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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー画像表示を行う画像表示装置に関し、特に、階調変動による表示色の彩度、色相のばらつきを視認不可能な程度まで抑制し、高品位のカラー画像を表示可能な画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像表示装置として、液晶分子の配向性を制御することによって表示画素ごとの光透過率を制御し、所定の透過波長特性を備えたカラーフィルタを透過させることによってカラー画像表示を行う画像表示装置が知られている。かかる画像表示装置は、例えばＣＲＴ等を利用したものと比較して、薄型の構造かつ軽量化が可能であると共に、消費電力の低減が可能である等の利点を有する。
【０００３】
図１３（ａ）は、従来の液晶材料を用いた画像表示装置の構造を模式的に示す図である。図１３（ａ）に示すように、従来の画像表示装置は、様々な回路素子が配置されたアレイ基板１０１と、アレイ基板１０１に対向して配置された対向基板１０２と、アレイ基板１０１および対向基板１０２との間に封入された液晶層１０３とを有し、アレイ基板１０１と対向基板１０２の外表面上には、それぞれ所定の偏光面を有する偏光板１０４、１０５を備えた構造を有する。また、アレイ基板１０１下部には、液晶層１０３に対して面状の白色光を入射させるためにバックライトユニット１０６が配置されている。さらに、偏光板１０４と対向基板１０２との間には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色に対応した透過特性を備えたカラーフィルタ１０７が配置され、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色を用いたカラー画像の表示を可能としている。
【０００４】
従来の画像表示装置の動作について説明する。まず、バックライトユニット１０６から出力される面状光は、アレイ基板１０１の外表面に配置された偏光板１０４に入射され、偏光板１０４の偏光面に合致した偏光成分のみが通過し、かかる単一偏光成分のみが液晶層１０３に入力される。アレイ基板１０１上には表示画素に対応して画素電極が配置されており、画素電極に供給された電位に起因して生じる電界の影響を受けて液晶層１０３は入力光の偏光面を所定角だけ回転して出力する機能を有する。従って、画素電極の電位を調整することによって、所望角だけ偏光面が回転された光が偏光板１０５に入力される。
【０００５】
偏光板１０５は、偏光板１０４と同様に所定の偏光面を有することから、偏光板１０５に入力された光のうち、偏光板１０５の偏光面と一致した偏光面を備えた偏光成分のみが通過する。ここで、偏光板１０５に入力される光の偏光面の方向は、液晶層１０３における偏光面の回転角によって決定されることから、アレイ基板上に配置した画素電極の電位を制御することによって、偏光板１０５を透過する光の強度を調整することができる。そして、液晶層１０３から出力された光はカラーフィルタ１０７を通過することでＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光が透過され、偏光板１０５を通過した光によって画像が表示される。
【０００６】
液晶層１０３に対して電界を与えるメカニズムについては、従来様々な方式が提案されている。例えば、近年、アレイ基板１０１上に画素電極のみならず共通電極を配置した構造を有し、画素電極と共通電極との間に所定の電位差を与えることによって液晶層１０３に対して横方向に電界を与える、いわゆる面内応答（In-Plane Switching:以下、「ＩＰＳ」と称する）型の画像表示装置が提案されている。ＩＰＳ型の画像表示装置は、良好な電圧保持特性および広い視野角等優れた特性を有することから近年特に注目されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１０１５３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像表示装置では、異なる階調の色表示を行う際に、明度のみならず彩度または／および色相が変動することによって画像品位が低下するという問題を有する。すなわち、例えばＲ、Ｇ、Ｂの強度比が一定の表示色において徐々に階調を低下させた場合、階調の低下に対応してＲ、Ｇ、Ｂの強度比が変動することが知られている。具体的には、互いに直交する偏光面を有する２枚の偏光板を備えた画像表示装置では、明度の低下、すなわち低階調表示を行う際に表示色が徐々に青みがかる現象が報告されている。また、互いに平行な偏光面を備えた画像表示装置では、低階調表示を行う際に青色に対応した波長成分の強度が低下し、補色である黄色が顕在化することが知られている。
【０００９】
図１３（ｂ）は、互いに直交する偏光面を有する２枚の偏光板を備えた従来の画像表示装置において、黒色表示の際における透過率の波長依存性を示したものである。黒色表示の際の透過率は、全波長範囲に渡って０％となるのが理想であるが、実際には図１３（ｂ）に示すように、青色に対応した４００ｎｍ近傍の波長の光の透過率が、他の波長の光成分よりも高い値を有する。
【００１０】
かかる透過率の波長依存性が、階調変動に関わらず生じる場合には、別途青色に対応した波長の光を所定の割合で遮蔽するフィルタを設けることによって解決が可能である。しかし、従来の画像表示装置では、高階調表示から低階調表示に移行するに従って徐々に青色に対応した波長の光の透過率が向上する。従って、低階調表示について最適化されたフィルタを用いた場合には、高階調表示の際に青色に対応した波長の光が他の波長の光よりも強度が低下することとなり、補色である黄色が顕在して表示色の彩度、色相が変動するため、妥当ではない。
【００１１】
低階調表示の際における彩度、色相の変動は、液晶層および偏光板の構造、特に偏光板の構造が主因となって生じるものと推測されている。液晶層に起因した彩度、色相のばらつきは、液晶層に含まれる液晶分子の屈折率Δｎと、液晶層の厚みｄを制御することによってある程度低減することは可能である。具体的には、屈折率Δｎと厚みｄの積を低減した構造とすることで、液晶層における透過光の波長依存性そのものを低減すると共に透過率が最大となる波長の変動を抑制することができる。しかし、入力画像信号に対する応答の高速化および低消費電力を実現するためには、屈折率Δｎの大きな液晶材料を用いる必要があり、厚みｄの低減にも限度がある。従って、屈折率Δｎおよび厚みｄを調整することによって彩度、色相のばらつきを視認不可能なレベルにまで低減することはできない。
【００１２】
また、偏光板に起因した彩度のばらつきについては、現時点において有効な解決手段は提案されていない。従来使用される偏光板は、分子構造に異方性を有するヨウ素を溶媒中に混入したものを板状に整形することによって形成されており、彩度のばらつきはヨウ素に起因して生じていると推測されている。しかしながら、現時点ではヨウ素にかわる実用的な材料は提案されておらず、ヨウ素以外の材料によって偏光板を形成することは現実的でないことから、偏光板を改良して彩度、色相のばらつきを視認不可能なレベルにまで低減することは現時点では困難である。
【００１３】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、階調変動による表示色の彩度、色相のばらつきを視認不可能な程度まで抑制し、高品位のカラー画像を表示可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる画像表示装置は、アレイ基板および対向基板と、該アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層を備え、該液晶層の電気光学効果に基づいて画像表示を行う画像表示装置であって、前記液晶層に対して前記アレイ基板側に配置され、第１の偏光特性を有する第１偏光板と、前記液晶層に対して前記対向基板側に配置され、第２の偏光特性を有する第２偏光板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板の間に配置され、少なくとも入射光に対して第１波長の光成分を選択的に透過する第１の部分及び該第１波長と異なる第２波長の光成分を選択的に透過する第２の部分を有するカラーフィルタと、を備え、前記第２の部分は、前記第１の部分が透過する、低階調表示の際に顕在化する彩度および／または色相の変動の原因となる有彩色について、当該有彩色の補色を形成する波長の光成分を選択的に散乱して、該波長の光のコントラストを低下させ、前記有彩色の補色を形成する波長の光成分は、第３波長の光成分と、前記第３波長と異なる第４波長の光成分を混合することによって形成され、前記第２の部分は、前記第３波長の光成分を透過、散乱する着色粒子を含有する第３の部分と、前記第４波長の光成分を透過、散乱する着色粒子を含有する第４の部分と、を有することを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、所定波長の光成分を透過するのみならず、低階調表示の際に顕在化する彩度および／または色相の変動の原因となる有彩色の補色を形成する１以上の波長の光成分を選択的に散乱するカラーフィルタを備えることとしたため、低階調表示の際の表示特性の変動の原因となる有彩色の補色が一定の割合で出力されることとなり、かかる補色を出力することによって表示特性の変動を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項２にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに直交するよう配置され、前記第２の部分は、黄色を形成する波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに平行になるよう配置され、前記第２の部分は、青色を形成する波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第３波長は赤の波長に対応すると共に、前記第４波長は緑の波長に対応し、前記第１の部分は、低階調表示の際に顕在化する彩度および／色相の変動の原因となる有彩色の補色に対応し且つ青の波長に対応する第１波長の光を散乱する着色粒子をさらに備え、該第１波長の光に対するコントラスト値と前記第３波長および前記第４波長の光に対するコントラスト値との比が、１対０．４５となることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５にかかる画像表示装置は、アレイ基板および対向基板と、該アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層を備え、該液晶層の電気光学効果に基づいて画素表示を行う画素表示装置であって、少なくとも第１の波長の光および該第１の波長と異なる第２の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタと、前記液晶層に対して前記アレイ基板側に配置され、第１の偏光特性を有する第１偏光板と、前記液晶層に対して前記対向基板側に配置され、第２の偏光特性を有する第２偏光板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板の間に配置され、入射光に対して低階調表示の際に顕在化する有彩色の補色を形成する１以上の波長の光成分を選択的に散乱して該波長の光のコントラストを低下させる選択散乱手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに直交するように配置され、前記選択散乱手段は、黄色を形成する１以上の波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに平行になるように配置され、前記選択散乱手段は、青色を形成する１以上の波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８にかかる画像表示装置は、上記の発明において、低階調表示の際に顕在化する前記有彩色の補色は、第１波長の光と、前記第１波長と異なる第２波長の光を混合することによって形成され、前記選択散乱手段は、前記第１波長の光を散乱する着色粒子と、前記第２波長の光を散乱する着色粒子とを少なくとも含有することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記選択散乱手段は、低階調表示の際に顕在化する有彩色の補色を直接形成する単色光を散乱する着色粒子を含有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記着色粒子は、粒径と屈折率との少なくとも一方を調整することによって、対象波長の光に対する散乱の割合を規定することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記選択散乱手段は、接着性材料を含んで形成され、前記対向基板と前記第２偏光板との間に配置されて前記対向基板と前記第２偏光板とを固着することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記選択散乱手段は、接着性材料を含んで形成され、前記アレイ基板と前記第１偏光板との間に配置されて前記アレイ基板と前記第１偏光板とを固着することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１３にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記選択散乱手段は、前記対向基板または前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記液晶層との界面を平坦化することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１４にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基盤は、表示画素に対応して配置された画素電極と、前記画素電極に供給する電位を制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子の駆動状態を制御する走査線と、前記スイッチング素子を介して前記画素電極に対して電位を供給する信号線とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１５にかかる画素表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基盤は、前記画素電極に対応して配置された共通電極をさらに備え、前記液晶層に対して前記画素電極と前記共通電極との電位差に基づいて前記アレイ基板表面と平行方向に電界を生じさせることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１６にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記液晶層内を透過する光を供給するバックライト光源をさらに有することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について説明する。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。なお、以下の実施の形態では、画像表示装置のうち、ＩＰＳ型構造を有し、偏光面が互いに直交する２枚の偏光板を用いたいわゆるクロスニコルの構造を備えたものを例として説明するが、後述するように、かかる構造の画像表示装置に限定されないことに留意が必要である。
【００３３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１にかかる画像表示装置について説明する。本実施の形態１にかかる画像表示装置は、それぞれ所定の偏光特性を有する２枚の偏光板の間に、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過するフィルタ部を有するカラーフィルタを備えた構造を有する。フィルタ部は、それぞれ所定の着色粒子を含んで形成され、対応波長の光を透過すると共に偏光板の構造等に起因して低階調表示の際に顕在化する有彩色の補色を形成する波長の光のコントラストを低下させる機能を有する。コントラストを低下させることによって、低階調表示の際にも一定の割合で補色を形成する光が外部に放出されることとなり、従来問題となっていた低階調表示の際における彩度、色相の変動を抑制し、高品位な画像表示を可能としている。
【００３４】
図１は、本実施の形態１にかかる画像表示装置の構造を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、所定の回路素子が配置されたアレイ基板１と、アレイ基板１に対して対向配置された対向基板２とを有し、アレイ基板１と対向基板２との間には、所定の配向性を有する液晶分子を含む液晶層３が封入された構造を有する。また、アレイ基板１および対向基板２において、液晶層３と接触する内表面と対向するそれぞれの外表面上には、互いの偏光面が直交するように偏光板５、６が配置されている。さらに、対向基板２と液晶層３との間にはカラーフィルタ４が配置され、所定波長の光成分について透過および散乱する機能を有する。
【００３５】
