JP4522935B2 - バックライト照明装置および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶テレビおよび液晶モニタ用のバックライト照明装置およびこれを用いた画像表示装置に関する。

従来、液晶表示パネルの下にバックライトを配置し、液晶表示パネルの画面の中央部におけるバックライトの輝度を最も高くし、端部に向かうにしたがって輝度を徐々に低下させた画像表示装置が、特許文献１に開示されている。係る画像表示装置では、バックライトを構成する冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＦＬとする）の間隔を中央部で狭く、端部で広くすることにより消費電力を上げることなく中心輝度を高め明るい画像表示装置を得るとともに、バックライトを構成するＣＦＬの数を減らすことで軽量化する手法が開示されている。

特開平６−７５２１６号公報

係る画像表示装置では、上記のごとくバックライトを構成するＣＦＬの間隔を中央部で狭く端部に向かうにしたがって広くなっているが、中心輝度向上効果を高めるためには、隣接するＣＦＬの間隔が中央部でより狭く、端部でより広くすることが好ましい。しかしながら、端部においてＣＦＬ間隔を広げすぎると隣接ＣＦＬの中間部での輝度低下が顕著となり、画面上では線状の輝度ムラ、いわゆる管ムラを生じることとなる。この管ムラを発生させないために端部のＣＦＬ間隔は制限され、必ずしも充分な中心輝度向上効果やバックライトを構成するＣＦＬ本数の削減効果が得られなかった。

本発明の目的は、端部において、輝度ムラを生じさせること無くＣＦＬ間隔を広げることを可能にし、充分な中心輝度向上効果およびＣＦＬ本数の削減効果を実現するものである。

バックライト照明装置を複数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）と下方に拡散反射体を有し、各ＣＦＬの間隔は中心部が狭く端部は広く配置され、端部に配置された最も間隔の広いＣＦＬの間のみに拡散反射体に山型の突起構造を有する構成とする。

端部において、輝度ムラを生じさせること無くＣＦＬ間隔を広げることを可能にし、充分な中心輝度向上効果およびＣＦＬ本数の削減効果が実現できる。

図１に本発明のバックライト照明装置の構造概略図を示す。図１（ａ）の上面図に示すように、本バックライト照明装置では、直管型のＣＦＬ１０１が１６本配列されているが、隣接するＣＦＬの間隔は中央部で狭く、端部に向かうにしたがって順次広くなっている。すなわち、隣接するＣＦＬの間隔ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは以下の関係にある。

ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇ＜ｈ
すなわち、最端部のＣＦＬ間隔が最も広くなっている。図１（ｂ）に断面図を示すように、ＣＦＬ１０１の下方には拡散反射体１０２が配置されＣＦＬ１０１から下方に発した光を上方に拡散反射させ、ＣＦＬ１０１の上方に配置された透過型の拡散板１０３によりＣＦＬ１０１および拡散反射体１０２で反射された光を拡散透過させ、液晶パネルを照明する。ここで拡散反射体１０２には、ＣＦＬが配置されている範囲を３分割した端部に山型形状部があり、中央部には山型形状部がないように構成すればよい。この場合には端部のＣＦＬ間隔が最も広くなっている部位の間にのみ山型の突起構造である山型形状部105を形成した。この山型形状部１０５は、拡散反射体１０２において低角度で拡散反射された光線を上方に反射するため、山型形状部１０５を配置した近傍における輝度を高める効果を有する。このため図１（ｂ）のごとく、端部ＣＦＬの中間部に山型形状部１０５を配置すると、この部分の輝度が高められ管ムラを発生させることなくＣＦＬ間隔ｈを広くすることが可能となる。よって、中央部のＣＦＬ間隔をより狭く配置できるので、充分な中心輝度向上効果を得ることができる。

その効果につき、図１１に示した輝度分布を用いて説明する。従来の山型形状部が無い場合に、端部で管ムラを生じない条件でＣＦＬを配列させた場合（構成を図２に図示）、中央部のＣＦＬ間隔ａと端部のＣＦＬ間隔ｈの比（ピッチ比）が小さく、一点鎖線に示したように充分な中心輝度向上効果は得られていない。一方、ピッチ比を大きくすると（構成を図３に図示）、破線で示すように充分な中心輝度向上効果が得られるが端部において管ムラが生じる。これに対して本発明では、拡散反射体の端部に山型形状部を配置することで、実線に示したように端部における管ムラを生じることなく高い輝度向上効果が得られる。

