JP2007163590A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光透過率を確保することが可能であって、異なる視角範囲に切り替え可能な視野角制御型の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】透光性絶縁基板３０上に、それぞれ矩形状の画素電極１１を含む複数の画素２０がマトリクス状に配置されているアレイ基板２と、透光性絶縁基板４０上に、複数の画素２０に対応して共通に設けられている対向電極４２を備え、アレイ基板２と対向して配置されている対向基板３と、アレイ基板２と対向基板３との間に配置された液晶層４と、画素電極１１の向かい合う２辺の外側にそれぞれ配置される第１，２補助電極１０１，１０２と、第１，２補助電極１０１，１０２の間に配置される第３補助電極１０３とを備えた液晶表示装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶層が一対の電極基板間に挟持される液晶表示装置に関し、特に液晶分子のチルト方向が制御される複数のドメインに分割された液晶層を持つ液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力という特性を有するために、ＯＡ機器、情報端末、時計、テレビのような様々な分野で応用されている。特にアクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと記す）を用いて画素のスイッチングを行うことにより優れた応答性を得ることができるため、多くの画像情報を表示しなくてはならない携帯テレビあるいはコンピュータの表示モニタとして利用されている。

近年では、液晶表示装置の精細度および表示速度の向上が情報量の増大に伴って要求され始めている。精細度の向上はＴＦＴアレイ構造を微細化して画素数を増大することにより行われる。また、表示速度の向上に関して言えば、液晶分子の配列をより短い時間内に遷移させるために、現在の２倍から数十倍という液晶分子の応答速度を得られるような液晶表示モードが必要となる。この液晶表示モードとしては、例えばネマチック液晶を用いたＯＣＢ型、ＶＡＮ型、ＨＡＮ型、π配列型、スメチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）型、あるいは反強誘電性液晶型が利用できる。

特にＶＡＮ型配向モードは、従来のツイストネマチック（ＴＮ）型配向モードよりも速い応答速度が得られることや、静電気破壊のような不良発生の原因となる従来のラビング配向処理を不要にできることから近年注目されている。さらに、ＶＡＮ型配向モードは視野角の補償設計が容易であり、液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインに画素を分割するマルチドメイン形式にすることにより広い視野角を得ることができる。

また、近年では、液晶表示装置の視野角特性に着目し、覗き込みを防止するため、視野角を制御できる視野角制御型の液晶表示装置に対する要求が高まっている。

例えば、２枚の透明フィルムに挟まれた感光性樹脂層に、所定の視角方向以外からの入射光を反射させるテーパ面を備える空隙部を備え、ディスプレイ装置のディスプレイ部に取り付けられることで、このディスプレイ装置の視角範囲を制限する光制御フィルムが知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−７１９１２号公報、要約、段落００２２。

しかし、上述のようなフィルムを搭載した液晶表示装置においては、その視角範囲がフィルムの視角範囲に依存している。このため、用途に応じてユーザが視角範囲を変更する場合においては、その都度フィルムを取り外さなければならず、ユーザにとって不便なものであった。

本発明は、上記問題を解決するためのものであって、高い光透過率を確保することが可能であって、異なる視角範囲に切り替え可能な視野角制御型の液晶表示素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様によると、液晶表示装置は、第１絶縁基板上に、それぞれ矩形状の画素電極を含む複数の画素がマトリクス状に配置されている第１基板と、第２絶縁基板上に、前記複数の画素に対応して共通に設けられている対向電極を備え、前記第１基板と対向して配置されている第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、前記画素電極の向かい合う２辺の外側にそれぞれ配置されている第１補助電極および第２補助電極と、前記第１補助電極と第２補助電極との間に配置されている第３補助電極とを備えたことを特徴としている。

高い光透過率を確保することが可能であって、異なる視角範囲に切り替え可能な視野角制御型の液晶表示素子を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。図２は、図１に示した液晶表示装置の基本構成を示す断面図である。図３は、図１，２に示したアレイ基板を液晶層側から見た概略図を示す。

図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプのカラー液晶表示装置であって、液晶表示パネル１を備えている。この液晶表示パネル１は、アレイ基板（第１基板）２と、アレイ基板２と互いに対向して配置された対向基板（第２基板）３と、これらアレイ基板２と対向基板３との間に保持された液晶層４とを備えて構成されている。

