JP2006053402A - 垂直配向型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、低消費電力で、正常な白表示を得る。
【解決手段】Ｒ画素ＧＳ（Ｒ）の開口部の面積をＳ（Ｒ）、Ｇ画素ＧＳ（Ｇ）の開口部の面積をＳ（Ｇ）、Ｂ画素ＧＳ（Ｂ）の開口部の面積をＳ（Ｂ）とすると、Ｓ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）なる関係が成り立つようにする。また、Ｒ画素の光の透過率をＴ_Ｒとし、Ｇ画素の光の透過率をＴ_Ｇとし、Ｂ画素の光の透過率をＴ_Ｂとすると、 Ｓ（Ｇ）＝Ｓ（Ｂ）×Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｇ 、Ｓ（Ｒ）＝Ｓ（Ｂ）×Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｒ なる関係が成り立つようにする開口部の面積を設定することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置に関する。

近年、負の誘電率異方性を有した液晶と、垂直配向膜とを用いた垂直配向型液晶表示装置が開発されている。この垂直配向型液晶表示装置は、広視野角特性と高コントラスト特性を有しており、配向膜のラビング処理も不要であるという利点を有している。
係る垂直配向型液晶表示装置において、液晶は負の誘電率異方性を有しているので、液晶を構成する液晶分子は電界方向とは垂直の方向に向く性質を持っている。垂直配向膜は例えばポリイミドやポリアミド等の有機系材料から成る。即ち、液晶に印加される電界が無いとき、液晶分子は垂直配向膜によって、垂直配向膜が形成された基板の法線方向を向くように制御されている。そして、画素電極と共通電極の間に電圧を印加して基板の法線方向の電界を発生させると、これらの電界に挟まれた領域の液晶分子は電界とは垂直な方向に倒れる。

これにより、液晶中を伝搬する入射光の位相が変化する。液晶中を伝搬する入射光の位相変化は、液晶を挟む基板間の距離（ギャップ）をｄとし、液晶の屈折率分散をΔｎとし、光の波長をλとするとΔｎｄ／λで表される。そして、液晶を通過した光を前記基板に貼り付けられた偏光板を通過させることで、入射光の透過率が変化して所望の液晶表示を得ることができる。この場合、例えば、電圧無印加時には黒表示が行われ、電圧印加時にはある一定の電圧（白電圧Ｖwhite）で入射光の透過率が最大となるように前記偏光板が設定される。

また、最近ではＲＧＢ３原色の画素を備えた、フルカラーの垂直配向型液晶表示装置も開発されている。
特開平７−３１１３８３号公報

しかしながら、フルカラーの垂直配向型液晶表示装置においてはＲＧＢ３原色の画素毎に異なる色のカラーフィルター層を通過した光の波長λは画素毎に異なることから、一定の電圧で透過率が最大にならない。即ち、図４に示す如く、ＲＧＢの画素毎にＶ−Ｔ特性（透過率対液晶印加電圧特性）が異なってしまう。なお、図４はＲＧＢ毎にそのピークの輝度を１００％として規格化した特性図であり、Ｌ―Ｖ特性（輝度対液晶印加電圧特性）は図５に示すように、輝度は、緑色（Ｇ）が最も高く、その次に赤色（Ｒ）が高く、青色（Ｂ）は最も低い。

図４に示すように、Ｖ−Ｔ特性における透過率Ｔは液晶印加電圧Ｖの増加とともに増加し、最大値を過ぎると減少に転じるため、一般にはＲＧＢのうち、最も低電圧で透過率Ｔが高くなる青色（Ｂ）に合わせて、液晶印加電圧Ｖとして白電圧Ｖwhiteが設定される。
この白電圧Ｖwhiteが印加されたとき、緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）はそれらの１００％の透過率には達しないため、白の色味が青っぽく観察されるという問題が生じる。そこで、赤色（Ｒ）の画素の液晶印加電圧（駆動電圧）を高くしてそのような色付きの問題を改善することも考えられるが、それでは液晶表示装置の消費電力が増大してしまうという問題が生じる。

本発明は、赤緑青の３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、赤緑青の画素毎に画素電極が形成された第１の基板と、前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、前記第２の基板上に、赤緑青の３原色の各画素に対応して配置されたカラーフィルター層と、前記第２の基板上に、前記画素電極に対向して配置された共通電極と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入された負の誘電率異方性を有する液晶と、を備え、前記赤緑青の画素の開口部の面積がそれぞれ異なることを特徴とするものである。
また、上記構成に加えて、赤色画素の開口部の面積をＳ（Ｒ）、緑色画素の開口部の面積をＳ（Ｇ）、青色画素の開口部の面積をＳ（Ｂ）とすると、
Ｓ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）なる関係が成り立つことを特徴とするものである。

さらに、上記構成に加えて、所定の電圧を液晶に印加したときの画素の単位面積当たりの透過率と前記画素の開口部の面積との積が、赤緑青の各色の画素について互いに等しいことを特徴とするものである。

