CN1651981A - 视角控制元件和使用了该元件的影像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是一种视角控制元件，它由于包括：与一个像素相向、具有某种透射率T1的透光区23；以及可根据来自外部的信号，切换为某种透射率T2与比T1和T2小的某种透射率T3的遮光区24，所以在窄视角时以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，在宽视角时因漫射等而形不成宽视角；在宽视角时以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，在窄视角时因透射量受到抑制而形成窄视角。既可实现宽视角和窄视角双方，又可防止因宽视角时的影像显示元件的亮度降低引起的图像品质降低。

Description

视角控制元件和使用了该元件的影像显示装置
技术领域
本发明涉及将影像显示装置切换为宽视角模式和窄视角模式的视角控制元件和使用了该元件的可控制视角的影像显示装置。
背景技术
作为显示器，迄今广泛使用了液晶显示装置，液晶显示装置的特征是薄型、质轻、功耗低，从而不仅在便携式用途方面，而且在各种领域均在快速普及之中。
特别是，在移动电话用途方面，除了更加薄型、质轻、功耗低之外，由于高精细化技术的进步，在移动电话中安装了可视性非常优越的液晶显示装置，从而火爆地得到普及。
另外，特别是在车辆导行系统、笔记本PC、监视器和液晶电视等预计有被多个观察者观察的场景的领域中，随着扩展视角膜的发展并且利用了垂直取向模式及IPS(面内开关)取向模式的宽视角化技术取得进步，在最近，大屏幕液晶电视开始快速地得到普及。
除了利用上述那样的宽视角化技术使液晶显示装置的图像可被多人观察的优点外，由于最近IT技术的进展，在各种公共事务的状况中，为了能够取得并显示各种信息，其他的观察者看到了主要由液晶显示装置构成的影像显示装置的图像信息，涉及图像的个人私密性的保护非常成问题，当务之急是要采取措施。
以下，说明现有的液晶显示装置。一般来说，液晶显示装置由相向的一对透明电极基板构成，像素电极被设置成矩阵状，另外，设置了对液晶施加电压的选择像素电极的开关装置即薄膜晶体管等的有源元件。
另外，在一对透明电极基板的间隙中形成液晶层。作为液晶层取向模式，迄今一直在采用扭曲向列取向模式(以下，称为TN)及超扭曲向列取向模式(以下，称为STN)。此外，在最近具有非常宽的视角特性的液晶显示装置中，常用垂直取向取向模式(以下，称为VA)及IPS(以下，称为IPS)。
可是，在上述那样的液晶显示装置，特别是在视角非常宽的VA模式及IPS模式的液晶显示装置中，如图11所示，由于视角范围非常宽，还由于从位于液晶显示面的正面的主观察者A以外的第三者B也可看到图像，所以适合于多人的观察。
可是，对于主观察者A来说，即使在没有向第三者B明示图像信息的情况下，也由于液晶显示装置的视角宽，仍会发生主观察者A的信息向第三者B泄漏的问题。因此，为了仅仅向主观察者A提供所希望的图像信息，而防止向第三者B的信息的泄漏，必须故意地收窄视角范围。
上述那样的供多人观察图像用的宽视角模式和以保护私密性为目的的视角窄的窄视角模式必须根据液晶显示装置的用户的需要而分开使用，同时谋求用同一显示器切换宽视角模式与窄视角模式。
鉴于上述那样的问题，在日本国公开特许公报“特开平9-105907号公报(公开日1997年4月22日)”中公布了可用同一液晶显示装置切换宽视角模式与窄视角模式的视角控制型液晶显示装置的技术。
以下，简单地说明该文献中所述的技术。
在图12、图13中示出了该视角控制型液晶显示装置的示意图。在这些图中，配置了显示观察者所希望的图像信息的影像显示装置13。影像显示装置13由配置成矩阵状的众多像素构成，各个像素可独自调制控制来自配置在影像显示装置13背面的背光源单元11的光。
在影像显示装置13与背光源单元11的间隙中，配置了控制视角用的光学元件90。该光学元件90由相向的一对透明电极基板构成，在其间隙中充填了高分子分散型液晶，具有利用电信号使来自背光源11的光分散和透射的性质，其散射程度受施加于光学元件90的一对透明电极上的电压控制。
另外，背光源单元11的结构为：通过控制施加于构成其一部分的冷阴极管上的电压，可任意地设定背光源单元11的亮度。
首先，用图12说明低视角模式。此时，由于向背光源单元11的供电减少，减弱了背光源单元11的亮度，同时使对光学元件90的驱动电压成为规定值，形成高分子分散型液晶的完全没有分散性的状态。
在这种情况下，如该图所示，来自背光源单元11的光原样透过光学元件90，不因光学元件90而改变其透射光的分散性，同时有图中θn的扩展，并透过影像显示装置13。也就是说，视角控制型液晶显示装置的窄视角特性形成了与影像显示装置13的视角特性大致相等的视角。
在视角控制型液晶显示装置的前方，在防止向其他观察者泄漏图像信息的情况下，由于在该液晶显示装置中没有宽视角特性的要求，所以通过采用该窄视角模式，可满足上述要求。
接着，用图13说明宽视角模式。
