JP5017677B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、視野角可変型の液晶表示装置に関する。
視野角可変型の液晶表示装置としては、従来、間隙を存して対向する一対の基板間に、液晶分子がその分子長軸を一方向に揃えてホモジニアス配向した液晶層を設け、前記一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、間隔を存して隣接する第1の細長電極と第2の細長電極とからなる電極対が複数配列された画素を行方向及び列方向にマトリックス状に複数配列して設け、他方の基板の内面に、前記第1と第2の電極の一方に対向する第3の電極を設けた液晶表示素子を備えたものがある(特許文献1参照)。
この液晶表示装置は、前記液晶表示素子の一方の基板の内面に設けられた各電極対の第1と第2の電極間に画像データに応じた駆動電圧を印加することにより、前記第1の電極と第2の電極との間に生じる横方向の電界により液晶分子を、基板面と平行な面内で、その配向方位(分子長軸の向き)を変化させることにより画像を表示するものであり、広い視野角を有している。
そして、この液晶表示装置は、前記液晶表示素子の他方の基板の内面に前記第3の電極を設けているため、前記第1と第2の電極の一方と前記第3の電極との間に電圧を印加することにより、基板面に対して斜め方向に電界が形成され、液晶分子が基板面に対して斜め方向に応答するため視野角を狭くすることができる。
特開平11―30783号公報
しかし、上記従来の視野角可変型液晶表示装置は、液晶分子分子長軸を一方向に揃えてホモジニアス配向させた液晶層を有し、一方の基板に設けた電極対間の横方向電界により前記液晶分子の配向方向を基板面に沿った方向に変化させて画像を表示し、対向する基板に設けた第3の電極と前記電極対のうちの前記第3電極に対向する電極間には、前記対向する電極に印加される電圧に応じた電圧を印加するものであるため、視野角の範囲を充分に大きく制御することが難しい。
この発明は、視野角の範囲を充分に大きく制御することができる視野角可変型の液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
この発明は、第1の基板と第2の基板とが液晶層を介して対向するように配置された液晶表示装置であって、前記第1の基板における前記第2の基板に対向する面に設けられた第1の電極及び第2の電極と、前記第2の基板における前記第1の基板に対向する面に設けられた第3の電極と、広視野角表示が選択されたときに前記第1の電極と前記第2の電極との間に画像データに対応した電圧を印加することによって前記液晶層での液晶分子の前記基板平面における配向方向を前記画像データに対応した方向に制御するとともに、狭視野角表示が選択されたときに前記第1の電極及び前記第2の電極と前記第3の電極との間に前記画像データに対応した電圧を印加することによって前記液晶層での液晶分子の前記基板平面に対する傾斜角度を前記画像データに対応した角度に制御する表示駆動手段と、を備えたことを特徴とするものである。
この発明によれば、視野角の範囲を充分に大きく制御することができる。
(第1の実施形態)
図1〜図7はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は液晶表示装置を備えた電子機器の正面図、図2は前記液晶表示装置の液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図、図3は前記液晶表示素子の一部分の断面図である。
まず、図1に示した電子機器について説明すると、この電子機器は、電話機本体1と、基端を前記電話機本体1の先端に枢支され、図のように電話機本体1の外方に張出された開状態と、前記電話機本体1の上に重ねられた閉状態とに開閉回動される蓋体2とからなる折りたたみ型携帯電話機であり、電話機本体1の前面(蓋体2の重なり面)に、キーボード部3及びマイク部4が設けられ、前記蓋体2の前面(折りたたみ時に電話機本体1の前面に対向する面)に、表示部5及びスピーカ部6が設けられている。
次に、液晶表示装置について説明すると、この実施例の液晶表示装置は、前記携帯電話機の蓋体2内に前記表示部5に対向させて配置された液晶表示素子10と、前記蓋体2内に前記液晶表示素子10の観察側とは反対側に対向させて配置された面光源31(図3参照)と、前記液晶表示素子10を駆動するための表示駆動手段32とを備えている。
前記液晶表示素子10は、間隙を存して対向する一対の透明基板11,12間に、正の誘電異方性を有し、液晶分子が分子長軸を一方向に揃えて非ツイスト状態でホモジニアス配向したネマティック液晶層13が設けられたものであり、前記一対の基板11,12の互いに対向する内面のうち、一方の基板、例えば観察側(図3において上側)とは反対側の基板12の内面に、前記ホモジニアス配向した液晶分子の分子長軸に対して予め定めた角度で交差する方向に沿う細長形状に形成された互いに隣接する第1と第2の電極14a,14bからなる複数の電極対が設けられ、他方の基板、つまり観察側基板11の内面に、前記複数の電極対の第1及び第2の電極14a,14bに対向する対向電極24が設けられている。
