JPH1124073A

JPH1124073A - カラー液晶ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH1124073A
Application number: JP17667497A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Uchida; 龍男内田
Original assignee: TOHOKU TECHNO BUREINZU KK
Current assignee: TOHOKU TECHNO BUREINZU KK
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、テレビジョン、コンピュータのモ
ニタ等電子表示装置一般に多用されるカラーの液晶ディ
スプレイに関し、特に、高精細で光エネルギーロスのな
いカラー液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】ベンド配向液晶セルの前面に位相補償板
を配置し該セルと位相補償板とを直交偏光子で挟んで構
成され透過光を制御する画像パネルと、該画像パネルを
行列配置の画素に区画して各画素を駆動するＴＦＴアク
ティブマトリックスと、前記画像パネルの背面に配置さ
れ前記画素に対応してその整数倍の区画に区分されてお
り赤、緑、青の３色光の透過をそれぞれの区画で時間的
に順次切り替え可能なＲＧＢ透過制御パネルと、それら
の背面から白色光を照射する白色光源とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョン、コ
ンピュータのモニタ等電子表示装置一般に多用されるカ
ラーの液晶ディスプレイに関し、特に、透過光照明方式
に好適な液晶ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（以下、適宜ＬＣＤと
略記）は、本来、白黒表示が基本であったが、液晶セル
内の各画素に赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを付
けてそれぞれの色の画素の透過率を液晶によって制御す
る方式（マイクロカラーフィルタ方式）が開発され、任
意の色を表示することができるようになった（日本学術
振興会第142 委員会：液晶デバイスハンドブック(199
0), p.492,日刊工業新聞社）。

【０００３】図５に、従来のマイクロカラーフィルタを
適用したカラー液晶ディスプレイ装置の模式図を示す。
図５（ａ）は、従来のカラー液晶ディスプレイ装置を上
から見た平面図である。図示のように赤、緑、青の3 色
であるＲＧＢを表示する各ブロックが繰り返しパターン
として一面に配置されており、この一組のＲＧＢにより
ひとつの画素が構成される。

【０００４】図５（ｂ）は、従来のカラー液晶ディスプ
レイ装置の断面を模式的に示した断面図である。一面に
電圧印加用の透明な導電膜である電極33を附したガラス
板32とＲＧＢの微細なカラーフィルタ35と透明な電極36
を形成したガラス板37の間に液晶34がサンドイッチ状に
挟み込まれている。図示しない駆動回路によりＲＧＢ各
ブロックの透過率が制御され、裏面からの白色光を選択
透過させてカラー画像表示が行われてる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マイクロカラ
ーフィルタ方式のカラー液晶ディスプレイ装置にはその
作製の困難さによるコストアップ要因があり、その他に
も次のような問題がある。 (1) 各色のカラーフィルタは入射光の2/3 以上のスペク
トルの光を吸収しておりその分が無駄になっている。例
えば赤のカラーフィルタは青、緑のスペクトルを吸収す
るために光のエネルギーの70〜90％を無駄にしている。

【０００６】(2) 赤、緑、青の３つのブロックのセット
によって本来の１画素を表示するために、解像度の点で
も駆動回路の点でも３倍のロスを伴う。本発明は、以上
の問題点を解決するものであり、光のエネルギーの無駄
がなく従来の３倍の高解像度を実現するカラー液晶ディ
スプレイ装置を提供することを目的とする。

【０００７】本発明者は、特開平7-84254 号公報にて、
ベンド配向液晶セル（セル中央部にねじれ配向が存在す
る液晶セルも含める。以下適宜ベンドセルと略記）と位
相補償板（位相差板）を用いる液晶表示素子を提案して
いるが、鋭意研究を重ねた結果、この本発明者が開発し
た液晶表示素子を適用することにより上記目的を達成す
ることが可能なことを見出したものである。この素子
は、ベンドセルの上に、そのリタデーションを３次元的
に補償する２軸性の位相補償板を重ねて視角依存性を抑
え、視野角を著しく広くしたものである。位相補償板
を、ある低い電圧での液晶の配向を光学的に補償するよ
うに設計することで、ベンドセルをＴＮセルと同程度の
電圧で駆動できるようになるから、同素子は従来の製造
プロセスで実現できる。このベンドセルの応答時間は２
〜８msと、現在高品位のアクティブマトリクス（ＡＭ）
ＬＣＤに用いられているＴＮ型（ねじれネマティック
型）液晶セルの1/10以下の応答速度を達成したものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベンド配向液
晶セルの前面に位相補償板を配置し該セルと位相補償板
とを直交偏光子で挟んで構成され透過光を制御する画像
パネルと、該画像パネルを行列配置の画素に区画して各
画素を駆動するＴＦＴアクティブマトリックスと、前記
画像パネルの背面に配置され前記画素に対応してその整
数倍の区画に区分され赤、緑、青の３色光の透過をそれ
ぞれの区画で時間的に順次切り替え可能なＲＧＢ透過制
御パネルと、それらの背面から白色光を照射する白色光
源とを備えたことを特徴とするカラー液晶ディスプレイ
装置である。

