JP2008185660A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視野角を制御することができて、低コストかつ高歩留まりで製造することが可能な視野角可変型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 正の誘電率異方性を持つネマティック液晶層を挟持する２枚の基板の液晶面に近接する内面のうち、一方の基板の内面に遮光層を有し、他方の基板の内面に形成された共通電極と画素電極と視野角制御電極からなる複数の電極対が設けられ、画素電極と共通電極の間に形成される画像データに応じた電界により液晶が駆動して画像を表示し、視野角制御電極と共通電極の間に形成される電界により駆動した液晶が、観察者が斜視したときに見えることで、表示を認識するのに困難なコントラストとなり、視野角が制御される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、視野角の制御が可能な液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力などの特徴を有し、薄膜トランジスタによりアクティブ駆動させるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶表示装置は、視野角が広く、階調反転などの表示品位低下がない特徴を持つため、テレビやパーソナルコンピューター、携帯電子機器などに広く用いられている。ＩＰＳ型液晶表示装置は、広視野角の特徴を持つため、多人数で同一の表示装置を見ることも可能であるが、個人的な情報が表示されている場合には、プライバシーの保護ができない問題がある。この問題を解決するため、使用目的や環境に応じて視野角を調整することのできる液晶表示装置が提案されている。これらの液晶表示装置は、液晶表示装置の一方の基板の内面に設置した共通電極と画素電極の間に画像データに応じた駆動電圧を印加することにより、共通電極と画素電極の間の電界によって、液晶層の配向状態を駆動させ画像を表示する。そして、これらの液晶表示装置は、液晶表示装置の他方の基板の内面に設置した第３の電極を設けているため、共通電極と画素電極のうちの電極の一方と第３の電極との間に電圧を印加することにより、基板面に対して斜め方向の電界が発生する。この電界によって、液晶層の配向状態が斜め方向に駆動することとなるので、視野角を狭くすることができる（例えば、特許文献１または２を参照）。
特開平１１−３０７８３号公報 特開２００６−３２３２８０号公報

しかし、従来の視野角の調整が可能な液晶表示装置は、狭視野角駆動時には基板面に対して斜め方向の電界によって液晶を駆動するため、広視野角駆動時に基板面に対して平行方向の電界によって液晶を駆動する時と比較して、コントラストや応答速度、透過率等が変化してしまう。また、挟持する２枚の基板の内面の両側に電極を設置する必要があり、コストの増加と、歩留まりの低下が予想される。この発明は、同一の液晶表示装置で視野角を制御することができて、狭視野角駆動時において、液晶表示装置に対して正面視している場合は、広視野角駆動時と比較してコントラストは変わらず、斜視している場合にのみコントラストが低下することで、視野角の範囲を制御することが可能となり、かつ低コストで通常と同等の高歩留まりで製造することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

この発明の液晶表示装置は、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶層を挟持する２枚の基板の液晶面に近接する内面のうち、一方の基板の内面に遮光層を有し、他方の基板の内面にホモジニアス配向した液晶分子の配向角度と主な印加電界方向とのなす角度を予め定めた値となるように形成された共通電極と画素電極と視野角制御電極からなる複数の電極対が設けられ、視野角制御電極と共通電極の間に駆動電圧を選択的に印加する表示駆動手段を備えたことを特徴とする。

この発明の液晶表示装置によれば、狭視野角表示では、正面視している場合は、共通電極と画素電極の間の電界によって表示する画像、斜視している場合は、共通電極と画素電極の間の電界によって表示する画像に加えて、視野角制御電極と共通電極の間の電界によって表示する画像を混在して表示することで、コントラストが低下するため、狭視野角表示になり、正面視する場合は広視野角表示のコントラストと同じコントラストを得ることができる。

また、視野角制御電極は薄膜トランジスタを有する基板面に設置されるため、通常の製造プロセスで他の配線や電極と同時に作製することができるため、低コストでかつ通常と同等の歩留まりで製造が可能となる。

本発明の液晶表示装置は、カラーフィルターと遮光層が設けられた第一の基板と第二の基板の間に液晶層が設けられ、第二の基板の内面に基板面に対して平行な成分が主になるようにして液晶層に電界を印加する電圧印加手段を備えている。そして、電圧印加手段は第二の基板上に構成された第１電極と第２電極と第３電極の複数の電極対を含み、第１電極と第２電極のうちの少なくとも一方の電極と第３の電極の間に形成された電界により視野角が制御される。このとき、第１電極と第２電極のうち少なくとも一方の電極と第３電極との間に形成された電界の強度を変化させることにより視野角を制御することとした。

