JP2008270071A - 直下型液晶ディスプレイ用バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】熱陰極蛍光ランプを２本だけ用いたバックライトにおいて輝度ムラを抑制する。
【解決手段】熱陰極蛍光ランプ１０と筐体２０とを備えた直下型液晶ディスプレイ用バックライト１００であって、筐体２０に収納される熱陰極蛍光ランプ１０は２本のみであり、
熱陰極蛍光ランプ１０は略直線状のバルブ１２とフィラメント１４とから構成され、バルブ断面の内周長さＬ、筐体の深さｄ、２本のバルブのピッチｐとの間に、下式１〜３の関係が成立し、画面縦方向長さｈと内周長さＬとの比（ｈ／Ｌ）が２以上１０以下であるバックライトである。
８２≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ）・・・（式１）
−１９≦２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）≦１１・・・（式２）
（ｄ／Ｌ）≦１．７・・・（式３）
【選択図】図１

Description

本発明は、直下型液晶ディスプレイ用バックライトに関する。

現在、液晶ディスプレイのバックライトの光源としては、冷陰極蛍光ランプが主に採用されている。冷陰極蛍光ランプは、細径化に適しているので、薄型化が要求されるバックライトの光源として用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１６７０４号公報

近年、液晶ディスプレイの大画面化が進んでおり、これに伴ってバックライトも大型化してきている。このバックライトの大型化により、光源として冷陰極蛍光ランプを用いると、点灯回路が複雑になるとともに、使用するランプ本数の増加により、消費電力が高くなることが危惧されている。
さらに説明すると、冷陰極蛍光ランプは、他のランプと比べて駆動に必要な電圧（駆動電圧）が大きく、高圧な電源を用いることが必要である。特に、画面サイズが３２インチ以上のような大画面の液晶ディスプレイが最近登場しているため、ランプ長はより長くなり、その分、駆動電圧はさらに高圧化する傾向が強くなっている。

また、冷陰極蛍光ランプは、１本当たりに投入する電力が小さいため、画面輝度を確保するためには本数を多くする必要があり、それゆえに、部品コストが増大するとともに、組み立て工数がかかるという問題が顕在化する可能性が高い。
そのような中、冷陰極蛍光ランプよりも高効率・高出力である熱陰極蛍光ランプをバックライトの光源として採用することが検討され始めている。熱陰極蛍光ランプを採用することで、上述した特長により、消費電力を抑えるとともに、ランプ本数を削減することで、点灯回路の簡素化・部品コストダウン・組み立て工数削減が期待できる。しかしながら、バックライトとしては冷陰極蛍光ランプの開発・研究が今日に至るまで盛んに行われた結果、熱陰極蛍光ランプの欠点が克服されていないのが実情である。

本願発明者は、液晶ディスプレイの大画面化に伴って益々顕在化してくるバックライトの問題を、現在主流の冷陰極蛍光ランプの改良により解決するのではなく、熱陰極蛍光ランプを用いることによって解決することを試みている。
本願発明者の検討によると、熱陰極蛍光ランプを用いたバックライトは、確かに、冷陰極蛍光ランプと比較してランプ本数を減らすことができるが、それでも、ランプ本数を減らすと、デメリットが顕在化してくることがわかった。つまり、バックライト内のランプ本数が極端に少ないと（例えば、２本）、画面の輝度ムラが酷くなり、液晶ディスプレイ用のバックライトとしての使用が不可となってしまう。特に、画面中央付近の輝度ムラは、直ちに画像の品質劣化に繋がるため、即、不適となることがわかった。それゆえ、画面サイズが３２インチまたはそれ以上の液晶ディスプレイにおいては、熱陰極蛍光ランプといえども、３本以上が必須であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、低本数の光源を用いたバックライトにおいて、輝度ムラを抑制することにある。

本発明のバックライトは、熱陰極蛍光ランプと、前記熱陰極蛍光ランプを収納する筐体とを備えた、直下型液晶ディスプレイ用バックライトであり、前記筐体に収納される前記熱陰極蛍光ランプは、２本のみであり、前記熱陰極蛍光ランプは、略直線状のバルブと、前記バルブ内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントとから構成されており、前記バルブの長手方向に対して垂直な断面における内周の長さＬ、前記筐体の深さｄ、および、前記２本のバルブのピッチｐとの間に、下式１〜３の関係が成立し、
８２≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ） ・・・（式１）
−１９≦２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）≦１１・・・（式２）
（ｄ／Ｌ）≦１．７ ・・・（式３）
画面縦方向長さｈと前記内周の長さＬとの比（ｈ／Ｌ）が２以上１０以下であることを特徴とする。

