JP2000111911A

JP2000111911A - ランプおよび液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000111911A
Application number: JP10287439A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mori; 祐二森; Seiichi Nishiyama; 清一西山; Toshihiro Yajima; 利浩矢島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ランプの外部に出射される光量を増加し、発光
効率を改善した明るく低消費電力のランプ、およびこれ
をバックライトとして用いた表示画面が明るく低消費電
力の液晶表示装置を提供する。【解決手段】内部にガスを封止したガラス管３からなる
ランプ２において、屈折率が空気の屈折率より大きく、
かつガラス管３を構成するガラス材の屈折率より小さい
反射防止膜１をガラス管３の外周面３ａに設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を供給するラン
プ、および該ランプをバックライトの構成要素とする液
晶表示装置に係り、特に、蛍光体を発光源とし、管径の
細い蛍光管に適用するのに好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量という特長
と、ブラウン管に匹敵する高画質という点から、パソコ
ン等の情報処理機器（ＯＡ機器）の表示端末として広く
普及し始めている。

【０００３】液晶表示装置（すなわち、液晶表示モジュ
ール）は、例えば、少なくとも一方の対向面に表示用電
極を設けた２枚のガラス等からなる透明絶縁基板を、所
定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部に枠
状（ロの字状）に設けた液晶シール材により、両基板を
貼り合わせるとともに、シール材の一部に設けた液晶封
入口から両基板間のシール材の内側に液晶を封止し、さ
らに両基板の外側に一定の偏光のみ透過させる偏光板を
設けてなる液晶表示パネル（すなわち、液晶表示素子、
ＬＣＤ：リキッドクリスタルディスプレイ(Liquid Cr
ystal Display)）と、この液晶表示パネルの下に配置さ
れ、液晶表示パネルに背面から光を供給し、画像を表示
するための光源となるバックライトと、液晶表示パネル
の外周部の外側に配置され、上記電極に表示画像信号に
応じた電圧を印加する駆動用回路基板と、液晶表示パネ
ルやバックライトを収納、保持するプラスチックモール
ドケースと、前記各部材を収納し、表示窓があけられた
金属製上シールドケースと、金属製下シールドケース等
で構成されている。

【０００４】なお、バックライトは、光源から発せられ
る光を該光源から離れた方へ導き、液晶表示素子全体に
光を均一に照射する透明アクリル板等の合成樹脂板から
なる導光板と、導光板の少なくとも１側面近傍に該側面
に沿って配置した線状光源である冷陰極蛍光放電管と、
該蛍光管をその全長にわたって覆い、断面形状がほぼＵ
字状で、その内面が反射面であるランプ反射シートと、
導光板の上に配置され、導光板からの光を拡散する拡散
シートと、該拡散シートの上に配置した１枚または２枚
のプリズムシート等の輝度向上シートと、導光板に入射
した光を導光体の上面から出射させるために、導光板の
下面に設けた光拡散用パターンと、導光板の下に配置さ
れ、導光板からの光を液晶表示素子の方へ反射させる反
射シート等から構成される。このようなバックライト
は、エッジライト方式と称される。

【０００５】また、バックライトは、液晶表示素子の下
に拡散板等を介して複数本の蛍光放電管を平行に配置
し、該蛍光放電管の下に反射板を配置したいわゆる直下
型方式バックライトもある。

【０００６】液晶表示装置のバックライトに用いられる
ランプとしては、冷陰極あるいは熱陰極蛍光管（両者を
総称してＣＦＬと称される）が知られている。これらの
ランプは、両端部を閉じた肉薄のガラス細管の内面に蛍
光体層を形成し、該ガラス細管内には放電ガスが充填さ
れている。この放電ガスが交流放電によって紫外光を発
光し、この紫外光が蛍光体層を励起して可視光が発生す
る。発生した可視光は、ガラスを透過して外部に出射さ
れ、照明光として用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】携帯情報機器としての
ノートパソコンやサブノートパソコンが注目されてきて
いるが、該機器において問題となるのは、重量と、バッ
テリを使っての駆動時間である。このため、ノートパソ
コン等に表示部として使用される液晶表示装置におい
て、より薄くしたがって軽く、より低消費電力にするこ
とが要求されている。この要求に対応するために、液晶
表示装置のバックライトにおいてもより薄い導光板が用
いられるようになり、さらにランプも細管化が進んでい
る。