在宽视角模式的情况下，由于向背光源单元11的供电量增大，增强了背光源单元11的亮度，同时由于将对光学元件90的驱动电压设定得比上述规定值低，提高了高分子分散型液晶的光散射性。
在这种情况下，如该图所示，来自背光源单元11的光被光学元件90的高分子分散型液晶散射，以图中θn的扩展透过影像显示装置13。也就是说，由于来自背光源11的光的漫射性因光学元件90而更加增强了的光来到影像显示装置13，所以视角控制型液晶显示装置的视角特性比起影像显示装置13所具有的视角特性具有大角度的视角特性。
在液晶显示装置的前方，在被多个观察者观察的情况下，由于作为液晶显示装置要求宽视角特性，所以可采用该模式。
这样一来，作为视角控制用的元件，由于使用了高分子分散型液晶的光学元件90的光分散性受驱动电压控制，可切换窄视角模式与宽视角模式。
在上述文献所述的技术中，在整个显示区形成高分子分散型液晶，采用了随着所施加的电压对光散射性的调整而调整视角的机构。
在窄视角模式的情况下，由于通过向由高分子分散型液晶构成的光学元件施加规定的电压，不使来自背光源的光散射，从而不可能将影像显示元件的视角特性原样作为窄视角模式应用，不可能收窄影像显示元件的视角特性。
特别是，以中型至大型尺寸的笔记本PC用途和监视器为首，直至进入便携式用途，现在，由于垂直取向模式及IPS模式等具有非常宽的视角的液晶模式是主流，所以用窄视角模式的视角与影像显示用的液晶面板的视角特性对应的上述技术，已经无法实现窄视角模式。
此外，在宽视角模式中，为了扩大视角，应用使用了高分子分散型液晶的光学元件90的光散射性。从而，为了扩大视角，越增加光散射性，视角就越增加，由于增大了来自背光源单元的光被光学元件反射的反射率，所以存在透射率减少、显示用液晶面板的亮度降低、图像品质降低之类的问题。
另外，一般来说，在观察液晶显示元件的显示时，用具有宽视角特性的图像作为通常使用的画面，一般考虑到视情况使用窄视角模式的使用环境，因而如上所述，存在在宽视角模式时因亮度降低而图像品质降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可实现宽视角和窄视角双方，并且可防止因宽视角时的影像显示元件的亮度降低引起的图像品质降低的视角控制元件和使用了该元件的影像显示装置。
为了达到上述目的，本发明的视角控制元件是一种配置在光源与观察者之间，将影像显示装置切换为宽视角模式与窄视角模式的视角控制元件，其特征在于：包括：与一个像素相向，具有某种透射率T1的第1区和可切换为某种透射率T2与比T1和T2小的某种透射率T3的第2区。
按照上述结构，如果在第2区将透射率形成为T2，则与某图像对应的光(从某像素发出的光束)透过第1区和第2区，进行宽视角显示。
如果在第2区将透射率形成为T3，则上述光以与在第2区将透射率形成为T2时相同的亮度透过第1区，而在第2区在减少了某种程度亮度的状态下透过(也包含完全遮断的情况)。于是，处于与看到通过了第1区的光的位置偏离的位置的观察者无法看到该图像(完全遮断了的情形)，或者即使看到，也形成暗的显示，从而难以判别图像。这样做可进行窄视角显示。
即，在窄视角时以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，在宽视角时因漫射等而形不成宽视角；在宽视角时以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，在窄视角时因透射量受到抑制而形成窄视角。因此，在宽视角时能够以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，能够防止宽视角时影像显示元件的亮度降低。所以，收到了可实现宽视角和窄视角双方，并且可防止因宽视角时的影像显示元件的亮度降低引起的图像品质降低的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：T1与T2互相相等。
按照上述结构，T1与T2互相相等。因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了宽视角时的显示变得均匀的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：上述第2区因光吸收而表现出透射率T3。
按照上述结构，上述第2区因光吸收而表现出透射率T3。因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了可用简单的结构实现视角控制元件的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：上述第2区是含有二色性色素的宾-主型液晶。
按照上述结构，上述第2区是含有二色性色素的宾-主型液晶。因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了可用简单的结构实现视角控制元件的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：上述第2区因光散射而表现出透射率T3。
