JP3831099B2 - カラー表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー表示装置に関する。
【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）・緑（Ｇ）・青（Ｂ））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）・緑（Ｇ）・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、前記カラーフィルタや前記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液晶表示装置が提案されている（例えば、特開平６−１３８４５９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）・緑（Ｇ）・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】
また、三枚の導光手段を重ね、個々に３原色の光源の何れかを配置し、該光源をスイッチのＯＮ・ＯＦＦにより配色を制御する表示装置、所謂電飾看板が知られている。
【０００６】
【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或いは電飾看板にあっては、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、このタイプのバックライトには、３つの光源を有するため小型化が困難であったり、また彩度の高い純色を得るべく光源側にカラーフィルタを設けたりするため、部品点数の増加を招きやすく、光の利用効率が悪くなる、という固有の問題点がある。これらの固有の問題点に対する実用的解決策についての提案を知らない。
【０００７】
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、カラーフィルタレスのカラー表示装置固有の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、単数の導光手段を備え、前記導光手段の両端面のうち一方側に、３原色の独立した三つの光源のうち異なる２原色の光源を配置すると共に、他方側に残る１原色の光源を配置し、前記導光手段の裏面には、白色網点及び前記三つの光源のうち少なくともいずれか一つの光源の色に対する補色の網点を夫々施し、前記補色の網点の適宜な配置によって色むらを抑制するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、導光手段が単数で済むので、構造簡単で小型化が図れる。また、３原色光源の内、導光手段の一方側に２原色光源が配され、該導光手段の他方側に残る１原色光源を配することにより、導光手段に光が入射される際に他の光源に邪魔される確率が減少し、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。また、導光手段の裏面に、光源の色に対する補色の網点を適宜に配置することで、色むらを抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカラー表示装置であって、前記双方の光源は、前記導光手段の両端面側に配された反射手段により、該光源の光が導光手段に指向されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、反射手段により、３原色光源の光を導光手段の両端面側に効率よく集光できることになり、導光手段の輝度が増すことになる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のカラー表示装置であって、前記双方の光源は、液晶の駆動タイミングに同期してパルス発光することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、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）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）色の組み合わせによる残像混色が得られる液晶表示装置が得られる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のカラー表示装置であって、前記導光手段の液晶セル側の表面には、拡散手段を設け、前記網点の裏面側に反射部材を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、拡散手段、網点、反射手段が設けられているため、導光手段内に入射した光が拡散して液晶セル側へ出射されることで、光源や網点が見えず、輝度の均一化を図ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のカラー表示装置であって、前記拡散手段は、拡散シートよりなることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、拡散手段が取り外し自在のシート状の部材よりなるので、開発時における拡散手段のチューニングが容易であり、開発費の低減につながり、製造原価低減の一要素になる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうち何れか１項に記載のカラー表示装置であって、沿設されてなる前記異なる２原色の光源の内、前記導光手段の一端面と対向する側に配される光源は、透明発色管よりなることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、導光手段