JPH04226425A - 液晶表示素子及びそれに用いる放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係り、
特に視野角が広い液晶表示素子及び放電ランプに関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子のバックライトとし
ては、一部に無機ＥＬが用いられていることを除いて、
多くの場合、蛍光ランプが用いられている。即ち、液晶
表示素子には、通常１〜２本のＵ字型蛍光ランプが装備
されている。このような蛍光ランプから発せられる光は
、蛍光ランプの背後に配置された反射板で反射されたり
、散乱したりしながら液晶層に到達するが、入射する光
の方向は様々である。従って、液晶層に斜めの方向から
入射した光を、そのままの方向で液晶層前方から見ると
、異常な画像反転が生じたりする。即ち、従来の液晶表
示素子は視野角に問題があり、画面に垂直な方向から見
ないと正常な映像とならず、色反転等の現象も生じてし
まう。

【０００３】従って、従来の液晶表示素子は、小画面の
パ−ソナルユ−スには適用可能であるが、大勢で見る大
画面の表示素子には適さない。

【０００４】液晶表示素子のバックライトとしてＥＬを
用いた場合には、ＥＬは寿命が短いため、５００時間程
度で輝度が極端に減少するという欠点がある。また、面
発光であるため、平行光線が得られず、蛍光ランプを用
いた場合と同様の問題もある。

【０００５】一方、内部に希ガスを封入した放電ランプ
は、広範囲にわたって安定した温度特性を有し、蛍光体
固有のほぼ純粋なスペクトルが得られることから、画像
読取り用などのＯＡ機器組込み光源として盛んに利用さ
れるようになっている。しかし、蛍光体を励起する紫外
線の波長が短いため、低圧水銀ランプに比べ蛍光体の劣
化が激しいという問題がある。

【０００６】特に、Ｕ字型の屈曲部を有する放電ランプ
では、放電の陽光柱が管中央部より内周側を通るため、
内周側の蛍光体が優先的に劣化し、内周側の蛍光体の輝
度が局部的に低下してしまう。また、混合蛍光体を用い
た場合には、発光色の局部的変化も発生する。

【０００７】このように、内部に希ガスを封入した放電
ランプ、特にＵ字型の屈曲部を有する放電ランプでは、
輝度、発光色の均一性、安定性を要求される用途におけ
る実用的な価値が損なわれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決するためになされたものであり、視野角が広い液晶
表示素子を提供することにある。

【０００９】更に本発明は、点灯中における輝度、発光
色の局部的変化を大幅に低減した放電ランプを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、液晶表示
素子のバックライトとしての蛍光ランプについて鋭意研
究を重ねた結果、外径５ｍｍ以下という極細管蛍光ラン
プを用いることにより、視野角を大幅に拡大し得ること
を見出だし、本発明をなすに至った。

【００１１】即ち、本発明の液晶表示素子は、液晶パネ
ルと、この液晶パネルのためのバックライト光源とを具
備する液晶表示素子であって、前記バックライト光源は
、外径５ｍｍ以下の透光性管と、この透光性管の内面に
形成された蛍光体層とを有する放電ランプからなること
を特徴とする。

【００１２】本発明の液晶表示素子において、液晶パネ
ルとバックライト光源との間に、光吸収側壁を有する開
口部がマトリックス状に配置された光調整部材を設ける
ことが出来る。

【００１３】また、本発明の液晶表示素子に用いられる
放電ランプとしては、直管型極細管放電ランプを複数本
平行に配列してもよいが、極細管放電ランプを折り曲げ
たものを複数本配列して、本数を減らしてもよい。また
、複数回折り曲げた曲管型極細管放電ランプを１本又は
複数本用いることも、渦巻状に巻回した放電ランプを用
いることも可能である。

【００１４】特に、曲管型極細管放電ランプとしては、
管軸方向の距離が２０．０ｍｍ以内の部分で９０度以上
屈曲する屈曲部を有する、内径２．０ｍｍ以下の透光性
管と、この透光性管の内面に形成された蛍光体層とを有
し、内部に希ガスが封入され、前記屈曲部の内周側最大
曲率部の蛍光体層の厚さは、外周側最大曲率部の蛍光体
層の厚さの１．４〜３倍である放電ランプを用いること
が出来る。

