JP4344526B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の光源に関し、より詳しくは、光源に冷陰極管
と発光ダイオードとを併用することに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置には、大別して2種類のものがあった。反射型の液晶表示装置と、透過型の液晶表示装置である。反射型装置は、液晶パネルの表面から入射した光を、液晶パネルの底面で反射させ、その反射光で画像を認識させる装置であり、透過型装置は液晶パネルの底面に設けられた光源(バックライト)の発光光によって画像を認識させる装置である。
【0003】
反射型の液晶表示装置では、外部の光によって画像を視認させるため環境の変化によって、視認性が一定でない。しかし、透過型の液晶表示装置では、光源からの発光光が一定であるため、視認性が環境の変化に影響されにくいため、ノート型のパーソナルコンピュータや携帯可能なテレビ等に広く用いられている。以下、透過型の液晶表示装置、特にマルチカラーもしくはフルカラー表示可能な透過型の液晶表示装置を前提として説明を続ける。
【0004】
現在の液晶表示装置では、色再現範囲がほぼEBU(European Broadcasting Union : EBU)が定めた色再現範囲の技術規格にまで近づきつつある。しかし、プラズマディスプレイパネルや液晶プロジェクター等では、EBU規格よりも更に色再現範囲が広いNTSC(National Television Standard Committee : NTSC )が定めた色再現範囲の技術規格にまで迫るものがあり、液晶表示装置においても、色再現範囲の拡大が望まれている。
【0005】
ここで、色再現範囲について説明する。図6は、xy色度図である。色を表示する場合、三刺激値のY及び色度座標x、yの値で表す方法がある。Yで明るさを表し、色味は三刺激値の相互の比率をx、y、zとした場合、3つの比率の値の内2つを示せば残りの1つは自ずと決まる。そこで、xとyの2つの値を色度座標として表す。色度座標xyを座標軸として図示したものをxy色度図と呼称する。
【0006】
このxy色度図で曲線部分がスペクトル軌跡であり、スペクトル軌跡の両端点を結んだ直線を純紫軌跡と呼ぶ。この図において、色がスペクトル軌跡と純紫軌跡の外部に出ることはなく、内部の色がスペクトル軌跡に近づくほど、鮮やかな色になる。よって、一番外側には単一波長が対応づけられる。
【0007】
ここで、この色度図の中にNTSCが定めた技術規格をプロットすると図6(2)に示すとおりとなる。この図において、RはRed、GはGreen、BはBlueを各々表している。この3点でプロットされた三角形の面積がNTSC規格の色再現範囲である。このR、G、Bの各点が、スペクトル軌跡の外端に近いほど色は鮮やかとなり、色再現範囲も拡大する。
【0008】
例えば、図6(2)のRの点が、図6(1)における波長770nmになれば、Redとしては、最大にまで色再現範囲が拡大されたことになる。更に、Gであれば波長520nm、Bであれば波長380nmが各々の色の最大色再現範囲となる。
【0009】
この様な、色再現範囲を拡大する一手法として、光源である冷陰極管の蛍光体を変える試みがなされている(非特許文献1参照。)。この試みによれば、冷陰極管の蛍光体として、青色にSr3(PO4)3Cl:Eu + (Sr,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu + BaMg2Al16O27:Eu を配合調整して用い、緑にLaPO4:Ce,Tbを用い、赤にY2O3:Euを用いることで青の色再現範囲を向上させることができるという。
【0010】
また、現状の冷陰極管を用いて、色再現範囲を拡大するにはカラーフィルタの調節が必要である。冷陰極管は、RGB(Red Green Blue)のメイン輝線以外にも複数の余分な輝線を有しているため、カラーフィルタ内の顔料濃度を高くして、余分な輝線を透過しないようにする必要がある。しかし、結果として、カラーフィルタの透過率が著しく低下して明るさに欠けるという問題がある。
【0011】
また、冷陰極管のスペクトル分布、発光効率、カラーフィルタの透過特性等をバランスさせることにより、色再現範囲を拡大する例もあった(特許文献1参照。)。
【0012】
