JP2004295072A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックマトリックス及び偏光板による光損失を抑制させることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに所定間隔で対向配置され、下部に配置のカラーフィルタ基板３０及び上部に配置のアレイ基板４０と、カラーフィルタ基板上の非画素部にマトリックス形態で形成の反射膜３１と、反射膜上に形成のブラックマトリックス３２と、ブラックマトリックスで限定されるカラーフィルタ基板の画素部に形成のＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃと、カラーフィルタ基板上の下部配向膜３４と、アレイ基板上の画素部に形成の画素電極４１と、アレイ基板上の上部配向膜４２と、カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に介在された液晶層５０と、カラーフィルタ基板の外側に設置され、非画素部下の部分では偏光機能がない、部分的にマスクされた下部偏光板５２と、アレイ基板外側上の上部偏光板５４とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は液晶表示装置に関するものであり、より詳細には、光効率を向上させた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、軽薄短小で低電圧駆動及び低電力消費という長所を基にＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）の代替えとして開発されてきた。特に、薄膜トランジスタ液晶表示装置は、ＣＲＴに匹敵する高画質化、大型化、及びカラー化などを実現してきており、最近ではノートブックＰＣ及びモニター市場はもちろんいろいろな分野で多様に使用されている。

このような液晶表示装置、特に、薄膜トランジスタ液晶表示装置は、薄膜トランジスタ及び画素電極を有するアレイ基板と、カラーフィルタ及び対向電極を有するカラーフィルタ基板とが液晶層の介在下に合着された構造を有する。また、アレイ基板と液晶層及びカラーフィルタ基板と液晶層との間にはそれぞれ初期液晶配列のための配向膜が設置され、さらに、各基板の外側上には偏光板が付着される。

合わせて、液晶表示装置は、外部から光を受けて画像を表示する受光表示装置であり、この時、外部光源としては通常バックライト（Ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ）が使用され、このようなバックライトは偏光板を含んだアレイ基板の下部に配置される。

上記のような構成を有する液晶表示装置は、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に差し込まれた画素部の液晶をマトリックス形態で配列された信号ラインを通じて信号を印加して動作させることによって所定の画像を表示する（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上述した液晶表示装置は光効率が非常に低いという短所を有する。すなわち、液晶表示装置は偏光板により５０％以上の光損失が生じ、また、レッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタによっても一部光損失が生じ、そして、画素開口率に関連して５０％程度の光利用率しか示さないために、実質的に光効率が１０％以内と非常に低い。

ここで、液晶表示装置での開口率は、カラーフィルタ基板に形成されるブラックマトリックスにより決定される。このブラックマトリックスは、非画素部に入射される光を遮断するために形成されるものであり、非画素部に入射された光はブラックマトリックスに完全に吸収されるため、それにより、ブラックマトリックスによる光損失が生じるようになる。

図１は、従来技術による液晶表示装置のブラックマトリックスが形成されたカラーフィルタ基板の平面図である。また、図２は、従来技術による液晶表示装置の断面図である。

以下に、図１及び図２を参照してブラックマトリックス及び偏光板による光損失に対して簡略的に説明する。

図１に示すように、カラーフィルタ基板は、レッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが画素部に形成され、非画素部、すなわち、画素部間の境界にはブラックマトリックス１２が形成される。

上述のような構造で、レッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成された領域に入射された光は、画像を表示するのに活用されるが、ブラックマトリックス１２が形成された非画素部に入射された光は完全に吸収され、それにより光損失が生じるようになる。

図２に示すように、液晶表示装置は、画素電極２を具備したアレイ基板１とカラーフィルタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及びブラックマトリックス１２を具備したカラーフィルタ基板１１とが液晶層２０の介在下に合着されている。さらに、各基板１、１１と液晶層２０との間の各々には初期液晶配向のための配向膜４、１４が形成されていて、各基板１、１１の外側の面には偏光板５、１５が付着されている。未説明の図面符号２２は基板間の間隔維持のために挿入されたスペーサを示す。

