JP4865082B1 - 液晶表示装置およびバックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡易なバックライトモジュールおよびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、表示部と、前記表示部に光を照射するバックライトモジュールとを備える。前記バックライトモジュールは、導光板と、第１の光源と、反射板と、第２の光源とを有する。導光板は、前記表示部上の第１の小領域と対応する位置に光出力面を有する。第１の光源は、前記第１の小領域に光が到達するよう、前記導光板の側方から前記導光板へ光を照射する。反射板は、前記表示部上の、前記第１の小領域とは異なる第２の小領域へ光を反射する反射面を有し、前記導光板と対向して設けられる。第２の光源は、前記第２の小領域に光が到達するよう、前記反射板の側方から前記反射板に光を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置およびバックライトモジュールに関する。

近年、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）が広く用いられるようになってきている。ＬＣＤは、一対のガラス基板の間に液晶材料を配置して構成される液晶パネルと、液晶パネルの背面から液晶パネルに光を照射するバックライトモジュールとを備えている。ＬＣＤの製造コストを抑制するためには、液晶パネルのみならず、バックライトモジュールを低コスト化する必要がある。

特開２００４−２８６８０３号公報

構造が簡易なバックライトモジュールおよびこれを用いた液晶表示装置を提供する。

実施形態によれば、液晶表示装置は、表示部と、前記表示部に光を照射するバックライトモジュールとを備える。前記バックライトモジュールは、導光板と、第１の光源と、反射板と、第２の光源とを有する。導光板は、前記表示部上の第１の小領域と対応する位置に光出力面を有する。第１の光源は、前記第１の小領域に光が到達するよう、前記導光板の側方から前記導光板へ光を照射する。反射板は、前記表示部上の、前記第１の小領域とは異なる第２の小領域へ光を反射する反射面を有し、前記導光板と対向して設けられる。第２の光源は、前記第２の小領域に光が到達するよう、前記反射板の側方から前記反射板に光を照射する。

第１の実施形態に係る液晶表示装置の概略ブロック図。 複数の小領域に分けられた液晶パネル１と、各小領域を照射するバックライトモジュール７内の光源１１の配置の一例を示す図。 液晶パネル１およびバックライトモジュール７の水平方向断面図。 図３のＣ方向から見た平面図。 図３のＤ方向から見た平面図。 液晶パネル１およびバックライトモジュール７の垂直方向断面図。 図６の変形例であるバックライトモジュール７の垂直方向断面図。 複数の小領域に分けられた液晶パネル１と、各小領域を照射するバックライトモジュール７内の光源１１の配置の別の一例を示す図。 液晶パネル１およびバックライトモジュール７の垂直方向断面図。 図９のＦ方向から見た平面図。 図９のＧ方向から見た平面図。 反射面１３ａ上における光源からの距離ｄと、液晶パネル１に到達する光強度および拡散反射率との関係の一例を示す図。 塗装を行った反射面１３ａの平面図。

以下、液晶表示装置およびバックライトモジュールの実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置（以下、ＬＣＤ）の概略ブロック図である。ＬＣＤは、液晶パネル（表示部）１と、画像処理回路２と、タイミングコントローラ３と、ゲートドライバ４と、ソースドライバ５と、バックライトコントローラ６と、バックライトモジュール７とを備えている。

液晶パネル１は、一対のガラス基板を対向配置して、これらガラス基板の間に液晶材料を配置した構造である。液晶パネル１は、複数（例えば１０８０本）の走査線と、複数（例えば１９２０＊３本）の信号線と、走査線および信号線の各交差箇所に形成される液晶画素とを有する。

画像処理回路２は、外部から入力される入力映像信号に対して、復号処理や高画質化処理等の画像処理を行う。タイミングコントローラ３は、画像処理された入力映像信号をソースドライバ５に供給するとともに、ゲートドライバ４、ソースドライバ５およびバックライトコントローラ６の動作タイミングを制御する。

ゲートドライバ４は走査線の１つを順繰りに選択する。ソースドライバ５は入力映像信号を液晶パネル１の信号線に供給する。この入力映像信号はゲートドライバ４に選択された走査線に接続される液晶画素に供給され、入力映像信号の電圧に応じて、液晶画素内の液晶材料の配向が変化する。ゲートドライバ４およびソースドライバ５はパネルコントローラを構成する。

