JP3317846B2

JP3317846B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3317846B2
Application number: JP11473996A
Authority: JP
Inventors: 夕香内海; 克己近藤; 郁夫檜山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2016-05-09
Also published as: JPH09297299A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板に対して平行な方
向に電界を液晶層に印加して動作させる、いわゆる横電
界方式の液晶表示装置に係り、特に、カラー表示に好適
なアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置は、液晶層を駆動す
る電極として透明電極を用いていた。これは、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動作
させるツイステッドネマティック表示方式に代表される
表示方式を採用していることによるものである。

【０００３】一方、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動作させるようにした横電界
方式の液晶表示装置も従来から知られており、このと
き、電極として櫛歯電極対を用いて横電界方式とした液
晶表示装置については、例えば特開昭６３−２１９０７
号公報、米国特許第４３４５２４９号明細書、ＷＯ９１
／１０９３６号公報、或いは特開平６−２２２３９７号
公報などにより提案がされている。

【０００４】そして、この横電界型の場合には、電極は
透明である必要となく、導電性の高い不透明な金属電極
が用いられる。しかしながら、これらの提案では、アク
ティブ素子を用いた横電界型液晶表示装置において、電
圧印加に伴う色調変化を抑制し、色調不良を低減するた
めに必要な構成については、一切言及されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、アク
ティブマトリクス方式の横電界型液晶表示装置における
問題点、すなわち、駆動電圧の大きさによる色調変化
と、局所的な液晶層の厚みの違いによる色調むら発生に
ついての配慮がされておらず、表示品質の向上の点に問
題があった。以下、この点について説明する。横電界方
式の液晶表示装置による表示動作は複屈折モードにより
得られるが、このときの透過率Ｔは、一般に、次の(1)
式で表わせる。

【０００６】Ｔ＝Ｔ₀・sin²２θ・sin²〔(π・ｄ_eff・Δｎ)／λ〕…… ……(1) ここで、Ｔ₀は係数で、主として液晶パネルに使用され
る偏光板の透過率で決まる数値、θは液晶層の実効的な
光軸と偏光透過軸のなす角度、ｄ_effは液晶層の厚さ、
Δｎは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表わす。

【０００７】また、ここで、液晶層の厚さｄ_effと液晶
の屈折率異方性Δｎの積、すなわち、ｄ_eff・Δｎをリ
タデーションという。なお、ここでの液晶層の厚さｄ
_effは、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加された
とき、実際に配向方向を変える液晶層の厚さだけを指
す。

【０００８】何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子
は、界面で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。従って、基板に
よって挾持された液晶層全体の厚さをｄ_LCとすると、こ
の厚さｄ_LCと厚さｄ_effの間には常にｄ_eff＜ｄ_LCの関係
があり、その差はほぼ２０〜４０ｎｍと見積ることがで
きる。

【０００９】上記の式(1)から明らかなように、液晶表
示パネルの透過率は、或る特定の波長(ピーク波長)にお
いて最大値をとるため、呈色しやすい、つまり不要な着
色を生じ易い液晶表示素子となる。

【００１０】ところで、液晶表示パネルでは、例えば、
零次のリタデーションのもとでのピーク波長が、視感度
最大波長である５５５ｎｍに一致するように、すなわ
ち、 (πｄ・Δｎ／５５５)＝π／２という条件が満されるように構成するのが、実用化に際
しての一般的な手法となるが、そうすると、液晶表示パ
ネルの分光透過率は、ピーク波長の短波長側では減少が
著しく、長波長側では緩やかに減少するという特性を有
するため、液晶表示素子は黄色に着色しやすい。

【００１１】さらに、この呈色の度合いは液晶に対する
電圧印加に伴って顕著に変化し、表示に必要な印加電圧
の最小電圧(ノーマリークローズ表示方式のときには暗
表示電圧)から中間調表示電圧、最大印加電圧(同じく明
表示電圧)へと、電圧値が変化するに従って色調が徐々
に変化するので、色の表示状態が著しく悪化してしま
う。

【００１２】一方、複屈折モードによる表示では、液晶
層の厚みの違いがピーク波長の変化として現われるの
で、液晶表示パネル内で局所的な厚みが生じていると、
その部位における輝度や色調が周囲と異なる、いわゆる
輝度むらや色調むらなどの表示不良の要因となる。

