KR100405893B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR100405893B1
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카쯔미 콘도
이쿠오 히야마
오사무 이토
마사히토 오오에
카즈히코 야나가와
케이이찌로 아시자와
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 액티브매트릭스형 액정표시장치에 관한 것으로서, 저소비전력이고, 또한 양호한 표시특성을 양립하는 동시에, 최소인가전압과 최대인가전압의 사이에서의 색조변화를 억제할 수 있고, 또한 국소적인 액정층의 두께의 차이에 기인하는 표시불량의 발생을 저감할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 1쌍의 기판과, 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극과, 1쌍의 기판사이에 협지된 액정층을 가진 액정패널과, 관찰자에 대해서 액정패널의 뒷면에 형성된 광원으로 구성되는 액정표시장치로서, 광원은, 난색(暖色)계의 색도가 되는 발광특성을 가지고 있고, 액정패널은, 한색(寒色)계의 색도가 되는 분광투자율특성을 가지고, 광원의 색을 보상하는 것을 특징으로한 것이다.

Description

액정표시장치
본 발명은 액티브매트릭스형 액정표시장치에 관한 것이다.
액정에 인가하는 전계의 방향을 기판표면에 거의 평행으로하는 방식으로서 빗살 전극쌍을 사용하는 방식이, 예를들면, 일본국 특공소 63-21907호, USP4345249호, WO91/10936호, 일본국 특개평 6-222397호 등에 의해 제안되어 있다. 그러나, 액티브소자를 사용해서 액정에 인가하는 전계의 방향을 기판표면에 거의 평행방향으로 하는 표시방식(이하, 가로전계방식이라약칭)에 있어서, 액정표시장치전체의 소비전력을 저감하기 위해 필요한 광원의 특성에 대해서는, 언급된 바없다.
또, 전압인가에 수반되는 색조변화를 억제하고, 색조불량을 저감하기 위해 필요한 구성에 대해서도, 언급되어 있지 않다.
가로전계방식에 있어서는, 기판표면에 거의 평행으로 전계를 인가하기 위해, 표시화소부에 불투명한 전극을 가진다. 그 때문에, 종래의 투명전극을 사용한 전계를 기판표면에 거의 수직방향으로 인가하는 방식(이하, 세로 전계방식으로 약칭)과 비교하면, 개구율이 저하되고, 밝은 상태에서의 밝기가 저하해버리기 때문에, 고휘도의 광원이 필요하게 된다.
한편, 가로전계형 액정표시장치에 있어서의 유효한 표시모드는 복굴절모드이기 때문에, 투과율T는 일반적으로
로 표시된다. 여기서 To는 주로 편광판의 투과율로 결정되고, θ는 액정층의 실효적인 광축과 편광투과축이 이루는 각도, d는 액정층의 두께, △n은 액정의 굴절률 이방성, λ는 광의 파장을 표시함. 따라서, 액정표시소자의 투과율은, 반드시 어떤 파장에 있어서 최대치를 취하기 때문에, 정색(呈色)된 액정소자가 된다. 영차(零次)의 리터데이션으로, 피크파장을 시감도최대파장인 555nm로 하는 즉(πd·△n/555)=π/2가 되는 조건을 만족시키는 것이 하나의 해답이다. 단, 이때, 투과율은 도 2에 표시한 바와 같이, 피크파장의 단파장쪽에서는 급락하고, 장파장쪽에서는 완만하게 감소하기 때문에, 액정표시소자는 황색으로 착색된다. 이상에서, 광원으로서, 황색의 보색(補色)인 한(寒)색계, 즉 색온도가 높은 특성이 요구된다.
일반적으로, 액정표시장치용 광원으로서 형광관이 사용되고 있다. 형광체의 특성으로서, 단파장영역의 발광효율은 장파장영역의 그것에 비해서 뒤떨어지기 때문에, 색온도가 높은 형광관은, 휘도가 저하해버리고, 고휘도를 얻을려고하면, 소비전력이 증대해 버린다고 하는 문제가 있다. 특히 노트북형 퍼스널컴퓨터나 휴대형 정보기에 있어서는, 배터리에 의한 장시간 사용을 가능하게 하기 위하여, 소비전력 증대는 회피되지 않으면 안될 문제이다.
또, 가로전계방식의 액정표시장치에 의한 표시동작은 복굴절모드에 의해 얻게되나, 이때의 투과율T는, 일반적으로 다음식(2)로 표시된다.
여기서, To는 계수이며, 주로 액정패널에 사용되는 편광판의 투과율로 결정되는 수치, θ는 액정층의 실효적인 광축과 편광투과축이 이루는 각도, deff는 액정층의 두께, △n은 액정의 굴절률이방성, λ는 광의 파장을 표시함.
또, 여기서, 액정층의 두께 deff와 액정의 굴절률이방성 △n의 곱, 즉, deff·△n을 리터데이션이라고함.
또한, 여기서의 액정층의 두께 deff는, 액정층전체의 두께는 아니고, 전압이 인가되었을 때, 실제로 배향방향을 바꾸는 액정층의 두께만을 지칭한다.
왜냐하면, 액정층의 계면근방의 액정분자는, 계면에서의 앵커링의 영향에 의해, 전압이 인가되어도 배향방향을 바꾸지 않기 때문이다.
따라서, 기판에 의해서 끼워유지된 액정층전체의 두께를 dLC로 하면, 이 두께 dLC와 두께 deff의 사이에는 항상 deff<dLC의 관계가 있고, 그 차는 대략 20∼40nm로 어림할 수 있다.
상기의 식(2)에서 명백한 바와 같이, 액정표시패널의 투과율은, 어떤 특정의파장(피크파장)에 있어서 최대치를 취하기 때문에, 정색되기 쉬운, 즉 불필요한 착색을 발생하기 쉬운 액정소자로 된다.
그런데, 액정표시패널에서는, 예를들면 영차의 리터데이션하에서의 피크파장이, 시감도최대파장인 555nm에 일치하도록, 즉,
라고하는 조건이 만족되도록 구성하는 것이, 실용화때에 있어서의 일반적인 수법이되나, 그렇게하면, 액정표시패널의 분광투과율은, 피크파장의 단파장쪽에서는 감소가 현저하고, 장파장쪽에서는 완만하게 감소된다고 하는 특성을 가지기 때문에, 액정표시소자는 황색으로 착색되기 쉽다.
또, 상기 정색의 정도는 액정에 대한 전압인가에 수반해서 현저히 변화되고, 표시에 필요한 인가전압의 최소전압(노멀리 크로즈표시방식인 때에는 어두운 표시전압)에서 중간조표시전압, 최대인가전압(마찬가지로 밝은 표시전압)으로, 전압치가 변화하는데 따라서 색조가 서서히 변화되므로, 색의 표시상태가 현저하게 악화되어 버린다.
한편, 복굴절모드에 의한 표시에서는, 액정층의 두께의 차이가 피크파장의 변화로서 나타나므로, 액정표시패널내에서 국소적인 두께가 발생되고 있으면, 그 부위에 있어서의 휘도나 색조가 주위와 다른, 소위 휘도얼룩이나 색조얼룩 등의 표시불량의 요인으로 된다.
