JP3601775B2

JP3601775B2 - バックライト装置、及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP3601775B2
Application number: JP37110899A
Authority: JP
Inventors: 猛雄杉浦; 貴雄田口; 絵理子永田; 義富土橋; 祐二我妻
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp; Toppan Inc
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Toppan Inc
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001185087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーの表示装置に用いられる蛍光ランプを用いたバックライト装置、及びバックライト装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特開平９−３３９２０号公報に記載されるように、平板状の液晶パネルと、この液晶パネルを背面から照明するバックライト装置とを備えた液晶表示装置が知られている。そして、液晶パネルは、例えば、２枚の偏光板の間に、それぞれ透明電極を形成した基板を対向して配置し、これら基板同士の間に液晶を注入して液晶層が構成されている。そして、この液晶パネルは、液晶層の層内に設けられた透明電極に印加する電圧を画素毎に調整することにより、１枚目の偏光板を通過したバックライト装置からの光の偏光度合いを制御して、２枚目の偏光板を通過する光量を制御し、画像の表示を行っている。さらに、偏光板同士の間に位置する一方の基板について、画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを設けることにより、カラー表示を可能としている。
【０００３】
一方、バックライト装置は、例えば、平板状の導光板と、この導光板に端面から光を照射する蛍光ランプとを備えている。そして、このバックライト装置に用いられる蛍光ランプは、高い演色性を得るために種々の構成が提案されているが、一般に青色、緑色、及び赤色に発光する希土類の蛍光体を混合して蛍光膜を構成し、この蛍光体の混合比により種々の発光スペクトルが得られる３波長域発光形蛍光ランプが実用化されて以来、この３波長域発光形蛍光ランプが、発光効率が良く、高演色性を実現できる光源として、カラーの液晶表示装置用のバックライト装置として広く用いられている。
【０００４】
また、液晶パネルのカラーフィルタについても、諸耐性に優れた顔料分散形のカラーフィルタが用いられるようになり、カラーの液晶表示装置は、液晶カラーテレビやカーナビゲーション用、あるいは液晶表示装置一体形のノートパソコン用として、大きな市場を形成するに至っている。さらに、液晶表示装置は、近年、省エネルギー、省スペースとの特徴を生かして、デスクトップパソコン用のモニターとしても普及し始めており、従来のＣＲＴモニターに代わる表示装置として注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状では、ＣＲＴモニターの各種表示性能は液晶表示装置の各種表示性能よりも高く、特に、ＣＲＴモニターの表示色の欧州規格であるいわゆるＥＢＵ（ＥｕｒｏｐｅａｎＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇＵｎｉｏｎ：ヨーロッパ放送連合）規格を満足する液晶表示装置が出現しておらず、この規格達成がテレビジョンの分野あるいはマルチメディア用表示装置の分野において、液晶表示装置が大きく普及する一つの鍵となっている。すなわち、カラーテレビ系は、（１）受像（カラーカメラ）、（２）伝送、（３）受像（受像機）のプロセスを通じて、被写体の形、動き、色相が受像機上に再現されるため、色相も含めた画像信号の伝送方式が規格化されている。そして、この伝送方式の規格として、アメリカ、カナダ、日本などが採用して放送を行っているＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）規格に対しては、従来の液晶表示装置の構成で色度を満足しうるものの、ＥＢＵが方式及び規格を定めているＥＢＵ規格では、より高い色純度が要求され、通常の液晶パネルのカラーフィルタの色素より高い色純度が要求されており、特に、青フィルタのｙ値が小さく規定されているため、規格の満足が困難になっている。この点、色純度を上げるために、カラーフィルタの膜厚を大きくすることが考えられるが、色純度を上げるためにカラーフィルタの膜厚を上げると、青フィルタのみ膜厚が大きくなり、明度が小さくなる問題を有している。