WO2021186901A1

WO2021186901A1 - 液晶表示装置

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Inventors: 幸一井桁
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Abstract

本発明の課題は、２枚の液晶表示パネルを重ね合わせ、画面輝度と耐光性性能を劣化させることなく、高いコントラスト比を有する液晶表示装置を実現することである。このための構成例はつぎにとおりである。第１液晶表示パネル１０の背面に第２液晶表示パネル２０が配置し、前記第２液晶表示パネル２０の背面にバックライト３０が配置した液晶表示装置であって、前記第１液晶表示パネル１０と前記第２液晶表示パネル２０の一方のパネルは、ＴＦＴとカラーフィルタが形成されたＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間にネガ型液晶３００Ｎが挟持され、前記ＴＦＴ基板１００は前記対向基板２００よりも前記バックライト３０に近く、前記第１液晶表示パネル１０と前記第２液晶表示パネル２０の他方のパネルにはカラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示パネルを複数重ねて用いることによって、高コントラストを実現する液晶表示装置に関する。

　液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして画素毎に、液晶分子によりバックライトからの光の透過率を制御することによって画像を形成している。液晶表示装置はフラットで軽量であることから、色々な分野で用途が広がっている。

　黒表示は、バックライトからの光を遮断することによって行うが、液晶表示パネルでは、完全に遮断することは困難である。したがって、液晶表示パネルにおけるコントラスト比は、１０００：１程度である。特許文献１には、液晶表示パネルを２枚重ねて用いることによって、コントラスト比を上げる技術が記載されている。

　液晶表示装置は、視野角が問題である。ＩＰＳ（Ｉｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置を使用することによって、視野角の問題は軽減されるが、完全ではない。ＩＰＳモードの液晶表示装置においても、画面を見る角度によって、特定の色が強調される問題が存在する。特許文献２には、ポジ型液晶材料を用いた液晶表示パネルとネガ型液晶材料を用いた液晶表示パネルを重ねて使用することによって、このような着色の問題を解決する構成が記載されている。

特開２００２－１３１７７５号公報特開２０１８－９７１５５号公報

　コントラスト比が１０００：１の液晶表示パネルを２枚重ねれば、理論的には、コントラスト比が１００００００（１Ｍ）：１の表示装置を実現することができる。しかし、液晶表示パネルを２枚重ねることによって、バックライトからの光の透過率が低下し、画面の明るさが問題となる。

　液晶材料には、液晶分子の長軸が電気力線に沿って配向するポジ型液晶（誘電率異方性が正）と、液晶分子の長軸が電気力線と直角方向に配向するネガ型液晶（誘電率異方性が負）が存在する。ネガ型液晶を用いた液晶表示パネル（以後ネガ型液晶表示パネルと称する）の透過率は、ポジ型液晶を用いた液晶表示パネル（以後ポジ型液晶表示パネルと称する）の透過率よりも高い。

　そこで、ネガ型液晶表示パネルを用いることによって、液晶表示パネルを２枚使用することによる光透過率の問題は軽減することができる。しかし、ネガ型液晶表示パネルはバックライトを長時間照射した場合に、液晶の電気抵抗が低下し、液晶表示パネルの電圧保持率が低下するという問題を有している。本明細書では、このような問題を耐光性の問題とも表現する。この問題は、具体的には、画面の黒シミとして現れる。

　本発明の課題は、液晶表示パネルを複数重ねて使用した液晶表示装置において、画面の輝度の低下を抑え、かつ、耐光性を対策した、コントラスト比の高い液晶表示装置を実現することである。

　本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

　（１）第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴとカラーフィルタが形成されたＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板は前記対向基板よりも前記バックライトに近く、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。

　（２）第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、前記対向基板は前記ＴＦＴ基板よりも前記バックライトに近く、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。

　（３）第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３４０ｎｍに対する吸光度は０．０１以下であり、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか一方のパネルにはカラーフィルタが形成され、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。

　（４）第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３２０ｎｍに対する吸光度は０．０１以下であり、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか一方のパネルにはカラーフィルタが形成され、前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。

本発明における液晶表示装置の分解斜視図である。ネガ型液晶とポジ型液晶の動作および透過率を示す図である。耐光性の加速試験を示す断面図である。電圧保持率の測定を示す断面図である。電圧保持率の測定を示す等価回路である。電圧保持率の測定における測定波形である。電圧保持率の測定における液晶表示パネルの端子電圧の波形の例である。ポジ型液晶とネガ型液晶の電圧保持率の比較を示すグラフである。液晶表示パネルの平面図である。画素の平面図である。本発明で使用される液晶表示パネルの断面図の例である。本発明で使用される液晶表示パネルの断面図の他の例である。本発明で使用される液晶表示パネルの断面図のさらに他の例である。本発明で使用される液晶表示パネルの断面図のさらに他の例である。本発明で使用される液晶表示パネルの断面図のさらに他の例である。実施例１の第１の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例１の第２の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例１の第３の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例１の第４の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例２の第１の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例２の第２の形態による液晶表示装置の断面図である。実施例２の第３の形態による液晶表示装置の断面図である。バックライトの発光スペクトルの例である。液晶の吸光度を示すグラフである。液晶の吸光度測定の模式図である。

