JP2008145548A

JP2008145548A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2008145548A
Application number: JP2006330026A
Authority: JP
Inventors: Michio Nakao; 美智男中尾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】エネルギー損失の大きなカラーフィルタに変えて蛍光体マトリクスを用いた、省電力の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は、励起光源を有する励起部（０２１０）と、前記励起光源にて励起発光する蛍光体マトリクス部（０２２０）と、前記励起光源からの励起光を蛍光体マトリクス部の各マトリクスごとにＰＷＭ駆動により透過遮蔽制御するための液晶シャッター部（０２３０）とを有する液晶表示装置（０２００）を提供する。これにより、励起光のエネルギー損失が少なく、励起光の使用効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光体マトリクスを用いた液晶表示装置に関する。

近年、薄型の液晶ディスプレイを用いた表示装置が普及している。従来の透過型液晶ディスプレイ用バックライトとしては、令陰極管（ＣＣＦＬ）やＲＧＢ―ＬＥＤ（発光ダイオード）等の多波長のバックライト光源を用い、液晶により光の強弱を変換した後、カラーフィルタ層に通すことにより、カラー表示を行っていた。

図６に従来の液晶ディスプレイの構造の一例を示す。この図に示すように、従来の液晶ディスプレイ（０６００）は、液晶（０６０６）を配向膜（０６０５、０６０８）、ガラス（０６０３、０６１０）、偏向板（０６０２、０６１１）で挟んだ構造になっている。そして、透明電極（０６０４、０６０８）によりバックライト（０６０１）の光の強弱を調整し、ＲＧＢの各フィルタ（０６１２、０６１３、０６１４）を有するカラーフィルタ（０６０９）を透過させることにより、カラー表示を行っている。

上記液晶ディスプレイにおいて使用されるカラーフィルタに関しては、高安定性、高彩度化などを目的とした開発が進められている。例えば、特許文献１においては、簡易な工程で効率よく製造でき、かつクラックや液晶の配向に影響のないカラーフィルタが開示されている。また、特許文献２においては、良品化率が高く、生産効率も高いカラーフィルタが開示されている。
特開２００４−３６１４２６号公報特開２００５−８４１１１号公報

しかし、カラーフィルタは、所望の色以外を吸収してカラー表示を行うため、必ずバックライト光源のエネルギー損失が生じる。また、従来の液晶ディスプレイにおいては、カラーフィルタに照射する光の強弱を液晶のシャッター効果によって調整することにより、さらにエネルギーの減衰が生じていた。すなわち、バックライト光源の光の利用効率を悪化させ、電力の消費が大きいという問題があった。

上記課題を解決するために、本発明は、励起光源を有する励起部と、前記励起光源にて励起発光する蛍光体マトリクス部と、前記励起光源からの励起光を蛍光体マトリクス部の各マトリクスごとにＰＷＭ駆動により透過遮蔽制御するための液晶シャッター部とを有する液晶表示装置を提供する。また、本発明は、蛍光体マトリクス部が、各蛍光体マトリクス間にブラックマトリクスを配置した液晶表示装置を提供する。さらに、本発明は、蛍光体マトリクス部の蛍光体マトリクスが、液晶シャッター部の液晶材料挟持ガラスの視聴方向ガラス面外側に配置される液晶表示装置を提供する。また、本発明は、前記蛍光体マトリクスが、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスの集合体であり、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスに対応した液晶シャッターのＰＷＭ駆動による遮蔽制御で色制御を行う液晶表示装置を提供する。さらに、本発明は、励起部の励起光源が単一波長光源である液晶表示装置を提供する。

以上のような構成をとる本発明によって、液晶シャッター部をＰＷＭ駆動して励起光を蛍光体マトリクス部に照射することにより、明るさ制御及び色制御を行うことができる。これにより、カラーフィルタを使用しないため、励起光のエネルギー損失が少なく、励起光の使用効率を向上させることができる。そのため、液晶表示にかかる電力消費を減少させることができる。また、ＰＷＭ駆動により表示を行うため、ホールド型表示により生じる動画ボケを起こしにくいという効果も生じる。さらに、蛍光体マトリクス部を液晶パネル画面外側に配置することにより、広視野角を実現することができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。本発明は、これらの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、種々なる態様で実施しうる。

