用して、例えば直下型、すなわちLEDを装置の光出射面の直下に配置するバックライト装置が提案されている(例えば非特許文献1参照。)。
例えば通常のバックライト装置においては、長尺状の配線構造付き基体を複数用意し、これらの基体上に発光ダイオードを直線状に配置して、各基体をその長手方向と直交する方向に並置して、バックライト装置の筐体内に発光ダイオードを配列する構成が採用されている。
しかしながら、このような構成とする場合、隣接するLEDの間隔は、長尺状の基体に沿う方向には比較的密であるが、基体を並置配列する方向に関しては、隣接するLEDの間隔は比較的疎となってしまい、これらLEDを配置する面内において異なる方向に関してその間隔は大きく異なることとなる。したがって、バックライト装置を薄型化すると、各色LEDの配列によっては周期的に輝度と色度に不均一性が発生する恐れがある。
また、バックライト装置内などの厚さの薄い領域で均一な輝度と色度を得るために、LEDの放射角分布を水平方向に近づけるなどの工夫がなされているが、LED間の間隔が短い場合などは、水平方向の出射光が隣のLEDに直接当たって反射、拡散されてしまい、意図しない輝度むらや、色度分布が発生する場合がある。
更に、本発明による液晶表示装置は、上述の本発明構成のバックライト装置を用いる構成とする。すなわち、透過型の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、バックライト装置の光源が、3色の発光ダイオードより成る第1、第2及び第3の光源を有し、第1、第2及び第3の光源は、正方形の頂点上、又は、短辺に対する長辺の長さの比が2以下とされる長方形の頂点上に配置され、第1、第2及び第3の光源は、個数の比率が2:1:1とされ、個数の比率が2とされる第1の光源は、前記正方形又は長方形の頂点のうち対角線上の位置に配置され、他の2色の第2及び第3の光源を、前記正方形又は長方形の残りの頂点上に配置して、第1〜第3の光源から出射される光を混色させて白色光を出射する構成とする。
通常は、上述したように発光ダイオード等の光源が一方向には比較的密に配列され、これとは異なる他の方向に関しては比較的疎に配列されるものであるが、本発明においては、2以上の配列方向に関し、互いに離間させ、これにより複数の配列方向に関してそれぞれ同等以上の間隔をもって配置するものである。
そして、本発明において特に2以上の配列方向に関して隣接する他の光源との間隔のうち、最も長い間隔を、最も短い間隔に対して1以上2以下の比として各光源を配置することにより、従来と比較して格段に光源間の間隔を互いに離間させることができ、輝度むらを改善することができる。
そして、本発明の液晶表示装置においては、このようなバックライト装置を用いることによって、輝度むら、色むらが改善されことから例えば各色の発光ダイオード自体の輝度を高めることが可能となり、高輝度で色度分布の良好な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明のバックライト装置において、光源を2以上の色の光を出射する光源より構成し、隣接する光源を互いに異なる色を出射する光源とすることによって、輝度むら及び色むらを改善することができる。
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に適用することができる。この透過型カラー液晶表示装置100は、透過型のカラー液晶表示パネル110と、このカラー液晶表示パネル110の背面側に設けられたバックライト装置140とからなる。また、図示しないが、この透過型カラー液晶表示装置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。
バックライト装置140は、上記カラー液晶表示パネル110を背面側から照明する。図1に示すように、バックライト装置140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白色光へと混色するためにバックライト筐体部120内に、拡散板141、拡散板141上に重ねて配列される拡散シート142、プリズムシート143、偏光変換シート144といった光学機能シート群145などを備えた構成となっている。
拡散板141は、バックライト筐体部120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角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140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145の構成は、上述した拡散シート142、プリズムシート143、偏光変換シート144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。