一方、液晶パネル１とほぼ同サイズのバックライトモジュール７が液晶パネル１の背面に設けられ、液晶パネル１に光を照射する。照射された光のうち、液晶材料の配向に応じた強度の光が液晶材料を透過して、液晶パネル１上に表示される。

本実施形態では、液晶パネル１を複数の小領域に分ける。バックライトコントローラ６はインバータ回路を含み、例えば輝度が高い入力映像信号が表示される小領域には強度が高い光が、輝度が低い入力映像信号が表示される小領域には強度が低い光がそれぞれ照射されるよう、バックライトモジュール７を制御する。これにより、表示される映像のコントラスト比を向上できる。

図２は、複数の小領域に分けられた液晶パネル１と、各小領域を照射するバックライトモジュール７内の光源１１の配置の一例を示す図である。同図の液晶パネル１は、水平方向に４列、垂直方向に５行、合計で２０個の小領域を有する。以下では、水平方向の中央２列の小領域（第１の小領域）Ａ０〜Ａ９をまとめて第１の領域、外側の２列の小領域（第２の小領域）Ｂ０〜Ｂ９をまとめて第２の領域と呼ぶ。また、光源１１は液晶パネル１の左側方および右側方に配置される。なお、同図では、全ての光源に共通して符号「１１」を付している。

図３は、液晶パネル１およびバックライトモジュール７の水平方向断面図（すなわち、図２のＡＡ’断面）であり、図４は、図３のＣ方向から見た平面図であり、図５は、図３のＤ方向から見た平面図である。また、図６は、液晶パネル１およびバックライトモジュール７の垂直方向断面図（すなわち、図２のＢＢ’断面図）である。バックライトモジュール７は、複数の光源１１と、導光板１２と、反射板１３と、プリズムシート１４，１５とを有する。図３に示すように、この構造では、バックライトモジュール７が有する導光板１２は１枚のみでよい。

導光板１２は例えばアクリル製であり、第１の領域に対応する中央部分に拡散パターン１２ａが形成されている。また、図６に示すように、導光板１２の背面全面にプリズム加工１２ｂが形成される。

光源１１は、例えば冷陰極蛍光管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。１つの光源１１が、赤、緑および青色にそれぞれ発光する３種類のＬＥＤを含んでいてもよい。導光板１２の左側方に５つの小領域Ａ０〜Ａ４をそれぞれ照射するための５つの光源１１ａ０〜１１ａ４が配置され、右側方に５つの小領域Ａ５〜Ａ９をそれぞれ照射するための５つの光源１１ａ５〜１１ａ９が配置される。これらの光源１１ａ０〜１１ａ９が照射する光は、導光板１２に入射する。光源１１ａ０〜１１ａ９が照射する光の強度や照射タイミングは、バックライトコントローラ６により個別に制御される。

なお、各光源１１ａ０〜１１ａ９の周囲に反射材（不図示）を設け、光源１１ａ０〜１１ａ９から導光板１２とは異なる方向に照射された光が導光板１２内に反射して入射するようにしてもよい。

プリズムシート１４は、導光板１２と液晶パネル１との間の、拡散パターン１２ａ上にのみ配置され、それ以外の部分には配置されないことが好ましい。

光源１１ａ０〜１１ａ９から導光板１２に光が照射されると、導光板１２内では、拡散パターン１２ａが形成されていない部分では光はほぼ全反射し、拡散パターン１２ａが形成された部分から光が取り出される。すなわち、拡散パターン１２ａが形成された部分が光出力面となる。そして、プリズムシート１４により光の進行方向が液晶パネル１と垂直方向に向けられ、液晶パネル１の第１の領域に光が到達する。ここでプリズムシート１４は、光源入射方向に対し稜線が直交するもののみ示しているが、光源入射方向と稜線が平行となるプリズムシートが入ることが一般的であり、それぞれ配置してもよい。

導光板１２背面の全面にプリズム加工１２ｂが形成されているため、プリズム加工１２ｂによる再帰性反射によって光源からの直進性が維持される。バックライトコントローラ６から光源１１ａ０〜１１ａ９を個別に制御することにより、第１の領域内の各小領域Ａ０〜Ａ９に到達する光の強度や照射タイミングを個別に制御できる。

