JPH05205703A - 表示装置を照明するランプ及び表示装置を有する電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 後方照明を必要とする電子装置用の改良した
後方照明装置を得ることである。 【構成】 この装置は、改良した可視光発生手段を有す
る蛍光灯と、蛍光灯により発生された光を電子表示装置
へ導く反射器手段とを備える蛍光灯の内面に沿って蛍光
体片が付着される。その蛍光体片の幅は比較的制限され
る。その幅は電子装置の表示装置の厚さによって部分的
に決定される。反射器がランプを囲んで、それが発生す
る光を蛍光体へ照射することを助ける。ランプはプラズ
マにより発生された光の周波数に対して透明なガラスに
よっても構成される。蛍光領域の幅を片へ制限すること
により、光効率（表示装置の光出力とランプへの入力電
力との比）が高くなり、電力消費量が減少する。また、
ランプと光ガイドの間に何種類かの光集中器のうちの１
つを設けることにより、光効率を更に高くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータおよびその
他の電子装置用の表示装置の分野に関するものである。
更に詳しくいえば、本発明は低周囲光条件において表示
を読み取るために外部光源を必要とする表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子装置の設計においては電力消費を減
少することは望ましい目標である。電子装置が電池から
電力を供給される場合には、その目標は一層重要にな
る。とくに、携帯型パーソナルコンピュータの設計者は
電力消費量を減少するためにはなんでもする。というの
は、電力消費量を減少することによって１回の充電後の
電池の寿命が長くなり、使用者にとって非常に便利にな
るからである。多くの携帯型パーソナルコンピュータは
別々の照明を必要とする表示装置を用いている。たとえ
ば、液晶表示装置（ＬＣＤ）はそれ自身の光を発生しな
いから、周囲が暗い環境で動作させられる場合には別に
照明を必要とする。ＬＣＤを背後または側面から照明す
るために蛍光灯が最もしばしば用いられる。そのような
光源が用いられる場合には、その光源が携帯型コンピュ
ータの使用電力の３０〜４０％を利用する。

【０００３】ＬＣＤおよび蛍光灯の共通の問題として、
表示装置を横切る明るい筋を生じるとともに、表示モジ
ュールが厚くなるので、表示装置のすぐ後ろにはランプ
は装着されない。その代わりに、表示装置の一方または
複数の側面にランプが装着され（照明される追加の側面
ごとに追加のランプを必要とする）、ランプからの光は
表示装置の背後のプラスチック板へ送られる。表示装置
を一様に照明するために、光がそのプラスチック板から
散乱させられるように、そのプラスチック板の表面は粗
くされる。プラスチック板の厚さは通常数ミリメートル
である。この説明および工業においては、プラスチック
板は光ガイドとして知られている。「光ガイド」という
用語は光ファイバを含めた他の装置を記述するために用
いられてもきたが、ここではそれの使用をＬＣＤの背面
に光を拡散させるために用いられるパネルを記述するこ
とに限定する。

【０００４】不幸なことに、ランプから表示装置への光
の結合は非常に効率が高い訳ではない。典型的には、ラ
ンプにより発生された可視光の約１０％だけが光ガイド
へ実際に結合される。知られているランプ／表示装置の
構造が図１に示されている。この標準的な装着によって
ランプ１０は光ガイド１４の縁部に置かれる。プラスチ
ック板１４への光の結合を改善するために、ランプ１０
の周囲に反射器２０が巻かれる。ランプ１０はプラズマ
領域１２と蛍光体層１８も有する。反射器２０は光の結
合を多少改善するが、プラズマ領域１２により望ましく
ない向きへ放出された光は、光が光ガイド１４へ結合さ
れる何等かの可能性が存在するまでに、蛍光体層１８を
２回通らなければならない。蛍光体層１８は透明でな
く、適当に不透明である。したがって、最初に誤った向
きへ送られたほとんどの光は、蛍光体層１８により最終
的に吸収され、無用の熱へ変えられる。

