JP2008258094A - Ｌｅｄバックライトおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置用のＬＥＤバックライトの色ムラの低減、高輝度化および低消費電力化、ならびに液晶表示装置の薄型化を図ること。
【解決手段】フルカラーＬＥＤを構成するＲＧＢのＬＥＤは、拡散板２０上へのＬＥＤの照射光（３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂで示した領域）のそれぞれの最高輝度点（３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ）が、拡散板２０の面上で概ね合致するように実装プレート１０上に配置されている。具体的には、フルカラーＬＥＤを構成するＬＥＤを実装プレート面に対して傾斜させ、ＲＧＢのＬＥＤの光放射角の中心軸（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）が拡散板２０面に至る光路中で互いに交差させている。このような構成とすると、ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が拡散板面上で実質的に合致するため、それぞれのＬＥＤからの照射光輝度比が拡散板面上で均一化され、その結果、ＬＥＤバックライトの色ムラの低減が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられるＬＥＤバックライト技術に関する。

液晶ディスプレイは液晶自体が自己発光しないため、バックライトを用いて外部から照射光を照明することが必要であり、このバックライトとして、蛍光ランプ（冷陰極管）や発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を光源として用いたものがあるが、従来は蛍光ランプを光源とするバックライトが主流であった。

しかし、蛍光ランプの点灯には、数十ｋＨｚの周波数の高電圧（７００Ｖ程度）をランプ両端に印加させることが必要であることから、微小浮遊容量を介して電流漏れが発生したり断線や短絡等が生じ易いという問題がある。また、蛍光ランプから得られる白色光は青みがかっており、高い色再現性を得るためには白色度の点で十分とはいえない。さらに、蛍光ランプには管内放電を容易にするために水銀が使用されているが、環境有害物質である水銀の使用は環境保護の観点から好ましくない。

これに対して、ＬＥＤをバックライト用光源として用いると、長寿命で衝撃にも強く断線等も生じ難いこと、色純度に優れていること、低電圧動作素子であるために取扱いや安全性に優れ小型軽量化が容易であること、輝度の時間変化が少ないこと、電流値に対する発光量の直線性が良好で且つ応答速度が速いこと等の利点があり、ＬＥＤバックライトに関する研究開発が進められてきている。特に、青色ＬＥＤ実用化の後は、ＬＥＤのもつ優れた色再現性や低環境負荷という利点を生かして、実用化に向けた研究開発が加速してきている。

ところで、液晶表示装置用に用いられるバックライトには、優れた演色性と色再現性が要求されるため、バックライト光の色ムラと輝度ムラを低減させることが重要な課題とされ、このような課題に対応するためには多数の色を均一に混合する必要がある。また、一般に、ＬＥＤバックライトユニットの構成は、液晶パネル（拡散板）とその背面側にＬＥＤバックライトを配置する構成（特許文献１など）と、ＬＥＤからの光を液晶表示パネルの背面に設けた導光板の側面から入射させ、導光板背面の反射シートで多重反射させて導光板中を導波させながら液晶表示パネル側に導く構成（特許文献２など）に大別される。

図１は、液晶パネル（拡散板）とその背面側に配置したＬＥＤバックライトとの間で多色の光を混合する場合に、多色ＬＥＤ（マルチチップ方式のフルカラーＬＥＤ）からの光を充分に混合して色ムラ・輝度ムラを抑制するためにはＬＥＤと液晶パネル（拡散板）の間隔を広くとることが必要とされるために、液晶表示装置の薄型化の障害となることを説明するための図である。

例えば、ＲＧＢそれぞれのＬＥＤからの光を混色させて白色を得ようとする場合、図１（Ａ）のようにＬＥＤ基板（実装プレート）１と拡散板２との間隔Ｈ_１が狭いと各色をうまく混色させることができない。そのため、図１（Ｂ）のように実装プレート１と拡散板２との間隔Ｈ_２を広げざるを得ないこととなって液晶表示装置の薄型化が困難となる。また、このような問題を解決するためにＬＥＤ基板１上にＬＥＤチップを高密度で搭載することとすれば、バックライトユニットの製造コストが増大してしまうという問題がある。
特開２００４−１２７８４４号公報 特開２００５−１４２０７８号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、液晶表示装置用のＬＥＤバックライトの色ムラの低減と、高輝度化および低消費電力化、ならびに液晶表示装置の薄型化を可能とするＬＥＤバックライトを実現することにある。