一方、図３に示すように、反射板１３は導光板１２の背面に導光板１２と対向して設けられ、その左側および右側に第２の領域に対応する反射面１３ａと、左右の反射面１３ａの上部から延びて第１の領域に対応する平坦面とを有する。また、図５および図６に示すように、反射板１３は第２領域内の各小領域の境界に対応する位置に仕切り１３ｃを有する。なお、反射面１３ａの垂直方向断面の形状は例えば放物面が考えられる。ただし、必ずしも図６のような曲面形状でなくてもよい。図７は、図６の変形例であるバックライトモジュール７の垂直方向断面図である。同図（ａ）に示すように、反射面１３ａはＶ字状でもよいし、同図（ｂ）に示すように、底面が平面で、その両側が曲面となっていてもよい。いずれにしても、反射板１３は仕切り１３ｃを有していればよい。

図３および図５に示すように、反射面１３ａの左側方かつ光源１１ａ０〜１１ａ４の下方に、５つの小領域Ｂ０〜Ｂ４をそれぞれ照射するための５つの光源１１ｂ０〜１１ｂ４が配置される。そして、反射面１３ａの右側方かつ光源１１ａ５〜１１ａ９の下方に、５つの小領域Ｂ５〜Ｂ９をそれぞれ照射するための５つの光源１１ｂ５〜１１ｂ９が配置される。光源１１ｂ０〜１１ｂ９が照射する光の強度や照射タイミングは、バックライトコントローラ６により個別に制御される。なお、光源１１ｂ０〜１１ｂ９のそれぞれ周囲に反射材（不図示）を設けてもよい。

プリズムシート１５は、導光板１２と反射板１３との間の、反射面１３ａ上にのみ配置され、それ以外の部分には配置されないことが好ましい。

光源１１ｂ０〜１１ｂ９から反射板１３に光が照射されると、光は反射板１３上の空気中を進み、反射面１３ａで光が液晶パネル１側に反射される。そして、プリズムシート１５により光の進行方向が液晶パネル１と垂直方向に向けられ、液晶パネル１の第２の領域に光が到達する。仕切り１３ｃが形成されているため、バックライトコントローラ６から光源１１ｂ０〜１１ｂ９を個別に制御することにより、第２の領域内の各小領域に到達する光強度や照射タイミングを個別に制御できる。

なお、光源１１ｂ０〜１１ｂ９のうちの１つが照射した光の一部が、第２の領域内の対応する１つの小領域のみならず、隣接する少なくとも１つの小領域にも到達するよう、仕切り１３ｃを設けるのが望ましい。例えば、光源１１ｂ２が照射した光の一部が、小領域Ｂ２のみならず、小領域Ｂ１，Ｂ３にも到達するようにする。これにより、隣接する２以上の小領域を同じ光強度で照射したい場合に、小領域同士の境界にムラが生じるのを抑制できる。

また、反射板１３の反射面１３ａは平面でもよいが、光源１１ｂ０〜１１ｂ９のそれぞれから照射されて液晶パネル１の各小領域Ｂ０〜Ｂ９に到達する光の強度が均一となるような曲面であるのが望ましい。

このように、第１の実施形態では、導光板１２を用いて液晶パネル１の第１の領域に光を照射し、導光板１２の背面に設けられる反射板１３を用いて第２の領域に光を照射する。そのため、必要な導光板１２の枚数は１枚でもよい。さらに、プリズムシート１４は導光板１２の拡散パターン１２ａ上のみに、プリズムシート１５は反射面１３ａの反射面１３ａ上のみにそれぞれ設けられることが好ましい。結果として、簡易な構造のバックライトモジュールを実現でき、ＬＣＤの製造コストを抑制できる。

なお、図３に示すように、反射板１３の平坦面１３ｂの下に空間がある場合、その空間に図１の画像処理回路２、タイミングコントローラ３、ゲートドライバ４、ソースドライバ５およびバックライトコントローラ６のうちの少なくとも一部を配置することで、ＬＣＤを小型化および薄型化できる。また、ＬＣＤの筐体の一部を反射板１３として用いることもでき、部品数を減らして、さらに製造コストを抑制できる。

