JP2005327682A - バックライト装置、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ダイオードを光源に用いて、輝度が十分で色純度が高く面内輝度分布が均一な白色光を出射し、且つ薄型な直下型のバックライト装置を提供する。
【解決手段】 一列に配置された赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ４１Ｂから出射される赤色光と緑色光と青色光とを、混色してから出射する光源セル５０を、反射シート４１の一方主面４１ｂａに設ける。反射シート４１には、光源セル５０から出射された白色光を入射する開口部４０を設ける。また、反射シート４１と対向して設けられている拡散シート４２上の開口部４０と対向する位置に、開口部４０から入射した白色光を反射シート４１と拡散シート４２によって挟まれた領域に出射する反射部材７０を設ける。
【選択図】 図５

Description

本発明は、バックライト装置、及び液晶表示装置に関し、詳しくは、発光ダイオードを使用したバックライト装置、及び発光ダイオードを使用したバックライト装置によって液晶パネルを照明して、液晶パネルに表示されている画像を映し出す液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では、画像を表示する液晶パネルの背面に、液晶パネルを背面から照明して、液晶パネルに表示されている画像を鮮明に映し出すバックライト装置が備えられている。バックライト装置は、光源から出射された光を、拡散シートなどによって面発光させて、液晶パネル全面を照明する。

光源には、蛍光管や、ＬＥＤ（発光ダイオード；Light Emitting Diode）などが用いられる。特に、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）やデジタルカメラなど、小型の電子機器に搭載される小画面の液晶パネルを照明するバックライト装置の光源には、ＬＥＤが用いられていることが多い。

また、ＰＣ（Personal Computer）やテレビジョン受像機など、大型の電子機器に搭載される大画面の液晶パネルを照明するバックライト装置の光源には、冷陰極蛍光ランプ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの蛍光管が用いられている。しかし、冷陰極蛍光ランプは、水銀が使用されているために、例えば、破壊されたときに水銀が流出してしまうなど、環境に悪影響を与えてしまう虞がある。

そこで、大型の電子機器に搭載される大画面の液晶パネルを照明するバックライト装置の光源にも、ＬＥＤを用いることが提案されている。

バックライト装置は、白色光を出射して液晶パネルを照明することが要求されている。しかし、白色光を出射する白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤに蛍光体を塗布することで白色光を得ているが、発光効率は、冷陰極管ランプと比較して１／６〜１／１０程度と非常に劣っている。したがって、ＬＥＤを、小画面の液晶パネルを照明するバックライト装置の光源に用いることは容易であるものの、大画面の液晶パネルを照明するバックライト装置の光源に用いることは困難である。

そこで、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ＬＥＤを光源に使用し、各ＬＥＤから出射された赤色光と緑色光と青色光とを混色することで、白色光を生成する手法が提案されている。赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するＬＥＤを光源に使用することで、バックライト装置は、白色ＬＥＤを使用した場合と比較して発光効率の低下を抑制することができ、且つ輝度が十分で色純度が高く、液晶パネルに表示された画像を鮮やかに映し出すことが可能な白色光を出射することが可能となる。

ところで、バックライト装置には、光源が液晶パネルの背面に対向して設けられている直下型バックライト装置と、液晶パネルと略同等の大きさであり液晶パネルの背面側に設けられている平板状の導光板、並びに導光板の側面に設けられている光源を備え、光源から出射された光を導光板によって導光し、導光板の液晶パネルと対向した面から面発光させる導光型バックライト装置がある。直下型バックライト装置は、導光型バックライト装置と比較して出射された光の利用効率が良い。したがって、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するＬＥＤを用いた直下型バックライト装置が提案されている。

具体的に説明すると、図１４に示すように、ＬＥＤを用いた直下型のバックライト装置３００は、反射シート３０１と、反射シート３０１の一方主面３０１ａ上に設けられており、赤色ＬＥＤ３０２Ｒと緑色ＬＥＤ３０２Ｇと青色ＬＥＤ３０２Ｂとが一列に並んで互い違いに配置されている光源部３０３−１〜３０３−ｍと、反射シート３０１の一方主面３０１ａに対向して設けられた拡散シート３０４とを備える。なお、以下の説明では、区別する必要がない場合には、赤色ＬＥＤ３０２Ｒと緑色ＬＥＤ３０２Ｇと青色ＬＥＤ３０２ＢとをＬＥＤ３０２という。また、光源部３０３−１〜３０３−ｍを光源部３０３という。

このバックライト装置３００では、先ず、光源部３０３に備えられた赤色ＬＥＤ３０２Ｒ、緑色ＬＥＤ３０２Ｇ、青色ＬＥＤ３０２Ｂから、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光が出射される。各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光、緑色光、青色光は、拡散シート３０４が設けられている方向に進行しながら自然に混色されて白色光とされ、拡散シート３０４に入射する。

拡散シート３０４に入射した光は、面内光量分布にばらつきがあるため、拡散シート３０４によって均一化された後に全面から出射され（以下、面発光ともいう。）、液晶パネルを照明する。

特開平７−３０１７１４号公報

しかしながら、各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光、緑色光、青色光が、拡散シート３０４の方向に進行しながら自然に混色されて白色光とされ、拡散シート３０４から面発光されるためには、各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光と緑色光と青色光とが、それぞれ、バックライト装置３００内の拡散シート３０４に対する平行面全体に亘って広がる必要が生じる。各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光と緑色光と青色光とは、それぞれ拡散シート３０４に対する平行面全体に亘って広がるまでに所定の距離を進行する必要があり、例えば図１５に示す例では、最短でも図中Ｄ１で示す距離を進行する必要がある。

