JP2011002775A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短波長領域である青色の光損失が少ない液晶表示装置の提供。
【解決手段】液晶表示装置は、液晶組成物を有する液晶層と、液晶層を介して、互いに対向して配置された一対の基板と、その一対の基板の液晶層側に配置された配向層と、液晶層側とは反対側にそれぞれ配置された偏光板と、を備え、一対の基板は、液晶組成物の配向を制御するための薄膜トランジスタを有する薄膜トランジスタ基板と、複数種類の色の画素を備える有色層２４２を有するカラーフィルタ基板２１２と、を有し、複数種類の色の画素の１つである青画素の面積は、他の種類の色の画素の面積よりも大きい。
【選択図】図１１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

液晶ディスプレイは、これまで表示装置の主流であったＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、一般にブラウン管と称される）にくらべて薄型軽量にできるという強みに加え、画質向上技術の進展に伴い、その用途、市場が拡大されてきた。

近年、地球環境の保護、特に温暖化防止対策として、化石燃料の使用量を抑止するために、電気機器の消費電力を低減することが求められている。これに対して、透過型液晶表示装置、すなわち、光源を用いる液晶表示装置においては、光源から発せられる光の利用効率を向上することが重要な対策である。これについては、電極パターンを微細化して開口率を向上する技術、また、液晶表示モードの改善による光利用効率向上、消費電力抑制のためにドライバーＩＣの発熱防止技術等が報告されている。

また、光利用効率を向上させるために、有色層、すなわちカラーフィルタの透過率を増大するための硬化性組成物に関する技術について、例えば、特許文献１に報告されている。

さらに、近年、特に注目されている発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする液晶表示装置において、６色のＬＥＤ（青２種、緑２種、赤２種）を用い、特に青のカラーフィルタでＬＥＤの発光をカットしない技術が報告されている。

特開２００３−２０７８８７号公報

透過型液晶表示装置は、液晶パネルに配置された光源の光を、液晶層の電気光学性質により、透過する光の強度を制御することによって情報を表示する。液晶表示装置としての最大輝度（以下、白輝度と称する）は、その液晶表示装置において白輝度を表示するための電界を液晶層に印加したときに得られる液晶パネルの透過率と光源輝度の値で決まる。なお、ここでいう透過率とは、透過による物体色の三刺激値Ｙ、として表現される視感透過率指し、分光透過率とは区別して用いている。具体的には、Ｙ値は数１の式で求められる。

ここで、τ（λ）は液晶パネルの分光透過率、Ｓ（λ）は光源の相対分光分布（例えば標準光源ＣやＤ６５）、係数kは、全ての波長についてτ（λ）＝１の物体に対してY=100％となるように定める。すなわち、視感透過率は、透過物体へ入射する光束に対する透過光束の比を表す。

液晶パネルの白表示における視感透過率は、概ね数％程度であり、光源の光を十分利用できていない。このことは、十分に高い白輝度、特に液晶テレビの白輝度として求められる５００ｎｉｔｓ、さらにはピーク輝度として７００ｎｉｔｓを実現する際には、光源の輝度をかなり高くしなければならず、消費電力の増大を招くことになる。

液晶パネルの光利用効率は、液晶パネルに用いられている各部材の視感透過率の乗算で決まる。例えば、液晶層（偏光板込み）が約２８％、ＲＧＢ三原色からなるカラーフィルタが約２５％、開口率（表示に寄与する有効面積比）が約５５％弱であれば、液晶パネルの視感透過率は３．８５％となる。

一般に、液晶層とカラーフィルタの光利用効率が低くなっている。特に、広い表色範囲（表現できる色の領域）が強く求められるテレビ等のアプリケーションでは、色純度を高める必要があり、カラーフィルタの視感透過率が低くなる。これは、高い色純度を実現するカラーフィルタでは、それぞれの色に対して透過する波長を狭める、すなわち単色光に近づくことになるため、透過する光の強度が低くなってしまうためである。液晶層については、偏光と複屈折を利用した表示原理に基づくため、最大光利用効率を達成したとしても３０％台が限界である。

光利用効率が最も低いのは、波長５００ｎｍ以下、色でいえば青色領域の透過率である。これは、偏光板の偏光度が可視波長４００〜７００ｎｍの範囲で一定の値を示さないことが主たる要因である。一般に用いられている偏光板は、波長５００ｎｍ以下の偏光度がそれ以上の波長における偏光度よりも低く、白表示において青色領域の強度を減じる大きな要因となっている。例えば、視感度が最も高い５５０ｎｍにおける偏光度が９９．９９％あっても、４５０ｎｍにおいては９９．８％程度しかない場合がある。この場合、５５０ｎｍのコントラスト比は１００００あるのに対し、４５０ｎｍでは５００にしかならない。しかし、通常、偏光板偏光度は、視感透過率を用いて求めるため、この偏光板は波長５５０ｎｍの偏光度が仕様となり、青領域の偏光度が考慮されることは少ない。しかし、５００ｎｍ以下の短波長領域における偏光度低下は、液晶ディスプレイの画質に大きく影響し、黒表示においては短波長領域の光遮断性能が劣ることから青色の光漏れが強く青みを帯びた黒となり、白表示においては短波長領域の光透過性能が劣ることから青色の強度が弱く黄色みを帯びた白表示となってしまう。

また、青色、すなわち短波長の透過光強度は、界面があるごとに損失する割合が大きい。そのため、光を拡散させる媒体があると、短波長の光損失が増大する。また、光学的にほぼ等方と見なせる透明媒体であっても、それを積層すればするほど、短波長の光損失は大きくなる。このため、例えばカラーフィルタのようにある一つの部材について、短波長の透過光強度を改善しても、損失が非常に大きい部材が存在すると、トータルでは光利用効率がそれほど改善されない、という問題がある。

一方、白表示の色度点は、いくつかの仕様が並立しており、それぞれの色度点を満たすためには、液晶パネルの白表示における透過光強度で決まる色度（標準光源を基にして定められる色度座標）に対し、用いるバックライト光源の色温度を調整することになる。液晶ディスプレイの白色度点の仕様は、例えば、ｓ−ＲＧＢのＤ６５（ｘｙ色度座標（０．３１３、０．３２９）、色温度６５００Ｋ）、アメリカの規格として一般的なＮＴＳＣ：ＲＣＡの９３００Ｋ＋２７ＭＰＣＤ（ｘｙ色度座標（０．２８１、０．３１１）、色温度９３００Ｋ）、ヨーロッパの規格として一般的なＰＡＬ：ＣＩＥの３５５０Ｋ＋７ＭＰＣＤ（ｘｙ色度座標（０．３１６、０．３２６）、色温度３５５０Ｋ）、日本の規格として一般的なＮＴＳＣ：ＮＨＫの９３００Ｋ＋８ＭＰＣＤ（０．２８３、０．２９７）、色温度９３００Ｋ）がある。なお、ＭＰＣＤ（Minimum Perceptible Color Difference）は、それぞれ、黒体軌跡までの距離を示す値である。

ところが、最近の液晶テレビの白色度点は、上述の値よりもはるかに高い色温度１２０００Ｋが広く普及している。これは、輝度が高くなればなるほど、より高い色温度である白が好まれるという人間の感性に従っているためである。すなわち、従来のＣＲＴにおいては、全画面白表示をする際には数十ｎｉｔｓ程度の明るさにしかならず、高い輝度はピーク値として表示していたのに対し、液晶テレビの場合は、全面の白表示においても高い輝度を保持するため、５００ｎｉｔｓの全面白を見るには、高い色温度、すなわち青みを帯びた白が好まれるのである。

白表示において黄色みを帯びる液晶パネルを用いて１２０００Ｋの白色度点を実現するためには、たとえば、バックライト光源の色温度は２００００Ｋ以上という非常に高い色温度を必要とするようになった。高い色温度とするには、青の領域である短波長領域の発光強度を高める必要があり、短波長領域の発光には高いエネルギーを必要とするため、消費電力の増大を招く。例えば、一般に用いられる三波長蛍光管において、色温度４０００Ｋと１００００Ｋの蛍光管の場合、同じ輝度を発光させるために、後者の消費電力は１０％以上も増大する。青色ＬＥＤと蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤにおいても、発光効率の良い蛍光体の強度を弱めて、青色ＬＥＤの発光強度を高めなければならないので、高い色温度の光源は消費電力が増大する。三色のＬＥＤも同様で、赤色ＬＥＤが最も効率がよいのは周知である。

