JP5518278B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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１１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１１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１１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１２〜図１５を用いて説明する。図１２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１２（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１２（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１２（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１２（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１３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１３（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１３（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１４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１４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１５は、図１４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１５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１６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１７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１８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１６、図１７参照）。そして、液晶分子は、電圧無印加状態では図１８（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１８（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。

特開平５−７２５２９号公報（第１頁、図１）

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、前記表示制御領域と共通のコモン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、表示制御領域に形成される画素電極および視野角制御領域に形成される視野角制御電極は、透明電極による２層構造を有するものである。

また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、基板上の表示制御領域に透明な画素電極を形成する第１工程と、前記基板上にゲート電極、ゲート線、コモン線を形成する第２工程と、ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に半導体層と、ソース電極およびドレイン電極と、信号線を形成する第３工程と、パッシベーション層を前記基板全面に形成した後に第１および第２コンタクトホールを形成する第４工程と、前記第１コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極と前記画素電極を接続されるコンタクト電極と、視野角制御領域に前記第２コンタクトホールを通じて前記コモン線と接続される透明な視野角制御電極を形成する第５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、前記表示制御領域と共通のコモン線を介して制御電圧が印加される視野角制御領域を、透明電極による２層構造を有するように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参考例および実施の形態につき図面を用いて説明する。

参考例１．
まず始めに、本願の基本原理を説明する。
図１は、本発明の参考例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、表示制御領域と共通のコモン線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、本発明の参考例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、表示制御領域１０は、コモン線３０を介して印加電圧が供給される。また、視野角制御領域２０も、表示制御領域１０と共通のコモン線３０を介して印加電圧が供給される。このように、コモン線３０を共有することにより、開口率を大きく取れるメリットが得られる。

さらに、本発明では、表示制御領域１０および視野角制御領域２０において、それぞれの電極が透明電極による２層構造を有している点を特徴としている。これにより、開口率のロスなしに負荷容量を大きくできるメリットをさらに備えることが可能となる。この２層構造の詳細については、図４、５、１０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、本発明の参考例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、本発明の参考例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、１層目の透明電極５０を形成する。次に、第２工程により、基板４０の上に、ゲート電極４１、データパッド４３を形成するとともに、透明電極５０上にゲートパッド４２を形成する。

次に、第３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４工程により、パッシベーション層４７を基板４０の全面に形成した後に、コンタクトホールを形成する。

最後に、第５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、表示制御領域１０と共通のコモン線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、視野角制御領域２０では、パッシベーション層４７と画素電極４８が除去されることとなる。

また、この第５工程においては、マスクの場所に応じて、負荷容量５１を形成する。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。

従来の４マスクによる製造工程と異なる点は、最初の第１工程で透明電極５０を形成する点と、最後の第５工程で画素電極４８とともに視野角制御電極４９をさらに形成する点の２点である。第１工程を追加することにより、透明電極の２層構造を実現でき、また、第４工程のマスクを工夫することにより、マスク工程を増やすことなく視野角制御領域２０を埋め込むことが可能となる。

また、図５は、本発明の参考例１における液晶表示装置の別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、１層目の透明電極５０を形成する。次に、第２工程により、基板４０の上に、ゲート電極４１、データパッド４３を形成するとともに、透明電極５０上にゲートパッド４２を形成する。

次に、第３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４工程により、パッシベーション層４７を基板４０の全面に形成した後に、コンタクトホールを形成する。

最後に、第５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、表示制御領域１０と共通のコモン線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、先の図４において、視野角制御領域２０では、パッシベーション層４７と画素電極４８が除去された。これに対して、図５においては、パッシベーション層４７は取り除かず、画素電極４８のみが除去される。

また、この第５工程においては、マスクの場所に応じて、負荷容量５１を形成する。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。

また、本発明においては、ゲートメタルを挟んで透明電極が２層構造を有しているため、負荷容量の大きさを自由に変えられるメリットがある。図６は、本発明の参考例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。図６の矢印で示したように、負荷容量の大きさを変えることができる。

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７は、本発明の参考例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、表示制御領域１０と視野角制御領域２０は、ともにコモン線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。このように、印加電圧のタイミングを工夫することにより、コモン線３０を共用化しつつ、表示制御領域１０と視野角制御領域２０の電圧制御を個々に実現できる。

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、参考例１によれば、透明電極を形成する工程を付加して、透明電極の２層構造を有する視野角制御領域を容易に形成することにより、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、表示制御領域と視野角制御領域のコモン線を共用とすることにより、開口率を大きく保つとともに、それぞれの領域への印加電圧のタイミングを考慮することにより、視野角制御領域を独立してコントロールすることが可能となる。さらに、透明電極の２層構造化により、開口率のロスなしに負荷容量を大きくでき、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１．
本実施の形態１では、５マスクプロセスを用いて、透明電極による２層構造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８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９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８および図９において、視野角制御領域２０にはコンタクトホールが設けられている点が、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、透明電極による２層構造を有している点では、共通しており、参考例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１０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、１層目の透明電極５０を形成する。次に、第２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３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４工程により、パッシベーション層４７を基板４０の全面に形成した後に、コンタクトホールを形成するとともに、表示制御領域１０のパッシベーション層４７を除去して画素電極４８を形成する。

最後に、第５工程により、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と共通のコモン線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。また、この第５工程においては、マスクの場所に応じて、負荷容量５１を形成する。このようなプロセスの結果、先の図８あるいは図９の構造が最終的に形成されることとなる。

このような製造プロセスを用いた場合にも、第１工程を追加することにより、透明電極の２層構造を実現できる。また、第４、第５工程のマスクを工夫することにより、マスク工程を増やすことなく視野角制御領域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１によれば、透明電極を形成する工程を付加して、透明電極の２層構造を有する視野角制御領域を容易に形成することにより、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、表示制御領域と視野角制御領域のコモン線を共用とすることにより、開口率を大きく保つとともに、それぞれの領域への印加電圧のタイミングを考慮することにより、視野角制御領域を独立してコントロールすることが可能となる。さらに、透明電極の２層構造化により、開口率のロスなしに負荷容量を大きくでき、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。

本発明の参考例１における液晶表示装置の画素近傍の平面図である。 本発明の参考例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。 本発明の参考例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。 本発明の参考例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。 本発明の参考例１における液晶表示装置の別の製造方法の工程説明図である。 本発明の参考例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。 本発明の参考例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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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１０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。 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る。 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。 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。

符号の説明

１０ 表示制御領域、１１ 土手、２０ 視野角制御領域、２１ 土手、３０ コモン線、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、４７ パッシベーション層、４８ 画素電極、４９ 視野角制御電極、５０ 透明電極、５１ 負荷容量。

Claims (4)

1. 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、前記表示制御領域と共通のコモン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、
   前記表示制御領域に形成される画素電極および前記視野角制御領域に形成される視野角制御電極は、透明電極による２層構造を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記視野角制御領域は、前記コモン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。
3. 請求項１または２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。
4. 基板上の表示制御領域に透明な画素電極を形成する第１工程と、
   前記基板上にゲート電極、ゲート線、コモン線を形成する第２工程と、
   ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に半導体層と、ソース電極およびドレイン電極と、信号線を形成する第３工程と、
   パッシベーション層を前記基板全面に形成した後に第１および第２コンタクトホールを形成する第４工程と、
   前記第１コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極と前記画素電極を接続されるコンタクト電極と、視野角制御領域に前記第２コンタクトホールを通じて前記コモン線と接続される透明な視野角制御電極を形成する第５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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