JP2010020961A - 面状光源及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 面状光源及び液晶表示装置において、より詳細なローカルディミングを可能にして消費電力をより低減することができ、さらには隣接する導光板の境界において輝度の落差を和らげること。
【解決手段】 複数のＬＥＤ光源２と、複数のＬＥＤ光源２を光入射面である端面３ａに配しＬＥＤ光源２から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板３と、を備えた複数のライトユニット４が、互いに導光板３を隣接状態にして複数並べられて構成された面状光源であって、導光板３を複数の導光エリアＡ〜Ｄに分割し、導光エリアＡ〜Ｄ毎に対応するＬＥＤ光源２の発光量を調整して導光エリアＡ〜Ｄ毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示パネルなどを照明する面状光源及びこれを備えた液晶表示装置に関する。

薄型テレビジョン装置や薄型モニター等の大型ディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。この液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるバックライトユニットが用いられている。
上記バックライトユニットでは、導光板と、該導光板の側端面に配置させたＬＥＤ等の光源と、を備え、光源からの光を導光して主面全体から液晶表示パネルに向けて出射させている。

近年、液晶テレビジョン装置の大型化に伴って、その軽量化や薄型化がさらに要望されているが、バックライト方式では混色性や輝度ムラが厚みと反比例の関係となり、薄型化が困難であった。また、サイドエッジ面に光源を配した導光板を用いたバックライトユニットであって、大型の導光板を作製する方法として射出成形方式を採用した場合、大面積でかつ薄型のものを作製する際に、形状全体に樹脂が転写、充填され難いという限界があった。また、樹脂を十分に充填するためには、成型機を大型化し、射出圧力を上げることで解決される場合もあるが、大型の成型機は設備費用の多大なコストがかかるため、製品コスト的に採用が難しい。

このため、従来、例えば特許文献１には、液晶表示パネルの下部に配置され相互に分離されて複数のブロックを形成する複数の導光板と、各導光板に光を入光させる複数のＬＥＤと、を備え、複数のＬＥＤをブロック別（導光板別）に部分駆動するバックライトユニットが提案されている。このバックライトユニットでは、導光板別にＬＥＤを部分駆動する部分輝度コントロールによって、いわゆるローカルディミングを具現させている。このローカルディミングは、液晶表示パネルに表示される画像の輝度やコントラスト等に応じて、バックライトの輝度を制御するものであって、液晶表示パネルに入力される画像データに基づいてバックライトの輝度を導光板毎に場所的及び時間的に制御して明るさを調整することで、消費電力の低減及びコントラストや動画追従性等を向上させる方式である。

また、特許文献２には、入力された映像信号を表示する液晶表示パネルとＲＧＢのバックライト部材ユニットを縦横に並列したバックライトとを有し、映像信号をバックライト部材ユニットのサイズに対応するブロックに分割し、ブロックの輝度と映像データとを解析した結果に基づいてバックライト部材の輝度補正量を設定する液晶表示装置が提案されている。すなわち、この液晶表示装置でも、特許文献１と同様に、バックライト部材毎に輝度の制御を行って、画質（コントラスト、色再現範囲）の改善及び消費電力の低減を図っている。

特開２００７−２９３３３９号公報（特許請求の範囲） 特開２００８−９００７６号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２に記載の技術では、並べられた導光板毎に部分駆動してローカルディミングを行っているが、導光板単位で輝度を調整するため、導光板よりも小さな領域において、より詳細なローカルディミングを行うことが困難であるという不都合があった。さらに、隣接する導光板の境界において輝度の落差が大きく、明暗の差が明確になってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、より詳細なローカルディミングを可能にして消費電力をより低減することができ、さらには隣接する導光板の境界において輝度の落差を和らげることができる面状光源及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の面状光源は、複数の光源と、前記複数の光源を光入射面である端面に配し前記光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、を備えた複数のライトユニットが、互いに前記導光板を隣接状態にして複数並べられて構成された面状光源であって、前記導光板を複数の導光エリアに分割し、前記導光エリア毎に対応する前記光源の発光量を調整して前記導光エリア毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部を備えていることを特徴とする。

この面状光源では、導光板を複数の導光エリアに分割し、導光エリア毎に対応する光源の発光量を調整して導光エリア毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部を備えているので、導光板単位ではなく、導光板をさらに複数分割した導光エリア毎に輝度又は発光色が調整されて、より詳細なローカルディミングが可能になると共にさらに消費電力の低減を図ることが可能になる。

