JP3813280B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視野角を広くするか狭くするかを選択できる液晶表示装置および電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、液晶表示装置の一構造例を示すもので、この例の液晶表示装置Ｈは、対向する一対の基板１、２間にＴＮモードの液晶３が配設され、基板１、２の外側に偏光板４、５が配置されて構成されている。そして、前記液晶表示装置Ｈが薄膜トランジスタ方式のものにおいては、一方の基板１においてマトリックス状にソース配線６とゲート配線７が設けられ、ソース配線６とゲート配線７の交差する領域にスイッチ素子としての薄膜トランジスタ８と画素電極９とが設けられるとともに、他方の基板２にカラーフィルタ１０と共通電極１１が設けられ、各領域の画素電極９とそれに対向する共通電極１０との間に電位差を与えて両電極間の液晶３に所望の電界を印加することで液晶３の配向制御ができるように構成されている。
【０００３】
また、この種の液晶表示装置Ｈにあっては、電界の無印加時に液晶分子の配向制御を行うために、一方の基板１の液晶側に図示略の配向膜が、他方の基板２の液晶側に図示略の配向膜がそれぞれ設けられ、図１６において下の基板１側の配向膜が図１７の矢印Ｂに示す方向にラビング処理され、図１６において上の基板２側の配向膜が図１７の矢印Ａに示す方向にラビング処理されている。
従って図１６に示す構造の液晶表示装置Ｈは、液晶３に対し電界を印加していない状態においては上下の基板間で基板１、２に平行にホモジニアス配向した液晶分子が９０゜ねじれを起こし、液晶３に対して電界を印加した状態においては液晶分子が電界の方向に沿って基板間で起立して配向するので、下の基板１の下方からのバックライトの光を通過させるか遮蔽するかを切り替えることで明状態と暗状態を切り替えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、この種のＴＮモードの液晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっている。図１８は、ＴＮモードの液晶表示装置の一般的な視野角依存性を示すもので、図１８の斜線部分がコントラスト（ＣＲ）１０以上の範囲を示している。図１８によれば、ＴＮモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認性はある程度良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視認性が悪いことが明らかである。
【０００５】
このような背景から最近では、液晶の視野角を拡げるための種々の構造が提案されている。
従来、この種の液晶表示素子の視野角を広くする技術として、画素単位の配向分割化構造が知られている。この配向分割化構造とは、それぞれの画素領域において、電圧を印加した時に液晶分子が立ち上がる向きが異なるドメイン（領域）を持たせた構造を示し、この種の構造は、通常、画素を２分割し、それぞれ異なる配向処理を施した構造になっている。この配向分割化構造により、ＴＮモードの液晶表示装置において問題となっていた、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化が緩和されて対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域が拡大する効果を得ることができ、これにより、広視野角の液晶表示装置が提供される可能性が生み出されるに至った。本発明はこのような背景のもとでなされたものである。
また、本発明者らは、液晶表示装置の用途によっては、液晶表示装置の視野角を狭くする方が好ましい場合と、液晶表示装置の視野角を広くした方が好ましい場合の両方があることに着目し、本発明に到達した。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、必要に応じて視野角の広い状態と狭い状態を自由に切り替えることができる液晶表示装置およびそれを備えた電子機器の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板を対向配設してこれら基板間に液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設けるとともに該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、さらに前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスに印加したとき前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスに印加しないときに前記画素電極に対応して形成される画素領域を１つにする切替手段を設けてなることを特徴とする。
【０００８】
切替手段を設け、この切替手段により各画素領域を１つのドメインにするか、２つのドメインに分けるかを切り替えることができ、画素領域を１つのドメインとすることで視野角の狭い状態で使用することができ、画素領域を２つのドメインに分けることで視野角の広い状態で使用することができる。従って、切替手段により低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えて、使用目的にあった視野角状態を選択して使用できる。例えば、表示状態を周囲の広い範囲で目視する場合は、切替手段により広視野角状態を選択し、表示状態を周囲に秘密にする目的で使用する場合は、低視野角状態を選択することが好ましい。ここでドメインとは、その領域において液晶分子が同じ配向規則をもって配向する領域を示す。
【０００９】
前述の構造の具体的なものとして、ブラックマトリクスとコモン電極とを前記切替手段を介して電気的に接続してなる構成とすることができる。また、ブラックマトリクスとコモン電極とを同電位に印加自在にしてなる構成とすることもできる。
ブラックマトリクスとコモン電極を電気的に接続して両者を同電位とすることにより、各画素を確実に２つのドメインに分割することができ、これにより、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化が緩和されて対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域が拡大する効果を得ることができる。
【００１０】
また、前記液晶をＴＮモードの液晶とし、前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、確実に画素領域を２分割化して上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を確実に得ることができる。
【００１１】
次に本発明に係る電子機器は、一対の基板を対向配設してこれら基板間に液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設けるとともに、該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、さらに前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスに印加したとき前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスに印加しないときに前記画素電極に対応して形成される画素領域を１つにする切替手段を有することを特徴とする。
【００１２】
切替手段を設け、この切替手段により各画素領域を１つのドメインにするか、２つのドメインに分けるかを切り替えることができ、画素領域を１つのドメインとすることで視野角の狭い状態で使用することができ、画素領域を２つのドメインとすることで視野角の広い状態で使用することができる。従って、切替手段により低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えて、使用目的にあった視野角状態を選択して使用できる電子機器を提供できる。例えば、表示状態を周囲の広い範囲で目視する場合は、切替手段により広視野角状態を選択し、表示状態を周囲に秘密にする目的で使用する場合は、切替手段により低視野角状態を選択することが好ましい。
【００１３】
前述の構造の具体的なものとして、ブラックマトリクスとコモン電極とを前記切替手段を介して電気的に接続してなる構成とすることができ、ブラックマトリクスとコモン電極とを同電位に印加自在にしてなる構成とすることができる。
ブラックマトリクスとコモン電極を電気的に接続して両者を同電位とすることにより、各画素を確実に２つのドメインに分割することができ、これにより、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を得ることができ、広視野角状態を得ることができる。
