JP2009276435A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】黒表示と白表示との間において色度の変化が小さい液晶表示装置を実現する。
【解決手段】赤画素の対向基板側液晶配向軸と、緑画素および青画素の対向基板側液晶配向軸との間に１度以下の特定角度θ１を設定することによって、黒表示において、赤画素の透過を長波長側にシフトさせる。一方、緑画素および青画素では、黒表示における透過が短波長側にシフトしている。黒表示における緑画素および青画素の透過特性と、赤画素の透過特性が相互にキャンセルすることによって、黒表示における色度と、白表示における色度の差を小さくすることが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は表示装置に係り、白表示から黒表示までの広い輝度範囲にわたって、色度の変化が少ない高画質の画像を実現できる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。

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、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された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。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

カラー画像は画素毎に赤、緑、青等の異なるカラーフィルタを対応させ、各色に対応する画素を透過する光をコントロールすることによって形成する。液晶層を通過する光は、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さ、つまり、ＴＦＴ基板と対向基板のギャップｄの積Δｎ・ｄと、液晶層に印加される電圧によって制御される。

ところで、Δｎ・ｄの最適値は、光の波長、すなわち、色毎に異なる。つまり、各色について、全て同じΔｎ・ｄとすると、各色毎に液晶の透過率特性が異なるために、白表示における色度と黒表示における色度が異なることになる。したがって、色毎に同じ電圧印加条件によって同様な透過率を実現しようとすると、各色毎にＴＦＴ基板と対向基板のギャップｄを変化させるか、各色毎に、液晶分子の回転あるいはツイスト角を変化させる必要がある。

「特許文献１」には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶表示装置において、各色毎に、液晶の初期ツイスト角度を変化させることによって、白表示と黒表示において色度の変化が少ない液晶表示装置の構成が記載してある。

特開平０８−３０４７５７号公報

液晶表示装置において、正確な色再現性を確保するには、各色毎にＴＦＴ基板と対向基板のギャップｄを変化させるか、各色毎に、液晶分子の回転角あるいはツイスト角を変化させる必要がある。しかし、各色毎にＴＦＴ基板と対向基板のギャップｄを変化させる構成は、対抗基板に形成されるカラーフィルタの厚さを色毎に変化させる必要があり、プロセスが煩雑になる。

一方、「特許文献１」に記載の液晶表示装置においては、各色毎に、液晶のツイスト角を最適化して白表示と黒表示における色度の変化を防止している。これを実現するために「特許文献１」においては、配向膜を２層構造とし、第１層と第２層とで、配向軸の方向を変化させることによって異なる色に対して液晶に異なるツイスト角を設定している。

しかし、「特許文献１」の技術では、配向軸を画素毎に設定するために、２層の配向膜をフォトリスグラフィによってパターニングし、各配向膜毎にラビングを２回行う必要がある。したがって、プロセスが複雑となり、製造コストが上昇する。

本発明の課題は、一層の配向膜によって、各色毎に配向軸を設定することによって、各色毎に最適な液晶の配向を行い、白表示と黒表示における色度の変化を抑制することである。

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）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第１の色を表示する第１のカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して第２の色を表示する第２のカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して第３の色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板にはＴＦＴ基板側液晶配向軸を有するＴＦＴ基板側配向膜が形成され、前記対向基板には、対向基板側液晶配向軸を有する対向基板側配向膜が形成され、前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸および前記対向基板側液晶配向軸は光配向によって設定されており、前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素のいずれかの画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素における他の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有していることを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素における他の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは同じであることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素のいずれかの画素の前記対向基板側液晶配向軸および前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３における画素の他の画素の前記対向基板側液晶配向軸および前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有していることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（４）前記特定角度は１度以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。

（５）前記液晶表示装置はＩＰＳ方式であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（６）前記液晶表示装置はＴＮ方式であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（７）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して赤色を表示するカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して緑色を表示するカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して青色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板にはＴＦＴ基板側液晶配向軸を有するＴＦＴ基板側配向膜が形成され、前記対向基板には、対向基板側液晶配向軸を有する対向基板側配向膜が形成され、前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸および前記対向基板側液晶配向軸は光配向によって設定されており、前記第１の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第２の画素または前記第３の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有していることを特徴とする液晶表示装置。