【００１５】一方、本発明者らは、屈曲部を有する放電
ランプについて鋭意研究を重ねた結果、管のＵ字型屈曲
部における蛍光体の塗布量を外周側よりも内周側におい
て多くすることにより、点灯中における輝度、発光色の
局部的変化を大幅に低減し得ることを見出だし、本発明
をなすに至った。

【００１６】即ち、本発明の放電ランプは、管軸方向の
距離が２０．０ｍｍ以内の部分で９０度以上屈曲する屈
曲部を有する、内径２．０ｍｍ以下の透光性管と、この
透光性管の内面に形成された蛍光体層とを具備し、内部
に希ガスが封入された放電ランプであって、前記屈曲部
の内周側最大曲率部の蛍光体層の厚さは、外周側最大曲
率部の蛍光体層の厚さの１．４〜３倍であることを特徴
とする。

【００１７】本発明の放電ランプにおいて、屈曲部の内
周側最大曲率部の蛍光体層の厚さを、外周側最大曲率部
の蛍光体層の厚さの１．４倍以上としているのは、１．
４倍未満では発光色の局部的変化を低減することが出来
ず、一方、３倍を越えると、かえって輝度の局部的低下
を招くからである。特に、１．５〜１．７倍のときに、
輝度、発光色の局部的変化をともに大幅に低減すること
が出来る。

【００１８】本発明の放電ランプの透光性管、例えばガ
ラス管の内面に塗布される蛍光体としては、どのような
ものをも使用可能であるが、特に、２価ユ−ロピウム付
活アルミン酸塩、セリウムテルビウム付活燐酸ランタン
及び３価ユ−ロピウム付活酸化イットリウムの混合物等
の３波長型混合蛍光体を用いた場合に、本発明による輝
度の変化の抑制に加えて、発光色の局部的変化の防止の
効果が顕著である。

【００１９】本発明の放電ランプの内部に封入される希
ガスとしては、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオ
ンが挙げられる。アルゴンと水銀を封入することも可能
である。

【００２０】本発明の放電ランプは、例えば次のように
して製造される。まず、硝化綿を溶解した酢酸ブチル中
に蛍光体を分散させて蛍光体スラリ−を調製し、これを
ガラス管内に排気ポンプ等を用いて吸い上げ、スラリ−
をガラス管から戻した後、管内に空気を流して乾燥する
。この際、曲げ加工により内周側になるべき部分に温風
をあてて、局所的に早く乾燥することにより、その部分
の蛍光体層の厚さを厚くすることが可能である。即ち、
蛍光体スラリ−は管内壁を伝わって流れ下るが、局所的
に早く乾燥した部分では流れ下る前に蛍光体層が形成さ
れ、かつ上方から流れ下ってきたものもそこで乾燥して
付着するからである。

【００２１】その後、常法に従い、電極を取り付け、希
ガスを封入することにより、放電ランプが作成される。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施態様に係るＴＦＴ
カラ−液晶表示素子の内部構成を示す図である。第１図
において、液晶パネル１の背後にはブラックマトリック
ス２が、その背後には更に放電ランプからなるバックラ
イト３が配置されている。

【００２４】液晶パネル１は、ＴＦＴアレイ基板４と対
向基板５との間に液晶層６を挟み、ＴＦＴアレイ基板４
の側に第１の偏光板７を、対向基板５の側に第２の偏光
板８をそれぞれ配置した構造を有している。ＴＦＴアレ
イ基板４には、図２に示すように複数の画素を構成する
表示電極９が形成されており、これら表示電極９のそれ
ぞれにアモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ
１０が接続されている。なお、図２において、参照数字
１１は薄膜トランジスタ１０のソ−ス電極、１２はドレ
イン電極をそれぞれ示す。

