JP3893533B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶の複屈折を利用して情報を表示する液晶表示装置に係り、特に、ノーマリクローズ型液晶表示装置における青かぶり(blue fog)を低減する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶の複屈折を利用した液晶表示装置としては、スーパーツイステッドネマティック(ＳＴＮ：Super Twisted Nematic)表示方式に代表される液晶表示装置と、横電界方式液晶表示装置とが知られている。ＳＴＮ方式液晶表示装置では、液晶を駆動する電極として透明電極を用い、液晶に印加する電界の方向を基板面にほぼ垂直な方向にして液晶を駆動する。横電界方式液晶表示装置では、液晶に印加する電界の方向を基板面とほぼ平行な方向にして液晶を駆動する。
【０００３】
特開平８−０１５６９７号公報は、液晶表示素子と、液晶表示素子を照射するバックライトとを備え、バックライトが、蛍光管と、蛍光管からの照明光を液晶表示素子に均一に照射するライトガイドとを有するＳＴＮ方式液晶表示装置において、蛍光管とライトガイドとの間に、蛍光管の照明光の色調を調整する色調調整部材を設けた液晶表示装置を開示している。
【０００４】
特開２０００−２０６５４４号公報は、電極として櫛歯電極対を用いたアクティブマトリクス型の横電界方式液晶表示装置について、液晶セルの注入口を封止するために用いる液状の硬化性樹脂による液晶の汚染を防止し、表示むらを抑制する方法を開示している。
【０００５】
特開２０００−１９５４３号公報は、電極形成プロセスにおいて生ずる電極寸法のばらつきに起因する表示むらを抑制する方法を開示している。
【０００６】
特開平１０−１７０９２３号公報は、液晶／配向膜界面における液晶分子と配向膜表面とのねじれ結合を弱いねじれ結合とし、基板間ギャップのばらつきに伴う表示むらを低減する方法を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、透明電極を用いたＳＴＮ方式液晶表示装置および櫛歯電極対を用いたアクティブマトリクス型の横電界方式液晶表示装置に関する上記従来技術には、液晶表示パネル自身の色むら、特に、青みがかった色調になる青かぶり(blue fog)を低減する配慮が無い。
【０００８】
液晶の複屈折を利用するノーマリクローズ型液晶表示装置において、青かぶりが生じる原因を説明する。液晶の複屈折を利用する液晶表示装置において、光源側の偏光子を透過した入射偏光は、液晶分子の配向に平行な偏光面を持つ光(異常光)と垂直な偏光面を持つ光(常光)とに分解される。分解された光は、液晶中の伝搬速度が異なるので、外側の偏光子を通過する際に互いに干渉する。
【０００９】
干渉条件は、液晶の屈折率異方性と光路長(液晶層の厚み)との積すなわちリタデーションΔｎ・ｄによって決まる。この干渉条件は、下記数式１または数式２で表現される。
【００１０】
横電界方式液晶表示装置の場合、光透過率は、一般に、数式１で表される。ここで、Ｔ０ は主として液晶表示パネルに使用される偏光板の光透過率で決まる係数であり、θは液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸とのなす角度であり、ｄeff は液晶層の厚さであり、Δｎは液晶の屈折率異方性であり、λは光の波長である。
【００１１】
【数１】
なお、液晶層の厚さｄeff は、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加された時に実際に配向方向を変える液晶層の厚さだけを意味している。なぜなら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面とのアンカリングの影響により、電圧が印加されても、配向方向を変えないからである。
【００１２】
したがって、２枚の基板間に挟まれた液晶層全体の厚さをｄLCとすると、厚さｄLCと厚さｄeffとの間には、常にｄeff＜ｄLCの関係があり、その差＝ｄLC−ｄeffは、一般に、ほぼ２０〜４０ｎｍと見積もられる。
【００１３】
ただし、液晶と配向膜とのねじれ結合を非常に弱くするような構造を採用した場合、または、前記結合を非常に強くする構造を採用した場合は、このようにはならない。
【００１４】
液晶層の実効的な厚さｄeffは、印加電圧に応じて変化する。すなわち、液晶分子が印加電圧と平行な方向に沿うように動き始めるしきい値電圧近傍では、液晶分子が動く液晶層の実効的厚みｄeffが薄い。印加電圧が高くなるに伴って、液晶層の実効的厚みｄeffは増大し、液晶層全体の厚さｄLCから数十ｎｍ小さい値で平衡に達する。
【００１５】
液晶層の実効的厚みｄeffが薄い、すなわち印加電圧が低い場合、数式１で表される光透過率特性は、リタデーションｄ・Δｎが小さい場合に近い特性となる。換言すれば、現実には、液晶層にねじれ成分が加味されるので、可視波長領域全域に亘って厳密に等しい分光特性とはならないが、極大値をとる波長が、リタデーションが小さい場合の波長と等しくなるという意味である。
【００１６】
ＳＴＮ方式液晶表示装置の場合、光透過率は一般に、数式２で表される。ここで、φは液晶層のツイスト角、β，γは偏光子の方位角である。
【００１７】
【数２】
なお、数式２では、電圧印加時の液晶配向状態と、ＳＴＮ−ＬＣＤに一般的に用いられている一軸異方性の複屈折媒体とが、考慮されていない。しかし、光透過率がリタデーションｄeff・Δｎにより支配されることは、明らかである。
【００１８】
ＳＴＮ方式液晶表示装置の場合は、印加電圧が高くなるとともに、液晶分子が基板に対して立ち上がってくる。このことは、液晶層の見かけのΔｎを変化させるから、印加電圧とともにリタデーションが変化する。ＳＴＮ方式液晶表示装置は、この現象を利用した表示方式である。
【００１９】
数式１および数式２で表される光透過率特性は、ある波長で光透過率の極大値を持つ山形のスペクトルとなる。この光透過率極大の波長が、印加電圧によって制御される明るさに応じて、短波長側にシフトする。すなわち、しきい値電圧近傍の低透過光においては、短波長領域の透過光のみのスペクトルを有することになり、青っぽい透過光となる。この現象を実際の液晶表示パネルの分光特性で説明する。
【００２０】
図１８は、ＳＴＮ方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。ただし、液晶表示パネル本来の分光特性を示すために、カラーフィルタの影響を取り除いてある。しきい値近傍の低輝度領域では、４２０ｎｍに分光透過率の極大ピークがあり、輝度が増加するに伴って、分光透過率の極大ピーク波長が５２０ｎｍにシフトしていく。この分光透過率の極大ピーク波長のシフトが、低輝度領域の青かぶりの原因となっている。
【００２１】
一方、液晶表示装置においては、液晶表示パネル面内のしきい値のばらつきを完全に抑えることが、極めて困難である。このばらつきが極端であれば、輝度むらとなり、表示不良と判定される。また、表示不良の状態までは至らなくても、若干の局所的な輝度むらが視認されることが多い。
【００２２】
図１９は、表示画面の輝度と人間の明るさ感との関係を説明する図である。すなわち、感覚の大きさＥは刺激の強さＩの対数に比例する量として表されるというウェバー−フェヒナーの法則(Weber−Fechner's law）
Ｅ＝ｋ・log[Ｉ／Ｉo]
を示す図である。
【００２３】
この法則によれば、人間の目の感覚は、高輝度領域よりも低輝度領域の方が、わずかな輝度差を認識する。したがって、液晶表示パネルの低輝度領域は、青の透過光が相対的に多くなるから、複屈折を利用した液晶表示装置においては、低輝度領域の青かぶりが目立つことになる。
【００２４】
すなわち、輝度の変化幅が同じでも、低輝度領域の場合と高輝度領域の場合とでは、低輝度領域の方が、人間の目は明るさが変わったと認識する特性を持っている。明るさが大きく変わったと認識する低輝度領域で、表示が青みがかっていると、青かぶりとして視認することになる。また、面内のしきい値のばらつきで、局所的な青かぶりがあると、認識しやすい。
【００２５】
本発明の目的は、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示装置における低輝度領域の青かぶりや面内のしきい値のばらつきに起因する青かぶりを防止し、良好な画質を維持する手段を備えた液晶表示装置を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、透明な一対の基板と前記一対の基板に挟まれる液晶層と前記一対の基板の外側に配置された一対の偏光板とを有し、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に設けられた光源ユニットとを含む液晶表示装置において、可視波長領域４００から４４０ｎｍに吸収帯を有し、４４０ｎｍ以下の波長領域の光を吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２７】
本発明は、また、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、主として一方の基板に電極群およびアクティブ素子を形成され、アクティブ素子から液晶層に印加される電界が基板にほぼ平行な方向である横電界方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２８】
本発明は、さらに、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、一対の基板に透明電極群を形成され、液晶層のツイスト角が２００〜２７０度であるツイステッドネマティック(ＳＴＮ)方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２９】
本発明は、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、一対の基板に透明電極群を形成され、一方の透明基板に形成された電極層における各画素領域に、光を反射する反射電極と光を透過する透明電極とが含まれている反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００３０】
光源ユニットの光源としては、蛍光体の発光を利用する冷陰極管、狭帯域蛍光体の発光を利用する冷陰極管を採用できる。また、光源ユニットの光源としては、ライトガイドを有し、前記光源ユニットの光源が、ライトガイドの背面に並べた複数の冷陰極管であってもよい。
【００３１】
光源ユニットの光源としては、主として４４０ｎｍ以上の可視波長領域で主波長が互いに異なる少なくとも３つの単波長光源、例えばＬＥＤを採用することもできる。
【００３２】
スペクトル吸収手段は、光源ユニットの光源とライトガイドとの間に配置されたスペクトル吸収体とする。
【００３３】
ライトガイドの背面に拡散板が設けられている場合は、スペクトル吸収手段は、ライトガイドと拡散板との間に配置されたスペクトル吸収層とする。
【００３４】
スペクトル吸収手段は、ライトガイドの光路面に高分子膜を塗布しても実現できる。
【００３５】
スペクトル吸収手段を光源ユニットに形成する場合は、光源に周期的多層膜を積層するか、光源に高分子膜を塗布する。
【００３６】