【００１３】しかるに、従来技術では、これらについて
の配慮が何もされていないので、上記したように、表示
品質の向上を得る点に問題を生じてしまうのである。

【００１４】本発明の目的は、上記問題を解決し、最小
印加電圧と最大印加電圧の間での色調変化が抑制でき、
且つ局所的な液晶層の厚みの違いに起因する表示不良の
発生が低減できるようにした横電界型液晶表示装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、４００〔ｎ
ｍ〕から５００〔ｎｍ〕の発光波長領域内に第１の輝度
極大値を有し、５００〔ｎｍ〕から６００の発光波長領
域内に第２の輝度極大値を有し、それに６００〔ｎｍ〕
から７００〔ｎｍ〕の発光波長領域内に第３の輝度極大
値を有する光源と、前記第１の輝度極大値を示す波長に
おける透過率の値をｘ、前記第２の輝度極大値を示す波
長における透過率の値をｙ、それに前記第３の輝度極大
値を示す波長における透過率の値をｚとしたとき、透過
率制御範囲の全域においてｘ＞ｙ＞ｚの関係にある分光
透過率特性を備え、横電界方式で動作するアクティブマ
トリクス型の液晶パネルとを設け、前記光源を前記液晶
パネルの一方の面に配置し、他方の面に画像が表示され
るようにして達成される。

【００１６】これにより、本発明によれば、印加電圧の
変化に伴う色調変化が抑制でき、良好な表示特性を有す
る液晶表示装置を得ることができるのであるが、以下、
その理由について説明する。

【００１７】上記したように、横電界方式の液晶表示装
置では複屈折モードで動作させるのが通例なので、その
透過率は(1)式で表わされ、従って、或る波長において
最大値を示し、その波長の短波長側では急激な減少を示
し、長波長側では緩やかな減少を示すという分光透過率
特性を有する。

【００１８】そこで、いま、ピーク波長を５５０ｎｍ付
近に設定したとすると、青の領域である４００〜５００
ｎｍの波長範囲における透過率は急激に減少してしま
う。この透過率の波長依存性は、液晶パネルの明るさが
増すに従い顕著となるため、電圧印加に伴う色調変化を
発生する要因となる。

【００１９】また、液晶パネルにおいて、液晶層の厚さ
に局所的に異なった部分が有ると、その部分の青の領域
の透過率は著しく変動してしまい、色調不良を発生する
要因となる。以上から、ピーク波長の短波長領域、すな
わち、青色領域における透過率の急落を抑制することが
色調変化、色調不良を抑制するのに重要であることが判
る。

【００２０】ここで、まず、短波長領域の透過率の急落
を抑制するには、ｄ_eff・Δｎ(λ)＝λ／２の条件にお
いて、波長λを５５０ｎｍより短波長領域の値に設定
し、ピーク波長を短波長側にシフトさせることが有効で
ある。

【００２１】すなわち、透過率はピーク波長から離れる
に従って減少の度合いが大きくなるので、ピーク波長を
より短波長側に設定することにより、短波長領域の透過
率の急激な低下を抑制することができるのである。

【００２２】しかして、このとき、使用する光源の発光
波長に対する透過率の急激な低下を抑制するのが重要で
ある。ところで、このような液晶表示パネルの照明に使
用される光源としては、狭帯域発光体型蛍光管が用いら
れる場合が多い。そこで、この狭帯域発光体型蛍光管に
ついて説明すると、この蛍光管は、光の三原色にあたる
青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)、赤色(Ｒ)の各波長領域にそれぞれ
発光ピークを有する蛍光体を用いたものである。

【００２３】一例として、まず青色に対応する４５０〜
４９０ｎｍの領域に発光ピークを有する蛍光体として
は、３Ｃa₃(Ｐ０４)₂・Ｃa(Ｆ，Ｃ１)₂：Ｓb³+、Ｓr
₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂：Ｅu²+、(Ｓr，Ｃa)₁₀(Ｐ０４)
₆Ｃ₁₂：Ｅu²+、(Ｓr，Ｃa)₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁ ₂・ｎＢ
₂Ｏ₃：Ｅu²+、(Ｂa，Ｃa，Ｍg)₁₀(Ｐ０４)₆Ｃ₁₂：Ｅu
²+、Ｓr₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｓn²+、Ｂa₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｔi⁴+、２Ｓr０
・０.８４Ｐ₂Ｏ₅・０.１６Ｂ₂Ｏ₃：Ｅu²+、ＭgＷＯ₄、
ＢaＡ₁₈Ｏ₁₃：Ｅu²+、ＢaＭg₂Ａl₁₆Ｏ₂₇：Ｅu²+Ｍn²+、
ＳrＭgＡl₁₀Ｏ₁₇：Ｅu²+などがある。

【００２４】次に緑色に対応する５４０〜５５０ｎｍの
領域に発光ピークを有する蛍光体としては、ＬaＰＯ₄：
Ｃe³+、Ｔb³+、ＬaＯ₃・０.２ＳiＯ₂・０.９Ｐ₂Ｏ₅：Ｃ
e³+、Ｔb³+、Ｙ₂ＳiＯ₅：Ｃe³+、Ｔb³+、ＣeＭgＡi₁₁Ｏ
₁₉：Ｔb³+、ＧdＭgＢ₅Ｏ₁₀：Ｃe³+、Ｔb³+などがある。