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液晶表示装置の特性がＥＢＵ規格を満足できるバックライト装置、及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のバックライト装置は、１μｍから２μｍの膜厚を有し、赤色、緑色、及び銅フタロシアニン顔料を含む青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルを照明し、ＥＢＵ規格の受像三原色である赤色（Ｒ）：ｘ＝０．６４，ｙ＝０．３３緑色（Ｇ）：ｘ＝０．２９，ｙ＝０．６０青色（Ｂ）：ｘ＝０．１５，ｙ＝０．０６を満足するためのバックライト装置あって、バルブと；バルブに封入された水銀及び希ガスと；バルブの内面に設けられた赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び半値幅４０nm以下の青色蛍光体としてユーロピウム付活ストロンチウム・カルシウム・バリウム燐酸塩蛍光体を有する３波長形の蛍光体層と；を具備した蛍光ランプを備え、出射する光の色温度を７０００Ｋ以上、偏差（ｄｕｖ）を０．０１以下としたものである。
【０００８】
そして、この構成では、蛍光ランプを備えたバックライト装置を、赤色、緑色、及び青色の所定の透過特性を備えたカラーフィルタを備えた液晶パネルの照明として用い、出射する光を液晶パネルに入射すると、青色の色特性と明度とを容易に向上でき、液晶表示装置について、明度とＥＢＵ規格の色特性とを同時に満足することが可能になる。
【０００９】
すなわち、液晶パネルのカラーフィルタを検討していたところ、ＥＢＵ規格を満足する色相を有するカラーフィルタ材料の組成が発見されたが、このカラーフィルタ材料では、赤色及び緑色の透過特性に比べて、青色の透過特性が若干小さく、このカラーフィルタ材料の特性を有効に生かすための光源の適正化が必要であった。
【００１０】
請求項２記載のバックライト装置は、請求項１記載のバックライト装置において、蛍光ランプは、出射する光の色温度を８５００Ｋ以上、偏差（ｄｕｖ）を０．０１５以下としたものである。
【００１１】
そして、この構成では、蛍光ランプの蛍光体について、半値幅が４０ nm 以下の青色蛍光体を赤色蛍光体及び緑色蛍光体とともに所定の割合で用い、出射される光を色温度を８５００Ｋ以上、偏差を０．０１５以下としたため、バックライト装置から出射される光は、色温度を７０００Ｋ以上、より好ましくは７５００Ｋ以上、偏差を０．０１以下とすることができ、この結果、発見されたＥＢＵ規格に適した色相を有するカラーフィルタの特性を有効に生かし、ＥＢＵ規格に適合する液晶表示装置を提供することが可能になる。
【００１２】
請求項３記載の液晶表示装置は、１μｍから２μｍの膜厚を有し、赤色、緑色、及び銅フタロシアニン顔料を含む青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルと；液晶パネルを照明する請求項１または２記載のバックライト装置と；を具備しているものである。
【００１３】
そして、この構成では、所定の透過特性を有する赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルと、請求項１または２記載のバックライト装置との組み合わせにより、明度とＥＢＵ規格の色特性とを同時に満足する液晶表示装置が提供される。
【００１４】
以下、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明のバックライト装置、及び液晶表示装置の一実施の形態を示す分解斜視図である。図２は同上液晶表示装置を構成する液晶パネルの一部の断面図である。図３は同上液晶パネルのカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。図４は同上蛍光ランプの一部を省略した断面図である。図５は同上蛍光ランプの図４のＡ部を拡大した断面図である。図６は同上蛍光ランプから出射される光の分光分布を示すグラフである。図７は同上バックライト装置から出射される光の分光分布を示すグラフである。図８は本発明のバックライト装置、及び液晶表示装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【００１６】
図１において、１１は液晶表示装置で、この液晶表示装置１１は、カラー液晶ディスプレイとも呼ばれるもので、表示手段としての平面表示装置である平板状の液晶パネル１２と、この液晶パネル１２を背面から照明するバックライト装置１４とを備えている。
【００１７】