スペクトル吸収手段は、４００から４４０ｎｍの可視領域までスペクトル吸収帯を延長させた紫外線吸収剤を添加した樹脂層を偏光板の支持体として備えてもよい。すなわち、偏光板の支持体として一般に用いられているトリアセチルカーボネイト樹脂層に可視領域までスペクトル吸収帯を延長させるように官能基、または共役系の長さを調整した紫外線吸収剤を添加する。
【００３７】
４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する高分子膜を基板の表面に塗布する。４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線カットフィルタを液晶表示パネルの少なくとも一方の面に備える。
【００３８】
液晶表示パネルが備えているカラーフィルタカラーフィルタの青の光を透過させる部位に４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する紫外線吸収剤を添加しても、上記目的を達成できる。紫外線吸収剤は、カラーフィルタ層全体に添加してもよいし、短波長を透過させる青のフィルタ層に添加してもよいし、カラーフィルタ層のオーバーコート層に添加してもよい。
【００３９】
複屈折を利用したノーマリークローズ型横電界液晶表示パネルにおいて、しきい値電圧近傍の分光透過率は、短波長領域、特に４２０〜４４０ｎｍの領域が増大している。
【００４０】
このために、輝度が低い階調での透過光は青みを帯びた色となり、輝度むらよりもむしろ青かぶりと視認される。
【００４１】
本発明の液晶表示装置によれば、この領域の透過光を用いないで表示することが可能となるので、低輝度領域の青みがかった色調不良を抑制できる。
【００４２】
４４０ｎｍ以下の発光スペクトルを低減する部材は、酸化ジルコニウムやふっ化マグネシウムなどの屈折率の異なる薄膜を積層した周期的多層膜による帯域フィルタ、４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線カットフィルタ、４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線硬化樹脂による薄膜などが好ましい。
【００４３】
これらの部材を、光源とライトガイドとの間に、または、バックライトユニット内のライトガイド表面に、または、光源とライトガイドとの間に備える。
【００４４】
スペクトル吸収帯を延長した紫外線硬化樹脂をライトガイド表面または拡散板表面にスピンナなどを用いて塗布する。
【００４５】
拡散フィルムの粘着層に４４０ｎｍ以下の光を吸収する例えばスペクトル吸収帯を可視領域まで延長するように官能基または共役系の長さを調整した紫外線吸収剤を混入してもよい。
【００４６】
これらの部材は独立に用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。組み合わせることで、４４０ｎｍ以下の光を一層低減する効果が期待できる。
【００４７】
以上の手段は、液晶の一方に光源を有する透過型液晶表示装置の構成であるが、一部が反射型の液晶表示装置の場合にも、透過型で表示することがある液晶表示装置である限りにおいて、問題なく適用できる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１９を参照して、本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００４９】
【実施形態１】
図１は、本発明による横電界方式液晶表示装置の断面構造の一例を示す模式図である。
【００５０】
実施形態１の液晶表示パネルの背面に設けられる光源ユニットは、光源１と、ライトカバー２と、ライトガイド３と、拡散板４と、反射板５とからなる。図示していないが、ライトガイド３と拡散板４との間の空気層による光の損失を防ぐために、粘着層が形成されている。拡散板４と後述の偏光板１２との間に集光シートを設けてもよい。
【００５１】
実施形態１では、光源ユニットの光源１とライトガイド３との間に、スペクトル吸収体４０を配置した。スペクトル吸収体４０は、可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収する周期的多層膜を備えた帯域フィルタである。
【００５２】
実施形態１では、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示パネルとして、液晶層に印加される電界が基板に対してほぼ平行となる横電界方式液晶表示パネルを採用した。液晶表示パネルにおいては、透明な一対の基板１３，１４の間に複数の化合物を組成化した液晶層１０が挟まれている。一対の基板１３，１４の外側には、偏光板１１，１２が配置されている。
【００５３】
一方の基板１４のセル内側の面上には、ストライプ状の電極２２，２３が形成され、更にその上に配向膜１５が形成されている。電極２２は、画像信号によらない所定波形の電圧を印加する共通電極であり、電極２３は、画像信号に応じて波形が変わる電圧を印加する画素電極である。画素電極２３と同じ高さに映像信号電極２４が配置されている。絶縁膜２１は、窒化シリコン膜からなる。これらの電極や絶縁膜などは、通常用いられている方法で形成すればよい。
【００５４】
対向する他方の基板１３には、カラー表示のためのカラーフィルタ１６が形成されている。なお、実施形態１では、電極２２，２３，２４が形成されている基板１４とは対向する基板１３にカラーフィルタを形成した。別の形成方式として、電極２２，２３，２４と同じ側の基板１４上にカラーフィルタ１６を形成してもよい。
【００５５】
配向膜１５は、ポリアミック酸の濃度３％の溶液を塗布し、２００℃，３０分間焼成しイミド化して得られるポリイミド膜をラビング処理した。実施形態１ではポリイミド化およびラビング処理により液晶の配向を制御している。別の制御方法として、偏光紫外線を照射し液晶を配向させる機能を有する配向膜を形成してもよい。
【００５６】
図２は、電界方向に対する液晶分子長軸の配向方向と偏光板の偏光透過軸とが、おのおのなす角を示す図である。実施形態１の横電界方式液晶表示装置において、電界方向は、図２の９３で示す方向であり、電界が印加された時の液晶分子長軸方向は、図２の９２で示す方向である。得られた配向状態における液晶分子長軸方向は、図２の９１で定義される角度ΦLCが７５度の方向である。複屈折を利用したノーマリクローズ型とするために、偏光板１１と偏光板１２とは直交させ、一方の偏光板の透過軸を初期配向方向９１に直交させる。その結果として観測される透過光強度は、数式１により定まる。
【００５７】
液晶組成物１０は、誘電率異方性が正のネマティック液晶であり、誘電率異方性は１０.２、屈折率異方性Δｎは０.０７３である。
【００５８】
図３は、図１の実施形態１における液晶分子のスイッチング原理を説明する図である。(ａ)(ｃ)が初期配向状態の電圧無印加状態を示し、(ｂ)(ｄ)が電圧印加時の電界方向および液晶の配向状態を示す。電圧を印可すると、上記数式１の液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸とのなす角度θが電界強度Ｅに応じて変化し、その結果として、光透過率が変化する。
【００５９】
図４は、実施形態１における単位画素の電極群，絶縁膜，配向膜の配置位置を示す図である。図４(ａ)は、パネル面に垂直な方向から見た正面図であり、図４(ｂ)，(ｃ)は断面を示す側面図である。
【００６０】
基板１４のセル内側の面上には、ストライプ状の電極２２，２３が形成され、画素電極２３と同じ高さに映像信号電極２４が配置されている。映像信号電極２４と直交する方向に、走査電極(ゲート配線電極)２５が形成されている。更にその上に、配向膜１５が形成されている。アモルファスシリコン１０１を含む領域に、ＴＦＴ素子１０２が配置されている。
【００６１】
図５は、実施形態１の液晶表示装置における回路構成の一例を示すブロック図である。実施形態１の液晶表示装置は、共通電極駆動用回路１０３と、垂直走査信号回路１０４と、映像信号回路１０５と、電源回路および制御回路１０６とを備えている。本発明は、この回路構成には限定されない。
【００６２】
図６は、実施形態１に採用した狭帯域発光型冷極管の発光スペクトルの一例を示す図である。狭帯域発光型冷極管は、いわゆる三波長型蛍光管のスペクトル特性を示す。このように蛍光体の発光を利用した冷陰極管を光源として採用する場合は、４３５ｎｍに鋭い発光ピークがあることに留意しなければならない。この発光ピークは、蛍光体に由来するのではなく、蛍光体を発光させるための水銀に由来する。
【００６３】
したがって、本発明の目的である低輝度領域における青かぶりを抑制するには、この発光ピークを吸収する手段が必要となる。実施形態１では、冷陰極管１とライトガイド３との間に、周期的多層膜による帯域フィルタ４０を設けた。周期的多層膜は、ふっ化マグネシウム，酸化珪素などの低屈折率誘電体と酸化ジルコニウム，酸化チタンなどの高屈折率誘電体とを積層した基本層を、真空蒸着法により、周期的に６層から２０層積層して形成する。
【００６４】
図７は、４４０ｎｍ以下の波長を吸収する帯域フィルタ４０の特性を示す図である。基本層構成および膜厚は、４４０ｎｍ以下の波長を吸収するように決定される。この帯域フィルタ４０を備えた図１の液晶表示装置は、低輝度領域において、表示が青みがかってしまう青かぶりを低減できる。
【００６５】
図８は、実施形態１の効果を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。図８の点Ａ（ｘ０,ｙ０）は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度を示し、点Ｂ（ｘ１,ｙ１）点は、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度を示す。
【００６６】
また、点Ａ′（ｘ０′,ｙ０′）は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の明表示の色度を示し、点Ｂ′（ｘ１′,ｙ１′）は、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の明表示の色度を示す。
【００６７】
図８において、ｘ,ｙの値が小さい領域（左下の領域）は、青の色調を有する表示であることを意味する。無彩色は、図８に×で示したＣ光源（日中の太陽光を模擬した光源）の色度座標（０.３１０,０.３１６）であり、それ以上にｘ,ｙが大きい領域（右上の領域）は、黄色みがかった色調を有する表示であることを意味する。
【００６８】
点Ａが示す従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置は、非常に青が強い色調を有している。
【００６９】
これに対し、点Ｂが示す実施形態１の横電界方式液晶表示装置は、ｘ座標軸で０.０２、ｙ座標軸で０.０３の改善効果を持っており、画面を目視すると、その効果は顕著である。
【００７０】
また、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の明表示を示す点Ａ′と、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の明表示を示す点Ｂ′とを比較すると、明表示に関しては、色度にほとんど差がなく、Ｃ光源座標近傍にある。したがって、実施形態１の効果は、低輝度時における青かぶりのみを改善し、明表示には影響を及ぼさない。
