JP2005190861A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】 少ない消費電力で高輝度なバックライトを提供する。
【解決手段】 ほぼ全方向に発光するショートアーク型のＨＩＤランプ４と、このＨＩＤランプ４を内包するとともに、断面が弧状でかつ全体的に細長い反射面３ｂおよびこの反射面端によって形成される細長い開口３ａを有し、このＨＩＤランプ４から入射される光のほとんどを開口３ａ側に反射するように構成された反射体３と、この反射体３の開口３ａの一長辺側に、弧状の反射面３ｂとほぼ連続するように配設され、開口３ａからの光の少なくとも一部を反射する面状の反射手段５と、この反射手段５に中空領域７を介して対向するとともに、光を透過可能に構成された平面状の出光手段６とを具備していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に高輝度放電ランプまたは高圧放電ランプと呼ばれているＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプを光源とした中空方式のバックライトに関するものである。

従来、液晶表示等に用いられるバックライトの方式としては、バックライトの出光面の背面側に光源を配置し、その正面側に光を出光する直下型方式、バックライトの内部に導光板を配置し、光源から発せられた光を導光板内で反射させながら出光面に光を導く導光板方式、および対向する出光面と反射面に中空の空間を形成し、光源からの光をその空間内で伝播しながら出光面より光を出射する中空方式が代表的である。

これらのバックライトの方式のうち、現在導光板方式が多く用いられている。この方式では、バックライトを大型化した場合、導光板も大型化しなければならず、そのためバックライトの重量が重くなってしまう。

そこで、現在、大型化の液晶テレビなどが注目を浴びる中で、この液晶表示に用いるバックライトとして、大型化しても軽量で、かつ厚さを薄く保つことができる中空方式のバックライトの研究がなされている。この中空方式のバックライトの例として図７がある。このバックライト１０１は、ハウジング１０２の底面に反射手段である反射シート１０３を設け、さらにこの反射シート１０３に対向するように光拡散手段である拡散シート１０４が設けられ、構成されている。そして、これらのシートの間には中空領域１０５が形成されており、この中空空間１０５に向けて光を出射する長尺状の光源１０６がバックライト１０１の側面に配置されている。光源１０６には、その出射光を中空空間１０５に導くように反射体１０７が配置されている。そして、これらで構成されたバックライト１０１の拡散シート１０４に液晶表示素子１０８が配置される。（たとえば、特許文献１参照。）。また、この種のバックライトの光源として、発光ダイオード（以後、ＬＥＤ）を用いたものも出願されている。（たとえば、特許文献２参照。）。

特開平１１−７２６２５号公報 特開２００２−２５８７６４号公報

しかし、これらのようにＣＣＦＬやＬＥＤを使用したバックライトは、所望の輝度を得るために複数のランプを使用しなければならず、その数が増えることで消費電力が増加するという問題があり、電力消費を抑えつつ、高い輝度を得ることはできなかった。
また、図７のような長尺状の光源１０６は、さまざまな方向に光を放射するので、その放出された光の損失を減らすために反射体１０７を備えている。しかし、その光源１０６は反射体１０３が形成している空間内で比較的大きな体積を占めているため、光源１０６で放射され、この反射体１０７に反射した光がその光源１０６に入射し、光を吸収して損失が発生してしまうという問題があった。そのため、反射体１０３に反射した光を効率良く中空領域１０５に出射しているとはいえず、そのランプ自身に入射した反射光の分だけ輝度が低下していた。
これらの課題を解決するバックライトを、ＨＩＤランプと呼ばれているものの中で、さらに放電のための電力が少ないショートアーク型のＨＩＤランプを使用することで実現することができた。

従って、本発明は、少ない消費電力で高輝度なバックライトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のバックライトは、ほぼ全方向に発光するショートアーク型のＨＩＤランプと、このＨＩＤランプを内包するとともに、断面が弧状でかつ全体的に細長い反射面およびこの反射面端によって形成される細長い開口を有し、このＨＩＤランプから入射される光のほとんどを開口側に反射するように構成された反射体と、この反射体の開口の一長辺側に、弧状の反射面とほぼ連続するように配設され、開口からの光の少なくとも一部を反射する面状の反射手段と、この反射手段に中空領域を介して対向するとともに、光を透過可能に構成された平面状の出光手段とを具備していることを特徴とする。