【０００５】光結合を改善するための１つの努力は、蛍
光灯の径を小さくすることを含んでうた。これは不幸な
ことに電灯の電力密度を高くし、したがって、ランプの
寿命を短くする。また、小径の蛍光灯はプラズマ領域を
不安定にする傾向があり、そのために電灯の信頼度が低
くなる。光ガイドへのランプの結合を改善するための別
の知られている努力は、ランプの表示装置に接近してい
る側のランプ蛍光体層に小さい間隙を残すことである。
この構成が図２に示されており、蛍光体層１７には間隙
９が残されている。間隙９の目的は、それから光子が希
望の向きにだけに逃げることができるような光空胴を形
成することである。不幸なことに、このように設計を変
更してもほんの少ししか改善されない。蛍光体層１７は
とくに反射性ではなく、ランプ内で発生された光子は、
反射されて間隙９を通って逃げるよりは蛍光体層１７に
より吸収されやすい（図２の線Ｂ，Ｅ、Ｆ、Ｇ参照）。
第２に、図１に示されているように、ガラス層１６を通
ってランプから逃げ、それから反射器２０により反射さ
れてガラス層を通ってランプへ戻るほとんどの光は蛍光
体層１７により再び吸収されて、熱へ変えられる（図２
の線Ｄを見よ）

【０００６】光が光ガイド１４へひとたび導かれると、
光ガイド１４はその光を表示装置全体に一様に分布させ
るように作用する。光を表示装置２２（図１）内へ散乱
させるための散乱中心が光ガイドの上または内部に形成
される。散乱させられた光の一部は表示装置から離れる
誤った向きへ向かってプラスチック板から逃げる。これ
を直すための共通のやり方はプラスチック板の後ろに白
いプラスチック板を置いて、その誤った向きへ反射され
た光を表示装置へ向かって反射させることである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のランプ／表示装
置の構成によって光は大きく失われるから、表示装置を
適切に照明するために大きな電力が無駄に費やされる結
果となる。本発明は、それらの大きな損失を減少でき、
したがって電力使用量を減少できる装置を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の実施例
は、光が光ガイドへ結合される効率を大幅に向上させる
ランプと光ガイドの組み合わされた装置を含む。この明
細書ではこの改良した装置をＬＣＤに用いる例について
説明するが、本発明はそのような表示装置のみへの使用
に限定されるものではない。本発明は照明を必要とする
表示装置を使用するどのような電子装置にも組み込むこ
とができ、任意の１つの種類の表示装置、または任意の
１つの種類の電子装置に本発明を限定すべきではない。

【０００９】この第１の実施例においては、光ガイドに
近接し、かつその光ガイドへ光学的に結合される、ラン
プ（円筒形であると仮定する）の内面上の１つのストリ
ップだけにランプの蛍光体層が付着される。また、蛍光
体層へ向かう向き以外の任意の向きへランプのプラズマ
領域を出る短い波長の光（青から紫外線）はランプを通
って蛍光体層へ向かって反射される。また、ランプの蛍
光体層をでた光は、集束集中器と非集束集中器の少なく
とも一方を用いて一層効率的に結合される。最後に、表
示装置から散乱された光が表示装置へ向かって効率良く
反射されるように、反射金属層を光ガイドの背面へ直接
付着できる。現在用いられている白いプラスチック板よ
りも金属箔を用いる方が効率が高い。

【００１０】

【実施例】図３は本発明の第１の実施例を示す。ランプ
１５は内部のプラズマ領域１２と蛍光体片２４を有す
る。蛍光体片２４は光ガイド１４にほぼ近接する。蛍光
体片２４をランプのうち光ガイドに近接する部分だけに
設けることは、光ガイドに近接する部分を除く全て部分
に蛍光体層が付着され、またはランプの内面全体が蛍光
体層で被覆される従来の技術とは完全に対照的であるこ
とに注目すべきである。本発明においては、ランプから
の全可視光は多くはなく、蛍光体区域の輝度（単位面積
当たりのパワー）は従来のランプの輝度と同じくらい高
い。

【００１１】ランプ１５の一部だけに蛍光体層が付着さ
れているから、多くの青い光と紫外線光（ＵＶ）がプラ
ズマ領域１２を出て、ガラス１９を通って他の向きへ進
む。その光は反射器２０により反射されてガラス１９を
再び通り、蛍光体片２４に入射してそこに吸収され、よ
り有用な可視光を発生する。反射器２０は従来の反射器
と同じ物理的構造をとることができ、またはより複雑な
形をとることができる（図４の反射器４５参照）。本発
明においては、波長の短い光は全て吸収されるから、反
射器は可視光を反射するために構成されるだけである。
それら従来のランプ／反射器装置においては、ランプと
反射器は、使用できない向きに放射された可視光を蛍光
体層へ向かって反射して、その反射された光の一部が使
用できる向きに散乱させられるようにする。本発明にお
いては、反射器はこの機能を続けるが、それの主な目的
は波長の短い光をプラズマから蛍光体片へ向かって反射
し、そこでその光を可視光へ変えることである。反射器
は簡単な金属性反射器、蛍光体層のポンプ波長に同調さ
れた誘電体鏡、またはそれらの組み合わせとすることが
できる。反射器はランプから分離でき、またはランプの
外面に反射器を直接付着できる。実際に、誘電体反射器
の場合には、反射器をランプの内面に直接付着できる。