（８）前記第２の画素と前記第２の画素の、前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは同じであることを特徴とする（７）に記載の液晶表示装置。

（９）前記特定角度は１度以下であることを特徴とする（６）または（７）に記載の液晶表示装置。

（１０）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第１の色を表示する第１のカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して第２の色を表示する第２のカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して第３の色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記対向基板には前記ＴＦＴ基板の前記第１の画素に対応して第１の配向制御用突起が形成され、前記第２の画素に対応して第２の配向制御用突起が形成され、前記第３の画素に対応して第３の配向制御用突起が形成され、
前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のいずれかは、前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のうちの他の突起よりも高さが高いことを特徴とする液晶表示装置。

（１１）前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のうちの他の突起は高さが同じであることを特徴とする（１０）に記載の液晶表示装置。

（１２）前記第１のカラーフィルタは赤フィルタであり、前記第２のカラーフィルタは緑フィルタであり、前記第３のカラーフィルタは青フィルタであることを特徴とする（１０）に記載の液晶表示装置。

本発明によれば、ＩＰＳ方式あるいはＴＮ方式の液晶表示方式において、特定の色の画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸あるいは対向基板側液晶配向軸と他の色の画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸あるいは対向基板側液晶配向軸との間に特定角度を設定することによって、白表示と黒表示における色度のシフトを抑えることが出来るので、色再現性の良い液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明によれば、白表示と黒表示における色シフトを抑える構成を、ＴＦＴ基板側配向膜、対向基板側配向膜とも一層の配向膜によって実現できるので、プロセスを複雑化させることなく、色再現性のよい液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明によれば、ＶＡ方式の液晶表示装置において、特定の色の画素における配向制御用突起の高さを高くすることによって、白表示と黒表示における色度シフトを抑えることが出来、優れた色再現性を有するＶＡ方式液晶表示装置を実現することが出来る。

以下、実施例にしたがって、本発明の内容を詳細に説明する。

本実施例では、ＩＰＳ方式の液晶表示装置について、本発明を適用した例について説明する。ＩＰＳ方式は、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００に平行な電界成分によって液晶を回転させることにより液晶層３００を透過する光の量をコントロールするもので、優れた視野角特性を有している。

図１はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。

図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１はＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。

ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。

ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、ＡｌＮｄ合金をＭｏＣｒ合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。

ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。

有機パッシベーション膜１０７には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜１０７には、画素電極１１０とドレイン電極１０５が接続する部分にスルーホール１１１を形成する必要があるが、有機パッシベーション膜１０７は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜１０７自体を露光、現像して、スルーホール１１１を形成することが出来る。

有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。

対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部電極が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯを被着形成する。被着したＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極１０５と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。

図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、両端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、図２には図示しない平面状の対向電極が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。

図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。なお、画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるためのＴＦＴ基板側配向膜１１３が形成されている。図１において、ＴＦＴ基板側配向膜１１３は一層である。本発明においては、緑画素と青画素におけるＴＦＴ基板側液晶配向軸の方向と、赤画素におけるＴＦＴ基板側液晶配向軸とははわずかに異なっている場合がある。

図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。

図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間には遮光膜２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、遮光膜２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割を有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。

カラーフィルタ２０１および遮光膜２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１および遮光膜２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための対向基板側配向膜２１３が形成されている。図１において、対向基板側配向膜２１３は一層である。本発明においては、緑画素と青画素における対向基板側液晶配向軸の方向と、赤画素における対向基板側液晶配向軸とはわずかに異なっている場合がある。

図１はＩＰＳであるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。このように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。表面導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。

以上のようにして形成される構成を液晶セルと称する。このような液晶セルのＴＦＴ基板１００の下側に下偏光板１５０を貼り付け、対向基板２００の上側に上偏光板２５０を貼り付けることによって液晶表示パネルが形成される。下偏光板偏光軸あるいは上偏光板偏光軸、または、ＴＦＴ基板側配向膜１１３に形成されたＴＦＴ基板側液晶配向軸、あるいは、対向基板側配向膜２１３に形成された対抗基板側配向軸によって、ノーマリホワイトあるいはノーマリブラック等の表示モードが設定される。

