JP2001194658A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2001194658A
JP2001194658A JP2000001523A JP2000001523A JP2001194658A JP 2001194658 A JP2001194658 A JP 2001194658A JP 2000001523 A JP2000001523 A JP 2000001523A JP 2000001523 A JP2000001523 A JP 2000001523A JP 2001194658 A JP2001194658 A JP 2001194658A
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pattern
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JP2000001523A
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English (en)
Inventor
Masanori Yoshida
正典 吉田
Masafumi Iwashita
雅文 岩下
Takashi Goto
任 後藤
Hideki Matsukawa
秀樹 松川
Koji Inoue
浩治 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタを構成する各色パターンのコ
ントラスト比を調整することにより、液晶表示装置の色
再現性を改善する。 【解決手段】 互いに対向する基板1、1’と、基板1
と基板1’との間に封入された液晶8とを備え、基板1
に、赤、緑および青の各色の色パターン5を含むカラー
フィルタ10が形成されており、各色パターン5のう
ち、コントラスト比が最大となる色パターンのコントラ
スト比をCR1、コントラスト比が最小となる色パター
ンのコントラスト比をCR2としたとき、CR1/CR2
≦1.6なる関係が成立するよう調整し、且つ、パネル
のコントラスト比を400以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタを
備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、主要な表示デバイスと
して、特に小型、軽量性が要求される用途を中心に幅広
く使用されている。液晶表示装置は、画素電極を駆動す
るためのスイッチング能動素子が形成されたアレイ基板
と、カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板と
の間に液晶が封入されてなる。カラーフィルタは、遮光
パターンであるブラックマトリクスと、赤色(R)パタ
ーン、緑色(G)パターンおよび青色(B)パターンと
で構成される。カラーフィルタを構成する材料として
は、耐熱性、耐光性の要求から、アクリルなどの樹脂に
有機顔料を分散させた材料が主に使用される。しかしな
がら、このようなカラーフィルタには、顔料粒子の光散
乱に起因して消偏性が現れる。特開平8−171014
号公報に記載されているように、カラーフィルタのコン
トラスト比は350〜1000程度である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、大型モニター、
テレビ用途等、従来CRTが使用されていたデバイス分
野への液晶の応用の試みがなされるに伴い、液晶表示装
置には更なる性能向上が要求されている。特に、色再現
性およびパネルのコントラスト比の向上は必須条件であ
る。しかしながら、従来の液晶表示装置においては、パ
ネルのコントラスト比が300程度であり、十分なコン
トラスト特性が達成されているとは言い難かった。ま
た、従来の液晶表示装置においては、白表示時の色特性
と黒表示時の色特性とが相違し、十分な色再現性を達成
することが困難であった。
【0004】本発明は、パネルのコントラスト特性およ
び色再現性が改善された液晶表示装置を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】従来、カラーフィルタの
コントラスト比は、R、GおよびBの各色パターンと遮
光パターンとを包括した巨視的な評価がなされるにとど
