(57)【要約】【課題】  白色光源を用い、カラーフィルタによってカラー映像を得る従来の液晶ディスプレイよりもエネルギー効率に優れた液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】  青色光で液晶パネル（２１０）を照明し、赤、緑の画素部分（２２０Ｒ、２２０Ｇ）には青色の照明光をそれぞれ赤、緑の光に変換する蛍光体層（２１５Ｒ、２１５Ｇ）を設け、青色の画素部分（２２０Ｂ）には蛍光体層を設けない。このため、本発明の液晶ディスプレイは、カラーフィルタによる光吸収がなく、小さな消費電力でカラー画像表示が可能な、エネルギー効率に優れたディスプレイである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青各色の画素が配列された液晶パネルであって、
前記液晶パネルは青色の光を入射し、該青色の光を用いてカラー表示を実現し、
前記液晶パネルの赤色の画素に対応する部分に青色光を赤色光に変換する赤色変換層を設け、
前記液晶パネルの緑色の画素に対応する部分に青色光を緑色光に変換する緑色変換層を設け、
前記液晶パネルの青色の画素に対応する部分は青色光の色を変化させることなく透過させるように構成されていることを特徴とする、液晶パネル。
【請求項２】
前記赤色変換層は、青色光の照射によって赤色光を発する第１蛍光体材料を含み、
前記緑色変換層は、青色光の照射によって緑色光を発する第２蛍光体材料を含むことを特徴とする、請求項１記載の液晶パネル。
【請求項３】
前記赤色変換層は、青色光の照射によって黄色光を発する蛍光体材料と、赤以外の光を吸収して赤色光を透過させる赤色透過材料とを含み、
前記緑色変換層は、青色光の照射によって黄色光を発する蛍光体材料と、緑以外の光を吸収して緑色光を透過させる緑色透過材料とを含んでいることを特徴とする、請求項１記載の液晶パネル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の液晶パネルと、前記液晶パネルを青色の光によって面状に照明する青色光面状光源とを備える液晶ディスプレイ。
【請求項５】
赤、緑、青各色の画素が配列された液晶パネルであって、
前記液晶パネルは紫外光を入射し、該紫外光を用いてカラー表示を実現し、
前記液晶パネルの赤色の画素に対応する部分には前記紫外光を赤色光に変換する第１波長変換層が設けられ、
前記液晶パネルの緑色の画素に対応する部分には前記紫外光を緑色光に変換する第２波長変換層が設けられ、
前記液晶パネルの青色の画素に対応する部分には前記紫外光を青色光に変換する第３波長変換層が設けられるように構成されていることを特徴とする、液晶パネル。
【請求項６】
請求項５に記載の液晶パネルと、前記液晶パネルを紫外光によって面状に照明する紫外光面状光源とを備える液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ受像機やコンピューターモニターなどに使用可能な液晶ディスプレイに関し、特に照明用光源を内蔵した透過型カラー液晶ディスプレイ、および、それに用いる液晶パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶ディスプレイとしては透過型液晶ディスプレイが一般的に用いられている。透過型液晶ディスプレイは、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。その際、赤、青、緑の３原色に対応する画素にカラーフィルタと呼ばれる波長選択的吸収材料を形成してカラー映像を形成する。
【０００４】
バックライトの光源には冷陰極管を用いるのが一般的だが、最近、発光効率の高い発光ダイオード（以下ＬＥＤ）が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。
【０００５】
ＬＥＤ光源としては、青色を発光するＬＥＤと青色の光を黄色の光に変換する蛍光体とを組み合わせて、青色と黄色の合成によって白色を得る、いわゆる白色ＬＥＤが一般的である。
【０００６】
白色ＬＥＤを用いた液晶ディスプレイの構成を図６および図７に示す。図６は側方断面図、図７は、基板１０１、白色ＬＥＤ１０２、および、導光板１０３の関係性を示す上方断面図である。
【０００７】