按照上述结构，上述第2区因光散射而表现出透射率T3。因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了可用简单的结构实现视角控制元件的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：上述第2区是高分子分散型液晶。
按照上述结构，上述第2区是高分子分散型液晶。因此，无需偏振片。所以，除了上述结构造成的效果外，还收到了可用简单的结构实现视角控制元件的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：在与一个像素相向的部位存在多个第1区，以致该多个上述第1区的每一个决定视角，该多个上述第1区的每1个像素的总面积决定亮度。
按照上述结构，在与一个像素相向的部位存在多个第1区，以致该多个上述第1区的每一个决定视角，该多个上述第1区的每1个像素的总面积决定亮度。
例如，对一个像素来说，当第1区以条形被配置成多条时，通过使这些条逐一变窄，可实现窄视角。如果仅仅是1条，在进行窄视角化时，因透射面积变小，无论如何画面也会变暗(亮度变小)，但如果是多条，由于透射面积由总体决定，所以可增加透射面积，可防止画面不得已而变暗。
因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了增大透射率的可减少范围，并且可抑制因变暗造成的图像品质降低的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：上述第1区为条形。
按照上述结构，上述第1区为条形。因此，第1区在形成时的构图变得简单。所以，除了上述结构造成的效果外，还收到了可简化制造工序的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：在与水平线平行的方向，排列上述第1区和第2区。
按照上述结构，在与水平线平行的方向，排列上述第1区和第2区。因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了在左右方向可实现窄视角化的效果。
另外，本发明的视角控制元件除了上述结构外，其特征还在于：在与水平线平行的方向和与水平线垂直的方向，排列上述第1区和第2区。
按照上述结构，在与水平线平行的方向和与水平线垂直的方向，排列上述第1区和第2区。
例如，第1区和第2区是镶嵌形。
因此，除了上述结构造成的效果外，还收到了在上下左右方向可实现窄视角化的效果。
另外，本发明的影像显示装置是一种具有宽视角模式和窄视角模式的影像显示装置，其特征在于：利用上述任何条目中所述的视角控制元件，可切换宽视角模式与窄视角模式。
按照上述结构，影像显示装置利用上述视角控制元件，可切换宽视角模式与窄视角模式。因此，在宽视角时能够以影像显示元件原来的亮度和接近于这种亮度的亮度进行显示，能够防止宽视角时影像显示元件的亮度降低。所以，收到了可实现宽视角和窄视角双方，并且可防止因宽视角时的影像显示元件的亮度降低引起的图像品质降低的效果。
本发明的其它的目的、特征和优点可依靠以下所示的记述而十分明白。另外，本发明的权益可在参照了附图的下面的说明中而变得明白。
附图说明
图1是表示本发明的影像显示装置的一个结构例的剖面图。
图2是表示本发明的视角控制元件在窄视角时的显示原理的剖面图。
图3是表示本发明的视角控制元件在宽视角时的显示原理的剖面图。
图4是表示本发明的视角控制元件在窄视角时的显示原理的剖面图。
图5是表示本发明的视角控制元件在宽视角时的显示原理的剖面图。
图6(a)和图6(b)是表示本发明的视角控制元件的第1区和第2区的图形的例子的图，图6(a)是平面图，图6(b)是剖面图。
图7(a)和图7(b)是表示本发明的视角控制元件的第1区和第2区的图形的例子的图，图7(a)是平面图，图7(b)是剖面图。
图8(a)和图8(b)是表示本发明的视角控制元件的第1区和第2区的图形的例子的图，图8(a)是平面图，图8(b)是剖面图。
图9(a)和图9(b)是表示本发明的视角控制元件的第1区和第2区的图形的例子的图，图9(a)是平面图，图9(b)是剖面图。
图10(a)和图10(b)是表示本发明的视角控制元件的第1区和第2区的图形的例子的图，图10(a)是平面图，图10(b)是剖面图。
图11是表示现有的视角控制元件的视角特性的图。
图12是表示现有的视角控制元件在窄视角时的形态的图。
图13是表示现有的视角控制元件在宽视角时的形态的图。
具体实施方式
[实施形态1]
在本形态中，叙述使用了透射型液晶显示装置的例子，但除此以外，还可使用自发光元件的等离子体显示器及EL(电致发光)显示器等。另外，本发明还可应用于彩色显示、黑白显示的任何一种。
图1是表示包括了本形态的视角控制元件的影像显示装置的概略的剖面图。本形态的影像显示装置10包括具有视角控制功能的视角控制元件12、在视角控制元件12的背面侧(与观察者侧相反的一侧，下同)所设置的影像显示元件13、以及在比影像显示元件13更靠背面侧配置的背光源单元(光源)11。再有，在本形态中，使用液晶显示元件作为影像显示元件13，但并未作特别限定，可使用任意的影像显示元件。
