JP6385132B2

JP6385132B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP6385132B2
Application number: JP2014100122A
Authority: JP
Inventors: 博嗣梅田; 俊明藤野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP2015219249A

Description

本発明は、横電界方式で駆動する液晶表示装置に関する。

一般的に、液晶表示装置では、透明基板上に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴという）を複数配設した薄膜トランジスタアレイ基板（以下、ＴＦＴ基板という）と、透明基板上にカラーフィルタを配置したカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ基板という）との間に液晶を封止した液晶パネルが用いられている。

ＴＦＴ基板には、ＴＦＴ（スイッチング素子）と、当該ＴＦＴに接続される液晶駆動電極等がマトリックス状のアレイで配置されている。また、ＣＦ基板には、赤色（Red、Ｒ）、緑色（Green、Ｇ）、青色（Blue、Ｂ）の着色層を含む画素（以下、ＲＧＢ画素という）と各色の着色層との間に配設される遮光層（ブラックマトリックス）が、各ＴＦＴに対応するように配設されている。

従来、代表的な液晶表示装置の駆動方式としてツイステッドネマティック（Twisted Nematic）モード（以下、ＴＮモードという）が採用されている。ＴＮモードは、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に封止された液晶に対して印加する電界の方向を基板に対して略垂直な方向とし、水平方向に配向している液晶層の分子（以下、液晶分子という）を電界によって垂直方向に配向させて動作する方式である。しかし、ＴＮモードは、液晶分子が電界によって垂直方向に配向する際において、基板に対して所定の角度を有するため、表示画面を見る方向によって明るさが異なり視野角を広くすることができないという問題がある。

このような問題の対策として、一方の基板上に形成した櫛歯電極によって横電界を発生させ、液晶分子を面内で回転させることによって光透過率を制御するインプレインスイッチング（In-Plane Switching）モード（以下、横電界モードという）で駆動する液晶表示装置がある。横電界モードで駆動する液晶表示装置は、液晶分子の長軸が基板面と略平行となり、液晶分子が基板に対して垂直方向に立ち上がることがない。従って、視野方向を変えたときの明るさの変化が小さく視野角依存性がほとんどない。このように、横電界モードは、ＴＮモードよりも視野角が非常に広く、表示品質が優れたモニター用途の液晶表示装置に採用されることが知られている。

横電界モードで駆動する液晶表示装置では、櫛歯電極上に横電界が生じないため、櫛歯電極上の液晶分子は印加電圧に応答せず常に非透過の状態となる。このように、横電界モードで駆動する液晶表示装置は、透過率が低くなるという問題があった。

上記の横電界モードにおける問題に対して、従来、一方の基板上に積層して形成したスリットを有する２つの電極間にフリンジ電界を発生させ、液晶分子を面内で回転させることによって光透過率を制御する方法が開示されている（特許文献１参照）。このような駆動モードは、フリンジフィールドスイッチング（Fringe Field Switching、以下、ＦＦＳモードという）と呼ばれる。なお、上記の２つの電極のうち、下層側に配置される電極がスリットを有さない電極であってもＦＦＳモードで駆動する液晶表示装置が得られる。

特許第３４９８１６３号公報

特許文献１のようなＦＦＳモードの液晶表示装置では、液晶に電圧を印加して透過率を変えたときの色度変化が大きく、特に、白色を表示する場合において中間調付近で黄色くなるという問題がある。

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、ＦＦＳモードを採用してＲＧＢ画素を表示する場合において、所望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、および青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、青色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性は、赤色画素および緑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、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（Fringe Field Switching）モードで駆動し、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々は、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を有するスリット電極を備え、液晶の電圧−透過率特性の異なりの程度は、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々における液晶の配向軸と各スリットの長手方向とがなす角度に応じ、青色画素における角度は、赤色画素および緑色画素における角度よりも大きいことを特徴とする。

