JP3247643B2 - 液晶ディスプレイ装置 - Google Patents
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- G02F1/133621—Illuminating devices providing coloured light
- G02F1/133622—Colour sequential illumination
Description
や、コンピュータなどのモニタ等に用いられる液晶カラ
ー・ディスプレイ装置に関わり、特に高精細ディスプレ
イ装置に関わる。
スプレイ装置は、CRTディスプレイ装置と較べ、省エ
ネルギ、省スペースの点で有利であり、多く一般に用い
られるようになっている。図1は従来の液晶カラー・デ
ィスプレイ装置における画素を示すものであり、空間的
に赤、緑、青に分割した3個の独立した液晶セルからな
る一画素2ごとに、電界によってそれぞれの透過光強度
を変化させて加法混色により多色の表示を行っている。
素分の概念的な断面図である。赤、緑、青のそれぞれの
セルに印加する電圧をTFT(薄膜トランジスタ)9で
調整し、それぞれのセルの液晶層7の配向状態を変化さ
せることでバックライト13の光の透過・非透過を制御
し、液晶層7を透過した白色光は赤、緑、青のカラーフ
ィルタ5を透過することで赤、緑、青の色が表示される
ことになるので、一画素ごとに色を可変にすることがで
きる。アルミ板12は白色バックライト13の光を効率
よく反射するために設けられており、拡散板15にはバ
ックライトの光を効率良く一様に反射するためのパター
ンがスクリーン印刷により設けられている。
化を進める上で問題を有する。一画素2を動作させるに
は、3個の液晶セルを独立に駆動する必要があり、その
ためのTFTも3個必要である。高精細化するためには
セルの大きさを小さくしていく必要があるが、液晶を充
分駆動するには、セルの大きさに比例してトランジスタ
を小さくするわけにはいかず、ある程度の大きさを確保
する必要がある。そのため高精細化に伴い、セルの開口
率(光が透過し、色が見える部分とトランジスタや配線
などの非開口部分の割合)が小さくなり、画面が暗くな
るという欠点を有する。また3種類の色の異なるフィル
タを微細な領域に正確に形成するプロセスは、液晶カラ
ー・ディスプレイ装置の製造コストを高める要因とな
る。
方法が考えられている。カラーフィルタを液晶カラー・
ディスプレイ装置から取り除き、液晶の全画面を赤の画
面、緑の画面、青の画面と時分割的に変化させ、背面か
ら照明する光を画面と同期させて赤、緑、青と変化させ
る方法である。この方法の例として、照明に赤色、緑
色、青色発光ダイオードを用いた小型の液晶カラー・デ
ィスプレイ装置がある(例えばKOPIN Corpo
ration、Cyber Display(登録商
標)320)。しかしながら発光ダイオードは点光源で
あり、大画面の液晶カラー・ディスプレイ装置に適用す
るためには、非常に多数のダイオードが必要となり、高
価なディスプレイとなる。
冷陰極放電管を用いることが試みられ、赤、緑、青の3
色に色分けした3本の冷陰極放電管をパルス動作させた
液晶カラー・ディスプレイ装置がブライト研究所等より
発表されている(日本経済新聞1997年6月5日付け
記事)。この液晶カラー・ディスプレイ装置の各色の画
面表示の切り替わり時間は15−20msと報告されて
いる。しかしながらテレビジョンと同一の60画面/秒
を得るために必要な各色の切り替わり時間5.56ms
と較べてまだ長く改良を要する。
パルス動作させる方法では、蛍光灯の管内に塗布されて
いる蛍光体の発光の動特性が極めて重要である。蛍光の
立ち上がりや蛍光の残光特性が悪い場合は発光を効率よ
く利用できないばかりか、書き換えている画面に光が入
