JP3555619B2

JP3555619B2 - 照明装置および液晶装置

Info

Publication number: JP3555619B2
Application number: JP2002277916A
Authority: JP
Inventors: 達昭舟本; 透矢ケ崎; 史明赤羽
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: US5949505A; DE69333439D1; US6108060A; HK1014583A1; DE69331896D1; EP0607453B1; WO1994001795A1; DE69333439T2; US5619351A; EP0607453A1; EP0798507A1; JP3256970B2; DE69331896T2; JP2000076915A; JP2003123524A; JP2000075294A; EP0798507B1; EP0607453A4; JP2000082314A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）のバックライトなどとして用いられる薄形で面状の照明装置に関し、特に、ノート形パソコンの表示装置として用いられる際に好適な、高輝度、低消費電力の照明装置、およびこの照明装置を用いた液晶装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
棒状の光源と、平板状の導光板を備えた面状の照明装置としては、特開昭６０−２０５５７６および特開昭６１−２４８０７９などに示された装置が知られており、その一例を図２１に示してある。この照明装置９０では、略長方形をした平板状の導光板９１の一方の辺に、棒状の蛍光灯９２が取り付けられている。蛍光灯９２から導光板９１に導入された光は、導光板９１に印刷された拡散パターンによって反射され、所定の光密度で導光板９１の面から放出されるようになっている。
【０００３】
このような面状の照明装置は、近年、液晶パネルのバックライトとして使用されることが多い。液晶パネルは、ラップトップパソコン、テレビ、カメラなどの表示部としての利用が進んでおり、カラー表示用の液晶パネルが用いられたものも多い。また、パソコン、テレビなどは小形化されており、液晶パネルも薄型、軽量であることが要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、液晶パネルのバックライトとして使用される面状の照明装置も、カラー表示に対応し、薄型、軽量で、さらに消費電力が少ないことが要求される。さらに、カラー表示に対応するためには、液晶に表示された色をクリアーに示すために十分な輝度が要求される。このため、照明装置に用いられる蛍光灯も高出力のものが必要である。しかし、高出力の蛍光灯からは、光と共に熱も放射される。その熱の影響は、図２２に示したように非常に大きく、常温２５℃に対し、３０〜４０℃も温度が上昇してしまう。従って、このような照明装置を、ＭＩＭ型のアクティブ式カラー液晶パネル、あるいはＳＴＮ型のパッシブ式カラー液晶パネルのバックライトとして用いる場合は、色ムラと輝度ムラを所定の範囲に抑えるために、特別な放熱手段を付加する必要がある。
【０００５】
一本の蛍光灯を高出力とする代わりに、蛍光灯の本数を増やすことも考えられる。これにより、光源上の温度上昇をある程度抑えることは可能である。しかしながら、蛍光灯の本数を複数にするために発生する問題も多い。その１つは、蛍光灯の照度のばらつきがある。蛍光灯の照度は製品毎にバラツキがあり、所定の照度を得るために蛍光灯を駆動するドライバー回路内の抵抗などを調整している。従って、複数の蛍光灯を１つの照明装置に用いる場合は、それらのバランスを取って所定の照度を得るための調整に費やす時間が製造工程上必要となる。
【０００６】
また、蛍光灯を点灯するドライバー回路の数が増加するという問題もある。照明装置を用いたマイコンなどは薄型、小形化が要求されている状況を考慮すると、ドライバー回路の数を安易に増加することはできない。
【０００７】
そこで、本発明においては、カラー表示用の液晶表示装置に好適な照明装置として、小形、軽量で、輝度の高く均一な照明を得ることができ、さらに、液晶パネルに悪影響を与える熱の発生を抑制することができる面状の照明装置を提供することを目的としている。蛍光灯を駆動するドライバー回路の数を増加させずに、従来の照明装置より高い輝度を発揮でき、熱の放散も抑制することができる面状の照明装置を提供することを目的としている。また、この面状の照明装置を実現するために好適な拡散パターンを発生させ、この拡散パターンを用いた照明装置を提供することも目的としている。さらに、液晶パネルを駆動するドライバーＩＣとの位置関係から、熱影響を受けずに安定した表示の可能な液晶表示装置を提供することも目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、発光体を駆動するドライバー回路を増やさずに、また、放散熱を集中させずに大きな照度の照明を得るために、従来のものより長い発光体を採用している。さらに、この発光体を屈曲させることで、多角形の導光板に沿って光を導入できるようにしている。また発光体の光を導光板に入射するためのリフレクターは、直線状のものを採用することで発光体の屈曲部を容易にカバーできるようにしている。すなわち、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板に対峙するように配置された発光体と、該発光体からの光を反射させて該導光板の端面に光を入射させるリフレクターとを具備してなり、
前記発光体は、屈曲部を備えているとともに、少なくとも前記導光板の隣接した２辺に対峙するよう配置されており、前記リフレクターは、前記発光体が配置された前記導光板の辺のうちの一の辺に対峙するように配置された直線状の第１のリフレクターと、前記一の辺に隣接した他の辺に対峙するように配置された直線状の第２のリフレクターからなり、前記第１および第２のリフレクターのいずれか一方のリフレクターは、対峙する前記導光板の辺の長さよりも長く形成され、かつ前記屈曲部において、前記一方のリフレクターが他方のリフレクターのエッジ部を覆うように取り付けられていることを特徴としている。
