JP6898065B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
この発明は、複数枚の液晶パネルを重ね合わせて構成される液晶表示装置に関する。
従来から、表示面側のＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ）パネルおよびバックライト側のＬＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）パネルの２枚の液晶パネルを重ね合わせるとともに、それぞれの液晶パネルを挟む偏光板を互いにクロスニコルになるように配置することにより、液晶表示装置全体のコントラストを各液晶パネルのコントラストの積として、高いコントラストを実現した液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、このような液晶表示装置では、ＬＶパネルを透過した光が再びＲＧＢパネルを透過することから、広視野角特性を確保するために、ＬＶパネルおよびＲＧＢパネルとして、ともに広視野角の液晶パネルが用いられている。なお、広視野角の液晶パネルとしては、例えばＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶パネル、その他複屈折モードの液晶パネルが挙げられる。
以下、図８〜９を参照しながら、従来のＲＧＢパネルおよびＬＶパネルの構成について説明する。ここでは、ＲＧＢパネルおよびＬＶパネルがともにＩＰＳモードの液晶パネルである場合を例に挙げて説明する。図８は、従来のＲＧＢパネルの単位画素を示す平面図である。図９は、従来のＬＶパネルの単位画素を示す平面図である。
図８において、ＲＧＢパネルの単位画素には、カラーフィルタのＲＧＢ（赤、緑、青）に対応するサブピクセルが設けられ、サブピクセルのそれぞれは、ＲＧＢパネルに設けられたブラックマトリクスにより区切られている。図９において、ＬＶパネルの単位画素は、ＲＧＢパネルと同様に、ブラックマトリクスにより区切られたサブピクセルを含んでいる。
しかしながら、２枚の液晶パネルを重ね合わせた液晶表示装置では、コントラストは向上するものの、透過率は１枚の液晶パネルのものよりも低下するという問題がある。これは、ＬＶパネルに設けられたブラックマトリクスにより光が遮られること、およびＲＧＢパネルに設けられたブラックマトリクスとＬＶパネルに設けられたブラックマトリクスとのずれによって光が遮られることによる。
また、２枚の液晶パネルを重ね合わせた液晶表示装置において、隣接する液晶パネルの同等な周期を持つ微細構造物同士（例えば、ゲートライン、データライン、ブラックマトリクス等）の構造干渉に起因するモアレにより、表示品質が低下するという問題もある。ここで、ゲートライン、データラインおよびブラックマトリクスのうち、最も太いのはブラックマトリクスであり、ブラックマトリクスが太くなるほどモアレが強くなる。
すなわち、従来の２枚の液晶パネルを重ね合わせた液晶表示装置では、画質の低下を防止することを目的として、ＲＧＢパネルとＬＶパネルとを、同一の設計ルールにより製造している。そのため、二重にマージンを確保することとなっていた。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高い透過率を確保するとともに、モアレを低減して、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を得ることを目的とする。
この発明に係る液晶表示装置は、複数枚の液晶パネルを重ね合わせて構成される液晶表示装置であって、複数枚の液晶パネルのそれぞれは、表示面側の上部ガラス基板とバックライト側の下部ガラス基板とを備え、最も表示面側の液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、通過する光に赤、緑、青の色を付加するカラーフィルタと、光を遮断するブラックマトリクスと、を有し、複数枚の液晶パネルのうち、最も表示面側の液晶パネルを除く液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、下部ガラス基板に形成される薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域のみ、ブラックマトリクスが形成されている。
