JP3417254B2

JP3417254B2 - カラー液晶表示装置用のバックライト

Info

Publication number: JP3417254B2
Application number: JP14250497A
Authority: JP
Inventors: 超也木村
Original assignee: Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2003-06-16
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10333590A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラー液晶表示
装置用のバックライトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ等のＯＡ
機器やテレビ等の家電のディスプレイに、カラー液晶表
示装置が使用されている。この種のカラー液晶表示装置
として、ＴＦＴ方式のカラー液晶表示装置が広く知られ
ている。すなわち、３原色（赤（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・
青（Ｂ）色）に対応したカラーフィルタと、薄膜トラン
ジスター（ＴＦＴ）を備えたカラー液晶セルに、白色光
源のバックライトを組み合わせ、各カラーフィルタに対
応する液晶をドライブ回路により開いて光を透過させ
て、赤（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色の組み合わせ
によるモザイク混色が得られる構造になっている。

【０００３】このようなＴＦＴ方式のカラー液晶表示装
置は、鮮明なフルカラー画像が得られる反面、各画素
（液晶セル）にカラーフィルタと薄膜トランジスターが
必要なため、液晶セルの製造に非常に微細な加工が要求
されると共に、カラーバランス調整が困難であるなどの
問題点もある。

【０００４】そこで、最近では、カラーフィルタや薄膜
トランジスターを必要としないモノクロ液晶セルに３原
色バックライトを組み合わせたカラーフィルタレスのカ
ラー液晶表示装置が提案されている（例えば、特開平７
−２８１６４７号公報参照）。すなわち、３原色の光源
を順次周期的にパルス発光させ、その発光する色と同タ
イミングで液晶を開くことにより、赤（Ｒ）色・緑
（Ｇ）色・青（Ｂ）色の組み合わせによる残像混色が得
られるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなカラーフィルタレスのカラー液晶表示装置にあって
は、液晶セルの制御に関する提案は、多くされているも
のの、バックライトに関する実用的な提案は、あまりな
い。例えば、赤（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色の光
源を冷陰極管にすると、特に赤（Ｒ）色光源の立上がり
及び立下がり特性（以下、立下がり特性）が悪いため、
各パルス発光のデューティー比を最大の１／３にする
と、赤色が他の色と重なってしまい色ぼけを生じる。そ
のため、色ぼけを解消するために、デューティー比を１
／３より小さくする必要があり、輝度の低下を余儀なく
されている。このような光源の立下がり特性に起因した
問題点に対する実用的解決策は、未だ提案されていな
い。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に着目
してなされたものであり、バックライトにおける光源の
立下がり特性に起因した問題点を解決することができる
構造を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
一枚の導光板の少なくとも一端面に順次周期的にパルス
発光する３原色の独立した光源を配置し且つ液晶セルに
カラーフィルターを使用しないカラー液晶表示装置用の
バックライトであって、前記光源のうち、赤（Ｒ）色光
源が希ガス放電管で、他の光源が冷陰極管であり、且つ
希ガス放電管の温度特性を冷陰極管と同じにする制御回
路が設けられている。

【０００８】請求項１記載の発明によれば、赤（Ｒ）色
光源が希ガス放電管であるため、赤色の立下がり特性が
良く、発光パルスのデューティー比を最大の１／３にし
ても他の色との重なりが生じない。従って、色ぼけを防
止できると共に輝度の向上を図ることができる。また、
希ガス放電管の温度特性を冷陰極管と同じにする制御回
路が設けられているため、温度変化の影響を受けず、広
い温度範囲において優れた性能が得られる。

【０００９】請求項２記載の発明は、希ガス放電管がネ
オン管である。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、希ガス放電
管が成形容易なネオン管であるため、冷陰極管と略同径
の光源を形成することができ、反射鏡内への配置が容易
である。請求項３記載の発明は、冷陰極管の色光が蛍
光体から発光される。

【００１１】請求項３記載の発明によれば、緑色及び青
色が各冷陰極管の蛍光体から発色されるため、発色用に
設けられる光源側のカラーフィルタを無くすことがで
き、部品点数の低減を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１及び図２に基づいて説明する。

【００１３】この実施形態に係るカラー液晶表示装置
は、図１に示すように、液晶パネルの１画素を形成する
液晶セル１と、バックライト２と、高速液晶ドライブ回
路３と、インバータ４、５、６とから構成されている。

