JP6338392B2

JP6338392B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP6338392B2
Application number: JP2014024992A
Authority: JP
Inventors: 浩治米村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: US10379410B2; JP2015152695A; US20180004029A1; US20150226994A1

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の液晶パネルは、スマートフォンのようなモバイル用途の場合には、長時間の使用に耐え得る低消費電力化が求められている。また、屋外で使われるＰＯＳ（Point of sale）用途の場合には、視認性向上のために高輝度化が求められている。

上記の特性（低消費電力、高輝度）を実現するために、従来の３原色である赤色（Red、Ｒ）、緑色（Green、Ｇ）、青色（Blue、Ｂ）の３画素（以下、ＲＧＢ画素ともいう）を１絵素とした表示から、前記３原色に白色（White、Ｗ）を加えた４画素（以下、ＲＧＢＷ画素ともいう）を１絵素として表示される液晶パネルが提案されており、実際に製品化されている。

ＲＧＢ画素で表示する場合は、赤色、緑色、および青色の各画素に対応するカラーフィルタを透過した光の加法混色によって白色表示の色度（色温度）が形成される。一方、ＲＧＢＷ画素で表示する場合は、赤色、緑色、および青色の各画素に対応するカラーフィルタを透過した光と、白色画素に対応するほぼ透明のフィルタ（すなわち、透過率に波長依存性がない）を透過した光との加法混色によって白色表示の色度が形成される。

上記より、一般的に、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度と、ＲＧＢＷ画素で形成される白色表示の色度とは一致しない。従って、透過率の向上を図るためにＲＧＢ画素からＲＧＢＷ画素に変更すると、ＲＧＢＷ画素による白色表示の色度は、ＲＧＢ画素による白色表示の色度と異なる（白色表示の色度がずれる）という問題があった。

ＲＧＢＷ画素によって所望の白色表示の色度を得るために、従来では、光吸収係数を可視領域内の長波長側と短波長側とで異ならせた特殊な材料によって形成された白色画素に対応するフィルタを用いている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＲＧＢＷ画素を１絵素（基本単位）としたＦＦＳ（Fringe Field Switch）モードで駆動する液晶表示装置において、白色画素に対応するスリットを、赤色画素、緑色画素、および青色画素に対応するスリットと対称形にして配置している（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２９５７１７号公報特開２００５−３０９０５２号公報

特許文献１では、フィルタを形成する特殊な材料の開発が必要となり、当該開発に要するコストがかかるという問題がある。

また、特許文献２では、視野角の範囲内におけるカラーシフトの防止、すなわち斜め方向から見た場合における色付きを防ぐための構成を示しており、当該構成ではＲＧＢ画素によって形成される白色表示の色度と、ＲＧＢＷ画素によって形成される白色表示の色度とを一致させる作用は得られない。

このように、従来では、ＲＧＢ画素からＲＧＢＷ画素に変更した場合において、白色表示の色度のずれを解消することができなかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＲＧＢＷ画素で表示する場合において、白色表示の色度のずれを解消して所望の白色表示の色度を得ることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による液晶表示装置は、赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素を基本単位とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置であって、白色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性は、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々に対応する液晶の電圧−透過率特性と異なり、白色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性において、白色画素で形成される白色表示の色度は、赤色画素、青色画素、および緑色画素で形成される白色表示の色度と一致することを特徴とする。

本発明によると、赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素を基本単位とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置であって、白色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性は、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々に対応する液晶の電圧−透過率特性と異なり、白色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性において、白色画素で形成される白色表示の色度は、赤色画素、青色画素、および緑色画素で形成される白色表示の色度と一致するため、ＲＧＢＷ画素で表示する場合において、白色表示の色度のずれを解消して所望の白色表示の色度を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態１による液晶表示装置における各画素の構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１によるスリット電極のスリットの角度を変化させた場合における液晶の電圧−透過率特性の一例を示す図である。本発明の実施の形態１によるスリット電極の線幅／間隔を変化させた場合における液晶の電圧−透過率特性の一例を示す図である。本発明の実施の形態１による相対透過率と色度との関係の一例を示す図である。本発明の実施の形態１による白色表示の色度の調整を説明するための一例を示す図である。本発明の実施の形態１による白色表示の色度の調整を説明するための一例を示す図である。本発明の実施の形態２による液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態２による液晶層のリタデーションと色度との関係の一例を示す図である。本発明の実施の形態２による白色表示の色度の調整を説明するための一例を示す図である。本発明の実施の形態２による白色表示の色度の調整を説明するための図である。本発明の実施の形態３によるブラックマトリクスの一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による液晶表示装置における各画素の構成の一例を示す図である。なお、図１は、ＲＧＢＷ画素を１絵素（基本単位）とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置について示している。また、当該液晶表示装置は、フリンジ電界によって液晶の配向を変えるＦＦＳモードで駆動する。