各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光、緑色光、青色光の進行距離が不充分である場合、すなわち、進行距離が所定の距離未満である場合には、赤色光、緑色光、青色光のうちいずれかが通過しない領域が生じる。例えば、図１５中Ｄ２に示すように、各ＬＥＤ３０２から出射した光の進行した距離が所定の距離未満である場合には、図１５中Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に示すように赤色光が通過しない領域の他に、緑色光が通過しない領域や青色光が通過しない領域が生じる。白色光を生成するためには、赤色光、緑色光、青色光の全てを混色させる必要があるので、図１５に示す例では、各ＬＥＤ３０２から出射された光が、Ｄ１で示す距離以上進行する必要が生じる。

また、赤色光と緑色光と青色光とは、拡散シート３０４に対する平行面全面に亘って広がっている場合、すなわち所定の距離以上進行している場合にも、進行距離が短い場合には、強度が不均一となる。例えば、各ＬＥＤ３０２から出射された赤色光、緑色光、青色光の進行距離がＤ１である場合には、図１５中Ｂ１及びＢ２に示すように１つの青色ＬＥＤ３０２Ｂから出射された青色光のみが通過している領域と、図１５中Ｂ３に示すように２つの青色ＬＥＤ３０２Ｂから出射した青色光が重なっている領域が生じるが、Ｂ１及びＢ２とＢ３とでは、青色光の強度が異なる。具体的には、Ｂ３を通過する光はＢ１及びＢ２を通過する光と比較して青色光の量が多くなる。このような不均一性を低減させるためには、各ＬＥＤ３０２から出射された光の進行距離を十分長くする必要がある。

したがって、直下型バックライト装置３００では、反射シート３０１と拡散シート３０４との間隔、すなわち厚さを増加させる必要が生じる。このような直下型バックライト装置３００を組み付けた液晶表示装置は、非常に厚さがでてしまう。

本発明は、以上説明したような従来の実情を鑑みて提案されたものであり、光源に、第１の原色光を出射する発光ダイオードと、第２の原色光を出射する発光ダイオードと、第３の原色光を出射する発光ダイオードを使用しており、直下型で且つ薄型であるとともに、色ムラや輝度ムラが少ない白色光を面発光させることが可能な直下型バックライト装置、及びかかるバックライト装置が備えられた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るバックライト装置は、複数の開口が設けられている基板と、上記開口に対応して上記基板の一方主面上に複数配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射する白色光を出射する白色光出射手段と、上記基板の他方主面と対向して配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射した白色光を面発光させる平板状の面発光手段と、上記面発光手段の上記基板との対向面上に、上記基板に設けられている上記開口のそれぞれと対向して設けられており、上記入射口から入射した白色光を反射して、上記基板と上記面発光手段とに挟まれた領域に導光する複数の反射手段とを備え、上記白色光出射手段は、第１の原色光を出射する第１の発光ダイオード、第２の原色光を出射する第２の発光ダイオード、及び第３の原色光を発光する第３の発光ダイオードが一列に配置された光源群と、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光、上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光、及び上記第３の発光ダイオードから出射された第３の原色光を混色して、白色光として生成する混色手段と、上記混色手段によって生成された白色光を、上記基板に設けられた上記開口に入射させる白色光入射手段とを有し、上記基板の一方主面上に、上記第１の発光ダイオードの光軸、上記第２の発光ダイオードの光軸、及び上記第３の発光ダイオードの光軸が、上記筐体の外表面に平行となるように、配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置は、透過型の液晶パネルと、この液晶パネルを一方主面側から照明するバックライト装置とからなる液晶表示装置であって、上記バックライト装置は、複数の開口が設けられている基板と、上記開口に対応して上記基板の一方主面上に複数配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射する白色光を出射する白色光出射手段と、上記基板の他方主面と対向して配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射した白色光を面発光させる平板状の面発光手段と、上記面発光手段の上記基板との対向面上に、上記基板に設けられている上記開口のそれぞれと対向して配置されており、上記入射口から入射した白色光を反射して、上記基板と上記面発光手段とに挟まれた領域に導光する複数の反射手段とを備え、上記白色光出射手段は、第１の原色光を出射する第１の発光ダイオード、第２の原色光を出射する第２の発光ダイオード、及び第３の原色光を発光する第３の発光ダイオードが一列に配置された光源群と、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光、上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光、及び上記第３の発光ダイオードから出射された第３の原色光を混色して、白色光として生成する混色手段と、上記混色手段によって生成された白色光を、上記基板に設けられた開口に入射させる白色光入射手段とを有し、上記基板の一方主面上に、上記第１の発光ダイオードの光軸、上記第２の発光ダイオードの光軸、及び上記第３の発光ダイオードの光軸が、上記筐体の外表面に平行となるように、配置されていることを特徴とする。

本発明に係るバックライト装置は、白色光出射手段から、発光ダイオードによって出射された第１の原色光と第２の原色光と第３の原色光を混色することによって得られた白色光が出射され、開口部から内部に入射される。したがって、発光ダイオードから出射された第１の原色光と第２の原色光と第３の原色光とを混色させるための空間を確保する必要がなくなり、厚さを薄くすることが可能となる。また、開口部から内部に入射され面発光手段を介して出射される白色光は、第１の原色光と第２の原色光と第３の原色光とを混色させることによって得られたものであるために、バックライト装置から出射される白色光は、輝度が十分で色純度が高く、液晶パネルに表示された画像を鮮やかに映し出すことが可能なものとなる。

