JP2006350106A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示画像の視野角を広視野角と狭視野角とに制御することができ、しかも、視野角を制御するための液晶素子の基板内面の配向処理が簡単で、容易に製造することができる視野角可変型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】２枚の偏光板１８，１９を備えた画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の外面側に、その偏光板１８の透過軸と平行な方向に透過軸を向けて視野角制御用偏光板２０を配置し、画像表示パネルの観察側偏光板１８と視野角制御用偏光板２０との間に、一対の基板２２，２３の内面それぞれに互いに対向する電極２４，２４を設け、基板２２，２３間に封入された液晶層２６の液晶分子を一様な配向状態に配向させてなり、電極２４，２５間に液晶分子を基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える視野角制御用液晶素子２１を配置した。
【選択図】図２

Description

この発明は、表示画像の視野角を広視野角と狭視野角とに制御することができる視野角可変型の液晶表示装置に関する。
視野角を制限することができる視野角制限型液晶表示装置としては、従来、液晶表示パネルからなる画像表示パネルの一方の面に重ねて視野角制限素子を配置したものが知られている。
前記視野角制限素子は、間隙を存して対向する一対の基板の内面に、前記画像表示パネル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配向処理の方向を異ならせた配向膜を設け、前記一対の基板間に封入された液晶層の液晶分子を、前記それぞれの区分領域毎に、前記画像表示パネル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それぞれ配向させ、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（特許文献１参照）。
この視野角制限型液晶表示装置は、前記画像表示パネルの表示画像の視野角を、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ることによって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、前記画像表示パネルの表示画像が広視野角で見えるのに対し、前記視野角制限素子の電極間に電圧を印加すると、前記画像表示パネルの法線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、その表示画像が、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画像表示パネルの表示画像の全体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る。
特開２０００―１３３３３４号公報
しかし、上記従来の視野角制限型液晶表示装置は、前記視野角制限素子の液晶層の液晶分子を、前記各区分領域毎に異なる視野角視野角配向状態に配向させるために、前記視野角制限素子の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ず、そのために、製造が難しいという問題をもっている。
この発明は、表示画像の視野角を広視野角と狭視野角とに制御することができ、しかも、視野角を制御するための液晶素子の基板内面の配向処理が簡単で、容易に製造することができる視野角可変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装置は、
間隙を存して対向する観察側基板及び反対側基板と、これらの基板の対向する内面の両方または一方に設けられ、複数の画素を形成する第１と第２の電極と、前記観察側基板と反対側基板との間に封入された液晶層と、前記観察側基板及び反対側基板を挟んで配置された一対の偏光板とからなり、前記複数の画素毎に、前記第１と第２の電極間への画像データに応じた電圧の印加により光の透過を制御して画像を表示する画像表示パネルと、
前記画像表示パネルの一方の偏光板の外面側に、その偏光板の透過軸と平行な方向に透過軸を向けて配置された視野角制御用偏光板と、
前記画像表示パネルの前記一方の偏光板と前記視野角制御用偏光板との間に配置され、間隙を存して対向する一対の基板と、これらの基板の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する電極と、前記一対の基板間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層とからなり、前記電極間に前記液晶層の液晶分子を前記基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度に傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える視野角制御用液晶素子とを備えることを特徴とする。
この発明の液晶表示装置において、前記視野角制御用液晶素子の一対の基板の内面の電極はそれぞれ、前記画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状に形成するのが望ましい。
また、前記視野角制御用液晶素子は、液晶層の液晶分子を、一対の基板間において前記基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記電極間に電圧を印加したときの前記液晶分子の倒れ方向を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に規定する配向処理が施された構成、あるいは、液晶層の液晶分子を、一対の基板間においてツイストさせることなく前記基板面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記液晶分子を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に配向させる配向処理が施された構成のものが好ましい。