视角控制元件12包括例如作为由包括了透明电极的玻璃等构成的一对透明电极基板的上侧基板21和下侧基板22。这些基板在彼此相向的面上，根据需要具有经过了取向处理的取向膜(未图示)。
视角控制元件12在上侧基板21与下侧基板22的间隙内具有使来自背光源单元11的光透过的由柱状透光性树脂层构成的透光区(第1区)23和吸收或散射来自背光源单元11的光(以下，称为遮光)的遮光区(第2区)24。
再有，作为柱状透光性树脂层的透光区23兼具使上侧基板21与下侧基板22的间隙保持恒定的作为衬垫的功能。
25是周边密封材料。
影像显示元件13包括例如作为由包括了透明电极的玻璃等构成的一对透明电极基板的上侧基板31和下侧基板32。在其正面和背面中的一面上分别贴附偏振片40·33。然后，经偏振片40，将视角控制元件12的下侧基板22与影像显示元件13的上侧基板31结合在一起。
在本形态中，视角控制元件12被配置在影像显示元件13的正面。但是，即使视角控制元件12与影像显示元件13的前后配置反转，也没有什么妨碍。例如，也可从观察者侧起，按照影像显示元件13、视角控制元件12、背光源单元11的顺序配置。
作为视角控制元件12与影像显示元件13组合的例子，可举出：
(1)遮光区24由二色性色素的宾-主型液晶形成，而且，作为影像显示元件13，使用需要偏振片的元件，例如液晶元件等的情形；
(2)遮光区24由二色性色素的宾-主型液晶形成，而且，作为影像显示元件13，使用无需偏振片的自发光元件，例如EL元件等的情形；
(3)遮光区24由高分子分散型液晶形成，而且，作为影像显示元件13，使用需要偏振片的元件，例如液晶元件等的情形；
(4)遮光区24由高分子分散型液晶形成，而且，作为影像显示元件13，使用无需偏振片的自发光元件，例如EL元件等的情形；
如上述(4)那样，在作为视角控制元件12的液晶层的遮光区24由高分子分散型液晶形成的情形，而且，作为影像显示元件13，使用无需偏振片的自发光元件的情形中，在间隙内无需使用偏振片40。
另外，在上述(1)至(3)的例子中，在视角控制元件12与影像显示元件13之间需要偏振片40，但在任何情形中，其间的偏振片可以是一枚。
透光区23有某种透射率T1。遮光区24具有可根据来自观察者的指令切换为某种透射率T2和因光吸收及光散射而比T1和T2小的某种透射率T3的性质。再有，可使T1与T2互相相等。此时，可使宽视角时的显示更加均匀。或者，在设计时，可适当地使T1＜T2，或者T1＞T2。T1、T2可以是100％，而T3也可以是0。如上所述，由于可进行切换，如果在整个影像显示装置10中看，则可切换为(1)透射率为T1的场所和为T2的场所所存在的状态与(2)透射率为T1的场所和为T3的场所所存在的状态。前者是宽视角模式，是通常的状态。后者是窄视角模式，通过如此设定，在他人从斜方向看不到影像时，只有观察者本人能够看到鲜明的影像。
上述视角控制元件12的透光区23可能有各种图形。首先，作为其中之一，图6(a)是从垂直于影像显示装置10的显示画面的方向，即从观察者一方看到的图。即，图6(a)与影像显示装置10的显示画面相对应，图中，上下左右分别与影像显示装置10的显示画面的上下左右相对应。图中，从左起，形成R(红)、G(绿)、B(蓝)的像素的纵列。图6(b)是沿水平线剖断影像显示装置10的显示画面的剖面。再有，这种关系示于图7(a)至图10(b)，其它的图形也是共同的。
在图6(a)·图6(b)的例子中，对于显示画面的纵(上下)方向(在图6(a)中，为上下方向)的位置相等的多个像素(未图示)，共同的1条条形透光区23为纵向走向。而且，与各像素相向的区域被分为3个，中央部是透光区23，显示画面的横(左右)方向(在图6(a)中，为左右方向)的两端部成为遮光区24。换言之，在各像素中，区域被分为3个，中央部与透光区23相向，显示画面的横方向的两端部与遮光区24相向。
通过使透光区23为条形，透光区23·遮光区24在形成时的构图变得简单，从而相应地可简化制造工序。
另外，由于在平行于水平线的方向排列了透光区23和遮光区24，所以在画面的左右方向，可实现窄视角化。
图7(a)·图7(b)是在图6(a)·图6(b)的图形中将透光区23的狭缝宽度收窄的图。这样，通过狭缝宽度的设定，任意的视角控制成为可能。
图8(a)·图8(b)是在图7(a)·图7(b)的图形中使多个(此处，为条形的2条)透光区23与一个像素相对应。透光区23的狭缝宽度与图7(a)·图7(b)的相同。即，在与一个像素相向的部位，透光区23存在多个(此处，为2条)，使得多个透光区23的每一个决定视角，该多个透光区23的每个像素的总面积(此处，为2条部分的面积)决定透射率。
这样，在狭缝宽度窄时，通过增加每个像素的狭缝条数，可增加从1个像素到达观察者的光量，由此可不改变视角而改善亮度。再有，在本例中，透光区23虽然是条形，但通过如此增减与一个像素对应的透光区23的条数(个数)来调节亮度者，例如也可以是镶嵌形。