본 발명의 목적은, 저소비전력으로, 또한 양호한 표시특성을 양립하는 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 최소인가전압과 최대인가전압의 사이에서의 색조변화를 억제할 수 있고, 또한 국소적인 액정층의 두께차이에 기인되는 표시불량의 발생을 저감할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 액정표시장치의 구성을 표시한 개략도
도 2는 가로전계(電界)방식의 액정표시패널의 분광투과율특성을 표시한 도면
도 3은 러빙방향, 편광판의 축방향의 정의를 표시한 도면
도 4는 가로전계방식의 액정표시장치의 동작을 표시한 도면
도 5는 UCS색도좌표에 있어서의 색온도와 색도좌표를 표시한 도면
도 6은 컬러필터기판의 구성을 표시한 도면
도 7은 광원의 발광특성을 표시한 도면
도 8은 광원의 발광특성을 표시한 도면
도 9는 액정표시패널의 분광투과율특성과 액정표시장치의 분광특성
도 10은 액정표시패널의 C광원, 광원, 액정표시장치로 했을때의 색도좌표
도 11은 액정표시패널의 분광투과율특성과 액정표시장치의 분광특성
도 12는 액정표시패널의 C광원, 광원, 액정표시장치의 색도좌표
도 13은 액정표시패널의 분광특성, 액정표시패널의 C광원, 광원, 액정표시장치의 색도좌표
도 14는 액정표시패널의 분광투과율특성과, 액정표시패널의 C광원, 광원, 액정표시장치의 색도좌표
도 15는 액정표시장치의 전압인가에 수반되는 색도도위의 궤적
도 16은 액정표시장치의 3파장에 있어서의 전압-투과율특성을 표시한 도면
도 17은 액정표시장치의 3파장에 있어서의 전압-투과율특성을 표시한 도면
도 18은 액정표시장치의 3파장에 있어서의 전압-투과율특성을 표시한 도면
도 19는 액정표시장치의 전압인가에 수반되는 색도도위의 궤적을 표시한 도면
도 20은 본 발명에 의한 액정표시장치의 일실시예에 있어서의 단위화소 내에서의 전극구조의 설명예
도 21은 본 발명에 의한 액정표시장치의 기타의 일실시예에 있어서의 단위화소 내에서의 전극구조의 설명예
도 22는 본 발명의 기타의 일실시예에 있어서의 컬러필터의 설명도
도 23은 액티브매트릭스방식의 액정표시패널의 구동회로의 일례를 표시한 회로도
도 24는 본 발명에 의한 액정표시장치의 일실시예를 표시한 개략구성도
도 25는 본 발명의 일실시예에 있어서의 광원의 발광스펙트럼도
도 26은 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시패널의 분광투과율특성도
도 27은 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시패널의 휘도(輝度)의 전압의존성을 표시한 특성도
도 28은 액정표시패널의 종래예에 의한 분광투과율특성의 설명도
도 29는 액정표시패널의 종래예에 의한 색조변동을 설명하기 위한 색도도
도 30은 액정표시패널의 기타의 종래예에 의한 색조변동을 설명하기 위한 색도도
도 31은 본 발명의 실시예와 종래기술에 의한 비교예에 의한 캡마진확대효과를 표시한 설명도
도 32는 본 발명의 실시예 A에 의한 투과율특성도
도 33은 본 발명의 실시예 B에 의한 투과율특성도
도 34는 종래기술에 의한 비교예 C의 투과율특성도
도 35는 종래기술에 의한 비교예 D의 투과율특성도
도 36은 리터데이션을 파라미터로서 표시한 액정표시패널의 파장에 대한 투과율 특성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 공통전극 2: 게이트절연막
3: 신호전극 4: 화소전극
5: 배향제어막 6: 액정분자
7: 기판 8: 편광판
9: 전계방향 10: 액정분자장축(광학축)방향
11: 편광투과축 12: 주사전극
13: 비정질실리콘 14: 박막트랜지스터
16: 용량소자 19: 콘트롤러
20: 수직주사회로 21: 영상신호회로
22: 블랙매트릭스 23: 액티브매트릭스형 액정표시
24: 컬러필터 25: 보호막
26: 공통전극구동회로 27: 절연막
30: 형광관 31: 라이트커버
32: 도광체 33: 광확산판
34: 프리즘시트
본 발명의 액정표시장치는, 1쌍의 기판과, 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극과, 1쌍의 기판사이에 협지된 액정층을 가진 액정패널와, 관찰자에 대해서 액정패널의 뒷면에 형성된 광원으로 구성되고, 광원은, 난(暖)색계의 색도가 되는 발광특성을 가지고 있고, 액정패널은, 한색계의 색도가 되는 분광투과율특성을 가지고, 광원의 색을 보상하는 것이다.
여기서, 난색계란, 표준의 C광원의 「백」에 대해서, 황색이나 오렌지색 등의 붉은기를 느끼게 하는 색상의 것을 가리키고, 한색계란, 표준의 C광원의 「백」에 대해서, 푸른기를 느끼게하는 색상의 것을 가리킨다. 난색계의 광원은 단파장쪽의 투과율이 낮고, 한색계의 액정패널은 장파장쪽의 투과율이 낮으므로, 이들을 조합하므로서, 가시광영역의 광을 대략 균일하게 투과시키도록 하고, 액정표시장치 전체의 표시가 표준의 C광원의 「백」에 가까워지도록 한다.
본 발명에 의해 저소비전력화가 가능해지나, 이하에 그 이유를 설명한다. 난색계의 형광램프는, 한색계의 형광램프에 비해 동일 휘도를 얻는데 저소비전력으로 된다. 일반적으로, 색온도 6000K의 형광램프의 소비전력을 1로 하면, 동일휘도를얻기위해 필요한 소비전력은, 8000K의 형광램프에서는 5%, 10,000K에서는 10%증가하고, 4000K에서는 반대로 5%저감한다. 예를들면, 황색으로 착색한 액정표시소자에는, 적어도 표준광인 C광원(백색)의 색온도 6770K보다 색온도가 높은 것으로, 색을 보상하는데는, 바람직하게는 10,000K이상의 광원으로할 필요가 있다. 예를들면, 세로전계방식액정표시장치에 있어서, 8700K의 형광램프를 사용해서 2W의 소비 전력이 광원으로서 필요할 때, 색온도10,000K의 형광램프를 사용한 가로전계방식액정표시장치의 구성에서는, 광원에 필요한 소비전력은 2.06W이며, C광원(백색)의 색 온도보다 낮은 6000K의 형광램프의 경우 1.87W이면 되고, 4,000K에서는 1.79W의 소비전력으로 된다.
난색계의 광원은 형광체의 종류와 혼합비를 변경하므로서 얻게된다. 형광램프는, 협대역발광체형 형광램프의 경우, 450∼490nm에 발광피크를 가진, 3Ca3(PO4)2·Ca(F, Cl)2:Sb3+, Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+, (Sr, Ca)10(PO4)6Cl2:Eu2+, (Sr, Ca)10(PO4)6Cl2·nB2O3:Eu2+, (Ba, Ca, Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+, Sr2P2O7:Sn2+, Ba2P2O7:Ti4+, 2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3:Eu2+, MgWO4, BaAl8O13:Eu2+, BaMg2Al16O27:Eu2+, BaMg2Al16O27:Eu2+Mn2+, SrMgAl10O17:Eu2+ 등의 형광체와 540~550nm에 발광피크를 가진, LaPO4:Ce3+, Tb3+, LaO3·0.2SiO2·0.9P2O5:Ce3+, Tb3+, Y2SiO5:Ce3+, Tb3+,CeMgAl11O19:Tb3+, GdMgB5O10: Ce3+, Tb3+ 등의 형광체와, 610nm부근에 발광피크를 가지는, (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+, CaSiO3:Pb2+, Mn2+, Y2O3:Eu3+, Y(P, V)O4:Eu3+ 등의 형광체를 혼합해서 제작된다. 이들의 혼합비를 변경하므로서 각 발광영역에 있어서의 상대강도를 제어하고 여러가지의 색온도를 가진 형광램프가 실현가능하다. 색온도가 낮은 난색계의 형광램프를 얻기위해서는, 610nm부근에 발광피크를 가진 형광체의 혼합비율을 증대하면 된다.
한색계의 액정표시패널을 실현하는데는, 이하의 3개의 방법이 있다.
①한색계의 특성으로 하는데는, 단파자영역에 투과율의 최대치를 가지도록 한다. 녹색에 대응하는 형광체의 발광파장이 540~550nm이고, 청색에 대응하는 발광 파장이 450~490nm이므로, 투과율이 최대가 되는 파장이 520nm이하이면, 청색의 색조를 강하게 할 수 있고, 한색계의 액정표시소자를 얻을 수 있다. 그를 위해서는, 식(1)보다 d·△n을 0.26이하로 하면 된다. 또한, 이때, d는 전압을 인가한때에 배향방향을 바꾸는 액정층의 두께(deff)를 가리킨다. 액정층의 계면근방의 액정분자는, 계면의 앵커링의 영향에 의해, 전압이 인가되어도 배향방향을 바꾸지 않는다. 기판에 의해서 끼워유지된 액정층을 dLC, 전압인가때에 배향방향을 변화시키는 액정층을 deff로 하면, deff<dLC이며, 그 차이는 대략 300∼400nm로 사료된다.
