JP2009116050A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー表示の可能な透過型の液晶表示装置に係り、特に、液晶用バックライトから液晶表示装を透過する光の輝度向上を図り、表示品質を向上させたカラー液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a transmissive liquid crystal display device capable of color display, and more particularly to a color liquid crystal display device that improves the luminance of light transmitted from a liquid crystal backlight through a liquid crystal display device and improves display quality.
現在、透過型液晶表示装置では、横電界駆動(IPS(In Plane Switching))方式や垂直電界駆動(VA(Vertical Alignment))方式等の広視野角液晶表示装置がモニターとして普及しており、応答特性を向上してテレビとしても使われている。 At present, wide viewing angle liquid crystal display devices such as a lateral electric field drive (IPS (In Plane Switching)) method and a vertical electric field drive (VA (Vertical Alignment)) method are widely used as monitors in transmissive liquid crystal display devices. It is also used as a television with improved characteristics.
図1には、透過型液晶表示装置の断面が部分的に拡大されて示される。この液晶表示装置(液晶セル)は、ガラスやプラスティック等の材料から成る所謂透明な第一の基板102及び第二の基板109と、その間に挟持された液晶層105を備え、液晶層105を成す液晶分子は夫々の基板102,109の内側主面(液晶層105側)に形成された液晶配向膜104,106により特定の方位に配向される。第一の基板102の外側主面(液晶層105とは反対側)には偏光板(外付け偏光板)101が設けられ、この外側主面を照射するバックライトからの光は、偏光板101を透過して直線偏光された後、基板102を透過して液晶層105に入射する。第一基板102の内側主面には、液晶層105に電界を印加する画素電極等を含む表示回路配線層103が設けられ、これにより印加される電界に応じて液晶層105を透過する上記直線偏光の偏光軸の方位が変わる。液晶層105を透過した光は、表面保護膜107に覆われたカラーフィルタ層108に入射し、その特定の波長帯域以外の成分がカラーフィルタ層108で遮られる。一方、特定の波長帯域の成分は、その直線偏光の偏光軸と第二の基板109の外側主面に設けられた偏光板(外付け偏光板)110の辺光軸とのずれに応じて、その当該偏光板110から液晶セル外への出射量が増減する。
FIG. 1 shows a partially enlarged cross section of a transmissive liquid crystal display device. The liquid crystal display device (liquid crystal cell) includes a so-called transparent
或る画素に対応するカラーフィルタ層108の一部分を透過した直線偏光は、その偏光軸と偏光板110の偏光軸とが互いに直交するとき、偏光板110で遮られて当該画素を最も暗く(黒く)表示し、これらの偏光軸が同じ方位を向くとき、偏光板110を透過して当該画素を最も明るく(例えば、白く)表示する。しかし、実際には、液晶層105の複屈折の方位とこれに対する直線偏光の入射角度との関係により、原理的には黒を表示しても光が漏れることがある。従って、液晶表示装置において、特に白色表示の時の輝度(白輝度)向上と、黒表示の時の輝度(黒輝度、所謂光の漏れ)の低減が、その表示コントラストの支配的要因となる。
The linearly polarized light transmitted through a part of the
白輝度は、バックライト光源から液晶表示装置を透過して表示に利用される光量を増やすことが肝心であるが、液晶表示装置では表示回路配線による遮光されることや、青色、緑色、赤色の3色カラーフィルタを用いてカラー表示する場合は、バックライト光源からの可視域光に対して、このカラーフィルタが透過できる波長域が限られており、バックライト光量の1/3しか透過表示に利用されない問題など、バックライト光量を有効利用できていない。 The white luminance is important to increase the amount of light used for display through the liquid crystal display device from the backlight light source, but in the liquid crystal display device, it is shielded by the display circuit wiring, blue, green, red When color display is performed using a three-color filter, the wavelength range that the color filter can transmit with respect to visible light from the backlight light source is limited, and only 1 / of the backlight light quantity is transmitted. The backlight light quantity cannot be used effectively, such as the problem of not being used.
このバックライト光量を有効利用する手段として、波長変換層を用いる技術が特許文献1に記載されている。 Patent Document 1 describes a technique using a wavelength conversion layer as a means for effectively using the amount of backlight light.
波長変換層を用いる特許文献の技術では、波長変換された光の偏光性が考慮させていない。 In the technique of the patent document using the wavelength conversion layer, the polarization property of the wavelength-converted light is not taken into consideration.
液晶表示装置を成す液晶を挟持する2枚の基板の外側主面には、夫々、偏光板がその偏光軸が互いに光学的に直交するように貼り合わせている。これにより、バックライト光源からの光が、バックライト側に位置する偏光板を透過して偏光となり、それが液晶層を透過するときに偏光回転して、もう一枚の偏光板の軸にあった偏光光となって、偏光板を透過し、表示に寄与する。上記特許文献1に教示される上記波長変換層は、この基板間に蛍光物質から成る層として配置される。 Polarizing plates are bonded to the outer main surfaces of the two substrates sandwiching the liquid crystal forming the liquid crystal display device so that their polarization axes are optically orthogonal to each other. As a result, the light from the backlight light source passes through the polarizing plate located on the backlight side and becomes polarized light. When the light passes through the liquid crystal layer, the light rotates and is aligned with the axis of the other polarizing plate. The polarized light is transmitted through the polarizing plate and contributes to display. The wavelength conversion layer taught in Patent Document 1 is disposed as a layer made of a fluorescent material between the substrates.
蛍光物質が、光を吸収してエネルギー準位の高い励起状態になり、そこから励起エネルギーが基底状態に失活するときにエネルギーを蛍光として放出することで、既特許文献は光を波長変換している。 The fluorescent substance absorbs light and enters an excited state with a high energy level, and when the excitation energy is deactivated to the ground state, it emits energy as fluorescence, and the patent literature converts the wavelength of light. ing.
しかしながら、通常蛍光として放出させる光は無偏光となり、偏光板を透過する際に、偏光軸からずれた光が漏れることになる。このため、黒輝度が明るくなる傾向で、コントラスト低下を引き起こし、表示性能が悪くなる。 However, the light that is normally emitted as fluorescence becomes non-polarized light, and light that deviates from the polarization axis leaks when passing through the polarizing plate. For this reason, the black luminance tends to become brighter, causing a decrease in contrast and deteriorating display performance.
上述の課題は、下記の手段により解決される。 The above-mentioned problem is solved by the following means.
対向する第1の基板と第2の基板とで液晶層を挟持し、第1の基板裏面から入射する光が第2の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、第1の手段は:
第2の基板の液晶層に対峙する側(例えば、その液晶層側の主面)に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を、第1の基板及び第2の基板の液晶層とは反対側の主面の各々に外付けの偏光板を夫々備え;且つ
第2の基板の偏光層上面(当該偏光層より液晶層側)に、第1の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長420nm以下の成分を吸収して波長420nm以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備える。
In a transmissive liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is sandwiched between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate, the display is performed. Means:
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate (for example, the main surface on the side of the liquid crystal layer) is a liquid crystal of the first substrate and the second substrate. An external polarizing plate is provided on each of the main surfaces opposite to the layers; and a liquid crystal layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate (the liquid crystal layer side of the polarizing layer) from the back surface of the first substrate. A wavelength conversion layer containing a substance that absorbs a component having a wavelength of 420 nm or less and transmits light having a wavelength of 420 nm or more is provided.
