JP2004264876A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広視野角特性を得るとともに、低消費電力化を向上させる液晶表示装置を得る。
【解決手段】 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置に係り、いわゆるバックライト方式と称される液晶表示装置に関する。

いわゆるバックライト方式と称されるカラー液晶表示装置は、液晶層を介して互いに対向配置された一対の透明基板を外囲器として備える液晶表示パネルの背面に、バックライトユニットを配置させて構成されている。

そして、液晶表示パネルは、その主表面において、前記液晶層に光透過の程度をそれぞれ独立に制御できる多数の画素がマトリックス状に配置されて表示部が構成されているとともに、この表示部に前記バックライトユニットからの放射光を透過できるように構成されている。

しかしながら、このように構成された液晶表示装置は、その長所の一つとして低消費電力が挙げられるが、さらなる低消費電力化への構成が要望されている。

一方、液晶表示装置として、近年、その表示面に対して大きな角度視野から観察しても鮮明な映像を認識でき、いわゆる広角度視野に優れたものが知られるに至っている。

この場合、このような液晶表示装置における広視野角での観察は、その必要時において有効となるもので、たとえば少数の観察者が移動せずに前方で観察する場合にはその有効性はあまり発揮されないことになる。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、低消費電力と広角度視野の両立を図った液晶表示装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、バックライトユニットと、このバックライトユニットからの光を透過させる広視野角特性の液晶表示パネルとを備える液晶表示装置において、前記バックライトユニットは、その輝度を可変できる構成となっているとともに、前記バックライトユニットと液晶表示パネルとの間に光学素子が配置され、この光学素子は、該バックライトユニットから液晶表示パネルへの光の散乱度合を可変できる構成となっていることを特徴とするものである。

このように構成された液晶表示装置は、バックライトユニットの輝度および光学素子の光散乱性を可変できるように構成されたものとなっている。

このため、たとえば少数の観察者が移動しながら該液晶表示装置を観察する場合、あるいは、多数の観察者が移動せずに該液晶表示装置を観察する場合には、バックライトの輝度を大きくするとともに光学素子の光散乱度合いを大きくすることによって、液晶表示装置を観察できその広視野角特性の有効性を充分に発揮できるようになる。

また、特に液晶表示装置の広視野角特性を必要としなくなる場合、たとえば少数の観察者が移動せずに該液晶表示装置を観察する場合には、バックライトの輝度を小さくするとともに光学素子の光散乱度合いを小さくすることができるようになる。

そして、上記いずれの場合においても、液晶表示パネル面の映像はその輝度がほぼ均一なものとして観察者が認識できることになる。

このことから、広視野角特性を必要としない状態で液晶表示装置を観察する場合に、そのバックライトユニットの輝度を小さくすることによって、それに要する消費電力を小さくすることができるようになる。

以上説明したことから明らかなように、本発明による液晶表示装置によれば、広視野角特性を得るとともに、低消費電力化を向上させることができるようになる。

実施例１．
図２は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す概略構成図である。

同図において、まず、いわゆるアクティブ・マトリッスク型の液晶表示パネル１００がある。この液晶表示パネル１００は、その表示部がマトリックス状に配置された複数の画素の集合によって構成され、それぞれの各画素は後述するバックライトユニット３００からの透過光を独自に変調制御できるように構成されている。

そして、各画素における光変調はいわゆる横電界方式と称される方法を採用しており、その構成は後に詳述するが、互いに対向配置される透明基板の間に介在される液晶層内に発生させる電界は該透明基板と平行になるようになっている。

このような液晶表示パネル１００は、その表示面に対して大きな角度視野から観察しても鮮明な映像を認識でき、いわゆる広角度視野に優れたものとして知られている。

そして、液晶表示パネル１００には、その外部回路として垂直走査回路５および映像信号駆動回路６が備えられ、該垂直走査回路５によって前記走査信号線２のそれぞれに順次走査信号（電圧）が供給され、そのタイミングに合わせて映像信号駆動回路６から映像信号線３に映像信号（電圧）を供給するようになっている。