さらに、第３電極を第一基板の遮光層と対向するように配置した。あるいは、遮光層が第２の基板上に設置される第３電極と平行に設置されるように構成した。

また、第３電極の幅を、遮光層の幅と比較して、同等以下であるようにした。

あるいは、
本発明の液晶表示装置は、カラーフィルターと遮光層が設けられた第一の基板とスイッチング素子が形成された第二の基板の間に液晶層が設けられ、第二の基板の内面に基板面に対して平行な成分が主になるようにして液晶層に電界を印加する電圧印加手段を備えている。そして、電圧印加手段は第二の基板上に構成された第１電極と第２電極と第３電極の複数の電極対を含み、第１電極と第２電極のうちの少なくとも一方の電極と第３の電極の間に形成された電界により視野角が制御される。このとき、第１電極と第２電極のうち少なくとも一方の電極と第３電極との間に形成された電界の強度を変化させることにより視野角を制御することとした。さらに、第二の基板にはスイッチング素子を構成する信号配線の上側に絶縁層を介して第３電極が形成されている。

このとき、第３電極を信号配線と同等以上の幅で形成することとした。また、第２電極は共通電極であり、第３電極は予め定めた寸法の間隔で共通電極に隣接することとした。さらに、第３電極と共通電極が第二の基板上で同一の高さに位置するような構成とした。

以下に本発明の液晶表示装置を実施例により詳細に説明する。

本実施例の液晶表示装置の概要を図１〜図３に示す。図１（ａ）に液晶表示パネルの断面を、図１（ｂ）に液晶表示パネルを構成する一方の基板の上面図を示す。図１（ａ）は図１（ｂ）の点線１−２での断面図であり、本発明の液晶表示装置は、主に第１の基板７と液晶層２４と第２の基板８から構成され、第１の基板７と第２の基板８の間に、互いにホモジニアス配向処理された配向膜１２，１３と、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶層２４が挟持されている。

第１の基板７は液晶層２４に近接する側に第１の配向膜１２と樹脂製の平坦化層１１と赤、緑、青色を呈する各部分がストライプ状に繰り返して配列されているカラーフィルター１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと遮光層９を有する。平坦化層１１の内面側には、第１の配向膜１２があり、液晶層２４に近接してその配向方向を規定している。

第２の基板８は配向角度と主な印加電界方向とのなす角度を７０度〜１１０度の間の値となるように形成された共通電極１４と第１の絶縁層１７の下に画素電極１５からなる電極対が設けられ、第１の基板７にカラーフィルター層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの境界に設置された遮光層９と対面し、かつ第２の基板８の信号配線１８の上に第１の絶縁層１７を隔てて視野角制御電極１６が設けられている。共通電極１４は、４つ穴部を有する形状に形成され、隣接する画素と接続された透明導電膜からなっている。画素電極１５は、画素部の全体に対応する形状に形成され、ソース配線２２に接続された透明導電膜からなっており、共通電極と画素電極からなる電極対が行方向及び列方向にマトリックス状に配列している。視野角制御電極１６は、信号配線１８の幅と同等以上の幅で形成され、予め定めた寸法の間隔で共通電極１４に隣接し、第一の基板７に設置された遮光層の幅と同等以下の幅で、信号配線１８と平行に形成されている。

この液晶表示装置３は、駆動手段としての薄膜トランジスタ２３を有し、この薄膜トランジスタ２３は逆スタガ型構造であり、チャネル部はアモルファスシリコン層２１で形成され、電極対に薄膜トランジスタ２３をそれぞれ設置したアクティブマトリックス液晶表示装置である。走査配線２０と信号配線１８は交差しており、薄膜トランジスタ２３はその交差部に設置され、薄膜トランジスタ２３は走査配線２０と信号配線１８とソース配線２２に接続されている。走査配線２０と信号配線１８は第２の絶縁層１９で絶縁されており、共通電極１４は第１の絶縁層１７で絶縁されている。共通電極１４上には第２の配向膜１３があり、液晶層２４に近接してその配向方向を規定している。第１の基板７と第２の基板８は、液晶表示装置の画面領域を囲む枠上のシール材を介して接合されている。

