(57)【要約】【課題】  光の有効利用効率を大幅に向上させる。【解決手段】    赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラー１１９Ｒと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラー１１９Ｇと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラー１１９Ｂを赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングされたダイクロイックミラーからなるカラーフィルター１１９を備える透過型のカラー液晶パネル１１０と、上記液晶表示パネル１１０を背面側から白色光で照明するバックライトユニット１４０とからなり、ダイクロイックミラーからなるカラーフィルター１１９により色選択を行う。【選択図】  図４
2008064899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラーと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラーと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラーが赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングされたダイクロイックミラーからなるカラーフィルターを備える透過型のカラー液晶パネルと、
上記カラー液晶パネルを背面側から白色光で照明するバックライトユニットとからなり、
ダイクロイックミラーからなるカラーフィルターにより色選択を行うことを特徴とするカラー液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルターを備える透過型のカラー液晶パネルを背面側からバックライトユニットにより白色光で照明することによりカラー表示を行うカラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン放送が開始されてから長年使用されてきたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（PDP：Plasma Display Panel）といった非常に薄型化されたテレビジョン受像機が考案、実用化されている。特に、カラー液晶パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型のカラー液晶パネルの低価格化などに伴い、加速的に普及することが考えられ、今後の更なる発展が期待できる表示装置である。
【０００３】
カラー液晶表示装置５００は、例えば図８に示すように、透過型のカラー液晶パネル５１０を背面側からバックライトユニット５２０にて照明することでカラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。
【０００４】
透過型のカラー液晶パネル５１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板５１１、対向電極基板５１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層５１３を設け、さらに、ＴＦＴ基板５１１、対向電極基板５１２を、２枚の偏光板５３１，５３２によって挟むことで構成されている。ＴＦＴ基板５１１には、マトリックス状に配列された信号線及び走査線と、この信号線と走査線の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタと、画素電極とが形成されている。薄膜トランジスタは、走査線により、順次選択されると共に、信号線から供給される映像信号を、対応する画素電極に書き込む。一方、対向電極基板５１２の内表面には、対向電極５１８及びカラーフィルター５１９が形成されている。
【０００５】
カラーフィルター５１９は、ガラス等の透明基板上に赤色、緑色、青色の３色の各画素部が形成されたものであり、赤、緑、青の顔料を分散させた光硬化性樹脂を使用して、対応する各画素にパターンニングされた赤色フィルター５１９Ｒ，緑色フィルター５１９Ｇ，青色フィルター５１９Ｂからなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、バックライトユニット５２０としては、カラー液晶パネル５１０の背面側直下に拡散板を介してバックライト光源を配置するようにした直下型と、カラー液晶パネル５１０の背面側直下に光を導光する導光板を配し、導光板の側面部に光源を配置するようにしたエッジライト型が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の如く、カラー液晶表示装置では、２枚の偏光板５３１，５３２に挟まれた液晶層５１３が、層内に設けられた電極への印加電圧を画素毎に調整することにより、１枚目の偏光板５３１を通過したバックライトユニット５２０からの光の偏光度合いを制御して、２枚目の偏光板５３２を通過する光量をコントロールすることにより表示が行われる。この２枚の偏光板５３１，５３２の間にカラーフィルター５１９を設けることによりカラー表示を可能にしている。従って、カラーフィルター５１９の分光特性とバックライトユニット５２０の発光スペクトルが、カラー液晶表示装置５００の色特性を決定する重要な因子となっている。
【０００９】
しかしながら、顔料によるカラーフィルター５１９で色選択する構造の従来のカラー液晶表示装置５００では、カラーフィルター５１９において選択された色以外の光は、当該カラーフィルター５１９に吸収され、熱エネルギーに代わり本来明るくさせるための光エネルギーが消滅されている。すなわち、顔料によるカラーフィルター５１９は、白色光から不要な成分を吸収することにより着色光を得ており、この吸収が光の損失になる。例えば、カラーフィルター５１９の赤色フィルター５１９Ｒの所に入射した赤色光は透過率以外の光量は吸収され熱エネルギーなってしまっていた。また、赤色以外（例えば青、緑等）の光はすべて吸収され、熱エネルギーになってしまっていた。このような現象が青色フィルター５１９Ｂ及び緑色フィルター５１９Ｇの部位でもおこっており、光エネルギーとしての利用は数分の１になってしまっていた。
【００１０】
また、顔料によるカラーフィルター５１９は、顔料の粒子を含むため、また色純度を上げるため等で透過率を上げることが難しい。
【００１１】
