JP2007334131A - 液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性に優れ、動作温度による出力変動が少なく安定して使用できる液晶表示装置用光源及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置用光源は、液晶表示パネルの背面に配置される液晶表示装置用光源であって、平板状の導光板１０と、導光板１０を面発光させるために、導光板１０と光学的に接続された光源として、青色に発光可能な発光ダイオードと、緑色に発光可能な冷陰極蛍光管と、赤色に発光可能な冷陰極蛍光管と、光源を駆動するための駆動回路とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置に関し、より詳しくは光源に冷陰極蛍光管と発光ダイオードとを併用した液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置に関する。

従来の液晶表示装置には、反射型の液晶表示装置と、透過型の液晶表示装置があり、このうち透過型装置は液晶パネルの背面に設けられた面状光源（バックライト）の発光によって画像を認識させる。このようなバックライト用光源としては、従来より冷陰極蛍光灯（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）が主に用いられている。ＣＣＦＬはヒータやフィラメントを有さず、小径で比較的高輝度であるという特性を有する。

しかしながら、ＣＣＦＬに使用される蛍光体の発光色により色再現範囲がある程度限られてしまうため、液晶ディスプレイはブラウン管やプラズマディスプレイパネル（plasma display panel：ＰＤＰ）等の他のディスプレイに比べ、ＮＴＳＣ比で色再現範囲に劣るという問題があった。

このような液晶ディスプレイでブラウン管やＰＤＰ以上の色再現範囲を実現するには、バックライトの光源としてＣＣＦＬに代わって発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を使用することが考えられる。

例えば携帯電話などの小型バックライト光源は、ＣＣＦＬに代わって青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの発光で励起されて黄色乃至黄緑色に波長変換する蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤが主に利用されている。しかしながら、このＬＥＤは青色と黄色の混色で擬似的に白色を得る方式であり、色再現範囲に劣るという問題があった。

このため、より色再現範囲を拡大するために、光の３原色である赤色、青色、緑色の３色のＬＥＤを使用してバックライト用光源を構成することが考えられる。しかしながら、現状では緑色ＬＥＤの発光効率が赤色、青色と比較して劣るため、この影響により白色としての発光効率も下がるという問題があった。またＬＥＤ自体のコストが高いことに加えて、赤色、青色、緑色ＬＥＤの周辺温度特性やライフ特性が大きく違うため、白色のバランスを補正するための回路等が複雑になり、コスト高となるという問題もあった。

一方、ＬＥＤのみでバックライト用光源を構成するのでなく、緑色ＣＣＦＬ及び青色ＣＣＦＬと赤色ＬＥＤとを組み合わせた液晶表示装置が開発されている（特許文献１参照）。この液晶表示装置は、バックライト用光源の赤色成分にＣＣＦＬに代わって赤色ＬＥＤを使用することにより、赤色成分の色再現範囲を広くしている。この様子を、バックライト光源の発光スペクトルを示す図１に基づいて説明する。この図において図１（ａ）は従来のＲＧＢ（Red Green Blue）に発光するＲＧＢ−ＣＣＦＬの発光スペクトル、図１（ｂ）はＧＢに発光するＧＢ−ＣＣＦＬ、図１（ｃ）は赤色発光ＬＥＤ、図１（ｄ）は上記（ｂ）ＧＢ−ＣＣＦＬと（ｃ）Ｒ−ＬＥＤを組み合わせた発光スペクトルを、それぞれ示している。上記構成では、図１（ｄ）のように、ＧＢ−ＣＣＦＬとＲ−ＬＥＤとを組み合わせることによって図１（ａ）と同様の３原色のスペクトル（いわゆる３波長型）を実現している。さらに、図１（ｄ）と図１（ａ）を比較すると、Ｒの成分がＣＣＦＬによる波長６１５ｎｍから、ＬＥＤにより６４０ｎｍ付近までシフトされており、赤色の色再現範囲が拡大されている。図２は、図１（ａ）の赤色成分の近傍のみを切り取って拡大した図である。この図の点線はスペクトル軌跡であり、大きい矢印は色座標の改善方向である。このように上記構成によれば、赤色光の波長が６４０ｎｍであることから、赤色成分のスペクトル軌跡を矢印で示す方向に移動させて赤色構成分の色再現範囲を拡大できる。
特開２００４−２９４９８４号公報