また、本発明に係るバックライト装置は、面発光手段の他方主面の開口部と対向する位置に、それぞれ反射手段が設けられており、開口部から入射した白色光が反射手段によって反射されることでバックライト装置内を進行し、白色光の拡散が十分に行われる。したがって、白色光を拡散させるための空間を確保する必要がなくなり、厚さを薄くすることが可能となる。また、バックライト装置から出射される白色光は、十分に拡散され、面内輝度分布が均一なものとなる。

また、本発明に係るバックライト装置及び液晶表示装置は、白色光出射手段が、基板の他方主面上に、白色光出射手段に一列に並んで備えられている３つの発光ダイオードの光軸が基板主面に平行となり、且つ導光手段と開口部とが対向するように設けられる。したがって、白色光出射手段が基板の他方主面上に設けられることで増加する厚さが、白色光出射手段の厚さとほぼ同じとなる。したがって、本発明に係るバックライト装置は、白色光出射手段が設けられても、厚さは、発光ダイオードの幅分しか増加しない。すなわち、白色光出射手段が設けられても、厚さがほとんど増加することなく、薄型なものとなる。

したがって、本発明に係るバックライト装置は、第１の原色光を出射する第１の発光ダイオードと、第２の原色光を出射する第２の発光ダイオードと、第３の原色光を出射する第３の発光ダイオードとを光源とした直下型であり、輝度が十分で色純度が高く面内輝度分布が均一な白色光を出射し、且つ薄型なものとなる。また、本発明に係るバックライト装置は、光源として発光ダイオードを使用しているために、安全性が高く環境に及ぼす悪影響が少ないものとなる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、第１の原色光と第２の原色光と第３の原色光とを混色して得られた輝度が十分で色純度が高い白色光を出射する薄型で直下型のバックライト装置によって、液晶パネルが照明される。

したがって、本発明に係る液晶表示装置は、薄型で且つ表示パネルに表示された画像を鮮やかに映し出すことが可能なものとなる。また、本発明に係る液晶表示装置は、光源として発光ダイオードが用いられたバックライト装置が備えられているために、安全性が高く環境に対する悪影響が少ないものとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、例えば図１に示すような構成のバックライト方式のカラー液晶表示装置１００に適用される。カラー液晶表示装置１００は、例えば、２３インチのサイズとされている。

カラー液晶表示装置１００は、透過型のカラー液晶パネル１０と、カラー液晶パネル１０の一方主面側（以下、背面側という。）に設けられたバックライト装置２０とを備える。ユーザは、カラー液晶パネル１０に映し出された映像を、他方主面側（以下、表面側という。）から観る。

カラー液晶パネル１０は、ガラスなどの２枚の透明な基板であるＴＦＴ基板１１と対向電極基板１２とを、互いに対向配置させ、その間隙にツイステッドネマティック液晶が封入された液晶層１３を設けた構成とされている。

ＴＦＴ基板１１には、マトリクス状に配置された信号線１４と走査線１５が形成されている。また、ＴＦＴ基板１１には、信号線１４と走査線１５との交点に配置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。なお、カラー液晶パネル１０は、ＴＦＴ基板１１が配置されている側が背面側とされ、対向電極基板１２が配置されている側が表面側とされる。

このカラー液晶表示装置１００では、以上説明した構成のカラー液晶パネル１０を２枚の偏光板２５，２６で挟み、バックライト装置２０によって背面側から白色光が照明された状態でアクティブマトリクス駆動することによって、所望のフルカラー映像表示が得られる。なお、バックライト装置２０については、詳細を後述する。

このカラー液晶表示装置１００は、例えば図２に示す電気的なブロック構成を示す駆動回路２００により駆動される。

駆動回路２００は、カラー液晶パネル１０やバックライト装置２０の駆動電源を供給する電源部１１０と、カラー液晶パネル１０を駆動するＸドライバ回路１２０及びＹドライバ回路１３０と、外部からの映像信号が入力端子１４０を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部１５０と、このＲＧＢプロセス処理部１５０に接続された映像メモリ１６０及び制御部１７０と、バックライト装置２０を駆動制御するバックライト駆動制御部１８０等を備えてなる。

この駆動回路２００において、入力端子１４０を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部１５０によりクロマ処理等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１７０に供給されるとともに、映像メモリ１６０を介してＸドライバ回路１２０に供給される。また、制御部１７０は、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１２０及びＹドライバ回路１３０を制御して、映像メモリ１６０を介してＸドライバ回路１２０に供給されるＲＧＢセパレート信号でカラー液晶パネル１０を駆動することにより、ＲＧＢセパレート信号に応じた映像を表示する。

つぎに、バックライト装置２０について説明する。

図３に示すように、本発明を適用したバックライト装置２０は、複数の開口部４０−１，４０−２…，４０−ｎ（以下、区別する必要がない場合には、開口部４０という。）が全面に亘って設けられた反射シート４１と、反射シート４１と対向して配置されている拡散シート４２と、反射シート４１及び拡散シート４２を保持するフレーム４３とを備える。

また、バックライト装置２０は、図４及び図５に示すように、反射シート４１の、拡散シート４２と対向していないほうの主面（以下、一方主面という。）４１ａ上に、各開口部４０に対応して設けられており、開口部４０から当該バックライト装置２０の内部に入射する白色光を出射する光源セル５０−１，５０−２，…５０−ｎ（以下、区別する必要がない場合には、光源セル５０という。）を備える。