　図１は、本発明における液晶表示装置の分解斜視図である。図１において、第１液晶表示パネル１０と第２液晶表示パネル２０が重ねて使用される。第２液晶表示パネル２０の背面にバックライト３０が配置している。第１液晶表示パネル１０と第２液晶表示パネル２０は同じ液晶表示パネルを用いてもよいが、全体としての光の透過率を向上させるために、カラーフィルタはいずれか一方のパネルのみに形成してもよい。

　液晶表示パネルを２枚用いることによって、コントラスト比は向上するが、液晶表示装置としての透過率が低下し、その結果、画面の輝度が低下する。液晶表示パネルには、ポジ型液晶を用いたポジ型液晶表示パネルと、ネガ型液晶を用いたネガ型液晶表示パネルが存在するが、光の透過率は、ネガ型液晶表示パネルのほうが高い。

　図２は、ネガ型液晶とポジ型液晶の動作を示す模式図と、ネガ型液晶とポジ型液晶の光の透過率を示すグラフである。図２の動作は、ＩＰＳモードの液晶表示装置の場合である。図２の動作図において、有機パッシベーション膜１４０の上にコモン電極１４１が形成され、容量絶縁膜１４２を挟んで画素電極１４３が形成されている。画素電極１４３の上には液晶層が存在している。なお、図２では配向膜は省略されている。

　図２において、画素電極１４３に電圧が印加されると、コモン電極１４１との間に矢印で示す電気力線が発生し、液晶分子を回転させる。図２において、３０１Ｐはポジ型液晶分子の場合であり、３０１Ｎはネガ型液晶分子の場合である。図２では、動作の比較のために、ポジ型液晶分子３０１Ｐとネガ型液晶分子３０１Ｎを上下に並べて配置している。

　図２において、ポジ型液晶分子３０１Ｐは、ほぼ、電気力線に沿って配向しているが、ネガ型液晶分子３０１Ｎは、電気力線と垂直方向に回転をしている。図２の上側には、液晶層の透過率を液晶分子の動作と対応させて記載している。ポジ型液晶３００Ｐの場合は、液晶分子３０１Ｐが立っている部分に対応して透過率の極小値が存在し、液晶分子３０１Ｐが寝ている部分に対応して透過率の極大値が存在している。

　一方、ネガ型液晶３００Ｎの場合は、液晶分子３０１Ｎが回転していない部分および十分に回転した部分に極小値が存在し、その中間に極大値が存在している。全体としてみると、ネガ型液晶３００Ｎの場合のほうが、ポジ型液晶３００Ｐの場合よりも１５％程度、透過率が高い。したがって、液晶表示パネルを２枚重ねて用いることによる画面輝度の低下は、ネガ型液晶表示パネルを用いることによって、軽減することができる。

　しかし、ネガ型液晶表示パネルはポジ型液晶表示パネルに比べて、耐光性が劣る。つまり、液晶表示パネルを長時間バックライトにさらした場合、液晶層の電気抵抗が低下することによって、液晶表示パネルにおける電圧保持率が低下するが、ネガ型液晶表示パネルの場合、ポジ型液晶表示パネルの場合よりも、電圧保持率の低下が大きいということが問題である。

　図３は、液晶表示パネルの耐光性を評価するための加速試験を示す断面模式図である。図３において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１６によって接着し、内部に液晶層３００が挟持されている。なお、耐光性を評価するための試験は加速試験のため、偏光板は貼り付けていない。この液晶表示パネルを通常の動作条件によって動作させる。なお、液晶層３００には、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間で縦電界が印加される。

　図３において、液晶表示パネルを上下からＬＥＤバックライト３０Ａおよび３０Ｂによって、１００００ｃｄ／ｍ^２の光度で照射する。そして所定時間ごとに電圧保持率を測定する。図４Ａ乃至図４Ｄは電圧保持率の定義およびその測定方法を示す図である。図４Ａは、電圧保持率を測定するための断面模式図である。図４Ｂは、図４Ａの等価回路である。図４Ｂにおいて、液晶表示パネル１０は、コンデンサと抵抗で示されている。Ｖｓは測定のための電源波形であり、Ｖｈは液晶端子における電圧である。

　図４Ｃは、測定のための、電源波形Ｖｓを示す図である。測定電圧は、波高値Ｖ０、パルス幅４ｍｓｅｃのパルスで、周期１ｓｅｃである。図４Ｄは、測定電圧Ｖｓに対応して、液晶表示パネルの端子に現れる電圧の波形Ｖｈである。液晶層の劣化が無ければ、端子電圧Ｖｈは低下しないが、液晶層が劣化して電気抵抗値が低下すると、次の測定パルスが印加されるまでに、例えば、電圧Ｖ１にまで低下する。Ｖ１／Ｖ０を電圧保持率と称する。Ｖ１／Ｖ０は１に近いほどよい。