また、液晶表示装置は、アレイ基板２の液晶層４を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子５、及び、対向基板３の液晶層４を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子６を備えている。さらに、液晶表示装置は、第１偏光制御素子５側から液晶表示パネル１を照明するバックライトユニットＢＬを備えている。

このような液晶表示装置は、図１に示すように、画像を表示する表示領域１０において、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素２０を備えている。

アレイ基板２は、ガラス板や石英板などの透光性絶縁基板（第１絶縁基板）３０を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板２は、表示領域１０において、画素２０毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１１、これら画素電極１１の行に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これら画素電極１１の列に沿って形成された４ｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘ４ｍ）、各々対応走査線Ｙ及び対応信号線Ｘの交差位置近傍に画素２０毎に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子すなわち薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１２、液晶容量と各々が並列に設けられている補助容量１３などを有している。画素電極１１と補助容量１３との間には絶縁層１５が形成されている。

また、画素２０は、液晶層４の配向方向を制御するための液晶分子のチルト制御手段である第１補助電極１０１、第２補助電極１０２、および第３補助電極１０３を含んでいる。第１補助電極１０１、第２補助電極１０２、および第３補助電極１０３は、所定の電位の電圧が供給されることで、その近傍で生じる電場の揺らぎを生成し、液晶材料の誘電率異方性に対応して規定されたチルト方向に液晶分子を配向することができる。また、第１補助電極１０１、第２補助電極１０２、および第３補助電極１０３は、それぞれ、スイッチング素子としてＴＦＴ１１１、ＴＦＴ１１２、ＴＦＴ１１３を介して、走査線Ｙ１と接続されている。

第１補助電極１０１は、ＴＦＴ１１１を介して、ＴＦＴ１２を介して画素電極１１が接続されている信号線Ｘ１と異なる信号線Ｘ２と接続されている。また、第２補助電極１０２は、ＴＦＴ１１２を介して信号線Ｘ３と接続され、第３補助電極１０３は、ＴＦＴ１１３を介して信号線Ｘ４と接続されている。つまり、画素電極１１、第１補助電極１０１、第２補助電極１０２、および第３補助電極１０３は、それぞれ異なる信号線Ｘ１〜Ｘ４と接続され、それぞれ同一の走査線Ｙ１と接続されている。従って、液晶表示装置は、ｍ×ｎ個の画素数に対して、４ｍ本の信号線Ｘ１〜Ｘ４ｍと、ｎ本の走査線Ｙ１〜Ｙｎとを備えている。なお、本実施の形態において、信号線Ｘ１〜Ｘ４ｍおよび走査線Ｙ１〜Ｙｎは、ＡＬ、Ｍｏ、Ｃｕ等により構成されるメタル配線により形成されている。

さらに、図１に示すように、アレイ基板２は、表示領域１０の周辺の駆動回路領域１６において、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバ（走査線駆動部）１７、及び、４ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバ（信号線駆動部）１８を有している。走査線ドライバ１７および信号線ドライバ１８は、液晶表示装置を統括的に制御するコントローラ（制御部）１９と接続されている。

コントローラ１９は、画素電極１１および第１〜３補助電極１０１〜１０３に供給される電圧と、この電圧が供給されるタイミングを制御する。走査線ドライバ１７は、コントローラ１９による制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。信号線ドライバ１８は、コントローラ１９による制御に基づいて各行のＴＦＴ１２、ＴＦＴ１１１、ＴＦＴ１１２、およびＴＦＴ１１３が走査信号によってオンする毎に４ｍ本の信号線Ｘに映像信号およびこの映像信号に基づく配向制御信号を供給する。これにより、各行の画素電極１１は、対応するＴＦＴ１２を介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。また、各行の第１〜３補助電極１０１〜１０３は、対応するＴＦＴ１１１、ＴＦＴ１１２およびＴＦＴ１１３を介して供給される配向制御信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。なお、本実施の形態において、配向制御信号は、画素電極１１に出力される映像信号に基づく所定の電位の電圧であって、液晶層４に含まれる液晶材料の誘電率異方性に応じて規定されている。また、本実施の形態において、液晶層４には、誘電異方性が負の材料の液晶材料が利用されている。