【００１２】一般に、蛍光体片２４へ向かって反射され
るＵＶ光はランプのプラズマ領域１２を通って蛍光体片
２４に入射する。ランプ１５の動作電流密度において
は、プラズマはＵＶ光に対してほぼ透明なままである。
プラズマで吸収された光もプラズマを加熱するから、よ
り多くのＵＶ光と青色の光が発生される結果となる。プ
ラズマ領域はかなり効率的な熱−電磁エネルギー変換器
である。

【００１３】ランプの反射器が円筒形でなければ輝度を
更に高くできる。図４においては、反射器４５は、焦点
がランプの軸線から離れて位置させられたほぼ一対の長
円形である。この反射器４５を用いると、プラズマ領域
１２からの波長の短い光が、プラズマ領域１２を２回通
ることなしに、蛍光体片２４へ反射される。ランプ１５
はプラズマは一様には充たされていない。この種のラン
プにおいてはランプの壁がランプの放電を消滅させて、
電流をランプの壁からできるだけ離れて、主としてラン
プの中心を通って流させる。電流に伴う磁界も電流をラ
ンプの中心に閉じ込めるように作用する。それらの力に
対抗して、プラズマは電流をランプの内部空間内で一様
に分布させる抵抗率を有する。生ずるプラズマ密度は、
それらの要因といくつかの別の要因、一般にあまり重要
でない要因、の間の最小エネルギーつりあいを表す。本
発明においてはプラズマはランプの中心で密度が最も高
く、半径方向に密度は低下し、ランプの内面で零にな
る。波長が最も短い光源、および光を最も吸収する領域
（放射率＝吸収率）は、したがって、ランプの中心であ
る。この領域より放射された光のほとんどは誤った向き
へ送られる。反射器４５はその光のほとんどを、反射さ
れた光がプラズマ領域１２を全く通らず、それにより波
長の短い光の損失を制限してその光はほとんどが蛍光体
層に入射して可視光を発生させるように、その光のほと
んどを蛍光体片２４へ向ける。図４に示されている反射
器４５の形はほぼ長方形であるが、円筒形の性能よりも
高い性能を有するその他の多くの形を利用できる。各Ｌ
ＣＤおよび各コンピュータ装置は異なる物理的形状を有
するから、反射器の最適な形および寸法は、それを使用
する特定の環境において決定される。

【００１４】典型的には、反射器はランプの外部に置か
れる。その場合には、ランプの製造に用いられているガ
ラス層１９は、蛍光体をポンピングするために対象とす
る波長の光に対して透明でなければならない。そうする
とランプの製造に用いられるガラスを変えなければなら
ないことがあるかもしれないが、希望の特性を有するガ
ラスは容易に利用できる。

【００１５】次に動作を説明する。プラズマ領域１２が
光子の発生を開始すると、それらの光子のうち、一般に
波長が短い光子が、図３にＡ１で示すように、蛍光体片
２４に直接入射する。それらの光子はあらゆる方向へ可
視光を発生する。ある光は希望の向きに（Ｂ１）であ
り、別の光は希望しない向き（Ｃ１）である。希望しな
い向きへ放射された光子はただ１回だけ反射でき、また
は何回も反射できる（Ｄ１）。それらの光子のいくつか
は蛍光体片２４へ再び最終的に達する（Ｅ１）。蛍光体
片２４の位置Ｅ１に入射した光子のほとんどは、Ｆ１で
示されるように、吸収または反射される。他の短い波長
の光子はプラズマ領域を出てから、反射器２０により反
射され（Ｇ１）、蛍光体片２４のＨ１に入射する（一般
に１回の反射で）。また、Ｈ１における衝突により可視
光が発生される。その可視光は全ての方向へ散乱させら
れる（Ｌ１、Ｊ１を見よ）。希望の向きへ放出されなか
った光子（Ｊ１）は、点Ｃ１で入射した光子と同様にな
お捕らえられることがある。残りの波長の短い光子は反
射器に吸収され、その結果としてそれらの光子のエネル
ギーが失われて、無駄になるとともに、プラズマ領域１
２において熱を発生してプラズマを刺激する。蛍光体片
２４に入射する紫外線の強さは、知られている標準的な
ランプにおけるそれの強さのおよそ２倍であると予測さ
れる。また、従来の装置と比較してより多くの可視光は
誤った向きへ進み始めて、最後には表示装置へ散乱させ
られる。

