JPH07287226A

JPH07287226A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07287226A
Application number: JP6078672A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ihashi; 誠伊橋; Koichi Kuniyoshi; 幸一国吉; Shin Fujita; 伸藤田
Original assignee: Hitachi Device Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【構成】蛍光管（３６）の中心を通る直線（６６）より
ｂ側のランプ反射カバー（１）の断面形状が楕円の一部
を成し、ａ側の断面形状がベジェ曲線を成し、楕円の第
１の焦点（３）と蛍光管（３６）の中心とが一致し、導
光板（３７）の端面（２）は楕円の第２の焦点（４）よ
り蛍光管（３６）側に位置し、焦点（３）と焦点（４）
とを結ぶ直線が端面（２）と垂直である構成。【効果】バックライトの光源である蛍光管の光の損失分
を減らし、光の有効利用を図ることができ、輝度の低下
を抑制することができる。その結果、液晶ディスプレイ
の省電力化、低コスト化、高輝度化、および薄型化を達
成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導光板と、その端面近
傍に該端面に沿って配置した蛍光管と、該蛍光管をその
全長にわたって覆うランプ反射カバーとを含んで構成さ
れるいわゆるエッジライト型バックライトを液晶表示素
子の下に配置して成る液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、例えば、透明導電膜か
ら成る画素電極と配向膜等を積層した面がそれぞれ対向
するように所定の間隔を隔てて２枚の透明ガラス基板を
重ね合わせ、両基板間の縁周囲に設けたシール材によ
り、両基板を貼り合わせると共に両基板間に液晶を封止
し、さらに両基板の外側に偏光板を設けて成る液晶表示
素子（液晶表示パネル）と、液晶表示素子の下に配置さ
れ、液晶表示素子に光を供給するバックライトと、液晶
表示素子を駆動する回路基板等を含んで構成される。

【０００３】バックライトは、例えば、光源から発せら
れる光を光源から離れた方へ導き、液晶表示素子全体に
光を均一に照射するための透明の合成樹脂板から成る導
光板と、導光板の端面近傍に該端面に沿って該端面とほ
ぼ平行に配置した光源である蛍光管と、蛍光管をそのほ
ぼ全長にわたって覆い、断面形状がほぼＵ字状のランプ
反射カバーと、導光板の上に配置され、導光板からの光
を拡散する拡散シートと、導光板の下に配置され、導光
板からの光を液晶表示素子の方へ反射させる反射シート
とから構成される。また、蛍光管から導光板内に入射し
た光は、導光板内を全反射しながら導光するが、拡散反
射により導光板の上面から出射させるために、導光板の
底面には複数個の光拡散用のドットパタンや穴、溝、凸
部が規則正しく配置形成されている。

【０００４】このような従来の液晶表示装置は、例えば
特公昭６０−１９４７４号公報や実開平４−２２７８０
号公報に記載されている。

【０００５】図１４は、従来のエッジライト型バックラ
イトの要部断面図である。

【０００６】３７は液晶表示素子（ここでは図示省略。
図４参照）の下に配置される導光板、２は導光板３７の
端面、３６は導光板３７の端面２の近傍に該端面２に沿
って該端面２と平行に配置した蛍光管（ＣＦＬ）、１は
取り付ける前はほぼ長方形状のシートで、その両端部を
導光板３７の上面および下面の端部に載置して取り付け
ると、蛍光管３６をそのほぼ全長にわたって覆い、蛍光
管３６から出射した光を反射させ、導光板３７に入射さ
せるためのランプ反射カバーである。ランプ反射カバー
１の内面は、例えば銀を蒸着することにより蛍光管３６
の光を反射するように形成されている。なお、この図で
は、導光板３７の上面に配置される拡散シート、導光板
３７の下面に配置される反射シート、導光板３７の底面
に設けられる光拡散用のドットパタン等は図示省略して
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示すように、
従来の液晶表示装置では、ランプ反射カバー１を蛍光管
３６と同心円になるように蛍光管３６に巻き付け、ラン
プ反射カバー１の断面形状はほぼＵ字状であった。蛍光
管３６から出射した光は、直接、導光板３７に入射する
光と、ランプ反射カバー１で反射した後、導光板３７に
入射する光とに分けられる。前者の光の量は導光板３７
の厚さに比例するが、後者の光の量はランプ反射カバー
１の形状によって大きく左右される。図１４に示した蛍
光管３６と同心円構造のランプ反射カバー１では、後者
の光は、ランプ反射カバー１で複数回反射を繰り返し、
導光板３７に入射する。あるいは、反射を繰り返すうち
に、導光板３７に届かずに消失してしまうものもある。
特に、蛍光管３６の中心を基準として、導光板３７に対
する蛍光管３６の裏面、すなわち、蛍光管３６の中心を
通り、導光板３７の端面２と平行な直線６６よりａ側に
おける蛍光管３６の出射光は、ランプ反射カバー１と蛍
光管３６との間で反射を繰り返し、やがて消失してしま
うものが多い。このように従来のバックライトでは、光
の損失分が多い問題があった。

