JP5044119B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、視野角制御を可能とする液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に、ＦＦＳ構造を備えたものに関する。

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、個人的に使用するような表示装置にあっては、使用している本人には見えるが、横から覗き込んでも見えないような表示装置が要求されている。特に、ある時には表示画面を多人数で共有し、ある時には個人でのみ使用できるようなものが望まれている。

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。

この問題を解決するための方策として、垂直配向型液晶表示装置を利用する方法が提案されている。以下に、その基本原理を図９〜図１２を用いて説明する。図９は、垂直配向型液晶表示装置を正面から見たときの液晶分子の様子を示した図である。図９（ａ）の電圧無印加状態において、液晶分子は垂直配向しており、図９（ｂ）のように電圧が印加されると、液晶分子は上方向に傾く場合を示している。ポラライザとアナライザとは、それぞれ、上下方位および左右方位にその吸収軸を向けている。

図９（ａ）は、電圧無印加の垂直配向した液晶パネルを正面から見た場合を示している。液晶分子の複屈折は発現せず、全く光は漏れない。一方、図９（ｂ）は、電圧印加された液晶パネルを正面から見た場合である。液晶分子の光軸は、ポラライザの吸収軸と平行であり、結果、やはり複屈折は発現せず、全く光は漏れない。

これに対して、図１０は、垂直配向型液晶表示装置を斜めから見たときの液晶分子の様子を示した図である。図１０（ａ）に示したように、電圧無印加の場合には、液晶分子の軸は、アナライザの吸収軸に平行に見えるので、光は漏れてこない。一方、図１０（ｂ）に示したように、電圧印加の場合には、液晶分子の軸は、ポラライザやアナライザの軸からずれることとなり、複屈折が発現されて光が漏れてくる。

この光の漏れを利用すると、この左右方向では表示コントラストが極端に落ちることになり、横方向から表示を見ても何が書いてあるか分からなくなる。従って、この現象を利用して表示の秘匿性をコントロールすることができる。

図１１は、表示の秘匿性をコントロールするための具体的な構成を示した図である。図１１において、１つの画素の中には、ＲＧＢの副画素に加えて、白（Ｗ）の副画素が設けられている。また、図１２は、図１１における各副画素の液晶分子の配列状態を示した図である。図１２に示すように、この白の画素の部分の液晶分子の配向状態を、他のＲＧＢとは異なり、上下方位にしている。

これにより、白画素の部分に電圧を印加しない場合には、この部分は全く表示には寄与しないので、通常の表示が実現される。一方、白画素の部分に電圧が印加された場合には、白表示が前面に左右方位にて行われることになる。その結果、このディスプレイのコントラストが左右視角方位にて低下することとなり、他人に表示を見られる恐れが軽減される。

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（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置について説明する。図１３は、従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。さらに、図１４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１３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１４（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１４（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。第１の課題として、白画素を設ける構成になっているが、白樹脂を新たに設ける必要があり、駆動が従来と異なってしまう。また、第２の課題として、コモン電極をくの字状にすることにより、特定方向の視認性を改善することは可能となるが、状況に応じて秘匿性を有する表示とすることができない。

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、白画素を設ける必要がなく、上下左右方向に視野角調整を行うことのできるＦＦＳ方式の液晶表示装置およびその製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、画素の集合からなる表示画面を有するＦＦＳ方式の液晶表示装置であって、１つの画素のそれぞれは、液晶の倒れる向きを規定するために形成されたくの字状のコモン電極により液晶分子が傾くように配向制御され、薄膜トランジスタを介して電圧が供給される表示制御領域と、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、表示制御領域のコモン線とは独立した視野角制御線を介して制御電圧が印加され、表示制御領域と同じ画素内に位置する視野角制御領域とを備え、視野角制御領域に対向する基板上にカラーフィルタによる着色層を設けないものである。

