JP2009251352A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置に使用される光学シートの経時変化に伴う表示品質の劣化を防止すると共に、高輝度の表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置において、液晶パネルは画素電極を有する第１パネル基板と光学フィルタを有する第２パネル基板の間に液晶を介在させてある。第２パネル基板には補色関係にある２種類の色の光学フィルタを設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、表示装置に係り、特に単色表示用の液晶パネルを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、ブラウン管と比べて薄く軽量であるため、各種の表示装置として用いられている。一般的な液晶表示装置は、カラー画像を表示できるので、テレビ、パソコン等の表示装置として用いられている。

また、液晶表示装置は自発光の表示装置ではないのでバックライトを必要とする。液晶表示装置はバックライトからの光を液晶パネルで制御して画像を表示する。

例えばテレビ用の液晶表示装置は、カラー画像の表示できる液晶パネルを使用している。テレビ用の液晶表示装置は、一方の基板に薄膜トランジスタに接続された画素電極を備え、他方の基板に赤、緑、青のカラーフィルタを備える。

一方、モノクロ表示用の表示装置がある。モノクロ表示用の表示装置は、非破壊検査の際の表示装置として使用される。特に、超音波や電磁波を用いた非破壊検査の場合、画像データがモノクロのためモノクロ表示となる。

例えば、Ｘ線撮影やコンピュータ断層撮影された像を表示するための医療用モニタがある。Ｘ線撮影は、透過したＸ線のをフィルムに焼き付ける又はセンサにより検知することで画像を表示している。そのためＸ線の透過量を白と黒の濃淡で表現することで画像を形成している。このように、Ｘ線撮影やコンピュータ断層撮影された情報には色情報が含まれていない。

このようなモノクロ画像は画像の濃淡が極めて重要な情報となる。そのため、モノクロ画像を表示する表示装置は、表示領域内での輝度ムラを抑制しなければならない。また表示装置のコントラスト（明暗差）を向上させる必要がある。

また、一般的な液晶表示装置は、アクティブマトリクス型の液晶パネルを使用している。アクティブマトリクス型液晶パネルは、一方の基板に薄膜トランジスタに接続された画素電極を備え、他方の基板に赤、緑、青のカラーフィルタを備える。これらの基板に挟まれて液晶が存在する。

液晶パネルのバックライト側には偏光板が配置され、バックライトから液晶パネルに入射する光の成分を選択している。一方、液晶パネルの観察者側にも偏光板が配置され、画像表示に必要な光を選択的に透過している。

このように、液晶表示装置は、薄膜トランジスタに入力されるデータを基に各色の光透過量を制御することで、画像を形成している。

液晶表示装置に使用されるバックライトユニットには、液晶パネルの背面（直下）に冷陰極管を配置した直下型バックライトや、導光板の端面に光源（冷陰極管またはＬＥＤ等）を配置したサイドエッジ型（導光板型）バックライトなどがある。

また、バックライトユニットは光源の液晶パネル側に複数の光学シートを備えている。光学シートは長時間使用することでバックライトから照射される光の色及び輝度を変化させてしまう。特にポリカーボネイト（ＰＣ）は紫外線照射により色変化を起こす。

特許文献１には、フルカラー表示画面の他に反射方式で表示を行うモノクロ表示画面を備えた液晶表示装置について開示している。さらに、特許文献１は液晶の持つ波長分散特性に起因するモノクロ表示画面の黄色化に伴う画質劣化を抑制することについて開示している。
特開２００６−５８８５１号公報

従来のモノクロ液晶表示装置は表示色が変化した場合、バックライトを交換することで対応していた。また、従来のバックライトには色補正機能を備えているバックライトもある。しかしながら色補正機能を備えたバックライトは、消費電力が上がる、もしくは輝度が低下するという課題がある。

