JP3642723B2

JP3642723B2 - 表示パネル用バックライト装置

Info

Publication number: JP3642723B2
Application number: JP2000273993A
Authority: JP
Inventors: 三男中山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002082626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、液晶ＴＶ、液晶モニタあるいはプラズマ・アドレス・リキッド・クリスタル（ＰＡＬＣ）等における表示パネル用バックライト装置に関し、更に詳しくは、直線偏光状態を変調してデジタル表示を行う液晶パネルなどの液晶表示装置に用いられる表示パネル用バックライト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば液晶表示装置などの液晶パネルに関する技術進歩には目覚ましいものがある。特に、大型画面を形成する液晶の開発や、装置全体の薄型化による省スペース化あるいは省電力化は、販売市場の一層の開拓に欠かせないものとなっている。
【０００３】
このような液晶表示装置は、通常、一対のガラス基板で液晶層を挾持した液晶素子（以下、液晶パネルという）の光入射側及び光出射側に偏光板を装着した構成を有する。すなわち、液晶パネルに入射された直線偏光の偏光状態を液晶層によって変調することにより、画像としてデジタル表示している。
【０００４】
また、液晶表示装置の中で、透過型の液晶表示装置が現在では主流となっている。ところが、この透過型液晶表示装置においては、液晶パネルの背後側からの照明を必要とすることから、そのためのバックライト装置が不可欠な構成要素となっている。
【０００５】
さらに、液晶パネルの表示画面のサイズもまた、特に、パソコン用の表示画面として数量的に圧倒的に多く使用される１２型から１５型のサイズものが現在では主流となっている。そして、この１２型から１５型サイズの液晶パネルに対するバックライト装置としては、市販初期時、直管型のランプを多数本またはＵ字形に曲げたランプを複数本、液晶パネルの背後に配置した直下型が主流ではあったが、技術開発の進歩に伴い、現在では、所謂、サイドエッジ型方式からなるものが多用されている。このサイドエッジ型方式のバックライト装置は、装置全体の薄型化、光源としてのランプの使用本数の削減化、並びに、小型軽量化の上で、多大な利点を有する。
【０００６】
従来、この種のサイドエッジ型方式のバックライト装置を採用した液晶表示装置は、図５に概略的に示すような基本的な構成を有している。この液晶表示装置は、液晶パネルａの背面側に光源として、直管型の一対のランプｂ，ｂを液晶パネルａの両側部に対応する位置に配置し、この各ランプｂ，ｂ間にアクリル製の導光板ｃを配置する。この導光板ｃの液晶パネルａの対向面側には、拡散板ｄを間に介して偏光反射フィルムｅが配置されている一方、各ランプｂ，ｂには、反射フィルムｆが配置されている。そして、これらランプｂ，ｂ、導光板ｃ、拡散板ｄ、偏光反射フィルムｅ及び反射フィルムｆにてバックライト装置を構成している。
【０００７】
すなわち、上記したバックライト装置は、ランプｂ，ｂからの光を直接、または反射フィルムｆを介して導光板ｃに入射する。そして、この導光板ｃに入射された光は、拡散板ｄにて均一な面光源に変換されるとともに、偏光反射フィルムｅにて単一光に偏光される。この単一偏光された光は、液晶パネルａに入射されて入力信号に変調され、これにより、画像として液晶パネルａの表示画面上にデジタル表示され視認される。
【０００８】
このようなサイドエッジ型方式のバックライト装置は、１２型から１５型サイズのパソコン等の表示画面に用いる場合には好適である。しかしながら、既に商品化されている液晶ＴＶのような２８型サイズ、液晶モニタのような２０型サイズを超えるもの、あるいは、商品開発が検討されているＰＡＬＣ等のような４２型サイズ以上の大型画面になると、サイドエッジ型方式では、幾つかの課題が残る。
【０００９】