この発明に係る液晶表示装置によれば、複数枚の液晶パネルを重ね合わせて構成される液晶表示装置において、複数枚の液晶パネルのそれぞれは、表示面側の上部ガラス基板とバックライト側の下部ガラス基板とを備え、最も表示面側の液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、通過する光に赤、緑、青の色を付加するカラーフィルタと光を遮断するブラックマトリクスとを有し、複数枚の液晶パネルのうち、最も表示面側の液晶パネルを除く液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、下部ガラス基板に形成される薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域のみ、ブラックマトリクスが形成されている。
これにより、高い透過率を確保するとともに、モアレを低減して、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を得ることができる。
これにより、高い透過率を確保するとともに、モアレを低減して、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を得ることができる。
以下、この発明に係る液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、下記の実施の形態では、２枚の液晶パネルを重ね合わせた液晶表示装置を例に挙げて説明するが、これに限定されず、３枚以上の液晶パネルを重ね合わせた液晶表示装置についても同様の説明が当てはまる。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置を示す断面図である。図１において、液晶表示装置１００は、バックライト１０、表示面側のＲＧＢパネル２０、バックライト側のＬＶパネル３０および光拡散層４０から構成されている。なお、ＲＧＢパネル２０およびＬＶパネル３０は、広視野角特性を有するＩＰＳモードの液晶パネルである。
図１は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置を示す断面図である。図１において、液晶表示装置１００は、バックライト１０、表示面側のＲＧＢパネル２０、バックライト側のＬＶパネル３０および光拡散層４０から構成されている。なお、ＲＧＢパネル２０およびＬＶパネル３０は、広視野角特性を有するＩＰＳモードの液晶パネルである。
バックライト１０は、例えばプラスチック等の遮光性を有する筐体（図示せず）の底部に取り付けられ、ＬＶパネル３０に向けて光を照射する。なお、バックライト１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や導光板、光学シート等で構成されるが、図示を省略している。
ＲＧＢパネル２０は、表示面側の上部ガラス基板２１、バックライト側の下部ガラス基板２２、上部ガラス基板２１と下部ガラス基板２２との間に液晶が封入された液晶層（図示せず）、上部ガラス基板２１の表示面側に貼り合わせられた第１偏光板２３、および下部ガラス基板２２のバックライト側に貼り合わせられた第２偏光板２４とから構成されている。
ここで、第１偏光板２３および第２偏光板２４は、それぞれ特定の振動方向の光のみを透過させるものであり、第１偏光板２３と第２偏光板２４とは、偏光方向同士が直交するクロスニコルに配置されている。なお、上部ガラス基板２１と下部ガラス基板２２との間には、液晶駆動用の共通電極や通過する光にＲＧＢの色を付加するカラーフィルタ、配向膜等が設けられているが図示を省略している。
ＬＶパネル３０は、表示面側の上部ガラス基板３１、バックライト側の下部ガラス基板３２、上部ガラス基板３１と下部ガラス基板３２との間に液晶が封入された液晶層（図示せず）、上部ガラス基板３１の表示面側に貼り合わせられた第１偏光板３３、および下部ガラス基板３２のバックライト側に貼り合わせられた第２偏光板３４とから構成されている。
ここで、第１偏光板３３および第２偏光板３４は、それぞれ特定の振動方向の光のみを透過させるものであり、第１偏光板３３と第２偏光板３４とは、偏光方向同士が直交するクロスニコルに配置されている。なお、上部ガラス基板３１と下部ガラス基板３２との間には、液晶駆動用の共通電極や配向膜等が設けられているが図示を省略している。
また、ＬＶパネル３０は、通過する光の量を制御するだけなので、カラーフィルタは不要である。また、カラーフィルタが不要であることから、図２に示されるように、ＬＶパネルにおいて、３つのサブピクセルを１つにまとめた１ピクセル単位制御を実行してもよい。
