WO2006098400A1

WO2006098400A1 - 液晶ディスプレイ及びバックライトユニット

Info

Publication number: WO2006098400A1
Application number: PCT/JP2006/305237
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Kiwamu Takehisa; Yasuyuki Shirai; Naoki Tanahashi
Original assignee: Tohoku University
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2006-09-21
Also published as: TW200643563A; JP2006260924A; JP4852695B2

Abstract

　本発明の大型液晶ディスプレイは、最適条件で最適効率な光源を液晶ディスプレイの上方あるいは下方、あるいは上下双方に配置し、液晶パネルの背面の空間から間接的に光を照射させる。このため、液晶パネルの背面には、光源からの光を反射し、液晶パネルに導く反射板を液晶パネルから間隔を置いて設置する。これによって、光源を大型液晶ディスプレイから取り外し、交換可能とし、光源として寿命の短いランプの使用を可能とする。　本発明では、軽量、低消費電力かつ低コストの大型液晶ディスプレイが実現できる。

Description

明細書

液晶ディスプレイ及びバックライトユニット

技術分野

[0001] 本発明は、光源からの光をバックライトとして用いた液晶ディスプレイ及び当該液晶ディスプレイに使用されるノックライトユニットに関する。特に、本発明は画面対角サィズ 30インチ以上の大型液晶ディスプレイ及びそのバックライトユニットに関する。背景技術

[0002] 従来の液晶ディスプレイの構造を図 1、図 2に示す。 V、ずれの液晶ディスプレイも液晶パネル 10の背面に発光部であるバックライトユニットを設置した構造を有している。具体的に説明すると、図 1は、携帯電話やノート PC等のモパイル機器の中小型ディスプレイに良く用いられる構造である。光源である蛍光ランプをバックライトユニットのサイドに配し、導光板を用いることで光を液晶パネル方向に導く。この構造によりディスプレイを薄くすることが可能である。また、光源をサイドに配置することで、液晶パネルに導入される光を均一化することが出来るため、輝度の均一な液晶ディスプレイを簡便に実現できる。

[0003] 図 2は、大型平面テレビとしての液晶ディスプレイに使用される構造である。大型化に伴い、発光光量を増加させる必要があるため、蛍光ランプを多数使用している。また、発光面の増大とともに、導光板の使用が不可能となったため、ランプを液晶パネル背面に配した直下型構造を採用している。導光板が使用出来ない理由は、画面が大きくなつたため、導光板も大きくする必要があり、厚く重くなり、さらに、榭脂の射出成形で製作される大型導光板の製造も難しくなつたためである。蛍光ランプを液晶パネル背面（直下）に配置したため、ランプ直上は明るぐランプ間は暗くなるといった輝度ムラが発生する。そのため、通常、光源と液晶パネルの間に、拡散板および拡散シートが配置され、拡散板を通った光を集光する目的でプリズムシート、偏光板での偏光波の吸収を抑えるための偏光反射シートが配置される。これらの光学部品は、光源力離して、つまり液晶パネルの近くに配置される。

[0004] 特許第 3373427号 (特許文献 1)には、複数の導光板を使用したバックライトュ-ット構造が提案されている。複数の光源を用いた大きな光量の光を効率的かつ液晶パネル面に均一に照射するために効果的な方法であり、外光の強い野外で使用するモノィル型液晶ディスプレイや、車載用中小型ディスプレイには最適と考えられる。しかし、この方法を用いても、大型液晶テレビ用途には、複数の導光板を使用しているため、重量が大きくなることにはかわりがない。

[0005] 上記のように、液晶ディスプレイでも、モパイル機器に使用される中小型ディスプレィとテレビ用途の大型ディスプレイでは、その光源であるバックライトユニットの構造が大きく異なる。

[0006] 大型平面テレビ用途で脚光を浴びる液晶ディスプレイは、従来の CRT型テレビと比ベて、軽ぐ薄くなるため、大型テレビ市場を席巻しつつある。また、モパイル機器に使用されるほど液晶ディスプレイは低消費電力であるため、人類が直面しているエネルギー危機を回避できる機器として大いに期待された。しかしながら、大型液晶ディスプレイは、軽ぐ薄くなつたが、大型化に伴う光量の増大により、たくさんの蛍光ランプを必要とするため、同じ大きさの CRTと比べても、消費電力の差がなくなつてきている。そのため、 CRTより圧倒的に消費電力が小さい液晶ディスプレイの開発が必至である。

[0007] ところで、一般に液晶ディスプレイのバックライトユニット光源にはおもに蛍光ランプが利用されており、蛍光ランプから放射される白色光を液晶パネルに照射している。また、その蛍光ランプは、水銀ランプ (正確には、低圧水銀蒸気放電ランプ)の表面に蛍光が塗布されたものである。また、水銀ランプには発光メカニズム的に、熱電子放出により発光する熱陰極型と二次電子放出により発光する冷陰極型とに分けられる。

[0008] 従来、携帯電話やノート PC等の中小型ディスプレイとして製品化されてきた液晶デイスプレイは、モパイル用途での使用が大半で、そのパネルの厚さを出来る限り小さくすることが課題であり、構造上、どうしてもランプ管径が太くならざるを得な力つた液晶ディスプレイのバックライトには二次電子による冷陰極型の水銀ランプ (冷陰極型ランプと呼ばれる。）が用いられている。