アレイ基板１および対向基板２は、透明な基板によって形成され、必要に応じて所定の回路素子を配置した構造を有する。図２は、アレイ基板１の表面上に配置される配線構造について示す等価回路図である。図２に示すように、アレイ基板１は、画素電極９ａ〜９ｃのように画素電極がマトリックス状に配置されており、それぞれ周囲に所定の回路素子が配置された構造を有する。なお、以下においては、個々の画素電極およびその周辺回路素子をまとめて副画素と称し、Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応した３個の副画素をまとめて表示画素と称する。なお、アレイ基板上に配置される個々の画素電極および周辺回路素子の構造、配線態様はそれぞれの副画素で同様であるため、以下、「画素電極９」、「共通電極１０」のように総称して説明する。また、副画素に備えられる薄膜トランジスタ１１については、ソース電極とドレイン電極とを区別する必要性に乏しいため、ゲート電極を除いた２つの電極を共にソース／ドレイン電極と称する。
【００３６】
画素電極９の近傍には画素電極９と対になって電界を生じさせる共通電極１０と、画素電極９に対してスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ１１が配置され、共通電極１０は、電位供給回路（図示省略）によってほぼ一定の電位を供給されている。また、薄膜トランジスタ１１の一方のソース／ドレイン電極は画素電極９と接続され、他方のソース／ドレイン電極は、画素電極９近傍に位置し、縦方向に延在した信号線１２に接続されている。さらに、薄膜トランジスタ１１のゲート電極は画素電極９近傍に位置し、横方向に延在した走査線１３に接続されている。
【００３７】
信号線１２および走査線１３は、それぞれ所定の駆動回路（図示省略）に接続されており、かかる駆動回路によって表示画像に対応した電位を供給される構造を有する。走査線１３は、副画素を構成する薄膜トランジスタ１１のゲート電極とも接続しているため、走査線１３によってゲート電位を変化させることによって、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ１１の駆動状態を制御している。具体的には、走査線１３から所定の電位が印加されることによって薄膜トランジスタ１１はオン状態となり、薄膜トランジスタ１１を介して信号線１２から画素電極９に対して表示色の階調に応じた所定の電位が供給される。共通電極１０はほぼ一定の電位に維持されているため、画素電極９と共通電極１０との間には電位差に応じた電界が発生する。かかる電界によってアレイ基板１上に位置する液晶層３に含まれる液晶分子の配向が制御され、図１に示すバックライトユニット７から偏光板６を通過して液晶層３に入射された光は、電界によって制御された液晶分子の配向状態に従って、偏光面が所定角だけ回転されて偏光板５に出力される。そして、カラーフィルタによって副画素に対応した領域ごとにＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに対応した波長の光を透過させた後、偏光板５に入射する。偏光板５は所定の偏光面を有し、液晶層３から出力された光のうち、偏光板５の偏光面と一致する偏光成分のみを透過するため、偏光板５を通過する光の強度は液晶層３中における回転角に依存する。従って、画素電極９に印加する電位を制御することによって外部に出力する光の強度を制御することが可能となり、画像表示が行われる。
【００３８】
次に、カラーフィルタ４について説明する。カラーフィルタ４は、副画素に対応した領域ごとにＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過させると共に、一定の割合でかかる光を散乱する機能を有する。図３は、カラーフィルタ４の構造を示す模式図である。カラーフィルタ４は、図３に示すように、副画素に対応した領域ごとにそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応したフィルタ部４ｒ、４ｇ、４ｂを有し、かかるフィルタ部４ｒ、４ｇ、４ｂの対が、表示画素に対応してマトリックス状に配置された構造を有する。また、フィルタ部４ｒ、４ｇ、４ｂは、透明樹脂等を母材としてそれぞれ着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを含んで形成されている。着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過する機能を有すると共に、かかる光を粒径に応じて所定の割合で散乱する機能を有する。ここで、本実施の形態１においては、着色粒子１４ｒ、１４ｇの粒径は着色粒子１４ｂの粒径よりも大きくなるよう設定されており、コントラスト比がＲ：Ｇ：Ｂ＝０．４５：０．４５：１となるようカラーフィルタ４は形成されることが好ましい。ここで、コントラスト比とは、所定の波長の光におけるコントラスト値の比を意味し、コントラスト値は、単一の偏光面を有する入力光に対して、各フィルタ部によって散乱されずに出力される同一偏光面の光の強度の割合をいう。一般に、着色粒子の粒径が大きくなるに従って散乱される光の割合は高くなり、コントラスト値は低下することとなる。そのため、着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｇの粒径を調整することによってフィルタ部４ｒ、４ｇ、４ｂにおけるコントラスト値が制御され、所望のコントラスト比を実現することが可能である。
【００３９】
次に、低階調表示および高階調表示の際におけるカラーフィルタ４の作用について図４および図５を参照して説明する。図４は、低階調表示の例として黒色表示を行う際におけるＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光成分が透過する態様を説明するための模式図である。なお、以下の説明では理解を容易にするため黒色および白色の例についてのみ説明を行うが、有彩色一般について成立することはもちろんである。また、図４に示す偏光状態Ａb〜偏光状態Ｅbは、Ｂに対応した波長について示すものであり、同様に、偏光状態Ａr〜偏光状態ＥrはＲに対応した波長について、偏光状態Ａg〜偏光状態ＥgはＧに対応した波長の光について示す。
【００４０】
まず、バックライトユニット７から出力された白色光は、様々な偏光面を有する光が混在しており、全体として無偏光状態となる偏波状態Ａb〜偏光状態Ａgの光が偏光板６に入射する。偏光板６は、破線で示す方向（以下、「横方向」と称する）に偏光面を有し、偏光板６の偏光面と一致した偏光面を有する光成分のみを透過する。このため、図４に示すように横方向の偏光面のみを有する偏光状態Ｂb〜偏光状態Ｂgの光が偏光板６から出射され、液晶層３に入射する。
【００４１】
いわゆるノーマリーブラックモードの画像表示装置の場合、黒色表示を行う際には画素電極に電位が与えられないため、液晶層３に含まれる液晶分子は同一方向に配向した状態を維持する。従って、液晶層３に入射した光は、液晶層３中を通過する際に液晶分子から特に影響を受けることなく同一の偏光面を維持したまま進行し、偏光状態Ｂb〜偏光状態Ｂgと同様の偏光面を有する偏光状態Ｃb〜偏光状態Ｃgの光が出射され、カラーフィルタ４に入射する。
【００４２】
カラーフィルタ４に入射した光は、Ｂに対応した波長の光と、Ｒ、Ｇに対応した波長の光とでは異なる作用を受ける。具体的には、Ｂに対応した波長の光はフィルタ部４ｂ中をほとんどそのままの状態で透過するのに対し、Ｒ、Ｇに対応した光はフィルタ部４ｒ、４ｇ中で一定の割合で散乱される。従って、入射時の偏光面と垂直な方向（以下、「縦方向」と称する）の偏光面を有する光成分が生じた偏光状態Ｄr、偏光状態Ｄgの光が出射される。既に説明したように、フィルタ部４ｂに含有される着色粒子１４ｂは、フィルタ部４ｒに含有される着色粒子１４ｒ、フィルタ部４ｇに含有される着色粒子１４ｇと比較して粒径が小さいため、Ｂに対応した波長の光は、着色粒子１４ｂによって散乱される割合が低い。そのため、散乱によって生じる縦方向の偏光面を有する光成分の発生を無視することができ、偏光状態Ｄbの光が出射される。一方、Ｒ、Ｇに対応した波長の光は、着色粒子１４ｒ、１４ｇが所定の粒径を有するため、一定の割合で散乱され、縦方向の偏光面を有する光成分が一定の割合で生じて偏光状態Ｄr、偏光状態Ｄgの光が出射される。
【００４３】
そして、偏光状態Ｄb〜偏光状態Ｄgの光は、それぞれ偏光板５に入射する。偏光板５は、縦方向の偏光面を有する一方、偏光状態Ｄr、偏光状態Ｄgの光の大部分は横方向の偏光面を有することから大部分は透過せず、カラーフィルタ４を透過する際に散乱によって生じた縦方向の偏光面を有する光成分のみが通過する。また、偏光状態Ｄbの光は、本来縦方向の偏光面を有する光成分がほとんどないため理論的には偏光板５を透過することはないが、従来技術の問題として説明したように、偏光板５の構造上の理由により実際には一定量だけ透過する。従って、Ｒ、Ｇに対応した波長の光については、所定の強度を有する偏光状態Ｅr、偏光状態Ｅgの光がそれぞれ出射され、Ｂに対応した波長の光については、所定の強度を有する偏光状態Ｅbの光が出射される。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、黒色表示の際であっても、Ｒ、Ｇに対応した波長の光がわずかながらも透過する構造を有し、かかる光の強度はカラーフィルタ４の透過の際に散乱によって生じる縦方向の偏光面を有する光成分の量によって決定される。散乱が生じる割合は、Ｒ、Ｇにそれぞれ対応したフィルタ部４ｒ、４ｇに含有される着色粒子１４ｒ、１４ｇの粒径に応じて変化するため、着色粒子１４ｒ、１４ｇおよび着色粒子１４ｂの粒径を最適化することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応した波長の光の強度をほぼ同等とすることが可能となり、黒色表示の際における彩度の変動を抑制することができる。
【００４５】
次に、高階調表示の例として白色表示を行う際におけるカラーフィルタ４の作用について図５を参照して説明し、高階調表示の際に画像品位が低下しないことを示す。なお、図４に示す偏光状態Ａb’〜偏光状態Ｅb’は、Ｂに対応した波長の光の偏光状態について示すものであり、偏光状態Ａr’〜偏光状態Ｅr’、偏光状態Ａg’〜偏光状態Ｅr’は、それぞれＲ、Ｇに対応した波長の光の偏光状態を示すものである。
【００４６】
まず、バックライトユニット７から出力される白色光は、様々な偏光成分を備えた無偏光状態となっており、それぞれ偏光状態Ａb’〜偏光状態Ａg’の光が偏光板６に入射される。偏光板６は、横方向に偏光面を有することから、入射した光は、横方向の偏光成分のみが通過して偏光状態Ｂb’〜偏光状態Ｂg’の光が出射され、液晶層３に入射する。
【００４７】
白色表示をする際には画素電極に所定の電位が供給され、これに伴って生じる電界の影響を受けて、液晶層３に含まれる液晶分子の配向は液晶層３下部と液晶層３上部とで９０°回転した状態に制御されている。従って、横方向に偏光成分を有する偏光状態Ｂb’〜偏光状態Ｂg’の光は、液晶層３中を進行するに従って偏光面が回転し、縦方向の偏光面を有する偏光状態Ｃb’〜偏光状態Ｃg’の光が液晶層３から出射され、カラーフィルタ４に入射する。
【００４８】
カラーフィルタ４は、上記したようにフィルタ部４ｒ、フィルタ部４ｇに含有される着色粒子１４ｒおよび着色粒子１４ｇの粒径が大きく、フィルタ部４ｂに含有される着色粒子１４ｂの粒径が小さくなるよう構成されている。そのため、Ｒ、Ｇに対応した波長の光はフィルタ部４ｒ、４ｇで散乱され、一定の割合で横方向の偏光面を有する光成分が生じる。一方、Ｂに対応した波長の光は、フィルタ部４ｂにおいて散乱される割合は低く、横方向の偏光面を有する光成分はほとんど生じない。このため、カラーフィルタ４を通過することによって、一定の割合で横方向の偏光成分を有する偏光状態Ｄr’、偏光状態Ｄg’の光と、縦方向の偏光面のみを有する偏光状態Ｄb’の光とが出射され、偏光板５に入射される。
【００４９】
偏光板５は、縦方向の偏光面を有することから、横方向の偏光面を有する光成分を遮蔽し、縦方向の偏光面を有する光成分のみを通過する。従って、偏光状態Ｄb’の光はほぼすべて通過するのに対して、偏光状態Ｄr’、偏光状態Ｄg’の光は、フィルタ部４ｒ、４ｇで散乱された光成分については遮蔽され、縦方向の偏光面を有する光成分のみが通過して、それぞれ偏光状態Ｅb’〜偏光状態Ｅg’の光が外部に出射される。
【００５０】
白色表示を行う際には、Ｒ、Ｇに対応した波長の光は、一部が遮蔽され、Ｂに対応した波長の光強度よりも若干ながら低くなる。しかし、低階調表示の際に漏れ出すＢに対応した波長の光の強度は小さく、例えば図１３（ｂ）のグラフの場合には、Ｂに対応した波長の光は、偏光板６に入射した光の０．１５％程度にすぎない。従って、彩度、色相のバランスをとるために必要なＲ、Ｇに対応した波長の光についても同等の強度で十分であるため、カラーフィルタ４で散乱される光成分の割合は全体の０．１５％程度である。このため、白色表示を行う際に偏光板５で遮蔽される光成分の割合も０．１５％程度となり、９９．８５％の光は偏光板５を透過することとなる。Ｂに対応した波長の光が１００％透過するとした場合Ｒ：Ｇ：Ｂ≒１：１：１となり、実用上の観点からは問題になることはない。
【００５１】
次に、本実施の形態１にかかる画像表示装置が、実際に低階調表示の際に透過する光が波長依存性を持たないことを示す。本願発明者等は、コントラスト比がＲ：Ｇ：Ｂ＝０．４５：０．４５：１の状態となるよう、従来と比較して着色粒子１４ｂの粒径を小さくしたカラーフィルタ４を備えた画像表示装置について、黒色表示の際の透過光の波長依存性を数値計算によって求めている。図６は、かかる数値計算の結果を示すグラフであって、図６において実線は計算結果を、破線は比較のため従来構造のカラーフィルタを用いた画像表示装置の透過光の波長依存性を示す。図６からも明らかなように、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、Ｂに対応した４００ｎｍ近傍の波長帯域における透過率が他波長と同程度まで低下しており、低階調表示の際にも彩度が変動することなく、高品位の画像表示が可能であることが示されている。
【００５２】
また、本願発明者等は、表示色の階調変化に対する表示特性の変動について数値計算を行うことで、本実施の形態１にかかる画像表示装置が従来の画像表示装置よりも彩度、色相が安定した画像表示が可能であることを示している。具体的には、階調変動に対する色温度の変化、色度座標の変化および色度座標平面上の移動距離について数値計算を行っており、従来の画像表示装置に関する数値計算結果と比較を行っている。なお、数値計算においては、本実施の形態１にかかる画像表示装置における各フィルタ部のコントラスト比をＲ：Ｇ：Ｂ＝０．４５：０．４５：１とした場合について計算を行っている。一方、比較対象として数値計算を行った従来の画像表示装置は、ＥＢＵ（European Broadcasting Union）の基準に準拠したカラーフィルタを用いた画像表示装置であって、カラーフィルタにおけるコントラスト比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２．４：２．４：１のものについて数値計算を行っている。
【００５３】
図７は、階調変動に応じた色温度の変化について示すグラフである。図７の縦軸は色温度の変化量を示し、横軸は階調のレベルを示す。なお、色温度とは、プランクの放射則に従った理想的な黒体から発せられる光の色と温度との関係に基づいて、色組成を温度で表示したものであって、色温度が上昇するにつれて色組成は赤系統から青系統へとシフトする性質を有する。従って、色温度の変化量は表示色の色相の変動の程度を知る目安となり、色温度の変化量が全階調に渡って低い値に維持される画像表示装置は、色相の変動を抑制可能な優れた特性を有するものと評価される。また、横軸の階調は、２５０段階に分けて明度のレベルを表示しており、２５０レベルの際に最大の明度となる。
【００５４】
図７において、曲線ｌ1は、比較対象である従来の画像表示装置における色温度の変化量ΔＫの変動を数値計算によって求めた結果を示す曲線である。また、曲線ｌ2は、本実施の形態１にかかる画像表示装置における色温度の変化について、数値計算によって求めた結果を示す曲線である。なお、曲線ｌ3は、比較対象である従来の画像表示装置について、色温度の変化を実際に測定した結果を示す曲線であって、曲線ｌ1と比較すると明らかなように、数値計算の結果と実測値とはほぼ一致することから、本実施の形態１にかかる画像表示装置を実際に作製した場合に得られる実測値は、曲線ｌ2と同様の曲線を形成するものと推測できる。
【００５５】
曲線ｌ1と曲線ｌ3とを比較すると、いずれも階調が１００レベル以上の状態では色温度の変化量ΔＫがほぼ０に維持され、色温度の変化がほとんど生じていないことが示されている。しかし、階調が１００レベル以下となると曲線ごとに差が生じ始め、階調の低下につれて曲線ｌ1では色温度の変化量が急激に上昇する。一方、曲線ｌ3は階調に関わらずほぼ０の値を維持しており、階調が０レベルの状態でも色温度の変化量はほぼ０の値となる。このため、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、階調の変化に関わらず一定の色温度を維持することが可能であって、低階調表示の際にも色相がほとんど変化することはなく、高品位の画像表示が可能という利点を有することが示されている。一般に色温度の変化量については、階調が３２レベル以上において２０００Ｋ以下であることが好ましく、さらには全階調に渡って２００Ｋ以下であることがより好ましい。本実施の形態１にかかる画像表示装置は、コントラスト比を最適化することでこれらの条件を十分満たすのみならず、色温度の変化量に関してさらに優れた特性を発揮することが可能である。
【００５６】