図２および図３に示すように、画素電極１１は、例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性導電膜により、全体としてほぼ矩形状に形成されている。この矩形状の画素電極１１の向かい合う２辺それぞれの外側には、画素電極１１に対してそれぞれ同じ距離だけ間隔をあけて配置されている第１補助電極１０１および第２補助電極１０２が形成されている。この第１，２補助電極１０１，１０２の間であって、画素電極１１の中央には、第３補助電極１０３が形成されている。従って、第３補助電極１０３は、第１，２補助電極１０１，１０２のそれぞれから等間隔の位置に配置されている。

第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３は、それぞれ画素電極１１の向かい合う２辺と平行に配置されている。本実施の形態において、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３は、画素電極１１よりも細い帯状あるいはストライプ形状であって、画素電極１１の長辺と平行に配置されており、信号線Ｘ１〜Ｘ４ｍ方向に長い。また、第１，２補助電極１０１，１０２のそれぞれと画素電極１１との距離は、少なくとも４μｍ以上であることが好ましく、本実施の形態においては、歩留まりの観点から１０±２μｍで形成されている。上述の第１，２補助電極１０１，１０２のそれぞれと画素電極１１との距離が４μｍよりも小さいと、第１，２補助電極１０１，１０２により発生した漏れ電場と、画素電極１１により発生した漏れ電場とが打ち消され、液晶分子のチルト配向を制御することが困難となる。

第３補助電極１０３は、図２に示す通り、画素電極１１よりも下面に配置され、液晶層４と接する面が画素電極１１よりも低く形成されている。これにより、画素電極１１は、第３補助電極１０３と対応する位置に溝部（スリット）２２が形成されている。すなわち、画素電極１１は、画素電極１１を幅方向に２分割するスリット２２を備える。なお、このようにスリット構造を構成することにより、画素電極１１端からの漏れ電場による電気力線を形成することができ、液晶分子のチルト方向を一義的に制御することができる。

ＴＦＴ１２およびＴＦＴ１１１〜１１３は、絶縁層１５の下に形成され、画素電極１１および第１，２補助電極１０１，１０２は、絶縁層１５上に形成されている。上述の通り、画素電極１１および第１，２補助電極１０１，１０２は、それぞれＴＦＴ１２およびＴＦＴ１１１〜１１３と電気的に接続されている。よって、画素電極１１、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３は、それぞれ独立した信号電位が供給可能である。なお、第３補助電極１０３は、画素電極１１内に配置されているため、画素電極１１を透過する光を遮断しないように、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性導電膜によって形成されている。

一方、対向基板３は、ガラス板や石英板などの透光性絶縁基板（第２絶縁基板）４０、透光性絶縁基板４０上に配置されているカラーフィルタ層４１、および対向電極４２を含んでいる。

また、アレイ基板２および対向基板３の液晶層４と直接接する界面には、液晶分子にそれぞれ基板に対して垂直な方向の配向を与える配向膜５１、５２が形成されている。これにより、液晶分子は、その長軸が基板の界面に対して垂直な方向を向くように配向されている。本実施の形態において、配向膜５１，５２は、それぞれ５０ｎｍ〜９０ｎｍの厚さに、例えばポリイミド配向膜により形成されている。

カラーフィルタ層４１は、透光性絶縁基板４０上の表示領域１０において、各画素２０を区画するブラックマトリクス（図示せず）と、このブラックマトリクスによって囲まれた各画素２０に配置されたカラーフィルタ（図示せず）とを含んでいる。ブラックマトリクスは、アレイ基板２に設けられた走査線Ｙや信号線Ｘなどの配線部に対向するように配置されている。カラーフィルタは、互いに異なる色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。

対向電極４２は、すべての画素２０の画素電極１１、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３と対向するように配置されている。この対向電極４２は、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性導電膜によって形成され、補助容量１３と電気的に接続されている。

上述した構成のアレイ基板２及び対向基板３は、有効表示部１０内に配置された柱状スペーサ（図示せず）によって所定のギャップ、例えば３．５μｍ±０．３μｍのギャップを形成した状態で対向配置され、その周縁部同士が、例えばシール材により貼り合せられている。これにより、液晶分子注入用のセルが形成され、セル内に負の誘電異方性を示す液晶材料（Ｎｎ液晶材料）を注入し封止することにより液晶層４が形成されている。すなわち、液晶層４は、アレイ基板２側の配向膜５１と、対向基板３側の配向膜５２との間に保持されている。これにより、液晶層４に含まれる液晶分子が配向膜５１及び５２による配向制御によって垂直配向された垂直配向モードが構成可能となる。

