JP2006140126A - 面状光源、表示装置、携帯端末装置及び光線方向切替素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光の照射角度の可変幅が大きい面状光源、及びその面状光源を使用した視野角の可変幅が大きい表示装置、それを使用した携帯端末装置、及び前記面状光源に組み込まれる光線方向切替素子を提供する。
【解決手段】 バックライト１３と液晶パネル２１との間に、光の方向を制御する光線方向規制素子（ルーバー１２）と、印加電圧のオン・オフにより透明・散乱状態を切替えることができる透明・散乱切替素子２２を設けることにより、面状光源における光の照射角度の可変幅を大きくすることができ、その面状光源を使用した液晶表示装置の視野角の可変幅を大きくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面状光源、表示装置、携帯端末装置及び光線方向切替素子に関し、特に照明光の照射角度を可変にできる面状光源、及びその面状光源を使用して視野角を可変にできる表示装置、それを使用した携帯端末装置、及び前記面状光源に組み込まれる光線方向切替素子に関する。

近年の技術の発展に伴い、視野角が広い、即ち広い角度範囲で視認可能な液晶表示装置（Liquid Crystal Display、以下ＬＣＤともいう）が実用化されている。また、ＬＣＤを搭載した携帯情報端末の普及も進んでいる。このような携帯情報端末においては、表示される情報を他人と共有して見る場合には、ＬＣＤの視野角が広いことが望ましい。一方で、携帯情報端末においては、表示される情報を他人に覗かれたくないことも多い。この場合には、ＬＣＤの視野角が狭いことが望ましい。このように、使用状況に応じて視野角が広い場合と狭い場合が必要となる。従来、このような要求を満たすＬＣＤが提案されている。

図２４は、特許文献１（特開平６−５９２８７号公報）に記載されている従来の液晶表示装置の模式的に示す図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時を示す図である。図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、特許文献１に記載されている従来の液晶表示装置においては、透明基板１０２及び１０８によって液晶材料（図示せず）が封止された液晶パネルが設けられている。この液晶パネルの一方の表面には偏光板１０１が設けられており、他方の表面には、表面に透明電極１１０が設けられた２枚の透明基板１１４によって、液晶分子１３１ａ及び細長い色素分子１３１ｂからなる液晶材料が封止されたゲストホスト液晶セル１３１が設けられている。色素分子１３１ｂは、分子の短軸方向が長軸方向より光の吸収量が大きい。ゲストホスト液晶セル１３１に電圧を印加しない場合は、液晶分子１３１ａ及び細長い色素分子１３１ｂは、長手方向が透明基板１１４の表面と平行になるように配列する。また、電圧印加時は、液晶分子１３１ａ及び細長い色素分子１３１ｂは、長手方向が透明基板１１４の表面と垂直なるように配列する。ゲストホスト液晶セル１３１の液晶パネルと対向する面と反対側の面には偏光板１０１が設けられている。

このように構成された特許文献１に記載の従来の液晶表示装置においては、広い角度範囲の光が液晶パネルを通過してゲストホスト液晶セル１３１に入射する。広視野角で画像を表示するときには、ゲストホスト液晶セル１３１に電圧を印加せず、ゲストホスト液晶セル１３１の光の吸収方位を偏光板１０１の吸収方位と一致させることにより、光はそのままゲストホスト液晶セル１３１を通過する。これにより、表示画面を広い角度範囲で視認することができる。

狭視野角で画像を表示するときには、ゲストホスト液晶セル１３１に電圧を印加すると、色素分子１３１ｂは長手方向が透明基板１１４の表面と垂直なるように配列し、入射角度が透明基板１１４の表面に垂直な方向から大きくずれている光は、色素分子１３１ｂに吸収されてゲストホスト液晶セル１３１を通過しない。従って、表示装置への入射光の角度分布が広くても、ゲストホスト液晶の吸収により出射光の角度分布は狭くなる。これにより、視認可能な表示画面を狭くすることができる。

図２５は、特許文献２（特開平１０−１９７８４４号公報）に記載されている従来の液晶表示装置の模式的に示す図である。図２５に示すように、特許文献２に記載されている従来の液晶表示装置においては、バックライト１１３が設けられており、その上に２枚の透明基板１０９でＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal；高分子分散型液晶）層１１１を挟んだＰＤＬＣセル１３６が設けられている。ＰＤＬＣセル１３６の上には偏光板１０１が設けられており、その上にＴＮ−ＬＣＤ（Twisted Nematic-Liquid Crystal Display；ねじれネマティック−液晶ディスプレイ）が設けられている。更に、その上にゲストホスト液晶セルが設けられており、その上に偏光板１０１が設けられている。このゲストホスト液晶セルは、特許文献１に記載されている従来の液晶表示装置に使用されているものと同様の構成である。