なお、垂直走査回路５および映像信号駆動回路６は、液晶駆動電源回路７から電源が供給されていると共に、ＣＰＵ８からの画像情報がコントローラ９によってそれぞれ表示データ及び制御信号に分けられて入力されるようになっている。

また、上述した構成の液晶表示パネル１００には、特に基準信号線４が設けられ、この基準信号線４に印加される基準電圧信号も液晶駆動電源回路７から供給されるようになっている。

そして、液晶表示パネル１００の背面には、光学素子２００を介してバックライトユニット３００が配置されており、このバックライトユニット３００からの光は、前記光学素子２００を介して液晶表示パネル１００を照射するようになっている。

光学素子２００は、後にその構成を詳述するが、バックライトユニット３００から液晶表示パネル１００への光照射の光散乱度合いを可変する機能を有し、その光散乱度合いは駆動電圧印加回路４０によってなされるようになっている。そして、この駆動電圧印加回路４０を介して前記光学素子２００に印加する電圧は視野角コントローラ６０によって制御されるようになっている。

バックライトユニット３００は、その一部を構成する冷陰極線管に電圧を印加するバックライト電源回路５０を備えており、このバックライト電源回路５０を介して前記冷陰極線管に印加する電圧は視野角コントローラ６０によって制御されるようになっている。これにより、バックライトユニット３００自体の輝度を可変できるようになる。

次に、このように構成された液晶表示装置の使用方法の一実施例を図１を用いて説明する。

同図は、バックライトユニット３００からの光が光学素子２００を介して液晶表示パネル１００を透過する場合における光路の状態を示す側面図で、同図（ａ）は低消費電力モード（低消費電力を優先させる場合のモード）を示し、同図（ｂ）は広視野角モード（広視野角を優先させる場合のモード）を示している。

低消費電力モード
この場合、バックライトユニット３００への電力供給を少なくすることによって、その照度を弱め、同時に、光学素子２００への駆動電圧を所定値にし、その光散乱性を全くない状態とする。

このようにした場合、同図（ａ）に示すように、バックライトユニット３００からの光は、そのまま光学素子２００を通過し、図中θ₁の広がり（放射角θ₁）を有して液晶表示パネル１００を透過することになる。

液晶表示装置の前方で、たとえば少数の観察者が移動せずに該液晶表示装置を観察する場合、該液晶表示装置において特に広視野角の特性が要求されないことから、このモードとして用いることで充分となる。

このことから、該液晶表示装置を低消費電力で駆動させることができるようになる。

広視野角モード
この場合、バックライトユニット３００への電力供給を大きくすることによって、その輝度を強め、同時に、光学素子２００への駆動電圧を前記所定値よりも低くし、その光散乱を高くする。

このようにした場合、同図（ｂ）に示すように、バックライト３００からの光は、光学素子２００によって散乱され、図中θ₂の広がり（放射角θ₂）を有して液晶表示パネル１００を透過することになる。

液晶表示装置の前方で、たとえば少数の観察者が移動しながら該液晶表示装置を観察する場合、あるいは、多数の観察者が移動せずに該液晶表示装置を観察する場合、液晶表示装置において特に広視野角の特性が要求さることから、このモードを必要時に用いることで充分となる。

このことから、該液晶表示装置を広視野角で駆動させることができるようになる。

図１１は、光学素子２００の上述した散乱度合いの変化で、正面における液晶表示パネル１００の輝度（バックライトユニット３００それ自体の輝度ではなく、観察者が認識する液晶表示パネル１００面の輝度）が一定になるように、バックライトユニット３００への供給電圧を変化させた場合の、消費電力（Ｗ）と光放射角（θ）との関係を示したグラフである。なお、ここにいう放射角θとは、光の輝度が正面輝度に対して５０％以上である角度範囲を含んだ角度と定義している。

この場合、正面コントラスト比として１５０を達成できたことが確認された。しかも、コントラスト比が１０以上の条件での視野角は上下左右ともそれぞれ７０°を超えることが確認された。

