JPH0884347A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準白色の範囲を制限されることなく、また
カラーフィルタやバックライトの選択の自由度を増した
カラー液晶表示装置を提供する。 【構成】 液晶セルのＲ、Ｇ、Ｂ各色の面積比率を変化
させて形成する。つまり、液晶セルの開口部１００の面
積比率を、構成要素であるバックライトやカラーフィル
タの分光特性に応じて選択可能とする。更に、バックラ
イトやカラーフィルタとの組合せで表示可能な色再現範
囲を選択自在とした。 【効果】 液晶セルの透過状態時の白色を自由に設定可
能でり、且つ透過光量を最大にすることができる。従っ
て、カラー液晶表示装置の色再現範囲を拡大することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶モニタ付カメラ一体
型ＶＴＲや液晶ディスプレイ付機器のためのカラー液晶
表示装置に関し、特に、光の分光特性を改善したカラー
フィルタを備えたカラー液晶表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶モニタ付カメラ一体型ＶＴＲ
やラップトップパソコンに代表される液晶ディスプレイ
付機器の普及とともに、液晶ディスプレイへの高性能化
への要求が高まり、液晶ディスプレイの高精細化やカラ
ー化が急速に進行している。この液晶ディスプレイのカ
ラー化技術については、各種の方式が研究開発されてお
り、大別すると以下の５方式に分類される。 １．電界制御複屈折方式（ＤＡＰ：Deformation of Ver
tical Aligned Phase方式に代表される方式で、印加電
圧によるリタデーションＲの変化を利用してカラー表示
するためカラーフィルタ不要。） ２．ゲスト・ホスト方式（ＧＨ：Host液晶に二色性染料
Gestを溶解したもの。） ３．カラー偏光板方式（片側にカラー偏光板を使用して
カラー表示を行う。） ４．カラーフィルタ方式（染色、印刷、電着、顔料分散
法等で形成して加法混色によるカラー表示を行う。） ５．電極着色方式（透明電極上に直接カラーフィルタを
設ける。） 中でもカラーフィルタ方式は、その色再現性の良さや、
フルカラー表示の容易さから主流を占めるようになっ
た。フルカラー表示では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）（以下、単に「Ｒ、Ｇ、Ｂ」と記す）のカラーフ
ィルタ方式による加法混色表示が多く採用されている。
なお、液晶ディスプレイのカラー化技術の詳細について
は、平成３年９月１日発行、ラジオ技術社刊「液晶ディ
スプレイその概要と応用市場」の７３頁に記載されてい
る。

【０００３】従来技術のカラー液晶表示装置を図２ない
し図７を参照して説明する。初めに、図２を参照してカ
ラー液晶表示装置の詳細を説明する。図２は従来技術の
カラー液晶表示装置の要部を示す分解斜視図であり、
（Ａ）は全体図、（Ｂ）は液晶セル開口部の拡大図であ
る。

【０００４】同図（Ａ）において符号１はカラー液晶表
示装置を指す。カラー液晶表示装置１は、光源であるバ
ックライト２とカラー液晶パネル３で大略構成される。
カラー液晶パネル３の細部構成は、ガラス基板４、偏光
板５、ＴＦＴ６、液晶分子７、カラーフィルタ８、そし
てブラックストライプ９で構成されている。

【０００５】光源であるバックライト２はカラー液晶パ
ネル３に近接して配設されており、前記カラー液晶パネ
ル３に光を照射する働きをする。このバックライト２に
は、その分光特性を後述するカラーフィルタの分光特性
に適合させた３波長蛍光体を用いた冷陰極ランプが主に
使用される。

【０００６】カラー液晶パネル３のガラス基板４上に
は、互いに絶縁された走査線と信号線が形成され、その
各交点には薄膜形成とフォトリソグラフィ技術により、
ＴＦＴ(Thin Film Transistor)が形成される。ＴＦＴの
ゲート電極は走査線に、ソース電極は信号線に、そして
ドレイン電極は各画素電極にそれぞれ接続されている。
また、他方のガラス基板４の開口部には、Ｒ、Ｇ、Ｂの
カラーフイルタ８が形成され、開口部以外にはブラック
ストライプ９が形成されている。Ｒ、Ｇ、Ｂが一組で画
像の最小単位ピクセルを構成している。この２枚のガラ
ス基板４の隙間に液晶分子７を注入して、更にガラス基
板４の外側に偏光板５を直交に配設してカラー液晶ディ
スプレイＬＣＤ(Liquid Crystal Display)パネルが構成
されている。なお、この２枚のガラス基板４に挟まれた
１画素分の領域を液晶セルと定義する。