[0009] 一方、大型平面テレビ用途に製品化されている液晶ディスプレイは、先に述べたように CRTテレビを置き換える勢いで普及している力大型化に伴い、発光量を増やす必要が生じた。そのため、対策として冷陰極型ランプを長尺化し、本数を増やしてきた。例えば、 32インチ以上の液晶ディスプレイのバックライトには、長さ 70cm以上と長い冷陰極型ランプが 10〜20本も用いられている。その結果、消費電力が増加し、強みである低消費電力機器とは言えなくなってしまった。また、単に冷陰極型ランプの本数が増えるだけでなぐ冷陰極型ランプごとにインバータが必要になることから、コストアップが課題となっていた。なお、冷陰極型ランプを太くして、 1本当たりからの発光量を増やそうとすると、発光効率が管径に反比例し、液晶ディスプレイの消費電力が増加することになるため、太、冷陰極型ランプを用、ることは有効ではなく、直径 2〜3mmとヽぅ細、冷陰極型ランプを 10本以上も用いる必要があった。

[0010] 長尺の冷陰極型ランプを多数使用する理由として、先に述べた液晶パネルの輝度ムラ発生の抑制と、発熱対策が挙げられる。図 2に示す直下型構造の場合、本数が少ないとランプ間に暗い部分が生じ、その蛍光は、特に斜めから見た際に顕著に現れる。そのため、反射板の形状を工夫したり、拡散板を工夫したりすることで、本数の低減を実現する試みがされているが、実用化には至っていない。更に、本数を低減したまま必要光量を得るためには、ランプに投入する電流を高くする必要があるが、電流を高くするとランプの発熱が大きくなり、バックライトユニット内雰囲気温度が高くなりすぎて、冷陰極型ランプの最適発光効率温度を超え、発光効率が著しく低下する問題がある。発熱を抑えるため、ユニット内空間に外気を導入し、冷却する試みがあるが、外気と同時に塵埃もユニット内に導入することになり、ユニット内が汚れる問題が生じると同時に、外気導入部品が必要となるため、コストアップの原因となる。以上のように、現状の構造で大型液晶ディスプレイの低消費電力化を実現される方法は、未だに見出されていない。

[0011] ところで、従来、ノックライトの蛍光ランプとして、冷陰極型ランプの代わりに熱電子放出により発光する陰極管を用いた蛍光ランプ (熱陰極型ランプ)を用いることが提案されて!、る。熱陰極型ランプは冷陰極型ランプに比べて 2倍程度の高、発光効率が得られ、しかも太くしても発光効率が低下しないことから、直径 30mm程度のものまで、照明器具などに利用されており、 1本力もの発光量 (全光束）は 2000ルーメン以上あり、直径 2mm程度の冷陰極型ランプの 10倍程度も大きいことが知られている。

[0012] なお、液晶ディスプレイ用バックライトに熱陰極型ランプを用いることに関しては、例えば、特開 2000— 187211 (特許文献 2)に示されている。

[0013] ところが、熱陰極型ランプは冷陰極型ランプに比べて寿命が数分の一と小さいことが最大の問題であった。つまり、ディスプレイでは寿命 5万時間前後が要求されており、冷陰極型ランプではそれを満たすと考えられている。しかし熱陰極型ランプの寿命は約 1万時間しかない。そのため、ランプを交換する必要がある力現状のバックライトユニットは、直下型であり、ランプを交換するためには、裏面を開けるしかなぐデイスプレイを壁にかけて設置した場合、わざわざはずして交換しなければならない。また、ノックライトユニット全体を、通常に部屋で開放した場合、浮遊する塵埃が混入し、ノックライトユニット内を汚染してしまう。したがって、熱陰極型ランプが利用されたノックライトを用いた大型液晶ディスプレイが実現することはな力つた。

[0014] 特許文献 1 :特許第 3373427号

特許文献 2：特開 2000 - 187211号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] 本発明の課題は、低消費電力化、軽量化、低コストィ匕を可能とする液晶ディスプレィ、特に、大型液晶ディスプレイを提供することである。

[0016] 本発明の他の課題は、液晶パネルに効率的に、且つ、低電力で光を入射させることができる液晶ディスプレイ用バックライトユニットを提供することである。

[0017] 本発明の更に他の課題は、光源を容易に交換でき、このため、寿命の短いランプをも使用できる大型液晶ディスプレイを提供することである。

[0018] 本発明の別の課題は、光源の交換時期を前もって表示することができる大型液晶ディスプレイを提供することである。

課題を解決するための手段

[0019] 上記課題を解決するため、本発明の液晶ディスプレイ用バックライトユニットおよび、これを用いた液晶ディスプレイは、光源が、液晶ディスプレイの液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置され、光源力発生した光は、液晶パネル背面に配置された空間に放射され、空間の液晶パネルと対向する位置に配置された反射板で反射された後、液晶パネル裏面力も光が入射することを特徴とする。

[0020] また、液晶パネル背面に存在する空間と、液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置された光源が存在する空間とが、透明部材、好ましくは光を制御可能なプリズム機能を兼ね備えた透明板によって間仕切りされ、独立していることを特徴とする。