第2の手段は、対向する第1の基板と第2の基板とで液晶層を挟持し、第1の基板裏面から入射する光が第2の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において:
第1の基板及び第2の基板の液晶層とは反対側(の主面の各々)に、外付けの偏光板を備え;
第2の基板の液晶層に対峙する側(例えば、その液晶層側の主面)に、2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え;
第2の基板の偏光層上面(当該偏光層より液晶層側)に、カラーフィルタ層を備え;且つ
カラーフィルタ層上面に、第1の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長420nm以下の成分を吸収して波長420nm以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備える。
The second means is a transmissive liquid crystal in which a liquid crystal layer is sandwiched between the first substrate and the second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate to perform display. In the display device:
An external polarizing plate is provided on each side of the first substrate and the second substrate opposite to the liquid crystal layer (each main surface);
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate (for example, the main surface on the liquid crystal layer side);
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate (the liquid crystal layer side from the polarizing layer); and the wavelength of light of 420 nm or less that is transmitted through the liquid crystal layer from the back surface of the first substrate on the upper surface of the color filter layer A wavelength conversion layer containing a substance that absorbs components and emits light having a wavelength of 420 nm or more is provided.
第3の手段は、対向する第1の基板と第2の基板とで液晶層を挟持し、第1の基板裏面から入射する光が第2の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において:
第1の基板及び第2の基板の液晶層とは反対側(の主面の各々)に、外付けの偏光板を備え;
第2の基板の液晶層に対峙する側(例えば、その液晶層側の主面)に、2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え;
第2の基板の偏光層上面(当該偏光層より液晶層側)に、カラーフィルタ層を備え;
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え;且つ
顔料分散色パターン(色フィルタ)の夫々は、可視光域の光を吸収し且つ当該吸収光よりも長波長側)の波長領域で発光する物質を含有することにより、波長変換機能を有する。
A third means is a transmissive liquid crystal that displays an image by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate. In the display device:
An external polarizing plate is provided on each side of the first substrate and the second substrate opposite to the liquid crystal layer (each main surface);
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate (for example, the main surface on the liquid crystal layer side);
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate (on the liquid crystal layer side of the polarizing layer);
The color filter layer has a black matrix pattern and blue, green, and red pigment dispersion color patterns; and each of the pigment dispersion color patterns (color filters) absorbs light in the visible light range and is longer than the absorbed light. It has a wavelength conversion function by containing a substance that emits light in the wavelength region on the wavelength side.
第4の手段は、対向する第1の基板と第2の基板とで液晶層を挟持し、第1の基板裏面から入射する光が第2の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において:
第1の基板と第2の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え;
第2の基板の液晶層に対峙する側に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え;
第2の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え;
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え;
青色パターンは、第1の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長420nm以下の光を吸収して、波長420nm以上の光を発する物質を含有し、
緑色パターンは、第1の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長460nm以下の光を吸収して、波長460nm以上の光を発する物質を含有し、
赤色パターンは、第1の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長550nm以下の光を吸収して、波長550nm以上の光を発する物質を含有することにより、波長変換機能を夫々示す。
A fourth means is a transmissive liquid crystal that displays an image by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate. In the display device:
An external polarizing plate is provided on the opposite side of the liquid crystal layer of the first substrate and the second substrate;
A polarizing layer formed by aligning a dichroic dye in a uniaxial direction on the side of the second substrate facing the liquid crystal layer;
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate;
The color filter layer has a black matrix pattern and blue, green and red pigment dispersion color patterns;
The blue pattern contains a substance that absorbs light having a wavelength of 420 nm or less of light transmitted through the liquid crystal layer from the back surface of the first substrate and emits light having a wavelength of 420 nm or more,
The green pattern contains a substance that absorbs light having a wavelength of 460 nm or less and transmits light having a wavelength of 460 nm or more from the back surface of the first substrate.
The red pattern exhibits a wavelength conversion function by containing a substance that absorbs light having a wavelength of 550 nm or less and transmits light having a wavelength of 550 nm or more from the back surface of the first substrate.
上述した手段のいずれかを備える透過型液晶表示装置において、上記第1の基板の液晶層とは反対側の主面に照明装置(バックライト)を対向させるとよく、上記偏光層の偏光軸と上記第2の基板にある偏光板の偏光軸とを同じ角度に合わせ(当該第2基板の主面内で互いに重ならせ)且つ当該偏光軸のいずれかと第1の基板にある偏光板の偏光軸とを直交させてもよい。 In a transmissive liquid crystal display device including any of the above-described means, an illuminating device (backlight) may be opposed to a main surface opposite to the liquid crystal layer of the first substrate, and the polarization axis of the polarizing layer may be The polarization axis of the polarizing plate on the second substrate is aligned with the same angle (overlapping each other in the main surface of the second substrate), and the polarization of the polarizing plate on the first substrate is aligned with one of the polarization axes The axis may be orthogonal.
上述の液晶表示装置では、波長変換層に入射した光がこれに吸収されることにより、その波長が入射時より長波長側にシフトされて当該波長変換層から無偏光で放出される光が偏光層に入射する。波長が変換された当該放出光は、偏光層を透過することにより、その無偏光成分が遮光されて、外付け偏光板の偏光軸と整合した光(直線偏光)のみが液晶表示装置の画面から出射され、その画像表示に利用される。通常、バックライト光源から液晶表示装置(液晶層)に入射されられる可視域光(例えば、波長帯域:380〜780nm(ナノメートル)の光)は、カラーフィルタによりその一部の波長帯域以外が遮光されていた。しかし、本発明では、カラーフィルタにより遮光されていた光の特に上記波長帯域より短波長の成分が波長変換層により長波長の光に変換され、カラーフィルタを通して画面から出射される光として有効利用される。その結果、当該画面による透過表示の白輝度を向上し、黒輝度を低下させることで、液晶表示装置の表示性能(特にコントラスト比)が向上される。 In the above-described liquid crystal display device, light incident on the wavelength conversion layer is absorbed by the liquid crystal display device, so that the wavelength is shifted to the longer wavelength side from the incident time, and light emitted from the wavelength conversion layer without polarization is polarized. Incident to the layer. The emitted light whose wavelength has been converted passes through the polarizing layer so that its non-polarized light component is shielded, and only the light (linearly polarized light) aligned with the polarization axis of the external polarizing plate is transmitted from the screen of the liquid crystal display device. The light is emitted and used for image display. Usually, visible light (for example, light having a wavelength band of 380 to 780 nm (nanometer)) incident on a liquid crystal display device (liquid crystal layer) from a backlight light source is blocked by a color filter except for a part of the wavelength band. It had been. However, in the present invention, light components that are shielded from light by the color filter, particularly components having a wavelength shorter than the above wavelength band, are converted into light having a longer wavelength by the wavelength conversion layer, and are effectively used as light emitted from the screen through the color filter. The As a result, the display performance (particularly the contrast ratio) of the liquid crystal display device is improved by improving the white luminance of the transmissive display by the screen and reducing the black luminance.
以下、本発明の実施の形態について、図2ないし6を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
これらと比較される通常(公知)の液晶表示装置は、図1に示される。 A normal (known) liquid crystal display device to be compared with these is shown in FIG.
本発明による液晶表示装置の実施形態の一つを実施例1として、図2を用いて説明する。 One embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention will be described as Example 1 with reference to FIG.