【０００９】更に、前記ＲＧＢ透過制御パネルを、それ
ぞれの区画で赤、緑、青の３色光を透過させ、該３色光
は時間的に順次切り替えられ、前記３色光の内１色は直
進して透過させる直進光とされ、他の２色は屈折されて
前記画像パネル上で前記直進光が透過する区画にそれぞ
れ隣接する区画を透過させるようにした分光機能を有す
るＲＧＢ分光パネルとしたカラー液晶ディスプレイ装置
を提供する。

【００１０】そして、前記ＲＧＢ透過制御パネルを、そ
れぞれの区画で赤、緑、青の３色光を透過させるものと
し、該３色光は時間的に順次切り替えられ、前記３色光
の内１色は直進して透過され、他の2 色は略入射方向に
反射されるようにしたＲＧＢ選択透過パネルとし、前記
白色光源が拡散反射板を有するようにしたカラー液晶デ
ィスプレイ装置を提供するものである。

【００１１】ここで、前記「ベンド配向液晶セル（ベン
ドセル）」なる用語は、文字通りの「ベンド配向構造の
液晶セル」を指すと共に、これと電気光学的にほとんど
等価な「セル中央部にねじれ配向が存在する液晶セル」
をも含む。

【００１２】

【発明の実施の形態】図６は、本発明に適用するベンド
配向液晶セルによる画像パネル（表示パネル）の構造を
示す模式図である。この表示パネル50は、ベンド配向液
晶セル（ベンドセル）51の前面に位相補償板（位相差
板）53を配置し、該ベンドセル51と位相補償板53とを直
交偏光子55、55で挟んで構成される。54はベンド配向さ
せた液晶、52は液晶を挟むガラス（基板）であり、ガラ
ス52には電圧印加用の透明な導電膜が設けられている。
また、57は表示パネル50の背面に光を照射する面光源
（バックライト）である。なお、アクティブマトリクス
については後述する。

【００１３】ベンドセル51は、上下の基板52表面におけ
る液晶分子を逆向きに傾斜させたものである。ある電圧
をこのセルに印加すると、液晶はベンド配向をとるか、
または、セル中央部にねじれ配向が存在する配向をと
る。このいずれの配向でも電気光学的にはほとんど等価
であるため、本発明に係る液晶セルを「ベンド配向液晶
セル（ベンドセル）」なる用語で代表した。

【００１４】なお、直交偏光子は、電界による液晶の配
向の変化を可視化させるために設ける必要があるが、波
長依存性の小さい光学特性を有するものを選択するのが
よい。本発明を構成する表示パネルを用いてＬＣＤを構
成する場合、液晶を励起する駆動方式は、カラーフィル
タ付きＴＮセルで汎用され透過型にも適用できて高品位
の画質が得られるＴＦＴによるアクティブマトリクス
（ＡＭ）駆動方式を採用するのが望ましい。

【００１５】図７は、３端子素子型ＡＭ駆動ＬＣＤの説
明図であり、基本構造は、図７（ａ）に示すように、基
板上にソース、ゲート、ドレインからなる３端子素子を
マトリクス状に設け且つソースに表示電極およびキャパ
シタを接続してなる３端子素子マトリクスの上に液晶層
を配置したものである。通常、３端子素子マトリクス電
極基板に対向している透明電極としては、パターン化し
ない全面（共通）電極基板が用いられる。

【００１６】本発明を構成する表示パネルを用いる場
合、図７（ａ）の液晶111 が図６の液晶54に、図７
（ａ）の表示電極120 と透明全面電極115 が図６のガラ
ス（基板）52に相当し、図示しないが、位相補償板はガ
ラス基板112 の直前または直後、直交偏光子は、下面側
は３端子素子マトリクス119 の直前または直後、上面側
は位相補償板の直前またはガラス基板112 の直前に夫々
配置される。すなわち、表示パネルはこれを駆動するア
クティブマトリクスによって行列配置の画素に区画され
る。