[0021] さらに、光源が存在する空間の温度を調節することが可能な温度調節機能、すなわち点灯開始直前に放電開始電圧が高くならないよう最適温度に加熱することが可能になる加熱機構や、点灯中に蛍光ランプの最適発光温度に保つことが可能になる放冷機能等を有することを特徴とする。

[0022] 本発明の別の態様としては、液晶ディスプレイの外形を直方体とみなした場合に、ディスプレイの液晶パネルが含まれる面内、あるいは、画像を見る方向に光源が着脱可能な構造とすることを特徴とする。

[0023] 本発明のさらなる別の態様としては、大型液晶テレビの低消費電力化を実現するベぐ大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット光源が蛍光ランプであり、さらに好ましくは、熱電子放出により発光する陰極管を用いた蛍光ランプを用いることを特徴とする。

[0024] 本発明の大型液晶ディスプレイは、蛍光ランプを用いた液晶ディスプレイにお、て、前記蛍光ランプとして熱陰極型ランプを用い、かつ前記蛍光ランプの累積点灯時間、および累積点灯回数、および相対発光強度の少なくとも 3つの情報に基づき、蛍光ランプの交換時期の目安を表示させる機能を有する大型液晶ディスプレイであることを特徴とし、蛍光ランプの交換時期の目安を、ディスプレイを付けた際にディスプレィ画面に表示させることを特徴とする。

発明の効果

[0025] 本発明は、光源の位置や種類など、ノックライトユニット構成を工夫したことにより、低コスト、低消費電力の大型液晶ディスプレイ用バックライトユニットおよびそれを用 V、た大型液晶ディスプレイを実現可能とする。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]従来の導光板タイプ液晶ディスプレイの例を示す概略図である。 [図 2]従来の直下型液晶ディスプレイの例を示す概略図である。

[図 3]本発明に係る大型液晶ディスプレイの外観を示す概観図である。

[図 4]図 3に示された本発明の大型液晶ディスプレイの側面断面図である。

[図 5]図 4に示された大型ディスプレイに使用される透明プリズムの例を示す図である

[図 6]本発明に係る大型液晶ディスプレイの他の例を示す側面断面図である。

[図 7]本発明に係る大型液晶ディスプレイの更に他の例を示す側面断面図である。

[図 8] (a)及び (b)は本発明に係る大型ディスプレイの他の実施例を示す概略断面図及びその特性図である。

[図 9]本発明に係る大型液晶ディスプレイの背面の一例を示す図である。

[図 10]本発明の光源部に使用可能な LEDアレイを示す図である。

[図 11]本発明の光源部として使用できる冷陰極型ランプの例を示す図である。

[図 12]本発明の光源部として使用できる熱陰極型ランプ光源部の例を示す図である

[図 13]本発明に係る液晶ディスプレイの光源交換部を説明する図である。

[図 14]本発明に係る大型液晶ディスプレイ用光源交換警告表示システムの構成の例を示すブロック図である。

[図 15]本発明に係る大型液晶ディスプレイ用光源交換警告表示システムの構成の例を示すブロック図である。

符号の説明

10 液晶パネル

11 ノックライトユニット

12 液晶ディスプレイ 'バックライトユニット背面

20、 20a、 20b 光源部

21、 21a、 21b 光源

22 ランプリフレタター

23a、 23b 光源取り出し口

24b 回転式ランプリフレタター 25a, 25b 予備光源

201 LEDアレイ

202 冷陰極型ランプ

203 熱陰極型ランプ

30 反射板

31 拡散板

32 導光板

33 プリズムシート

34 偏光反射シート

35、 35a, 35b 透明プリズム

40b 温度調節機構

501 累積点灯時間

502 累積 ON回数

503 相対発光強度

51 ランプ寿命予測アルゴリズム

52 ランプ交換警告表示

61 希望設定光量

62 ランプ電源

64 光量センサー

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、本発明の実施形態を図面で説明する。なお、これらはあくまで一例であり、本発明の主旨に沿うものであればよい。

[0029] 図 3は本発明の第 1の実施形態である大型液晶ディスプレイ 100を示した概観図である。本発明における大型液晶ディスプレイとは、市販されている大型平面テレビとしての液晶ディスプレイのことであり、通常、画面対角サイズ 30インチ以上のものを言う。し力し、これに限定されるわけではなぐ 30インチ以下のサイズの液晶ディスプレイにも、本発明は適用可能である。図 3には、垂直に立設された大型液晶ディスプレイ 100力示されており、当該大型液晶ディスプレイは、画面を形成する液晶パネル 10と、液晶パネル 10の背面力ら光を放射するノックライトユニット 11とを有し、ノックライトユニット 11は、液晶パネル 10の上下に配置された 2つの光源部 20a及び 20bを備えている。

[0030] 図 4は、本発明の大型液晶ディスプレイ構造をより具体的にわ力りやすく示す断面図である。大型液晶ディスプレイ 100は、前面側に、液晶パネル 10、拡散板 31、及び、液晶パネル 10と拡散板 31との間に配置された偏光反射シート 34とを備え、裏面側に拡散板 31から、空間的に間隔をおいて配置された反射板 30を有している。この構造では、反射板 30と拡散板 31 (或いは液晶パネル 10)との間に、反射用空間が規定されている。画面を形成する液晶パネル 10の両側（図 3では上下、図 4では左右）には、 2つの光源部 20a、 20bが配置され、光源部 20a、 20bには、図示された例の場合、それぞれ光源として蛍光ランプが配置されている。また、光源部 20a、 20bと反射用空間との間には、それぞれ透明プリズム 35a、 35bが配置され、これら透明プリズム 35a、 35bは反射用空間を仕切る隔壁として役立つと共に、光源部 20a、 20b 力の光を反射用空間に導くガイドとして役立つ。