本発明は、ＴＦＴ基板側液晶配向軸と対向基板側液晶配向軸を色毎に変えることによって、白表示と黒表示における色度の変化を防止するものである。図３はＩＰＳ方式において、ノーマリブラックの表示モードにおける下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸の従来構成と本発明の構成を対比して記載したものである。図３における矢印が偏光軸あるいは配向軸を表している。

図３において、下から、下偏光板１５０、ＴＦＴ基板側配向膜１１３、対向基板側配向膜２１３、上偏光板２５０の順に配置されており、バックライトからの光はこの順で通過することになる。図３において、Ｇ、Ｂで示す緑画素と青画素における、下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸は同じである。図３における（ａ）は従来例における赤画素の下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸である。従来は、赤画素における、下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸も緑画素あるいは青画素と同じであった。

この場合、従来例においては、図４に示すような問題が生じていた。図４において、横軸は光の波長λであり、縦軸は、液晶セルの透過率ＴＲである。図４は、黒表示における液晶表示パネルの透過率である。図４において、液晶の層厚ｄは４μｍであり、屈折率異方性Δｎは０．０８である。

図３の従来例では、偏光板の偏光軸、あるいは配向膜の配向軸が正確に矢印のような向きであれば、光は透過しない。しかし、実際には、配向膜における配向軸の形成誤差、偏光板の貼り付け誤差等によって図３に示す矢印の方向とは、０．１度程度の誤差が生ずる。例えば、ＴＦＴ基板側液晶配向軸と対向基板側液晶配向軸とが逆方向に０．１度ずつずれたとすると、液晶層に０．２度のツイストが生ずる。このような、配向軸のずれによる光漏れは、図４の曲線Ａで示すように、短い波長側で多く生ずる。したがって、黒表示側では青っぽい画面となる。一方、白表示側では、特定の色温度に設定しているので、白表示と黒表示とで色度が異なってしまう。これは正確な色再現性が出来ないことを意味する。

図３に戻り、本発明では、緑画素と青画素における配向膜の配向軸方向は同一とし、赤画素の配向膜の配向軸は、ＴＦＴ基板１００側と対向基板２００側とで、わずかな角度だけ、あらかじめ液晶にツイストを加えるような角度に設定しておく。図３における（Ｂ）は本発明において、ＴＦＴ基板側液晶配向軸は緑画素、青画素、赤画素とも同じ配向軸方向としておく。一方、赤画素の対向基板側液晶配向軸は、緑画素あるいは青画素の対向基板側液晶配向軸に対してθ１だけ反時計方向にずらせておく。

そうすると、Ｒ画素においては、黒表示における光漏れは、短波長側よりも長波長側で多くなる。したがって、緑画素および青画素における短波長側での光漏れを赤画素で相殺することになり、黒表示付近における色度の変化を軽減することが出来る。図４における曲線Ｂは赤画素における対向基板側液晶配向軸を緑画素および青画素における対向基板側液晶配向軸に対して０．１度ずらした場合の例である。図４は、緑画素および青画素における黒表示における光漏れは曲線Ｂであるから、赤画素の光漏れと、緑画素および青画素の光漏れとがキャンセルすることを示している。

図３における（Ｃ）は本発明において、赤画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸は緑画素および青画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸よりも時計回りにθ２ずらせておく。また、赤画素の対向基板側液晶配向軸は緑画素および青画素の対向基板側液晶配向軸よりも反時計回りにθ１ずらせておく。したがって、赤画素においては、液晶はθ１＋θ２だけツイストを受けていることになる。この場合、赤における光漏れは、より長波長側にシフトすることになり、緑画素および青画素における光漏れによる色度の変化をより補正する方向となる。

ＴＦＴ基板側液晶配向軸と対向基板側液晶配向軸の一方をずらすか、両方をずらすかは、色補正に程度によって決めればよい。しかし、θ１＋θ２の大きさが大きくなると、光もれの絶対値が大きくなり、コントラストの低下をもたらすので、θ１、あるいはθ２は１度以下に抑えるのが良い。ここで、一方の基板の配向軸のみずらす場合は、θ１またはθ２がゼロになる。

