(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、色純度が高く、高輝度且つ高解像度なカラー表示が可能であるフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供する。【解決手段】  一対の基板１１、３１間に液晶層４０が配置されることで形成される液晶パネル１０を有し、液晶層４０は平行配向且つ複屈折モードの液晶を有しており、液晶パネル１０の基板１１、３１の外側に配置された位相補償板５１、５２と、位相補償板５１、５２のさらに外側に配置される偏光板６１、６２と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶層が配置されることで形成される液晶パネルと、複数色のバックライト光源を有するフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、
前記液晶層は平行配向且つ複屈折モードの液晶を有しており、
前記液晶パネルの基板の外側に配置された位相補償板と、
該位相補償板のさらに外側に配置される偏光板と、を備えたことを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項２】
前記位相補償板は１／４波長板であり、前記液晶層のリタデーションが視感度曲線におけるピーク波長の半分の長さと同一又は略同一となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、液晶ディスプレイにおいて、特許文献１のようなフィールドシーケンシャル方式が開発されている。前記フィールドシーケンシャル方式の液晶パネルは、バックライトに赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３原色のランプを有しており、該ＲＧＢ３原色ランプを時分割にて点灯、非点灯（換言すると点滅）させることによってカラー表現を行うものであり、カラーフィルタが不要な液晶パネルである。
【０００３】
人間の目（脳）は目から入った視覚情報を認識するまでにわずかながら時間がかかる（残像現象）。この認識に要する時間、すなわち、ランプが発光してから目（脳）で発光を認識するまでの時間の間に次のランプを点灯させることで、Ｒ、Ｇ、Ｂのランプを順に発光させて人間の目(脳）には混色発光していると認識させることが可能である。たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂランプそれぞれから発光された光が混合されることで、Ｒ、Ｇ、Ｂランプを備えたセルは白色発光したと認識される。
【０００４】
フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、上記のようなＲ、Ｇ、Ｂランプを液晶セルのバックライトとして前記残像現象が起こる速さで順次発光させると共に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂランプの前面に配置された液晶セルに印加する電圧を切替えて、所定のタイミングで透過状態、遮断状態に切替えることで、任意のカラー表示を可能にするものである。たとえば、液晶セルをＲランプが発光しているときに、光を透過するようにしておき、Ｇ、Ｂ各ランプが発光するときには、光が透過しないようにすると、人間の目（脳）では液晶セルは赤く発光していると認識される。
【０００５】
例えば、前記フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を用いて、ＴＶ表示を行う場合、１秒間に６０コマの画面表示が行われている。すなわち、１画面（フィールド）あたり１／６０秒（約１７ｍｓ）の表示時間となる。さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂランプを順次点灯して色を再現するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ各ランプの点灯時間は約６ｍｓとなる。ＴＶ表示用でなくほかの用途に用いるときでも、ちらつき（フリッカ）を防止するためには、略同じ時間で点灯、非点灯を繰り返さなくてはならない。
【０００６】
フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、従来の液晶セルのように１画素がＲ、Ｇ、Ｂのサブセルに分割されないので高輝度（高開口率）であり、カラーフィルタを備えた液晶セルに比べて微細加工が緩やかであるために高解像度化しやすい。
【０００７】
液晶セル組立時にカラーフィルタの貼り合わせ工程を省くことができるので、セル組立時のカラーフィルタを貼り合わせる工程に要求されるような、セル組立の精度が緩和される。
【０００８】
