JPH10333146A - カラー液晶表示装置用のバックライト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度の向上を図ることができるカラー液晶表
示装置用のバックライトを提供する。 【解決手段】 ３つの光源１０、１１、１２を導光板１
３の厚さ方向に沿って配置したため、光源から導光板１
３へ直接入射する光量が増加する。また、３つの光源の
うち、中央の光源１１だけを導光板１３から離反する方
向にオフセット配置したため、各光源間の間隔Ｓが拡大
する。従って、反射鏡１４の光有効利用範囲（反射され
た光が導光板に入射する範囲）Ｈが拡大され、反射鏡１
４で反射されて導光板１３へ入射する光量が増加する。
このように、直接入射する光量と、反射鏡１４で反射さ
れて入射する光量が共に増加するため、バックライト２
の輝度が全面的に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラー液晶表示
装置用のバックライトに関する。

【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）色・緑（Ｇ）色・
青（Ｂ）色）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）色・緑（Ｇ）色・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、最近では、カラーフィルタや薄膜
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フィルタレスのカ
ラー液晶表示装置が提案されている（例えば、特開平７
−２８１６４７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、３原色即ち、赤
（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・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】

【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は、３つの光源を透
明な導光板の端部に設ける構造のため、輝度の向上が困
難であるなどの問題点がある。これらの問題点に対する
実用的解決策は未だ提案されていない。

【０００６】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、輝度の向上を図ることができ
るカラー液晶表示装置用のバックライトを提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
１枚の導光板の少なくとも一端面に該一端面側に開口し
た断面形状の反射部材を設ける共に、該反射部材に囲繞
された空間内に液晶の駆動タイミングに同期しパルス発
光する３原色の独立した光源を配置したカラー液晶表示
装置用のバックライトであって、前記光源を導光板の厚
さ方向に沿って配置すると共に、中央の光源だけを導光
板から離反する方向にオフセットしたものである。

【０００８】請求項１記載の発明によれば、３つの光源
を導光板の厚さ方向に沿って配置したため、光源を導光
板と平行に配置する場合に比べて、光源から導光板へ直
接入射する光量が増加する。また、３つの光源のうち、
中央の光源だけを導光板から離反する方向にオフセット
配置したため、各光源間の間隔が拡大する。従って、反
射部材の光有効利用範囲（反射された光が導光板に入射
する範囲）が拡大され、反射部材で反射されて導光板へ
入射する光量が増加する。このように、直接入射する光
量と、反射部材で反射されて入射する光量が共に増加す
るため、バックライトの輝度が全面的に向上する。

【０００９】請求項２記載の発明は、反射部材が断面楕
円放物線形状である。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、反射部材が
断面楕円放物線形状であるため、断面円弧形状よりも、
反射された光が導光板側へ向きやすく、導光板への反射
光量が増す。

【００１１】請求項３記載の発明は、中央の光源が緑
（Ｇ）色光源である。

【００１２】請求項３記載の発明によれば、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）により、ＣＩ
Ｅ（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、白色調整する上で最も輝度が
要求される緑（Ｇ）色光源を中央にしたため、該緑
（Ｇ）色光源の光量が他の赤（Ｒ）色光源・青（Ｂ）色
光源よりも相対的に増す。つまり、中央の緑（Ｇ）色光
源は、両側の間隔が拡大するが、他の赤（Ｒ）色及び青
（Ｂ）色光源は、緑（Ｇ）色光源側の間隔しか拡大しな
いため、緑（Ｇ）色光源の光量の方が相対的に増す。こ
のように、緑（Ｇ）色光源の光量をレイアウト的に増す
ことができ、緑（Ｇ）色光源への電気的出力を必要以上
に増す必要がないため、光源の寿命を長くすることがで
きる。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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）色・
緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色）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、１
１、１２の他端は接地されている。

【００１７】バックライト２は、１枚の導光板１３と、
反射鏡１４と、３つの光源１０、１１、１２と、拡散シ
ート１５と、網点（ドットパターン）１６と、反射シー
ト１７と、補助反射シート１８とから構成されている。