【００１４】
また、前記液晶をＴＮモードの液晶とし、前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、確実に画素領域を２分割化して上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を確実に得ることができる電子機器を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１〜図４は、本発明に係る液晶表示装置の一実施形態を説明するためのもので、図１は本実施形態の部分断面構造を示す斜視図、図２は同実施形態の薄膜トランジスタ部分と画素電極部分の配置構造を示す平面図、図３は同実施形態の要部断面図、図４は同実施形態の配向膜のラビング方向を示す図である。
図１〜図３に示す構成の液晶表示装置Ｅにおいては、所定のセルギャップをあけて上下に対向配設された一対の透明の基板１１、１２間にＴＮモードの液晶１３が配設され、上の基板１１の上側に偏光板１５が、基板１２の下側に偏光板１６がそれぞれ配設され、上の基板１１の液晶１３側にカラーフィルタ１７と共通電極となるコモン電極１８が積層されている。また、下の基板１２の液晶１３側には、ソース配線１４とゲート配線１９がマトリックス状に配設され、ソース配線とゲート配線とに囲まれた領域毎にＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極２０が設けられ、各画素電極２０にそれぞれソース配線１４およびゲート配線１９に接続するスイッチ素子としての薄膜トランジスタ２１が接続されて構成されている。
【００１６】
図１に示す構成においては、液晶表示装置Ｅに設けられる多数の画素のうち、３つの画素領域のみが示され、その他の部分は省略されているが、画素電極２０は液晶表示装置Ｅの１つの画素毎に設けられ、１つの画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３元色のうち、任意の一色のフィルタが配置されてカラーフィルタ１７が構成されている。
次に、基板１２の上面側において、各画素電極２０の周囲部分には、ソース配線部分とゲート配線部分と薄膜トランジスタ部分のように液晶の表示に寄与しない非表示領域を隠すためのブラックマトリクス２２が配設されている。このブラックマトリクス２２は、Ｃｒ、Ｍｏ等の遮光性の導電性の金属膜からなり、この金属膜に画素電極２０の輪郭形状よりも若干小さな形状の透孔２９が、複数、等間隔で形成されてなり、各透孔２９の位置を画素電極２０に位置合わせして図３に示すように基板１２上に形成され、このブラックマトリクス２２上に図３に示すように絶縁膜２５を介して画素電極２０が設けられている。なお、画素電極２０に位置合わせして形成された複数の透孔２９の輪郭は図２に鎖線で示される形状とされ、これらの鎖線で囲まれる領域の内側が光を透過できる表示領域に、鎖線で囲まれる領域の周囲側の部分（ソース配線１４とゲート配線１９と薄膜トランジスタ部分およびその周囲部分）が光を透過しない非表示領域とされる。
【００１７】
そして、下の基板１２の画素電極２０上には液晶１３に接するように配向膜２６が形成されるとともに、上の基板１１の電極層１７の液晶側にも配向膜２７が形成されていて、下の基板１２の配向膜２６のラビング方向が図４の矢印Ｂ方向に、上の基板１１の配向膜２７のラビング方向が図４の矢印Ａ'方向にそれぞれ向けられている。前記矢印Ｂ方向は、液晶表示装置Ｅを使用する者が、図４に示すように基板１１、１２を正視した場合の視野方向として、右下側向きに、矢印Ａ'方向は同視野方向として、左下側向きに相当する。
【００１８】
次に、この実施形態においてブラックマトリクス２２とコモン電極１８が、スイッチ（切替手段）３０を組み込んだ接続線３１により接続されていて、スイッチ３０の入切によりブラックマトリクス２２とコモン電極１８を接続するか、両者を切り離すかを切り替えることができるように構成されている。なお、図１と図３ではブラックマトリクス２２とコモン電極１８の一部分にそれぞれ接続線３１を接続したように簡略化して図示したが、実際の液晶表示装置において、基板１１、１２はその周囲をシール材で囲まれて液晶１３が封入される構造であるので、ブラックマトリクス２２の一端部とコモン電極１８の一端部を基板１１、１２のシール部分の周囲まで引き出し、これらの引出部分を接続線３１で接続することになるが、図１と図３では簡略化して記載してある。
なお、図面では略したが、基板１１、１２の周囲には、ソース配線１４とゲート配線１９の駆動用のＩＣが実装されるとともに、コモン電極１８は接地された状態とされるとともに、ブラックマトリクス２２はコモン電極１８に接続されていない状態においてフローティング状態とされるようになっている。
【００１９】
本実施形態の液晶表示装置Ｅにおいては、スイッチ３０を解放してブラックマトリクス２２とコモン電極１８の接続を切り離し、ブラックマトリクス２２をフローティング状態、コモン電極１８を接地した状態とするか、スイッチ３０を閉じてブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続して両者を接地した同電位状態としておくことの両状態を選択することができる。
本実施形態の液晶表示装置Ｅにおいて、表示方法は、通常の液晶表示装置と同様に、画素電極２０とコモン電極１８間に電界を印加するか否かを切り替えることで行うことができる。液晶に電界を印加しない状態において、基板１１、１２間に存在する液晶分子は、下基板側の配向膜２６のラビング方向（図４のＢ方向）と上基板側の配向膜２７のラビング方向（図４のＡ'方向）との間で９０゜ねじれの状態となり、この状態で下の偏光板１６を通過してきたバックライトの光を偏向させて上の偏光板１５を通過させるので、明表示となる。また、液晶に電界を印加した状態において液晶分子は基板１１、１２間で起立するのでバックライトの光は偏光板１６、１５が遮断するようになり暗表示となる。
【００２０】
前述のように明表示と暗表示を切り替えて表示する場合に、スイッチ３０を解放してブラックマトリクス２２とコモン電極１８の接続を切り離し、ブラックマトリクス２２をフローティング状態、コモン電極１８を接地した状態とすると、各画素領域に存在する液晶分子は１つの画素領域毎に同じ状態に配向制御される（１つの画素領域が１つのドメインからなる）ので、従来の液晶表示装置と同じように液晶の明状態と暗状態が得られ、結果的に視野角は図１８に示した従来の液晶表示装置の場合と同じようになる。次に、スイッチ３０を閉じてブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続して両者を接地した状態としておくことで、１つの画素領域を２つのドメイン（領域）に分割することができる。また、上下の配向膜１１、１２のラビング方向を図４に示すように規定した場合、１つの画素領域において両ドメインの境界を示すディスクリネーションラインを矩形状の画素領域においてほぼ４５゜傾斜する方向に生成させることができる。１つの画素領域を２つのドメインに分割できることにより、ＴＮモードの液晶表示装置において問題となっていた、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を得ることができ、これにより、広視野角特性を得ることができる。
【００２１】
以上の如く本実施例の液晶表示装置によれば、スイッチ３０の操作によりブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続するか否かを切り替えることで、ブラックマトリクス２２を接地状態とした場合は１つの画素領域を２ドメイン化して広視野角状態とすることができ、ブラックマトリクス２２をフローティング状態とした場合は１つの画素領域を１つのドメインとして低視野角状態とすることができる。従ってスイッチ３０の切替により広視野角状態と低視野角状態を自由に切り替えることができるので、周囲から目視されることが好まれないプライバシーに関する事項や機密事項等を表示している場合にスイッチ３０により低視野角状態に、周囲から目視されても良い情報等を表示している場合に広視野角状態に自由に切り替えて使用することができる。
【００２２】
また、先の実施形態においては、下の基板１２上にブラックマトリクス２２を設け、その上に画素電極２０を設けた例について説明したが、下の基板１２上に直接画素電極２０を設けた後でその上に絶縁層を介してブラックマトリクスを設ける構造でも良い。
【００２３】
次に、図５と図６は、本発明に係る液晶表示装置Ｅに適用される下基板１２側の配向膜２６と、上基板１１側の配向膜２７のそれぞれのラビング方向の他の例を示す。