第１の基板７の外面には静電気を遮断するための透明導電膜６が設置され、透明導電膜６と第２の基板８の外面にはそれぞれ偏光板４，５が配置されている。液晶表示装置３の外部から入力される視野角選択信号により、広視野角と狭視野角の選択に応じて、共通電極１４と画素電極１５の間と、共通電極１４と画素電極１５と視野角制御電極１６の間のいずれかに、画像データに応じた駆動電圧を選択的に印加するように構成されている。

広視野角が選択されたときに、液晶表示装置３の各画素行を順次選択し、選択行の走査配線２０に選択信号を入力し、それに同期させて信号配線１８に画像データを入力し、共通電極１４に予め定めた基準電位信号を入力し、視野角制御電極１６に共通電極１４と同じ信号を入力することにより、共通電極１４と画素電極１５の間の電界によって、液晶層２４の配向状態を駆動させ広視野角で画像を表示する。

狭視野角が選択されたときに、液晶表示装置３の各画素行を順次選択肢、選択行の走査配線２０に選択信号を入力し、それに同期させて、信号配線１８に画像データを入力し、共通電極１４に予め定めた基準電位信号を入力し、視野角制御電極１６に共通電極１４と異なる信号を入力することにより、共通電極１４と画素電極１５の間の電界と、共通電極１４と視野角制御電極１６の間の電界によって、液晶層２４の配向状態を駆動させ狭視野角で画像を表示する。

図２，３はそれぞれ、液晶表示装置３の広視野角動作状態の概念図と、狭視野角動作状態の概念図を１つの画素部の断面図と観察者側から見た液晶分子の配向状態の平面図を模式的に示している。図２，３のように、液晶表示装置３は、画像データに応じた電圧信号を発生する信号源２５と、液晶表示装置３の外部から入力される視野角選択信号により、視野角制御信号源２６と、信号源２５を選択的に印加するためのスイッチＳ１により構成されている。

図２のように、液晶表示装置３は、画素電極と共通電極の間に信号源２５からの信号を入力し、スイッチＳ１により視野角制御電極１６に共通電極１４と同じ信号を入力したときは、画素電極１５と共通電極１４の間に形成される電界２７により液晶２４ａが駆動する。このときは、視野角制御電極１６と共通電極との間の液晶２４ｂは電界が形成されないので、観察者２９が液晶表示装置３を斜視したときでも、十分なコントラストとなり、広視野角特性を得る。

図３のように、液晶表示装置３は、画素電極と共通電極の間に信号源２５からの信号を入力し、スイッチＳ１により視野角制御電極１６に共通電極１４と異なる信号を視野角制御信号源２６から入力したときは、画素電極１５と共通電極１４の間に形成される電界２７により液晶２４ａが駆動する。このときには、視野角制御電極１６と共通電極１６の間に形成される視野角制御電界２８により液晶２４ｂが駆動して、液晶表示装置３を観察者２９が斜視したとき、表示を認識するのに困難なコントラストとなり、狭視野角特性を得る。図３における視野角特性は、視野角制御電極に対面して第一の基板７に設置された遮光層９までの距離と、視野角制御電極１６の幅と、遮光層９の幅と、視野角制御電極１６と共通電極１４との電位差によって決定される。

したがって、この液晶表示装置３は、画素電極と共通電極の電位差による横方向の電界２７で液晶２４ａの配向状態を駆動させる広視野角表示と、画素電極と共通電極と視野角制御電極の電位差による横方向の電界２７，２８で液晶２４ａ，２４ｂの配向状態を駆動させ、遮光層９により正面視したときは遮光される部分を利用して、斜視したときにのみコントラストが低下するようにした、狭視野角表示とを選択的に行うことができて、視野角特性を十分な広さと狭さに制御することができる。

この液晶表示装置を備えた携帯電話機は、表示部の画像を広視野角で表示して複数人で見られるようにすることも、表示部の情報を狭視野角で表示してプライバシーを保護することもできる。また、この液晶表示装置は携帯電話機に限らず、他の電子機器にも利用することができる。

