JP2000258771A

JP2000258771A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000258771A
Application number: JP11059913A
Authority: JP
Inventors: Sunao Kurihara; 直栗原; Nobuaki Yamada; 信明山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】バックライトからの光の透過量を液晶素子に
おいて調整し、さらにいくつかの色成分を取り出して加
色混合することによりカラーの映像を現出する液晶表示
装置において、カラーの映像を得るに当たってバックラ
イトから出射された光の利用効率を改善する。【解決手段】単一の発色光である青色光を発光するバ
ックライト１０を液晶素子２０の背後に配置する。液晶
素子２０を透過してきたバックライト１０からの青色光
を赤色光に変換する赤色変換層３１と、透過してきた青
色光を緑色光に変換する緑色変換層３２と、青色光をそ
のまま透過させる青色部分３３とを有する色変換膜材３
０を液晶素子２０の前面に配置してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータのディスプレイやテレビジョン受像機の表示画面
として用いられるものであって、バックライトからの光
の透過量を液晶素子において調整し、さらにいくつかの
色成分を取り出して加色混合することによりカラーの映
像を現出する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の液晶表示装置を図５によ
って説明する。液晶素子５２の背後に白色光を発光する
バックライト５１が配されており、さらに液晶素子５２
の前面に光の３原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各フィルタ領域５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを有す
るカラーフィルタ５３を配している。光源であるバック
ライト５１から出射された白色光を液晶素子５２を透過
させた上でカラーフィルタ５３に透過させるが、液晶素
子５２において光の透過量を調整することにより、Ｒ，
Ｇ，Ｂの各フィルタ領域５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを透過
する各色成分の光量割合を調整することにより、所望の
カラーの映像を現出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術に
は次のような問題点がある。赤のフィルタ領域５３Ｒは
白色光から赤色スペクトル成分のみを取り出し、緑のフ
ィルタ領域５３Ｇは白色光から緑色スペクトル成分のみ
を取り出し、青のフィルタ領域５３Ｂは白色光から青色
スペクトル成分のみを取り出すもので、いずれも白色光
の光エネルギーの一部を取り出し、残りの部分は吸収さ
れてしまうため、エネルギーロスすなわち光の利用光量
の低下による輝度低下が生じるという問題があった。換
言すれば、一定の輝度を確保するためには、バックライ
トから出射する白色光の光量を増大しなければならず、
バックライトにおける消費電力が過剰に大きくなってし
まうという問題があった。

【０００４】ところで、光源を青色光の単一光とし、こ
の青色光を色変換膜材に透過させる技術として特開平９
−１７９５１２号公報に開示されたものがある。ただ
し、それは非常灯、案内灯、道路標識、広告灯などにか
かわるものであって、表示内容が常に同じの固定パター
ンとなっており、本発明が対象とする映出させる色が変
化する状態でカラー表示する液晶表示装置とは異なるも
のである。また、この公報の色変換膜材は、赤色変換蛍
光色素と緑色変換蛍光色素との両者を渾然一体に混合し
膜の全面にわたって均一分布の状態で分散させたもので
あり、入射した青色光の一部を赤色光に変換し、また別
の一部を緑色光に変換し、残りはそのまま青色光として
透過させるものであって、透過してきた赤色光と緑色光
と青色光を加色混合して最終的には白色光を得るように
している。すなわち、色変換膜材から出射される光は常
に白色光となるようにしている。これでは、映出させる
色が変化するカラーの映像を得ることはできない。換言
すれば、次のようにいうことができる。最終目標として
白色光を得たいのであるが、青色光からいきなりダイレ
クトに白色光に変換することは不可能である。そこで、
中間の媒体として、加色混合によって白色光を得るため
の元になる赤色光と緑色光とを得ようとし、そのために
色変換膜材を利用している。青色光から赤色光を得るこ
とおよび青色光から緑色光を得ることは最終目標ではな
い。それはあくまで中間段階の事象であるにすぎない。
青色光からダイレクトに白色光を得ることができないこ
とを理由として、やむなく中間媒体の色変換膜材によっ
て得た赤色光と緑色光と青色光とを加色混合することに
より白色光を得るようにしているのである。

【０００５】これでは、赤色光と緑色光と青色光とを互
いに全く分離して出射させようとする本発明とは異な
る。

【０００６】また、この公報においては、最も前面の表
示パネルにおいては固定パターンの表示内容を得るため
にカラーフィルタを貼り付けている。この点において
も、カラーフィルタをなくそうとしている本発明とは異
なる。