の一端面に対向しない反射板側の光源の光が、該導光手段の端面に入射する際に、導光手段の端面に対向する点灯していない光源が、透明であるので、光を充分に通過させ、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のカラー表示装置であって、前記透明発色管は、透明ガラス管にネオンガスが封入されてなることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、透明発色管が点灯していない時には透明であるにも関わらず、点灯すると赤色に点灯し、他の光源と共に３原色を構成することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載のカラー表示装置であって、前記透明発色管に沿う光源は、青（Ｂ）色に発光する冷陰極管であることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、青（Ｂ）色に発光する光源は、導光手段の端面から遠いが、反射部材に近接され且つ他の赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）色に発光する光源のホワイトバランス輝度より高いので、３原色による発光が、所謂白色の領域を得られる。
【００２４】
【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基づいて説明する。
【００２５】
この実施形態に係るカラー液晶表示装置用は、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。
【００２６】
前記液晶セル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。
【００２７】
前記液晶セル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）・緑（Ｇ）・青（Ｂ））の３つの端子を有し、それぞれのインバータ４、５、６と接続されている。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、１１、１２の他端は接地されている。
【００２８】
前記バックライト２は、単数の導光手段としての導光板１３と、反射手段としての反射鏡１４、１８と、３つの光源１０、１１、１２と、拡散手段としての拡散シート１５と、網点（ドットパターン）１６と、反射部材としての反射シート１７とから構成されている。
【００２９】
前記導光板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）１３ａ及び他端面（光入射面）１３ｂ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が単数で済むため、構造簡単で装置の小型化・薄型化、反射部材及び導光板など部品点数減による低価格化を図る上で有利である。
【００３０】
前記導光板１３の一端面１３ａ側に配設される反射鏡１４は、一端面１３ａ側に開口した断面湾曲形状をしている。反射鏡１４に囲繞された空間内には、光源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。
【００３１】
前記導光板１３の他端面１３ｂ側に配設される反射鏡１８は、他端面１３ｂ側に開口した断面湾曲形状をしている。反射鏡１８に囲繞された空間内には、光源１０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。
【００３２】
光源１０、１１は、３原色の内の緑（Ｇ）・青（Ｂ）色を発光する冷陰極管を用いる。この光源１０、１１は、冷陰極管の内面に塗布した蛍光体自体が発光して３原色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。
【００３３】
光源１２は、透明ガラス管にネオン（Ｎｅ）ガスを封入した所謂ネオン管で、３原色の内の赤（Ｒ）色を発光する透明発色管である。該ネオン管は、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。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。
【００３４】
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（Ｃommission Ｉnternational de 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１０が、他端面１３ｂ側に配置されている。
【００３５】
前記網点１６は、導光板１３の裏面（反液晶セル１側の面）に印刷或いは点、筋などの刻みを設ける刻設或いはプリズムが形成されてなり、光源１０、１１、１２からの光を散乱させるためのものである。印刷の場合は、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ている。この網点１６は、光源１０、１１、１２から遠くなるほど、面密度が増大しており、輝度の均一化に寄与している。
【００３６】
前記網点１６は、白色をなしている。しかし、前記光源１０、１１、１２のすべてが点灯して「白色」を表示するはずであるにも関わらず、例えば青（Ｂ）光源１１による輝度が高くなって、全体に「青色」を帯びることが開発中に判明した場合には、該白色網点１６の中に、該青（Ｂ）光源１１による青（Ｂ）色の補色である「黄色」の網点を適宜の割合で施しておけば、インバータ４、５、６を調整せずとも、青色が弱くなり、色むらが生じないことになる。また、前記したように全体に「青色」を帯びるのではなく、一部が「青色」を帯びることが開発中に判明した場合には、その部位に青（Ｂ）光源１１による青（Ｂ）色の補色である「黄色」の網点を適宜施しておけば、青色が弱くなり、色むらが生じないことになる。
