JP2004280129A

JP2004280129A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2004280129A
Application number: JP2004164711A
Authority: JP
Inventors: Yuka Uchiumi; 夕香内海; Katsumi Kondo; 克己近藤; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】最小印加電圧と最大印加電圧の間での色調変化が抑制でき、且つ局所的な液晶層の厚みの違いに起因する表示不良の発生が低減できるようにした横電界型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】発光波長領域内の４００ｎｍから５００ｎｍの部分と５００ｎｍから６００ｎｍの部分、それに６００ｎｍから７００ｎｍの部分に各々少なくも１本の輝度極大値を有する光源を用い、前記光源の４００ｎｍから５００ｎｍの部分で輝度極大値を示す波長における透過率の値をｘ、前記光源の５００ｎｍから６００ｎｍの部分で輝度極大値を示す波長における透過率の値をｙ、そして前記光源の６００ｎｍから７００ｎｍの部分で輝度最大値を示す波長における透過率の値をｚとしたとき、ｘ＞ｙ＞ｚの関係を満たすのに必要な分光透過率特性を有する横電界型アクティブマトリクス型の液晶パネルを用い、図１の色度図に示す特性を有する透過型の液晶表示装置が得られるようにしたもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に対して平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、いわゆる横電界方式の液晶表示装置に係り、特に、カラー表示に好適なアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

従来の液晶表示装置は、液晶層を駆動する電極として透明電極を用いていた。これは、液晶に印加する電界の方向を基板面にほぼ垂直な方向にして動作させるツイステッドネマティック表示方式に代表される表示方式を採用していることによるものである。

一方、液晶に印加する電界の方向を、基板面とほぼ平行な方向にして動作させるようにした横電界方式の液晶表示装置も従来から知られており、このとき、電極として櫛歯電極対を用いて横電界方式とした液晶表示装置についても提案がされている(例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照)。

そして、この横電界型の場合には、電極は透明である必要はなく、導電性の高い不透明な金属電極が用いられる。

しかしながら、これらの提案では、アクティブ素子を用いた横電界型液晶表示装置において、電圧印加に伴う色調変化を抑制し、色調不良を低減するために必要な構成については、一切言及されていない。
特開昭６３−２１９０７号公報米国特許第４３４５２４９号明細書ＷＯ９１／１０９３６号公報特開平６−２２２３９７号公報

上記従来技術は、アクティブマトリクス方式の横電界型液晶表示装置における問題点、すなわち、駆動電圧の大きさによる色調変化と、局所的な液晶層の厚みの違いによる色調むら発生についての配慮がされておらず、表示品質の向上の点に問題があった。

以下、この点について説明する。

横電界方式の液晶表示装置による表示動作は複屈折モードにより得られるが、このときの透過率Ｔは、一般に、次の(1)式で表わせる。

Ｔ＝Ｔ₀・sin²２θ・sin²〔(π・ｄ_eff・Δｎ)／λ〕…… ……(1)
ここで、Ｔ₀ は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、θは液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす角度、ｄ_eff は液晶層の厚さ、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表わす。

また、ここで、液晶層の厚さｄ_effと液晶の屈折率異方性Δｎの積、すなわち、ｄ_eff・Δｎをリタデーションという。

なお、ここでの液晶層の厚さｄ_effは、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える液晶層の厚さだけを指す。

何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されても配向方向を変えないからである。

従って、基板によって挾持された液晶層全体の厚さをｄ_LCとすると、この厚さｄ_LCと厚さｄ_effの間には常にｄ_eff＜ｄ_LCの関係があり、その差はほぼ２０〜４０ｎｍと見積ることができる。

上記の式(1)から明らかなように、液晶表示パネルの透過率は、或る特定の波長(ピーク波長)において最大値をとるため、呈色しやすい、つまり不要な着色を生じ易い液晶表示素子となる。

ところで、液晶表示パネルでは、例えば、零次のリタデーションのもとでのピーク波長が、視感度最大波長である５５５ｎｍに一致するように、すなわち、
(πｄ・Δｎ／５５５)＝π／２
という条件が満されるように構成するのが、実用化に際しての一般的な手法となるが、そうすると、液晶表示パネルの分光透過率は、ピーク波長の短波長側では減少が著しく、長波長側では緩やかに減少するという特性を有するため、液晶表示素子は黄色に着色しやすい。

さらに、この呈色の度合いは液晶に対する電圧印加に伴って顕著に変化し、表示に必要な印加電圧の最小電圧(ノーマリークローズ表示方式のときには暗表示電圧)から中間調表示電圧、最大印加電圧(同じく明表示電圧)へと、電圧値が変化するに従って色調が徐々に変化するので、色の表示状態が著しく悪化してしまう。