そこで、最近では冷陰極管ではなく、RGBの3本のメイン輝線を有するRGBの3色発光ダイオード(以下、LED)を光源として用いることが検討されている(特許文献2参照。)。また、この例では、RGBの色の3原色を全てLEDで発光させて光源としているが、輝度が足りないため、白色が灰色がかってしまう。そこで、白色表示周期を時分割して、RGBの各色を発光させることが開示されている。
【0013】
【非特許文献1】
信学技報EID99-112(2000-01)
【0014】
【特許文献1】
特開2002-277875号公報
【0015】
【特許文献2】
特開平11-52327号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した信学技報EID99-112(2000-01)では、青色に3種類の蛍光体を用いることが開示されているものの、実際には蛍光体の寿命や発光効率等を加味したトータルの性能では、青色蛍光体としてBaMg2Al16O27:Euを単独で用いるのが最良で、他の青色蛍光体の混入は現状の市販レベルでは行なわれていない。
【0017】
また、特開2002-277875号公報では、冷陰極管を用いてNTSC規格に近づけることが記載されているのみであり、LEDを用いることに関しては、なんら記載がない。
【0018】
更に、特開平11-52327号公報では、RGB全てをLEDで発光させることが開示されているが、LED自体の輝度が足りないという問題点は未だ解決されていない。
【0019】
特に、BlueとGreenのLEDでは、発光効率が冷陰極管と比べて著しく低く輝度が乏しい。また、BlueのLEDで、波長470nm以下にピークを有するLEDは生産性が低く、コストも高いという問題点がある。
【0020】
よって、BlueとGreenのLEDについては、未だ実用段階にあるとは言い難い。
【0021】
そこで、本発明の目的は、冷陰極管とLEDとを併用し、3原色のうち冷陰極管の発光効率が高い色については冷陰極管を用い、LEDの発光効率が高い色についてはLEDを用いることにより色再現範囲を広くすることにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、液晶表示装置において、液晶パネルに設けられた光源が、色の3原色から選ばれた2色を発光する冷陰極管と、残された1色を発光する発光ダイオードとを有することを特徴とする液晶表示装置にある。
【0023】
この様な構成としたことで、冷陰極管の方が発光効率の高いGreenとBlueの2色は、冷陰極管を用い、残りのRedについては、発光効率がほぼ同レベルで色純度を改善できるLEDを用いることで、色再現範囲を広くすることができる。
【0024】
また、本発明の他の側面は、冷陰極管を発光した光を液晶パネルの全体に導く導光板の第1の辺に配置し、発光ダイオードを導光板の第2の辺に配置したことを特徴とする液晶表示装置にある。
【0025】
この様な構成としたことで、従来通りの光源サイズを保ちつつ、色再現範囲を広くすることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【0027】
(本発明の第1の実施の形態例)
図1は、本発明の第1の実施の形態例を示す発光スペクトル分布の比較図である。図1(1)は、従来の冷陰極管でRGBの3色の蛍光体を用いた際の発光スペクトル分布図である。この冷陰極管には、従来通りに、Greenの蛍光体としてLaPO4:Ce,Tbが、Blueの蛍光体としてBaMg2Al16O27:Euが、更にRedの蛍光体としてY2O3:Euが封入されている。
【0028】
この冷陰極管を発光させると、450nm付近にBlueのブロードなピークが観察される。また、430nm付近には、蛍光体を励起させる水銀のピークが観察される。更に、540nm付近には、Greenの輝線のピークが観察される。そして580nm付近にサブピークが観察される。Redのピークは、615nm付近に観察される。
【0029】
図1(2)は、従来のBlueとGreenの蛍光体のみ封入した冷陰極管の発光スペクトル分布図である。冷陰極管にRedの蛍光体が封入されていないので、450nm付近にBlueのブロードなピークが観察される。また、430nm付近のピークは蛍光体を励起させている水銀のピークである。更に、540nm付近にGreenのピークが観察される。
【0030】
図1(3)は、RedのLEDのみ単独の発光スペクトルを示している。RedのLEDとして、AlGaInPからなるLEDをアレイ状に配置した光源を用いている。640nm付近にピークが観察され、サブピークは観察されない。図1(1)の冷陰極管によるRedのピークと比較してみると、ピークの位置が615nm付近から640nm付近までシフトしているのが観察される。