上記のような構造を有した液晶表示装置において、バックライト（図示せず）から出てきた光は下部偏光板５を経て液晶表示装置内部に入射されるが、この時、非偏光の光が直線偏光の光に偏光される過程で５０％程度の光損失が生じるようになる。

さらに、液晶表示装置内部に入射された光のうちから、Ａの経路に進行する光は画像を表示するのに活用される反面、Ｂの経路に進行する光はブラックマトリックス１２に完全吸収され、これにより、ブラックマトリックス１２により光損失が生じるようになる。

結論として、従来の液晶表示装置は、偏光板及びブラックマトリックスにより相当量の光損失が生じ、非常に低い光効率を有することになるという問題があった。

特開平０６−０９５１１８号公報（段落番号［０００４］〜［００１４］）

そこで、本発明は上記従来の液晶表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ブラックマトリックス及び偏光板による光損失を抑制させることができる液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ブラックマトリックス及び偏光板による光損失を抑制させることによって光効率を改善させた液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、互いに所定の間隔をおいて対向配置される、下部に配置されたカラーフィルタ基板及び上部に配置されたアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板上の非画素部にマトリックス形態で形成された反射膜と、前記反射膜上に形成されたブラックマトリックスと、前記ブラックマトリックスにより限定されるカラーフィルタ基板の画素部に形成されたレッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタと、前記カラーフィルタ及びブラックマトリックスを含んだカラーフィルタ基板の全領域上に形成された下部配向膜と、前記アレイ基板上の画素部に形成された画素電極と、前記画素電極を含んだアレイ基板の全領域上に形成された上部配向膜と、前記カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に介在された液晶層と、前記カラーフィルタ基板の外側に設置され、非画素部下の部分では偏光機能がない、部分的にマスクされた下部偏光板と、前記アレイ基板の外側上に設置された上部偏光板とを有することを特徴とする。

ここで、前記下部偏光板は、前記反射膜範囲内の偏光機能を有する部分と反射膜との重複長さ（ｄ）が、光の漏れを防ぐために、前記反射膜の幅（Ｌ）に対して下記の式１の条件に従って設計されることが好ましい。
０＜ｄ＜（Ｌ／２）・・・・・・・・（式１）

また、上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、互いに所定の間隔をおいて対向配置される、下部に配置されたカラーフィルタ基板及び上部に配置されたアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板上の非画素部にマトリックス形態で形成された反射膜と、前記反射膜上に形成されたブラックマトリックスと、前記ブラックマトリックスにより限定されるカラーフィルタ基板の画素部に形成されたレッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタと、前記カラーフィルタ及びブラックマトリックスを含んだカラーフィルタ基板の全領域上に形成された下部偏光板と、前記下部偏光板上に形成された下部配向膜と、前記アレイ基板上の画素部に形成された画素電極と、前記画素電極を含んだアレイ基板の全領域上に形成された上部配向膜と、前記カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に介在された液晶層と、前記アレイ基板の外側上に設置された上部偏光板とを有することを特徴とする。

本発明によれば、カラーフィルタ基板が下部に、そして、アレイ基板が上部に配置されるように構成し、特に、ブラックマトリックスの下には反射膜を設置しブラックマトリックスに吸収される光が活用されるようにし、また、通常の偏光板ではない、部分的に偏光機能がないマスクされた偏光板を使用することによって、ブラックマトリックス及び偏光板による光損失を除去することができ、これにより、光効率を改善させることができる効果がある。

次に、本発明に係る液晶表示装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の第１の実施例による液晶表示装置を図示した断面図である。
本発明の第１の実施例による液晶表示装置は、図３に示すように、カラーフィルタ基板３０が光源であるバックライト（図示せず）に隣接するように、すなわち、下部に配置され、反面、アレイ基板４０がカラーフィルタ基板３０の上部に配置される構造を有する。

カラーフィルタ基板３０において、画素部間の境界である非画素部にはマトリックス形態で高反射率の反射膜３１が形成され、反射膜３１上にはブラックマトリックス３２が形成される。また、ブラックマトリックス３２により限定される各画素部にはレッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが形成され、そして、ブラックマトリックス３２及びカラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃを含んだ基板の全領域上には下部配向膜３４が形成される。