　図５は、図３および図４Ａ乃至図４Ｄのような条件によって、ネガ型液晶３００Ｎとポジ型液晶３００Ｐについて、電圧保持率を比較したグラフである。図５の横軸は時間（ｈ）であり、縦軸は電圧保持率（％）である。図５において、ポジ型液晶３００Ｐは、３００時間程度経過しても、電圧保持率はほとんど低下しないが、ネガ型液晶３００Ｎは、９７．３％程度にまで低下する。

　図２および図５からわかるように、ネガ型液晶表示パネルを用いる場合、画面輝度の問題は軽減することができるが、電圧保持率の低下、すなわち、耐光性の問題が生ずる。液晶表示パネルを２枚重ねて用いる場合は、画面輝度の低下を補償するために、バックライトの光強度を液晶表示パネルが1枚の場合よりも上げるので、耐光性の問題はより強調されることになる。本発明の課題は、液晶表示パネルを２枚重ねて液晶表示装置のコントラストを上げる構成において、ネガ型液晶表示パネルを使用した場合においても、ネガ型液晶表示パネルの特性劣化を抑えることができる構成を実現することである。

　図６は液晶表示パネルの平面図である。図６は第１液晶表示パネル、第２液晶表示パネルとも共通である。図６において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１６によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっている部分に表示領域１４が形成されている。

　ＴＦＴ基板１００の表示領域１４には、走査線１１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、映像信号線１２が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２に囲まれた領域が画素１３になっている。なお、このような構成による画素はサブ画素を呼ばれることもあるが、本明細書では画素と呼ぶ。

　ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００と重なっていない部分は端子領域１５となっている。端子領域１５にはフレキシブル配線基板１７が接続している。液晶表示装置を駆動するドライバＩＣはフレキシブル配線基板１７に搭載されている。

　図７は、図６に対応する液晶表示装置の表示領域における画素の平面図である。図７は第１液晶表示パネル、第２液晶表示パネルとも共通である。図７は、ＩＰＳ（Ｉｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードに属する、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｔｉｃｈｉｎｇ）モードと呼ばれる方式の液晶表示装置である。図７において、走査線１１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、映像信号線１２が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２に囲まれた領域に画素電極１４３が形成されている。映像信号線１２と画素電極１４３との間に酸化物半導体ＴＦＴが形成されている。なお、図７では、遮光膜は省略されている。

　図７において、ドレイン電極１１０がスルーホール１３０を介して映像信号線１２と接続し、上隣りの画素に形成される酸化物半導体ＴＦＴの方向に延在する。酸化物半導体膜１０９は、一方の端は映像信号線１２の下方において、ドレイン電極１１０と積層して接続する。

　酸化物半導体膜１０９は走査線１１の下を通過するが、この時、ＴＦＴのチャネルが形成される。図７においては、走査線１１が図８におけるゲート電極１１４の役割を兼ねている。酸化物半導体膜１０９には、ゲート電極１１４、すなわち、走査線１１直下のチャネル部を除いて、例えば、イオンインプランテーションによって、ボロン（Ｂ）がドープされ、導通が与えられている。なお、イオンインプランテーションによるイオンは、ボロンの他、リン(Ｐ)あるいはアルゴン（Ａｒ）を使用することが出来る。酸化物半導体膜１０９のイオンインプランテーションされた部分はｎ＋領域となっている。

　酸化物半導体膜１０９の他端はソース電極１１１と積層して接続する。ソース電極１１１は画素電極１４３側に延在し、スルーホール１３１を介してコンタクト電極１２２と接続する。コンタクト電極１２２は有機パッシベーション膜１４０に形成されたスルーホール１３５及び容量絶縁膜に形成されたスルーホール１３６を介して画素電極１４３と接続する。画素電極１４３は櫛歯状に形成されている。

　画素電極１４３の下には、コモン電極１４１が平面状に形成されている。画素電極１４３に電圧が印加されると、図２で説明したように、コモン電極１４１との間に電気力線が発生して液晶分子を回転させ、画素における液晶の透過率を制御する。

　酸化物半導体には、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｇａｌｌｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯＮ（Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ　Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＧＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｇａｌｌｉｕｍ　Ｏｘｉｄｅ）等がある。なお、ＴＦＴは酸化物半導体ＴＦＴに限らず、ポリシリコンＴＦＴ等を用いてもよい。

　図８は、図７のＡ－Ａ断面に相当する、一般的なＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。図９乃至図１１は、図８の他に、本発明において使用される第１液晶表示パネルおよび第２液晶表示パネルにおける断面図を示す。図８乃至図１１の液晶表示パネルを種々組み合わせる場合の構成及びその作用は、後で記載する実施例において説明する。