ある好適な実施形態において、前記バルブの断面は円形である。
前記バルブの断面は、略楕円形であってもよい。
ある好適な実施形態において、前記バックライトは、画面サイズ２０インチ以上４２インチ以下の直下型液晶ディスプレイ用バックライトである。

本発明によれば、筐体内に収納される熱陰極蛍光ランプの本数が２本のみであるにもかかわらず、バルブ断面における内周長さＬ、筐体の深さｄ、および、２本のバルブのピッチｐとの間に式１，式２，式３の関係を成立させることにより、画面縦方向長さｈと長さＬとの比（ｈ／Ｌ）が２以上１０以下のバックライトにおいて、輝度ムラを抑制することができる。その結果、熱陰極蛍光ランプを２本だけ用いて輝度ムラを抑制しているので、バックライトにおける光源部材のコスト削減を行うことができる。

本願発明者は、大画面化が益々加速する液晶ディスプレイ用のバックライトに好適なものは、現在主流の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を用いたものでなく、冷陰極蛍光ランプと比べて１本あたりに大出力の電力を投入できる熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）を用いたものに移行すると考え、研究開発を行っていた。そのように移行すると考えた理由は、熱陰極蛍光ランプの「大出力」という特徴を生かすことで、液晶テレビにおけるコントラスト比を大きくすることができ、動画を含めた高画質化が可能となるとともに、冷陰極蛍光ランプに比べ、バックライトとして使用するランプの本数が大幅に削減でき、コストダウンが可能であるからである。このような開発の中、本願発明者は、冷陰極蛍光ランプと比較して本数を低減できる熱陰極蛍光ランプであっても少なくとも３本は必須であったバックライトにおいて、種々の検討を加えて、熱陰極蛍光ランプが２本でも液晶ディスプレイ用のバックライトとして許容できる構成を見出し、本発明に至った。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
図１は、本発明の実施形態に係るバックライト１００の構成を模式的に示している。図１（ａ）は、本実施形態のバックライト１００の概略を示す上面図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、図１（ａ）に対応した概略断面図である。

本実施形態のバックライト１００は、熱陰極蛍光ランプ１０と、熱陰極蛍光ランプ１０を収納する筐体２０とを備えた直下型液晶ディスプレイ用バックライトである。そして、本実施形態の構成では、筐体２０に収納される熱陰極蛍光ランプ１０が、２本のみであることが特徴の一つである。熱陰極蛍光ランプ１０は、略直線状のバルブと、バルブ内に設けられ、熱電子を放出するフィラメント（不図示）とから構成されている。

熱陰極蛍光ランプ１０を収納する筐体２０には、開口部２０ａが形成されており、その開口部２０ａには、光学シート３０が配置される。なお、光学シート３０の上方（矢印４０の方向）には、液晶ディスプレイパネルが配置される。なお、液晶ディスプレイパネルが配置される方向をスクリーン方向４０と称してもよく、換言すると、面状光源としてのバックライト１００の光が向かうべき方向（液晶ディスプレイパネルが存在する方向）がスクリーン方向４０となる。

光学シート（または、光学フィルム）３０は、複数の層が積層されて構成されており、例えば、拡散シート、レンズシート、偏向シートからなる。光学シート３０と対向する面には、筐体２０の主面（ここでは底面）２０ｂが位置している。この筐体２０の主面（底面）２０ｂは、反射板として機能し、熱陰極蛍光ランプ１０から放射された光をスクリーン方向４０に向ける働きを持っている。具体的には、熱陰極蛍光ランプ１０から放射された光が、筐体２０の主面（底面）２０ｂへ向かってもその光は反射されて、光学シート３０を通って液晶ディスプレイパネルの方に向っていく。

図２（ａ）に、熱陰極蛍光ランプ１０のバルブの断面構成、より詳細には、バルブの長手方向５０に対して垂直な断面を模式的に示す。本実施形態のバルブは、内面１２ａと外面１２ｂとを有するガラス管からなり、バルブの内面１２ａには蛍光体層１９が形成されている。図２（ａ）に示したバルブの断面は、円形である。ここで、図２（ｂ）に示すように、バルブ断面の内周（内面１２ａを基準にした周囲長さ）を「Ｌ」と表す。バルブの内面１２ａに蛍光体層１９が形成されていることからわかるように、このバルブ断面の内周Ｌは、発光部の長さ（内円周）を意味している。

なお、図１及び図２に示した熱陰極蛍光ランプ１０では、断面が円形のバルブのものを示したが、図３に示すように、バルブの断面は円形に限らず略楕円形（楕円形、長円、扁平形状などの形状）のものであってもよい。その場合も、バルブの断面の内周（内面１２ａを基準にした周囲長さ）を「Ｌ」として表す。
本実施形態のバックライト１００では、バルブの長手方向５０に対して垂直な断面における内周の長さを「Ｌ」とし、筐体２０の深さを「ｄ」とし、２本のバルブのピッチを「ｐ」とした場合に、それらの間に下式１〜３の関係が成立する。

