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JP2001033782A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Publication number
JP2001033782A
JP2001033782A JP11203749A JP20374999A JP2001033782A JP 2001033782 A JP2001033782 A JP 2001033782A JP 11203749 A JP11203749 A JP 11203749A JP 20374999 A JP20374999 A JP 20374999A JP 2001033782 A JP2001033782 A JP 2001033782A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
display device
light source
surface light
Prior art date
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Pending
Application number
JP11203749A
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English (en)
Inventor
Akira Tamaya
晃 玉谷
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Advanced Display Inc
Original Assignee
Advanced Display Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Display Inc filed Critical Advanced Display Inc
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Priority to US09/614,733 priority patent/US6313890B1/en
Publication of JP2001033782A publication Critical patent/JP2001033782A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置において、面内輝度分布が小さ
く良好な表示特性を有し、かつ製造コストの低い液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 液晶表示装置において、面光源の輝度分
布を相殺するように液晶表示素子の透過率分布を制御し
することにより、面光源に起因する輝度分布を抑制し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
するものである。さらに詳しくは、面光源の輝度分布を
抑制し、良好な表示特性を有する液晶表示装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力
などの特長を有するため、腕時計、電卓などの表示装置
として広く用いられている。特に薄膜トランジスタ(T
FT)などによりアクティブ駆動を行なう液晶表示装置
はワードプロセッサー、パーソナルコンピューターなど
の表示装置であるCRTに置き換わりつつある。
【0003】液晶表示モードには、ツイステッドネマチ
ック(TN)モード、垂直配向モード、面内応答(IP
S)モードなどがある。最近、視野角が広い垂直配向モ
ードや面内応答モードが注目を集めている。
【0004】液晶表示装置は外部からの電気信号などに
より光の透過−遮断を行なう液晶表示素子と面光源など
を組み合わせて得られる。
【0005】「液晶部品・材料ビジネス最前線」工業調
査会、P117〜P123に記載されているように、面
光源には直下型タイプと導光板タイプがある。導光板タ
イプは面光源のエッジ部分にランプが取り付けられてお
り、そこから導光板を通して発光する。この場合ランプ
に近い部分の輝度が高いため、現実にはマスクなどを用
い輝度分布を抑制(均一化)している。
【0006】直下型タイプはランプ上の輝度が大きくな
るため、ランプ上にマスクを設け直接ランプからの光を
遮り輝度分布を抑制している。さらに、これらの面光源
は拡散板などの光学フィルムの設置、光学設計の最適化
を行ない輝度分布の抑制を行なっている。
【0007】しかしながら拡散板などを適用すると製造
コストが増加するため、輝度分布を抑制するためのシー
ト数を減らす場合が多く、現状では面内輝度分布は約1
0〜30%程度残されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置の構成を
図12に示す。図中、1は光源である面光源(断面
図)、2は面光源からの出射光、3は電圧により光の透
過/遮断を行なう液晶表示素子(液晶セル)の断面図、
4は液晶表示装置の出射光である。図13(a)は液晶
表示装置の表示画面の左右方向のある走査線に沿った左
端(X)から右端(Y)までの相対輝度分布、図13
(b)は液晶表示素子の相対透過率分布、図13(c)
は面光源の相対輝度分布を示す。
【0009】液晶表示装置の明るさは「面光源照度×液
晶表示素子の透過率」として表わされる。このため図1
3(c)に示すような輝度分布を有する面光源を用いた
場合、図13(b)のように相対透過率分布が均一な液
