WO2018142675A1

WO2018142675A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2018142675A1
Application number: PCT/JP2017/036954
Authority: WO
Inventors: 岩崎　直子; 貴典奥村; 俊明藤野
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2018-08-09
Also published as: JP6400234B1; JPWO2018142675A1

Abstract

本発明は液晶表示装置に関し、白色画素と、白色以外の複数色の着色画素とが配列された表示面と、白色画素に対応する領域には形成されず、複数色の着色画素に対応する領域に形成される散乱構造と、を備えている。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関するものである。

　液晶表示装置は、軽量、薄型、および低消費電力の特徴を生かして、パーソナルコンピュータに代表される携帯情報機器などに使用されている表示装置である。近年、表示装置の用途は、オフィス機器、家庭用ＡＶ機器のほか、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器、自動車、列車、航空機向け、さらに大型表示またはサイネージ向けなど様々な分野に広がっている。表示装置においては、高解像度化および広色域化など表示性能が向上して多情報表示が可能になる中で、リアリティおよび臨場感等が求められるとともに、表示内容がより知覚しやすい新たな表現方法の要求が高まっている。

　ところで、従来の液晶表示装置では、視野角を広げるために表示面から出射される光は配光分布がある程度広く、かつ表示面内の配光特性が均一になるように設計されており、通常の観視領域の範囲内では観視角度によらず同じ見え方の画像が表示されていた。一方、現実の世界では、例えば金属と紙とでは質感が違い、観視角度の変化によって表面での反射光の見え方は異なるが、従来の表示装置ではその違いを表現することができなかった。

　このような中、入力される映像信号に基づいて放射する光の指向性を制御することにより映像の臨場感および立体感の向上を図る技術が開発されている。例えば、特許文献１には、反射特性制御層を用いて、表示するオブジェクトの光沢感および立体感を高める技術が開示されている。

　特許文献１の第１の実施の形態では、表示パネルの前面に位置する透明薄板（反射特性制御層）が微細な大きさで区切られ、区切り単位ごとに鏡面反射と拡散反射とをアクティブに切り替えて外光反射を制御することにより、表示画像のオブジェクトごとに光沢感を制御している。反射特性制御層の具体的な構造としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製したもの、透明薄板表面に作製した突起物（起毛）を電界により動作させるもの、または温度により状態変化する物質を用い、温度を変化させて表面反射を制御するものなどが挙げられている。

　また、特許文献１の第２の実施の形態では、表面反射特性をアクティブに変える透明薄板の代わりに、表面反射特性が固定された透明薄板を用い、反射特性が異なる画素の発光を制御している。具体的な構造としては、例えば表面がグレアな（表面で鏡面反射する）表示パネルの前面に、穴を空けた表面がアンチグレアな（表面で拡散反射する）薄板を設置することで、当該穴に対応したグレア画素と、アンチグレアの薄板に対応したアンチグレア画素とを作製し、映像信号に応じてそれぞれの画素の発光を制御することにより、表面反射特性を制御するものが挙げられている。

特開２００９－１５７０７５号公報

　しかしながら、鏡面反射と拡散反射とをアクティブに切り替えて外光反射を制御する方式では、通常の液晶表示装置の製造工程では用いない新たなあるいは複雑な技術を用いて反射特性制御層を作製する必要があるという課題があった。また、表示パネルと連動して反射特性制御層を制御するなど、駆動方法が複雑になるという課題があった。

　また、表面反射特性が固定された（つまり鏡面反射領域および拡散反射領域の位置が固定された）透明薄板を前面に設置して画素の発光を制御する方式では、反射特性制御層の作製、および表示装置の駆動方法は比較的簡単であるが、鏡面反射に対応する画素と拡散反射に対応する画素とを交互に配列し、映像コンテンツに応じていずれか一方の画素（映像コンテンツによっては両方の画素）を選択して映像を表示することから、表示画像の解像度が低下するという課題があった。

　そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、複雑な工程および手段を用いずに、表示画像の解像度を低下させることなく、光沢の有無などオブジェクトの質感を表現することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る液晶表示装置は、白色画素と、白色以外の複数色の着色画素とが配列された表示面と、白色画素に対応する領域には形成されず、複数色の着色画素に対応する領域に形成される散乱構造と、を備えている。

　本発明によれば、散乱構造が、白色画素に対応する領域には形成されず、複数色の着色画素に対応する領域に形成されており、複数色の着色画素は散乱性が比較的高い光を放射し、白色画素は散乱性が比較的低い光を放射する。これにより、表示画像の解像度を低下させることなく、複数色の着色画素からの散乱性が比較的高い光でオブジェクトの物体色を表現し、白色画素からの散乱性が比較的低い光でオブジェクトの光沢の有無などの質感を表現することができる。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す図である。液晶パネルと薄板部材との位置関係を説明するための図である。液晶パネルと薄板部材との位置関係を説明するための図である。出射光の配光分布を示す図である。表示画像の例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る液晶パネルの画素配列の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態４に係る液晶パネルの画素配列の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の単位画素の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態５に係る液晶パネルの構成を示す断面図である。本発明の実施の形態５に係る液晶パネルの構成を示す断面図である。本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置の単位画素の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態６に係る液晶パネルの構成を示す断面図である。

　はじめに、本発明に係る液晶表示装置により、映像コンテンツのオブジェクトの質感（とくに、金属面などの光沢感）を表現する方法について説明する。

　現実の世界では、同じ色合いの物体でも、例えば、金属またはプラスチックで作られた物体と、紙または布で作られた物体とでは質感が異なって見える。色には、光源そのものが発する色（「光源色」と呼ばれる）と、光源からの光を受けた物体が示す色（「物体色」と呼ばれる）とがある。物体色はさらに透過物体色と反射物体色とに分けられ、人が金属または紙の色を見るときは、照明光が金属または紙に当たってその表面で反射した光（つまり反射物体色）を見ている。