【００７１】
図９は、実施形態１の横電界方式液晶表示装置の機構的構成を示す斜視図である。インバータ回路基板６４を伴った下側ケース６３内の上下両端に光源１が配置されている。下側ケース６３内には、反射板５，ライトガイド３，拡散板４，液晶表示パネル７０が、順次収納され、液晶表示窓を有するシールドケース６１により、上面を保護される。
【００７２】
実施形態１の液晶表示装置においては、低輝度領域の青かぶりが軽減される。
【００７３】
この効果は、周期的多層膜で吸収させる波長領域を４４０ｎｍ以下とすることにより達成される。ノーマリクローズ型横電界方式液晶パネルの分光特性は、低輝度時には、波長４００から４４０ｎｍの領域における透過率が高く、高輝度時には低くなる。
【００７４】
この領域の透過光は、視感度特性上は輝度に対する寄与が少ないため、低輝度時に透過光があっても、輝度という面ではあまり影響しない。しかし、色調に関しては、青みがかった色調としてしまう特徴がある。すなわち、液晶パネル自身の特性として、低輝度時には、この波長領域の透過光の影響により青みがかった色調を示し、一方、高輝度時には、この波長領域の透過光はほとんど寄与していない。
【００７５】
図１０を用いて、この現象を説明する。図１０は、横電界方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。図１０の太い実線８１は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示パネルの低輝度(暗表示)時の分光特性を極大値の値で規格化した特性を示し、細い実線８２は、高輝度（明表示）時の分光特性を極大値で規格化した特性を示す。低輝度時には、この領域のみが透過率が高く、高輝度時には相対的に低くなっている。
【００７６】
したがって、実施形態１による横電界方式液晶表示装置においては、低輝度時に青かぶりを改善し、高輝度時の色度を変化させない効果が得られる。
【００７７】
もし、４４０ｎｍ以上の波長領域まで吸収する部材を用いれば、明表示においても、青の透過光を低減することになり、明表示の色を黄色く着色させてしまう。 また、もし、吸収波長帯が４４０ｎｍに満たなければ、低輝度時の青かぶり改善効果が不十分となる。
【００７８】
すなわち、４４０ｎｍまでの低輝度時にのみ増大する透過光を吸収する部材を備えることが必須である。
【００７９】
ここで、比較例Ｉとして、冷陰極管１とライトガイド３との間に設ける周期的多層膜による帯域フィルタをその吸収する波長が４３０ｎｍまでとなるように設計されたフィルタに置き換えた場合の表示特性を検討する。帯域フィルタ以外の構成は、実施形態１と同じである。
【００８０】
図１１は、比較例Ｉの表示特性を比較するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【００８１】
図１１上に点Ｈａで示した比較例Ｉの暗表示の色度は、点Ａで示した従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度とほとんど変わりなく、画面を目視しても、その効果はほとんど見られない。すなわち、比較例Ｉでは、青かぶりの改善効果が十分でない。また、当然のことであるが、明表示についても、点Ｈｂで示した比較例Ｉの色度と点Ａ′で示した従来例の色度とはほぼ同じである。
【００８２】
次に、比較例IIとして、冷陰極管１とライトガイド３との間に設ける周期的多層膜による帯域フィルタをその吸収する波長が４５０ｎｍまでとなるように設計されたフィルタに置き換えた場合の表示特性を検討する。帯域フィルタ以外の構成は、実施形態１と同じである。
【００８３】
図１２は、比較例IIの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【００８４】
図１２上に点Ｈｃで示した比較例IIの暗表示の色度は、点Ａで示した従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度と比べて、青かぶりの改善効果が著しいことがわかる。
【００８５】
しかし、点Ｈｄで示した比較例IIの明表示の色度は、点Ａ′で示した従来例の色度よりも右側に大きくシフトし、画面を目視すると、黄色く色づいてしまう。すなわち、帯域フィルタにより４４０ｎｍよりも長波長領域まで吸収させてしまうと、明表示が黄色く色づいてしまうという問題が発生する。
【００８６】
【実施形態２】
図１３は、本発明によるノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の断面構造を示す模式図である。実施形態２の透明な基板１３は、透明なＹ電極３２を備え、透明な基板１４は、透明なＸ電極３１と、カラーフィルタ１６と、ブラックマトリクス１７と、平坦化膜１８とを備えている。一対となっている透明な基板１３および１４は、それぞれにポリイミド系高分子をラビング処理した配向膜１５を備え、液晶層１０を挟んでいる。Ｘ電極３１およびＹ電極３２は、図示していない駆動回路にそれぞれ接続されている。
【００８７】
透明な基板１３の外側には、位相板３３と偏光板１１とが配置され、透明な基板１４の外側には、位相板３４と偏光板１２とが配置されている。位相板３３，３４は、ポリカーボネイトからなる。なお、位相板３４は、位相板３３と偏光板１１との間、または、位相板３３と基板１３との間に配置されていてもよい。
【００８８】
液晶層１０は、誘電率異方性が正で、Δｎが０.１４４であるネマティック液晶組成物に、ツイスト角が２４０度となるように、メルク社製Ｓ８１１などのカイラル剤を添加されている。液晶層１０の厚さは、６.２μｍである。
【００８９】
下側偏光板１２の偏光軸の方位角を１０度，上側偏光板１１の偏光軸の方位角を８０度，下側位相板３４の遅相軸の方位角を１１０度，上側位相板３３の遅相軸の方位角を７０度，位相板３３，３４のリタデーションをともに４００ｎｍに設定した。
【００９０】
なお、ツイスト角が２４０度となるようにラビング処理した上下配向膜１５のラビング角度が、液晶表示パネルの長手方向に対して±３０度となるように、方位角を定義してある。
【００９１】
実施形態２の光源ユニットは、実施形態１と同様、光源１と、ライトカバー２と、ライトガイド３と、拡散板４と、反射板５とからなる。光源１は、三波長型蛍光管である。光源１とライトガイド３の間に、屈折率の異なる２種の誘電体を積層した薄膜を周期的多層膜とした帯域フィルタ４０を設置した。
【００９２】
図１４は、実施形態２の効果を説明するために、ＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。軌跡８４は、従来のノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の色度変化を示し、軌跡８３は、周期的多層膜を備えた実施形態２のＳＴＮ方式液晶表示装置の色度変化を示す。
【００９３】
実施形態２の液晶表示装置においても、低輝度領域の青かぶりが軽減される。
【００９４】
【実施形態３】
図１５は、本発明による反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態３の断面構造を示す模式図である。実施形態３では、反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルを用いる。基板１４上には、それぞれの１画素領域中に、ＩＴＯなどの透明電極３１からなる透過型領域とアルミニウムなどの反射電極膜５１からなる反射型領域とが形成されている。
【００９５】
このような電極基板を制作するには、まず、透明なガラス基板１４にＩＴＯなどの透明電極膜をスパッタリング法などにより積層し、この透明電極膜をパターン化し、図１５に示す透明電極３１を形成する。次に、アルミニウムなどからなる反射電極膜を積層し、この反射電極膜をパターン化し、反射電極５２を形成する。
【００９６】
なお、図１５で図示を省略したカラーフィルタは、一方の基板上に通常の方法で形成すればよい。
【００９７】
このような実施形態３の液晶表示パネルを、上記実施形態１および２と同様の光源ユニットに組み合わせて、ＳＴＮ方式液晶表示装置を構成する。
【００９８】
その結果、透過型表示部の特性は、実施形態２と同等の青かぶり抑制効果が得られた。
【００９９】
反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルは、他の方法でも構成できる。透明電極および反射電極の形成方法などの違いにより、透明電極上に反射電極部を形成する構造を採用できる。また、実施形態３では、１画素が同一信号で駆動されるように、透明電極と反射電極とを電気的に接続してあるが、透明電極と反射電極とを電気的に独立とし、透過部，反射部を独立に駆動する構造を採用してもよい。
【０１００】
低輝度領域の青かぶり抑制という本発明の目的は、反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルのこれらセル構造の違いによっては、限定されない。
【０１０１】
【実施形態４】
図１６は、本発明による液晶表示装置の実施形態４の断面構造を示す模式図である。実施形態４は、光源ユニットの構造が、上記実施形態１〜３と異なる。実施形態４においては、周期的多層膜からなるスペクトル吸収層４１をライトガイド３と拡散板４との間に設けている。
【０１０２】
実施形態４の光源ユニットと実施形態１で作成した横電界方式液晶表示パネルとを使用して、液晶表示装置を構成すると、実施形態１と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１０３】
図１６は、光源１をライトガイド３の端部に設置した状態を示している。実施形態４の光源１は、この位置に限定されない。すなわち、ライトガイド３の直下に複数の蛍光管１を配列するバックライト光源ユニットとした場合も、実施形態４のスペクトル吸収層４１は有効である。
【０１０４】
【実施形態５】
実施形態５は、光源ユニットの構造が、図１６に示した実施形態４と似ている。可視領域４００〜４４０ｎｍを吸収する手段として、シアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を用いた。このアクリル系高分子膜は、紫外線硬化樹脂の一種である。
【０１０５】
実施形態５の構造の利点は、シアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリルを、大画面用のライトガイド３の表面に、スピンナにより、モノマの状態で容易に均一に塗布し、重合できることである。
【０１０６】
ただし、シアノアクリレート系吸収剤のように有機化合物の吸収を利用する場合は、４００〜４４０ｎｍの波長帯の吸収係数が、実施形態１〜４で用いた周期的多層膜には及ばない。しかし、青かぶりをある程度低減する方法として有効である。
【０１０７】
なお、使用可能な有機化合物，高分子膜は、実施形態５に示した物質には限定されない。高分子膜は、ほぼ透明で、スピンナ，印刷，ロールコータなどの手段によりライトガイド３の表面に容易に膜を形成できるものであればよい。添加物は、４００〜４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有するものならば使用できる。