晶表示素子を用いると、図13(a)に示すように表示
画面に面光源の輝度分布がそのまま反映され、均一な表
示が行なえない、また階調表示が設計通り行なえないな
ど、良好な表示特性が得られないという問題がある。ま
た、拡散板などの適用により面光源の面内輝度分布が抑
制されるが、完全に輝度分布を均一化するためには多く
のシートが必要であり製造コストが高くなってしまう。
このため面光源の面内輝度分布の改善だけでは、面内輝
度分布が小さく製造コストが低い液晶表示装置を提供す
ることが困難であった。
【0010】本発明は、液晶表示素子の透過率の面内分
布を制御して面光源の輝度分布を相殺することにより、
製造コストが低く、面内輝度分布が面光源の輝度分布よ
り改善された表示品位の良好な液晶表示装置を得ること
を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置は
電極基板および対向基板間に配向膜を介して液晶組成物
を挟持し、電極基板上にマトリクス状に配置された、複
数の映像信号と走査信号線に囲まれたスイッチング素子
を有する画素部を形成したアクティブマトリクス型液晶
表示素子および面光源からなる液晶表示装置において、
液晶表示素子の透過率分布が面光源の輝度分布を抑制す
る、すなわち、表示領域における面光源の輝度値の最大
値をXmax、最小値をXmin、液晶表示装置の輝度
値の最大値をZmax、最小値をZminとした場合、 Xmax/Xmin>Zmax/Zmin を満足するようにしたものである。
【0012】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれ
たスイッチング素子を有する画素部を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶
表示装置において、表示領域における、面光源の輝度値
の最大値をXmax、最小値をXmin、液晶表示装置
の輝度値の最大値をZmax、最小値をZminとした
場合、 Xmax/Xmin−Zmax/Zmin>0.1 を満足するようにしたものである。
【0013】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれ
たスイッチング素子を有する画素部を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶
表示装置において、液晶層厚みの表示領域内での最大値
と最小値の差Δdが、0.05μm≦Δd≦1.0μm
を満足するようにしたものである。
【0014】また、電極基板近傍の液晶配向方向と対向
基板近傍の液晶配向方向が90度異なり、2枚の偏光板
の間に電極基板と対向基板が存在し、電極基板側と対向
基板側の偏光板の吸収軸が液晶配向方向と等しいかある
いは90度ことなる液晶表示素子において、面光源の輝
度が最も高い領域に対応する液晶層厚みをd1、最も低
い領域に対応する液晶層厚みをd2、液晶の屈折率異方
性をΔn、波長をλとした場合、 d1<d2 d2<(3)1/2λ/(2Δn) を満足するようにしたものである。
【0015】また、電極基板が櫛形電極を有する液晶表
示素子において、面光源の輝度が最も高い領域に対応す
る液晶層厚みをd1、最も低い領域に対応する液晶層厚
みをd2とした場合、液晶層に印加する電圧の最大値
が、液晶層厚みがd2の時に最大透過率を得る電圧より
低く、d1<d2を満足するようにしたものである。
【0016】また、面光源の中央部の輝度値が最も高
く、周辺部へ行くに従って輝度値が低下するようにした
ものである。
【0017】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれ
たスイッチング素子を有する画素部を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶
表示装置において、対向基板の透過率により、液晶表示
素子の透過率分布が決定されるようにしたものである。
【0018】また、対向基板の開口率、すなわち光を透
過する領域の割合により、対向基板の透過率が決定され
るようにしたものである。
【0019】また、対向基板上にカラー表示を行なうた
めの色層が形成されており、この色層により対向基板の
透過率分布が決定されるようにしたものである。
【0020】また、対向基板上にカラー表示を行なうた
めの色層が形成されており、色層の透過率が色層にカー
ボン粒子のように光を透過しない粒子を混合することに
より制御されるようにしたものである。
【0021】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれ
たスイッチング素子を有する画素部を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶
表示装置において、液晶表示素子が透過率分布を有し、
電極基板の開口率、すなわち光を透過する領域の割合、
により液晶表示素子の透過率分布が決定されるようにし
たものである。
【0022】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれ
たスイッチング素子を有する画素部を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶
表示装置において、液晶表示素子の観察者側あるいはそ
の反対側に透過率を制御する層を設け、液晶表示素子の
透過率分布を制御するようにしたものである。
【0023】また、電極基板が基板にほぼ平行な電界が