【００２５】さらに赤色に対応する６１０〜６３０ｎｍ
の領域に発光ピークを有する蛍光体としては、(Ｓr，Ｍ
g)₃(ＰＯ４₄)₂：Ｓn²+、ＣaＳiＯ₃：Ｐb²+、Ｍn²+、Ｙ₂
Ｏ₃：Ｅu³+、Ｙ(Ｐ，Ｖ)Ｏ₄：Ｅu³+などが挙げられる。

【００２６】これらの波長領域から、それぞれ少なくと
も一種の蛍光体を選び、それらを用いて構成した狭帯域
発光体型蛍光管の発光特性は、青に対応するスペクトル
が４５０〜４９０ｎｍの範囲、緑に対応するスペクトル
が５４５ｎｍ付近、赤に対応するスペクトルが６１０ｎ
ｍ〜６３０ｎｍである。

【００２７】光源として上記のような狭帯域発光体型蛍
光管を用いた場合、液晶パネルにおいて考慮するべき分
光透過率特性は、青の領域として４５０〜４９０ｎｍ、
緑の領域として５４５ｎｍ付近、赤の領域として６１０
〜６３０ｎｍということになる。

【００２８】従って、液晶パネルとして、色調変動、色
調不良を抑制するために最も効果的な透過率特性は、波
長領域４５０〜４９０ｎｍに最大値を有する特性とな
る。この波長領域に透過率のピークを合わせるために
は、液晶パネルのリタデーションｄ_eff・Δｎ(λ)を０.
２４５μｍ(λ＝４９０ｎｍ)以下とすれば良い。そし
て、このリタデーションｄ_eff・Δｎを小さくするに
は、当然ながら、屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を
用い、液晶層の厚みｄ_effを薄くしてやれば良い。

【００２９】ここで、上記したように、光源の短波長領
域の発光特性と液晶パネルのピーク透過率を一致させる
ことが重要である。なお、このときの分光透過率とは、
液晶パネル本来の透過率特性のことであり、カラーフィ
ルタ等を透過した分光特性ではない。

【００３０】このとき、使用するカラーフィルタの分光
特性によっては、透過率のピーク波長を若干変えてしま
う場合があるが、実用上、これによる影響は無視でき
る。そして、本発明で、最も重要な点は、光源のピーク
輝度と液晶パネルの透過率の関係である。

【００３１】一方、液晶の屈折率異方性Δｎの大きさは
温度によって変化するため、液晶ディスプレイを使用す
る環境などにより、液晶パネルの温度が変化すると、リ
タデーションｄ_eff・Δｎの設定値が変動してしまう。

【００３２】ここで、リタデーションｄ_eff・Δｎの変
動を抑えるために屈折率異方性Δｎの値が小さい液晶を
用いた場合には、その屈折率異方性Δｎ自体の温度によ
る変動率が小さくなり、また、厚みｄ_effｄが小さい場
合には、これらの積であるリタデーションｄ_eff・Δｎ
の変動量も小さくなることから、液晶ディスプレイの温
度マージン拡大効果も期待することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示装置
について、実施形態例を用いて説明する。まず、横電界
方式の液晶表示素子の構成と動作原理の説明に必要な角
度については、図２の通りとする。

【００３４】すなわち、図２において、いま、電界方向
を９として、これに対して偏光板８(後述)の偏光透過軸
１１がなす角度をΦ_pと定義し、同じく電界方向９に対
して界面近傍での液晶分子長軸(光学軸)方向１０がなす
角度をΦ_LCと定義するのである。

【００３５】そして、このとき、偏光板及び液晶界面は
それぞれ上下一対あるので、必要に応じてΦ_p1、Φ_p2、
Φ_LC1、Φ_LC2と表記する。なお、この図２において、液
晶分子長軸方向１０は配光膜によるラビング方向と同じ
であり、その他、１は共通電極、３は信号電極、そして
４は画素電極である。

【００３６】次に、横電界方式の液晶表示パネルの構成
と動作原理について、図３により説明する。この図３に
おいて、(a)、(b)は横電界方式液晶表示パネルの１画素
分を示す側断面図で、同３(c)、(d)は正面図である。な
お、ここではアクティブ素子は省略してあり、そのゲー
ト絶縁膜２だけが示してある。

【００３７】電圧無印加時の状態が図３(a)、(c)で、ガ
ラス板など透明な一対の基板７の内側に線状の電極１、
３、４が形成され、その上に配向制御膜５が塗布及び配
向処理されている。

【００３８】また、基板７の外側には、それぞれ偏光板
８が設けられており、それらによる透過軸１１は、図の
左下に示す通りになっている。そして、これら配向制御
膜５の間には液晶組成物が挾持されているが、図では液
晶分子６だけが示してある。そして、このときの液晶組
成物の誘電率異方性は正を想定してある。

【００３９】これらの液晶分子６は、電界無印加時に
は、配向制御膜５のラビング方向１０により配向制御さ
れているが、その角度Φ_LCは、上記した正の誘電率異方
性を考慮して、４５度＜｜Φ_LC｜≦９０度の関係を持つ
ようにされている。そして、このとき、上下の各界面上
での液晶分子配向方向は、ここでは平行方向、すなわ
ち、Φ_LC1＝Φ_LC2にとなっている場合を例としている。