液晶ディスプレイは液晶パネル１１０と、液晶パネル２１０を照明する白色光面状光源１５０とを含む。白色光面状光源１５０は、白色ＬＥＤ１０２が設けられた基板１０１と、導光板１０３とを含む。基板１０１上にアレイ状に設けられた白色ＬＥＤ１０２からの光を導光板１０３の側面部に入射する。その光は導光板１０３の主面間を、全反射を繰り返しながら伝播する。このとき、出射面となる面とは逆の面に、特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成して伝播する光の一部を出射させる様に構成するのが一般的である。前記拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネル全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。
【０００８】
導光板１０３の裏面には漏れ光を液晶パネル方向に反射する反射シート１０４が設けられる。光学フィルム１０５は導光板からの光の指向特性を調整する機能を有し、拡散フィルムあるいはプリズムシートなどが単独あるいは複合して装着される。
【０００９】
白色ＬＥＤを用いる代わりに、青色ＬＥＤを用い、また、黄色を発光する蛍光体を上記導光板１０３、反射シート１０４、光学フィルム１０５のいずれかに分散する方法も提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【００１０】
上記いずれの場合も、液晶パネル１１０は白色光で照明される。
【００１１】
図８は従来の液晶ディスプレイにおける液晶パネル部分の断面図を示す。ガラス基板１１１の間には液晶１１２が封入されており、透明電極１１３および画素電極１１４の間に印加される電気信号によって、透過光の偏光状態を変化させて偏光板（図示せず）を透過する度合いを制御して画像を形成する。このとき、赤、緑、青の画素に対応する部分１２０Ｒ、１２０Ｇ、および、１２０Ｂにはそれぞれ赤以外の光を吸収して赤色光のみを透過する赤色フィルタ１１５Ｒ、同様に緑色フィルタ１１５Ｇ、青色フィルタ１１５Ｂが設けられており、カラー画像を形成する。
【００１２】
このように、冷陰極管を用いた場合と同様の液晶パネルと、白色ＬＥＤ、または、青色ＬＥＤおよび蛍光体を含有した光学部材、とを組み合わせて用いることにより、より効率が高く、従って消費電力が小さな、更には長時間使用しても不点灯になることのない寿命の長い液晶ディスプレイを実現することが期待できる。
【特許文献１】特開平０７−１７６７９４号公報
【特許文献２】特開平０８−００７６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、カラーフィルタを用いて画素に対応する色以外の光を吸収することによりカラー映像を得ているので、液晶パネルに入射する光の約１／３しか利用できず、液晶パネル部分でのカラー化によって大きなエネルギー損失が発生するという課題は、冷陰極管を用いた従来の液晶ディスプレイと同様である。
【００１４】
本発明は、上記の問題を考慮し、カラー化に際しての液晶パネル部分でのエネルギー損失が小さな液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した問題を解決するため、第１の本発明の液晶パネルは、赤、緑、青各色の画素が配列された液晶パネルであって、赤色の画素に対応する部分に青色光を赤色光に変換する赤色変換層を設け、緑色の画素に対応する部分に青色光を緑色光に変換する緑色変換層を設け、青色の画素に対応する部分は青色光の色を変化させることなく透過させるように構成され、青色の光を入射し、青色の光を用いてカラー表示を実現する液晶パネルである。
【００１６】
また、赤色変換層は、青色光の照射によって赤色光を発する第１蛍光体材料を含んでよく、緑色変換層は、青色光の照射によって緑色光を発生する第２蛍光体材料を含んでよい。
【００１７】
また、赤色変換層は、青色光の照射によって黄色光を発する第３蛍光体材料と赤以外の光を吸収して赤色光を透過させる赤色透過材料とを含んでよく、緑色変換層は、青色光の照射によって黄色光を発する第３蛍光体材料と緑以外の光を吸収して緑色光を透過させる緑色透過材料とを含んでよい。
【００１８】
また、第２の本発明の液晶パネルは、赤、緑、青各色の画素が配列された液晶パネルであって、赤色の画素に対応する部分には前記紫外光を赤色光に変換する第１波長変換層が設けられ、緑色の画素に対応する部分には前記紫外光を緑色光に変換する第２波長変換層が設けられ、青色の画素に対応する部分には前記紫外光を青色光に変換する第３波長変換層が設けられるように構成され、紫外光を入射し、紫外光を用いてカラー表示を実現する液晶パネルである。