図５（Ａ）は、ラビング方向を基板１１、１２の対角線方向とした上で、上基板側の配向膜２７のラビング方向を矢印Ａ1方向（基板を正視した場合の左斜め上方向き）、下基板側の配向膜２６のラビング方向を矢印Ｂ1方向（基板を正視した場合の左斜め下方向き）に設定した例であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ2方向とＢ2方向）に設定した例であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ3方向とＢ3方向）とした例である。
同様に、図６（Ａ）はラビング方向を基板１１、１２の各辺に対して平行方向か直角方向とした上で、上基板側の配向膜２７のラビング方向を矢印Ａ4方向（基板を正視した場合に左向き）、下基板側の配向膜２６のラビング方向を矢印Ｂ4方向（基板を正視した場合の下向き）に設定した例であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ5方向とＢ5方向）に設定した例であり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ6方向とＢ6方向）とした例であり、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ7方向とＢ7方向）とした例である。
【００２４】
図５と図６に示すように上下の配向膜２６、２７のラビング方向を種々の方向に規定することができ、いずれの方向でも本願発明の目的を達成できる。
図４と図５と図６に示す全てのラビング方向に共通した条件として、上下の基板間に存在する液晶分子が上下基板間で９０゜ねじれ状態とされるが、下基板側のラビング方向に沿って並ぶ液晶分子がその長軸を基板正視状態において右回り（時計回り）に９０゜回転させた状態で上基板のラビング方向に沿うように配向膜２６、２７のラビング方向を設定することが好ましい。
【００２５】
なお、図４〜図６に示す各例においては、ラビング方向の角度を、基板中心を回転中心と見立てた場合に、０゜、４５゜、９０゜、１３５゜、１８０゜、２２５゜、２７０゜、３１５゜の場合のみを示したが、その他の角度の場合であっても、上下の基板間に存在する液晶分子が上下基板間で９０゜ねじれ状態とされ、下基板側のラビング方向に沿って並ぶ液晶分子がその長軸を基板正視状態において右回りに９０゜回転させた状態で上基板のラビング方向に沿うように設定されていれば良い。
【００２６】
図７は、本発明に係る液晶表示装置Ｅを具備した電子機器Ｋの一例を示すもので、この例ではノートパソコンのボディ４０を構成するカバーボード４１に液晶表示装置Ｅが組み込まれている。
そして、この液晶表示装置Ｅは、図１〜図４を基に説明した構造を有するが、ブラックマトリクス２２とコモン電極１８との接続を入切するボタン型等のスイッチ（切替手段）４２が蓋板４１の内面側右上部に設けられ、このスイッチ４２の切替により液晶表示装置Ｅの視野角を広視野角状態と低視野角状態に容易に切り替えることができる。
この例の電子機器Ｋにおいて、プライバシーに関する事項や機密事項等を表示していて周囲から見られないことが好ましい状況においてはスイッチ４２により液晶表示装置Ｅを低視野角状態とし、逆に、周囲から見られても良い場合、あるいは、周囲の広い角度から見えた方が良い場合は、スイッチの切替により広視野角状態とする。このように使用することで、状況に応じた２通りの表示状態を得ることができる。
【００２７】
ところで、先の実施形態においては、液晶表示装置Ｅをノートパソコンに設けた例について説明したが、ノートパソコンの他にも液晶表示装置が一般に適用される電子機器の全てに本発明を適用できるのは勿論であり、液晶表示装置を有するキャッシュディスペンサ、コピー機械、ファクシミリ装置、液晶プッシュボタンを有する据置電話、携帯電話、金庫の液晶タッチパネル等に広く適用できるのは勿論である。
【００２８】
【実施例】
ガラス基板上に、Ｍｏからなり、図２に示す透孔（寸法３０μｍ×１２μｍ）を多数形成したブラックマトリクスを成膜し、この上に窒化ケイ素からなる層間絶縁膜を介してゲート配線、薄膜トランジスタ、ＩＴＯの透明画素電極、ソース配線等を形成し、更にポリイミド系の配向膜を被覆し、この配向膜を図４に示すＢ方向にラビングロールを擦り付けるラビング処理を施して図２に示す平面形状の薄膜トランジスタアレイを製造した。また、他のガラス基板にカラーフィルタと、ＩＴＯからなるコモン電極と、ポリイミド系の配向膜を形成し、この配向膜を図４に示すＡ方向にラビングロールを擦り付けるラビング処理を施し、両ガラス基板間にＴＮモードの液晶を封入して液晶表示装置を作製した。
なお、一方のガラス基板の端部にコモン電極から引き出した導体部を形成し、他方の基板の端部にブラックマトリクスから引き出した導体部を形成し、両導体部をスイッチを介してＡｇペースト電極で接続した。この構造の液晶表示装置において、画素電極の横幅を３４μｍ、長さを１２５μｍとして製造した。
【００２９】
図８の模式図は、得られた液晶表示装置について、画素電極に付加する電圧Ｖsegを５.５Ｖ、コモン電極とブラックマトリクスの電位を接地電位、０Ｖとして駆動し、各画素に生じるドメインの境界となるディスクリネーションラインを光学顕微鏡で写真撮影した結果の模式状態を示す。
図８に示すように縦長の矩形状の各画素において、ほぼ４５゜傾斜のディスクリネーションラインＬの生成を認めることができ、各画素を２つのドメインに分割できていることを確認することができた。
また、これに対し、画素電極に付加する電圧Ｖsegを５.５Ｖ、コモン電極の電位を接地電位、０Ｖ、ブラックマトリクスをフローティング状態として駆動したところ、各画素領域は１つのドメインとなってディスクリネーションラインは観察されなかった。
【００３０】
次に、得られた液晶表示装置の視野角特性の評価をＩso-ＲＥＣ法により（ＲＥＣとは、Reverce-image, Excessively-dark-image / bright-image, Contrast-Ratioの略）行った。
【００３１】
以下にＩso-ＲＥＣ法について簡略説明する。
Ｉso-ＲＥＣ法とは、基板１２の中心を図９に示すように原点Ｏとした場合、この原点Ｏを中心とする半球を想定し、基板１２の図９の紙面手前側方向を下方位０゜、右方向を右方位９０゜、図９の紙面奥側を上方位１８０゜、左方向を左方位−９０゜と表記することができ、この半球のどの位置から液晶画面を目視した場合にどのような表示形態が得られるか否かを表示する方法の１種である。
まず、ＴＮモードの薄膜トランジスタ液晶表示装置の画面を種々の方向から見ると、正面では正常な表示であるが、上方位から見ると、全体にコントラスト比の低い、いわゆる、「白抜け」の表示になる。（過度明表示；Excessively-Bright-Image）また、下方位では入射角が小さい場合は全体的に暗い、いわゆる、「黒つぶれ」表示（過度暗表示；Excessively-Dark-Image）になり、入射角が更に大きい場合は、表示の明暗が「反転」している表示（反転；Reverce-Image）となる。これらの「白抜け」、「黒つぶれ」、「反転」を定量化し、その分布を示すものがＩso-ＲＥＣ法として知られている。
【００３２】
図１０にノーマリーホワイトモードのＴＮ型液晶表示装置の電気光学特性の一例を示す。図１０によれば、正面と斜め方向では透過率曲線が異なり、Ｖ1〜Ｖ6の電圧範囲では、斜め方向の透過率は正面より低く、Ｖ6以降は逆に斜め方向の方が透過率が高い。この特性図において各方向での最大透過率で各透過率を規格化し規格化階調レベルを求め、Ｖ1からＶ8までの階調電圧レベルに対しプロットすると図１１の関係となる。
例えば、正面の規格化階調レベルＬ3はＶ3の電圧が印加されているにも関わらず斜め方向ではＬ8となり、正面より暗くなっていることから、「黒つぶれ」と判定できる。そして、その黒つぶれ量は、階調レベルＬ3からＬ8へ変化していることから、この差より５レベルとなる。このようにＬ1からＬ8までの全階調レベルに関し、黒つぶれ量をカウントし、その中の最大値をその角度における黒つぶれ量とする。
【００３３】
一方、「白ぬけ」についても同様にして計算され、例えば、階調電圧レベルＶ8では正面で規格化輝度レベルは８であるのに対し、斜め方向では６に増加しており、「白ぬけ」と判定され、その大きさは２レベルとなる。また、「反転」は階調電圧レベルの増加とともに規格化階調レベルが減少し、ある階調電圧レベルで極小値となった後に再増加した場合、「反転」と判断し、その大きさは最大再増加レベルで表される。この場合は、反転レベルは３である。
以上のように表示異常は、項目別に定量化することができ、これらの値を視野角の極座標で表す。
【００３４】