液晶層に印加されるような電極構造を有するようにした
ものである。
【0024】また、電極基板および対向基板間に配向膜
を介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス
状に配置された複数の映像信号と走査信号線に囲まれた
スイッチング素子を有する画素部が形成されており、そ
の電極構造が櫛形であり、基板にほぼ平行な電界を発生
させ液晶分子を面内駆動させるアクティブマトリクス型
液晶表示素子および面光源からなる液晶表示装置におい
て、面光源の輝度が最も高い領域に対応する電極基板の
櫛形電極の電極間隔L1、最も低い領域に対応する櫛形
電極の電極間隔L2とすると、L1>L2を満足するよ
うにしたものである。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明の作用を次の例を用いて説
明する。
【0026】図1は液晶表示装置の表示画面24を正面
から見た図、図2(a)は、図1に示す表示画面24上
のX−Y間の破線Wに沿った位置での液晶表示装置の相
対輝度、図2(b)は液晶表示素子(液晶セル)の相対
透過率、図2(c)は面光源の相対輝度を示している。
【0027】図1、2に示すように、面光源の輝度分布
を相殺するように、液晶表示素子の透過率分布を制御す
ることにより、液晶表示装置の面内輝度分布が小さく表
示品位が良好な液晶表示装置を得ることができる。
【0028】ここでは、中心部の輝度が高い面光源を例
に用いたが、どのような輝度分布を有する面光源を用い
ても、それを相殺するように液晶表示素子の透過率分布
を制御することにより同様の効果が得られる。ここで相
対輝度分布とは、表示領域内の輝度の最大値を最小値で
割った値である。同様に相対透過率分布とは、表示領域
内の透過率の最大値を最小値で割った値である。
【0029】また、中間調表示時の方が輝度分布を認識
しやすいため、中間調での輝度分布を抑制すると効果的
である。ここでの中間調とは、主として相対透過率が1
0〜60%のことを意味する。
【0030】さらに、液晶表示素子の透過率は面光源の
輝度分布を完全に相殺するように分布している必要はな
く、液晶表示装置の相対輝度分布が面光源の相対輝度分
布より小さくなるように分布していればよいが、10%
以上抑制するか、または液晶表示装置としての相対輝度
分布を20%程度以下に抑制することが望ましい。
【0031】液晶表示モードの代表的なものとして、I
PS(in−plane switching)方式の
ような複屈折モードについて説明する。
【0032】まず、近年考案され、視野角特性が優れて
いる点で注目を集めているIPS方式を例として、動作
原理を説明する。ここでは正の誘電異方性を有する液晶
組成物に関して説明するが、負の誘電異方性を有する液
晶組成物においても液晶分子の長軸方向と短軸方向を入
れ換えるこにより同様な表示が可能となる。
【0033】図3に面内応答型液晶表示装置の表示原理
を示す。図中、5は電極基板、6は対向基板、7は画素
電極、8は共通電極、9は液晶分子、10、11は偏光
板、12、13はそれぞれ偏光板10、11の透過軸、
14は無電界時の液晶分子長軸方向、15は入射光、1
6は電界方向、17は楕円偏光、18は透過光を示す。
液晶分子長軸方向14と透過軸が平行になるように偏光
板10を配置し、偏光板11はその透過軸13が偏光板
10の透過軸12と直交するよう配置する。ここで、液
晶層の厚さ(セルギャップ)をdとする。
【0034】電圧OFF時は、入射光15が偏光板10
を通過して入射直線偏光となり。これは液晶セル通過時
に複屈折効果を受けないため、偏光板11を通過できず
暗状態となる。
【0035】電圧ON状態で液晶分子9は基板5、6に
対して平行配向を保ちながら、電界16の方向に回転す
る。このため、入射直線偏光は複屈折効果を受けて楕円
偏光17に変化し液晶分子の回転角(θ)に応じた透過
光18が偏光板を透過する。ここで、θは印加電圧
(V)の関数として表わされる。このように電圧のON
/OFFを行なうことにより、明暗の表示を行なうこと
ができる。
【0036】この時の、透過光強度Iは式(1)で表わ
される。 I=Iosin2(πΔnd/λ)sin2(2θ(V))・・・(1) ここで、Ioは偏光板10に入射する光の強度、λは波
長、Δnは液晶9の常光屈折率noと異常光屈折率ne
差の絶対値(|no−ne|)である屈折率異方性を示
す。
【0037】式(1)から明らかなように、偏光板11
を出射する透過強度は、入射する光の波長λとΔndの
関係の影響を受ける項と電圧に対する液晶分子の応答の
項に分類される。
【0038】ここで、液晶討論会予稿集1996,P3
07、講演番号3A14(日本化学会主催)に示される
ように、面内応答型液晶表示装置の電圧−透過率曲線は
液晶層厚みすなわちセルギャップdにより変化すること
がわかる。
【0039】つぎに、アレイ基板について図4を用いて
説明する。図中、5は電極基板、7は画素電極、8は共
通電極、19は映像信号線、20は走査信号線、21は
共通信号線、22はスイッチング素子たとえば薄膜トラ
ンジスタ(TFT)を表わす。アレイ基板5上には映像
信号線19、走査信号線20、共通信号線21、TFT
22および画素部23が形成されている。さらに画素部
は画素電極7および画素電極7と一定間隔で平行に存在
する共通電極8からなる。画素電極7はTFT22より
電圧を供給される。共通電極8は共通信号線21より電
圧を供給される。
【0040】この時、画素電極と共通電極の間に印加さ
れる電圧はいずれの箇所においても一定である。また、