したがって、本発明によれば、少ない消費電力で高い輝度が得られるバックライトを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第1の実施の形態を図1乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるバックライトの断面図である。

このバックライト１は、ケース２、反射体３、ＨＩＤランプ４、反射手段５、出光手段６、中空領域７、透明フィルム８、プリズムシート９で構成されている。これらで構成されるバックライト１の発光面１ａから光が面発光のように出射される。

ケース２は、バックライト１の構成要素を配置保持するものであり、例えばアルミニウムなどの軽量で丈夫な金属や樹脂などからなる。このケース２は、保持部２ａ、反射面２ｂなどを有している。
反射体３は、細長い面状の開口３ａを形成する弧状の反射面３ｂを有し、ケース２の保持部２ａに配置される。ここで、「弧状」とは正円状や放物線形状などを含んでいる。この反射体３は、例えば光輝アルミなどの反射率の高い金属などからなるが、反射率の高い材料でなくても、反射体３の形状を形成した金属の反射面３ｂに反射シートを貼るなどして反射損失を抑えたものを使用してもよい。また、この反射体３は図１のように開口３ａの短手方向の断面が弧状の形状のみならず、開口３ａの長手方向の断面が弧状の形状であってもよく、さらにまた、開口３ａの短手方向および長手方向の断面が弧状の形状であってもよい。ここで、この実施例では反射体３の長手方向の端部も同様に反射体３の反射面として形成されているが、この端部は反射体３と一体に形成されなくてもよい。また、この反射体３はケース２と一体に形成されてもよい。
ＨＩＤランプ４は、本発明のバックライトに使用する光源であり、ショートアーク型で、高いランプ効率のものであればどんなものでもよい。ただし、望ましくは管壁負荷が４０Ｗ／ ｃｍ２以上のものがよい。このＨＩＤランプ４は、ほぼ球状の放電空間とその空間内に一対の電極を持ち、その電極に電圧を印加することで放電空間から光を発する。今回、電力３５Ｗ、管壁負荷６０Ｗ／ ｃｍ２、全光束３１５０ｌｍの自動車の前照灯に使用されている電球工業会規格Ｄ２ＳのＨＩＤランプを使用した。

このＨＩＤランプ４の配置位置および配置方法について図２および図３を参照して説明する。図２は、反射体３の長手方向の中間を開口３ａに対して直角方向に中央付近を避けて切断した斜視図であり、図中の直線Ｘはその切断面上での反射体３の光軸を示し、直線Ｙは直線Ｘに垂直でＨＩＤランプ４の中心を通る直線である。図３は、バックライト１にＨＩＤランプ４を配置した光源付近の拡大図である。
まず、ＨＩＤランプ４の配置位置は、反射体３の反射面３ｂが形成する空間内、かつ反射体３の長手方向のほぼ中央に配置される。Ｘ方向については、ＨＩＤランプ４からの光がバックライト１の発光面１ａの光源付近で偏って出射しにくいように、直線Ｘの矢印方向で弧状の反射体３に近接した場所に配置するのが望ましいが、少なくとも開口３ａよりも直線Ｘの矢印方向側にあればよい。ここで、この段落において「配置した」とはＨＩＤランプ４の放電空間の配置位置を示している。次にＹ方向については、基本的に反射体３の反射面３ｂが形成する空間の中央付近で良いが、Ｘ方向同様、ＨＩＤランプ４からの光がバックライト１の発光面１ａの光源付近で偏って出射しにくいように反射体３のＹ方向長さの真中より直線Ｙの矢印方向に配置しても良い。ここで、ランプの個数については１個が望ましいが、複数使用しても構わない。
次に、本実施の形態ではＨＩＤランプ４は、図４のように反射体３に対して反射手段５の方向から挿入配置される。ここで、このＨＩＤランプ４は大きく分けて容器４ａの部分と灯具４ｂの部分からなる。これらを挿入するために、反射体３にはこの容器４ａが貫通する貫通孔３ｃが、ケース２には容器４ａが通る貫通孔２ｃと灯具４ｂを固定する固定孔２ｄが空けられている。この貫通孔２ｃ、３ｃの大きさは容器４ａの部分が貫通する程度の大きさで、かつできる限り小さい方が望ましい。この貫通孔２ｃ、３ｃに容器４ａが貫通した後、ＨＩＤランプ４の放電空間が所定の位置になる場所で、灯具４ｂが固定孔２ｄによって固定される。この固定の方法は、単に灯具４ｂと固定具２ｄをさせるだけでもよいが、ネジ等で固定してもよい。このランプの挿入、固定の構造により、ランプ交換の際、簡単に取り付け、取り外しをすることができる。なおこの図では、ＨＩＤランプは水平に対して垂直方向に配置されているが、実際のバックライトではＨＩＤランプはほぼ水平に配置されるようになる。