まり、各色パターン単体のコントラスト比については全
く評価されていないのが現状であった。
【0006】そこで、本発明者らは、従来の液晶表示装
置について、色パターンのコントラスト比を各色毎に個
別に評価した。その結果、従来のカラーフィルタにおい
ては、各色パターンのコントラスト比の差が比較的大き
いことが分かった。更に、本発明者らは、各色パターン
のコントラスト比の差を種々変化させてカラーフィルタ
を構成し、これらのカラーフィルタを用いて液晶表示装
置を試作し、液晶パネルのコントラスト特性および色再
現性を評価した。その結果、各色パターンのコントラス
ト比の差の程度が大きいほど、色再現性が劣化し、液晶
パネルのコントラスト比を高くすることが困難になるこ
とを見出した。
【0007】これは、各色パターンのコントラスト比の
差が大きいと、黒表示時における各画素部からの光漏れ
量が大きく相違するため、パネル白表示時の色特性に基
づいて色調整を実施しても、黒表示時には色バランスが
崩れるという現象が生じ、色再現性が劣化するものと考
えられる。更に、色再現性が劣化する結果、パネルのコ
ントラスト特性の改善を図ることが困難になるものと考
えられる。
【0008】更に詳細に検討した結果、本発明者らは、
カラーフィルタを構成するR、GおよびBの各色パター
ンのうち、最大のコントラスト比を示す色パターンのコ
ントラスト比CR1と、最小のコントラスト比を示す色
パターンのコントラスト比CR2とが、CR1/CR2
1.6なる関係にあるとき、パネル白表示時と黒表示時
との色特性の相違が極めて大きくなり、色再現性の劣化
が特に顕著に表れ、パネルのコントラスト特性の改善が
困難になることを見出した。更に、R、GおよびBの各
色パターンのいずれかのコントラスト比が800未満で
あるカラーフィルタを用いた場合、パネルのコントラス
ト特性の改善が特に困難であることを見出した。
【0009】本発明の液晶表示装置は、上記知見に基づ
いて成されたものであり、互いに対向する第1の基板と
第2の基板との間に液晶が封入された液晶パネルを備え
た液晶表示装置であって、前記第1の基板または前記第
2の基板に、赤色パターン、緑色パターンおよび青色パ
ターンを含むカラーフィルタが形成されており、各色パ
ターンのうち、コントラスト比が最大となる色パターン
のコントラスト比をCR1、コントラスト比が最小とな
る色パターンのコントラスト比をCR2としたとき、C
1/CR2≦1.6なる関係が成り立ち、且つ、前記液
晶パネルのコントラスト比が400以上であることを特
徴とする。更には、CR1/CR2≦1.4なる関係を満
足することが好ましい。
【0010】このような構成にしたことにより、パネル
コントラスト比が400以上という良好なコントラスト
特性を達成しながら、且つ、黒表示時における各画素部
からの光漏れ量の差を低減して色再現性を改善すること
ができる。
【0011】前記液晶表示装置においては、赤色パター
ン、緑色パターンおよび青色パターンが、いずれも80
0以上のコントラスト比を有することが好ましい。更に
は、いずれも1000以上のコントラスト比を有するこ
とが好ましい。パネルのコントラスト特性を確実に改善
し、400以上という良好なパネルのコントラスト比を
確実に達成することができるからである。
【0012】また、前記液晶表示装置においては、赤色
パターン、緑色パターンおよび青色パターンが、樹脂に
顔料を分散させてなることが好ましい。耐熱性および耐
光性に優れるからである。
【0013】なお、本明細書において「色パターンのコ
ントラスト比」とは、カラーフィルタを構成する赤色パ
ターン、緑色パターンおよび青色パターンについて、各
色毎に個別に評価されるコントラスト比を意味する。こ
れは、後述する測定方法において、評価対象である色パ
ターンを透過する光のみを検出することによって測定さ
れる。すなわち、被測定物として、色パターン単体を用
いるか、または、評価対象である色以外の色パターンを
遮光した状態のカラーフィルタを用いて測定することが
できる。
【0014】また、本明細書において「カラーフィルタ
のコントラスト比」とは、赤色パターン、緑色パター
ン、青色パターンおよび遮光パターンを包括したカラー
フィルタ全体について巨視的に評価されるコントラスト
比を意味する。これは、後述する測定方法において、被
