JP4817080B2 - 水平駆動型液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、水平駆動型液晶ディスプレイ装置、すなわち、基板に平行な面で液晶分子の配向を変更するよう前記基板の上下に電極を設けられた画素の配列を有する液晶ディスプレイ装置に関する。

通常、表示装置、特に液晶ディスプレイ装置では、様々な角度から表示を見ることができるよう、広い視野角が要求される。しかし、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又は携帯型ゲーム機若しくはＤＶＤ再生機等の携帯機器では、使用者本人を除く第三者に表示内容を見られることを嫌う場面が多々存在する。よって、近年、使用する場面に応じて有効表示視野角を変更可能な液晶ディスプレイ装置が開発されてきている。

有効表示視野角を変更する最も簡単な方法として、例えば、液晶表示部に偏光特性を利用したシールを貼る方法がある。また、電気的に有効表示視野角を変更する方法としては、例えば、ＶＡ（Virtical Alignment）、ＴＮ（Twisted Nematic）又はＥＣＢ（Electrically Controlled Birefrigence）のような垂直配向型液晶ディスプレイ装置においてガンマ特性の変化を利用する方法や、例えば、特表２００７−５０３６０３号公報（特許文献１）に開示されるような、視野角制御用の一対のパネルを備えた表示装置等が考えられている。
特表２００７−５０３６０３号公報

一方、ＩＰＳ（In-Plane Switching）又はＦＦＳ（Fringe Field Switching)のような水平駆動型（又は横電界方式）の液晶ディスプレイ装置では、ほぼ理想的なガンマ特性（γ＝２．２）が保たれるので、垂直配向型のようにガンマ特性の変化を利用して有効表示視野角を変更することはできないという問題がある。

本発明は、この問題を鑑み、有効表示視野角を変更可能な水平駆動型液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の水平駆動型液晶ディスプレイ装置は、複数の画素を有し、夫々の画素は基板において第１の電極及び第２の電極を有し、前記第１の電極は、前記基板に平行な方向を有する電界を発生させて液晶分子の配向を変更するよう前記第２の電極と反対の位置にある水平駆動型液晶ディスプレイ装置であって、夫々の画素は、前記液晶分子を含む液晶層を挟んで前記基板に対向する第３の電極を有し、前記第１の電極及び前記第３の電極は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向に電界を発生させることができる。

このように基板に対して垂直方向の電界を発生させることが可能な構造とすることで、有効表示視野角を変更したい場合に液晶分子の配向を水平方向のみならず垂直方向にも変更可能となる。液晶の配向が垂直方向に関して変更されることで視角特性が悪くなり、結果として有効表示視野角が狭まる。

本発明の水平駆動型液晶ディスプレイ装置の１つの実施例において、夫々の画素は２以上のサブ画素を有し、前記２以上のサブ画素の少なくとも１つのサブ画素は、前記２以上のサブ画素の少なくとも１つのサブ画素は、前記基板に平行な面で液晶分子の配向を変更するよう前記第１の電極及び前記第２の電極を有し、前記２以上のサブ画素の少なくとも１つの他のサブ画素は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向に電界を発生させるよう前記第１の電極及び前記第３の電極を有する。

本発明の水平駆動型液晶ディスプレイ装置の他の実施例において、前記第１の電極及び前記第２の電極は、夫々、前記基板に平行な面で液晶分子の配向を変更するよう前記基板の上及び下に設けられる。

望ましくは、本発明の液晶ディスプレイ装置は、前記第３の電極へ電圧を供給する前記電源と、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向を有する電界を発生させるよう前記電源から前記第３の電極への電圧供給を制御する前記制御部とを更に有し、前記第３の電極は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向を有する前記電界を発生させる場合を除いて浮遊電位にある。前記制御部は、前記第１の電極と前記第３の電極との間で生ずる電圧差が３ボルト以上になるよう前記電源から前記第３の電極への電圧供給を制御する。

また、前記第１の電極はコモン電極又はピクセル電極であっても良い。

本発明により、有効表示視野角を変更可能な水平駆動型液晶ディスプレイ装置を提供することが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１は、従来の水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。

図１に示される画素１００は、基板１０、液晶層１２、ピクセル電極１４及びコモン電極１６を有する。基板１０の上には、一定の幅を有した複数のピクセル電極１４が、一定間隔で平行に配置されている。一方、基板１０の下には、基板１０の下側表面を覆うようにコモン電極１６が設けられている。液晶層１２は、基板１０及びピクセル電極１４の上に設けられている。液晶ディスプレイ装置は、このような構造を有する複数個の画素がマトリクス状に配置された配列を有する。