コントローラ１９により、走査線ドライバ１７からＴＦＴ１２およびＴＦＴ１１１〜１１３を開放する制御がなされると、信号線ドライバ１８から画素電極１１、対向電極４２、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３に所定の電位の電圧が供給される。すなわち、画素電極１１には、電圧電位Ｖ１の第１電圧が供給され、対向電極４２には、電圧電位Ｖ２の第２電圧が供給され、第１補助電極１０１には、電圧電位Ｖ３の第３電圧が供給され、第２補助電極１０２には、電圧電位Ｖ４の第４電圧が供給され、第３補助電極１０３には、電圧電位Ｖ５の第５電圧が供給される。

これら画素電極１１、対向電極４２、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３のそれぞれに供給される第１〜５電圧の電圧電位の関係を制御することにより、液晶層４の液晶分子の配向方向を制御することができる。

なお、図２に示した通り、本実施の形態において、第１偏光制御素子５は、第１偏光板６１および第１位相差板６２を含み、第２偏光制御素子６は、第２偏光板７１および第２位相差板７２を含んでいる。第１位相差板６２及び第２位相差板７２は、例えば、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板である。また、ここで適用される第１偏光板６１および第２偏光板７１は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような偏光板は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。

以下、図４〜６を参照して、上述の液晶表示装置に適用可能な第１の視野角制御モードについて説明する。この第１の視野角制御モードは、一方向のみに視野角特性を示し、これ以外の方向からは表示が見え難い液晶表示装置を実現することができる。この第１の視野角制御モードは、例えば車等に搭載されるカーナビに適用可能であって、運転中に運転手側からの覗き込みを防止するため、助手席側において高い透過率で表示を可能としている。

図４は、第１の視野角制御モードを適用し、液晶層４の液晶分子の配向が同じ揃えられている状態の液晶表示パネルの断面的な概略図を示す。

コントローラ１９により、第１の視野角制御モードが実行されると、画素電極１１に電圧電位Ｖ１＝＋５Ｖの第１電圧が供給され、対向電極４２に電圧電位Ｖ２＝＋９Ｖの第２電圧が供給され、第１補助電極１０１に電圧電位Ｖ３＝−５Ｖの第３電圧が供給され、第２補助電極１０２に電圧電位Ｖ４＝＋９Ｖの第４電圧が供給され、第３補助電極１０３に電圧電位Ｖ５＝＋５Ｖの第５電圧が供給される。

これにより、画素電極１１と第３補助電極１０３との電位差がゼロになるため、図４に示すように、画素電極１１と第３補助電極１０３との間には、電気力線が形成されない。一方、画素電極１１と第１，２補助電極１０１，１０２との間には、電位の大小関係によって誘起された電気力線２０１,２０２が形成される。詳細に説明すると、第１補助電極１０１に供給されている第３電圧の電位Ｖ３は、画素電極１１に供給されている第１電圧の電位Ｖ１よりも小さいため、電位の大きい画素電極１１の方に傾いた電気力線２０１が誘起される。また、画素電極１１に供給されている第１電圧の電位Ｖ１は、第２補助電極１０２に供給されている第４電圧の電位Ｖ４よりも小さいため、電位の大きい第２補助電極１０２の方に傾いた電気力線２０２が誘起される。すなわち、画素電極１１と第１，２補助電極１０１，１０２により誘起された電気力線２０１，２０２は、その傾きが一致している。

このため、液晶層４の液晶分子４０１は、図４および図５に示す通り、すべて同じ方向にチルト方向が制御される。すなわち、液晶層４の配向方向が同じに揃えられる。これにより、液晶分子４０１は、紙面左側Ｌに傾き、図６に示すような視野角コントラストを示す。すなわち、紙面右側Ｒからの一方向のみに視野角特性を示す液晶表示装置を得ることができる。

このように、一方向のみに視野角特性を有する液晶表示装置においては、下記の式１の関係が成立する。なお、上述の通り、Ｖ１〜Ｖ５は、画素電極１１、対向電極４２、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３のそれぞれに供給される第１〜５電圧の電圧電位Ｖ１〜Ｖ５を示す。

Ｖ３＜Ｖ１＝Ｖ５＜Ｖ４＝Ｖ２ … （式１）
また、上記式１の大小関係を逆転させた下記の式２が成り立つことにより、全ての液晶分子４０１が、上記式１が成り立つ状況と逆の方向に傾き、配向方向が同じに揃えられる。