②액정표시패널에 복굴절성필름을 구비한다. 복굴절성 필름은, 액정표시패널의 광투과스펙트럼의 피크파장이, 가시광의 단파장영역의 400~520nm, 바람직하게는440~490nm의 범위가 되도록 설정된다.
③컬러필터의 적색표시를 하는 부위의 액정층의 두께를, 청색, 녹색의 부위의 dLC보다 얇게한다.
가로전계형 액정표시장치의 임계치전압Ec는,
로 표시된다. 여기서, dLC는 액정층의 두께, K2는 액정의 트위스트의 탄성정수, △ε는 액정의 유전율이방성, εo는 진공의 유전율이다. 따라서, dLC가 얇게되면, 임계치전압은 고전압쪽으로 시프트한다. 그래서, 적색의 표시를 행하는 화소부분에 대해서, 그부위만을 액정층의 두께를 얇게설정하므로서, 적색, 즉 장파자영역에 있어서의 전압-투과율특성을 고전압쪽으로 시프트시킬 수 있다. 이 때문에, 각 전압에 있어서의 투과율은 장파장영역의 투과율이 억제되고, 단파장영역의 투과율이 큰 액정표시소자로 할 수 있다. 장파장영역의 투과율을 충분히 억제하고, 또한 색 밸런스를 지나치게 무너지지 않게하기 위해서는, 액정층의 두께의 변화는 0.1∼1㎛의 범위일 것이 바람직하다. 예를들면, 컬러필터의 적색부분의 막두께를 두껍게 제작하므로서, dLC를 얇게할 수 있다. 또, 컬러필터의 청색표시를 하는 부위의 액정층의 두께를 적, 녹색의 부위의 dLC보다 두껍게 해도 된다. 이 경우에 이어서도, 액정층의 두께의 변화는 0.1~1㎛의 범위일 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 액정표시장치에 의하면, 사용하는 광원으로서, 그 발광파장영역내의 400nm에서 500nm의 부분과 500nm에서 600nm의 부분, 그리고 600nm에서 700nm의 부분에 각각 적어도 1개의 휘도극대치를 가진 광원을 사용, 액정패널로서, 상기 광원의 400nm에서 500nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 X, 상기 광원의 500nm에서 600nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Y, 그리고 상기 광원의 600nm에서 700nm의 부분에서 휘도 최대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Z로했을 때, X>Y>Z의 관계를 만족시키는데 필요한 분광투과율특성을 가진 액정패널을 사용한다.
이에 의해, 인가전압의 변화에 수반되는 색조변화를 억제할 수 있고, 양호한 표시특성을 가진 액정표시장치를 얻을 수 있게되는 것이나, 이하, 그 이유에 대해서 설명한다.
상기한 바와 같이, 가로전계방식의 액정표시장치에서는 복굴절모드로 동작시키는 것이 통예이므로, 그 투과율은 식(2)로 표시되고, 따라서, 어떤 파장에 있어서 최대치를 표시하고, 그 파장의 단파장쪽에서는 급격한 감소를 표시하고, 장파장쪽에서는 완만한 감소를 표시하는 분광투과율특성을 가진다.
그래서, 지금, 피크파장을 550nm부근에 설정했다고하면, 청색의 영역인 400~500nm의 파장범위에 있어서의 투과율은 급격히 감소해버린다. 이 투과율의 파장의존성은, 액정패널의 밝기가 증대하는데 따라 현저하게 되므로, 전압인가에 수반되는 색조변화를 발생하는 요인이 된다.
또, 액정패널에 있어서, 액저층의 두께에 국소적으로 다른 부분이 있으면,그 부분의 청색의 영역의 투과율은 현저하게 변동되어 버리고, 색조불량을 발생하는 요인이 된다.
이상에서, 피크파장의 단파장영역, 즉, 청색영역에 있어서의 투과율의 급락을 억제하는 것이 색조변화, 색조불량을 억제하는 데 중요한 것을 알 수 있다.
여기서, 우선, 단파장영역의 투과율의 급락을 억제하는데는, deff·△n(λ)=λ/2의 조건에 있어서, 파장 λ를 550nm보다 단파장영역의 값으로 설정하고, 피크파장을 단파장쪽으로 시프트시키는 일이 유효하다.
즉, 투과율은 피크파장에서 떨어짐에 따라서 감소의 정도가 크게되므로, 피크파장을 보다 단파장쪽으로 설정하므로서, 단파장영역의 투과율의 급격한 저하를 억제할 수 있는 것이다.
그러나, 이때, 사용하는 광원의 발광파장에 대한 투과율의 급격한 저하를 억제하는 것이 중요하다.
그런데, 이와같은 액정표시패널의 조명에 사용되는 광원으로서는, 좁은대역발광체형 형광관이 사용되는 경우가 많다.
그래서, 상기 좁은 대역발광체형 형광관에 대해서 설명하면, 이형광관은, 광의 3원색에 해당되는 청색(B), 녹색(G), 적색(R)의 각파장영역에 각각 발광피크를 가진 형광체를 사용한 것이다.
일례로서, 먼저 청색에 대응하는 450∼490nm의 영역에 발광피크를 가진 형광체로서는, 3Ca3(PO4)2·Ca(F, Cl)2:Sb3+, Sr10(PO4)6C12:Eu2+, (Sr, Ca)10(PO4)6Cl2:Eu2+,(Sr, Ca)10(PO4)6Cl2·nB2O3:Eu2+, (Ba, Ca, Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+, Sr2P2O7:Sn2+, Ba2P2O7:Ti4+, 2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3:Eu2+, MgWO4, BaA18O13:Eu2+, BaMg2Al16O27:Eu2+, Mn2+, SrMgAl10O17:Eu2+ 등이 있다.
다음에 녹색에 대응하는 540∼550nm영역에 발광피크를 가진 형광체로서는, LaPO4:Ce3+, Tb3+, LAO3·0.2SiO2·0.9P2O5:Ce3+, Tb3+, Y2SiO5:Ce3+, Tb3, CeMgAi11O19:Tb3+, GdMgB5O10:Ce3+, Tb3+등이 있다.
또 적색에 대응하는 610∼630nm의 영역에 발광피크를 가진 형광체로서는, (Sr, Mg)3(PO44)2:Sn2+, CaSiO3:Pb2+, Mn2+, Y2O3:Eu3+, Y(P,V)O4:Eu3+ 등을 들 수 있다.
이들 파장영역에서, 각각 적어도 1종의 형광체를 선택, 그들을 사용해서 구성한 좁은대역발광체형 형광관의 발광특성은, 청색에 대응하는 스펙트럼이 450~490nm의 범위, 녹색에 대응하는 스펙트럼이 545nm부근, 적색에 대응하는 스펙트럼이 610~630nm이다.
광원으로서 상기와 같은 좁은대역발광체형 형광관을 사용한 경우, 액정패널에 있어서 고려해야될 분광투과율특성은, 청색의 영역으로서 450∼490nm, 녹색의 영역으로서 545nm부근, 적색의 영역으로서 610∼630nm가 된다.
따라서, 액정패널로서, 색조변동, 색조불량을 억제하기 위해 가장 효과적인 투과율특성은, 파장영역 450∼490nm에 최대치를 가진 특성이 된다.
상기 파장영역에 투과율의 피크를 맞추기 위해서는, 액정패널의 리터데이션deff·△n(λ)를 0.245㎛=(λ=490nm)이하로 하면 된다.
그리고, 상기 리터데이션deff·△n을 작게하는데는, 당연히 굴절률이방성△n이 작은 액정재료를 사용, 액정층의 두께 deff를 얇게해주면 된다.
여기서, 상기한 바와같이, 광원의 단파장영역의 발광특성과 액정패널의 피크투과율을 일치시키는 것이 중요하다. 또한, 이때의 분광투과율이란, 액정패널본래의 투과율특성을 말하며, 컬러필터 등을 투과한 분광특성은 아니다.
이때, 사용하는 컬러필터의 분광특성에 따라서는, 투과율의 피크파장을 약간 바꾸어 버리는 경우가 있으나, 실용상, 이것에 의한 영향은 무시할 수 있다.
그리고, 본 발명에서, 가장 중요한 점은, 광원의 피크휘도와 액정패널의 투과율의 관계이다.