【００４０】次に、この液晶表示素子の共通電極１と信
号電極４の間に所定の極性の電圧が印加され、電界９が
加えられたとすると、液晶分子は、図３(ｂ)、(ｄ)に示
したように、電界９の方向にその向きを変える。

【００４１】この結果、偏光板８の偏光透過軸１１との
関係で、印加された電圧に応じて光透過率が制御される
ことになり、表示機能を得ることができるのである。な
お、液晶組成物の誘電率異方性は負であっても問題な
い。すなわち、この場合には、初期配向状態を０度＜｜
Φ_LC｜≦４５度となるように設定してやれば良いからで
ある。

【００４２】次に、横電界方式液晶表示パネルのアクテ
ィブ素子(薄膜トランジスタ)と各種電極の構造について
説明する。

【００４３】図４と図５は、２種の異なった構成の横電
界方式液晶表示パネルの単位画素部分を示したもので、
それぞれ基板面に垂直な方向からみた正面図と、この正
面図のＡ−Ａ’線による側断面図と、Ｂ−Ｂ’線による
側断面図とを示してある。なお、ガラス基板は省略して
ある。

【００４４】これらの図において、１４が薄膜トランジ
スタで、この薄膜トランジスタ１４は、画素電極(ソー
ス電極)４、信号電極(ドレイン電極)３、走査電極(ゲー
ト電極)１２、及びアモルファスシリコン１３から構成
されている。

【００４５】ここで、共通電極１と走査電極１２は、そ
れぞれガラス基板に形成した同一の金属層をパターン化
して構成する。つぎに、信号電極３と画素電極４は、ゲ
ート絶縁膜２に形成した同一の金属層をパターン化して
構成する。また、容量素子１６は、２本の共通電極１の
間を結合する領域において、画素電極４と共通電極１で
絶縁膜２を挾む構造を作ることにより形成されるように
してある。

【００４６】そして、まず図４の例では、画素電極４
は、正面図から明らかなように、２本の共通電極１の間
に配置されており、配向制御膜５が平坦化膜の機能を兼
ねていて、ゲート絶縁膜２の上に直接設けられている。
この例での画素ピッチは、横方向(すなわち信号配線電
極間)は６９μｍ、縦方向は２０７μｍである。次に、
各電極の幅については、以下のように定めてある。ま
ず、複数画素間にまたがる配線電極としても用いられる
各電極、すなわち、走査電極１２、信号電極３、共通電
極１の各配線部(走査電極に平行(図４で横方向)に延び
た部分)では、線欠陥が回避できるよう、電極幅が、例
えば１４μｍ幅と広めにしてある。

【００４７】一方、１画素単位で独立に形成した画素電
極４、及び共通電極１の信号配線電極の長手方向に延び
た部分での幅は若干狹くし、それぞれ９μｍ幅とする。
このとき、さらに絶縁膜を介して共通電極１と信号電極
３を若干(１μｍ)重ね合わせるようにしてあり、これに
より、信号電極３に平行な方向のブラックマトリクスが
不要にできるようにしてある。

【００４８】従って、この例では、図示のように、走査
電極方向のみ遮光するブラックマトリクス２２を設ける
ことができる。また、この場合には、一方の基板７の表
面に、図６に示すようにしてカラーフィルタ２４を設け
ればよい。

【００４９】なお、この例では、ブラックマトリクス２
２を、電極群が形成してある基板に設けているが、対向
する基板に設けても良い。また、これらの電極の形成に
ついては、特に従来とは異なった方法を用いる必要は無
く、通常用いられている方法で形成してやればよい。

【００５０】次に、図５の例は、共通電極１と画素電極
４を櫛歯形にし、３本の共通電極１の間に２本の画素電
極４を配置したもので、画素ピッチは、横方向(水平走
査方向)では１００μｍ、縦方向では３００μｍであ
る。また、ここで、共通電極１と信号電極３の重畳部分
には絶縁膜を設けて絶縁が図られており、このときの絶
縁膜の厚みは２μｍである。

【００５１】次に、この例では、ゲート絶縁膜２と配向
制御膜５の間に平坦化用の絶縁膜２７が設けてある。な
お、この絶縁膜２７の材料としては、ゲート絶縁膜２と
同じく、２酸化シリコンや窒化シリコンを用いれば良
く、或いは適当な樹脂を用いるようにしてもよい。

【００５２】次に、この例での電極幅について説明する
と、この例でも複数画素間にまたがる配線電極である走
査電極１２、信号電極３、共通電極１の配線部(走査電
極に平行(図５で横方向)に延びた部分)を広めにするこ
とで線欠陥を回避するようにしてあり、幅はそれぞれ１
０μｍ、８μｍ、８μｍである。

