JP4816437B2 - 光源装置およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびそれを用いた液晶表示装置に関し、特に光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する光源装置とそれを用いた液晶表示（ＬＣＤ）装置に関する。

パーソナルコンピューターや携帯電話に用いられているＬＣＤ装置は、２枚の基板の間に液晶層を挿入した構造のＬＣＤパネルと、その裏面側に設けられた面状光源装置を備えている。

面状光源装置の光源としては、従来は線状の冷陰極管が用いられていたが、寿命の長さ及び発光の良さからＬＥＤを光源として用いるものが増加している。

ＬＥＤを中型および大型の表示装置のバックライト用光源として用いる場合、必要な輝度を取るために、多数のＬＥＤが必要である。さらに白色の照明光を得るために、赤色、緑色、青色の各色に対応する波長を発光する複数のＬＥＤが用いられる。

この３色のＬＥＤを用いる場合、それぞれの色を混色して、色むらなく表示面側に出射させる必要がある。そのため、そのため、通常の照明用導光板の他に混色用導光板が必要となる。このようなＬＥＤを光源として用いたＬＣＤ装置の例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。図８は、この種のＬＣＤ装置の構成を示す断面図である。

図８のように、ＬＣＤ装置は、ＬＣＤパネル１０８とそれを照明する光源装置１２０を備える。光源装置１２０は、主として、光源のＬＥＤ１０１と、混色用導光板(以下、混色板と呼ぶ)１０４と、照光用導光板(以下、照明板と呼ぶ)１０５を含む。混色板１０４は、その一端でＬＥＤ１０１から出射した光を受け、内部で混色して白色光として他端から出射する。照明板１０５は、混色板１０４から出射した光を入射させて平面全面から出射し、ＬＣＤパネル１０８を照明する。混色板１０４の入射面の近傍にはＬＥＤ１０１とリフレクタ１０３が設けられている。ＬＥＤ１０１には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色Ｂの各色に対応する波長を発光する３種類のＬＥＤが用いられる。

リフレクタ１０３は、ＬＥＤ１０１から発生する光を反射させ、混色板１０４に導く。混色板１０４の出射面側にはリフレクタ１０６が設けられている。リフレクタ１０６は照明板１０５の入射端面に光を反射させるためものである。リフレクタ６は、混色板１０４の出射面と照明板１０５の１側面を囲むように設けられている。リフレクタ１０３とリフレクタ１０６は、光を効率よく反射させるために内表面が鏡面となっている。照明板１０５の表示面側にＬＣＤパネル１０８が設けられている。照明板１０５とＬＣＤパネル１０８の間に光学シート１０７が設けられている。光学シート１０７は拡散シート、保護シート、プリズムシート等から構成される。光学シート１０７は、照明板１０５から出射し、入射した光を拡散あるいは集光してＬＣＤパネル１０８の方向に出射する。

照明板１０５の裏面側（ＬＣＤパネルから遠い側）には反射シート１０９が設けられている。反射シート１０９は、アルミニウムフレーム１１０の端部で折り曲げられ、固定具１１１によって混色板１０４の上面に取り付けられる。反射シート１０９は、照明板１０５の下面から出射された光を反射して再度照明板１０５に入射させる。このように、反射シート１０９は、照明板１０５における光の利用効率を向上させるために使用される。

次に、図８を参照して、ＬＣＤ装置における光の伝播について説明する。ＬＥＤ１０１からの光は直接又はリフレクタ１０３によって反射され混色板１０４の入射面に入射する。混色板１０４の入射面に入射した光は、混色板１０４内を伝播し混色される。十分に混色され白色光となった光は混色板１０４の出射面から出射し、リフレクタ１０６に入射する。リフレクタ１０６は混色板１０４から出射された光を照明板１０５の方向に反射する。照明板１０５に入射した光は面全体に均一に広がり、光学シート１０７、ＬＣＤパネル１０８が設けられた側の面である出射面（照光面）から出射される。照明板１０５の裏面から出射された光は、反射シート１０９で反射して再度照明板１０５に入射する。

