JPH112813A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は液晶表示装置に関し、特に大型の液晶
表示パネルに適したパネル背面に配置する直下型のバッ
クライトであって、ランプ交換が容易で、かつ、出射光
の均一性の高いバックライトを備えた液晶表示装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】対向配置された少なくとも一方が電極を有
した一対の液晶基板（２）及び該液晶基板間に挟持され
た液晶層（３）からなる液晶パネルと、該液晶パネルを
挟むように配置された一対の偏光板（１）と、上記電極
に表示画像信号に応じた電圧を印加するための制御手段
と、液晶パネルを背面から照射する光源含むバックライ
ト（８）とを備えた液晶表示装置であって、上記光源は
液晶パネルの有効表示領域の直下に配置された複数の線
状のランプ（６）と各ランプの光を反射する半円筒状の
複数（７）反射器とからなり、各ランプと各反射器とが
一体型で側面方向にスライドすることによって上記バッ
クライトの枠体と着脱自在とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に、大画面に適したバックライトであって、明る
く、輝度の均一性が高く、かつ寿命が長いバックライト
を備えた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置では、高コントラストで明
るいカラー表示を得るために、冷陰極あるいは熱陰極蛍
光灯ランプを内蔵した光源を用いた液晶表示装置が従来
提案されている。

【０００３】特に画面サイズの大きな、コンピュータの
モニター用の液晶表示装置の需要が増加しており、バッ
クライトは明るく、長期に渡り使用した場合にも輝度が
低下しないことが必須となってきている。

【０００４】一般に、冷陰極あるいは熱陰極蛍光灯ラン
プは使用時間とともに、輝度が低下する特徴がある。

【０００５】この長時間使用による輝度の低下に対する
対策としては、導光板の側面にランプを配置し（サイド
エッジ方式）、ランプを抜き差し可能な構造にして、輝
度低下時にランプを交換する方式がある。

【０００６】このようなサイドエッジ方式のバックライ
トに関しては、例えば、特開平7-181489号公報や学会文
献（1996年IDU96-59,IDY96-147,P43-48）等に記載され
ている。

【０００７】また、輝度の高いバックライトとしては、
波状や鋸歯状の反射板の上に複数本の線状光源を配置し
た直下型方式のものがあり、例えば、特開平1-169482号
公報、特開平3-219278号公報、特開平4-20989号公報に
開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のサイドエッジ方
式では、画面サイズの大型化に伴う輝度の低下に対する
対策には限界があり、特に、パネル中央部の輝度の低下
は輝度の均一化という要請に反するものとなる。また、
輝度低下を防ぐためにランプの本数を増すことも可能で
あるが、矩形の導光板では基本的に導光板の各側面に４
本配置するのが限界であり、かつ、そのような配置は液
晶表示装置の縦横方向の面積が大きくなり、フレームの
額縁部分を縮小させたいという近年の需要の要求には不
向きである。また、導光板各側面に配置するランプを複
数本設けるということも可能だが、その場合、冷陰極線
のような光源といえども発熱が集中し、液晶表示素子へ
の熱による悪影響は無視できない。

【０００９】一方、ランプをパネル表示領域の直下に配
置した上述の直下型方式では、ランプの交換に伴って液
晶表示装置の液晶表示素子部分とバックライト部分とに
分離・分解する必要があるため、交換等のメインテナン
スに不便であり、本来交換の必要のない部分まで交換時
に外気に触れるため、ゴミ等の異物の進入を防止しきれ
ない場合も生じる。また、直下型方式では、液晶表示素
子の表示領域の直下にランプが配置されるためランプ自
体の輝度むらがバックライト全体の輝度の均一化に与え
る影響が大きく、ランプの高周波で振れる電圧が印加さ
れる端子側（高電圧側）と一定電圧が印加される端子側
（低電圧側）とでは輝度が異なるといった線上光源特有
の輝度むらがバックライト全体の輝度むらを生じること
になる。

【００１０】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、明るく、輝度の均一性が高く、かつ寿命の長いバッ
クライトを備えた液晶表示装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による液晶表示装置は、対向配置された少なく
とも一方が電極を有した一対の液晶基板及び該液晶基板
間に挟持された液晶層からなる液晶パネルと、該液晶パ
ネルを挟むように配置された一対の偏光板と、上記電極
に表示画像信号に応じた電圧を印加するための制御手段
と、液晶パネルを背面から照射する光源を備えた液晶表
示装置であって、上記光源のランプを液晶パネルの有効
表示領域の直下に配置し、かつ該光源が複数のランプ
と、反射器と拡散板からなり、かつランプと反射器とが
一体型で抜き差し可能な構造とした。

