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JP6630068B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶を備える液晶表示装置に関する。
液晶を駆動する方式(モード)として、基板間に縦方向に発生する電界、いわゆる縦電界を用いる液晶駆動方式が知られている。このような縦電界を用いて液晶を駆動する液晶表示装置として、TN(Twisted Nematic:ツイステッドネマティック)、VA(Vertical Alignment:垂直配向)及びECB(Electrically Controlled Birefringence:電界制御複屈折)等の縦電界型の液晶表示装置が知られている。また、特許文献1に記載されているように、液晶を駆動する方式として、基板に対して平行な方向(横方向)に発生する電界、いわゆる横電界を用いる液晶駆動方式も知られている。このような横電界を用いて液晶を駆動する液晶表示装置として、FFS(Fringe Field Switching:フリンジフィールドスイッチング)及びIPS(In Plane Switching:インプレーンスイッチング)等の横電界型の液晶表示装置も知られている。
IPSモードでは第1の電極と第2の電極とが同層に設けられており、電界は主に基板面と平行な方向に発生する。このため、第1の電極のすぐ上の領域には電界が形成され難く、当該領域の液晶分子は駆動し難い。
FFSモードでは、基板面に垂直な方向に誘電体膜を介して画素電極と共通電極とが重畳して設けられており、主に基板面に対して斜め方向又は放物線状の電界(フリンジ電界ともいう)が発生する。このため、画素電極の直上の領域の液晶分子も駆動しやすい。即ち、FFSモードではIPSモードよりも高い開口率が得られる。
上述した横電界型の液晶表示装置では、第1電極と第2電極との間で、かつ基板に対して平行方向に電界を発生させることにより液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、その液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。横電界型の液晶表示装置は、液晶の応答速度を向上させることが求められている。
特許文献2には、液晶の応答速度は、液晶層の厚みに応じて変化することが記載され、VAモードの液晶表示装置において、各色の応答速度を揃えて色着きを防止できる液晶表示装置が記載されている。また、特許文献3には、特許文献1より液晶の応答速度を向上させた液晶表示装置が記載されている。
特開2008−52161号公報 特開2010−145825号公報 特開2013−109309号公報
特許文献3に記載された液晶表示装置は、画素が全体として液晶の応答速度を向上させるものの、複数の異色領域毎に対応する各副画素毎に液晶の配向を安定させる必要があることが発明者らによって見いだされた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、画素全体の応答速度を向上させ、かつ副画素毎の配向安定性を向上させて、面内の表示品質を向上する液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、複数の異色領域毎に対応する副画素を含む画素がマトリクス状に配置される液晶表示装置であって、第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置される液晶層と、前記副画素毎に配置される第1電極と、前記第1電極と対向する位置に配置された第2電極と、を含み、前記第1電極は、第1の方向に延びる電極基部と、当該第1の方向と異なる第2の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて前記電極基部から複数突出する櫛歯部とを含み、前記複数の異色領域のうち少なくとも2つの色領域の一方の副画素と他方の副画素とは、隣り合う前記櫛歯部の間隔であるスリットピッチの大きさが異なる。
図1は、実施形態1に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。 図2は、実施形態1に係る液晶表示装置の画素を駆動する駆動回路を示す回路図である。 図3は、実施形態1に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。 図4は、図3のA1−A2線断面を示す模式図である。 図5は、実施形態1に係る第1電極の形状と開口部との関係を説明するための模式図である。 図6は、実施形態1に係る第1電極の形状と遮光位置との関係を説明するための模式図である。 図7は、実施形態1に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加されない状態での液晶の配向を説明するための説明図である。 図8は、図7のB1−B2線断面を示す模式図である。 図9は、実施形態1に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加された状態での液晶の配向を説明するための説明図である。 図10は、図9のC1−C2線断面を示す模式図である。 図11は、実施形態1に係る画素内の第1電極の形状を詳細に説明するための模式図である。 図12は、実施形態1に係る1つの画素にある副画素毎のスリットピッチを説明するための断面模式図である。 図13は、実施形態1の変形例1に係る液晶表示装置として、図3のA1−A2線断面の変形例を示す模式図である。 図14は、実施形態1の変形例2に係る液晶表示装置として、第1電極の形状と開口部との関係の変形例を説明するための模式図である。 図15は、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置として、画素を説明するための平面図である。 図16は、図15のE1−E2線断面を示す模式図である。 図17は、実施形態2に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。 図18は、実施形態2に係る液晶表示装置の画素列を示す説明図である。 図19は、実施形態2に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。 図20は、実施形態2に係る1つの画素にある副画素毎のスリットピッチを説明するための断面模式図である。 図21は、実施形態2に係る液晶表示装置の駆動方法のフローチャートである。 図22は、液晶の応答速度とスリットピッチとの関係について説明する説明図である。 図23は、液晶の応答速度とセル厚との関係について説明する説明図である。 図24は、スリットピッチ、液晶の応答時間、及び透過率との関係を説明する説明図である。 図25は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。 図26は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。
発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。液晶表示装置1は、透過型の液晶表示装置であり、表示パネル2と、ドライバIC3と、を備えている。図示しないフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)は、ドライバIC3への外部信号又はドライバIC3を駆動する駆動電力を伝送する。表示パネル2は、透光性絶縁基板、例えばガラス基板11と、ガラス基板11の表面にあり、液晶セルを含む画素がマトリクス状(行列状)に多数配置されてなる表示エリア部21と、水平ドライバ(水平駆動回路)23と、垂直ドライバ(垂直駆動回路)22と、を備えている。ガラス基板11は、能動素子(例えば、トランジスタ)を含む多数の画素回路がマトリクス状に配置形成される第1の基板と、この第1の基板と所定の間隙をもって対向して配置される第2の基板とによって構成される。第1の基板と第2の基板との間隙は、第1の基板上の各所に配置形成されるフォトスペーサによって所定の間隙に保持される。そして、これら第1の基板及び第2の基板間に液晶が封入される。
(液晶表示装置のシステム構成例)
表示パネル2は、ガラス基板11上に、表示エリア部21と、インターフェース(I/F)及びタイミングジェネレータの機能を備えるドライバIC3と、垂直ドライバ22及び水平ドライバ23と、を備えている。
表示エリア部21において、表示上の1画素を構成するユニットがM行×N列に配置されたマトリクス(行列状)構造を有している。なお、この明細書において、行とは、一方向に配列されるN個の副画素Vpixを有する画素行をいう。また、列とは、行に含まれる副画素Vpixが配列される方向と直交する方向に配列されるM個の副画素Vpixを有する画素列をいう。そして、MとNとの値は、垂直方向の表示解像度と水平方向の表示解像度に応じて定まる。表示エリア部21は、副画素VpixのM行N列の配列に対して行毎に走査線24、24、24・・・24が配線され、列毎に信号線25、25、25・・・25が配線されている。以後、本実施形態においては、走査線24、24、24・・・24を代表して走査線24のように表記し、信号線25、25、25・・・25を代表して信号線25のように表記することがある。また、本実施形態においては、走査線24、24、24・・・24の任意の3本の走査線を、走査線24、24m+1、24m+2(ただし、mは、m≦M−2を満たす自然数)のように表記し、信号線25、25、25・・・25の任意の3本の信号線を、信号線25、25n+1、25n+2(ただし、nは、n≦N−2を満たす自然数)のように表記する。
液晶表示装置1には、外部から外部信号である、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号が入力され、ドライバIC3に与えられる。ドライバIC3は、外部電源の電圧振幅のマスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号を、液晶の駆動に必要な内部電源の電圧振幅にレベル変換し、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。ドライバIC3は、生成したマスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号をそれぞれ垂直ドライバ22及び水平ドライバ23に与える。ドライバIC3は、副画素Vpix毎の後述する共通電極COMに対して各画素共通に与えるコモン電位を生成して表示エリア部21に与える。
垂直ドライバ22は、垂直クロックパルスに同期してドライバIC3から出力される表示データを1水平期間で順次サンプリングしラッチする。垂直ドライバ22は、ラッチされた1ライン分のデジタルデータを垂直走査パルスとして順に出力し、表示エリア部21の走査線24、24m+1、24m+2・・・に与えることによって副画素Vpixを行単位で順次選択する。垂直ドライバ22は、例えば、走査線24、24m+1、24m+2・・・の表示エリア部21の上寄り、垂直走査上方向から、表示エリア部21の下寄り、垂直走査下方向へ順にデジタルデータを出力する。また、垂直ドライバ22は、走査線24、24m+1、24m+2・・・の表示エリア部21の下寄り、垂直走査下方向から、表示エリア部21の上寄り、垂直走査上方向へ順にデジタルデータを出力することもできる。
水平ドライバ23には、例えば6ビットのR(赤)、G(緑)、B(青)のデジタル映像データVsigが与えられる。水平ドライバ23は、垂直ドライバ22による垂直走査によって選択された行の各副画素Vpixに対して、画素毎に、若しくは複数画素毎に、あるいは全画素一斉に、信号線25を介して表示データを書き込む。
液晶表示装置1は、液晶素子に同極性の直流電圧が印加され続けることによって液晶の比抵抗(物質固有の抵抗値)等が劣化する可能性がある。液晶表示装置1は、液晶の比抵抗(物質固有の抵抗値)等の劣化を防ぐため、駆動信号のコモン電位を基準として映像信号の極性を所定の周期で反転させる駆動方式がとられる。
