JP2006258973A

JP2006258973A - バックライト装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006258973A
Application number: JP2005073773A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kimura; 和人木村; Masayasu Hayashi; 正健林; Shozo Masuda; 昌三増田; Satoshi Tomioka; 聡冨岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】発光均一性を良好にし、且つ、バックライト全体の厚みを薄くする。
【解決手段】少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが定速回転される回転盤２２上に配設され、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにブラシ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂを介してＬＥＤ駆動回路２５から駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ユニット２１を複数備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、高輝度の発光ダイオード素子を使用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る液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に関し、詳しくは、色ムラを低減させつつ薄型化したバックライト装置及び液晶表示装置に関する。

テレビジョン放送が開始されてから長年使用されてきたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（PDP：Plasma Display Panel）といった非常に薄型化されたテレビジョン受像機が考案、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い、加速的に普及することが考えられ、今後の更なる発展が期待できる表示装置である。

液晶表示装置は、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。

また、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ため、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）素子が有望視されている（例えば、特許文献１参照）。なお、以下の説明において、発光ダイオード素子を発光ダイオードとも呼ぶ。

青色発光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。

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（ＬＥＤ）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。

特開平７−１９１３１１号公報

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。

液晶表示パネルの背面側直下に、光源を配置させる構造の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。特に、光源としてＣＣＦＬを用いた場合、ＣＣＦＬは、それ自体が白色光を出射するので、バックライト装置に混色のための厚みを必要としないため、非常に薄型の液晶表示装置を構成することができる。

しかしながら、例えば図１０に示すように、光源１１０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１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを用いたＬＥＤバックライト装置１００では、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１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから液晶表示パネル１０１の前段に配置される拡散板１０２までの距離を十分確保する必要がある。

また、高出力の発光ダイオードチップを用いた発光ダイオード１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは、発熱量が多いため、直下型のＬＥＤバックライト装置１００では、発光ダイオード１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから発生する熱を効率よく放熱する放熱構造を備える必要があり、ＬＥＤ基板１１１の背面にヒートパイプなどを用いた冷却部１２０を介して駆動回路１３０が設けられている。

ＬＥＤバックライト装置１００においては、一般に多数個の発光ダイオード１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂをマトリックス状に配列して構成するが、多数個の発光ダイオードをアレイ配置したものも提供されている。アレイ型ＬＥＤバックライト装置は、配線基板上に多数個のＬＥＤを同一軸線上に実装して構成した複数個の発光ブロック体を互いに等間隔で配列して発光ユニットを構成する。

ところで、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。三原色光の混色が十分でない、色ムラのある白色光を照明光として液晶表示パネルを照明すると、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。

逆に、液晶ディスプレイの大きな特徴である薄型化を図るために、バックライト装置の厚みを薄くするとＲ，Ｇ，Ｂの色が十分に混ざる空間が狭くなり、色分離が発生してしまうことになる。

また、高出力の発光ダイオードチップを用いた発光ダイオードは、発熱量が多いため、発光特性、発光寿命にも多大な影響を与えてしまい、バックライト装置の信頼性を低下させてしまうといった問題もある。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、容易に混色が行えるだけでなく、バックライト全体の厚みを薄くすることもでき、薄型ディスプレイにふさわしい発光均一性の良好なバックライト装置及びこのバックライト装置を備える液晶表示装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明は、透過型の液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置であって、平面状に配設された複数の発光ユニットと、上記各発光ユニットから出射された光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、上記発光ユニットは、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードが定速回転される回転盤上に配設されてなり、各発光ダイオードにブラシを介して駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオードが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光することを特徴とする。

また、本発明は、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白色光で照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、上記バックライト装置は、平面状に配設された複数の発光ユニットと、上記各発光ユニットから出射された光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、上記発光ユニットは、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードが定速回転される回転盤上に配設されてなり、各発光ダイオードにブラシを介して駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオードが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光することを特徴する。

本発明によれば、各発光ダイオードが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するので、白色光へ混色する際に必要なスペースを極めて少なくすることができるため、従来の直下型のＬＥＤバックライト装置よりも非常に薄型化でき、発光均一性の良好なバックライト装置を提供することができる。したがって、薄型で、色再現性の高い液晶表示装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構成のカラー液晶表示装置５０に適用される。このカラー液晶表示装置５０は、透過型のカラー液晶表示パネル１０と、このカラー液晶表示パネル１０の背面側に設けられたバックライト装置４０とからなる。また、このカラー液晶表示装置５０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。

