JP4759913B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特にプライバシーの保護に寄与することが可能な液晶表示装置と、これを表示部として備えた電子機器に関するものである。

一般に、ワードプロセッサやコンピュータ等に備えられた液晶表示装置には、表示の明るさ、コントラスト比、視野角の広さ等が要求され、これらの特性が高いほど作業がしやすく、また作業による疲労を低減することができる。このため、このような液晶表示装置では、視野角を広げるために、１ドット内に突起や電極スリット等を形成して配向分割を行なっている（特許文献１〜３参照）。
特開２００２−４０４２８号公報 特開２００１−２３５７５１号公報 特許第３３９８０２５号公報

しかしながら、当該液晶表示装置のユーザにとって、特に携帯電話用途等では、視角を制限してプライバシーを保護してほしいという要求もある。例えば携帯電話等では、ユーザは表示部を横方向から見ることは殆どなく、表示部を正面或いは下側に傾けて見ることが多い。このため、上下方向から見た場合は高輝度な表示が得られつつ、横方向からは視認が困難となるような液晶表示装置が望まれている。
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、配向分割構造を採用して上下方向の視野角を広げつつ、左右方向の視野角を制限することが可能な液晶表示装置と、これを表示部に備えた電子機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、対向する一対の円偏光板の間に、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなる液晶層を備えた液晶表示装置であって、上記液晶層が以下の条件、即ち、１つのドット領域内で液晶分子が少なくとも１方向で配向分割されており、上記方向に配向される液晶分子の割合とこれ以外の方向に配向される液晶分子の割合が２：１以上で且つ上記液晶層のリタデーションΔｎｄが０．４＜Δｎｄ＜１．０となる条件を満たすように構成されたことを特徴とする。

配向分割型の液晶表示装置では、１ドット領域内に配された突起や電極スリット等の液晶配向制御手段によって、電圧印加時の液晶の主たる配向方向（上記１方向）を規定することができる。例えば、画素電極に上下方向に延在するスリットを形成した場合、１ドット内の液晶分子は電圧印加時に上記スリットを挟んで左右に配向分割されることとなる。この配向分割が主に１方向のみで行なわれる場合には、その方向とこれに垂直な方向とで表示の視角特性が異なったものとなる。例えば上述の例では、配向分割は主に左右方向で行なわれるため、左右方向の視角特性と上下方向の視角特性とは異なる。本発明者はこの視角特性と液晶層のリタデーションΔｎｄとの関係を調べ、以下の事実を見出した（この点については後述の［発明を実施するための最良の形態］で詳述する）。

（１）リタデーションΔｎｄを変化させると、主たる配向方向（第１の方向；上述の例では左右方向）に平行な方向の視角特性のみが大きく変化され、それに垂直な方向（第２の方向；上述の例では上下方向）の視角特性は殆ど変化しない。例えばΔｎｄが大きくなると第１の方向から見た表示の輝度は小さくなり、逆にΔｎｄが小さくなると第１の方向の表示輝度は大きくなる。
（２）Δｎｄが０．４〜０．５の間で第１の方向の表示輝度が大きく変化し、Δｎｄが０．４以下では第１の方向及び第２の方向の視角特性に殆ど差が生じなくなる。
（３）Δｎｄが０．７以上になると第１の方向と第２の方向の間で表示輝度が増加に転じる方向ができ始め、Δｎｄが１以上になると第２の方向以外の大部分の方向で表示輝度が大きくなり、視角制限効果が得られなくなる。

したがって、Δｎｄの範囲を０．４＜Δｎｄ＜１．０とした上記本発明の構成によれば、配向分割の効果によって第２の方向（例えば上下方向）の視認性を高めつつ、これ以外の方向（例えば第１の方向；左右方向）の視角を制限して横から覗かれにくくすることができる。特に、Δｎｄが０．４５＜Δｎｄ＜０．７を満たすように構成することで、良好な視角制限効果が得られるようになる。

なお、本発明は、透過型の液晶表示装置だけでなく、１ドット領域内に透過表示を行なう透過表示領域と反射表示を行なう反射表示領域とが設けられた半透過反射型の液晶表示装置に対しても適用することができる。この場合、少なくとも上記透過表示領域の液晶層が上記条件を満たすようにすれば、透過表示時において良好な視角制限効果が得られるようになる。

また、本発明の電子機器は上述の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。これにより、第３者に対する情報の秘匿性の高い表示部を備えた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。