[0031] この構成では、光源部 20a、 20bから出た光は、それぞれ、隔壁を構成する透明プリズム 35a、 35bを透過し、液晶パネル背面の空間に導入される。反射用空間に導入された光は、透明プリズム 35a、 35b〖こより、液晶パネル 10に直接照射されることがないよう制御されており、大部分の光が反射用空間を介して液晶パネル 10と対向される位置に設置された反射板 30によって、反射される。反射された光は、対向された液晶パネル 10に照射される。

[0032] 光源部の位置は、液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置されることが好まし!/、。

光源が冷陰極型ランプや熱陰極型ランプのように、放電により励起された水銀を発光減とする場合は、ランプを縦におくと、水銀が重いためにランプの下方と上方とで発光ムラが生じるため、通常ランプが水平になるよう、パネルの上下の少なくとも一方に配置されることがより好ましい。現状のように、液晶パネル背面にランプが並べて配置されると、蛍光灯から直接出る光により、パネルに輝度ムラが生じ、それを修正するためにたくさんの光学部材が必要となり、光の損失原因となるだけでなぐコストも上昇するため好ましくない。 [0033] 図 5を参照して、光源部 20 (添字省略)の構成をより具体的に説明する。図示された光源部 20は光源 21とランプリフレタター 22とを含んでいる。図からも明らかな通り、光源部 20のランプリフレタター 22によって規定される空間内に、光源 21が配置され、光源部 20の空間は透明プリズム 35によって区画されている。図示されたランプリフレクター 22は、 2つの放物線形状の組み合わせとなるような断面形状を有して、る。

[0034] 図示された構成において、光源 21から放出された光は、全方位に進むため、光の利用効率を高めるためには、少しでも多くの光を液晶パネル 10裏面の空間に送る必要がある。

[0035] このため、図 5に示すように、透明プリズム 35の光の入射面、出射面はそれぞれプリズム形状、即ち、ジグザグ形状の山形表面を有していることが好ましい。プリズム形状の代わりに、マイクロレンズアレイ形状を付与することも好ましい。表面構造の大きさは、微細であればあるほど好ましいが、通常、ピークとピークとの高さが lmm〜l μ mであることが好ましぐ 0. 5mm〜 10 mであることがより好ましい。透明プリズム 35 の材料は、透明材料であれば何でも良ぐ加工性やコストを考慮すると、透明プラスチック材料であることが好ましい。また、入射時の表面反射を抑えるために、表面反射防止コートを行ってもよい。なお、用いられる透明プリズム 35は、光学設計に依存されるため、図 5の形状に制約されるものではなぐ最適な形状を用いれば良い。さらに、この透明プリズム 35を組み込んだ場合、あるいは、透明プリズム 35とは別に、偏光反射シート等の偏光素子を組み込んだ場合、バックライト空間での偏光光が濃縮されるため、液晶パネルに到達する直前に通過する偏光板での吸収が減少するため好ましい。

[0036] 図 4、図 6、及び図 7を参照すると、液晶パネル 10側に対向して設置されている反射板 30の例が示されており、反射板 30は液晶パネル背面に反射用空間を規定する壁面としての機能を有している。図 4に示された反射板 30は平坦な反射面を有し、図 4の左右両側の光源部 20a、 20bから反射用空間に放射された光を液晶パネル 10 側に反射する。図示された反射板 30は平板によって構成されているが、曲率を有する曲面によって構成しても良、。

[0037] 図 6に示された液晶ディスプレイ 300は、液晶パネル 10の上下に光源部 20a、 20b と、液晶パネル 10の裏面に配置された反射板 10とを備えている。図示された反射板 10は液晶パネル 10からテーパ状に離れるような形状の周辺部と、液晶パネル 10の裏面中央部に位置する平坦部とを有している。更に、上下に配置された光源部 20a 、 20bとは、液晶パネル 10の前面側に設けられた光源取り出し口 23a、 23bから取り外し可能に取り付けられて、る。

[0038] また、図 7に示された液晶ディスプレイ 200の反射板 30は上下に設けられた光源部力も中央部まで傾斜した内面を有し、中央部に平坦部を備えていない点で、図 6の反射板 30とは異なっている。なお、図 7において、上下に配置された光源部は、それぞれ使用中の現用光源 21a、 21bのほかに、現用光源 21a、 21bと取替え可能な予備光源 25a、 25bとを備えている。これら光源部の構造については後述する。

[0039] 図 4、図 6、及び、図 7に示された反射板 10としては、光学設計のしゃすさの観点から、金属反射面を用いることが好ましいが、多重反射を繰り返すような構造とする場合は、白色拡散反射板の方が好ましい。この場合、金属反射板としては、アルミニウムや銀が通常用いられるが、反射率の高い銀が好ましい。これらの金属は、反射板そのものの材質として使用されても良いが、低コストィ匕ゃ低重量ィ匕の観点から、軽量かつ加工しやす!/、プラスチック製板の表面に、蒸着やスパッタリング等で製膜されたものが好ましい。

