专利名称：液晶显示装置及其照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用具有光导的发光二极管(LED)背光的液晶显示(IXD)装置以及用 于IXD装置的照明装置。
背景技术：
背光从背面照亮例如LCD面板等光调制器。在背光中，LED背光引起了人们的注 意。LED背光包括发出白光的光源。为了产生白光，光源使用发出白光的白色LED，或使用 红光、绿光和蓝光(这些光被混合以产生白光)的红色、绿色及蓝色LED，或使用联合产生白 光的如蓝色LED等短波长LED和荧光材料。在LED背光中，例如在日本未被审查的专利申请公开No. H10-186311中揭示的下 置型LED背光在IXD面板背后的矩阵中布置多个LED，以二维地发光并均勻地照亮IXD面 板。其它类型的LED背光是使用光导及沿着光导的侧面布置的多个LED的边缘型LED背光， 该光导均勻地扩散来自LED的光并均勻地照亮边缘型IXD面板。
发明内容
与下置型LED背光相比，边缘型LED背光使用较小数量的LED，因此，能够以较低成 本进行制造。然而，边缘型LED背光均勻地照亮LCD面板的整个区域，因此，不会部分地使 IXD面板变暗，而下置型LED背光会如此。本发明提供使用边缘型LED背光的IXD装置以及用于IXD装置的照明装置，每一 个都能减少能量消耗并实现高的对比度。根据本发明的一个方面，IXD装置包括IXD面板，用于显示图像，在第一方向和与 第一方向正交的第二方向上限定LCD面板，并且在第二方向上将LCD面板划分为多个第一 区域，在第一方向上将LCD面板划分为多个第二区域；及LED背光，用于从后面照亮LCD面 板，该LED背光包括边缘型光导和LED光源，该LED光源具有沿着该光导的上侧和下侧中的 至少一侧布置的多个LED。LED中的每一个发出沿着光路行进的光，该光路在第二方向上延 伸到光导中。第二区域中的每一个与至少一个该光路相关联，并使用在该第二区域中显示 的图像的亮度来控制相应LED的光通量。根据本发明的另一个方面，用于从后面照亮LCD装置的LCD面板的照明装置包括 与该LCD面板对应的一个边缘型光导，在第一方向上将LCD面板划分为多个第一区域，在与 第一方向正交的第二方向上将LCD面板划分为多个第二区域；及LED光源，具有沿着该光导 的上侧和下侧中的至少一侧布置的多个LED。LED中的每一个发出沿着光路行进的光，该光 路在第一方向上延伸到光导中。第二区域中的每一个与至少一个该光路相关联，并使用在 该第二区域中显示的图像的亮度来控制相应LED的光通量。LED中的每一个发出放射状扩 散的光，从而来自该LED中的相邻LED的光束的外围在光导的入射位置上互相交叉。根据这些方面的LCD装置和照明装置能够减少能量消耗并实现高的对比度。
图1说明根据本发明实施例1的IXD装置；图2A和2B说明根据实施例1的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作；图3A和3B说明根据实施例2的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作；图4A和4B说明根据实施例2的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作；图5A和5B说明根据实施例2的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作；图6A和6B说明根据实施例3的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作；图7部分地说明根据实施例4的IXD装置；及图8A和8B部分地说明根据实施例5的IXD装置。
