JP4531035B2 - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、液晶表示パネルの広視野角と狭視野角とを電気的に調節できる液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
液晶表示装置は、ビデオ信号に応じて液晶セルの光透過率を調節して画像を示し、さらに、液晶セル毎にスイッチング素子が形成されたアクティブマトリクスタイプの液晶表示装置は、スイッチング素子の能動的な制御ができるため、画像動画の具現に有利である。このようなアクティブマトリクスタイプの液晶表示装置に使われるスイッチング素子としては、主に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。
ところで、従来の液晶表示装置は、電気的に広視野角と狭視野角とを調節する機能を有していないため、図１に示すように、視野角調整フィルム２００を用いて狭視野角を設定する。
図２に示すように、従来の液晶表示装置が適用された画像表示機器、一例として、ノートブック３００の画面を狭視野角に設定しようとする場合、液晶表示パネルの正面に視野角調整フィルム２００を装着して狭視野角を設定し、このように狭視野角が設定された状態で、視野角調整フィルム２００を液晶表示パネルの正面から除去して広視野角を設定する。
このように、従来の液晶表示装置は、使用者が受動的に視野角調整フィルム２００を液晶表示パネルの正面に装着するか、装着された視野角調整フィルム２００を除去して狭視野角や広視野角を調整することにより、使用者に不便をもたらしてしまうという問題点を有する。
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、液晶表示パネルの広視野角と狭視野角とを電気的に調整することのできる液晶表示装置及びその駆動方法を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、互いに対向して合着した下部基板及び上部基板と、下部基板の背面に対応して取り付けた下部偏光板と、前記上部基板の上面に対応して取り付けた上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第１電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第１電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第１液晶層からなる複数の画像駆動領域と、前記下部基板と、前記上部基板と、前記下部偏光板と、前記上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第２電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第２電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第２液晶層からなる複数の視野角調整領域とを含み、前記複数の画像駆動領域のそれぞれの上部基板にはカラーフィルタ層が形成され、前記複数の視野角調整領域のそれぞれには正面に透過される光を遮断するためのブラックマトリックスが形成されることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置の駆動方法は、画像駆動領域に形成された第１電極群をオン/オフさせ、前記画像駆動領域に配向された第１液晶層の液晶の駆動を制御して画像イメージを示す段階と、前記画像駆動領域に画像イメージが示される状態で、視野角調整領域に形成された第２電極群をオン/オフさせ、前記視野角調整領域に配向された第２液晶層の液晶の駆動を制御して視野角を調節する段階とを含む。
本発明は、液晶表示パネルの広視野角と狭視野角とを電気的に調整することにより、使用者の便宜を図ると共に、視野角調整フィルムを別途に購入しなくてもよいため、視野角調整フィルムの購入にかかる費用を節減することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の各サブピクセルの断面図である。但し、本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルの上部基板と下部基板のうち、下部基板に並べて配置された画素電極と共通電極との間の水平電界（液晶表示パネル面に対して水平方向である電界）により駆動されるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードである。このようなＩＰＳモードの液晶表示装置は、液晶を水平方向に駆動させるため、垂直方向に対する動きが殆どない。
図３を参照すると、本発明に係る液晶表示装置の各サブピクセル４００は、画像を表示するための画像駆動領域４１０、４３０と広視野角や狭視野角を調整するための視野角調整領域４２０に分けられる。
液晶表示装置のサブピクセル４００は、互いに対向して合着した下部基板４１１及び上部基板４１２と、下部基板４１１の下段部に対応して取り付けた下部偏光板４１３と、上部基板４１２の上段部に対応して取り付けた上部偏光板４１４とを備える。ここで、下部基板４１１と上部基板４１２は画像駆動領域４１０、４３０と視野角調整領域４２０に共通配置される。