また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、基板上に薄膜トランジスタのゲート電極、ゲートパッド、データパッドを形成する第１工程と、ゲート絶縁膜を形成するとともに、ゲート電極上に薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成する第２工程と、第１のパッシベーション層およびフォトアクリル層を基板全面に順次形成した後にコンタクトホールを形成する第３工程と、液晶分子が傾くように配向制御された表示制御領域用のコモン電極と、上下方位および左右方位に液晶分子が傾くように配向制御された視野角制御用のコモン電極とを分離して形成する第４工程と、第２のパッシベーション層を基板全面に形成した後にコンタクトホールを形成する第５工程と、薄膜トランジスタを介して電圧が供給される表示制御領域に画素電極を形成するとともに、それぞれの画素の表示制御領域に対応しており、表示画素領域と独立した視野角制御線を介して制御電圧が印加される視野角制御領域に上下方向および左右方向に液晶分子が傾くように視野角制御電極を形成する第６工程とを備え、視野角制御領域は、表示制御領域と同じ画素内に位置し、表示制御領域に形成される表示制御領域用のコモン電極は、液晶の倒れる向きを規定するために形成されたくの字状に形成され、視野角制御領域に対向する基板上にカラーフィルタによる着色層を設けないものである。

本発明によれば、液晶分子が傾くように制御された表示制御領域とともに、上下方位あるいは左右方位に液晶分子が傾くように制御され、前記表示制御領域のコモン線とは独立した視野角制御線を介して制御電圧が印加される視野角制御領域を、１画素内にさらに形成することにより、白画素を設ける必要がなく、上下左右方向に視野角調整を行うことのできるＦＦＳ方式の液晶表示装置およびその製造方法を得ることができる。

以下、本発明の液晶表示装置およびその製造方法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ＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。図１における１つの画素は、表示制御領域１０と視野角制御領域２０とで構成されている。表示制御領域１０は、液晶の倒れる向きを規定するために形成されたくの字状のコモン電極１１により、液晶分子が傾くように配向制御されている領域である。

それぞれのＲＧＢ画素の表示制御領域１０に、上述のようなくの字状のコモン電極１１が形成され、さらに、表示を行いたい画素に電圧を印加することにより、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カラー表示が可能となる。

一方、視野角制御領域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、表示制御領域１０とは別個の視野角制御線３０を介して制御電圧が印加される領域である。そして、視野角制御領域２０内には、図１に示すような左右方位のコモン電極２１ａ、あるいは、後述する上下方向のコモン電極２１ｂのいずれか一方が設けられている。

図１に示したように、視野角制御領域２０は、表示制御領域１０とは別個の視野角制御線３０を介して印加電圧が供給される。そして、視野角制御領域２０用の独立コモン線である視野角制御線３０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、視野角制御領域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。

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、それぞれの表示制御領域１０に対応する視野角制御領域２０には、左右方位のコモン電極２１ａを有するもの、あるいは上下方位のコモン電極２１ｂを有するものの何れかが設けられており、視野角制御領域２０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からのいずれか一方の視野に対する表示を白くすることができる。従って、左右方位のコモン電極２１ａを有する画素と上下方位のコモン電極２１ｂを有する画素とを表示画面内で所望の位置に配置することにより、所望の秘匿性を有する表示が可能となる。

次に、このような視野角制御領域２０を製造する工程について説明する。
図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法の工程説明図である。まず始めに、第１工程により、基板４０の上に、ゲート電極４１、ゲートパッド４２、データパッド４３を形成する。

次に、第２工程により、ゲート絶縁膜４４を形成するとともに、ａ−Ｓｉ層およびＮ＋ａ−Ｓｉ層を順に形成し、Ｎ＋ａ−Ｓｉ層上に金属層を形成し、エッチングによりホールを形成して、ゲート電極４１上にソース電極４５およびドレイン電極４６を形成する。

