JP2009123489A

JP2009123489A - 面光源装置及び液晶表示装置

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Publication number: JP2009123489A
Application number: JP2007295552A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ochiai; 昌弘落合
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-06-04
Also published as: US7973881B2; KR20090049993A; US20090122230A1; TW200933257A; TWI387814B; CN101435557A

Abstract

【課題】色度のばらつきを改善した面光源装置を提供する。
【解決手段】面光源装置１は、平面部及び端面部を有する導光板２と、導光板２の端面部に対向配置された複数の点光源である白色ＬＥＤ１，白色ＬＥＤ２とを備えている。導光板２は、その端面部から入射した白色ＬＥＤ１，白色ＬＥＤ２からの光を混合して、平面部から照明光として出射する。白色ＬＥＤ１と白色ＬＥＤ２は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤ１と白色ＬＥＤ２を組み合わせたものであり、導光板２は、互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤ１，ＬＥＤ２からの光を混合することで、照明光の色度を規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置を背面から照明するバックライトとして用いられる面光源装置に関する。また面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、反射型と透過型が知られている。反射型の液晶表示装置は背面に反射板を備えており、外光を反射することで画面に画像を表示している。一方透過型の液晶表示装置は、背面にバックライトを備えており、その照明光を透過することで画面に画像を表示している。

バックライトとして従来から面光源装置が利用されている。この面光源装置は、基本的に平面部及び端面部を有する導光板と、この導光板の端面部に対向配置された複数の点光源とを備えている。導光板はその端面部から入射した複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射する。
特開２００３−３３７３３２

従来の面光源装置は、複数の点光源として白色ＬＥＤを用いたものが知られている。面光源から出射する照明光は理想的には白色光であることが好ましい。しかしながら、実際の面光源装置の色度は個体差があり、完全な白色ではなく若干の着色があるのが現状である。このような面光源装置の色度のばらつきは、主として点光源に使われている白色ＬＥＤの製造ばらつきが原因である。

白色ＬＥＤは、基本的に青色の光を放射するＬＥＤチップと、黄色の光を得るための蛍光体とで形成されている。しかしながら青色チップの発光スペクトルやそれと補色の関係にある黄色蛍光体の量にばらつきが有る。このようなばらつき要因は量産上避けることができない。したがって市場に供給される白色ＬＥＤは理想的な白色光源とはならず、予め許容された規格色度範囲内で色度が分布している白色ＬＥＤが供給される。市場に供給される白色ＬＥＤは色度にばらつきがあり、これをそのまま面光源装置の点光源に利用した場合、液晶表示装置の個体ごとに色度がばらつくこととなり、解決すべき課題となっている。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は色度のばらつきを改善した面光源装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源とを備え、前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射する面光源装置であって、前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、前記導光板は、互いに異なる色度を有する点光源からの光を混合することで、該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入ることを特徴とする。

好ましくは前記複数の点光源は、該規格色度範囲を表すＸＹ色度座標上で、互いの色度差が△ｘ＞０．０１、△ｙ＞０．０１である点光源を組み合わせたものである。又各点光源に電流を供給して光を放射するための電流源を備えており、前記電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って照明光の色度を調整可能にする。又前記点光源は、例えば該電流源から供給される電流量に応じて発光量が変化する白色ＬＥＤである。

又本発明は、平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源と、各点光源に電流を供給して光を放射するための電流源とを備え、前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射する面光源装置であって、前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、前記電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしたことを特徴とする。

好ましくは前記電流源は、複数の点光源に供給する電流量の合計を一定に保ちつつ、各点光源に供給する電流量を相対的に増減調整する。又前記点光源は、例えば該電流源から供給される電流量に応じて発光量が変化する白色ＬＥＤである。

本発明の一面によれば、予め決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせて、面光源装置に組み込んでいる。導光板は互いに異なる色度を有する点光源からの光を混合することで、照明光の色度を規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入れることができる。このようにして、点光源の規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲を有する面光源装置を得ることができる。よって液晶表示装置のバックライトに適した白色照明光を放射する面光源装置が得られる。

