JP2007178868A - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】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た表示制御領域10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10のコモン線とは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とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】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た表示制御領域10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10のコモン線とは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とを備える。
【選択図】図1
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9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9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9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10〜図13を用いて説明する。図10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10(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10(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10(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10(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11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11(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11(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12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12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13は、図12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、従来の垂直配向型液晶表示装置における表示制御について説明する。図14は、従来の垂直配向型液晶表示装置の画素近傍の平面図であり、図15は、従来の垂直配向型液晶表示装置の画素近傍の断面図である。さらに、図16は、従来の垂直配向型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。
カラーフィルタ側の透明電極上には、液晶の倒れる向きを規定するための土手がくの字上に形成されている(図14、図15参照)。そして、液晶分子は、電圧無印加状態では図16(a)に示すように、垂直に配向している。一方、液晶分子は、電圧印加状態では、図16(b)に示すように、土手による斜め電界の影響で決められた方向、すなわち、土手の伸びる方向と垂直な方向に倒れる。これにより、良好な視野角を持つ液晶表示装置が実現される。
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た表示制御領域と、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る視野角制御領域とを備えるものである。
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、斜め方位に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、表示制御領域に画素電極を形成するとともに、視野角制御領域に視野角制御電極を形成する第6工程とを備えたものである。
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.
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。
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、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11(あるいはスリット)が設けられている。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り、図1においては左右方位に土手21(あるいはスリット)が設けられている。
また、図2は、本発明の実施の形態1における液晶表示装置の画素近傍の別の平面図である。この図2においては、視野角制御領域20の土手21が、上下方向に設けられている場合を示している。
ここで、図1のように土手21が横向きになっている視野角制御領域20を有する画素が集まっている部分を、以下の説明においてはAパターンと呼ぶこととする。同様に、図2のように土手21が縦向きになっている視覚制御領域を有する画素が集まっている部分を、以下の説明においてはBパターンと呼ぶこととする。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1および図2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。このような視野角制御線30の形成の詳細については、図4、8を用いて後述する。
次に、視野角制御領域20における電圧の印加/無印加状態における液晶分子の動作について説明する。図3は、本発明の実施の形態1におけるAパターンを有する視野角制御領域20での液晶分子の動作の説明図である。
Aパターンを有する視野角制御領域20において、電圧が印加されていない場合には、図3(a)に示すように、液晶は、垂直に立った状態である。従って、視野角制御領域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、表示自体は、全く自然に使えることとなる。
一方、Aパターンを有する視野角制御領域20において、電圧が印加された場合には、図3(b)に示すように、液晶分子は、土手21による斜め電界の影響で決められた方向、すなわち、土手21の伸びる方向と垂直な方向に倒れる。従って、左右方向からみた場合には、横向きの土手21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、横向きの土手21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、Bパターンを有する視野角制御領域20において、電圧が印加された場合には、図3(b)とは90度異なる方向に液晶分子が倒れる。従って、左右方向からみた場合には、縦向きの土手21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、縦向きの土手21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、視野角制御領域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、Aパターンを有する視野角制御領域は白、Bパターン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、Aパターンを有する視野角制御領域は黒、Bパターン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表示制御領域10による通常の表示パターンに重なることとなり、左右方向あるいは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る。
上述のように、Aパターンを有する画素は、視野角制御領域20に電圧を印加することにより、左右方向からの視野に対する表示を白くすることができ、Bパターンを有する画素は、視野角制御領域20に電圧を印加することにより、上下方向からの視野に対する表示を白くすることができる。従って、これらAパターンとBパターンの領域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を製造する工程について説明する。
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。
図4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。
次に、第5工程により、第2のパッシベーション層47b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。そして、最後の第6工程により、斜め方位に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、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。このようなプロセスの結果、先の図1あるいは図2の構造が最終的に形成されることとなる。
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、視野角制御領域20を埋め込むことが可能となる。
次に、このようにして1画素内に形成された表示制御領域10と視野角制御領域20との制御方法について説明する。図5は、本発明の実施の形態1における液晶表示装置の印加電圧波形の説明図である。先の図1および図2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を介して制御電圧が供給される。
画素の電圧書き込み期間にコモン電圧を動かすと、画素電圧の低下の原因となる。そこで、視野角制御領域20への電圧供給は、画素の書き込み期間ではない、すなわちVsincのブランキング期間に行うことが考えられる。本発明においては、表示制御領域10用のコモン線とは別個に、視野角制御領域20用の視野角制御線30を設けており、必ずしも図5に示した印加電圧波形には限定されず、任意の波形とすることが可能である。
さらに、視野角制御領域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、この視野角制御領域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。
以上のように、実施の形態1によれば、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、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。
さらに、視野角制御線が独立していることにより、印加電圧波形を任意に設定でき、設計自由度を増大することが可能となる。
さらに、上下方向と左右方向の視野角制御パターンを、表示画面内の所望の位置に配置することにより、液晶パネル全体として所望の秘匿性を有する液晶表示装置を実現できる。さらに、視野角制御領域に対向するカラーフィルタ基板には、着色層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。
実施の形態2.
