(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装された波長の異なる複数の発光素子と、前記発光素子からの発光を反射、集光させる長辺側の壁と短辺側の壁とを有する略矩形形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、該バックライトユニットの前面に配設された光シャッター手段を有し、前記波長の異なる複数の発光素子をタイミングをずらせてスキャン発光させ、その前面に設けた光シャッター手段を用いて経時加法混色の現象によりカラー表示を行なうカラー表示装置において、前記基板上にはＲ―ＬＥＤ、Ｇ―ＬＥＤ、Ｂ―ＬＥＤを１組とした発光素子で光源ブロックを構成し、前記１組の光源ブロック内でＲ―ＬＥＤ、Ｇ―ＬＥＤ、Ｂ―ＬＥＤの個数を１：２：１にするとともに、前記Ｒ―ＬＥＤとＢ―ＬＥＤの間に２個のＧ―ＬＥＤを挟んで直線的に配設し、かつ前記光源ブロックを前記反射枠の長辺側の壁に対して直角方向に複数並列配置したことを特徴とするカラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長の異なる複数の発光素子をタイミングをずらしてスキャン発光させ、その前面に液晶セルを光シャッターとして用いた継時加法混色の現象によりカラー表示を実現するカラー表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーラジオ、カーステレオの選局表示、カメラのファインダ内表示、ＶＴＲの表示部、その他主に蛍光表示管の代替用途として、小型で消費電力或いは駆動電圧が低く、信頼性の優れた表示装置のカラー表示化が要望されている。
【０００３】
従来、カラー表示化として一般的には、カラーブラウン管を用いる方法があるが、高電圧、大消費電力、装置大型化、低コントラスト等の欠点がある。これを解消するために発光ダイオード（ＬＥＤ）、電場発光（ＥＬ）、プラズマ、エレクトロクロミー（ＥＣ）或いは液晶（ＬＣ）デイスプレイ等各種の薄型表示装置が開発されている。
【０００４】
そこで、前記ＬＥＤ、ＥＬ、プラズマ、ＥＣデイスプレイ等は発光色が限られ、消費電力及び駆動電圧が高い等の欠点が有る。更に、発光色を変えるために発光色の異なるセルを並べるために解像力の低下を招く。この欠点を補うＬＣデイスプレイは、高密度で形成されている各表示セグメントにカラーフイルターを設ける必要がある。しかし、カラーフイルターの使用は表示装置の表面に出る光の通過を阻害し、バックライト効果を低下させる欠点がある。
【０００５】
しかしながら、各表示セグメントにカラーフイルターを形成しないで、カラー表示を行うカラー表示装置の技術が特公昭６３−４１０７８号公報に開示されている。その概要は、複数のセグメントを有するカラー表示装置で、複数色の光源を切り換え順序を固定して照射する手段と、複数色の照明に対応した色信号を一定時間間隔で前記照明時に同期して該カラー表示装置に印加をすることにより、各色信号に対応した複数のセグメントを選択的に駆動する手段とを有するものである。即ち、３原色の発光素子（赤色、緑色、青色）をタイミングをずらしてスキャン発光させ、それにモノクロ表示のＬＣデイスプレイを同期させて所望の発光素子が発光したときにＬＣデイスプレイを透明にして光を通過させる。発色させたくないときはＬＣデイスプレイを遮光するものである。
【０００６】
また、ＬＣデイスプレイの基板の背面に、バックライトとして光拡散板或いは光フアイバー等の光拡散性部材を積層し、該部材にランプ、ＬＥＤ等の光源赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を設け、モノクロ表示用のセルを用いたカラー表示装置の技術が記載されているが、効果的なバックライトユニットとしてのＬＥＤ等の光源の具体的な配置、構造についてなんら開示されていない。
【０００７】
また、複数の表示領域を有するネガタイプの液晶表示部全面に光を照射するバックライト構造の技術が特開平３−１１１８８６号公報に開示されている。その概要は、各表示領域に対応するバックライトの各出射領域にそれぞれ、ＬＥＤチップを配設すると共に、各表示領域毎のＬＥＤチップを独立して点灯できるように電極端子を独立して設け、かつ、各ＬＥＤチップ間には、光出射方向にいくに伴って出射面積が拡がるように断面Ｖ字状の仕切り壁が配設されている。前記仕切り壁で区分された複数のＬＥＤチップのうち所要のものだけ点灯させることにより、バックライト全体としての発熱量を低減させるものである。また、表示領域により個々のカラーフィルタを配設して表示色を確保する等の記載はあるが、効果的なバックライトユニットとしてのＬＥＤ等の光源の具体的な配置、組み合わせ等についてなんら開示されていない。
【０００８】