Ｖ３＞Ｖ１＝Ｖ５＞Ｖ４＝Ｖ２ … （式２）
これにより、図示しないが、全ての液晶分子４０１は、紙面右側Ｒに傾き、紙面左側Ｌからの一方向のみに視野角特性を示す液晶表示装置を得ることができる。

次に、図７〜９を参照して、上述の液晶表示装置に適用可能な第２の視野角制御モードについて説明する。この第２の視野角制御モードは、液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインに画素が分割されている液晶層を形成することで、広い視野角を有する液晶表示装置を実現することができる。

図７は、第２の視野角制御モードを適用し、液晶層４の液晶分子の配向が異なる２以上の方向に揃えられている状態の液晶表示パネルの断面的な概略図を示す。

コントローラ１９により、第２の視野角制御モードが実行されると、画素電極１１に電圧電位Ｖ１＝＋５Ｖの第１電圧が供給され、対向電極４２に電圧電位Ｖ２＝＋９Ｖの第２電圧が供給され、第１補助電極１０１に電圧電位Ｖ３＝−５Ｖの第３電圧が供給され、第２補助電極１０２に電圧電位Ｖ４＝−５Ｖの第４電圧が供給され、第３補助電極１０３に電圧電位Ｖ５＝＋９Ｖの第５電圧が供給される。

これにより、図７に示すような、画素電極１１、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３との間に、これらの電位の大小関係によって誘起された電気力線２０３,２０４が形成される。詳細に説明すると、第３補助電極１０３に供給されている第５電圧の電位Ｖ５は、画素電極１１に供給されている第１電圧の電位Ｖ１よりも大きいため、この電位の大小関係によって誘起された電気力線２０３，２０４は、電位の大きい第３補助電極１０３の方にそれぞれ傾いている。よって、第３補助電極１０３よりも紙面右側Ｒの画素電極１１と第３補助電極１０３との間には、紙面左側Ｌに傾く電気力線２０３が形成され、第３補助電極１０３よりも紙面左側Ｌの画素電極１１と第３補助電極１０３との間には、紙面右側Ｒに傾く電気力線２０４が形成される。

また、第１補助電極１０１に供給されている第３電圧の電位Ｖ３は、画素電極１１に供給されている第１電圧の電位Ｖ１よりも小さいため、この電位の大小関係によって誘起された電気力線２０５は、電位の大きい画素電極１１の方に傾いている。また、第２補助電極１０２に供給されている第４電圧の電位Ｖ４は、画素電極１１に供給されている第１電圧の電位Ｖ１よりも小さいため、この電位の大小関係によって誘起された電気力線２０６は、電位の大きい画素電極１１の方に傾いている。

すなわち、それぞれの画素２０において、第３補助電極１０３よりも紙面左側Ｌには、右側Ｒに傾く電気力線２０４，２０５が形成され、第３補助電極１０３よりも紙面右側Ｒには、左側Ｌに傾く電気力線２０３，２０６が形成される。

このため、一画素２０内において、それぞれ、第３補助電極１０３よりも紙面左側Ｌの液晶分子４０３は、全て同じチルト方向に制御され、第３補助電極１０３よりも紙面右側Ｒの液晶分子４０５は、全て同じチルト方向に制御される。すなわち、液晶層４のそれぞれの画素２０は、それぞれが異なる方向に配向する２つのドメインにより２分割されている。これにより、互いに異なる方向に配向している液晶分子４０３，４０５が補償し合い、図９に示すような視野角コントラストを示す。すなわち、全体的に視野角特性を示す視野角の広い液晶表示装置を得ることができる。

このように、全体的に視野角特性を有する広い視野角の液晶表示装置においては、下記の式３の関係が成立する。なお、上述の通り、Ｖ１〜Ｖ５は、画素電極１１、対向電極４２、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３のそれぞれに供給される第１〜５電圧の電圧電位Ｖ１〜Ｖ５を示す。

Ｖ３＝Ｖ４＜Ｖ１＜Ｖ５＝Ｖ２ … （式３）
また、上記式３の大小関係を逆転させた下記の式４が成り立つことにより、液晶分子４０３，４０５が、それぞれ、上記式３が成り立つ状況と逆の方向に傾き、互いに補償し合うチルト方向成分の効果が得られる。