以上から、消費電力を低減するためには、低い色温度の光源を用いることが重要であることは自明である。そのためには、液晶パネル自身の透過光強度において、いかに青色の光を損失させずに高い光利用効率を実現することが重要である。

本発明は、高い透過率を有するカラーフィルタを用いても、他の部材が光損失を与えることによって、液晶パネルにおける青色画素の光利用効率が低いという課題を解決し、液晶表示装置の光利用効率を向上し、用いる光源の色温度を低く設定することにより、消費電力を低減する。

具体的には、配向層の短波長領域、特に光源の発光波長近辺である４４０から４７０ｎｍにおける光の吸収の平均値（各波長における吸収の度合いを平均する）が、緑の波長領域である５００から６００ｎｍにおける光の吸収の平均値に対し、３％以上の低下しない構成が有効である。これについては、例えば、配向層形成プロセスにおいて、酸素を遮断した状況で焼成することにより配向層の酸化を防ぐことが有効である。このとき、ポリイミド系配向層の焼成温度は通常２３０度程度であるが、これを２１０度程度で焼成とすることで、さらに短波長領域の光吸収を抑制できる。あるいは、紫外偏光照射による光感応性配向層とすることで、より光吸収を抑制できる。

また、ＩＰＳ型液晶パネルにおいては、液晶材料と配向層の２組の部材構成によって４００から５００ｎｍの短波長領域における光吸収を抑制することが可能である。具体的には、屈折率異方性の波長依存性が小さい液晶材料、例えば屈折率異方性を通常よく用いられる０．１近辺から小さい値、０．０７〜０．０８５（３１３Ｋ、５８９ｎｍ）とし、共通電極や画素電極等、複数の電極が形成される基板の対向側基板の配向膜を、電極側基板の配向膜よりもアンカリング強度が弱い、すなわち１８０〜２１０度程度の低温焼成および低ラビング密度となるラビングプロセスとする、あるいは、紫外偏光照射による光感応性配向層とする構成である。

液晶表示モードとして、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚みｄとの積で表されるリタデーションΔｎｄ（複屈折位相差とも称される）を電気光学応答により制御することによって光の透過光強度を制御する場合、液晶層を透過する光の強度は、（πΔｎｄ／λ）の三角関数の関数となる。これは、液晶分子の長軸が基板にほぼ水平方向に配向する、いわゆるインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）型、液晶分子の長軸が基板にほぼ垂直方向に配向する、いわゆる垂直配向（ＶＡ）型であっても同様である。ここで、実際に表示に寄与する液晶層の厚みは、実効膜厚として考える必要がある。例えば、配向層の液晶規制力が非常に強ければ、配向層と液晶層の界面近傍では、液晶層は電界が印加されても動くことができない層が発生する。また、平面電極をコモン電極として形成し、絶縁層を介して櫛歯の画素電極が形成される場合、絶縁層を介して櫛歯のコモン電極に重畳するように櫛歯の画素電極が形成される、いわゆるフリンジ電界を用いて液晶を駆動するＩＰＳ型液晶パネルの場合には、電極が形成されない対向基板側の液晶層は、電界強度が弱いためにほとんど動かない。このような場合には、基板で挟持される液晶層の実際の厚みに比べ、表示に寄与する実効膜厚はかなり薄い。

一方、液晶の屈折率異方性は波長に強く依存し、長波長に向かって単調減少する。このことから、（πΔｎｄ／λ）の値は、短波長領域で非常に大きく、長波長領域で小さくなる。最大透過光強度を視感透過率で考慮すれば、最大となる（πΔｎｄ／λ）の値は、通常、視感度が最も高い波長である５５５ｎｍ近辺、すなわち緑の波長領域に設定することから、短波長領域の透過光強度が、緑の領域に比べて低くなってしまう。

このΔｎの波長分散特性を抑制することで、短波長領域の光損失を抑制することができる。液晶分子の分極率異方性を発現する官能基の種類（π電子よりも電気陰性度の違いを利用する）や、その官能基の分子長軸に対する角度を制御する（ラテラル方向に複数配置して、それらのベクトル和として分子長軸側、すなわち異常光屈折率を発現させる）等の手段が一例として挙げられる。また、Δｎの絶対値を低減することは、変化量の絶対値が低減するので効果的である。ただし、低Δｎ液晶をそのままの設計で用いると、リタデーションの値が低減することになる。しかし、液晶層膜厚を増大させることは、駆動電圧増大、応答速度増大等を招きかねない。

そこで、この問題を解決するために、我々は、設計膜厚は変更せず、実効膜厚を増大する手段として、複数の電極が形成されている基板と、それに対向する基板の配向層について、アンカリング強度を変えた構成を発明した。

配向膜のついては、以下の手段が一例として挙げられる。

たとえば、配向膜として、２，２―ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］、酸無水物としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドやアミン成分としてパラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどを用い、酸無水物成分として脂肪族テトラカルボン酸二無水物やピロメリット酸に無水物などを用いたポリイミド膜を形成した後、ラビングする。このとき、ラビング強度Ｒ_Ｓは数２で表される。

ここで、γ_ｒはラビング圧。ラビング布の繊維密度、摩擦係数に関与する係数であり、Ｌは全ラビング長で、数３から求められる。

ここで、ｌはラビングローラー外周の基板に接触する長さ、ｎは毎分回転数（ｒｐｍ）、ｒはラビングローラーの半径、νは基板の送り速度である。

一般にγ_ｒを厳密に求めるのは難しく、押し圧やラビング布の種類が同じであれば、ラビング強度はＬの値で代用でき、この値を、概ね１５０から３００ｃｍとすることで、アンカリング強度が弱いという条件になる（通常は４００ｃｍ以上ある）。

また、モノマー成分として、４，４’−ジアミノアゾベンゼンと４，４’−ジアミノベンゾフェノンをモル比にして６：４で混合したジアミンと、無水ピロメリット酸と１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物をモル比にして１：１で混合した酸無水物からなるポリアミック酸ワニスを印刷形成し、２００℃で１５分の熱処理を行い、直線偏光である紫外線を基板に対してほぼ垂直な方向から照射し、配向膜を形成した場合、上述の条件、すなわち全ラビング長を１５０から３００ｃｍと同様のアンカリング強度となることを我々は明らかにした。なお、偏光紫外線による光感応性配向層は、２３０℃の熱処理によって、アンカリング強度を強くできるので、電極側基板の熱処理を高くしてやればよい。あるいは、高配向規制力成分を加えた配向膜材料を用いることも可能である。

アンカリング強度の確認方法としては、例えば、表面に水酸基を持つように修飾した親水性表面のスペーサビーズ（直径はセルの厚みと同じ、つまり基板間の厚みを制御する）を液晶層内に配置したＩＰＳ型ユニットセルにおいて、スペーサビーズ周辺の液晶配向状態（直交偏光板間にセルを配置すると、スペーサビーズ周辺の液晶配向方向が乱れた部分を光漏れとして観察できる）を観察する方法がある。初期状態では、スペーサビーズ周辺に４つ葉のような４分割された光漏れが見える。１ｋＨｚ、１５Ｖｐ−ｐの矩形波電圧を３０分印加すると、この光漏れが２分割や３分割、あるいは光漏れ領域が大きくなる等の変化が現れる場合がある。変化したスペーサビーズの割合が４０％以上存在する条件を、アンカリング強度が弱い、と定義した。

電界印加試験で変化しない条件（全ラビング長が４００ｃｍ以上）を設定することが通常であり、特にＩＰＳ型では、電極を形成する基板側には、通常の条件を用いて形成する。電界強度が強いため、配向方向が変化することを避けるためである。一方、対向基板側は、もともと電界強度が弱く、実効膜厚を損じていた。そこで、上記のように、液晶の配向が変わりやすい層を形成することにより、液晶層の実効膜厚を増大することを可能にした。