そして、例えば、赤色発光ダイオード21Rで発光される赤色光、緑色発光ダイオード21Gで発光される緑色光、青色発光ダイオード21Bで発光される青色光のピーク波長は、それぞれ640nm、530nm、450nm程度とされる。赤色発光ダイオード21R、青色発光ダイオード21Bで発光される赤色光、青色光のピーク波長は、それぞれ640nmから長波長側へ、450nmから短波長側へシフトしてもよい。このようにピーク波長を、長波長側、短波長側へシフトさせると、色域を広げることができるため、カラー液晶表示パネルに表示させる画像の色再現範囲を拡大することができる。
なお、以下の説明において、赤色発光ダイオード21R、緑色発光ダイオード21G、青色発光ダイオード21Bを総称する場合は、単に発光ダイオード21と呼ぶ。
バックライト筐体部120の内壁面120aは、発光ダイオード21から発光された光の利用効率を高めるために反射加工がなされた反射面となっている。
一方、透過型カラー液晶表示装置100を構成するバックライト装置140は、上述したように光学機能シート群145が積層された拡散板141を備えている。また、拡散板141と、バックライト筐体部120との間には、反射シート126が配されている。
反射シート126は、その反射面が、拡散板141の光入射面141aと対向するように、且つ発光ダイオード21の発光方向よりもバックライト筐体部120側となるように配されている。反射シート126は、例えば、シート基材上に銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層することで形成された銀増反射膜などを用いることができる。またこの反射シート126は、主に発光ダイオード21等の光源20から発光され、その放射角度分布によって下向きに放射された光や、バックライト筐体部120の反射加工を施され反射面とされた内壁面120aにて反射された光などを反射する。
拡散板141は、バックライト筐体部120に設けられたブラケット部材108で保持される。
また、制御部270は、上記RGBセパレート信号に応じた所定のタイミングで、Xドライバ回路220及びYドライバ回路230を制御して、上記画像メモリ260からの映像信号とともにXドライバ回路220に供給されるRGBセパレート信号で、カラー液晶表示パネル110を駆動することにより、上記RGBセパレート信号に応じた映像を表示する。
ユーザインターフェース300は、上述した図示しない受信部で受信するチャンネルを選択したり、同じく図示しない音声出力部で出力させる音声出力量を調整したり、カラー液晶表示パネル110を照明するバックライト装置140からの白色光の輝度調節、ホワイトバランス調節などを実行するためのインターフェースである。
例えば、ユーザインターフェース300から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路200の制御部270を介してバックライト駆動制御部280に輝度制御信号が伝わる。バックライト駆動制御部280は、この輝度制御信号に応じて、パルス幅変調信号のデューティ比を、赤色発光ダイオード21R、緑色発光ダイオード21G、青色発光ダイオード21B毎に変えて、赤色発光ダイオード21R、緑色発光ダイオード21G、青色発光ダイオード21Bを駆動制御することになる。
光源から出射された光を、前述の図4において説明したバックライト筐体部120内の光源20から拡散板141に至る限られた空間で良好に混ぜるためには、光源を配置する面内における出射光の放射角分布が等方的であるとすると、本発明者等の鋭意考察研究の結果、以下の(1)〜(3)に示す条件を満たす配置とすることによって、最も効率が良くなり、輝度、色度の均一化が可能となることがわかった。
(1)可能な限り、隣の光源との距離が遠い配列とする。
(2)同種類の色の光源については、複数の方向に対して光源間の間隔を可能な限り等しい配列とする。
(3)全ての光源の配置を、可能な限り対称性のある配列とする。
これに対し、本発明構成とする場合は、各光源を、その配置する面内において2以上の方向に離間させることにより、いわば2次元的に密度を均一化することから、輝度むらを格段に抑制することができることとなる。なお、ここで2以上の方向とは、x−y座標のように互いに直交する方向のみではなく、一の方向に対し例えば60°をなす斜め方向をも含むものである。
