JP4650319B2

JP4650319B2 - 液晶表示モジュール

Info

Publication number: JP4650319B2
Application number: JP2006087416A
Authority: JP
Inventors: 哲也楠野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: US20070229451A1; JP2007264183A

Description

本発明は、ホモジニアス液晶層を備える液晶表示モジュールに関する。

従来、液晶表示素子は、ＣＲＴディスプレイに比べて応答速度が遅いため、スポーツ映像等の動きの早い動画を表示するのには適さなかった。液晶表示素子の応答速度を高めるには、液晶層の厚さを小さくすることが最も効果的であるが、汎用されているツイステッドネマチック型液晶表示素子において層厚を薄くした場合、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄの積Δｎ・ｄの値の最適化が困難になり、明表示を行うための光の最大透過率（以下、最大透過率という）が低下してしまう。そこで、液晶表示素子の高速応答化には、ツイステッドネマチック型液晶表示素子よりも小さいΔｎ・ｄで最大透過率が得られる特許文献１に示されるようなホモジニアス型液晶表示素子がより有効な選択肢となる。
特開２００２−１４３３３号公報

しかし、ホモジニアス型液晶表示素子は、本質的に、光透過率の波長依存性が大きく、そのため、良質な白色表示を得ることが難しいという問題を有している。

液晶表示素子において、光透過率の波長依存性を低減する方策としては、特許文献１にも示されているように、各色の画素毎に液晶層厚（ギャップ）を最適化する所謂マルチギャップ構造が、従来から用いられているが、液晶層厚が薄い液晶表示素子にマルチギャップ構造を採用することは、工法的に難しく、多くの工数を要し、液晶表示モジュールのコストアップを招来する。

本発明の目的は、製造工数の増加によるコストアップを招くことなく応答速度の高速化と所期の高度な品質の白表示が達成されたホモジニアス型液晶表示モジュールを提供することである。

請求項１に記載の発明は、一対の基板間にホモジニアス配向された液晶層が設けられた液晶表示パネルと、複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子からの射出光が混色された混色光を前記液晶表示パネルに照射する光源と、を備え、前記液晶表示パネルによって前記光源からの照射光を透過制御する液晶表示モジュールであって、前記光源は、青色光を射出する青色ＬＥＤと、緑色光を射出する緑色ＬＥＤと、赤色光を射出する赤色ＬＥＤと、を有しているとともに、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、前記青色ＬＥＤの順で、射出光の強度が大きくなるように設定され、前記液晶層は、青色の波長帯域、緑色の波長帯域、赤色の波長帯域の順で光の透過率が大きくなるように、リタデーションが設定されていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液晶表示モジュールにおいて、前記液晶層は、層厚が各画素間で互いに等しく設定されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液晶表示モジュールにおいて、前記光源はサイドライト型の面状照明装置であることを特徴とする。

本発明によれば、製造工数の増加によるコストアップを招くことなく応答速度の高速化と所期の高度な品質の白表示を達成することができる。

図１は本発明の一実施形態としてのホモジニアス型液晶表示モジュールを示す模式的断面図で、図２は前記液晶表示モジュールにおける液晶表示パネルの構成を示す部分拡大断面図、図３は前記液晶表示モジュールにおける照明装置の構成を示す説明図である。

図１に示されるように、本液晶表示モジュールの筐体は、扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に、底板を除去した同形状のカバーケース２が、嵌装されてなる。これら両ケース１、２は、共に金属板を加工して形成されている。カバーケース２の天板２０１には、表示を観察するための表示窓２０２が穿設されている。

上記筐体内には、フレーム３が配置されている。本実施形態のフレーム３は、共に空間外形が扁平な直方体をなす前室３ａと後室３ｂとが２段に重設されてなる。すなわち、直方体の空間を囲む枠体をなす側板３０１の所定高さ位置に、その内面全周にわたって仕切り棚３０２が突設され、この仕切り棚３０２を境界として、前室３ａと後室３ｂとが２段に重設され、これら前室３ａと後室３ｂは、仕切り棚３０２で囲まれた空間により連通されている。