また、従来の液晶表示装置は、液晶のもつ波長分散特性に起因する画質劣化は補正できるが、部材の劣化に起因する画質の劣化については修正するこができない。

特に、バックライトの光源に蛍光ランプを使用した場合は、蛍光ランプから照射される紫外線により光学シートが変色してしまう。

そのため光源から出る光が白色でも、バックライトから液晶パネル供給される光が黄色なることがある。その結果、液晶表示装置に表示される画像が黄色に着色されることがある。

本発明は液晶表示装置の光学フィルターを2色とする事により、高輝度と色補正機能の両者を有する事を特徴としており、色補正機能付き高輝度モノクロモニターを実現するものである。

本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスタを有する第１パネル基板と光学フィルタを有する第２パネル基板の間に液晶を介在させた液晶パネルと、液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、を備える。第２パネル基板に設けた光学フィルタは青色フィルタと黄色フィルタで構成されている。

また本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスタを有する第１パネル基板と光学フィルタを有する第２パネル基板の間に液晶を介在させた液晶パネルと、液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、を備える。第２パネル基板に設けた光学フィルタは青色光透過領域と透明領域とで構成され、青色光透過領域と透明領域は夫々異なる画素電極と対向している。

本発明は上述の構成により、従来の表示装置の課題を解決することができる。

本発明による表示装置によれば、液晶表示装置の輝度を向上させることができる。また、消費電力、輝度を殆ど変化させず経時的な色補正が可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明による液晶表示装置の断面図であり、特に、矩形の表示画面の縦軸に沿った断面図である。

液晶表示装置は、前面側に観察窓を備えた液晶パネルＰＮＬを配置し、背面側には液晶パネルに光を供給するバックライトユニットＢＬを配置してある。

バックライトユニットＢＬは、複数の光学シート３と、拡散板４と、バックライトフレーム５と、冷陰極管６と、を備える。バックライトフレーム５の開口部には、弾性を有するスペーサ７を介して拡散板４が配置される。拡散板４の液晶パネル側には複数の光学シート３が配置されている。拡散板や光学シートは、棒状の冷陰極管からの光が均一な面光源となる様に、光を拡散又は集光させている。

光源である冷陰極管６は水平方向（Ｘ方向）に延在し、垂直方向（Ｙ方向）に複数配置されている。なお、Ｘ方向は矩形の表示装置の長軸に一致し、Ｙ方向は矩形の表示装置の短軸に一致し、Ｚ方向は表示装置の厚さ方向に一致する。冷陰極管６はカップ状のバックライトフレーム５の中に配置される。

冷陰極管は、例えば、ＣＩＥ標準表色系であるＸＹＺ表色系において、（Ｘ，Ｙ）が（０．３０，０．３３）の白色光を発光する。

液晶パネルＰＮＬは光スイッチング機能を有する。液晶パネルＰＮＬは、２枚の偏光板と、薄膜トランジスタを形成した第１基板１（以下、背面基板という）と、光学フィルタを形成した第２基板２（以下、前面基板という）とを有している。液晶は背面基板１と前面基板２の間に配置されている。液晶パネルのバックライト側には偏光板が配置され、バックライトから液晶パネルに入射する光の成分を選択している。一方、液晶パネルの観察者側にも偏光板が配置され、画像表示に必要な光を選択的に透過している。

図２は本発明による表示装置を構成する背面基板の回路図である。

背面基板１の主面には、第１方向（Ｘ方向）に延在して第１方向と交差する第２方向（Ｙ方向）に並設された複数の走査配線（又はゲート配線という）ＧＬと、第２方向（Ｙ方向）に延在して第２方向と交差する第１方向（Ｘ方向）に並設された複数のデータ配線ＤＬ（又はドレイン配線という）と、を有している。ゲート配線ＧＬはゲートドライバＧＤに接続し、ドレイン配線ＤＬはドレインドライバＤＤに接続している。