図１２は、先に製造した図１に示す構造の液晶表示装置に対し、スイッチを解放して共通電極とブラックマトリクスを接続していない状態とした場合に、「白抜け」をＥＢ、「黒つぶれ」をＥＤ、「反転」をＲＩとしてＩso-ＲＥＣ法により極座標に表示正常領域と表示異常領域を示したものである。図１２において、ＲＩ＝１の格子模様領域、ＲＩ＝２、３の斜線領域、ＲＩ＝４の縦線領域、ＲＩ＝５の横線領域はそれぞれ「反転」を示し、数字は反転の大きさを示し、ＥＤで示される黒塗り部分は「黒つぶれ」を示し、ＥＢで示される網線領域は「白抜け」を示し、何も描かれていない領域が正常表示領域となる。
この図１２から明らかなように、ブラックマトリクスをフローティング状態としてコモン電極と同電位としていない液晶表示装置では、下方位の浅い角度に黒つぶれ領域があり、総じて下方位の視野角が狭いことが明らかである。
【００３５】
図１３は、スイッチによりブラックマトリクスとコモン電極を接続し、両者を同電位とした状態の液晶表示装置に対し、Ｉso-ＲＥＣ法により極座標に表示正常領域と表示異常領域を示した結果を示す。
図１２と図１３を比較して明瞭なように、ブラックマトリクスとコモン電極を接続して両者を同電位とした場合に、表示正常領域が下方位に特に大きく拡がり、視野角が広がっていることが明らかである。また、下方位における黒つぶれ領域は全く無くなり、反転領域は大幅に縮小した。更に、上方位における白抜けの度合いも減少したことが明らかである。
図１４はブラックマトリクスとコモン電極を接続した状態の液晶表示装置における等コントラスト曲線を示すが、２ドメイン型の典型的な等コントラスト曲線を得ることができた。即ち、図１４に示す等コントラスト曲線は、２種類の視野角特性が合成されたものと見ることができる。
以上のことから、スイッチの切替により、低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えできたことが明らかになった。
【００３６】
図１５は、ブラックマトリクスの電位を制御しない状態（フローティング状態）の比較例の液晶表示装置における等コントラスト曲線であり、従来のＴＮモードの液晶表示装置と同様の特性が得られていることが明らかである。
【００３７】
【発明の効果】
上述のように本発明に係る液晶表示装置にあっては、切替手段により画素領域を１つにするか、２つにするかを切り替えることができるので、広視野角状態と低視野角状態を容易に切り替えることができる。
また、切替手段を介してブラックマトリクスとコモン電極とを接続した構成であり、ブラックマトリクスとコモン電極とを電気的に接続して同電位とするか、切り離すかを容易に切り替えることができるので、広視野角状態と低視野角状態を容易に切り替えることができる。
【００３８】
更に、ブラックマトリクスとコモン電極とをスイッチを介して電気的に接続する構成とすることで、表示内容を周囲から目視され難い状態で使用したい場合にブラックマトリクスとコモン電極とを切り離すことで対応することができ、表示内容を周囲の広い角度から目視可能なようにしたい場合にブラックマトリクスとコモン電極とを電気的に接続することで対応することができる。
【００３９】
次に、前記構造を実現する際に、液晶をＴＮモードの液晶とし、他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、一方の基板の配向膜のラビング方向を一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、広視野角状態と低視野角状態を確実に切り替えることができる構造が実現できる。
【００４０】
また、切替手段を備えた電子機器において切替手段の切替により広視野角状態と低視野角状態を自由に切り替えできるので、表示の内容を周囲に目視され難い状態で使用したい場合と広い角度から目視可能な状態で使用したい場合にスイッチの切替により容易に対応できる電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液晶表示装置の一実施形態の一部を断面とした分解斜視図。
【図２】 図１に示す液晶表示装置のソースドレイン配線と薄膜トランジスタおよび画素電極の配置構成を示す平面図。
【図３】 図２に示す液晶表示装置の一部断面図。
【図４】 図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第１の例を示す平面図。
【図５】 図５（Ａ）は図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第２の例を示す平面図、図５（Ｂ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第３の例を示す平面図、図５（Ｃ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第４の例を示す平面図。
【図６】 図６（Ａ）は図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第５の例を示す平面図、図６（Ｂ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第６の例を示す平面図、図６（Ｃ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第７の例を示す平面図、図６（Ｄ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第８の例を示す平面図。
【図７】 本発明に係る液晶表示装置を備えた電子機器の一構造例を示す斜視図。
【図８】 本発明に係る液晶表示装置の画素電極上に形成された２ドメイン領域を区分するディスクリネーションラインを示す平面図。
【図９】 液晶表示装置の視野角を評価する際に用いる極座標の説明図。
【図１０】 一般的なノーマリーホワイト型の液晶表示装置の印加電圧と透過率の関係を示す図。
【図１１】 同液晶表示装置における階調電圧レベルと規格化階調レベルを示す図。
【図１２】 ブラックマトリクスをフローティング状態、コモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の表示状態をＩso-ＲＥＣ法により極座標表示した図。
【図１３】 ブラックマトリクスとコモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の表示状態をＩso-ＲＥＣ法により極座標表示した図。
【図１４】 ブラックマトリクスとコモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【図１５】 ブラックマトリクスをフローティング状態とした液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【図１６】 従来のＴＮモードの液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。
【図１７】 従来の液晶表示装置のラビング方向を示す図。
【図１８】 従来液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【符号の説明】
Ｅ 液晶表示装置
１１、１２ 基板
１３ 液晶
１８ コモン電極
２０ 画素電極
２１ 薄膜トランジスタ
２６、２７ 配向膜
２２ ブラックマトリクス
３０ スイッチ（切替手段）
Ｋ 電子機器
４２ スイッチ（切替手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、視野角を広くするか狭くするかを選択できる液晶表示装置および電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、液晶表示装置の一構造例を示すもので、この例の液晶表示装置Ｈは、対向する一対の基板１、２間にＴＮモードの液晶３が配設され、基板１、２の外側に偏光板４、５が配置されて構成されている。そして、前記液晶表示装置Ｈが薄膜トランジスタ方式のものにおいては、一方の基板１においてマトリックス状にソース配線６とゲート配線７が設けられ、ソース配線６とゲート配線７の交差する領域にスイッチ素子としての薄膜トランジスタ８と画素電極９とが設けられるとともに、他方の基板２にカラーフィルタ１０と共通電極１１が設けられ、各領域の画素電極９とそれに対向する共通電極１０との間に電位差を与えて両電極間の液晶３に所望の電界を印加することで液晶３の配向制御ができるように構成されている。
【０００３】
また、この種の液晶表示装置Ｈにあっては、電界の無印加時に液晶分子の配向制御を行うために、一方の基板１の液晶側に図示略の配向膜が、他方の基板２の液晶側に図示略の配向膜がそれぞれ設けられ、図１６において下の基板１側の配向膜が図１７の矢印Ｂに示す方向にラビング処理され、図１６において上の基板２側の配向膜が図１７の矢印Ａに示す方向にラビング処理されている。