画素電極と共通電極の間隔を電極間隔Lと呼ぶ。
【0041】たとえば、前記液晶討論会予稿集199
6,P307,講演番号3A14に示されるように、面
内応答型液晶表示装置のしきい値電圧は式(2)で表わ
される。 Vc=Ec×L=π(L/d)(K2/εo/|Δε|)1/2・・・(2)
【0042】ここで、Vcはしきい値電圧、Ecはしき
い値電界、K2は液晶のツイスト弾性定数、εoは真空
の誘電率、Δεは液晶の誘電率異方性を示す。このよう
に液晶の応答は電界に対して成されるため、しきい値電
圧は電極間ギャップLに比例し、セルギャップdに反比
例する。
【0043】以上の結果から、面内応答型液晶表示装置
ではその印加電圧に対するパネル透過率がセルギャップ
dや電極間ギャップLによって変化することがわかる。
【0044】TNモードの動作原理をノーマリホワイト
モード(NWモード)の場合を用いて説明する。TNモ
ードでは、液晶分子が二枚の基板間で90゜ツイストし
ている。入射側偏光板はその透過軸が液晶配向方向と平
行あるいは垂直となるように、出射光側はその透過軸が
入射光側の偏光板と垂直になるように設置する。
【0045】電圧無印加時、入射光は偏光板を通過し直
線偏光となり、液晶の旋光性により液晶分子の配向にそ
って回転し出射側の偏光板を通過し明状態となる。この
時の透過率は式(3)のように表わされる。(参考 液
晶(応用編)、培風館、P16) T=(1/2)[1−sin2{(π/2)×(1+U21/2}/(1+U2 )] U=2×Δnd/λ ・・・(3)
【0046】ここで、Tは透過率を表わす。
【0047】このように、透過率Tはセルギャップdの
影響を受ける。
【0048】上記のように、液晶表示素子は表示モード
に関わらずセルギャップやその電極構造により透過率が
変化することがわかる。このため、液晶表示素子のセル
ギャップや電極間隔を変えることにより、相対透過率の
面内分布を制御することができる。
【0049】図14は、TNモードとIPSモードのそ
れぞれについて、印加電圧と透過率の関係を液晶層の厚
さをパラメータとして示したものである。図中曲線Iは
TNモードで液晶厚さが4.5μm、Jは5μmの場合
を示し、KはIPSモードで液晶厚さが4μm、Lは
3.6μmの場合を示す。図に示されているように、T
NモードについてもIPSモードについても、液晶厚さ
を大きくすると透過率が大きくなる条件範囲が存在して
いる。またIPSモードでは電極間隔の変化による電界
強度の変化を利用して透過率を変化させることもでき
る。本発明は、このような条件範囲が存在することを利
用して液晶表示素子(液晶セル)の透過率の表示面内で
変化させ、この透過率の差によって面光源の輝度分布を
相殺して液晶表示装置全体としての表示面内の輝度分布
を均一化している。
【0050】実施の形態1 本発明液晶表示装置の実施の形態を、面内応答モード
(IPSモード)を用いた液晶表示装置を例にとって説
明する。
【0051】実施例1 対向基板および電極基板の所定の領域に転写法により配
向膜溶液を塗布、焼成し配向膜を形成した。その後、画
素電極の櫛歯方向に対し10゜の方向にラビング処理を
行なった。ラビング処理は重ね合わせたときに対向基板
と電極基板のラビング方向がほぼ平行になるように行な
った。
【0052】TFTアレイ基板には、ディスペンサを用
い所定のパターンになるようにシール材を塗布した。シ
ール材はマイクロロッドPF052(日本電気硝子製)
5.2μmのガラス製スペーサを約2wt%の割合で混
合したものを使用した。
【0053】対向基板上には、直径3.38μmのミク
ロパールSP20338(積水ファインケミカル社製)
を散布密度約300個/mm2で散布した。
【0054】電極基板と対向基板を所定の画素が一致す
るように重ね合わせ、加熱圧着することをにより、電極
基板と対向基板を接着させた。
【0055】この一対の基板を目的の大きさになるよう
にパネル切断を行ない、その後屈折率異方性が0.07
9、誘電率異方性が10.4の液晶を注入し、液晶表示
素子を得た。画面中心部の液晶厚さが最も薄く液晶層の
厚みは3.6μmとなった。この時、周辺シール近傍の
液晶層厚さは中心部より約0.2μm厚かった。この厚
さの差をΔdとする。
【0056】この液晶表示素子の画面中央部と周辺部の
階調−透過率曲線の一例を図5に示す。同一階調での透
過率が周辺部の方が高いことがわかる。この液晶表示素
子と図6に示すような相対輝度分布を有する面光源を組
み合わせ液晶表示装置を作製した。図6、7、8におい
て、A〜Dは相対輝度値の範囲を示す符号で、それぞれ
Aは1.60〜1.80、Bは1.40〜1.60、C
は1.20〜1.40、Dは1.00〜1.20の範囲
を示す。この面光源の最大相対輝度値(最大値/最小
値)は約1.66であった。また、液晶表示素子に印加
する最大電圧を6Vとした。白表示時の液晶表示装置の
面内輝度分布を図7、中間調表示時(30/63階
調)、すなわち相対透過率20%の表示時の面内輝度分
布を図8に示す。この時の最大相対輝度値は白表示時
(63/63階調)で約1.47、中間調表示時(30
/63階調)で約1.27となった。このように面内輝
度分布が改善され中間調表示時に輝度ムラが確認されな
くなり、従来よりも良好な表示特性を有する液晶表示装
置が得られた。
【0057】実施例2 実施例1と同様の方法で液晶表示装置を作製した。この
時、シール材内に混合するマイクロロッド径が5.0μ
mのものを用いた。
【0058】この結果、面内輝度分布が改善され中間調
表示時に輝度ムラが確認されなくなり、従来よりも良好