また、本発明の面状光源は、前記光源駆動部が、隣接する前記導光板において前記隣接する方向に並んだ前記導光エリア毎に段階的に輝度を変化させることを特徴とする。すなわち、この面状光源では、光源駆動部が、隣接する導光板において隣接する方向に並んだ導光エリア毎に段階的に輝度を変化させるので、隣接する導光板の輝度が隣接方向に段階的に徐々に変化し、隣接する導光板の境界において輝度の落差を緩和することができる。

さらに、本発明の面状光源は、前記光源駆動部が、隣接する前記導光板の互いに隣接する前記導光エリアにおいて、互いに同じ輝度にする又は互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアとの輝度の差よりも小さく設定することを特徴とする。すなわち、この面状光源では、光源駆動部が、隣接する導光板の互いに隣接する導光エリアにおいて、互いに同じ輝度にする又は互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアとの輝度の差よりも小さく設定することにより、隣接する導光板の境界において輝度の落差を無くす又はさらに和らげることが可能になる。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの裏面側に配された上記本発明の面状光源と、を備え、前記光源駆動部が、前記導光エリア直上の前記液晶表示パネルの表示エリアに表示する画像の画像データに対応して前記導光エリアの輝度又は発光色を調整することを特徴とする。すなわち、この液晶表示装置では、光源駆動部が、導光エリア直上の液晶表示パネルの表示エリアに表示する画像の画像データに対応して導光エリアの輝度又は発光色を調整するので、液晶表示パネルの表示エリアに対応してより詳細なローカルディミングを可能にし、より消費電力の少ない液晶表示が可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る面状光源によれば、導光板を複数の導光エリアに分割し、導光エリア毎に対応する光源の発光量を調整して導光エリア毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部を備えているので、導光板をさらに複数分割した導光エリア毎に輝度又は発光色が調整されて、より詳細なローカルディミングが可能になると共に消費電力の低減を図ることが可能になる。さらに、隣接する導光板の境界において輝度の落差を緩和させることも可能になる。したがって、この面状光源を備えた液晶表示装置によれば、光源駆動部によって、導光エリア直上の表示エリアに表示する画像の画像データに対応して導光エリアの輝度又は発光色を調整することで、液晶表示パネルの表示エリアに対応してより詳細なローカルディミングを可能にし、消費電力が少なく、かつより見易い良好な画像や映像の液晶表示が可能になる。

以下、本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の一実施形態を、図１から図８に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態における面状光源１は、液晶表示装置のバックライトユニットであって、図１及び図２に示すように、複数のＬＥＤ光源（光源）２と、これらＬＥＤ光源２を光入射面である長辺側の端面３ａに配しＬＥＤ光源２から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板３と、を備えた複数のライトユニット４が、互いに導光板３を隣接状態にして複数列並べられて構成されている。

また、面状光源１は、図２及び図３に示すように、導光板３を４つの導光エリアＡ〜Ｄに分割し、導光エリアＡ〜Ｄ毎に対応するＬＥＤ光源２の発光量を調整して導光エリアＡ〜Ｄ毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部５を備えている。すなわち、上記導光板３は、長辺方向（横方向）に４つの導光エリアＡ〜Ｄに分けられ、各導光エリアＡ〜Ｄに対応して、端面３ａに配された複数のＬＥＤ光源２が４つのＬＥＤ群２Ａ〜２Ｄに分けられている。したがって、光源駆動部５は、各導光エリアＡ〜Ｄに対応したＬＥＤ群２Ａ〜２Ｄ毎にＬＥＤ光源２を駆動制御する。

上記導光板３は、長方形状とされていると共に複数の縦列及び横列からなるマトリクス状に配置されている。特に、本実施形態の面状光源１は、大型サイズのバックライトで主流の縦横比である１６：９となるように導光板３の形状及び設置枚数が決定されている。なお、本実施形態では、長辺方向を横列とすると共に短辺方向を縦列とし、縦８列及び横６列にライトユニット４が並べられている。

上記導光板３は、例えば透明なポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等で形成されている。
また、上記導光板３は、例えばベゼル（図示略）に固定された状態でリジッド基板６に設置される。各ＬＥＤ光源２は、ベゼルに固定されたフレキシブルプリント基板７に接続されている。

この導光板３の端面３ａにおけるＬＥＤ光源２に対向した領域には、例えば断面Ｖ字状の入光プリズム（図示略）が複数形成されている。また、導光板３の主面である光出射面には、例えば白色ドットパターン（図示略）が形成されている。なお、光出射面又はその対向面に、例えばプリズム状やレンチキュラーレンズ状の微細光学形状等の他の光学形状を施しても構わない。例えば、プリズム状の微細光学形状を施した場合、ＬＥＤ光源２から遠いほど、プリズムの頂角が大きく設定される。また、断面不等辺三角形状のプリズムとし、頂角が大きくなるに従い、プリズム形状の深さが深く設定される、又はプリズムピッチが狭く設定される。