例えば、32インチの液晶表示装置に用いるバックライト装置において、光源を配置する領域が例えば縦42cm、横70cm程度の長方形とすると、液晶表示装置や発光ダイオード等の光源の特性にもよるが、表示装置として好ましい輝度を得るには400個程度の発光ダイオードが必要である。これらの発光ダイオードを、異なる配列方向に関してなるべく離間させ、2次元的に配置することによって、従来に比して輝度むらを格段に改善することが可能となる。
そして、2次元的により密度を均一化するには、各光源の間隔を2以上の方向に関して略等間隔とすることが望ましい。しかしながら、配線構造などの他の要因から全ての方向について等間隔とすることが難しい場合は、2以上の配列方向に関して隣接する他の光源との間隔のうち、最も長い間隔を、最も短い間隔に対して1以上2以下の比とすることによって、従来に比して十分に輝度の均一化を図ることができる。
そこで、同種類の色の光源間の間隔が狭い方向では、その色の光強度の強い場所が発生し、同種類の色の光源の間隔が広い方向では、その色の光強度の弱い場所が発生する傾向がより顕著になる。したがって、輝度の均一性を得るためにそのような傾向を最小限にするには、複数の方向に関して同色の光源の間隔をできるだけ等しくすることが望ましい。
なお、ここで略周期的に配置するとは、数百個程度の多数の光源をバックライト装置内に配置するにあたり、ある一定の周期をもって光源を配置するが、その中の例えば数%以下程度の光源については、上述した配線構造に起因する条件、またはバックライト装置内に設ける支柱、放熱構造などの他の条件に起因して周期構造から外れた配置とする場合においても、本発明構成による効果は同様に得られる。したがって、本発明はこのような構成を含むものである。
具体的には、例えば各光源を三角形状に配置するとか、又は格子状に配置することによって、上記(1)〜(3)を満たす配置構成とすることができる。
なお、以上の配置構成はバックライト装置の出射面側からみた平面構成について説明するものであり、光源の高さ方向、すなわち光源が配置される面に対し垂直な方向については略同一面内に配置しても、また高さが異なる配置であってもよい。
次に、本発明による各参考例及び実施形態例を、図6〜図13を参照して説明する。
図6は、本発明によるバックライト装置の一参考例における要部の概略平面構成図である。この例においては、各光源20を三角形状に配置した例で、破線a1、a2、・・・で示す図6において横方向に延長する配列方向と、これに対しそれぞれ60度、120度程度の角度をもって斜めに配列する破線b1、b2、・・・、及び破線c1、c2、・・・で示す配列方向との3方向において、それぞれ略等間隔に配置した例を示す。
図6においては、光源20として色Aの1種類の色の光を出射する光源20、例えば白色発光ダイオード、またはその他の色の発光ダイオードを用いる場合を示す。1種類の色の光源を用いる場合は、この例のように、正三角形状に各光源20を配置する方法が一定面積内で最も各光源20をできるだけ離間させて、かつそれぞれ等間隔に配置することができる。
このような構成とすることによって、従来のように、一方向に延在する基板上に発光ダイオード等の光源を配置する場合と比較して、格段に輝度むらを抑制することが可能となる。
図7は、本発明によるバックライト装置の他の参考例における要部の概略平面構成図である。この例においては、各光源20を正方格子状に配置した例で、破線a1、a2、・・・で示す図7において横方向に延長する配列方向と、これに対し略直交する破線d1、d2、・・・、で示す配列方向とにおいて、それぞれ略等間隔に配置した例を示す。
またこの例においては、光源20として色A及びBの2種類の色の光を出射する光源20、例えば赤、緑、青、白などのうち2色の発光ダイオードを用いる場合を示す。各色の光源20の使用個数の比率は1:1であり、各色A及びBの光源20は、それぞれ隣接する光源20が互いに異なる色の光源20となるように配列される。2種類の色の光源を用いる場合は、この例のように、正方形状に各光源20を配置する方法が一定面積内で最も各光源20を離間させて、それぞれ等間隔に配置することができる。
このような構成とすることによって、従来のように、一方向に延在する基板上に発光ダイオード等の光源を配置する場合と比較して、格段に輝度むらを抑制し、またこの場合は、色むらを抑制することも可能となる。
図8は、本発明によるバックライト装置の他の参考例における要部の概略平面構成図である。この例においても、各光源20を三角形状に配置した例で、図8において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
