JP2005049747A - バックライト装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直下型のバックライト装置において、冷陰極管の配置状態によって、冷陰極管の温度が２次元の分布をもって液晶パネルに伝達し、温度分布に起因する表示ムラを生じている。
【解決手段】ランプ室と液晶パネルの間に密閉された空間を設け、温度分布を緩和させる。具体的には、１本以上の冷陰極管と、前記冷陰極管を含むランプ室と、前記冷陰極管を含まない密閉空間を備え、前記ランプ室の前面に前記密閉空間を設けたものとした。さらに、ランプ室を前面側と背面側にランプ室を独立して備え、液晶パネルの温度に適応して前面側ランプ室内の冷陰極管および背面側ランプ室内の冷陰極管を独立して調光するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は直下型バックライト装置、およびそのバックライト装置を用いた液晶表示装置に関するものである。

透過型の液晶表示装置に用いられるバックライト装置は、画面の直下に冷陰極管を配置する直下型と、画面周辺部に冷陰極管を配置し、導光板にて画面の中央まで光を導くサイドエッジ型に大別される。直下型のバックライト装置はサイドエッジ型に比べ、導光板がない分軽量で、容易に高輝度を得る特長をもつ。その一方で、厚みの点では不利である。

近年、液晶表示装置は大型化、高精細化する傾向にある。大型化により導光板の重さが極端に大きくなることや、高精細化により液晶パネルの開口率、透過率が低下し、一層のバックライト装置の高輝度化が求められることから、直下型のバックライト装置が多く用いられるようになりつつある。

液晶表示装置はバックライト装置の明るさを増すことにより、理論上、無限に表示輝度を高めることができるが、消費電力、発熱の課題とのトレードオフの関係にある。

バックライト装置の過度の発熱は、冷陰極管の発光効率を低下させるとともに、バックライト装置に近接する液晶パネルの温度を変化させ、表示ムラ等の悪影響を与える。

冷陰極管をファンを用いて冷却すれば、前述の課題は解消が見込まれるが、その反面、埃が冷陰極管面、バックライト装置の内側に付着し、明るさの低下、表示均一性の低下といったさらなる課題を引き起こす（特許文献１参照）。

このように、直下型バックライト装置における冷陰極管の存在する空間（本明細書では「ランプ室」と表現する）は密閉されていることが好ましく、その場合、冷陰極管を直接空冷することはできない。

そのため、間接的ではあるが、ランプ室の背面である反射板を冷却することになる。その際、反射板を波型にして冷却効率の改善をする技術等が知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−１０６３４２号公報（０００３段、０００９段）

従来の直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置では、冷陰極管の配置に依存して、液晶パネル面内の位置によって液晶パネルと熱源となる冷陰極管までの距離が異なる。図８は従来のバックライト装置の断面図であるが、図中Ａ点とＢ点では明らかに冷陰極管までの距離が異なる。なお、本明細書においては説明の簡略化のため冷陰極管はバックライト装置の長辺方向に沿って並べた、いわゆる横置きの構成をとっているものとする。このとき図８のｙ軸方向の位置と温度の関係は図９に示すように、一様ではなく、冷陰極管の配置に依存して変動したものとなる。ランプ室の厚みを増し、冷陰極管と液晶パネルの距離を長くしていくと、図９の変動は小さくなる。このことは図８のＡ点、Ｂ点から冷陰極管までの距離差が相対的に小さくなることからも明らかである。つまり、液晶パネルの温度分布の課題を解決しようとすればバックライト装置の厚みが増し、薄型化の要望に応えられなくなる。

さらに、液晶パネル面内の位置が、特に高温となる冷陰極管の電極近傍であるかどうかにも依存して、図８のｘ軸方向にも温度分布を生じる。

以上のような要因により、従来のバックライト装置は冷陰極管の熱が２次元の分布をもって液晶パネルに伝達されていた。

図３は液晶パネルの透過率と液晶印加電圧の関係を温度を変化させて求めた図である。図３のように、ほぼ図示した電圧域全体において、液晶パネルは同じ電圧を印加しても温度により透過率が変化するため、液晶パネルの温度分布により表示ムラを生じる。なお、図３で用いた液晶パネルはＯＣＢ液晶モードでノーマリーホワイトのものである。