ったり、次の色の画面に前の色が混入することで色純度
を低下させてしまう。
た蛍光体は少ないことから、動特性だけでなくその他の
必要な特性をすべて満たしている蛍光体を見出すことが
困難であることもありうる。例えば、ようやく見出した
動特性の優れた蛍光体が、放電用気体に含まれている水
銀と反応して劣化されやすかったり、発光スペクトルの
ピークがなだらかであるために演色性が必ずしも十分で
なかったりというような問題を含んでいるような場合で
ある。
分割方式の照明に適した高速過渡特性を持つ蛍光体を用
いた冷陰極放電管を有する液晶カラー・ディスプレイ装
置を提供することを目的とする。
反応して劣化しやすい蛍光体を用いることのできる時分
割方式の液晶カラー・ディスプレイ装置を提供すること
を目的とする。
方式の液晶カラー・ディスプレイ装置を提供することを
目的とする。
色蛍光体を含む赤色用冷陰極放電管と、緑色蛍光体を含
む緑色用冷陰極放電管と、青色蛍光体を含む青色用冷陰
極放電管とを有し、前記赤色用冷陰極放電管、前記緑色
用冷陰極放電管および前記青色用冷陰極放電管を時系列
的に順次点灯し照明することで、各画素毎に色の異なる
フィルタを設置することなく多色表示が可能な液晶ディ
スプレイ装置において、前記赤色蛍光体が(SrMg)
3(PO4)2:Sn2+若しくはCaS:Eu2+であるこ
とを特徴とする液晶ディスプレイ装置に関する。
l,Ga)5O12:Ce3+であることを特徴とする液晶
ディスプレイ装置に関する。
O5:Ce3+であることを特徴とする液晶ディスプレイ
装置に関する。
g)3(PO4)2:Sn2+若しくはCaS:Eu2+であ
り、緑色蛍光体がY3(Al,Ga)5O12:Ce3+であ
り、青色蛍光体がY2SiO5:Ce3+であることを特徴
とする液晶ディスプレイ装置に関する。
を含む赤色用冷陰極放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用
冷陰極放電管と、青色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管
とを有し、前記赤色用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極
放電管および前記青色用冷陰極放電管を時系列的に順次
点灯し照明することで、各画素毎に色の異なるフィルタ
を設置することなく多色表示が可能な液晶ディスプレイ
装置において、前記赤色用冷陰極放電管、前記緑色用冷
陰極放電管、または前記青色用冷陰極放電管の少なくと
も一つが、紫外線透過性の材料で構成される2重管構造
を有し、内側の管に水銀を含む放電用気体を封入し、外
側の管と内側の管の間の空間に蛍光体を塗布した2重管
構造冷陰極放電管であることを特徴とする液晶ディスプ
レイ装置に関する。
管が赤色蛍光体CaS:Eu2+を含むことを特徴とする
液晶ディスプレイ装置に関する。
短波長カット用カラーフィルタを組み合わせ、または緑
色用冷陰極放電管と色純度向上用カラーフィルタを組み
合わせたことを特徴とするディスプレイ装置に関する。
の詳細を説明する。図3は本発明で得られた高速過渡特
性の優れた赤、緑、青の冷陰極放電管25、26、27
を用いた液晶ディスプレイ装置の断面図である。大きさ
は図2の従来の液晶ディスプレイ装置と同一の範囲を示
している。図3は、図2におけるカラーフィルタ5を取
り除いたことと、冷陰極放電管が3本になった点で図2
と異なる。ここで注目すべき点は、図2に示した従来の
液晶ディスプレイ装置の1画素が、図3では3画素分に
相当していることである。即ち、現状の液晶ディスプレ
イ装置の技術をそのまま用いて、高精細度が3倍にでき
たことになる。一方、それほどの高精細度が不要の場合
