JPH0614249B2 - カラ−液晶表示パネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主にカラー液晶ディスプレイ、カラー液晶テレ
ビの高画質化、高コントラスト化に好適なカラー液晶パ
ネル構造に関する。

〔従来の技術〕

透過形液晶表示装置を高コントラストにする技術とし
て、特開昭６１−２１０３２７号公報および電子通信学
会技術研究報告ＥＤ８６−３９に記載があるように液晶
パネルをマルチギャップ化し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフ
ィルタ間をブラックマトリクス化する技術がある。この
技術はＲ，Ｇ，Ｂ各画素において異なるＴＮ液晶の旋光
分散をＲ，Ｇ，Ｂ画素毎に液晶層厚を変えて補償し、さ
らに、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタ間をブラックマト
リクスとすることにより、黒表示における漏洩光を低減
し、高コントラスト化を達成しようとしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｒ，Ｇ，Ｂ三種類の画素の集合からなるカラー液晶表示
パネルの各画素間を光吸収ないし光遮断構造とし、Ｒ，
Ｇ，Ｂ各画素毎に液晶層厚を変えてＴＮ液晶の旋光分散
を補償した構造とすることにより、該液晶表示パネルの
コントラストを向上させ、かつ、黒の色づきを防止する
ことができるが、この構造は液晶パネルの製造上におい
て、２〜３の問題がある。すなわち、その一つとして
Ｒ，Ｇ，Ｂ全画集のギャップを高精度で制御することは
非常に困難であることがあげられる。液晶の屈折率異方
性が約０．１のものを使用し、Ｇ画素のギャップを５μ
ｍとした場合、Ｒ画素、Ｂ画素のギャップは、概略試算
によると、それぞれ、約５．４μｍ、４．６μｍとな
る。この０．４μｍ程度のギャップ差を高精度で実現す
ることは非常に困難であり、そのため、上記方法で完全
にＴＮ液晶の旋光分散を補償することは極めて難しい。
また、通常の液晶パネルはカラーフィルタの上に透明な
共通電極を設けているが、該共通電極は厚みが３００〜
８００Å程度のＩＴＯ膜で形成することが多く、各カラ
ーフィルタ厚みに段差があると、このＩＴＯ膜が薄膜で
あるがゆえに段切れを生ずることがあり、不良の発生確
率が高い。

以上の理由により、上記方法でＴＮ液晶の旋光分散を補
償しようとすると液晶パネルの歩留まりが劣化し、非常
にコスト高になる。

そこで、本発明は上記した問題点を解決し、十分に高コ
ントラストで高画質なカラー液晶表示パネルを効率よく
得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は液晶を挾持している２枚の基板のうちの少な
くとも一方の基板の偏光板を該基板の内面側（対持する
基板側）に形成し、かつ、該偏光板の偏光軸方向をＲ，
Ｇ，Ｂの各画素毎にＲ，Ｇ，Ｂの各光線の該液晶に対し
ての旋光能にほぼ比例して異ならせて形成，配置するこ
とにより達成される。

〔作用〕

ツイストネマテイック液晶を挾持している２枚の基板の
うちの一方の基板に設ける偏光板を該基板の内面に、か
つ、偏光軸方向を各カラー画素透過光波長の旋光能にほ
ぼ比例した最適配置とすることによって、ノーマリーク
ローズ方式のカラー液晶パネルの場合、黒表示のとき
（画素電極と共通電極間電圧無印加時）はＲ，Ｇ，Ｂ各
画素とも透過光を最低レベルにすることができる。ま
た、白表示においては２枚の基板の画素電極と対向電極
間に十分な電圧を印加することにより液晶の旋光性が失
なわれるため、各色透過光ともそれぞれ最大透過光を得
ることができる。