【００２５】バックライト３は、図３に示すような超細
管蛍光ランプを複数本配置して構成されている。図３（
ａ）は上面図、図３（ｂ）は正面図である。この超細管
蛍光ランプは、内面に図示しない蛍光体層が形成された
透光性管２１と、この透光性管の内部に設けられた主電
極２２と、透光性管２１の外壁に設けられた外部電極２
３とを具備している。透光性管２１の最外面には遮光膜
２４が施されており、外部電極２３の反対側には遮光膜
２１は施されておらず、開口面２５とされている。なお
、遮光膜２１は必ずしも必要ではない。

【００２６】このように構成される超細管蛍光ランプへ
の給電は、次のように行われる。まず主電極２２への給
電は、図示しないアウタ−リ−ドを介して主電極２２に
接続されている主電極用導電性ペ−スト２６を通じて行
われる。次に、外部電極への給電は、遮光膜２４上に塗
布された、外部電極と導通する外部電極用導電性ペ−ス
ト２７を通じて行われる。

【００２７】封入ガスとしてＸｅ−Ｎｅの混合ガスを用
いており、それによって広い温度特性が得られる。なお
、温度特性は犠牲になるものの、ＨｇをＡｒとともに封
入することにより、より高度な色再現を得ることも可能
である。

【００２８】電極のうち主電極としては、寿命中のスパ
ッタリングに耐えるようにＮｉを、外部電極としては、
導電性ペ−スト等を用いることが可能である。また、均
一な輝度を得るために外部電極のパタ−ンを調整するこ
とも可能である。

【００２９】以上説明した超細管蛍光ランプを、図４に
示すように複数本を画面の縦方向に隙間なく配置するこ
とにより、バックライトを構成することが出来る。この
ように超細管蛍光ランプ３１を縦方向に配列させること
により、左右の視野角を増大させることが出来る。なお
、横方向に配列させた場合でも、ある程度の左右の視野
角の増大は可能である。

【００３０】超細管蛍光ランプは、直管型に限らず、Ｕ
字状に折り曲げられた曲管型のものを、図５に示すよう
に複数本を画面の縦方向に隙間なく配置することも可能
である。この場合、超細管蛍光ランプの数を減少させる
ことが出来、それによって寿命特性を改善し、発光効率
を向上させることが可能である。また、折曲げ部が１つ
の場合に限らず、図６に示すように複数ある場合、更に
は図７に示すように１本の超細管蛍光ランプを多数回折
曲げたものを用いることも可能である。また、場合によ
っては、図８に示すように、渦巻状に折曲げたものを用
いてもよい。

【００３１】ブラックマトリックス２は、画素の寸法又
はそれ以下のサイズの多数の開口部を有し、これら開口
部の側壁が光吸収壁を構成する。平行光線以外の種々の
方向の光は、この光吸収壁において吸収され、その結果
、ブラックマトリックス２を通る光は平行光線となる。 なお、開口部は、画素の形に対応して四角が好ましいが
、円形とすることも可能である。開口部のサイズが画素
の寸法と同一である場合にはモアレを生ずる可能性があ
るため、開口部のサイズは画素の寸法より少ないことが
好ましい。開口部のサイズが画素の寸法の５０〜６０％
であるのが特に好ましい。

【００３２】開口部の深さ、即ちブラックマトリックス
２の厚さは、１〜１０μｍであるのが好ましい。

【００３３】ブラックマトリックス２を構成する材料は
、金属、合成樹脂等、特に限定されないが、開口部内壁
が光を吸収し得るように、材料自体が黒色であるか又は
開口部内壁が黒色に塗装がされている必要がある。また
、ブラックマトリックス２の構造も、板状体に多数の開
口部を設けたものに限らず、画素に対応した筒状体が多
数設けられていればよい。

【００３４】なお、ブラックマトリックス２がない場合
であっても、超細管蛍光ランプを画面全体に対応して配
置することにより、視野角の増大及び発光効率の向上と
いう効果が得られるが、ブラックマトリックス２を設け
ることにより、それらの効果はより一層発揮される。

【００３５】以下、本発明の具体的実施例と比較例とを
示す。

【００３６】実施例１ 下記の仕様の超細管蛍光ランプ（東芝ライテック社製）
を４０本平行に隙間なく配列し、蛍光ランプ同士を瞬間
接着剤で固定し、バックライトを得た。このバックライ
トを、４インチのアクティブマトリックス液晶パネルの
裏面側に長軸方向を縦にして固定した。