　とくに、紙または布などのように表面が平坦でなくざらざらした物体を見ると、その表面に当たった光は様々な角度で散乱反射しているため、どの方向から見ても同じような色合いに見えるとともに、マットな質感を感じる。

　一方、金属またはプラスチックのように表面が平坦でつるつるした物体に一方向から光を照射すると、その表面に当たった光は鏡面反射（「正反射」とも呼ばれる）する。これは、一方向から入射した光が反射面において入射角と同じ角度の反射角で別の一方向に反射する現象である。光が反射した方向から物体表面を見ると、つるつるあるいはキラッとした光沢のある質感を感じるが、このとき見える色は物体色ではなく照明光の色であり、たいていの場合は白色光である。

　そこで、現実世界でのこのような見え方の違いを表示装置で表現するため、本発明においては白色画素と白色以外の複数色の着色画素とで異なる配光特性を示す液晶表示装置を提供している。すなわち、表示する対象物体の物体色を表現する時は赤、緑、青などのカラーフィルタがそれぞれ形成された白色以外の複数色の着色画素において、バックライトからの光を透過散乱させ、あるいは外光を散乱反射させて表示する。また、対象物体の光沢感を表現する時は、白色画素においてバックライトからの光を散乱させずに透過させ、あるいは外光を鏡面反射させて表示する。

　このように、本発明に係る液晶表示装置では、白色画素と白色以外の複数色の着色画素とで異なる配光特性を示す光を放射することにより、物体表面の質感の違いを表現することができる。

　＜実施の形態１＞
　以下、図面を用いて本発明の実施の形態に係る液晶表示装置について、より具体的に説明する。なお、以下で示す図１および以降の図は、模式的に示したものであり、各図に示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。

　＜液晶表示装置の構成＞
　図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置２０の構成の一例を示す図である。図１において、液晶パネル１５はその厚さ方向における単位画素１５１あたりの断面構造を示している。図１に示されるように、液晶表示装置２０は、液晶パネル１５、バックライト１６、駆動制御基板１７および薄板部材１９を備える。

　バックライト１６は液晶パネル１５の背面側に設置され、バックライト１６および液晶パネル１５は駆動制御基板１７に電気的に接続されて動作制御される。薄板部材１９は液晶パネル１５の前面側となる表示面側に設置される。

　液晶パネル１５は、カラーフィルタ基板１３と薄膜トランジスタアレイ基板１４との間に液晶１が封入された構造となっている。なお、以下では薄膜トランジスタアレイ基板１４を「ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板１４」という。

　カラーフィルタ基板１３は、ガラス基板２を有し、ガラス基板２における液晶１側の面上にはカラーフィルタ１２が配置されている。カラーフィルタ１２における液晶１側の面上には液晶１に電圧を印加するための対向電極４が形成されている。対向電極４は「共通電極」とも呼ばれる。対向電極４における液晶１側の面上には液晶１を所定の向きに配向させるための配向膜５が形成されている。

　また、ガラス基板２における液晶１と反対側の面上には偏光板３が配置され、図示しない粘着剤を介してガラス基板２に貼り付けられている。さらに、偏光板３におけるガラス基板２と反対側の面上には後で詳しく述べる薄板部材１９が配置され、図示しない粘着剤を介して偏光板３に貼り付けられている。

　カラーフィルタ１２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）に相当する特定の波長域の光をそれぞれ透過するカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗを有する。以下では、カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗのそれぞれを特に区別する必要がない場合には、それぞれを「カラーフィルタ色材６」とも呼ぶ。また、カラーフィルタ１２は、カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗをそれぞれ有して隣接する各画素間に配置されて光を遮るブラックマトリクス７を有する。

　カラーフィルタ色材６としては、例えばポリイミド、またはアクリル系、エポキシ系などの樹脂に着色したもの等が用いられ、膜厚は例えば１μｍ程度である。ブラックマトリクス７は遮光性に優れた膜であり、一般的には、樹脂にカーボンを加えて黒くしたもの、または金属のクロム膜等が用いられるが、本実施の形態においては樹脂性のブラックマトリクスが用いられ、膜厚は例えば１～３μｍ程度である。

　対向電極４は液晶１に電圧を印加するためのものであり、例えばインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；略称：ＩＴＯ）のような透明導電膜で形成される。対向電極４の厚みは、例えば５０～１５０ｎｍ程度である。配向膜５は、液晶１の分子を所定の向きに配向させるためのものであり、例えばポリイミド等で形成される。配向膜５の厚みは、例えば数十ｎｍ程度である。

　ＴＦＴ基板１４は、ガラス基板８を有し、ガラス基板８における液晶１側の面上には液晶１に印加する電圧を制御するためのＴＦＴアレイ１０が形成され、ＴＦＴアレイ１０上には配向膜１１が形成されている。また、ガラス基板８における液晶１と反対側の面上には偏光板９が配置され、図示しない粘着剤を介してガラス基板８に貼り付けられている。

　ＴＦＴアレイ１０には、液晶１に電圧を印加するための画素電極、印加する電圧を制御するためのＴＦＴなどのスイッチング素子、スイッチング素子を覆う絶縁膜、スイッチング素子に信号を供給する配線であるゲート配線およびソース配線（何れも図示省略）などが含まれる。駆動制御基板１７は、このＴＦＴアレイ１０と電気的に接続されている。

