JP2005332681A - バックライト装置、及び液晶表示装置 - Google Patents

バックライト装置、及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 色純度が高く輝度が十分な白色光を出射する薄型の導光型バックライト装置を提供する。
【解決手段】 赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ５１Ｂとが一列に並べられており、赤色ＬＥＤ５１Ｒから出射された赤色光と緑色ＬＥＤ５１Ｇから出射された緑色光と青色ＬＥＤ５１Ｂから出射された青色光とを混色することによって得られた白色光を出射する複数の光源セル５０を、導光板４１の光入射面４１ａに配置する。各光源セル５０は、光入射面４１ａ上に、赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ５１Ｂとが光出射面４１ｂ及び光反射面４１ｃに対して垂直な方向に並ぶように、配置される。また、各光源セル５０は、隙間なく密着するように配置される。
【選択図】 図３

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映像を映し出す液晶表示装置に関する。
液晶表示装置では、映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映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、白色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、十分な輝度を確保するとともに、白色ＬＥＤと比較して発光効率の低下を抑制することができる。
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サイズ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、光源から出射された光を導光板の側面から入射して、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。
図１３に示すように、ＬＥＤを用いた導光型のバックライト装置３００は、幅方向の端面の一方が光入射面３０１ａとされており、一方主面が光出射面３０１ｂとされており、他方主面が光反射面３０１ｃとされている導光板３０１と、一方主面が導光板３０１の光反射面３０１ｃと接触して配置されている導光路３０２と、導光路３０２の一方の端面と導光板３０１の光入射面とを接続する反射路３０３と、導光路３０２の他方の端面に備えられている赤色発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）３０４Ｒ，緑色ＬＥＤ３０４Ｇ，青色ＬＥＤ３０４Ｂと、導光板３０１の光出射面３０１ｂ上に順番に積層される拡散シート３０５、第１のレンズシート３０６、第２のレンズシート３０７とを備えている。
なお、図１３では、図面の煩雑さを避けるために、赤色ＬＥＤ３０４Ｒと、緑色ＬＥＤ３０４Ｇと、青色ＬＥＤ３０４Ｂとは、それぞれ１つずつしか描かれていないが、実際には複数設けられている。また、区別する必要がない場合には、赤色ＬＥＤ３０４Ｒ、緑色ＬＥＤ３０４Ｇ、青色ＬＥＤ３０４Ｂを、ＬＥＤ３０４という。
赤色ＬＥＤ３０４Ｒは赤色光Ｌｒを出射し、緑色ＬＥＤ３０４Ｇは緑色光Ｌｇを出射し、青色ＬＥＤ３０４Ｂは青色光Ｌｂを出射する。各ＬＥＤ３０４から出射された赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光Ｌｂは、導光路３０２と反射路３０３を通過することで自然混色され白色光として導光板３０１に入射する。導光路３０２及び反射路３０３は、赤色ＬＥＤ３０４Ｒから出射された赤色光Ｌｒと、緑色ＬＥＤ３０４Ｇから出射された緑色光Ｌｇと、青色ＬＥＤ３０４Ｂから出射された青色光Ｌｂとが自然混色されるのに必要な空間を確保するために設けられている。
図１４に、図１３で示したＡＡ線で切断した断面図を示す。図１４に示すように、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂを自然混色するのに必要な空間は、導光路３０２の幅Ｗ、反射路３０３の径Ｒを適切に設計することによって規定される。また、導光路３０２、反射路３０３を形成する材料は、入射された光を導光板３０１へ効率的に導光するために要求される屈折率の材料である。
導光板３０１に入射した白色光は、導光板３０１内を全反射しながら導光される。導光板３０１の光反射面３０１ｃには、入射した光を効率良く立ち上げるためのプリズムパターンやドットパターンなどが形成されており、これらのパターンによって臨界角未満で光出射面３０１ｂの内面に入射した光は、光出射面３０１ｂから出射されることになる。
光出射面３０１ｂから出射した光は、拡散シート３０５によって面内光量分布が均一化された後に、第１のレンズシート３０６，第２のレンズシート３０７に入射され、光出射面３０１ｂに対する垂線方向へ集光するように偏向される。
このように、導光板３０１の光出射面３０１ｂから出射され、拡散シート３０５を介した光を、第１のレンズシート３０６，第２のレンズシート３０７に入射させることで、バックライト装置３００の正面輝度を効率良く向上させることが可能となる。
実公平７−３６３４７号公報 特表２００２−５４０４８号公報
以上説明したバックライト装置３００では、赤色ＬＥＤ３０４Ｒ，緑色ＬＥＤ３０４Ｇ，青色ＬＥＤ３０４Ｂが、導光路３０２の他方の端面、すなわち、導光板３０１の光入射面３０１ａの大きさに応じた数だけ設けられる。