【０００７】また、透過する光量を調整する液晶素子を
用いておらず、かつ上記のように赤色変換蛍光色素と緑
色変換蛍光色素とを全面にわたって均一分散させてい
る。

【０００８】このようなわけで、この公報には本発明の
技術的思想を示唆するものはないといってよい。

【０００９】本発明は上記した課題の解決を図るべく、
上記の公報とは関係なしに創作したものであって、バッ
クライトからの光の透過量を液晶素子において調整し、
さらにいくつかの色成分を取り出して加色混合すること
によりカラーの映像を現出する液晶表示装置において、
バックライトから出射された光の利用効率を向上させる
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかわる液晶表
示装置は、次のような構成となっている。液晶素子の背
後に配したバックライトからの光を液晶素子が透過する
が、その液晶素子の前面にバックライトの発色光を異な
る色に変換する色変換膜材を配してある。

【００１１】この場合の好ましい態様として、バックラ
イトとして単一の発色光を発するものとし、さらにその
バックライトとして青色光を発光するバックライトとす
ることがあげられる。さらに、好ましい態様として、３
原色を得るために、色変換膜材として、青色光を赤色光
に変換する赤色変換層と、赤色光を緑色光に変換する緑
色変換層と、青色光をそのまま透過させる青色部分とを
有するものとして構成することがあげられる。

【００１２】色変換というのは、入射光の波長スペクト
ルがもつエネルギーを別の波長スペクトルの光のエネル
ギーに変換して出射することである。例えば入射する光
が青色光であるとき、青色光の波長スペクトルがもつ波
動エネルギーが色変換膜材を構成する蛍光物質（原子）
のエネルギーバンドにおいてより高いレベルへの励起を
行い、その高いレベルから低いレベルへ落ちたときのポ
テンシャルエネルギーから波動エネルギーへの変換によ
り、青色光とは別の波長スペクトルの光が放出される。

【００１３】以下、説明の都合上、好ましい態様につい
て述べる。赤色変換層においては入射した青色光が色変
換されて赤色光が放出される。緑色変換層においては入
射した青色光が色変換されて緑色光が放出される。青色
部分においては色変換する必要がないので青色光をその
まま青色光として透過させる。赤色変換層に対応した液
晶素子の光量調整領域での光量調整により赤色変換層か
ら放出されてくる赤色光の輝度が決まる。同様に、緑色
変換層に対応した液晶素子の光量調整領域での光量調整
により緑色変換層から放出されてくる緑色光の輝度が決
まる。青色部分に対応した液晶素子の光量調整領域での
光量調整により青色部分から放出されてくる青色光の輝
度が決まる。以上のように個々に輝度が決まった赤色光
と緑色光と青色光とが加色混合されることにより、その
混合割合に対応した色あいの光が出射される。

【００１４】カラーフィルタを用いる従来の技術の場合
には、赤のフィルタ領域で白色光から赤色スペクトル成
分のみを取り出したときのエネルギーロスや、緑のフィ
ルタ領域で白色光から緑色スペクトル成分のみを取り出
したときのエネルギーロスが相当に大きいのに対して、
色変換膜材を用いる本発明の場合には、エネルギーロス
が少ない。すなわち、本発明によれば、カラーの映像を
得るに当たってバックライトから出射された光の利用効
率が改善されることになる。

【００１５】上記は好ましい態様での説明であった。本
発明は必ずしも３原色を得ることに限るものではない。
少なくとも２つの任意の色のスペクトル成分を加色混合
して所望の色あいのマルチカラー（多色）の映像を得る
ものであればよい。もちろん３つ以上の色のスペクトル
成分を加色混合してマルチカラーまたはフルカラーの映
像を得るものでもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわる液晶表示
装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は実施の形態の液晶表示装置の基本要
素である１画素分の構成を模式的に示すものである。図
１において、符号の１０は単一の発色光として青色光を
発光するバックライト、２０は透過する光量を調整する
液晶素子、３０は液晶素子２０を透過してきたバックラ
イト１０からの単一の発色光である青色光（Ｂ）を赤色
光（Ｒ）に変換する領域と緑色光（Ｇ）に変換する領域
と青色光（Ｂ）のまま透過させる領域とを有する色変換
膜材である。液晶素子２０の背後にバックライト１０が
配され、液晶素子２０の前面に色変換膜材３０が配され
た構造となっている。