【００５３】一方、１画素単位で独立に形成した画素電
極４、及び共通電極１の信号配線電極の長手方向に延び
た部分の幅は若干狹くし、それぞれ５μｍ、６μｍとし
てある。なお、この例では、このように電極の幅を狹く
したことにより、異物等の混入による断線の可能性が高
まるが、この場合でも、１画素だけの部分的な欠陥で済
み、線欠陥に至る虞れはない。

【００５４】この図５の例では、ブラックマトリクス２
２は、図７に示すように、対向基板側にカラーフィルタ
２４と共に設けるようになっている。ここで、２５は保
護膜兼平坦化膜である。

【００５５】なお、この例でも、カラーフィルタ２４
は、対向基板側に形成しても良いし、電極群を付設した
基板側に形成しても良い。また、これらの電極の形成に
ついても、特に従来とは異なった方法を用いる必要は無
く、通常用いられている方法で形成してやればよい。

【００５６】次に、図８は、液晶表示パネルの駆動回路
の一例で、図示のアクティブマトリクス型液晶表示パネ
ル２３には駆動ＬＳＩが接続され、その電極群を付設し
たＴＦＴ基板上に垂直走査回路２０、映像信号回路２
１、共通電極駆動回路２６が接続されている。

【００５７】そして、図示してない電源回路及びコント
ローラ１９から走査信号電圧、映像信号電圧、タイミン
グ信号が供給され、アクティブマトリクス駆動による表
示動作を行なうことになる。

【００５８】次に、本発明の実施の形態について、実施
例を用いて説明する。まず、基板として、厚みが１.１
ｍｍのガラス板を２枚用意し、図９に示す基板７とす
る。これらの基板７のうち、一方の基板(図では下側の
基板)の上に薄膜トランジスタを形成し、更にその表面
に絶縁膜２、及び配向膜５を形成する。この実施例で
は、配向膜５としてポリイミドを用い、液晶を配向させ
るためのラビング処理を行なう。

【００５９】他方の基板(図では上側の基板)７上にも同
様に配向膜５を形成し、ラビング処理する。このとき、
上下界面上でのラビング方向は、互にほぼ平行で、かつ
印加電界方向とのなす角度を７５度とする。従って、こ
の実施例では、Φ_LC1＝Φ_LC2＝７５度となっている。

【００６０】次に、これらの基板７間に、誘電率異方性
が正で、その値が１２.０であり、屈折率異方性Δｎが
０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組
成物を封入する。

【００６１】このとき、基板７間の隙間(セルギャップ)
ｄは、球形のポリマービーズを基板間に分散して挾持す
ることにより与えられるようにし、液晶を封入した状態
で、隙間ｄ＝３.０２μｍが得られるようにする。従っ
て、液晶層全体の厚さｄ_LCは、隙間ｄ(＝３.０２μｍ)
と同じになり、この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は
０.２３９μｍとなるが、更に屈折率異方性Δｎの波長
分散特性から、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２４４μ
ｍとなり、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２
２μｍ程度となる。

【００６２】次いで、２枚の偏光板８で一対の基板７を
挾み、一方の偏光板の偏光軸Φ_p1＝７５度に設定し、他
方の偏光板の偏光軸Φ_p2＝−１５度に設定し、これによ
り、図９の液晶表示パネル２３を得る。

【００６３】次に、図９に示すように、この液晶表示パ
ネル２３に、透過光用光源として、蛍光管３０と、ライ
トカバー３１、導光体３２、光拡散板３３からなる、色
温度が５８８５Ｋのバックライトユニットを設け、液晶
表示装置を作成する。

【００６４】なお、このバックライトユニットとして
は、複数本の蛍光管を用いて構成してもよく、さらにこ
のとき、光拡散板３３と下側の偏光板８の間にプリズム
シートを設けるようにしてもよい。

【００６５】このとき、カラーフィルタを除いた液晶表
示パネル２３自体の色の特性から、適切な、すなわち、
このときに無彩色に最も近い表示が得られるように、光
源の色温度が選定してあり、それが上記した５８８５Ｋ
の色温度である。

【００６６】このときのバックライトユニットのスペク
トル特性は、図１０に示すようにしてあり、且つ、液晶
表示パネル２３の、カラーフィルタを除いた明状態の分
光透過率特性は、図１１に示すようになっており、従っ
て、特許請求の範囲に記載の本発明の要件に合致してい
る。

【００６７】そして、この結果、この実施例による液晶
表示装置の明るさの電圧依存性は、図１２に示すように
なり、このときの色度図上の軌跡として、図１に示す結
果が得られた。ここで、Ｃ光源とは、昼光色の標準光源
のことである。

【００６８】そして、この実施例では、図１１から明ら
かなように、短波長領域での透過率の低下が抑えられて
いるので、暗状態から明状態に至るまで色度がほとんど
変わらず、良好な表示特性を有していることが判る。