この発明の液晶表示装置においては、前記画像表示パネルの前記一方の偏光板と前記視野角制御用液晶素子との間に、もう１枚の視野角制御用偏光板を、その透過軸を前記画像表示パネルの前記一方の偏光板の透過軸と平行にして配置するのが望ましい。
さらに、前記視野角制御用液晶素子の一対の基板の電極が設けられた内面は、前記画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の上下方向と実質的に平行な方向に配向処理するのが望ましい。
この発明の液晶表示装置は、対向する内面の両方または一方に複数の画素を形成する第１と第２の電極が設けられた観察側基板と反対側基板との間に液晶層が封入され、前記観察側基板及び反対側基板を挟んで一対の偏光板が配置され、前記複数の画素毎に、前記第１と第２の電極間への画像データに応じた電圧の印加により光の透過を制御して画像を表示する画像表示パネルの一方の偏光板の外面側に、視野角制御用偏光板を、その透過軸を前記画像表示パネルの前記一方の偏光板の透過軸と平行にして配置し、前記画像表示パネルの前記一方の偏光板と前記視野角制御用偏光板との間に、間隙を存して対向する一対の基板と、これらの基板の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する電極と、前記一対の基板間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層とからなり、前記電極間に前記液晶層の液晶分子を前記基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度に傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える視野角制御用液晶素子を配置することにより、前記画像表示パネルの表示画像の視野角を、前記視野角制御用液晶素子の電極間への電圧の印加により広視野角から狭視野角に制御するようにしたものである。
すなわち、この液晶表示装置は、前記画像表示パネルの他方の面側（視野角制御用偏光板及び視野角制御用液晶素子の配置側とは反対側）から入射した光を、前記画像表示パネルと視野角制御用液晶素子及び視野角制御用偏光板を透過させて出射するか、あるいは、その反対側から入射した光を、前記視野角制御用偏光板及び視野角制御用液晶素子と画像表示パネルを透過させて出射するものであり、前記視野角制御用液晶素子は、前記電極間に電圧を印加しないときは、ほとんどの方向の透過光を位相差を与えることなく透過させるため、前記画像表示パネルの表示画像が広視野角で見える。
一方、前記視野角制御用液晶素子の電極間に、前記液晶分子を前記基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加すると、前記視野角制御用液晶素子を透過する光のうち、前記基板の法線に対して斜めに傾いた方向の斜め透過光が、この視野角制御用液晶素子により前記位相差を与えられて偏光状態を変え、その斜め透過光が、前記視野角制御用液晶素子の出射側に配置された偏光板（例えば画像表示パネルの観察側に視野角制御用液晶素子と視野角制御用偏光板を配置した場合は前記視野角制御用偏光板）により吸収されるため、前記画像表示パネルの基板面の法線に対して斜めに傾いた方向からは表示画像を認識することができなくなり、前記表示画像の視野角が狭くなる。
そのため、この液晶表示装置によれば、前記表示画像の視野角を広視野角と狭視野角とに制御することができる。
そして、この液晶表示装置は、前記視野角制御用液晶素子の液晶層の液晶分子を一様な配向状態に配向させているため、この視野角制御用液晶素子の基板内面の配向処理は簡単であり、したがって容易に製造することができる。
この発明の液晶表示装置において、前記視野角制御用液晶素子の一対の基板の内面の電極はそれぞれ、前記画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状に形成するのが望ましく、このようにすることにより、セキュリティ性の高い狭視野角表示を行なうことができる。
また、前記視野角制御用液晶素子は、液晶層の液晶分子を、一対の基板間において前記基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記電極間に電圧を印加したときの前記液晶分子の倒れ方向を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に規定する配向処理が施された構成、あるいは、液晶層の液晶分子を、一対の基板間においてツイストさせることなく前記基板面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記液晶分子を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に配向させる配向処理が施された構成のものが好ましく、このようにすることにより、前記画像表示パネルの視野角と同じ視野角の広視野角表示と、前記画像表示パネルの視野角を狭くした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装置においては、前記画像表示パネルの前記一方の偏光板と前記視野角制御用液晶素子との間に、もう１枚の視野角制御用偏光板を、その透過軸を前記画像表示パネルの前記一方の偏光板の透過軸と平行にして配置するのが望ましく、このようにすることにより、液晶表示装置を、２枚の偏光板を備えた画像表示パネルと、前記視野角制御用液晶素子と２枚の視野角制御用偏光板とからなる視野角制御系とを別々に組立て、前記画像表示パネルと前記視野角制御系とを重ねて配置する簡単な工程で製造することができる。
さらに、前記視野角制御用液晶素子の一対の基板の電極が設けられた内面は、前記画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の上下方向と実質的に平行な方向に配向処理するのが望ましく、このようにすることにより、前記画像表示パネルの画面の左右方向の視野角を狭くした狭視野角表示を行なうことができる。