一方、複屈折モードによる表示では、液晶層の厚みの違いがピーク波長の変化として現われるので、液晶表示パネル内で局所的な厚みが生じていると、その部位における輝度や色調が周囲と異なる、いわゆる輝度むらや色調むらなどの表示不良の要因となる。

しかるに、従来技術では、これらについての配慮が何もされていないので、上記したように、表示品質の向上を得る点に問題を生じてしまうのである。

本発明の目的は、上記問題を解決し、最小印加電圧と最大印加電圧の間での色調変化が抑制でき、且つ局所的な液晶層の厚みの違いに起因する表示不良の発生が低減できるようにした横電界型液晶表示装置を提供することにある。

上記目的は、光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、前記液晶パネルは、前記光源の発光波長領域４５０〔ｎｍ〕から４９０〔ｎｍ〕の範囲に透過率の最大値を有することにより達成される。

このとき、前記液晶パネルは、一対の偏光板を備えてなるようにしても上記目的が達成される。

同じく上記目的は、光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、前記液晶パネルは、前記光源の青色に対応する発光波長領域に透過率の最大値を有することによっても達成される。

このとき、前記光源の青色に対応する発光波長領域は、４００〔ｎｍ〕から５００〔ｎｍ〕であるようにしても、上記目的が達成され、同じく、このとき、前記液晶パネルは、一対の偏光板を備えてなるようにしても上記目的が達成される。

横電界方式で動作するアクティブマトリクス型の液晶パネルと、該液晶パネルの一方の面に配置した光源とを有する透過型の液晶表示装置において、前記光源として、その発光波長領域内の４００ｎｍから５００ｎｍの部分と５００ｎｍから６００ｎｍの部分、それに６００ｎｍから７００ｎｍの部分に各々少なくも１本の輝度極大値を有する光源を用い、前記液晶パネルとして、前記光源の４００ｎｍから５００ｎｍの部分で輝度極大値を示す波長における透過率の値をｘ、前記光源の５００ｎｍから６００ｎｍの部分で輝度極大値を示す波長における透過率の値をｙ、そして前記光源の６００ｎｍから７００ｎｍの部分で輝度極大値を示す波長における透過率の値をｚとしたとき、ｘ＞ｙ＞ｚの関係を満たすのに必要な分光透過率特性を有する液晶パネルを用いることにより達成される。

これにより、本発明によれば、印加電圧の変化に伴う色調変化が抑制でき、良好な表示特性を有する液晶表示装置を得ることができるのであるが、以下、その理由について説明する。

上記したように、横電界方式の液晶表示装置では複屈折モードで動作させるのが通例なので、その透過率は(1)式で表わされ、従って、或る波長において最大値を示し、その波長の短波長側では急激な減少を示し、長波長側では緩やかな減少を示すという分光透過率特性を有する。

そこで、いま、ピーク波長を５５０ｎｍ付近に設定したとすると、青の領域である４００〜５００ｎｍの波長範囲における透過率は急激に減少してしまう。この透過率の波長依存性は、液晶パネルの明るさが増すに従い顕著となるため、電圧印加に伴う色調変化を発生する要因となる。

また、液晶パネルにおいて、液晶層の厚さに局所的に異なった部分が有ると、その部分の青の領域の透過率は著しく変動してしまい、色調不良を発生する要因となる。

以上から、ピーク波長の短波長領域、すなわち、青色領域における透過率の急落を抑制することが色調変化、色調不良を抑制するのに重要であることが判る。

ここで、まず、短波長領域の透過率の急落を抑制するには、ｄ_eff・Δｎ(λ)＝λ／２の条件において、波長λを５５０ｎｍより短波長領域の値に設定し、ピーク波長を短波長側にシフトさせることが有効である。

すなわち、透過率はピーク波長から離れるに従って減少の度合いが大きくなるので、ピーク波長をより短波長側に設定することにより、短波長領域の透過率の急激な低下を抑制することができるのである。

しかして、このとき、使用する光源の発光波長に対する透過率の急激な低下を抑制するのが重要である。

ところで、このような液晶表示パネルの照明に使用される光源としては、狭帯域発光体型蛍光管が用いられる場合が多い。

そこで、この狭帯域発光体型蛍光管について説明すると、この蛍光管は、光の三原色にあたる青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)、赤色(Ｒ)の各波長領域にそれぞれ発光ピークを有する蛍光体を用いたものである。