さらに、顔料によるカラーフィルター５１９の場合、波長の選択性及び透過率の向上が困難であった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上述の如き顔料によるカラーフィルターを用いた従来のカラー液晶表示装置における問題点に鑑み、光の有効利用率の向上を図るとともに色純度を上げ、高色域化を実現したカラー液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るカラー液晶表示装置は、赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラーと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラーと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラーが赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングされたダイクロイックミラーからなるカラーフィルターを備える透過型のカラー液晶パネルと、上記カラー液晶パネルを背面側から白色光で照明するバックライトユニットとからなり、ダイクロイックミラーからなるカラーフィルターにより色選択を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るカラー液晶表示装置では、色選択において顔料によるカラーフィルターを使用せず、薄膜を用いたダイクロイックミラーで色選択を行うことにより、基本的には殆ど光の吸収はおこらず、必要な色の光は透過させ、不必要な色成分の光は反射され、戻され、光として回帰し明るくさせるための光エネルギーとして使用されるので、光としての有効利用率を向上させることができる。
【００１６】
これにより高輝度化、すなわち高輝度のカラー液晶表示装置を提供することができる。また、輝度が同じならば、低消費電力化、光源削減等のコストダウンができる。さらに、カラー液晶表示装置の低発熱化が実現できる。
【００１７】
また、ダイクロイックミラーの透過特性及び反射特性は膜設計で顔料によるカラーフィルターの特性よりよくでき、その結果、光の利用効率を上げることができる。
【００１８】
さらに、ダイクロイックミラーを採用するので光の選択特性向上が簡単に実現でき、光の有効利用率の向上と色純度を上げられ、高色域化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００２０】
本発明は、例えば図１に示すような構成の透過型のカラー液晶表示装置１００に適用される。
【００２１】
この透過型のカラー液晶表示装置１００は、透過型のカラー液晶パネル１１０と、このカラー液晶パネル１１０の背面側に設けられたバックライトユニット１４０とからなる。また、図示しないが、この透過型のカラー液晶表示装置１００は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。
【００２２】
透過型のカラー液晶パネル１１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１１、対向電極基板１１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１１３を設け、さらに、ＴＦＴ基板１１１、対向電極基板１１２を、２枚の偏光板１３１、１３２によって挟むことで構成されている。ＴＦＴ基板１１１には、マトリックス状に配列された信号線１１４と、走査線１１５と、この信号線１１４、走査線１１５の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１１６と、画素電極１１７とが形成されている。薄膜トランジスタ１１６は、走査線１１５により、順次選択されると共に、信号線１１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１１７に書き込む。一方、対向電極基板１１２の内表面には、対向電極１１８があり、外表面にカラーフィルター１１９が形成されている。
【００２３】
カラーフィルター１１９は、赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラー１１９Ｒと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラー１１９Ｇと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラー１１９Ｂが赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングされたダイクロイックミラーからなる。カラーフィルター１１９の配列パターンは、図２に示すようなストライプ配列の他に、図示しないが、デルタ配列、正方配列などを採用することができる。
【００２４】
ここで、カラーフィルター１１９を構成するダイクロイックミラーは、高屈折率材料からなる高屈折率層とこれより屈折率の低い低屈折率材料からなる低屈折率層を交互に積層してなる光学多層膜からなり、例えば高屈折率層としてＮｂ２Ｏ５層を、低屈折率層としてＳｉＯ２層を交互に反応性ＡＣスパッタリングにより成膜することによって形成され、各層の層厚を規定することにより、所望の波長選択特性を得ることができる。
【００２５】
なお、高屈折率層を構成する高屈折率材料としては、上記Ｎｂ２Ｏ５の他に、ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，ＨｆＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＰｂＯ，ＣｅＯ２など酸化物蒸着材料を用いることができ、また、低屈折率層を構成する低屈折率材料としては、上記ＳｉＯ２の他に、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯなどの酸化物蒸着材料やＮａＦ，ＬｉＦ，ＣａＦ２，Ｎａ３ＡｌＦ６，ＭｇＦ２などのフッ化物蒸着材料を用いることができる。
【００２６】
この透過型のカラー液晶表示装置１００は、このような構成の透過型のカラー液晶パネル１１０を、バックライトユニット１４０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリックス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示させることができる。
【００２７】