このような課題を解決するために、第１の発明は、加法混色により白色光を得ることが可能なマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が前記実装プレートに対向して設けられた拡散板面上で実質的に合致するように実装されていることを特徴とするＬＥＤバックライトである。

また、第２の発明は、加法混色により白色光を得ることが可能なマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤは、該ＬＥＤからの照射光についての所定の輝度評価値以上の照射領域の相互の重なりが前記拡散板面上で最大となるように実装されていることを特徴とするＬＥＤバックライトである。

第２の発明において、前記輝度評価値は、例えば、ＬＥＤからの照射光の最高輝度の５０％の輝度である。

好ましくは、本発明のＬＥＤバックライトは、前記複数のＬＥＤの光放射角の中心軸が前記拡散板面に至る光路中で互いに交差するように、前記フルカラーＬＥＤを構成する少なくとも１つのＬＥＤが前記実装プレート上で傾斜して配置されている。

さらに、第３の発明は、複数の白色ＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記複数の白色ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が前記実装プレートに対向して設けられた拡散板面上で等間隔となるように配置されていることを特徴とするＬＥＤバックライトである。

そして、本発明の液晶表示装置は、これらのＬＥＤバックライトを備えて構成される。

本発明によれば、マルチチップ方式のフルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が拡散板面上で実質的に合致するように、若しくは、ＬＥＤからの照射光についての所定の輝度評価値以上の照射領域の相互の重なりが前記拡散板面上で最大となるように実装されているので、それぞれのＬＥＤからの照射光輝度比が拡散板面上で均一化され、その結果、ＬＥＤバックライトの色ムラの低減が可能となる。

また、本発明のＬＥＤバックライトは、複数のＬＥＤの光放射角の中心軸が拡散板面に至る光路中で互いに交差するように、フルカラーＬＥＤを構成する少なくとも１つのＬＥＤが実装プレート上で傾斜して配置されているので、各ＬＥＤから出力される光を均一に加法混色するために必要なＬＥＤ実装用プレートと液晶パネル（拡散板）との間の距離を従来よりも狭くすることが可能となり、薄型の液晶表示装置が実現できる。また、ＬＥＤと液晶パネル（拡散板）との間の距離が短くなることにより、液晶パネルに入射されるバックライト光の光量ロスが低減され、バックライトの輝度向上と消費電力低減も実現できる。

複数の白色ＬＥＤを実装プレート上にアレイ状に配置する態様のＬＥＤバックライトの場合には、複数の白色ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点を拡散板面上で等間隔となるように配置するので、この場合にも、ＬＥＤバックライトの色ムラの低減が図られ、ＬＥＤと液晶パネル（拡散板）との間の距離を従来よりも短くなるために、輝度向上と消費電力低減が実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の態様について説明する。

図２は、本発明のＬＥＤバックライトの第１の態様を説明するための図で、図２（Ａ）には側面から見た様子が、図２（Ｂ）には上面（拡散板側）から見た拡散板面上への照射光の様子が、そして、図２（Ｃ）には傾斜させて配置されたＬＥＤからの光が拡散板面上に照射される様子を斜めから見た様子が図示されている。ここで示した例では、ＲＧＢ各色を発光する３つのＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が実装プレート１０の上に配置されており、これらのＬＥＤ（マルチチップ方式のフルカラーＬＥＤ）からの発光が実装プレート１０に対向して設けられた拡散板２０面上に照射されて加法混色され、白色光を得る様子が図示されている。なお、実際の実装プレート上には、このようなマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤがアレイ状に複数配置されているが、ここでは図示を省略している。