【０１０８】
実施形態５の光源ユニットと、実施形態２で作成したノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルとを使用して液晶表示装置を構成すると、実施形態２と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１０９】
【実施形態６】
実施形態６では、実施形態５で用いたシアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を光源１すなわち三波長型蛍光管表面に直接ディップ塗布した後、重合させた。
【０１１０】
実施形態６の光源ユニットと、実施形態２で作成したノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルとを使用して液晶表示装置を構成すると、実施形態５と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１１１】
なお、光源１すなわち三波長型蛍光管やＬＥＤの表面に、屈折率の異なる薄膜を積層した周期的多層膜を形成しても、同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１１２】
【実施形態７】
実施形態７では、光スペクトルの半値幅が極めて狭いいわゆる単波長光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤを用い、実施形態３と同様の反射型・透過型兼用の液晶表示装置を構成した。
【０１１３】
図１７は、実施形態７で用いるＲ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤ光源の発光特性を示す図である。青の発光として４５０〜４８０ｎｍ、緑の発光として５２０〜５７０ｎｍ、赤の発光として６００〜６６０ｎｍの波長領域に発光を有するＬＥＤ光源を用いると、所望の発光スペクトルを有する光を液晶表示パネルに入射できる。このＬＥＤ光源は、４３５ｎｍの水銀に由来する発光スペクトルを持っていないから、低輝度領域の青かぶりを低減する効果がある。
【０１１４】
しかし、４４０ｎｍ以下の発光スペクトルがわずかにあるので、実施形態４と同様、スペクトル吸収層４１をライトガイド３と拡散板４との間に設置する。
【０１１５】
実施形態７によれば、ＬＥＤ光源が４３５ｎｍの水銀に由来する発光スペクトルを持っていない効果とスペクトル吸収層４１による４４０ｎｍ以下の発光スペクトルを吸収する効果とが相乗して、低輝度領域の青かぶりを完全に抑制できた。
【０１１６】
【実施形態８】
実施形態８では、実施形態３と同様の反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルを用い、シアノアクリレート系添加剤を拡散粘着剤に添加した。拡散粘着剤は、図１５の偏光板１２と位相板３４との間に用いる。したがって、光源ユニットの拡散板４は、実施形態８においては、不要である。光源１としては、実施形態７と同様、ＬＥＤを用いた。
【０１１７】
実施形態８においても、低輝度領域の青かぶりを十分に低減できた。
【０１１８】
【実施形態９】
実施形態９では、実施形態５で用いたシアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を実施形態２と同様のノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルの基板１３の上面に塗布した。その結果、三波長型蛍光管を用いる実施形態２の液晶表示装置において、スペクトル吸収体４０が不要となった。
【０１１９】
実施形態９においても、実施形態５と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１２０】
したがって、４００から４４０ｎｍを吸収する手段は、液晶表示パネルの前面に設置してもよいことがわかった。
【０１２１】
【実施形態１０】
実施形態１０では、カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ層に、４００から４４０ｎｍの可視領域までスペクトル吸収帯を延長させた紫外線吸収剤を添加した。紫外線吸収剤は、カラーフィルタ層全体に添加してもよいし、短波長を透過させる青のフィルタ層に添加してもよいし、カラーフィルタ層のオーバーコート層に添加してもよい。
【０１２２】
実施形態１０においても、低輝度領域の青かぶりを十分に低減できた。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明の可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収するスペクトル吸収体またはスペクトル吸収層は、複屈折を利用した液晶表示装置において、ノーマリクローズ型に特有な低輝度領域の青かぶりを抑制し、良好な表示品質を有する液晶表示装置を実現できる。本発明が有効なノーマリクローズ型液晶表示装置は、透過型表示装置に限らず、透過型・反射型兼用表示装置も含む。
【０１２４】
本発明の可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収するスペクトル吸収体またはスペクトル吸収層は、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示装置における面内のしきい値のばらつきに起因する青かぶりの低減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による横電界方式液晶表示装置の実施形態１の断面構造を示す模式図である。
【図２】電界方向に対する液晶分子長軸の配向方向と偏光板の偏光透過軸とがおのおのなす角を示す図である。
【図３】図１の実施形態１における液晶分子のスイッチング原理を説明する図である。
【図４】実施形態１における単位画素の電極群，絶縁膜，配向膜の配置位置を示す図である。
【図５】実施形態１の液晶表示装置における回路構成の一例を示すブロック図である。
【図６】実施形態１に採用した狭帯域発光型蛍光管の発光スペクトルの一例を示す図である。
【図７】４４０ｎｍ以下の波長を吸収する帯域フィルタ４０の特性を示す図である。
【図８】実施形態１の効果を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図９】実施形態１の横電界方式液晶表示装置の機構的構成を示す斜視図である。
【図１０】横電界方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。
【図１１】比較例Ｉの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１２】比較例IIの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１３】本発明によるノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態２の断面構造を示す模式図である。
【図１４】実施形態２の効果を説明するために、ＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１５】本発明による反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態３の断面構造を示す模式図である。
【図１６】本発明による液晶表示装置の実施形態４の断面構造を示す模式図である。
【図１７】実施形態７で用いるＲ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤ光源の発光特性を示す図である。
【図１８】ＳＴＮ方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。
【図１９】表示画面の輝度と人間の明るさ感との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ ライトカバー
３ ライトガイド
４ 拡散板
５ 反射板
１０ 液晶層および液晶分子
１１ 偏光板
１２ 偏光板
１３ 基板
１４ 基板
１５ 配向制御層
１６ カラーフィルタ
１７ ブラックマトリクス
１８ 平坦化層
２１ 絶縁膜
２２ 共通電極
２３ 画素電極
２４ 映像信号電極
２５ 走査電極(ゲート配線電極)
３１ 透明電極
３２ 透明電極
３３ 位相板
３４ 位相板
４０ スペクトル吸収体
４１ スペクトル吸収層
５１ 反射電極層
６１ シールドケース
６２ 液晶表示窓
６３ 下側ケース
６４ インバータ回路基板
７０ 液晶表示パネル
８１ 横電界方式液晶表示パネルの暗表示の分光特性
８２ 横電界方式液晶表示パネルの明表示の分光特性
９１ 液晶分子長軸の配向方向
９２ 偏光板透過軸方向
９３ 電界方向
１０１ アモルファスシリコン
１０２ ＴＦＴ素子
１０３ 共通電極駆動用回路
１０４ 垂直走査信号回路
１０５ 映像信号回路
１０６ 電源回路および制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶の複屈折を利用して情報を表示する液晶表示装置に係り、特に、ノーマリクローズ型液晶表示装置における青かぶり(blue fog)を低減する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶の複屈折を利用した液晶表示装置としては、スーパーツイステッドネマティック(ＳＴＮ：Super Twisted Nematic)表示方式に代表される液晶表示装置と、横電界方式液晶表示装置とが知られている。ＳＴＮ方式液晶表示装置では、液晶を駆動する電極として透明電極を用い、液晶に印加する電界の方向を基板面にほぼ垂直な方向にして液晶を駆動する。横電界方式液晶表示装置では、液晶に印加する電界の方向を基板面とほぼ平行な方向にして液晶を駆動する。
【０００３】
特開平８−０１５６９７号公報は、液晶表示素子と、液晶表示素子を照射するバックライトとを備え、バックライトが、蛍光管と、蛍光管からの照明光を液晶表示素子に均一に照射するライトガイドとを有するＳＴＮ方式液晶表示装置において、蛍光管とライトガイドとの間に、蛍光管の照明光の色調を調整する色調調整部材を設けた液晶表示装置を開示している。
【０００４】
特開２０００−２０６５４４号公報は、電極として櫛歯電極対を用いたアクティブマトリクス型の横電界方式液晶表示装置について、液晶セルの注入口を封止するために用いる液状の硬化性樹脂による液晶の汚染を防止し、表示むらを抑制する方法を開示している。
【０００５】
特開２０００−１９５４３号公報は、電極形成プロセスにおいて生ずる電極寸法のばらつきに起因する表示むらを抑制する方法を開示している。
【０００６】
特開平１０−１７０９２３号公報は、液晶／配向膜界面における液晶分子と配向膜表面とのねじれ結合を弱いねじれ結合とし、基板間ギャップのばらつきに伴う表示むらを低減する方法を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、透明電極を用いたＳＴＮ方式液晶表示装置および櫛歯電極対を用いたアクティブマトリクス型の横電界方式液晶表示装置に関する上記従来技術には、液晶表示パネル自身の色むら、特に、青みがかった色調になる青かぶり(blue fog)を低減する配慮が無い。