【０００８】近年、液晶表示装置においては、表示画面
の高輝度化、省電力化、薄型化、低コスト化等、幅広い
範囲の目的により新製品を開発している。省電力化、低
コスト化のためには、バックライトは導光板の対向する
２端面にそれぞれ蛍光管を配置する２灯式よりも１灯式
の方が有利である。このため、１灯化を目指す場合、図
１４に示した従来技術では、光を有効に利用することが
できず、輝度が十分得られない。特に、モノクロ表示よ
りも開口率が低く、かつ、カラーフィルタを設けた光透
過率の低いカラー液晶表示装置では、輝度の低下が問題
となる。そこで、１灯化した場合の光の損失分を減ら
し、光の有効利用を図り、輝度の低下を抑制する構造が
要求されている。

【０００９】本発明の目的は、バックライトの光源であ
る蛍光管から出射される光の損失分を減らし、光の利用
効率を向上し、輝度の低下を抑制することができる液晶
表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、まず、液晶表示素子と、その下に配置
した導光板と、前記導光板の端面の近傍に該端面に沿っ
て配置した蛍光管と、前記蛍光管をそのほぼ全長にわた
って覆うランプ反射カバーとを含んで成る液晶表示装置
において、前記ランプ反射カバーの前記蛍光管の中心線
と垂直方向の断面形状がほぼ楕円の一部を成しているこ
とを特徴とする。

【００１１】また、前記ランプ反射カバーの前記蛍光管
の中心線と垂直方向の断面形状がほぼ楕円の一部を成
し、前記楕円の前記導光板から遠い方の第１の焦点と前
記蛍光管の中心とがほぼ一致し、前記導光板の前記端面
は前記楕円の第２の焦点より前記蛍光管側に位置し、か
つ、前記第１の焦点と前記第２の焦点とを結ぶ直線が前
記導光板の前記端面と垂直であることを特徴とする。

【００１２】また、前記蛍光管の中心を基準として、前
記導光板側に位置する前記ランプ反射カバーの前記蛍光
管の中心線と垂直方向の断面形状がほぼ楕円の一部を成
し、前記導光板側と反対側に位置する前記ランプ反射カ
バーの前記方向の断面形状がほぼベジェ曲線を成してい
ることを特徴とする。

【００１３】さらに、前記蛍光管の中心を基準として、
前記導光板側に位置する前記ランプ反射カバーの前記蛍
光管の中心線と垂直方向の断面形状がほぼ楕円の一部を
成し、前記導光板側と反対側に位置する前記ランプ反射
カバーの前記方向の断面形状がほぼベジェ曲線を成し、
前記楕円の前記導光板から遠い方の第１の焦点と前記蛍
光管の中心とがほぼ一致し、前記導光板の前記端面は前
記楕円の第２の焦点より前記蛍光管側に位置し、かつ、
前記第１の焦点と前記第２の焦点とを結ぶ直線が前記導
光板の前記端面と垂直であることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明におけるランプ反射カバーの基本形状
は、理想である点光源の場合を考慮して、蛍光管の中心
線と垂直方向の断面形状が、光源である蛍光管の中心を
１つの焦点とする楕円形状を用いる。すなわち、蛍光管
の中心を基準とする導光板側に関しては、ランプ反射カ
バーの断面形状を楕円の一部と成す。これにより、蛍光
管の中心が楕円の導光板から遠い第１の焦点に位置する
ように配置した蛍光管から出射した光は、楕円の性質に
より、ランプ反射カバーの内面で１回反射して楕円の第
２の焦点に集光する。導光板の端面は第２の焦点より蛍
光管側に位置しているので、蛍光管から出た光はランプ
反射カバーでの１回の反射で導光板に到達し、入射す
る。また、第１の焦点と第２の焦点とを結ぶ直線が導光
板の端面と垂直であるので、導光板に入射する角度に依
存する光透過率を高く保つことができる。

【００１５】また、蛍光管の中心を基準とする導光板と
反対側（導光板に対する蛍光管の裏面）に関しては、蛍
光管から出射した光がランプ反射カバーで反射した後、
蛍光管自体の大きさにより、該蛍光管に到達し、吸収さ
れてしまうのを避けるため、ランプ反射カバーの断面形
状をベジェ曲線と成す。これにより、蛍光管から出た光
は、ベジェ曲線の性質により、ランプ反射カバーの内面
で１回反射するとき、蛍光管の接線方向に反射するの
で、反射光は蛍光管にもどらずに、導光板側へ集光し、
導光板に入射する。