さらにまた、上記構成に加えて、前記所定の電圧は青色画素の透過率が他の色の画素の透過率に比して最も高くなる電圧であることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、低消費電力で、正常な白表示を得ること、即ち、白表示における白の色付きを無くすことができる。また、輝度に対する影響は青色（Ｂ）より緑色（Ｒ）や赤色（Ｒ）の方が大きいので、ＲＧＢ３原色の画素の開口部の面積が同じ場合と比べて、輝度を上げることができる。また、ＲＧＢ３原色の画素の開口部の面積をそれぞれ異ならせることで、白の色味を自在に変えることもでき、例えば、黄色っぽい白などの所望の白表示を実現することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る垂直配向型液晶表示装置の平面パターン図である。図１に示すように、赤色の画素ＧＳ（Ｒ），緑色の画素ＧＳ（Ｇ），青色の画素ＧＳ（Ｒ）が行方向に繰り返し配列され、画素領域を構成している。この画素領域において、Ｘ方向に所定の間隔で複数のソースラインＳＬが延在し、Ｙ方向に複数のゲートラインＧＬが延在している。そして、ソースラインＳＬとゲートラインＧＬの交差点付近に画素選択用ＴＦＴが配置されている。画素選択用ＴＦＴのソースはソースラインＳＬに接続され、そのドレインは透明な画素電極に接続されている。また、ゲートラインに沿って、画素選択用ＴＦＴのドレイン領域とオーバーラップして容量結合した補助容量ラインＳＣＬが延在している。

各画素のＸ方向の寸法は同じであるが、Ｙ方向の寸法を異ならせることで、各画素の開口部の面積を異ならせている。即ち、赤色の画素ＧＳ（Ｒ）の開口部の面積をＳ（Ｒ）、緑色の画素ＧＳ（Ｇ）の開口部の面積をＳ（Ｇ）、青色の画素ＧＳ（Ｂ）の開口部の面積をＳ（Ｂ）とすると、Ｓ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）なる関係が成り立つようにしている。

ここで、画素の開口部の面積というのは、１画素内で、外部からの光が通過する部分の面積であり、画素全体の面積から光を通過しない部分の面積、即ち、ソースラインＳＬ、ゲートラインＧＬ、補助容量ラインＳＣＬ、画素選択用ＴＦＴなどの面積を差し引いた面積である。また、ＴＦＴ基板に対向する対極基板側にブラックマトリクス（ＢＭ）が用いられる場合には、画素の開口部の面積は、ブラックマトリクスによって決まる開口部の開口面積を指すことになる。

図２は図１のＡ−Ａ’に沿った断面図である。以下、垂直配向型液晶表示装置画素の断面構造について図２を参照して説明する。尚、この断面構造は、画素ＧＳ（Ｇ）に対応するものであるが、他の画素ＧＳ（Ｒ）、ＧＳ（Ｂ）についても同様であり、カラーフィルターの種類が異なるのみである。

ＴＦＴガラス基板１０上にはＳｉＯ_２／ＳｉＮから成るバッファ層１１を介して画素選択用ＴＦＴが形成されている。画素選択用ＴＦＴは、バッファ層１１上に形成されたポリシリコン層１２とＳｉＯ_２／ＳｉＮから成るゲート絶縁膜１３、ゲート絶縁膜１３上に形成されたモリブデン（Ｍｏ）から成るゲート配線１４（ゲートラインＳＣＬの一部）から構成されている。また、ポリシリコン層１２のドレイン領域上のゲート絶縁膜１３上には補助容量ラインＳＣＬが重畳されている。

この画素選択用ＴＦＴを被って、ＳｉＮ／ＳｉＯ_２から成る層間絶縁膜１５が形成されている。そして、層間絶縁膜１５上にはアルミニウム（Ａｌ）から成るソースラインＳＬが形成され、層間絶縁膜１５及びゲート絶縁膜１３に開口されたコンタクトホールを通してポリシリコン層１２のソース領域に電気的に接続されている。また、層間絶縁膜１５上にはアルミニウム（Ａｌ）から成るドレイン配線１６が形成され、層間絶縁膜１５及びゲート絶縁膜１３に開口されたコンタクトホールを通してポリシリコン層１２のドレイン領域に電気的に接続されている。

ソースライン及びドレイン配線１６が形成された層間絶縁膜１５上は更に、アクリル材から成る平坦化層１７によって被われ、この平坦化層１７上に、ＩＴＯやＩＺＯから成る透明な画素電極１８が形成されている。画素電極１８は、平坦化層１７に開口されたコンタクトホールを通してドレイン配線１６に電気的に接続されている。

一方、対極ガラス基板３０はＴＦＴガラス基板１０と所定の間隔を隔てて対向配置されている。対極ガラス基板３０上にはカラーフィルター層３１が形成されている。カラーフィルター層３１はＲＧＢの画素に対応した色素を含んでいる。カラーフィルター層３１上には、画素電極１８に対向して、ＩＴＯやＩＺＯから成る透明な対極電極３２が形成されている。また、対極電極３２の一部上には配向制御用突起が形成されている。

