JPWO2009004869A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の液晶表示装置は、液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、光学補償フィルムの総リタデーションに主波長の自然数倍を加えた値の±(主波長の1割の値)の範囲内である。したがって、電圧無印加時の透過率を抑制することができる。

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。特には、OCBモード(Optically Self−Compensated Birefringence mode)を用いた液晶表示装置に関する。
従来から、CRT(Cathode Ray Tube)に比べて薄くて軽量であり、低電圧で駆動できて消費電力が小さいという利点を有する液晶表示装置が、テレビ、ノート型PC(Personal Computer)、デスクトップ型PC、PDA(Personal Digital Assistant:携帯端末)及び携帯電話など、種々の電子機器に使用されている。
特にTFT(Thin Film Transister)素子が用いられた液晶表示装置は、すべての画素が各々TFT素子を通じて駆動されるため、高い表示品位を実現する。
一方、テレビ受像機等で、液晶表示装置によって動画表示を行うことが急速に普及しつつあり、液晶表示装置における液晶表示パネルの応答速度をより高速にし、良好な動画表示を実現することが必要となってきている。
そこで、最近特に注目されているのがOCBモードを用いた液晶表示装置である。
(OCBパネルの構成)
前記OCBモードが用いられた液晶表示装置は、液晶分子が、該液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるような配向処理の施された2枚の基板間によって挟持された構成を有している。そして、前記各々の基板表面には、位相差板が設けられ、さらに偏光板がクロスニコルになるよう配置されている。また、位相差板は主軸がハイブリッド配列した負の位相差板などが用いられる。
図16及び図17に基づいて、OCBモードに用いられる液晶表示パネル1の構成と液晶分子の配向について、具体的に説明する。図16及び図17は、OCBモードを用いた液晶表示装置1の概略構成を模式的に示す断面図であり、図16は電圧無印加時における液晶分子52の配向状態を示し、図17は電圧印加時における液晶分子52の配向状態を示している。
前記液晶表示装置1における液晶表示パネル5は、図16及び図17に示すように、第1ガラス基板11にTFT(Thin Film Transistor)素子などを含む配線層13、絶縁層15、画素電極17及び第1配向膜19が設けられてなるTFT基板(アクティブマトリクス基板)としての第1基板10と、第2ガラス基板21にカラーフィルター23、対向電極27及び第2配向膜29が設けられてなる対向基板としての第2基板20とを備える。そして、液晶分子52を含む液晶層50が、この第1基板10と第2基板20とによって挟持された構造を有している。
さらに、前記第1ガラス基板11の前記配線層13が設けられた面の反対面には、第1光学補償フィルム(位相差板)41と第1偏光板43とが設けられ、他方前記第2ガラス基板21の前記カラーフィルター23が設けられた面の反対面には、第2光学補償フィルム(位相差板)45と第2偏光板47とが設けられている。
また、前記液晶表示パネル5の背面には、バックライト70が設けられている。
より詳しくは、前記第1配向膜19及び第2配向膜29には、ラビングによる配向処理(ラビング配向処理)が施されている。この配向処理は、以下に述べるように、液晶分子52が電圧無印加時にはスプレイ配向し、他方電圧印加時にはベンド配向するように、2枚の向かいあった基板(TFT基板と対向基板)の表面を同じ方向にラビングすることによって行われている。
また、前記両基板の表面に各々貼付された偏光板(第1偏光板43・第2偏光板47)は、各基板表面の液晶分子52の配向方向に対して、言い換えると前記ラビング配向処理の方向に対して、偏光板の光軸が45度及び135度方向(クロスニコル)となるように配置されている。
また、前記液晶層50を構成する液晶分子52は、一般にその誘電率異方性が正である液晶分子52が用いられる。ここで、前記誘電異方性が正である液晶分子52とは、液晶分子52に電圧が印加された際、液晶分子52の長軸方向が、電界に対して平行になるように配向する性質を有する液晶分子52を意味する。
また、前記液晶表示装置1においては、液晶層50をアクティブマトリックス駆動するためにTFT素子が設けられているが、このTFT素子は各画素に設けられるとともに、その各TFT素子には、第1ガラス基板に設けられた図示しないゲートバスライン、ソースバスラインが接続されている。
また、前記第1ガラス基板11と第2ガラス基板21とは、図示しない球状スペーサや柱スペーサによって所望の間隔を保って貼合されている。
(液晶分子の配向)
つぎにOCBモードにおける液晶分子52の配向について具体的に説明する。OCBモードを用いた液晶表示装置1において液晶分子52は、電圧が印加されていない状態では、図16に示すようなスプレイ配向をしており、電圧が印加されると、図17に示すようなベンド配向に転移(スプレイ−ベンド転移)する。そして、このベンド配向の状態で、液晶分子52の傾斜角度を変化させることによって表示が行われる。
より具体的には、注入された直後の液晶分子52は、図16に示すように、第1基板10にほぼ平行なスプレイ配向(初期配向)している。そして、このスプレイ配向した液晶分子52のベンド配向への転移は、一般に液晶分子52に電圧を印加することによって行われる。すなわち、スプレイ配向した液晶分子52に例えば25V等の比較的高い電圧を印加すると、ベンド配向への配向転移が生じ、表示面内の液晶分子52は、順次、図17に示すベンド配向に変化する。
そして、前述のように、OCBモードの液晶表示装置1では、実際の表示はベンド配向状態で行われるので、液晶表示装置1の電源がオンされる毎に前記スプレイ−ベンド転移が行われる必要がある。
(実際の表示)
上述の通り、実際の表示は、前記スプレイ−ベンド転移が完了した後、すなわちベンド配向の状態で行われる。具体的には、例えば、実際の表示は、次のようにして行われる。
すなわち、ベンド配向している液晶分子52に通常の表示用の電圧(表示電圧)におけるオン電圧が印加されると、液晶分子52は、表示電圧におけるオフ電圧が印加されているときに比べ、より前記両基板に対して垂直な方向に配向しようとする。言い換えると、液晶分子52の角度が両基板に対してより垂直に近くなろうとする。
そして、いずれもベンド配向した状態のなかでの、上記液晶分子52の角度の変化によって、白黒の表示を行っている。
なお、当該液晶表示装置を駆動するには、一定の範囲の電圧を液晶分子に印加する必要がある。そして、前記液晶表示装置がOCBモードである場合には、液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させるために、非常に高い電圧、例えば25V程度の電圧を最初に印加する手段が、一般に講じられる。
そして、このような高い電圧を除いた、表示に使用される電圧範囲のうち最も低い電圧をオフ電圧、最も高い電圧をオン電圧とする。そして、ノーマリーホワイトの場合はオフ電圧で白が表示され、オン電圧では黒が表示される。
(光学補償フィルム)
そして、OCBモードの液晶表示装置1では、一般に光学補償フィルムが用いられる。
光学補償フィルムが用いられる1つの目的は、広い視野角を得るためである。具体的には、例えば特許文献1に記載があるように、ベンド配向のセルのXZ面以外の2平面から生じる位相差を位相差補償フィルム(光学補償フィルム)によって補正し、前記2平面から生じる位相差を0にすると言うものである。ここで、X・Y・Z軸は、XY面が液晶表示装置の表示面となり、Z軸が表示面に対して垂直な方向となるように定義されている。
また光学補償フィルムが用いられる他の目的は、例えばノーマリーホワイト方式において、黒表示の品位を向上させるためである。以下説明する。
(残留リタデーション)
例えば、ノーマリーホワイト方式において黒を表示する際、前記オン電圧の印加によって、バルク(基板から離れた領域)の液晶分子52は前記基板に対して垂直に配向しやすいのに対して、基板表面近傍の液晶分子52、詳しくは、各配向膜(第1配向膜19、第2配向膜29)付近の液晶分子52は、前記配向膜からの配向規制力を受けるため垂直に配向しにくい。
すなわち、基板表面の液晶分子52は、配向膜に接することによって一定のプレチルト角を有するので、電圧を印加しても基板近傍の液晶分子のダイレクタには基板と平行な方向の成分が残存する。
その結果、液晶層50に前記オン電圧が印加されても、液晶層50全体のリタデーションは完全にはなくならない。前記基板と平行な方向のダイレクタ成分を有する液晶分子によるリタデーションが残存(残留リタデーション)するためである。
そして、前記残留リタデーションが存在すると、前記クロスニコルに配置された偏光板(第1偏光板43・第2偏光板47)のみでは、光漏れが生じ、十分な黒表示を得ることができない。
そこで、前記残留リタデーションを打ち消すために光学補償フィルムを用いる技術が提案されている。例えば、特許文献2には、黒表示時に光漏れを抑制する方法として、光学補償フィルムを挿入して光を補償する方法について記載されている。