以上のように、黒表示において黒の色づきがなく、か
つ、黒輝度を非常に小さく抑えることができるため、カ
ラー液晶表示パネルを高コントラスト化、高画質化する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。第１図(a)は本
発明透過形のカラー液晶表示パネルの一実施例の内部の
部分概略断面図、第１図(b)は本発明透過形カラー液晶
表示パネルの一実施例の部分概略断面図である。第１図
(a)において、２−１，２−２，２−２′，２−３は各
カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂ（図示せず）に対応した、か
つ、液晶パネル内部に配置した偏光板で、前述の如く、
Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタ毎に偏光軸方向を違えて配置し
た状態を示している。第１図(b)は本発明液晶パネルの
厚み方向の構成を示したもので、前記の各画素毎に形成
した偏光板２−１，２−２，２−２′，２−３は液晶パ
ネルの上基板１のガラス板１の内面側に配置されてい
る。それら偏光板２−１，２−２，２−２′，２−３の
上にＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ、さらにその上に保護
膜３、共通電極４、配向膜５を配置し、各偏光板２−
１，２−２，２−２′，２−３間、各カラーフィルタ
Ｒ，Ｇ，Ｂ間にブラックマトリクスＢＭを形成，配置
し、該上基板１を構成している。

一方、下基板１′はガラス板１′の外面に偏光板２′を
配置し、ガラス板１′の内面には画素電極７、ＴＦＴ６
を、その上部に配向膜５′を配置することにより形成さ
れている。上基板１と下基板１′との間に液晶層８を配
置し、透過形のカラー液晶パネルとしている。本発明液
晶パネルの構造上の特徴は前記の如く、少なくとも一方
の基板の偏光板をガラス板の内面側に、Ｒ，Ｇ，Ｂのカ
ラーフィルタ（画素）毎に形成し、該偏光板の偏光軸方
向を各フィルタ毎に最適になるようにした構成にある。
このような構成により、Ｒ，Ｇ，Ｂ各画素の液晶層を全
て一定厚みとした状態で、液晶パネルの黒表示輝度を十
分小さくすることができ（コントラスト向上）、かつ、
黒の色づきも防止することができるようになり、液晶パ
ネルの表示画質を向上させることができるようになる。
このとき、Ｒ，Ｇ，Ｂ各画素ギャップを変えた液晶パネ
ルの製造プロセスにおける問題、すなわち、厚みの異な
るフィルタ形成プロセスの複雑さから生ずるギャップ目
標値からのバラツキ，共通電極の段切れ等の問題を生ず
ることはない。

次に、第１図(a)，(b)に示す構成としたとき、上記の如
き効果を生ずる理由について説明する。

ツイストネマティック液晶を用いた透過形液晶パネルに
おいて、配向膜の配向制御方向を相互に９０度になるよ
うにし、ノーマリクローズ方式にて使用する場合、液晶
層を挾持した上下基板に配置する偏光板の偏光軸方向を
相互にほぼ平行になるように配置する。このように配置
することにより、上下基板に電圧を印加しない場合、一
方の偏光板を透過し直線偏光となった光線は液晶層のね
じれ配向にそって９０度旋光され、液晶パネルの他方の
面の偏光板に達するが、その偏光板の偏光軸方向と液晶
層を透過してきた直線偏光の偏光軸方向とは９０度異な
るため、該直線偏光は該偏光板を透過せず、その結果、
液晶パネルは黒表示となる。ところで、液晶パネルに入
射する光の波長は基本的には可視光波長である。その可
視光が液相パネルの光入射側の第１の偏光板により直線
偏光化され、液晶層を透過した場合、波長により旋光角
度に差を生ずる。一般に、長波長光に比べ、短波長光の
方が旋光度が大である。そのため、直線偏光とした可視
全域の光線を第２の偏光板で効率よく、遮断するには、
各波長域（Ｒ，Ｇ，Ｂ各波長域）毎にその波長光の旋光
度に合わせて、その偏光板の偏光軸方向を定める必要が
ある。そのような手段をとらなければ、ある特定波長域
の光は完全に遮断できても、他の波長域の光は若干透過
し、その結果、液晶パネル全体として高いコントラスト
をとることができなくなり、また、黒表示において、若
干赤色ないし青色等に着色した黒色を呈する。第２図
(a)，(b)，(c)はＧ，Ｒ，Ｂ各波長域（中心波長はそれ
ぞれ約５４０ｎｍ、約６１０ｎｍ、約４３５ｎｍ）の光
に対しての透過光を最低レベルに抑えることのできる偏
光板の偏光軸方向を模式的に示したものである。第２図
(a)は緑色光に対しての場合、(b)は赤色光、(c)は青色
光に対しての場合である。第２図(a)，(b)，(c)におい
て、１０−１，１０−２，１０−３は下部偏光板、11−
１，１１−２，１１−３は上部偏光板、８′は液晶層、
Ｎ−１，Ｎ−２，Ｎ−３は直線偏光の偏光方向を示して
おり、下部偏光板１０−１，１０−２，１０−３側から
光線９を入射させている。また、偏光板１０−１，１０
−２，１０−３に模式的に記載した直線ストライプは偏
光板の偏光軸方向であり、これらは同一方向に配置され
ている。第２図(a)，(b)，(c)に示した如く長波長域の
直線偏光に比べ、短波長域の直線偏光の方が液晶層８′
における回転角が大で、そのため、該偏光を完全に遮断
するためには偏光板１１−１，１１−２，１１−３の偏
光軸方向を第２図(a)，(b)，(c)に示す如く、該偏光の
偏光方向に直角に配置する（該偏光の偏光方向と該偏光
板の光吸収軸方向を一致させる）必要がある。