従って図１６に示す構造の液晶表示装置Ｈは、液晶３に対し電界を印加していない状態においては上下の基板間で基板１、２に平行にホモジニアス配向した液晶分子が９０゜ねじれを起こし、液晶３に対して電界を印加した状態においては液晶分子が電界の方向に沿って基板間で起立して配向するので、下の基板１の下方からのバックライトの光を通過させるか遮蔽するかを切り替えることで明状態と暗状態を切り替えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、この種のＴＮモードの液晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっている。図１８は、ＴＮモードの液晶表示装置の一般的な視野角依存性を示すもので、図１８の斜線部分がコントラスト（ＣＲ）１０以上の範囲を示している。図１８によれば、ＴＮモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認性はある程度良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視認性が悪いことが明らかである。
【０００５】
このような背景から最近では、液晶の視野角を拡げるための種々の構造が提案されている。
従来、この種の液晶表示素子の視野角を広くする技術として、画素単位の配向分割化構造が知られている。この配向分割化構造とは、それぞれの画素領域において、電圧を印加した時に液晶分子が立ち上がる向きが異なるドメイン（領域）を持たせた構造を示し、この種の構造は、通常、画素を２分割し、それぞれ異なる配向処理を施した構造になっている。この配向分割化構造により、ＴＮモードの液晶表示装置において問題となっていた、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化が緩和されて対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域が拡大する効果を得ることができ、これにより、広視野角の液晶表示装置が提供される可能性が生み出されるに至った。本発明はこのような背景のもとでなされたものである。
また、本発明者らは、液晶表示装置の用途によっては、液晶表示装置の視野角を狭くする方が好ましい場合と、液晶表示装置の視野角を広くした方が好ましい場合の両方があることに着目し、本発明に到達した。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、必要に応じて視野角の広い状態と狭い状態を自由に切り替えることができる液晶表示装置およびそれを備えた電子機器の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板を対向配設してこれら基板間に液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設けるとともに該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、さらに前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスに印加したとき前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスに印加しないときに前記画素電極に対応して形成される画素領域を１つにする切替手段を設けてなることを特徴とする。
【０００８】
切替手段を設け、この切替手段により各画素領域を１つのドメインにするか、２つのドメインに分けるかを切り替えることができ、画素領域を１つのドメインとすることで視野角の狭い状態で使用することができ、画素領域を２つのドメインに分けることで視野角の広い状態で使用することができる。従って、切替手段により低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えて、使用目的にあった視野角状態を選択して使用できる。例えば、表示状態を周囲の広い範囲で目視する場合は、切替手段により広視野角状態を選択し、表示状態を周囲に秘密にする目的で使用する場合は、低視野角状態を選択することが好ましい。ここでドメインとは、その領域において液晶分子が同じ配向規則をもって配向する領域を示す。
【０００９】
前述の構造の具体的なものとして、ブラックマトリクスとコモン電極とを前記切替手段を介して電気的に接続してなる構成とすることができる。また、ブラックマトリクスとコモン電極とを同電位に印加自在にしてなる構成とすることもできる。
ブラックマトリクスとコモン電極を電気的に接続して両者を同電位とすることにより、各画素を確実に２つのドメインに分割することができ、これにより、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化が緩和されて対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域が拡大する効果を得ることができる。
【００１０】
また、前記液晶をＴＮモードの液晶とし、前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、確実に画素領域を２分割化して上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を確実に得ることができる。
【００１１】
次に本発明に係る電子機器は、一対の基板を対向配設してこれら基板間に液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設けるとともに、該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、さらに前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスに印加したとき前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスに印加しないときに前記画素電極に対応して形成される画素領域を１つにする切替手段を有することを特徴とする。
【００１２】
切替手段を設け、この切替手段により各画素領域を１つのドメインにするか、２つのドメインに分けるかを切り替えることができ、画素領域を１つのドメインとすることで視野角の狭い状態で使用することができ、画素領域を２つのドメインとすることで視野角の広い状態で使用することができる。従って、切替手段により低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えて、使用目的にあった視野角状態を選択して使用できる電子機器を提供できる。例えば、表示状態を周囲の広い範囲で目視する場合は、切替手段により広視野角状態を選択し、表示状態を周囲に秘密にする目的で使用する場合は、切替手段により低視野角状態を選択することが好ましい。
【００１３】
前述の構造の具体的なものとして、ブラックマトリクスとコモン電極とを前記切替手段を介して電気的に接続してなる構成とすることができ、ブラックマトリクスとコモン電極とを同電位に印加自在にしてなる構成とすることができる。
ブラックマトリクスとコモン電極を電気的に接続して両者を同電位とすることにより、各画素を確実に２つのドメインに分割することができ、これにより、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を得ることができ、広視野角状態を得ることができる。
【００１４】
また、前記液晶をＴＮモードの液晶とし、前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、確実に画素領域を２分割化して上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を確実に得ることができる電子機器を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１〜図４は、本発明に係る液晶表示装置の一実施形態を説明するためのもので、図１は本実施形態の部分断面構造を示す斜視図、図２は同実施形態の薄膜トランジスタ部分と画素電極部分の配置構造を示す平面図、図３は同実施形態の要部断面図、図４は同実施形態の配向膜のラビング方向を示す図である。
図１〜図３に示す構成の液晶表示装置Ｅにおいては、所定のセルギャップをあけて上下に対向配設された一対の透明の基板１１、１２間にＴＮモードの液晶１３が配設され、上の基板１１の上側に偏光板１５が、基板１２の下側に偏光板１６がそれぞれ配設され、上の基板１１の液晶１３側にカラーフィルタ１７と共通電極となるコモン電極１８が積層されている。また、下の基板１２の液晶１３側には、ソース配線１４とゲート配線１９がマトリックス状に配設され、ソース配線とゲート配線とに囲まれた領域毎にＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極２０が設けられ、各画素電極２０にそれぞれソース配線１４およびゲート配線１９に接続するスイッチ素子としての薄膜トランジスタ２１が接続されて構成されている。
