JP4883522B2 - 液晶表示装置及びそれに用いるバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光センサを用いて輝度または色度を制御する機能をする液晶表示装置及びそれに用いるバックライトユニットに関する。

液晶表示装置では、液晶パネルに照射する光の輝度や色度を所定レベルに制御するための光源を制御する技術が使用されている。例えば、特開２００４−１９９９６８号公報（特許文献１）にはこのような液晶表示装置が開示されている。

同公報によれば、液晶パネルは、面状光源装置からパネル面全体に光が照射される。面状光源装置は、ＬＥＤ光源とＬＥＤからの光を面状の光束にして液晶パネルに向ける導光板とを含み、導光板の側面に配置する光センサで導光板の光の１部をモニタすることで、その検出レベルに応じて、ＬＥＤ光源を制御するものである。導光板の側面から出射する光をセンサで検知する場合、センサおよびこれを封入する遮光部材などをどこかに固定する必要がある。しかし、同公報には、光センサをどのように固定するのか明示されていない。

また、従来、導光板からの光を検出する光センサを図４に示すようにバックライトユニットのケース側面に固定する液晶表示装置が知られている。

図４では、Ｒ，Ｇ，Ｂなど２色以上の光源４０１と、画像を表示する液晶パネル４０２と、光源４０１から発する光を液晶パネル４０２に面状の発光として導く1枚または複数の導光板４０３と、液晶パネル４０２の反対側に導光板から出射する光を反射させて導光板を介して液晶パネルに向ける反射板４０４と、導光板からの光を集光あるいは拡散して液晶パネル４０２へ向ける光学シート４０５が図示されている。さらに、反射板４０４の背後にはバックライトのケースとなる内側ケース４１５とモニタ筐体となる外側ケース４１６が配置されている。液晶表示装置としては、先に述べた素子を内側ケースに収め、内側ケースを外側ケースに収める。内側ケースの右側側面の内側に凹部が形成されている。この凹部は、導光板の右側側面に設けた位置決め用の凸部を受けるためのもので、光センサは、凹部の壁の１部に取り付けてある。そして、外側ケースに反射板、導光板、光学シート、光源を収納したバックライトユニットにおいて、導光板の凸部側面から出射する光を内側ケースの凹部壁に設けた光センサが受光する。光センサは、周囲からの外光を遮るケース４０７に収められて光センサユニットを構成している。

光源の制御は、光センサが受光した検出レベルを、表示装置が表示しようとする輝度・色度を再現するために必要な信号レベルと比較し演算する演算部４０８、演算部４０８の演算情報を基に光源４０１の発光強度を各色毎に制御するバックライト制御装置４０９によって制御する。光センサ４０６は外光を遮るケース４０７と共に、内側ケースにネジなどによって固定されていた。

しかし、遮光ケース４０７に収められた光センサ４０６はバックライトユニットのケースである内側ケースに固定されるため、光を検知する対象となる導光板４０３の移動、光センサ４０６を収めた遮光ケース４０７の移動、温度による膨張・伸縮によって生じる光センサ４０６と光を検知する対象物との位置関係の変化などによって、発光面とセンサ受光部との距離が増減することで光の損失量も増減し、光センサ４０６の出力情報と演算部４０８に格納された情報に差異が生じ、バックライト制御装置４０９によって制御された値にズレが生じることによって、液晶パネル４０２上の輝度・色度が得ようとする設定から外れてしまうという現象が発生していた。

特開２００４−１９９９６８号公報

したがって、本発明の目的は、光センサを用いて、輝度または色度を制御する機能を有した液晶表示装置において、機構的要因によるセンサ受光部における検知レベルのばらつきを押さえ、輝度および色度の制御精度を向上することのできる液晶表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、そのような液晶表示装置に使用するバックライトユニットを提供することである。

本発明によれば、光源と、光源から入射する光を面状の光に変換する導光板と、導光板から出射する光を集光あるいは拡散された光に変換する光学シートと、導光板からの光の１部を検出して電気信号に変換する光センサユニットと、これらを収納するケースとを含むバックライトユニットにおいて、前記導光板の内部であって表示への影響が及ばないエリアに前記光センサユニットを固定した構造を特徴とするバックライトユニットが得られる。