【００１６】図１、図２、図３、図４、図５に示すよう
に、従来の光ガイドと本発明の第１の実施例の光ガイド
は白いプラスチック板３１が裏面に通常取り付けられ
る。しかし光ガイドに反射膜を直接付着することによ
り、より高い反射率を得ることができる（これが図６と
図７に示されている）。光ガイドの縁部に集中器が取り
付けられた後でそれが行われるとすると、付着された反
射膜は集中器と光ガイドの上まで拡張して、両方の部分
の反射率を最高にできる。より高い光学的効率を得るこ
とに加えて、付着される反射膜はより軽く、組み立てが
容易である。

【００１７】図５は、標準的な集中器に用いられた時の
本発明の装置の動作を示す。本発明においては、ランプ
と光ガイドの間の領域は集中器領域と呼ばれる。その集
中器領域においては、反射器に入射した光はランプへ向
かって反射されず、１回または複数回の反射の後で光ガ
イドに達する。このことは、この明細書で記載する全て
の集中器がプラスチックを充たされているか否かには無
関係に、事実である。ある光子はランプから光ガイド１
４のＡ２に入る。それらの光子は空気とプラスチックの
境界面においてはほんの少し反射されるだけである。他
の光線は光ガイドの近くの反射器２０の部分Ｂ２に入射
し、そこから反射されて光ガイド１４のＣ２に入る。そ
れらの光子は大きい入射角で入射し、大きい反射損失を
生ずる。他の光子は光ガイド１４から更に離れた点Ｄ２
に入射し、集中器から反射されて光ガイドの点Ｅ２とＦ
２に入射する。

【００１８】図６に示されている本発明の第２の実施例
は光ガイド１４の内部に拡げられたプラスチックを充填
された部分２３を有する。プラスチックの反射率は空気
のそれより高いから、既知の非集束集中器理論を基にし
て、それ単独で集中器部の効率を高くする傾向がある。
部分２３と光ガイド１４に反射性金属箔３３を直接付着
できる。図示のように、Ａ３により定められた経路を進
む光子はほんの小さい反射損失で光ガイドになお入る。
経路Ｂ３に沿って進む光子の反射損失は経路Ａ３を進む
光子よりも僅かに高いが、それらの損失は、図５に経路
Ｂ２に示されているものよりはるかに小さい。経路Ｂ３
に沿って進む光子は拡げられているプラスチックの中に
入るにつれて屈折され、反射器のＢ３ではなくてＣ３に
入射する。図５においてＤ２（図６ではＤ３）に入射す
る光子は、今は反射器のＥ３、Ｆ３に入射して光ガイド
から反射される。しかし、図４に示されている実施例に
おいても光ガイドへ反射せねばならない光子の全範囲
は、この第２の実施例においては、反射損失無しに光ガ
イドへ直接送られる。また、図５の実施例において完全
に失われる光子の全範囲が図６に示されている実施例の
光ガイドに入る。

【００１９】拡げられた部分２３は少なくとも２つの目
的を有する。第１にそれはそれ自身の表面へ垂直に入射
した光を屈折させる。その結果として、光ガイドの縁部
に到達した入射光が大きく屈折されることになる。第２
に、それは光ガイドの縁部における反射損を無くす。そ
の損失を避けるために、拡げられた部分２３と光ガイド
１４の間の接合部を、屈折率の不一致無しに、光学的に
結合せねばならない。屈折率の不一致は、接合部に空隙
があるか、部分２３と光ガイド１４に光学的に類似しな
い材料が用いられた場合に生ずるものである。屈折率の
不一致を無くす方法は、集中器と光ガイドを同じ材料で
製作すること、または集中器と光ガイドを単一物として
製作することを含めて、満足できるものである。