【００１６】
図１に示す構成においては、液晶表示装置Ｅに設けられる多数の画素のうち、３つの画素領域のみが示され、その他の部分は省略されているが、画素電極２０は液晶表示装置Ｅの１つの画素毎に設けられ、１つの画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３元色のうち、任意の一色のフィルタが配置されてカラーフィルタ１７が構成されている。
次に、基板１２の上面側において、各画素電極２０の周囲部分には、ソース配線部分とゲート配線部分と薄膜トランジスタ部分のように液晶の表示に寄与しない非表示領域を隠すためのブラックマトリクス２２が配設されている。このブラックマトリクス２２は、Ｃｒ、Ｍｏ等の遮光性の導電性の金属膜からなり、この金属膜に画素電極２０の輪郭形状よりも若干小さな形状の透孔２９が、複数、等間隔で形成されてなり、各透孔２９の位置を画素電極２０に位置合わせして図３に示すように基板１２上に形成され、このブラックマトリクス２２上に図３に示すように絶縁膜２５を介して画素電極２０が設けられている。なお、画素電極２０に位置合わせして形成された複数の透孔２９の輪郭は図２に鎖線で示される形状とされ、これらの鎖線で囲まれる領域の内側が光を透過できる表示領域に、鎖線で囲まれる領域の周囲側の部分（ソース配線１４とゲート配線１９と薄膜トランジスタ部分およびその周囲部分）が光を透過しない非表示領域とされる。
【００１７】
そして、下の基板１２の画素電極２０上には液晶１３に接するように配向膜２６が形成されるとともに、上の基板１１の電極層１７の液晶側にも配向膜２７が形成されていて、下の基板１２の配向膜２６のラビング方向が図４の矢印Ｂ方向に、上の基板１１の配向膜２７のラビング方向が図４の矢印Ａ'方向にそれぞれ向けられている。前記矢印Ｂ方向は、液晶表示装置Ｅを使用する者が、図４に示すように基板１１、１２を正視した場合の視野方向として、右下側向きに、矢印Ａ'方向は同視野方向として、左下側向きに相当する。
【００１８】
次に、この実施形態においてブラックマトリクス２２とコモン電極１８が、スイッチ（切替手段）３０を組み込んだ接続線３１により接続されていて、スイッチ３０の入切によりブラックマトリクス２２とコモン電極１８を接続するか、両者を切り離すかを切り替えることができるように構成されている。なお、図１と図３ではブラックマトリクス２２とコモン電極１８の一部分にそれぞれ接続線３１を接続したように簡略化して図示したが、実際の液晶表示装置において、基板１１、１２はその周囲をシール材で囲まれて液晶１３が封入される構造であるので、ブラックマトリクス２２の一端部とコモン電極１８の一端部を基板１１、１２のシール部分の周囲まで引き出し、これらの引出部分を接続線３１で接続することになるが、図１と図３では簡略化して記載してある。
なお、図面では略したが、基板１１、１２の周囲には、ソース配線１４とゲート配線１９の駆動用のＩＣが実装されるとともに、コモン電極１８は接地された状態とされるとともに、ブラックマトリクス２２はコモン電極１８に接続されていない状態においてフローティング状態とされるようになっている。
【００１９】
本実施形態の液晶表示装置Ｅにおいては、スイッチ３０を解放してブラックマトリクス２２とコモン電極１８の接続を切り離し、ブラックマトリクス２２をフローティング状態、コモン電極１８を接地した状態とするか、スイッチ３０を閉じてブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続して両者を接地した同電位状態としておくことの両状態を選択することができる。
本実施形態の液晶表示装置Ｅにおいて、表示方法は、通常の液晶表示装置と同様に、画素電極２０とコモン電極１８間に電界を印加するか否かを切り替えることで行うことができる。液晶に電界を印加しない状態において、基板１１、１２間に存在する液晶分子は、下基板側の配向膜２６のラビング方向（図４のＢ方向）と上基板側の配向膜２７のラビング方向（図４のＡ'方向）との間で９０゜ねじれの状態となり、この状態で下の偏光板１６を通過してきたバックライトの光を偏向させて上の偏光板１５を通過させるので、明表示となる。また、液晶に電界を印加した状態において液晶分子は基板１１、１２間で起立するのでバックライトの光は偏光板１６、１５が遮断するようになり暗表示となる。
【００２０】
前述のように明表示と暗表示を切り替えて表示する場合に、スイッチ３０を解放してブラックマトリクス２２とコモン電極１８の接続を切り離し、ブラックマトリクス２２をフローティング状態、コモン電極１８を接地した状態とすると、各画素領域に存在する液晶分子は１つの画素領域毎に同じ状態に配向制御される（１つの画素領域が１つのドメインからなる）ので、従来の液晶表示装置と同じように液晶の明状態と暗状態が得られ、結果的に視野角は図１８に示した従来の液晶表示装置の場合と同じようになる。次に、スイッチ３０を閉じてブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続して両者を接地した状態としておくことで、１つの画素領域を２つのドメイン（領域）に分割することができる。また、上下の配向膜１１、１２のラビング方向を図４に示すように規定した場合、１つの画素領域において両ドメインの境界を示すディスクリネーションラインを矩形状の画素領域においてほぼ４５゜傾斜する方向に生成させることができる。１つの画素領域を２つのドメインに分割できることにより、ＴＮモードの液晶表示装置において問題となっていた、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化を緩和して対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域を拡大する効果を得ることができ、これにより、広視野角特性を得ることができる。
【００２１】
以上の如く本実施例の液晶表示装置によれば、スイッチ３０の操作によりブラックマトリクス２２とコモン電極１８とを電気的に接続するか否かを切り替えることで、ブラックマトリクス２２を接地状態とした場合は１つの画素領域を２ドメイン化して広視野角状態とすることができ、ブラックマトリクス２２をフローティング状態とした場合は１つの画素領域を１つのドメインとして低視野角状態とすることができる。従ってスイッチ３０の切替により広視野角状態と低視野角状態を自由に切り替えることができるので、周囲から目視されることが好まれないプライバシーに関する事項や機密事項等を表示している場合にスイッチ３０により低視野角状態に、周囲から目視されても良い情報等を表示している場合に広視野角状態に自由に切り替えて使用することができる。
【００２２】
また、先の実施形態においては、下の基板１２上にブラックマトリクス２２を設け、その上に画素電極２０を設けた例について説明したが、下の基板１２上に直接画素電極２０を設けた後でその上に絶縁層を介してブラックマトリクスを設ける構造でも良い。
【００２３】
次に、図５と図６は、本発明に係る液晶表示装置Ｅに適用される下基板１２側の配向膜２６と、上基板１１側の配向膜２７のそれぞれのラビング方向の他の例を示す。
図５（Ａ）は、ラビング方向を基板１１、１２の対角線方向とした上で、上基板側の配向膜２７のラビング方向を矢印Ａ1方向（基板を正視した場合の左斜め上方向き）、下基板側の配向膜２６のラビング方向を矢印Ｂ1方向（基板を正視した場合の左斜め下方向き）に設定した例であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ2方向とＢ2方向）に設定した例であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ3方向とＢ3方向）とした例である。
同様に、図６（Ａ）はラビング方向を基板１１、１２の各辺に対して平行方向か直角方向とした上で、上基板側の配向膜２７のラビング方向を矢印Ａ4方向（基板を正視した場合に左向き）、下基板側の配向膜２６のラビング方向を矢印Ｂ4方向（基板を正視した場合の下向き）に設定した例であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ5方向とＢ5方向）に設定した例であり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ6方向とＢ6方向）とした例であり、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）の両ラビング方向を９０゜右回り（Ａ7方向とＢ7方向）とした例である。