測定物としてカラーフィルタを用い、赤色パターン、緑
色パターン、青色パターンおよび遮光パターンのすべて
を含む領域を透過する光を検出することによって測定さ
れる。
【0015】「色パターンのコントラスト比」および
「カラーフィルタのコントラスト比」の測定方法は次の
通りである。まず、図4(a)に示すように、被測定物
18の両側に偏光フィルム17、17’を重ねて、偏光
フィルム17、17’の偏光方向を互いに平行にした状
態で、一方の偏光フィルム17’の側からバックライト
19を当てて、他方の偏光フィルム17を透過した光の
輝度Y1(単位:lm)を輝度計16で測定する。次
に、図4(b)に示すように、偏光フィルム17、1
7’の偏光方向を互いに直交させた状態で、一方の偏光
フィルム17’側からバックライト19を当て、他方の
偏光フィルム17を透過した光の輝度Y2(単位:l
m)を輝度計16で測定する。得られた測定値を用い
て、コントラスト比はY1/Y2で算出される。
【0016】また、本明細書において「液晶パネルのコ
ントラスト比」とは、全画素を点灯させた状態、すなわ
ち白表示時における液晶パネルの輝度をY3(単位:l
m)とし、全画素を消灯させた状態、すなわち黒表示時
における液晶パネルの輝度をY4(単位:lm)とした
とき、Y3/Y4で表される値である。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明は、カラーフィルタを備え
た液晶表示装置において、カラーフィルタを構成する色
パターンのコントラスト比を調整することにより、色再
現性およびパネルのコントラスト特性の改善を図るもの
である。
【0018】図3は、本発明の液晶表示装置に適用し得
る、カラーフィルタの構成の一例を示す平面図である。
カラーフィルタ10は、赤(R)、緑(G)および青
(B)の各色パターン5と、黒色の遮光パターン6とを
含む。色パターン5は、各画素の表示領域に相当する領
域に配置されており、遮光パターン6は、色パターン相
互の間、すなわち各画素の表示領域相互の間に配置され
ている。なお、R、GおよびBの各色パターンの配列形
態は、図3に示す形態に限定されるものではなく、スト
ライプ、モザイク、三角配列など種々の形態を採用する
ことができる。
【0019】色パターン5を構成する材料としては、基
材となる樹脂に各色の顔料を分散させたものを使用する
ことができる。また、色パターンは、更に、分散剤など
の各種添加剤を含有していてもよい。
【0020】樹脂としては、例えば、ノボラック樹脂、
ポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂、アクリル
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂
などが挙げられる。
【0021】顔料としては、種々の無機または有機顔料
を使用することができる。特に有機顔料が有用であり、
例えば、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、キナクリ
ドン系顔料、ペリレン系顔料、イソインドリノン系顔
料、ジオキサジン系顔料などが使用できる。また、顔料
は、1種を単独または数種を混合して使用することがで
きる。なお、顔料の平均粒径は、例えば0.3μm以
下、好ましくは0.1μm以下である。
【0022】また、前記樹脂と前記顔料との混合比は、
通常、樹脂100重量部に対して、顔料を5〜900重
量部、好ましくは10〜150重量部とするのが適当で
ある。
【0023】また、色パターン5の膜厚は、通常0.5
〜5.0μm、好ましくは0.8〜2.0μmとするの
が適当である。
【0024】前述したように、色パターン5のコントラ
スト比は800以上、好ましくは1000以上に調整さ
れる。更に、各色パターンのコントラスト比のうち、最
大の数値を示す色パターンのコントラスト比(CR1
と、最小の数値を示す色パターンのコントラスト比(C
2)とが、CR1/CR2≦1.6なる関係、好ましく
はCR1/CR2≦1.4なる関係を満足するように調整
される。
【0025】色パターン5のコントラスト比は、顔料の
種類、濃度および平均粒径などを調整することによっ
て、適宜増大ないし減少させることができる。例えば、
顔料濃度を低下させること、顔料の平均粒径を小さくす