[0040] 他方、白色反射板の場合は、酸化チタンや酸化バリウム等の無機化合物を塗布した光反射率反射板が好ましい。また、屈折率差を利用したフィルム積層反射板や、屈折率の異なる材料を配合し、分散させた反射板を用いることも好ましい。さらに、サイドから光を効率よく中央部に導波するため、反射板の手前に空気層を介して狭い間隔で透明シートを設置することも好ましい。

[0041] 反射板 30の形状は、光学設計に依存して、前述したように種々の形状を採用できる。例えば、図 4に示すような平板や曲板、あるいは、図 6や図 7に示される形等、種々の形状を取ることができる。反射板 30表面の微細形状も光学設計に依存するが、反射光を均一に液晶パネルに照射するためには、微細加工を施すことが好ましい。

[0042] 反射板 30によって反射された光が、液晶パネル 10に導入される際、液晶パネル 1 0に対して低入射角で入射されるため、液晶パネル 10表面で光学反射され、多くの光が再度反射用空間に戻る。そのため、通常、低入射角の光を効率的に透過させるための手段が講じられる。低入射角の光を効率的に透過させるための手段としては、液晶パネル 10に光が入射する直前に、液晶パネル 10背面の空間側に凸になるようにプリズムシートを 1枚以上挿入することが好まし、。プリズムシートを挿入することで、低入射角の光を効率よく液晶パネル 10側に送ることが可能である。さらに輝度の均一化を図るために、プリズムシートと同時に拡散板あるいは、拡散シートを用いてもよい。構造上、液晶パネル 10には偏光シートが設置してあるため、約半分の光が偏光シートに吸収されてしまうため、液晶パネル 10直前に偏光反射シートを設置しても構わない。

[0043] 図 8 (a)及び (b)に、本発明の別の実施例に係る液晶ディスプレイ及びその特性をそれぞれ示す。図 8 (a)に示された液晶ディスプレイは、前述と同様に、液晶パネル 1 0とバックライトユニットとによって構成されており、バックライトユニットは、反射用空間を規定する反射板 30と、図の左右両側に配置された 2本の光源 21a, bとを備えている。更に、図示された反射板 30は 2本の光源 21a, bの中央部、即ち、液晶パネル 10 の中央部を三角形状に飛び出させた形状を備えている。このような反射板 30は、液晶パネル 10に対して一定の間隔で配置された反射板に三角形状の反射板を取り付けることによって構成しても良いし、中央部を三角形状にした反射板を一体成形することによって構成しても良い。

[0044] 図 8 (a)に示された液晶ディスプレイにおける光強度分布をモンテカルロ法によってシミュレーションしたところ、図 8 (b)に示すように、極めて均一な光強度分布が得られた。即ち、反射板 30の中央部を液晶パネル 10方向に突出させることにより、液晶パネル 10の中央部における光強度が改善されることが判明した。なお、反射板 10の中央部の形状は三角形状でなくても曲面形状であっても良い。

[0045] 図 9を参照すると、本発明の他の実施形態に係る液晶ディスプレイは、液晶パネルの裏面側に温度調節機構 40b、 40bを備えている。図示された例では、液晶ディスプレイの光源部背面 12の上下に、光源部 20a、 20bに隣接して、温度調節機構 40bとして放熱機構が設けられて、る。

[0046] これら温度調節機構 40bの設置位置、形状、機構は、光源 20a、 20bの種類、発熱状況、加熱の必要性により任意に設計することができる。例えば、光源部 20a、 20b 力 SLEDの場合、発光を継続すると、温度が高くなり、発光効率が低下する。特に、赤青緑 3色 LEDによる光源の場合は、それぞれの効率の温度依存性が異なるため、使用途中に色が変わってしまう問題が生じる。

[0047] 他方、光源が蛍光ランプの場合、点灯開始時は、温度が低いため、ランプ管内の水銀濃度が十分でなぐ点灯するのに多くのエネルギーが必要になるだけでなぐ点灯直後は、水銀による発光ではなく封入ガスであるアルゴンやネオンの発光となり、色が変わる問題がある。また、蛍光ランプには、水銀濃度に依存する発光効率最適温度が存在し、発光効率を最適化するためには、最適温度を維持することが重要となる。特に、最近の低価格ィ匕による部品点数低減を受けて、ランプ本数を減らして、放電電流を上昇させ、発光量を維持することが行われているが、放電電流を高くすると、ランプでの発熱が大きくなるため、最適温度を維持することが困難となる。

[0048] 図 9に示すように、本発明に係る液晶ディスプレイは、図 2に示す通常の直下型バックライトユニットでは困難であった温度管理システムの搭載を可能にして、る。具体的に云えば、光源として LEDを用いる場合は、徹底的な温度上昇防止を行うため、放熱フィン等の放熱機構を設置する、光源部空間を通気する等の対策を講じることで、温度の制御を可能とする。

[0049] 一方、光源として、蛍光ランプを使用する場合は、放電開始時は、放電開始電圧を下げるため、温度を高くして、水銀濃度を高くすることが電力消費の低減となる。点灯中は、放電電流にもよる力通常ランプ周囲温度を 20〜30°Cに維持することが効率向上となる。最適温度を維持する方法としては、加熱ヒーターを設置したり、先に記述した放熱フィンや通気等の簡便な手段を用いることが出来る。通気の際には、通気前にヒーターやクーラーによって温度調節を施した空気を使用することも好ましい。