【００６９】従って、この実施例によれば、輝度制御に
伴う色相の変化が充分に抑えられるので、白黒表示の場
合での着色の虞れや、カラー表示のときでの色純度の低
下の虞れを充分に無くすことができ、表示品質の向上を
充分に図ることができる。

【００７０】次に、上記実施例の作用効果について、比
較例を用いて説明する。

【００７１】比較例１まず、比較例１として、誘電率異方性が正で、その値が
９.０であり、屈折率異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、
２０℃)のネマティック液晶組成物を基板間に封入して
液晶表示パネルを作成してみた。このとき、セルギャッ
プｄは３.８３μｍとした。

【００７２】従って、この比較例のｄ_LC・Δｎ(５８９
ｎｍ)は０.３１０μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は
０.３２１μｍとなり、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０
ｎｍ)は０.３０μｍ程度であり、本発明の要件からは外
れている。

【００７３】これに色温度６８１８Ｋのバックライトユ
ニットを用いて、液晶表示装置を作成する。この液晶表
示パネルの、カラーフィルタを除いた明状態の分光透過
率特性は図１３に示すようになり、短波長領域の透過率
が大きく低下している。そして、この結果、電圧無印加
から明表示に至るまでの色度図上の軌跡は図１４に示す
ようになってしまい、色調が変化し、液晶表示パネル自
体が着色してしまうことになる。

【００７４】従って、この比較例１のように、短波長領
域で透過率が低下している液晶表示パネルを用いた液晶
表示装置では、暗状態から明状態へ移行するに従って、
色調が変化してしまうことが判り、この結果、この比較
例では、白黒表示での着色の発生と、カラー表示での色
相変化の発生を抑えることは困難で、表示画像品質の低
下が免れない。

【００７５】比較例２次に比較例２として、比較例１と同じく、誘電率異方性
が正で、その値が９.０であり、屈折率異方性が０.０８
２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液晶組成物を基
板間に封入し、このとき、セルギャップｄは４.２６μ
ｍとして液晶表示パネルを作成してみた。

【００７６】従って、このときのｄ_LC・Δｎ(５８９ｎ
ｍ)は０.３４５μｍで、ｄ_LC・Δｎ(490nm)は０.３５７
μｍとなる。そして、この結果、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎ
ｍ)は０.３３μｍ程度と見積ることができ、やはり本発
明の要件からは外れていて、青色光に対する透過率が低
くなっていることが判る。

【００７７】この液晶表示パネルに色温度が６８１８Ｋ
のバックライトユニットを組合せて液晶表示装置を作成
し、この液晶表示装置の電圧無印加から明表示に至るま
での色度図上の軌跡を求めてみると、図１５に示すよう
になっていて、暗状態から明状態へ移行するに従って、
黄色味がかった表示となっていく様子が良く判り、従っ
て、この比較例によっても、表示画像品質の向上を図る
のは困難である。

【００７８】次に、液晶層の局部的な厚み変化による特
性変化について、実施例と比較例を用いて説明する。

【００７９】実施例Ａ一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラーフィルタ
を有する２枚の基板を用い、これらの基板の間に、誘電
率異方性が正で、その値が１２.０であり、屈折率異方
性が０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティック液
晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

【００８０】このとき、セルギャップｄは球形のポリマ
ービーズを基板間に分散して挾持することにより与える
のであるが、ここで使用するポリマービーズの径を選定
することにより、液晶を封入した状態で、ｄ＝２.８７
μｍとする。

【００８１】従って、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は０.２
２７μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２３２μ
ｍ、よってｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２１μｍ程度
にしてある。

【００８２】このカラー液晶表示パネルに、光源とし
て、色温度４７０３Ｋであるバックライトユニットを用
い、実施例Ａとなる液晶表示装置とする。

【００８３】実施例Ｂ同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラー
フィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間
に、誘電率異方性が正で、その値が１２.０であり、屈
折率異方性が０.０７９(５８９ｎｍ、２０℃)のネマテ
ィック液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとす
る。

【００８４】しかして、このとき、セルギャップｄを与
えるためのポリマービーズの径を実施例Ａのときに使用
したものとは変えて、ｄ＝３.１７μｍとする。従っ
て、この実施例Ｂでは、そのｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)は
０.２５０μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２５６
μｍ、そして、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.２３μｍ
程度になっている。

【００８５】このカラー液晶表示パネルに、光源とし
て、同じく色温度４７０３Ｋであるバックライトユニッ
トを組合せ、実施例Ｂとなる液晶表示装置とする。

【００８６】比較例Ｃ同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラー
フィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間
に、誘電率異方性が正でその値が９.０であり、屈折率
異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティッ
ク液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

【００８７】このとき、セルギャップｄは３.８３μｍ
になるようにする。この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)
は０.３１４μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３２
１μｍであり、従って、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.
３０μｍ程度になって、本発明の要件からは外れてい
る。