【００１９】
本発明の液晶ディスプレイは、第１の発明の液晶パネルと、液晶パネルを青色の光によって面状に照明する青色光面状光源とを備えた液晶ディスプレイである。
【００２０】
また、別の本発明の液晶ディスプレイは、第２の発明の液晶パネルと、液晶パネルを紫外光によって面状に照明する紫外光面状光源とを備えた液晶ディスプレイである。
【００２１】
このように本発明の液晶ディスプレイは、表示のカラー化のために照明光の吸収を必要としないこと、あるいは、少ない光の吸収で済むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶ディスプレイは、青色光あるいは紫外光を照明光源として用い、画素近傍で色変換を行うことによりカラー化を実現している。そのため、従来の、カラーフィルタを用いた液晶ディスプレイに比べて光の吸収によるエネルギー損失が小さく、よってエネルギー効率を高くすることが可能であり、従来品と比較してより少ない電力でより明るいカラー画像を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の液晶ディスプレイの実施の形態を示す断面図である。液晶ディスプレイは、液晶パネル２１０と、液晶パネル２１０を照明する青色光面状光源２５０とを含む。青色光面状光源２５０は、青色ＬＥＤ２０２が設けられた基板２０１と、導光板２０３とを含む。なお、本実施の形態の構成は、図５に示した従来の液晶ディスプレイの構成と類似している。ただし、従来の液晶ディスプレイでは白色ＬＥＤ１０２を用いて白色光で液晶パネルを照明しているのに対し、本実施の形態では、青色ＬＥＤ２０２を用いており、また、導光板２０３や光学フィルム２０５などの導光部材中には蛍光体を含まず、結果液晶パネル２１０を青色光で照明する点が大きく異なる。
【００２５】
基板２０１上には青色ＬＥＤ２０２が、導光板２０３の側面部近傍においてアレイ状に設けられ、青色ＬＥＤ２０２と導光板２０３とが光学的に接続されて構成されている。導光板２０３はその一方の主面側に光学フィルム２０５が設けられており、他方の主面側には反射シート２０４が設けられている。光学フィルム２０５は導光板２０３からの光の指向特性を調整する機能を有し、拡散フィルムあるいはプリズムシートなどが単独あるいは複合して装着される。光学フィルム２０５の設けられた側にはさらに液晶パネル２１０が設けられ、導光板２０３からの光によって照明される。
【００２６】
基板２０１上にアレイ状に設けられた青色ＬＥＤ２０２からの青色光は導光板２０３の側面部に入射する。その青色光は、導光板２０３の主面間を、全反射を繰り返しながら伝播する。このとき一般に、導光板２０３は、出射面となる面とは逆の面に、特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成し、伝播する青色光の一部を出射させる様に構成される。拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネル２１０全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。
【００２７】
図２は本発明の液晶ディスプレイの実施の形態１の液晶パネル２１０の部分を示す断面図である。液晶パネル２１０は本図に関して下方より導光板２０３からの光を受けて照明される。
【００２８】
液晶パネル２１０内、ガラス基板２１１上に画素電極２１４が配され、赤色の画素に対応する部分２２０Ｒの画素電極２１４上には青色光の照射によって赤色光を発する赤色蛍光体層２１５Ｒが赤色変換層として形成され、緑色の画素に対応する部分２２０Ｇの画素電極２１４上には青色光の照射によって緑色光を発生する緑色蛍光体層２１５Ｇが緑色変換層として形成されている。青色画素に対応する部分２２０Ｂの画素電極２１４上には蛍光体層は形成されていない。赤色の画素に対応する部分２２０Ｒ、緑色の画素に対応する部分２２０Ｇ、および、青色の画素に対応する部分２２０Ｂはセルとも呼ばれ、これら３つの画素（セル）によって画像表示上の多色表示可能な１画素が構成される。液晶パネル２１０内にはこのような画素が規則的に配列され画像表示に供されている。
【００２９】