図１に示すように、赤色スリット電極１および白色スリット電極３は、ソース配線６およびゲート配線７に接続されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）８が配置されるＴＦＴ基板上に設けられている。

赤色スリット電極１は、赤色画素に対応して設けられており、線幅Ｗ_Ｒ、間隔Ｓ_Ｒとなるように複数のスリット２を有している。すなわち、各スリット２の短手方向の長さは間隔Ｓ_Ｒに対応し、各スリット２が形成される間隔は線幅Ｗ_Ｒに対応している。このように、赤色スリット電極１は、電圧印加時にフリンジ電界を発生させる複数のスリット２を有している。

各スリット２は、当該各スリット２の長手方向と、液晶（図示せず）の配向軸５とがなす角度がθ_Ｒとなるように形成されている。

白色スリット電極３は、白色画素に対応して設けられており、線幅Ｗ_Ｗ、間隔Ｓ_Ｗとなるように複数のスリット４を有している。すなわち、各スリット４の短手方向の長さは間隔Ｓ_Ｗに対応し、各スリット４が形成される間隔は線幅Ｗ_Ｗに対応している。このように、白色スリット電極３は、電圧印加時にフリンジ電界を発生させる複数のスリット４を有している。

各スリット４は、当該各スリット４の長手方向と、液晶（図示せず）の配向軸５とがなす角度がθ_Ｗとなるように形成されている。

上記の構成において、赤色スリット電極１において形成されるスリット２の角度θ_Ｒと、白色スリット電極３において形成されるスリット４の角度θ_Ｗとは異なっている。

また、赤色スリット電極１における線幅Ｗ_Ｒ／間隔Ｓ_Ｒ（各スリットの短手方向の長さに対する各スリットの配置間隔の比）と、白色スリット電極３における線幅Ｗ_Ｗ／間隔Ｓ_Ｗとは異なっている。

なお、緑色画素に対応して設けられた緑色スリット電極（図示せず）、および青色画素に対応して設けられた青色スリット電極（図示せず）も、図１に示す赤色スリット電極１と同様にＴＦＴ基板上に設けられている。実際には、赤色画素、緑色画素、および青色画素ならびに白色画素は、図１の紙面横方向に配列して設けられている。

以下では、赤色スリット電極１および白色スリット電極３等を総称して、単にスリット電極ともいう。また、角度θ_Ｒおよび角度θ_Ｗ等を総称して、単に角度θともいう。線幅Ｗ_Ｒおよび線幅Ｗ_Ｗ等、間隔Ｓ_Ｒおよび間隔Ｓ_Ｗ等についても同様である。

ＦＦＳモードで駆動する液晶表示装置における画素の構成は、大きく分けて２つのタイプがある。すなわち、ＴＦＴに接続される画素電極を上層に配置し、共通電位が供給される共通電極を下層に配置するタイプと、共通電極を上層に配置し、画素電極を下層に配置するタイプとがある。本実施の形態１では、上記のいずれのタイプであっても、上層に配置される電極を図１に示すようなスリット電極と同様の構成にすればよい。

ＦＦＳモードで駆動する液晶表示装置では、視野角の範囲内におけるカラーシフトを防止するために、各画素の中央部で上下に二分割した分割の境界線を対称軸として、当該対称軸に対して対称となる形状のスリット電極を配置する場合が考えられるが、この場合も上下の各々に配置されるスリット電極を、図１に示すようなスリット電極と同様の構成にすればよい。