そして、液晶パネル１２は、図１及び図２に示すように、表示を行う平板状の本体部１５を備え、この本体部１５は、２枚の偏光板１６，１７の間に、それぞれ透明電極２１ａ，２２ａを形成したガラス板であるアレイ基板２１とカラーフィルタ基板２２とを対向して配置し、これら基板２１，２２同士の間に液晶を注入して液晶層２４が構成されている。さらに、カラーフィルタ基板２２には、各画素に対応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦが形成されている。また、本体部１５の正面側には、保護ガラス２６が配置されている。さらに、本体部１５の外周部には、必要に応じて駆動回路などを配置した枠部２７が取り付けられ、液晶パネル１２が構成されている。
【００１８】
そして、この液晶パネル１２は、液晶層２４の層内に設けられた透明電極２１ａ，２２ａに印加する電圧を画素毎に調整することにより、１枚目の偏光板１６を通過したバックライト装置１４からの光の偏光度合いを制御して、各カラーフィルタＣＦを介して２枚目の偏光板１７を通過する光量を制御し、画像のカラー表示を可能としている。
【００１９】
ここで、カラーフィルタＣＦは、組成を検討して発見された、ＥＢＵ規格を満足する色相を有するカラーフィルタ材料を用いて形成された、いわばＥＢＵ規格対応カラーフィルタであり、図３のグラフに示すように、このカラーフィルタ材料では、赤色（Ｒ）及び緑色（Ｇ）の透過特性に比べて、青色（Ｂ）の透過特性が若干小さく、このカラーフィルタ材料の特性を有効に生かすための光源の適正化が必要であった。
【００２０】
また、バックライト装置１４は、バックライト、バックライトユニット、あるいは冷陰極蛍光ランプユニットとも呼ばれるもので、図１に示すように、液晶パネル１２の背面側に配置され、アクリル製などの導光体である平板状の導光板３１と、この導光板３１の背面側に沿って配置された反射シート３２と、導光板３１の正面側に沿って配置された光拡散シート３３と、導光板３１の端面に沿って配置された蛍光ランプと、この蛍光ランプＦＬを導光板３１側を照射開口として覆う反射体３４となどを備え、さらに、これら部材を正面側を開口したケース３６に収納して構成されている。
【００２１】
そして、蛍光ランプＦＬは、図１、図４、及び図５に示すように、高周波で点灯される冷陰極蛍光ランプであり、細長円筒状のガラス製のバルブ４１の両端部に封止部４２，４２を設け、この封止部４２，４２で電極４３，４３を封着しつつバルブ４１内を気密に封止し、内部に希ガス及び水銀を封入している。さらに、バルブ４１の内壁すなわち内面には、蛍光体が塗布され、蛍光体層４６が形成されている。
【００２２】
また、この蛍光ランプＦＬのバルブ４１の内径すなわち内側の直径は、導光板３１の厚さ寸法などにも応じるものであるが、５ｍｍ以下が好ましく、本実施の形態では内径３ｍｍに形成されている。また、このバルブ４１は、導光板３１の連続する２辺に沿うように、略Ｌ字状に屈曲されている。
【００２３】
さらに、蛍光体層４６は、いわゆる３波長形すなわち３波長域発光形で、希土類蛍光体の赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び青色蛍光体を所定の混合比で混合して構成されている。そして、本実施の形態では、赤色蛍光体としては、ユーロピウム付活イットリア蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、緑色蛍光体としては、セリウム、テリビウム共付活ランタンリン酸塩蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ）青色蛍光体としては、アパタイト蛍光体と呼ばれるユーロピウム付活ストロンチウム・カルシウム・バリウムリン酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ）を所定の混合比で用いている。なお、本実施形態においては、赤色蛍光体が３７質量％、緑色蛍光体が２７質量％、青色蛍光体が３６質量％となる比率で混合されている。
【００２４】
そして、この蛍光ランプＦＬを、ランプ電流（ＩＬ）６ｍＡで点灯した状態で、蛍光ランプＦＬから照射される光Ｌ１のエネルギー分布すなわち分光分布は、図６のグラフに示すようになり、色度は、ｘ＝０．２８８４，ｙ＝０．２７３３、偏差（ｄｕｖ）は−０．０１３、色温度は１００００Ｋ、管面輝度３１５７２ｃｄ／ｍ^２となっている。また、この図６のグラフにおいて、ほぼ、Ｒは赤色蛍光体のピーク、Ｇは緑色蛍光体のピーク、Ｂは青色蛍光体のピーク（約４５３ｎｍ）を示し、Ｈｇは水銀によるピークを示している。また、図示しないが、青色蛍光体の半値幅は、４０ｎｍ以下となっている。
【００２５】
