JP2007178895A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白画素を設ける必要がなく、上下左右方向に視野角調整を行うことのできる液晶表示装置を得る。
【解決手段】ｎ型液晶による液晶分子が傾くように配向制御されたＲＧＢの各画素の集合からなる表示画面を有する液晶表示装置であって、上下方位および左右方位にｎ型液晶による液晶分子が傾くように配向制御された視野角制御画素２０をさらに備える。視野角制御画素２０に電圧を印加することにより、左右方向および上下方向からの両方の視野に対する表示を白くすることができ、正面以外からの視野に対して秘匿性を有する表示が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、視野角制御を可能とする液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に、ｎ型液晶を用いたものに関する。

液晶表示装置、特にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）を用いた液晶表示装置が、広く携帯電話から大型テレビにまで採用されている。このような中で、個人的に使用するような表示装置にあっては、使用している本人には見えるが、横から覗き込んでも見えないような表示装置が要求されている。特に、ある時には表示画面を多人数で共有し、ある時には個人でのみ使用できるようなものが望まれている。

図６は、秘匿モードを有する従来の液晶表示装置の説明図である。このような背景のもとに、その一例として、図６に示すような秘匿モードを有するディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図６において、液晶パネルを裏側から照らすバックライトとしては、指向性の強いものが使用されている。そして、通常の液晶パネルとこの指向性バックライトとの間に、散乱状態および非散乱状態を切り替えられる、例えば、ポリマー分散型液晶パネル（散乱非散乱スイッチ層）が設けられている。

散乱層が非散乱状態の場合には、バックライトからの光は、正面にしか照射されないため、斜めからは表示を見ることができない。一方、散乱層が散乱状態の場合には、バックライトの光は、斜め方向にも照射されるため、斜めから表示を見ることができ、表示を複数人で共有することができる。この場合には、通常の液晶パネルとは別に、特別な液晶パネルを設けることが必要であるため、高価になってしまうという問題が生じていた。

この問題を解決するための方策として、垂直配向型液晶表示装置を利用する方法が提案されている。以下に、その基本原理を図７〜図１０を用いて説明する。図７は、垂直配向型液晶表示装置を正面から見たときの液晶分子の様子を示した図である。図７（ａ）の電圧無印加状態において、液晶分子は垂直配向しており、図７（ｂ）のように電圧が印加されると、液晶分子は上方向に傾く場合を示している。ポラライザとアナライザとは、それぞれ、上下方位および左右方位にその吸収軸を向けている。

図７（ａ）は、電圧無印加の垂直配向した液晶パネルを正面から見た場合を示している。液晶分子の複屈折は発現せず、全く光は漏れない。一方、図７（ｂ）は、電圧印加された液晶パネルを正面から見た場合である。液晶分子の光軸は、ポラライザの吸収軸と平行であり、結果、やはり複屈折は発現せず、全く光は漏れない。

これに対して、図８は、垂直配向型液晶表示装置を斜めから見たときの液晶分子の様子を示した図である。図８（ａ）に示したように、電圧無印加の場合には、液晶分子の軸は、アナライザの吸収軸に平行に見えるので、光は漏れてこない。一方、図８（ｂ）に示したように、電圧印加の場合には、液晶分子の軸は、ポラライザやアナライザの軸からずれることとなり、複屈折が発現されて光が漏れてくる。

この光の漏れを利用すると、この左右方向では表示コントラストが極端に落ちることになり、横方向から表示を見ても何が書いてあるか分からなくなる。従って、この現象を利用して表示の秘匿性をコントロールすることができる。

図９は、表示の秘匿性をコントロールするための具体的な構成を示した図である。図９において、１つの画素の中には、ＲＧＢの副画素に加えて、白（Ｗ）の副画素が設けられている。また、図１０は、図９における各副画素の液晶分子の配列状態を示した図である。図１０に示すように、この白の画素の部分の液晶分子の配向状態を、他のＲＧＢとは異なり、上下方位にしている。

これにより、白画素の部分に電圧を印加しない場合には、この部分は全く表示には寄与しないので、通常の表示が実現される。一方、白画素の部分に電圧が印加された場合には、白表示が前面に左右方位にて行われることになる。その結果、このディスプレイのコントラストが左右視角方位にて低下することとなり、他人に表示を見られる恐れが軽減される。

次に、コモン電極の形状をくの字状にすることにより、視野角の改善を図った従来のＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置について説明する。図１１は、従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。さらに、図１２は、従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の電圧印加による液晶分子の動作の説明図である。

図１１に示すように、この液晶表示装置においては、液晶の倒れる向きを規定するために、くの字上のコモン電極が形成されている。そして、液晶分子は、電圧無印加状態では、図１２（ａ）に示すように、垂直方向を向いている。一方、液晶分子は、電圧印加状態では、図１２（ｂ）に示すように、コモン電極による斜め電界の影響で決められた方向、すなわち、コモン電極の伸びる方向と垂直な方向に倒れる。これにより、くの字と対応する２方向に液晶を倒すことが可能となり、良好な視野角を持つ液晶表示装置が実現される。