基板１０としては、ガラス基板、透明プラスティック基板、又は透明フィルムなどを用いることができる。

ピクセル電極１４及びコモン電極１６としては、ＩＴＯなどの透明電極、又は金属電極などを用いることができる。

ピクセル電極１４及びコモン電極１６は電源１１０へ接続されており、電源１１０がオンされると、ピクセル電極１４とコモン電極１６との間には電位差が生ずる。この電位差により、液晶層１２には、基板１０に対して水平方向に電界（水平方向電界）が生ずる。水平方向電界が発生すると、液晶層１２の液晶分子（図示せず。）の配向は、基板１０に平行な面で変更される。すなわち、液晶分子の垂直方向の配向は、基板１０に対して０度のままである。

コモン電極１６は、基準電位又は接地に接続され得る。コモン電極１６の電位を基準として、電源１１０からピクセル電極１４へ印加される電圧の値は、一般に、０〜４．５ボルトの範囲で変更される。電圧値が変更されると、液晶層１２で発生する水平方向電界の大きさも変わるので、液晶分子の配向も変化する。

図２は、本発明の第１の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。

図２に示される画素２００は、基板２０、液晶層２２、ピクセル電極２４及びコモン電極２６に加えて視野角変更用電極２８を更に有する点で、図１に示される従来の画素１００の構造とは相違する。視野角変更用電極２８は、液晶層２２を挟んで基板２０に対向して設けられている。視野角変更用電極２８としては、例えば、ＩＴＯなどの透明電極を用いることができる。

図１に示される従来の画素１００と同じく、ピクセル電極２４及びコモン電極２６は第１の電源２１０へ接続されており、第１の電源２１０がオンされると、ピクセル電極２４とコモン電極２６との間には電位差が生ずる。この電位差により、液晶層２２には水平方向電界が生ずる。その結果、液晶層２２の液晶分子（図示せず。）の配向は、基板２０に平行な面で変更される。

視野角変更用電極２８は第２の電源２２０へ接続されている。第２の電源２２０から視野角変更用電極２８への電圧供給は、制御部２３０によって制御される。制御部２３０は、ユーザ入力から視野角変更を要求する信号を受け取って、第２の電源２２０をオンすることができる。第２の電源２２０がオンされていない状態、すなわち、通常表示時では、視野角変更用電極２８は浮遊電位にある。また、制御部２３０は、視野角変更用電極２８とピクセル電極２４との間の電位差が３ボルト以上となるように、第２の電源２２０の供給電圧を変更することができる。上述したように、第１の電源２１０からピクセル電極２４へ印加される電圧の値は、コモン電極２６の電位を基準として、一般に０〜４．５ボルトの範囲で変更される。この場合に、第２の電源２１０から視野角変更用電極２８へ印加される電圧の値は、同じくコモン電極２６の電位を基準として、少なくとも３〜７．５ボルトの範囲で変更される。代替的に、ピクセル電極２４及びコモン電極２６の配置は逆にされても良い。この場合には、コモン電極２６は一定の基準電位又は接地に接続されているから、視野角変更用電極２８へ印加される電圧は、コモン電極２６の電位に対して３ボルト以上の一定電位であれば良く、変更される必要はない。

視野角変更用電極２８とピクセル電極２４又はコモン電極２６との間の電位差により、液晶層２２には、基板２０に対して垂直方向に電界（垂直方向電界）が生ずる。垂直方向電界が発生すると、液晶層２２の液晶分子（図示せず。）の配向は、基板２０に対して傾きを有することとなる。

一般に、水平駆動型液晶ディスプレイの透過率Ｔは、以下の式で表される：
Ｔ＝ｓｉｎ^２（Δｎｄ／λ・π）・ｓｉｎ^２（２Φ）
ここで、Δｎｄは、液晶分子の配向状態（一般に「リタデーション」とも呼ばれる。）を示し、以下の式で表される：
Δｎｄ＝（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）・ｄ
ｎ_ｅは液晶分子の長軸方向に平行な屈折率であり、ｎ_ｏは長軸方向に垂直な屈折率であり、ｄは液晶層の厚さである。Φは液晶のダイレクターと偏光板の吸収軸又は透過軸とのなす角度である。黒を表示させる場合には、Φは０°又は９０°である。