ガラス基板(第1の基板)202上には、薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層203が形成されている。表示装置203として示された層には、例えば、薄膜トランジスタ(電界効果型トランジスタ)、そのソース電極(又はドレイン電極)及びゲート電極に電圧信号を印加する配線層、及びそのドレイン電極(又はソース電極)に接続され且つ液晶層に対向する画素電極が含まれるが、これらの詳細な図示は割愛される。表示回路配線層(回路層)203の表面には、液晶(液晶層205を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜204が形成されている。
On a glass substrate (first substrate) 202, a display
ガラス基板(第2の基板)209上、即ちその内側主面(液晶層205側の主面)には、2色性色素が配向させながら塗布されることにより、偏光層211が形成されている。
A
このとき、本偏光層211は、ガラス基板209の外側主面(液晶層205とは反対側の主面)に設けられた(例えば、貼り付けられた)外付け偏光板210と同じ方位の偏光軸を有する。
At this time, the
偏光層211の上には、カラー表示のためのカラーフィルタ層208が形成される。カラーフィルタ層208には、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いてブラックマトリックス(格子状の遮光パターン)と、赤色、緑色、青色それぞれの顔料をポリマー材料に分散させた材料を用いて、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のパターンとが、組み合わせて形成される。
A
カラーフィルタ層208上には、その表面を平坦化する効果を奏するとともに、420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する波長変換層207が形成される。波長変換層207上には、液晶(液晶層205を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜206が形成される。
On the
ガラス基板202とガラス基板209とは、夫々の周辺部(表示せず)でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わされ、これらの基板間の空間で液晶層205が挟持される。これにより、所謂液晶セル(液晶パネル、液晶表示素子とも呼ばれる)が得られた。
The
本液晶セルの基板202,209の外側主面に偏光板201、210が貼り合わされ、この液晶セルをガラス基板(第1の基板)202の外側主面に対向するバックライトユニット(図示せず)と組み合わせることで、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
本液晶表示装置では、バックライトユニットからの可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が偏光板201を透過することで、直線偏光となり、ガラス基板(第1の基板)を通して液晶層205に入射する。この直線偏光が液晶層205を透過する際に、その偏光性(偏光軸)が回転して、外付け偏光板210の偏光軸と概ね同じ方位を向く。
In the present liquid crystal display device, light having a luminance peak wavelength in the visible light region from the backlight unit passes through the
液晶層205を透過した光は、波長変換層207に入射する。波長変換層は、これに入射した420nm以下の光を吸収し、且つ波長420nm以上の光を発するため、波長変換層207からカラーフィルタ層208(特に赤色、緑色、及び青色のパターン)に入射する波長420nm以上の光量は増加する。波長変換層207は、例えば、クマリン(Coumarin,C9H6O2)の誘導体である蛍光色素のクマリン445(C12H13NO2)や、レーザ色素として知られるLD425(C13H14N2O3),スチルベン420(Stilbene 420,C28H20O6S2.2Na),カーボスチリル165(Carbostyril 165,C12H14N2O)で形成される。これらの化学式を以下に示す。
The light transmitted through the
これらの物質の物理的特性は、Exciton社(Dayton,Ohio,USA)のウェブサイト(http://www.exciton.com/)で調べられる。例えば、クマリン445は、363nmを中心とする短波長帯域の光(紫外光)を吸収し且つ430nmを中心とする言わば青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素:LD425は、357nmを中心とする短波長帯域の光(紫外光)を吸収し且つ427nmを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素:スチルベン420は、349nmを中心とする短波長帯域の光(紫外光)を吸収し且つ425nmを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素:カーボスチリル165は、360nmを中心とする短波長帯域の光(紫外光)を吸収し且つ425nmを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。 The physical properties of these materials can be examined on the website of Exciton (Dayton, Ohio, USA) (http://www.exciton.com/). For example, the coumarin 445 absorbs light (ultraviolet light) in a short wavelength band centered on 363 nm and emits fluorescence in a blue wavelength band centered on 430 nm. Laser dye: LD425 absorbs light in a short wavelength band centered on 357 nm (ultraviolet light) and emits fluorescence in a blue wavelength band centered on 427 nm. Laser dye: Stilbene 420 absorbs light in a short wavelength band centered on 349 nm (ultraviolet light) and emits fluorescence in a blue wavelength band centered on 425 nm. Laser dye: Carbostyril 165 absorbs light (ultraviolet light) in a short wavelength band centered on 360 nm and emits fluorescence in a blue wavelength band centered on 425 nm.
上記いずれの物質から成る波長変換層207も、これにより吸収されない言わば長波長帯域の光を外付け偏光板201で与えられた直線偏光が保たれた状態で透過させ、カラーフィルタ層208に入射させる。カラーフィルタ層208では、直線偏光された入射光のうち、特定の波長帯域の成分が直線偏光を保ったまま透過し、それ以外の成分は吸収される。特定波長の成分は、直線偏光を保ちながら偏光層(内蔵偏光板)211、ガラス基板209、及び偏光板210を通して、液晶セルの画面から出射させる。一方、上述のように紫外光を吸収した波長変換層207からは、青色の無偏光な光が放出される。この光は、カラーフィルタ層208を透過し、偏光層211に入射して初めて直線偏光に変換される。
The
波長変換層207が、液晶層205からこれに入射する可視領域の直線偏光を、自ら散乱させることにより若干損失する可能性は否めない。また、ヒトに視認されない紫外光を波長変換層207で可視化しても、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ層を透過し得る当該可視光の波長帯域は限定される。しかし、バックライト等から液晶セルに入射しながらも、殆どがカラーフィルタ層208に吸収されていた紫外光等の短波長光を波長変換層で波長420nm以上の光に変えることで、当該液晶セルの画面からその観察者に向けて放出される光量は、波長変換層がない液晶セルのそれよりも増え、表示画像の輝度やコントラスト比も格段に向上する。
There is no denying that the
なお、波長変換層207で発生した光は無偏光のままカラーフィルタ層を透過し、その一部の成分は偏光層211で言わば遮られて当該偏光層211と同じ偏光軸の光(直線偏光)のみが透過する。従って、波長変換層207で発生させた光の一部を偏光層211で捨てるように見える。しかし、波長変換層207と偏光層211とをカラーフィルタ層208を介して配置することで、或る画素に対応する波長変換層207の一部で生じた無偏光の光が、当該画素に隣接する他の画素へ漏れ難くなる。即ち、波長変換層207とこれが形成された基板209の内側主面との間に偏光層211が形成されているため、波長変換層207で生じた無偏光の光はカラーフィルタ層208を通過するや否や、偏光層211で直線偏光に変えられることにより、その基板209の内側主面内での放散は抑えられる。また、当該画素で発生した光が他の画素に対応するカラーフィルタ層208の一部分から出射しようとしても、偏光層211で遮られる。その結果、波長変換層207により隣接し合う画素どうしが識別し難くなるということもない。その一方、或る画素で発生した光は、外付け偏光板210と同じ偏光軸を有する偏光層211により直線偏光に変換されるため、当該画素に対応する外付け偏光板210の部分を殆ど損失することなく透過し、液晶セルによる画像表示に寄与する。
The light generated in the
以上詳述したように、波長変換層により波長420nm以上の光量は増加することになり、表示に寄与する光量を増やすことで輝度が向上する。 As described in detail above, the wavelength conversion layer increases the amount of light having a wavelength of 420 nm or more, and the luminance is improved by increasing the amount of light that contributes to display.
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例2として、図3を用いて説明する。 Another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention will be described as a second embodiment with reference to FIG.