視野角調整領域４２０は、映像をディスプレイするための複数のサブピクセルからなるピクセルに備えられる一つのサブピクセルとして形成され、特に、図３に示すように、一つの視野角調整領域４２０は画像駆動領域４１０、４３０の間に位置される。
ＩＰＳモードで駆動される画像駆動領域４１０、４３０の下部基板４１１上にはゲート絶縁膜４３１と絶縁膜４３２が積層して形成される。
画像駆動領域４１０に位置した絶縁膜４３２上には画素電極４１５と共通電極４１６が離隔して形成され、画像駆動領域４３０に位置した絶縁膜４３２上には画素電極４３３と共通電極４３４が離隔して形成される。これと同様に、視野角調節領域４２０の下部基板４１１上にはゲート絶縁膜４３１と絶縁膜４３２が積層して形成され、ゲート絶縁膜４３１の上部に位置した絶縁膜４３２上には画素電極４２１と共通電極４２２が離隔して形成される。
画像駆動領域４１０に位置した絶縁膜４３２と上部基板４１２の間に形成されたセルギャップには第１液晶層４１７が満たされ、画像駆動領域４３０に位置した絶縁膜４３２と上部基板４１２の間に形成されたセルギャップには第３液晶層４３５が満たされる。さらに、視野角調節領域４２０に位置した絶縁膜４３２と上部基板４１２の間に形成されたセルギャップには第２液晶層４２３が満たされる。
一つのサブピクセルからなる画像駆動領域４１０と隣接するサブピクセル（図示せず）の境界部分にはデータライン４３６がゲート絶縁膜４３１上に形成され、画像駆動領域４１０と隣接する視野角調節領域４２０の境界部分にはデータライン４３７がゲート絶縁膜４３１上に形成される。ここで、画像駆動領域４１０の画素電極４１５はデータライン４３６を通じて供給されるデータ電圧の印加を受け、視野角調節領域４２０の画素電極４２１はデータライン４３７を通じて供給されるデータ電圧の印加を受けるため、画像駆動領域４１０と視野角調節領域４２０は独立的に駆動される。
視野角調節領域４２０と隣接する画像駆動領域４３０の境界部分にはゲートライン４３８が下部基板４１１上に形成される。ここで、画像駆動領域４３０の画素電極４３３はデータライン４３９を通じて供給されるデータ電圧の印加を受け、視野角調節領域４２０の画素電極４２１はデータライン４３７を通じて供給されるデータ電圧の印加を受けるため、画像駆動領域４３０と視野角調節領域４２０は独立的に駆動される。
一つのサブピクセルからなる画像駆動領域４３０と隣接するサブピクセル（図示せず）の境界部分にはデータライン４３９がゲート絶縁膜４３１上に形成される。
画像駆動領域４１０に位置する上部基板４１２の下段部にはＢカラーフィルター４４１が配置され、Ｂカラーフィルター４４１の両側端に位置するブラックマトリクス（ＢＭ：Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ）４４２が上部基板４１２の下段部に配置され、画像駆動領域４１０の光漏れを防ぐ。
視野角調節領域４２０に位置する上部基板４１２の下段部には光漏れを防ぐためのブラックマトリクス４２４が形成されるが、このブラックマトリクス４２４はデータライン４３７の内側に離隔して配置される。
画像駆動領域４３０に位置する上部基板４１２の下段部にはＧカラーフィルター４４３が配置され、Ｇカラーフィルター４４３の両側端に位置するブラックマトリクス４４４が上部基板４１２の下段部に配置され、画像駆動領域４３０の光漏れを防ぐ。
下部偏光板４１３と上部偏光板４１４は同一方向の透過軸を有するように形成されるか、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４の透過軸が互いに直角を成すように形成され得る。
第１ないし第３液晶層４１７、４２３、４３５の配向方向は同一なラビング工程を通じて形成されるため、第１ないし第３液晶層４１７、４２３、４３５の液晶は同一な配向方向を有する。特に、第１ないし第３液晶層４１７、４２３、４３５の配向方向は下部偏光板４１３の透過軸と一致して形成されるか、あるいは第１ないし第３液晶層４１７、４２３、４３５の配向方向は下部偏光板４１３の透過軸と垂直に形成され得る。
これにより、ＩＰＳモードで駆動される画像駆動領域４１０は下部偏光板４１３により直線偏光された光が液晶を透過するが、電源が切れた状態では第１液晶層４１７の液晶による位相の変化が発生しないため、偏光の方向が変わらずそのまま通過する。このように、第１液晶層４１７を通過した直線偏光は上部偏光板４１４の透過軸と水平を成すため、上部偏光板４１４を透過する。即ち、電源が切れた状態でホワイト画面が示されるノーマリホワイト（ＮＷ：Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅ）モードになる。画像駆動領域４３０もこれと同一に駆動される。
下部基板４１１の上部には、単位画素を定義するゲートライン（図示せず）と、前記ゲートライン及びデータラインとの交差地点に形成された薄膜トランジスタ（図示せず）が形成され、また、画素電極４１５、４２１、４３３と共通電極４１６、４２２、４３４と、その上部に第１ないし第３液晶層４１７、４２３、４３５の配向のために塗布された配向膜（図示せず）が形成されるが、このような構成要素を図３では省略し、本発明に対する説明の便宜を図る。