このような構成を有する液晶パネル２１０が青色光で照明されると、赤色画素の部分２２０Ｒでは赤色蛍光体層２１５Ｒにより青色光が赤色光に変換されて液晶層２１２に入射する。緑の画素部分２２０Ｇでも同様に、緑色蛍光体層２１５Ｇにより青色光が緑色光に変換され、液晶層２１２に入射する。青の画素部分２２０Ｂに入射する光は青色を維持したまま液晶層２１２に入射される。それぞれは画像信号に基づいて液晶２１２によって変調され、カラー映像を形成する。
【００３０】
上記のように、本実施形態の液晶ディスプレイは、照明光源として白色光を用いず、青色光を照明光源として用い、画素を構成する赤、緑、青の３色のうち、少なくとも青色に関してはおよそ１００％の効率で光源のエネルギーを全て画像表示に用いることができる。そのため、他の２色に関しては従来の表示技術と同程度のエネルギー効率に留まったとしても、全体としてエネルギー効率は向上される。
【００３１】
すなわち、従来の液晶ディスプレイにおいては、光学フィルタを用いて白色光照明に含まれるさまざまなスペクトル成分から必要なスペクトル成分のみを透過させてカラー化を実現しており、不要なスペクトルに含まれるエネルギーをディスプレイ表示に利用することはできなかった。本実施の形態の液晶ディスプレイでは、照明光をそのまま表示に用いるか、または、照明光の波長を蛍光体によって変換して表示に利用している。そのため、照明光の光エネルギーを効率よく利用できる。本発明において、照明光の色を変換するための手段は、蛍光材料に限定されず、少なくとも特定の波長を有する電磁波を所望の波長の電磁波に変換することができる材料であれば実現可能である。
【００３２】
以下、本実施の形態のエネルギー効率を、白色ＬＥＤ１０２を用いた従来の構成（図６ないし図８）と比較考察する。
【００３３】
本実施の形態では、青色の照明光を赤色および緑色に変換する際に、ストークスシフトに伴うエネルギー損失が発生する。他方白色ＬＥＤを用いた従来例においては、蛍光体による黄色発生時に上記損失と同程度のエネルギー損失が生じている。そのため、本実施の形態の赤色および緑色の効率は原理的には、従来例において存在するカラーフィルタによる損失がない分、白色ＬＥＤを用いた従来例と比較してエネルギー効率は約３倍に向上される。
【００３４】
現時点では、黄色蛍光体の量子効率が赤あるいは緑の単色の蛍光体の量子効率より高い傾向にあるため、上記値は多少割り引かれるが、なお大きな効率向上になる。
【００３５】
一方青色画素の部分では光が吸収されることなく１００％透過するのでこの部分の効率向上はカラーフィルタを用いる従来の構成に比べほぼ３倍である。
【００３６】
このように本構成によれば、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を用いて予め白色にした照明光をカラーフィルタでカラー化する従来の構成に比べ最大約３倍の効率が期待できる。
【００３７】
ただし、青の効率が１００％なのに対し、赤、緑では損失が生じる。そのためそれぞれの効率に応じて開口率を調整する等、によりホワイトバランスを取ることが望ましい。
【００３８】
上記実施例では蛍光体を用いて青色光を直接赤あるいは緑に変換したが、赤の画素部分２２０Ｒにおいては赤色蛍光体層２１５Ｒに代えて青色光の照射によって黄色光を発する黄色蛍光体２１５Ｙと赤透過フィルタ２１６Ｒを、緑の画素部分２２０Ｇにおいては緑色蛍光体層２１５Ｇに代えて青色光の照射によって黄色光を発する黄色蛍光体２１５Ｙと緑透過フィルタ２１６Ｇを用いて色変換しても良い。
【００３９】
この場合、効率の点では蛍光体で直接的に赤色光あるいは緑色光に変換する前述の構成に比べ赤、緑光の効率は原理的に劣る。それでもなお、カラーフィルタの透過効率を５０％に設定することが出来るため、白色から色分離する従来の構成における原理透過率３３％に比べ１．５倍の高い効率になる。また、青色では吸収損失が発生せず効率が約３倍になるのは前述の構成と同様であり、総合効率でカラーフィルタを用いた従来の構成の２倍の理論効率になる。
【００４０】
この構成では、一般的に普及している蛍光体およびカラーフィルタを使用することが可能であり、低い導入障壁で確実な効果を得ることが期待できる。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、青色ＬＥＤ２０２は基板２０１上にアレイ状に配設され、基板２０１を導光板２０３の側部に配置することとしているが、これは、本発明をこの形態に限定することを意図したものではない。青色ＬＥＤ２０２の発する光が適切に導光板２０３に入射されるように両者が光学的に接続されているのならば、どのような形態をとってもよい。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は本発明の液晶ディスプレイの別の実施の形態を示す断面図である。