また、別の構成例として、通常用いられる二色性色素素延伸型偏光板（ヨウ素が用いられることが多い）、これは４００ｎｍから５００ｎｍの短波長領域における二色比が低く、短波長領域の光損失への影響が非常に大きいため、短波長領域の二色比を補償するために短波長領域に二色比を示す一軸吸収異方層を加える、あるいは補助的な偏光層を用いて、偏光層を多層にした複合偏光板の手段が挙げられる。前者は、主に液晶パネル内、すなわち基板と液晶層の間に形成する場合、後者は基板と二色性色素延伸型の偏光層の間に形成することが好ましい。

複合偏光層、すなわち補助的な偏光層により、短波長領域における二色比を向上することは、実機液晶表示装置の短波長領域（青色）の光利用効率を向上するために非常に有効な手段である。通常用いている延伸型偏光層（ヨウ素、あるいは二色性色素）は、短波長領域の偏光度（平行透過率と直交透過率の強度で定義される特性）が低い。これにより、偏光板の分光特性は、短波長領域の平行透過率（明表示に対応する透過率）は低く、クロス透過率（暗表示に対応する透過率）は高くなってしまう。典型的な例では、波長５５０ｎｍにおける平行透過率が３８％ある偏光板であっても、波長４５０ｎｍ以下においては３０％未満に減少する。この場合、４５０ｎｍ以下の光利用効率を向上した他の部材を用いても、偏光板によって吸収されてしまい、効果が大きく減じられてしまうことになる。

また、青画素の面積を他色画素よりも拡大して青の光利用効率を向上する手段を用いる場合、偏光板による短波長の光吸収が大きいと、青の光利用効率を十分に得るためには、青画素面積をかなり大きくしなければならない。このことは、緑色の画素を縮小することにつながり、視感透過率としては大きく減少することになってしまうので、光源の輝度を非常に強くする必要が生じる。その結果、光源の色温度低下による消費電力効果よりも、輝度増大による消費電力量増大の方が大きくなってしまうことになる。

従って、色温度低減による消費電力を低減する効果を十分に得るためには、青画素面積の拡大による青の光利用効率を最大限に活用しなければならない。従来の二色性色素延伸型偏光板を用いた場合、上記理由から、青の光利用効率向上による消費電力低減は効果が十分に得られなかった。

それに対して、複合偏光層を用いる構成では、短波長領域の偏光度が保持されているため、青画素面積を拡大すれば、青の光利用効率は面積を拡大した量だけ十分に向上でき、光源の色温度低減による消費電力低減効果が顕著に得られる。

前者の異方層を形成する材料の例としては、下記に限定されないが、例えば、カラーフィルタ層を対向基板側に形成するのであれば、そのオーバーコート層樹脂、あるいは青領域のカラーレジストに一軸異方性が高い直線的棒状の分子構造を有している有機化合物を添加する方法がある。一軸異方性が高い直線的棒状分子の例としては、クリソフェニン、ダイレクトファーストイエロージーシー、カヤラススープラオレンジ２ジーエル等がある。これらは、短波長領域に二色性を示すので、短波長領域の化合物が挙げられる。これらの層を形成してから後、ほぼ直線に偏光した紫外線を照射し、加熱することによって、照射した直線偏光の軸と直交した方向に吸収軸を有する一軸吸収層を形成することができる。短波長の光損失を改善するためには、カラーレジストに添加する場合には、青色画素のみにダイレクトファーストイエローを添加すればよい。各色と化合物の吸収最大波長が一致するように選択することが有効である。

また、エポキシアクリレートをベースとしたカルボキシル基とフルオレン骨格を有する等、比較的直線性の構造単位を有する高分子を用いたオーバーコート層の樹脂に、直線に偏光した紫外線照射し、加熱処理によって一軸吸収の異方性を付与することも可能である。この場合、上述の化合物を用いる場合よりも二色比は低くなるが、十分に高い偏光度を有する偏光板偏光度を用いる場合の補償として効果的に作用する。上述の化合物を用いて、異方層の二色比が１０以上得られる場合には、偏光板偏光度が低い値にばらついても、その偏光度を補償する効果が得られる。

あるいは、配向膜層で、偏光紫外線による光感応性配向層に、ごくわずかに一軸吸収異方性を発現する作用があるので、これを利用することもできる。官能基によっては、可視波長である４５０ｎｍ付近まで異方性を示す材料を用いることは比較的容易である。

また、クロモニック液晶相を示す二色性色素（例えばＣ．Ｉ．ダイクレクトブルー６７に代表されるクロモニック性色素）を通常の偏光板に塗布膜を形成する、あるいは支持フィルムに塗布して作成した膜を偏光板と貼合する等、短波長領域の二色比を補助する構成とする。

また、複合としなくても延伸型偏光板で、ヨウ素ではなく二色性色素で偏光板とし、短波長領域を改善することも可能である。このとき、ヨウ素延伸型偏光板ほどの高い偏光度が得にくいという問題があるので、色素偏光板に補助偏光層を形成してもよい。色素の組合せによる複合偏光層により、短波長領域の二色比を改善することは可能である。

ヨウ素延伸型偏光板であっても、ヨウ素で染色するポリビニルアルコールの分子鎖、分子長、染色する際の温度、添加剤、延伸速度、引っ張り強度等で、Ｉ_３ ⁻錯体（短波長領域の偏光度、二色比発現に関与すると言われる。錯体の長さが短いために、配向秩序度が十分に取れず、二色比が低下すると言われている）の配向秩序度を十分に高くするプロセスで形成した偏光板であれば、用いることは可能である。

偏光板の平行透過光強度を直交透過光強度で除した分光コントラスト比を定義した場合、４５０ｎｍにおける値が１００００以上あれば、光損失は十分に抑制できるといえる。なお、一般には数千程度である。

また、青、緑、赤の三原色の面積を等分割するのではなく、青画素の有効表示面積を緑や赤よりも高い割合とする、すなわち青画素面積比を拡大させる構成を用いることは、青色の透過光強度を高めることに有効である。

さらに、上記構成に加え、緑画素の有効表示面積を赤画素の面積よりも拡大することで、視感透過率減少を抑制することができ、発効効率が非常に高い赤色が強い光源を用いることができるので、光源の消費電力を低減できる。液晶表示装置の消費電力は、そのほとんどが光源に消費される電力であるため、光源の消費電力低減は、システムとしての消費電力低減に効果が大きいのである。

液晶表示装置において、従来、弱点であった短波長領域の光利用効率を向上する。これによって、液晶表示装置として得られる効果は、光源に必要な電力消費量が抑えられること、白表示における色調と黒表示における色調変化を抑制できること、かつ青色の光強度変動による色むら発生を抑制できること、が挙げられる。

消費電力は、前述の通り、光源として色温度を低く設定できるようになるからである。白表示と黒表示の色調変化は、やはり、白表示において短波長領域の光損失によって生じており、高品質な画像を提供するためには問題でなる。白表示における短波長の光損失が大きい場合、光源の色温度が高く、短波長領域の強度が強くなる。一方、黒表示における光は、通常期待する透過光ではなく、むしろ液晶表示装置の遮断性能が低いことを示す弱点である。これは、主として、液晶パネル内に存在する各部材の光散乱現象で生じる部分偏光解消による光漏れである。そして、光散乱現象であるが故に、レイリー散乱等の原理に基づき、短波長領域の光漏れが強いという宿命がある。そのため、黒表示における光漏れは、青いのである。そこに色温度が高い光源の光が入射されるため、黒の色調は非常に青みが強いものとなるからである。そこで、本発明により、白表示における短波長の光損失を抑制することによって、光源の色温度が低くなることから、黒表示における青みが大きく緩和されるという効果を生じる。また、偏光板の波長依存性改善は、直接、直交分光透過率における短波長領域の光漏れ改善につながることから、この構成は、黒の色調改善という点で好ましい。