このように構成された特許文献２に記載の従来の液晶表示装置においては、ゲストホスト液晶セルへの電圧のオン・オフの切替によって、広視野表示と狭視野表示の切替を行っている。また、ＰＤＬＣセルへの電圧のオン・オフの切替によって、光の透過と反射の切替を行い、表示画面の明るさを調節している。

また、特許文献３（特開平１１−１４２８１９号公報）には、液晶表示装置において、光源と液晶パネルとの間に、プリズムシートからなる集光素子と、ＰＤＬＣセルからなる光散乱素子を設けた技術が開示されている。特許文献３には、プリズムシートにより光の指向性を高め、その後、プリズムシートからの光をＰＤＬＣセルにより透過又は散乱することにより、狭視野角と広視野角の切替ができると記載されている。また、特許文献４（特開平９−１０５９０７号公報）には、液晶表示装置において、光源と液晶パネルとの間に、ＰＤＬＣセルからなる光学素子を設けた同様の技術が開示されている。

一方、従来より、照明光の照射範囲は固定であるが、正面などの特定方向への指向性を高めた高指向性バックライトの開発が行われている（例えば、非特許文献１参照）。図２６は非特許文献１に記載されている従来の高指向性バックライトを示す斜視図である。図２６に示すように、この従来の高指向性バックライト２１３においては、ＬＥＤ２０１が導光板２０２のある１ヶ所に配置され、導光板２０２には直線状のマイクロプリズムがＬＥＤ２０１を中心として同心円状に配置されている。導光板２０２の光出射面には、やはりＬＥＤ２０１を中心として同心円状にプリズム構造が配置されたプリズムシート２０３が配置されている。また、導光板２０２のプリズムシート２０３を設けた面に対する反対側の面には、反射シート２０４が配置されている。

ＬＥＤ２０１からの出射光は、導光板２０２に入射し、導光板２０２に形成された直線状マイクロプリズムによって導光板表面に沿って放射状に出射される。このとき、ＬＥＤ２０１が導光板２０２の１ヶ所に配置され、導光板２０２に形成された直線状のマイクロプリズムの長手方向がＬＥＤ２０１に対してほぼ垂直になるように配置されているため、導光板２０２を導光する光は、直線状のマイクロプリズムに当たっても直線状マイクロプリズムの長手方向には偏向せず、ＬＥＤ２０１を中心として直線的で放射状に進行することになる。導光板２０２から出射した光は、プリズムシート２０３により屈折し、導光板２０２の光出射面に対して垂直方向に偏向する。これにより、正面方向に２次元的に指向性を高めた高指向性バックライトが実現されている。

特開平６−５９２８７号公報 特開平１０−１９７８４４号公報 特開平１１−１４２８１９号公報 特開平９−１０５９０７号公報 月刊ディスプレイ２００４年５月号１４〜１７頁

しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献１に記載の液晶表示装置においては、ゲストホスト液晶セルの中の色素分子の短軸方向と長軸方向での光の吸収量の差が小さい。即ち、色素二色比が小さい。また、電圧印加時に透明基板表面近くの液晶分子が立ち上がらず、透明基板に平行に配列された色素分子が残留する。このため、印加電圧時のゲストホスト液晶セルにおいて、入射角度が透明基板の表面に垂直な方向から大きくずれている光を吸収する効率が低下し、狭視野表示の際の視野角が広くなってしまう。

また、特許文献２に記載の液晶表示装置においても、ゲストホスト液晶セルへの電圧のオン・オフの切替によって、広視野表示と狭視野表示の切替を行っている。このため、特許文献１に記載の液晶表示装置と同様の問題が発生する。

更に、特許文献３に記載の液晶表示装置においては、プリズムシートによって光源からの光を集光している、即ち光の指向性を高めている。この指向性の高い光がＰＤＬＣセルをそのまま通過することにより視認可能な表示画面を狭くしているが、プリズムシートでは光の指向性を高める効果が十分ではなく、狭視野表示の際の視野角が広くなってしまう。即ち、表示された情報を他人に覗かれてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、照明光の照射角度の可変幅が大きい面状光源、及びその面状光源を使用した視野角の可変幅の大きい表示装置、それを使用した携帯端末装置、及び前記面状光源に組み込まれる光線方向切替素子を提供することを目的とする。

本発明に係る面状光源は、光を面状に出射するバックライトと、前記バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、前記光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子と、を有し、前記光線方向規制素子は、光を透過する透明領域と光を吸収する吸収領域とが、その光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする。