【００１７】この種のＬＣＤの動作原理を図７（ｂ）に
示す。走査行電極（ゲートバス、走査線）Ｘ1 ，Ｘ2 ，
…，Ｘn を線順次駆動方式の走査回路により順々に走査
し、一つのゲートバス上の全３端子素子を一時一斉に導
通（ｏｎ）状態にし、この走査に同期してホールド回路
から信号列電極（ドレインバス、信号線）Ｙ1 ，Ｙ2，
…，Ｙm を介し、この導通状態の３端子素子に結合して
いる全キャパシタに信号電荷を供給する（これをリフレ
ッシュ（書込）という）。この信号電荷は、次のフレー
ムの走査時までこのゲートバス上の全画素の液晶を励起
し続ける。

【００１８】なお、図７（ｂ）には「線順次駆動方式」
と呼ばれる書込方式を示したが、これ以外に、ホールド
回路を設ける代わりに、ゲートバスに接続している走査
回路に相当する回路を設けて、各画素毎に順次書込を行
う「点順次駆動方式」を採用することもできる。図１
に、本発明のカラー液晶ディスプレイ装置を模式的に示
す。

【００１９】図１（ａ）は本発明のカラー液晶ディスプ
レイ装置を上から見た平面図であり、画素２を規則的に
一面に敷き詰めてディスプレイ装置を構成している。本
発明では、この１画素毎にＲＧＢの３色が表示される構
成となっている。図１（ｂ）は、本発明のカラー液晶デ
ィスプレイ装置の断面を模式的に示した断面図である。
本発明のカラー液晶ディスプレイ装置は、各画素におい
て光の透過率を制御し画像（つまりはモノクロ画像）を
表示する画像パネル（LC1 ：透過光を制御する画像パネ
ル）と、各区画をLC1 の各画素に対応してその整数倍の
区画に区分され、赤、緑、青の３色光の透過をそれぞれ
の区画で時間的に順次切り替え可能なＲＧＢ透過制御パ
ネルLC2 の２層構造のパネルで構成されている。そし
て、それらの裏面から白色光が入射され、LC2 でまず色
が決定され、つぎにLC1 で透過度が決定されてカラー画
像が構成される。なお、本図においては必要となる電極
および導電膜、駆動回路などはすべて省略している。

【００２０】ＲＧＢ透過制御パネルLC2 は、赤、緑、青
の３色光に対し、それぞれの１色のみを透過するか３色
とも透過（つまり白色透過）するかを選択可能な２色性
フィルタを３枚組み合わせることで容易に実現できる。
ここで、LC2 の前記区画の決め方はLC1 の各画素に対応
してその整数倍とすれば任意であるが、図１（ａ）に示
すように縦方向の画素列に対応してストライプ状に形成
することが望ましい。ただし、画面を任意のエリアに区
分して、各エリア毎にストライプ状に区分したＲＧＢ透
過制御パネルLC2 を組み合わせ１枚の画面とすることは
まったくの任意である。

【００２１】LC1 、LC2 には、それぞれ本発明者の開発
したベンド配向液晶セルを適用しており、ＲＧＢ３色の
カラー画像表示に必要となる180Hz の応答速度は十分確
保されている。以上述べたように、本発明では、１画素
でＲＧＢの３色を時間的に高速に切り替える時間分割
と、2 次元平面上で１画素毎の透過率を空間的に切り替
える空間分割を組み合わせることによりカラー液晶ディ
スプレイ装置を実現している。

【００２２】ただし、上記では解像度を従来例の3 倍と
し高解像度とすることができるが、光のエネルギーはや
はりLC2 で一部吸収されてしまいロスが残る問題があ
る。なお、本方式は、LC1 の各画素をミラー反射型と
し、その前面にLC2 を配置することで、容易に反射型の
カラー液晶ディスプレイ装置を構成することができる。
この場合、光源は外からの自然光を利用することが可能
であり、特別の光源を用意することは不要となる。

【００２３】つぎに、図２について説明する。図２は、
以上述べたカラー液晶ディスプレイ装置に対しＲＧＢ透
過制御パネルLC2 をＲＧＢ分光パネルLC3 に置き換えた
構成としたものを示したものであり、ＲＧＢ分光パネル
LC3 における時間変化によるＲＧＢ切り替えの様子を概
念的に示している。なお、本図においても電極等の記載
は省略し簡略化している。

【００２４】ＲＧＢ分光パネルLC3 は、その各区画にお
いて赤、緑、青の３色光を透過させるものとし、該３色
光は時間的に順次切り替えられ、前記３色光の内１色は
直進して透過させる直進光とされ、他の２色は屈折され
て前記画像パネル上で前記直進光が透過する区画にそれ
ぞれ隣接する区画を透過させるようにした分光機能を有
するパネルである。