Ｖ３＝Ｖ４＞Ｖ１＞Ｖ５＝Ｖ２ … （式４）
これにより、図示しないが、液晶分子４０３は紙面右Ｒ側に傾き、液晶分子４０５は、紙面左側Ｌに傾き、全体的に視野角特性を示す液晶表示装置を得ることができる。

このように、画素電極１１、対向電極４２、第１，２補助電極１０１，１０２および第３補助電極１０３のそれぞれに供給される第１〜５電圧の電圧電位Ｖ１〜Ｖ５の関係を制御することにより、これらの境界面において、所定の方向に傾く電気力線を形成し、液晶配向を制御することができる視野角制御型の液晶表示素子を実現することができる。このように、配向された液晶分子は、その長軸がガラス基板に対して垂直な方向から特定角度だけ傾斜した配列となり、視野角特性を制御することができる。よって、用途に応じて、全体的に視野角特性を有するモードと、左側だけのみ視野角特性を有するモードと、右側だけのみ視野角特性を有するモードの３つから選択することができる。また、モードが変わっても画素２０の透過率は変化しないため、安定した、高い光透過率を確保することができ、輝度を向上させることができる。さらに、第２の視野角制御モードを利用した液晶表示装置のように、１つの画素２０内の領域において、複数のドメインが形成されることにより、液晶分子の異方性の補償効果が生じ、広い視野角を実現することができる。

また、本発明のように、内部光の出射方向や可視範囲を制御できる視野角制御型の液晶表示装置は、例えば、パソコン、携帯電話、携帯情報端末、カーナビゲーション機器等のディスプレイとして利用されることで、隣からの覗き込みによる画面の盗視を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、第２の視野角制御モードにおいて、全体的に視野角特性を有するモードと、左側だけのみ視野角特性を有するモードと、右側だけのみ視野角特性を有するモードの３つから選択することができると説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、全体的に視野角特性を有するモードと、上側だけのみ視野角特性を有するモードと、下側だけのみ視野角特性を有するモードの３つから選択することができるタイプであってもよい。

また、上述のように、本実施の形態においては、制御できる視野角方向の数を３つとしている。これは、視野角方向の数が増えすぎると、画素電極１１上において分割されるドメインの数および補助電極の数を配向分割されるドメインの数×２倍程度に増やす必要があるため、透過率や信頼性の低下を招くといったトレードオフが生じる問題があるためである。このため、本実施の形態のように、視野角方向の数を３つとすることが、透過率や歩留まりの観点からも適している。

さらに、第１偏光制御素子５は、第１位相差板６２として、上述の１／４波長板に加えて、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与えるいわゆる１／２波長板を含むものであってもよい。同様にして、第２偏光制御素子６は、第２位相差板７２として、上述の１／４波長板に加えて、１／２波長板を含むものであってもよい。これにより、波長による光の透過率の変化を抑えることができる。さらに、視野角を広くする設計の場合には、負の位相差を持つ光学素子を加えてもよい。

なお、本実施の形態において薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ａ−Ｓｉやｐ−Ｓｉ、およびＩＴＯなどの半導体層と、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａなどの金属層と、が重なりあって電気的に作用する素子から構成されている。

また、本実施の形態において、カラーフィルタは、対向基板３側に設けられているが、本発明はこれに限られず、例えば、アレイ基板２上に色表示用のカラーフィルタを造り込む構造（ＣＯＡ）が適用されてもよい。このＣＯＡは、対向基板にカラーフィルタを採用する方式と異なり、基板同士の位置合わせ等の煩わしさがない。

この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図。 図１に示した液晶表示素子の基本構成を示す断面図。 図１，２に示した液晶表示装置に適用可能なアレイ基板を液晶層側から見た概略図。 図１，２に示した液晶表示装置に適用可能な第１の視野角制御方法による液晶表示素子駆動時の液晶分子の配向状態を示す図。 図４に示した配向状態をアレイ基板の液晶層側から見た概略図。 図４、５に示した配向状態の液晶表示装置の視野角コントラストを示す図。 図１，２に示した液晶表示装置に適用可能な第２の視野角制御方法による液晶表示素子駆動時の液晶分子の配向状態を示す図。 図８に示した配向状態をアレイ基板の液晶層側から見た概略図。 図７、８に示した配向状態の液晶表示装置の視野角コントラストを示す図。

