JPWO2008038728A1 - 照明装置、および表示装置 - Google Patents

Abstract

開口部を有する筐体１０と、当該筐体内に配設されるランプ２０と、筐体１０の開口部を覆う前面パネルとを備えるバックライトユニットを、ランプ２０の管軸をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前面パネルと平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸としたとき、前面パネルは、ランプ２０から放射された光を屈折させて出射する光屈折シート１３と、光屈折シート１３から出射された光を拡散・集光させる拡散・集光シートとを備え、光屈折シート１３は、Ｙ—Ｚ平面における光の入射角をθ１、出射角をθ２とし、θ１＞０のとき、θ１＞θ２の関係を満たすように、入射光を屈折させて出射する構成とする。これにより、光源のランプ本数が少ない場合であっても輝度むらが抑制される。

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等の表示装置のバックライトとして用いられる照明装置、および当該照明装置を光源として備える表示装置に関する。

近年、液晶テレビ、液晶モニタ等の液晶表示装置の画面サイズが大型化している。従来より、液晶表示装置のバックライトユニットの光源としては、薄型化をはかるため、ガラスバルブが細径である冷陰極型放電ランプが主に採用されている。
冷陰極型放電ランプは、装置の薄型化に適しているものの、ランプ効率があまり高くないため、液晶表示装置の画面サイズの大型化にともなって消費電力が大きくなってしまうため、省エネルギーの観点から大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として採用することを控える傾向にある。

また、画面サイズが大型化すると、冷陰極型放電ランプのガラスバルブの長さが長くなって電極間距離が大きくなるので、ランプを点灯させるには、さらなる高電圧を印加する必要が生じる。このため、大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として冷陰極型放電ランプを採用すると、昇圧回路からの漏れ電流による電力損失が大きくなるというデメリットもある。

そこで、ここ数年において、大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として、冷陰極型放電ランプより高効率である熱陰極型放電ランプが採用されはじめている。
また、製品コストを抑えるために、バックライトユニットの光源である熱陰極型放電ランプの本数を減少させることに関して研究開発が活発になされている。
ところが、光源である熱陰極型放電ランプの本数が少ないと、バックライトユニットが出射する出射光に輝度むらが生じやすい。すなわち、バックライトユニットの光出射面において、熱陰極型放電ランプの配設位置近傍領域からは高輝度の光が出射されるが、熱陰極型放電ランプの配設位置から離れた領域からは低輝度の光しか出射されないので、輝度むらが生じてしまうのである。

そこで、特許文献１では、熱陰極型放電ランプと拡散板との間の空間に、各熱陰極型放電ランプに対応した大きさの拡散シートを配設する構成としている。特許文献１には、当該拡散シートを配設することにより、輝度むらの発生を抑制することができると記載されている。
特開平６−１３０３８４号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、熱陰極型放電ランプと拡散板との間に、各拡散シートを保持する部材を別途配設する必要が生じ、製造プロセスが複雑になるとともに、コスト高になることが懸念される。
さらに重要なこととして、特許文献１の構成では、熱陰極型放電ランプから出射される光のすべてが当該拡散シートを通過しているわけではないので、輝度むらが発生するという問題は依然として解決されるに至っていない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源のランプ本数が少ない場合であっても、輝度むらが抑制された照明装置、および表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、開口部を有する筐体と、当該筐体内に配設される放電ランプと、前記筐体の開口部を覆う前面パネルとを備える照明装置であって、前記放電ランプの管軸をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前記前面パネルと平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸としたとき、前記前面パネルは、前記放電ランプから放射された光を屈折させて出射する光屈折部材と、前記光屈折部材から出射された光を拡散・集光させる拡散・集光部材とを備え、前記光屈折部材は、Ｙ―Ｚ平面（前記前面パネルの主面と平行な面）における光の入射角をθ１、出射角をθ２とし、θ１＞０のとき、θ１＞θ２の関係を満たすように、入射光を屈折させて出射することを特徴としている。

本発明者らの鋭意研究により、拡散・集光部材の光拡散機能について以下の知見が得られた。
従来は、前記拡散・集光部材に入射する光の入射角は様々である。光源である放電ランプから離れた領域においては、放電ランプから放射された光は、拡散・集光部材に大きい入射角で入射する。拡散・集光部材は、光拡散機能を有しているが、出射される光の強さは光の入射角への依存度が高い。すなわち、拡散・集光部材に大きい入射角で入射した光は、当該光拡散機能により拡散されたとしても、出射される光は、やはり入射角に依存して出射角の大きな光が多く出射される。出射角が大きな光は、前記拡散・集光部材の集光機能によっても集光されにくいので、照明装置の輝度に寄与しにくい。

本発明では、前記拡散・集光部材によって、特に放電ランプから離れた領域において、前記拡散・集光部材に入射する光の入射角を小さくすることができる。これにより、前記拡散・集光部材の拡散機能によって拡散されて出射される光の出射角は小さくなる。もって、当該出射光は、前記拡散・集光部材の集光機能によって集光されやすくなるので、放電ランプから離れた領域の輝度を高めることに寄与する。

このように、本発明によれば、特に放電ランプから離れた領域において、従来よりも強い光が出射されるので、従来生じていた照明装置の出射光の輝度むらを改善することができる。
ここで、前記光屈折部材は、前記放電ランプが出射する光のうち、部材表面に対する入射角の小さいものは透過率を抑制すると共に、入射角が増大するにつれて光の透過率を漸次増大させて、前記放電ランプから放射される光の透過を調整することが望ましい。

上記構成とすることにより、前記放電ランプから放射された光のうち、前記光屈折部材への入射角が小さい光ほど、光屈折部材によって透過率が抑制され、入射角が大きい光ほど、光屈折部材を透過する光が多くなる。これにより、光源のランプ本数が少ない場合であっても、照明装置の光出射面から出射される光については、輝度むらが改善されることになる。
また、上記において、前記光屈折部材は、プリズム列を有し、前記プリズム列は、前記
放電ランプの管軸と平行に並列して配設されていることが望ましい。

これにより、簡易な構成で、放電ランプの近傍領域へ放射された光の透過性を抑制すると共に、前記放電ランプから離れた領域へ放射された光の透過性を高めることができる。
ここで、上記において、前記プリズム列は、前記光屈折部材において、前記拡散・集光部材と対向する部分の全てに形成されていることが望ましい。
これにより、拡散・集光部材には、均一な光が入射されることになるので、照明装置の輝度むらを低減することができる。

ここで、上記において、前記プリズム列の各プリズムは、前記放電ランプの管軸に垂直な断面形状が略三角形状をしており、各プリズムの頂角の角度は８０°以上１２０°以下であり、前記各プリズムの頂角部分が、前記拡散・集光部材と対向していることが望ましい。
各プリズムの頂角が８０°未満であると、構造力学上の点からその形状を保つのが困難になるからであり、１２０°を超えると集光特性が低下しすぎるからである。

また、上記において、前記各プリズムの頂角の角度は９０°であることが望ましい。
各プリズムの頂角が９０°であるときに、前記光屈折部材の集光特性が最も高まることが知られているからである。
ここで、上記において、前記放電ランプと前記光屈折部材との間に、前記放電ランプが放射した光を拡散する補助拡散部材が配設されていることが望ましい。

当該補助拡散部材を配設することにより、輝度むらを抑制することができるとともに、前記筐体の厚みを少なくすることができる。
また、上記において、前記筐体内には、前記放電ランプが複数並列に配設されており、前記放電ランプの配設間隔をＰ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記前面パネルとの距離をｄ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記筐体の底面との距離をｆ[ｍｍ] 、前記放電ランプの筐体の厚み方向の発光径をｒ１[ｍｍ]としたとき、０．１０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ＜０．４０、かつ、１．７＜（ｄ＋ｆ）／ｒ１＜４の関係を満たしていることが望ましい。

この条件を満たすように、前記筐体内に放電ランプを配設することによって、輝度むらを抑えつつ、放電ランプの必要な本数を低減することができる。
ここで、上記において、放電ランプは、管軸に垂直な断面が扁平形状であるガラスバルブを備え、扁平形状の長内径が前記筐体の底面に平行になるように配設されていることが望ましい。

