JP5095941B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、視野角制御を可能とする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、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。
さらに、図13は、従来の垂直配向型液晶表示装置の基本構造を示す図である。図13において、上側に位置する片側透明電極上には、リブあるいは土手状の構造物が設けられている。そして、図13で下側に位置するもう一方の透明電極には、幅が約10ミクロン程度のスリットが設けられている。液晶分子は、電圧無印加状態では垂直に配向しており、電圧が印加されると、土手あるいはスリットによる斜め電界の影響で決められた方向、即ち土手あるいはスリットの伸びる方向と垂直な方向に倒れる。
特開平5−72529号公報(第1頁、図1)
しかしながら、従来技術であるこの垂直配向を利用した秘匿性を有する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、左右方位ではコントラストが低下するが、上下方位ではコントラストは低下しない。
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、画素の集合からなる表示画面を有する垂直配向型の液晶表示装置であって、1つの画素のそれぞれは、斜め方位に液晶分子が傾くように配向制御されている領域X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、偏光子と検光子とがそれぞれの吸収軸を上下左右方向にクロスニコルの関係で液晶層を挟む形で形成され、領域Xとは独立して電圧が印加される領域Yとを備え、前記1つの画素のそれぞれは、RGBの副画素を有し、前記Y領域は、前記副画素ごとに個別に、上下方向に液晶分子の配向方向が制御される上下制御領域、あるいは左右方向に液晶分子の配向方向が制御される左右制御領域のいずれか一方の領域を有するものである。

本発明によれば、斜め方位に液晶分子が傾くように配向制御されている領域X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、領域Xとは独立して電圧が印加される領域Yを1画素内にさらに備えることにより、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.
まず始めに、本願の基本原理を説明する。
図1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パターンの基本構成を示す図である。RGBの各副画素は、領域Xおよび領域Yで構成されている。ここで、領域Xは、斜め方位に液晶分子が傾くように配向制御されている領域であり、くの字に形成された土手あるいはスリットが設けられている。
一方、領域Y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、偏光子と検光子とがそれぞれの吸収軸を上下左右方向にクロスニコルの関係で液晶層を挟む形で形成され、領域Xとは独立して電圧が印加される領域であり、上下あるいは左右に土手あるいはスリットが設けられている。
そして、この図1の基本構成では、特に、領域Yの土手(あるいはスリット)が横向きになっている画素をある程度まとめて設け、一方、領域Yの土手(あるいはスリット)が縦向きになっている画素をある程度まとめて設けた場合を例示している。
ここで、図1においては、領域Yの土手(あるいはスリット)が横向きになっている画素が集まっている部分をAパターン、領域Yの土手(あるいはスリット)が縦向きになっている画素が集まっている部分をBパターンとして示しており、結果としてAパターンとBパターンがチェッカーパターンを形成するように配列されている。例えば、画素が1000×1000程度集まって形成されている表示画面にあっては、これらAパターンとBパターンとの領域が表示画面内で分配されることとなる。
図2は、本発明の実施の形態1における領域Yのみの輝度分布を示した図である。図2(a)は、AパターンとBパターンの両方の領域Yに電圧が印加されていない場合を示す。この場合には、液晶は、垂直に立っており、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、全く表示自体は自然に使える。
図2(b)は、AパターンとBパターンの両方の領域Yに電圧が印加された状態で、左右方向からみた場合を示す。この場合には、横向きのパターンが入った図1のAパターンで示した部分が明るく光が抜けてくる。
一方、縦向きのパターンが入った図1のBパターンで示した部分からは、光が漏れてこない。その結果、図2(b)に示すように、Aパターンが白、Bパターンが黒のチェッカーパターンとなる。そして、このパターンが通常の表示パターンに重なることになるので、左右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なる。
これに対して、図2(c)は、AパターンとBパターンの両方の領域Yの電圧が印加された状態で、上下方向からみた場合を示す。この場合には、横向きのパターンが入った図1のAパターンで示した部分からは、光が漏れてこない。
一方、縦向きのパターンが入った図1のBパターンで示した部分からは、光が漏れてくる。その結果、図2(c)に示すように、Aパターンが黒、Bパターンが白の図2(b)とは逆のチェッカーパターンとなり、このパターンが通常の表示パターンに重なることになるので、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なる。