しかしながら、赤色ＬＥＤは周囲温度の変化によって出力の変化量が大きいという欠点があった。このため、周囲温度の影響を受けて出力が変化し、赤色の輝度が安定しないという問題がある。例えば、カーナビゲーション用など車載用の液晶ディスプレイでは、車内温度が極めて高温になるし、また液晶ＴＶでも、ＣＣＦＬの発熱により相当な高温となる。特に近年の小型化の要求に伴い、放熱性の維持が困難になりつつある状況では、ある程度の高温での動作も想定した設計が望まれるところである。このため、このような温度変化に不安定な赤色ＬＥＤを使用すると、使用環境に応じて輝度変化の大きい、色再現性の悪いバックライト用光源となるという問題があった。

さらに、青色ＣＣＦＬを使用すると、カラーフィルタで緑色成分がカットされる結果、全体の出力が低下するという問題もあった。すなわち、上記構成では青色を得るためにＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕの蛍光体を使用しているため、図１（ｄ）に示すように青色の発光スペクトルがブロードになり、緑色成分にまで裾を引いてしまう。このため、青色光成分と緑色光成分に分離するためのカラーフィルタの透過光成分を狭く設定し、青色光の裾成分をカットする必要がある。

しかしながら、カラーフィルタの透過光成分を制限すると、光の透過率が低下するため、全体として取り出すことのできる光出力が低下するという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、温度特性に優れ、動作温度による出力変動が少なく安定して使用できる液晶表示装置用光源及び液晶表示装置を提供することにある。また本発明の他の目的は、光の透過率を高めてより高出力とした液晶表示装置用光源及び液晶表示装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために第１発明に係る液晶表示装置用光源は、液晶表示パネルの背面に配置される液晶表示装置用光源であって、平板状の導光板と、導光板を面発光させるために、導光板と光学的に接続された光源として、青色に発光可能な発光ダイオードと、緑色に発光可能な冷陰極蛍光管と、赤色に発光可能な冷陰極蛍光管と、光源を駆動するための駆動回路とを備える。

また第２発明に係る液晶表示装置用光源は、液晶表示パネルの背面に配置される液晶表示装置用光源であって、平板状の導光板と、導光板を面発光させるために、導光板と光学的に接続された光源として、青色に発光可能な発光ダイオードと、黄色に発光可能な冷陰極蛍光管と、光源を駆動するための駆動回路とを備えることができる。

さらに第３発明に係る液晶表示装置用光源は、導光板が略矩形状であり、冷陰極蛍光管が、直管で構成され、導光板の周囲に配置することができる。

さらにまた第４発明に係る液晶表示装置用光源は、導光板が略矩形状であり、冷陰極蛍光管が、Ｌ字状に折曲された形状に構成されており、導光板の周囲に配置することができる。

さらにまた第５発明に係る液晶表示装置用光源は、導光板が略矩形状であり、冷陰極蛍光管が、Ｕ字状に折曲された形状に構成されており、導光板の裏面に配置することができる。

さらにまた第６発明に係る液晶表示装置用光源は、青色発光ダイオードを複数、導光板の端縁に略均等に配置することができる。

さらにまた第７発明に係る液晶表示装置用光源は、青色発光ダイオードを複数、導光板の裏面に略均等に配置することができる。

さらにまた第８発明に係る液晶表示装置用光源は、導光板が略矩形状であり、冷陰極蛍光管が、導光板の周囲に配置され、青色発光ダイオードを複数、導光板の端縁に略均等に配置することができる。

さらにまた第９発明に係る液晶表示装置は、上記の液晶表示装置用光源を使用したものである。

第１、第８〜第９発明によれば、電流温度特性に優れた青色発光ダイオードを使用して、周囲温度の変化に対して安定した液晶表示装置用光源を実現できる。第２発明によれば、電流温度特性に優れた青色発光ダイオードを使用して、周囲温度の変化に対して安定した液晶表示装置用光源を実現できる。第３発明によれば、導光板の周囲に冷陰極蛍光管を配置することで導光板の厚さを薄型にできる。また直管式の冷陰極蛍光管を使用して安価に構成できる。第４発明によれば、導光板の周囲に冷陰極蛍光管を配置することで導光板の厚さを薄型にできる。また導光板の周囲に効率よく冷陰極蛍光管を配置できる。第５発明によれば、導光板の裏面に光源を配置して、導光板の面積が広くなることを回避できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置を例示するものであって、本発明は液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（エッジライト方式液晶表示装置用光源）