【０００７】このような構成のカラー液晶パネルの動作
を説明する。前記の２枚のガラス基板４の界面には、液
晶分子７が面に沿って平行に一軸配向するようにラビン
グ処理（図示せず）されており、注入された液晶分子７
はこのラビング処理の作用により９０度捩じれて配向す
る。液晶セルは旋光性を有しており、電圧を印加しない
通常状態では前記バックライト２が照射した光は液晶セ
ル内の液晶分子軸に沿って伝搬し、偏波面が９０度回転
する。この旋光方向にに沿って直交するように２枚の偏
光板５が配設されているので、入射した光はそのまま液
晶セルを透過して、一方のガラス基板４に形成したカラ
ーフィルタ８のＲ、Ｇ、Ｂに応じた発色を行う。

【０００８】一方、液晶セルにしきい値以上の電圧を印
加すると、液晶分子７は電圧方向（両ガラス基板の方
向）に揃って立ち、旋光性が失われて光は遮断され、
（以下、単に「遮断状態」と記す）黒色表示となる。つ
まり、しきい値以下の電圧では入射光が透過（以下、単
に「透過状態」と記す）し、しきい値以上の電圧を印加
すると光は遮断される。このようにして、印加電圧に応
じて透過光を制御するシャッタ動作で画像表示における
階調制御を行う。このモードはＴＮモードのノーマリー
ホワイト方式と呼称される表示方式であり、液晶分子の
傾きによる視野角依存性はあるが、コントラスト比や、
応答特性に優れるという特徴を有しているため一般的に
使用される方式である。

【０００９】カラーフィルタ８は、前記液晶セルの開口
部に配設され、画像情報に基づく透過光に対して着色す
る作用をする。カラーフィルタ８の性能には、高精細な
画素がパターニングが可能なことや、透過率が高いこ
と、及びＲ、Ｇ、Ｂの分光特性がＣＲＴ蛍光体の色度特
性に近いことが要求される。カラーフィルタ８の周辺に
形成されたブラックストライプ９は、余分な光を遮断し
てコントラストの向上に寄与する。図２（Ｂ）は液晶セ
ルの開口部１０を示しており、本発明の対象とする部分
である。

【００１０】次に、図３を参照してカラー液晶表示装置
に使用されるバックライト及びカラーフィルタの分光特
性について説明する。液晶テレビや液晶モニタ付カメラ
一体型ＶＴＲ等のＡＶ機器に使用されるカラー液晶表示
装置には、コントラスト、色再現性、階調特性等の画像
品質に優れることが要求される。特に、色再現性や階調
特性は重要な性能の一つであり、これらの特性にはバッ
クライト２やカラーフィルタ８、そして液晶セルの分光
特性が大きく影響する。そこで、前記バックライト２と
カラーフィルタ８の分光特性は色純度を良くする目的
で、図３に示すように極力合致するように設定される。

【００１１】一方、画像品質を向上するためには前記カ
ラー液晶表示装置等の表示装置とＣＣＤカメラ等の撮像
装置との整合性を保つ必要があり、このためＮＴＳＣ方
式やＰＡＬ方式やＳＥＣＡＭ方式という標準テレビ方式
が定められている。これらのテレビ方式は、白黒テレビ
との両立性を配慮して、輝度成分＋色差成分という形式
で信号が伝送されている。

【００１２】この標準テレビ方式において、色再現を忠
実に行うためには表示装置側の輝度成分（つまり白色）
がどのような白色に表示されるかが重要である。このた
め、基準白色が定められており、それを再現することを
ホワイトバランス調整という。日本国内のテレビ方式で
は、この基準白色をｘｙ色度図上においてｘ＝０．３１
０、ｙ＝０．３１６（９３００Ｋ＋２７ＭＰＣＤ：Mini
mum Perceptible Color Difference：ＵＣＳ色度図にお
ける偏差）と定めている。但し、一般の表示装置の多く
は、視覚の好ましさから製造者毎に独自の基準白色を定
めている。

【００１３】次に、図４ないし図７を参照してＴＮモー
ドの電気光学特性について説明する。図４はＴＦＴ駆動
方式（ノーマリホワイト方式）の透過率曲線を示す図で
あり、図５はｘｙ色度図における白色位置を示す図であ
り、図６はホワイトバランス調整時のＴＦＴ駆動方式の
透過率曲線を示す第１図であり、同じく図７はホワイト
バランス調整時のＴＦＴ駆動方式の透過率曲線率を示す
第２図である。

【００１４】図４において、横軸は印加電圧（Ｖｒｍ
ｓ：実効値）を示し、各液晶セルに映像信号レベルに応
じて印加される電圧である。縦軸は印加された電圧に応
じて前記バックライト２からの照射光の透過率を示して
いる。同じく図６において、Ｂは青色の、Ｇは緑色の、
そしてＲは赤色の透過率曲線を示している。図示したよ
うに、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の透過率曲線にずれがあり、この
Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の透過率曲線のずれは、色再現性に多大
な影響を及ぼすものである。なお、図７における透過率
１０％から９０％の範囲Ｃが、カラー液晶表示装置に要
求される基準白色の範囲である。