一例として、まず青色に対応する４５０〜４９０ｎｍの領域に発光ピークを有する蛍光体としては、３Ｃa₃(Ｐ０４)₂・Ｃa(Ｆ，Ｃ１)₂：Ｓb³+、Ｓr₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂：Ｅu²+、(Ｓr，Ｃa)₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂：Ｅu²+、(Ｓr，Ｃa)₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂・ｎＢ₂Ｏ₃：Ｅu²+、(Ｂa，Ｃa，Ｍg)₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂：Ｅu²+、Ｓr₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｓn²+、Ｂa₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｔi⁴+、２Ｓr０・０.８４Ｐ₂Ｏ₅・０.１６Ｂ₂Ｏ₃：Ｅu²+、ＭgＷＯ₄、ＢaＡ₁₈Ｏ₁₃：Ｅu²+、ＢaＭg₂Ａl₁₆Ｏ₂₇：Ｅu²+Ｍn²+、ＳrＭgＡl₁₀Ｏ₁₇：Ｅu²+などがある。

次に緑色に対応する５４０〜５５０ｎｍの領域に発光ピークを有する蛍光体としては、ＬaＰＯ₄：Ｃe³+、Ｔb³+、ＬaＯ₃・０.２ＳiＯ₂・０.９Ｐ₂Ｏ₅：Ｃe³+、Ｔb³+、Ｙ₂ＳiＯ₅：Ｃe³+、Ｔb³+、ＣeＭgＡi₁₁Ｏ₁₉：Ｔb³+、ＧdＭgＢ₅Ｏ₁₀：Ｃe³+、Ｔb³+などがある。

さらに赤色に対応する６１０〜６３０ｎｍの領域に発光ピークを有する蛍光体としては、(Ｓr，Ｍg)₃(ＰＯ４₄)₂：Ｓn²+、ＣaＳiＯ₃：Ｐb²+、Ｍn²+、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅu³+、Ｙ(Ｐ，Ｖ)Ｏ₄：Ｅu³+などが挙げられる。

これらの波長領域から、それぞれ少なくとも一種の蛍光体を選び、それらを用いて構成した狭帯域発光体型蛍光管の発光特性は、青に対応するスペクトルが４５０〜４９０ｎｍの範囲、緑に対応するスペクトルが５４５ｎｍ付近、赤に対応するスペクトルが６１０ｎｍ〜６３０ｎｍである。

光源として上記のような狭帯域発光体型蛍光管を用いた場合、液晶パネルにおいて考慮するべき分光透過率特性は、青の領域として４５０〜４９０ｎｍ、緑の領域として５４５ｎｍ付近、赤の領域として６１０〜６３０ｎｍということになる。

従って、液晶パネルとして、色調変動、色調不良を抑制するために最も効果的な透過率特性は、波長領域４５０〜４９０ｎｍに最大値を有する特性となる。

この波長領域に透過率のピークを合わせるためには、液晶パネルのリタデーションｄ_eff・Δｎ(λ)を０.２４５μｍ(λ＝４９０ｎｍ)以下とすれば良い。

そして、このリタデーションｄ_eff・Δｎを小さくするには、当然ながら、屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を用い、液晶層の厚みｄ_effを薄くしてやれば良い。

ここで、上記したように、光源の短波長領域の発光特性と液晶パネルのピーク透過率を一致させることが重要である。なお、このときの分光透過率とは、液晶パネル本来の透過率特性のことであり、カラーフィルタ等を透過した分光特性ではない。

このとき、使用するカラーフィルタの分光特性によっては、透過率のピーク波長を若干変えてしまう場合があるが、実用上、これによる影響は無視できる。そして、本発明で、最も重要な点は、光源のピーク輝度と液晶パネルの透過率の関係である。

一方、液晶の屈折率異方性Δｎの大きさは温度によって変化するため、液晶ディスプレイを使用する環境などにより、液晶パネルの温度が変化すると、リタデーションｄ_eff・Δｎの設定値が変動してしまう。

ここで、リタデーションｄ_eff・Δｎの変動を抑えるために屈折率異方性Δｎの値が小さい液晶を用いた場合には、その屈折率異方性Δｎ自体の温度による変動率が小さくなり、また、厚みｄ_effｄが小さい場合には、これらの積であるリタデーションｄ_eff・Δｎの変動量も小さくなることから、液晶ディスプレイの温度マージン拡大効果も期待することができる。