【０００８】このような薄型導光板、細管ランプを用い
たバックライトにおける課題について図７を用いて説明
する。

【０００９】図７はランプと導光板の入光部の拡大断面
図である。

【００１０】２０は導光板、２１は導光板２０の一端面
である入光部、２はランプ（ＣＦＬ）、２２はランプ反
射シート、２３は導光板２０の下に配置された反射シー
ト、２４は直接光、２５は第１の反射光、２６は第２の
反射光である。

【００１１】導光板２０の一端面２１に沿ってランプ２
が配置され、その周囲をランプ反射シート２２が取り囲
んでいる。

【００１２】導光板２０の入光部２１の厚さをｄとし、
ランプ２の外径をｒとする。ランプ２から発生された光
は、入光部２１から導光板２０に入射し、導光板２０の
上に配置される液晶表示パネル（ここでは図示省略。図
５、図４の符号ＰＮＬ参照）を下側から（表示画面側と
反対の背面側から）照らす。

【００１３】導光板２０に入射する光としては、ランプ
２から発生し、導光板２０に直接入射する直接光２４、
ランプ２の導光板２０側の面から発生した光がランプ反
射シート２２で反射した後に導光板２０に入射する第１
の反射光２５、およびランプ２の導光板２０と反対側の
面から発生した光がランプ反射シート２２で反射した後
に導光板２０に入射する第２の反射光２６がある。

【００１４】液晶表示パネルを照らす光としては、直接
光２４が最も大きな割合を持つと考えられている。反射
光２５、反射光２６については、導光板２０の入光部厚
ｄが十分に大きく、ランプ外径ｒとの間にある程度の差
が得られる場合には、反射光２６の関与する割合が大き
くなっていると考えられている。

【００１５】しかし、現在、軽量化の目的でバックライ
トの厚さを薄くするために、導光板厚ｄを薄くする傾向
にあり、ランプ外径ｒとの差が小さくなってきている。
例えば、導光板厚ｄ＝２ｍｍ、ランプ外径ｒ＝１．８ｍ
ｍというバックライトも開発対象となってきている。

【００１６】このような場合、ランプ反射シート２２と
ランプ２の間の空間がほとんどなく、上記反射光２６の
関与する割合が非常に小さくなってしまう。すなわち、
直接光２４がほとんどを占め、反射光２５が若干補充す
る程度に関与し、反射光２６はほとんど無しという状況
が起こる。このような状況で、バックライトの輝度を向
上するためには、ランプ２から導光板２０に直接入射す
る直接光２４の光量を増加させる、すなわち、直接光２
６を強くすることが最も効果がある改善策となる。

【００１７】すなわち、液晶表示装置のバックライトに
おいては、今後も薄型軽量化、低消費電力化へのニーズ
が強くなっていく。この場合、ランプの直径と導光板の
入光部の厚みがほぼ等しくなってしまうので、ランプの
発光光を十分に利用することが困難になる。

【００１８】本発明の目的は、ランプの外部に出射され
る光量を増加し、発光効率を改善した明るく低消費電力
のランプ、およびこれをバックライトとして用いた表示
画面が明るく低消費電力の液晶表示装置を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のランプは、内部にガスを封止したガラス管
を有し、光を供給するランプにおいて、少なくとも１つ
の構成材料の屈折率が空気の屈折率より大きく、かつ上
記ガラス管を構成するガラス材の屈折率より小さい反射
防止膜を、上記ガラス管の外周面に設けたことを特徴と
する。

【００２０】また、本発明の液晶表示装置は、少なくと
も一方の対向面に画素電極を設けた２枚の絶縁基板を所
定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板の間に液晶を封
止してなる液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの下に
配置され、内部にガスを封止したガラス管を有するラン
プを構成要素とするバックライトとを具備する液晶表示
装置において、少なくとも１つの構成材料の屈折率が空
気の屈折率より大きく、かつ上記ガラス管を構成するガ
ラス材の屈折率より小さい反射防止膜を、上記ガラス管
の外周面に設けたことを特徴とする。

【００２１】本発明では、ランプのガラス管の外周面
に、屈折率が空気の屈折率より大きく、該ガラス管を構
成するガラス材の屈折率より小さい反射防止膜を設けた
ことにより、ランプのガラス管の外周面における表面反
射を抑制し、ランプから発生した光をランプに戻さずに
外に出射させるので、ランプの外部に出射される光量が
増加し、発光効率を改善することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００２３】図１は本発明の実施の形態を示すランプ
（冷陰極蛍光管）の長さ方向の縦断面図、図２はこのラ
ンプの横断面図（図１のＡ−Ａ′切断線に対応する部分
の断面図）、図３は図２の部分拡大図である。

