JPH07318934A

JPH07318934A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07318934A
Application number: JP6106503A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kimura; 肇木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【構成】蛍光管（３６）の周囲に導光体から成る集光部
（１）を設け、集光部（１）に連続して導光板（３７）
を設け、集光部（１）の各部の屈折率が蛍光管（３６）
の光を導光体（３７）の方に導光するように調整され、
かつ、集光部（１）の外側にランプ反射カバー（６７）
をすき間なく覆った構成。【効果】蛍光管の周囲に導光板と連続する固体の媒質を
設けることにより、光利用効率を向上できるので、バッ
クライトの輝度が向上し、表示品質が向上する。また、
蛍光管の周囲の絶縁性を高めることができ、蛍光管の漏
れ電流を減少でき、消費電力を低減できる。また、ラン
プ反射カバーの形状を良好に形成、保持することがで
き、光利用効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の下に配
置され、光源である蛍光管の光を導光し、液晶表示素子
に光を供給する導光板を含んで成るバックライトを有す
る液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、例えば、透明導電膜か
ら成る画素電極と配向膜等を積層した面がそれぞれ対向
するように所定の間隔を隔てて２枚の透明ガラス基板を
重ね合わせ、両基板間の縁周囲に設けたシール剤によ
り、両基板を貼り合わせると共に両基板間に液晶を封止
し、さらに両基板の外側に偏光板を設けて成る液晶表示
素子（液晶表示パネル）と、液晶表示素子の下に配置さ
れ、液晶表示素子に光を供給するバックライトと、液晶
表示素子を駆動する回路基板等を含んで構成される。

【０００３】バックライトは、例えば、光源から発せら
れる光を光源から離れた方へ導き、液晶表示素子全体に
光を均一に照射するための透明のアクリル等の合成樹脂
板から成るほぼ直方体状の導光板と、導光板の側面近傍
に該側面に沿って該側面と平行に配置した光源である蛍
光管と、蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆い、断面形
状がほぼＵ字状で、蛍光管の光を外部に漏らさないよう
に導光板へもどすランプ反射カバーと、導光板の上に配
置され、導光板からの光を拡散する拡散シートと、導光
板の下に配置され、導光板からの光を液晶表示素子の方
へ反射させる反射シートとから構成される。また、蛍光
管から導光板内に入射した光は、導光板内を全反射しな
がら導光するが、拡散反射により導光板の上面から出射
させるために、導光板の底面には複数個の光拡散用の印
刷による白いインクドットパタン、あるいは該底面と一
体の穴、溝、凸部が、光が均一に照射できるように形成
されている。例えばインクドットの場合は、光源から離
れるにしたがってインクドットの面積が大きくなるよう
に印刷してある。これにより、光源から近い場所でも遠
い場所でも均一な光が照射される。また、液晶表示素子
の下に拡散板を介してそれぞれ平行に配列された複数本
の蛍光管と、蛍光管の下に配置され、蛍光管からの光を
液晶表示素子の方へ反射させる反射板とから構成され
る、いわゆる直下型のバックライトもある。

【０００４】このような従来の液晶表示装置は、例えば
特公昭６０−１９４７４号公報や実開平４−２２７８０
号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のバックライトで
は、蛍光管と、導光板およびランプ反射カバーとの間に
は空間が存在する。光が異なる媒質間を進むとき、そこ
で光の反射、屈折が起こる。光源である蛍光管から出射
した光がランプ反射カバーで反射して、蛍光管と導光板
との間に存在する空気層から導光板に入るとき、光は屈
折して入光するとともに、その導光板の端面（入光面）
で光が反射する。その反射光は再び蛍光管の方へもどっ
て吸収されてしまう。そのため、光利用効率が減少す
る。

【０００６】また、蛍光管から出射し、ランプ反射カバ
ーで反射した光線の進む方向をうまく制御することがで
きないため、ランプ反射カバーで反射した光は再び蛍光
管の方へもどり、吸収されてしまう。そのため、光利用
効率が減少する。

【０００７】また、蛍光管から出射した光が、蛍光管と
導光板との間の空気層から導光板の入光端面に入ると
き、光は光学的に「疎」から「密」へ進むため、屈折光
の屈折角が小さくなる。この結果、導光板に入射した光
はインクドットパタンが印刷された下面と平行に、すな
わち、水平方向に進む光が多くなる。したがって、導光
板の入光端面と対向する端面に達する光が多くなる。こ
の端面の外側には反射シートが設けてあるので、この端
面に達した光はこの端面で反射し、再び入光端面に達
し、導光板を出て、蛍光管に吸収される。そのため、光
利用効率が減少する。

【０００８】また、ランプ反射カバー、蛍光管、および
両者の間の空気層によりコンデンサーが構成され、蛍光
管を流れる電流が漏れやすく、そのため、消費電力が大
きくなる。

【０００９】また、蛍光管の光を導光板の方へもどす従
来のランプ反射カバーは、内面に反射面を設けた反射シ
ートにより構成されている。すなわち、取り付ける前は
長方形状のシートで、その両端部を導光板の上面および
下面の端部に固定する。したがって、蛍光管と反射シー
トとの間は空間であるので、蛍光管の周囲に巻き付ける
反射シートの形状を制御し、保持するのが難しかった。

【００１０】さらに、蛍光管はその両端がゴムブッシュ
の穴にはめられて保持される。したがって、蛍光管から
ゴムブッシュの方へ出射される光はゴムッシュにより吸
収される。また、ランプ反射カバーとゴムブッシュとの
間にはすき間があるので、そこから光が漏れる。そのた
め、光利用効率が減少する。