图9(a)·图9(b)与图6(a)至图8(b)那样的狭缝图形(条形)不同，是形成点状图形(镶嵌形)的图。
此时，由于在平行于水平线的方向也好在垂直于水平线的方向也好都排列了透光区23和遮光区24，所以除了显示画面的左右方向的控制外，上下方向的控制也成为可能。这是因为图9(b)的剖面是在图9(a)中进行横剖的产物，但进行纵剖也可在一个像素上配置透光区23和遮光区24的缘故。
在图9(a)·图9(b)的例子中，图形形状为圆形。形状不限于圆形，也可以是方形。图10(a)·图10(b)是将图9(a)·图9(b)的点状图形变更为方形的产物。这样一来，除了显示画面的左右方向的控制外，上下方向的控制也成为可能。
接着，参照图2和图3，说明本形态的影像显示装置的显示原理。再有，说明在本形态中，在遮光区24上用含有二色性色素的宾-主型液晶形成的宾主模式的情形。
图2是表示在本形态的影像显示装置中，作为遮光区24使用了将二色性色素分散于液晶层中的宾-主模式时的窄视角模式的显示原理的剖面放大图。现参照图2说明显示原理。
在遮光区24上所形成的液晶层使p型二色性色素分散于具有正的介电常数各向异性的向列液晶中，与基板平面方向平行地形成均匀取向的沿面取向。
从背光源单元11射出的光首先入射到由液晶显示装置构成的影像显示装置13中，用在影像显示装置13上所形成的偏振片40变成线偏振光，入射到视角控制元件12上。在入射到视角控制元件12的由柱状透光性树脂层构成的透光区23的光之中，图中θn的角度范围的光(a)不受遮光区24的影响而原样射出。
另一方面，就图中大于θn的角度范围的光(b)而言，横剖由柱状透光性树脂层3构成的透光区23，必然入射到由分散了二色性色素的液晶层构成的遮光区24上。此处，在遮光区24，由于混合了吸收特定的偏振方向的光的二色性色素，通过平行配置从影像显示元件13射出的光的偏振方向与含有二色性色素的向列液晶的取向方向，大于上述角度θn的角度范围的光被二色性色素吸收。
此外，直接入射到视角控制元件12的遮光区24的光(c)与上述情况同样地全部被遮光区24的二色性色素吸收，而与其入射角度无关。
因此，在入射到视角控制元件12的线偏振光之中，只有入射到透光区23的达到角度θn的光(a)才透射到前方，但其它的光(b)、(c)却不透射。
因此，可以控制入射到视角控制元件12的光的视角特性，利用视角控制元件12将视角控制到θn，可具有作为窄视角模式的功能。
图3是表示本形态的影像显示装置的宽视角模式的显示原理的放大剖面图。现参照图3说明显示原理。
如上所述，遮光区24是分散了p型二色性色素的具有正的介电常数各向异性的向列液晶，由于当施加规定的电压时，分子长轴方向向电场方向取向，所以这成为垂直取向状态。因此，由于二色性色素的分子长轴方向与入射到视角控制元件12的全部光的偏振面垂直，所以不会引起二色性色素对偏振光的吸收。
所施加的上述规定电压的通断切换由观察者即操作者根据要设定成宽视角模式·窄视角模式中的哪一种，通过使配备在影像显示装置10中的规定的开关(未图示)通断来进行。再有，由于其结构可适当地利用熟知的结构，故其说明从略。
因此，透光区23，当然也有遮光区24，通过施加电压，二色性色素引起的光的吸收消失。其结果是，入射到视角控制元件12的光(a)、(b)、(c)不受视角控制元件的影响，以原样的视角特性从视角控制元件射出，具有其视角比窄视角模式宽的作为宽视角模式的功能。
因此，本形态的视角控制元件12通过适当地设定施加到视角控制元件12的遮光区24的电压，可将在遮光区24上所形成的液晶层的二色性色素的状态切换为吸收从背光源单元11入射到视角控制元件12的遮光区24的光的状态和透过这种光的状态。而且，利用该种切换，视角控制元件可使所射出的光的漫射状态改变，从而可控制视角特性。
[实施形态2]
接着，参照图4和图5，说明本形态的影像显示装置的显示原理。再有，说明在本形态中，用高分子分散型液晶形成遮光区24的情形。
图4是表示本形态的影像显示装置中的窄视角模式的显示原理的放大剖面图。现参照图4说明显示原理。
入射到视角控制元件12上的光作为非偏振光的漫射光，入射到视角控制元件12上。在入射到视角控制元件12的由柱状透光性树脂层构成的透光区23的光之中，图中θn的角度范围的光(a)不受遮光区24上所形成的高分子分散型液晶的影响而原样射出。
另一方面，就图中θn以上的漫射性强的光(b)而言，在透过透光区23时，必然入射到由高分子分散型液晶构成的遮光区24上。此处，由于高分子分散型液晶对入射光具有光散射性，所以大于上述角度范围θn的角度范围的光被高分子分散型液晶散射。其结果是，从视角控制元件12射出的光的透射率受到限制。
此外，直接入射到视角控制元件12的遮光区24的光(c)全部被高分子分散型液晶的遮光区24散射，而与其入射角度无关，从而从视角控制元件12射出的光的透射率受到限制。