８２≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ） ・・・（式１）
−１９≦２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）≦１１・・・（式２）
（ｄ／Ｌ）≦１．７ ・・・（式３）
加えて、画面縦方向長さを「ｈ」とした場合に、縦方向長さｈと、バルブ内周の長さＬとの比（ｈ／Ｌ）は、２以上１０以下である。なお、筐体２０の深さｄは、光学シート３０の底面から、筐体２０の底面２０ｂまでの間の距離である。ピッチｐは、隣接する２本のバルブ１２の中心間の距離である。画面縦方向長さｈは、バルブの長手方向５０に垂直な方向の画像表示領域の長さである。

上記式（１）から（３）、および、縦方向長さｈと内周長さＬとの比（ｈ／Ｌ）の技術的意義については後述する。
次に、図４を参照しながら、本発明の実施形態に係るバックライト１００に搭載される熱陰極蛍光ランプ１０について説明する。図４は、本実施形態の熱陰極蛍光ランプ１０の断面構成を模式的に示している。

本実施形態の熱陰極蛍光ランプ１０は、バックライト用として用いられるので、長寿命のものが使用される。好ましくは、熱陰極蛍光ランプ１０は、公称寿命１．２万時間以上のランプであり、さらに好ましくは、公称寿命２万時間以上、または、３万時間以上のランプである。なお、ディスプレイとして従来から広く普及しているＣＲＴ装置の寿命は、約２００００時間であるので、それ以上の寿命があるランプであることが望まれる。

寿命の定義としては大きく２つの要素があり、１つはランプの明るさの減退率（いわゆる輝度維持率）と不点灯である。バックライトとしての使用を想定すると、熱陰極蛍光ランプの寿命が律則するのは電極フィラメントに形成された熱電子放射性物質（エミッタ）の枯渇による不点灯である。寿命を推定するには、複数のランプを所定の点灯条件（ランプの定格電流における連続点灯試験）のライフ試験に掛け、ある一定時間（例えば、１００時間、５００時間、１０００時間、２０００時間、５０００時間）点灯後のランプを順次破壊、または、非破壊によりエミッタの残存量を随時測定し、初期からの消耗量（消耗速度）を測定する。これらの結果を基に、点灯経過時間とエミッタ消耗量（または、エミッタ残存量）の関係をプロットし、１次関数によりフィッティングを行うことで、寿命を推定することができる。なお、公称寿命は、前記の取得データを基に消耗量のばらつき、測定ばらつき、製造ばらつき（いずれも標準偏差の３倍：３シグマを基準）を鑑みて決定される。

図示した熱陰極蛍光ランプ１０は、直管状のガラスバルブ１２と、ガラスバルブ１２の両端に配設された一対の電極１１とから構成されている。
ガラスバルブ１２は、ソーダ石灰ガラス製、または、バリウム・ストロンチウムシリケート（軟化点６７５℃の軟質ガラス）製である。バルブ１２の寸法を例示すると、３２インチ用としては、バルブ１２の外径１２ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ７３０ｍｍである。４５インチ用としては、バルブ１２の外径１２ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ１０１０ｍｍである。６５インチ用としては、バルブ１２の外径２５．５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ１４９９ｍｍである。なお、１０５インチ用としては、バルブ１２の外径３８ｍｍ、肉厚０．９ｍｍ、長さ２３６７ｍｍである。なお、バルブの肉厚は、１．０ｍｍにすることもできる。

ガラスバルブ１２の内面１２ａには蛍光体（不図示）が塗布されている。より具体的には、ガラスバルブ１２の内面１２ａには、アルミナからなる保護膜が形成されており、その保護膜の上に蛍光体層が積層されている。蛍光体層を構成する蛍光体は、例えば、赤（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ_３）および青（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ）の各色を発光する希土類蛍光体を混合したものを用いることができる。なお、蛍光体は、他の希土類蛍光体を用いることができる。例えば、赤として、（Ｙ,Ｌａ）_２Ｏ_３：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、緑として、ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ、ＧｄＭｇＢ_２Ｏ_１０：Ｃｅ，Ｔｂ、青として、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_ｌ２：Ｅｕを挙げることができる。

ガラスバルブ１２内には、水銀と、希ガスが封入されている。本実施形態では、ガラスバルブ１２内に、約５ｍｇの水銀（不図示）と、緩衝用希ガスとして常温における圧力５００Ｐａのアルゴン（Ａｒ）が封入されている。なお、バルブ１２内に封入する水銀は、水銀単体の他に、例えば、亜鉛水銀、スズ水銀、ビスマス、インジウム水銀などのアマルガムの形態で封入することもできる。