パソコン等のモニタ画面の輝度は、１２０〜２００ｃｄ／ｍ²程度であるが、ＴＶ用として使用するには、４００〜５００ｃｄ／ｍ²の画面輝度が必要とされている。ところが、サイドエッジ型方式では、液晶パネルａが大きくなると、単純にはランプｂ，ｂの本数を増やすことが構造的に不可能であるため、１２型から１５型サイズ以上の液晶パネルａの画面周囲の大きさに対応させて明るく照明することが困難で、液晶画面輝度に限界がある。
【００１０】
従来では、大型液晶パネル用のバックライト装置として、直管またはＵ字管等の蛍光管による直下型のバックライト方式が用いられ、画面サイズの大型化に対応させて、蛍光管の使用本数を増やすことにより、画面輝度を大幅に明るくすることを可能にしている。
【００１１】
また従来、直下型バックライト方式において、複数本の蛍光管を使用する場合に、面輝度としての均一性を高める手段としては、特開平６−２５８６３９号公報（以下、先行技術１という）や特開平７−２７０７８３号公報（以下、先行技術２という）等に開示されているような構成を有するものが提案されている。
【００１２】
先行技術１に記載のバックライト方式では、反射板と拡散板にて形成された偏平なランプ空間に蛍光ランプを配置する。そして、この蛍光ランプの発光直管部の中心配列ピッチを、ランプ空間の厚みの１．２〜２．５倍の大きさに設定するとともに、反射板から蛍光ランプの発光直管部中心までのランプ空間の高さを、その厚みの１／２以下に設定する。これにより、反射板や拡散板に特別な加工を施すことなく、拡散板上の輝度均一度を図っている。
【００１３】
一方、先行技術２に記載のバックライト方式では、互いに平行な反射板と拡散板にて形成された偏平な矩形のランプ空間に、２本のＵ字型蛍光ランプを配置する。そして、各蛍光ランプのそれぞれの平行な内外４条の発光直管部における配列ピッチを、その外側２条の発光直管部と、これに隣接する内側２条の発光直管部間の中心間配列ピッチ（Ｂ）を同一にし、内側２条の発光直管部間の中心間配列ピッチ（Ａ）が、Ａ＝１．０５Ｂ〜１．２０Ｂなる関係式を満たすように設定するとともに、中心間配列ピッチ（Ａ）を中心間配列ピッチ（Ｂ）より５〜２０％増の割合で大きくする。これにより、拡散板の中央部の輝度を下げ、その端部側の輝度を上げ、拡散板全体の輝度均斉度を安定化させている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来構造の大型液晶ＴＶ等に用いられる直下型方式によるバックライト装置では、表示画面の大幅な高輝度化と、著しい大面積化により、必要なバックライト電力が大幅に増加する。
【００１５】
ここで、一般的なノート型パソコンと比較するために、１４．１型サイズの表示画面を例にし、その画面輝度を１５０ｃｄ／ｍ²とすると、液晶ＴＶの表示画面が４２型サイズで４５０ｃｄ／ｍ²の画面輝度の場合、画面輝度で約３倍、面積は、約９倍になる。また、液晶パネルの透過率と、バックライト効率を同等とすると、４２型サイズのバックライト電力は、１４，１型サイズよりも約２７倍となる。このため、１４，１型サイズのバックライト電力を、例えば１０Ｗ前後に想定すると、４２型サイズは、２７０Ｗになり、バックライト電力が著しく増大する。
【００１６】
このような液晶パネルの大型化によるバックライト電力の増大は、省電力化に反するばかりでなく、液晶パネルの温度上昇による信頼性を低下させるため、冷却ファン等の冷却装置を追加して強制冷却する必要性が生じる。また、冷却装置の追加は、環境上の騒音問題や、冷却ファンによる装置内への塵・埃等の吸入に伴う故障等の二次的な問題を引き起こす要因になる。しかも、蛍光ランプの発光効率は、温度依存性があるため、その周囲が最適温度を超えると、バックライト効率が低下して、画面輝度を低下させるという不具合を生じる。
【００１７】
そこで、上記した不具合を解消するためには、バックライトのシステム構造を変えることである。第１の具体的手法としては、直下型バックライト方式において、液晶パネルの背面側に配置される光源として、複数本（約１０〜１５本）の直管型の蛍光ランプを並列させて配置する。これにより、サイドエッジ型方式と比較して、蛍光ランプの使用本数を任意に増加させることが可能になるため、大型画面に対して高い画面輝度が得られるとともに、発光効率も高いバックライト装置が提供できる。
【００１８】