この実施例において、前記液晶表示素子10の一方の基板(以下、電極基板という)12の内面の各電極対は、予め定めた間隔をおいて平行に形成され、一方の端部において互いに接続された2つの第1電極14aと、その一方の第1電極14aの一側と、他方の第1電極14aの一側とにそれぞれ前記2つの第1電極14aの間隔の1/2の間隔をおいて平行に形成され、一方の端部において互いに接続された2つの第2電極14bとからなっており、前記2つの第1電極14aと2つの第2電極14bとにより、1つの画素部Aが形成され、これらの画素部Aが行方向及び列方向にマトリックス状に配列している。
なお、前記2つの第1電極14aは、2つの櫛歯部を有する櫛形形状に形成された第1の櫛形導電膜からなり、前記2つの第2電極14bは、2つの櫛歯部を有する櫛形形状に形成され、前記第1の櫛形導電膜とは逆向きで且つ前記第1の櫛形導電膜の櫛歯部に対して1/2ピッチずらして配置された第2の櫛形導電膜からなっている。
また、この液晶表示素子10は、TFT(薄膜トランジスタ)をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子であり、前記各電極対の2つの第1電極14aは、前記第1の櫛形導電膜の一端部において、前記電極基板12の内面に前記各電極対にそれぞれ対応させて設けられた第1のTFT15aに接続され、前記各電極対の2つの第2電極14bは、前記第2の櫛形導電膜の一端部において、前記電極基板12の内面に前記各電極対にそれぞれ対応させて設けられた第2のTFT15bに接続されている。
前記第1と第2のTFT15a,15bは、前記電極基板12の基板面上に形成されたゲート電極16と、前記ゲート電極16を覆って電極基板12の略全面に形成された透明なゲート絶縁膜17と、このゲート絶縁膜17の上に前記ゲート電極16と対向させて形成されたi型半導体膜18と、前記i型半導体膜18の両側部の上にn型半導体膜(図示せず)を介して設けられたソース電極19およびドレイン電極20とからなっており、前記第1のTFT15aは、前記各電極対の一方の側に配置され、前記第2のTFT15bは、前記各電極対の反対側に配置されている。
さらに、前記電極基板12の内面には、各行の第1のTFT15aと第2のTFT15bにそれぞれゲート信号を供給するための複数本の第1と第2のゲート配線21a,21bと、各列のTFT15a,15bにそれぞれデータ信号を供給するための複数本の第1と第2のデータ配線22a,22bとが設けられている。
前記第1と第2のゲート配線21a,21bは、前記電極基板12の基板面上に、前記TFT15a,15bのゲート電極16と一体に形成されており、前記第1と第2のデータ配線22a,22bは、前記ゲート絶縁膜17の上に形成され、前記TFT15a,15bのドレイン電極20に接続されている。
また、前記2つの第1電極14aを形成する前記第1の透明導電膜は、前記ゲート絶縁膜17の上に形成されて前記第1のTFT15aのソース電極19に接続されており、前記2つの第2電極14bを形成する前記第2の透明導電膜は、前記TFT15a,15bとデータ配線22a,22b及び第1電極14aを覆って電極基板12の略全面に形成された透明な層間絶縁膜23の上に形成され、前記層間絶縁膜23に設けられたコンタクト孔(図示せず)において前記第2のTFT15bのソース電極19に接続されている。
一方、前記観察側の基板(以下、対向基板という)11の内面に設けられた対向電極24は、前記電極基板12の各電極対の配列領域全体に対向する一枚膜状の透明導電膜からなっており、前記各画素を形成する各電極対と前記対向電極24とが互いに対向する領域によりそれぞれ、前記電極対の第1電極14a及び第2電極14bと対向電極24との間に生じる縦方向の電界によって画像を表示する場合の複数の画素部を形成される。
この液晶表示素子10は、前記複数の画素部A毎にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタ25R,25G,25Bを備えたカラー画像表示素子であり、前記カラーフィルタ25R,25G,25Bは前記対向基板11の基板面上に形成され、その上に前記対向電極24が形成されている。
また、前記対向基板11の内面と、前記電極基板12の内面にはそれぞれ、前記対向電極24及び前記各電極対の第2電極14bを覆って、透明な水平配向膜26,27が設けられており、これらの配向膜26,27は、互いに平行で且つ逆方向にラビング処理されている。
前記一対の対向基板11と、前記電極基板12は、前記各電極対の配列領域、つまり液晶表示素子10の画面領域を囲む枠状のシール材(図示せず)を介して接合されている。
そして、前記液晶層13は、前記対向基板11と電極基板12との間の前記シール材で囲まれた領域に封入されており、この液晶層13の液晶分子は、前記配向膜26,27のラビング方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向している。