図５は、本発明の効果を示す図である。図５において、横軸はＣＩＥ表色系における色度図でのｘ座標、縦軸はｙ座標である。液晶表示装置では、白表示の色温度を特定の値になるように各色の透過率を設定する。一方、黒表示は完全に光がストップされるのが理想であるが、液晶の透過率特性、あるいは、配向膜配向軸、偏光板偏光軸の設定誤差等によって若干の光漏れが生ずる。

黒表示で漏れてくる光は、図３および図４で説明したように、青方向にシフトしている。すなわち、色度座標において、黒表示においては、白表示に比べてｘ座標およびｙ座標が小さくなる方向の光が漏れてくる。図５において、白表示の色度座標は白の菱形で示し、従来例における黒表示の色度座標を黒の菱形で示す。一方、本発明における黒表示の色度座標は黒丸で示す。

本発明では、黒表示付近において、赤画素における低波長側の透過率を抑えているので、全体の黒表示としては、青方向へのシフトが抑えられ、白表示での色度に近づいている。したがって、本発明においては、広い輝度範囲において、色度の変化を抑えることが出来、画像の再現性が改善される。

本発明の他の効果としては、黒表示における光の透過率を下げることが出来るので、画像のコントラストを上げることが出来るということである。図６にこの様子を示す。図６において、縦軸ＢＴは波長λが５７０ｎｍ付近における黒表示での透過率であり、横軸におけるＡは従来例の場合であり、Ｂは本発明の場合である。図６において、黒表示透過率は、従来例よりも本発明の方が低いことがわかる。

これは、図４に示すように、本発明においては、波長が５７０ｎｍ付近においては、赤画素における透過率が、緑画素および青画素よりも小さいからである。すなわち、従来例においては、赤画素、緑画素、青画素全て図４における曲線Ａの透過率特性を示しているが、本発明では、赤画素に対して図４における曲線Ｂの透過率特性を持たせているので、画素全体の黒表示における透過率は低下する。したがって、本発明においては、従来例よりも高いコントラストを有する画像を得ることが出来る。

本発明では、配向膜の配向軸を特定の値に設定することによって、以上のような特性を実現している。本発明においては、画素毎に配向軸の方向を制御しなければならない。以下に、本発明を実現するための、配向膜の配向軸の設定方法について説明する。

配向膜の配向軸の設定には、従来は、ラビング方法が広く用いられてきた。ラビング方法は、配向膜の表面を布状のものによって特定方向に擦ることにより、配向軸の設定を行うものである。一方、他の配向軸の設定方法として光配向による方法がある。

図７は光配向の原理を示す模式図である。配向膜は高分子材料によって形成されるが、成膜された状態では、図７（ａ）に示すように、網目状の分子構造となっている。図７（ａ）に示すような構造に対して、例えば、横方向に偏光した紫外線を照射すると、図７（ａ）における縦方向の構造が破壊される。このとき照射する偏光された紫外線のエネルギーは例えば、６Ｊ／ｃｍ^２である。このようにして形成された配向膜に対しては、液晶分子３０１は図７（ｂ）に示すように配向する。このように、配向膜の配向軸の方向は照射する紫外線の偏光方向によって制御することが出来る。

一般的に、ＩＰＳ方式においては、基板面との界面チルトが原理的に必要なく、界面チルト角が小さいほど視角特性が良い。特にチルト角を１度以下にすることにより、液晶表示装置の視角による色変化、明度変化を許容限度以下にすることが出来るため、効果的である。本発明の構成を実現するために、本実施例においては、配向膜の配向軸の設定に、光配向を用いる。

図８に本発明の構成を実現するための、光配向のプロセスのフローを示す。配向膜はＴＦＴ基板１００側、対向基板２００側の両方に形成されるが、図８のプロセスはいずれの配向膜についても適用することは可能である。図８において、基板上にまず、配向膜材料をスピナーあるいはロッドコーティング等によって塗布する。その後、塗布した配向膜を焼成し、固化する。

焼成した配向膜に対して、第１のマスクを用いて、まず、緑画素および青画素に対して特定方向に偏光した紫外線を用いて配向軸を設定する。その後、第２のマスクを用いて赤画素に対して、緑画素あるいは青画素とは、わずかに偏光軸の方向が異なるように、特定方向に偏光した紫外線を用いて配向軸の方向を設定する。

