JP4788231B2 - 支柱及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光が入射される例えば拡散板とその光源との間の空間を一定に保持する支柱と、その支柱を用いた液晶表示装置に関する。

近年、テレビジョン受像機用の表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、陰極線管）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）などの非常に薄型化された表示装置が提案され、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普及が促進され、技術的な研究開発が進められている。

このような液晶表示装置においては、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面状に照明するバックライト装置により照明することにより、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冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている。

特に、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により、液晶表示パネルを介した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。さらに、高出力の発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）を使用することによって、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。

このような発光ダイオードを利用して、例えば直下型、すなわち発光ダイオードを装置の光出射面の直下に配置するバックライト装置が提案されている（例えば非特許文献１参照。）。
日経エレクトロニクス（日経ＢＰ社）、2004年12月20日号（第889）第123〜130頁

ところで、非特許文献１に記載されているように、液晶表示装置用のバックライト装置には拡散板等の光学構造物を支持する構造体が必要となる。例えば、一般に拡散板は樹脂製で、液晶表示パネルの大きさにより異なるが板厚２ｍｍ程度のものであり、自身で平面維持することができるほど剛性のある構造となっていない。そのため、この拡散板を支持する構造体が必要となる。この構造体には、円柱又は円錐などの支柱が用いられることが多い。

図１８は、一般的な直下型のバックライト装置を示した概略断面図である。この図１８に示すように、液晶表示装置用のバックライト装置は、フレーム（筐体）５０２、反射構造体５２０、拡散板５４１、反射構造体５２０と拡散板５４１の距離を一定に保持する支柱５３０、光源として配置される赤，緑，青の３色の発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂから構成される。拡散板５４１の周辺部はバックライト装置のフレーム５０２により支持され、その中央付近では最低１本の支柱５３０により支持されている。図示していないが液晶表示パネルが、拡散板５４１の上部に配置される。上記３色の光は、反射構造体５２０と拡散板５４１との間に形成された空間内でミキシングされ輝度が均一な白色光として拡散板５４１より出射され、液晶表示パネルに入射する。

支柱先端の光の状態を、図１９に示す。各発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂから出射された光は、周辺部の反射構造によって反射を繰り返しながら輝度が均一な光５５０となる。しかし、ある割合の光５５１，５５２が支柱５３０表面で反射し角度を変えて拡散板５４１に向かってしまう。この拡散板５４１上の反射光５５１，５５２が入射する領域周辺では、均一な光５５０に加えて、この支柱５４１表面で反射した反射光５５１，５５２の光量分だけ輝度が上昇してしまい、輝度が均一な領域５６３の中に輝点（明るい領域５６２）が発生し輝度むらとなる。特に近年の液晶表示装置の薄型化によってバックライト装置が薄くなるにつれ、発光ダイオードから出射された光が拡散板５４１へ入射するまでの十分な光路長が確保できず、このような輝度むら、色むらが生じやすくなっている。

また、支柱の振動、衝撃等の対策として支柱の強度を上げるために、支柱の直径を大きくすると、図１９に示すように支柱５３０直上付近に、影となる領域５６１と反対に明るくなる領域５６２が発生し、輝度むらとなっていた。支柱５３０の直径が大きいほど、影の領域５６１は大きくなる。

影を目立たせない対策の一つとして、例えば影を小さくすなわち支柱の直径を小さくすることが考えられるが、支柱の強度に影響が出てしまう。近年、液晶表示装置の大型化が進んでおり、液晶表示パネルが大きくなるほど支柱５３０の直径を太くまた本数を増加する必要があるので、大きな影の領域５６１がいくつも発生することになり、この輝度むらの影響が無視できない。

一方、液晶表示用のバックライト装置には、拡散板と発光ダイオードの間に、ダイバータープレート（以下、「光透過性基体」ともいう）と呼ばれる無色透明な樹脂製の基板が用いられることがある。

拡散板と発光ダイオードの間に、光透過性基体が用いられた液晶表示装置の例を、図２０に示す。この図２０は、液晶表示装置の概略断面図を表している。発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂ上方に、パターン付きの光透過性基体５６０が配置される。この光透過性基体５６０は、発光ダイオード直上に漏れてくる不要な光を所定のパターンに印刷されたドット５６１により反射、拡散する。拡散板５４１と光透過性基体５６０はそれぞれ支柱５３０と５７０により支持されている。なお、同様の構成が、非特許文献１にも記載されている。

この光透過性基体５６０と発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂの距離は、例えば表示面サイズ４０〜４６インチのものでも、光学特性上の制約から１ｍｍ程度と小さいので、振動、衝撃により光透過性基体５６０と発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂが接触し、発光ダイオードが破損する可能性がある。

図２１は、光透過性基体が変形した状態の例を示したものである。光透過性基体５６０を支持する支柱５７０同士の距離を、例えば６０ｍｍ程度とした場合、振動、衝撃が加わると光透過性基体５６０が撓んで、上下方向に１ｍｍ程度変形する。