以上の本願の基本原理に基づいて、以下においては、画素内におけるAパターンとBパターンの配置を示す。さらに、縦横のパターンに電圧をかけるのに際して、
1)ゲートドライバが実装されているのと反対側から印加すること
2)縦横のパターンをどのように配置するかで単純なチェッカー以外のパターンも自由に設計できること
3)電圧の印加の仕方を変えることにより情報の秘匿性を上げることができること
を中心に、詳細な説明を行う。勿論、縦パターンのみ、あるいは横パターンのみで構成することも可能であることは言うまでもない。
図3は、本発明の実施の形態1における画素設計の例示図である。画素を大きく二つの部分(領域Xと領域Y)に分けて示しており、先の図1に示した1つの副画素の拡大図に相当する。一つは、表示パターンを表示するための領域Xの部分であり、他方は、視認範囲を抑制制御するための領域Yの部分である。
偏光子の吸収軸を表示面の上下方向に、検光子の吸収軸を左右方向に設定している。また、液晶分子が電圧無印加で垂直に配向するように、垂直配向膜を表面に塗布している。さらに、液晶の誘電率異方性として負のものを用い、電圧無印加で垂直配向、電圧印加で液晶分子が傾くように設定している。あるいは前記液晶にはchiral dopantを添加することができる。
表示パターン用の領域Xの部分にあっては、配向制御用の土手11を斜め45度、135度方位に設けている。さらに、配向をより制御するために、微細なスリット12を土手11と垂直に設けることを行っている。この微細なスリット12は、この表示パターン用のX領域の部分では、省略することも可能である。表示部分用のコモン電極31を表示部分の中央を横切るように配置し、コンタクトホール32を介してソース層33と接続されている。
領域Xでは、画素電極に斜め方向に、土手11(あるいはスリット)が形成されている。一方、図3に示されたように、Aパターンを有する領域Yでは、画素電極に左右方向に幅広の土手21(あるいはスリット)が形成され、配向を安定化させている。また、図示していないが、Bパターンを有する領域Yでは、画素電極に上下方向に幅広の土手21(あるいはスリット)が形成され、配向を安定化させている。
ここで、領域Xでは、画素電極に斜め方向に土手11(あるいはスリット)が形成されてなり、Aパターンを有する領域Yでは、画素電極に上下方向に微細なスリット22がさらに形成されており、図示していないBパターンを有する領域Yでは、画素電極に左右方向に微細なスリット22がさらに形成されている。
パネルに情報秘匿性を持たせる領域Yの部分は、確実に上下方向あるいは左右方向のみに液晶分子が倒れる必要がある。そこで、図3の下方に示すように、幅3.5ミクロン、間隙が3ミクロン程度で、このような微細なスリット22を上下方向あるいは左右方向に設けて液晶分子をこのスリットに平行な方向に強制的に倒れさせるようにしている。
そして、領域Yにあっては、線幅、ライン間隙が約5ミクロン以下のこのような微細なスリット22を全面に形成している。ただし、このような微細なスリット22は、表示ムラの原因になりうる。領域Yは、ムラになっても問題ないが、領域Xのムラは、表示のムラとして見えてしまう。そこで、領域Yでは、微細なスリット22を全面に形成しているが、領域Xでは、微細なスリット12を全く使用しない、あるいは使用したとしても一部分にのみ使用するように構成した。
ここで、この情報秘匿性を付与させるための領域Yの部分には、独立に電圧を印加させるため、ゲート層を利用して電極41を左右方向に延ばしている。各画素の領域Yに対して、ゲート層を利用した金属ラインをゲート電極と平行に走らせ、コンタクトホール42を介して、領域Yの画素電極と該金属ラインとを接続している。この金属ラインは、各画素の領域Yの中心を通ることにより、画素の対称性を確保している。該コンタクトホール42は、領域Xの画素電極とソース電極とをコンタクトさせるためのホールを形成させる工程にて形成することができる。
図4は、本発明の実施の形態1における視角制御用電圧供給の電極の配置図である。図4に示すように、この電圧を印加させるためのゲート電極層からなる左右に延びる電極41は、ゲートドライバとは逆の側である程度束ねられ、電圧を印加するようにしている。この電圧としては、液晶が壊れないようにするために、交流を印加する。ここで、電圧の中心としては、対向に位置するCF基板上の共通透明電極の電圧を交流の中心としている。この中心電圧は、表示を行うための画素に印加される電圧の中心とは異なる。
上述の説明においては、表示秘匿用に各画素に縦方向あるいは横方向の構造物を設けて液晶分子を上下方向あるいは左右方向に傾くようにした。この縦方向横方向のパターンについては、表示画面内のAパターンとBパターンの配置を考慮することにより、任意のパターンを形成することができる。
図5は、本発明の実施の形態1における秘匿表示パターンの一例を示した図である。図5(a)は、正面からの視野表示を示している。これに対して、図5(b)は、斜め視野非制御モードにおける正面および斜めからの視野表示を示しており、図5(c)は、斜め視野制御モードにおける斜めからの視野表示を示している。この図5(c)においては、先の図2に示したように、チェッカーパターンを秘匿表示する場合を例示している。
表示の秘匿用制御部分に電圧を印加しない場合には、正面、上下左右ともに図5(b)に示すように、通常の表示が実現される。これに対して、表示秘匿用制御部分に電圧を印加した場合には、正面の表示は、図5(a)あるいは図5(b)と同様で全く変わらない。しかしながら、斜め方位から観察した場合には、図5(c)に示すように、本来の表示に、例えば、チェッカーパターンが重畳されて、表示が認識しづらくなる。
