WO2019013109A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2019013109A1
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liquid crystal
crystal display
plate
voltage
cell
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PCT/JP2018/025619
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坂井 彰
雄一 川平
浩二 村田
雅浩 長谷川
貴子 小出
中村 浩三
箕浦 潔
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • G02F2413/13Positive birefingence

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, it relates to a liquid crystal display device in a transverse electric field mode.
  • a transverse electric field mode such as an IPS (In-Plane Switching) mode or an FFS (Fringe Field Switching) mode is widely used.
  • Liquid crystal display panels are widely used in various applications such as laptop PCs, tablet PCs, smartphones, car navigations, etc. as well as televisions, and may be used under strong external light such as outdoors. For this reason, a liquid crystal display device of an IPS mode has been proposed which can suppress the reflection of external light and reduce the light transmittance at the time of black display, and can obtain good image quality regardless of whether it is used indoors or outdoors. (See, for example, Patent Document 1).
  • the contrast may be lowered after the heat resistance test.
  • the present inventors variously examined this cause and found that the retardation plate for suppressing the internal reflection of the liquid crystal display panel is deteriorated, and the luminance at the time of black display is increased. Then, although the present inventors tried using the phase difference plate excellent in endurance, it is difficult to suppress internal reflection over the whole wavelength range of visible light, and a screen may be colored at the time of black display. I understand. On the other hand, the present inventors examined using a backlight having a stronger yellowish color than in the past, but it should be noted that white display, which is preferably achromatic, is colored yellow. Problems were found to occur.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned present situation, and provides a transverse electric field mode liquid crystal display device capable of realizing good display quality without coloring in both black display and white display while suppressing internal reflection.
  • the purpose is to
  • the present inventors examined a method of suppressing the internal reflection of a liquid crystal display panel in a transverse electric field mode, and found that a pair of ⁇ / 4 retardation layers having in-plane slow axes orthogonal to each other are provided. It focused on the fact that internal reflection can be suppressed by the effect of the circularly polarizing plate while maintaining the state optically equivalent to the liquid crystal display panel in the transverse electric field mode. At that time, it has been found that when the pair of ⁇ / 4 retardation layers are made of different materials for the purpose of enhancing the durability etc., the black display is colored in blue.
  • the present inventors examined reducing the bluishness of the black display by using a backlight having a stronger yellowish color than in the past, but the white display which is preferably achromatic is preferable. It has been found that another problem arises that the coloring becomes yellow. Therefore, the present inventors considered further improvement and controlled the red (R), green (G) and blue (B) sub-pixels using a voltage driving system different from the conventional one. It has been found that it is possible to reduce the yellowness of the white display when using a backlight having a stronger yellowish color than the yellowish one. Thus, the present invention has been achieved in consideration of the fact that the above-mentioned problems can be solved in a remarkable manner.
  • one embodiment of the present invention is a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel and a backlight
  • the liquid crystal display panel includes, in order from the viewing surface side to the back surface side, a first linear polarizing plate and a first linear polarizing plate
  • a first ⁇ / 4 retardation layer having an in-plane slow axis in one direction, a first substrate, and a material different from the first ⁇ / 4 retardation layer
  • a voltage is applied to a second ⁇ / 4 retardation layer having an in-plane slow axis in a second direction orthogonal to one direction, a liquid crystal layer containing liquid crystal to be horizontally aligned when no voltage is applied, and
  • a plurality of pairs of electrodes for generating a transverse electric field in the liquid crystal layer, a second substrate, and a second linear polarizer, and the color of light emitted from the backlight is of the XYZ color system
  • chromaticity coordinates (x, y) both x and y
  • liquid crystal display device in a transverse electric field mode which can realize good display quality without coloring in both black display and white display while suppressing internal reflection.
  • (A) is a cross-sectional schematic diagram which shows the liquid crystal display device of Embodiment 1
  • (b) is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of a structure of a 2nd board
  • region of the in-cell ⁇ / 4 plate (positive wavelength dispersion material) of uniform film thickness d 1.375 ⁇ m used in the second simulation.
  • the “viewing surface side” means a side closer to the screen (display surface) of the liquid crystal display device, and the “back side” refers to the screen (display surface) of the liquid crystal display device. Mean the more distant side.
  • ⁇ / 4 retardation layer means a retardation layer that imparts in-plane retardation of 1 ⁇ 4 wavelength to light of at least 550 nm, and a plane of 100 nm or more and 176 nm or less What is necessary is to give an internal phase difference.
  • light of wavelength 550 nm is light of wavelength with the highest human visibility.
  • ns represents the larger one of the principal refractive indices nx and ny in the in-plane direction of the retardation layer
  • nf is the smaller one of the principal refractive indices nx and ny in the in-plane direction of the retardation layer.
  • the principal refractive index refers to the value for light of wavelength 550 nm unless otherwise noted.
  • the in-plane slow axis of the retardation layer refers to an axis in a direction corresponding to ns
  • the in-plane fast axis refers to an axis in a direction corresponding to nf.
  • d represents the thickness of the retardation layer.
  • "retardation" means in-plane retardation.
  • red (R), green (G) and blue (B) are defined as follows.
  • “Red” refers to a color having a dominant wavelength of 600 nm to 780 nm, and preferably, a dominant wavelength of 620 nm to 750 nm.
  • Green refers to a color having a dominant wavelength of 500 nm to 600 nm, and preferably refers to a color having a dominant wavelength of 500 nm to 570 nm.
  • Blue refers to a color with a dominant wavelength of 380 nm or more and 500 nm or less, preferably with a dominant wavelength of 450 nm or more and 495 nm or less.
  • a display unit capable of displaying a plurality of colors is called "pixel"
  • a display capable of displaying a single color contained in each pixel is called "sub-pixel”.
  • One pixel is typically composed of a combination of red, green and blue sub-pixels.
  • that two axes (directions) are orthogonal means that the angle (absolute value) between the two is in the range of 90 ⁇ 3 °, preferably in the range of 90 ⁇ 1 °, More preferably, it is in the range of 90 ⁇ 0.5 °, and particularly preferably 90 ° (perfectly orthogonal).
  • that the two axes (directions) form an angle of 45 ° means that the angle (absolute value) between the two is within the range of 45 ⁇ 3 °, preferably 45 ⁇ 1 °. It is in the range, more preferably in the range of 45 ⁇ 0.5 °, particularly preferably 45 ° (completely 45 °).
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the liquid crystal display device of Embodiment 1
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a second substrate.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 includes a backlight 3 and a liquid crystal display panel 10.
  • the backlight 3 is located on the back side
  • the liquid crystal display panel 10 is located on the viewing side.
  • the amount of light transmitted through the liquid crystal display panel 10 is controlled by the voltage applied to the liquid crystal layer 17 provided in the liquid crystal display panel 10, for the light emitted from the backlight 3.
  • the method of the backlight 3 is not particularly limited, and examples thereof include an edge light method and a direct type.
  • the type of light source of the backlight 3 is not particularly limited, and examples thereof include a light emitting diode (LED), a cold cathode tube (CCFL), and the like.
  • the liquid crystal display panel 10 includes a first linear polarizing plate 11, a first ⁇ / 4 retardation layer 31, a first substrate 13, a color filter layer 14, and the like in order from the viewing side to the back side.
  • a black matrix BL, an overcoat layer 15, a second ⁇ / 4 retardation layer 32, a liquid crystal layer 17, a second substrate 18, and a second linear polarizer 19 are provided.
  • the liquid crystal display panel 10 may include other constituent members. For example, by providing an antireflection film on the observation surface side of the first linear polarizing plate 11, the reflectance of the liquid crystal display panel 10 can be further increased. It can be reduced. As the antireflective film, a moth-eye film having a wrinkled surface structure is suitably used.
  • a transparent electrode (not shown) may be provided on the observation surface side of the first substrate 13. Such a transparent electrode is sometimes referred to as backside ITO and prevents defects caused by charging.
  • a sensor of a touch panel may be provided on the observation surface side of the first substrate 13.
  • an anisotropic material such as iodine complex (or dye) is dyed and adsorbed to a polyvinyl alcohol (PVA) film and then stretched and oriented.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the polarizer (absorption type polarizing plate) etc. can be used.
  • protective films such as a triacetyl-cellulose (TAC) film, are laminated on the both sides of a PVA film, and are provided for practical use.
  • the transmission axis of the first linear polarization plate 11 and the transmission axis of the second linear polarization plate 19 be orthogonal to each other. According to such a configuration, since the first linear polarization plate 11 and the second linear polarization plate 19 are arranged in crossed nicols, a good black display state can be realized when no voltage is applied.
  • the direction of the transmission axis of the first linear polarization plate 11 is defined as 0 °. At this time, it is preferable that the direction of the transmission axis of the second linear polarizer 19 be 90 °.
  • Examples of the first substrate 13 and the second substrate 18 include a glass substrate, a plastic substrate, and the like.
  • an electrode pair (a pair of electrodes) is provided that generates a horizontal electric field in the liquid crystal layer 17 by applying a voltage.
  • Examples of the liquid crystal drive mode of the liquid crystal display device of the present embodiment include an FFS (Fringe Field Switching) mode and an IPS (In-Plane-Switching) mode.
  • FFS Frringe Field Switching
  • IPS In-Plane-Switching
  • the second substrate 18 includes a support substrate 21, a common electrode (planar electrode) 22 disposed on the surface of the support substrate 21 on the liquid crystal layer 17 side, and a common electrode 22. And a pixel electrode (comb-tooth electrode) 24 disposed on the surface of the insulating film 23 on the liquid crystal layer 17 side.
  • a horizontal electric field can be generated in the liquid crystal layer 17 by applying a voltage between the common electrode 22 and the pixel electrode 24 constituting the electrode pair. Therefore, by adjusting the voltage applied between the common electrode 22 and the pixel electrode 24, the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 17 can be controlled.
  • the common electrode 22 is common to the red common electrode 22R, the green common electrode 22G, and the blue so that the amount of color light transmitted through the red color filter 14R, the green color filter 14G, and the blue color filter 14B can be individually controlled.
  • the pixel electrode 24 includes an electrode 22B, and includes a red pixel electrode 24R, a green pixel electrode 24G, and a blue pixel electrode 24B.
  • Examples of the support substrate 21 include a glass substrate, a plastic substrate, and the like.
  • Examples of materials of the common electrode 22 and the pixel electrode 24 include indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO).
  • Examples of the material of the insulating film 23 include organic insulating films and nitride films.
  • a horizontal alignment film (not shown) is disposed so as to cover the pixel electrode 24.
  • the horizontal alignment film those formed by a conventionally known method can be used.
  • the thin film transistor array substrate in the IPS mode in the same lateral electric field mode is a combination of planar electrodes and comb electrodes as an electrode pair.
  • a voltage between the pair of comb electrodes By applying a voltage between the pair of comb electrodes, a transverse electric field is generated in the liquid crystal layer 17, and the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 17 can be controlled.
  • the color filter layer 14 has a configuration in which a red color filter 14R, a green color filter 14G, and a blue color filter 14B are arranged in a plane.
  • the red color filter 14R, the green color filter 14G, and the blue color filter 14B are partitioned by the black matrix BL.
  • the red color filter 14R, the green color filter 14G, the blue color filter 14B, and the black matrix BL are made of, for example, a transparent resin containing a pigment.
  • a combination of the red color filter 14R, the green color filter 14G and the blue color filter 14B is disposed in all the pixels, and the amount of color light passing through the red color filter 14R, the green color filter 14G and the blue color filter 14B is controlled.
  • a desired color can be obtained in each pixel by mixing colors.
  • the area overlapping with the red color filter 14R corresponds to the red sub-pixel (R sub-pixel)
  • the area overlapping with the green color filter 14G corresponds to the green sub-pixel (G sub-pixel)
  • the area overlapping with the blue color filter 14B is blue It corresponds to a pixel (B sub-pixel).
  • the red sub-pixel, the green sub-pixel, and the blue sub-pixel may have the same configuration except that the colors of the color filters to be disposed are different.
  • the overcoat layer 15 covers the surface of the color filter layer 14 on the liquid crystal layer 17 side. By providing the overcoat layer 15, elution of impurities in the color filter layer 14 into the liquid crystal layer 17 can be prevented.
  • transparent resin is suitable.
  • the overcoat layer 15 may be omitted and the second ⁇ / 4 retardation layer 32 may be disposed directly on the color filter layer 14, and between the color filter layer 14 and the overcoat layer 15. It is also possible to arrange the second ⁇ / 4 retardation layer 32.
  • the liquid crystal layer 17 contains liquid crystal which is horizontally aligned when no voltage is applied.
  • a horizontal alignment film (not shown) that regulates the alignment of the liquid crystal is disposed on the surface that sandwiches the liquid crystal layer 17.
  • the liquid crystal in the liquid crystal layer 17 is horizontally aligned by the regulating force of the horizontal alignment film in a state where no voltage is applied between the electrode pairs provided on the second substrate 18 side (during no voltage application), In the state where a voltage is applied during the period (when no voltage is applied), it rotates in the in-plane direction according to the transverse electric field generated in the liquid crystal layer 17.
  • the liquid crystal display device of the present embodiment includes a combination of the first ⁇ / 4 retardation layer 31 and the second ⁇ / 4 retardation layer 32.
  • the first ⁇ / 4 retardation layer 31 is a ⁇ / 4 retardation layer disposed on the outer side (viewing surface side) of the first substrate 13 with reference to the liquid crystal layer 17, and Since the ⁇ / 4 retardation layer is generally referred to as a ⁇ / 4 plate, it is also referred to as an “out-cell ⁇ / 4 plate” below.