<概要>
本発明は、励起光により蛍光体マトリクスを励起発光させるとともに、ＰＷＭ駆動により明るさ強度を制御することを特徴とする液晶表示装置に関する。

<構成>
図１に本発明の液晶表示装置の構造の一例を示した。本発明の「液晶表示装置」（０１００）は、「励起部」（０１１０）と、「蛍光体マトリクス部」（０１２０）と、「液晶シャッター部」（０１３０）とを有する。

「励起部」（０１１０）は、励起光源（０１１１）を有する。励起光源は、後述の蛍光体マトリクス（０１２１）を励起発光させることができるものであれば特に限定されない。そのため、多波長光源ではなく、単一波長光源を用いることが好ましい。さらに、励起光源は、短波長光源であるであることが好ましい。波長が２００から５００ｎｍ程度の短波長光源とすることにより、効率的に蛍光体マトリクスの蛍光体を励起発光させることができる。例えば、励起光源として４７０ｎｍの青色ＬＥＤ等を用いることができる。

「蛍光体マトリクス部」（０１２０）は、励起光源（０１１１）にて励起発光するように構成されている。さらに詳しくは、蛍光体により構成された複数の蛍光体マトリクス（０１２１）からなる。本発明の蛍光体マトリクスの種類は特に限定されず、種々の蛍光体を用いることができる。単一の蛍光体を用いてもよいし、異なる色を示す蛍光体を複数種類用いてもよい。また、ＲＧＢの３種の蛍光体マトリクスを一の集合体として構成し、蛍光体マトリクス部を構成することにより、フルカラー表示を行うことが可能である。また、ＲＧＢにＷ（ホワイト）を追加したＲＧＢＷの４種の蛍光体マトリクスを一の蛍光体マトリクス部を構成してもよい。蛍光体としては、例えば、基材である希土類元素等の酸化物、硫化物等の無機蛍光体や有機蛍光体と、賦活剤などからなる蛍光体を用いることができる。Ｒ蛍光体としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋などが挙げられる。また、Ｇ蛍光体としては、例えば、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋などが挙げられる。また、Ｂ蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。このような蛍光体からなる樹脂を偏向板（０１３９）上に印刷法やインクジェット法などによりマトリクスを形成することにより、蛍光体マトリクス部を生成することができる。なお、蛍光体マトリクス部は、その表面を保護板（０１２３）により、保護されている。

さらに、蛍光体マトリクス部は、図２に示すように、各蛍光体マトリクス（０２２１）間にブラックマトリクス（０２２２）を配置することが好ましい。ブラックマトリクス（０２２２）は、遮光性を有するマトリクスであり、各蛍光体マトリクスの境界の混色が生じることによりコントラストの低下が起こらないようにするために配置される。このようにブラックマトリクスにより各蛍光体マトリクス間を遮光することにより、液晶表示装置の表示性能を向上させることができる。また、励起光として紫外光を用いた場合には、蛍光体マトリクス間を紫外光がそのまま透過すると人体に悪影響を及ぼす。この場合にブラックマトリクスを配置することにより、その透過を防ぐことができるため、人体へ悪影響を及ぼさない。ブラックマトリクスの材料としては、遮光性、耐腐食性などを有する材料であれば特に限定されず、例えば金属クロムなどからなる樹脂を用いることができる。図３は、表示面側から見た蛍光体マトリクス部の一例を示している。図においては、ＲＧＢの３種の蛍光体により蛍光体マトリクスを形成しているが、１種類であっても、それ以上の複数の蛍光体により蛍光体マトリクスが形成されていてもよい。図に示すように、各蛍光体マトリクス間にブラックマトリクスを配置することにより、上下左右の蛍光体マトリクスを区切り、光の混合を防ぐことができる。