また、図２に示した視野角コントローラ６０は、オペレータ（観察者）による操作で、バックライトユニット３００の輝度変化と光学素子２００の光散乱度合いの変化をたとえば図１１に示した関係で制御し、それらの制御信号を駆動電圧印加回路４０およびバックライト電源回路５０に送出するように構成している。

この場合、オペレータによる視野角コントローラ６０への操作は、たとえば、バックライトユニット３００の輝度を小さくするとともに光学素子２００の光散乱度合いを小さくする場合と、バックライトユニット３００の輝度を大きくするとともに光学素子２００の光散乱度合いを大きくする場合との２段階で操作できるようにしてもよい。また、これに限定されず、バックライトユニット３００の輝度を小さくするとともに光学素子２００の光散乱度合いを小さくする場合から、バックライトユニット３００の輝度を大きくするとともに光学素子２００の光散乱度合いを大きくする場合までを、線形に連続的に操作できるようにしてもよいことはいうまでもない。

なお、オペレータによる上述した操作は、たとえば視野角調整スイッチ等によって行うようにし、その視野角調整スイッチからの出力によって前記視野角コントローラ６０を駆動させるようにすれば、簡単な構成とすることができる。

さらには、バックライトユニット３００の輝度の可変および光学素子２００の光散乱性の度合いの可変を、それぞれ独立に操作できるようにしてもよいことはいうまでもない。

以下、上述した液晶表示パネル１００、光学素子２００、バックライトユニット３００の具体的構成の一実施例を順次説明する。

〔液晶表示パネル１００〕
図３に示すように、液晶表示パネル１００があり、この液晶表示パネル１００の液晶を介して互いに対向配置される透明基板１Ａ、１Ｂのうち一方の透明基板１Ａの液晶側の面に、そのｘ方向（行方向）に延在しｙ方向（列方向）に並設される走査信号線２および基準信号線４とが形成されている。

この場合、同図では、透明基板１Ａの上方から、基準信号線４、この基準信号線と比較的大きく離間された走査信号線２、この走査信号線２と近接された基準信号線４、この基準信号線４と比較的大きく離間された走査信号線２、…というように順次配置されている。

そして、これら走査信号線２および基準信号線４とそれぞれ絶縁されてｙ方向に延在しｘ方向に並設される映像信号線３が形成されている。

ここで、走査信号線２、基準信号線４、および映像信号線３のそれぞれによって囲まれる矩形状の比較的広い面積の各領域において単位画素が形成される領域となり、これら各単位画素がマトリックス状に配置されて表示面を構成するようになっている。

図４は、前記単位画素の一実施例を示す平面図である（図３の点線で囲んだ領域に相当する）。なお、図４のV−V線における断面図を図５に、VI−VI線における断面図を図６に、VII−VII線における断面図を図７に示している。

図４において、透明基板１Ａの主表面に、ｘ方向に延在する基準信号線４と、この基準信号線４と離間されかつ平行に走査信号線２が形成されている。

ここで、基準信号線４には、３本の基準電極１４が一体に形成されている。すなわち、そのうちの２本の基準電極１４は、一対の後述する映像信号線３とで形成される画素領域のｙ方向辺、すなわち前記それぞれの映像信号線３に近接して（−）ｙ方向に走査信号線２の近傍にまで延在されて形成され、残りの１本はそれらの間に形成されている。

そして、これら走査信号線２、基準信号線４、および基準電極１４が形成された透明基板１Ａの表面にはこれら走査信号線２等をも被ってたとえばシリコン窒化膜からなる絶縁膜１５（図５、図６、図７参照）が形成されている。この絶縁膜１５は、後述する映像信号線３に対しては走査信号線２および基準信号線４との交差部に対する層間絶縁膜として、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に対してはゲート絶縁膜として、蓄積容量Ｃｓｔｇの形成領域に対しては誘電体膜として機能するようになっている。