また、バックライト装置２０は、拡散シート４２の反射シート４１との一方主面４２ａ上に、各開口部４０−１，４０−２…，４０−ｎに対向して設けられている反射部材７０−１，７０−２，…７０−ｎ（以下、区別する必要がない場合には、反射部材７０という。）とを備える。

バックライト装置２０は、拡散シート４２がカラー液晶パネル１０と対向するように配置され、光源セル５０から出射された白色光を拡散シート４２から出射して、カラー液晶パネル１０を照明する。

反射シート４１は、光源セル５０から出射されて開口部４０から入射した白色光のうち、拡散シート４２が配置されている方向に進行しない光を反射して、拡散シート４２が配置されている方向に進行させる。また、本実施の形態では、反射シート４１には、全体に亘って開口部４０が３４個設けられている。

拡散シート４２は、入射した白色光の面内強度分布を均一化して、面全体から出射（以下、面発光ともいう。）させる。

光源セル５０は、赤色光と緑色光と青色光とを混色して得られる白色光を出射する。バックライト装置２０は、光源セル５０から出射された白色光によって、カラー液晶パネル１０を照明する。光源セル５０から出射された白色光は、開口部４０からバックライト装置２０内に入射する。光源セル５０は、開口部４０が設けられている位置に応じて、反射シート４１の一方主面４１ａ上に設けられている。すなわち、本実施の形態では、光源セル５０は、反射シート４１の一方主面４１ａ上に３４個設けられている。

光源セル５０は、図６に示すように、赤色光を出射する赤色ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）５１Ｒ、緑色光を出射する緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色光を出射する青色ＬＥＤ５１Ｂが順番に一列に配置されているＬＥＤ群５２と、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂの光出射面側にそれぞれ設けられた赤色光用フレネルレンズ５３Ｒ、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇ、青色光用フレネルレンズ５３Ｂとを備える。

なお、以下の説明では、区別する必要がない場合には、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂを総称してＬＥＤ５１という。また、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒ、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇ、青色光用フレネルレンズ５３Ｂを総称してフレネルレンズ５３という。

また、光源セル５０は、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒと緑色光用フレネルレンズ５３Ｇとの間に設けられている第１の両面反射ミラー５４と、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇと青色光用フレネルレンズ５３Ｂとの間に設けられている第２の両面反射ミラー５５と、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒの側面に第１の両面反射ミラー５４に対して平行に設けられている第１の反射ミラー５６と、青色光用フレネルレンズ５３Ｂの側面に第２の両面反射ミラー５５に対して平行に設けられている第２の反射ミラー５７とを備える。

また、光源セル５０は、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒの光出射面側に設けられている第３の反射ミラー５８と、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇの光出射面側に設けられている第１のビームスプリッタ５９と、青色光用フレネルレンズ５３Ｂの光出射面側に設けられている第２のビームスプリッタ６０と、第３の反射ミラー５８の一方の端部及び第１のビームスプリッタ５９の一方の端部に接して設けられている第４の反射ミラー６１とを有する混色部６２を備える。

また、光源セル５０は、第２のビームスプリッタ６０の光出射面側に設けられている第５の反射ミラー６３を備える。

赤色光用フレネルレンズ５３Ｒは、赤色ＬＥＤ５１Ｒから出射された赤色光に含まれる発散光を屈折させて平行光として出射し、第３の反射ミラー５８に入射させる。また、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇは、緑色ＬＥＤ５１Ｇから出射された緑色光に含まれる発散光を屈折させて平行光として出射し、第１のビームスプリッタ５９に入射させる。また、青色光用フレネルレンズ５３Ｂは、青色ＬＥＤ５１Ｂから出射された青色光に含まれる発散光を屈折させて平行光として出射し、第２のビームスプリッタ６０に入射させる。

フレネルレンズ５３を使用して各ＬＥＤ５１から出射した光を平行光とすることにより、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂの光軸ＬＲ、ＬＧ、ＬＢ（以下、区別する必要がないときには、光軸Ｌという。）を０°とした場合に、ＬＥＤ５１から出射されて光軸Ｌから８０°ずれた方向に進行する光を取り込み、混色部６２に入射させることが可能となる。フレネルレンズ５３は、ポリカーボネートなどの樹脂を射出成形することによって作成できるため、フレネルレンズ５３を使用することにより、光源セル５０にかかるコストを下げることが可能となる。

第１及び第２の両面反射ミラー５４，５５は、両主面が反射ミラーとされており、両主面ともに、入射した光を反射する。第１の両面反射ミラー５４は、一方主面が赤色ＬＥＤ５１Ｒと対向しており、他方主面が緑色ＬＥＤ５１Ｇと対向している。第１の両面反射ミラー５４は、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒから出射された赤色光が一方主面に入射された場合に、入射された赤色光を反射して第３の反射ミラー５８に入射させ、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇから出射された緑色光が他方主面に入射された場合に、入射された緑色光を反射して第１のビームスプリッタ５９に入射させる。

また、第２の両面反射ミラー５５は、一方主面が緑色ＬＥＤ５１Ｇと対向しており、他方主面が青色ＬＥＤ５１Ｂと対向している。第２の両面反射ミラー５５は、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇから出射された緑色光が一方主面に入射された場合に、入射された緑色光を反射して第１のビームスプリッタ５９に入射させ、青色光用フレネルレンズ５３Ｂから出射された青色光が他方主面に入射された場合に、入射された青色光を反射して第２のビームスプリッタ６０に入射させる。