また、蛍光体マトリクス部は、図１に示すように、後述する液晶シャッター部（０１３０）の液晶材料挟持ガラス（０１３８）の視聴方向ガラス面外側に配置することが望ましい。「視聴方向ガラス面外側」とは、当該液晶材料挟持ガラスの両面のうち、視聴者の側に面している方（液晶表示装置の外側に面している方）をいう。例えば、当該液晶材料挟持ガラスをガラス画面として用いる場合であれば、当該液晶材料挟持ガラスであるガラス画面の画面外側を意味する。図６に示すように、従来のカラーフィルタを用いた液晶パネルの場合には、カラーフィルタ（０６０９）を透過した光を偏向板（０６１１）にて偏向することにより、偏向していた。そのため、コントラストの低下や、色調反転などの視野角特性が生じていた。しかし、本発明の蛍光体マトリクス部は、図１に示すように、従来よりも外側（ユーザ側）に配置されるため、広視野角を実現することができる。なお、蛍光体マトリクス部は、蛍光体マトリクスの形成面の表面に保護板（０１２３）を配置することにより、外部から保護するようにしている。

「液晶シャッター部」（０１３０）は、前記励起光源（０１１１）からの励起光を蛍光体マトリクス部（０１２０）の各マトリクス（０１２１）ごとにＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動により透過遮蔽制御するように構成されている。液晶シャッター部（０１３０）の構造は、従来の液晶パネルの構成とほぼ同様であり、偏向板（０１３１、０１３９）、ガラス（０１３２、０１３８）、透明電極（０１３３、０１３７）、配向膜（０１３４、０１３６）、液晶（０１３５）からなる。偏向板（０１３１、０１３９）は、出入りする光の角度を一定にしている。ガラス（０１３２、０１３８）は、電極からの電気が、外部に漏れないようにしている。透明電極（０１３３、０１３７）は、液晶シャッター部を駆動するための電極であり、表示の妨げにならないように透明度の高い材料により構成されている。配向膜（０１３４、０１３６）は、液晶の分子を一定方向に並べる。液晶（０１３５）は、電圧をかけると分子の並びが変わるという性質を持ち、光の透過制御を行っている。従来のカラーフィルタを用いた液晶パネルにおいては、透明電極にかける電圧の強弱を調整することにより液晶を一定の方向に配列させ、透過する励起光の強弱を制御する。しかし、本発明においては、励起光の透過遮蔽制御をＰＷＭ駆動により行うことを特徴とする。「透過遮蔽制御」とは、光を透過させるか遮蔽するかの制御をいい、光の透過量の制御は行わない。

「ＰＷＭ駆動」とは、パルス波のデューティー比を変化させて変調する駆動方式をいい、液晶シャッター部のＯＮ／ＯＦＦ比率を変化させる駆動方法をいう。すなわち、液晶は、励起光を透過させるような配向（ＯＮ状態）と、励起光を透過させない配向（ＯＦＦ状態）の２つの配向のみをとる。そして、このＯＮ状態とＯＦＦ状態のデューティー比を変化させることにより、蛍光体マトリクスの励起発光時間を調節し、明るさ強度を制御することができる。例えば、図４に示すように、蛍光体マトリクスはＯＮ状態の場合に点灯し、ＯＦＦ状態の場合に消灯する。したがって蛍光体マトリクスは明滅するが、目の平均化現象により、一定の明るさとして知覚することができる。（１）の場合には、（２）よりＯＮ状態の時間が長くなっているため、（２）よりも明るく知覚される。また、（３）の場合には、（２）の場合よりもＯＮ状態の時間が短くなっているため、（２）よりも暗く知覚される。このように液晶シャッター部をＰＷＭ駆動することにより、ＣＲＴ表示装置のインパルス駆動と同様の効果を得ることができる。すなわち、液晶表示装置におけるホールド型表示による残像が残ってしまうという動画ボケを改善することができる。

また、本発明においては、蛍光体マトリクスにより色制御を行うため、励起光が短波長光源を用いることができる点を特徴としている。短波長光はガラスや液晶材料での吸収によるエネルギー損失が大きく、従来のように電圧を制御することにより液晶層を透過する光の量の調整を行うことは難しい。しかし、ＰＷＭ駆動により明るさ強度を時間制御することにより、短波長光では難しい細かな電圧制御を行う必要がなく、所望の明るさ制御を行うことが可能となる。