また、ＲＧＢパネル２０およびＬＶパネル３０において、ＲＧＢパネル２０の第２偏光板２４とＬＶパネル３０の第１偏光板３３とは、偏光方向が互いに一致している。なお、ＲＧＢパネル２０の第２偏光板２４とＬＶパネル３０の第１偏光板３３との偏光方向が一致していることから、第１偏光板３３および光拡散層４０を省略してもよい。
光拡散層４０は、入射された光を拡散して出射する。ここで、光拡散層４０は、入射された光を拡散して出射するものであれば、シート状であってもよいし、接着剤や樹脂であってもよい。この発明の実施の形態１では、光拡散層４０として、例えばＴＡＣ（トリアセチルセルロース：Ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）の拡散シートを用いる。
図３（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の表示面側のＲＧＢパネルを模式的に示す断面図である。図３（ａ）において、ＲＧＢパネル２０の上部ガラス基板２１には、通過する光に赤、緑、青の色を付加するカラーフィルタ２５と光を遮断するブラックマトリクス２６とが形成され、オーバーコーティング層２７により封止されている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）からブラックマトリクス２６を除去したものを示している。
図３（ａ）、（ｂ）において、ＲＧＢパネル２０から例えば緑色の光を出そうとした場合、緑色のサブピクセルが駆動される。このとき、下部ガラス基板２２を透過した光が拡散することにより、ブラックマトリクス２６が形成されていない場合には、拡散した光が赤および青のカラーフィルタを通過することになり、混色が生じる。すなわち、混色を防止して単一色の光を出すために、ＲＧＢパネル２０の上部ガラス基板２１には、ブラックマトリクス２６が必要になる。
これに対して、ＬＶパネル３０は、上述したように、通過する光の量を制御するだけであり、液晶表示装置１００に表示される画像はＲＧＢパネル２０に依存することから、厳密な設計ルールが要求されない。すなわち、ＬＶパネル３０は、白色の光を出すだけなので、カラーフィルタが不要であり、混色が生じないので、ブラックマトリクスを形成する必要もない。
図４は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置のバックライト側のＬＶパネルを模式的に示す断面図である。図４において、ＬＶパネル３０の上部ガラス基板３１には、ＲＧＢパネル２０のブラックマトリクス２６に対応する領域にブラックマトリクスが形成されておらず、下部ガラス基板３２に形成される薄膜トランジスタ（図示せず）のチャネルに対応する領域のみ、ブラックマトリクスが形成されている。
ここで、薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域のみ、ブラックマトリクスを形成するのは、外部からの光によって薄膜トランジスタが異常駆動することを防止するためである。なお、ＬＶパネル３０は、サブピクセル単位で制御されるものであってもよいし、３つのサブピクセルを１つにまとめた１ピクセル単位制御が実行されるものであってもよい。また、オーバーコーティング層３５は、カラーフィルタが不要であることから、除去することもできる。
このように、ＬＶパネル３０の上部ガラス基板３１において、薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域を除いてブラックマトリクスを除去することにより、従来技術の課題であった、ＬＶパネルに設けられたブラックマトリクスにより光が遮られること、およびＲＧＢパネルに設けられたブラックマトリクスとＬＶパネルに設けられたブラックマトリクスとのずれによって光が遮られることがなく、透過率を向上させることができる。また、ブラックマトリクスを除去することにより、モアレも低減することができる。
図５は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置のバックライト側のＬＶパネルにおけるバックライト側の下部ガラス基板を、従来のものと対比して模式的に示す断面図である。図５では、上段に従来のＬＶパネルの下部ガラス基板を示し、下段にこの発明の実施の形態１に係るＬＶパネル３０の下部ガラス基板３２を示している。