【００１４】液晶セル１は、２枚のガラス基板７の間に
液晶（ＳＴＮ）８を封入し、その液晶８をマトリックス
状に配置した透明導電膜（ＩＴＯ膜）９を介してＯＮ−
ＯＦＦする既知のものを使用可能である。この液晶セル
１は、モノクロ用で、カラーフィルタや薄膜トランジス
ターが不要なため、構造が簡単である。

【００１５】液晶セル１の透明導電膜（ＩＴＯ膜）９
は、高速液晶ドライブ回路３に接続されている。また、
この高速液晶ドライブ回路３は、３原色（赤（Ｒ）色・
緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色）の３つの端子を有し、赤
（Ｒ）色光源１２用の端子は、制御回路１９を介してイ
ンバータ６に接続され、他の青（Ｂ）色光源１１及び緑
（Ｇ）色光源１０用の各端子は、それぞれのインバータ
４、５と接続されている。制御回路１９は、赤（Ｒ）色
光源１２の温度特性を制御するものである。インバータ
４、５、６の出力端子は、バックライト２における各光
源１０、１１、１２の一端に接続され、光源１０、１
１、１２の他端は、接地されている。

【００１６】バックライト２は、１枚の導光板１３と、
反射鏡１４と、３つの光源１０、１１、１２と、拡散シ
ート１５と、網点（ドットパターン）１６と、反射シー
ト１７と、補助反射シート１８とから構成されている。

【００１７】導光板１３は、六面が平滑透明面である透
明樹脂の板又は成形品を用いることができる。透明樹脂
としては、アクリル板、ポリエステル板、塩化ビニル板
等が好適である。導光板１３の一端面（光入射面）の断
面積（即ち、厚み）は、光源１０、１１、１２から有効
に光を導入する重要な要因であり、厚い程効率が良く、
多くの光量を導光板１３内に入射できるが、厚すぎると
スペースをとり、電子機器の軽量小型化に反するし、光
のロスにもつながる。この実施形態のバックライト２
は、導光板１３が１枚で済むため、構造簡単で装置の小
型化・薄型化を図る上で有利である。

【００１８】導光板１３の裏面（反液晶セル１側の面）
に印刷されているのが白の網点１６である。網点１６
は、光を散乱させるためのものであり、高屈折率を有す
るフィラーを有機樹脂に混合したインクをドット状に印
刷したものである。この網点１６は、光源１０、１１、
１２及び補助反射シート１８から遠くなるほど（中央位
置に近づくほど）、面密度が増大しており、輝度の均一
化に寄与している。

【００１９】反射鏡１４は、導光板１３の一端面に取付
けられている。この反射鏡１４は、一端面側に開口した
断面湾曲形状をしている。反射鏡１４の内面には、光源
１０、１１、１２からの光を効率良く導光板１３の中に
導入し、外部に漏らさないようにするために、高反射率
を有する銀鏡面が形成されているが、合成樹脂（例えば
ＰＥＴ）に白色材などを練り込んでなる反射部材も良
い。また、反射鏡１４は、図２に示すような直線状に限
らず、Ｌ字状に形成しても良い。この場合、反射鏡１４
の開口は、導光板１３の二端面に夫々開口することは勿
論である。

【００２０】光源１０、１１、１２は、緑（Ｇ）色用及
び青（Ｂ）色用としては、冷陰極管を用い、赤（Ｒ）色
用としては、「希ガス放電管」としてのネオン（Ｎｅ）
管を用いる。ネオン管は、成形容易で、冷陰極管と略同
径の光源を形成することができ、反射鏡１４内への配置
が容易である。緑（Ｇ）色光源１０及び青（Ｂ）色光源
１１は、冷陰極管の内面に塗布した蛍光体自体が発光し
て緑及び青の純色が表示されるもので、カラーフィルタ
が不要である。また、この光源１０、１１、１２は、液
晶の駆動タイミングに同期したパルス周期で連続点灯す
るもので、光シャッター等も不要である。

【００２１】３原色が人間の目の明るさを感じる割合、
即ち輝度の視覚実験により３原色の赤（Ｒ）・緑（Ｇ）
・青（Ｂ）が１．５：３．５：１となるようにインバー
タ４、５、６で調整されている。そのため、ＣＩＥ（Ｃ
ommission Ｉnternationalde Ｌeclairage）と略称さ
れる国際照明委員会で採用している所謂白色領域の中心
に調整する上で、最も輝度が要求される緑（Ｇ）光源１
０が、一番導光板１３側に配置されている。