図３は、一般的な水平駆動型液晶ディスプレイの視角特性を説明する図である。

図３において、（ａ）は、液晶ディスプレイ４０ａを正面から見た場合の液晶分子４２ａと偏光板との間の位置関係を示す。この場合には、図から明らかなように、Φは０°又は９０°のままである。（ｂ）は、液晶分子４２ｂが基板に対して平行に配向している場合について、液晶ディスプレイ４０ｂを斜めから視た場合の液晶分子４２ｂと偏光板との間の位置関係を示す。このとき、液晶分子４２ｂと偏光板との間の位置関係は、液晶ディスプレイ４０ｂを正面から視た場合と比してほとんど変化しないため、視角特性は非常に優れている。しかし、液晶分子が基板に対してある角度のプレチルトを持って配向した場合には、液晶ディスプレイを正面から視た場合のΦは０°又は９０°のままであるが、（ｃ）に示されるように、斜めから視た場合にはその関係が崩れ、ガンマ特性が理想値から外れ、視角特性が悪くなる。すなわち、有効表示視野角は狭まることとなる。

ここで、視野角変更用電極２８とピクセル電極２４又はコモン電極２６との間の電位差が３ボルト以上に設定される理由について説明する。

図４は、液晶層に垂直方向に印加される電圧Ｖと透過率Ｔとの関係を表したグラフである。平行に配置した偏光板の間に液晶層が挟まれた構造で、液晶分子と偏光板のなす角度は４５°であるとする。液晶分子が基板に対して傾きを有し始める閾値電圧は約２ボルトである。液晶分子が基板に垂直になるように動くに従って、透過率Ｔも上がる。そして、印加電圧が約４．５〜５ボルトで透過率Ｔは最大となり、それ以上は印加電圧を上げたとしても、反対に透過率は下がる。透過率Ｔが最大となる場合の液晶分子の傾きをθ_Ｖ１００とし、透過率Ｔが最小（＝０）となる場合の液晶分子の傾きをθ_Ｖ０（≒０度）とする。

このとき、有効表示視野角を変化させる効果が発現する印加電圧Ｖは、液晶分子が以下の式で求まる傾きθ_ｍａｘを有するための電圧値よりも大きくなければならない：
θ_ｍａｘ＝（θ_Ｖ１００＋θ_Ｖ０）／２
一般的に、液晶分子がθ_ｍａｘの傾きを有する場合の印加電圧の値は約３ボルトである。よって、視野角変更用電極２８とピクセル電極２４又はコモン電極２６との間の電位差は３ボルト以上に設定される。また、電位差の上限値は、液晶層に垂直方向に印加される電圧が約４．５〜５ボルトで透過率Ｔは最大となることから、約４．５〜５ボルトで十分であり、それ以上である必要はない。

図５は、本発明の第２の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。

図５に示される画素３００は、第１のサブ画素Ｓ１及び第２のサブ画素Ｓ２を有する。第１のサブ画素Ｓ１は、通常の表示用として用いられ、第２のサブ画素Ｓ２は、視野角を変更する場合にのみ用いられる。

第１のサブ画素Ｓ１及び第２のサブ画素Ｓ２は、基板３０、液晶層３２及びコモン電極３６を共有する。第１のサブ画素Ｓ１は、更に、基板３０の上に一定の幅を有して一定間隔で平行に配置されたピクセル電極３４を有する。このように、第１のサブ画素Ｓ１は、図１に示される従来の画素１００と同じ構造を有する。一方、第２のサブ画素Ｓ２は、更に、液晶層３２を挟んで基板３０に対向して設けられた第１の視野角変更用電極３８と、基板３０上に設けられた第２の視野角変更用電極３９とを有する。第１及び第２の視野角変更用電極３８、３９としては、例えば、ＩＴＯなどの透明電極を用いることができる。

図１に示される画素１００と同じく、ピクセル電極３４及びコモン電極３６は第１の電源３１０へ接続されており、第１の電源３１０がオンされると、ピクセル電極３４とコモン電極３６との間には電位差が生ずる。この電位差により、液晶層３２には水平方向電界が生ずる。その結果、液晶層３２の液晶分子（図示せず。）の配向は、基板３０に平行な面で変更される。

第１及び第２の視野角変更用電極３８、３９は、第２の電源３２０へ接続されている。第２の電源３２０から視野角変更用電極３８への電圧供給は、制御部３３０によって制御される。制御部３３０は、ユーザ入力から視野角変更を要求する信号を受け取って、第２の電源３２０をオンすることができる。また、制御部３３０は、第１及び第２の視野角変更用電極３８、３９の間の電位差が３ボルト以上となるように、第２の電源３２０の供給電圧を変更することができる。この電位差により、液晶層３２には垂直方向電界が生ずる。垂直方向電界が発生すると、液晶層３２の液晶分子（図示せず。）の配向は、基板３０に対して傾きを有することとなる。上述したように、液晶分子が基板に対して傾きを有する場合には、その傾きに応じて、液晶層の透過率は変化する。よって、第２のサブ画素Ｓ２のガンマ特性は理想値から外れる。