また、本発明によれば、液晶パネルと、前記液晶パネルに面状に拡散光を照射するバックライトユニットを含む液晶表示装置において、前記バックライトユニットは、光源と、光源から入射する光を面状の光に変換する導光板と、導光板から出射する光を集光あるいは拡散された光に変換する光学シートと、導光板からの光の１部を検出して電気信号に変換する光センサユニットと、これらを収納するケースとを含み、前記導光板の内部であって表示への影響が及ばないエリアに前記光センサユニットが固定された構造を有することを特徴とする液晶表示装置が得られる。

バックライトユニットの光センサユニットは、前記導光板の側面をくり貫いた内部に埋め込まれて固定されていることが望ましい。

望ましくは、光センサユニットは、受光素子と、受光素子の前面に配置された光透過性のある光拡散性樹脂と、前記光拡散性樹脂の光入射面を露出させて前記光拡散性樹脂および遮前記受光素子をモールドする遮光性樹脂で固定されている。

前記光センサユニットは、前記受光素子と前記光拡散性樹脂との間にカラーフィルタを配置してもよい。

前記光源は、２色以上のＬＥＤ光源を含む。望ましくは、３色のＬＥＤを含む。

前記光源は、冷陰極放電管でもよい。

望ましい形態では、液晶表示装置は、前記光センサユニットが検出した信号レベルを基準のレベルと比較して制御情報を発生させる演算手段と、前記演算手段からの制御情報に基づき光源の発光強度を制御するバックライト制御手段とを含む。

別の望ましい形態では、液晶表示装置は、前記光センサユニットが検出した信号レベルを基準のレベルと比較して制御情報を発生させる演算手段と、前記演算手段からの制御情報に基づき光源の発光強度を制御するバックライト制御手段とを含み、フィールドシーケンシャル方式で制御される。

本発明では、導光板の側面内部に光センサ設けることによって、導光板内の光を直接検出するものであるから、導光板と光センサの位置関係が一体に固定されている。即ち、導光板と光センサとの位置関係が、外部の影響を受けにくい構成になっているから、この構成でセンスした検出レベルで光源への供給電流を制御すれば、位置関係のずれによる検出レベルの変動を抑制できる。

また、本発明の実施形態によれば、受光部に拡散材をともなった樹脂を配し、センサ周辺に遮光を目的とした樹脂を配置して光センサ、カラーフィルタなどと固定することによって、センサ受光部に指向性のない光が到来し、偏った入射光の到来を抑えると共にセンサ側面などからの外光侵入による検出ズレを抑制することができるから、ノイズレベルが抑制され必要な信号レベルが検出でき制御しやすくなる。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す模式的分解斜視図である。

図１において、１０２は液晶パネル、１０１はＬＥＤ光源、１０５は光学シート、１０３は導光板、１０４は反射板である。また、１１５は内側ケースでバックライトユニットのケースである。１１６は外側ケースでバックライトユニットおよび液晶パネルが収容されるモニタの筐体である。導光板１０３は概略直方体形状のアクリル樹脂等の透明部材でできており、導光板の下側側面にはＬＥＤ光源１０１が配置され、発光した光が透明な導光板の側面から導光板内部に入射し、内部で反射を受けて導光板の面方向に向けられた光に変換される。導光板１０３の液晶パネル１０２側には、光学シート１０５が配置されており、導光板からの光を集光あるいは拡散光にして、液晶パネルに照射する。導光板の光学シート側と反対側には、反射板１０４が配置されており、導光板から反射板方向に出射する光を導光板方向に向けて反射して、液晶パネル１０２へ向け、光の有効利用を図るものである。

導光板１０３の右側側面には凸部が形成されており、この凸部を適当な大きさにくり貫いて導光板側面に光センサユニット１２０が埋め込まれ、その周辺が樹脂固定されている。凸部は、導光板を内側ケース１１５に位置合わせするためのもので、内側ケースの側壁の内側に設けられた凹部に嵌まって内側ケース１１５に収められる。

図２は、光センサユニット１２０の導光板内部への収納構造を示し、導光板の面に平行な面で、光センサ１０６の中心を通る面の断面図である。図２において、光センサユニット１２０は、フォトダイオードなど光センサ１０６、その受光面に配置されたカラーフィルタ１１１、カラーフィルタの手前に配置された光を透過し拡散性がある拡散樹脂部材１１０が配置されている。そしてこれら部材は拡散樹脂部材の前面（左側）を除き遮光樹脂１０７に埋め込まれている。光センサユニット１２０は、導光板１０３の凸部を内部にくりぬいた部分に納められて接着剤などで固定されている。