【００１１】本発明の第１の目的は、蛍光管の光が導光
板に入射する光の量、および導光板の上面から出射する
光の量を増大させて、光の利用効率を向上することがで
きる液晶表示装置を提供することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、蛍光管に流れる電
流が外部に漏れる量を減少させて、消費電力を低減する
ことができる液晶表示装置を提供することにある。

【００１３】本発明の第３の目的は、ランプ反射カバー
の形状を正確に形作り、保持することができ、かつ蛍光
管から出射した光およびランプ反射カバーで反射した光
の進行方向の制御性を向上することができる液晶表示装
置を提供することにある。

【００１４】本発明の第４の目的は、蛍光管を保持する
ゴムブッシュ等の保持具の蛍光管側の面で光が吸収され
るのを防止し、また、ランプ反射カバーと保持具との間
のすき間から光が漏れるのを防止して、光利用効率を向
上することができる液晶表示装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、光源である蛍光管の周囲が固体の媒
質、すなわち、導光体で覆われた構造を提供する。ま
た、蛍光管を覆う導光体から成る集光部の媒質の屈折率
が位置依存性を持っている構造を提供する。また、導光
体から成る集光部と蛍光管との間に所定の形状の空洞を
設け、この空洞の形状によって蛍光管から出射される光
の進む方向を制御する構造を提供する。また、蛍光管の
周囲を固体の媒質で覆うことにより、形状が正確に形作
られたランプ反射カバーを蛍光管の周囲に設けた構造を
提供する。さらに、蛍光管を保持する保持具の蛍光管側
の面に反射面を設けるか、あるいは保持具とランプ反射
カバーとの間に反射体を設けた構造が提供される。

【００１６】すなわち、本発明は、液晶表示素子の下に
配置され、蛍光管の光を導光し、前記液晶表示素子に光
を供給する導光板を含んで成るバックライトを有する液
晶表示装置において、前記蛍光管の周囲に固体の媒質か
ら成る集光部を設け、かつ、前記集光部に連続して前記
導光板を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、前記導光板の入光端面と前記蛍光灯
の長軸とがほぼ平行であることを特徴とする。

【００１８】また、前記蛍光管の両端を除く周囲に導光
体から成る集光部を設けたことを特徴とする。

【００１９】また、前記蛍光管を前記集光部に設けた細
長い貫通穴に嵌合して設けたことを特徴とする。

【００２０】また、前記集光部と前記蛍光管との間に、
前記蛍光管の光の進む方向を制御するように形成された
形状の空洞を形成したことを特徴とする。

【００２１】また、前記集光部の各部の屈折率を、前記
蛍光管の光を前記導光体の方に導光するように調整した
ことを特徴とする。

【００２２】また、前記集光部の各部の屈折率を、前記
蛍光管の光を前記導光体の方に導光するように前記導光
板に近づくにつれて徐々に大きく調整したことを特徴と
する。

【００２３】また、前記集光部の外側に、内面に反射面
を設けたランプ反射カバーをすき間なく覆って設けたこ
とを特徴とする。

【００２４】また、前記蛍光管の前記両端に嵌合する凹
部を有する保持具を有し、前記保持具の前記蛍光管側の
面に反射面を設けたことを特徴とする。

【００２５】さらに、前記蛍光管の前記両端に嵌合する
凹部を有する保持具を有し、前記保持具の前記蛍光管側
の面と、前記集光部の外側を覆うランプ反射カバーとの
間に反射体を設けたことを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明では、光源である蛍光管から出射した光
は、蛍光管に再びもどってくると、蛍光管でいくらかが
吸収されてしまう。そこでの損失分をなるべく減らした
い。蛍光管にもどってくるのは、ランプ反射カバーで反
射してもどってくるものと、導光板の入射端面で反射し
てもどってくるものとがある。導光板の入射端面での反
射は、空気層と導光板との屈折率の違いに起因する。そ
こで、本発明では、蛍光管を固体の媒質、すなわち導光
体で覆ってしまう（この部分を集光部と称す）。すなわ
ち、従来では、空気層と導光板との屈折率の差により、
反射成分があったが、蛍光管を導光体で覆い、かつ、こ
の集光部と導光板とを一体化することにより、蛍光管の
周囲の集光部と導光板との間の空気層をなくすことがで
きるため、屈折率の差が生じず、光が蛍光管にもどり、
蛍光管に吸収される量が減少する。

【００２７】また、光は屈折率の大きい方へ進むので、
蛍光管を覆う集光部の媒質の屈折率に位置依存性を持た
せて、場所によって屈折率を変えて、導光板に向かうに
つれて徐々に大きくし、光を導きたい方向に向け、光を
効率よく導光板へ導くことができる。屈折率に位置依存
性を持たせるには、集光部の屈折率を徐々に変化させて
もよいし、何層かを階段状に変化させてもよい。

【００２８】また、蛍光管とそれを覆う媒質との間に、
例えば空気が存在する空洞を設け、その空洞の形状によ
って光線の方向を制御することができる。これは、空気
よりも固体の媒質の方が屈折率が大きいので、光は屈折
率の大きい方へ進むのを利用し、蛍光管の周囲の導光体
の屈折率に位置依存性を持たせることと同じである。

【００２９】また、上述のように、光は光学的には
「疎」から「密」に進むため、従来では、空気層から導
光板の端面に入射した光は、屈折光の屈折角が小さくな
るので、そこで、ある限られた屈折角を持つ光になり、
光が水平方向に向きやすくなり、それによって屈折入射
光は該入射端面と反対の端面で反射して、蛍光管にもど
ってきて吸収される量が多かった。しかし、本発明で
は、空気層と導光板の入射端面との境界がないため、こ
の吸収される量を減少させることができる。