本発明においては、バックライトと液晶パネルとの間に、光の方向を制御する光線方向規制素子と、印加電圧のオン・オフにより透明・散乱状態を切替えることができる透明・散乱切替素子を設けることにより、面状光源における光の照射角度の可変幅を大きくすることができる。

また、前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の長径方向に平行な方向に交互に形成されていることが好ましい。

更に、前記光線方向規制素子は、前記光規制方向から見て、前記吸収領域の中に前記透明領域がマトリクス状に設けられていることが好ましい。

更にまた、前記透明領域の形状は、前記光規制方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であってもよい。

更にまた、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とがその光規制方向に垂直な第１の方向に交互になるように形成されている第１層と、前記透明領域と前記吸収領域とが前記光規制方向に垂直で且つ前記第１の方向とも直交する方向に交互になるように形成されている第２層と、からなることが好ましい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、液晶分子の密度が高い高密度部と、液晶分子の密度が低い低密度部と、があり、前記高密度部と前記低密度部は、前記光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることが好ましい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を散乱する状態であることが好ましい。

更にまた、前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されることが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置は、光を面状に出射するバックライトと、前記バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、前記光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子と、前記透明・散乱切替素子から入射された光によって画像を表示する液晶パネルと、を有し、前記光線方向規制素子は、光を透過する透明領域と光を吸収する吸収領域とが、その光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする。

本発明においては、バックライトと液晶パネルとの間に、光の方向を制御する光線方向規制素子と、印加電圧のオン・オフにより透明・散乱状態を切替えることができる透明・散乱切替素子を設けることにより、液晶表示装置の視野角の可変幅を大きくすることができる。

また、前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の長径方向に平行な方向に交互に形成されていることが好ましい。

更に、前記光線方向規制素子は、前記光規制方向から見て、前記吸収領域の中に前記透明領域がマトリクス状に設けられていることが好ましい。

更にまた、前記透明領域の形状は、前記光規制方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であってもよい。

更にまた、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とがその光規制方向に垂直な第１の方向に交互になるように形成されている第１層と、前記透明領域と前記吸収領域とが前記光規制方向に垂直で且つ前記第１の方向とも直交する方向に交互になるように形成されている第２層と、からなることが好ましい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、液晶分子の密度が高い高密度部と、液晶分子の密度が低い低密度部と、があり、前記高密度部と前記低密度部は、前記光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていてもよい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を散乱する状態であることが好ましい。

更にまた、前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されることが好ましい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子が散乱状態の場合には、前記透明・散乱切替素子が透明状態の場合よりも前記バックライトの光量を大きくすることにより、前記液晶パネルに表示される画像の明るさが一定になるように調整することが好ましい。

更にまた、前記バックライトは、白色光源であってもよい。

更にまた、前記バックライトは赤色光源、緑色光源及び青色光源からなっており、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源が夫々独立して調整されることが好ましい。

また、前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の短径方向に平行な方向に交互に形成されていることが好ましい。これにより、前記光線方向規制素子を透過するバックライトの光量が増大するため、明るい面状光源が実現できる。

また、前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して円放射状に集光されていてもよい。これにより、光線方向規制素子による光の吸収損失を低減できるため、明るい表示が実現できる。また、バックライトの指向性は２次元的であるため、前記光線方向規制素子の透明領域と吸収領域が交互に配置された方向と直交する方向に関しても、狭視野角表示と広視野角表示を切り替えることができる。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を散乱する状態であることが好ましい。これにより、前記透明・散乱切替素子は、入射された光を散乱する状態のときに電力を消費しないため、バックライト光源にその分の電力を割り当てられるため、散乱状態時の面状光源の明るさを向上させることができる。

更にまた、前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されてもよい。

また、前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子は、一体形成されていてもよい。これにより、前記透明・散乱切替素子により前記光線方向規制素子を支持できるため、安定性が高く薄型の面状光源を実現できる。

更にまた、前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子は、共通の基板を有していてもよい。

更にまた、前記光線方向規制素子の基板は、前記透明・散乱切替素子との共通の基板のみであってもよい。これにより、面状光源を更に薄型化することができる。また、前記バックライトの光量と、前記透明・散乱素子の透明・散乱状態は、それぞれ独立に設定可能であることが好ましい。これにより、面状光源から出射する光の強度と指向性を多様に設定できる。

また、前記透明・散乱素子は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を散乱する状態であり、散乱する状態で使用する時に前記透明・散乱素子に電圧が印加されてもよい。これにより、散乱状態で使用する際の斜め方向の輝度を大きく低下させることなく、正面輝度を高めることができる。