反射手段５は、ＨＩＤランプ４からの光を反射する面状のシートであり、反射体３の反射面３ｂの一端とほぼ連続に、ケース２の反射面２ｂに配設される。この反射手段５の光源に近い面には鏡面反射シートが、光源よりも遠い面には拡散反射シートが貼られている。このように貼り分けることで光源から遠いバックライト１の発光面１ａに光を導くことができるが、このように貼り分けなくても、全面を拡散反射シートまたは鏡面反射シートなどの反射率の高いシートを貼るだけでもよい。ここで、ケース２の保持部２ａを除く端面にも同じ様な反射手段が施されるのが望ましい。

出光手段６は、ＨＩＤランプ４からの直接光および反射体３や反射手段５により反射した光を出射する平面状のシートであり、中空領域７を介して反射手段５と対向配置される。この出光手段６には、中空領域７の側である背面６ａから入射した光を、反中空領域７の側である正面６ｂに出射する際に拡散透過させる作用をし、発光面１ａにおいてその付近の均斉度を向上させる拡散板が使用されている。また、この出光手段５には拡散板のみならず拡散シートなどでも代用できる。

透明フィルム８は、ＨＩＤランプ４からの直接光および反射体３や反射手段５による反射光を、透過または反射する薄い膜であり、出光手段６の背面６ａに配設される。この透明フィルム８は透過性のあるフィルムならどんなものを使用してもよく、透明のシールなどを使用してもよい。このようなものを配設することで、バックライト１の発光面１ａにおける均斉度を高めることができる。この詳細な説明については後で述べる。

また、この透明フィルム８の表面にドット印刷を施してもよい。このドット印刷は、印刷されたドットの部分に光が当たった場合、透過せず反射するというものである。このドット印刷によりバックライト１の発光面１ａにおける出光の調節ができる。例えば、このドットを光源側から奥に向かうにつれて小さくなるように形成することで、発光面１ａの光源付近における光の出射を少なくし、奥に向かうほど光が出射しやすくすることができる。

プリズムシート９は、バックライト１の発光面１ａ方向の正面輝度を高くするプリズム面と平面を持つシートであり、出光手段６の正面６ｂにプリズム面を発光面１ａ方向に向けて配設する。また、このようにプリズム面を発光面１ａ方向に向けて配設することにより、透明フィルム８と同じように均斉度を高める効果を得ることができる。この説明も後述する。さらに、このようなプリズムシートをもう一枚配設することで、より正面輝度と均斉度を上昇させることができる。

これらで構成されたバックライトが他のバックライトに比べどれくらい消費電力が少ないかを説明する。まず、本発明に使用したＨＩＤランプ４は前述したように３５Ｗで３１５０ｌｍの全光束を発することができる。これに対し、ＣＣＦＬを使用してこのＨＩＤランプと同様の全光束を得ようとすると、一本約６Ｗのランプを１２本程度使用しなければ同じくらいの全光束を得ることができず、したがってＨＩＤランプの場合と比べて約２倍の電力を消費する。また、ＬＥＤに関しては、現在一般に使用されているものは、まだ白熱電球と同じくらいのランプ効率なのでＣＣＦＬを用いたバックライトよりもさらに電力消費が高いと考えられる。したがって、本発明のバックライトは従来と比較すると高輝度で大きな電力消費低減の効果が得られる。
また、ＨＩＤランプ４は反射体３の大きさに比べて小さな光源であるので、反射体３方向に放出され、そこで反射した光が光源自身に入射し、その光が損失となることが少なくなるので、輝度の低下を抑止することができる。
次に、出光手段６の背面６ａに透明フィルム８を配設しない場合と配設した場合のバックライト１の発光面１ａに出射する光の変化を図４および図５を用いて説明する。図４は、バックライト１の発光面１ａに出光手段６のみを配設した光源付
近の拡大図、図５は出光手段６の背面６ａに透明フィルム８を配設した光源付近の拡大図である。

