JP2007065046A - 液晶表示素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】液晶層２を挟んで対向する一対の基板３，４のうち、一方の基板３の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極５と、これらの画素電極５にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ６と複数のゲート配線及びデータ配線を設け、他方の基板４の内面に、複数の画素電極５との間にそれぞれ基板３，４の法線方向に沿った垂直電界Ｅ１を形成するための第１の対向電極１７と、複数の画素電極５との間にそれぞれ前記法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界Ｅ２を形成するための第２の対向電極１８とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる液晶表示素子及びその液晶表示素子を備えた可変視野角型の液晶表示装置に関する。

液晶表示素子は、視野角が広いため、その表示を、正面方向に対して傾いた方向から第３者により覗き見されるおそれがある。

そのため、前記液晶表示素子の一方の面側に、前記液晶表示素子の画面に対応する領域を複数に区分した各区分領域毎に液晶分子を異なる配向状態に配向させた視野角制限素子を配置し、この視野角制限素子により前記液晶表示素子の視野角を制限する液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。

前記視野角制限素子は、一対の基板間に封入した液晶層の液晶分子を、前記液晶表示素子の画面に対応する領域を複数に区分した各区分領域毎に、前記液晶表示素子の法線方向に対して一方の方向に傾いた方向に視野角を有する配向状態と、その方向とは反対方向に傾いた方向に視野角を有する配向状態とに配向させ、前記一対の基板の互いに対向する内面それぞれに、前記各区分領域に対応させて、予め定めた形状の電極を設けた構成となっている。

この液晶表示装置は、前記視野角制限素子の電極間への電圧の印加により、斜め方向からの視認性を低下させて前記液晶表示素子の表示画像の視野角を制限するものであり、前記視野角制限素子の電極間に電圧を印加しないとき、つまり前記視野角制限素子が無表示状態のときは、前記液晶表示素子の表示画像が広い視野角で見える。

それに対し、前記視野角制限素子の電極間に電圧を印加すると、前記正面方向に対して一方の方向に傾いた方向及びその反対方向に傾いた方向から見たときに、前記液晶表示素子の表示画像が、前記視野角制限素子の一方の方向に傾いた方向に視野角を有する各区分領域の表示及び反対方向に傾いた方向に視野角を有する各区分領域の前記予め定めた形状の電極に対応する表示により隠されるため、前記一方の方向及び反対方向に傾いた方向からは前記液晶表示素子の表示画像を認識することができなくなり、前記表示画像の視野角が見かけ上制限され、前記表示画像の視野角が狭くなる。
特開２０００―１３３３３４号公報

しかし、前記視野角制限素子は、その液晶層の液晶分子を前記各区分領域毎に異なる配向状態に配向させるために、一対の基板の内面に、前記各区分領域毎に方向を異ならせた複雑な配向処理（配向膜のラビング処理）を施さなければならないため、製造が難しい。

そのため、前記視野角制限素子を備えた従来の可変視野角型液晶表示装置は、コスト高であるという問題をもっている。

この発明は、単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる液晶表示素子を提供するとともに、その液晶表示素子を備えた低コストに得ることができる可変視野角型の液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示素子は、液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線が設けられ、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に沿った垂直電界を形成するための第１の対向電極と、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界を形成するための第２の対向電極とが設けられていることを特徴とする。

この発明の液晶表示素子において、前記第１の対向電極は、前記複数の画素電極にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極は、隣合う画素電極間の領域にそれぞれ対向させるのが望ましい。

前記第１の対向電極は、前記マトリックス状に配列した複数の画素電極のうち、一方の方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向させるのが好ましい。

さらに、前記第１の対向電極は、前記複数の画素電極列にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の一端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成し、前記第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の他端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成するのが望ましい。

また、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した複数の画素電極は、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設け、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極は、前記画素電極幅よりも僅かに小さい幅に形成し、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間隔と実質的に同じ幅に形成するのが望ましい。