図２には導光板１０３の内部を進む光が導光板の右側側面に入射して反射す光路の一部、遮光樹脂表面で反射する光路とともに、光センサユニットの拡散樹脂部材に入射しカラーフィルタ１１１に向かう光路が併せて表示されている。

光センサユニット１２０の光センサは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を受けることができるように、受光部は３個の受光領域に分割されており、その各々の領域に対応して前面のカラーフィルタもＲ，Ｇ，Ｂの領域に分割され各々の色成分を受光部へ導く。

再び、図１を参照すると、ＬＥＤ光源１０１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ発光するＬＥＤが一列に配置されている。これら、ＲＧＢのＬＥＤは同時に点灯させると、導光板内で混色しバックライトとして白色光が得られる。しかし、液晶表示装置の用途によっては、白色光である必要はなく、この場合は、１色又は２色のＬＥＤを用いればよい。

内側ケース１１５には、反射板１０４、光ＬＥＤ光源１０１、光センサユニット付の導光板１０３、光学シート１０５が収納されバックライトユニットを構成する。そして、バックライトユニットと液晶パネルを外側ケースであるモニタ筐体に収め液晶表示装置になる。なお、この実施例で使用されている液晶パネルは、カラーフィルタを使ってカラー化する通常のパネルである。

光センサユニット１２０の光センサ１０６が受光した光は電気信号に変換され演算部に導かれる。演算部１０８は、光センサが受光した検出レベルを表示装置が表示しようとする輝度・色度を再現するために必要な信号レベルと比較し演算する。そして、演算部１０８の演算情報を基にＬＥＤ光源１０１の発光強度を各色毎に制御するバックライト制御装置１０９によって制御する。演算部１０８に任意に出力を制御された光源１０１から得られる液晶パネル１０２上の輝度・色度に対応したセンサの検知情報を格納しておき、光センサ１０６で検知される信号が演算部１０８内の情報に一致するようにバックライト制御装置１０９がフィードバック制御することによって、液晶パネル１０２上の輝度・色度を一定に表示することができる。なお、１１２は、表示パネルの表示を制御する表示制御装置である。

以上のように、本発明の実施例では、導光板の側面内部に光センサを埋め込むことによって、導光板内の光を直接検出するものであるから、導光板と光センサの位置関係が一体に固定されている。即ち、導光板と光センサとの位置関係が、外部の影響を受けにくい構成になっているから、この構成でセンスした検出レベルで光源への供給電流を制御すれば、位置関係のずれによる検出レベルの変動を抑制できる。

また、受光部に拡散材をともなった樹脂を配し、センサ周辺に遮光を目的とした樹脂を配置して光センサ、カラーフィルタなどと固定することによって、センサ受光部に指向性のない光が到来し、偏った入射光の到来を抑えると共にセンサ側面などからの外光侵入による検出レベルの変動を抑制することができる。したがって、ノイズレベルが抑制され必要な信号レベルが検出できるから、制御もしやすくなる。

さらに、光センサユニットは、外側ケースの凹部との位置決めに用いられる導光部側面の凸部に形成されるから、光センサユニットが表示エリアに影となって現れるのを防止できる。

上記実施例では、バルクライトユニットとして，ＬＥＤ光源を使用した場合について示したが、冷陰極放電管（ＣＣＦＬ）を使用してもよい。

図３は、本発明の第２の実施例を模式的に示す分解斜視図である。

同図において、図１に示した第１の実施例との違いは、同期信号回路１３０が配置されている点である。液晶パネル、導光板、ＬＥＤ光源、光学シート、反射板、導光板、導光板に一体で取り付けた光センサユニットなどは、第１の実施例に関して説明したのと同じであるから、これらの説明は省略し、第１の実施例との違いのみを説明する。