図１〜図５はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示装置を備えた電子機器の正面図、図２は前記液晶表示装置の一部分の断面図である。
図１に示した電子機器は、電話機本体１と、基端を前記電話機本体１の先端に枢支され、図のように電話機本体１の外方に張出された開状態と前記電話機本体１の上に重ねられた閉状態とに開閉回動される蓋体２とからなり、電話機本体１の前面（蓋体２の重なり面）に、キーボード部３及びマイク部４が設けられ、前記蓋体２の前面（折りたたみ時に電話機本体１の前面に対向する面）に、表示部５及びスピーカ部６が設けられた折りたたみ型携帯電話機であり、前記蓋体２内に前記表示部５に対向させて液晶表示装置１０が配置され、その後側に面光源（図示せず）が配置されている。
前記液晶表示装置１０は、図２に示したように、透過型の液晶表示パネルからなる画像表示パネル１１と、前記画像表示パネル１１の一方の面側、例えば観察側に配置された視野角制御用偏光板２０と、前記画像表示パネル１１と前記視野角制御用偏光板２０との間に配置された視野角制御用液晶素子２１とを備えている。
前記画像表示パネル１１は、図示しない枠状シール材を介して接合され、間隙を存して対向する透明な観察側基板１２及び反対側基板１３と、これらの基板１２，１３の対向する内面それぞれ設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する第１と第２の透明電極１４，１５と、前記観察側基板１２と反対側基板１３との間に封入された液晶層１７と、前記観察側基板１２及び反対側基板１３を挟んで配置された一対の偏光板１８，１９とからなっており、前記複数の画素毎に、前記第１と第２の電極１４，１５間への画像データに応じた電圧の印加により光の透過を制御して画像を表示する。
この画像表示パネル１１は、一方の基板、例えば観察側基板１２の内面に、複数の画素電極１４が行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設けられ、他方の基板、つまり反対側基板１３の内面に、前記複数の画素電極１４の配列領域に対向する一枚膜状の対向電極１５が設けられたアクティブマトリックス液晶表示パネルであり、図２では省略しているが、前記観察側基板１２の内面に、前記複数の画素電極１４にそれぞれ接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなるアクティブ素子と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数本のゲート配線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給する複数本のデータ配線が設けられている。
また、この画像表示パネル１１は、前記複数の画素電極１４と対向電極１６とが互いに対向する領域からなる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１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを備えており、これらのカラーフィルタ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは、例えば観察側とは反対側の基板１３上に形成され、その上に前記対向電極１５が形成されている。
そして、前記観察側基板１２と反対側基板１３の内面は、前記電極１４，１５を覆って設けられた図示しない水平配向膜をそれぞれラビングすることにより配向処理されており、前記液晶層１７の液晶分子は、前記観察側と反対側の基板１２，１３間において、これらの基板内面の配向処理により規定される配向状態に配向している。
この画像表示パネル１１は、液晶分子を基板１２，１３間においてツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を前記基板１２，１３間において基板１２，１３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子を前記基板１２，１３間においてツイストさせることなく基板１２，１３面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれかの液晶表示パネル、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示パネルであり、前記一対の偏光板１８，１９は、前記視野角制御用液晶素子２１及び視野角制御用偏光板２０の配置側である観察側の偏光板１８の透過軸または吸収軸を前記画像表示パネル１１の画素が配列した画面の上下方向と実質的に平行にし、且つ、前記一対の偏光板１８，１９のそれぞれの透過軸の向きを、良好なコントラスト特性が得られるように設定して配置されている。
なお、この実施例の画像表示パネル１１は、観察側基板１２と反対側基板１３の両方の内面に複数の画素を形成する第１と第２の透明電極１４，１５を設け、これらの電極１４，１５間に画像データに応じた電圧を印加することにより、前記電極１４，１５間に縦電界（液晶層１７の厚さ方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる縦電界制御型のものであるが、画像表示パネル１１は、観察側基板１２と反対側基板１３のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に画像データに応じた電圧を印加することにより、前記電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよく、その場合も、一対の偏光板１８，１９は、前記視野角制御用液晶素子２１及び視野角制御用偏光板２０の配置側の偏光板の透過軸または吸収軸を画面の上下方向と実質的に平行にし、且つ、前記一対の偏光板のそれぞれの透過軸の向きを、良好なコントラスト特性が得られるように設定して配置する。
さらに、前記画像表示パネル１１は、ノーマリーホワイトモードの表示パネルでも、ノーマリーブラックモードの表示パネルでもよい。