【００３７】
前記拡散シート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。
【００３８】
前記反射シート１７は、ＰＥＴ材より成るフィルムで、分光反射率９５％位である。尚、該反射シート１７は別物ではなく、バックライト２を収納した図示しないケース（ハウジング）に一体に形成しても良い。一体であると、分光反射率が多少落ちても原価低減になる。一体に形成した場合の分光反射率は、７０％以上であれば、性能上の支障はないと出願人は認識している。
【００３９】
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に同期したパルス波形が出力される。赤（Ｒ）光源１２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（混色にしないようにしている）。次に、緑（Ｇ）光源１０、青（Ｂ）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。
【００４０】
上記パルス波形にてインバータ４、５、６が駆動され、各光源１０、１１、１２に印加される。各光源１０、１１、１２の点灯は、同じパルス波形で行われる。但し、光源１０、１１の冷陰極管は、緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各蛍光体の効率により、それぞれ発生光量が異なるため、パルスの高さは異なっている。
【００４１】
前記光源１０より発生した色光は、直接或いは反射鏡１４で反射し、前記光源１１、１２より発生した色光は、直接或いは反射鏡１８で反射して、夫々導光板１３の一端面１３ａ及び他端面１３ｂ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色を混色すれば、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。
【００４４】
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が単数で、光源１０、１１、１２を反射鏡１４、１８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。
【００４５】
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ちょうど１／３にする例を示したが、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、前記反射鏡１４、１８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。
【００４６】
また、３原色光源１０、１１、１２の内、導光板１３の一方側の端面１３ａに２原色光源１１、１２が配され、該導光板１３の他方側の端面１３ｂに残る１原色光源１０を配することにより、導光板１３に光が入射される際に、他の光源に邪魔される確率が減少し、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。
【００４７】
該出射光量が増加することについて、出願人において、シュミレーションした。条件として、光源１０、１１、１２の直径を２ミリ、導光板１３の板厚が５ミリ、光源１０、１２の中心と導光板１３の一端部１３ａ及び他端部１３ｂとの離間距離１ミリ、光源１１、１２間の中心距離４ミリ、そして反射鏡１４と光源１１との中心距離２．５ミリとした。結果として、光源１２の導光板１３への入射効率が１００％とすれば、光源１１は、光源１２に邪魔される反面、反射鏡１４が近接していることで、光源１１の導光板１３への入射効率が７９％で、さほど下がらず、一方光源１０は、導光板１３の他端部１３ｂに近接し、しかも、反射鏡１８に近接していることで、光源１０の導光板１３への入射効率が１９６％と約２倍の輝度が得られる。但し、このシュミレーションは、光源１２が非透明管を用いたものにおいて行った。
【００４８】
また、導光板１３の一方側の端面１３ａに対向しない反射板１４側の光源である青（Ｂ）光源１１の光が、該導光板１３の一端面１３ａに入射する際に、導光板１３の一端面１３ａに対向する点灯していない赤（Ｒ）光源１２が、透明であるので、光を充分に通過させ、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。
【００４９】
光源１２が透明ガラス管にネオンガスを封入したものを用いたものにおいて、出射光量について出願人において、シュミレーションした。光源１０、１１、１２の直径、導光板１３の板厚、反射鏡１４、１８と光源１０、１１との相対配置関係など条件は前記と同一である。結果として、光源１２自体が点灯した時に自身で吸収する割合が減少するので、冷陰極管でのシュミレーションでの導光板１３への入射効率１００％に対し、透明ガラス管にネオンガスを封入したものでは１６１％と著しく増加する。また、光源１１よりの光が導光板１３に入射されるに当たり、導光板１３の一端面１３ａと光源１１との間に介在されている光源１２が点灯していない時には透明であるので、光源１１の導光板１３への入射効率が８９％で光源１１にとって、光源１２に邪魔されなくなった分入射効率が１０％増加している。光源１０の導光板１３の他端部１３ｂへの入射効率が同じ、即ち１９６％と高い。
【００５０】
つまり、赤（Ｒ）光源１２は、点灯していない時には透明であるので、光の透過の邪魔にならず、点灯すると赤（Ｒ）色に点灯し、他の光源１０、１１と共に３原色を構成することができ、点灯していない時には、光源１１の導光板１３への入射の妨げになっていない。