本発明によると、赤色画素、緑色画素、および青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、青色画素に対応する液晶の電圧−透過率特性は、赤色画素および緑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、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（Fringe Field Switching）モードで駆動し、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々は、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を有するスリット電極を備え、液晶の電圧−透過率特性の異なりの程度は、赤色画素、緑色画素、および青色画素の各々における液晶の配向軸と各スリットの長手方向とがなす角度に応じ、青色画素における角度は、赤色画素および緑色画素における角度よりも大きいため、ＦＦＳモードを採用してＲＧＢ画素を表示する場合において、所望の色度を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態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による遮光層の構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態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による白色表示における色度変化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＞
図１は、本発明の実施の形態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では、ＲＧＢ画素を１絵素（基本単位、図中の一点鎖線）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、青色スリット電極１、赤色スリット電極３、および緑色スリット電極５は、ソース配線８およびゲート配線９に接続されたＴＦＴ１０が配置されるＴＦＴ基板上に設けられている。

青色スリット電極１は、青色画素に対応して設けられており、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７とがなす角度がθ_Ｂとなるように形成されている。

赤色スリット電極３は、赤色画素に対応して設けられており、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、液晶の配向軸７とがなす角度がθ_Ｒとなるように形成されている。

緑色スリット電極５は、緑色画素に対応して設けられており、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６を有している。各スリット６は、当該各スリット６の長手方向と、液晶の配向軸７とがなす角度がθ_Ｇとなるように形成されている。

上記の構成において、青色スリット電極１にて形成されるスリット２の角度θ_Ｂと、赤色スリット電極３にて形成されるスリット４の角度θ_Ｒおよび緑色スリット電極５にて形成されるスリット６の角度θ_Ｇとは異なっている。

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とし、下層に配置される電極を平面状とすればよい。

図２は、本発明の実施の形態による遮光層１１の構成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、遮光層１１が配置されている。

図２に示すように、遮光層１１は、青色画素に対応して形成された青色開口部１２、赤色画素に対応して形成された赤色開口部１３、および緑色画素に対応して形成された緑色開口部１４を有している。青色開口部１２、赤色開口部１３、および緑色開口部１４は、１絵素（図中の一点鎖線）ごとに遮光層１１の上下方向に複数配置されている。

青色開口部１２の開口率（面積）は、赤色開口部１３および緑色開口部１４の開口率よりも大きい。これらの開口率は、ＴＦＴ基板側に設けられた各画素電極の形状あるいは面積が色ごとに異なるように調整してもよいが、本実施の形態では、各画素電極の形状あるいは面積を変えずに、遮光層１１にて形成される各色に対応する開口部の面積が異なるように調整している。

赤色開口部１３および緑色開口部１４付近では、赤色開口部１３および緑色開口部１４の開口率を調整することによって、遮光層１１における遮光部（遮光領域）が広く形成されており、遮光部には柱状スペーサ１５が配置されている。

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、各スリット電極（青色スリット電極１、赤色スリット電極３、緑色スリット電極５）におけるスリットの角度（角度θ_Ｂ、角度θ_Ｒ、角度θ_Ｇ）について、各画素の行方向あるいは列方向を対称軸として線対称となるように交互に配置する場合が多い。本実施の形態では、図２に示すように、行方向（紙面横方向）を対称軸として線対称となるように、各画素の１行ごとに各スリットの角度を異ならせている。この場合も、対称軸に対して上下の各々に配置される各スリット電極を、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。

また、視野角の範囲内におけるカラーシフトを防止する他の方法としては、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、この場合も対称軸に対して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３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３において、横軸は上層および下層に配置される電極（上層は図１に示すようなスリット電極）間に印加される電圧（Ｖ）を示し、横軸は液晶の相対透過率を示している。また、図３では、角度（角度θ_Ｂ、角度θ_Ｒ、角度θ_Ｇ）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、スリット電極におけるスリットの角度によって変化する。図２に示すように、スリットの角度が小さいほど、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４は、白色表示における色度変化の一例を示す図である。

図４に示すように、上層および下層に配置される電極（上層は図１に示すようなスリット電極）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４に示す矢印に沿ってシフトする）。このように、印加する電圧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一定の電圧下において色度の制御が可能であることが分かる。