【００３０】また、本発明による蛍光管を覆う固体の媒
質は、従来の蛍光管とランプ反射カバーとの間の空気層
より絶縁性が高いので、蛍光管とランプ反射カバーと空
気層でコンデンサーが構成されることにより、蛍光管を
流れる電流が漏れてしまう量を少なくすることができ、
消費電力を低減することができる。

【００３１】また、固体の媒質により蛍光管を覆うた
め、この固体媒質から成る集光部の外形を所定の形状に
形作ることにより、蛍光管の周囲を囲うランプ反射カバ
ーの形状を容易に決めて固定することができる。したが
って、ランプ反射カバーを複雑な形状に形成することも
容易である。

【００３２】さらに、蛍光管を保持するゴムブッシュの
蛍光管側の面に反射面を設けるか、あるいは、ゴムブッ
シュとランプ反射カバーとの間に反射体を設けることに
より、ゴムブッシュにより光が吸収されるのを防止し、
ランプ反射カバーとゴムブッシュとの間のすき間から光
が漏れるのを抑制でき、光利用効率を向上することがで
きる。

【００３３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の液晶表示装置の
バックライトを示す断面図である。３７は導光板、３６
は蛍光管、６５は導光板３７の上面に配置された拡散シ
ート、６６は導光板３７の下面に配置された反射シー
ト、６７はランプ反射カバーである。ランプ反射カバー
６７と反射シート６６とは共通の１枚のシートで構成さ
れている。また、ここで図示しない導光板３７の２側面
にも反射シートが設けられている。１は蛍光管３６の周
囲に導光板３７と一体に形成された集光部である。な
お、ここでは導光板３７の下面に印刷により設けたイン
クドットパタン（これに限らない。下面と一体に形成さ
れた穴、溝、凸部等の場合も含む。以下、同様）は図示
省略してある。すなわち、蛍光管３６の周囲に例えばア
クリル等の導光体から成る集光部１をすき間なく設け、
集光部１と導光板３７とは一体に形成されている。集光
部１には導光板３７の入光端面と平行に細長い貫通穴が
設けられ、この中に蛍光管３６が挿入、保持されてい
る。また、ランプ反射カバー６７は、蛍光管３６の周囲
の導光体から成る所定の外形に形成された集光部１の外
側にすき間なく覆われ、例えば接着材により固定されて
いる。また、集光部１あるいは導光板３７と、ランプ反
射カバー６７とにそれぞれ対応する凸部と凹部を形成
し、合わせてはめ込んで固定してもよい。さらに、集光
部１あるいは導光板３７の表面に、例えば銀やアルミニ
ウム等を真空蒸着することにより、反射面を形成し、ラ
ンプ反射カバー６７自体を構成してもよい。

【００３４】光源である蛍光管３６から出射した光は、
直接、あるいはランプ反射カバー６７により反射した
後、導光板３７に入射する。導光板３７に入射し、その
上面に達した光のうち、全反射しないものはそこから拡
散シート６５を通って出射し、導光板３７の上に配置さ
れる図示しない液晶表示素子（図１２の液晶表示素子６
２の実際に外から見える液晶表示部分、すなわち、可視
領域）に光を供給する。また、導光板３７の下面に印刷
されたインクドットパタンに当たった光は、そこで拡散
反射して上面に達し、拡散シート６５を通って出射す
る。従来は、導光板の入射端面から入射した光は、イン
クドットパタンに当たらない限り、空気層と導光板との
媒質の違いによる屈折率の差により全反射して導光板３
７の上面から出射することはなかったが、本実施例では
全反射しない光もあるため、導光板３７の上面の反射
面、すなわち、ランプ反射カバー６７を表示部の可視領
域にまで広げ、かつ、蛍光管３６の近傍の導光板３７の
下面に印刷するインクドットパタンの密度を小さくして
ある。

【００３５】しかし、この場合でも、蛍光管３６から出
射してランプ反射カバー６７で反射して、再び蛍光管３
６にもどってきて吸収される光がある。そこで、図２
（矢印は蛍光管３６から出射する光を示す）に示すよう
に、蛍光管３６の周囲の導光体から成る集光部１の屈折
率を調整して光の方向を制御する。すなわち、光は屈折
率の大きい方へ進むので、集光部１の屈折率を徐々に変
化させることにより（具体的な構成は図５、６、７を用
いて後で説明する）、光線の方向を導光板３７の方へ向
かうように制御して、蛍光管３６の光がランプ反射カバ
ー６７で反射して蛍光管３６に再びもどってくる光を減
少させるようにする。

【００３６】蛍光管３６の周囲の固体の媒質の屈折率を
変化させるには、以下のようにする。図３（ａ）、
（ｂ）は、蛍光管３６の中心６８からの半径方向ｒの距
離と、蛍光管３６の周囲の媒質（図１の集光部１）の屈
折率との関係を示す図である。すなわち、蛍光管３６の
中心６８をグラフの原点にとり、そこから半径方向ｒに
座標６９をとる。実線７０は、蛍光管３６から離れるに
したがって徐々に屈折率を大きくしている例を示す。屈
折率をこのように徐々に大きくする理由は、光は屈折率
の大きい方に進むので、蛍光管３６の表面から外部に向
けて屈折率を徐々に大きくすることによって、蛍光管３
６から光は出射しやすいが、屈折率が大きい方から小さ
い方へは、すなわち、蛍光管３６へもどる方向へは光は
進みにくい。したがって、蛍光管３６から出射してラン
プ反射カバー６７の内面で反射して蛍光管３６に再びも
どってくる光の量を減少することができる。なお、蛍光
管３６の周囲の固体の媒質の屈折率を、実線７０に示す
ように徐々に大きくするのが製造上難しい場合は、破線
７１に示すように、同一の屈折率の固体の媒質を層状に
重ねることにより、屈折率を階段状に変化させてもよ
い。