上記構成においては、ガラスバルブが扁平形状をしているので、ランプをガラスバルブの短内径をバックライトユニットの厚み方向に配することによって、バックライトユニットの薄型化をはかることができる。 なお、本明細書において「扁平形状」とは、断面円形のガラス管を上下方向につぶして、上下方向の内径を短内径とし、左右方向の内径を長内径としたものであって、輪郭に対向する２つの平らな部分とこれらを繋ぐ曲線部分とを含む形状の他に、輪郭のすべてが曲線で表される楕円形状をも含むものとする。

本発明に係る表示装置は、上記いずれかに記載の照明装置を光源として備えることを特徴としている。
これにより、上述した輝度むらの少ない照明装置を光源として備えているので、表示面から出射される光の輝度分布が均一化された表示装置を提供することができる。

本発明に係る液晶表示装置を示す図であり、内部の様子がわかるように、一部を切り欠いている図である。 本実施の形態に係るアスペクト比１６：９の液晶ディスプレイ用バックライトユニット５の構成を示す概略斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。 光屈折シート１３を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 光屈折シート１３の機能を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 バックライトユニットの輝度分布特性を示したグラフである。 本実施の形態に係る熱陰極型放電ランプ２０の構成を示す図であって、図７（ａ）は平面断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）において、Ｂ−Ｂ断面で切断したときの横断面図である。 変形例に係るバックライトユニットの構成を示す断面図である。 変形例に係る熱陰極型放電ランプの横断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
３ 液晶画面ユニット
５ バックライトユニット
１０ 筐体
１１ 内面
１２ 補助反射板
１３ 光屈折シート
１４ 拡散板
１５ 拡散シート
１６ レンズシート
１８ 前面パネル
１７ 偏光シート
１９ 補助拡散シート
２０ 熱陰極型放電ランプ
２２ ガラスバルブ
２４ 保護膜
２６ 蛍光体層

以下、本発明の実施の形態に係るバックライトユニット、および液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。
＜液晶表示装置の構成＞
はじめに、図１を参照しながら本実施の形態に係る液晶表示装置の構成について説明する。図１は、本発明に係る液晶表示装置を示す図であり、内部の様子がわかるように、一部を切り欠いている図である。

液晶表示装置１は、例えば、液晶カラーテレビであり、液晶画面ユニット３とバックライトユニット５とが本体４に組み込まれてなる。液晶画面ユニット３は、例えば、カラーフィルタ基板、液晶、ＴＦＴ基板、駆動モジュール等（図示せず）を備え、液晶画面ユニット３の外部からの画像信号に基づいてカラー画像を液晶画面ユニット３の画面６に表示する。

＜バックライトユニットの構成＞
図２を参照しながら本実施の形態に係るバックライトユニットの構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るアスペクト比１６：９の液晶ディスプレイ用バックライトユニット５の構成を示す概略斜視図である。同図において内部の構造を示すために前面パネル１８の一部を切り欠いて示している。

図２に示すように、バックライトユニット５は、複数の熱陰極型放電ランプ（以下、「ランプ」と表記する。）２０と、開口部を有しこれらのランプ２０を収納する筐体１０と、この筐体１０の開口部を覆う前面パネル１８とを備える。
筐体１０は、例えば、アルミニウム製の板金で開口を有する箱体を形成し、その内面１１に白色拡散反射特性を有するポリエステルシート（本実施例では、東レ製Ｅ６０Ｌを使用）が貼付されている。

ランプ２０は直管状をしており、本実施の形態では、４本のランプ２０が筐体１０内に直下方式で配設され、電気的に並列に接続されている。ランプ２０は、図示しない点灯回路によって定電流制御される。なお、ランプ２０の構成については後述する。
各ランプ２０間の筐体１０内には、三角柱状をした補助反射板１２が配設されている。補助反射板１２は、ランプ２０から出射された直接光や、ランプ２０から出射されて前面パネル１８によって反射された間接光を効率よく前面パネル１８へ反射する。

筐体１０の開口部は、光屈折シート１３、拡散板１４、拡散シート１５、レンズシート１６および偏光シート１７を積層してなる透光性の前面パネル１８で覆われており、内部にちりや埃などの異物が入り込まないように密閉されている。
前面パネル１８における光屈折シート１３の機能については後で詳細に説明する。拡散板１４および拡散シート１５は、光屈折シート１３を透過した光を拡散させるものである。レンズシート１６は、拡散板１４および拡散シート１５を透過した光を集光して当該レンズシート１６の法線方向へ偏向するものであって、これらによりランプ２０から発せられた光が前面パネル１８の表面（発光面）の全体に亘り均一に前方を照射するように構成されている。

つぎに、図３を参照しながら、ランプ２０の筐体１０内における配設位置について説明する。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。なお、光屈折シート１３は三角形のプリズム列Ｔを有するが、当該プリズム列の三角形頂点が拡散板１４に当接するように配設されており、光屈折シート１３と拡散板１４との隙間には、空気層１９が形成されている。また、図３においては、ランプ２０の管軸方向をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前面パネル１８と平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸とする。

図３に示すように、ランプ２０は、距離Ｐ[ｍｍ]の間隔をあけて等間隔に並列に配設されている。なお、各ランプ２０は、筐体１０の底面に固定されて点灯回路と電気的に接続された導電性のホルダ（図示省略）によって保持されている。
また、ランプ２０は、電極コイル３１のコイル軸が筐体１０の底面と平行になるように、かつ、前面パネル１８からの距離がｄ[ｍｍ]となる位置に配設されている。このとき、電極コイル３１のコイル軸と筐体１０の底面との距離はｆ[ｍｍ]になる。このように配置したランプ２０において、前記筐体１０の厚み方向における発光径ｒ１[ｍｍ]は短内径であり、底面と平行な方向における発光径ｒ２[ｍｍ]は長内径である。

ここで、距離Ｐ，ｄ，ｆは、
０．１０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ＜０．４０ （式１）
の関係を満たしていることが好適である。（ｄ＋ｆ）／Ｐが０．１未満であると、本実施の形態のように光屈折シート１３を配設する構成としても、輝度むらを解消することができないからであり、（ｄ＋ｆ）／Ｐが０．４以上であると、ランプ２０の本数を低減する効果が生じないからである。

さらに、ランプ本数、および照明装置の厚さを考慮すると、距離Ｐ，ｄ，ｆは、
０．３０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ≦０．３５ （式２）
の関係を満たしていることが好適である。
さらに、発光径ｒ１が１４ｍｍのランプを用いて、厚みｄ＋ｆが２０〜６０ｍｍの間のバックライトユニットを実際に試作・評価した結果得た経験式である。異なるｒ１の値を有するランプに対しては、
１．７＜（ｄ＋ｆ）／ｒ１＜４ (式３)
の関係を満たしていることが好適である。（ｄ＋ｆ）／ｒ１が１．７以下であると、ランプ発光面と光屈折シート１３とが近接しすぎるため光屈折シート１３の機能を十分発揮できない。また、（ｄ＋ｆ）／ｒ１が４以上であると、光屈折シート１３を必ずしも配置することなしに高い均斉度が得られる。

つづいて、図４を参照しながら、光屈折シート１３について説明する。図４は、光屈折シート１３を説明するためのバックライトユニット５の拡大断面図である。 なお、図４では、前面パネル１８のうち、光屈折シート１３のみを図示しており、他の拡散板１４、レンズシート１６等の図示は省略している。
光屈折シート１３は、ポリエステル系樹脂の平板層１３ａにアクリル系樹脂の三角形状プリズム１３ｂを複数個接合した構造を有する三角プリズム列Ｔを有している。光屈折シート１３は、三角プリズム列Ｔの長手方向がランプ２０の管軸方向とほぼ平行になるように配設する。

光屈折シート１３に入射角θ１で入射した光は、ポリエステル系樹脂層１３ａ、アクリル系樹脂層１３ｂでの屈折を経て、出射角θ２で拡散板１４側へ出射される。拡散板１４には、当該出射光が入射角θ２で入射する。
本発明者らの鋭意研究により、拡散板１４の光拡散機能について以下の知見が得られた。