この液晶表示パネルの駆動方式として、ライン反転駆動方式、ドット反転駆動方式、フレーム反転駆動方式などの駆動方式が知られている。ライン反転駆動方式は、1ライン(1画素行)に相当する1H(Hは水平期間)の時間周期で映像信号の極性を反転させる駆動方式である。ドット反転駆動方式は、互いに隣接する上下左右の画素毎に映像信号の極性を交互に反転させる駆動方式である。フレーム反転駆動方式は、1画面に相当する1フレーム毎に全画素に書き込む映像信号を一度に同じ極性で反転させる駆動方式である。液晶表示装置1は、上記の各駆動方式のいずれを採用することも可能である。
図2は、実施形態1に係る液晶表示装置の画素を駆動する駆動回路を示す回路図である。表示エリア部21には、各副画素Vpixの薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)素子Trに表示データとして画素信号を供給する信号線25、25n+1、25n+2、各TFT素子Trを駆動する走査線24、24m+1、24m+2等の配線が形成されている。このように、信号線25、25n+1、25n+2は、上述したガラス基板11の表面と平行な平面に延在し、副画素Vpixに画像を表示するための画素信号を供給する。副画素Vpixは、TFT素子Tr及び液晶容量LCを備えている。TFT素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。TFT素子Trのソース又はドレインの一方は信号線25、25n+1、25n+2に接続され、ゲートは走査線24、24m+1、24m+2に接続され、ソース又はドレインの他方は液晶容量LCの一端に接続されている。液晶容量LCは、一端がTFT素子Trのソース又はドレインの他方に接続され、他端が共通電極COMに接続されている。
副画素Vpixは、走査線24、24m+1、24m+2により、表示エリア部21の同じ行に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。走査線24、24m+1、24m+2は、垂直ドライバ22と接続され、垂直ドライバ22から走査信号の垂直走査パルスが供給される。また、副画素Vpixは、信号線25、25n+1、25n+2により、表示エリア部21の同じ列に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。信号線25、25n+1、25n+2は、水平ドライバ23と接続され、水平ドライバ23より画素信号が供給される。さらに、副画素Vpixは、共通電極COMにより、表示エリア部21の同じ列に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。共通電極COMは、ドライバIC3と接続され、ドライバIC3より駆動信号が供給される。
図1に示す垂直ドライバ22は、垂直走査パルスを、図2に示す走査線24、24m+1、24m+2を介して、副画素VpixのTFT素子Trのゲートに印加することにより、表示エリア部21にマトリクス状に形成されている副画素Vpixのうちの1行(1水平ライン)を表示駆動の対象として順次選択する。図1に示す水平ドライバ23は、画素信号を、図2に示す信号線25、25n+1、25n+2を介して、垂直ドライバ22により順次選択される1水平ラインに含まれる各副画素Vpixにそれぞれ供給する。そして、これらの副画素Vpixでは、供給される画素信号に応じて、1水平ラインの表示が行われるようになっている。ドライバIC3は、駆動信号を印加し、所定の本数の共通電極COMを含む駆動電極ブロック毎に共通電極COMを駆動する。
上述したように、液晶表示装置1において、垂直ドライバ22が走査線24、24m+1、24m+2を順次走査するように駆動することにより、1水平ラインが順次選択される。また、液晶表示装置1において、1水平ラインに属する副画素Vpixに対して、水平ドライバ23が画素信号を供給することにより、1水平ラインずつ表示が行われる。この表示動作を行う際、ドライバIC3は、その1水平ラインに対応する共通電極COMに対して駆動信号を印加するようになっている。
制御装置4は、例えば、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)41と、メモリである記憶装置42とを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって各種の機能を実現することができる。具体的には、制御装置4は、記憶装置42に記憶されているプログラムを読み出してメモリに展開し、メモリに展開されたプログラムに含まれる命令をCPU41に実行させる。そして、制御装置4において、CPU41による命令の実行結果に応じて、表示パネル2に表示させる画像をドライバIC3が画像入力階調の情報として扱えるように制御する。バックライト6は、制御装置4の制御信号に応じて表示パネル2に向けて光を照射し、表示エリア部21の全面に光を入射させる。バックライト6は、例えば光源と、光源から出力された光を導いて、表示パネル2の裏面に向けて出射させる導光板と、を含む。バックライト6は、表示エリア部21の一辺に沿う方向に並ぶ複数の光源を備え、それぞれの光源の光量が独立制御されていてもよい。これにより、バックライト6において、一部の光源のみが発光する光によって、表示パネル2の一部に、光を入射させることができる。なお、本実施形態の液晶表示装置1においては、光源として、表示パネル2の裏面側に配置されるバックライト6で説明するが、表示パネル2の表面側に配置されたフロントライトであってもよい。
また、表示エリア部21は、カラーフィルタを有する。カラーフィルタは、格子形状のブラックマトリクス76aと、開口部76bと、を有する。ブラックマトリクス76aは、図2に示すように副画素Vpixの外周を覆うように形成されている。つまり、ブラックマトリクス76aは、二次元配置された副画素Vpixと副画素Vpixとの境界に配置されることで、格子形状となる。ブラックマトリクス76aは、光の吸収率が高い材料で形成されている。開口部76bは、ブラックマトリクス76aの格子形状で形成されている開口であり、副画素Vpixに対応して配置されている。
開口部76bは、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色された色領域を含む。カラーフィルタは、開口部76bに例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配列して、図2に示す各副画素VpixにR、G、Bの3色の色領域が1組として画素Pixとして対応付けられている。
なお、カラーフィルタは、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。一般に、カラーフィルタは、緑(G)の色領域の輝度が、赤(R)の色領域及び青(B)の色領域の輝度よりも高い。また、赤(R)、緑(G)、青(B)の他に他の色を追加してもよい。追加する色として、例えば白色(W)が挙げられる。白色の副画素のカラーフィルタは、設けなくてもよい。カラーフィルタを設けないと、当該副画素は白色となる。あるいは、カラーフィルタに光透過性の樹脂を用いて白色としてもよい。
また、追加する色として、白色以外の他の色、例えば黄色(Y)を用いてもよい。追加する色として黄色を用いる場合は、カラーフィルタを黄色に着色すればよい。
表示エリア部21において、正面に直交する方向からみた場合、走査線24と信号線25がカラーフィルタのブラックマトリクス76aと重なる領域に配置されている。つまり、走査線24及び信号線25は、正面に直交する方向からみた場合、ブラックマトリクス76aの後ろに隠されることになる。また、表示エリア部21は、ブラックマトリクス76aが配置されていない領域が開口部76bとなる。
図2に示すように、走査線24、24m+1、24m+2が等間隔で配置され、信号線25、25n+1、25n+2も等間隔で配置されている。そして、各副画素Vpixは、近接する走査線24、24m+1、24m+2と近接する信号線25、25n+1、25n+2とで区画される領域に、同じ方向を向いて配置されている。
図3は、実施形態1に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。図4は、図3のA1−A2線断面を示す模式図である。図3及び図4に示すように、実施形態1では、液晶表示装置1(図1に示す表示パネル2)の平面の一方向をX方向とし、X方向と直交する方向をY方向とし、X−Y平面に直交する方向をZ方向とする。各副画素Vpixは、垂直走査下方向(図中下方向)に開口部76bが形成され、垂直走査上方向(図中上方向)左側にTFT素子Trが配置され、垂直走査上方向(図中上方向)右側にTFT素子Trのドレイン電極に画素電極が接続されるコンタクト90Hが形成されている。なお、TFT素子Trのドレインとは、半導体層(活性層)の一部とドレイン電極90を含む。同様に、TFT素子Trのソースとは、半導体層(活性層)の別の一部とソース電極91を含む。カラーフィルタ76R、76G及び76Bは、開口部76bに例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配列して、図2に示す各副画素Vpix毎に、R、G、Bの3色の色領域を形成している。
液晶表示装置1は、図4に示すように、画素基板(第1の基板)70Aと、この画素基板70Aの表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板(第2の基板)70Bと、画素基板70Aと対向基板70Bとの間に挿設された液晶層70Cとを備えている。なお、画素基板70Aの液晶層70Cとは反対側の面には、バックライト6が配置されている。なお、フォトスペーサ(図示せず)が画素基板70Aと対向基板70Bとの間隙を所定の間隙に保持している。
実施形態1に係る液晶層70Cにおいて、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させる。この電界により、液晶層70Cの液晶分子が基板面と平行な面内で回転し、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図4に示す第2電極32は上述した画素電極であり、第1電極31は、上述した共通電極COMである。また、図4に示す液晶層70Cと画素基板70Aとの間、及び液晶層70Cと対向基板70Bとの間には、それぞれ第1配向膜73a及び第2配向膜73bが配設されている。
対向基板70Bは、ガラス基板72と、このガラス基板72の一方の面に形成された遮光性のブラックマトリクス76aと、を含む。ブラックマトリクス76aは、画素基板70Aと垂直な方向において、液晶層70Cと対向する。
画素基板70Aは、回路基板としてのTFT基板71を含む。TFT基板71上には、図3に示す走査線24が形成されている。走査線24は、ゲート電極93が電気的に接続されている。なお図3及び図4では、走査線24及びゲート電極93が別々の層に形成されているが、走査線24及びゲート電極93を一体形成してもよい。
TFT素子Trを構成するアモルファスシリコン(a−Si)を含む半導体層92は、ゲート電極93の上層に形成されている。半導体層92は、TFT素子Trを構成するソース電極91と接続されている。ソース電極91は、導電体であり、半導体層92の一部に電気的に接続されている。ソース電極91は、図3に示す信号線25(図4には非開示)に電気的に接続される。半導体層92は、TFT素子Trを構成するドレイン電極90と接続されている。ドレイン電極90は、半導体層92の別の一部に電気的に接続されている。なお図3では、信号線25及びソース電極91が別々の層に形成されているが、信号線25及びソース電極91を一体形成してもよい。
絶縁層74は、例えば、走査線24と半導体層92との間の絶縁膜741と、半導体層92と信号線25との間の絶縁膜742と、信号線25と第2電極32との間の絶縁膜743と、第2電極32と第1電極31との間の絶縁膜744とが積層されている。絶縁膜741、742、743、744は、同じ絶縁材料であってもよく、いずれかが異なる絶縁材料であってもよい。例えば、絶縁膜743は、ポリイミド樹脂などの有機絶縁材料で形成されており、他の絶縁膜(絶縁膜741、絶縁膜742、絶縁膜744)は、窒化珪素、酸化珪素等の無機絶縁材料で形成されている。