本実施例は、液晶パネルのＲＧＢ各色の表示と光源のＲＧＢ各色の発光を同期させて表示するフィールドシーケンシャルカラー方式（ＦＳＣ方式）の液晶表示装置の例である。したがって、カラーフィルタを使ってカラー化している通常の液晶パネルとは異なる。ＦＳＣ方式では、カラーフィルタを使用せずに、色の３原色Ｒ，Ｇ，Ｂのバックライトを順次照射する。そして、制御回路により各色と同期をとった色成分のみの画像を画素上に表示することにより、ＲＧＢの３色を時間的に混合してカラー画像を得る。したがって、本実施例では、バックライト制御装置１０９と表示制御装置１１２とがバックライト光源のＲ，Ｇ，Ｂの各点灯と表示パネルに表示すべき色の信号毎のフィールとを同期させるための同期信号発生手段１３０が必要になる。

本実施例で示したフィールドシーケンシャルカラー方式は、光センサユニットの受光領域は１つでもよいし、カラーフィルタを設けなくともよい。ＬＥＤ光源のＲ，Ｇ，Ｂの各ＬＥＤは色別に順次発光するので、１つの受光領域で足りるからである。もっとも、そのためには、演算部には、各色に対応した光センサの色感度の補正が必要になる。

以上本発明の実施例について説明してきたが、本発明は、これら実施例に限定されることはなく、発明の本旨を逸脱しない限り種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施例で使用する液晶表示装置のセンサユニットの拡大断面図である。 本発明の第２の実施例係る液晶表示装置の分解斜視図である。 従来の液晶表示装置の分解斜視図である。

符号の説明

１０１、４０１ ＬＥＤ光源
１０２、４０２ 液晶パネル
１０３、４０３ 導光板
１０４、４０４ 反射板
１０５、４０５ 光学シート
１０６、４０６ 光センサ
１０７ 遮光樹脂
１０８、４０８ 演算部
１０９、４０９ バックライト制御装置
１１０ 拡散材を含む樹脂
１１１ カラーフィルタ
１１２、４１２ 表示制御装置
１１５ バックライトユニットのケース
１１６ 液晶モニタ筐体
１２０ 光センサユニット
１３０ 同期信号発生手段
４０７ 遮光ケース

Claims (7)

1. 光源と、光源から入射する光を面状の光に変換する導光板と、導光板からの光の１部を検出して電気信号に変換する光センサユニットと、これらを収納するケースとを含むバックライトユニットにおいて、
   前記光センサユニットは、前記導光板の内部であって表示への影響が及ばないエリアである前記導光板の側面をくり貫いた内部に埋め込まれて固定され、
   前記光センサユニットは、受光素子と、受光素子の前面に配置された光透過性のある光拡散性樹脂とを有し、前記光拡散性樹脂および前記受光素子が前記光拡散性樹脂の光入射面を露出させて遮光性樹脂でモールドされ固定されていることを特徴とするバックライトユニット。
2. 液晶パネルと、前記液晶パネルに面状に拡散光を照射するバックライトユニットを含む液晶表示装置において、
   前記バックライトユニットは、光源と、光源から入射する光を面状の光に変換する導光板と、前記導光板からの光の１部を検出して電気信号に変換する光センサユニットと、前記光源、前記導光板及び前記光センサユニットを収納するケースとを含み、
   前記光センサユニットは、前記導光板の内部であって表示への影響が及ばないエリアである前記導光板の側面をくり貫いた内部に埋め込まれて固定され、
   前記光センサユニットは、受光素子と、受光素子の前面に配置された光透過性のある光拡散性樹脂とを有し、前記光拡散性樹脂および前記受光素子が前記光拡散性樹脂の光入射面を露出させて遮光性樹脂でモールドされ固定されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記光センサユニットは、前記受光素子と前記光拡散性樹脂との間に配置されたカラーフィルタを有することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記光源は、２色以上のＬＥＤ光源を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の液晶表示装置。
5. 前記光源は、冷陰極放電管を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の液晶表示装置。
6. 前記光センサユニットが検出した信号レベルを基準のレベルと比較して制御情報を発生させる演算手段と、前記演算手段からの制御情報に基づき光源の発光強度を制御するバックライト制御手段とを含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１の請求項記載の液晶表示装置。
7. 前記光センサユニットが検出した信号レベルを基準のレベルと比較して制御情報を発生させる演算手段と、前記演算手段からの制御情報に基づき光源の発光強度を制御するバックライト制御手段とを含み、フィールドシーケンシャル方式で制御することを含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１の請求項記載の液晶表示装置。

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