次に、前記各偏光板１１−１，１１−２，１１−３の偏
光軸方向の違いにより赤色光，緑色光，青色光の液晶パ
ネル透過率がどのように変るか、実測調査した結果の一
例を第３図に示す。第３図は液晶層厚を約８μｍ、偏光
板の偏光度が約９９％のものを使用し、液晶層間に電圧
を印加しないとき（黒表示のとき）の結果である。ま
た、第３図において、横軸は第２図(a)，(b)，(c)に示
す偏光板１１−１，１１−２，１１−３それぞれの偏光
軸角度を示し、縦軸は液晶パネルのＲ，Ｇ，Ｂ各画素の
透過率（相対値）を示す。曲線Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１はその
Ｒ，Ｇ，Ｂ各画素透過率の各偏光板１１−１，１１−
２，１１−３の偏光軸角度依存性を示すものであり、透
過率が最少になる該偏光軸角度はＲ，Ｇ，Ｂ各画素毎に
異なっている。すなわち、Ｇ画素の透過率が最少になる
偏光軸角度を基準（０度）としたとき、Ｒ画素，Ｂ画素
の透過率が最少になる該角度はそれぞれ、約−１０度、
約＋３度となっている。したがって、本発明でも、Ｒ，
Ｇ，Ｂ各画素毎に偏光板を配置し、各画素の透過率が最
少になるようにしている。Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の偏光板配置
を明るさをもっとも大きく支配するＧ画素の偏光板配置
（基準角度）に統一した場合の輝度に比べ、前記のよう
に、各偏光板の偏光軸を各画素の輝度が最低レベルにな
るように配置した場合の輝度は約５０％程度になる。す
なわち、前者に比べ、コントラストは約２倍になる。そ
のほかに、黒表示において、黒の色づきの防止、すなわ
ち、緑の明るさを最低レベルにしたときの赤，青の漏洩
光も最低レベルにすることができるため、真の黒色に近
くすることができ、画質の大幅向上が可能となる。な
お、第３図は特定のカラー液晶パネルの場合の一例であ
り、他の液晶パネル構成においては各偏光板の偏光軸角
度、黒レベルの状態は若干変化する。以上の理由に基づ
き、液晶パネルを第１図(a)，(b)の如き構成としたと
き、パネル黒表示の場合、Ｒ，Ｇ，Ｂ各波長域の光線と
も効率よく遮断できるようになり、液晶パネル表示画像
の画質向上に大きな効果を発揮する。

ところで、第１図(a)，(b)では基板１の偏光板をＲ，
Ｇ，Ｂ画素毎に、かつ、該基板１の内面に形成してい
る。これは、従来液晶パネルで行なっている液晶層を挾
持する基板の外面に配置する方法と異なるため、単に、
従来から作られている有機物製偏光板、すなわち、延伸
ポリビニルアルコール系フィルム、または延伸エチレン
−酢酸ビニル共重合体系フィルムに沃素等を含浸させて
作った偏光板を該基板１の内面に貼付するだけでは目的
を達成することは出来ない。しかし、次に述べる方法に
より、本発明液晶パネルに適用する偏光板を形成でき
る。