【００２４】
図５と図６に示すように上下の配向膜２６、２７のラビング方向を種々の方向に規定することができ、いずれの方向でも本願発明の目的を達成できる。
図４と図５と図６に示す全てのラビング方向に共通した条件として、上下の基板間に存在する液晶分子が上下基板間で９０゜ねじれ状態とされるが、下基板側のラビング方向に沿って並ぶ液晶分子がその長軸を基板正視状態において右回り（時計回り）に９０゜回転させた状態で上基板のラビング方向に沿うように配向膜２６、２７のラビング方向を設定することが好ましい。
【００２５】
なお、図４〜図６に示す各例においては、ラビング方向の角度を、基板中心を回転中心と見立てた場合に、０゜、４５゜、９０゜、１３５゜、１８０゜、２２５゜、２７０゜、３１５゜の場合のみを示したが、その他の角度の場合であっても、上下の基板間に存在する液晶分子が上下基板間で９０゜ねじれ状態とされ、下基板側のラビング方向に沿って並ぶ液晶分子がその長軸を基板正視状態において右回りに９０゜回転させた状態で上基板のラビング方向に沿うように設定されていれば良い。
【００２６】
図７は、本発明に係る液晶表示装置Ｅを具備した電子機器Ｋの一例を示すもので、この例ではノートパソコンのボディ４０を構成するカバーボード４１に液晶表示装置Ｅが組み込まれている。
そして、この液晶表示装置Ｅは、図１〜図４を基に説明した構造を有するが、ブラックマトリクス２２とコモン電極１８との接続を入切するボタン型等のスイッチ（切替手段）４２が蓋板４１の内面側右上部に設けられ、このスイッチ４２の切替により液晶表示装置Ｅの視野角を広視野角状態と低視野角状態に容易に切り替えることができる。
この例の電子機器Ｋにおいて、プライバシーに関する事項や機密事項等を表示していて周囲から見られないことが好ましい状況においてはスイッチ４２により液晶表示装置Ｅを低視野角状態とし、逆に、周囲から見られても良い場合、あるいは、周囲の広い角度から見えた方が良い場合は、スイッチの切替により広視野角状態とする。このように使用することで、状況に応じた２通りの表示状態を得ることができる。
【００２７】
ところで、先の実施形態においては、液晶表示装置Ｅをノートパソコンに設けた例について説明したが、ノートパソコンの他にも液晶表示装置が一般に適用される電子機器の全てに本発明を適用できるのは勿論であり、液晶表示装置を有するキャッシュディスペンサ、コピー機械、ファクシミリ装置、液晶プッシュボタンを有する据置電話、携帯電話、金庫の液晶タッチパネル等に広く適用できるのは勿論である。
【００２８】
【実施例】
ガラス基板上に、Ｍｏからなり、図２に示す透孔（寸法３０μｍ×１２μｍ）を多数形成したブラックマトリクスを成膜し、この上に窒化ケイ素からなる層間絶縁膜を介してゲート配線、薄膜トランジスタ、ＩＴＯの透明画素電極、ソース配線等を形成し、更にポリイミド系の配向膜を被覆し、この配向膜を図４に示すＢ方向にラビングロールを擦り付けるラビング処理を施して図２に示す平面形状の薄膜トランジスタアレイを製造した。また、他のガラス基板にカラーフィルタと、ＩＴＯからなるコモン電極と、ポリイミド系の配向膜を形成し、この配向膜を図４に示すＡ方向にラビングロールを擦り付けるラビング処理を施し、両ガラス基板間にＴＮモードの液晶を封入して液晶表示装置を作製した。
なお、一方のガラス基板の端部にコモン電極から引き出した導体部を形成し、他方の基板の端部にブラックマトリクスから引き出した導体部を形成し、両導体部をスイッチを介してＡｇペースト電極で接続した。この構造の液晶表示装置において、画素電極の横幅を３４μｍ、長さを１２５μｍとして製造した。
【００２９】
図８の模式図は、得られた液晶表示装置について、画素電極に付加する電圧Ｖsegを５.５Ｖ、コモン電極とブラックマトリクスの電位を接地電位、０Ｖとして駆動し、各画素に生じるドメインの境界となるディスクリネーションラインを光学顕微鏡で写真撮影した結果の模式状態を示す。
図８に示すように縦長の矩形状の各画素において、ほぼ４５゜傾斜のディスクリネーションラインＬの生成を認めることができ、各画素を２つのドメインに分割できていることを確認することができた。
また、これに対し、画素電極に付加する電圧Ｖsegを５.５Ｖ、コモン電極の電位を接地電位、０Ｖ、ブラックマトリクスをフローティング状態として駆動したところ、各画素領域は１つのドメインとなってディスクリネーションラインは観察されなかった。
【００３０】
次に、得られた液晶表示装置の視野角特性の評価をＩso-ＲＥＣ法により（ＲＥＣとは、Reverce-image, Excessively-dark-image / bright-image, Contrast-Ratioの略）行った。
【００３１】
以下にＩso-ＲＥＣ法について簡略説明する。
Ｉso-ＲＥＣ法とは、基板１２の中心を図９に示すように原点Ｏとした場合、この原点Ｏを中心とする半球を想定し、基板１２の図９の紙面手前側方向を下方位０゜、右方向を右方位９０゜、図９の紙面奥側を上方位１８０゜、左方向を左方位−９０゜と表記することができ、この半球のどの位置から液晶画面を目視した場合にどのような表示形態が得られるか否かを表示する方法の１種である。
まず、ＴＮモードの薄膜トランジスタ液晶表示装置の画面を種々の方向から見ると、正面では正常な表示であるが、上方位から見ると、全体にコントラスト比の低い、いわゆる、「白抜け」の表示になる。（過度明表示；Excessively-Bright-Image）また、下方位では入射角が小さい場合は全体的に暗い、いわゆる、「黒つぶれ」表示（過度暗表示；Excessively-Dark-Image）になり、入射角が更に大きい場合は、表示の明暗が「反転」している表示（反転；Reverce-Image）となる。これらの「白抜け」、「黒つぶれ」、「反転」を定量化し、その分布を示すものがＩso-ＲＥＣ法として知られている。
【００３２】
図１０にノーマリーホワイトモードのＴＮ型液晶表示装置の電気光学特性の一例を示す。図１０によれば、正面と斜め方向では透過率曲線が異なり、Ｖ1〜Ｖ6の電圧範囲では、斜め方向の透過率は正面より低く、Ｖ6以降は逆に斜め方向の方が透過率が高い。この特性図において各方向での最大透過率で各透過率を規格化し規格化階調レベルを求め、Ｖ1からＶ8までの階調電圧レベルに対しプロットすると図１１の関係となる。
例えば、正面の規格化階調レベルＬ3はＶ3の電圧が印加されているにも関わらず斜め方向ではＬ8となり、正面より暗くなっていることから、「黒つぶれ」と判定できる。そして、その黒つぶれ量は、階調レベルＬ3からＬ8へ変化していることから、この差より５レベルとなる。このようにＬ1からＬ8までの全階調レベルに関し、黒つぶれ量をカウントし、その中の最大値をその角度における黒つぶれ量とする。
【００３３】
一方、「白ぬけ」についても同様にして計算され、例えば、階調電圧レベルＶ8では正面で規格化輝度レベルは８であるのに対し、斜め方向では６に増加しており、「白ぬけ」と判定され、その大きさは２レベルとなる。また、「反転」は階調電圧レベルの増加とともに規格化階調レベルが減少し、ある階調電圧レベルで極小値となった後に再増加した場合、「反転」と判断し、その大きさは最大再増加レベルで表される。この場合は、反転レベルは３である。
以上のように表示異常は、項目別に定量化することができ、これらの値を視野角の極座標で表す。
【００３４】
図１２は、先に製造した図１に示す構造の液晶表示装置に対し、スイッチを解放して共通電極とブラックマトリクスを接続していない状態とした場合に、「白抜け」をＥＢ、「黒つぶれ」をＥＤ、「反転」をＲＩとしてＩso-ＲＥＣ法により極座標に表示正常領域と表示異常領域を示したものである。図１２において、ＲＩ＝１の格子模様領域、ＲＩ＝２、３の斜線領域、ＲＩ＝４の縦線領域、ＲＩ＝５の横線領域はそれぞれ「反転」を示し、数字は反転の大きさを示し、ＥＤで示される黒塗り部分は「黒つぶれ」を示し、ＥＢで示される網線領域は「白抜け」を示し、何も描かれていない領域が正常表示領域となる。
この図１２から明らかなように、ブラックマトリクスをフローティング状態としてコモン電極と同電位としていない液晶表示装置では、下方位の浅い角度に黒つぶれ領域があり、総じて下方位の視野角が狭いことが明らかである。
【００３５】
図１３は、スイッチによりブラックマトリクスとコモン電極を接続し、両者を同電位とした状態の液晶表示装置に対し、Ｉso-ＲＥＣ法により極座標に表示正常領域と表示異常領域を示した結果を示す。
図１２と図１３を比較して明瞭なように、ブラックマトリクスとコモン電極を接続して両者を同電位とした場合に、表示正常領域が下方位に特に大きく拡がり、視野角が広がっていることが明らかである。また、下方位における黒つぶれ領域は全く無くなり、反転領域は大幅に縮小した。更に、上方位における白抜けの度合いも減少したことが明らかである。
