JP2008103200A - バックライト装置及びバックライト装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面の輝度を均一化するとともに、薄型化が可能なバックライト装置を提供する。
【解決手段】隣接する３つのＬＥＤ１の各々が正三角形の頂点を構成するようにバックフレーム６の基板２の全面にＬＥＤ１を配置し、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）という関係式が満たされるようにＬＥＤ１の指向特性ψ、ＬＥＤ１から拡散板までの距離ｈおよび隣接するＬＥＤ１の配置間隔ｄを設定する。これにより、発光面の輝度を均一化したバックライト装置を提供することができる。また、ＬＥＤ１と拡散板３との距離ｈを短くすることで、拡散板３に入射する光量のムラを低減させたまま、バックライト装置の薄型化を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードを用いたバックライト装置に関する。

液晶ディスプレイに用いられる液晶は、自ら発光しないためバックライトなどの光源が必要となる。バックライトの方式には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などの光源を液晶パネルの端に配置し、導光板を備えて光を拡散させる導光板方式と、ＬＥＤなどの光源を液晶パネルの背面に配置した直下方式がある。

導光板方式のバックライト装置は、バックライトを薄型化することが可能であるが、光源を配置するスペースが限られているので、大型化、高輝度化が困難である。

一方、直下方式のバックライト装置は、多数の光源を配置することができるので、大型化、高輝度化が容易である。ＬＥＤを用いた直下方式のバックライトとして特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。
特開２００６−１２０６４４号公報 特開２００６−１３３７０８号公報

しかしながら、ＬＥＤを用いた直下方式のバックライト装置は、発光面の輝度を均一化するために、各ＬＥＤの発光を混色させる必要があり、発光面とＬＥＤとの距離を離さなければならず、薄型化が困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、発光面の輝度を均一化するとともに、薄型化が可能なバックライト装置を提供することにある。

第１の本発明に係るバックライト装置は、複数のＬＥＤと、ＬＥＤから放射される光を入射して拡散する拡散板とを備えたバックライト装置であって、ＬＥＤは、隣接する３つのＬＥＤの各々が正三角形の頂点を構成するように配置されていることを特徴とする。

本発明にあっては、ＬＥＤを、隣接する３つのＬＥＤの各々が正三角形の頂点を構成するように配置することで、隣接するＬＥＤの距離が等しくなり、拡散板に照射される光量のばらつきが少なくなるので、バックライト装置の発光面の輝度を均一化することができる。

上記バックライト装置において、ＬＥＤの指向特性をψ、ＬＥＤから拡散板までの距離をｈ、隣接するＬＥＤの配置間隔をｄとすると、隣接するＬＥＤの配置間隔は、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすことを特徴とする。

本発明にあっては、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）という関係式が満たされるようにＬＥＤの指向特性ψ、ＬＥＤから拡散板までの距離ｈおよび隣接するＬＥＤの配置間隔ｄを設定することにより、拡散板に入射する光量のムラを低減することができるので、発光面の輝度を均一化したバックライト装置を提供することができる。また、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすように、ＬＥＤから拡散板までの距離ｈを短くすることで、拡散板に入射する光量のムラを低減させたまま、バックライト装置の薄型化を可能とする。

上記バックライト装置において、ＬＥＤの指向特性ψは、３０°≦ψ≦９０°であることがＬＥＤ毎に照射する領域を区分しやすくなるので望ましい。

第２の本発明に係るバックライト装置の駆動方法は、上記バックライト装置の駆動方法であって、複数のＬＥＤを、それぞれが複数のＬＥＤを含む複数のＬＥＤグループに分け、当該ＬＥＤグループ毎に輝度を制御することを特徴とする。

本発明にあっては、配置したＬＥＤを複数のＬＥＤグループに分けて輝度を制御することにより、ＬＥＤの輝度のばらつきをＬＥＤグループ単位で補正することができるので、発光面の輝度を均一化したバックライト装置を提供することができる。また、バックライト装置の温度の変化により生じた輝度ムラもＬＥＤグループ単位で輝度を制御することで解消することができる。

本発明によれば、発光面の輝度を均一化するとともに、薄型化が可能なバックライト装置を提供することができる。

以下、一実施の形態におけるバックライト装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態におけるバックライト装置の構成を示す分解斜視図である。同図に示すバックライト装置は、バックフレーム６と、フロントフレーム７と、バックフレーム６とフロントフレーム７との間に輝度ムラを低減するための拡散板３と、レンズシート４，拡散シート５などの光学シートとを備えた構成をしており、バックフレーム６の内側の面には、ＬＥＤ１（図示せず）を配置するための基板２が配置されている。ＬＥＤ１から放射された光は、拡散板３、レンズシート４，拡散シート５を透過してフロントフレーム７の上面から放射される。

図２は、上記バックライト装置に備えられたＬＥＤ１の配置を示す平面図である。ＬＥＤ１は、隣接する３つのＬＥＤ１の各々が正三角形の頂点を構成するようにバックフレーム６の基板２の全面に敷き詰められている。このように、隣接するＬＥＤ１の距離が等しくなるように配置することで、バックライト装置の発光面の輝度を均一化することができる。