したがって、バックライト装置３００では、用いられるＬＥＤ３０４の数が、光入射面３０１ａの大きさに応じて限定されることから、出射できる光量が限定され、例えば２３インチなどの大型の液晶パネルなどを照明する場合には、必要となる光量を出射することが困難となる。
また、バックライト装置３００では、各ＬＥＤ３０４から出射された赤色光と緑色光と青色光とを混色するために必要となる反射路３０３や導光路３０２が、導光板３０１の厚みを増加させる方向に配置されている。
したがって、かかるバックライト装置３００を液晶パネル３０８に組み付けて液晶表示装置を構成した場合、液晶表示装置は、非常に厚みのあるものとなる。
本発明は、以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、赤色光、緑色光、青色光を出射する発光ダイオードを光源として用いており、各発光ダイオード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によって生成した輝度が十分で色純度が高い白色光を出射し、導光板型であり、且つ薄型であるバックライト装置、及びかかるバックライト装置を用いることにより薄型化さ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、側面から入射された光を、一方主面である光出射面と他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、上記導光板に対して入射する白色光を出射する複数の白色光出射手段とを備え、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、白色光を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、上記導光板の側面から入射させる白色光入射手段とを有し、上記導光板の側面に、上記第１の発光ダイオードと上記第２の発光ダイオードと上記第３の発光ダイオードとが上記導光板の主面に対して垂直に並ぶように配置され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、側面から入射された光を、一方主面である光出射面と他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、上記導光板に対して入射する白色光を出射する複数の白色光出射手段とを備え、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、白色光を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、上記導光板の側面から入射させる白色光入射手段とを有し、白色光入射手段とを有し、上記導光板の側面に、上記第１の発光ダイオードと、上記第２の発光ダイオードと、上記第３の発光ダイオードとが、上記導光板の主面に対して垂直に並ぶように配置されることを特徴とする。
本発明に係るバックライト装置及び液晶表示装置は、所定のサイズである導光板の側面に配置される第１の発光ダイオードと第２の発光ダイオードと第３の発光ダイオードの数が、一列に並べて配置した場合と比較して３倍となる。したがって、導光板に対して、色純度が高い白色光を側面から多量に入射させることが可能となる。導光板に対して色純度が高い白色光を多量に入射させることができるために、本発明に係るバックライト装置は、発光ダイオードを光源とした導光型であり、且つ輝度が十分で色純度が高い光を出射して液晶パネルを照明することが可能となる。
また、本発明に係るバックライト装置では、白色光出射手段に備えられた混色部で赤色光と緑色光と青色光とが混色されることによって生成された白色光を、導光板に対して入射する。したがって、赤色光と緑色光と青色光とを混色させるための空間を設ける必要がなくなるために、薄型にすることが可能となる。
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。
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導光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、薄型で且つ液晶パネルに表示された映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液晶表示装置１００に適用される。本実施の形態では、液晶表示装置１００は、縦横比が９：１６で２３インチのサイズとされている。
液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル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、液晶表示パネル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。
液晶表示パネル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、液晶表示パネル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。