導電性金属で形成されたコンタクト90Hは、いわゆるコンタクトホール内に形成され、ドレイン電極90と第2電極32とを接続する。第1電極31は、共通電極COMとして、各画素共通に与えるコモン電位が与えられている。第1電極31及び第2電極32は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。
図5は、実施形態1に係る第1電極の形状と開口部との関係を説明するための模式図である。図5に示すように、第1電極31は、導電材料のない領域であるスリットSにより、櫛歯状になっている。第1電極31は、Y方向に延びる電極基部132から複数突出する櫛歯部131を備えている。櫛歯部131において、電極基部132から延びる方向が逆方向である、櫛歯部131a及び櫛歯部131bを含む。複数の櫛歯部131aが、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同様に、複数の櫛歯部131bが、互いに一定距離を隔てて、それぞれの電極基部132から複数突出する。それぞれの電極基部132からは、X方向に櫛歯部131aが延び、X方向とは逆方向に櫛歯部131bが延びている。なお、電極基部132は、櫛歯部131a又は櫛歯部131bと同様に、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される。
上述した第1配向膜73aにおいて、液晶分子がX方向に所定の初期配向性をもつように、図3及び図5に示す配向方向ORI(第1配向方向)に配向処理が施されている。第2配向膜73bにおいて、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行(第2配向方向)に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bでは、配向方向が互いにアンチパラレルの関係となっている。上述したように、X方向に櫛歯部131aが延び、X方向と逆方向に櫛歯部131bが延びている。配向方向ORIは、櫛歯部131a又は櫛歯部131bの延びる方向と平行である。ここで平行とは、後述の図9に示す液晶分子Lcmの回転方向が維持できる程度に平行であればよい。より具体的には、0度以上0.5度以下の製造誤差を含む。なお、液晶分子に所定の配向性をもたせるには、ポリイミド等の有機膜にラビング処理を施すことにより形成した配向膜、あるいは、例えば紫外線等の光を照射することにより、特定の液晶配向能を付与させることが可能な光配向膜を用いて行えばよい。このように、実施形態1では、所定の初期配向性をもつように第1配向膜73a及び第2配向膜73bには、ラビング処理が施されている。しかしながら、第1配向膜73a及び第2配向膜73bに初期配向性をもたせるのは、ラビング処理に限定されない。第1配向膜73a及び第2配向膜73bに光配向性を有する材料を用いて形成し、所定の初期配向性をもつようにしてもよい。
図6は、実施形態1に係る第1電極の形状と遮光位置との関係を説明するための模式図である。ブラックマトリクス76aは、副画素Vpixを図6に示す幅76h1aの位置まで遮光し、コンタクト90Hを隠していればよい。開口部76bの縁に近い櫛歯部131bと、コンタクト90Hとの間にある、最端スリットSwは、隣り合う櫛歯部131a又は隣り合う櫛歯部131bの間にあるスリットSに加わる電界と分布が異なる。このため、ブラックマトリクス76aは、副画素Vpixを図6に示す幅76h1bの位置まで遮光し、コンタクト90H及び最端スリットSwの半分以上を隠していれば、最端スリットSwとスリットSとの透過率の変化率を近づけることができる。ブラックマトリクス76aは、副画素Vpixを図6に示す幅76h1cの位置まで遮光し、コンタクト90H及び最端スリットSwを隠していれば、最端スリットSwとスリットSとの透過率の変化率差を考慮しなくてもよくなる。この構造により、開口部76b内の輝度を均一にすることができる。
図7は、実施形態1に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加されない状態での液晶の配向を説明するための説明図である。図8は、図7のB1−B2線断面を示す模式図である。図9は、実施形態1に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧を印加した状態での液晶の配向を説明するための説明図である。図10は、図9のC1−C2線断面を示す模式図である。図11は、実施形態1に係る画素内の第1電極の形状を詳細に説明するための模式図である。
上述したように、第1配向膜73aには、X方向に所定の初期配向性をもつように、図3及び図5に示す配向方向ORIに配向処理が施されている。このため、図7に示すように、第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されない場合、櫛歯部131a及び櫛歯部131bの延びる方向に平行に、液晶層70Cの液晶分子Lcmの長軸方向が沿うようになり、揃う傾向がある。このため、スリットSの幅方向で対向する櫛歯部131a及び櫛歯部131bの右側長辺131R及び左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子Lcmは、櫛歯部131a及び櫛歯部131bの延びる方向に平行に沿って初期配向している。また、図8に示す液晶分子Lcmは、配向方向ORIに沿うとともに、TFT基板71の表面に対してプレチルト角θpを有するように配向方向ORIに向けて上向きに初期配向している。
図9に示すように、第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されると、液晶分子Lcmが液晶回転方向LCQに回転する。つまり液晶回転方向LCQは、X−Y平面における液晶のツイスト又は回転の方向を示す。右側長辺131Rの近傍領域と、左側長辺131Lの近傍領域とにある液晶分子Lcmは、互いに逆向きの電界を受け、逆向きに回転しやすい。
このように、実施形態1に係る液晶表示装置1の液晶層70Cは、第1電極31と第2電極32に電圧が印加される場合、隣り合う櫛歯部131a(131b)のスリットSの幅方向において対向する一方である、右側長辺131Rの近傍領域、及び他方である左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子Lcmが互いに逆方向に回転する。このため、特許文献1に記載のFFSモードの液晶表示装置と比較して、実施形態1に係る液晶表示装置1は、液晶分子Lcmが第1電極31と第2電極32との間の電界の変化に高速に反応する。そして、実施形態1に係る液晶表示装置1は、応答速度が向上する。
なお、応答速度とは、第1電極31と第2電極32に電圧を印加する時に、液晶の透過率を所定レベル間で遷移させる際の速度である。即ち電圧を印加しない状態(例えば透過率=0)から電圧を印加する状態(透過率=1)へ遷移する際、あるいはその逆の遷移の際に要する時間で規定される。
第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されると、液晶分子Lcmの長軸方向は、画素基板70A(TFT基板71)の表面に平行な平面(X−Y面)内で回転しながら、図10に示すように、Z方向にも変化する。第1電極31と第2電極32とは、画素基板70A(TFT基板71)の表面に垂直な方向に対向して配置されているので、第1電極31と第2電極32との間に発生する電界は、スリットSを通過するフリンジ電界となる。当該フリンジ電界により、液晶分子Lcmの長軸は、図9に示すX−Y平面で各液晶回転方向LCQ(右回り、左回り)に回転しながら、画素基板70A(TFT基板71)の表面に垂直な方向(Z方向)へ立ち上がる。スリットSの中央領域では液晶回転方向LCQの向きが混在することがある。
図10に示すように、櫛歯部131b間にあるスリット領域Rsでは、液晶分子Lcmの長軸方向は、プレチルト角度θpよりも大きくなる角度θp2になる。櫛歯部131a間にあるスリット領域Lsでは、液晶分子Lcmの長軸方向は、プレチルト角度θpとは逆の方向の角度θp1になる。スリット領域Lsにおける液晶分子Lcmの長軸方向は、スリット領域Rsにおける液晶分子Lcmの長軸方向よりも、液晶分子Lcmの長軸方向が立ち上がりにくく、応答性が劣る可能性がある。
図11に示すように、実施形態1に係る液晶表示装置1は、第1電極31の形状をより細かく規定することで応答性を向上できる。例えば、図11に示すように、X方向における電極基部132間のトータルスリット長をL0とする。また、X方向における櫛歯部131aの櫛歯突出長さをL1とする。櫛歯突出長さL1は、櫛歯部131aの先端131afの位置x1から電極基部132の突出開始位置x0までの長さである。同様に、X方向における櫛歯部131bの櫛歯突出長さをL2とする。櫛歯突出長さL2は、櫛歯部131bの先端131bfの位置x1から電極基部132の突出開始位置x0までの長さである。また、櫛歯部131aの先端131af及び櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅は、w1とする。トータルスリット長L0は、例えば10μm以上60μm以下が好ましい。また、トータルスリット長L0は、40μm未満、例えば20μmなどが好適である。実施形態1に係る液晶表示装置1は、トータルスリット長L0を短くすれば、液晶の配向安定性が高くなり、逆に長くすれば輝度が高くなる。
上述したように図10に示すスリット領域Lsにおける液晶分子Lcmの長軸方向は、スリット領域Rsにおける液晶分子Lcmの長軸方向よりも、液晶分子Lcmの長軸方向が立ち上がりにくく応答性が劣る可能性がある。スリット領域Lsをスリット領域Rsよりも小さくするため、図11に示す櫛歯突出長さL1は、櫛歯部131aよりも配向方向ORI側にある櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2よりも小さくする。これにより、実施形態1に係る液晶表示装置1は、応答速度を高めることができる。
櫛歯部131aの先端131af及び櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅w1は、例えば2μm以上5μm以下とし、細い方が、応答速度を高めることができる。
隣り合う櫛歯部131aのスリットピッチ(配列ピッチ)pは、隣り合う櫛歯部131bの配列ピッチと同じである。そして、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがY方向に互い違いに配置されるようにしている。この構造により、図9に示すように、櫛歯部131aの右側長辺131Rと、櫛歯部131bの右側長辺131Rとが、X方向に並ぶようになる。また、この構造により、図9に示すように、櫛歯部131aの左側長辺131Lと、櫛歯部131bの左側長辺131Lとが、X方向に並ぶようになる。この結果、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQは、X方向にみて同じ向きとなり、液晶分子Lcmが回転する挙動が安定する。スリットピッチpが狭くなると応答速度が速くなるため、スリットピッチpが9μmより小さいことが好ましい。
図11に示す櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとの間は、Y方向に延びる連通開口部のX方向の幅Wになり、狭い方が好ましい。例えば、連通開口部のX方向の幅Wは、7μm以下である。連通開口部のX方向の幅Wは、4μm以下であることがより好ましい。なお、連通開口部のX方向の幅Wは、0以下とすることもできる。例えば、W=0の場合、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがY方向の一列に並び、先端同士はY方向で間隙をもち複数のスリットSが連通開口される形状となる。又は、W<0の場合、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがX方向で隣のスリットSの中に入る形状、言い換えると、櫛歯部131aと櫛歯部131bとは互い違いに食い込む形状となる。