この光学補償フィルムを用いる方法では、例えば、偏光板と液晶表示パネルの間に、その遅相軸が液晶の配向方向と垂直方向になるように光学補償フィルムを配置して、液晶層のリタデーションを相殺し黒表示を実現している。すなわち、光学補償フィルムを用いることによって、黒表示時に、液晶層のリタデーションと位相差層(光学補償フィルム)のリタデーションとの総和をほぼ0にし、光漏れを低減させている。
なお、上記説明では、高電圧印加時に黒、低電圧印加時に白となるノーマリーホワイト方式(NW方式と呼ぶ)を前提として説明したが、偏光板・光学補償フィルムの設計を変更することによって、高電圧印加時に白、低電圧印加時に黒となるノーマリーブラック方式(NB方式)とすることもできる。
さらに、特許文献3には、正面コントラストを向上させることを目的として、液晶表示パネルの前面に用いられる光学補償フィルムのリタデーションと、液晶表示パネルの裏面に用いられる光学補償フィルムのリタデーションとの値を調整する技術が記載されている。
日本国公開特許公報「特開平9−230332号公報(公開日:1997年9月5日)」 日本国公開特許公報「特開2002−357827号公報(公開日:2002年12月13日)」 日本国公開特許公報「特開2003−156743号公報(公開日:2003年5月30日)」
しかしながら、前記従来の構成では、不良画素の透過率について考慮がなされていないため、不良画素が目立ちやすいという問題点があった。
すなわち、例えばTFT(Thin Film Transistor)素子が画素のスイッチング素子として用いられた液晶表示装置の場合には、1つのTFT素子の不良、又は、画素における電極の上下短絡によって1つの画素を全く駆動できなくなる。そして、このような画素は、不良画素として目立つ場合があった。以下、説明する。
一般に液晶表示装置は、少なくとも数万個、昨今の大型液晶表示装置では一千万個程度の画素を有している。そして、その各々の画素にスイッチング素子としてのTFT素子が設けられているTFT液晶表示装置では、1つの液晶表示装置に設けられるTFT素子の数も、前記の画素と同じになる。
そして、TFT素子の数が上記の通り膨大な数となると、1つの液晶表示装置に数個のTFT素子不良、引いてはTFT素子不良画素が生じる場合がある。
また、TFT素子が正常であっても、異物等の混入などによって上下基板が電気的に短絡する場合がある。
そして、TFT素子が不良(TFT素子不良)である画素(TFT素子不良画素)、又は、上下基板が短絡(上下短絡)した画素(短絡画素)の液晶分子には電圧を印加することができない。
その結果、液晶表示装置がノーマリーホワイト(NW)方式である場合には、前記TFT素子不良画素や短絡画素は、液晶分子に電圧が印加されていないために、輝点として固定される。よって、全画面黒表示時に特に、輝点不良として認識されやすい。
そして、この輝点不良が、例えば数百万個に1個又は数個の不良であったとしても、全体が黒い中に1点でも輝点があれば液晶表示装置の観者は、この輝点不良を容易に認識できる場合が多い、
一方、液晶表示装置がノーマリーブラック(NW)方式である場合には、前記TFT素子不良画素や短絡画素は、黒点として固定される。よって、全画面白表示時に特に、黒点不良として認識される。
そして、前記ノーマリーホワイト方式における輝点程ではないにしろ、全体が白の中に小さな黒点がある場合、液晶表示装置の観者は、この黒点不良を認識しやすい。
上記不良に関し、OCBモードでは、ノーマリーホワイト方式である場合はもちろんのこと、ノーマリーブラック方式であっても、上記TFT素子不良画素や短絡画素を表示上目立たなくすること困難であった。
(印加電圧と透過率)
以下、図18を用いて、OCBモードにおける印加電圧と透過率との関係について、より具体的に説明する。図18は、電圧印加時にベンド配向する同じ液晶表示パネルに、異なる光学補償フィルムを貼付した場合の電圧−透過率特性の一例である。ここで、透過率と輝度(Luminance(a.u.))とはパラレルの関係にある。すなわち、光学補償フィルムを異ならせることによって作成された、ノーマリーホワイト方式の液晶表示装置と、ノーマリーブラック方式の液晶表示装置とについて、その光学特性を示している。
なお、図18の横軸は、液晶層への印加電圧の大きさを示し、縦軸は、透過率を示している。また、図18中の丸印はノーマリーホワイト方式における透過率を示し、他方三角印はノーマリーブラック方式における透過率を示している。
図18に示すように、同じ液晶表示パネルを用いて、ノーマリーホワイト方式と、ノーマリーブラック方式との2つの方式を両方実現することができる。すなわち、光学補償フィルムや偏光板の貼合角度を変えることによって、同じ液晶表示パネルを、ノーマリーホワイト方式と、ノーマリーブラック方式との2通りに用いることができる。
また、黒輝度のセル厚依存性を示す図19に示すように、ノーマリーホワイト方式においても、ノーマリーブラック方式においてもほぼ同様の黒表示を行うことができる。
そして、ノーマリーホワイト方式であっても、ノーマリーブラック方式であっても、1.8V付近で電圧―透過率特性が不連続となる。これは、1.8Vを境として、1.8V以上ではスプレイ配向からベンド配向に変化するためである。
そして、上述の通り、OCBモードでは、実際の表示は、前記境より高電圧側で行われるのに対して、電圧が印加されない画素は、前記境より低電圧側に位置する。
そして、例えばノーマリーホワイト方式において、電圧無印加時の透過率は、おおよそ0.22となり、液晶分子に電圧が印加されない場合には、輝点不良となり得ることがわかる。
そこで本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、OCBモードの液晶表示装置において、不良画素が表示上目立つことが抑制された液晶表示装置を得ることである。
詳しくは、ノーマリーホワイトを採用する方式において、輝点欠点が目立つことを抑制可能な液晶表示装置を得ることにある。
本発明の液晶表示装置は、前記課題を解決するために、相互に対向して配置された第1基板及び第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、前記第1基板及び第2基板の前記液晶層に面する面の反対面に各々設けられた偏光板と、前記第1基板及び第2基板のうちの少なくとも一方の基板における、基板と前記偏光板との間に設けられた、少なくとも一枚の光学補償フィルムとが備えられ、前記液晶層に含まれた液晶分子は、前記液晶層に電圧が印加されていない状態でスプレイ配向しており、前記液晶層に電圧が印加されることによって、前記スプレイ配向からベンド配向に配向転移するOCBモードの液晶表示装置であって、前記液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに主波長の自然数倍を加えた値の±(前記主波長の1割の値)の範囲内であることを特徴とする。
前記の構成によれば、液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、光学補償フィルムの総リタデーション(光学補償フィルムが複数枚用いられている場合には、各々のリタデーションの総和)に主波長の自然数倍を加えた値の±10%の範囲内である。したがって、電圧が印加されていない液晶層を透過した光の偏光状態は、光学補償フィルムを透過することによって変化しにくい。なかでも、液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、光学補償フィルムの総リタデーションに主波長の自然数倍を加えた値に一致する場合には、電圧が印加されていない液晶層を透過した光の偏光状態は、光学補償フィルムを透過することによって変化しない。
その結果、電圧が印加されていない液晶層からの光の透過率が、最小(極値)となるように液晶層のリタデーションを設定した場合、液晶層からの光は、光学補償フィルムを透過しても、その透過率が変化しにくい。
その結果、光学補償フィルムが用いられた液晶表示装置においても、例えば前記TFT素子が不良である画素や、前記上下基板が短絡した画素に対応する液晶層、すなわち電圧が印加されていない液晶層からの光を極小とすることができる。
よって、本発明の液晶表示装置は、OCBモードの液晶表示装置において、電圧が印加されていない液晶層の領域である不良画素が表示上目立つことを抑制することができる。
なお、電圧が印加されていない液晶層からの光を極小とするとは、液晶表示装置がノーマリーホワイト方式であるとき、上記不良画素を目立ちにくくすることができることを意味する。
すなわち、ノーマリーホワイト方式では、電圧が印加されていない液晶層を透過した光は、全面にオン電圧が印加された場合に暗画面中の輝点として認識されるので、電圧が印加されていない液晶層の透過率が最小の極値をとることが好ましい。
また、前記主波長とは、例えば人間の目が光を最も強く感じる緑色に対応した波長、具体的には、542nmや546.1nmとすることが好ましい。
また、前記リタデーションは、液晶分子の屈折率異方性と液晶層の厚さとの積であるので、所望のリタデーションは、液晶材料を最適化したり、液晶層の厚さを最適化したりすることによって実現することができる。
なお、液晶層のリタデーションにつき、その範囲に±(主波長の1割の値)の幅を持たせたのは、液晶表示装置の製造上、セル厚が例えば±0.3μm程度変動することがありえ、またこの程度の変動があっても本発明の効果を得ることができるためである。
すなわち、セル厚が±0.3μm変動すると、主波長の1割程度リタデーションが変動するが、このようなリタデーションの変動が生じても本発明の目的を達することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記光学補償フィルムの総リタデーションが、液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたときの液晶層のリタデーションの±10%の範囲内とすることができる。
