JP4801114B2 - 液晶ディスプレイのバックライトランプ及びバックライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライト及びバックライトモジュール、特に、液晶ディスプレイにバックライトを提供するバックライトランプと、該バックライトを適用したバックライトモジュールに関する。

一般の液晶ディスプレイのバックライトモジュールは、線状光源を高輝度、高面均一度を有する平面光源に転換する簡潔で、有効なモジュール構造である。図１Ａと図１Ｂに示すように、液晶ディスプレイのバックライトモジュールの一般的な構造は、下から上へ順次に設置された反射板１０と、線状光源を面光源に転換する導光板１１と、下拡散シート１２と、下プリズム膜１３と、上プリズム膜１４と、上拡散シート１５と、を備える。下拡散シート１２と上拡散シート１５は、入射光を拡散するために用いられるものであり、下プリズム膜１３と上プリズム膜１４は、入射光を強めるために用いられるものである。バックライトランプ１６は導光板１１の両側面に設置される。バックライトランプの反射板１７はバックライトランプ１６の外側に設置され、バックライトランプ１６からの光線を導光板１１に反射する。該バックライトモジュールは、必要の支持固定フレームを更に備える。

現在、液晶ディスプレイのバックライトランプに用いられるものは、殆ど線状光源冷陰極ダイオード（ＣＣＦＬと略称）である。ＣＣＦＬの具体的な構造は、図２に示すように、透明灯管１と、透明灯管１の管壁の内側に塗布された蛍光体と、灯管１の中に充填された、例えばＡｒ、Ｎｅである不活性気体と、微量の水銀（Ｈｇ）蒸気と、を備え、灯管１の両端に正電極２と負電極３が設置される。仕事する時に、電極２，３に高電圧が印加され、両電極は放電を開始する。水銀は電子或いは充填された不活性気体の原子などとの相互衝突によって活性化され、紫外線を放射する。そして、紫外線は管壁に塗布された蛍光物質を活性化して発光させる。

本発明の研究を行う過程において、発明者は、従来から採用された前記液晶ディスプレイのバックライトの少なくとも１つの問題点に気づいた。即ち、バックライトランプとして使用される灯管１が仕事する時、図３に示すように、一部の光線は、例えば光路ａに沿って直接に導光板１１に入射され、他の一部の光線はバックライトランプの反射板１７に照射し、反射板に照射された光線は、バックライトランプの反射板１７の反射により、一部が、例えば光路ｂに沿って反射されて導光板１１に入射され、他の一部は、例えば光路ｃに沿って灯管１に入射され、更に灯管１に部分的に吸収される。また、導光板１１に反射された光線も灯管１に入射される可能性がある。テストの結果によれば、一般のバックライトモジュールにおいて、反射板１７と導光板１１とによって灯管の内部に反射されて損失したバックライトランプの光量は、灯管の総発光量の約３０％以上である。従って、このような灯管構造を採用した従来の液晶ディスプレイが利用できる光量は灯管発光総量の７０％弱しかない。そのため、バックライトの利用率を向上できるバックライトランプ及びディスプレイモジュールが必要になる。

本発明の１つの方面には、液晶ディスプレイのバックライトランプが提供される。それによって、バックライトランプの外表面の反射率を向上し、灯管内に反射される光線を減少し、バックライトの輝度を向上し、バックライトのエネルギー消耗を低減することができる。

本発明のもう１つの方面には、液晶ディスプレイのバックライトモジュールが提供される。それによって、バックライトランプの表面の反射率を向上し、灯管内に反射される光線を減少し、バックライトの輝度を向上し、バックライトのエネルギー消耗を低減することができる。

本発明において、液晶ディスプレイのバックライトが提供される。該液晶ディスプレイのバックライトは、灯管と、灯管の外表面にっ設置されて灯管内に入射する光線を減少させるための複数のプリズムと、を備える。

本発明において、液晶ディスプレイのバックライトモジュールが更に提供される。該液晶ディスプレイのバックライトモジュールは、バックライトランプと、導光板と、バックライトランプの反射板と、を備え、該バックライトランプは灯管と、灯管の外表面にっ設置され、灯管内に入射する外部光線を減少させるための複数のプリズムと、を有する。該バックライトランプは導光板の少なくとも片側に設置される。バックライトランプの反射板はバックライトランプの外側に設置される。

本発明により、灯管の外表面に設置されたプリズムは射出光線を集められ、更に入射光線の全反射の発生率を向上し、外部光線の入射率を減少することができる。従って、本発明は以下のメリットを有する。即ち、
１、灯管から射出した外部光線が再び灯管に反射される反射量を減少し、光の損失を減少し、バックライトランプの光損失量を、灯管の総発光量の約４％まで低減させる。
２、バックライトの光線利用率を向上し、バックライトの輝度を向上する。
３、バックライトのエネルギー消耗を減少する。