な表示特性を有する液晶表示装置が得られた。
【0059】実施例3 実施例1と同様の方法で液晶表示装置を作製した。この
時、シール材内に混合するマイクロロッド径が5.1μ
mのものを用いた。
【0060】この結果、面内輝度分布が改善され中間調
表示時に輝度ムラが確認されなくなり、従来よりも良好
な表示特性を有する液晶表示装置が得られた。
【0061】実施例4 実施例1と同様の方法で液晶表示装置を作製した。この
時、シール材内に混合するマイクロロッド径が5.4μ
mのものを用いた。
【0062】この結果、面内輝度分布が改善され中間調
表示時に輝度ムラが確認されなくなり、従来よりも良好
な表示特性を有する液晶表示装置が得られた。
【0063】実施例2、3、4において記載のない項目
は全て実施例1と同条件とした。
【0064】表1に実施例1から4で用いた液晶表示装
置の相対輝度分布および表示特性の改善状態を示す。表
1からわかるように、Δdが0.05〜0.4の範囲で
いずれの実施例でも改善がみられる。Δdの値が大きい
ほうが改善の度合が大きい傾向が見られるが、Δdの上
限は液晶層の光学的機能から制限されるので、Δdの好
ましい範囲は0.05〜1μmとなる。
【0065】
【表1】
【0066】実施の形態2 対向基板として画面中心部の開口率が最も低く、周辺に
向かって徐々に開口率が大きくなり、その相対透過率分
布が約1.45であるカラーフィルタを用いた。対向基
板および電極基板の所定の領域に転写法により配向膜溶
液を塗布、焼成し配向膜を形成した。その後、画素電極
の櫛歯方向に対し10°の方向にラビング処理を行なっ
た。ラビング処理は重ね合わせたときに対向基板と電極
基板のラビング方向がほぼ平行になるように行なった。
【0067】TFTアレイ基板には、ディスペンサを用
い所定のパターンになるようにシール材を塗布した。シ
ール材はマイクロロッドPF050(日本電気硝子製)
5.0μmのガラス製スペーサを約2wt%の割合で混
合したものを使用した。
【0068】対向基板上には、直径3.38μmのミク
ロパールSP20338(積水ファインケミカル社製)
を散布密度約300個/mm2で散布した。
【0069】電極基板と対向基板を所定の画素が一致す
るように重ね合わせ、加熱圧着することにより、電極基
板と対向基板を接着させた。
【0070】この一対の基板を目的の大きさになるよう
にパネル切断を行ない、その後屈折率異方性が0.07
9、誘電率異方性が10.4の液晶を注入し、液晶表示
素子を得た。この時の液晶厚みは3.6μmとなった。
【0071】この液晶表示素子と実施の形態1と同様の
相対輝度分布(1.66)を有する面光源とを組み合わ
せ液晶表示装置を得た。この時の最大印加電圧を6.5
Vとした。
【0072】この結果、液晶表示装置の面内相対輝度分
布が1.2となり面光源の相対輝度分布よりも改善さ
れ、従来よりも良好な表示特性が得られた。
【0073】実施の形態3 対向基板として、カラーフィルタの色材の透過率が画面
中心部で最も低く、周辺に向かって徐々に大きくなり、
その相対透過率分布が約1.15であるカラーフィルタ
を用いた。この対向基板と電極基板を用い、実施の形態
2と同様の方法で液晶表示素子を作製した。この時色材
の色純度が変化しないようにカーボンを混合して透過率
を調整した。この液晶表示素子と画面中央部の輝度がも
っとも高く周辺に向かって輝度が低くなりその相対輝度
分布が1.3の面光源を用い液晶表示装置を作製した。
この時の最大印加電圧を6Vとした。
【0074】この結果、液晶表示装置の面内相対輝度分
布が1.25となり面光源の相対輝度分布より改善され
中間調表示時に輝度ムラが確認されなくなり、従来より
も良好な表示特性が得られた。
【0075】実施の形態4 画面中央部の開口率が低く周辺部に向かって高くなり、
相対透過率分布が1.2の電極基板を用い、実施の形態
2と同様の方法で液晶表示素子を作製した。この液晶表
示素子と実施の形態1で用いたのと同様に画面中央部の
輝度が高く、相対輝度分布が1.4の面光源を用い液晶
表示装置を作製した。この時の最大印加電圧を6Vとし
た。
【0076】この結果、液晶表示装置の面内相対輝度分
布が1.25となり面光源の相対輝度分布より改善され
中間調表示時に輝度ムラが確認されなくなり、従来より
も良好な表示特性が得られた。
【0077】実施の形態5 実施の形態2と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
液晶表示素子の観察者側に透過率補正用のフィルムを貼
り付けた。この時フィルムと液晶表示素子間で反射など
がほとんど生じないように粘着材の屈折率を調整したも
のを用いた。このフィルムの透過率は中央部が最も低く
周辺に向かって高くなるような分布をしており、この時
相対透過率分布は1.28となった。実施例1で用いた
のと同様に画面中央部の輝度が高く、相対輝度分布が
1.4の面光源を用い液晶表示装置を作製したところ、
液晶表示装置の面内輝度分布が1.16となり面光源の
相対輝度よりも改善され中間調表示時に輝度ムラが確認
されなくなり、従来よりも良好な表示特性が得られた。
【0078】本実施の形態では、液晶表示素子の観察者
側にフィルムを貼り付けたが、観察者と反対側に貼り付
けても同様の効果が得られる。また、フィルムを貼り付
けずに設置しても同様の効果が得られる。
【0079】さらに、フィルムの代わりにたとえばガラ
ス基板上に不透明金属をマトリクス状に形成したものの
ように透過率を制御する層であってもよい。