本発明の他の面によれば、予め決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせて、面光源装置に用いている。そして面光源装置に搭載された電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して、複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って照明光の色度が規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしている。かかる構成により点光源の色度分布よりも狭い色度分布を有する面光源装置が得られる。よって液晶表示装置のバックライトとして好適な、色ばらつきの少ない白色面光源装置が得られる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる面光源装置の構成を示す模式図である。（Ａ）は面光源装置の模式的な平面図である。図示するように、本発明にかかる面光源装置１は、導光板２と複数の点光源とを備えている。本実施形態では、複数の点光源は、電流源から供給される電流量に応じて発光量が変化する一対の白色ＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）を用いている。導光板１はアクリル樹脂などからなり、ほぼ矩形の平面部とこの平面部を囲む端面部とを有する。一対の白色ＬＥＤ１，２は、導光板１の端面部に対向配置されている。本実施形態では、一対のＬＥＤ１，２は、矩形の導光板１の角部に並べて配置してある。導光板１は、その端面部から入射した複数の点光源（即ち一対のＬＥＤ１，２）からの光を混合して、平面部から照明光として出射する。

複数の点光源は、予め決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤ１，２を組み合わせたものである。白色ＬＥＤは基本的に純白に近い色度を有するが、製造工程上のばらつきがあり、実際の色度は予め決められた色度範囲内でばらついている。本発明の特徴事項として、導光板２は、互いに異なる色度を有するＬＥＤ１，ＬＥＤ２からの光を混合することで、照明光の色度が規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入る。図では、バックライト中央色度が、一対のＬＥＤ１，ＬＥＤ２を混色することで、非常に狭い目標色度範囲に収めることができる。

一対のＬＥＤ１，２は、規格色度範囲を表すＸＹ色度座標上で、互いの色度差がΔｘ＞０．０１、Δｙ＞０．０１である白色ＬＥＤを組み合わせている。

（Ｂ）に示すように、各白色ＬＥＤ１，２に電流を供給して光を放射するための電流源が備えられている。この電流源は白色ＬＥＤのカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）とアノード（ａｎｏｄｅ）間に発光電流を供給する定電流源となっている。各電流源は、各白色ＬＥＤ１，２に供給する電流量を調整して、一対の白色ＬＥＤ１，２から放射した光の混合比率を変え、以って照明光の色度を調整可能にしている。好ましくはこの電流源は、一対の白色ＬＥＤ１，２に供給する電流量の合計を一定に保ちつつ、各白色ＬＥＤ１，２に供給する電流量を相対的に増減調整する。

図２は、本発明の原理を示す模式図であり、ＸＹ色度座標上で白色ＬＥＤの色度分布及び面光源装置の色度分布を表している。

前述したように、白色ＬＥＤはその構造上、青色ＬＥＤチップのばらつき及び黄色蛍光体量のばらつきがあり、このばらつき要因は量産上避けて通ることができず、理想的な色度領域のＬＥＤを大量に安定供給することができない。このため市場に供給される白色ＬＥＤは色度範囲が比較的大きなものとなる。ＬＥＤメーカーは狭い色度範囲の白色ＬＥＤを安定生産及び安定供給できないため、製造された製品の中で、色度範囲を区切って例えば図示するように１４の色ランクＡ〜Ｎに仕分けしている。その内例えば８ランクＡ〜Ｈに属する製品を市場に供給する体制をとっている。この場合、白色ＬＥＤの個体間の色ばらつきは、Ａ〜Ｈの幅に分布することになる。この色ランクＡ〜Ｈが予め決められた規格色度範囲である。面光源装置を作成する場合、この規格色度範囲Ａ〜Ｈに属するＬＥＤから適宜選択して、面光源装置に組み込むことになる。

本発明では、８つのランクＡ〜Ｈに区分けされた白色ＬＥＤの中から、互いに異なる色度を有する一対の白色ＬＥＤ１，２を選択して組み合わせる。図示の例では、ランクＡに属する白色ＬＥＤ１とランクＨに属する白色ＬＥＤ２を組み合わせている。規格色度範囲内で色度が離れた一対のＬＥＤ１，２を、図１（Ａ）で示した様に導光板の角に近接配置して光を混合する。この結果得られる面光源装置（バックライト）中央の色度は、図２に示すように規格色度範囲のほぼ中央に入る。換言すると、面光源装置の色度が規格色度範囲の真中に入るように、予め中央から色度が反対方向に離れた一対のＬＥＤ１，２を選択して組み合わせている。