図４に本実施例の液晶表示装置の概要を示す。図４（ａ）に、この実施例の液晶表示装置の断面を、図４（ｂ）に一方の基板の上面図を示す。なお、本実施例では、上述した第１の実施例に対応するものには図中の符号は同一符号とし、その説明を適宜省略する。図４のように、この実施例では、共通電極１４を４つの櫛歯部を有する形状に、画素電極１５を３つの櫛歯部を有する形状に形成しており、共通電極１４と画素電極１５の間に隙間を設けて配置したものである。他の部分は第１の実施例と同じ構成である。この実施例の液晶表示装置は、共通電極１４と画素電極１５の電極対の間に隙間を設け、その電極間の電界によって、液晶２４の配向状態を駆動させ広視野角特性を得る。

視野角制御電極１６は、信号配線１８の幅および共通電極１４の幅を合計した幅と同等以上の幅で形成されている。この実施例の液晶表示装置は、実施例１と同様に視野角を制御することができる。

図５〜図９に、上述した各実施例の液晶表示装置における回路システムの構成を模式的に示す。ここで、図５、図６に示す回路システムは、垂直走査信号回路３２，映像信号回路３３，共通電極駆動用回路３４，コントローラ３５，視野角制御選択回路３６，視野角制御用信号回路３７，電源回路で構成されている。図７に示す回路システムは、垂直走査信号回路３２，映像信号回路３３，共通電極駆動用回路３４，コントローラ３５，視野角制御用信号回路３７，電源回路で構成されている。図８に示す回路システムは、垂直走査信号回路３２，映像信号回路３３，共通電極駆動用回路３４，コントローラ３５，視野角制御選択回路３６，電源回路で構成されている。

視野角を必要に応じて制御できるので、携帯情報機器などに搭載すると、他人から覗き見られることができる状況においても、使用者が狭視野角を選択することで他人からは表示が見えなくなり、プライバシーを保護することができる。また、この発明によれば、従来の製造方法で製造することができ、低コスト化が進む電子機器にも適用できる。

液晶表示装置の一部分の断面図と基板平面図である。 広視野角設定状態における１つの画素部の動作状態と、そのときの液晶分子の配向状態を示す概念図である。 狭視野角設定状態における１つの画素部の動作状態と、そのときの液晶分子の配向状態を示す概念図である。 液晶表示装置の一部分の断面図と基板平面図である。 本発明の液晶表示装置における回路構成の一例である。 本発明の液晶表示装置における回路構成の一例である。 本発明の液晶表示装置における回路構成の一例である。 本発明の液晶表示装置における回路構成の一例である。

符号の説明

３ 液晶表示装置
６ 静電気遮断導電膜
７ 第一の基板
８ 第二の基板
９ 遮光層
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ カラーフィルター
１１ 平坦化層
１４ 共通電極
１５ 画素電極
１６ 視野角制御電極
１７ 第１の絶縁層
１８ 信号配線
１９ 第２の絶縁層
２０ 走査配線
２１ アモルファスシリコン
２２ ソース配線
２３ 薄膜トランジスタ
２４ 液晶層
２７ 共通電極と画素電極の間の電界
２８ 共通電極と視野角制御電極の間の電界
３２ 垂直走査信号回路
３３ 映像信号回路
３４ 共通電極駆動用回路
３５ コントローラ
３６ 視野角制御選択回路
３７ 視野角制御用信号回路

Claims (9)

1. カラーフィルターと遮光層が設けられた第一の基板と、前記第一の基板と対向して設けられた第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板の間に設けられた液晶層と、前記第二の基板の内面に基板面に対して平行な成分が主になるようにして液晶層に電界を印加する電圧印加手段を備え、
   前記電圧印加手段は前記第二の基板上に構成された第１電極と第２電極と第３電極の複数の電極対を含み、前記第１電極と前記第２電極のうちの少なくとも一方の電極と前記第３の電極のあいだに形成された電界により視野角が制御される液晶表示装置。
2. 前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも一方の電極と前記第３電極との間に形成された電界の強度を変化させることにより視野角が制御される請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第３電極は前記遮光層と対向するように配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記遮光層が、前記第２の基板上に設置される前記第３電極と平行に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
5. 前記第３電極の幅が、前記遮光層の幅と比較して、同等以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第二の基板にはスイッチング素子が形成され、前記スイッチング素子を構成する信号配線の上側に絶縁層を介して前記第３電極が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記第３電極が前記信号配線と同等以上の幅で形成されたことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２電極は共通電極であり、前記第３電極は予め定めた寸法の間隔で前記共通電極に隣接することを特徴とする請求項６または７に記載の液晶表示装置。
9. 前記第３電極と前記共通電極は、前記第二の基板上で同一の高さに形成されたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。

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