【００２４】本実施の形態では、液晶表示装置における
バックライトの光源として用いられるランプの場合を示
す。

【００２５】図１において、２はランプ、３はガラス
管、３ａはガラス管３の外周面、４はガラスビーズ、５
は電極、６はリード線、７はガラス管３の内周面（内
壁）に設けた蛍光体膜、８はガラス管３内に放電ガスを
充填、封止した放電空間、１は反射防止膜である。

【００２６】図１に示すように、中空のガラス管３の両
端は、ガラスビーズ４によって封止されている。ガラス
管３の内部には、ネオンガスとアルゴンガスの混合ガス
が封入されている。また、紫外線を発生する水銀が入っ
ている。両端のビーズ４には、電極５が取り付けられた
リード線６が埋め込まれている。蛍光体膜７は、ガラス
管３の内面に塗布されているが、ビーズ４による封止効
果を上げるために、ガラス管３の両端付近の蛍光体膜は
除去されている。ガラス管３の外周面３ａには、反射防
止膜１が形成されている。反射防止膜１は、発光効率を
向上するため、蛍光体膜７が塗布されている領域と同じ
か、それより広い領域に形成されている。反射防止膜１
については、後で詳細に説明する。

【００２７】図２において、９ａ、９ｂは出射光、１０
は全反射光（反射防止膜１を設けない場合）を示す。

【００２８】ガラス管３の屈折率は高いため、図２に示
すように、ガラス管外周面３ａで反射され、全反射光１
０で示すように、外に出ない光がある。

【００２９】図３において、１１は蛍光体膜７から発せ
られる光、１１ｔは透過光、１１ｒは反射光である。

【００３０】図１〜図３に示すように、薄肉のガラス管
３の内周面には蛍光体膜７が塗布され設けられている。
この蛍光体膜７の内側が、ガスが封入されている放電空
間８である。放電によってガス中の水銀が紫外光を発光
し、その紫外光が蛍光体膜７を励起し、この蛍光体膜７
が発光する。蛍光体膜７の発光の指向性はほとんどな
く、全空間にわたって均等に発光するものと考えられて
いる。

【００３１】図３において、蛍光体膜７から発光した光
１１を考える。光１１は、ガラス管外周面３ａに向かっ
て進行していく。ガラス管外周面３ａでは、いわゆる表
面反射によって、光１１の一部が反射し、反射光１１ｒ
となって蛍光体膜７の方へ戻ってしまう（反射防止膜１
を設けない場合）。そして、ランプ２の発光光として用
いられる光は、反射光１１ｒを除いた透過光１１ｔだけ
となる。一般に、ＣＦＬのガラス管の材質としては、鉛
系ガラスかホウケイ酸ガラスが用いられている。鉛系ガ
ラスの屈折率は１．５〜１．６程度、ホウケイ酸ガラス
の屈折率は１．４〜１．５程度である。ガラス管外周面
３ａの接平面に垂直に入射する光を考え、ガラス管材の
屈折率を１．５とすると、ガラス管外周面３ａにおける
反射光１１ｒは、光１１の４％となる。

【００３２】ここで、ガラス管外周面３ａに所定の誘電
体膜等からなる反射防止膜１を形成する。この反射防止
膜１によって、蛍光体膜７で発生した光がガラス管外周
面３ａで反射しないようにする。このように、蛍光体膜
７から発生した光を蛍光体膜７に戻さずに（ガラス管３
内に閉じ込められる光を低減し）、ランプ２の外部に有
効に出射させる。したがって、ランプ２から発生する光
量が増加し、発光効率の改善を図ることができ、低消費
電力化を図ることができる。

【００３３】液晶表示装置に用いられるバックライトの
光源としてのランプ２内壁に塗布される蛍光体膜７とし
ては、赤、緑、青の３色に対応した発光色を有する各蛍
光体を混合した蛍光体材料、いわゆる３波長蛍光体を用
いる。

【００３４】放電ガスとしては、ネオンとアルゴンの希
ガス混合ガスを一般に用いる。さらに、紫外線発光のた
めに、水銀が封入されている。ネオンとアルゴンの混合
比は、８０：２０〜９９：１程度で、ガス総圧は、５０
Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ（６．６ｋＰａ〜１３．３ｋ
Ｐａ）程度に設定する。また、水銀の代わりに紫外線を
発光するキセノンを混合する場合もある。空気の屈折率
をｎ_A、ガラス管３の屈折率をｎ_G、反射防止膜１の屈折
率をｎ_RPとすると、３つの屈折率の関係として、下記式
に示されるような材質の反射防止膜１を用いると、ガラ
ス管外周面３ａでの表面反射を無くすことができ、無反
射状態を作ることができる。