【００１８】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）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１枚で済むため、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。

【００１９】導光板１３の裏面（反液晶セル１側の面）
に印刷されているのが、白の網点１６である。網点１６
は、光を散乱させるためのものであり、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
刷したものである。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。

【００２０】反射鏡１４は、導光板１３の一端面に取付
けられている。この反射鏡１４は、一端面側に開口した
断面楕円放物線形状をしている。反射鏡１４に囲繞され
た空間内には、光源１０、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。
反射鏡１４は、図２に示すような直線状に限らず、Ｌ字
状に形成されても良い。かかる場合、反射鏡１４の開口
は、導光板１３の二端面に夫々開口することは勿論であ
る。

【００２１】光源１０、１１、１２は、それぞれ３原色
（赤（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色）を発光する冷
陰極管を用いる。この光源１０、１１、１２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。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。

【００２２】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（Ｃ
ommission Ｉnternationalde 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１
０が、一番導光板１３側に配置されている。

【００２３】この光源１０、１１、１２は、導光板１３
の厚さ方向に沿って配置されていると共に、中央の緑
（Ｇ）光源１１だけ導光板１３から離反する方向にオフ
セットしている。具体的には、赤（Ｒ）色光源１０と青
（Ｂ）色光源１２は、反射鏡１４の楕円放物線の焦点Ｆ
上に配置されており、緑（Ｇ）色光源１１は、それより
も反射鏡１４の底部側に位置している。緑（Ｇ）色光源
１１をオフセット配置したため、この緑（Ｇ）色光源１
１と他の赤（Ｒ）色・青（Ｂ）色光源１０、１２との間
隔Ｓは、拡大されている。

【００２４】反射シート１７は、合成樹脂（例えばＰＥ
Ｔ）に白色材などを練り込んでなる白色の高反射率材料
のシートであり、導光板１３の網点１６側に微細の空気
層を介して当接して配置してある。

【００２５】他端面に設けられる補助反射シート１８も
同様である。この補助反射シート１８を設けたことによ
り、光源１０、１１、１２から遠い部分における輝度の
減衰を防止して、輝度の均一化を図ることができる。

【００２６】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。

【００２７】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）
色光源１０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（混色にしてし
まう）。次に、緑（Ｇ）色光源１１、青（Ｂ）色光源１
２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。

【００２８】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、１２の冷陰極管は、赤
（Ｒ）色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色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。

【００２９】光源１０、１１、１２より発生した色光
は、直接或いは反射鏡１４で反射して、導光板１３の一
端面より導光板１３内へ入射される。反射鏡１４が断面
楕円放物線形状であるため、断面円弧形状よりも、反射
された光が導光板１３側へ向きやすく、導光板１３への
反射光量が増す。

【００３０】また３つの光源１０、１１、１２を導光板
１３の厚さ方向に沿って配置したため、光源１０、１
１、１２を導光板１３と平行に配置する場合に比べて、
光源１０、１１、１２から導光板１３へ直接入射する光
量が増加する。更に、３つの光源１０、１１、１２のう
ち、中央の緑（Ｇ）色光源１１だけを導光板１３から離
反する方向にオフセット配置したため、各光源１０、１
１、１２間の間隔Ｓが前述のように拡大している。従っ
て、反射鏡１４の光有効利用範囲（反射された光が導光
板１３に入射する範囲）Ｈが拡大され、反射鏡１４で反
射されて導光板１３へ入射する光量が増加する。このよ
うに、直接入射する光量と、反射鏡１４で反射されて入
射する光量が共に増加するため、バックライト２の輝度
が全面的に向上する。

【００３１】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１
６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。

【００３２】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。

【００３３】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１０と緑（Ｇ）色光源１１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）
色・緑（Ｇ）色・青（Ｂ）色の３光源１０、１１、１２
を混色すれば白色が表示される。これは光源１０、１
１、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。