【０００８】
液晶の複屈折を利用するノーマリクローズ型液晶表示装置において、青かぶりが生じる原因を説明する。液晶の複屈折を利用する液晶表示装置において、光源側の偏光子を透過した入射偏光は、液晶分子の配向に平行な偏光面を持つ光(異常光)と垂直な偏光面を持つ光(常光)とに分解される。分解された光は、液晶中の伝搬速度が異なるので、外側の偏光子を通過する際に互いに干渉する。
【０００９】
干渉条件は、液晶の屈折率異方性と光路長(液晶層の厚み)との積すなわちリタデーションΔｎ・ｄによって決まる。この干渉条件は、下記数式１または数式２で表現される。
【００１０】
横電界方式液晶表示装置の場合、光透過率は、一般に、数式１で表される。ここで、Ｔ０ は主として液晶表示パネルに使用される偏光板の光透過率で決まる係数であり、θは液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸とのなす角度であり、ｄeff は液晶層の厚さであり、Δｎは液晶の屈折率異方性であり、λは光の波長である。
【００１１】
【数１】
【００１２】
したがって、２枚の基板間に挟まれた液晶層全体の厚さをｄLCとすると、厚さｄLCと厚さｄeffとの間には、常にｄeff＜ｄLCの関係があり、その差＝ｄLC−ｄeffは、一般に、ほぼ２０〜４０ｎｍと見積もられる。
【００１３】
ただし、液晶と配向膜とのねじれ結合を非常に弱くするような構造を採用した場合、または、前記結合を非常に強くする構造を採用した場合は、このようにはならない。
【００１４】
液晶層の実効的な厚さｄeffは、印加電圧に応じて変化する。すなわち、液晶分子が印加電圧と平行な方向に沿うように動き始めるしきい値電圧近傍では、液晶分子が動く液晶層の実効的厚みｄeffが薄い。印加電圧が高くなるに伴って、液晶層の実効的厚みｄeffは増大し、液晶層全体の厚さｄLCから数十ｎｍ小さい値で平衡に達する。
【００１５】
液晶層の実効的厚みｄeffが薄い、すなわち印加電圧が低い場合、数式１で表される光透過率特性は、リタデーションｄ・Δｎが小さい場合に近い特性となる。換言すれば、現実には、液晶層にねじれ成分が加味されるので、可視波長領域全域に亘って厳密に等しい分光特性とはならないが、極大値をとる波長が、リタデーションが小さい場合の波長と等しくなるという意味である。
【００１６】
ＳＴＮ方式液晶表示装置の場合、光透過率は一般に、数式２で表される。ここで、φは液晶層のツイスト角、β，γは偏光子の方位角である。
【００１７】
【数２】
【００１８】
ＳＴＮ方式液晶表示装置の場合は、印加電圧が高くなるとともに、液晶分子が基板に対して立ち上がってくる。このことは、液晶層の見かけのΔｎを変化させるから、印加電圧とともにリタデーションが変化する。ＳＴＮ方式液晶表示装置は、この現象を利用した表示方式である。
【００１９】
数式１および数式２で表される光透過率特性は、ある波長で光透過率の極大値を持つ山形のスペクトルとなる。この光透過率極大の波長が、印加電圧によって制御される明るさに応じて、短波長側にシフトする。すなわち、しきい値電圧近傍の低透過光においては、短波長領域の透過光のみのスペクトルを有することになり、青っぽい透過光となる。この現象を実際の液晶表示パネルの分光特性で説明する。
【００２０】
図１８は、ＳＴＮ方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。ただし、液晶表示パネル本来の分光特性を示すために、カラーフィルタの影響を取り除いてある。しきい値近傍の低輝度領域では、４２０ｎｍに分光透過率の極大ピークがあり、輝度が増加するに伴って、分光透過率の極大ピーク波長が５２０ｎｍにシフトしていく。この分光透過率の極大ピーク波長のシフトが、低輝度領域の青かぶりの原因となっている。
【００２１】
一方、液晶表示装置においては、液晶表示パネル面内のしきい値のばらつきを完全に抑えることが、極めて困難である。このばらつきが極端であれば、輝度むらとなり、表示不良と判定される。また、表示不良の状態までは至らなくても、若干の局所的な輝度むらが視認されることが多い。
【００２２】
図１９は、表示画面の輝度と人間の明るさ感との関係を説明する図である。すなわち、感覚の大きさＥは刺激の強さＩの対数に比例する量として表されるというウェバー−フェヒナーの法則(Weber−Fechner's law）
Ｅ＝ｋ・log[Ｉ／Ｉo]
を示す図である。
【００２３】
この法則によれば、人間の目の感覚は、高輝度領域よりも低輝度領域の方が、わずかな輝度差を認識する。したがって、液晶表示パネルの低輝度領域は、青の透過光が相対的に多くなるから、複屈折を利用した液晶表示装置においては、低輝度領域の青かぶりが目立つことになる。
【００２４】
すなわち、輝度の変化幅が同じでも、低輝度領域の場合と高輝度領域の場合とでは、低輝度領域の方が、人間の目は明るさが変わったと認識する特性を持っている。明るさが大きく変わったと認識する低輝度領域で、表示が青みがかっていると、青かぶりとして視認することになる。また、面内のしきい値のばらつきで、局所的な青かぶりがあると、認識しやすい。
【００２５】
本発明の目的は、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示装置における低輝度領域の青かぶりや面内のしきい値のばらつきに起因する青かぶりを防止し、良好な画質を維持する手段を備えた液晶表示装置を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、透明な一対の基板と前記一対の基板に挟まれる液晶層と前記一対の基板の外側に配置された一対の偏光板とを有し、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に設けられた光源ユニットとを含む液晶表示装置において、可視波長領域４００から４４０ｎｍに吸収帯を有し、４４０ｎｍ以下の波長領域の光を吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２７】
本発明は、また、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、主として一方の基板に電極群およびアクティブ素子を形成され、アクティブ素子から液晶層に印加される電界が基板にほぼ平行な方向である横電界方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２８】
本発明は、さらに、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、一対の基板に透明電極群を形成され、液晶層のツイスト角が２００〜２７０度であるツイステッドネマティック(ＳＴＮ)方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００２９】
本発明は、少なくとも一方が透明で所定間隔を隔てて重ねられた一対の基板間に液晶層を封止し各基板の外側に偏光板をそれぞれ配置したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、光源ユニットと、液晶表示パネルの下に配置され光源ユニットの発光を液晶表示パネルに均一に入射させるライトガイドとを含む液晶表示装置において、ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、一対の基板に透明電極群を形成され、一方の透明基板に形成された電極層における各画素領域に、光を反射する反射電極と光を透過する透明電極とが含まれている反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示パネルであり、光源ユニットの光源からの発光のうち可視波長領域４００から４４０ｎｍを吸収するスペクトル吸収手段を光源ユニットから液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えた液晶表示装置を提案する。
【００３０】
光源ユニットの光源としては、蛍光体の発光を利用する冷陰極管、狭帯域蛍光体の発光を利用する冷陰極管を採用できる。また、光源ユニットの光源としては、ライトガイドを有し、前記光源ユニットの光源が、ライトガイドの背面に並べた複数の冷陰極管であってもよい。
【００３１】
光源ユニットの光源としては、主として４４０ｎｍ以上の可視波長領域で主波長が互いに異なる少なくとも３つの単波長光源、例えばＬＥＤを採用することもできる。
【００３２】
スペクトル吸収手段は、光源ユニットの光源とライトガイドとの間に配置されたスペクトル吸収体とする。
【００３３】
ライトガイドの背面に拡散板が設けられている場合は、スペクトル吸収手段は、ライトガイドと拡散板との間に配置されたスペクトル吸収層とする。
【００３４】
スペクトル吸収手段は、ライトガイドの光路面に高分子膜を塗布しても実現できる。
【００３５】
スペクトル吸収手段を光源ユニットに形成する場合は、光源に周期的多層膜を積層するか、光源に高分子膜を塗布する。
【００３６】
スペクトル吸収手段は、４００から４４０ｎｍの可視領域までスペクトル吸収帯を延長させた紫外線吸収剤を添加した樹脂層を偏光板の支持体として備えてもよい。すなわち、偏光板の支持体として一般に用いられているトリアセチルカーボネイト樹脂層に可視領域までスペクトル吸収帯を延長させるように官能基、または共役系の長さを調整した紫外線吸収剤を添加する。
【００３７】
４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する高分子膜を基板の表面に塗布する。４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線カットフィルタを液晶表示パネルの少なくとも一方の面に備える。
【００３８】
液晶表示パネルが備えているカラーフィルタカラーフィルタの青の光を透過させる部位に４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する紫外線吸収剤を添加しても、上記目的を達成できる。紫外線吸収剤は、カラーフィルタ層全体に添加してもよいし、短波長を透過させる青のフィルタ層に添加してもよいし、カラーフィルタ層のオーバーコート層に添加してもよい。
【００３９】
複屈折を利用したノーマリークローズ型横電界液晶表示パネルにおいて、しきい値電圧近傍の分光透過率は、短波長領域、特に４２０〜４４０ｎｍの領域が増大している。
【００４０】
このために、輝度が低い階調での透過光は青みを帯びた色となり、輝度むらよりもむしろ青かぶりと視認される。
【００４１】
本発明の液晶表示装置によれば、この領域の透過光を用いないで表示することが可能となるので、低輝度領域の青みがかった色調不良を抑制できる。
【００４２】
４４０ｎｍ以下の発光スペクトルを低減する部材は、酸化ジルコニウムやふっ化マグネシウムなどの屈折率の異なる薄膜を積層した周期的多層膜による帯域フィルタ、４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線カットフィルタ、４４０ｎｍ以下の光を吸収するようにスペクトル吸収帯を可視領域まで延長させる官能基または共役系の長さを調整した紫外線硬化樹脂による薄膜などが好ましい。
【００４３】