さらに、この発明をカラー画像を表示する液晶表示素子に適用する場合は、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタを設けるか、あるいは、前記一対の基板の一方の内面に、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極行にそれぞれ対応させて、前記画素電極行の全長にわたる長さを有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタを設けるか、あるいは、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素電極列の各画素電極にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のドット状カラーフィルタを設けるのが望ましい。

また、この発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線が設けられ、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に沿った垂直電界を形成するための第１の対向電極と、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界を形成するための第２の対向電極とが設けられた液晶表示素子と、前記液晶表示素子の複数の画素電極にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記液晶表示素子の第１と第２の対向電極のうち、前記第１の対向電極に、前記画素電極との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極との間に前記液晶層の液晶分子を前記斜め電界の方向から見た表示が実質的に黒または白になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加する表示駆動手段とを備えたことを特徴とする。

この発明の液晶表示装置において、前記表示駆動手段により前記液晶表示素子の第２の対向電極に印加する前記第２の対向電圧は、前記データ電圧に対する極性が前記第１の対向電圧と同じで、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い電圧、あるいは、前記データ電圧と同じ電圧が好ましい。

この発明の液晶表示素子は、液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線を設け、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に沿った垂直電界を形成するための第１の対向電極と、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界を形成するための第２の対向電極とを設けているため、前記複数の画素電極にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記第１の対向電極に、前記画素電極との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極との間に前記液晶層の液晶分子を前記斜め電界の方向から見た表示が実質的に黒または白になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加することにより、単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる。

この発明の液晶表示素子において、前記第１の対向電極は、前記複数の画素電極にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極は、隣合う画素電極間の領域にそれぞれ対向させるのが望ましく、このようにすることにより、前記複数の画素電極にそれぞれ対応させて、前記画素電極列に沿う方向の幅が前記列方向の画素電極幅に対応し、前記画素電極列に対して交差する方向の幅が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域のそれぞれの中間部の間の距離に対応する面積の画素を形成し、開口率を充分に高くすることができる。

前記第１の対向電極は、前記マトリックス状に配列した複数の画素電極のうち、一方の方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向させるのが好ましく、このようにすることにより、前記基板の法線方向に対して前記画素電極列の一端側及び他端側に傾いた方向からは表示画像を認識することができない狭視野角表示を行なうことができる。

さらに、前記第１の対向電極は、前記複数の画素電極列にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の一端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成し、前記第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の他端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成するのが望ましく、このようにすることにより、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極に前記第１の対向電圧を一括して印加し、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極に、前記第１の対向電圧と第２の対向電圧とを一括して選択的に印加することができる。

また、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した複数の画素電極は、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設け、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極は、前記画素電極幅よりも僅かに小さい幅に形成し、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間隔と実質的に同じ幅に形成するのが望ましく、このようにすることにより、前記広視野角表示のときの視野角を充分に広くすることができる。

さらに、この発明をカラー画像を表示する液晶表示素子に適用する場合は、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタを設けるか、あるいは、前記一対の基板の一方の内面に、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極行にそれぞれ対応させて、前記画素電極行の全長にわたる長さを有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタを設けるか、あるいは、前記一対の基板の一方の内面に、前記複数の画素電極列の各画素電極にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のドット状カラーフィルタを設けるのが望ましく、このようにすることにより、前記広視野角表示のときも狭視野角表示のときも良好な色質のカラー画像を表示することができる。

また、この発明の液晶表示装置は、前記発明の液晶表示素子と、その液晶表示素子の複数の画素電極にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記液晶表示素子の第１と第２の対向電極のうち、前記第１の対向電極に、前記画素電極との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極との間に前記液晶層の液晶分子を前記斜め電界の方向から見た表示が実質的に黒または白になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加する表示駆動手段とを備えたものであるため、前記液晶表示素子に、広視野角表示と狭視野角表示とを行なわせることができ、したがって、製造が難しい視野角制限素子を備えた従来の可変視野角型液晶表示装置に比べて低コストに得ることができる。