本実施の形態2では、6マスクプロセスを用いて、独立した視野角制御線を有する液晶表示装置を得る別の形態について説明する。図6は、本発明の実施の形態2における液晶表示装置の画素近傍の平面図であり、左右方位に土手21(あるいはスリット)が設けられている。一方、図7は、本発明の実施の形態2における液晶表示装置の画素近傍の別の平面図であり、上下方位に土手21(あるいはスリット)が設けられている。
本実施の形態2では、6マスクプロセスを用いて、独立した視野角制御線を有する液晶表示装置を得る別の形態について説明する。図6は、本発明の実施の形態2における液晶表示装置の画素近傍の平面図であり、左右方位に土手21(あるいはスリット)が設けられている。一方、図7は、本発明の実施の形態2における液晶表示装置の画素近傍の別の平面図であり、上下方位に土手21(あるいはスリット)が設けられている。
図6および図7では、視野角制御領域20においてコモン電極51bと視野角制御電極49とがつながれている点が、先の図1および図2の構成とは異なっている。しかしながら、6マスクプロセスにより視野角制御線を作り込む点では共通しており、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
次に、このような視野角制御領域を製造する工程について説明する。
図8は、本発明の実施の形態2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。
図8は、本発明の実施の形態2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。
次に、第5工程により、第2のパッシベーション層47b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。そして、最後の第6工程により、斜め方位に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、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。
ここで、左記の実施の形態1における図4と異なり、本実施の形態2における第6工程は、視野角制御領域20における第2のパッシベーション層47bを一部除去することにより、コモン電極51bと視野角制御電極49とをつなげている点を特徴としている。これにより、視野角制御線30の線幅を細くできるメリットが得られる。このようなプロセスの結果、先の図6あるいは図7の構造が最終的に形成されることとなる。
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、視野角制御領域20を埋め込むことが可能となる。
以上のように、実施の形態2によれば、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、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。
さらに、視野角制御線が独立していることにより、印加電圧波形を任意に設定できる。さらに、視野角制御領域でのコモン電極と視野角制御電極をつなげることにより、視野角制御線の線幅を細くできる。この結果、設計自由度を増大することが可能となる。
さらに、上下方向と左右方向の視野角制御パターンを、表示画面内の所望の位置に配置することにより、液晶パネル全体として所望の秘匿性を有する液晶表示装置を実現できる。さらに、視野角制御領域に対向するカラーフィルタ基板には、着色層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。
10 表示制御領域、11 土手、20 視野角制御領域、21 土手、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 (5)
- 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た表示制御領域と、
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る視野角制御領域と
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1に記載の液晶表示装置において、
前記コモン線と前記視野角制御線とは、互いにつながれていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項2に記載の液晶表示装置において、
前記視野角制御領域は、互いにつながれた前記コモン線および前記視野角制御線を介して画素書き込み期間でないブランキング期間に制御電圧が印加されることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の液晶表示装置において、
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。 - 基板上にゲート電極、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、
斜め方位に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、
前記表示制御領域に画素電極を形成するとともに、前記視野角制御領域に視野角制御電極を形成する第6工程と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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