【0080】実施の形態6 実施の形態2と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
液晶表示素子の観察者側に透過率補正用のフィルムを貼
り付けた。この時フィルムと液晶表示素子間で反射など
がほとんど生じないように粘着材の屈折率を調整したも
のを用いた。図9に画面中心部(Z)を通り走査線に平
行に左端(X)から右端(Y)に移動したときのフィル
ムの相対透過率の変化を示す。この時相対透過率分布は
1.2となった。画面中心部を通り走査線に平行に移動
したときの面光源の輝度分布が図10に示すように変化
し、相対輝度分布が1.3の面光源を用い液晶表示装置
を作製したところ、液晶表示装置の面内輝度分布が1.
08となり面光源の相対輝度分布よりも改善され、中間
調表示時に輝度ムラが確認されなくなるなど、従来より
も良好な表示特性が得られた。
【0081】本実施例では液晶表示素子の観察者側にフ
ィルムを貼り付けたが、観察者と反対側に貼り付けても
同様の効果が得られる。また、フィルムを貼り付けずに
設置しても同様の効果が得られる。
【0082】実施の形態7 表示エリア中心部の領域での電極間隔L1が11μm、
周辺部20mmの領域での電極間隔L2が11μmであ
り、この電極基板の画面中心を通り走査線に平行に移動
したときの電極間隔の変化が図11に示されるような電
極基板をもちいた。
【0083】実施の形態1と同様の方法で電極基板上に
配向膜層を形成し、ラビング処理を行なった。その後、
液晶層厚みが均一になるように、シール材内スペーサ
径、面内スペーサ径を調整し所定のプロセスを行なうこ
とにより、液晶層厚み3.6μmの液晶表示素子を作製
した。
【0084】図14の曲線Lに示されているように、I
PSモードでは印加電圧により透過率が変化するが、こ
の電圧依存性は式(1)の電圧(電界)依存性に対応し
たものであり、同じ印加電圧に対しても電極間隔を変え
て電界強度を変えることにより、透過率を変えることが
できる。図14の曲線Lは中間調表示となる印加電圧5
V付近で印加電圧が10%(0.5V)変わると透過率
が約20%変化している。電極間隔を10%減少させる
と電界強度は10%増加し、透過率は約20%増加する
が、電極の開口率が10%減少すると仮定すると差引き
10%の透過率の増加となる。
【0085】この液晶表示素子と実施の形態1で用いた
面光源を用い液晶表示装置を作製したところ、中間調表
示時(相対透過率40%)に面内輝度分布が中間調表示
時で改善され、従来よりも良好な表示特性が得られた。
【0086】実施の形態8 本発明の実施の形態は、TNモードを用いた液晶表示装
置を例にとって説明する。
【0087】対向基板および電極基板の所定の領域に転
写法により配向膜溶液を塗布、焼成し配向膜を形成し
た。その後、画素電極の長辺方向に対し45゜の方向に
ラビング処理を行なった。ラビング処理は重ね合わせた
ときに対向基板と電極基板のラビング方向がほぼ90゜
ねじれるように行なった。
【0088】TFTアレイ基板には、ディスペンサを用
い所定のパターンになるようにシール材を塗布した。シ
ール材はマイクロロッドPF067(日本電気硝子製)
7.2μmのガラス製スペーサを約2wt%の割合で混
合したものを使用した。
【0089】対向基板上には、直径4.8μmのミクロ
パールSP2048(積水ファインケミカル社製)を散
布密度約300個/mm2で散布した。
【0090】電極基板と対向基板を所定の画素が一致す
るように重ね合わせ、加熱圧着することにより、電極基
板と対向基板を接着させた。
【0091】この一対の基板を目的の大きさになるよう
にパネル切断を行ない、その後屈折率異方性が0.08
7、誘電率異方性が7.6の液晶を注入し、液晶表示素
子を得た。画面中心部の液晶厚みが最も薄く液晶層の厚
みは5μmとなった。この時、周辺シール近傍の液晶層
厚みは中心部より約0.5μm厚かった。
【0092】この液晶表示素子の相対透過率分布は中間
調表示時(30/63階調)で約1.20となった。こ
の時の最大印加電圧を4Vとした。これと実施例1で使
用した面光源(相対輝度分布1.66)を用い液晶表示
装置を作製した。液晶表示装置の中間調表示時の面内相
対輝度分布が1.38となった。この結果、面内輝度分
布が改善され中間調表示時に輝度ムラが確認されなくな
り、従来よりも良好な表示特性を有する液晶表示装置が
得られた。
【0093】ノーマリホワイトモードのTNモードで
は、液晶表示素子の透過率は式(3)で表わされ、U=
(3)1/2のとき最大となる。図14の曲線I、Jに示
すように液晶厚さが大きいときに透過率が大きくなる条
件では、面光源の輝度の最も高い領域での液晶厚みをd
1、最も低い領域での液晶厚みをd2とし、d1<d
2、かつd2を式(3)の最大透過率に対応する液晶厚
み(3)1/2/(2Δnλ)より小さくすることによっ
て面光源の相対輝度分布を抑制することができる。
【0094】
【発明の効果】本発明によれば、面光源の輝度分布を抑
制するように、液晶表示素子のセルギャップ、開口率、
電極構造などのパネル構造を変えるなど、液晶表示素子
の透過率の面内分布を制御することにより、面内輝度分
布の小さい、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の相対輝度と相対透過率
を示す表示画面上の位置を示す図である。
【図2】本発明の液晶表示装置の走査線方向の相対輝度
および液晶表示素子の相対透過率および面光源の相対輝
度を示す図である。
【図3】面内応答型液晶表示装置の原理図である。
【図4】アレイ基板の構成図を示す図である。