　配向膜１１には、カラーフィルタ基板１３側の配向膜５と同じものが使用される。カラーフィルタ基板１３とＴＦＴ基板１４とは、両基板間の距離を一定の距離に保持する不図示のギャップ材を介して、両基板の周辺部を不図示のシール材によって貼り合わされている。ギャップ材としては、基板上に散布された粒状のギャップ材を用いてもよいし、いずれか一方の基板上に樹脂をパターニングして形成された柱状のギャップ材を用いてもよい。シール材はたとえば樹脂から成る。

　液晶１は、シール材によって囲まれ、かつ、カラーフィルタ基板１３とＴＦＴ基板１４との間に形成される隙間に注入されている。図示していないが、シール材による貼り合わせ領域の一部には液晶１を注入するための注入口がシール材のパターンとして形成され、注入口は液晶注入後に封止剤によって封止されている。

　次に、バックライト１６について説明する。バックライト１６としては、例えば発光ダイオードなどの点光源もしくは蛍光管などの線光源から面光源を形成したもの、またはエレクトロルミネッセンス素子による面光源等が使用される。一般的なバックライトでは、拡散シートを設置して均一で比較的なだらかな配光の光線を出射するように設計されているが、本実施の形態では、後述するように液晶パネル１５の着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂに対応する領域には散乱構造を形成して光を散乱させて利用するので、通常のバックライトに比べて集光性が高い（つまり配光分布が狭い）バックライトを用いることが望ましい。

　次に、駆動制御基板１７について説明する。駆動制御基板１７は制御用のＩＣ（Integrated Circuit）等を含み、液晶パネル１５のＴＦＴアレイ１０の動作を制御することによって液晶１を駆動する。また、駆動制御基板１７はバックライト１６の動作も制御する。

　液晶パネル１５は、以下のように動作する。駆動制御基板１７から電気信号が入力されると、ＴＦＴ基板１４に形成された画素電極とカラーフィルタ基板１３に形成された対向電極４とに駆動電圧が加わり、この駆動電圧に合わせて液晶１の液晶分子の配向状態が変化する。画素電極および対向電極４の電圧の高低によって液晶１の複屈折性が調整され、ＴＦＴ基板１４側の偏光板９とカラーフィルタ基板１３側の偏光板３との組み合わせによって、各画素を透過する光の透過率が制御される。すなわち、バックライト１６から発せられた光は、ＴＦＴ基板１４、液晶１およびカラーフィルタ基板１３を介して、観察者側に透過されるか遮断される。

　各画素の透過光は、カラーフィルタ基板１３に配置されたカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂによって、赤、緑、青色にそれぞれ着色される。また、カラーフィルタ色材６ｗの透過光は着色されず白色となる。以下では、カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗをそれぞれ有する画素を、「赤色画素１５１ｒ」，「緑色画素１５１ｇ」，「青色画素１５１ｂ」，「白色画素１５１ｗ」とも呼ぶ。また、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂのそれぞれを「着色画素」とも呼ぶ。赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂ、白色画素１５１ｗは単位画素１５１を構成するサブ画素である。図１の例では、横に並んだ４色のサブ画素が１セットで１単位画素１５１を構成しており、この単位画素１５１の集まりで表示画像が形成される。

　白色画素１５１ｗについては、カラーフィルタ基板１３の製造工程において、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂに対応する領域に、それぞれ、カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂを順次塗布する時に、白色画素１５１ｗと対応する領域だけ色材を塗布しなくてもよいし、白色画素１５１ｗと対応する領域に透明な樹脂を塗布してもよい。

　白色画素１５１ｗと対応する領域に色材を塗布しないことで液晶１のギャップがばらつき好ましくない場合は、図２に示される液晶表示装置２０のように、白色画素１５１ｗの領域、ならびにカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂの最上層（カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂの液晶１側表面）に透明なオーバーコート膜１８を形成して平坦化してもよい。オーバーコート膜１８の主要材料には、例えばポリイミド系、エポキシ系、またはアクリル系等の樹脂であって、熱硬化タイプまたは光硬化タイプの樹脂が用いられる。オーバーコート膜１８の膜厚は例えば１μｍ程度である。

　液晶パネル１５は、本実施の形態では、ツイステッドネマティック（Twisted Nematic；略称：ＴＮ）モードの液晶パネルである。液晶パネル１５は、これに限定されず、他の動作モードで動作する液晶パネルであってもよい。たとえば、液晶パネル１５は、ＶＡ（Vertically Aligned）モード、面内スイッチング（In-Plane Switching；略称：ＩＰＳ）モード（「ＩＰＳ」は登録商標）、スーパーツイステッドネマティック（Super Twisted Nematic；略称：ＳＴＮ）モード、または強誘電性液晶モードで動作する液晶パネルであってもよい。

　＜薄板部材の構成＞
　次に、薄板部材１９について詳しく説明する。上述のように、カラーフィルタ基板１３の表示面側には偏光板３が貼り付けられ、偏光板３のさらに観察側の表面には薄板部材１９が例えば粘着剤によって貼り付けられている。本実施の形態では、薄板部材１９はアクリルから成り、液晶パネル１５の表示面とほぼ同じ大きさで、板厚は０．３ｍｍである。なお、薄板部材１９の材質およびサイズはこれに限るものではない。薄板部材１９では、透明なアクリル板の表面に、たとえばフィラー、バインダー、溶剤等から成る光拡散用のインクを用いてパターン印刷が施されている。

　さらに詳しく説明すると、スクリーン印刷によって薄板部材１９の表面の一部にインクを塗布し、一部にインクを塗布しないことにより、液晶パネル１５を透過して薄板部材１９に達した光線を散乱透過させる散乱領域と、散乱させずに透過させる非散乱領域とに区別して配列している。なお、本実施の形態ではスクリーン印刷により散乱領域を形成しているが、散乱領域の形成方法はこれに限るものではなく、エッチング処理またはブラスト処理などにより表面に凹凸を形成することによって散乱領域を形成してもよいし、既存の拡散シートから非散乱領域に相当する部分を切り取ることによって散乱領域を形成してもよい。