  • the second ⁇ / 4 retardation layer 32 is a ⁇ / 4 retardation layer disposed on the inner side (rear side) of the first substrate 13 with reference to the liquid crystal layer 17, and Since the ⁇ / 4 retardation layer is generally abbreviated to ⁇ / 4 plate, it is also referred to as “in-cell ⁇ / 4 plate” below.
  • the polarizing plate on the viewing surface side is constituted only by the first linear polarizing plate 11, but in the present embodiment, the polarizing plate on the viewing surface side is the first linear polarizing plate 11 and the out-cell ⁇ . It is comprised by the combination of / 4 board 31, and functions as a circularly-polarizing plate as a whole. Thereby, internal reflection of the liquid crystal display panel 10 (more precisely, of the color filter substrate) can be prevented.
  • the liquid crystal display device of this embodiment further includes an in-cell ⁇ / 4 plate 32. This improves the performance of the circularly polarized FFS mode liquid crystal. That is, by interposing the color filter substrate between two orthogonal ⁇ / 4 plates, the illumination light from the backlight 3 is based on the same optical principle as the conventional FFS mode liquid crystal while suppressing the reflection of external light of the color filter substrate. , Black display can be performed.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 and the in-cell ⁇ / 4 plate 32 are designed for axial arrangement and phase difference values so as to mutually cancel the phase difference.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 has an in-plane slow axis in the first direction
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 has an in-plane slow axis in a second direction orthogonal to the first direction. That is, the in-plane slow axis of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 and the in-plane slow axis of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 are orthogonal to each other.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 and the in-cell ⁇ / 4 plate 32 can cancel the phase difference with respect to light incident from the normal direction of the liquid crystal display panel 10, Optically, a state in which both are substantially absent is realized. That is, a configuration is realized that is optically equivalent to the conventional liquid crystal display panel in the transverse electric field mode with respect to light incident on the liquid crystal display panel 10 from the backlight 3. Therefore, display in a transverse electric field mode using a circularly polarizing plate can be realized.
  • the first direction and the second direction are at an angle of 45 ° with respect to the transmission axis of the first linear polarization plate 11 and the transmission axis of the second linear polarization plate 19 from the viewpoint of exhibiting the function of the retardation layer. It is preferable to That is, it is preferable that one of the first direction and the second direction is 45 ° azimuth and the other is 135 ° azimuth, for example, the first direction is 45 ° azimuth and the second direction is The azimuth is preferably 135 °.
  • the in-plane slow axis of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 is 45 °
  • in-cell ⁇ in-cell ⁇ .
  • the in-plane slow axis of the quarter plate 32 is at 135 ° orientation
  • the initial alignment orientation of the liquid crystal of the liquid crystal layer 17 is 0 ° or 90 °
  • the orientation of the transmission axis of the second linear polarizer 19 is 90 °.
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is made of a material different from that of the out-cell ⁇ / 4 plate 31.
  • the color filter layer 14, the overcoat layer 15, and the in-cell ⁇ / 4 plate 32 are sequentially formed on one surface of the first substrate 13.
  • a laminate of the first substrate 13, the color filter layer 14 and the overcoat layer 15 is referred to as a “color filter substrate”.
  • the first linear polarization plate 11 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31 are attached to the other surface of the first substrate 13 in the color filter substrate.
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31 are usually formed through different manufacturing processes, the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / are preferable in terms of reliability and productivity. It is advantageous to form the four plates 31 with different materials.
  • the wavelength dispersion of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31 may be different.
  • wavelength dispersion of the retardation layer refers to the correlation between the magnitude of the retardation provided by the retardation layer and the wavelength of incident light.
  • the property that the magnitude of the phase difference provided by the phase difference layer does not change even if the wavelength of incident light changes is referred to as “flat wavelength dispersion”.
  • the property that the magnitude of the phase difference provided by the phase difference layer decreases as the wavelength of the incident light increases is referred to as “positive wavelength dispersion”.
  • the retardation of the retardation layer is calculated by the product of the birefringence ⁇ n and the thickness d of the retardation layer.
  • ⁇ n ( ⁇ ) is a birefringence for light of wavelength ⁇ nm. 0.99 ⁇ n (450 nm) / ⁇ n (550 nm) ⁇ 1.03 (1) 0.98 ⁇ n (650 nm) / ⁇ n (550 nm) ⁇ 1.01 (2)
  • ⁇ n ( ⁇ ) ⁇ n (450 nm) / ⁇ n (550 nm)
  • ⁇ n (650 nm) / ⁇ n (550 nm) A material having a 0.98 or less) is referred to as "a positive wavelength dispersion material".
  • the phase difference value of the two ⁇ / 4 plates 31 and 32 is accurate. If they do not match, light leakage may occur during black display.
  • the degree of coincidence of the phase difference value is different for each wavelength of the incident light, and the light is colored.
  • the material of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 is not particularly limited, but since the out-cell ⁇ / 4 plate 31 can be formed by being attached to a color filter substrate, a stretched polymer film generally used in the field of liquid crystal display devices Is preferably used.
  • a stretched polymer film generally used in the field of liquid crystal display devices Is preferably used.
  • the material of the polymer film include cycloolefin polymer, polycarbonate, polysulfone, polyether sulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyvinyl alcohol, norbornene, triacetyl cellulose, diacetyl cellulose and the like, among which cycloolefin polymer Is particularly preferred.
  • the retardation layer formed of a cycloolefin polymer is excellent in durability, and has an advantage that the change in retardation when exposed to a high temperature environment or a high temperature and high humidity environment for a long time is small.
  • a film of a cycloolefin polymer "Zeonor film (registered trademark)” manufactured by Zeon Corporation of Japan, "ARTON (registered trademark) film” manufactured by JSR Corporation, and the like are known.
  • the material of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is not particularly limited, but a cured product of a reactive liquid crystal polymer (also referred to as “reactive mesogen”) is suitably used. If the reactive liquid crystal polymer is used, the in-cell ⁇ / 4 plate 32 can be applied and formed during the process of manufacturing the color filter substrate, so that the liquid crystal display panel 10 can be made thinner.
  • a reactive liquid crystal polymer also referred to as “reactive mesogen”
  • a liquid crystalline polymer having a photoreactive group is suitably used.
  • a liquid crystalline polymer having a photoreactive group for example, substituents (mesogen group) such as biphenyl group, terphenyl group, naphthalene group, phenylbenzoate group, azobenzene group, derivatives thereof, cinnamoyl group, chalcone group, Acrylate, methacrylate, maleimide, N-phenyl maleimide, siloxane, etc.
  • polymers having the structure of: in the main chain Such a polymer may be a homopolymer consisting of a single repeating unit, or a copolymer consisting of two or more repeating units having different side chain structures. Such copolymers include any of alternating type, random type, kraft type and the like.
  • the side chain of at least one repeating unit is a side chain of a structure having both a mesogenic group and a photoreactive group as described above, and the side chain of another repeating unit is such mesogen It may be one having no group or photoreactive group.
  • Examples of the solvent used for coating the reactive liquid crystal polymer include toluene, ethylbenzene, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, dibutyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, ethanol, propanol, cyclohexane, cyclopentanone And methylcyclohexane, tetrahydrofuran, dioxane, cyclohexanone, n-hexane, ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol methyl ether acetate, methoxybutyl acetate, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide and the like. Any of these may be used alone, or two or more may be used in combination.
  • the retardation layer using a reactive liquid crystal polymer can be formed by the following method. First, a base alignment film is formed on a color filter substrate, and alignment processing such as rubbing and light irradiation is performed to determine the alignment direction. A reactive liquid crystal polymer is coated on the alignment processing base alignment film and cured by a method such as baking or light irradiation. The cured reactive liquid crystal polymer is aligned in accordance with the alignment orientation of the base alignment film, and functions as a retardation layer. The retardation of the retardation layer is determined by the product of the birefringence ⁇ n of the reactive liquid crystal polymer and the thickness d of the retardation layer.
  • a transfer film in which a layer of a cured product of reactive liquid crystal polymer is provided on a substrate film such as PET film is used on a color filter substrate.
  • a method of transferring a layer of a cured product of a reactive liquid crystal polymer may be used.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 with a reactive liquid crystal polymer.
  • a method of forming the out-cell ⁇ / 4 plate 31 with a reactive liquid crystal polymer a film obtained by applying a material on a flat base film such as a PET film to form a film, an adhesive Using a method of transferring to a linearly polarizing plate or a liquid crystal display panel via the substrate, and finally peeling off the substrate film, or a method of forming a film by directly applying a material on the outside (the surface on the observer side) of a color filter substrate Can. It is also possible to form the in-cell ⁇ / 4 plate 32 of a stretched polymer film.
  • the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the reactive liquid crystal polymer suitable for the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is positive wavelength dispersion. Therefore, in order to accurately cancel the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 formed of the reactive liquid crystal polymer at all wavelengths and realize a good black display, the positive wavelength of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 A dispersion material is usually used, and as in the in-cell ⁇ / 4 plate 32, a reactive liquid crystal polymer may be used.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 formed of the reactive liquid crystal polymer has lower heat resistance than the in-cell ⁇ / 4 plate 32 formed of the same reactive liquid crystal polymer, and the phase difference decreases in a high temperature environment. It turned out that it was easy. For example, when the liquid crystal display panel is stored at 80 ° C. for 500 hours, the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 may decrease by about 3% without changing the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32. .
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is formed during the manufacturing process of the liquid crystal display panel, before the affixing of the out-cell ⁇ / 4 plate 31, for example, a photo spacer (PS) for holding the cell thickness is used. It is presumed that the retardation of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is in a sufficiently stable state not to be further reduced during the manufacturing process of the liquid crystal display panel through the high temperature process such as formation and baking of the alignment film. Be done. On the other hand, the out-cell ⁇ / 4 plate 31 is not introduced into the high temperature process in order not to cause problems such as deterioration of the first linear polarization plate 11.
  • PS photo spacer
  • the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 does not change, while the phase difference of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 decreases.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 and the in-cell ⁇ / 4 plate 32 can not mutually cancel the phase difference, and light leakage occurs.
  • the out-cell ⁇ / 4 plate 31 is formed of a highly heat-resistant cycloolefin polymer, light leakage can be prevented after the heat resistance test.
  • the cycloolefin polymer is a flat wavelength dispersion material, the retardation of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 formed of a positive wavelength dispersion material such as a reactive liquid crystal polymer is accurately canceled at all wavelengths. Was difficult. Therefore, when the liquid crystal display device performs black display, light leakage of a specific wavelength occurs from the display surface of the liquid crystal display device, and for example, the black display is colored in blue.
  • the black display is colored in blue by using a backlight that is more yellowish than the conventional one, and the color of light emitted from the backlight is that of the XYZ color system.
  • chromaticity coordinates (x, y) both x and y are 0.32 or more.
  • a horizontal electric field is generated in the liquid crystal layer 17 by applying a voltage to the plurality of electrode pairs.
  • the plurality of electrode pairs are provided for each sub-pixel so as to individually control the light transmittance of each color sub-pixel (hereinafter, also simply referred to as “transmittance”), and the red electrode pair disposed in the red sub-pixel And a green electrode pair disposed in the green sub-pixel and a blue electrode pair disposed in the blue sub-pixel.
  • the voltages applied to the red electrode pair, the green electrode pair, and the blue electrode pair are the same during white display, but in the voltage driving method of this embodiment, the blue electrode pair is used.
  • the application voltage for white display is controlled to be different from the application voltage for white display of the red electrode pair and the application voltage for white display of the green electrode pair. As a result, it is possible to reduce the yellowness of the white display caused by using a backlight that is more yellowish than in the past.
  • the red electrode pair is a set of the red common electrode 22R and the red pixel electrode 24R
  • the green electrode pair is the green common electrode 22G and the green pixel electrode. 24G
  • the blue electrode pair is a pair of the blue common electrode 22B and the blue pixel electrode 24B.
  • the red common electrode 22R, the green common electrode 22G, and the blue common electrode 22B may be electrically independent of each other, or may be electrically connected to each other, as shown in FIG. 1 (b). Thus, it may be a portion included in one common electrode 22.
  • Liquid crystals are characterized in that the alignment of molecules is changed by an electric field to change the light transmittance.
  • a liquid crystal display is an application of the characteristics of the liquid crystal to a display. Specifically, a liquid crystal material is sandwiched between two substrates, and the light is passed through a RGB color filter to express color.
  • scanning lines and data lines are arranged in a grid on a substrate, and TFTs (Thin Film Transistors) are formed at the intersections to form switches for pixels.
  • the scanning line is connected to the gate of the TFT, and the data line is connected to the source of the TFT, and driven by an LCD driver arranged at the end of the display.
  • the gate driver sequentially outputs pulse-like voltage waveforms to the scanning lines in order to turn on the TFTs sequentially from the top.
  • the source driver supplies a voltage to be applied to the liquid crystal (electrode pair) through the turned-on TFT. At this time, the light transmittance changes in accordance with the applied voltage.
  • color data to be displayed is received from T-CON (timing controller).
  • the color data is mainly 8-bit digital data.
  • color data received from T-CON is converted to an analog voltage. Since the gamma characteristics representing the relationship between the applied voltage and the transmittance differ depending on the liquid crystal material or the like, the driver has a DAC (Digital Analog Converter) corresponding to the gamma characteristics of each LCD. Then, the analog voltage generated by the DAC is changed in impedance by the operational amplifier and output to the panel. This voltage is applied to each pixel through the TFT on the panel. When the desired voltage is written to each pixel, the TFT is turned off, and the capacitance of the liquid crystal itself holds this voltage until the next writing.
  • T-CON timing controller
  • the white display application voltage of the blue electrode pair is different from the white display application voltage of the red electrode pair and the white display application voltage of the green electrode pair. Controlled by Such control can be performed using a conventionally known technique, and the method is not particularly limited. For example, a method of preparing a driver having independent gamma characteristics for each of red, green, and blue is used. It can be illustrated.