ガラス基板(第1の基板)302上には、薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層(回路層)303が形成されている。この表示回路配線層303の詳細は、実施例1で説明された表示回路配線層203と概ね同様である。表示回路配線層303の表面には、液晶(液晶層305を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜304が形成されている。
A display circuit wiring layer (circuit layer) 303 using a thin film transistor as a switching element is formed on a glass substrate (first substrate) 302. The details of the display
ガラス基板(第2の基板)309上、即ちその内側主面(液晶層305側の主面)には、2色性色素が配向されながら塗布されることにより、偏光層311が形成されている。
A
このとき、本偏光層311は、ガラス基板309の外側主面(液晶層305とは反対側の主面)に設けられた(例えば、貼り付けられた)外付け偏光板310と同じ方位の偏光軸を有する。
At this time, the
偏光層311の上には、カラー表示のためのカラーフィルタ層が形成される。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いてブラックマトリックスの格子状の遮光パターン308と、この遮光パターン308で区画された複数の領域(例えば、遮光パターン308に形成された複数の開口)には、夫々、赤色(R)のカラーフィルタ312、緑色(G)のカラーフィルタ313、及び青色(B)のカラーフィルタ314とを備える。これらのカラーフィルタ312,313,314は、下記の如く特徴付けられる。
A color filter layer for color display is formed on the
赤色(R)のカラーフィルタ312は、赤色の顔料が分散され、且つ波長550nm以下の光を吸収して波長550nm以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン308の開口に充填して形成され、赤色の波長帯域より短い波長の光を赤色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、その化学式が以下に示されるキートン・レッド620(KitonRed 620,C27H29N2NaO7S2)やフルオロセイン系色素の一種である2’,7’−ジクロロフルオロセイン(2',7'-Dichlorofluorescein(DCF),C20H10Cl2O5)が用いられる。
The red (R)
これらの物質の物理的特性も、上述したExciton社のウェブサイトで得られる。赤色カラーフィルタ312に添加できる波長変換物質として、上述の2種類の他に、NKX2288,NKX2222,NK2685,NK2687,NK529等のクマリン色素、DCM([2-[2-[4-(dimethylamino)phenyl]ethenyl]-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene]-propanedinitrile,C19H17N3O)等のニトリル、過塩素酸ナイルブルーA(Nile Blue A perchlorate,IUPAC名=5-Amino-9-diethyliminobenzo [a] phenoxazonium perchlorate)、過塩素酸1,1’ ,3,3,3’,3’−ヘキサメチルインドトリカルボシアニン(1,1',3,3,3',3'-Hexamethylindotricarbocyanine perchlorate)、過塩素酸1,1’ ,3,3,3’,3’−ヘキサメチル−4,4’,5,5’−ジベンゾ−2,2’−インドトリカルボシアニン(1,1',3,3,3',3'-Hexamethyl-4,4', 5, 5'-dibenzo-2,2'-indotricarbocyanine perchlorate)、クリスタルバイオレット(Crystal Violet)、オキサジン4(Oxazine 4),オキサジン170,オキサジン1等の色素の過塩素酸、及びピリジン1(Pyridine 1),スチリル7(Styryl 7),スチリル7,ピリジン2,レッドGG(Red GG,IUPAC名=4-Nitrobenzenediazonium tetrafluoroborate),レッド5B等のレーザ色素も利用できる。 The physical properties of these materials are also available on the Exciton website described above. In addition to the above two types of wavelength converting substances that can be added to the red color filter 312, coumarin dyes such as NKX2288, NKX2222, NK2585, NK2687, and NK529, DCM ([2- [2- [4- (dimethylamino) phenyl] ethenyl] -6-methyl-4H-pyran-4-ylidene] -propanedinitrile, C 19 H 17 N 3 O), Nile Blue A perchlorate, IUPAC name = 5-Amino-9 -diethyliminobenzo [a] phenoxazonium perchlorate), 1,1 ', 3,3,3', 3'-hexamethylindotricarbocyanine (1,1 ', 3,3,3', 3'-Hexamethylindotricarbocyanine) perchlorate), perchlorate 1,1 ′, 3,3,3 ′, 3′-hexamethyl-4,4 ′, 5,5′-dibenzo-2,2′-indotricarbocyanine (1,1 ′, 3,3,3 ', 3'-Hexamethyl-4,4', 5, 5'-dibenzo-2,2'-indotricarbocyanine perchlorate), crystal bio Perchloric acid of pigments such as Crystal Violet, Oxazine 4, Oxazine 170, Oxazine 1, and Pyridine 1, Styryl 7, Styryl 7, Pyridine 2, Red GG Laser dyes such as (Red GG, IUPAC name = 4-Nitrobenzenediazonium tetrafluoroborate), and Red 5B can also be used.
緑色(G)のカラーフィルタ313は、緑色の顔料が分散され、且つ波長460nm以下の光を吸収して波長460nm以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン308の開口に充填して形成され、青緑色の波長帯域より短い波長の光を青緑色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、その化学式が以下に示されるクマリン120(Coumarin 120,C10H9NO2)や、1,4−ビス−2−(4−メチル−5−フェニルオキサゾリル)ベンゼン(DMPOPOP又はDimethyl-POPOPとも記す,IUPAC名=4-methyl-2-[4-(4-methyl-5-phenyl-1,3-oxazol-2-yl)phenyl]-5-phenyl-1,3-oxazole(C26H20N2O2))、2−キノリノール(2-Quinolinol,IUPAC名=1H-quinolin-2-one(C9H7NO))を用いてもよい。
The green (G)
緑色カラーフィルタ313に添加できる波長変換物質として、上述の3種類の他に、クマリン545,クマリン153,クマリン6,クマリン2,クマリン4,クマリン30,クマリン535,NKX2068,NKX2204等のクマリン色素や、ピロメテン597(Pyrromethene 597),ピロメテン580,ピロメテン546,ピロメテン567等のピロメテン色素、ベーシック・イエロー1(Basic Yellow 1)とも呼ばれるチオフラビンT(Thioflavin T,IUPAC名=4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride(C17H19ClN2S)),ベーシック・イエロー2と呼ばれるオーラミン(IUPAC名=4-(4-dimethylaminobenzenecarboximidoyl)-N,N-dimethylaniline hydrochloride), ジスアゾイエローやピグメント・イエロー17とも呼ばれるイエロー3G(Yellow 3G,IUPAC名=trisodium 2,5-dichloro-4-[(4Z)-4-[[5-[[4-chloro-6-[(4-sulfonatophenyl)amino]-1,3,5-triazin-2-yl]amino]-2-sulfonatophenyl]hydrazinylidene]-3-methyl-5-oxopyrazol-1-yl]benzenesulfonate)等の顔料、カルセインブルー(Calcein Blue,IUPAC名=2-[carboxymethyl-[(7-hydroxy-4-methyl-2-oxochromen-8-yl)methyl]amino]acetic acid(C15H15NO7)),1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン(Bis−MSB),フルオロール555(Fluorol 555),フルオレセイン548(Fluorescein 548,IUPAC名=3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene]-1-one)等の蛍光色素を用いてもよい。
In addition to the above three types, wavelength conversion substances that can be added to the