【００１２】直下型方式のランプ交換で問題となる点
は、交換時に反射器内にゴミ等の異物が入ることであ
る。そこで、反射器とランプを一体化したり、ランプの
抜き差しを反射器の側面から行うことで、ゴミ等の異物
の進入を防ぐことが可能である。また、ランプの電極へ
の電流の供給法として、抜き出し口と反対側のランプの
一端のリードが無くし、ランプと電極が金属面の接触で
電気的接続をすることで抜き差しが容易になる。

【００１３】直下型方式の別の問題点としては、表示領
域直下にランプを配置しているため、ランプの明るさの
むらが表示にすぐに影響を与えることである。例えばラ
ンプの電極の高電圧側と低電圧側では、輝度（明るさ）
が異なり高電圧側が明るい。そこでランプの電極の左右
配置が、低電圧側と高電圧側が隣り合うランプで交互に
することで表示領域の輝度が均一になる。またランプの
複数同時交換が可能な構造でもよい。

【００１４】直下型方式で明るさを均一にする方法とし
て、光源の反射器の断面が周期構造を持ち、かつ該周期
が２つ以上の周期を有した構造としたり、さらに反射器
の断面が凸部と凹部とからなる構造を有し、かつランプ
が断面構造の凸部の頂点に配置する方法がある。

【００１５】また反射器が鏡面反射機能を有すること
で、反射光の光利用効率が向上して明るくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用する液晶表示
装置の模式断面図である。１は偏光板、２は液晶層、３
は液晶基板、４は光学フィルム、５は拡散板、６は蛍光
灯（ランプ）、７は反射器、８は直下型バックライト、
２０は反射器７を支える逆Ｖ字形状の支持体である。直
下型バックライト８は熱陰極あるいは冷陰極蛍光灯から
なるランプ６と反射器７からなる。さらにその上には光
を均一にしたり、光を拡散あるいは集光する機能を持つ
光学フィルム４が積層される。

【００１７】一般的な液晶表示装置では、印加電圧の変
化により、白から黒表示あるいは黒から白表示へと変化
するが、本発明で適用する液晶層はねじれ角が９０゜前
後のツイステッドネマチック（ＴＮ）タイプや垂直配向
タイプのＴＦＴ駆動でも、ねじれ角が２００から２６０
゜のスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）タイプ
の時分割駆動でも、さらには基板面に水平方向の電界で
応答する横電界方式のいずれでもよい。特に、本発明で
は輝度の面から横電界方式の液晶表示素子との組み合わ
せが最適である。

【００１８】ＴＮタイプの場合、液晶層の屈折率異方性
Δｎとセルギャップｄの積Δｎｄは０．３から０．６μ
ｍの範囲がコントラスト比と明るさを両立させるために
は好ましく、ＳＴＮタイプは０．５から１．２μｍの範
囲が、横電界方式は０．２から０．５μｍの範囲が好ま
しい。

【００１９】本実施例としては、厚みが０．７ｍｍの基
板の表面を研磨し、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイ
ド）透明電極をスパッタ法で形成したガラス基板を２枚
用いる。これらの基板間に誘電率異方性Δεが正でその
値が４．５であり、複屈折（屈折率異方性）Δｎが０．
１９（５８９ｎｍ、２０゜Ｃ）のネマチック液晶組成物
を挟み、セルギャップは６μｍとしたため、Δｎｄは
１．４１μｍとした。

【００２０】更に、基板表面に塗布したポリイミド系配
向制御膜をスピンナーで塗布した後、２５０゜Ｃで３０
分間焼成し、ラビング処理を行い３．５度のプレチルト
角を得た（回転結品法で測定）。上下基板上のラビング
方向は時分割駆動を行うため液晶分子のねじれ角（ツイ
スト角）が２４０度となるように設定した。ここでツイ
スト角はラビング方向及びネマチヅク液晶に添加される
旋光性物質の種類と量によって規定される。ねじれ角
は、しきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向となる
ことから最大値が制限され２６０度が上限であり、また
下限はコントラストによって制限され２００度が限界で
ある。本実施例では、走査線数が２００本以上でも、コ
ントラストが十分に満足できるような白黒表示が可能な
液晶素子を提供することを目的としたので、ねじれ角は
２４０度とした。また基板３と偏光板１の間にはポリカ
ーボネートからなるΔｎｄ＝０．４μｍの位相差フィル
ムを各1枚配置した。