　まず、一般的な構成である、図８の構造を説明する。図８において、ＴＦＴ基板１００を覆って下地膜１０２が形成されている。下地膜１０２は、ガラスあるいはポリイミド等の樹脂で形成された基板からの不純物が酸化物半導体膜１０９を汚染することを防止するものである。下地膜１０２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の積層膜で形成される場合が多い。

　下地膜１０２の上に遮光膜１０６が金属によって形成されている。この金属は、後で説明するゲート電極等と同じ金属を使用してもよい。遮光膜１０６は、後で形成されるＴＦＴのチャネル部にバックライトからの光が照射されないように遮光するためのものである。遮光膜１０６は必要に応じて、基板１００が帯電した場合の、ＴＦＴへの影響を防止するための、シールド電極として使用することもできる。また、ゲート電圧を印加することによって、下ゲート電極として使用することも出来る。

　遮光膜１０６を覆ってバッファ絶縁膜１０８が形成されている。バッファ絶縁膜１０８は、シリコン酸化膜で形成される。上層に形成される酸化物半導体膜１０９に酸素を供給するためと、金属で形成された遮光膜１０６が上層に形成される酸化物半導体１０９から酸素を奪うことを防止するためである。なお、遮光膜１０６を下ゲート電極として使用する場合は、バッファ絶縁膜１０８は下ゲート絶縁膜として作用する。

　図８において、バッファ絶縁膜１０８の上にＴＦＴを構成する酸化物半導体膜１０９が形成されている。酸化物半導体膜１０９はスパッタリングによって形成することが出来る。酸化物半導体膜１０９の厚さは１０ｎｍ乃至１００ｎｍである。本実施例では、酸化物半導体膜１０９には例えば厚さ５０ｎｍのＩＧＺＯ膜が使用される。

　半導体膜１０９は、チャネル領域１０９０とドレイン領域１０９１、ソース領域１０９２から構成される。ドレイン領域１０９１とソース領域１０９２は、ゲート電極１１４をマスクにしたイオンインプランテーションによって導電性が付与されている。そして、ゲート電極１１４の直下がチャネル領域１０９０となっている。

　酸化物半導体膜１０９の一方の端部にドレイン電極１１０が積層され、他方の端部にソース電極１１１が積層されている。ドレイン電極１１０、ソース電極１１１は、ゲート電極１１４と同じ金属で形成することが出来るし、Ｔｉ膜で形成することも出来る。酸化物半導体膜１０９において、ドレイン電極１１０及びソース電極１１１と積層している部分は、酸素が金属によって抜き取られるので、導電性となっている。

　酸化物半導体膜１０９、ドレイン電極１１０、ソース電極１１１を覆ってゲート絶縁膜１１２がＳｉＯによって形成されている。ゲート絶縁膜１１２は酸素リッチな膜となっており、酸化物半導体膜１０９のチャネル領域１０９０に酸素を供給して酸化物半導体ＴＦＴの特性を安定化させている。

　ゲート絶縁膜１１２の上にゲート電極１１４が形成されている。ゲート電極１１４は例えば、Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉ（チタンーアルミニウムーチタン）の積層膜、あるいは、ＭｏＷ合金等によって形成される。図７に示すように、本実施例では、ゲート電極１１４は走査線１１が兼用している。

　図８では、省略されているが、ゲート電極１１４とゲート絶縁膜１１２の間に、アルミニウム酸化膜が形成される場合がある。酸化物半導体膜１０９のチャネル領域１０９０に酸素をより多く供給して、ＴＦＴの特性をより安定化させるためである。この場合のアルミニウム酸化膜は１０ｎｍ程度でよい。

　ゲート電極１１４を覆って層間絶縁膜１１５が形成されている。層間絶縁膜１１５は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の２層構造となっている場合が多い。いずれの膜を上層、あるいは、下層にするかは、製品の使用目的等による。

　図８において、層間絶縁膜１１５及びゲート絶縁膜１１２に、スルーホール１３０を形成して映像信号線１２とドレイン電極１１０を接続し、スルーホール１３１を形成してコンタクト電極１２２とソース電極１１１を接続する。コンタクト電極１２２は、層間絶縁膜１１５の上を延在し、スルーホール１３５、１３６を介して画素電極１４３と接続する。

　図８において、層間絶縁膜１１５を覆って有機パッシベーション膜１４０が形成されている。有機パッシベーション膜１４０は、例えば、アクリル樹脂等で形成される。有機パッシベーション膜１４０は平坦化膜としての役割を持ち、また、映像信号線１２とコモン電極１４１間の浮遊容量を小さくするために、２乃至４μｍ程度と、厚く形成される。コンタクト電極１２２と画素電極１４３を接続するために、有機パッシベーション膜１４０にスルーホール１３５が形成される。