具体实施例方式将参考附图具体说明根据本发明实施例的使用具有光导的LED背光的LCD装置、 用于LCD装置的照明装置以及控制LCD装置的方法。在整个附图中，以相同或相似的附图 标记来表示相同或相似的部分。附图仅示意性地说明这些装置及其部件，并且不同于根据 本发明生产的实际产品。在附图中，缩放比例因数并非总是相等。实施例1图1说明根据本发明实施例1使用IXD面板和边缘型LED背光的IXD装置，图2A 和2B说明根据本发明实施例1的LCD装置的LCD面板和LED背光的操作。将参考附图1说明根据本实施例的IXD装置10的配置。IXD装置10具有LED光 源1、光导2、IXD面板3、IXD驱动器4及LED驱动器5。LED光源1、光导2及LED驱动器5 构成本发明的LED背光。在水平方向(第一方向)和与水平方向正交的垂直方向(第二方 向)限定IXD面板3。LED光源1包括多个LED 6，每一个LED 6是定向的并发出白光。沿着光导2的上 侧(顶侧)和下侧(底侧)线性地布置LED 6。沿着光导2的上侧布置的LED的数量等于 沿着光导2的下侧布置的LED的数量。光导2由例如丙烯酸板制成。对一个IXD面板布置 一个光导。来自LED光源1的白光进入光导2的侧表面(光入射面)，沿着在光导2内部直 地延伸的光路前进，并通过光路充分扩散以照亮光导2的一个表面。上述配置的光导2被称为边缘型光导。配置IXD面板以通过响应于控制信号改变 液晶分子的方向来改变液晶的光透射率。在光导2的表面上布置LCD面板3，且在LCD面板 3和光导2之间布置有扩散膜(未示出)和光学膜(未示出)。为了控制IXD面板3，在垂直方向将IXD面板3划分为上部第一区域31、中心第一 区域32及下部第一区域33。这些区域31、32及33在下文中被称为“显示区域”并且对应 于在权利要求中规定的第一区域。还沿水平方向将LCD面板3划分为与权利要求中规定的 第二区域对应的照明区域。控制显示区域31、32和33，通过时间分割以31、32和33的顺序 在其中显示图像。在图1中，在水平方向将IXD面板3划分为多个照明区域，每一个照明区域包括至 少一个LED光路。每一个LED光路被定向在垂直方向。根据本实施例，对15个照明区域中 的每一个照明区域的每一侧提供一个LED 6。可以将LCD面板3划分为任意数量的照明区 域，并且可以对每一个照明区域分派任意数量的LED。
IXD驱动器4被连接到视频处理器(未示出)、IXD面板3及LED驱动器5。LED驱 动器5被连接到视频处理器、IXD驱动器4及LED光源1。参考图2A和2B，将说明根据实施例1的IXD装置10的操作。IXD驱动器4从视频处理器(未示出)接收R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)视 频信号(VIDEO)，并根据例如R、G和B值以及灰值等视频信号强度来控制液晶的方向，从而 在IXD装置10上显示图像。同时，IXD驱动器4对LED驱动器5提供相应于当前所扫描的 显示区域的同步信号(SYN)。根据视频信号(VIDEO)和同步信号(SYN)，LED驱动器5同步 地控制沿着光导2的上侧和下侧布置的LED光源1。在图2A中，IXD驱动器4扫描IXD面板3的上部显示区域31。IXD驱动器4根据 视频信号将控制信号输出到上部显示区域31，并在中心显示区域32及下部显示区域33中 显示黑色。同时，IXD驱动器4将相应于上部显示区域31的同步信号输出到LED驱动器5。 响应于同步信号，LED驱动器5从用于上部显示区域31的视频信号中读取R、G和B值，并 根据从该视频信号计算出的控制量来一个照明区域接一个照明区域地控制LED光源1。可 以根据相应于给定照明区域的R、G和B值的积分或平均数来确定对LED光源1应用的控制 量。当在IXD面板3的上部显示区域31中的照明区域31a、31b和31c中显示明亮图像时， 如图2B所示，将相应于照明区域31a、31b和31c的LED 6控制为较亮，将相应于其它照明 区域的LED 6控制为较暗或不亮。即，将显示明亮图像的照明区域照亮，并且将其它照明区 域照暗。