上記ＬＥＤ光源２は、端面３ａに光出射面である先端面を対向させて設置された白色ＬＥＤである。この白色ＬＥＤは、例えば基板上の半導体発光素子を樹脂材で封止したものであり、半導体発光素子として、例えば青色（波長λ：４７０〜４９０ｎｍ）ＬＥＤ素子又は紫外光（波長λ：４７０ｎｍ未満）ＬＥＤ素子であって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体）の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。

また、この半導体発光素子を封止する樹脂材は、シリコーン樹脂を主剤とし、例えばＹＡＧ蛍光体が添加されている。このＹＡＧ蛍光体は、半導体発光素子からの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。なお、ＬＥＤ光源２は、先端面からのみ光が出射されるように先端面以外の樹脂材側面には、反射枠が形成されている。また、白色ＬＥＤとしては、上記以外でも種々のものが採用可能である。

上記光源駆動部５は、隣接する導光板３の間で対応する表示エリアの輝度に差がある場合など、隣接する導光板３において隣接する方向に並んだ導光エリアＡ〜Ｄ毎に段階的に輝度を変化させるように設定されている。また、光源駆動部５は、隣接する導光板３の互いに隣接する導光エリアＡ〜Ｄにおいて、互いに同じ輝度にする又は互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアＡ〜Ｄとの輝度の差よりも小さく設定するようにも設定可能である。

また、本実施形態の液晶表示装置１０は、例えば大型液晶テレビジョン装置等の液晶ディスプレイに適用される表示装置であって、図３及び図４に示すように、液晶表示パネル１１と、液晶表示パネル１１を駆動制御する液晶駆動回路１２と、液晶表示パネル１１の裏面側に配された上記面状光源１と、を備えている。

この液晶表示装置１０は、図４に示すように、並べられた複数の導光板３上に配され導光板３からの光を拡散させて面内の光強度を均一にする拡散板１３Ａと、該拡散板１３Ａ上に配された拡散シート１３Ｂと、拡散シート１３Ｂ上に配され拡散シート１３Ｂからの光を液晶表示パネル１１に向けた上方向への照射光として出射するプリズムシート１４と、導光板３の下面に配された反射シート１５と、を備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル１１の画面側及び面状光源１の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。

上記拡散板１３Ａ及び拡散シート１３Ｂは、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの透明樹脂にシリカ粒子などを分散させた板及びシートである。
上記プリズムシート１４は、拡散シート１３Ｂからの光を上面側に集光するための透明シート状の部材であり、平行な複数の稜線を有するプリズム部を上面側に有している。また、プリズムシート１４は、ＬＥＤ光源２の光軸に対して、プリズム部の稜線がねじれの位置に設定され、特に、上方への高い指向性が得られる方向として、ＬＥＤ光源２の光軸に直交する方向と平行に設定される。

上記反射シート１５は、光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態では銀蒸着膜を設けたフィルムが採用されている。なお、上記銀蒸着膜の代わりに、アルミ金属蒸着膜などを採用しても構わない。この反射シート１５は、両面テープ（図示略）によってベゼル上に貼られている。

上記液晶表示パネル１１は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルが採用される。例えば、透過型の液晶表示パネル１１の場合、透明電極、配向膜及び偏光板をそれぞれ有する上基板と下基板との間隙に液晶材料をシール材で封止したＴＦＴ液晶方式、ＳＴＮ液晶方式やＴＮ液晶方式等のパネル本体を備えたものである。

上記液晶駆動回路１２は、液晶表示パネル１１に対して、各導光エリアＡ〜Ｄ直上に位置する各表示エリアに表示する画像の画像データを出力して画像表示させる機能を有すると共に、表示エリア毎の画像データに関する情報を光源駆動部５にも出力するように設定されている。

また、上記光源駆動部５は、上記液晶駆動回路１２から送られる画像データの情報、すなわち液晶表示パネル１１において導光エリアＡ〜Ｄ直上の各表示エリアに表示する画像の輝度やコントラストの情報に対応して、導光エリアＡ〜Ｄの輝度又は発光色を調整するように設定されている。
例えば、画像データにより明るい画像が表示される表示エリアでは、より明るくするように対応する導光エリアのＬＥＤ群の発光量を強めてその輝度を上げ、逆に暗い画像が表示される暗い表示エリアの場合は、より暗くするように対応する導光エリアのＬＥＤ群の発光量を弱めてその輝度を下げる制御を行うことで、より高コントラストの画像や映像が得られる。