また、色むらについては、特に白色発光ダイオードを用いる光源としたときに効果が顕著となる。白色発光ダイオードは、青色（４４０ｎｍ付近）に鋭い発光スペクトルを有するＬＥＤと、ＹＡＧ蛍光体、あるいは、緑＆赤蛍光体を組み合わせることが一般的である。青色発光のＬＥＤは、その発光波長が概ね４３０から４６０ｎｍにある。設計で変更するだけでなく、予期しない発光波長のズレも±５ｎｍ程度によくある。もし。最大１０ｎｍ、青色発光波長がずれたとすると、現行のように、短波長の光損失が大きい構成では、青色の画素としての光強度が著しく変動することになり、青色の色純度低下はもちろんのこと、それだけではなく白表示の色調が黄色みを帯びたり、紫色を帯びたりする等の色むらが発生してしまう。本発明では、その短波長の光損失を抑制できることから、この発光波長変動の影響を抑制することができ、色むら発生防止に効果的となる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す図である。 図１の液晶表示パネルの構成を示す図である。 実施例１の液晶表示パネルの一画素付近の模式断面図である。 実施例１のアクティブマトリクス基板の一画素付近の模式図である。 実施例１のカラーフィルタ基板の一絵素付近の模式図である。 実施例１のカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。 実施例１のバックライトユニット表面の分光放射輝度を示す図である。 実施例２の液晶表示パネルの一画素付近の模式断面図である。 実施例２のアクティブマトリクス基板の一画素付近の模式図である。 実施例２のアクティブマトリクス基板の薄膜トランジスタ付近の拡大断面図である。 実施例２のカラーフィルタ基板の一絵素付近の模式図である。 実施例２の液晶表示の青・緑・赤色画素の分光透過率を示す図である。 実施例２のバックライトユニット表面の分光放射輝度を示す図である。 実施例３の液晶表示パネルの一画素付近の模式断面図である。 実施例３の液晶表示の青・緑・赤色画素の分光透過率を示す図である。 実施例３のバックライトユニット表面の分光放射輝度を示す図である。 実施例４の液晶表示パネルの一画素付近の模式断面図である。 実施例４のカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。 実施例４の液晶表示の青・緑・赤色画素の分光透過率を示す図である。 白色発光ダイオードを用いた光源の発光スペクトルを示す一例である。 実施例５の液晶表示パネルの一画素付近の模式断面図である。

次に、図面を参照して、本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。初めに、本実施例でほぼ共通に用いた部材を説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、液晶表示装置１００は、上フレーム１０１及び下フレーム１０２に挟まれるように固定された液晶表示パネル１０３及び不図示のバックライト装置等から構成されている。

図２には、液晶表示パネル１０３の構成が示されている。液晶表示パネル１０３は、アクティブマトリクス基板１１１とカラーフィルタ基板１１２の２枚の基板を有し、これらの基板の間には液晶１２１が封止されている。アクティブマトリクス基板１１１には、駆動回路１０４により制御される走査電極１３４及び駆動回路１０５により制御される信号電極１３６が張り巡らされ、これらの信号線は、液晶表示装置１００の一画素として機能する画素を形成している。なお、液晶表示パネル１０３は、その表示の解像度に対応する数の画素を有するが、図が煩雑になるのを避けるため、図２では簡略化して示している。

図３は、図２の液晶表示パネル１０３の一画素付近の模式断面図である。

（アクティブマトリクス基板）
図４は本発明による液晶表示装置の実施の形態を説明するアクティブマトリクス基板１１１の一画素付近の構成を示す模式図である。アクティブマトリクス基板１１１を構成するガラス基板１３１、及びカラーフィルタ基板１１２を構成するガラス基板１３２として、厚みが０．７ｍｍである無アルカリガラス基板を用いた。ガラス基板１３１に形成する薄膜トランジスタ１４０は画素電極１３５、信号電極１３６、走査電極１３４及びアモルファスシリコン１４１から構成される。走査電極１３４はアルミニウム膜をパターニングし、共通電極配線１４６および信号電極１３６はクロム膜をパターニングし、画素電極１３５はＩＴＯ膜をパターニングし、走査電極１３４以外はジグザグに屈曲した電極配線パターンに形成した。その際、屈曲の角度は８度に設定した。なお、電極材料は、本明細書の材料に限定されるものではない。例えば、本実施例ではＩＴＯを用いているが、透明な導電物質であればよく、ＩＺＯや、あるいは無機透明導電物質であってもよい。金属電極も同様、限定されるものではない。ゲート絶縁膜１３７と保護絶縁膜１３８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．３μｍとした。次に、フォトリソグラフィー法とエッチング処理により、共通電極配線１４６まで約１０μｍ径の円筒状にスルーホール１４５を形成し、その上にアクリル系樹脂を塗布し、２２０℃、１時間の加熱処理により透明で絶縁性のある誘電率約４の層間絶縁膜１３９を膜厚約３μｍで形成した。

その後、約７μｍ径に上記スルーホール部を再度エッチング処理し、その上から共通電極配線１４６と接続する共通電極１３３をＩＴＯ膜をパターニングして形成した。その際、画素電極１３５と共通電極１３３との間隔は７μｍとした。さらに、この共通電極１３３は、信号電極１３６、走査電極１３４および薄膜トランジスタ１４０の上部を覆い、画素を囲むように格子状に形成し、厚さは約８０μｍとした。画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号電極１３６と７６８本の走査電極１３４から構成される１０２４×３×７６８個のアクティブマトリクス基板１１１が得られた。なお、フルハイビジョンであれば、１９２０×３×１０８０個のアクティブマトリクス基板とすればよい。

（カラーフィルタ基板）
図５はカラーフィルタ基板１１２の一絵素（Ｒ、Ｇ、Ｂ画素）付近の模式図である。ガラス基板１３２上に、ブラックレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法により、塗布、プリべーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経てブラックマトリクス１４４を形成した。本実施例では膜厚を１．５μｍとしたが、膜厚は、ＯＤ値が概ね３以上になるように、用いるブラックレジストに合わせればよい。次に、各色カラーレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法に従い、塗布、プリべーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経て、カラーフィルタ１４２を形成する。膜厚は所望の色純度、もしくは液晶層厚に対して適宜合わせればよい。

顔料レジストの場合、青顔料はC. I. Pigment Blue 15:6（ε型銅フタロシアニン）、緑顔料はC.I.Pigment Green 36（臭素化銅フタロシアニングリーン）や C. I. Pigment Green 7（塩素化銅フタロシアニングリーン）、異種金属銅フタロシアニンなど、赤顔料はジケトピロロピロール、アントラキノンなどが一般的に用いられる。本実施例では、青色系染料であるＶａｌｉｆａｓｔ Ｂｌｕｅ ２６０６、２６２０（オリエント化学工業株式会社）を青色フィルターに用いたが、本発明はこれらの材料に特定されない。本実施例のカラーフィルタの青、緑、赤の分光透過率を図６に示す。本実施例の青フィルターの分光透過率は、図６の太線であり、細線は比較例１で用いた青フィルターの分光透過率である。

顔料系レジストを用いたカラーフィルタと染料系レジストを用いたカラーフィルタにおいて、後者の方が、光利用効率を高くする点で優れていることが多い。例えば、カラーフィルタ自身の最大分光透過率を比較してみると、染料系では９０％を超えるカラーフィルタを形成することも可能である。

顔料系レジストを用いたカラーフィルタと染料系レジストを用いたカラーフィルタの最も大きな差異は、光散乱特性である。例えば、後方散乱強度を測定すると、顔料系のカラーフィルタでは、フィルタ内の微小な顔料粒子によるレイリー散乱光が観察されるが、染料系フィルターでは観察されない。この微粒子の有無が、光利用効率の差を生み、また、黒表示における光漏れ発生の有無につながる。後方散乱は、例えば、分光測色計（例えば、コニカミノルタ社製分光測色計ＣＭ-700ｄ）を用いて、透過モードで測定することによって簡単に確認できる。なお、レイリー散乱光の特徴として、後方散乱も前方散乱もほぼ等しい特性を示すので、後方散乱の強度は、実機の透過型液晶表示装置において、同じ強度、分光特性の散乱光が観察者側に発生している。

次に、平坦化とカラーフィルタ層の保護を目的として新日鐵化学製Ｖ−２５９を用いてオーバーコート層１４３を形成した。露光は高圧水銀ランプのｉ線により２００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射、次いで２００℃３０分加熱により形成した。膜厚は、カラー画素上でほぼ１．２〜１．５μｍであった。次に、柱状スペーサー１４７を感光性樹脂を用いて、定法であるフォトリソグラフィー法とエッチングにより、青画素同士に挟まれたブラックマトリクス１４４上に、ほぼ３．７μｍの高さで形成した。なお、柱状スペーサー１４７の位置は、本実施例に限定されることなく、必要に応じて任意に設置できる。また、本実施例では、図３に示されるように、ブラックマトリクス１４４は、ＴＦＴ基板の走査電極１３４と重なる領域に形成し、異なる色が隣り合う画素間は、それぞれの色を重ねるように形成したが、この領域にブラックマトリクス１４４を形成してもよい。