透過型のカラー液晶表示パネル１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１、対向電極基板１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１には、マトリックス状に配列された信号線１４と、走査線１５と、この信号線１４、走査線１５の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１６と、画素電極１７とが形成されている。薄膜トランジスタ１６は、走査線１５により、順次選択されると共に、信号線１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１７に書き込む。一方、対向電極基板１２の内表面には、対向電極１８及びカラーフィルタ１９が形成されている。

カラーフィルタ１９は、各画素に対応した複数のセグメントに分割されている。例えば、図２に示すように、３原色である赤色フィルタＣＦＲ、緑色フィルタＣＦＧ、青色フィルタＣＦＢの３つのセグメントに分割されている。カラーフィルタ１９の配列パターンは、図２に示すようなストライプ配列の他に、デルタ配列、正方配列などであってもよい。

この透過型のカラー液晶表示装置５０は、上述の如き構成の透過型のカラー液晶表示パネル１０を２枚の偏光板３１，３２で挟み、バックライト装置４０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４０は、上記カラー液晶表示パネル１０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４０は、光源や、光源から出射された光を白色光へと混色す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、バックライト筐体部２０内の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４０から面発光された光をカラー液晶表示パネル１０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。

このバックライト筐体部２０内には、図３に示すように、複数個の発光ユニット２１は、それぞれ自然数）を水平方向に配列した発光ユニット列２１ｎ（ｎは、それぞれ自然数）として、垂直方法に複数列設けられている。

なお、バックライト筐体部２０の内壁面２０ａ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。

上記発光ユニット２１は、図４に示すように、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが回転盤２２上に配設されてなる。そして、上記回転盤２２は、図５に示すように、モータ２３により例えば３６００ｒｐｍで定速回転され、各発光ダイオード発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂには、ブラシ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを介して駆動電流が供給されるようになっている。

この発光ユニット２１は、上記回転盤２２に設けられた各発光ダイオード発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにブラシ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを介してＬＥＤ駆動回路２４から駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する。

なお、上記回転盤２２に配置する発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの順序は、任意であってよい。

このように各色の発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを回転盤２２上に配設し、上記回転盤２２を常時定速回転させることで各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから出射される各色の光が均等に時間積分されて水平面上のどの位置をとってもあたかも白色発光ダイオードのように視認される。

ここで、各色の発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂはそれぞれ単独にレンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂでパッケージされており、あえて１パッケージ内に発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを収めていない。これは発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの特性が夫々異なるだけでなく、ばらつきもあることから通常発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの組み合わせや選別工程が必要となっていることを考慮しているためである。つまり、適切な組み合わせを後から選定できる。また、従来と同様な成膜プロセスにて製造することができる。

この発光ユニット２１では、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するので、単一発光ダイオードが全方位に均等に光を発散する必要はなく、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂには発光層とレンズにより構成される一般的な発光ダイオードを用いることができ、また、図６のように横向きに配してもよい。また、従来では混色を良くする為に各色の配置距離を狭めることになるが、それによって発光ダイオード自身が他からの光で陰になる弊害があるが、この発光ユニット２１では、非回転時にこのような影がある方向に見られても回転させることでこの影を解消できる。

なお、この発光ユニット２１では、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを定速回転させながら発光させるために、回転盤２２に設けられた各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにブラシ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを介してＬＥＤ駆動回路２４から駆動電流が供給される。

ここで、一般に発光ダイオードでは発熱による効率低下が大きいと言われており、通常はバックライトの背面にはヒートシンク、冷却ファンなどの冷却機能が必要となり、これらはその分セットの厚さに加わるため当然薄型化への妨げとなるが、上記バックライト装置４０では、例えば、図７に示すように、発光ユニット２１の回転盤２２上の各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの近傍に冷却フィン２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを設けることによって、上記回転盤２２の空冷による冷却機能を高めることができ、これにより装置を薄型化することができる。