フレーム３の前室３ａには、液晶表示パネル４が収納されている。本実施形態の液晶表示パネル４は、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルであり、平面外形が矩形をなす液晶セル５を挟んで表示の観察側となる前側に、同様の矩形をなす前位相差板６と前偏光板７がそれぞれ順次配置され、その後側に、同じく矩形をなす後位相差板８と後偏光板９がそれぞれ順次配置されてなる

液晶セル５では、図２に示されるように、一対の前、後ガラス基板５０１、５０２が、枠状シール材(不図示)により所定の間隙を保ち接合され、これら前、後ガラス基板５０１、５０２間の枠状シール材で囲まれた空間内には液晶が封入されて液晶層５０３が形成されている。

接合された一対の前、後ガラス基板５０１、５０２のうちの一方の前ガラス基板５０１の対向面(内面)には、画素を画定するためのブラックマスク５０４が設置されている。ブラックマスク５０４には、形成すべき画素に対応させて複数の開口５０４１がマトリックス配置で形成されている。

ブラックマスク５０４の各開口５０４１には、赤、緑、青の３種類のカラーフィルタ５０５R、５０５G、５０５Bが所定の配置でそれぞれ設置され、カラーフィルタ層５０５が形成されている。ここで、各カラーフィルタ５０５R、５０５G、５０５Bは、各開口５０４１よりも全周にわたり適長幅だけ大きい面積を備えており、周縁部をブラックマスク５０４の開口縁部に重畳させて設置されている。

赤、緑、青の各色カラーフィルタ５０５R、５０５G、５０５Bからなるカラーフィルタ層５０５には、各色カラーフィルタ５０５R、５０５G、５０５Bを一括して覆う一枚膜状の透明導電膜からなる共通電極５０６が被着されている。そして、共通電極５０６の表面には、液晶分子の配向を規制する前水平配向膜５０７が一様に被着されている。この前水平配向膜５０７の表面には、紙面左右方向に平行な矢印５０７ａ方向に沿ってラビング法により配向処理が施されている。

一方、後ガラス基板５０２の内面には、前述した各ブラックマスク５０４の開口５０４１に対応させて、透明導電膜からなる複数の画素電極５０８が同様にマトリックス配置で設置されている。各画素電極５０８には、スイッチング用能動素子としての薄膜トランジスタ５０９が、それぞれ設置接続されている。なお、各薄膜トランジスタ５０９を介して画素電極５０８を作動させるためのゲート、ドレイン、及びソースの各配線や各配線間の絶縁膜等の図示は省略されている。そして、全ての画素電極５０８及び薄膜トランジスタ５０９等を覆って後水平配向膜５１０が一様に被着されている。この後水平配向膜５１０には、上述した前水平配向膜５０７の配向処理方向５０７ａに平行で且つその逆方向５１０ｂに沿って、ラビング法により配向処理が施されている。

上述のように配向処理された前、後水平配向膜５０７、５１０によって挟持された液晶層５０３の各液晶分子５０３１は、電界が印加されていない初期状態においては、両水平配向膜５０７、５１０それぞれに施された配向処理方向５０７ａ、５１０ｂに沿った配向規制力を受け、図示されるようにホモジニアス配向している

すなわち、各液晶分子５０３１が両水平配向膜５０７、５１０の平行で互いに逆向きな配向処理方向５０７ａ、５１０ｂに沿って僅かな角度（プレチルト角）θだけ立ち上がった姿勢で一方の水平配向膜５０７から他方の水平配向膜５０３１に向けて平行に並んだホモジニアス配向をなしている。

そして、本発明に係わる液晶表示モジュールにおいては、動画表示に適した速い応答速度を得るために、ホモジニアス液晶層５０３の層厚ｄが１〜４μｍ程度に薄く設定されている。この場合、液晶の屈折率異方性Δｎと層厚ｄの積Δｎ・ｄは、必要な信頼性が確保されるΔｎが０．１５以下の液晶材料を用いるために、１５０〜３５０ｎｍに設定されている。このように小さい範囲にΔｎ・ｄを設定しても、ホモジニアス液晶層の場合は充分に大きい光透過率を確保することが可能である。

