(57)【要約】【課題】バックライト表面において場所に寄らず輝度を一定とする。【解決手段】バックライト装置において，平面状に並列に配置された複数のランプと，前記複数のランプが並列に配置される平面と第１の間隔を有して平行する第１の平面と，前記複数のランプが並列に配置される平面と前記１の平面とは反対側に第２の間隔を有して平行する第２の平面とを有し，前記第２の平面にフレネル面が形成された反射板が配置され，前記第１の平面の任意の位置において前記複数のランプから直接到達する光と，前記反射板で反射されて前記任意の位置に到達する光の輝度の総和が前記第１の平面のいずれの位置においてもほぼ同じ値となるように前記フレネル面に反射角を有する。【選択図】図４
2007080747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に並列に配置された複数のランプと，
前記複数のランプが並列に配置される平面と第１の間隔を有して平行する第１の平面と，
前記複数のランプが並列に配置される平面と前記１の平面とは反対側に第２の間隔を有して平行する第２の平面とを有し，
前記第２の平面にフレネル面が形成された反射板が配置され，
前記第１の平面の任意の位置において前記複数のランプから直接到達する光と，前記反射板で反射されて前記任意の位置に到達する光の輝度の総和が前記第１の平面のいずれの位置においてもほぼ同じ値となるように前記フレネル面に反射角を有する，
ことを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
請求項１において，
前記並列に配置される複数のランプの間隔をＬ，
前記第１の平面と第２の平面の間隔をｈ，
前記第１の間隔をｈ１，更に
前記第２の間隔をｈ２とすると，
前記反射板のフレネル面の反射角は，次式により求められた角度αを有する，
α=(θ1−θ２) ／２
tan(θ1)＝ｘ２／ｈ２
tan(θ2)＝(ｘ１−ｘ２)／ｈ
ただし，ｘ１は，前記第１の平面の，前記複数のランプのうちの任意の一つのランプに対応する前記第１の平面上の位置から隣接のランプに向かう任意の位置までの間隔，ｘ２は，前記第２の平面の，前記任意の一つのランプに対応する前記第２の平面上の位置から前記隣接のランプに向かう任意の位置までの間隔である，
ことを特徴とするバックライト装置。
【請求項３】
請求項１又は２において，
前記反射板は，フレネル型ミラーもしくはフレネル型レンズで構成されていることを特徴とするバックライト装置。
【請求項４】
請求項３において，
さらに，前記複数のランプは，冷陰極線管で構成され，
前記フレネル型ミラーもしくはフレネル型レンズには，更に，前記冷陰極線管に供給される電圧の高圧側と低圧側に向かう方向に対応してしぼが形成されている
ことを特徴とするバックライト装置。
【請求項５】
前記第１の平面に液晶表示パネルが配置され，請求項１乃至４の何れかのバックライト装置を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示（ＬＣＤ）装置は，現在世界中で使用され，１インチサイズのデジタルカメラ用から，５０インチクラスの壁掛け用テレビまで広範囲に利用されている。近年は，特に大型の液晶テレビに大きな関心が寄せられている。
【０００３】
かかる液晶表示装置には，液晶パネルの背面からバックライトを照射することが必要である。そして，３０インチ以上のテレビ装置等，大型液晶表示装置にあっては，特に高輝度化を実現するバックライト装置が求められている。
【０００４】
これまで，バックライトを照射するためのバックライト装置として，小型，薄型，軽量，更に小電力化等の要請に対応するための構造としてライトエッジタイプのバックライト装置が知られている（例えば，特許文献１）。
【０００５】
かかるライトエッジタイプのバックライト装置は，斜めに傾斜した反射シート面に向かう横方向から光源光を照射し，上方向に平行に反射して液晶パネルにバックライトとして供給する構造である。
【０００６】
これに対し，上記のような大型パネルの液晶表示装置では，より高輝度化が求められるので，ライトエッジタイプのバックライトに代わって，液晶パネルの下に直接ランプを多数平行に設置する，いわゆる直下型構成が使用される（例えば，特許文献２，３）。
【０００７】
図１に従来例として直下型の基本的構成の模式図を示す。
【０００８】
光源用ランプとして複数の冷陰極管１が，平行に配置されている。これにインバータ２を通して，数百Ｖの交流電圧が供給される。
【０００９】
裏面側に反射シート３が配置され，冷陰極管１による発光は，均一光とするための拡散シート４に直接光として向かう。拡散シート４を通過した拡散光は，偏向板等の光学素子５により平行光に変換され，図示省略されている液晶パネルの背面に供給される。
【００１０】