  • the driver side does not have gamma characteristics
  • the T-CON side has a correspondence table of independent gamma characteristics for each of red, green and blue, so-called LUT (Look Up Table). A method of converting in T-CON and transferring to the driver can be illustrated.
  • the transmittance of the red subpixel contributing to white display in order to reduce the yellowness of white display, the transmittance of the green subpixel, and the blue subpixel with respect to the sum of the transmittances of the blue subpixels. It is preferable to increase the ratio of the transmittance of (hereinafter also referred to as "the relative transmittance of the blue sub-pixel").
  • a method of increasing the relative transmittance of the blue sub-pixel As a method of increasing the relative transmittance of the blue sub-pixel, a first adjustment method of increasing the transmittance of the blue sub-pixel, and a second adjustment method of reducing the transmittance of the red and / or green sub-pixels other than the blue sub-pixel And the third method in which the first method and the second method are used in combination, and among them, the third adjustment method is preferable.
  • the transmittance increases or decreases as the voltage applied to the electrode pair changes.
  • the relationship between the applied voltage and the transmittance in the liquid crystal display panel is represented by a correlation curve (VT curve) of applied voltage-transmittance (see, for example, FIGS. 17 to 19).
  • VT curve correlation curve
  • the application voltage for white display of the blue electrode pair, the application voltage for white display of the red electrode pair, and the application voltage for white display of the green electrode pair all correspond to the increase of the voltage of the liquid crystal display panel.
  • the white display application voltage of the blue electrode pair is compared to the white display application voltage of the red electrode pair and the white display application voltage of the green electrode pair. Also by increasing the voltage, the relative transmittance of the blue sub-pixel can be increased.
  • the liquid crystal display device of the present embodiment light leakage and coloring observed on the display surface can be prevented in both white display and black display.
  • the contrast of the liquid crystal display device in a particularly dark environment can be enhanced, so that the visibility of the liquid crystal display can be enhanced and the power consumption can be reduced by improving the utilization efficiency of the backlight ( The battery driving time can be extended.
  • the design quality (designability) of the liquid crystal display device is improved by enhancing the display quality in the display state or making the boundary between the screen and the frame inconspicuous at the time of non-display. Can.
  • the preferable retardation range of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 in the circularly polarized FFS mode liquid crystal using the in-cell ⁇ / 4 plate 32 was considered by calculation.
  • a commercially available liquid crystal simulator (“LCD master” manufactured by Shintech) was used for the calculation.
  • the calculation results are also applicable to the circularly polarized IPS mode liquid crystal.
  • the configuration of the circularly polarized FFS mode liquid crystal panel used in the discussion is as shown in FIG.
  • the difference between the circularly polarized FFS mode liquid crystal panel used in the discussion and the conventional general FFS mode liquid crystal is that an outcell ⁇ / 4 plate 31 and an incell ⁇ / 4 plate 32 are provided.
  • the observer-side polarizing plate becomes a circularly polarizing plate, and internal reflection (more accurately, of the color filter substrate) of the liquid crystal display panel 10 is prevented. can do.
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 Provided. That is, the color filter substrate is sandwiched between two ⁇ / 4 plates whose in-plane slow axes are orthogonal to each other. As a result, the reflection of external light from the color filter substrate is suppressed, and the illumination light from the backlight can perform black display according to the same optical principle as that of the conventional FFS mode liquid crystal. If the phase difference values of the two ⁇ / 4 plates do not match exactly, light leakage may occur during black display. In addition, when the degree of coincidence is different for each wavelength, it also causes coloring.
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 is formed by applying a reactive liquid crystal polymer (reactive mesogen).
  • the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the reactive liquid crystal polymer is a so-called positive wavelength dispersion in which the absolute value decreases as the long wavelength gets longer, so when applied with a uniform film thickness on a flat color filter substrate, the wavelength of the phase difference Dispersion is positive wavelength dispersion.
  • the parameters used in the simulation are as follows.
  • the transmission spectrum of the crossed Nicol polarizer was as shown in FIG.
  • the transmission spectra of the color filter layers (B, G and R) were as shown in FIG.
  • the area of each color of BGR was assumed to be equal.
  • FIG. 4 is a graph showing the emission spectrum of a conventional LED backlight for a liquid crystal display, which was used when calculating the visibility correction transmittance Y and the chromaticity coordinates (x, y).
  • the intensity at a wavelength of 550 nm is normalized and displayed so as to be 1. Since the overcoat layer is generally transparent and has no retardation (birefringence), it was ignored in the simulation.
  • the liquid crystal layer oriented in the horizontal direction has a retardation (birefringence), but since the orientation direction is set parallel or orthogonal to the axial direction of the polarizing plate on the back side, it is also ignored in the simulation.
  • the aperture ratio of the TFT substrate and the color filter substrate does not actually reach 100%, it is assumed to be 100% in the simulation for simplicity.
  • the parameters necessary for the simulation are the spectra of the polarizing plate, the color filter layer and the light source, and the birefringence ⁇ n of the reactive liquid crystal polymer to be the material of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31. (Or a phase difference value determined by the product of the film thickness d).
  • the spectral characteristics of the actual color filter layer are not perfect, and there is an overlap between the respective colors.
  • the blue color filter preferably transmits only blue light (generally, light having a wavelength of about 380 to 500 nm), but actually transmits green light having a wavelength of about 500 to 550 nm. Therefore, the in-cell retardation layer provided on the blue color filter functions not only for incident light having a wavelength of 380 to 500 nm, but also for incident light having a wavelength of 500 to 550 nm, for example. If this is considered, although it is not possible to accurately represent the characteristics of the entire in-cell ⁇ / 4 plate 32 provided on the color filter layer as described above, it is useful for roughly grasping the characteristics, It is used herein for that purpose.
  • the same positive wavelength dispersion material reactive liquid crystal polymer
  • the uniform film thickness d 1
  • An out-cell ⁇ / 4 plate 31 of .375 ⁇ m was provided.
  • the phase difference chromatic dispersion is as shown in FIG.
  • the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the phase difference of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 coincide at all wavelengths, and the difference is as shown in FIG. In this state, good black display with less light leakage can be obtained at all wavelengths.
  • the result of actually calculating the transmission spectrum of the black display is shown in FIG.
  • the transmissivity corrected transmittance Y is 0.000073, and the chromaticity coordinates (x, y) are (0.243, 0.218), which matches the target values shown above.
  • the phase difference of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the phase difference of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 do not match except for the wavelength of 550 nm, and the difference is as shown in FIG.
  • the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31 can not cancel the phase difference, and light leaks and colors in black display.
  • the result of actually calculating the transmission spectrum for black display is shown in FIG.
  • the transmissivity corrected transmittance Y was 0.000138, and the chromaticity coordinates (x, y) were (0.177, 0.054). From this result, the black display became blue.
  • the black display is colored.
  • a retardation film composed of a cycloolefin polymer (COP) for the purpose of improving heat resistance, it is colored in blue.
  • COP cycloolefin polymer
  • the emission spectrum of the LED backlight for the conventional general liquid crystal display shown in FIG. 4 corresponds to standard achromatic emission.
  • the backlight having the emission spectrum of FIG. 4 is also referred to as a standard backlight.
  • the chromaticity coordinates (x, y) of the standard backlight were calculated to be (0.286, 0.267).
  • FIG. 15 is a graph showing an example of the emission spectrum of a backlight that is more yellowish than the standard backlight.
  • the intensity at a wavelength of 550 nm is normalized to be 1 and displayed.
  • a backlight in which the peak intensity of blue emission at a wavelength of 450 nm is X times that of the normalized emission spectrum of FIG. 4 is referred to as “X-fold yellow backlight”, and the emission spectrum of FIG.
  • the backlight with is called "0.5 times yellow backlight”.
  • the chromaticity coordinates (x, y) of the 0.5 times yellow backlight were calculated to be (0.336, 0.354).
  • the emission spectrum of the X-fold yellow backlight can be created by calculation processing and used for evaluation. Specifically, first, after cutting off the range of 400 to 500 nm corresponding to blue from the emission spectrum of the standard backlight, the peak top of wavelength 450 nm is converted to X and the tail of wavelength 400 nm and wavelength 500 nm is 1
  • the magnification may be set and converted so as to gradually change linearly from 1 ⁇ to X at a wavelength of 400 nm to 450 nm and a wavelength of 500 nm to 450 nm.
  • FIG. 16 is a graph comparing the emission spectrum of a standard backlight with the emission spectra of 0.3x, 0.4x and 0.5x yellow backlights created therefrom.
  • the color of light emitted from the 0.1 to 1.0 times yellow backlight obtained by the above calculation process is shown in Table 1 below, using the chromaticity coordinates (x, y) of the XYZ color system. It is street.
  • the notation of chromaticity coordinates (x, y) is rounded to the third decimal place by rounding to the fourth decimal place, but in Table 1 below, the fourth decimal place is shown in more detail. It is written up to the digit.
  • the 0.1 to 0.6-fold yellow backlight is a backlight having a stronger yellowing than that of the prior art, in which both x and y are 0.32 or more.
  • the 0.1 to 0.4-fold yellow backlight is a more yellowish backlight having both x and y of 0.35 or more, and a 0.1 to 0.2-fold yellow back
  • the light is a backlight having a strong yellowish color, in which both x and y are 0.37 or more.
  • the X-fold yellow backlight can be produced using a conventionally known production method.
  • backlights for ordinary liquid crystal displays are whitened by combining blue-emitting LEDs and phosphors such as yellow, green and red, but the material selection of phosphors and the combination of each color are optimized. By doing this, it is possible to actually adjust the emission spectrum of the backlight.
  • the emission spectrum of the backlight can also be adjusted by superimposing a color filter having a central wavelength of absorption at a wavelength of 450 nm on a standard backlight.
  • the use of 0.5 times yellow backlight reduces the blue coloration of the black display.
  • the white display which is originally preferably achromatic, may be colored yellow due to the use of 0.5 times yellow backlight.
  • the parameters necessary for the simulation of the black display state are the polarizing plate, the color filter layer, the spectrum of the light source, and the reactive liquid crystal polymer to be the material of the incell ⁇ / 4 plate 32 and the outcell ⁇ / 4 plate
  • the birefringence ⁇ n (or the phase difference value determined by the product of the film thickness d).
  • the horizontally aligned liquid crystal layer 17 has retardation (birefringence), but the alignment orientation can be ignored because it is set parallel or orthogonal to the axis orientation of the back side polarizing plate .
  • the liquid crystal layer 17 is in an alignment state different from the horizontal alignment, parameters such as the characteristics of the liquid crystal material, the pitch of the comb electrodes, and the applied voltage are required for simulation. Details of the parameters and design conditions used for the calculation will be described below. All are conditions generally employ
  • the birefringence ⁇ n of the nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy, which constitutes the liquid crystal layer 17, is 0.1 and the thickness (cell thickness) d of the liquid crystal layer 17 is 3 ⁇ m
  • the ⁇ nd of the liquid crystal layer 17 is Of 300 nm.
  • the orientation of the liquid crystal molecules when no voltage was applied, and the extension direction of the comb electrode were set to form an angle of 80 degrees.
  • the voltage applied to the liquid crystal layer 17 depends on the material of the liquid crystal layer 17 and the drivability of the driver, but a value of about 3 to 7 V is usually selected.
  • the white display state in the case of using a standard backlight is calculated.
  • the applied voltage to the liquid crystal layer 17 was 3.7V.
  • the same voltage was applied to each of the RGB sub-pixels as in the case of the conventional ordinary liquid crystal display.
  • the transmissivity corrected transmittance Y was 0.0883, and the chromaticity coordinates (x, y) were (0.282, 0.273). Since the wavelength dispersion characteristics of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the out-cell ⁇ / 4 plate 31 are not matched, the black display is colored in blue, but the white display is not noticeable.
  • the transmissivity corrected transmittance Y is 0.0881
  • the chromaticity coordinates (x, y) is (0.329, 0. 361). It can be seen that although the use of a yellow backlight reduces the blue coloration of black display, the adverse effect thereof is that white display, which is preferably achromatic, has been colored yellow.
  • the transmittance In order to increase (decrease) the transmittance, it may be adjusted appropriately whether to increase or decrease the applied voltage.
  • the correlation curve (VT curve) of the applied voltage-transmittance if the transmittance increases or decreases monotonically with the increase of the applied voltage, the increase or decrease of the transmittance indicates the increase or decrease of the voltage. It corresponds with the increase and decrease.
  • adjustment is made according to the shape of the VT curve if it is in a region that does not increase or decrease monotonically, for example, a region close to an inversion point where the correlation curve has extreme values and the tendency of increase and decrease is reversed. It will be.
  • the term “transmittance” refers to the color matching function of the green component having the highest human eye sensitivity among the tristimulus values X, Y, Z based on the XYZ color system (CIE 1931 color system). It refers to the thing of Y which performed visual sensitivity correction using. That is, one tristimulus value, Y, corresponds to the transmissivity at which a ray of light is viewed (measured) through a filter with maximum sensitivity in the green region. Transmittance refers to Y, unless specifically described herein.
  • one of the tristimulus values, X corresponds to the transmission at which a ray of light is viewed (measured) through a filter with maximum sensitivity in the red region.
  • one stimulus value Z corresponds to the transmittance at which a certain light beam is viewed (measured) through a filter having the maximum sensitivity in the blue region. That is, X, Y and Z can be considered as the transmittances of the red component, the green component and the blue component of light, respectively.
  • the chromaticity x, y and z can be defined as follows.
  • x X / (X + Y + Z) represents the relative red transmissivity. The larger the x, the more reddish.
  • y Y / (X + Y + Z) represents the relative green transmission index. The larger the Y, the greener.