【００１６】なお、２次のベジェ曲線は、曲線上の点の
座標（ｘ，ｙ）がそれぞれ１つの媒介変数ｔと３点の座
標Ｐ₀（ｘ₀，ｙ₀）、Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，
ｙ₂）により、関数ｘ＝ｘ₀（１−ｔ）²＋２ｘ₁ｔ（１−ｔ）＋ｘ₂ｔ² ｙ＝ｙ₀（１−ｔ）²＋２ｙ₁ｔ（１−ｔ）＋ｙ₂ｔ² として定義され、Ｃ¹級の連続を持つなめらかな曲線で
ある。ただし、０≦ｔ≦１とする。

【００１７】ここで、曲線と３点の座標Ｐ₀、Ｐ₁、Ｐ₂
の関係は、図２（ｂ）に示すように、Ｐ₀がｔ＝０での
曲線の始点であり、Ｐ₂がｔ＝１での曲線の終点であ
り、Ｐ₁はＰ₀、Ｐ₂での曲線の接線の傾きをコントロー
ルする点である。ｔの値を変化させることにより、１次
微分まで連続的な接線を持つなめらかな曲線が得られ
る。

【００１８】ランプ反射カバーの断面形状の曲線を設計
する際には、曲線上での反射角度は、その点での曲線の
接線を考慮すればよい。接線の傾きを簡単にコントロー
ルすることができ、なおかつ、なめらかな曲線が得られ
るベジェ曲線を用いることにより、蛍光管から出た光を
蛍光管の接線方向へ進めるような設計が可能である（図
２（ａ）参照）。

【００１９】このように、ランプ反射カバーを上記形状
にすることによって、蛍光管からの光路（光学的距離）
を最小限にし、従来の構造における光の損失分を減少
し、蛍光管の光を有効に利用して導光板に入る光の量を
増やし、導光板入射の段階における輝度を従来より向上
することができる。

【００２０】この結果、液晶ディスプレイ（液晶表示素
子）の省電力化、低コスト化に有利な１灯式エッジライ
ト型のバックライトを高輝度化することができ、かつ、
薄型化にも影響を与えず、特に、光透過率の低いカラー
液晶表示装置の高輝度化に有利である。

【００２１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２２】実施例１図１は、本発明の実施例１のエッジライト型バックライ
トの要部断面図（導光板の一部、蛍光管およびランプ反
射カバーの断面図）である。

【００２３】３７は液晶表示素子（ここでは図示省略。
図４参照）の下に配置される導光板、２は導光板３７の
端面、３６は導光板３７の端面２の近傍に該端面２に沿
って該端面２と平行に配置した蛍光管（ＣＦＬ）、１は
蛍光管３６をそのほぼ全長にわたって覆い、蛍光管３６
から出射した光を反射させ、導光板３７に入射させるた
めのランプ反射カバー、３は楕円の第１の焦点、４は楕
円の第２の焦点、６５は第１の焦点３と第２の焦点４と
を結ぶ直線である。なお、この図では、導光板３７の上
面に配置される拡散シート、導光板３７の下面に配置さ
れる反射シート、導光板３７の底面に設けられる光拡散
用のドットパタン等は図示省略してある。

【００２４】本実施例では、図１に示すように、ランプ
反射カバー１の蛍光管３６の中心線と垂直方向の断面形
状が、楕円の一部を成している。このようなランプ反射
カバー１を製造するには、例えばプラスチック等を用い
て該形状に成型した後、ランプ反射カバー１の内面に例
えば銀を蒸着することにより蛍光管の光を反射するよう
に形成する。または、平板に反射シートを貼り付けた
後、該形状に成型することにより製造する。なお、楕円
の導光板３７から遠い方の第１の焦点３と蛍光管３６の
中心とが一致するように蛍光管３６が配置されている。
また、導光板３７の端面２は楕円の第２の焦点４より蛍
光管３６側（本実施例では、ほとんど同じ位置）に位置
する。さらに、第１の焦点３と第２の焦点４とを結ぶ直
線６５が導光板３７の端面２と垂直である。

【００２５】本実施例では、蛍光管３６の中心が楕円の
第１の焦点３に位置するように配置された蛍光管３６か
ら出射した光は、楕円の性質により、光の経路を示す図
の矢印で示すように、ランプ反射カバー１の内面で１回
反射して楕円の第２の焦点４に集光する。ここで、導光
板３７の端面２は第２の焦点４より蛍光管３６側に位置
しているので、蛍光管３６から出た光はランプ反射カバ
ー１での１回の反射で導光板３７に入射する。したがっ
て、光の損失分を減少し、蛍光管３６の光を有効に利用
することができ、導光板３７への入射の段階における輝
度を従来より向上することができる。この結果、液晶デ
ィスプレイ（液晶表示素子）の省電力化、低コスト化に
有利な１灯式エッジライト型のバックライトを高輝度化
することができ、かつ、薄型化にも影響を与えず、特
に、光透過率の低いカラー液晶表示装置の高輝度化に有
利である。すなわち、本実施例による液晶表示装置を組
み込んだ例えばノートブック型パーソナルコンピュータ
においては、バッテリの駆動時間が長くなり、価格を低
減することができ、表示画面が明るくなり、かつ、薄型
化することができる。