青色(B)のカラーフィルタ314は、青色の顔料が分散され、且つ波長420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン308の開口に充填して形成され、青紫色の波長帯域より短い波長の光を青色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、実施例1に挙げたクマリン445や、LD425、スチルベン420、カーボスチリル165が用いられるが、それ以外に、次の材料も用いられる。その1つ目の群は、クマリン1(Coumarin 1,IUPAC名=7-Diethylamino-4-methylcoumarin),クマリン4,クマリン102,クマリン106,クマリン481,クマリン485,クマリン490,クマリン498,クマリン500,クマリン503,クマリン504,クマリン510,クマリン521,クマリン523,クマリン525,NKX1637等のクマリン色素から成る。2つ目の群は、LD466(IUPAC名=7-(diethylamino)-2H-1-benzopyran-2-one,C13H15NO2),LD473(IUPAC名=1,2,3,8-tetrahydro-1,2,3,3,8-pentamethyl-5-(trifluoromethyl)-7H-pyrrolo [3,2-g] quinolin-7-one,C17H19F3N2O),LD490(IUPAC名=2,3,6,7-tetranydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinoliz-11-one,C15H15NO2)等のレーザ色素から成る。また、これらの群とは別に、ペリレン(Perylene,C20H12)を波長変換物質として用いてもよい。
The blue (B)
次に、カラーフィルタ層の表面(特に遮光パターン308と複数種のカラーフィルタ312,313,314に因る起伏)を平坦化し且つ当該カラーフィルタ層を液晶層から隔てるために、カラーフィルタ層上に保護層307を形成する。さらに、液晶層305を成す液晶を基板309の主面に対して所定方位に配向するためのポリイミド系配向膜306を保護層307上に形成する。
Next, in order to flatten the surface of the color filter layer (particularly the undulation caused by the
ガラス基板302とガラス基板309とを夫々の周辺部(表示せず)でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶305を封入する。勿論、一対の基板302,309を貼り合わせる前に、その一方の主面に液晶を滴下し、その後、当該液晶を一対の基板302,309の主面で挟み込むようにして、これらを貼り合わせてもよい。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
The
本液晶セルの基板302,309の外側主面に偏光板301、310が貼り合わされ、この液晶セルを基板(第1の基板)302の外側主面に対向するバックライトユニット(図示せず)と組み合わせることで、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
Polarizing
本液晶表示装置では、バックライトユニットからの可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が偏光板301を透過することで、直線偏光となり、基板(第1の基板)を通して液晶層305に入射する。この直線偏光が液晶層305を透過する際に、その偏光性(偏光軸)が回転して、外付け偏光板310の偏光軸と概ね同じ方位を向く。
In the present liquid crystal display device, light having a luminance peak wavelength in the visible light region from the backlight unit passes through the
液晶層305を透過した光は、赤色、緑色、青色のカラーフィルタの312,313,314に入射する。
The light transmitted through the
赤色のカラーフィルタ312が設けられた画素において、液晶層305を透過する直線偏光には、赤色以外の波長の成分も含まれる。この成分となる光のうち、「赤色の波長帯域よりも短い波長の光」は、カラーフィルタ312に含まれる赤色の顔料に吸収され易く、故に当該カラーフィルタ312は特に550nm以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで赤色のカラーフィルタ312で捨てられていた550nm以下の波長域の光を、当該赤色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長550nm以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この赤色カラーフィルタ312を透過する光量を増やす。
In the pixel provided with the
赤色のカラーフィルタに限らず、偏光板301で直線偏光され且つ液晶層305で伝搬された液晶セルへの入射光の可視波長全体における強度は、その特定波長帯域(カラーフィルタが高い光透過率を示す波長帯域)にある成分以外のカラーフィルタによる吸収で低下せざるを得ない。しかし、この特定波長帯域より短波長側にある入射光の成分を、当該帯域にある波長を有する光に変換することで、液晶セルから最終的に出射される光の減衰を抑える効果は、赤色以外のカラーフィルタでも得られる。
Not only the red color filter but also the intensity of the incident light to the liquid crystal cell linearly polarized by the
緑色のカラーフィルタ313が設けられた画素では、液晶層305を透過する直線偏光の「緑色の波長帯域より短い波長を持つ成分(青色から紫外に到る波長帯域の光)」の波長を変換し、緑色の光として液晶セルから出射させる。波長変換すべき緑色より短波長の光は緑色の顔料に吸収され易く、故に当該カラーフィルタ313は特に460nm以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで緑色のカラーフィルタ313で捨てられていた460nm以下の波長域の光を、当該緑色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長460nm以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この緑色カラーフィルタ313を透過する光量を増やす。
In the pixel provided with the
青色のカラーフィルタ314が設けられた画素でも同様に、液晶層305を透過する直線偏光の「青色の波長帯域より短い波長を持つ成分(紫色から紫外に到る波長帯域の光)」の波長を変換し、青色の光として液晶セルから出射させる。青色より短波長の光は、そのエネルギーの高さゆえ、緑色の顔料のみならず、カラーフィルタ314内の不純物等でも吸収され易く、損失されやすい。このため、当該カラーフィルタ314は特に420nm以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで青色のカラーフィルタ314で捨てられていた420nm以下の波長域の光を、当該青色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長420nm以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この青色カラーフィルタ314を透過する光量を増やす。
Similarly, in the pixel provided with the
それぞれのカラーフィルタ312〜314で波長変換により発生させる光の波長(下限値)は、液晶セルにおけるカラー表示の態様に応じて適宜調整され得る。例えば、青色のカラーフィルタで410nm以上の光を発生させて、液晶セルの表示画像における「青み」を強調してもよい。
The wavelength (lower limit value) of light generated by the wavelength conversion in each of the
赤色、緑色、青色のカラーフィルタ312〜314の各々で、その入射光(直線偏光)の波長変換により生じた光は無偏光であり、直線偏光に比べて、媒質(本実施例ではカラーフィルタ)の内部で任意の方向に伝搬される。この問題は、上述した特定の波長変換物質のみならず、このような機能を呈する物質全般に共通する。このため、波長変換で生じた光の一部が暗く表示される画素から漏れる可能性も否めない。本実施例では、各画素に応じた波長変換を、画素間を隔てる遮光パターン308の開口内に形成されたカラーフィルタ312〜314で行っている。このため、無偏光の光は遮光パターン308に遮られて、周囲の画素に漏れ難くなる。
In each of the red, green, and
また、カラーフィルタ312〜314とこれらが形成された基板309の主面との間に偏光層311が形成されている。このため、カラーフィルタ312〜314で生じた無偏光の光は、当該主面内で放散される前に偏光層311で直線偏光に変えられ、その望ましからぬ無偏光成分は、偏光層311で遮光される。液晶層305が電界の印加されない状態で、最も暗く表示される所謂ノーマリ・ブラック(Normally Black)駆動の液晶セルでは、液晶層305を透過した光を出射させる基板309の外側主面に設けられた偏光板310の偏光軸が、電界が印加されない液晶層305を透過した直線偏光の偏光軸と最も大きい角度(最大90°)で交差し、且つ最も強い電界が印加された液晶層305を透過した直線偏光の偏光軸と最も小さい角度(最小0°)で交差する方位に向けられる。偏光層311は、その偏光軸を当該偏光板310の偏光軸の方位に合わせて形成されるため、カラーフィルタ312〜314で生じた光も、偏光層311で直線偏光させられた成分のみが偏光板310を透過して液晶セルから出射され、画像表示に寄与する。
A
以上詳述したように、本実施例では、画素毎にその入射光の波長変換を行い、画素毎から出射される光量を増加することになり、液晶セルの画面全域で画像表示に寄与する光量を増やし、その表示輝度を向上させる。 As described in detail above, in this embodiment, the wavelength of the incident light is converted for each pixel, and the amount of light emitted from each pixel is increased, which contributes to image display over the entire screen of the liquid crystal cell. Increase the display brightness.
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例3として、図4を用いて説明する。 Another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention will be described as a third embodiment with reference to FIG.
