JP2006259415A - バックライトユニット及びバックライトユニットを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光ランプの高電圧側と低電圧側の輝度差を補償し、出射光の輝度を均一化する。
【解決手段】２つの蛍光ランプを直列に接続し、１つのインバータ回路によってこれら蛍光ランプを駆動する。そして２つの蛍光ランプ１１の４つの電極のうち内側の電極をそれぞれ昇圧トランスの高圧側端子に接続し、外側の電極同士を接続して中間接続点とする。このときに、蛍光ランプの輝度勾配に応じて輝度を補償するように、蛍光ランプと拡散板（すなわち液晶パネル）との距離を変化させる。すなわち、蛍光ランプの高圧側電極を１１Ｈ、低圧側（中間接続点側）電極を１１Ｌとするとき、低圧側電極１１Ｌと拡散板１４との距離ｒ１よりも、高圧側電極１１Ｈと拡散板１４との距離ｒ２を大きくとるようにし、これにより拡散部に入射させる光量を変化させ、蛍光ランプの輝度むらを補償する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物を裏面から照明するためのバックライトユニット、及び該バックライトユニットを使用した液晶表示装置に関する。

液晶表示パネル等の被照明対象を照明するユニットとして、バックライトユニットが用いられている。液晶表示装置においては、バックライトユニットとして、直下式とエッジライト式（導光板式）の構成が一般的である。エッジライト式を用いた表示装置は、その薄型化が可能であるものの、実装できる蛍光ランプの本数に制限あるため、大型の機種では画面輝度が確保できない上、導光体の質量が過大となるという課題を有している。

これに対して直下式は、被照明対象である液晶パネルの直下に光源となる蛍光ランプを並べる方式であって、表示画面の画面サイズに応じて蛍光ランプの数を増やすことができ、十分な輝度が得られることから多くの液晶表示装置に採用されている。直下式に使用する蛍光ランプとしては、直線上の直管タイプのものや、Ｕ字形状のＵ字管タイプのものが適用されている。

図５は、Ｕ字形の蛍光ランプを使用したバックライトユニットの構成例を説明するための図で、バックライトユニット内部を示す斜視概略図を図５（Ａ）に、図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面部のバックライトユニットの概略構成図を図５（Ｂ）に示すものである。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、１０はバックライトユニット、１１は蛍光ランプ、１２は筐体、１３は筐体の底部に配設された反射層、１４は拡散板である。なお、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）に示す拡散板１４を取り外したユニット内部の状態を示している。

バックライトユニット１０は、蛍光ランプ１１からの光を特定の方向に向けて出射させるための反射層が筐体１２の底部内面に設けられている。筐体１２は、蛍光ランプ１１から発生する電磁波を遮蔽するためのシールド板によって構成することができる。
反射層１３は、バックライトユニット１０の筐体１２の底部内面上で、該底部内面との間で間隙をもってもしくは底部内面に直接載置されて保持されるもので、例えば、発泡ＰＥＴシートや、銀やアルミニウム等の光反射面を備えた素材等を適用することができる。

蛍光ランプ１１の前面（表面）に配置された拡散板１４は、アクリル板等の光拡散特性を有する素材で構成され、蛍光ランプ１１から直接入射する光もしくは反射層１３において反射され再び前面側に導かれる光を拡散させる。拡散板１４は、本発明の拡散部に該当する。
この他、液晶表示装置に適用するときに、拡散板１４と蛍光ランプ１１との間に、反射偏光フィルム，プリズムシート，ＩＴＯシート，等の機能性フィルムやシート等を含ませることができる。

そして拡散板１４を透過した透過光により、さらにその前面側に配置される液晶パネル等の被照明体（図示せず）の照明を行う。複数の蛍光ランプ１１を点灯する際には、当該蛍光ランプ１１に対してインバータ回路（図示せず）により高電圧が印加される。