本発明に係る表示装置は、前述の面状光源を有することを特徴とする。

この場合に、前記透明・散乱切替素子の平面電極は、ライン状又はブロック状に形成され、前記表示パネルに表示される画像情報に基づき、前記透明・散乱切替素子の透明・散乱切替を部分的に行ってもよい。これにより、表示画像の必要な部分のみライン状又はブロック状に切替できる。

また、前記白色光源は青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成され、パルス変調により光量を調整してもよい。これにより、透明・散乱切替と共に白色光源の光量を調節した際に、表示装置の色度変化を抑制できる。

また、前記光線方向規制素子の前記透明領域と前記吸収領域が交互に形成された方向と、前記表示パネルの画素配列方向が平行でなくてもよい。これにより、前記光線方向規制素子と前記表示パネルに起因するモアレを低減できる。

更にまた、前記表示パネルは液晶パネルであり、液晶表示パネルは横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード及びフィルム補償ＴＮモードであってもよい。これにより、前記透明・散乱切替素子が散乱状態の際に、表示の階調反転を抑制でき、視認性を向上できる。

本発明に係る携帯端末装置は、前述の面状光源を有することを特徴とする。また、この携帯端末装置は、例えば、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオである。

また、前記携帯端末装置は、前記バックライトの光量と、前記透明・散乱素子の透明・散乱状態とを、夫々独立に可変できる調整手段を有していてもよい。これにより、使用者が携帯端末装置の使用環境に合わせて、最適な状態を設定することができる。

更にまた、前記携帯端末装置は電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段に蓄積された電力の残量検出手段とを有し、検出した残量情報に基づいて前記バックライトの光量と前記透明・散乱素子の透明・散乱状態とを自動的に変更する制御手段を有していてもよい。前記透明・散乱素子を透明状態にした際には、前記バックライトの光量を低減できるため、電池残量が少なくなった場合に消費電力を低減し、携帯端末装置の稼働時間を延長できる。

また、前記携帯端末装置の横方向に前記光線方向規制素子の前記透明領域と前記吸収領域を交互に形成していてもよい。これにより、携帯端末装置の横方向において視野角の可変幅を大きくできる。

本発明に係る光線方向切替素子は、入射光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子とが一体形成されていることを特徴とする。これにより、前記透明・散乱切替素子により前記光線方向規制素子を支持できるため、安定性が高く薄型の光線方向切替素子を実現できる。

また、前記光線方向切替素子は、前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子が、共通の基板上に形成されていてもよい。更に、前記光線方向規制素子の基板は、前記透明・散乱素子との共通の基板のみであってもよい。

本発明によれば、バックライトと液晶パネルとの間に、光の方向を制御する光線方向規制素子と、印加電圧のオン・オフにより透明・散乱状態を切替えることができる透明・散乱切替素子を設けることにより、面状光源における光の照射角度の可変幅を大きくすることができ、その面状光源を使用した液晶表示装置の視野角の可変幅を大きくすることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本第１実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。また、図２は本第１実施形態に係る液晶表示装置に使用するバックライトの例を示す斜視図であり、図３はバックライトから出射された光の方向を示す図である。更に、図４は本第１実施形態に係る液晶表示装置において光線方向規制素子として使用するルーバーの例を示す平面図である。更にまた、図５は本第１実施形態に係る液晶表示装置の広視野角時の配光特性を示す図であり、図６は狭視野角時の配光特性を示す図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る液晶表示装置においては、バックライト１３が設けられており、バックライト１３の上にはルーバー１２（光線方向規制素子）が設けられている。ルーバー１２の上には透明・散乱切替素子２２が設けられており、透明・散乱切替素子２２上には液晶パネル２１が設けられている。

図２に示すように、バックライト１３の１つの端面に沿って角柱状の線状光源３６が設けられており、その両端部に対向するように夫々白色ＬＥＤ２５が設けられている。線状光源３６は周期的に配置された複数個のプリズム（図示せず）を備えており、白色ＬＥＤ２５から線状光源３６に入射された光を、前記周期的に配置された複数個のプリズムによってバックライト１３の方向へ略直角に屈折する。このようにして、線状光源３６は、バックライト１３側の面からバックライト１３の方向へ線状の光を出射する。また、バックライト１３には、線状光源３６と平行に延びて、線状光源３６と対向する面に直交する方向に周期的に配置された複数個のプリズム（図示せず）を備えている。これらのプリズムは夫々、線状光源３６から入射された線状の光を、バックライト１３の一方の面３７に直交する方向に屈折し、その面３７全体から面状の光を出射する。このようなバックライト１３は、線状光源３６と平行な方向の光が、線状光源３６と直交する方向の光よりも広角の光を出射する。