本発明の第１および第２の発明は、以上のような液晶パネルの温度分布に起因する表示ムラを緩和した、薄型のバックライト装置を提供するものである。

また図３より、液晶パネルの温度に依存して最小透過率を得ることのできる電圧が変化していることも読み取れる。このことは、液晶パネルの温度が変化したとき、黒を表示するのに同じ電圧を印加していたのでは最適な黒表示を得られず、つまり、黒表示時の透過率が上昇してコントラストが低下することになる。さらに例えば同図、温度＝高において最小透過率を得る電圧Ａから、黒の実印加電圧を高い側（例えば電圧Ｂ）へ設けた場合には、黒表示から印加電圧を減じて階調を増加していった場合、透過率が一旦低下してから上昇するので、液晶表示装置としていわゆる階調反転を生じることになる。

本発明の第３および第４の発明は、以上のような液晶パネルの透過率特性と温度の関係から生じるコントラストの低下、および階調反転を緩和するためのバックライト装置を用いた液晶表示装置を提供するものである。

前述の課題を解決すべく、本発明の第１のバックライト装置は、１本以上の冷陰極管と、前記冷陰極管を含むランプ室と、前記冷陰極管を含まない密閉空間を備え、前記ランプ室の前面に前記密閉空間を設けたものとした。

本発明の第２のバックライト装置は、第１の液晶表示装置において、密閉空間の内部を真空とするものとした。

本発明の第３の液晶表示装置は、２本以上の冷陰極管と、前記冷陰極管を少なくとも１本含む前面側ランプ室と、前記冷陰極管を少なくとも１本含む背面側ランプ室と、前面側ランプ室と背面側ランプ室の冷陰極管を独立して調光できる調光手段を備え、前記背面側ランプ室の前面に、前記前面側ランプ室を設け、液晶パネルの温度に適応して前面側ランプ室内の冷陰極管および背面側ランプ室内の冷陰極管を独立して調光するものとした。

本発明の第４の液晶表示装置は、一層の高輝度化の要望に応えるべく、第３の液晶表示装置において、使用者が選択した場合に、液晶パネルの温度に関らず調光を任意に設定できる動作モードを有するものとした。

本発明の第１のバックライト装置は、ランプ室と液晶パネルの間に密閉空間を設けることにより、空気層で温度分布の不均一性が緩和されるため液晶パネルの温度分布が軽減され、ひいては液晶表示装置の表示ムラを緩和することが可能である。

本発明の第２のバックライト装置は、密閉空間の内部を真空とすることで第１のバックライト装置の効果を高めることができる。

本発明の第３の液晶表示装置は、ランプ室を前面と背面に分割しそれぞれに含まれる冷陰極管を、液晶パネルの温度に基づき独立して調光することによって、液晶パネルの温度を中程度に保つよう制御し、輝度が最小となる黒表示を行うことができ、コントラストを高く保つことができる。さらに、液晶表示装置の表示輝度を一定に保つことができる。

本発明の第４の液晶表示装置は、第３の液晶表示に加え、使用者の選択によって冷陰極管の調光を明るくし、一層の高輝度表示が可能となる。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１のバックライト装置の断面図を図１に示す。バックライト装置１５には液晶パネル１１は含まないが説明のため図１に示している。本実施例では冷陰極管は水平方向に配置され、バックライト装置は立てて使用するものとし、図１は右方向からの断面図に相当する。

バックライト装置１５は冷陰極管１４と、前記冷陰極管１４を含むランプ室１３と、前記冷陰極管１４を含まない密閉空間１２を備え、前記ランプ室１３の前面側、つまり液晶パネル１１のある側に前記密閉空間１２を設けている。冷陰極管１４は図示しないインバータ回路等で駆動され、発光する。

以上のような構成により、冷陰極管１４の配置による温度の不均一な分布が生じ、ランプ室１３の前面、つまりランプ室１３と密閉空間１２を隔てる壁に温度分布が伝達さても、密閉空間１２の空気層で温度分布の不均一性が緩和され液晶パネル１１に伝達される。したがって液晶パネル１１の温度分布が軽減され、ひいては液晶表示装置の表示ムラを緩和することが可能である。