ところが、この装置の欠点としては、図５に示す従来構造のアクリル製の導光板を用いるサイドエッジ型バックライト方式と比較して、バックライト装置の厚みが厚くなり、液晶表示装置全体が大型化することである。サイドエッジ型方式によるバックライト装置の厚みは、精々１０ｍｍを超えない寸法を維持することが可能であるのに対して、直下型バックライト方式では、バックライト装置の厚みが２０ｍｍ、場合によっては、５０ｍｍにもなり、しかも、直管型の蛍光ランプの使用本数や、ランプ径により変動する。
【００１９】
第２の具体的手法としては、偏光変換フィルム（例えば、３Ｍ製Ｄ−ＢＥＦ）を用いてバックライト効率の向上を図ることである。すなわち、従来のような偏光板にて吸収されていた１／２の光成分を有効利用する方法であり、フィルム状のため、バックライト装置の厚みを薄くすることが可能であるとともに、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と同様に、ランダム光をＰ波とＳ波の直線偏光成分に分離することができる。しかも、偏光変換フィルム単体で使用する場合には、画面輝度が約１．６倍、プリズムシートを併用する場合には、画面輝度が約２倍に向上させることができる。
【００２０】
しかしながら、上記した第１及び第２の具体的手法においても、依然としてバックアップ電力は高く、更なる低減化が望まれている。
【００２１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、面光源輝度の均一性を維持するとともに、低消費電力化を図ることができるようにした表示パネル用バックライト装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明は、表示パネルの背面側に平行配置した複数本の直管型ランプと、該各直管型ランプの光を前記表示パネルの方向に向け反射させる反射板とを備えた直下型の表示パネル用バックライト装置において、前記直管型ランプは、前記表示パネルの表示画面の左右長手方向に沿って略平行に配置され、前記各直管型ランプ間の距離は、前記表示パネルの表示画面中心部で狭く、表示画面の上下端に近づくにしたがって等比率のピッチで広くなるように設定されていることを特徴とする。
ここで、前記直管型ランプは、表示画面の中心部に対してセンタ振分けで上下対照的に配列されたことが好ましい。
【００２３】
また、前記表示パネルの表示画面中心部に対応する前記各直管型ランプ間のピッチを、その表示画面上下端に対応する前記各直管型ランプ間のピッチの９０％以下に設定することが好ましい。さらに、前記反射板の端部は、前記表示パネルの方向へ向けて集光させる方向に勾配を持つことが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図４に示す図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る液晶表示装置におけるバックライト装置の全体構成を概略的に示す説明図、図２は照明体を構成する複数本の直管型ランプの配列状態を示す説明図である。
【００２５】
本発明に係る液晶表示装置は、図１に示すように、デジタル表示可能な表示パネルとしての液晶パネル１と、この液晶パネル１の背面側に配置した直下型方式からなるバックライト装置２とで構成されている。このバックライト装置２は、液晶パネル１の背面側に配置される光源としての複数本（例えば、１４本）の直管型（例えば、８ｍｍ径）の蛍光ランプ３と、これら各蛍光ランプ３の液晶パネル１側に配置される拡散板４、偏光変換フィルム（例えば、３Ｍ製Ｄ−ＢＥＦ）５及びプリズムシート６と、各蛍光ランプ３の後方に配置される反射板７とを備えた点灯駆動回路構成を有する。
【００２６】
また、各蛍光ランプ３は、液晶パネル１の表示画面１ａの左右長手方向（横方向）に沿って略平行に配置されている一方、反射板７は、各蛍光ランプ３の光を液晶パネル１の方向に向け反射させるとともに、その上下端部７ａの立上り面もまた、斜めに傾斜させて、液晶パネル１側の方向へ向けて集光させる方向に勾配を有するように形成されている。
【００２７】