櫛歯部131aは、電極基部132の突出開始位置x0において、Y方向の幅がw2であり、櫛歯部131aの先端131afのY方向の幅w1より広い。このため、櫛歯部131aは、台形形状となる。このため、櫛歯部131aの長辺131al1及び長辺131al2は、櫛歯部131aの中心を通る仮想線131ac(櫛歯部131aが延びるX方向)の基準方向に対して角度θだけ傾斜している斜辺となる。角度θが、0.5度よりも大きい場合、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いやすくなり、液晶分子Lcmの挙動が安定する。
同様に、櫛歯部131bは、電極基部132の突出開始位置x0において、Y方向の幅がw2であり、櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅w1より広い。このため、櫛歯部131bは、台形形状となる。このため、櫛歯部131bの長辺131bl1及び長辺131bl2は、櫛歯部131bの中心を通る仮想線131bc(櫛歯部131bが延びるX方向)の基準方向に対して角度θだけ傾斜している斜辺となる。角度θが、0.5度よりも大きい場合、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いやすくなり、液晶分子Lcmの挙動が安定する。このように、実施形態1に係る液晶表示装置1は、X方向で隣接する列同士及びX方向ライン上で、液晶回転方向が揃っているので、配向安定性が高い。
櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が長くなると、角度θを大きくする必要がある。角度が大きくなると幅w1と幅w2との差が大きくなり、スリットピッチpが制限される。例えば、角度θが、0.5度以上1.0度以下の場合、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が、45μm以下であることが好ましい。
電極基部132は、光の透過に寄与しないので、電極基部132のX方向(電極基部132が延びる方向と直交する方向)の幅D1は狭い方がよい。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であることが好ましい。幅D1は、0μmより大きい長さとすると導電性を向上させることができ、4μm以下とすると透過率の低下を抑制することができる。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であり、かつ櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が、45μm以下である場合、表示エリア部21は、160ppi(pixel per inch)以上の高精細な画面になることができる。この場合、例えば、幅w1は0.5μmとして、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2の全域に渡って、品質良くできる幅w2は、1μm以上が好ましい。
上述したように、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできる。しかしながら、スリットピッチpが狭くなると、例えば、櫛歯部131a又は櫛歯部131bのY方向の幅が大きくなり、光の透過に寄与しない領域が増えることになる。透過率を向上させるには、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2を長くすることが有効であるが、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いにくくなり、液晶分子Lcmの挙動が不安定になる可能性がある。
図12は、実施形態1に係る1つの画素にある副画素毎のスリットピッチを説明するための断面模式図である。上述したように、カラーフィルタ76R、76G及び76Bは、開口部76bを透過する光を、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色して、異なる色の異色領域の副画素Vpixとして、赤(R)色の色領域となる第1副画素49R、緑(G)色の色領域となる第2副画素49G及び青(B)色の色領域となる第3副画素49Bとする。カラーフィルタ76R、76G及び76Bには、求められる色相により、所定のカラーフィルタの厚みdR、dG及びdBが必要となる。ここで、液晶の応答速度は、液晶層の厚みであるセル厚に応じて変化する。セル厚は、TFT基板71と、各カラーフィルタ76R、76G及び76Bとの距離となる。カラーフィルタの厚みdR、dG及びdBが大きくなると、セル厚は小さくなり、カラーフィルタの厚みdR、dG及びdBが小さくなるとセル厚は大きくなる。
一般に、セル厚が大きくなると、液晶の応答時間は大きくなり、セル厚が小さくなると、液晶の応答時間が小さくなる。すなわち、セル厚が小さくなるほど、液晶の応答速度が速くなる。一方、実施形態1に係る液晶表示装置1は、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできるが、スリットピッチpが狭いほど、液晶分子Lcmの挙動が不安定になり、液晶の配向安定性が不安定になる可能性がある。
そこで、本実施形態1に係る液晶表示装置1は、カラーフィルタ76Bの厚みdBがカラーフィルタ76Rの厚みdRよりも大きい場合、第3副画素49BのスリットピッチpBを第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きくする。すなわち、第3副画素49BのスリットピッチpBを第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きくする。これにより、第3副画素49Bの応答速度は、第1副画素49Rの応答速度よりも遅くなる。
カラーフィルタ76Bの厚みdBがカラーフィルタ76Rの厚みdRよりも大きい場合、厚みdBと厚みdRとの差分に応じて、第3副画素49Bの応答時間は、第1副画素49Rの応答時間よりも、小さくなる。すなわち、第3副画素49Bの応答は、第1副画素49Rの応答速度よりも速くなる。
すなわち、第3副画素49Bにおいては、カラーフィルタ76Bの膜厚dBが大きくなると、セル厚が小さくなる。セル厚が小さくなると、応答時間が小さくなり、応答速度が速くなる。かつ、第3副画素49Bにおいては、スリットピッチpBが大きくなると、応答時間が大きくなり、応答速度が遅くなる。
一方、第1副画素49Rにおいては、カラーフィルタ76Rの膜厚dRが小さくなると、セル厚が大きくなる。セル厚が大きくなると、応答時間が大きくなり、応答速度が遅くなる。かつ、第1副画素49Rにおいては、スリットピッチpRが小さくなると、応答時間が小さくなり、応答速度が速くなる。
同じ画素Pixを構成する、第1副画素49Rの応答速度と、第3副画素49Bの応答速度とは同程度でよいので、実施形態1に係る液晶表示装置1は、第3副画素49BのスリットピッチpBを第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きくすれば、第3副画素49Bの液晶分子Lcmの回転が安定する。
R(赤)、G(緑)、B(青)の3色のなかでは、人間の視感度が最も高い色はG(緑)である。このため、第2副画素49Gは、第1副画素49R及び第3副画素49Bより、光の透過に寄与しない領域の影響度合いが低い。このため、実施形態1に係る液晶表示装置1は、第2副画素49GのスリットピッチpGを第3副画素49BのスリットピッチpBよりも小さくでき、液晶分子Lcmの不安定な挙動の影響を低減でき、表示品質が安定する。実施形態1に係る液晶表示装置1は、第2副画素49GのスリットピッチpGを第1副画素49RのスリットピッチpR以下にすることができる。実施形態1に係る液晶表示装置1は、第2副画素49GのスリットピッチpGを第1副画素49RのスリットピッチpRよりも小さくすることもできる。
以上説明したように、実施形態1に係る液晶表示装置1は、複数の異色領域としてR(赤)、G(緑)、B(青)の3色のうち少なくとも2つの色領域の一方の第3副画素49Bと他方の第1副画素49Rとは、スリットピッチpBとスリットピッチpRとで大きさが異なる。そして、2つのカラーフィルタ76B及びカラーフィルタ76Rのうち、一方のカラーフィルタ76Bがある第3副画素49Bは、他方のカラーフィルタ76Rのある第1副画素49Rと比較してセル厚が狭い場合、第3副画素49BのスリットピッチpBは、第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きい。この構造により、第3副画素49Bにおける液晶の配向安定性が向上する。その結果、実施形態1に係る液晶表示装置1は、画素Pix全体の応答速度を向上させつつ、第3副画素49Bの配向安定性が向上することで、面内の表示品質が向上する。
第3副画素49Bのセル厚とスリットピッチpBとを乗じた値が、第1副画素49Rのセル厚とスリットピッチpRとを乗じた値とほぼ等しくなるようにする場合、第3副画素49Bの液晶の応答速度と、第1副画素49Rの液晶の応答速度とが同程度となり、実施形態1に係る液晶表示装置1は、面内の表示品質がより向上する。なお、ほぼ等しいとは、第3副画素49Bのセル厚とスリットピッチpBとを乗じた値と、第1副画素49Rのセル厚とスリットピッチpRとを乗じた値との比が0.8以上1.2以下の範囲に入ることをいう。
また、実施形態1に係る液晶表示装置1は、複数の異色領域としてR(赤)、G(緑)、B(青)の3色のうち少なくとも2つの色領域の一方の第3副画素49Bと他方の第2副画素49Gとは、スリットピッチpBとスリットピッチpGとで大きさが異なる。この構造により、第2副画素49Gにおいて影響を受けない程度において、他の第1副画素49R及び第3副画素49Bの液晶の配向安定性を向上させることができる。その結果、実施形態1に係る液晶表示装置1は、画素Pix全体の応答速度を向上させつつ、第1副画素49R及び第3副画素49Bの配向安定性が向上することで、面内の表示品質が向上する。
このように、人間の視感度の高い色領域の第2副画素49GのスリットピッチpGは、スリットピッチpB及びスリットピッチpRよりも狭い。この構成により、実施形態1に係る液晶表示装置1は、画素Pix全体の応答速度を向上させつつ、第1副画素49R及び第3副画素49Bの配向安定性が向上することで、より面内の表示品質が向上する。
(製造方法)
実施形態1に係る液晶表示装置1の製造方法は、例えば以下のプロセスを含む。製造装置は、画素基板(第1の基板)70AのTFT基板71として透光性基板である、ガラス基板を用意する第1基板の準備工程を処理する。
次に、製造装置は、TFT基板71上に、走査線24及びゲート電極93を形成する。次に、製造装置は、TFT基板71上に、走査線24及びゲート電極93と半導体層92との間の絶縁膜741を形成する。次に、製造装置は、ソース電極91、ドレイン電極90、半導体層92などの層を形成する。次に、製造装置は、半導体層92と信号線25との間の絶縁膜742を形成する。次に、製造装置は、信号線25を形成し、信号線25とソース電極91を接続する。次に、製造装置は、信号線25と第2電極32との間の絶縁膜743を形成する。
次に、製造装置は、スパッタ法、エッチング等により、画素電極として第2電極32を成膜し、上述した導電性のコンタクト90Hを介してドレイン電極90と第2電極32とを接続する。第2電極32の厚さは、例えば10nm以上100nm以下である。次に、製造装置は、プラズマCVD法などで、第2電極32の上に絶縁膜744を成膜する。
次に、製造装置は、スパッタ法、エッチング等により、第1電極31を成膜する。第1電極31の厚さは、例えば10nm以上100nm以下である。第1電極31は、スリットSにより櫛歯状に形成される。製造装置は、第1電極31上であって、ポリイミド等の高分子材料に配向方向ORIの処理が施された第1配向膜73aが形成される。以上のように、製造装置は、第1基板の製造工程を処理する。
製造装置は、対向基板(第2の基板)70Bのガラス基板72として透光性基板である、ガラス基板を用意する第2基板の準備工程を処理する。
製造装置は、ガラス基板72上に、カラーフィルタ76R、76G、76B、ブラックマトリクス76aの層を形成し、その上にオーバーコート層などを形成する。そして、製造装置は、オーバーコート層上であって、ポリイミド等の高分子材料に配向方向ORIと反平行(逆方向)の処理が施された第2配向膜73bを形成する。以上のように、製造装置は、第2基板の製造工程を処理する。