図３に、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置用光源の分解斜視図を示す。この図に示す液晶表示装置用光源は、筐体を構成するフロントフレーム１とバックフレーム２と、これらの内部に収納される導光板１０と、青色ＬＥＤ２１を備えるＬＥＤユニット２０と、緑色冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）３０と、赤色冷陰極蛍光管４０とを備える。導光板１０の上面には、光を拡散させて均一化する拡散シート１２と、この光に指向性を持たせるためのプリズムシート等のレンズシート１４が配置される。レンズシート１４は、好ましくは２枚のレンズシート１４を重ねて使用する。また導光板１０の下面には、導光板１０の下面で光を反射させて有効利用するための反射シート１６が配置される。これらのシート材は、好ましくは同一形状、寸法とすることで、上下に二分割されたフロントフレーム１とバックフレーム２との間に収まりよく収納できる。また冷陰極蛍光管３０、４０の外側、すなわち導光板１０と面していない側には、冷陰極蛍光管３０、４０を覆うように、断面コ字状の反射器（リフレクタ）１７が配置されており、冷陰極蛍光管３０、４０が発する光を効率よく導光板１０側に反射させる。
（冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０）

冷陰極蛍光管は、冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０に電気的に接続されている。冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０は冷陰極蛍光管３０、４０を点灯駆動する。この冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０は、インバータ回路を備える。インバータ回路はランプを駆動する際に必要な高電圧を発生させ、またランプ周波数とランプ電流を適正に調整する。なお、複数の冷陰極蛍光管を一の冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０で駆動することが、回路構成上好ましいが、より正確な駆動制御を行うために個別の冷陰極蛍光管点灯駆動回路を用意することもできる。
（冷陰極蛍光管３０、４０）

導光板１０の長手方向と平行な端面には、冷陰極蛍光管３０、４０が配置され、導光板１０と光学的に接続される。この例では、手前側に緑色ＣＣＦＬ３０、奥側に赤色ＣＣＦＬ４０を配置している。図４は、図３の導光板１０に光源を配置するレイアウトを示す平面図である。この図に示すように、導光板１０の周囲に光源を配置し、各々の端面から異なる発光色の光を個々に入射させることによって、導光板１０の内部で混色されて白色光を得、さらに導光板１０によって導光板１０の第１の面（主面側）のほぼ全面に導かれ、均一に発光する面状光源とすることができる。なお、図４以降に示す液晶表示装置用光源を構成する部材の内、図３と同じ部材については、同一の符号を付して詳細説明を省略する。

冷陰極蛍光管（ランプ）３０、４０は、カラー液晶ディスプレイのバックライト等として利用されている既存の冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）が利用できる。ＣＣＦＬは、密閉された小口径の細長いガラス管で、内部に不活性ガスが充填されている。管の両端に高電圧が加えられると、不活性ガスが電離して紫外線が生成され、この紫外線によって管の内面に塗布された蛍光体が励起され、可視光が生成される。このＣＣＦＬは、カラーフィルタを通して画像を得る構造になっているので、冷陰極ランプ用赤色発光蛍光体としては、後述する赤色フィルタの波長域内に発光スペクトルのピーク波長があって、半値幅の狭い蛍光体が効率よく好ましい。またＣＣＦＬは一般に管径が１〜４ｍｍと細く、工程に適した粒径選択が必要である。このように、適切な発光スペクトルと粒径を有する冷陰極ランプ用赤色発光蛍光体を選択する。

ＣＣＦＬは軽量、高効率、長寿命という利点を有し、またＬＥＤに比べて低コストである。このため本実施の形態においては、光の３原色の一である青色光源のみをＬＥＤで構成し、他の２色の光源をＣＣＦＬで構成することにより、コストを抑えることができる。さらに、青色光源のみをＬＥＤとすることで、温度変化に対して安定で信頼性の高い液晶表示装置用光源を得ることができる。すなわち、青色ＬＥＤは赤色や緑色ＬＥＤに比べ温度変化による出力変化が少ないという優れた特性を有する。また赤色や緑色ＬＥＤに比べ発光効率が良く、発光スペクトルがシャープで色再現範囲が広いという利点も享受できる。青色ＬＥＤに緑と赤のＣＣＦＬを組み合わせた液晶表示装置用光源とすることで、緑色光のカラーフィルタの透過率を上げることができ、全体としての光出力を向上できる。