特開２００４−１９９９６７号公報（図１，００２３〜００２９） 特開２００４−１１８２０５号公報（図８、０００６〜００１１）

図８に従来のＬＣＤ装置の断面図を示す。図８に示したようなＬＥＤ１０１を光源とするＬＣＤ装置では、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤは複数個使用され、各ＬＥＤから出射される光の強度のバラツキによって照明板１０５の照光面内に色度むらが発生する問題があった。

この色度むらを改善する方法としては、ＬＥＤの駆動回路をＬＥＤ毎に設ける方法や、ＬＥＤの間隔、各色の配列、混色用導光板の長さ等を変更する方法が考えられる。しかしながら、これらの色度むらを改善する方法では、それに伴いＬＥＤを実装する基板の配線や駆動回路の変更が必要となる。その結果、バックライトの構造が複雑になり、バックライトのコストも上昇する問題があった。

本発明の光源装置は、一端面から入射された光を一主面から出射する照明用導光板と、照明用導光板の背面側に配置される混色用導光板と複数の点状光源とを有する。混色用導光板は、入射光端面と出射光端面を有する。複数の点状光源は、混色用導光板の入射光端面近傍に配置される。複数の点状光源は互いに異なる色で発光する点光源で構成されている。そして本発明の光源装置は、点状光源と前記入射端面との間に光量調節膜が配置される。光量調節膜は、点光源の内で同色の点光源の中で最も光量の大きな点光源の光量を低減させる箇所へ配置されている。本発明の光源装置は、さらに混色用導光板の入射光端面に近接して点状光源から出射された光を反射させる反射膜を有する。

本発明の光源装置において、光量調節膜は、点状光源の出光部面、反射膜の反射面または混色用導光板の入射光端面上に設けることができる。そして、光量調節膜には、遮光膜、光吸収膜または半透明膜を使用することができる。本発明の光源装置の点状光源としてはＬＥＤが使用できる。

本発明の光源装置では、点光源の内で同色の点光源の中で最も光量の大きな点光源の光量を低減させる箇所へ光量調節膜を配置することによって照明用導光板表面の色度差（色むら）を低減することができる。

本発明の上記の光源装置は、ＬＣＤパネルの照明用として使用でき、色むらの低減されたＬＣＤが提供できる。

本発明の第１の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置ついて図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置を裏面側から見た分解斜視図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ線の沿ったＬＣＤ装置要部の断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態の光源装置の基板にＬＥＤを実装した状態を示す平面図である。また、図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の光源装置のＬＥＤ近傍のリフレクタの平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図１、図２および図３に示されるように、本発明のＬＣＤ装置は、主としてＬＣＤパネル８とそれを照明する光源装置２０を備える。光源装置２０は、主として、光源としてＬＥＤ１と、ＬＥＤ１から出射した光を混色する混色用導光板(以下、略して混色板と呼ぶ)４を備える。ＬＥＤ１は、図３に示すように、基板２に実装されて、混色板４の側面に近接して複数個配置されている。そして、リフレクタ３がＬＥＤ１を覆うように配置されている。混色板４は、リフレクタ３に挟まれるように配置されている。

ＬＥＤ１は赤色、緑色、青色の単色光をそれぞれ発する複数個のＬＥＤからなる。基板２としてはエポキシ樹脂基板等の絶縁性配線基板が使用される。ＬＥＤ１の配置や個数は、ＬＥＤから発せられた光が混色板４によって混色され、全体で白色光となるように決められる。本発明のＬＣＤ装置の光学装置２０は、混色板４の上にさらに照光用導光板(以下、略して照明板と呼ぶ)５を備える。

本発明のＬＣＤ装置では、光源装置のＬＥＤ１の中で光量が大きく色度むらの発生の原因となっているＬＥＤ（例えば図中でＬＥＤ１Ａで表示）が存在する場合、ＬＥＤ１Ａの光路に光量調節膜を設けることによって色度むらを改善する。本実施の形態では、光量調節膜として、図２に示すように、ＬＥＤ１Ａの表面に遮光膜１３Ａを設けた。遮光膜１３Ａは、ＬＥＤ１Ａ表面から発射される光量を減少させ、導光板４から出射される光の色度むらを抑制する。遮光膜１３Ａは、黒色や灰色に着色した塗料、例えば、エポキシ樹脂系等を塗布して形成できる。遮光膜１３Ａの塗布面積は、ＬＥＤ１Ａ表面から発射される光量が所定の値になるように決定される。その他の遮光手段としては、表面に開孔を有するシリコンゴム等のキャップまたは半透明の樹脂からなるキャップが使用できる。半透明の樹脂としては熱可塑性ポリエステル系樹脂、または、熱可塑性ポリアミド系樹脂等の樹脂に黒色色素を少量添加して透明度を調整した樹脂が使用される。このキャップは、ＬＥＤ１Ａに被せるようにして使用する。種々の開孔率のキャップや種々の透明の度合いのキャップを予め準備しておき、ＬＥＤ１Ａの発光強度に合わせて使用することによって、色度むらの制御が容易にとなる。