具体的には、電圧−透過率特性は、上述の通りスリット電極におけるスリットの角度を変えることによって変更可能である。従って、青色スリット電極１におけるスリット２の角度θ_Ｂを、赤色スリット電極３におけるスリット４の角度θ_Ｒ、および緑色スリット電極５におけるスリット６の角度θ_Ｇよりも大きくすることによって、青色画素の低階調から中階調までにおける透過率を高めることができる。すなわち、中間調付近での黄色の色付きを防ぐことができる。

また、図２に示すように、スリット電極におけるスリットの角度が大きいほど、高電圧側の透過率が低下することが分かる。すなわち、青色スリット電極１におけるスリット２の角度θ_Ｂを、赤色スリット電極３におけるスリット４の角度θ_Ｒ、および緑色スリット電極５におけるスリット６の角度θ_Ｇよりも大きくすることによって、青色画素の高階調側では透過率が低下してしまう。

このような問題に対して、本実施の形態では、青色開口部１２の開口率を、赤色開口部１３および緑色開口部１４の開口率よりも大きくすることによって、青色画素の透過率を向上させている。このように、青色開口部１２の開口率を、赤色開口部１３および緑色開口部１４の開口率よりも大きくすることによって、青色スリット電極１におけるスリット２の角度θ_Ｂを、赤色スリット電極３におけるスリット４の角度θ_Ｒ、および緑色スリット電極５におけるスリット６の角度θ_Ｇよりも大きくすることによって青色画素の高階調側の透過率が低下した分を補っている。従って、スリット電極におけるスリットの角度を調整することによって中間調付近での黄色の色付きを防ぐとともに、遮光層における開口部の開口率を調整することによって高階調側での黄色の色付きを防ぐことができる。

また、一般的に、柱状スペーサの近傍では、液晶の配向乱れによるコントラストの低下を招いており、当該コントラストの低下を防ぐべく柱状スペーサの近傍に比較的面積が大きい遮光部を単に形成すると、透過率および遮光部における開口部の開口率が低下し、表示される画像が暗くなるか、あるいは液晶表示装置の消費電力が増大することにつながる。

このような問題に対して、本実施の形態では、赤色開口部１３および緑色開口部１４付近において広く形成された遮光部を活用して柱状スペーサ１５を配置している。このよう構成とすることによって、柱状スペーサ１５の近傍にて発生する液晶の配向乱れを隠すことができるためコントラストが向上するとともに表示ムラを軽減することができる。また、本実施の形態のように広く形成された遮光部を活用せず、柱状スペーサの近傍に別途遮光部を設ける場合と比較して、透過率および開口部の開口率が向上に伴って表示画像の輝度が向上されるか、あるいは液晶表示装置の消費電力の低減につながる。

以上のことから、本実施の形態によれば、ＦＦＳモードを採用してＲＧＢ画素を表示する場合において、所望の色度を得ることが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１青色スリット電極、２スリット、３赤色スリット電極、４スリット、５緑色スリット電極、６スリット、７配向軸、８ソース配線、９ゲート配線、１０ＴＦＴ、１１遮光層、１２青色開口部、１３赤色開口部、１４緑色開口部、１５柱状スペーサ。

Claims

赤色画素、緑色画素、および青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、
前記青色画素に対応する前記液晶の電圧−透過率特性は、前記赤色画素および前記緑色画素の各々に対応する前記液晶の電圧−透過率特性と異なり、
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 Switching）モードで駆動し、
前記赤色画素、前記緑色画素、および前記青色画素の各々は、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、
前記液晶の電圧−透過率特性の前記異なりの程度は、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おける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、
前記青色画素における前記角度は、前記赤色画素および前記緑色画素における前記角度よりも大きいことを特徴とする、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、および前記青色画素の各々に対応して形成された開口部を有し、
前記青色画素に対応する前記開口部の面積は、前記赤色画素および前記緑色画素に対応する各前記開口部の面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶を保持する柱状スペーサをさらに備え、
前記柱状スペーサは、前記赤色画素および前記緑色画素に対応する各前記開口部間に形成された前記遮光層の遮光領域に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示装置。