JP2009134992A - Backlight device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置の背面光源として用いられる直下型のバックライト装置に関するものである。 The present invention relates to a direct backlight device used as a back light source of a liquid crystal display device.
一般的に、液晶表示装置の背面光源として用いられる直下型のバックライト装置は、図14に示すように、ランプ径φ3〜4 mm程度の冷陰極管と呼ばれる蛍光ランプ101を、シート状の反射板103を布設した筐体102内に複数本並べて配置したものである。実際には、筐体102の上面開口部に、不図示の拡散板やレンズシートなどが配置される。このバックライト装置の構成では、蛍光ランプ101の本数が多くなるほど光束が増し、隣接するランプ間のピッチが狭くなるほど、さらには筐体102の厚みが増すほど、均一な発光面が得られる。例えば、20型クラスの場合は、ランプの本数は10本程度であり、ランプ間のピッチは25 mm程度、筐体の厚みが20 mm程度である。
In general, a direct type backlight device used as a back light source of a liquid crystal display device has a
上記バックライト装置の問題としては蛍光ランプ101の使用本数が多い問題がある。近年では蛍光ランプ101の発光効率の上昇や、液晶パネルの透過率向上、さらには蛍光ランプ101の大電流化などで、使用本数を減らすことが可能となっているが、単純に本数を減らすのみでは、ランプ間のピッチが広くなるために、均一な発光面を得るには筐体102の厚みを増すしかないという問題が生じる。
As a problem of the backlight device, there is a problem that the number of
そこで、特許文献1や特許文献2には、図15に示すように、筐体102の底面上のランプ間の中央位置に、蛍光ランプ101の管軸に平行となる三角柱状の反射部材105を配置し、その側面で蛍光ランプ101からの放射光を拡散反射させるようにして、ランプ間のピッチが広くなっても筐体102の厚みを増すことなく発光面の均一化を図ることが開示されている。
Therefore, in
ここで、バックライト装置の発光面の法線方向(図15の紙面上方向)が表示装置としての観視方向になるため、この方向の輝度が比較的高くなるのが望ましい。しかしながら、反射部材105が拡散反射率の高いものである場合、蛍光ランプの発光輝度は全方向にほぼ均等であるのに対し、図16に示すように、反射部材105で正反射される光以外にも拡散反射される光があるため、ランプ間の中央位置においては法線方向の輝度は、ランプ直上よりも格段に低くなる。これをバックライト装置の発光面全体で見た場合、図17に示すように、ランプ直上とランプ間の中央位置とで、法線方向の輝度は山と谷の関係になり、輝度差は極めて大きいものとなる。
Here, since the normal direction (upward direction in FIG. 15) of the light emitting surface of the backlight device is the viewing direction as the display device, it is desirable that the luminance in this direction be relatively high. However, when the reflecting
この解決策として、反射部材105の表面を鏡面処理することで、反射部材105の側面に蛍光ランプ101の鏡像を二次光源として作り出し、谷部分の法線方向の輝度を増強させることが考えられる。しかし、逆に斜視方向の輝度が極めて小さくなるため、液晶表示装置の視野角が狭くなるという問題が生じる。
As a solution to this, it is conceivable that the surface of the reflecting
さらに、近年では蛍光ランプの本数を削減するため、発光効率が高く、大光束量を有する熱陰極管を使用する場合がある。この場合、ランプ本数を劇的に削減できる(例えば、20型の場合は、2〜3本で必要光束が確保できる)ものの、その分、ランプ間のピッチが広くなり、相対的に反射部材105の効果が薄れる結果、図18(a)に示すように、上記の問題が顕著になる。
Furthermore, in recent years, in order to reduce the number of fluorescent lamps, a hot cathode tube having high luminous efficiency and a large luminous flux may be used. In this case, although the number of lamps can be drastically reduced (for example, in the case of the 20 type, a required light flux can be secured with 2 to 3 lamps), the pitch between the lamps is increased correspondingly, and the reflecting
この解決策として、図18(b)に示すように、反射部材105の側面の傾斜角度を緩やかにして受光面積を大きくすることも考えられる。しかし、ランプ間のピッチが極端に広い場合は、傾斜角度をかなり緩やかにすることが必要となり、主光線自体の進行方向が、バックライト装置の発光面の法線方向から外れるため、逆効果になりかねない。
As a solution to this, as shown in FIG. 18B, it is conceivable to increase the light receiving area by gradually reducing the inclination angle of the side surface of the reflecting
