JP2019528471A - 視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法 - Google Patents

視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法 Download PDF

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Abstract

【課題】広視野角と狭視野角とを簡単に切替えることができ、操作柔軟性と利便性が高く、残像を効果的に改善し、分割画面ムラを回避ことができる視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法を提供する。【解決手段】視野角切替可能な液晶表示装置は、表示パネルを含み、前記表示パネルは、第1基板と、前記第1基板と対向して配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する液晶層と、を備え、前記第2基板上には、共通電極である第1電極と、画素電極である第2電極とが設けられ、前記第1基板上には、視野角の切替を制御するための第3電極が設けられ、前記液晶表示装置は、視野角の切替を行うとき、前記第3電極に周期的な交流電圧を印加し、前記周期的な交流電圧の周期は、前記表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍である。【選択図】図5a

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法に関する。
液晶表示装置(liquid crystal display,LCD)は、高画質、小型、軽量、低駆動電圧、低消費電力、非放射性や低製造コストという利点を有し、フラットパネルディスプレイの主流となっている。
現在、液晶表示装置は、広視野角化に発展する傾向があり、例えば、IPS(In−Plane Switching)方式やFFS(Fringe Field Switching)方式の液晶表示装置がより広視野角を実現することができる。ユーザは、広視野角により、あらゆる方向から完全かつ歪みのない画面を見ることができる。しかし、今日の社会の人々は、プライバシーを守る意識が高まり、自分のことを他人に知られたくないことがある。公共の場で携帯電話を見たりパソコンを閲覧したりするときに、その内容を機密にしておきたいと考えている。したがって、単一の視野角モードのディスプレイは、ユーザのニーズを満たすことができなかった。広視野角のニーズに加えて、覗き見を防止する必要がある場合、ディスプレイ装置を狭視野角モードに切替又は調整することができることが望ましい。
現在、液晶表示装置の広視野角と狭視野角を切替るには、以下の2つの方法が用いられる。1つ目の方法としては、表示画面に覗き見防止フィルムを貼り付ける方法がある。覗き見を防止する必要がある場合、覗き見防止フィルムにより画面を遮蔽して視野角を狭くすることができる。2つ目の方法としては、液晶表示装置に視野角を調節するためのデュアル光源のバックライトシステムを配置する方法である。このデュアル光源のバックライトシステムは、積層された2層の導光板と逆プリズムシートとの組み合わせからなる。トップ層の導光板(LGP−T)と逆プリズムシートとの組み合わせにより、光の方向を変えて光を狭い角度範囲に限定することで、液晶表示装置の狭視野角を実現する一方、ボトム層の導光板(LGP−B)と逆プリズムシートとの組み合わせにより、液晶表示装置の広視野角を実現することができる。
しかしながら、上述した1つ目の方法の問題点は、覗き見防止フィルムを別途用意する必要があるため、使用者にとって非常に不便であり、しかも一枚の覗き見防止フィルムにより1種類の視野角しか実現できず、覗き見防止フィルムを貼り付けた後、視野角が一定であり、狭視野角モードしか実現できず、使用者のニーズに応じて視野角を変更することができないことである。また、上述した2つ目の方法の問題点は、このようなデュアル光源のバックライトシステムは、液晶表示装置の厚さ及びコストを増加させ、液晶表示装置の開発動向である軽薄化を図れないことである。
本発明の目的は、遮蔽フィルムを使用することなく、製品の厚みや製造コストを実質的に増加させることなく、広視野角と狭視野角とを簡単に切替えることができ、操作柔軟性と利便性が高い視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法を提供することにある。
本発明の実施形態に係る視野角切替可能な液晶表示装置は、表示パネルを含み、前記表示パネルは、第1基板と、前記第1基板と対向して配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する液晶層と、を備え、前記第2基板上には、共通電極である第1電極と、画素電極である第2電極とが設けられ、前記第1基板上には、視野角の切替を制御するための第3電極が設けられ、前記液晶表示装置は、視野角の切替を行うとき、前記第3電極に周期的な交流電圧を印加し、前記周期的な交流電圧の周期は、前記表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍である。
また、前記液晶層内の液晶分子は正の液晶分子であり、前記液晶表示装置は、前記第3電極に前記周期的な交流電圧を印加すると、広視野角モードから狭視野角モードに切替される。
また、広視野角モードでは、前記第1電極に直流共通電圧が印加され、前記第3電極に直流電圧が印加され、前記第3電極に印加される直流電圧と前記第1電極に印加される直流共通電圧との電位差が1V未満である。
また、狭視野角モードでは、前記第1電極に直流共通電圧が印加され、前記第3電極に前記周期的な交流電圧が印加され、前記第3電極に印加される前記周期的な交流電圧は、前記第1電極に印加される前記直流共通電圧を中心に上下変動し、前記第3電極に印加される前記周期的な交流電圧と前記第1電極に印加される前記直流共通電圧との電位差が1Vより大きい。
また、前記液晶層内の液晶分子は負の液晶分子であり、前記液晶表示装置は、前記第3電極に前記周期的な交流電圧を印加すると、狭視野角モードから広視野角モードに切替される。
また、狭視野角モードでは、前記第1電極に直流共通電圧が印加され、前記第3電極に直流電圧が印加され、前記第3電極に印加される直流電圧と前記第1電極に印加される直流共通電圧との電位差が1V未満である。