　図３を用いて、薄板部材１９の加工面の構造および液晶パネル１５の観察側表面に形成された表示面１５ａと薄板部材１９との位置関係について説明する。図３では、カラーフィルタ基板１３側の偏光板３を図示せず、液晶パネル１５の表示面１５ａと薄板部材１９とを離して示している。また、図３において、薄板部材１９における散乱領域１９ａをハッチングして示している。

　図３には、表示面１５ａにおける白色画素１５１ｗおよび着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂの配置が示されているが、本実施の形態に係る液晶パネル１５における画素の配列は、図３における縦方向に同じ色の画素が並ぶストライプ状の配列となっている。

　薄板部材１９については、前述のようにスクリーン印刷で光拡散用のインクが塗布されて散乱領域１９ａを形成しているが、散乱領域１９ａは着色画素である赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂに対応する箇所に配置されている。また、白色画素１５１ｗに対応する箇所には光拡散用インクが塗布されず、したがって白色画素１５１ｗに対応する箇所は散乱領域１９ａが形成されない非散乱領域１９ｂとなっている。

　なお、図３の例ではサブ画素は色ごとにストライプ状に並んでいるが、画素配列のパターンはこれに限るものではない。例えば、図４に示されるように、同色のサブ画素が縦方向および横方向に交互に並んでいてもよいし、これ以外の配列でも問題はない。ただし、いずれの場合でも薄板部材１９の散乱領域１９ａは着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂに対応して形成され、非散乱領域１９ｂは白色画素１５１ｗに対応して形成される。

　＜液晶表示装置の動作＞
　次に、本実施の形態に係る液晶表示装置２０において、オブジェクトの質感を表現する動作について説明する。液晶表示装置２０は駆動制御基板１７を備えるが、駆動制御基板１７は液晶パネル１５の動作を制御する駆動回路を有する。駆動回路は入力画像信号を受信し、入力画像信号に応じて信号処理を行い、ＴＦＴアレイ１０に出力画像信号を出力して液晶パネル１５を駆動する。このとき、入力画像信号には、表示するオブジェクトの反射特性情報が含まれ、駆動回路は、この情報に従って単位画素１５１ごとに散乱光を出射して表示するか、非散乱光（集光光）を出射して表示するか、あるいは両方の光を出射するかを判定する機能を有する。

　例えば、表示するオブジェクトが紙のようなマットな表面の物体で均一な外光が照射されている場合、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂの着色画素のみで物体色を表すため、白色画素１５１ｗは駆動しない（つまり０階調とする）。一方、表示するオブジェクトが金属のような光沢面を有する物体の場合、非散乱光で光沢の質感を表現するため、白色画素１５１ｗを駆動する。駆動回路は、入力画像信号の反射特性情報から光沢の強さに関するデータを読み取り、白色画素１５１ｗおよび着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂそれぞれの強度（つまり階調）を決定する機能も有する。

　駆動回路からの出力画像信号に従って、液晶パネル１５の各画素は電圧が印加され、液晶分子の配向状態が変化してバックライト１６から放射された光を透過する。赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂでは液晶１およびカラーフィルタ基板１３を透過した光が薄板部材１９に入射し、散乱領域１９ａを透過することにより、図５において実線で示すような比較的広い配光分布の光線（比較的散乱性が高い散乱光ともいえる）となって出射される。一方、白色画素１５１ｗでは薄板部材１９に入射した光は散乱構造が形成されていない非散乱領域１９ｂを透過するので、バックライトから出射した光がほとんど散乱されずに、図５において破線で示すような比較的狭い配光分布の光線（比較的散乱性が低い非散乱光、または集光光ともいえる）となって出射される。

　図６に液晶表示装置２０が表示する表示画像６００の一例を示す。図６に示される対象物体６０は、表面に光沢のある白い球であり、一部の領域６０ｂでは白色の外光を強く鏡面反射している。以下では領域６０ｂを「鏡面反射領域６０ｂ」と呼び、対象物体６０における鏡面反射領域６０ｂ以外の領域６０ａを「散乱領域６０ａ」と呼ぶ。

　液晶表示装置２０が図６に示されるような表示画像６００を表示する場合、鏡面反射領域６０ｂでは、白色画素１５１ｗから図５において破線で示されるような配光分布が比較的狭い集光光を強く放射させ、散乱領域６０ａにおける物体色は、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂから図５において実線で示されるような比較的広い配光分布を示す散乱光をそれぞれ放射して加法混色により対象物体６０における白の色合いを表現する。このように、本実施の形態に係る液晶表示装置２０では、同じ白色でも映像コンテンツに合わせて配光分布の異なる光線を用いて表示することにより、光沢などの質感の違いを表現することが可能となる。

　なお、本実施の形態では、オブジェクトの反射特性情報が含まれる入力画像信号を駆動回路に読み込む形態としているが、オブジェクトの反射特性情報が含まれない通常の入力画像信号から鏡面反射光が強い領域を検出する機能を駆動回路に付加して、反射特性情報を含まない入力画像信号のみを入力して駆動する形態としてもよい。

　以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置２０では、カラーフィルタ基板１３の観察側の表面上に配置された薄板部材１９を用い、白色画素１５１ｗおよび着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂから成る単位画素１５１において、白色画素１５１ｗからは集光された光が出射され、着色画素１５１ｒ，１５１ｇ，１５１ｂからは散乱された光が出射されることにより、簡単な構造で解像度を劣化させることなく物体表面の質感の違いを表現することができる。

　＜実施の形態２＞
　次に、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置ついて説明する。なお、実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成要素については同じ参照符号を付して説明を省略する。