これらの部材を、光源とライトガイドとの間に、または、バックライトユニット内のライトガイド表面に、または、光源とライトガイドとの間に備える。
【００４４】
スペクトル吸収帯を延長した紫外線硬化樹脂をライトガイド表面または拡散板表面にスピンナなどを用いて塗布する。
【００４５】
拡散フィルムの粘着層に４４０ｎｍ以下の光を吸収する例えばスペクトル吸収帯を可視領域まで延長するように官能基または共役系の長さを調整した紫外線吸収剤を混入してもよい。
【００４６】
これらの部材は独立に用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。組み合わせることで、４４０ｎｍ以下の光を一層低減する効果が期待できる。
【００４７】
以上の手段は、液晶の一方に光源を有する透過型液晶表示装置の構成であるが、一部が反射型の液晶表示装置の場合にも、透過型で表示することがある液晶表示装置である限りにおいて、問題なく適用できる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１９を参照して、本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００４９】
【実施形態１】
図１は、本発明による横電界方式液晶表示装置の断面構造の一例を示す模式図である。
【００５０】
実施形態１の液晶表示パネルの背面に設けられる光源ユニットは、光源１と、ライトカバー２と、ライトガイド３と、拡散板４と、反射板５とからなる。図示していないが、ライトガイド３と拡散板４との間の空気層による光の損失を防ぐために、粘着層が形成されている。拡散板４と後述の偏光板１２との間に集光シートを設けてもよい。
【００５１】
実施形態１では、光源ユニットの光源１とライトガイド３との間に、スペクトル吸収体４０を配置した。スペクトル吸収体４０は、可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収する周期的多層膜を備えた帯域フィルタである。
【００５２】
実施形態１では、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示パネルとして、液晶層に印加される電界が基板に対してほぼ平行となる横電界方式液晶表示パネルを採用した。液晶表示パネルにおいては、透明な一対の基板１３，１４の間に複数の化合物を組成化した液晶層１０が挟まれている。一対の基板１３，１４の外側には、偏光板１１，１２が配置されている。
【００５３】
一方の基板１４のセル内側の面上には、ストライプ状の電極２２，２３が形成され、更にその上に配向膜１５が形成されている。電極２２は、画像信号によらない所定波形の電圧を印加する共通電極であり、電極２３は、画像信号に応じて波形が変わる電圧を印加する画素電極である。画素電極２３と同じ高さに映像信号電極２４が配置されている。絶縁膜２１は、窒化シリコン膜からなる。これらの電極や絶縁膜などは、通常用いられている方法で形成すればよい。
【００５４】
対向する他方の基板１３には、カラー表示のためのカラーフィルタ１６が形成されている。なお、実施形態１では、電極２２，２３，２４が形成されている基板１４とは対向する基板１３にカラーフィルタを形成した。別の形成方式として、電極２２，２３，２４と同じ側の基板１４上にカラーフィルタ１６を形成してもよい。
【００５５】
配向膜１５は、ポリアミック酸の濃度３％の溶液を塗布し、２００℃，３０分間焼成しイミド化して得られるポリイミド膜をラビング処理した。実施形態１ではポリイミド化およびラビング処理により液晶の配向を制御している。別の制御方法として、偏光紫外線を照射し液晶を配向させる機能を有する配向膜を形成してもよい。
【００５６】
図２は、電界方向に対する液晶分子長軸の配向方向と偏光板の偏光透過軸とが、おのおのなす角を示す図である。実施形態１の横電界方式液晶表示装置において、電界方向は、図２の９３で示す方向であり、電界が印加された時の液晶分子長軸方向は、図２の９２で示す方向である。得られた配向状態における液晶分子長軸方向は、図２の９１で定義される角度ΦLCが７５度の方向である。複屈折を利用したノーマリクローズ型とするために、偏光板１１と偏光板１２とは直交させ、一方の偏光板の透過軸を初期配向方向９１に直交させる。その結果として観測される透過光強度は、数式１により定まる。
【００５７】
液晶組成物１０は、誘電率異方性が正のネマティック液晶であり、誘電率異方性は１０.２、屈折率異方性Δｎは０.０７３である。
【００５８】
図３は、図１の実施形態１における液晶分子のスイッチング原理を説明する図である。(ａ)(ｃ)が初期配向状態の電圧無印加状態を示し、(ｂ)(ｄ)が電圧印加時の電界方向および液晶の配向状態を示す。電圧を印可すると、上記数式１の液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸とのなす角度θが電界強度Ｅに応じて変化し、その結果として、光透過率が変化する。
【００５９】
図４は、実施形態１における単位画素の電極群，絶縁膜，配向膜の配置位置を示す図である。図４(ａ)は、パネル面に垂直な方向から見た正面図であり、図４(ｂ)，(ｃ)は断面を示す側面図である。
【００６０】
基板１４のセル内側の面上には、ストライプ状の電極２２，２３が形成され、画素電極２３と同じ高さに映像信号電極２４が配置されている。映像信号電極２４と直交する方向に、走査電極(ゲート配線電極)２５が形成されている。更にその上に、配向膜１５が形成されている。アモルファスシリコン１０１を含む領域に、ＴＦＴ素子１０２が配置されている。
【００６１】
図５は、実施形態１の液晶表示装置における回路構成の一例を示すブロック図である。実施形態１の液晶表示装置は、共通電極駆動用回路１０３と、垂直走査信号回路１０４と、映像信号回路１０５と、電源回路および制御回路１０６とを備えている。本発明は、この回路構成には限定されない。
【００６２】
図６は、実施形態１に採用した狭帯域発光型冷極管の発光スペクトルの一例を示す図である。狭帯域発光型冷極管は、いわゆる三波長型蛍光管のスペクトル特性を示す。このように蛍光体の発光を利用した冷陰極管を光源として採用する場合は、４３５ｎｍに鋭い発光ピークがあることに留意しなければならない。この発光ピークは、蛍光体に由来するのではなく、蛍光体を発光させるための水銀に由来する。
【００６３】
したがって、本発明の目的である低輝度領域における青かぶりを抑制するには、この発光ピークを吸収する手段が必要となる。実施形態１では、冷陰極管１とライトガイド３との間に、周期的多層膜による帯域フィルタ４０を設けた。周期的多層膜は、ふっ化マグネシウム，酸化珪素などの低屈折率誘電体と酸化ジルコニウム，酸化チタンなどの高屈折率誘電体とを積層した基本層を、真空蒸着法により、周期的に６層から２０層積層して形成する。
【００６４】
図７は、４４０ｎｍ以下の波長を吸収する帯域フィルタ４０の特性を示す図である。基本層構成および膜厚は、４４０ｎｍ以下の波長を吸収するように決定される。この帯域フィルタ４０を備えた図１の液晶表示装置は、低輝度領域において、表示が青みがかってしまう青かぶりを低減できる。
【００６５】
図８は、実施形態１の効果を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。図８の点Ａ（ｘ０,ｙ０）は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度を示し、点Ｂ（ｘ１,ｙ１）点は、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度を示す。
【００６６】
また、点Ａ′（ｘ０′,ｙ０′）は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の明表示の色度を示し、点Ｂ′（ｘ１′,ｙ１′）は、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の明表示の色度を示す。
【００６７】
図８において、ｘ,ｙの値が小さい領域（左下の領域）は、青の色調を有する表示であることを意味する。無彩色は、図８に×で示したＣ光源（日中の太陽光を模擬した光源）の色度座標（０.３１０,０.３１６）であり、それ以上にｘ,ｙが大きい領域（右上の領域）は、黄色みがかった色調を有する表示であることを意味する。
【００６８】
点Ａが示す従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置は、非常に青が強い色調を有している。
【００６９】
これに対し、点Ｂが示す実施形態１の横電界方式液晶表示装置は、ｘ座標軸で０.０２、ｙ座標軸で０.０３の改善効果を持っており、画面を目視すると、その効果は顕著である。
【００７０】
また、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の明表示を示す点Ａ′と、周期的多層膜を備えた実施形態１の横電界方式液晶表示装置の明表示を示す点Ｂ′とを比較すると、明表示に関しては、色度にほとんど差がなく、Ｃ光源座標近傍にある。したがって、実施形態１の効果は、低輝度時における青かぶりのみを改善し、明表示には影響を及ぼさない。
【００７１】
図９は、実施形態１の横電界方式液晶表示装置の機構的構成を示す斜視図である。インバータ回路基板６４を伴った下側ケース６３内の上下両端に光源１が配置されている。下側ケース６３内には、反射板５，ライトガイド３，拡散板４，液晶表示パネル７０が、順次収納され、液晶表示窓を有するシールドケース６１により、上面を保護される。
【００７２】
実施形態１の液晶表示装置においては、低輝度領域の青かぶりが軽減される。
【００７３】
この効果は、周期的多層膜で吸収させる波長領域を４４０ｎｍ以下とすることにより達成される。ノーマリクローズ型横電界方式液晶パネルの分光特性は、低輝度時には、波長４００から４４０ｎｍの領域における透過率が高く、高輝度時には低くなる。
【００７４】
この領域の透過光は、視感度特性上は輝度に対する寄与が少ないため、低輝度時に透過光があっても、輝度という面ではあまり影響しない。しかし、色調に関しては、青みがかった色調としてしまう特徴がある。すなわち、液晶パネル自身の特性として、低輝度時には、この波長領域の透過光の影響により青みがかった色調を示し、一方、高輝度時には、この波長領域の透過光はほとんど寄与していない。
【００７５】
図１０を用いて、この現象を説明する。図１０は、横電界方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。図１０の太い実線８１は、従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示パネルの低輝度(暗表示)時の分光特性を極大値の値で規格化した特性を示し、細い実線８２は、高輝度（明表示）時の分光特性を極大値で規格化した特性を示す。低輝度時には、この領域のみが透過率が高く、高輝度時には相対的に低くなっている。
【００７６】
したがって、実施形態１による横電界方式液晶表示装置においては、低輝度時に青かぶりを改善し、高輝度時の色度を変化させない効果が得られる。
【００７７】
もし、４４０ｎｍ以上の波長領域まで吸収する部材を用いれば、明表示においても、青の透過光を低減することになり、明表示の色を黄色く着色させてしまう。 また、もし、吸収波長帯が４４０ｎｍに満たなければ、低輝度時の青かぶり改善効果が不十分となる。