また、図6は、本発明の実施の形態1における秘匿表示パターンの別の例を示した図である。この図6においては、チェッカーパターンではなく、「Confidential」の文字を用いた場合の例を示す。図6(a)は、正面からの視野表示を示している。これに対して、図6(b)は、斜め視野非制御モードにおける正面および斜め方向からの視野表示を示している。
さらに、図6(c)は、斜め視野制御モードにおける左右方向からの視野表示を示しており、図6(d)は、斜め視野制御モードにおける上下方向からの視野表示を示している。図6(c)(d)に示すように、秘匿表示パターンは、左右方位と上下方位とで逆のパターンになっている。
このように、秘匿表示パターンは、文字にすることも可能であり、任意のパターンを形成することができる。即ち、視角抑制パターン用の領域YにおけるAパターンとBパターンの配置を工夫することにより、図5のようなチェッカーパターンあるいは図6のような意味のある文字等のパターンを秘匿表示パターンとして形成できることとなる。
以上のように、実施の形態1によれば、パネルに情報秘匿性を持たせることのできる領域Yを画素内に設け、通常の表示パターン用の領域Xとは独立して印加電圧制御を行うことにより、所望の秘匿表示パターンを用いて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。ここで、秘匿表示用の領域Yのパターンは、モザイクに限られることはなく、任意のパターン、カラー表示、自然画表示等を行うことができることは言うまでもない。
実施の形態2.
本実施の形態2では、視角抑制パターン用の領域Yに印加する電圧を工夫して、秘匿表示パターンを変化させる場合について説明する。図7は、本発明の実施の形態2における領域Yへの印加電圧パターンを示した図である。ここでは、斜めから表示を見た時に情報を秘匿するのに際して、領域Yに印加する電圧を工夫している。
液晶分子は、交流のかかる周期が長いと、ばたばたと動き、それがフリッカーとして見えることが知られている。そこで、図7の下に示すように、交流を印加する周期を30Hz以下にして駆動を行うことにより、秘匿表示をフリッカーさせることが可能となる。
あるいは、その他の例として、周期的に電圧を印加する時の中心電圧を、対向電極の電圧からずらしてやることも考えられる。さらに、その他の例として、周期的に印加する電圧の電圧値を周期的に変える、あるいは、ON、OFFを周期的に行うことも考えられる。これにより、斜めから表示を見ると、例えば、先の図6で示した「Confidential」の字の濃さが周期的に変化し、非常に見にくい表示をすることができ、情報の秘匿性を向上させることが可能となる。
以上のように、実施の形態2によれば、領域Yの印加電圧制御を行う際に、その印加電圧パターンを工夫することにより、所望の秘匿表示パターンを用いて、情報の秘匿性をさらに向上させて、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。
なお、本発明の応用として、領域Yに印加する電圧を、スクリーンの使用者がコントロールできるようにすることも考えられる。さらに、領域Yに印加する交流電圧の周期を変えられるように構成することも可能である。
これにより、スクリーンを正面から使用している人には全く違和感がなく、スクリーンを斜めから見る人に対して、全く違和感なく見えるようにすることも、違和感があり見られないようにすることも可能となる。しかも、液晶パネルとしては、従来のものと製造工程は、全く同一で追加するものもない。
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パターンの基本構成を示す図である。 本発明の実施の形態1における領域Yのみの輝度分布を示した図である。 本発明の実施の形態1における画素設計の例示図である。 本発明の実施の形態1における視角制御用電圧供給の電極の配置図である。 本発明の実施の形態1における秘匿表示パターンの一例を示した図である。 本発明の実施の形態1における秘匿表示パターンの別の例を示した図である。 本発明の実施の形態2における領域Yへの印加電圧パターンを示した図である。 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。 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。 図13は、従来の垂直配向型液晶表示装置の基本構造を示す図である。
符号の説明
11 土手、12 スリット、21 土手、22 スリット、31 コモン電極、32 コンタクトホール、33 ソース層、41 電極、42 コンタクトホール。

Claims (21)

  1. 画素の集合からなる表示画面を有する垂直配向型の液晶表示装置であって、
    1つの画素のそれぞれは、
    斜め方位に液晶分子が傾くように配向制御されている領域X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、偏光子と検光子とがそれぞれの吸収軸を上下左右方向にクロスニコルの関係で液晶層を挟む形で形成され、前記領域Xとは独立して電圧が印加される領域Yと
    を備え、
    前記1つの画素のそれぞれは、RGBの副画素を有し、
    前記Y領域は、前記副画素ごとに個別に、上下方向に液晶分子の配向方向が制御される上下制御領域、あるいは左右方向に液晶分子の配向方向が制御される左右制御領域のいずれか一方の領域を有する
    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Y領域は、前記1つの画素内の前記副画素に共通して、前記上下制御領域あるいは前記左右制御領域のいずれか一方の領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Xは、斜め方向のスリットあるいは土手が画素電極に形成され、