在显示上部显示区域31之后，IXD驱动器4显示中心显示区域32，然后显示下部 显示区域33。这样，IXD驱动器4通过时间分割顺序地扫描显示区域31、32和33。同时， LCD驱动器4对LED驱动器5提供相应于现在正在扫描的显示区域的同步信号。根据用于 照明区域的同步信号和视频信号，LED驱动器5连续控制LED光源1。一个照明区域接一个 照明区域地同步控制沿着光导2的上侧和下侧布置的LED光源1中的LED 6。因此，如图 2B所示，同时开启/关闭给定照明区域中的每一侧上的LED 6。根据实施例1的IXD装置 10中的IXD面板3重复上述操作。如上所述，根据本实施例的IXD装置10将IXD面板3划分为显示区域和照明区 域，并且根据在每一个照明区域中显示的图像的亮度来控制LED光源1。S卩，通过像素的光 透射率，即该像素的液晶方向，和与该像素所存在的照明区域对应的LED 6的亮度，来确定 IXD面板3的给定像素的亮度。这对于减少能量消耗和改善对比度和色泽(color shade) 是有效果的。根据本实施例的IXD装置10在没有被扫描的每一个显示区域中显示黑色。这抑 制了当从一个到另一个地切换图像时出现的模糊(重影)并改善了运动画面的显示质量。根据本实施例的IXD装置10根据与显示区域对应的同步信号和表示在该显示区 域中显示的图像的亮度的视频信号来控制LED光源1。使与显示黑暗图像对应的照明区域 的LED 6变暗或关闭。这减少了 LED光源1的能量消耗。如果IXD装置10相对较小，或如果每一个LED 6对于大电流是电阻性 (resistive)的以发出足够明亮的光，则可以仅沿光导2的上侧或下侧中的一个布置LED光 源1。这减少了 IXD装置10的成本。优选地，通过使用恒定电流开启/关闭LED 6来调整每一个LED 6的光通量。这可以通过使LED驱动器5输出脉冲驱动信号来简单地实现。这减少了每一个LED 6上的静 电应力并且改善了 LED背光的可靠性。实施例2图3A到5B说明根据本发明实施例2的IXD装置的IXD面板和LED背光的操作。 实施例2中的IXD装置的配置与在图1中说明的实施例1中的配置相同。与实施例1相同， 实施例2将将IXD面板3划分为上部显示区域(上部第一区域)31、中心显示区域(中心第 一区域)32及下部显示区域(下部第一区域)33，从而IXD驱动器4以区域31、32和33的 顺序按顺序地扫描区域31、32和33。根据本实施例的LED背光具有LED光源1和在IXD面板3下面布置的边缘型光导 2 。LED光源1包括沿着光导2的上侧布置的LED 6 (在权利要求中规定的第一 LED光源)， 以发出沿着在垂直方向延伸的光路前进并照亮上部显示区域31和中心显示区域32的光。 LED光源1还包括沿着光导2的下侧布置的LED 6 (在权利要求中规定的第二 LED光源)， 以发出沿着在垂直方向延伸的光路前进并照亮下部显示区域33和中心显示区域32的光。 当同时开启在光导2的上侧和下侧上的所有LED时，光导2上的亮度分布变得均勻。当仅开启沿着光导2的上侧布置的LED光源1中的LED 6时，将中心显示区域32 照得比上部显示区域31暗。当仅开启沿着光导2的下侧布置的LED光源1中的LED 6时， 将中心显示区域32照得比下部显示区域33暗。IXD驱动器4基于视频信号来准备控制信 号，以从IXD面板3的顶部到底部逐行地扫描IXD面板3 (水平扫描)。IXD驱动器4对LED 驱动器5提供与当前所扫描的显示区域对应的同步信号。根据该同步信号和视频信号，LED 驱动器5分离地控制LED光源1中的上部和下部LED 6。图3A说明IXD驱动器4扫描上部显示区域31。IXD驱动器4基于用于上部显示区 域31的视频信号来输出控制信号，以在中心显示区域32及下部显示区域33中显示黑色。 同时，LCD驱动器4对LED驱动器5提供与上部显示区域31对应的同步信号。