　有機パッシベーション膜１４０の上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜によってコモン電極１４１が形成される。コモン電極１４１は平面状に形成される。コモン電極１４１を覆って容量絶縁膜１４２がシリコン窒化膜によって形成されている。容量絶縁膜１４２を覆ってＩＴＯ等の透明導電膜によって画素電極１４３が形成されている。画素電極１４３は櫛歯状に形成される。容量絶縁膜１４２は、コモン電極１４１と画素電極１４３との間において、画素容量を構成するので、このように呼ばれる。

　画素電極１４３を覆って配向膜１４４が形成されている。配向膜１４４は液晶分子３０１の初期配向方向を規定する。配向膜１４４の配向処理は、ラビングによる配向処理か偏光紫外線を用いた光配向処理が用いられる。ＩＰＳモードではプレティルト角は必要ないので、光配向処理が有利である。

　図８において、液晶層３００を挟んで、対向基板２００が配置している。対向基板２００にはカラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２が形成され、その上にオーバーコート膜２０３が形成されている。オーバーコート膜２０３の上に配向膜２０４が形成されている。配向膜２０４の作用および配向処理は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１４４と同じである。

　図８において、コモン電極１４１と画素電極１４３との間に電圧が印加されると、図８の矢印で示すような電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させて液晶層３００によるバックライトからの光の透過率を制御する。画素毎に光の透過率を制御することによって画像を形成する。

　図９は、本発明において使用される液晶表示パネルの例である。図９の構成を有する液晶表示パネルは、第１液晶表示パネル１０か第２液晶表示パネル２０のいずれかにおいて、画像形成ではなく、コントラスト比の向上のために使用されるものである。図９が図８と異なる点は、対向基板２００において、カラーフィルタ、ブラックマトリクスおよびオーバーコート膜が存在していないことである。

　したがって、図９の構成は、画像を形成することはできるが、カラー画像は形成できない。カラー画像は、他の液晶表示パネルによって形成される。図９の構成は、カラーフィルタが形成されていないので、光の透過率を上げることができ、画面輝度の低下を抑えることができる。

　図１０は、本発明において使用される液晶表示パネルの他の例である。図１０の構成を有する液晶表示パネルは、第１液晶表示パネル１０か第２液晶表示パネル２０いずれかにおいて、画像形成ではなく、コントラスト比の向上のために使用されるものである。図１０が図８と異なる点は、対向基板２００において、カラーフィルタが存在していないことである。また、図１０が図９と異なる点は、図１０では、ブラックマトリクス２０２とオーバーコート膜２０３が存在していることである。

　図９の構成を第１液晶表示パネル１０として使用した場合、外光の影響によってＴＦＴに光電流が発生したり、映像信号線１２や走査線１１からの反射で画質を低下したりすることがある。図１０の構成は、ブラックマトリクス２０２によって、外光の影響や外光の反射を抑制できるので、図１０の構成の液晶表示パネルを第１液晶表示パネルとして使用する場合に有利である。

　図１１は、本発明において使用される液晶表示パネルのさらに他の例である。図１１の液晶表示パネルは、カラーフィルタ２０１が対向基板２００側ではなく、ＴＦＴ基板１００側に形成されている。図１１において、層間絶縁膜１１５、ドレイン電極１２、ソース電極１２２等を覆ってカラーフィルタ２０１が形成され、その上にオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタは画素毎に、赤、緑、青のいずれかが形成されている。カラーフィルタ２０１の厚さは２ミクロン程度であり、オーバーコート膜２０３の厚さは２ミクロン程度である。オーバーコート膜２０３は平坦化膜の役割も有している。

　図１１において、対向基板２００側には配向膜のみ形成されている。図１１の構成では、バックライト３０からの光が、液晶層３００に入射するときは、理論的にはカラーフィルタ２０１によって、強度が１／３に低下している。したがって、液晶層３００として、ネガ型液晶材料３００Ｎを使用する場合においても、耐光性を向上させることができる。すなわち、ネガ型液晶材料３００Ｎを使用する場合であっても電圧保持率の低下を抑制することができる。図１１の構成を有する液晶表示パネルは、第１液晶表示パネル１０、第２液晶表示パネル２０のいずれに使用してもよい。

　図１２は、本発明において使用される液晶表示パネルのさらに他の例である。図１２の液晶表示パネルは、カラーフィルタ２０１が対向基板２００側ではなく、ＴＦＴ基板１００側に形成されている。図１２が図１１と異なる点は、対向基板２００にブラックマトリクス２０１とオーバーコート膜２０３が形成されていることである。図１２では、ＴＦＴ基板１００側に形成されたカラーフィルタ２０１の上に有機パッシベーション膜１４０が形成されているが、これは、図１１のオーバーコート膜２０３と同じでもよい。

　図１１の構成を第１液晶表示パネル１０として使用した場合、外光の影響によってＴＦＴに光電流が発生したり、映像信号線１２や走査線１１からの反射で画質を低下したりすることがある。図１２の構成は、ブラックマトリクス２０２によって、外光の影響や外光の反射を抑制できるので、図１２の構成の液晶表示パネルを第１液晶表示パネルとして使用する場合に有利である。図１２の構成の他の特徴は、図１１で説明したのと同じである。