本発明によれば、液晶表示パネルの分光透過率を、光源の発光スペクトルに合わせて所定の関係に設定するという簡単な構成により、電圧印加に伴う色調変動を抑制し、さらに局所的な液晶層の厚み変化による表示不良を抑制することができるので、良好な表示特性を有する横電界型液晶表示装置を容易に、しかもローコストで提供することができる。

以下、本発明による液晶表示装置について、実施形態例を用いて説明する。まず、横電界方式の液晶表示素子の構成と動作原理の説明に必要な角度については、図２の通りとする。

すなわち、図２において、いま、電界方向を９として、これに対して偏光板８(後述)の偏光透過軸１１がなす角度をΦ_pと定義し、同じく電界方向９に対して界面近傍での液晶分子長軸(光学軸)方向１０がなす角度をΦ_LCと定義するのである。

そして、このとき、偏光板及び液晶界面はそれぞれ上下一対あるので、必要に応じてΦ_p1、Φ_p2、Φ_LC1、Φ_LC2と表記する。

なお、この図２において、液晶分子長軸方向１０は配光膜によるラビング方向と同じであり、その他、１は共通電極、３は信号電極、そして４は画素電極である。

次に、横電界方式の液晶表示パネルの構成と動作原理について、図３により説明する。

この図３において、(a)、(b)は横電界方式液晶表示パネルの１画素分を示す側断面図で、同３(c)、(d)は正面図である。なお、ここではアクティブ素子は省略してあり、そのゲート絶縁膜２だけが示してある。

電圧無印加時の状態が図３(a)、(c)で、ガラス板など透明な一対の基板７の内側に線状の電極１、３、４が形成され、その上に配向制御膜５が塗布及び配向処理されている。

また、基板７の外側には、それぞれ偏光板８が設けられており、それらによる透過軸１１は、図の左下に示す通りになっている。

そして、これら配向制御膜５の間には液晶組成物が挾持されているが、図では液晶分子６だけが示してある。そして、このときの液晶組成物の誘電率異方性は正を想定してある。

これらの液晶分子６は、電界無印加時には、配向制御膜５のラビング方向１０により配向制御されているが、その角度Φ_LCは、上記した正の誘電率異方性を考慮して、４５度＜｜Φ_LC｜≦９０度の関係を持つようにされている。

そして、このとき、上下の各界面上での液晶分子配向方向は、ここでは平行方向、すなわち、Φ_LC1＝Φ_LC2にとなっている場合を例としている。

次に、この液晶表示素子の共通電極１と信号電極４の間に所定の極性の電圧が印加され、電界９が加えられたとすると、液晶分子は、図３(ｂ)、(ｄ)に示したように、電界９の方向にその向きを変える。

この結果、偏光板８の偏光透過軸１１との関係で、印加された電圧に応じて光透過率が制御されることになり、表示機能を得ることができるのである。

なお、液晶組成物の誘電率異方性は負であっても問題ない。

すなわち、この場合には、初期配向状態を０度＜｜Φ_LC｜≦４５度となるように設定してやれば良いからである。

次に、横電界方式液晶表示パネルのアクティブ素子(薄膜トランジスタ)と各種電極の構造について説明する。

図４と図５は、２種の異なった構成の横電界方式液晶表示パネルの単位画素部分を示したもので、それぞれ基板面に垂直な方向からみた正面図と、この正面図のＡ−Ａ’線による側断面図と、Ｂ−Ｂ’線による側断面図とを示してある。なお、ガラス基板は省略してある。

これらの図において、１４が薄膜トランジスタで、この薄膜トランジスタ１４は、画素電極(ソース電極)４、信号電極(ドレイン電極)３、走査電極(ゲート電極)１２、及びアモルファスシリコン１３から構成されている。

ここで、共通電極１と走査電極１２は、それぞれガラス基板に形成した同一の金属層をパターン化して構成する。

つぎに、信号電極３と画素電極４は、ゲート絶縁膜２に形成した同一の金属層をパターン化して構成する。

また、容量素子１６は、２本の共通電極１の間を結合する領域において、画素電極４と共通電極１で絶縁膜２を挾む構造を作ることにより形成されるようにしてある。

そして、まず図４の例では、画素電極４は、正面図から明らかなように、２本の共通電極１の間に配置されており、配向制御膜５が平坦化膜の機能を兼ねていて、ゲート絶縁膜２の上に直接設けられている。

