JP3929820B2

JP3929820B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3929820B2
Application number: JP2002131711A
Authority: JP
Inventors: 和彦柳川; 益幸太田; 和宏小川; 啓一郎芦沢; 清重衣川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2016-09-09
Also published as: JP2003035903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に係り、いわゆるバックライト方式と称されるカラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるバックライト方式と称されるカラー液晶表示装置は、液晶層を挟んで配置された一対の透明基板を外囲器として備える液晶表示パネルの背面に、バックライトユニットを配置させて構成されている。
【０００３】
そして、液晶表示パネルは、その液晶層側の表面において、前記液晶層に光透過の程度をそれぞれ独立に制御できる多数の画素がマトリックス状に配置されて表示部が構成されているとともに、この表示部に前記バックライトユニットからの放射光を入射できるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成されたカラー液晶表示装置は、その長所の一つとして低消費電力が挙げられるが、さらなる低消費電力化への構成と、高画質化、特に色の均一化の両立が要望されている。
【０００５】
そこで、本願発明者等は、液晶表示パネルに対して、広い視野方向、すなわち液晶表示パネルに対する法線方向と大きくずれた角度から該液晶表示パネルを観察した場合に表示面の色が変化してしまうことに着目して、バックライトユニットの低消費電力化と、高画質化、特に色の均一化の両立を図ることを考察した。
【０００６】
それ故、本発明の目的は、消費電力量の低減と、高画質化、特に色の均一化の両立を図ったカラー液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００８】
手段１．
３原色に対応するカラーフィルタを備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
色ずれが許容レベル以下である視角範囲より、前記バックライトユニットのそれから放射される光の輝度が正面輝度に対して半減する角度を示す半値幅角が小さくなる任意の観察方向を有し、かつ、前記視角範囲は、最大輝度で表示した場合の色のＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標での液晶表示パネル法線方向での値に対するずれの絶対値が、赤原色においてｘ座標が０．０３１４以下、緑原色においてｙ座標が０．０２７３以下、青原色においてｘ座標が０．０１７７以下である角度範囲として設定したことを特徴とするものである。
【０００９】
手段２．
３原色に対応するカラーフィルタを備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
バックライトユニットから液晶表示パネルへ放射される光の輝度が液晶表示パネル法線方向で測った輝度の５０％となる方向を該法線に対して測った角度で表し、これを輝度半値角と定義し、
液晶表示パネルに表示される赤、緑、青原色および白色点について、前記法線方向から観察した場合の色度のずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で、（ｘｒ、ｙｒ）、（ｘｇ、ｙｇ）、（ｘｂ、ｙｂ）、（ｘｗ、ｙｗ）とし、
液晶表示パネルに表示される赤、緑、青原色を該法線方向から或る角度ずれた任意の方向から観察した場合の色度のずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で表し、この色度座標値のずれが、
赤原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｒ、ｙ座標のずれがΔｙｒとし、緑原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｇ、ｙ座標のずれがΔｙｇとし、青原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｂ、ｙ座標のずれがΔｙｂとしたとき、
【００１０】
【数１】

【００１１】
【数２】

【００１２】
【数３】

【００１３】
を満足する前記法線方向からの観察角度の範囲を同色視角範囲と定義した場合、
前記同色視角範囲＞輝度半値角を満足することを特徴とする。
【００１４】
手段３．
３原色に対応するカラーフィルタを備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
液晶表示パネルは、液晶層に接して配置される基板の液晶側の面の各画素領域に表示電極と基準電極とが設けられ、これらの電極に印加する電圧によって該液晶層内に前記基板とほぼ平行な電界を発生せしめ、これにより該液晶層を透過する光を変調させるものであって、前記表示電極は、走査信号線からの走査信号の供給によってオンされるスイッチング素子を介した映像信号線からの映像信号が供給されるとともに、前記基準電極は、基準信号線からの基準信号が供給されるように構成され、
バックライトユニットから液晶表示パネルへ放射される光の輝度が液晶表示パネル法線方向で測った輝度の５０％となる方向を該法線に対して測った角度で表し、これを輝度半値角と定義し、