以下の通りに、図面と具体的な実施例を結合して本発明を更に詳細に説明する。

本発明の全体的な構想は、液晶ディスプレイのバックライトランプの灯管表面の構造を改善することにより、灯管表面に入射する光線を減少し、灯管の外壁の反射率を最大化させ、光エネルギーの損失を減少し、バックライトの全体的な輝度を向上すると共に、エネルギーの消耗を低減することである。該構想の実現方法は、バックライトの灯管表面に、例えばプリズムのような、この目的を実現できる光学部材を設置することである。該プリズムは柱状のプリズム・バーであってもよく、円錐状のプリズム・ブロックであってもよい。プリズム・バーとプリズム・ブロックは、灯管外表面の全体を覆ってもよく、所定の密度で間隔をあけて配置されてもよく、又は灯管のある部位に配置されてもよい。該プリズム・バーのリッジ線は直線又は曲線であってよい。プリズムと灯管とを一体成形してもよく、夫々形成してから組み立ててもよい。以下は断面が三角形であるプリズム・バーを例として、該プリズムによって灯管外部光線の入射量を減少できる光学原理を説明する。

図４Ａは表面にプリズムが設置されていない一般のバックライト灯管１の光路図であり、図４Ｂは表面にプリズムとする三角形のプリズム・バー２０が設置されたバックライト灯管１の光路図である。

まず、周知の通り、光線が所定の角度で光密（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｈｉｃｋｅｒ）媒体から光疎（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｈｉｎｎｅｒ）媒体へ射出する場合、全反射現象が現れる。一般的に、ガラス製の灯管１は空気或いは真空と比べると光密（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｈｉｃｋｅｒ）媒体に属するため、光線が所定の角度でガラス灯管１から灯管１内部の真空空間へ射出すると、全反射現象が現れる。

図４Ａに示すように、灯管１の表面にプリズムがない場合、射出されまた反射されてくる光線は、任意の角度から灯管１に入射できる。例えば、光路ｄに沿って入射した光は灯管１に透過できる。ガラスの屈折率は真空よりも大きいため、何れの角度から灯管１の外表面に入射され、そして灯管１の内表面に入射される光線について、全反射は現れない。

図４Ｂに示すように、灯管１の表面に、断面が三角形であり、プリズムとするプリズム・バー２０が設けられる。三角形のプリズム２０の中で、光路ｅは偏り、その灯管１に入射する入射角θ２は、図４Ａにおける光路ｄに沿って灯管１に入射する入射角θ１と比べてある程度増大した。従って、一部の光線の灯管１に入射する入射角は全反射の臨界角よりも大きく、それによって全反射が発生し、光線はまた三角形凸プリズムであるプリズムから射出される。従って、反射されて灯管１に入射される光線の量が減少する。具体的な減少率は、例えばプリズム・バー或いはプリズム・ブロックの斜面と灯管の角度、その灯管表面における配置密度などのプリズム形状の設計次第である。これから、具体的な実施例によって、レンズケースを備える液晶ディスプレイのバックライトランプを詳細に紹介する。

図５本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例１の構造概略図である。本実施例のバックライトランプは灯管１と、灯管１の両端に設置された正電極２及び負電極３と、を備える。灯管１の外壁に複数の柱状プリズム・バー２０が設けられる。該プリズム・バー２０は、それぞれ平行して且つ灯管１の軸方向と平行するように配置し、その横断面の形状は三角形である。例えば、図４Ｂに示すように、該三角形は二等辺直角三角形である。

本実施例において、プリズム・バー２０はプリズムに相当し、灯管１と一体的に設置されるため、灯管１を製造する時に、この形状に形成することができる。プリズム・バー２０の横断面の形状は三角形であり、三角形の頂角角度は５０〜１６０度の範囲内であり、二等辺直角三角形が望ましい。本実施例において、灯管１とプリズム・バー２０の材料はガラスであり、その全反射の臨界角は４２度である。光学擬似テストによって以下の結果を得られる。プリズム・バー２０の外面についてテストする場合、灯管１から射出された光線の透過率は９９．２７％に達したが、灯管１の内部についてテストする場合、灯管外部から反射されてきた光線の透過率は約９．７３％しかなかった。従って、本実施例における技術案を採用すれば、約２５％以上の光利用率を向上でき、バックライトの輝度を約３０％向上できる。よって、バックライトエネルギーの利用率を向上させ、エネルギーの消耗を減少することができる。

図７は本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例２の構造概略図である。本実施例と実施例１との区別は以下の通りである。即ち、三角形プリズム・バー２０の延伸方向と灯管１の軸線とは相互に垂直する。

本実施例の光学原理は実施例１のものと同じであり、灯管に入射される光線の入射量を減少し、バックライトの輝度を向上し、エネルギーの消耗を減少するという目的を同様に達成できる。

前記実施例１と実施例２において、プリズムの表面と灯管の内表面との間に所定の角度があることにより、灯管に入射される光線の、灯管の内表面に入射する入射角を変え、全反射が発生させることができれば、プリズム・バーの横断面の形状は三角形であってもよく、また図８、９に示すように、台形或いは円形の一部であってもよく、又は、プリズムの表面を曲面に設置してもよい。