한편, 액정의 굴절률이방성△n의 크기는 온도에 따라서 변화하기 때문에, 액정디스플레이를 사용하는 환경 등에 의해, 액정패널의 온도가 변화하면, 리터데이션deff·△n의 설정치가 변동해 버린다.
여기서, 리터데이션deff·△n의 변동을 억제하기 위해 굴절률이방성 △n의 값이 작은액정을 사용한 경우에는, 그 굴절률이방성△n자체의 온도에 의한 변동률이작게되고, 또, 두께 deff가 작은 경우에는, 이들의 곱인 리터데이션deff·△n의 변동량도 작아지므로, 액정디스플레이의 온도 마진확대효과도 기대할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 액정표시장치에 대해서, 실시형태예를 사용해서 설명한다.
먼저, 가로전계방식의 액정표시소자의 구성과 동작원리의 설명에 필요한 각도에 대해서는, 도 3과 같이한다.
즉, 도 3에 있어서, 지금, 전계방향을 (9)로하고, 이에 대해서 편광판(뒤에 설명)의 편광투과축(11)이 이루는 각도를 φp로 정의하고, 마찬가지로 전계방향(9)에 대해서 계면근방에서의 액정분자장축(광학축)방향(10)이 이루는 각도를 φLC로 정의한다.
그리고, 이때, 편광판 및 액정계면은 각각 상하 1쌍있으므로, 필요에 따라서 φp1, φp2, φLC1, φLC2로 표기한다.
또한, 상기 도 2에 있어서, 액정분자장축방향(10)은 배광막에 의한 러빙방향과 동일하며, 기타, (1)은 공통전극, (3)은 신호전극, 그리고 (4)는 화소전극이다.
다음에, 가로전계방식의 액정표시패널의 구성과 동작원리에 대해서, 도 4에 의해 설명한다.
상기 도 4에 있어서, (a),(b)는 가로전계방식 액정표시패널의 1화소분을 표시한 측단면도이며, 마찬가지로 4(c),(d)는 정면도이다. 또한, 여기서는 액티브소자는 생략되어 있고, 그 게이트절연막(2)만이 표시되어 있다.
전압무인가때의 상태가 도4(a),(c)이며, 유리판등 투명한 1쌍의 기판(7)의 안쪽에 선형상의 전극(1),(3),(4)가 형성되고, 그위에 배향제어막(5)이 도포 및 배향처리되어 있다.
또, 기판(7)의 바깥쪽에는, 각각 편광판(8)이 형성되어 있고, 그들에 의한 투과축(11)은, 도면의 좌하에 표시한 바와 같이 되어 있다.
그리고, 이들 배향제어막(5)의 사이에는 액정조성물이 끼워유지되어 있으나, 도면에서는 액정분자(6)만이 표시되어 있다. 그리고, 이때의 액정조성물의 유전율이 방성은 정(正)을 상정하고 있다.
이들의 액정분자(6)는, 전계무인가때에는, 배향제어막(5)의 러빙방향(10)에 의해 배향제어되어 있으나, 그 각도 φLC는, 상기한 정의 유전율이방성을 고려해서, 45° < ｜φLC｜≤90°의 관계를 가지도록 되어 있다.
그리고, 이때, 상하의 각계면위에서의 액정분자배향방향은, 여기서는 평행방향, 즉, φLC1=φLC2로 되어 있는 경우를 예로들고 있다.
다음, 상기 액정표시소자의 공통전극(1)과 신호전극(4)의 사이에 소정의 극성의 전압이 인가되고, 전계(9)가 인가되었다고 하면, 액정분자는, 도 3(b),(d)에 표시한 바와 같이, 전계(9)의 방향으로 그 방향을 바꾼다.
이 결과, 편광판(8)의 편광투과축(11)과의 관계에서 인가된 전압에 따라서 광투과율이 제어되게 되므로서, 표시기능을 얻게될 수 있는 것이다.
또한, 액정조성물의 유전율이방성은 부(負)일지라도 문제는 없다.
즉, 이 경우에는, 초기배향상태를 0°< ｜φLC｜≤45°가 되도록 설정해주면 된다.
도 1에 본 발명의 액정표시장치의 개략을 표시한다. 상기 액정표시패널에, 광원으로서, 도 8(a)에 표시한 발광특성을 가진 색온도 5885K인 광원(30), 도광체(32), 확산판(33), 프리즘시트(34)로 구성되는 에지라이트형 백라이트유닛을 사용해서, 액정표시장치를 작성한다.
액정표시장치를 구동할 때, 광원부에 필요한 소비전력은 1.8W이며, 이 액정표시 패널의 구동전압인가때의 분광투과율을 도 9(a)에 표시하고, 이 광원을 사용했을때의 스펙트럼을 도 9(b)에 표시한다. 이들의 색도좌표는 도 10에 표시한다. 액정 표시패널은 한색계이나, 이것에 색온도가 낮은 광원을 조합하므로서, 양호한 화이트밸런스를 얻을 수 있다.
기판사이에 유전율이방성이정이며 그값이 9.0이고, 굴절률이방성이 0.082(589 nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입한다. 셀갭d는 3.8㎛으로 한다. 따라서 dLC·△n은 0.31㎛이며, deff·△n은 0.28㎛이다. 도 8(b)에 표시한 발광특성을 가진 색온도 11,000K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 액정표시장치를 작성한다. 이 액정표시패널의 구동전압인가때의 분광투과율을 도 11(a)에 표시하고, 이 광원을 사용했을때의 스펙트럼을 도 11(b)에 표시한다. 이들의 색도좌표를 도 12에 표시한다. 황색기를 띤 액정표시패널과 한색계의 광원과의 조합이 되는 경우, 광원부에 필요한 소비전력은 2W이다.
광원을 색온도 5885K의 에지라이트형 백라이트유닛으로 교체한다. 이때, 광원부에 필요한 소비전력은 1.8W이다. 이 광원을 사용했을때의 스펙트럼을 도 13(a)에 표시하고, 색도좌표를 도 13(b)에 표시한다. 육안관찰로서도 황색의 색을 나타내고 있다고 느끼는 액정표시장치로 된다.
트랜지스터소자를 가진 기판에 서로대향하는 기판위에, 도 6에 표시한 바와 같이, 컬러필터(24)를 설치한다. 기판사이에, 유전율이방성이 정이며 그 값이 7.3이고, 굴절률이방성이 0.074(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입한다. 셀갭d는 구형의 폴리머비즈를 기판사이에 분산해서 끼워유지하고, 액정을 봉입한 상태에서 3.2㎛로 한다. 따라서, d·△n은 0.24㎛이다. 이 액정표시소자의 전압인가때의 분광투과율특성을 도 14(a)에 광원을 포함한 액정표시장치의 색도좌표를 도 14(b)에 표시한다. 구동전압인가의 색도좌표는, 대략 표준광원(C)의 곳에 위치한다. 광원부에 필요한 소비전력은 1.8W이며, 컬러표시가 양호한 가로전계형액정표시장치를 얻게된다.
기판사이에, 유전율이방성이 정이며 그값이 9.0이며, 굴절률이방성이 0.082(589 nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입한다. 셀갭d는 구형의 폴리머비즈를 기판간에 분산해서 끼워유지하고, 액정을 봉입한 상태에서, 3.7㎛으로 한다. 따라서, dLC·△n은 0.30㎛이며, deff·△n은 대략 0.27㎛이다. 위쪽기판과 편광판사이에, 폴리카보네이트로 제작되고, 리터데이션이 595nm(550nm)인 위상차필름을, 그 지상축(遲相軸:optical axis)의 각도 φF1이 위쪽편광판과 평행, 즉 φF1=φP1=75°가 되도록 첨부한다. 이 액정표시패널에, 도 8(a)에 표시한 발광특성을 가진 색온도 4348K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 이 액정표시장치의 전압을 오프에서 온으로 했을때의 색도좌표위의 궤적을 도 15에 표시한다. 색도좌표의 궤적은 C광원에 접근하고, 광원부에 필요한 소비전력은 1.7W이다.