まず、一例として、所定の位置、すなわち第１図(b)の
ガラス板１の内面にワイヤーグリッドアレイにより偏光
板を形成する。ワイヤーグリッドアレイによる偏光板と
は入射光線波長より狭い間隔の光反射、ないし光吸収グ
リッドを多数平行に並べて構成したワイヤーグリッドア
レイに無偏光の光を入射させた場合、ワイヤーグリッド
アレイの整列方向と直角方向に振動する光線は反射、な
いし吸収され、その結果、ワイヤーグリッドアレイを透
過した光線は直線偏光になるという原理（W.A.Schurcli
ff著、福富斌夫他２名訳、偏光とその応用、Ｐ８５（１
９６５）共立出版参照）に基づくものである。また、ワ
イヤーグリッドアレイの具体的形成手段としては集束イ
オンビームを走査することにより直接形成する方法、ま
た、該グリッドアレイを形成するべき基板に先ず、蒸着
等により薄膜を形成しそれを次にホトレジストパターン
形成後ドライエッチング等の手段によりワイヤーグリッ
ドアレイにする方法等がある。上記のような方法によれ
ば、可視波長より狭い間隔のワイヤーグリッドアレイの
形成は可能であり、また同一基板上に、第４図に示した
ようなＲ，Ｇ，Ｂ３種類の画素用のワイヤーグリッドア
レイによる偏光板の形成も一連の工程で行なうことが可
能である。第４図において、Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２はそれぞ
れ、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素用のワイヤーグリッドアレイ偏光板
を示し、該偏光板における上面のストライプはワイヤー
グリッドアレイを模式的に示している。また、ワイヤグ
リッドアレイを金属、または金属の酸化物とすれば、該
グリッドアレイを形成した基板は、有機配向膜の硬化な
ど後の液晶パネル化工程で加熱されても特性が劣化する
ことはない。

Ｒ，Ｇ，Ｂ画素毎に偏光板を形成する手段として、液晶
パネル用偏光板の製法として従来から行なわれている方
法、例えば、延伸ポリビニルアルコール系フィルムまた
は延伸エチレン−酢酸ビニル共重合体系フィルムに沃素
等を含浸させる方法を応用して行なう手段もある。例え
ば、延伸方向をそれぞれ異にした上記フィルムにおい
て、該フィルムの位置を特定して沃素等を含浸させた
後、それらフィルムを重ね合せる等の方法が考えられ
る。また、フィルムを重ね合わせずに、１枚のフィルム
に沃素等を含浸させた後、特定の部分以外を残してとり
除き、次に別なフィルムをとりつけ、また、沃素等を含
浸後、特定部分以外をとり除く。さらに、同様なことを
繰り返し、最終的にＲ，Ｇ，Ｂ画素毎の偏光板をガラス
板内面に形成する方法も考えられる。ただし、これらの
場合は配向膜の形成など、後の液晶パネル化工程で高い
温度にならないように注意する必要がある。

第５図，第６図は本発明透過形カラー液晶表示パネルの
他の実施例の部分概略断面を示している。

第５図，第６図の実施例において、第１図の実施例と同
じ構成の部分には第１図の実施例における符号と同じ符
号をつけている。第５図の実施例において、第１図の実
施例と異なる点は上基板１″において、偏光板２−１，
２−２′をカラーフィルムＲ，Ｇの上部保護膜３′側に
配置している点にある。第６図の実施例において、第１
図の実施例と異なる点は上基板１″において、偏光板と
カラーフィルタとを機能一体化した偏光板機能付カラー
フィルタ１２−１，１２−２を形成、配置している点に
ある。該カラーフィルタを実現するためにはワイヤーグ
リッド方式で偏光板を形成する場合は光反射、吸収物質
からなるワイヤーグリッド間に顔料等による色素ストラ
イプを形成する方法がある。また、延伸有機フィルムで
偏光板を形成する場合、一例として、該偏光板に色素を
吸着させる方法がある。