【００８８】このカラー液晶表示パネルに色温度が６８
１８Ｋのバックライトユニットを組合せて、比較例Ｃと
なる液晶表示装置を作成する。

【００８９】比較例Ｄ同じく、一方の基板面にＢＧＲの三原色からなるカラー
フィルタを有する２枚の基板を用い、これらの基板の間
に、誘電率異方性が正でその値が９.０であり、屈折率
異方性が０.０８２(５８９ｎｍ、２０℃)のネマティッ
ク液晶組成物を封入してカラー液晶表示パネルとする。

【００９０】このとき、セルギャップｄは４.２６μｍ
になるようにする。この結果、ｄ_LC・Δｎ(５８９ｎｍ)
は０.３４９μｍで、ｄ_LC・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.３５
７μｍであり、従って、ｄ_eff・Δｎ(４９０ｎｍ)は０.
３３μｍ程度になって、これも本発明の要件からは外れ
ている。

【００９１】このカラー液晶表示パネルに色温度が６８
１８Ｋのバックライトユニットを組合せて、比較例Ｄと
なる液晶表示装置を作成する。

【００９２】上記の説明から明らかなように、これら実
施例Ａと実施例Ｂ、それに比較例Ｃと比較例Ｄは、それ
ぞれ液晶表示パネルのギャップが１０％程度違えてあ
り、従って、これらの間での色調の違いを見ることで、
液晶層の厚みｄ_eff(≒ｄ)の違いによる色調の変化、す
なわち、ギャップマージンを見積ることができる。

【００９３】そこで、国際照明委員会(ＣＩＥ)が１９７
６年に提案したＬ＊ｕ＊ｖ＊表色系の色差式を用いて、
これら実施例Ａと実施例Ｂ、それに比較例Ｃと比較例Ｄ
の印加電圧に対する色差ΔＥ_uv＊の特性を図１６に示
す。通常、このような液晶表示装置において、同一液晶
表示パネル内で許される色差ΔＥ_uv＊の値は３程度であ
るとされている。

【００９４】そこで、この図１６をみてみると、まず実
施例Ａと実施例Ｂの場合には、図中の実線の特性から明
らかなように、同一液晶表示パネル内で１０％程度ギャ
ップ変動を生じても、色差ΔＥ_uv＊の値は２以下を保っ
ており、従って、この場合には、色調が不良にならない
ことが判る。

【００９５】一方、これに対して、比較例Ｃと比較例Ｄ
では、図１６の破線の特性から明らかなように、印加電
圧に応じて大きな色差ΔＥ_uv＊が現われてしまい、著し
い色調不良が発生してしまうことが判る。

【００９６】従って、本発明の実施例の場合には、１０
％程度のギャップ変動に際しては、電圧印加に伴なう色
調変動がほとんど生じないだけではなく、ギャップ変動
に対するマージンが充分に得られることが判る。

【００９７】そして、液晶表示パネルの場合、その製造
歩留まりの点から見て、ギャップ変動についての許容範
囲としては、１０％程度も見込めば実用上は充分であ
り、従って、本発明の実施例によれば、液晶層の局部的
な厚み変化による特性変化を充分に抑えることができ、
容易に表示品質の保持を得ることができる。

【００９８】次に、このように、本発明の実施例と比較
例での色差の発生理由について、ＲＧＢ各色での通過特
性の違いから説明する。まず、図１７と図１８は、実施
例Ａと実施例Ｂの印加電圧に対する明るさを、ＲＧＢ各
色をパラメータとして示した特性であり、次に図１９と
図２０は、比較例Ｃと比較例Ｄについて、同じく示した
特性である。

【００９９】ここで、各色の波長の値は、図１０に示す
発光波長特性のバックライトによる場合のものであり、
このとき、Ｂ(青)の波長については、青色部分のスペク
トルの中間の値をとって４６５ｎｍとしてある。

【０１００】これらの図から、次のことが判る。まず、
図１７と図１８の本発明の実施例の場合は、暗表示から
明表示に至るまで各色の特性の変化傾向はほぼ同じで、
何れの色の場合も、明るさに対する寄与はほぼ等しくな
っていることが判る。従って、この場合には、色調の変
化は現われない。すなわち、本発明の実施例では、色調
の変化を生じないことが判る。

【０１０１】次に、図１９と図２０の比較例の場合は、
実線で示す青の特性については、その変化傾向が、他の
赤と緑の特性とは異なり、印加電圧が高くなるにつれ
て、明るさに対する寄与が減少していることが判る。従
って、この比較例の場合は、明るさが増すにつれ青色成
分が足りなくなり、この結果、表示は黄色みを帯びてく
るようになってしまい、色調が変化してしまうのであ
る。

【０１０２】図２１は、リタデーションｄ_eff・Δｎ(μ
ｍ)をパラメータとして、明表示における各波長での通
過率を明るさで示した図で、この図から明らかなよう
に、リタデーションｄ_eff・Δｎの設定値により、特に
波長５００ｎｍ以下の短波長領域(青色領域)での明るさ
が大きく変化し、僅かなリタデーションｄ_eff・Δｎの
変化で著しい明るさの低下をもたらすことが判る。