従来は、拡散板１４に入射する光の入射角は様々である。光源であるランプ２０から離れた領域においては、ランプ２０から放射された光は、拡散板１４に大きい入射角で入射する。拡散板１４は、光拡散機能を有しているが、出射される光の強さは光の入射角への依存度が高い。すなわち、拡散板１４に大きい入射角で入射した光は、当該光拡散機能により拡散されたとしても、拡散板１４から出射される光は、やはり入射角に依存して出射角の大きな光が多く出射される。出射角が大きな光は、レンズシート１６の集光機能によっても集光されにくいので、バックライトユニット５の輝度に寄与しにくい。

本実施の形態では、光屈折シート１３によって、特にランプ２０から離れた領域において、拡散板１４に入射する光の入射角θ２を小さくすることができる。これにより、拡散板１４の拡散機能によって拡散されて出射される光の出射角は小さくなる。もって、当該出射光は、レンズシート１６の集光機能によって集光されやすくなるので、ランプ２０から離れた領域の輝度を高めることに寄与する。

このように、本実施の形態に係る構成によれば、特にランプ２０から離れた領域において、従来よりも強い光が出射されるので、従来生じていたバックライトユニット５の出射光の輝度むらを改善することができる。
つぎに、図５を参照しながら、光屈折シート１３について説明する。図５は、光屈折シート１３の機能を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 なお、図５では、前面パネル１８のうち、光屈折シート１３のみを図示しており、他の拡散板１４、レンズシート１６等の図示は省略している。

ランプ２０の近傍領域に出射され、光屈折シート１３へ小さい入射角θα１で入射した光Ｌ１は、屈折角θβ１で三角プリズム列Ｔの頂角を通過して、三角プリズムの頂点より、光屈折シート１３の主面に対して垂直に出射される。なお、空気の屈折率をｎα、光屈折シート１３のポリエステル系樹脂層１３ａの屈折率をｎβとすると、入射角θα１と、屈折角θβ１は、スネルの法則を満たしている。すなわち、入射角θα１、屈折角θβ１、屈折率ｎα、および屈折率ｎβは、
ｎα・ｓｉｎ（θα１）＝ｎβ・ｓｉｎ（θβ１） （式３）
の関係を満たしている。

一方、ランプ２０の近傍領域に出射され、光屈折シート１３へ入射角θα２で入射した光Ｌ２は、ポリエステル系樹脂層１３ａにおいて屈折角θβ２で屈折した後、プリズムを構成するアクリル系樹脂層１３ｂが三角状であるため、アクリル系樹脂層１３ｂと空気層１９との間で全反射される。三角プリズムの斜面において反射された光は、筐体１０の底面方向へ出射される。当該反射光は、筐体１０の内面１１や、補助反射板１２、ランプ２０のガラスバルブ等によって反射され、光屈折シート１３に再入射し、有効に利用される。

ランプ２０の配設位置から離れた領域に出射された光、すなわち、光屈折シート１３に対して大きな入射角θα３、θα４で入射したＬ３、Ｌ４は、光屈折シート１３に入射し、スネルの法則にしたがって屈折し、三角プリズムの頂角を通過して、拡散板１４の主面に対して略垂直な平行光として出射される。
すなわち、光屈折シート１３を上記のように配設することにより、あたかも直射光が強く照射されないはずの領域から光が放射されたのと同様な効果を有する。

つまり、ランプ２０と拡散板１４との間に、光屈折シート１３を配設することによって、ランプ２０から出射された光は、光屈折シート１３を通過することによって、拡散板１４に入射する前段階で均一のものになり、その後、拡散板１４、レンズシートを透過して前面パネル１８から出射される光も、局所的な輝度の高低がなく、均一なものとなる。このように、本実施の形態によれば、光源としてのランプ２０の本数が少ない場合であっても、直射光の透過は抑制され、その低減された光の一部は従来直射光が出射していなかった領域から出射することになるので、従来の課題であったバックライトユニットの輝度むらを改善することができる。

＜効果＞
つぎに、図６を参照しながら、本実施の形態に係るバックライトユニットの効果について説明する。図６は、バックライトユニットの輝度分布特性を示したグラフである。実線で示されているグラフが本実施の形態に係るバックライトユニット５（実施例）のデータであり、破線で示されているグラフが従来例（比較例）に係るバックライトユニットのデータである。グラフの縦軸は、前面パネル面輝度（相対値）[％]であり、横軸は輝度測定位置[ｍｍ]である。なお、横軸の０[ｍｍ]の位置は、前面パネル１８の最下部の位置に相当し、４００[ｍｍ]の位置は、前面パネルの最上部の位置に相当する。

図６に示すように、比較例では、ランプ２０から遠い領域では、前面パネル面輝度が４０％を下回っており、輝度むらが生じていることが分かる。これに対し、実施例では、ランプ２０から遠い領域であっても、９０％弱の前面パネル面輝度を保持しており、本実施例は、比較例とくらべると大幅に輝度むらが改善されていることが分かる。
[ランプ２０の構成]
つぎに、ランプ２０の構成について説明する。図７は、本実施の形態に係る熱陰極型放電ランプ（以下、単に「ランプ」という場合もある。）２０の構成を示す図であって、図７（ａ）は平面断面図、図７（ｂ）はＢ―Ｂ断面で切断したときの横断面図である。

ランプ２０は、直管状のガラスバルブ２２と、ガラスバルブ２２内の両端に配設された一対の電極３０ａ，３０ｂとを有している。
ガラスバルブ２２は、バリウム・ストロンチウムシリケートガラス（軟化点６７５℃の軟質ガラス）製である。図７（ｂ）に示すように、ガラスバルブ２２は、管軸に垂直な断面は、長内径Ｃ１と短内径Ｃ２とを有する楕円形をしている。このように、ガラスバルブ２２が楕円形状をしているので、ランプ２０をガラスバルブ２２の短内径をバックライトユニット５の厚み方向に配する、すなわち、ガラスバルブ２２の短内径を前面パネル１８に対して垂直に配することによって、バックライトユニット５の薄型化をはかることができる。

また、ガラスバルブ２２の一端（図中では左側端部）には、排気管２８が封着されている。この排気管２８は、ガラスバルブ２２内を排気したり希ガスを封入するときに使用され、上記排気・封入の後に封着されたものである。排気管２８をガラスバルブ２２の両端ではなく一端に設けることにより、最冷点制御がし易くなる。つまり両端に設けると最冷点箇所がどちらにできるか分からないためである。

電極３０ａ，３０ｂは、トリプルコイルで６．５ターンの電極コイル３１ａ，３１ｂと、この電極コイル３１ａ，３１ｂを架持する一対のリード線３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂと、このリード線３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂを保持するビーズガラス３４ａ，３４ｂとからなる。電極コイル３１ａ，３１ｂは、例えばタングステン製であり、エミッタとして、ストロンチウム、カルシウム、バリウムの酸化物が塗布されている。

ガラスバルブ２２の内面には、アルミナからなる保護膜２４が形成されている。保護膜２４上には、蛍光体層２６が積層されている。蛍光体層２６中の蛍光体としては、赤（Ｙ_２Ｏ_３:Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ_４:Ｃｅ,Ｔｂ_３）および青（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７:Ｅｕ、Ｍｎ）の各色を発光する希土類蛍光体を混合したものを用いている。
ガラスバルブ２２内には、約５ｍｇの水銀２１と、緩衝用希ガスとして常温における圧力５００Ｐａのアルゴン（Ａｒ）が封入されている。

なお、ガラスバルブ２２内に封入する水銀２１は、水銀単体のほかに、例えば亜鉛水銀、スズ水銀、ビスマス、インジウム水銀などのアマルガムの形態で封入してもよい。
ここで、４５インチの液晶ディスプレイ用バックライトユニットに使用する場合のランプ２０の各寸法等の仕様について述べる。
ガラスバルブ２２の長内径Ｃ１は１７ｍｍ、短内径Ｃ２は１０ｍｍ、全長Ｌ_Ｏは１０１０ｍｍ、電極間距離Ｌｅは９５０ｍｍ、管壁負荷Ｗｅは０．０５（Ｗ／ｃｍ^２）である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を、ガラスバルブ２２のうち電極間距離Ｌｅに相当する部分の内表面積で除した値である。