ることなどによって、コントラスト比を増大させること
ができる。また、色パターン5の膜厚を減少させること
によっても、コントラスト比を増大させることができ
る。
【0026】なお、上記特定のコントラスト比を満足す
る色パターン材料は、前述したようなコントラスト比の
測定方法を用いた簡便なスクリーニングによって、適宜
選択することが可能である。
【0027】また、カラーフィルタ10のコントラスト
比は1000以上、更には1200以上であることが好
ましい。カラーフィルタ10のコントラスト比の増大
は、例えば、各色の色パターン5のコントラスト比を増
大させること、カラーフィルタ10の開口率(カラーフ
ィルタ10の全面積に対する、光を透過し得る部分の面
積の割合)を増大することなどによって達成することが
できる。
【0028】本発明の液晶表示装置の構造については、
前述したような特性を有するカラーフィルタを備えるも
のであれば、特に限定するものではない。本発明の液晶
表示装置は、液晶パネルのコントラスト比が400以上
であり、好ましくは450以上である。
【0029】図1は、本発明に係る液晶表示装置の一例
を示す断面図である。本液晶表示装置においては、アレ
イ基板12およびカラーフィルタ基板11が互いに対向
するように配置されており、このアレイ基板12とカラ
ーフィルタ基板11との間に液晶8が封入されている。
アレイ基板12は、透明基板1上に画素電極2が行列状
に配置され、各画素電極2に対応するようにスイッチン
グ能動素子4が配置されて構成されている。更に、透明
基板1の上方には、画素電極2およびスイッチング能動
素子4を被覆するように、液晶配向膜3が形成されてい
る。カラーフィルタ基板11は、透明基板1’上にカラ
ーフィルタ10が形成され、カラーフィルタ10上に対
向電極2’が形成されて構成されている。更に、透明基
板1’の上方には、対向電極2’を被覆するように液晶
配向膜3’が形成されている。アレイ基板12とカラー
フィルタ基板11との間には、セルギャップを設定する
スペーサー7が一定の密度で配置されている。また、基
板11、12の縁端部分には、基板を接着し、且つ、液
晶注入口を封止するシール材9が形成されている。
【0030】また、図2は、本発明に係る液晶表示装置
の別の一例を示す断面図である。本液晶表示装置におい
ては、カラーフィルタオンアレイ基板14および対向基
板15が互いに対向するように配置されており、このカ
ラーフィルタオンアレイ基板14と対向基板15との間
に液晶8が封入されている。カラーフィルタオンアレイ
基板14は、透明基板1上にスイッチング能動素子4が
配置され、スイッチング能動素子4を被覆するようにカ
ラーフィルタ10が配置され、更に、カラーフィルタ1
0の上方に平坦化膜13を介して画素電極2が配置され
て構成されている。なお、画素電極2とそれに対応する
スイッチング能動素子4とは、カラーフィルタ10およ
び平坦化膜13に形成されたスルーホールを介して電気
的に接続されている。また、透明基板1の上方には、画
素電極2を被覆するように液晶配向膜3が形成されてい
る。対向基板15は、透明基板1’上に対向電極2’が
形成され、対向電極2’を被覆するように液晶配向膜
3’が形成されて構成されている。カラーフィルタオン
アレイ基板14と対向基板15との間には、セルギャッ
プを設定するスペーサー7が一定の密度で配置されてい
る。また、両基板の縁端部分には、基板を接着し、且
つ、液晶注入口を封止するシール材9が形成されてい
る。
【0031】
【実施例】(実施例1)図1に示すような構造を有する
液晶表示装置を、以下の要領で作製した。まず、 赤色
顔料が分散されたフィルム状フォトレジスト(富士写真
フィルム(株)製「トランサーフィルム(商品名)」、
品番R35)をガラス基板表面に貼着した後、これを選
択的に露光して現像して赤色パターンを形成した。同様
に、緑色顔料が分散されたフィルム状フォトレジスト
(同「トランサーフィルム」、品番G34)を用いて緑
色パターンを形成し、青色顔料が分散されたフィルム状
フォトレジスト(同「トランサーフィルム」、品番B3
3)を用いて青色パターンを形成した。更に、黒色顔料
が分散されたフィルム状フォトレジストをガラス基板表
面に貼着した後、これを選択的に露光して現像し、黒色
の遮光パターンを形成した。これにより、ガラス基板上
