JP4994649B2 - カラー液晶表示装置のバックライト - Google Patents

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Description

本発明は、カラー液晶表示装置のバックライトに関し、特に、光源からの３色の光（Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue））をカラーフィルタを通さずに直接液晶表示パネルの対応する画素に入射させる方式のバックライトに関する。
近年の液晶技術の発展に伴い、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を光源とするバックライトを使用した液晶表示（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）モジュールが実用化されている。ＬＥＤバックライトは、導光板内で３色のＬＥＤ光が混色されて白色光となり、カラーフィルタと組み合わせてカラー表示される場合が多い。しかし、カラーフィルタを使うと輝度が落ちるという問題点があった。
これを改善するため、カラーフィルタを使用せずに、３色のＬＥＤ光が直接対応するＬＣＤの画素に入り、液晶シャッターで光量を制御してカラー表示させるようにしたＬＥＤバックライトを備えたカラー液晶表示装置が特許文献１に開示されている。
図５はこの特許文献１の図３に記載されている従来のＬＥＤバックライトを示す模式図である。この図５に示すように、赤のＬＥＤ１１１からの光を光ガイド（導光板）１０１に導入し、光を窪み等の変形部１２０から出射した光は、偏光フィルタ１０４を介してＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ１０５の対応する色の画素列に入射するようになっている。同様に、青のＬＥＤ１１２からの光は光ガイド１０２に入射し、変形部１２０から出射した光は、対応するＴＦＴアレイ１０５の画素列に入射し、緑のＬＥＤ１１３からの光も光ガイド１０３に入り、変形部１２０からＴＦＴアレイ１０５の対応する色の画素列に入射するようになっている。このように、各光ガイド１０１、１０２及び１０３は積層された構造を有している。
特開２００２−１９６３３２号公報（図３）
従来、ＬＥＤ光源からの３色の光を同時にＬＣＤパネルに導入するには、Ｒ、Ｇ及びＢの各ＬＥＤ光源からの光を、別々の３枚の導光板に入射し、３枚重ねた状態でＬＣＤパネルの対応する画素に各色の光が入射されるように位置合わせをして、３枚の導光板が重ね合わされていた。従って、従来のＬＥＤバックライトは、３枚の導光板の夫々について、ＬＣＤパネルのその導光板に対応する色の画素に整合するように、位置合わせをして重ね合わす必要があった。ＬＣＤパネルの画素はひとつの色に対応するサイズが１００μｍ×３００μｍ程度で、３画素並べて３００μｍ×３００μｍ程度の大きさで、１ピクセル当たりのカラーを表示するものとなっており、各画素間には１５μｍ程度の幅を持った遮光帯が設けられている構造となっている。従って、各導光板とＬＣＤパネルとは遮光帯の幅である１５μｍに収まるような重ね合わせ精度が必要であり、製造は極めて困難であった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、重ね合わせ工程を減少させ、導光板をＬＣＤパネルと高精度で容易に重ね合わせることができ、軽量かつ安価なカラー液晶表示装置のバックライトを提供することを目的とする。
本発明に係るカラー液晶表示装置のバックライトは、液晶層に対して赤色、青色及び緑色の３原色光を夫々対応する画素に直接入射させるカラー液晶表示装置のバックライトにおいて、第１の導光板と、この第１の導光板の第１の側面における第１の領域に３原色光のうちの第１の原色光を入射させる第１入射部と、第１の導光板の第１の側面に対向する第２の側面における第２の領域に３原色光のうちの第２の原色光を入射させる第２入射部と、第１の導光板の裏面における第３の領域に３原色光のうちの第３の原色光を入射させる第３入射部とを有することを特徴とする。