そしてこの場合においても、光源20として、色A、色Bの2種類の色の光を出射する光源20を用いて、その使用個数を、2:1の比率とした場合を示す。なお、2種以上の光の光源を用いる場合、その使用個数は必ずしも1:1が最適とはならず、各色に対する視感度にも影響され、色の種類の数や配置によっては、2:1に限定されることなく、3:2、4:3などの比率に選定することが最適となる場合がある。
この例においては、一例として異なる3方向に関して、それぞれA−A−Bの周期を繰り返す配置としている。このとき、色Bの光源20は、同じ色の光源20の間で略等間隔に、周期的に配置される。また、色Bの光源20に対し、色Aの光源20は、全ての方向に関して等間隔に配置されることとなる。
一方色Aの光源20は、例えば破線a1、b1、c1の交点に配置する光源20に着目すると、破線a1、b1に沿う方向は隣接する同色の光源20と等間隔であるが、破線c1に沿う方向に関しては、隣接する同色の光源20が、他の方向に対し略2倍以下の間隔となっている。この場合においても従来に比して、十分色むらを改善することができる。
このような構成とすることによって、輝度むらを防ぐとともに、2色の光を2以上の方向に関して効率よく混色させ、従来に比して色むらを抑制することが可能となる。
図9A及びBは、本発明によるバックライト装置の他の参考例の要部の概略平面構成図である。この例においても、各光源20を三角形状に配置した例で、図9において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は、光源20として、色A、色B、色Cの3種類の色の光を出射する光源20、例えば赤、緑及び青色発光ダイオード等を用い、その使用個数を1:1:1とした場合を示す。
そして図9Aにおいては、各光源20を正三角形状に配置した場合を示す。各色の光源20が、それぞれ異なる色の光源20が隣接する配置とし、また同一の色の光源20もそれぞれ等間隔に配置され、きわめて輝度むら、色むらを改善することができる。
また、図9Bにおいては、各光源20を二等辺三角形状に配置した場合を示し、破線a1、a2・・・で示す横方向の配列方向に対し、これに対しそれぞれ70度、110度程度の角度をもって斜めに配列する破線e1、e2、・・・、及び破線f1、f2、・・・で示す配列方向との3方向に配列し、破線a1、a2・・・で示す方向に略等間隔に配置した例を示す。この場合においても、各色の光源20が、それぞれ隣接する光源20は異なる色の光源20とされ、また同一の色の光源20の間隔は、最も長い間隔と最も短い間隔の2倍以下とされ、十分に輝度むら、色むらを抑制することができる。
図10A及びBは、本発明によるバックライト装置の実施形態例の要部の概略平面構成図である。この例においても、各光源20を格子状に配置した例で、図10において、図7と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は、光源20として、色A、色B、色Cの3種類の光を出射する光源20、例えば赤、緑及び青色発光ダイオードを用い、その使用個数を2:1:1とした場合を示す。
そして図10Aにおいては、各光源20を正方形状に配置した場合を示す。色Aの光源20は、破線a1、a2・・・、d1、d2・・・に沿う方向には異なる色の光源20が隣接し、色B及びCの光源20は、全ての方向に異なる色の光源20が隣接する配置とし、各光源20はそれぞれ等間隔に配置される。この場合においても、きわめて輝度むら、色むらを改善することができる。
また、図10Bにおいては、各光源20を長方形の格子状に配置した場合を示し、破線a1、a2・・・で示す横方向の配列方向に対し、これと略直交する破線g1、g2、・・・で示す縦方向の配列方向において、隣接する光源20の間隔を2倍以下として配置した例を示す。この場合においても、上述の図10Aに示す例と同様に、従来に比して十分に輝度むら、色むらを抑制することができる。
図11は、本発明によるバックライト装置の他の参考例の要部の概略平面構成図である。この例においては、各光源20を正三角形状に配置した例で、図11において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は、光源20として例えば色A、色B、色C、色Dの4種類の色の光を出射する光源20を用い、その使用個数を1:1:1:1とした場合を示す。
この場合、各色の光源20が、それぞれ異なる色の光源20が隣接する配置とし、また同一の色の光源20もそれぞれ等間隔に配置され、きわめて輝度むら、色むらを改善することができる。
なお、4種類の色の光を出射する光源としては、以下の例が挙げられる。例えば3原色の光源を用いる場合、xy色度図の最も広い範囲をカバーする3色に選定すると、この3色の色度図上の点を結ぶ三角形の範囲の色は再現できるが、この三角形の領域を超える周囲の色を再現することはできない。しかしながら、この色度図上の三角形の外側の色を加えることによって、より広い色再現性を得ることができる。例えば、赤、緑及び青色の光源に加えて、シアン、マゼンタ、イエローなどの色を発光する光源を加えることによって、より広い範囲の色を再現することができる。