この絶縁膜１５の表面には、まず、その薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域において半導体層１６が形成されている。この半導体層１６はたとえばアモルファスＳｉからなり、走査信号線２上において映像信号線３に近接された部分に重畳して形成されている。これにより、走査信号線２の一部が薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極を兼ねた構成となっている。

そして、このようにして形成された絶縁膜１５の表面には、図４に示すように、そのｙ方向に延在しｘ方向に並設される映像信号線３が形成されている。

そして、映像信号線３は、薄膜トランジスタＴＦＴの前記半導体層１６の表面の一部にまで延在されて形成されたドレイン電極３Ａが一体となって備えられている。

さらに、画素領域における絶縁膜１５の表面には表示電極１８が形成されている。この表示電極１８は前記基準電極１４の間を走行するようにして形成されている。すなわち、表示電極１８の一端は前記薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極１８Ａを兼ね、そのまま（＋）ｙ方向に延在され、さらに基準信号線４上に沿ってｘ方向に延在された後に、（−）方向に延在して他端を有するコ字形状となっている。

この場合、表示電極１８の基準信号線４に重畳される部分は、前記基準信号線４との間に誘電体膜としての前記絶縁膜１５を備える蓄積容量Ｃｓｔｇを構成している。この蓄積容量Ｃｓｔｇによってたとえば薄膜トランジスタＴＦＴがオフした際に表示電極１８に映像情報を長く蓄積させる効果を奏するようにしている。

なお、前述した薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極３Ａとソース電極１８Ａとの界面に相当する半導体層１６の表面にはリン（Ｐ）がドープされて高濃度層となっており、これにより前記各電極におけるオーミックコンタクトを図っている。この場合、半導体層１６の表面の全域には前記高濃度層が形成されており、前記各電極を形成した後に、該電極をマスクとして該電極形成領域以外の高濃度層をエッチングするようにして上記の構成とすることができる。

そして、このように薄膜トランジスタＴＦＴ、映像信号線３、表示電極１８、および蓄積容量Ｃｓｔｇが形成された絶縁膜１５の上面にはたとえばシリコン窒化膜からなる保護膜１９（図５、図６、図７参照）が形成され、この保護膜１９の上面には配向膜２０が形成されて、液晶表示パネル１００の下側基板を構成している。なお、この下側基板の液晶層側と反対側の面には偏光板２１が配置されている。

そして、上側基板となる透明基板１Ｂの液晶側の部分には、図５に示すように、各画素領域の境界部に相当する部分に遮光膜２２が形成されている。この遮光膜２２は、前記薄膜トランジスタＴＦＴへ直接光が照射されるのを防止するための機能と表示コントラストの向上を図る機能とを備えるものとなっている。この遮光膜２２は、図４の破線に示す領域に形成され、それに形成された開口部が実質的な画素領域を構成するものとなっている。

さらに、遮光膜２２の開口部を被ってカラーフィルタ２３が形成され、このカラーフィルタ２３は隣接する画素領域におけるそれとは異なった色を備えるとともに、それぞれ遮光膜２２上において境界部を有するようになっている。また、このようにカラーフィルタ２３が形成された面には樹脂膜等からなる平坦膜２４が形成され、この平坦膜２４の表面には配向膜２５が形成されている。なお、この上側基板の液晶層側と反対側の面には偏光板２６が配置されている。

ここで、透明基板１Ａ側に形成された配向膜２０と偏光板２１、透明基板１Ｂ側に形成された配向膜２５と偏光板２６との関係を図８を用いて説明する。

表示電極１８と基準電極１４との間に印加される電界の方向２０７に対して、配向膜２０および２５のいずれのラビング方向２０８の角度はφＬＣとなっている。また、一方の偏光板２１の偏光透過軸方向２０９の角度はφＰとなっている。他方の偏光板２６の偏光透過軸は、φＰと直交している。また、φＬＣ＝φＰとなっている。また、液晶層ＬＣとしては、誘電率異方性Δεが正でその値が７．３（１ｋＨｚ）、屈折率異方性Δｎが０．０７３（５８９ｎｍ、２０℃）のネマチック液晶の組成物を用いている。