前記の構成によれば、光学補償フィルムの総リタデーションが、液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたときの液晶層のリタデーション、すなわち残留リタデーションの±10%の範囲内であるので、ノーマリーホワイト方式における光漏れを抑制することができる。
なお、前記残留リタデーションとは、先に説明したとおり、液晶層に電圧が印加された場合に、基板表面の液晶分子が、電圧によって発生した電界方向に配向しないことによって生じるリタデーションのことを意味する。
また、本発明の液晶表示装置は、前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、少なくとも緑色フィルターが備えられたカラーフィルターが設けられており、前記緑色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内とすることができる。
前記の構成によれば、例えば人間の目が光を最も強く感じる緑色の光を透過する領域において、電圧が印加されていないときの透過率を最大又は最小(極値)とすることが容易となる。
よって、電圧が印加されない液晶層の領域である不良画素が表示上目立つことをより抑制することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、赤色フィルターと緑色フィルターと青色フィルターとが備えられたカラーフィルターが設けられており、前記赤色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記赤色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記赤色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、前記緑色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、前記青色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記青色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記青色フィルターを透過する光の主波長の1割)の範囲内とすることができる。
前記の構成によれば、緑色の光を透過する領域のみならず、いわゆる3原色の残り2色、すなわち、赤色及び青色の光を透過する領域についても、電圧が印加されていないときの透過率を最大又は最小(極値)とすることが容易となる。
よって、電圧が印加されない液晶層の領域である不良画素が表示上目立つことをさらに抑制することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記赤色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記青色フィルターに対応した領域の液晶層とにおいて、液晶層の厚みが異ならすことができる。
先に説明とおり、リタデーションは、液晶分子の屈折率異方性と液晶層の厚さとの積である。
よって、前記の構成によれば、液晶層の厚みを異ならすことによって、所望のリタデーションを容易に実現することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、赤色フィルターと緑色フィルターと青色フィルターとが備えられたカラーフィルターが設けられており、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さは、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内となるように設定されており、前記赤色フィルターに対応した領域の前記液晶層の厚さは、当該液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたとき当該液晶層の透過率が極値となる液晶層の厚さと、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さとの差の2倍の値を、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さに加えた値の±(前記赤色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、前記青色フィルターに対応した領域の前記液晶層の厚さは、当該液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたとき当該液晶層の透過率が極値となる液晶層の厚さと、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さとの差の2倍の値を、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さから減じた値の±(前記青色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内とすることができる。
前記の構成によれば、液晶層の厚さが、緑色の光に対しては、前述のとおり電圧無印加時の透過率が極値になるように設定されているのに対して、赤色の光及び青色の光に対しては、実表示用の電圧におけるオン電圧印加時(例えばノーマリーホワイト方式における黒電圧印加時)の透過率をより低下させる点をも考慮して設定されている。
具体的には、赤色フィルターと青色フィルターとに対応した領域の前記液晶層の厚さは、各々、緑色に対して最適化されたマルチギャップ(液晶層の厚さが赤色フィルター・緑色フィルター・青色フィルターに対応した領域ですべて均一)の場合におけるオン電圧印加時の低透過率をほぼ維持しながらも、電圧無印加時の不良がより目立たないような厚さに設定されている。
したがって、赤色フィルター・緑色フィルター・青色フィルターに対応した領域の液晶層(例えば赤画素、緑画素、青画素)を同じ電圧で駆動した場合であっても、コントラストの低下を抑制しつつも、不良画素が表示上目立つことを抑制することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記各々の偏光板が、互いにその光軸が直交するように設けることができる。
前記の構成によれば、電圧が印加されない液晶層の領域が暗画面中の輝点不良となるためより不良画素が表示上目立ちやすいノーマリーホワイト方式において、不良画素を目立ちにくくすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記赤色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記青色フィルターに対応した領域の液晶層とによって、1つの表示単位を構成することができる。
前記の構成によれば、1つの表示単位がいわゆる3原色によって構成されているので、フルカラーの表示を実現することが容易となる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記主波長を、542nm±10%の範囲内とすることができる。
前記構成によれば、前記主波長が、人間の目が光を強く感じやすい範囲の波長であるので、表示不良をより目立ちにくくすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記緑色フィルターを透過する光の主波長を、542nm±10%の範囲内とすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記赤色フィルターを透過する光の主波長を、609nm±10%の範囲内とすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記青色フィルターを透過する光の主波長を、506nm±10%の範囲内とすることができる。
本発明の液晶表示装置は、以上のように、液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに主波長の自然数倍を加えた値の±(前記主波長の1割の値)の範囲内である。