第１の反射ミラー５６は、赤色ＬＥＤ５１Ｒと対向して配置されており、第１の両面反射ミラー５４の一方主面と同様に、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒから出射された赤色光が入射された場合に、入射された赤色光を反射して第３の反射ミラー５８に入射させる。

また、第２の反射ミラー５７は、青色ＬＥＤ５１Ｂと対向して配置されており、第２の両面反射ミラー５５の他方主面と同様に、青色光用フレネルレンズ５３Ｂから出射された青色光が入射された場合に、入射された青色光を反射して第２のビームスプリッタ６０に入射させる。

混色部６２は、ＬＥＤ群５２を構成する各ＬＥＤ５１から出射された赤色光、緑色光、青色光を混色して、白色光を生成する。

混色部６２に備えられている第３の反射ミラー５８は、赤色ＬＥＤ５１Ｒの光軸ＬＲに対して４５°の角度となるように設けられている。また、一方の端部が第４の反射ミラー６１に接触し、他方の端部が第１の反射ミラー５６に接触するように設けられている。第３の反射ミラー５８は、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒを介して出射された赤色光や、第１の反射ミラー５６及び第１の両面反射ミラー５４の一方主面によって反射された赤色光が入射され、入射された赤色光を屈折させて、第１のビームスプリッタ５９に導光する。

また、第４の反射ミラー６１は、赤色光用フレネルレンズ５３Ｒから出射された赤色光のうち、平行光とならずに発散傾向で出射され、第３の反射ミラー５８に入射しなかった赤色光が入射され、入射された赤色光を反射して、第１のビームスプリッタ５９の他方主面に入射させる。

また、第１のビームスプリッタ５９は、緑色ＬＥＤ５１Ｇの光軸ＬＧに対して４５°の角度となり、第３の反射ミラー５８に対して平行になるように設けられている。また、一方の端部が第４の反射ミラー６１に接触し、他方の端部が第１の両面反射ミラー５４に接触するように設けられている。第１のビームスプリッタ５９は、緑色光用フレネルレンズ５３Ｇを介して出射された緑色光や、第１の両面反射ミラー５４の他方主面及び第２の両面反射ミラー５５の一方主面によって反射された緑色光が一方主面に入射される。また、第３の反射ミラー５８及び第４の反射ミラー６１によって反射された赤色光が他方主面に入射される。第１のビームスプリッタ５９は、一方主面に入射された緑色光を反射して他方主面に入射された赤色光を透過することにより、赤色光と緑色光とを混色して黄色光を生成し、第２のビームスプリッタ６０に導光する。

また、第２のビームスプリッタ６０は、青色ＬＥＤ５１Ｂの光軸ＬＢに対して４５°の角度となり、第３の反射ミラー５８及び第１のビームスプリッタ５９に対して平行になるように設けられている。また、一方の端部が第２の反射ミラー６７に接触し、他方の端部が第２の両面反射ミラー５５に接触するように設けられている。第２のビームスプリッタ６０は、青色光用フレネルレンズ５３Ｂを介して出射された青色光や、第２の両面反射ミラー５４の他方主面及び第２の反射ミラー５５の一方主面によって反射された青色光が、一方主面に入射される。また、第２のビームスプリッタ６０から導光された光が、他方主面に入射される。第２のビームスプリッタ６０は、一方主面に入射された青色光を透過するとともに、他方主面に入射された光を反射することで、赤色光と緑色光と青色光とを混色して、白色光を生成して出射する。

以上説明したように、混色部６２は、第１のビームスプリッタ５９が赤色光と緑色光とを混色して黄色光を生成した後に、第２のビームスプリッタ６０が黄色光と青色光とを混色することによって、白色光を生成して出射する。

第５の反射ミラー６３は、図７に示すように、青色ＬＥＤ５３Ｂの光軸ＬＢ、及びＬＥＤ群５２の幅方向の両側面５２ａ，５２ｂに対して４５°となるように配置される。第５の反射ミラー６３は、第２のビームスプリッタ６０から出射された白色光を、青色ＬＥＤ５３Ｂの光軸ＬＢ、及びＬＥＤ群５２の幅方向の両側面５２ａ，５２ｂに対して約９０°屈折させて開口部４０に入射させる。

なお、第５の反射ミラー６３には、各フレネルレンズ５３から出射された発散傾向の光なども入射されるために、第５の反射ミラー６３によって反射された光の中には、青色ＬＥＤ５３Ｂの光軸ＬＢ、及びＬＥＤ群５２の幅方向の両側面５２ａ，５２ｂに対して約９０°の方向（以下、Ｘ方向という。）から約１８°ずれた光も含まれる。

以上説明した光源セル５０は、図８に示すように、反射シート４１の一方主面４１ａ上に、３つのＬＥＤ５１の光軸ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが反射シート４１主面に平行となり、且つ図７に示すように、第５の反射ミラー６３と開口部４０とが対向するように設けられる。すなわち、ＬＥＤ群５２の幅方向の両側面５２ａ，５２ｂのうち一方が反射シート４１の一方主面４１ａに接触するように設けられる。また、光源セル５０は、第５の反射ミラー６３と反射シート４１とのなす角度が４５°とされるように設けられる。

光源セル５０が、反射シート４１の一方主面４１ａ上に、３つのＬＥＤ５１の光軸ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが反射シート４１主面に平行となり、且つ第５の反射ミラー６３と開口部４１とが対向するように設けられることにより、混色部６２によって生成された白色光は、第５の反射ミラー６３によって導光されて、開口部４０からバックライト装置２０の内部に入射する。