また、第１入射部は第１の側面に設けられ第１の原色光を発光する第１発光ダイオードと、第１の側面における第１の領域以外の領域に設けられた第１遮光膜とを有し、第２入射部は第２の側面に設けられ第２の原色光を発光する第２発光ダイオードと、第２の側面における第２の領域以外の領域に設けられた第２遮光膜とを有し、第３入射部は第１の導光板の裏面に設けられた第２の導光板と、裏面における第３の領域以外の領域に設けられた第３遮光膜と、第２の導光板に第３の原色光を入射する第３発光ダイオードとを有することができる。なお、各遮光膜としては、光を遮断する膜として、反射膜等も含むものである。
また、第１の導光板は、第１の領域から入射した第１の原色光が占める領域と、第２の領域から入射した第２の原色光が占める領域と、第３の領域から入射した第３の原色光が占める領域とが、出射面からみて、帯状に相互に平行に交互に配置されていることが望ましい。
第１及び第２の導光板の表面に突起を並べることによって形成したプリズム又は突起とくぼみとを並べることによって形成したプリズムを備えることによって、第１及び第２の導光板からの出射光の指向性を高めることもできる。
また、第１及び第２の導光板の表面に光を拡散させる多数個の凹凸を形成し、第１及び第２の導光板からの出射光を拡散させることで導光板にある輝点、ドット、輝線、ムラ等を拡散させてこれらの影響を軽減させ、出射面全体を均一な明るさにすることもできる。
第１及び第２の導光板の表面に電気的信号により透過又は散乱の状態に変化させることができる散乱シートが形成されていてもよい。
本発明に係るカラー液晶表示装置は、液晶層と、この液晶層に対して赤色、青色及び緑色の３原色光を夫々対応する画素に直接入射させるカラー液晶表示装置のバックライトとを有し、前記バックライトは第１の導光板と、この第１の導光板の第１の側面における第１の領域に前記３原色光のうちの第１の原色光を入射させる第１入射部と、前記第１の導光板の前記第１の側面に対向する第２の側面における第２の領域に前記３原色光のうちの第２の原色光を入射させる第２入射部と、前記第１の導光板の裏面における第３の領域に前記３原色光のうちの第３の原色光を入射させる第３入射部とを有することを特徴とする。
また、第１入射部は第１の側面に設けられ第１の原色光を発光する第１発光ダイオードと、第１の側面における第１の領域以外の領域に設けられた第１遮光膜とを有し、第２入射部は第２の側面に設けられ第２の原色光を発光する第２発光ダイオードと、第２の側面における第２の領域以外の領域に設けられた第２遮光膜とを有し、第３入射部は第１の導光板の裏面に設けられた第２の導光板と、裏面における第３の領域以外の領域に設けられた第３遮光膜と、第２の導光板に第３の原色光を入射する第３発光ダイオードとを有することができる。なお、各遮光膜としては、光を遮断する膜として、反射膜等も含むものである。
本発明によれば、各３原色のＬＥＤ光源からの光が、夫々対応する導光部を通って夫々対応するＬＣＤパネルの画素に直接入射するため、ＬＣＤパネルのカラーフィルタが不要となり、透過率が向上し、高輝度且つ高効率で安価なＬＣＤモジュールが得られる。また、導光板とＬＣＤパネルの重ね合わせが１回で済むため高精度に合わせ込むことが可能であり、導光板を１枚又は２枚しか使わないため、軽量で工程も少なく高歩留が得られる。
次に、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るカラー液晶表示装置のバックライトの平面構造を示す概略図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’に沿った縦断面構造を示す概略図である。第１の導光板４は、第２の導光板５の上に重ねて配置されており、この第１の導光板４には、その第１の側面１０からこの第１の側面１０に対向する第２の側面１１に向かう帯状の第１（Ｒ）領域１Ｒ、第２（Ｇ）領域１Ｇ、及び第３（Ｂ）領域１Ｂが交互に設けられている。これらの第１（Ｒ）領域１Ｒ、第２（Ｇ）領域１Ｇ及び第３（Ｂ）領域１Ｂは、第１導光板４の上に配置される液晶（ＬＣＤ）パネル８の夫々赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素及び青色（Ｂ）画素の幅に対応する大きさ（幅等）を有し、対応する位置に設けられている。