このような関係からなる配向膜２０、２５と偏光板２１、２６等の構成は、いわゆるノーマリブラックモードと称されるもので、液晶層ＬＣ内に透明基板１Ａと平行な電界Ｅを発生せしめることにより、該液晶層ＬＣに光を透過するようになっている。しかし、この実施例では、このようなノーマリブラックモードに限定されるものではなく、無電界時に液晶層ＬＣを透過する光が最大となるノーマリホワイトモードであってもよいことはいうまでもない。

〔光学素子２００〕
図９（ａ）は、光学素子２００の詳細を示す断面図である。まず、液晶パネル１００とほぼ同じ大きさで互いに対向配置される一対の透明基板２００Ａ、２００Ｂの間にポリマ分散型液晶２０１が介在されている。そして、各透明基板２００Ａ、２００Ｂのそれぞれのポリマ分散型液晶２０１側の面には、その全域にわたって透明電極２０２Ａ、２０２Ｂが形成され、それら各透明電極２０２Ａ、２０２Ｂのそれぞれには電圧が印加できるようになっている。

同図（ａ）は、各透明電極２０１Ａ、２０１Ｂの間に所定の電圧を印加することによって、ポリマ分散型液晶２０１における光の透過状態を示している。すなわち、所定の電圧が印加されることによってポリマ分散型液晶２０１の各分子は電圧方向に配向され、入射光２０３は散乱することなくポリマ分散型液晶を通って出射するようになる。

この場合、光学素子は、上述した要素のみで構成されたとえば偏光板等が形成されていないので、入射光の約８０％が透過できることが確認されている。

同図（ｂ）は、各透明電極２０２Ａ、２０２Ｂの間に印加する電圧の値を小さくすることによって、ポリマ分散型液晶２０１における光の透過状態を示している。すなわち、印加される電圧の値が小さくなるに従って、ポリマ分散型液晶の分子の配向はランダムになり、入射光２０３は散乱を起して出射するようになる。このことはバックライトユニット３００からの光の視野角をこの光学素子２００によって拡大できることを意味する。

〔バックライトユニット３００〕
図１０は、バックライトユニット３００の詳細を示す断面図である。同図において、まず、導光板３０１がある。この導光板３０１は、液晶表示パネル１００とほぼ同じ大きさの透明板材からなり、その一側端面にはその面に沿って冷陰極線管３０２が配置され、この冷陰極線管３０２からの光が全て該一側端面側から導光板３０１内に入射できるように反射板３０３が取付けられている。

導光板３０１の、液晶表示パネルより遠い側の面には反射板が設けられ（図示されていない）、それにより導光板３０１内に導かれた冷陰極線管３０２からの光は、液晶表示パネルと対向配置される主表面側からその面の全体にわたって均一な光が照射されるようになっている。

なお、冷陰極線管３０２に供給される電力は可変されるようになっていることは上述したとおりである。

実施例２．
この実施例では、図１２に示すように、バックライトユニット３００の液晶表示パネル１００側の面、すなわち、図１０に示した導光板３０１の主表面に特にプリズムシート４００を配置させたことにある。

このプリズムシート４００は、たとえばアクリル等の樹脂材からなるシートの表面にたとえば三角錐形状の突起が無数に形成されたもので、その裏面側から入射される光は集光されて表面側に出射するように構成されたものとなっている。

このように構成した場合、バックライトユニット３００からの光を光学素子２００側へ無駄なく有効に利用できることから、実施例１の効果に加え、バックライトユニット３００に対する消費電力を低減させることができる効果を奏する。

実施例３．
図１３は他の実施例を示し、図２と対応した図となっている。図２の場合と異なる構成は、液晶表示装置として外部電源の他に内部電源（電池）をも使用できる構成となっており、かつ液晶表示装置を駆動させている電源として外部電源および内部電源のうちいずれかの電源であるかを判定する入力電源監視回路７０が備えられ、その電源識別情報が視野角コントローラ６０に入力されるようになっている。