この場合、上記回転盤２２を熱伝導性の高いアルミニウムなどの金属にて形成し、図８に示すように、冷却フィン２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを切り起こすことにより設けるようにすれば、当該回転盤２２自体を冷却ファンとして機能させることができ、さらに効率よく各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを冷却することができる。

なお、冷却フィン２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置や個数、形状などは任意に変更することができる。

このカラー液晶表示装置５０は、例えば、図９に示すような駆動回路６０により駆動される。

この駆動回路６０は、カラー液晶表示パネル１０や、バックライト装置４０の駆動電源を供給する電源部６１、カラー液晶表示パネル１０を駆動する信号線駆動回路６２及び走査線駆動回路６３、外部から供給される映像信号や、当該カラー液晶表示装置５０が備える図示しない受信部で受信され、映像信号処理部で処理された映像信号が、入力端子６４を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部６５、このＲＧＢプロセス処理部６５に接続された画像メモリ６６及び制御部６７、バックライト装置４０を駆動制御するバックライト駆動制御部６８などを備えている。

この駆動回路６０において、入力端子６４を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部６５により、クロマ処理などの信号処理がなされ、さらに、コンポジット信号からカラー液晶表示パネル１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換されて、制御部６７に供給されるとともに、画像メモリ６６を介して信号線駆動回路６２に供給される。

また、制御部６７は、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた所定のタイミングで、信号線駆動回路６２及び走査線駆動回路６３を制御して、上記画像メモリ６６を介して信号線駆動回路６２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１０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。

バックライト駆動制御部６８は、電源部６１から供給される電圧から、所望の制御信号を生成し、バックライト装置４０における光源ユニット２１の発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを駆動する。

以上のように、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを定速回転させながら発光させるようにした発光ユニット２１を備えるバックライト装置４０では、非常に薄型化でき、良好な発光均一性が得られ、このバックライト装置４０により透過型の液晶表示パネル１０を背面側から白色光で照明することにより、薄型で、色再現性の高いカラー液晶表示装置５０を実現することができる。

本発明を適用したカラー液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。上記カラー液晶表示装置が備えるカラー液晶表示パネルのカラーフィルタについて説明するための図である。上記カラー液晶表示装置が備えるバックライト装置の要部構成を示す平面図である。上記バックライト装置が備える発光ユニットの構成を示す模式的な平面図である。上記発光ユニットの構成を示す模式的な要部縦断面図である。上記バックライト装置が備える発光ユニットの他の構成例を示す模式的な要部縦断面図である。冷却フィンを設けた発光ユニットの模式的な平面図である。上記冷却フィンを設けた発光ユニットの模式的な要部縦断面図である。上記カラー液晶表示装置を駆動する駆動回路の構成を示すブロック図である。従来のＬＥＤバックライト装置の構成を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１０カラー液晶表示パネル、１１ＴＦＴ基板、１２対向電極基板、１３液晶層、１４信号線、１５走査線、１６薄膜トランジスタ、１７画素電極、１８対向電極、１９カラーフィルタ、２０バックライト筐体部、２１ｎ，２１，２１’２１” 発光ユニット、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ発光ダイオード、２２回転盤、２３モータ、２４ｒ，２４ｇ，２４ｂブラシ、２５ＬＥＤ駆動回路、２７冷却フィン、３１，３２偏光板、４０バックライト装置、４１拡散板、４２拡散シート、４３プリズムシート、４４偏光変換シート、４５光学機能シート群、５０カラー液晶表示装置

Claims

透過型の液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置であって、
平面状に配設された複数の発光ユニットと、
上記各発光ユニットから出射された光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、
上記発光ユニットは、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードが定速回転される回転盤上に配設されてなり、各発光ダイオードにブラシを介して駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオードが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する
ことを特徴とするバックライト装置。
上記回転盤には、各発光ダイオードの近傍に冷却フィンが設けら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。
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白色光で照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、
上記バックライト装置は、平面状に配設された複数の発光ユニットと、上記各発光ユニットから出射された光を拡散して面状発光させる拡散板とを備え、上記発光ユニットは、少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する複数の発光ダイオードが定速回転される回転盤上に配設されてなり、各発光ダイオードにブラシを介して駆動電流が供給されることにより、各発光ダイオードが定速回転しながら少なくとも赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する
ことを特徴する液晶表示装置。