上述のような大きなピッチ比を管ムラなく構成し、高い中心輝度向上効果を得るためには、ＣＦＬ下方に配置した反射体は拡散性を有する拡散反射体とし、拡散反射体に設ける山型形状部はＣＦＬ間隔が大きな端部にのみ設けることが好ましい。同じＣＦＬ間隔で山型形状部を、図４に示すように全てのＣＦＬの中間に設けた場合と図１に示したように端部のみに設けた場合の輝度分布比較を図１２に示す。全てのＣＦＬの中間に山型形状部を設けた場合には、端部のみに設けた場合と比べて、端部以外での輝度は若干上昇するが、端部の管ムラ改善効果は小さくなり所望の効果は得られていないことが分かる。これは
ＣＦＬと拡散反射体の間の光線が途中の山型形状部のために上方に分散して反射され、端部に到達する光量が低下したためである。以上説明したように、充分な端部の管ムラ改善効果を得るためには、山型形状部はＣＦＬ間隔が広い端部にのみ設けることが好ましい。

これまで、輝度向上効果について説明したが、山型形状部を配置すると端部のＣＦＬ間隔を広くできるので、ＣＦＬ本数を削減することができる。中央部と端部の輝度比はCFL間隔に概ね逆比例の関係にある。したがって、ＣＦＬ配置範囲内に少ない本数で同様の中心輝度向上効果を得るためには、ＣＦＬの間隔は本数に逆比例して広くなる。端部に山型形状部を配置することでＣＦＬ間隔が広くても管ムラを生じにくいためＣＦＬ本数を削減しても、中心輝度向上効果が得られる。図５に示すようにＣＦＬが１４本の場合でも、従来技術の１６本の場合と同程度以上の輝度向上効果が得られる。ＣＦＬのピッチ比をさらに大きくした場合、端部の次に広い箇所でも管ムラを生じる場合がある。この場合には図６に示すように、この部分にも山型形状部を設ければ良い。この場合、上述のように最端部の山型形状部１０５ａに達する光量を充分確保するため、２番目に広い箇所山の高さは最も広い箇所と比べて低くすれば良い。

ここまで、ＣＦＬの間隔を１本毎に変化させた場合について記してきたが、２本毎の間隔は一定として、ペア毎の間隔を変化させても良い。その一例を図８に示す。ここで１６本のＣＦＬを２本毎の束としてその間隔はＸで一定として８個の束として、その間の間隔ａ，ｂ，ｃ，ｄは以下の関係にある。

ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ
そして、最も間隔の広いｄの位置に山型形状部を配置すればよい。このように２本毎の
ＣＦＬ間隔を一定とすると図１４に示すように、ＣＦＬに電源電圧を供給するコネクタ
１０９を２本毎に一括形成でき、部品点数および作業数を半分に低減できて好適である。また、図１５に示すように直管型ＣＦＬ１０１の片側を短絡させた擬似Ｕ字管や図１６に示すようなＵ字管の場合に特に好適である。

ここで、拡散反射体は、樹脂やセラミックによるモールドや各種金属製リングの底面に絶縁処理したものを用いることが可能である。樹脂にフィラを混入、あるいは、微細な層構成を持って反射率を高めたものがより好ましい。また、樹脂やセラミックの表面に蒸着，めっき，スパッタ等により金属薄膜を形成し、反射率を高めたものを用いても良い。例えば高反射率の白色樹脂材料で形成する場合に山型形状部は射出成型等の手法により、所望の位置に所望の形状加工すれば良い。また、拡散反射体は筐体内にシート状の拡散反射体を敷いて構成しても良い。この場合に山型形状部はシート状の拡散反射体を所望の位置で折り曲げて配置すれば良い。

好ましい山型形状部につき図１８を用いて説明する。山型形状部の高さＨｍは、その頂点がＣＦＬの高さＨｃｆｌと同程度かやや上回る程度が好ましい。具体的には、山型形状部の高さＨｍは拡散反射体からＣＦＬの中心の高さＨｃｆｌに対し
０.８Ｈｃｆｌ ≦ Ｈｍ ≦ ２.５Ｈｃｆｌ
である。また、山型の傾斜角度θｍは４５deg 程度からやや低角度が好ましい。具体的には、
２０deg ≦ θｍ ≦ ５０deg
程度が好ましい。ここで、山型形状部は装置中央に近い中央側と中央から遠い外側で同じであっても良いし、異なっていてもかまわない。また山型形状部の位置は、隣接するCFLの中間より外側が好ましい。これは、山型形状部の中央側の方がより多くのＣＦＬが存在し、山型形状部に照射される光量が多くなり、面に内側の面からの光が上方に照射され管ムラを改善するためである。図１３の点線に示すように、山型形状部が隣接ＣＦＬの中間に位置する場合の輝度が中央側で強く、端部側で弱い輝度ムラを生じるが、山型形状部を中間より外側に配置すると中央側が弱まり、端部側は強まって、図中実線のごとく輝度ムラを無くすことができる。具体的には、隣接するＣＦＬ１０１の間隔Ｐとし、中央側の
ＣＦＬの中心位置から山型形状部の頂点までの距離をｙとすると好ましい範囲を以下に示す。