この液晶表示装置１００では、以上説明した構成の液晶表示パネル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、液晶表示パネル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、液晶表示パネル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液晶表示パネル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セパレート信号で液晶表示パネル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及び図４に示すように、バックライト装置２０は、幅方向の端面のうち一方が光入射面４１ａとされており、一方主面が光出射面４１ｂとされており、他方主面が光反射面４１ｃとされている導光板４１と、導光板４１の光入射面４１ａに配置されている光源部４２と、導光板４１の光反射面４１ｃ上に配置されている反射シート４３と、導光板４１の光出射面４１ｂ上に順番に配置されている拡散シート４４、第１のレンズシート４５、第２のレンズシート４６とを備える。
導光板４１は、所定の厚みを有する透明な平板であり、主面のサイズは照明する液晶表示パネル１０に合わせたサイズとされている。本実施の形態では、縦横比９：１６の２３インチサイズとされている。なお、導光板４１のサイズは、照明する液晶表示パネル１０のサイズによって決まり、本発明を限定するものではない。
導光板４１は、光入射面４１ａから入射された光を光出射面４１ｂと光反射面４１ｃとで全反射させながら導光し、光出射面４１ｂから出射させる。光出射面４１ｂからは、臨界角未満で光出射面４１ｂの内面に入射した光が出射される。なお、光入射面４１ａ側が、液晶表示装置１００を載置したときに下側となる。
導光板４１の材料としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明熱可塑性樹脂が用いられる。導光板４１は、例えば、アクリル樹脂を射出成形することによって形成される。
導光板４１の光反射面４１ｃには、細かい凹凸形状、例えば、プリズムパターンやドットパターンなどが形成されており、導光板４１内に導光された光を効率良く光出射面４１ｂ方向に立ち上げる。この光反射面４１ｃに形成されたプリズムパターンやドットパターンによって光出射面４１ｂ方向へ立ち上げられた光が、光出射面４１ｂから均一な光として出射されることで、導光板４１は、面発光する。
光源部４２は、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。）が、光入射面４１ａ上に一列に配置されている。本実施の形態では、ｎ＝４８とされている。
各光源セル５０から出射された白色光は、それぞれ、導光板４１の光入射面４１ａから入射して、導光板４１内を、光出射面４１ｂ又は光反射面４１ｃによって全反射されながら導光され、光反射面４１ｃに形成されたプリズムパターンやドットパターンによって立ち上げられて光出射面４１ｂから出射される。なお、光源セル５０及び光源セル５０の配置については、詳細を後述する。
反射シート４３は、導光板４１を全反射しながら導光される光のうち、光反射面４１ｃから導光板４１の外側に飛び出した光を反射して、再び導光板４１内に戻す働きをしている。これにより、導光板４１の外側に飛び出して損失してしまう光の成分を抑制することができる。
拡散シート４４は、導光板４１の光出射面４１ｂから出射された光を均一に拡散し、導光板４１の光出射面４１ｂから出射された白色光の面内強度を均一にする。また、第１のレンズシート４５及び第２のレンズシート４６は、拡散シート４４から出射した白色光を、図中矢印Ｘで示す光出射面４１ｂに対して垂直な方向に集光するよう配光制御する。
バックライト装置２０は、反射シート４３、拡散シート４４、第１のレンズシート４５、第２のレンズシート４６が配置されることにより、輝度が十分な光で液晶表示パネル１０を照明することが可能となる。
続いて、光源セル５０の構成について説明する。
光源セル５０は、図５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。
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５５の他方主面及び第２の反射ミラー５７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１のビームスプリッタ５９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。
すなわち、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、白色光出射部６２ａから出射する。
以上説明した光源セル５０は、図６に示すように、導光板４１の光入射面４１ａに、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂが、光出射面４１ｂ及び光反射面４１ｃに対して垂直な方向、すなわち、図中矢印Ｘで示す方向に並ぶように、配置される。言いかえると、ＬＥＤ群５２の長手方向の両端５２ａ，５２ｂと光出射面４１ｂ及び光反射面４１ｃとが平行になるように配置される。なお、図６は、バックライト装置２０を図４中ＢＢ’線で切断した断面図である。また、各光源セル５０は、図４に示すように、互いに密着して白色光出射部６２ａが光入射面４１ａ上に一列に並ぶように配置される。
光源セル５０が、導光板４１の光入射面４１ａに、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂが光出射面４１ｂに対して垂直に並ぶように配置されることによって、導光板４１の光入射面４１ａ上には、赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ５１Ｂとを一列に並べて配置した場合と比較して、３倍のＬＥＤ５１の配置することが可能となる。