根据该同步 信号，LED驱动器5从用于上部显示区域31的视频信号中获得亮度等级(R、G和B值或灰 值)，并且根据该亮度等级，控制LED光源1来一个照明区域接一个照明区域地开启/关闭 LED 6。与实施例1相同，以31a、31b、31c...来表示照明区域。图3B说明IXD面板3的上部显示区域31中的照明区域31a、31b、31c显示具有较 高R、G和B值的明亮图像。在该情况下，将相应于照明区域31a、31b及31c的LED 6控制 为开启或较亮，并将相应于其它照明区域的LED 6控制为关闭或较暗。当逐行地扫描下部 显示区域33时，仅控制沿着光导2的下侧布置的LED光源1中的LED 6。图4A说明IXD驱动器4逐行地扫描中心显示区域32。IXD驱动器4基于视频信 号来将控制信号输出到中心显示区域32的每一行上，并在上部显示区域31和下部显示区 域33的每一行中显示黑色。同时，IXD驱动器4对LED驱动器5提供表示中心显示区域32 的同步信号。响应于该同步信号，LED驱动器5从用于中心显示区域32的视频信号中获得 亮度等级，并且根据该亮度等级，控制LED光源1来一个照明区域接一个照明区域地开启/ 关闭LED 6。当IXD面板3的中心显示区域32中的照明区域31a和31b显示明亮图像时， 如图4B所示，控制光导2中的每一侧上的LED光源1中相应于照明区域31a和31b的LED 6。图5A说明IXD驱动器4逐行地扫描下部显示区域33。IXD驱动器4基于视频信号来将控制信号输出到下部显示区域33的每一行上，并在上部显示区域31和中心显示区 域32的每一行中显示黑色。同时，IXD驱动器4对LED驱动器5提供表示下部显示区域33 的同步信号。响应于该同步信号，LED驱动器5从用于下部显示区域33的视频信号中获得 亮度等级，并且根据该亮度等级，控制LED光源1来一个照明区域接一个照明区域地开启/ 关闭LED 6。图5B说明IXD面板3的下部显示区域33中的照明区域31a、31b和31c显示 明亮图像，因此，仅将在照明区域31a、31b和31c的下侧上的LED光源1中的LED 6控制为 开启。根据本实施例的LCD装置10提供与实施例1相同的效果。另外，本实施例根据被应用到显示区域和照明区域的视频信号的亮度等级来分离地控制LED光源1中的上部LED 6和下部LED 6。这改善了在IXD装置10上显示的图像的对比度和运动画面的质量。当仅在上部显示区域31和下部显示区域33中的一个中显示图像时，本实施例的 IXD装置10仅控制沿着光导2的相应侧布置的LED光源1中的LED6。这对于进一步减少能量消耗是有效果的。根据实施例2，需要每一个LED 6发出达到光导2的垂直中间部分的光，优选地达 到光导2的垂直三分之二部分的光。因此，实施例2中的LED 6可以使用相对较小的电流 容量的LED芯片。这减小了 LED光源1和IXD装置10的成本。实施例3图6A到6B说明根据本发明实施例3的IXD装置的IXD面板的操作。实施例3的 IXD装置的配置与在图1中说明的实施例1中的配置相同。与实施例1和2不同，实施例3 同时显示上部显示区域31和下部显示区域33。更明确地，如图6A所示，IXD面板3的上部显示区域31和下部显示区域33同时 显示图像。在上部显示区域31中，照明区域31a、31b及31c是明亮的，并且在下部显示区 域33中，照明区域33a和33b是明亮的。根据相应的照明区域的亮度等级来控制LED 6。在显示面板3中的上部显示区域31和下部显示区域33之后，如图6B所示显示中 心显示区域32。实施例3重复上述操作，以提供与实施例1和2相同的效果。实施例4图7部分地说明根据本发明实施例4的IXD装置。根据实施例4的IXD装置在LED光源1和在IXD面板3下面布置的光导2之间布 置聚光透镜7。聚光透镜7具有分别对LED光源1中的LED 6布置的光学元件。聚光透镜 7中的每一个光学元件在一个方向上聚集从相应的LED 6中发出的扩散白光。