一例として、希土類蛍光体を用いて冷陰極ランプを作製する手順を説明する。先ず、蛍光体とピロリン酸カルシウム、カルシウムバリウムボレート等の結着剤をニトロセルロース／酢酸ブチル溶液に添加し、これらを混合し懸濁させて蛍光体塗布懸濁液を調製する。得られた蛍光体塗布懸濁液をガラス管の内面に流し込み、その後これに温風を通じることで乾燥させ、ベーキング、排気、フィラメントの装着、口金の取り付けを行い、冷陰極ランプを得る。この蛍光体は２５４ｎｍ紫外線励起による発光輝度が高く、管径が１〜４ｍｍと細い冷陰極ランプに適した粒径範囲であるため、発光特性の優れた冷陰極ランプを得ることができる。
（ＬＥＤユニット２０）

さらに、導光板１０の側面の一端、図３の例では導光板１０の長手方向端面の一方に、青色ＬＥＤ２１を複数、線状に配列したＬＥＤユニット２０が配置され、導光板１０と光学的に接続される。ＬＥＤユニット２０は、導光板１０の端面から光を入射するエッジライト方式によって、導光板１０の上方向（観察面）から光を取り出す面状光源を得る。

ＬＥＤユニット２０は、一方向に延長した細長い形状の基板上に、ほぼ等間隔に青色ＬＥＤチップ２１を実装したものである。また各青色ＬＥＤチップ２１は、ＬＥＤ点灯駆動回路６０によって点灯駆動される。
（ＬＥＤ点灯駆動回路６０）

さらにＬＥＤユニット２０には、各ＬＥＤチップを点灯駆動するためのＬＥＤ点灯駆動回路６０が接続される。ＬＥＤ点灯駆動回路６０は、導光板１０の出射面で均一な白色光が得られるように各ＬＥＤの点灯を制御する。ＬＥＤの出力は、ＰＷＭやＰＡＭ等によって制御できる。また必要に応じて、各ＬＥＤチップの発光特性のばらつきを補正するよう、電流量を調整する調整機構を備えてもよい。あるいは、周囲の明るさを検出し、これに応じて出力を調整する調整回路等を付加することもできる。
（レイアウトの変形例）

またＬＥＤユニット２０は、一列のみを導光板１０に配置するのみならず、複数を配置することもできる。図５に、変形例として導光板１０の長辺側側面に赤色ＣＣＦＬ４０及び緑色ＣＣＦＬ３０を配置しつつ、導光板１０の長手方向端面の対向面に各々ＬＥＤユニット２０を配置したレイアウトの平面図を示す。このように、青色ＬＥＤ２１を対向する端面に配置することで、輝度及び指向性の強い青色ＬＥＤ２１の光をより均一に導光板１０内に与え、出力を増すと共に均一化した面状光源を得ることができる。

なおＬＥＤは、導光板の端面に配置するエッジライト方式の他、導光板の裏面に配置する直下方式とすることもできる。図６に、ＬＥＤを直下方式とした液晶表示装置用光源の導光板１０の平面図を示す。この図に示すように、導光板１０の端面に赤色ＣＣＦＬ４０及び緑色ＣＣＦＬ３０を配置し、かつ導光板１０の底面（第２の面）側に青色ＬＥＤ２１を配置する。青色ＬＥＤ２１の配置は、導光板１０の主面で可能な限り均一な光が得られるよう、互いに等間隔に配置することが好ましい。また、散乱板などを利用して光のムラを低減し、均質化を図ることができる。

また一方、緑色及び赤色ＣＣＦＬ３０、４０についても、対向面に配置する構成に限られず、例えば図７に示すように隣接する辺同士に、直管式ＣＣＦＬをＬ字状に配置することもできる。異なる色のＣＣＦＬを近接して配置することで、これらの混色性を高めることができる。