【００７８】
すなわち、４４０ｎｍまでの低輝度時にのみ増大する透過光を吸収する部材を備えることが必須である。
【００７９】
ここで、比較例Ｉとして、冷陰極管１とライトガイド３との間に設ける周期的多層膜による帯域フィルタをその吸収する波長が４３０ｎｍまでとなるように設計されたフィルタに置き換えた場合の表示特性を検討する。帯域フィルタ以外の構成は、実施形態１と同じである。
【００８０】
図１１は、比較例Ｉの表示特性を比較するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【００８１】
図１１上に点Ｈａで示した比較例Ｉの暗表示の色度は、点Ａで示した従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度とほとんど変わりなく、画面を目視しても、その効果はほとんど見られない。すなわち、比較例Ｉでは、青かぶりの改善効果が十分でない。また、当然のことであるが、明表示についても、点Ｈｂで示した比較例Ｉの色度と点Ａ′で示した従来例の色度とはほぼ同じである。
【００８２】
次に、比較例IIとして、冷陰極管１とライトガイド３との間に設ける周期的多層膜による帯域フィルタをその吸収する波長が４５０ｎｍまでとなるように設計されたフィルタに置き換えた場合の表示特性を検討する。帯域フィルタ以外の構成は、実施形態１と同じである。
【００８３】
図１２は、比較例IIの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【００８４】
図１２上に点Ｈｃで示した比較例IIの暗表示の色度は、点Ａで示した従来のノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置の暗表示の色度と比べて、青かぶりの改善効果が著しいことがわかる。
【００８５】
しかし、点Ｈｄで示した比較例IIの明表示の色度は、点Ａ′で示した従来例の色度よりも右側に大きくシフトし、画面を目視すると、黄色く色づいてしまう。すなわち、帯域フィルタにより４４０ｎｍよりも長波長領域まで吸収させてしまうと、明表示が黄色く色づいてしまうという問題が発生する。
【００８６】
【実施形態２】
図１３は、本発明によるノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の断面構造を示す模式図である。実施形態２の透明な基板１３は、透明なＹ電極３２を備え、透明な基板１４は、透明なＸ電極３１と、カラーフィルタ１６と、ブラックマトリクス１７と、平坦化膜１８とを備えている。一対となっている透明な基板１３および１４は、それぞれにポリイミド系高分子をラビング処理した配向膜１５を備え、液晶層１０を挟んでいる。Ｘ電極３１およびＹ電極３２は、図示していない駆動回路にそれぞれ接続されている。
【００８７】
透明な基板１３の外側には、位相板３３と偏光板１１とが配置され、透明な基板１４の外側には、位相板３４と偏光板１２とが配置されている。位相板３３，３４は、ポリカーボネイトからなる。なお、位相板３４は、位相板３３と偏光板１１との間、または、位相板３３と基板１３との間に配置されていてもよい。
【００８８】
液晶層１０は、誘電率異方性が正で、Δｎが０.１４４であるネマティック液晶組成物に、ツイスト角が２４０度となるように、メルク社製Ｓ８１１などのカイラル剤を添加されている。液晶層１０の厚さは、６.２μｍである。
【００８９】
下側偏光板１２の偏光軸の方位角を１０度，上側偏光板１１の偏光軸の方位角を８０度，下側位相板３４の遅相軸の方位角を１１０度，上側位相板３３の遅相軸の方位角を７０度，位相板３３，３４のリタデーションをともに４００ｎｍに設定した。
【００９０】
なお、ツイスト角が２４０度となるようにラビング処理した上下配向膜１５のラビング角度が、液晶表示パネルの長手方向に対して±３０度となるように、方位角を定義してある。
【００９１】
実施形態２の光源ユニットは、実施形態１と同様、光源１と、ライトカバー２と、ライトガイド３と、拡散板４と、反射板５とからなる。光源１は、三波長型蛍光管である。光源１とライトガイド３の間に、屈折率の異なる２種の誘電体を積層した薄膜を周期的多層膜とした帯域フィルタ４０を設置した。
【００９２】
図１４は、実施形態２の効果を説明するために、ＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。軌跡８４は、従来のノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の色度変化を示し、軌跡８３は、周期的多層膜を備えた実施形態２のＳＴＮ方式液晶表示装置の色度変化を示す。
【００９３】
実施形態２の液晶表示装置においても、低輝度領域の青かぶりが軽減される。
【００９４】
【実施形態３】
図１５は、本発明による反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態３の断面構造を示す模式図である。実施形態３では、反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルを用いる。基板１４上には、それぞれの１画素領域中に、ＩＴＯなどの透明電極３１からなる透過型領域とアルミニウムなどの反射電極膜５１からなる反射型領域とが形成されている。
【００９５】
このような電極基板を制作するには、まず、透明なガラス基板１４にＩＴＯなどの透明電極膜をスパッタリング法などにより積層し、この透明電極膜をパターン化し、図１５に示す透明電極３１を形成する。次に、アルミニウムなどからなる反射電極膜を積層し、この反射電極膜をパターン化し、反射電極５２を形成する。
【００９６】
なお、図１５で図示を省略したカラーフィルタは、一方の基板上に通常の方法で形成すればよい。
【００９７】
このような実施形態３の液晶表示パネルを、上記実施形態１および２と同様の光源ユニットに組み合わせて、ＳＴＮ方式液晶表示装置を構成する。
【００９８】
その結果、透過型表示部の特性は、実施形態２と同等の青かぶり抑制効果が得られた。
【００９９】
反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルは、他の方法でも構成できる。透明電極および反射電極の形成方法などの違いにより、透明電極上に反射電極部を形成する構造を採用できる。また、実施形態３では、１画素が同一信号で駆動されるように、透明電極と反射電極とを電気的に接続してあるが、透明電極と反射電極とを電気的に独立とし、透過部，反射部を独立に駆動する構造を採用してもよい。
【０１００】
低輝度領域の青かぶり抑制という本発明の目的は、反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルのこれらセル構造の違いによっては、限定されない。
【０１０１】
【実施形態４】
図１６は、本発明による液晶表示装置の実施形態４の断面構造を示す模式図である。実施形態４は、光源ユニットの構造が、上記実施形態１〜３と異なる。実施形態４においては、周期的多層膜からなるスペクトル吸収層４１をライトガイド３と拡散板４との間に設けている。
【０１０２】
実施形態４の光源ユニットと実施形態１で作成した横電界方式液晶表示パネルとを使用して、液晶表示装置を構成すると、実施形態１と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１０３】
図１６は、光源１をライトガイド３の端部に設置した状態を示している。実施形態４の光源１は、この位置に限定されない。すなわち、ライトガイド３の直下に複数の蛍光管１を配列するバックライト光源ユニットとした場合も、実施形態４のスペクトル吸収層４１は有効である。
【０１０４】
【実施形態５】
実施形態５は、光源ユニットの構造が、図１６に示した実施形態４と似ている。可視領域４００〜４４０ｎｍを吸収する手段として、シアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を用いた。このアクリル系高分子膜は、紫外線硬化樹脂の一種である。
【０１０５】
実施形態５の構造の利点は、シアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリルを、大画面用のライトガイド３の表面に、スピンナにより、モノマの状態で容易に均一に塗布し、重合できることである。
【０１０６】
ただし、シアノアクリレート系吸収剤のように有機化合物の吸収を利用する場合は、４００〜４４０ｎｍの波長帯の吸収係数が、実施形態１〜４で用いた周期的多層膜には及ばない。しかし、青かぶりをある程度低減する方法として有効である。
【０１０７】
なお、使用可能な有機化合物，高分子膜は、実施形態５に示した物質には限定されない。高分子膜は、ほぼ透明で、スピンナ，印刷，ロールコータなどの手段によりライトガイド３の表面に容易に膜を形成できるものであればよい。添加物は、４００〜４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有するものならば使用できる。
【０１０８】
実施形態５の光源ユニットと、実施形態２で作成したノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルとを使用して液晶表示装置を構成すると、実施形態２と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１０９】
【実施形態６】
実施形態６では、実施形態５で用いたシアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を光源１すなわち三波長型蛍光管表面に直接ディップ塗布した後、重合させた。
【０１１０】
実施形態６の光源ユニットと、実施形態２で作成したノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルとを使用して液晶表示装置を構成すると、実施形態５と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１１１】
なお、光源１すなわち三波長型蛍光管やＬＥＤの表面に、屈折率の異なる薄膜を積層した周期的多層膜を形成しても、同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１１２】
【実施形態７】
実施形態７では、光スペクトルの半値幅が極めて狭いいわゆる単波長光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤを用い、実施形態３と同様の反射型・透過型兼用の液晶表示装置を構成した。
【０１１３】
図１７は、実施形態７で用いるＲ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤ光源の発光特性を示す図である。青の発光として４５０〜４８０ｎｍ、緑の発光として５２０〜５７０ｎｍ、赤の発光として６００〜６６０ｎｍの波長領域に発光を有するＬＥＤ光源を用いると、所望の発光スペクトルを有する光を液晶表示パネルに入射できる。このＬＥＤ光源は、４３５ｎｍの水銀に由来する発光スペクトルを持っていないから、低輝度領域の青かぶりを低減する効果がある。
【０１１４】
しかし、４４０ｎｍ以下の発光スペクトルがわずかにあるので、実施形態４と同様、スペクトル吸収層４１をライトガイド３と拡散板４との間に設置する。