そして、前記視野角制御用偏光板２０は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の外面側に、前記観察側偏光板１８の透過軸と平行な方向に透過軸を向けて配置され、前記視野角制御用液晶素子２１は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８と前記視野角制御用偏光板２０との間に配置されている。
前記視野角制御用液晶素子２１は、図示しない枠状のシール材を介して接合され、間隙を存して対向する一対の透明基板２２，２３と、これらの基板２２，２３の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する透明電極２４，２５と、前記一対の基板２２，２３間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層２６とからなっており、前記電極２４，２５間に前記液晶層２４の液晶分子を前記基板２２，２３面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記基板２２，２３の法線に対して予め定めた角度（３０°〜６０°、好ましくは４５°の角度）に傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長（可視光帯域の中間波長の１／２の値である略２７５ｎｍ付近）の整数倍の位相差を与えるように前記液晶層２６の光学特性が設定されている。
この実施例では、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の内面の電極２４，２５をそれぞれ、前記画像表示パネル１１の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状に形成している。
前記視野角制御用液晶素子２１は、液晶層２６の液晶分子を、一対の基板２２，２３間において前記基板２２，２３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型素子からなっており、その液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に設定されている。
そして、この視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の電極２４，２５が設けられた内面にはそれぞれ、前記電極２４，２５間に電圧を印加したときの前記液晶分子の倒れ方向を、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び前記視野角制御用偏光板２０の透過軸または吸収軸と平行な方向に規定する配向処理が施されている。
なお、図２では省略しているが、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の内面にはそれぞれ、前記電極２４，２５を覆って水平配向膜が設けられており、これらの基板２２，２３の内面は、前記配向膜を一方向にラビングすることにより配向処理されている。
図３は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の透過軸及び前記視野角制御用偏光板２０の透過軸の向きと、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の配向処理方向を示している。
図３において、矢印２２ａ，２３ａは、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の配向処理方向を示しており、この視野角制御用液晶素子２１の一方の基板２２と他方の基板２３は、前記画面の上下方向（画面の縦軸）Ｈと実質的に平行で、且つ互いに逆向きに配向処理されている。
なお、この実施例では、前記視野角制御用液晶素子２１の一方の基板２２を前記画面の下方から上方に向かって配向処理し、他方の基板２３を前記画面の上方から下方に向かって配向処理しているが、それと反対に、前記一方の基板２２を前記画面の上方から下方に向かって配向処理し、他方の基板２３を前記画面の下方から上方に向かって配向処理してもよい。
そして、この実施例では、図３のように、前記視野角制御用偏光板２０を、その透過軸２０ａを前記画面の上下方向Ｈと実質的に平行な方向に向けて配置し、この視野角制御用偏光板２０の透過軸２０ａの方向に対して前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の透過軸１８ａの向きを実質的に平行にし、且つ視野角制御用偏光板２０の透過軸２０ａの方向に対して前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の配向処理の方向を平行にしてある。、、つまり視野角制御用偏光板２０の透過軸２０ａの方向、視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の配向処理の方向、及び前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の透過軸１８ａは、ぞれぞれ画面の上下方向Ｈと実質的に平行な方向にある。
また、前記画像表示パネル１１は、その各画素の電極１４，１５間に画像データに応じた電圧を印加する図示しない表示駆動回路に接続されており、前記視野角制御用液晶素子２１は、その電極２４，２５間に液晶分子を基板２２，２３面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加する図示しない視野角制御回路に接続されている。
なお、前記視野角制御回路は、例えば、図１に示した携帯電話機の蓋体２または電話機本体１に設けられた視野角選択キー７により広視野角が選択されたときは、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に電圧を印加せず、狭視野角が選択されたときに、前記電極２４，２５間に一定値の電圧を印加するように構成されており、その電圧は、基板２２，２３面に対して実質的に垂直に配向した液晶分子を前記基板２２，２３面に対して３０°〜６０°、好ましくは実質的に４５°の角度で倒れ配向させる値に設定されている。