【００３７】図４（ａ）、（ｂ）は、導光板３７の端面
７２からの水平方向ｘの距離と、蛍光管３６の周囲の媒
質（集光部１）の屈折率との関係を示す図である。導光
板３７の端面７２をグラフの原点にとり、そこから水平
方向ｘに座標７３をとる。実線７４は、蛍光管３６から
離れるにしたがって徐々に屈折率を大きくしている例を
示す。屈折率をこのように徐々に大きくする理由は、光
は屈折率の大きい方に進むので、蛍光管３６の表面から
表示部である導光板３７の方へ向けて屈折率を徐々に大
きくすることによって、拡散シート６５（図１参照）の
上面から出射する光の量を増加でき、また、ランプ反射
カバー６７で反射して、あるいは導光板３７の入射端面
と反対の端面で反射して、蛍光管３６に再びもどってく
る光の量を減少することができる。なお、蛍光管３６の
周囲の固体の媒質の屈折率を、実線７４に示すように徐
々に大きくするのが製造上難しい場合は、破線７５に示
すように、同一の屈折率の固体の媒質を層状に重ねるこ
とにより、屈折率を階段状に変化させてもよい。

【００３８】ただし、図３、図４はどちらも１次元での
話であり、実際は図３と図４とを組み合わせて、双方を
満足するように２次元的に集光部１の屈折率を変化させ
ることにより、図２に示すように光線が進むように制御
する。

【００３９】同一の屈折率の固体の媒質を層状に重ね
て、集光部１の屈折率を階段状に変化させた具体的な例
を図５、図６、図７の断面図に示す。図５、図６の集光
部１および導光板３７における１〜５の数字、および図
７の１〜７の数字は、各部の屈折率を示し、数字が大き
いほど、屈折率が大きいことを示す。なお、図５〜７は
あくまで例示であり、層数や形状、構成はこの他種々考
えられる。

【００４０】さらに、蛍光管３６の周囲の媒質の屈折率
を変化させるという意味では、空気も媒質の１つであ
る。そこで、図８に示すように、蛍光管３６の周囲、す
なわち、蛍光管３６と集光部１との間に空洞７６を設け
て、所定の形状の空洞７６内の空気層と集光部１との屈
折率の違いを利用して光線の進む方法を制御してもよ
い。すなわち、蛍光管３６の周囲の気体の媒質である空
洞７６内の空気層の形状と、固体の媒質とで構成される
集光部１で光線の進む方向を制御する。蛍光管３６から
出射される光は、屈折率の大きい方へ進むので、空気層
の存在により蛍光管３６の方へもどってきにくい。この
例も、図２〜図７と同様の作用、効果を奏する。すなわ
ち、蛍光管３６から出射してランプ反射カバー６７で反
射して蛍光管３６に再びもどってくる光の量を減少する
ことができる。なお、図８の集光部１の固体の媒質の屈
折率も徐々にあるいは段階的に制御してもよい。

【００４１】なお、導光板３７の材質は例えばアクリル
等を用いることができ、また、集光部１の固体の媒質も
同様に例えばアクリル等を用いることができる。導光板
３７と集光部１とを一体化するには、両者を別々に形成
した後、接着材等を用いて接着してもよいし、あるいは
最初から一体のものとして射出成型等により形成しても
よい。

【００４２】また、集光部１の外側の形状、およびその
外側に設けるランプ反射カバー６７の形状は図１〜図８
に示した形状に限定されない。例えば図９に示すような
複雑な形状に形成することもできる。

【００４３】また、従来のランプ反射カバーは、上述の
ように取り付ける前は、内面に反射面を設けた長方形状
の反射シートで、その両端部を導光板の上面および下面
の端部に固定する。したがって、蛍光管と反射シートと
の間は空間であるので、蛍光管の周囲に巻き付ける反射
シートの形状を制御、保持するのが難しかった。しか
し、上記図１〜図９に示した構成では、蛍光管３６の周
囲は固体の媒質からなる集光部１により取り囲まれてい
るので、集光部１の外側に反射シート等からランプ反射
カバー６７をすき間なく覆って設けることにより、ラン
プ反射カバー６７の形状を容易に決めて固定することが
できる。また、ランプ反射カバー６７の形状を図９に示
すような複雑な形状に形成したいときは、集光部１の固
体の媒質の外側の形状を、形成したいランプ反射カバー
６７の形状に合わせて形成し、その外側にランプ反射カ
バー６７をすき間なく覆って設けることにより容易に実
現することができる。

【００４４】また、蛍光管３６は発光するとき、その中
を電流が流れているが、その電流がランプ反射カバー６
７を介して外部に漏れてしまう。要するに、蛍光管３６
とランプ反射カバー６７と両者間の絶縁層により容量が
生じてそこから電流が漏れる。従来は、蛍光管３６とラ
ンプ反射カバー６７との間の媒質は空気であったが、上
記実施例では、蛍光管３６とランプ反射カバー６７との
間の媒質はアクリル等の固体媒質であり（図８の実施例
では空気層と固体媒質）、アクリル等は空気よりも絶縁
性が高いため、漏れ電流を減少することができる。

【００４５】また、図１０は、本発明の別の実施例のバ
ックライトを示す斜視図である。３７は導光板、３６は
蛍光管、１は集光部、６７は集光部１の周囲に設けたラ
ンプ反射カバー、７７は蛍光管３６の両端に嵌合する凹
部を有する蛍光管保持用のゴムブッシュ、７８はゴムブ
ッシュ７７の蛍光管３６側の面に設けた反射面である。