また、広視野角モードでは、前記第1電極に直流共通電圧が印加され、前記第3電極に前記周期的な交流電圧が印加され、前記第3電極に印加される前記周期的な交流電圧は、前記第1電極に印加される前記直流共通電圧を中心に上下変動し、前記第3電極に印加される前記周期的な交流電圧と前記第1電極に印加される前記直流共通電圧との電位差が1Vより大きい。
また、前記周期的な交流電圧の周期は、前記表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の2倍又は4倍である。
また、前記第1基板上には、第4電極がさらに設けられ、前記第4電極は、複数の金属導電ストリップを含み、前記複数の金属導電ストリップは、前記第3電極に電気的に接続される。
また、前記第1基板には、カラーレジスト層と、ブラックマトリクスがさらに設けられ、前記複数の金属導電ストリップは、前記ブラックマトリクスに重ねて配置される。
また、前記第1基板上には、カラーレジスト層がさらに設けられ、前記複数の金属導電ストリップは、交差してメッシュ構造を形成し、ブラックマトリクスを兼ねる。
さらに、本発明の実施形態に係る上記液晶表示装置の視野角切替方法は、ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出する工程と、前記視野角切替要求信号を受信した場合、前記第3電極に、周期が前記表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍である前記周期的な交流電圧を印加する工程と、含む。
また、前記液晶表示装置には、ユーザにより前記液晶表示装置に前記視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタンが設けられる。
さらに、本発明の実施形態に係る視野角切替可能な液晶表示装置は、表示パネルと、検出モジュールと、駆動回路とを含み、前記表示パネルは、第1基板と、前記第1基板と対向して配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する液晶層と、を備え、前記第2基板上には、共通電極である第1電極と、画素電極である第2電極とが設けられ、前記第1基板上には、視野角の切替を制御するための第3電極が設けられ、前記検出モジュールは、ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出するように構成され、前記駆動回路は、前記検出モジュールに信号接続され、前記視野角切替要求信号を受信すると、前記第3電極に周期的な交流電圧を印加するように構成され、前記周期的な交流電圧の周期は、前記表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍である。
また、前記液晶表示装置には、ユーザにより前記液晶表示装置に前記視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタンが設けられ、前記検出モジュールは、前記視野角切替ボタンに信号接続される。
本発明の実施形態に係る視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法は、第1基板上に視野角を制御するための第3電極を配置し、視野角の切替を行うとき、第3電極に周期的な交流電圧を印加することにより、第1基板と第2基板との間に垂直電荷を形成して液晶分子を配向させることができる。その結果、表示パネルの広視野角と狭視野角との簡単な切替を実現することができる。第3電極に印加される周期的な交流電圧の周期は、表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍であることにより、各フレーム画像の表示過程に正極性と負極性の切替を回避することができ、各フレーム画像の表示過程に急激な電圧差変化に起因する分割画面ムラを回避し、画像性能の均一性を向上させることができる。本発明は、遮蔽フィルムを使用することなく、製品の厚みや製造コストを実質的に増加させることなく、広視野角と狭視野角とを簡単に切替えることができ、操作柔軟性と利便性が高く、動画を楽しむと同時にプライバシーを守られる液晶表示装置を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の広視野角モードでの構成を示す概略図である。 図1における液晶表示装置の狭視野角モードでの構成を示す概略図である。 図1における液晶表示装置の第2基板を示す概略回路図である。 比較例による第3電極に出力される交流電圧の波形を示す概略図である。 比較例による第3電極に出力される交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される他の交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される他の交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される他の交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第3電極に印加される他の交流電圧の波形を示す概略図である。 本発明による第4電極の異なるパターン構成を示す概略図である。 本発明による第4電極の異なるパターン構成を示す概略図である。 本発明による第4電極の異なるパターン構成を示す概略図である。 本発明による第4電極が第1基板内の異なる位置における構成を示す概略図である。 本発明による第4電極が第1基板内の異なる位置における構成を示す概略図である。 本発明による第4電極が第1基板内の異なる位置における構成を示す概略図である。 本発明による第4電極が第1基板内の異なる位置における構成を示す概略図である。 本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の狭視野角モードでの構成を示す概略図である。 図12における液晶表示装置の広視野角モードでの構成を示す概略図である。 本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置の平面構成を示す概略図である。 本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置の平面構成を示す概略図である。 本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置を示す概略ブロック図である