この例での画素ピッチは、横方向(すなわち信号配線電極間)は６９μｍ、縦方向は２０７μｍである。

次に、各電極の幅については、以下のように定めてある。

まず、複数画素間にまたがる配線電極としても用いられる各電極、すなわち、走査電極１２、信号電極３、共通電極１の各配線部(走査電極に平行(図４で横方向)に延びた部分)では、線欠陥が回避できるよう、電極幅が、例えば１４μｍ幅と広めにしてある。

一方、１画素単位で独立に形成した画素電極４、及び共通電極１の信号配線電極の長手方向に延びた部分での幅は若干狹くし、それぞれ９μｍ幅とする。

このとき、さらに絶縁膜を介して共通電極１と信号電極３を若干(１μｍ)重ね合わせるようにしてあり、これにより、信号電極３に平行な方向のブラックマトリクスが不要にできるようにしてある。

従って、この例では、図示のように、走査電極方向のみ遮光するブラックマトリクス２２を設けることができる。

また、この場合には、一方の基板７の表面に、図６に示すようにしてカラーフィルタ２４を設ければよい。

なお、この例では、ブラックマトリクス２２を、電極群が形成してある基板に設けているが、対向する基板に設けても良い。

また、これらの電極の形成については、特に従来とは異なった方法を用いる必要は無く、通常用いられている方法で形成してやればよい。

次に、図５の例は、共通電極１と画素電極４を櫛歯形にし、３本の共通電極１の間に２本の画素電極４を配置したもので、画素ピッチは、横方向(水平走査方向)では１００μｍ、縦方向では３００μｍである。

また、ここで、共通電極１と信号電極３の重畳部分には絶縁膜を設けて絶縁が図られており、このときの絶縁膜の厚みは２μｍである。

次に、この例では、ゲート絶縁膜２と配向制御膜５の間に平坦化用の絶縁膜２７が設けてある。なお、この絶縁膜２７の材料としては、ゲート絶縁膜２と同じく、２酸化シリコンや窒化シリコンを用いれば良く、或いは適当な樹脂を用いるようにしてもよい。

次に、この例での電極幅について説明すると、この例でも複数画素間にまたがる配線電極である走査電極１２、信号電極３、共通電極１の配線部(走査電極に平行(図５で横方向)に延びた部分)を広めにすることで線欠陥を回避するようにしてあり、幅はそれぞれ１０μｍ、８μｍ、８μｍである。

一方、１画素単位で独立に形成した画素電極４、及び共通電極１の信号配線電極の長手方向に延びた部分の幅は若干狹くし、それぞれ５μｍ、６μｍとしてある。

なお、この例では、このように電極の幅を狹くしたことにより、異物等の混入による断線の可能性が高まるが、この場合でも、１画素だけの部分的な欠陥で済み、線欠陥に至る虞れはない。

この図５の例では、ブラックマトリクス２２は、図７に示すように、対向基板側にカラーフィルタ２４と共に設けるようになっている。ここで、２５は保護膜兼平坦化膜である。

なお、この例でも、カラーフィルタ２４は、対向基板側に形成しても良いし、電極群を付設した基板側に形成しても良い。

また、これらの電極の形成についても、特に従来とは異なった方法を用いる必要は無く、通常用いられている方法で形成してやればよい。

次に、図８は、液晶表示パネルの駆動回路の一例で、図示のアクティブマトリクス型液晶表示パネル２３には駆動ＬＳＩが接続され、その電極群を付設したＴＦＴ基板上に垂直走査回路２０、映像信号回路２１、共通電極駆動回路２６が接続されている。

そして、図示してない電源回路及びコントローラ１９から走査信号電圧、映像信号電圧、タイミング信号が供給され、アクティブマトリクス駆動による表示動作を行なうことになる。

次に、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説明する。

まず、基板として、厚みが１.１ｍｍのガラス板を２枚用意し、図９に示す基板７とする。

これらの基板７のうち、一方の基板(図では下側の基板)の上に薄膜トランジスタを形成し、更にその表面に絶縁膜２、及び配向膜５を形成する。

この実施例では、配向膜５としてポリイミドを用い、液晶を配向させるためのラビング処理を行なう。

他方の基板(図では上側の基板)７上にも同様に配向膜５を形成し、ラビング処理する。

このとき、上下界面上でのラビング方向は、互にほぼ平行で、かつ印加電界方向とのなす角度を７５度とする。

従って、この実施例では、Φ_LC1＝Φ_LC2＝７５度となっている。

次に、これらの基板７間に、誘電率異方性が正で、その値が１２.０であり、屈折率異方性Δｎが０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を封入する。

