(57)【要約】      （修正有）【課題】光利用率の低下なく２灯からの光を重畳させて矩形状の画面内に投影領域を形成する２灯式バックライト装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ１からの光がロッドライクインテグレータ２の出力面から光束として出射し、両側テレセントリック光学系及びプリズム反射板６を順に経て矩形状の液晶画面７に垂直に入射する構成とし、両側テレセントリック光学系が、入射側から順に焦点距離ｆ１のレンズ３、折り返しミラー４及びｆ１より大きい焦点距離の凹面反射鏡ｆ２ミラー５を有してなるバックライト装置である。ＬＥＤ１から折り返しミラー４までを１灯とし、２灯の互いのf１レンズ３同士の光軸が一致する２灯対向配置として、第１灯１０からの光と第２灯２０からの光を重畳した光がｆ２ミラー５及びプリズム反射板６を順に経て液晶画面７に入射した光が画面位置に形成する投影領域の有効投影面積率を略８０％以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤからの光がロッドライクインテグレータの出力面から光束として出射し、両側テレセントリック光学系及びプリズム反射板を順に経て矩形状の液晶画面に垂直に入射する構成とし、前記両側テレセントリック光学系が、入射側から順に焦点距離ｆ１のレンズであるｆ１レンズ、折り返しミラー及び前記ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の凹面反射鏡であるｆ２ミラーを有してなるバックライト装置において、
前記ＬＥＤから前記折り返しミラーまでを１灯とし、２灯の互いのf１レンズ同士の光軸が一致する２灯対向配置として１灯からの光ともう１灯からの光を重畳させ、該重畳した光が前記ｆ２ミラー及び前記プリズム反射板を順に経て液晶画面に入射する構成とした２灯式バックライト装置であって、前記液晶画面に入射した光が画面位置に形成する投影領域の下記に定義される有効投影面積率を略８０％以上としたことを特徴とする２灯式バックライト装置。
記
有効投影面積率とは、画面位置における投影領域が矩形状の液晶画面全体と重なる部分の前記投影領域全体に対する面積百分率である。
【請求項２】
請求項１において、前記２灯の各１灯につき、折り返しミラーに入射するｆ１レンズからの主光線入射に対する反射角である折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満としたこと、又は前記折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満に調整する折り返しミラー角度調整手段を設けたことを特徴とする２灯式バックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶モニター等の画面の輝度向上のために、２灯で画面の同一領域に光を重畳させて投影する、２灯式バックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型の液晶モニターは、画像情報を持った光（画面光）が光軸に対して大きく広がるため、全ての光が有効に使われておらず、省エネルギーの観点から改善する必要がある。いっぽう、非特許文献１では人の目の瞳孔が位置する面であるアイリス面に液晶モニターからの全画像情報の光（画像光）を効率良く集める空間結像アイリス面技術を開発して超省電力型（従来型との対比で約１／１０〜１／１００の消費電力）の表示装置が可能であることが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＪＳＴ  ｎｅｗｓ  ゲームチェンジング・テクノロジー、２０１３年４月号、Ｐ．５〜６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らの少なくとも一部は、非特許文献１の空間結像アイリス面技術を発展させて、薄型液晶モニターへの搭載に適応できるようにするために、更に検討を重ね、その成果を、特許出願（特願２０１４−０７６５０９）した。この出願（特願２０１４−０７６５０９）には、「面内において所定の光強度分布を有する２次元光源と、焦点距離ｆ１の第１集光光学系、および前記焦点距離ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の第２集光光学系とから形成される両側テレセントリック光学系とを備え、前記第１集光光学系が前記第２集光光学系に対して前記２次元光源の側に設けられ、前記２次元光源から出射されて前記第１集光光学系を通過して前記第２集光光学系に進行した光束が、前記第２集光光学系から光束として出射され、前記第２集光光学系から出射した光束を外部に出射するように構成されていることを特徴とするバックライト装置」（特願２０１４−０７６５０９の出願当初の請求項１に記載の発明。以下、参考技術１という。）が開示されている。
【０００５】
参考技術１では、発光源であるＬＥＤの光を取り込んだロッドライクインテグレータ（発光源から出射された光を前記ロッドライクインテグレータ内部で全反射させ、光束として出射させる光整形手段を意味する。）の出力面に形成される面光源（２次元光源）からの出射光を、投射レンズ及びミラー系（第１集光光学系及び第２集光光学系）で構成されている両側テレセントリック光学系を介して平行光線化した反射光として前記ミラー系から発生させ、前記反射光をプリズム反射板により液晶パネルに向かって垂直方向に反射させて限定された範囲内のみに光を集光させる投影方式を採用している。前記投射レンズとしては焦点距離ｆ１のレンズであるｆ１レンズを用いている。前記ミラー系としては、入射側から順に折り返しミラー及び前記ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の凹面反射鏡であるｆ２ミラーを用いている。