また、液晶表示パネル１１の全体を複数画面に分割して同時に別画像や別映像を表示する場合等でも、他の画面とは別に画像や映像に対応した輝度やコントラストの調整を表示エリア単位及び導光エリア単位で行うことが可能である。
このように、光源駆動部５は、表示エリア単位及び導光エリアＡ〜Ｄ単位でローカルディミングを行う機能を有している。

次に、本実施形態の面状光源及び液晶表示装置によるローカルディミングについて図５から図８を参照して説明する。

図５に示す隣接する２つの導光板３及び表示エリアにおいて、一方の表示エリアの輝度を他方より高く設定する場合、従来の方式では、導光板３単位でＬＥＤ光源２の光量を調整して輝度を設定するため、図６に示すように、輝度の分布が２段階で大きく変わり、特に隣接する導光板３の境界で大きな輝度の落差が生じてしまう。すなわち、液晶表示パネル１１に表示される画像の画像データに応じてローカルディミングを行う際に、導光板３の繋ぎ目で急激に輝度が変化してしまう。

これに対して、本実施形態では、光源駆動部５が、導光エリアＡ〜Ｄ単位でＬＥＤ光源２のＬＥＤ群２Ａ〜２Ｄにおける光量を調整して輝度を設定するため、図７に示すように、輝度の分布が左右の導光板３での６つの導光エリア１−Ａ〜１−Ｄ，２−Ａ〜２−Ｄによって６段階で徐々に変わる。このため、隣接する導光板３の境界（導光エリア１−Ｄと導光エリア２−Ａとの間）においても他の導光エリアＡ〜Ｄの境界とほぼ同様に落差の小さい輝度となる。すなわち、液晶表示パネル１１に表示される画像の画像データに応じてローカルディミングを行う際に、全体として輝度の変化を導光エリアＡ〜Ｄ毎に徐々に変化させることで、導光板３の繋ぎ目においても輝度の変化を緩和することができる。

さらに、光源駆動部５によって、隣接する導光板３の互いに隣接する導光エリア１−Ｄと導光エリア２−Ａとにおいて、互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアＡ〜Ｄ（導光エリア１−Ｄにおいては導光エリア１−Ｃ、導光エリア２−Ａにおいては導光エリア２−Ｂ）との輝度の差よりも小さく設定すれば、図８に示すように、隣接する導光板３の境界（導光エリア１−Ｄと導光エリア２−Ａとの間）において他の導光エリアＡ〜Ｄの境界よりも落差の小さい輝度となり、さらに導光板３の繋ぎ目を目立なくすることができる。なお、光源駆動部５によって、隣接する導光板３の互いに隣接する導光エリア１−Ｄと導光エリア２−Ａとにおいて、互いに同じ輝度に設定して輝度の差を無くしても構わない。この場合、隣接する導光板３の境界において輝度の落差が無くなり、導光板３の繋ぎ目がほとんど目立なくなる。

このように本実施形態の面状光源１は、導光板３を複数の導光エリアＡ〜Ｄに分割し、導光エリアＡ〜Ｄ毎に対応するＬＥＤ光源２の発光量を調整して導光エリアＡ〜Ｄ毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部５を備えているので、導光板３単位ではなく、導光板３をさらに複数分割した導光エリアＡ〜Ｄ毎に輝度又は発光色が調整されて、より詳細なローカルディミングが可能になると共にさらに消費電力の低減を図ることが可能になる。

また、光源駆動部５は、隣接する導光板３において隣接する方向に並んだ導光エリアＡ〜Ｄ毎に段階的に輝度を変化させるので、隣接する導光板３の輝度が隣接方向に段階的に徐々に変化し、隣接する導光板３の境界において輝度の落差を和らげることができる。
さらに、光源駆動部５は、隣接する導光板３の互いに隣接する導光エリアＡ〜Ｄにおいて、互いに同じ輝度にする又は互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアＡ〜Ｄとの輝度の差よりも小さく設定することにより、隣接する導光板３の境界において輝度の落差を無くす又はさらに緩和することが可能になる。