その他、必要に応じて偏光板を液晶層を挾持する２枚の
基板両方の内側に形成すること、ＴＦＴ側に各画素毎の
偏光板を形成することなども上記の偏光板形成法により
可能である。

以上において述べた方法では画素毎に形成する偏光板を
液晶パネルのガラス板の内面側に配置する構成である
が、ガラス板を薄くした場合、この画素毎に形成する偏
光板をガラス板の外面側に形成しても液晶パネルの高コ
ントラスト化、黒の色付きの防止が可能である。しか
し、この場合、ガラス板が十分に薄くないと、結晶パネ
ルを正面方向以外から観視した場合、液晶層とその上部
の偏光板との対応がずれ、最適な画像を見ることができ
なくなる。なお、ガラス板の厚みを薄くしたとき、強度
的に問題がでる場合がある。これを対策した液晶パネル
として画素毎の偏光板を薄いガラス板と厚いガラス板で
サンドウイッチ構造としたものを適用した液晶パネルが
ある。その一実施例の要部断面を第７図に示す。第７図
の実施例において、第１図の実施例と同じ構成の部分に
は第１図の実施例における符号と同じ符号をつけてい
る。第７図において、各画素毎の偏光板１３−１，１３
−２を非常に薄いガラス板１４を介して各カラーフィル
タＲ，Ｇ，Ｂに対応配置し、また、該ガラス板１４の反
対側には通常の厚いガラス板１を配置している。なお、
薄いガラス板の厚みとしては各画素の縦，横寸法に対し
十分小さい、厚くても０．１ｍｍ以下にする必要があ
り、液晶層８の厚み（５〜１０μｍ）に比べて薄くでき
れば理想的である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明カラー液晶表示パネルによれば、液
晶パネルのギャップ厚みを全画素一定の厚みとした状態
で画面黒表示における輝度を十分低くすること、およ
び、黒の色づきをなくすことができるので、高コントラ
スト化、高画質化の達成できる透過形液晶表示パネルを
効率よく作成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)，第１図(b)はそれぞれ、本発明透過形カラー
液晶表示パネル一実施例の内部の部分概略断面図、第２
図(a)，(b)，(c)は、本発明透過形カラー液晶表示パネ
ルの液晶層、偏光板配置関係を示す模式図、第３図は偏
光板偏光軸方向と液晶パネル画素透過率との関係図、第
４図は本発明カラー液晶表示パネルに適用する偏光板の
一例を示す図、第５図，第６図，第７図は本発明透過形
カラー液晶表示パネルの他の実施例の厚み方向の部分概
略断面図である。 １，１′……ガラス板、１，１″，１，１′……上
基板、１′……下基板、２−１，２−２，２−２′，２
−３，２′，１０−１，１０−２，１０−３，１１−
１，１１−２，１１−３，１３−１，１３−２……偏光
板、３，３′，３″……保護膜、４……共通電極、５，
５′……配向膜、６……ＴＦＴ、７……画素電極、８，
８′……液晶層、９……光線、１２−１，１２−２……
偏光板機能付カラーフィルタ、ＢＭ……ブラックマトリ
クス、Ｒ，Ｇ……カラーフィルタ、Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１…
…画素透過率の偏光板光軸角度依存曲線，Ｒ２，Ｇ２，
Ｂ２……ワイヤーグリッドアレイ偏光板のワイヤーグリ
ッドアレイ、Ｎ−１，Ｎ−２，Ｎ−３……直線偏光の偏
光方向、１４……薄板ガラス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明ガラス板、偏光板、カラーフィルタ、
   共通電極および配向膜からなる第１の基板と透明ガラス
   板、偏光板、画素電極および配向膜からなる第２の基板
   との間にツイストネマティック型液晶を挾持してなるカ
   ラー液晶表示パネルにおいて、該偏光板のうち、少なく
   とも一方の偏光板を該透明ガラス板の内面側に形成し、
   かつ、該偏光板を赤色，緑色，青色の各カラー画素毎に
   偏光軸方向を各カラー画素透過波長の旋光能にほぼ比例
   して異ならせて形成、配置したことを特徴とするカラー
   液晶表示パネル。