트랜지스터소자를 가진 기판에 서로 대향하는 기판(7)위에, 도 6에 표시한 바와 같이, 스트라이프형상의 R,G,B, 3색의 컬러필터(24)를 구비하고, 컬러필터위에는 표면을 평탄화하는 보호막(25)을 적층하고, 그위에 배향막(5)을 형성한다. 기판과 편광판사이에, 폴리카보네이트로 제작되고, 리터데이션이 349nm(550nm)인 위상차필름을, 그 지상축의 각도 φF1이 위쪽편광판과 직교, 즉 φFI=φP2=-15°가 되도록 첨부한다. 이 액정표시패널에, 도 7(b)에 표시한 발광특성을 가진 색온도 4703K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 이 액정표시장치에 있어서의 구동전압인가때의 색도좌표는 C광원에 가깝고, 광원부에 필요한 소비전력은 1.75W이다.
컬러필터의 막두께는, B, G화소부분에 대해서는 대략 2㎛이며, R화소부분에 대해서는 대략 2.5㎛이다. 이 차이는 평탄화막을 스핀코트에 의해 도포한 후에도 0.3㎛정도의 단차로서 남고, 액정층의 두께의 차가된다. 이 액정표시패널에, 색온도 4703K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 이 액정표시장치의 파장 615nm, 545nm, 465nm에 있어서의 전압-투과율특성, 즉 R,G,B각화소에 대응하는 전압-투과율특성을 도 16에 표시한다. R화소에 있어서의 투과율특성이, 고전압쪽으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 액정표시패널의 구동전압인가때의 투과율에 있어서는, 적색이 억제된 특성이 된다. 구동전압인가때에 있어서의 화이트밸런스는 양호하며, 광원부에 필요한 소비 전력은 1.75W이다.
컬러필터의 막두께를, G,R화소부분에 대해서는 대략 2㎛이며, B화소부분에 대해서는 대략 1.5㎛으로한다. 액정층의 두께로서는, G,R화소부분이 대략 3.8㎛, B화소부분이 대략 4.1㎛이다. 이 액정표시소자에, 색온도 4703K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 이 액정표시소자의 파장 615nm, 545nm, 465nm에 있어서의 전압-투과율특성, 즉, R,G,B각화소에 대응하는 전압-투과율특성을 도 17에 표시한다. B화소에 있어서의 투과율특성이, 저전압쪽으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 액정표시소자의 구동전압 인가때의 투과율에 있어서는, 청색이 증폭된 특성이 된다. 구동전압인가때에 있어서의 화이트밸런스는 양호하며, 광원부에 필요한 소비전력은 1.75W이였다.
컬러필터의 막두께를, G화소부분에 대해서는 대략 2㎛이며, B화소부분에 대해서는 대략 1.5㎛, R화소부분이 대략 2.5㎛으로 한다. 액정층의 두께로서는, G화소부분이 대략 4.2㎛, R화소부분이 대략 3.9㎛, B화소부분이 대략 3.9㎛이다. 이 액정 표시패널에, 색온도 4348K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 이 액정표시소자의 파장 615nm, 545nm, 465nm에 있어서의 전압-투과율특성, 즉 R,G,B각화소에 대응하는 전압-투과율특성을 도 18에표시한다. B화소에 있어서의 투과율특성은 저전압쪽에, R화소에 있어서의 투과율특성은 고전압쪽으로 시프트되고 있는 것을 알 수 있다. 구동전압인가때에 있어서의 화이트밸런스는 양호하고, 광원부에 필요한 소비전력은 1.7W이다.
컬러필터의 막두께를, G, R화소부분에 대해서 대략 2㎛이며, B화소부분에 대해서는 대략 1.5㎛으로 한다. 액정층의 두께로서는, G,R화소부분이 대략 4.5㎛, B화소부분이 대략 4.2㎛이다. 위상차필름으로서는, 위쪽기판과 편광판사이에, 폴리카보네이트로 제작되고, 리터데이션이 997nm(550nm)인 것을 사용하고, 그 지상축의 각도 φF1이 위쪽편광판과 평행, 즉 φF1=φP1=75°가 되도록 첨부한다. 이 액정표시패널에, 색온도 4349K인 냉음극관형광램프를 사용한 에지라이트형 백라이트유닛을 광원으로서 사용한다. 전압인가에 수반되는 색도좌표위의 궤적을 도 19에 표시한다. 전압인가에 수반되어 C광원에 접근되고 있음을 알 수 있다. 구동전압인가때에 있어서의 화이트밸런스는 양호하며, 광원부에 필요한 소비전력은 1.70W이다.
도 20과 도 21은, 2종의 다른 구성의 가로전계방식액정표시패널의 단위화소부분을 표시한 것으로, 각각 기판면에 수직방향으로 본 정면도와, 이 정면도의 A-A'선에 의한 측단면도와, B-B'선에 의한 측단면도를 표시하고 있다. 또한, 유리기판은 생략되어 있다.
이들의 도면에 있어서, (14)가 박막트랜지스터이며, 이 박막트랜지스터(14)는, 화소전극(소스전극)(4), 신호전극(드레인전극)(3), 주사전극(게이트전극)(12) 및 비정질실리콘(13)으로 구성되어 있다.
여기서, 공통전극(1)과 주사전극(12)은, 각각 유리기판에 형성한 동일한 금속층을 패턴화해서 구성한다.
다음에, 신호전극(3)과 화소전극(4)은, 게이트절연막(2)에 형성한 동일한 금속층을 패턴화해서 구성한다.
또, 용량소자(16)는, 2개의 공통전극(1)사이를 결합하는 영역에 있어서, 화소전극(4)과 공통전극(1)에서 절연막(2)를 끼우는 구조를 만드므로서 형성되도록 하고 있다.
그리고, 우선 도 20의 예에서는, 화소전극(4)은, 정면도에서 명백한 바와 같이, 2개의 공통전극(1)의 사이에 배치되어 있고, 배향제어막(5)이 평탄화막의 기능을 겸비하고 있어서 게이트절연막(2)의 위에 직접 형성되어 있다.
상기 예에서의 화소피치는, 가로방향(즉 신호배선전극사이)은 69㎛, 세로방향은 207㎛이다.
다음에, 각전극의 폭에 대해서는, 이하와 같이 정하고 있다.
먼저, 복수화소간에 걸쳐지는 배선전극으로서도 사용되는 각전극, 즉, 주사전극(12), 신호전극(3), 공통전극(1)의 각배선부(주사전극에 평행(도 20에서가로방향)으로 뻗은부분)에서는 선결함을 회피할 수 있도록, 전극폭이, 예를들면 14㎛폭으로 넓게잡고 있다.
한편, 1화소단위에서 독립해서 형성된 화소전극(4) 및 공통전극(1)의 신호배선 전극의 긴쪽방향으로 뻗은 부분에서의 폭은 약간 좁게하고, 각각 9㎛폭으로 한다.
이때, 또 절연막을 개재해서 공통전극(1)과 신호전극(3)을 약간(1㎛)맞포개도록 하고있으며, 이에 의해, 신호전극(3)에 평행인 방향의 블랙매트릭스가 불요하게 되도록 하고 있다.
따라서, 이예에서는, 도시한 바와같이, 주사전극방향만을 차광하는 블랙매트릭스(22)를 형성할 수 있다.
또, 이 경우에는, 한쪽의 기판(7)의 표면에, 도 6에 표시한 바와 같이해서, 컬러필터(24)를 설치하면 된다.
또한, 이예에서는, 블랙매트릭스(22)를, 전극군이 형성되어 있는 기판에 형성하고 있으나, 대향하는 기판에 형성해도 된다.
또, 이들 전극의 형성에 대해서는, 특히 종래와는 다른 방법을 사용할 필요는 없고, 통상 사용되고 있는 방법으로 형성해주면된다.
다음에, 도 21의 예는, 공통전극(1)과 화소전극(4)을 빗살형으로하고, 3개의 공통전극(1)의 사이에 2개의 화소전극(4)을 배치한 것으로, 화소피치는, 가로방향(수평주사방향)에서는 100㎛, 세로방향에서는 300㎛이다.
또, 여기서, 공통전극(1)과 신호전극(3)의 중첩부분에는 절연막을 형성해서 절연이 도모되어 있으며, 이때의 절연막의 두께는 2㎛이다.