符号の説明

１…液晶表示パネル、２…アレイ基板、３…対向基板、４…液晶層、１１…画素電極、１２…ＴＦＴ、１５…絶縁層、２０…画素、２２…スリット、４２…対向電極、１０１…第１補助電極、１０２…第２補助電極、１０３…第３補助電極、１１１…ＴＦＴ、１１２…ＴＦＴ、１１３…ＴＦＴ、６１…第１偏光板、６２…第１位相差板、７１…第２偏光板、７２…第２位相差板、ＢＬ…バックライトユニット。

Claims (10)

1. 第１絶縁基板上に、それぞれ矩形状の画素電極を含む複数の画素がマトリクス状に配置されている第１基板と、
   第２絶縁基板上に、前記複数の画素に対応して共通に設けられている対向電極を備え、前記第１基板と対向して配置されている第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、
   前記画素電極の向かい合う２辺の外側にそれぞれ配置されている第１補助電極および第２補助電極と、
   前記第１補助電極と前記第２補助電極との間に配置されている第３補助電極とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１補助電極、第２補助電極および第３補助電極は、前記画素電極の向かい合う２辺とそれぞれ平行に配置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。
3. 前記第３補助電極は、前記第１補助電極および前記第２補助電極のそれぞれから等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の液晶表示装置。
4. 前記画素電極、前記第１補助電極、前記第２補助電極、および前記第３補助電極に供給される電圧と、この電圧が供給されるタイミングを制御する制御部と、
   前記画素電極、前記第１補助電極、前記第２補助電極、および前記第３補助電極と、それぞれに対応する複数のスイッチング素子を介して接続され、前記制御部からの指示により前記スイッチング素子を制御する走査線駆動部と、
   前記画素電極、前記第１補助電極、前記第２補助電極、および前記第３補助電極と、それぞれに対応する前記複数のスイッチング素子を介して接続され、前記走査線駆動部により開放された前記スイッチング素子と接続されている前記画素電極、前記第１補助電極、前記第２補助電極、あるいは前記第３補助電極に所定の電位の電圧を供給する信号線駆動部とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記画素電極、前記対向電極、前記第１補助電極、前記第２補助電極、および前記第３補助電極のそれぞれに供給される電圧の電位を制御することで、前記液晶層の配向方向を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記画素電極に供給される第１電圧の電位をＶ１、前記対向電極に供給される第２電圧の電位をＶ２、前記第１補助電極に供給される第３電圧の電位をＶ３、前記第２補助電極に供給される第４電圧の電位をＶ４、前記第３補助電極に供給される第５電圧の電位をＶ５とした場合、
   Ｖ３＞Ｖ１＝Ｖ５＞Ｖ４＝Ｖ２ あるいは Ｖ３＜Ｖ１＝Ｖ５＜Ｖ４＝Ｖ２ において、前記液晶層の配向方向を同じに揃えることを特徴とする請求項４あるいは５に記載の液晶表示装置。
7. 前記画素電極に供給される第１電圧の電位をＶ１、前記対向電極に供給される第２電圧の電位をＶ２、前記第１補助電極に供給される第３電圧の電位をＶ３、前記第２補助電極に供給される第４電圧の電位をＶ４、前記第３補助電極に供給される第５電圧の電位をＶ５とした場合、
   Ｖ３＝Ｖ４＞Ｖ１＞Ｖ５＝Ｖ２ あるいは Ｖ３＝Ｖ４＜Ｖ１＜Ｖ５＝Ｖ２ において、前記液晶層の配向方向を２以上の異なる方向に揃えることを特徴とする請求項４あるいは５に記載の液晶表示装置。
8. 前記第３補助電極は、前記画素電極よりも第２絶縁基板に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層は、誘電異方性が負の材料である液晶層を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 第１絶縁基板上に、それぞれ矩形状の画素電極を含む複数の画素がマトリクス状に配置されている第１基板と、
    第２絶縁基板上に、前記複数の画素に対応して共通に設けられている対向電極を備え、前記第１基板と対向して配置されている第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、
    前記画素電極の向かい合う２辺の外側にそれぞれ配置され、前記画素電極に供給される電圧の電位と異なる電圧が供給されることで前記液晶層の配向方向を制御する第１補助電極および第２補助電極と、
    前記第１補助電極と第２補助電極との間に配置され、前記画素電極、前記第１補助電極および前記第２補助電極に供給される電圧の電位と異なる電圧が供給されることで前記液晶層の配向方向を制御する第３補助電極とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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