（第２の実施形態）
上述した第1の実施形態は、液晶パネル１の左側方および右側方に光源１１を設けるものであった。これに対し、以下に説明する第２の実施形態は、液晶パネル１の下側方に光源１１を設けるものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図８は、複数の小領域に分けられた液晶パネル１と、各小領域を照射するバックライトモジュール７内の光源１１の配置の別の一例を示す図である。同図の液晶パネル１は、水平方向に６列、垂直方向に２行、合計で１２個の小領域を有する。以下では、上側１行の小領域（第１の小領域）Ｃ０〜Ｃ５をまとめて第１の領域、下側１列の小領域（第２の小領域）Ｄ０〜Ｄ５をまとめて第２の領域と呼ぶ。同図に示すように、光源１１は液晶パネル１の下側方にのみ配置される。

図９は、液晶パネル１およびバックライトモジュール７の垂直方向断面図（すなわち、図８のＥＥ’断面図）であり、図１０は、図９のＦ方向から見た平面図であり、図１１は、図９のＧ方向から見た平面図である。図９および図１０に示すように、導光板１２の下側方に、６つの小領域Ｃ０〜Ｃ５をそれぞれ照射するための６つの光源１１ｃ０〜１１ｃ５が配置される。また、図９および図１１に示すように、反射板１３の下側方に、６つの小領域Ｄ０〜Ｄ５をそれぞれ照射するための６つの光源１１ｄ０〜１１ｄ５が配置される。なお、バックライトモジュール７の水平方向断面図は図６と類似しているため、説明を省略する。

光源１１ｃ０〜１１ｃ５から照射された光は、導光板１２の拡散パターン１２ａから取り出され、プリズムシート１４を介して小領域Ｃ０〜Ｃ５にそれぞれ到達する。一方、光源１１ｄ０〜１１ｄ４から照射された光は、反射板１３の反射面１３ａで液晶パネル１方向に反射し、プリズムシート１５を介して小領域Ｄ０〜Ｄ５にそれぞれ到達する。バックライトコントローラ６から光源１１ｃ０〜１１ｃ５，１１ｄ０〜１１ｄ５を個別に制御することにより、小領域Ｃ０〜Ｃ５，Ｄ０〜Ｄ５に到達する光強度や照射タイミングを個別に制御できる。

このように、第２の実施形態では、液晶パネル１の下側方にのみに光源１１を配置するため、さらに構造が簡易になり、省スペースかつ低コストでＬＣＤを製造できる。

なお、光源１１の配置は図２や図８に限られない。例えば、光源１１を液晶パネルの上側方および下側方に設けてもよいし、右側方のみや上側方のみでもよい。そして、導光板１２や反射板１３を光源１１に合わせて適宜設計すればよい。

また、液晶パネル１は少なくとも１つずつの第１および第２の小領域に分割されていればよい。第１および第２の小領域が複数ある場合、導光板１２は背面の全面にプリズム加工１２ｂされ、光の直進性を増すことにより分割される複数の光出力面を有し、反射板１３は仕切り１３ｃにより分割される複数の反射面１３ｃを有する。これに対し、第１および第２の小領域が１つずつある場合、プリズム加工１２ｂや仕切り１３ｃは不要で、それぞれ１つずつの光出力面と反射面１３ｃが設けられる。

（第３の実施形態）
上述した第１および第２の実施形態は、反射板１３の反射面１３ａの形状により、各小領域に到達する光強度が均一になるようにした。これに対し、以下に説明する第３の実施形態では、反射面１３ａに塗装を施して、光強度を均一にするものである。

ＬＣＤを薄型化すると、反射面１３ａの形状に自由度が小さくなり、必ずしも、各小領域に到達する光強度を均一にできるとは限らない。そこで、反射面１３ａの少なくとも一部を、例えば白く塗装する。塗装された部分に照射された光は拡散されて、液晶パネル１方向に反射される光強度が高くなる。以下では、反射面１３ａのある位置に照射される光強度と、その位置で液晶パネル１方向に反射される光強度との比を拡散反射率と定義する。

図１２（ａ）は、反射面１３ａ上における光源からの距離ｄと、塗装を行わない場合の液晶パネル１に到達する光強度との関係の一例を示す図である。同図に示すように、通常は、光源からの距離ｄが大きくなるほど光強度が小さくなるため、液晶パネル１に到達する光強度も小さくなる。これに何らの対策も行わないと、液晶パネル１にムラが生じてしまう。

