JP4737978B2 - 照明装置、平面表示装置及び照明方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数の発光素子を備えた照明装置、この照明装置を備えた平面表示装置及び照明装置を用いた照明方法に関する。

近年、液晶表示装置等の平面表示装置は、高輝度の表示特性が求められ、液晶表示パネルと、照明装置とを備えている。液晶表示パネルは、アレイ基板と、このアレイ基板に隙間をおいて対向配置された対向基板と、これら２枚の基板間に狭持された液晶層とを有している。アレイ基板及び対向基板は、これら基板の周縁部に設けられたシール材によって貼り合わされている。

照明装置は、液晶表示パネルの表示面の裏側、すなわち、アレイ基板の外側に設けられ、光源と、この光源を駆動する駆動回路とを有している。光源には、冷陰極管が使用されているが、近年では、光源に複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）を用いた照明装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

光源にＬＥＤを使用する場合、照明装置は、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの３色のＬＥＤを有し、これらのＬＥＤを駆動することにより白色光を発光する。上記ＬＥＤを駆動する際は、駆動回路で発生するクロック信号に同期してＬＥＤを駆動する。
特開２００２−２８７７０８号公報

上記３色のＬＥＤを駆動して白色光を発光する際は、同一フレームにおいて、色毎にＬＥＤの発光時間を異ならせて行なう。しかしながら、上記した場合、照明装置は、瞬間的に赤色、緑色、青色、これらの混色又は黒色に発光する、いわゆる、色割れの状態となる。すなわち、上記照明装置では常時白色光の発光ができないため、液晶表示パネルの表示面においても色割れが発生し、表示品位の低下を招いていた。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、常時白色光を発光できる照明装置、平面表示装置及び照明方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る照明装置は、各々互いに異なる波長の光を放つ複数の発光素子により平面表示パネルを照明する複数の光源と、各光源にて白色光を合成する前記複数の発光素子相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで前記複数の光源の各々を周期的に駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路は、前記複数の光源間で前記駆動パターンの位相を互いにずらし、前記複数の光源により、常時、白色発光するように構成されることを特徴としている。

また、本発明の他の態様に係る平面表示装置は、平面表示パネルと、各々互いに異なる波長の光を放つ複数の発光素子により平面表示パネルを照明する複数の光源と、各光源にて白色光を合成する前記複数の発光素子相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで前記複数の光源の各々を周期的に駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路は、前記複数の光源間で前記駆動パターンの位相を互いにずらし、前記複数の光源により、常時、白色発光するように構成された照明装置とを備えたことを特徴とする平面表示装置。

また、本発明の他の態様に係る照明方法は、各々互いに異なる波長の光を放つ複数の発光素子により平面表示パネルを照明する複数の光源の各々を、各光源にて白色光を合成する前記複数の発光素子相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで前記複数の光源の各々を周期的に駆動し、前記複数の光源間で前記駆動パターンの位相を互いにずらし、前記複数の光源により、常時、白色発光することを特徴としている。

この発明によれば、常時白色光を発光できる照明装置、平面表示装置及び照明方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明に係る平面表示装置を液晶表示装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示装置は、照明装置としてのバックライトユニット１と、平面表示パネルとしての液晶表示パネル２と、を備えている。

図１および図２に示すように、バックライトユニット１は、光放出面１０Ｓを含む透明体としての導光板１０、光源２０及び駆動回路３０を備えている。なお、バックライトユニット１は、導光板１０上に図示しないプリズムシート及び拡散フィルム等の光学系を設けて形成されても良い。

液晶表示パネル２を照明する光源２０は、導光板１０の光放出面１０Ｓと反対側の外面に対向配置されている。この実施の形態において、光源２０は、第１光源及び第２光源（後述する第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂ）を有している。各光源は、各々互いに異なる波長で発光する複数の発光素子として、複数の赤色のＬＥＤ２０Ｒ、緑色のＬＥＤ２０Ｇ及び青色のＬＥＤ２０Ｂを有している。

駆動回路３０は、各光源にて白色光を合成する複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンとしてのクロック信号で、上記複数の光源の各々を周期的に駆動している。駆動回路３０は、複数の光源間でクロック信号の位相を互いにずらすように構成されている。

ここで、上記駆動回路３０について詳細に説明する。
駆動回路３０は、信号発生部３１及び位相調整部３４を備えている。信号発生部３１は、駆動信号を発生させる発振器３２及びパルス幅変調部３３を備えている。パルス幅変調部３３は、発振器３２で発生させた駆動信号を用いてクロック信号のパルス幅を変調させることにより、ＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ毎にパルス幅の異なるクロック信号を発生させることができる。