上記のような直下型のバックライトユニットに使用する蛍光ランプは、通常そのインバータ回路に昇圧トランスが使用され、均一で高輝度を得るために、例えば５０〜７０ＫＨｚ、１ＫＶ程度の高周波数高電圧で駆動される。このような蛍光ランプを使用した構成において、蛍光ランプの高電圧側と低電圧側とでリーク電流による輝度勾配等の輝度の不均一、すなわち輝度むらが発生するという問題がある。これは蛍光ランプが高周波数高電圧で駆動されるため、空気層を浮遊容量としてランプリフレクタや周囲の金属物へ蛍光ランプからリーク電流が流れ、蛍光ランプの低電圧側に流れる電流が減少し、蛍光ランプの高電圧側に比して低電圧側の輝度が相対的に低下することに起因している。

従って、蛍光ランプが長い場合、その長さに比例してリーク電流が増えることになる。リーク電流が多いと、駆動回路から遠ざかるほど蛍光ランプが暗くなり、輝度むらの原因になる。これは直管式の蛍光ランプであってもＵ字形の蛍光ランプであっても同様である。すなわち、液晶表示装置が大型になればなるほど、蛍光ランプの高電圧側と低電圧側における蛍光ランプの輝度の差異はより生じやすくなり、輝度むらの少ないバックライトユニットを実現するための技術が重要になるものといえる。

図６は、蛍光ランプの輝度特性の一例を説明するための図で、バックライト型液晶表示装置に対して一般的に適用する蛍光ランプの長手方向（電圧印加方向）の輝度の分布特性例を示すものである。図６に示すように、蛍光ランプは高圧側Ｈから低圧側Ｌに向かって相対輝度が減少する輝度勾配を有している。輝度の落ち込みは、特に低圧側Ｌの端部近傍で大きくなっている、輝度の分布曲線そのものは、蛍光ランプの形状や蛍光管の長さ、駆動電圧や駆動周波数、あるいはユニットに組み込んだときの浮遊容量を介したリーク電流の分布、等によって変化するが、基本的には、高圧側Ｈに比して低圧側Ｌの輝度が相対的に低くなる輝度むらが蛍光ランプ１１に発生する。

一般にインバータ電源回路では、昇圧トランスの１次側に、例えば、トランジスタ、共振コンデンサ、チョークコイル、及び昇圧トランスの１次巻線によって構成されるプッシュプルの共振回路が設けられ、この共振回路によって生成された高周波の交流が、昇圧トランスによって昇圧されて蛍光ランプに供給される。
図７は、従来の蛍光ランプのプッシュプルによる駆動機構の構成例を示す図である。従来の構成例では、１つの蛍光ランプに対して昇圧トランス２０が１つ用いられる。そして蛍光ランプ１１の両端の電極を、互いに反転位相の高電圧高周波を出力する昇圧トランス２０の２次巻線２２の高圧側端子それぞれに接続する。

ここでは、昇圧トランス２０の共通の１次巻線２１に高周波電源を接続することにより、一方の２次巻線２２から高圧波形を発生させ、他方の２次巻線２２からは位相反転された高圧波形を発生させ、それぞれを蛍光ランプ１１の両電極それぞれに印加することで放電点灯させる。
蛍光ランプ１１の点灯時には、両電極に互いに反転位相の高周波電圧が印加され、負荷の浮遊容量のバラツキで２次巻線２２の高圧側にアンバランスが生じようとしても、昇圧トランス２０の磁気回路が共通であるために一方のランプ電流が変動すると他方も同様に変動し、その結果としてＵ字形の蛍光ランプ１１の両側の輝度が均一になるように維持する。

上記のような蛍光ランプ１１の輝度むらの補償に関して、例えば、特許文献１には、複数の蛍光ランプと、複数の副反射器とを備えるバックライト照明装置において、大多数の副反射器に２つ以上のランプの一部分を設け、更に、ランプの大部分を２つ以上の副反射器に亘って分布させた構成が開示されている。このような構成により、液晶ディスプレイ装置において光分布を均一にすることができる。
特表２０００−５０３４６３号公報

例えば、上記図７に示した従来の構成例では、１つの蛍光ランプに対して１つのインバータ回路が必要となり、例えば２０インチの液晶パネルを使用する液晶表装置に適用する場合には、そのバックライトユニットには、４〜６個のＵ字形の蛍光ランプと、同数のインバータ回路とが必要となっていた。