図２は、スリット電極のスリットの角度を変化させた場合における液晶の電圧−透過率特性の一例を示す図である。

図２において、横軸は液晶を挟んで配置される電極（少なくとも一方はスリット電極）間に印加される電圧（Ｖ）を示し、縦軸は液晶の相対透過率を示している。また、図２では、角度θを５°、１０°、１５°とした場合における電圧−透過率特性を示している。

ＦＦＳモードにおいて、液晶の電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）は、スリット電極の角度θと、線幅Ｗ／間隔Ｓとによって変化する。

図２に示すように、角度θが小さいほど、電圧−透過率特性は低電圧側にシフトすることが分かる。

図３は、スリット電極の線幅Ｗ／間隔Ｓを変化させた場合における液晶の電圧−透過率特性の一例を示す図である。

図３において、横軸は透過率が最大となる電圧（Ｖ）を示し、縦軸は液晶の相対透過率を示している。また、図３では、線幅Ｗ／間隔Ｓを４．０μｍ／４．０μｍ、３．５μｍ／４．５μｍ、３．０μｍ／５．０μｍとした場合における電圧−透過率特性を示している。

電圧−透過率特性は、スリット電極の線幅Ｗ／間隔Ｓにも影響される。

図３に示すように、線幅Ｗ／間隔Ｓが小さいほど、電圧−透過率特性は高電圧側にシフトすることが分かる。

図４は、相対透過率と色度との関係の一例を示す図である。

図４において、横軸は相対透過率を示し、縦軸は色度値を示している。

図４に示すように、まず、相対透過率の増加に応じて色度値も増加する（色度は黄色側にシフトする）。その後、相対透過率の減少に応じて色度値も減少する（色度は青色側にシフトする）。

上記より、相対透過率に応じて色度が変化することから、電圧−透過率特性を変えることによって、印加電圧を一定とした状態で色度をコントロールすることができる。

具体的には、電圧−透過率特性の変更は、上述の通り、スリット電極の角度θや線幅Ｗ／間隔Ｓを変えることによって可能となる。従って、白色画素のみに対応するスリット電極の角度θや線幅Ｗ／間隔Ｓを変えれば、白色画素単独で電圧−透過率特性をコントロールすることができ、透過する光の色度を変えることが可能となる。すなわち、白色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性は、赤色画素、緑色画素、青色画素の各々に対応する液晶の電圧−透過率特性と異なる。

なお、図１では、スリット電極の角度θと線幅Ｗ／間隔Ｓとの両方を変えた場合を一例として示しているが、いずれか一方のみを変えることによって電圧−透過率特性を調整してもよい。

次に、ＲＧＢＷ画素を１絵素（基本単位）とした場合における、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度と、白色画素で形成される白色表示の色度とを合わせる（一致させる）方法について説明する。

図５，６は、白色表示の色度の調整を説明するための一例を示す図である。

なお、図５は色度の調整前の状態を示し、図６は色度の調整後の状態を示している。また、図５，６において、丸印は白色画素で形成される白色表示の色度値を示し、黒三角印はＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度値を示している。

図５に示すように、液晶を挟んで配置された電極（少なくとも一方はスリット電極）間に電圧を印加すると、色度は相対透過率の増加に応じて黄色側にシフトした後、青色側に少しシフトする（図５に示す破線に沿ってシフトする）。このとき、白色画素で形成される白色表示の色度値と、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度値とは異なる。図５の例では、白色画素で形成される白色表示の色度の方が黄色っぽい白色表示となる。

上記の場合において、白色スリット電極３の角度θ_Ｗを大きく、あるいは白色スリット電極３における線幅Ｗ_Ｗ／間隔Ｓ_Ｗの間隔Ｓ_Ｗを大きくすることによって、電圧−透過率特性を高圧側にシフトさせ、白色画素で形成される白色表示の色度値を、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度値に合わせる（一致させる）ことができる（図６参照）。

以上のことから、本実施の形態１によれば、ＲＧＢＷ画素で表示する場合において、白色表示の色度のずれを解消して所望の白色表示の色度を得ることが可能となる。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２による液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。なお、図７は、ＲＧＢＷ画素を１絵素（基本単位）とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置について示している。また、当該液晶表示装置は、フリンジ電界によって液晶の配向を変えるＦＦＳモードで駆動する。