製造装置は、画素基板70Aと対向基板70Bを対向させ、その間に液晶を注入し、額縁部で封止することで、液晶層70Cを形成する。画素基板70Aの背面側には、偏光板やバックライト6などが取り付けられ、前面側には偏光板などが取り付けられる。上述した額縁部の電極端には、上述したドライバIC3が接続され、液晶表示装置1が製造される。
なお実施形態1では、TFT素子Trを構成する半導体層92として、アモルファスシリコン(a−Si)を用いたが、これに限定されない。半導体層92として、多結晶シリコン(poly−Si)を用いてもよい。また、シリコンに代えて他の半導体材料(例えばゲルマニウム(Ge))、又はシリコンに他の材料を加えた材料(例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe))を用いてもよい。さらに、半導体層92として、酸化物半導体材料を用いてもよい。当該酸化物半導体材料として、例えば、インジウム(In)を含む酸化物半導体材料を用いてもよい。
また実施形態1において、TFT素子Trは、ゲート電極93が半導体層92より下方に設けられるボトムゲート型TFTであるが、可能であれば、ゲート電極93が半導体層92より上方に設けられるトップゲート型TFTの構成を用いてもよい。なおTFT素子Trとしてトップゲート型TFTの構成を用いる場合は、上記の製造工程に代えて、半導体層92、走査線24及びゲート電極93、並びに、信号線25の順に形成、あるいは、半導体層92、信号線25、並びに、走査線24及びゲート電極93の順に形成すればよい。
(実施形態1の変形例1)
次に、実施形態1の変形例1に係る液晶表示装置1について説明する。図13は、実施形態1の変形例1に係る液晶表示装置として、図3のA1−A2線断面の変形例を示す模式図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施形態1の変形例1に係る液晶表示装置1は、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させることにより、液晶層70Cの液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図13に示す第2電極32は上述した共通電極COMであり、第1電極31は、上述した画素電極である。第1電極31は、例えば導電性のコンタクト90Hを介してドレイン電極90に接続されている。第1電極31は、上述された副画素Vpixの領域毎に区画され、隣り合う副画素Vpixの領域の第1電極31とは絶縁され独立したパターンとなっている。実施形態1に係る液晶表示装置1は、変形例1の態様であっても実施形態1と同様の効果を奏する。
(実施形態1の変形例2)
次に、実施形態1の変形例2に係る液晶表示装置1について説明する。図14は、実施形態1の変形例2に係る液晶表示装置として、第1電極の形状と開口部との関係の変形例を説明するための模式図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第1電極31は、X方向に延びる電極基部132から複数突出する櫛歯部131を備えている。櫛歯部131は、電極基部132から延びる方向が逆方向である、櫛歯部131a及び櫛歯部131bを含む。隣り合う櫛歯部131aは、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同様に、隣り合う櫛歯部131bは、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同じ電極基部132には、Y方向に櫛歯部131aが延び、Y方向で櫛歯部131aとは逆方向に櫛歯部131bが延びている。
このため、上述した第1配向膜73aは、Y方向に所定の初期配向性をもつように、図14に示す配向方向ORIに配向処理が施されている。第2配向膜73bは、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bは、配向方向が互いにアンチパラレルの関係となっている。実施形態1に係る液晶表示装置1は、変形例2の態様であっても実施形態1と同様の効果を奏する。
(実施形態1の変形例3)
次に、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1について説明する。図15は、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置として、画素を説明するための平面図である。図16は、図15のE1−E2線断面を示す模式図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図15に示すように、半導体層92は、TFT素子Trを構成する多結晶シリコン(poly−Si)である。半導体層92は、2つの領域でチャネルを形成したダブルゲートトランジスタである。
図15及び図16に示すように、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1は、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させることにより、液晶層70Cの液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図16に示す第2電極32は上述した共通電極COMであり、第1電極31は、上述した画素電極である。第1電極31は、例えば導電性のドレイン電極90に接続されている。第1電極31は、上述された副画素Vpixの領域毎に区画され、隣り合う副画素Vpixの領域の第1電極31とは絶縁され独立したパターンとなっている。
上述した第1配向膜73aは、X方向に所定の初期配向性をもつように、図15に示す配向方向ORIに配向処理が施されている。第2配向膜73bは、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bは、配向方向が互いにアンチパラレルの関係となっている。
上述した実施形態1に係る液晶表示装置1と同様に、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1の液晶層70Cは、第1電極31と第2電極32に電圧が印加される場合、隣り合う櫛歯部131cのスリットSの幅方向において対向する一方である、上述した右側長辺131Rの近傍領域、及び他方である上述した左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子が互いに逆方向に回転する。このため、特許文献1に記載のFFSモードの液晶表示装置と比較して、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1は、液晶分子が第1電極31と第2電極32との間の電界の変化に高速に反応する。そして、実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1は、応答速度が向上する。
上述した櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2と同様に、櫛歯部131cの櫛歯突出長さL3が長くなると、角度θを大きくする必要がある。角度が大きくなると幅w1と幅w2との差が大きくなり、スリットピッチpが制限される。例えば、角度θが、0.5度以上1.0度以下の場合、櫛歯部131cの櫛歯突出長さL3が、45μm以下であることが好ましい。
電極基部132は、光の透過に寄与しないので、電極基部132のX方向(電極基部132が延びる方向と直交する方向)の幅D1は狭い方がよい。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であることが好ましい。幅D1は、0μmより大きい長さとすると導電性を向上させることができ、4μm以下とすると透過率の低下を抑制することができる。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であり、かつ櫛歯部131cの櫛歯突出長さが、45μm以下である場合、表示エリア部21は、160ppi以上の高精細な画面になることができる。この場合、例えば、幅w1は0.5μmとして、櫛歯部131cの櫛歯突出長さの全域に渡って、品質良くできる幅w2は、1μm以上が好ましい。
上述したように、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできる。しかしながら、スリットピッチpが狭くなると、例えば、櫛歯部131cのY方向の幅が大きくなり、光の透過に寄与しない領域が増えることになる。実施形態1の変形例3に係る液晶表示装置1は、変形例3の態様であっても実施形態1と同様の効果を奏する。
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る液晶表示装置1Aについて説明する。図17は、実施形態2に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。図18は、実施形態2に係る液晶表示装置の画素列を示す説明図である。図19は、実施形態2に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。図20は、実施形態2に係る1つの画素にある副画素毎のスリットピッチを説明するための断面模式図である。図21は、実施形態2に係る液晶表示装置の駆動方法のフローチャートである。なお、上述した実施形態1及び変形例1から3で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図17は、本実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示すブロック図である。図18は、本実施形態に係る画像表示パネルの画素配列を示す図である。
図17に示すように、液晶表示装置1Aは、画像出力部110からの画像の入力信号SRGBが入力され、液晶表示装置1Aの各部に出力信号SRGBWを送り、動作を制御する信号処理部20と、信号処理部20から出力された出力信号SRGBWに基づいて画像を表示させる画像表示パネル(表示部)30と、画像表示パネル30の駆動を制御する画像表示パネル駆動回路40と、画像表示パネル30を背面から照明する面状光源装置50と、面状光源装置50の駆動を制御する面状光源装置制御部60と、を備える。なお、液晶表示装置1Aは、特許文献の、特開2011−154323号公報に記載されている画像表示装置組立体と同様の構成であり、特開2011−154323号公報に記載されている各種変形例が適用可能である。
信号処理部20は、画像表示パネル30及び面状光源装置50の動作を制御する演算処理部である。信号処理部20は、画像表示パネル30を駆動するための画像表示パネル駆動回路40、及び、面状光源装置50を駆動するための面状光源装置制御部60と接続されている。信号処理部20は、外部から入力される入力信号を処理して出力信号及び面状光源装置制御信号を生成する。つまり、信号処理部20は、入力信号の入力HSV色空間の入力値(入力信号)を、第1の色、第2の色、第3の色及び第4の色で再現される再現HSV色空間の再現値に変換して出力信号を生成し、生成した出力信号を画像表示パネル30に出力する。信号処理部20は、生成した出力信号を画像表示パネル駆動回路40に出力し、生成した面状光源装置制御信号を面状光源装置制御部60に出力する。
図17に示すように、画像表示パネル30は、画素Pixが、P×Q個(行方向にP個、列方向にQ個)、2次元のマトリクス状(行列状)に配列されている。図17に示す例は、XYの2次元座標系に複数の画素Pixがマトリクス状に配列されている例を示している。この例において、行方向がX方向、列方向はY方向である。