  • z Z / (X + Y + Z) represents the relative degree of blue transmission. The larger the Z, the stronger the bluish.
  • X, Y and Z should be noted when considering the transmittance in the R sub-pixel, considering that they are the transmittances of the red, green and blue components of light respectively is there.
  • Y should be noted, and when considering the transmittance at the B sub-pixel, Z should be noted.
  • FIGS. 17 is a graph showing a correlation curve (VT curve) of applied voltage-transmittance in the B sub-pixel.
  • FIG. 18 is a graph showing a correlation curve (VT curve) of applied voltage-transmittance in the G sub-pixel.
  • FIG. 19 is a graph showing a correlation curve (VT curve) of applied voltage-transmittance in the R sub-pixel.
  • the applied voltage may be examined and determined by paying attention to the V-T curve of Y in FIG.
  • the applied voltage may be examined and determined by paying attention to the V-T curve of X in FIG.
  • the relative transmittance of B subpixels may be increased.
  • the transmittance of the G sub-pixel can be reduced by setting the voltage applied to the G sub-pixel lower than 3.7 V. From the -T curve, the transmittance of the R sub-pixel can be reduced by setting the voltage applied to the R sub-pixel lower than 3.7V.
  • Example 1 relates to a liquid crystal display device using an out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a material different from that of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and using a 0.5-times yellow backlight.
  • the voltages applied to the sub pixel and the R sub pixel are set to 4.4 V, 2.3 V, and 2.3 V, respectively.
  • Example 2 The liquid crystal display device of Example 2 is the same as the liquid crystal display device of Example 1 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are each changed to 2.5 V.
  • the liquid crystal display device of Example 3 is the same as the liquid crystal display device of Example 1 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are each changed to 2.7V.
  • Example 4 Using a 0.4x yellow backlight can reduce the blue coloration of the black display more than when using a 0.5x yellow backlight.
  • voltages applied to the B sub-pixel, the G sub-pixel, and the R sub-pixel may be set to 4.4 V, 2.1 V, and 2.1 V, respectively. That is, Example 4 relates to a liquid crystal display using an out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a material different from that of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and using a 0.4-fold yellow backlight.
  • the voltages applied to the G, G, and R sub-pixels are set to 4.4 V, 2.1 V, and 2.1 V, respectively.
  • Example 5 The liquid crystal display device of Example 5 is the same as the liquid crystal display device of Example 4 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are changed to 2.3 V, respectively.
  • the liquid crystal display device of Example 6 is the same as the liquid crystal display device of Example 4 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are each changed to 2.5V.
  • Example 7 Using a 0.3x yellow backlight can further reduce the blue coloration of the black display than using a 0.5x yellow backlight.
  • voltages applied to the B sub-pixel, the G sub-pixel, and the R sub-pixel may be set to 4.4 V, 1.9 V, and 1.9 V, respectively. That is, Example 7 relates to a liquid crystal display using an out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a material different from that of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and using a 0.3-times yellow backlight.
  • the voltages applied to the G, G, and R sub-pixels are set to 4.4 V, 1.9 V, and 1.9 V, respectively.
  • Example 8 The liquid crystal display device of Example 8 is the same as the liquid crystal display device of Example 7 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are changed to 2.1 V, respectively.
  • the liquid crystal display device of Example 9 is the same as the liquid crystal display device of Example 7 except that the voltages applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel are changed to 2.3 V, respectively.
  • Comparative Example 2 relates to a liquid crystal display device using an out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a material different from that of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and using a standard backlight.
  • B sub-pixel, G sub-pixel, R in white display The voltages applied to the sub-pixels are set to the same 3.7 V, respectively.
  • Comparative Example 3 relates to a liquid crystal display device using an out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a material different from that of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and using a 0.5-fold yellow backlight.
  • the voltages applied to the sub pixel and the R sub pixel are set to the same 3.7 V, respectively.
  • Chromaticity coordinates (blackness) in black display ⁇ Can not recognize coloring. ⁇ : It can be recognized that the color is slightly blue, but there is no problem in practical use. X: It is clearly understood that it is colored in blue.
  • the liquid crystal display device of Comparative Example 1 uses the out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of a cured product of reactive liquid crystal polymer (RM: reactive mesogen), the out-cell ⁇ / 4 plate 31 in the heat resistance test The heat resistance was inferior because the phase difference of the above was decreased and light leakage occurred after the heat resistance test.
  • the liquid crystal display devices of Comparative Examples 2 and 3 and Examples 1 to 9 used the out-cell ⁇ / 4 plate 31 made of cycloolefin polymer (COP), the heat resistance was good.
  • COP cycloolefin polymer
  • the liquid crystal display device of Comparative Example 2 has good heat resistance, but the retardation wavelength dispersion of the in-cell ⁇ / 4 plate 32 and the retardation wavelength dispersion of the out-cell ⁇ / 4 plate 31 do not match, and the standard back The black display has turned blue because it uses lights.
  • the liquid crystal display device of Comparative Example 3 was able to suppress the blue coloring of black display by using a 0.5 times yellow backlight, but it was possible to reduce the B sub-pixel, G sub-pixel and R sub-pixel in white display. Because the applied voltage was the same, the white display turned yellow.
  • the liquid crystal display devices of Examples 1 to 9 are adjusted to increase the relative transmittance of the B sub-pixel by reducing the voltage applied to the G sub-pixel and the R sub-pixel. Although the white transmittance was lowered, a white display close to the achromatic color almost equivalent to that of Comparative Example 1 was obtained despite the use of the 0.5 times yellow backlight.
  • One embodiment of the present invention is a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel and a backlight, wherein the liquid crystal display panel includes, in order from a viewing surface side to a back surface side, a first linear polarizing plate and a first linear polarizing plate.
  • a voltage to a second ⁇ / 4 retardation layer having an in-plane slow axis in a second direction orthogonal to the direction, a liquid crystal layer containing a liquid crystal which is horizontally aligned when no voltage is applied, and
  • a plurality of electrode pairs for generating a transverse electric field in a liquid crystal layer, a second substrate, and a second linear polarizing plate, and the color of light emitted from the backlight is the chromaticity of the XYZ color system When expressed using coordinates (x, y), both x and y are 0.32 or more, and the plurality of electrode pairs are
  • a white display of the blue electrode pair includes: a red electrode pair disposed in a color sub-pixel; a green electrode pair disposed in a green sub-pixel; and a
  • the white display application voltage of the blue electrode pair, the white display application voltage of the red electrode pair, and the white display application voltage of the green electrode pair are all in the liquid crystal display against the increase in voltage.