【００３４】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１枚で、
光源１０、１１、１２を反射鏡１４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。

【００３５】このバックライト２の白色調整 このバッ
クライト２の白色調整、即ち、ＣＩＥ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
るには、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。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）が調整されているが、そのため、ここで、白色調
整する上で最も輝度が要求される緑（Ｇ）色光源１１を
中央にしたため、該緑（Ｇ）色光源１１の光量が、他の
赤（Ｒ）色光源１０や青（Ｂ）色光源１２よりも相対的
に増す。つまり、中央の緑（Ｇ）色光源１１は、両側の
間隔（２×Ｓ）が拡大するが、他の赤（Ｒ）色・青
（Ｂ）色光源１０、１２は緑（Ｇ）色光源１１側の間隔
Ｓしか拡大しないため、緑（Ｇ）色光源１１の光量の方
が相対的に増す。このように、緑（Ｇ）色光源１１の光
量をレイアウト的に増すことができ、緑（Ｇ）色光源１
１への電気的出力を増す必要がないため、光源１０、１
１、１２への電気出力を全体的に抑えることができるこ
とになり、結果として、該光源１０、１１、１２の耐久
寿命を長くすることができる。

【００３６】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。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、３つの光
源を導光板の厚さ方向に沿って配置したため、光源を導
光板と平行に配置する場合に比べて、光源から導光板へ
直接入射する光量が増加する。また、３つの光源のう
ち、中央の光源だけを導光板から離反する方向にオフセ
ット配置したため、各光源間の間隔が拡大する。従っ
て、反射部材の光有効利用範囲（反射された光が導光板
に入射する範囲）が拡大され、反射部材で反射されて導
光板へ入射する光量が増加する。このように、直接入射
する光量と、反射部材で反射されて入射する光量が共に
増加するため、バックライトの輝度が全面的に向上す
る。

【００３８】請求項２記載の発明によれば、反射部材が
断面楕円放物線形状であるため、断面円弧形状よりも、
反射された光が導光板側へ向きやすく、導光板への反射
光量が増す。

【００３９】請求項３記載の発明によれば、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）により、ＣＩ
Ｅ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、白色調整する上で最も輝度
が要求される緑（Ｇ）色光源を中央にしたため、該緑
（Ｇ）色光源の光量が他の赤（Ｒ）色光源・青（Ｂ）色
光源よりも相対的に増す。つまり、中央の緑（Ｇ）色光
源は、両側の間隔が拡大するが、他の赤（Ｒ）色・青
（Ｂ）色光源は、緑（Ｇ）色光源側の間隔しか拡大しな
いため、緑（Ｇ）色光源の光量の方が相対的に増す。こ
のように、緑（Ｇ）色光源の光量をレイアウト的に増す
ことができ、緑（Ｇ）色光源への電気的出力を必要以上
に増す必要がないため、光源の耐久寿命を長くすること
ができる。

【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 導光板 １４ 反射部材（反射鏡） １５ 拡散シート １６ 網点 １７ 反射シート １８ 補助反射シート Ｈ 光有効利用範囲 Ｓ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １枚の導光板の少なくとも一端面に該一
   端面側に開口した断面形状の反射部材を設ける共に、該
   反射部材に囲繞された空間内に液晶の駆動タイミングに
   同期しパルス発光する３原色の独立した光源を配置した
   カラー液晶表示装置用のバックライトであって、 前記光源を導光板の厚さ方向に沿って配置すると共に、
   中央の光源だけを導光板から離反する方向にオフセット
   したことを特徴とするカラー液晶表示装置用のバックラ
   イト。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカラー液晶表示装置用の
   バックライトであって、 反射部材が、断面楕円放物線形状であることを特徴とす
   るカラー液晶表示装置用のバックライト。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のカラー液晶
   表示装置用のバックライトであって、 中央の光源が緑（Ｇ）色光源であることを特徴とするカ
   ラー液晶表示装置用のバックライト。