上述したように、ガラスバルブが扁平形状をしているので、熱陰極型放電ランプをガラスバルブの短内径をバックライトユニット５の厚み方向に配することによって、バックライトユニット５の薄型化をはかることができる。
さらに、バックライトユニット５の筐体１０内のランプ２０から液晶パネルまでの距離と、バックライトユニット５の筐体１０内に配される各ランプ２０のランプ間距離を等しくすると、液晶ディスプレイの輝度むらを抑制できることが知られている。本実施の形態では、ガラスバルブ２２の形状を楕円形にしているので、電極コイル３１ａ，３１ｂの長さに対して、ランプ２０から液晶パネル（不図示）までの距離を大きくすることができる。これに伴い、バックライトユニット５の筐体１０内に配される各ランプ２０のランプ間距離をランプ２０から液晶パネルまでの距離と等しい大きさまで大きくしても輝度むらが抑制されるので、筐体１０内に配されるランプ２０のランプ間距離を大きくすることができ、光源として必要なランプ２０の本数を低減することができる。これにより、バックライトユニット５に必要な部品点数を削減することができるので、バックライトユニット５の低コスト化に寄与することになる。

なお、図２においては、ランプ２０を４本配設した構成について説明しているが、ランプ２０は、バックライトユニット５の筐体１０内に配設されるランプ２０の本数は、液晶表示装置の画面サイズ等に応じて適宜変更されてもよい。
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記の実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。

（１）上記においては、光屈折シート１３が三角プリズム列Ｔを有する構成について説明したが、これに限定されず、プリズム列の各プリズムが台形、多角形または半円形をしていてもよい。また、プリズム列は、すべて同じ形状をしている必要はなく、例えば、熱陰極型放電ランプの配設位置の近傍領域では、各プリズムが三角形であり、熱陰極型放電ランプから離れた領域では、核プリズムが半円状をしている構成であってもよい。

（２）上記においては、光屈折シート１３がプリズム列を有する構成について説明したが、光屈折部材は、必ずしもプリズム列を有していなくてもよい。たとえば、光屈折シート１３は、ランプ２０に相当する位置の屈折率は高く、当該位置から放電ランプから離れた領域にいくにしたがって、漸次屈折率が低下する屈折率分布を有している構成であってもよい。これにより、ランプ２０の近傍領域へ放射された光の透過性を抑制すると共に、ランプ２０から離れた領域へ放射された光の透過性を高めることができ、もって、光源としてのランプ２０の本数が少ない場合であっても、バックライトユニット５の輝度むらを改善することができる。

（３）上記においては、光屈折シート１３が拡散板１４と当接している構成について説明したが、これに限定されない。光屈折シート１３が、ランプ２０と拡散板１４との間に配設されておればよく、すなわち、光屈折シート１３が拡散板１４と面接触せずに、拡散板１４から離れている構成であってもよい。ただし、図３に示す距離ｄを小さくして、装置の薄型化をはかるためには、光屈折シート１３は、プリズムの頂点が拡散板１４と当接するように配設することが好適である。

（４）上記においては、拡散板１４と、拡散シート１５と、レンズシート１６とが、それぞれ独立して別個のものである場合について説明したが、例えば、これらの代わりに、入射した光を拡散したのちに集光する機能を有する一枚ものの拡散・集光シートを用いてもよい。
（５）装置の薄型化をはかるため、図３において、ランプ２０と光屈折シート１３との距離ｄを小さくすると、ランプ２０の直射光が出射する領域が狭くなり、これによって輝度むらが助長されてしまう。そこで、以下のような変形例に係る構成とすることにより、装置をより薄型にしても輝度むらが生じるのを抑制することができる。

図８は変形例に係るバックライトユニットの構成を示す断面図である。図８に示すように、ランプ２０と前面パネル１８との間の空間に、補助拡散シート１９を配設してもよい。これにより、ランプ２０の直射光強度を低減できるので、距離ｄを小さくすることができ、装置の薄型化をはかることができる。
（６）上記においては、ランプ２０のガラスバルブは、図７（ｂ）に示すように、管軸に垂直な断面が楕円形のものについて説明したが、これに限定されず、長内径と短内径を有する形状のものであればどのような形状であってもよい。図９は、変形例に係る熱陰極型放電ランプの横断面図である。例えば図９（ａ）に示すように、扁平形状をしていてもよいし、図９（ｂ）に示すように、長方形状をしていてもよい。これらの場合も短内径Ｃ２の大きさに対して長内径Ｃ１が大きいので、電極コイルの軸方向の長さを大きくすることができる。また、ランプ２０のガラスバルブを、短内径Ｃ２が液晶パネル面に対して垂直になるように配設することによって、装置の薄型化をはかることができる。

（７）上記においては、ランプ２０のガラスバルブは、外観視直線状のものについて説明したがこれに限定されず、たとえば、ランプ２０のガラスバルブは、外観視Ｕ字状、コ字状等その他の形状をしていてもよい。
また、ランプ２０のガラスバルブが環状をしていてもよく、このときは、光屈折シート１３のプリズム列は、平面視したときにガラスバルブの軸と平行に環状に配設されていることが必要である。この場合も、バックライトユニットの輝度むらを低減することができる。

（８）上記においては、緩衝用希ガスとして、アルゴン、クリプトンを封入したものについて説明したが、これらに加えて、ネオンやキセノンを封入してもよい。キセノンは原子量が大きいため、電極コイルに塗布されているエミッタの飛散を抑制するので、キセノンを封入することにより、さらなる長寿命化がはかられる。
（９）上記においては、ガラスバルブ２２の内面に保護膜２４が形成されたものについて説明したが、保護膜２４が形成されていなくてもよい。

（１０）上記においては、バックライトユニットの光源として熱陰極型放電ランプを採用した場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、熱陰極型放電ランプの代わりに、冷陰極型放電ランプ、外部電極型放電ランプ、またはその他の放電ランプをバックライトユニットの光源として採用してもよい。また、一般的な放電ランプの代わりに、ＬＥＤや電球などを線状に配列した線状光源でもよい。これらの場合でも、本発明によれば上述したのと同様なメカニズムで、少ないランプ本数であっても輝度むらを改善することができる。

（１１）上記においては、照明装置として、バックライトユニットを例に挙げて説明したが、これに限定されず、たとえば、筐体と、当該筐体内に配設される本実施形態に係る熱陰極型放電ランプとを備える一般照明ユニットであってもよい。
（１２）上記においては、表示装置として液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、表示装置としては、たとえば、筐体と、当該筐体内に配設される本実施の形態の熱陰極型放電ランプとを備える看板装置であってもよい。

本発明は照明装置および表示装置に広く適用することができる。また、本発明は、光源のランプ本数が少ない場合であっても、輝度むらの抑制された照明装置、および表示装置を提供することができるので、その産業的利用価値は極めて高い。

本発明は、液晶ディスプレイ等の表示装置のバックライトとして用いられる照明装置、および当該照明装置を光源として備える表示装置に関する。

近年、液晶テレビ、液晶モニタ等の液晶表示装置の画面サイズが大型化している。従来より、液晶表示装置のバックライトユニットの光源としては、薄型化をはかるため、ガラスバルブが細径である冷陰極型放電ランプが主に採用されている。
冷陰極型放電ランプは、装置の薄型化に適しているものの、ランプ効率があまり高くないため、液晶表示装置の画面サイズの大型化にともなって消費電力が大きくなってしまうため、省エネルギーの観点から大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として採用することを控える傾向にある。

また、画面サイズが大型化すると、冷陰極型放電ランプのガラスバルブの長さが長くなって電極間距離が大きくなるので、ランプを点灯させるには、さらなる高電圧を印加する必要が生じる。このため、大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として冷陰極型放電ランプを採用すると、昇圧回路からの漏れ電流による電力損失が大きくなるというデメリットもある。