  • the white display application voltage of the blue electrode pair is included in the voltage region where the light transmittance of the panel monotonously increases, the white display application voltage of the red electrode pair, and the white display of the green electrode pair. It may be a voltage higher than the application voltage.
  • the first ⁇ / 4 retardation layer is made of a flat wavelength dispersive material satisfying the following formulas (1) and (2), where ⁇ n ( ⁇ ) is a birefringence for light of wavelength ⁇ nm Good.
  • the flat wavelength dispersive material may be a cycloolefin polymer. 0.99 ⁇ n (450 nm) / ⁇ n (550 nm) ⁇ 1.03 (1) 0.98 ⁇ n (650 nm) / ⁇ n (550 nm) ⁇ 1.01 (2)
  • the second ⁇ / 4 retardation layer has ⁇ n (450 nm) / ⁇ n (550 nm) of 1.03 or more and ⁇ n, where ⁇ n ( ⁇ ) is the birefringence for light of wavelength ⁇ nm.
  • (650 nm) / ⁇ n (550 nm) may be made of a positive wavelength dispersive material of 0.98 or less.
  • the positive wavelength dispersion material may be a cured product of a reactive liquid crystal polymer.

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Abstract

本発明は、内部反射が抑制され、着色のない良好な黒表示を実現できる横電界モードの液晶表示装置を提供する。本発明は、第一の直線偏光板と、第一のλ/4位相差層と、第一の基板と、第一のλ/4位相差層とは異なる材料で構成された第二のλ/4位相差層と、電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する液晶層と、電圧印加によって液晶層に横電界を発生させる複数の電極対と、第二の基板と、第二の直線偏光板と、バックライトと、を備え、バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、x及びyがいずれも0.32以上であり、複数の電極対は、赤色サブピクセルに配置された赤用電極対と、緑色サブピクセルに配置された緑用電極対と、青色サブピクセルに配置された青用電極対と、を含み、青用電極対の白表示用印加電圧が、赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なる液晶表示装置である。

Description

液晶表示装置
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、横電界モードの液晶表示装置に関するものである。
液晶の駆動モードとしては、IPS(In-Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード等の横電界モードが広く用いられている。液晶表示パネルは、テレビのみならず、ラップトップPC、タブレットPC、スマートフォン、カーナビゲーション等の様々な用途で広く利用されており、屋外のような強い外光の下で使用されることもある。このため、外光の反射を抑えるとともに黒表示時に光透過率を低減し、屋内と屋外のいずれで利用された場合でも良好な画質を得ることのできるIPSモードの液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2012-173672号公報
しかしながら、従来の液晶表示パネルでは、耐熱試験後にコントラストが低下することがあった。本発明者らは、この原因について種々検討したところ、液晶表示パネルの内部反射を抑制するための位相差板が劣化し、黒表示時の輝度が増加しているためであることが分かった。そこで、本発明者らは、耐久性に優れた位相差板を使用してみたが、可視光の波長領域の全体にわたって内部反射を抑制することが難しく、黒表示時に画面が着色してしまうことが分かった。これに対して、本発明者らは、従来よりも黄味の強いバックライトを使用することを検討したが、本来、無彩色であることが好ましい白表示が、黄色に着色してしまうという別の問題が生じることが分かった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、内部反射を抑制しつつ、黒表示及び白表示の両方で着色のない良好な表示品位を実現できる横電界モードの液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、横電界モードの液晶表示パネルの内部反射を抑制する方法について検討したところ、互いに直交する面内遅相軸を有する一対のλ/4位相差層を設けることにより、従来の横電界モードの液晶表示パネルと光学的に等価な状態を維持しつつ、円偏光板の効果によって内部反射を抑制できることに着目した。その際、耐久性を高める等の目的で、一対のλ/4位相差層を異なる材料で構成すると、黒表示が青く着色してしまうことを見出した。これに対して、本発明者らは、従来よりも黄味の強いバックライトを使用することで黒表示の青味を減らすことを検討したが、本来、無彩色であることが好ましい白表示が、黄色に着色してしまうという別の問題が生じることが分かった。そこで、本発明者らは、更なる改良を検討し、従来とは異なる電圧駆動方式を用いて赤(R)、緑(G)、青(B)のサブピクセルの制御を行うことによって、従来よりも黄味の強いバックライトを使用した際の白表示の黄味を低減できることを見出した。これにより、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の一態様は、液晶表示パネル及びバックライトを備える液晶表示装置であって、上記液晶表示パネルは、観察面側から背面側に向かって順に、第一の直線偏光板と、第一の方向に面内遅相軸を有する第一のλ/4位相差層と、第一の基板と、上記第一のλ/4位相差層とは異なる材料で構成され、かつ、上記第一の方向と直交する第二の方向に面内遅相軸を有する第二のλ/4位相差層と、電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する液晶層と、電圧が印加されることによって上記液晶層に横電界を発生させる複数の電極対と、第二の基板と、第二の直線偏光板と、を備え、上記バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、x及びyがいずれも0.32以上であり、上記複数の電極対は、赤色サブピクセルに配置された赤用電極対と、緑色サブピクセルに配置された緑用電極対と、青色サブピクセルに配置された青用電極対と、を含み、上記青用電極対の白表示用印加電圧が、上記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、上記緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なる液晶表示装置である。
本発明によれば、内部反射を抑制しつつ、黒表示及び白表示の両方で着色のない良好な表示品位を実現できる横電界モードの液晶表示装置を提供することができる。
(a)は、実施形態1の液晶表示装置を示す断面模式図であり、(b)は、第二の基板の構成の一例を示す断面模式図である。 クロスニコル偏光板の透過スペクトルを示すグラフである。 カラーフィルタ層(B、G及びR)の透過スペクトルを示すグラフである。 従来の一般的な液晶ディスプレイ用LEDバックライトの発光スペクトルを示すグラフである。 第2のシミュレーションで使用した均一膜厚d=1.375μmのインセルλ/4板(正波長分散材料)のB領域の位相差波長分散を示すグラフである。 第2のシミュレーションで使用した均一膜厚d=1.375μmのインセルλ/4板(正波長分散材料)のG領域の位相差波長分散を示すグラフである。 第2のシミュレーションで使用した均一膜厚d=1.375μmのインセルλ/4板(正波長分散材料)のR領域の位相差波長分散を示すグラフである。 図5~7に示したB、G、R領域の位相差を継接ぎして作成されたインセルλ/4板の位相差波長分散を示すグラフである。 第2のシミュレーションで使用したアウトセルλ/4板(正波長分散材料)の位相差波長分散を示すグラフである。 第2のシミュレーションで使用したインセルλ/4板の位相差とアウトセルλ/4板の位相差の差分を示すグラフである。 第2のシミュレーションで得られる黒表示の透過スペクトルを示すグラフである。 第3のシミュレーションで使用したアウトセルλ/4板(フラット波長分散材料)の位相差波長分散を示すグラフである。 第3のシミュレーションで使用したインセルλ/4板の位相差とアウトセルλ/4板の位相差の差分を示すグラフである。 第3のシミュレーションで得られる黒表示の透過スペクトルを示すグラフである。 標準バックライトよりも黄味の強いバックライトの発光スペクトルの例を示すグラフである。 標準バックライトの発光スペクトルと、それを基に作成された0.3倍、0.4倍及び0.5倍黄色バックライトの発光スペクトルとを対比したグラフである。 Bサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。 Gサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。 Rサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。また、各実施形態の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
本明細書中、「観察面側」とは、液晶表示装置の画面(表示面)に対してより近い側を意味し、「背面側」とは、液晶表示装置の画面(表示面)に対してより遠い側を意味する。
本明細書中、「λ/4位相差層」とは、少なくとも波長550nmの光に対して1/4波長の面内位相差を付与する位相差層を意味し、100nm以上、176nm以下の面内位相差を付与するものであればよい。ちなみに、波長550nmの光は、人間の視感度が最も高い波長の光である。面内位相差は、R=(ns-nf)×dで定義される。ここで、nsは、位相差層の面内方向の主屈折率nx及びnyのうちの大きい方を表し、nfは、位相差層の面内方向の主屈折率nx及びnyのうちの小さい方を表す。主屈折率は、特に断りのない限り、波長550nmの光に対する値を指している。位相差層の面内遅相軸はnsに対応する方向の軸を指し、面内進相軸はnfに対応する方向の軸を指す。dは、位相差層の厚さを表す。本明細書中、特に断りがなければ、「位相差」は、面内位相差を意味している。
本明細書中、赤(R)、緑(G)及び青(B)は、次のように定義される。「赤」とは、主波長が600nm以上780nm以下の色をいい、好ましくは、主波長が620nm以上750nm以下の色をいう。「緑」とは、主波長が500nm以上600nm以下の色をいい、好ましくは、主波長が500nm以上570nm以下の色をいう。「青」とは、主波長が380nm以上500nm以下の色をいい、好ましくは、主波長が450nm以上495nm以下の色をいう。
本明細書中、液晶表示装置の画面を構成する表示単位のうち、複数色の表示が可能な表示単位を「画素(ピクセル)」と呼び、各画素に複数含まれる単色の表示が可能な表示単位を「サブピクセル」と呼ぶ。一画素は、典型的には、赤色サブピクセル、緑色サブピクセル及び青色サブピクセルの組み合わせで構成される。
本明細書中、2つの軸(方向)が直交するとは、両者のなす角度(絶対値)が90±3°の範囲内であることを指し、好ましくは90±1°の範囲内であり、より好ましくは90±0.5°の範囲内であり、特に好ましくは90°(完全に直交)である。
本明細書中、2つの軸(方向)が45°の角度をなすとは、両者のなす角度(絶対値)が45±3°の範囲内であることを指し、好ましくは45±1°の範囲内であり、より好ましくは45±0.5°の範囲内であり、特に好ましくは45°(完全に45°)である。
(実施形態1)
図1(a)は、実施形態1の液晶表示装置を示す断面模式図であり、図1(b)は、第二の基板の構成の一例を示す断面模式図である。図1(a)に示すように、実施形態1の液晶表示装置は、バックライト3及び液晶表示パネル10を備える。バックライト3が背面側に位置し、液晶表示パネル10が観察面側に位置する。バックライト3が発した光は、液晶表示パネル10内に設けられた液晶層17への印加電圧によって、液晶表示パネル10を透過する光量が制御される。
バックライト3の方式は特に限定されず、例えば、エッジライト方式、直下型方式等が挙げられる。バックライト3の光源の種類は特に限定されず、例えば、発光ダイオード(LED)、冷陰極管(CCFL)等が挙げられる。
液晶表示パネル10は、観察面側から背面側に向かって順に、第一の直線偏光板11と、第一のλ/4位相差層31と、第一の基板13と、カラーフィルタ層14及びブラックマトリックスBLと、オーバーコート層15と、第二のλ/4位相差層32と、液晶層17と、第二の基板18と、第二の直線偏光板19とを備える。
なお、液晶表示パネル10は、他の構成部材を含んでいてもよく、例えば、第一の直線偏光板11の観察面側に反射防止フィルムを設けることで、液晶表示パネル10の反射率を更に低減することができる。反射防止フィルムとしては、蛾の目状の表面構造を有するモスアイフィルムが好適に用いられる。
また、第一の基板13の観察面側に透明電極(図示せず)を設けてもよい。このような透明電極は、裏面ITOと呼ばれることがあり、帯電により起こる不良を防止する。また、タッチパネルのセンサーが第一の基板13の観察面側に設けられることがある。
第一の直線偏光板11及び第二の直線偏光板19としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)フィルムにヨウ素錯体(又は染料)等の異方性材料を、染色及び吸着させてから延伸配向させた偏光子(吸収型偏光板)等を用いることができる。なお、通常は、機械強度や耐湿熱性を確保するために、PVAフィルムの両側にトリアセチルセルロース(TAC)フィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供される。
第一の直線偏光板11の透過軸と第二の直線偏光板19の透過軸とは、直交することが好ましい。このような構成によれば、第一の直線偏光板11と第二の直線偏光板19とがクロスニコルに配置されるため、電圧無印加時に、良好な黒表示状態を実現することができる。以下では、第一の直線偏光板11の透過軸の方位を0°と定義して説明を行う。このとき、第二の直線偏光板19の透過軸の方位は90°にされることが好ましい。
第一の基板13及び第二の基板18としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。第二の基板18の液晶層17側には、電圧が印加されることによって液晶層17に横電界を発生させる電極対(一組の電極)が設けられる。本実施形態の液晶表示装置の液晶駆動モードとしては、FFS(Fringe Field Switching)モード、IPS(In-Plane-Switching)モードが挙げられる。以下では、第二の基板18が電極対として面状電極と櫛歯電極の組み合わせを備えるFFSモード用の薄膜トランジスタアレイ基板である場合について、図1(b)を参照して例示する。
図1(b)に示すように、第二の基板18は、支持基板21と、支持基板21の液晶層17側の表面上に配置される共通電極(面状電極)22と、共通電極22を覆う絶縁膜23と、絶縁膜23の液晶層17側の表面上に配置される画素電極(櫛歯電極)24とを備える。このような構成によれば、電極対を構成する共通電極22及び画素電極24の間に電圧を印加することによって液晶層17に横電界(フリンジ電界)を発生させることができる。よって、共通電極22と画素電極24との間に印加する電圧を調整することにより、液晶層17中の液晶の配向を制御することができる。なお、赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14Bを透過する色光の量を個別に制御できるように、共通電極22は、赤用共通電極22R、緑用共通電極22G及び青用共通電極22Bを含み、かつ画素電極24は、赤用画素電極24R、緑用画素電極24G及び青用画素電極24Bを含む。
支持基板21としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。共通電極22及び画素電極24の材料としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等が挙げられる。絶縁膜23の材料としては、例えば、有機絶縁膜、窒化膜等が挙げられる。
また、第二の基板18において、水平配向膜(図示せず)が画素電極24を覆うように配置されている。水平配向膜としては、従来公知の方法で形成されるものを用いることができる。
以上では、第二の基板18がFFSモードの薄膜トランジスタアレイ基板である場合について例示したが、同じ横電界モードであるIPSモードの薄膜トランジスタアレイ基板は、電極対として面状電極と櫛歯電極の組み合わせを備え、この一対の櫛歯電極の間に電圧を印加することによって液晶層17に横電界が発生し、液晶層17中の液晶の配向を制御することができる。
カラーフィルタ層14は、赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14Bが面内に並べられた構成を有する。また、赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14Bは、ブラックマトリックスBLで区画されている。赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14B、ブラックマトリックスBLは、例えば、顔料を含有する透明樹脂で構成されている。通常、すべての画素に赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14Bの組み合わせが配置され、赤色カラーフィルタ14R、緑色カラーフィルタ14G及び青色カラーフィルタ14Bを透過する色光の量を制御しつつ混色させることで各画素において所望の色が得られる。赤色カラーフィルタ14Rと重なる領域が赤色サブピクセル(Rサブピクセル)に対応し、緑色カラーフィルタ14Gと重なる領域が緑色サブピクセル(Gサブピクセル)に対応し、青色カラーフィルタ14Bと重なる領域が青色サブピクセル(Bサブピクセル)に対応する。赤色サブピクセル、緑色サブピクセル及び青色サブピクセルは、配置されるカラーフィルタの色が異なることを除けば、同じ構成であってもよい。