この実施の形態において、パルス幅変調部３３は、赤色ＬＥＤ２０Ｒ用の第１パルス幅変調部（ＰＷＭ＿Ｒ）３３Ｒと、緑色ＬＥＤ２０Ｇ用の第２パルス幅変調部（ＰＷＭ＿Ｇ）３３Ｇと、青色ＬＥＤ２０Ｂ用の第３パルス幅変調部（ＰＷＭ＿Ｂ）３３Ｂとを有している。このため、ＬＥＤの発光色毎にパルス幅を変調することができる。

また、位相調整部３４は、赤色ＬＥＤ２０Ｒ用の第１位相調整部（ＰＭ＿Ｒ１）３４Ｒ１及び第４位相調整部（ＰＭ＿Ｒ２）３４Ｒ２と、緑色ＬＥＤ２０Ｇ用の第２位相調整部（ＰＭ＿Ｇ１）３４Ｇ１及び第５位相調整部（ＰＭ＿Ｇ２）３４Ｇ２と、青色ＬＥＤ２０Ｂ用の第３位相調整部（ＰＭ＿Ｂ１）３４Ｂ１及び第６位相調整部（ＰＭ＿Ｂ２）３４Ｂ２とを有している。

第１パルス幅変調部３３Ｒでパルス幅が変調されたクロック信号は、第１位相調整部３４Ｒ１及び第４位相調整部３４Ｒ２に入力される。第１位相調整部３４Ｒ１及び第４位相調整部３４Ｒ２は、互いに位相のずれたクロック信号を出力する。このため、ＬＥＤ２０Ｒは、第１位相調整部３４Ｒ１又は第４位相調整部３４Ｒ２を介したクロック信号で駆動される。

第２パルス幅変調部３３Ｇでパルス幅が変調されたクロック信号は、第２位相調整部３４Ｇ１及び第５位相調整部３４Ｇ２に入力される。第２位相調整部３４Ｇ１及び第５位相調整部３４Ｇ２は、互いに位相のずれたクロック信号を出力する。このため、ＬＥＤ２０Ｇは、第２位相調整部３４Ｇ１又は第５位相調整部３４Ｇ２を介したクロック信号で駆動される。

第３パルス幅変調部３３Ｂでパルス幅が変調されたクロック信号は、第３位相調整部３４Ｂ１及び第６位相調整部３４Ｂ２に入力される。第３位相調整部３４Ｂ１及び第６位相調整部３４Ｂ２は、互いに位相のずれたクロック信号を出力する。このため、ＬＥＤ２０Ｂは、第３位相調整部３４Ｂ１又は第６位相調整部３４Ｂ２を介したクロック信号で駆動される。
上記したことから、位相調整部３４は、各光源の同一色に発光するＬＥＤ毎にクロック信号の位相を互いにずらすことができる。

第１位相調整部３４Ｒ１、第２位相調整部３４Ｇ１及び第３位相調整部３４Ｂ１からクロック信号が供給される複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの集合体は、第１光源２０ａを形成している。第４位相調整部３４Ｒ２、第５位相調整部３４Ｇ２及び第６位相調整部３４Ｂ２からクロック信号が供給される複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの集合体は、第２光源２０ｂを形成している。

ここで、上記第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂについて詳細に説明する。
第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、駆動回路３０により、常時白色に発光させるために必要な複数のＬＥＤ相互の発光時間の関係を設定するクロック信号で各々駆動されている。なお、後述するが、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂ間で、位相調整部３４は、クロック信号の位相を互いにずらしている。

第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、導光板１０の外面、すなわち、第１偏光板８０の外面と平行な液晶表示パネル２の平面に対して略均一に平面状に分散されている。この実施の形態において、第１光源２０ａのＬＥＤ及び第２光源２０ｂのＬＥＤは、互いに交差する第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２に交互に並んで設けられている。これにより、光放出面１０Ｓから放出される光の内、少なくとも表示面Ｓを透過する光は、色ムラ及び輝度ムラが抑制され、良好な白色の光となる。

図１に示すように、液晶表示パネル２は、光放出面１０Ｓに対向して設けられたアレイ基板５０と、対向基板６０と、液晶層７０と、第１偏光板８０と、第２偏光板９０と、を有している。

アレイ基板５０は、ガラス基板５１と、このガラス基板上に形成された複数の画素電極５２と、各画素電極を含み、ガラス基板上に成膜された配向膜５３と、を有している。画素電極５２は、それぞれ画素を構成している。また、アレイ基板５０は、ガラス基板５１上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としての薄膜トランジスタ等を有している。