画素Pixは、複数の異色領域として、第1副画素49Rと、第2副画素49Gと、第3副画素49Bと、第4副画素49Wとを有する。第1副画素49Rは、第1原色(例えば、赤色)を表示する。第2副画素49Gは、第2原色(例えば、緑色)を表示する。第3副画素49Bは、第3原色(例えば、青色)を表示する。第4副画素49Wは、第4の色(具体的には白色)を表示する。このように、画像表示パネル30に行列状に配列された画素Pixは、第1の色を表示する第1副画素49R、第2の色を表示する第2副画素49G、第3の色を表示する第3副画素49B及び第4の色を表示する第4副画素49Wを含む。第1の色、第2の色、第3の色及び第4の色は、第1原色、第2原色、第3原色及び白色に限られず、補色など色が異なっていればよい。第4の色を表示する第4副画素49Wは、同じ光源点灯量で照射された場合、第1の色を表示する第1副画素49R、第2の色を表示する第2副画素49G、第3の色を表示する第3副画素49Bよりも明るいことが好ましい。以下において、第1副画素49Rと、第2副画素49Gと、第3副画素49Bと、第4副画素49Wとをそれぞれ区別する必要がない場合、副画素49という。
液晶表示装置1Aは、より具体的には、透過型のカラー液晶表示装置である。図19に示すように、画像表示パネル30は、カラー液晶表示パネルであり、第1副画素49Rと画像観察者との間に第1原色を通過させる第1カラーフィルタ76Rが配置され、第2副画素49Gと画像観察者との間に第2原色を通過させる第2カラーフィルタ76Gが配置され、第3副画素49Bと画像観察者との間に第3原色を通過させる第3カラーフィルタ76Bが配置されている。また、画像表示パネル30は、第4副画素49Wと画像観察者との間にカラーフィルタ設けなくてもよい。カラーフィルタを設けないと、当該副画素は白色となる。第4副画素49Wには、カラーフィルタの代わりに透明な樹脂層のカラーフィルタ76Wが備えられていてもよい。このように画像表示パネル30は、透明な樹脂層のカラーフィルタ76Wを設けることで、第4副画素49Wに大きな段差が生じることを抑制できる。カラーフィルタ76R、76G、76B及び76Wには、求められる色相により、所定のカラーフィルタの厚みdR、dG、dB及びdWが必要となる。
また、追加する色として、白色以外の他の色、黄みがかった白色、青みがかった白色、赤みがかった白色であってもよく、例えば黄色(Y)を用いてもよい。追加する色として黄色を用いる場合は、カラーフィルタを黄色に着色すればよい。
図17及び図18に示す画像表示パネル駆動回路40は、本実施形態の制御部に含まれ、水平ドライバ23及び垂直ドライバ22を備えている。画像表示パネル駆動回路40は、水平ドライバ23によって映像信号を保持し、順次、画像表示パネル30に出力する。水平ドライバ23は、信号線DTLによって画像表示パネル30と電気的に接続されている。画像表示パネル駆動回路40は、垂直ドライバ22によって、画像表示パネル30における副画素を選択し、副画素の動作(光透過率)を制御するためのスイッチング素子(例えば、薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor))のオン及びオフを制御する。垂直ドライバ22は、走査線SCLによって画像表示パネル30と電気的に接続されている。
面状光源装置50は、画像表示パネル30の背面に配置され、画像表示パネル30に向けて光を照射することで、画像表示パネル30を照明する。面状光源装置制御部60は、面状光源装置50から出力する光の光量等を制御する。実施形態1におけるバックライト6は、面状光源装置50及び面状光源装置制御部60に相当する。
図17に示すように、信号処理部20は、外部の画像出力部110から表示する画像の情報である入力信号SRGBが入力される。入力信号SRGBは、各画素に対して、その位置で表示する画像(色)の情報を入力信号として含んでいる。具体的には、P×Q個の画素Pixがマトリクス状に配置された画像表示パネル30において、第(p、q)番目の画素Pix(ただし、1≦p≦P、1≦q≦Q)に対して、信号値がx1−(p、q)の第1副画素49Rの入力信号、信号値がx2−(p、q)の第2副画素49Gの入力信号及び信号値がx3−(p、q)の第3副画素49Bの入力信号(図17参照)が含まれる信号が信号処理部20に入力される。
図17に示す信号処理部20は、入力信号を処理することで、第1副画素49Rの表示階調を決定するための第1副画素の出力信号(信号値X1−(p、q))、第2副画素49Gの表示階調を決定するための第2副画素の出力信号(信号値X2−(p、q))、第3副画素49Bの表示階調を決定するための第3副画素の出力信号(信号値X3−(p、q))及び第4副画素49Wの表示階調を決定するための第4副画素の出力信号(信号値X4−(p、q))を生成し、画像表示パネル駆動回路40に出力する。
液晶表示装置1Aは、画素Pixに第4の色(白色)を出力する第4副画素49Wを備えることで、HSV色空間(再現HSV色空間)における明度のダイナミックレンジを広げることができる。
信号処理部20は、第4の色(白色)を加えることで、拡大されたHSV色空間における彩度Sを変数とした明度の最大値Vmax(S)が、信号処理部20に記憶されている。つまり、信号処理部20は、HSV色空間の立体形状について、彩度及び色相の座標(値)毎に明度の最大値Vmax(S)の値を記憶している。入力信号は、第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bの入力信号を有するため、入力信号のHSV色空間は、円柱形状、つまり、再現HSV色空間の円柱形状部分と同じ形状となる。
次に、信号処理部20は、少なくとも第1副画素49Rの入力信号(信号値x1−(p、q))及び伸張係数αに基づいて、第1副画素49Rの出力信号(信号値X1−(p、q))を算出し、第1副画素49Rへ出力する。また、信号処理部20は、少なくとも第2副画素49Gの入力信号(信号値x2−(p、q))及び伸張係数αに基づいて第2副画素49Gの出力信号(信号値X2−(p、q))を算出し、第2副画素49Gへ出力する。また、信号処理部20は、少なくとも第3副画素49Bの入力信号(信号値x3−(p、q))及び伸張係数αに基づいて第3副画素49Bの出力信号(信号値X3−(p、q))を算出し、第3副画素49Bへ出力する。さらに、信号処理部20は、第1副画素49Rの入力信号(信号値x1−(p、q))、第2副画素49Gの入力信号(信号値x2−(p、q))及び第3副画素49Bの入力信号(信号値x3−(p、q))に基づいて第4副画素49Wの出力信号(信号値X4−(p、q))を算出し、第4副画素49Wへ出力する。
具体的には、信号処理部20は、第1副画素49Rの伸張係数α及び第4副画素49Wの出力信号に基づいて第1副画素49Rの出力信号を算出し、第2副画素49Gの伸張係数α及び第4副画素49Wの出力信号に基づいて第2副画素49Gの出力信号を算出し、第3副画素49Bの伸張係数α及び第4副画素49Wの出力信号に基づいて第3副画素49Bの出力信号を算出する。
つまり、信号処理部20は、χを液晶表示装置に依存した定数としたとき、第(p、q)番目の画素(又は第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bの組)への第1副画素49Rの出力信号である信号値X1−(p、q)、第2副画素49Gの出力信号である信号値X2−(p、q)及び第3副画素49Bの出力信号である信号値X3−(p、q)を、次に示す式(1)〜式(3)から求める。
1−(p、q)=α・x1−(p、q)−χ・X4−(p、q)・・・(1)
2−(p、q)=α・x2−(p、q)−χ・X4−(p、q)・・・(2)
3−(p、q)=α・x3−(p、q)−χ・X4−(p、q)・・・(3)
信号処理部20は、第4の色を加えることで拡大されたHSV色空間における彩度Sを変数とした明度の最大値Vmax(S)を求め、複数の画素Pixにおける副画素49の入力信号値に基づき、これらの複数の画素Pixにおける彩度S及び明度V(S)を求める。
彩度S及び明度V(S)は、S=(Max−Min)/Max及びV(S)=Maxで表される。彩度Sは0から1までの値をとることができ、明度V(S)は0から(2−1)までの値をとることができる。nは、表示階調ビット数である。また、Maxは、画素Pixへの第1副画素49Rの入力信号値、第2副画素49Gの入力信号値及び第3副画素49Bの入力信号値のうち、最大値である。Minは、画素Pixへの第1副画素49Rの入力信号値、第2副画素49Gの入力信号値及び第3副画素49Bの入力信号値のうち、最小値である。また、色相Hは、0°から360°で表される。0°から360°に向かって、赤(Red)、黄色(Yellow)、緑(Green)、シアン(Cyan)、青(Blue)、マゼンタ(Magenta)、赤となる。
本実施形態において、信号値X4−(p、q)は、Min(p、q)と伸張係数αとの積に基づき求めることができる。具体的には、下記の式(4)に基づいて信号値X4−(p、q)を求めることができる。式(4)では、Min(p、q)と伸張係数αとの積をχで除しているが、これに限定するものではない。χについては後述する。また、伸張係数αは、1画像表示フレ−ム毎に決定される。
4−(p、q)=Min(p、q)・α/χ・・・(4)
一般に、第(p、q)番目の画素において、第1副画素49Rの入力信号(信号値x1−(p、q))、第2副画素49Gの入力信号(信号値x2−(p、q))及び第3副画素49Bの入力信号(信号値x3−(p、q))に基づき、円柱のHSV色空間における彩度(Saturation)S(p、q)及び明度(Brightness)V(S)(p、q)は、次の式(5)、式(6)から求めることができる。
(p、q)=(Max(p、q)−Min(p、q))/Max(p、q)・・・(5)
V(S)(p、q)=Max(p、q)・・・(6)
ここで、Max(p、q)は、(x1−(p、q)、x2−(p、q)、x3−(p、q))の3個の副画素49の入力信号値の最大値であり、Min(p、q)は、(x1−(p、q)、x2−(p、q)、x3−(p、q))の3個の副画素49の入力信号値の最小値である。本実施形態ではn=8とした。すなわち、表示階調ビット数を8ビット(表示階調の値を0から255の256階調)とした。
白色を表示する第4副画素49Wには、カラーフィルタが配置されていない。第1副画素49Rに第1副画素の出力信号の最大信号値に相当する値を有する信号が入力され、第2副画素49Gに第2副画素の出力信号の最大信号値に相当する値を有する信号が入力され、第3副画素49Bに第3副画素の出力信号の最大信号値に相当する値を有する信号が入力されたときの、画素Pix又は画素Pixの群が備える第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bの集合体の輝度をBN1−3とする。また、画素Pix又は画素Pixの群が備える第4副画素49Wに、第4副画素49Wの出力信号の最大信号値に相当する値を有する信号が入力されたときの第4副画素49Wの輝度をBNとしたときを想定する。すなわち、第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bの集合体によって最大輝度の白色が表示され、この白色の輝度がBN1−3で表される。すると、χを液晶表示装置に依存した定数としたとき、定数χは、χ=BN/BN1−3で表される。
具体的には、第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bの集合体に、次の表示階調の値を有する入力信号として、信号値x1−(p、q)=255、信号値x2−(p、q)=255、信号値x3−(p、q)=255が入力されたときにおける白色の輝度BN1−3に対して、第4副画素49Wに表示階調の値255を有する入力信号が入力されたと仮定したときの輝度BNは、例えば、1.5倍である。すなわち、本実施形態にあっては、χ=1.5である。
ところで、信号値X4−(p、q)が、上述した式(4)で与えられる場合、Vmax(S)は、次の式(7)、式(8)で表すことができる。
S≦Sの場合、
Vmax(S)=(χ+1)・(2−1)・・・(7)
<S≦1の場合、
Vmax(S)=(2−1)・(1/S)・・・(8)
ここで、S=1/(χ+1)である。
このようにして得られた、第4の色を加えることによって拡大されたHSV色空間における彩度Sを変数とした明度の最大値Vmax(S)が、例えば、信号処理部20に一種のルック・アップ・テ−ブルとして記憶されている。あるいは、拡大されたHSV色空間における彩度Sを変数とした明度の最大値Vmax(S)は、都度、信号処理部20において求められる。