オーバーコート層15は、カラーフィルタ層14の液晶層17側の表面を覆う。オーバーコート層15が設けられることで、カラーフィルタ層14中の不純物が液晶層17中に溶出することを防止できる。オーバーコート層15の材料としては、透明樹脂が好適である。なお、オーバーコート層15を省略してカラーフィルタ層14上に直接、第二のλ/4位相差層32を配置する構成にしてもよく、カラーフィルタ層14とオーバーコート層15との間に第二のλ/4位相差層32を配置する構成にすることも可能である。
液晶層17は、電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する。液晶層17を挟持する面には、液晶の配向を規制する水平配向膜(図示せず)が配置されている。液晶層17中の液晶は、第二の基板18側に設けられた電極対の間に電圧が印加されていない状態(電圧無印加時)では水平配向膜の規制力によって水平配向し、電極対の間に電圧が印加された状態(電圧無印加時)では液晶層17内に発生した横電界に応じて面内方向に回転する。
本実施形態の液晶表示装置は、第一のλ/4位相差層31と第二のλ/4位相差層32の組み合わせを備えるものである。第一のλ/4位相差層31は、液晶層17を基準としたときに、第一の基板13よりも外側(観察面側)に配置されるλ/4位相差層であり、かつ、λ/4位相差層を一般に略してλ/4板と呼ぶことから、以下では「アウトセルλ/4板」ともいう。一方、第二のλ/4位相差層32は、液晶層17を基準としたときに、第一の基板13よりも内側(背面側)に配置されるλ/4位相差層であり、かつ、λ/4位相差層を一般に略してλ/4板と呼ぶことから、以下では「インセルλ/4板」ともいう。
従来のFFSモードでは観察面側の偏光板は、第一の直線偏光板11のみで構成されていたが、本実施形態では観察面側の偏光板は、第一の直線偏光板11とアウトセルλ/4板31の組み合わせで構成され、全体として円偏光板として機能する。これにより、液晶表示パネル10の(より正確にはカラーフィルタ基板の)内部反射を防止することができる。
また、従来のFFSモード液晶にアウトセルλ/4板31のみを組み込んだ円偏光FFSモード液晶では、黒表示ができなくなるため、本実施形態の液晶表示装置は、更にインセルλ/4板32を設けることにより、円偏光FFSモード液晶の性能を改善している。すなわち、カラーフィルタ基板を2枚の直交するλ/4板で挟むことで、カラーフィルタ基板の外光反射を抑制しつつ、バックライト3からの照明光は従来のFFSモード液晶と同じ光学原理により、黒表示を行うことが可能となる。
以上の効果を得るため、アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32とは、互いに位相差をキャンセルし合うように、軸配置及び位相差値の設計が行われる。アウトセルλ/4板31は、第一の方向に面内遅相軸を有し、インセルλ/4板32は、第一の方向と直交する第二の方向に面内遅相軸を有する。すなわち、アウトセルλ/4板31の面内遅相軸とインセルλ/4板32の面内遅相軸とは直交する。このような軸配置によれば、液晶表示パネル10の法線方向から入射する光に対して、アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32とが互いに位相差をキャンセルすることができ、光学的には、両者が実質的に存在しない状態が実現される。すなわち、バックライト3から液晶表示パネル10に入射する光に対して、従来の横電界モードの液晶表示パネルと光学的に等価である構成が実現される。よって、円偏光板を用いた横電界モードによる表示を実現することができる。
第一の方向及び第二の方向は、位相差層の機能を発現させる観点から、第一の直線偏光板11の透過軸及び第二の直線偏光板19の透過軸に対して45°の角度をなすことが好ましい。すなわち、第一の方向及び第二の方向は、一方が方位45°であり、他方が方位135°であることが好ましく、例えば、第一の方向が方位45°であり、第二の方向が方位135°であることが好ましい。
本実施形態における好ましい光学軸の配置は、例えば、第一の直線偏光板11の透過軸の方位を0°とすると、アウトセルλ/4板31の面内遅相軸は45°方位、インセルλ/4板32の面内遅相軸は135°方位、液晶層17の液晶の初期配向方位は0°又は90°、第二の直線偏光板19の透過軸の方位は90°である。
インセルλ/4板32は、アウトセルλ/4板31とは異なる材料で構成される。液晶表示パネル10の一般的な製造方法に基づけば、第一の基板13の一方の面上に、カラーフィルタ層14、オーバーコート層15及びインセルλ/4板32が順次形成されるが、本明細書では、第一の基板13、カラーフィルタ層14及びオーバーコート層15の積層体を「カラーフィルタ基板」と呼ぶ。そして、第一の直線偏光板11及びアウトセルλ/4板31は、カラーフィルタ基板における第一の基板13の他方の面上に貼り付けられる。このように、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31とは通常異なる製造プロセスを経て形成されることから、信頼性及び生産性の点で、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31とを異なる材料で形成することに利点がある。
一方、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31とを異なる材料で構成する場合の課題として、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31の波長分散性が異なることが挙げられる。
ここで、「位相差層の波長分散性」とは、位相差層が付与する位相差の大きさと入射光の波長との相関関係を指す。可視光域において、入射光の波長が変化しても位相差層が付与する位相差の大きさが変化しない性質を「フラット波長分散」という。また、可視光域において、入射光の波長が大きくなるにつれて位相差層が付与する位相差の大きさが小さくなる性質を「正波長分散」という。位相差層の位相差は、複屈折率Δnと位相差層の厚さdとの積により算出されるものである。
本明細書中、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、下記式(1)及び(2)を満たす材料を「フラット波長分散材料」という。
0.99<Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.03 (1)
0.98<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.01 (2)
本明細書中、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、Δn(450nm)/Δn(550nm)が1.03以上であり、かつ、Δn(650nm)/Δn(550nm)が0.98以下である材料を「正波長分散材料」という。
上述したように、アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32とは互いに位相差をキャンセルし合うものであることから、2枚のλ/4板31、32の位相差値が正確に一致しないと、黒表示時の光漏れが生じ得る。波長分散性が異なる場合には、入射光の波長毎に位相差値の一致度が違うこととなり、光を着色させてしまう。
アウトセルλ/4板31の材料は特に限定されないが、アウトセルλ/4板31はカラーフィルタ基板に貼り付けて形成できることから、液晶表示装置の分野で一般的に用いられる延伸処理された高分子フィルムが好適に用いられる。高分子フィルムの材料としては、例えば、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアチルセルロース等が挙げられ、中でも、シクロオレフィンポリマーが特に好ましい。シクロオレフィンポリマーで形成された位相差層は、耐久性に優れ、高温環境や高温高湿環境に長期間曝したときの位相差の変化が小さいという利点がある。シクロオレフィンポリマーのフィルムとしては、日本ゼオン社製の「ゼオノアフィルム(登録商標)」、JSR社製の「ARTON(登録商標)フィルム」等が知られている。
インセルλ/4板32の材料は特に限定されないが、反応性液晶高分子(「リアクティブメソゲン」ともいう)の硬化物が好適に用いられる。反応性液晶高分子を用いれば、インセルλ/4板32をカラーフィルタ基板の製造プロセス中に塗布形成できることから、液晶表示パネル10を薄くできる。
反応性液晶高分子としては、光反応性基を有する液晶性ポリマーが好適に用いられる。光反応性基を有する液晶性ポリマーとしては、例えば、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基、これらの誘導体などの置換基(メソゲン基)と、シンナモイル基、カルコン基、シンナミリデン基、β-(2-フェニル)アクリロイル基、桂皮酸基、これらの誘導体などの光反応性基を併せ有する構造の側鎖を有し、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、N-フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造を主鎖に有するポリマーを挙げることができる。かかるポリマーは、単一の繰り返し単位からなるホモポリマーであってもよく、側鎖の構造の異なる2以上の繰り返し単位からなるコポリマーであってもよい。かかるコポリマーとしては、交互型、ランダム型、クラフト型などのいずれをも含む。また、かかるコポリマーにおいては、少なくとも一の繰り返し単位に係る側鎖が、上記の如きメソゲン基と光反応性基を併せ有する構造の側鎖であり、他の繰り返し単位に係る側鎖が、かかるメソゲン基や光反応性基を有さないものであってよい。
反応性液晶高分子の塗布に用いられる溶媒としては、例えば、トルエン、エチルベンゼン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジブチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、エタノール、プロパノール、シクロヘキサン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、シクロヘキサノン、n-ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。これらは何れかを単独で用いることもでき、2種以上を併用することもできる。
反応性液晶高分子を用いた位相差層は、具体的には、次のような方法で形成できる。まず、カラーフィルタ基板上に下地配向膜を形成し、ラビング、光照射等の配向処理を行い、配向方位を定める。配向処理された下地配向膜上に、反応性液晶高分子を塗布し、焼成、光照射等の方法で硬化させる。硬化された反応性液晶高分子は、下地配向膜の配向方位に応じて配向し、位相差層として機能する。位相差層の位相差は、反応性液晶高分子の複屈折率Δnと位相差層の厚さdとの積により決まる。また、カラーフィルタ基板上への位相差層の形成方法としては、PETフィルム等の基材フィルム上に、反応性液晶高分子の硬化物の層を設けた転写フィルムを用い、カラーフィルタ基板上に反応性液晶高分子の硬化物の層を転写する方法を用いてもよい。
なお、アウトセルλ/4板31を反応性液晶高分子で形成することも可能である。アウトセルλ/4板31を反応性液晶高分子で形成する方法としては、PETフィルム等の平坦な基材フィルム上に、材料を塗布して製膜した後、得られた膜を、接着剤を介して直線偏光板又は液晶表示パネルに転写し、最後に基材フィルムを剥離する方法や、カラーフィルタ基板の外側(観察者側の面)に材料を直接塗布して製膜する方法を用いることができる。また、インセルλ/4板32を延伸された高分子フィルムで形成することも可能である。
インセルλ/4板32に好適な反応性液晶高分子の複屈折率Δnの波長分散性は、正波長分散である。したがって、反応性液晶高分子で形成されたインセルλ/4板32の位相差を全ての波長で正確にキャンセルし、良好な黒表示を実現するためには、アウトセルλ/4板31に正波長分散材料を用いるのが通常であり、インセルλ/4板32と同じく、反応性液晶高分子を用いればよい。しかしながら、反応性液晶高分子で形成されたアウトセルλ/4板31は、同じ反応性液晶高分子で形成されたインセルλ/4板32よりも耐熱性が低く、高温環境で位相差が低下しやすいことが分かった。例えば、液晶表示パネルを80℃で500時間保存した場合に、インセルλ/4板32の位相差が変化せずに、アウトセルλ/4板31の位相差が約3%低下することがあった。これは、インセルλ/4板32が液晶表示パネルの製造プロセス中に形成されているため、アウトセルλ/4板31の貼り付け前に、例えばセル厚を保持するためのフォトスペーサー(PS)の形成や配向膜の焼成などの高温プロセスを経ており、インセルλ/4板32の位相差は、液晶表示パネルの製造プロセス中に、それ以上低下しない充分に安定した状態になるためであると推察される。これに対して、アウトセルλ/4板31は、第一の直線偏光板11の劣化等の問題を引き起こさないようにするため、高温プロセスには投入されない。したがって、液晶表示パネルの耐久性試験を行った場合には、インセルλ/4板32の位相差は変化しない一方、アウトセルλ/4板31の位相差が低下するため、試験後の液晶表示パネルでは、アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32とが互いに位相差をキャンセルし合うことができず、光漏れが発生してしまう。
これに対して、アウトセルλ/4板31を耐熱性の高いシクロオレフィンポリマーで形成すれば、耐熱性試験後に光漏れが発生することを防止できる。しかしながら、シクロオレフィンポリマーは、フラット波長分散材料であることから、反応性液晶高分子等の正波長分散材料で形成されたインセルλ/4板32の位相差を全ての波長で正確にキャンセルすることは困難であった。そのため、液晶表示装置が黒表示を行う際に、液晶表示装置の表示面から特定波長の光漏れが生じ、例えば黒表示が青く着色してしまう。
そこで、本実施形態では、従来よりも黄味の強いバックライトを使用することで黒表示が青く着色することを抑制しており、バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、x及びyがいずれも0.32以上である。
一方で、従来よりも黄味の強いバックライトを使用した場合には、本来、無彩色であることが好ましい白表示が、黄色に着色してしまうという別の問題が生じてしまう。そこで、本実施形態では、従来とは異なる電圧駆動方式を用いて赤(R)、緑(G)、青(B)のサブピクセルの制御を行うことによって、従来よりも黄味の強いバックライトを使用した際の白表示の黄味を低減している。
本実施形態では、複数の電極対に電圧が印加されることによって液晶層17に横電界を発生させる。複数の電極対は、各色のサブピクセルの光透過率(以下、単に「透過率」ともいう)を個別に制御できるようにサブピクセルごとに設けられ、赤色サブピクセルに配置された赤用電極対と、緑色サブピクセルに配置された緑用電極対と、青色サブピクセルに配置された青用電極対とを含んでいる。従来の電圧駆動方式では、白表示時には、赤用電極対、緑用電極対及び青用電極対への印加電圧は同じにされていたが、本実施形態の電圧駆動方式では、青用電極対の白表示用印加電圧が、赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なるように制御される。これによって、従来よりも黄味の強いバックライトを使用したことによる白表示の黄味を低減することができる。
図1(b)に示したように、赤用電極対は、赤用共通電極22Rと赤用画素電極24Rとの組であり、緑用電極対は、緑用共通電極22Gと緑用画素電極24Gとの組であり、青用電極対は、青用共通電極22Bと青用画素電極24Bとの組である。赤用共通電極22R、緑用共通電極22G及び青用共通電極22Bは、互いに電気的に独立していてもよいし、互いに電気的に接続されていてもよく、図1(b)に示したように、1つの共通電極22に含まれる部分であってもよい。
ここで、従来の一般的な液晶表示装置の電圧駆動方式について説明する。液晶は、電界によって分子の配列が変化し、光の透過率を変えるという特徴がある。液晶表示装置(LCD)は、その液晶の特徴をディスプレイに応用したものである。具体的には、2枚の基板の間に液晶材料を挟み、その光をRGBのカラーフィルタを通すことにより色の表現を行う。この原理をディスプレイに用いるために、基板上に走査線とデータ線を格子状に配置し、その交点にTFT(薄膜トランジスタ:Thin Film Transistor)を作りこみ、画素へのスイッチとする。走査線をTFTのゲートに、データ線をTFTのソースにそれぞれ結線し、ディスプレイ端に配置したLCDドライバーで駆動する。ゲートドライバーは、TFTを上から順にONさせるために走査線にパルス状の電圧波形を順次出力する。ソースドライバは、ONしたTFTを通じて液晶(電極対)に印加する電圧を供給する。このとき、光の透過率は印加電圧に応じて変わる。
続いて、従来の一般的なソースドライバの動作説明を行う。まず、T-CON(タイミングコントローラ)から表示する色のデータを受け取る。色のデータは8ビットのデジタルデータが主流である。次に、T-CONから受け取った色データをアナログ電圧に変換する。印加電圧と透過率の関係を表すガンマ特性は液晶材料等によって異なるため、ドライバーはそれぞれのLCDのガンマ特性に応じたDAC(デジタルアナログ変換回路:Digital Analog Converter)を有する。そして、DACで生成されたアナログ電圧は、オペアンプでインピーダンス変化され、パネルに出力される。この電圧はパネル上のTFTを通して各画素に印加される。各画素に所望の電圧が書き込まれたところでTFTはオフになり、液晶自体が持つ容量によってこの電圧は次の書き込みまで保持される。