因此，在入射到视角控制元件12的非偏振光的漫射光之中，只有入射到透光区23的角度范围θn的光(a)才不受高分子分散型液晶的影响而透射到前方，但其它角度范围的入射光(b)的透射率却受到限制，相对地较低。另外，当然，由于直接入射到由高分子分散型液晶构成的遮光区24的光(c)全部被散射，透射率受到限制，相对地较低。其结果是，在透过视角控制元件12的光之中，透过透光区23的角度范围θn的光(a)起支配性作用。
因此，可以控制入射到视角控制元件12的光的视角特性，利用视角控制元件12将视角控制到θn，可具有作为窄视角模式的功能。
图5是表示本形态的影像显示装置的窄视角模式的显示原理的放大剖面图。现参照图5说明显示原理。
如上所述，在遮光区24上所形成的液晶层由高分子分散型液晶构成，在未施加电压的状态下，对入射光具有散射性，但当施加规定的电压时，由于分子长轴方向向电场方向均匀取向，成为垂直取向状态。因此，由于高分子分散型液晶的分散性消失，入射到液晶层的光(b)、(c)原样透过。
因此，透光区23，当然也有遮光区24，通过施加电压，高分子分散型液晶引起的光的散射消失。其结果是，入射到视角控制元件12的光(a)、(b)、(c)不受视角控制元件的影响，以原样的视角特性从视角控制元件12射出，具有其视角比窄视角模式宽的作为宽视角模式的功能。
因此，本形态的视角控制元件12通过适当地设定施加到视角控制元件12的遮光区24的电压，可将在遮光区24上所形成的液晶层的高分子分散型液晶的状态切换为使从背光源单元11入射到视角控制元件12的遮光区24的光散射的状态和透过的状态。而且，利用该种切换，视角控制元件可使所射出的光的漫射状态改变，从而可控制视角特性。
接着，说明在本发明的影像显示装置中所使用的视角控制元件12的制造方法。再有，对于图2、图3的结构和图4、图5的结构，这是共同的。首先，在下侧基板22上，形成由ITO(铟锡氧化物)等构成的透明电极(未图示)。再有，为了说明的方便，以下侧基板22为例进行说明，但对于上侧基板21而言，也可与下侧基板22同样地制造。
透明电极可以是待构图的电极，在制造工序上最好采用未构图的整个面接触(一整面)电极。另外，一般可采用能够得到的镀ITO的基板。对于形成了ITO的下侧基板22，用转涂法、层叠法等形成例如负型抗蚀剂的感光性丙烯酸系树脂材料作为柱状透光性树脂层。在使用光掩模进行曝光后，通过用例如NaOH水溶液等进行显影，再进行焙烧处理，可形成由具有衬垫功能的柱状透光性树脂层构成的透光区23。透光区23由于兼具衬垫的功能，无需另外形成和散布衬垫，制造工序得到简化。
在形成了透光区23后，在下侧基板22上用印刷法涂敷由例如聚酰胺酸构成的取向膜(未图示)，并加以焙烧。进而，通过用例如摩擦法进行取向处理，可得到下侧基板22。再有，也可根据需要，在取向膜与透明电极的间隙中形成绝缘膜。
在上侧基板21和下侧基板22的一方的基板上，用例如印刷法印刷周边密封材料25，为了除去周边密封材料25内的溶剂成分，进行了预焙烧。
将上侧基板21与下侧基板22贴合后，通过从周边密封材料25上所形成的注入口(未图示)注入液晶材料，并封死注入口，形成由液晶层构成的遮光区24。再有，也可以用散布方式代替该浸渍方式注入液晶材料。具体地说，也可在一方的基板上形成无注入口的周边密封材料25，在将液晶材料滴到周边密封图形的框内以后，贴合两基板21、22，形成液晶层。经过以上的工序，可得到视角控制元件12。
视角控制元件12由于使用在液晶显示装置的制造工艺中通常使用的光刻法，可形成由柱状透光性树脂层构成的透光区23的图形，所以可不必完全改变现有的液晶制造工艺而进行制造。具体地说，透光区23通过采用通常的光刻法，能以良好的尺寸精度形成微细的柱状透光性树脂层。另外，即使在要求对微细的柱状透光性树脂层进行构图时，由于无需对透明电极构图，所以不会发生固透明电极的断线引起的遮光/透射的切换不良。
再有，关于柱状透光性树脂层的图形，可任意地选择条形(狭缝)图形、矩阵(点阵)图形、具有阶梯状开口的倾斜图形等。此外，由于用光刻法形成，可以选择直线的形状，当然也可以选择曲线形状等任意的图形形状。
[实施例]
为了更加具体地说明本发明的视角控制元件12，现说明本发明的实施例。本实施例中的视角控制元件12用下述工序制造。首先，在由配备了ITO(未图示)的玻璃构成的基板2上，通过使基板在高温下过热将厚膜用负型抗蚀剂(“ASF系列”(商品名)，株式会社日立化成制)的层叠体复制到基板上。用光掩模进行曝光，使之形成视角控制元件12的所希望的柱状透光性树脂层图形。这时，在曝光量为200mJ的条件下用紫外线曝光，在30℃的NaOH的2％水溶液中进行1分钟显影，并进行水洗，在清洁炉中在230℃下进行40分钟焙烧，形成柱状透光性树脂层的膜厚为40μm、宽度为12μm的条形图形。
接着，形成由聚酰胺酸构成的取向膜，在清洁炉中在250℃下进行30分钟焙烧。再有，在使用了二色性色素的宾主模式的情况下，通过摩擦等施行取向处理，使之形成沿面取向，在使用了高分子分散型液晶的情况下，不进行取向处理而得到下侧基板22。与下侧基板22同样地，得到上侧基板21。
框形的密封形状使用经过了构图的丝网板，在上侧基板21形成周边密封材料25(“XN-21S”(商品名)，株式会社三井化学制)。为了除去密封材料内的残留溶剂，，在清洁炉中在100℃下加热30分钟。将上下基板21、22贴合，在200℃下进行60分钟焙烧。