【０００９】
このような導光板に沿って屈曲した発光体を採用することにより、棒状の発光体の１つ当たりの長さが長い、すなわち、発光面積の大きな発光体を採用することができる。従って、発光体の温度上昇を抑えて高い輝度を得ることができる。一方、発光体を騒動するドライバー回路が増加することも抑制できる。蛍光灯などの発光体を屈曲する場合は、屈曲部に合わせて導光板の角を干渉しないように調整しないと、照明装置全体の幅、あるいは長さが長くなってしまい小形化が図れない。本発明に係る装置のように、導光板に角取り加工をすることにより、導光板と発光体との距離を入射効率の高い所定の範囲に収めることができ、小形で高性能の照明装置を実現することができる。
【００１０】
さらに、上記のような長い発光体を用いることにより、電力の光変換効率を向上できるという作用もある。すなわち、蛍光灯などの発光体において、発光体に入力された電力は、グロー放電のために消費される陰極降下電圧と、光を放出するために消費される陽光柱電圧とで消費される。複数の発光体を用いて入力電力の増加を図った場合では、陰極降下電圧の消費分の増加が大きく、光を放出するための陽光柱傾度の増加は少ない。これに対し、本発明に係る長い発光体を用いた照明装置においては、陰極降下電圧の増加は発光体の本数を増した場合よりも少ないので電力を光に効率良く変換することが可能である。
【００１１】
導光板のエッジ部は種々の形状に加工することが可能であり、例えば、略２等辺３角形に角取り加工しても良い。この場合、発光体から導光板への光の入射効率を高く保持し、さらに、照明装置を小形で実現可能とするためには、角取りする略２等辺３角形の一方の角の側辺の長さを、発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の略０．６〜１．０倍とすることが望ましい。また、エッジ部からの光の入射を阻止し、導光板からの光の放射の均一性を高くするためには、加工されたエッジ部に発光体からの光の導入を阻止する遮蔽体を備えることも有効である。
【００１２】
また、エッジ部を略菱形に角取り加工しても良く、この場合も入射効率を高く、装置を小形にするためには、略菱形に角取りされた一方の角の辺の長さを、発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の略０．６〜１．０倍とすることが望ましい。また、導光板の全てのエッジ部を、角が突出しないように角取り加工すると、導光板の方向性がなくなり、加工時の位置合わせが不要となる。
【００１３】
発光体から導光板への光の入射効率を高めるためにリフレクターを用いて発光体を覆うことが通常行われる。上記のような屈曲した発光体を用いている場合は、導光板の２辺に沿って取り付けられる直線状の第１のリフレクターと第２のリフレクターとを備え、この第１および第２のリフレクターをエッジ部において、いずれか一方のリフレクターを他方のリフレクターが覆うように取り付けることが望ましい。また、導光板の一方の面の方向から発光体の略下半部を覆う第１のリフレクターと、導光板の他方の面の方向から発光体の略上半部を覆う第２のリフレクターとで構成しても良い。
【００１４】
屈曲した発光体から導光板に入射された光を拡散する拡散パターンは次のような方法で発生することができる。すなわち、略長方形の導光板の隣接した少なくとも２辺である第１および第２の辺に棒状の発光体が装着された照明装置において、この発光体から導光板に導入された光を導光板の他方の面から略均等に放出する拡散パターンを発生させるには、その拡散パターンの単位面積当たりの密度分布を求める際に、第１の辺から導光板に入射された光強度と予め仮定された拡散パターンの密度分布とに基づき、第２の辺に沿ったＸ方向の予想放出光強度分布を求め、さらに、第２の辺から導光板に入射された光強度と予め仮定された拡散パターンの密度分布とに基づき、第１の辺に沿ったＹ方向の予想放出光強度分布を求め、導光板の任意の直交するＸ、Ｙ座標におけるＸ方向の予想放出強度分布とＹ方向の予想放出強度分布との和が所定の範囲に収まるように予め仮定された拡散パターンの密度分布を補正すれば良い。
【００１５】
また、発光体が装着される第１および第２の辺と向かい合う他の２辺の内少なくとも１辺に導光板の内部からの光を該導光板内に反射する端面反射体が装着される場合は、端面反射体から導光板に入射される反射光強度を一定の減衰率をかけて算出し、この反射光強度に基づきＸ方向およびＹ方向の少なくともいずれかの予想放出光強度分布をさらに求め、これらを先に求めた予想放出光分布に加えて密度分布の補正を行えば良い。
【００１６】
このようにして求められた拡散パターンを導光板に印刷、あるいはパターンが形成されたシート等を導光板に貼りつければ、屈曲した発光体から導入された光を略均等に導光板から放射することができる。あるいは、均等な拡散パターンを有する導光板の厚みを、上記にて求められた補正後の拡散パターンの密度分布と反比例するように形成しても同様に略均等な光を放出することができる。
【００１７】
屈曲した発光体として略Ｌ字形の発光体を用い、この発光体と向かい合う位置に液晶表示体を駆動するドライバーＩＣなどの駆動装置を設置すれば、発光体からの熱の影響を最小限に止めることができる。従って、駆動装置の閾値が熱により不安定になることはなく、コントラストの安定したカラー画像を得ることができる。そして、この画像を輝度の高く小形な照明装置により照らし、品質の良い画像を得ることが可能となる。
【００１８】
また、さらに長い略コ字形の発光体を用いて発熱を抑制し、安定した品質のよい画像を得ることもできる。略Ｌ字形、略コ字形などの発光体を採用すると、導光板の周囲から略同じ強度の光が入射されるので、画像の明るさが調整し易いというメリットもある。もちろん、略ロ字形の発光体を、略長方形の導光板の周囲全体に配置しても良く、多角形の導光板に対してはその形状に合致するように屈曲された発光体を用いることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