図５において、ＬＶパネル３０の下部ガラス基板３２には、共通電極３６、画素電極３７およびデータライン３８が形成されている。また、データライン３８と直交するように、ゲートライン（図示せず）が形成されている。ここで、下部ガラス基板３２は、データライン３８上に共通電極３６が形成されたＶｃｏｍトップ構造を有している。Ｖｃｏｍトップ構造によれば、電界を発生させてもデータライン状の液晶に挙動が生じず、光の漏れを防止することができる。
このとき、ＬＶパネル３０の上部ガラス基板３１において、薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域を除いてブラックマトリクスを除去したことにより、下部ガラス基板３２において、開口部を拡大して画素領域を拡大させることができる。これにより、ＬＶパネル３０の開口率を向上させて、透過率を向上させることができる。
すなわち、ピクセル毎の境界をなす境界線のＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を、ブラックマトリクスの線幅からデータライン３８またはゲートラインの線幅まで低減することができる。
具体的には、データライン３８側のＣＤを、ブラックマトリクスの７〜８μｍから、データライン３８の３〜４μｍまで低減し、ゲートライン側のＣＤを、ブラックマトリクスの１５〜２０μｍから、ゲートラインの８〜１０μｍまで低減することができる。なお、データライン３８がオープンされると光が漏れてしまうので、片側１〜３μｍ程度の工程マージンは確保する必要がある。
また、共通電極３６と隣接する画素の画素電極３７との間、または共通電極３６とデータライン３８との間で電界がカップリングし、光が漏れたとしても、この漏れた光は、ＲＧＢパネル２０によって１／１０００程度にまで低減されるので、影響はほとんど生じない。具体的には、コントラストが１０００：１の液晶パネルであれば、ＬＶパネルから１０ｎｉｔの光が漏れた場合であっても、ＲＧＢパネルを通過すると、０．０１ｎｉｔ程度まで低減される。
このように、ＬＶパネル３０の下部ガラス基板３２において、開口部を拡大して画素領域を拡大させることにより、ＬＶパネル３０の開口率を向上させて、透過率を向上させることができる。また、ピクセル毎の境界をなす境界線のＣＤを、ブラックマトリクスの線幅からデータライン３８またはゲートラインの線幅まで低減することにより、モアレも低減することができる。
以下、図６〜７を参照しながら、上記構成の液晶表示装置１００の効果について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の効果を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、従来の液晶表示装置、ブラックマトリクスを除去した液晶表示装置（図４参照）およびブラックマトリクスを除去して画素を拡大した液晶表示装置（図４、５参照）について、駆動電圧と透過率との関係を示すグラフおよび表である。
図６（ａ）、（ｂ）において、従来の液晶表示装置における透過率の最大値が０．１７８８１（８Ｖ）であるのに対して、ブラックマトリクスを除去して画素を拡大した液晶表示装置における透過率の最大値が０．１９９２７（９Ｖ）となっており、透過率が１０％以上向上していることが分かる。
図７は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の効果を示す説明図である。図７は、従来の液晶表示装置、ブラックマトリクスを除去した液晶表示装置（図４参照）およびブラックマトリクスを除去して画素を拡大した液晶表示装置（図４、５参照）について、それぞれ０Ｖ、４Ｖおよび９Ｖを印加した場合の単位画素を示している。
図７において、従来の液晶表示装置に対して、ブラックマトリクスを除去した液晶表示装置およびブラックマトリクスを除去して画素を拡大した液晶表示装置では、ブラックマトリクスがないにもかかわらず、光の漏れが発生していないことが分か。また、ピクセル毎の境界をなす境界線のＣＤが、ブラックマトリクスの線幅からデータラインまたはゲートラインの線幅まで低減されて、開口部が拡大していることが分かる。
以上のように、実施の形態１によれば、複数枚の液晶パネルを重ね合わせて構成される液晶表示装置において、複数枚の液晶パネルのそれぞれは、表示面側の上部ガラス基板とバックライト側の下部ガラス基板とを備え、最も表示面側の液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、通過する光に赤、緑、青の色を付加するカラーフィルタと光を遮断するブラックマトリクスとを有し、複数枚の液晶パネルのうち、最も表示面側の液晶パネルを除く液晶パネルにおいて、上部ガラス基板は、下部ガラス基板に形成される薄膜トランジスタのチャネルに対応する領域のみ、ブラックマトリクスが形成されている。