には、個々のセルの大きさを増加させ、プロセスを容易
にしたり、3セル分の面積の1画素を1個のTFTで駆
動することにより、開口率を高めることが可能となる。
式の概念図である。図4の上段は液晶画面の書き込み動
作が行われるタイミング、下段はバックライトとして用
いている3本の冷陰極放電管を点灯させるタイミングを
示している。初めにディスプレイ装置の全体の液晶画面
に対して赤のデータに対応する画面を書き込む。書き込
みが完了してから赤の冷陰極放電管が点灯し、一定時間
赤の画面が持続した後、消灯する。次いで液晶画面に対
して緑のデータに対応する画面を書き込み始め、完了
後、緑の冷陰極放電管が点灯する。以下青、赤、緑と時
系列的に書き込みと照明が繰り返される。このとき書き
込み特性が悪かったり、照明の過渡特性が悪ければ、繰
り返しの周期を遅くするか、点灯時間を短くし、暗い画
面に甘んじるしかない。
し、演色性(色再現性)と過渡応答特性の優れた蛍光体
を用いており、充分な明るさを持ったまま必要な繰り返
し周期の矩形波に近い光パルスを発生でき、TVと同等
の動画表示が可能となった。
材料で構成される2重管構造を有してしていてもよい。
内側の管のなかには水銀を含む放電用気体を封入し、外
側の管と内側の管の間の空間には蛍光体が塗布される。
外側管の中に内側管を挿入し、外側管を封印する前に、
内側の管と外側の管の間にスラリ状の蛍光体を流し込み
塗布することにより、内側の管の外面や外側の管の内面
に蛍光体が塗布される。内側管と外側管の間は蛍光体で
埋め尽くされていてもよいし、内側管外面の蛍光体と外
側管内面の蛍光体の間に空間が残されていてもよく、内
側管外面又は外側管内面のいずれか一方のみに蛍光体が
塗布されていてもよい。蛍光体を塗布した後、管の開口
を封印する。
光体が混在している場合、水銀と蛍光体が反応して蛍光
体を劣化させることがある。従来より広く用いられてい
る蛍光体材料の中では、硫黄を含有する蛍光体、例え
ば、Y2O2S:Eu3+(赤色)、Gd2O2S:Tb
3+(緑色)、ZnS:Ag,Cl(青色)などは特に水
銀と反応しやす蛍光体の代表例である。また、過渡応答
特性が優れていることから本発明の時分割方式の液晶デ
ィスプレイ装置の赤色蛍光体として好ましいCaS:E
u2+も水銀と反応して劣化しやすい蛍光体の一つであ
る。放電管をこのような2重管構造とすることで、本発
明において用いることのできる蛍光体についての制約が
少なくなり、より広い範囲からの適切な材料の探索が可
能となる。
ためにカラーフィルタと組み合わせて用いることもでき
る。演色性を高めるためにカラーフィルタと組み合わせ
て用いるのは赤色、緑色、青色いずれの冷陰極放電管で
あってもよいことはいうまでもないが、本発明の時分割
方式に適する種々の蛍光体の発光特性データを参考に
し、また実際のカラー画面において観察される演色性の
向上の度合を調べると、特に、赤色用冷陰極放電管に短
波長カット用カラーフィルタを組み合わせ、緑色用冷陰
極放電管に色純度向上用カラーフィルタを組み合わせる
ことで演色性が極めて向上することがわかった。従来か
らの白色照明を用いる液晶ディスプレイ装置ではこのよ
うな演色性向上手段を採用することは原理上不可能であ
ったが、本発明のような時分割方式による液晶ディスプ
レイ装置であるからこそこのような演色性向上手段を実
現することができるものであり、時分割方式特有の極め
て有効な高性能化手法であるといえる。
う。
体として赤色領域用は、(SrMg)3(PO4)2:S
n2+、緑色領域用は、Y3Al3Ga2O12:Ce3+、青
色領域用は、Y2SiO5:Ce3+を用いた。(SrM
g)3(PO4)2:Sn2+は、サーバー達の方法に従っ
て焼成した[J. F. Sarver, M. V. Hoffman, and F. A.