この発明の液晶表示装置において、前記表示駆動手段により前記液晶表示素子の第２の対向電極に印加する前記第２の対向電圧は、前記データ電圧に対する極性が前記第１の対向電圧と同じで、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い電圧、あるいは、前記データ電圧と同じ電圧が好ましく、このような第２の対向電圧を前記第２の対向電極に印加することにより、前記画素電極と第２の対向電極との間に、液晶分子を前記斜め電界の方向から見た表示が実質的に黒または白になる配向状態に配向させる電界を印加し、前記液晶表示素子に、前記斜め電界Ｅ２の方向からは表示画像を認識することができない狭視野角表示を行なわせることができる。

図１〜図６はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示装置の構成図である。

この液晶表示装置は、可変視野角型のものであり、単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１を駆動するための表示駆動手段２３とを備えている。

前記液晶表示素子１は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）からなるアクティブ素子を備えたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、液晶層２を挟んで対向する一対の透明基板３，４の互いに対向する内面のうち、一方の基板３の内面に、行方向（画面の左右方向）及び列方向（画面の上下方向）にマトリックス状に配列した複数の透明な画素電極５と、これらの画素電極５にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ６と、前記複数のＴＦＴ６にそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線１３，１４（図４参照）が設けられ、他方の基板４の内面に、前記複数の画素電極５との間にそれぞれ前記基板３，４の法線方向に沿った垂直電界Ｅ１を形成するための第１の透明な対向電極１７と、前記複数の画素電極５との間にそれぞれ前記基板３，４の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界Ｅ２を形成するための第２の透明な対向電極１８とが設けられている。なお、図１では、ＴＦＴ６を簡略化して示し、ゲート配線１３及びデータ配線１４を省略している。

以下、前記複数の画素電極５とＴＦＴ６とゲート配線及びデータ配線１３，１４が設けられた一方の基板３をＴＦＴ基板、前記第１と第２の対向電極１７，１８が設けられた他方の基板４を対向基板という。

図３は前記液晶表示素子１の１つの画素部の拡大断面図、図４は前記液晶表示素子１の一方の基板の１つの画素部に対応する部分の拡大平面図であり、前記ＴＦＴ６は、前記ＴＦＴ基板３の基板面上に形成されたゲート電極７と、前記ゲート電極７を覆ってＴＦＴ基板３の略全域に形成された透明なゲート絶縁膜８と、前記ゲート絶縁膜８の上に前記ゲート電極７に対向させて形成されたｉ型半導体膜９と、前記ｉ型半導体膜９のチャンネル領域を挟む両側部の上にｎ型半導体膜１０を介して設けられたソース電極１１及びドレイン電極１２とからなっている。

また、前記ゲート配線１３は、前記ＴＦＴ基板３の基板面上に、前記行方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極行の一側にそれぞれ沿わせて設けられ、前記データ配線１４は、前記ゲート絶縁膜８の上に、前記列方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列の一側にそれぞれ沿わせて設けられており、前記ＴＦＴ６のゲート電極７は、そのＴＦＴ６に対応するゲート配線１３に一体に形成され、前記ＴＦＴ６のドレイン電極１２は、そのＴＦＴ６に対応するデータ配線１４に一体に形成されている。

そして、前記複数の画素電極５は、前記ゲート絶縁膜８の上に形成されており、これらの画素電極５にそれぞれ、その画素電極５に対応するＴＦＴ６のソース電極１１が接続されている。

前記複数の画素電極５のうち、行方向と列方向の一方の方向、例えば列方向に配列した複数の画素電極５は、前記ゲート配線１３の形成領域に対応する極く小さい間隔で設けられており、他方の方向、つまり行方向に配列した複数の画素電極５は、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設けられている。

さらに、前記ＴＦＴ基板３の内面には、前記複数のＴＦＴ６及びデータ配線１４を覆ってオーバーコート絶縁膜１５が設けられており、その上に、前記複数の画素電極５を覆って配向膜１６が形成されている。

一方、前記対向基板４の内面の第１と第２の対向電極１７，１８のうち、第１の対向電極１７は、前記複数の画素電極５にそれぞれ対向させて設けられ、第２の対向電極１８は、隣合う画素電極間の領域にそれぞれ対向させて設けられている。

