JP2005108635A - 面発光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、輝度の均一性を改善することができるようにする。
【解決手段】このバックライト装置５１には、ランプ１１の間に、拡散棒５２が液晶表示パネル２に対向するように配置されている。拡散棒５２は、ランプ１１の径より若干太く、ほぼ同じ長さの円筒形の樹脂であり、ランプ１１間のほぼ真ん中に配置されている。拡散棒５２には、隣接するランプ１１から出射された光または反射板１２から反射された光が入射される。拡散棒５２は、入射されたそれらの光を拡散および反射して出射する。すなわち拡散棒５２は、あたかも１つの光源のように、一定の輝度（入射された光に応じた輝度）の光を出射する。
【選択図】図６

Description

本発明は、面発光装置および液晶表示装置に関し、特に、ＣＣＦＬ（冷陰極線型蛍光管）などの線状光源（以下、単に「ランプ」と記す）から出射した光を簡単な構成で均一化し、薄型化と高輝度化を図ることが可能な面発光装置および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、透明電極と配向膜等を積層した面が対向するように重ね合わされた２枚の透明ガラス基板間に、液晶が封入されている液晶表示パネルと、その液晶表示パネルの下に配置されて、液晶表示パネルに光を供給するバックライトと、液晶表示パネルの駆動回路を有するプリント基板と、およびこれら部材を収納し、液晶表示窓が開けられたフレーム等で構成されている。

バックライトには、導光板の側面にランプまたは発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emission Diode）素子などの光源を配置したエッジライト型と、液晶表示パネルの直下に複数本のランプ光源を配置した直下型（エリアライト型やバックライト型とも呼ばれる）とがある。

図１は、コンピュータ端末、携帯電子機器、またはテレビジョン受像機などで映像表示を行う液晶表示パネル２用の、従来のバックライト装置１の構成例を示している。このバックライト装置１は、液晶表示パネル２に対応配置され、液晶表示パネル２に向けて面発光する。

ランプ１１は、例えば、内径２．４ｍｍの冷陰極線型蛍光管であり、白色光を発光する。図１の例では、ランプ１１が８本設けられており、それらは液晶表示パネル２に対向するように配置されて、図示せぬフレームにて固定されている。

反射板１２は、ランプ１１に対して液晶表示パネル２の反対側に配置され、各ランプ１１から、液晶表示パネル２と反対方向に出射された光を液晶表示パネル２に導く。

拡散板１３は、ランプ１１と液晶表示パネル２の間に配置され、各ランプ１１から出射された光および反射板１２により反射された光が均一に液晶表示パネル２に出射されるように、入射された光を拡散する。拡散板１３の上には、図示せぬレンズフィルムが配置され、拡散板１３から出射された光は、このレンズフィルムによって配光制御がなされて液晶表示パネル２に照射される。

このバックライト装置１は、いわゆる直下型のバックライト装置であり、ランプ１１から放射される光束の有効利用効率（ランプ１１から放射される光束のうち、発光面に導かれる光の割合）が約６０〜７０％と高く、かつ使用ランプ本数を容易に増やすことができるため発光面の高輝度化が容易である。

しかしながら、直下型バックライト装置１では、拡散板１３のランプ１１の真上部分には、ランプ１１から出射された光が直接入射される一方、拡散板１３のそれ以外の部分（ランプ１１の真上部分でない部分）には、反射板１２などにて反射された反射光が主に入射されるので、拡散板１３が入射されたそれらの光を拡散しても、発光面上の、ランプ１１の真上部分の輝度が高くなり輝度ムラが発生し、発光面の輝度を均一とすることができなかった。特に、バックライト装置１を薄型化したときに、この傾向が顕著となる。

バックライト装置１には、上述したように、直下型のバックライト装置１の他、図２に示すようなエッジライト型がある。エッジライト型は、ランプ２１が導光板２２の端辺に配置され、薄型化が容易で導光板２２の発光面において高い輝度均一性が得られる利点がある。しかしながら、このエッジライト型のバックライト装置は、光源の数が制限されるため、発光面の高輝度化には限界がある。そこで、特に、広視覚化・高輝度化が要求されるテレビジョン受像機のバックライト装置には、高輝度化が容易な直下型のバックライト装置１が必要であり、その輝度の均一性改善が要求されている。

直下型のバックライト装置１の輝度を均一化させる方法としては、例えば、図３に示すように、ピッチが同じで形成幅の異なる光量補正用ドットパターン（以下、「ドットパターン」と称する）３１を拡散板１３の裏面（ランプ１１に対面する側）に印刷し、そのドットパターン３１によってランプ１１の真上に放射される光束を低減させることにより輝度均一性を向上する方法がある。