図１に、本発明の実施例に係る液晶表示装置１の概要を示してある。この液晶表示装置１は、上ケース２および下ケース３によって挟まれた液晶パネル１０および後述する照明装置などによって構成されている。これらの上ケース２および下ケース３は、爪４により固定されている。液晶表示パネル１０へは、画像を構成する走査データが行あるいは列毎に、テープ電極５および６を介してホスト側から供給される。これらのデータは、後述するドライバーＩＣによってラッチされ、同期がとられて液晶パネル１０に供給され画像が形成される。照明装置を構成する蛍光灯へは、液晶表示装置１から延びた点灯用コネクタ７を介してホスト側のドライバー回路から電力が供給される。
【００２０】
図２に示した液晶表示装置１の断面と、図３に示した液晶表示装置１の分解図に基づき、本例の液晶表示装置１の概略構成を説明する。本例の液晶表示装置１は、下ケース３に先ず照明装置２０が装着され、その上にフレーム３０および３１を介して液晶パネル１０が装着されている。液晶パネル１０は、２枚の透明なガラス基板１１および１２の間に液晶、透明電極などが挟まれて構成されている。液晶パネル１０の１つの辺１０ａには、行方向の画素データをラッチし、液晶パネルに送るドライバーＩＣ１３が複数装着されている。また、この辺１０ａと隣接する辺１０ｂには、列方向の画素データをラッチし、液晶パネルに送るドライバーＩＣ１４が複数装着されている。
【００２１】
フレーム３０および３１は、照明装置２０を保護し、ケース内での位置決めをするために設置してある。同時に、照明装置２０と液晶パネル１０とのギャップ３３が所定の距離、例えば、０．２〜１ｍｍ程度とする役割も果たしている。このため、フレーム３０および３１は、それぞれ照明装置２０を支持する下半部３４、３５と、照明装置２０と液晶パネル１０との間に挿入されてスペーサーの機能を果たす上半部３６、３７とを備えている。なお、本例においては、フレームは２つに分割してあるが、分割数は２つに限らず、３つ、４つなどでも勿論良く、あるいは、フレームを１つの部材で構成することも可能である。また、フレームは照明装置２０あるいは液晶パネル１０の周囲全体を覆うものでなくても良く、適当な箇所に複数個設けても良い。
【００２２】
照明装置２０は、略長方形の導光板２１の端面に棒状の蛍光灯２２の設置された面状の照明装置である。本例の蛍光灯２２は、略Ｌ字形をしており、リフレクター２３ａ、ｂによって覆われている。蛍光灯２２の両端からは、蛍光灯２２を駆動する電源を供給するための電線が延びており、これが点灯用のコネクタ７を介してホスト側のドライバー回路と接続される。
【００２３】
図４は、照明装置２０の分解斜視図であり、これに基づき本例の照明装置の構成を説明する。照明装置２０は、略長方形で、１つのエッジ部４０の角が取られた形状の導光板２１と、このエッジ部４０を挟んでＬ字形に屈曲された形状の蛍光灯２２と、この蛍光灯２２を導光板２１の方向に覆って、蛍光灯２２から放出された光を効率良く導光板２１に反射するリフレクター２３ａ、ｂとから主に構成されている。そして、導光板２１の下面２１ｂ、すなわち、液晶パネル１０の設置される面と反対側の面に、拡散パターン５０の印刷されたパターンシート２４と、反射シート２５とがこの順に装着されている。一方、導光板２１の上面２１ａ、すなわち、液晶パネル１０の設置される面に、拡散シート２６およびプリズムシート２７がこの順に装着されている。さらに、導光板２１の蛍光灯２２と向かい合う端面４１ａおよび４１ｂには、端面反射テープ２８が装着されている。
【００２４】
導光板２１は透明な板材であり、屈折率が空気より大きなものが用いられる。例えば、屈折率は１．４１以上が望ましく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ガラスなど用いられる。このような素材を用いて導光板２１を構成すると、臨界角は４５度以下となる。従って、面２１ａ、ｂと直角となるように形成された４辺の端面４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄから入射された光は、上面２１ａおよび下面２１ｂが平滑な鏡面であれば、これらの面２１ａ、２１ｂで全反射される。
【００２５】
パターンシート２４は、透明なシートに所定の拡散パターン５０が印刷されたものであり、印刷された拡散パターン５０が導光板２１の下面２１ｂと密着するように装着される。いずれかの端面４１から入射された光は、ある確率で拡散パターン５０に到達し、光は全反射されずに、その一部は上面２１ａの方向に拡散される。従って、蛍光灯から端面４１を介して入射された光は、上面２１ａから液晶パネル１０の方向に放出される。
【００２６】
反射シート２５は、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の薄いＰＥＴシートである。導光板２１から拡散パターン５０によって上面２１ａに出光された光は、上面２１ａの上部に設置された拡散シート２６あるいはプリズムシート２７を通って液晶パネル１０を照らすが、その一部はこれらのシート２６、２７によって下方に反射される。これら上方から反射された光は、反射シート２５によって上方の導光板２１などに戻される。反射シート２５は、アルミ板などＰＥＴシート以外であっても良い。また、下ケース３を反射シートに代わる反射体として使用することも可能である。さらに、本発明に係る照明装置、あるいは液晶表示装置が搭載されるパーソナルコンピュータなどのフレームを、反射シートに代わる反射体として用いることももちろん可能である。
【００２７】
拡散シート２６は、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の薄いＰＥＴシートあるいはＰＣシートである。拡散シート２６は、拡散パターン５０によって反射され、上面２１ａから放射された光を拡散する機能を備えている。拡散パターン５０は、細い線状あるいは網点（ドット）状のパターンで構成されることが多く、このような形状のパターンによって反射された光は拡散シート２６によって拡散され、拡散パターンが液晶パネル１０の側から認識できないようになっている。なお、拡散シート２６は、導光板２１の上面２１ａと微小な空気層を介して設置されており、上面２１ａにおける臨界角は上述した角度が保持されている。反射シート２６としてはアクリル製のシートなどを用いることもでき、ＰＥＴシートに限定されるものではない。
