(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶が挟持され、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を加えるための電極が形成され、前記液晶の配向状態を切り替えて狭視野角と広視野角の画像表示を行うことができる液晶表示装置であって、
前記狭視野角の画像表示を行う場合は、スプレイ配向状態又はスプレイ配向とベンド配向の共存状態となるように、
前記広視野角の画像表示を行う場合は、ベンド配向状態となるように、前記液晶の配向状態を切り替えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶の配向状態の切り替えが表示動作開始時から表示動作終了時の間に行われる請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶の配向状態の切り替え時において、光源が消灯状態である請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記スプレイ配向状態と前記ベンド配向状態との間における配向状態の切り替えが、前記液晶に加えられる電圧レベル又は電圧波形のいずれか一つ、又は両方を変えることにより行なわれる請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って前記上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃っている請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って前記上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃っておらず、前記表示画面内の領域によって異なる請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記上下基板の界面近傍での液晶のプレチルト角を制御することにより、前記スプレイ配向状態と前記ベンド配向状態の切り替え電圧レベル又は電圧波形を変化させる請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
配向処理がラビング処理によって行われる請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】
配向膜がポリイミド、又はポリアミック酸を含む材料で形成されている請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
液晶表示装置が各画素ごとに能動素子を設けたアクティブマトリクス型である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶が挟持され、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を加えるための電極が形成され、前記液晶の配向状態を切り替えて狭視野角と広視野角の画像表示を行うことができる液晶表示方法であって、
前記狭視野角の画像表示を行う場合は、スプレイ配向状態又はスプレイ配向とベンド配向の共存状態となるように、
前記広視野角の画像表示を行う場合は、ベンド配向状態となるように、前記液晶の配向状態を切り替えることを特徴とする液晶表示方法。
【請求項１２】
前記液晶の配向状態の切り替えを表示動作開始時から表示動作終了時の間に行う請求項１１記載の液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム等を液晶パネル表面に被せること無しに、視野角特性を切り替えることができる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置の視野角を改善する方法として、種々の方法が提案されている。中でも、ＳＩＤ  ９４  ＤＩＧＥＳＴ，９２７に記載されているように、液晶をベンド配向させ、これに光学位相補償フィルムを組み合わせることにより、広い視野角を得ることができるＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）方式は、従来のＴＮ方式に比べて、応答速度が非常に速いという特徴も有しており、視野角の改善に大きく寄与する方式として期待されている方式である。
【０００３】
かかるＯＣＢ方式は、初期状態では液晶をスプレイ配向させておき、そして使用する時に液晶分子に電界を加えることによって、ベンド配向（またはπツイスト配向）へ配向転移させるものである。つまり、電圧を加えることにより液晶が立ち上がることによって、スプレイ配向における歪みが増大し、安定なベンド配向又はπツイスト配向への転移が起こる性質を利用したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、広い視野角を有する液晶表示パネルは、視角によるコントラストの低下や階調の反転を抑制し、あるいは色の変化を小さく抑えることができることから、表示品質の観点からはディスプレイ装置として優れた性能を発揮するものである。
【０００５】
しかし、使用状況によっては、より狭い視野角が求められることもある。例えば、周囲に人がいる場合であって、液晶表示パネルに表示されている内容が機密情報等の周囲の人に見られては困る情報である場合等である。そのような状況に対応するために、ＯＣＢ方式のような優れた視角性能を保持している液晶表示パネルであるにもかかわらず、光の透過率や屈折率が視角によって変化するフィルムを液晶表示パネルの表面に貼ることにより、視野角を意図的に狭める工夫が行われている。
【０００６】
しかしながら、上述のようなフィルムを貼る方法では、視角範囲を変えるためにフィルムの脱着を必要とすることから、視野角自体は一定となる。したがって、状況に応じて視野角を広げたり狭めたりするように、柔軟な変更を行うことができないという問題がある。
【０００７】
