JP2007078771A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
透過型液晶表示装置において、１絵素単位が青・緑・赤の３原色領域に、白色領域又は色の濃度が低い領域を加えて、高輝度を優先すると色純度が低下し、色純度を優先すると輝度が低下する。
【解決手段】
１絵素単位が青・緑・赤の主画素１１，１２，１３と、緑・赤の副画素１４，１５とからなり、低階調表示には、色純度を優先して主画素で表示し、高階調表示には、輝度を優先して主画素と副画素で表示を行うことで、高輝度と色純度の両立を達成する。副画素としては、緑の副画素１５のみでもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過型液晶表示装置に係り、高い透過率を有する液晶パネルを実現することによって、高輝度表示を容易にする液晶表示装置に関する。

液晶ディスプレイは、従来から表示装置の主流であるＣＲＴ(Cathode Ray Tube)に比べて薄型軽量にできるという強みと、さらに、視野角拡大技術や動画技術の開発、進歩に伴い、その用途が拡大されてきた。

近年、デスクトップ型パーソナルコンピューター用のモニター、あるいは印刷やデザイン向け用のモニター、液晶テレビとしての用途拡大に伴い、青・緑・赤の色純度や人の顔色のような中間調に対する色再現性への要求が高まっている。また、高いコントラスト比が要求され、輝度におけるダイナミックレンジの広さはもとより、低い輝度から高い輝度に至るまでの色再現性が要求される。

しかしながら、液晶表示装置においては、輝度の変化、すなわち階調変化に伴って色調が変化しやすいという問題がある。なかでも、液晶テレビとしての用途においては、特に、高い輝度が要求される。

このような高輝度を達成するために、１絵素単位を従来の青・緑・赤の３画素に加え、白色画素を設ける技術が下記特許文献１に記載されている。
特開２００４−４８２２号公報

本発明の技術的課題は、高い輝度と色純度を両立させる液晶表示装置を提供することにある。

液晶表示装置をテレビ用途として用いる場合には、高い輝度表示が必要とされる。しかしながら、１つの絵素を青・緑・赤の３画素で構成される液晶表示装置では、液晶パネル自身の透過率をあまり高くできないという問題がある。

青・緑・赤を表示するために、それら３色からなるカラーフィルタを用いるのが一般的であるが、例えば、これらのフィルターは、単純に計算しても光源の光の１／３しか利用できない。しかも、テレビ用途とした場合には高い色純度も要求されるため、実際にはそれ以下の透過光しか利用できない。

特許文献１では、青・緑・赤の３画素の他に白色画素を形成する手段が開示されている。この技術によれば、白表示の輝度は最大で１．５倍に向上できる。しかし、白色画素を形成することによって、１つの画素に与えられる面積が減少し、青・緑・赤、それぞれの色を表示する際に、輝度が低下してしまう問題が新たに発生する。輝度を保持するために白色画素を合わせて表示すれば、それぞれの色純度は著しく低下することになる。テレビ用途において、色純度低下は許容できない画質低下である。

さらに、特許文献１では、青色画素と白色画素の面積を緑色画素、赤色画素に対して小さく構成し、これによって黄色みを帯びてしまう表示を光源の青色を強くして補償する、すなわち、青色は光量変化に最も鈍感である人間の特性を利用するという手段を開示している。

しかしながら、色ムラに対する許容度を調べた際、許容色差は青色が最も小さく、緑色、赤色については比較的許容度が大きいという結果を得ており、青色が画質において非常に重要であることがわかっている。また、青色は高級感を与える好ましい色として捉えられ、重要な色である。

一方、青色は短波長であるが故に、光学シートを透過する際の損失が大きく、偏光板の二色比も低い波長領域であるため損失が大きいことから、面積を縮小して低下した青色輝度を光源の発光で補償するには、光の損失が非常に大きい。さらに、青色を強くした光源は、蛍光体を用いた場合に発光効率が低下し、消費電力が増大してしまう。

このように、これまでは白表示の輝度を優先して論じられてきたが、各色の輝度や色純度との両立、好ましい画質の実現に対しては一切言及されていない。したがって、本発明の目的は、白表示の高輝度と各色の輝度、色純度を両立することを可能にする液晶表示装置を提供することにある。

図１は、本発明の構成概念図である。同図を参照して本発明における課題を解決する手段を説明する。上記目的を達成するために、本発明では、赤、緑の画素に関し、色純度が高い主画素と、透過率が高く色純度が低い副画素を形成する。