そして、第１の導光板４の第１の側面１０には３原色の中の赤色を発光する赤色ＬＥＤ（Ｒ）１が配置されており、第１の導光板４の第２の側面１１には３原色の中の青色を発光する青色ＬＥＤ（Ｂ）２が配置されている、そして、第１の側面１０には、第１（Ｒ）領域１Ｒに接する部分を除いて、第２（Ｇ）領域１Ｇ及び第３領域（Ｂ）１Ｂに接する部分に、遮光膜９が設けられている。また、第２の側面１１には、第３（Ｂ）領域１Ｂに接する部分を除いて、第１（Ｒ）領域１Ｒ及び第２領域（Ｇ）１Ｇに接する部分に、遮光膜９が設けられている。従って、第１導光板４の第１領域（Ｒ）内には、赤色ＬＥＤ（Ｒ）１Ｒからの赤色のみが入射し、第１導光板４の第３領域（Ｂ）１Ｂには、青色ＬＥＤ（Ｂ）１Ｂからの青色のみが入射する。一方、第１導光板４の底面、即ち、第２導光板４と接する面には、第１導光板４の第２領域（Ｇ）１Ｇに接する部分を除いて、第１（Ｒ）領域１Ｒ及び第３（Ｂ）領域１Ｂに接する部分に、遮光膜が設けられている。そして、この第２導光板５における一側面、例えば、第１導光板４の第１及び第２の側面１０，１１に直交する側面には、緑色を発光する緑色ＬＥＤ（Ｇ）３が配置されている。これにより、緑色ＬＥＤ（Ｇ）３からの緑色は、第２導光板５に入射し、更に、第１導光板４の底面から、第１導光板４の第２（Ｇ）領域１Ｇのみに入射する。そして、第１の導光板４の第１（Ｒ）領域１Ｒ、第２（Ｇ）領域１Ｇ及び第３（Ｇ）領域１Ｂに入射した各光は、第１の導光板４の表面の第１（Ｒ）領域１Ｒ、第２（Ｇ）領域１Ｇ及び第３（Ｇ）領域１Ｂから出射する。
第１の導光板４における第１（Ｒ）領域１Ｒ、第２（Ｇ）領域１Ｇ及び第３（Ｇ）領域１Ｂは、第１の導光板４の表面に設けた溝等の区切り部６により区切られており、第１の導光板４の表面から出射する各色が混合されないようになっている。この第１の導光板４は、金型により溝部を有するように成形した後、この溝部に反射又は遮光処理することにより、作成することができる。また、導光板にレジストを塗布した後、露光及び現像処理することにより、溝部以外の導光板表面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、導光板をエッチングすることにより、溝を形成することもできる。
第１の導光板４の表面にはアライメントマーク７が設けられており、このアライメントマーク７を利用して、第１の導光板４とＬＣＤパネル８とを高精度に位置合わせをして重ね合わせることができるようになっている。このアライメントマーク７は、覗き込めるように貫通パターンでもよい。
次に、上述の如く構成された本実施形態のバックライト及び液晶表示装置の動作について説明する。第１の導光板４の第１の側面１０の第２領域１Ｇ及び第３領域１Ｂに接する部分には遮光膜９が形成されており、第１の導光板４の第２の側面１１の第１領域１Ｒ及び第２領域１Ｇに接する部分には遮光膜９が形成されているので、図３に示すように、第１導光板４の第３領域１Ｂには、青色ＬＥＤ２からの青色光のみが入射する。この青色光は、第１の導光板４の表面から出射し、ＬＥＤパネル８の青色画素に直接（カラーフィルターを介することなく）入射する。同様に、第１の領域１Ｒにおいても、赤色ＬＥＤ１からの赤色光が第１の領域１Ｒにのみ入射し、第１の導光板４の表面から出射し、ＬＥＤパネル８の赤色画素に直接（カラーフィルターを介することなく）入射する。更に、緑色ＬＥＤ（Ｇ）３からの緑色光は、第２の導光板５に入射した後、第１領域１Ｒ及び第３領域１Ｂに遮光膜が設けられた第１の導光板４の底面から第１の導光板４内に入射し、第２領域１Ｇの表面から出射して、ＬＥＤパネル８の緑色画素に直接（カラーフィルターを介することなく）入射する。