【００３７】管径　　　　　　　　　　　　２．４ｍｍ
（内径１．４ｍｍ） 管長　　　　　　　　　　　　７０ｍｍ重量　　　　　
　　　　　　　０．６５ｇ電極　　　　　　　　　　　
　冷陰極（主電極及び外部電極）封入ガス　　　　　　
　　Ｘｅ−Ｎｅ 放電形式　　　　　　　　グロ−放電 放電開始電極　　　　６００Ｖ ランプ電流　　　　　　４ｍＡ（３５ＫＨｚ）輝度　　
　　　　　　　　　　２０００ｃｄ／ｍ２　（ランプ中
央部　　０Ｈｒ．） 寿命　　　　　　　　　　　　１００００Ｈｒ以上輝度
維持率　　　　　　５０％以上（１００００Ｈｒ．）液
晶ディスプレ−とバックライトとの間に、ブラックマト
リックスを配置した。このブラックマトリックスは、厚
さ１ｍｍのアルミ板にレ−ザ加工により画素サイズの円
形孔を形成し、黒色に塗装したものである。バックライ
トの背後には、通常は設けられる反射板は設けず、その
代わりに黒色の光吸収板を取付けた。

【００３８】以上のようにして、バックライトの厚さが
５ミリの超薄型液晶ディスプレ−を得た。この超薄型液
晶ディスプレ−について、画面の法線から左右に傾斜し
た方向で、グリ−ンの画像がブル−に見え始める角度を
測定したところ、５０度であった。なお、バックライト
として外径１０ｍｍの蛍光ランプを２本用いた従来の液
晶ディスプレ−の場合、グリ−ンの画像がブル−に見え
始める角度は２０度程度であった。

【００３９】実施例２ 実施例１では４０本の直管型超細管蛍光ランプを画面の
縦方向と一致する方向に配列したが、本実施例では、２
０本の曲管型超細管蛍光ランプを用いたことを除き、実
施例１と同様にしてバックライトの厚さが５ミリの超薄
型液晶ディスプレ−を得た。この超薄型液晶ディスプレ
−につき、画面の法線から左右に傾斜した方向で、グリ
−ンの画像がブル−に見え始める角度を測定したところ
、５０度であった。

【００４０】実施例１のバックライトでは、１本の寿命
が１００００時間である場合でも、平均的には２５０時
間に１本の割合で蛍光ランプの寿命に至り、バックライ
トを交換しなければならない。しかし、本実施例のバッ
クライトでは蛍光ランプの本数が半分であるため、バッ
クライトの交換頻度は５００時間に１回と、実施例１の
バックライトの場合の半分となった。

【００４１】また、長さの長い超細管蛍光ランプを用い
ることにより、入力１Ｗ辺りの全光束は、実施例２にお
いては実施例１に対し７．３％向上した。

【００４２】実施例３ ブラックマトリックスを設けないことを除いて、実施例
１と同様にしてバックライトの厚さが５ミリの超薄型液
晶ディスプレ−を得た。この超薄型液晶ディスプレ−に
つき、画面の法線から左右に傾斜した方向で、グリ−ン
の画像がブル−に見え始める角度を測定したところ、４
０度であった。

【００４３】実施例４ ブラックマトリックスを設けないことを除いて、実施例
２と同様にしてバックライトの厚さが５ミリの超薄型液
晶ディスプレ−を得た。この超薄型液晶ディスプレ−に
つき、画面の法線から左右に傾斜した方向で、グリ−ン
の画像がブル−に見え始める角度を測定したところ、３
８度であった。

【００４４】実施例５〜１０、比較例１〜２２価ユ−ロ
ピウム付活アルミン酸塩蛍光体、セリウムテルビウム付
活燐酸ランタン蛍光体及び３価ユ−ロピウム付活酸化イ
ットリウム蛍光体を、硝化綿を溶解した酢酸ブチル中に
分散させて蛍光体スラリ−を調製し、これを表１に示す
内径を有するガラス管内に排気ポンプ等を用いて吸い上
げ、スラリ−をガラス管から戻した後、管内に約６０℃
の空気を流し、曲げ加工により内周側になるべき部分に
は８０〜１２０℃の温風をあてて、局所的に早く乾燥し
、その部分の蛍光体付着量を増加させた。