Hummel; Jornal of the Electrochemical Society, Vo
l. 108, 1103 (1961)]。Y3Al3Ga2O12:Ce3+は
フライングスポット管用蛍光体(PYG)として市販さ
れているものを使用した。Y2SiO5:Ce3+は同じく
フライングスポット管用蛍光体(P47)として市販さ
れているものを用いた。管径2mm、長さ260mmの
ガラス管に上記蛍光体を塗布し、赤、緑、青で発光する
3種類の直管型冷陰極放電管を作製した。
を示す。R、G、Bはそれぞれ赤、緑、青色蛍光体の発
光スペクトルを示す。励起光の波長は254nmであ
る。赤と緑の蛍光体に関してはスペクトル的に広がって
いるため、放電管の外部をカラーフィルタでおおい、演
色性が高まるように色度の値を調整した。
くカラーフィルタをつけた場合の発光スペクトルであ
る。これにより色度はXY座標においてx=0.673
8、y=0.3260である。優れた演色性が可能とな
った。
くするカラーフィルタを用いた場合の発光スペクトルで
ある。色度はx=0.1229、y=0.6075であ
った。青色蛍光体の色度x=0.1648、y=0.0
849と組み合わせると図8に示す色度座標上で赤色:
Rn、緑色:Gn、青色:Bnで囲まれた三角形の広範
囲な領域を再現でき、これらの蛍光灯を用いた場合に演
色性が優れていることがわかる。図8中の R、G、B
は、カラーフィルタを用いないで、従来の蛍光体を塗布
した赤、緑、青の蛍光灯の発光の色度である。青がほと
んど同等であることを除いて、本発明の蛍光体とカラー
フィルタを組み合わせることにより演色性が大幅に向上
する。従来の蛍光体は赤色がY2O3:Eu3+で、緑色が
LaPO4:Ce3+,Tb3+である。青色蛍光体は Ba
MgAl10O17:Eu2+で希土類のfd遷移で優れた残
光特性を持っている。
た場合の過渡応答特性について示す。図中で実線は本発
明の蛍光体、点線は従来技術で用いられている蛍光体の
特性である。放電管を幅1msのパルスで点灯した場合
の発光強度の時間変化を光電子増倍管で測定した。本発
明の蛍光体(実線で表示)では、入力パルス波形に近い
応答特性が得られている。一方、従来技術の蛍光体(点
線)では立ち上がり特性と残光特性に無視できない遅れ
があり、照明が有効に行われないばかりか、次の画面の
書き込み中に赤の画面で照明した光量を上回る光がでて
しまい、画像情報が劣化する。さらに緑の画面の照明時
までも発光が残っている。
行ったものである。本発明の蛍光体では、赤の場合と同
様に入力信号の波形に近い発光が得られているが、従来
の蛍光体を用いた場合は、赤の場合よりもさらに悪い過
渡特性を示している。本来発光すべきときにおよそ1/
6しか光らず、光ってはならないときに残り5/6が光
っている。
ある。実線が本発明の蛍光体、点線が従来技術の蛍光体
である。過渡特性はともに優秀で両者の差は無視できる
程度である。従って、従来より青色蛍光体として用いら
れている高価なユーロピウム系蛍光体と同等の性能が、
安価なセリウム系蛍光体により得られることがわかる。
類組み合わせても、本発明で意図しているような時分割
型のカラー表示を行うことができないことが明らかであ
る。
冷陰極放電管とを組み合わせて図3に示すような液晶デ
ィスプレイ装置を作製した。放電管は液晶ディスプレイ
装置の上下の長辺に3本づつ設置し、拡散光量を調整し
て画面を一様に照明できるようにした。液晶に対する書
き込みが終了後の2msの間、各色のランプを点灯し、
毎秒60画面の画像表示を行い、動画の再生においても
良好な画像表示が可能であった。この場合1画面あたり
の照明時間は3色の合計で6msであり、明るさも十分
であった。
体として赤色領域用は、(SrMg)3(PO4)2:S
n2+、緑色領域用は、Y3Al3Ga2O12:Ce3+、青
色領域用は、BaMgAl10O17:Eu2+を用いて実施
例1と同様な結果が得られた。
体として赤色領域用は、(SrMg)3(PO4)2:S
n2+、緑色領域用は、Y3Al5O12:Ce3+(P46Y
1として市販されているもの)、青色領域用は、Y2S
iO5:Ce3+を用いて実施例1と同様な実験を行いこ
の緑色蛍光体においても実施例1と同等の過渡特性が得
られた。画像表示に関して本実施例においても良好な結
果が得られた。緑色領域用の蛍光体として、Y3(A
l,Ga)5O12:Ce3+の組成であらわされるもの