緑画素および青画素の配向軸の方向と赤画素の配向軸の方向の差は１度以下である。このような配向軸の方向の設定は、紫外線を発生する光源は固定しておき、配向膜が形成された基板を回転させることによって行われる。

以上説明したように、本発明によれば、光配向を用いることによって、一層の配向膜によって画素毎に配向軸の方向を設定することが出来る。

実施例１では、ＩＰＳ方式の液晶表示装置について本発明を適用した場合について説明した。本発明は、ＩＰＳ方式のみでなく、ＴＮ方式の液晶表示装置についても適用することが出来る。ＴＮ方式は、液晶分子をＴＦＴ基板１００に形成された画素電極１１０と、対向基板２００に形成された画素電極１１０との間に形成される電界によって制御する。

図９はＴＮ方式の液晶表示装置の断面図である。図９において、ＴＦＴ基板１００側は、有機パッシベーション膜１０７の形成までは、図１と同じである。ただし、図９においては、図中に半導体層とドレイン電極あるいはソース電極との間にｎ＋Ｓｉ層１０３１を記載している。図９において、有機パッシベーション膜１０７の上には画素電極１１０が形成され、その上にＴＦＴ基板側配向膜１１３が形成されている。液晶はＴＦＴ基板側配向膜１１３に形成されたＴＦＴ基板側液晶配向軸によって配向している。

図９の対向基板２００において、オーバーコート膜２０３までは、図１と同じ構成である。オーバーコート膜２０３に上には、平面ベタで形成された対向電極１０８がＩＴＯによって形成されている。対向電極１０８の上に対向基板側配向膜２１３が形成され、液晶は、対向基板側配向膜２１３に形成された対向基板側液晶配向軸によって配向する。ＴＮ方式においては、対抗基板の外側には表面導電膜は存在していない。対抗基板内の対向電極１０８が外部からの電界に対するシールドを兼ねるからである。

液晶層３００はホモジーニアスに配向しているが、ＴＦＴ基板１００側の画素電極１１０と対向基板２００側の対向電極１０８との間の縦電界成分によって、液晶分子が縦方向に傾くことによって、液晶層３００を透過する光が制御される。バックライトからの光は、下偏光板１５０によって特定方向に偏光され、液晶層３００によって変調をうけた後、上偏光板２５０によって再び偏光（検光）され、視認される。

ＴＮ方式においても、赤画素、緑画素、青画素における透過光のΔｎの値が異なるので、白表示と黒表示において、色度が異なるという問題は同様である。ＴＮ方式の液晶表示装置に対しても、ＴＦＴ基板側液晶配向軸と対向基板側液晶配向軸を色毎に変えることによって、白表示と黒表示における色度の変化を防止する本発明を適用することが出来る。図１０はＴＮ方式において、ノーマリブラックの表示モードにおける下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸の従来構成と本発明の構成を対比して記載したものである。

図１０において、下から、下偏光板１５０、ＴＦＴ基板側配向膜１１３、対向基板側配向膜２１３、上偏光板２５０の順に配置されており、バックライトからの光はこの順で通過することになる。ＴＮ方式においては、ＴＦＴ基板側液晶配向軸と対向基板側液晶配向軸の方向は９０度となっている。下偏光板偏光軸とＴＦＴ基板側液晶配向軸とは同じ向きであり、対向基板側液晶配向軸と上偏光板偏光軸とは同じ向きである。なお、この場合は、下偏光板１５０の偏光軸と上偏光板２５０の偏光軸が９０度となっているので、ノーマリブラックの表示モードとなる。

図１０において、Ｇ、Ｂで示す緑画素と青画素における、下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸は同じである。図１０における（ａ）は従来例における赤画素の下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸である。従来は、赤画素における、下偏光板偏光軸、ＴＦＴ基板側液晶配向軸、対向基板側液晶配向軸、上偏光板偏光軸も緑画素あるいは青画素と同じであった。