そこで、同図（ｂ）に示すように、光源１１からの距離ｄが大きくなるほど拡散反射率が高くなるよう、反射面１３ａに塗装を行う。図１３は、塗装を行った反射面１３ａの平面図である。光源１１からの距離ｄが大きくなるほど塗装の密度を大きくすることで、図１０（ｂ）に示すように拡散反射率が高くなる。また、塗料の種類を変える等により、拡散反射率を調整してもよい。

これにより、光源１１からの距離ｄが大きい位置では、光源１１から照射される光強度は弱いものの、拡散反射率が高くなるため、結果的に液晶パネル１を均一の光強度で照射することができる。この手法は光源１１の配置に関わらず適用することができる。

このように、第３の実施形態では、反射板１３の反射面１３ａの少なくとも一部に塗装をして、拡散反射率を向上させる。そのため、ＬＣＤの薄型化により反射面１３ａの形状に自由度が小さい場合でも、液晶パネル１を均一の光強度で照射することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 液晶パネル
２ 画像処理回路
３ タイミングコントローラ
４ ソースドライバ
５ ゲートドライバ
６ バックライトコントローラ
７ バックライトモジュール
１１ 光源
１２ 導光板
１３ 反射板
１４，１５ プリズムシート

Claims (10)

1. 表示部と、
   前記表示部に光を照射するバックライトモジュールと、を備え、
   前記バックライトモジュールは、
   前記表示部上の第１の小領域と対応する位置に光出力面を有する導光板と、
   前記第１の小領域に光が到達するよう、前記導光板の側方から前記導光板へ光を照射する第１の光源と、
   前記表示部上の、前記第１の小領域とは異なる第２の小領域へ光を反射する反射面を有し、前記導光板と対向して設けられる反射板と、
   前記第２の小領域に光が到達するよう、前記反射板の側方から前記反射板に光を照射する第２の光源と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 表示部と、
   前記表示部に光を照射するバックライトモジュールと、を備え、
   前記バックライトモジュールは、
   前記表示部上の複数の第１の小領域のそれぞれと対応する位置に複数の光出力面を有する導光板と、
   前記複数の第１の小領域のそれぞれに光が到達するよう、前記導光板の側方から前記導光板へ光を照射する、前記複数の第１の小領域のそれぞれと対応する複数の第１の光源と、
   前記表示部上の、前記複数の第１の小領域とは異なる複数の第２の小領域のそれぞれへ光を反射する複数の反射面を有し、前記導光板と対向して設けられる反射板と、
   前記複数の第２の小領域のそれぞれに光が到達するよう、前記反射板の側方から前記反射板に光を照射する、前記複数の第２の小領域のそれぞれと対応する複数の第２の光源と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第２の光源のうちの１つから照射された光の一部は、対応する前記第２の小領域と隣接する少なくとも１つの前記第２の小領域に到達することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記バックライトモジュールは、
   前記導光板と前記表示部との間の、前記光出力面に対応する位置に設けられ、前記導光板の光出力面から取り出された光の進行方向を前記表示部へ向ける第１のプリズムシートと、
   前記導光板と前記反射板との間の、前記反射面に対応する位置に設けられ、前記反射面で反射した光の進行方向を前記表示部へ向ける第２のプリズムシートと、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記表示部に反射される光強度が高くなるよう、前記反射板の反射面は少なくとも一部が塗装されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記反射板の反射面は、前記第２の光源からの距離が大きくなるほど、前記表示部に反射される光強度が高くなるように塗装されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記反射板の反射面の形状は、前記第２の小領域に到達する光強度が均一になるよう定められることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記反射板は、液晶表示装置の筐体の一部であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 入力映像信号に対して画像処理を行う画像処理回路と、
   前記画像処理された入力映像信号を前記表示部に所定のタイミングで供給するパネルコントローラと、
   前記バックライトモジュールの前記第１および第２の光源を制御するバックライトコントローラと、を備え、
   前記反射板は、前記反射面の上面から延びる平坦面を有し、
   前記画像処理回路、パネルコントローラおよびバックライトコントローラのうちの少なくとも一部は前記平坦面の下部に設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 所定位置に光出力面を有する導光板と、
    前記導光板の側方から前記導光板へ光を照射する、前記光出力面と対応する第１の光源と、
    所定方向へ光を反射する反射面を有し、前記導光板と対向して設けられる反射板と、
    前記反射板の側方から前記反射板に光を照射する、前記反射面と対応する第２の光源と、を備えることを特徴とするバックライトモジュール。

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