本発明の目的、技術手段及び利点をより明らかにするために、以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の広視野角モードでの構成を示す概略図である。図2は、図1における液晶表示装置の狭視野角モードでの構成を示す概略図である。図1及び図2に示すように、液晶表示装置は、表示パネル10を含み、表示パネル10は、第1基板11と、第1基板11と対向して配置される第2基板12と、第1基板11と第2基板12との間に位置する液晶層13と、を備える。
一般的に、ユーザが液晶表示装置の画面を異なる視野角から見ると、視野角が広がるにつれて画像の輝度が低下する。従来のツイステッドネマティック(Twisted Nematic,TN)方式の液晶表示装置では、共通電極及び画素電極がそれぞれ上下2つの異なる基板上に形成され、液晶分子が基板に垂直な平面内で回転する。しかし、TN方式の液晶表示装置では、2つの基板の表面位置に近い液晶分子が互いに直交して配置されているため、TN方式の液晶表示装置の視野角が狭くなってしまう。広視野角を実現するために、IPS(In−Plane Switching)方式やFFS(Fringe Field Switching)方式の液晶表示装置が開発されている。IPS方式やFFS方式の液晶表示装置では、共通電極及び画素電極が同一の基板(即ち、TFTアレイ基板)上に形成され、液晶分子が基板に略平行な平面内で回転するので、より広い視野角が得られる。
本実施形態の液晶表示装置は、共通電極及び画素電極が同一の基板(即ち、TFTアレイ基板)上に形成されるIPS方式やFFS方式などの液晶表示装置に適用される。共通電極と画素電極との間に表示用の電界を印加すると、液晶分子は、基板に対して略平行な平面内で回転して、より広い視野角が得られる。本実施形態において、FFS方式を例にして液晶表示装置を説明する。
本実施形態において、第1基板11は、カラーフィルタ基板であり、第2基板12は、薄膜トランジスタアレイ基板である。第1基板11の液晶層13と反対側の面に第1偏光板111が設けられ、第2基板12の液晶層13と反対側の面に第2偏光板121が設けられ、第1偏光板111と第2偏光板121の光透過軸方向(図示せず)は、互いに垂直である。
本実施形態において、第2基板12は、液晶層13と対向する表面に、ゲート絶縁層122、絶縁保護層123、第1電極124、絶縁ギャップ層125、及び第2電極126を備えている。ゲート絶縁層122は、第2基板12の液晶層13と対向する表面上に形成され、絶縁保護層123は、ゲート絶縁層122上に位置し、第1電極124は、絶縁保護層123上に形成され、絶縁ギャップ層125は、第1電極124上に形成され、第2電極126は、絶縁ギャップ層125上に形成される。ただし、本発明は、これに限定されず、必要に応じて各層間の構造や順序を適宜調整することができる。
本実施形態において、第1基板11は、液晶層13と対向する表面に、カラーレジスト層112と、ブラックマトリクス(BM)113と、第1平坦層114と、第3電極115と、第4電極116と、第2平坦層117とが設けられる。カラーレジスト層112及びブラックマトリクス113は、第1基板11の液晶層13と対向する表面に形成され、第1平坦層114は、カラーレジスト層112及びブラックマトリクス113を覆い、第3電極115は、第1平坦層114上に形成され、第4電極116は、第3電極115上に形成され、ブラックマトリクス113に重ねて配置され、第4電極116は、第3電極115に電気的に接続され、第2平坦層117は、第3電極115上に形成され、第4電極116を覆う。ただし、本発明は、これに限定されず、各層間の構造や順序を適宜調整することができる。
カラーレジスト層112は、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を形成するサブ画素(sub−pixel)にそれぞれ対応する、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーレジスト材料を含む。ブラックマトリクス113は、赤色、緑色、青色のサブ画素間に位置し、隣接するサブ画素がブラックマトリクス113によって離隔される。第1平坦層114は、カラーレジスト層112及びブラックマトリクス113の表面を平坦化する役割を果たし、第2平坦層117は、第4電極116の表面を平坦化する役割を果たす。
第1電極124、第2電極126及び第3電極115は、インジウムスズ酸化物(ITO)又はインジウム亜鉛酸化物(IZO)などの透明材質で製作されてもよい。第1電極124は、画面を表示するときに共通電圧(即ち、Vcom)を印加するための共通電極(common electrode)である。第2電極126は、各サブ画素SP(図3参照)内に形成される画素電極(pixel electrode)である。第3電極115は、視野角の切替を行うように表示パネル10を制御するための視野角制御電極である。
本実施形態において、第2電極126は、絶縁ギャップ層125を介して第1電極124上に位置するが、これに限定されない。他の実施形態では、第2電極126と第1電極124との位置を入れ替えてもよい。また、IPS方式の液晶表示装置を用いる場合、第1電極124及び第2電極126は、同一層に位置して互いに絶縁的に離隔してもよい。
図3は、図1における液晶表示装置の第2基板を示す概略回路図である。図3を参照すると、第2基板12には、走査線127と、データ線128とがさらに設けられる。複数の走査線127及び複数のデータ線128は、互いに交差してアレイ状に配列された複数のサブ画素SPを画定して形成する。各サブ画素SP内には、画素電極(即ち、第2電極126)と、薄膜トランジスタ(TFT)129が設けられる。薄膜トランジスタ129は、走査線127とデータ線128とが交差する位置の近傍に配置される。各薄膜トランジスタ129は、ゲート、ソース及びドレイン(図示せず)を含む。ゲートは、対応する走査線127に電気的に接続され、ソース及びドレインは、対応する画素電極(即ち、第2電極126)に電気的に接続される。
図1及び図3を併せて参照すると、ゲート絶縁層122は、第2基板12の液晶層13と対向する表面に形成され、走査線127及び薄膜トランジスタ129のゲートを覆い、絶縁保護層123は、ゲート絶縁層122上に位置し、データ線128及び薄膜トランジスタ129のソースとドレインを覆う。絶縁ギャップ層125は、第1電極124(即ち、共通電極)と第2電極126(即ち、画素電極)とを絶縁するようにこれらの間に位置している。