ガラス基板(第1の基板)402上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層(回路層)403が形成されていること;この表示回路配線層403の表面に液晶(液晶層405を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜404が形成されていること;ガラス基板402及びガラス基板(第2の基板)409の外側主面(液晶層405とは反対側の主面)に偏光板(外付け偏光板)401,410が夫々設けられていること;ガラス基板409の内側主面(液晶層405側)上には2色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層411が形成されていること;及び本偏光層411と外付け偏光板410との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例1及び実施例2で述べられた液晶セルと共通する。
A display circuit wiring layer (circuit layer) 403 having a thin film transistor as a switching element is formed on a glass substrate (first substrate) 402; a liquid crystal (a liquid crystal forming a liquid crystal layer 405) is formed on the surface of the display
偏光層411の上には、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成される。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス(格子状の遮光パターン)408と、この遮光パターン408で区画された複数の領域(例えば、遮光パターン408に形成された複数の開口)には、夫々、赤色(R)のカラーフィルタ412、緑色(G)のカラーフィルタ413、及び青色(B)のカラーフィルタ414とを備える。これらのカラーフィルタ412,413,414は、下記の如く特徴付けられる。
On the
赤色(R)のカラーフィルタ412は、赤色の顔料を分散され、且つ波長550nm以下の光を吸収して波長550nm以上の光を発する物質(波長変換物質)を含有するポリマー材料を遮光パターン408の開口に充填して形成され、赤色の波長帯域より短い波長の光を赤色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。緑色(G)のカラーフィルタ413は、緑色の顔料を分散さされ、且つ波長460nm以下の光を吸収して波長460nm以上の光を発する物質(波長変換物質)を含有するポリマー材料を遮光パターン408の開口に充填して形成され、青緑色の波長帯域より短い波長の光を青緑色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する波長変換機能を示す。青色(B)のカラーフィルタ414は、青色の顔料を分散され、且つ波長420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する物質(波長変換物質)を含有するポリマー材料を遮光パターン408の開口に充填して形成され、青紫色の波長帯域より短い波長の光を青色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する波長変換機能を示す。
The red (R)
偏光層411上に形成される赤色カラーフィルタ412、緑色カラーフィルタ413、及び青色カラーフィルタ414の構造及び特性は、実施例2にて先述した赤色カラーフィルタ312、緑色カラーフィルタ313、及び青色カラーフィルタ314の夫々と同じであり、カラーフィルタ412〜414の各々に添加される「波長変換物質」も実施例2に列挙されている。
The structures and characteristics of the
しかし、本実施例の液晶セルは、遮光パターン408及びカラーフィルタ412〜414からなる「カラーフィルタ層」上に「420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する波長変換層407」が形成されることで、実施例2で説明された液晶セルと相違する。波長変換層407は、実施例2における保護層307と同様に、カラーフィルタ層上面に生じた遮光パターン408やカラーフィルタ412〜41等に起因する凹凸を平坦化する効果を奏する。この波長変換層407上に、液晶層405内の液晶を基板409の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜406が形成される。その後、ガラス基板402とガラス基板409とを、夫々の周辺部(表示せず)でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶405を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
However, in the liquid crystal cell of this example, the “
さらに、本液晶セルの基板402,409の外側主面に偏光板401、410が貼り合わされ、この液晶セルを基板402の外側主面に対向するバックライトユニット(図示せず)と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
Furthermore,
本実施例の液晶表示装置では、バックライトユニットから放射された可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が、偏光板401を透過して直線偏光され、この直線偏光が液晶層405を透過する間に、その偏光性(偏光軸)が回転されて、外付け偏光板410の偏光軸と同じ方位に向けられる。
In the liquid crystal display device of this embodiment, light having a luminance peak wavelength in the visible light region radiated from the backlight unit passes through the
液晶層405を透過した光は、波長変換層407に入射する。波長変換層407は420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発するため、波長420nm以上の光量は増加することになる。例えば、波長変換層407が、波長変換物質としてクマリン445、並びにレーザ色素:LD425,スチルベン420,及びカーボスチリル165のいずれかを含むとき、波長変換層407に入射した直線偏光の紫外光は、425〜430nmを中心とする波長帯域の無偏光(青色の蛍光)として波長変換層407から出射される。波長変換層407が、当該4種類の波長変換物質の少なくとも一つを含む場合、これから出射される光の波長帯域は、所謂青色光の波長帯域内に留まらず、これを越えて長波長側に広がり得る。従って、波長変換層407からの出射光の強度は、赤色光や緑色光に対応する波長帯域でも、青色光の波長帯域程ではないが、上昇が認められる。
The light transmitted through the
波長変換層を透過してその可視波長領域の光量が増した光は、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタ412,413,414に夫々入射する。これらのカラーフィルタ412〜414に添加される波長変換物質は、波長変換層407に添加される上記4種の波長変換物質のように、これに入射する紫外光に対して高い波長変換効率を示すとは限らない。例えば、赤色カラーフィルタ412に実施例2に記したDCMを添加すると、赤色カラーフィルタ412は481nm(青緑色)を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ644nmを中心とする言わば赤色の波長帯域の蛍光を発する。また、緑色カラーフィルタ413にフルオロール555(IUPAC名:2-butyl-6-(butylamino)-1H-benz[de]isoquinoline-1,3(2H)-dione,C20H24N2O2)を添加すると、緑色カラーフィルタ413は442nm(青色)を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ536nmを中心とする言わば緑色の波長帯域の蛍光を発する。さらに、実施例2に記したレーザ色素:LD490が添加された青色カラーフィルタ414は、396nm(紫色)を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ474nmを中心とする言わば青色の波長帯域の蛍光を発する。
Light that has passed through the wavelength conversion layer and has an increased amount of light in the visible wavelength region is incident on the red, green, and
本実施例による液晶セルのカラーフィルタ412〜414に夫々添加され得る波長変換物質であって、可視領域の波長の入射光に対して高い波長変換効率を示すものは、上述した3種類以外に限らず、多種多様である。このようなカラーフィルタ412〜414を、特定の波長帯域で弁別されないバックライトからの光で照射したとき、波長変換物質に吸収され得る波長の光量は限られるため、このカラーフィルタから波長変換されて出射される光も微々たる量に留まる。換言すれば、波長変換物質の種類に応じて、これが添加されたカラーフィルタからの光(例えば、赤色光)の出射量と、これが添加されない当該カラーフィルタからの光の出射量とが殆ど同じとなることもある。
The wavelength converting substances that can be added to the
しかし、波長変換物質が添加されたカラーフィルタ412〜414の前段(光源側)に波長変換層407が配置された本実施例の液晶セルでは、例えば、赤色の顔料を含有するが故に550nm以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ412であっても、バックライトで発生された550nm以下の波長帯域の光が波長変換層407及び/又は当該カラーフィルタ412で赤色光に変換されるため、この赤色カラーフィルタ412を透過する光量は増加する。同様に、緑色の顔料を含有するが故に460nm以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ413であっても、バックライトで発生された460nm以下の波長帯域の光が波長変換層407及び/又は当該カラーフィルタ413で緑色光に変換されるため、この緑色カラーフィルタ413を透過する光量も増加する。また、青色の顔料を含有するが故に420nm以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ414であっても、バックライトで発生された420nm以下の波長帯域の光が波長変換層407及び/又は当該カラーフィルタ414で青色光に変換されるため、この青色カラーフィルタを透過する光量も増加する。
However, in the liquid crystal cell of this embodiment in which the
赤色、緑色、青色のカラーフィルタ412〜414を透過する光量は、当該カラーフィルタの一つ及び/又はその前段の波長変換層407での波長変換により、従来の液晶セルに比べて増加したが、その中には当該波長変換に起因する無偏光成分も含まれる。波長変換にて発生された光の無偏光成分は、カラーフィルタ層に隣接する偏光層411で遮光され、直線偏光の増分として、波長変換されることなくカラーフィルタを通過する直線偏光に加わる。これらの直線偏光は、これらの偏光軸と同じ方位に向けられた偏光軸を有し且つ基板409の外側主面に設けられた外付け偏光板410を透過し、液晶セルでの画像表示に寄与する。
The amount of light transmitted through the red, green, and
以上詳述したように、本実施例では、液晶セルへ入射した光の波長変換を、当該入射光が液晶層を透過した直後と、当該入射光が画素毎に振り分けられた後の2段階で行うことにより、液晶セルの画像表示に寄与する光量をさらに増やし、その表示輝度を向上させる。 As described above in detail, in this embodiment, the wavelength conversion of the light incident on the liquid crystal cell is performed in two stages, immediately after the incident light is transmitted through the liquid crystal layer and after the incident light is distributed for each pixel. By doing so, the amount of light contributing to the image display of the liquid crystal cell is further increased, and the display luminance is improved.