다음에, 상기 예에서는, 게이트절연막(2)과 배향제어막(5)의 사이에 평탄화용의 절연막(27)이 형성되어 있다. 또한, 이 절연막(27)의 재료로서는, 게이트절연막(2)과 마찬가지로, 2산화실리콘이나 질화실리콘을 사용하면되고, 혹은 적당한 수지를 사용하도록 해도 된다.
다음에, 상기 예에서의 전극폭에 대해서 설명하면, 이 예에서도 복수화소간에 걸쳐지는 배선전극인 주사전극(12), 신호전극(3), 공통전극(1)의 배선부(주사전극에 평행(도 21에서 가로방향)으로 뻗은 부분)를 넓게 하므로서 선결함을 회피하도록 하고 있고, 폭은 각각 10㎛, 8㎛, 8㎛이다.
한편, 1화소단위로 독립해서 형성한 화소전극(4) 및 공통전극(1)의 신호배선전극의 긴쪽방향으로 뻗은 부분의 폭은 약간 좁게하고, 각각 5㎛, 6㎛으로 하고 있다.
또한, 이 예에서는, 이와같이 전극의 폭을 좁게하므로서, 이물질 등의 혼입에 의한 단선의 가능성이 높아지나, 이 경우에도, 1화소만의 부분적인 결함으로 끝나고, 선결함으로 이어질 염려는 없다.
상기 도 21의 예에서는, 블랙매트릭스(22)는, 도 22에 표시한 바와같이, 대향기판쪽에 컬러필터(24)와 같이 형성하도록 되었다. 여기서, (25)는 보호막겸 평탄화막이다.
또한, 이 예에서도, 컬러필터(24)는, 대향기판쪽에 형성해도 되고, 전극군을 부설한 기판쪽에 형성해도 된다.
또, 이들의 전극형성에 대해서도, 특히 종래와 다른 방법을 사용할 필요는 없고, 통상 사용되고 있는 방법으로 형성해주면 된다.
다음에, 도 23은 액정표시패널의 구동회로의 일예로서, 도시한 액티브매트릭스형 액정표시패널(23)에는 구동LSI가 접속되고, 그 전극군을 부설한 TFT기판위에 수직주사회로(20), 영상신호회로(21), 공통전극구동회로(26)가 접속되어 있다.
그리고, 도시하지 않은 전원회로 및 콘트롤러(19)로부터 주사신호전압, 영상신호전압, 타이밍신호가 공급되고, 액티브매트릭스구동에 의한 표시동작을 행하게 된다.
다음에, 본 발명의 실시의 형태에 대해서, 실시예를 사용해서 설명한다.
먼저, 기판으로서, 두께가 1.1mm의 유리판을 2매 준비하고, 도 24에 표시한 기판(7)으로 한다.
이들 기판(7)중에서, 한쪽의 기판(도면에서는 아래쪽기판)위에 박막트랜지스터를 형성하고, 또 그 표면에 절연막(2) 및 배향막(5)을 형성한다.
상기 실시예에서는, 배향막(5)으로서 폴리이미드를 사용, 액정을 배향시키기 위한 러빙처리를 행한다.
다른쪽기판(도면에서는 위쪽의 기판)(7)위에도 마찬가지로 배향막(5)을 형성하고, 러빙처리한다.
이때, 상하계면위에서의 러빙방향은, 서로 대략 평행이며, 또한 인가전계방향과 이루는 각도를 75° 로 한다.
따라서, 이 실시예에서는, φLC1=φLC2=75° 가 되어 있다.
다음에, 이들 기판(7)사이에, 유전율이방성이 정이며, 그 값이 12.0이며, 굴절률이방성△n이 0.079(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입한다.
이때, 기판(7)사이의 빈틈(셀갭)d는, 구형의 폴리머비즈를 기판사이에 분산해서 끼워유지하므로서 부여되도록 하고, 액정을 봉입한 상태에서, 빈틈d=3.02㎛을얻게 되도록 한다.
따라서, 액정층전체의 두께 dLC는, 빈틈d(=3.02㎛)와 같게되고, 이 결과, dLC·△n(589nm)은 0.239㎛으로 되나, 또 굴절률이방성△n의 파장분산특성에서, dLC·△n(490nm)은 0.244㎛이 되어, 이 결과, deff·△n(490nm)은 0.22㎛정도가 된다.
이어서, 2매의 편광판(8)에 의해 1쌍의 기판(7)을 끼우고, 한쪽의 편광판의 편광축 φP1=75°로 설정하고, 다른쪽 편광판의 편광축 φP2=-15°로 설정하여, 이에 의해, 도 24의 액정표시패널(23)을 얻는다.
다음에, 도 24에 표시한 바와 같이, 이 액정표시패널(23)에, 투과용광원으로서, 형광관(30)과, 라이트커버(31), 도광체(32), 광확산판(33)으로 이루어진, 색온도가 5885K의 백라이트유닛을 형성, 액정표시장치를 작성한다.
또한, 상기 백라이트유닛으로서는, 복수개의 형광관을 사용해서 구성해도 되고, 또 이때, 광확산판(33)과 아래쪽의 편광판(8)사이에 프리즘시트를 형성하도록 해도 된다.
이때, 컬러필터를 제외한 액정표시패널(23)자체의 색의 특성에서, 적절한, 즉, 이때에 무채색(無彩色)에 가장 가까운 표시를 얻을 수 있도록, 광원의 색온도가 선정되어 있고, 그것이 상기한 5885K의 색온도이다.
이때의 백라이트유닛의 스펙트럼특성은, 도 25에 표시한 바와 같이 되어있고, 또한, 액정표시패널(23)의, 컬러필터를 제외한 밝은 상태의 분광투과율특성은, 도 26에 표시한 바와 같이 되어 있고, 따라서, 상기한 본 발명의 요건에 합치되어있다.
그리고, 이 결과, 이 실시예에 의한 액정표시장치의 밝기의 전압의존성은, 도 27에 표시한 바와 같이 된다.
그리고, 이 실시예에서는 도 26에서 명백한 바와 같이, 단파장영역에서의 투과율의 저하가 억제되어 있으므로, 어두운 상태에서 밝은상태에 이르기까지 색도가 거의 변화되지 않고, 양호한 특성을 가진 것을 알 수 있다.
따라서, 이 실시예에 의하면, 휘도제어에 수반되는 색상의 변화가 충분히 억제되므로, 흑백표시의 경우에서의 착색염려나, 컬러표시때의 색순도저하의 염려를 충분히 없앨수 있고, 표시품질의 향상을 충분히 도모할 수 있다.
다음에, 상기 실시예의 작용효과에 대해서, 비교예를 사용해서 설명한다.
비교예 1
먼저, 비교예1로서, 유전율이방성이 정이며, 그값이 9.0이며, 굴절률이방성이 0.082(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 기판사이에 봉입해서 액정표시패널을 작성하였다. 이때, 셀갭d는 3.83㎛으로 하였다.
따라서, 상기 비교예의 dLC·△n(589nm)은 0.310㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.321㎛이 되고, 이 결과, deff·△n(490nm)은 0.30㎛정도이며, 본 발명의 요건에서는 벗어나 있다.
이것에 색온도 6818K의 백라이트유닛을 사용해서, 액정표시장치를 작성한다.
상기 액정표시패널의, 컬러필터를 제외한 밝은 상태의 분광투과율특성은 도28에 표시한 바와 같이 되고, 단파장영역의 투과율이 크게 저하되어 있다.
그리고, 이 결과, 전압무인가에서 밝은 표시에 이르기까지의 색도도위의 궤적은 도 29에 표시한 바와 같이 되어 버려, 색조가 변화되고, 액정표시패널자체가 착색해 버리게 된다.
따라서, 상기 비교예 1과 같이, 단파장영역에서 투과율이 저하되어 있는 액저표시패널을 사용한 액정표시장치에서는, 어두운상태에서 밝은상태로 이행하는데 따라서, 색조가 변화되어 버리는 것을 알게되고, 이 결과, 상기 비교예에서는, 흑백표시에서의 착색의 발생과, 컬러표시에서의 색상변화의 발생을 억제하는 것은 곤란하며, 표시화상품질의 저하를 면할 수 없다.