　図８乃至図１２で説明した液晶表示パネルにおいて、液晶層３００には、ネガ型液晶、ポジ型液晶のいずれも使用することができる。本発明の特徴は、図８乃至図１２の液晶表示パネルにおいて、ネガ型液晶を用いた場合、あるいは、第１液晶表示パネル１０と第２液晶表示パネル２０のいずれかにネガ型液晶３００Ｎ、又は、ポジ型液晶３００Ｐを用いることによって、コントラスト比を向上させるとともに、輝度の低下と耐光性の低下を抑制した液晶表示装置を実現できることである。

　図１３は、実施例１の第１の形態を示す断面図である。図１３の特徴は、第１液晶表示パネル１０、第２液晶表示パネル２０ともネガ型液晶を用いている点である。したがって、２個のパネルにポジ型液晶を用いた場合に比べて、画面輝度は１．１５×１．１５＝１．３２３倍に向上させることができる。

　図１３においては、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０において、カラーフィルタ２０１はＴＦＴ基板１００側に形成されている。すなわち、図１１の構成を用いている。一方第１液晶表示パネル１０には、図９の構成を用いている。図１３における第１液晶表示パネル１０は、カラー画像は形成しないが、コントラスト比向上用のパネルとして使用される。なお、第１液晶表示パネル１０における外光反射等の問題が生ずる場合は、第１液晶表示パネル１０として図１０の構成を用いればよい。

　図１４は、実施例１の第２の形態を示す断面図である。図１４の特徴は、第１液晶表示パネル１０にネガ型液晶３００Ｎを用い、第２液晶表示パネルにポジ型液晶３００Ｐを用いている点である。ただし、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０には、カラーフィルタは形成されていない。つまり、図９の構成となっている。第１液晶表示パネル１０には、ネガ型液晶が使用されているが、カラーフィルタはＴＦＴ基板側に形成されている。つまり、図１１の構成となっている。

　ネガ型液晶３００Ｎには、第２液晶表示パネル２０と、第１液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００に形成されたカラーフィルタ２０１を通過したバックライト光が入射するので、第１の形態よりもネガ型液晶３００Ｎに入射する光強度はさらに低下しており、ネガ型液晶３００Ｎの耐光性の問題はさらに軽減される。画面輝度は、液晶表示パネルが２枚ともポジ型液晶を用いる場合に比べて１５％向上させることができる。なお、第１液晶表示パネル１０における外光反射等の問題が生ずる場合は、第１液晶表示パネル１０として図１２の構成を用いればよい。

　図１５は、実施例１の第３の形態を示す断面図である。図１５の特徴は、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０にネガ型液晶３００Ｎを用い、第１液晶表示パネル１０にポジ型液晶３００Ｐを用いている点である。バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０は、ネガ型液晶３００Ｎであるが、カラーフィルタ２０１がＴＦＴ基板１００側に形成されているので、第１の形態で説明したように、耐光性の問題は軽減することができる。

　ポジ型液晶３００Ｐが使用されている第１液晶表示装置１０にはカラーフィルタ２０１は形成されていない。すなわち、図９の構成になっている。第１液晶表示パネル１０はコントラスト比向上のために使用されている。なお、第１液晶表示パネル１０における外光反射等の問題が生ずる場合は、第１液晶表示パネル１０として図１０の構成を用いればよい。

　図１６は、実施例１の第４の形態を示す断面図である。図１６の特徴は、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０にポジ型液晶３００Ｐを用い、第１液晶表示パネル１０にネガ型液晶３００Ｎを用いている点である。バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０は、ポジ型液晶３００Ｐであるが、カラーフィルタ２０１がＴＦＴ基板１００側に形成されている。

　ネガ型液晶３００Ｎが使用されている第１液晶表示装置１０にはカラーフィルタ２０１は形成されていない。すなわち、図９の構成になっている。ネガ型液晶３００Ｎに入射するバックライト光は、第２液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００に形成されたカラーフィルタ２０１を通過しているので、光の強度は小さくなっており、第１液晶表示パネル１０におけるネガ型液晶３００Ｎの耐光性の問題は軽減される。なお、第１液晶表示パネル１０における外光反射等の問題が生ずる場合は、第１液晶表示パネルとして図１０の構成を用いればよい。

　実施例１では、ネガ型液晶３００Ｎを用いた液晶表示パネルにカラー画像を形成する場合は、ＴＦＴ基板１００側にカラーフィルタ２０１を形成することを特徴としている。しかし、ＴＦＴ基板１００側にカラーフィルタ２０１を形成することが困難な場合がある。実施例２は、対向基板２００側にカラーフィルタ２０１を形成した場合においても、バックライト光がカラーフィルタ２０１を通過した後、ネガ型液晶３００Ｎに入射する構成を与えるものである。