すなわち、上記した液晶表示装置は、バックライト装置２の各蛍光ランプ３からの直接光と反射板７による反射光とを拡散板４に入射し、この拡散板ｄにて均一な面光源に変換するとともに、偏光変換フィルム５にて単一光に偏光する。そして、この単一偏光光は、プリブムシート６にて液晶パネル１の画素に集光し、液晶パネル１にて入力信号に変調する。これにより、液晶パネル１の表示画面１ａ上に画像としてデジタル表示し視認可能にしてなるものである。
【００２８】
図２は、本発明に係る液晶表示装置において、バックライト装置２を構成する各蛍光ランプ３の配列状態を概略的に示す。すなわち、液晶パネル１の背面側に配置される各蛍光ランプ３，３間の距離は、液晶パネル１の表示画面１ａの中心部Ｏ−Ｏから適宜の距離Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・・Ｐ７を存して順に、例えば、３４ｍｍ、３５ｍｍ、３６ｍｍ、３７ｍｍ、３８ｍｍ、３９ｍｍ、４０ｍｍのように、等比率で広くなるように設定されて、表示画面中心部Ｏ−Ｏに対してセンタ振分けで上下対称的に配列されている。これにより、各蛍光ランプ３，３間の距離は、液晶パネル１の表示画面１ａの中心部で狭く、その表示画面端側に向けて広くなるような形態を有するとともに、液晶パネル１の表示画面中心部Ｏ−Ｏに対応する各蛍光ランプ３，３間のピッチＰ１が、その表示画面端に対応する各蛍光ランプ３，３間のピッチＰ７の少なくとも９０％以下に設定するものである。
【００２９】
ところで、図３は、上記した本発明に係るバックライト装置に対して、１４本の各蛍光ランプ３，３間の距離を液晶パネル１の表示画面１ａの中心部Ｏ−Ｏから等間隔の距離Ｐ０、例えば３８ｍｍの間隔を存して順に配列する従前のような直下型バックライト装置を示す。また、図４は、本発明に係るバックライト装置と、従前のバックライト装置とによる液晶パネル１の表示画面１ａ上の上下方向の面輝度分布を示す。
【００３０】
すなわち、図２に示す本発明のバックライト装置と、図３に示す従前のようなバックライト装置においては、各蛍光ランプ３，３の配列形態（等比率または等間隔）及び反射板７の上下端部７ａの形態以外は基本的に同一の構成を有する。そこで、これらの各バックライト装置に同じ電力、例えば、２００Ｗのバックライト電力を供給して、バックライト面輝度を測定した。その結果、本発明のような等比率配列のバックライト装置では、バックライト面輝度が画面中心で約１１９００ｃｄ／ｍ²、画面上下端で約９８００ｃｄ／ｍ²であった。これに対して、等間隔配列のバックライト装置では、バックライト面輝度が約１１０００ｃｄ／ｍ²であった。これにより、図４にグラフ（イ）で示す本発明のような等比率配列のバックライト装置では、図４にグラフ（ロ）で示す等間隔配列のバックライト装置と比較して、画面中心で約８％の輝度向上が見られた。また、等間隔配列のバックライト装置では、表示画面の輝度分布が上下方向全般に亘り均一であるのに対し、本発明のような等比率配列のバックライト装置では、画面中心輝度に対する画面上下端の端輝度の比率は、約８２％になる。
【００３１】
ところで、人間の目は、通常、画面中心に注意が注がれるため、画面端の明るさが画面中心に比較して、若干、暗くても気にはならない。事実、例えば、従前のブラウン管ＴＶにおいても、画面中心の輝度に比較し、その画面周囲の輝度を意識的に低く設定することにより、画像を見易くしている。したがって、本発明のような等比率配列のバックライト装置のように、画面中心輝度に対する画面上下端の端輝度の比率が約８２％に低下しても、特に気になることはない。
【００３２】
そして、上記した本発明の等比率配列のバックライト装置において、図３に示す等間隔配列のバックライト装置と同様に、画面中心のバックライト面輝度が約１１０００ｃｄ／ｍ²となるようにバックライト電力を調整した場合でも、見た目の画面明るさは、等間隔配列のバックライト装置の場合と比較しても、大きな差は見られない。ところが、その消費電力は、１８２Ｗとなり、上述したような等間隔配列のバックライト装置におけるバックライト電力（２００Ｗ）よりも、１８Ｗも低減された。これにより、本発明では、バックライト電力の省電力化が可能になる。
【００３３】