【００２５】図２（ａ）で示すある時点t ＝t1におい
て、各画素に直進して透過する光が順にＢＲＧＢＲ…で
あるとき、屈折される他の2 色はそれぞれ隣接する画素
に入射するように調整されている。これは、直進する光
を切り替えた（ｂ）、（ｃ）でも同様となり、白色光源
からの光をすべて各画素での明るさに寄与させることが
でき、なおかつ、解像度も従来例の３倍とし高解像度が
実現できる。

【００２６】ここで、LC3 の前記区画の決め方はLC1 の
各画素に対応してその整数倍とすれば任意であるが、や
はり前述と同様、縦方向の画素列に対応してストライプ
状に形成することが望ましい。ただし、画面を任意のエ
リアに区分して、各エリア毎にストライプ状に区分した
ＲＧＢ透過制御パネルLC3 を組み合わせ１枚の画面とす
ることはやはりまったくの任意である。特に、本例では
分光の線対称性からストライプ状とすることがさらに有
利である。また、分光された光の幅に応じ、２画素分も
しくは３画素分のストライプとすることもできる。

【００２７】逆に、分光された光の幅が狭い場合には、
色のにじみを防ぐためLC1 の各画素の対応個所にシャド
ウマスクのようなスリットを設けても良い。最近の研究
成果によると、モノマーを封入した液晶に２方向から紫
外線レーザを照射するとその照射に応じて液晶中に高分
子のホログラムパターンが形成されることが報告されて
いる。これに電圧を印加すると液晶の配向変化により液
晶と高分子の屈折率が一致するようになってホログラム
パターンが消失する。これを応用して前記ＲＧＢ分光パ
ネルLC3 が構成できる。

【００２８】また、ＲＧＢ分光パネルLC3 を実現する別
の方法として、ホログラムを液晶に応用して次のように
することもできる。まず、Ｒが直進しＧとＢが屈折され
る液晶ホログラムを作製する。この液晶ホログラムは、
ある電圧を印加するとホログラム縞模様が形成されて上
記屈折現象が生じ、電圧を印加しないとＲＧＢすべて透
過させる性質を有する。同様に、Ｇが直進しＲとＢが屈
折する液晶ホログラムと、Ｂが直進しＲとＧが屈折する
液晶ホログラムを作製し、それらを一枚に貼り合せてＲ
ＧＢ分光パネルLC3 を構成するのである。

【００２９】つぎに図３について説明する。図３は、Ｒ
ＧＢ透過制御パネルLC2 をＲＧＢ選択透過パネルLC4 に
置き換えた構成とした例を示した図である。図３（ａ）
は、本構成のカラー液晶ディスプレイ装置の断面を模式
的に示している。なお、本図においても電極等の記載を
省略し簡略化している。本図において示す白色光源20
は、白熱灯、白色蛍光パネル等任意であるが、本例にお
いては光を拡散反射させる拡散反射板21が必須となる。
図３（ｂ）は、ＲＧＢ選択透過パネルLC4 と拡散反射板
21を拡大して示しており、ある時点t ＝t₁での光の反射
と透過の様子を示している。ＲＧＢ選択透過パネルLC4
はそれぞれの区画で赤、緑、青の３色光を透過させるも
のとし、該３色光は時間的に順次切り替えられ、前記３
色光の内１色は直進して透過され、他の２色は略入射方
向に反射されるように構成されており、LC4 で反射され
た光は拡散反射板21で再び反射され、再度LC4 に入射さ
れる。このようにLC4 で一度反射された光も反射を繰り
返していずれかの透過光として寄与することとなるた
め、光のエネルギーの無駄を解消することができる。

【００３０】ここで、ＲＧＢ選択透過パネルLC4 は本発
明者が開発したベンド配向液晶セル技術を応用し、つぎ
のようにして実現している。従来、液晶に用いられる偏
光板は、透過させない光をすべて吸収していたが、近
年、透過光以外を反射させる偏光板（以下、反射タイプ
偏光板という。）が開発されており、その反射タイプ偏
光板を適用してＲＧＢ選択透過パネルLC4 を構成する。
具体的には、このような反射タイプ偏光板２枚を用い、
その間にベンド配向液晶セルを置き、適当な電圧を印加
して液晶のリターデーションを制御すれば任意の色（特
にＲＧＢの各色）を得ることができる。電圧範囲を変化
させるために、ベンド配向液晶セルに位相差フィルムを
重ねれば、リターデーションを任意の値にずらすことも
できる。