なお、一般に直下型のバックライト装置は、冷陰極管１４の配置が前面から見て判別できないよう、冷陰極管からの発光を拡散する手段を有し、アクリルなどの材質からなり、板状の拡散板と呼ばれるものが良く知られている。本実施例においては前述の拡散手段は、ランプ室１３と密閉空間１２の間で行われるか、密閉空間１２と液晶パネル１１の間で行われるかは問わない。

（実施の形態２）
本発明の第２のバックライト装置は密閉空間の１２の内部が真空となっている点以外は第１のバックライト装置と同様である。

密閉空間１２が真空となっていることにより断熱効果が高まり、液晶パネル１１への熱伝達が軽減されることに伴ない、温度分布の不均一性が軽減される。ひいては液晶パネル１１の表示ムラを一層軽減することができる。

なお、ここでいう真空とは、密閉空間１２の内部の圧力が大気圧よりも低い状態を指し、完全な真空のことではない。しかし本発明の効果は真空率が高いほど高く得られ好適である。

（実施の形態３）
本発明の第３の液晶表示装置の断面図を、図２に示す。

液晶表示装置は冷陰極管１４と、前記冷陰極管１４を含む背面側ランプ室４１と、前記冷陰極管１４を含む前面側ランプ室４２と、液晶パネル１１と、ここには図示しない調光手段を備え、前記背面側ランプ室４１の前面側に前面側ランプ室４２を、また前記前面側ランプ室４２のさらに前面側に液晶パネル１１を設けている。

調光手段のブロック図を図４に示す。温度検出手段６１はサーミスタなどの温度検出素子と、検出値を出力するための増幅回路などからなる。判定回路６２は温度検出手段の出力を得て、調光量を決定する。冷陰極管駆動回路６３は判定回路の出力をもとに冷陰極管を駆動する。

判定回路６２の制御仕様（液晶パネル温度と調光制御の関係）を図５に示す。図５の（Ａ）が前面側ランプ室に含まれる冷陰極管の調光特性であり、同（Ｂ）が背面側ランプ室に含まれる冷陰極管の調光特性である。図５の温度（Ｃ）のように液晶パネルの温度が低い場合は、前面側ランプ室の冷陰極管の調光を「明」とし液晶パネルの温度を加温する一方で、背面側ランプ室の冷陰極管の調光を「暗」とし液晶表示装置トータルの表示輝度を保つ。反対に図５の温度（Ｅ）のように液晶パネルの温度が高いときには前面側ランプ室の冷陰極管の調光を「暗」とし、液晶パネルのさらなる過熱を防ぐ一方で、背面側ランプ室の冷陰極管の調光を「明」とし液晶表示装置トータルの表示輝度を保つ。補足であるが、図５の温度（Ｃ）と図２（ａ）、図５の温度（Ｄ）と図２（ｂ）、図５の温度（Ｅ）と図２（ｃ）が、それぞれ対応している。

以上のように本発明の液晶表示装置は、検出された液晶パネルの温度に応じて前面側ランプ室と背面側ランプ室の調光量を変化させることで、液晶パネルの温度を中程度に保ち、一定の印加電圧で輝度が最小となる黒表示をすることができ、コントラストを高く保つことができる。さらに液晶表示装置の表示輝度を一定に維持することができる。

なお、冷陰極管の調光には、冷陰極管の駆動電圧を増減し管電流値を制御する「電流調光」、駆動のオン／オフを一定の比率で短時間のうちに繰り返す「ＰＷＭ調光」が知られるが、本発明において調光の方法は問わない。

ここで、温度検出素子の設置箇所を考える。液晶パネル自体に設置すれば本発明の効果が確実に得られるが、温度検出素子は一般に不透明であるため光学的な障害になり得る。そこで液晶表示装置の周囲温度や、あるいは、例えば背面カバーなど液晶表示装置の特定の部位と液晶パネルの温度の関係を事前に求めておき、温度検出素子を周囲温度が測定できる箇所、または液晶表示装置の特定の箇所に設置し、判定回路の制御をセンサ設置箇所と液晶パネルの温度差の分ずらして行う実施例も考えられる。