本実施形態では、液晶層13の液晶分子が正の液晶分子であり、正の液晶分子は、応答が速いという利点がある。図1に示すように、初期状態(即ち、表示パネル10に電圧が印加されていない状態)において、液晶層13内の正の液晶分子は、基板11,12に略平行な横臥姿勢を呈し、正の液晶分子の長軸方向は、基板11,12の表面に略平行である。実際の応用では、液晶層13内の正の液晶と基板11,12とが非常に小さな初期プレチルト角を有してもよい。この初期プレチルト角は、10度以下、即ち、0度≦θ≦10度の範囲にあってもよい。
第3電極115は、表示パネル10を制御して広視野角と狭視野角との切替を行うように構成される。第3電極115に異なる制御電圧を印加することにより、広視野角モードと狭視野角モードとを切替ることができる。
図1を参照すると、第1電極124に直流共通電圧(DC Vcom)が印加され、第3電極115にも直流電圧が印加され、第3電極115に印加される直流電圧と、第1電極124に印加される直流共通電圧との電位差が小さい場合(例えば、1V未満)には、第3電極115と第1電極124との間のバイアス電圧が小さいため、液晶分子は、傾斜角度がほとんど変化せず、横臥姿勢のままである。同一の基板(即ち、第2基板12)上の画素電極(即ち、第2電極126)と共通電極(即ち、第1電極124)との間に形成される横電界によって、基板11,12と平行な平面内で回転し、液晶分子は、強い横電界の作用により広視野角モードを実現する。
図2を参照すると、第1電極124に直流共通電圧(DC Vcom)が印加され、第3電極115に周期的な交流電圧が印加され、第3電極115に印加される周期的な交流電圧は、第1電極124に印加される直流共通電圧を中心に上下変動し、第3電極115に印加される周期的な交流電圧と、第1電極124に印加される直流共通電圧との電位差が大きい場合(例えば、1Vより大きい)には、第1基板11上の第3電極115と第2基板12上の第1電極124との間には大きなバイアス電圧が存在するため、2つの基板11,12の間に強い垂直電界が形成される(図2の矢印Eに示す)。正の液晶分子は、電場の作用により電気力線に平行な方向に沿って回転するので、その垂直電界の作用により液晶分子が配向して、液晶分子と基板11,12との間の傾斜角度が大きくなり、液晶分子が横臥姿勢から傾斜姿勢に変化する。これにより、表示パネル10の画面の斜め方向には、位相遅延により液晶分子を通過した光と上下の偏光板111,121とが一致せず、光漏れが発生する。これにより、表示パネル10の斜め方向から画面を見た場合、画面上のコントラストが低下して視認性に影響を与え、狭視野角モードを実現することができる。即ち、本実施形態では、第1基板11の第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は広視野角モードから狭視野角モードに切替わる。
しかし、図4aに示すように、狭視野角モードに切替える場合には、第3電極115に印加される電圧が、上記周期的な交流電圧ではなく、振幅の大きい直流電圧であれば、第1基板11上の第3電極115と、第2基板12上の第1電極124との間に生じる電位差は常に同じ方向であり、第1基板11と第2基板12との間に生じる、液晶分子を配向させる垂直電界Eの方向が変わらないため、直流残留を生成し残像を生じやすく、画像性能が悪い。そこで、本実施形態では、狭視野角モードに切替える場合には、第3電極115に印加される電圧を、振幅の大きい直流電圧ではなく、周期的な交流電圧にする必要がある。このようにして、垂直電界Eの方向が変化するので、視野角の切替を実現するとともに、直流残留による残像問題を回避し、画像性能を向上させることができる。
図4bに示すように、狭視野角モードに切替える場合には、第3電極115に印加される周期的な交流電圧波形の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像(frame)のリフレッシュ周期T1と等しい場合(即ち、T2=T1)、このとき、第1基板11と第2基板12との間で液晶分子を配向させる垂直電界Eの方向は、第3電極115に印加される交流電圧の極性の切替によって変動するが、各フレーム画像の表示過程において、第3電極115上の交流電圧は、極性が切替わる際に急激な電圧差変化(図4bにおける楕円の点線枠に示す)が生じる。各フレーム画像の表示過程に正極性と負極性の切替が発生するため、正極性と負極性が切替わると、電圧差変化が急激に大きくなり、分割画面ムラが発生しやすくなる。
本実施形態では、図5a及び図5bに示すように、狭視野角モードに切替える場合、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の偶数倍である(即ち、T2=2*n*T1、ここで、nは正の整数、好ましくはn=1,2)。
言い換えると、本実施形態では、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の周波数をf2とし、表示パネル10の画面リフレッシュ周波数(即ち、フレームレート)をf1とした場合、f1=2*n*f2である。また、T1=1/(f1)、T2=1/(f2)、単位はs(秒)である関係を有する。例えば、表示パネル10の画面リフレッシュ周波数(即ち、フレームレート)を60Hzとする場合、各フレーム画像のリフレッシュ周期T1は1/60秒である。
図5aに示すように、狭視野角モードに切替えると、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の2倍であってもよい(即ち、T2=2*T1)。
図5bに示すように、狭視野角モードに切替える場合、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の4倍であってもよい(即ち、T2=4*T1)。
図5a及び図5bに示すように、狭視野角モードに切替える場合、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の波形は矩形波であってもよいが、これに限定されない。図6a〜図6dに示すように、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の波形は、台形の矩形波(図6aに示す)、正弦波(図6bに示す)、三角波(図6cに示す)、のこぎり波(図6d)又は他の波形であってもよい。