液晶表示パネルに表示される各原色について、前記法線方向から観察した場合の色度に対する、該法線方向から或る角度ずれた任意の方向から観察した場合の色度ずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で表し、この色度座標値のずれが、
赤原色に対してはｘ座標のずれが０．０３１４、緑原色に対してはｙ座標のずれが０．０２７３、青原色に対してはｘ座標のずれが０．０１７７を越えない前記法線方向からの観察角度の範囲を同色視角範囲と定義した場合、前記同色視角範囲＞輝度半値角を満足することを特徴とするものである。
【００１５】
このように構成されたカラー液晶表示装置は、その液晶表示パネルがその法線方向とずれた角度から観察した場合に表示面の色の変化が許容できる角度範囲にバックライトユニットからの光の放射の角度を制限するようにしたものである。
【００１６】
この場合、液晶表示パネルのその法線方向とずれた角度から観察した場合に表示面の色の変化が許容できる角度範囲は、液晶表示パネル自体の特性となっていることから、それを同色視角範囲として定義し、この角度範囲よりも少なくとも一つの観察方向でバックライトユニットからの光の放射の半値幅角を小さく設定している。
【００１７】
これによって、バックライトユニットからの不要な光の放射を行う必要がなくなることから、その消費電力の低減を図ることができるようになる。
【００１８】
また、バックライトユニットから光が放射される角度範囲では、色が均一となるため、高画質化も同時に実現できるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施例１．
図１は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す側面図である。
【００２０】
同図において、まず、液晶表示パネル１００がある。この液晶表示パネル１００は、液晶層を挟んで配置された一対の透明基板を外囲器として備えるもので、その液晶層側の表面において表示部を構成している。そして、この表示部は、前記液晶層に光透過の程度をそれぞれ独立に制御できる多数の画素がマトリックス状に配置されて形成されたものとなっている。
【００２１】
さらに、各画素には、３原色の一つに対応するカラーフィルタが設けられている。
【００２２】
そして、この液晶表示パネル１００は、いわゆる横電界方式と称されているもので、その表示面法線に対して大きな視角から観察しても鮮明な映像を認識でき、いわゆる広角度視野に優れたものとして知られている。なお、この液晶表示パネル１００の詳細な構成については後述する。
【００２３】
また、この液晶表示パネル１００の背面には、バックライトユニット１０３が配置されている。本実施例のバックライトユニット１０３は、冷陰極線管１０３Ｂ、反射板１０３Ｃ、導光板１０３Ａを有し、さらに導光板１０３Ａ上に拡散板１０２、波型シート１０１が順次積層された構造となっている。
【００２４】
このように構成されることによって、冷陰極線管１０３Ｂからの光は導光板１０３Ａの内部に導かれ、液晶表示パネル１００に対向する面から拡散板１０２、波型シート１０１を通して放射され、液晶表示パネル１００を透過するようになっている。
【００２５】
液晶表示パネルによるカラー表示においては、同一場所で同一色を表示していても、これを観察する角度により色差が生じてしまう。一方、本来は同一色に表示すべき二つの表示色であっても、実際にはこれらの表示色の間に、ある量以下の色差があっても許容できる。
【００２６】
したがって、或る色に対する許容色差を定義すれば、その色に対する、実質的に同一な表示色が得られる視角範囲が定まる。この視角範囲を本明細書では、同色視角範囲と称しθ₂で示す。
【００２７】
なお、本明細書における表示色は、液晶表示パネルに備えられている原色フィルタのみならず、バックライトの冷陰極線管等の分光特性の影響も含めたもので評価している。
【００２８】
バックライトユニット１０３においては、その放射光量の半値幅を示す角度θ₁を定めることができる。この実施例では、特に、液晶表示パネル１００の同色観察角度範囲θ₂に対して、バックライトユニット１０３の半値幅θ₁が小さくなるように構成されている。
【００２９】
ここで、バックライトユニット１０３の放射光の半値幅を示す角度θ₁とは、該バックライトユニット１０３から放射される光の輝度が正面輝度に対して半減する角度を示す値として定義する。
【００３０】
まず、表示色のずれが視覚的に最も目立つのは、最大輝度を与える状態での、赤、緑、青のそれぞれの色を表示した場合のそれぞれの色（すなわち表示３原色）の色ずれであることは確認されている。このため、赤、緑、青のそれぞれの色を最大輝度で表示した場合（３原色表示）の視角方向変化による色ずれの度合を色の均一性を判断する目安とすることができる。
【００３１】
図２は、いわゆるＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図を示しており、液晶表示パネル１００の法線方向での赤、緑、青、白のそれぞれの色の最大輝度を与える表示での色度座標、すなわち表示のための３原色および白色点の色度座標を、それぞれ図中において、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’、Ｗ’として示している。そして、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’を示す点を結んだ三角形に囲まれる領域が、液晶表示パネルの法線方向で該液晶表示装置が再現可能な色の範囲となることになる。