【００４６】従来、ゴムブッシュ７７の蛍光管３６側の
面は反射面になっていない。したがって、蛍光管３６か
ら出射される光がゴムブッシュ７７の蛍光管３６側の面
で吸収され、光が損失する。そこで、図１０の実施例で
は、ゴムブッシュ７７の蛍光管３６側の面に反射面７８
を設けることにより、従来、ゴムブッシュ７７で吸収さ
れていた光が反射面７８で反射されて吸収されなくなる
ため、光利用効率が向上する。反射面７８は上記ランプ
反射カバー６７と同じ構成でよく、例えば、銀のシー
ト、アルミ板、あるいは集光部１かゴムブッシュ７７
に、銀やアルミニウム等を蒸着して構成する。

【００４７】また、ゴムブッシュ７７とランプ反射カバ
ー６７との間には、図１０に示すようにすき間がある。
したがって、蛍光管３６から出射される光がこのすき間
から漏れ、光が損失する。そこで、図１１の実施例で
は、ゴムブッシュ７７と集光部１（あるいはランプ反射
カバー６７）との間に、例えば反射シート等で形成した
反射体７９を設けることにより（少なくとも反射面をラ
ンプ反射カバー６７側に形成する）、すき間がなくな
り、従来、上記すき間から漏れていた光が反射体７９で
反射されるため、光利用効率が向上する。

【００４８】以上説明したように、上記各実施例におい
ては、蛍光管３６の周囲に設けた媒質により蛍光管３６
から出射される光線の方向を制御できるため、蛍光管３
６に再びもどって蛍光管３６に吸収される光の量を減少
できるので、光利用効率を向上できる。したがって、バ
ックライトの輝度が向上し、表示画面が明るくなり、表
示品質が向上する。また、蛍光管３６の周囲にアクリル
等の固体媒質を設けるので、蛍光管３６の周囲の絶縁性
が良くなり、したがって、蛍光管３６の漏れ電流を減少
でき、消費電力を低減できる。また、蛍光管３６の周囲
が固体媒質で覆われているため、ランプ反射カバー６７
の反射面の形状を複雑な形状にすることができる。これ
によっても、光利用効率を向上することができる。さら
に、蛍光管３６を保持するゴムブッシュ７７の蛍光管３
６側の面に反射面７８を設けるか、あるいは、ゴムブッ
シュ７７とランプ反射カバー６７との間に反射体７９を
設けることにより、ゴムブッシュ７７により光が吸収さ
れるのを防止し、あるいはランプ反射カバー６７とゴム
ブッシュ７７との間のすき間から光が漏れるのを抑制
し、光利用効率を向上することができる。

【００４９】図１２は液晶表示素子６２と、この液晶表
示素子６２を駆動するための駆動回路と、光源をコンパ
クトに一体にまとめた本発明が適用可能な単純マトリク
ス方式の液晶表示モジュール６３を示す分解斜視図であ
る。液晶表示素子６２を駆動するＩＣ３４は、中央に液
晶表示素子６２を嵌め込むための窓部を備えた枠状体の
プリント基板３５に搭載される。液晶表示素子６２を嵌
め込んだプリント基板３５はプラスチックモールドで形
成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、これに金属製
フレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体４２に形成さ
れている切込み４４内に折り曲げることによりフレーム
４１を枠状体４２に固定する。

【００５０】液晶表示素子６２の上下端に配置される冷
陰極蛍光管３６、この冷陰極蛍光管３６からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光板３７、金属板に白色塗料を塗布して形成され
た反射板３８、導光板３７からの光を拡散する乳白色の
拡散板３９が図１２の順序で、枠状体４２の裏側からそ
の窓部に嵌め込まれる。冷陰極蛍光管３６を点灯する為
のインバータ電源回路（図示せず）は枠状体４２の右側
裏部に設けられた凹部（図示せず。反射板３８の凹所４
５に対向する位置にある。）に収納される。拡散板３
９、導光板３７、冷陰極蛍光管３６および反射板３８
は、反射板３８に設けられている舌片４６を枠状体４２
に設けられている小口４７内に折り曲げることにより固
定される。

【００５１】この図に示すバックライトも、２本の蛍光
管３６の周囲に導光体から成る集光部１が導光板３７と
一体に設けられ、集光部１の各部の屈折率が蛍光管３６
の光を導光板３７の方へ導光するように調整されてお
り、光利用効率が向上されている。

【００５２】図１３は液晶表示モジュール６３を表示部
に使用したラップトップパソコンのブロックダイアグラ
ム、図１４は液晶表示モジュール６３をラップトップパ
ソコン６４に実装した状態を示す図である。このラップ
トップパソコン６４においては、マイクロプロセッサ４
９で計算した結果を、コントロール用ＬＳＩ４８を介し
て液晶駆動用半導体ＩＣ３４で液晶表示モジュール６３
を駆動するものである。

【００５３】図１５は本発明が適用可能な液晶表示装置
の液晶表示素子６２を上側から見た場合の電極基板上に
おける液晶分子の配列方向（例えばラビング方向）、液
晶分子のねじれ方向、偏光板の偏光軸（あるいは吸収
軸）方向、および複屈折効果をもたらす部材の光学軸方
向を示し、図１６は液晶表示素子６２の要部斜視図を示
す。

【００５４】液晶分子のねじれ方向１０とねじれ角θ
は、上電極基板１１上の配向膜２１のラビング方向６と
下電極基板１２上の配向膜２２のラビング方向７および
上電極基板１１と下電極基板１２の間に挟持される正の
誘電異方性を有するネマチック液晶層５０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。