さらに、この蛍光ランプＦＬから出射した光Ｌ１が、導光板３１などを通過し、バックライト装置１４から出射される光Ｌ２すなわち液晶パネル１２に入射する光となった状態で、エネルギー分布すなわち分光分布は、図７のグラフに示すようになり、色度は、ｘ＝０．３０７６，ｙ＝０．２９７０、偏差（ｄｕｖ）は−０．０１１、色温度は７２１２Ｋ、ユニット板面の平均輝度４２８０ｃｄ／ｍ^２となっている。また、この図６のグラフにおいて、Ｒは赤色蛍光体のピーク、Ｇは緑色蛍光体のピーク、Ｂは青色蛍光体のピークを示し、Ｈｇは水銀によるピークを示している。
【００２６】
そして、これらバックライト装置１４と光学的なカラーフィルタＣＦを備えた液晶パネル１２とを組み合わせた液晶表示装置１１において、光源であるバックライト装置１４の発光スペクトル特性、特に、色温度及び偏差と、ＲＧＢの３色よりなるカラーフィルタＣＦの透過スペクトル特性とを特定の範囲でマッチングさせる構成及び製造方法により、従来よりも高彩度を実現し、特に青の彩度を向上し、ＲＧＢの加法混色で色再現を行うカラーテレビの再現色を決定する受像機の三原色すなわち受像三原色の色度について、ＥＢＵ規格を充たす液晶表示装置１１を提供することができた。
【００２７】
なお、ＥＢＵ規格の受像三原色は、
赤色（Ｒ）：ｘ＝０．６４，ｙ＝０．３３
緑色（Ｇ）：ｘ＝０．２９，ｙ＝０．６０
青色（Ｂ）：ｘ＝０．１５，ｙ＝０．０６
であり、ＮＴＳＣ方式の受像三原色として定められた、
赤色（Ｒ）：ｘ＝０．６７，ｙ＝０．３３
緑色（Ｇ）：ｘ＝０．２１，ｙ＝０．７１
青色（Ｂ）：ｘ＝０．１４，ｙ＝０．０８
に対して、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）とについては、色純度が低く設定されているため、現行の顔料分散形の材料によるカラーフィルタと従来の蛍光ランプとにより達成可能である。一方、青色（Ｂ）のＥＢＵ規格については、現行の銅フタロシアニンを材料とするカラーフィルタでは、従来の蛍光ランプと組み合わせると、膜厚を８μｍとする必要があり、現行のカラーフィルタが１〜２μｍであることを考えると、明度の点などで現実が困難であった。
【００２８】
この点、本実施の形態によれば、蛍光ランプＦＬの蛍光体について、半値幅が４０ｎｍ以下の青色蛍光体を赤色蛍光体及び緑色蛍光体とともに所定の割合で用い、出射される光Ｌ１を色温度を８５００Ｋ以上、より好ましくは９０００Ｋ以上、偏差を０．０１５以下、より好ましくは０．００５以下としたため、バックライト装置１４から出射される光Ｌ２は、色温度を７０００Ｋ以上、より好ましくは７５００Ｋ以上、偏差を０．０１以下とすることができ、この結果、発見されたＥＢＵ規格に適した色相を有するカラーフィルタの特性を有効に生かし、ＥＢＵ規格に適合する液晶表示装置１１を提供することができた。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、バックライト装置１４は、導光板３１の端面に沿って蛍光ランプＦＬを配置したいわゆるサイドライト方式としたが、この構成に限られるものではなく、例えば、図８に示すように、導光板を用いずに、液晶パネル１２の背面に対向して、略Ｕ字状などに屈曲などした蛍光ランプＦＬを配置することもでき、電極も冷陰極に限らず、熱陰極を有する蛍光ランプであってもよい。
【００３０】
以下、図１に示す構成において、内径２ｍｍ、管長１７３ｍｍのバルブ４１の内面に塗布する希土類蛍光体の赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体の混合比を代えて、ＥＢＵ規格対応型のカラーフィルタＣＦと組み合わせて、赤色、緑色、青色の色再現性を評価した実験結果を示す。すなわち、この実験の結果、色温度が低く、しかも偏差の低い場合は、色特性が悪く、明度が小さくなる蛍光であった。特に、色特性は青色蛍光体の特性により変化し、半値幅の広い一般に知られているＢＡＭ蛍光体と呼ばれるユーロピウム付活バリウム・マグネシウム・アルミン酸塩蛍光体（ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ）は、色特性が悪い傾向であった。
【００３１】
このため、青色蛍光体は、アパタイト蛍光体と呼ばれるユーロピウム付活ストロンチウム・カルシウム・バリウム燐酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ））を使用し、色度を種々に変化させて評価した結果、表１の結果を得た。
【００３２】
【表１】

なお、実験は、ランプ電流を６ｍＡに調整し、ランプ電力２．２Ｗ、周波数３３ｋＨｚの高周波点灯で点灯した。また、色度は、株式会社オプトリサーチ社製のＭＳＲ−７０００を使用し、輝度は株式会社トプコン製のＢＭ−７を使用して測定した。
【００３３】
また、バックライト装置はサイドライト方式バックライトを用い、導光板には長辺８１ｍｍ、短辺６１ｍｍの矩形状で厚さ４ｍｍのアクリル板を、光拡散シートには株式会社ツジデン製の光拡散シート（形名Ｄ１１５またはＤ１２１）２枚を、反射シートには東レ株式会社製の形名Ｅ６０Ｌをそれぞれ用いた。