図１に戻って、本例の液晶セル５における一対のガラス基板５０１、５０２の大きさは、表示面側となる前ガラス基板５０１よりも後ガラス基板５０２の方が大きく、これら大きさの異なるガラス基板５０１、５０２は後ガラス基板５０２の一縁辺が前ガラス基板５０１の対応する縁辺から突出する配置で接合されている。後ガラス基板５０２の突出縁辺５０２１には、各電極から引き出された配線とその各端部の接続端子(不図示)が配設されて駆動回路部が形成されており、この駆動回路部には駆動回路素子としてのドライバＬＳＩ１１がＣＯＧ（Chip On Glass）搭載されている。そして、この駆動回路部の先端縁に設けられている入力端子列には、フレキシブル配線基板(ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit)１２が導通接合されている。

フレーム３の後室３ｂ内には、サイドライト型の面状照明装置１３が収容されている。本実施形態のサイドライト型面状照明装置１３は、照射対象の液晶表示パネル４に大略対応した矩形をなす透明な導光板１４の一端面１４１に、点光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)という）１５がその光射出面を密接させて設置され、導光板１４の液晶表示パネル４に対向させる前面１４２とは反対側の後面１４３には光反射シート１６が設置されて、構成されている。導光板１４の光反射シート１６が設置された後面１４３には、ＬＥＤ１５から射出され光入射端面１４１から導光板１４内に入射した光を前面１４２に向けて反射させるための同心円状の凹凸パターン（不図示）が形成されている。

本実施形態では図３に示されるように２個のＬＥＤ１５、１５が配置されており、これらＬＥＤ１５、１５は、各光射出面を導光板１４の光入射端面１４１に密接させた状態で、フレキシブル配線基板１７上にＣＯＦ（Chip On Film）方式により直接搭載されている。

各ＬＥＤ１５は、それぞれ、図３に示されるように、赤、緑、青の各波長光を射出する赤、緑、青の各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂからなり、各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光が混色された白色光が出射される三波長型白色点光源である。各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光の強度は、各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの駆動電流を制御することにより調整される。

図１に示されるように、導光板１４の前面１４２には、光拡散シート１８とプリズムシート１９が、その順序で重畳設置されている。光拡散シート１８は導光板１２から面状に出射される照射光の輝度分布を均一化するために、プリズムシート１９は照射光の出射方向を正面方向に揃えるために、それぞれ設置されている。

そして、上述のように構成された面状照明装置１３は、後室３ｂ内の所定位置に、背面パネル２１に支持された状態で収納されている。背面パネル２１は、フレーム後室３ｂの底面を閉じる配置で、フレーム３に嵌合装着されている。

背面パネル２１の後面側で収納ケース１における底板１０１の内面には、駆動制御回路基板２２が設置されている。この駆動制御回路基板２２は、本液晶表示モジュール全体の駆動を制御するものであり、液晶表示パネル４の駆動制御回路やＬＥＤ１５の駆動制御回路が設けられている。したがって、この駆動制御回路基板２２には、前述した液晶表示パネル４の後ガラス基板突出縁辺５０２１の先端部に導通接合され、ＬＥＤ１５がＣＯＦ搭載されているフレキシブル配線基板１７が半田接合により導通接続されているフレキシブル配線基板１１が、コネクタ２３を介して電気接続されている。

ここで、ＬＥＤ１５の駆動制御回路は、図３に示されるように、各ＬＥＤ１５を定電流駆動するＬＥＤドライバ回路２２１と、制御演算部２２２及びメモリ２２３からなる。このメモリ２２３に書き込まれたデータに基づき、各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂを駆動すべき電流値が制御演算部２２２により演算され、各ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂがＬＥＤドライバ回路２２１を介して駆動制御される。