図３に示すように、バックライト１３から出射した光の方向３５は、極角θ及び方位角φで規定される。極角θは方向３５とバックライト１３の表面に垂直な方向３４のなす角度である。また、方位角φは、バックライト１３と平行な射影面３３において、方向３４と射影面３３とが交わる点を原点ＯとしたＸ−Ｙ直交座標を考えた場合、方向３５と射影面３３とが交わる交点と原点Ｏを結んだ線がＸ軸となす角度である。このように、バックライト１３から出射される光は拡散光であり、θ及びφは幅広い分布を持つ。

図１に示すように、ルーバー１２はバックライト１３から出射した光の指向性を高める光線方向規制素子である。ルーバー１２は、バックライト１３から入射された広がりをもつ光を、その光線方向を一方向に規制して出射する。この光規制方向とは、例えばルーバー１２の表面に垂直の方向であり、ルーバー１２から出射された光は、ルーバー１２の表面に垂直な方向（光規制方向）への光の指向性が高められる。この場合に、ルーバー１２により方向を規制されて出射した光は、図３に示すバックライトから出射した光より極角θは小さいものの多少の広がりをもっている。

ルーバー１２は、例えば光を透過する透明領域１２ａと、光を吸収する吸収領域１２ｂとが、ルーバー１２表面に平行な方向に交互に配置されて形成されている。透明領域１２ａと吸収領域１２ｂが交互に配置されている方向は、例えばバックライト１３が広角の光を出射する方向、即ち、線状光源３６と平行な方向と同一である。図４に示すように、ルーバー１２の表面に垂直な方向から見ると、ストライプ状の透明領域１２ａと吸収領域１２ｂが交互に配置されている。ルーバー１２は、例えば透明領域１２ａと吸収領域１２ｂの厚さ、配置ピッチ及び吸収領域１２ｂにおける光の吸収量を調整して、入射された光を出射する際の出射角度を調整することができる。

透明・散乱切替素子２２は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の電極で挟持されたものである。具体的には、図１に示すように、透明基板の表面を覆うように電極１０が設けられており、その上に高分子・液晶複合膜として、高分子マトリクス１１ａの中に液晶分子１１ｂが分散されたＰＤＬＣ層１１が設けられている。ＰＤＬＣ層１１の上に電極１０が設けられており、その上に透明基板９が設けられている。電極１０によって、その間に挟まれているＰＤＬＣ層１１に電圧を印加して、ＰＤＬＣ層の中の液晶分子の配向状態が変化する。ＰＤＬＣ層１１は、例えば光硬化性樹脂と液晶材料の混合物を露光して硬化させることにより形成される。透明・散乱切替素子２２は、ルーバー１２から入射された光を散乱又は透過して液晶パネルに出射する。なお、本実施形態の液晶表示装置においては、高分子・液晶複合膜としてＰＤＬＣ層１１を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶層中に高分子繊維及び／又は高分子ビーズ等を添加したもの、高分子層中にカプセル化された液晶液滴が埋め込まれたもの並びに高分子マトリクス中に液晶を含浸させたもの等の種々の高分子・液晶複合膜を適用することができる。

液晶パネル２１においては、透明・散乱切替素子２２から入射された光を偏光する偏光板１が設けられており、偏光板１の上には透明基板８が設けられている。透明基板８の上には画素領域を画定する画素電極７がマトリクス状に設けられている。これらの画素電極７及び透明基板８の表面を覆うように液晶層６が設けられている。液晶層６の上には、液晶層６に電圧を印加するための共通電極５が設けられており、その上に透明誘電体層４が設けられている。透明誘電体層４においては、透明基板８の表面の画素電極７で覆われていない領域に相当する位置に溝が形成されており、その溝の中に、液晶パネルへの外光の映り込みを防止するブラックマトリクス３が設けられている。透明誘電体層４及びブラックマトリクス３を覆うように透明基板２が設けられており、その上に液晶パネルからの出射光を偏光する偏光板１が設けられている。

また、図５に示すように、バックライト１３から出射された光は、Ｙ方向に比べてＸ方向が広がった楕円形の分布３８を持つ。この出射光分布においては、分布領域の面積が大きいほど、光が大きく広がっていることを示している。この分布３８の光がルーバー１２に入射すると、Ｘ方向に広がった光がルーバー１２によって吸収され、略真円形に分布した指向性の高い分布３９の光となる。広視野表示の場合においては、この分布３９の光が散乱状態にある透明・散乱切替素子２２に入射すると、円形分布の光は均一に散乱されてより大きく広がった円形分布４０の光となる。この分布４０の光が液晶パネル２１を透過して分布４０の光を出射し、広視野角表示となる。