[0050] 従来の直下型では、ランプが液晶パネル背面全面に配置されているため、全面から放熱させる必要があつたが、バックライト背面部には、インバーターや回路等が設置してあるため、放熱フィンを設置することは不可能であった。更に、ノックライトュ- ット内に通気する方法では、気流設計が難しぐさらに環境から混入する塵埃がバックライトユニット内に付着し、黒点や輝点の原因になり、ランプ高温部にごみが付着して発火するといつた事態まで引き起こすため、不可能であった。

[0051] 本発明の方式を用いると、液晶パネル 10の一部にランプを局在化させて配置しているため、加熱および冷却面積を小さくすることが可能であり、かつ、通気しても気流設計が楽で、環境の塵埃も、フィルターを設置することで問題ない。また、光源部と液晶パネル 10背面の反射用空間が分離されているため、液晶パネル 10背面に塵埃が侵入することはなぐ黒点や輝点の原因になることはない。さらに、液晶パネル 10背面が高温にならないので、液晶パネル 10の高温化も防止することが出来、液晶パネル 10の寿命も長くすることが出来る。光源部 20a、 20bの温度に関しては、温度センサ一とヒーター、冷却ファンを用いてコントロールしても良、。

[0052] 図 10、図 11、図 12を参照して、各種光源を用いた場合における光源部 20の構造の例を説明する。なお、図 10、図 11、図 12はあくまで例示であり、この配列、この構造に制約されるものではない。光源部 20に設置される光源としては、蛍光ランプや L EDアレイが好ましい。

[0053] 図 10に、 LEDアレイ 201及びランプリフレタター 22を含む光源部の一例が示されている。 LEDアレイ 201は、赤青緑の 3色アレイ点灯方式や、白色点灯方式等がある 1S どの方式でも構わない。

[0054] ただし、 LEDは、現状では発光効率が悪い（10〜301mZW)ため、低消費電力化を目指すためには、蛍光ランプを使用することがより好ましい。蛍光ランプとしては、通常液晶ディスプレイに使用される冷陰極型ランプが使用される。

[0055] 図 11に、冷陰極型ランプ 202及びランプリフレタター 22を含む光源部 20の一例が示されている。冷陰極型ランプ 202の発光効率は、 30〜501mZWであり、 LEDの約 2倍である。し力し、冷陰極型ランプ 202は、直径が 3〜5mmと細ぐ 1本あたりの全光束が 2001m〜4001mであるため、光量が少ない。このため、ひとつの液晶ディスプレイ 10に対して、複数本使用する必要がある。図 11の例では、冷陰極型ランプ 2 02を 4本配置した片側光源部の一例を示したが、必要に応じて本数を増減させても構わない。また、現状の直下型バックライトでは、ランプの機差による光量のばらつきのため、インバーターを 1本のランプにつき一つずつ使用している力本発明の方式では、ランプの機差による光量のバラツキに対しての規格を緩めることが出来るため、 1つのインバーターによる複数本点灯が可能となり、大幅なコストダウンが可能となる

[0056] さらに、低消費電力化を目指すためには、発光効率が 70〜： LOOlmZWと非常に高い熱陰極型ランプが使用することも可能である。図 12に、熱陰極型ランプ 203とランプリフレタター 22とを含む光源部 20の一例が示されて、る。熱陰極型ランプ 203は、 2000〜50001mであるため、 1本ないし 2本使用すれば、光量は十分である。このように、本発明の方式を用いれば、今まで管径が大きくて使用出来な力つた熱陰極型ランプ 203を使用することができる。

[0057] ここで、図 6、図 7及び図 13を参照すると、光源を交換可能できる光源部 20a、 20b が示されている。熱陰極ランプは、冷陰極ランプに比べ寿命が短いため、ランプの交換が必要になる。本発明の方式にすることで、例えば、液晶ディスプレイ 10を壁に設置した場合や、ディスプレイ背面が狭い時などに、わざわざ動力してランプを交換する手間が省ける。

[0058] 図 6及び図 13では、液晶パネル 10の上下に光源部 20a、 20bを設け、液晶パネル 10の前面力もランプを交換するための光源交換用取出し口 23a、 23bを設けた例が示されている。この例では、光源部の光源であるランプを液晶パネル 10の前面に設けられた光源交換用取出し口 23a、 23bを開いて交換することができる。

[0059] ランプの交換方法するために、図 6及び図 13に示された例のほ力、図 7に示されたように、現用光源 (現用ランプ） 21a、 21bのほかに、予備光源（予備ランプ） 25a、 25 bを予め光源部 20a、 20bに設置しておき、寿命が来た時点で回転させ交換させる機構を設けることも可能である。回転、交換するための機構としては、図 7に示されているように、回転軸を備えた回転式ランプリフレタター 24bと、当該リフレタター 24bの湾曲したリフレタターによって囲まれる 2つの現用光源 21a及び予備光源 25a, 25bを設置した構造を持つものを使用することができる。この機構によれば、光源取出し口 23a、 23bを開いて、回転式ランプリフレタター 24bを回転させることにより、簡単に、現用光源 21a、 21bと予備光源 25aとを交換することができる。