図２は，かかる従来のバックライト装置の組み立て状態を別の角度から見た図である。インバータ２及び光学素子パネル５は図示省略している。図２において，Ａ−Ａ断面を考えると，図３（Ａ）に示す断面模式図のようになる。
【特許文献１】特開平８−５４６２５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４４５２号公報
【特許文献３】特開２００４−２６５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３は，直接光としてバックライトを供給する従来構成における輝度分布を考察する図である。図３（Ａ）に示す断面模式図において，冷陰極管（以下，適宜ランプという）１が複数本並列に並び，それらからの発光が図に太線矢印で示されるように直接上方向に向かう構成である。上方向には，光を分散するための拡散シート４，光学素子５更にその上部に液晶パネル６が配置される。
【００１２】
図３（Ｂ）は，液晶パネル６の平面側から見た輝度分布の概念図である。輝度分布においてランプ１の真上の部分が一番明るく，隣接するランプ１との中間部は暗く縞状の分布７が生じてしまう。
【００１３】
これまでの技術は，このようなバックライトの不均一性を改善するために，上部に拡散シート４などを設置し，均一性の改善を行っている。しかし，これにより本来の輝度が落ちてしまい，表示品質を劣化させるという問題があった。
【００１４】
したがって，本来のバックライトの輝度を損なうことなく均一性を確保するためには，ランプ１の位置的な影響による輝度の均一性悪化も含めて，反射体からの光の強度を制御し，液晶パネルに対向する平面における輝度が場所に寄らず，できるだけ一定であることが望ましい。
【００１５】
よって，本発明の目的は，かかる要望に対応する，バックライト表面において場所に寄らず輝度を一定とすることが可能な及び，これを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を達成する本発明の第１の側面は，バックライト装置であって，平面状に並列に配置された複数のランプと，前記複数のランプが並列に配置される平面と第１の間隔を有して平行する第１の平面と，前記複数のランプが並列に配置される平面と前記１の平面とは反対側に第２の間隔を有して平行する第２の平面とを有し，前記第２の平面にフレネル面が形成された反射板が配置され，前記第１の平面の任意の位置において前記複数のランプから直接到達する光と，前記反射板で反射されて前記任意の位置に到達する光の輝度の総和が前記第１の平面のいずれの位置においてもほぼ同じ値となるように前記フレネル面に反射角を有することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を達成する本発明は，前記バックライト装置において，
前記並列に配置される複数のランプの間隔をＬ，
前記第１の平面と第２の平面の間隔をｈ，
前記第１の間隔をｈ１，更に
前記第２の間隔をｈ２とすると，
前記反射板のフレネル面の反射角は，次式により求められた角度αを有する，
α=(θ1−θ２) ／２
tan(θ1)＝ｘ２／ｈ２
tan(θ2)＝(ｘ１−ｘ２)／ｈ
ただし，ｘ１は，前記第１の平面の，前記複数のランプのうちの任意の一つのランプに対応する前記第１の平面上の位置から隣接のランプに向かう任意の位置までの間隔，ｘ２は，前記第２の平面の，前記任意の一つのランプに対応する前記第２の平面上の位置から前記隣接のランプに向かう任意の位置までの間隔であることを特徴とする。
【００１８】
さらに，前記バックアップ装置であって，前記反射板は，フレネル型ミラーもしくはフレネル型レンズで構成することが可能である。
【００１９】
さらにまた，前記複数のランプは，冷陰極線管で構成され，前記フレネル型ミラーもしくはフレネル型レンズには，更に，前記冷陰極線管に供給される電圧の高圧側と低圧側に向かう方向に対応してしぼが形成されているようにしてもよい。
【００２０】
上記課題を達成する本発明の第２の側面は，液晶表示装置であって，前記第１の平面に液晶表示パネルが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により，ランプから直接来る光の強度と，反射体から来る反射光の強度の総和をバックライト表面で場所に寄らずできるだけ一定となるように構成される。これによりバックライトの輝度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面に従い，本発明の実施の形態例を説明する。
【００２３】
図４は，本発明の実施の形態例を説明する図である。図４（Ａ）は，図３（Ａ）に対応して示す本発明を適用する液晶表示装置の断面概略図である。
【００２４】