更に、図６に示すように、バックライト１３から出射された分布３８の光がルーバー１２に入射すると、Ｘ方向に広がった光がルーバー１２によって吸収され、略真円形に分布した指向性の高い分布３９の光となる。狭視野表示の場合においては、この分布３９の光が透明状態にある透明・散乱切替素子２２に入射すると、円形分布の光はそのまま透明・散乱切替素子２２を透過して分布３９の光を出射する。この分布３９の光が液晶パネル２１を透過して分布３９を出射し、狭視野角表示となる。

次に、上述の如く形成された本第１実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示の場合について説明する。図１に示すように、バックライト１３から出射した光は、ルーバー１２に入射する。図３に示すように、バックライト１３から出射される光は拡散光であり、θ及びφは幅広い分布を持つ。図２に示すようなバックライト１３においては、図５に示すように、バックライトから出射した光は、φが０度又は１８０度に近い場合が、φが９０度又は２７０度に近い場合に比べて、θの値が大きい。即ち、Ｙ方向に比べてＸ方向が広がった楕円形の分布３８を持つ。この分布３８の光がルーバー１２に入射すると、θの大きい光はルーバー１２の吸収領域１２ｂによって吸収される。θの小さい光は透明領域１１ａを透過する。従って、ルーバー１２から出射される光はθの大きい光が除去され、分布領域が小さく指向性が高い分布３９の光が出射される。

図１に示すように、ルーバー１２から出射された指向性の高い分布３９の光は透明・散乱切替素子２２に入射される。広視野角表示の場合においては、ＰＤＬＣ層１１に電圧は印加されない。そのため、ＰＤＬＣ層１１は、高分子マトリクス１１ａの中に液晶分子１１ｂがランダムに分散した状態であり、入射された光は散乱される。従って、図５に示すように、円形の分布３９の光はＰＤＬＣ層１１によって均一に散乱されて、より大きく広がった円形の分布４０の光となる。即ち、ルーバー１２によって指向性が高くなった光は、透明・散乱切替素子２２によって散乱されて指向性が低下し、広角の光となる。この広範囲に広がった分布４０の光は、図１に示すように、液晶パネル２１に入射し、分布４０のまま出射する。このようにして、広視野角で画像が表示される。

次に、狭視野角表示の場合について説明する。図６に示すように、広視野角表示の場合と同様に、バックライト１３から出射した楕円形の分布３８を持つ光は、ルーバー１２によって分布領域が小さく指向性が高い分布３９の光となる。

図１に示すように、分布３９の光は透明・散乱切替素子２２に入射される。狭視野角表示の場合においては、ＰＤＬＣ層１１に所定の電圧が印加される。これによりＰＤＬＣ層１１は、高分子マトリクス１１ａの中に分散された液晶分子１１ｂが配向して透明状態になる。即ち、入射された光をそのまま透過するようになる。従って、図６に示すように、円形の分布３９の光はＰＤＬＣ層１１をそのまま透過する。即ち、ルーバー１２によって指向性が高くなった光は、高指向性を保った分布３９の状態で透明・散乱切替素子２２から出射される。この指向性の高い分布３９の光は、図１に示すように、液晶パネル２１に入射し、分布３９のまま出射する。このようにして、狭視野角で画像が表示される。

このように、バックライト１３から出射される指向性の低い光をルーバー１２によって指向性の高い光に変換し、この指向性の高い光をＰＤＬＣ層を使用した透明・散乱切替素子２２によって透過又は散乱して、狭視野表示と広視野表示の切替を行う。これにより、面状光源における光の照射角度の可変幅を大きくすることができ、その面状光源を使用した液晶表示装置の視野角の可変幅を大きくすることができる。

ここで、ルーバー１２の替りに従来のプリズムシートを使用して本第１実施形態と同様の液晶表示装置を構成し、狭視野表示の際の視野角と輝度の関係を測定する。視野角０度、即ち正面から見た場合の輝度の半分の値以上の輝度が得られる視野角の範囲は、左右３０度である。これに対して、本第１実施形態においては、視野角０度の輝度の半分の値以上の輝度が得られる視野角の範囲は、左右２０度である。このように、第１実施形態においては、従来技術に比べて狭視野表示を効果的に実現できる。

