JP4845178B2 - 表示装置用バックライト - Google Patents
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Description
一般の液晶表示装置は、電界生成電極が備えられた二つの表示板と、その間に入っている誘電率異方性を有する液晶層を備える。電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、電圧を変化させてこの電場の強度を調節し、そうすることによって液晶層を通過する光の透過率を調節することで所望の画像を得る。
液晶表示装置用人工光源、つまりバックライト装置は、光源としてCCFL(cold cathode fluorescent lamp)やEEFL(external electrode fluorescent)のように、複数個の蛍光ランプ(fluorescent lamp)を使用したり、複数個の発光ダイオードを使用する。
ここで、発光ダイオードは、水銀等を使用しないので環境に優しく、かつ装置的にも安定しており、寿命が長いといったメリットがあるので、次世代バックライト装置の光源として注目されている。
前記導光板上に配置される複数の光学シートを更に備えることを特徴とする。
前記複数の発光ダイオードは、白色光を発することを特徴とする。
前記複数の発光ダイオードは、白色光を発する白色発光ダイオードと赤色光を発する赤色発光ダイオードとを備えることを特徴とする。
前記複数の発光ダイオードは、赤色光を発する赤色発光ダイオードと、緑色光を発する緑色発光ダイオードと、青色光を発する青色発光ダイオードとをいずれも備えることを特徴とする。
前記光分散レンズは、半球状又は半楕円球状を有し、レンズの底面から掘られた円錐溝を有する第1部分と、頂点が切り取られた形の逆円錐状の形状を有し上面から掘られた逆円錐溝を有する第2部分とを備え、前記第1部分と第2部分は中心軸が一致していることを特徴とする。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
図1に示すように、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、液晶表示板組立体300及びこれに接続されたゲート駆動部400とデータ駆動部500、データ駆動部500に接続された階調電圧生成部800、液晶表示板組立体300に光を照射する光源部910、光源部910を制御する光源駆動部920、及びこれらを制御する信号制御部600を備える。
表示部330は、液晶表示板組立体300と、これに付着されたゲートテープキャリアパッケージ(Tape Carrier Package:以下、TCPと記す)410及びデータTCP510、並びに当該TCP410、510に付着されているゲート印刷回路基板(Printed−Circuit Board:以下、PCBと記す)450及びデータPCB550を備える。
表示信号線G1−Gn、D1−Dmは、下部表示板100に備えられ、ゲート信号(走査信号とも言う)を伝達する複数のゲート線G1−Gnと、データ信号を伝達するデータ線D1−Dmを備える。ゲート線G1−Gnは、ほぼ行方向に延びて互いにほぼ平行であり、データ線D1−Dmは、ほぼ列方向に延びて互いにほぼ平行である。
薄膜トランジスタ等よりなるスイッチング素子Qは、下部表示板100に備えられており、三端子素子としてその制御端子及び入力端子は、各々ゲート線G1−Gn及びデータ線D1−Dmに接続され、出力端子は、液晶キャパシタCLC及びストレージキャパシタCSTに接続されている。
光源として用いられる発光ダイオード(LED)344は、白色光を発する白色発光ダイオードであるか、赤色、緑色及び青色発光ダイオードを混合配置して用いることができる。又は、白色発光ダイオードに赤色発光ダイオード等を補助的に使用することもできる。これら発光ダイオードが所定の形態にPCB基板345上に配列されて光源体349を形成する。
図2に示した光源体349の個数は3つであるが、その数は変更可能である。
液晶表示板組立体300の二つの表示板100、200の外面には、光源体349から出た光を偏光させる偏光子(図示せず)が付着されている。
ゲート駆動部400は、集積回路(IC)チップ形態で各ゲートTCP410上に装着されており、液晶表示板組立体300のゲート線G1−Gnに接続され、外部からのゲートオン電圧(Von)とゲートオフ電圧(Voff)の組み合わせからなるゲート信号をゲート線G1−Gnに印加する。
本発明の他の実施形態によれば、ゲート駆動部400又はデータ駆動部500は、ICチップの形態で下部表示板100上に取り付けられており、また、他の実施形態によれば、下部表示板100に他の素子等と共に集積される。この二つの場合、ゲートPCB450又はゲートTCP410は省略できる。
ゲート駆動部400及びデータ駆動部500等の動作を制御する信号制御部600は、データPCB550又はゲートPCB450に備えられている。
信号制御部600は、外部のグラフィック制御部(図示せず)から入力画像信号R、G、B及びその表示を制御する入力制御信号、例えば垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、メインクロックMCLK、データイネーブル信号DE等の提供を受ける。