次に、図８を参照して、階調の変化に対する色度座標の変化について説明する。色度座標とは、表示色の色相、彩度を数値化する事によって得られるｘ値、ｙ値をそれぞれｘ座標、ｙ座標としたものであって、色度座標の変化は、表示色におけるＲ、Ｇ、Ｂの割合が変化することを意味する。従って、階調変動による色度座標の変化が小さいほど表示色の色相、彩度の変動は小さくなり、高品位の画像表示が可能となる。図８において、曲線ｌ4は、比較対象たる従来の画像表示装置について、曲線ｌ5は本実施の形態１にかかる画像表示装置について、それぞれ色度座標変化を数値計算によって求めた曲線である。なお、曲線ｌ6は、比較対象たる従来の画像表示装置において、階調変化に応じた色度座標の変化を実際に測定した結果を示す曲線である。曲線ｌ4と曲線ｌ6をそれぞれ比較すれば明らかなように、数値計算の結果と実測値は若干のずれはあるものの、ほぼ同様の傾向を示している。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置の色度座標の変化の実測値は、曲線ｌ5とほぼ同様の傾向を示すものと推測される。
【００５７】
曲線ｌ4と曲線ｌ5をそれぞれ比較すると明らかなように、従来の画像表示装置は、色度座標が広い範囲に渡って変化しており、ｘ値は約０．２２５から約０．３程度にまで変動し、ｙ値は約０．２３から約０．３１まで変動している。これに対して、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、色度座標はほとんど変化することなく、ｘ値およびｙ値についてほぼ一定の値を維持している。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、階調の変化に対する色度座標の変化はきわめて小さく、階調変化に対して表示色が安定した色相、彩度を維持していることが明らかである。
【００５８】
次に、色度座標の移動距離について、図９を参照して説明する。図９のグラフにおいて、縦軸は色度座標が座標平面上で移動する変動量、すなわちｘ値、ｙ値について（ｘ2＋ｙ2）1/2を演算した結果を示し、横軸は階調のレベルを示す。なお、比較のため、それぞれの曲線では階調が２５０レベルの状態における座標を基準として移動距離を導出している。図９において、曲線ｌ7は、比較対象である従来の画像表示装置における数値計算の結果を示す曲線であって、曲線ｌ8は、本実施の形態１にかかる画像表示装置における数値計算の結果を示す曲線である。なお、曲線ｌ9は、従来の画像表示装置において実測値から導出した色度座標の変化量について示す曲線である。曲線ｌ7と曲線ｌ9を比較すれば明らかなように、高階調表示においては若干のずれがあるものの、低階調表示、特に階調が５０レベル以下においては数値計算の結果と実測値とが精度よく一致している。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置における実測値も、特に低階調表示においては曲線ｌ8とほぼ同様の値が得られると推測される。
【００５９】
曲線ｌ7と曲線ｌ9を比較すれば明らかなように、階調が１００レベル以上の場合にはそれぞれの画像表示装置における色度座標の移動距離は非常に低く、実用上問題ない程度に抑制されている。一方、曲線ｌ7から明らかなように、従来の画像表示装置では階調が１００レベル以下となると色度座標の変化量が徐々に増加し、階調が０レベルでは、移動距離は約０．０９もの値となる。一方、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、曲線ｌ8に示すように、階調が１００レベル以下でも色度座標の移動距離は非常に低い値に抑制されており、すべての階調においてほぼ０の値となっている。このことは、本実施の形態１にかかる画像表示装置が階調の変化に関わらず表示色がほぼ同一の彩度に維持されることを意味し、低階調表示の際にも優れた品位の画像表示が可能であることを示している。
【００６０】
以上、図６〜図９に示す数値計算の結果より、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、階調変動に対する色温度の変化、色度座標の変化および変動距離について従来の画像表示装置と比較してきわめて低い値を維持していることが明らかとなった。色温度および色度座標の変化は表示される色の彩度の変動の度合いを示す指標となるため、かかる数値計算の結果より、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、階調変動に対する彩度の変動が低いことが示された。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、階調変動によって表示色の彩度が変動することはなく、低階調表示の際にも青みがかった色表示がされることを防止することができる。
【００６１】
なお、図６〜図９に示す数値計算では、カラーフィルタにおけるコントラスト比についてＲ：Ｇ：Ｂ＝０．４５：０．４５：１としているが、かかる値に限定する必要はない。具体的には、例えば、本実施の形態１において、Ｒ、Ｇに関するコントラスト値は、Ｂよりも低い値となれば低階調表示の際における有彩色の顕在化を従来よりも抑制することができる。また、好ましくはＢのコントラスト値を１とした場合に、Ｒ、Ｇのコントラスト値の双方が０．６未満となるよう選択散乱層を形成することによって、さらに効果的に有彩色の顕在化を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、カラーフィルタ４を構成する着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの粒径を調整することによって低階調表示の際に顕在化する彩度、色相の変動を抑制している。着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを形成する材料については、従来カラーフィルタの材料として用いられるものを使用することが可能であって、特別な材料を選択する必要はない。また、着色粒子の粒径を調整した後のカラーフィルタの製造工程は従来と同様に行うことが可能であるから、本実施の形態１にかかる画像表示装置を製造するにあたって、従来と同等の製造コストで製造することが可能である。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる画像表示装置について説明する。実施の形態２にかかる画像表示装置は、低階調表示の際に顕在化する色相、彩度の変動を抑制するために、画像表示装置の構造に起因して生ずる色相、彩度の変動を補償する１以上の波長の光を散乱する選択散乱層をカラーフィルタと別に備えた構造を有する。
【００６４】
図１０は、本実施の形態２にかかる画像表示装置の全体構造を示す模式図である。実施の形態２にかかる画像表示装置は、図１０に示すように、所定の回路素子を備えたアレイ基板１と、アレイ基板１に対向配置された対向基板２と、アレイ基板１および対向基板２の間に封入された液晶層３と、対向基板２の外表面上に配置された偏光板５と、アレイ基板１の外表面上に配置された偏光板６とを備える。また、液晶層３と対向基板２との間には、カラーフィルタ１５および選択散乱層１６が配置されている。本実施の形態２において、カラーフィルタ１５は、あくまでＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応した波長の光を透過するためのものであって、実施の形態１のように特定波長の光の散乱の度合いを調整するためのものではない。なお、本実施の形態２において、実施の形態１にかかる画像表示装置と同様の部分については同様の名称、符号を付しており、特に言及しない限りかかる部分が果たす機能等について実施の形態１の場合と同様とする。
【００６５】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態２にかかる画像表示装置を構成する選択散乱層１６の構造を示す模式図である。選択散乱層１６は、低階調表示の際に顕在化する色相、彩度の変動を抑制するために、顕在化する色の補色に対応した１以上の波長の光を選択的に散乱するためのものである。以下、図１１（ａ）〜（ｃ）に示す構造について順次説明する。
【００６６】
図１１（ａ）に示す構造は、実施の形態１においてカラーフィルタ４を構成した着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂをそれぞれ透明樹脂等からなる母材中に一様に分散させたものである。着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの粒径および選択散乱層１６におけるＲ、Ｇ、Ｂに対応した各波長の光に関するコントラスト比等については実施の形態１と同様であり、ここでの説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態２にかかる画像表示装置では、カラーフィルタ１５とは別に、低階調表示の際に顕在化する彩度、色相の変動を抑制するための選択散乱層１６を備えた構造としている。選択散乱層１６は、着色粒子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを備えた構造とすることで、実施の形態１と同様の原理に基づいて、低階調表示の際に顕在化する彩度、色相の変動を抑制する機能を有し、かかる選択散乱層１６を備えることによって、本実施の形態２にかかる画像表示装置は、高品位のカラー画像の表示を可能としている。
【００６８】
次に、図１１（ｂ）に示す構造について説明する。図１１（ｂ）に示す構造では、選択散乱層１６は、着色粒子１４ｒ、１４ｇのみを備え、着色粒子１４ｂを含まない構造を有する。偏光面が互いに直交するよう偏光板５、６が配置されている場合、低階調表示の際には表示色が全体的に青みがかって表示されるが、かかる彩度、色相の変動を補償するためには、低階調表示の際に青の補色である黄色に対応した波長の光を出射するよう構成すればよい。そして、補色たる黄色を表示するためには、Ｒ、Ｇに対応した波長の光をほぼ同等の量だけ散乱させれば足りる。本実施の形態２において、選択散乱層１６は、カラーフィルタとしての機能を必要としないため、実施の形態１のようにカラーフィルタに選択散乱機能を備えさせた場合と異なり、着色粒子１４ｂを含まない構造とすることが可能である。
【００６９】
次に、図１１（ｃ）に示す構造について説明する。図１１（ｃ）に示す構造では、選択散乱層１６は、図１１（ａ）、（ｂ）のように複数の異なる波長の光に対応した着色粒子を含有させるのではなく、単色光に対応した着色粒子１７のみを含有した構造を有する。ここで、単色光とは、１波長のみで形成される光のみならず、所定の範囲に渡る波長成分を有し、色彩学上単色の光と同視しうる光も含むものとする。上記したように、低階調表示の際に表示色の彩度、色相が変動して青みがかった色が表示される場合には、補色たる黄色に対応した波長の光を出射すればよいのであるから、複数の波長の光を散乱させずに、黄色に対応した単一波長の光を出射する構造としてもよい。本実施の形態２では別途カラーフィルタ１５を設けた構造としているため、選択散乱層１６は、カラー表示を行うためにＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過させる機能を必要としない。従って、補色に対応した単一の波長の光を直接散乱する着色粒子１７を含有させることが可能となり、母材中に単一の種類の着色粒子を含有させるのみで選択散乱層１６を構成することが可能となる。
【００７０】
次に、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に例示した選択散乱層１６を配置する場所の例について、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）の例では、選択散乱層１６について、さらに接着性の材料を含んで形成することとし、対向基板２と偏光板５とを接着する接着材料としても機能させている。本実施の形態２において、選択散乱層１６は、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に例示したように、着色粒子を一様に散乱した構造を有する。従って、カラーフィルタに選択散乱機能を持たせた場合のように、着色粒子の分散領域を制御する必要はなく、選択散乱層１６を接着層として機能させることも可能である。また、選択散乱層１６に接着性の材料を含有させることで、偏光板６とアレイ基板１との間を固着するよう選択散乱層１６を機能させることも可能である。さらに、着色粒子を散乱させる媒体として接着性の材料を使用し、透明樹脂等の母材を省略した構造とすることも可能である。
【００７１】
図１１（ｂ）の例では、アレイ基板１と液晶層３との界面に選択散乱層１６を配置し、選択散乱層１６に対してかかる界面を平坦化する機能を併せ持たせている。図２でも示したように、アレイ基板１上には所定の回路構造が形成されおり、かかる回路構造に起因してアレイ基板１と液晶層３との界面の平坦性は乱されている。一方で、高品位の画像表示を可能とする観点からは、界面の平坦性が乱されることによって液晶層３の厚みが変動することは好ましくなく、一般にアレイ基板１の表面には平坦化層が配置された構造を有する。かかる平坦化層に所定の着色粒子を含有させることによって、選択散乱層としての機能と、平坦化層としての機能を併せ持つ選択散乱層１６を実現することができる。対向基板２と液晶層３との界面も平坦であることが好ましいため、かかる界面上に平坦化機能を併せ持つ選択散乱層１６を配置する構造としてもよい。
【００７２】
実施の形態２にかかる画像表示装置において、選択散乱層１６は、所定の着色材料を母材中に一様に分散した構造を有するため、製造が容易であると共に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、分散させる母材を適切に選択することによって、選択散乱以外の機能を持たせることが可能である。母材を適切に選択することによって、着色粒子の分散の有無をのぞいて画像表示装置の構造は既存のものとほぼ同様となることから、設計変更および製造工程の変更を伴うことなく低階調表示の際にも高品位のカラー画像の表示が可能な画像表示装置を実現することができる。
【００７３】
以上、実施の形態１および実施の形態２に渡って本発明の内容について説明してきたが、本発明は上記の記載の内容に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到する事が可能である。例えば、偏光板５、６の配置について、互いの偏光面が平行となる、いわゆるパラレルニコルの構造としてもよい。既に説明したように、互いの偏光面が平行の場合には、低階調表示の際に黄色に対応した波長の光が出射されることによって表示色の彩度、色相が変動する。このため、かかる光に起因した彩度、色相をうち消すよう選択散乱層を構成することで、低階調表示の際に彩度、色相の変動を効果的に抑制することができる。
【００７４】
具体的には、パラレルニコルの構造の場合、例えば、低階調表示の際に顕在化する彩度、色相の変動の原因となる有彩色である黄色の補色である青色に対応した波長の光を一定の割合で散乱させることによって高品位の画像表示を実現することができる。すなわち、例えば、実施の形態１の構造ではＢに対応した波長の光を散乱する着色粒子１４ｂの粒径を大きくすることによって低階調表示の際にＢに対応した波長の光を一定の割合で出射する構造が有効である。また、低階調表示の際に顕在化する彩度、色相の変動の原因となる有彩色についても、青色、黄色以外のあらゆる色の場合に本発明は適用可能であり、顕在化する彩度、色相の変動の原因となる有彩色の補色に対応した波長の光をカラーフィルタ４または選択散乱層１６で散乱させることによって、低階調表示の際における彩度、色相の変動を抑制することが可能である。
【００７５】
また、カラーフィルタ４、選択散乱層１６において、着色粒子の粒径を制御することによって散乱の度合いを調整することとしたが、着色粒子の材料を適切に選択することによって、屈折率差に基づいて散乱の度合いを調整した構造としてもよい。着色粒子の屈折率が大きくなるにつれて散乱される光の度合いは大きくなるためである。また、散乱の度合いについて、着色粒子の粒径および屈折率の双方を変化させることによって調整する構造としてもよい。
【００７６】
さらに、実施の形態１および実施の形態２では、ＩＰＳ型の構造を例として説明したが、他の駆動方式を用いた場合であっても本発明は有意な効果を発揮する。例えば、画像表示装置について、共通電極が対向基板側に配置され、液晶層に対してアレイ基板表面と垂直な方向に電界を印加する構造とすることが可能である。また、実施の形態１および実施の形態２ではスイッチング素子として薄膜トランジスタを用いたが、例えばＭＩＭ（Metal Insulator Metal）駆動手段等を用いた構造としてもよい。さらに、スイッチング素子を利用したアクティブマトリックス方式ではなく、パッシブマトリックス方式を用いた構造としてもよい。低階調表示の際に有彩色が表示される従来の問題点はＩＰＳ型構造に限定されるのではなく、偏光板を複数配置した画像表示装置全般において生じ、選択散乱層を配置することによってかかる問題を解決することが可能となるためである。
【００７７】
また、バックライトユニットを省略して、太陽光等の外部光を光源とする反射方式を採用してもよいし、半透過方式を採用してもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、所定波長の光成分を透過するのみならず、低階調表示の際に顕在化する彩度および／または色相の変動の原因となる有彩色の補色を形成する１以上の波長の光成分を選択的に散乱するカラーフィルタを備えることとしたため、低階調表示の際の表示特性の変動の原因となる有彩色の補色が一定の割合で出力されることとなり、かかる補色を出力することによって表示特性の変動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる画像表示装置の構造を示す模式図である。
【図２】アレイ基板上に配置された回路構造を示す等価回路図である。
【図３】カラーフィルタの構造を示す模式図である。