図１０は本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例３の構造概略図である。本実施例は、プリズムが円錐状のプリズム・ブロック１８であることに前記実施例と相違している。本実施例は、灯管に入射される光線の入射量を減少し、バックライトの輝度を向上し、エネルギーの消耗を減少するという目的を同様に達成できる。

本実施例において、プリズム・ブロック１８の表面と灯管１の表面との間にある程度の角度があれば、プリズム・ブロック１８の形状は三角錐、円錐体、円錐台、或いは球冠体であってもよい。

前記実施例１、実施例２、実施例３において、プリズムと灯管とを一体的に設置してもよく、例えば灯管の外壁に溝を磨くことによってプリズム・ブロック、又はプリズム・バーを形成する。また、プリズムと灯管とを夫々製造し、そしてプリズムを灯管の表面に貼り付けて設置してもよい。

本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプは反射率を減少できるだけではなく、図１１に示すように、集光の作用もあり、プリズムに沿って射出される光線は真ん中に偏って集中するようになる。

〈液晶ディスプレイのバックライトモジュールの実施例〉
図１２は本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトモジュールの実施例の構造概略図である。該バックライトモジュールは、反射板１０と、導光板１１と、下拡散シート１２と、下プリズム膜１３と、上プリズム膜１４と、上拡散シート１５と、導光板１１の少なくとも片側に設置されるバックライトランプ１６と、バックライトランプ１６の外面に設置されるバックライトランプの反射板１７と、を備える。バックライトランプ１６は前記バックライトランプの実施例１の技術案を採用する。

本実施例において、反射板１０と、下拡散板１２と、下プリズム膜１３と、上プリズム膜１４と、上拡散シート１５とを実際の応用によって選択して設置でき、又は他の光学素子を更に増加してもよい。

本実施例において、バックライトランプ１６はまた本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの何れの実施例を採用してもよい。何れの実施例を採用しても、バックライトランプ表面の反射率を向上し、灯管内へ反射される光線を減少し、バックライトの輝度を向上し、バックライトのエネルギー消耗を低減することができる。

上記実施例は本発明の技術案を説明するものであり、限定するものではない。最良な実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって、必要に応じて異なる材料や設備などをもって本発明を実現できる。即ち、その要旨を逸脱しない範囲内において種種の形態で実施しえるものである。

一般の液晶ディスプレイのバックライトモジュールの側面構造断面図。 一般の液晶ディスプレイのバックライトモジュールの上面構造断面図。 一般のバックライトランプの構造概略図。 一般のバックライトランプから射出された光線のバックライトモジュールにおける反射光路の概略図。 液晶ディスプレイのバックライトランプの光学原理図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの光学原理図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例１の立体概略図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例１の平面概略図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例２の平面概略図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例１と実施例２における凸プリズムの断面図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例１と実施例２における凸プリズムの断面図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例３の構造概略図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトランプの実施例において、光線がプリズムによって集中を実現する光路図。 本発明にかかる液晶ディスプレイのバックライトモジュールの実施例の構造概略図。

符号の説明

１：灯管
２：正電極
３：負電極
１０：反射板
１１：導光板
１２：下拡散シート
１３：下プリズム膜
１４：上プリズム膜
１５：上拡散シート
１６：バックライトランプ
１７：バックライトランプの反射板
１８：プリズム・ブロック
２０：プリズム・バー

Claims (6)

1. 液晶ディスプレイのバックライトランプであって、
   灯管と、
   前記灯管からの光線を反射する反射板と、
   前記灯管の外壁に設置され、外部光線の灯管への入射量を減少するための複数のプリズムと、を備え、
   前記プリズムは錐体状のプリズム・ブロック、又は、球冠状のプリズム・ブロックであるとともに、少なくとも前記灯管の前記反射板に対向する表面に配置されている液晶ディスプレイのバックライトランプ。
2. 前記プリズム・ブロックは三角錐、四角錐、円錐体、又は円錐台であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトランプ。
3. 前記三角錐或いは円錐体の頂角は５０〜１６０度であることを特徴とする請求項２に記載のバックライトランプ。
4. 液晶ディスプレイのバックライトモジュールであって、
   バックライトランプと、
   導光板と、
   バックライトランプの反射板と、を備え、
   前記バックライトランプは、前記導光板の側面に設置され、更に灯管と、前記灯管の外壁に設置されて外部光線の灯管への入射量を減少するための複数のプリズムと、を有し、
   前記バックライトランプの反射板は、前記バックライトランプの外側に設置され、
   前記プリズムは錐体状のプリズム・ブロック、又は、球冠状のプリズム・ブロックであるとともに、少なくとも前記灯管の前記バックライトランプの反射板に対向する表面に配置されている液晶ディスプレイのバックライトモジュール。
5. 前記プリズム・ブロックは三角錐、四角錐、円錐体、又は円錐台であることを特徴とする請求項４に記載のバックライトモジュール。
6. 前記三角錐又は円錐体の頂角は５０〜１６０度であることを特徴とする請求項５に記載のバックライトモジュール。

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