【００２２】反射シート１７は、合成樹脂（例えばＰＥ
Ｔ）に白色材などを練り込んでなる白色の高反射率材料
のシートであり、導光板１３の網点１６側に微細の空気
層を介して当接して配置してある。

【００２３】他端面に設けられる補助反射シート１８も
同様である。この補助反射シート１８を設けたことによ
り、光源１０、１１、１２から遠い部分における輝度の
減衰を防止して、輝度の均一化を図ることができる。

【００２４】拡散シート１５は、シート表面を梨地状に
荒らした粗面で、導光板１３より透過した光を散乱透過
させるためのものである。

【００２５】次ぎに、このカラー液晶表示装置の作用を
説明する。高速液晶ドライブ回路３より、液晶の駆動タ
イミングと同期したパルス波形が出力される。赤（Ｒ）
色光源１０用のパルス波形は、、デューティを１／３に
設定し、他の色との同時点灯を避けている（混色にして
しまう）。次に、緑（Ｇ）色光源１０、青（Ｂ）色光源
１１についても、ちょうど１／３周期ずらす形でパルス
を立ち上がらせる。

【００２６】図３は、各光源のパルス波形を同じ位相で
示したもので、赤（Ｒ）色光源１２の二点鎖線は、赤
（Ｒ）色光源１２を仮に冷陰極管で形成した場合の立下
がり特性（定常状態から１０％になる時間）ｄＴを示し
たものである。このように、赤（Ｒ）色光源１２を冷陰
極管で形成すると、立下がり特性ｄＴが大きく、デュー
ティー比を最大の１／３にすると、他の色と重なって色
ぼけを生じる。しかし、本発明では、赤（Ｒ）色光源１
２をネオン管にしたため、立下がり特性ｄｔが他の緑
（Ｇ）色光源１０や青（Ｂ）色光源１１と同等に小さい
（約０．１ｍｓ）。従って、発光パルスのデューティー
比を最大の１／３にしても赤色が他の色と重ならず、色
ぼけを防止できると共に輝度の向上を図ることができ
る。

【００２７】更に、この実施形態では、制御回路１９に
より、ネオン管である赤（Ｒ）色光源１２と、冷陰極管
である他の光源１０、１１との間の温度特性の違いを是
正制御している。すなわち、冷陰極管による緑（Ｇ）色
光源１０と青（Ｂ）色光源１１が、温度変化による影響
を受けやすい（高温時輝度アップし、低温時輝度ダウン
する）のに対し、ネオン管による赤（Ｒ）色光源は、図
４に示すように周囲温度に対する相対値で温度の影響を
受けず常に一定の輝度を示す。尚、この赤（Ｒ）色光源
１２は、４．８ミリの直径で２１６ミリの長さのネオン
管を用いて確認した。従って、温度特性の制御をしない
で、両方の光源を使用すると、低温時は、冷陰極管の相
対輝度が低下し、表示面が赤みを帯びてしまい、逆に高
温時には、赤みが失われてしまう。

【００２８】そのため、この実施形態では、制御回路１
９により、ネオン管（赤（Ｒ）色光源１２）の輝度を、
冷陰極管（緑（Ｇ）色光源１０、青（Ｂ）色光源１１）
と同じ輝度になるように変化させている。つまり、制御
回路１９により赤（Ｒ）色光源１２の管電流を制御し、
ネオン管が冷陰極管と同じ温度特定を示すようにしてい
る。この制御回路１９では、温度センサーを使用せず、
冷陰極管の１つのインバータ５の出力から相対始動電圧
を検出し、これをフィードバックしたアクティブ制御を
行っている。この相対始動電圧も温度特性を示すため、
この相対始動電圧に基づいて制御すれば、温度センサー
のような設置位置や設置状態による検出精度のバラツキ
は生じない。

【００２９】このようにして、光源１０、１１、１２よ
り発生した色光は、直接或いは反射鏡１４で反射して、
導光板１３の一端面より導光板１３内へ入射される。導
光板１３内に入った光は、導光板１３の内面に当たって
全反射を繰り返し、一部は、裏面の網点１６に当たり散
乱することで、液晶セル１側へ出射する。網点１６に当
たった光の一部は、導光板１３内で反射された後、反射
シート１７に当たって液晶セル１側へ導かれる。