アレイ基板４０において、カラーフィルタ基板３０のカラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃに対向する各画素部位には画素電極４１が形成され、画素電極４１を含んだ基板の全領域上には上部配向膜４２が形成される。

上記のようなカラーフィルタ基板３０とアレイ基板４０とは液晶層５０を介在して合着される。この時、基板３０、４０との間にはそれら間の間隔維持のためにスペーサ４４が配置される。また、各基板３０、４０の外側の面上には偏光板５２、５４を各々付着させるが、カラーフィルタ基板３０に付着される下部偏光板５２は、通常の偏光板ではない、部分的にマスクされた偏光板が用いられる。

すなわち、下部偏光板５２は、ブラックマトリックス３２と同一形態でブラックマトリックス３２の下部に該当する部分には偏光機能がなく、カラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの下部に該当する部分のみが偏光機能を有するように、部分的にマスクされた偏光板を使用する。

この時、部分的にマスクされた下部偏光板５２を設計することにおいて、偏光機能を有する部分と反射膜３１の重複長さ（ｄ）は、光漏れが発生しないように下記の式１のように設計することが望ましい。ここで、Ｌは反射膜３１の幅を示す。
０＜ｄ＜（Ｌ／２）・・・・・・・・（式１）

このような本発明の液晶表示装置によれば、以下に説明するように改善された光効率を有する。
図面符号Ｃ及びＤは、各々画素部及び非画素部に進行する光の経路を示すものである。
まず、Ｃの経路に沿って進行する光は、画素部のカラーフィルタ３３ｃを経て画像を表示するのに活用される。

反面、Ｄの経路に沿って進行する光は、下部偏光板５２を透過して進行するが、反射膜３１に反射されて再びバックライト（図示せず）に入って行き、以後、詳細には図示して説明していないが、バックライトの反射板により反射されて再びパネルに入射されて活用される。

したがって、バックライトから出てきた光は、画素部のみに進行されるだけであり、非画素部のブラックマトリックスに吸収されないで、そして、反射膜により反射されて再び活用されるので、結果的に、ブラックマトリックスによる光損失は生じない。

また、通常の偏光板が使用される場合、非画素部に進行される光は１次的に偏光板により光損失が生じる。ところが、本発明のように部分的にマスクされた偏光板５２が適用される場合、バックライトから出てきて画素部に進行する光に対する偏光板による光損失はあるけれども、非画素部に進行する光に対しては、非画素部下の偏光板部分が偏光機能を有しないことと関連してこの部分に進行する光に対する偏光板による光損失はないと考えられる。

したがって、画素部に進行される光のみに対して光損失が生じるだけであり、非画素部に進行する光に対する光損失が除去されるために、光損失は減少される。

結果的に、本発明による液晶表示装置では、ブラックマトリックスによる光損失がなくなり、また、偏光板による光損失も最小化できるために、改善された光効率を有するようになる。

図４は、本発明の第２の実施例による液晶表示装置を図示した断面図である。
本発明の第２の実施例による液晶表示装置は、図４に示すように、本発明の第１の実施例と比較して部分的にマスクされた下部偏光板５２がカラーフィルタ基板３０の外側の面ではなく、ブラックマトリックス３２及びカラーフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが形成された基板面側上に設置され、下部配向膜３４は下部偏光板５２上に形成される。そして、それ以外の残りの構成要素は図３のそれらと同一である。

この実施例による液晶表示装置は部分的にマスクされた下部偏光板５２がカラーフィルタ基板３０の外側の面ではない内部に設置されるが、ブラックマトリックス３２による光損失を除去しながら、第１の実施例のそれと比較して、偏光板５２による光損失をさらに減らすことができることが予想される。

一方、上述した実施例ではカラーフィルタ基板の内側に設置される下部偏光板として部分的にマスクされた偏光板が使用されたが、機能的側面で通常の偏光板を利用することも可能である。