したがって、OCBモードの液晶表示装置において、不良画素が表示上目立つことが抑制された液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態を示すものであり、液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態を示すものであり、カラーフィルターの透過率の波長依存性を示す図である。 電圧が印加されていないときの、セル厚と可視光全域における透過率との関係を示す図である。 電圧が印加されていないときの、セル厚と赤色、緑色、青色の光に対する透過率との関係を示す図である。 電圧が印加されていないときの緑色の光に対する透過率と、電圧が印加されているときの青色の光に対する透過率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態を示すものであり、セル厚が3.9μmの場合の、電圧と透過率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態を示すものであり、セル厚が7.2μmの場合の、電圧と透過率との関係を示す図である。 緑画素から出射された光と、波長が542nmの単色光とについて、セル厚と透過率との関係を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示すものであり、液晶表示装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 マルチギャップ構成における、印加電圧と各色の画素の透過率との関係を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示すものであり、マルチギャップ構成における、印加電圧と各色の画素の透過率との関係を示す図である。 緑画素の電圧無印加時及び黒電圧印加時の透過率のセル厚依存性を示す図である。 赤画素の電圧無印加時及び黒電圧印加時の透過率のセル厚依存性を示す図である。 青画素の電圧無印加時及び黒電圧印加時の透過率のセル厚依存性を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示すものであり、マルチギャップ構成における、印加電圧と各色の画素の透過率との関係を示す図である。 OCBモードを用いた液晶表示装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 OCBモードを用いた液晶表示装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 OCBモードを用いた液晶表示装置において、ノーマリーホワイト方式とノーマリーブラック方式との、印加される電圧と透過率との関係を示す図である。 OCBモードを用いた液晶表示装置において、セル厚と、黒表示における透過率との関係を示す図である。
符号の説明
1 液晶表示装置
5 液晶表示パネル
10 第1基板
11 第1ガラス基板
13 配線層
15 絶縁層
17 画素電極
19 第1配向膜
20 第2基板
21 第2ガラス基板
23 カラーフィルター
23R 赤色フィルター
23G 緑色フィルター
23B 青色フィルター
27 対向電極
29 第2配向膜
30 画素
30R 赤画素
30G 緑画素
30B 青画素
32 ゲートバスライン
34 ソースバスライン
36 TFT素子
41 第1光学補償フィルム (光学補償フィルム)
43 第1偏光板 (偏光板)
45 第2光学補償フィルム (光学補償フィルム)
47 第2偏光板 (偏光板)
50 液晶層
52 液晶分子
60 表示制御回路
62 ゲートドライバ
64 ソースドライバ
66 階調電圧源
68 対向電極駆動電源
70 バックライト
Re(l) 液晶層のリタデーション
Re(f) 光学補償フィルムのリタデーション
Re(r) 残留リタデーション
λd 主波長
〔実施の形態1〕
本発明の一実施の形態について図1から図10に基づいて説明すると以下の通りである。
(液晶表示装置の構成)
まず、本実施の形態の液晶表示装置の構成について、図1に基づいて説明する。ここで、図1は、液晶表示装置1の概略構成を示すブロック図である。
本実施の形態の液晶表示装置1には、走査信号線駆動回路としてのゲートドライバ62と、データ信号線駆動回路としてのソースドライバ64と、ゲートドライバ62及びソースドライバ64を制御するための表示制御回路60と、階調電圧源66と、対向電極27を駆動するための対向電極駆動電源68と、アクティブマトリクス形の液晶表示パネル5とが備えられている。
さらに、前記液晶表示装置1における液晶表示パネル5には、複数本(m本)の走査信号線としてのゲートバスライン32(GL1〜GLm)と、それらゲートバスライン32(GL1〜GLm)のそれぞれと交差する複数本(n本)のデータ信号線としてのソースバスライン34(SL1〜SLn)と、それらのゲートバスライン32(GL1〜GLm)とソースバスライン34(SL1〜SLn)との交差点にそれぞれ対応して形成された複数個(m×n個)の画素30とが設けられている。さらに、前記ゲートバスライン32と同一層には、前記ゲートバスライン32と平行に、任意の電位を外部から独立して与えることが可能な共通電極(図示せず)が設けられている。
これらの画素30はマトリクス状に配置されて画素アレイを構成し、各画素30には、スイッチング素子であるTFT素子36と、そのTFT素子36のドレイン端子に接続された画素電極17と、液晶層50とが備えられている。
また、前記TFT素子36は、そのゲート端子が対応する前記交差点を通過するゲートバスライン32に接続されているとともに、ソース端子が当該交差点を通過するソースバスライン34に接続されている。そして、画素電極17と対向電極27とで形成される液晶容量等によって、画素容量Cpが構成されている。
(液晶表示装置の駆動)
そして、液晶表示装置1は、以下のように駆動される。すなわち、前記各画素30における画素電極17には、ゲートドライバ62及びソースドライバ64によって、表示すべき画像に応じた電位が与えられる。これによって、画素電極17と対向電極27との間の電位差に応じた電圧が液晶層50(液晶分子52)に印加され、この電圧印加によって液晶層50における光の透過量が制御されることで表示が行われる。
なお、図1における、DAはデジタル画像信号を、SSPはソーススタートパルス信号を、SCKはソースクロック信号を、GCKはゲートクロック信号を、GSPはゲートスタートパルス信号を、GOEはゲートドライバ出力制御信号を、Dvはデジタルビデオ信号を、HSYは水平同期信号を、VSYは垂直同期信号を、Dcは制御信号を、Vcsは容量電極印加電圧を示している。
(液晶表示パネルの構成)
つぎに、本実施の形態の液晶表示パネル5の構成について説明する。本実施の形態の液晶表示パネル5は、先に図16及び図17に基づいて説明した液晶表示パネル5と同様の構成を有している。
すなわち、第1ガラス基板11に配線層13、絶縁層15、画素電極17及び第1配向膜19が設けられてなる第1基板10と、第2ガラス基板21にカラーフィルター23、対向電極27及び第2配向膜29が設けられてなる第2基板20と、これらの両基板に挟持された液晶層50とを有している。
また、前記液晶層50に含まれる液晶分子は、その屈折率異方性Δnが0.16であり、第1ガラス基板11と第2ガラス基板21との間隔であるセル厚は例えば3.9μm又は7.2μmである。ここで、前記液晶層50の厚みと、前記セル厚とはほぼ等しい。
(カラーフィルター)
また、前記カラーフィルター23には、詳しくは、赤色、緑色、青色の3色のフィルターが備えられている。そして、前記画素30には、前記各々の色のフィルター(赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルター)に対応して、赤色を表示する画素(赤画素)と、緑色を表示する画素(緑画素)と、青色を表示する画素(青画素)との3種の画素が含まれる。
ここで、前記赤画素から出射される光(赤色の光)、緑画素から出射される光(緑色の光)、青画素から出射される光(青色の光)の波長特性は、カラーフィルター23の光学特性(透過率の波長依存性)に依存する。図2に本実施の形態のカラーフィルター23の透過率の波長依存性の一例を示す。図2に示すように、赤色フィルター、緑色フィルター、及び、青色フィルターからの透過光は、いずれも単色光ではなく、一定の波長領域の光を透過する。
(他の部分の構成)
また、前記第1配向膜19及び第2配向膜29は、ともに水平配向膜である。
さらに、第1ガラス基板11の液晶層50に面しない面には、第1光学補償フィルム41と第1偏光板43とが、この順序で貼合されており、他方、第2ガラス基板21の液晶層50に面しない面には、第2光学補償フィルム45と第2偏光板47とが、この順序で貼合されている。前記各光学補償フィルムは、その遅相軸が液晶分子の配向方向と垂直になるように配置することが好ましい。
そして、本実施の形態においては、前記2枚の偏光板、第1偏光板43と第2偏光板47とは、光軸が互いに直交する方向に貼合されており、いわゆるノーマリーホワイト(NW)方式で表示が行われている。
(スプレイ−ベンド転移)
そして、本実施の形態の液晶表示パネル5は、OCBモードの液晶表示パネル5であり、前述の通り、液晶表示装置1の電源がオフされている間、液晶分子52は、図16に示すようなスプレイ配向をしている。したがって、液晶表示装置1の電源がオンされた際に、液晶分子52をスプレイ配向からベンド配向へ配向転移(スプレイ−ベンド転移)させる必要がある。このスプレイ−ベンド転移は、一般的に、通常の駆動電圧とは異なる転移電圧、例えば25V等の高電圧を液晶層50に印加することによって行われる。
(OCBモードにおけるリタデーション)
つぎに、本実施の形態の液晶表示装置1における液晶層50のリタデーション及び各光学補償フィルム41・45について説明する。
OCBモードの液晶表示装置1では、前述の通り、液晶分子52は、電圧無印加時にはスプレイ配向(図16参照)、他方駆動時(通常の表示が行われている間)にはベンド配向(図17参照)している。
そして、図16に示すようにスプレイ配向では、液晶分子52のダイレクタ(液晶分子52の長軸方向)は、液晶層50のセル厚方向における中央近傍部、言い換えると液晶表示パネル断面方向中央部においては、各基板(第1基板10・第2基板20)面に対してほぼ平行方向である。これに対してベンド配向では、前記液晶分子52のダイレクタは、図17に示すように、各基板面に対してほぼ垂直方向である。
以上のように、OCBモードの液晶表示装置1では、電圧無印加時と表示電圧(通常の表示が行われている間に印加される電圧)印加時とで、液晶分子52の角度が大きく異なる。その結果、液晶層50のリタデーションは著しく異なる。
そのため、電圧無印加時の透過率を抑えつつ、表示電圧印加時に所望の光学特性を得るような設計が可能になる。