０.５Ｐ ＜ ｙ ≦ ０.９Ｐ
これまで、複数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）端部に配置された最も間隔の広いＣＦＬの間に拡散反射体に山型の突起構造を形成する場合について説明してきたが、本発明の本質は複数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）と下方に拡散反射体と複数のＣＦＬを有するバックライト照明装置において、各ＣＦＬの間隔は中心部が狭く端部は広く配置し、端部に配置された最も間隔の広いＣＦＬの間のみに輝度むらを緩和するための光学構成を設けることにある。このように輝度むらを緩和する光学構成を一部に集約することにより最小限のコストアップで、中心輝度向上やＣＦＬ本数削減といった所望の効果が得られる。ここで、輝度むらを緩和するための光学構成は、これまでに記したように拡散反射体１０２上の山型形状部であっても良いが、図１９（ａ）に示したように最も広い間隔にマイクロプリズム１１１を設けても良いし、また図１９（ｂ）に示したようにマイクロレンズ１１２を設けて輝度むらを中心部からの光線を上方に向けて輝度むらを緩和しても良い。また、拡散板１０３の該当部分に図１９（ｃ）に示したようにマイクロレンズ１１２や図１９(ｄ)に示したようなに拡散体１１３を設けても良い。ここで拡散体１１３は厚さが一定でも良いが図１９（ｄ）に示したように厚さが徐々に変化させると拡散体１１３が無い部分との境界が目立たなくなり好適である。

以上記したようなバックライト照明光源を、図１７に示したように液晶パネル等の画素毎に光透過率を制御するパネルと組み合わせることで画像表示装置を得ることができる。

（実施例１）
本発明のバックライト照明装置の断面構造概略図を図８に示す。３２インチサイズで開口部高さ４００mmの筐体１０４の中にシート状の拡散反射体である拡散反射シート１０６を敷いた。ここで拡散反射体は上下２箇所で折り曲げ、山型形状部１０５を形成した。この中に１６本のＣＦＬ１０１を配置し、筐体上方には拡散板１０３を取り付け、バックライト照明装置を得た。この本バックライト照明装置は以下の寸法によって構成した。
ＣＦＬ 高さＨｃｆｌ＝４.７mm，固定間隔Ｘ＝２１.５mm，
間隔ａ＝１８.５mm，ｂ＝２０mm，ｃ＝２１.５mm，ｄ＝３１.５mm
山型形状部 高さＨｍ ６mm，幅２０mm，（傾斜角度θｍ＝３１deg ），
位置ＣＦＬ中間から外側に２.５mm
拡散板 高さ ２０mm
本バックライト照明装置では、ＣＦＬを均等に配置した場合（Ｘ＝ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ）と比べて１５％の中心輝度向上効果が得られた。

（実施例２）
本発明のバックライト照明装置の断面構造概略図を図９に示す。３２インチサイズで開口部高さ４００mmとなる白色樹脂により筐体兼拡散反射体１０２を射出世紀により得た。ここで拡散反射体は上下２箇所で山型形状部１０５を形成してある。この中に１４本の
ＣＦＬ１０１を配置し、筐体上方には拡散板１０３を取り付け、バックライト照明装置を得た。この本バックライト照明装置は以下の寸法によって構成した。
ＣＦＬ 高さＨｃｆｌ＝４.７mm，固定間隔Ｘ＝２５.５mm，
間隔ａ＝２３mm，ｂ＝２５.４mm，ｃ＝３１.５mm
山型形状部 高さＨｍ ６.６mm，幅１５mm，（傾斜角度θｍ＝４１deg ），
位置 ＣＦＬ中間から外側に２.５mm
拡散板 高さ ２０mm
本バックライト照明装置では、実施例１と比べてＣＦＬを２本削減することが出来、また、ＣＦＬを均等に配置した場合（Ｘ＝ａ＝ｂ＝ｃ）と比べて１０％の中心輝度向上効果が得られた。