【００１８】青色発光のバックライト１０としては、例
えば蛍光材料として青色の蛍光材料のみを内周面に塗布
してある青色蛍光管を用いる。このほかに、青色ＥＬ素
子（ＥＬ：Electro Luminescent；エレクトロルミネセ
ント）や青色発光ダイオードなどがある。

【００１９】液晶素子２０としてはＴＦＴ−ＬＣＤ、Ｐ
ＡＬＣ（プラズマ・アドレス・リキッド・クリスタル−
ディスプレイ）などのアクティブマトリクス型液晶素子
またはパッシブマトリクス型液晶素子を用いることがで
きる。

【００２０】図２はパッシブマトリクス型液晶素子２０
の１画素分の概略構造を示す。一対の基板２１，２１の
互いに対向する内面に互いに直角の状態で透明電極２
２，２２が形成され、一対の基板２１，２１間に液晶２
３が封入され、各基板２１，２１の外面にそれぞれ偏光
板２４，２４が積層されている。

【００２１】なお、アクティブマトリクス型液晶素子の
場合には、一方の基板にＴＦＴ（Thin Film Transisto
r：薄膜トランジスタ）やＭＩＭ（Metal Insulator Met
al）などのアクティブ素子が形成されることになる。液
晶素子にはＴＮ（Twisted Nematic）、ＳＴＮ（Super-T
wisted Nematic）、ＩＰＳ（In-Plane Switching）、Ｖ
Ａ（Vertical Alignment）など様々な液晶モードが存在
するが、各モードで液晶を制御するための配向膜が対向
する透明電極２２，２２や基板２１，２１の内面に形成
されている（図示せず）。直交する上下の透明電極２
２，２２に対してどのように駆動電圧を印加するかによ
って、光の透過率を調整するようになっている。

【００２２】液晶素子２０は、青色発光のバックライト
１０からの光を背面から入射し、光量を制御する状態で
表面から色変換膜材３０に向けて出射する。光量の制御
については、透過する光量割合を任意に調整する光量調
整機能でもよいし、光を透過する状態と遮断する状態と
の２状態をオン／オフ的に得る光シャッタ機能でもよ
い。

【００２３】図３は色変換膜材３０の１画素分の概略構
造を示す。液晶素子２０を透過してきた青色光（Ｂ）を
赤色光（Ｒ）に変換する赤色変換層３１と、液晶素子２
０を透過してきた青色光（Ｂ）を緑色光（Ｇ）に変換す
る緑色変換層３２と、液晶素子２０を透過してきた青色
光（Ｂ）をそのまま透過させる青色部分３３とを支持体
３４上に形成し、その上を保護膜３５で被覆することに
より色変換膜材３０を構成してある。

【００２４】赤色変換層３１や緑色変換層３２を形成す
る色変換要素の構成として大別して次の３つの形態があ
る。まず、蛍光色素を透明媒質中に分散させたものがあ
る。また、蛍光色素を透明な固体の担体樹脂中に溶解さ
せた顔料でもよい。あるいは蛍光色素単独のものもあ
る。

【００２５】なお、青色光から赤色光への蛍光変換効率
は一般的に低いものであることから、所要の変換効率を
得るために、青色光から赤色光への色変換要素を複数種
類混合するとよい。また、青色光から緑色光への色変換
要素を複数種類混合してもよい。

【００２６】色変換要素に用いる樹脂は透明な材料で、
可視光で５０％以上の透過率を有するものが好ましい。
例えば、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメ
チルメタクリレート、ポリビニルアルコールなどの透明
樹脂がある。

【００２７】色変換膜材３０において赤色変換層３１と
緑色変換層３２と青色部分３３とを平面的に分離して配
置する方法として、フォトリソグラフィ法、印刷法、真
空蒸着法、スパッタリング法などがある。

【００２８】フォトリソグラフィ法を用いる場合には、
透明な感光性樹脂に蛍光色素を有する顔料を混合したも
のをスピンコートなどで成膜し、露光、現像、焼成を行
うことによって色変換膜材においての平面的な分離配置
を行う。また、印刷法を用いる場合には、透明樹脂に蛍
光色素を混合してなる印刷インキを使用し、印刷を行う
ことによって色変換膜材においての平面的な分離配置を
行う。また、真空蒸着法またはスパッタリング法を用い
る場合には、必要な色変換層をマスクを介して成膜する
ことによって平面的な分離配置を行う。

【００２９】色変換膜材の膜厚については、バックライ
トからの発光を充分に吸収し、蛍光を発生する機能を妨
げるものでなければ制限はなく、蛍光色素により若干異
なるが、通常は１０ｎｍ〜１ｍｍ程度が適当である。