【0031】
図1(4)は、RedのみAlGaInPからなるLEDアレイとし、残るBlueとGreenを冷陰極管で表示した時の発光スペクトル分布図である。図1の(2)と(3)を重ね合わせたスペクトル分布となっている。図1(1)と比較するとBlueとGreenは(1)と同様であるが、Redだけは640nm付近までシフトしているのが観察できる。よって、RedのLEDを用いることで、冷陰極管によるRedの波長615nmからRedの色再現範囲の最高波長である770nmに近づいたこととなる。
【0032】
図2は、上記した図6(1)のRedの近傍のみを切り取って拡大した図である。この図の点線はスペクトル軌跡であり、大きい矢印は色座標の改善方向である。本実施の形態例によれば、Redの波長が640nmであることから、Redに限っていえば、同様にプロットしたEBU規格のRed、NTSC規格のRedを凌駕する色再現範囲を有するといえる。
【0033】
この様に、波長のピークが長波長側にシフトしたRedのLEDと、従来のBlueとGreenの蛍光体を封入した冷陰極管を併用することによって、色再現範囲を広くすることができる。
【0034】
また、実際に目に見える液晶表示装置の発光光は、カラーフィルタを透過した光である。カラーフィルタは、所定の波長範囲の光のみを透過することにより所望の色を表示する。発光光の色再現範囲が広くなっても、カラーフィルタが輝線を吸収してしまえば意味がない。理想的には、カラーフィルタの透過率のピークと、発光光の輝線のピークとが合致していることが望ましい。
図3は、従来のカラーフィルタを用い、冷陰極管を発光させてRGBを表現した場合と、RedのみLEDで発光させBlueとGreenは冷陰極管でRGBを表現した場合とで、その透過率を比較した図である。ここで言う従来のカラーフィルタとは、冷陰極管でRGBの3色を表現する際に用いられていたカラーフィルタである。
【0035】
図3(1)は、従来のカラーフィルタと従来の冷陰極管でRGBを表現した場合のカラーフィルタの透過率と発光スペクトル分布を示している。縦軸は透過率、横軸は波長である。
【0036】
図3(2)は、(1)と同様に、従来のカラーフィルタを用いRedだけをLEDで表現し、BlueとGreenは冷陰極管で表現した場合の透過率と発光スペクトル分布を示している。
【0037】
両者の比較をすると、BlueとGreenについては同じ冷陰極管なので差はないが、(2)に示すのLEDによるRedの透過率も(1)とほぼ同様であり、(2)では585nmの発光量の低下が観察される。この波長の色は、GreenとRedの中間の色であるため、どちらの色にとっても余分なサブピークである。このサブピークの発光量が減少することも、色再現範囲を広くする一因である。
【0038】
また、Redの透過率に特に問題ないことから、従来から用いられてきたカラーフィルタを継続して使用できるというメリットもある。
(本発明の第2の実施の形態例)
図4は、冷陰極管とLEDアレイとを、液晶パネルに配置する例を示す図である。図4(1)は、比較のため、従来の冷陰極管(RGB)3のみを光源とする場合を示した図である。液晶パネル1は、17インチサイズの例を示している。そのため長辺は380mm、短辺は240mmである。冷陰極管(RGB)3から発光した光は、導光板2によって全面に導かれ、ほぼ均一に表示される。
【0039】
図4(2)は、本実施の形態例の好ましい態様である。長方形の導光板2の長辺側にGreenとBlueの2色しか発光しない冷陰極管(GB)4を配置し、短辺側にRedのLEDアレイ5を配置した構成である。この様にすれば、RedのLEDアレイは極めて小さいため、導光板サイズは、図4(1)の例と同様に長辺380mm、短辺240mmで、従来と同様であり、重量もサイズも変わることがない。
【0040】
しかし、図4(3)の様に、導光板2の同一な辺に、冷陰極管(GB)4とRedのLEDアレイ5とを配置すると、冷陰極管(GB)4用の導光板6とRedのLEDアレイ5用の導光板7が必要になるため、約6mm厚ある導光板を2枚必要とする。しかも、RedのLEDアレイ5と冷陰極管(GB)4との光を混合させるためのスペースが約5mm程度必要になるため、更に導光板サイズが大きくなってしまう。この様に図4(3)では、図4(1)や(2)と比較して、サイズが大きく重量も重くなるなど好ましい例ではない。光源(バックライト)に限って大きさを比較すると図4(3)は、従来例の(1)、及び、好ましい形態例(2)の2倍の大きさとなってしまう。