したがって、バックライト装置２０は、導光板４１の側面のうち１つの側面だけにＬＥＤ５１を配置して、導光板４１に対して多量の白色光を入射させることができるため、液晶表示装置１００に備えられた各部を接続する配線を、ＬＥＤ５１を横切らずに配設することが容易となり、配線が長くなることや配線の配設が複雑化することを回避することが可能となる。
なお、液晶表示装置１００では、図７に示すように、導光板４１の光反射面４１ｃ側にＬＥＤ５１による発熱を発散するためのヒートシンク層７０が設けられる。バックライト装置２０は、Ｘ方向に沿って一列に配置された赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ５３Ｂが、導光板４１の厚みとヒートシンク層７０の厚みとを合わせた範囲に配置されれば、ＬＥＤ５１を矢印Ｘ方向に並べることが原因となって液晶表示装置１００の厚みが増加することを回避できる。
また、光源セル５０は、混色部６２によって赤色光と緑色光と青色光とが混色された白色光を出射し、導光板４１に対して入射する。したがって、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するために必要となる空間を設けることなく、赤色光と緑色光と青色光とを混色することによって生成された白色光によって液晶表示パネル１０を照明することが可能となるために、薄型化、小型化を図ることが容易となる。
また、白色光出射部６２ａが一列に並ぶように各光源セル５０が密着して配置されるために、白色光出射部６２ａ間に生じる隙間がほとんどなくなる。白色光出射部６２ａ間に隙間が生じると、図８中Ｃに示すように白色光出射部６２ａから出射される白色光が通過しない領域が生じるために、導光板４１の光出射面４１ｂから出射する光の面内強度を均一にすることが困難となり、バックライト装置２０から面内強度が均一な光を出射することが困難となる。白色光出射部６２ａが一列に並ぶように光源セル５０が密着して配置されることにより、バックライト装置２０から出射される光の面内強度を均一にすることが容易となる。
なお、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、各光源セル５０は一体形成されることが好ましい。詳述すると、図９（Ａ）に示すように、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、青色ＬＥＤ５１Ｂがそれぞれ一列に並ぶように、ＬＥＤ群５２を配置し、各ＬＥＤ群５２間を板金８０−１，８０−２，…８０−（ｎ−１）で仕切り、図９（Ｂ）に示すように、第３の反射ミラー５８、第１及び第２のビームスプリッタ５９，６０を一体形成する。
かかる構成とすることにより、光源部４２を構成する部品点数を低減し、光源部４２の作成を容易にすることができる。また、第１及び第２のビームスプリッタ５９，６０が一体形成されることにより、第１及び第２のビームスプリッタ５９，６０を光源セル５０のサイズに合わせて細かく切断する必要がなくなり、光源部４２を簡易に作成することが可能となる。
また、各光源セル５０に備えられている第１及び第２の両面反射ミラー５４，５５、第１，第２，第４の反射ミラー５６，５７，５９も一体形成することにより、第１及び第２の両面反射ミラー５４，５５、第１，第２，第４の反射ミラー５６，５７，５９も光源セル５０のサイズに合わせて細かく切断する必要がなくなり、光源部４２をさらに簡易に作成することが可能となる。
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１０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１１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１２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。
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、所定のサイズである導光板４１の光入射面４１ａに配置される赤色ＬＥＤ５１Ｒと緑色ＬＥＤ５１Ｇと青色ＬＥＤ５１Ｂの数が、一列に並べて配置した場合と比較して３倍となる。したがって、導光板４１に対して、色純度が高い白色光を多量に入射させることが可能となる。導光板４１に対して、１つの側面のから色純度が高い白色光を多量に入射させることが可能であり、本発明を適用したバックライト装置２０は、ＬＥＤ５１を光源としたサイドエッジ型であり、且つ輝度が十分で色純度が高い光を出射して液晶表示パネル１０を照明することが可能となる。
また、本発明を適用したバックライト装置２０では、光源セル５０に備えられた混色部６２で赤色光と緑色光と青色光とが混色されることによって生成された白色光を、導光板４１に対して入射する。したがって、赤色光と緑色光と青色光とを混色させるための空間を設ける必要がなくなるために、薄型にすることが可能となる。
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。