以上で説明した従来の一般的な液晶表示装置の電圧駆動方式では、白表示時に、赤用電極対、緑用電極対及び青用電極対への印加電圧が同じであることを想定している。一方、本実施形態の電圧駆動方式では、青用電極対の白表示用印加電圧が、赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なるように制御される。そのような制御は、従来公知の技術を用いて実施することが可能であり、その方法は特に限定されないが、例えば、赤色、緑色、青色のそれぞれで独立なガンマ特性を持つドライバー用意する方法を例示することができる。他には、ドライバー側にはガンマ特性を持たせず、T-CON側に赤色、緑色、青色のそれぞれで独立なガンマ特性の対応表、いわゆるLUT(Look Up Table)を持たせ、ガンマ特性をT-CON内で変換してからドライバーへ転送する方法を例示することができる。
本実施形態の電圧駆動方式では、白表示の黄味を低減するため、白表示に寄与する赤色サブピクセルの透過率、緑色サブピクセルの透過率、青色サブピクセルの透過率の総和に対する青色サブピクセルの透過率の比率(以下、「青色サブピクセルの相対的透過率」ともいう)を増やすことが好ましい。青色サブピクセルの相対的透過率を増やす方法としては、青色サブピクセルの透過率を増やす第1の調整法、青色サブピクセル以外の赤色及び/又は緑色サブピクセルの透過率を減らす第2の調整法、第1の方法と第2の方法を併用する第3の方法が挙げられ、なかでも第3の調整法が好ましい。
液晶表示パネルは、電極対への印加電圧が変化すると透過率が増減する。液晶表示パネルにおける印加電圧と透過率の関係は、印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)によって表される(例えば、図17~19参照)。例えば、青用電極対の白表示用印加電圧、赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、緑用電極対の白表示用印加電圧がいずれも、電圧の増加に対して液晶表示パネルの光透過率が単調増加する電圧領域に含まれる場合、青用電極対の白表示用印加電圧を、赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、緑用電極対の白表示用印加電圧よりも高電圧にすることで、青色サブピクセルの相対的透過率を増やすことができる。
以上のように、本実施形態の液晶表示装置によれば、表示面で観察される光漏れ及び着色を白表示及び黒表示のいずれにおいても防止できる。光漏れの防止によれば、液晶表示装置の特に暗い使用環境下でのコントラストを高めることができるので、液晶表示の視認性を高めたり、バックライト光の利用効率の向上による低消費電力化(バッテリー駆動時間の長期化)を図ることができる。また、着色の防止によれば、表示状態での表示品位を高めたり、非表示時に画面と額縁の境界を目立たないようにすることで液晶表示装置のデザイン性(意匠性)の向上を図ることができる。これらの効果は、液晶表示装置の商品性を向上するうえでいずれも重要な要素である。
以下では、本実施形態の液晶表示パネル10の設計思想について、シミュレーション結果を参照しつつ、詳細に説明する。
はじめに、インセルλ/4板32を用いた円偏光FFSモード液晶におけるインセルλ/4板32の好ましい位相差範囲について、計算により考察した。計算には市販の液晶シミュレータ(Shintech社製、「LCDマスター」)を使用した。なお、計算結果は、円偏光IPSモード液晶にも適用可能なものである。
考察に用いた円偏光FFSモード液晶パネルの構成は図1に示した通りである。考察に用いた円偏光FFSモード液晶パネルにおける、従来の一般的なFFSモード液晶との違いは、アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32を備えることである。アウトセルλ/4板31とインセルλ/4板32を備えることにより、観察者側の偏光板は円偏光板となり、液晶表示パネル10の(より正確には、カラーフィルタ基板の)内部反射を防止することができる。そして、その円偏光板を構成するアウトセルλ/4板31の効果により黒表示ができなくなる弊害をなくすため、アウトセルλ/4板31の位相差をキャンセルするように、インセルλ/4板32が設けられる。つまり、面内遅相軸が互いに直交する2枚のλ/4板でカラーフィルタ基板を挟んでいる。これにより、カラーフィルタ基板の外光反射は抑制され、バックライトからの照明光は従来のFFSモード液晶と同じ光学原理により、黒表示を行うことが可能となる。2枚のλ/4板の位相差値が正確に一致していないと、黒表示時に光漏れの原因となる。また、波長毎に一致度が違うと、着色の原因ともなる。
インセルλ/4板32は、反応性液晶高分子(リアクティブメソゲン)を塗布して形成する。反応性液晶高分子の複屈折Δnの波長分散は、長波長程その絶対値が小さくなる、いわゆる正波長分散であるため、平坦なカラーフィルタ基板上に均一膜厚で塗布すると、位相差の波長分散は正波長分散となる。
インセルλ/4板32の位相差を全ての波長で正確にキャンセルし、良好な黒表示を実現するため、アウトセルλ/4板31には正波長分散材料を用いるのが通常である。インセルλ/4板32と同じく、反応性液晶高分子を用いることで実現できる。まず、この基本構成の黒表示状態をシミュレータで再現した。
シミュレーションで用いたパラメータは、次の通りである。
インセルλ/4板32及びアウトセルλ/4板31の材料となる反応性液晶高分子の複屈折Δnとその波長分散は、Δn(550)=0.10、Δn(450nm)/Δn(550nm)=1.12、Δn(650nm)/Δn(550nm)=0.96と想定した。クロスニコル偏光板の透過スペクトルは図2に示す通りであった。カラーフィルタ層(B、G及びR)の透過スペクトルは図3に示す通りであった。BGR各色の面積は等しいとした。図4は、従来の一般的な液晶ディスプレイ用LEDバックライトの発光スペクトルを示すグラフであり、視感度補正透過率Yや色度座標(x,y)を計算する際に利用した。なお、図4では、波長550nmにおける強度が1になるように規格化して表示されている。オーバーコート層は一般に透明で位相差(複屈折)を持たないため、シミュレーション上では無視した。水平配向をした液晶層は位相差(複屈折)を持つが、その配向方位は背面側の偏光板の軸方位と平行又は直交に設定してあるため、これもシミュレーション上では無視した。TFT基板とカラーフィルタ基板の開口率は、実際には100%にならないが、シミュレーションでは簡単のために100%と仮定した。以上をまとめると、シミュレーションに必要なパラメータは、偏光板、カラーフィルタ層及び光源のスペクトルと、インセルλ/4板32及びアウトセルλ/4板31の材料となる反応性液晶高分子の複屈折Δn(又は膜厚dとの積で決定される位相差値)である。
(第1のシミュレーション)
直線偏光板とカラーフィルタ層だけを構成要素として計算を行うと、視感度補正した透過率Yは0.000073、色度座標(x,y)は(0.243,0.218)となった。得られた値は、インセルλ/4板32及びアウトセルλ/4板31の位相差のキャンセルが完全に行われた理想的な場合の特性に相当するため、以下では目標値として参照する。
(第2のシミュレーション)
平坦なカラーフィルタ基板上に均一膜厚d=1.375μmでインセルλ/4板32を設けた場合、B,G,R領域の位相差波長分散は図5~7の通りになる。便宜的に、青色カラーフィルタの波長400~500nmの範囲の位相差と緑色カラーフィルタの波長500~600nmの範囲の位相差と赤色カラーフィルタの波長600~700nmの範囲の位相差とを継接ぎして一つのグラフに表すと図8になる。
なお、図3に示したように、実際のカラーフィルタ層の分光特性は完全ではなく、各色間で重なりがある。例えば、青色カラーフィルタは青色光(一般には波長380~500nm程度の光)だけを通すことが好ましいが、実際には波長500~550nm程度の緑色光も透過させる。したがって、青色カラーフィルタ上に設けられたインセル位相差層は波長380~500nmの入射光だけではなく、例えば、波長500~550nmの入射光に対しても機能している。この通りに考えると、上記のような継接ぎグラフでカラーフィルタ層上に設けられたインセルλ/4板32全体の特性を正確に表現することはできないが、大まかな特性把握には役立つので、その目的で本明細書中では使用する。
インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31の波長分散特性を適合させるため、インセルλ/4板32と同じ正波長分散材料(反応性液晶高分子)を用い、均一膜厚d=1.375μmのアウトセルλ/4板31を設けた。その位相差波長分散は図9の通りになる。
インセルλ/4板32の位相差とアウトセルλ/4板31の位相差は全波長で一致しており、その差分は図10の通りになる。この状態であれば、全波長で光漏れの少ない、良好な黒表示が得られる。実際に黒表示の透過スペクトルを計算した結果が図11である。視感度補正した透過率Yは0.000073、色度座標(x,y)は(0.243,0.218)であり、先に示した目標値と一致している。
なお、上記「平坦なカラーフィルタ基板」という表現では、カラーフィルタ基板の主要な機能層であるBGRのカラーフィルタ(色層)の膜厚にバラつきがあったとしても、その上のオーバーコート層が平坦化膜として充分に機能していれば、そのカラーフィルタ基板は平坦であるとみなしている。これとは逆に、BGRの色層の膜厚にバラつきがなくとも、オーバーコート層の膜厚にバラつきがある場合、「平坦なカラーフィルタ基板」に該当しないとみなしている。
(第3のシミュレーション)
次に、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用いる場合を考える。ここでは、耐熱性改善を目的に、フラット波長分散材料であるシクロオレフィンポリマー(COP)からなる位相差フィルムを使用する場合を考える。COPフィルムとして日本ゼオン社製の「ゼオノアフィルムZF14」を想定すると、その複屈折の波長分散特性はΔn(450nm)/Δn(550nm)=1.00、Δn(650nm)/Δn(550nm)=1.00である。一般的な位相差フィルムの設計中心波長である波長550nmでの位相差が137.5nmになるように調整した場合、その位相差波長分散は図12の通りになる。
この場合、インセルλ/4板32の位相差とアウトセルλ/4板31の位相差は、波長550nm以外では一致せず、その差分は図13の通りになる。このため、波長550nm以外では、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31とは位相差をキャンセルすることができず、黒表示で光漏れが起こって着色する。実際に黒表示の透過スペクトルを計算した結果が図14である。視感度補正した透過率Yは0.000138、色度座標(x,y)は(0.177,0.054)であった。この結果から、黒表示は、青く着色したものとなった。
(第4のシミュレーション)
第3のシミュレーションで示したように、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用いる場合、黒表示が着色してしまう。特に、耐熱性改善を目的に、シクロオレフィンポリマー(COP)からなる位相差フィルムを使用する場合は、青く着色してしまう。この課題に対して、バックライトの色調整による対策を考える。青味を減らしたいのであれば、バックライトの青味を減らせばよい。すなわち、従来よりも黄味の強いバックライトを使用すればよい。
図4に示した従来の一般的な液晶ディスプレイ用LEDバックライトの発光スペクトルは、標準的な無彩色の発光に対応している。以下、図4の発光スペクトルをもつバックライトを標準バックライトとも呼ぶ。標準バックライトの色度座標(x,y)を計算すると、(0.286,0.267)であった。一方、図15は、標準バックライトよりも黄味の強いバックライトの発光スペクトルの例を示すグラフである。図15では、図4と同様に、波長550nmにおける強度が1になるように規格化して表示されている。図15の規格化された発光スペクトルは、図4の規格化された発光スペクトルと比べて、波長450nm付近にある青色発光のピーク強度が0.5倍である。以下、図4の規格化された発光スペクトルと比べて、波長450nm付近にある青色発光のピーク強度がX倍であるバックライトを「X倍黄色バックライト」と呼ぶこととし、図15の発光スペクトルをもつバックライトを「0.5倍黄色バックライト」と呼ぶ。0.5倍黄色バックライトの色度座標(x,y)を計算すると、(0.336,0.354)であった。
なお、X倍黄色バックライトの発光スペクトルは、計算処理により作成して評価に用いることができる。具体的には、まず、標準バックライトの発光スペクトルから青色に相当する400~500nmの範囲を切り取った後、波長450nmのピークトップはX倍に変換し、波長400nmと波長500nmの裾野は1倍に変換し、波長400nmから450nmまでの間、及び、波長500nmから450nmまでの間は倍率が1倍からX倍へ徐々に線形に変化するように設定して変換すればよい。図16は、標準バックライトの発光スペクトルと、それを基に作成された0.3倍、0.4倍及び0.5倍黄色バックライトの発光スペクトルとを対比したグラフである。
上記計算処理により得られる0.1~1.0倍黄色バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、下記表1に示す通りである。なお、本明細書中では、色度座標(x,y)の表記について、小数点第4位を四捨五入して小数点3桁まで表記しているが、下記表1では、より詳しく示すため、小数点4桁まで表記している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
上記表1によれば、0.1倍~0.6倍黄色バックライトは、xとyの両方が0.32以上であり、従来よりも黄味の強いバックライトである。また、0.1倍~0.4倍黄色バックライトは、xとyの両方が0.35以上であり、より黄味の強いバックライトであり、0.1倍~0.2倍黄色バックライトは、xとyの両方が0.37以上であり、更に黄味の強いバックライトである。
なお、X倍黄色バックライトは、従来公知の製法を用いて製造することができる。例えば、通常の液晶ディスプレイ用のバックライトは、青色発光するLEDと、黄色、緑色、赤色等の蛍光体を組み合わせることで白色化しているが、蛍光体の材料選択や、各色の配合を最適化することで、バックライトの発光スペクトルを実際に調整することが可能である。また、標準バックライトの上に、波長450nmに吸収の中心波長をもつ色フィルタを重ねることによっても、バックライトの発光スペクトルを調整することが可能である。
第3のシミュレーションで示したように、円偏光FFSモード液晶パネルを標準バックライト上で観察した場合を想定して計算を行うと、視感度補正した透過率Yは0.000138、色度座標(x,y)は(0.177,0.054)であり、黒表示が青く着色した。一方、第3のシミュレーションと同じ円偏光FFSモード液晶パネルを0.5倍黄色バックライト上で観察した場合を想定して計算を行うと、視感度補正した透過率Yは0.000117、色度座標(x,y)は(0.196,0.084)であった。この結果から、0.5倍黄色バックライトの使用により、黒表示の青い着色が低減されていることがわかる。しかしながら、0.5倍黄色バックライトの使用により、本来、無彩色であることが好ましい白表示が、黄色に着色してしまう懸念がある。
(第5のシミュレーション)
先に説明した通り、黒表示状態のシミュレーションに必要なパラメータは、偏光板、カラーフィルタ層、光源のスペクトル、インセルλ/4板32及びアウトセルλ/4板31の材料となる反応性液晶高分子の複屈折Δn(又は膜厚dとの積で決定される位相差値)である。黒表示状態において、水平配向した液晶層17は位相差(複屈折)を持つが、その配向方位は背面側の偏光板の軸方位と平行又は直交に設定してあるため無視することができた。一方、白表示状態において、液晶層17は水平配向とは異なる配向状態となるため、液晶材料の特性、櫛歯電極のピッチ、印加電圧等のパラメータがシミュレーションに必要となる。計算に用いたパラメータや設計条件の詳細について、以下に説明する。いずれも公知技術の範囲内で、市販の製品等で一般的に採用されている条件である。
FFSモード液晶(又はIPSモード液晶)は、一対の基板間に、電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する液晶層17と、電圧が印加されることによって液晶層17に横電界を発生させる電極対とを有する。特に、FFSモードの場合を具体的に例示すると、電極対は、互いに平行に延びる複数の矩形状の開口部を有する画素電極と、該画素電極と誘電体層を間に介して対向するように配置された共通電極とから構成される。各開口部の幅をS、隣接する開口部の間の距離をLとすると、L、Sともに、2~5μm程度が一般的である。シミュレーションでは、典型例としてL=2.2μm、S=3.1μmを計算に用いた。
液晶層17を構成する、誘電異方性が負のネマチック液晶材料の複屈折率Δnは0.1とし、液晶層17の厚さ(セル厚)dは3μmとしたので、液晶層17のΔndは300nmであった。また、液晶材料の比誘電率異方性Δεは-4とし、弾性定数は、K1=13.4pN,K2=7.2pN,K3=15.4pNとした。電圧無印加時の液晶分子の配向方位と、櫛歯電極の延伸方向は80度の角度をなすように設定した。液晶層17への印加電圧は、液晶層17の材料やドライバーの駆動能力にも依存するが、3~7V程度の値が選択されることが通常である。
まず、標準バックライトを用いた場合の白表示状態を計算する。液晶層17への印加電圧は3.7Vとした。ここでは、従来の通常の液晶ディスプレイの場合と同様に、RGBサブピクセル各々に同一の電圧を印加した。このとき、視感度補正した透過率Yは0.0883、色度座標(x,y)は(0.282,0.273)であった。インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31の波長分散特性をマッチングさせていないため、黒表示は青く着色してしまうものの、白表示には目立った着色がない。
次に、0.5倍黄色バックライトを用いた場合の白表示状態を計算すると、視感度補正した透過率Yは0.0881、色度座標(x,y)は(0.329,0.361)であった。黄色バックライトの使用により、黒表示の青い着色は低減されたものの、その弊害として、本来、無彩色であることが好ましい白表示が、黄色に着色してしまっていることがわかる。