上述したように、本実施形態の液晶表示モジュールにおける液晶表示パネル４は、必要とされる光透過率を確保しながら応答速度を高速化するために液晶層厚を１〜４μｍと薄くしたホモジニアス型液晶セル５を用いている。本来、ホモジニアス型液晶セル５は光透過率の波長依存性が大きいから、本発明に係わる液晶表示モジュールにおいては、所期の色度の白表示が得られるように、ホモジニアス液晶セル５を透過する赤、緑、青の各波長光の最大透過率に応じて、ＬＥＤ１５の各ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される各波長光の強度比を最適設定する構成となっている。

すなわち、３個の赤、緑、青各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光に対するホモジニアス液晶層５０３の透過率の最大値の比を
Ｔr：Ｔg：Ｔb
とし、前記赤、緑、青の各波長光が混色されて得られる白色光が予め定めた色度の白色光となるための出射光における赤、緑、青の各波長光の強度比を
Ａr：Ａg：Ａb
とすると、前記３個の各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光の強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbは、
Ｂr：Ｂg：Ｂb＝Ａr／Ｔr：Ａg／Ｔg：Ａb／Ｔb −−−（１）
を満足するように設定されている。

本実施形態の液晶表示パネル４においては、上述したように、ホモジニアス液晶層５０３のΔｎ・ｄが１５０〜３５０ｎｍに設定されている。この場合の赤、緑、青の各波長光の最大透過率比は、ホモジニアス液晶層５０３の実効的Δｎ・ｄによって表１に示されるように異なっている。なお、実効的Δｎ・ｄとは、ホモジニアス液晶層５０３のΔｎ・ｄから残留リタデーション補償用位相差板６、８の実効的リタデーションを差し引いた値である。また、赤、緑、青の各波長光の波長λは、赤（ｒ）を６１０ｎｍ、緑（ｇ）を５３０ｎｍ、青（ｂ）を４７０ｎｍとする。

また、所期の色度の白色表示を得るために必要な赤、緑、青の各波長光の強度比は、表２に示されるように、各波長光の配光分布（発光スペクトル）によって異なる。

本実施形態では、液晶表示パネル４からの出射光における所期の色度の白色表示得るための赤、緑、青の各波長光の強度比Ａr：Ａg：Ａbが、１．００：０．７８：０．６２となる配光分布のＬＥＤ１５を用いている。したがって、ホモジニアス液晶層５０３の実効Δｎ・ｄを２１２ｎｍとすると、その場合の赤、緑、青の各波長光の最大透過率比は、表１から明らかなように、
Ｔr：Ｔg：Ｔb＝１．００：１．２１：１．３３
であるから、各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光の強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbは、上記（１）式から、
Ｂr：Ｂg：Ｂb＝１．００／１．００：０．７８／１．２１：０．６２／１．３３
＝１．００：０．６４：０．４７ −−−（２）
に設定されている。

なお、ホモジニアス型液晶セル５として、液晶層厚ｄが１〜４μｍでΔｎ・ｄが１５０〜３５０ｎｍのものを用い、光源として上記と同様の赤、緑、青の三波長型ＬＥＤ１５を用いる場合、表１に示したＬＥＤの種類毎の発光スペクトル相違や表２に示した実効Δｎ・ｄ毎の透過光の最大透過率の相違等を考慮すれば、各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光の強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbの好適範囲は、
Ｂr：Ｂg：Ｂb＝１．００：(０．２〜２．０)：(０．２〜２．０)
である。

図４は、本実施形態におけるＬＥＤ１５からの射出光（実線で示す）と液晶表示パネル４からの出射光（破線で示す）の各配光分布曲線を示している。

これにより、図５のｘ−ｙ色度図に示されるように、◇で示されるＬＥＤ１５からの白色射出光の色度が、ホモジニアス液晶層５０３を透過することによりシフトし、□で示される液晶表示パネル４から出射される白色光の色度が、×で示される所期の白色度のＣ点に略一致している。