上記のバックライトユニットには、蛍光ランプの点灯回路も含めて構成の簡易化、小型化、コストダウン等の合理化要求が強く存在する。例えば、上記従来の構成を合理化するために、２本の蛍光ランプを直列に接続し、これら蛍光ランプを１つのインバータ回路で駆動することが考えられる。

しかしながら蛍光ランプを直列接続する場合に、蛍光ランプの一方の電極は昇圧トランスの高圧側端子に接続され、蛍光ランプの他方の電極は、他の蛍光ランプの空き電極に接続される。すなわち、蛍光ランプ間に中間接続点が形成され、この中間接続点では仮想グランドの電位となるため、高圧側が明るく、中間接続点側が暗くなって輝度むらが形成されるという問題が生じる。

また上記特許文献１には、２つの蛍光ランプを直列に接続する構成が開示されているが、１つの副反射器内の平均的な輝度が改善されるのみで、個々の蛍光ランプの輝度分布を改善することはできず、本質的な輝度補償を行うことはできない。また特許文献１の構成では、複雑な反射板形状を作成する必要があってコストアップの要因にもなる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされてものであって、光源として備える蛍光ランプの高電圧側と低電圧側の輝度差を補償し、出射光の輝度を均一化したバックライトユニットと、そのバックライトユニットを使用して表示画面全域で均一な輝度を得ることができるようにした液晶表示装置とを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、複数の蛍光ランプと、蛍光ランプを駆動するインバータと、蛍光ランプから放射される発光を拡散する拡散部とを有し、拡散部で拡散された蛍光ランプの発光によって被照明体を照明するバックライトユニットにおいて、インバータ回路によって駆動する蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償するために、蛍光ランプと拡散部との距離を、蛍光ランプの長手方向で変化させることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、２つの蛍光ランプが直列に接続され、インバータの昇圧トランスの高電圧側端子に接続された蛍光ランプの高圧側電極と、直列接続するための中間接続点となる蛍光ランプの低圧側電極とに関し、高圧側電極と拡散部との距離は、低圧側電極と拡散部との距離よりも大きくし、距離の違いによる拡散部の照射光量の差を利用して、蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、蛍光ランプがＵ字形の蛍光ランプであることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、直列に接続される２つのＵ字形の蛍光ランプは、その２つの蛍光ランプが具備する４つの電極が並列するように配置され、並列する４つの電極のうち、外側の２つ電極同士が接続され、内側の２つの電極のそれぞれがインバータの昇圧トランスの高電圧側端子に接続されることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、拡散部の照明面に平行な方向の蛍光ランプの電極間の距離において、高圧側電極と低圧側電極との距離が、高圧側電極間の距離よりも短くし、距離の違いによる拡散部の照射光量の差を利用して蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１ないし第５のいずれか１の技術手段におけるバックライトユニットと、バックライトユニットによって照明される液晶パネルとを有することを特徴とする液晶表示装置である。

本発明によれば、光源として備える蛍光ランプの高電圧側と低電圧側の輝度差を補償し、出射光の輝度を均一化したバックライトユニットと、そのバックライトユニットを使用して表示画面全域で均一な輝度を得ることができるようにした液晶表示装置とを提供することができる。

ここでは、複数の蛍光ランプを直列接続してインバータ回路を削減して駆動回路を簡易な構成にするとともに、このときに蛍光ランプに生じる輝度むらを、蛍光ランプと拡散板との距離、あるいは蛍光ランプの電極間の距離を制御することによって補償することにより、均一な輝度の表示画面が得られるようになる。

また、蛍光ランプを直列接続する場合に、蛍光ランプの高圧側電極同士を隣接させ、外側の電極同士を接続して中間接続点とすることにより、高信頼性が必要となる高圧側の配置をコンパクトに設計することができ、絶縁構造をその要求程度に応じて合理的に配置することができるようになる。