発光ダイオードから離れる方向の変形５６０Ｔについては問題とならないが、発光ダイオードに近づく方向の変形５６０Ｕは、発光ダイオードと接触し、発光ダイオードが破損する可能性がある。

対策として、光透過性基体と発光ダイオードの距離を大きくするか、光透過性基体を支持する支柱の数を多くすることが考えられる。

まず、距離を大きくすると、発光ダイオード５２１Ｒ，５２１Ｇ，５２１Ｂから直上方向へ出射された光のうち、光透過性基体５６０のドット５６１に照射されず拡散板５４１へ直接照射される成分が増えるので、光学特性に悪影響が生じる。

また、支柱５７０同士の距離を小さく、例えば半分の３０ｍｍとすれば、光透過性基体５６０の変形量も半分となるが、支柱５７０の本数が２倍以上に増加する。光透過性基体５６０も支柱５７０もどちらも樹脂製なので、支柱５７０先端が光透過性基体５６０と接触して擦れることにより生じるダスト（ごみ、粉）の発生箇所が増えることとなる。結果としてダストの発生を増やし、輝度むら、色むらなどの原因の一つとなっている。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、拡散板などの光学構造物を確実に保持しつつ、支柱に起因する輝度むらの発生を抑えることである。
第２の目的は、光透過性基体と光源、例えば発光ダイオードが接触して発光ダイオードが破損することを防止することである。

上記課題を解決するため、本発明は、バックライト装置等に設けられる、光源からの直接光及び間接光が入射される光学構造物を支持する支柱において、この支柱の一部に、この支柱周辺から光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造を形成した構成とする。
上記反射角度制御構造としては、例えば支柱表面上に光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材を設ける。
あるいは、支柱の頭頂部に曲面を形成した構成とする。

上記構成によれば、反射角度制御構造として反射角度制御部材を設けた場合、支柱表面で反射した光が反射角度制御部材により反射され、再度ミキシング空間へ戻されるので、光の光路長を長くすることができる。その結果、再度ミキシングされ均一な光となって光学構造物へ入射される。また、支柱頭頂部へ照射された光が反射して直上方向へ向かわないよう頭頂部への光の照射を遮断することができる。したがって、支柱の表面又は頭頂部で反射する光により発生する拡散板上での輝度むらを防止できる。
また、反射角度制御構造として支柱の頭頂部に曲面を形成した場合、形状すなわち曲面の曲率半径を変えることにより、頭頂部で角度を変えられて直上方向へ向かう光の量を制御することができるので、輝度むらを抑えられる。

また、本発明の液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、複数の光源が配され液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、バックライト装置が、光源からの直接光及び間接光が入射される光学構造物を支持する支柱を有し、この支柱の一部に、この支柱周辺から光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造が形成されていることを特徴とする。
上記反射角度制御構造として、支柱表面上に光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材を設ける。

上記構成によれば、反射角度制御構造として支柱に反射角度制御部材を設けたことにより、バックライト装置の上方に配置されている拡散板等の光学構造物へ出射される支柱直上の光の光量を制御することができ、光学構造物表面の輝度を適切に調整することができる。したがって、液晶表示パネルの輝度むら、色むらが低減される。

また、本発明の液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、複数の光源が配され液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、バックライト装置が、光源からの光が入射される光学構造物と該光源との間に、光学構造物に対して略平行に配される光透過性基体と、第１係止部及び第２係止部によりそれぞれ光学構造物及び光透過性基体を支持する第１支柱と、この第１支柱に支持されている光透過性基体より低く、かつ複数の光源より高い第２支柱と、を有し、第１支柱の光透過性基体と光学構造物に挟まれた部分の一部に、第１支柱周辺から光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造が形成されていることを特徴とする。
上記反射角度制御構造として、第１支柱表面上に光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材を設ける。

上記構成によれば、上述の液晶表示パネルの輝度むら、色むらを低減することに加え、次のような作用効果がある。光透過性基体を支持する支柱の本数を増やすことなく、第２支柱により光透過性基体と光源が接触するのを防止できる。さらに、光透過性基体上方の光学構造物を支持する支柱と光透過性基体を支持する支柱を一体構成としたので、バックライト装置全体の支柱の本数を少なくできる。

以上説明したように、本発明によれば、例えばバックライト装置の拡散板などの光学構造物を支柱により確実に保持しつつ、この支柱による輝度むらの発生を抑えることができる。したがって、このバックライト装置を液晶表示装置に使用することにより、輝度むら、色むらが抑えられ品質が向上する。