この実施例では、前記第１の対向電極１７を、行方向及び列方向にマトリックス状に配列した前記複数の画素電極５のうち、前記列方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列にそれぞれその全長にわたって対向させ、第２の対向電極１８を、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれその全長にわたって対向させている。

図５は、前記第１と第２の対向電極１７，１８の平面図であり、前記第１の対向電極１７は、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の一端側の外方においてつなぐ配線部１７ａとからなる櫛歯形状に形成され、前記第２の対向電極１８は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の他端側の外方においてつなぐ配線部１８ａとからなる櫛歯形状に形成されている。

また、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する前記第１の対向電極１７は、前記画素電極幅よりも僅かに小さい幅に形成され、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極１８は、前記複数の画素電極列の間隔と実質的に同じ幅に形成されている。

なお、上述したように、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した複数の画素電極５は、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設けられており、したがって、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極１７と、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極１８は、実質的に同じ幅に形成されている。

この液晶表示素子１は、前記複数の画素電極５にそれぞれ対応させて、前記垂直電界Ｅ１の形成領域とその行方向の両側の斜め電界Ｅ２の形成領域とにより画素を形成したものであり、前記垂直電界Ｅ１は、前記画素電極５と前記画素電極５に対向する第１の対向電極１７との間に形成され、前記垂直電界Ｅ１は、前記画素電極５の両側縁部と前記画素電極５の両側の領域に対向する第２の対向電極１８の中間部から前記画素電極５側の部分との間に形成されるため、前記画素は、列方向（画素電極列に沿う方向）の幅が前記列方向の画素電極幅に対応し、行方向（画素電極列に対して交差する方向）の幅が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域のそれぞれの中間部の間の距離に対応する面積の領域からなっている。

また、この液晶表示素子１は、前記複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを備えたカラー画像表示素子であり、前記カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂは、一方の基板、例えば対向基板４の内面に形成され、その上に前記第１と第２の対向電極１７，１８が設けられている。

図６は前記複数の画素電極５と第１及び第２の対向電極１７，１８と前記カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂとの対応関係図であり、この実施例では、前記対向基板４の内面に、前記複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、前記画素の行方向幅に対応する幅、つまり、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを設けている。

さらに、前記対向基板４の内面には、前記第１と第２の対向電極１７，１８を覆って配向膜２０が形成されている。

そして、前記ＴＦＴ基板３と対向基板４は、その周縁部において枠状シール材（図示せず）を介して接合されており、前記液晶層２は、前記一対の基板３，４間の前記シール材で囲まれた領域に正の誘電異方性を有するネマティック液晶を封入して形成されている。

なお、前記ＴＦＴ基板３は、前記対向基板４の外方に張出す端子配列部（図示せず）を有しており、このＴＦＴ基板３の内面に設けられた前記複数のゲート配線１３及びデータ配線１４は、前記端子配列部に形成された複数のゲート配線端子及びデータ配線端子にそれぞれ接続されている。

また、前記ＴＦＴ基板３の端子配列部には、第１と第２の対向電極端子が形成されており、これらの対向電極端子に、前記対向基板４の内面に設けられた第１と第２の対向電極１７，１８の配線部１７ａ，１８ａが、前記枠状シール材によるシール部に設けられた図示しないクロス接続部を介して接続されている。

さらに、この液晶表示素子１は、前記ＴＦＴ基板３の外面と前記対向基板４の外面とにそれぞれ設けられた一対の偏光板２１，２２を備えている。

なお、この液晶表示素子１は、前記液晶層２の液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型液晶表示素子、あるいは、前記液晶分子をツイストさせることなく基板３，４面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型液晶表示素子であり、前記一対の偏光板２１，２２は、それぞれの透過軸の向きを、ノーマリーホワイトモードの表示を行なうように設定して配置されている。