本発明では、上記問題点を解決するために、必要に応じて視野角を柔軟に変化させることができる液晶表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示装置は、上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶が挟持され、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を加えるための電極が形成され、前記液晶の配向状態を切り替えて狭視野角と広視野角の画像表示を行うことができる液晶表示装置であって、前記狭視野角の画像表示を行う場合は、スプレイ配向状態又はスプレイ配向とベンド配向の共存状態となるように、前記広視野角の画像表示を行う場合は、ベンド配向状態となるように、前記液晶の配向状態を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成により、上下基板間に加える電圧を変えることにより、容易に液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。また、上下基板間に加える電圧波形を変えることによっても、液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。
【００１０】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、液晶の配向状態の切り替えが表示動作開始時から表示動作終了時の間に行われることが好ましい。状況に応じて視野角を変化させるためである。
【００１１】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、液晶の配向状態の切り替え時において、光源が消灯状態であることが好ましい。液晶分子の配向状態の切り替え時に発生する表示画像の乱れが視認されることがないからである。
【００１２】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、スプレイ配向状態とベンド配向状態との間における配向状態の切り替えが、液晶に加えられる電圧レベル又は電圧波形のいずれか一つ、又は両方を変えることにより行なわれることが好ましい。電圧を加えない状態ではスプレイ配向状態が安定であるが、液晶に適当な電圧を加えることによりベンド配向へ転移させることができ、また電圧レベルを下げることにより、再びスプレイ配向状態へ戻すこともできるからである。
【００１３】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃っていることが好ましい。こうすることで、スプレイ配向部分の視角特性を一様に揃えることができるからである。このような配向は、上基板界面近傍での液晶のプレチルト角と下基板界面近傍での液晶のプレチルト角を変えることにより実現できる。
【００１４】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃っておらず、表示画面内の領域によって異なることが好ましい。これによって、スプレイ配向部は上下または左右に１８０°異なる視角特性を有することができるからである。これらの配向の異なる領域が画面内で混在することにより、視角を振ったときにモザイク状に輝度や色が異なって視認されるため、表示認識がしにくくなり、より視野角を狭める効果がある。このような配向は、上基板界面近傍での液晶のプレチルト角と下基板界面近傍での液晶のプレチルト角をほぼ等しくすることにより実現できる。また、部分的に上下基板界面近傍のプレチルト角を異ならせることによっても実現できる。
【００１５】
すなわち、上下基板の界面近傍での液晶のプレチルト角を制御することにより、スプレイ配向状態とベンド配向状態の切り替え電圧レベル又は電圧波形を変化させることが好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、配向処理がラビング処理によって行われることが好ましい。量産性の観点からである。
【００１７】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、配向膜がポリイミド、又はポリアミック酸を含む材料で形成されていることが好ましい。信頼性の観点からである。
【００１８】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、液晶表示装置が各画素ごとに能動素子を設けたアクティブマトリクス型であることが好ましい。ベンド配向又はπツイスト配向を用いる液晶表示パネルにおいては電圧−透過率特性において急峻性が良くないことから、画素ごとに能動素子を設けるべきだからである。
【００１９】
次に、上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示装置の駆動方法は、上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶が挟持され、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を加えるための電極が形成され、前記液晶の配向状態を切り替えて狭視野角と広視野角の画像表示を行うことができる液晶表示方法であって、前記狭視野角の画像表示を行う場合は、スプレイ配向状態又はスプレイ配向とベンド配向の共存状態となるように、前記広視野角の画像表示を行う場合は、ベンド配向状態となるように、前記液晶の配向状態を切り替えることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成により、上下基板間に加える電圧を変えることにより、容易に液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。また、上下基板間に加える電圧波形を変えることによっても、液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。