【００１５】ここで、図６及び図７に示した透過率は液
晶セルの透過状態におけるものである。図２（Ｂ）に示
すように従来技術における開口部１０の面積比はＲ、
Ｇ、Ｂ各々同一であるため、Ｒ、Ｇ、Ｂに同一の電圧を
印加した場合の透過率は、Ｒ、Ｇ、Ｂとも同一となる。
このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の液晶セルに表示される白色
は、バックライト２とカラーフィルタ８の分光特性で決
定される。カラーフィルタ８の分光特性は主に材料の特
性で決定されるため、ユーザは自由に選択できない。そ
のため、液晶セルの透過状態における白色はユーザが所
望する白色と異なる場合が多い。

【００１６】図５に上述の白色変位の一例を示した。図
５はｘｙ色度図（ＣＩＥ：国際照明委員会）における白
色位置を示している。同図において、カラー液晶表示装
置の基準とする白色Ｄに対し、Ｒ、Ｇ、Ｂ１００％透過
時の白色Ｅの位置が、ｘ方向に減少し、ｙ方向に増加し
ており、これは白色位置が緑（Ｇ）寄りにずれているこ
とを示している。そこで、従来技術のカラー液晶表示装
置では、図６に示すように液晶セルに供給する印加電圧
を、Ｂに対するＲ、Ｇの変移量ΔＲ、ΔＢの大きさに応
じて、ΔＶｍＲ、ΔＶｍＢだけ電圧を補正して印加する
ことにより、所望の白色が得られるように制御してい
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術のカ
ラー液晶表示装置では、図７に示すように中間階調は制
御が可能であるが、透過状態や遮断状態では補正が困難
である。そのため、基準白色である範囲が制限され、透
過状態である白側や、遮断状態である黒側では色再現性
が劣化するという問題点がある。それを避けるために、
従来技術のカラー液晶表示装置では、透過状態である白
側や、遮断状態である黒側を避けて動作範囲を設定する
必要があるため、やや暗い状態で使用しなければならな
いという問題点があった。

【００１８】また、従来技術のカラー液晶表示装置で
は、液晶セルの開口部の面積は、カラー液晶表示装置製
造時の加工技術（主に合わせ精度）の取り得る最大面積
で制限される。そのため、従来技術のカラー液晶表示装
置のようにＲ、Ｇ、Ｂ各色に割当てる面積比率が同一で
あると、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタの面積は、最
小面積の色面積に制限されるという問題点がある。

【００１９】更に、従来技術のカラーフィルタでは、白
色と色再現性の両者に最適な材料はなく、白色か色再現
性のいずれかを重視したカラーフィルタを選択しなけれ
ばならない問題点があった。同様に、従来技術のバック
ライトでは、発光効率と分光特性の両者が最適な材料は
なく、発光効率か分光特性のいずれかを犠牲にしなけれ
ばならない問題点があった。

【００２０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、カラー液晶表示装置の基準白色である範囲が制限さ
れることなく、またカラーフィルタの面積が最小面積に
制限されることなく、更にカラーフィルタやバックライ
トの選択の自由度を増したカラー液晶表示装置を提供し
ようとするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のカラー液晶表示装置では、光源と、カラ
ー液晶パネルの構成部分である液晶セルと、カラーフィ
ルタとを含んで成るカラー液晶表示装置において、前記
光源から出射する光と、該カラーフィルタを透過した光
と、前記液晶セルを透過した光を総合した分光特性が所
望の白色光となるように、Ｒ、Ｇ、Ｂの該カラーフィル
タの面積比を変えることによって前記課題を解決した。

【００２２】

【作用】従って、本発明のカラー液晶表示装置では、光
源と、カラー液晶パネルの構成部分である液晶セルと、
カラーフィルタとを含んで成るカラー液晶表示装置にお
いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの前記カラーフィルタの面積比を変え
て形成したため、光源から出射する光と、カラーフィル
タを透過した光と、そして液晶セルを透過した光を総合
した分光特性をカラー液晶表示装置の基準の白色光にす
ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、図１を参照して、本発明のカラー液晶
表示装置の実施例を説明する。図１は本発明のカラー液
晶表示装置の液晶セル開口部の拡大図である。なお、従
来技術のカラー液晶表示装置の構成と同一の部分には同
一の参照符号を付し、それらの構成や動作の説明を省略
する。