実施例として冷陰極管で構成される複数のランプ１ａ，１ｂ，１ｃが平行に配置され，ランプ１ａ，１ｂ，１ｃを挟んで，本発明の特徴であるフレネルフレネル反射シート８と，光学素子５が配置されている。光学素子５の上面に，対向して液晶パネル６が配置されている。なお，図４（Ａ）において，拡散シート４が省略されているが，後に説明するように本発明により，バックライト光を均一とすることができるので，拡散シート４を省略することが可能である。より均一なバックライト光とするために図３におけると同様に拡散シート４を備えてもよい。
【００２５】
図４に示すように，フレネル反射シート８には，複数のランプ１ａ，１ｂ，１ｃの平行配置方向に，シリンドリカルフレネル面が形成されている。
【００２６】
このシリンドリカルフレネル面を有するフレネル反射シート８は，シリンドリカルフレネル面の表面に反射膜を貼り付けてルフレネル型ミラーとするか，図４（Ｂ）に示すように平面状の反射鏡８０にフレネル型レンズ８１を配置して構成することができる。
【００２７】
さらに，本発明は，かかるシリンドリカルフレネル面を形成する反射角の形成に特徴を有する。
【００２８】
実際の光源用ランプとして並列に配置される冷陰極管の本数は，液晶パネルのインチサイズに依存し，例えば２０〜３０本となるが，ここでは本発明の原理を説明する図５に示すように，着目した１本のランプ１ａと，その両隣に位置するランプ１ｂ，１ｃによる影響を捉えて考察する。
【００２９】
さらに遠くに設置されるランプを加味すれば，さらに高精度な均一性を検討することが可能である。
【００３０】
図５において，バックライト表面（即ち，光学素子５の表面５０）において，平面上の場所に依存せずに，できるだけ光の総和が一定になるようにする。
【００３１】
ここで，使用するランプ（冷陰極線管）の光度を一定とすれば，光の強度は距離の２乗に反比例する。したがって，ランプ１ａに対応するバックライト表面５０の点Ｐ１からの水平距離ｘ１にある点を任意の位置と考える。
【００３２】
バックライト表面５０とフレネル反射シート８の表面８２との間隔をｈ，ランプ１ａ（１ｂ，１ｃ）の位置をバックライト表面５０からｈ１，フレネル反射シート８の表面８２からｈ２であるとする。
【００３３】
また，ランプ１ａに対応するフレネル反射シート８の表面８２の点Ｐ２からの水平方向の任意の位置をｘ２とする。
【００３４】
さらに，隣接するランプ間の間隔をＬとする。
【００３５】
上記の前提において，次にように考察する。
【００３６】
i）先ず，水平距離ｘ１の点に向かうランプ１ａ，１ｂ，１ｃからの直接光の距離をそ
れぞれＬ１，Ｌ４，Ｌ５とし，更に，ランプ１ａに対応するフレネル反射シート８の点Ｐ２からの距離ｘ２にある点で反射され，水平距離ｘ１にある点に向かう冷陰極管１ａの光路距離を（Ｌ２＋Ｌ３）とする。
【００３７】
ここで，水平距離ｘ１及びフレネル反射シート８の点Ｐ２からの距離ｘ２は，それぞれＬ／２を超えないものとする。Ｌ／２を超えると，ランプ１ａのフレネル反射シート８で反射する光は，水平距離ｘ１の点に至らない。
【００３８】
ii）上記条件によりフレネル反射シート８の表面位置ｘ２における反射角度が求められ
る。
【００３９】
ランプ１ａからの光強度は，ランプの光度を削除し，相対化して示せば，
ＰＡ＝１／（Ｌ１）2
同様に，ランプ１ｂ及び１ｃからの光強度は，それぞれ，
ＰＢ＝１／（Ｌ４）2
ＰＣ＝１／（Ｌ５）2
で表される。
【００４０】
また，ランプ１ａから一度フレネル反射シート８の表面の点ｘ２に向かい，反射してｘ１に到達する光の強度は
ＰＲ＝１／（Ｌ２＋Ｌ３）2 
と表される。
【００４１】
従って，ｘ１における光の総和Ｐは，
Ｐ＝ＰＡ＋ＰＢ＋ＰＣ＋ＰＲ
＝１／（Ｌ１）2+１／（Ｌ４）2＋１／（Ｌ５）2＋１／（Ｌ２＋Ｌ３）2 
＝１／（ｘ１2＋ｈ１2）＋１／（（Ｌ＋ｘ１）2＋ｈ１2）
＋１／（（Ｌ−ｘ１）2＋ｈ１2）
＋１／（sqrt（ｘ２2＋ｈ２2）＋sqrt（（ｘ１−ｘ２）2＋ｈ2））  ・・・式（１）
で表される。
【００４２】
iii）一方，フレネル反射シート８の表面の点ｘ２で反射してｘ１に到達するため
のｘ２地点の反射角αを求めると，次のようである。なお，ここでは，フレネル反射シート８の反射率は，“１”と考える。
【００４３】
ランプ１ａとｘ２地点を拡大して示す図６を参照すると，
tan(θ1)＝ｘ２／ｈ２
tan(θ2)＝(ｘ１−ｘ２)／ｈ
α=(θ1−θ２) ／２    ・・・式（２）
の関係が有る。
【００４４】
したがって，バックライト表面５０のｘ１の位置にかかわらず，上記式（１）で求めた光の総和Ｐがほぼ一定となるｘ１とｘ２の組み合わせが求められる。
【００４５】
そして，この組み合わせにおけるｘ２の位置での上記式（２）で求めた反射角αを有するようにフレネル反射シート８のフレネル面を形成すればよい。
【００４６】