本実施形態では、狭視野角モードに切替える場合、第3電極115に印加される電圧は、周期的な交流電圧であり、第3電極115に印加される周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の偶数倍、例えば、2倍又は4倍である。図5a及び図5bに示すように、第3電極115に印加される交流電圧信号は、各フレーム画像の表示過程に正極性と負極性の切替を回避することができ、各フレーム画像の表示過程に急激な電圧差変化に起因する分割画面ムラを回避することができる。本実施例において、隣接する2フレーム画像間には、ブランク期間(blanking time)T3が設けられ、ブランク期間T3は、隣接する2フレーム画像の遷移期間である。第3電極115に印加される交流電圧信号は、ブランク期間T3において正極性と負極性の切替を行うように選択する(ブランク期間T3において第3電極115に印加される電圧及び波形に対して要求しなくてもよい)ことができるので、上述したような分割画面ムラを回避することができ、画像性能の均一性を向上させることができる。
図1に示すように、第1基板11上の第3電極115に電圧信号を印加するために、第3電極115は、表示パネル10の周辺非表示領域において、導電性ペースト90を介して第1基板11から第2基板12に導通し、駆動回路20よって電圧信号が第2基板12に供給され、第2基板12から導電性ペースト90を介して、第1基板11の第3電極115に電圧信号が印加される。さらに、周辺非表示領域において第2平坦層117に貫通孔117aが形成されて第3電極115を露出させることにより、導電性ペースト90は、貫通孔117aを介して第3電極115との電気的接続が容易になる。
第1基板11上に配置される視野角の切替を制御するための第3電極115は、ITO、IZOなどの透明導電性材質によって製作される。ITO、IZOの抵抗が一般的に大きいため、第3電極115の抵抗負荷が大きくなり、信号伝送時に信号遅延が大きくなり、伝送中に電圧波形が歪み、波形歪や信号減衰により表示画質が異常になることがある。本実施形態では、第1基板11上に、第3電極115に電気的に接続される第4電極116がさらに設けられる。第4電極116は、Mo、Al、Au、Ag、Cuなどの抵抗率の低い金属からなる。第4電極116は、複数の帯状の金属導電ストリップ116aを含む。これらの金属導電ストリップ116aは、走査線127及び/又はデータ線128の位置する方向に沿って延びる。また、これらの金属導電ストリップ116aは、ブラックマトリクス113に重ねて配置され、即ち、ブラックマトリクス113の直下に位置し、ブラックマトリクス113によって覆われている。好ましくは、金属導電ストリップ116aの線幅は、これらの金属導電ストリップ116aがブラックマトリクス113によって完全に覆われるように、ブラックマトリクス113の線幅よりも小さく形成される。金属導電ストリップ116aは、金属で製作され、透光性を有しないが、ブラックマトリクス113の直下に位置するとともに、ブラックマトリクス113によって覆われるので、各サブ画素SPの開口率や透過率がこれらの金属導電ストリップ116aの影響を受けない。
図7aを参照すると、これらの金属導電ストリップ116aは、各走査線127の位置する方向に延びている。好ましくは、金属導電ストリップ116aは、走査線127と同じ数を有し、即ち、各金属導電ストリップ116aは、1本の走査線127に対応し、隣接する2つの金属導電ストリップ116aは、互いに1行のサブ画素の幅だけ離間するように配置される。
或いは、図7bを参照すると、これらの金属導電ストリップ116aは、各データ線128の位置する方向に沿って延びている。好ましくは、金属導電ストリップ116aは、データ線128と同じ数を有し、即ち、各金属導電ストリップ116aは、1本のデータ線128に対応し、隣接する2つの金属導電ストリップ116aは、互いに1列のサブ画素の幅だけ離間するように配置される。
或いは、図7cを参照すると、これらの金属導電ストリップ116aは、各データ線128及び各走査線127の位置する方向に沿って延びている。即ち、これらの金属導電ストリップ116aは、互いに交差してメッシュ(mesh)構造を形成する。好ましくは、データ線128の位置する方向に沿って延びる金属導電ストリップ116aは、各データ線128が1つの金属導電ストリップ116aが対応して設けられるように、データ線128と同じ数を有し、走査線127の位置する方向に沿って延びる金属導電ストリップ116aは、各走査線127が1つの金属導電ストリップ116aに対応するように、走査線127と同じ数を有する。また、これらの金属導電ストリップ116aの交差によって形成されるメッシュ構造は、ブラックマトリクス113と同じパターン構成を有する。
第1基板11にこれらの金属導電ストリップ116aの具体的な位置は、限定されず、必要に応じて調節することができる。図1に示すように、これらの金属導電ストリップ116aは、第3電極115の下面に形成され、第3電極115と直接電気的に接続される。
或いは、図8に示すように、第1基板11は、液晶層13と対向する表面に、カラーレジスト層112と、ブラックマトリクス(BM)113と、第1平坦層114と、第4電極116と、第3電極115と、第2平坦層117とが設けられる。図8と図1との相違点は、第4電極116の複数の帯状の金属導電ストリップ116aが第3電極115の上面に形成され、第3電極115と直接電気的に接続される点である。
或いは、図9に示すように、第1基板11は、液晶層13と対向する表面に、カラーレジスト層112と、ブラックマトリクス(BM)113と、第4電極116と、第1平坦層114と、第3電極115と、第2平坦層117とが設けられる。図9と図1との相違点は、第4電極116の複数の帯状の金属導電ストリップ116aがブラックマトリクス113の下面に形成され、第1平坦層114がカラーレジスト層112及び金属導電ストリップ116aを覆い、第4電極116と第3電極115との間に第1平坦層114によって離隔されるが、第1平坦層114に貫通孔114aが設けられ、第3電極115が貫通孔114aに充填されることで、第4電極116の複数の金属導電ストリップ116aが第3電極115と電気的に接続される点である。
或いは、図10に示すように、第1基板11は、液晶層13と対向する表面に、カラーレジスト層112と、ブラックマトリクス(BM)113と、第3電極115と、第4電極116と、平坦層118とが設けられる。図10と図1との相違点は、カラーレジスト層112と第3電極115との間の平坦層の配置が省略され、カラーレジスト層112及びブラックマトリクス113が第3電極115によって覆われる点である。
或いは、図11に示すように、第1基板11は、液晶層13と対向する表面にカラーレジスト層112と、第4電極116と、第3電極115と、平坦層118とが設けられる。図11と図1との相違点は、第4電極116の複数の帯状の金属導電ストリップ116aが互いに交差してメッシュ構造を形成し、ブラックマトリクス(BM)を兼ね、元のブラックマトリクス(BM)113が省略され、カラーレジスト層112と第3電極115との間の平坦層の配置が省略され、カラーレジスト層112及び第4電極116が第3電極115によって覆われる点である。