【００２０】それらは集中器への入口（部分２３）にお
ける反射損失である。しかし、光子は垂直により近く入
射するから、それらの反射損失は、従来の装置において
光ガイドの入口において生ずる反射損失よりも小さい。
集中器の表面に反射防止膜が付着されるものとすると、
反射損失は一層減少する。

【００２１】ランプ／光ガイド・インターフェイスの別
の可能な形が図７に示されている。図７はプラスチック
が拡げられ、かつ円筒レンズ２５が設けられている集中
器を示す。その形によって、ランプにより発生された光
子のうち、図３、図５、図６に示されているものより高
い割合で光子を集めることができる。図５と図６に示さ
れている集中器とランプから完全に失われる光子の多く
は、図７に示されているレンズを用いて光ガイドに入
る。たとえば、図６にＥ３により示されている経路を通
った、図５にＤ２として示されている光線は、今は図７
にＦ４により示されている経路を進む。図７はそれらの
光子がどのようにして反射されて光ガイドに入射するか
を示すものである。図６に示されている集中器と光ガイ
ドの間の光結合についての説明も、図７に示されている
同じ部品へ適用できる。

【００２２】以上、本発明をいくつかの特定の実施例に
ついて詳しく説明した。本発明はここで説明した特定の
実施例に限定されるものではない。たとえば、本発明の
要旨を逸脱することなしに光を最大限に通すために、反
射器／光ガイドに対していくつかの変更を施すことがで
きる。同様に、種々の用途において最適な性能を得るた
めに、ランプ内部の蛍光体片の正確な幅を変えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のランプとＬＣＤの組み合わせを示す。

【図２】別の従来のランプとＬＣＤの組み合わせを示
す。

【図３】本発明の第１の実施例を示す。

【図４】非円筒形のランプ反射器が用いられている時の
本発明を示す。

【図５】標準的な集中器と標準的な光ガイドが用いられ
ている時の本発明を示す。

【図６】拡げられた縁部を有する集中器と光ガイドが組
み合わされて用いられる時の本発明を示す。

【図７】拡げられてレンズを用いている集中器および光
ガイドが用いられている本発明を示す。

【符号の説明】

１２ プラズマ領域 １４ 光ガイド １５ ランプ ２０、４５ 反射器 ２４ 蛍光体片 ２５ 円筒レンズ ３１ プラスチック板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示装置の裏側の光ガイドに近接して配
   置される表示装置を照明するランプにおいて、 短い波長の光を発生するためのプラズマ領域と、 内面と外面を有し、プラズマを特定の領域に限定するた
   めにプラズマ領域を囲むプラズマ容器と、 このプラズマ容器の内面の、光ガイドに近接させられた
   部分に付着された短い波長の光を可視光へ変換する蛍光
   領域と、を備えることを特徴とする表示装置を照明する
   ランプ。
2. 【請求項２】 全体として長方形であって、前方表示領
   域と後方領域を有し、後方領域の上には全体として長方
   形の光ガイドが設けられる、液晶表示装置を照明する蛍
   光灯において、 短い波長の電磁波を発生するためのプラズマと、そのプ
   ラズマに電磁波を発生させるためにプラズマへ電流を加
   える手段とを含む円筒形のプラズマ容器と、 この円筒形の容器の内部に設けられ、円筒の長さ方向に
   液晶表示装置と光ガイドに直接隣接して片状に形成さ
   れ、入射した電磁波を可視光へ変換して、その可視光を
   光ガイドを通して送る蛍光領域と、を備えることを特徴
   とする液晶表示装置を照明する蛍光灯。
3. 【請求項３】 前面と背面を有する表示装置を有し、そ
   の表示装置は周囲が暗い状態の時に、表示を読み取るた
   めに十分な照明を行うために後方照明を必要とする表示
   装置を有する電子装置において、 表示装置の背後に位置させられ、表示装置の後部の背後
   の区域全体にわたって光を分布させる光分布手段と、 この光分布手段に近接させられ、希望の波長の可視光を
   発生する光発生手段と、 この光発生手段に近接し、光分布手段へ結合されて、光
   発生手段により発生された光を光分布手段へ向かって反
   射させる光反射手段と、を備える表示装置を有する電子
   装置。