次に、第(p、q)番目の画素Pixにおける出力信号である信号値X1−(p、q)、X2−(p、q)、X3−(p、q)、X4−(p、q)の求め方(伸張処理)を説明する。次の処理は、(第1副画素49R+第4副画素49W)によって表示される第1原色の輝度、(第2副画素49G+第4副画素49W)によって表示される第2原色の輝度、(第3副画素49B+第4副画素49W)によって表示される第3原色の輝度の比を保つように行われる。しかも、色調を保持(維持)するように行われる。さらには、階調−輝度特性(ガンマ特性、γ特性)を保持(維持)するように行われる。また、いずれかの画素Pix又は画素Pixの群において、入力信号値のすべてが0である場合又は小さい場合、このような画素Pix又は画素Pixの群を含めることなく、伸張係数αを求めればよい。
(第1工程)
まず、信号処理部20は、複数の画素Pixにおける副画素49の入力信号値に基づき、これらの複数の画素Pixにおける彩度S及び明度V(S)を求める。具体的には、第(p、q)番目の画素Pixへの第1副画素49Rの入力信号である信号値x1−(p、q)、第2副画素49Gの入力信号である信号値x2−(p、q)、第3副画素49Bの入力信号である信号値x3−(p、q)に基づき、式(7)及び式(8)からS(p、q)、V(S)(p、q)を求める。信号処理部20は、この処理を、すべての画素Pixに対して行う。
(第2工程)
次いで、信号処理部20は、複数の画素Pixにおいて求められたVmax(S)/V(S)に基づき伸張係数α(S)を求める。
α(S)=Vmax(S)/V(S)・・・(9)
(第3工程)
次に、信号処理部20は、第(p、q)番目の画素Pixにおける信号値X4−(p、q)を、少なくとも、入力信号の信号値x1−(p、q)、信号値x2−(p、q)及び信号値x3−(p、q)に基づいて求める。本実施形態にあっては、信号処理部20は、信号値X4−(p、q)を、Min(p、q)、伸張係数α及び定数χに基づいて決定する。より具体的には、信号処理部20は、上述したとおり、信号値X4−(p、q)を、上記の式(4)に基づいて求める。信号処理部20は、P×Q個の全画素Pixにおいて信号値X4−(p、q)を求める。
(第4工程)
その後、信号処理部20は、第(p、q)番目の画素Pixにおける信号値X1−(p、q)を、信号値x1−(p、q)、伸張係数α及び信号値X4−(p、q)に基づき求め、第(p、q)番目の画素Pixにおける信号値X(p、q)を、信号値x(p、q)、伸張係数α及び信号値X4−(p、q)に基づき求め、第(p、q)番目の画素Pixにおける信号値X3−(p、q)を、信号値x3−(p、q)、伸張係数α及び信号値X4−(p、q)に基づき求める。具体的には、信号処理部20は、第(p、q)番目の画素Pixにおける信号値X1−(p、q)、信号値X2−(p、q)及び信号値X3−(p、q)を、上記の式(1)〜(3)に基づいて求める。
信号処理部20は、式(4)に示したとおり、Min(p、q)の値をαによって伸張する。このように、Min(p、q)の値がαによって伸張されることで、白色表示副画素(第4副画素49W)の輝度が増加するだけでなく、上記式に示すとおり、赤色表示副画素、緑色表示副画素及び青色表示副画素(それぞれ第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bに対応する)の輝度も増加する。このため、色のくすみが発生するといった問題を回避することができる。すなわち、Min(p、q)の値が伸張されていない場合と比較して、Min(p、q)の値がαによって伸張されることで、画像全体として輝度はα倍となる。したがって、例えば、静止画等の画像表示を高輝度で行うことができ、好適である。
第(p、q)番目の画素Pixにおける出力信号X1−(p、q)、X2−(p、q)、X3−(p、q)、X4−(p、q)によって表示される輝度は、入力信号x1−(p、q)、x2−(p、q)、x3−(p、q)から形成される輝度のα倍に伸張されている。このため、液晶表示装置1Aは、伸張されていない状態の画像の輝度と同じ画像の輝度とするためには、面状光源装置50の輝度を、伸張係数αに基づき減少させればよい。具体的には、面状光源装置50の輝度を、(1/α)倍とすればよい。
図20に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)及び白(W)の4色のなかでは、人間の視感度が最も高い色はW(白)である。このため、第4副画素49Wは、第1副画素49R、第2副画素49G、及び第3副画素49Bより、光の透過に寄与しない領域の影響度合いが低い。このため、実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、第4副画素49WのスリットピッチpWを他の副画素のスリットピッチpR、pG及びpBよりも小さくでき、液晶分子Lcmの不安定な挙動の影響を低減でき、表示品質が安定する。
実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、R(赤)、G(緑)及びB(青)の3色で表現する色の白成分を、第4副画素49Wで置き換え、第1副画素49R、第2副画素49G、第3副画素49B及び第4副画素49Wで表現する4画素モードのみで映像を表現するだけでない。つまり、実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、R(赤)、G(緑)及びB(青)の3色で表現する第1副画素49R、第2副画素49G、第3副画素49Bを駆動する3画素モードでも表現できる。
上述したように、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできる。実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、同じ映像の色を3画素モードと4画素モードとを選択して表現することができる。例えば、第4副画素49WのスリットピッチpWを他の副画素のスリットピッチpR、pG及びpBよりも狭くした場合、第4副画素49Wの液晶の応答速度は、他の第1副画素49R、第2副画素49G、第3副画素49Bの3画素における液晶の応答速度よりも向上している。そこで、以下説明するように、実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、入力される画像に応じて、3画素モードと4画素モードとを切り替えることができる。
図21に示すように、実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、まず、信号処理部20が入力信号を検出する(ステップS11)。
次に、液晶表示装置1Aは、画像解析を行い、入力信号の入力HSV色空間の入力値(入力信号)と、第1の色、第2の色、第3の色及び第4の色で再現される再現HSV色空間の再現値(出力信号)を生成する(ステップS12)。
次に、液晶表示装置1Aは、入力HSV色空間の入力値と、第1の色、第2の色、第3の色及び第4の色で再現される再現HSV色空間の再現値とを比較する演算を行う。液晶表示装置1Aは、入力HSV色空間の入力値が再現HSV色空間の再現値よりも要求される応答速度が速い場合、3画素モードを優先モードとする決定処理を行う。また液晶表示装置1Aは、再現HSV色空間の再現値が入力HSV色空間よりも要求される応答速度が速い場合、4画素モードを優先モードとする優先モードの決定処理を行う(ステップS13)。
そして、液晶表示装置1Aは、ステップS13で決定された優先モードに従って出力信号を生成し、画像表示パネル30に出力する(ステップS14)。これにより、実施形態2に係る液晶表示装置1Aは、入力される画像で要求される応答速度に応じて、3画素モードと4画素モードとを選択して表現することができる。その結果、液晶表示装置1Aは、より表示品質を高めることができる。
以上説明したように、実施形態2に係る液晶表示装置1Aと、液晶表示装置1Aに入力信号を供給する制御装置として画像出力部110と、を有する電子機器は、入力信号が要求する応答速度に応じて、第1副画素49R、第2副画素49G及び第3副画素49Bで表現する3画素モードと、第1副画素49R、第2副画素49G、第3副画素49B及び第4副画素49Wで表現する4画素モードとを切り替えることができる。その結果、電子機器は、より表示品質を高めた映像を液晶表示装置1Aに表示することができる。
(実施形態2の変形例)
図20に示すように、カラーフィルタ76R、76G、76B及び76Wは、開口部76bを透過する光を、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)の4色とする。カラーフィルタ76R、76G、76B及び76Wには、求められる色相により、所定のカラーフィルタの厚みdR、dG、dB及びdWが必要となる。ここで、液晶の応答速度は、液晶層の厚みであるセル厚に応じて変化する。セル厚は、TFT基板71と、各カラーフィルタ76R、76G、76B及び76Wとの距離となる。カラーフィルタの厚みdR、dG、dB及びdWが大きくなると、セル厚は小さくなり、カラーフィルタの厚みdR、dG、dB及びdWが小さくなるとセル厚は大きくなる。
実施形態1と同様に、2つのカラーフィルタ76W及びカラーフィルタ76Rのうち、一方のカラーフィルタ76Wがある第4副画素49Wは、他方のカラーフィルタ76Rのある第1副画素49Rと比較してセル厚が小さい場合、第4副画素49WのスリットピッチpWは、第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きくしてもよい。
また、2つのカラーフィルタ76B及びカラーフィルタ76Rのうち、一方のカラーフィルタ76Bがある第3副画素49Bは、他方のカラーフィルタ76Rのある第1副画素49Rと比較してセル厚が小さい場合、第3副画素49BのスリットピッチpBは、第1副画素49RのスリットピッチpRよりも大きくしてもよい。
なお、実施形態2に係る液晶表示装置1Aにおいて、第4副画素49WのスリットピッチpWを他の副画素のスリットピッチpR、pG及びpBよりも狭くしているが、第1副画素49R、第2副画素49G、第3副画素49BのスリットピッチpR、pG及びpBを第4副画素49WのスリットピッチpWよりも狭くしてもよい。
また、実施形態2の液晶表示装置1Aにおいて、人間の視感度の高い色領域の第4副画素49WのスリットピッチpWを、スリットピッチpG、スリットピッチpB及びスリットピッチpRよりも狭くしてもよい。これにより、視感度の高い第4副画素49Wのみを高速化できる。また第4副画素49Wのみを高速化したうえで、4画素モードを優先させてもよい。以上により、実施形態2に係る液晶表示装置1Aにおいて、画素Pix全体の応答速度を向上させつつ、第1副画素49R及び第3副画素49Bの配向安定性が向上することで、より面内の表示品質が向上する。
この場合、上述したステップS13の処理において、入力HSV色空間の入力値が再現HSV色空間の再現値よりも要求される応答速度が速い場合、4画素モードを優先モードとする決定処理を行う。また液晶表示装置1Aにおいて、再現HSV色空間の再現値が入力HSV色空間よりも要求される応答速度が速い場合、3画素モードを優先モードとする優先モードの決定処理を行う。
(評価例)
評価例1、評価例2、及び評価例3について、以下、評価した結果を説明する。これら評価例で、本発明は限定されるものではない。
図22は、液晶の応答速度とスリットピッチとの関係について説明する説明図である。評価例1の液晶表示装置は、実施形態1の液晶表示装置であり、セル厚dが3μmである。評価例1において、基準応答時間を1として、基準応答時間に対する電圧オフ時応答時間の相対値をターンオフ時間Tfとしてスリットピッチl毎にシミュレーションした。ここで、スリットピッチlが2μm、4μm、8μm、10μmである場合のターンオフ時間Tfがシミュレーションされている。図22は、シミュレーション結果を示している。図22に示すように、スリットピッチlが10μm以下の場合、液晶表示装置1は、電圧オフ時応答時間を小さくすることができる。その結果、液晶表示装置1は、液晶の応答速度を早くすることができる。