【００３２】
カラー液晶表示装置は、その視角方向により、３原色Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の座標が変動してしまうが、その変動がＷ’の点に近づく方向であった場合、再現できる色の範囲は狭まることになる。例えば、図２に示すように、Ｒ”、Ｇ”、Ｂ”に変動した場合、その視角方向で液晶表示装置が再現できる色の範囲はそれらを結んだ三角形に囲まれる領域内となってしまう。このとき、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’のそれぞれの色が再現できなくなってしまうことはもちろんのこと、表示可能な色の範囲が大幅に狭くなってしてしまうことになる。
【００３３】
このことから、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’のＷ’に向かう側への視角方向による変動の度合の評価が、カラー液晶表示装置の色の均一性範囲の評価に対応できることが判る。
【００３４】
図３は、図２に対応して、３原色Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’および白色のそれぞれのｘｙ座標を示しているとともに、表中、Δｘ、Δｙは、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’のｘ座標、ｙ座標と、Ｗ’のｘ座標、ｙ座標との差の絶対値を示している。したがって、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’とＷ’の色度図上での差は√（Δｘ²＋Δｙ²）で表すことができる。
【００３５】
図２から明らかとなるように、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’各色はＷ’方向にずれたときに、再現可能な色の範囲の減少が顕著に生じることから、Ｒ’、Ｇ’は、それぞれｘ座標、ｙ座標の変化、すなわちΔｘ、Δｙをもって、赤、緑、青各色の変動の度合いは、赤、緑、青それぞれを表示したときの色の、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’からＷ’方向へのずれ量をもって評価できる。
【００３６】
液晶表示パネルの視角方向変化による色のずれ量を判定する統一的な規定はなされていない。これは、その定量的な定義が困難であることによる。しかし、階調毎の輝度の視角方向による変動に関しては、その測定法が非反転視角の測定方法としてＥＩＡＪＥＤ−２５２２（マトリックス型液晶表示モジュール測定方法）に規定されている。そこでは実際の液晶表示モジュールの表示可能階調数に関わらず、全階調を８つに分割した時の各階調の輝度の大小関係が、逆転しない角度範囲を非反転視野角としている。
【００３７】
そこで、本実施例では、以下のように色のずれを判定することとした。
【００３８】
まず、液晶表示パネルでの色の基準は３原色である赤、緑、青の３色である。したがって、この３色のずれを判定することとした。なぜなら、全ての表示色はこの３色の組合せにより実現されるため、この３色での色のずれを判定することにより実質的に全ての色のずれを判定したこととなるからである。
【００３９】
次に、色のずれの判定に際しては、表示原色に対しては輝度が最大となるレベル、かつ他の２原色に対しては輝度が最小となるレベルとした。すなわち、赤、緑、青のそれぞれの色を、最大輝度を与えるレベルで表示した場合の色のずれとして判定した。なぜなら、このときの色のずれが視覚的に最も目立つこと、ならびにこのときの色のずれは色再現範囲の減少につながるという２点において、この条件で色のずれを判定することが実用上有効であるからである。
【００４０】
上記条件での赤、緑、青各色の法線方向のＲ’、Ｇ’、Ｂ’の色度座標（ｘｒ、ｙｒ）、（ｘｇ、ｙｇ）、（ｘｂ、ｙｂ）と、それぞれの色の最小輝度を与えるレベルでの色（すなわち白色）Ｗ’の色度座標（ｘｗ、ｙｗ）との距離は、
それぞれ
【００４１】
【数４】

【００４２】
【数５】

【００４３】
【数６】

【００４４】
と示すことができる。そして、前述の非反転視野角の測定方法に倣って、各色毎に上記距離を８分割する。その際、本実施例では単純に８等分し、その８等分された値を許容ずれ量ΔＣとした。そして、３原色の各色の、視覚方向変化による色のずれがこの量以下であれば、色が均一であると判定した。この判定方法を判定基準１とする。
【００４５】
このような設定に基づいて、本実施例で適用される液晶表示パネル１００の色の視角特性を実験で調べた結果を図３、図４、図５、図６によって説明する。
【００４６】
図３に、Ｗ’、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’のそれぞれのｘ、ｙ座標と、赤、緑、青各色の許容ずれ量ΔＣを図３の判定基準１として示した。
【００４７】
上記判定基準１による許容色ずれ量に換えて、Ｒ’はｘ方向に、Ｇ’はｙ方向にずれたときに再現可能な色の範囲の減少が顕著に生じるので、Ｒ’はｘ座標のみの変化、Ｇ’はｙ座標のみの変化、Ｂ’はｘ、ｙ座標、同等の影響であるが、厳しく判定するためにｘ座標の変化に対して許容値を設けて、色変化を判定することも可能なので、この判定方法を判定基準２として図３に示した。
【００４８】