【００２８】
拡散シート２６の上に設置されたプリズムシート２７は、微小なリニアプリズムをアレイ状に並べた断面を備えており、拡散シート２６から放射された光の角度を揃え、液晶パネル１０を照明する照度の向上が図られている。プリズムシート２７により輝度を向上できるが、拡散シート２６によって十分な輝度を得られる場合は、プリズムシート２７を省略し、製造コストの低下を図ることも可能である。
【００２９】
本例の照明装置２０の光源として採用されている蛍光灯２２は、略Ｌ字形をしており、導光板２１の端面４１ｃおよび４１ｄに隣接して設置される。これらの端面４１ｃおよび４１ｄと蛍光灯２２との隙間は、後述するように０．８〜１．５ｍｍ程度に保持されることが望ましい。このため、導光板２１のエッジ部４０の角を加工し、上記の隙間で蛍光灯２２が設置されるようになっている。また、このように角を落とす加工が施されことにより、蛍光灯２２が導光板２１の角と接触することが避けられ、蛍光灯の破壊などといった不具合も防止されている。
【００３０】
蛍光灯２２から放出された光を導光板２１の端面４０から効率良く入射させるために、蛍光灯２２をリフレクター２３ａ、２３ｂで覆っている。本例のリフレクター２３ａ、ｂは厚み０．０１〜０．１ｍｍ程度の銀蒸着されたＰＥＴシートである。さらに、Ｌ字形の蛍光灯を覆うためのリフレクターを低価格で供給でき、その装着を容易とするために、直線状のリフレクター２つで構成している。これについては後で詳述する。
【００３１】
蛍光灯２２およびリフレクター２３の装着された端面４１ｃおよび４１ｄと向かい合う２つの端面４１ａおよび４１ｂには、端面反射テープ２８を装着している。この端面反射テープ２８は、厚み０．０１〜０．１ｍｍ程度の銀蒸着されたＰＥＴシートで、蛍光灯２２から導光板２１に導入された光が、全反射し、反対側の端面に到着した場合に、これらの光をさらに導光板２１に戻す機能を備えている。なお、端面反射テープおよび上述したリフレクターは、白色のＰＥＴシート、アルミ板などの素材を用いて形成することももちろん可能であり、ケースあるいはフレームと一体化させることも可能である。
【００３２】
図５に、照明装置２０の上に液晶パネル１０を装着した様子を示してある。液晶パネル１０の隣接する２辺１０ａおよび１０ｂにドライバーＩＣ１３、１４が設置される。これに対し、２辺１０ａおよび１０ｂと向かい合う、照明装置２０の２辺２０ｃおよび２０ｄにわたってＬ字形の蛍光灯２２が装着される。このような配置となっているので、蛍光灯２２の発熱の影響をドライバーＩＣ１３、１４は直接に受けない。従って、ドライバーＩＣの温度はそれ程上昇せず、ドライバーの閾値が変動することを防止できる。このため、本例の液晶パネル１０を用いて、非常にコントラストの変動の少ない画像を得ることができる。
【００３３】
さらに、図６に示したようなＬ字形の蛍光灯２２を採用していることにより、液晶パネル１０全体の温度分布がフラットになると言う効果もある。カラー表示用の液晶パネル１０を照明するためには、高い輝度が必要となる。そのために従来のような１つの端面に装着された蛍光灯の出力を上げたのでは、先に２２図に基づき説明したように液晶パネル上の温度分布の傾斜が大きい。このため、色むら、輝度むらが大きくなり品質の良い画像を得ることはできない。しかし、本例のように、２つの端面から光を導入することにより、液晶パネル上の温度上昇を抑えて輝度を高くすることができる。
【００３４】
２つの端面から光を導入するためには、２つの蛍光灯を設置することも可能である。これによって、１つの端面から光を導入する場合と比較し、液晶パネルの温度上昇を抑制することも可能である。しかし、２つの蛍光灯を駆動するため、ドライバー回路も２つ必要となるので、小形のパソコン、テレビなどでは余り採用できない。本例では、Ｌ字形にした１つの蛍光灯２２で２つの端面から光を導入している。従って、ドライバー回路を増やさずに、温度上昇を抑えて高い輝度を得ることができる。
【００３５】
さらに、Ｌ字形の蛍光灯を採用することにより、光変換効率も高くすることができるので、温度上昇をさらに抑制することができるという効果も得られる。すなわち、蛍光灯に入力される電力の大半は、グロー放電を発生させる陰極降下電圧として消費されてしまう。例えば、蛍光灯を２本装着した場合、２倍の電力が必要となり、その大半は２つのグロー放電を発生させるために消費されてしまう。しかし、本例のように長い蛍光灯を採用した場合は、グロー放電で消費される陰極降下電圧はそれ程増加しないので、例えば２倍の電力を供給すると、増加した電力の殆どを光を発生させる陽光柱傾度の電圧降下として消費させることができる。従って、同じ輝度を得るのであれば低い電力で良く、温度上昇も少ない。このため、液晶パネルの温度上昇を抑制でき、さらに品質の良い画像を得ることができる。また、消費電力を抑えることができるので、電池などが電源として用いられるハンディータイプの小形の装置に採用される液晶パネルの照明として好適な照明装置である。
【００３６】
このようにＬ字形の蛍光灯２２を採用した本例の照明装置のメリットは非常に多い。しかし、Ｌ字形の蛍光灯２２を単に導光板２１の端面４０に装着することはできない。長方形の導光板２１の角４３（角が加工されていない場合）と蛍光灯２２の屈曲部２２ａとか干渉するので、端面４１と蛍光灯２２との隙間４２が非常に大きくなってしまうからである。隙間４２を狭くできないと、照明装置２０全体が大きくなり、液晶表示装置を小形にすることはできない。また、端面４１と蛍光灯２２との隙間が大きくなると、端面４１に導入される光も減衰する。リフレクター２３により蛍光灯２２の光の減衰をある程度防止することはできるが、リフレクター２３も大きなものが必要となる。そこで、本例の導光板２１は、蛍光灯２２と干渉するエッジ部４０を角が突出しないように角取り加工して隙間４２を小さくできるようにしている。エッジ４０を角取り加工したことにより、角４３が搬送中などに蛍光灯２２に衝撃を与え、蛍光灯２２を破損するような不具合も防止することができる。また、導光板２１の熱膨張、振動などにより蛍光灯２２が破損することも防止できる。