この液晶表示装置１０は、対向する内面それぞれに複数の画素を形成する電極１４，１５が設けられた観察側基板１２と反対側基板１３との間に液晶層１７が封入され、前記観察側基板１２及び反対側基板１３を挟んで一対の偏光板１８，１９が配置され、前記複数の画素毎に、前記電極１４，１５間への画像データに応じた電圧の印加により光の透過を制御して画像を表示する画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の外面側に、視野角制御用偏光板２０を、その透過軸２０ａを前記画像表示パネル１１の前記観察側偏光板１８の透過軸１８ａと平行にして配置し、前記画像表示パネル１１の前記観察側偏光板１８と前記視野角制御用偏光板２０との間に、間隙を存して対向する一対の基板２２，２３と、これらの基板２２，２３の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する電極２４，２５と、前記一対の基板２２，２３間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層２６とからなり、前記電極２４，２５間に前記液晶層２６の液晶分子を前記基板２２，２３面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度（３０°〜６０°、好ましくは４５°の角度）に斜めに傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える視野角制御用液晶素子２１を配置することにより、前記画像表示パネル１１の表示画像の視野角を、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間への電圧の印加により広視野角から狭視野角に制御するようにしたものである。
すなわち、この液晶表示装置１０は、前記画像表示パネル１１の他方の面側（視野角制御用偏光板２０及び視野角制御用液晶素子２１の配置側とは反対側）から入射した光を、前記画像表示パネル１１と視野角制御用液晶素子２１及び視野角制御用偏光板２０を透過させて出射するものであり、前記画像表示パネル１１の表示画像の広視野を、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び前記視野角制御用偏光板２０と前記視野角制御用液晶素子２１とからなる視野角制御系により制御する。
この液晶表示装置１０は、前記視野角制御用液晶素子２１が、その電極２４，２５間に電圧を印加しないときは、ほとんどの方向の透過光を位相差を与えることなく透過させるため、前記画像表示パネル１１の表示画像が広視野角で見える。
一方、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に、前記液晶分子を基板２２，２３面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加すると、前記視野角制御用液晶素子２１を透過する光のうち、前記基板２２，２３の法線に対して予め定めた角度（この液晶表示装置では、４５°の角度）に傾いた方向の斜め透過光は、この視野角制御用液晶素子２１により前記位相差（１／２波長の整数倍の位相差）が与えられて偏光状態を変え、その斜め透過光が、前記視野角制御用液晶素子２１の出射側に配置された視野角制御用偏光板２０により吸収されるため、前記画像表示パネル１１の基板１２，１３面の法線に対して斜めに傾いた方向からは表示画像を認識することができなくなり、前記表示画像の視野角が狭くなる。
前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び前記視野角制御用偏光板２０と前記視野角制御用液晶素子２１とからなる視野角制御系による視野角の制御について説明すると、図４は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び前記視野角制御用偏光板２０の透過軸１８ａ，２０ａと、前記垂直配向型の視野角制御用液晶素子２１の液晶分子の電圧無印加時及び電圧印加時の分子長軸の向きとの関係を模式的に示した図、図５は図４のV−V線に沿う断面図であり、前記視野角制御用液晶素子２１の液晶分子２６ａは、前記電極２４，２５間に電圧を印加しないときは図４の（ａ）のように基板２２，２３面に対して実質的に垂直に配向し、前記電極２４，２５間に電圧を印加したときに、図４の（ｂ）〜（ｅ）のように、前記視野角制御用液晶素子２１の法線（基板２２，２３面の法線）と平行で、且つ一対の基板２２，２３の配向処理方向２２ａ，２３ａを含む垂直面Ａに沿った方向に分子長軸Ｏが向いた状態で、印加電圧を高くするのにともなって前記基板２２，２３面の法線に対する角度が大きくなるように倒れ配向する。
前記視野角制御系において、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する視野角制御用液晶素子２１の液晶分子２６ａの分子長軸Ｏが交差する角度θ（以下、交差角θという）は、表示の観察方向により見かけ上変化する。
つまり、前記交差角θは、図５に示したＳ０方向、つまり前記視野角制御用液晶素子２１の法線（基板２２，２３面の法線）方向から観察したときは、液晶分子２６ａの倒れ角に関係なく常にθ＝０°であり、図５に示したＳ１及びＳ２方向、つまり前記法線に対して、図４に示した垂直面Ａの一方の面側と他方の面側に斜めに傾いた方向から観察したときは、液晶分子２６ａの倒れ角が大きくなるのにともなって、また前記法線に対する観察方向の角度が大きくなるのにともなって、前記交差θが大きくなる。
また、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の透過軸１８ａと前記視野角制御用偏光板２０の透過軸２０ａは互いに平行であるため、前記視野角制御系の透過光強度Ｉと、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θと、前記視野角制御用液晶素子２１のΔｎｄとの関係は、次式で表せる。
Ｉ＝１−Ｉ０ｓｉｎ２（πΔｎｄ／λ）ｓｉｎ２（２θ） …（1）