このとき、基板７間の隙間(セルギャップ)ｄは、球形のポリマービーズを基板間に分散して挾持することにより与えられるようにし、液晶を封入した状態で、隙間ｄ＝３.０２μｍが得られるようにする。

従って、液晶層全体の厚さｄ_LCは、隙間ｄ(＝３.０２μｍ)と同じになり、この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.２３９μｍとなるが、更に屈折率異方性Δｎの波長分散特性から、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２４４μｍとなり、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２２μｍ程度となる。

次いで、２枚の偏光板８で一対の基板７を挾み、一方の偏光板の偏光軸Φ_p1＝７５度に設定し、他方の偏光板の偏光軸Φ_p2＝−１５度に設定し、これにより、図９の液晶表示パネル２３を得る。

次に、図９に示すように、この液晶表示パネル２３に、透過光用光源として、蛍光管３０と、ライトカバー３１、導光体３２、光拡散板３３からなる、色温度が５８８５Ｋのバックライトユニットを設け、液晶表示装置を作成する。

なお、このバックライトユニットとしては、複数本の蛍光管を用いて構成してもよく、さらにこのとき、光拡散板３３と下側の偏光板８の間にプリズムシートを設けるようにしてもよい。

このとき、カラーフィルタを除いた液晶表示パネル２３自体の色の特性から、適切な、すなわち、このときに無彩色に最も近い表示が得られるように、光源の色温度が選定してあり、それが上記した５８８５Ｋの色温度である。

このときのバックライトユニットのスペクトル特性は、図１０に示すようにしてあり、且つ、液晶表示パネル２３の、カラーフィルタを除いた明状態の分光透過率特性は、図１１に示すようになっており、従って、特許請求の範囲に記載の本発明の要件に合致している。

そして、この結果、この実施例による液晶表示装置の明るさの電圧依存性は、図１２に示すようになり、このときの色度図上の軌跡として、図１に示す結果が得られた。

ここで、Ｃ光源とは、昼光色の標準光源のことである。

そして、この実施例では、図１１から明らかなように、短波長領域での透過率の低下が抑えられているので、暗状態から明状態に至るまで色度がほとんど変わらず、良好な表示特性を有していることが判る。

従って、この実施例によれば、輝度制御に伴う色相の変化が充分に抑えられるので、白黒表示の場合での着色の虞れや、カラー表示のときでの色純度の低下の虞れを充分に無くすことができ、表示品質の向上を充分に図ることができる。

次に、上記実施例の作用効果について、比較例を用いて説明する。

比較例１
まず、比較例１として、誘電率異方性が正で、その値が９.０であり、屈折率異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を基板間に封入して液晶表示パネルを作成してみた。このとき、セルギャップｄは３.８３μｍとした。

従って、この比較例のｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.３１０μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３２１μｍとなり、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３０μｍ程度であり、本発明の要件からは外れている。

これに色温度６８１８Ｋのバックライトユニットを用いて、液晶表示装置を作成する。

この液晶表示パネルの、カラーフィルタを除いた明状態の分光透過率特性は図１３に示すようになり、短波長領域の透過率が大きく低下している。

そして、この結果、電圧無印加から明表示に至るまでの色度図上の軌跡は図１４に示すようになってしまい、色調が変化し、液晶表示パネル自体が着色してしまうことになる。

従って、この比較例１のように、短波長領域で透過率が低下している液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では、暗状態から明状態へ移行するに従って、色調が変化してしまうことが判り、この結果、この比較例では、白黒表示での着色の発生と、カラー表示での色相変化の発生を抑えることは困難で、表示画像品質の低下が免れない。

比較例２
次に比較例２として、比較例１と同じく、誘電率異方性が正で、その値が９.０であり、屈折率異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を基板間に封入し、このとき、セルギャップｄは４.２６μｍとして液晶表示パネルを作成してみた。

従って、このときのｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.３４５μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３５７μｍとなる。

そして、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３３μｍ程度と見積ることができ、やはり本発明の要件からは外れていて、青色光に対する透過率が低くなっていることが判る。

この液晶表示パネルに色温度が６８１８Ｋのバックライトユニットを組合せて液晶表示装置を作成し、この液晶表示装置の電圧無印加から明表示に至るまでの色度図上の軌跡を求めてみると、図１５に示すようになっていて、暗状態から明状態へ移行するに従って、黄色味がかった表示となっていく様子が良く判り、従って、この比較例によっても、表示画像品質の向上を図るのは困難である。

次に、液晶層の局部的な厚み変化による特性変化について、実施例と比較例を用いて説明する。

実施例Ａ
一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラーフィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間に、誘電率異方性が正で、その値が１２.０であり、屈折率異方性が０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