そして、バックライトユニット１４０は、上記カラー液晶パネル１１０を背面側から照明する。バックライトユニット１４０は、ここでは図示していない光源や、光源から出射された光を、光の利用効率を保ちながら、色ムラ、輝度ムラを抑制するように十分拡散させる機能などが組み込まれたバックライト筐体部１２０内に、拡散板１４１や、拡散板１４１上に重ねて配列される拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４といった光学シート群１４５などを備えた構成となっている。
【００２８】
拡散板１４１は、光源から出射された光を、内部拡散させることで、面発光における輝度の均一化を行う。
【００２９】
一般に、光学機能シート群は、例えば、入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成されており、バックライトユニット１４０から面発光された光をカラー液晶パネル１１０の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために設けられている。したがって、光学機能シート群１４５の構成は、上述した拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４に限定されるものではなく、様々な光学機能シートを用いることができる。
【００３０】
図３の（Ａ），（Ｂ）にバックライト筐体部１２０内の概略構成図を示す。
【００３１】
このカラー液晶表示装置１００におけるバックライトユニット１４０は、カラー液晶パネル１１０の背面側直下に配した導光板３０の側面部に光源２０を配置したエッジライト型のバックライトユニットであって、バックライト筐体部１２０内に光源２０と導光板３０が設けられている。
【００３２】
光源２０は、少なくとも赤色光を発光する赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色光を発光する緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色光を発光する青色発光ダイオード２１Ｂを直線状に複数配設した発光ダイオードユニットからなる。なお、以下の説明において、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを総称して、発光ダイオード２１と呼ぶ。
【００３３】
光源２０は、アクリル樹脂などによって形成された導光板１０の側面部に設けられ、その背面側が半円筒形状の反射板２２にて覆われている。反射板２２には、反射率の高い銀、アルミニウムなどを蒸着することで光反射面が形成されている。
【００３４】
導光板３０は、アクリルやポリカービネー等の透明樹脂によって形成されている。
【００３５】
ここで、図４に、透過型のカラー液晶表示装置１００を組み上げた際に、図１に示す透過型のカラー液晶表示装置１００に付したＸＸ線で切断した際の概略断面図を示す。
【００３６】
この導光板３０に入射された各色の光は、導光板３０内で全反射を繰り返しながら内部拡散し導光板３０内を導光される。このとき光出射面３０ｚに入射された色光のうち、臨界角（アクリル樹脂：約４２度）以下となった光の成分のみが拡散板１４１へと出射されることになる。このような導光板３０を用いることで拡散板１４１の前段で光がバックライト筐体部１２０内全体、つまりカラー液晶パネル１１０全面に行き渡るため輝度ムラ、色ムラが低減され、このバックライトユニット１４０は、各色の光を混合した白色光にてカラー液晶パネル１１０を背面側から照明する。
【００３７】
なお、導光板３０は、底面３０ａと、３つの側面３０ｂに、それぞれ反射シート４０Ａ、４０Ｂが設けられている。反射シート４０Ａ、４０Ｂは、反射率の高い銀、アルミニウムなどを蒸着することで光反射面が形成されており、例えば、光反射面に塗布された接着剤により導光板３０に接着される。この反射シート４０Ａ、４０Ｂは、導光板３０内を導光しながら拡散する光が、光出射面３０ｚ以外の面から漏れ出て、光の利用効率が低下してしまうことを防止する。
【００３８】
そして、この透過型のカラー液晶表示装置１００において、上記バックライトユニット１４０により背面側から照明されるカラー液晶パネル１１０には、上述の如く、赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラー１１９Ｒと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラー１１９Ｇと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラー１１９Ｂを赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングされたダイクロイックミラーからなるカラーフィルター１１９が設けられているので、この透過型のカラー液晶表示装置１００において、上記バックライトユニット１４０により上記カラー液晶パネル１１０に背面側から照射された白色光は、図５に示すように、上記カラーフィルター１１９の第１乃至第３のダイクロイックミラー１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂを通過する各色の光Ｒ，Ｇ，Ｂ以外は上記第１乃至第３のダイクロイックミラー１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂにおいて反射されて、上記バックライトユニット１４０の導光板３０内に戻されて、再利用される。
【００３９】
このように、このカラー液晶表示装置１００では、色選択において顔料によるカラーフィルターを使用せず、薄膜を用いたダイクロイックミラーで色選択を行うことにより、基本的には殆ど光の吸収はおこらず、必要な色の光は透過させ、不必要な色成分の光は反射され、戻され、光として回帰し明るくさせるための光エネルギーとして使用されるので、光としての有効利用率を向上させることができる。これにより高輝度化することができ、また、輝度が同じならば、低消費電力化、光源削減等のコストダウンができる。さらに、低発熱化が実現できる。
【００４０】
また、ダイクロイックミラーの透過特性及び反射特性は膜設計で顔料によるカラーフィルターの特性よりよくでき、その結果、光の利用効率を上げることができる。
【００４１】
さらに、ダイクロイックミラーを採用するので光の選択特性向上が簡単に実現でき、光の有効利用率の向上と色純度を上げられ、高色域化ができる。なお、輝度と色域はバックライトのスペクトルとカラーフィルターにおける赤、青、緑各色の透過スペクトルの積で決まる。
【００４２】
なお、このカラー液晶表示装置１００では、エッジライト型のバックライトユニット１４０によりカラー液晶パネル１１０を背面側から照明しているが、直下型のバックライトユニットによりカラー液晶パネル１１０を背面側から照明するようにしても良いことを云うまでもない。