いま，実施例として光学素子５とフレネル反射シート８との距離ｈ，光学素子５と冷陰極管１ａとの距離ｈ１，冷陰極管１ａとフレネル反射シート８との距離ｈ２，冷陰極管の間隔をＬを，次の数値に設定して考察する。
【００４７】
ｈ＝１８．７
ｈ１＝１５．８
ｈ２＝２．８
Ｌ＝２４
なお，この時ｘ１，ｘ２は，それぞれ１２区分に分割した時のｘ１，ｘ２の計算例を図７のマトリクステーブルに示す。
【００４８】
図７において，横軸にｘ１，縦軸にｘ２の値を置き，それぞれのマトリクス組み合わせにおける光の総和Ｐの計算値を示している。
【００４９】
このマトリクステーブルから光の総和Ｐがほぼ等しく成る枠で囲われた数値に対応するｘ１，ｘ２と，その時の求められた反射角αの関係を示すと，図８に示すテーブルに表されたごとくである。
【００５０】
このように求められた反射角αを持つようにフレネル面に形成する。
【００５１】
図９は，求められた反射角αを持つように形成されたフレネル反射シート８のフレネル面の断面概念図である。ランプの間隔Ｌの半分で，フレネル面の反射角が折り返されている。これは，先に説明したように，ランプの間隔Ｌの半分を超える位置においては，反射光がｘ１の位置に戻らなくなるからである。
【００５２】
図１０は，インテグラ社のＳｐｅｃｔｅｒを用いて光学シミュレーションにより，従来例と比較した，本発明の効果を示す測定値のテーブルである。
【００５３】
本発明に従う反射角αを有して形成されるフレネル型ミラー及びフレネル型レンズによるフレネル反射シート８のいずれも，輝度の均一性をほぼ同じに維持しながらセンター輝度を高めていることが理解できる。すなわち，数値的に，従来型に比較して，センター輝度は約３０％向上している。均一性は従来型に比べ若干落ちているが９０％以上を確保しており，充分実用可能なレベルである。
【００５４】
また，上記実施例では，隣接するランプ（冷陰極管）の区間（Ｌ／２）を１２としたが，更に緻密化すればより均一性も最適化することが可能である。
【００５５】
なお，上記説明において，フレネル型ミラーについては，鏡面として述べてきたが，完全に鏡面である必要は必ずしもなく，拡散効果の有する面，たとえば白色拡散面でも効果をうることができる。
【００５６】
またフレネル型レンズについては，レンズを上向き，下向きでも実現可能であり，またその下に設置するフレネル反射シート８も銀色シートでなく，白色拡散シートでも効果を有するものである。
【００５７】
ここで，ランプ１として用いた冷陰極管は，その基本的特性として高圧側のほうが低圧側より輝度が高い特性がある。
【００５８】
本発明の適用のため，フレネル反射シート８には，ミラータイプ，レンズタイプいずれも金型成形，または熱プレスなどの金型を使用して作る。したがって，この際，予めその金型に意図的に拡散効果の場所的な大小をつけることができる。例えば，ブラストによりシボ（粗面）パターンを，ミラータイプにあってはその表面に，レンズタイプにあってはそのレンズ面あるいは，レンズ裏面に形成する等である。
【００５９】
これにより，上記の陰極管の基本的特性である高圧側のほうが低圧側より輝度が高いという特性に対応する改善が比較的容易に図れるという本願発明の更なる特徴が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来例として直下型の基本的構成の模式図を示す。
【図２】従来のバックライト装置の組み立て状態を別の角度から見た図である。
【図３】直接光としてバックライトを供給する従来構成における輝度分布を考察する図である。
【図４】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図５】本発明の原理を説明する図である。
【図６】ランプ１ａとｘ２地点を拡大して示す図である。
【図７】ｘ１，ｘ２の計算例をマトリクステーブルに示す図である。
【図８】ｘ１，ｘ２と，その時の求められた反射角αの関係を示すテーブルである。
【図９】求められた反射角αを持つように形成されたフレネル反射シート８のフレネル面の断面概念図である。
【図１０】従来例と比較した，本発明の効果を示す測定値のテーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ランプ（冷陰極線管）
２  インバータ
３  反射シート
４  拡散シート
５  光学素子（偏向素子）
６  液晶パネル
７  縞状の分布
８  フレネルシート反射板
【図１】
2007080747.tif 000003
【図２】
2007080747.tif 000004
【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】
2007080747.tif 000010
【図９】
2007080747.tif 000011
【図１０】
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