このとき、セルギャップｄは球形のポリマービーズを基板間に分散して挾持することにより与えるのであるが、ここで使用するポリマービーズの径を選定することにより、液晶を封入した状態で、ｄ＝２.８７μｍとする。

従って、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.２２７μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２３２μｍ、よってｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２１μｍ程度にしてある。

このカラー液晶表示パネルに、光源として、色温度４７０３Ｋであるバックライトユニットを用い、実施例Ａとなる液晶表示装置とする。

実施例Ｂ
同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラーフィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間に、誘電率異方性が正で、その値が１２.０であり、屈折率異方性が０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

しかして、このとき、セルギャップｄを与えるためのポリマービーズの径を実施例Ａのときに使用したものとは変えて、ｄ＝３.１７μｍとする。

従って、この実施例Ｂでは、そのｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.２５０μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２５６μｍ、そして、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２３μｍ程度になっている。

このカラー液晶表示パネルに、光源として、同じく色温度４７０３Ｋであるバックライトユニットを組合せ、実施例Ｂとなる液晶表示装置とする。

比較例Ｃ
同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラーフィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間に、誘電率異方性が正でその値が９.０であり、屈折率異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

このとき、セルギャップｄは３.８３μｍになるようにする。

この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.３１４μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３２１μｍであり、従って、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３０μｍ程度になって、本発明の要件からは外れている。

このカラー液晶表示パネルに色温度が６８１８Ｋのバックライトユニットを組合せて、比較例Ｃとなる液晶表示装置を作成する。

比較例Ｄ
同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラーフィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間に、誘電率異方性が正でその値が９.０であり、屈折率異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

このとき、セルギャップｄは４.２６μｍになるようにする。

この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.３４９μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３５７μｍであり、従って、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３３μｍ程度になって、これも本発明の要件からは外れている。

このカラー液晶表示パネルに色温度が６８１８Ｋのバックライトユニットを組合せて、比較例Ｄとなる液晶表示装置を作成する。

上記の説明から明らかなように、これら実施例Ａと実施例Ｂ、それに比較例Ｃと比較例Ｄは、それぞれ液晶表示パネルのギャップが１０％程度違えてあり、従って、これらの間での色調の違いを見ることで、液晶層の厚みｄ_eff(≒ｄ)の違いによる色調の変化、すなわち、ギャップマージンを見積ることができる。

そこで、国際照明委員会(ＣＩＥ)が１９７６年に提案したＬ＊ｕ＊ｖ＊表色系の色差式を用いて、これら実施例Ａと実施例Ｂ、それに比較例Ｃと比較例Ｄの印加電圧に対する色差ΔＥ_uv＊の特性を図１６に示す。

通常、このような液晶表示装置において、同一液晶表示パネル内で許される色差ΔＥ_uv＊の値は３程度であるとされている。

そこで、この図１６をみてみると、まず実施例Ａと実施例Ｂの場合には、図中の実線の特性から明らかなように、同一液晶表示パネル内で１０％程度ギャップ変動を生じても、色差ΔＥ_uv＊の値は２以下を保っており、従って、この場合には、色調が不良にならないことが判る。

一方、これに対して、比較例Ｃと比較例Ｄでは、図１６の破線の特性から明らかなように、印加電圧に応じて大きな色差ΔＥ_uv＊が現われてしまい、著しい色調不良が発生してしまうことが判る。

従って、本発明の実施例の場合には、１０％程度のギャップ変動に際しては、電圧印加に伴なう色調変動がほとんど生じないだけではなく、ギャップ変動に対するマージンが充分に得られることが判る。

そして、液晶表示パネルの場合、その製造歩留まりの点から見て、ギャップ変動についての許容範囲としては、１０％程度も見込めば実用上は充分であり、従って、本発明の実施例によれば、液晶層の局部的な厚み変化による特性変化を充分に抑えることができ、容易に表示品質の保持を得ることができる。

次に、このように、本発明の実施例と比較例での色差の発生理由について、ＲＧＢ各色での通過特性の違いから説明する。

まず、図１７と図１８は、実施例Ａと実施例Ｂの印加電圧に対する明るさを、ＲＧＢ各色をパラメータとして示した特性であり、次に図１９と図２０は、比較例Ｃと比較例Ｄについて、同じく示した特性である。

ここで、各色の波長の値は、図１０に示す発光波長特性のバックライトによる場合のものであり、このとき、Ｂ(青)の波長については、青色部分のスペクトルの中間の値をとって４６５ｎｍとしてある。