【００２４】本発明の特徴部分は、図１（Ａ）に示した
従来技術の液晶セル開口部１０の面積比がＲ、Ｇ、Ｂ各
々同一であるのに対して、図１に示すように液晶セル開
口部１００の面積比をＲ、Ｇ、Ｂ各々変更可能とした点
である。つまり、一例として図１に示すように、中間の
開口面積を有するＲに対して、Ｇの開口部を小さくし、
Ｂの開口部を大きくした点である。

【００２５】以下、このような構成の本発明のカラー液
晶表示装置の詳細を説明する。従来技術のカラー液晶表
示装置の説明で述べたように、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々液晶セル
における開口部の面積は、カラー液晶表示装置製造時の
加工技術の取り得る最大面積で制限される。従来技術の
カラー液晶表示装置ではＲ、Ｇ、Ｂ各々の液晶セルに割
当てる面積を全て等しくしているため、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色
に対応する開口部の面積は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色同一面積
か、或いは最小面積の色面積に制限される。そのため、
液晶セルの透過状態におけるバックライト２から照射さ
れる透過光量もＲ、Ｇ、Ｂ各色同一面積か、或いは最小
面積の色面積に制限されていた。

【００２６】本発明のカラー液晶表示装置においては、
図１に示すように液晶セル開口部１００の面積比をＲ、
Ｇ、Ｂ各色を変化させて形成した。つまり、液晶セル開
口部１００のＲ、Ｇ、Ｂ各色の面積比を、前記バックラ
イトやカラーフィルタ等の分光特性に応じて選択できる
ようにした。更に、バックライトやカラーフィルタ等と
の組合せで表示可能な色再現範囲を選択自在とした。

【００２７】本発明は前記実施例に限定されず、種々の
実施形態を採ることができる。例えば前記実施例では開
口部全体の面積比を変化させた例ついて説明したが、開
口部面積は同一としてブラックストライプを格子状に形
成して遮光しても良く、また、カラー配列方法もストラ
イプ配列やデルタ配列等に限定されず応用可能である。
更に、透過型液晶ディスプレイパネル装置に限定されず
反射型液晶ディスプレイ装置にも応用可能なことは言う
までもない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカラー液
晶表示装置によれば、液晶セル開口部の面積比をＲ、
Ｇ、Ｂ各々変化させたため、液晶セルの透過状態におけ
るバックライトやカラーフィルタ等に影響されず、透過
状態時の白色を自由に設定可能であり、且つ透過光量を
最大にすることができる。そのため、透過状態である白
側や、遮断状態である黒側での色再現性も良くなり、カ
ラー液晶表示装置の色再現範囲を拡大することができ
る。

【００２９】これにより、カラーフィルタやバックライ
ト等の材料選択にも自由度が増す。つまり、カラーフィ
ルタにおいては色再現性重視或いは透過率重視に自在に
選択できるため、色再現性を重視して優れたカラー表現
することも、透過率を重視して明るいカラー液晶表示装
置を実現することも可能である。また、バックライトに
おいてはバックライトの特性を発光効率を重視して寿命
の延長を図ることができる。つまり、白色位置がずれて
いるが発光効率は高効率であるようなバックライトも使
用可能となる。更に、カラー液晶表示装置の他の構成要
素に関して例えば白色がずれるために使用不可能であっ
たガラス材料も使用可能となり、コストの低い材料を選
択できる。同様の理由でコストの安い製造工程が選択可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のカラー液晶表示装置の液晶セル開口
部の拡大図である。

【図２】 従来技術のカラー液晶表示装置の要部を示す
分解斜視図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は液晶セル
開口部の拡大図である。

【図３】 従来技術のカラー液晶表示装置に使用される
バックライト及びカラーフィルタの分光特性を示す図で
ある。

【図４】 ＴＦＴ駆動方式（ノーマリホワイト方式）の
透過率曲線を示す図である。

【図５】 ｘｙ色度図における白色位置を示す図であ
る。

【図６】 ホワイトバランス調整時のＴＦＴ駆動方式の
透過率曲線を示す第１図である。

【図７】 ホワイトバランス調整時のＴＦＴ駆動方式の
透過率曲線を示す第２図である。

【符号の説明】

１ カラー液晶表示装置 ２ バックライト ３ カラー液晶パネル ４ ガラス基板 ５ 偏光板 ６ ＴＦＴ ７ 液晶分子 ８ カラーフィルタ ９ ブラックストライプ 10、100 開口部 Ｃ 基準白色である範囲 Ｄ カラー液晶表示装置の基準の白色 Ｅ Ｒ、Ｇ、Ｂ１００％透過時の白色

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、液晶セルと、カラーフィルタと
   を含んで成るカラー液晶表示装置において、 前記光源から出射する光と、該カラーフィルタを透過し
   た光と、前記液晶セルを透過した光を総合した分光特性
   が所望の白色光となるように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
   （Ｂ）の該カラーフィルタの面積比を変化して形成した
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。