JP4976691B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、視野角制御を可能とする液晶表示装置に関し、特に、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：フリンジフィールドスイッチング）方式を用いた液晶表示装置に関する。

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、複数人による視認を考慮した場合には、正面以外の視野からも表示内容を視認できる広視野角を有する液晶表示装置が望まれている。

図８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８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８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。

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方式の液晶表示装置について説明する。図９は、従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置のＲＧＢ各画素の平面図である。さらに、図１０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９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、くの字状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１０（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１０（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。コモン電極をくの字形状とすることにより、特定の方向の視認性は改善されるものの、必要に応じて秘匿性を持たせるように切り替えることはできなかった。

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、特別な液晶パネルを設ける必要がなく、表示むらを抑えた上で、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を目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、ＦＦＳ方式により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、上下方位あるいは左右方位に液晶分子が傾くように配向制御され、画素ごとにスイッチングすることなしに表示画面内で一括のＯＮ／ＯＦＦ電圧信号が印加される視野角制御画素をさらに備え、視野角制御画素に電圧を印加することにより、左右方向あるいは上下方向の視野に対する表示を白くして、視野角制御画素による白のパターンが、ＲＧＢ画素による通常の表示パターンに重なることとなり、ＲＧＢ画素による通常の表示パターンが視野角制御画素により、左右方向あるいは上下方向の視野に対して秘匿性を有するものである。

本発明によれば、ＦＦＳ方式により液晶分子が傾くように配向制御されたＲＧＢの各画素とともに、上下方位あるいは左右方位に液晶分子が傾くように配向制御され、画素ごとのスイッチング回路を有しない視野角制御画素をさらに形成することにより、特別な液晶パネルを設ける必要がなく、表示むらを抑えた上で、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各画素および視野角制御画素の平面図である。図１におけるＲＧＢそれぞれの画素は、画素電極とコモン電極１１とを備えている。各画素に設けられたこのコモン電極１１は、くの字状を有している。

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、上下方位あるいは左右方位に液晶分子が傾くように配向制御され、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あるいは上下方向のコモン電極２１ｂのいずれか一方が存在している。

図１においては、左右方位のコモン電極２１ａを有している視野角制御画素２０を示している。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、前後方向あるいは左右方向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。

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、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、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２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２（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２（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２（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、あるいは上下方位のコモン電極２１ｂを有する画素の何れか一方が存在することから、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３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り、視野角制御画素が左右方位のコモン電極２１ａを有している場合を示している。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、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、左右方位の斜め方向のみに光が漏れてくるので、左右方位の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。

図４は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の視野角制御画素近傍の平面図である。視野角制御画素２０への電圧印加は、スイッチング素子を介して行うことができる。また、図５は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の視野角制御画素近傍の別の平面図である。本発明における視野角制御画素２０は、画素ごとにスイッチング制御する必要はなく、表示画面全体として、表示情報に秘匿性を持たせたい場合に一括して電圧が印加できればよい。そこで、図５に示すように、それぞれの視野角制御画素２０は、スイッチング素子であるＴＦＴを解することなく、信号線と直接接続することができる。

図６は、本発明の実施の形態１におけるＲＧＢ各画素における交流の印加電圧信号とコモン電圧Ｖｃｏｍとの関係を示した図であり、信号振幅に応じて視野角制御画素に電圧を印加することとなる。ＲＧＢ各画素における電圧信号は、画素に印加された後にスイッチング素子であるＴＦＴの突き抜けにより電圧が下がる。従って、図６に示すように、コモン電圧Ｖｃｏｍは、印加電圧信号の信号センタ値よりも低い値となる。

ここで、本発明においては、先の図５で示したように、視野角制御画素２０にはスイッチング素子であるＴＦＴを設ける必要がない。従って、視野角制御画素２０においては、ＲＧＢ画素において生じていたようなＴＦＴの突き抜け電圧がない。その結果、視野角制御画素２０とＲＧＢ画素とでは、最適なコモン電圧が異なることとなる。

しかしながら、ＲＧＢ画素のコモン電圧と、視野角制御画素のコモン電圧とが異なる場合には、むら等の不良が起こることとなる。そこで、本発明の液晶表示装置は、視野角制御画素２０の信号センタ値を、ＲＧＢ画素のコモン電圧と等しくするように調整する視野角制御電圧調整部を備えている。

すなわち、視野角制御電圧調整部は、ＲＧＢ各画素のコモン電圧を読み取り、視野角制御画素２０に印加する電圧信号の信号センタ値が、このコモン電圧と等しくなるように調整しながら、印加電圧信号を出力する。これにより、むら等の不良を抑えた液晶表示装置を実現できる。

図７は、本発明の実施の形態１におけるＤＯＴ反転の信号線の波形を示した図である。図７（ａ）は、ＲＧＢ画素からなる従来の信号線の波形を示している。これに対して、図７（ｂ）は、視野角制御画素２０をさらに備えた本発明の信号線の波形を示している。図７に示すように、視野角制御画素２０が追加された場合には、ＲＧＢの３画素＋視野角制御画素の４画素が１組となってその繰り返しの配列となる。

従って、視野角制御画素の交流の印加電圧波形は、４画素おきの信号となるため、すべてが同相の信号となる。そこで、視野角制御電圧調整部は、ＲＧＢ画素の制御信号と同期し、かつ、すべての視野角制御画素に同一の電圧信号を出力することができ、構成を簡略化できる。

以上のように、実施の形態１によれば、ＲＧＢ画素とは独立し、個別にスイッチング制御する必要のない視野角制御画素を備えることにより、視野角調整を行える液晶表示装置を容易に実現できる。さらに、ＲＢＧ画素のコモン電圧と等しい信号センタ値を有する電圧信号を視野角制御画素に印加することができ、むら等の不良を抑制した液晶表示装置を実現できる。さらに、視野角制御画素に印加する電圧信号として、同相の共通化した信号を用いることができ、構成を簡略化できる。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置のＲＧＢ各画素および視野角制御画素の平面図である。 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。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の視野角制御画素近傍の平面図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の視野角制御画素近傍の別の平面図である。 本発明の実施の形態１におけるＲＧＢ各画素における交流の印加電圧信号とコモン電圧Ｖｃｏｍとの関係を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるＤＯＴ反転の信号線の波形を示した図である。 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。 従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置のＲＧＢ各画素の平面図である。 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、１１ａ、１１ｂ コモン電極、２０ 視野角制御画素、２１ａ、２１ｂ コモン電極。

Claims (3)

1. ＦＦＳ方式により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、
   上下方位あるいは左右方位に液晶分子が傾くように配向制御され、画素ごとにスイッチングすることなしに前記表示画面内で一括の電圧信号が印加される視野角制御画素をさらに備え、
   前記視野角制御画素に電圧を印加することにより、前記左右方向あるいは前記上下方向の視野に対する表示を白くして、前記視野角制御画素による白のパターンが、前記ＲＧＢ画素による通常の表示パターンに重なることとなり、前記ＲＧＢ画素による通常の表示パターンが前記視野角制御画素により、前記左右方向あるいは前記上下方向の視野に対して秘匿性を有する
   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印加される前記電圧信号の信号センタ値が、前記ＲＧＢの各画素のコモン電圧と等しくなるように調整する視野角制御電圧調整部を備えることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記視野角制御電圧調整部は、前記ＲＧＢ画素中、ＲＢの各画素の制御信号と同一の電圧極性を有するように反転され、かつ、Ｇ画素の制御信号と反対の電圧極性を有するように反転される信号を前記視野角制御画素に出力することを特徴とする液晶表示装置。

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