【図４】低階調表示の際におけるカラーフィルタの作用を説明するための模式図である。
【図５】高階調表示の際におけるカラーフィルタの作用を説明するための模式図である。
【図６】低階調表示の際における光透過率の波長依存性について、本実施の形態１にかかる画像表示装置と、従来の画像表示装置とを比較したグラフである。
【図７】階調変化に伴う色温度の変化について、実施の形態１にかかる画像表示装置と、従来の画像表示装置とを比較したグラフである。
【図８】階調変化に伴う色度座標の変化について、実施の形態１にかかる画像表示装置と、従来の画像表示装置とを比較したグラフである。
【図９】階調変化に伴う色度座標平面上の変位量について、実施の形態１にかかる画像表示装置と、従来の画像表示装置とを比較したグラフである。
【図１０】実施の形態２にかかる画像表示装置の構造を示す模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、選択散乱層の構造を示す模式図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、選択散乱層を配置する位置を示す模式図である。
【図１３】（ａ）は、従来の画像表示装置の構造を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の画像表示装置において、低階調表示の際における光透過率の波長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ アレイ基板
２ 対向基板
３ 液晶層
４ カラーフィルタ
４ｒ、４ｇ、４ｂ フィルタ部
５、６ 偏光板
７ バックライトユニット
９ａ 画素電極
９ 画素電極
１０ 共通電極
１１ 薄膜トランジスタ
１２ 信号線
１３ 走査線
１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ 着色粒子
１５ カラーフィルタ
１６ 選択散乱層
１７ 着色粒子
１０１ アレイ基板
１０２ 対向基板
１０３ 液晶層
１０４ 偏光板
１０５ 偏光板
１０６ バックライトユニット
１０７ カラーフィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device that displays a color image, and in particular, an image display capable of displaying a high-quality color image by suppressing variations in saturation and hue of display colors due to gradation fluctuations to an invisible level. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an image display device, an image display that performs color image display by controlling light transmittance for each display pixel by controlling the orientation of liquid crystal molecules and transmitting through a color filter having a predetermined transmission wavelength characteristic. The device is known. Such an image display device has advantages such as a thin structure and a light weight, and can reduce power consumption, as compared with, for example, a CRT.
[0003]
FIG. 13A is a diagram schematically showing a structure of an image display device using a conventional liquid crystal material. As shown in FIG. 13A, the conventional image display apparatus includes an array substrate 101 on which various circuit elements are arranged, a counter substrate 102 arranged to face the array substrate 101, the array substrate 101 and the counter substrate. A liquid crystal layer 103 sealed between the substrate 102 and a polarizing plate 104 or 105 having a predetermined polarization plane is provided on the outer surfaces of the array substrate 101 and the counter substrate 102, respectively. In addition, a backlight unit 106 is disposed below the array substrate 101 in order to allow planar white light to enter the liquid crystal layer 103. Further, a color filter 107 having transmission characteristics corresponding to three colors of R (red), G (green), and B (blue) is disposed between the polarizing plate 104 and the counter substrate 102. , B can display a color image using three colors.
[0004]
The operation of the conventional image display device will be described. First, the planar light output from the backlight unit 106 is incident on the polarizing plate 104 disposed on the outer surface of the array substrate 101, and only the polarization component that matches the polarization plane of the polarizing plate 104 passes through. Only one polarization component is input to the liquid crystal layer 103. A pixel electrode is arranged on the array substrate 101 corresponding to the display pixel. Under the influence of an electric field generated due to the potential supplied to the pixel electrode, the liquid crystal layer 103 changes the polarization plane of the input light at a predetermined angle. It has a function to rotate and output only. Accordingly, light whose polarization plane is rotated by a desired angle is input to the polarizing plate 105 by adjusting the potential of the pixel electrode.
[0005]
Since the polarizing plate 105 has a predetermined polarization plane like the polarizing plate 104, only the polarization component having a polarization plane that coincides with the polarization plane of the polarization plate 105 passes through the light input to the polarization plate 105. To do. Here, since the direction of the polarization plane of the light input to the polarizing plate 105 is determined by the rotation angle of the polarization plane in the liquid crystal layer 103, by controlling the potential of the pixel electrode arranged on the array substrate, The intensity of light transmitted through the polarizing plate 105 can be adjusted. Then, the light output from the liquid crystal layer 103 passes through the color filter 107, so that light having wavelengths corresponding to R, G, and B is transmitted, and an image is displayed by the light that has passed through the polarizing plate 105.
[0006]
Various methods for applying an electric field to the liquid crystal layer 103 have been proposed. For example, in recent years, a structure in which not only a pixel electrode but also a common electrode is disposed on the array substrate 101 has been provided, and an electric field is generated laterally with respect to the liquid crystal layer 103 by applying a predetermined potential difference between the pixel electrode and the common electrode. A so-called in-plane switching (hereinafter referred to as “IPS”) type image display device has been proposed. An IPS type image display device has attracted particular attention in recent years because it has excellent voltage holding characteristics and excellent characteristics such as a wide viewing angle (see, for example, Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-101538
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional image display apparatus has a problem in that when performing color display of different gradations, image quality is deteriorated due to fluctuations in not only lightness but also saturation or / and hue. That is, for example, when the gradation is gradually lowered in a display color where the intensity ratio of R, G, and B is constant, it is known that the intensity ratio of R, G, and B changes in accordance with the reduction in gradation. ing. Specifically, in an image display device including two polarizing plates having polarization planes orthogonal to each other, a phenomenon has been reported in which the display color gradually becomes bluish when performing low-gradation display, that is, brightness reduction. Yes. In addition, it is known that in an image display device having polarization planes parallel to each other, the intensity of the wavelength component corresponding to blue is lowered when low gradation display is performed, and the complementary color yellow is revealed.
[0009]
FIG. 13B shows the wavelength dependence of transmittance during black display in a conventional image display device including two polarizing plates having polarization planes orthogonal to each other. Ideally, the transmittance during black display is 0% over the entire wavelength range, but actually, as shown in FIG. 13B, the transmittance of light having a wavelength in the vicinity of 400 nm corresponding to blue is shown. The transmittance has a higher value than the light components of other wavelengths.
[0010]
If the wavelength dependency of the transmittance occurs regardless of gradation fluctuations, it can be solved by providing a filter that shields light of a wavelength corresponding to blue at a predetermined ratio. However, in the conventional image display device, the transmittance of light having a wavelength corresponding to blue gradually increases as the display shifts from high gradation display to low gradation display. Therefore, when a filter optimized for low gradation display is used, the light of the wavelength corresponding to blue has a lower intensity than the light of other wavelengths in the high gradation display, which is a complementary color. Since yellow appears and the saturation and hue of the display color fluctuate, it is not appropriate.