【００３７】
端面４１と蛍光灯２２との隙間４２を完全になくすわけにはいかない。製品製造上の精度の問題もあるが、隙間４２を小さくしすぎると、リフレクター２３に反射した光が蛍光灯２２に吸収され、端面４１からの導入効率が減少するからである。図７に示してあるように、蛍光灯２２から端面４０と反対側に放射された光は、リフレクター２３に反射され、端面４０に導入される。従って、隙間４２が狭すぎると、反射された光が蛍光灯２２に導入され、蛍光灯２２内で吸収されてしまい端面４０に導入される光量が減少してしまう。隙間４２を大きくとれば、光の入射効率は向上するが、隙間４２の距離が所定の値以上になると、入射効率の上昇は少なくなり、照明装置２０の大きさを制限するほうが好ましい。適度な隙間４２は、本願出願人よって求められており、０．８〜１．５ｍｍ程度が良いことが判っている。さらに詳細には、蛍光灯２２の内径が２．５〜４ｍｍの場合は、１〜１．５ｍｍ程度が望ましい。
【００３８】
このように、リフレクター２３から反射される光も照明装置２０にとって重要な光源である。屈曲した本例の蛍光灯２２に対しリフレクター２３を設置する方法は幾つか考えられるが、本例においては、図８に示すように、略半円形に湾曲させた平板状の部材からなる２つのリフレクター２３ａ、２３ｂを用いて構成している。リフレクター２３ａは、導光板２１の短辺に対応しており、屈曲した蛍光灯２２の短い側の電極２２ｃから屈曲部２２ａをカバーできる長さを備えている。一方、リフレクター２３ｂは、導光板２１の長辺に対応しており、屈曲した蛍光灯２２の長い側の電極２２ｃから屈曲部２２ａをカバーできる長さを備えている。従って、照明装置２０の製造時にいずれか一方のリフレクターを先ず設置し、例えば短い方のリフレクター２３ａを設置し、その上から他方の、例えば長い方のリフレクター２３ｂを設置すれば、蛍光灯２２を完全にカバーすることができる。このように、分割した２本のリフレクター２３ａ、２３ｂを用いることにより、屈曲した蛍光灯２２を簡単にカバーすることができ、リフレクターを組み立てる際の手間を省くことが可能である。また、リフレクター２３ａ、２３ｂとして、屈曲した蛍光灯２２と適合させるために、複雑な形状ではなく、単純な直線状のものを採用してあるので、製造コストも低く抑えることができる。
【００３９】
蛍光灯２２から端面４０への入射効率を高めるためには、開口比も重要である。この開口比は、（導光板２１の厚み）／（蛍光灯２２の内径）で規定でき、０．９〜２程度が望ましい。これ以上開口比をしても入射効率はそれ程向上しないからである。
【００４０】
エッジ部４０の角を取る加工の形状は種々のものが採用できる。本例のエッジ部４０は、略２等辺３角形の形状に角が取られており、端面４１ｃおよび４１ｄのそれぞれに対して略４５度の角度を持った端面４３がエッジ部４０に形成されている。従って、それぞれの端面４１ｃおよび４１ｄへ蛍光灯２２から直接入射される光は、エッジ部４０で全反射されてしまうので、この部分が導光板２１の上面２１ａから放射される光の強度に及ぼす影響は少ない。この点からは、この形状をした角取り加工が輝度の均一性に及ぼす影響はすくない。しかし、入射角度の異なる散乱光は、この端面４３から入射され上面２１ａから放射される輝度の均一性を阻害する恐れがある。そこで、本例においては、端面４３から導光板２１内に光が入射されることを防止するために、反射部材４４を装着してある。反射部材４４としては、白色または銀、アルミニウムなどを蒸着したプラスチックシート、あるいは成形品などを用いることができる。導光板２１内部から端面４３を通して出光する光線を反射し、逆に、蛍光灯２２から入光する光線を遮蔽することができ、輝度の均一牲を保つことができる。
【００４１】
エッジ部４０が大きくなれば、エッジ部近傍において導光板２１に導入される光が減少してしまう。従って、輝度の均一性を保つには、角取り加工される略２等辺３角形の大きさに制限を設けることが望ましい。一方、角取り加工が小さすぎれば、蛍光灯２２と端面４１との隙間４２を適正に保つことができなくなる。これらの条件を考慮すると、角取り加工する際の２等辺３角形の概ね等しい２辺に相当する部位の１辺の長さを、蛍光灯２２の屈曲部２２ａの最小曲率半径の略０．６倍から略１．０倍の範囲とすることが望ましい。
【００４２】
図１０には、その他の実施例における角取り加工可能な形状の例を示してある。図１０（ａ）および（ｂ）は、エッジ部４０を、隣接する端面４１ｃおよび４１ｄと平行に切り欠いて角取り加工をした例である。このような角取り加工するためには、エッジ部４０を略菱形に角取り加工すれば良く、略長方形の導光板の場合は略正方形に角取り加工すれば良い。略菱形に角取り加工した端面４５ａ、４５ｂは、隣接する導光板２１の端面４１ｃおよび４１ｄとそれぞれ略平行な面である。従って、これらの端面４５ａおよび４５ｂから導光板２１内に導入される光は、端面４１ｃおよび４１ｄと略同じベクトルを有し、端面から入射される、あるいは放出される確率も略等しい。従って、このエッジ部４０が照明装置から放射される光の輝度の均一性に影響を及ぼすことは少ない。このため、反射部材４４を省略しても均一な輝度を得ることが可能である。しかしながら、端面と蛍光灯との隙間が大きくなるために、良好な均一性を保持することは困難である。蛍光灯との干渉も考慮すると、菱形の一辺の長さは上記と同様に蛍光灯２２の屈曲部２３の最小曲率半径の略０．６倍から略１．０倍の範囲とすることが望ましい。
【００４３】
図１０（ｃ）および（ｄ）は、導光板２１の製造工程を重視した際にメリットがあるエッジ部４０の形状を示してある。導光板２１を射出成形する場合は、型加工の面から図１０（ｃ）に示すような扇形を採用することができる。導光板２１を切削加工してエッジ部４０を成形する場合は、逆扇形を採用しても良い。もちろん、上記以外の形状を採用することもできる。
【００４４】