【００３５】ｎ_RP・ｎ_RP＝ｎ_A・ｎ_G また、反射防止膜１の膜厚をｔとすると、ｎ_RP・ｔ＝λ／４ただし、λは光の波長、となる。

【００３６】鉛系ガラス管を用いた場合、ｎ_G＝１．６
として、ｎ_RP＝１．２６となる。したがって、屈折率
１．２６の膜の波長５３０ｎｍに対する無反射の条件
は、膜厚１０５ｎｍとなる。屈折率が１．２６前後の無
機系誘電体材料としては、例えばフッ化アルミニウムや
フッ化カルシウムがある。

【００３７】なお、屈折率が上記式を満たさない場合に
おいても、反射防止膜１形成材料の屈折率が、ガラス管
３と空気の屈折率の間にあれば、ガラス管外周面３ａに
おける反射を低減する効果がある。有機系材料では、フ
ッ素系樹脂を用いることができる。さらに、反射防止膜
１を、屈折率の異なる薄膜を複数層化することも可能で
ある。このとき、反射防止膜１を構成する複数層のう
ち、少なくとも１層の形成材料の屈折率が、ガラス管３
と空気の屈折率の間にあればよい。これにより、使用可
能な薄膜材料の範囲が増加し、また、ガラス管外周面３
ａにおける反射を低減する効果を向上することが可能で
ある。

【００３８】反射防止膜についてさらに詳しく説明す
る。

【００３９】ガラス管３の外周面３ａに形成する反射防
止膜１の材質としては、可視光の範囲（波長３５０ｎｍ
〜７８０ｎｍ）で、屈折率がガラス管３の屈折率と空気
の屈折率との間にある材質が適当である。例えば、フッ
化アルミニウム（ＡｌＦ₃）、フッ化カルシウム（Ｃａ
Ｆ₂）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウ
ム（ＭｇＦ₂）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、Ｎａ₃Ａ
ｌＦ₆等のフッ化物を用いることができる。また、ガラ
ス管３に屈折率の比較的高いガラス材を用いる場合に
は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂、あるいはＳｉＯ）を用い
ることもできる。

【００４０】また、２層以上に多層膜化することも有効
である。単層膜では、用いることのできる膜材が限られ
てしまうこと、および最も反射率の低い波長は１つであ
るなどの制約がある。多層膜化することによって、使用
できる膜材の範囲が広がり、かつ、反射防止膜１が構成
しやすくなる。特に、３層以上に多層膜化すると、反射
率の低い領域が広がり、ディスプレイとして良好な条件
となる。

【００４１】３層構造反射防止膜の構成例としては、空
気側からｎ₁＝１．３８、ｎ₂＝２．１０、ｎ₃＝１．６
２の各屈折率に近い材料を積層する。１層目のｎ₁＝
１．３８前後の屈折率を持つ材料としては、例えばＭｇ
Ｆ₂を用いることができる。同様な屈折率を有する材料
として、ＡｌＦ₃、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎ
ａＦなどがある。２層目のｎ₂＝２．１０前後の屈折率
を持つ材料としては、ＨｆＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、
Ｐｒ₆Ｏ₁₁、Ｓｂ₂Ｏ₃、酸化珪素（ＳｉＯ）、ＺｎＯ、
ＺｒＯ₂等を用いることができる。３層目のｎ₃＝１．６
２前後の屈折率を持つ材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＦ
₃、ＬａＦ、ＮｄＦ₃等を用いることができる。

【００４２】反射防止膜１の形成方法としては、各材料
を蒸着によってガラス管外周面３ａに形成する。また、
酸化珪素等の場合には、粉体を混入した液状物質をガラ
ス管外周面３ａに塗布し、焼成することによって膜を形
成する。また、別のフィルム基材上に膜を形成して、該
フィルムをガラス管外周面３ａに貼り付けたり、熱等を
加えることによって該フィルムを収縮させ、ガラス管外
周面に巻き付かせることによって、反射防止膜を形成で
きる。該フィルム基材としては、ＰＥＴ（ポリエチレン
テレフタレート）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シリコン
樹脂等、ガラス管３の屈折率に近い材質を選ぶのが好ま
しい。