なお、本発明において前面側ランプ室４２と背面側ランプ室４１に含まれる冷陰極管の本数は問わない。それぞれが同数でなくとも発明の効果を得ることができる。

なお、一般に直下型のバックライト装置は、冷陰極管１４の配置が前面から見て判別できないよう、冷陰極管からの発光を拡散する手段を有し、アクリルなどの材質からなり、板状の拡散板と呼ばれるものが良く知られている。本実施例においては前述の拡散手段は、全ての冷陰極管に対して拡散の効果を得るために前面側ランプ室４２と液晶パネル１１の間で行われるのが好適である。

（実施の形態４）
本発明の第４の液晶表示装置は調光手段を変更した点以外は第３の液晶表示装置と同様である。調光手段のブロック図を図６に示す。

モード切替スイッチ８０は、使用者の選択により、液晶表示装置を高輝度で表示する「高輝度モード」か、あるいは第３の液晶表示装置のように液晶パネルの温度に応じて冷陰極管を調光しつつ表示するかを切り替える制御信号を出力する。調光ボリューム８１は、高輝度モードが選択された場合に有効となる調光量を出力し、使用者が任意に設定できる。判定回路６２は、前述の高輝度モードが選択された場合は 液晶パネルの温度に関らず、調光ボリューム８１の出力（調光量）に基づき調光を行う。

次に高輝度モードが選択された場合の判定回路６２の制御仕様（調光量入力と調光制御の関係）を図７に示す。図７のような調光特性とした理由を以下に説明する。本発明は表示を高輝度にするという目的があり、第３の液晶表示装置よりも調光を明るくしなければならない。そのような状況下ではバックライト装置全体では最適な温度よりも高い温度となっているため、液晶パネルから遠い側である背面側ランプ室に含まれる冷陰極管の調光を明るくするのが妥当である。本実施例では背面側ランプ室の調光を最大で一定とし、前面側ランプ室の調光を使用者の設定した調光量に基づき行うことで、トータルの表示輝度を使用者の設定したものとなるようにしている。

以上のような構成により第４の液晶表示装置は、第３の液晶表示装置に加え、使用者の選択によって一層高輝度な表示が可能となり、特に昼光下や明るい照明下で使用する場合に好適である。

本発明にかかるバックライト装置は、ランプ室と液晶パネルの間に密閉空間を設けることにより、液晶パネルの温度分布が軽減されるので、液晶表示装置に用いる直下型バックライトとして有用であり、特にパネル温度の制御が必要な液晶表示装置のバックライトに適している。

本発明の第１の発明のバックライト装置の断面図 本発明の第３の発明の液晶表示装置の断面図 液晶パネルの透過率特性を示す図 本発明の第３の発明の液晶表示装置の調光手段のブロック図 本発明の第３の発明の液晶表示装置の制御仕様を示す図 本発明の第４の発明の液晶表示装置の調光手段のブロック図 本発明の第４の発明の液晶表示装置の制御仕様を示す図 従来のバックライト装置の断面図および平面図 従来の液晶表示装置の温度分布図

符号の説明

１１ 液晶パネル
１２ 密閉空間
１３ ランプ室
１４ 冷陰極管
１５ バックライト装置
２１ 電極部
４１ 背面側ランプ室
４２ 前面側ランプ室
６０ 調光手段
６１ 温度検出手段
６２ 判定回路
６３ 冷陰極管駆動回路
８０ モード切替スイッチ
８１ 調光ボリューム

Claims (4)

1. １本以上の冷陰極管と、前記冷陰極管を含むランプ室と、前記冷陰極管を含まない密閉空間を備え、前記ランプ室の前面に前記密閉空間を設けたことを特徴とした直下型のバックライト装置。
2. 密閉空間の内部を真空にすることを特徴とした、請求項１に記載のバックライト装置。
3. ２本以上の冷陰極管と、前記冷陰極管を少なくとも１本含む前面側ランプ室と、前記冷陰極管を少なくとも１本含む背面側ランプ室と、前面側ランプ室と背面側ランプ室の冷陰極管を独立して調光できる調光手段を備え、前記背面側ランプ室の前面に、前記前面側ランプ室を設け、液晶パネルの温度に適応して前面側ランプ室内の冷陰極管および背面側ランプ室内の冷陰極管を独立して調光することを特徴とした液晶表示装置。
4. 使用者が選択した場合に、液晶パネルの温度に関らず調光を任意に設定できる動作モードを有することを特徴とした、請求項３に記載の液晶表示装置。

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