信号制御部600は、入力画像信号R、G、Bと入力制御信号に基づいて画像信号R、G、Bを液晶表示板組立体300の動作条件に合わせて適切に処理し、ゲート制御信号CONT1及びデータ制御信号CONT2等を生成した後、ゲート制御信号CONT1をゲート駆動部400に送出し、データ制御信号CONT2及び処理した画像信号DATは、データ駆動部500に送出する。
データ制御信号CONT2は、画像データDATの転送開始を知らせる水平同期開始信号STHと、データ線D1−Dmにデータ電圧の印加を指示するロード信号LOAD、共通電圧(Vcom)に対するデータ電圧の極性(以下、共通電圧に対するデータ電圧の極性を略してデータ電圧の極性と称する)を反転する反転信号RVS及びデータクロック信号HCLK等を含む。
ゲート駆動部400は、信号制御部600からのゲート制御信号CONT1によってゲートオン電圧(Von)をゲート線G1−Gnに印加して、このゲート線G1−Gnに接続されたスイッチング素子Qを導通させ、これによってデータ線D1−Dmに印加されたデータ電圧が導通したスイッチング素子Qを通じて該当する画素に印加される。
光源駆動部920は、光源部910に印加される電流を制御して、光源部910を構成する発光ダイオード344を点滅し、その明るさを制御する。
このような光源駆動部920の動作により、発光ダイオード344から発する光は、液晶層3を通過しながら液晶分子の配列に応じてその偏光が変化する。このような偏光の変化は、偏光子によって光透過率の変化として現れる。
図4は、本発明の一実施形態による液晶表示装置用バックライト装置における発光ダイオード(LED)344と導光板342の配置図であり、図5は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置用バックライト装置における発光ダイオード344と導光板342の断面図である。
光源体349上に配置される導光板342の上面には、円錐状の光反射溝Gが形成されている。光反射溝Gは、各発光ダイオード344のすぐ上に位置するように配置されている。
発光ダイオードの光が直上方向に集中することを防ぐために、発光ダイオードに特殊なレンズが用いられる。
本発明の実施形態によるバックライト装置で用いられる発光ダイオードは、発光ダイオード本体13と光分散レンズ10を備える。
光分散レンズ10は、第1部分11と第2部分12を有する。第1部分11は、半球状又は半楕円球状を有し、この半球又は半楕円球と同一な中心軸を有する円錐溝16が半球体又は半楕円球体の底面から掘られた形に形成され、第2部分12は、頂点が切り取られた逆円錐の形態(以下、逆円錐と言う)を有し、逆円錐状の溝15が角部が切り取られた逆円錐と同一な中心軸を有し、その上部面から掘られた形に形成されている。第2部分12は、第1部分11の上に中心軸が一致するように配置され、これら二つの部分は、一体に形成されている。
このようなレンズを適用した発光ダイオードにおいて、レンズの作用によって発光ダイオードが発する光のほとんどがレンズの側面方向に射出され、発光ダイオードの直上方向に向かう光は著しく減少する。
図7に示すように、発光ダイオードが発する光は、直上方向を0度とし、0度から120度に亘って分散され、このうち80%程度の光が60度乃至100度の間に集中し、残りの20%がその他の角度に分布している。残りの20%のうち0度から20度の間に分布する光は、発光ダイオードの直上方向に射出する光であって、これがそのまま使用される場合、バックライトの光分布を不均一にする原因になる。このような0度から20度の間の光が直接射出するのを防ぐために、本発明では、光反射溝を有する導光板を用いる。
図8に示すように、発光ダイオード344の側面光の一部は、フレネル(Fresnel)反射によって導光板で反射されて反射板に進み、一部は屈折によって導光板に進んだ後、外部に射出する一連の過程を経て均一度に寄与する。また、発光ダイオード344の直上0度から20度の間に進む光は、導光板342の光反射溝Gで全反射Rされて導光板342内部に戻され、導光板342内部を進む途中再び導光板342の底面で全反射されたり、若しくは反射板341まで戻ってから反射されて導光板342の上面に向けて進む。
このように、全反射によって発光ダイオード344の直上に放出される光がリサイクルされており、全反射の反射効率は極めて高く、光損失がほとんど無い。また、光反射溝Gを有する導光板342は、枠組を利用した射出成形法で製造することもでき、製造工程も簡単である。
図9及び図10は、本発明の一実施形態によるバックライト装置における導光板の最小厚さを計算するための導光板の断面図である。
導光板の底面に対し垂直に入射する光(発光ダイオードの直上方向に進む光)が全反射を起こすためには、光反射溝Gの側面が垂直線に対しなす角度(以下、深さ角と言う)(θT)が次の数式5を満たす必要がある。
図9で、発光ダイオードチップから導光板の底面までの距離を“l”とする時、チップからθ度で発散する光が導光板の底面に到達した時の光反射溝Gの中心軸から離れた距離xは、“ltanθ”である。