混色板４の出射端面４Ｂに近接してリフレクタ６が配置される。リフレクタ６は、照明板５の入射面５Ａも共通して覆い、混色板４から出射した光を効率的に照明板５に導入できる。照明板５の主面上には、光学シート７が配置される。光学シート７の上にはＬＣＤパネル８が配置される。照明板５の裏面には、反射シート９が設けられている。反射シート９は、照明板５に入射した光をＬＣＤパネル８側に反射させる。

これらリフレクタ３および６としては、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス、真鍮などの金属板に反射率の高いフィルムを貼り合わせた複合材料が使用される。反射率の高いフィルムとしては、透明樹脂に銀（Ａｇ）やＡｌを蒸着したものや白色の樹脂などが使用できる。なお、図２では、リフレクタ６の反射面は、曲面であるが、曲面に限定されない。例えば、所定の角度で交わる２つの平面状の反射面であってもよい。

混色板４及び照明板５は、アクリル樹脂やガラス等の透明材料によって形成する。反射シート９は、ポリエチレン等のプラスチックシートにＡｌ，Ａｇ等の金属膜を蒸着させたものが使用できる。また、光学シート７は、拡散シート、保護シート、プリズムシート等から構成する。

ＬＣＤパネル８は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成したＴＦＴアレイ基板、対向基板及びこれらの２枚の基板間に注入された液晶層を備えている。このＬＣＤパネル８は、既存のＬＣＤパネルと同等のものを用いることができるので、説明を省略する。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、リフレクタ３には開孔１５が設けられている。この開孔１５をＬＥＤ１の発光部に合わせるようにしてリフレクタ３をＬＥＤ１に被せる。なお、図１において、符号１０，１１，１２はそれぞれリアカバー、シャーシ、およびフロントカバーを示す。

次に、本実施の形態のＬＣＤ装置の動作について、図１および図２を参照して説明する。ここでは、図１のＬＥＤ１に色度むらを発生させるＬＥＤが存在する場合を例に説明する。図２では、色度むらを発生させるＬＥＤをＬＥＤ１Ａで表す。ＬＥＤ１からの光は直接に、または、リフレクタ３によって反射して混色板４の入射面４Ａに入射する。混色板４の入射面４Ａに入射した光は、混色板４内を伝播し混色される。十分に混色され白色光となった光は混色板４の出射面４Ｂから出射し、リフレクタ６に入射する。リフレクタ６で反射された光は、照明板５の入射面５Ａに入射する。照明板５に入射した光は、反射シート９によって反射して照明板５の面全体に均一に広がる。ＬＥＤ１Ａの発光表面には、遮光膜１３Ａが形成されている。遮光膜１３Ａは、ＬＥＤ１Ａの表面から出射される光量を制限し、好ましい値に制御する。それによって色度むら発生が抑制できる。

照光用の照明板５の主表面から出射した光は、光学シート７からＬＣＤパネル８へ入射する。

次に、本発明の第２の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置ついて図５を参照して説明する。

本発明の第２の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。図５において、図２と同じ符号のものは、図２と同じものを示す。上記の本発明の第１の実施の形態の光源装置では、光量調節膜として、ＬＥＤ１Ａの表面に遮光膜１３Ａを設けた。本実施の形態の光源装置では、光量調節膜として、リフレクタ３の反射面の所定の部分に光吸収膜１３Ｂを設けた。即ち、ＬＥＤ１Ａから発射され、リフレクタ３で反射される光量をリフレクタ３の反射率を光吸収膜１３Ｂによって低下させることにより調節した。図５においては、光吸収膜１３Ｂとして、黒色や灰色の樹脂フィルム材料を使用できる。樹脂フィルム材料としては、ＰＥＴ、熱可塑性ポリエステル系樹脂、または、熱可塑性ポリアミド系樹脂等が使用できる。