【００２６】実施例２図２（ａ）は、本発明の実施例１のエッジライト型バッ
クライトの要部断面図である。

【００２７】図１と同一符号を付したものは同一部材を
示す。６６は、蛍光管３６の中心を通り、導光板３７の
端面２と平行な直線である。なお、この図でも、導光板
３７の上面に配置される拡散シート、導光板３７の下面
に配置される反射シート、導光板３７の底面に設けられ
る光拡散用のドットパタン等は図示省略してある。

【００２８】本実施例では、図２（ａ）に示すように、
ランプ反射カバー１の断面形状が蛍光管３６の中心を基
準として、導光板３７側、すなわち、直線６６よりｂ側
のランプ反射カバー１の断面形状が楕円の一部を成し、
導光板３７側と反対側、すなわち、直線６６よりａ側
（導光板３７に対する蛍光管３６の裏面側）の断面形状
がベジェ曲線を成している。このようなランプ反射カバ
ー１を製造するには、上記実施例１と同様に、例えばプ
ラスチック等を用いてこのような形状に成型した後、ラ
ンプ反射カバー１の内面に例えば銀を蒸着することによ
り蛍光管の光を反射するように形成する。また、楕円の
導光板３７から遠い方の第１の焦点３と蛍光管３６の中
心とが一致するように蛍光管３６が配置され、導光板３
７の端面２は楕円の第２の焦点４より蛍光管３６側（本
実施例では、ほとんど同じ位置）に位置する。さらに、
第１の焦点３と第２の焦点４とを結ぶ直線６５が導光板
３７の端面２と垂直である。

【００２９】本実施例では、直線６６よりｂ側に関して
は、ランプ反射カバー１の断面形状が楕円の一部を成し
ているので、実施例１と同様に、蛍光管３６の中心が楕
円の第１の焦点３に位置するように配置された蛍光管３
６から出射した光は、楕円の性質により、ランプ反射カ
バー１の内面で１回反射して楕円の第２の焦点４に集光
する（実施例１の図１の光の経路を示す矢印参照）。こ
こで、導光板３７の端面２は第２の焦点４より蛍光管３
６側に位置しているので、蛍光管３６から出た光はラン
プ反射カバー１での１回の反射で導光板３７に入射す
る。また、直線６６よりａ側に関しては、ランプ反射カ
バー１の断面形状がベジェ曲線を成しているので、蛍光
管３６から出射した光は、ベジェ曲線の性質により、光
の経路を示す図２（ａ）の矢印で示すように、ランプ反
射カバー１の内面で１回反射するとき、蛍光管３６の接
線方向に反射するので、反射光は蛍光管３６にもどらず
に、導光板３７側へ集光し、導光板３７に入射する。し
たがって、本実施例においても、光の損失分を減少し、
蛍光管３６の光を有効に利用することができ、導光板３
７への入射の段階における輝度を従来より向上すること
ができる。なお、本実施例では、直線６６よりａ側に関
しても考慮したので、導光板３７に対する蛍光管３６の
裏面の光も有効に利用できるので、実施例１より光の損
失分を少なくすることができ、輝度をさらに向上するこ
とができる。この結果、液晶ディスプレイ（液晶表示素
子）の省電力化、低コスト化に有利な１灯式エッジライ
ト型のバックライトを高輝度化することができ、かつ、
薄型化にも影響を与えず、特に、光透過率の低いカラー
液晶表示装置の高輝度化に有利である。すなわち、本実
施例による液晶表示装置を組み込んだ例えばノートブッ
ク型パーソナルコンピュータにおいては、バッテリの駆
動時間が長くなり、価格を低減することができ、表示画
面が明るくなり、かつ、薄型化することができる。

【００３０】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例２
において、蛍光管３６から出た光がランプ反射カバー１
で反射した後、蛍光管３６自体によってさえぎられる領
域を少なくすることができる効果を説明するための図で
ある。