上述したように、バックライトユニットの蛍光ランプは、高電圧側の輝度が相対的に高く輝度の不均一（輝度むら）が生じる。本発明では、このような蛍光ランプが本来的に備える輝度むらを補償して均一な輝度の表示画面を得ることができ、かつ蛍光ランプの駆動回路を合理化して簡易な構成にするために、複数の蛍光ランプを直列接続してインバータ回路を削減するとともに、このときに蛍光ランプに生じる輝度むらを、蛍光ランプと拡散板との距離（すなわち、蛍光ランプと被照明体との距離）を制御することによって補償することを特徴としている。

図１は、本発明のバックライトユニットにおける蛍光ランプの接続例を模式的に示す図である。本実施形態では、バックライトユニットに備えられる２つの蛍光ランプ１１が直列に接続されている。これによって、２つの蛍光ランプ１１について１つのインバータ回路を設ければよく、従来の構成に比して駆動回路が合理化されている。

Ｕ字形の蛍光ランプ１１を含むバックライトユニットの構成は、従来例で説明した図５と同様であり、蛍光ランプ１１からの光を反射する反射層１３が筐体１２の底部内面に設けられ、蛍光ランプ１１の前面（表面）には、アクリル板等の光拡散特性を有する素材で構成され、蛍光ランプ１１から直接入射する光もしくは反射層１３において反射され再び前面側に導かれる光を拡散させる拡散板１４が設けられる。そして拡散板１４を透過した透過光により、拡散板の前面側（蛍光ランプの反対側）に設置された液晶パネル等の被照明体をその背面から照明する。

図２は、本発明のバックライトユニットの一実施形態における蛍光ランプと拡散板との距離の関係を模式的に示す図で、図中、１５はバックライトユニットによって照明される液晶パネルである。本実施形態では、図１に示すようにＵ字形の２つの蛍光ランプ１１を直列に接続し、１つのインバータ回路によってこれら蛍光ランプ１１を駆動するようにしている。図１の例では、２つの蛍光ランプ１１をセットとするとき、これら蛍光ランプ１１の４つの電極が並列するように配置し、これら電極のうち内側の電極をそれぞれインバータ回路の昇圧トランス２０の高圧側端子に接続し、外側の電極同士を接続して中間接続点として構成している。

このときに、上述のように、蛍光ランプ１１において昇圧トランス２０の高圧側端子に接続された側と、上記中間接続点側との間に輝度勾配が生じるため、図２に示すように、その輝度勾配に応じて輝度を補償するように、蛍光ランプ１１と拡散板１４（すなわち蛍光ランプ１１と液晶パネル１５）の距離を変化させる。すなわち、図２において、蛍光ランプ１１の高圧側電極を１１Ｈ、低圧側（中間接続点側）電極を１１Ｌとするとき、蛍光ランプ１１の電極と拡散板１４との距離ｒは、低圧側電極１１Ｌと拡散板１４との距離ｒ１よりも、高圧側電極１１Ｈと拡散板１４との距離ｒ２を大きくとるようにする。

蛍光ランプ１１から出射した光は放射光となって拡散板１４に入射する。このときに、蛍光ランプ１１と拡散板１４との距離が長くなるに従って拡散板に入射する光量は減少する。
蛍光ランプ１１の輝度は、上記のように高圧側から低圧側に向かって輝度が減少する輝度むらを有しているため、蛍光ランプ１１と拡散板１４との距離を、蛍光ランプ１１の高圧側で相対的に遠くして、低圧側で近くすることにより、蛍光ランプ１１の本来的な輝度むらを補償することができるようになる。

上述のように、蛍光ランプ１１輝度の分布曲線は、蛍光ランプ１１の形状や蛍光管の長さ、駆動電圧や駆動周波数、あるいはユニットに組み込んだときの浮遊容量を介したリーク電流の分布、等によって変化する。従って、ユニットに組み込まれたときに発生する蛍光ランプ１１の輝度むらに応じて、これを補償するように蛍光ランプ１１の距離ｒを設定すればよい。このときに、Ｕ字形の蛍光ランプ１１は通常直線状の管をＵ字形に形成した形状を有しており、曲線状の輝度むらに合わせて距離ｒを設定することはできないが、蛍光ランプ１１の高圧側電極１１Ｈと低圧側電極１１Ｌとの配設位置を最適化することによって、実用上問題のない均一な照明輝度を得ることができる。