特開平５−７２５２９号公報（第１頁、図１）

しかしながら、従来の液晶表示装置にあっては、次のような課題がある。第１の課題として、白画素を設ける構成になっているが、白樹脂を新たに設ける必要があり、駆動が従来と異なってしまう。また、第２の課題として、コモン電極をくの字状にすることにより、特定方向の視認性を改善することは可能となるが、状況に応じて秘匿性を有する表示とすることができない。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、白画素を設ける必要がなく、上下左右方向に視野角調整を行うことのできる液晶表示装置およびその製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、ｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御されたＲＧＢの各画素の集合からなる表示画面を有する液晶表示装置であって、上下方位および左右方位にｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御された視野角制御画素をさらに備えるものである。

本発明によれば、ｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御されたＲＧＢの各画素とともに、上下方位および左右方位にｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御された視野角制御画素をさらに形成することにより、白画素を設ける必要がなく、上下左右方向に視野角調整を行うことのできる液晶表示装置を得ることができる。

以下、本発明の液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置のＲＧＢ各画素の平面図である。図１におけるＲＧＢそれぞれの画素は、円形状にくり抜かれた画素電極１１と、コモン電極とを備えている。画素電極１１が円形状にくり抜かれているため、図１におけるコモン電極は、円形状に見えている。このように、本発明における画素電極１１の形状は、ｎ型液晶による液晶分子が種々の方向に傾くように円形状にくりぬかれている。この詳細については、図３を用いて後述する。

また、本発明の液晶表示装置は、ＲＧＢ画素とは別に、視野角の制御を行うための視野角制御画素２０をさらに有している。この視野角制御画素２０は、上下方位および左右方位にｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御され、ＲＧＢ画素とは別個の視野角制御線（図示せず）を介して制御電圧が印加される。そして、視野角制御画素２０内には、左右方位のコモン電極２１ａが設けられた領域と、上下方向のコモン電極２１ｂが設けられた領域の両方が併存している。

本発明においては、ｎ型液晶を採用しており、このｎ型液晶の場合には、マスクラビングをしなくても図１に示したようなコモン電極２１ａ、２１ｂの両方を１つの視野角制御画素内に併存させることができる。この結果、視野角制御線を介してこの視野角制御画素２０に制御電圧を印加することにより、前後左右に液晶分子を倒せることとなり、視野角制御が可能となる。

図１に示したように、視野角制御画素２０は、ＲＧＢ画素とは別個の視野角制御線を介して印加電圧が供給される。そして、視野角制御画素２０用の独立コモン線である視野角制御線を透明電極で形成することにより、開口率を大きく取れるメリットが得られる。また、コモン線が独立していることから、視野角制御画素２０の印加電圧を任意の波形として入力することが可能となる。

また、図２は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置のＲＧＢ各画素の別の平面図である。図２においては、視野角制御画素２０内のコモン電極２１ａ、２１ｂの配置が、図１とは異なっている。図１および図２に示したように、視野角制御画素２０内のコモン電極２１ａ、２１ｂは、横方向に併存させることも、縦方向に併存させることも可能であり、同様の効果を得ることができる。

また、視野角制御画素２０は、表示には直接寄与せず、表示情報を見にくくするために寄与するものである。従って、この視野角制御画素２０に対向するカラーフィルタ基板側には、着色層を設ける必要がないというメリットもある。

次に、ＲＧＢ各画素の電圧の印加／無印加状態における液晶分子の動作について、まず説明する。図３は、本発明の実施の形態１における円形状にくり抜かれた画素電極１１を有する各ＲＧＢ画素での液晶分子の動作の説明図である。

電圧が印加されていない場合には、図３（ａ）に示すように、液晶は、垂直に立った状態である。従って、その画素の表示は、黒いままとなる。このような黒画面においては、正面、および正面以外の斜め視角においても同様に、黒画面として認識されることとなる。

一方、電圧が印加された場合には、図３（ｂ）に示すように、液晶分子は、円形状にくり抜かれた画素電極１１による電界の影響で決められた方向に、すなわち、円形状にくり抜かれた画素電極１１の外円周近傍では、外円周と垂直な方向に倒れる。従って、正面、および正面以外の斜め視角においても、３６０度に渡って白画面表示が視認できることとなる。

それぞれのＲＧＢ画素に、上述のような円形状にくり抜かれた画素電極１１が形成され、さらに、表示を行いたい画素に電圧を印加することにより、全方位の視野に対する表示を白くすることができる。これにより、各ＲＧＢ画素は、正面、および正面以外の斜め視角においても、３６０度に渡る視認性を有するカラー表示が可能となる。

次に、視野角制御画素２０における電圧の印加／無印加状態での液晶分子の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御画素２０での液晶分子の動作の説明図である。

左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御画素２０において、電圧が印加されていない場合には、図４（ａ）に示すように、液晶は、水平の状態である。従って、視野角制御画素２０の表示は、黒いままとなり、全体の表示には影響を与えない。これは、正面、上下左右、斜め視角においても同様で、ＲＧＢ画素による表示自体は、全く自然に使えることとなる。