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、ランプ間に二次光源を作り出すことにより、ランプ直上とランプ間の位置における法線方向輝度の差が小さくなり、筐体の厚みを増すことなく発光面の均一化を実現することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、反射板上に支持され、平行に並ぶ少なくとも2つの直管部を有する管状の蛍光ランプと、前記蛍光ランプの上方に配設された拡散板と、前記反射板上の隣接する前記直管部間の中央位置に、管軸に平行に配設された反射部材と、を有するにバックライト装置において、前記反射部材は、内部に空洞を有する三角筒状とし、隣接する前記直管部の各々と対向する反射部材の各側壁に、管軸方向に所定のピッチで周期的に並ぶ複数の開口部を半ピッチずらして設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a tubular fluorescent lamp having at least two straight tube portions that are supported on a reflecting plate and arranged in parallel, a diffuser plate disposed above the fluorescent lamp, In a backlight device having a reflecting member disposed in parallel to the tube axis at a central position between adjacent straight pipe portions on a reflecting plate, the reflecting member has a triangular cylindrical shape having a cavity inside In addition, a plurality of openings periodically arranged at a predetermined pitch in the tube axis direction are provided on each side wall of the reflecting member facing each of the adjacent straight tube portions with a half pitch shift.
この構成によると、蛍光ランプからの放射光の一部が開口部から反射部材の空洞内部に入り、反射部材の側壁及び底壁の内面で拡散反射されることにより、反射部材の左右側壁及び底壁の内面自体が二次的な光源となり、開口部を通してこの二次光源を上方から見透かせることになる。 According to this configuration, a part of the emitted light from the fluorescent lamp enters the inside of the reflecting member through the opening and is diffusely reflected on the inner surfaces of the side wall and the bottom wall of the reflecting member. The inner surface of the wall itself becomes a secondary light source, and the secondary light source can be seen from above through the opening.
なお、前記開口部は、複数の微小な孔の集合体から成るものとしてもよい。この場合は、蛍光ランプからの放射光が、開口部の微小な孔を通過する際にシャッフルされることになるので、蛍光ランプ自体に発生する輝度斑や色斑を抑制することができ、より均一な発光面を提供することができる。 The opening may be formed of an assembly of a plurality of minute holes. In this case, since the emitted light from the fluorescent lamp is shuffled when passing through the minute hole in the opening, it is possible to suppress luminance spots and color spots generated in the fluorescent lamp itself, and more A uniform light emitting surface can be provided.
本発明によると、ランプ間に二次光源を作り出すことにより、ランプ直上とランプ間の位置における法線方向輝度の差が小さくなり、筐体の厚みを増すことなく発光面の均一化を実現することが可能となる。 According to the present invention, by creating a secondary light source between the lamps, the difference in luminance in the normal direction between the lamp and the position between the lamps is reduced, and the light emitting surface is made uniform without increasing the thickness of the housing. It becomes possible.
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、例えば20型程度の大きさの液晶ディスプレイを照明するバックライトユニットを例にして説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a backlight unit that illuminates a liquid crystal display having a size of about 20 inches will be described as an example.
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図(a)及び同バックライトユニットの側面断面図(b)である。図2は、同バックライトユニットの反射板と反射部材を示す斜視図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a top view (a) in which the diffusion plate of the backlight unit according to the first embodiment is omitted, and a side sectional view (b) of the backlight unit. FIG. 2 is a perspective view showing a reflecting plate and a reflecting member of the backlight unit.