したがって、図11に示す配置を採用することによって、輝度むら、色むらを改善し、かつ上述した色度を考慮した光源を用いる場合は、色再現性の向上も可能なバックライト装置、液晶表示装置を提供することが可能となる。
図12は、本発明によるバックライト装置の他の参考例の要部の概略平面構成図である。この例においては、各光源20を正三角形状に配置した例で、図12において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は、光源20として例えば色A〜Gの7種類の色の光を出射する光源20を用い、その使用個数をほぼ同数とした場合を示す。
この場合、各色の光源20が、それぞれ異なる色の光源20が隣接する配置とし、また同一の色の光源20もそれぞれ等間隔に配置され、きわめて輝度むら、色むらを改善することができる。例えば、光源20として、白色の他、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエローの7色の発光ダイオードを用いることによって、輝度むら、色むらを抑えると共に、上述の第6実施形態例と同様に色度を考慮した光源を用いる場合は、色再現性の優れたバックライト装置、液晶表示装置を提供することが可能となる。
図13は、本発明によるバックライト装置の他の参考例の要部の概略平面構成図である。この例においても、各光源20を正方格子状に配置した例で、図13において、図7と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は、光源20として、色A〜Eの5種類の光を出射する光源20を用い、その使用個数を1:1:1:1:1とした場合を示す。
各色の光源20は、全ての方向に異なる色の光源20が隣接する配置とし、各色の光源20はそれぞれ等間隔に配置される。この場合においても、きわめて輝度むら、色むらを改善することができる。
また、例えば赤、緑及び青色の発光ダイオードの使用個数を2:2:1として配置する場合などにおいて、色A及びBを赤色、色C及びDを緑色、色Eを青色の発光ダイオードを用いて配置してもよい。
このような構成とすることによって、同様に、輝度むら、色むらを抑制した特性の良好なバックライト装置及び液晶表示装置を提供することができる。
したがって、従来の光源の配置構成では、バックライト装置を薄型化した場合に問題となった、輝度むら、色むらの発生を抑えることができて、バックライト装置及び液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
Claims (6)
- 3色の発光ダイオードより成る第1、第2及び第3の光源を有し、
前記第1、第2及び第3の光源は、正方形の頂点上、又は、短辺に対する長辺の長さの比が2以下とされる長方形の頂点上に配置され、
前記第1、第2及び第3の光源は、個数の比率が2:1:1とされ、
前記個数の比率が2とされる第1の光源は、前記正方形又は長方形の頂点のうち対角線上の位置に配置され、
他の2色の第2及び第3の光源は、前記正方形又は長方形の残りの頂点上に配置されて成り、
前記第1〜第3の光源から出射される光を混色させて白色光を出射する
バックライト装置。 - 前記3色が赤、緑及び青色である請求項1に記載のバックライト装置。
- 前記第1の光源は、赤色光原である請求項2に記載のバックライト装置。
- 透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
上記バックライト装置の光源は、
3色の発光ダイオードより成る第1、第2及び第3の光源を有し、
前記第1、第2及び第3の光源は、正方形の頂点上、又は、短辺に対する長辺の長さの比が2以下とされる長方形の頂点上に配置され、
前記第1、第2及び第3の光源は、個数の比率が2:1:1とされ、
前記個数の比率が2とされる第1の光源は、前記正方形又は長方形の頂点のうち対角線上の位置に配置され、
他の2色の第2及び第3の光源は、前記正方形又は長方形の残りの頂点上に配置されて成り、
前記第1〜第3の光源から出射される光を混色させて白色光を出射する
液晶表示装置。 - 前記バックライト装置の前記3色は、赤、緑及び青色である請求項4に記載の液晶表示装置。
- 前記バックライト装置の前記第1の光源は、赤色光原である請求項5に記載の液晶表示装置。
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