(57)【要約】【課題】従来は、冷陰極型ランプを用いたバックライトを用いていたが、液晶パネルの大型化に伴い、冷陰極型ランプの本数が増え、重くなり、消費電力が高くなり、高コストになっていた。【解決手段】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区を置いて設置する。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。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型液晶ディスプレイにおいて、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、光源から発生した光は、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、液晶パネル裏面から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。
【請求項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。
【請求項３】
請求項２記載の透明板が、光源から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。
【請求項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。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、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ユニット。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、ディスプレイ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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バックライトユニット。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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いて、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれかに記載された光源部が、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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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バックライトユニットに関する。特に、本発明は画面対角サイズ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。い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等のモバ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、画面が大きくなったため、導光板も大きくする必要があり、厚く重くなり、さらに、樹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ったためである。蛍光ランプを液晶パネル背面（直下）に配置したため、ランプ直上は明るく、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、光源から離して、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ユニ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バイ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、モバイル機器に使用される中小型ディスプレイ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型テレビと比べて、軽く、薄くなるため、大型テレビ市場を席巻しつつある。また、モバ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、軽く、薄くなったが、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ってきている。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ィスプレイは、モバ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かっ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が、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く、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、太い冷陰極型ランプを用いることは有効ではなく、直径２〜３ｍｍという細い冷陰極型ランプを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、バ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いる。熱陰極型ランプは冷陰極型ランプに比べて２倍程度の高い発光効率が得られ、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本からの発光量（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が、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く、ディ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、バ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、バ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バ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かった。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、低消費電力化、軽量化、低コスト化を可能とする液晶ディスプレイ、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、光源から発生した光は、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、液晶パネル裏面から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べく、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いて、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イ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、バ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いた大型液晶ディスプレイを実現可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。しかし、これに限定されるわけではなく、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が示されており、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の背面から光を放射するバックライトユニット１１とを有し、バ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。
【００２８】
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か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からの光を反射用空間に導くガイドとして役立つ。
【００２９】
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により、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。
【００３０】
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い。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く、コストも上昇するため好ましくない。
【００３１】
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とランプリフレクター２２とを含んでいる。図からも明らかな通り、光源部２０のランプリフレクター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いる。
【００３２】
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。
【００３３】
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１ｍｍ〜１μｍであることが好ましく、０．５ｍｍ〜１０μｍ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く、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く、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。
【００３４】
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い。
【００３５】
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いる。
【００３６】
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から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。
【００３７】
図４、図６、及び、図７に示された反射板１０としては、光学設計のしやすさの観点から、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、低コスト化や低重量化の観点から、軽量かつ加工しやすい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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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１０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い。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。
【００４１】
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１０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。
【００４２】
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。
【００４３】
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いる。
【００４４】
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がＬＥＤ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。
【００４５】
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く、点灯するのに多くのエネルギーが必要になるだけでなく、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、最近の低価格化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。
【００４６】
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いる。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。
【００４７】
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、放電電流にもよるが、通常ランプ周囲温度を２０〜３０℃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。
【００４８】
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ったが、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、バックライトユニット内に通気する方法では、気流設計が難しく、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った事態まで引き起こすため、不可能であった。
【００４９】
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く、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、温度センサーとヒーター、冷却ファンを用いてコントロールしても良い。
【００５０】
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ＬＥＤアレイが好ましい。
【００５１】
図１０に、ＬＥＤアレイ２０１及びランプリフレクター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が、どの方式でも構わない。
【００５２】
ただし、ＬＥＤは、現状では発光効率が悪い（１０〜３０ｌｍ／Ｗ）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。
【００５３】
図１１に、冷陰極型ランプ２０２及びランプリフレクター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、３０〜５０ｌｍ／Ｗであり、ＬＥＤの約２倍である。しかし、冷陰極型ランプ２０２は、直径が３〜５ｍｍと細く、１本あたりの全光束が２００ｌｍ〜４００ｌｍ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２０２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が、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。
【００５４】
さらに、低消費電力化を目指すためには、発光効率が７０〜１００ｌｍ／Ｗ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とランプリフレクター２２とを含む光源部２０の一例が示されている。熱陰極型ランプ２０３は、２０００〜５０００ｌｍ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かった熱陰極型ランプ２０３を使用することができる。
【００５５】
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、わざわざ動かしてランプを交換する手間が省ける。
【００５６】
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の前面から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。
【００５７】
ランプの交換方法するために、図６及び図１３に示された例のほか、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、２５ｂ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クター２４ｂと、当該リフレクター２４ｂの湾曲したリフレク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クター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。
【００５８】
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、特に樹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。
【００５９】
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。
【００６０】
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いる。
【００６１】
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グラムを備えている。
【００６２】
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を出す場合について説明したが、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。
【００６３】
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いる最中にディスプレイが見えなくなる心配がない。
【００６４】
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いる光量センサー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った場合は、熱陰極型ランプ２０３の寿命が近いと判断する。それによって、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。
【００６５】
なお、ランプ寿命予測アルゴリズム５１の入力値として、ランプ電流値かランプ電圧値かは、ランプ電源において定電流制御が行われているか、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。
【００６６】
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つと少なく、単純な回路で構成できる特長がある。
【００６７】
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った場合を、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が、ある一定のレベルを超えた場合にランプ寿命が近いと判断してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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く、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く、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。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【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】
【００７０】
１０  液晶パネル
１１  バ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  ランプリフレクター
２３a、２３b  光源取り出し口
２４b  回転式ランプリフレクター
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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