JP2006258972A - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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】
赤色光、緑色光、青色光を発光する発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをそれぞれ両面反射板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ上に設けてレンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを介して積層することにより、発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを縦軸方向に重ねて配置してなる発光ユニット２１を平面状に複数個配設し、上記各発光ユニット２１から出射された光を拡散板４１により拡散して面状発光させる。
【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、縦軸方向に重ねて配置された少なくとも赤色光、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と、各発光ダイオードの上側に配され各発光ダイオードから放射された各色の光を反射して側方に導く反射板とからなり、各発光ダイオードからから放射された各色の光が側方から取り出され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、縦軸方向に重ねて配置された少なくとも赤色光、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と、各発光ダイオードの上側に配され各発光ダイオードから放射された各色の光を反射して側方に導く反射板とからなり、各発光ダイオードからから放射された各色の光が側方から取り出されることを特徴する。

本発明によれば、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２１_ｎ（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。

発光ユニット２１は、図４に示すように、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２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをそれぞれ両面反射板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ上に設けてレンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを介して積層することにより、発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを縦軸方向に重ねて配置してなる。

さらに、発光ダイオード２１Ｒの上方には両面反射板２２が積層されている。また、各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの直上付近の反射角度を浅くするために、両面反射板２２，２２Ｒ，２２Ｇの下面には、レンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ内面に向かって反射機能を有する突起部２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが設けられている。これにより発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから放出された光は全て側面から取り出せるようになる。

なお、重ね合わせて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。

このように大きさの同じ発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを縦軸方向に重ねることで水平面上のどの位置をとっても発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからの距離が変わらず、あたかも白色発光ダイオードのように視認できる。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。

このカラー液晶表示装置５０は、例えば、図５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。

ここで、図４に示した発光ユニット２１のように各レンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの側面を平面形状の出射面２４ｒ，２４ｇ，２４ｂとした構造では、スネルの法則により光の放出角度がより垂直方向（立つ方向）になっているが、図６に示す発光ユニット２１’のように、各レンズ２４Ｒ’，２４Ｇ’，２４Ｂ’の側面を三角波状の出射面２４ｒ’，２４ｇ’，２４ｂ’とすることによって、逆に水平方向へ向けることができる。これにより光の拡散分布がより改善される。

出射面２４ｒ’，２４ｇ’，２４ｂ’の三角波のサイズや角度については、任意ではあるが、図７の（Ａ）に示すレンズ２４”のように、サイズが大きいすなわち切れ込みが大きいと反射角度や位置によっては、レンズ２４’’から出た光が再入する割合が増える。このような再入の場合は入射角度がより立つ方向のため好ましくない。したがって、図７の（Ｂ）に示すレンズ２４’のように、距離Ｌが短い方が外へ抜けるまでの距離が短く、サイズは小さい方向が望ましい。又角度については水平方向に傾く方が望ましい。

また、上述の如く各発光ダイオード２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを縦軸方向に重ねてなる発光ユニット２１を備えるバックライト装置４０では、図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、発光ユニット２１の部分を集中的に冷却する構造を採用することができ、冷却部６０と駆動回路７０を分散配置することによって、トータル的にセットを薄くすることもできる。

さらに、図９に示すように、各発光ユニット２１の取り付け部分を凹部８０とすることによって、さらにセットを薄くすることもできる。

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構成を示す外観斜視図である。 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。 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。 上記発光ユニットのレンズの出射面の形状例を示す模式テクな側面図である。 上記バックライト装置における冷却部と駆動回路を分散配置した状態を模式的に示す図である。 上記バックライト装置における冷却部と駆動回路を分散配置した状態を他の例を模式的に示す図である。 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、１１ ＴＦＴ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、２１_ｎ ，２１，２１’２１” 発光ユニット、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ 発光ダイオード、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ 両面反射板、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ 突起部、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ レンズ、２４ｒ’，２４ｇ’，２４ｂ’，２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ 出射面、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 (3)

1. 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、縦軸方向に重ねて配置された少なくとも赤色光、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と、各発光ダイオードの上側に配され各発光ダイオードから放射された各色の光を反射して側方に導く反射板とからなり、各発光ダイオードからから放射された各色の光が側方から取り出されることを特徴とするバックライト装置。
2. 上記発光ユニットは、赤色光、緑色光、青色光を発光する各発光ダイオードをそれぞれ両面反射板上に設けてレンズを介して積層することにより、上記各発光ダイオードを縦軸方向に重ねて配置してなり、各レンズの側面を三角波状の出射面としたことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 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、縦軸方向に重ねて配置された少なくとも赤色光、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と、各発光ダイオードの上側に配され各発光ダイオードから放射された各色の光を反射して側方に導く反射板とからなり、各発光ダイオードからから放射された各色の光が側方から取り出されることを特徴する液晶表示装置。

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