そこで、ここ数年において、大型液晶表示装置のバックライトユニットの光源として、冷陰極型放電ランプより高効率である熱陰極型放電ランプが採用されはじめている。
また、製品コストを抑えるために、バックライトユニットの光源である熱陰極型放電ランプの本数を減少させることに関して研究開発が活発になされている。
ところが、光源である熱陰極型放電ランプの本数が少ないと、バックライトユニットが出射する出射光に輝度むらが生じやすい。すなわち、バックライトユニットの光出射面において、熱陰極型放電ランプの配設位置近傍領域からは高輝度の光が出射されるが、熱陰極型放電ランプの配設位置から離れた領域からは低輝度の光しか出射されないので、輝度むらが生じてしまうのである。

そこで、特許文献１では、熱陰極型放電ランプと拡散板との間の空間に、各熱陰極型放電ランプに対応した大きさの拡散シートを配設する構成としている。特許文献１には、当該拡散シートを配設することにより、輝度むらの発生を抑制することができると記載されている。
特開平６−１３０３８４号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、熱陰極型放電ランプと拡散板との間に、各拡散シートを保持する部材を別途配設する必要が生じ、製造プロセスが複雑になるとともに、コスト高になることが懸念される。
さらに重要なこととして、特許文献１の構成では、熱陰極型放電ランプから出射される光のすべてが当該拡散シートを通過しているわけではないので、輝度むらが発生するという問題は依然として解決されるに至っていない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源のランプ本数が少ない場合であっても、輝度むらが抑制された照明装置、および表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、開口部を有する筐体と、当該筐体内に配設される放電ランプと、前記筐体の開口部を覆う前面パネルとを備える照明装置であって、前記放電ランプの管軸をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前記前面パネルと平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸としたとき、前記前面パネルは、前記放電ランプから放射された光を屈折させて出射する光屈折部材と、前記光屈折部材から出射された光を拡散・集光させる拡散・集光部材とを備え、前記光屈折部材は、Ｙ―Ｚ平面（前記前面パネルの主面と平行な面）における光の入射角をθ１、出射角をθ２とし、θ１＞０のとき、θ１＞θ２の関係を満たすように、入射光を屈折させて出射することを特徴としている。

本発明者らの鋭意研究により、拡散・集光部材の光拡散機能について以下の知見が得られた。
従来は、前記拡散・集光部材に入射する光の入射角は様々である。光源である放電ランプから離れた領域においては、放電ランプから放射された光は、拡散・集光部材に大きい入射角で入射する。拡散・集光部材は、光拡散機能を有しているが、出射される光の強さは光の入射角への依存度が高い。すなわち、拡散・集光部材に大きい入射角で入射した光は、当該光拡散機能により拡散されたとしても、出射される光は、やはり入射角に依存して出射角の大きな光が多く出射される。出射角が大きな光は、前記拡散・集光部材の集光機能によっても集光されにくいので、照明装置の輝度に寄与しにくい。

本発明では、前記拡散・集光部材によって、特に放電ランプから離れた領域において、前記拡散・集光部材に入射する光の入射角を小さくすることができる。これにより、前記拡散・集光部材の拡散機能によって拡散されて出射される光の出射角は小さくなる。もって、当該出射光は、前記拡散・集光部材の集光機能によって集光されやすくなるので、放電ランプから離れた領域の輝度を高めることに寄与する。

このように、本発明によれば、特に放電ランプから離れた領域において、従来よりも強い光が出射されるので、従来生じていた照明装置の出射光の輝度むらを改善することができる。
ここで、前記光屈折部材は、前記放電ランプが出射する光のうち、部材表面に対する入射角の小さいものは透過率を抑制すると共に、入射角が増大するにつれて光の透過率を漸次増大させて、前記放電ランプから放射される光の透過を調整することが望ましい。

上記構成とすることにより、前記放電ランプから放射された光のうち、前記光屈折部材への入射角が小さい光ほど、光屈折部材によって透過率が抑制され、入射角が大きい光ほど、光屈折部材を透過する光が多くなる。これにより、光源のランプ本数が少ない場合であっても、照明装置の光出射面から出射される光については、輝度むらが改善されることになる。
また、上記において、前記光屈折部材は、プリズム列を有し、前記プリズム列は、前記
放電ランプの管軸と平行に並列して配設されていることが望ましい。

これにより、簡易な構成で、放電ランプの近傍領域へ放射された光の透過性を抑制すると共に、前記放電ランプから離れた領域へ放射された光の透過性を高めることができる。
ここで、上記において、前記プリズム列は、前記光屈折部材において、前記拡散・集光部材と対向する部分の全てに形成されていることが望ましい。
これにより、拡散・集光部材には、均一な光が入射されることになるので、照明装置の輝度むらを低減することができる。

ここで、上記において、前記プリズム列の各プリズムは、前記放電ランプの管軸に垂直な断面形状が略三角形状をしており、各プリズムの頂角の角度は８０°以上１２０°以下であり、前記各プリズムの頂角部分が、前記拡散・集光部材と対向していることが望ましい。
各プリズムの頂角が８０°未満であると、構造力学上の点からその形状を保つのが困難になるからであり、１２０°を超えると集光特性が低下しすぎるからである。

また、上記において、前記各プリズムの頂角の角度は９０°であることが望ましい。
各プリズムの頂角が９０°であるときに、前記光屈折部材の集光特性が最も高まることが知られているからである。
ここで、上記において、前記放電ランプと前記光屈折部材との間に、前記放電ランプが放射した光を拡散する補助拡散部材が配設されていることが望ましい。

当該補助拡散部材を配設することにより、輝度むらを抑制することができるとともに、前記筐体の厚みを少なくすることができる。
また、上記において、前記筐体内には、前記放電ランプが複数並列に配設されており、前記放電ランプの配設間隔をＰ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記前面パネルとの距離をｄ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記筐体の底面との距離をｆ[ｍｍ] 、前記放電ランプの筐体の厚み方向の発光径をｒ１[ｍｍ]としたとき、０．１０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ＜０．４０、かつ、１．７＜（ｄ＋ｆ）／ｒ１＜４の関係を満たしていることが望ましい。

この条件を満たすように、前記筐体内に放電ランプを配設することによって、輝度むらを抑えつつ、放電ランプの必要な本数を低減することができる。
ここで、上記において、放電ランプは、管軸に垂直な断面が扁平形状であるガラスバルブを備え、扁平形状の長内径が前記筐体の底面に平行になるように配設されていることが望ましい。

上記構成においては、ガラスバルブが扁平形状をしているので、ランプをガラスバルブの短内径をバックライトユニットの厚み方向に配することによって、バックライトユニットの薄型化をはかることができる。 なお、本明細書において「扁平形状」とは、断面円形のガラス管を上下方向につぶして、上下方向の内径を短内径とし、左右方向の内径を長内径としたものであって、輪郭に対向する２つの平らな部分とこれらを繋ぐ曲線部分とを含む形状の他に、輪郭のすべてが曲線で表される楕円形状をも含むものとする。

本発明に係る表示装置は、上記いずれかに記載の照明装置を光源として備えることを特徴としている。
これにより、上述した輝度むらの少ない照明装置を光源として備えているので、表示面から出射される光の輝度分布が均一化された表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るバックライトユニット、および液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。
＜液晶表示装置の構成＞
はじめに、図１を参照しながら本実施の形態に係る液晶表示装置の構成について説明する。図１は、本発明に係る液晶表示装置を示す図であり、内部の様子がわかるように、一部を切り欠いている図である。

液晶表示装置１は、例えば、液晶カラーテレビであり、液晶画面ユニット３とバックライトユニット５とが本体４に組み込まれてなる。液晶画面ユニット３は、例えば、カラーフィルタ基板、液晶、ＴＦＴ基板、駆動モジュール等（図示せず）を備え、液晶画面ユニット３の外部からの画像信号に基づいてカラー画像を液晶画面ユニット３の画面６に表示する。

＜バックライトユニットの構成＞
図２を参照しながら本実施の形態に係るバックライトユニットの構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るアスペクト比１６：９の液晶ディスプレイ用バックライトユニット５の構成を示す概略斜視図である。同図において内部の構造を示すために前面パネル１８の一部を切り欠いて示している。

図２に示すように、バックライトユニット５は、複数の熱陰極型放電ランプ（以下、「ランプ」と表記する。）２０と、開口部を有しこれらのランプ２０を収納する筐体１０と、この筐体１０の開口部を覆う前面パネル１８とを備える。
筐体１０は、例えば、アルミニウム製の板金で開口を有する箱体を形成し、その内面１１に白色拡散反射特性を有するポリエステルシート（本実施例では、東レ製Ｅ６０Ｌを使用）が貼付されている。