光源セル５０から出射した光が開口部４０からバックライト装置２０の内部に入射することにより、バックライト装置２０の内部には、赤色光と緑色光と青色光とが混色されることによって得られた、輝度が十分で色純度が高い白色光が入射される。したがって、バックライト装置２０の内部で赤色光と緑色光と青色光とを自然混色させる必要がなくなるために、厚さを薄くすることが可能となる。

また、光源セル５０が、反射シート４１の一方主面４１ａ上に、３つのＬＥＤ５１の光軸ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが反射シート４１主面に対して平行となり且つ第５の反射ミラー６３と開口部４０とが対向するように設けられるために、光源セル５０が反射シート４１の一方主面４１ａ上に設けられることで増加するバックライト装置２０の厚さは、光源セル５０の幅、すなわち、ＬＥＤ５１の幅とほぼ同じ長さとなる。したがって、バックライト装置２０は、薄型となる。

なお、第５の反射ミラー６３を反射シート４１に投影させた大きさは、開口部４０の大きさと略同一であることが好ましい。第５の反射ミラー６３を反射シート４１に投影させた大きさと開口部４０の大きさとが略同一とされていることにより、第５の反射ミラー６３によって反射された白色光は、ほぼ全てバックライト装置２０の内部に入射する。

なお、光源セル５０には、フレネルレンズ５３の代わりに、球面レンズや、図９に示すように、非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂなどが備えられても良い。球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂを備えた場合には、フレネル面による光の反射を回避することが容易となる。

フレネルレンズ５３の代わりに球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂを備えるときには、図１０に示すように、赤色ＬＥＤ５１Ｒ，緑色ＬＥＤ５１Ｇ，青色ＬＥＤ５１Ｂの側面に、それぞれ反射板６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂが配置されることが好ましい。

球面レンズは、ＬＥＤ５１の光軸Ｌを０°とした場合に光軸Ｌから５０°以上ずれた方向に進行する光を取り込むことが困難であり、また、非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４ＢはＬＥＤ５１の光軸Ｌを０°とした場合に光軸Ｌから６０°以上ずれた方向に進行する光を取り込むことが困難である。したがって、球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂは、ＬＥＤ５１から出射された光を効率良く混色部６２に入射させることが困難となる。

しかし、赤色ＬＥＤ５１Ｒ，緑色ＬＥＤ５１Ｇ，青色ＬＥＤ５１Ｂの側面に、それぞれ反射板６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂが配置されることにより、球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂに入射しない光を反射して、球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂに入射させ、混色部６２に入射させることが可能となる。したがって、光源セル５０は、球面レンズや非球面レンズ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂを備えている場合にも、各ＬＥＤ５１から出射された光を効率良く使用することが可能となる。

なお、光源セル５０は、ＬＥＤ５１の光出射部に設けられているレンズの設計を調整することにより、図１１に示すように、ＬＥＤ５１の光出射側にフレネルレンズ５３や非球面レンズ６４などを設けずに、各ＬＥＤ５１から出射した光を平行光として、直接混色部６２に入射する構成としても良い。かかる構成とすることにより、光源セル５０を構成する部品の点数を削減し、光源セル５０を小型化することが可能となる。

図３に戻り、反射部材７０は、各開口部４０に対向して、拡散シート４２の一方主面４２ａ上に設けられている。すなわち、本実施の形態では、反射部材７０は、図４に示すように、拡散シート４２の他方主面４２ｂ上に３４個設けられている。

反射部材７０は、光源セル５０から出射した後に開口部４０からバックライト装置２０の内部に入射した白色光を反射して、反射シート４１及び拡散シート４２に挟まれた領域、すなわち、バックライト装置２０の内部に導光する。言いかえると、開口部４０から入射して反射部材７０によって反射された白色光は、バックライト装置２０の内部を進行する。

図１２に示すように、反射部材７０は、底辺に脚部７１が設けられた円錐形とされている。反射部材７０は、例えば、アクリル樹脂によって形成されている。反射部材７０は、脚部７１が拡散シート４２の他方主面４２ｂ上に載置されることにより、拡散シート４２上に設けられる。

また、反射部材７０は、先端部に反射膜７２が形成されている。開口部４０から入射した白色光は、反射膜７２によって反射される。反射膜７２は、例えばアルミニウムや銀を蒸着させることによって形成される。なお、反射部材７０の底部７３には、反射膜７２は形成されておらず、底部７３に入射した白色光は、拡散シート４２を介して外部に出射される。底部７３には、例えば第５の反射ミラー６３によって反射され、ｘ方向に対して約１８°ずれた白色光などが入射する。

反射部材７０が設けられていることにより、開口部４０から入射した白色光の大部分は、バックライト装置２０の内部を反射シート４１と拡散シート４２とによって挟まれた領域を進行した後に、拡散シート４２を介して出射される。各光源セル５０から出射した白色光は、反射シート４１と拡散シート４２によって挟まれた領域内を進行しながら拡散されて均一化される。

したがって、拡散シート４２に入射される光は、面内輝度分布が均一化された白色光となる。拡散シート４２は、入射した白色光の面内輝度分布をさらに均一化して主面全体から出射する。拡散シート４２から出射された光によって、カラー液晶パネル１０が照明される。