なお、前記電極基板12には、前記対向基板11の外方に張出すドライバ搭載部が形成されており、この電極基板12に設けられた第1と第2のゲート配線21a,21b及び第1と第2のデータ配線22a,22bと、前記電極基板11に設けられた対向電極24は、図示しないリード配線を介して前記ドライバ搭載部に搭載されたLSIからなるドライバ素子33(図1参照)に接続されている。
また、前記対向基板11と前記電極基板12の外面にはそれぞれ偏光板28,29が配置されており、さらに、前記対向基板11とその外面に配置された偏光板28との間には、外部からの静電気を遮断するための一枚膜状の透明導電膜30が設けられている。
図4は、前記液晶表示素子10の対向基板11と電極基板12の内面にそれぞれ設けられた水平配向膜26,27のラビング方向11a,12aと前記偏光板28,29の透過軸28a,29aの向きを示しており、この実施例では、前記配向膜26,27のラビング方向11a,12aを、液晶表示素子10の画面の縦軸Oに対して例えば観察側から見て左回りに予め定めた角度θずれた方向に設定し、観察側の偏光板28の透過軸28aの向きを、前記画面の縦軸Oに対して前記観察側から見て右回りに実質的に45°−θずれた方向、つまり前記配向膜26,27のラビング方向11a,12aに対して実質的に45°ずれた方向に設定し、反対側の偏光板29の透過軸29aの向きを、前記画面の縦軸Oに対して前記観察側から見て右回りに実質的に90°−θずれた方向、つまり観察側偏光板28の透過軸28aに対して実質的に直交する方向に設定し、前記液晶表示素子10をノーマリーホワイトモードの表示素子としている。
また、前記液晶表示素子10の観察側とは反対側に対向させて配置された面光源31は、その構成は図示しないが、例えば、前記液晶表示素子10の画面領域に対向する面積を有する板状の透明部材の一端面に光を入射させる入射端面が形成され、2つの板面の一方に前記入射端面から入射した光の出射端面が形成され、他方の板面に前記入射端面から入射した光を前記出射面に向けて反射する反射面が形成された導光板と、前記導光板の入射端面に対向させて配置され、前記入射端面に向けて光を出射するLED(発光ダイオード)等の複数の固体発光素子からなっている。
一方、図1に示した表示駆動手段32は、前記液晶表示素子10のドライバ搭載部に搭載されたドライバ素子33と、図示しない制御部とからなっており、また、前記携帯電話機には、広視野角と狭視野角とを選択するための視野角選択キー35が設けられている。なお、この実施例では、視野角選択キー35を前記蓋体2の前面に設けているが、前記視野角選択キー35は電話機本体1に設けてもよい。
前記表示駆動手段32は、前記視野角選択キー35による広視角と狭視野角の選択に応じて、前記液晶表示素子10の各電極対の第1と第2の電極14a,14b間と、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと対向電極24との間と、のいずれかに、画像データに応じた駆動電圧を選択的に印加するように構成されている。
すなわち、前記表示駆動手段32は、前記視野角選択キー35により広視野角が選択されたときに、前記液晶表示素子10の各画素行を順次選択して選択行の第1と第2のゲート配線21a,21bに同時にゲート信号を供給し、それに同期させて、第1と第2のデータ配線22a,22bの一方、例えば第1のデータ配線22aに画像データに応じたデータ信号を供給し、他方のデータ配線、つまり第2のデータ配線22bに予め定めた基準電位信号を供給することにより、前記各電極対の第1と第2の電極14a,14b間に前記画像データに応じた駆動電圧を印加する。
また、前記表示駆動手段32は、前記視野角選択キー35により狭視野角が選択されたときに、前記液晶表示素子10の各画素行を順次選択して選択行の第1と第2のゲート配線21a,21bに同時にゲート信号を供給し、それに同期させて、第1と第2のデータ配線22a,22bの両方に画像データに応じたデータ信号を供給し、対向電極24に予め定めた基準電位信号を供給することにより、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと前記対向電極24との間に前記画像データに応じた駆動電圧を印加する。
図5〜図7はそれぞれ、前記表示駆動手段32による前記液晶表示素子10の1つの画素部Aの動作状態の概念と、そのときの液晶分子の配向状態を模式的に示した図であり、図5は電圧無印加状態、図6は前記各電極対の第1と第2の電極14a,14b間に駆動電圧を印加した状態、図7は前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと対向電極24との間に駆動電圧を印加した状態を示している。なお、図5〜図7において、(a)は液晶表示素子10の断面方向における液晶分子の配向状態、(b)は前記液晶表示素子10の観察側から見た液晶分子の配向状態、すなわち、基板11,12の法線方向から見た液晶分子の配向方位(分子長軸の向き)を示している。