【００４５】その後、常法に従い、電極を取り付け、２
０ｍｍの長さの部分で管軸方向が１８０度屈曲する曲げ
加工を行い、キセノン４０％、ネオン６０％からなる希
ガスを封入することにより、図９に示すような、８種の
放電ランプを作成した。

【００４６】図９において、ガラス管３１の内面には蛍
光体層３２が形成されており、管軸を含む平面と管内面
との交線の外周側の最大曲率を示す部分３３よりも、内
周側の最大曲率を示す部分３４のほうが、厚く形成され
ている。ガラス管３１の両端には、電極３５ａ、３５ｂ
が取付けられている。

【００４７】なお、表１に示す膜厚、膜厚比は、屈曲管
の管軸を含む平面と管内面との交線の外周側、内周側そ
れぞれの最大曲率を示す点３３、３４を走査型電子顕微
鏡で観察し、計測したものである。また、このようにし
て得たランプの特性も表１に併記した。

【００４８】ランプの特性は、色彩輝度計で計測した内
周側輝度と外周側輝度の比、色度値ｘ，ｙの内周側と外
周側の差であり、それぞれ０時間値、１０００時間値を
示した。

【００４９】実施例１１〜１４、比較例３〜４蛍光体と
してジスプロシウム付活燐バナジン酸イットリウムを用
いたことを除いて、実施例５〜１０と同様にして、第２
表に示す膜厚比を有する放電ランプを作成した。実施例
５〜１０と同様にして計測した特性値を表２に併記する
。

【００５０】実施例１５〜１８、比較例５〜６蛍光体と
して３価ユ−ロピウム付活硼酸イットリウムを用いたこ
とを除いて、実施例１１〜１４と同様にして、表３に示
す膜厚比を有する放電ランプを作成した。実施例１１〜
１４と同様にして計測した特性値を表３に併記する。

【００５１】表１〜３から明らかなように、１．４〜３
の内周／外周膜厚比を有するランプ（実施例１５〜１８
）は、１．４〜３の範囲外の内周／外周膜厚比を有する
ランプ（比較例５〜６）に比べ、格段に高い輝度の均一
性を示している。特に、経時変化の防止効果が顕著であ
り、０時間値よりも１０００時間値のほうが、輝度の均
一性が向上している。

【００５２】また、３波長混合蛍光体では成分蛍光体の
耐劣化特性の差による発光色シフトが現れるが、本発明
のランプでは内周側、外周側の劣化がバランスされて進
行するため、働程中における内周側と外周側の発光色差
を最小限に食い止めることが出来る。

【００５３】実施例１９〜２４ 実施例５〜１０により得た蛍光ランプをそれぞれ２０本
用い、実施例２と同様にしてバックライトの厚さが５ミ
リの６種の超薄型液晶ディスプレ−を得た。これら超薄
型液晶ディスプレ−につき、画面の法線から左右に傾斜
した方向で、グリ−ンの画像がブル−に見え始める角度
を測定したところ、いずれも５０度であった。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックライトとして管外径が５ｍｍ以下という超細管蛍
光ランプを、画面全面に対応した広さにわたって設けて
いるため、視野角が大幅に拡大され、かつ発光効率も向
上した超薄型の液晶表示素子を得ることが出来る。

【００５８】更に本発明によれば、ランプ本来の効率を
犠牲にすることなく、点灯中における輝度、発光色の局
部的変化を大幅に低減した放電ランプを提供することが
可能であり、その工業的価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るＴＦＴカラ−液晶表
示素子の内部構成を示す図。