【００４３】
このような構成の透過型のカラー液晶表示装置１００は、例えば、図６に示すような駆動回路２００により駆動される。駆動回路２００は、カラー液晶パネル１１０や、バックライトユニット１４０の駆動電源を供給する電源部２１０、カラー液晶パネル１１０を駆動するＸドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０、外部から供給される映像信号や、当該透過型のカラー液晶表示装置１００が備える図示しない受信部で受信され、映像信号処理部で処理された映像信号が、入力端子２４０を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部２５０、このＲＧＢプロセス処理部２５０に接続された画像メモリ２６０及び制御部２７０、バックライトユニット１４０を駆動制御するバックライト駆動制御部２８０などを備えている。
【００４４】
この駆動回路２００において、入力端子２４０を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部２５０により、クロマ処理などの信号処理がなされ、さらに、コンポジット信号からカラー液晶パネル１１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換されて、制御部２７０に供給されるとともに、画像メモリ２６０を介してＸドライバ２２０に供給される。
【００４５】
また、制御部２７０は、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた所定のタイミングで、Ｘドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０を制御して、上記画像メモリ２６０を介してＸドライバ回路２２０に供給されるＲＧＢセパレート信号で、カラー液晶パネル１１０を駆動することにより、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた映像を表示する。
【００４６】
バックライト駆動制御部２８０は、電源２１０から供給される電圧から、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、バックライトユニット１４０の光源である光学ユニット２１ｍｎが有する各発光ダイオード２１を駆動する。一般に発光ダイオードの色温度は、動作電流に依存するという特性がある。したがって、所望の輝度を得ながら、忠実に色再現させる（色温度を一定とする）には、パルス幅変調信号を使って発光ダイオード２１を駆動し、色の変化を抑える必要がある。
【００４７】
ユーザインターフェース３００は、上述した図示しない受信部で受信するチャンネルを選択したり、同じく図示しない音声出力部で出力させる音声出力量を調整したり、カラー液晶パネル１１０を照明するバックライトユニット１４０からの白色光の輝度調節、ホワイトバランス調節などを実行するためのインターフェースである。
【００４８】
例えば、ユーザインターフェース３００から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路２００の制御部２７０を介してバックライト駆動制御部２８０に輝度制御信号が伝わる。
【００４９】
また、図７に示すように、透過型のカラー液晶パネル４１０と、このカラー液晶パネル４１０の背面側に設けられたバックライトユニット４４０とからなるカラー液晶表示装置４００において、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板４１１、対向電極基板４１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層４１３を設け、さらに、ＴＦＴ基板４１１、対向電極基板４１２を、２枚の偏光板４３１、４３２によって挟むことで構成された透過型のカラー液晶パネル４１０の上記ＴＦＴ基板４１１と偏光板４３１の間に、赤色光を透過し他の色の光を反射する第１のダイクロイックミラー４１９Ｒと、緑色光を透過し他の色の光を反射する第２のダイクロイックミラー４１９Ｇと、青色光を透過し他の色の光を反射する第３のダイクロイックミラー４１９Ｂを赤色画素、緑色画素、青色画素に対応させてパターンニングしてなるカラーフィルター４１９を配置するようにしても、上述のカラー液晶表示装置１００と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用したカラー液晶表示装置の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】上記カラー液晶表示装置に備えられたカラー液晶パネルに設けられるカラーフィルターの構成を示す図である。
【図３】上記カラー液晶表示装置に備えられた液晶表示用バックライトユニットの要部構成を示す模式的な横断平面図（Ａ）及び縦断正面図（Ｂ）である。
【図４】上記カラー液晶表示装置を図１に示したＸＸ線で切断した際の縦断面図である。
【図５】上記カラー液晶表示装置において、バックライトユニットからカラー液晶パネルに照射された光がダイクロイックミラーからなるカラーフィルターにより反射されて再利用される様子を模式的に示す図である。
【図６】上記カラー液晶表示装置を駆動する駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用したカラー液晶表示装置の他の構成例を示す縦断面図である。
【図８】従来のエッジライト型のバックライトユニットの要部構成を示す模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００，４００  カラー液晶表示装置、１１０，４１０  カラー液晶パネル、１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂ，４１９Ｒ，４１９Ｇ，４１９Ｂ  ダイクロイックミラー、１１９，４１９  カラーフィルター、１４０、４４０  バックライトユニット
【図１】
2008064899.tif 000003
【図２】
2008064899.tif 000004
【図３】
2008064899.tif 000005
【図４】
2008064899.tif 000006
【図５】
2008064899.tif 000007
【図６】
2008064899.tif 000008
【図７】
2008064899.tif 000009
【図８】
2008064899.tif 000010