したがって、この面状光源１をバックライトユニットとして採用した液晶表示装置１０では、液晶表示パネル１１の表示エリアに対応してより詳細なローカルディミングを可能にし、消費電力が少なく、かつより見易い良好な画像や映像の液晶表示が可能になる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記実施形態では、一つの導光板を４つの導光エリアに分けてそれぞれ対応するＬＥＤ群の光量を制御しているが、３つ以下又は５以上の複数の導光エリアに分けて制御しても構わない。

また、ＬＥＤ光源としてＲＧＢ−ＬＥＤを用いて、あらゆる色の光を出射させることも可能である。例えば、ＲＧＢ−ＬＥＤとして、一つのパッケージに赤色ＬＥＤ素子（Ｒ）、緑色ＬＥＤ素子（Ｇ）及び青色ＬＥＤ素子（Ｂ）を実装したＬＥＤを光源とする場合や、一つの導光エリアに互いに発光色の異なるＬＥＤ光源をそれぞれ配置しても構わない。これらの場合、各ＬＥＤにおいて印加電流を制御することで、輝度だけでなく発光色も導光エリア毎及び表示エリア毎に制御することが可能になる。
なお、光源としてＬＥＤ光源を採用したが、蛍光管等の他の光源を採用しても構わない。

また、上記実施形態のバックライトユニットでは、拡散板及び拡散シートを各１枚用いているが、いずれか一方を省略したり、少なくとも一方を複数枚使用したバックライトユニットとしても構わない。さらに、拡散板又は拡散シートを、プリズムシートと液晶表示パネルとの間に配置したバックライトユニットとしても構わない。すなわち、これら拡散板及び拡散シートは、輝度ムラ調整のため、その枚数やヘイズを考慮して適宜、設置位置及び枚数等が設定される。

また、１枚のプリズムシートを用いているが、２枚のプリズムシートを採用したバックライトユニットとしても構わない。
なお、上記実施形態では、液晶表示パネルの大きさに対応した大きさの拡散板、拡散シート及びプリズムシートを採用しているが、これらを導光板のように複数に分割したものを並べて配置する構成を採用しても構わない。

本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の一実施形態において、面状光源を示す平面図である。 本実施形態において、一つの導光板及びその導光エリアに対応するＬＥＤ群を示す平面図である。 本実施形態の液晶表示装置において、一つの導光板に対する制御回路構成を示すブロック図である。 本実施形態において、ベゼル及びリジッド基板を除く面状光源及び液晶表示装置を示す要部の拡大縦断面図である。 本実施形態の液晶表示装置において、隣接する導光板及びその導光エリアを示す平面図である。 本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の従来例において、隣接する導光板での各導光エリアに対する輝度を示すグラフである。 本実施形態において、隣接する導光板での各導光エリアに対する輝度を示すグラフである。 本実施形態において、図７とは別の設定による隣接する導光板での各導光エリアに対する輝度を示すグラフである。

符号の説明

１…面状光源、２…ＬＥＤ光源（光源）、２Ａ〜２Ｄ…ＬＥＤ群、３…導光板、３ａ…導光板の端面、４…ライトユニット、５…光源駆動部、１０…液晶表示装置、１１…液晶表示パネル、１２…液晶駆動回路、１３Ａ…拡散板、１３Ｂ…拡散シート、１４…プリズムシート、１５…反射シート、Ａ〜Ｄ，１−Ａ〜１−Ｄ，２−Ａ〜２−Ｄ…導光エリア

Claims (4)

1. 複数の光源と、前記複数の光源を光入射面である端面に配し前記光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、を備えた複数のライトユニットが、互いに前記導光板を隣接状態にして複数並べられて構成された面状光源であって、
   前記導光板を複数の導光エリアに分割し、前記導光エリア毎に対応する前記光源の発光量を調整して前記導光エリア毎に輝度又は発光色を調整する光源駆動部を備えていることを特徴とする面状光源。
2. 請求項１に記載の面状光源において、
   前記光源駆動部が、隣接する前記導光板において前記隣接する方向に並んだ前記導光エリア毎に段階的に輝度を変化させることを特徴とする面状光源。
3. 請求項１又は２に記載の面状光源において、
   前記光源駆動部が、隣接する前記導光板の互いに隣接する前記導光エリアにおいて、互いに同じ輝度にする又は互いの輝度の差を他の隣接する導光エリアとの輝度の差よりも小さく設定することを特徴とする面状光源。
4. 液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの裏面側に配された請求項１から３のいずれか一項に記載の面状光源と、を備え、
   前記光源駆動部が、前記導光エリア直上の前記液晶表示パネルの表示エリアに表示する画像の画像データに対応して前記導光エリアの輝度又は発光色を調整することを特徴とする液晶表示装置。

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