　図７は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置２０Ａの構成の一例を示す図である。図７において、液晶パネル１５はその厚さ方向における単位画素１５１あたりの断面構造を示している。図７に示されるように、本実施の形態に係る液晶表示装置２０Ａは、液晶パネル１５、バックライト１６、および駆動制御基板１７を備える。

　液晶パネル１５は、実施の形態１と同様、カラーフィルタ基板１３とＴＦＴ基板１４との間に液晶１が封入された構造となっており、ＴＦＴ基板１４については実施の形態１と同様の構造となっている。

　カラーフィルタ基板１３は、ガラス基板２を有し、ガラス基板２における液晶１側の面上にはカラーフィルタ１２が配置され、ガラス基板２における液晶１と反対側の面上には偏光板３が配置されている。

　カラーフィルタ１２は、赤、緑、青、白に相当する特定の波長域の光をそれぞれ透過するカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗ、ならびに隣接する各画素間に配置されて光を遮るブラックマトリクス７を有する。カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ｗおよびブラックマトリクス７の材質および膜厚については、実施の形態１と同様である。

　本実施の形態に係る液晶パネル１５においては、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂそれぞれのカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂにおける液晶１側の面上に、球状の粒子と当該粒子と屈折率が異なる樹脂とから成る散乱膜３０が形成されている。散乱膜３０は無色で透明性が高く、膜厚は１～５μｍ程度である。散乱膜３０はカラーフィルタ基板１３の製造時にカラーフィルタ色材６における液晶１側表面に膜形成し、パターニングにより白色画素１５１ｗに対応する領域の樹脂を除去することによって容易に形成できる。

　カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂ上にのみ散乱膜３０が形成されると、白色画素１５１ｗにおける液晶１のギャップが厚くなるため、図７に示される液晶表示装置２０Ａのように、散乱膜３０の液晶１側表面にオーバーコート膜１８を形成してもよい。また、白色画素１５１ｗにはカラーフィルタ色材６ｗを形成せずに、オーバーコート膜１８を厚く形成してもよい。

　散乱膜３０あるいはオーバーコート膜１８の液晶１側の面上には対向電極４が形成され、対向電極４における液晶１側の面上には配向膜５が形成されている。

　本実施の形態に係る液晶表示装置２０Ａは、以下のように動作する。駆動制御基板１７から電気信号が入力されると、ＴＦＴ基板１４に形成された画素電極とカラーフィルタ基板１３に形成された対向電極４とに駆動電圧が印加され、この駆動電圧に合わせて液晶１の配向状態が変化する。駆動電圧の高低によって液晶１の複屈折性が調整され、ＴＦＴ基板１４側の偏光板９とカラーフィルタ基板１３側の偏光板３との組み合わせによって、各画素を透過する光の透過率が制御される。すなわち、バックライト１６から発せられた光は、ＴＦＴ基板１４、液晶１およびカラーフィルタ基板１３を介して、観察者側に透過されるか遮断される。

　バックライト１６からの透過光のうち、赤色画素１５１ｒ、緑色画素１５１ｇ、青色画素１５１ｂにおける光は散乱膜３０に到達し、散乱されてカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂに入射し、カラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂを透過して赤、緑、青色にそれぞれ着色されてカラーフィルタ基板１３から放射される。バックライト１６からの透過光のうち、白色画素１５１ｗにおける光は散乱膜３０を透過しないので、ほとんど散乱されずに配光分布の狭い（つまり集光された）白色光としてカラーフィルタ基板１３から放射される。

　以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置２０Ａにおいては、着色画素１５１ｒ，１５１ｂ，１５１ｇがそれぞれ有するカラーフィルタ色材６ｒ，６ｇ，６ｂにおける液晶１側表面にのみ散乱膜３０を形成することにより、赤色、緑色、青色の比較的散乱性が高い散乱光と、白色の比較的散乱性が低い集光光とを出射することができる。この液晶表示装置２０Ａを実施の形態１と同様に映像コンテンツの反射特性情報に応じて駆動することにより、表示するオブジェクトの光沢などの質感を表現することが可能な液晶表示装置を容易に得ることができる。

　＜実施の形態３＞
　次に、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置について説明する。図８は本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置が備える液晶パネルにおける画素配列の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態３における液晶パネルは、液晶パネルの表示面１５ａにおける画素配列が異なる以外は実施の形態１における液晶パネルと同じ構造である。

　図８において、表示面１５ａには白色画素２５１ｗおよび着色画素２５１ｒ、２５１ｇ、２５１ｂが配置される。ここで、白色画素２５１ｗ、赤色画素２５１ｒ、緑色画素２５１ｇおよび青色画素２５１ｂは単位画素２５１（第１の単位画素）を構成するサブ画素であり、図８の例では、４個のサブ画素が１セットで１つの単位画素２５１を構成している。

　ここで、実施の形態１の液晶パネルの画素配列と異なる点は、液晶パネルの表示面１５ａには白色画素２５１ｗを含まない単位画素２５２（第２の単位画素）も配置されている点であり、この単位画素２５２と単位画素２５１の集まりで表示画像が形成される。

　白色画素２５１ｗ以外のサブ画素である赤色画素２５１ｒ、緑色画素２５１ｇおよび青色画素２５１ｂの着色画素が４個の１セットでの１つの単位画素２５２を構成し、単位画素２５２が配列された中に、白色画素２５１ｗ、赤色画素２５１ｒ、緑色画素２５１ｇ、青色画素２５１ｂの４画素で構成された単位画素２５１が点在している配列となっている。

　単位画素２５２の個数は単位画素２５１よりも多く配置されている。図８の例では、１６個の単位画素の中に、単位画素２５１は４個であり単位画素２５１の個数比は２５％、単位画素２５２の個数比は７５％となっている。