一方、左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御画素２０において、電圧が印加された場合には、図４（ｂ）に示すように、液晶分子は、コモン電極の中央部およびコモン電極間の中央部で、垂直に立った状態となる。従って、左右方向からみた場合には、左右方位のコモン電極２１ａが入った部分は、明るく光が抜けてくることとなる。逆に、上下方向から見た場合には、左右方位のコモン電極２１ａが入った部分は、光が漏れてこないこととなる。

これに対して、上下方位のコモン電極２１ｂを有する視野角制御画素２０において、電圧が印加された場合には、図４（ｂ）とは９０度異なる方向において、液晶分子は、コモン電極の中央部およびコモン電極間の中央部で、垂直に立った状態となる。従って、左右方向からみた場合には、上下方位のコモン電極２１ｂが入った部分からは、光が漏れてこないこととなる。逆に、上下方向から見た場合には、上下方位のコモン電極２１ｂが入った部分は、明るく光が抜けてくることとなる。

その結果、視野角制御画素２０に電圧を印加した状態において、左右方向からの視野に対しては、左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御領域は白、上下方位のコモン電極２１ｂを有する視野角制御領域は黒として認識されることとなる。逆に、上下方向からの視野に対しては、左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御領域は黒、上下方位のコモン電極２１ｂを有する視野角制御領域は白として認識されることとなる。

そして、これらのパターンがＲＧＢ画素による通常の表示パターンに重なることとなり、それぞれの画素において、左右方向および上下方向からパターンを見た場合には、何が書いてあるのか分からなくすることができ、表示情報に秘匿性を持たせることができる。

上述のように、それぞれのＲＧＢ画素に対応する視野角制御画素２０には、左右方位のコモン電極２１ａを有する画素と上下方位のコモン電極２１ｂを有する画素が併存していることから、視野角制御画素２０に電圧を印加することにより、左右方向および上下方向からの両方の視野に対する表示を白くすることができる。これにより、正面以外からの視野に対して秘匿性を有する表示が可能となる。

図５は、本発明の実施の形態１における視野角制御画素２０の電圧印加による視野角依存の輝度分布を示す図である。視野角制御画素２０に電圧が印加されていない場合には、正面と上下左右からの斜め方向ともに、輝度は黒画面に相当する輝度になる。一方、視野角制御画素２０に電圧が印加された場合には、正面は黒であるが、上下左右からの斜め方向は光が抜けてきて明るくなる。

この結果、斜め方向のみに光が漏れてくるので斜め方向から見ると表示されている画面を認識しづらくなり、情報に秘匿性を持たせることが可能となる。ｎ型液晶において、各ＲＧＢ画素に円形状にくり抜かれた画素電極１１を用いることにより、全方位の視認性を改善することができる。さらに、本発明による視野角制御画素２０を有することにより、上下および左右方向に対する情報秘匿性を備えることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、ＲＧＢ画素とは独立した視野角制御画素を備えることにより、ｎ型液晶において円形状にくり抜かれた画素電極を用いて全方位の視認性を改善した際にも、上下左右方向に視野角調整を行うことのできる液晶表示装置を得ることができる。

さらに、同一の視野角制御画素内に、左右方位と上下方位のコモン電極を併存させることができ、それぞれのＲＧＢ画素ごとに上下左右方向に情報の秘匿性を持たせた液晶表示装置を実現できる。さらに、視野角制御画素に対向するカラーフィルタ基板には、着色層を設ける必要がなく、コスト削減を図ることも可能となる。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置のＲＧＢ各画素の平面図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置のＲＧＢ各画素の別の平面図である。 本発明の実施の形態１における円形状にくり抜かれた画素電極を有する各ＲＧＢ画素での液晶分子の動作の説明図である。 本発明の実施の形態１における左右方位のコモン電極を有する視野角制御画素での液晶分子の動作の説明図である。 本発明の実施の形態１における視野角制御画素の電圧印加による視野角依存の輝度分布を示す図である。 秘匿モードを有する従来の液晶表示装置の説明図である。 垂直配向型液晶表示装置を正面から見たときの液晶分子の様子を示した図である。 垂直配向型液晶表示装置を斜めから見たときの液晶分子の様子を示した図である。 表示の秘匿性をコントロールするための具体的な構成を示した図である。 図９における各副画素の液晶分子の配列状態を示した図である。 従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。 従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の電圧印加による液晶分子の動作の説明図である。

符号の説明

１１ 画素電極、２０ 視野角制御画素、２１ａ、２１ｂ コモン電極。

Claims (2)

1. ｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御されたＲＧＢの各画素の集合からなる表示画面を有する液晶表示装置であって、
   上下方位および左右方位にｎ型液晶による液晶分子が傾くように制御された視野角制御画素をさらに備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記視野角制御画素に対向する基板上にカラーフィルタによる着色層を設けないことを特徴とする液晶表示装置。

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