本発明の液晶表示装置は、副画素を有する赤、緑と、単一画素である青画素を有する液晶パネルと、この液晶パネルの一方の側に配置されている光源ユニットから構成され、この光源ユニットは、発光ダイオード（又は冷陰極蛍光管）の青の波長領域として４００から４９０ｎｍ（又は４３０から４８０ｎｍ）、緑の波長領域として５１０から５７０ｎｍ（又は５１０から５６０ｎｍ）、赤の波長領域として６００から７００ｎｍ（又は６２０から６８０ｎｍ）の範囲にそれぞれ強い発光ピークを少なくとも１つ有し、それらのピーク波長を含む領域で透過率が高いカラーフィルタがそれぞれ形成され、赤、緑、青の画素が構成される。

副画素は、光源の発光ピーク波長近傍における透過率が各々の主画素よりも高いカラーフィルタが形成される。副画素は、特定波長において透過率の増減がない、すなわち無色の領域であってもよい。

副画素の透過率を高くする手段としては、カラーフィルタの色の濃度を薄くしてもよいし、微小な無色領域を複数個形成し、副画素領域のトータル透過率を高くしてもよい。微小な無色領域は、主画素と同一に形成されるカラーフィルタをフォトリソグラフィー、もしくはレーザ照射等で除去すればよい。透過率が高いカラーフィルタを形成する構成においては、顔料濃度が薄いレジストを別途用いてもよいし、主画素と同一のレジストを用いて、ハーフ露光等のプロセス条件により、副画素領域のカラーフィルタの膜厚を薄く形成してもよい。

副画素は、主画素における液晶層よりしきい値電圧が高くなるように電極を形成することにより、主画素と電圧を共有して、個別にトランジスタや信号配線によって駆動されなくてもよい。例えば、一方の基板に電極を形成する横電界方式であるＩＰＳ(In-Plane-Switching)方式において、線状電極の平面内の傾き角を主画素よりも小さい角度に形成する。なお、傾き角とは、基板端面に対する傾き角であり、液晶回転方向を制御し、視野角を拡大するマルチドメインを形成するための角度を意味する。

線状電極の傾き角を小さくすることで、しきい値電圧が高電圧側にシフトし、透過率の電圧印加に対する変化が急峻になる。この特性を副画素に用いることで、低階調表示においては、主画素の色純度を優先して表示され、高階調表示においては、副画素の高い透過率特性により輝度を高くできる。

低階調表示において、主画素を優先して表示することは、画質を考える上で好ましい。液晶表示装置は非発光型表示装置であるため、常に光源が点灯していることから、低階調表示の際に、本来は点灯しない画素からのわずかな光漏れが色度に影響し、低階調では色純度が低下するという現象があるため、色純度が低い副画素を用いずに主画素を優先して表示することが低階調表示において好ましい。

別の構成として、副画素を特定波長に透過率の増減を有さない無色（白色）として、青・緑・赤画素に加えて別個に形成する構成が挙げられる。この場合、副画素を駆動するための配線、トランジスタが増加するが、独立に駆動することで低階調と高階調の表示を制御することが可能となる。ＩＰＳ方式と比較して、電極構成によって電圧−透過率特性を急峻にすることが難しい垂直配向方式であるＶＡ(Vertical Alignment)方式にも適用できる。

本発明の透過型液晶表示装置は、液晶パネルの透過率を高くして光の利用効率を向上し、かつ色純度を保持する。これによって、光源の発光を低減できることから、さらなる消費電力の低減を図ることができる。

このような透過型液晶表示装置は、液晶の複屈折を利用した表示モードのノーマリクローズ型液晶表示装置であって、特に、高輝度かつ色純度が要求される液晶テレビ等の液晶表示装置全般に応用できる。

本発明に係る透過型液晶表示装置の実施例を、図面を参照して説明する。ただし、本発明は、多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

図１及び図２は、本発明による液晶表示装置の画素構成の一例を示す模式図であり、図３は、本実施例による液晶表示装置構成の一例を示す模式図である。

液晶表示装置は、図３に示すように液晶表示パネル５０と光源ユニット５６、図示していないが駆動回路等で構成される。液晶表示パネル５０は、一対の偏光板５１、５２が基板５３、５４に配置される。５３は対向基板として、本実施例ではカラーフィルタを形成し、主画素、副画素を構成している。５４は、ＴＦＴ等の電極を構成したＴＦＴ基板である（電極は図示していない）。

ＩＰＳ方式の場合は、液晶層５５に電界を印加するための電極群が基板５４に形成される。なお、基板に形成される配向膜や絶縁膜等の有機層、液晶層厚みを保持するためのスペーサー等は図示していない。

液晶表示パネル５０の一方の側に設けられる光源ユニット５６は、液晶表示パネル５０の直下に配置される光源として、図示していないが、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）を用いた。光学シートは、図示していないが、ＬＥＤの上方に拡散板、プリズムシート、拡散シートの３枚を用いた。また、図３には図示していないが、視野角補償を目的とした光学フィルムが基板と偏光板の間に配置される構成もある。光学フィルムは、光学パラメータの設定により、上下に用いる場合、一方にのみ用いる場合等がある。この光学パラメータは本発明には関与しないので、独立に設定すればよい。また、光学シートには、輝度向上フィルム等もあり、適宜用いればよい。