このようにして、第１の導光板４から、ＬＣＤパネル８の各色の画素に各色光が直接入射する。このため、ＬＣＤパネルのカラーフィルターが不要となり、透過率が向上し、高輝度かつ高効率で安価なＬＣＤモジュールが得られる。また、３原色が１個のＬＥＤバックライト導光板４からＬＣＤパネル８に入射するため、ＬＥＤバックライトと、ＬＣＤパネル８との重ね合わせ工程が１回で済むため、高精度に組み込むことが可能である。更に、本実施形態においては、導光板は、導光板４及び５の２枚しか使用しないため、軽量で、製造工程も少なく、高歩留が得られる。
次に、本第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態においては、２枚の導光板４及び５を用いる例を述べたが、例えば上述の第１実施形態における緑色ＬＥＤ（Ｇ）３を平面光源とし、この平面光源を第２の導光板５の替わりに第１の導光板４の下に配置することによって、第２の導光板５を使用せず、導光板を１枚のみ使用する構造にすることもできる。第１実施形態及び第１実施形態の変形例において、夫々のＬＥＤ及び領域の配置は図１及び２の配置に限定されず、任意に配置することができる。
また、第１の導光板４の表面に、突起を並べることによって形成したプリズム又は突起とくぼみとを並べることによって形成したプリズムを備えることができる。このプリズムにより、第１の導光板４からの出射光の指向性を高めることが可能になる。
また、第１の導光板４の表面に光を拡散させる多数個の凹凸を形成し、第１の導光板４からの出射光を拡散させることで導光板にある輝点、ドット、輝線、ムラ等を拡散させてこれらの影響を軽減させ、出射面全体を均一な明るさにすることができる。これによって高輝度な光を得られ、高効率化を計ることが可能になる。
更にまた、第１の導光板４の表面に、電気的信号により透過又は拡散の状態に変化させることができる散乱シートを設けることもできる。この散乱シートによって、用途に応じて第１の導光板４の出射光の透過／拡散の切り替えを行うことができる。
図４は、本発明の第２実施形態に係るカラー液晶表示装置のバックライトの平面構造を示す概略図である。前述の第１実施形態において、第１の導光板４の上にＴＦＴパターンを形成し、ＴＦＴ基板としている。ゲート配線１８と信号配線１２がマトリクスを構成し、その交点にＴＦＴ１６が形成され、画素電極１７は、ＴＦＴ１６のソース電極（Ｓ）に接続される。更に、蓄電容量Ｃｓのための専用のＣｓ配線１３が設けられることもある。第１の導光板をＴＦＴ基板とすることによって、ＬＣＤの駆動電圧の極性を反転させ、交流駆動させることができる。これにより、液晶に長時間直流電圧を印加することによって材料物性が変化し抵抗率が減少する等の劣化現象を防ぐことができ、ＬＣＤパネルの寿命を延ばすことが可能である。
本発明の第１実施形態に係るカラー液晶表示装置のバックライトの平面構造を示す模式図である。 図１のＡ−Ａ’に沿った縦断面構造を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るカラー液晶表示装置のバックライト構造におけるＬＥＤ（Ｂ）２からの光の動作を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るカラー液晶表示装置のバックライトの平面構造を示す模式図である。 従来技術のバックライトの断面構造を示す模式図である。
符号の説明
１ ； ＬＥＤ（Ｒ）
２ ； ＬＥＤ（Ｂ）
３ ： ＬＥＤ（Ｇ）
４ ； 第１の導光板
５ ； 第２の導光板
６ ； 区切り部
７ ； アライメントマーク
８ ； ＬＣＤパネル
９ ； 遮光膜
９１； ＬＥＤ（Ｒ）からの光
９２； ＬＥＤ（Ｂ）からの光
９３； ＬＥＤ（Ｇ）からの光
１０； 第１の側面
１１； 第２の側面
１２； 信号配線
１３； Ｃｓ配線
１４； Ｃｓ部
１５； 配線クロス部
１６； ＴＦＴ
１７； 画素電極
１８； ゲート配線
１０１； 赤色光ガイド
１０２； 青色光ガイド
１０３； 緑色光ガイド
１０４； 偏光フィルタ
１０５； ＴＦＴアレイ
１０６； 液晶層
１０７； 偏光フィルタ
１１０； スキャナ
１１１； ＬＥＤ（Ｒ）
１１２； ＬＥＤ（Ｂ）
１１３； ＬＥＤ（Ｇ）
１２０； 変形部

Claims (8)

  1. 液晶層に対して赤色、青色及び緑色の３原色光を夫々対応する画素に直接入射させるカラー液晶表示装置のバックライトにおいて、