ＴＮ方式においても、従来は、図４に示すＩＰＳ方式の場合のように、配向膜の配向軸、偏光板の偏光軸等にばらつきが生ずると、黒表示側において、短波長側の光が漏れるという現象を生じていた。したがって、白表示と黒表示の色度が異なるという問題を生じていた。

図１０（ｂ）における本発明では、緑画素と青画素における配向膜の配向軸方向は同一とし、赤画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸だけθ１だけずらせておく。そうすると、液晶のツイスト角が赤画素においてのみ、９０度からθ１だけずれたことになり、赤画素における光の透過特性が、緑画素、あるいは、青画素における光の透過特性とは異なることになる。

この透過特性の差を赤画素において、黒表示における光漏れが短波長側よりも長波長側で多くなるようにθ１を選ぶことによって、緑画素および青画素における短波長側での光漏れを赤画素で相殺することが出来る。これによって、黒表示付近における色度の変化を軽減することが出来る。

図１０における（Ｃ）は本発明において、赤画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸は緑画素および青画素のＴＦＴ基板側液晶配向軸に対してθ２ずらせておく。また、赤画素の対向基板側液晶配向軸は緑画素および青画素の対向基板側液晶配向軸に対してθ１ずらせておく。これによって、赤画素における黒表示付近の短波長側での光漏れを小さくし、黒表示付近での色度の変化を軽減することが出来る。

赤画素の黒表示における短波長側での光の漏れ量を少なくすることによって全体的にコントラストが向上することはＩＰＳ方式の場合と同様である。なお、ＴＮ方式においても、赤画素の緑画素あるいは青画素に対する、ＴＦＴ基板側液晶配向軸あるいは対向基板側液晶配向軸のずらし量θ１あるいはθ２は１度以下とするのが良い。偏光軸のずらし角度を大きくしすぎるとコントラストが低下するからである。

以上のように、本発明によれば、ＴＮ方式の液晶表示装置においても、白表示と黒表示における色度の変化を軽減することができ、同時にコントラストの改善も行うことが出来る。

実施例１は本発明をＩＰＳ方式の液晶表示装置に、実施例２は本発明をＴＮ方式の液晶表示装置に適用した例である。黒表示における色度が白表示における色度からずれる問題は、ＩＰＳ方式あるいはＴＮ方式に限らず、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置についても生ずる。

画素の色毎に液晶の配向状態を制御することによって、黒表示付近での透過光のスペクトルを制御して、黒表示付近における色度を白表示付近の色度に近づけるという本発明は、ＶＡ方式においても、適用することが出来る。ただし、画素毎の透過光の制御の仕方が異なる。

ＶＡにおいては、液晶分子の初期配向は基板に対して垂直方向であり、基板間に電圧を印加することにより、液晶分子が傾くことによって液晶層３００を透過する光を制御する。電圧を印加するときに、液晶が傾く方向をあらかじめ決めておくために、対向基板２００に配向制御用突起２６０を形成しておく。

従来は、配向制御用突起２６０の形状は、赤画素、緑画素、青画素ともに同一であった。この場合、黒表示付近における光漏れは、短波長側がより多い。そうすると、色度は青方向にシフトし、白表示の時の色度と黒表示の時の色度とが異なることになる。

この問題を解決するために、本発明は、図１１に示すように、対向基板２００に形成された配向制御用突起２６０の形状を、画素毎に変化させることによって、液晶の初期配向を画素毎に変化させ、黒表示における色度を白表示における色度に近づけている。具体的には、赤画素の配向制御用突起２６０を高くすることによって、液晶の初期の配向角度を配向制御用突起２６０付近において、より傾けた状態としておく。

図１１（ａ）は緑画素および青画素における配向制御用突起２６０の形状および、初期の液晶の配向状態である。図１１（ｂ）は赤画素における配向制御用突起２６０の形状および初期の液晶の配向状態である。この状態は、黒表示の状態である。黒表示であっても光が漏れており、図１１（ａ）に示す緑画素および青画素においては、短波長の光がより多く漏れている。なお、図１１において、ＴＦＴ基板１００側のＴＦＴや画素電極１１０、対向基板２００側のカラーフィルタ２０１や対向電極１０８等は省略されている。