にカラーフィルタが形成された。なお、カラーフィルタ
の開口率は、59.9%とした。
【0032】次に、カラーフィルタ表面に、低温スパッ
タ法で膜厚140nmのITO(酸化インジウム)透明
電極膜を形成し、これをパターニングして対向電極を形
成した。更に、ポリイミド配向膜をフレキソ印刷によっ
て膜厚40nmで形成した後、その表面にラビング処理
を施し、カラーフィルタ基板を作製した。
【0033】別のガラス基板を用意し、このガラス基板
表面に複数の薄膜トランジスタをマトリクス状に形成配
置した。更に、低温スパッタ法で膜厚140nmのIT
O(酸化インジウム)透明電極膜を形成し、これをパタ
ーニングして画素電極を形成した。次に、カラーフィル
タ基板と同様に、配向膜の形成およびラビング処理を実
施し、アレイ基板を作製した。
【0034】カラーフィルタ基板とアレイ基板とを、ス
ペーサーを介してシール材で貼り合わせて空セルを作製
した。空セルに設けた注入口から真空注入法によって液
晶を注入した後、注入口をシール材で封止して液晶セル
を作製した。なお、液晶材料としてはMT5087LA
(チッソ(株)製)を使用し、液晶セルのセルギャップ
は4.7μmとした。液晶セルの表裏面に偏光フィルム
を各々貼付し、液晶表示装置(試料No.1)を得た。
【0035】更に、カラーフィルタを構成する各色パタ
ーンのコントラスト比を表1に示すように変更したこと
以外は、試料No.1と同様にして2種の液晶表示装置
(試料No.2および3)を作製した。
【0036】(実施例2)図2に示すような構造を有す
る液晶表示装置を、以下の要領で作製した。まず、 ガ
ラス表面に複数の薄膜トランジスタをマトリクス状に形
成配置した。このガラス基板の薄膜トランジスタが形成
された面に、赤色顔料が分散されたフィルム状フォトレ
ジストを貼着した後、これを選択的に露光して現像して
赤色パターンを形成した。同様に、緑色顔料が分散され
たフィルム状フォトレジストを用いて緑色パターンを、
青色顔料が分散されたフィルム状フォトレジストを用い
て青色パターンを、黒色顔料が分散されたフィルム状フ
ォトレジストを用いて黒色の遮光パターンを形成し、カ
ラーフィルタを形成した。なお、カラーフィルタの開口
率は、59.9%とした。
【0037】次に、カラーフィルタ表面に、PC335
(JSR(株)社製)の平坦化膜を形成した。更に、低
温スパッタ法で膜厚140nmのITO(酸化インジウ
ム)透明電極膜を形成し、これをパターニングして画素
電極を形成した。なお、画素電極は、平坦化膜およびカ
ラーフィルターに形成されたスルーホールを介して薄膜
トランジスタと電気的に接続させた。更に、ポリイミド
配向膜をフレキソ印刷によって膜厚40nmで形成した
後、その表面にラビング処理を施し、カラーフィルタオ
ンアレイ基板を作製した。
【0038】別のガラス基板を用意し、このガラス基板
表面に低温スパッタ法で膜厚140nmのITO(酸化
インジウム)透明電極膜を形成し、これをパターニング
して対向電極を形成し、カラーフィルタオンアレイ基板
と同様に、配向膜の形成およびラビング処理を実施して
対向基板を作製した。
【0039】カラーフィルタオンアレイ基板と対向基板
とを、スペーサーを介してシール材で貼り合わせて空セ
ルを作製した。空セルに設けた注入口から真空注入法に
よって液晶を注入した後、注入口をシール材で封止して
液晶セルを作製した。なお、液晶材料としてはMT50
87LA(チッソ(株)製)を使用し、液晶セルのセル
ギャップは4.7μmとした。液晶セルの表裏面に偏光
フィルムを各々貼付し、液晶表示装置(試料No.4)
を得た。
【0040】(比較例1)カラーフィルタを構成する各
色パターンのコントラスト比を、表1に示すように変更
したこと以外は、試料No.1と同様にして2種の液晶
表示装置(試料No.5および6)を作製した。
【0041】上記実施例および比較例で作製した液晶表
示装置(試料No.1〜6)について、パネルコントラ
スト比および黒表示時の色特性を評価した。結果を、カ
ラーフィルタを構成する各色パターンのコントラスト比
と共に、表1に示す。
【0042】なお、色パターンのコントラスト比および
パネルのコントラスト比は、前述したような測定方法に
従って測定した。また、黒表示の色特性は、液晶表示装
置において黒画面を表示し、この黒表示画面における着