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例4として、図5を用いて説明する。 Another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention will be described as a fourth embodiment with reference to FIG.
ガラス基板(第1の基板)502上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層(回路層)503が形成されていること;この表示回路配線層503の表面に液晶(液晶層505を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜504が形成されていること;ガラス基板502及びガラス基板(第2の基板)509の外側主面(液晶層505とは反対側の主面)に偏光板(外付け偏光板)501,510が夫々設けられていること;ガラス基板509の内側主面(液晶層505側)上には2色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層511が形成されていること;及び本偏光層511と外付け偏光板510との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例1乃至3の各々で述べられた液晶セルと共通する。
A display circuit wiring layer (circuit layer) 503 having a thin film transistor as a switching element is formed on a glass substrate (first substrate) 502; liquid crystal (liquid crystal forming the liquid crystal layer 505) is formed on the surface of the display
偏光層511の上には、実施例1の液晶セルと同様に、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス(格子状の遮光パターン)508と、この遮光パターン508で区画された複数の領域(例えば、遮光パターン508に形成された複数の開口)には、夫々、赤色(R)のカラーフィルタ512、緑色(G)のカラーフィルタ513、及び青色(B)のカラーフィルタ514とを備える。本実施例の液晶セルは、遮光パターン508に形成された複数の開口の各々において、赤色の顔料が分散された赤色カラーフィルタ512の上に波長550nm以下の光を吸収して波長550nm以上の光を発する物質を含有したポリマー材料からなる波長変換層515が、緑色の顔料が分散された緑色カラーフィルタ513の上に波長460nm以下の光を吸収して波長460nm以上の光を発する物質を含有したポリマー材料からなる波長変換層516が、青色の顔料が分散された青色カラーフィルタ514の上に波長420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する物質を含有するポリマー材料からなる波長変換層517が、夫々積層された構造に特徴付けられる。波長変換層515は、例えば、実施例2に記した「赤色カラーフィルタ312」に添加される「波長変換物質」を、波長変換層516は、例えば、実施例2に記した「緑色カラーフィルタ313」に添加される「波長変換物質」を、波長変換層517は、例えば、実施例1に記した波長変換層207や実施例2に記した「青色カラーフィルタ314」に添加される「波長変換物質」を、夫々含む。
On the
遮光パターン508、カラーフィルタ512〜514、及び波長変換層515〜517からなる「カラーフィルタ層」上には、当該カラーフィルタ層の表面を平坦化する効果とともに、カラーフィルタ層を液晶層から隔てる保護層507が形成される。この保護層507上に、液晶層505内の液晶を基板509の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜506が形成される。その後、ガラス基板502とガラス基板509とを、夫々の周辺部(表示せず)でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶505を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
On the “color filter layer” composed of the
さらに、本液晶セルの基板502,509の外側主面に偏光板501、510が貼り合わされ、この液晶セルを基板502の外側主面に対向するバックライトユニット(図示せず)と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる
本実施例の液晶セルでは、実施例2及び実施例3で述べた「カラーフィルタ内にその透過波長帯域に応じた波長変換物質を含ませた一体化構造(all-in-one structure)」が「カラーフィルタ(波長弁別層)」と「波長変換層」とに分けられている。さらに、波長変換層515〜517と,カラーフィルタ512〜514とは、液晶層505側からこの順に夫々積層されている。これらの積層構造を、遮光パターン508の開口内に形成するとき、波長変換物質を含む波長変換層515〜517は、実施例2及び実施例3における波長変換物質を含むカラーフィルタ312〜314,412〜414より薄くなる。しかし、波長変換層515〜517で発生した光の波長プロファイルは、カラーフィルタ512〜514の夫々で透過させるべき波長帯域を越えることも否めない。このため、波長変換層515〜517の後段にカラーフィルタ512〜514が配置される本実施例の液晶セルでは、波長変換層515〜517で生じ得る上記波長領域外の光を、カラーフィルタ512〜514で遮ることにより、これに起因する液晶セルの表示画面内のノイズやコントラスト比の低下が抑えられる。
Further,
従って、本実施例の液晶セルでは、ノイズの少ない鮮明な画像が表示できる。 Therefore, the liquid crystal cell of this embodiment can display a clear image with little noise.
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例5として、図6を用いて説明する。 Another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention will be described as a fifth embodiment with reference to FIG.
ガラス基板(第1の基板)602上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層(回路層)603が形成されていること;この表示回路配線層603の表面に液晶(液晶層605を成す液晶分子)を配向するためのポリイミド系配向膜604が形成されていること;ガラス基板602及びガラス基板(第2の基板)609の外側主面(液晶層605とは反対側の主面)に偏光板(外付け偏光板)601,610が夫々設けられていること;ガラス基板609の内側主面(液晶層605側)上には2色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層611が形成されていること;及び本偏光層611と外付け偏光板610との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例1乃至4の各々で述べられた液晶セルと共通する。
A display circuit wiring layer (circuit layer) 603 having a thin film transistor as a switching element is formed on a glass substrate (first substrate) 602; a liquid crystal (a liquid crystal forming a liquid crystal layer 605) is formed on the surface of the display
偏光層611の上には、実施例4の液晶セルと同様に、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス(格子状の遮光パターン)608と、この遮光パターン608で区画された複数の領域(例えば、遮光パターン608に形成された複数の開口)に夫々形成された、赤色(R)のカラーフィルタ612と赤色光を発する波長変換層615との積層構造、緑色(G)のカラーフィルタ613と緑色光を発する波長変換層616との積層構造、及び青色(B)のカラーフィルタ614と青色光を発する波長変換層617との積層構造とを備える。赤色光を発する波長変換層615は、波長550nm以下の光を吸収して波長550nm以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。緑色光を発する波長変換層616は、波長460nm以下の光を吸収して波長460nm以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。青色光を発する波長変換層617は、波長420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。
On the
本実施例の液晶セルは、遮光パターン608、カラーフィルタ612〜614、及び波長変換層615〜617からなる「カラーフィルタ層」上に、その表面を平坦化し(当該表面の起伏を均し)且つ420nm以下の光を吸収して波長420nm以上の光を発する波長変換層607が形成されることで、実施例4の液晶セルと相違する。この波長変換層607上に、液晶層605内の液晶を基板609の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜606が形成される。その後、ガラス基板602とガラス基板609とを、夫々の周辺部(表示せず)でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶605を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
In the liquid crystal cell of this example, the surface is flattened on the “color filter layer” composed of the
さらに、本液晶セルの基板602,609の外側主面に偏光板601、610が貼り合わされ、この液晶セルを基板602の外側主面に対向するバックライトユニット(図示せず)と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる
本実施例の液晶セルは、画素毎に「カラーフィルタ(波長弁別層)」と「波長変換層」との積層構造が設けられたカラーフィルタ層を有することで、実施例4の液晶セルと共通するが、波長変換層615〜617の前段(液晶層605側)に全画素に亘って広がる波長変換層607が形成される。従って、実施例3で説明されたように、バックライトで発生され、偏光板601で直線偏光された紫外等の短波長光が、波長変換層617で可視光に変換されることにより、波長変換層615〜617による赤色光、緑色光、及び青色光の発光を助長する。即ち、実施例3にて述べた如く、特に入射光の吸収により赤色光や緑色光を発生する波長変換物質において、当該入射光のが吸収され易い波長帯域が可視領域に重なり、特に青から緑に掛けての短波長側の可視光が波長変換物質による発光を促すためである。
Furthermore,
従って、本実施例の液晶セルでは、ノイズの少ない鮮明な画像が表示され、さらに画面の「白輝度」が向上される。 Therefore, in the liquid crystal cell of this embodiment, a clear image with less noise is displayed, and the “white luminance” of the screen is further improved.