これらの図から、次のことが判る。

まず、図１７と図１８の本発明の実施例の場合は、暗表示から明表示に至るまで各色の特性の変化傾向はほぼ同じで、何れの色の場合も、明るさに対する寄与はほぼ等しくなっていることが判る。

従って、この場合には、色調の変化は現われない。すなわち、本発明の実施例では、色調の変化を生じないことが判る。

次に、図１９と図２０の比較例の場合は、実線で示す青の特性については、その変化傾向が、他の赤と緑の特性とは異なり、印加電圧が高くなるにつれて、明るさに対する寄与が減少していることが判る。

従って、この比較例の場合は、明るさが増すにつれ青色成分が足りなくなり、この結果、表示は黄色みを帯びてくるようになってしまい、色調が変化してしまうのである。

図２１は、リタデーションｄ_eff・Δｎ(μｍ)をパラメータとして、明表示における各波長での通過率を明るさで示した図で、この図から明らかなように、リタデーションｄ_eff・Δｎの設定値により、特に波長５００ｎｍ以下の短波長領域(青色領域)での明るさが大きく変化し、僅かなリタデーションｄ_eff・Δｎの変化で著しい明るさの低下をもたらすことが判る。

色調変化を生じないようにした液晶表示パネルを得るためには、ＲＧＢの３種の波長での透過率の関係が所定の状態に保たれていることが重要である。

そして、この所定の状態とは、バックライトの発光スペクトルの中で、青に相当するスペクトルの中での最長波端の波長における透過率が、５４５ｎｍ(緑)と６３０ｎｍ(赤)の波長での透過率よりも常に高くなっている状態のことである。

従って、本発明では、常にこの関係が保たれていることが条件となっており、この関係を規定する条件を満足する液晶表示パネルの一例が上記実施例として説明されているのである。

本発明による液晶表示装置の効果を説明するための色度図である。液晶表示装置でのラビング方向と偏光板の軸方向を定義する説明図である。本発明による横電界方式液晶表示装置の動作を説明するための模式図である。本発明による液晶表示装置の一実施例における単位画素内での電極構造の説明例である。本発明による液晶表示装置の他の一実施例における単位画素内での電極構造の説明例である。本発明の一実施例におけるカラーフィルタの説明図である。本発明の他の一実施例におけるカラーフィルタの説明図である。アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルの駆動回路の一例を示す回路図である。本発明による液晶表示装置の一実施例を示す概略構成図である。本発明の一実施例における光源の発光スペクトル図である。本発明の一実施例による液晶表示パネルの分光透過率特性図である。本発明の一実施例による液晶表示パネルの輝度の電圧依存性を示す特性図である。液晶表示パネルの従来例による分光透過率特性の説明図である。液晶表示パネルの従来例による色調変動を説明するための色度図である。液晶表示パネルの他の従来例による色調変動を説明するための色度図である。本発明の実施例と従来技術による比較例とによるギャップマージン拡大効果を示す説明図である。本発明の実施例Ａによる透過率特性図である。本発明の実施例Ｂによる透過率特性図である。従来技術による比較例Ｃの透過率特性図である。従来技術による比較例Ｄの透過率特性図である。リタデーションをパラメータとして示した液晶表示パネルの波長に対する透過率特性図である。

符号の説明

１：共通電極
２：ゲート絶縁膜
３：信号電極
４：画素電極
５：配向膜
６：液晶分子
７：基板
８：偏光板
９：電界
１０：ラビング方向
１１：偏光板の透過軸
１２：走査電極
１３：アモルファスシリコン
１４：薄膜トランジスタ素子
１６：蓄積容量
１９：コントロール回路
２０：垂直走査回路
２１：映像信号回路
２２：ブラックマトリクス
２３：アクティブマトリクス型液晶表示素子
２４：カラーフィルタ
２５：保護膜兼平坦化膜
２６：共通電極駆動用回路
２７：絶縁膜
３０：光源
３１：ライトカバー
３２：導光体
３３：拡散板

Claims

光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、
前記液晶パネルは、前記光源の発光波長領域４５０〔ｎｍ〕から４９０〔ｎｍ〕の範囲に透過率の最大値を有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、一対の偏光板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、
前記液晶パネルは、前記光源の青色に対応する発光波長領域に透過率の最大値を有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記光源の青色に対応する発光波長領域は、４００〔ｎｍ〕から５００〔ｎｍ〕であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、一対の偏光板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。