[0011]
It is presumed that variations in saturation and hue during low gradation display are mainly caused by the structure of the liquid crystal layer and the polarizing plate, particularly the structure of the polarizing plate. Variations in saturation and hue due to the liquid crystal layer can be reduced to some extent by controlling the refractive index Δn of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer and the thickness d of the liquid crystal layer. Specifically, by reducing the product of refractive index Δn and thickness d, the wavelength dependence of the transmitted light in the liquid crystal layer itself can be reduced and the variation in wavelength at which the transmittance is maximized can be suppressed. it can. However, it is necessary to use a liquid crystal material having a large refractive index Δn in order to realize a high-speed response to an input image signal and low power consumption, and there is a limit to reducing the thickness d. Therefore, by adjusting the refractive index Δn and the thickness d, variations in saturation and hue cannot be reduced to an invisible level.
[0012]
In addition, no effective solution has been proposed for the variation in saturation caused by the polarizing plate at the present time. Conventionally used polarizing plates are formed by shaping a plate of iodine mixed with anisotropy in the molecular structure into a solvent, and variations in saturation are caused by iodine. It is speculated. However, at present, no practical material has been proposed to replace iodine, and it is impractical to form a polarizing plate using materials other than iodine. It is currently difficult to reduce to an impossible level.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and suppresses the saturation and hue variation of the display color due to gradation fluctuations to an invisible level, and displays a high-quality color image. An object is to provide a possible image display device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display device according to a first aspect includes an array substrate and a counter substrate, and a liquid crystal layer sealed between the array substrate and the counter substrate. An image display device that performs image display based on the first polarizing plate disposed on the array substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a first polarization characteristic, and the counter substrate side with respect to the liquid crystal layer Arranged between the first polarizing plate and the second polarizing plate, and selectively transmits the light component of the first wavelength with respect to at least incident light. A color filter having a first portion and a second portion that selectively transmits a light component having a second wavelength different from the first wavelength, wherein the second portion is transmitted by the first portion. Saturation that manifests in low gradation display Preliminary / or the causative chromatic variations in hue, selectively scatter light component of the wavelength to form a complementary color of the chromatic color, lowers the contrast of the wavelength of light The light component of the wavelength forming the complementary color of the chromatic color is formed by mixing the light component of the third wavelength and the light component of the fourth wavelength different from the third wavelength, and the second part is A third portion containing colored particles that transmit and scatter the light component of the third wavelength; and a fourth portion containing colored particles that transmit and scatter the light component of the fourth wavelength. It is characterized by that.
[0015]
According to the first aspect of the present invention, not only the light component having the predetermined wavelength is transmitted, but also the chromatic color complementary color that causes the saturation and / or hue variation that is manifested in the low gradation display is formed. Since a color filter that selectively scatters light components having one or more wavelengths is provided, chromatic complementary colors that cause fluctuations in display characteristics during low gradation display are output at a certain rate. Thus, by outputting such a complementary color, it is possible to suppress a change in display characteristics.
[0016]
Further, in the image display device according to claim 2, in the above invention, the first polarizing plate and the second polarizing plate are disposed so that polarization planes are orthogonal to each other, and Second part Formed yellow Wavelength It is characterized by lowering the contrast of light.
[0017]
Further, in the image display device according to claim 3, in the above invention, the first polarizing plate and the second polarizing plate are arranged so that polarization planes are parallel to each other, and Second part Formed blue Wavelength It is characterized by lowering the contrast of light.
[0019]
Also, Claim 4 In the image display device according to the above aspect of the invention, the third wavelength corresponds to a red wavelength, the fourth wavelength corresponds to a green wavelength, and the first portion is used for low gradation display. A colored particle that scatters light having a first wavelength corresponding to a complementary wavelength of a chromatic color that causes fluctuations in saturation and / or hue that are manifested in the light and that corresponds to a blue wavelength; The ratio between the contrast value and the contrast value for the light of the third wavelength and the fourth wavelength is 1: 0.45.
[0020]
Also, Claim 5 The image display device according to the present invention is a pixel display device that includes an array substrate and a counter substrate, and a liquid crystal layer sealed between the array substrate and the counter substrate, and performs pixel display based on an electro-optic effect of the liquid crystal layer. A color filter that selectively transmits at least light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength, and being disposed on the array substrate side with respect to the liquid crystal layer. Between the first polarizing plate having the polarizing property, the second polarizing plate disposed on the counter substrate side with respect to the liquid crystal layer and having the second polarizing property, and the first polarizing plate and the second polarizing plate. Selective scattering that selectively disperses light components of one or more wavelengths that form a chromatic complementary color that is arranged and becomes apparent in the case of low gradation display with respect to incident light, thereby reducing the contrast of light of that wavelength And means
[0021]
Also, Claim 6 In the image display device according to the above aspect of the invention, the first polarizing plate and the second polarizing plate are arranged so that their polarization planes are orthogonal to each other, and the selective scattering means has one or more wavelengths forming yellow It is characterized by lowering the contrast of light.
[0022]
Also, Claim 7 In the image display device according to the above aspect of the invention, the first polarizing plate and the second polarizing plate are disposed so that polarization planes thereof are parallel to each other, and the selective scattering unit includes at least one that forms a blue color. It is characterized in that the contrast of light having a wavelength is lowered.
[0023]
Also, Claim 8 In the image display device according to the above aspect of the invention, the complementary color of the chromatic color that appears during low gradation display is a mixture of light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength. The selective scattering means contains at least colored particles that scatter light of the first wavelength and colored particles that scatter light of the second wavelength.
[0024]
Also, Claim 9 The image display device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the selective scattering means contains colored particles that scatter monochromatic light that directly forms a complementary color of chromatic color that is manifested in low gradation display. To do.
[0025]
Also, Claim 10 The image display device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the colored particles regulate a ratio of scattering with respect to light of a target wavelength by adjusting at least one of a particle size and a refractive index.
[0026]
Also, Claim 11 In the image display device according to the above aspect of the invention, the selective scattering unit is formed to include an adhesive material, and is disposed between the counter substrate and the second polarizing plate so as to be disposed between the counter substrate and the second polarizer. The polarizing plate is fixed to the polarizing plate.
[0027]
Also, Claim 12 In the image display apparatus according to the above aspect of the invention, the selective scattering means is formed including an adhesive material, and is disposed between the array substrate and the first polarizing plate so as to be disposed between the array substrate and the first polarizing plate. The polarizing plate is fixed to the polarizing plate.
[0028]
Also, Claim 13 In the image display device according to the above invention, the selective scattering unit is disposed on an inner surface of the counter substrate or the array substrate, and planarizes an interface with the liquid crystal layer.
[0029]
Also, Claim 14 In the image display device according to the above invention, the array substrate includes a pixel electrode arranged corresponding to a display pixel, a switching element that controls a potential supplied to the pixel electrode, and a driving state of the switching element. And a signal line for supplying a potential to the pixel electrode through the switching element.
[0030]
Also, Claim 15 In the pixel display device according to the above aspect of the invention, the array substrate further includes a common electrode disposed in correspondence with the pixel electrode, and a potential difference between the pixel electrode and the common electrode with respect to the liquid crystal layer. Based on this, an electric field is generated in a direction parallel to the surface of the array substrate.
[0031]
Also, Claim 16 In the above invention, the image display device according to the present invention further includes a backlight light source for supplying light transmitted through the liquid crystal layer.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an image display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are schematic and differ from actual ones. Furthermore, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. In the following embodiments, an image display device having an IPS type structure and a so-called crossed Nicol structure using two polarizing plates whose polarization planes are orthogonal to each other will be described as an example. However, as described later, it should be noted that the present invention is not limited to the image display device having such a structure.
[0033]
(Embodiment 1)
First, an image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. The image display apparatus according to the first embodiment includes a color filter having a filter unit that transmits light of wavelengths corresponding to R, G, and B between two polarizing plates each having predetermined polarization characteristics. Have Each of the filter portions is formed to include a predetermined colored particle, transmits a light having a corresponding wavelength, and forms a chromatic complementary color that is manifested in low gradation display due to the structure of the polarizing plate, etc. Has a function of reducing the contrast of light. By reducing the contrast, light that forms a complementary color is emitted to the outside at a constant rate even in low gradation display, and saturation and hue in low gradation display, which has been a problem in the past, have been generated. Is suppressed, and high-quality image display is possible.
[0034]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the structure of the image display apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the image display apparatus according to the first embodiment has an array substrate 1 on which predetermined circuit elements are arranged, and a counter substrate 2 arranged to face the array substrate 1, Between the array substrate 1 and the counter substrate 2, a liquid crystal layer 3 containing liquid crystal molecules having a predetermined orientation is sealed. In the array substrate 1 and the counter substrate 2, polarizing plates 5 and 6 are arranged on the outer surfaces facing the inner surface in contact with the liquid crystal layer 3 so that their polarization planes are orthogonal to each other. Further, a color filter 4 is disposed between the counter substrate 2 and the liquid crystal layer 3 and has a function of transmitting and scattering a light component having a predetermined wavelength.
[0035]
The array substrate 1 and the counter substrate 2 are formed of a transparent substrate and have a structure in which predetermined circuit elements are arranged as necessary. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a wiring structure arranged on the surface of the array substrate 1. As shown in FIG. 2, the array substrate 1 has a structure in which pixel electrodes are arranged in a matrix like the pixel electrodes 9a to 9c, and predetermined circuit elements are arranged around each of them. In the following, each pixel electrode and its peripheral circuit elements are collectively referred to as sub-pixels, and the three sub-pixels corresponding to R, G, and B are collectively referred to as display pixels. The structure and wiring mode of individual pixel electrodes and peripheral circuit elements arranged on the array substrate are the same for each sub-pixel, and hence the generic term “pixel electrode 9” and “common electrode 10”. To explain. In addition, regarding the thin film transistor 11 provided in the subpixel, since it is not necessary to distinguish between the source electrode and the drain electrode, the two electrodes excluding the gate electrode are both referred to as source / drain electrodes.
[0036]
In the vicinity of the pixel electrode 9, a common electrode 10 that is paired with the pixel electrode 9 to generate an electric field and a thin film transistor 11 that functions as a switching element for the pixel electrode 9 are disposed. A substantially constant potential is supplied by (not shown). One source / drain electrode of the thin film transistor 11 is connected to the pixel electrode 9, and the other source / drain electrode is connected to the signal line 12 located in the vicinity of the pixel electrode 9 and extending in the vertical direction. Further, the gate electrode of the thin film transistor 11 is located in the vicinity of the pixel electrode 9 and is connected to the scanning line 13 extending in the horizontal direction.
[0037]
Each of the signal line 12 and the scanning line 13 is connected to a predetermined driving circuit (not shown), and has a structure in which a potential corresponding to a display image is supplied by the driving circuit. Since the scanning line 13 is also connected to the gate electrode of the thin film transistor 11 constituting the sub-pixel, the driving state of the thin film transistor 11 functioning as a switching element is controlled by changing the gate potential by the scanning line 13. Specifically, when a predetermined potential is applied from the scanning line 13, the thin film transistor 11 is turned on, and the signal line 12 to the pixel electrode 9 through the thin film transistor 11 has a predetermined level corresponding to the gradation of the display color. A potential is supplied. Since the common electrode 10 is maintained at a substantially constant potential, an electric field corresponding to the potential difference is generated between the pixel electrode 9 and the common electrode 10. The orientation of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3 positioned on the array substrate 1 is controlled by such an electric field, and the light incident on the liquid crystal layer 3 from the backlight unit 7 shown in FIG. According to the alignment state of the liquid crystal molecules controlled by the electric field, the polarization plane is rotated by a predetermined angle and output to the polarizing plate 5. Then, light having a wavelength corresponding to each of R, G, and B is transmitted for each region corresponding to the sub-pixel by the color filter, and then incident on the polarizing plate 5. The polarizing plate 5 has a predetermined polarization plane, and transmits only the polarization component that matches the polarization plane of the polarizing plate 5 out of the light output from the liquid crystal layer 3, so the intensity of the light passing through the polarizing plate 5 is It depends on the rotation angle in the liquid crystal layer 3. Accordingly, by controlling the potential applied to the pixel electrode 9, it is possible to control the intensity of light output to the outside, and image display is performed.
[0038]
Next, the color filter 4 will be described. The color filter 4 has a function of transmitting light having wavelengths corresponding to R, G, and B for each region corresponding to the sub-pixel and scattering such light at a certain ratio. FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the color filter 4. As shown in FIG. 3, the color filter 4 includes filter units 4r, 4g, and 4b corresponding to R, G, and B for each region corresponding to the sub-pixel. Has a structure arranged in a matrix corresponding to the display pixels. The filter portions 4r, 4g, and 4b are formed to include colored particles 14r, 14g, and 14b, respectively, using a transparent resin or the like as a base material. The colored particles 14r, 14g, and 14b have a function of transmitting light having wavelengths corresponding to R, G, and B, respectively, and a function of scattering such light at a predetermined ratio according to the particle diameter. Here, in the first embodiment, the particle diameters of the colored particles 14r and 14g are set to be larger than the particle diameter of the colored particles 14b, and the contrast ratio is R: G: B = 0.45: 0. The color filter 4 is preferably formed so as to be .45: 1. Here, the contrast ratio means a ratio of contrast values in light of a predetermined wavelength, and the contrast value is output without being scattered by each filter unit with respect to input light having a single polarization plane. The ratio of the light intensity of the same polarization plane. In general, the proportion of light scattered increases as the particle size of the colored particles increases, and the contrast value decreases. Therefore, the contrast values in the filter portions 4r, 4g, and 4b are controlled by adjusting the particle diameters of the colored particles 14r, 14g, and 14g, and a desired contrast ratio can be realized.