　なお、単位画素２５２は３色の着色画素で４画素を構成するので、１色の着色画素が２画素含まれることとなる。例えば、ある単位画素２５２は赤色画素２５１ｒを２個含み、ある単位画素２５２は青色画素２５１ｂを２個含み、ある単位画素２５２は緑色画素２５１ｇを２個含むこととなる。このような単位画素２５２を用いる場合、同色の画素どうしが隣り合って配列されないように、単位画素２５２内での着色画素の配置を考慮し、また、単位画素２５２の配置を考慮することで、色の偏りを防ぐ。

　図８に示される配列は一例であって、白色画素２５１ｗを含む単位画素２５１がもっとまばらに配置されていてもよい。このように、白色画素２５１ｗを含む単位画素２５１の数を減らすことが可能であるのは、白色画素２５１ｗは光沢の表現に用いられていて、必ずしも高い精細度を必要としないためである。

　以上のように、散乱光を放射する多数の着色画素の中に集光光を照射する白色画素を点在させることで、斜めから観察しても高精彩で色純度の高い物体を表示できるとともに白色光による光沢感も表現することができる。

　＜実施の形態４＞
　次に、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置について説明する。図９は本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置が備える液晶パネルにおける画素配列の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態４における液晶パネルは、液晶パネルの表示面１５ａにおける単位画素２５２内での３種類の着色画素の面積が何れも同じとなっている以外は実施の形態３における液晶パネルと同じ構造である。

　図９に示した本発明の実施の形態４の画素配列について、図８で示した実施の形態３の画素配列と比較して説明する。

　図９では、図８と同様に白色画素２５１ｗ、赤色画素２５１ｒ、緑色画素２５１ｇ、青色画素２５１ｂをサブ画素として、４個のサブ画素が１セットで単位画素２５１が構成されている。この単位画素２５１は図８と同じで、４個のサブ画素の面積がすべて同じである。

　着色画素である赤色画素２５１ｒ、緑色画素２５１ｇ、青色画素２５１ｂの３種類の画素で構成された単位画素２５２については、例えば、２つの赤色画素２５１ｒと、緑色画素２５１ｇおよび青色画素２５１ｂのように同じ色の画素を２個含んで単位画素２５２が構成される。図８においては、このような構成の単位画素２５２においても４個のサブ画素の面積は同じであるが、このような場合、単位画素２５２の色合いがサブ画素の構成によって異なることになる。例えば、赤色画素２５１ｒを２個含んだ単位画素で白色を表示すると、赤みがかった白色が表示され、青色画素２５１ｂを２個含んだ単位画素で白色を表示すると、青みがかった白色が表示される。

　図９に示す本発明の実施の形態４の画素配列では、このように色のバランスが崩れることを防ぐため、単位画素２５２を構成する着色画素の面積が各色で同じになるように構成する。例えば、赤色画素２５１ｒを２個含む単位画素２５２では、緑色画素２５１ｇと青色画素２５１ｂの面積を、図８の単位画素２５２のサブ画素の面積の４／３倍とし、赤色画素２５１ｒの面積を図８の単位画素２５２のサブ画素の面積の２／３倍とする。単位画素２５２を構成する赤色画素２５１ｒは２個、緑色画素２５１ｇおよび青色画素２５１ｂは１個ずつなので、サブ画素が示す色ごとの面積は赤色、緑色、青色のいずれも図８の単位画素２５２のサブ画素の面積の４／３倍となり、単位画素２５２内で３種類の色の着色画素が、何れも同じ面積となる。このため、どの単位画素２５２でも同じ色を表示することができる。

　なお、このようにサブ画素の面積を変えた配列では、単位画素２５２内を通るソース配線２６０は、図９に示すようにサブ画素間にジグザグに配置される。

　また、図９ではサブ画素の形状は正方形あるいは長方形であるが、これらに限るものではなく、たとえば、ＩＰＳモードの液晶パネルの画素のように櫛型電極に沿って斜めに傾いた画素形状でもよく、この場合はソース配線２６０もサブ画素に沿って斜めに傾斜した部分を含む形状の配線となる。

　以上のように、単位画素２５２を構成する着色画素を、着色画素の各色で何れも同じ面積となるように構成することで、単位画素２５２での色の配置によらず、どの単位画素２５２でも同じ色を表示することができる。

　＜実施の形態５＞
　次に、本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置について説明する。図１０は本発明の実施の形態５に係る液晶表示装置が備える液晶パネル１１５（半透過型液晶パネル）における単位画素５１の構成を示す平面図である。本実施の形態に係る液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置である。図１０に示される４つの画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ，５１ｗは、それぞれ、赤色、緑色、青色の着色画素、ならびに白色画素である。これら４つの画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ，５１ｗが１セットで１単位画素５１を構成している。

　着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂそれぞれの表示エリア５２に対応する領域には、外部から液晶に入射した周囲光を散乱反射させる散乱反射領域５４（図１０における細かいハッチングの領域）と、バックライトからの入射光を透過させる透過領域５３とが形成される。また、白色画素５１ｗの表示エリア５２に対応する領域には、外部から液晶に入射した周囲光を鏡面反射させる鏡面反射領域５５（図１０における粗いハッチングの領域）と、バックライトからの入射光を透過させる透過領域５３とが形成される。着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂにそれぞれ形成された散乱反射領域５４においては、後述するように反射画素電極が設けられ、反射画素電極表面には凹凸部１４４ａが形成されている。

　図１１は、図１０に示される矢視Ａ－Ａにおける断面図であって、赤色画素５１ｒの断面構造を示している。図１１に示されるように、液晶パネル１１５は、カラーフィルタ基板１１３とＴＦＴ基板１１４との間に液晶１０１が封入された構造となっている。