また、例えば、特開平９−１３８３９８号公報には、図４に示すように拡散板１３の厚さに重み付けを行うことにより発光面の輝度を均一化する手法が記載されている。特開平５−３３３３３３号公報には、図５に示すように、ランプ１１と拡散板１３の間に、それぞれ直交する２枚のプリズム板３２を設置することにより輝度均一化を行う手法が記載されている。

特開平９−１３８３９８号公報、特開平５−３３３３３３号公報

しかしながら、ドットパターン３１を用いてバックライトの輝度を均一化する場合、光束の一部を遮断する補正を行うため、ランプ１１が放射する光束の有効利用が低下して十分な輝度が得られないという問題があった。

また、特開平９−１３８３９８号公報或いは特開平５−３３３３３３号公報に記載された手法による場合、厚み分布をつけた拡散板１３やプリズム板３２等の特殊な光学素子が必要となるため、バックライト装置１の製造コストが上昇するといった問題点があった。

さらに、ドットパターン３１や厚み分布をつけた拡散板１３とランプ１１の相対位置がずれると、輝度ムラが発生するため、バックライト装置１の組み立て時に高精度な位置合わせが必要となるという問題点もあった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で輝度均一性が高く、薄型化と高輝度化を図ることが可能な直下型バックライト装置を提供することができるようにするものである。

本発明の面発光装置は、液晶表示パネルに対応するように配置されているバックライト装置の下面側から順に配置された、光を反射する反射板と、反射板上に配置された複数本の棒状光源と、その棒状光源の（平面的な）間に配置され、棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散部材（拡散棒）と、これら反射板、棒状光源、および拡散棒により出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板とを備えることを特徴とする。

拡散部材は、棒状部材であり、その径の大きさが棒状光源の径の大きさ以上であり、かつ棒状光源の拡散板上面よりも高さ的に低く配置することができる。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルに対応するように配置されているバックライト装置の下面側から順に配置された、光を反射する反射板と、反射板上に配置された複数本の棒状光源と、その棒状光源の（平面的な）間に配置され、棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散棒と、これら反射板、棒状光源、および拡散棒により出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板とからなる面発光装置とを備える。さらに、その面発光装置により面発光された光を利用して映像を表示する液晶表示パネルを備えることを特徴とする。

本発明によれば、線状光源から出射した光を簡単な構成で均一化し、薄型化と高輝度化を図ることが可能な直下型バックライト装置を提供できる。また、バックライト装置の面内輝度の均一化によって、従来に比べて、より高透過度の拡散板を使用することができる。

また、前述のドットパターンのドット密度を低減でき、さらに拡散板の厚み分布を少なくすることができ、最終的に直下型バックライト装置の表面輝度を高めることが可能となる。バックライト装置の高輝度化によって、同じ明るさを実現する際の電力消費量を削減することができ、バックライト装置の省電力化を達成することができる。

表１に本発明のバックライト装置における効果の一例を示す。本発明のバックライト装置では、拡散部材（以下、「拡散棒」と記す）としてφ５のＰＯＭ（ポリオキシメチレン、その重合体のポリアセタール）を用いた。この拡散棒をランプの間に配置し、拡散板上で輝度を測定した。その結果、拡散棒は配置しない従来例に比べて、全体平均で３．３％の輝度向上が確認された。
表１
｜ φ５ 拡散棒
――――――――――――――――――――――――
測定位置 ｜ 全体平均
ＣＣＦＬ間の拡散板上 ｜ ＋３．３％

以下に本発明の実施の形態を説明するが、この記載は本明細書に記載されている発明を確認するものである。従って、発明の実施の形態中には記載されていない実施例があったとしても、その実施例が本発明に対応しないことを意味するものではない。逆に、実施の形態としてここに記載されていたとしても、その発明以外の発明に対応しないことを意味するものではない。

請求項１に記載の面発光装置（例えば、図６のバックライト装置５１）は、液晶表示パネルに対応するように配置されているバックライト装置の下面側から順に配置された、反射板（例えば、図６の反射板１２）と、反射板上に配置された複数本の棒状光源（例えば、図６のランプ１１）と、その棒状光源の（平面的な）間に配置され、棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散部材（例えば、図６の拡散棒５２）と、これら反射板、棒状光源、および拡散棒から出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板（例えば、拡散板１３）とを備えることを特徴とする。当然ながら、これら構成を含む構成であれば、他の構成を含んでいたとしても、本発明の対象とされるものである。