通过在贴合了的上下基板21、22的间隙中注入液晶材料，在遮光区24形成液晶层宾-主型液晶或高分子分散型液晶。
接着，如上所述，对由所形成的视角控制元件12、显示图像用的影像显示装置13和背光源单元11构成的影像显示装置的视角特性进行评价。再有，作为影像显示装置13，使用了VA模式的有源矩阵型液晶。再有，在本实施例中，虽然使用了透射型的液晶显示装置，但也可使用自发光元件的等离子体显示器及EL显示器等。再有，在使用自发光元件的情况下，无需使用背光源单元11。
另外，在影像显示元件13不是自发光型的显示元件，例如液晶显示元件的情况下，还希望配备离开观察者比离开上述视角控制元件12和上述影像显示元件13远而配置的光源。作为光源，可举出将冷阴极荧光管等的灯配置在视角控制元件12及影像显示装置13的面的下方的区域光方式背光源、将灯配置在导光板的端面的边缘光方式背光源等。
视角控制元件12配置在影像显示元件13的观察者侧，在视角控制元件12与影像显示元件13的间隙中配置偏振片。再有，如上所述，在视角控制元件12的液晶层由高分子分散型液晶形成的情况下，并且在作为影像显示装置13使用无需偏振片的自发光元件例如EL元件等的情况下，在间隙中无需使用偏振片。在影像显示装置13的背面，形成背光源单元11。也就是说，从背光源单元11射出的光按背光源单元、影像显示装置13、视角控制元件12的顺序透过。
在这里，视角控制元件12的窄视角模式时的视角的设定，可由在透光区23上所形成的柱状透光性树脂层的膜厚D和宽度L任意地设定。也就是说，视角可按θn＝2tan-1(L/D)设定。
在本实施例中，由于在柱状透光性树脂层的膜厚＝40μm时，宽度为12μm，所以得到视角为33°。
在表1中示出了对影像显示装置13单体的视角特性和使用了视角控制元件12的情况下的宽视角时和窄视角时的视角特性进行了实际评价的结果。可知液晶层使用了宾主模式的情形也好，使用了高分子分散型液晶的情形也好，在宽视角时均示出了与影像显示装置单体的视角特性大致相同的特性，原样保持影像显示元件13所具有的宽视角特性。
接着，可知在窄视角时，在使用了二色性色素的宾主模式中，得到接近于在上式中所得到的视角特性的视角特性，可用视角控制元件使影像显示元件13所具有的视角特性窄视角化。
再有，在使用了高分子分散型液晶的情况下，如与在上式中所得到的视角特性相比，实测值扩展得很宽，但这是高分子分散型液晶的向观察者侧的前方散射成分所得到的结果，通过增大高分子分散型液晶层的液晶层厚，可容易地进行调整。
表1
液晶层的模式   影像显示元件单体     宽视角时   窄视角时
宾-主   150°     150°   38°
高分子分散   150°     150°   44°
再有，作为上述实测到的视角的定义，对影像显示装置10的基板平面，以法线方向为正面亮度L(θ＝0°)时，以角度范围θn的亮度L(θ＝n)为0.1L(θ＝0°)≤L(θ＝n)≤L(θ＝0°)的角度范围θn定义视角。
如上所述，本发明的视角控制元件是控制影像显示装置所具有的视角特性的视角控制元件，在互相相向配置的一对透明电极基板的间隙中由吸收或散射来自背光源单元的光用的液晶层和作为透过来自背光源单元的光用的透射窗的折射率大致为各向同性且透光性的柱状透光性树脂层的2个区域形成，由此可控制影像显示装置的视角特性，实现窄视角化。
即，可将具有非常宽的视角特性的显示用的液晶面板的视角特性设定为任意的视角的窄视角，可得到视角控制元件和使用了视角控制元件的视角控制型影像显示装置。
另外，在宽视角模式时，可以不引起显示用的液晶显示面板的亮度等的图像品质下降而显示出良好的图像，并且得到显示窄视角模式而得到的视角控制型液晶显示装置。
另外，在本发明的视角控制元件中，作为吸收来自背光源单元的光用的第2区的液晶层，可像上述那样定为含有二色性色素的宾-主型液晶，通过高效地吸收特定的视角范围的入射光，可控制影像显示装置的视角特性。
另外，在本发明的视角控制元件中，作为散射来自背光源单元的光用的第2区的液晶层，可像上述那样定为高分子分散型液晶，通过高效地吸收特定的视角范围的入射光，可控制影像显示装置的视角特性。
另外，本发明的视角控制元件的液晶层由于可在电学上切换吸收或散射来自背光源单元的光的状态与透过来自背光源单元的光的状态，所以可在电学上切换宽视角模式与窄视角模式而进行显示。
另外，本发明的视角控制元件所具有的在一对透明电极基板间形成的柱状透光性树脂层可原封不动地利用在通常的液晶显示装置的制造工艺中常用的光刻技术来形成。因此，无需引入任何新的工艺，可用非常简便的工艺制造。
按照本发明的视角控制元件，由于无需特意对透明电极基板的透明电极构图，即使在形成微细的阻挡层图形的情况下，也不会引起断线缺陷等。因此，可提高制造成品率。
再有，本发明的视角控制元件可被构成为：在控制影像显示装置所具有的视角特性的视角控制元件中，该视角控制元件在互相相向配置的一对透明电极基板的间隙中由吸收或散射向视角控制元件的入射光用的液晶层和作为透过向视角控制元件的入射光用的透射窗、折射率大致为各向同性且为柱状透光性透光性树脂层的2个区域形成。