また、希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）の混合比率が１００％のものの他、アルゴン（Ａｒ）にクリプトン（Ｋｒ）を混合したものを用いることもできる。クリプトン（Ｋｒ）の混合比（分圧比）は、例えば、２０％〜６０％であり、一例として、アルゴン：クリプトン＝５０％：５０％の混合ガス（ガス圧６００Ｐａ）を挙げることができる。
本実施形態における電極１１は、フィラメント１４と、フィラメント１４を保持する一対のリード線１３と、この一対のリード線１３を保持するビーズガラス１５とから構成されている。ビーズガラス１５は、ビーズマウントとも称される。図示した電極１１は、いわゆるガラスビーズマウント方式のものである。

フィラメント１４は、タングステン製であり、本実施形態では、長寿命ランプにするためにエミッタ塗布量を大きくするように複雑なコイル形状としている。すなわち、太いタングステン線の周囲にゆるく覆うように細いタングステン線を巻つけて長い籠状の構造体を形成し、この構造体を螺旋状に巻いたものが二重コイルと称される。フィラメント１４は前記二重コイルをいまいちど螺旋状に巻いて三重コイルとしたもの、または前記三重コイルをさらに螺旋状に巻いて四重コイルとしたものである。フィラメント１４が三重コイルの場合、三重目のコイルが５〜７ターンの電極コイルである。またフィラメント１４が四重コイルの場合、２〜４ターンの電極コイルである。

フィラメント１４に塗布されるエミッタは、例えば、ストロンチウム、カルシウム、バリウムの酸化物である。本実施形態では、長寿命ランプを実現するために、フィラメント１４に塗布するエミッタ量を多くするようにしており、本実施形態では、熱陰極蛍光ランプ１０の一本あたり、一対の電極のうちの一つのフィラメント１４に５．０ｍｇ以上のエミッタを塗布している。なお、希ガスの構成をアルゴン１００％でなく、アルゴンよりも原子量の大きいクリプトンを所定混合比で混入させると、エミッタがフィラメント１４から飛散し難くなり、その技術的意味でランプ寿命を長くすることができる。

図示した電極１１は、ガラスバルブ１２の封止部１６にてピンチシールされている。また、ガラスバルブ１２の少なくとも一方の端部には、排気管１７が封着されている。この排気管１７は、バルブ１２内を排気したり、希ガスを封入したりする時に使用され、その排気・封入の後に封着されたものである。なお、排気管１７をバルブ１２の一端でなく、両端に設けると、ガス排気・封入を効率良く行うことができるメリットがある。また、それにより、バルブ１２内部の不純物の割合を低下させることもできる。

ガラスバルブ１２の端部には、封止部１６や排気管１７を覆うように口金１８が設けられている。なお、封止部１６から外へ延びたリード線１３と口金１８との結線手法は、ランプ１０の仕様に合わせて適宜決定すればよい。例えば、口金１８の端面（紙面の左側と右側の端面）に、バックライトユニットへの取付け用のピンを配置し、そのピンとリード線１３との結線を行うようにすることもできるし、あるいは、取付け用のピンを口金１８の側面の一部（例えば、紙面正面側の円筒の一部）に配置し、そのピンとの結線を行うことも可能である。

熱陰極蛍光ランプ１０は、低圧水銀蒸気放電を応用したランプである。発光の原理は、電子放出物質が塗布されている電極からは、放電（および電極を加熱する別の手段）によって熱電子が放出されるだけの温度を維持することで、電子が供給されアーク放電を維持することができる（これは、冷陰極と大きく異なる点である）。この放電により得られた水銀原子の転移スペクトルのうち、主に２５４ｎｍの紫外線を蛍光体の励起線として利用することで可視光に転換して利用している。

上述したように、ガラスバルブ１２の内面１２ａには蛍光体が塗布されるが、蛍光体とガラスとの間には化学反応による特性の劣化を防ぐための保護膜（酸化アルミナやシリカ粉末など）が施される。電極となるフィラメントはタングステンの二重、または、三重コイルが一般的で、フィラメントには電子放射性物質であるエミッタが塗布されている。管内には液体水銀（または水銀アマルガム、合金）とバッファとしての希ガスが封入される。希ガスとしては一般にアルゴンが用いられることが多いが、ランプの構造や種類によってはクリプトンやネオンなどの混合ガスを用いることもある。

さらに、図５および図６を参照しながら、本実施形態のバックライト１００の構成の一例を詳述する。図５および図６は、それぞれ、本実施形態のバックライト１００の構成を示す分解斜視図および断面図である。
図示した構成では、上述したように熱陰極蛍光ランプ１０が２本配置されている。この例の筐体２０の一部となる反射板２１は、金属板（例えば、メッキを施した鉄製、または、アルミニウム製）から構成されており、その厚さは１．５ｍｍである。反射板２１は、筐体２０の主面（又は底面）２０ｂと主面から延びた側面２０ｃから構成されている。