そして、上記の対極ガラス基板３０とＴＦＴガラス基板１０との間に、負の誘電率異方性を有した液晶層４０が封入されている。尚、図示していないが、対極ガラス基板３０及びＴＦＴガラス基板１０の外側の表面には偏光板及び位相差板が貼り付けられている。また、画素電極１８及び対極電極３２上には、ポリイミドやポリアミド等の有機系材料から成る垂直配向膜が形成されている。

本実施形態によれば、上述のようにＲＧＢの画素の開口部の面積が、Ｓ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）という関係が成り立つように設定されている。従来例では、ＲＧＢの画素の開口部の面積は等しく設定されていた（Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｇ）＝Ｓ（Ｒ））ので、図４に示したように、白電圧Ｖwhiteが、各画素の画素電極１８を通して液晶３０に印加されたとき、青色の画素の透過率が最も高く（１００％）、緑色の画素と赤色の画素については１００％の透過率には達しないため、白の色味が青っぽく観察されるという問題が生じていた。これに対して、本実施形態では、赤色と緑色の画素の開口部の面積を青色の画素のそれより大きく設定しているので、それらの色の透過率が向上し、白の色付きを抑制することが可能になる。

前記赤色の画素ＧＳ（Ｒ）の光の単位面積当たりの透過率をＴ_Ｒとし、前記緑色の画素ＧＳ（Ｇ）の光の単位面積当たりの透過率をＴ_Ｇとし、前記青色の画素ＧＳ（Ｂ）の光の単位面積当たりの透過率をＴ_Ｂとすると、
Ｓ（Ｇ）≒Ｓ（Ｂ）×Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｇ 、Ｓ（Ｒ）＝Ｓ（Ｂ）×Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｒ なる関係が成り立つようにする開口部の面積を設定することが好ましい。

これにより、Ｔ_Ｂ×Ｓ（Ｂ）：Ｔ_Ｇ×Ｓ（Ｇ）：Ｔ_Ｒ×Ｓ（Ｒ）＝１：１：１という関係が成り立つので、図３のＶ−Ｔ特性に示すように、液晶に白電圧Ｖwhiteが印加されたときに、赤緑青の各画素の光の透過率は全てほぼ１００％となり、白表示における白の色付きを無くすことができる。なお、透過率Ｔと開口部の面積Ｓの積は、人間の視覚による誤差を考慮すると、５％程度の差であれば、色味の変化は認識しにくくなる。したがって、そのような表示装置は本発明の範囲に含まれる。

また、上述の説明では、ＲＧＢの画素の開口部の面積はＳ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）という関係が成り立つように設定されているが、これに限らず、
ＲＧＢの画素の開口部の面積を任意に異ならせることで、白に色味を自在に変えることもでき、例えば、黄色っぽい白などの所望の白表示を実現することができる。

また、本実施形態は、透過型ＬＣＤを例として説明したが、本発明はこれに限らず透過領域と反射領域とを備えた半透過型ＬＣＤにも適用することができるものである。

本発明の実施形態に係る垂直配向型液晶表示装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る垂直配向型液晶表示装置のＶ−Ｔ特性（透過率対液晶印加電圧特性）を示す図である。 従来例の液晶表示装置のＶ−Ｔ特性（透過率対液晶印加電圧特性）を示す図である。 液晶表示装置のＬ―Ｖ特性（輝度対液晶印加電圧特性）を示す図である。

符号の説明

１０ ＴＦＴガラス基板 １１ バッファ層 １２ ポリシリコン層
１３ ゲート絶縁膜 １４ ゲート配線 １５ 層間絶縁膜
１６ ドレイン配線 １７ 平坦化層 １８ 画素電極
３０ 対極ガラス基板 ３１ カラーフィルター
３２ 対極電極 ４０ 液晶

Claims (4)

1. 赤緑青の３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、
   赤緑青の画素毎に画素電極が形成された第１の基板と、
   前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、
   前記第２の基板上に、赤緑青の３原色の各画素に対応して配置されたカラーフィルター層と、
   前記第２の基板上に、前記画素電極に対向して配置された共通電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入された負の誘電率異方性を有する液晶と、を備え、
   前記赤緑青の画素の開口部の面積がそれぞれ異なることを特徴とする垂直配向型液晶表示装置。
2. 赤色画素の開口部の面積をＳ（Ｒ）、緑色画素の開口部の面積をＳ（Ｇ）、青色画素の開口部の面積をＳ（Ｂ）とすると、
   Ｓ（Ｂ）＜Ｓ（Ｇ）＜Ｓ（Ｒ）なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
3. 所定の電圧を液晶に印加したときの画素の単位面積当たりの透過率と前記画素の開口部の面積との積が、赤緑青の各色の画素について互いに等しいことを特徴とする請求項２に記載の垂直配向型液晶表示装置。
4. 前記所定の電圧は青色の画素の透過率が他の色の画素の透過率に比して最も高くなる電圧であることを特徴とする請求項３に記載の垂直配向型液晶表示装置。