は、実施例1のY3Al3Ga2O12:Ce3+や実施例3
のY3Al5O12:Ce3+以外のAl・Ga比のものも同
等の結果が得られる。
Eu2+を用いた冷陰極放電管を作製した。この蛍光体は
極めて短い残光特性と赤として優れた色合い(ピーク波
長652.6nm) を持っているが、放電管中の水銀と
反応するため、ランプ用蛍光体としては用いられていな
い。本実施例では冷陰極放電管を石英の2重管で作製
し、内側に水銀を含む放電用気体を封入し、外側の管と
内側の管の間の空間に赤色蛍光体を塗布した。蛍光体
は、石英の2重管に気密封じされ水分が吸着されないよ
うにして、蛍光体の劣化を防いだ。緑と青の蛍光体につ
いては実施例1と同じものを用いた。赤色蛍光体の過渡
特性は良好であり、色再現性も優れていた。
率で、演色性(色再現性)・高速応答性に優れた赤、
緑、青の蛍光体を塗布した冷陰極放電管を用いて、時系
列的に液晶を照明することで、従来必要であったカラー
フィルタを用いなくてもカラー表示が可能となり、カラ
ーフィルタを用いないことから製造コストを低減でき
た。また、従来の液晶ディスプレイ装置の1画素が本発
明では3画素分に相当することから、さらなる高精細化
が可能になった。さらに、本発明の青色蛍光体は、蛍光
体の原料として高価なユーロピウムの代わりに、安価な
セリウムを使用でき、製造コストを低減できた。本発明
の効果により、高精細大画面のコンピュータ用モニタが
実現できるばかりか、動特性に優れた安価な大画面ディ
スプレイの特長を活かした家庭用壁掛け型TVが実現で
きた。
極放電管は2重管構造を有し、水銀蒸気と蛍光体とが分
離されており、水銀蒸気の放電で生じた紫外線は、紫外
線透過材料を介して蛍光体を励記・発光するさせるの
で、直接水銀と接触すると反応して劣化しうる蛍光体で
あっても用いることができた。
色用冷陰極放電管と単波長カット用カラーフィルタ、緑
色用冷陰極放電管と色純度向上用カラーフィルタを組み
合わせることで、スペクトル的に広がっている波長域の
光をカットして、赤色と緑色の演色性を向上させること
ができた。
図である。
る。
の概念図である。
クトルである。
合わせた場合の発光スペクトルである。
ーフィルタを用いた場合の発光スペクトルである。
とカラーフィルタを組み合わせた場合の色度とをx−y
座標上に表したものである。
る。
る。
晶セルからなる一画素 3 検光子となる偏光フィルタ 4 ガラス板 5 カラーフィルタ 6 透明電極 7 液晶層 8 透明電極 9 TFT(薄膜トランジスタ) 10 基板ガラス 11 偏光子 12 アルミ板 13 白色バックライト 14 上面に拡散体をつけた導光盤 15 スクリーン印刷した拡散板 16 偏光板 17 ガラス板 18 透明電極 19 液晶層 20 透明電極 21 液晶駆動用TFT 22 ガラス板 23 偏光板 24 アルミ板 25 赤色用冷陰極放電管 26 緑色用冷陰極放電管 27 青色用冷陰極放電管 28 導光板 29 光拡散板
Claims (7)
- 【請求項1】少なくとも赤色蛍光体を含む赤色用冷陰極
放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用冷陰極放電管と、青
色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管とを有し、前記赤色
用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管および前記青
色用冷陰極放電管を時系列的に順次点灯し照明すること
で、各画素毎に色の異なるフィルタを設置することなく
多色表示が可能な液晶ディスプレイ装置において、前記
赤色蛍光体が(SrMg)3(PO4)2:Sn2+若しく
はCaS:Eu2+であることを特徴とする液晶ディスプ
レイ装置。 - 【請求項2】少なくとも赤色蛍光体を含む赤色用冷陰極
放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用冷陰極放電管と、青
色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管とを有し、前記赤色
用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管および前記青
色用冷陰極放電管を時系列的に順次点灯し照明すること
で、各画素毎に色の異なるフィルタを設置することなく