[0039]
Next, the operation of the color filter 4 during low gradation display and high gradation display will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an aspect in which light components having wavelengths corresponding to R, G, and B when black display is performed as an example of low gradation display. In the following description, only black and white examples will be described for ease of understanding, but it goes without saying that chromatic colors in general are established. Further, the polarization state A shown in FIG. b ~ Polarization state E b Shows the wavelength corresponding to B, and similarly the polarization state A r ~ Polarization state E r Is the polarization state A for the wavelength corresponding to R g ~ Polarization state E g Indicates light of a wavelength corresponding to G.
[0040]
First, the white light output from the backlight unit 7 includes a mixture of lights having various polarization planes, and the polarization state A is a non-polarized state as a whole. b ~ Polarization state A g Light enters the polarizing plate 6. The polarizing plate 6 has a polarization plane in a direction indicated by a broken line (hereinafter referred to as “lateral direction”), and transmits only a light component having a polarization plane that matches the polarization plane of the polarization plate 6. Therefore, as shown in FIG. 4, a polarization state B having only a horizontal polarization plane b ~ Polarization state B g Is emitted from the polarizing plate 6 and enters the liquid crystal layer 3.
[0041]
In the case of a so-called normally black mode image display device, a potential is not applied to the pixel electrode when black display is performed, so that the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3 maintain a state of being aligned in the same direction. Accordingly, the light incident on the liquid crystal layer 3 travels while maintaining the same polarization plane without being particularly affected by the liquid crystal molecules when passing through the liquid crystal layer 3, and the polarization state B b ~ Polarization state B g Polarization state C with the same polarization plane as b ~ Polarization state C g Are emitted and enter the color filter 4.
[0042]
The light incident on the color filter 4 is subjected to different actions between light having a wavelength corresponding to B and light having a wavelength corresponding to R and G. Specifically, light having a wavelength corresponding to B is transmitted through the filter unit 4b almost as it is, whereas light corresponding to R and G is scattered at a constant rate in the filter units 4r and 4g. The Accordingly, a polarization state D in which a light component having a polarization plane in a direction perpendicular to the polarization plane at the time of incidence (hereinafter referred to as “longitudinal direction”) is generated. r , Polarization state D g Light is emitted. As already described, the colored particles 14b contained in the filter portion 4b have a smaller particle size than the colored particles 14r contained in the filter portion 4r and the colored particles 14g contained in the filter portion 4g. The ratio of the light having the wavelength corresponding to is scattered by the colored particles 14b is low. Therefore, generation of a light component having a longitudinal polarization plane caused by scattering can be ignored, and the polarization state D b Light is emitted. On the other hand, since the colored particles 14r and 14g have a predetermined particle diameter, light having wavelengths corresponding to R and G is scattered at a constant rate, and light components having a longitudinal polarization plane are generated at a constant rate. Polarization state D r , Polarization state D g Light is emitted.
[0043]
And polarization state D b ~ Polarization state D g Are incident on the polarizing plate 5. Polarizing plate 5 has a longitudinal polarization plane, while polarization state D r , Polarization state D g Since most of the light has a horizontal polarization plane, most of the light is not transmitted, and only a light component having a vertical polarization plane caused by scattering when passing through the color filter 4 passes. Also, polarization state D b The light of FIG. 1 is theoretically not transmitted through the polarizing plate 5 because there is almost no light component having a longitudinal polarization plane. However, as described as a problem of the prior art, For a reason, a certain amount is actually transmitted. Therefore, for light of wavelengths corresponding to R and G, the polarization state E having a predetermined intensity. r , Polarization state E g Are emitted, and the light having a wavelength corresponding to B has a polarization state E having a predetermined intensity. b Light is emitted.
[0044]
As described above, the image display apparatus according to the first embodiment has a structure that allows light of wavelengths corresponding to R and G to be transmitted even when black display is performed. The intensity is determined by the amount of light component having a longitudinal polarization plane caused by scattering during transmission through the color filter 4. The ratio at which scattering occurs varies depending on the particle diameters of the colored particles 14r and 14g contained in the filter portions 4r and 4g corresponding to R and G, respectively. Therefore, the particle diameters of the colored particles 14r and 14g and the colored particles 14b are changed. By optimizing, it is possible to make the intensities of light having wavelengths corresponding to R, G, and B substantially equal, and to suppress variations in saturation during black display.
[0045]
Next, the operation of the color filter 4 when performing white display as an example of high gradation display will be described with reference to FIG. 5 to show that image quality does not deteriorate during high gradation display. The polarization state A shown in FIG. b '~ Polarization state E b 'Indicates the polarization state of light having a wavelength corresponding to B, and the polarization state A r '~ Polarization state E r ', Polarization state A g '~ Polarization state E r 'Indicates the polarization state of light having wavelengths corresponding to R and G, respectively.
[0046]
First, the white light output from the backlight unit 7 is in a non-polarized state having various polarization components, and each of the polarization states A b '~ Polarization state A g 'Light enters the polarizing plate 6. Since the polarizing plate 6 has a polarization plane in the lateral direction, only the polarization component in the lateral direction passes through the incident light, and the polarization state B b '~ Polarization state B g 'Is emitted and enters the liquid crystal layer 3.
[0047]
When white display is performed, a predetermined potential is supplied to the pixel electrode, and the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer 3 are aligned under the liquid crystal layer 3 and the upper part of the liquid crystal layer 3 under the influence of the electric field generated thereby. It is controlled to be rotated by 90 °. Therefore, a polarization state B having a polarization component in the lateral direction b '~ Polarization state B g The polarization plane of the light of 'is rotated as it travels through the liquid crystal layer 3 and has a longitudinal polarization plane. b '~ Polarization state C g 'Light is emitted from the liquid crystal layer 3 and enters the color filter 4.
[0048]
In the color filter 4, as described above, the particle size of the colored particles 14b and the colored particles 14g contained in the filter portion 4b is small while the colored particles 14r and the colored particles 14g contained in the filter portion 4g are large. It is configured. Therefore, light having wavelengths corresponding to R and G is scattered by the filter units 4r and 4g, and a light component having a horizontal polarization plane is generated at a certain rate. On the other hand, the light having a wavelength corresponding to B has a low ratio of being scattered in the filter unit 4b, and almost no light component having a horizontal polarization plane is generated. For this reason, by passing through the color filter 4, the polarization state D having the polarization component in the horizontal direction at a constant rate. r ', Polarization state D g 'And the polarization state D with only the longitudinal polarization plane b 'Light is emitted and incident on the polarizing plate 5.
[0049]
Since the polarizing plate 5 has a vertical polarization plane, it shields a light component having a horizontal polarization plane and passes only a light component having a vertical polarization plane. Therefore, polarization state D b 'Almost passes all the light, while polarization state D r ', Polarization state D g In the light of ', the light components scattered by the filter units 4r and 4g are shielded, and only the light component having the vertical polarization plane passes, and the polarization state E b '~ Polarization state E g 'Is emitted to the outside.
[0050]
When white display is performed, a part of the light of the wavelengths corresponding to R and G is shielded and slightly lower than the light intensity of the wavelength corresponding to B. However, the intensity of light having a wavelength corresponding to B that leaks during low gradation display is small. For example, in the case of the graph of FIG. 13B, light having a wavelength corresponding to B enters the polarizing plate 6. It is only about 0.15% of the emitted light. Accordingly, since the same intensity is sufficient for the light of the wavelengths corresponding to R and G necessary for balancing the saturation and hue, the ratio of the light components scattered by the color filter 4 is 0. About 15%. For this reason, the ratio of the light component shielded by the polarizing plate 5 when performing white display is about 0.15%, and 99.85% of the light is transmitted through the polarizing plate 5. When light having a wavelength corresponding to B is 100% transmitted, R: G: B≈1: 1: 1, which is not a problem from a practical viewpoint.
[0051]
Next, the image display apparatus according to the first embodiment shows that light that is actually transmitted during low gradation display has no wavelength dependency. The inventors of the present application have the color filter 4 in which the particle size of the colored particles 14b is smaller than that of the conventional one so that the contrast ratio is R: G: B = 0.45: 0.45: 1. For an image display device, the wavelength dependence of transmitted light during black display is obtained by numerical calculation. FIG. 6 is a graph showing the result of such numerical calculation. In FIG. 6, the solid line shows the calculation result, and the broken line shows the wavelength dependence of the transmitted light of the image display device using the color filter of the conventional structure for comparison. . As is clear from FIG. 6, in the image display device according to the first embodiment, the transmittance in the wavelength band near 400 nm corresponding to B is reduced to the same level as other wavelengths, and low gradation display is achieved. In particular, it is shown that high-quality image display is possible without changing the saturation.
[0052]
In addition, the inventors of the present application perform numerical calculation on the display characteristic variation with respect to the gradation change of the display color, so that the image display device according to the first embodiment has more saturation and hue than the conventional image display device. It shows that stable image display is possible. Specifically, numerical calculations are performed for changes in color temperature, changes in chromaticity coordinates, and movement distances on the chromaticity coordinate plane with respect to gradation variations, and comparisons are made with the numerical calculation results for conventional image display devices. Yes. In the numerical calculation, the calculation is performed when the contrast ratio of each filter unit in the image display apparatus according to the first embodiment is R: G: B = 0.45: 0.45: 1. On the other hand, a conventional image display device that has performed numerical calculation as a comparison target is an image display device that uses a color filter that conforms to the standards of EBU (European Broadcasting Union), and the contrast ratio of the color filter is R: G: Numerical calculation is performed for B = 2.4: 2.4: 1.
[0053]
FIG. 7 is a graph showing the change in color temperature according to the gradation variation. The vertical axis in FIG. 7 indicates the amount of change in color temperature, and the horizontal axis indicates the gradation level. Note that the color temperature is the color composition expressed in temperature based on the relationship between the temperature and the color of light emitted from an ideal black body according to Planck's radiation law. As a result, the color composition has a property of shifting from the red line to the blue line. Therefore, the amount of change in color temperature is a guideline for knowing the degree of change in hue of the display color, and an image display apparatus that can maintain the amount of change in color temperature at a low value over all gradations can suppress the change in hue. It is evaluated as having excellent characteristics. In addition, the gradation on the horizontal axis is divided into 250 levels, and the brightness level is displayed. When the level is 250, the maximum brightness is obtained.
[0054]
In FIG. 7, curve l 1 These are curves showing the results obtained by numerically calculating the variation of the color temperature variation ΔK in the conventional image display device to be compared. Curve l 2 These are curves which show the result calculated | required by numerical calculation about the change of the color temperature in the image display apparatus concerning this Embodiment 1. FIG. Curve l Three Is a curve showing the result of actual measurement of the change in color temperature for a conventional image display device to be compared, 1 As is clear from comparison with the above, since the numerical calculation result and the actual measurement value almost coincide with each other, the actual measurement value obtained when the image display apparatus according to the first embodiment is actually manufactured is the curve l. 2 It can be inferred that the same curve is formed.
[0055]
Curve l 1 And curve l Three Are compared with each other, it is shown that the color temperature change ΔK is maintained at almost 0 in the state where the gradation is 100 levels or more, and the color temperature hardly changes. However, when the gradation becomes 100 levels or less, a difference starts to appear for each curve, and the curve l decreases as the gradation decreases. 1 Then, the amount of change in color temperature increases rapidly. On the other hand, curve l Three Maintains a value of almost 0 regardless of the gradation, and the amount of change in the color temperature becomes a value of almost 0 even when the gradation is at the 0 level. For this reason, the image display apparatus according to the first embodiment can maintain a constant color temperature regardless of the change in gradation, and the hue almost changes even during low gradation display. It is shown that it has the advantage that a high-quality image display is possible. In general, the amount of change in color temperature is preferably 2000K or less when the gradation is 32 levels or more, and more preferably 200K or less over all gradations. The image display apparatus according to the first embodiment can not only sufficiently satisfy these conditions by optimizing the contrast ratio, but can also exhibit more excellent characteristics with respect to the amount of change in color temperature.
[0056]
Next, a change in chromaticity coordinates with respect to a change in gradation will be described with reference to FIG. The chromaticity coordinates are the x value and y value obtained by digitizing the hue and saturation of the display color, respectively, and the change in chromaticity coordinates in the display color. It means that the ratio of R, G, B changes. Therefore, the smaller the change in the chromaticity coordinates due to the gradation change, the smaller the change in hue and saturation of the display color, and the higher quality image display becomes possible. In FIG. 8, curve l Four Is a curve l for a conventional image display device to be compared. Five These are curves obtained by numerically calculating chromaticity coordinate changes for the image display apparatus according to the first embodiment. Curve l 6 These are curves showing the results of actual measurement of changes in chromaticity coordinates in accordance with gradation changes in a conventional image display device to be compared. Curve l Four And curve l 6 As is clear from the comparison of the numerical values, the numerical calculation results and the actual measurement values are slightly different, but show almost the same tendency. Therefore, the actual measurement value of the change in chromaticity coordinates of the image display apparatus according to the first embodiment is the curve l. Five It is estimated that the same tendency is shown.