비교예 2
다음에 비교예 2로서, 비교예 1과 마찬가지로, 유전율이방성이정이며, 그값이 9.0이며, 굴절률이방성이 0.082(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 기판사이에 봉입하고, 이때, 셀갭d는 4.26㎛로서 액정표시패널을 작성하였다.
따라서, 이때의 dLC·△n(589nm)은 0.345㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.357㎛이 된다.
그리고, 이 결과, deff·△n(490nm)은 0.33㎛정도로 예측할 수 있고, 역시 본 발명의 요건에서는 벗어나 있어, 청색광에 대한 투과율이 낮아져 있는 것을 알 수 있다.
상기 액정표시패널에 색온도가 6818K의 백라이트유닛을 조합해서 액정표시장치를 작성하고, 이 액정표시장치의 전압무인가에서 밝은 표시에 이르기까지의 색도도 위의 궤적을 구해보면, 도 30에 표시한 바와 같이 되어 있어서, 어두운 상태에서 밝은 상태로 이행하는 데 따라서, 황색기를 띈 표시로 되어가는 모양을 잘 알 수 있고, 따라서, 이 비교예에 의해서도, 표시화상품질의 향상을 도모하는 것은 곤란하다.
다음에, 액정층의 국부적인 두께변화에 의한 특성 변화에 대해서, 실시예와 비교예를 사용해서 설명한다.
실시예 A
한쪽의 기판면에 BGR의 3원색으로 이루어진 컬러필터를 가진 2매의 기판을 사용, 이들 기판사이에, 유전율이방성이 정이며, 그값이 12.0이며, 굴절률이방성이 0.079(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입해서 컬러액정표시패널로 한다.
이 때, 셀갭d는 구형의 플리머비즈를 기판사이에 분산해서 끼워유지함으로서 부여하는 것이나, 여기서 사용하는 폴리머비즈의 직경을 선정하므로서, 액정을 봉입한 상태에서, d=2.87㎛로 한다.
따라서, dLC·△n(589nm)은 0.227㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.232㎛, 따라서 deff·△n(490nm)은 0.21㎛정도로 하고 있다.
상기 컬러액정표시패널에, 광원으로서, 색온도 4703K인 백라이트유닛을 사용, 실시예 A로 되는 액정표시장치로 한다.
실시예 B
마찬가지로, 한쪽의 기판면에 BGR의 3원색으로 이루어진 컬러필터를 가진 2매의 기판을 사용, 이들 기판사이에, 유전율이방성이 정이며, 그 값이 12.0이며, 굴절률 이방성이 0.079(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입해서 컬러표시패널로 한다.
그리고, 이때, 셀갭d를 부여하기 위한 폴리머비즈의 직경을 실시예 A때 사용한 것과는 바꾸어, d=3.17㎛로 한다.
따라서, 이 실시예 B에서는, 그 dLC·△n(589nm)은 0.250㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.256㎛, 그리고, deff·△n(490nm)은 0.23㎛정도로 하고 있다.
상기 컬러액정표시패널에, 광원으로서, 마찬가지로 색온도 4703K인 백라이트유닛을 조합, 실시예 B가 되는 액정표시장치로 한다.
비교예 C
마찬가지로, 한쪽의 기판면에 BGR의 3원색으로 이루어진 컬러필터를 가진 2매의 기판을 사용, 이들 기판사이에, 유전율이방성이 정이며, 그 값이 9.0이며, 굴절률 이방성이 0.082(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입해서 컬러표시패널로 한다.
이때, 셀갭d는 3.83㎛이 되도록 한다.
이 결과 dLC·△n(589nm)은 0.314㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.321㎛이며, 따라서, deff·△n(490nm)은 0.30㎛정도가 되어, 본 발명의 요건에서 벗어나 있다.
상기 컬러액정표시패널에, 색온도가 6818K인 백라이트유닛을 조합해서, 비교예C로 되는 액정표시장치를 작성한다.
비교예 D
마찬가지로, 한쪽의 기판면에 BGR의 3원색으로 이루어진 컬러필터를 가진 2매의 기판을 사용, 이들 기판사이에, 유전율이방성이 정이며 그 값이 9.0이며, 굴절률이방성이 0.082(589nm, 20℃)의 네마틱액정조성물을 봉입해서 컬러액정표시패널로 한다.
이때, 셀갭d는 4.26㎛가 되도록 한다.
이 결과, dLC·△n(589nm)은 0.349㎛이며, dLC·△n(490nm)은 0.357㎛, 따라서, deff·△n(490nm)은 0.33㎛정도가 되어, 이것도 본 발명의 요건에서 벗어나 있다.
상기 컬러액정표시패널에 색온도 6818K의 백라이트유닛을 조합해서, 비교예 D가 되는 액정표시장치를 작성한다.
상기의 설명에서 명백한 바와같이, 이들 실시예 A와 실시예 B, 그리고 비교예 C와 비교예 D는 각각 액정표시패널의 갭이 10%정도 상위하고, 따라서, 이들 사이에서의 색조의 차이를 보므로서, 액정층의 두께 deff(≒d)의 차이에 의한 색조의 변화, 즉, 갭마진을 예측할 수 있다.
그래서, 국제조명위원회(CIE)가 1976년에 제안한 L*U*V*표색계의 색차식을 사용해서, 이들 실시예 A와 실시예 B, 그리고 비교예 C와 비교예 D의 인가전압에 대한 색차△EUV*의 특성을 도 31에 표시한다.
통상, 이와 같은 액정표시장치에 있어서, 동일액정표시패널내에서 허용되는 색차△EUV*의 값은 3정도로 되어 있다.
그래서, 상기 도 31을 보면, 먼저 실시예 A와 실시예 B의 경우에는, 도면 속의 실선의 특성에서 명백한 바와 같이, 동일액정표시패널내에서 10%정도갭변동이 발생해도, 색차△EUV*의 값은 2이하를 유지해 있고, 따라서, 이 경우에는, 색조가 불량해지지 않는 것을 알 수 있다.
한편, 이에 대해서, 비교예 C와 비교예 D에서는, 도 31의 파선의 특성에서 명백한 바와 같이, 인가전압에 따라서 큰 색차△EUV*가 나타나게 되어, 현저한 색조불량이 발생되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예의 경우에는, 10%정도의 갭변동때에는, 전압인가에 수반되는 색조변동이 거의 발생되지 않을뿐아니라, 갭변동에 대한 마진을 충분히 억제되는 것을 알 수 있다.
그리고, 액정표시패널의 경우, 그 제조수율의 점에서 보아, 갭변동에 대한 허용 범위로서, 10%정도 예상하면 실용상 충분하고, 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 액정층의 국부적인 두께변화에 의한 특성변화를 충분히 억제할 수 있고, 용이하게 표시품질의 유지를 얻을 수 있다.
다음에, 이와 같이, 본 발명의 실시예와 비교예에서의 색차의 발생이유에 대해서, RGB각색에서의 통과특성의 상위에서 설명한다.
먼저, 도 32와 도 33은, 실시예 A와 실시예 B의 인가전압에 대한 밝기를,RGB각색을 파라미터로서 표시한 특성이며, 다음에 도 34와 도 35는, 비교예 C와 비교예 D에 대해서, 마찬가지로 표시한 특성이다.
여기서, 각색의 파장의 값은, 도 25에 표시한 발광파장특성의 백라이트에 의한 경우의 것이고, 이 때, B(청색)의 파장에 대해서는, 청색부분의 스펙트럼의 중간의 값을 취해서 465nm로 하고 있다.
이들 도면에서, 다음의 것을 알 수 있다.
먼저, 도 32와 도 33의 본 발명의 실시예의 경우는, 어두운 표시에서 밝은 표시에 이르기까지 각색의 특성의 변화경향은 대략 동일하고, 어느것의 색의 경우에도, 밝기에 대한 기여도는 대략 동등하게 되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 이 경우에는, 색조의 변화는 나타나지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 색조의 변화를 발생하지 않는 것을 알수 있다.
다음에, 도 34와 도 35의 비교예의 경우는, 실선으로 표시한 청색의 특성에 대해서는, 그 변화경향이, 기타의 적색과 녹색의 특성과는 달리, 인가전압이 높아지는데 따라, 밝기에 대한 기여도가 감소되고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이 비교예의 경우는, 밝기가 증대하는데 따라 청색성분이 부족하게 되어, 이 결과, 표시는 황색기를 띠게되어 버려, 색조가 변화해 버린다.