図４は、本発明の液晶表示装置のピクセルの平面図である。即ち、図３に示す本発明の液晶表示装置のピクセルは、図４に示す「Ｉ−Ｉ’」線に沿って切り取って示す断面図である。
画像駆動領域４１０、４３０と隣接する視野角調節領域４２０は独立的に駆動されるが、まず、図５Ａないし図５Ｃを参照して画像駆動領域４１０と視野角調節領域４２０の動作特性を説明する。
図５Ａは、図３に示す本発明の液晶表示装置のピクセルの動作状態を示す第１例示図であり、本発明の液晶表示装置のピクセルが広視野角モードに駆動される際の動作状態を説明するための例示図である。但し、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４が同一方向の透過軸を有する場合を示す図面である。
図５Ａを参照すると、画像駆動領域４１０がオフ（ＯＦＦ）となった状態でバックライトユニット４５０から光が照射される場合、下部偏光板４１３を通じて偏光された光は電界が形成されないため、初期配向状態で平行に配列された第１液晶層４１７を通過する。そして、互いに平行に配列された第１液晶層４１７の液晶の長軸が下部偏光板４１３の透過軸と平行を成すように配向膜により初期配向されているため、直線偏光された光が第１液晶層４１７を通過しても位相遅延が発生されないため、偏光状態が変わらない。これに従って、第１液晶層４１７を通過した光は、下部偏光板４１３の透過軸と同一方向の透過軸を有する上部偏光板４１４を透過するようになり、これにより、画像駆動領域４１０にはホワイトが示される。
このように、画像駆動領域４１０がホワイトモードで駆動される際、視野角調整領域４２０に位置した画素電極４２１と共通電極４２２にそれぞれデータ電圧と共通電圧が印加されることにより視野角調整領域４２０がオン（ＯＮ）となると、画像駆動領域４１０は広視野角モードで駆動される。
このように広視野角モードが設定されると、視野角調整領域４２０に位置した画素電極４２１と共通電極４２２の間に電位差が発生されることにより水平電界が形成される。この水平電界により、第２液晶層４２３の液晶が回転力を得て水平整列される。この際、下部偏光板４１３を通じて偏光された光は水平整列された第２液晶層４２３の液晶を通過することにより位相遅延が発生する。即ち、下部偏光板４１３を通過して偏光された光は水平整列された第２液晶層４２３の液晶に従ってλ／２だけ位相遅延され、下部偏光板４１３から入射された光の光軸が９０°に変わるようになる。従って、水平整列された第２液晶層４２３の液晶を通過した光の光軸は上部偏光板４１４の透過軸と垂直を成すため、結局、水平整列された第２液晶層４２３の液晶を通過した光は上部偏光板４１４を透過しないため光が遮られる。これによって視野角調整領域４２０の正面と側面とがブラック状態となるため、視野角調整領域４２０が画像駆動領域４１０に影響を与えないことにより画像駆動領域１４０は広視野角に駆動される。
そして、本発明の液晶表示装置は、広視野角モードや狭視野角モードに設定されてない初期状態で自動的に広視野角モードで駆動される。
一方、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４の透過軸が互いに直角を成すように形成される場合、画像駆動領域４１０がオン（ＯＮ）となり、視野角調整領域４２０がオフ（ＯＦＦ）となった状態で、図５Ａを参照して説明した通り、本発明の液晶表示装置が広視野角モードで駆動される。
図５Ｂは、図３に示す本発明の液晶表示装置のピクセルの動作状態を示す第２例示図であり、本発明の液晶表示装置のピクセルが狭視野角モードで駆動される際の動作状態を説明するための例示図である。但し、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４が同一方向の透過軸を有する場合を示す図面である。
図５Ｂを参照すると、画像駆動領域４１０がオフ（ＯＦＦ）となった状態で、バックライトユニット４５０から光が照射される場合、下部偏光板４１３を通じて偏光された光は電界が形成されないため、初期配向状態で平行に配列された第１液晶層４１７を通過する。これに従って、図５Ａを参照して説明した通り、画像駆動領域４１０にはホワイトが示される。
このように、画像駆動領域４１０がホワイトモードで駆動される際、視野角調整領域４２０に位置した画素電極４２１と共通電極４２２にそれぞれデータ電圧と共通電圧が印加されないことにより視野角調整領域４２０がオフ（ＯＦＦ）となると、画像駆動領域４１０は狭視野角モードで駆動される。
このように狭視野角モードが設定されると、視野角調整領域４２０に電圧が印加されなくなるため、視野角調整領域４２０の画素電極４２１と共通電極４２２の間に水平電界が形成されなくなり、下部偏光板４１３を通じて偏光された光は初期配向状態で平行に配列された第２液晶層４２３を通過する。そして、互いに平行に配列された第２液晶層４２３の液晶の長軸が下部偏光板４１３の透過軸と平行を成すように配向膜により初期配向されているため、直線偏光された光が第２液晶層４２３を通過しても位相遅延が発生しなく、偏光状態が変わらない。これに従って、第２液晶層４２３を通過した光は、下部偏光板４１３の透過軸と同一方向の透過軸を有する上部偏光板４１４を透過するようになる。