次に、図５を用いて、液晶シャッター部をＰＷＭ駆動する方法の一例を説明する。ゲートドライバー（０５０５）には、一定の電圧をかけておく。そして、画面の各画素の明るさ強度を示す情報、すなわち液晶のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うデューティー比を示す情報である表示情報（０５０１）をＰＷＭ駆動回路（０５０２）にてＰＷＭ変換し、ソースドライバー（０５０３）に伝える。ソースドライバーでは、ＰＷＭ変換された情報に基づき、液晶パネル（０５０４）の各画素の透明電極にかける電圧のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。これにより、各蛍光体マトリクスは表示情報に基づいて明滅し、各明るさ強度の光を発光する。

また、図２に示すように、前記蛍光体マトリクスが、Ｒ蛍光体（０２２１ｒ）、Ｇ蛍光体（０２２１ｇ）、Ｂ蛍光体（０２２１ｂ）の各マトリクスの集合体である場合には、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスに対応した液晶シャッター部のＰＷＭ駆動による遮蔽制御で色制御を行うことができる。すなわち、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスの発光強度を調整することにより、励起光の強度を減衰させることなくカラー表示を行うことができる。例えば、青を表示したい場合には、Ｒ蛍光体マトリクス（０２２１ｒ）とＧ蛍光体マトリクス（０２２１ｇ）に対応する液晶シャッター部のデューティー比を小さくＰＷＭ駆動し、Ｂ蛍光体マトリクス（０２２１ｂ）に対応する液晶シャッター部のデューティー比を大きくＰＷＭ駆動する。これにより、青色蛍光体が長く発光するため、青色が強く識別することができる。

<効果>
以上のように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶シャッター部をＰＷＭ駆動して励起光を蛍光体マトリクス部に照射することにより、明るさ制御及び色制御を行うことができる。これにより、カラーフィルタを使用しないため、励起光のエネルギー損失が少なく、励起光の使用効率を向上させることができる。また、ＰＷＭ駆動により表示を行うため、ホールド型表示により生じる動画ボケが起こしにくい。さらに、蛍光体マトリクス部を画面外側に配置することにより、広視野角を実現することができる。

本発明の液晶表示装置の構造の一例を示す図（１）本発明の液晶表示装置の構造の一例を示す図（２）蛍光体マトリクス部の一例を示す図デューティー比と明るさ強度の関係を説明する図ＰＷＭ駆動方法の一例を示す図従来の液晶表示装置の構造の一例を示す図

符号の説明

０２００液晶表示装置
０２１０励起部
０２１１励起光源
０２２０蛍光体マトリクス部
０２２１ｒＲ蛍光体マトリクス
０２２１ｇＧ蛍光体マトリクス
０２２１ｂＢ蛍光体マトリクス
０２２２ブラックマトリクス
０２２３保護板
０２３０液晶シャッター部
０２３１、０２３９偏向板
０２３２、０２３８ガラス
０２３３、０２３７透明電極
０２３４、０２３６配向膜
０２３５液晶

Claims

励起光源を有する励起部と、
前記励起光源にて励起発光する蛍光体マトリクス部と、
前記励起光源からの励起光を蛍光体マトリクス部の各マトリクスごとにＰＷＭ駆動により透過遮蔽制御するための液晶シャッター部と、
を有する液晶表示装置。
蛍光体マトリクス部は、各蛍光体マトリクス間にブラックマトリクスを配置した請求項１に記載の液晶表示装置。
蛍光体マトリクス部の蛍光体マトリクスは、液晶シャッター部の液晶材料挟持ガラスの視聴方向ガラス面外側に配置される請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記蛍光体マトリクスは、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスの集合体であり、Ｒ蛍光体、Ｇ蛍光体、Ｂ蛍光体の各マトリクスに対応した液晶シャッターのＰＷＭ駆動による遮蔽制御で色制御を行う請求項１から３のいずれか一に記載の液晶表示装置。
励起部の励起光源は単一波長光源である請求項１から４のいずれか一に記載の液晶表示装置。