色の有無を目視で評価して、着色が認められない場合を
「○」、着色が認められる場合を「×」として評価し
た。
【0043】
【表1】
【0044】表1に示すように、本発明の実施例である
試料No.1〜4については、400以上のパネルコン
トラスト比を達成し、且つ、黒表示画面における着色が
認められず、パネルのコントラスト特性および色再現性
がともに良好であることが確認できた。一方、比較例で
ある試料No.5および6はパネルコントラスト比が低
く、特に試料No.6は黒表示画面に緑色の着色が認め
られ色再現性に劣ることが確認された。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置によれば、互いに対向する第1の基板と第2の基板
との間に液晶が封入された液晶パネルを備えた液晶表示
装置であって、前記第1の基板または前記第2の基板
に、赤色パターン、緑色パターンおよび青色パターンを
含むカラーフィルタが形成されており、各色パターンの
うち、コントラスト比が最大となる色パターンのコント
ラスト比をCR1、コントラスト比が最小となる色パタ
ーンのコントラスト比をCR2としたとき、CR1/CR
2≦1.6なる関係が成り立ち、且つ、前記液晶パネル
のコントラスト比が400以上であるため、パネルコン
トラスト特性および色再現性の良好な液晶表示装置とす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る液晶表示装置の構造の一例を示
す断面図
【図2】 本発明に係る液晶表示装置の構造の別の一例
を示す断面図
【図3】 カラーフィルタの構成の一例を示す平面図
【図4】 コントラスト比の測定方法を説明するための
模式図
【符号の説明】
1、1’ 透明基板 2、2’ 透明電極 3、3’ 液晶配向膜 4 スイッチング能動素子 5 色パターン 6 遮光パターン 7 スペーサー 8 液晶 9 シール材 10 カラーフィルタ 11 カラーフィルタ基板 12 アレイ基板 13 平坦化膜 14 カラーフィルタオンアレイ基板 15 対向基板 16 輝度計 17、17’ 偏光フィルム 18 被測定物 19 バックライト
フロントページの続き (72)発明者 後藤 任 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松川 秀樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井上 浩治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H048 BA02 BA47 BA48 BB02 BB12 BB14 BB24 BB44 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA41Z FB02 GA06 GA08 GA09 KA10 LA15 LA17

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向する第1の基板と第2の基板
    との間に液晶が封入された液晶パネルを備えた液晶表示
    装置であって、前記第1の基板または前記第2の基板
    に、赤色パターン、緑色パターンおよび青色パターンを
    含むカラーフィルタが形成されており、各色パターンの
    うち、コントラスト比が最大となる色パターンのコント
    ラスト比をCR1、コントラスト比が最小となる色パタ
    ーンのコントラスト比をCR2としたとき、CR1/CR
    2≦1.6なる関係が成り立ち、且つ、前記液晶パネル
    のコントラスト比が400以上であることを特徴とする
    液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 赤色パターン、緑色パターンおよび青色
    パターンが、いずれも800以上のコントラスト比を有
    する請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 赤色パターン、緑色パターンおよび青色
    パターンが、樹脂に顔料を分散させてなる請求項1また
    は2に記載の液晶表示装置。
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