【０００６】
前記投影方式では、限定された範囲に集光した光によって画面内に形成する投影領域を輝度が均一な領域とすることができる。ここで、「輝度が均一な領域」とは、領域内の輝度分布データのバラツキ範囲（＝最大値−最小値）が平均値の±１５％以内であることを意味する。
【０００７】
ところで、画面のさらなる輝度向上と表示装置の薄型化を両立させることは現今において常に要望されている。そこで、本発明者らは、参考技術１のバックライト装置に関してさらに検討を加えた。この検討の内容及び結果は以下のとおりである。
【０００８】
すなわち、今後、参考技術１のバックライト装置を用いて画面の輝度をさらに向上させる必要がある場合、使用するＬＥＤの全光束を増加するために、（i）ＬＥＤの個数を増加させるか若しくは発光面積の広いＬＥＤを使用する、又は（ii）ＬＥＤから折り返しミラーまでを１灯とし、２灯の対向配置として各灯からの光を重畳させる方法が考えられる。これを２灯式という。なお、参考技術１のバックライト装置は、前記１灯のみを有するから、１灯式という。
【０００９】
しかし、前記(ｉ)の方法では、ＬＥＤ部のサイズが増加し、それに伴ってロッドライクインテグレータからｆ２ミラーまでの光学装置サイズも増加し、その結果、画面奥行き方向のサイズが増加して、輝度向上と薄型化の両立ができない。
【００１０】
これに対し、前記（ｉi）の方法（２灯式）では、ＬＥＤ部のサイズが増加しないため、輝度向上と薄型化の両立ができる。また、前記（ｉｉ）の方法では、同じ画面奥行き方向長さの条件下で画面輝度を増加させることもできる。
【００１１】
しかし、前記（ｉｉ）の方法では、画面上の投影領域の形状が非矩形状（より詳しくは、略六角形状）となることが、本発明者らの行った光学シミュレーション計算から分かった。
【００１２】
したがって、非矩形状の投影領域を、通常の矩形状の画面に適用する場合、画面全体を輝度が均一な領域とするために、非矩形状の投影領域のうち矩形全体と重なる部分のみを画面領域とし、その余の部分は捨てる必要があり、その結果、１灯式と比べて光利用率が低下する問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑み、光利用率を著しく低下させることなく、２灯からの光を重畳させて矩形状の画面内に投影領域を形成する２灯式バックライト装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために検討し、以下の知見を得た。
（ア）２灯式による画面位置における投影領域が矩形状の画面全体と重なる部分の前記投影領域全体に対する面積百分率である有効投影面積率を略８０％以上にすることにより、１灯式に準じた光利用率になる。
（イ）前記有効投影面積率を略８０％以上とするには、折り返しミラーの主光線入射に対する反射角を限定するとよい。
【００１５】
本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１６】
〔１〕  ＬＥＤからの光がロッドライクインテグレータの出力面から光束として出射し、両側テレセントリック光学系及びプリズム反射板を順に経て矩形状の液晶画面に垂直に入射する構成とし、前記両側テレセントリック光学系が、入射側から順に焦点距離ｆ１のレンズであるｆ１レンズ、折り返しミラー及び前記ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の凹面反射鏡であるｆ２ミラーを有してなるバックライト装置において、
前記ＬＥＤから前記折り返しミラーまでを１灯とし、２灯の互いのf１レンズ同士の光軸が一致する２灯対向配置として１灯からの光ともう１灯からの光を重畳させ、該重畳した光が前記ｆ２ミラー及び前記プリズム反射板を順に経て液晶画面に入射する構成とした２灯式バックライト装置であって、前記液晶画面に入射した光が画面位置に形成する投影領域の下記に定義される有効投影面積率を略８０％以上としたことを特徴とする２灯式バックライト装置。
記
有効投影面積率とは、画面位置における投影領域が矩形状の液晶画面全体と重なる部分の前記投影領域全体に対する面積百分率である。
【００１７】
〔２〕  前記〔１〕において、前記２灯の各１灯につき、折り返しミラーに入射するｆ１レンズからの主光線入射に対する反射角である折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満としたこと、又は前記折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満に調整する折り返しミラー角度調整手段を設けたことを特徴とする２灯式バックライト装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光利用率を１灯式よりも著しい低下を伴わない２灯式バックライト装置が得られる。２灯式としたことで、ディスプレイに必要な全光束を二分して賄えるため、各１灯のサイズ又は個数を低減でき、バックライト装置を薄くでき、ディスプレイの薄型化に寄与できる。また、発熱量の二分化に伴い、ＬＥＤの冷却効率が向上するため、冷却部の簡素化若しくは小型化又はＬＥＤの接合温度を低下させることにより、発光寿命及び発光効率の向上にも寄与できる。