（カラーフィルタ基板側配向膜）
カラーフィルタ基板側配向膜１２３として、２，２―ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］、酸無水物としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドやアミン成分としてパラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどを用い、酸無水物成分として脂肪族テトラカルボン酸二無水物やピロメリット酸に無水物などを用いたポリイミド膜を形成した後、ラビングする。ラビング強度を前述のＬの値が約１５０から３００ｃｍの間になるように条件を設定した。液晶配向方向は、基板の短辺方向（ＴＦＴ基板で言えば、信号電極方向）とした。

（電極基板側配向膜）
電極基板側配向膜１２２として、２，２―ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］、酸無水物としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドやアミン成分としてパラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどを用い、酸無水物成分として脂肪族テトラカルボン酸二無水物やピロメリット酸に無水物などを用いたポリイミド膜を形成した後、ラビングする。ラビング強度を前述のＬの値が約４００ｃｍ以上の値になるように条件を設定した。液晶配向方向は、基板の短辺方向（ＴＦＴ基板で言えば、信号電極方向）とした。

（偏光層）
波長５５０ｎｍにおけるコントラスト比（偏光軸を平行に２枚透過したときの光強度を偏光軸を直交させたときの光強度で除した値）が２５０００以上で、波長４５０ｎｍにおけるコントラスト比が１００００以上ある偏光板を用いた。

（複合偏光層）
複合偏光層は、正の一軸性を有する第一の偏光層と、負の一軸性を有する第二の偏光層で形成され、基板側に第二の偏光層、外側に第一の偏光層となる構成、基板側に第一の偏光層、外側に第二の偏光層となる構成のどちらでもよい。前者の構成であれば、黒表示における斜め方向の光漏れを低減できる効果も得られる。短波長領域の偏光度を向上するためには、前者、後者どちらの構成でもよい。

上記の正の一軸性を有する第１偏光層は、光の電場が分子長軸に平行である異常光屈折率が分子長軸に垂直である常光屈折率よりも大きい分子が、一方向に配向した層であって、分子の吸収軸が分子長軸とほぼ平行にある二色性分子からなる層のことである。また、負の一軸性を有する第２偏光層は、異常光屈折率が常光屈折率よりも小さい分子が一方向に配向した層であって、分子の吸収軸が分子長軸に対してラテラルな方向、もしくは垂直に近い角度にある分子からなる層のことである。

正の一軸性を示す偏光層の代表例は、一般的に広く用いられているヨウ素延伸型偏光板である。これは、ポリビニルアルコール高分子をヨウ素分子で染色しながら延伸することによって、ポリビニルアルコールの主鎖を一方向に並べるとともにヨウ素分子を一方向に配向させて作られる。なお、この偏光板においては、ヨウ素が二色性を持つというよりも、ポリビニルアルコールの延伸され一方向に配向した主鎖方向と平行な光の電界が振動分極をもたらし、ヨウ素系色素に転写されて熱に変動し、吸収されると考えられている。また、アゾ系の棒状分子を示す二色性色素等を用いた偏光層は、染料系偏光層として知られているが、分子長軸方向に吸収軸を持つので、同様に正の一軸性を示す偏光層である。

一方、負の一軸性を示す偏光層としては、ＷＯ９７／３９３８０号公報による化合物、インダンスロン誘導体、ペリレンテトラカルボン酸のジベンズイミダゾール誘導体やナフタレンテトラカルボン酸誘導体をスルホン酸化した化合物等が挙げられる。また、クロモニック色素として知られるＣ．Ｉ．ダイクレクトブルー６７で代表される色素がある。これらは、色素の濃度が５〜３０重量％程度の水溶液において、リオトロピック液晶相を示すが、材料としてこれらに限定されない。これらは、色素の濃度が５〜３０重量％程度の水溶液において、リオトロピック液晶相を示すので、剪断応力をかけて塗布することによって色素分子を配向させて偏光層を形成できる。

短波長領域の偏光度を向上するには、第２偏光層の色素として、例えばダイレクトオレンジ、ジスアゾ系の色素で短波長領域に二色比を示す色素を用いる。

さらにまた、第２偏光層として、コマンドサーフェスによる自己組織化による偏光層が挙げられる。たとえば、基板上に光活性分子を有する層（コマンドサーフェス）を形成し、これに光活性分子が吸収する直線偏光を照射すると、膜中の光活性分子は照射された偏光軸に対し、その分子長軸が直交するように再配向する。この上に、色素溶液を塗布すると、色素の配向が誘起される。あるいは、色素分子に光架橋性の官能基を付与するか、光官能性を有し、色素同様にクロモニック液晶相を示す化合物を添加する等により、偏光紫外線照射によって配向制御と架橋形成を同時に行う方法も挙げられ、成膜方法には限定されない。

本実施形態に係る液晶表示装置の複合偏光層としては、例えば、ヨウ素延伸型偏光層による正の一軸性を示す第１偏光層と、負の一軸性を示す第２偏光層（たとえば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー６７）とを、光学的に異方性を持たない接着剤を用いて貼り合わせた複合偏光層を備える。なお、正の一軸性を示す偏光層としては、ヨウ素延伸型ではなく、染料を用いた偏光層でもよい。

波長５５０ｎｍにおけるコントラスト比（偏光軸を平行に２枚透過したときの光強度を偏光軸を直交させたときの光強度で除した値）が２５０００以上で、波長４５０ｎｍにおけるコントラスト比が１００００以上ある複合偏光板を用いた。

次に、これらの２枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する配向膜１２２、１２３を有する表面を相対させて、周辺部にシール剤を塗布し、液晶表示装置１００となる液晶表示パネルを組み立てた。このパネルに、誘電率異方性が正で、その値が１０．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性が０．０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）のネマティック液晶組成物を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。

この液晶パネルに２枚の偏光板１１３、１１４を貼付した。偏光板１１３の透過軸は液晶パネルの長辺方向（走査電極方向）とし、偏光板１１４はそれに直交するように配置した。なお、偏光板には、偏光板や液晶材料の屈折率異方性が有する波長分散の視角特性等を補償する複屈折性フィルムを具備する視野角補償偏光板を用いた。本実施例の横電界型液晶表示装置では、もともと中間調から白表示における視角特性は非常に良好であるが、視野角補償偏光板を用いることにより、黒表示においても非常に広い視野角特性を示す液晶表示装置を達成できる。その後、駆動回路を接続して液晶モジュールとした。

本実施例の液晶表示装置においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が１．３％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５９％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９３％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の３６．４％となり、非常に高い値を示す。

本実施例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点をＮＴＳＣ：ＮＨＫ、色度座標ｘｙ（０．２８３、０．２９７）、ＣＩＥ１９７６ｕ‘ｖ’色度座標であれば（０．１８９、０．４４６）、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライト１５１は図７に示す分光放射輝度特性を有し、色温度１１０００Ｋ、バックライト表面の輝度は８９００ｎｉｔｓである。比較例１に対し、色温度を２０％程度低減、輝度を約５％低減することができた。このため、バックライトに必要な消費電力は、比較例１に対して約１０％低減することができた。

［比較例１］
本比較例においては、実施例１の液晶表示装置１００における青フィルタのレジストを通常の顔料C. I. Pigment Blue 15:6（ε型銅フタロシアニン）を用いた以外は実施例１と同様である。その分光透過率特性は、図６の青の細線で示す。

本比較例の液晶表示装置においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．８１％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５８％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９３％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の２２．７％であった。

本比較例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点をＮＴＳＣ：ＮＨＫ、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライトは、色温度１４０００Ｋ、バックライト表面の輝度は９３００ｎｉｔｓであった。

図８は、本発明による液晶表示装置２００の表示パネル２０３の一画素付近の模式断面図である。液晶表示装置２００及び表示パネル２０３の外観構成は、図１及び図２に示された実施例１の構成と同様であるため、説明を省略する。