また、バックライト装置を、少なくとも光透過性基体を支持する支柱と、この支柱より低く、かつ複数の光源より高い補助的な支柱を備えた構成とすることにより、光透過性基体を支持する支柱の本数（ダストの発生原因）を増やすことなく、光透過性基体と光源の衝突による光源の破損を防止することができる。また、光透過性基体を支持する支柱の本数が減るので、ダストの発生が減少し、液晶表示装置の輝度むら、色むらが抑えられ品質が向上する。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明は、例えば図１に示すような構成の透過型のカラー液晶表示装置１００に適用することができる。この透過型カラー液晶表示装置１００は、透過型のカラー液晶表示パネル１１０と、このカラー液晶表示パネル１１０の背面側に設けられたバックライト装置１４０とからなる。また、図示しないが、この透過型カラー液晶表示装置１００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１１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１１、対向電極基板１１２）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１１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１１には、マトリックス状に配列された信号線１１４と、走査線１１５と、この信号線１１４、走査線１１５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１１６と、画素電極１１７とが形成されている。薄膜トランジスタ１１６は、走査線１１５により、順次選択されると共に、信号線１１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１１７に書き込む。一方、対向電極基板１１２の内表面には、対向電極１１８及びカラーフィルタ１１９が形成されている。

カラーフィルタ１１９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１１９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、図示しないが、デルタ配列、正方配列などがある。

再び、図１を用いて、透過型カラー液晶表示装置１００の構成について説明をする。透過型カラー液晶表示装置１００は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル１１０を２枚の偏光板１３１，１３２で挟み、バックライト装置１４０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１４０は、上記カラー液晶表示パネル１１０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１４０は、ここでは図示していない光源や、光源から出射された光を白色光へと混色するためにバックライト筐体１２０内に、拡散板１４１、拡散板１４１上に重ねて配列される拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４といった光学機能シート群１４５などを備えた構成となっている。
拡散板１４１は、バックライト筐体１２０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１４０から面発光された光をカラー液晶表示パネル１１０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１４５の構成は、上述した拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４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。

図３に、バックライト筐体１２０内の概略構成図を示す。この図３に示すように、バックライト筐体１２０は、赤色光を発光する赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色光を発光する緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色光を発光する青色発光ダイオード２１Ｂを光源として用いられている。
例えば、赤色発光ダイオード２１Ｒで発光される赤色光、緑色発光ダイオード２１Ｇで発光される緑色光、青色発光ダイオード２１Ｂで発光される青色光のピーク波長は、それぞれ６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４５０ｎｍ程度とされる。赤色発光ダイオード２１Ｒ、青色発光ダイオード２１Ｂで発光される赤色光、青色光のピーク波長は、それぞれ６４０ｎｍから長波長側へ、４５０ｎｍから短波長側へシフトしてもよい。このようにピーク波長を、長波長側、短波長側へシフトさせると、色域を広げることができるため、カラー液晶表示パネルに表示させる画像の色再現範囲を拡大することができる。
なお、以下の説明において、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを総称する場合は、単に発光ダイオード２１と呼ぶ。

発光ダイオード２１は、一般的に用いられているような、直上方向へ出射する光、つまり入射面に対し垂直方向に出射する出射光成分の輝度が最も高く、垂直方向（この例では拡散板１４１の法線方向）に対して角度が大きくなるにつれて、その出射光成分の輝度が低下する放射指向特性を持つ発光ダイオードが用いられる。もしくは前述の非特許文献１に記載されているレンズ形状のＬＥＤチップなどの主として横方向に光を放射するレンズ機能を有するサイドエミッティングタイプのものなどが使用される。

この発光ダイオード２１を、図３に示すように、配線基板２２上に所望の順番で列状に複数配列させることで、発光ダイオードユニット２１ｎ（ｎは、自然数。）が形成される。それぞれの配線基板２２は、図示せぬ駆動用のドライパ基板に接続される。
発光ダイオードユニット２１ｎを形成するために、配線基板２２上に発光ダイオード２１を配列する順番は、図３に示すような、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを繰り返し単位とする最も基本的な配列の仕方や、図示しないが、例えば、緑色発光ダイオード２１Ｇを等間隔で配列させ、隣り合う緑色発光ダイオード２１Ｇの間に、赤色発光ダイオード２１Ｒ、青色発光ダイオード２１Ｂを交互に配列させるような順番など様々な配列の仕方がある。
バックライト筐体１２０内への発光ダイオードユニット２１ｎの配列の仕方は、図３に示すように、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向が、水平方向となるように配列してもよいし、図示しないが、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向が垂直方向となるように配列してもよいし、両者を組み合わせても良い。あるいは各色の発光ダイオードを所定法則で均一に配置することで、発光ダイオードが列状に複数配列されてなる発光ダイオードユニットを形成しない配置とすることもできる。

なお、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向を、水平方向或いは垂直方向とするように配列する手法は、従来までのバックライト装置の光源として利用していたＣＣＦＬの配列の仕方と同じになるため、蓄積された設計ノウハウを利用することができ、コストの削減や、製造までに要する時間を短縮することができる。
バックライト筐体１２０の内壁面１２０ａ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。