【００５５】図１６において、液晶層５０を挟持する２
枚の上、下電極基板１１、１２間で液晶分子がねじれた
らせん状構造をなすように配向させるには、例えばガラ
スからなる透明な上、下電極基板１１、１２上の、液晶
に接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂か
らなる配向膜２１、２２の表面を、例えば布などで一方
向にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。
このときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極
基板１１においてはラビング方向６、下電極基板１２に
おいてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。
このようにして配向処理された２枚の上、下電極基板１
１、１２をそれぞれのラビング方向６、７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交叉するように間隙ｄ₁をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１、１２を液晶を注入
するための切欠け部、すなわち、液晶封入口５１を備え
た枠状のシール剤５２により接着し、その間隙に正の誘
電異方性をもち、旋光性物質を所定量添加されたネマチ
ック液晶を封入すると、液晶分子はその電極基板間で図
中のねじれ角θのらせん状構造の分子配列をする。なお
３１、３２はそれぞれ例えば酸化インジウム又はＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）からなる透明な上、下電極であ
る。このようにして構成された液晶セル６０の上電極基
板１１の上側に複屈折効果をもたらす部材（以下複屈折
部材と称す。藤村他「ＳＴＮ−ＬＣＤ用位相差フィル
ム」、雑誌電子材料１９９１年２月号第３７−４１頁）
４０が配設されており、さらにこの部材４０および液晶
セル６０を挟んで上、下偏光板１５、１６が設けられ
る。

【００５６】液晶５０における液晶分子のねじれ角θは
１８０度から３６０度の範囲の値を採り得るが好ましく
は２００度から３００度であるが、透過率−印加電圧カ
ーブのしきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向とな
る現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実用
的な観点からすれば、２３０度から２７０度の範囲がよ
り好ましい。この条件は基本的には電圧に対する液晶分
子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現する
ように作用する。また優れた表示品質を得るためには液
晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁とその厚さｄ₁の積Δｎ₁
・ｄ₁は好ましくは０.５μｍから１.０μｍ、より好ま
しくは０.６μｍから０.９μｍの範囲に設定することが
望ましい。

【００５７】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体では着色した表示しかできなかったものを白黒の表示
に変換するものである。このためには複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂とその厚さｄ₂の積Δｎ₂・ｄ₂が極め
て重要で、好ましくは０.４μｍから０.８μｍ、より好
ましくは０.５μｍから０.７μｍの範囲に設定する。

【００５８】さらに、この液晶表示素子６２は複屈折に
よる楕円偏光を利用しているので偏光板１５、１６の軸
と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折板を用い
る場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基板１１、
１２の液晶配列方向６、７との関係が極めて重要であ
る。

【００５９】図１５で上記の関係の作用効果について説
明する。図１５は、図１６の構成の液晶表示素子を上か
ら見た場合の偏光板の軸、一軸性の透明複屈折部材の光
学軸、液晶セルの電極基板の液晶分子軸配列方向の関係
を示したものである。

【００６０】図１６において、５は一軸性の透明複屈折
部材４０の光学軸、６は複屈折部材４０とこれに隣接す
る上電極基板１１の液晶分子軸配列方向、７は下電極基
板１２の液晶配列方向、８は上偏光板１５の吸収軸ある
いは偏光軸、９は下偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸
であり、角度αは上電極基板１１の液晶配列方向６と一
軸性の複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度β
は上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と一軸性の透
明複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度γは下
偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸９と下電極基板１２
の液晶配列方向７とのなす角度である。

【００６１】ここで本明細書における角α、β、γの測
り方を定義する。図２０において、複屈折部材４０の光
学軸５と上電極基板の液晶配列方向６との交角を例にと
って説明する。光学軸５と液晶配列方向６との交角は図
２０に示す如く、φ₁およびφ₂で表わすことが出来る
が、本明細書においてはφ₁、φ₂のうち小さい方の角を
採用する。すなわち、図２０（ａ）においてはφ₁＜φ₂
であるから、φ₁を光学軸５と液晶配列方向６との交角
αとし、図２０（ｂ）においてはφ₁＞φ₂だからφ₂を
光学軸５と液晶配列方向６との交角αとする。勿論φ₁
＝φ₂の場合はどちらを採っても良い。

【００６２】液晶表示素子においては角度α、β、γが
極めて重要である。

【００６３】角度αは好ましくは５０度から９０度、よ
り好ましくは７０度から９０度に、角度βは好ましくは
２０度から７０度、より好ましくは３０度から６０度
に、角度γは好ましくは０度から７０度、より好ましく
は０度から５０度に、それぞれ設定することが望まし
い。

【００６４】なお、液晶セル６０の液晶層５０のねじれ
角θが１８０度から３６０度の範囲内にあれば、ねじれ
方向１０が時計回り方向、反時計回り方向のいずれであ
っても、上記角α、β、γは上記範囲内にあればよい。

【００６５】なお、図１６においては、複屈折部材４０
が上偏光板１５と上電極基板１１の間に配設されている
が、この位置の代りに、下電極基板１２と下偏光板１６
との間に配設しても良い。この場合は図１６の構成全体
を倒立させた場合に相当する。