図中1は蛍光ランプ、2は長四角形状箱形のアルミ等の板金から成る筐体(基板)、この筐体2の内面には反射シート3が貼り付けられ、上部には拡散板4が配設されている。また、蛍光ランプ1は、図示しない点灯回路装置により点灯され、この点灯回路装置は一般的なもので良く、例えば、図13に示すように、インバータ回路(ハーフブリッジのスイッチング回路を用いた直列LC発振回路)で構成する。なお、筐体2に貼り付けられた反射シート3は、反射板として機能するものであるが、筐体2を高反射率を有するポリカーボネートで樹脂成形した場合には、筐体2自体を反射板として機能させることができるため、反射シート3を省略することが可能である。
In the figure, 1 is a fluorescent lamp, 2 is a casing (substrate) made of sheet metal such as long rectangular box-shaped aluminum, a
蛍光ランプ1は管状光源(例えば蛍光灯)であり、光源の使用本数が少ないほど後述する疑似光源の効果が得られやすいため、本実施形態では光束量が多い熱陰極蛍光灯を使用し、好適には、厚みと全光束とのバランスを考慮して、管径φ15.5 mmの熱陰極蛍光灯を使用する。
The
蛍光ランプ1は筐体2の底面に固定される不図示のランプ固定ピンによって支持されている。このような支持構造によって筐体2内には、2本の蛍光ランプ1が所定の間隔で平行に並設されている。
The
蛍光ランプ1は、0.5 mm厚程度の筒状のガラス管で構成され、その内部には、電子放射性物質(Ba、Ca、Srなどアルカリ土類金属の酸化物あるいは、アルカリ土類金属のタングステン酸塩などで構成)が塗布されたコイル状のフィラメント電極(Wなどで構成)を有し、水銀や希ガス(Arなど)が封入されている。また、蛍光ランプ1の内壁の全周にはRGBの発光領域を有する蛍光体を混合した3波長形蛍光体膜が所定膜厚で管軸に沿って帯状に形成されている。
The
筐体2の底面上には、2本のランプ1、1間の中央位置に、断面二等辺三角形で、かつ内部が空洞となった三角筒状の反射部材5が、蛍光ランプの管軸に平行に敷設されている。反射部材5は、反射シート3と同様に反射率の高いポリカーボネートなどから形成されているため、反射部材5の左右側壁14、15及び底壁16の内面14a、15a及び16aも反射率の高いものとなる。反射部材5の蛍光ランプ1と対向する左右側壁14、15には、複数の矩形開口部6、7が蛍光ランプ1の管軸方向に周期的に並んで設けられている。最も近い位置にある開口部6と7は、蛍光ランプ1の管軸と垂直な方向で互いに重なり合うことがないように、管軸方向について半ピッチずらされている。
On the bottom surface of the
このような反射部材5は、上記のように、高反射率を有するポリカーボネートなどの樹脂成形品を、アルミなどの板金から成る筐体2の底面上にとして配設しても良いが、筐体2自体をポリカーボネートで樹脂成形する場合には、筐体2の樹脂成形と同時に反射部材5を一体形成するようにしても良い。
As described above, the reflecting
拡散板4は、蛍光ランプ1からの直射光や、反射シート3からの反射光を拡散し、均一な面光源を作り出すために設けられる。拡散板4の材料は、内部に拡散材を充填した厚さ2 mm程度のポリカーボネート系樹脂板が好適に用いられる。また、発光面の輝度の均斉度を上げるために、拡散シートを拡散板4の上面に積み重ねても良いし、発光面の輝度を上昇させるために、レンズシートや、反射型偏光板を拡散板4の上面に積み重ねてもよい。
The diffusion plate 4 is provided for diffusing the direct light from the
また、拡散板4を用いても発光面に現れる蛍光ランプ1の像(輝度斑)8を消すことができない場合には、図3(a)及び(b)に示すように、拡散板4の裏面(入光面)における蛍光ランプ1と対向する範囲に、同一占有面積を有するドット形状の光吸収材9を貼り付けても良い。この場合、光吸収材9のドット径φは1 mm程度である。光吸収材の代わりに光反射材を用いることもできる。なお、発光面の輝度は、蛍光ランプ1の直上をピークとして蛍光ランプ1の管軸に対象に減衰する分布を有するため、拡散板4の裏面(入光面)における蛍光ランプ1と対向する範囲の外側にも、ドット形状の光吸収材10を、蛍光ランプ1の直上から離間するほど、その占有面積が小さくなるようにグラデーションで形成すると良い。また、図4に示すように、図3(a)に示される光反射材9及び10と同様のパターンで光吸収ドット(又は光反射ドット)を施したフィルム(光カーテン)11を用いても良い。
Further, when the image (luminance spot) 8 of the