図７に示すように、液晶層１３を挟んでＴＦＴ基板９およびＣＦ（Color Filter）基板１０が配置されている。

ＣＦ基板１０上には、カラーフィルタ１１およびオーバーコート膜１２が積層して形成されている。

カラーフィルタ１１は、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々に対応する位置に対応する色が着色されている（カラーレジスト膜）。

オーバーコート膜１２は、透明であり、カラーフィルタ１１上（液晶層１３側）に形成されている。

白色画素に対応する位置に形成されるカラーフィルタ１１およびオーバーコート膜１２は、透明であり、同じ透明レジスト膜を用いてもよい。図７では、同じ透明レジスト膜を用いた場合を示している。

図７に示すように、白色画素に対応する液晶層１３の厚さであるセルギャップ１５と、赤色画素、緑色画素、および青色画素に対応する液晶層１３の厚さであるセルギャップ１６との厚さは異なっている。

図８は、液晶層１３のリタデーションと色度との関係の一例を示す図である。

図８において、横軸はリタデーションΔｎ・ｄ（ｎｍ）を示し、縦軸はカラーフィルタ１１を透過しない場合における色度値を示している。

ＦＦＳモードで駆動する液晶表示装置において、液晶を透過する光のスペクトルは、液晶セルのリタデーションΔｎ・ｄ（ｄは液晶層１３の厚さ、Δｎは液晶層１３の屈折率異方性）によって変わることが一般的に知られている。

図８に示すように、リタデーションΔｎ・ｄを大きくする（例えばセルギャップを大きくする）と色度が黄色っぽくなり、リタデーションΔｎ・ｄを小さくする（例えばセルギャップを小さくする）と色度が青色っぽく変化する。

図９，１０は、白色表示の色度の調整を説明するための一例を示す図である。

なお、図９は色度の調整前の状態を示し、図１０は色度の調整後の状態を示している。また、図９，１０において、丸印は白色画素で形成される白色表示の色度値を示し、黒三角印はＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度値を示している。

図９に示すように、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度が、白色画素で形成される白色表示の色度よりも黄色っぽい場合において、白色画素に対応するセルギャップ（図７のセルギャップ１５）を大きくし、白色画素に対応する液晶層１３を透過する光のスペクトルを調整することによって、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度に合わせる（一致させる）ことができる（図１０参照）。すなわち、白色画素に対応する液晶を透過する光のリタデーションは、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々に対応する液晶を透過する光のリタデーションと異なっている。

白色画素に対応するセルギャップ（図７のセルギャップ１５）を変える場合は、白色画素に対応するレジスト膜厚１４を変える。すなわち、白色画素に対応する液晶を透過する光のリタデーションは、白色画素に対応するレジスト膜の厚さに応じて異なっている。

以上のことから、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、ＲＧＢＷ画素で表示する場合において、白色表示の色度のずれを解消して所望の白色表示の色度を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態２において、実施の形態１を適用してもよい。この場合、白色画素の白色表示の色度を調整する範囲を広がるとともに、微調整が可能となる。

＜実施の形態３＞
図１１は、本発明の実施の形態３によるブラックマトリクス１７の一例を示す図である。

ＣＦ基板上であって、液晶に対して表示面側には、ブラックマトリクス１７（遮光層）が配置されている。

図１１に示すように、ブラックマトリクス１７は、赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素に対応して形成された開口部１８〜２１を有している。

白色画素に対応する開口部２１の面積は、赤色画素、緑色画素、および青色画素に対応する各開口部１８〜２０の面積と異なっている。

白色画素に対応する液晶（例えば図７の液晶層１３）を透過する光の強度は、開口部２１の面積を調整することによって変更することができる。従って、開口部２１の面積を調整することによって、ＲＧＢ画素で形成される白色表示の色度と、白色画素で形成される白色表示の色度との混色を、所望の色度にすることが可能となる。

以上のことから、本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様、ＲＧＢＷ画素で表示する場合において、白色表示の色度のずれを解消して所望の白色表示の色度を得ることが可能となる。