【００２１】図２は本発明の液晶表示装置のランプの抜
き差しが可能な直下型バックライトの模式図であって、
ランプ６と反射器７とが一体型でバックライト本体の側
面からスライド状に抜き差し可能である。

【００２２】バックライトの枠体には逆Ｖ字形状の支持
体２０があり、両側に配置された支持体２０の上に、図
３で図示するランプ６と反射器７とが一体となったユニ
ットをスライドして交換する。また、ランプの一端９の
リードはソケット２１を介して回路基板のコネクタ（図
示略）に接続される。

【００２３】支持体２０は反射器と実質的に同じ材料で
あり、ユニットが組み込まれた状態で反射器の一部とし
ても機能する。

【００２４】ここでは６本のランプの内１本のみを交換
する過程の概要をあらわしているが、複数あるいは６本
全てを同時に交換してもよい。従来の直下型方式バック
ライトでは、輝度が低下した場合全てのランプあるい
は、バックライト本体を交換する必要があったが、本実
施例の構造であれば、輝度の低下したランプのみを交換
できる。尚、図８（ａ）にバックライト本体８側面から
のユニットの配置概略図を、図８（ｂ）にユニットをス
ライドして抜き取った状態の配置概略図を示す。

【００２５】図３はランプ６と反射器７とが一体型とな
ったユニットを表す図であり、図３（ａ）は隣接するラ
ンプの間の反射器の頂部を低くした態様のユニット、図
３（ｂ）は半円筒状のユニットを例示している。輝度の
均一化という点では図３（ａ)の態様が望ましい。反射
器の頂部が拡散板５に近づきすぎると、ランプからの光
が頂部でうまく出射方向（液晶表示素子側）に指向せ
ず、線状のむらが生じるからである。

【００２６】ユニットの側面にはランプを貫通するため
の穴があいており、直接あるいはゴムブッシュ等の緩衝
材（図示略）を介して反射器７にランプ６が固定される
ようになっている。交換時にスライドする方向にはリー
ド９が設けられており、他端２２は後述の図４、図６、
図７に関する説明と同様反射器の外部に突出した部分に
金属の電極が設けられており、バックライト本体の枠体
に設けられた穴２３の内部に組み込まれたソケットと接
続されるようになっている。

【００２７】図４は上記ランプ６と反射器７とが一体型
となったユニットの他端２２が接続される部分の枠体の
部分拡大図であり、図４（ａ）は図３（ａ）に図示のユ
ニットを収納するための枠体及び逆Ｖ字形状支持体２０
を示し、図４（ｂ）は図３（ｂ）に図示のユニットを収
納するための枠体及び逆Ｖ字形状支持体２０の概略配置
を図示している。図４（ａ）と図４（ｂ）との違いは支
持体２０の位置である。枠体にはランプ６の所定基準電
位側端子２２を固定するための穴２３が形成され、その
穴内部にはに基準電位を供給するためのソケットが埋め
込まれている。尚、各ソケットはバックライトの枠体内
部あるいは表面に沿って設けられた基準電位配線（図示
略）で相互に接続され、基準電位配線に接続されたソケ
ット等（図示略）で回路基板に接続される。

【００２８】図５は従来の一般的なランプの構造である
が、ランプ６の両端に高電圧側（高周波で基準電位を中
心に電圧が変動する側）のリード９と低電圧側（基準電
位側）のリード１０があり、リードを介して電流の供給
を行う。一方、図６に示す本実施例のランプの構造は一
端はソケット２１に接続される高電圧側リードの端子９
を備えるが、他端２２はランプ外周に金属電極を設けた
端子となっており、図７に示すようなバックライト枠体
の穴２３に埋め込まれたソケット１１により金属接触で
電流の供給を受ける。

【００２９】この構造はリードが１本のみであるため、
図２のような抜き差し構造でより容易にランプ交換が可
能である。

【００３０】直下型バックライト方式では反射器と液晶
パネルの間は空間となったいるため、ゴミ等の異物が混
入すると、表示部が欠点となって見える。しかし本発明
のような反射器とランプを一体型で交換すると、異物等
の混入は少なくなる。また反射器の側面部から交換する
ことで、さらに混入が少なくなるとともに、表示装置を
解体することなくランプの交換が可能である。この場
合、ランプ単体の交換も可能である。