【0041】
従って、第2の実施の形態例では、図4(2)の態様を採るのが好ましい。また、この態様では、RedのLEDアレイ5を長辺側に配置し、冷陰極管(GB)4を短辺側に配置してもよい。
【0042】
また図5は、図4(2)に示す実施の形態例の変形例である。液晶パネルのサイズが大きくなると、発光効率が高くても輝度が低下することもあり得る。この様な場合、図5に示すように、第1の対向する辺に冷陰極管を配置し、同様に第2の対向する辺にLEDアレイを配置してもよい。この場合も導光板は1枚分で済むので、液晶パネルが17インチサイズを超える場合でも、輝度の低下を防ぐと同時にコンパクトな光源を達成できる。
【0043】
更に、17インチサイズであれば、図4(2)の態様と比較した場合、輝度は約2倍になるので、明るい画面表示が可能となる。
【0044】
この様に、図4(2)、又は、図5に示すような光源の配置によれば、光源の大きさが従来と同じで、且つ明るく色再現範囲の広い液晶表示装置が実現できるのである。
【0045】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【0046】
(付記1)液晶表示装置において、
液晶パネルに設けられた光源が、色の3原色から選ばれた2色を発光する冷陰極管と、残された1色を発光する発光ダイオードとを有することを特徴とする液晶表示装置。
【0047】
(付記2)付記1において、前記発光ダイオードが赤色発光ダイオードであることを特徴とする液晶表示装置。
【0048】
(付記3)付記2において、
前記赤色発光ダイオードが、630nm以上にピーク波長を有することを特徴とする液晶表示装置。
【0049】
(付記4)液晶表示装置において、
液晶パネルに設けられた光源が、色の3原色から選ばれた1色を発光する冷陰極管と、残された2色を発光する発光ダイオードとを有することを特徴とする液晶表示装置。
【0050】
(付記5)付記1乃至付記4のいずれかにおいて、
前記冷陰極管を発光した光を液晶パネルの全体に導く導光板の第1の辺に配置し、前記発光ダイオードを前記導光板の第2の辺に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【0051】
(付記6)付記1乃至付記4のいずれかにおいて、
前記冷陰極管を発光した光を液晶パネルの全体に導く導光板の第1の対向する2辺に配置し、前記発光ダイオードを前記導光板の第2の対向する2辺に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【0052】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、冷陰極管とLEDとを併用し、3原色のうち冷陰極管の発光効率が高い色については冷陰極管を用い、LEDの発光効率が高い色についてはLEDを用いることにより色再現範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態例を示す発光スペクトル分布の比較図である。
【図2】図6(1)のRedの点の部分のみを切り取って拡大した図である。
【図3】従来のカラーフィルタを用い、冷陰極管を発光させてRGBを表現した場合と、RedのみLEDで発光させBlueとGreenは冷陰極管でRGBを表現した場合とで、その透過率を比較した図である。
【図4】冷陰極管とLEDアレイとを、液晶パネルに配置する例を示す図である。
【図5】図4(2)に示す実施の形態例の変形例である。
【図6】xy色度図である。
【符号の説明】
1 液晶パネル
2 導光板
3 冷陰極管(RGB)
4 冷陰極管(GB)
5 RedのLEDアレイ
6 冷陰極管(GB)用の導光板
7 RedのLEDアレイ用の導光板
Claims (2)
- 液晶表示装置において、
液晶パネルに設けられた光源が、色の3原色から選ばれた1色を発光する冷陰極管と、残された2色を発光する発光ダイオードとを有することを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1において、
前記冷陰極管を発光した光を液晶パネルの全体に導く導光板の第1の辺に配置し、前記発光ダイオードを前記導光板の第2の辺に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
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