そして、液晶表示パネル１００の同色視角範囲θ₂は、最大輝度で表示した場合の色のＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標での液晶表示パネル法線方向での値に対するずれの絶対値が、赤色においてｘ座標が０．０３１４以下、緑色においてｙ座標が０．０２７３以下、青色においてｘ座標が０．０１７７以下である角度範囲の値として設定される。
【００４９】
この判定基準２によるΔＣを基に図４ないし図６に赤、緑、青各色の色均一範囲を示す。
【００５０】
図４は赤表示における視角特性、図５は緑表示における視角特性、図６は青表示における視角特性をそれぞれ示している。ここで、各図に用いられている視角を表すθ、φは、図７に示すように、それぞれ液晶表示パネル面に対して周方向の角度、法線方向に対する角度として定義している。
【００５１】
図４、図５、図６にそれぞれ示すように、赤、緑、青の各色の表示で、ほぼ全方位角方向でφが４０°を超える範囲までは色ずれが生じないことが明らかとなる。このことは、本実施例の液晶表示パネルにおいて、その同色視角範囲θ₂は８０°（４０°×２）になることが判明する。また、上下方向では１００°以上（５０°×２以上）になることが判明する。
【００５２】
次に、この実施例で適用されるいわゆる横電界方式の液晶表示パネル１００の一実施例の構成について、以下説明する。
【００５３】
まず、本発明の対象となるいわゆる横電界方式の液晶表示基板の概略について説明する。
【００５４】
図１３に示すように、液晶表示パネル１００があり、この液晶表示パネル１００の液晶を介して互いに対向配置される透明基板のうち一方の透明基板１Ａの液晶側の面に、そのｘ方向（行方向）に延在しｙ方向（列方向）に並設される走査信号線２および基準信号線４とが形成されている。
【００５５】
この場合、同図では、透明基板１Ａの上方から、基準信号線４、この基準信号線４と比較的大きく離間された走査信号線２、この走査信号線２と近接された基準信号線４、この基準信号線４と比較的大きく離間された走査信号線２、…というように配置されている。
【００５６】
そして、これら走査信号線２および基準信号線４とそれぞれ絶縁されてｙ方向に延在しｘ方向に並設される映像信号線３が形成されている。
【００５７】
ここで、走査信号線２、基準信号線４、および映像信号線３のそれぞれによって囲まれる矩形状の比較的広い面積の各領域が単位画素として形成される領域となり、これら各単位画素がマトリックス状に配置されて表示面を構成するようになっている。なお、これら各単位画素の詳細な構成については後に説明する。
【００５８】
液晶表示パネル１００には、その外部回路として垂直走査回路５および映像信号駆動回路６が備えられ、該垂直走査回路５によって前記走査信号線２のそれぞれに順次走査信号（電圧）が供給され、そのタイミングに合わせて映像信号駆動回路６は映像信号線３に映像信号（電圧）を供給するようになっている。
【００５９】
なお、垂直走査回路５および映像信号駆動回路６は、液晶駆動電源回路７から電源が供給されているとともに、ＣＰＵ８からの画像情報がコントローラ９によってそれぞれ表示データおよび制御信号に分けられて入力されるようになっている。
【００６０】
また、前記基準信号線４に印加される電圧も液晶駆動電源回路７から供給されるようになっている。
【００６１】
以下、このように構成される液晶表示パネル１００における各単位画素の一実施例を以下説明する。
【００６２】
図８は、液晶表示素子１００における単位画素の一実施例を示す平面図である。なお、以下の説明において、ｚ方向を基板の法線方向、ｘ方向を水平方向、ｙ方向を垂直方向となる座標系を用いる。また、図８のIX−IX線における断面図を図９に、X−X線における断面図を図１０に、XI−XI線における断面図を図１１に示している。
【００６３】
図８において、透明基板１Ａ（図１３参照）の主表面に、ｘ方向に延在する基準信号線４と、この基準信号線４と離間されかつ平行に走査信号線２が形成されている。
【００６４】
ここで、基準信号線４には、３本の基準電極１４が一体に形成されている。すなわち、そのうちの２本の基準電極１４は、一対の後述する映像信号線３とで形成される画素領域のｙ方向辺、すなわち前記それぞれの映像信号線３に近接して（−）ｙ方向に走査信号線２の近傍にまで延在されて形成され、残りの１本はそれらの間に形成されている。
【００６５】
そして、これら走査信号線２、基準信号線４、および基準電極１４が形成された透明基板１Ａの表面にはこれら走査信号線２等をも被ってたとえばシリコン窒化膜からなる絶縁膜１５（図９、図１０、図１１参照）が形成されている。この絶縁膜１５は、後述する映像信号線３に対しては走査信号線２および基準信号線４との交差部における層間絶縁膜として、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に対してはゲート絶縁膜として、蓄積容量Ｃｓｔｇの形成領域に対しては誘電体膜として機能するようになっている。
【００６６】
この絶縁膜１５の表面には、まず、その薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域において半導体層１６が形成されている。この半導体層１６はたとえばアモルファスＳｉからなり、絶縁体層１５を介した走査信号線２上に映像信号線３に近接した部分に重畳して形成されている。これにより、走査信号線２の一部が薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極を兼ねた構成となっている。
【００６７】
そして、このようにして形成された絶縁膜１５の表面には、図８に示すように、そのｙ方向に延在しｘ方向に並設される映像信号線３が形成されている。
【００６８】