図４に、透過型カラー液晶表示装置１００を組み上げた際に、図１に示す透過型カラー液晶表示装置１００に付したＸ−Ｘ線に沿う概略断面図を一部示す。図４に示すように、液晶表示装置１００を構成するカラー液晶表示パネル１１０は、透過型カラー液晶表示装置１００の外部筐体となる外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２とによって、スペーサ１０３ａ，１０３ｂを介して挟み込むように保持される。また、外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２との間には、ガイド部材１０４が設けられており、外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２によって挟まれたカラー液晶表示パネル１１０が長手方向へずれてしまうことを抑制している。

一方、透過型カラー液晶表示装置１００を構成するバックライト装置１４０は、上述したように光学機能シート群１４５が積層された拡散板１４１を備えている。また、拡散板１４１と、バックライト筐体１２０との間には、反射シート１２６が配されている。
反射シート１２６は、その反射面が、拡散板１４１の光入射面１４１ａと対向するように、且つ発光ダイオード２１の発光方向よりもバックライト筐体１２０側となるように配されている。反射シート１２６は、例えば、シート基材上に銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層することで形成された銀増反射膜などを用いることができる。またこの反射シート１２６は、主に発光ダイオード２１から発光され、その放射角度分布によって下向きに放射された光や、バックライト筐体１２０の反射加工を施され反射面とされた内壁面１２０ａにて反射された光などを反射する。反射シートは拡散処理がなされていてもよい。

拡散板１４１は、バックライト筐体１２０に設けられたブラケット部材１０８で保持されるとともに、本発明の反射角度制御構造が形成された支柱３０により支持されている。この支柱３０には、支柱表面で反射した光がそのまま拡散板へ向かわない、もしくは拡散板１４１に対し浅い入射角度で入射しないよう支柱に反射角度制御部材３１などの反射角度制御用構造が設けられている。本発明構成の支柱については、後に詳述する。

なお、支柱３０の固定方法は、例えば支柱３０の底面に雌ねじ（タップ）を形成し反射シート１２６を挟んで雄ねじ（ボルト）により固定する。または支柱３０の底面を反射シート１２６に接着して固定してもよい。あるいは、非特許文献１に記載のように支柱底面から下方に伸びる先端部を不可逆構造とし、反射シート１２６に設けられている孔にはめ込んだ後は抜けないようにして固定してもよい。

また、発光ダイオード２１上方には、無色透明な樹脂製で、パターン付きの光透過性基体（いわゆるダイバータープレート）６０が、拡散板１４１と略平行に配置されている。この光透過性基体６０は、各発光ダイオード２１から直上方向に漏れてくる、いわゆるホットスポットの原因となる不要な光を、所定パターンに印刷されたドット６１により反射、拡散する。

この光透過性基体６０は、樹脂製の複数の支柱７０によって、各発光ダイオード２１との距離が所定の適正な距離を維持して、支持されている。例えば、液晶表示面が約４０〜４６の場合、発光ダイオード２１のパッケージとの距離Ａの適正な値は、約１ｍｍにされる。距離Ａが約１ｍｍのとき、ドット６１による光学特性が最も良好となる。なお、ドット６１の厚さはほとんど無視できる程度である。

さらに、樹脂製の複数の支柱７１が、設けられている。支柱７０は、光透過性基体６０と直接接触し、樹脂が擦れてダスト（粉、ごみ）が発生する原因となるので、本数を減らしたい部材であり、間引いて設けられている。そこで、光透過性基体６０と発光ダイオード２１のパッケージとの接触を防止するため、支柱７１が補助的に設けられている。支柱７１の高さは、支柱７０より距離Ｂだけ低いが、発光ダイオード２１のパッケージより高くする。例えば、支柱７０より０．５ｍｍ程度低いものとする。

本例では、光透過性基体６０に関係して設けられる支柱の高さを２種類用意し、一つは光透過性基体６０の高さを保持する支柱７０とし、もう一つは高さを前者の支柱７０より低くかつ発光ダイオード２１よりも光透過性基体６０に近い高さの支柱７１とする。これにより、通常では支柱７１は光透過性基体６０に接触することはないが、振動や衝撃が加わり、光透過性基体６０が変形した場合、発光ダイオード２１手前で光透過性基体６０を受け止め、発光ダイオード２１の破損を防止することができる。

このような構成の透過型カラー液晶表示装置１００は、例えば、図５に示すような駆動回路２００により駆動される。駆動回路２００は、カラー液晶表示パネル１１０や、バックライト装置１４０の駆動電源を供給する電源２１０、カラー液晶表示パネル１１０を駆動するＸドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０、外部から供給される映像信号や、当該透過型カラー液晶表示装置１００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２４０を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部２５０、このＲＧＢプロセス処理部２５０に接続された画像メモリ２６０及び制御部２７０、バックライト装置１４０を駆動制御するバックライト駆動制御部２８０などを備えている。