請求項２記載の拡散部材は、棒状部材であり、その径の大きさが棒状光源の径の大きさ以上であり、かつ棒状光源の拡散板上面よりも高さ的に低く配置することができる（例えば、図７に示すように配置することができる）。

請求項３の液晶表示装置は、液晶表示パネルに対応するように配置されているバックライト装置の下面側から順に配置された、光を反射する反射板（例えば、図６の反射板１２）と、反射板上に配置された複数本の棒状光源（例えば、図６のランプ１１）と、その棒状光源の（平面的な）間に配置され、棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散部材（例えば、図６の拡散棒５２）と、これら反射板、棒状光源、および拡散棒により出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板（例えば、図６の拡散板１３）とからなる面発光装置（例えば、図６のバックライト装置５１）と、その面発光装置により面発光された光を利用して映像を表示する液晶表示パネル（例えば、図６の液晶表示パネル２）とを備えることを特徴とする。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図６は、本発明を適用した、直下型のバックライト装置５１の構成例を示している。バックライト装置５１は、液晶表示パネル２に対応配置され、液晶表示パネル２に向けて面発光する。

ランプ１１は、例えば、内径2.4mmの冷陰極線型蛍光管であり、白色光を発光する。図６の例では、８本のランプ１１が、液晶表示パネル２に対向するように配置されて、図示せぬフレームにて固定されている。

反射板１２は、ランプ１１に対して液晶表示パネル２の反対側に配置され、各ランプ１１から、液晶表示パネル２と反対方向に出射された光を液晶表示パネル２に導く。

拡散板１３は、ランプ１１と液晶表示パネル２の間に配置され、各ランプ１１から出射された光および反射板１２により反射された光が均一に液晶表示パネル２に出射されるように、入射された光を拡散する。

拡散棒５２は、例えば、ランプ１１の径より若干太く、ほぼ同じ長さの円筒形の中実樹脂であり、ランプ１１間のほぼ真ん中に、液晶表示パネル２に対向するように配置されている。拡散棒５２は、例えば、乳白色のＰＯＭ（ポリオキシメチレン、その重合体のポリアセタール）で形成されているが、この材料に限られることなく、拡散する効果に優れた他の樹脂材料を選択することができる。

すなわちこのバックライト装置５１は、図１のバックライト装置１において複数配置されたランプ１１の間に、拡散棒５２が（図６の例では７本の拡散棒５２）が、液晶表示パネル２に対向するようにさらに配置された構成を有している。

隣接するランプ１１から出射された光または反射板１２から反射された光は、バックライト装置５１の断面（図６の線Ｘ−Ｘ'の断面）の一部を表す図７中の拡散棒５２に向かう矢印で示されるように、拡散棒５２に入射される。拡散棒５２に入射されたそれらの光の一部が拡散棒５２の内部に入り込まれて拡散光（図７中、拡散棒５２中に広がる矢印で示される光）となり、また、その一部が反射光（図７中、白抜きの矢印で示される光）となって、それぞれ拡散板１３側に出射される。

すなわち、拡散棒５２に入射された光は、拡散棒５２により拡散および反射（拡散・反射による光増幅作用を含む）されるので、拡散棒５２は、その相乗効果により、あたかも１つの光源のように、一定の輝度（入射された光に応じた輝度）の光を拡散板１３側に出射される。

従来のバックライト装置１（図１）では、上述したように、拡散板１３の、ランプ１１の真上部分以外の部分には、ランプ１１から出射された光はほとんど入射されず、反射板１２により反射された反射光が入射されるため、輝度ムラが生じていた。本発明では、ランプ１１間に配置された拡散棒５２が、１つの光源として機能し、拡散板１３の、ランプ１１の真上部分以外の部分にも、拡散棒５２からの光がさらに入射されるので（光源が密になるので）、輝度ムラを低減することができる。

なお、図１の例では、図７に示すように、拡散棒５２の径は、ランプ１１の径以上で、拡散棒５２の高さ方向の配置については、拡散棒５２の頂点が、隣接するランプ１１の内径を結んだラインＹ−Ｙ'を超えないように配置されている。これにより、ランプ１１からの光を効率的に拡散および反射することができ、拡散棒５２からはより強い輝度の拡散光が出射されるようになる。なお、拡散棒５２の頂点は、隣接するランプ１１の外径を結んだライン（図示せず）上に配置されてもよい。