図４では、ＨＩＤランプ４からの直接光、反射体３および反射手段５からの反射光は出光手段６の面に入射する。この際、この出光手段６として配設された拡散板は、その表面が凹凸形状であるため、さまざまな方向に出射または反射する。この出射光はこのバックライト１の発光面１ａを面発光し、反射光は反射手段５の方向に反射されるため、光源から遠い発光面１ａにある程度の光を導くことができる。したがって、均斉度の向上の効果を得られるが、拡散板だけでは満足のいく均斉度を得ることはできない。
これに対して図５では、さらに出光手段６の背面６ａに透明フィルム８が配設されているため、この背面６ａに入射する前に図のように光を反射することができる。これにより、さらに光源から離れたバックライト１の発光面１ａに光を導くことができ、均斉度が向上する。この効果によって、出光手段６に拡散板を配設しただけのバックライトよりも均斉度が約２０％向上するという実験結果が得られている。また、出光手段６の正面６ｂにプリズムシート９を配設することにより、同様の現象がこの出光手段６とプリズムシート９の平面との境界面でも発生し、さらに均斉度を高くすることができる。つまり、これらを配設することで再び中空領域７の方向に反射する光の割合を増やすことができる。すなわち、輝度が低くなりがちになる光源から離れたバックライト１の発光面１ａに光を導くことができるようになるので、発光面１ａにおける光の出光量を調節でき、結果として均斉度が向上する。
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態であるバックライトの断面図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態のバックライトの断面図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、反射手段である反射手段５の形状が光源側から反光源側のバックライト１の発光面１ａに向けて湾曲ししている点である。ここで、この反射手段の反射面は反射手段５だけで構成しているが、アルミニウムなどを弧状に形成し、その面に反射シートを配設したり、銀蒸着などを施したりしてもよい。
この反射手段の反射面が光源から離れるほど湾曲していることにより、第１の実施の形態により得られる効果に加え、光を光源から離れたバックライト１の発光面１ａに効率良く出射させることができるため、さらに均斉度を高くすることができる。
また、この反射手段の形状は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

本発明による第１の実施の形態のバックライトの断面図。 反射体の長手方向の中間を開口面に対して直角な方向に切断した斜視図。 バックライトにＨＩＤランプを配置した光源付近の拡大図。 バックライトの発光面に拡散板のみを配設したバックライトの光源付近の拡大図。 バックライトの発光面に拡散板および拡散板の背面に透明フィルムを配設した光源付近の拡大図。 ケースの出光面に拡散板とその背面に透明フィルム、正面にプリズムシートを配設した光源付近の拡大図。 従来のバックライトの断面図。

符号の説明

１ バックライト
２ ケース
３ 反射体
４ ＨＩＤランプ
５ 反射手段
６ 出光手段
７ 中空領域
８ 透明フィルム
９ プリズムシート

Claims (5)

1. ほぼ全方向に発光するショートアーク型のＨＩＤランプと、このＨＩＤランプを内包するとともに、断面が弧状でかつ全体的に細長い反射面およびこの反射面端によって形成される細長い開口を有し、このＨＩＤランプから入射される光のほとんどを開口側に反射するように構成された反射体と、この反射体の開口の一長辺側に、弧状の反射面とほぼ連続するように配設され、開口からの光の少なくとも一部を反射する面状の反射手段と、この反射手段に中空領域を介して対向するとともに、光を透過可能に構成された平面状の出光手段とを具備していることを特徴とするバックライト。
2. 前記出光手段が拡散板であることを特徴とするバックライト。
3. 前記出光手段の前記中空領域側に透明フィルムが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記載のバックライト。
4. 前記出光手段の前記反中空領域側に少なくとも一枚プリズムシートが配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のバックライト。
5. 前記ＨＩＤランプは前記反射体に対して前記反射手段の方向から挿入配置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のバックライト。
   
   
   

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