根据本实施 例，聚光透镜7将白光聚集为向着与光导2的光入射表面正交的方向的平行光束。与实施例1中的IXD装置相比，实施例4中的IXD装置能够调节从LED6发出的扩 散的白光，以改善显示的图像的对比度和显示的运动画面的质量。实施例5图8A和8B部分地说明根据本发明实施例5的IXD装置。该图中的箭头表示从 LED 6发出的光的方向。根据本实施例的IXD装置使用具有LED 6a或LED 6b (线性光源)的LED光源 1(13，让)，如图84所示每一个1^0 6a是放射状地发光的宽方向(widedirectional)元件，如图8B所示每一个LED 6b使用发出线性光束的线性布置的元件，该线性光束的光路具有沿着光导2的延伸方向被拉长的横截面。在图8A和8B中，在LCD面板3下面布置光导2。 来自相邻LED的光束互相部分地重叠以在光导2上的光束之间不形成间隙。即，来自每一 个LED的光扩散，并且在进入光导2的位置上，来自给定LED的光的外围与来自相邻LED的 光的外围交叉，以在光之间不形成间隙。在图8A中，对于在光导2上限定的每一个照明区域布置多个(图8A中为3个) LED 6a。构成光导2以改善光的直线度并抑制光的散射。当来自每个LED 6a的光的方向性 高时(窄的方向性)，在每一个照明区域的水平方向中将出现明亮的和黑暗的点。为了对此 进行防止，必须接近地布置LED 6a。当每一个LED 6a具有宽的方向性以放射状地发光时， 必须相对稀疏地布置LED 6a。该稀疏布置导致减少在LED光源1中布置的LED的数量，从 而减小了 LED背光的成本。例如，在日本未被审查的专利申请公开No. 2003-282958中揭示 了放射状地发光的LED。为了防止上述明亮的和黑暗的点出现，可以以如图8B所示的多个线性光元件来 构成LED光源。在图8B中，对于在光导2上限定的每一个照明区域布置多个(图8B中为 2个)LED 6b。每一个LED 6b包括单个包装中的多个LED芯片。S卩，每一个LED 6b具有光 反射体62、在光反射体62上线性布置的多个(图8B中为3个)LED芯片61以及包括荧光 材料并覆盖LED芯片61的密封树脂63。LED 6b具有被伸长的发光表面，以发出沿着光导 2的横截面扩散的光。每一个LED 6b发出沿着光导2的横截面延伸的方向伸长的线性光束。因此，来自 LED 6b的光束在光导2的入射位置上不产生间隙。这防止明亮的和黑暗的点出现在在光导 2上限定的每一个照明区域中的水平方向上。对于来自LED 6b的放射状扩散的光，光反射 体62可以具有锥形。例如，在日本未被审查的专利申请公开No. 2004-296882中揭示了具 有单个包装中的多个LED芯片的LED。根据实施例5，优选地，来自LED 6a (6b)中的相邻LED的光束在LED光源1和光导 2之间互相交叉。虽然通过参考本发明的特定实施例以上已经描述了本发明，但是本发明不限于上 述实施例。根据本发明的教导，本领域技术人员会想到上述实施例的修改和变型。例如，LCD 面板3可以在垂直方向上比水平方向上更长。中心显示区域32可以被划分为两个子区域。 可以适当地改变照明区域的数量。同步信号可以是任意其它信号或可以由任意输出单元来 提供。本申请主张于2009年3月16日递交的日本专利申请No. 2009-062529和于2009 年10月5日递交的日本专利申请No. 2009-231113的优先权，并将它们的全部内容并入本 文作为参考。虽然通过参考本发明的特定实施例以上已经描述了本发明，但是本发明不限 于上述实施例。根据本发明的教导，本领域技术人员会想到上述实施例的修改和变型。参 考下面的权利要求限定本发明的范围。
权利要求