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置1においては、OCBモードとしても表示を保ちながら、電圧無印加、言い換えると、スプレイ配向時の透過率を最小に抑えるように液晶層と光学補償フィルムのリタデーションを設計している。以下、説明する。
(スプレイ配向における透過率(全波長))
ここで、まず、OCBモードの液晶表示装置1において、液晶層50に電圧が印加されていない状態、言い換えると、液晶分子52がスプレイ配向した状態における、透過率のセル厚依存性について、図3に基づいて説明する。
図3は、OCBモードの液晶表示装置1において、液晶層50に電圧が印加されていない状態、すなわちスプレイ配向状態におけるセル厚と透過率との関係を示す図である。ここで、リタデーションは、セル厚と液晶分子屈折率異方性との積であるため、セル厚を変化させると、それに連動してリタデーションが変化する。したがって、図3は、液晶層50のリタデーションと透過率との関係を示しているともいえる。
そして、この図3が示す透過率は、前記赤色を表示する画素、緑色を表示する画素、青色を表示する画素から出射される光を合わせての透過率である。すなわち、ほぼ全可視光領域の光における透過率を示している。なお、前記透過率は主感度補正後の値である。また、図3に透過率を示した液晶表示装置1では、光学補償フィルム(第1光学補償フィルム41、第2光学補償フィルム45)を用いている。
図3に示すように、セル厚が変化すると、それに連動して透過率が変化する。すなわち、リタデーションの変化にしたがって透過率が変化し、その透過率は、一定のセル厚で極小となる。
したがって、上記スプレイ配向での透過率が極小となるセル厚で、液晶表示パネル5を設計すれば、画素30のTFT素子が不良であったり、上下基板が短絡したりするなどによって、液晶層50に電圧が印加できない画素(TFT素子不良画素や短絡画素などの不良画素)30が存在しても、その存在を目立ちにくくすることができる。スプレイ配向における透過率を低くすることができるからである。
(スプレイ配向における透過率(各色))
ここで、一般に液晶表示装置1では赤色フィルター23Rを有する画素30(赤画素30R)、緑色フィルター23Gを有する画素30(緑画素30G)、青色フィルター23Bを有する画素30(青画素30B)の3つの画素30を1つの絵素として色を表現する。したがって、TFT素子36の不良や上下短絡による不良は、赤色、緑色、又は、青色の1点が点灯して見えることが多い。
そこで、前記セル厚を設定するにあたり、人間の色に対する視認特性を考慮することによって、より前記不良画素の存在を目立ちにくくすることができる。
すなわち、人間の目は、その色によって光を感じる強さが異なり、緑色の光を最も強く感じる。したがって、緑色の光を出射する緑画素について、電圧が印加されていないときの透過率を低くすることによって、画素不良をより視認しにくくすることができる。
そこで、上記赤色の光、緑色の光、青色の光について、言い換えると、前記各色の光を出射する画素30である赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bについて、各々、透過率とセル厚との関係を測定した。その結果を図4に示す。
図4は、OCBモードの液晶表示装置1において、液晶層50に電圧が印加されていない状態、言い換えると、液晶分子52がスプレイ配向した状態における、透過率のセル厚依存性を、前記赤色を表示する画素、緑色を表示する画素、青色を表示する画素の各画素にについて示す図である。なお、透過率は主感度補正後の値である。
(緑基準のセル厚設定)
図4に示すように、透過率が最小値をとるセル厚は、色、すなわち波長によって異なる。具体的には、例えば人間の目が光を最も強く感じる緑色の光に対しては、セル厚0.6μm、3.9μm、7.2μm等の近傍で極小値をとる。
そこで、前記値にセル厚を設定し、緑色の光を出射する緑画素30Gについて、電圧が印加されていないときの透過率を低くすることが画素不良を視認しにくくするのに最も効果的である。
すなわち、上記スプレイ配向での透過率が極小となるセル厚で、液晶表示パネル5を設計すれば、画素30のTFT素子が不良であったり、上下基板が短絡したりするなどによって、液晶層50に電圧が印加できない画素(TFT素子不良画素や短絡画素などの不良画素)30が存在しても、その存在を目立ちにくくすることができる。
これによって、画素30に電圧が印加できないために、ノーマリーホワイト方式において従来輝点として認識されていた画素30の透過率が小さくなり、言い換えると輝点の輝度が下がり、不良画素が認識されにくくなる。
(光学補償フィルム付きの構成)
ここで、OCBモードの液晶表示装置1では、前述のとおり、視野角を広げたり、残留リタデーションを補償したりすること等を目的として、一般的に光学補償フィルムが用いられる。
そのため、上述のように、偏光板・液晶層・偏光板の構成において、不良画素の透過率が低くなるように液晶表示パネル5を設計しても、実際の構成、すなわち光学補償フィルムを用いた構成である、偏光板・光学補償フィルム・液晶層・光学補償フィルム・偏光板の構成では、不良画素の透過率が低下しない場合がある。
これは、不良画素を透過した光に対して、前記光学補償フィルムの有するリタデーションが付加され、偏光状態が変化するためである。そして、偏光状態が変化することによって、偏光板・液晶層・偏光板の構成の場合と同様の透過率低下が見込めない場合がある。
(セル厚と光学補償フィルム)
そこで、広視野角や残留リタデーション補償のために光学補償フィルムが用いられた場合であっても、前記不良画素の透過率の低下が維持された構成とする必要がある。
言い換えると、光学補償フィルムが用いられた構成において、スプレイ配向における低透過率と、ベンド配向における実表示のコントラストとを両立させる必要がある。
そこで、本実施の形態の液晶表示装置1では、液晶層50のリタデーションと、光学補償フィルム(第1光学補償フィルム41と第2光学補償フィルム45)のリタデーションとにおいて、液晶層のリタデーション(Re(l))]が、前記光学補償フィルム41・45のリタデーションRe(f)の自然数倍となるように設定されている。ここで、光学補償フィルム41・45のリタデーションRe(f)は、光学補償フィルムが一枚のみ用いられる場合は、その光学補償フィルムのリタデーションをさし、光学補償フィルムが複数枚用いられる場合は、それらの光学補償フィルムをリタデーションの総和をさす。
光学補償フィルム41・45と液晶層50とが、リタデーションについて上記の関係を有する場合には、不良画素に対応する液晶層50のみを透過した光の偏光状態は、光学補償フィルム41・45を透過することによって変化しない。
その結果、液晶層50のリタデーション、具体的には液晶層50の厚みを、透過率が図3又は図4に示す極小値となる厚みに設定すると、液晶表示装置1に光学補償フィルム41・45が用いられた場合であっても、不良画素の透過率を低くすることができる。
(緑での最適化)
以下、セル厚を、前記緑色の光に対して最適化した実施形態例について説明する。
図5は、緑画素30Gに電圧が印加されないときの透過率のセル厚依存性を示している。また、図5の点線は、青画素30Bが点灯(実表示におけるオフ電圧印加)した際の透過率を示している。
図5に示すように、電圧無印加時の透過率は、緑画素30Gから出射される光に対して、セル厚0.6μm、3.9μm、7.2μm、11.0μmで極小値をとる。すなわち、透過率が極小となるセル厚が存在する。
(液晶表示パネルの設計)
ここで表示不良は、その輝度が、青画素が点灯したときと同程度の輝度であればほとんど目立たない。そこで、電圧無印加時の緑画素の透過率を青画素の点灯時の透過率以下にするよう設計する。
すなわち、図5に示す実施の形態においては、緑画素の透過率が極小となるセル厚、0.6μm、3.9μm、7.2μm、10.5μmのなかで、セル厚が10.5μmの場合には、緑画素の電圧無印加時の輝度が、青画素点灯時(実表示時)の透過率を上回るためふさわしくない。
また、セル厚0.6μmは、実表示時(ベンド配向時)にほとんど光を透過しないため、ふさわしくない。
そこで、セル厚3.9μmと7.2μmとが、課題を解決するためによりふさわしいセル厚といえる。
以下、セル厚を3.9μmとした場合と、7.2μmとした場合とについて、図6及び図7に基づいて説明する。図6は、セル厚を3.9μmとした場合の、セル厚と透過率との関係を示す図であり、図7は、セル厚を7.2μmとした場合の、セル厚と透過率との関係を示す図である。なお、図6及び図7における赤(R)、緑(G)、青(B)は、各々赤色、緑色、青色の光に対する透過率を示している。
(セル厚3.9μmの構成)
ここで、セル厚を3.9μmとした場合には、電圧無印加時の液晶層のリタデーションRe(l)は624nm(液晶分子の屈折率異方性Δnが0.16)となり、光学補償フィルムのリタデーションRe(f)(第1光学補償フィルム41及び第2光学補償フィルム45のリタデーションの和)は54.7nmとした。
この場合、電圧無印加時の液晶層のリタデーションRe(l)と、光学補償フィルムのリタデーションRe(f)とは、
Re(l)=Re(f)+主波長λ(d)×n・・・式(1)
の関係を満たしている。ここで、λ(d)は主波長を示し、nは自然数を示している。
具体的には、セル厚が3.9μmの実施形態では、主波長を緑画素からの透過光に対応して542nmとし、nは1となっている。
(セル厚7.2μmの構成)
また、セル厚を7.2μmとした場合には、電圧無印加時の液晶層のリタデーションRe(l)は1152nm(液晶分子の屈折率異方性Δnが0.16)となり、光学補償フィルムのリタデーションRe(f)(第1光学補償フィルム41及び第2光学補償フィルム45のリタデーションの和)は100.9nmとした。