液晶表示パネル製造について、図４を用いて、以下に簡単に示すが、定法に従うものであり、この製造方法に限定されるものではない。
本実施例の液晶表示装置の製造において、アクティブマトリクス基板５４に対応する基板１０１と、カラーフィルタ基板５３に対応する基板１０２として、厚みが０.７ｍｍである無アルカリガラス基板を用いた。基板１０１に形成する薄膜トランジスタは画素電極１０５，信号電極１０６，走査電極１０４及び半導体膜１１６から構成される。

まず、走査電極１０４は、アルミニウム膜をパターニングし、共通電極配線（図示していない）及び信号電極１０６はクロム膜をパターニングし、画素電極１０５はＩＴＯ膜をパターニングし、走査電極１０４以外はジグザグに屈曲した電極配線パターンに形成した。その際、屈曲の角度は主画素において１５度、副画素において５度に設定した。

なお、電極材料は、本実施例の材料に限定されるものではない。例えば、本実施例ではＩＴＯを用いているが、透明な導電物質であればよく、ＩＺＯや、あるいは無機透明導電物質であってもよい。金属電極も同様、限定されるものではない。

次に、ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は、窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０.３μｍとした。

次に、フォトリソグラフィー法とエッチング処理により、共通電極配線まで約１０μｍ径の円筒状にスルーホールを形成し、その上にアクリル系樹脂を塗布し、２２０℃，１時間の加熱処理により透明で絶縁性のある誘電率約４の有機絶縁膜１１２を膜厚約３μｍで形成した。

その後、約７μｍ径に上記スルーホール部を再度エッチング処理し、その上から共通電極配線と接続する共通電極１０３を、ＩＴＯ膜をパターニングして形成した。その際、画素電極１０５と共通電極１０３との間隔は７μｍとした。

さらに、この共通電極１０３は、信号電極１０６，走査電極１０４及び薄膜トランジスタ１１５の上部を覆い、画素を囲むように格子状に形成し、厚さは約８０μｍとした。画素数は１０２４×３（Ｒ，Ｇ，Ｂに対応）本の信号電極１０６と７６８本の走査電極１０４から構成される１０２４×３×７６８個のアクティブマトリクス基板が得られた。

次に、基板１０２上に、東京応化工業（株）製のブラックレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法により、塗布，プリべーク，露光，現像，リンス，ポストベークの工程を経てブラックマトリクス１２１を形成した。本実施例では膜厚を１.５μｍとしたが、膜厚は、ＯＤ値が概ね３以上になるように、用いるブラックレジストに合わせればよい。

次に、富士フィルムアーチ社製の各色カラーレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法に従い、塗布，プリべーク，露光，現像，リンス，ポストベークの工程を経て、カラーフィルタ層１１９を形成した。

次に、平坦化とカラーフィルタ層の保護を目的として新日鐵化学製Ｖ−２５９を用いてオーバーコート層１２０を形成した。露光は高圧水銀ランプのｉ線により２００ｍＪ／ｃｍ²の光量を照射、次いで２００℃３０分加熱により形成した。膜厚は、カラー画素上でほぼ１.２〜１.５μｍであった。なお、本実施例ではオーバーコート層を形成したが、必ずしも必要ではなく、形成しない構成でもよい。

次に、柱状スペーサーを、感光性樹脂を用いて、定法であるフォトリソグラフィー法とエッチングにより、青画素同士に挟まれたブラックマトリクス１２１上に、ほぼ３.８μｍの高さで形成した。なお、柱状スペーサーの位置は、本実施例に限定されることなく、必要に応じて任意に設置できる。また、本実施例では、ブラックマトリクス１２１は、基板１０１の走査電極１０４と重なる領域に形成し、異なる色が隣り合う画素間は、それぞれの色を重ねるように形成したが、この領域にブラックマトリクスを形成してもよい。

ＴＦＴ基板１０１、カラーフィルタ基板１０２、それぞれにポリアミック酸ワニスを印刷形成し、２１０℃３０分の熱処理を行い、約１００ｎｍの緻密なポリイミド膜からなる配向膜１１７，１１８を形成し、ラビング処理した。本実施例の配向膜材料には特に限定はなく、ジアミンとして２，２−ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］、酸無水物としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドやアミン成分としてパラフェニレンジアミン，ジアミノジフェニルメタンなどを用い、酸無水物成分として脂肪族テトラカルボン酸二無水物やピロメリット酸に無水物などを用いたポリイミドでもよい。

液晶配向方向は、基板の短辺方向（ＴＦＴ基板で言えば、信号電極方向）とした。また、配向膜材料としては、偏光紫外線照射によって液晶配向能を付与する材料でもよい。

次に、これらの２枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する配向膜１１７，１１８を有する表面を相対させて、周辺部にシール剤を塗布し、液晶表示装置となる液晶表示パネルを組み立てた。このパネルに、誘電率異方性が正で、その値が１０.２(１ｋＨｚ,２０℃)であり、屈折率異方性が０.０７５（波長５９０ｎｍ,２０℃）のネマティック液晶組成物を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。

この液晶パネルに２枚の偏光板５１，５２を貼付した。偏光板５１の透過軸は液晶パネルの短辺方向（信号電極方向）とし、偏光板５２はそれに直交するように配置した。なお、偏光板には、偏光板や液晶材料の屈折率異方性が有する波長分散の視角特性等を補償する複屈折性フィルムを具備する視野角補償偏光板を用いた。

本実施例の横電界方式の液晶表示装置では、もともと中間調から白表示における視角特性は非常に良好であるが、視野角補償偏光板を用いることにより、黒表示においても非常に広い視野角特性を示す液晶表示装置を達成できる。

その後、駆動回路，光源ユニットなどを接続して液晶モジュールとし、液晶表示装置を得た。

本実施例に用いた光源の発光強度を図５に示す。なお、図５は各色の発光波長を示すものであり、それぞれの強度比は任意である。なぜならば、液晶表示装置としてホワイトバランスを設定するために、適宜光源の色温度を変更する必要があるためである。

本実施例に用いた光源は、青の発光として４６０ｎｍ、緑の発光として５４０ｎｍ、赤の発光波長として６４０ｎｍ付近に発光ピークを有するＬＥＤを用いている。

本実施例に用いた画素構成は、図１に示すように、赤、緑に主画素と副画素を設け、青画素は主画素のみを形成した。すなわち、色純度が高い赤画素の主画素領域１１と色純度が高い緑画素の主画素領域１２に、赤画素の主画素領域１１に対して赤の波長領域の透過率が高い赤画素の副画素領域１４と緑画素の主画素領域１２に対して緑の波長領域の透過率が高い緑画素の副画素領域１５を設け、色純度が高い青画素の主画素領域１３のみを形成した。

副画素を形成した画素電極構成は、図２に示すように、液晶層に電界を印加する線状電極２３は、色純度が高い主画素領域２１において、画素の長辺方向に対してそれぞれ±１５度（＋は長辺を０度として時計回り、−は反時計回りとする。）の角度で形成され、透過率が高い副画素領域２２において、−５度の傾き角で形成される。主画素のみの構成である青画素は、主画素領域２１と同様に±１５度の角度でマルチドメインを形成している。

本実施例の液晶表示パネルにおける、電圧印加に伴う電圧−透過率特性を図６に示す。副画素の電圧−透過率特性は、主画素の特性に比べて、しきい値電圧が高く、立ち上がりが急峻になる。これにより、低階調表示においては、主に、主画素の特性で表示し、高階調の際に副画素と合わせ、高輝度表示に有効となる。

主画素、副画素のカラーフィルタの分光特性を図７に示す。光源ユニットの赤の発光ピーク６４０ｎｍにおける赤の副画素の透過率が、赤の主画素の透過率よりも７％高く、光源ユニットの緑の発光ピーク５４０ｎｍにおける緑の副画素の透過率が、緑の主画素の透過率よりも２０％高く形成されている。

本実施例においては、副画素は色濃度を薄くしたレジストを用いている。それぞれの副画素の面積は、主画素と副画素を合計した画素に対して、それぞれ１０％とした。

本実施例の効果を説明する前に、比較例として、赤・緑・青を主画素のみで構成した場合の典型的な例を、図８の色度図と白、赤・緑・青の輝度により説明する。

一般にテレビ信号として用いられているＥＢＵ(European Broadcasting Union)信号は、図８に示すように、赤が（０.６２５，０.３４０）、緑が（０.２８５，０.６００）、青が（０.１５０，０.０７５）である。なお、一般にテレビ信号として広く用いられる指標にＮＴＳＣ(National Television Standards Committee)信号があり、これは、赤が（０.６７０，０.３３０）、緑が（０.２１０，０.７１０）、青が（０.１４０，０.０８０）である。テレビ用途としては、ＥＢＵ信号をほぼ満たす構成としてＮＴＳＣ比７２％又はＮＴＳＣ比６５％の構成が一般的とされる。

主画素に用いたカラーフィルタで液晶表示装置を構成し、ホワイトバランスをＮＴＳＣ：ＮＨＫ（０.２８３，０.２９７）とした典型的な例で説明する。なお、ＮＴＳＣ：ＮＨＫの白色点は、日本のテレビ放送における一般的な白色点の規格であり、図８中に×で示している。ＮＴＳＣやＥＢＵの白色点は、これとは異なり、それぞれの規格に合わせるには、光源の色温度を最適化すればよい。一例として、赤が（０.６４０，０.３２１）、緑が（０.２９０，０.６０８）、青が（０.１４０，０.０７５）で、ＮＴＳＣ比７２％となる。また、それぞれの輝度は、白表示の輝度を５００ｃｄ／ｍ²に設定すると、赤が１００ｃｄ／ｍ²、緑が３３０ｃｄ／ｍ²、青が６０ｃｄ／ｍ²程度であった。

一般の液晶表示装置において、３１階調（最大階調は２５５）を表示した場合、赤は（０.４２９，０.２５０）、緑が（０.２５７，０.４４０）、青が（０.１６０，０.１１０）と変化し、色純度が著しく低下する。

なお、一般の液晶表示パネルを用いて、本実施例のＬＥＤ光源ユニットに変更した場合（白色点は同じ）、３１階調の赤は（０.４９２，０.２６８）、緑が（０.２２４，０.５１７）、青が（０.１６３，０.１２４）となって、赤と緑では改善される。しかし、高輝度表示においては、赤が（０.６８４，０.２９４）、緑が（０.２２２，０.６８５）、青が（０.１３９，０.０９１）となり、テレビ信号の表色範囲よりも大きい。したがって、テレビ信号の信号処理により拡大表示をする場合もあるが、テレビ信号を現実に近い色として認識する上では、これほど表色範囲を拡大する必要性は特にない。

本実施例の液晶表示装置では、３１階調の色度を向上し、かつ、高輝度表示の色純度はテレビ信号に準じ、輝度を向上することが可能である。本実施例の液晶表示装置における３１階調の色度は、赤は（０.５６，０.２８）、緑が（０.２２，０.５８）、青が（０.１５，０.１１２）であり、さらに、高階調においてもＥＢＵ信号を満たすことができた。さらに、最大輝度では、白表示が６５０ｃｄ／ｍ²、赤が１４０ｃｄ／ｍ²、緑が４００ｃｄ／ｍ²、青が８５ｃｄ／ｍ²と大きく向上される。

なお、白表示は、比較例と同等の輝度の光源を用いている。もし、それほど高輝度が必要でない場合には、光源の光量を落とすことで低消費電力化が図れる。一方、光源の最大光量は保持し、輝度ピークを必要とする画像信号が入力された際に、高輝度表示を行うような画像エンジンを用いれば、奥行き感、臨場感のある画像を楽しむことができるようになる。なお、副画素を構成している本実施例においては、画像データ処理回路を設けて、テレビ信号として入力される青・緑・赤の３色データを処理する。階調に対するルックアップテーブルを作成して処理回路に用いている。

本実施例は、光源ユニットとして狭帯域蛍光体による冷陰極蛍光管を用いた。発光特性を図９に示す。青の発光として４３０から４８０ｎｍの範囲に、緑の発光として５２０ｎｍと５４６ｎｍの近辺に、赤の発光として６２０ｎｍの近辺に発光ピークがある。なお、図９はピーク波長を示す図であり、それぞれの波長における強度比は、図９に限定されない。組み合わせる液晶表示パネルの特性に合わせ、適宜色温度を変更する必要があるからである。色温度は、蛍光体の組成比を変えることで達成できる。例えば、本実施例に用いた冷陰極蛍光管の蛍光体は、赤がＹＶＯ₄：Ｅｕ、緑がＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ、青がＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕであり、これらの組成比を変えることで、強度比を変えて色温度を設定できる。また、用いた蛍光体は一例に過ぎず、種々ある蛍光体の中から適宜選択し、用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。

主画素、副画素のカラーフィルタの分光特性を図１０に示す。副画素は、光源ユニットにおける赤の発光ピーク６２０ｎｍにおける透過率が主画素の透過率よりも６％高く、緑の発光ピーク５２０ｎｍにおける透過率は、主画素の透過率よりも８％高く形成されている。カラーフィルタを形成する際ハーフ露光を用いて、副画素の膜厚を主画素よりも薄く形成した。副画素の面積は、赤画素（主画素、副画素を合計した画素）に対して８％、緑画素に対して１０％とした。

本実施例の液晶表示装置では、３１階調の色度を向上し、かつ、高輝度表示の色純度はテレビ信号に準じ、輝度を向上することが可能である。本実施例の液晶表示装置における３１階調の色度は、赤は（０.５６，０.３１）、緑が（０.２６，０.５８）、青が（０.１６，０.１１２）であり、高階調ではＥＢＵ信号を満たすことができた。さらに、最大輝度では、白表示が６５０ｃｄ／ｍ²、赤が１４０ｃｄ／ｍ²、緑が４００ｃｄ／ｍ²、青が８５ｃｄ／ｍ²である。

本実施例は、光源ユニットとして狭帯域蛍光体による冷陰極蛍光管を用いた。発光特性を図１１に示す。青の発光として４３０から４８０ｎｍの範囲に、緑の発光として５４６ｎｍの近辺に、赤の発光として６１２ｎｍの近辺に発光ピークがある。なお、図１１はピーク波長を示す図であり、それぞれの波長における強度比は、図１１に限定されない。組み合わせる液晶表示パネルの特性に合わせ、適宜色温度を変更する必要があるからである。色温度は、蛍光体の組成比を変えることで達成できる。用いた蛍光体は一例に過ぎず、種々ある蛍光体の中から適宜選択し、用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。

主画素、副画素のカラーフィルタの分光特性を図１２に示す。本実施例では、副画素は緑画素にのみ形成した。副画素は、緑の発光ピーク５２０ｎｍにおける透過率は、主画素の透過率よりも８％高く形成されている。カラーフィルタを形成する際ハーフ露光を用いて、副画素の膜厚を主画素よりも薄く形成した。副画素の面積は、緑画素（主画素、副画素を合計した画素）に対して１５％とした。

本実施例の液晶表示装置では、３１階調の色度を向上し、かつ、高輝度表示の色純度はテレビ信号に準じ、輝度を向上することが可能である。本実施例の液晶表示装置における３１階調の色度は、赤は（０.４７，０.２７）、緑が（０.２５，０.４９）、青が（０.１６，０.１１）であり、高階調ではＥＢＵ信号を満たすことができた。さらに、最大輝度では、白表示が５６０ｃｄ／ｍ²、赤が１４５ｃｄ／ｍ²、緑が２９０ｃｄ／ｍ²、青が８５ｃｄ／ｍ²である。

本実施例における副画素は、図１３（ａ）に示すように、図１の構成に、新たに青画素の主画素領域１３に対して青の波長領域の透過率が高い青画素の副画素領域１６を加えた。

また、図１３（ｂ）に示すように、薄膜トランジスタ１１５により個別に動作するように電極を配線した。独立した画素構成とすることで、線状電極の傾きは主画素、副画素とも±１５度である。１画素毎の配線としては、図１３（ｂ）に示すように、２本のゲート配線６４，６６と２本の共通配線６５，６７があり、第１ゲート配線６６に選択電圧が印加された場合に、赤色用信号配線６１から赤色主画素１１に、緑色用信号配線６２から緑色主画素１２に、青色用信号配線６３から青色主画素１３に、それぞれ電圧が書き込まれ、第２ゲート配線６４に選択電圧が印加された場合に、赤色副画素１４、緑色副画素１５、青色副画素１６に、各信号配線６１，６２，６３からの電圧が印加される。

本実施例においては、ゲート配線があるので、青画素にも副画素を形成し、各副画素の面積は同一とした。ただし、青の副画素のカラーフィルタは、主画素と同一の分光特性を有する。したがって、電気的には副画素を構成しているが、光学的には主画素のみの構成である。光源ユニット、カラーフィルタ透過率特性は実施例１と同様である。副画素の面積は、主画素面積に対して２０％とした。

本実施例の画像データ処理は、入力される輝度によって主画素のみを表示する場合と、主画素、副画素ともに表示する場合に分けられる。本実施例においては、階調９７（最大階調２５５とする）までを主画素のみの駆動とした。それ以上の階調においては、副画素を駆動する。このように、諧調を検出して画像信号を処理する一例を図１４に示す。

本実施例における最大輝度は、白表示が６３０ｃｄ／ｍ²、赤が１５０ｃｄ／ｍ²、緑が３９０ｃｄ／ｍ²、青が８７ｃｄ／ｍ²である。色度は、３１階調で赤が（０.５３５，０.２７３）、緑が（０.２２３，０.５６０）、青が（０.１５４，０.１１６）である。

本実施例においては、図１５に示す垂直配向モードを液晶表示モードとして用いたこと、赤の副画素面積を１０％としたこと以外の構成は、実施例４と同様である。垂直配向モードの液晶パネルの製造について、以下に簡単に示すが、定法に従うものであり、本実施例に限定されない。

まず、カラーフィルタ基板として、厚さ０.７ｍｍの無アルカリガラス基板１０２上に、連続スパッタリングによって、クロムを１６０ｎｍ、酸化クロム膜を４０ｎｍの厚さで成膜し、ポジ型レジストを塗布，プリベーク，露光，現像，エッチング，剥離，洗浄の工程を経てブラックマトリクス１２１を形成した。

次に、富士フィルムアーチ社製の各色カラーレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法に従い、塗布、プリべーク，露光，現像，リンス，ポストベークの工程を経て、カラーフィルタ１１９を形成した。本実施例では、主画素の赤が２.５μｍ、緑が２.７μｍ、青が２.９μｍ、副画素の赤が２.２μｍ、緑が２.４μmとしたが、膜厚は所望の色純度、もしくは液晶層厚に対して適宜合わせればよい。

次に、新日鐵化学製Ｖ−２５９を用いてオーバーコート層１２０を形成した。露光は高圧水銀ランプのｉ線により２００ｍＪ／ｃｍ²の光量を照射、次いで２３０℃３０分加熱により形成した。膜厚は、カラー画素上でほぼ１.２〜１.５μｍであった。

次に、ＩＴＯをスパッタにより１４０ｎｍの厚さで真空蒸着し、２４０℃９０分間加熱により結晶化，フォト工程，エッチング処理により、共通電極１０３のパターンを形成した。共通電極１０３の開口部は、画素電極１０５の開口部を中間に挟む。

次に、柱状スペーサーを、感光性樹脂を用いて、定法であるフォトリソグラフィー法とエッチングにより、青画素同士に挟まれたブラックマトリクス上に、ほぼ３.５μｍの高さで形成した。

さらに、アクティブマトリクス基板として、厚さ０.７ｍｍの無アルカリガラス基板１０１上には、Ｍｏ／Ａｌ（モリブデン／アルミニウム）からなる走査電極（ゲート電極）を形成した（図示せず）。同層に、保持容量電極（図示せず）をクロムやアルミニウムで形成してもよい。これらを被覆するようにゲート絶縁膜１０７が形成され、信号電極（ドレイン電極）１０６と薄膜トランジスタ（図示せず）を形成した。それらを被覆するように保護絶縁膜１０８が形成され、その上に開口パターンを有する画素電極１０５をＩＴＯで形成した。なお、ＩＺＯなどの透明導電体を用いてもよい。画素数は１０２４×３（Ｒ，Ｇ，Ｂに対応）本の信号電極と７６８本の走査電極から構成される１０２４×３×７６８個のアクティブマトリクス基板が得られた。

次に、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板に、垂直配向の配向膜１１７，１１８をそれぞれ形成した。これら基板の周辺部にシール剤を塗布し、負の誘電異方性を有する液晶材料をＯＤＦ法によって滴下封入し、液晶パネルを組み立てた。

偏光板５１，５２は、入射側偏光板５１の透過軸を基板の長辺方向、出射側偏光板５２の透過軸を基板短辺方向として、それらの透過軸を直交させた。偏光板には、視角特性を補償する複屈折性フィルムを具備する視野角補償偏光板を用いた。

その後、駆動回路，バックライトユニットなどを接続して液晶モジュールとし、液晶表示装置を得た。バックライトユニットはＬＥＤを用いた。

なお、本実施例では、ＩＴＯの切り欠けパターンを用いたＰＶＡモードの液晶表示装置を用いたが、カラーフィルタ基板に突起を設けるＭＶＡ方式の場合には、ＩＴＯ形成後、突起のプロセスを経てから柱状スペーサーの工程に進む。異方層の形成は本実施例と同様にできる。

本実施例においての画像信号処理は、入力される輝度によって主画素のみを表示する場合と、主画素、副画素ともに表示する場合に分けられる。本実施例においては、階調１０７（最大階調２５５とする）までを主画素のみの駆動とした。それ以上の階調においては、副画素を駆動するように画像信号を処理する。

本実施例のバックライトユニットの分光強度を図１６に示す。液晶層の分光に合わせたため、赤のＬＥＤ強度が実施例１よりも強い。このように、バックライト分光は、用いる液晶パネルに合わせて適宜変更すればよい。

本実施例における最大輝度は、白表示が４７０ｃｄ／ｍ²、赤が１２０ｃｄ／ｍ²、緑が２５０ｃｄ／ｍ²、青が７５ｃｄ／ｍ²である。色度は、３１階調で赤が（０.５３０，０.２８）、緑が（０.２３２，０.５５２）、青が（０.１６４，０.１２５）である。

本発明の画素構成の一例を示す図 本発明の画素電極構成の一例を示す図 本発明の液晶表示装置の一例を示す模式図 本発明における液晶表示パネル構成の一例を示す模式図 本発明の一実施例における光源の発光ピークを示す図 本発明の一実施例における主画素と副画素の電圧−透過率特性の概念図 本発明の一実施例におけるカラーフィルタ分光特性図 表色範囲の概念図 本発明の一実施例における光源の発光ピークを示す図 本発明の一実施例におけるカラーフィルタ分光特性図 本発明の一実施例における光源の発光ピークを示す図 本発明の一実施例におけるカラーフィルタ分光特性図 本発明の一実施例における画素構成と配線を表す模式図 本発明の一実施例における画像信号処理を表すブロック図 本発明における液晶パネル構成の一例を示す模式図 本発明の一実施例における光源の発光ピークを示す図

符号の説明

１１…色純度が高い赤画素の主画素領域、
１２…色純度が高い緑画素の主画素領域、
１３…色純度が高い青画素の主画素領域、
１４…赤画素の主画素領域１１に対して赤の波長領域の透過率が高い赤画素の副画素領域、
１５…緑画素の主画素領域１２に対して緑の波長領域の透過率が高い緑画素の副画素領域、
１６…青画素の主画素領域１３に対して青の波長領域の透過率が高い青画素の副画素領域、
２１…色純度が高い主画素領域で電極側画素領域、
２２…透過率が高い副画素領域で電極側画素領域、
２３…液晶層に電界を印加する線状電極、
５０…液晶表示パネル、５１、５２…偏光板、５３…カラーフィルタ基板、５４…アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）、５５…液晶層、５６…光源ユニット、６１…赤用信号線、６２…緑用信号線、６３…青用信号線、６４…第２ゲート配線、６５…共通配線、６６…第１ゲート配線、６７…共通配線、１０１，１０２…ガラス基板、１０３…共通電極（コモン電極）、１０４…走査電極（ゲート電極）、１０５…画素電極（ソース電極）、１０６…信号電極（ドレイン電極）、１０７…絶縁膜、１０８…保護絶縁膜、１１２…有機絶縁膜、１１５…薄膜トランジスタ、１１６…半導体膜、１１７，１１８…配向膜、１１９…カラーフィルタ層、１２０…オーバーコート層、１２１…ブラックマトリクス

Claims (14)

1. 一対の基板と、前記一対の基板にそれぞれ配置された一対の偏光板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記一対の基板の外側に配置する光源とからなる液晶表示装置において、絵素単位が電気的には赤、緑、青の３画素から形成され、前記画素領域の少なくとも１つに、光学的に分けられた副画素領域が形成されていることを特徴とする液晶表示装置
2. 前記電極群の各々は、横電界方式の屈曲角を有する線状電極であって、副画素領域における線状電極の屈曲角が、液晶層のしきい値電圧が高電圧側にシフトして液晶層の電圧に対する透過率変化が急峻になるように、副画素領域以外の領域における線状電極の屈曲角と異なっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置
3. 前記光源として、発光ダイオードを用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４００から４９０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５７０ｎｍ、赤色に対応する波長として６００から７００ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、緑画素はカラーフィルタにより光学的に主画素と副画素に分けられ、副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源の緑色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置
4. 前記光源として、発光ダイオードを用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４００から４９０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５７０ｎｍ、赤色に対応する波長として６００から７００ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、赤画素はカラーフィルタにより光学的に主画素と副画素に分けられ、副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源の赤色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置
5. 前記光源として、発光ダイオードを用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４００から４９０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５７０ｎｍ、赤色に対応する波長として６００から７００ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、緑画素と赤画素はカラーフィルタにより光学的に主画素と副画素に分けられ、副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源のそれぞれの色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置
6. 前記副画素の面積が、電気的に１つの画素として構成される面積に対して２０％以下であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の液晶表示装置
7. 一対の基板と、前記一対の基板にそれぞれ配置された一対の偏光板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記一対の基板の外側に配置する光源とからなる透過型液晶表示装置において、絵素単位が電気的に６画素から形成され、赤、緑、青ともに主画素と副画素から構成されることを特徴とする液晶表示装置
8. 前記光源として、発光ダイオードを用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４００から４９０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５７０ｎｍ、赤色に対応する波長として６００から７００ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、青画素の主画素と副画素は光学的には等しいことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置
9. 前記光源として、発光ダイオードを用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４００から４９０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５７０ｎｍ、赤色に対応する波長として６００から７００ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、緑画素と赤画素における副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源のそれぞれの色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率より高いことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置
10. 前記光源として、冷陰極蛍光管を用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４３０から４８０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５６０ｎｍ、赤色に対応する波長として６２０から６８０ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、緑画素における副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源の緑色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率より高いことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置
11. 前記光源として、冷陰極蛍光管を用い、その発光波長が、青色に対応する波長として４３０から４８０ｎｍ、緑色に対応する波長として５１０から５６０ｎｍ、赤色に対応する波長として６２０から６８０ｎｍの範囲のそれぞれにおいて少なくとも１つの強い発光ピークを有し、赤画素における副画素のカラーフィルタ層の透過率は、光源の赤色に対応する発光波長において、主画素のカラーフィルタ層の透過率より高いことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置
12. 前記副画素の面積が、主画素の面積に対して２０％以下であることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の液晶表示装置
13. 前記液晶層への電界の印加が、横電界方式であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置
14. 前記液晶層への電界の印加が、垂直配向方式であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置