図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板のドット内の構造を示す平面図、図３は同液晶装置の断面構造を示す図である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００では、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットに、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置１００を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０上には複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。

容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。

より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。

また、１つのドット領域内には液晶の配向方向を制御するための液晶配向制御手段２１が設けられている。この液晶配向制御手段２１の具体的な形態としては、例えば画素電極９に形成したスリットや画素電極上に設けた突起等を挙げることができる。この液晶配向制御手段２１はデータ線６ａに平行な方向（Ｙ軸方向）に長軸を有し、電圧印加時の液晶の配向方向を主として走査線３ａに平行な方向（Ｘ軸方向）に規定している。すなわち、電圧印加時に液晶が主としてＸ軸方向で配向分割されるようになっている。

一方、断面構造を見ると、本実施形態の液晶表示装置１００は、図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持された構成をなしている。
ＴＦＴアレイ基板１０には、石英，ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）に、液晶層５０への電圧印加手段としての画素電極９、液晶層５０の初期配向状態を基板１０に垂直方向に規定する配向膜２３が順に形成されている。また、対向基板２５には、石英，ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの内面側に、電圧印加手段としての共通電極３１、液晶層５０の初期配向状態を基板２５に垂直方向に規定する配向膜３２が順に形成されている。一方、基板本体１０Ａの外面側には１／４位相差板４３，偏光板４４が積層され、基板本体２５Ａの外面側には１／４位相差板４１，偏光板４２が順に積層されている。そして、各基板に設けられた１／４位相差板，偏光板によってそれぞれ本発明の円偏光板が構成されている。なお、図３中、符号６４はバックライトを示している。

ところで、本実施形態では横からの覗き込みを防止するために、視角を制限したい方向に対して液晶の主たる配向方向（配向分割の方向；本実施形態ではＸ軸方向）を最適に設定している。具体的には、視角を制限したい方向と液晶の主たる配向方向（Ｘ軸方向）を一致させている。また、視角の制限効果をより高めるために、１ドット領域内において当該方向に配向される液晶分子の割合を全体の２／３以上とし、更に、液晶層５０のリタデーションΔｎｄを０．４＜Δｎｄ＜１．０の範囲に設定している。

以下、シミュレーション結果を用いてこれらのパラメータと視角制限効果との関係について説明する。
図４，図５は液晶層５０の視角特性を示す図であり、電圧印加時（白表示時）においてバックライト６４から光を出射し、視角を対向基板２５の法線方向に対して０°の位置（垂直方向）から９０°の位置まで振った時の受光角（測定角）と明るさ（透過光量）との関係を示している。図４は液晶分子がＸ軸方向にのみ配向分割され、Ｙ軸方向に配向されない場合（即ち、２ドメインに配向分割された場合）の視角特性を示しており、図５は図１０に示すように各方位に均一に配向制御を行なった場合の視角特性を示している。なお、図４，図５の（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ液晶層のリタデーションΔｎｄを０．４〜１．０まで変化させたときの視角特性を示している。また、図中、符号Ａで示す領域が最も透過光量が大きい領域であり、符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・で示す領域は、この順に透過光量が小さくなっている。

図４，図５に示すように、液晶が均一に配向したものでは液晶層のリタデーションΔｎｄが大きくなると視角が全方位で均一に狭まっていくが、２ドメイン状態のものではリタデーションΔｎｄが大きくなると上下方向（Ｙ軸方向）の明るさは殆ど変らずに左右方向（Ｘ軸方向）のみが暗くなっていく。そして、Δｎｄが０．８を超えると広角側に明るい部分ができ始め、Δｎｄが１．０になると左右方向以外の大部分の方向で透過光量が大きくなり、視角制限効果が得られなくなる。具体的には、図４において正面の４０％近くまで明るい領域ができる。

図６は、２ドメイン構造のものにおいて左右方向の明るさがΔｎｄによってどのように変化するかを示した図であり、この図からΔｎｄが０．７以上で広角側に反転が起き始めているのがわかる。また、Δｎｄが０．４〜０．５で左右方向の視角制限が大きく変化しており、これらのことから、好ましいΔｎｄの範囲は０．４＜Δｎｄ＜１．０、より好ましくは０．４５＜Δｎｄ＜０．７であることがわかる。