次に本発明の第１実施形態の第１変形例について説明する。図７は本第１実施形態の第１変形例に係る液晶表示装置に使用するルーバーの例を示す平面図である。前述の第１実施形態においては、図４に示すように、ルーバー１２の表面に垂直な方向から見ると、ストライプ状の透明領域１２ａと吸収領域１２ｂが交互に配置されている。よって、ルーバー１２に入射された光の指向性を高くできるのは一方向のみである。これに対して、本第１実施形態の第１変形例においては、図７に示すように、ルーバー１２の表面に垂直な方向から見ると、吸収領域１２ｂの中に円形の透明領域１２ａがマトリクス状に配置されている。これにより、ルーバー１２に入射された光の指向性を、様々な方向に対して高くできる。本第１実施形態の第１変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に本発明の第１実施形態の第２変形例について説明する。図８は本第１実施形態の第２変形例に係る液晶表示装置に使用するルーバーの例を示す平面図である。前述の第１実施形態の第１変形例においては、図７に示すように、吸収領域１２ｂの中に円形の透明領域１２ａがマトリクス状に配置されている。これに対して、本第１実施形態の第２変形例においては、図８に示すように、ルーバー１２の表面に垂直な方向から見ると、吸収領域１２ｂの中に四角形の透明領域１２ａがマトリクス状に配置されている。透明領域１２ａは、例えば正方形又は長方形である。本第１実施形態の第２変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１実施形態の第１変形例と同様である。

次に本発明の第１実施形態の第３変形例について説明する。図９は本第１実施形態の第３変形例に係る液晶表示装置の広視野角時の配光特性を示す図であり、図１０は狭視野角時の配光特性を示す図である。

前述の第１実施形態においては、図５に示すように、バックライト１３から出射された光は、Ｙ方向に比べてＸ方向が広がった楕円形の分布３８を有する。この分布３８の光がルーバー１２に入射すると、Ｘ方向に広がった光がルーバー１２によって吸収され、略真円形に分布した指向性の高い分布３９の光となる。広視野表示の場合においては、この分布３９の光が散乱状態にある透明・散乱切替素子２２に入射すると、円形分布の光は均一に散乱されてより大きく広がった円形分布４０の光となる。この分布４０の光が液晶パネル２１を透過して分布４０の光を出射し、広視野角表示となる。また、図６に示すように、バックライト１３から出射された分布３８の光がルーバー１２に入射すると、Ｘ方向に広がった光がルーバー１２によって吸収され、略真円形に分布した指向性の高い分布３９の光となる。狭視野表示の場合においては、この分布３９の光が透明状態にある透明・散乱切替素子に入射すると、円形分布の光はそのまま透明・散乱切替素子２２を透過して分布３９の光を出射する。この分布３９の光が液晶パネル２１を透過して分布３９を出射し、狭視野角表示となる。

これに対し、本第１実施形態の第３変形例においては、図９に示すように、バックライト１３から出射された光は、Ｘ方向に比べてＹ方向が広がった楕円形の分布４１を有する。この分布４１の光がルーバー１２に入射すると、ルーバー１２によりＸ方向に広がった光の指向性がより高められ、特にＸ方向に分布する光は高い指向性をもつ分布４２の光となる。広視野表示の場合においては、この分布４２の光が散乱状態にある透明・散乱切替素子２２に入射すると、Ｘ方向に広がるように散乱し、分布４３の光となる。この分布４３の光が液晶パネル２１を透過して分布４３の光を出射し、広視野角表示となる。また、図１０に示すように、バックライト１３から出射された分布４１の光がルーバー１２に入射すると、ルーバー１２によりＸ方向に広がった光の指向性がより高められ、特にＸ方向に分布する光は高い指向性をもつ分布４２の光となる。狭視野表示の場合においては、この分布４２の光が透明状態にある透明・散乱切替素子に入射すると、特にＸ方向に分布する光が高い指向性をもつ分布の光はそのまま透明・散乱切替素子２２を透過して分布４２の光を出射する。この分布４２の光が液晶パネル２１を透過して分布４２を出射し、Ｘ方向に対して狭視野角表示となる。