【０１１５】
実施形態７によれば、ＬＥＤ光源が４３５ｎｍの水銀に由来する発光スペクトルを持っていない効果とスペクトル吸収層４１による４４０ｎｍ以下の発光スペクトルを吸収する効果とが相乗して、低輝度領域の青かぶりを完全に抑制できた。
【０１１６】
【実施形態８】
実施形態８では、実施形態３と同様の反射型・透過型兼用のＳＴＮ方式液晶表示パネルを用い、シアノアクリレート系添加剤を拡散粘着剤に添加した。拡散粘着剤は、図１５の偏光板１２と位相板３４との間に用いる。したがって、光源ユニットの拡散板４は、実施形態８においては、不要である。光源１としては、実施形態７と同様、ＬＥＤを用いた。
【０１１７】
実施形態８においても、低輝度領域の青かぶりを十分に低減できた。
【０１１８】
【実施形態９】
実施形態９では、実施形態５で用いたシアノアクリレート系吸収剤を添加したアクリル系高分子膜を実施形態２と同様のノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示パネルの基板１３の上面に塗布した。その結果、三波長型蛍光管を用いる実施形態２の液晶表示装置において、スペクトル吸収体４０が不要となった。
【０１１９】
実施形態９においても、実施形態５と同様の青かぶり抑制効果が得られた。
【０１２０】
したがって、４００から４４０ｎｍを吸収する手段は、液晶表示パネルの前面に設置してもよいことがわかった。
【０１２１】
【実施形態１０】
実施形態１０では、カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ層に、４００から４４０ｎｍの可視領域までスペクトル吸収帯を延長させた紫外線吸収剤を添加した。紫外線吸収剤は、カラーフィルタ層全体に添加してもよいし、短波長を透過させる青のフィルタ層に添加してもよいし、カラーフィルタ層のオーバーコート層に添加してもよい。
【０１２２】
実施形態１０においても、低輝度領域の青かぶりを十分に低減できた。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明の可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収するスペクトル吸収体またはスペクトル吸収層は、複屈折を利用した液晶表示装置において、ノーマリクローズ型に特有な低輝度領域の青かぶりを抑制し、良好な表示品質を有する液晶表示装置を実現できる。本発明が有効なノーマリクローズ型液晶表示装置は、透過型表示装置に限らず、透過型・反射型兼用表示装置も含む。
【０１２４】
本発明の可視領域４００から４４０ｎｍの波長を吸収するスペクトル吸収体またはスペクトル吸収層は、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示装置における面内のしきい値のばらつきに起因する青かぶりの低減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による横電界方式液晶表示装置の実施形態１の断面構造を示す模式図である。
【図２】電界方向に対する液晶分子長軸の配向方向と偏光板の偏光透過軸とがおのおのなす角を示す図である。
【図３】図１の実施形態１における液晶分子のスイッチング原理を説明する図である。
【図４】実施形態１における単位画素の電極群，絶縁膜，配向膜の配置位置を示す図である。
【図５】実施形態１の液晶表示装置における回路構成の一例を示すブロック図である。
【図６】実施形態１に採用した狭帯域発光型蛍光管の発光スペクトルの一例を示す図である。
【図７】４４０ｎｍ以下の波長を吸収する帯域フィルタ４０の特性を示す図である。
【図８】実施形態１の効果を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図９】実施形態１の横電界方式液晶表示装置の機構的構成を示す斜視図である。
【図１０】横電界方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。
【図１１】比較例Ｉの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１２】比較例IIの表示特性を説明するために、国際照明委員会が定めたＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１３】本発明によるノーマリクローズ型ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態２の断面構造を示す模式図である。
【図１４】実施形態２の効果を説明するために、ＣＩＥ１９３１色度図の色度座標の一部を拡大した図である。
【図１５】本発明による反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示装置の実施形態３の断面構造を示す模式図である。
【図１６】本発明による液晶表示装置の実施形態４の断面構造を示す模式図である。
【図１７】実施形態７で用いるＲ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤ光源の発光特性を示す図である。
【図１８】ＳＴＮ方式液晶表示パネルの分光特性の一例を示す図である。
【図１９】表示画面の輝度と人間の明るさ感との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ ライトカバー
３ ライトガイド
４ 拡散板
５ 反射板
１０ 液晶層および液晶分子
１１ 偏光板
１２ 偏光板
１３ 基板
１４ 基板
１５ 配向制御層
１６ カラーフィルタ
１７ ブラックマトリクス
１８ 平坦化層
２１ 絶縁膜
２２ 共通電極
２３ 画素電極
２４ 映像信号電極
２５ 走査電極(ゲート配線電極)
３１ 透明電極
３２ 透明電極
３３ 位相板
３４ 位相板
４０ スペクトル吸収体
４１ スペクトル吸収層
５１ 反射電極層
６１ シールドケース
６２ 液晶表示窓
６３ 下側ケース
６４ インバータ回路基板
７０ 液晶表示パネル
８１ 横電界方式液晶表示パネルの暗表示の分光特性
８２ 横電界方式液晶表示パネルの明表示の分光特性
９１ 液晶分子長軸の配向方向
９２ 偏光板透過軸方向
９３ 電界方向
１０１ アモルファスシリコン
１０２ ＴＦＴ素子
１０３ 共通電極駆動用回路
１０４ 垂直走査信号回路
１０５ 映像信号回路
１０６ 電源回路および制御回路
Claims (16)
- 透明な一対の基板と前記一対の基板に挟まれる液晶層と前記一対の基板の外側に配置された一対の偏光板とを有し、複屈折を利用したノーマリクローズ型液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に設けられた光源ユニットとを含む液晶表示装置において、
可視波長領域４００から４４０ｎｍに吸収帯を有し、４４０ｎｍ以下の波長領域の光を吸収するスペクトル吸収手段を前記光源ユニットから前記液晶表示パネル上面までのいずれかの位置に備えたことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、主として一方の基板に電極群およびアクティブ素子を形成され、前記アクティブ素子から前記液晶層に印加される電界が前記基板にほぼ平行な方向である横電界方式液晶表示パネルであることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、前記一対の基板に透明電極群を形成され、前記液晶層のツイスト角が２００〜２７０度であるツイステッドネマティック(ＳＴＮ)方式液晶表示パネルであることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記ノーマリクローズ型液晶表示パネルが、一対の基板に透明電極群を形成され、一方の透明基板に形成された電極層における各画素領域に、光を反射する反射電極と光を透過する透明電極とが含まれている反射型・透過型兼用ＳＴＮ方式液晶表示パネルであることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記光源ユニットの光源が、蛍光体の発光を利用する冷陰極管であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記光源ユニットの光源が、狭帯域蛍光体の発光を利用する冷陰極管であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項５または６に記載の液晶表示装置において、
前記光源ユニットは、ライトガイドを有し、
前記光源ユニットの光源が、前記ライトガイドの背面に並べて配置された複数の冷陰極管であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記光源ユニットの光源が、主として４４０ｎｍ以上の可視波長領域で主波長が互いに異なる少なくとも３つの単波長光源であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項７に記載の液晶表示装置において、前記スペクトル吸収手段が、前記光源ユニットの光源と前記ライトガイドとの間に配置されたスペクトル吸収体であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項７に記載の液晶表示装置において、前記ライトガイドの背面に拡散板が設けられ、前記スペクトル吸収手段が、前記ライトガイドと前記拡散板との間に配置されたスペクトル吸収層であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項７に記載の液晶表示装置において、
前記スペクトル吸収手段が、前記ライトガイドの光路面に塗布された高分子膜であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記スペクトル吸収手段が、前記光源ユニットの光源に積層された周期的多層膜であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記スペクトル吸収手段が、前記光源ユニットの光源に塗布された高分子膜であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項３ないし８のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
４００から４４０ｎｍの可視領域までスペクトル吸収帯を延長させた紫外線吸収剤を添加した樹脂層を前記偏光板の支持体として備えたことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項３ないし８のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する高分子膜を前記基板の表面に塗布したことを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示パネルが、カラーフィルタを備え、前記カラーフィルタの青の光を透過させる部位に４００から４４０ｎｍのスペクトル吸収帯を有する紫外線吸収剤を添加したことを特徴とする液晶表示装置。
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