【００３４】
そして、この実験結果から、蛍光ランプＦＬは、色温度は８５００Ｋ以上、偏差を０．０１５以下とした状態で、良好な色特性を実現できることがわかった。
【００３５】
また、実際の使用状態では、カラーフィルタＣＦに光を照射する光源は、図１に示すようにユニット化したバックライト装置１４とした状態で用いるため、この蛍光ランプＦＬを用いたバックライト装置（バックライトユニット）１４の色度、偏差も表１に併記した。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載のバックライト装置によれば、蛍光ランプを備えたバックライト装置を、所定の透過特性を備えた赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルの照明として用い、出射する光の色温度を７０００Ｋ以上、偏差を０．０１以下としたため、出射する光を液晶パネルに入射すると、青色の色特性と明度とを容易に向上でき、液晶表示装置について、明度とＥＢＵ規格の色特性とを同時に満足できる。
【００３７】
請求項２記載のバックライト装置によれば、蛍光ランプの蛍光体について、半値幅が４０ nm 以下の青色蛍光体を赤色蛍光体及び緑色蛍光体とともに所定の割合で用い、出射される光を色温度を８５００Ｋ以上、偏差を０．０１５以下としたため、バックライト装置から出射される光は、色温度を７０００Ｋ以上、より好ましくは７５００Ｋ以上、偏差を０．０１以下とすることができ、この結果、発見されたＥＢＵ規格に適した色相を有するカラーフィルタの特性を有効に生かし、ＥＢＵ規格に適合する液晶表示装置を提供することができる。
【００３８】
請求項３記載の液晶表示装置によれば、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルと；液晶パネルを照明する請求項１または２記載のバックライト装置と；を具備したため、所定の透過特性を有する赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルと、請求項２記載のバックライト装置との組み合わせにより、明度とＥＢＵ規格の色特性とを同時に満足する液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックライト装置、及び液晶表示装置の一実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】同上液晶表示装置を構成する液晶パネルの一部の断面図である。
【図３】同上液晶パネルのカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図４】同上蛍光ランプの一部を省略した断面図である。
【図５】同上蛍光ランプの図４のＡ部を拡大した断面図である。
【図６】同上蛍光ランプから出射される光の分光分布を示すグラフである。
【図７】同上バックライト装置から出射される光の分光分布を示すグラフである。
【図８】本発明のバックライト装置、及び液晶表示装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
11 液晶表示装置
12 液晶パネル
14 バックライト装置
41 バルブ
46 蛍光体層
CF カラーフィルタ
FL 蛍光ランプ

Claims

１μｍから２μｍの膜厚を有し、赤色、緑色、及び銅フタロシアニン顔料を含む青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルを照明し、
ＥＢＵ規格の受像三原色である
赤色（Ｒ）：ｘ＝０．６４，ｙ＝０．３３
緑色（Ｇ）：ｘ＝０．２９，ｙ＝０．６０
青色（Ｂ）：ｘ＝０．１５，ｙ＝０．０６
を満足するためのバックライト装置あって、
バルブと；バルブに封入された水銀及び希ガスと；バルブの内面に設けられた赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び半値幅４０ nm 以下の青色蛍光体としてユーロピウム付活ストロンチウム・カルシウム・バリウム燐酸塩蛍光体を有する３波長形の蛍光体層と；を具備した蛍光ランプを備え、
出射する光の色温度を７０００Ｋ以上、偏差（ｄｕｖ）を０．０１以下とした
ことを特徴とするバックライト装置。
蛍光ランプは、出射する光の色温度を８５００Ｋ以上、偏差（ｄｕｖ）を０．０１５以下とした
ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
１μｍから２μｍの膜厚を有し、赤色、緑色、及び銅フタロシアニン顔料を含む青色のカラーフィルタを備えた液晶パネルと；
液晶パネルを照明する請求項１または２記載のバックライト装置と；
を具備していることを特徴とする液晶表示装置。