図７は、左右方向以外の方向（例えばＹ軸方向）に配向制御部分がある場合（図２はその一例になっている）の白表示の視角特性を示している。なお、比較として、液晶分子が左右方向にのみ配向する場合（２ドメイン構造を採る場合）、液晶分子が全方位に等方的に配向する場合についてそれぞれ図８，図９に示す。
図７は１ドット領域内において左右方向に配向する液晶分子とその他の方向に配向する液晶分子との割合が１０：６となる場合について示している。この場合、図９に示した全方位に等方的に配向制御された場合に比べて一定の視角制限効果が認められるものの、左右方向にのみ配向制御された図８の場合に比べると制限が大きく緩和されている。このことから、配向制御は全体の３分の２以上が左右方向にされる（即ち、左右方向に配向される液晶分子の割合とこれ以外の方向に配向される液晶分子の割合とが２：１以上である）ことが望ましい条件となる。

以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、表示を正面方向或いは上下方向（Ｙ軸方向）に傾けた状態で見た場合には高コントラストで反転表示の少ない表示を可能としつつ、横方向（Ｘ軸方向）から表示を見た場合には表示を低コントラストで視認困難とすることができる。このため、使用者に対する視認性を配向分割の効果によって十分に確保しながら、横からの覗き込みを排除することができる。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１１は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１１において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。本例の携帯電話は表示部に上述の液晶表示装置を備えているため、使用者には視認性に優れた表示を供する一方、他人からは覗き見されづらいプライバシーを重視した電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では液晶表示装置を透過型の構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば本発明を１ドット領域内に透過表示を行なう透過表示領域と反射表示を行なう反射表示領域とが設けられた半透過反射型の液晶表示装置に適用することも可能である。この場合、少なくとも透過表示領域の液晶層が上記条件、即ち、１つのドット領域内で液晶分子が少なくとも１方向（例えば左右方向）で配向分割されており、上記方向に配向される液晶分子の割合とこれ以外の方向（例えば上下方向）に配向される液晶分子の割合が２：１以上で且つ上記液晶層のリタデーションΔｎｄが０．４＜Δｎｄ＜１．０（特に０．４５＜Δｎｄ＜０．７）となる条件を満たすようにすれば、透過表示時において良好な視角制限効果が得られるようになる。

また、上記実施形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、スイッチング素子としてＴＦＤを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置の他、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の等価回路図。 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。 同、液晶表示装置の断面構造を示す図。 同、液晶表示装置において液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させたときの透過率分布を示す図。 同、液晶表示装置において液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させたときの透過率分布を示す図。 同、液晶表示装置の左右方向における視角特性を示す図。 同、液晶表示装置において液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させたときの透過率分布を示す図。 同、液晶表示装置において液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させたときの透過率分布を示す図。 同、液晶表示装置において液晶層のリタデーションΔｎｄを変化させたときの透過率分布を示す図。 液晶を等方的に配向制御した場合の１ドットの平面構成を示す図。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。

符号の説明

１０…ＴＦＴアレイ基板、２５…対向基板、５０…液晶層、１００・・・液晶表示装置、１０００…電子機器

Claims (4)

1. 対向する一対の円偏光板の間に、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなる液晶層を備えた液晶表示装置であって、
   上記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板に、該一方の基板上において所定の方向に長軸を有し、該長軸と直交する方向に上記液晶の配向方向を制御する液晶配向制御手段が設けられ、
   前記液晶配向制御手段の長軸は、視野角を広げる方向と一致し且つ視野角を制限する方向と直交しており、
   上記液晶層が以下の条件、即ち、１つのドット領域内で液晶分子が少なくとも上記液晶配向制御手段によって上記長軸と直交する方向で配向分割されており、上記長軸と直交する方向に配向される液晶分子の割合がこれ以外の方向に配向される液晶分子の割合に対して２倍以上で且つ上記液晶層のリタデーションΔｎｄが０．４μｍ＜Δｎｄ＜１．０μｍとなる条件を満たすように構成されたことを特徴とする、液晶表示装置。
2. １ドット領域内に透過表示を行なう透過表示領域と反射表示を行なう反射表示領域とが設けられ、少なくとも上記透過表示領域の液晶層が上記条件を満たすように構成されたことを特徴とする、請求項１記載の液晶表示装置。
3. 上記リタデーションΔｎｄが０．４５μｍ＜Δｎｄ＜０．７μｍを満たすことを特徴とする、請求項１又は２記載の液晶表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする、電子機器。

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