図１１に、屈曲した蛍光灯２２から導光板２１に導入された光を、導光板２１の上面２１ａから液晶パネルに向けて放出するための拡散パターン５０を示してある。本例においては、拡散パターン５０はパターンシート２４に印刷してあるが、導光板２１の下面２１ｂに直接印刷しても良い。また、エッチングなどにより導光板２１の下面２１ｂを拡散パターン５０を描くように加工してももちろん良い。拡散パターン５０は、線状、あるいはドット状のものが採用されることが多く、これ以外のパターンであってもパターンの面積密度を場所によって増減できるものであれば良い。
【００４５】
ドット状の拡散パターンが採用される場合、パターンの面積密度を調整するためには、個々のドットの面積を増減させる方法と、ドットの密度を増減させる方法が考えられるが、図１１には、個々のドットの面積を増減させた場合のパターンを例示してある。各ドットの面積は、蛍光灯２２が装着される端面４１ｃおよび４１ｄ側が小さく、これらと向かい合う端面４１ａおよび４１ｂに向かって徐々に面積が増大している。蛍光灯２２の屈曲部２２ａに近いエッジ部４０近傍が最も面積が小さく、これと向かい合う端面４１ａと４１ｂとのエッジ部が最も面積が大きい。
【００４６】
このような拡散パターンの密度分布Ｓ（ｘ，ｙ）は以下のようにして求めることができる。ここで、ｘおよびｙは、それぞれ蛍光灯２２の端面４１ｃ、ｄに沿った座標であり、蛍光灯２２から離れる方向に増加する座標軸を採用する。ある微小な面積内において、拡散パターンの密度分布を予めＳｘ_ｉｙ_ｊと仮定する。ｘ方向から強度Ｌｘで入射された光に対し、密度分布Ｓｘ_１ｙ_１の拡散パターンで拡散される光の強度ｌ_１．１は以下の通りである。
【００４７】
ｌ_１．１＝Ｌｘ×Ｓｘ_１ｙ_１×ｋ・・・（１）
ここで、ｋは所定の反射係数である。ｘ方向の次の微小面積で拡散される光の強度ｌ_２．１は以下の通りである。
【００４８】
ｌ_２．１＝（Ｌｘ−ｌ_１．１）×Ｓｘ_２ｙ_１×ｋ・・・（２）
同様に、ｙ方向から強度Ｌｙで入射された光に対し、密度分布Ｓｘ_ｉｙ_ｊの拡散パターンで拡散され各微小面積毎に放出される光の強度ｌ_ｉ．ｊを求めることができる。従って、各微小面積において放出される光の強度ｌ_ｉ．ｊは、以下の通りである。
【００４９】
ｌ_ｉ．ｊ＝（Ｌｘ−Σ_ａ＝１ ^ｉ−１ｌ_ａ．ｊ）×Ｓｘ_ｉｙ_ｊ×ｋ＋（Ｌｙ−Σ_ｂ＝１ ^ｊ−１ｌ_ｉ．ｂ）×Ｓｘ_ｉｙ_ｊ×ｋ・・・（３）
これらの放射される強度の平均値ｌ_ａｖｅは以下の通りである。
【００５０】
ｌ_ａｖｅ＝Σ_ｉ＝１ ^ｎ Σ_ｊ＝１ ^ｍｌ_ｉ．ｊ／（ｎ×ｍ）・・・（４）
なお、ｎはｘ軸方向の微小面積の総数であり、ｍはｙ軸方向の微小面積の総数である。
【００５１】
拡散パターンによって拡散された光の強度を一定の範囲に保つことが照明装置２０の輝度を均一化するために必要である。従って、予め仮定された拡散パターンの密度Ｓｘ_ｉｙ_ｊを以下のように補正する。
【００５２】
Ｓ^１ｘ_ｉｙ_ｊ＝Ｓｘ_ｉｙ_ｊ×ｌ_ａｖｅ／Σｌ_ｉ．ｊ・・・（５）
このように補正された拡散パターンの密度分布Ｓ^１ｘ_ｉｙ_ｊを用いて上記と同様に各微小面積で拡散される光の強度を再度求め、これらの強度が許容範囲に収まれば、輝度の均一性を満足した拡散パターン５０を発生させたことになる。一度補正された密度分布Ｓ^１ｘ_ｉｙ_ｊを用いても一定の範囲に光の強度が収まらない場合は、上記の手法で補正を繰り返せば良い。
【００５３】
このように、本例では拡散パターンを発生させる際に、ｘおよびｙ方向のそれぞれに入射された光の強度に基づき、それぞれの方向で各座標、あるいは微小面積毎で拡散によって放出される光の強度を計算している。そして、これらの強度を合成し、微小面積毎に放出される光の強度を求めた上で平均の光の強度を求め、微小面積毎に放出される光の強度のばらつきが、平均の光の強度と所定の範囲内に収まるように拡散パターンの密度分布を補正している。
【００５４】
さらに、端面４１ａおよび４１ｂに装着した端面反射テープ２８から反射される光の強度を補正することが望ましい。すなわち、各微小面積毎に放出される光の強度ｌ_ｉ．ｊを計算する際に、端面４１ａおよび４１ｂから、端面反射テープによって反射された強度の光が入射しているものとして、その光が拡散し、放出される強度を追加すれば良い。
【００５５】
ｘ方向において、端面４１ａから反射される光の強度Ｌｘ’は以下のようになる。
【００５６】
Ｌｘ’＝（Ｌｘ−Σ_ｉ＝ｌ ^ｎｌ_ｉ．ｊ）×η・・・（６）
ここで、ηは端面反射テープの反射係数であり、例えば０．５が採用できる。従って、この強度の光源がｘ方向の座標Ｘ_ｎから入射されるものとして上述した計算をさらに行えば、端面反射の補正をした拡散パターンの密度分布を発生させることができる。そして、この密度分布に従った拡散パターン５０を用いれば、導光板を介して輝度の均一性の高い照明を行うことができる。
【００５７】
図１２には、導光板に密度の異なる拡散パターンを形成する代わりに、導光板の厚みを増減した例を示してある。この例の導光板２９には、密度分布の一定な拡散パターン５１が下面２９ｂに印刷されている。導光板２９の断面は、上記で求めた拡散パターンの分布密度と反比例するように形成されている。すなわち、導光板２９の厚みは、端面４１ｃおよび４１ｄの側が厚く、端面４１ａあるいは４１ｂに向かって徐々に薄くなっている。導光板２９の厚みを上記にて求められた拡散パターンの密度分布を反比例して薄くすると、下面２９ｂに形成された均一な密度の拡散パターンに照射される光の密度が上がる。従って、この拡散パターンに拡散されて上面２９ａから放出される光の強度は、上記にて求めた密度分布の拡散パターンによって放出された光と同様に平均化されており、図１２に示すような導光板２９を用いても、輝度の均一性の高い照明を得ることができる。
【００５８】
本例の照明装置１０は、上記にて説明したようにＬ字形に屈曲され、角取り加工された導光板に装着できる長い１本の蛍光灯を光源として用いている。従って、蛍光灯を点灯するドライバー回路を増すことなく蛍光灯の有効全長を長くすることができ、総発光量を上げられる。また、複数の蛍光灯の輝度が合致するようにドライバー回路などを調整する必要もない。さらに、光変換効率を向上できるので、消費電力を低減することができる。蛍光灯を点灯させるためにドライバー回路の出力においても、蛍光灯の全長が長くなるので能力を上げる必要があるが、２本の蛍光灯を点灯させる場合と比較しドライバー回路の出力も低くて良い。