タイミング制御回路ＴＣＯＮはゲートドライバＧＤとドレインドライバＤＤにタイミング信号を発信している。

マトリクス状に配置されたこれらの配線で囲まれた領域には薄膜トランジスタＴＦＴが各画素毎に形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート電極がゲート配線に、ドレイン電極がドレイン配線に、ソース電極が画素電極にそれぞれ接続している。

また、背面基板の主面には、ゲート配線に平行してコモン配線ＣＬが配置されている。コモン配線と画素電極とでコンデンサを形成している。

このように、液晶表示装置は、薄膜トランジスタに入力されるデータを基に画素の光透過量を制御することで、画像を形成している
図３は第１基板に形成した画素部の正面図である。画素電極ＰＥは映像信号配線ＤＬとゲート配線ＧＬにより囲まれている。ゲート配線ＧＬはゲート電極に接続し、映像信号配線ＤＬはドレイン電極に接続している。薄膜トランジスタＴＦＴはゲート電極、ドレイン電極、ソース電極及び半導体層ＳＡによって構成されている。なお、本実施例では図３に示した一つの画素は表示装置の画素を構成する副画素である。副画素を２つ使用して一つの画素を構成する。

図４は図３の線Ｉ−Ｉに沿った断面図で、特に薄膜トランジスタＴＦＴを形成した部位の断面図である。第１基板のバックライト側には偏光板Ｐが配置され、バックライトから液晶パネルに入射する光の成分を選択している。第１基板の液晶層側には、ゲート電極ＧＥ、ゲート絶縁膜ＧＩ、半導体層ＳＡ、ドレイン電極ＤＥ、ソース電極ＳＥ、層間絶縁膜ＩＮ、画素電極ＰＥが形成されている。

ゲート電極ＧＥは保護膜を介して第１基板上に形成されている。ゲート電極ＧＥはゲート絶縁膜ＧＩによって覆れており、ゲート絶縁膜ＧＩ上に半導体層ＳＡ、ドレイン電極ＤＥ、ソース電極ＳＥが形成されている。ソース電極ＳＥは接続部ＣＰで画素電極ＰＥと接続してている。

図５は光学フィルタ基板の正面図、図６は光学フィルタ基板の断面図である。

前面基板には液晶層側に光学フィルタＯＰＦ、ブラックマトリクス１０が形成されている。光学フィルタＯＰＦは青色フィルタ８と黄色フィルタ９によって構成されている。また、前面基板の前面側（観察者側）には偏光板Ｐが配置されている。

一つの青色副画素と一つの黄色副画素で単位画素（一つの画素）１１を構成している。また、一つの光学フィルタ（青色フィルタ８又は黄色フィルタ９）に対して一つの画素電極がそれぞれ対向して配置されている。

液晶表示装置において、液晶パネルの前面基板に補色関係にある２種類の色の光学フィルタを設ける。画像を表示するために使用される光学フィルタは青色フィルタ８と黄色フィルタ９のみである。青色フィルタ８と黄色フィルタ９は補色の関係に設定される。これら、青色フィルタと黄色フィルタを通過した光を一定の割合に調節することで白色を表示できる。

図５及び図６の光学フィルタＯＰＦは、１画素を構成するための青色フィルタ８と黄色フィルタ９の面積が同じである。白色を表示するために、薄膜トランジスタＴＦＴによって各副画素の画素電極の電圧を制御する。各副画素を通過する光量を調整することで、白色が合成される。即ち、各画素電極の電圧を制御することで白を表示している。

例えば、バックライトから液晶パネルに供給される光が黄色に変化した場合、黄色フィルタから出る光量を少なくすることで、表示画面に白色を表示することができる。または、バックライトから液晶パネルに供給される光が黄色に変化した場合、青色フィルタから出る光量を多くすることで、表示画面に白色を表示することができる。

図７は光学フィルタ基板の正面図である。

図５と同様に、前面基板には液晶層側に光学フィルタＯＰＦ、ブラックマトリクス１０が形成されている。光学フィルタＯＰＦは青色フィルタ８と黄色フィルタ９によって構成されている。また、前面基板の前面側（観察者側）には偏光板が配置されている。