一种LCD装置，包括LCD面板，用于显示图像，在第一方向和与第一方向正交的第二方向上限定LCD面板，并且在第二方向上将LCD面板划分为多个第一区域，在第一方向上将LCD面板划分为多个第二区域；及LED背光，用于从后面照亮LCD面板，所述LED背光包括边缘型光导和LED光源，所述LED光源具有沿着所述光导的上侧和下侧中的至少一侧布置的多个LED，其中，LED中的每一个发出沿着光路行进的光，所述光路在第二方向上延伸到光导中，并且第二区域中的每一个与至少一个所述光路相关联，并使用在所述第二区域中显示的图像的亮度来控制相应LED的光通量。
2.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，通过时间分割、一个第一区域接一个第一区域地显示要在IXD面板上显示的图像； LED光源根据要通过时间分割显示的图像来控制每一个LED的光通量。
3.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，LED光源通过开启和关闭LED来控制每一个LED的光通量。
4.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，通过从LCD面板的顶部到底部扫描LCD面板，通过时间分割、一个第一区域接一个第一 区域地显示要在IXD面板上显示的图像。
5.根据权利要求1所述的IXD装置，进一步包括在所述LED光源和所述光导之间布置的聚光透镜，所述聚光透镜用于在与光导的入射 表面正交的方向上引导从LED光源发出的光。
6.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，LED光源包括沿着光导的上侧布置的第一 LED光源和沿着光导的下侧布置的第二 LED 光源，第一 LED光源和第二 LED光源中的每一个具有相同数量的LED，从而第一 LED光源中 的LED和第二 LED光源中的LED跨越光导互相相对；所述第一区域包括一个上部第一区域、一个下部第一区域以及一个或两个中心第一区 域；并且LED光源当在上部第一区域中显示图像时控制第一 LED光源，当在下部第一区域中显示图像时控制第二 LED光源，和当在中心第一区域中显示图像时控制第一 LED光源和第二 LED光源。
7.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，在LED光源和光导之间的位置上，来自所述LED中的相邻LED的光束互相交叉。
8.根据权利要求1所述的IXD装置，其中，所述LED中的每一个具有一个光反射体和在所述光反射体上线性布置的多个LED芯片。
9.一种照明装置，用于从后面照亮LCD装置的LCD面板，所述照明装置包括 与所述LCD面板对应的一个边缘型光导，在第一方向上将LCD面板划分为多个第一区域，在与第一方向正交的第二方向上将LCD面板划分为多个第二区域；及LED光源，具有沿着所述光导的上侧和下侧中的至少一侧布置的多个LED，LED中的每一个发出沿着光路行进的光，所述光路在第一方向上延伸到光导中，其中，第二区域中的每一个与至少一个所述光路相关联，并使用在所述第二区域中显示的图 像的亮度来控制相应LED的光通量，LED中的每一个发出放射状扩散的光，从而来自所述LED中的相邻LED的光束的外围在 光导的入射位置上互相交叉。
全文摘要
本发明提供一种液晶显示装置及其照明装置。LCD装置包括显示图像的LCD面板和从后面照亮LCD面板的LED背光。LCD面板具有在垂直方向上划分的多个第一区域和在水平方向上划分的多个第二区域。LED背光包括LED光源和边缘型光导。LED光源包括沿着光导的上侧和下侧中的至少一侧布置的并且被分别分配给第二区域的多个LED。使用在给定的第二区域中显示的图像的亮度以控制相应LED的光通量。每一个LED放射状地发光，从而来自LED中的相邻LED的光束互相交叉。
文档编号G02F1/13357GK101840102SQ20101013452
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者中道秀机, 山下丰美, 星野匡纪, 木村研吾 申请人:三垦电气株式会社