ランプ２０は直管状をしており、本実施の形態では、４本のランプ２０が筐体１０内に直下方式で配設され、電気的に並列に接続されている。ランプ２０は、図示しない点灯回路によって定電流制御される。なお、ランプ２０の構成については後述する。
各ランプ２０間の筐体１０内には、三角柱状をした補助反射板１２が配設されている。補助反射板１２は、ランプ２０から出射された直接光や、ランプ２０から出射されて前面パネル１８によって反射された間接光を効率よく前面パネル１８へ反射する。

筐体１０の開口部は、光屈折シート１３、拡散板１４、拡散シート１５、レンズシート１６および偏光シート１７を積層してなる透光性の前面パネル１８で覆われており、内部にちりや埃などの異物が入り込まないように密閉されている。
前面パネル１８における光屈折シート１３の機能については後で詳細に説明する。拡散板１４および拡散シート１５は、光屈折シート１３を透過した光を拡散させるものである。レンズシート１６は、拡散板１４および拡散シート１５を透過した光を集光して当該レンズシート１６の法線方向へ偏向するものであって、これらによりランプ２０から発せられた光が前面パネル１８の表面（発光面）の全体に亘り均一に前方を照射するように構成されている。

つぎに、図３を参照しながら、ランプ２０の筐体１０内における配設位置について説明する。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。なお、光屈折シート１３は三角形のプリズム列Ｔを有するが、当該プリズム列の三角形頂点が拡散板１４に当接するように配設されており、光屈折シート１３と拡散板１４との隙間には、空気層１９が形成されている。また、図３においては、ランプ２０の管軸方向をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前面パネル１８と平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸とする。

図３に示すように、ランプ２０は、距離Ｐ[ｍｍ]の間隔をあけて等間隔に並列に配設されている。なお、各ランプ２０は、筐体１０の底面に固定されて点灯回路と電気的に接続された導電性のホルダ（図示省略）によって保持されている。
また、ランプ２０は、電極コイル３１のコイル軸が筐体１０の底面と平行になるように、かつ、前面パネル１８からの距離がｄ[ｍｍ]となる位置に配設されている。このとき、電極コイル３１のコイル軸と筐体１０の底面との距離はｆ[ｍｍ]になる。このように配置したランプ２０において、前記筐体１０の厚み方向における発光径ｒ１[ｍｍ]は短内径であり、底面と平行な方向における発光径ｒ２[ｍｍ]は長内径である。

ここで、距離Ｐ，ｄ，ｆは、
０．１０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ＜０．４０ （式１）
の関係を満たしていることが好適である。（ｄ＋ｆ）／Ｐが０．１未満であると、本実施の形態のように光屈折シート１３を配設する構成としても、輝度むらを解消することができないからであり、（ｄ＋ｆ）／Ｐが０．４以上であると、ランプ２０の本数を低減する効果が生じないからである。

さらに、ランプ本数、および照明装置の厚さを考慮すると、距離Ｐ，ｄ，ｆは、
０．３０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ≦０．３５ （式２）
の関係を満たしていることが好適である。
さらに、発光径ｒ１が１４ｍｍのランプを用いて、厚みｄ＋ｆが２０〜６０ｍｍの間のバックライトユニットを実際に試作・評価した結果得た経験式である。異なるｒ１の値を有するランプに対しては、
１．７＜（ｄ＋ｆ）／ｒ１＜４ (式３)
の関係を満たしていることが好適である。（ｄ＋ｆ）／ｒ１が１．７以下であると、ランプ発光面と光屈折シート１３とが近接しすぎるため光屈折シート１３の機能を十分発揮できない。また、（ｄ＋ｆ）／ｒ１が４以上であると、光屈折シート１３を必ずしも配置することなしに高い均斉度が得られる。

つづいて、図４を参照しながら、光屈折シート１３について説明する。図４は、光屈折シート１３を説明するためのバックライトユニット５の拡大断面図である。 なお、図４では、前面パネル１８のうち、光屈折シート１３のみを図示しており、他の拡散板１４、レンズシート１６等の図示は省略している。
光屈折シート１３は、ポリエステル系樹脂の平板層１３ａにアクリル系樹脂の三角形状プリズム１３ｂを複数個接合した構造を有する三角プリズム列Ｔを有している。光屈折シート１３は、三角プリズム列Ｔの長手方向がランプ２０の管軸方向とほぼ平行になるように配設する。

光屈折シート１３に入射角θ１で入射した光は、ポリエステル系樹脂層１３ａ、アクリル系樹脂層１３ｂでの屈折を経て、出射角θ２で拡散板１４側へ出射される。拡散板１４には、当該出射光が入射角θ２で入射する。
本発明者らの鋭意研究により、拡散板１４の光拡散機能について以下の知見が得られた。

従来は、拡散板１４に入射する光の入射角は様々である。光源であるランプ２０から離れた領域においては、ランプ２０から放射された光は、拡散板１４に大きい入射角で入射する。拡散板１４は、光拡散機能を有しているが、出射される光の強さは光の入射角への依存度が高い。すなわち、拡散板１４に大きい入射角で入射した光は、当該光拡散機能により拡散されたとしても、拡散板１４から出射される光は、やはり入射角に依存して出射角の大きな光が多く出射される。出射角が大きな光は、レンズシート１６の集光機能によっても集光されにくいので、バックライトユニット５の輝度に寄与しにくい。

本実施の形態では、光屈折シート１３によって、特にランプ２０から離れた領域において、拡散板１４に入射する光の入射角θ２を小さくすることができる。これにより、拡散板１４の拡散機能によって拡散されて出射される光の出射角は小さくなる。もって、当該出射光は、レンズシート１６の集光機能によって集光されやすくなるので、ランプ２０から離れた領域の輝度を高めることに寄与する。

このように、本実施の形態に係る構成によれば、特にランプ２０から離れた領域において、従来よりも強い光が出射されるので、従来生じていたバックライトユニット５の出射光の輝度むらを改善することができる。
つぎに、図５を参照しながら、光屈折シート１３について説明する。図５は、光屈折シート１３の機能を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 なお、図５では、前面パネル１８のうち、光屈折シート１３のみを図示しており、他の拡散板１４、レンズシート１６等の図示は省略している。

ランプ２０の近傍領域に出射され、光屈折シート１３へ小さい入射角θα１で入射した光Ｌ１は、屈折角θβ１で三角プリズム列Ｔの頂角を通過して、三角プリズムの頂点より、光屈折シート１３の主面に対して垂直に出射される。なお、空気の屈折率をｎα、光屈折シート１３のポリエステル系樹脂層１３ａの屈折率をｎβとすると、入射角θα１と、屈折角θβ１は、スネルの法則を満たしている。すなわち、入射角θα１、屈折角θβ１、屈折率ｎα、および屈折率ｎβは、
ｎα・ｓｉｎ（θα１）＝ｎβ・ｓｉｎ（θβ１） （式３）
の関係を満たしている。

一方、ランプ２０の近傍領域に出射され、光屈折シート１３へ入射角θα２で入射した光Ｌ２は、ポリエステル系樹脂層１３ａにおいて屈折角θβ２で屈折した後、プリズムを構成するアクリル系樹脂層１３ｂが三角状であるため、アクリル系樹脂層１３ｂと空気層１９との間で全反射される。三角プリズムの斜面において反射された光は、筐体１０の底面方向へ出射される。当該反射光は、筐体１０の内面１１や、補助反射板１２、ランプ２０のガラスバルブ等によって反射され、光屈折シート１３に再入射し、有効に利用される。

ランプ２０の配設位置から離れた領域に出射された光、すなわち、光屈折シート１３に対して大きな入射角θα３、θα４で入射したＬ３、Ｌ４は、光屈折シート１３に入射し、スネルの法則にしたがって屈折し、三角プリズムの頂角を通過して、拡散板１４の主面に対して略垂直な平行光として出射される。
すなわち、光屈折シート１３を上記のように配設することにより、あたかも直射光が強く照射されないはずの領域から光が放射されたのと同様な効果を有する。