一つの青色副画素と一つの黄色副画素で一つの画素１１を構成している。また、一つの光学フィルタ（青色フィルタ８又は黄色フィルタ９）に対して一つの画素電極がそれぞれ対向して配置されている。なお、図５と同じ機能を有する部位には同じ符号を付けてある。

光学フィルタＯＰＦは、１画素を構成するための青色フィルタ８と黄色フィルタ９の面積が異なる。１画素の中で、黄色フィルタ９の面積が青色フィルタ８の面積より大きい。また、黄色フィルタ９と対向する画素電極の面積は青色フィルタ８と対向する画素電極の面積より大きい。

白色を表示するために、薄膜トランジスタＴＦＴによって各副画素の画素電極の電圧を制御する。各副画素を通過する光量を調整することで、白色が合成される。即ち、各画素電極の電圧を制御することで白を表示している。

つまり、本実施例は、黄色の光量と青色の光量の比率を、バックライトが白色光を供給するときと、バックライトが黄色光を供給するときとで変えることができるので、常に表示装置は白色を表示できる。

このような構成とすることで、バックライトから液晶パネルに供給される光が黄色になっても、観察者に対しては白色を表示することができる。

図８は光学フィルタ基板の正面図である。

前面基板には液晶層側に光学フィルタＯＰＦ、ブラックマトリクス１０が形成されている。光学フィルタＯＰＦは青色フィルタ８と透明フィルタ９１によって構成されている。また、前面基板の前面側（観察者側）には偏光板Ｐが配置されている。

一つの透明副画素と一つの青色副画素で一つの画素１１を構成している。また、一つの光学フィルタ（青色フィルタ８又は透明フィルタ９）に対して一つの画素電極がそれぞれ対向して配置されている。

画像を表示するために使用される光学フィルタは青色フィルタ８と透明フィルタ９１のみである。青色フィルタ８は光学シート３の経時変化に伴う変色と補色の関係に設定される。バックライトから供給される光が白色の場合は、青色フィルタを通過する光はカットされる。

光学シートが黄色に着色した場合、青色フィルタを通過する光量を多くして、表示装置は白色を表示する。

図８の光学フィルタＯＰＦは、１画素を構成するための青色フィルタ８と透明フィルタ９１の面積が同じである。白色を表示するために、各副画素を通過する光量を調整することで、白色が合成される。

図９は光学フィルタ基板の正面図である。光学フィルタＯＰＦは、１画素を構成するための青色フィルタ８と透明フィルタ９１の面積が異なる。１画素の中で、透明フィルタ９１の面積が青色フィルタ８の面積より大きい。また、透明フィルタ９１と対向する画素電極の面積は青色フィルタ８と対向する画素電極の面積より大きい。図９の構成では、輝度の高い表示装置を提供できる。

透明フィルタを形成した部位にフィルタを形成しないことも可能である。

さらに、透明フィルタが外部からの紫外線を吸収する機能を持つと、液晶の劣化を防止することができる。

また、本実施例は、透明フィルタを通過する光量と青色フィルタを通過する光量の比率を、バックライトが白色光を供給するときと、バックライトが黄色光を供給するときとで変えることができるので、常に表示装置は白色を表示できる。

このような構成とすることで、バックライトから液晶パネルに供給される光が黄色になっても、観察者に対しては白色を表示することができる。

上述の各実施例では光源に冷陰極管を使用して説明したが、ＬＥＤを用いても良い。また、本実施例では、直下型のバックライトを使用したが、サイドエッジ型（導光板型）バックライトを使用しても良い。

冷陰極管を用いたバックライトユニットＢＬは、冷陰極管からの紫外線の影響により表示装置の各部材が劣化しやすく、表示画像の画質が悪化しやすい。そのため、本発明を冷陰極管を用いた画像表示装置に適用すると、より顕著な効果を得ることができる。