本発明は、その表裏に一対の外付け偏光板が設けられた透過表示用の液晶セルに、その基板(透明基板)の光出射側の一方に偏光層と波長変換層とを設けるだけで、従来カラーフィルタにより遮られ又はヒトに視認されない波長帯域の光を画像表示に利用する。これにより液晶セルに組み合わされるバックライトの消費電力を上げることなく、これらにより構成された液晶表示装置における透過表示の白輝度を向上し、黒輝度を低下させる。その結果、エネルギー消費が低く且つ画像表示性能の高い液晶表示装置が実現される。 In the present invention, a liquid crystal cell for transmissive display provided with a pair of external polarizing plates on the front and back thereof is simply provided with a polarizing layer and a wavelength conversion layer on one side of the light emission side of the substrate (transparent substrate). Conventionally, light in a wavelength band that is blocked by a color filter or is not visually recognized by a human is used for image display. Thus, without increasing the power consumption of the backlight combined with the liquid crystal cell, the white luminance of the transmissive display in the liquid crystal display device constituted by these is improved and the black luminance is lowered. As a result, a liquid crystal display device with low energy consumption and high image display performance is realized.
101…外付け偏光板、102…第一の基板、103…表示回路配線層、104…液晶配向膜、105…液晶層、106…液晶配向膜、107…カラーフィルタ層表面保護膜、108…カラーフィルタ層、109…第二の基板、110…外付け偏光板、201…外付け偏光板、202…第一の基板、203…表示回路配線層、204…液晶配向膜、205…液晶層、206…液晶配向膜、207…波長変換層、208…カラーフィルタ層、209…第二の基板、210…外付け偏光板、211…内蔵偏光板、301…外付け偏光板、302…第一の基板、303…表示回路配線層、304…液晶配向膜、306…液晶層、306…液晶配向膜、307…カラーフィルタ層表面保護膜、308…ブラックマトリックスパターン、309…第二の基板、310…外付け偏光板、311…内蔵偏光板、312…波長変換機能あり赤色カラーフィルタ、313…波長変換機能あり緑色カラーフィルタ、314…波長変換機能あり青色カラーフィルタ、401…外付け偏光板、402…第一の基板、403…表示回路配線層、404…液晶配向膜、405…液晶層、406…液晶配向膜、407…波長変換層、408…ブラックマトリックスパターン、409…第二の基板、410…外付け偏光板、411…内蔵偏光板、412…波長変換機能あり赤色カラーフィルタ、413…波長変換機能あり緑色カラーフィルタ、414…波長変換機能あり青色カラーフィルタ、501…外付け偏光板、502…第一の基板、503…表示回路配線層、504…液晶配向膜、505…液晶層、506…液晶配向膜、507…カラーフィルタ層表面保護膜、508…ブラックマトリックスパターン、509…第二の基板、510…外付け偏光板、511…内蔵偏光板、512…赤色カラーフィルタ、513…緑色カラーフィルタ、514…青色カラーフィルタ、515…赤色波長変換層、516…緑色波長変換層、517…青色波長変換層、601…外付け偏光板、602…第一の基板、603…表示回路配線層、604…液晶配向膜、605…液晶層、606…液晶配向膜、607…カラーフィルタ層表面保護膜、608…ブラックマトリックスパターン、609…第二の基板、610…外付け偏光板、611…内蔵偏光板、612…赤色カラーフィルタ、613…緑色カラーフィルタ、614…青色カラーフィルタ、615…赤色波長変換層、616…緑色波長変換層、617…青色波長変換層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第2の基板の液晶層に対峙する側に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、第1の基板と第2の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第2の基板の偏光層上面に、第1の基板裏面から透過する光に対して、波長420nm以下の光を吸収して、波長420nm以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備えることを特徴とする液晶表示装置。 In a transmissive liquid crystal display device that performs display by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate.
A polarizing layer formed by uniaxially orienting a dichroic dye is provided on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate, and externally polarized light is provided on the opposite side of the first substrate and the liquid crystal layer of the second substrate. With a plate,
A wavelength conversion layer containing a substance that absorbs light having a wavelength of 420 nm or less and emits light having a wavelength of 420 nm or more is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate with respect to light transmitted from the back surface of the first substrate. A liquid crystal display device.
第1の基板と第2の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第2の基板の液晶層に対峙する側に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第2の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層上面に、第1の基板裏面から透過する光に対して、波長420nm以下の光を吸収して、波長420nm以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備えることを特徴とする液晶表示装置。 In a transmissive liquid crystal display device that performs display by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate.
An external polarizing plate is provided on the opposite side of the liquid crystal layer of the first substrate and the second substrate,
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate;
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate,
A wavelength conversion layer containing a substance that absorbs light having a wavelength of 420 nm or less and emits light having a wavelength of 420 nm or more with respect to light transmitted from the back surface of the first substrate is provided on the upper surface of the color filter layer. Liquid crystal display device.
第1の基板と第2の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第2の基板の液晶層に対峙する側に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第2の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え、
顔料分散色フィルタ中に可視光域の光を吸収して、吸収光よりも長波長域に発光する物質を含有する波長変換機能を有することを特徴とする液晶表示装置。 In a transmissive liquid crystal display device that performs display by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate.
An external polarizing plate is provided on the opposite side of the liquid crystal layer of the first substrate and the second substrate,
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate;
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate,
The color filter layer has a black matrix pattern and blue, green, and red pigment dispersion color patterns.
A liquid crystal display device having a wavelength conversion function including a substance that absorbs light in a visible light region and emits light in a longer wavelength region than the absorbed light in a pigment dispersion color filter.
第1の基板と第2の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第2の基板の液晶層に対峙する側に2色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第2の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え、
青色パターン内に第1の基板裏面から透過する光に対して、波長420nm以下の光を吸収して、波長420nm以上の光を発する物質を含有し、
緑色パターン内に第1の基板裏面から透過する光に対して、波長460nm以下の光を波長460nm以上の光を発する物質を含有し、
赤色パターン内に第1の基板裏面から透過する光に対して、波長550nm以下の光を波長550nm以上の光を発する物質を含有する波長変換機能を有することを特徴とする液晶表示装置。 In a transmissive liquid crystal display device that performs display by sandwiching a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate facing each other, and light incident from the back surface of the first substrate is transmitted through the second substrate.
An external polarizing plate is provided on the opposite side of the liquid crystal layer of the first substrate and the second substrate,
A polarizing layer formed by orienting a dichroic dye in a uniaxial direction on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate;
A color filter layer is provided on the upper surface of the polarizing layer of the second substrate,
The color filter layer has a black matrix pattern and blue, green, and red pigment dispersion color patterns.
A substance that absorbs light having a wavelength of 420 nm or less and emits light having a wavelength of 420 nm or more with respect to light transmitted from the back surface of the first substrate in the blue pattern,
A substance that emits light having a wavelength of 460 nm or less to light having a wavelength of 460 nm or less with respect to the light transmitted from the back surface of the first substrate in the green pattern,
A liquid crystal display device having a wavelength conversion function including a substance that emits light having a wavelength of 550 nm or less to light having a wavelength of 550 nm or less with respect to light transmitted from the back surface of the first substrate in the red pattern.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20100127 |
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