反射板２１の上面（筐体の主面２０ｂ）には、反射シート２３が形成されている。反射シート２３は、白色の酸化チタン（又は炭酸カルシウム）が分散されてなるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の樹脂層から構成されており、その厚さは２．０ｍｍである。なお、筐体２０の深さｄ（反射板２１の上面から光学シート３０が位置する面までの高さ）は、例えば、４０〜７５ｍｍである。

バックライト１００の反射板２１の下方には、点灯回路（バラスト回路または安定器）７０が配設されている。この例では、各ランプ１０に、１つの点灯回路７０が設けられているが、２つのランプ１０に１つの点灯回路７０を設けてもよい。点灯回路７０は、ランプ１０に電気的に接続されており、また、調光機能も備えている。点灯回路７０を収納するように反射板２１の下には、下カバー７２が設けられている。下カバー７２は、厚さ１．５ｍｍの金属板から構成されている。下カバー７２と反射板２１との間の空間には、例えば、配線が配設されている。なお、バックライト１００に下カバー７２は設けなくてもよく、その場合、点灯回路７０は液晶ディスプレイ（例えば、液晶テレビ）の筐体内に配置しておくことも可能である。

また、反射板２１の端部には、ランプ１０を保持するためのランプホルダ７５が設けられている。ランプホルダ７５は、例えば、白色樹脂製のものである。加えて、バックライト１００の筐体２０の開口部２０ａには、光学シート３０が配置されている。この例では、光学シート３０は、上から順に、偏向シート３１（住友３Ｍ社製のＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）、厚さ０．４４０ｍｍ）、レンズシート３２（厚さ０．１５５ｍｍ）、拡散シート３３（厚さ０．１１３ｍｍ）、拡散板３４（厚さ２．０ｍｍ）を含んでいる。拡散板３４の下面に、さらにレンズシートを設けることも可能である。

さらに、光学シート３０の上には、液晶ディスプレイパネル（例えば、厚さ約２ｍｍ）６０が配設され、そして、その液晶ディスプレイパネル６０及び光学シート３０を覆うように上カバー６２が配設されている。上カバー６２は、例えば、厚さ１．５ｍｍの金属板からなる。
なお、この例におけるバックライト１００は、画面サイズ２０インチ以上４２インチ以下の直下型液晶ディスプレイ用バックライトであるが、上述した式１〜式３の関係を満たし、縦方向長さｈと内周長さＬとの比（ｈ／Ｌ）が２以上１０以下であるのであれば、それ以外の画面サイズのものであってもよい。また、ランプ１０の封止部１６周辺は、ランプ１０の非点灯部位を隠すために額縁領域として覆われて、その非点灯の部位は外部には見えないことになる。

次に、図７から図１２を参照しながら、上述した式（１）から（３）、および、縦方向長さｈと内周長さＬとの比（ｈ／Ｌ）の技術的意義について説明する。
図７は、画面全体の輝度分布を評価する均斉度（９点）を説明するための図である。この例における均斉度（９点）は、ディスプレイ２００の画像表示領域の９点の輝度を測定し、その中で、最も輝度が高い点の値（Ｉ_ｍａｘ）に対する最も輝度が低い点の値（Ｉ_ｍｉｎ）の比（Ｉ_ｍｉｎ／Ｉ_ｍａｘ）によって算出する。測定点は、画像表示領域における画面縦方向長さｈを１００％とした時の１０％、５０％（中心）、９０％のポイントと、画面横方向長さｗを１００％とした時の１０％、５０％（中心）、９０％のポイントとの合計９点である。そして、均斉度（Ｉ_ｍｉｎ／Ｉ_ｍａｘ）は、１に近い方が好ましい。

図８は、画面中央の縦方向の輝度分布に基づくランプイメージを説明するための図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、２本のランプ１０のピッチｐを変化させた場合の輝度パターンの変化を示している。
図８（ａ）は、２本のランプ１０のピッチｐが小さい構成例で、図８（ｃ）は、２本のランプ１０のピッチｐが大きい構成例で、図８（ｂ）はそれらの中間である。画面中央の輝度ムラは、液晶ディスプレイにとって直ちに画像の品質劣化に繋がるため、重要な指標となる。ここでは、画面中央（ｗ＝５０％）の縦方向における輝度の山谷の比をランプイメージという指標で表して評価した。