【図２】図１のＴＦＴアレイ基板に形成されたＴＦＴア
レイを示す図。

【図３】図１のバックライトとして用いられる超細管蛍
光ランプの上面図及び正面図。

【図４】直管型超細管蛍光ランプを複数本配列したバッ
クライトを示す図。

【図５】１つの曲管型超細管蛍光ランプを複数本配列し
たバックライトを示す図。

【図６】３つの曲管型超細管蛍光ランプを複数本配列し
たバックライトを示す図。

【図７】１本の超細管蛍光ランプを複数回屈曲したバッ
クライトを示す図。

【図８】１本の超細管蛍光ランプを渦巻状に屈曲したバ
ックライトを示す図。

【図９】本発明の放電ランプの屈曲部分の管軸を含む平
面で切断した断面図。

【符号の説明】

１…液晶パネル、２…ブラックマトリックス、３…バッ
クライト３、４…ＴＦＴアレイ基板、５…対向基板、６
…液晶層、７…第１の偏光板、８…第２の偏光板、９…
表示電極、１０…薄膜トランジスタ、１１…ソ−ス電極
、１２…ドレイン電極、２１…透光性管、２２…主電極
、２３…外部電極２４…遮光膜、２５…開口面２５、３
１…ガラス管、３２…蛍光体層、３３…外周側の最大曲
率を示す部分、３４…内周側の最大曲率を示す部分、３
５ａ，３５ｂ…電極。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液晶パネルと、この液晶パネルのため
   のバックライト光源とを具備する液晶表示素子であって
   、前記バックライト光源は、外径５ｍｍ以下の透光性管
   と、この透光性管の内面に形成された蛍光体層とを有す
   る放電ランプからなることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】　　液晶パネルと、この液晶パネルのため
   のバックライト光源とを具備する液晶表示素子であって
   、前記バックライト光源は、外径５ｍｍ以下の透光性管
   と、この透光性管の内面に形成された蛍光体層とを有す
   る放電ランプからなり、前記液晶パネルとバックライト
   光源との間には、光吸収側壁を有する開口部がマトリッ
   クス状に配置された光調整部材が設けられている液晶表
   示素子。
3. 【請求項３】　　前記光調整部材の開口部は、画素ピッ
   チ以下のサイズを有する請求項２に記載の液晶表示素子
   。
4. 【請求項４】　　液晶パネルと、この液晶パネルのため
   のバックライト光源とを具備する液晶表示素子であって
   、前記バックライト光源は、管軸方向の距離が２０．０
   ｍｍ以内の部分で９０度以上屈曲する屈曲部を有する、
   内径２．０ｍｍ以下の透光性管と、この透光性管の内面
   に形成された蛍光体層とを有し、内部に希ガスが封入さ
   れた放電ランプであって、前記屈曲部の内周側最大曲率
   部の蛍光体層の厚さは、外周側最大曲率部の蛍光体層の
   厚さの１．４〜３倍である放電ランプからなることを特
   徴とする液晶表示素子。
5. 【請求項５】　　液晶パネルと、この液晶パネルのため
   のバックライト光源とを具備する液晶表示素子であって
   、前記バックライト光源は、管軸方向の距離が２０．０
   ｍｍ以内の部分で９０度以上屈曲する屈曲部を有する、
   内径２．０ｍｍ以下の透光性管と、この透光性管の内面
   に形成された蛍光体層とを有し、内部に希ガスが封入さ
   れた放電ランプであって、前記屈曲部の内周側最大曲率
   部の蛍光体層の厚さは、外周側最大曲率部の蛍光体層の
   厚さの１．４〜３倍である放電ランプからなり、前記液
   晶パネルとバックライト光源との間には、光吸収側壁を
   有する開口部がマトリックス状に配置された光調整部材
   が設けられている液晶表示素子。
6. 【請求項６】　　管軸方向の距離が２０．０ｍｍ以内の
   部分で９０度以上屈曲する屈曲部を有する、内径２．０
   ｍｍ以下の透光性管と、この透光性管の内面に形成され
   た蛍光体層とを具備し、内部に希ガスが封入された放電
   ランプであって、前記屈曲部の内周側最大曲率部の蛍光
   体層の厚さは、外周側最大曲率部の蛍光体層の厚さの１
   ．４〜３倍であることを特徴とする放電ランプ。