図２（Ｂ）に図示したように、フルカラーＬＥＤを構成するＲＧＢのＬＥＤは、拡散板２０上へのこれらＬＥＤの照射光（図中に、３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂで示した領域）のそれぞれの最高輝度点（３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ）が、拡散板２０の面上で、概ね合致するように実装プレート１０上に配置されている。具体的には、フルカラーＬＥＤを構成する３つのＬＥＤのうちの少なくとも１つ（本実施例ではＲおよびＢの２つ)を、実装プレート面に対して傾斜させて配置し、これによってＲＧＢのＬＥＤの光放射角の中心軸（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）が拡散板２０面に至る光路中で互いに交差させている。

図２（Ｂ）に示したように、実装プレート面に対して傾斜させずに配置したＬＥＤ（当該例ではＧ）の場合には、照射光（３１Ｇで示した領域）の拡散板２０上での最高輝度点（３２Ｇ）の位置は、拡散板２０上への照射光の光放射角の中心軸（３０Ｇ）が拡散板２０面と交わる位置と一致するが、実装プレート面に対して傾斜させて配置したＬＥＤ（当該例ではＲおよびＢ）の場合には、両者は一致しない。

この点につき、ＲのＬＥＤを例に具体的に図示したのが図２（Ｃ）であり、実装プレート面に対して傾斜させて配置したＬＥＤから拡散板２０面に光が照射される領域（３１Ｒ）の最高輝度点（３２Ｒ）は、拡散板２０上への照射光の光放射角の中心軸（３０Ｒ）が拡散板２０面と交わる位置よりも当該図中の左に位置する。

したがって、フルカラーＬＥＤを構成するＬＥＤの光放射角の中心軸（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）を拡散板２０面上で一致させてしまうと、各ＬＥＤからの照射光の輝度比が適切な値からずれてしまい、その結果、色ムラを生じさせることとなる。そこで、本実施例ではＲＧＢのＬＥＤの光放射角の中心軸（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）を拡散板２０面に至る光路中で互いに交差させ、拡散板２０の面上ではそれぞれのＬＥＤからの照射光の最高輝度点（３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ）が概ね合致する構成としているのである。

このような構成とすると、ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が拡散板面上で実質的に合致するため、それぞれのＬＥＤからの照射光輝度比が拡散板面上で均一化され、その結果、ＬＥＤバックライトの色ムラの低減が可能となる。

また、複数のＬＥＤの光放射角の中心軸が拡散板面に至る光路中で互いに交差するように実装プレート上でＬＥＤを傾斜して配置するので、各ＬＥＤから出力される光を均一に加法混色するために必要なＬＥＤ実装用プレートと液晶パネル（拡散板）との間の距離を従来よりも狭くすることが可能となり、薄型の液晶表示装置が実現できる。また、ＬＥＤと液晶パネル（拡散板）との間の距離が短くなることにより、液晶パネルに入射されるバックライト光の光量ロスが低減され、バックライトの輝度向上と消費電力低減も実現できる。

本実施例も、マルチチップ方式のフルカラーＬＥＤがアレイ状に複数配置されているバックライトに関するものであるが、上述の実施例１と異なる点は、ＬＥＤからの拡散板面上への照射光について予め「輝度評価値」を定めておき、フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤからの照射光に関して定められた上記輝度評価値以上の照射領域の相互の重なりが、拡散板面上で最大となるようにＬＥＤを実装している点である。

図２（Ｂ）に示した各照射領域（３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ）内では、各照射領域ごとに、輝度分布がある。そこで、「輝度評価値」として、例えば、「ＬＥＤからの照射光の最高輝度の５０％の輝度」といった基準を設け、当該評価値以上の輝度が得られている３領域の拡散板面上での重なりが最大となるようにするのである。

なお、この場合にも、フルカラーＬＥＤを構成する３つのＬＥＤのうちの２つ(ＲおよびＢ)を、実装プレート面に対して傾斜させて配置してＬＥＤの光放射角の中心軸（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）が拡散板２０面に至る光路中で互いに交差させて実装することができる。