一方、前記表示駆動手段２３は、前記液晶表示素子１の複数のゲート配線１３に順次ゲート信号を供給し、それに同期させて複数のデータ配線１４に画像データ信号を供給することにより、前記複数の画素電極５にそれぞれ前記画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記第１と第２の対向電極１７，１８のうち、前記第１の対向電極１７に、前記画素電極５との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極１８に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極５との間に前記液晶層２の液晶分子を前記斜め電界（画素電極５と第２の対向電極１８との間に形成される電界）Ｅ２の方向から見た表示が実質的に黒になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加するように構成されており、前記液晶表示素子１のＴＦＴ基板３の端子配列部に形成された複数のゲート配線端子及びデータ配線端子と第１と第２の対向電極端子に接続されている。

図２は、前記表示駆動手段２３により前記液晶表示素子１の画素電極５と第１及び第２の対向電極１７，１８に印加するデータ電圧と第１及び第２の対向電圧を示している。

図２のように、前記データ電圧と第１及び第２の対向電圧は、１フレームＦ毎に極性が反転する電圧であり、第１の対向電圧は、データ電圧の値±Ｖ_Ｓに対して逆極性の予め定めた値±Ｖ_Ｃ１の電圧、第２の対向電圧は、前記データ電圧に対して逆極性の前記第１の対向電圧と同じ極性で、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い値±Ｖ_Ｃ１の電圧である。

なお、この液晶表示装置は、携帯電話機等の電子機器の表示部に実装されるものであり、前記表示駆動手段２３は、例えば前記電子機器に設けられた視野角選択キー等による広視野角と狭視野角との選択に応じて、広視野角が選択されたときに、前記液晶表示素子１の第１と第２の対向電極１７，１８の両方に前記第１の対向電圧を印加し、狭視野角が選択されたときに、前記第１と第２の対向電極１７，１８のうち、第２の対向電極１８に印加する電圧を、前記第１の対向電圧から前記第２の対向電圧に切換えるように構成されている。

前記液晶表示素子１は、液晶層２を挟んで対向する一対の基板３，４の互いに対向する内面のうち、一方の基板（ＴＦＴ基板）３の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極５と、これらの画素電極５にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ６と、前記複数のＴＦＴ６にそれぞれ接続された複数のゲート配線１３及びデータ配線１４を設け、他方の基板（対向基板）４の内面に、前記複数の画素電極５との間にそれぞれ前記基板３，４の法線方向に沿った垂直電界Ｅ１を形成するための第１の対向電極１７と、前記複数の画素電極５との間にそれぞれ前記基板３，４の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界Ｅ２を形成するための第２の対向電極１８とを設けているため、前記複数の画素電極５にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記第１の対向電極１７に、前記画素電極５との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極１８に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極５との間に前記液晶層２の液晶分子を前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示が実質的に黒になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加することにより、単体で広視野角表示と狭視野角表示とを行なうことができる。

すなわち、この液晶表示素子１は、前記第１と第２の対向電極１７，１８のうち、前記第１の対向電極１７に前記第１の対向電圧を定常的に印加し、前記第２の対向電極１８に、前記第１の対向電圧と前記第２の対向電圧とを選択的に印加することにより広視野角表示と狭視野角表示とを行なうものであり、前記垂直電界Ｅ１の形成領域と斜め電界Ｅ２の形成領域とからなる画素のうち、垂直電界形成領域の液晶分子は、前記画素電極５に印加されたデータ電圧に対応する強さの電界、つまり前記データ電圧と前記第１の対向電圧との差に相当する強さの垂直電界Ｅ１により、その垂直電界Ｅ１の方向に対して前記データ電圧に対応した傾き角で配向する。

そのため、前記液晶表示素子１の正面方向（基板３，４の法線付近の方向）からは常に前記画像データに対応した表示画像を認識することができる。

一方、前記画素の斜め電界形成領域の液晶分子は、前記第２の対向電極１８に前記第１の対向電圧を印加したときに、前記データ電圧に対応する強さの電界（データ電圧の値Ｖ_Ｓと第１の対向電圧の値Ｖ_Ｃ１との差に相当する強さ）の斜め電界Ｅ２により、その斜め電界Ｅ２の方向に対して前記データ電圧に対応した傾き角で配向し、前記第２の対向電極１８に前記第２の対向電圧を印加したときに、前記データ電圧に対応する電界よりも充分に大きい強さの電界、つまり前記データ電圧の値Ｖ_Ｓと前記第２の対向電圧の値Ｖ_Ｃ２との差に相当する強さの斜め電界Ｅ２により、その斜め電界Ｅ２の方向に分子長軸を向けて配向する。