このように、青色ＬＥＤ２１と、赤色及び緑色の２本のＣＣＦＬ３０、４０を組み合わせることで、演色性の良好な白色に発光する液晶表示装置用光源が実現できる。また、赤色及び緑色の２本のＣＣＦＬに代わって、黄色のＣＣＦＬを使用すれば、１本のＣＣＦＬで青色ＬＥＤ２１との混色で白色光を得ることができる。図８に、このような構成の一例として、導光板１０の長辺側に各々青色ＬＥＤ２１を含むＬＥＤユニットと黄色ＣＣＦＬ３２をそれぞれ配置した平面図を示す。この構成であれば、ＣＣＦＬが１本で済むため、冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０の簡素化や装置全体の小型化が実現できる。

また以上の例では、ＣＣＦＬとしてほぼ直線状の直管を使用したが、図９に示すように、Ｌ字状に折曲されたＣＣＦＬ３１、４１を使用することもできる。このようにＬ字状のＣＣＦＬ３１、４１を２つ使用すれば、導光板１０のほぼ全周をＣＣＦＬ３１、４１で囲んで照射することで、均一な発光が得られる。

あるいは図１０に示すようにＵ字状に折曲されたＣＣＦＬ３２、４２を、導光板１０の背面に配置することもできる。Ｕ字状のＣＣＦＬ３２、４２は、長手方向のサイズを大きくすることなく管の全長を長くして発光出力を向上できるので、導光板１０の背面に面するよう光源を配置する直下方式に好適に利用できる。また導光板１０の裏面にＣＣＦＬを配置する直下方式は、図１０に示すように青色ＬＥＤ２１、ＣＣＦＬ３２、４２のいずれも直下方式とする構成の他、図１１に示すようにＣＣＦＬ３０、４０を直下方式とし、青色ＬＥＤ２１を端面に配置したエッジライト方式とすることもできる。
（直下方式液晶表示装置用光源）

図１２に、ＣＣＦＬを直下方式とした液晶表示装置用光源の分解斜視図の一例を示す。図１２の液晶表示装置用光源も、筐体を上下に二分割したフロントフレーム１とバックフレーム２の間に、導光板１０と、ＣＣＦＬと、ＬＥＤユニット２０を収納している。導光板１０の上面にはレンズシート１４と拡散シート１２を配置し、また下面に直管式のＣＣＦＬ３０、４０を６本配置している。導光板１０の長手方向と平行となるように、ＣＣＦＬ３０、４０をほぼ等間隔に固定し、さらにＣＣＦＬ３０、４０の下面に反射器１７Ｂを配置している。各ＣＣＦＬ３０、４０は、両端部をホルダ１８で固定し、さらに冷陰極蛍光管点灯駆動回路５０と接続される。一方、導光板１０の長辺側には、各々５個の青色ＬＥＤ２１を備えるＬＥＤユニット２０を配置している。この配置によって、ＬＥＤとＣＣＦＬの配置スペースをバランスよくレイアウトして液晶表示装置用光源をコンパクトに構成できる。

あるいは逆に、図７や図９に示すように、青色ＬＥＤ２１を直下方式とし、緑色、赤色ＣＣＦＬ３０、４０を端面に配置したエッジライト方式としてもよい。さらには図１３に示すように、青色ＬＥＤ２１、緑色、赤色ＣＣＦＬ３０、４０のいずれもエッジライト方式とし、各々を端面に配置することもできる。さらにまた、青色ＬＥＤ２１と緑色、赤色ＣＣＦＬ３０、４０とを近接して配置することもできる。例えば図１４では、導光板１０の同じ端面に緑色、赤色ＣＣＦＬ３０、４０と青色ＬＥＤ２１を配置することで、これらを近接させて混色性を高め、色ムラの少ない白色系の混色光が得られる。ただ、この構成では導光板１０の一方に青色ＬＥＤ２１といずれかのＣＣＦＬ（図１４の例では緑色ＣＣＦＬ４０）が配置されるため、液晶表示装置用光源の厚みが大きくなるなど、サイズ面では不利となる。また、光源が隣接される結果、発熱源が集中するため放熱性もよくない。このため、液晶表示装置用光源のサイズを小型化し、また放熱性を高めて長寿命化を測る観点からは、ＬＥＤとＣＣＦＬとを異なる位置に配置することが好ましい。

このように、ＬＥＤ及びＣＣＦＬを導光板に配置する構成は、導光板に要求される光量や面積、厚さなどの要求や仕様に応じて、適宜選択できる。特に液晶表示装置の大きさに応じて、ＬＥＤやＣＣＦＬの数、レイアウト等が設定される。