また拡散棒５２の断面形状は、円筒形の他、このような作用を有する部材、形状であれば、拡散棒５２の部材、断面形状に何ら限定されるものではない。例えば、図８に示すように、三角筒形にすることもできる。図９に示すように、三角の２辺が中心側に反ったような（曲面を有する）三角筒形にすることもできる。また、図１０に示すように、半円筒形（かまぼこ状）にすることもできる。これら形状の場合、図９に一例を示すように、ランプ１１からの光を拡散板１３側に反射することができるようになるので、ランプ１１からの光をより効率的に拡散および反射して拡散板１３側に出射することができる。

さらに、図示は省略したが、断面形状が正弦波状、楕円状、中が中空のドーナッツ形状、二重円形状であってもよい。特に、ドーナッツ形状、二重円形状の場合は、内円の外側に反射処理を施すことにより、ランプ１１からの光をより効率的に拡散および反射して拡散板１３側に出射することができる。

本発明は、ランプ１１間に配置された拡散棒５２によって、ランプ１１から出射された光を拡散および反射することが主旨であり、ランプ１１間に配置された単なる反射材によってランプ１１の光を反射するものとは一線を画する。

図１１は、本発明を適用した、直下型の他のバックライト装置６１の構成例を示している。このバックライト装置６１は、２３インチを超える大型液晶テレビジョン受像機用のバックライト装置を実現するため、ランプ（冷陰極線型蛍光管）の内径をより細くして、管長の長尺化を図ったものである。

すなわち、図１１の例では、図１に示す内径が２．４ｍｍのランプ１１に代えて、例えば、内径を２．０ｍｍに細線化し、長さを約５１２ｍｍとして長尺化したランプ７１が設けられている。

このように細線化、長尺化したランプ７１を利用することにより、例えば、通常のランプ１１を利用した場合に比べて約１０％の輝度向上を図ることができ、その結果、例えば、ランプ７１の数を減らすことができる。

細線化、長尺化したランプ７１を利用することにより、輝度向上を図ることができる理由を説明する。すなわち、ランプ７１の内径を細くすることにより、ランプ７１より出射された陰極線が効率良く水銀粒子と結びつき、紫外線を多く放出するためと考えられる。なお、発明者らは、ランプ７１の内径が１．８ｍｍまでは輝度向上に寄与することを確認している。

バックライト装置６１に、このような細線化および長尺化のランプ７１が利用された例は存在しない。なお、このような細線化および長尺化のランプ７１は、拡散棒５２を配置せずに単独で実施することもできる。

また、図１２に示すように、細線化および長尺化したランプ７１の間に拡散棒５２を配置することもできる。この場合、上述したように、ランプ７１間に配置された拡散棒５２が、あたかも別の光源があるかのように作用するので、輝度ムラを改善することができ、輝度を向上させることができる。

従来の直下型のバックライト装置の斜視構成を示す図である。 エッジライト型のバックライト装置の斜視構成を示す図である。 従来の直下型の他のバックライト装置の断面図である。 従来の直下型の他のバックライト装置の断面図である。 従来の直下型の他のバックライト装置の断面図である。 本発明を適用したバックライト装置の斜視構成を示す図である。 図６のバックライト装置の断面図である。 図６の拡散棒の他の形状を示す図である。 図６の拡散棒の他の形状を示す図である。 図６の拡散棒の他の形状を示す図である。 本発明を適用した他のバックライト装置の斜視構成を示す図である。 本発明を適用した他のバックライト装置の斜視構成を示す図である。

符号の説明

２ 液晶表示パネル， １１ ランプ， １２ 反射板， １３ 拡散板， ５１ バックライト装置， ５２ 拡散棒， ６１ バックライト装置， ７１ ランプ

Claims (3)

1. 光を反射する反射板と、
   前記反射板上に配置された複数本の棒状光源と、
   前記棒状光源の間に配置され、前記棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散部材と、
   前記反射板、棒状光源、および前記拡散部材により出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板と
   を備えることを特徴とする面発光装置。
2. 前記拡散部材は、棒状部材であって、その径の大きさが前記棒状光源の径の大きさ以上であり、かつ前記棒状光源の拡散板上面よりも高さ的に低く配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
3. 光を反射する反射板と、
   前記反射板上に配置された複数本の棒状光源と、
   前記棒状光源の間に配置され、前記棒状光源から出射された光を拡散および反射して出射する拡散部材と、
   前記反射板、棒状光源、および拡散部材により出射されたまたは反射された光を拡散し、面発光する拡散板とからなる面発光装置と、
   前記面発光装置により面発光された光を利用して映像を表示する液晶表示パネルと
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。

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