図８は従来の一般的なバックライトユニットの構造である。図８において、バックライトユニット１は基板２上に波長の異なる３色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）よりなる１組のＬＥＤブロック３を、反射枠４の矩形形状の長辺方向と直角に略直線状に複数個並列配置し、該ＬＥＤブロック３からの発光を反射、集光させる略矩形形状の反射枠４と、該反射枠４より集光された光を面状に拡散発光させるための拡散シート５とより構成されている。また、反射枠４はＬＥＤブロック３の直線に平行な長辺側の壁４ａと、前記直線に直行する短辺側の壁４ｂとで構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したバックライトユニットの構造には次のような問題点がある。即ち、前記２つの壁４ａ及び４ｂでＲ、Ｇ、Ｂの発光色のＬＥＤの光を反射、集光させたとき、ＬＥＤブロック３が略直線状に、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１になるような比率で配置されている。一般にＧ色の輝度が低いため拡散シート５上での輝度バランスがくずれ、所望の色調、例えば、白色表示ができない。
【００１０】
そのため、上記の各色の輝度バランスを調整する手段として、一般にはＬＥＤの駆動電流値によって調整している。例えば、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：５：１になるようにするために、最も輝度の低い発光色、例えば、Ｇ色に合わせなければならず、各色の発光色の利用効率に差を生じることになる。また、各色の駆動電流値に差があるため、各色の輝度劣化に差が生じ易く、各色の輝度バランスの経時変化による表示品位の低下を招くと言う致命的な問題があった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、発光素子としてのＬＥＤの各色の輝度バランスの調整に、ＬＥＤの個数をアンバランスにしたものであり、簡単な構造で多色のカラー表示を可能な、輝度バランスが優れ、且つ安価なカラー表示装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明におけるカラー表示装置の構造は、基板上に実装された波長の異なる複数の発光素子と、前記発光素子からの発光を反射、集光させる長辺側の壁と短辺側の壁とを有する略矩形形状の反射枠とを有するバックライトユニットと、該バックライトユニットの前面に配設された光シャッター手段を有し、前記波長の異なる複数の発光素子をタイミングをずらせてスキャン発光させ、その前面に設けた光シャッター手段を用いて経時加法混色の現象によりカラー表示を行なうカラー表示装置において、前記基板上にはＲ―ＬＥＤ、Ｇ―ＬＥＤ、Ｂ―ＬＥＤを１組とした発光素子で光源ブロックを構成し、前記１組の光源ブロック内でＲ―ＬＥＤ、Ｇ―ＬＥＤ、Ｂ―ＬＥＤの個数を１：２：１にするとともに、前記Ｒ―ＬＥＤとＢ―ＬＥＤの間に２個のＧ―ＬＥＤを挟んで直線的に配設し、かつ前記光源ブロックを前記反射枠の長辺側の壁に対して直角方向に複数並列配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
【請求項４】
また、前記液晶シャッターが電圧印加時に光遮断状態となるノーマリー白モードの液晶シャッターであることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明におけるカラー表示装置について説明する。図１、図２は本発明の第１の実施の形態であり、図１はカラー表示装置の構造を示すバックライトユニットの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面での輝度分布図である。図において、従来技術と同一部材は同一符号で示す。
【００１８】
図１において、１はバックライトユニットでその構成は、基板２上に波長の異なる発光素子としてＬＥＤを複数個を略直線状に配置して光源ブロックを構成し、該光源ブロックとしてＬＥＤブロック３を並列配置する。ＬＥＤブロック３からの発光を反射、集光させる略矩形形状の反射枠４と、該反射枠４より反射、集光された光を面状に拡散発光させるための拡散シート５とを有している。また、反射枠４はＬＥＤブロック３の直線に平行な４ａと、前記直線に直交する壁４ｂとよりなる。前記バックライトユニット１は後述するＬＥＤ駆動回路によって駆動される。前記ＬＥＤブロック３は３色のＬＥＤ、即ち、Ｒ（赤）ＬＥＤ、Ｇ（緑）ＬＥＤ、Ｂ（青）ＬＥＤで構成されているが、各色の輝度バランスはＧ−ＬＥＤが最も輝度が低いので、配置するＬＥＤの個数をアンバランスにして、Ｇ−ＬＥＤの個数を多く配置する。例えば、図１のように、Ｒ：Ｂ：Ｇ＝１：１：２のようにＧ−ＬＥＤをサイドにまとめて配置する。ＬＥＤブロック３からの発光は反射枠４より集光された光は拡散シート５上に拡散発光される。
【００１９】
図２は図１のように、発光輝度の低いＧ−ＬＥＤをサイドにまとめて、Ｒ−Ｂ−Ｇ−Ｇのように配置したときの輝度分布は、図２のように、Ｒ輝度分布Ｌｒ及びＢ輝度分布Ｌｂと比較して、Ｇ輝度分布Ｌｇは反射枠の壁４ｂからの反射、集光された光が強調されて高くなる。従来と異なり、各色の輝度バランスはＬＥＤの駆動電流値を均等にしているので、駆動電流値で調整することにより生じる特有の弊害である各色の輝度劣化及び輝度バランスの経時変化等の問題は解消されたが、ＬＥＤの単色発光時の輝度むら、及び多色発光時の色むらが発生し易い等の問題があった。
【００２０】