上述のような高速で順次点滅するバックライトを備えたフィールドシーケンシャル液晶セルにおいて十分な解像度及び輝度を得るためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ランプの動作に追従できる高速動作が可能な液晶セルが必要である。
【０００９】
上記液晶パネルで用いられているノーマリーホワイトモードの液晶パネルの場合、駆動電圧をＯＮにしたときから透過率が１０％になるまでの時間を立ち上がり時間τｒ、駆動電圧をＯＦＦにしたときから透過率が９０％になるまでの立ち下がり時間τｄという。立ち上がり時間τｒ、立ち下がり時間τｄは次の式で表される。
【００１０】
【数１】
2005181667.tif 000003
【００１１】
ここで、ηは液晶の粘度、Ｋは弾性定数、Ｖは印加電圧、ｄはセルギャップである。
【００１２】
上式をみると、液晶の立ち上がり時間τｒ及び立ち下がり時間τｄはセルギャップｄの二乗に比例している。そこで、前記液晶セルのセルギャップｄを小さくすると液晶層の立ち上がり時間τｒ及び立ち下がり時間τｄが短くなる、換言すると、液晶層の液晶の応答性が高くなることを利用して、液晶セルのセルギャップを小さくすることでの高速応答性を確保することができる。例えば、セルギャップが半分になると、液晶セルの応答性は４倍になる。
【特許文献１】特開平８−９５５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記ＴＮモードの液晶層のセルギャップを小さくすればするほど前記液晶層の液晶は高速で応答するようになるが、複屈折モードの屈折率異方性（Δｎ）及びリタデーションにより、最適な輝度を得ることができるセルギャップが算出される。また、更なる色純度を向上（混色防止）するためにさらにセルギャップを小さくすることは可能であるが、セルギャップを小さくすることで液晶セルの光透過率が低下し、結果として輝度の低い、換言すると、暗い表示の液晶パネルとなる。
【００１４】
すなわち、ＴＮモードの液晶の場合、光透過率は以下の式で表される。
【００１５】
【数２】
2005181667.tif 000004
【００１６】
光透過率を最大になるとき、
【００１７】
【数３】
2005181667.tif 000005
【００１８】
であり、このときの波長λは、
【００１９】
【数４】
2005181667.tif 000006
【００２０】
となる。ここで、人間の目で認識できる光の波長の分布を示す視感度曲線のピークが約５５０ｎｍ、つまり、５５０ｎｍ付近の光の透過率が高いものほど明るく感じる。このことと上式より、リタデーションΔｎｄは４８０ｎｍのときに最も透過率が高いとなる。
【００２１】
したがってリタデーションΔｎｄを４８０ｎｍにするのが望ましいが、ＴＮモードの液晶の場合、液晶材料の粘度や信頼性など様々な要因からこの液晶の屈折率異方性Δｎは大体０．２３程度が限界である。そして以上のことを総合するとセルギャップｄは２．１μｍとなってしまう。またもし立ち上がり時間、立ち下がり時間を短くするためにセルギャップｄをこれ以上小さくすると光透過率が低下し、暗い液晶パネルとなる。
【００２２】
このような問題を鑑みて、本発明は、簡単な構造で、色純度が高く、高輝度且つ高解像度なカラー表示が可能であるフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は一対の基板間に液晶層が配置されることで形成される液晶パネルと、複数色のバックライト光源を有するフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、前記液晶層は平行配向且つ複屈折モードの液晶を有しており、前記液晶パネルの基板の外側に配置された位相補償板と、該位相補償板のさらに外側に配置される偏光板と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、前記位相補償板は１／４波長板であり、前記液晶層のリタデーションが視感度曲線におけるピーク波長の半分の長さと同一又は略同一となるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光の透過率を低下させることなく液晶層のセルギャップを縮めることができ、液晶の高速応答性を確保することができるので、色純度（混色防止）及びコントラストを向上させ、ちらつき（フリッカ）を低減することが可能なフィールドシーケンシャル液晶表時装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第1の基板（アレイ基板）側の平面図、図２にフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板（対向基板）側の平面透過図、図３は本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の電極部の断面図を示す。