また、本実施の形態３において、実施の形態１，２を適用してもよい。この場合、白色画素の白色表示の色度を調整する範囲を広がるとともに、微調整が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１赤色スリット電極、２スリット、３白色スリット電極、４スリット、５配向軸、６ソース配線、７ゲート配線、８ＴＦＴ、９ＴＦＴ基板、１０ＣＦ基板、１１カラーフィルタ、１２オーバーコート膜、１３液晶層、１４レジスト膜厚、１５，１６セルギャップ、１７ブラックマトリクス、１８〜２１開口部。

Claims

赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素を基本単位とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置であって、
前記白色画素に対応する前記液晶の電圧−透過率特性は、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶の前記電圧−透過率特性と異なり、
前記白色画素に対応する前記液晶の前記電圧−透過率特性において、前記白色画素で形成される白色表示の色度は、前記赤色画素、前記青色画素、および前記緑色画素で形成される白色表示の色度と一致することを特徴とする、液晶表示装置。
前記液晶表示装置は、フリンジ電界によって前記液晶の配向を変えるＦＦＳ（Fringe Field Switch）モードで駆動し、
前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素、および前記白色画素の各々は、電圧印加時に前記フリンジ電界を発生させる複数のスリットを有するスリット電極を備え、
前記電圧−透過率特性は、前記液晶の配向軸と各前記スリットの長手方向とがなす角度に応じて異ならせることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記電圧−透過率特性は、各前記スリットの短手方向の長さに対する各前記スリットの配置間隔の比に応じて異ならせることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示装置。
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションは、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションと異なることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素を基本単位とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置であって、
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションは、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションと異なり、
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションにおいて、前記白色画素で形成される白色表示の色度は、前記赤色画素、前記青色画素、および前記緑色画素で形成される白色表示の色度と一致することを特徴とする、液晶表示装置。
前記液晶に対して表示面側に配置されたレジスト膜をさらに備え、
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションは、前記白色画素に対応する前記レジスト膜の厚さに応じて異ならせることを特徴とする、請求項４または５に記載の液晶表示装置。
前記液晶に対して表示面側に配置された遮光層をさらに備え、
前記遮光層は、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素、および前記白色画素に対応して形成された開口部を有し、
前記白色画素に対応する前記開口部の面積は、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素に対応する各前記開口部の面積と異なることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
赤色画素、緑色画素、青色画素、および白色画素を基本単位とした画素構造で液晶を制御する液晶表示装置であって、
前記白色画素に対応する前記液晶の電圧−透過率特性が、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶の前記電圧−透過率特性と異なる構成と、
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションが、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションと異なる構成と、
のいずれか１つの構成を備え、
前記白色画素で形成される白色表示の色度は、前記赤色画素、前記青色画素、および前記緑色画素で形成される白色表示の色度と一致することを特徴とする、液晶表示装置。
前記白色画素に対応する前記液晶の電圧−透過率特性が、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶の前記電圧−透過率特性と異なる構成である場合において、
前記液晶表示装置は、フリンジ電界によって前記液晶の配向を変えるＦＦＳ（Fringe Field Switch）モードで駆動し、
前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素、および前記白色画素の各々は、電圧印加時に前記フリンジ電界を発生させる複数のスリットを有するスリット電極を備え、
前記電圧−透過率特性は、前記液晶の配向軸と各前記スリットの長手方向とがなす角度に応じて異ならせることを特徴とする、請求項８に記載の液晶表示装置。
前記電圧−透過率特性は、各前記スリットの短手方向の長さに対する各前記スリットの配置間隔の比に応じて異ならせることを特徴とする、請求項９に記載の液晶表示装置。
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションが、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションと異なる構成である場合において、
前記液晶に対して表示面側に配置されたレジスト膜をさらに備え、
前記白色画素に対応する前記液晶を透過する光のリタデーションは、前記白色画素に対応する前記レジスト膜の厚さに応じて異ならせることを特徴とする、請求項８に記載の液晶表示装置。
前記液晶に対して表示面側に配置された遮光層をさらに備え、
前記遮光層は、前記赤色画素、前記緑色画素、前記青色画素、および前記白色画素に対応して形成された開口部を有し、
前記白色画素に対応する前記開口部の面積は、前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素に対応する各前記開口部の面積と異なることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。