【００３１】従来では、導光板３７の厚さが蛍光管３６
の直径よりも大きく、ランプ反射カバー１で反射した光
が、蛍光管３６自体によってさえぎられる領域６８が十
分小さく、光の損失分が少なかった。ところが、液晶デ
ィスプレイの薄型化に伴い、導光板３７の厚さが蛍光管
３６の直径と同じ程度か、または小さくなると、図３
（ｂ）に示したような同心円構造のランプ反射カバー１
を用いた場合、蛍光管３６自体によってさえぎられる領
域６８が全体の５０％以上と大きくなり、光の損失分が
多く、輝度も半分以下に低下してしまう。そこで、実施
例２のような形状のランプ反射カバー１を用いることに
より、液晶ディスプレイの薄型化には影響を与えずに、
蛍光管３６自体によってさえぎられる領域６８を小さく
し、光の損失分を少なくすることにより、輝度を向上す
ることができる。

【００３２】図４は液晶表示素子６２と、この液晶表示
素子６２を駆動するための駆動回路と、光源をコンパク
トに一体にまとめた液晶表示モジュール６３を示す分解
斜視図である。液晶表示素子６２を駆動するＩＣ３４
は、中央に液晶表示素子６２を嵌め込むための窓部を備
えた枠状体のプリント基板３５に搭載される。液晶表示
素子６２を嵌め込んだプリント基板３５はプラスチック
モールドで形成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、
これに金属製フレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体
４２に形成されている切込み４４内に折り曲げることに
よりフレーム４１を枠状体４２に固定する。

【００３３】液晶表示素子６２の上下端に配置される冷
陰極蛍光管３６、この冷陰極蛍光管３６からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光板３７、金属板に白色塗料を塗布して形成され
た反射板３８、導光板３７からの光を拡散する乳白色の
拡散板３９が図４の順序で、枠状体４２の裏側からその
窓部に嵌め込まれる。冷陰極蛍光管３６を点灯する為の
インバータ電源回路（図示せず）は枠状体４２の右側裏
部に設けられた凹部（図示せず。反射板３８の凹所４５
に対向する位置にある。）に収納される。拡散板３９、
導光板３７、冷陰極蛍光管３６および反射板３８は、反
射板３８に設けられている舌片４６を枠状体４２に設け
られている小口４７内に折り曲げることにより固定され
る。なお、この図では、実施例１、２の図１、図２
（ａ）に示したランプ反射カバー１は図示省略している
が、図１、図２（ａ）のような形状のランプ反射カバー
１を設けることにより、蛍光管３６の光の損失分を減ら
し、光の利用効率を向上することができ、省電力化、低
コスト化に有利な１灯式のエッジライト型バックライト
を高輝度化することができる。

【００３４】図５は液晶表示モジュール６３を表示部に
使用したラップトップパソコンのブロックダイアグラ
ム、図６は液晶表示モジュール６３をラップトップパソ
コン６４に実装した状態を示す図である。このラップト
ップパソコン６４においては、マイクロプロセッサ４９
で計算した結果を、コントロール用ＬＳＩ４８を介して
液晶駆動用半導体ＩＣ３４で液晶表示モジュール６３を
駆動するものである。

【００３５】図７は本発明が適用可能な液晶表示装置の
液晶表示素子６２を上側から見た場合の電極基板上にお
ける液晶分子の配列方向（例えばラビング方向）、液晶
分子のねじれ方向、偏光板の偏光軸（あるいは吸収軸）
方向、および複屈折効果をもたらす部材の光学軸方向を
示し、図８は液晶表示素子６２の要部斜視図を示す。

【００３６】液晶分子のねじれ方向１０とねじれ角θ
は、上電極基板１１上の配向膜２１のラビング方向６と
下電極基板１２上の配向膜２２のラビング方向７および
上電極基板１１と下電極基板１２の間に挟持される正の
誘電異方性を有するネマチック液晶層５０に添加される
旋光性物質の種類と量によって規定される。

【００３７】図８において、液晶層５０を挟持する２枚
の上、下電極基板１１、１２間で液晶分子がねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えばガラス
からなる透明な上、下電極基板１１、１２上の、液晶に
接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂から
なる配向膜２１、２２の表面を、例えば布などで一方向
にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。こ
のときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極基
板１１においてはラビング方向６、下電極基板１２にお
いてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。こ
のようにして配向処理された２枚の上、下電極基板１
１、１２をそれぞれのラビング方向６、７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交叉するように間隙ｄ₁をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１、１２を液晶を注入
するための切欠け部、すなわち、液晶封入口５１を備え
た枠状のシール材５２により接着し、その間隙に正の誘
電異方性をもち、旋光性物質を所定量添加されたネマチ
ック液晶を封入すると、液晶分子はその電極基板間で図
中のねじれ角θのらせん状構造の分子配列をする。なお
３１、３２はそれぞれ例えば酸化インジウム又はＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）からなる透明な上、下電極であ
る。このようにして構成された液晶セル６０の上電極基
板１１の上側に複屈折効果をもたらす部材（以下複屈折
部材と称す。藤村他「ＳＴＮ−ＬＣＤ用位相差フィル
ム」、雑誌電子材料１９９１年２月号第３７−４１頁）
４０が配設されており、さらにこの部材４０および液晶
セル６０を挟んで上、下偏光板１５、１６が設けられ
る。