ランプイメージは、図８（ｃ）の右側にて表記しているように、ランプ１０間における最高輝度（Ｉｐ）に対する、ランプ１０間における最低輝度（Ｉｍ）の比（Ｉｍ／Ｉｐ）で表す。なお、ランプの長手方向５０に沿った方向の輝度変化はほとんど問題とならないレベルであるので、ここでは特別に評価は行わない。
まず、図８（ａ）に示したようなピッチｐが小さい場合、２本のランプ１０の距離が近すぎて、大きな山が存在しているような輝度分布となってしまい好ましくない。すなわち、均斉度（９点）は低くなり、ランプイメージ（Ｉｍ／Ｉｐ；輝度の山谷の比）は１よりも大きな値となる。

一方、図８（ｃ）に示したように、ピッチｐが大きい場合、２本のランプ１０の距離が離れすぎて、輝度ムラのイメージが強く残ってしまう。つまり、仮に均斉度（９点）の値が高くても、ランプイメージ（Ｉｍ／Ｉｐ）は１よりも小さくなり、悪い評価となる。さらに説明すると、図８（ｃ）の曲線のように、画面中央の輝度が低いプロファイルは観測者に違和感を与える傾向が強くなってしまう。

図８（ｂ）に示すように、ピッチｐが丁度良い距離であると、仮に均斉度（９点）の値が中くらいでも、ランプイメージ（Ｉｍ／Ｉｐ）はおおよそ１になり（あるいは、１に近づいた値となり）、良い評価となる。
本願発明者は、所定の大きさのバックライト（例えば画面サイズ３２インチ用のバックライト）を用いて、ランプ１０のピッチｐと筐体２０の深さｄとを種々変化させ、たった２本のランプ１０でも、均斉度とランプイメージとを両立させて、既存の技術常識では不可能と思えた２本のみのバックライトを実現することに成功した。

図９は、縦軸に均斉度（９点測定）［％］をとり、横軸に（ｄ／Ｌ）をとって、（ｐ／Ｌ）の値をプロットしたグラフである。ここでは、ランプ１０のバルブ径（すなわち、バルブ径の大小）の影響をキャンセルするために、バルブの内周長さＬを分母にしたパラメータで評価している。
図９に示すように、ｐ／Ｌが大きいものほど（ｐ／Ｌ＝３．１９）、均斉度の結果は良好であることがわかる。また、いずれのｐ／Ｌも、ｄ／Ｌが大きくなるほど、すなわち、筐体２０の深さｄが大きくなるほど均斉度の結果が良くなっていくことがわかる。なお、図９に示したプロットを、直線近似すると（最小自乗法による回帰直線）、図１０に示す通りになる。

図１１は、縦軸にランプイメージ（ランプ間min／max）［％］をとり、横軸に（ｄ／Ｌ）をとって、（ｐ／Ｌ）の値をプロットしたグラフである。図９と異なり、今度は、ｐ／Ｌが小さいものほど（ｐ／Ｌ＝２．１１）、ランプイメージの結果が良好になることがわかる。また、図９と同様に、いずれのｐ／Ｌも、ｄ／Ｌが大きくなるほど、すなわち、筐体２０の深さｄが大きくなるほどランプホルダの結果が良くなっていくことがわかる。なお、図１１に示したプロットを、直線近似すると（最小自乗法による回帰直線）、図１２に示す通りになる。

上述の結果からわかることは、筐体２０の深さｄが大きくなれば、均斉度は高くなり、ランプイメージ（輝度の山谷の比）は１に近づく。したがって、均斉度とランプホルダの観点からは、筐体２０の深さｄは大きいほど良いのであるが、筐体２０の深さｄが大きくなりすぎると、筐体２０内での多重反射のために光の利用効率が低下し、そして、薄型ディスプレイとしての商品価値が減少していまう結果をもたらす。それゆえ、筐体２０の深さｄを必要以上に大きくすることはできない。

加えて、ランプ１０のピッチｐは、小さすぎると均斉度の結果が悪くなり、大きすぎるとランプイメージの結果が悪くなる。
以上の観測結果に基づいて、均斉度とランプイメージと筐体の深さｄとの許容範囲を求めると次の通りとなる。
均斉度の許容限界（許容下限）を６０％とすると、均斉度の許容下限の境界条件（臨界条件）は、
６０≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ）−２２．０
８２≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ） ・・・（式１）
で表される。

また、ランプイメージは下式で表される。
ランプイメージ＝２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）＋１０４
そして、ランプイメージの許容下限を８５％、許容上限を１１５％とすると、ランプイメージの許容範囲の境界条件（臨界条件）は、
８５≦ランプイメージ許容範囲≦１１５
−１９≦２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）≦１１・・・（式２）
で表される。

また、Ｔ５と称されるガラスバルブ１２（内周長さＬ＝４３．６ｍｍ）を用いた場合で、ｄ＝７５ｍｍの深さ（現行６５インチ液晶ディスプレイＴＶ製品の半分の厚さ）を上限とすれば、
（ｄ／Ｌ）≦１．７・・・（式３）
で表される。