【００３１】図４は、このLC4 でのＲＧＢ３色光につい
てある時点における透過と反射の様子を模式的に示した
ものである。図４の左端のセルにおいて、この動作を説
明する。LC4 の背面より入射された白色光は反射タイプ
偏光板25により光量の50％（Ar）が反射され残りの偏光
された光がベンド配向セルを透過する。この偏光された
光はベンド配向セルで所要の回転が与えられ、LC4 の前
面におかれた反射タイプ偏光板25によりＲＧＢの内の１
色（この時点における左端のセルではRt光）のみ透過し
残りの光（この時点における左端のセルではGr光とBr
光）は反射されて戻ることになる。このようにすること
でRt、Gt、Btのいずれかが透過されそれぞれの残りは反
射されることになる。反射された光は前述の拡散反射板
21（図４では記載せず。）で再度反射され、別のセルに
入射することになるため、光エネルギーのロスを解消す
ることができる。ここで反射タイプ偏光板25により反射
された光は偏光されているが、拡散反射板21での拡散反
射により偏光は解消される。また、必要に応じLC4 の裏
面側に1/4 波長板を置き、偏光を解消させることも可能
である。 LC4 では、このＲＧＢ3 色光は、 t ＝t₁ ：ＲＧＢＲＧＢＲ… t ＝t₂ ：ＧＢＲＧＢＲＧ… t ＝t₃ ：ＢＲＧＢＲＧＢ… のように各時点で切り替わり、３サイクルでＲＧＢが一
巡することになる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によると、解像度を従来に比べて
３倍とし、かつ光エネルギーの無駄の全くない、高精細
で明るいカラー液晶ディスプレイ装置を提供することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー液晶ディスプレイ装置を示す模
式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】本発明のＲＧＢ分光パネルにおける時間変化に
よるＲＧＢ切り替えの様子を示す概念図である。

【図３】本発明の別のカラー液晶ディスプレイ装置を示
す模式図である。

【図４】ＲＧＢ選択透過パネルのある時点における動作
例を示す概念図である。

【図５】従来のカラー液晶ディスプレイ装置を示す模式
図であ、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図６】ベンド配向液晶セルによる画像パネルの構造を
示す模式図である。

【図７】３端子素子型ＡＭ駆動ＬＣＤの説明図である。

【符号の説明】

２画素３ガラス板４液晶５電極６ＲＧＢ分光素子７ＲＧＢ選択透過素子 20 白色光源 21 拡散反射板 25 反射タイプ偏光板 51 ベンド配向液晶セル（ベンドセル） 52 ガラス（基板） 53 位相補償板（位相差板） 54 液晶 55 直交偏光子 57 光源（バックライト） 111 液晶 112 ガラス（基板） 113 拡散板 114 光ファイバ 115 透明全面電極 116 ３端子素子 117 キャパシタ 118 基板 119 ３端子素子マトリクス 120 表示電極 LC1 透過光を制御する画像パネル LC2 ＲＧＢ透過制御パネル LC3 ＲＧＢ分光パネル LC4 ＲＧＢ選択透過パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベンド配向液晶セルの前面に位相補償板
を配置し該セルと位相補償板とを直交偏光子で挟んで構
成され透過光を制御する画像パネルと、該画像パネルを
行列配置の画素に区画して各画素を駆動するＴＦＴアク
ティブマトリックスと、前記画像パネルの背面に配置さ
れ前記画素に対応してその整数倍の区画に区分され赤、
緑、青の３色光の透過をそれぞれの区画で時間的に順次
切り替え可能なＲＧＢ透過制御パネルと、それらの背面
から白色光を照射する白色光源とを備えたことを特徴と
するカラー液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】前記ＲＧＢ透過制御パネルが、それぞれ
の区画で赤、緑、青の３色光を透過させ、該３色光は時
間的に順次切り替えられ、前記３色光の内１色は直進し
て透過させる直進光とされ、他の２色は屈折されて前記
画像パネル上で前記直進光が透過する区画にそれぞれ隣
接する区画を透過させるようにした分光機能を有するＲ
ＧＢ分光パネルであることを特徴とする請求項１記載の
カラー液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】前記ＲＧＢ透過制御パネルが、それぞれ
の区画で赤、緑、青の３色光を透過させるものであり、
該３色光は時間的に順次切り替えられ、前記３色光の内
１色は直進して透過され、他の２色は略入射方向に反射
されるようにしたＲＧＢ選択透過パネルであり、前記白
色光源が拡散反射板を有することを特徴とする請求項１
記載のカラー液晶ディスプレイ装置。