Ｉ０；視野角制御系への入射光強度
λ；透過光の波長
この（1）式から解るように、前記視野角制御用液晶素子２１の法線方向Ｓ０から観察したとき、つまり前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θがθ＝０°のときの前記視野角制御系の透過光強度Ｉは、前記視野角制御用液晶素子２１の液晶分子２６ａの配向状態の変化（Δｎｄの変化）にかかわらず最大強度である。
したがって、この液晶表示装置１０の正面方向、つまり前記画像表示パネル１１及び視野角制御用液晶素子２１の法線付近の方向Ｓ０から観察するときは、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に電圧を印加しないときも、電圧を印加したときも、液晶分子２６ａは垂直面Ａ内で基板に対する傾き角を変えるだけであって、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θは０゜（平行）で変化しないから、前記視野角制御系の透過光強度Ｉは最大強度を保ち、前記画像表示パネル１１の表示画像を、高い輝度及びコントラストで見ることができる。
一方、この液晶表示装置１０を前記正面方向に対して斜めに傾いた方向Ｓ１及びＳ２から観察する場合、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に電圧を印加しないときは、液晶分子２６ａは基板面に垂直に配向しており、前記斜めに傾いたいずれの方向から見ても、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θは９０゜（直交）であるから、前記視野角制御系の透過光強度Ｉは最大強度を保つ。すなわち、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａと液晶分子２６ａの分子長軸Ｏが互いに直交しているため、前記視野角制御用液晶素子２１による光学的な作用を受けることなく前記画像表示パネル１１の表示画像が、高い輝度及びコントラストで観察される。
また、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に電圧を印加したときは、液晶分子２６ａは基板面に対して傾斜して配向し、前記斜めに傾いた方向から見ると、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対して液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θは０゜または９０゜（平行又は直交）以外の角度となるため、前記視野角制御系の透過光強度Ｉが低くなる。すなわち、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａと液晶分子２６ａの分子長軸Ｏが互いに平行又は直交以外の角度で交差して見えるため、透過率が低下する。
そして、この液晶表示装置１０では、前記斜めに傾いた方向Ｓ１及びＳ２が基板法線に対して予め定めた４５°の角度傾いたときに前記視野角制御系の透過光強度Ｉが最も低くなるように液晶層のΔｎｄの値を設定しているため、基板法線に対して４５°傾いた観察方向Ｓ１及びＳ２からは画面が暗くなり、前記画像表示パネル１１の表示画像を認識することができなくなる。
つまり、前記斜めに傾いた観察方向Ｓ１及びＳ２から見た前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に電圧を印加したときの画面の暗さは、前記視野角制御用液晶素子２１のΔｎｄの値と、前記正面方向に対する前記観察方向Ｓ１及びＳ２の傾き角α１，α２（図５参照）によって異なり、前記視野角制御用液晶素子２１のΔｎｄが、Δｎｄ＝ｍλ／２（ｍ；整数）、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの傾き角θがθ＝４５°になる方向から観察したときに、前記画像表示パネル１１からの出射光（観察側偏光板１８の透過軸１８ａに沿った直線偏光）が、前記視野角制御用液晶素子２１により１／２波長の位相差を与えられて偏光面が９０°回転した光、つまり視野角制御用偏光板２０の透過軸２０ａに対して直交する直線偏光になり、その光が前記視野角制御用偏光板２０により吸収されて前記(1)式により表される前記視野角制御系の透過光強度Ｉが０になるため、画面が黒くなって、前記画像表示パネル１１の表示画像を全く認識することができなくなる。
そのため、この液晶表示装置１０によれば、前記表示画像の視野角を広視野角と狭視野角とに制御することができる。
そして、この液晶表示装置１０は、前記視野角制御用液晶素子２１の液晶層２６の液晶分子２６ａを一様な配向状態に配向させているため、この視野角制御用液晶素子２１の基板内面の配向処理は簡単であり、したがって容易に製造することができる。
また、この液晶表示装置１０は、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の内面の電極２４，２５をそれぞれ、前記画像表示パネル１１の複数の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状に形成しているため、前記斜めに傾いた観察方向Ｓ１及びＳ２から見たときに画面全体が画面が暗くなる、セキュリティ性の高い狭視野角表示を行なうことができる。
さらに、この液晶表示装置１０は、前記視野角制御用液晶素子２１を、液晶層２６の液晶分子２６ａを、一対の基板２２，２３間において前記基板２２，２３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型素子からなり、前記一対の基板２２，２３の電極２４，２５が設けられた内面にそれぞれ、前記電極２４，２５間に電圧を印加したときの前記液晶分子２６ａの倒れ方向を、画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び視野角制御用偏光板２０の透過軸１８ａ，２０ａと平行な方向に規定する配向処理を施した構成としているため、前記画像表示パネル１１の視野角と同じ視野角の広視野角表示と、前記画像表示パネル１１の視野角を狭くした狭視野角表示とを行なうことができる。