　図１７は、実施例２の第１の形態を示す断面図である。図１７では、第１液晶表示パネル１０、第２液晶表示パネル２０のいずれもネガ型液晶３００Ｎを使用している。しかし、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０は上下裏返しで使用している。すなわち、第２液晶表示パネル２０の構成は図８と同じであるが、図８を上下逆転した状態で配置している。つまり、カラーフィルタ２０１が形成された対向基板２００がバックライト３０に近いために、ネガ型液晶層３００Ｎに入射するバックライト光は、カラーフィルタ２０１を通過して、すでに強度が小さくなっているので、ネガ型液晶３００Ｎの耐光性の問題は軽減することができる。

　図１７における第１液晶表示パネル１０はネガ型液晶３００Ｎを使用しているが、構成は図９の構成と同じである。なお、第１液晶表示パネル１０における外光反射等の問題がある場合は、図１０の構成を使用すればよい。また、第２液晶表示パネル２０を裏返して使用することによる、配線等による外光反射も、図１０の構成を用いることによって、軽減することができる。

　図１８は、実施例２の第２の形態を示す断面図である。図１８では、第１液晶表示パネル１０にネガ型液晶３００Ｎを使用し、第２液晶表示パネルにポジ型液晶３００Ｐを使用している。しかし、ネガ型液晶３００Ｎを使用している第１液晶表示パネル１０は上下裏返して使用している。すなわち、第１液晶表示パネル１０の構成は図８と同じであるが、図８を上下逆転した状態で配置している。

　図１８の構成では、ネガ型液晶３００Ｎには、第２液晶表示パネル２０と、第１液晶表示パネル１０の対向基板２００に形成されたカラーフィルタ２０１を通過したバックライト光が入射するので、光の強度は減衰しており、ネガ型液晶３００Ｎの耐光性の問題は軽減される。なお、バックライト３０に近い第２液晶表示パネル２０は、図９の構成を用いればよい。

　図１９は、実施例２の第３の形態を示す断面図である。図１９では、第１液晶表示パネル１０にポジ型液晶３００Ｐを使用し、第２液晶表示パネル２０にネガ型液晶３００Ｎを使用している。しかし、ネガ型液晶３００Ｎを使用している第２液晶表示パネル２０は上下裏返して使用している。すなわち、第２液晶表示パネル２０の構成は図８と同じであるが、図８を上下逆転した状態で配置している。

　図１９における第１液晶表示パネル１０の構成及び作用は図１７に示す第１の形態で説明したのと同じである。図１９が図１７と異なる点は、第１液晶表示パネル１０がポジ型液晶３００Ｐを使用している点である。第１液晶表示パネル１０の構成は、図９と同じ構成を使用することができるが、外光の反射等が問題になる場合は、図１０の構成を使用すればよい。

　バックライトには白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）が使用される。白色ＬＥＤには、各々、赤、緑、青を発光する３個のＬＥＤを使用する場合と、青色ＬＥＤに、黄色に発光するＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を組み合わせて使用する場合とがある。図２０は、３個のＬＥＤを使用する場合のバックライトの発光スペクトルをＴｈｒｅｅ　ｗａｖｅ　ｌｅｎｇｔｈｓとし、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体の組み合わせを使用する場合の用いる場合のバックライトの発光スペクトルをＹＡＧとして記載したグラフである。

　図２０において、横軸は波長、縦軸は、規格化された発光強度である。図２０に示すように、液晶表示装置に使用されるバックライトの発光スペクトルは、可視光領域に存在するように構成されている。一方、３４０ｎｍ、あるいは、３２０ｎｍ付近の波長も、例えば、図２０の縦軸に対応する規格化発光強度において、わずかながら存在する。しかし、このようなわずかな強度であっても、３４０ｎｍ、あるいは、３２０ｎｍ程度の、エネルギーの大きな紫外線は、液晶層に吸収されると、耐光性に影響を及ぼすことがわかってきた。

　液晶層は、可視光領域は透過させ、紫外線領域は吸収する性質がある。したがって、わずかな量であっても、バックライトから紫外線が放射されると液晶層に吸収されて、液晶の耐光性の問題を生じさせる。図２１は、６種類の液晶材料についての吸収スペクトルを示すグラフである。図２１において、横軸は波長、縦軸は吸光度である。測定装置は日立製作所製分光高度計U-3310を用いた。図２１において、液晶材料ＡからＦの順で、吸収端が短波長側に移動する。すなわち、材料の吸収端が図２１において、左側に移動するほど、紫外線の吸収は小さくなる。したがって、耐光性の問題が低減される。図２１における液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃは、耐光性試験において、電圧保持率が低下し、黒シミが発生している。一方、液晶材料Ｄ、Ｅ、Ｆは、耐光性試験において、電圧保持率が維持され、黒シミは発生しない。