【００２７】
本実施形態においては、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の液晶パネル以外の部分は従来のものを採用することができるため、その説明を省略する。
【００２８】
図１、２、３に示すフィールドシーケンシャル液晶表示装置の液晶パネル１０は、第１の基板１１と第２の基板３１とを有している。
【００２９】
第１の基板１１には、ゲート線１２（ゲート電極１３を含む）と、絶縁膜１４と、半導体活性層１５と、データ線１６（ソース電極１７及びドレイン電極１８を含む）と、画素電極１９と、配向膜２０とが順に積層されている。ゲート線１２とデータ線１６とはマトリクス状に配置され、ゲート線１２とデータ線１６の交差する部分にゲート電極１３とソース電極１７とドレイン電極１８とが設けられ、ＴＦＴ２１が形成されている。各ＴＦＴ２１には画素電極１９が接続され、複数の画素電極１９を配置して表示領域を形成している。また、図中下側の第１の偏光板６１の外側には、液晶パネル１０のバックライトとして複数色の光源、具体的には赤色発光のランプR１、緑色発光のランプG１、青色発光のランプB１とを備えている。なおランプＲ１、Ｇ１、Ｂ１は蛍光ランプに限ったものではなく、LEDランプなどでも良い。
【００３０】
ゲート線１２は、第1の基板１１上にスパッタリングにて金属膜を堆積させ、パターニングすることで形成される。この金属膜の材料としては、タンタル（Ｔａ）、モリブデンタンタル（ＭｏＴａ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）等の合金やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。
【００３１】
絶縁膜１４は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、やシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）からなっており、化学的気相成長（以下、ＣＶＤと記す）技術にて形成され、パターニングされる。
【００３２】
半導体活性層１５はアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）と、接合抵抗を低減するためのリンを微量添加したＮ＋ａ−Ｓｉ層とからなり、ＣＶＤ技術により形成され、パターニングされる。
【００３３】
データ線１６（ソース電極１７及びドレイン電極１８を含む）は、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属をスパッタリング後にパターニングして形成される。
【００３４】
画素電極１９は透明導電膜であるインジウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）等からなっており、スパッタリング後にパターニングして形成される。
【００３５】
配向膜２０は、ポリイミド樹脂等を溶剤に溶かし、精密なゴム板当で印刷するか、スピンナ法によって塗布する。その後乾燥させ、焼成する。
【００３６】
また、液晶パネル１０の第２の基板３１側は、図２に示すように、ガラスからなる第２の基板３１に、ブラックマトリクス（以下、ＢＭと記す）３２と、対向電極３３と、配向膜３４を順に配置されて、構成されている。なお、図３において第１の基板１１と第２の基板３１との間は液晶層４０で形成されている。
【００３７】
ＢＭ３２は、光を遮蔽する金属クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯｘ）等からなり、画素電極１９に対向しない部分に設けられている。
【００３８】
第１の基板１１及び第２の基板３１の外面には、位相補償板として第１及び第２のλ／４位相差板（１／４波長板）５１、５２が配置されており、さらにその外面には第１及び第２の偏光板６１、６２が取り付けられている。
【００３９】
液晶パネル１０に充填されている液晶層４０は、液晶分子が基板に平行であり、かつ同じ方向を向く平行配向型の液晶を有しており、電圧が印加されていないときは、液晶分子は第１及び第２の基板１１、３１と平行な分子配置であるが、電圧を印加したときには、液晶分子は、第１及び第２の基板１１、３１に垂直に配置されるものである。そして液晶層４０ではλ／２の位相差が生じるようにしている。
【００４０】
図４には本発明の１つの具体的実施例を示した液晶パネルの概略配置の斜視図を示す。図４（A）、（B）に示す液晶パネル１０は、図３に示す液晶パネル１０の第１の基板１１及び第２の基板１１、３１の外部に第１及び第２の１／４波長板５１、５２が配置されており、さらに１／４波長板５１、５２の外部に、第１及び第２の偏光板６１、６２が配置されている。また、図中下側の第１の偏光板６１の外側には、液晶パネル１０のバックライトとして赤色発光のランプR１、緑色発光のランプG１、青色発光のランプB１とを備えている。