図１１において、図１１（ｂ）に示す赤画素のみ、配向制御用突起２６０付近における液晶分子の傾きが大きくなっている。このような配向状態とすることによって、赤画素における黒表示では、短波長側での光漏れを小さくし、光漏れを長波長側にシフトさせることが出来る。したがって、図１１の構成によれば、緑画素および青画素の黒表示における短波長側にシフトした色度を赤画素における長波長側にシフトした色度によって相殺することが出来る。

このように、本実施例によれば、ＶＡ方式においても、白表示における色度と黒表示における色度の差を小さくすることが出来、画像の色再現性を向上させることが出来る。

図１１のような構成とするためには、対向基板２００に形成された配向制御用突起２６０の高さを画素毎に変化させなければならない。図１２および図１３は、対向基板２００に形成する配向制御用突起２６０の高さを画素毎に変化させるためのプロセスの例を示すものである。図１２および図１３は、緑画素および青画素の配向制御用突起２６０の高さを同じとし、赤画素の配向制御用突起２６０の高さのみ変える構成のためのプロセスである。

図１２において、基板上に配向制御用突起２６０用の材料となる感光性樹脂をコーティングし、レベリングをおこなって均一な膜厚とする（ＣＯＡＴＩＮＧ）。感光性の樹脂はレジストを使用しなくともパターニングが出来るという特徴を有する。樹脂はネガ型の感光性の樹脂である。ネガ型の感光性の樹脂は、光が当たった所が硬化し、現像されて残る。

図１２において、まず、緑画素および青画素に対してマスクを用いて露光する（ＥＸＰＯＳＵＲＥ Ｇ、Ｂ）。その後、マスクを交換して赤画素に対してマスクを用いて露光する（ＥＸＰＯＳＵＲＥ Ｒ）。ネガ型感光性樹脂は光が当たった所が現像されて残るので、露光量が多いほど樹脂が多く残る。すなわち、配向制御用突起２６０の高さも高くなる。

図１２において、緑画素、あるいは、青画素に対する露光量よりも、赤画素に対する露光量を多くすることによって、赤画素に形成される配向制御用突起２６０の高さを大きくすることが出来る。その後、基板を焼成することによって、各画素に形成された配向制御用突起２６０を硬化する（ＢＡＫＩＮＧ）。

図１３は図１１の構成を形成するための他のプロセスを示す。図１３において、基板上に配向制御用突起２６０用の材料となる感光性樹脂をコーティングし、レベリングをおこなって均一な膜厚とすることは図１２と同様である（ＣＯＡＴＩＮＧ）。この場合の感光性樹脂もネガ型である。図１２と異なるところは、赤画素、緑画素、青画素全てについて、マスクを用いて同時に露光することである（ＥＸＰＯＳＵＲＥ Ｒ、Ｇ、Ｂ）。

赤画素と、緑画素あるいは青画素との配向制御用突起２６０の高さに差を持たせるために、ハーフトーン露光の技術を用いる。すなわち、感光性の樹脂はネガ型であるから、赤画素の配向制御用突起２６０を緑画素あるいは青画素の配向制御用突起２６０よりも高くするためには、赤画素における露光量を緑画素あるいは青画素におけるより多くする必要がある。あるいは、緑画素あるいは青画素における露光量を赤画素における露光量よりも小さくする必要がある。

図１３においては、緑画素あるいは青画素におけるマスクの透過率を小さくすることによって、緑画素あるいは青画素における露光量を赤画素における露光量よりも小さくしている。マスクの透過率を小さくする方法としては、マスクに細いストライプ上のパターンを周期的に形成する等種々の手法がある。このようにして、配向制御用突起２６０が形成された基板を焼成することによって配向制御用突起２６０を硬化させる。

図１３のプロセスの利点は、一回の露光によって、異なる高さの配向制御用突起２６０を形成出来る点である。したがって、プロセスが短縮できるとともに、マスク合わせに伴う合わせ誤差等も発生しない。

図１２および図１３においては、ネガ型の感光性樹脂を使用したが、ポジ型の感光性樹脂を使用することも出来る。以上説明したように、本実施例によれば、ＶＡ方式の液晶表示装置においても、白表示と黒表示における色度のシフトの問題を解決することが出来る。