また、冷陰極管６から放出される紫外線をバックライトユニットの他の部材が吸収する。特に、冷陰極管６よりも液晶パネルＰＮＬ側に配置した拡散板や光学シート３が紫外線を吸収することで、紫外線が液晶に到達することを防止している。これにより、液晶の劣化を抑制している。

さらに、上述の各実施例に記載した発明は、ノーマリホワイト型の液晶パネルとノーマリブラック型液晶パネルのどちらの液晶パネルでも使用できる。

ノーマリホワイト型液晶パネルは画素電極に電圧が印加されたときに光を遮断し、電圧が印加されていないときに光を透過する。この場合、青色フィルタ又は透明フィルタを通過する光の量を抑制することで、黄色光量と青色光量の比率をする。

一方、ノーマリブラック型の液晶パネルは画素電極に電圧が印加されたときに光を透過し、電圧が印加されていないときに光を遮断する。バックライトからの光が黄色になったとき、青色フィルタを通過する光の量を多くすることで白色を表示できる。即ち、輝度を低下させることなく色度を改善できる。よって、本発明はノーマリブラック型の液晶パネルで特に有効である。

また、本発明は、２種類の光学フィルターを使用する事で高輝度、色補正機能の両者を実現する。

液晶パネルにはアクティブマトリクス型液晶パネルと、パッシブ型液晶パネルがの表示モードには、ＴＮ，ＳＴＮ，ＩＰＳ，ＶＡ，ＯＢＣ等がある。本発明はこのような表示モードのパネルに適用しても良い。

本発明による液晶表示装置の断面図である。 本発明による表示装置の背面基板の回路図である。 本発明による表示装置の背面基板に形成した画素部の平面図である。 図３の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。 本発明による前面基板の正面図である。 本発明による前面基板の断面図である。 本発明による前面基板の正面図である。 本発明による前面基板の正面図である。 本発明による前面基板の正面図である。

符号の説明

１・・・第１基板、２・・・第２基板、３・・・光学シート、４・・・拡散板、５・・・バックライトフレーム、６・・・冷陰極管、７・・・スペーサ、８・・・青色フィルタ、９・・・黄色フィルタ、９１・・・透明フィルタ、１０・・・ブラックマトリクス、１１・・・単位画素、ＢＬ・・・バックライトユニット、ＰＮＬ・・・液晶パネル、ＧＤ・・・ゲートドライバ、ＤＤ・・・ドレインドライバ、ＴＣＯＮ・・・タイミング制御回路、ＧＬ・・・ゲート配線、ＤＬ・・・ドレイン配線（映像信号線）、ＣＬ・・・コモン配線、ＳＡ・・・半導体層、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＰＥ・・・画素電極、ＳＥ・・・ソース電極、Ｐ・・・偏光板。

Claims (8)

1. 薄膜トランジスタを有する第１パネル基板と光学フィルタを有する第２パネル基板の間に液晶を介在させた液晶パネルと、
   前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、を備えた液晶表示装置であって、
   前記光学フィルタは青色フィルタと黄色フィルタで構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１において、前記液晶パネルは単色表示用パネルであることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１において、前記バックライトユニットから液晶パネルに供給される光は白色光であることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１において、１画素当りの前記黄色フィルタの面積は１画素当りの前記青色フィルタの面積より大きいことを特徴とする液晶表示装置。
5. 薄膜トランジスタを有する第１パネル基板と光学フィルタを有する第２パネル基板の間に液晶を介在させた液晶パネルと、
   前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、を備えた液晶表示装置であって、
   前記光学フィルタは青色光透過領域と透明領域とで構成され、前記青色光透過領域と透明領域は夫々異なる画素電極と対向していることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５において、前記液晶パネルは単色表示用パネルであることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項５において、前記バックライトユニットから液晶パネルに供給される光は白色光であることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項５において、前記光学フィルタは前記透明領域の面積が前記青色の光を透過する領域の面積よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。

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