【００６６】図１７はねじれ角θ等の具体例を示す図で
ある。図に示すように、液晶分子のねじれ角θは２４０
度であり、一軸性の透明複屈折部材４０としては平行配
向（ホモジェニアス配向）した、すなわちねじれ角が０
度の液晶セルを使用した。ここで液晶層の厚みｄ(μｍ)
と旋光性物質が添加された液晶材料のらせんピッチｐ
(μｍ)の比ｄ／ｐは０．６７とした。配向膜２１、２２
は、ポリイミド樹脂膜で形成しこれをラビング処理した
ものを使用した。このラビング処理を施した配向膜がこ
れに接する液晶分子を基板面に対して傾斜配向させるチ
ルト角(pretilt角）は４度である。上記一軸性透明複屈
折部材４０のΔｎ₂・ｄ₂は約０.６μｍである。一方液
晶分子が２４０度ねじれた構造の液晶層５０のΔｎ₁・
ｄ₁は約０.８μｍである。

【００６７】このとき、角度αを約９０度、角度βを約
３０度、角度γを約３０度とすることにより、上、下電
極３１、３２を介して液晶層５０に印加される電圧がし
きい値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧がある
しきい値以上になると光透過すなわち白の白黒表示が実
現できた。また、下偏光板１６の軸を上記位置より５０
度から９０度回転した場合は、液晶層５０への印加電圧
がしきい値以下のときには白、電圧がしきい値以上にな
ると黒の、前記と逆の白黒表示が実現できた。

【００６８】図１８は図１７の構成で角度αを変化させ
たときの１／２００デューティで時分割駆動時のコント
ラスト変化を示したものである。角度αが９０度近傍で
は極めて高いコントラストを示していたものが、この角
度からずれるにつれて低下する。しかも角度αが小さく
なると点灯部、非点灯部ともに青味がかり、角度αが大
きくなると非点灯部は紫、点灯部は黄色になり、いずれ
にしても白黒表示は不可能となる。角度βおよび角度γ
についてもほぼ同様の結果となるが、角度γの場合は前
記したように５０度から９０度近く回転すると逆転の白
黒表示となる。

【００６９】図１９はねじれ角θ等の他の具体例を示す
図である。基本構造は図１６に示した具体例と同様であ
る。ただし、液晶層５０の液晶分子のねじれ角は２６０
度、Δｎ₁・ｄ₁は約０.６５μｍ〜０.７５μｍである点
が異なる。一軸性透明複屈折部材４０として使用してい
る平行配向液晶層のΔｎ₂・ｄ₂は前記具体例と同じ約
０．５８μｍである。液晶層の厚みｄ₁(μｍ)と旋光性
物質が添加されたネマチック液晶材料のらせんピッチｐ
(μｍ)との比はｄ／ｐ＝０．７２とした。

【００７０】このとき、角度αを約１００度、角度βを
約３５度、角度γを約１５度とすることにより、最初の
具体例と同様の白黒表示が実現できた。また下偏光板の
軸の位置を上記値より５０度から９０度回転することに
より逆転の白黒表示が可能である点もほぼ最初の具体例
と同様である。角度α、β、γのずれに対する傾向も最
初の具体例とほぼ同様である。

【００７１】上記いずれの具体例においても一軸性透明
複屈折部材４０として、液晶分子のねじれのない平行配
向液晶セルを用いたが、むしろ２０度から６０度程度液
晶分子がねじれた液晶層を用いた方が角度による色変化
が少ない。このねじれた液晶層は、前述の液晶層５０同
様、配向処理が施された一対の透明基板の配向処理方向
を所定のねじれ角に交差するようにした基板間に液晶を
挟持することによって形成される。この場合、液晶分子
のねじれ構造を挟む２つの配向処理方向の挟角の２等分
角の方向を複屈折部材の光軸として取扱えばよい。ま
た、複屈折部材４０として、透明な高分子フィルムを用
いても良い（この際一軸延伸のものが好ましい）。この
場合高分子フィルムとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）、アクリル樹脂フィルム、ポリカーボネ
イトが有効である。

【００７２】さらに以上の具体例においては複屈折部材
は単一であったが、図１６において複屈折部材４０に加
えて、下電極基板１２と下偏光板１６との間にもう一枚
の複屈折部材を挿入することもできる。この場合はこれ
ら複屈折部材のΔｎ₂・ｄ₂を再調整すればよい。

【００７３】ただし、図２１に示す如く、上電極基板１
１上に赤、緑、青のカラーフィルタ３３Ｒ、３３Ｇ、３
３Ｂ、各フィルター同志の間に光遮光膜３３Ｄを設ける
ことにより、多色表示が可能になる。図１８に前記具体
例における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方
向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係
を示す。

【００７４】なお、図２１においては、各フィルタ３３
Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これらの
凹凸の影響を軽減するため絶縁物からなる平滑層２３が
形成された上に上電極３１、配向膜２１が形成されてい
る。

【００７５】以上説明したように、上記具体例によれ
ば、優れた時分割駆動特性を有し、さらに白黒および多
色表示を可能にする電界効果型液晶表示素子を実現する
ことができる。

【００７６】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、集光部１の外側の形
状、空洞７６の形状、集光部１や導光板３７の材質、導
光板３７の形状、ランプ反射カバー６７の構成等は上記
実施例に示したものの他、種々の物を使用可能である。
例えば、集光部１の外側の形状を蛍光管３６の中心線と
垂直方向の断面形状がベジェ曲線を成すように形成して
もよい。また、上記実施例では、ランプ反射カバー６７
として反射シートを用いたが、プラスチック等を用いて
ランプ反射カバーを所定の形状に成型した後、その内面
に銀等を蒸着することにより形成したり、あるいは平板
に反射シート等の反射面を設けた後、所定の形状に成型
して製造してもよい。また、図８の実施例において、空
洞７６は空気層であったが、空洞７６に窒素等のガスを
充填してもよい。さらに、本発明は導光板を含んでなる
バックライトを有する液晶表示装置に適用可能であり、
単純マトリクス方式の液晶表示装置にも、薄膜トランジ
スタ等をスイッチング素子として用いたアクティブマト
リクス方式の液晶表示装置にも適用可能であることは言
うまでもない。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蛍光管の周囲に導光板と連続する固体の媒質を設け、ま
た、蛍光管から出射される光線の方向を制御することに
より、光利用効率を向上できる。したがって、バックラ
イトの輝度が向上し、表示画面が明るくなり、表示品質
が向上する。また、蛍光管の周囲に固体媒質を設けるの
で、蛍光管の周囲の絶縁性を高くすることができ、蛍光
管の漏れ電流を減少でき、消費電力を低減できる。ま
た、蛍光管の周囲が固体媒質で覆われているため、ラン
プ反射カバーの形状を良好に形成、保持でき、光利用効
率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トを示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トにおいて、集光部の屈折率の位置依存性により、蛍光
管から出射した光が導光している様子を示す図である。