【００３８】液晶５０における液晶分子のねじれ角θは
１８０度から３６０度の範囲の値を採り得るが好ましく
は２００度から３００度であるが、透過率−印加電圧カ
ーブのしきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向とな
る現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実用
的な観点からすれば、２３０度から２７０度の範囲がよ
り好ましい。この条件は基本的には電圧に対する液晶分
子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現する
ように作用する。また優れた表示品質を得るためには液
晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁とその厚さｄ₁の積Δｎ₁
・ｄ₁は好ましくは０.５μｍから１.０μｍ、より好ま
しくは０.６μｍから０.９μｍの範囲に設定することが
望ましい。

【００３９】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体では着色した表示しかできなかったものを白黒の表示
に変換するものである。このためには複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂とその厚さｄ₂の積Δｎ₂・ｄ₂が極め
て重要で、好ましくは０.４μｍから０.８μｍ、より好
ましくは０.５μｍから０.７μｍの範囲に設定する。

【００４０】さらに、この液晶表示素子６２は複屈折に
よる楕円偏光を利用しているので偏光板１５、１６の軸
と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折板を用い
る場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基板１１、
１２の液晶配列方向６、７との関係が極めて重要であ
る。

【００４１】図７で上記の関係の作用効果について説明
する。図６は、図７の構成の液晶表示素子を上から見た
場合の偏光板の軸、一軸性の透明複屈折部材の光学軸、
液晶セルの電極基板の液晶分子軸配列方向の関係を示し
たものである。

【００４２】図８において、５は一軸性の透明複屈折部
材４０の光学軸、６は複屈折部材４０とこれに隣接する
上電極基板１１の液晶分子軸配列方向、７は下電極基板
１２の液晶配列方向、８は上偏光板１５の吸収軸あるい
は偏光軸、９は下偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸で
あり、角度αは上電極基板１１の液晶配列方向６と一軸
性の複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度βは
上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と一軸性の透明
複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度γは下偏
光板１６の吸収軸あるいは偏光軸９と下電極基板１２の
液晶配列方向７とのなす角度である。

【００４３】ここで本明細書における角α、β、γの測
り方を定義する。図１２において、複屈折部材４０の光
学軸５と上電極基板の液晶配列方向６との交角を例にと
って説明する。光学軸５と液晶配列方向６との交角は図
１２に示す如く、φ₁およびφ₂で表わすことが出来る
が、本明細書においてはφ₁、φ₂のうち小さい方の角を
採用する。すなわち、図１２（ａ）においてはφ₁＜φ₂
であるから、φ₁を光学軸５と液晶配列方向６との交角
αとし、図１２（ｂ）においてはφ₁＞φ₂だからφ₂を
光学軸５と液晶配列方向６との交角αとする。勿論φ₁
＝φ₂の場合はどちらを採っても良い。

【００４４】液晶表示素子においては角度α、β、γが
極めて重要である。

【００４５】角度αは好ましくは５０度から９０度、よ
り好ましくは７０度から９０度に、角度βは好ましくは
２０度から７０度、より好ましくは３０度から６０度
に、角度γは好ましくは０度から７０度、より好ましく
は０度から５０度に、それぞれ設定することが望まし
い。

【００４６】なお、液晶セル６０の液晶層５０のねじれ
角θが１８０度から３６０度の範囲内にあれば、ねじれ
方向１０が時計回り方向、反時計回り方向のいずれであ
っても、上記角α、β、γは上記範囲内にあればよい。

【００４７】なお、図８においては、複屈折部材４０が
上偏光板１５と上電極基板１１の間に配設されている
が、この位置の代りに、下電極基板１２と下偏光板１６
との間に配設しても良い。この場合は図８の構成全体を
倒立させた場合に相当する。

【００４８】図９はねじれ角θ等の具体例を示す図であ
る。図に示すように、液晶分子のねじれ角θは２４０度
であり、一軸性の透明複屈折部材４０としては平行配向
（ホモジェニアス配向）した、すなわちねじれ角が０度
の液晶セルを使用した。ここで液晶層の厚みｄ(μｍ)と
旋光性物質が添加された液晶材料のらせんピッチｐ(μ
ｍ)の比ｄ／ｐは０．６７とした。配向膜２１、２２
は、ポリイミド樹脂膜で形成しこれをラビング処理した
ものを使用した。このラビング処理を施した配向膜がこ
れに接する液晶分子を基板面に対して傾斜配向させるチ
ルト角(pretilt角）は４度である。上記一軸性透明複屈
折部材４０のΔｎ₂・ｄ₂は約０.６μｍである。一方液
晶分子が２４０度ねじれた構造の液晶層５０のΔｎ₁・
ｄ₁は約０.８μｍである。