本第１実施形態の第３変形例では、前述の第１実施形態と比較して、バックライト１３から出射されルーバー１２により吸収される光量を低減できるため、明るい広視野表示を実現できる。特に、バックライト１３の光量が限られており、Ｘ方向のみの視野角切替が実現されれば良い場合に有効である。本第１実施形態の第３変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１１は本第２実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。前述の第１実施形態においては、図１に示すように、バックライト１３と透明・散乱切替素子２２との間に、ストライプ状の透明領域１２ａと吸収領域１２ｂが交互に配置された１つのルーバー１２が設けられている。これに対して、本第２実施形態においては、図１１に示すように、バックライト１３と透明・散乱切替素子２２との間に、ストライプ状の透明領域１５ａと吸収領域１５ｂが一方向に交互に配置されたルーバー１５と、ストライプ状の透明領域１４ａと吸収領域（図示せず）がルーバー１５における配置方向と直交する方向に交互に配置されたルーバー１４とが積層されて設けられている。本第２実施形態においては、これにより、ルーバー１２に入射された光の指向性を、一方向だけではなく、それと直交する方向に対しても高くできる。従って、例えば左右方向のみならず上下方向において、狭視野角表示を効果的に実現できる。本第２実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は本第３実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。前述の第１実施形態においては、図１に示すように、面状透明・散乱切替素子２２として、高分子マトリクス１１ａの中に液晶分子１１ｂが均一に分散された従来のＰＤＬＣ層１１を使用している。これに対して、本第３実施形態においては、図１２に示すように、高分子マトリクス１６ａの中に分散された液晶分子１６ｂの分布に周期的なムラがある変調されたＰＤＬＣ層１６を使用している。変調されたＰＤＬＣ層１６においては、例えば液晶分子１１ｂが密な部分と疎な部分が一方向に周期的に繰り返されている。変調されたＰＤＬＣ層１６は、入射された光を液晶分子１６ｂの密な部分と疎な部分が周期的に繰り返された方向に強く散乱する。このため、この方向における視野角を広くできる。

このような変調されたＰＤＬＣ層１６は、従来のＰＤＬＣ層と同様の材料を使用し、フォトマスクを介して露光・光硬化を行うことにより作製できる。周期的に線状のパターンが形成されたフォトマスクを介して硬化前のＰＤＬＣ層に光を照射する。光が照射された部分が硬化し始めるが、この際に硬化する領域と硬化しない領域の間に液晶分子１６ｂの濃度勾配が発生する。フォトマスクを介して所定の時間の露光を行った後にＰＤＬＣ層の全面を露光し、変調されたＰＤＬＣ層１６が得られる。この変調されたＰＤＬＣ層１６においては、液晶分子１６ｂとして、分子の大きさの異なる２種類以上を混合したものを使用してもよい。本第３実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１３は本第４実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。図１３に示すように、本第４実施形態においては、前述の第１実施形態の構成に加えて、白色ＬＥＤ２５へ供給する電流量を制御し、白色ＬＥＤ２５の光量、即ち輝度を調節する光源調光部２６と、透明・散乱切替素子２２の電圧のオン・オフを切替える透明・散乱切替素子制御部２７が設けられている。これらの光源調光部２６及び透明・散乱切替素子制御部２７は連動するように構成されている。本第４実施形態における上記以外の構成は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本第４実施形態の動作について説明する。図１３に示すように、広視野角表示の場合においては、透明・散乱切替素子制御部２７は透明・散乱切替素子２２に電圧を印加しない。これにより、ルーバー１２から透明・散乱切替素子２２に入射された光は散乱される。このとき、光源調光部２６は、液晶パネル２１の正面輝度、即ち視野角０度における輝度が所定の値になるように、白色ＬＥＤ２５に電流を供給する。狭視野角表示の場合においては、透明・散乱切替素子制御部２７は透明・散乱切替素子２２に電圧を印加する。これにより、ルーバー１２から透明・散乱切替素子２２に入射された光は、そのまま透明・散乱切替素子２２を透過する。従って、白色ＬＥＤ２５に供給される電流量が同じである、即ちバックライト１３から出射される光量が同じである場合、液晶パネル２１の正面輝度は大き過ぎてしまう。そこで、狭視野角表示の場合における液晶パネル２１の正面輝度が、広視野角表示の場合と同様の値となるように白色ＬＥＤ２５に供給される電流量を調整する。本発明の第４実施形態においては、これにより、液晶パネル２１の正面輝度が一定に保たれる。なお、白色ＬＥＤ２５が、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成される場合には、電流のパルス幅変調により、白色ＬＥＤの光量を調整してもよい。青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成される白色ＬＥＤでは、青色ＬＥＤの発する青色光の一部により黄色蛍光体が励起されて黄色光を発し、青色光及び黄色光が混合されて白色光が発生する。狭視野角表示の場合における液晶パネル２１の正面輝度が、広視野角表示の場合と同等の値となるように電流量を調整した場合には、青色光及び黄色光の発光比率が変動するため、液晶パネル２１の色度変化が発生する。これに対して、パルス変調により光量を調整した場合には、発光する時間の割合を調整することにより光量の調整が実現されるため、特に液晶パネル２１の色度変化を抑制できる。本第４実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１４は本第５実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。前述の第４実施形態においては、図１３に示すように、白色ＬＥＤ２５及び線状光源３６を使用している。これに対して、本第５実施形態においては、図１４に示すように、線状光源３６の替りに、赤色ＬