JP2013117674A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】白色画素の明度に対応した色相の変化を低減する。
【解決手段】２枚の基板間に挟持された液晶層を含み表示画面１１に配置され少なくとも一部が白色画素Ｗである複数の画素ＲＧＢＷを具備する液晶表示素子において、前記白色画素Ｗのそれぞれは前記基板を透過する光に対して光変調率が異なる複数の光変調領域１６，１７を有していて、少なくとも前記光変調領域のうちの１つの領域１６に部分的に青色パターン領域１５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は液晶表示素子に関する。

液晶表示装置はスマートホンやタブレット端末などの携帯機器や各種表示に広く用いられている。さらにカラー表示において画質の向上やモノクロ表示のために、赤、緑、青の各色画素を組み合わせた画素構成に白色画素を加えた４色構成の表示画面も実用化されている。白色画素を加えることにより例えば画像の白色輝度の再現性を一層高めることができる。

特開２００７−９４０２９号公報

赤、緑、青色画素による白色表示は各色の明るさすなわち光変調率を独立して調整するが、白色画素のみを点灯する場合には印加電圧を変化させて黒色、灰色、白色に変化させた際に例えば波長分散のような液晶の特性に依存する色相変化を補償することができない。光変調率が高いと黄色に色付き、低くなるほど青味がかる。

実施形態はこの白色画素の明度に対応した色相の変化を低減するものである。

実施形態によれば、２枚の基板間に挟持された液晶層を含み表示画面に配置され少なくとも一部が白色画素である複数の画素を具備する液晶表示素子において、前記白色画素のそれぞれは前記基板を透過する光に対して光変調率が異なる複数の光変調領域を有し、少なくとも前記光変調領域のうちの１つに部分的に青色パターン領域を形成している。

第１実施形態を説明する平面図。 図１に対応する回路略図。 第１実施形態の白色画素を説明する略断面図。 第２実施形態の白色画素を説明する略断面図。 第３実施形態の白色画素を説明する略平面図。 第１実施形態の光変調率を説明する印加電圧と光透過率の特性の曲線図。 第１実施形態と従来の特性を対比するxy色度図。

（第１実施形態）
図１ないし図３を参照してＶＡ（垂直配列）モードに適用される本実施形態について説明する。図は観察するフロント側からみた画素配列の一部である。表示画面１１に色画素ＲＧＢＷが２行２列で配置された画素１２を構成し、この構成の画素を行列方向に多数配列して表示画面が形成される。

１画素は赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇが１行目に、青色画素Ｂ、白色画素Ｗを２行目に配置している。白色画素Ｗは赤、緑、青の各波長光の全色光を透過する画素であり、透明フィルタ層を設けて構成される。この色配列の画素行および列方向に隣接している画素は、１行目が青色画素Ｂおよび白色画素Ｗ、２行目が赤色画素Ｒおよび緑色画素Ｇの配置になり、これら２種の配列画素が交互に繰り返されて表示画面を形成する。

各画素の中央に表示画面に対して垂直方向にマルチドメイン形成用ライン１３が設けられる。

白色画素Ｗには、ライン１３の両側の水平方向の画素端１４と同ラインの中間に青色パターン領域１５がラインと平行に配置される。

各色画素ＲＧＢＷは電極への印加電圧と光透過率の関係において光変調率の異なる複数の領域で形成されており、光変調率は色画素のラインと画素端の間の領域１６で高く、ライン領域（低光変調率領域）１７で低い。

この青色パターン領域１５は細長形状でライン１３よりも短く、白色画素の高光変調率領域１６の一部に形成される。

図２は図１の画素１２の回路配列を説明するもので、表示画面１１上に行方向に延びるゲート線１８と列方向に延びる信号線１９とが交差する位置に、スイッチング素子を構成する薄膜ＦＥＴ４０とＩＴＯでできた透明な画素電極２２が色画素ごとに設けられており画素１２がマトリクス配列されている。

ゲート線１８はゲート制御回路３０によって、信号線１９は信号制御回路３１によって制御される。

図３は白色画素の構成を示しており、ガラスの透明基板３３を有するアレイ基板３５と同じくガラスの透明基板３４を有するカラーフィルタ基板３６間に、液晶層３７が挟持される。液晶層３７は誘電異方性が負のネマティック液晶からなり、電圧無印加時に垂直配向される。

アレイ基板３５は、透明基板３３上にゲート線１８および信号線１９（図２参照）が相互に絶縁されて格子状に交差して設けられ、これらの線で囲まれた領域に画素１２領域が形成される。

薄膜ＦＥＴ４０はゲート電極４０ｇがゲート線１８に接続される。またソース電極４０ｓは信号線に接続される。ドレイン電極４０ｄは層間絶縁膜４１の液晶層３７側に成膜されたＩＴＯの透明画素電極２２に、この層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続される。続いて画素電極上にスペーサ（図示しない）が形成され、さらに垂直配向膜４２が印刷される。

カラーフィルタ基板３６には画素１２領域の画素電極２２に対応して、透明基板３４上に各色のフィルタ層４３（赤色フィルタ層４３Ｒ，緑色フィルタ層４３Ｇ，青色フィルタ層４３Ｂ，白色フィルタ層４３Ｗ）が配置される。図３では白色画素を示したが、図１は各色フィルタ層を各色画素に重複して示している。各色フィルタ層はゲート線と信号線に囲まれる画素領域に対応して配置され、色画素間を遮光層４４で区画している。

フィルタ層４３は透過光波長に対応した顔料（染料を含む）で着色されており、赤色フィルタ層４３Ｒに赤色顔料、緑色フィルタ層４３Ｇに緑色顔料、青色フィルタ層４３Ｂに青色顔料が分散されている。

遮光層４４およびフィルタ層４３はフォトエッチングプロセスにより形成される。遮光層４４は黒色樹脂レジストを基板全面に塗布し、パターニングして形成する。同様に各色フィルタ層４３は遮光層形成後に、顔料を分散させた例えば感光性アクリル樹脂レジストを用いて全面に塗布し、パターン露光、現像処理して形成する。このプロセスが各色フィルタについて順次実施される。

白色フィルタ層４３Ｗについては顔料を分散させないアクリル樹脂レジストで形成する。

本実施形態においてこの白色画素の高光変調率領域１６の一部でかつライン１３と画素端１４間に青色パターン領域１５を形成している。この青色パターン領域は白色フィルタ層形成前に、青色画素用の青色顔料を分散した感光性樹脂レジストを用いて、青色フィルタ層形成と同工程で形成する。この青色顔料を分散した微小な青色パターン領域はマルチドメイン形成用のライン１３と遮光層４４の中間にライン両側にライン１３と平行してラインと重ならないストライプ状に形成され、白色フィルタ層４３Ｗ中に埋め込まれる。

さらにこれらのフィルタ層上に色顔料の拡散を防止するために全面にオーバーコート層４５を塗布する。その上にＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタ成膜して共通電極４６を形成する。共通電極は画素電極ごとにマルチドメイン形成用ライン１３を設けている。ライン１３は透明導電膜を切り欠いたスリット状非導電部であり、色画素ごとに共通電極４６に導電部１６Ａと非導電部１７Ａが形成される。スリット幅は５〜２０μｍである。

さらに共通電極４６層上に垂直配向膜４７を形成し、カラーフィルタ基板３６が得られる。

次にカラーフィルタ基板周辺に沿って接着剤を塗布し、これにアレイ基板３５を配向膜４２，４７が対面するように配置して加熱加圧して接着剤を硬化させて両基板を貼り合わせる。

通常、大きなサイズのガラス母基板を用いて複数の液晶表示素子を同時に形成するので、上記接着剤が硬化後に、素子単位で切り出し、接着剤に設けた注入口から液晶組成物を注入した後、注入口を紫外線硬化樹脂で封口する。

この素子に偏光板と位相差板を組み合わせた光学フィルムを両面に貼り付けて液晶表示装置を得る。

各面に設けた偏光板は吸収軸が相互に直交するように配置され、画素電極と共通電極間の電圧無印加時に黒表示となり、電圧を印加することにより光を透過する。電圧を調整することにより、色相と明度が制御可能になる。すなわちＲＧＢ画素は色相を変化させるとともに、モノクロ表示では灰色表示時、白色表示時の色相変化が少なくなるように電圧設定する。白色画素Ｗによる白色表示ではＲＧＢ画素による白色表示の液晶印加電圧とγ特性がほぼ一致するように電圧を設定する。

本実施形態のＶＡモードセルにおいて、図３に示すように、液晶層を挟持する画素電極と共通電極間に電圧を印加しない時の液晶分子Ｌｍは配向膜４２，４７にほぼ垂直または垂直に近い斜方向に配列し、電圧印加の大小によって液晶分子が水平方向に傾斜する。非導電部１７Ａを境界にして傾斜方向が変わり、いわゆるマルチドメインが形成されて広視野角特性が得られる。この液晶分子の傾斜の程度に応じて、液晶を透過する光波長の位相が変化し、電圧により光を変調することができる。

導電部領域１６と非導電部領域１７とで光変調率が異なる。

図６は画素電極２２と共通電極４６間に印加する電圧に対する光透過率の一例を示すもので、曲線Ｔ１が導電部領域１６の特性、Ｔ２が非導電部領域１７の特性である。導電部領域ではオフセット電圧Ｖｏｆｆ１が非導電部領域のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２よりも低く、光変調率が非導電部領域の光変調率よりも大きい。

図７は白色画素のｘｙ色度図を示すもので、本実施形態の特性をａ、青色パターン領域のない白色画素の特性をｂで表わしている。表示画像は黒表示座標Ｂｌから白表示座標Ｗｈまでｃのように直線であることが望ましいが、従来は印加電圧を高くしていくと、特性ｂのようになり青味から黄味がかる色相変化が目につくのに対して、本実施形態では特性ａのようにほぼ望ましい特性ｃに近付いており、色相変化が改善されている。

なおマルチドメイン用の前記スリットは垂直方向に延びるラインとしたが、十字形状など他の形状にすることもでき、この場合も青色パターン領域を導電部領域に設ける。

なお青色パターン領域１７Ａを非導電部領域にも形成することができるが、この場合は導電部領域における青色顔料比率を高くする。

（第２実施形態）
本実施形態を図４により説明する。第１実施形態と同符号の部分は同様部分を示しており、重複する説明を省略する。本実施形態において第１実施形態と異なる部分は白色画素フィルターレジスト層を形成しない点である。青色パターン領域１５を形成した後、オーバーコート層４５を形成し、その上に共通電極４６と垂直配向膜４７を形成する。オーバーコート層４５を白色フィルタ層として代用し、フィルタ層形成のための顔料非分散の樹脂レジストの塗布、露光、現像工程を省略している。

カラーフィルタ層の層厚は例えば２．３μｍから３．０μｍであるが、オーバーコート層の層厚を２．０μｍ以上と十分に厚くすることにより遮光層や青色パターンとの重複部分の段差が円滑になり、配向膜の塗布や液晶配列に影響を与えることがない。本実施形態によれば、第１実施形態よりも製造プロセスを省略することができる。

（第３実施形態）
本実施形態はＩＰＳ（水平配列）モードの例を示しており、白色画素５０のアレイ基板上に一対の櫛型電極５１，５２をその電極指５１Ａ，５２Ａを入り組ませ平行に対向させて配置している。この構造は、電極指に平行な方向に配向された液晶分子を両電極に電圧を印加することにより電極指に垂直方向に再配列させるもので、電極指間５３の光変調率が高く、電極指上では低い。本実施形態では、電極指間の領域の一部にライン状に青色パターン領域５５を配置したものである。これにより黒色から灰色、白色表示にわたって白黒画像が色付くのを低減することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態で白色フィルタ層中の青色パターン領域をストライプ状に形成したが、ストライプの代りに複数のドットを並べたパターンでもよく、導電部領域の中でとりわけ光変調率の高い領域に形成することが好ましい。

またＶＡモードやＩＰＳモードに限らずＮモードなどその他のモードのセルにも適用することができる。

さらにモノクローム表示素子にも適用することができる。

また以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…表示画面、１２…画素、Ｒ…赤色画素、Ｇ…緑色画素、Ｂ…青色画素、Ｗ…白色画素、１３…ライン、１４…画素端、１５…青色パターン領域、１６…高光変調率領域（導電部領域）、１６Ａ…導電部、１７…ライン領域（低光変調率領域、非導電部領域）、１７Ａ…非導電部、１８…ゲート線、１９…信号線、２１…薄膜ＦＥＴ、２２…画素電極、３３，３４…透明基板、３５…アレイ基板、３６…カラーフィルタ基板、３７…液晶層、４１…層間絶縁膜、４２，４７…垂直配向膜、４３…フィルタ層、４３Ｒ…赤色フィルタ層、４３Ｇ…緑色フィルタ層、４３Ｂ…青色フィルタ層、４３Ｗ…白色フィルタ層、４４…遮光層、４５…オーバーコート層、４６…共通電極

Claims (5)

1. ２枚の基板間に挟持された液晶層を含み表示画面に配置され少なくとも一部が白色画素である複数の画素を具備する液晶表示素子において、前記白色画素のそれぞれは前記基板を透過する光に対して光変調率が異なる複数の光変調領域を有し、少なくとも前記光変調領域のうちの１つに部分的に青色パターン領域を形成したことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記青色パターン領域は光変調率が異なる複数の前記光変調領域のうち少なくとも光変調率が最も高い光変調領域に形成されている請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 光変調率が異なる複数の前記光変調領域に青色顔料を分散した前記青色パターン領域が形成され、光変調率が高い領域ほど前記青色顔料を含む比率が大きい請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記表示画面に赤色フィルタ層を有する赤色画素、緑色フィルタ層を有する緑色画素、青色フィルタ層を有する青色画素、および前記白色画素を備え、前記各色フィルタ層上に透明なオーバーコート層が配置され、前記オーバーコート層が前記白色画素の領域において白色フィルタ層を兼ねていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示素子。
5. 画素電極を配置したアレイ基板と、前記画素電極ごとに白色フィルタ層を含むカラーフィルタ層を配置し前記カラーフィルタ層上に共通電極を形成してなるカラーフィルタ基板と、前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板間に挟持される液晶層とを備え、前記共通電極は画素ごとに導電部と非導電部を有して前記画素電極と前記共通電極間にかかる電圧が無印加状態で前記液晶層が垂直配向される液晶表示素子において、
   前記白色フィルタ層の前記導電部の領域の一部に青色パターン領域が形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
   

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