この場合、主波長は542nmとし、nは2となっている。
図6及び図7に示すように、セル厚が3.9μmの場合も、セル厚が7.2μmの場合も、赤色、青色、緑色のすべて色の光において、電圧無印加時の透過率を、ベンド配向における実表示時(電圧印加時)の青色の光の透過率以下とすることができ、TFT素子不良や上下短絡による表示不良を目立たなくすることができた。
また、セル厚を3.9μmとした場合には、図6に示すように、電圧が印加されていないときの透過率は、赤色、緑色、青色のすべての色の光において、0.02以下となった。
他方、セル厚を7.2μmとした場合には、図7に示すように、電圧が印加されていないときの透過率は、約0.05以下となり、上記セル厚が3.9μmの場合と比べて、透過率の低下は小さくなる。しかし、上記セル厚が3.9μmのときにみられた、1.8V(ベンド配向の境界近傍電圧)近傍における、透過率の低下を抑制することができる。
以上のように、セル厚を電圧無印加時の透過率が極小となる値に設定するとともに、液晶層50のリタデーションRe(l)が、前記光学補償フィルム41・45のリタデーションRe(f)の自然数倍となるように設定することによって、ベンド配向における実表示と、不良画素での透過率の抑制との両方の特性を満足することが可能な液晶表示装置1を実現することができる。さらには、セル厚を変えることによって、例えばベンド配向における実表示を優先する構成(セル厚=7.2μm)や、不良画素での透過率抑制を優先する構成(セル厚=3.9μm)を選択することも可能である。
(セル厚の算出)
なお、上記透過率が極小となるセル厚は、演算式によって算出することも可能である。
ここで、前記図2に基づいて説明したとおり、各色のカラーフィルターはいずれも単色光ではない(一定の波長領域の光を透過する)が、単波長に置き換えて考えることが可能である。
以下、図8に基づいて、緑色の光を例にして説明する。ここで、図8は、緑画素30Gから出射された光(緑色フィルター23Gを透過した光)と、波長が542nm(主波長)の単色光とについて、セル厚と透過率との関係を示す図である。
図8に示すように、緑画素30Gから出射された光について、電圧無印加時の透過率が極小となるセル厚は、波長が542nmの単色光の電圧無印加時の透過率が極小となるセル厚と同じである。
すなわち、単色光の波長を主波長λ(m)、残留電圧無印加時の液晶層のリタデーションをRe(l)、残留リタデーションをRe(r)、λ(d)を542nm、nを自然数とした場合において、
Re(l)=Re(r)+λ(d)×n・・・式(2)
という関係を満たすようにセル厚に設計すると、透過率、言い換えるとLuminance(a.u.)が極小となることを図8は示している。
そこで、上記式(2)を満たすセル厚及びその近傍のセル厚において、電圧無印加時の透過率が、一定の値以下になるようにセル厚を決定すればよいこととなる。
以上のように、単光色の波長をもとにして演算することによって、ベンド配向において所定の光学特性を得つつ、電圧を印加していないときに透過率が最小になるリタデーションを選んで液晶表示パネルを設計すること(セル厚を決定すること)が可能である。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図9から図11などに基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
前記実施の形態1においては、不良画素のうちの緑画素(緑色の光を出射する画素)からの出射光が、通常点灯時(実表示時)の青画素(青色の光を出射する画素)からの出射光と同程度、又は、それ以下の輝度となるように、液晶表示パネル5を設計した。すなわち、緑画素を中心とした設計であった。
これに対し、本実施の形態の液晶表示パネル5では、緑画素のみならず、青画素及び赤画素(赤色の光を出射する画素)についても考慮した液晶表示パネル5の設計となっている点が特徴である。以下、説明する。
前記図4に示したとおり、電圧無印加時において、赤色の光及び青色の光の透過率は、緑色の光の透過率よりも全体的に低くなっている。本実施の形態においては、この特性を利用して、緑画素のみならず青画素及び赤画素についても透過率を低くすることによって、全体としてより不良画素を目立ちにくくするものである。具体的には、緑色、青色、赤色について、各々別個のセル厚を設定して、それぞれの色について、不良画素からの透過率(不良画素の輝度)を下げようとするものである。
(マルチギャップ構成)
本実施の形態の液晶表示装置1では、前記特性を実現するために、液晶表示パネル5がマルチギャップ構成を有している。
ここで、マルチギャップ構成とは、各色画素(赤画素30R、緑画素30G、青画素30B)において、セル厚が異なる構成を意味する。以下説明する。
図9は、マルチギャップ構成を有する液晶表示装置1の概略構成を模式的に示す断面図である。
図9に示すように、マルチギャップ構成を有する液晶表示パネル5では、各色画素30(赤画素30R、緑画素30G、青画素30B)でセル厚が各々最適化されることによって、液晶表示パネル5内でセル厚が異なっている。
そして、通常、OCBモードのように、液晶分子の有する複屈折を利用する表示モードにおいて、前記マルチギャップ構成は、赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bの黒輝度(実表示におけるオン電圧印加時の輝度)を補正して、コントラストを改善するために使用される。
これに対して、本実施の形態のマルチギャップ構成では、電圧無印加時の透過率特性を考慮して、各々のセル厚が設定される。以下、図10などに基づいて、より具体的に説明する。
図10は、マルチギャップ構成における、印加電圧と各色の画素の透過率との関係を示す図である。図10に光学特性を示す液晶表示パネル5は、緑画素30Gの特性を優先したマルチギャップ手法(マルチギャップ構成における各セル厚を定める方法)によって、そのセル厚が設定されている。
すなわち、まず緑画素30Gについて、電圧が印加されていないときの透過率が最小になるようにセル厚を定める。つぎに、赤画素30R及び青画素30Bについて、黒電圧(実表示におけるオン電圧)を印加したときに透過率が最小となるようにセル厚を定めたものである。
その結果、セル厚は、赤画素のセル厚は厚く、青画素のセル厚は薄く、具体的には、赤画素30Rのセル厚は7.5μm、緑画素30Gのセル厚は7.2μm、青画素30Bのセル厚は7.0μmとなっている。
(シングルギャップ構成と従来のマルチギャップ構成)
このようなセル厚を有する液晶表示装置1の光学特性、特に電圧無印加時の透過率について、前記図7に示す液晶表示装置1の光学特性と比較しながら説明する。ここで、図7に示す液晶表示装置1とは、緑の光に最適化されたシングルギャップ構成(赤画素、緑画素、青画素でセル厚が変わらず、均一なセル厚)を有している。
図10に示すように、マルチギャップ構成では、緑の光に最適化されたシングルギャップ構成(セル厚7.2μm、図7参照)に比べ、電圧無印加の赤色の光の透過率、及び、青色の光の透過率が低下していることがわかる。
すなわち、シングルギャップ構成においては、赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bの透過率は、各々およそ0.042、0.028、0.020であるのに対して(図7参照)、従来のマルチギャップ構成においては、各々およそ0.030、0.030、0.017となり、図10に示す液晶表示装置1の方が、3色ともに透過率が低下している。
しかしながら、上記のマルチギャップ手法に基づいてセル厚が設定された前記図10に示す液晶表示装置1では、青画素30Bについての改善(電圧無印加時の透過率の低下)がわずかである。すなわち、赤画素30Rにおける透過率の低下が0.012であるのに対して、青画素30Bにおける透過率の低下は0.003にとどまっている。これは、上記のマルチギャップ手法においては電圧無印加時の透過率については、緑色以外の色について考慮した設計を行っていないためである。
(本実施の形態のマルチギャップ構成)
そこで、緑色に加えて、赤色及び青色についても、電圧無印加時の透過率を考慮して、具体的には透過率が極小となるようにセル厚を設定した本実施の形態の液晶表示装置1について説明する。
本実施の形態の液晶表示装置1においても、各色の画素30のセル厚は、従来のマルチギャップ手法によるマルチギャップ構成と同様に、赤画素30Rは厚く、青画素30Bは薄くなっている。これは、電圧無印加時の透過率だけでなく、本来表示に使用するベンド配向時の表示特性を劣化させないためである。
ただし、各々最適化されたセル厚は異なっている。以下、説明する。
本実施の形態の液晶表示装置1では、各色の画素30(赤画素30R、緑画素30G、青画素30B)のセル厚を決めるに際し、各々の色について、電圧無印加時の透過率が極小値となるような値、又は、その近傍の値とした。
具体的には、前記図4に示す、電圧無印加時におけるセル厚と赤色・緑色・青色の光の透過率との関係に基づいて、各セル厚を決定した。すなわち、各色について、電圧無印加時の透過率が極小値となる複数のセル厚のうち、各色についてのセル厚差が大きくならない組合せを選択して、各色のセル厚を決定した。
以下、赤画素30Rのセル厚が8.4μm、緑画素30Gのセル厚が7.2μm、青画素30Bがセル厚は6.5μmの場合について説明する。上記各セル厚では、各々の色の画素の透過率が極小値となり、かつ、各々のセル厚の値は近接した組合せとなっている。