そして、映像信号線３は、薄膜トランジスタＴＦＴの前記半導体層１６の表面の一部にまで延在されて形成されたドレイン電極３Ａが一体となって備えられている。
【００６９】
さらに、画素領域における絶縁膜１５の表面には表示電極１８が形成されている。この表示電極１８は前記基準電極１４の間を走行するようにして形成されている。すなわち、表示電極１８の一端は前記薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極１８Ａを兼ね、そのまま（＋）ｙ方向に延在され、さらに基準信号線４に沿ってｘ方向に延在された後に、（−）ｙ方向に延在して他端を有するコ字形状となっている。
【００７０】
この場合、表示電極１８の基準信号線４に重畳される部分は、前記基準信号線４との間に誘電体膜として前記絶縁膜１５からなる蓄積容量Ｃｓｔｇを構成している。この蓄積容量Ｃｓｔｇによってたとえば薄膜トランジスタＴＦＴがオフした際に表示電極１８に映像情報を長く蓄積させる効果を奏するようにしている。
【００７１】
なお、前述した薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極３Ａ、ソース電極１８Ａとの界面となる半導体層１６の表面にはリン（Ｐ）がドープされて高濃度層となっており、これにより前記各電極におけるオーミックコンタクトを図っている。この場合、半導体層１６の表面の全域には前記高濃度層が形成されており、前記各電極を形成した後に、該電極をマスクとして該電極形成領域以外の高濃度層をエッチングするようにして上記の構成とすることができる。
【００７２】
そして、このように薄膜トランジスタＴＦＴ、映像信号線３、表示電極１８、および蓄積容量Ｃｓｔｇが形成された絶縁膜１５の上面にはたとえばシリコン窒化膜からなる保護膜１９（図９、図１０、図１１参照）が形成され、この保護膜１９の上面には配向膜２０が形成されて、液晶表示パネル１００の下側基板を構成している。なお、この下側基板の液晶層側と反対側の面には偏光板２１が配置されている。
【００７３】
そして、上側基板となる透明基板１Ｂの液晶側の部分には、図９に示すように、各画素領域の境界部に相当する部分に遮光膜２２が形成されている。この遮光膜２２は、前記薄膜トランジスタＴＦＴへ直接光が照射されるのを防止するための機能と表示コントラストの向上を図る機能とを備えるものとなっている。この遮光膜２２は、図８の破線に示す領域に形成され、それに形成された開口部が実質的な画素領域を構成するものとなっている。
【００７４】
さらに、遮光膜２２の開口部を被って表示３原色を得るためのカラーフィルタ２３が形成され、このカラーフィルタ２３は隣接する画素領域におけるそれとは異なった色特性を備えるとともに、それぞれ遮光膜２２上において境界部を有するようになっている。また、このようにカラーフィルタ２３が形成された面には樹脂膜等からなる平坦膜２４が形成され、この平坦膜２４の表面には配向膜２５が形成されている。なお、この上側基板の液晶層側と反対側の面には偏光板２６が配置されている。
【００７５】
ここで、透明基板１Ａ側に形成された配向膜２０と偏光板２１、透明基板１Ｂ側に形成された配向膜２５と偏光板２６との関係を図１２を用いて説明する。
【００７６】
表示電極１８と基準電極１４との間に印加される電界の方向２０７に対して、配向膜２０および２５のいずれのラビング方向２０８の角度はφＬＣとなっている。また、一方の偏光板２１の偏光軸２０９の角度はφＰとなっている。他方の偏光板２６の偏光軸は、φＰと直交している。また、φＬＣ＝φＰとなっている。また、液晶層ＬＣとしては、誘電率異方性Δεが正でその値が７．３（１ｋＨｚ）、屈折率異方性Δｎが０．０７３（５８９ｎｍ、２０℃）のネマチック液晶の組成物を用いている。
【００７７】
このような関係からなる配向膜２０、２５と偏光板２１、２６等の構成は、いわゆるノーマリブラックモードと称されるもので、液晶層ＬＣ内に透明基板１Ａと平行な電界Ｅを発生せしめることにより、該液晶層ＬＣに光を透過するようになっている。しかし、この実施例では、このようなノーマリブラックモードに限定されるものではなく、無電界時に液晶層ＬＣを透過する光が最大となるノーマリホワイトモードであってもよいことはいうまでもない。
【００７８】
なお、このようにしてノーマリブラックモードで構成された液晶表示パネルは、そのいわゆるコントラスト比として約１４０程度に達成できるものとして知られている。
【００７９】
ここで、本実施例のバックライトユニットの構造について、図１８にその分解斜視図を示し、詳細に説明する。
【００８０】
本実施例では、バックライト中の波型シート１０１として、液晶表示パネル側の外表面がプリズム状の形状を有する波形シートを用いた。プリズム部の頂角θ₄は、本実施例では１００°のものを用いた。
【００８１】
また、波形シート１０１は、そのプリズムの線状に延びる頂点がパネルの左右辺に平行に延在するように配置した。
【００８２】
本実施例で用いたような、液晶表示パネル側の外表面がプリズム状の形状を有する波型シートを用いることにより光を集光できる。すなわちその半値幅を狭めることができることは、特開平４−６７０１６号公報等に開示されており、現在携帯用途向け液晶表示パネル用のバックライトユニットの大半に用いられている技術である。
【００８３】
これにより、本実施例ではバックライトユニットから放射される光の、左右方向の光を集光し、その半値幅θ₁を７０°以下とすることができる。本実施例では液晶表示パネル１００として用いた横電界方式の液晶表示装置は、その同色視角範囲が前述のように８０°以上であるため、少なくとも液晶表示パネルの左右方向において同色視角範囲θ₂よりバックライトユニットの放射光の半値幅θ₁を小さくできる。