そのため、前記第２の対向電極１８に前記第１の対向電圧を印加したときは、前記斜め電界Ｅ２の方向からも前記画像データに対応した表示画像を認識することができ、したがって、前記液晶表示素子１の視野角が広くなる。

また、前記第２の対向電極１８に前記第２の対向電圧を印加したときは、前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示が、画面全体が実質的に黒の表示になる。

つまり、この実施例の液晶表示素子１は、ノーマリーホワイトモードの表示を行なうものであるため、前記斜め電界形成領域の液晶分子を前記斜め電界Ｅ２の方向に分子長軸を向けて配向させると、前記斜め電界Ｅ２の方向から見た全ての画素の表示が実質的に黒になる。

そのため、前記第２の対向電極１８に前記第２の対向電圧を印加したときは、前記斜め電界Ｅ２の方向からは表示画像を認識することができなくなり、前記液晶表示素子１の視野角が狭くなる。

なお、前記第２の対向電圧は、前記画素電極５と前記第２の対向電極１８との間に、前記斜め電界形成領域の液晶分子のほとんどが印加電界の方向に分子長軸を揃えて配向する飽和電界以上の強さの斜め電界Ｅ２を生じさせる値に設定するのが好ましく、このようにすることにより、前記第２の対向電極１８に前記第２の対向電圧を印加したときの前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示をさらに黒くすることができる。

また、前記液晶表示素子１は、前記第１の対向電極１７を、前記複数の画素電極５にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極１８を、隣合う画素電極間の領域にそれぞれ対向させているため、前記複数の画素電極５にそれぞれ対応させて、前記画素電極列に沿う方向の幅が前記列方向の画素電極幅に対応し、前記画素電極列に対して交差する方向の幅が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域のそれぞれの中間部の間の距離に対応する面積の画素を形成し、開口率を充分に高くすることができる。

また、前記液晶表示素子１は、前記第１の対向電極１７を、前記マトリックス状に配列した複数の画素電極５のうち、一方の方向、例えば列方向（画面の上下方向）に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列にそれぞれ対向させ、前記第２の対向電極１８を、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向させているため、前記基板３，４の法線方向に対して前記画素電極列の一端側及び他端側に傾いた方向からは表示画像を認識することができない狭視野角表示を行なうことができる。

さらに、前記液晶表示素子１は、前記第１の対向電極１７を、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の一端側の外方においてつなぐ配線部１７ａとからなる櫛歯形状に形成し、前記第２の対向電極１８を、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の他端側の外方においてつなぐ配線部１８ａとからなる櫛歯形状に形成しているため、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極１７に前記第１の対向電圧を一括して印加し、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極１８に、前記第１の対向電圧と第２の対向電圧とを一括して選択的に印加することができる。

また、前記液晶表示素子１は、前記画素電極列に対して交差する方向に配列した複数の画素電極５を、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設け、前記複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極１７を、前記画素電極幅よりも僅かに小さい幅に形成し、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極１８を、前記複数の画素電極列の間隔と実質的に同じ幅に形成しているため、前記広視野角表示のときの視野角を充分に広くすることができる。

さらに、前記液晶表示素子１は、対向基板４の内面に、前記複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを設けているため、前記広視野角表示のときの各画素の表示と、前記狭視野角表示のときの各画素の表示をそれぞれ、前記画素の全域にわたってその画素に対応するカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの色に着色した表示とし、前記広視野角表示のときも狭視野角表示のときも良好な色質のカラー画像を表示することができる。