図３及び図４は、第２の実施の形態である。図３は直列、図４は並列配置したバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。前記ＬＥＤブロック３の３色のＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの配置において、ＬＥＤの個数をアンバランスにして、Ｇ−ＬＥＤの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、図３及び図４のように、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：２：１のようにＧ−ＬＥＤをＲ−ＬＥＤとＢ−ＬＥＤの間にまとめて配置する。即ち、Ｒ−Ｇ−Ｇ−Ｂに配列することにより、拡散シート５上で各色の輝度バランスが安定し、白色表示が可能となる。前述と同様に、各色の輝度劣化に差がなくなり、輝度バランスの経時変化が少ない。
【００２１】
図５及び図６は本発明の好適な第３の実施の形態であり、図５はカラー表示装置の構造で発光素子の配置を示す斜視図である。図６は図１のＢ−Ｂ線断面での輝度分布図である。
【００２２】
図５において、前述のように、ＬＥＤブロック３を構成する３色のＬＥＤの個数をアンバランスにして、Ｇ−ＬＥＤの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、両サイドにＧ−ＬＥＤを分散して、Ｇ−Ｒ−Ｂ−Ｇに配列することにより、拡散シート５上で各発光の光が一様に混色する。図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の輝度分布即ち、Ｒ輝度分布Ｌｒ、Ｇ輝度分布Ｌｇ及びＢ輝度分布Ｌｂは均一になり、輝度バランスがとれ、白色表示が更に改善され、ＬＥＤの単色発光時の輝度むら、及び多色発光時の色むらが生じない。従って、最小限のＬＥＤの個数で効率良く発光させることができ、輝度バランスが安定し、且つ、安価で高品位のカラー表示装置が実現できた。
【００２３】
前記カラー表示装置を構成するバックライトユニット１はＬＥＤ駆動回路６によって駆動される。その前面には、ＬＥＤブロック３より発光する光を制御するシャッター手段としての液晶素子による液晶シャッター部１０を配設する。該液晶シャッター部１０は文字、数字の表示可能な表示セグメント１１を有する。液晶シャッター部１０はセグメントタイプに限らずマトリクスタイプでもよいことは言うまでもない。前記液晶シャッター部１０はシャッター制御回路１２によって制御される。
【００２４】
前記液晶シャッター部１０としてはノーマリー白、即ち、オフ電圧印加で光通過状態、オン電圧印加で光遮断状態のＳＴＮモードを用いた。
【００２５】
前述した如く、ＬＥＤブロック３はＬＥＤ駆動回路６から供給される各光源点灯信号によって点灯される。また、液晶シャッター部１０はシャッター制御回路１２から供給されるデータ信号とコモン信号によって駆動される。
【００２６】
前記３色のＬＥＤをタイミングをずらせてスキャン発光させ、それに液晶シャッター部１０を同期させて所望のＬＥＤが発光したときにＬＣＤを透明にして光を通過させる。発色させたくないときはＬＣＤを遮光しておく。
【００２７】
図７は本発明の第４の実施の形態で、バックライトユニットの一部切り欠き平面図である。前述のようにＬＥＤの個数をアンバランスにして、Ｇ−ＬＥＤの個数を多く配置することは前述と同様であるが、例えば、ＬＥＤの配置は、２個のＧが対角の位置になりＲ、Ｇ、Ｂを四角に配置する。前述の第２及び第３の実施の形態と同様な作用効果を奏するものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カラー表示装置のバックライトユニットの構造において、前述したように、前記基板上に波長の異なる１組の発光素子を複数個配置して光源ブロックを構成し、前記１組の光源ブロック内で波長の異なる発光素子の個数をアンバランスに配設し、更に適正配置に組み合わせた。各色の発光素子を効率良く発光させるために、不必要な発光素子は配置せず、安価で輝度バランスの安定した、高品位なカラー表示装置の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面における輝度分布図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わり、ＬＥＤブロックを直列配置したバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わり、ＬＥＤブロックを並列配置したバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わるカラー表示装置の斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面における輝度分布図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係わるバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【図８】従来技術のバックライトユニットの一部切り欠き平面図である。
【符号の説明】
１  バックライトユニット
２  基板
３  ＬＥＤブロック
４  反射枠
５  拡散シート
１０  液晶シャッター部
Ｌｒ  Ｒ輝度分布
Ｌｇ  Ｇ輝度分布
Ｌｂ  Ｂ輝度分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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