図１４はブラックマトリクスとコモン電極を接続した状態の液晶表示装置における等コントラスト曲線を示すが、２ドメイン型の典型的な等コントラスト曲線を得ることができた。即ち、図１４に示す等コントラスト曲線は、２種類の視野角特性が合成されたものと見ることができる。
以上のことから、スイッチの切替により、低視野角状態と広視野角状態を任意に切り替えできたことが明らかになった。
【００３６】
図１５は、ブラックマトリクスの電位を制御しない状態（フローティング状態）の比較例の液晶表示装置における等コントラスト曲線であり、従来のＴＮモードの液晶表示装置と同様の特性が得られていることが明らかである。
【００３７】
【発明の効果】
上述のように本発明に係る液晶表示装置にあっては、切替手段により画素領域を１つにするか、２つにするかを切り替えることができるので、広視野角状態と低視野角状態を容易に切り替えることができる。
また、切替手段を介してブラックマトリクスとコモン電極とを接続した構成であり、ブラックマトリクスとコモン電極とを電気的に接続して同電位とするか、切り離すかを容易に切り替えることができるので、広視野角状態と低視野角状態を容易に切り替えることができる。
【００３８】
更に、ブラックマトリクスとコモン電極とをスイッチを介して電気的に接続する構成とすることで、表示内容を周囲から目視され難い状態で使用したい場合にブラックマトリクスとコモン電極とを切り離すことで対応することができ、表示内容を周囲の広い角度から目視可能なようにしたい場合にブラックマトリクスとコモン電極とを電気的に接続することで対応することができる。
【００３９】
次に、前記構造を実現する際に、液晶をＴＮモードの液晶とし、他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、一方の基板の配向膜のラビング方向を一方の基板側から見て他方の基板のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなる構成を採用することで、広視野角状態と低視野角状態を確実に切り替えることができる構造が実現できる。
【００４０】
また、切替手段を備えた電子機器において切替手段の切替により広視野角状態と低視野角状態を自由に切り替えできるので、表示の内容を周囲に目視され難い状態で使用したい場合と広い角度から目視可能な状態で使用したい場合にスイッチの切替により容易に対応できる電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液晶表示装置の一実施形態の一部を断面とした分解斜視図。
【図２】 図１に示す液晶表示装置のソースドレイン配線と薄膜トランジスタおよび画素電極の配置構成を示す平面図。
【図３】 図２に示す液晶表示装置の一部断面図。
【図４】 図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第１の例を示す平面図。
【図５】 図５（Ａ）は図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第２の例を示す平面図、図５（Ｂ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第３の例を示す平面図、図５（Ｃ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第４の例を示す平面図。
【図６】 図６（Ａ）は図２に示す液晶表示装置のラビング処理方向の第５の例を示す平面図、図６（Ｂ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第６の例を示す平面図、図６（Ｃ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第７の例を示す平面図、図６（Ｄ）は同液晶表示装置のラビング処理方向の第８の例を示す平面図。
【図７】 本発明に係る液晶表示装置を備えた電子機器の一構造例を示す斜視図。
【図８】 本発明に係る液晶表示装置の画素電極上に形成された２ドメイン領域を区分するディスクリネーションラインを示す平面図。
【図９】 液晶表示装置の視野角を評価する際に用いる極座標の説明図。
【図１０】 一般的なノーマリーホワイト型の液晶表示装置の印加電圧と透過率の関係を示す図。
【図１１】 同液晶表示装置における階調電圧レベルと規格化階調レベルを示す図。
【図１２】 ブラックマトリクスをフローティング状態、コモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の表示状態をＩso-ＲＥＣ法により極座標表示した図。
【図１３】 ブラックマトリクスとコモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の表示状態をＩso-ＲＥＣ法により極座標表示した図。
【図１４】 ブラックマトリクスとコモン電極を接地状態とした場合に、本発明に係る液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【図１５】 ブラックマトリクスをフローティング状態とした液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【図１６】 従来のＴＮモードの液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。
【図１７】 従来の液晶表示装置のラビング方向を示す図。
【図１８】 従来液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図。
【符号の説明】
Ｅ 液晶表示装置
１１、１２ 基板
１３ 液晶
１８ コモン電極
２０ 画素電極
２１ 薄膜トランジスタ
２６、２７ 配向膜
２２ ブラックマトリクス
３０ スイッチ（切替手段）
Ｋ 電子機器
４２ スイッチ（切替手段）
Claims (2)
- 一対の基板を対向配設してこれら基板間にＴＮモードの液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設け、該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とを電気的に接続または絶縁する切替手段を設け、
前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記他方の基板の配向膜のラビング方向を一方向に向け、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て前記他方の基板の配向膜のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなり、
前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とが接続されるときには前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とが絶縁されるときには前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を１つにすることを特徴とする液晶表示装置。 - 一対の基板を対向配設してこれら基板間にＴＮモードの液晶を設け、前記一方の基板の対向面上にコモン電極及び配向膜を順に設け、前記他方の基板の対向面上に液晶の表示領域を覆って多数の画素電極を設け、該画素電極と電気的に絶縁させて液晶の非表示領域にて前記多数の画素電極のそれぞれの周りに導電性のブラックマトリクスを前記他方の基板上に設け、前記画素電極とブラックマトリクス上に配向膜を設け、前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とを電気的に接続または絶縁する切替手段を設け、
前記他方の基板に設けられた配向膜のラビング方向と、前記一方の基板に設けられた配向膜のラビング方向とを９０゜ねじれ状態とするとともに、前記他方の基板の配向膜のラビング方向を一方向に向け、前記一方の基板の配向膜のラビング方向を前記一方の基板側から見て前記他方の基板の配向膜のラビング方向から右周りに９０゜ねじれた方向に向けるように規定してなり、
前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とが接続されるときには前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を２つに分け、前記ブラックマトリクスと前記コモン電極とが絶縁されるときには前記多数の画素電極のそれぞれに対応して形成される画素領域を１つにすることを特徴とする電子機器。
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