この場合、ブラックマトリクス４２４が正面に透過される光を遮るため、視野角調整領域４２０の正面ではブラック状態に見えるが、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４が同一方向の透過軸を有するように形成されてあるため、視野角調整領域４２０の側面ではホワイト状態に見える。これは、液晶表示パネルの正面で見る場合、画像駆動領域４１０に示される映像イメージの透過度の変化がないため、映像を見ることに問題がないが、液晶表示パネルの側面で見る場合、ホワイトが光漏れ現象に見えるため、画像駆動領域４１０に示される映像イメージが微かに見える。
一方、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４の透過軸が互いに直角を成すように形成される場合、画像駆動領域４１０がオン（ＯＮ）となり、視野角調整領域４２０がオン（ＯＮ）となった状態で、図５Ｂを参照して説明した通り、本発明の液晶表示装置が狭視野角モードで駆動される。
図５Ｃは、図３に示す本発明の液晶表示装置のピクセルの動作状態を示す第３例示図であり、本発明の液晶表示装置がブラックモードで駆動される際の動作状態を説明するための例示図であり。但し、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４が同一方向の透過軸を有する場合を示す図面である。
図５Ｃを参照すると、画像駆動領域４１０がオン（ＯＮ）になると、画像駆動領域４１０に位置した共通電極４１５と画素電極４１６により発生された水平電界により第１液晶層４１７の液晶が回転力を得て水平整列される。この際、バックライトユニット４５０から照射され、下部偏光板４１３を通じて偏光された光は水平整列された第１液晶層４１７の液晶を通過することにより位相遅延が発生する。即ち、下部偏光板４１３を通過して偏光された光は水平整列された第１液晶層４１７の液晶に従ってλ／２だけ位相遅延され、下部偏光板４１３から入射された光の光軸が９０°に変わるようになる。従って、水平整列 された第１液晶層４１７の液晶を通過した光の光軸は上部偏光板４１４の透過軸と垂直を成すため、結局、水平整列された第１液晶層４１７の液晶を通過した光は上部偏光板４１４を透過しないため光が遮られ、これによって画像駆動領域４１０にはブラックが示される。
一方、下部偏光板４１３と上部偏光板４１４の透過軸が互いに直角を成すように形成される場合、画像駆動領域４１０がオフ（ＯＦＦ）となり、視野角調整領域４２０がオフ（ＯＦＦ）となった状態で、図５Ｃを参照して説明した通り、本発明の液晶表示装置がブラックモードで駆動される。
このようなＩＰＳモードの液晶表示装置は、垂直電界駆動方式の液晶表示装置に比べ比較的広い視野角を有する。視野角が広いということは、多数の人が同一な液晶表示装置を観測する場合、何れの角度でも正常的な画像が見られるため、一般的な液晶表示装置の使用において長所として作用する。しかし、個人的な理由でコンピューターを使用するか、銀行業務等のような保安的な業務等を行う場合には、周りの人に作業中の画面状態を容易に露出しないために狭視野角に駆動されることが好ましいため、本発明は、視野角調整領域４２０をＩＰＳモードで駆動される画像駆動領域４１０とは別途に駆動して、狭視野角と広視野角とを電気的に容易に調整するものである。
前述のように、本発明は液晶表示パネルの各ピクセルに画像駆動領域４１０と視野角調整領域４２０とを形成して電気的に視野角調整領域４２０のブラック状態とホワイト状態とを調整することにより、使用者の便宜を図る。
以上説明した通り、本発明は液晶表示パネルの広視野角と狭視野角とを電気的に調整することにより、使用者の便宜を図ると共に、視野角調整フィルムを別途に購入しなくてもよいため、視野角調整フィルムの購入にかかる費用を節減することができる。
本発明の技術思想は、前記好ましい実施の形態により具体的に記述されたが、前記実施の形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないことに気付いて欲しい。さらに、本発明の技術分野の通常の専門家であれは、本発明の技術思想の範囲で多様な実施の形態が可能であると理解することができるはずである。
従来の液晶表示装置に使われる視野角調整フィルムの正面図である。 図１の視野角調整フィルムが使われるノートブックの外部斜視図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の各サブピクセルの断面図である。 図３においての画像駆動領域がホワイトを示す場合の動作状態を示す例示図である。 図３においての画像駆動領域がブラックを示す場合の動作状態を示す例示図である。 図３においての視野角調整領域が広視野角を示す場合の動作状態を示す例示図である。 図３においての視野角調整領域が狭視野角を示す場合の動作状態を示す例示図である。
符号の説明
２００：視野角調整フィルム
３００：ノートブック ４１０、４３０：画像駆動領域
４１１：下部基板 ４１２：上部基板
４１３：下部偏光板 ４１４：上部偏光板
４１６、４２２、４３４：共通電極 ４１５、４２１、４３３：画素電極
４１７：第１液晶層 ４２０：視野角調整領域
４２３：第２液晶層 ４２４：ブラックマトリクス
４３２：絶縁膜 ４３５：第３液晶層
４３６、４３７：データライン ４３８：ゲートライン