なお、図１３に示すように、反射部材７０は、底部７３が拡散シート４２と一体形成されていても良い。底部７３が拡散シート４２と一体形成されることにより、バックライト装置２０を構成する部品点数を減らすことが可能となり、製造コストを低減することが可能となる。

なお、反射部材７０の形状は、正確な円錐形でなくても良く、例えば頂点が丸まっていたり、母線が曲線とされていても良い。

以上説明したように、本発明を適用したバックライト装置２０は、発光ユニット５０から、ＬＥＤ５１から出射された赤色光と緑色光と青色光を混色することによって得られた白色光が出射され、開口部４０から内部に入射される。したがって、本発明を適用したバックライト装置２０は、赤色光と緑色光と青色光とを混色させるための空間を確保する必要がなくなり、厚さを薄くすることが可能となる。また、開口部４０から内部に入射され、拡散シート４２から出射される白色光は、赤色光と緑色光と青色光を混色することによって得られたものであるために、輝度が十分で色純度が高いものなる。

また、本発明を適用したバックライト装置２０では、拡散シート４２の他方主面４２ｂ上の開口部４０と対向する位置に、それぞれ反射部材７０が設けられているため、開口部４０から入射した白色光が、反射部材７０によって反射されることでバックライト装置２０内を進行した後に拡散シート４２を介して出射される。したがって、拡散シート４２を介して出射される前に、光源セル５０から出射された白色光の拡散が十分に行われる。したがって、本発明を適用したバックライト装置２０は、白色光を拡散させるための空間を確保する必要がなくなり、厚さを薄くすることが可能となる。また、拡散シート４２から出射される光は、十分に拡散され、面内輝度分布が均一なものとなる。

また、本発明を適用したバックライト装置２０は、発光ユニット５０が、反射シート４１の一方主面４１ａ上に、３つのＬＥＤ５１の光軸Ｌが反射シート４１主面に平行となり、且つ第５の反射ミラー６３と開口部４０とが対向するように設けられているために、光源セル５０が反射シート４１の一方主面４１ａ上に設けられることで増加するバックライト装置２０の厚さが、光源セル５０の幅、すなわち、ＬＥＤ５１の幅とほぼ同じ長さとなる。したがって、光源セル５０が設けられても、バックライト装置２０の厚さは、ＬＥＤ５１の幅分しか増加しない。すなわち、光源セル５０が設けられても、バックライト装置２０の厚さは、ほとんど増加しない。

したがって、本発明を適用したバックライト装置２０は、ＬＥＤ５１を光源に用いた直下型であるにも拘わらず、輝度が十分で色純度が高く面内輝度分布が均一化された白色光を出射し、且つ薄型なものとなる。

また、本発明を適用した液晶表示装置１００は、赤色光と緑色光と青色光とを混色して得られた輝度が十分で色純度が高い白色光を出射する薄型で導光型のバックライト装置２０によって、液晶パネル１０が照明される。また、本発明を適用したバックライト装置２０は、光源としてＬＥＤ５１が用いられているために、安全性が高く環境に対する悪影響が少ないものとなる。

したがって、本発明を適用した液晶表示装置１００は、薄型で且つ表示パネル１０に表示された画像を鮮やかに映し出すことが可能なものとなる。また、本発明を適用した液晶表示装置１００は、光源としてＬＥＤ５１が用いられたバックライト装置２０が備えられているために、安全性が高く環境に対する悪影響が少ないものとなる。

本発明を適用した液晶表示装置の構成を示す模式的な斜視図である。 上記液晶表示装置の駆動回路を示すブロック図である。 本発明を適用したバックライト装置を示す斜視図である。 上記バックライト装置を反射シート側から見た平面図である。 上記バックライト装置を示す断面図である。 上記バックライト装置に備えられる光源セルを示す平面図である。 上記光源セルを反射シートの他方主面に配設した状態を示す模式図である。 上記光源セルが、反射シートに対して、発光ダイオードの光軸が反射シート主面に平行となるように配設された状態を示す模式図である。 非球面レンズが備えられた光源セルを示す平面図である。 非球面レンズが備えられるとともに各発光ダイオード間に反射板が設けられている光源セルを示す平面図である。 光出射部に備えられたレンズが平行光を出射するように設計された発光ダイオードを備える光源セルを示す平面図である。 反射部材を示す斜視図である。 拡散シートと一体化して形成されている反射部材を示す断面図である。 発光ダイオードを光源に用いた従来の直下型バックライト装置を示す一部切り欠き斜視図である。 上記直下型バックライト装置に備えられた発光ダイオードから出射された光の光路を示す模式図である。

符号の説明

２０ バックライト装置、４１ 反射シート、４２ 拡散シート、５０ 光源セル、７０ 反射部材、７２ 反射膜、７３ 底部

Claims (20)