【００４１】
図４（A）に示す液晶パネル１０は、液晶セル１Lに電圧が印加されておらず、液晶の分子が第１の基板１１及び第２の基板３１と平行に配列した状態である。このとき、各色ランプR１、G１、B１（同時点灯はない）が点灯したときに各色ランプR１、G１、B１より放たれた光は、第１の偏光板６１にて直線偏光される。偏光された光は、λ／４の位相差が生じ円偏光となるよう配置された第１の１／４波長板５１を通過していく。そしてこの円偏光はλ／２の位相差が生じるように調整されている液晶セル１Lの内部を偏光されながら透過して行く。このとき液晶セル１Lを例えば右円偏光から直線偏光を経て左円偏光となって通過する。そしてこの円偏光は、λ／４位相が進み直線偏光されるよう配置された第２の１／４波長板５２を通過し、この直線偏光は偏光板６２を通過して観察者に届く。なお第１の偏光板６１と第２の偏光板６２の偏光軸は、電圧が印加されていないときには白表示となるよう調整されている。
【００４２】
図４（B）は液晶セル１Lに電圧が印加されているものであり、液晶分子は第１の基板１１及び第２の基板３１に対して垂直に配列した状態である。この状態では、各色ランプR１、G１、B１より放たれた光は、第１の偏光板６１にて直線偏光され、第１の１／４波長板５１にて図４（Ａ）と同様に円偏光に偏光される。そしてこの円偏光のまま液晶セル１Lを通過していく。そして第２の１／４波長板５２にてまた直線偏光されるが、この直線偏光された光は偏光板６２を通過することができず、観察者には光が届かない。それゆえ観察者には液晶パネル１０が黒く表示されているように見える。
【００４３】
本発明にかかる液晶パネルに用いられる液晶セル１Lは、液晶として平行配向の液晶を採用しており、第１及び第２の１／４波長板５１、５２と、第１及び第２の偏光板６１、６２を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置の場合、液晶層の位相差がλ／２になるので、効率の高い光透過率を得るためのリタデーションΔｎｄは先出の５５０ｎｍの約半分である２７０ｎｍになる。この値を用いて、ＴＮモードの液晶と同じ屈折率異方性Δｎを０．２３とすると、セルギャップｄは１．２μｍまで小さくすることが可能である。
【００４４】
また、セルギャップｄを従来型のフィールドシーケンシャル液晶表示装置と同じ２．１μｍとした場合、屈折率異方性Δｎが０．１３の液晶を採用すればよく、すなわち、液晶材料の選択肢を広くすることが可能である。
【００４５】
上述の実施例において、バックライトとして赤色発光ランプＲ１、緑色発光ランプＧ１、青色発光ランプＢ１を採用しているが、それに限定されるものではなく、高速点滅に対応することが可能な発光体を広く採用することが可能である。
【００４６】
また上述の実施例においては位相補償板として１／４波長板を採用しているがそれに限定されるものではなく、液晶層に用いられる液晶の組成に応じて、光が該液晶層を透過しやすく、遮断しやすい位相差を得られるものを広く採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第１の基板（アレイ基板）側の平面図である。
【図２】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板（対向基板）側の平面透過図である。
【図３】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の電極部の断面図である。
【図４】図（A）に本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の非通電時の概略斜視図を、図（B）に本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の通電時の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  液晶パネル
１１  第１の基板
１２  ゲート線
１３  ゲート電極
１４  絶縁膜
１５  半導体活性層
１６  データ線
１７  ソース電極
１８  ドレイン電極
１９  画素電極
２０  配向膜
２１  ＴＦＴ
３１  第２の基板
３２  ブラックマトリクス（ＢＭ）
３３  対向電極
３４  配向膜
４０  液晶層
５１  第１の１／４波長板
５２  第２の１／４波長板
６１  第１の偏光板
６２  第２の偏光板
【図１】
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【図２】
2005181667.tif 000008
【図３】
2005181667.tif 000009
【図４】
2005181667.tif 000010