本実施形態において、第1基板11上に金属からなる第4電極116が配置される。第4電極116の複数の金属導電ストリップ116aは、表示パネル10全体に分布し、第3電極115と電気的に接続される。金属導電ストリップ116aは、抵抗が小さく、導電性が強いので、第3電極115の補助導電線として用いることができる。金属導電ストリップ116aと第3電極115とを電気的に接続することにより、第3電極115のインピーダンスを下げ、第3電極115の導電性を向上させることができる。単一の第3電極115によって電圧信号の伝送と比較して、強い導電性を有するので、電圧信号伝送中に信号遅延が比較的に小さく、伝送中に電圧波形が歪まないことを保証することができる。これにより、波形歪みや信号減衰に起因する表示画質が異常になることを回避することができる。
[第2の実施形態]
図12は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の狭視野角モードでの構成を示す概略図である。図13は、図12における液晶表示装置の広視野角モードでの構成を示す概略図である。図12及び図13を参照すると、本実施形態と上記第1の実施形態との主な相違点は、本実施形態の液晶層13は、負の液晶分子を用いることである。技術の進歩に伴い、負の液晶の性能が大幅に向上し、応用が普及している。図12に示すように、初期状態(即ち、表示パネル10に電圧が印加されていない状態)において、液晶層13内の負の液晶分子は、基板11,12に対して初期プレチルト角を有し、即ち、負の液晶分子は、基板11,12に対して傾斜姿勢を呈している。電圧の印加によって形成される電界の作用により、負の液晶分子の長軸は、電気力線の方向に垂直な方向に向かって配向する。
図12を参照すると、第1電極124に直流共通電圧(DC Vcom)が印加され、第3電極115にも直流電圧が印加され、第3電極115に印加される直流電圧と、第1電極124に印加される直流共通電圧との電位差が小さい場合(例えば、1V未満)には、第3電極115と第1電極124との間のバイアス電圧が小さいため、液晶分子は、傾斜角度がほとんど変化せず、傾斜姿勢のままである。液晶層13における液晶分子のプレチルト角が大きいため、表示パネル10の画面の斜め方向には、位相遅延により液晶分子を通過した光と上下の偏光板111,121とが一致せず、光漏れが発生する。これにより、表示パネル10の斜め方向から画面を見た場合、画面上のコントラストが低下して視認性に影響を与え、狭視野角モードを実現することができる。
図13を参照すると、第1電極124に直流共通電圧(DC Vcom)が印加され、第3電極115に周期的な交流電圧が印加され、第3電極115に印加される周期的な交流電圧は、第1電極124に印加される直流共通電圧を中心に上下変動し、第3電極115に印加される周期的な交流電圧と、第1電極124に印加される直流共通電圧との電位差が大きい場合(例えば、1Vより大きい)には、第1基板11上の第3電極115と第2基板12上の第1電極124との間には大きなバイアス電圧が存在するため、2つの基板11,12の間に強い垂直電界が形成される(図13の矢印Eに示す)。負の液晶分子は、電場の作用により電気力線に垂直な方向に沿って回転するので、その垂直電界の作用により液晶分子と基板11,12との間の傾斜角度が小さくなるように配向する。液晶分子の傾斜角度が小さくなって基板11,12に略平行な横臥姿勢になると、表示パネル10の画面の斜め方向では、光漏れ現象が相応に低減するにつれて、表示パネル10の視野角が広がり、広視野角モードを実現する。即ち、本実施形態では、第1基板11の第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は狭視野角モードから広視野角モードに切替わる。
なお、本実施形態の他の構成については、上記第1の実施形態を参照し、ここでは詳細な説明を省略する。
[第3の実施形態]
本発明に係る液晶表示装置の視野角切替方法は、上記視野角切替可能な液晶表示装置に対して視野角の切替を行うように用いられ、ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出する工程と、視野角切替要求信号を受信した場合、第3電極115に、周期T2が表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の偶数倍である周期的な交流電圧を印加する工程と、含む。
好ましくは、周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期の2倍又は4倍である。周期的な交流電圧の波形は、矩形波、台形の矩形波、正弦波、三角波、のこぎり波又は他の波形であってもよい。
好ましくは、周期的な交流電圧は、第1電極124に印加される直流共通電圧(即ち、DC Vcom)を中心に上下変動し、周期的な交流電圧と直流共通電圧との電位差が1Vより大きい。
表示パネル10の液晶層13における液晶分子は、正の液晶分子であってもよい。このとき、第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は、広視野角モードから狭視野角モードに切替わる。
表示パネル10の液晶層13における液晶分子は、負の液晶分子であってもよい。このとき、第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は、狭視野角モードから広視野角モードに切替わる。
図14a及び図14bに示すように、液晶表示装置には、ユーザにより視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタン30が設けられる。液晶表示装置は、第3電極115に電圧信号を印加するための駆動回路20をさらに含む。
視野角切替ボタン30は、物理ボタン(図14aに示す)であってもよい。このとき、視野角切替ボタン30は、液晶表示装置の筐体外に突出するように配置され、ユーザがタッチなどで液晶表示装置に対して視野角切替要求信号を送信することができる。視野角切替ボタン30は、視野角の切替機能を実現するためのソフトウェア制御又はアプリケーション(APP)であってもよい(図14bに示すように、スライダーをタッチすることで広視野角と狭視野角を設定する)。