そして、電源識別情報が入力させた視野角コントローラ６０は低消費電力モードとするか、あるいは広視野角モードとするかを自動的に切り替える構成となっている。

すなわち、外部電源を用いている場合には、その電源の消費があまり気にならないことから、バックライトユニット３００の輝度を向上させるとともに光学素子２００の光散乱性を向上させるように視野角コントローラ６０が作動するようになっている。また、内部電源を用いている場合には、その電源の消費が気になることから、バックライトユニット３００の輝度を低減させるとともに光学素子２００の光散乱性を低減させるように視野角コントローラ６０が作動するようになっている。

このように構成することによって、使用者が特に意識することを必要とすることなく、電力消費に対する制限の比較的少ない外部電源の使用時には広視野角モードに、また、低消費電力化が優先させる内部電源使用時には低消費電力モードに自動的に切り替わることになる。

したがって、実施例１に示した効果に加え、ユーザにとっての利便性を向上させることができるようになる。

実施例４．
この実施例では、実施例３に示した液晶表示装置を、特に、ノート型ＰＣとして構成したことにある。図１４は、ノート型ＰＣの液晶表示装置の構成を示した外観図である。ノート型ＰＣの液晶表示装置は、その液晶表示パネル１００（その背面にバックライトユニット３００が内蔵されている）とキーボード５００とが折り畳み式に一体化され、その携帯性を長所とすることから、商用電源である外部電源を使用できるほか、内蔵される電源（内部電源：電池）を使用できるようになっている。

このように構成した場合、特に電池を使用しなければならない場合において、その電力消費を抑制できるようになる。

したがって、必要に応じて広視野角特性と低消費電力の効果を奏することができるようになる。

実施例５．
この実施例では、実施例１に示した液晶表示装置を、特に、液晶モニタとして構成したことにある。ここで、液晶モニタとは、多数の観察者に観察させる目的で構成され、これによって、その液晶表示パネル１００は、通常の液晶表示装置のそれよりもかなり大型化されている。

そして、該液晶モニタには、視野角調整スイッチ６００が備えられ、この視野角調整スイッチ６００の操作によって、視野角コントローラ６０の制御が実施例１に示したようになっている。

このように構成した液晶モニタは、個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合において、視野角を狭くする等の操作ができ、情報の安全性を管理することができるようになる。

本発明による液晶表示装置の一実施例を示す基本概念図である。 本発明による液晶表示装置の一実施例を示すブロック図である。 本発明による液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの一実施例を示す概略平面図である。 本発明による液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの一画素の一実施例を示す平面図である。 図４のV−V線における断面図である。 図４のVI−VI線における断面図である。 図４のVII−VII線における断面図である。 本発明による液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの配向膜と偏光板との関係を示した図である。 本発明による液晶表示装置に用いられる光学素子の一実施例を示した構成図である。 本発明による液晶表示装置に用いられるバックライトユニットの一実施例を示した構成図である。 バックライトユニットの消費電力と光学素子の散乱性による光の放射角との関係を示したグラフである。 本発明による他の実施例を示す説明図である。 本発明による他の実施例を示す説明図である。 本発明による他の実施例を示す説明図である。 本発明による他の実施例を示す説明図である。

符号の説明

１００……液晶表示パネル、２００……光学素子、３００……バックライトユニット、４０……駆動電圧印加回路、５０……バックライト電源回路、６０……視野角コントローラ。

Claims (8)

1. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする液晶表示装置。
2. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする操作ができる液晶表示装置。
3. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くし情報の安全性を管理できる液晶表示装置。
4. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする操作ができ、情報の安全性を管理できる液晶表示装置。
5. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする液晶モニタ。
6. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする操作ができる液晶モニタ。
7. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くし情報の安全性を管理できる液晶モニタ。
8. 個人情報あるいは秘密情報を映像させる必要のある場合に視野角を狭くする操作ができ、情報の安全性を管理できる液晶モニタ。
   
   

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