JP2004294984A

JP2004294984A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2004294984A
Application number: JP2003090281A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Inoue; 雄一井ノ上; Tetsuya Kobayashi; 哲也小林
Original assignee: Fujitsu Display Technologies Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP4344526B2

Abstract

【課題】液晶表示装置において、色再現範囲を広くしたいが、従来の光源である冷陰極管では、改善の余地が少ない。また、発光ダイオードで代替する試みもあるが輝度が低いなどの課題がある。
【解決手段】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原色から選ばれたグリーンとブルーを発光する冷陰極管と、赤色を発光する発光ダイオードとを有するようにした。赤色発光ダイオードは、輝線のピークがスペクトル軌跡に近いため、色再現範囲が広くとれる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【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（ＥｕｒｏｐｅａｎＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇＵｎｉｏｎ：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（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄＣｏｍｍｉｔｔｅｅ：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Ｓｒ_３（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ＋（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ＋ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕを配合調整して用い、緑にＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂを用い、赤にＹ_２Ｏ_３：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（ＲｅｄＧｒｅｅｎＢｌｕｅ）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ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：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ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂが、Ｂｌｕｅの蛍光体としてＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕが、更にＲｅｄの蛍光体としてＹ_２Ｏ_３：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）
５ＲｅｄのＬＥＤアレイ
６冷陰極管（ＧＢ）用の導光板
７ＲｅｄのＬＥＤアレイ用の導光板

Claims

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。
請求項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。
請求項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。
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乃至請求項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。