[0060] 更に、光源部 20a、 20bをカートリッジ式にしておけば、光源 (ランプ）の交換が非常に簡単になる。この場合、光源部 20a、 20bのランプ空間を規定する間仕切り用隔壁を透明板にするのが好ましい。ランプと同時に、液晶パネル 10背面の空間との間仕切りも交換することが可能である。間仕切りの交換が出来ることにより、例えば、光源が蛍光ランプの場合は、特に榭脂部材の紫外光による劣化防止のために蛍光ランプに処置されていた紫外線防止処方を省略できることになり、紫外線防止処方により低下していたランプからの光取出し効率、すなわち、発光効率の高いランプを使用することが可能となる。透明プリズムを交換するとコストがかかるので、透明プリズム前に、紫外線防止シートを設置しても良い。

[0061] 次に、図 14を参照して、本発明に係る大型液晶ディスプレイの一つの実施例を説明する。図 14は、大型液晶ディスプレイにおける光源の交換時期を知らせるためのランプ交換警告表示システム構成図の一例である。本発明において、特に、熱陰極型ランプを用いた場合、ランプの寿命が従来の液晶ディスプレイよりも短いことから、ランプ交換が必要になるが、ランプの交換をある程度前もって警告する必要である。そのための交換時期を算出するために、ランプ寿命予測アルゴリズム 51により演算を行い、ランプの寿命を予測する。この結果、ランプ交換時期が近くなると、ランプ交換警告表示 52を行う。

[0062] 本実施例では、熱陰極型ランプの累積点灯時間 501と、熱陰極型ランプを ONした回数 (すなわち累積点灯回数） 502、及び大型液晶ディスプレイ内部に備えられている光センサーによってモニターされる熱陰極型ランプからの相対発光強度 503の 3つの情報に基づき、使用中のランプ、例えば、熱陰極型ランプの寿命を予測している。その寿命予測に基づき、寿命となって、発光強度が著しく低下する時よりおよそ一週間前になると、ランプ交換を指示する警告が、ディスプレイを ONした際に、ディスプレイ画面に表示されるようになって!/ヽる。

[0063] このようなランプ交換警告表示 52を行うため、この実施例は、ランプ寿命予測アルゴリズム 51にしたがって動作するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を用いて、累積点灯時間 501、累積 ON回数 502、及び、相対発光強度 503の 3つの情報を演算処理することにより、ランプ交換警告表示 52を出す構成を有している。即ち、この実施例に係る液晶ディスプレイは、上記した処理を行うコンピュータ及びそのためのプロダラムを備えている。 [0064] なお、上記した実施例は、累積点灯時間 501、累積 ON回数 502、及び、相対発光強度 503の 3つの情報を演算処理して、ランプ交換警告表示 52を出す場合にっヽて説明したが、累積点灯時間 501、累積 ON回数 502、及び、相対発光強度 503のうちの少なくとも一つの情報を用いて、ランプ交換警告表示 52を出しても良い。

[0065] 本実施例によると、使用中の熱陰極型ランプが突然切れて、ディスプレイを観賞して、る最中にディスプレイが見えなくなる心配がな、。

[0066] 次に、本発明に係る大型液晶ディスプレイにおける光源の交換時期を知らせるための前記実施例とは異なるランプ交換警告表示システムの構成の実施例を、図 15を用いて説明する。本実施例では、先ず、テレビのリモコンで操作されるテレビ画面の希望設定光量 61の信号が、ランプ電源 62に入力され、それに基づき、熱陰極型ランプ 203を発光させる。熱陰極型ランプ 203からの発光量は、大型液晶ディスプレイ内部に備えられて、る光量センサー 64によってモニターされ、テレビ画面の明るさが希望設定光量 61になるように、ランプ電源 62にフィードバックがかかる。希望設定光量 61 と、ランプ電源 62によって熱陰極型ランプ 203に流す電流値あるいは熱陰極型ランプ 203の両端の電極に印加する電圧値によって、ランプ寿命の予測が行われる。すなわち、希望設定光量 61と、熱陰極型ランプ 203の電流値あるいは電圧値の 2つが、ランプ寿命予測アルゴリズム 51の入力パラメータになっている。これらの情報に基づき、熱陰極型ランプ 203からの発光量によって希望設定光量 61が保たれるようになる。その際に、電流値あるいは電圧値が、ある設定レベルよりも高くなつた場合は、熱陰極型ランプ 203の寿命が近いと判断する。それによつて、本実施例では、ランプ交換を指示する警報として、ディスプレイ本体に備えられた赤色 LEDが点滅するようになっている。

[0067] なお、ランプ寿命予測アルゴリズム 51の入力値として、ランプ電流値力ランプ電圧値かは、ランプ電源において定電流制御が行われている力、あるいは定電圧制御が行われているかで異なり、定電流制御が行われている場合は、ランプ電圧値を入力とし、定電圧制御が行われている場合は、ランプ電流値を入力とすればよい。