　カラーフィルタ基板１１３は、ガラス基板１０２を有し、ガラス基板１０２における液晶１０１側の面上にはカラーフィルタ１１２が配置されている。カラーフィルタ１１２における液晶１０１側の面上には対向電極１０４が形成され、対向電極１０４における液晶１０１側の面上には図示しない配向膜が形成されている。

　また、ガラス基板１０２における液晶１０１と反対側の面上には偏光板１０３が配置され、図示しない粘着剤を介してガラス基板１０２に貼り付けられている。

　カラーフィルタ１１２は、赤色のカラーフィルタ色材１０６ｒと、隣接する画素との間に配置されたブラックマトリクス１０７とを有する。なお、ここでは、赤色画素５１ｒについて説明しているが、緑色画素５１ｇ、青色画素５１ｂなど白色以外の着色画素におけるカラーフィルタ色材の色以外の構成は赤色画素５１ｒと同様である。

　ＴＦＴ基板１１４は、ガラス基板１０８を有し、ガラス基板１０８における液晶１０１側の面上にはＴＦＴアレイが形成されるが、詳しい説明はここでは省略する。また、ガラス基板１０８における液晶１０１と反対側の面上には偏光板１０９が配置され、図示しない粘着剤を介してガラス基板１０８に貼り付けられている。

　図１１において、ガラス基板１０８における液晶１０１側の面上には層間絶縁膜１１０が図示されるが、層間絶縁膜１１０は図示されないＴＦＴアレイのソース電極、ドレイン電極およびゲート絶縁膜を覆うように形成されている。さらに、層間絶縁膜１１０の上に有機平坦化膜１４０が形成されている。有機平坦化膜１４０は、とくに限定するものではないが、例えば、感光性有機樹脂膜を適用することができる。有機平坦化膜１４０の表面には、液晶パネル１１５の観察側表面から液晶パネル１１５に入射した外光を散乱反射させるために、凹凸部１４４ａを形成している。

　さらに、有機平坦化膜１４０の上には、透明導電膜１４１および導電性反射膜１４２がこの順に積層され、画素電極１５０が形成されている。透明導電膜１４１としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＺＯ（Indium Tin Zinc Oxide）などを適用することができる。導電性反射膜１４２としては、可視光領域で反射率が高い金属膜、例えば、ＡｌもしくはＡｇ、これらの積層膜、またはこれらを主成分とする合金を用いることができる。

　画素電極１５０において、導電性反射膜１４２が形成されている領域が反射画素電極１４４であって散乱反射領域５４を構成し、導電性反射膜１４２が形成されていない透明導電膜１４１の領域が透過画素電極１４３であって透過領域５３を構成している。画素電極１５０の面上には図示しない配向膜が形成されている。

　図１２は、図１０に示される矢視Ｂ－Ｂにおける断面図であって、白色画素５１ｗの断面構造を示している。図１２において図１１と同じ構成要素については同じ参照符号を付しているが、白色画素５１ｗは、カラーフィルタ色材１０６ｒではなく、白色の色材あるいは無色透明の樹脂から成るカラーフィルタ色材１０６ｗを有する。また、白色画素５１ｗにおいて図１１に示される着色画素と異なる箇所は反射画素電極１４５の構造である。

　反射画素電極１４５は有機平坦化膜１４０の上に透明導電膜１４１および導電性反射膜１４２がこの順に積層されて形成される。ここで、図１１で示した着色画素の場合と異なり、白色画素５１ｗでは図１２に示されるように有機平坦化膜１４０の表面に凹凸部１４４ａを備えていない。したがって、その面上に形成される透明導電膜１４１および導電性反射膜１４２にも凹凸がなく、液晶パネル１１５に入射した外光を鏡面反射させるための平坦な表面（平坦部）を持つ反射画素電極１４５により鏡面反射領域５５が構成される。

　図１１に示されるような構造の着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ、ならびに図１２に示されるような構造の白色画素５１ｗが、図１０に示されるように配列されて液晶パネル１１５が形成される。また、液晶パネル１１５のＴＦＴ基板１１４の裏面側には図示されないバックライトが配置されている。

　次に、本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置を駆動した時の動作について説明する。半透過型液晶表示装置の使用環境が十分に明るい場合、液晶パネル１１５の表示には外光が利用される。赤色画素５１ｒ、緑色画素５１ｇ、青色画素５１ｂの着色画素に観察側表面から外光が入射し、図１１に示される反射画素電極１４４に形成された導電性反射膜１４２に到達すると、画素電極１５０表面に形成された凹凸部１４４ａによって光は散乱反射してあらゆる方向にほぼ均一に広がって液晶パネル１１５から出射する。外光が白色画素５１ｗに入射し、図１２に示される反射画素電極１４５に形成された導電性反射膜１４２に到達すると、光は平坦な画素電極表面で鏡面反射し、指向性の高い光が液晶パネル１１５から出射する。

　着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂおよび白色画素５１ｗのいずれにおいても、光がそれぞれの透過領域５３に入射したときは、当該光は液晶１０１、ＴＦＴ基板１１４を透過してバックライト表面で反射し、一部の光が逆方向の経路をたどってカラーフィルタ基板１１３から外に出射するが、このときの光量はわずかで表示に及ぼす影響は小さい。このような光の挙動を利用して、映像コンテンツのオブジェクトの物体色を表現するときは着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを駆動して散乱反射光により表示し、金属光沢面などを表現するときは白色画素５１ｗを駆動して集光された光により反射成分を表現することにより、物体表面の質感の違いを表現することができる。