対向基板６０は、ガラス基板６１と、このガラス基板上に形成された共通電極６２と、この共通電極上に形成された配向膜６３と、を有している。画素電極５２および共通電極６２は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜５３および配向膜６３には配向処理（ラビング）が施されている。

アレイ基板５０および対向基板６０は、複数のスペーサ７１により所定の隙間を置いて対向配置されている。アレイ基板５０および対向基板６０は、両基板の周縁部に配置されたシール材７２により互いに接合されている。液晶層７０は、アレイ基板５０、対向基板６０およびシール材７２間に狭持されている。第１偏光板８０はアレイ基板５０の外面に配置され、第２偏光板９０は対向基板６０の外面に配置されている。第２偏光板９０の外面は、表示面Ｓとして機能している。

次に、上記バックライトユニット１の駆動方法について詳細に説明する。
図３に示すように、各波形は、ＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの発光時間を設定するクロック信号であり、第１位相調整部３４Ｒ１乃至第６位相調整部３４Ｂ２から出力されるクロック信号を示している。以下、第１フレームにおけるクロック信号について説明する。ここで、第１フレーム等の１フレームは、液晶表示パネル２の全ての画素を順次走査し再び同一の画素を走査するまでの時間であり、通常１６ｍｓｅｃ程度である。

タイミングａにおいて、第１光源２０ａ駆動用の第１位相調整部３４Ｒ１乃至第３位相調整部３４Ｂ１のクロック信号は一斉にＨＩＧＨレベルとなり、続くタイミングｂ、タイミングｃ及びタイミングｄにおいてもＨＩＧＨレベルに維持される。

次いで、タイミングｅにおいて、第１フレームの立ち上がりからこのフレームの１／２位相ずれると、第２光源２０ｂ駆動用の第４位相調整部３４Ｒ２乃至第６位相調整部３４Ｂ２のクロック信号が一斉にＨＩＧＨレベルとなる。この実施の形態において、バックライトユニット１は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの２個の光源を有しているため、第４位相調整部３４Ｒ２乃至第６位相調整部３４Ｂ２のクロック信号は、上記フレームの１／２位相ずれるように設定されている。

その後、タイミングｆにおいて、第２位相調整部３４Ｇ１のクロック信号がＬＯＷレベルになると、第１光源２０ａの発光色は赤色及び青色の混色となるが、第２光源２０ｂは白色の発光となるため、色割れの発生は抑制され、バックライトユニット１による白色の発光は維持される。

続くタイミングｇにおいて、第１位相調整部３４Ｒ１のクロック信号もＬＯＷレベルとなり、第１光源２０ａの表示色は青色の単色となるが、第２光源２０ｂは白色の発光となるため、色割れの発生は抑制され、バックライトユニット１による白色の発光は維持される。

次いで、タイミングｈにおいて、第３位相調整部３４Ｂ１のクロック信号もＬＯＷレベルとなると、第１光源２０ａはオフ状態となり無発光となる。しかしながら、上記タイミングにおいて、第２光源２０ｂは白色の発光となるためバックライトユニット１による白色の発光は維持される。

そして、第２フレーム及び第３フレームにおいても、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、第１フレームと同様に駆動される。上記したことから、何れのタイミングにおいても、バックライトユニット１は白色の発光が可能であることが分かる。

以上のように構成された、バックライトユニット１、液晶表示装置及びバックライトユニットの照明方法によれば、駆動回路３０は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂにて白色光を合成する複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで上記光源の各々を周期的に駆動する。位相調整部３４は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂ間でクロック信号の位相を互いにずらす機能を有している。上記したことから、常時、第１光源２０ａ又は第２光源２０ｂにより白色の発光が可能となるため、光放出面１０Ｓにおいて、色割れの発生を抑制することができる。

第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、導光板１０の外面及び液晶表示パネル２の平面に対して略均一に平面状に分散されている。このため、バックライトユニット１は、色ムラ及び輝度ムラを抑制でき、良好な白色の光を放出することができる。