この黄色着色の対策として、RGBサブピクセル毎に駆動電圧を最適に調整する方法を考えた。これは、色度座標(x,y)はRGBサブピクセルの透過率のバランスに依存するため、RGBサブピクセル毎に駆動電圧(印加電圧)を最適化することで、色度座標を変更することが可能であろうとの知見に基づく。白表示の黄味を減らす具体的な方法としては、Bサブピクセルの相対的な透過率を増やすことが考えられる。この目的を達成するには、Bサブピクセルの透過率を増やす方法、B以外のサブピクセルの透過率を減らす方法が考えられ、二つの方法を併用するとより効果的である。透過率を増やす(減らす)ために、印加電圧を増やすか減らすかは適宜調整すればよい。印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)において、印加電圧の増加に対して透過率が単調増加している領域や単調減少している領域であれば、透過率の増減は電圧の増減と対応する。一方、単調増加や単調減少をしない領域、例えば、相関曲線が極値を持って増加と減少の傾向が逆になる反転ポイントに近い領域であれば、V-Tカーブの形状に応じて調整することになる。
ここで、以降の考察の理解のために、透過率の定義と色度計算の方法について、要点を簡単に説明する。
一般に、液晶表示装置の分野で透過率というと、XYZ表色系(CIE1931表色系)に基づく三刺激値X、Y、Zのうち、人間の目の感度が最も高い緑色成分の等色関数を用いて視感度補正を行ったYのことを指す。すなわち、三刺激値の一つYとは、ある光線を、緑色領域に最大感度を持つフィルターを通して見た(測定した)透過率に相当する。本明細書において特に説明がない場合、透過率とはYのことを指す。
同様の考え方をすると、三刺激値の一つXとは、ある光線を、赤色領域に最大感度を持つフィルターを通して見た(測定した)透過率に相当する。また、刺激値の一つZとは、ある光線を、青色領域に最大感度を持つフィルターを通して見た(測定した)透過率に相当する。すなわち、X、Y及びZは、それぞれ、光の赤色成分、緑色成分及び青色成分の透過率と考えることができる。これらのバランスに基づき、色度x、y及びzを次のように定義できる。
x=X/(X+Y+Z)は相対的な赤色透過率の多寡を表す。xが大きいほど、赤味が強い。
y=Y/(X+Y+Z)は相対的な緑色透過率の多寡を表す。Yが大きいほど、緑味が強い。
z=Z/(X+Y+Z)は相対的な青色透過率の多寡を表す。Zが大きいほど、青味が強い。
但し、zは一般に使用されていない。z=1-x-yなので、xとyが決まればzは一意に決まるためである。したがって、xとyが小さくなるほど、青味が強くなると考えればよい。
ここまで説明したように、X、Y及びZは、それぞれ、光の赤色成分、緑色成分及び青色成分の透過率と考えると、Rサブピクセルでの透過率を考えるときはXに注目すべきである。同様に、Gサブピクセルでの透過率を考えるときはYに注目し、Bサブピクセルでの透過率を考えるときはZに注目すべきである。
インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用いた液晶表示装置のV-Tカーブを図17~19に示す。図17は、Bサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。図18は、Gサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。図19は、Rサブピクセルにおける印加電圧-透過率の相関曲線(V-Tカーブ)を示したグラフである。Bサブピクセルの相対的透過率を調整したい場合、図17のZのV-Tカーブに注目して、印加電圧を検討、決定すればよい。Gサブピクセルの相対的な透過率を調整したい場合、図18のYのV-Tカーブに注目して、印加電圧を検討、決定すればよい。Rサブピクセルの相対的な透過率を調整したい場合、図19のXのV-Tカーブに注目して、印加電圧を検討、決定すればよい。
0.5倍黄色バックライトを用い、RGBサブピクセル各々に3.7Vを印加した液晶表示装置について、白表示の黄味を減らすためには、Bサブピクセルの相対的な透過率を増やせばよい。この目的を達成するため、Bサブピクセルの透過率を増やす方法、B以外のサブピクセルの透過率を減らす方法を併用することが好ましい。図17のZのV-Tカーブに注目すると、4.4Vまでは印加電圧の増加に伴い、透過率Zは増加している。4.4V以下の範囲内で、Bサブピクセルに印加する電圧を3.7Vよりも高く設定すれば、Bサブピクセルの透過率を増やすことができる。同様に、図18のYのV-Tカーブから、Gサブピクセルに印加する電圧を3.7Vよりも低く設定すれば、Gサブピクセルの透過率を減らすことができ、図19のRのV-Tカーブから、Rサブピクセルに印加する電圧を3.7Vよりも低く設定すれば、Rサブピクセルの透過率を減らすことができる。
以上の考察に基づき、下記表2に示す条件に設定した実施例及び比較例の各々について、特性の確認を行った。
(実施例1)
実施例1は、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ0.5倍黄色バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ4.4V、2.3V、2.3Vに設定したものである。
(実施例2及び3)
実施例2の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.5Vに変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同じものである。実施例3の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.7Vに変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同じものである。
(実施例4)
0.4倍黄色バックライトを使用すると、0.5倍黄色バックライトを用いた場合よりも、黒表示の青い着色をより低減することができる。このとき、無彩色に近い白表示を得るためには、Bサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ4.4V、2.1V、2.1Vにすればよい。すなわち、実施例4は、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ0.4倍黄色バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ4.4V、2.1V、2.1Vに設定したものである。
(実施例5及び6)
実施例5の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.3Vに変更したこと以外は、実施例4の液晶表示装置と同じものである。実施例6の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.5Vに変更したこと以外は、実施例4の液晶表示装置と同じものである。
(実施例7)
0.3倍黄色バックライトを使用すると、0.5倍黄色バックライトを用いた場合よりも、黒表示の青い着色を更に低減することができる。このとき、無彩色に近い白表示を得るためには、Bサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ4.4V、1.9V、1.9Vにすればよい。すなわち、実施例7は、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ0.3倍黄色バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ4.4V、1.9V、1.9Vに設定したものである。
(実施例8及び9)
実施例8の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.1Vに変更したこと以外は、実施例7の液晶表示装置と同じものである。実施例9の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ2.3Vに変更したこと以外は、実施例7の液晶表示装置と同じものである。
(比較例1)
比較例1は、インセルλ/4板32と同じ反応性液晶高分子(RM:リアクティブメソゲン)の硬化物からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ標準バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ同じ3.7Vに設定したものである。
(比較例2)
比較例2は、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ標準バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ同じ3.7Vに設定したものである。
(比較例3)
比較例3は、インセルλ/4板32とは異なる材料からなるアウトセルλ/4板31を用い、かつ0.5倍黄色バックライトを用いた液晶表示装置に関し、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧をそれぞれ同じ3.7Vに設定したものである。
(シミュレーション評価)
各実施例及び比較例について、黒表示及び白表示の表示特性をシミュレーションにより求め、得られた結果について、以下の基準で評価した。評価結果を下記表2に示した。
(1)黒表示における色度座標(黒色度)
○:着色を認識できない。
△:わずかに青く着色していることを認識できるが、実用上問題ない。
×:青く着色していると明らかに分かる。
(2)白表示における色度座標(白色度)
○:着色を認識できない。
△:わずかに黄色く着色していることを認識できるが、実用上問題ない。
×:黄色く着色していると明らかに分かる。
(3)白表示における視感度補正した透過率(白透過率)Y
○:0.050以上
△:0.025以上、0.050未満
(4)耐熱性
○:耐熱試験によりアウトセルλ/4板31の位相差は低下せず、耐熱試験後の光漏れは発生しない
×:耐熱試験によりアウトセルλ/4板31の位相差が低下し、耐熱試験後の光漏れが発生する
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
上記表2に示したように、比較例1について計算して得られた白表示状態は、視感度補正した透過率Yが0.0878であり、色度座標(x,y)が(0.283,0.278)であった。比較例1は、インセルλ/4板32とアウトセルλ/4板31の波長分散特性が一致するため、標準バックライトを使用しても、黒表示が青く着色することはない。また、標準バックライトを使用していることから、白表示が黄色に着色することもない。したがって、比較例1で得られた黒色度、白色度及び白透過率の数値が目標値となる。但し、比較例1の液晶表示装置は、反応性液晶高分子(RM:リアクティブメソゲン)の硬化物からなるアウトセルλ/4板31を用いていることから、耐熱試験においてアウトセルλ/4板31の位相差が低下し、耐熱試験後に光漏れが発生してしまうため、耐熱性が劣るものであった。一方、比較例2、3及び実施例1~9の液晶表示装置は、シクロオレフィンポリマー(COP)からなるアウトセルλ/4板31を用いたことから、耐熱性が良いものであった。
比較例2の液晶表示装置は、耐熱性は良好であったが、インセルλ/4板32の位相差波長分散とアウトセルλ/4板31の位相差波長分散が適合しておらず、標準バックライトを用いていることから、黒表示が青く着色してしまった。また、比較例3の液晶表示装置は、0.5倍黄色バックライトを用いることで、黒表示の青い着色を抑制できたが、白表示におけるBサブピクセル、Gサブピクセル、Rサブピクセルへの印加電圧が同じであったため、白表示が黄色く着色してしまった。
これに対して、実施例1~9の液晶表示装置は、Gサブピクセル及びRサブピクセルへの印加電圧を低下させることにより、Bサブピクセルの相対的な透過率を増やす調整をしているため、白透過率は低下したものの、0.5倍黄色バックライトを使用しているにも関わらず、比較例1とほぼ同等の無彩色に近い白表示が得られた。
[付記]
本発明の一態様は、液晶表示パネル及びバックライトを備える液晶表示装置であって、上記液晶表示パネルは、観察面側から背面側に向かって順に、第一の直線偏光板と、第一の方向に面内遅相軸を有する第一のλ/4位相差層と、第一の基板と、上記第一のλ/4位相差層とは異なる材料で構成され、かつ、上記第一の方向と直交する第二の方向に面内遅相軸を有する第二のλ/4位相差層と、電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する液晶層と、電圧が印加されることによって上記液晶層に横電界を発生させる複数の電極対と、第二の基板と、第二の直線偏光板と、を備え、上記バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、x及びyがいずれも0.32以上であり、上記複数の電極対は、赤色サブピクセルに配置された赤用電極対と、緑色サブピクセルに配置された緑用電極対と、青色サブピクセルに配置された青用電極対と、を含み、上記青用電極対の白表示用印加電圧が、上記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、上記緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なる液晶表示装置である。
上記青用電極対の白表示用印加電圧、上記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、上記緑用電極対の白表示用印加電圧はいずれも、電圧の増加に対して上記液晶表示パネルの光透過率が単調増加する電圧領域に含まれ、上記青用電極対の白表示用印加電圧は、上記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、上記緑用電極対の白表示用印加電圧よりも高電圧であってもよい。
上記第一のλ/4位相差層は、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、下記式(1)及び(2)を満たすフラット波長分散材料で構成されてもよい。上記フラット波長分散材料は、シクロオレフィンポリマーであってもよい。
0.99<Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.03 (1)
0.98<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.01 (2)
上記第二のλ/4位相差層は、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、Δn(450nm)/Δn(550nm)が1.03以上であり、かつ、Δn(650nm)/Δn(550nm)が0.98以下である正波長分散材料で構成されてもよい。上記正波長分散材料は、反応性液晶高分子の硬化物であってもよい。
3:バックライト
10:液晶表示パネル
11:第一の直線偏光板
13:第一の基板
14:カラーフィルタ層
14B:青色カラーフィルタ
14G:緑色カラーフィルタ
14R:赤色カラーフィルタ
15:オーバーコート層
17:液晶層
18:第二の基板
19:第二の直線偏光板
21:支持基板
22:共通電極(面状電極)
22R:赤用共通電極
22G:緑用共通電極
22B:青用共通電極
23:絶縁膜
24:画素電極(櫛歯電極)
24R:赤用画素電極
24G:緑用画素電極
24B:青用画素電極
31:第一のλ/4位相差層(アウトセルλ/4板)
32:第二のλ/4位相差層(インセルλ/4板)
BL:ブラックマトリックス

Claims (6)

  1. 液晶表示パネル及びバックライトを備える液晶表示装置であって、
    前記液晶表示パネルは、観察面側から背面側に向かって順に、
    第一の直線偏光板と、
    第一の方向に面内遅相軸を有する第一のλ/4位相差層と、
    第一の基板と、
    前記第一のλ/4位相差層とは異なる材料で構成され、かつ、前記第一の方向と直交する第二の方向に面内遅相軸を有する第二のλ/4位相差層と、
    電圧無印加時に水平配向する液晶を含有する液晶層と、
    電圧が印加されることによって前記液晶層に横電界を発生させる複数の電極対と、
    第二の基板と、
    第二の直線偏光板と、を備え、
    前記バックライトから放出される光の色は、XYZ表色系の色度座標(x,y)を用いて表すと、x及びyがいずれも0.32以上であり、
    前記複数の電極対は、赤色サブピクセルに配置された赤用電極対と、緑色サブピクセルに配置された緑用電極対と、青色サブピクセルに配置された青用電極対と、を含み、
    前記青用電極対の白表示用印加電圧が、前記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、前記緑用電極対の白表示用印加電圧とは異なることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記青用電極対の白表示用印加電圧、前記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、前記緑用電極対の白表示用印加電圧はいずれも、電圧の増加に対して前記液晶表示パネルの光透過率が単調増加する電圧領域に含まれ、
    前記青用電極対の白表示用印加電圧は、前記赤用電極対の白表示用印加電圧、及び、前記緑用電極対の白表示用印加電圧よりも高電圧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. 前記第一のλ/4位相差層は、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、下記式(1)及び(2)を満たすフラット波長分散材料で構成され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。
    0.99<Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.03 (1)
    0.98<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.01 (2)
  4. 前記フラット波長分散材料は、シクロオレフィンポリマーであることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第二のλ/4位相差層は、波長λnmの光に対する複屈折率をΔn(λ)とするときに、Δn(450nm)/Δn(550nm)が1.03以上であり、かつ、Δn(650nm)/Δn(550nm)が0.98以下である正波長分散材料で構成されることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記正波長分散材料は、反応性液晶高分子の硬化物であることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
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