　本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置を暗室など暗い環境で使用する場合には、バックライトを点灯して液晶パネル１１５に映像を表示する。着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂおよび白色画素５１ｗのいずれにおいても、バックライトからの光は図１１あるいは図１２に示される透過領域５３に入射し、ＴＦＴ基板１１４に形成された透明導電膜１４１、液晶１０１、カラーフィルタ基板１１３を透過して液晶パネル１１５の外側に出射される。このときの挙動は着色画素５１ｒ，５１ｇ，５１ｂおよび白色画素５１ｗとも同じであることから、完全な暗室でバックライト光のみで表示するときは物体の質感を表現することはできない。ただし、わずかでも外光があるときはバックライトと併用して利用でき、前述のような反射光による質感表現が可能となる。

　ここで、本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置において、透過領域５３の面積、あるいは散乱反射領域５４または鏡面反射領域５５と透過領域５３との面積比率については限定するものではない。暗い環境で使用することが想定される場合には透過領域５３をある程度大きくするべきであるし、常に明るい環境で使用することが想定される場合には透過領域５３は小さくできる。極端な例として、透過領域５３およびバックライトを設けず、全面が反射領域のみの反射型液晶パネルを備えた表示装置、すなわち反射型液晶表示装置として利用してもよい。また、上述したように、質感表示はいずれにしても外光利用環境下のみに限られることから、図１３に示される単位画素の構成のように、白色画素５１ｗのみ透過領域を形成せず全領域を鏡面反射領域５５とすることによって、外光利用環境下での反射光の光量を増やしてもよい。

　＜実施の形態６＞
　次に、本発明の実施の形態６に係る液晶表示装置について説明する。図１４は、本発明の実施の形態６に係る液晶表示装置が備える液晶パネル１１５Ａ（半透過型液晶パネル）における赤色画素５１ｒの断面図である。本実施の形態に係る液晶表示装置は、半透過型の液晶表示装置である。図１４は、実施の形態５で示した図１１と対応しており、実施の形態５とはカラーフィルタ基板１１３の構造が異なる。

　図１４に示されるように、カラーフィルタ基板１１３に形成されたカラーフィルタ色材６ｒの液晶１０１側の面上に、球状の粒子と当該粒子と屈折率の異なる樹脂とから成る散乱膜１３０が形成されている。さらに、散乱膜１３０の面上にはオーバーコート膜１１８が形成される。図１４の例では赤色画素５１ｒの構造について示しているが、他の着色画素も同様の構造をしており、散乱膜１３０は、着色画素の透過領域５３にのみ形成され、白色画素には形成されない。これは、実施の形態５に係る半透過型液晶表示装置では外光利用環境下でしか質感表示ができない点を改良したものである。

　本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置において外光を利用できずバックライトを点灯したときには、バックライトからの光は透過領域５３に入射し、カラーフィルタ基板１１３に形成された散乱膜１３０に到達し、散乱されてカラーフィルタ色材を透過し、赤、緑、青のいずれかの色に着色されてカラーフィルタ基板１１３から放射される。白色画素には散乱膜１３０を形成していないので、白色画素のカラーフィルタ基板１１３からは集光された光が放射される。

　一方、外光が利用できるときには、実施の形態５と同様に、外光の反射により着色画素からは散乱反射光が放射され、白色画素からは鏡面反射光が放射される。

　以上のように、本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置では、外光を利用する場合もバックライト光を利用する場合も着色画素から散乱光を、白色画素から集光光を放射することができ、映像コンテンツの情報に応じて着色画素および白色画素を駆動することにより、オブジェクトの光沢等の質感を表現することができる。

　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

　なお、本発明は、その発明の範囲において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Claims

　白色画素と、白色以外の複数色の着色画素とが配列された表示面と、
　前記白色画素に対応する領域には形成されず、前記複数色の着色画素に対応する領域に形成される散乱構造と、を備える、液晶表示装置。
　請求項１に記載の液晶表示装置であって、
　前記複数色の着色画素のそれぞれが放射する光によって、表示する対象物体の物体色を表現し、
　前記白色画素が放射する光によって前記対象物体の質感を表現する、液晶表示装置。
　請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置であって、
　前記複数色の着色画素は、赤、緑および青色のカラーフィルタ色材をそれぞれ有する赤、緑および青色の画素である、液晶表示装置。
　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記表示面は、
　前記複数色の着色画素と１つの前記白色画素をサブ画素として構成される第１の単位画素と、
　前記複数色の着色画素をサブ画素として構成される第２の単位画素と、を有する、液晶表示装置。
　請求項４に記載の液晶表示装置であって、
　前記第２の単位画素は、
　前記第２の単位画素を構成する前記着色画素の面積が、前記着色画素の各色で同じ面積に設定される、液晶表示装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記表示面の観察者側に配置され、散乱領域と非散乱領域とを有する薄板部材を備え、
　前記散乱構造は、前記複数色の着色画素上に位置する前記散乱領域によって形成され、
　前記非散乱領域は前記白色画素上に位置する、液晶表示装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記複数色の着色画素に対してそれぞれ配置される複数色のカラーフィルタ色材を有するカラーフィルタ基板と、
　前記カラーフィルタ基板との間に液晶を挟持する、薄膜トランジスタが配列された薄膜トランジスタアレイ基板と、を備え、
　前記散乱構造は、前記カラーフィルタ基板における前記複数色のカラーフィルタ色材の前記液晶側の表面上に設けられる、液晶表示装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　液晶パネルの内部に反射膜が形成された反射型液晶パネルまたは半透過型液晶パネルを備え、
　前記散乱構造は、前記複数色の着色画素のそれぞれが有する前記反射膜に設けられる凹凸部により形成され、
　前記白色画素が有する前記反射膜には前記凹凸部が設けられず平坦部が設けられる、液晶表示装置。