[0057]
Curve l Four And curve l Five As is clear from comparison between the above, in the conventional image display device, the chromaticity coordinates change over a wide range, the x value varies from about 0.225 to about 0.3, and the y value Varies from about 0.23 to about 0.31. On the other hand, in the image display apparatus according to the first embodiment, the chromaticity coordinates hardly change and maintain substantially constant values for the x value and the y value. Therefore, in the image display apparatus according to the first embodiment, the change in the chromaticity coordinates with respect to the change in gradation is extremely small, and the hue and saturation in which the display color is stable with respect to the change in gradation are maintained. it is obvious.
[0058]
Next, the moving distance of the chromaticity coordinates will be described with reference to FIG. In the graph of FIG. 9, the vertical axis indicates the amount of variation in which the chromaticity coordinates move on the coordinate plane, ie, the x value and the y value (x 2 + Y 2 ) 1/2 The horizontal axis indicates the gradation level. For comparison, in each curve, the movement distance is derived with reference to coordinates in a state where the gradation is 250 levels. In FIG. 9, curve l 7 Is a curve showing the result of numerical calculation in a conventional image display device to be compared, and is a curve l 8 These are curves which show the result of numerical calculation in the image display apparatus according to the first embodiment. Curve l 9 These are curves showing the amount of change in chromaticity coordinates derived from actual measurement values in a conventional image display apparatus. Curve l 7 And curve l 9 As is clear from the above, the numerical calculation results agree with the measured values with high accuracy, although there is a slight deviation in high gradation display, but in low gradation display, especially when the gradation is 50 levels or less. . Therefore, the actually measured value in the image display apparatus according to the first embodiment is also the curve l in the low gradation display. 8 It is estimated that almost the same value is obtained.
[0059]
Curve l 7 And curve l 9 As is clear from comparison of the above, when the gradation is 100 levels or more, the moving distance of the chromaticity coordinates in each image display apparatus is very low, and is suppressed to a level that causes no problem in practice. On the other hand, curve l 7 As is clear from the above, in the conventional image display device, the change amount of the chromaticity coordinates gradually increases when the gradation becomes 100 levels or less, and when the gradation is 0 level, the moving distance becomes a value of about 0.09. . On the other hand, in the image display apparatus according to the first embodiment, the curve l 8 As shown in FIG. 5, even when the gradation is 100 levels or less, the moving distance of the chromaticity coordinates is suppressed to a very low value, and is almost 0 in all gradations. This means that the display color of the image display apparatus according to the first embodiment is maintained at substantially the same saturation regardless of the change in gradation, and excellent quality is achieved even in the case of low gradation display. The image display is possible.
[0060]
As described above, from the results of the numerical calculations shown in FIGS. 6 to 9, the image display apparatus according to the first embodiment is a conventional image display apparatus regarding the change in color temperature, the change in chromaticity coordinates, and the change distance with respect to the gradation change. It became clear that the extremely low value was maintained. Since the change in color temperature and chromaticity coordinates serves as an index indicating the degree of variation in the saturation of the displayed color, the image display apparatus according to the first embodiment is adapted to the gradation variation from the result of such numerical calculation. Saturation variation was shown to be low. Therefore, the image display apparatus according to the first embodiment does not change the saturation of the display color due to the gradation change, and prevents the bluish color display from being displayed even in the low gradation display. Can do.
[0061]
In the numerical calculations shown in FIGS. 6 to 9, the contrast ratio in the color filter is R: G: B = 0.45: 0.45: 1, but it is not necessary to limit to this value. Specifically, for example, in the first embodiment, if the contrast values for R and G are lower than B, the chromatic color is less likely to appear in the case of low gradation display than before. it can. Preferably, when the B contrast value is set to 1, the chromatic color is more effectively revealed by forming the selective scattering layer so that both the R and G contrast values are less than 0.6. Can be suppressed.
[0062]
In addition, the image display device according to the first embodiment adjusts the particle size of the colored particles 14r, 14g, and 14b constituting the color filter 4 so that the saturation and hue that are manifested in the low gradation display are displayed. Fluctuation is suppressed. As materials for forming the colored particles 14r, 14g, and 14b, those conventionally used as materials for color filters can be used, and it is not necessary to select a special material. In addition, since the manufacturing process of the color filter after adjusting the particle diameter of the colored particles can be performed in the same manner as in the past, when manufacturing the image display device according to the first embodiment, the same manufacturing process as in the past is performed. It can be manufactured at a low cost.
[0063]
(Embodiment 2)
Next, an image display apparatus according to the second embodiment will be described. The image display apparatus according to the second embodiment reduces variations in hue and saturation caused by the structure of the image display apparatus in order to suppress variations in hue and saturation that are manifested during low gradation display. A selective scattering layer that scatters light of one or more wavelengths to be compensated is provided separately from the color filter.
[0064]
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the overall structure of the image display apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the image display apparatus according to the second embodiment includes an array substrate 1 including predetermined circuit elements, a counter substrate 2 disposed to face the array substrate 1, and the array substrate 1 and the counter substrate 2. A polarizing plate 5 disposed on the outer surface of the counter substrate 2, and a polarizing plate 6 disposed on the outer surface of the array substrate 1. A color filter 15 and a selective scattering layer 16 are disposed between the liquid crystal layer 3 and the counter substrate 2. In the second embodiment, the color filter 15 is only for transmitting light having a wavelength corresponding to each of R, G, and B. As in the first embodiment, the color filter 15 scatters light having a specific wavelength. It is not for adjusting the degree. In the second embodiment, parts similar to those of the image display apparatus according to the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and functions performed by the parts unless otherwise specified are described in the first embodiment. The same as in the case of.
[0065]
FIGS. 11A to 11C are schematic diagrams illustrating the structure of the selective scattering layer 16 included in the image display apparatus according to the second embodiment. The selective scattering layer 16 selectively scatters light having one or more wavelengths corresponding to the complementary colors of the colors to be manifested in order to suppress variations in hue and saturation that are manifested during low gradation display. belongs to. Hereinafter, the structures shown in FIGS. 11A to 11C will be sequentially described.
[0066]
The structure shown in FIG. 11A is obtained by uniformly dispersing colored particles 14r, 14g, and 14b constituting the color filter 4 in the first embodiment in a base material made of a transparent resin or the like. The particle diameters of the colored particles 14r, 14g, and 14b and the contrast ratio regarding the light of each wavelength corresponding to R, G, and B in the selective scattering layer 16 are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted here. .
[0067]
In the image display device according to the second embodiment, apart from the color filter 15, a structure including a selective scattering layer 16 for suppressing variations in saturation and hue that are manifested in low gradation display. . The selective scattering layer 16 has a structure including the colored particles 14r, 14g, and 14b. Based on the same principle as that of the first embodiment, the saturation and hue fluctuations that are manifested in the low gradation display are displayed. By having such a selective scattering layer 16, the image display apparatus according to the second embodiment can display a high-quality color image.
[0068]
Next, the structure shown in FIG. In the structure shown in FIG. 11B, the selective scattering layer 16 has a structure that includes only the colored particles 14r and 14g and does not include the colored particles 14b. When the polarizing plates 5 and 6 are arranged so that the polarization planes are orthogonal to each other, the display color is displayed as bluish as a whole at the time of low gradation display, but the saturation and hue variations are compensated. For this purpose, light having a wavelength corresponding to yellow, which is a complementary color of blue, may be emitted during low gradation display. In order to display the complementary color yellow, it is sufficient to scatter light having wavelengths corresponding to R and G by substantially the same amount. In the second embodiment, the selective scattering layer 16 does not need a function as a color filter. Therefore, unlike the case where the color filter has a selective scattering function as in the first embodiment, the selective scattering layer 16 includes the colored particles 14b. It is possible to have no structure.
[0069]
Next, the structure shown in FIG. In the structure shown in FIG. 11C, the selective scattering layer 16 does not contain colored particles corresponding to light of a plurality of different wavelengths as shown in FIGS. 11A and 11B, but corresponds to monochromatic light. It has a structure containing only the colored particles 17. Here, the monochromatic light includes not only light formed by only one wavelength but also light having a wavelength component over a predetermined range and chromatically simulating with monochromatic light. As described above, in the case of displaying a bluish color by changing the saturation and hue of the display color at the time of low gradation display, it is only necessary to emit light having a wavelength corresponding to the complementary color yellow. Therefore, a structure may be adopted in which light having a single wavelength corresponding to yellow is emitted without scattering light having a plurality of wavelengths. In the second embodiment, since the color filter 15 is separately provided, the selective scattering layer 16 does not need a function of transmitting light having wavelengths corresponding to R, G, and B in order to perform color display. Accordingly, it is possible to include the colored particles 17 that directly scatter light of a single wavelength corresponding to the complementary color, and the selective scattering layer 16 is configured only by including a single type of colored particles in the base material. It becomes possible.
[0070]
Next, an example of a place where the selective scattering layer 16 illustrated in FIGS. 11A to 11C is disposed will be described with reference to FIGS. 12A and 12B. In the example of FIG. 11A, the selective scattering layer 16 is further formed to include an adhesive material, and functions as an adhesive material that bonds the counter substrate 2 and the polarizing plate 5 together. In the second embodiment, the selective scattering layer 16 has a structure in which the colored particles are uniformly scattered, as illustrated in FIGS. 11A to 11C. Therefore, unlike the case where the color filter has a selective scattering function, it is not necessary to control the dispersion region of the colored particles, and the selective scattering layer 16 can function as an adhesive layer. In addition, by including an adhesive material in the selective scattering layer 16, the selective scattering layer 16 can function so as to fix the polarizing plate 6 and the array substrate 1. Furthermore, an adhesive material is used as a medium for scattering colored particles, and a base material such as a transparent resin can be omitted.
[0071]
In the example of FIG. 11B, the selective scattering layer 16 is disposed at the interface between the array substrate 1 and the liquid crystal layer 3, and the function of flattening the interface with respect to the selective scattering layer 16 is also provided. As shown in FIG. 2, a predetermined circuit structure is formed on the array substrate 1, and the flatness of the interface between the array substrate 1 and the liquid crystal layer 3 is disturbed due to the circuit structure. On the other hand, from the viewpoint of enabling high-quality image display, it is not preferable that the thickness of the liquid crystal layer 3 fluctuates due to disturbance of the flatness of the interface. In general, a flattening layer is formed on the surface of the array substrate 1. Has a structure arranged. By including predetermined colored particles in the flattening layer, the selective scattering layer 16 having both a function as a selective scattering layer and a function as a flattening layer can be realized. Since the interface between the counter substrate 2 and the liquid crystal layer 3 is also preferably flat, a selective scattering layer 16 having a flattening function may be disposed on the interface.
[0072]
In the image display device according to the second exemplary embodiment, the selective scattering layer 16 has a structure in which a predetermined coloring material is uniformly dispersed in a base material, and thus can be easily manufactured, and FIG. 12A and FIG. As shown in FIG. 12B, it is possible to provide functions other than selective scattering by appropriately selecting the base material to be dispersed. By appropriately selecting the base material, the structure of the image display device is almost the same as the existing one except for the presence or absence of dispersion of colored particles, so low gradation without changing design and manufacturing process. An image display device capable of displaying a high-quality color image even during display can be realized.
[0073]
As described above, the contents of the present invention have been described over the first embodiment and the second embodiment. However, the present invention is not limited to the above description, and those skilled in the art will recognize various examples, Variations can be conceived. For example, the arrangement of the polarizing plates 5 and 6 may be a so-called parallel Nicol structure in which the polarization planes are parallel to each other. As already described, when the polarization planes are parallel to each other, the saturation and hue of the display color are changed by emitting light having a wavelength corresponding to yellow in low gradation display. For this reason, by configuring the selective scattering layer so as to eliminate the saturation and hue caused by such light, it is possible to effectively suppress variations in saturation and hue during low gradation display.
[0074]
Specifically, in the case of the parallel Nicol structure, for example, light having a wavelength corresponding to blue, which is a complementary color of yellow, which is a chromatic color that causes fluctuations in saturation and hue that appear during low gradation display. High-quality image display can be realized by scattering at a constant rate. That is, for example, in the structure of the first embodiment, by increasing the particle size of the colored particles 14b that scatter light having a wavelength corresponding to B, the light having a wavelength corresponding to B is constant in a low gradation display. A structure that emits light at is effective. In addition, the present invention can be applied to any color other than blue and yellow, even for chromatic colors that cause fluctuations in saturation and hue that are manifested during low gradation display. By suppressing the light having a wavelength corresponding to the complementary color of the chromatic color that causes the hue fluctuation by the color filter 4 or the selective scattering layer 16, the fluctuation of the saturation and the hue in the low gradation display can be suppressed. Is possible.