ところで、ＬＥＤ１５を構成する各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの各発光強度は固体差が大きく、したがって、製品として出荷する全ての液晶表示モジュールにおいて所期の白色表示が得られるようにするには、工場出荷時において最終的に個々の液晶表示モジュール毎に各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの駆動電流値を最適に設定する必要がある。

そのためには、製造された液晶表示モジュール毎に実施される表示検査において、液晶表示パネル４からの出射光白色度とその配光スペクトルを検出し、その検出データから予め定めた色度（Ｃ点）の白色表示を得るための出射光における赤、緑、青の各波長光の強度比Ａr：Ａg：Ａbを算出し、ついで、上記（１）式に基づき各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから射出される赤、緑、青の各波長光の強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbを算出する。そして、この強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbのデータを、図３に示されるＬＥＤ駆動制御回路のメモリ２２３に書き込んでおく。これにより、出荷される液晶表示モジュールは、演算制御部２２２が、メモリ２２３に書き込まれている赤、緑、青の各波長光の射出強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbが得られる各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの駆動電流値を算出し、その算出値に基づき各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの駆動電流をＬＥＤドライバ回路２２１を介して制御する構成となっている。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、光透過率を低下させることなく応答速度を高速化するために液晶層厚が１〜４μｍでΔｎ・ｄが１５０〜３５０μｍのホモジニアス型液晶セル５を用い、ホモジニアス配向の液晶層に特有な光透過率の波長依存性に起因する白表示の色度シフトを解消するため、赤、緑、青の各波長光を射出するＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂからなるＬＥＤ１５を光源とし、ホモジニアス液晶層の各波長光毎の透過率の最大に応じて、所期の色度(Ｃ点)の白色表示を得ることができる液晶表示パネル４からの出射光の各波長光の強度比Ａr：Ａg：Ａbが得られるように、各色ＬＥＤチップ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの射出光の強度比Ｂr：Ｂg：Ｂbを設定したから、応答速度が速く且つ所望の良質な白表示が得られるホモジニアス型液晶表示モジュールを製造工数をアップさせることなく提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、互いに波長帯域の異なる光を射出する発光素子としては、赤、緑、青の各色ＬＥＤチップに限らず、混色により白色光が得られる２色又は４色以上の各色波長光をそれぞれ射出する種々の発光素子の組み合わせが可能である。

本発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。上記液晶表示モジュールにおける要部を拡大して示した模式的断面図である。上記液晶表示モジュールにおける照明装置の構成を示した説明図である。上記液晶表示モジュールにおける光源射出光とパネル出射光の各配光スペクトル分布を示したグラフ図である。上記光源射出光とパネル出射光の各色度を示したｘ−ｙ色度図である。

符号の説明

１収納ケース
２カバーケース
３フレーム
４液晶表示パネル
５液晶セル
６、８前、後位相差板
７、９前、後偏光板
１１ドライバＬＳＩ
１２、１６フレキシブル配線基板
１３面状照明装置
１４導光板
１５ＬＥＤ
１５ｒ、１５ｇ、１５ｂＬＥＤチップ（赤、緑、青）
２２駆動制御回路基板
２２１ＬＥＤドライバ回路
２２２制御演算部
２２３メモリ

Claims

一対の基板間にホモジニアス配向された液晶層が設けられた液晶表示パネルと、
複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子からの射出光が混色された混色光を前記液晶表示パネルに照射する光源と、
を備え、
前記液晶表示パネルによって前記光源からの照射光を透過制御する液晶表示モジュールであって、
前記光源は、青色光を射出する青色ＬＥＤと、緑色光を射出する緑色ＬＥＤと、赤色光を射出する赤色ＬＥＤと、を有しているとともに、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、前記青色ＬＥＤの順で、射出光の強度が大きくなるように設定され、
前記液晶層は、青色の波長帯域、緑色の波長帯域、赤色の波長帯域の順で光の透過率が大きくなるように、リタデーションが設定されていることを特徴とする液晶表示モジュール。
前記液晶層は、層厚が各画素間で互いに等しく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示モジュール。
前記光源はサイドライト型の面状照明装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示モジュール。