Claims (12)

  1. 互いに対向して合着した下部基板及び上部基板と、下部基板の背面に対応して取り付けた下部偏光板と、前記上部基板の上面に対応して取り付けた上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第１電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第１電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第１液晶層からなる複数の画像駆動領域と、
    前記下部基板と、前記上部基板と、前記下部偏光板と、前記上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第２電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第２電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第２液晶層からなる複数の視野角調整領域と
    を含み、
    前記複数の画像駆動領域のそれぞれの上部基板にはカラーフィルタ層が形成され、前記複数の視野角調整領域のそれぞれには正面に透過される光を遮断するためのブラックマトリックスが形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記下部偏光板と前記上部偏光板は、同一方向の透過軸を有する
    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液晶層の液晶と前記第２液晶層の液晶は、同一方向に配向される
    ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第１及び第２液晶層の液晶は、前記下部偏光板及び上部偏光板の透過軸と同一方向に配向される
    ことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 前記下部偏光板と前記上部偏光板との透過軸は直角を成す
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第１電極群は、共通電極と画素電極とを含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第２電極群は、共通電極と画素電極とを含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  8. 前記画像駆動領域と前記視野角調整領域とは独立的に駆動される
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  9. 互いに対向して合着した下部基板及び上部基板と、下部基板の背面に対応して取り付けた下部偏光板と、前記上部基板の上面に対応して取り付けた上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第１電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第１電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第１液晶層からなる複数の画像駆動領域と、
    前記下部基板と、前記上部基板と、前記下部偏光板と、前記上部偏光板と、前記下部基板上に形成され、印加電圧により水平電界を形成させる第２電極群と、前記下部基板と前記上部基板との間に配向され、前記第２電極群による水平電界によりツイストされる液晶の第２液晶層からなる複数の視野角調整領域と
    を含み、
    前記複数の画像駆動領域のそれぞれの上部基板にはカラーフィルタ層が形成され、前記複数の視野角調整領域のそれぞれには正面に透過される光を遮断するためのブラックマトリックスが形成される液晶表示装置の駆動方法において、
    画像駆動領域に形成された第１電極群をオン/オフさせ、前記画像駆動領域に配向された第１液晶層の液晶の駆動を制御して画像イメージを示す段階と、
    前記画像駆動領域に画像イメージが示される状態で、視野角調整領域に形成された第２電極群をオン/オフさせ、前記視野角調整領域に配向された第２液晶層の液晶の駆動を制御して視野角を調節する段階と
    を含む液晶表示装置の駆動方法。
  10. 前記第１電極群と前記第２電極群のそれぞれは、共通電極と画素電極とを含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  11. 前記視野角調整段階で、前記第２電極群をオンさせ、前記視野角調整領域に配向された第２液晶層の液晶をツイストさせる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  12. 前記視野角調整段階で、前記第２電極群をオフさせ、前記視野角調整領域に配向された第２液晶層の液晶を初期配向状態に維持させる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
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