【００３１】以上の構造はランプを交換することによ
り、長期間（時間）使用した場合の輝度低下を防ぐ目的
であったが、直下型バックライトの輝度の均一性を向上
させることもできる。

【００３２】図８に示すような１周期の曲面構造を持つ
反射器の断面構造の他に、図９〜図１１に示す２重周期
の断面構造も可能である。特に、図１０あるいは１１に
示す構造は、断面が２重周期で凸部の頂点にランプが配
置されている。１周期の曲面構造を持つ反射器ではラン
プから出射された光は、反射器により液晶パネル面方向
に反射されるが、反射光がランプに再入射すると蛍光体
に吸収されてしまう場合も生じる。そこで、図１２に示
すような構造によると、反射光がランプに再入射するこ
とがないため、光の利用効率が向上する。

【００３３】また図１３に示すように従来は、ランプの
高電圧側リードと低電圧側リードを同一方向になるよう
に配置していたが、一般にランプは低電圧側（基準電位
側）の輝度が低下するため、表示画面も輝度傾斜が現れ
た。そこで図１４に示す、高電圧側（高周波駆動側）の
リードと低電圧側（基準電位側）のリードを交互に配置
することで輝度傾斜が少なくなる。この場合、バックラ
イト枠体のソケット１１を配置する穴２３を備えた部分
も交互に配置し、スライドする方向も交互となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、明るく、輝度の均一性
が高く、かつバックライトの寿命が長い液晶表示装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。

【図２】 本発明のバックライトの概略図である。

【図３】 （ａ）ランプ６と反射器７とが一体となった
ユニットの一例を示す図、（ｂ）ユニットの他の変形例
を示す図である。

【図４】 （ａ）図３（ａ）のランプ基準電位側のバッ
クライト枠体の概略構造を示す図、（ｂ）図３（ｂ）の
ランプ基準電位側のバックライト枠体の概略構造を示す
図である。

【図５】 従来のランプと電極構造を示す図である。

【図６】 本発明において採用するランプと電極構造を
示す図である。

【図７】 バックライト枠体に埋め込まれるソケット
と、ランプの基準電位側電極との接続関係を説明するた
めの図である。

【図８】 （ａ）本発明を適用したバックライト側面の
概略図、（ｂ）１つのユニットを抜き出した様子を示す
図である。

【図９】 本発明を適用したバックライトの反射器の他
の模式断面図である。

【図１０】 本発明を適用したバックライトの反射器の
他の模式断面図である。

【図１１】 本発明を適用したバックライトの反射器の
他の模式断面図である。

【図１２】 図１１の反射器を適用した場合の光反射状
態を説明するための図である。

【図１３】 従来のランプの配置構造を示す図である。

【図１４】 本発明によるランプの配置構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…偏光板、２…液晶層、３…基板、４…光学フィル
ム、５…拡散板、６…ランプ、７…反射器、８…直下型
バックライト、９…リード電極、２０…逆Ｖ字形状支持
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間所 比止美 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向配置された少なくとも一方が電極を有
   した一対の液晶基板及び該液晶基板間に挟持された液晶
   層からなる液晶パネルと、該液晶パネルを挟むように配
   置された一対の偏光板と、液晶パネルを背面から照射す
   る光源含むバックライトとを備えた液晶表示装置であっ
   て、 上記光源は液晶パネルの有効表示領域の直下に配置され
   た複数の線状のランプと各ランプの光を反射する複数の
   反射器とからなり、各ランプと各反射器とが一体型で上
   記バックライトの枠体と着脱可能なことを特徴とする液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】前記ランプの一端はランプ外周に金属電極
   が設けられており、その一端が上記バックライトの枠体
   に設けられた円筒状の基準電位に接続されるソケットに
   挿入することで電気的接続をすることを特徴とする請求
   項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記各反射器の断面が２つ以上の周期構造
   を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】前記反射器の断面が凸部と凹部とからなる
   構造を有し、かつ前記ランプが断面構造の凸部の頂点に
   配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶
   表示装置。
5. 【請求項５】前記各ランプの所定の基準電位に接続され
   る第１の電極と、該基準電位を中心に高周波で変動する
   電位に接続される第２の電極とを有し、上記各ランプの
   上記第１の電極と上記第２の電極の配置が、相互に隣接
   するランプで交互になっていることを特徴とする請求項
   １に記載の液晶表示装置。