[0075]
In the color filter 4 and the selective scattering layer 16, the degree of scattering is adjusted by controlling the particle size of the colored particles. However, by appropriately selecting the material of the colored particles, it is based on the difference in refractive index. Thus, a structure in which the degree of scattering is adjusted may be used. This is because the degree of scattered light increases as the refractive index of the colored particles increases. Further, the degree of scattering may be adjusted by changing both the particle size and the refractive index of the colored particles.
[0076]
Furthermore, although the IPS type structure has been described as an example in the first and second embodiments, the present invention exhibits a significant effect even when other driving methods are used. For example, the image display device may have a structure in which the common electrode is disposed on the counter substrate side and an electric field is applied to the liquid crystal layer in a direction perpendicular to the surface of the array substrate. In the first embodiment and the second embodiment, the thin film transistor is used as the switching element. However, for example, a structure using MIM (Metal Insulator Metal) driving means or the like may be used. Furthermore, it is good also as a structure using the passive matrix system instead of the active matrix system using a switching element. The conventional problem that a chromatic color is displayed at the time of low gradation display is not limited to the IPS type structure, but occurs in all image display devices in which a plurality of polarizing plates are arranged, and by arranging a selective scattering layer. This is because such a problem can be solved.
[0077]
Further, the backlight unit may be omitted, and a reflection method using external light such as sunlight as a light source may be adopted, or a semi-transmission method may be adopted.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a complementary color of a chromatic color that not only transmits a light component of a predetermined wavelength but also causes saturation and / or hue fluctuations that are manifested in low gradation display. Since a color filter that selectively scatters light components of one or more wavelengths that form a chromatic color is provided, a complementary color of chromatic color that causes a change in display characteristics during low gradation display is output at a constant rate. In other words, the output of such a complementary color has an effect of suppressing variation in display characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of an image display device according to a first embodiment;
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a circuit structure arranged on an array substrate.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a structure of a color filter.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the action of a color filter in low gradation display.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an operation of a color filter in high gradation display.
FIG. 6 is a graph comparing the image display apparatus according to the first embodiment and a conventional image display apparatus with respect to the wavelength dependency of light transmittance during low gradation display.
FIG. 7 is a graph comparing the image display device according to the first embodiment and a conventional image display device with respect to a change in color temperature accompanying a change in gradation.
FIG. 8 is a graph comparing the image display apparatus according to the first embodiment and a conventional image display apparatus with respect to changes in chromaticity coordinates accompanying gradation changes.
FIG. 9 is a graph comparing the image display device according to the first embodiment and a conventional image display device with respect to a displacement amount on a chromaticity coordinate plane according to a gradation change.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a structure of an image display device according to a second embodiment;
FIGS. 11A to 11C are schematic views showing the structure of a selective scattering layer. FIGS.
FIGS. 12A and 12B are schematic views showing positions where selective scattering layers are arranged. FIG.
FIG. 13A is a schematic diagram showing the structure of a conventional image display device, and FIG. 13B shows the wavelength dependence of light transmittance in low gradation display in the conventional image display device. It is a graph to show.
[Explanation of symbols]
1 Array substrate
2 Counter substrate
3 Liquid crystal layer
4 Color filter
4r, 4g, 4b filter section
5, 6 Polarizing plate
7 Backlight unit
9a Pixel electrode
9 Pixel electrode
10 Common electrode
11 Thin film transistor
12 signal lines
13 Scan lines
14r, 14g, 14b Colored particles
15 Color filter
16 Selective scattering layer
17 Colored particles
101 Array substrate
102 Counter substrate
103 Liquid crystal layer
104 Polarizing plate
105 Polarizing plate
106 Backlight unit
107 color filter

Claims (16)

アレイ基板および対向基板と、該アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層を備え、該液晶層の電気光学効果に基づいて画像表示を行う画像表示装置であって、
前記液晶層に対して前記アレイ基板側に配置され、第１の偏光特性を有する第１偏光板と、
前記液晶層に対して前記対向基板側に配置され、第２の偏光特性を有する第２偏光板と、
前記第１偏光板および前記第２偏光板の間に配置され、少なくとも入射光に対して第１波長の光成分を選択的に透過する第１の部分及び該第１波長と異なる第２波長の光成分を選択的に透過する第２の部分を有するカラーフィルタと、を備え、
前記第２の部分は、前記第１の部分が透過する、低階調表示の際に顕在化する彩度および／または色相の変動の原因となる有彩色について、当該有彩色の補色を形成する波長の光成分を選択的に散乱して、該波長の光のコントラストを低下させ、
前記有彩色の補色を形成する波長の光成分は、第３波長の光成分と、前記第３波長と異なる第４波長の光成分を混合することによって形成され、
前記第２の部分は、前記第３波長の光成分を透過、散乱する着色粒子を含有する第３の部分と、前記第４波長の光成分を透過、散乱する着色粒子を含有する第４の部分と、を有することを特徴とする画像表示装置。An image display device comprising an array substrate and a counter substrate, and a liquid crystal layer sealed between the array substrate and the counter substrate, and performing image display based on an electro-optic effect of the liquid crystal layer,
A first polarizing plate disposed on the array substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a first polarization characteristic;
A second polarizing plate disposed on the counter substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a second polarization characteristic;
A first portion that is disposed between the first polarizing plate and the second polarizing plate and selectively transmits a light component having a first wavelength with respect to at least incident light, and a light component having a second wavelength different from the first wavelength. A color filter having a second portion that selectively transmits
The second portion forms a complementary color of the chromatic color that causes the variation of the saturation and / or hue that is transmitted during the low gradation display and that is transmitted through the first portion. Selectively scatters light components of a wavelength, reducing the contrast of light of that wavelength ,
The light component of the wavelength forming the complementary color of the chromatic color is formed by mixing the light component of the third wavelength and the light component of the fourth wavelength different from the third wavelength,
The second part includes a third part containing colored particles that transmit and scatter the light component of the third wavelength, and a fourth part containing colored particles that transmit and scatter the light component of the fourth wavelength. the image display apparatus characterized by having a portion. 前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに直交するよう配置され、
前記第２の部分は、黄色を形成する波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。The first polarizing plate and the second polarizing plate are disposed so that their polarization planes are orthogonal to each other,
The image display device according to claim 1, wherein the second portion reduces a contrast of light having a wavelength forming yellow. 前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに平行になるよう配置され、
前記第２の部分は、青色を形成する波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。The first polarizing plate and the second polarizing plate are arranged so that their polarization planes are parallel to each other,
The image display device according to claim 1, wherein the second portion reduces a contrast of light having a wavelength forming a blue color. 前記第３波長は赤の波長に対応すると共に、前記第４波長は緑の波長に対応し、
前記第１の部分は、低階調表示の際に顕在化する彩度および／色相の変動の原因となる有彩色の補色に対応し且つ青の波長に対応する第１波長の光を散乱する着色粒子をさらに備え、該第１波長の光に対するコントラスト値と前記第３波長および前記第４波長の光に対するコントラスト値との比が、１対０．４５となることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。The third wavelength corresponds to a red wavelength and the fourth wavelength corresponds to a green wavelength;
The first portion scatters light having a first wavelength corresponding to a complementary color of a chromatic color that causes a change in saturation and / or hue that is manifested in low gradation display and corresponding to a blue wavelength. comprising colored particles further claim 1 the ratio of the contrast value and the contrast value with respect to light having a first wavelength to said third wavelength and the fourth wavelength light, characterized in that a one-to-0.45 The image display device described in 1. アレイ基板および対向基板と、該アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層を備え、該液晶層の電気光学効果に基づいて画像表示を行う画像表示装置であって、
少なくとも第１の波長の光および該第１の波長と異なる第２の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタと、
前記液晶層に対して前記アレイ基板側に配置され、第１の偏光特性を有する第１偏光板と、
前記液晶層に対して前記対向基板側に配置され、第２の偏光特性を有する第２偏光板と、
前記第１偏光板および前記第２偏光板の間に配置され、入射光に対して低階調表示の際に顕在化する有彩色の補色を形成する１以上の波長の光成分を選択的に散乱して該波長の光のコントラストを低下させる選択散乱手段と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。An image display device comprising an array substrate and a counter substrate, and a liquid crystal layer sealed between the array substrate and the counter substrate, and performing image display based on an electro-optic effect of the liquid crystal layer,
A color filter that selectively transmits at least light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength;
A first polarizing plate disposed on the array substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a first polarization characteristic;
A second polarizing plate disposed on the counter substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a second polarization characteristic;
It is disposed between the first polarizing plate and the second polarizing plate, and selectively scatters light components having one or more wavelengths that form a complementary color of chromatic color that is manifested in the case of low gradation display with respect to incident light. Selective scattering means for reducing the contrast of the light of the wavelength,
An image display device comprising: 前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに直交するよう配置され、
前記選択散乱手段は、黄色を形成する１以上の波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。The first polarizing plate and the second polarizing plate are disposed so that their polarization planes are orthogonal to each other,
The image display apparatus according to claim 5 , wherein the selective scattering unit reduces a contrast of light having one or more wavelengths forming yellow. 前記第１偏光板および前記第２偏光板は、偏光面が互いに平行になるよう配置され、
前記選択散乱手段は、青色を形成する１以上の波長の光のコントラストを低下させることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。The first polarizing plate and the second polarizing plate are arranged so that their polarization planes are parallel to each other,
The image display apparatus according to claim 5 , wherein the selective scattering unit reduces a contrast of light having one or more wavelengths forming a blue color. 低階調表示の際に顕在化する前記有彩色の補色は、第１波長の光と、前記第１波長と異なる第２波長の光を混合することによって形成され、前記選択散乱手段は、前記第１波長の光を散乱する着色粒子と、前記第２波長の光を散乱する着色粒子とを少なくとも含有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の画像表示装置。The complementary color of the chromatic color that appears during low gradation display is formed by mixing light of a first wavelength and light of a second wavelength different from the first wavelength, and the selective scattering means includes the The image display device according to claim 5 , comprising at least colored particles that scatter light of the first wavelength and colored particles that scatter light of the second wavelength. 前記選択散乱手段は、低階調表示の際に顕在化する有彩色の補色を直接形成する単色光を散乱する着色粒子を含有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の画像表示装置。The selection scattering means to claim 5-7, characterized in that it contains colored particles scatter monochromatic light which forms a complementary color of chromatic color manifested during low gray scale display directly The image display device described. 前記着色粒子は、粒径と屈折率との少なくとも一方を調整することによって、対象波長の光に対する散乱の割合を規定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の画像表示装置。10. The image according to claim 1 , wherein the colored particles define a ratio of scattering with respect to light of a target wavelength by adjusting at least one of a particle size and a refractive index. Display device. 前記選択散乱手段は、接着性材料を含んで形成され、前記対向基板と前記第２偏光板との間に配置されて前記対向基板と前記第２偏光板とを固着することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一つに記載の画像表示装置。The selective scattering means is formed to include adhesive material, characterized in that fixed arranged the counter substrate and the second polarizing plate between the counter substrate and the second polarizer claims Item 11. The image display device according to any one of Items 5 to 10 . 前記選択散乱手段は、接着性材料を含んで形成され、前記アレイ基板と前記第１偏光板との間に配置されて前記アレイ基板と前記第１偏光板とを固着することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一つに記載の画像表示装置。The selective scattering means is formed to include adhesive material, characterized in that fixed arranged the array substrate and the first polarizing plate between the array substrate and the first polarizer according Item 11. The image display device according to any one of Items 5 to 10 . 前記選択散乱手段は、前記対向基板または前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記液晶層との界面を平坦化することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一つに記載の画像表示装置。11. The image according to claim 5 , wherein the selective scattering unit is disposed on an inner surface of the counter substrate or the array substrate and planarizes an interface with the liquid crystal layer. Display device. 前記アレイ基板は、
表示画素に対応して配置された画素電極と、
前記画素電極に供給する電位を制御するスイッチング素子と、
該スイッチング素子の駆動状態を制御する走査線と、
前記スイッチング素子を介して前記画素電極に対して電位を供給する信号線と、
を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の画像表示装置。The array substrate is
A pixel electrode arranged corresponding to the display pixel;
A switching element for controlling a potential supplied to the pixel electrode;
A scanning line for controlling the driving state of the switching element;
A signal line for supplying a potential to the pixel electrode through the switching element;
The image display device according to claim 1 , further comprising: 前記アレイ基板は、前記画素電極に対応して配置された共通電極をさらに備え、前記液晶層に対して前記画素電極と前記共通電極との電位差に基づいて前記アレイ基板表面と平行方向に電界を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。The array substrate further includes a common electrode arranged corresponding to the pixel electrode, and an electric field is applied to the liquid crystal layer in a direction parallel to the surface of the array substrate based on a potential difference between the pixel electrode and the common electrode. The image display device according to claim 14 , wherein the image display device is generated. 前記液晶層内を透過する光を供給するバックライト光源をさらに有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1 , further comprising a backlight light source that supplies light transmitted through the liquid crystal layer.
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