도 36은, 리터데이션deff·△n(㎛)를 파라미터로서, 밝은 표시에 있어서의 각 파장에서의 통과율을 밝기로 표시한 도면이며, 이 도면에서 명백한 바와같이, 리터데이션 deff·△n의 설정치에 의해, 특히 파장 500nm이하의 단파자영역(청색영역)에서의 밝기가 크게변화되어, 근소한 리터데이션 deff·△n의 변화로 현저한 밝기의 저하를 초래하는 것을 알 수 있다.
색조변화를 발생하지 않도록 한 액정표시패널을 얻기위해서는, RGB의 3종의 파장에서의 투과율의 관계가 소정의 상태로 유지되어 있을 것이 중요하다.
그리고, 이 소정의 상태란, 백라이트의 발광스펙트럼속에서, 청색에 상당하는 스펙트럼속에서의 최장파단의 파장에 있어서의 투과율이, 545nm(녹색)와 630nm(적색)의 파장에서의 투과율보다 항상 높게되어 있는 상태를 말한다.
따라서, 본 발명에서는, 창상 이 관계가 유지되어 있을것이 조건으로 되며, 이 관계를 규정하는 조건을 만족하는 액정표시패널의 일예가 상기 실시예로서 설명되고 있는 것이다.
본 발명에 의하면, 액정표시패널의 분광투과율을, 광원의 발광스펙트럼에 맞추어 소정의 관계로 설정하는 간단한 구성에 의해, 전압인가에 수반되는 색조변동을 억제하고, 또 국소적인 액정층의 두께를 변화에 의한 표시불량을 억제할 수 있으므로, 양호한 표시특성을 가진 가로전계형액정표시장치를 용이하게 또한 저비용으로 제공할 수 있다.

Claims (20)

1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원을 가진 액정표시장치로서,
상기 복수의 전극에 의해 발생한 상기 액정층내의 전계는 상기 1쌍의 기판면과 대략 평행하고,
상기 광원은, 난색계의 색도를 가진 발광특성을 가지고 있고, 상기 액정패널은, 한색계의 색도를 가진 분광투과율특성을 가지고, 상기 관원의 색을 보상하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 액정패널의 광투과스펙트럼의 최대치가, 400∼520nm의 파장범위내에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 액정패널에 전압을 인가한 때의 액정배향방향을 바꾸는 액정층의 두께(deff)와 액정의 굴절율이방성(△n)과의 곱deff·△n이 0.26㎛이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 액정패널내에 상기 1쌍의 기판을 끼우게해서 배치한1쌍의 편광판과, 상기 편광판과 상기 기판사이에 배치한 복굴절필름을 또 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2항에 있어서, 상기 액정패널내에 상기 1쌍의 기판을 끼우게해서 배치한 1쌍의 편광판과, 상기 편광판과 상기 기판사이에 배치한 복굴절필름을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원을 가진 액정표시장치로써,
상기 광원은 난색계의 색도를 가진 발광특성을 가지고있고, 상기 액정패널은 한색계의 색도를 가진 분광투과율특성을 가지고, 상기 광원의 색을 보상하며,
상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 컬러필터를 또 구비하고, 적색광이 투과되는 부위에서의 액정층의 두께는 녹색광이 투과되는 부위에서의 액정층의 두께보다 얇은것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극 및, 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원을 가진 액정표시장치로서,
상기 광원은 난색계의 색도를 가진 발광특성을 가지고 있고, 상기 액정패널은 한색계의 색도를 가진 분광투과율특성을 가지고, 상기 광원의 색을 보상하며,
상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 컬러필터를 또 구비하고, 청색광이 투과되는 부위에서의 액정층의 두께는 녹색광이 투과되는 부위에서의 액정층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원을 가진 액정표시장치로서,
상기 광원은, 400nm에서 500nm의 부분과 500nm에서 600nm의 부분, 그리고 600nm에서 700nm의 부분에 각각 적어도 1개의 휘도극대치를 가지고, 상기 액정패널은, 상기 광원의 400nm에서 500nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 X, 상기 광원의 500nm에서 600nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Y, 그리고 상기 광원의 600nm에서 700nm의 부분에서 휘도최대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Z로 했을 때, X Y Z의 관계를 만족시키는데 필요한 분광투과율특성을 가지고,
상기 복수의 전극에 의해 발생한 상기 액정층내의 전계는 상기 1쌍의 기판의 면과 대략 평행한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 적어도 한쪽에 형성된 복수의 전극 및 상기 한쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원을 가진 액정표시장치로서,
상기 광원은 난색계의 색도를 가진 발광특성을 가지고 있고, 상기 액정패널은 한색계의 색도를 가진 분광투과율특성을 가지고, 상기 광원의 색을 보상하며,
액정층의 두께(deff)와 액정의 굴절률이방성(△n)이 다음의 식을 만족하도록 상기 액정패널이 구성된 것을 특징으로하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층 및 상기 1쌍의 기판의 한쪽에 형성된 복수의 전극을 가지고, 상기 복수의 전극에 의해 상기 액정층내에 전계가 발생하고, △n·d≤0.26인 액정패널과,
적색, 녹색 및 청색의 각 스펙트럼영역에서 발광피크를 가진 재료를 가진 광원으로 이루어진 액정표시장치.
제 10항에 있어서, 상기 액정패널은 복굴절필름을 또 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 11항에 있어서, 상기 복굴절필름은 상기 액정패널내의 분광투과율의 피크 파장이 400nm∼520nm의 가시광의 단파장영역에 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 10항에 있어서, 상기 액정패널은 컬러필터를 또 구비하고, 적색광이 투과되는 부분에서의 상기 액정층의 두께는 녹색 또는 적색광이 투과되는 부분에서의 상기 액정층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 11항에 있어서, 상기 액정패널은 컬러필터를 또 구비하고, 적색광이 투과되는 부분에서의 상기 액정층의 두께는 녹색 또는 적색광이 투과되는 부분에서의 상기 액정층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 한쪽기판에 형성된 화소전극과 공통전극을 포함하는 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과,
상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원으로 이루어진 액정표시장치로써,
상기 액정층내의 전계는 상기 화소전극과 공통전극에 의해서 발생되고,
상기 액정패널의 분광투과율의 최대치는 400nm∼520nm의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 15항에 있어서, 상기 액정패널에 전압인가시에 액정배향의 방향을 바꾸는 액정층의 두께(deff)와 상기 액정의 굴절률이방성(△n)의 적이 0.26㎛이하인 것을특징으로하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 한쪽기판에 평성된 화소전극과 공통전극을 포함하는 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원으로 이루어진 액정표시장치로써,
상기 액정층내의 전계는 상기 화소전극과 상기 공통전극에 의해 발생하고,
상기 액정패널의 분광투과율의 최대치는 400nm∼520nm의 파장범위내에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 17항에 있어서, 상기 액정패널에 전압인가시에 액정배향의 방향을 바꾸는 액정층의 두께(deff)와 액정의 굴절률이방성(△n)의 적은 0.26㎛이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
1쌍의 기판, 상기 1쌍의 기판의 한쪽기판에 형성된 화소전극과 공통전극을 포함하는 복수의 전극 및 상기 1쌍의 기판사이에 끼워유지된 액정층을 가진 액정패널과, 상기 액정패널의 한쪽면에 형성된 광원으로 이루어진 액정표시장치로써,
상기 액정층내의 전계는 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 의해 발생하고,
상기 광원은, 400nm에서 500nm의 부분과, 500nm에서 600nm의 부분, 그리고 600nm에서 700nm의 각 부분에서 적어도 하나의 휘도극대치를 가지며, 상기 액정패널은, 상기 광원의 400nm에서 500nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 X, 상기 광원의 500nm에서 600nm의 부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Y, 그리고 상기 광원의 600nm에서 700nm부분에서 휘도극대치를 표시한 파장에 있어서의 투과율의 값을 Z로 했을 때, X Y Z의 관계를 만족시키는데 필요한 분광투과율특성을 가진것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 19항에 있어서, 상기 액정층의 두께(deff)와 상기 액정의 굴절률이방성(△n)이 다음의 식을 만족하도록 상기 액정패널이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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