つまり、ランプ２０と拡散板１４との間に、光屈折シート１３を配設することによって、ランプ２０から出射された光は、光屈折シート１３を通過することによって、拡散板１４に入射する前段階で均一のものになり、その後、拡散板１４、レンズシートを透過して前面パネル１８から出射される光も、局所的な輝度の高低がなく、均一なものとなる。このように、本実施の形態によれば、光源としてのランプ２０の本数が少ない場合であっても、直射光の透過は抑制され、その低減された光の一部は従来直射光が出射していなかった領域から出射することになるので、従来の課題であったバックライトユニットの輝度むらを改善することができる。

＜効果＞
つぎに、図６を参照しながら、本実施の形態に係るバックライトユニットの効果について説明する。図６は、バックライトユニットの輝度分布特性を示したグラフである。実線で示されているグラフが本実施の形態に係るバックライトユニット５（実施例）のデータであり、破線で示されているグラフが従来例（比較例）に係るバックライトユニットのデータである。グラフの縦軸は、前面パネル面輝度（相対値）[％]であり、横軸は輝度測定位置[ｍｍ]である。なお、横軸の０[ｍｍ]の位置は、前面パネル１８の最下部の位置に相当し、４００[ｍｍ]の位置は、前面パネルの最上部の位置に相当する。

図６に示すように、比較例では、ランプ２０から遠い領域では、前面パネル面輝度が４０％を下回っており、輝度むらが生じていることが分かる。これに対し、実施例では、ランプ２０から遠い領域であっても、９０％弱の前面パネル面輝度を保持しており、本実施例は、比較例とくらべると大幅に輝度むらが改善されていることが分かる。
[ランプ２０の構成]
つぎに、ランプ２０の構成について説明する。図７は、本実施の形態に係る熱陰極型放電ランプ（以下、単に「ランプ」という場合もある。）２０の構成を示す図であって、図７（ａ）は平面断面図、図７（ｂ）はＢ―Ｂ断面で切断したときの横断面図である。

ランプ２０は、直管状のガラスバルブ２２と、ガラスバルブ２２内の両端に配設された一対の電極３０ａ，３０ｂとを有している。
ガラスバルブ２２は、バリウム・ストロンチウムシリケートガラス（軟化点６７５℃の軟質ガラス）製である。図７（ｂ）に示すように、ガラスバルブ２２は、管軸に垂直な断面は、長内径Ｃ１と短内径Ｃ２とを有する楕円形をしている。このように、ガラスバルブ２２が楕円形状をしているので、ランプ２０をガラスバルブ２２の短内径をバックライトユニット５の厚み方向に配する、すなわち、ガラスバルブ２２の短内径を前面パネル１８に対して垂直に配することによって、バックライトユニット５の薄型化をはかることができる。

また、ガラスバルブ２２の一端（図中では左側端部）には、排気管２８が封着されている。この排気管２８は、ガラスバルブ２２内を排気したり希ガスを封入するときに使用され、上記排気・封入の後に封着されたものである。排気管２８をガラスバルブ２２の両端ではなく一端に設けることにより、最冷点制御がし易くなる。つまり両端に設けると最冷点箇所がどちらにできるか分からないためである。

電極３０ａ，３０ｂは、トリプルコイルで６．５ターンの電極コイル３１ａ，３１ｂと、この電極コイル３１ａ，３１ｂを架持する一対のリード線３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂと、このリード線３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂを保持するビーズガラス３４ａ，３４ｂとからなる。電極コイル３１ａ，３１ｂは、例えばタングステン製であり、エミッタとして、ストロンチウム、カルシウム、バリウムの酸化物が塗布されている。

ガラスバルブ２２の内面には、アルミナからなる保護膜２４が形成されている。保護膜２４上には、蛍光体層２６が積層されている。蛍光体層２６中の蛍光体としては、赤（Ｙ_２Ｏ_３:Ｅｕ）、緑（ＬａＰＯ_４:Ｃｅ,Ｔｂ_３）および青（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７:Ｅｕ、Ｍｎ）の各色を発光する希土類蛍光体を混合したものを用いている。
ガラスバルブ２２内には、約５ｍｇの水銀２１と、緩衝用希ガスとして常温における圧力５００Ｐａのアルゴン（Ａｒ）が封入されている。

なお、ガラスバルブ２２内に封入する水銀２１は、水銀単体のほかに、例えば亜鉛水銀、スズ水銀、ビスマス、インジウム水銀などのアマルガムの形態で封入してもよい。
ここで、４５インチの液晶ディスプレイ用バックライトユニットに使用する場合のランプ２０の各寸法等の仕様について述べる。
ガラスバルブ２２の長内径Ｃ１は１７ｍｍ、短内径Ｃ２は１０ｍｍ、全長Ｌ_Ｏは１０１０ｍｍ、電極間距離Ｌｅは９５０ｍｍ、管壁負荷Ｗｅは０．０５（Ｗ／ｃｍ^２）である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を、ガラスバルブ２２のうち電極間距離Ｌｅに相当する部分の内表面積で除した値である。

上述したように、ガラスバルブが扁平形状をしているので、熱陰極型放電ランプをガラスバルブの短内径をバックライトユニット５の厚み方向に配することによって、バックライトユニット５の薄型化をはかることができる。
さらに、バックライトユニット５の筐体１０内のランプ２０から液晶パネルまでの距離と、バックライトユニット５の筐体１０内に配される各ランプ２０のランプ間距離を等しくすると、液晶ディスプレイの輝度むらを抑制できることが知られている。本実施の形態では、ガラスバルブ２２の形状を楕円形にしているので、電極コイル３１ａ，３１ｂの長さに対して、ランプ２０から液晶パネル（不図示）までの距離を大きくすることができる。これに伴い、バックライトユニット５の筐体１０内に配される各ランプ２０のランプ間距離をランプ２０から液晶パネルまでの距離と等しい大きさまで大きくしても輝度むらが抑制されるので、筐体１０内に配されるランプ２０のランプ間距離を大きくすることができ、光源として必要なランプ２０の本数を低減することができる。これにより、バックライトユニット５に必要な部品点数を削減することができるので、バックライトユニット５の低コスト化に寄与することになる。

なお、図２においては、ランプ２０を４本配設した構成について説明しているが、ランプ２０は、バックライトユニット５の筐体１０内に配設されるランプ２０の本数は、液晶表示装置の画面サイズ等に応じて適宜変更されてもよい。
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記の実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。

（１）上記においては、光屈折シート１３が三角プリズム列Ｔを有する構成について説明したが、これに限定されず、プリズム列の各プリズムが台形、多角形または半円形をしていてもよい。また、プリズム列は、すべて同じ形状をしている必要はなく、例えば、熱陰極型放電ランプの配設位置の近傍領域では、各プリズムが三角形であり、熱陰極型放電ランプから離れた領域では、核プリズムが半円状をしている構成であってもよい。

（２）上記においては、光屈折シート１３がプリズム列を有する構成について説明したが、光屈折部材は、必ずしもプリズム列を有していなくてもよい。たとえば、光屈折シート１３は、ランプ２０に相当する位置の屈折率は高く、当該位置から放電ランプから離れた領域にいくにしたがって、漸次屈折率が低下する屈折率分布を有している構成であってもよい。これにより、ランプ２０の近傍領域へ放射された光の透過性を抑制すると共に、ランプ２０から離れた領域へ放射された光の透過性を高めることができ、もって、光源としてのランプ２０の本数が少ない場合であっても、バックライトユニット５の輝度むらを改善することができる。

（３）上記においては、光屈折シート１３が拡散板１４と当接している構成について説明したが、これに限定されない。光屈折シート１３が、ランプ２０と拡散板１４との間に配設されておればよく、すなわち、光屈折シート１３が拡散板１４と面接触せずに、拡散板１４から離れている構成であってもよい。ただし、図３に示す距離ｄを小さくして、装置の薄型化をはかるためには、光屈折シート１３は、プリズムの頂点が拡散板１４と当接するように配設することが好適である。