多色表示が可能な液晶ディスプレイ装置において、前記
緑色蛍光体がY3(Al,Ga)5O12:Ce3+であるこ
とを特徴とする液晶ディスプレイ装置。 - 【請求項3】少なくとも赤色蛍光体を含む赤色用冷陰極
放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用冷陰極放電管と、青
色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管とを有し、前記赤色
用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管および前記青
色用冷陰極放電管を時系列的に順次点灯し照明すること
で、各画素毎に色の異なるフィルタを設置することなく
多色表示が可能な液晶ディスプレイ装置において、前記
青色蛍光体がY2SiO5:Ce3+であることを特徴とす
る液晶ディスプレイ装置。 - 【請求項4】少なくとも赤色蛍光体を含む赤色用冷陰極
放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用冷陰極放電管と、青
色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管とを有し、前記赤色
用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管および前記青
色用冷陰極放電管を時系列的に順次点灯し照明すること
で、各画素毎に色の異なるフィルタを設置することなく
多色表示が可能な液晶ディスプレイ装置において、前記
赤色蛍光体が(SrMg)3(PO4)2:Sn2+若しく
はCaS:Eu2+であり、前記緑色蛍光体がY3(A
l,Ga)5O12:Ce3+であり、前記青色蛍光体がY2
SiO5:Ce3+であることを特徴とする液晶ディスプ
レイ装置。 - 【請求項5】少なくとも赤色蛍光体を含む赤色用冷陰極
放電管と、緑色蛍光体を含む緑色用冷陰極放電管と、青
色蛍光体を含む青色用冷陰極放電管とを有し、前記赤色
用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管および前記青
色用冷陰極放電管を時系列的に順次点灯し照明すること
で、各画素毎に色の異なるフィルタを設置することなく
多色表示が可能な液晶ディスプレイ装置において、前記
赤色用冷陰極放電管、前記緑色用冷陰極放電管、または
前記青色用冷陰極放電管の少なくとも一つが、紫外線透
過性の材料で構成される2重管構造を有し、内側の管に
水銀を含む放電用気体を封入し、外側の管と内側の管の
間の空間に蛍光体を塗布した2重管構造冷陰極放電管で
あることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。 - 【請求項6】前記2重管構造冷陰極放電管が赤色蛍光体
CaS:Eu2+を含むことを特徴とする請求項5に記載
の液晶ディスプレイ装置。 - 【請求項7】前記赤色用冷陰極放電管と短波長カット用
カラーフィルタを組み合わせ、または前記緑色用冷陰極
放電管と色純度向上用カラーフィルタを組み合わせたこ
とを特徴とする請求項1乃至6に記載のディスプレイ装
置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24497797A JP3247643B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 液晶ディスプレイ装置 |
US09/114,607 US6249328B1 (en) | 1997-09-10 | 1998-07-13 | Liquid crystal display device having red, green, and blue fluorescent lamps having a particular phosphor composition or a double tube lamp |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24497797A JP3247643B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 液晶ディスプレイ装置 |
Publications (2)
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