ほぼ理想的なガンマ特性を有する第１のサブ画素Ｓ１と、視野角変更時にガンマ特性が変化する第２のサブ画素Ｓ２とを組み合わせることで、画素３００全体として視角特性は悪くなり、有効表示視野角が狭まることとなる。

図５に示される本発明の第２の実施例に従う画素の構造は、図２に示される本発明の第１の実施例に従う画素の構造に比べ、視野角変更時にも第１のサブ画素Ｓ１に関してはほぼ理想的なガンマ特性が保たれるので、ディスプレイ装置で表示される画像自体のコントラストは保たれる。他方で、有効表示視野角を変更するための第２のサブ画素Ｓ２を設けなければならないため、その分だけ画素の開口率は小さくなる。しかし、画素をマトリクス状に配列した場合に画素間に存在するデッドスペースを活用して第２のサブ画素Ｓ２を設けることで、第１のサブ画素Ｓ１の面積を広げ、画素の開口率を大きくなることが可能である。

図６は、本発明の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の有効表示視野角を表したグラフである。（ａ）は通常表示時の有効表示視野角を表し、（ｂ）は視野角変更時の有効表示視野角を表す。図６から、視野角変更時では、通常表示時に比べ、左右の視野角が狭まっていることわかる。よって、ディスプレイ装置の正面にいる使用者以外の第三者が表示内容を見ることは困難である。

本発明は、パッシブ型又はアクティブ型いずれのタイプの液晶ディスプレイ装置にも適用可能である。

以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。

例えば、図５を参照して説明された本発明の第２の実施例では、画素は２つのサブ画素を有するが、２よりも多いサブ画素を有しても良く、そのうちの少なくとも１つのサブ画素が表示視野角変更用として用いられることで本発明による効果を得ることができる。

さらに、視野角変更用電極は全面同時に駆動する必要はなく、視野角を狭くしたい部分のみを駆動しても良い。また、部分的に駆動することで、斜めから視たときにパターンが表示されることになり、このパターンにより表示を視にくくすることもできる。

従来の水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。 本発明の第１の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。 一般的な水平駆動型液晶ディスプレイの視角特性を説明する図である。 液晶層に垂直方向に印加される電圧Ｖと透過率Ｔとの関係を表したグラフである。 本発明の第２の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の画素の構造を示す。 本発明の実施例に従う水平駆動型液晶ディスプレイ装置の有効表示視野角を表したグラフである。

符号の説明

１０，２０，３０ 基板
１２，２２，３２ 液晶層
１４，２４，３４ ピクセル電極
１６，２６，３６ コモン電極
２８，３８，３９ 視野角変更用電極
１００，２００，３００ 画素
１１０，２１０，２２０，３１０，３２０ 電源
２３０，３３０ 制御部

Claims (4)

1. 複数の画素を有し、夫々の画素は基板において第１の電極及び第２の電極を有し、前記第１の電極は、前記基板に平行な方向を有する電界を発生させて液晶分子の配向を変更するよう前記第２の電極と相対する水平駆動型液晶ディスプレイ装置であって、
   夫々の画素は、
   前記液晶分子を含む液晶層を挟んで前記基板に対向する第３の電極を有し、
   前記第１の電極及び前記第３の電極は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向に電界を発生させ、
   制御部は、前記第１の電極と前記第３の電極との間で生ずる電圧差が３ボルト以上になるよう電源から前記第３の電極への電圧供給を制御し、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、夫々、前記基板に平行な面で液晶分子の配向を変更するよう前記基板の上及び下に設けられる、水平駆動型液晶ディスプレイ装置。
2. 夫々の画素は、２以上のサブ画素を有し、
   前記２以上のサブ画素の少なくとも１つのサブ画素は、前記基板に平行な面で液晶分子の配向を変更するよう前記第１の電極及び前記第２の電極を有し、
   前記２以上のサブ画素の少なくとも１つの他のサブ画素は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向に電界を発生させるよう前記第１の電極及び前記第３の電極を有する、請求項１記載の水平駆動型液晶ディスプレイ装置。
3. 前記第３の電極へ電圧を供給する前記電源と、
   前記液晶層で前記基板に対して垂直方向を有する電界を発生させるよう前記電源から前記第３の電極への電圧供給を制御する前記制御部とを更に有し、
   前記第３の電極は、前記液晶層で前記基板に対して垂直方向を有する前記電界を発生させる場合を除いて浮遊電位にある、請求項１記載の水平駆動型液晶ディスプレイ装置。
4. 前記第１の電極はコモン電極又はピクセル電極である、請求項１記載の水平駆動型液晶ディスプレイ装置。

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