（４）上記においては、拡散板１４と、拡散シート１５と、レンズシート１６とが、それぞれ独立して別個のものである場合について説明したが、例えば、これらの代わりに、入射した光を拡散したのちに集光する機能を有する一枚ものの拡散・集光シートを用いてもよい。
（５）装置の薄型化をはかるため、図３において、ランプ２０と光屈折シート１３との距離ｄを小さくすると、ランプ２０の直射光が出射する領域が狭くなり、これによって輝度むらが助長されてしまう。そこで、以下のような変形例に係る構成とすることにより、装置をより薄型にしても輝度むらが生じるのを抑制することができる。

図８は変形例に係るバックライトユニットの構成を示す断面図である。図８に示すように、ランプ２０と前面パネル１８との間の空間に、補助拡散シート１９を配設してもよい。これにより、ランプ２０の直射光強度を低減できるので、距離ｄを小さくすることができ、装置の薄型化をはかることができる。
（６）上記においては、ランプ２０のガラスバルブは、図７（ｂ）に示すように、管軸に垂直な断面が楕円形のものについて説明したが、これに限定されず、長内径と短内径を有する形状のものであればどのような形状であってもよい。図９は、変形例に係る熱陰極型放電ランプの横断面図である。例えば図９（ａ）に示すように、扁平形状をしていてもよいし、図９（ｂ）に示すように、長方形状をしていてもよい。これらの場合も短内径Ｃ２の大きさに対して長内径Ｃ１が大きいので、電極コイルの軸方向の長さを大きくすることができる。また、ランプ２０のガラスバルブを、短内径Ｃ２が液晶パネル面に対して垂直になるように配設することによって、装置の薄型化をはかることができる。

（７）上記においては、ランプ２０のガラスバルブは、外観視直線状のものについて説明したがこれに限定されず、たとえば、ランプ２０のガラスバルブは、外観視Ｕ字状、コ字状等その他の形状をしていてもよい。
また、ランプ２０のガラスバルブが環状をしていてもよく、このときは、光屈折シート１３のプリズム列は、平面視したときにガラスバルブの軸と平行に環状に配設されていることが必要である。この場合も、バックライトユニットの輝度むらを低減することができる。

（８）上記においては、緩衝用希ガスとして、アルゴン、クリプトンを封入したものについて説明したが、これらに加えて、ネオンやキセノンを封入してもよい。キセノンは原子量が大きいため、電極コイルに塗布されているエミッタの飛散を抑制するので、キセノンを封入することにより、さらなる長寿命化がはかられる。
（９）上記においては、ガラスバルブ２２の内面に保護膜２４が形成されたものについて説明したが、保護膜２４が形成されていなくてもよい。

（１０）上記においては、バックライトユニットの光源として熱陰極型放電ランプを採用した場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、熱陰極型放電ランプの代わりに、冷陰極型放電ランプ、外部電極型放電ランプ、またはその他の放電ランプをバックライトユニットの光源として採用してもよい。また、一般的な放電ランプの代わりに、ＬＥＤや電球などを線状に配列した線状光源でもよい。これらの場合でも、本発明によれば上述したのと同様なメカニズムで、少ないランプ本数であっても輝度むらを改善することができる。

（１１）上記においては、照明装置として、バックライトユニットを例に挙げて説明したが、これに限定されず、たとえば、筐体と、当該筐体内に配設される本実施形態に係る熱陰極型放電ランプとを備える一般照明ユニットであってもよい。
（１２）上記においては、表示装置として液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、表示装置としては、たとえば、筐体と、当該筐体内に配設される本実施の形態の熱陰極型放電ランプとを備える看板装置であってもよい。

本発明は照明装置および表示装置に広く適用することができる。また、本発明は、光源のランプ本数が少ない場合であっても、輝度むらの抑制された照明装置、および表示装置を提供することができるので、その産業的利用価値は極めて高い。

本発明に係る液晶表示装置を示す図であり、内部の様子がわかるように、一部を切り欠いている図である。 本実施の形態に係るアスペクト比１６：９の液晶ディスプレイ用バックライトユニット５の構成を示す概略斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。 光屈折シート１３を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 光屈折シート１３の機能を説明するためのバックライトユニットの断面図である。 バックライトユニットの輝度分布特性を示したグラフである。 本実施の形態に係る熱陰極型放電ランプ２０の構成を示す図であって、図７（ａ）は平面断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）において、Ｂ−Ｂ断面で切断したときの横断面図である。 変形例に係るバックライトユニットの構成を示す断面図である。 変形例に係る熱陰極型放電ランプの横断面図である。

１ 液晶表示装置
３ 液晶画面ユニット
５ バックライトユニット
１０ 筐体
１１ 内面
１２ 補助反射板
１３ 光屈折シート
１４ 拡散板
１５ 拡散シート
１６ レンズシート
１８ 前面パネル
１７ 偏光シート
１９ 補助拡散シート
２０ 熱陰極型放電ランプ
２２ ガラスバルブ
２４ 保護膜
２６ 蛍光体層

Claims (11)

1. 開口部を有する筐体と、当該筐体内に配設される放電ランプと、前記筐体の開口部を覆う前面パネルとを備える照明装置であって、
   前記放電ランプの管軸をＸ軸、当該Ｘ軸と垂直で前記前面パネルと平行な軸をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸をＺ軸としたとき、
   前記前面パネルは、
   前記放電ランプから放射された光を屈折させて出射する光屈折部材と、
   前記光屈折部材から出射された光を拡散・集光させる拡散・集光部材とを備え、
   前記光屈折部材は、
   Ｙ―Ｚ平面における光の入射角をθ１、出射角をθ２とし、θ１＞０のとき、
   θ１＞θ２
   の関係を満たすように、入射光を屈折させて出射すること
   を特徴とする照明装置。
2. 前記光屈折部材は、
   前記放電ランプが出射する光のうち、部材表面に対する入射角の小さいものは透過率を抑制すると共に、入射角が増大するにつれて光の透過率を漸次増大させて、前記放電ランプから放射される光の透過を調整すること
   を特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記光屈折部材は、プリズム列を有し、
   前記プリズム列は、前記放電ランプの管軸と平行に並列して配設されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
4. 前記プリズム列は、前記光屈折部材において、前記拡散・集光部材と対向する部分の全てに形成されていること
   を特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 前記プリズム列の各プリズムは、前記放電ランプの管軸に垂直な断面形状が略三角形状をしており、各プリズムの頂角の角度は８０°以上１２０°以下であり、前記各プリズムの頂角部分が、前記拡散・集光部材と対向していること
   を特徴とする請求項３または請求項４記載の照明装置。
6. 前記各プリズムの頂角の角度は９０°であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 前記放電ランプと前記光屈折部材との間に、前記放電ランプが放射した光を拡散する補助拡散部材が配設されていること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載の照明装置。
8. 前記筐体内には、前記放電ランプが複数並列に配設されており、
   前記放電ランプの配設間隔をＰ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記前面パネルとの距離をｄ[ｍｍ]、前記放電ランプの管軸と前記筐体の底面との距離をｆ[ｍｍ]、前記放電ランプの筐体の厚み方向の発光径をｒ１[ｍｍ]としたとき、
   ０．１０≦（ｄ＋ｆ）／Ｐ＜０．４０、かつ１．７＜（ｄ＋ｆ）／ｒ１＜４
   の関係を満たしていること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の照明装置。
9. 放電ランプは、管軸に垂直な断面が扁平形状であるガラスバルブを備え、
   扁平形状の長内径が前記筐体の底面に平行になるように配設されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項記載の照明装置。
10. 開口部を有する筐体と、当該筐体内に配設される放電ランプと、前記筐体の開口部を覆う前面パネルとを備える照明装置であって、
    前記前面パネルは、
    前記放電ランプから放射された光を屈折させて出射する光屈折部材と、
    前記光屈折部材から出射された光を拡散・集光させる拡散・集光部材とを備え、
    前記光屈折部材は、
    前記前面パネルの主面と平行な面における光の入射角をθ１、出射角をθ２とし、θ１＞０のとき、
    θ１＞θ２
    の関係を満たすように、入射光を屈折させて出射すること
    を特徴とする照明装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項記載の照明装置を光源として備えることを特徴とする表示装置。

Images