ＬＥＤ１Ａから出射された光はリフレクタ３で反射され混色板４の入射面４Ａに入射する。ＬＥＤ１Ａから出射された光のリフレクタ３による反射光量は、光吸収膜１３Ｂの面積によって変化する。光吸収膜１３Ｂの面積が大きい程、ＬＥＤ１Ａから出射し、リフレクタ３によって反射する光量は減少する。光吸収膜１３Ｂは、ＬＥＤ１Ａから出射する光量が大きすぎて色度むらが発生する場合に効果を奏する。この場合、光吸収膜１３Ｂの面積を適宜制御することによって色度むらの発生を消失させることができる。なお、光吸収膜１３Ｂとして、黒色や灰色の樹脂フィルムの代わりに、ＬＥＤ１Ａの光路にあるリフレクタ３の反射面全面に樹脂製の半透明のフィルムを貼り付けることによっても同様な効果が得られる。半透明のフィルムとしてはＰＥＴ等の樹脂フィルムが使用できる。そして、半透明のフィルムの光の透過度は、黒色色素の添加量によって調整される。

表１に４８個のＬＥＤを一列に配置した場合のＬＥＤの順番（Ｎｏ．1〜Ｎｏ．４８で示す）とその色を示す。色の欄のＧは緑色のＬＥＤ、Ｒは赤色のＬＥＤ、Ｂは青色のＬＥＤを示す。表１のＬＥＤ構成の光源装置を使用してリフレクタ３に形成された遮光膜の効果を調査した。

表２はリフレクタ３に遮光膜を形成しない場合の照明板５の表面を縦横に５分割した時の各分割領域の中心位置の中央分割領域に対する彩度差（ΔＣ^＊)の測定結果である。ΔＣ^＊は、ＣＩＥ(国際照明委員会）が定めるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における彩度差である。表２のＸ１〜Ｘ２５は横方向の分割領域の位置を示し、Ｙ１〜Ｙ５は縦方向の分割領域の位置を示す。例えば、中央分割領域はＸ３Ｙ３で表される。ΔＣ^＊の値としては、顧客から５以下が要求されるが、表２においては、分割領域Ｘ１Ｙ５の彩度差ΔＣ^＊が５．０９で５を超えている。この原因は、Ｎｏ．２のＬＥＤの赤色の光が強すぎるためと判明した。Ｎｏ．２のＬＥＤに対向するリフレクタ３の部分の反射面に厚さ３０μｍで幅２ｍｍの黒色のPETフィルムを遮光膜１３Ｂとして貼り付けた。

表３は、この遮光膜１３Ｂを貼り付けた場合の照明板５の各分割領域におけるΔＣ＊の測定結果である。表３において、Ｘ１Ｙ５のΔＣ＊は、３．５８となり、遮光膜１３Ｂによって彩度差ΔＣ＊が改善されたことが示されている。このように、同色（例えば赤い色）のＬＥＤの中で最も光量の大きなＬＥＤ（例えばＮｏ．２ＬＥＤ）に対向するリフレクタの反射面に遮光膜を設けることで混色板４に入射する光量を低減させることができる。その結果、照明板５の表面における彩度差を小さくできる。