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、液晶表示パネル１０が照明される。したがって、本発明を適用した液晶表示装置１００は、薄型で且つ液晶表示パネル１０に表示された映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示す平面図である。 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。 上記バックライト装置を示す断面図である。 導光板及びヒートシンク層の厚みと、光源群の長手方向に沿った長さとの関係を説明するための模式図である。 光源セル間の間隔が大きい場合に、導光板内に白色光が通過しない領域が生じることを説明するための模式図である。 一体形成された光源セル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。 従来の導光型バックライト装置を示す平面図である。 上記導光型バックライト装置を示す断面図である。
符号の説明
２０ バックライト装置、４１ 導光板、４２ 光源部、４３ 反射シート、４４ 拡散シート、４５ 第１のレンズシート、４６ 第２のレンズシート、４７ 第３のレンズシート、５０ 光源

Claims (14)

  1. 側面から入射された光を、一方主面である光出射面と他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、
    上記導光板に対して入射する白色光を出射する複数の白色光出射手段とを備え、
    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、白色光を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、上記導光板の側面から入射させる白色光入射手段とを有し、上記導光板の側面に、上記第１の発光ダイオードと上記第２の発光ダイオードと上記第３の発光ダイオードとが上記導光板の主面に対して垂直に並ぶように配置されること
    を特徴とするバックライト装置。
  2. 上記白色光出射手段は、上記導光板の長手方向の端面の一方に配置されること
    を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
  3. 上記白色光出射手段に備えられる上記混色手段は、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。
  4. 複数の上記混色手段に備えられる上記第１の反射板と、上記第１のビームスプリッタプレートと、上記第２のビームスプリッタプレートとは、一体形成されていること
    を特徴とする請求項３記載のバックライト装置。
  5. 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。
  6. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、及び上記第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５記載のバックライト装置。
  7. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、及び上記第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５記載のバックライト装置。
  8. 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、側面から入射された光を、一方主面である光出射面と他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、
    上記導光板に対して入射する白色光を出射する複数の白色光出射手段とを備え、
    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、白色光を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、上記導光板の側面から入射させる白色光入射手段とを有し、白色光入射手段とを有し、上記導光板の側面に、上記第１の発光ダイオードと、上記第２の発光ダイオードと、上記第３の発光ダイオードとが、上記導光板の主面に対して垂直に並ぶように配置されること
    を特徴とする液晶表示装置。
  9. 上記白色光出射手段は、上記導光板の長手方向の端面の一方に配置されること
    を特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
  10. 上記白色光出射手段に備えられる上記混色手段は、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８記載の液晶表示装置。
  11. 複数の上記混色手段に備えられる上記第１の反射板と、上記第１のビームスプリッタプレートと、上記第２のビームスプリッタプレートとは、一体形成されていること
    を特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
  12. 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８記載の液晶表示装置。
  13. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、及び上記第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１２記載の液晶表示装置。
  14. 上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、及び上記第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１２記載の液晶表示装置。
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