【図３】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トにおいて、蛍光管の中心からの半径方向の距離と、蛍
光管周辺の集光部（媒質）の屈折率との関係を示す図で
ある。

【図４】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トにおいて、集光部（媒質）の端面からの距離と、蛍光
管周辺の前記集光部の屈折率との関係を示す図である。

【図５】同一の屈折率の固体媒質を層状に重ねて、集光
部の屈折率を階段状に変化させた具体的な例を示す要部
断面図である。

【図６】同一の屈折率の固体媒質を層状に重ねて、集光
部の屈折率を階段状に変化させた具体的な例を示す要部
断面図である。

【図７】同一の屈折率の固体媒質を層状に重ねて、集光
部の屈折率を階段状に変化させた具体的な例を示す要部
断面図である。

【図８】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トにおいて、蛍光管の周囲の空洞により、蛍光管から出
射した光が導光している様子を示す要部断面図である。

【図９】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックライ
トにおいて、複雑なランプ反射カバーの形状でもその形
状を容易に形成、保持することができることを示す要部
断面図である。

【図１０】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックラ
イトの斜視図である。

【図１１】本発明の一実施例の液晶表示装置のバックラ
イトの斜視図である。

【図１２】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液
晶表示モジュールの一例の分解斜視図である。

【図１３】ラップトップパソコンの一例のブロックダイ
アグラムである。

【図１４】ラップトップパソコンの一例の斜視図であ
る。

【図１５】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液
晶表示素子における液晶分子の配列方向、液晶分子のね
じれ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸
の関係の一例を示した説明図である。

【図１６】液晶表示素子の一例の要部分解斜視図であ
る。

【図１７】別の例の液晶表示素子における液晶分子のね
じれ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸
の関係を示した説明図である。

【図１８】液晶表示素子の図１５の例についてのコント
ラスト、透過光色−交角α特性を示すグラフである。

【図１９】さらに別の例の液晶表示素子における液晶分
子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方
向および複屈折部材の光学軸の関係を示した説明図であ
る。

【図２０】交角α、β、γの測り方を説明するための図
である。

【図２１】液晶表示素子の上電極基板部の一例の一部切
欠斜視図である。

【符号の説明】

１…集光部、３６…蛍光管、３７…導光板、６５…拡散
シート、６６…反射シート、６７…ランプ反射カバー、
７６…空洞、７７…ゴムブッシュ、７８…反射面、７９
…反射体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子の下に配置され、蛍光管の光
を導光し、前記液晶表示素子に光を供給する導光板を含
んで成るバックライトを有する液晶表示装置において、
前記蛍光管の周囲に固体の媒質から成る集光部を設け、
かつ、前記集光部に連続して前記導光板を設けたことを
特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】液晶表示素子の下に配置され、蛍光管の光
を導光し、前記液晶表示素子に光を供給する導光板を含
んで成るバックライトを有する液晶表示装置において、
前記蛍光管の両端を除く周囲に導光体から成る集光部を
設け、前記集光部に連続して前記導光板を設け、かつ、
前記導光板の入光端面と前記蛍光灯の長軸とがほぼ平行
であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】液晶表示素子の下に配置され、蛍光管の光
を導光し、前記液晶表示素子に光を供給する導光板を含
んで成るバックライトを有する液晶表示装置において、
前記蛍光管の両端を除く周囲に導光体から成る集光部を
設け、前記集光部に連続して前記導光板を一体的に設
け、前記導光板の入光端面と前記蛍光灯の長軸とがほぼ
平行であり、かつ、前記集光部の各部の屈折率を、前記
蛍光管の光を前記導光体の方に導光するように調整した
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】前記蛍光管を前記集光部に設けた細長い貫
通穴に嵌合して設けたことを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記集光部と前記蛍光管との間に、前記蛍
光管の光の進む方向を制御するように形成された形状の
空洞を形成したことを特徴とする請求項１、２または３
記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記集光部の各部の屈折率を、前記蛍光管
の光を前記導光体の方に導光するように調整したことを
特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記集光部の各部の屈折率を、前記蛍光管
の光を前記導光体の方に導光するように前記導光板に近
づくにつれて徐々に大きく調整したことを特徴とする請
求項３または７記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記集光部の外側に、内面に反射面を設け
たランプ反射カバーをすき間なく覆って設けたことを特
徴とする請求項１、２または３記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記蛍光管の前記両端に嵌合する凹部を有
する保持具を有し、前記保持具の前記蛍光管側の面に反
射面を設けたことを特徴とする請求項１、２または３記
載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記蛍光管の前記両端に嵌合する凹部を
有する保持具を有し、前記保持具の前記蛍光管側の面
と、前記集光部の外側を覆うランプ反射カバーとの間に
反射体を設けたことを特徴とする請求項１、２または３
記載の液晶表示装置。