図３は、上記バックライト装置に備えられたＬＥＤ１の配置を示す断面図である。同図には、基板２と、基板２に配置された隣接するＬＥＤ１と、拡散板３が示されており、さらに、ＬＥＤ１の法線方向１ａと、ＬＥＤ１の法線方向１ａの光度を１００％としたときにＬＥＤ１の光度が５０％となる光度半値線１ｂが示されている。同図に示すように、ＬＥＤ１は、隣接するＬＥＤ１と光度半値線１ｂが拡散板３上で交差するように配置されている。法線方向１ａと拡散板３が交差する点Ａに入射する光量と隣接するＬＥＤ１の光度半値線１ｂが交差する点Ｂに入射する光量は略等しく、点Ａと点Ｂにおいて光が拡散板３に入射する角度は異なっているが、拡散板３が入射光を十分散乱するために、拡散板３から放射される光は均一化される。

ＬＥＤ１の指向特性をψ、ＬＥＤ１の放射面から拡散板３までの距離をｈ、隣接するＬＥＤ１の配置間隔をｄとすると、ＬＥＤ１の配置間隔ｄがｄ＝２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たす場合に、図３に示したように、光度半値線１ｂが拡散板３上で交差する。なお、ＬＥＤ１の指向特性とは、ＬＥＤ１の法線方向１ａの光度を１００％とした場合、光源に対して傾いた方向から見たときに光度が５０％となる半値角θ_1/2を２倍した値（２θ_1/2）である。

図４の断面図に示すように、ＬＥＤ１の配置間隔が狭く、ＬＥＤ１の配置間隔ｄ'がｄ'＜２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係にある場合には、隣接するＬＥＤ１から等距離にある拡散板３上の点Ｃに入射する光量は、点Ｃが光度半値線１ｂの内側に存在することから、ＬＥＤ１の法線方向１ａ上にある点Ａに入射する光量と比較して小さくなることはなく、点Ａにおいても、隣接するＬＥＤ１からの光１ｃが入射するので、点Ａと点Ｃに入射する光量の差はほとんどなくなり、発光面の輝度を均一化することができる。

しかしながら、図５の断面図に示すように、ＬＥＤ１の配置間隔が広く、ＬＥＤ１の配置間隔ｄ''がｄ''＞２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係にある場合には、隣接するＬＥＤ１から等距離にある拡散板上の点Ｄに入射する光量が、ＬＥＤ１の法線方向１ａ上にある点Ａに入射する光量より小さくなるため、発光面上で輝度ムラとして視認されてしまう。

したがって、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）という関係式が満たされるようにＬＥＤ１の指向特性ψ、ＬＥＤ１から拡散板までの距離ｈおよび隣接するＬＥＤ１の配置間隔ｄを設定することで、発光面の輝度を均一化したバックライト装置を提供することができる。

また、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすように、ＬＥＤ１と拡散板３との距離ｈを短くすることで、拡散板３に入射する光量のムラを低減させたまま、バックライト装置の薄型化を可能とする。

図６は、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすように各定数を設定した３２インチのバックライト装置のＬＥＤ１の配置例を示す平面図である。ＬＥＤ１の指向特性をψ＝６０°、ＬＥＤ１から拡散板までの距離をｈ＝２５ｍｍ、ＬＥＤ１の配置間隔をｄ＝２６ｍｍとしてＬＥＤ１を配置した。同図に示す例では、バックライト装置の長手方向と平行に間隔ｄでＬＥＤ１を等間隔に配置し、隣接する列同士は、各ＬＥＤ１が正三角形の頂点を構成するように、他方の列に配置されたＬＥＤ１の中間点に対応して配置されている。また、ＬＥＤ１の配置間隔ｄは、光度半値線１ｂが拡散板３と交わる軌跡１ｅが３つの隣接するＬＥＤ１で形成される正三角形の略中心で交わるように設定されている。このように、ＬＥＤ１が正三角形の頂点を構成するとともに、光度半値線１ｂが拡散板３と交わる軌跡１ｅが交差するように配置することにより、バックライト装置の発光面１１の輝度ムラをなくし、輝度を均一化することができる。

図７は、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすように各定数を設定した３２インチのバックライト装置のＬＥＤ１の別の配置例を示す平面図である。図６に示した例と同様に、ＬＥＤ１の指向特性をψ＝６０°、ＬＥＤ１から拡散板までの距離をｈ＝２５ｍｍ、ＬＥＤ１の配置間隔をｄ＝２６ｍｍとしてＬＥＤ１を配置した。図７に示す例では、バックライト装置の長手方向に垂直にＬＥＤ１を等間隔ｄで配置した例を示している。図６に示した例では５０４個のＬＥＤ１を配置しているのに対して、図７に示した例では５１２個のＬＥＤ１を配置している。