【図5】本発明の液晶表示素子の階調−透過率曲線を示
す図である。
【図6】本発明の液晶表示素子の面光源の面内相対輝度
分布を表わす図である。
【図7】本発明の液晶表示素子の白表示時の面内相対輝
度分布を表わす図である。
【図8】本発明の液晶表示素子の中間調表示時の面内相
対輝度分布を表わす図である。
【図9】本発明の液晶表示素子の透過率補正フィルムの
面内透過率変化を表わす図である。
【図10】本発明の液晶表示素子の面光源の面内輝度変
化を表わす図である。
【図11】本発明の液晶表示素子の電極間隔の面内変化
を表わす図である。
【図12】液晶表示装置の構成断面図である。
【図13】従来の液晶表示装置の走査線方向の相対輝度
および液晶表示素子の相対透過率および面光源の相対輝
度を表わす図である。
【図14】液晶表示素子の透過率の印加電圧依存性を示
す図である。
【符号の説明】
1 面光源 2 面光源からの出射光 3 液晶表示素子 4 出射光 5 電極基板 6 対向基板 7 画素電極 8 共通電極 9 液晶分子 10 偏光板 11 偏光板 12 偏光板10の透過軸 13 偏光板11の透過軸 14 液晶分子の長軸方向 15 入射光 16 電界方向 17 楕円偏光 18 透過光 19 映像信号線 20 走査信号線 21 共通信号線 22 スイッチング素子 23 画素部 24 表示画面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09F 9/30 338 G09F 9/30 338 5C094 349 349C 5G435 349B G09G 3/20 642 G09G 3/20 642B 3/36 3/36 Fターム(参考) 2H089 QA16 SA01 SA03 TA12 TA18 2H091 FA02Y FA41Z GA03 LA18 2H092 GA13 GA15 NA25 PA08 PA13 5C006 AA11 AA22 BB16 EA01 FA22 FA51 FA56 GA02 GA03 5C080 AA10 BB05 CC03 DD05 EE29 FF11 JJ05 JJ06 5C094 AA03 AA07 AA55 BA03 BA43 CA19 DA12 DA13 EA04 EA10 EB02 EC03 ED03 ED15 FA01 FA02 GB01 GB10 JA01 JA08 JA13 JA20 5G435 AA00 AA01 BB12 BB15 CC09 CC12 DD11 EE26 FF13 FF14 GG25

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極基板および対向基板間に配向膜を介
    して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状に
    配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれたス
    イッチング素子を有する画素部を形成したアクティブマ
    トリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表示
    装置において、液晶表示素子の透過率分布が面光源の輝
    度分布を抑制する、すなわち、表示領域における面光源
    の輝度値の最大値をXmax、最小値をXmin、液晶
    表示装置の輝度値の最大値をZmax、最小値をZmi
    nとした場合、 Xmax/Xmin>Zmax/Zmin を満足することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 電極基板および対向基板間に配向膜を介
    して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状に
    配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれたス
    イッチング素子を有する画素部を形成したアクティブマ
    トリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表示
    装置において、表示領域における、面光源の輝度値の最
    大値をXmax、最小値をXmin、液晶表示装置の輝
    度値の最大値をZmax、最小値をZminとした場
    合、 Xmax/Xmin−Zmax/Zmin>0.1 を満足することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項3】 電極基板および対向基板間に配向膜を介
    して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状に
    配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれたス
    イッチング素子を有する画素部を形成したアクティブマ
    トリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表示
    装置において、液晶層厚みの表示領域内での最大値と最
    小値の差Δdが、0.05μm≦Δd≦1.0μmを満
    足することを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子お
    よび面光源からなる液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記電極基板近傍の液晶配向方向と前記