この駆動回路２００において、入力端子２４０を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部２５０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１１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換されて、制御部２７０に供給されるとともに、画像メモリ２６０を介してＸドライバ２２０に供給される。
また、制御部２７０は、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた所定のタイミングで、Ｘドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０を制御して、上記画像メモリ２６０からの映像信号とともにＸドライバ回路２２０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１１０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２８０は、電源２１０から供給される電圧から、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、バックライト装置１４０の光源である各発光ダイオード２１を駆動する。一般に発光ダイオードの色温度は、動作電流に依存するという特性がある。したがって、所望の輝度を得ながら、忠実に色再現させる（色温度を一定とする）には、パルス幅変調信号を使って発光ダイオード２１を駆動し、色の変化を抑える必要がある。

ユーザインターフェース３００は、上述した図示しない受信部で受信するチャンネルを選択したり、同じく図示しない音声出力部で出力させる音声出力量を調整したり、カラー液晶表示パネル１１０を照明するバックライト装置１４０からの白色光の輝度調節、ホワイトバランス調節などを実行するためのインターフェースである。
例えば、ユーザインターフェース３００から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路２００の制御部２７０を介してバックライト駆動制御部２８０に輝度制御信号が伝わる。バックライト駆動制御部２８０は、この輝度制御信号に応じて、パルス幅変調信号のデューティ比を、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂ毎に変えて、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを駆動制御することになる。

次に、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置において、支柱の各例の概略構成について説明する。

（１）第１の実施形態例
図６は、本発明の一実施の形態例に係る支柱を示すものであり、Ａは側面図、Ｂは同上面図である。支柱３０はその先端の頭頂部３０ａに曲面を有するほぼ円錐形状とする。本例では、支柱３０の一部に、支柱表面（円錐面）で反射した光を反射して光源と拡散板間の光ミキシング空間へ戻すための、例えば全周にわたって張り出した略フランジ状（略傘状）の反射角度制御部材３１を形成する。本例の反射角度制御部材３１は、略円盤形状、又は円錐面表面の拡散板１４１とほぼ平行な面内に凸部を周設し略ドーナツ形状としている。図６Ｂに示すように、略円盤形状を成す反射角度制御部材３１の直径は、支柱３０の底面直径より大きいことが望ましい。また、仮に頭頂部３０ａを拡散板１４１に対して平行な面、つまり平面とした場合、拡散板１４１表面の頭頂部３０ａ上部の輝度が不足して輝度むらが発生してしまうため、頭頂部３０ａに適度な曲面を持たせる構造としている。

これら支柱３０及び反射角度制御部材３１は、本例では乱反射性材料のＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene polymer）を用いて射出成形により形成するが、材料及び製法ともにこれに限るものではなく、周知技術を利用して種々の態様が考えられる。例えば、反射角度制御部材３１は支柱３０と一体構造でもよいし、支柱３０を形成後に反射角度制御部材３１を組み立てて固定する別体構造とすることもできる。別体構造の場合、同一材料でも異なる材料でも構わない。
なお、この支柱３０は円筒形状を採用することもできるが、支柱上方の輝度分布を考慮すると拡散板１４１と接する部分が細い形状、つまり円錐、中でも直円錐がより好適である。また必ずしも円錐形や円柱形に限られるものではなく、四角錘や直方体などでもよい。

図７は、反射角度制御部材３１が低位置に設けられた場合の支柱３０の側面図を示したものである。反射角度制御部材３１の設置位置（ｈ１／ｈ２比）及び直径は、光源から出射される主光線の拡散板１４１への入射角度θなどに基づいて決定される。反射角度制御部材３１の直径にもよるが、おおよそ入射角度θが大のときｈ１大、入射角度θが小のときｈ１小、という傾向で設置される。

ここで、主光線の入射角度と反射角度制御部材３１の位置との関係について、さらに詳細に説明する。
主光線の入射角度が大きい場合は、図８に示すように、反射角度制御部材３１を支柱３０の高い位置に設定する。例えばサイドエミッション型発光ダイオードのように、拡散板１４１に対する主光線の入射角度が大きい場合、頭頂部３０ａに直接照射されない光１５２ａはそのまま拡散板１４１へ入射されるが、頭頂部３０ａに向かってくる光１５２ｂは反射角度制御部材３１で反射し、頭頂部３０ａによる直上方向への反射を防止する。
また支柱３０の表面（円錐面）で反射し直上方向へ向かう光１５１は、反射角度制御部材３１によって反射される。その反射光は反射シート１２６で拡散反射され再度ミキシングされる。反射角度制御部材３１で反射されミキシング空間へ戻された光は、光路長が長くなるのでその分輝度が他の光と均一になる。その後、輝度が均一な光として拡散板１４１へ入射される。