（アクティブマトリクス基板）
図９は本発明による表示パネル２０３のアクティブマトリクス基板２１１の一画素付近の模式図である。図１０は、アクティブマトリクス基板の薄膜トランジスタ付近の拡大断面図である。

図１０に示されるように、アクティブマトリクス基板２１１のガラス基板２３１上には、ＩＴＯ（インジウム−ティン−オキサイド）からなる共通電極（コモン電極）２３３が配置され、Ｍｏ／Ａｌ（モリブデン／アルミニウム）からなる走査電極（走査電極）２３４、および共通電極配線（コモン配線）２４６がＩＴＯ共通電極に重なるように形成され、この共通電極２３３、走査電極２３４および共通電極配線２４６を被覆するように窒化珪素からなるゲート絶縁膜２３７が形成されている。また、走査電極２３４上には、ゲート絶縁膜２３７を介してアモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる半導体膜２４１が配置され、アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の能動層として機能する。また、半導体膜２４１のパターンの一部に重畳するようにＣｒ／Ｍｏ（クロム／モリブデン）よりなる映像信号電極（ドレイン電極）２３６と画素電極（ソース電極）２４８が配置され、これら全てを被覆するように窒化珪素からなる保護膜２２２が形成されている。

また、保護絶縁膜２３８を介して形成されたスルーホール２４５を介してメタル（Ｃｒ／Ｍｏ）画素電極（ソース電極）２４８に接続するＩＴＯ画素電極（ソース電極）２３５が保護絶縁膜２３８上に配置されている。また、図９からわかるように、平面的には一画素の領域においてＩＴＯ共通電極（コモン電極）２３３は平板状に形成されており、ＩＴＯ画素電極（ソース電極）２３５が約１０度傾いた櫛歯状に形成されている。画素数が１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号電極２３６と７６８本の走査電極２３４から構成される１０２４×３×７６８個のアクティブマトリクス基板２１１を得た。なお、フルハイビジョンであれば、１９２０×３×１０８０個のアクティブマトリクス基板とすればよい。

（カラーフィルタ基板）
図１１はカラーフィルタ基板２１２の一絵素（Ｒ、Ｇ、Ｂ画素）付近の模式図である。

ガラス基板２３２上に、ブラックレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法により、塗布、プリべーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経てブラックマトリクス２４４を形成した。本実施例では膜厚を１．５μｍとしたが、膜厚は、光学濃度が概ね３以上になるように、用いるブラックレジストに合わせればよい。次に、各色カラーレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法に従い、塗布、プリべーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経て、カラーフィルタ層２４２を形成する。膜厚は所望の色純度、もしくは液晶層厚に対して適宜合わせればよい。

顔料レジストの場合、青顔料はC. I. Pigment Blue 15:6（ε型銅フタロシアニン）、緑顔料はC.I.Pigment Green 36（臭素化銅フタロシアニングリーン）や C. I. Pigment Green 7（塩素化銅フタロシアニングリーン）、異種金属銅フタロシアニンなど、赤顔料はジケトピロロピロール、アントラキノンなどが一般的に用いられる。本実施例では、顔料レジストを用いた。本実施例では、青フィルタ、緑フィルタと赤フィルタの面積比が１．２１：１：０．８２となるようにした。

次に、平坦化とカラーフィルタ層２４２の保護を目的として新日鐵化学製Ｖ−２５９を用いてオーバーコート層２４３を形成した。露光は高圧水銀ランプのｉ線により２００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射、次いで２００℃３０分加熱により形成した。膜厚は、カラー画素上でほぼ１．２〜１．５μｍであった。次に、柱状スペーサー２４７を感光性樹脂を用いて、定法であるフォトリソグラフィー法とエッチングにより、青画素同士に挟まれたブラックマトリクス２４４上に、ほぼ３．８μｍの高さで形成した。なお、柱状スペーサーの位置は、本実施例に限定されることなく、必要に応じて任意に設置できる。また、本実施例では、ブラックマトリクス２４４は、ＴＦＴ基板の走査電極２３４と重なる領域に形成し、異なる色が隣り合う画素間は、それぞれの色を重ねるように形成したが、この領域にブラックマトリクス２４４を形成してもよい。

（カラーフィルタ基板側配向膜）
カラーフィルタ基板側配向膜２２３は、モノマー成分として、４，４’−ジアミノアゾベンゼンと４，４’−ジアミノベンゾフェノンをモル比にして６：４で混合したジアミンと、無水ピロメリット酸と１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物をモル比にして１：１で混合した酸無水物からなるポリアミック酸ワニスを印刷形成し、２００℃で１０分の熱処理を行い、約１００ｎｍの緻密なポリイミド膜をからなる配向膜２２２を形成し、直線偏光である紫外線を基板に対してほぼ垂直な方向から照射することにより形成した。なお、本実施例の配向膜２２３は、直線偏光した紫外線照射によって、偏光面に対して直交する方向に液晶配向能を付与できる材料であればよく、特に限定はない。光源には高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、２００から４００ｎｍの範囲の紫外線を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約１０：１の直線偏光とし、２００℃で、約１．２Ｊ／ｃｍ^２の照射エネルギーで照射した。本実施例においては、液晶２２１の初期配向状態、すなわち電圧無印加時の配向方向は、図１１の水平方向となるので、照射する偏光面は、基板の短辺側である。

本実施形態の配向膜は、照射した偏光と直交方向に一軸吸収異方性を示す。例えば、直交に配置した偏光板の間に、本実施形態のカラーフィルタ基板を、紫外偏光の光軸が直交偏光板のいずれかの偏光軸と４５度になるように配置すると、光が漏れてくる。ごくわずかの一軸吸収異方性であるが、本実施形態の材料は、波長４００から５００ｎｍ以下の短波長領域で異方性を示すので、短波長領域の偏光度向上に効果がある。

（電極基板側配向膜）
電極基板側配向膜２２２は、モノマー成分として、４，４’−ジアミノアゾベンゼンと４，４’−ジアミノベンゾフェノンをモル比にして６：４で混合したジアミンと、無水ピロメリット酸と１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物をモル比にして１：１で混合した酸無水物からなるポリアミック酸ワニスを印刷形成し、２３０℃で１０分の熱処理を行い、約１００ｎｍの緻密なポリイミド膜をからなる配向膜２２２を形成し、直線偏光である紫外線を基板に対してほぼ垂直な方向から照射することにより形成した。なお、本実施例の配向膜は、直線偏光した紫外線照射によって、偏光面に対して直交する方向に液晶配向能を付与できる材料であればよく、特に限定はない。光源には高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、２００から４００ｎｍの範囲の紫外線を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約１０：１の直線偏光とし、２３０℃で、約１．２Ｊ／ｃｍ^２の照射エネルギーで照射した。本実施例においては、液晶２２１の初期配向状態、すなわち電圧無印加時の配向方向は、図９に示す走査電極２３４の方向、すなわち図面の水平方向となるので、照射する偏光面は、基板の短辺側、すなわち図９の信号電極２３６方向である。

（偏光層）
波長５５０ｎｍにおけるコントラスト比（偏光軸を平行に２枚透過したときの光強度を偏光軸を直交させたときの光強度で除した値）が２５０００以上で、波長４５０ｎｍにおけるコントラスト比が１００００以上ある偏光板２１３、２１４を用いた。

次に、これらの２枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する配向膜２２２、２２３を有する表面を相対させて、周辺部にシール剤を塗布し、液晶表示装置となる液晶表示パネルを組み立てた。このパネルに、誘電率異方性が正で、その値が３．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性が０．９２（波長５９０ｎｍ、２０℃）のネマティック液晶組成物２２１を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。なお、本実施例においては、液晶２２１の誘電率異方性が負である材料でもよい。その場合には、電界と水平方向が４５度以上となるおように画素電極２３５を形成すればいよい。

この液晶パネルに２枚の偏光板２１３、２１４を貼付した。偏光板２１３の透過軸は液晶パネルの長辺方向（走査電極方向）とし、偏光板２１４はそれに直交するように配置した。なお、偏光板には、偏光板や液晶材料の屈折率異方性が有する波長分散の視角特性等を補償する複屈折性フィルムを具備する視野角補償偏光板を用いた。その後、駆動回路を接続して液晶モジュールとした。