【００３０】また、特に色変換膜材が蛍光色素と樹脂か
らなるものにおいては、蛍光色素の濃度が問題となる
が、蛍光の濃度消光を起こすことなく、かつ、バックラ
イトからの発光を充分に吸収できる範囲の濃度であれば
よい。蛍光色素の種類によるが、使用する樹脂に対して
１〜１０^-4ｍｏｌ／ｋｇの濃度が適している。

【００３１】液晶素子２０をパッシブマトリクス型にす
る場合の具体例について述べる。基板２１として厚さ
１．１ｍｍの透明ガラス基板を用いた。マグネトロンス
パッタリング装置を用いて、通常のスパッタリング法に
よりＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウム錫）の
ターゲットで透明ガラス基板に対してＩＴＯ膜を成膜し
て透明な電極２２を形成した。成膜条件については、基
板間隔距離５０ｍｍ、流量４．０ｓｃｃｍ（standard c
c per minute：標準立方センチメートル毎分）、投入パ
ワー０．５Ｗ／ｃｍ² であり、得られたＩＴＯ膜の膜厚
は１００ｎｍであった。

【００３２】通常のフォトリソグラフィ法により、透明
電極としてのＩＴＯ膜を成膜した基板において所定の電
極パターンを形成し、ＨＢｒ（臭化水素）などのＩＴＯ
エッチャントを用いてＩＴＯ膜を電極パターンにエッチ
ングし、洗浄を行い、ＩＴＯ膜による透明電極が形成さ
れた基板を得た。

【００３３】この基板に対してスピンコート法により配
向膜を塗布し、乾燥、焼成を行った。液晶がＴＮ（ツイ
ストネマチック）モードで動作するように配向膜をラビ
ングした。

【００３４】上記のようにして作製した一対の基板を貼
り合わせ、通常の真空注入法により液晶を注入し、封止
した。

【００３５】液晶を注入した基板２１，２１に対して上
下の偏光板２４，２４を互いに直交する状態で貼り合わ
せ、パッシブマトリクス型の液晶素子２０を得た。

【００３６】緑色変換層３２を次のように形成した。ガ
ラス基板をスクリーン印刷機にセットし、０．０３ｍｏ
ｌ／ｋｇのクマリン６と、バインダ樹脂としてポリ塩化
ビニル樹脂（平均分子量２万）と、溶剤としてシクロヘ
キサノンに溶解したインキ（粘度８０００ｃｐｓ（セン
チポアズ））とをガラス基板上に印刷し、８０℃でベー
クして、２０μｍ膜厚の緑色変換層３２を形成した。

【００３７】また、赤色変換層３１を次のように形成し
た。ガラス基板をスクリーン印刷機にセットし、０．０
３ｍｏｌ／ｋｇのクマリン６と、４重量パーセントのロ
ーダミン６ＧとローダミンＢをベンゾグアナミン樹脂中
に練り込んだ蛍光顔料と、バインダ樹脂としてポリ塩化
ビニル樹脂（平均分子量２万）と、溶剤としてシクロヘ
キサノンに溶解したインキ（粘度８０００ｃｐｓ）とを
ガラス基板上に印刷し、８０℃でベークして、２０μｍ
膜厚の赤色変換層３１を形成した。

【００３８】青色部分３３はバックライトの青色光をそ
のまま透過させるので、透明樹脂で形成した。なお、そ
のまま何も形成せずに空間を確保するだけでもよい。

【００３９】以上のようにして得られたバックライト１
０と液晶素子２０と色変換膜材３０とを組み立てること
により液晶表示装置を作製した。その液晶表示装置の１
画素分の構造を図４に示す。液晶素子２０において上下
にある電極２２，２２‥のうち下側の３つの電極２２の
１つずつが、赤色変換層３１と緑色変換層３２と青色部
分３３のそれぞれに位置対応している。

【００４０】この液晶表示装置において、各液晶素子２
０を全透過状態として、バックライト１０を点灯させた
ところ、３原色の各画素についての輝度比が、Ｒ（赤）：Ｇ（緑）：Ｂ（青）＝２：7.2 ：１となり、ホワイトバランスは良好であった。

【００４１】バックライト１０の光の利用効率は、従来
の技術の場合に比べて、１．５倍以上も向上していた。

【００４２】以上、３原色を得る場合の実施の形態につ
いて説明してきたが、本発明は次のように構成したもの
も含むものである。

【００４３】（１）バックライト１０が青色光を発光す
るものであることを前提に、色変換膜材３０として、青
色部分３３がなく、赤色変換層３１と緑色変換層３２と
を備えているものを用いるような構成。赤色光と緑色光
との加色混合によるマルチカラーの映像が得られる。