以上の境界条件をグラフ上に表すと、図１３に示す通りとなる。すなわち、均斉度の許容下限（式１）が境界Ｘで、ランプイメージの許容範囲（式２）が境界ＹとＺとの間に存在する。そして、筐体の深さｄの上限（式３）が境界Ｔである。すると、境界Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＴで囲まれた領域Ｓの範囲内であれば、熱陰極蛍光ランプの本数が２本のみであっても、輝度ムラを抑制でき、液晶ディスプレイ用として許容可能なバックライトを実現することができる。

２本の熱陰極蛍光ランプ１０のバルブ１２をそれぞれ切り開いて展開した長さ（バルブ内周の長さＬ）の和（２Ｌ）よりも、画面縦方向長さｈの方が大きいことが、光を有効利用していることになるから、ｈ≧２Ｌが成立する。さらに、熱陰極蛍光ランプの本数が２本のみで対応できる画面縦方向長さｈは、発光部長さ（すなわち、バルブ内周の長さＬ）の総和（２Ｌ）の５倍以下であるので、画面縦方向長さｈとバルブ内周の長さＬとの比（ｈ／Ｌ）は１０以下となる。すると、２≦（ｈ／Ｌ）≦１０の関係が導き出される。なお、縦：横＝９：１６のディスプレイの場合には、断面が円形のバルブ（Ｔ５タイプ；Ｌ＝４３．６ｍｍ）を用いると、７インチから３５インチ、断面が略楕円形のバルブ（Ｌ＝５５．８ｍｍ）を用いると、９インチから４４インチのディスプレイに対応可能である。

画面縦方向長さｈが、バルブ内周の長さＬの総和（２Ｌ）の５倍以下である点ついて補足説明すると次の通りである。発光面の輝度が等しいｎ本の蛍光ランプを光源として、バックライトをはじめとする密閉型照明器具を構成した場合、光出射面の輝度は蛍光ランプの発光面の全面積に略比例する（なお、厳密に比例関係にないのは、発光面の面積や密閉型照明器具内部に配置によって光利用効率が変化するためである）。また、バックライト横方向（蛍光ランプの管軸方向）の輝度は一定であるから、それゆえ、光出射面の輝度は、画面縦方向長さｈと蛍光ランプのバルブ内周の長さ（Ｌ）の和ΣＬ（即ち、総和ｎＬ）との比γ（γ＝ｈ／ΣＬ）に反比例する。すなわち、この比が小さいほど、光出射面の輝度は高くなり、この比が大きいほど光出射面の輝度は低くなる。したがって、このγはランプの径、本数、及び光出射面の輝度とを結びつける指標になる。

民生用液晶ＴＶの白色画面輝度の最大値は４５０カンデラ毎平方メートルであり、液晶の透過率は約７％であることから、約６０００カンデラ毎平方メートルの光出射面を有するバックライトにする必要がある。本願発明者は、バックライト用に試作した熱陰極蛍光ランプに印加する電流の大きさを変化させて実用条件での管面輝度を測定した結果、その最大値は約３万カンデラ毎平方メートルであった。すなわち、管面輝度はバックライトとして必要な輝度の約５倍以下であり、これらのことから、γの値は５を超えると、実用上、十分な画面輝度を得ることはできない。なお、ちなみに画面縦方向長さｈと発光部長さの総和ｎＬとの関係について、発光部の内径２ｍｍの冷陰極蛍光ランプ１６本を用いた画面縦方向長さｈ＝３９２ｍｍの液晶テレビにおいて、γ＝３．９である。

図１４は、３２インチ用のバックライトで、断面が略楕円形のバルブ１２（Ｌ＝５５．８ｍｍ）を用いて検討した結果を表すグラフである。このグラフでは、縦軸（２本のランプのピッチ）、横軸（筐体深さ）とも、実単位（［ｍｍ］）で表記している。図中の「○」が、液晶ディスプレイ用バックライトとして許容可能と判断された結果を表し、図中の「×」が許容できなかった判断された結果を表している。

図１４では、境界Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＴで囲まれた領域Ｓの範囲内であれば、熱陰極蛍光ランプが２本のみであっても、液晶ディスプレイ用バックライトとして許容でき、一方、領域Ｓから外れると、許容できなくなっていることが実験結果からも示している。
なお、参考までに、図１４に示した領域Ｓを、断面が円形のバルブ１２（Ｔ５タイプ；Ｌ＝４３．６ｍｍ）を用いた場合で表すと、図１５に示す通りになる。