また、前記液晶表示装置は、前記液晶表示素子１と、その液晶表示素子１の複数の画素電極５にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記液晶表示素子１の第１と第２の対向電極１７，１８のうち、前記第１の対向電極１７に、前記画素電極５との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極１８に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極５との間に前記液晶層２の液晶分子を前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示が実質的に黒になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加する表示駆動手段２３とを備えたものであるため、前記液晶表示素子１に、広視野角表示と狭視野角表示とを行なわせることができ、したがって、製造が難しい視野角制限素子を備えた従来の可変視野角型液晶表示装置に比べて低コストに得ることができる。

また、前記液晶表示装置は、前記表示駆動手段２３により前記液晶表示素子１の第２の対向電極１８に印加する前記第２の対向電圧の値Ｖ_Ｃ２を、前記データ電圧に対する極性が前記第１の対向電圧と同じで、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い値に設定しているため、前記画素電極５と第２の対向電極１８との間に、液晶分子を前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示が実質的に黒になる配向状態に配向させる電界を印加し、前記液晶表示素子１に、前記斜め電界Ｅ２の方向からは表示画像を認識することができない狭視野角表示を行なわせることができる。

なお、上記第１の実施例の液晶表示素子１は、対向基板４の内面に、前記複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを設けたものであるが、前記カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂは、他の形状に形成してもよい。

図７はこの発明の第２の実施例を示す複数の画素電極５と第１及び第２の対向電極１７，１８とカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂとの対応関係図である。

この実施例は、一対の基板３，４の一方、例えば対向基板４の内面に、画素電極列に対して交差する方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極行にそれぞれ対応させて、前記画素電極行の全長にわたる長さを有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを設けたものであり、この実施例においても、前記広視野角表示のときも狭視野角表示のときも良好な色質のカラー画像を表示することができる。る。

また、図８はこの発明の第３の実施例を示す複数の画素電極５と第１及び第２の対向電極１７，１８とカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂとの対応関係図である。

この実施例は、一対の基板３，４の一方、例えば対向基板４の内面に、複数の画素電極列の各画素電極５にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のドット状カラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを、前記画素電極列方向と、それと交差する方向とに交互に並べてモザイク状に設けたものであり、この実施例においても、前記広視野角表示のときも狭視野角表示のときも良好な色質のカラー画像を表示することができる。

さらに、上記実施例の液晶表示素子１は、ノーマリーホワイトモードの表示を行なうものであるが、この発明は、ノーマリーブラックモードの表示を行なう液晶表示素子にも適用することができ、その場合は、前記第２の対向電極１８に、前記データ電圧に対して逆極性の前記第１の対向電圧と同じ極性で、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い値の第２の対向電圧を印加することにより、各画素の斜め電界形成領域の液晶分子を、前記斜め電界Ｅ２の方向から見た表示が実質的に白になる配向状態に配向させ、前記斜め電界Ｅ２の方向から見たときに、画面全体が実質的に白になる狭視野角表示を行なわせることができる。

また、上記実施例の液晶表示装置は、前記表示駆動手段２３により前記液晶表示素子１の第２の対向電極１８に印加する第２の対向電圧の値Ｖ_Ｃ２を、画素電極５に印加するデータ電圧に対して逆極性の前記第１の対向電圧と同じで、且つ絶対値が前記第１の対向電圧の値Ｖ_Ｃ１よりも充分に高い値に設定しているが、前記第２の対向電圧の値Ｖ_Ｃ２は、前記データ電圧の値Ｖ_Ｓと同じ電圧でもよく、その場合は、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子に、前記斜め電界Ｅ２の方向から見たときに画面全体が実質的に白になる狭視野角表示を行なわせ、ノーマリーブラックの液晶表示素子に、前記斜め電界Ｅ２の方向から見たときに画面全体が実質的に黒になる狭視野角表示を行なわせることができる。