本実施例の液晶表示装置２００においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が１．０９％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５５％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．７５％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の３０．８％となり、非常に高い値を示す。青、緑、赤画素のみを最大表示した際の分光透過率特性を図１２の太線で示す。

本実施例の液晶表示装置２００においては、白表示の白色度点をＮＴＳＣ：ＮＨＫ、色度座標ｘｙ（０．２８３、０．２９７）、ＣＩＥ１９７６ｕ‘ｖ’色度座標であれば（０．１８９、０．４４６）、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライトは図１３に示す分光放射輝度特性を有し、色温度７５００Ｋ、バックライト表面の輝度は９７８０ｎｉｔｓである。比較例２に対し、色温度を４０％程度低減、輝度は約３％の増大であるが、色温度が激減できたことから、バックライトに必要な消費電力は、比較例２に対して約１５％低減することができた。

［比較例２］
本比較例においては、青、緑、赤フィルタの面積を同じとした以外は実施例２と同様である。

本比較例の液晶表示装置においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９１％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５９％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９３％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の２５．４％であった。青、赤画素のみを最大表示した際の分光透過率特性を図１２の細線で示す。緑は実施例２とほとんど同一である。

本実施例の液晶表示装置２００においては、白表示の白色度点をＮＴＳＣ：ＮＨＫ、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライト２５１は色温度１２５００Ｋ、バックライト表面の輝度は９４８０ｎｉｔｓであった。

図１４は、本発明による液晶表示装置３００の表示パネル３０３の一画素付近の模式断面図である。液晶表示装置３００及び表示パネル３０３の外観構成は、図１及び図２に示された実施例１の構成と同様であるため、説明を省略する。本実施例において、実施例２と同一又は同様の構成は、同一の符号を用い、説明は省略する。

（カラーフィルタ基板）
本実施例のカラーフィルタ３４２は、青フィルタ、緑フィルタと赤フィルタの面積比が１．０９：１：０．８５となるようにした。

（カラーフィルタ基板側配向膜）
カラーフィルタ基板側配向膜３２３は、モノマー成分として、４，４’−ジアミノアゾベンゼンと４，４’−ジアミノベンゾフェノンをモル比にして６：４で混合したジアミンと、無水ピロメリット酸と１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物をモル比にして１：１で混合した酸無水物からなるポリアミック酸ワニスを印刷形成し、２００℃で１０分の熱処理を行い、約１００ｎｍの緻密なポリイミド膜をからなる配向膜３２３を形成し、直線偏光である紫外線を基板に対してほぼ垂直な方向から照射することにより形成される。なお、本実施例の配向膜３２３は、直線偏光した紫外線照射によって、偏光面に対して直交する方向に液晶配向能を付与できる材料であればよく、特に限定はない。光源には高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、２００から４００ｎｍの範囲の紫外線を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約１０：１の直線偏光とし、２００℃で、約１．２Ｊ／ｃｍ^２の照射エネルギーで照射した。本実施例においては、液晶２２１の初期配向状態、すなわち電圧無印加時の配向方向は、図１１の水平方向となるので、照射する偏光面は、基板の短辺側である。

（電極基板側配向膜）
電極基板側配向膜３２２として、２，２―ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］、酸無水物としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドやアミン成分としてパラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどを用い、酸無水物成分として脂肪族テトラカルボン酸二無水物やピロメリット酸に無水物などを用いたポリイミド膜を形成した後、ラビングする。ラビング強度を前述のＬの値が約４００ｃｍ以上の値になるように条件を設定した。本実施例においては、液晶２２１の初期配向状態、すなわち電圧無印加時の配向方向は、図９に示す走査電極２３４の方向、すなわち図面の水平方向となるので、照射する偏光面は、基板の短辺側、すなわち図９の信号電極２３６方向である。

本実施例の液晶表示装置３００においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が１．０１％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．６６％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．８１％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の２７．６％となり、非常に高い値を示す。青、緑、赤画素のみを最大表示した際の分光透過率特性を図１５の太線で示す。

本実施例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点を１２０００Ｋ、色度座標ｘｙ（０．２７３、０．２７５）、ＣＩＥ１９７６ｕ‘ｖ’色度座標であれば（０．１９０、０．４３０）、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライトは図１６に示す分光放射輝度特性を有し、色温度１３０００Ｋ、バックライト表面の輝度は９３１０ｎｉｔｓである。比較例３に対し、色温度を４０％近く低減でき、輝度は約２％低減できた。比較例３のバックライトは色温度２００００Ｋを超えており、本実施例の消費電力低減効果は顕著であり、本実施例のバックライトに必要な消費電力は、比較例３に対して約２２％低減することができた。

［比較例３］
本比較例においては、青、緑、赤フィルタの面積を同じとした以外は実施例３と同様である。

本比較例の液晶表示装置においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９１％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５９％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．９３％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の２５．４％であった。青、赤画素のみを最大表示した際の分光透過率特性を図１５の細線で示す。緑は実施例３と大きく変化しないので、割愛する。

本実施例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点を１２０００Ｋ、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライト３５１は色温度２１０００Ｋで非常に高くしなければならず、バックライト表面の輝度は９４８０ｎｉｔｓであった。

図１７は、本発明による液晶表示装置４００の表示パネル４０３の一画素付近の模式断面図である。液晶表示装置４００及び表示パネル４０３の外観構成は、図１及び図２に示された実施例１の構成と同様であるため、説明を省略する。本実施例において、実施例２と同一又は同様の構成は、同一の符号を用い、説明は省略する。

（カラーフィルタ基板）
本実施例のカラーフィルタ４４２においては、青色系染料であるＶａｌｉｆａｓｔ Ｂｌｕｅ ２６０６、２６２０（オリエント化学工業株式会社）を青色フィルターに用いたが、本発明はこれらの材料に特定されない。本実施例のカラーフィルタの青、緑、赤の分光透過率を図１８に示す。また、本実施例では、青フィルタ、緑フィルタと赤フィルタの面積比が１．１２：１：０．９１となるようにした。

本実施例の液晶表示装置４００においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が１．１９％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．５５％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．８４％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の３３．６％となり、非常に高い値を示す。青、緑、赤画素のみを最大表示した際の分光透過率特性を図１９に示す。

本実施例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点を１２０００Ｋ、色度座標ｘｙ（０．２７３、０．２７５）、ＣＩＥ１９７６ｕ‘ｖ’色度座標であれば（０．１９０、０．４３０）、白表示の輝度を５００ｎｉｔｓとした。用いたバックライト４５１は色温度１２０００Ｋ、バックライト表面の輝度は９３８０ｎｉｔｓである。比較例３に対し、色温度を４０％以上低減でき、輝度は約１％低減できた。液晶表示装置の白色度点とほぼ同じ色温度のバックライトを用いることができた。本実施例のバックライトに必要な消費電力は、比較例３に対して約２４％低減することができ、本実施例の消費電力低減効果は顕著であった。

本実施例においては、蛍光体を用いたバックライトとしたが、光源を図２０に示すような白色ＬＥＤ、あるいは三原色ＬＥＤや有機ＬＥＤ等々、他の発光光源を用いた場合でも、消費電力低減量の絶対値が異なるだけで、低減効果は同様に得ることができる。

本実施例においては、図２１に示す垂直配向モード（ＰＶＡ）液晶表示装置５００のカラーフィルタ基板に、一軸吸収異方層５４１を形成した。

カラーフィルタ基板５１２は、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板５３２上に、連続スパッタリングによって、クロムを１６０ｎｍ、酸化クロム膜を４０ｎｍの厚さで成膜し、ポジ型レジストを塗布、プリベーク、露光、現像、エッチング、剥離、洗浄の工程を経てブラックマトリクス５４４を形成した。次に、各色カラーレジストを用いて、定法であるフォトリソグラフィー法に従い、塗布、プリべーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経て、カラーフィルタ５４２を形成した。本実施例では、Ｂが３．０μｍ、Ｇが２．７μｍ、Ｒが２．５μｍとしたが、膜厚は所望の色純度、もしくは液晶層厚に対して適宜合わせればよい。本実施例では、青フィルタ、緑フィルタと赤フィルタの面積比が１．１２：１：０．９１となるようにした。