次に、第３工程により、パッシベーション層４７ａおよびフォトアクリル層５０（あるいは絶縁層）を順次基板４０の全面に形成した後に、コンタクトホールを形成する。次に、第４工程により、チャネルおよび表示制御領域１０上に、個別のコモン電極５１ａ、５１ｂを形成する。ここで、表示制御領域に形成されるコモン電極５１ｂは、図１におけるコモン電極１１に相当する。

次に、第５工程により、第２のパッシベーション層４７ｂを基板４０の全面に形成した後に、コンタクトホールを形成する。そして、最後の第６工程により、液晶分子が傾くように配向制御された表示制御領域１０に画素電極４８を形成するとともに、上下方位および左右方位に液晶分子が傾くように配向制御され、独立した視野角制御線３０を介して制御電圧が印加される視野角制御領域２０に、視野角制御電極４９をさらに形成する。

図４は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の図３の製造工程により形成された画素近傍の平面図であり、Ｒ画素の平面図の一例を示している。このようなプロセスの結果、図４の構造が最終的に形成されることとなる。図４に示したように、視野角制御領域２０は、左右方向あるいは上下方向の表示の秘匿性を持たせる役目を果たすことから、カラーフィルタによる着色層を設けることが不要にできるメリットがある。

上述のような６マスクプロセスを経ることにより、独立した視野角制御線３０を透明電極で形成することができるとともに、第６工程のマスクを工夫することにより、左右方位あるいは上下方位に対応した所望のコモン電極を有する視野角制御領域２０を埋め込むことが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態１における視野角制御領域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、視野角制御領域２０に左右方位のコモン電極２１ａが設けられた場合の輝度分布である。視野角制御領域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、視野角制御領域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。同様に、視野角制御領域２０に上下方位のコモン電極２１ｂが設けられている場合には、上下方位の斜め方向のみに光が漏れてくるので上下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６は、本発明の実施の形態１におけるＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の別の平面図である。図６（ａ）は、左右方位のコモン電極２１ａを有する視野角制御領域２０を示しており、図６（ｂ）は、上下方位のコモン電極２１ｂを有する視野角制御領域２０を示している。

図６（ａ）において、表示制御領域１０には、特に、左右方向の視認性を改善するために、くの字状のコモン電極１１ａが横方向に所定の間隔で配列されている。さらに、視野角制御領域２０には、必要に応じて、左右方向の情報の秘匿性を持たせることが可能なように、左右方位のコモン電極２１ａが設けられている。

一方、図６（ｂ）において、表示制御領域１０には、特に、上下方向の視認性を改善するために、くの字状のコモン電極１１ｂが縦方向に所定の間隔で配列されている。さらに、視野角制御領域２０には、必要に応じて、上下方向の情報の秘匿性を持たせることが可能なように、上下方位のコモン電極２１ｂが設けられている。

そして、図６（ａ）の構造を有する画素と、図６（ｂ）の構造を有する画素とを、１つの表示画面内で適切に配置することにより、上下左右方向の視認性を改善するとともに、必要に応じて、上下左右方向の情報の秘匿性を持たせた表示が可能となる。

図７は、本発明の実施の形態１における視野角制御領域２０の電圧印加による視野角依存の輝度分布を示す別の図であり、表示画面内に図６（ａ）の構造を有する画素と、図６（ｂ）の構造を有する画素とを、適切に配置した場合の輝度分布を示している。視野角制御領域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。従って、視野角制御領域２０は、表示情報に全く影響を与えず、表示制御領域のコモン電極１１ａ、１１ｂの働きにより、上下左右方向の視認性の改善が図られる。

一方、視野角制御領域２０に電圧が印加された場合には、視野角制御領域のコモン電極２１ａ、２１ｂの働きにより、正面は黒であるが、上下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、上下左右方向の情報に秘匿性を持たせることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、ＦＦＳ方式の液晶表示装置において、くの字状のコモン電極を用いて視認性を改善した際に、表示制御領域とは独立して配向制御可能な視野角制御領域を設けることにより、上下方向あるいは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。さらに、この視野角制御領域においては、アクリル層の厚さにより、信号遅延の影響なく透明電極を視野角制御線として使用できることにより、開口率の向上を図った上で、表示情報に秘匿性を持たせた液晶表示装置を得ることができる。