[0068] 本実施例によると、ランプ寿命予測アルゴリズム 51の入力値が 2つと少なぐ単純な回路で構成できる特長がある。 [0069] ところで、以上に述べた実施例では、熱陰極型ランプ 203の電流値あるいは電圧値が、ある設定レベルよりも高くなつた場合を、ランプ寿命の判断基準としたが、あるいは以下のように判断基準を設けてもよい。すなわち、熱陰極型ランプ 203での発光量を一定に保とうとすると、ランプ寿命が近い場合は、電流値あるいは電圧値を増加させる頻度が多くなる。その際の増加電流あるいは増加電圧を、増加前後におけるランプの点灯時間で割った値力ある一定のレベルを超えた場合にランプ寿命が近ヽと半 IJ断してちょい。

産業上の利用可能性

[0070] 本発明は、 30インチ以上の大型液晶ディスプレイに適用して極めて有効であるだけでなぐ小型の液晶ディスプレイにも適用可能である。更に、本発明は光源部を交換可能なカセットとすることができ、液晶ディスプレイの光源部を部品として取り扱うことができる。また、上に述べた実施例では、光源部を液晶パネルの上下に配置する場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されることなぐ光源部は液晶パネルの上または下の一方に配置されても良いし、或いは、液晶パネルの大きさによっては、液晶パネルの左右の少なくとも一方に配置されても良い。

Claims

請求の範囲

[1] 大型液晶ディスプレイにお、て、光源が、液晶ディスプレイの液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置され、光源力発生した光は、液晶パネル背面に配置された空間に放射され、空間の液晶パネルと対向する位置に配置された反射板で反射された後、液晶パネル裏面力光が入射することを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[2] 請求項 1記載の液晶パネル背面に存在する空間と、液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置された光源が存在する空間とが、透明部材によって間仕切りされ、独立していることを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[3] 請求項 2記載の透明板が、光源力出射される光を制御可能なプリズム機能を兼ね備えていることを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[4] 請求項 2または 3記載の光源が存在する空間の温度を調節することが可能な温度調節機能を有することを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[5]

ヽて、液晶ディスプレイの外形を直方体とみなした場合に、ディスプレイの液晶パネルが含まれる面内、あるいは、画像を見る方向に、光源が着脱可能な構造とすることを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトュ- ッ卜。

[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載された光源が蛍光ランプであることを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[7] 請求項 6に記載された光源が、熱電子放出により発光する陰極管を用いた蛍光ランプを用いることを特徴とする大型液晶ディスプレイ用バックライトユニット。

[8] 蛍光ランプを用いた液晶ディスプレイにおいて、前記蛍光ランプの交換時期を演算し、前記蛍光ランプの交換時期の目安を表示させる手段を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。

[9] 前記蛍光ランプの交換時期の目安は、液晶ディスプレイを付けた際に、ディスプレィ画面に表示されることを特徴とする請求項 8記載の液晶ディスプレイ。

[10] 請求項 9において、前記蛍光ランプは熱陰極型ランプであることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[11] 請求項 9又は 10において、前記蛍光ランプの交換時期は、前記蛍光ランプの累積点灯時間、累積点灯回数、相対発光強度、電流値、及び電圧値の少なくとも 1つの情報に基づき演算されることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[12] 液晶ディスプレイに使用されるバックライトユニットにおいて、前記液晶ディスプレイの液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置された光源部と、前記液晶パネルとの間に反射用空間を規定するように、前記液晶パネルの裏面に、間隔を置いて配置された反射板とを備え、前記光源部力もの光は、前記反射板と前記液晶パネルとの間の前記反射用空間に放射されることを特徴とするバックライトユニット。

[13] 請求項 12において、前記光源部と前記反射用空間との間に、透明な隔壁が設けられており、前記隔壁により、前記反射用空間と前記光源部によって規定される光源用空間とは相互に独立していることを特徴とするバックライトユニット。

[14] 請求項 13において、前記透明な隔壁は透明プリズムによって構成されていることを特徴とするバックライトユニット。

[15] 請求項 12〜 14のいずれかに記載の光源が存在する空間の温度を調節することが可能な温度調節機能を有することを特徴とするバックライトユニット。

[16] 請求項 12〜15のいずれかにおいて、前記光源部は光源と、当該光源を支持する支持機構を備え、当該支持機構は、前記バックライトユニットから取り外し可能であることを特徴とするバックライトユニット。

[17] 液晶パネルとバックライトユニットとを備えた液晶ディスプレイにお、て、前記バックライトユニットは、前記液晶パネルの少なくとも一辺に沿って配置された光源と、前記液晶パネルとの間に反射用空間を規定するように、前記液晶パネルの裏面に、間隔を置いて配置された反射板とを備え、前記光源からの光は、前記反射板と前記液晶パネルとの間の前記反射用空間に放射されることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[18] 請求項 17において、前記光源部と前記反射用空間との間に、透明な隔壁が設けられており、前記隔壁により、前記反射用空間と前記光源部によって規定される光源用空間とは相互に独立していることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[19] 請求項 18において、前記透明な隔壁は透明プリズムによって構成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[20] 請求項 17〜 19のいずれかに記載の光源が存在する空間の温度を調節することが可能な温度調節機能を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。

[21] 請求項 17〜20のいずれかに記載された光源部力前記反射用空間から取り外し可能な機構を備えていることを特徴とする液晶ディスプレイ。

[22] 請求項 17〜21のいずれかに記載された光源が、熱電子放出により発光する陰極管を用いた蛍光ランプを用いることを特徴とする液晶ディスプレイ。