また、拡散板１４の面方向に沿った蛍光ランプ１１の配列方向の電極間の距離をｍとするとき、従来の構成であれば、これらの距離ｍは均一にして配列方向の輝度むらをできるだけ抑えるようにするが、本実施形態の場合は、蛍光ランプ１１の電極位置とともに、上記電極間の距離ｍも最適に設定する。すなわち、ここでは、１つの蛍光ランプ１１における高圧側電極１１Ｈと低圧側（中間接続点側）電極１１Ｌとの距離ｍ１を、隣接する蛍光ランプ１１の２つの高圧側電極１１Ｈ間の距離ｍ２よりも小さくする。低圧側は輝度が低下しているため、高圧側電極１１Ｈとの距離を小さくして輝度の低下を補償する。

また、図１のような蛍光ランプ１１のセットが複数配列されているとき、１つのセットの外側の低圧側電極１１Ｌと、隣接するセットの外側の低圧側電極１１Ｌとの距離ｍは、上記ｍ１と同一であってもよく、また、両方の電極が低圧側であることから、ｍ１よりも更に小さい距離ｍ３としてもよい。
すなわち、上記の例では、蛍光ランプ１１と拡散板１４との距離ｒと、電極間の距離ｍとを最適化することによって輝度分布を均一にすることができる。

また、上記距離ｍについては従来例のように均一にし、蛍光ランプ１１と拡散板１４との距離ｒのみによって輝度補償を行うようにしてもよい。いずれの場合も、蛍光ランプ１１の形状や蛍光ランプの長さ、駆動電圧や駆動周波数、あるいはユニットに組み込んだときの浮遊容量の分布等に応じて、液晶パネル等の被照射物への照明輝度が均一の補償されるように、これらの距離ｒ、ｍを最適化すればよい。

実際のバックライトユニットの組み立てにおいて、筐体１２の底面に蛍光ランプ１１を支持するための支持部材を設置して、その支持部材に対して蛍光ランプ１１を取り付ける。従って、上記の各距離ｒ，ｍを最適化した位置に蛍光ランプ１１を取り付けることができるように上記支持部材を設計し、ユニットを組み立てるようにする。このときに、上記距離ｒを最適にするために、上記支持部材の蛍光ランプ１１の電極部の取り付け高さ、すなわち、筐体１２の底面から蛍光ランプ１１の電極までの高さｈを電極に応じて変更することによって、上記ｒを最適化することができる。

また、蛍光ランプ１１を直列接続する場合、図１に示すように、蛍光ランプ１１の高圧側電極同士を隣接させ、外側の電極同士を接続して中間接続点とすることが好ましい。
蛍光ランプ１１の高圧側は放電しやすく、高信頼性を得るために高度（かつ高価）な絶縁構造が必要となる。ここで、図１のように蛍光ランプ１１の高圧側電極同士を中央で隣接させることにより、高信頼性が必要となる高圧側の配置をコンパクトに設計することができ、絶縁構造をその要求程度に応じて合理的に配置することができる。

例えば、蛍光ランプ１１の高圧電極と中間接続点側電極とを交互に配置するように構成すると、高信頼性が必要な高圧側電極が分散されて配置されるため、高度な絶縁構造が広い範囲に亘って要求されるようになる。これに対して、図１の配列構成とすることによって、絶縁構造を簡略化することができる。

以上の実施形態では、蛍光ランプ１１としてＵ字形の蛍光ランプを例として説明したが、本発明はＵ字ランプのみならず、直管型の蛍光ランプにも適用することができる。
図３に示すように、直管型の蛍光ランプ１１´の場合、２つの蛍光ランプ１１´を直列に接続し、それぞれの蛍光ランプ１１´の空き電極側に昇圧トランス２０の高圧側端子を接続する。
そして、上記の例と同様に、直管型の蛍光ランプ１１´の低圧側電極と拡散板１４との距離ｒ１よりも、高圧電極側と拡散板との距離ｒ２を大きくとるように最適化して、蛍光ランプ１１´の輝度むらを補償する。