図1及び図2に示す液晶表示装置を例に説明すると、通常の状態では、液晶表示装置は広視野角モードで動作する。覗き見を防止するために狭視野角モードに切替える必要がある場合、ユーザは、視野角切替ボタン30を操作して視野角切替要求信号を送信する。視野角切替要求信号を受信した場合、駆動回路20は、第3電極115に大きな振幅の周期的な交流電圧を印加することにより、第1基板11上の第3電極115と第2基板12上の第1電極124との間に電位差が生じ、第1基板11と第2基板12との間に強い垂直電界Eが生じる。これにより、液晶分子が垂直電界Eによって配向し、狭視野角モードに切替わることを実現することができる。狭視野角での表示が不要な場合、ユーザは、視野角切替ボタン30を再度操作し、駆動回路20により第3電極115に印加される交流電圧をキャンセルすることで、広視野角での表示に戻すことができる。
したがって、液晶表示装置は、視野角の切替を制御する視野角切替ボタン30を設けることにより、高い操作柔軟性と利便性を有する。
[第4の実施形態]
図15に示すように、本発明に係る視野角切替可能な液晶表示装置は、上記表示パネル10(第1の実施形態参照)と、検出モジュール40と、駆動回路20とを含む。表示パネル10は、第1基板11と、第1基板11と対向して配置される第2基板12と、第1基板11と第2基板12との間に位置する液晶層13と、を備える。第2基板12上には、共通電極である第1電極124と、画素電極である第2電極126とが設けられ、第1基板11上には、視野角の切替を制御するための第3電極115が設けられる。検出モジュール40は、ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出するように構成される。駆動回路20は、検出モジュール40に信号接続され、視野角切替要求信号を受信すると、第1基板11上の第3電極115に周期的な交流電圧を印加するように構成される。周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期T1の偶数倍である。
好ましくは、周期的な交流電圧の周期T2は、表示パネル10の各フレーム画像のリフレッシュ周期の2倍又は4倍である。周期的な交流電圧の波形は、矩形波、台形の矩形波、正弦波、三角波、のこぎり波又は他の波形であってもよい。
好ましくは、周期的な交流電圧は、第1電極124に印加される直流共通電圧(即ち、DC Vcom)を中心に上下変動し、周期的な交流電圧と直流共通電圧との電位差が1Vより大きい。
表示パネル10の液晶層13における液晶分子は、正の液晶分子であってもよい。このとき、第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は、広視野角モードから狭視野角モードに切替わる。
表示パネル10の液晶層13における液晶分子は、負の液晶分子であってもよい。このとき、第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加すると、液晶表示装置は、狭視野角モードから広視野角モードに切替わる。
さらに、液晶表示装置には、ユーザにより視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタン30が設けられる。検出モジュール40は、視野角切替ボタン30に接続される。ユーザが視野角切替ボタン30を介して液晶表示装置に視野角切替要求信号を送信すると、検出モジュール40は、ユーザによって送信された視野角切替要求信号を検出して駆動回路20に伝送し、駆動回路20は、第3電極115に上記周期的な交流電圧を印加する。
上述したように、本発明の上記実施形態に係る視野角切替可能な液晶表示装置及び視野角切替方法は、第1基板上に視野角を制御するための第3電極を配置し、視野角の切替を行うとき、第3電極に周期的な交流電圧を印加することにより、第1基板と第2基板との間に垂直電荷を形成して液晶分子を配向させることができる。その結果、表示パネルの広視野角と狭視野角との簡単な切替を実現することができる。第3電極に印加される周期的な交流電圧の周期は、表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍であることにより、各フレーム画像の表示過程に正極性と負極性の切替を回避することができ、各フレーム画像の表示過程に急激な電圧差変化に起因する分割画面ムラを回避し、画像性能の均一性を向上させることができる。本発明は、遮蔽フィルムを使用することなく、製品の厚みや製造コストを実質的に増加させることなく、広視野角と狭視野角とを簡単に切替えることができ、操作柔軟性と利便性が高く、動画を楽しむと同時にプライバシーを守られる液晶表示装置を実現することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明にあっては種々の変形が可能であって、かかる変形は、特許請求の範囲内に含まれる変形である限り本発明の保護範囲に含まれる。
本発明の実施形態において、第1基板上に視野角を制御するための第3電極を配置し、視野角の切替を行うとき、第3電極に周期的な交流電圧を印加することにより、第1基板と第2基板との間に垂直電荷を形成して液晶分子を配向させることができる。その結果、表示パネルの広視野角と狭視野角との簡単な切替を実現することができる。第3電極に印加される周期的な交流電圧の周期は、表示パネルの各フレーム画像のリフレッシュ周期の偶数倍であることにより、各フレーム画像の表示過程に正極性と負極性の切替を回避することができ、各フレーム画像の表示過程に急激な電圧差変化に起因する分割画面ムラを回避し、画像性能の均一性を向上させることができる。本発明は、遮蔽フィルムを使用することなく、製品の厚みや製造コストを実質的に増加させることなく、広視野角と狭視野角とを簡単に切替えることができ、操作柔軟性と利便性が高く、動画を楽しむと同時にプライバシーを守られる液晶表示装置を実現することができる。

Claims (15)

  1. 第1基板(11)と、前記第1基板(11)と対向して配置される第2基板(12)と、前記第1基板(11)と前記第2基板(12)との間に位置する液晶層(13)と、を備える表示パネル(10)を含む視野角切替可能な液晶表示装置であって、
    前記第2基板(12)上には、共通電極である第1電極(124)と、画素電極である第2電極(126)とが設けられ、
    前記第1基板(11)上には、視野角の切替を制御するための第3電極(115)が設けられ、
    前記液晶表示装置は、視野角の切替を行うとき、前記第3電極(115)に周期的な交流電圧を印加し、