また、複数枚の液晶パネルのうち、最も表示面側の液晶パネルを除く液晶パネルにおいて、下部ガラス基板の画素領域が、データラインおよびゲートラインまで拡大されている。
これにより、高い透過率を確保するとともに、モアレを低減して、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を得ることができる。
また、複数枚の液晶パネルのうち、最も表示面側の液晶パネルを除く液晶パネルにおいて、下部ガラス基板の画素領域が、データラインおよびゲートラインまで拡大されている。
これにより、高い透過率を確保するとともに、モアレを低減して、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を得ることができる。
なお、上記実施の形態１では、ＲＧＢパネル２０の上部ガラス基板２１にカラーフィルタ２５が形成されている場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、ＲＧＢパネル２０の下部ガラス基板２２上にカラーフィルタが形成されてもよい。
また、上記実施の形態１では、ＲＧＢパネル２０およびＬＶパネル３０として、ＩＰＳモードの液晶パネルを用いた場合について説明するが、広視野角特性を有する他の液晶パネルであってもよい。
また、上記実施の形態１において、ＬＶパネルのブラックマトリクスを除去して光の遮断を軽減することは、ＩＰＳモードの液晶パネル以外の液晶パネル、例えばＶＡモードの液晶パネルやＴＮモードの液晶パネルでも実現可能である。しかしながら、ＶＡモードやＴＮモードの液晶パネルにおいて、下部ガラス基板の画素領域を拡大することは、電界のカップリングによる光の漏れの影響を考慮する必要がある。
１０ バックライト、２０ ＲＧＢパネル、２１ 上部ガラス基板、２２ 下部ガラス基板、２３ 第１偏光板、２４ 第２偏光板、２５ カラーフィルタ、２６ ブラックマトリクス、２７ オーバーコーティング層、３０ ＬＶパネル、３１ 上部ガラス基板、３２ 下部ガラス基板、３３ 第１偏光板、３４ 第２偏光板、３５ オーバーコーティング層、３６ 共通電極、３７ 画素電極、３８ データライン、４０ 光拡散層、１００ 液晶表示装置。
Claims (4)
- 液晶表示装置であって、
表示面側に配置され、表示面側の上部ガラス基板、バックライト側の下部ガラス基板、第１ゲートライン、第１データライン、第１画素電極、第１共通電極、通過する光に赤、緑、青の色を付加するカラーフィルタ、第１ブラックマトリクス、および、前記カラーフィルタおよび前記第１ブラックマトリクスを覆うオーバーコーティング層を含む第１液晶パネルと、
背面側に配置され、表示面側の上部ガラス基板、バックライト側の下部ガラス基板、第２ゲートライン、第２データライン、第２画素電極、第２共通電極、および、第２ブラックマトリクスを含む第２液晶パネルとを備え、
前記第２液晶パネルは、前記第２データライン上に前記第２共通電極が形成されたＶｃｏｍトップ構造を有するＩＰＳモードの液晶パネルであり、カラーフィルタおよびオーバーコーティング層を持たず、その結果、前記第２ブラックマトリクスは前記オーバーコーティング層に覆われておらず、
前記第２ブラックマトリクスは、前記下部ガラス基板に形成される薄膜トランジスタのチャネルに対応する上部ガラス基板の領域のみに形成され、
前記第２データラインと前記第２画素電極との間の距離は、前記第１データラインと前記第１画素電極との間の距離よりも小さい
液晶表示装置。 - 前記第２液晶パネルの前記下部ガラス基板の画素領域が、前記第２データラインおよびゲートラインまで拡大されている
請求項１に記載の液晶表示装置。 - 液晶パネルと液晶パネルとの間に設けられ、入射された光を拡散して出射する光拡散層をさらに備えた
請求項１または２に記載の液晶表示装置。 - 前記第１液晶パネルは、ＩＰＳモード液晶パネル、ＶＡモード液晶パネル、複屈折モード液晶パネルの内の１つである
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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