図5〜図7のように、前記表示駆動手段32は、画像データに応じた電圧信号を発生する信号源34と、前記信号源34からの電圧信号を、前記各電極対の第1の電極14aと第2の電極14bとの間と、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと前記対向電極24との間とのいずれかに選択的に印加するための第1及び第2のスイッチS1,S2とにより構成されている。
前記液晶表示素子10の各画素部Aの液晶分子13aは、前記第1及び第2のスイッチS1,S2を開放した電圧無印加時は、図5のように、分子長軸を一方向に揃えてホモジニアス配向する。この実施例では、前記液晶表示素子10をノーマリーホワイトモードの表示素子としているため、電圧が印加されない画素部Aの表示は明表示である。
そして、前記第2のスイッチS2を閉じて前記各電極対の第1と第2の電極14a,14b間に駆動電圧を印加したときは、前記液晶分子13aが、図5のホモジニアス配向から、前記第1の電極14aと第2の電極14bとの間に生じる横方向の電界により、図6のように、電極基板12面と平行な面内で、方位を変化させて配向し、その画素部Aの表示が暗表示になる。
また、前記第1のスイッチS1を閉じて前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと前記対向電極24との間に駆動電圧を印加したときは、前記液晶分子13aが、図5のホモジニアス配向から、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと前記対向電極24との間に生じる縦方向の電界により、図7のように、基板11,12面に対して立上がり配向し、その画素部Aの表示が暗表示になる。
このように、この液晶表示装置は、液晶分子13a分子長軸を一方向に揃えてホモジニアス配向させた液晶層13を有する液晶表示素子10に、その一方の基板12の内面に設けられた各電極対の第1と第2の電極14a,14b間への画像データに応じた駆動電圧の印加による画像表示と、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと他方の基板11の内面に設けられた対向電極24との間画像データに応じた駆動電圧を印加することによる画像表示とを選択的に行なわせるようにしたものであり、前記各電極対の第1と第2の電極14a,14b間に駆動電圧を印加することにより、前記第1の電極14aと第2の電極14bとの間に生じる横方向の電界により前記液晶分子13aの配向方向を基板11,12面に沿った方向に変化させて画像を表示し、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと前記対向電極24との間に駆動電圧を印加することにより、これらの電極間に生じる縦方向の電界により前記液晶分子13aを前記基板11,12面に対して立上がり配向させて画像を表示する。
この液晶表示装置は、前記横方向の電界により液晶分子13aの配向方向を基板11,12面に沿った方向に変化させて画像を表示するときに、前記液晶表示素子10が広視野角特性を示し、前記縦方向の電界により前記液晶分子13aを前記基板11,12面に対して立上がり配向させて画像を表示するときに、前記液晶表示素子10が狭視野角特性を示す。
すなわち、この液晶表示装置は、液晶表示素子10の液晶分子13aの配向状態を、前記ホモジニアス配向状態から横方向電界の印加により基板11,12面と平行な面内で変化させることにより画像を表示する広視野角表示と、前記液晶表示素子10の液晶分子13aを、前記ホモジニアス配向状態から縦方向電界の印加により立上がり変化させて画像を表示する狭視野角表示とを選択的に行なうものであり、したがって、視野角を充分な広さと充分な狭さに制御することができる。
そのため、この液晶表示装置を備えた図1の携帯電話機は、表示部5の電話番号等のアドレス表示や、電子メール表示を、複数人で見れるように広視野角で表示したり、他人には見えないように狭視野角で表示したりすることができる。
なお、上記液晶表示装置は、携帯電話機に限らず、他の表示部を有する電子機器等にも利用することができる。
また、上記実施例の液晶表示装置では、液晶表示素子10を、一対の偏光板28,29の透過軸28a,29aを実質的に直交させたノーマリーホワイトモードの表示素子としているが、前記液晶表示素子10は、前記偏光板28,29の透過軸28a,29aを実質的に平行にしたノーマリーブラックモードの表示素子でもよい。
(第2の実施形態)
図8及び図9はこの発明の第2の実施例を示しており、図8は液晶表示装置の液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図、図9は前記液晶表示素子の一部分の断面図である。なお、この実施例において、上述した第1の実施例に対応するものには図に同符号を付し、同一のものについてはその説明を省略する。