　図２２は、液晶材料の吸光度を測定する模式図である。図２２において、測定用液晶材料３０５は、液晶表示パネルに使用される液晶材料を、シクロヘキサンによって１００倍に希釈されたものであり、石英容器に、厚さが１０ｍｍになるように収容されている。石英は、測定の波長範囲では、吸収率はほとんどゼロである。図２２において、液晶材料３０５の左側から測定波長の光Ｉｉｎを液晶層３０５に入射し、液晶層から出射した光Ｉｏｕｔを測定する。液晶層の吸光度は、－ｌｏｇ１０（Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ）で定義される。

　図２１に示す液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、これらの材料をシクロヘキサンで１００倍に希釈したものについて測定したものである。図２１に示す結果を詳細に調べると、波長３４０ｎｍにおいて、液晶材料Ａ、Ｂ、Ｃの吸光度は０．０１以上であり、液晶材料Ｄ、Ｅ、Ｆの吸光度は０．０１以下であることが分かった。つまり、波長３４０ｎｍにおいて、液晶の吸光度が０．０１以下であれば、耐光性の問題をクリアすることができる。また、液晶の吸光度が０．００５以下とすることによって、さらに耐光性に優れた液晶表示装置を実現することが出来る。

　液晶材料Ｅ、Ｆは他の材料に比べて、吸収端が短波長側に大きく移動している。具体的には、波長３２０ｎｍにおける吸光度は０．０１以下である。液晶材料Ｅ、Ｆを使用することによって、ネガ型液晶の場合であっても、耐光性に優れた液晶表示装置を実現することが出来る。さらに、波長３２０ｎｍにおける吸光度を０．００５以下とすることによって、より耐光性に優れた液晶表示装置を実現することが出来る。

　１０…第１液晶表示パネル、　１１…走査線、　１２…映像信号線、　１３…画素、　１４…表示領域、　１５…端子領域、　１６…シール材、　１７…フレキシブル配線基板、　２０…第２液晶表示パネル、　３０…バックライト、　１００…ＴＦＴ基板、　１０２…遮光膜、　１０６…遮光膜、　１０８…バッファ絶縁膜、　１０９…酸化物半導体膜、　１１０…ドレイン電極、　１１１…ソース電極、　１１２…ゲート絶縁膜、　１１４…ゲート電極、　１１５…層間絶縁膜、　１２２…コンタクト電極、　１３０…スルーホール、　１３１…スルーホール、　１３５…スルーホール、　１３６…スルーホール、　１４０…有機パッシベーション膜、　１４１…コモン電極、　１４２…容量絶縁膜、　１４３…画素電極、　１４４…配向膜、　１５０…下偏光板、　２００…対向基板、　２０１…カラーフィルタ、　２０２…ブラックマトリクス、　２０３…オーバーコート膜、　２０４…配向膜、　２５０…上偏光板、　３００…液晶層、　３００Ｎ…ネガ型液晶、　３００Ｐ…ポジ型液晶、　３０１…液晶分子、　３０１Ｎ…ネガ型液晶分子、　３０１Ｐ…ポジ型液晶分子、　３０５…試験用液晶層、　４００…駆動電源、　１０９０…チャネル領域、　１０９１…ドレイン領域、　１０９２…ソース領域、　Ｖｓ…検査電圧、　Ｖｈ…保持電圧

Claims

　第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴとカラーフィルタが形成されたＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板は前記対向基板よりも前記バックライトに近く、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
　前記他方のパネルには、ネガ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記他方のパネルには、ポジ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記一方のパネルは第１液晶表示パネル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。
　前記一方のパネルは第２液晶表示パネル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。
　前記他方のパネルには、ブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
　第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、
　前記対向基板は前記ＴＦＴ基板よりも前記バックライトに近く、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
　前記他方のパネルには、ネガ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
　前記他方のパネルには、ポジ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
　前記一方のパネルは第１液晶表示パネルであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
　前記一方のパネルは第２液晶表示パネルであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
　前記他方のパネルには、ブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
　第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、
　前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３４０ｎｍに対する吸光度は０．０１以下であり、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか一方のパネルにはカラーフィルタが形成され、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
　前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３４０ｎｍに対する吸光度は０．００５以下であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの双方に前記ネガ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
　第１液晶表示パネルの背面に第２液晶表示パネルが配置し、前記第２液晶表示パネルの背面にバックライトが配置した液晶表示装置であって、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの一方のパネルは、ＴＦＴ基板と対向基板との間にネガ型液晶が挟持され、
　前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３２０ｎｍに対する吸光度は０．０１以下であり、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか一方のパネルにはカラーフィルタが形成され、
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルのいずれか他方のパネルには、カラーフィルタが形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
　前記ネガ型液晶をシクロヘキサンによって１００倍に希釈した場合の層厚１０ｍｍにおける、波長３２０ｎｍに対する吸光度は０．００５以下であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
　前記第１液晶表示パネルと前記第２液晶表示パネルの双方に前記ネガ型液晶が使用されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。