【００４３】
図３の構成は図１とほぼ同様であるが、光源に青色光面状光源の代わりに紫外光面状光源３５０を用いている点が異なる。そのため、本実施の形態では紫外光で液晶パネル３１０を照明することになる。このとき紫外光面状光源３５０において導光板３０３や光学フィルム３０５などの導光部材は紫外線透過特性に優れた材質であることが望ましく、反射シート３０４には紫外線に対して反射率の高い特性を有することが望ましい。
【００４４】
図４は本実施の形態の液晶パネル３１０の部分を示す断面図である。本実施の形態における構成は、以下に記載の無い限り実施の形態１と同様でよい。
【００４５】
赤、緑、青の画素に対応する部分３２０Ｒ、３２０Ｇ、および、３２０Ｂの画素電極３１４上にはそれぞれ、紫外光の照射によって赤、緑、青に発光する蛍光体層３１５Ｒ、３１５Ｇ、および、３１５Ｂが、第１波長変換層、第２波長変換層、および、第３波長変換層として形成されている。
【００４６】
このような構成を有する液晶パネル３１０に紫外光が入射すると、各画素の部分３２０Ｒ、３２０Ｇ、および、３２０Ｂでそれぞれ赤、緑、青の所定の可視光に変換されて液晶部に入射する。そして、それぞれは画像信号に基づいて液晶３１２によって変調され、カラー映像を形成する。
【００４７】
以下、本実施の形態のエネルギー効率について考察する。
【００４８】
紫外光を３原色に変換する本構成は、図２に示した実施の形態１の構成に比べ、青においても色変換損失を生じ、赤、緑におけるストークスシフト損失も大きくなる点では不利である。しかし、可視光よりも近紫外で高い外部量子効率のＬＥＤが得られている現段階では、総合効率を高める有力な手段になる。
【００４９】
このように本発明の液晶ディスプレイによれば、青色光あるいは紫外光により照明を行い、画素近傍で色変換によりカラー化を行っているので、光の吸収損失が小さくエネルギー効率が高くすることが可能で、少ない電力で明るいカラー画像を提供することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の液晶ディスプレイは、画像表示のエネルギー効率が高く、少ない電力で明るい画像を形成することが可能であり、テレビ受像機やパーソナルコンピュータのモニター、更には特に省電力が必要なノート型パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯機器のディスプレイに用いることが有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のカラー画像形成装置の実施の形態１の側方断面図
【図２】本発明のカラー画像形成装置の実施の形態１における液晶パネル部分の側方断面図
【図３】本発明のカラー画像形成装置の実施の形態１変形例における液晶パネル部分の側方断面図
【図４】本発明のカラー画像形成装置の実施の形態２の側方断面図
【図５】本本発明のカラー画像形成装置の実施の形態２における液晶パネル部分の側方断面図
【図６】従来の液晶ディスプレイの側方断面図
【図７】従来の液晶ディスプレイの上方断面図
【図８】従来の液晶ディスプレイの液晶パネル部分の側方断面図
【符号の説明】
【００５２】
１０１、２０１、３０１  基板
１０３、２０３、３０３  導光板
１０４、２０４、３０４  反射シート
１０５、２０５、３０５  光学フィルム
１０２  白色ＬＥＤ
２０２  青色ＬＥＤ
３０２  紫外ＬＥＤ
１１０、２１０、３１０  液晶パネル
１１１、２１１、３１１  ガラス基板
１１２、２１２、３１２  液晶
１１３、２１３、３１３  透明電極
１１４、２１４、３１４  画素電極
１５０  白色光面状光源
２５０  青色光面状光源
３５０  紫外光面状光源
１１５Ｒ  カラーフィルタ（赤）
１１５Ｇ  カラーフィルタ（緑）
１１５Ｂ  カラーフィルタ（青）
２１５Ｒ  蛍光体層（赤）
２１５Ｇ  蛍光体層（緑）
２１５Ｙ  蛍光体層（黄）
２１６Ｒ  赤透過フィルタ
２１６Ｇ  緑透過フィルタ
３１５Ｒ  蛍光体層（赤）
３１５Ｇ  蛍光体層（緑）
３１５Ｂ  蛍光体層（青）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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