    前記領域Yの前記上下制御領域は、左右方向に幅広のスリットあるいは土手が画素電極に形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項3に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yの前記上下制御領域は、上下方向に微細なスリットが画素電極にさらに形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Xは、斜め方向のスリットあるいは土手が画素電極に形成され、
    前記領域Yの前記左右制御領域は、上下方向に幅広のスリットあるいは土手が画素電極に形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項5に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yの前記左右制御領域は、左右方向に微細なスリットが画素電極にさらに形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Xは、斜め方向のスリットあるいは土手が画素電極に形成され、
    前記領域Yの前記上下制御領域は、左右方向に幅広のスリットあるいは土手が画素電極に形成され、
    前記領域Yの前記左右制御領域は、上下方向に幅広のスリットあるいは土手が画素電極に形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項7に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yの前記上下制御領域は、上下方向に微細なスリットが画素電極にさらに形成され、
    前記領域Yの前記左右制御領域は、左右方向に微細なスリットが画素電極にさらに形成される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の液晶表示装置において、
    前記上下制御領域と前記左右制御領域とは、前記表示画面内にあらかじめ決められた模様あるいは文字を形成するように配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    それぞれの画素における前記領域Yに対して、ゲート層を利用してゲート電極と平行に設けられ、コンタクトホールを介して前記領域Yに設けられた画素電極と接続される金属ラインをさらに備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項10に記載の液晶表示装置において、
    前記金属ラインは、前記それぞれの画素における前記領域Yの中心を通ることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項10に記載の液晶表示装置において、
    前記コンタクトホールは、前記領域Xの画素電極とソース電極とを接続させるためのホールを形成する工程にて形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 請求項10に記載の液晶表示装置において、
    前記金属ラインは、電圧を印加するために、ゲートドライバの実装されている側とは反対側に引き出されることを特徴とする液晶表示装置。
  14. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、所望の値に制御された電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  15. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、可変周期の交流電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  16. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、周波数が30Hz以下の交流電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  17. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、中心電圧を変動させた交流電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  18. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、周期的に変動させた電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  19. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、周期的にON/OFFさせた電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。
  20. 請求項1または2に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Yは、線幅、ライン間隙が5ミクロン以下の微細なスリットの集合が全面に形成されてなることを特徴とする液晶表示装置。
  21. 請求項20に記載の液晶表示装置において、
    前記領域Xは、微細なスリットが一部分にのみ使用されることを特徴とする液晶表示装置。
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