なお、上記の例ではＬＥＤ及びＣＣＦＬで使用する導光板を共通として、導光板の小型化を図っている。一方で、ＬＥＤ用、ＣＣＦＬ用に各々導光板を用意することもできる。例えば、ＬＥＤ用導光板とＣＣＦＬ用導光板の２枚を重ねて、これらの混色光として白色系の光を得る構成としてもよい。ただし、複数枚の導光板を使用すると大型化する上、輝度が低下する。このため、好ましくは一枚の導光板をＬＥＤ及びＣＣＦＬで共用する。
（導光板１０）

導光板１０は、主面を光の取り出し面となる出射面とし、その対向面を反射面とする。反射面の側には、光を反射させて上方向に取り出すための反射手段が設けられる。反射手段としては、図３に示すように導光板１０と別部材の反射シート１６を設ける他、導光板１０の表面を直接加工して光拡散ドットパターン等を形成する構成も採用できる。また、導光板１０を構成する樹脂に予め拡散材を混入して、光の散乱、反射効果によって光を出射面から取り出す構成としてもよい。

また、導光板１０の端面にＬＥＤユニット２０を配置するエッジライト方式では、点光源のＬＥＤと光学的に接続する端面には１または複数の切り欠き部を有することが好ましい。これによって光源からの光を効率よく導光板１０に入力するだけではなく、入力された光を導光板１０内で広範囲に広がるため暗部を低減することができる。

導光板１０の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などが利用できる。これらの材料を金型に射出成形して導光板１０が形成される。
（ＬＥＤ）

ＬＥＤユニット２０に配置する青色ＬＥＤ２１には砲弾型発光ダイオードやＳＭＤ（Surface Mount Device）型発光ダイオード等が利用できる。ＳＭＤは薄型化に適している。青色ＬＥＤ２１は、発光波長のピークが４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ、好ましくは発光輝度の高い４６０ｎｍ近傍とする。また波形がシャープな青色ＬＥＤを使用することで、発光スペクトルのブロードな裾部分が緑色領域に広がることを避け、緑色カラーフィルタの帯域を抑えて、透過率を向上させることができる。

また、ＬＥＤに代わって半導体レーザ（ＬＤ）等の半導体発光素子を点光源として使用することもできる。このような半導体発光素子は、一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）であって、複数層が積層された構造とすることで高輝度化が実現できる。

また、発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。

ＬＥＤは、複数層が積層された半導体素子の同一面側、又は対向面側に正負一対の電極を有し且つ上面や端面から発光した光を取り出せる構造であれば特に限定されない。
（蛍光体）

ＣＣＦＬの内面には、紫外線で励起され、赤色又は緑色に発光する蛍光体が使用される。このような緑色蛍光体としては、ＧｄＭｇＢ₅Ｏ₁₀：Ｃｅ，Ｔｂ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｂａ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉、Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ等が利用できる。また赤色蛍光体としては、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｙ（ＰＶ）Ｏ₄：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎなどが利用できる。なお特許文献１で述べるような赤色方向への色再現性の拡大は、ＬＥＤのみならず蛍光体でも実現可能であり、このような蛍光体としては３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ等が利用できる。さらに黄色に発光する蛍光体としては、上記緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合することで得られる。
（液晶表示装置）

次に、上記の光源を使用した液晶表示装置の例を図１５に示す。図１５においては上側から下側に順に、偏光フィルム７１、ガラス基板７２、共通電極７３、ガラス基板７４、偏光フィルム７５、光拡散板付導光板７６の順に積層されている。なお、ガラス基板７４の共通電極７３側の面にはマトリクス状に配列された個々の表示画素（液晶セル）に対応したピクセル電極７７が形成され、個々のピクセル電極７７はＴＦＴ（Thin Film Transistor）７８によりオン／オフ制御され、個々のＴＦＴ７８は液晶駆動回路７９が走査線８０と信号線８１とを選択的にオン／オフすることにより能動的に駆動される。このガラス基板７４上のピクセル電極７７の上面には図示しない配向膜が配置される一方、共通電極７３の下面にも図示しない配向膜が配置され、これらの両配向膜間に液晶物質が充填される。なお、上述の偏光フィルム７１、ガラス基板７２、共通電極７３、ガラス基板７４、偏光フィルム７５は実質的に同一寸法である。