（実施例３）
本発明のバックライト照明装置の断面構造概略図を図１０に示す。３２インチサイズで開口部高さ４００mmとなる白色樹脂により筐体兼拡散反射体１０２を射出世紀により得た。ここで拡散反射体は上下各２箇所、合計４箇所で山型形状部１０５を形成してある。この山型の高さは外側と比して中央側で小さくなっている。ここに１４本のＣＦＬ１０１を配置し、筐体上方には拡散板１０３を取り付け、バックライト照明装置を得た。この本バックライト照明装置は以下の寸法によって構成した。
ＣＦＬ 高さＨｃｆｌ＝４.７mm，固定間隔Ｘ＝２５.５mm，
間隔ａ＝２５.５mm，ｂ＝３２.９mm，ｃ＝４１.０mm
山型形状部
（中央側） 高さＨｍ ３mm，幅１６.５mm，（傾斜角度θｍ＝２０deg ），
位置 ＣＦＬ中間から外側に２.５mm
（外側） 高さＨｍ ７.５mm，幅１５mm，（傾斜角度θｍ＝４５deg ），
位置 ＣＦＬ中間から外側に２.５mm
拡散板 高さ ２０mm
本バックライト照明装置では、山型形状部が上下各２箇所として実施例２と比べてCFLを２本削減することが出来た。

以上、詳述したように本発明により、液晶ＴＶおよび液晶モニタ用の照明装置を、消費電力を上げることなく中心輝度を向上させ、またＣＦＬ本数の削減およびそれに伴う軽量化，コスト低減を実現するという所期の目的を達成することができた。さらに、この照明光源を用いた画像表示装置においても同様の効果が得られた。

本発明の照明装置の上面および断面構造概略図である。 従来技術の照明装置の上面および断面構造概略図である。 従来技術の照明装置の断面構造概略図である。 従来技術の照明装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の上面および断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。 本発明および従来技術の照明装置の輝度分布特性である。 本発明および従来技術の照明装置の輝度分布特性である。 本発明の照明装置の輝度分布特性である。 本発明の照明装置の上面構造概略図である。 本発明の照明装置の上面構造概略図である。 本発明の照明装置の上面構造概略図である。 本発明の画像装置の断面構造概略図である。 本発明の照明装置山型形状部配置部の断面構造概略図である。 本発明の照明装置の断面構造概略図である。

符号の説明

１０１…冷陰極蛍光ランプ、１０２…拡散反射体、１０３…拡散板、１０４…筐体、
１０５…山型形状部、１０６…拡散反射シート、１０７…照明装置、１０８…液晶パネル、１０９…コネクタ、１１０…インバータ、１１１…マイクロプリズム、１１２…マイクロレンズ、１１３…拡散体。

Claims (8)

1. 複数の冷陰極蛍光ランプと、
   前記複数の冷陰極蛍光ランプの下方に配置された拡散反射体と、を有し、
   各冷陰極蛍光ランプの間隔は中心部が狭く端部は広く配置され、
   前記拡散反射体において、端部に配置された最も間隔の広い冷陰極蛍光ランプの間のみに、輝度むらを緩和するための拡散性を有する山型の光学部材を有することを特徴とするバックライト照明装置。
2. 複数の冷陰極蛍光ランプと、
   前記複数の冷陰極蛍光ランプの下方に配置された拡散反射体と、を有し、
   各冷陰極蛍光ランプの間隔は中心部が狭く端部は広く配置され、
   端部に配置された最も間隔の広い冷陰極蛍光ランプの間のみに、拡散反射体に山型の突起構造を有することを特徴とするバックライト照明装置。
3. 隣接する前記冷陰極蛍光ランプの間隔は端部に向かうにしたがって順次広くなっていることを特徴とする請求項１または２記載のバックライト照明装置。
4. ２本毎の前記冷陰極蛍光ランプの間隔を一定とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバックライト照明装置。
5. 前記複数の冷陰極蛍光ランプの上方に拡散板が配置され、
   前記拡散板の端部にマイクロレンズまたは拡散体が配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバックライト照明装置。
6. 前記拡散反射体がシート状の媒体によって形成され、
   前記山型の突起構造がシート状の媒体を折り曲げてなることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のバックライト照明装置。
7. 前記山型の突起構造または山型の光学部材の高さをＨｍ、前記拡散反射体から前記冷陰極蛍光ランプの中心までの高さをＨｃｆｌとすると、
   ０.８Ｈｃｆｌ≦Ｈｍ≦２.５Ｈｃｆｌ
   を満たし、
   前記山型の突起構造または山型の光学部材の傾斜角度をθｍとすると、
   ２０deg≦θｍ≦５０deg
   を満たし、
   隣接する前記冷陰極蛍光ランプの間隔をＰ、中央側の前記冷陰極蛍光ランプの中心位置から前記山型の突起構造または山型の光学部材の頂点までの距離をｙとすると
   ０.５Ｐ＜ｙ≦０.９Ｐ
   を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のバックライト照明装置。
8. 液晶パネルと請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバックライト照明装置とからなる画像表示装置。

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