このような構成とすると、ＬＥＤからの照射光についての所定の輝度評価値以上の照射領域の相互の重なりが拡散板面上で最大となるように実装されているので、それぞれのＬＥＤからの照射光輝度比が拡散板面上で均一化され、その結果、ＬＥＤバックライトの色ムラの低減が可能となる。

また、複数のＬＥＤの光放射角の中心軸が拡散板面に至る光路中で互いに交差するように実装プレート上でＬＥＤを傾斜して配置するので、薄型の液晶表示装置が実現でき、液晶パネルに入射されるバックライト光の光量ロスが低減され、バックライトの輝度向上と消費電力低減も実現できる。

本実施例は、複数の白色ＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されたＬＥＤバックライトに関するものである。つまり、実施例１および実施例２では、白色を得るのに複数のＬＥＤを必要としたが、本実施例の場合には、単一の白色ＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に複数配置されている。このような場合には、図３に図示したように、実装プレート１０上の複数の白色ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が実装プレート１０に対向して設けられた拡散板２０面上で等間隔となるようにＬＥＤを配置する。なお、この場合にも、白色ＬＥＤを実装プレート１０面に対して傾斜させて配置することとすると、液晶表示装置の薄型化を図ることができ、液晶パネルに入射されるバックライト光の光量ロスが低減され、バックライトの輝度向上と消費電力低減も実現できる。

図４（Ａ）〜（Ｄ）は、ＬＥＤを傾斜させて実装プレート１０上に配置する態様の例を図示したものであり、ＬＥＤの端子に所定の角度を持たせて実装プレート１０に設けたスルーホールに挿入して半田で固定する態様（図４（Ａ））や、ＬＥＤの端子に所定の長さに切断した耐熱性の管等を通してＬＥＤを傾ける態様（図４（Ｂ））や、半田ペーストの塗布量を調節したり導電性あるいは非導電性のスペーサを用いてＬＥＤを傾ける態様（図４（Ｃ））や、実装プレート１０面に凹凸を形成したり或いは実装プレート１０に部分的な切れ込みを入れて当該部分を折り曲げる等してＬＥＤを傾ける態様（図４（Ｄ））など、幾つもの態様があり得る。なお、このような傾斜手法は、実施例１および２においても応用可能であることは自明である。

本発明によれば、液晶表示装置用のＬＥＤバックライトの色ムラの低減、高輝度化および低消費電力化、ならびに液晶表示装置の薄型化を図ることが可能となる。

多色ＬＥＤからの光を充分に混合して色ムラ・輝度ムラを抑制することが、液晶表示装置の薄型化の障害要因のひとつとなることを説明するための図である。 本発明のＬＥＤバックライトの態様を説明するための図である。 複数の白色ＬＥＤを実装プレート配置する態様を説明するための図である。 ＬＥＤを傾斜させて実装プレート上に配置する態様を例示する図である。

符号の説明

１、１０ 実装プレート
２、２０ 拡散板
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ ＬＥＤの光放射角の中心軸
３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ 拡散板上への照射光領域
３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ 拡散板上の最高輝度点

Claims (6)

1. 加法混色により白色光を得ることが可能なマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が前記実装プレートに対向して設けられた拡散板面上で実質的に合致するように実装されていることを特徴とするＬＥＤバックライト。
2. 加法混色により白色光を得ることが可能なマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤは、該ＬＥＤからの照射光についての所定の輝度評価値以上の照射領域の相互の重なりが前記拡散板面上で最大となるように実装されていることを特徴とするＬＥＤバックライト。
3. 前記輝度評価値は、ＬＥＤからの照射光の最高輝度の５０％の輝度であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤバックライト。
4. 前記複数のＬＥＤの光放射角の中心軸が前記拡散板面に至る光路中で互いに交差するように、前記フルカラーＬＥＤを構成する少なくとも１つのＬＥＤが前記実装プレート上で傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＬＥＤバックライト。
5. 複数の白色ＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置されており、前記複数の白色ＬＥＤからの照射光のそれぞれの最高輝度点が前記実装プレートに対向して設けられた拡散板面上で等間隔となるように配置されていることを特徴とするＬＥＤバックライト。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のＬＥＤバックライトを備えている液晶表示装置。

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