【００４９】このとき、角度αを約９０度、角度βを約
３０度、角度γを約３０度とすることにより、上、下電
極３１、３２を介して液晶層５０に印加される電圧がし
きい値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧がある
しきい値以上になると光透過すなわち白の白黒表示が実
現できた。また、下偏光板１６の軸を上記位置より５０
度から９０度回転した場合は、液晶層５０への印加電圧
がしきい値以下のときには白、電圧がしきい値以上にな
ると黒の、前記と逆の白黒表示が実現できた。

【００５０】図１０は図９の構成で角度αを変化させた
ときの１／２００デューティで時分割駆動時のコントラ
スト変化を示したものである。角度αが９０度近傍では
極めて高いコントラストを示していたものが、この角度
からずれるにつれて低下する。しかも角度αが小さくな
ると点灯部、非点灯部ともに青味がかり、角度αが大き
くなると非点灯部は紫、点灯部は黄色になり、いずれに
しても白黒表示は不可能となる。角度βおよび角度γに
ついてもほぼ同様の結果となるが、角度γの場合は前記
したように５０度から９０度近く回転すると逆転の白黒
表示となる。

【００５１】図１１はねじれ角θ等の他の具体例を示す
図である。基本構造は図９に示した具体例と同様であ
る。ただし、液晶層５０の液晶分子のねじれ角は２６０
度、Δｎ₁・ｄ₁は約０.６５μｍ〜０.７５μｍである点
が異なる。一軸性透明複屈折部材４０として使用してい
る平行配向液晶層のΔｎ₂・ｄ₂は前記具体例と同じ約
０．５８μｍである。液晶層の厚みｄ₁(μｍ)と旋光性
物質が添加されたネマチック液晶材料のらせんピッチｐ
(μｍ)との比はｄ／ｐ＝０．７２とした。

【００５２】このとき、角度αを約１００度、角度βを
約３５度、角度γを約１５度とすることにより、最初の
具体例と同様の白黒表示が実現できた。また下偏光板の
軸の位置を上記値より５０度から９０度回転することに
より逆転の白黒表示が可能である点もほぼ最初の具体例
と同様である。角度α、β、γのずれに対する傾向も最
初の具体例とほぼ同様である。

【００５３】上記いずれの具体例においても一軸性透明
複屈折部材４０として、液晶分子のねじれのない平行配
向液晶セルを用いたが、むしろ２０度から６０度程度液
晶分子がねじれた液晶層を用いた方が角度による色変化
が少ない。このねじれた液晶層は、前述の液晶層５０同
様、配向処理が施された一対の透明基板の配向処理方向
を所定のねじれ角に交差するようにした基板間に液晶を
挟持することによって形成される。この場合、液晶分子
のねじれ構造を挟む２つの配向処理方向の挟角の２等分
角の方向を複屈折部材の光軸として取扱えばよい。ま
た、複屈折部材４０として、透明な高分子フィルムを用
いても良い（この際一軸延伸のものが好ましい）。この
場合高分子フィルムとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）、アクリル樹脂フィルム、ポリカーボネ
イトが有効である。

【００５４】さらに以上の具体例においては複屈折部材
は単一であったが、図８において複屈折部材４０に加え
て、下電極基板１２と下偏光板１６との間にもう一枚の
複屈折部材を挿入することもできる。この場合はこれら
複屈折部材のΔｎ₂・ｄ₂を再調整すればよい。

【００５５】ただし、図１３に示す如く、上電極基板１
１上に赤、緑、青のカラーフィルタ３３Ｒ、３３Ｇ、３
３Ｂ、各フィルター同志の間に光遮光膜３３Ｄを設ける
ことにより、多色表示が可能になる。図１１に前記具体
例における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方
向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係
を示す。

【００５６】なお、図１３においては、各フィルタ３３
Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これらの
凹凸の影響を軽減するため絶縁物からなる平滑層２３が
形成された上に上電極３１、配向膜２１が形成されてい
る。

【００５７】以上説明したように、上記具体例によれ
ば、優れた時分割駆動特性を有し、さらに白黒および多
色表示を可能にする電界効果型液晶表示素子を実現する
ことができる。