【００２１】
また、本発明にかかる液晶表示装置の駆動方法は、液晶の配向状態の切り替えを表示動作開始時から表示動作終了時の間に行うことが好ましい。状況に応じて視野角を変化させるためである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置における液晶分子の配向状態の説明図である。
【００２３】
まず図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置において、電圧を印加していない場合の液晶分子の配向状態を模式的に示したものである。上下基板における液晶分子の配向方位は略同一であり、基板界面付近におけるプレチルト角は液晶分子がスプレイ配向するように付与されている。
【００２４】
液晶分子がこのような配向状態である液晶表示装置における上下基板間に電界を加えると、液晶分子が立ち上がり、スプレイ歪みが非常に大きくなることから、図１（ｃ）に示すようなベンド配向への転移が起こる。液晶分子がかなり立ち上がった状態においては、ベンド配向とπツイスト配向とは光学的に非常に近い状態となっており、ほぼ等価なものとみなすことができる。したがって、ベンド配向へ転移するかπツイスト配向へ転移するか自体は大きな問題とはならない。
【００２５】
上下基板間に電圧を加えて行く過程において、図１（ｂ）に示すように、上下基板界面近傍のどちらのプレチルト角が高いかによって、上基板側にスプレイ歪が貯まったスプレイ配向状態、又は下基板側にスプレイ歪が貯まったスプレイ配向状態のいずれかの状態が形成される可能性がある。
【００２６】
本発明は、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）の配向状態を切り替えて使えるようにするものであり、さらに図１（ｂ）と図１（ｃ）の共存状態を用いることもできるようにするものである。
【００２７】
本発明に用いる配向膜材料としては、安定性に優れたポリイミド又はポリアミック酸が特に好ましいが、配向膜の材質はこれらに限定するものではない。配向処理はラビング処理によるのが一般的であるが、ラビング処理法に限定するものではなく、斜方蒸着法や偏光ＵＶ光照射等によっても行うことが可能である。
【００２８】
（実施の形態１）
まず、画面の対角１５．２インチ、縦８５４（ｘＲＧＢトリオ）×横４８０画素、画素ピッチ０．３９３ｍｍのＴＦＴ液晶表示装置を以下のように作製した。図２は本発明の実施の形態１にかかる（ＴＦＴ）液晶表示装置の画素部における平面図であり、図３は図２に示す一点鎖線Ｉ−Ｉにおける模式断面図である。
下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２、及び画素電極２を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３が形成してある。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層９とカラーフィルタ、ＩＴＯの共通電極７を形成している。遮光層９は開口部以外をすべて覆っているものとする。
【００２９】
上基板２０側の電極上にはポリイミド配向膜１５を、下基板１側にはポリイミド配向膜１６を形成し、ラビングにより配向処理を施した。また液晶分子のプレチルト角を調べるために、同様の配向処理と液晶分子を用いたプレチルト評価用セルを作製し、その測定結果から、配向膜１５界面近傍における液晶分子のプレチルト角は約３°、配向膜１６界面近傍における液晶分子のプレチルト角は約５°であることが確認された。
【００３０】
このように配向膜の界面近傍における液晶分子のプレチルト角が異なるような構成とすることによって、スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃うことになる。したがって、スプレイ配向されている部分における視角特性を一様に揃えることが可能となる。
【００３１】
また、それぞれの基板におけるラビング方向は、下基板１のラビング方向を破線矢印Ａで、上基板２０のラビング方向を実線矢印Ｂで示している。そして、上基板２０となるカラーフィルタ側にシールパターンを描画後、球状スペーサを散布してから下基板１と貼り合わせ、セルギャップ６μｍの空セルを形成した。
【００３２】
そして、屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶１３を真空注入し、液晶１３の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶１３は、スプレイ配向状態となっていた。
【００３３】
かかる液晶表示パネルに、ベンド配向状態を光学的に補償する負の２軸性フィルム１７を基板の両側に貼り付け、さらに偏光板１８をラビング方向と４５°ずらして貼り付けた。
【００３４】
以下、このように作成された液晶表示装置の駆動方法について説明する。かかる液晶表示装置の画素電極と共通電極間に±５Ｖ以下の範囲の電圧を加えて表示させたところ、配向膜１６側で規定される一方向のみのスプレイ配向状態が形成され、視野角の狭い表示となった。
【００３５】
さらに、当該液晶表示パネルの上下基板間に配向転移させるための所定電圧の矩形波を数秒間加えたところ、ベンド配向状態へと転移した。この状態で±２．５Ｖから±６．５Ｖの範囲で画素電極と共通電極間に電圧を加えて表示を行なうと、非常に視野角の広い表示状態が実現された。
【００３６】
次に、上下基板間に加える電圧を５秒間０Ｖとしてから、画素電極と共通電極間に±５Ｖ以下の範囲の電圧を加えて表示させたところ、再び配向膜１６側で規定される一方向のみのスプレイ配向状態が形成され、視野角の狭い表示となった。
【００３７】