図３は、面光源装置の駆動方法を表した模式図である。図２で示した一対のＬＥＤ１，２を、それぞれ１５ｍＡの駆動電流で均等に点灯すると、丁度ＬＥＤ１の色度ＡとＬＥＤ２の色度Ｈを混色した面光源が得られる。このとき一対のＬＥＤ１，ＬＥＤ２に供給する駆動電流は合計で３０ｍＡとなる。面光源の色度座標は、ＬＥＤ１，２をそれぞれ片側点灯したときの座標を直線で結んだほぼ中央の値になる。図３は、一対のＬＥＤ１，２を混色して得られた面光源の実測色度座標を表している。

図４は、混色前の白色ＬＥＤの色度ばらつき範囲と、混色後の面光源装置の色度ばらつき範囲を比較して表したグラフである。前述したように、ＸＹ色度座標上で、白色ＬＥＤの規格色度範囲はＡ〜Ｈの８ランクに区分けされた領域である。これに対し、面光源の目標色度範囲はＣ〜Ｆの４ランクに収まっている。このように本発明は、予め決められた規格色度範囲Ａ〜Ｈで互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、導光板は互いに異なる色度を有する点光源からの光を混合することで、照明光の色度を規格色度範囲Ａ〜Ｈよりも狭い目標色度範囲Ｃ〜Ｆに入れることができる。換言すると、市場に供給される白色ＬＥＤはＡ〜Ｈの８ランクに区分けした状態で色度が分布している。このように規格色度範囲で分布している白色ＬＥＤから互いに色度が離れた一対の白色ＬＥＤを組み合わせて面光源に組み込むことにより、面光源の色度範囲をＣ〜Ｆの４区画まで狭量化することができる。このように白色ＬＥＤ（点光源）の色度ばらつきが大きいままでも、色度ばらつきを狭量化した面光源を実現することができる。なお図示の例では、Ａ〜Ｈまで８ランクに分けられた個々の区画は、その大きさがおよそΔＸ＝０．０１でΔＹ＝０．０１程度である。本発明は、異なる区画から選択されたＬＥＤを組み合わせて面光源に用いている。よって規格色度範囲から選択される複数の点光源から、互いの色度差がΔＸ＞０．０１、ΔＹ＞０．０１である点光源を組み合わせたものとなっている。

図５は、白色ＬＥＤの組み合わせの例を示す模式図である。（Ａ）の例では、ランクＣに属する白色ＬＥＤ１とランクＨに属する白色ＬＥＤ２を組み合わせることで、ランクＦに属する面光源装置を得ることができる。また（Ｂ）に示した例では、ランクＢに属するＬＥＤ１とランクＥに属するＬＥＤ２を組み合わせることで、ランクＣまたはＤに入る面光源が得られる。このようにして本実施形態によれば、Ａ〜Ｈの色度範囲に属するＬＥＤを組み合わせることで、面光源装置の色度範囲をＣ〜Ｆに狭量化することが可能となる。

図６は、電流制御による色度調節の例を示す模式図である。白色ＬＥＤ１と白色ＬＥＤ２に供給する合計電流３０ｍＡはそのままにして、電流比率を変化させれば、面光源の色度をＬＥＤ１とＬＥＤ２の色度の間で自由に調節することができる。例えば図示するようにＬＥＤ１を電流２０ｍＡで駆動し、ＬＥＤ２を電流１０ｍＡで駆動すれば、面光源の色度座標はＬＥＤ１側にａ対ｂ＝１対２の割合で引き寄せられ、より一層目標色度範囲を狭量化することができる。

図示の例では、ランクＣに属するＬＥＤ１とランクＨに属するＬＥＤ２を組み合わせて、白色面光源を得ている。ＬＥＤ１とＬＥＤ２に均等に駆動電流１５ｍＡを供給すると、混色後の面光源の色度は図示するようにランクＦに入る。この場合ＬＥＤ１とＬＥＤ２が共にランクＣ及びランクＨの中央ではなく右側にずれた領域にあると、混色後の色度もランクＦで右側にずれた部分となる。