図23は、液晶の応答速度とセル厚との関係について説明する説明図である。評価例2の液晶表示装置は、実施形態1の液晶表示装置であり、スリットピッチlが5μmである場合、セル厚dが1μm、2μm、3μm、4μmの相対値をシミュレーションした。図23は、シミュレーション結果を示している。図23に示すように、セル厚dが小さくなるほど応答時間が小さくなることが分かる。液晶表示装置1は、電圧オフ時応答時間を早くすることができる。その結果、液晶表示装置1は、液晶の応答速度を早くすることができる。
図22及び図23によれば、セル厚dとスリットピッチlとを乗じた値を指標として、複数の異色領域毎に対応する副画素でほぼ同等の値とすることにより、副画素毎の液晶の応答速度が同等となることが分かる。
図24は、液晶の透過率と応答時間の関係について説明する説明図である。評価例3の液晶表示装置は、実施形態1の液晶表示装置であり、セル厚dが2.9μmである。評価例3において、基準応答時間を1として、基準応答時間に対する電圧オン時応答時間の相対値をターンオン時間Trとしてスリットピッチl毎にシミュレーションした。評価例3においても、評価例1と同様に、ターンオフ時間Tfをスリットピッチl毎にシミュレーションした。そして、評価例3における応答時間は、ターンオン時間(立ち上がり時間)Trとターンオフ時間(立ち下がり時間)Tfとの合計である。ここで、スリットピッチlが、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μmの場合の応答時間について、シミュレーションされている。評価例3の評価結果として、スリットピッチl毎の、透過率、及び、応答時間との関係を図24に示す。評価例3及び図24において、透過率は、最大透過率の場合の値である。
図24に示すように、スリットピッチを大きくすると、応答時間が増大する。すなわち、スリットピッチを大きくすると、応答速度が遅くなる。一方、スリットピッチを大きくすると、透過率が上昇する。また透過率が上昇することで、画素の輝度が上昇する。すなわち、スリットピッチを大きくすると、応答速度が遅くなり、画素の輝度が上昇する。
スリットピッチを大きくして画素の輝度が上昇すると、前述のように応答速度が遅くなるが、上述のようにセル厚を小さくすることにより、応答速度を上げることができる。これにより、副画素毎の液晶の応答速度を同等とし、かつ、特定の副画素の輝度を上昇させることが可能である。
以上により、図24に示す、スリットピッチl、応答速度、画素の輝度、との関係、並びに、上述のセル厚dを用いることにより、応答速度のみならず、画素の輝度を制御することが可能である。
(適用例)
次に、図25及び図26を参照して、実施形態1から実施形態2及びこれらの変形例で説明した液晶表示装置1又は1Aの適用例について説明する。図25及び図26は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。本実施形態に係る液晶表示装置1又は1Aは、図25に示すカーナビゲーションシステム、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、図26に示す携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、本実施形態に係る液晶表示装置1又は1Aは、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。電子機器は、液晶表示装置に映像信号を供給し、液晶表示装置の動作を制御する制御装置4(図1参照)を備える。
図25に示す電子機器は、実施形態1から2及びこれらの変形例に係る液晶表示装置1又は1Aが適用されるカーナビゲーション装置である。液晶表示装置1又は1Aは、自動車の車内のダッシュボード300に設置される。具体的にはダッシュボード300の運転席311と助手席312の間に設置される。カーナビゲーション装置の液晶表示装置1又は1Aは、ナビゲーション表示、音楽操作画面の表示、又は、映画再生表示等に利用される。
図26に示す電子機器は、実施形態1から2及びこれらの変形例に係る液晶表示装置1又は1Aが適用される携帯型コンピュータ、多機能な携帯電話、音声通話可能な携帯コンピュータ又は通信可能な携帯コンピュータとして動作し、いわゆるスマートフォン、タブレット端末と呼ばれることもある、情報携帯端末である。この情報携帯端末は、例えば筐体561の表面に表示部562を有している。この表示部562は、実施形態1から2及びこれらの変形例に係る液晶表示装置1又は1Aと外部近接物体を検出可能なタッチ検出(いわゆるタッチパネル)機能とを備えている。
また、上述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、上述した実施形態の構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。例えば、以下の態様をとることができる。
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、複数の異色領域毎に対応する副画素を含む画素がマトリクス状に配置される液晶表示装置であって、第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置される液晶層と、前記副画素毎に配置される第1電極と、前記第1電極と対向する位置に配置された第2電極と、を含み、前記第1電極は、第1の方向に延びる電極基部と、当該第1の方向と異なる第2の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて前記電極基部から複数突出する櫛歯部とを含み、前記複数の異色領域のうち少なくとも2つの色領域の一方の副画素と他方の副画素とは、隣り合う前記櫛歯部の間隔であるスリットピッチの大きさが異なる。
望ましい一態様として、前記複数の異色領域のうち視感度の高い色領域の副画素は、前記他方の色領域の副画素の前記スリットピッチよりもスリットピッチが小さいことが好ましい。
望ましい一態様として、前記第1基板は、前記複数の異色領域に対応する複数のカラーフィルタを備え、前記第2基板と前記カラーフィルタとの距離をセル厚とし、前記複数のカラーフィルタのうち少なくとも2つのカラーフィルタの一方のカラーフィルタの副画素は、他方のカラーフィルタの副画素よりセル厚が小さく、前記一方のカラーフィルタの副画素のスリットピッチは、前記他方のカラーフィルタの副画素のスリットピッチよりも大きいことが好ましい。
望ましい一態様として、前記副画素毎に前記セル厚と前記スリットピッチとを乗じた値がほぼ等しいことが好ましい。
望ましい一態様として、前記第1基板は、前記複数の異色領域に対応する複数のカラーフィルタを備え、前記複数のカラーフィルタのうち少なくとも2つのカラーフィルタの一方のカラーフィルタの厚みは、他方のカラーフィルタの副画素より大きく、前記一方のカラーフィルタの副画素のスリットピッチは、前記他方のカラーフィルタの副画素のスリットピッチよりも大きいことが好ましい。
望ましい一態様として、前記第2基板と前記カラーフィルタとの距離をセル厚とし、前記副画素毎に前記セル厚と前記スリットピッチとを乗じた値がほぼ等しいことが好ましい。
望ましい一態様として、前記副画素は、第1副画素、第2副画素、第3副画素及び第4副画素を含み、前記第1副画素乃至第4副画素は、それぞれ異なる色領域を表現でき、前記第4副画素の前記スリットピッチは、前記第1副画素、前記第2副画素及び前記第3副画素の少なくとも1つのスリットピッチとは異なる、ことが好ましい。
望ましい一態様として、上述した液晶表示装置と、前記液晶表示装置に入力信号を供給する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記入力信号が要求する応答速度に応じて、前記第1副画素、前記第2副画素及び前記第3副画素で表現する3画素モードと、前記第1副画素、前記第2副画素、前記第3副画素及び第4副画素で表現する4画素モードとを切り替える、電子機器であることが好ましい。
望ましい一態様として、電子機器は、上述した液晶表示装置を備え、前記液晶表示装置に入力信号を供給する制御装置と、を有することが好ましい。
1 液晶表示装置
2 表示パネル
21 表示エリア部
22 垂直ドライバ
23 水平ドライバ
30 画像表示パネル
31 第1電極
32 第2電極
40 画像表示パネル駆動回路
42 記憶装置
49R 第1副画素
49G 第2副画素
49B 第3副画素
49W 第4副画素
50 面状光源装置
60 面状光源装置制御部
70A 画素基板
70B 対向基板
70C 液晶層
71 TFT基板
72 ガラス基板
73a 第1配向膜
73b 第2配向膜
74 絶縁層
76b 開口部
76R、76G、76B、76W カラーフィルタ
90 ドレイン電極
90H コンタクト
91 ソース電極
92 半導体層
93 ゲート電極
110 画像出力部
131 櫛歯部
131a 櫛歯部
131b 櫛歯部
COM 共通電極
L0 トータルスリット長
Lcm 液晶分子
LCQ 液晶回転方向
ORI 配向方向
S スリット
Sw 最端スリット
Pix 画素
Vpix 副画素

Claims (4)

  1. 複数の異色領域毎に対応する副画素を含む画素がマトリクス状に配置される液晶表示装置であって、
    第1基板と、
    前記第1基板に対向配置された第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置される液晶層と、
    前記第2基板には、前記副画素毎に配置される第1電極と、
    絶縁膜を介して前記第1電極の下層に配置された第2電極と、を含み、
    前記第1電極は、
    第1の方向に延びる電極基部と、
    当該第1の方向と異なる第2の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて前記電極基部から複数突出する櫛歯部とを含み、
    前記第2電極は、平面視して複数の前記櫛歯部と重なる平板状であり、
    前記液晶層の液晶の初期配向状態として、平面視でみると前記第2の方向と平行方向である第3の方向に前記液晶層の液晶分子の長軸が並び、
    前記第1電極及び前記第2電極に対して電圧が印加されていない場合、前記液晶分子の長軸が前記第3の方向に並んで配向しており、
    前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加される場合、前記液晶分子の長軸方向は、前記スリットの幅方向で対向する前記櫛歯部の長辺のうち一方の近傍領域において回転方向が右回りに、かつ他方の近傍領域において回転方向が左回りに、前記第1基板の面内方向で回転しながら、前記第1基板に対して垂直な方向に立ち上がるように配向し、
    前記複数の異色領域のうち緑色領域の副画素は、赤色領域の副画素及び青色領域の副画素よりも隣り合う前記櫛歯部の間隔であるスリットピッチの大きさが狭く、かつ赤色領域の副画素は、青色領域の副画素よりも隣り合う前記櫛歯部の間隔であるスリットピッチの大きさが狭い、液晶表示装置。
  2. 前記複数の異色領域に対応する複数のカラーフィルタを備え、
    前記第2基板と前記カラーフィルタとの距離をセル厚とし、
    前記副画素毎に前記セル厚と前記スリットピッチとを乗じた値がほぼ等しい、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記副画素は、前記赤色領域の副画素である第1副画素、前記緑色領域の副画素である第2副画素、前記青色領域の副画素である第3副画素及び第4副画素を含み、前記第1副画素乃至前記第4副画素は、それぞれ異なる色領域を表現でき、
    前記第4副画素の前記スリットピッチは、前記第1副画素、前記第2副画素及び前記第3副画素の少なくとも1つのスリットピッチとは異なる、請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1副画素、前記第2副画素及び前記第3副画素で表現する3画素モードと、前記第1副画素、前記第2副画素、前記第3副画素及び第4副画素で表現する4画素モードとを切り替える、請求項3に記載の液晶表示装置。
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