    第１の導光板と、
    この第１の導光板の第１の側面における第１の領域以外の領域に設けられた第１遮光膜を有し、前記第１の領域に前記３原色光のうちの第１の原色光を入射させる第１入射部と、
    前記第１の導光板の前記第１の側面に対向する第２の側面における第２の領域以外の領域に設けられた第２遮光膜を有し、前記第２の領域に前記３原色光のうちの第２の原色光を入射させる第２入射部と、
    前記第１の導光板の裏面における第３の領域以外の領域に設けられた第３遮光膜を有し、前記第３の領域に前記３原色光のうちの第３の原色光を入射させる第３入射部と
    を有することを特徴とするカラー液晶表示装置のバックライト。
  2. 前記第１入射部は、前記第１の側面に設けられ前記第１の原色光を発光する第１発光ダイオードを有し、
    前記第２入射部は、前記第２の側面に設けられ前記第２の原色光を発光する第２発光ダイオードを有し、
    前記第３入射部は、前記第１の導光板の裏面に設けられた第２の導光板と、この第２の導光板に前記第３の原色光を入射する第３発光ダイオードとを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置のバックライト。
  3. 前記第１の導光板は、前記第１の領域から入射した第１の原色光が占める領域と、前記第２の領域から入射した第２の原色光が占める領域と、前記第３の領域から入射した第３の原色光が占める領域とが、出射面からみて、帯状に相互に平行に交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のカラー液晶表示装置のバックライト。
  4. 前記第１及び第２の導光板の表面にプリズムが形成され、前記第１及び第２の導光板からの出射光の指向性を高めていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のカラー液晶表示装置のバックライト。
  5. 前記第１及び第２の導光板の表面に光を散乱させる凹凸が形成され、前記第１及び第２の導光板からの出射光を散乱させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のカラー液晶表示装置のバックライト。
  6. 前記第１及び第２の導光板の表面に電気的信号により透過又は散乱の状態に変化させることができる散乱シートが設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のカラー液晶表示装置のバックライト。
  7. 液晶層と、この液晶層に対して赤色、青色及び緑色の３原色光を夫々対応する画素に直接入射させるバックライトとを有し、
    前記バックライトは、
    第１の導光板と、
    この第１の導光板の第１の側面における第１の領域以外の領域に設けられた第１遮光膜を有し、前記第１の領域に前記３原色光のうちの第１の原色光を入射させる第１入射部と、
    前記第１の導光板の前記第１の側面に対向する第２の側面における第２の領域以外の領域に設けられた第２遮光膜を有し、前記第２の領域に前記３原色光のうちの第２の原色光を入射させる第２入射部と、
    前記第１の導光板の裏面における第３の領域以外の領域に設けられた第３遮光膜を有し、前記第３の領域に前記３原色光のうちの第３の原色光を入射させる第３入射部とを有する
    ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
  8. 前記第１入射部は、前記第１の側面に設けられ前記第１の原色光を発光する第１発光ダイオードを有し、
    前記第２入射部は、前記第２の側面に設けられ前記第２の原色光を発光する第２発光ダイオードを有し、
    前記第３入射部は、前記第１の導光板の裏面に設けられた第２の導光板と、この第２の導光板に前記第３の原色光を入射する第３発光ダイオードとを有する
    ことを特徴とする請求項７に記載のカラー液晶表示装置。
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