なお、上記実施例の液晶表示装置は、液晶表示素子１を、複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを備えたカラー画像表示素子としたものであるが、この発明は、カラーフィルタを備えない液晶表示素子を用いたフィールドシーケンシャル液晶表示装置にも適用することができる。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の構成図。 第１の実施例の液晶表示装置における表示駆動手段により液晶表示素子の画素電極と第１及び第２の対向電極に印加するデータ電圧と第１及び第２の対向電圧を示す図。 第１の実施例の液晶表示素子の１つの画素部の拡大断面図。 前記液晶表示素子の一方の基板の１つの画素部に対応する部分の拡大平面図。 前記液晶表示素子の第１と第２の対向電極の平面図。 前記液晶表示素子の複数の画素電極と第１及び第２の対向電極とカラーフィルタとの対応関係図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の複数の画素電極と第１及び第２の対向電極とカラーフィルタとの対応関係図。 この発明の第３の実施例を示す液晶表示素子の複数の画素電極と第１及び第２の対向電極とカラーフィルタとの対応関係図。

符号の説明

１…液晶表示素子、２…液晶層、３，４…基板、５…画素電極、６…ＴＦＴ、１３…ゲート配線、１４…データ配線、１７…第１の対向電極、１８…第２の対向電極、１７ａ，１８ａ…配線部、１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ…カラーフィルタ、Ｅ１…垂直電界、Ｅ２…斜め電界、２３…表示駆動手段。

Claims (11)

1. 液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線が設けられ、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に沿った垂直電界を形成するための第１の対向電極と、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界を形成するための第２の対向電極とが設けられていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 第１の対向電極は、複数の画素電極にそれぞれ対向し、第２の対向電極は、隣合う画素電極間の領域にそれぞれ対向していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 第１の対向電極は、マトリックス状に配列した複数の画素電極のうち、一方の方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極列にそれぞれ対向し、第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向していることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 第１の対向電極は、複数の画素電極列にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の一端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成され、第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれその全長にわたって対向する複数の帯状電極部とこれらの電極部の一端を前記画素電極列の他端側の外方においてつなぐ配線部とからなる櫛歯形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 画素電極列に対して交差する方向に配列した複数の画素電極は、その配列方向の画素電極幅と同程度の間隔で設けられ、複数の画素電極列にそれぞれ対向する第１の対向電極は、前記画素電極幅よりも僅かに小さい幅に形成され、前記複数の画素電極列の間の領域にそれぞれ対向する第２の対向電極は、前記複数の画素電極列の間隔と実質的に同じ幅に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
6. 一対の基板の一方の内面に、複数の画素電極列にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液晶表示素子。
7. 一対の基板の一方の内面に、画素電極列に対して交差する方向に配列した画素電極群からなる複数の画素電極行にそれぞれ対応させて、前記画素電極行の全長にわたる長さを有する赤、緑、青の３色のストライプ状カラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液晶表示素子。
8. 一対の基板の一方の内面に、複数の画素電極列の各画素電極にそれぞれ対応させて、一側縁が前記画素電極列を挟んで隣合う２つの電極列間領域の一方の中間部に対向し、他端縁が他方の電極列間領域の中間部に対向する幅を有する赤、緑、青の３色のドット状カラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液晶表示素子。
9. 液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、マトリックス状に配列した複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続された複数のゲート配線及びデータ配線が設けられ、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に沿った垂直電界を形成するための第１の対向電極と、前記複数の画素電極との間にそれぞれ前記基板の法線方向に対して斜めに傾いた斜め電界を形成するための第２の対向電極とが設けられた液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の複数の画素電極にそれぞれ画像データに応じたデータ電圧を印加し、前記液晶表示素子の第１と第２の対向電極のうち、前記第１の対向電極に、前記画素電極との間に前記データ電圧に対応する電界を生じさせる予め定めた値の第１の対向電圧を印加し、前記第２の対向電極に、前記第１の対向電圧と、前記画素電極との間に前記液晶層の液晶分子を前記斜め電界の方向から見た表示が実質的に黒または白になる配向状態に配向させる電界を生じさせる第２の対向電圧とを選択的に印加する表示駆動手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
10. 第２の対向電圧は、データ電圧に対する極性が第１の対向電圧と同じで、且つ絶対値が前記第１の対向電圧よりも充分に高い電圧であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 第２の対向電圧は、データ電圧と同じ電圧であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。

Images