【００１９】
また、バックライトが二重化される（１灯ごとにメンテナンスできる）ため、センサ等で輝度をモニタしてＬＥＤの輝度低下又はＬＥＤの寿命切れを検知して、適宜各１灯を切り替えることにより、画像表示装置の光源ユニットの長寿命化にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る２灯式バックライト装置の一例を示す（ａ）の上図は断面図、下図は背面図、（ｂ）の上図及び下図はそれぞれ（ａ）の上図及び下図に光学シミュレーション計算の結果を重ね合わせた光路図である。
【図２】（ａ）は折り返しミラー角度θの定義説明図、（ｂ）はθを種々変えた光学シミュレーション計算の結果を示す画面輝度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
まず、前記〔１〕に関する発明では、ＬＥＤからの光がロッドライクインテグレータの出力面から光束として出射し、両側テレセントリック光学系及びプリズム反射板を順に経て矩形状の液晶画面に垂直に入射する構成とし、前記両側テレセントリック光学系が、入射側から順に焦点距離ｆ１のレンズであるｆ１レンズ、折り返しミラー及び前記ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の凹面反射鏡であるｆ２ミラーを有してなるバックライト装置（前述のとおり１灯式である）を以下のとおり改造した。
【００２３】
すなわち、図１（ａ）に示すとおり、ＬＥＤ１から折り返しミラー４までを１灯とし、２灯の互いのf１レンズ同士の光軸か一致する２灯対向配置として、光路図である図１（ｂ）に示すとおり、１灯（第１灯１０）からの光ともう１灯（第２灯２０）からの光を重畳させ、該重畳した光が、ｆ２ミラー５及びプリズム反射板６を順に経て液晶画面７に入射する構成とした２灯式バックライト装置である。２灯の各１灯では、ｆ１レンズ３とｆ２ミラー５とが折り返しミラー４を介した両側テレセントリック光学系を構成し、ｆ１レンズ３への入射光束をロッドライクインテグレータ２で平行光束としたから、ｆ２ミラー５から出射する光束も平行光束となる。ここで、平行光束とは、光束中のいずれの２光線をとっても互いの交差角度の鋭角側の角度で定義される平行度が０度±５度以内である光束を意味する。なお、図１（ｂ）では、プリズム反射板６から液晶画面７までの光路は図示していないが、プリズム反射板６から液晶画面７への入射光束は画面に略垂直な、すなわち画面への入射角度が０度±５度以内である平行光束となって、画面位置に輝度が均一な投影領域を形成する。
【００２４】
前記〔１〕に関する発明では、さらに、１灯式に準じた光利用率を確保するために、液晶画面７に入射した光が画面位置に形成する投影領域の下記に定義される有効投影面積率を略８０％以上とした。
記
有効投影面積率とは、画面位置における投影領域が矩形状の液晶画面全体と重なる部分の前記投影領域全体に対する面積百分率である。
【００２５】
有効投影面積率が略８０％未満の場合、後掲の図２（ｂ）のア及びオに例示するとおり、画面領域の周縁部に輝度低下部分（ＮＧ部）が入り込みがちとなる。よって、有効投影面積率は略８０％以上とした。また、有効投影面先率は、省電力化の観点から、好ましくは８８％以上である。
【００２６】
なお、投影領域を拡大すれば、画面領域の周縁部に輝度低下部分（ＮＧ部）が入り込まなくなるが、有効投影面積率が低下し、１灯式と比べて光利用率が著しく低下して省電力化に逆行する。
【００２７】
次に、前記〔２〕に関する発明では、前記〔１〕に関する発明において、図２（ａ）に示すとおり、２灯（第１灯１０及び第２灯２０）の各１灯につき、折り返しミラー４に入射するｆ１レンズ３からの主光線入射に対する反射角である折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満とした。或いは、折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満に調整する折り返しミラー角度調整手段を設けた。
【００２８】
これにより、有効投影面積率を略８０％以上とすることができる。
【００２９】
ディスプレイプレに使用される折り返しミラー角度θは４５．０度が一般的であり、前記１灯式でもθ＝４５．０度である。しかし、２灯式の場合、本発明者らによる光学シミュレーション計算の結果を示す画面輝度分布図である図２（ｂ）に示すとおり、θ＝４５．０度では画面領域の周縁部に輝度低下部であるＮＧ部が入り込み（図（ｂ）のア参照）、また、θ＝４２．７度でも画面領域にＮＧ部が入り込む（図（ｂ）のオ参照）。これに対し、θが４３．０度以上、４５．０度未満では、画面領域全体が投影領域（輝度が均一な領域）と重なるようになって、有効投影面積率を略８０％以上とすることができる。よって、折り返しミラー角度θは４３．０度以上、４５．０度未満とした。
【００３０】
なお、前記折り返しミラー角度θを４３．０度以上、４５．０度未満に調整する折り返しミラー角度調整手段は、光利用効率向上の観点から、例えば微調整ステージなどで構成するのが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＬＥＤ
２  ロッドライクインテグレータ
３  ｆ１レンズ
４  折り返しミラー
５  ｆ２ミラー
６  プリズム反射板
７  画面（液晶画面）
１０  第１灯
２０  第２灯
【図１】
2017069045.tif 000003
【図２】
2017069045.tif 000004