【００３０】導光板１３から液晶セル１に入る光は、拡
散シート１５を透過する。拡散シート１５を通過する光
は、表面の微小な凹凸・梨地状により散乱光となるた
め、光源１０、１１、１２自体や網点１６の模様が直接
見えず、全面が均一に光る効果が得られる。

【００３１】バックライト２での光源１０、１１、１２
が前記のように高速で順次パルス発光している一方で、
液晶セル１では、高速液晶ドライブ回路３の制御によ
り、発光する色と同じタイミングで液晶８が開くように
なっている。液晶８が開いたタイミングの色が液晶セル
１を透過し、その色が表示される。混色は、他の色のタ
イミングで液晶８を開くことにより行われる。例えば、
赤（Ｒ）色光源１２と緑（Ｇ）色光源１０の両方のタイ
ミングで液晶８を開けば赤（Ｒ）色と緑（Ｇ）色の混色
である黄色が表示され、液晶８を開き放しにして赤
（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色の３つを混色すれば
白色が表示される。これは、光源１０、１１、１２のパ
ルスが目の残像時間よりも十分に速いため起きる残像混
色である。尚、白色調整は、インバータ４、５、６の出
力電流調整により各光源１０、１１、１２の光量（輝
度）比率を調整して行われる。

【００３２】この実施形態のカラー液晶表示装置によれ
ば、カラーフィルターを用いないカラー液晶表示装置が
可能で、従来のカラーフィルターを用いたカラー液晶表
示装置よりも液晶セル１の製造が容易である。また、バ
ックライト２に関しては、ＴＦＴ方式が１本の白色光源
で済むのに対し、本実施形態が３本の光源１０、１１、
１２を必要とするため、本来ならば小型化・薄型化の面
で不利であるが、前述のように、導光板１３が１枚で、
光源１０、１１、１２を反射鏡１４内に収納した構造に
することにより、バックライト２の小型化・薄型化が可
能になっている。また、同様の理由により部品点数減に
よる低価格化を図ることができる。

【００３３】尚、この実施形態では、光源１０、１１、
１２のパルスのデューティを最大の１／３にしたが、液
晶セル１との関係によっては、１／３以下に設定しても
良い。また、希ガス放電管としては、ネオン管に限定さ
れず、キセノン管等も使用可能である。また、前記反射
鏡１４は、合成樹脂（例えばＰＥＴ）に白色材などを練
り込んでなる反射部材でも良いことは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、赤（Ｒ）
色光源が希ガス放電管であるため、赤色の立下がり特性
が良く、発光パルスのデューティー比を最大の１／３に
しても他の色との重なりが生じない。従って、色ぼけを
防止できると共に輝度の向上を図ることができる。ま
た、希ガス放電管の温度特性を冷陰極管と同じにする制
御回路が設けられているため、温度変化の影響を受け
ず、広い温度範囲において優れた性能が得られる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、希ガス放電
管が成形容易なネオン管であるため、冷陰極管と略同径
の光源を形成することができ、反射鏡内への配置が容易
である。請求項３記載の発明によれば、緑色及び青色
が各冷陰極管の蛍光体から発色されるため、発色用に設
けられる光源側のカラーフィルタを無くすことができ、
部品点数の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のカラー液晶表示装置用のバックライ
トを示す断面図。

【図２】バックライトを示す分解斜視図。

【図３】各色のパルス波形を同じ位相で示した図。

【図４】ネオン管の温度特性図。

【符号の説明】

１液晶セル１０、１１光源（冷陰極管）１２光源（希ガス放電管としてのネオン管）１３導光板１５拡散シート１６網点１７反射シート１８補助反射シート１９制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 G02F 1/133

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一枚の導光板の少なくとも一端面に順次
周期的にパルス発光する３原色の独立した光源を配置し
且つ液晶セルにカラーフィルターを使用しないカラー液
晶表示装置用のバックライトであって、前記光源のうち、赤（Ｒ）色光源が希ガス放電管で、他
の光源が冷陰極管であり、且つ希ガス放電管の温度特性
を冷陰極管と同じにする制御回路が設けられていること
を特徴とするカラー液晶表示装置用のバックライト。
【請求項２】請求項１記載のカラー液晶表示装置用の
バックライトであって、希ガス放電管がネオン管であることを特徴とするカラー
液晶表示装置用のバックライト。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載のカラー液晶
表示装置用のバックライトであって、冷陰極管の色光が蛍光体から発光されることを特徴とす
るカラー液晶表示装置用のバックライト。