導光板の厚さをdとする時、導光板の上部表面からd/6になる地点でθ度で発散する光が光反射溝Gの反射面と出会うための条件を誘導する。ここで、d/6になる地点でθ度で発散する光が光反射溝Gの反射面と出会うようにするわけは、導光板作製及び発光ダイオードに対する導光板の光反射溝Gの位置整列誤差を考慮して若干の余裕をもって反射面を形成するためである。
図11によれば、光反射溝Gの断面線が曲線をなす。これが光反射溝Gの断面線が直線をなしている上述した実施形態と異なる点である。
図11のように、光反射溝Gを形成することによって光反射溝Gの深さを浅くすることができるので、導光板の厚さも減少することができる。
10 光分散レンズ
11 第1部分
12 第2部分
13 発光ダイオード本体
15 逆円錐状の溝
16 円錐溝
17、18 リード線
100、200 表示板
190 画素電極
230 カラーフィルタ
270 共通電極
300 液晶表示板組立体
340 バックライト部
341 反射板
342 導光板
343 光学シート
344 発光ダイオード
345 PCB基板
349 光源体
350 液晶モジュール
361 前面シャーシ
362 背面シャーシ
363 モールドフレーム
400 ゲート駆動部
410 ゲートテープキャリアパッケージ(ゲートTCP)
450 ゲート印刷回路基板(ゲートPCB)
500 データ駆動部
510 データテープキャリアパッケージ(データTCP)
550 データ印刷回路基板(データPCB)
600 信号制御部
800 階調電圧生成部
910 光源部
920 光源駆動部
G 光反射溝
Claims (15)
- 前記発光ダイオードの発光部を露出させる複数の孔を有し、発光ダイオードが発する光を前記導光板側に反射する反射板を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記導光板上に配置される複数の光学シートを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、白色光を発することを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、白色光を発する白色発光ダイオードと赤色光を発する赤色発光ダイオードとを備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、赤色光を発する赤色発光ダイオードと、緑色光を発する緑色発光ダイオードと、青色光を発する青色発光ダイオードとをいずれも備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記発光ダイオードは、発光ダイオード本体と光分散レンズとを備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用バックライト。
- 前記光分散レンズは、半球状又は半楕円球状を有し、レンズの底面から掘られた円錐溝を有する第1部分と、頂点が切り取られた形の逆円錐状の形状を有し上面から掘られた逆円錐溝を有する第2部分とを備え、前記第1部分と第2部分は中心軸が一致していることを特徴とする請求項8に記載の表示装置用バックライト。
- 基板と、
前記基板上に実装されている複数の発光ダイオードと、
前記発光ダイオード上に配置され、発光ダイオードのすぐ上に位置するように形成された光反射溝を有する導光板とを備え、
前記光反射溝は、前記導光板の上面に逆円錐状に形成され、光反射溝の断面線の接線が光反射溝の中心軸となす角度が光反射溝の中心軸から遠くなるほど大きくなり、
前記発光ダイオードは、発光ダイオード本体と光分散レンズとを備え、
前記光分散レンズは、半球状又は半楕円球状を有し、レンズの底面から掘られた円錐溝を有する第1部分と、頂点が切り取られた形の逆円錐状を有し上面から掘られた逆円錐溝を有する第2部分とを備え、前記第1部分と第2部分は中心軸が一致していることを特徴とする表示装置用バックライト。 - 前記発光ダイオードの発光部を露出させる複数の孔を有し、発光ダイオードが発する光を前記導光板側に反射する反射板を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の表示装置用バックライト。
- 前記導光板上に配置される複数の光学シートを更に備えることを特徴とする請求項10に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、白色光を発することを特徴とする請求項10に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、白色光を発する白色発光ダイオードと、赤色光を発する赤色発光ダイオードとを備えることを特徴とする請求項10に記載の表示装置用バックライト。
- 前記複数の発光ダイオードは、赤色光を発する赤色発光ダイオードと、緑色光を発する緑色発光ダイオードと、青色光を発する青色発光ダイオードとをいずれも備えることを特徴とする請求項10に記載の表示装置用バックライト。
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