【００４３】図４は本発明が適用可能な液晶表示モジュ
ールＭＤＬの分解斜視図である。

【００４４】ＳＨＤは金属板から成るシールドケース
（メタルフレームとも称す）、ＷＤは表示窓、ＳＰＣ１
〜４は絶縁スペーサ、ＦＰＣ１、２は折り曲げられた多
層フレキシブル回路基板（ＦＰＣ１はゲート側回路基
板、ＦＰＣ２はドレイン側回路基板）、ＰＣＢはインタ
ーフェイス回路基板、ＡＳＢはアセンブルされた駆動回
路基板付き液晶表示素子、ＰＮＬは重ね合せた２枚の透
明絶縁基板の一方の基板上に駆動用ＩＣを搭載した液晶
表示素子（液晶表示パネルとも称す）、ＧＣ１およびＧ
Ｃ２はゴムクッション、ＰＲＳはプリズムシート（２
枚）、ＳＰＳは拡散シート、ＧＬＢは導光板、ＲＦＳは
反射シート、ＭＣＡは一体成型により形成された下側ケ
ース（モールドケース）、ＬＰは蛍光管、ＬＰＣはラン
プケーブル、ＬＣＴはインバータ用の接続コネクタ、Ｇ
Ｂは蛍光管ＬＰを支持するゴムブッシュであり、図に示
すような上下の配置関係で各部材が積み重ねられて液晶
表示モジュールＭＤＬが組み立てられる。

【００４５】図５（ａ）は図４のＢ−Ｂ′切断線に対応
する部分における断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ′切断線に対
応する部分における断面図である。

【００４６】図６は液晶表示モジュールＭＤＬを実装し
たノートブック型のパソコン、あるいはワープロの斜視
図である。

【００４７】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば本発明は、単純
マトリクス方式の液晶表示装置のバックライトにも、縦
電界方式や横電界方式のアクティブマトリクス方式の液
晶表示装置のバックライトにも、あるいはＣＯＧ（チッ
プオンガラス）方式の液晶表示装置のバックライトにも
適用可能なことは言うまでもない。また、バックライト
もエッジライト方式に限定されず、上記直下型方式等に
も適用可能である。さらに、本発明によるランプは、液
晶表示装置のバックライトに限定されないことは勿論で
ある。すなわち、本発明によるランプは、ランプを使用
する各種機器に適用可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ランプの出射光量が増加し、高輝度、低消費電力のラン
プを提供できる。また、液晶表示装置におけるバックラ
イト、特に導光板を用いた薄型バックライトの発光効率
を向上させ、高輝度、低消費電力の液晶表示装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すランプ（冷陰極蛍光
管）の長さ方向の縦断面図である。

【図２】図１のランプの横断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】本発明が適用可能な液晶表示モジュールの分解
斜視図である。

【図５】（ａ）は図１のＢ−Ｂ′切断線に対応する部分
における断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ′切断線に対応する部
分における断面図である。

【図６】液晶表示モジュールを実装したノートブック型
のパソコン、あるいはワープロの斜視図である。

【図７】ランプと導光板の入光部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…反射防止膜、２…ランプ、３…ガラス管、３ａ…ガ
ラス管外周面、４…ガラスビーズ、５…電極、６…リー
ド線、７…蛍光体膜、８…放電空間、９ａ、９ｂ…出射
光、１０…全反射光、１１…光、１１ｔ…透過光、１１
ｒ…反射光、２０…導光板、２１…入光部（導光板の一
端面）、２２…ランプ反射シート、２３…反射シート、
２４…直接光、２５…第１の反射光、２６…第２の反射
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢島利浩千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内Ｆターム(参考） 2H091 FA37Z FA42Z FC02 KA01 LA18 LA30 5C043 AA02 AA20 BB04 CC09 CD01 DD27 EA11 EB11 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にガスを封止したガラス管を有し、光
を供給するランプにおいて、少なくとも１つの構成材料
の屈折率が空気の屈折率より大きく、かつ上記ガラス管
を構成するガラス材の屈折率より小さい反射防止膜を、
上記ガラス管の外周面に設けたことを特徴とするラン
プ。
【請求項２】少なくとも一方の対向面に画素電極を設け
た２枚の絶縁基板を所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該
両基板の間に液晶を封止してなる液晶表示パネルと、該
液晶表示パネルの下に配置され、内部にガスを封止した
ガラス管を有するランプを構成要素とするバックライト
とを具備する液晶表示装置において、少なくとも１つの
構成材料の屈折率が空気の屈折率より大きく、かつ上記
ガラス管を構成するガラス材の屈折率より小さい反射防
止膜を、上記ガラス管の外周面に設けたことを特徴とす
る液晶表示装置。