実施例１および実施例２において、対向基板側液晶配向軸のみの配向軸を緑画素、青画素に対して赤画素で変えている例、および、対向基板側液晶配向軸とＴＦＴ基板側液晶配向軸の両方を緑画素、青画素に対して赤画素で変えている例を示したが、ＴＦＴ基板側液晶配向軸のみの配向軸を緑画素、青画素に対して赤画素で変えても良い。

また、実施例１〜実施例３においては、黒表示における透過スペクトルを赤画素でのみ他の色の画素に対して変化させているが、必要に応じて、他の色の画素について変化させても良い。この場合は、実施例１〜実施例３で説明した、赤画素における黒表示時の透過光のスペクトルを変える手法を用いれば良い。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。 図１の画素電極の平面図である。 実施例１における偏光軸および配向軸の向きを示す図である。 黒表示における光の透過率特性である。 白表示と黒表示における色度の差を示す図である。 本発明と従来例の黒表示における光透過率の比較である。 光配向の原理を示す模式図である。 光配向のプロセスである。 ＴＮ方式の液晶表示装置の断面図である。 実施例２における偏光軸および配向軸の向きを示す図である。 本発明を適用したＶＡ方式の液晶表示装置の断面図である。 ＶＡ方式における本発明の第１のプロセス例である。 ＶＡ方式における本発明の第２のプロセス例である。

符号の説明

１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…ＴＦＴ基板側配向膜、 １５０…下偏光板、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…遮光膜、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表面導電膜、 ２１３…対向基板側配向膜、 ２５０…上偏光板、 ２６０…配向制御用突起、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １１３１…ｎ＋Ｓｉ層、 ｄ…液晶層の厚さ。

Claims (12)

1. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第１の色を表示する第１のカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して第２の色を表示する第２のカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して第３の色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板にはＴＦＴ基板側液晶配向軸を有するＴＦＴ基板側配向膜が形成され、前記対向基板には、対向基板側液晶配向軸を有する対向基板側配向膜が形成され、
   前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸および前記対向基板側液晶配向軸は光配向によって設定されており、
   前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素のいずれかの画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素における他の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素における他の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは同じであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３の画素のいずれかの画素の前記対向基板側液晶配向軸および前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第１の画素、前記第２の画素、または、前記第３における画素の他の画素の前記対向基板側液晶配向軸および前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有し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。
4. 前記特定角度は１度以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶表示装置はＩＰＳ方式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。
6. 前記液晶表示装置はＴＮ方式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。
7. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して赤色を表示するカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して緑色を表示するカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して青色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板にはＴＦＴ基板側液晶配向軸を有するＴＦＴ基板側配向膜が形成され、前記対向基板には、対向基板側液晶配向軸を有する対向基板側配向膜が形成され、
   前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸および前記対向基板側液晶配向軸は光配向によって設定されており、
   前記第１の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは、前記第２の画素または前記第３の画素の前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きとは特定角度を有していることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記第２の画素と前記第２の画素の、前記対向基板側液晶配向軸あるいは前記ＴＦＴ基板側液晶配向軸の向きは同じ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。
9. 前記特定角度は１度以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液晶表示装置。
10. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板には、ＴＦＴおよび画素電極を有する第１の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第２の画素と、ＴＦＴおよび画素電極を有する第３の画素が形成され、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第１の色を表示する第１のカラーフィルタと、前記第２の画素に対応して第２の色を表示する第２のカラーフィルタと、前記第３の画素に対応して第３の色を表示する第３のカラーフィルタが形成され、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持され、前記対向基板には前記ＴＦＴ基板の前記第１の画素に対応して第１の配向制御用突起が形成され、前記第２の画素に対応して第２の配向制御用突起が形成され、前記第３の画素に対応して第３の配向制御用突起が形成され、
    前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のいずれかは、前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のうちの他の突起よりも高さが高いことを特徴とする液晶表示装置。
11. 前記第１の配向制御用突起、第２の配向制御用突起、第３の配向制御用突起のうちの他の突起は高さが同じであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記第１のカラーフィルタは赤フィルタであり、前記第２のカラーフィルタは緑フィルタであり、前記第３のカラーフィルタは青フィルタであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。

Images