バックライトユニット１は２個の光源を有しているため、位相調整部３４は、各光源の同一色に発光するＬＥＤ毎に出力されるクロック信号の位相を互いに１フレームの１／２位相ずれるように調整している。これにより、上記色割れを最も抑制することができる。なお、バックライトユニット１が６個の光源を有している場合、位相調整部３４は、各光源の同一色に発光するＬＥＤ毎に出力されるクロック信号の位相が互いに１フレームの１／６位相ずつずれるように上記クロック信号の位相を調整すれば良い。上記したことから、バックライトユニット１がＮ個の光源を有している場合、位相調整部３４は、各光源の同一色に発光するＬＥＤ毎に出力されるクロック信号の位相が互いに１フレームの１／Ｎ位相ずつずれるように上記クロック信号の位相を調整することにより、上記色割れを最も抑制することができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図４に示すように、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの複数のＬＥＤ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、第２方向ｄ２に導光板１０を挟んでこの導光板の側縁に対向配置され、第１方向ｄ１に延びていても良い。なお、複数の光源の複数のＬＥＤを導光板１０の側縁に配置する場合は、導光板の１辺の側縁に配置しても良く、３辺又は４辺の側縁全てに配置しても良い。

第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、それぞれＬＥＤ２０Ｒ、ＬＥＤ２０Ｇ、ＬＥＤ２０Ｂを有し、これらの発光色の混色により白色に発光しているが、これに限らず、各々白色に発光する複数の白色ＬＥＤを有していても良い。上記した場合であっても、バックライトユニット１は、常時白色に発光可能である。バックライトユニット１は、２個の光源を有しているが、これに限らず、３個以上の複数の光源を有していても良い。

なお、上記実施の形態においては、説明の便宜上、クロック信号（ＰＷＭ信号）の周期が１フレームであるとして説明したが、実際には数周期から数十周期で１フレームとなるものであり、且つ上記クロック信号はフレームに同期しているものである。
この発明は、液晶表示装置に限定されることなく、バックライトユニット１を備えた平面表示装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す断面図。 図１に示したバックライトユニットを示す概略平面図。 上記バックライトユニットの動作を説明するためのタイミングチャート図。 上記バックライトユニットの変形例を示す概略平面図。

符号の説明

１…バックライトユニット、２…液晶表示パネル、２０…光源、２０ａ…第１光源、２０ｂ…第２光源、２０Ｒ…赤色ＬＥＤ、２０Ｇ…緑色ＬＥＤ、２０Ｂ…青色ＬＥＤ、３０…駆動回路、３１…信号発生部、３２…発振器、３３…パルス幅変調部、３４…位相調整部、５０…アレイ基板、６０…対向基板、７０…液晶層。

Claims (11)

1. 各々互いに異なる波長の光を放つ複数の発光素子により平面表示パネルを照明する複数の光源と、
   各光源にて白色光を合成する前記複数の発光素子相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで前記複数の光源の各々を周期的に駆動する駆動回路とを備え、
   前記駆動回路は、前記複数の光源間で前記駆動パターンの位相を互いにずらし、前記複数の光源により、常時、白色発光するように構成されることを特徴とする照明装置。
2. 前記駆動回路は、
   前記異なる波長の光を放つ発光素子毎にパルス幅の異なる前記駆動パターンを発生させる信号発生部と、
   前記各光源の同一の波長の光を放つ発光素子毎に前記駆動パターンの位相を互いにずらす位相調整部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記信号発生部は、
   駆動信号を発生させる発振器と、
   前記駆動信号を用いて前記駆動パターンのパルス幅を変調させることにより、前記異なる波長の光を放つ発光素子毎にパルス幅の異なる前記駆動パターンを発生させるパルス幅変調部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記複数の光源はＮ個であり、
   前記位相調整部は、前記各光源の同一の波長で発光する発光素子毎に出力される前記駆動パターンの位相が互いに１フレームの１／Ｎ位相ずつずれるように前記駆動パターンの位相を調整するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記複数の光源の複数の発光素子は、平面表示パネルの平面に対して略均一に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記複数の光源の複数の発光素子は、互いに交差する第１方向および第２方向に交互に並んで設けられていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
7. 導光板を備え、
   前記複数の光源の複数の発光素子は、前記導光板の側縁に沿って交互に並んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記光源は、赤色、緑色及び青色の複数の発光素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 平面表示パネルと、
   平面表示パネルを照明する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明装置とを備えたことを特徴とする平面表示装置。
10. 各々互いに異なる波長の光を放つ複数の発光素子により平面表示パネルを照明する複数の光源の各々を、各光源にて白色光を合成する前記複数の発光素子相互の発光時間の割合に対応した駆動パターンで前記複数の光源の各々を周期的に駆動し、
    前記複数の光源間で前記駆動パターンの位相を互いにずらし、前記複数の光源により、常時、白色発光することを特徴とする照明方法。
11. 前記複数の光源がＮ個の場合、
    各光源の同一の波長で発光する発光素子毎に出力される前記駆動パターンの位相を互いに１フレームの１／Ｎ位相ずつずらすことを特徴とする請求項１０に記載の照明方法。

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