    前記周期的な交流電圧の周期(T2)は、前記表示パネル(10)の各フレーム画像のリフレッシュ周期(T1)の偶数倍であることを特徴とする視野角切替可能な液晶表示装置。
  2. 前記液晶層(13)内の液晶分子は正の液晶分子であり、前記液晶表示装置は、前記第3電極(115)に前記周期的な交流電圧を印加すると、広視野角モードから狭視野角モードに切替されることを特徴とする請求項1に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  3. 広視野角モードでは、前記第1電極(124)に直流共通電圧が印加され、前記第3電極(115)に直流電圧が印加され、前記第3電極(115)に印加される直流電圧と前記第1電極(124)に印加される直流共通電圧との電位差が1V未満であることを特徴とする請求項2に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  4. 狭視野角モードでは、前記第1電極(124)に直流共通電圧が印加され、前記第3電極(115)に前記周期的な交流電圧が印加され、前記第3電極(115)に印加される前記周期的な交流電圧は、前記第1電極(124)に印加される前記直流共通電圧を中心に上下変動し、前記第3電極(115)に印加される前記周期的な交流電圧と前記第1電極(124)に印加される前記直流共通電圧との電位差が1Vより大きいことを特徴とする請求項2に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  5. 前記液晶層(13)内の液晶分子は負の液晶分子であり、前記液晶表示装置は、前記第3電極(115)に前記周期的な交流電圧を印加すると、狭視野角モードから広視野角モードに切替されることを特徴とする請求項1に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  6. 狭視野角モードでは、前記第1電極(124)に直流共通電圧が印加され、前記第3電極(115)に直流電圧が印加され、前記第3電極(115)に印加される直流電圧と前記第1電極(124)に印加される直流共通電圧との電位差が1V未満であることを特徴とする請求項5に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  7. 広視野角モードでは、前記第1電極(124)に直流共通電圧が印加され、前記第3電極(115)に前記周期的な交流電圧が印加され、前記第3電極(115)に印加される前記周期的な交流電圧は、前記第1電極(124)に印加される前記直流共通電圧を中心に上下変動し、前記第3電極(115)に印加される前記周期的な交流電圧と前記第1電極(124)に印加される前記直流共通電圧との電位差が1Vより大きいことを特徴とする請求項5に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  8. 前記周期的な交流電圧の周期(T2)は、前記表示パネル(10)の各フレーム画像のリフレッシュ周期(T1)の2倍又は4倍であることを特徴とする請求項1に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  9. 前記第1基板(11)上には、第4電極(116)がさらに設けられ、前記第4電極(116)は、複数の金属導電ストリップ(116a)を含み、前記複数の金属導電ストリップ(116a)は、前記第3電極(115)に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  10. 前記第1基板(11)には、カラーレジスト層(112)と、ブラックマトリクス(113)がさらに設けられ、前記複数の金属導電ストリップ(116a)は、前記ブラックマトリクス(113)に重ねて配置されることを特徴とする請求項9に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  11. 前記第1基板(11)上には、カラーレジスト層(112)がさらに設けられ、前記複数の金属導電ストリップ(116a)は、交差してメッシュ構造を形成し、ブラックマトリクスを兼ねることを特徴とする請求項9に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の前記液晶表示装置の視野角切替方法は、
    ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出する工程と、
    前記視野角切替要求信号を受信した場合、前記第3電極(115)に、周期(T2)が前記表示パネル(10)の各フレーム画像のリフレッシュ周期(T1)の偶数倍である前記周期的な交流電圧を印加する工程と、含むことを特徴とする液晶表示装置の視野角切替方法。
  13. 前記液晶表示装置には、ユーザにより前記液晶表示装置に前記視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタン(30)が設けられることを特徴とする請求項12に記載の液晶表示装置の視野角切替方法。
  14. 表示パネル(10)と、検出モジュール(40)と、駆動回路(20)とを含み、
    前記表示パネル(10)は、第1基板(11)と、前記第1基板(11)と対向して配置される第2基板(12)と、前記第1基板(11)と前記第2基板(12)との間に位置する液晶層(13)と、を備え、
    前記第2基板(12)上には、共通電極である第1電極(124)と、画素電極である第2電極(126)とが設けられ、
    前記第1基板(11)上には、視野角の切替を制御するための第3電極(115)が設けられ、
    前記検出モジュール(40)は、ユーザが視野角切替を行うための視野角切替要求信号を送信するか否かを検出するように構成され、
    前記駆動回路(20)は、前記検出モジュール(40)に信号接続され、前記視野角切替要求信号を受信すると、前記第3電極(115)に周期的な交流電圧を印加するように構成され、
    前記周期的な交流電圧の周期(T2)は、前記表示パネル(10)の各フレーム画像のリフレッシュ周期(T1)の偶数倍であることを特徴とする視野角切替可能な液晶表示装置。
  15. 前記液晶表示装置には、ユーザにより前記液晶表示装置に前記視野角切替要求信号を送信するための視野角切替ボタン(30)が設けられ、
    前記検出モジュール(40)は、前記視野角切替ボタン(30)に信号接続されることを特徴とする請求項14に記載の視野角切替可能な液晶表示装置。
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