これらの下側の光拡散板付導光板７６の一辺に、ＬＥＤユニット２０が備えられている。ＬＥＤユニット２０には、光拡散板付導光板７６と対向する面に青色ＬＥＤ２１がほぼ等間隔に配列されている。そして、これらの青色ＬＥＤ２１はＬＥＤ点灯駆動回路の制御によって駆動されて発光する。光拡散板付導光板７６はこのＬＥＤユニット２０の各青色ＬＥＤ２１から発光される光を自身の全体に拡散しつつ導光する。

さらに、ＬＥＤユニット２０を設けた辺以外の辺に、ＣＣＦＬ３０、４０が設けられる。図１５の例では、ＬＥＤユニット２０と隣接する辺に赤色ＣＣＦＬ４０を、ＬＥＤユニット２０と対向する辺に緑色ＣＣＦＬ３０を配置している。ただ、ＣＣＦＬ同士を対向する辺に設けることも可能である。これらの光拡散板付導光板７６、ＬＥＤユニット２０、赤色及び緑色ＣＣＦＬ３０とでバックライトが構成される。
（カラーフィルタ）

液晶表示装置は、ＬＥＤとＣＣＦＬの混色により得られた白色光からＲＧＢ成分に分離するため、各色毎のカラーフィルタを備える。カラーフィルタは、所定の波長範囲の光を透過することにより所望の色を表示する。理想的には、カラーフィルタの透過率のピークと、発光光の輝線のピークとが合致していることと、各色のカラーフィルタ透過特性のオーバーラップがないことが望ましい。

従来の冷陰極蛍光管は、ＲＧＢのメイン輝線以外にも複数の余分な輝線を有しているため、カラーフィルタ内の顔料濃度を高くして、余分な輝線を透過しないようにする必要があった。その結果、カラーフィルタの透過率が著しく低下して明るさに欠けるという問題がある。本実施の形態では、青色光源としてピークの鋭い青色ＬＥＤ２１を使用することで、青色と緑色光を分離しやすくできる。すなわち、従来の青色ＣＣＦＬのようにブロードなスペクトルが緑色領域まで裾を引くことがないので、この部分をカットするように緑色カラーフィルタを調整する必要がない。いいかえると、緑色カラーフィルタでカットすべき波長成分を少なくして、透過率を上げることができる。この結果、緑色光の透過率が向上し、全体の光出力を向上させることができる。特に、緑色光源としてスペクトル分布がシャープな緑色ＬＥＤが得られていない現状では、最も効果的に青色光と緑色光を分離して、演色性を維持しつつ出力を高めた液晶表示装置用光源が実現できる。

次に液晶表示装置用光源の実施例を説明する。まず実施例１として、青色ＬＥＤ２１と黄色ＣＣＦＬ３５を図１６に示す配置で組み合わせた液晶用バックライトユニットを作成する。ＬＥＤユニット２０には、青色ＬＥＤ２１に出力０．５Ｗ、全光束５ｌｍのＬＥＤチップを６個使用する。また黄色ＣＣＦＬ３５は、緑色蛍光体であるＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂと赤色蛍光体であるＹ₂Ｏ₃：Ｅｕとを混合した蛍光体を内面に塗布し、管径φ２．６ｍｍ、管長４００ｍｍ、出力４．７Ｗ、光束５７ｌｍ／Ｗ（全光束２７０ｌｍ）のＣＣＦＬを２本使用する。また導光板１０のサイズは１５インチとする。

また実施例２として、青色ＬＥＤ２１と緑色ＣＣＦＬ３０、赤色ＣＣＦＬ４０を図１７に示す配置で組み合わせた液晶バックライトユニットを作成する。青色ＬＥＤ２１は、上記実施例１と同じＬＥＤチップを１２個使用する。また緑色ＣＣＦＬ３０には、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ蛍光体を塗布したＣＣＦＬを使用した。管径、管長は実施例１と同じで、出力は４．７Ｗ、光束７８ｌｍ／Ｗで全光束３７０ｌｍのＣＣＦＬを２本使用する。また赤色ＣＣＦＬ４０には、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ蛍光体を塗布したＣＣＦＬを使用し、管径、管長は実施例１と同じで、出力は４．７Ｗ、光束３９ｌｍ／Ｗで全光束１８２ｌｍのＣＣＦＬを２本使用する。また導光板１０のサイズは１５インチとする。