【００４４】（２）バックライト１０が青色光を発光す
るものであることを前提に、色変換膜材３０として、緑
色変換層３２がなく、赤色変換層３１と青色部分３３と
を備えているものを用いるような構成。赤色光と青色光
との加色混合によるマルチカラーの映像が得られる。

【００４５】（３）バックライト１０が青色光を発光す
るものであることを前提に、色変換膜材３０として、赤
色変換層３１がなく、緑色変換層３２と青色部分３３と
を備えているものを用いるような構成。緑色光と青色光
との加色混合によるマルチカラーの映像が得られる。

【００４６】（４）バックライト１０として、青色光に
代えて、緑色光を発光するものを用いるような構成。こ
の場合、色変換膜材３０としては、緑色光を赤色光に色
変換する赤色変換層と、緑色光をそのまま透過させる緑
色部分とを備えたものとする。

【００４７】（５）バックライトとして、青色光、赤色
光、緑色光ではない単一の発色光を発光するものを用い
る。例えば、橙色光を発光するバックライトを用いる。
そして、色変換膜材として、その橙色光を赤色光に色変
換する赤色変換層と、橙色光を緑色光に色変換する緑色
変換層とを備えたものとする。バックライトの発色光は
橙以外でもよい。

【００４８】（６）バックライトとして緑色光を発光す
るものを用い、色変換膜材として、緑色光を赤色光に色
変換する赤色変換層と、緑色光をそのまま透過させる緑
色部分とを備えたものとする。

【００４９】（７）バックライトとして黄橙色光を発光
するものを用い、色変換膜材として、黄橙色光を赤色光
に色変換する赤色変換層と、黄橙色光を緑色光に色変換
する緑色変換層とを備えたものとする。

【００５０】（８）以上のことから普遍化していうと、
任意の色Ｃ₀ の光を発光するバックライトに対して、色
Ｃ₀ をそれぞれ任意の色Ｃ_i （ｉ＝１，２‥）に変換す
る２つ以上の色変換層を有する色変換膜材を配置する。
色変換層のうち１つはバックライトの色Ｃ₀ と同じつま
り色Ｃ₀ をそのまま透過させるものであってもよい。例
えば、色変換膜材として色Ｃ₀ を色Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ ，
Ｃ₄ ，Ｃ₅ に変換する５つの色変換層を有するものとし
たり、色Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ ，Ｃ₄ に変換する４つの色変
換層と色Ｃ₀ の部分との組み合わせとしたりできる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、バックライト、液晶素
子およびバックライトからの発色光を色変換する色変換
膜材から構成したので、従来技術のカラーフィルタを透
過させる場合に比べて、エネルギーロスが少なく、光の
利用効率が向上する。その結果として、バックライトに
おける消費電力を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかわる液晶表示装置
の基本要素である１画素分の構成を模式的に示す断面図

【図２】実施の形態におけるパッシブマトリクス型液
晶素子の１画素分の概略構造を示す断面図

【図３】実施の形態における色変換膜材の１画素分の
概略構造を示す断面図

【図４】実施の形態の液晶表示装置の１画素分のより
詳しい断面構造を示す断面図

【図５】従来の技術にかかわる液晶表示装置の概略の
断面図

【符号の説明】

１０…バックライト、２０…液晶素子、２１…基板、２
２…透明電極、２３…液晶、２４…偏光板、３０…色変
換膜材、３１…赤色変換層、３２…緑色変換層、３３…
青色部分、３４…支持体、３５…保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA01X FA08X FA08Z FA41X FA41Z FA43X FA43Z FA44Z FA45Z FA50X FB02 FB12 FB13 FC02 FC10 FC12 FC22 FD04 GA06 GA13 HA07 HA10 HA18 LA03 LA15 LA16 5G435 AA03 AA04 BB12 CC12 EE25 FF00 GG00 GG12 HH06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶素子を透過してくるバックライトの
発色光を異なる色に変換する色変換膜材を備えている液
晶表示装置。
【請求項２】バックライトはその発色光を青色光とす
るものである請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】色変換膜材は青色光を赤色光に変換する
赤色変換層と赤色光を緑色光に変換する緑色変換層と青
色光をそのまま透過させる青色部分とを有している請求
項２に記載の液晶表示装置。