これに対し電流制御混色を採用してＬＥＤ１側に２０ｍＡ供給しＬＥＤ２側に１０ｍＡ供給すると、混色後の面光源の色度はランクＦの中央よりに引き寄せられる。このように電流均等混色ではなく電流制御混色を行うことで、目標色度範囲をさらに狭めることが可能である。図５に示した電流均等混色による目標色度範囲と、図６に示した電流制御混色による目標色度範囲を比較すると、前者に比べて後者の目標色度範囲が約半分に狭量化されていることが分かる。

図７は、図６に示した電流制御混色を実現するための回路構成を示したブロック図である。図示するように、一対の点光源である白色ＬＥＤ‐Ａ，ＬＥＤ‐Ｂは、予め決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤを組み合わせたものである。各白色ＬＥＤのアノード（ａｎｏｄｅ）側には電流源が接続されている。またカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）側には定電流制御回路３が接続している。各電流源は、各ＬＥＤ‐Ａ，ＬＥＤ‐Ｂに供給する電流量ＩＡ，ＩＢを調整して一対の白色ＬＥＤから放射した光の混合比率を変え、以って面光源から放射される照明光の色度が規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしている。その際定電流制御回路３は一対の白色ＬＥＤに供給する電流量ＩＡ，ＩＢの合計を一定に保ちつつ、各白色ＬＥＤに供給する電流量を相対的に増減調整している。このようにすることで、面光源装置の消費電力を一定に保ちつつ、その色度を自在に調整することができる。

図８は、白色ＬＥＤ‐Ａの電流ＩＡ、電圧ＶＡ、白色ＬＥＤ‐Ｂの電流ＩＢ、電圧ＶＢ、トータル電力及び電力比をまとめた表図であり、図７に示した定電流制御回路３の制御内容を表している。例えば白色ＬＥＤ‐Ａに１０ｍＡの電流を供給し、白色ＬＥＤ‐Ｂに２０ｍＡの電流を供給した場合、トータル電力は９３．５ｍＷである。一方白色ＬＥＤ‐Ａ及び白色ＬＥＤ‐Ｂにそれぞれ１５ｍＡの電流を供給した場合、トータル電力は９２．４ｍＷとなっている。これを基準とした場合の電力比は、白色ＬＥＤ‐Ａに１０ｍＡを供給し白色ＬＥＤ‐Ｂに２０ｍＡを供給した場合で１．０１２となっている。逆に白色ＬＥＤ‐Ａに２０ｍＡ供給し白色ＬＥＤ‐Ｂに１０ｍＡを供給した場合の電力比は、１．０１２である。このように図７の定電流制御回路３は一対の白色ＬＥＤに供給する電流を相対的に増減調整しつつ、トータルの電力を実質的に一定に保つことができる。

図９は、本発明にかかる液晶表示装置の構成例を示す模式的な分解斜視図である。（Ａ）に示すように、本発明にかかる液晶表示装置は、背面からの照明光を受けて画像を表示する透過型の液晶（ＬＣＤ）パネル４と、液晶パネル４の背面に配され照明光を供給する面光源とを備えている。この面光源は、平面部及び端面部を有する導光板２と、導光板２の端面部に対向配置された複数の点光源とを備えている。本例の場合、この複数の点光源は一対の白色ＬＥＤからなる。この白色ＬＥＤはフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）に搭載された状態で、矩形の導光板２の角部に互いに近接配置されている。導光板２は、その端面部から入射した一対の白色ＬＥＤからの光を混合して、平面部から照明光として出射し、ＬＣＤパネル４を背後から照明する。なお図示しないが白色ＬＥＤはＦＰＣを介して電源に接続されている。前述したように、一対の白色ＬＥＤは、予め決められた規格色度範囲内で互いに離れた色度を有する白色ＬＥＤを組み合わせたものである。導光板２は、互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤからの光を混合することで、照明光の色度が規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしている。