【００５９】
このような照明装置１０は、上記にて説明した液晶表示装置以外にも面状の発光体としてインテリアなど種々の用途がある。液晶パネルのバックライトとして用いる場合は、Ｌ字形の蛍光灯を用いているため、液晶のドライバーＩＣと向かい合った箇所に蛍光灯を配置することができる。このため、発光体からドライバーＩＣへの熱の影響を最小限に止めることができ、安定した画像を得ることができる。また、発光体とドライバーＩＣとの位置的な干渉がないため、液晶表示装置を小形化することも可能である。さらに、照明装置は低消費電力であり、発光部分が長いので単位長さ当たりの発熱量は少なく、液晶パネル自体の温度上昇も大幅に抑えることができる。従って、カラー表示に必要な高い輝度を発揮した場合であっても、液晶パネルの色むら、輝度むらを抑制することができ、品質の良く、鮮やかなカラー画像を得ることができる。
【００６０】
さらに、本例の照明装置および液晶表示装置においては、製造工程を簡略化し、均等な照明、品質の良い画像を得るために、リフレクターの形状、拡散パターンの発生方法など多くの点が改良されており、品質の良い画像が得られる液晶表示装置を安価に提供できるようにしている。
【００６１】
なお、上記においては、導光板２１の１つのエッジ部４０を角取り加工してあるが、４方の全てのエッジ部を角取り加工してももちろん良い。４方のエッジ部が同様の形状に加工しておけば、組立時の導光板の方向性をなくすことができ、製造工程をさらに簡略化することができる。
【００６２】
〔実施例２〕
図１３に、本発明に係る上記と異なる照明装置６０を用いた液晶表示装置の内、照明装置６０の上に液晶パネル１０が装着された様子を示してある。この液晶表示装置の概要は、実施例１に示した図１と略同様につき図示、および説明を省略する。また、液晶パネル１０など、実施例１と共通する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６３】
本例の照明装置６０は、略コ字形の蛍光灯６２を棒状の光源として用いている。この蛍光灯６２を、照明装置６０の導光板６１に形成された４方の端面４１ａ〜４１ｄの内、端面４１ａ、４１ｃ、４１ｄに面して装着している。照明装置６０は、上下の２つに分割されたフレーム３８および３９内に収納されており、上部フレーム３８が液晶パネル１０と照明装置６０との隙間を確保するスペーサの機能も果たしている。
【００６４】
図１４および１５に基づき本例の照明装置６０の構成を説明する。本例の照明装置６０は、コ字形の下部フレーム３９の内部に、反射シート２５、導光板６１、拡散シート２６、プリズムシート２７が下からこの順番に収納されている。導光板６１の３方の端面４１ａ、４１ｃ、４１ｄに面してコ字形の蛍光灯６２が装着されており、残りの端面４１ｂには、端面反射テープ２８が取付けられている。これらを収納した下部フレーム３９の上部に、平板状でコ字形の上部フレーム３８が取付けられている。
【００６５】
下部フレーム３９の内面６３は略双曲線の断面を持つ鏡面として銀蒸着などの仕上げが施されている。下部フレーム３８の下面６４も鋲蒸着などの仕上げが施されおり、鏡面化されている。本例の照明装置６０においては、フレーム３８、３９の内面６３、６４がリフレクターとしての機能を果たしており、前述した実施例で説明したリフレクターとフレームとが一体化されている。従って、照明装置６０を組み立てる手間をさらに省くことができる。
【００６６】
反射シート２５、拡散シート２６およびプリズムシート２７の機能は前述した実施例と同様につき説明を省略する。本例においては、拡散パターン５２は導光板６１の下面６１ｂに印刷されているので、パターンシートは省かれている。コ字形の蛍光灯６２を上述した実施例と同様に適正な隙間４２を介して導光板６１に装着するために、導光板６１の２つのエッジ部４０ａ、４０ｂの角は角取り加工されている。図１６に、蛍光灯６２と導光板６１の関係をぬきだして示してある。蛍光灯６２が装着される端面４１ｃと４１ｄに挟まれたエッジ部４０ｂと、端面４１ａと４１ｄに挟まれたエッジ部４０ａとの角が、突出しないように角取り加工されている。これにより、蛍光灯６２は、端面４１の近傍に、所定の隙間４２を介して装着することができ、導光板６１への入射効率を高く保持することができる。また、熱膨張、衝撃などによる蛍光灯６２の損傷も防止できる。角取り加工の形状は本例においては略２等辺３角形としているが、先に説明したように種々の形状を採用することができることはもちろんである。
【００６７】
図１７に、本例の導光板６１に印刷された拡散パターン５２を、導光板２１の下面２１ｂの方向から示してある。この拡散パターン５２は、前述したような発生方法によって発生された密度分布に沿って形成されている。本例においては、端面４１ｃに加えて端面４１ａにも光源があるので、この側の拡散パターンの面積密度は低く、下面２１ｂの中央の拡散パターンの面積密度が高くなっている。また、端面４１ｄに沿った拡散パターンの面積密度は低く、これと向かい合う端面４１ｂ近傍の拡散パターンの面積密度が高くなっている。このような拡散パターン５２によって導光板６１に導入された光は拡散され、略均一な光が導光板６１の上面６１ａから液晶パネルに向かって放出される。
【００６８】
図１８は、本例の液晶パネル１０の上の温度分布を示してある。本図にて判るように、蛍光灯の直上のパネルの温度上昇は、常温より１０度程度の上昇で済んでおり、図２２に示した従来の照明装置を用いた場合より大幅に低減されていることが判る。このように液晶パネルの中央部と光源ある端部との温度差はほとんどなく、フラットな温度分布となっているので、液晶パネルに表示される画像の色むら、あるいは輝度のむらは非常に少ない。従って、品質の良い画像を得ることができる。このように、本例の照明装置５０は、カラー表示に対応した高い輝度の光を照射できる照明装置であり、液晶パネルの温度上昇も抑制することができる照明装置である。従来の照明装置と異なり、コ字形に屈曲した長い光源を用いているので単位長さ当たりの発熱量を低減でき、さらに、消費電力も低減できるからである。
【００６９】