次に、本発明のＬＣＤ装置の第３の実施の形態について図６を参照して説明する。

図６は、本発明の第３の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。図６において、図２と同じ符号のものは、図２と同じものを示す。本実施の形態では、本発明の第１の実施の形態でＬＥＤ１Ａに遮光膜１３Ａを設ける代わりに、ＬＥＤ１Ａから出射された光の光路にある混色板４の入射面４Ａに樹脂製の半透明のフィルムからなる透光量制御膜１３Ｃを貼り付けた。半透明フィルムとしては、アクリル系樹脂、アセテート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタンなどの光学的透明性を有する合成樹脂中に酸化アルミニウム、酸化チタンなどの光拡散性物質を分散させた形成したフィルムが使用できる。ＬＥＤ１Ａから出射された光はリフレクタ３で反射され混色板４の入射面４Ａに入射する。この入射面４Ａには、透光量制御膜１３Ｃが貼り付けられているので、ＬＥＤ１Ａから出射された光の混色板４に導入される量が減少する。透光量制御膜１３Ｃの厚さが厚い程、混色板４へ導入される光量は減少する。透光量制御膜１３Ｃは、ＬＥＤ１Ａから出射する光量が大きすぎて色度むらが発生する場合に効果を奏する。この場合、厚さや光拡散性物質の添加量を適宜調整した半透明フィルムの透光量制御膜１３Ｃを使用することによって色度むらの発生を消失させることができる。

次に、本発明のＬＣＤ装置の第４の実施の形態について図７を参照して説明する。

図７は、本発明の第４の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。図７において、図６と同じ符号のものは、図６と同じものを示す。本実施の形態では、本発明の第３の実施の形態でＬＥＤ１を搭載する基板２の代わりに放熱板２Ａを用い、さらに放熱板２Ａに接して放熱フィン２Ｂを設けた場合である。本実施の形態では、放熱板２Ａと放熱フィン２Ｂを使用することによって、上記の第３の実施の形態と同様な効果に併せて、ＬＥＤ１の温度上昇を抑制できる。なお、この放熱板２Ａおよび放熱フィン２Ｂは、上記の第１および第２の実施の形態のＬＣＤ装置にも適用できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置を裏面側から見た分解斜視図である。 図１のＩ−Ｉ線の沿ったＬＣＤ装置要部の断面図である。 本発明の第１の実施の形態の光源装置の基板にＬＥＤを実装した状態を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態の光源装置のＬＥＤ近傍のリフレクタの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。 本発明の第３の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。 本発明の第４の実施の形態の光源装置を備えるＬＣＤ装置の要部の断面図である。 従来のＬＣＤ装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１０１ ＬＥＤ
２ 基板
２Ａ 放熱板
２Ｂ 放熱フィン
３，６，１０３，１０６ リフレクタ
４，１０４ 混色板
４Ａ，５Ａ 入射面
４Ｂ 出射面
５，１０５ 照明板
７，１０７ 光学シート
８，１０８ ＬＣＤパネル
９，１０９ 反射シート
１０ リアカバー
１１ シャーシ
１２ フロントカバー
１３Ａ 遮光膜
１３Ｂ 光吸収膜
１３Ｃ 透光量制御膜
２０，１２０ 光源装置
１１０ アルミニウムフレーム
１１１ 固定具

Claims (13)

1. 一端面から入射された光を一主面から出射する照明用導光板と、入射光端面と出射光端面を備え、前記照明用導光板の背面側に配置される混色用導光板と、前記混色用導光板の前記入射光端面近傍に配置され、互いに異なる色で発光する複数の点光源と、前記点状光源と前記混色用導光板の前記入射光端面との間に配置される光量調節膜と、を備え、前記光量調節膜は、同色の点光源の中で最も光量の大きな点光源の光量を低減させる箇所へ配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記混色用導光板の前記入射光端面に近接して、前記点光源から出射された光を反射させる反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記光量調節膜は、前記点光源の前記出光部表面に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記光量調節膜は、遮光膜または半透明膜であることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記遮光膜が黒色または灰色の樹脂膜であり、前記樹脂膜が前記点光源の前記出光部表面の一部分に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記光量調節膜は、前記反射膜の表面上に設けられた光吸収膜であることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
7. 前記光量調節膜は、前記反射膜の表面上の一部分に設けられた黒色または灰色の樹脂膜からなる光吸収膜であることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
8. 前記光量調節膜は、前記反射膜の表面上に設けられた半透明膜であることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
9. 前記光量調節膜は、前記混色用導光板の前記入射光端面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
10. 前記光量調節膜は半透明膜であることを特徴とする請求項９記載の光源装置。
11. 記点光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の光源装置。
12. 前記点光源として、少なくともそれぞれ赤色、緑色、青色の単色光を発光する発光ダイオードを複数含むことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の光源装置。
13. 液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明すると光源装置と、を備える液晶表示装置において、光源装置として、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源装置を用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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