一方、主光線の入射角度が小さい場合は、図９に示すように、反射角度制御部材３１を支柱３０の低い位置に設定する。例えば垂直方向に出射する出射光成分の輝度が最も高いような放射指向特性を持つ発光ダイオードを使用したときのように、拡散板１４１に対する主光線の入射角度が小さい場合、頭頂部３０ａに直接照射されない光１５３ａはそのまま拡散板１４１へ入射されるが、頭頂部３０ａに向かってくる光１５３ｂは低位置にある反射角度制御部材３１で反射し、頭頂部３０ａによる直上方向への反射を防止する。
また支柱３０の表面（円錐面）で反射し直上方向へ向かう光１５２は、上述同様、反射角度制御部材３１で反射され、反射シート１２６で拡散反射され再度ミキシングされた後、拡散板１４１へ入射される。

このように、支柱３０の頭頂部３０ａ付近へ出射される光の入射角度θと支柱３０表面へ照射される光の関係によって、反射角度制御部材３１の取り付け位置及び径の大きさが決定される。

上述した実施形態例によれば、支柱に反射角度制御部材を設けたことにより、支柱表面で反射した光が反射角度制御部材により反射され、再度ミキシング空間へ戻されるので、光の光路長を長くすることができる。そして、この反射角度制御部材で反射された光は、再度ミキシングされた後、均一な光となって拡散板から出射される。また、支柱頭頂部で反射する光が直上方向へ向かわないよう頭頂部への光の照射を遮断することができる。
したがって、支柱の表面又は頭頂部で反射する光により発生する拡散板上での輝度むらを防止することができる。

（第２の実施形態例）
図１０は、本発明の第２の実施形態例に係る支柱を示し、Ａは側面図、Ｂは上面図である。本例の反射角度制御部材３２は、上記第１の実施形態例における反射角度制御部材３１の形状を、円盤形状（図６Ａ，Ｂ参照）から楕円形状の構成としたものである（図１０Ｂ参照）。
バックライト装置の光源間の距離は必ずしも均一となるように配置されているわけではなく、例えば図３の例の場合、同一発光ダイオードユニット上で隣接している発光ダイオード間の距離は小さい。しかし、異なる発光ダイオードユニット間では最も近い発光ダイオード同士でも、その距離は上記同一発光ダイオードユニット上の隣接する発光ダイオード間のそれよりも大きい。その場合、拡散板１４１表面の支柱３０付近では、個々の発光ダイオードのばらつきも加わって、頭頂部３０ａ上方の拡散板１４１表面の輝度分布がきれいな円状にならないことがある。その場合は上記輝度分布に応じて、反射角度制御部材３２を楕円、あるいはその他の適切な形状とする。

（第３の実施形態例）
図１１は、本発明の第３の実施形態例に係る支柱の側面図である。本例は、上記第１の実施形態例における反射角度制御部材３１の周縁３１ａを、拡散板１４１の入射面に対し斜めに、発光ダイオード２１と対向するように斜面３１ｂを設けたものである。反射角度制御部材３１の周縁３１ａが拡散板１４１の入射面に対してほぼ垂直の場合、周縁３１ａで反射した光が直上方向へ向かい、輝度むらの原因の一つとなる。本例の斜面３１ｂの構造により、斜面３１ｂで反射した光は再度ミキシング空間に戻り他の光とミキシングされるので、輝度むらを防止できる。

（第４の実施形態例）
図１２は、本発明の第４の実施形態例に係る支柱を示し、Ａは側面図、Ｂは上面図である。本例は、反射角度制御構造として円錐形状の支柱４０の頭頂部４１に曲面部を形成し、この曲面部の形状により頭頂部で角度を変えられて直上方向へ向かう光の量を制御し、輝度むらを無くすものである。具体的には、上記第１〜第３の実施形態例における支柱の頭頂部と比較して、頭頂部４１の曲率半径（Ｒ）を大きくしている。この支柱４０の材料はＡＢＳ樹脂などの乱反射もしくは拡散反射機能を持つものが好ましい。

まず支柱頭頂部の曲率半径が小さい場合の例を、図１３に示す。この例では、支柱頭頂部４１ａの直径がφ２ｍｍのとき、曲率半径が１．０ｍｍ程度としている。この場合、頭頂部４１ａの曲面部により角度が変化する光１５４の量が多く、結果的に明るくなる領域５１が広くなる。

次に支柱頭頂部の曲率半径が大きい場合の例を、図１４に示す。この例では、支柱頭頂部４１ｂの直径がφ２ｍｍのとき、曲率半径が２．０ｍｍ程度としている。この場合は、頭頂部４１ｂの曲面部により角度が変化する光１５５の量が少なく、結果的に明るくなる領域５１が小さくなる。