なお、ＬＣＤパネル４と導光板２との間には拡散シート５及びレンズシート６が介在している。拡散シート５は導光板２から出射した照明光を拡散して、照明光の均一性をより高めるものである。レンズシート６にはマイクロレンズが無数に形成されており、拡散光をＬＣＤパネル側に集光し光利用効率を上げる機能をもっている。

導光板２は樹脂フレーム７に組み込まれている。樹脂フレーム７の底には反射シート８が配されている。反射シート８は導光板２からもれた光をＬＣＤパネル４側に反射して、光源光の有効活用を図るものである。

（Ｂ）は、本発明にかかる液晶表示装置の他の例を示す模式的な分解斜視図である。基本的には（Ａ）に示した液晶表示装置と同様であり、理解を容易にするため対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、複数の点光源として３個の白色ＬＥＤを用いていることである。この３個の白色ＬＥＤはＦＰＣに搭載されて、樹脂フレーム７に組み込まれる。３個の白色ＬＥＤは導光板２の短辺側の端面に等間隔で対向配置されている。３個の白色ＬＥＤはＦＰＣを介してそれぞれ対応する電源に接続している。３個の白色ＬＥＤは、予め決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する白色ＬＥＤを組み合わせたものである。電流源は、各白色ＬＥＤに供給する電流量を調整して複数の白色ＬＥＤから放射した光の混合比率を変え、以って照明光の色度が規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしている。

本発明にかかる面光源装置を示す模式図である。本発明の原理を示すグラフである。同じく本発明の原理を示すグラフである。規格色度範囲と目標色度範囲の関係を示すグラフである。本発明にかかる面光源装置の実施例を示す模式図である。本発明にかかる面光源装置の電流制御混色方式を示す模式図である。本発明にかかる面光源装置の電流制御方式を示すブロック図である。図７に示した定電流制御回路の動作説明に供する表図である。本発明にかかる液晶表示装置の実施形態を示す分解斜視図である。

符号の説明

１・・・面光源装置、２・・・導光板、３・・・定電流制御回路、４・・・液晶パネル、ＬＥＤ１・・・点光源、ＬＥＤ２・・・点光源

Claims

平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源とを備え、
前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射する面光源装置であって、
前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、
前記導光板は、互いに異なる色度を有する点光源からの光を混合することで、該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入ることを特徴とする面光源装置。
前記複数の点光源は、該規格色度範囲を表すＸＹ色度座標上で、互いの色度差が△ｘ＞０．０１、△ｙ＞０．０１である点光源を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
各点光源に電流を供給して光を放射するための電流源を備えており、
前記電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って照明光の色度を調整可能にしたことを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
前記点光源は、該電流源から供給される電流量に応じて発光量が変化する白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項３記載の面光源装置。
平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源と、各点光源に電流を供給して光を放射するための電流源とを備え、
前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射する面光源装置であって、
前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、
前記電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしたことを特徴とする面光源装置。
前記電流源は、複数の点光源に供給する電流量の合計を一定に保ちつつ、各点光源に供給する電流量を相対的に増減調整することを特徴とする請求項５記載の面光源装置。
前記点光源は、該電流源から供給される電流量に応じて発光量が変化する白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項５記載の面光源装置。
背面からの照明光を受けて画像を表示する透過型の液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配され照明光を供給する面光源とを備えた液晶表示装置であって、
前記面光源は、平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源とを備え、前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射し、
前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、
前記導光板は、互いに異なる色度を有する点光源からの光を混合することで、該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入ることを特徴とする液晶表示装置。
背面からの照明光を受けて画像を表示する透過型の液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配され照明光を供給する面光源とを備えた液晶表示装置であって、
前記面光源は、平面部及び端面部を有する導光板と、該導光板の端面部に対向配置された複数の点光源と、各点光源に電流を供給して光を放射するための電流源とを備え、
前記導光板は、その端面部から入射した該複数の点光源からの光を混合して、平面部から照明光として出射し、
前記複数の点光源は、あらかじめ決められた規格色度範囲内で互いに異なる色度を有する点光源を組み合わせたものであり、
前記電流源は、各点光源に供給する電流量を調整して複数の点光源から放射した光の混合比率を変え、以って該照明光の色度が該規格色度範囲よりも狭い目標色度範囲に入るようにしたことを特徴とする液晶表示装置。