また、この液晶表示装置１０は、前記視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の電極２４，２５が設けられた内面を、前記画像表示パネル１１の複数の画素が配列した画面の上下方向Ｈと実質的に平行な方向に配向処理しているため、前記画像表示パネル１１の画面の左右方向の視野角を対称的に狭くした狭視野角表示を行なうことができる。
なお、上記実施例では、視野角制御用液晶素子２１の液晶層２６の液晶分子２６ａを基板２２，２３面に対して実質的に垂直に配向させているが、前記視野角制御用液晶素子２１は、前記液晶層２６の液晶分子を、一対の基板２２，２３間においてツイストさせることなく基板２２，２３面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型素子でもよく、その場合は、前記一対の基板２２，２３の電極２４，２５が設けられた内面にそれぞれ、前記液晶分子を、画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び視野角制御用偏光板２０の透過軸１８ａ，２０ａと平行な方向に配向させる配向処理を施せばよい。
図６は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８及び前記視野角制御用偏光板２０の透過軸１８ａ，２０ａと、前記水平配向型の視野角制御用液晶素子２１の液晶分子の電圧無印加時及び電圧印加時の分子長軸の向きとの関係を模式的に示した図であり、前記視野角制御用液晶素子２１の液晶分子２６ａは、前記電極２４，２５間に電圧を印加しないときは図６の（ａ）のように、前記基板２２，２３の配向処理方向２２ａ，２３ａに分子長軸Ｏを揃えて前記基板２２，２３面に対して実質的に水平に配向し、前記電極２４，２５間に電圧を印加したときに、図６の（ｂ）〜（ｅ）のように、前記一対の基板２２，２３の配向処理方向２２ａ，２３ａに分子長軸Ｏを向けて、印加電圧を高くするのにともなって前記基板２２，２３面に対する角度が大きくなるように立上がり配向する。
この水平配向型の視野角制御用液晶素子２１を用いた場合も、前記視野角制御用液晶素子２１が、その電極２４，２５間に電圧を印加しないときは、ほとんどの方向の透過光を位相差を与えることなく透過させるため、前記画像表示パネル１１の表示画像が広視野角で見える。
すなわち、液晶分子２６ａは基板面に平行に配向しており、前記斜めに傾いたいずれの方向から見ても、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａに対する液晶分子２６ａの分子長軸Ｏの交差角θは０゜（平行）であるから、前記視野角制御系の透過光強度Ｉは最大強度を保つ。つまり、前記偏光板１８，２０の透過軸１８ａ，２０ａと液晶分子２６ａの分子長軸Ｏが互いに平行であるため、前記視野角制御用液晶素子２１による光学的な作用を受けることなく前記画像表示パネル１１の表示画像が、高い輝度及びコントラストで観察される。
また、前記視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５間に、液晶分子２６ａを基板２２，２３面の法線に対して斜めに傾いた方向に立上がり配向させる電圧を印加すると、前記視野角制御用液晶素子２１を透過する光のうち、前記基板２２，２３の法線に対して斜めに傾いた方向の斜め透過光が、この視野角制御用液晶素子２１により前記位相差（ある角度方向の斜め透過光に対する位相差値が１／２波長の整数倍の位相差）を与えられて偏光状態を変え、その斜め透過光が、前記視野角制御用液晶素子２１の出射側に配置された視野角制御用偏光板２０により吸収されるため、前記画像表示パネル１１の基板１２，１３面の法線に対して斜めに傾いた方向からは表示画像を認識することができなくなり、前記表示画像の視野角が狭くなる。
そのため、前記水平配向型の視野角制御用液晶素子２１を用いても、画像表示パネル１１の視野角と同じ視野角の広視野角表示と、前記画像表示パネル１１の視野角を狭くした狭視野角表示とを行なうことができる。
また、前記水平配向型の視野角制御用液晶素子２１も、液晶層２６の液晶分子２６ａを一様な配向状態に配向させているため、この視野角制御用液晶素子２１の基板内面の配向処理は簡単であり、したがって容易に製造することができる。
なお、前記水平配向型の視野角制御用液晶素子２１を用いる場合も、その一対の基板２２，２３は、前記画像表示パネル１１の複数の画素が配列した画面の上下方向と実質的に平行な方向に配向処理するのが好ましく、このようにすることにより、前記画像表示パネル１１の画面の左右方向の視野角を狭くした狭視野角表示を行なうことができる。
図７はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図であり、この実施例の液晶表示装置１０は、前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８と前記垂直配向型または水平配向型の視野角制御用液晶素子２１との間に、もう１枚の視野角制御用偏光板２７を、その透過軸を前記画像表示パネル１１の観察側偏光板１８の透過軸と平行にして配置したものである。
この実施例の液晶表示装置１０は、前記もう１枚の視野角制御用偏光板２７を備えているため、２枚の偏光板１８，１９を備えた画像表示パネル１１と、前記視野角制御用液晶素子２１と２枚の視野角制御用偏光板２０，２７とからなる視野角制御系とを別々に組立て、前記画像表示パネル１１と前記視野角制御系とを重ねて配置する簡単な工程で製造することができる。
なお、上記第１及び第２の実施例では、画像表示パネル１１の観察側に視野角制御用液晶素子２１と視野角制御用偏光板２０，２７を配置しているが、前記視野角制御用液晶素子２１と視野角制御用偏光板２０，２７を前記画像表示パネル１１の観察側とは反対側に配置し、前記観察側とは反対側から入射した光を、前記視野角制御用液晶素子２１及び視野角制御用偏光板２０，２７と画像表示パネル１１を透過させて出射するようにしてもよい。