上述のように、支柱頭頂部の曲面部の形状により頭頂部で角度を変えられて直上方向へ向かう光の量を制御することができるので、輝度むらを抑えることができる。この第４の実施形態例は、反射角度制御部材を設けないので製造が容易であり、特に、光源として前述の非特許文献１に記載されているようなレンズ形状の、主として横方向に光を放射するレンズ機能を有するサイドエミッティングタイプのものを使用する場合に好適である。

図１５は、上述した各実施形態例の支柱による拡散板表面での輝度分布特性を示したものである。横軸は支柱中心軸からの距離（ｍｍ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２；ｎｉｔ）を表す。この図では、図１３の支柱頭頂部の曲率半径（Ｒ）が小のとき、図１４の支柱頭頂部の曲率半径（Ｒ）が大のとき、そして図１１の反射角度制御部材有りの各例について測定結果を示している。この輝度分布特性から、頭頂部の曲率半径が小のときは支柱中心軸上方を中心として光の量が多いが、頭頂部の曲率半径が大きいときは光の量が減少し、この例ではより均一な輝度分布となっていることがわかる。また、反射角度制御部材有りの場合には、支柱上方の輝度が抑制され、従来の明るい領域（図１９参照）をなくすことができている。ここで支柱中心軸付近での輝度の落ち込みが見られるが、反射角度制御部材の設置位置及び直径を適宜変更することにより補正することが可能である。

上述した実施形態例によれば、支柱頭頂部の曲面部（反射角度制御構造）の曲率半径を調整することにより、支柱頭頂部の曲面部で反射して支柱上方へ向かう光の量を制御することができ、輝度むらをなくすことができる。

（第５の実施形態例）
図１６は、本発明の第５の実施形態例に係る支柱の側面図を示す。本例は上述した第３の実施形態例と第４の実施形態例を組み合わせたものである。頭頂部４１の曲率半径を大きくし、また円錐面の適切な位置に反射角度制御部材３１が形成されてなる反射角度制御構造を有する支柱構造としている。
このような構造とすることにより、第３の実施形態例及び第４の実施形態例の相乗効果を得ることができる。例えば、支柱表面で反射する光及び頭頂部４１へ向かう入射角度の小さい光を反射角度制御部材３１でミキシング空間へ反射し、かつ頭頂部４１に照射される入射角度の大きな光に対しては直上方向への反射光を低減することができる。したがって、輝度むらが抑えられる。

以上説明したように、上記構造の支柱を液晶表示装置等のバックライト装置に適用した場合、拡散板などの光学構造物を支柱により確実に保持しつつ、この支柱による輝度むらの発生を抑えることができる。したがって、液晶表示装置の輝度むら、色むらが抑えられ、画質及び品質が向上する。

ここで、光透過性基体６０を支持する支柱の他の実施形態例について説明する。

図１７は、液晶表示装置の一例の概略断面図を示したものである。図１７において、図４の例と比較して異なる点は、拡散板１４１を支持するための支柱３０と光透過性基体６０を支持するための支柱７０を、一体構成としたことである。

図１７に示すように、拡散板１４１に対する支持機能と光透過性基体６０に対する支持機能が一体構成とされた支柱８０は、支柱８０下部から下方に伸びる先端部８３を不可逆構造とする。そして、支柱８０の第１の係止部８１を光透過性基体６０に設けられた孔に嵌挿して固定する。また、支柱８０の第２の係止部８２を反射シート１２６に設けられた孔に嵌挿して固定する。このような構造により、一度立設された支柱８０は、振動や衝撃が加わっても抜けずに、固定された状態が維持される。

拡散板１４１と光透過性基体６０との距離は、支柱８０の頂点と第１の係止部８１との距離Ｈ１で決定される。また、光透過性基体６０と発光ダイオード２１との距離は、支柱８０の第１の係止部８１と第２の係止部８２との距離Ｈ２で決定される。

支柱７１の高さは図４の例と同様に、光透過性基体６０、すなわち第１の係止部８１と第２の係止部８２との距離Ｈ２より低く、発光ダイオード２１のパッケージより高くする。

本例は、拡散板１４１を支持する支柱と光透過性基体６０を支持する支柱を一体構成としたので、図４に示した支柱７０と支柱７１による作用効果に加え、バックライト装置における支柱の総本数を削減できる。

なお、本発明の支柱は、支柱を発光ダイオードと合体して一体化したもの、バックライト装置の薄型化などにより発光ダイオード自体を支柱としたもの、あるいはバックライト装置内の配線用途などに用いられる構造物を支柱としても使用するようにしたものなど、その他種々の構造物に支柱としての機能を持たせた場合にも適用される。

また、上述した実施の形態の例では、直下型方式のバックライト装置を例に説明したが、サイドエッジ型のバックライト装置、あるいはＣＣＦＬを用いたこれらの方式のバックライト装置にも本発明構造の支柱を使用することができる。