按照上述结构，上述视角控制元件通过将入射到视角控制元件中的光被视角控制元件上所形成的液晶层吸收或散射，可相对地降低通过液晶层的光的透射率。另外，由于由透光性的柱状树脂层构成的透射窗使入射到视角控制元件上的光之中与柱状树脂层的高度方向(对一对透明电极基板平面来说，为法线方向)大致平行的光原样透过柱状树脂层，而在横剖柱状树脂层的方向，所入射的漫射性的光也入射到液晶层中，还由于被液晶层吸收或散射、在接近于柱状树脂层的高度方向的方向所入射的平行光起支配性作用，所以可使入射到视角控制元件中的光的视角特性向窄视角侧变化。
另外，本发明的视角控制元件也可被构成为，在上述结构中，吸收入射到上述视角控制元件的光用的液晶层为含有二色性色素的宾-主型液晶。
按照上述结构，本发明的视角控制元件由于通过将二色性色素混合到液晶中，可吸收在与二色性色素的分子长轴方向平行的方向具有偏振面的偏振光，所以可使入射到视角控制元件中的光的视角特性向窄视角侧变化。
另外，本发明的视角控制元件也可被构成为，在上述结构中，散射入射到上述视角控制元件中的光用的液晶层为高分子分散型液晶。
按照上述结构，本发明的视角控制元件由于通过用液晶层和高分子分散型液晶形成，通过由液晶层散射从视角控制元件入射的光，相对于透过柱状树脂层的光的透射率，可降低透过液晶层的光的透射率，所以可使入射到视角控制元件中的光的视角特性向窄视角侧变化。
另外，本发明的视角控制元件也可被构成为，在上述结构中，上述视角控制元件的液晶层可在电学上切换吸收或散射入射到上述视角控制元件中的光的状态与透过入射到上述视角控制元件中的光的状态。
按照上述结构，本发明的视角控制元件的液晶层由于用含有二色性色素的液晶层形成，还由于利用电信号改变液晶层的取向方向，也追随这种变化而切换二色性色素的取向方向，又由于可切换因二色性色素造成的偏振光的吸收与透射，所以可在电学上切换透过视角控制元件的光的漫射状态，可控制视角。
另外，本发明的视角控制元件的液晶层由于用高分子分散型液晶形成，还由于可利用电信号改变液晶层的散射状态，所以可在电学上切换透过视角控制元件的光的散射状态，可控制视角。
另外，本发明的影像显示装置也可由背光源单元、显示图像用的影像显示元件和上述视角控制元件构成，可由上述视角控制元件来控制上述视角控制元件的视角。
按照上述结构，在来自背光源单元的光透过本视角控制元件时，通过对视角控制元件施加或不施加适当的电压，通过在电学上控制入射到视角控制元件中的光的视角特性，可在电学上切换影像显示元件的视角特性。
本发明除了薄型·质轻·低功耗外，随着高精细化技术的进步，利用可视性非常优越的显示装置，也可应用于移动电话之类的用途。
再有，在发明的详细的说明事项中所进行的具体实施形态或实施例始终是为了阐明本发明的技术内容的，不应仅限定于那样的具体例作狭义的解释，可在本发明的宗旨与下面所述的权利要求书的范围内进行种种变更而付诸实施。

Claims (11)

1.一种视角控制元件，它是配置在光源与观察者之间，将影像显示装置切换为宽视角模式与窄视角模式的视角控制元件，其特征在于：
包括：
与一个像素相向，
具有某种透射率T1的第1区；以及
可切换为某种透射率T2与比T1和T2小的某种透射率T3的第2区。
2.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
T1与T2互相相等。
3.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
上述第2区因光吸收而表现出透射率T3。
4.如权利要求3所述的视角控制元件，其特征在于：
上述第2区是含有二色性色素的宾-主型液晶。
5.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
上述第2区因光散射而表现出透射率T3。
6.如权利要求5所述的视角控制元件，其特征在于：
上述第2区是高分子分散型液晶。
7.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
在与一个像素相向的部位存在多个第1区，以致该多个上述第1区的每一个决定视角，该多个上述第1区的每1个像素的总面积决定亮度。
8.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
上述第1区为条形。
9.如权利要求1所述的视角控制元件，其特征在于：
在与水平线平行的方向，排列上述第1区和第2区。
10.如权利要求9所述的视角控制元件，其特征在于：
在与水平线平行的方向和与水平线垂直的方向，排列上述第1区和第2区。
11.一种影像显示装置，它是一种具有宽视角模式和窄视角模式的影像显示装置，其特征在于：
利用权利要求1至10的任一项中所述的视角控制元件，可切换宽视角模式与窄视角模式。
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