また、視野角制御用液晶素子２１は、上記実施例の垂直配向型または水平配向型素子に限らず、間隙を存して対向する一対の基板と、これらの基板の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する電極と、前記一対の基板間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層とからなり、前記電極間に前記液晶層の液晶分子を前記基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度に傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える特性を有するものであればよい。
さらに、上記実施例では、視野角制御用液晶素子２１の一対の基板２２，２３の内面の電極２４，２５をそれぞれ、前記画像表示パネル１１の複数の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状に形成しているが、この視野角制御用液晶素子２１の電極２４，２５は、モザイク状、ストライプ状、キャラクタまたはマーク等の形状に形成してもよい。
また、この発明の液晶表示装置は、図１に示した携帯電話機に限らず、他の表示部を有する電子機器等にも利用することができる。
液晶表示装置を備えた電子機器の正面図。 この発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。 前記液晶表示装置の画像表示パネルの観察側偏光板の透過軸及び視野角制御用偏光板の透過軸の向きと視野角制御用液晶素子の一対の基板の配向処理方向を示す図。 前記画像表示パネルの観察側偏光板及び前記視野角制御用偏光板の透過軸と、垂直配向型視野角制御用液晶素子の液晶分子の電圧無印加時及び電圧印加時の分子長軸の向きとの関係を模式的に示した図。 図４のV−V線に沿う断面図。 前記画像表示パネルの観察側偏光板及び前記視野角制御用偏光板の透過軸と、水平配向型視野角制御用液晶素子の液晶分子の電圧無印加時及び電圧印加時の分子長軸の向きとの関係を模式的に示した図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
符号の説明
１０…液晶表示装置、１１…画像表示パネル、１２，１３…基板、１４，１５…電極、１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…カラーフィルタ、１７…液晶層、１８，１９…偏光板、１８ａ…透過軸、２０，２７…視野角制御用偏光板、２０ａ…透過軸、２１…視野角制御用液晶素子、２２，２３…基板、２２ａ，２３ａ…配向処理方向、２４，２５…電極、２６…液晶層、２６ａ…液晶分子。

Claims (6)

  1. 間隙を存して対向する観察側基板及び反対側基板と、これらの基板の対向する内面の両方または一方に設けられ、複数の画素を形成する第１と第２の電極と、前記観察側基板と反対側基板との間に封入された液晶層と、前記観察側基板及び反対側基板を挟んで配置された一対の偏光板とからなり、前記複数の画素毎に、前記第１と第２の電極間への画像データに応じた電圧の印加により光の透過を制御して画像を表示する画像表示パネルと、
    前記画像表示パネルの一方の偏光板の外面側に、その偏光板の透過軸と平行な方向に透過軸を向けて配置された視野角制御用偏光板と、
    前記画像表示パネルの前記一方の偏光板と前記視野角制御用偏光板との間に配置され、間隙を存して対向する一対の基板と、これらの基板の対向する内面それぞれに設けられた互いに対向する電極と、前記一対の基板間に封入され、液晶分子が一様な配向状態に配向した液晶層とからなり、前記電極間に前記液晶層の液晶分子を前記基板面の法線に対して斜めに傾いた方向に配向させる電圧を印加したとき、前記法線に対して予め定めた角度に傾いた方向の斜め透過光に対し、１／２波長の整数倍の位相差を与える視野角制御用液晶素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 視野角制御用液晶素子の一対の基板の内面の電極はそれぞれ、画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の全域に対応する一枚膜状電極であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 視野角制御用液晶素子は、液晶層の液晶分子を、一対の基板間において前記基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記電極間に電圧を印加したときの前記液晶分子の倒れ方向を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に規定する配向処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 視野角制御用液晶素子は、液晶層の液晶分子を、一対の基板間においてツイストさせることなく前記基板面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型素子からなり、前記一対の基板の電極が設けられた内面にそれぞれ、前記液晶分子を、画像表示パネルの一方の偏光板及び視野角制御用偏光板の透過軸または吸収軸と平行な方向に配向させる配向処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 画像表示パネルの一方の偏光板と視野角制御用液晶素子との間に、もう１枚の視野角制御用偏光板が、その透過軸を前記画像表示パネルの前記一方の偏光板の透過軸と平行にして配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
  6. 視野角制御用液晶素子の一対の基板の電極が設けられた内面は、画像表示パネルの複数の画素が配列した画面の上下方向と実質的に平行な方向に配向処理されていることを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
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