さらに、左右方位の視野角制御領域と上下方位の視野角制御領域とを、表示画面内で適切に配置することにより、上下方向および左右方向に情報の秘匿性を持たせた液晶表示装置を実現できる。さらに、視野角制御領域には、カラーフィルタを設ける必要がなく、コスト削減を図ることも可能となる。

本発明の実施の形態１におけるＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。 本発明の実施の形態１における左右方位のコモン電極を有する視野角制御領域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における液晶表示装置の製造方法の工程説明図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の図３の製造工程により形成された画素近傍の平面図である。 本発明の実施の形態１における視野角制御領域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ＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の別の平面図である。 本発明の実施の形態１における視野角制御領域の電圧印加による視野角依存の輝度分布を示す別の図である。 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。 垂直配向型液晶表示装置を正面から見たときの液晶分子の様子を示した図である。 垂直配向型液晶表示装置を斜めから見たときの液晶分子の様子を示した図である。 表示の秘匿性をコントロールするための具体的な構成を示した図である。 図１１における各副画素の液晶分子の配列状態を示した図である。 従来のＦＦＳ方式の液晶表示装置の画素近傍の平面図である。 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

１０ 表示制御領域、１１、１１ａ、１１ｂ コモン電極、２０ 視野角制御領域、２１ａ、２１ｂ コモン電極、３０ 視野角制御線、４０ 基板、４１ ゲート電極、４２ ゲートパッド、４３ データパッド、４４ ゲート絶縁膜、４５ ソース電極、４６ ドレイン電極、４７ａ パッシベーション層、４７ｂ 第２のパッシベーション層、４８ 画素電極、４９ 視野角制御電極、５０ フォトアクリル層、５１ａ、５１ｂ コモン電極。

Claims (2)

1. 画素の集合からなる表示画面を有するＦＦＳ方式の液晶表示装置であって、
   １つの画素のそれぞれは、
   液晶の倒れる向きを規定するために形成されたくの字状のコモン電極により液晶分子が傾くように配向制御され、薄膜トランジスタを介して電圧が供給される表示制御領域と、
   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、前記表示制御領域のコモン線とは独立した視野角制御線を介して制御電圧が印加され、前記表示制御領域と同じ画素内に位置する視野角制御領域と
   を備え、
   前記視野角制御領域に対向する基板上にカラーフィルタによる着色層を設けない
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 基板上に薄膜トランジスタのゲート電極、ゲートパッド、データパッドを形成する第１工程と、
   ゲート絶縁膜を形成するとともに、前記ゲート電極上に前記薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成する第２工程と、
   第１のパッシベーション層およびフォトアクリル層を前記基板全面に順次形成した後にコンタクトホールを形成する第３工程と、
   液晶分子が傾くように配向制御された表示制御領域用のコモン電極と、上下方位および左右方位に液晶分子が傾くように配向制御された視野角制御用のコモン電極とを分離して形成する第４工程と、
   第２のパッシベーション層を前記基板全面に形成した後にコンタクトホールを形成する第５工程と、
   前記薄膜トランジスタを介して電圧が供給される前記表示制御領域に画素電極を形成するとともに、それぞれの画素の表示制御領域に対応しており、前記表示画素領域と独立した視野角制御線を介して制御電圧が印加される視野角制御領域に上下方向および左右方向に液晶分子が傾くように視野角制御電極を形成する第６工程と
   を備え、
   前記視野角制御領域は、前記表示制御領域と同じ画素内に位置し、
   前記表示制御領域に形成される表示制御領域用のコモン電極は、液晶の倒れる向きを規定するために形成されたくの字状に形成され、
   前記視野角制御領域に対向する基板上にカラーフィルタによる着色層を設けない
   ことを特徴とするＦＦＳ方式の液晶表示装置の製造方法。

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