【００５１】
青（Ｂ）色光源１１は、導光板１３の一端面１３ａから遠い位置に配されているが、反射鏡１４に近接していて、反射輝度が高く更に他の赤（Ｒ）色光源１２及び緑（Ｇ）色光源１０のホワイトバランス輝度より自体が高いので、３原色による発光が、所謂白色の領域を得られる。
【００５２】
前記導光手段は、導光板１３として説明してきたが、これに限定されるものではなく、中空状にし、反液晶セル１側の面のみアルミニュウムの蒸着による反射層を設け、液晶セル１側にプリズム面を形成することとしても良い。また、反射鏡１４、１８は、一端面１３ａ及び他端面１３ｂ夫々側に開口した断面湾曲形状をしているとして説明してきたが、これに限定されるものではなく、光源１０、１１、１２を上下から挟むものでも良い。この場合、該光源１０、１１、１２に対向した面に、高反射率を有する銀鏡面が形成されている。反射鏡１４、１８は、更に、光源１０、１１、１２の周面に貼り付けられた高反射率を有する銀鏡面であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、導光手段が単数で済むので、構造簡単で小型化が図れる。また、３原色光源の内、導光手段の一方側に２原色光源が配され、該導光手段の他方側に残る１原色光源を配することにより、導光手段に光が入射される際に他の光源に邪魔される確率が減少し、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。
【００５４】
請求項２に記載の発明によれば、反射手段により、３原色光源の光を導光手段の両端面側に効率よく集光できることになり、導光手段の輝度が増すことになる。
【００５５】
請求項３に記載の発明によれば、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）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）色の組み合わせによる残像混色が得られる液晶表示装置が得られる。
【００５６】
請求項４に記載の発明によれば、拡散手段、網点、反射手段が設けられているため、導光手段内に入射した光が拡散して液晶セル側へ出射されることで、光源や網点が見えず、輝度の均一化を図ることができる。
【００５７】
請求項５に記載の発明によれば、拡散手段が取り外し自在のシート状の部材よりなるので、開発時における拡散手段のチューニングが容易であり、開発費の低減につながり、製造原価低減の一要素になる。
【００５８】
請求項６に記載の発明によれば、導光手段の一端面に対向しない反射板側の光源の光が、該導光手段の端面に入射する際に、導光手段の端面に対向する点灯していない光源が、透明であるので、光を充分に通過させ、その分光ロスが少なくなるので、出射光量が上昇する。
【００５９】
請求項７に記載の発明によれば、透明発色管が点灯していない時には透明であるにも関わらず、点灯すると赤色に点灯し、他の光源と共に３原色を構成することができる。
【００６０】
請求項８に記載の発明によれば、青（Ｂ）色に発光する光源は、導光手段の端面から遠いが、反射部材に近接され且つ他の赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）色に発光する光源のホワイトバランス輝度より高いので、３原色による発光が、所謂白色の領域を得られる。
【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。
【符号の説明】
１ 液晶セル
１０、１１、１２ 光源
１３ 導光手段（導光板）
１４、１８ 反射手段（反射鏡）
１５ 拡散手段（拡散シート）
１６ 網点
１７ 反射部材（反射シート）

Claims (8)

1. 単数の導光手段を備え、
   前記導光手段の両端面のうち一方側に、３原色の独立した三つの光源のうち異なる２原色の光源を配置すると共に、他方側に残る１原色の光源を配置し、
   前記導光手段の裏面には、白色網点及び前記三つの光源のうち少なくともいずれか一つの光源の色に対する補色の網点を夫々施し、
   前記補色の網点の適宜な配置によって色むらを抑制するようにしたことを特徴とするカラー表示装置。
2. 請求項１に記載のカラー表示装置であって、
   前記双方の光源は、前記導光手段の両端面側に配された反射手段により、該光源の光が導光手段に指向されてなることを特徴とするカラー表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のカラー表示装置であって、
   前記双方の光源は、液晶の駆動タイミングに同期してパルス発光することを特徴とするカラー表示装置。
4. 請求項３に記載のカラー表示装置であって、
   前記導光手段の液晶セル側の表面には、拡散手段を設け、前記網点の裏面側に反射部材を有することを特徴とするカラー表示装置。
5. 請求項４に記載のカラー表示装置であって、
   前記拡散手段は、拡散シートよりなることを特徴とするカラー表示装置。
6. 請求項１〜５のうち何れか１項に記載のカラー表示装置であって、
   沿設されてなる前記異なる２原色の光源の内、前記導光手段の一端面と対向する側に配される光源は、透明発色管よりなることを特徴とするカラー表示装置。
7. 請求項６に記載のカラー表示装置であって、
   前記透明発色管は、透明ガラス管にネオンガスが封入されてなることを特徴とするカラー表示装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載のカラー表示装置であって、
   前記透明発色管に沿う光源は、青（Ｂ）色に発光する冷陰極管であることを特徴とするカラー表示装置。

Images