上記構成のバックライト装置は、点灯回路装置を介して蛍光ランプ1を点灯させると、ガラス管内の放電によって蛍光体膜が励起して発光し放射される。そして、蛍光体膜を透過し拡散されてランプ外へと向かい、拡散板4へ直射光、又は反射シート3の表面もしくは反射部材5の側壁14、15の外面で反射されて反射光となって照射される。このときの直接光や反射光については従来通りである。
In the backlight device having the above-described configuration, when the
次に、反射部材5の開口部6又は7から空洞内部に侵入する放射光の進路について図5を参照して説明する。図5は、説明を単純にするため、図5(a)に示されるように、蛍光ランプ1から水平右方向に放射される光(主光線)に着目し、この主光線が反射部材5の空洞内部で正反射される場合についてのみ説明する。
Next, the path of the radiated light entering the cavity from the
反射部材5の左側壁14の開口部6から空洞内部に侵入した放射光は、図5(b)に示すように、対面の右側壁15の内面15a(「第2の反射面」と称する)により反射される。このとき、左右側壁14、15の傾斜角をθ度とすると、第2の反射面15aへの入射角及び反射角は(90−θ)度となる。次にこの光線は、同図に示すように、反射部材5の底壁16の内面16a(「第3の反射面」と称する)により反射されるが、このとき第3の反射面16aへの入射角及び反射角は(90−2θ)度となり、第2の反射面の15aに比較してθ度分小さくなる。もし傾斜角θが45度を超える場合は、符号が反転(マイナス)し、光の進行方向が逆転する。光の進行方向が逆転しない場合は、図示のように、再度第2の反射面15aに到達し、このときの入射角及び反射角はさらにθ度分小さくなり、こちらも上記と同様に符号が反転すれば、光の進行方向が逆転し、図示のように、元の方向(すなわち、開口部6の方向)に光が進行する。さらにこの光は、反射部材5の左側壁14の内面14a(「第1の反射面」と称する)で反射して第3の反射面16aへと進行し、第3の反射面16aへの入射角によっては、再び第2の反射面15aへ向かう。
The radiated light that has entered the cavity from the
なお、上記の説明では主光線について述べたが、反射部材5は拡散反射率の高い材料で形成されているため、反射が起こるたびに上記のような符号反転の現象が様々の放射角度の光において生じる。よって、いったん開口部6に入射した光は、反射部材5の空洞内部で様々な進行方向で伝播し、拡散反射を繰り返すことになる。反射部材5の拡散反射率は約98%程度はあるので、ほとんど光の吸収は生じず、結局反射部材5の左右側壁及び底壁の内面自体が、二次的な光源となり、開口部6、7によって第3の反射面16aが二次光源として上方から見透かせることになる。この二次光源は、実光源(一次光源)である蛍光ランプ1と同様に直管状に形成される。
In the above description, the chief ray is described. However, since the reflecting
上記のように開口部6、7を二次光源として利用するためには、矩形開口部6、7はでいるだけ大きい方が望ましいのであるが、図4に示す現象を実現するには、反射部材5の左側壁14の開口部6から空洞内部に入った光が右側壁15から通過しては意味がないため、左側壁14と右側壁15とで蛍光ランプ1の管軸に直交する方向について開口部6と7が重なることがあってはならない。
In order to use the
すなわち、図1に示すように、開口部6、7は反射部材5の蛍光ランプ1と対向する左右側壁14、15(図1参照)で交互に周期的に現れるように、その位置を蛍光ランプ1の管軸方向について半ピッチずらす必要がある。ここで、開口部6及び7の大きさ、ピッチはすべて同一で、開口部6同士及び7同士の中心軸は蛍光ランプ1の管軸と平行でなければならない。
That is, as shown in FIG. 1, the positions of the
具体的には、図6に示すように、開口部6及び7の蛍光ランプ1の管軸に直交する方向の辺(短辺)Xは、開口部より見透かせる反射部材5の底壁15(図1参照)を二次光源として利用するために、蛍光ランプ1のランプ径と略同一に設定するのが望ましい。また、開口部6及び7の蛍光ランプ1の管軸方向の辺(長辺)Yは、5 mm以下に設定するのが望ましい。その理由は、長辺Yは開口部6、6間(又は7、7間)の間隔とも一致するため5 mm以上に設定すると、明暗が目立って直管状の二次光源の形成が困難となり、これを反射部材5の上方に配置される拡散板4等で均斉化するには、筐体2の厚みが増し、バックライト装置を薄型化できないからである。
Specifically, as shown in FIG. 6, the side (short side) X of the
また、反射部材5の頂点の高さは、図1に示すように蛍光ランプ1と略同一の高さにするのが望ましい。蛍光ランプ1より高いとその頂点が、上方に拡散板4や拡散シート等を配置しても稜線として認識されてしまうおそれがあり、逆に蛍光ランプ1より低いと、反射部材5の空洞内部に入る蛍光ランプ1からの放射光量が減ることになり、上記の多重反射による二次光源の効果が薄れるためである。