さらに本発明は、上述した各実施の形態例に限定されるものではなく、例えば、光透過性基体を使用しないバックライト装置に適用したり、反射角度制御部材の取り付け位置、頭頂部の曲率半径、材質など、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることは勿論である。

本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置の一例の概略分解斜視構成図である。 本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置に係る液晶表示パネルのカラーフィルタの一例の概略平面構成図である。 本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置に係るバックライト装置の概略斜視構成図である。 本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置の一例における概略断面構成図（その１）である。 本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置を駆動する駆動回路の一例の概略ブロック構成図である。 Ａは本発明の第１実施形態例に係る支柱の側面図、Ｂは同上面図である。 本発明の第１の実施形態例において反射角度制御部材が低位置にある支柱の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態例において主光線の入射角度が大きい場合の説明に供する図である。 本発明の第１の実施形態例において主光線の入射角度が小さい場合の説明に供する図である。 Ａは本発明の第２の実施形態例に係る支柱の側面図、Ｂは同上面図である。 本発明の第３の実施形態例に係る支柱の側面図である。 Ａは本発明の第４の実施形態例に係る支柱の側面図、Ｂは同上面図である。 本発明の第４の実施形態例において支柱先端の曲率半径が小さい場合の説明に供する図である。 本発明の第５の実施形態例において支柱先端の曲率半径が大きい場合の説明に供する図である。 本発明による支柱の各実施形態例の輝度分布特性図である。 本発明の第５の実施形態例に係る支柱の側面図である。 本発明を実施するための最良の形態として示す液晶表示装置の一例における概略断面構成図（その２）である。 従来例の説明に供する図（その１）である。 従来例における支柱先端の光の状態を示す図である。 従来例の説明に供する図（その２）である。 光透過性基体が変形した状態の例を示した図である。

符号の説明

２１…発光ダイオード（ＬＥＤ）、２１Ｒ…赤色発光ダイオード、２１Ｇ…緑色発光ダイオード、２１Ｂ…青色発光ダイオード、３０，４０…支柱、３０ａ，４１，４１ａ，４１ｂ…頭頂部（曲面部）、３１，３２…反射角度制御部材、３１ａ…周縁部、３１…斜面部、６０…光透過性基体、７０，８０…支柱、７１…補助支柱、８１，８２…係止部、１００…（カラー）液晶表示装置、１４０…バックライト装置、１４１…拡散板

Claims (9)

1. 光源からの直接光及び間接光が入射される光学構造物を支持する支柱において、
   前記支柱の一部に、前記支柱周辺から前記光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造が形成されており、前記反射角度制御構造として、前記支柱表面上に前記光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材が設けられている
   支柱。
2. 前記支柱における前記反射角度制御部材の取り付け位置及び／又は大きさは、前記支柱頭頂部周辺へ照射される光の主光線の照射角度に基づいて決定される
   請求項１に記載の支柱。
3. 前記反射角度制御部材の周縁に、前記光源と対向する斜面を形成する
   請求項１に記載の支柱。
4. 前記反射角度制御部材の形状を、前記光学構造物表面での輝度分布に応じて形成する
   請求項１に記載の支柱。
5. 前記反射角度制御構造として、前記支柱の頭頂部に曲面を形成する
   請求項１乃至４のいずれかに記載の支柱。
6. 前記頭頂部の曲面の曲率半径を変更することにより、前記頭頂部で反射して前記光学構造物へ照射される光の量を制御する
   請求項５に記載の支柱。
7. 前記支柱は略円錐形である
   請求項１乃至６のいずれかに記載の支柱。
8. 透過型の液晶表示パネルと、複数の光源が配され前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
   前記バックライト装置は、前記光源からの直接光及び間接光が入射される光学構造物を支持する支柱を有し、
   前記支柱の一部に、前記支柱周辺から前記光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造が形成されており、前記反射角度制御構造として、前記支柱表面上に前記光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材が設けられている
   液晶表示装置。
9. 透過型の液晶表示パネルと、複数の光源が配され前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
   前記バックライト装置は、前記光源からの光が入射される光学構造物と該光源との間に、前記光学構造物に対して略平行に配される光透過性基体と、
   第１係止部及び第２係止部によりそれぞれ前記光学構造物及び前記光透過性基体を支持する第１支柱と、
   前記第１支柱に支持されている前記光透過性基体より低く、かつ前記複数の光源より高い第２支柱と、を有し、
   前記第１支柱の前記光透過性基体と前記光学構造物に挟まれた部分の一部に、前記第１支柱周辺から前記光学構造物へ照射される光の量を制御する反射角度制御構造が形成されており、前記反射角度制御構造として、前記第１支柱表面上に前記光学構造物の入射面とほぼ平行な面内に形成された凸部から成る反射角度制御部材が設けられている
   液晶表示装置。

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