本発明の液晶表示装置用光源及びこれを用いた液晶表示装置は、マルチカラーもしくはフルカラー表示可能な透過型の液晶表示装置として、テレビやデスクトップパソコン用モニタ、ノートブック型パソコンの液晶モニタ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステムなどの液晶ディスプレイやそのバックライト光源として好適に利用できる。

従来のバックライト光源の発光スペクトル分布の比較図である。 図１（ａ）の赤色成分の近傍のみを切り取って拡大した図である。 本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置用光源を示す分解斜視図である。 図３の導光板と光源の配置を示す平面図である。 導光板の長手方向端面の対向面に各々ＬＥＤユニットを配置した例を示す平面図である。 ＬＥＤを直下方式とした導光板を示す平面図である。 直管式ＣＣＦＬをＬ字状に配置した導光板を示す平面図である。 導光板の長辺側に各々ＬＥＤユニットとＣＣＦＬを配置した導光板を示す平面図である。 Ｌ字状に折曲されたＣＣＦＬを使用した導光板を示す平面図である。 Ｕ字状ＣＣＦＬを用いて直下方式とした導光板を示す平面図である。 ＣＣＦＬを直下方式、ＬＥＤをエッジライト方式とした導光板を示す平面図である。 ＣＣＦＬを直下方式とした液晶表示装置用光源の分解斜視図である。 ＬＥＤ、ＣＣＦＬをエッジライト方式とした導光板を示す平面図である。 ＬＥＤ、ＣＣＦＬを同じ端面に配置した導光板を示す平面図である。 液晶表示装置を示す分解斜視図である。 実施例１に係るＬＥＤとＣＣＦＬの配置を示す平面図である。 実施例２に係るＬＥＤとＣＣＦＬの配置を示す平面図である。

符号の説明

１…フロントフレーム
２…バックフレーム
１０…導光板
１２…拡散シート
１４…レンズシート
１６…反射シート
１７、１７Ｂ…反射器
１８…ホルダ
２０…ＬＥＤユニット
２１…青色ＬＥＤ
３０…緑色冷陰極蛍光管
３１…Ｌ字状緑色ＣＣＦＬ
３２…Ｕ字状緑色ＣＣＦＬ
３５…黄色ＣＣＦＬ
４０…赤色冷陰極蛍光管
４１…Ｌ字状赤色ＣＣＦＬ
４２…Ｕ字状赤色ＣＣＦＬ
５０…冷陰極蛍光管点灯駆動回路
６０…ＬＥＤ点灯駆動回路
７１…偏光フィルム
７２…ガラス基板
７３…共通電極
７４…ガラス基板
７５…偏光フィルム
７６…光拡散板付導光板
７７…ピクセル電極
７８…ＴＦＴ
７９…液晶駆動回路
８０…走査線
８１…信号線

Claims (9)

1. 導光板と、前記導光板と光学的に接続された光源として、
   青色系に発光する発光ダイオードと、
   緑色系に発光する冷陰極蛍光管と、
   赤色系に発光する冷陰極蛍光管と、
   前記光源を駆動するための駆動回路と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置用光源。
2. 導光板と、
   前記導光板と光学的に接続された光源として、
   青色系に発光する発光ダイオードと、
   黄色系に発光する冷陰極蛍光管と、
   前記光源を駆動するための駆動回路と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置用光源。
3. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記導光板が略矩形状であり、
   前記冷陰極蛍光管が、直管で構成され、前記導光板の周囲に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
4. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記導光板が略矩形状であり、
   前記冷陰極蛍光管が、Ｌ字状に折曲された形状に構成されており、前記導光板の周囲に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
5. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記導光板が略矩形状であり、
   前記冷陰極蛍光管が、Ｕ字状に折曲された形状に構成されており、前記導光板の裏面に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
6. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記青色発光ダイオードが複数、前記導光板の端縁に略均等に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
7. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記青色発光ダイオードが複数、前記導光板の裏面に略均等に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
8. 請求項１に記載の液晶表示装置用光源であって、
   前記導光板が略矩形状であり、
   前記冷陰極蛍光管が、前記導光板の周囲に配置され、
   前記青色発光ダイオードが複数、前記導光板の端縁に略均等に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用光源。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の液晶表示装置用光源を使用した液晶表示装置。

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