本例の液晶表示装置においては、図１３に示すように、コ字形の蛍光灯６２の１つの辺の上にドライバーＩＣ１３が配置される構成となる。しかし、蛍光灯６２の温度上昇は少ないため、ドライバーＩＣへの熱影響も少なく、閾値が変動するような不具合も抑制されている。従って、本例の液晶表示装置も、輝度が高く鮮やかなカラー画像を安定して得ることが可能であり、低消費電力でもある。蛍光灯を点灯するドライバー回路も１つで良いので、液晶表示装置を用いたテレビ、パソコンなどを小形化することも可能である。コ字形の蛍光灯を点灯するためには、放電距離が長くなるので、ドライバー回路の出力も向上する必要がある。しかし、３本の蛍光灯を点灯する場合と比較すると、ドライバー回路の出力上昇幅も小さくて良い。
【００７０】
図１９に、導光板７１に２本の略Ｌ字形の蛍光灯７２ａおよび７２ｂを装着した場合を示してある。また、図２０に６角形の導光板８１に３本の略Ｌ字形の蛍光灯８２ａ、８２ｂ、８２ｃを装着した場合を示してある。それぞれの導光板７１、８１のエッジ部４０は、蛍光灯７２、８２と干渉しないように角取り加工されており、適正な位置に蛍光灯７２、８２を設置できるようになっている。これらを覆うリフレクターの構造などは、上述した各実施例と同様なものを採用することができる。
【００７１】
このように、屈曲した棒状の発光体を用いて、様々な形状の面状照明装置を構成することができる。そして、これらの照明装置によって、少ない消費電力で、均質な高い輝度の照明を得ることができ、カラー表示の可能な液晶パネルを用いて品質の高いカラー画像を得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明に係る面状照明装置は、液晶パネルを用いた液晶表示装置のバックライトとして好適であり、その他の平面状の照明装置としても用いることができる。この照明装置を用いた液晶表示装置は、カラー画像を低消費電力で鮮やかに表示できるので、ノートブック型のパソコンなど各種の情報処理装置の表示部として用いることができ、また、液晶テレビ、ハンディカメラなど各種の映像処理装置の表示部として用いることがでさる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る面状照明装置を用いた液晶表示装置の概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図１に示す液晶表示装置に用いられている面状照明装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】図４に示す面状照明装置と液晶表示パネルが組合わさった状態を上から見た平面図である。
【図６】図４に示す面状照明装置の導光板と蛍光灯との位置関係を示す説明図である。
【図７】図４に示す面状照明装置の導光板、蛍光灯および反射体の関係を示す断面図である。
【図８】図７に示した反射体を組み立てる様子を示す説明図である。
【図９】導光板のエッジ部を示す拡大図である。
【図１０】導光板のエッジ部の加工の異なる例を示す拡大図である。
【図１１】導光板に貼りつけられる拡散シートに形成された拡散パターンを示す説明図である。
【図１２】図１１と異なり、厚みを変化させた導光板を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図１３】本発明の実施例２に係る液晶表示パネルと面状照明装置とが組合わさった状態を上から見た平面図である。
【図１４】図１３に示す液晶表示パネル、面状照明装置および発光体の関係を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した面状照明装置の構成を示す分解斜視図である。
【図１６】図１５に示した面状照明装置の導光板と蛍光灯との関係を示す説明図である。
【図１７】図１５に示した導光板に印刷された拡散パターンを示す説明図である。
【図１８】図１３に示す液晶表示パネルの表面温度を示すグラフ図である。
【図１９】上記と異なる導光板と蛍光灯との関係を示す説明図である。
【図２０】さらに上記と異なる導光板と蛍光灯との関係を示す説明図である。
【図２１】従来の導光板と蛍光灯とを示す説明図である。
【図２２】図２１に示すような構成の面状照明装置を用いた場合の液晶表示パネルの表面温度を示すグラフ図である。

Claims

導光板と、該導光板に対峙するように配置された発光体と、該発光体からの光を反射させて該導光板の端面に光を入射させるリフレクターとを具備してなり、
前記発光体は、屈曲部を備えているとともに、少なくとも前記導光板の隣接した２辺に対峙するよう配置されており、
前記リフレクターは、前記発光体が配置された前記導光板の辺のうちの一の辺に対峙するように配置された直線状の第１のリフレクターと、前記一の辺に隣接した他の辺に対峙するように配置された直線状の第２のリフレクターからなり、
前記第１および第２のリフレクターのいずれか一方のリフレクターは、対峙する前記導光板の辺の長さよりも長く形成され、かつ前記屈曲部において、前記一方のリフレクターが他方のリフレクターのエッジ部を覆うように取り付けられていることを特徴とする照明装置。
導光板と、該導光板に対峙するように配置された発光体と、該発光体に対向する内面に該発光体からの光を反射させて該導光体の端面に光を入射させるリフレクターを備えたフレームからなり、
前記発光体は、屈曲部を備えているとともに、少なくとも前記導光板の隣接した２辺に対峙するよう配置されており、
前記フレームは前記発光体の略下半部を覆う第１のフレームと、前記発光体の略上半部を覆う第２のフレームからなることを特徴とする照明装置。
前記発光体の内径が２．５〜４ｍｍの場合、前記発光体と前記リフレクターとの隙間を１〜１．５ｍｍとすることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の照明装置。
照明装置と、その照明装置により照明される液晶パネルと、を備えた液晶装置において、
前記照明装置として請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置を搭載したことを特徴とする液晶装置。