この実施例の液晶表示装置は、液晶表示素子10の電極基板(例えば観察側とは反対側の基板)12の内面の各電極対を構成する第1と第2の電極14a,14bのうち、基板面上の第1電極14aを、画素部Aの全体に対応する形状に形成し、層間絶縁膜23上の第2の電極14bを、上記第1の実施例よりも小さいピッチの櫛形導電膜、例えば4つの櫛歯部を有する櫛形導電膜により形成したものであり、他の構成は第1の実施例と同じである。
この液晶表示装置は、前記液晶表示素子10の前記電極基板12の内面の各電極対を、画素部Aの全体に対応する形状の第1電極14aと、上記第1の実施例よりも小さいピッチで隣接する複数(この実施例では4つ)の第2電極14bとにより構成しているため、前記各電極対の第1と第2の電極14a,14b間への駆動電圧の印加により横方向電界を小ピッチで生じさせ、画素部Aの大部分の領域の液晶分子を基板11,12面に沿って配向させて高コントラストの表示を得るとともに、前記各電極対の第1及び第2の電極14a,14bと対向電極24との間への駆動電圧の印加により画素部Aの全体に縦方向電界を生じさせ、液晶分子を画素部Aの全体にわたって均等に立上がり配向させて高コントラストの表示を得ることができる。
したがって、この実施例の液晶表示装置によれば、上記第1の実施例と同様に視野角を充分な広さと充分な狭さに制御することができるとともに、広視野角表示のときも狭視野角表示のときも高いコントラストを得ることができる。
液晶表示装置を備えた電子機器の正面図。 この発明の第1の実施例を示す液晶表示装置の液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図。 前記液晶表示素子の一部分の断面図。 前記液晶表示素子の一対の基板の内面にそれぞれ設けられた水平配向膜のラビング方向と偏光板の透過軸の向きを示す図。 電圧無印加状態における表示駆動手段による液晶表示素子の1つの画素部の動作状態の概念と、そのときの液晶分子の配向状態を模式的に示す図。 各電極対の第1と第2の電極間に駆動電圧を印加した状態における表示駆動手段による液晶表示素子の1つの画素部の動作状態の概念と、そのときの液晶分子の配向状態を模式的に示す図。 各電極対の第1及び第2の電極と対向電極との間に駆動電圧を印加した状態における表示駆動手段による液晶表示素子の1つの画素部の動作状態の概念と、そのときの液晶分子の配向状態を模式的に示す図。 この発明の第2の実施例を示す液晶表示装置の液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図。 第2の実施例の液晶表示素子の一部分の断面図。
符号の説明
10…液晶表示素子、11,12…基板、13…液晶層、13a…液晶分子、14a…第1の電極、14b…第2の電極、15a,15b…TFT、21a,21b…ゲート配線、22a,22b…データ配線、23…層間絶縁膜、24…対向電極、25R.25G,25B…カラーフィルタ、26,27配向膜、28,29…偏光板、30…静電気遮断導電膜、31…面光源、32…表示駆動手段、33…ドライバ素子、34…信号源、35…視野角選択キー。

Claims (4)

  1. 第1の基板と第2の基板とが液晶層を介して対向するように配置された液晶表示装置であって、
    前記第1の基板における前記第2の基板に対向する面に設けられた第1の電極及び第2の電極と、
    前記第2の基板における前記第1の基板に対向する面に設けられた第3の電極と、
    広視野角表示が選択されたときに前記第1の電極と前記第2の電極との間に画像データに対応した電圧を印加することによって前記液晶層での液晶分子の前記基板平面における配向方向を前記画像データに対応した方向に制御するとともに、狭視野角表示が選択されたときに前記第1の電極及び前記第2の電極と前記第3の電極との間に前記画像データに対応した電圧を印加することによって前記液晶層での液晶分子の前記基板平面に対する傾斜角度を前記画像データに対応した角度に制御する表示駆動手段と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第1の電極及び前記第2の電極は、所定の領域において、櫛歯部を有する櫛形形状に形成された櫛形導電膜からなる電極であり、前記第1の電極と前記第2の電極の延伸方向を互いに平行になるように配置され、
    前記第3の電極は、前記第1の電極及び前記第2の電極の配列領域全体に対向する一枚膜状の電極である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1の電極は、前記第2の電極よりも前記液晶層から離れた層として設けられ、
    前記第2の電極は、所定のピッチの櫛形導電膜からなる電極であり、
    前記第3の電極は、前記第1の電極及び前記第2の電極の配列領域全体に対向する一枚膜状の電極である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶分子からなり、初期配向状態が水平配向になるように設定されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の液晶表示装置。
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