なお、上述した本実施形態に係るバルブ１２の形状である「略楕円」は、一般的に断面が円形で作製されたバルブ１２が製造プロセス上の誤差（公差）によって偏位し、円形と称されるものの幾何学的な円形でない形状まで含む意図ではなく、製造プロセス上の誤差（公差）によって偏位したものは、「円形」に含まれるものである。略楕円のバルブは、典型的な製造プロセスを利用して、円形のバルブから、扁平率を上げて、本実施形態における略楕円のバルブを作製しても構わない。本実施形態における略楕円ランプでは、例えば、長径Ｌ１／短径Ｌ２の値が１．６であるが、典型的には、１．２≦（Ｌ１／Ｌ２）≦１．８の範囲のものを用いることができる。

本実施形態における略楕円のバルブ１２を作製するには、次のようにすればよい。まず、断面円形のバルブ（ガラスバルブ）を用意し、そのバルブを加熱して、略楕円中空の型（金型）の間に配置し、その型によってバルブを挟み込んで変形させれば、略楕円状のバルブ１２を得ることができる。なお、バルブ１２の内面に塗布されるアルミナや蛍光体は、適宜好適な段階で形成すればよい。あるいは、円形のランプを作製してから、それに熱を加えて、ランプのガラスを軟化させプレス加工して、略楕円バルブ１２を製造することもできる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

本発明によれば、熱陰極蛍光ランプを２本だけ用いたバックライトにおいて、輝度ムラを抑制することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態に係るバックライト１００を模式的に示す平面図、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）に対応した断面図 （ａ）は、熱陰極蛍光ランプ１０のバルブの断面を模式的に示す図、（ｂ）は、バルブ内周の長さＬを表す図 略楕円形のバルブの断面を模式的に示す図 本発明の実施形態に係る熱陰極蛍光ランプ１０の構成を示す断面図 本発明の実施形態に係るバックライト１００の構成を説明するための分解斜視図 本発明の実施形態に係るバックライト１００の構成を示す断面図 画面全体の輝度分布を評価する均斉度（９点）を説明するための図 （ａ）〜（ｃ）は、画面中央の縦方向の輝度分布に基づくランプイメージを説明するための図 縦軸が均斉度（９点測定）［％］で横軸が（ｄ／Ｌ）における（ｐ／Ｌ）のグラフ 図９に示したプロットを直線近似したグラフ 縦軸がランプイメージ［％］で横軸が（ｄ／Ｌ）における（ｐ／Ｌ）のグラフ 図１１に示したプロットを直線近似したグラフ 本発明の実施形態における境界条件および領域Ｓを表すグラフ 本発明の実施形態における境界条件および領域Ｓを表すグラフ 本発明の実施形態における境界条件および領域Ｓを表すグラフ

符号の説明

１０ 熱陰極蛍光ランプ
１１ 電極
１２ バルブ（ガラスバルブ）
１３ リード線
１４ フィラメント
１５ ビーズガラス
１６ 封止部
１７ 排気管
１８ 口金
１９ 蛍光体層
２０ 筐体
２０ａ 開口部
２１ 反射板
２３ 反射シート
３０ 光学シート
３１ 偏向シート
３２ レンズシート
３３ 拡散シート
３４ 拡散板
４０ スクリーン方向
５０ 長手方向
６０ 液晶ディスプレイパネル
６２ 上カバー
７０ 点灯回路
７２ 下カバー
７５ ランプホルダ
１００ バックライト

Claims (4)

1. 熱陰極蛍光ランプと、前記熱陰極蛍光ランプを収納する筐体とを備えた、直下型液晶ディスプレイ用バックライトであって、
   前記筐体に収納される前記熱陰極蛍光ランプは、２本のみであり、
   前記熱陰極蛍光ランプは、略直線状のバルブと、前記バルブ内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントとから構成されており、
   前記バルブの長手方向に対して垂直な断面における内周の長さＬ、前記筐体の深さｄ、および、前記２本のバルブのピッチｐとの間に、下式１〜３の関係が成立し、
   ８２≦２３．２（ｄ／Ｌ）＋２５．５（ｐ／Ｌ） ・・・（式１）
   −１９≦２８．４（ｄ／Ｌ）−１５．１（ｐ／Ｌ）≦１１・・・（式２）
   （ｄ／Ｌ）≦１．７ ・・・（式３）
   画面縦方向長さｈと前記内周の長さＬとの比（ｈ／Ｌ）が２以上１０以下であることを特徴とする、バックライト。
2. 前記バルブの断面は、円形である、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記バルブの断面は、略楕円形である、請求項１に記載のバックライト。
4. 前記バックライトは、画面サイズ２０インチ以上４２インチ以下の直下型液晶ディスプレイ用バックライトである、請求項１から３の何れか一つに記載のバックライト。

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