【００５８】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、上記実施例では、本発
明を単純マトリクス方式の液晶表示装置に適用した例を
示したが、薄膜トランジスタ等をスイッチング素子とし
て用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置にも
適用可能であることは言うまでもない。また、図１、図
２（ａ）に示した実施例１、２では、導光板３７の端面
２が導光板３７の上面、下面に対して垂直な例を示した
が、端面２は必ずしも垂直でなくてもよく、導光板３７
の入射面の面積を増加するために、斜めの斜面や曲面に
形成してもよい。なお、この場合は、導光板３７の端面
２は楕円の第２の焦点４より蛍光管３６側に位置し、か
つ、第１の焦点３と第２の焦点４とを結ぶ直線６５は導
光板３７の上面および下面と平行である。また、実施例
２の図２（ａ）に示したベジェ曲線は、凸部が２個であ
るが、３個以上の場合も可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックライトの光源である蛍光管の光の損失分を減ら
し、光の有効利用を図ることができ、輝度の低下を抑制
することができる。その結果、液晶ディスプレイの省電
力化、低コスト化、高輝度化、および薄型化を達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のエッジライト型バックライ
トの要部断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施例２のエッジライト型バ
ックライトの要部断面図、（ｂ）はベジェ曲線を説明す
る図である。

【図３】本発明の実施例２において、蛍光管から出た光
がランプ反射カバーで反射した後、蛍光管自体によって
さえぎられる領域を少なくすることができる効果を説明
するための図である。

【図４】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液晶
表示モジュールの分解斜視図である。

【図５】ラップトップパソコンの一例のブロックダイア
グラムである。

【図６】ラップトップパソコンの一例の斜視図である。

【図７】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液晶
表示素子における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじ
れ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の
関係の一例を示した説明図である。

【図８】液晶表示素子の一例の要部分解斜視図である。

【図９】別の例の液晶表示素子における液晶分子のねじ
れ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の
関係を示した説明図である。

【図１０】液晶表示素子の図７の例についてのコントラ
スト、透過光色−交角α特性を示すグラフである。

【図１１】さらに別の例の液晶表示素子における液晶分
子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方
向および複屈折部材の光学軸の関係を示した説明図であ
る。

【図１２】交角α、β、γの測り方を説明するための図
である。

【図１３】液晶表示素子の上電極基板部の一例の一部切
欠斜視図である。

【図１４】従来のエッジライト型バックライトの要部断
面図である。

【符号の説明】

１…ランプ反射カバー、２…導光板の端面、３…楕円の
第１の焦点、４…楕円の第２の焦点、３６…蛍光管、３
７…導光板、６５…２つの焦点を結ぶ直線、６６…蛍光
管の中心を通り導光板の端面と平行な直線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田伸千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子と、その下に配置した導光板
と、前記導光板の端面の近傍に該端面に沿って配置した
蛍光管と、前記蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆うラ
ンプ反射カバーとを含んで成る液晶表示装置において、
前記ランプ反射カバーの前記蛍光管の中心線と垂直方向
の断面形状がほぼ楕円の一部を成していることを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項２】液晶表示素子と、その下に配置した導光板
と、前記導光板の端面の近傍に該端面に沿って配置した
蛍光管と、前記蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆うラ
ンプ反射カバーとを含んで成る液晶表示装置において、
前記ランプ反射カバーの前記蛍光管の中心線と垂直方向
の断面形状がほぼ楕円の一部を成し、前記楕円の前記導
光板から遠い方の第１の焦点と前記蛍光管の中心とがほ
ぼ一致し、前記導光板の前記端面は前記楕円の第２の焦
点より前記蛍光管側に位置し、かつ、前記第１の焦点と
前記第２の焦点とを結ぶ直線が前記導光板の前記端面と
垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】液晶表示素子と、その下に配置した導光板
と、前記導光板の端面の近傍に該端面に沿って配置した
蛍光管と、前記蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆うラ
ンプ反射カバーとを含んで成る液晶表示装置において、
前記蛍光管の中心を基準として、前記導光板側に位置す
る前記ランプ反射カバーの前記蛍光管の中心線と垂直方
向の断面形状がほぼ楕円の一部を成し、前記導光板側と
反対側に位置する前記ランプ反射カバーの前記方向の断
面形状がほぼベジェ曲線を成していることを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項４】液晶表示素子と、その下に配置した導光板
と、前記導光板の端面の近傍に該端面に沿って配置した
蛍光管と、前記蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆うラ
ンプ反射カバーとを含んで成る液晶表示装置において、
前記蛍光管の中心を基準として、前記導光板側に位置す
る前記ランプ反射カバーの前記蛍光管の中心線と垂直方
向の断面形状がほぼ楕円の一部を成し、前記導光板側と
反対側に位置する前記ランプ反射カバーの前記方向の断
面形状がほぼベジェ曲線を成し、前記楕円の前記導光板
から遠い方の第１の焦点と前記蛍光管の中心とがほぼ一
致し、前記導光板の前記端面は前記楕円の第２の焦点よ
り前記蛍光管側に位置し、かつ、前記第１の焦点と前記
第２の焦点とを結ぶ直線が前記導光板の前記端面と垂直
であることを特徴とする液晶表示装置。