Further, it is desirable that the height of the vertex of the reflecting
また、開口部6、7の反射部材5の左右側壁14、15における高さとしては、図7に示すように、蛍光ランプ1の高さ方向の二等分線と、開口部6、7の高さ方向の二等分線が一致する位置に設定するのが望ましい。これにより、蛍光ランプ1からの放射光の受光角を最も大きくすることができるため、より多くの光を開口部6、7から反射部材5の空洞内部に入射させることができる。なお、反射部材5の左右側壁14、15の傾斜角θは、使用する蛍光ランプ1のランプ径とランプ間のピッチの大きさに依存して決められる。
Further, as shown in FIG. 7, the heights of the opening
図8(a)及び(b)に示す各種パラメータを備え、拡散板を省略した本発明バックライトユニットの実験機を用いて、法線方向の輝度(図1で示すA−A'線とB−B'線の合成)を測定した結果(実線)を、図9に示す。なお、蛍光ランプ1の駆動電流は、実効値200 mA、周波数50 kHzの正弦波とする。比較のため、ランプ間に反射部材を設けない場合(点線)、及び、ランプ間の中央位置に、開口部を持たない反射部材を設けた場合(波線)の結果も併せて示す。
Luminance in the normal direction (AA ′ line and B shown in FIG. 1) using the experimental apparatus of the backlight unit of the present invention having various parameters shown in FIGS. FIG. 9 shows the result (solid line) of the measurement of the (B ′ line synthesis). The driving current of the
ランプ間に反射部材を設けない場合、図9に点線で示すように、法線方向輝度は、蛍光ランプ1の直上で約20000 cd/m2あるのに対して、ランプ間の中央位置で600 cd/m2程度
しかなく、輝度不足が顕著である。また、ランプ間の中央位置に、開口部を持たない反射部材を設けた場合、図9に波線で示すように、ランプ間の中央位置での法線方向輝度は、4000 cd/m2程度に上昇するものの、蛍光ランプ1の直上の輝度に比較して輝度不足は否めない。これに対して、ランプ間の中央位置に、開口部を有する本発明の反射部材5を設けた場合、図9に実線で示すように、法線方向輝度は、開口部6、7の位置において約7500 cd/m2のピークを有することになり、蛍光ランプ1の直上の輝度ピークに近づけることが
できる。
When no reflecting member is provided between the lamps, the normal direction luminance is about 20000 cd / m 2 immediately above the
実際には、上記のように2 mm厚程度の拡散板によって、筐体2内部で、更に光が拡散・伝播することになり、更に拡散板裏面に形成するドット物や、光カーテンにより、図示した輝度ピークが均され、輝度の不均一性は緩和される。現実的には蛍光ランプ1直上の輝度ピークは他の部分に比べて極めて高いため、この部分の光を吸収するようなドット物が形成されることになる。従って、光の吸収が生じるため、発光効率が低下してしまう。しかしながら、本発明によれば、反射部材5の開口部6、7の位置における輝度を、蛍光ランプ1の直上の輝度ピークに近づけることができるため、あたかも、擬似光源がランプ間に形成されたような効果が得られ、その結果、光の吸収を緩和させることができき、発光効率を低下させることなく均一な発光面を提供することができる。
Actually, the light is further diffused and propagated inside the
なお、上記の説明では図1に示したように、バックライトユニットの光源として蛍光ランプ1が2本備えられた場合を例に説明したが、ランプ本数は2本に限定されるものではなく、3本以上であっても、隣接するランプ間に同様の反射部材5を設けることで本発明の効果が得られる。また、蛍光ランプ1が1本であっても、図10のようにコの字管であっても、あるいは図示しないがN字管やW字管であっても良く、少なくとも2つの直管部分が存在すれば、その隣り合う直管部分の間に同様の反射部材5を設けることで本発明の効果が得られる。また、開口部は必ずしも矩形である必要はなく、図11に示すように円形であっても良い。
In the above description, as shown in FIG. 1, the case where two