また、本発明のバックライト装置においては、各直管型の蛍光ランプ３を液晶パネル１の表示画面１ａの左右長手方向（横方向）に沿って略平行に配置している。その理由として、液晶パネル１の表示画面１ａ上に同一輝度を得るためには、各蛍光ランプ３を液晶パネル１の上下方向（縦方向）に配置した場合よりも、その本数を少なくすることが可能となる。これにより、更に、蛍光ランプ３の本数を減らすことにより、各蛍光ランプ３の両端電極による輝度ロスを低減でき、発光効率を高めることが可能になる。特に、最近では、液晶ＴＶの画面は、例えば、横１６：縦９の比率のワイド画面が主流であり、これにより、蛍光ランプ３の縦配列と横配列の使用本数差は一層大きくなる。
【００３４】
さらに、反射板７は、上述したように、各蛍光ランプ３の光を液晶パネル１の方向に向け反射させるとともに、その上下端部７ａの立上り面もまた、斜めに傾斜させて、液晶パネル１側の方向へ向けて集光させる方向に勾配を有する形態に形成されている。その理由は、各蛍光ランプ３，３の距離を液晶パネル１の中心部から端側に向けて等比率で広げるにあたり、画面輝度の低下を低減するためである。
【００３５】
なお、上記した本発明の実施形態においては、蛍光ランプ３の使用本数が、偶数本（１４本）によるセンタ振分けで配置する点灯駆動回路構成としたが、奇数本の場合の各蛍光ランプ３の距離設定では、画面中央に設定される蛍光ランプ３との距離を上述したような等比率関係となるように設定されることは云うまでもない。その他、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、照明体の各直管型ランプ間の距離は、表示パネルの表示画面中心部で狭く、その表示画面端側に向けて広くなるように設定したことから、従前のような直下型のバックライト装置の構成部品を変えることなく、表示パネルの画面における実用輝度を確保しつつ、装置の低消費電力化を図ることができる。
【００３７】
また、各直管型ランプを表示パネルの表示画面の長手方向に沿って配置する一方、反射板の端部が、表示パネルの方向へ向けて集光させる方向に勾配を持つことから、少ない直管型ランプの使用本数で高輝度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデジタル表示装置における直下型バックライト装置の一実施形態の全体構成を示す概略的縦断側面図である。
【図２】バックライト装置を構成する各蛍光ランプの等比率配列状態を概略的に示す説明図である。
【図３】従前の直下型バックライト装置を構成する各蛍光ランプの等間隔配列状態を概略的に示す説明図である。
【図４】従前の直下型バックライト装置同じく表示画面の輝度分布図である。
【図５】従来のデジタル表示装置におけるサイドエンド型バックライト装置の一実施形態の全体構成を示す概略的縦断側面図である。
【符号の説明】
１表示パネル（液晶パネル）
１ａ表示画面
２バックライト装置
３蛍光ランプ（光源）
４拡散板
５偏光変換フィルム
６プリズムシート
７反射板
７ａ端部
Ｏ−Ｏ表示画面中心部
Ｐ１〜Ｐ７各蛍光ランプ間の距離

Claims

表示パネルの背面側に平行配置した複数本の直管型ランプと、該各直管型ランプの光を前記表示パネルの方向に向け反射させる反射板とを備えた直下型の表示パネル用バックライト装置において、前記直管型ランプは、前記表示パネルの表示画面の左右長手方向に沿って略平行に配置され、前記各直管型ランプ間の距離は、前記表示パネルの表示画面中心部で狭く、表示画面の上下端に近づくにしたがって等比率のピッチで広くなるように設定されていることを特徴とする表示パネル用バックライト装置。
前記直管型ランプは、表示画面の中心部に対してセンタ振分けで上下対照的に配列されたことを特徴とする請求項１に記載の表示パネル用バックライト装置。
前記表示パネルの表示画面中心部に対応する前記各直管型ランプ間のピッチを、その表示画面上下端に対応する前記各直管型ランプ間のピッチの９０％以下に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示パネル用バックライト装置。
前記反射板の端部は、前記表示パネルの方向へ向けて集光させる方向に勾配を持つことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の表示パネル用バックライト装置。