また、上述した本発明の実施例では、カラーフィルタ基板を下部に、そして、アレイ基板を上部に配置させて、カラーフィルタ基板に反射膜を具備させ、そして、カラーフィルタ基板に位置される偏光板として部分的にマスクされた偏光板を使用して光効率が改善されるようにしたが、それらとは異なり、別の実施例として典型的な液晶表示装置の構造と同様にアレイ基板を下部に、カラーフィルタ基板を上部に配置させて、単に部分的にマスクされた偏光板のみをアレイ基板の下部に付着させることによって光効率を改善するようにすることもできる。

この場合、ブラックマトリックスによる光損失問題は解決できないけれども、全光損失中で実質的に大多数を占めている偏光板による光損失は除去できるために、結果的に、光効率を大きく改善させることができることが予想される。

尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明によれば、光効率を高めることによって液晶表示装置の輝度を改善させることができ、合わせて、輝度改善のためのＣＬＣ（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）偏光子及びバックライトのプリズムシートのような部材を除去することができるので、液晶表示装置の製造原価を節減することができる。

従来技術による液晶表示装置を説明するためのものであり、ブラックマトリックスが形成されたカラーフィルタ基板の平面図である。 従来技術による液晶表示装置の断面図である。 本発明の第１の実施例による液晶表示装置を図示した断面図である。 本発明の第２の実施例による液晶表示装置を図示した断面図である。

符号の説明

３０ カラーフィルタ基板
３１ 反射膜
３２ ブラックマトリックス
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ カラーフィルタ
３４ 下部配向膜
４０ アレイ基板
４１ 画素電極
４２ 上部配向膜
４４ スペーサ
５０ 液晶層
５２ 下部偏光板
５４ 上部偏光板

Claims (4)

1. 互いに所定の間隔をおいて対向配置される、下部に配置されたカラーフィルタ基板及び上部に配置されたアレイ基板と、
   前記カラーフィルタ基板上の非画素部にマトリックス形態で形成された反射膜と、
   前記反射膜上に形成されたブラックマトリックスと、
   前記ブラックマトリックスにより限定されるカラーフィルタ基板の画素部に形成されたレッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタ及びブラックマトリックスを含んだカラーフィルタ基板の全領域上に形成された下部配向膜と、
   前記アレイ基板上の画素部に形成された画素電極と、
   前記画素電極を含んだアレイ基板の全領域上に形成された上部配向膜と、
   前記カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に介在された液晶層と、
   前記カラーフィルタ基板の外側に設置され、非画素部下の部分では偏光機能がない、部分的にマスクされた下部偏光板と、
   前記アレイ基板の外側上に設置された上部偏光板とを有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記下部偏光板は、前記反射膜範囲内の偏光機能を有する部分と反射膜との重複長さ（ｄ）が、光の漏れを防ぐために、前記反射膜の幅（Ｌ）に対して下記の式１の条件に従って設計されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   ０＜ｄ＜（Ｌ／２）・・・・・・・・（式１）
3. 互いに所定の間隔をおいて対向配置される、下部に配置されたカラーフィルタ基板及び上部に配置されたアレイ基板と、
   前記カラーフィルタ基板上の非画素部にマトリックス形態で形成された反射膜と、
   前記反射膜上に形成されたブラックマトリックスと、
   前記ブラックマトリックスにより限定されるカラーフィルタ基板の画素部に形成されたレッド、グリーン及びブルーのカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタ及びブラックマトリックスを含んだカラーフィルタ基板の全領域上に形成された下部偏光板と、
   前記下部偏光板上に形成された下部配向膜と、
   前記アレイ基板上の画素部に形成された画素電極と、
   前記画素電極を含んだアレイ基板の全領域上に形成された上部配向膜と、
   前記カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に介在された液晶層と、
   前記アレイ基板の外側上に設置された上部偏光板とを有することを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記下部偏光板は、ブラックマトリックス上の部分が偏光機能がない、部分的にマスクされた偏光板であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。

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