【００８４】
以上説明した実施例によるカラー液晶表示装置によれば、その液晶表示パネル１００がその法線方向とずれた角度から観察した場合に表示面の色が変化しない範囲内にバックライトユニット１０３からの光の放射の角度を制限するようにしたものである。
【００８５】
この場合、液晶表示パネル１００のその法線方向とずれた角度から観察した場合に表示面の色が変化しない視角範囲は、液晶表示パネル１００の自体の特性であることから、この視角範囲を同色視角範囲として定義づけ、この視角範囲よりもバックライトユニット１０３からの光の放射の角度を小さく定めている。
【００８６】
これによって、バックライトユニット１０３から不要な光の放射を行う必要がなくなることから、その消費電力の低減を図ることができるようになる。
【００８７】
また、本実施例では波形シート１０１は、そのプリズムの線状に延びる頂点がパネル左右辺に平行に延在するように配置したが、他の方向に配置しても同様の効果を奏することができることはいうまでもない。
【００８８】
また、本実施例で用いたバックライトユニット１０３は、導光板１０３Ａが楔形形状をなし、その広がったほうの端面に冷陰極線管１０３Ｂを配置した構成であるが、図１９に示すように、導光板１０３Ａが平板状であり、かつその一方もしくは複数の端面に冷陰極線管１０３が配置される場合、また、図２０に示すように、拡散版１０２直下に複数本配置された場合も含まれることはいうまでもない。また、冷陰極線管の代わりにその他の線状、もしくは面状光源を用いる場合も含まれることはいうまでもない。
【００８９】
さらに、本実施例では液晶表示パネル１００として、既に広視野角特性が得られることが公知である横電界方式の液晶表示パネルを用いたが、少なくとも一方向（水平、垂直方向）で、かつ少なくとも３原色のうち１色において、上記角度θ₁、θ₂の間でθ₂＞θ₁を満たす構成の液晶表示パネルは、全て本実施例の範疇に含まれることはいうまでもない。
【００９０】
実施例２．
図２１に、本実施例の概略図を示す。本実施例と実施例１の違いは、実施例１に示した液晶表示パネル１００と波形シート１０１の間に、拡散板１０２と同様の性質を有する拡散板１０２Ｂを新たに設けた点である。
【００９１】
これにより、波型シートとして、実施例１と同一のシートを用いた場合、半値幅は実施例１の７０°に対し８０°へと広がる。この場合でも、実施例１の液晶表示パネル１００は全方向で８０°以上の同色視角範囲θ₂を有するためθ₂＞θ₁を満足し、実施例１と同様の効果を奏することができる。
【００９２】
さらに本実施例では、新たに設けた拡散シートにより、液晶表示パネルに入射する光の分光特性が滑らかになるため、視覚上の輝度変動が滑らかになり、実施例１の効果に加え、視覚的に自然な表示を実現することができる。
【００９３】
実施例３．
図２２に、本実施例の概略図を示す。本実施例と実施例１の違いは、実施例１に示した波型シート１０１を２枚設けた点にある。２枚の波型シートのそれぞれは、それら各プリズムの線状に延びる頂点の延在方向が互いに直交するように配置した。
【００９４】
このようにした場合、液晶表示パネルの左右方向の光とともに、上下方向の光をも集光できることになり、実施例１の場合よりもさらに低消費電力化を実現することができた。
【００９５】
実施例４．
本実施例の概略図は図１８と同じである。本実施例では、実施例３の波型シートの頂角θ₄を９０°とした。これにより、半値幅θ₁を６０°以下にすることができ、さらに正面輝度の向上を測ることができた。
【００９６】
実施例５．
本実施例では実施例３の波型シートのうち、左右方向の光を集光する波型シートに頂角１００°のものを、上下方向の光を集光する波型シートに頂角９０°のものを用い、上下方向の光の集光率を、左右方向の光の集光率より向上させた。
【００９７】
液晶表示装置は机上で使われることが中心用途であるため、上下方向に要求される視野角が左右方向に要求される視野角より小さい。したがって、上下方向の集光率を左右方向の集光率より向上させることにより、実用上の画質を損なうことなく、低消費電力化を実現することができる。本実施例では、実施例３と同様の画質を実現しつつ、さらに低消費電力化を実現することができる。
【００９８】
実施例６．
この実施例では、実施例１に示した液晶表示装置を、特に、ノート型ＰＣとして構成したことにある。図１４は、ノート型ＰＣの液晶表示装置の構成を示した外観図である。ノート型ＰＣの液晶表示装置２００は、通常、液晶表示パネル２０１とキーボード２０２が一体に取り付けられており、このため、液晶表示パネルは対角長１４インチの大きさがほぼ限界となるとともに、キーボードの操作者は液晶表示パネルに対してほぼ３０ｃｍ以上の距離で該液晶表示パネルを観察することになる。
【００９９】
このようにした場合、操作者は液晶表示パネルを正面から観察する限り、常に、パネル面内の全域において色の正常な表示を認識できるようになる。
【０１００】
すなわち、図１５に示すように、液晶表示パネル２０１を観察する場合、そのパネルの中心と周辺とでは視角に差が生じる。ここで、図中において、観察者の眼からパネル中央までの距離をｄとした場合に、最大の視角の差はθ₃となる。この最大の視角の差は観察者の眼からパネル中央までの距離によって変動することはいうまでもない。
【０１０１】
一方、図１６は、観察者の眼からパネルまでの距離と視角の差の関係を、液晶表示パネルのサイズ毎に計算した結果を示すグラフである。
【０１０２】
このことから、実施例６の構成において、視角の差の最大値は３０°程度となることが明らかとなる。
【０１０３】