このように、本実施の形態１によれば、上下基板間に加える電圧を変えることにより、容易に液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。また、上下基板間に加える電圧波形を変えることにより、液晶表示装置の視角特性を切り替えることも可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１と同様に、画面の対角１５．２インチ、縦８５４（ｘＲＧＢトリオ）ｘ横４８０画素、画素ピッチ０．３９３ｍｍのＴＦＴ液晶表示装置を以下のように作製した。図２は本発明の実施の形態２にかかる（ＴＦＴ）液晶表示装置の画素部における平面図であり、図４は図２に示す一点鎖線Ｉ−Ｉ
における模式断面図である。
【００３９】
下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２、及び画素電極２を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３が形成してある。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層９とカラーフィルタ、ＩＴＯの共通電極７を形成している。遮光層９は開口部以外をすべて覆っているものとする。
【００４０】
上基板２０側の電極上と下基板１側の電極上にはポリイミド配向膜１６を形成し、ラビング処理により配向処理を施した。実施の形態１と相違するのは、配向膜１６の界面近傍における液晶分子のプレチルト角が、上基板２０側の電極上及び下基板１側の電極上の双方において等しくなっている点である。
【００４１】
この場合、スプレイ配向状態において、表示画面領域全体に渡って上下基板間の中央部に存在する液晶分子の基板面に対する傾き方向が一方向に揃うことがなく、表示画面内の領域によって傾き方向が異なることになる。
【００４２】
このようにすることで、スプレイ配向状態において、上下又は左右に１８０°異なる視角特性を有することができ、かかる配向の異なる領域が画面内で混在することにより、視角を振ったときにモザイク状に輝度や色が異なって視認されるため、表示認識がしにくくなり、より視野角を狭めるという効果が生じる。
【００４３】
それぞれの基板のラビング方向は、下基板１のラビング方向を破線矢印Ａで、上基板２０のラビング方向を実線矢印Ｂで示している。上基板２０となるカラーフィルタ側にシールパターンを描画後、球状スペーサを散布してから下基板１と貼り合わせ、セルギャップ６μｍの空セルを形成した。屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶１３を真空注入し、液晶１３の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶１３は、スプレイ配向状態となっていた。
【００４４】
かかる液晶表示パネルにベンド配向状態を光学的に補償する負の２軸性フィルム１７を基板の両側に貼り付け、さらに偏光板１８をラビング方向と４５°ずらして貼り付けた。
【００４５】
以下、この液晶表示装置の駆動方法について説明する。かかる液晶表示パネルの画素電極と共通電極間に±５Ｖ以下の範囲の電圧を加えて表示させたところ、両基板界面近傍のプレチルト角がほぼ等しいことから、画面内において２つのスプレイ状態が出現した。これらの領域は視角により明るさが異なるため、斜めから見るとこれらの領域がモザイク状に視認される。
【００４６】
次に、かかる液晶表示パネルの上下基板間に、配向転移させるための所定電圧の矩形波を数秒間加えたところ、ベンド配向状態が形成された。この状態で±２．５Ｖから±６．５Ｖの範囲で画素電極と共通電極間に電圧を加えて表示を行なうと、非常に視野角の広い表示状態が実現できた。
【００４７】
そして、上下基板間に加える電圧を２秒間０Ｖとしてから、画素電極と共通電極間に±２．５Ｖから±６．５Ｖの範囲の電圧を加えて表示させたところ、ベンド配向状態と２つのスプレイ配向状態が共存し、非常に視野角の狭い表示となった。
【００４８】
以上のように本実施の形態２によっても、上下基板間に加える電圧を変えることにより、容易に液晶表示装置の視角特性を切り替えることが可能となる。また、上下基板間に加える電圧波形を変えることにより、液晶表示装置の視角特性を切り替えることも可能である。
【００４９】
なお、本発明に用いられる液晶材料は、フッ素系の材料に限定するものではななく、シアノ系の液晶など誘電率異方性が正の材料系であれば、使用が可能である。しかし、アクティブマトリクス型液晶表示パネル用には、電圧保持率が高く、信頼性に優れたフッ素系の材料を主成分とする液晶組成物を用いることが、特に好ましい。
【００５０】
また、ＯＣＢ方式の液晶パネルでは初期的にスプレイ配向しているものを、電圧を加えてベンド配向に転移させて用いる必要があるが、使用者がこの配向転移過程を確認できる効果もある。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる液晶表示装置によれば、上下基板間に加える電圧あるいは電圧波形を変えることにより、容易に液晶表示装置の視角特性を切り替えることができることから、必要に応じて容易に視野角を広げたり狭めたりできる液晶表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置における液晶分子の配向状態を示す図
【図２】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の平面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
１  下基板
２  画素電極
３  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
７  共通電極
９  遮光層（ブラックマトリクス）
１３  液晶分子
１５、１６  配向膜
１７  ２軸性フィルム
１８  偏光板
２０  上基板
【図１】
0003586446.tif 000002
【図２】
0003586446.tif 000003
【図３】
0003586446.tif 000004
【図４】
0003586446.tif 000005