次に、新日鐵化学製Ｖ−２５９にダイレクトオレンジ３９を２重量パーセント添加し、これを用いてオーバーコート層５４３を形成した。露光は高圧水銀ランプのｉ線により２００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射、次いで２３０℃３０分加熱により形成した。膜厚は、カラー画素上でほぼ１．２〜１．５μｍであった。

次に、ＩＴＯをスパッタにより１４０ｎｍの厚さで真空蒸着し、２４０℃９０分間加熱により結晶化、フォト工程、エッチング処理により、共通電極５３３のパターンを形成した。共通電極５３３の開口部は、画素電極５３５の開口部を中間に挟む。次に、柱状スペーサーを感光性樹脂を用いて、定法であるフォトリソグラフィー法とエッチングにより、青画素同士に挟まれたブラックマトリクス５４４上に、ほぼ３．５μｍの高さで形成した。

次に、光源に高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、２００から４００ｎｍの範囲の紫外線を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約１０：１の直線偏光として、２３０℃で約１Ｊ／ｃｍ^２の照射エネルギーで基板にほぼ垂直に照射した。照射した偏光の偏光方向は、基板の短辺方向（ＴＦＴ基板でいえば、信号電極方向）とした。異方層の吸収軸は、出射側偏光板５１４の透過軸と直交する方向に形成する。本実施例では、出射側偏光板５１４の透過軸を基板短辺方向（信号電極５３６と同一方向）、吸収軸方向が基板長辺方向（走査電極５３４方向、図示せず）であるが、偏光板の軸配置を変えた場合には、それに合わせて軸を決定すればよい。

アクティブマトリクス基板５１１として厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板５３１上には、Ｍｏ／Ａｌ（モリブデン／アルミニウム）からなる走査電極５３４（図示せず）を形成した。同層に、保持容量電極がクロムやアルミニウムで形成してもよい（図示せず）。これらを被覆するようにゲート絶縁膜５３７が形成され、実施例１と同様に信号電極５３６と薄膜トランジスタを形成した（図示せず）。それらを被覆するように保護絶縁膜５３８が形成され、その上に開口パターンを有する画素電極５３５がＩＴＯで形成した。なお、ＩＺＯなどの透明導電体を用いてもよい。画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号電極５３６と７６８本の走査電極５３４から構成される１０２４×３×７６８個のアクティブマトリクス基板が得られた。

アクティブマトリクス基板、カラーフィルタ基板に垂直配向膜５２２、５２３をそれぞれ形成した。基板の周辺部にシール剤を塗布し、負の誘電異方性を有する液晶材料をＯＤＦ法によって滴下封入し、液晶パネルを組み立てた。偏光板５１３、５１４は前述の通り、入射側偏光板５１３の透過軸を基板の長辺方向、出射側偏光板５１４の透過軸を基板短辺方向として直交させた。偏光板には、視角特性を補償する複屈折性フィルムを具備する視野角補償偏光板を用いた。その後、駆動回路を接続して液晶モジュールとした。

本実施例の液晶表示装置においては、青画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．８％、緑画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が３．００％、赤画素のみ最大階調表示する際の最大視感透過率が０．６５％であり、青表示の最大視感透過率は、緑表示の最大視感透過率の２６．７％となり、非常に高い値を示す。

本実施例の液晶表示装置においては、白表示の白色度点をＮＴＳＣ：ＮＨＫ、白表示の輝度を４００ｎｉｔｓとした。用いたバックライト５５１は色温度１００００Ｋ、バックライト表面の輝度は９２００ｎｉｔｓであり、消費電力はいずれの比較例に比べても低減できた。

１００，２００，３００，４００，５００ 液晶表示装置、１０１ 上フレーム、１０２ 下フレーム、１０３，２０３，３０３，４０３ 液晶表示パネル、１０４ 駆動回路、１０５ 駆動回路、１１１，２１１ アクティブマトリクス基板、１１２，２１２，５１２ カラーフィルタ基板、１１３，２１３，５１３ 偏光板、１１４，２１４，５１４ 偏光板、１２１，２２１ 液晶、１２２，２２２，３２２，５２２ 電極基板側配向膜、１２３，２２３，３２３ カラーフィルタ基板側配向膜、１３１，２３１ ガラス基板、１３２，２３２，５３２ ガラス基板、１３３，２３３，５３３ 共通電極、１３４，２３４，５３４ 走査電極、１３５，２３５，５３５ 画素電極、１３６，２３６，５３６ 信号電極、１３７，２３７，５３７ ゲート絶縁膜、１３８，２３８，５３８ 保護絶縁膜、１３９ 層間絶縁膜、１４０ 薄膜トランジスタ、１４１，２４１ 半導体膜、１４２，２４２，３４２，４４２，５４２ カラーフィルタ層、１４３，２４３，５４３ オーバーコート層、１４４，２４４，５４４ ブラックマトリクス、１４５，２４５ スルーホール、１４６，２４６ 共通電極配線、１４７，２４７ 柱状スペーサー、１５０ 液晶表示装置、１５１，２５１，３５１，４５１，５５１ バックライト、２４８ 画素電極、５４１ 一軸吸収異方層。

Claims (11)

1. 液晶組成物を有する液晶層と、
   前記液晶層を介して、互いに対向して配置された一対の基板と、
   前記一対の基板の前記液晶層側にそれぞれ配置された配向層と、
   前記一対の基板の前記液晶層側とは反対側にそれぞれ配置された偏光板と、
   前記一対の基板と前記液晶層の間の少なくとも一方には、５００ｎｍ以下の波長領域に二色比を有する一軸吸収異方層と、を備え、
   前記一対の基板は、
   前記液晶組成物の配向を制御するための薄膜トランジスタを有する薄膜トランジスタ基板と、
   複数種類の色の画素を備える有色層を有するカラーフィルタ基板と、からなり、
   前記複数種類の色の画素の１つは青色を表示するための青画素であり、
   前記青画素の面積は、他の種類の色の画素の面積よりも大きい、ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記青画素の着色剤は有機溶剤可溶性染料である、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記配向層の少なくとも一方の配向層は、４，４’−ジアミノアゾベンゼンと４，４’−ジアミノベンゾフェノンを混合したジアミンと、無水ピロメリット酸と１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を混合した酸無水物からなるポリアミック酸ワニスにより形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記一軸吸収異方層が、前記配向層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記一軸吸収異方層は、
   前記カラーフィルタ基板の前記有色層、及び前記有色層の保護のためのオーバーコート層のいずれかに形成され、
   一軸異方性が高い直線的棒状の分子構造を有する有機化合物を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 液晶組成物を有する液晶層と、
   前記液晶層を介して、互いに対向して配置された一対の基板と、
   前記一対の基板の前記液晶層側にそれぞれ配置された配向層と、
   前記一対の基板の前記液晶層側とは反対側にそれぞれ配置された偏光板と、を備え、
   前記偏光板は、少なくとも一方が、正の一軸性を示す二色性色素からなる偏光層と負の一軸性を示す二色性色素からなる偏光層の複合偏光層であり、
   前記一対の基板は、
   前記液晶組成物の配向を制御するための薄膜トランジスタを有する薄膜トランジスタ基板と、
   複数種類の色の画素を備える有色層を有するカラーフィルタ基板と、からなり、
   前記複数種類の色の画素の１つは青色を表示するための青画素であり、
   前記青画素の面積は、他の種類の色の画素の面積よりも大きい、ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記薄膜トランジスタ基板及び前記カラーフィルタ基板を照らす照明である光源ユニットを更に備え、
   前記光源ユニットは、表面輝度の色温度が１３０００Ｋ以下である、ことを特徴とする請求項１または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記負の一軸性を示す偏光層が、クロモニック液晶相を塗布して形成される偏光層であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層に含まれる液晶組成物は、屈折率異方性が０．０７〜０．０８５である、ことを特徴とする請求項１または６に記載の液晶表示装置。
10. 前記複数種類の色の画素は、緑色を表示するための緑画素及び赤色を表示するための赤画素を更に有し、
    前記緑画素の面積は、前記赤画素の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または６に記載の液晶表示装置。
11. 前記青画素の着色剤は有機溶剤可溶性染料である、ことを特徴とする請求項１または６に記載の液晶表示装置。

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