したがって、本実施例で用いている液晶表示パネルの同色視角範囲θ₂は、該視角の差の最大値の２倍（３０°×２）よりも大きくなっていることから、操作者は液晶表示パネルを正面から観察する限り、常に、パネル面内の全域において色の正常な表示を認識できるようになる。
【０１０４】
このように構成された液晶表示装置は、色そのものを扱う分野、たとえば、印刷業、服飾業等の分野において使用されることにより多大な効果を発揮できることはいうまでもない。
【０１０５】
実施例７．
この実施例では、実施例１に示した液晶表示装置において、机上モニタとして構成したことにある。図１７は、机上モニタとしての液晶表示装置３００の構成を示した図である。机上モニタとしての液晶表示装置３００は、通常、キーボードが別体に取り付けられており、このため、液晶表示パネルは１８インチサイズにまで至る大きさとなるとともに、キーボードの操作者は液晶表示パネルに対してほぼ４０ｃｍ以上の距離で該液晶表示パネルを観察することになる。
【０１０６】
このように構成した液晶表示装置３００は、その液晶表示パネルの同色視角範囲θ₂が８０°となることが判明しており、前記の図１６から明らかになるように、液晶表示パネルが１８インチサイズより小さい場合には、操作者は液晶表示パネルを正面から観察する限り、常に、パネル面内の全域において色の正常な表示を認識できるようになる。
【０１０７】
実施例６と同様に、色そのものを扱う分野、たとえば、印刷業、服飾業等の分野において使用されることにより多大な効果を発揮できるようになる。
【０１０８】
実施例８．
この実施例では、実施例１に示した液晶表示装置を机上モニタとしてそのまま構成したことにある。前記の図１６から明らかになるように、液晶表示パネルが２６インチサイズに及んでも、操作者は液晶表示パネルを正面から観察する限り、常に、パネル面内の全域において色の正常な表示を認識できるようになる。
【０１０９】
実施例９．
この実施例では、実施例１に示した液晶表示装置において、特に、その映像信号駆動回路６（図１３参照）に６ビットドライバを組み込み、２６万の多色の表示ができるようにしたものである。
【０１１０】
このような多色表示ができるのは、色一定領域の拡大を達成し得る液晶表示装置の前提があってなし得るものであり、マルチメディア向けの液晶表示装置として多大の効果を奏し得るものである。
【０１１１】
実施例１０．
実施例１での図１８に相当する図を図２３に示す。本実施例では、波型シート１０１として、実施例１のプリズム状の形状の外表面を有する波型シートの代わりに、外表面がｓｉｎ波形状を有するシートを用いた点にある。
【０１１２】
波形状を有するシートを用いても、プリズム状の形状の最表面を有するシートを用いた場合と同様の効果を奏することができることは、たとえば米国特許第５，３９４，２５５号明細書等に開示されている。
【０１１３】
これにより、バックライトからの放射光の、θ₁の角度範囲内での輝度変化が、実施例１の場合より連続的となり、視覚的な輝度の面内均一感を向上することができる。
【０１１４】
さらに、本実施例では、ｓｉｎ波形状の形状を有するシート自体が拡散板と同様の効果を有するため、波型シート１０１上に図２１の散乱板１０２Ｂを設けなくても、実施例２と同様の効果を奏することができ、また散乱板１０２Ｂが不要となるため該シートでの光吸収をなくすことができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によるカラー液晶表示装置によれば、低消費電力を図ったものを得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカラー液晶表示装置の一実施例を示す側面図である。
【図２】本発明によるカラー液晶表示装置をＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度図上で説明する図である。
【図３】本発明によるカラー液晶表示装置の白および赤、緑、青３原色の色度座標を示す説明図である。
【図４】本発明によるカラー液晶表示装置の液晶表示パネルにおける色（赤）均一領域を示す説明図である。
【図５】本発明によるカラー液晶表示装置の液晶表示パネルにおける色（緑）均一領域を示す説明図である。
【図６】本発明によるカラー液晶表示装置の液晶表示パネルにおける色（青）均一領域を示す説明図である。
【図７】図４ないし図６に示す視角の定義を説明するための図である。
【図８】本発明によるカラー液晶表示装置に適用されている液晶表示パネルの一実施例の構成を示す平面図である。
【図９】図８のIX−IX線における断面図である。
【図１０】図８のX−X線における断面図である。
【図１１】図８のXI−XI線における断面図である。
【図１２】本発明によるカラー液晶表示装置に適用されている液晶表示パネルに形成される配向方向と偏光軸との関係の一実施例を示す平面図である。
【図１３】本発明によるカラー液晶表示装置における液晶表示パネルとその駆動回路の一実施例を示す構成図である。
【図１４】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す外観図である。
【図１５】図１４に示した液晶表示装置の効果を説明するための図である。
【図１６】図１４に示した液晶表示装置の効果を説明するための図である。
【図１７】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す外観図である。
【図１８】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す分解斜視図である。