1. 複数の開口が設けられている基板と、
   上記開口に対応して上記基板の一方主面上に複数配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射する白色光を出射する白色光出射手段と、
   上記基板の他方主面と対向して配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射した白色光を面発光させる平板状の面発光手段と、
   上記面発光手段の上記基板との対向面上に、上記基板に設けられている上記開口のそれぞれと対向して設けられており、上記入射口から入射した白色光を反射して、上記基板と上記面発光手段とに挟まれた領域に導光する複数の反射手段とを備え、
   上記白色光出射手段は、第１の原色光を出射する第１の発光ダイオード、第２の原色光を出射する第２の発光ダイオード、及び第３の原色光を発光する第３の発光ダイオードが一列に配置された光源群と、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光、上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光、及び上記第３の発光ダイオードから出射された第３の原色光を混色して、白色光として生成する混色手段と、上記混色手段によって生成された白色光を、上記基板に設けられた上記開口に入射させる白色光入射手段とを有し、上記基板の一方主面上に、上記第１の発光ダイオードの光軸、上記第２の発光ダイオードの光軸、及び上記第３の発光ダイオードの光軸が、上記筐体の外表面に平行となるように、配置されていること
   を特徴とするバックライト装置。
2. 上記反射手段は、逆円錐形で、先端部が入射した光を反射する光反射膜によって被覆されており、上記面発光手段上に、頂点が上記開口と対向するように配置されていること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 上記反射手段は、樹脂によって形成されていること
   を特徴とする請求項２記載のバックライト装置。
4. 上記光反射膜は、銀、及び／又はアルミニウムによって形成されていること
   を特徴とする請求項２記載のバックライト装置。
5. 上記反射手段の底部と、上記面発光手段とは、一体形成されていること
   を特徴とする請求項２記載のバックライト装置。
6. 上記面発光手段は、入射された光の面内強度分布を均一化する拡散シートであること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
7. 上記白色光出射手段に備えられる混色手段は、上記第１のレンズを介して出射される上記第１の原色光を反射する光反射面を有する第１の反射板と、
   上記第１の反射板が有する光反射面で反射された上記第１の原色光を透過し、上記第２のレンズを介して出射される上記第２の原色光を反射する第１の波長選択透過反射面を有する第１のビームスプリッタプレートと、
   上記第１のビームスプリッタプレートを介して出射される上記第１の原色光と上記第２の原色光とを反射し、上記第３のレンズを介して出射される第３の原色光を透過する第２の波長選択透過反射面を有し、上記第１の原色光、上記第２の原色光、上記第３の原色光を混色して白色光とする第２のビームスプリッタプレートとを備えること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
8. 上記白色光出射手段は、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第１のレンズと、
   上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第２のレンズと、
   上記第３の発光ダイオードから出射された第３の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第３のレンズとを備えること
   を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
9. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、上記第３のレンズは、フレネルレンズであること
   を特徴とする請求項８記載のバックライト装置。
10. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、上記第３のレンズは、それぞれ球面又は非球面の集光レンズであること
    を特徴とする請求項８記載のバックライト装置。
11. 透過型の液晶パネルと、この液晶パネルを一方主面側から照明するバックライト装置とからなる液晶表示装置であって、
    上記バックライト装置は、複数の開口が設けられている基板と、
    上記開口に対応して上記基板の一方主面上に複数配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射する白色光を出射する白色光出射手段と、
    上記基板の他方主面と対向して配置されており、上記基板に設けられている上記開口に入射した白色光を面発光させる平板状の面発光手段と、
    上記面発光手段の上記基板との対向面上に、上記基板に設けられている上記開口のそれぞれと対向して配置されており、上記入射口から入射した白色光を反射して、上記基板と上記面発光手段とに挟まれた領域に導光する複数の反射手段とを備え、
    上記白色光出射手段は、第１の原色光を出射する第１の発光ダイオード、第２の原色光を出射する第２の発光ダイオード、及び第３の原色光を発光する第３の発光ダイオードが一列に配置された光源群と、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光、上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光、及び上記第３の発光ダイオードから出射された第３の原色光を混色して、白色光として生成する混色手段と、上記混色手段によって生成された白色光を、上記基板に設けられた開口に入射させる白色光入射手段とを有し、上記基板の一方主面上に、上記第１の発光ダイオードの光軸、上記第２の発光ダイオードの光軸、及び上記第３の発光ダイオードの光軸が、上記筐体の外表面に平行となるように、配置されていること
    を特徴とする液晶表示装置。
12. 上記反射手段は、逆円錐形で、先端部が光を反射する光反射膜によって被覆されており、上記面発光手段上に、頂点が上記基板に設けられた上記開口と対向するように配置されていること
    を特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
13. 上記反射手段は、樹脂によって形成されていること
    を特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
14. 上記光反射膜は、銀、及び／又はアルミニウムによって形成されていること
    を特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
15. 上記反射手段の底部と、上記面発光手段とは、一体形成されていること
    を特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
16. 上記面発光手段は、入射された光の面内強度分布を均一化する拡散シートであること
    を特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
17. 上記白色光出射手段に備えられた混色手段は、上記第１のレンズを介して出射される上記第１の原色光を反射する光反射面を有する第１の反射板と、
    上記第１の反射板が有する光反射面で反射された上記第１の原色光を透過し、上記第２のレンズを介して出射される上記第２の原色光を反射する第１の波長選択透過反射面を有する第１のビームスプリッタプレートと、
    上記第１のビームスプリッタプレートを介して出射される上記第１の原色光と上記第２の原色光とを反射し、上記第３のレンズを介して出射される第３の原色光を透過する第２の波長選択透過反射面を有し、上記第１の原色光、上記第２の原色光、上記第３の原色光を混色して白色光とする第２のビームスプリッタプレートとを備えること
    を特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
18. 上記白色光出射手段は、上記第１の発光ダイオードから出射された第１の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第１のレンズと、
    上記第２の発光ダイオードから出射された第２の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第２のレンズと、
    上記第３のダイオードから出射された第３の原色光に含まれる発散光を屈折させて平行光にする第３のレンズとを備えること
    を特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
19. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、上記第３のレンズは、フレネルレンズであること
    を特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
20. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、上記第３のレンズは、それぞれ球面又は非球面の集光レンズであること
    を特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。

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