図11に、上記手法によってセル厚が決定された液晶表示装置1における、印加電圧と透過率との関係を示す。すなわち、赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bについて、各々電圧を印加しない時の透過率が最小になるように、言い換えると赤色の光、緑色の光、青色の光に対する透過率が各々最小になるように、セル厚を設定した液晶表示パネル5における、各々の画素30(赤画素30R、緑画素30G、青画素30B)の透過率を示す図である。
ここで、図11に示す液晶表示装置1においては、赤画素30Rのセル厚は8.4μm、緑画素30Gのセル厚は7.2μm、青画素30Bのセル厚は6.5μmとなっている。
そして、光学補償フィルムのリタデーションRe(f)(第1光学補償フィルム41及び第2光学補償フィルム45のリタデーションの和)は100.9nmとした。
この場合、電圧無印加時の液晶層のリタデーションRe(l)と、光学補償フィルムのリタデーションRe(f)とは、
Re(l)=Re(f)+主波長λ(d)×n・・・式(1)
の関係を満たしている。ここで、λ(d)は主波長を示し、nは自然数を示している。
具体的には、赤画素30Rでは主波長609nmに対してnは3、緑画素30Gでは主波長542nmに対してnは3、青画素30Bでは主波長506nmに対してnは3となっている。
図11に示すように、本実施の形態の液晶表示装置1においては、ベンド配向時の表示特性をほぼ維持しつつ、電圧無印加時の透過率を極小に抑えることができる。具体的には、先の電圧無印加時の緑色のみを考慮して設計されたマルチギャップ構造の液晶表示装置1(図10参照)と比べ、赤画素30Rの透過率がおよそ0.030から0.006に、青画素30Bの透過率がおよそ0.017から0.009に低下した。
そして、赤画素30R及び青画素30Bの透過率が上記の値まで低い場合には、観者からは、赤画素30R及び青画素30Bについてはほとんど不良画素として認識されない。したがって、不良画素が生じた場合、その不良画素が観者から認識されるときは、不良画素が緑画素30Gである場合のみとなる。よって、事実上表示不良を1/3程度に軽減することができる。
また、本実施の形態においては、セル厚を大きく変動させているため、黒電圧印加時の透過率が若干上がる場合がある。その対策としては、赤画素30R及び青画素30Bを緑画素30Gとは異なる電圧で駆動する等、各色画素30を異なった電圧で駆動すること等が考えられる。
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記各実施の形態と同じである。また、説明の便宜上、前記各実施の形態の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
前記実施の形態2においては、赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bの各々に対するセル厚を、いずれの画素(いずれの色)に対しても、電圧無印加時の透過率が最小になるように設定していた。
これに対して、本実施の形態の液晶表示装置1では、緑画素30Gについては、前記実施の形態2と同様に、電圧無印加時の透過率が最小になるようにそのセル厚を設定するのに対して、赤画素30R及び青画素30Bについては、黒電圧印加時(実表示用の電圧におけるオン電圧)の透過率をより低下させることをも考慮して、緑画素30Gとは異なる手法でそのセル厚を設定している。すなわち赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bの3色の画素を同じ電圧で駆動した場合であっても、コントラストの低下が抑制されつつも、電圧が印加されていないときの透過率を極力低下させる手段を講じるものである。以下、図12から図15に基づいて説明する。
ここで、図12から図14は、各々緑画素30G、赤画素30R、青画素30Bの電圧無印加時及び黒電圧印加時の透過率のセル厚依存性を示す図である。なお、図12から図14において、左の縦軸は電圧無印加時の透過率に対応し、右の縦軸は黒電圧印加時の透過率に対応している。
(緑画素のセル厚)
まず、図12に基づいて、緑画素30Gのセル厚について説明する。緑画素30Gのセル厚設定手法は、前記実施の形態2と同様である。
すなわち、図15に示すとおり、本実施の形態の液晶表示装置1では、緑画素30Gについて、電圧無印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚と、黒電圧印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚とが一致するにように、光学補償フィルム(第1光学補償フィルム41・第2光学補償フィルム)を設計している。具体的には、上記セル厚は、7.2μmに設定されている。
そして、上述の通り、電圧無印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚と、黒電圧印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚とが一致するので、セル厚7.2μmで黒電圧印加時の透過率の最小又は極小になっている。
(赤画素のセル厚)
つぎに、図13に基づいて、赤画素30Rのセル厚について説明する。図13に示すように赤画素30Rについて、電圧無印加時の透過率が極小となるセル厚は、およそ8.4μmである。
これに対して黒電圧印加時の透過率が極小となるセル厚は7.5μmであり、セル厚が7.5μmから離れると、黒電圧印加時の透過率が大きくなる。
これは、赤画素30Rに関しては、前記緑画素30Gとは異なり、電圧無印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚と、黒電圧印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚とが一致していないためである。
そして、黒電圧印加時の透過率が大きくなると、黒表示において白浮きが生じ、コントラストが低下する。
そこで、本実施の形態の液晶表示装置1では、赤画素30R、緑画素30G、青画素30Bの3色の画素を同じ電圧で駆動した場合であっても、前記白浮きが低減されるように、セル厚を設定している。
具体的には、シングルギャップ構成における黒電圧印加時の赤画素30Rの透過率と同じ又はそれ以下の透過率を確保しながら、電圧無印加時の透過率を前記シングルギャップ構成における透過率よりも低くする設計とする。
図13に基づいて説明すると、まず、黒電圧印加時の透過率は、上述の通り、7.5μmで極小となるが、黒電圧印加時の透過率は、セル厚が前記7.5μmから離れるにしたがって、セル厚が減少する方向でもセル厚が増加する方向でも、ほぼ同割合で増加している。すなわち、セル厚と黒電圧印加時の透過率との関係を示すグラフは、セル厚7.5μmを中心として、ほぼ線対称の形を有している。
したがって、例えば緑画素30Gに対して最適化されたセル厚7.2μmのシングルギャップ構成における黒電圧印加時の透過率と同じ又はそれ以下の透過率を得るためには、セル厚は、7.5μmを中心として、7.2μmから、7.2μmと対称なセル厚すなわち7.8μmの範囲内であることが望ましい。
他方、電圧無印加時の透過率は、上述の通り、セル厚8.4μmで極小値をとり、セル厚が8.4μmから離れるにしたがって上昇していく。
したがって、前記黒電圧印加時の透過率に関して望ましいセル厚の範囲である7.2μmから7.8μmの範囲では、セル厚が増加するにしたがって、電圧無印加時の透過率は減少する。
よって、黒電圧印加時の透過率と電圧無印加時の透過率とをいずれも低い値にするとの観点からは、赤画素30Rのセル厚は、前記電圧無印加時の透過率が極小値となる8.4μm以下で、かつその値に近い7.8μmが適当であるといえる。
(青画素のセル厚)
つぎに、図14に基づいて、青画素30Bのセル厚について説明する。青画素30Bに対するセル厚設定の考え方は、前記赤画素30Rに対するセル厚設定の考え方とほぼ同様である。以下、前記赤画素30Rの場合と異なる部分を中心に説明する。
まず、図14に示すように青画素30Bについて、電圧無印加時の透過率が極小となるセル厚は、およそ6.5μmである。
これに対して黒電圧印加時の透過率が極小となるセル厚は7.0μmであり、セル厚が7.0μmから離れると、黒電圧印加時の透過率が大きくなる。
これは、青画素30Bに関しては、前記赤画素30Rと同様に、電圧無印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚と、黒電圧印加時の透過率が最小又は極小になるセル厚とが一致していないためである。
そして、黒電圧印加時の透過率が大きくなると、黒表示において白浮きが生じ、コントラストが低下する。
そこで、シングルギャップ構成における黒電圧印加時の青画素30Bの透過率と同じ又はそれ以下の透過率を確保しながら、電圧無印加時の透過率をシングルギャップ構成における透過率よりも低くする設計とする。
図14に基づいて説明すると、まず、黒電圧印加時の透過率は、上述の通り、7.0μmで極小となるが、セル厚と黒電圧印加時の透過率との関係を示すグラフは、セル厚7.0μmを中心として、ほぼ線対称の形を有している。
したがって、例えば緑画素30Gに対して最適化されたセル厚7.2μmのシングルギャップ構成における黒電圧印加時の透過率と同じ又はそれ以下の透過率を得るためには、セル厚は、7.0μmを中心として、7.2μmから、7.2μmと対称なセル厚すなわち6.8μmの範囲内であることが望ましい。
他方、電圧無印加時の透過率は、上述の通り、セル厚6.5μmで極小値をとり、セル厚が6.5μmから離れるにしたがって上昇していく。
したがって、前記黒電圧印加時の透過率に関して望ましいセル厚の範囲である6.8μmから7.2μmの範囲では、セル厚が増加するにしたがって、電圧無印加時の透過率が増加する。