【図１９】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す断面図である。
【図２０】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す断面図である。
【図２１】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す分解斜視図である。
【図２２】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す分解斜視図である。
【図２３】本発明によるカラー液晶表示装置の他の実施例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１００……液晶表示パネル、１０３……バックライトユニット、θ₁……バックライトユニットのそれから放射される光の輝度が正面輝度に対して半減する角度を示す半値幅、θ₂……液晶表示パネルの一定色調角度範囲。

Claims

３原色に対応するカラーフィルタおよび偏光板を備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルは、バックライトユニットからの拡散板を介した放射光が透過されるとともに、
バックライトユニットから液晶表示パネルへ放射される光の輝度が、液晶表示パネル法線方向で測った輝度の５０％となる方向間の角度を輝度半値角と定義し、
液晶表示パネルに表示される各原色について、前記法線方向から観察した場合の色度に対応する、該法線方向から或る角度ずれた任意の方向から観察した場合の色度のずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で表し、
この各色度座標のずれが、赤原色に対してはｘ座標で０．０３１４、緑原色に対してはｙ座標で０．０２７３、青原色に対してはｘ座標で０．０１７７を越えない観察角度間の角度を同色視角範囲と定義した場合、
１）前記同色視角範囲が８０°以上であり、
２）前記拡散板を２枚有し、
３）前記同色視角範囲＞前記輝度半値角
を満足することを特徴とするカラー液晶表示装置。
３原色に対応するカラーフィルタおよび偏光板を備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルは、バックライトユニットからの拡散板を介した放射光が透過されるとともに、
バックライトユニットから液晶表示パネルに放射される光の輝度が、液晶表示パネル法線方向で測った輝度の５０％となる方向間の角度を輝度半値角と定義し、
液晶表示パネルに表示される赤、緑，青原色および白色について、前記法線方向から観察した場合の色度をＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で、（ｘｒ、ｙｒ）、（ｘｇ、ｙｇ）、（ｘｂ、ｙｂ）、（ｘｗ、ｙｗ）とし、
液晶表示パネルに表示される赤、緑、青各原色を該法線方向から或る角度ずれた任意の方向から観察した場合の色度のずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で表し、
この各色度座標のずれが、赤原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｒ、ｙ座標のずれがΔｙｒとし、緑原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｇ、ｙ座標のずれがΔｙｇとし、青原色に対しては、ｘ座標のずれがΔｘｂ、ｙ座標のずれがΔｙｂとしたとき、

を満足する前記法線方向からの観察角度間の角度を同色視角範囲と定義した場合、
１）前記同色視角範囲が８０°以上であり、
２）前記拡散板を２枚有し、
３）前記同色視角範囲＞前記輝度半値角
を満足することを特徴とするカラー液晶表示装置。
３原色に対応するカラーフィルタおよび偏光板を備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを少なくとも備えるカラー液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルは、バックライトユニットからの拡散板を介した放射光が透過されるとともに、
液晶表示パネルは、液晶層に接して配置される基板の液晶側の面の各画素領域に表示電極と基準電極とが設けられ、これらの電極に印加する電圧によって該液晶層内に前記基板とほぼ平行な電界を発生せしめ、これにより該液晶層を透過する光を変調させるものであって、
前記表示電極は、走査信号線からの走査信号の供給によってオンされるスイッチング素子を介した映像信号線からの映像信号が供給されるとともに、前記基準電極は基準信号が供給されるように構成され、
バックライトユニットから液晶表示パネルへ放射される光の輝度が、液晶表示パネル法線方向で測った輝度の５０％となる方向間の角度を輝度半値角と定義し、
液晶表示パネルに表示される各原色について、前記法線方向から観察した場合の色度に対する、該法線方向から或る角度ずれた任意の方向から観察した場合の色度のずれをＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１ｘｙ色度座標による座標値で表し、
この各色度座標のずれが、赤原色に対してはｘ座標のずれが０．０３１４、緑原色に対してはｙ座標のずれが０．０２７３、青原色に対してはｘ座標のずれが０．０１７７を越えない前記法線方向からの観察角度の範囲間の角度を同色視角範囲と定義した場合、
１）前記同色視角範囲が８０°以上であり、
２）前記拡散板を２枚有し、
３）前記同色視角範囲＞前記輝度半値角
を満足することを特徴とするカラー液晶表示装置。