    対向基板近傍の液晶配向方向が90度異なり、2枚の偏
    光板の間に前記電極基板と対向基板が存在し、電極基板
    側と対向基板側の偏光板の吸収軸が液晶配向方向と等し
    いかあるいは90度ことなる液晶表示素子において、面
    光源の輝度が最も高い領域に対応する液晶層厚みをd
    1、最も低い領域に対応する液晶層厚みをd2、液晶の
    屈折率異方性をΔn、波長をλとした場合、 d1<d2 d2<(3)1/2λ/(2Δn) を満足することを特徴とする請求項3記載の液晶表示装
    置。
  5. 【請求項5】 電極基板が櫛形電極を有する液晶表示素
    子において、面光源の輝度が最も高い領域に対応する液
    晶層厚みをd1、最も低い領域に対応する液晶層厚みを
    d2とした場合、液晶層に印加する電圧の最大値が、液
    晶層厚みがd2の時に最大透過率を得る電圧より低く、
    d1<d2を満足することを特徴とする請求項3記載の
    液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 面光源の中央部の輝度値が最も高く、周
    辺部へ行くに従って輝度値が低下することを特徴とする
    請求項1、2、3、4または5のいずれかに記載の液晶
    表示装置。
  7. 【請求項7】 電極基板および対向基板間に配向膜を介
    して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状に
    配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれたス
    イッチング素子を有する画素部を形成したアクティブマ
    トリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表示
    装置において、対向基板の透過率により、液晶表示素子
    の透過率分布が決定されることを特徴とする請求項1記
    載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 対向基板の開口率、すなわち光を透過す
    る領域の割合により、対向基板の透過率が決定されるこ
    とを特徴とする請求項7記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 対向基板上にカラー表示を行なうための
    色層が形成されており、この色層により対向基板の透過
    率分布が決定されることを特徴とする請求項7記載の液
    晶表示装置。
  10. 【請求項10】 対向基板上にカラー表示を行なうため
    の色層が形成されており、色層の透過率が色層にカーボ
    ン粒子のように光を透過しない粒子を混合することによ
    り制御されることを特徴とする請求項9記載の液晶表示
    装置。
  11. 【請求項11】 電極基板および対向基板間に配向膜を
    介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状
    に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれた
    スイッチング素子を有する画素部を形成したアクティブ
    マトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表
    示装置において、液晶表示素子が透過率分布を有し、電
    極基板の開口率、すなわち光を透過する領域の割合、に
    より液晶表示素子の透過率分布が決定されることを特徴
    とする請求項1記載の液晶表示装置。
  12. 【請求項12】 電極基板および対向基板間に配向膜を
    介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状
    に配置された、複数の映像信号と走査信号線に囲まれた
    スイッチング素子を有する画素部を形成したアクティブ
    マトリクス型液晶表示素子および面光源からなる液晶表
    示装置において、液晶表示素子の観察者側あるいはその
    反対側に透過率を制御する層を設け、液晶表示素子の透
    過率分布を制御することを特徴とする請求項1記載の液
    晶表示装置。
  13. 【請求項13】 電極基板が基板にほぼ平行な電界が液
    晶層に印加されるような電極構造を有することを特徴と
    する請求項1、2、3、5、6、7、8、9、10また
    は11のいずれかに記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項14】 電極基板および対向基板間に配向膜を
    介して液晶組成物を挟持し、電極基板上にマトリクス状
    に配置された複数の映像信号と走査信号線に囲まれたス
    イッチング素子を有する画素部が形成されており、その
    電極構造が櫛形であり、基板にほぼ平行な電界を発生さ
    せ液晶分子を面内駆動させるアクティブマトリクス型液
    晶表示素子および面光源からなる液晶表示装置におい
    て、面光源の輝度が最も高い領域に対応する電極基板の
    櫛形電極の電極間隔L1、最も低い領域に対応する櫛形
    電極の電極間隔L2とすると、L1>L2を満足するこ
    とを特徴とする請求項13記載の液晶表示装置。
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