なお、一般的な表面実装タイプのＬＥＤの指向特性は１２０°程度であるが、指向特性を狭くすると、ＬＥＤ毎に照射する領域を区分しやすくなるので、ＬＥＤの指向特性ψは、３０°≦ψ≦９０°程度が望ましい。指向特性ψが狭すぎると、ＬＥＤ１の配置間隔ｄを狭くする必要が生じたり、ＬＥＤ１の法線方向１ａの光が強すぎて発光面に輝度ムラを生じさせる可能性がある。

次に、バックフレーム６に配置したＬＥＤ１をグループ毎に分割して制御する例について説明する。図８は、図６に示した配置のＬＥＤ１を縦３エリア、横４エリアの１２のグループに分割した様子を示す平面図である。指向特性ψが狭いＬＥＤを用いて、１２個に分割された各グループをそれぞれ独立した回路で制御することにより、グループ単位で輝度を変化させることが可能となる。輝度が異なるＬＥＤをグループ毎に分けて配置した場合でも、グループ毎に駆動する電流を調節することにより、バックライト装置の発光面の輝度を均一化することができる。

また、バックライト装置を使用しているときは、バックライト装置の上部および中央部の温度が高くなり、ＬＥＤの輝度が変化するので、バックライト装置に温度センサー等を設けてグループ毎にフィードバック制御することにより、バックライト装置の発光面の輝度を均一化することができる。

さらに、映像信号に同期させてグループ毎にバックライト装置の輝度を調節することで、液晶の白抜けを防止することができ、ハイコントラストな液晶表示システムを提供することが可能となる。例えば、バックライト装置の光源として青色ＬＥＤに黄色の蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤパッケージを用いた場合には、エリア毎に輝度を制御することが可能となり、赤、緑、青のＬＥＤを組み合わせたＬＥＤパッケージを用いた場合には、輝度及び色度を制御することが可能となる。なお、赤、緑、青のＬＥＤを組み合わせる場合には、各色を十分混色させる必要があるため、各ＬＥＤ素子が１つのパッケージに入っているか、あるいは、拡散板に光が到達するまでに十分混色し白色になるように、各ＬＥＤ素子の距離を近くする必要がある。

なお、ＬＥＤをグループ毎に分割する分割方法は、図８に示した例に限らず、例えば、横または縦に帯状にグループを分割して制御するものであってもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、隣接する３つのＬＥＤ１の各々が正三角形の頂点を構成するようにバックフレーム６の基板２に配置することにより、バックライト装置の発光面の輝度を均一化することができる。

本実施の形態によれば、ＬＥＤ１の指向特性をψ、ＬＥＤ１から拡散板３までの距離をｈ、隣接するＬＥＤ１の配置間隔をｄとした場合に、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすように各定数を設定することにより、拡散板３に入射する光量のムラが低減するので、発光面の輝度を均一化することができる。また、上記関係式を満たすようにＬＥＤ１から拡散板３までの距離ｈを短くすることで、バックライト装置の薄型化を可能とする。

本実施の形態によれば、バックフレーム６の基板２に配置した複数のＬＥＤ１をグループ毎に分けて制御することにより、グループ毎に輝度を調節することができるので、各グループ間の輝度のばらつきを低減させ、発光面の輝度を均一化することができる。

一実施の形態におけるバックライト装置の構成を示す分解斜視図である。 上記バックライト装置のＬＥＤの配置を示す平面図である。 上記バックライト装置のＬＥＤの配置を示す断面図である。 上記バックライト装置のＬＥＤの別の配置を示す断面図である。 上記バックライト装置のＬＥＤのさらに別の配置を示す断面図である。 別の実施の形態におけるバックライト装置のＬＥＤの配置を示す平面図である。 さらに別の実施の形態におけるバックライト装置のＬＥＤの配置を示す平面図である。 図６のバックライト装置のＬＥＤをグループ毎に分割したグループの構成を示す平面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ
２…基板
３…拡散板
４…レンズシート
５…拡散シート
６…バックフレーム
７…フロントフレーム

Claims (4)

1. 複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤから放射される光を入射して拡散する拡散板とを備えたバックライト装置であって、
   前記ＬＥＤは、隣接する３つの前記ＬＥＤの各々が正三角形の頂点を構成す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. 前記ＬＥＤの指向特性をψ、前記ＬＥＤから前記拡散板までの距離をｈ、隣接する前記ＬＥＤの配置間隔をｄとすると、隣接する前記ＬＥＤの配置間隔は、ｄ≦２ｈｔａｎ（ψ／２）の関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 前記ＬＥＤの指向特性ψは、３０°≦ψ≦９０°であ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. 請求項１乃至３のいずれかに記載のバックライト装置の駆動方法であって、
   前記複数のＬＥＤを、それぞれが複数のＬＥＤを含む複数のＬＥＤグループに分け、当該ＬＥＤグループ毎に輝度を制御することを特徴とするバックライト装置の駆動方法。

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