図４は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するための図で、バックライトユニットを有する液晶表示装置の断面概略構成を示すものである。図４において、３０は液晶表示装置である。
液晶表示装置３０は、２枚の透明絶縁性基板の間に液晶材料を封入した主要構成を有する一般的な液晶パネル１５と、液晶パネル１５の光を照射するためのバックライトユニット１０とを具備している。本実施形態の液晶表示装置３０が備えるバックライトユニット１０は、上述した実施形態によるバックライトユニットを適用することができる。

上記のようなバックライトユニット１０を用いて液晶パネル１５を照明することによって、蛍光ランプ１１の輝度むらが補償され、輝度が均一化された照明光を得ることができる。そしてこれによって輝度むらがなく高画質の液晶パネル１５の表示画面を得ることができる。

本発明のバックライトユニットにおける蛍光ランプの接続例を模式的に示す図である。 本発明のバックライトユニットの一実施形態における蛍光ランプと拡散板との距離の関係を模式的に示す図である。 本発明のバックライトユニットにおける蛍光ランプの接続例の他の例を模式的に示す図である。 本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するための図である。 Ｕ字形の蛍光ランプを使用したバックライトユニットの構成例を説明するための図である。 蛍光ランプの輝度特性の一例を説明するための図である。 従来の蛍光ランプの駆動構成例を示す図である。

符号の説明

１０…バックライトユニット、１１…蛍光ランプ、１１Ｈ…高圧側電極、１１Ｌ…低圧側電極、１２…筐体、１３…反射層、１４…拡散板、１５…液晶パネル、２０…昇圧トランス、２１…１次巻線、２２…２次巻線、３０…液晶表示装置、３１…液晶パネル。

Claims (6)

1. 複数の蛍光ランプと、該蛍光ランプを駆動するインバータと、前記蛍光ランプから放射される発光を拡散する拡散部とを有し、該拡散部で拡散された蛍光ランプの発光によって被照明体を照明するバックライトユニットにおいて、前記インバータ回路によって駆動する蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償するために、蛍光ランプと前記拡散部との距離を、前記蛍光ランプの長手方向で変化させることを特徴とするバックライトユニット。
2. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、該バックライトユニットは、２つの蛍光ランプが直列に接続され、前記インバータの昇圧トランスの高電圧側端子に接続された前記蛍光ランプの高圧側電極と、前記直列接続するための中間接続点となる前記蛍光ランプの低圧側電極とに関し、前記高圧側電極と前記拡散部との距離は、前記低圧側電極と前記拡散部との距離よりも大きくし、該距離の違いによる前記拡散部の照射光量の差を利用して、前記蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償することを特徴とするバックライトユニット。
3. 請求項２に記載のバックライトユニットにおいて、前記蛍光ランプはＵ字形の蛍光ランプであることを特徴とするバックライトユニット。
4. 請求項３に記載のバックライユニットにおいて、前記直列に接続される２つのＵ字形の蛍光ランプは、該２つの蛍光ランプが具備する４つの電極が並列するように配置され、該並列する４つの電極のうち、外側の２つ電極同士が接続され、内側の２つの電極のそれぞれが前記インバータの昇圧トランスの高電圧側端子に接続されることを特徴とするバックライトユニット。
5. 請求項４に記載のバックライトユニットにおいて、前記拡散部の照明面に平行な方向の前記蛍光ランプの電極間の距離において、前記高圧側電極と前記低圧側電極との距離は、前記高圧側電極間の距離よりも短くし、該距離の違いによる前記拡散部の照射光量の差を利用して前記蛍光ランプの長手方向の輝度むらを補償することを特徴とするバックライトユニット。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載のバックライトユニットと、該バックライトユニットによって照明される液晶パネルとを有することを特徴とする液晶表示装置。

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