よって、黒電圧印加時の透過率と電圧無印加時の透過率とをいずれも低い値にするとの観点からは、青画素30Bのセル厚は、電圧無印加時の透過率が極小値となるセル厚6.5μm以上で、かつその値に近い6.8μmが適当であるといえる。
(光学特性)
つぎに、各色の画素30のセル厚を上述の通り設定した液晶表示装置1の光学特性について、図15に基づいて説明する。
図15は、赤画素30Rのセル厚が7.8μm、緑画素30Gのセル厚が7.2μm、青画素30Bのセル厚が6.8μmの液晶表示装置1について、各々の色に関して、印加電圧と透過率との関係を示す図である。
図15に示すように、本実施の形態の液晶表示装置1では、黒電圧印加時の透過率が低いので、コントラストを、シングルギャップ構成を有する液晶表示装置(セル厚が赤画素、緑画素、青画素で同じ場合)とほぼ同様に保つことができる。
さらに、本実施の形態の液晶表示装置1では、シングルギャップ構成を有する液晶表示装置に比べ、電圧が印加されていないときの透過率を小さくすることができた。したがって、不良画素が表示上目立つことを抑制することができた。
(他の構成)
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記図13に示す例においては、赤画素30Rについてはコントラストを維持するセル厚(黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚)が、電圧を印加しないとき(電圧無印加時)に透過率が最小になるセル厚より小さく、かつ、黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚が、緑画素30Gのセル厚等の基準セル厚より大きかった。
これに対して、黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚が、上記説明の場合とは反対に、緑画素30Gのセル厚等の基準セル厚より小さい範囲にある場合には、セル厚を黒電圧印加時に透過率が最低になる値に設定すればよい。
また、青画素30Bについても同様のことが考えられる。すなわち、上記図14に示す例においては、青画素30Bについてはコントラストを維持するセル厚(黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚)が、電圧を印加しないとき(電圧無印加時)に透過率が最小になるセル厚より大きく、かつ、黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚が、緑画素30Gのセル厚等の基準セル厚より小さかった。
これに対して、黒電圧印加時の透過率が所望の低さとなるセル厚が、上記説明の場合とは反対に、緑画素30Gのセル厚等の基準セル厚より大きい範囲にある場合には、セル厚を黒電圧印加時に透過率が最低になる値に設定すればよい。
本発明は前記した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の液晶表示装置は、不良画素が表示上目立ちにくいので、画素数の多い大画面、光精細液晶表示装置において、好適に利用可能である。

Claims (12)

  1. 相互に対向して配置された第1基板及び第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、
    前記第1基板及び第2基板の前記液晶層に面する面の反対面に各々設けられた偏光板と、
    前記第1基板及び第2基板のうちの少なくとも一方の基板における基板と前記偏光板との間に設けられた、少なくとも一枚の光学補償フィルムとが備えられ、
    前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記液晶層に電圧が印加されていない状態でスプレイ配向しており、前記液晶層に電圧が印加されることによって、前記スプレイ配向からベンド配向に配向転移するOCBモードの液晶表示装置であって、
    前記液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに主波長の自然数倍を加えた値の±(前記主波長の1割の値)の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記光学補償フィルムの総リタデーションが、液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたときの液晶層のリタデーションの±10%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、少なくとも緑色フィルターが備えられたカラーフィルターが設けられており、
    前記緑色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、赤色フィルターと緑色フィルターと青色フィルターとが備えられたカラーフィルターが設けられており、
    前記赤色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記赤色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記赤色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、
    前記緑色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、
    前記青色フィルターに対応した領域の前記液晶層において、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記青色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記青色フィルターを透過する光の主波長の1割)の範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  5. 前記赤色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記青色フィルターに対応した領域の液晶層とにおいて、液晶層の厚みが異なることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第1基板及び第2基板の内の少なくとも一方の基板には、赤色フィルターと緑色フィルターと青色フィルターとが備えられたカラーフィルターが設けられており、
    前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さは、当該液晶層に電圧が印加されていないときの液晶層のリタデーションが、前記光学補償フィルムの総リタデーションに前記緑色フィルターを透過する光の主波長の自然数倍を加えた値の±(前記緑色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内となるように設定されており、
    前記赤色フィルターに対応した領域の前記液晶層の厚さは、当該液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたとき当該液晶層の透過率が極値となる液晶層の厚さと、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さとの差の2倍の値を、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さに加えた値の±(前記赤色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であり、
    前記青色フィルターに対応した領域の前記液晶層の厚さは、当該液晶層に表示時におけるオン電圧が印加されたとき当該液晶層の透過率が極値となる液晶層の厚さと、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さとの差の2倍の値を、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層の厚さから減じた値の±(前記青色フィルターを透過する光の主波長の1割の値)の範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  7. 前記各々の偏光板が、互いにその光軸が直交するように設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  8. 前記赤色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記緑色フィルターに対応した領域の液晶層と、前記青色フィルターに対応した領域の液晶層とによって、1つの表示単位を構成していることを特徴とする請求項4又は6に記載の液晶表示装置。
  9. 前記主波長が、542nm±10%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  10. 前記緑色フィルターを透過する光の主波長が、542nm±10%の範囲内であることを特徴とする請求項3、4又は6に記載の液晶表示装置。
  11. 前記赤色フィルターを透過する光の主波長が、609nm±10%の範囲内であることを特徴とする請求項4又は6に記載の液晶表示装置。
  12. 前記青色フィルターを透過する光の主波長が、506nm±10%の範囲内であることを特徴とする請求項4又は6のに記載の液晶表示装置。
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