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について説明する。図12は、第2の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図である。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a top view of the backlight unit according to the second embodiment with the diffusion plate omitted.
図12に示すように、第2の実施形態のバックライトユニットでは、反射部材5の左右側壁14、15に、多数の微小な孔、例えば1 mm前後の孔の集合体で構成される開口部17、18を設けている。多数の微小な孔は高密度でランダムに配置されているが、孔の集合体つまりは開口部17、18単位で見れば、第1の実施形態の開口部6、7(図1(a)参照)と同一形状であり、かつ開口部17同士(又は18同士)の中心軸は、蛍光ランプ1の管軸に平行である。
As shown in FIG. 12, in the backlight unit according to the second embodiment, the left and
第2の実施形態によると、第1の実施形態と同様に、開口部17、18から反射部材5の底壁を見透かせる二次光源は、実光源(一次光源)である蛍光ランプ1と同様に直管状に形成される。また、第2の実施形態によると、蛍光ランプ1からの放射光が、開口部17、18の微小な孔を通過する際にシャッフルされることになるので、例えば蛍光ランプ1自体に発生する輝度斑や色斑を抑制することができ、より均一な発光面を提供することができる。
According to the second embodiment, as in the first embodiment, the secondary light source that allows the bottom wall of the reflecting
1 蛍光ランプ
2 筐体
3 反射シート(反射板の一態様)
4 拡散板
5 反射部材
6、7 開口部
14 左側壁
14a 第1の反射面
15 右側壁
15a 第2の反射面
16 底壁
16a 第3の反射面
17、18 微小な孔から成る開口部
DESCRIPTION OF
4
Claims (2)
前記蛍光ランプの上方に配設された拡散板と、
前記反射板上の隣接する前記直管部間の中央位置に、管軸に平行に配設された反射部材と、
を有するにバックライト装置において、
前記反射部材は、内部に空洞を有する三角筒状とし、隣接する前記直管部の各々と対向する反射部材の各側壁に、管軸方向に所定のピッチで周期的に並ぶ複数の開口部を半ピッチずらして設けたことを特徴とするバックライト装置。 A tubular fluorescent lamp supported on a reflector and having at least two straight tube portions arranged in parallel;
A diffusion plate disposed above the fluorescent lamp;
A reflecting member disposed parallel to the tube axis at a central position between the adjacent straight pipe portions on the reflecting plate;
In the backlight device,
The reflecting member has a triangular cylindrical shape having a cavity inside, and a plurality of openings periodically arranged at a predetermined pitch in the tube axis direction are formed on each side wall of the reflecting member facing each of the adjacent straight pipe portions. A backlight device provided with a half-pitch shift.
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WO2013058203A1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-04-25 | シャープ株式会社 | Illumination device and display device provided therewith |
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