【０１０３】色調変化を生じないようにした液晶表示パ
ネルを得るためには、ＲＧＢの３種の波長での透過率の
関係が所定の状態に保たれていることが重要である。そ
して、この所定の状態とは、バックライトの発光スペク
トルの中で、青に相当するスペクトルの中での最長波端
の波長における透過率が、５４５ｎｍ(緑)と６３０ｎｍ
(赤)の波長での透過率よりも常に高くなっている状態の
ことである。

【０１０４】従って、本発明では、常にこの関係が保た
れていることが条件となっており、この関係を規定する
条件を満足する液晶表示パネルの一例が上記実施例とし
て説明されているのである。

【０１０５】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示パネルの分光
透過率を、光源の発光スペクトルに合わせて所定の関係
に設定するという簡単な構成により、電圧印加に伴う色
調変動を抑制し、さらに局所的な液晶層の厚み変化によ
る表示不良を抑制することができるので、良好な表示特
性を有する横電界型液晶表示装置を容易に、しかもロー
コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の効果を説明するた
めの色度図である。

【図２】液晶表示装置でのラビング方向と偏光板の軸方
向を定義する説明図である。

【図３】本発明による横電界方式液晶表示装置の動作を
説明するための模式図である。

【図４】本発明による液晶表示装置の一実施例における
単位画素内での電極構造の説明例である。

【図５】本発明による液晶表示装置の他の一実施例にお
ける単位画素内での電極構造の説明例である。

【図６】本発明の一実施例におけるカラーフィルタの説
明図である。

【図７】本発明の他の一実施例におけるカラーフィルタ
の説明図である。

【図８】アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルの
駆動回路の一例を示す回路図である。

【図９】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す概
略構成図である。

【図１０】本発明の一実施例における光源の発光スペク
トル図である。

【図１１】本発明の一実施例による液晶表示パネルの分
光透過率特性図である。

【図１２】本発明の一実施例による液晶表示パネルの輝
度の電圧依存性を示す特性図である。

【図１３】液晶表示パネルの従来例による分光透過率特
性の説明図である。

【図１４】液晶表示パネルの従来例による色調変動を説
明するための色度図である。

【図１５】液晶表示パネルの他の従来例による色調変動
を説明するための色度図である。

【図１６】本発明の実施例と従来技術による比較例とに
よるギャップマージン拡大効果を示す説明図である。

【図１７】本発明の実施例Ａによる透過率特性図であ
る。

【図１８】本発明の実施例Ｂによる透過率特性図であ
る。

【図１９】従来技術による比較例Ｃの透過率特性図であ
る。

【図２０】従来技術による比較例Ｄの透過率特性図であ
る。

【図２１】リタデーションをパラメータとして示した液
晶表示パネルの波長に対する透過率特性図である。

【符号の説明】

１共通電極２ゲート絶縁膜３信号電極４画素電極５配向膜６液晶分子７基板８偏光板９電界１０ラビング方向１１偏光板の透過軸１２走査電極１３アモルファスシリコン１４薄膜トランジスタ素子１６蓄積容量１９コントロール回路２０垂直走査回路２１映像信号回路２２ブラックマトリクス２３アクティブマトリクス型液晶表示素子２４カラーフィルタ２５保護膜兼平坦化膜２６共通電極駆動用回路２７絶縁膜３０光源３１ライトカバー３２導光体３３拡散板

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−160878（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−231218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G02F 1/13357 G02F 1/139

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】４００〔ｎｍ〕から５００〔ｎｍ〕の発
光波長領域内に第１の輝度極大値を有し、５００〔ｎ
ｍ〕から６００〔ｎｍ〕の発光波長領域内に第２の輝度
極大値を有し、それに６００〔ｎｍ〕から７００〔ｎ
ｍ〕の発光波長領域内に第３の輝度極大値を有する光源
と、前記第１の輝度極大値を示す波長における透過率の値を
ｘ、前記第２の輝度極大値を示す波長における透過率の
値をｙ、それに前記第３の輝度極大値を示す波長におけ
る透過率の値をｚとしたとき、透過率制御範囲の全域に
おいてｘ＞ｙ＞ｚの関係にある分光透過率特性を備え、
横電界方式で動作するアクティブマトリクス型の液晶パ
ネルとを設け、前記光源を前記液晶パネルの一方の面に配置し、他方の
面に画像が表示されるように構成したことを特徴とする
透過型の液晶表示装置。
【請求項２】請求項１の発明において、前記液晶パネルは、液晶層の厚みをｄ_eff〔ｎｍ〕と
し、液晶の屈折率異方性をΔｎとしたとき、これらの積
ｄ_eff・Δｎについて、波長λが４９０〔ｎｍ〕の場
合、２００〔ｎｍ〕≦ｄ_eff・Δｎ≦２５０〔ｎｍ〕の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
液晶表示装置。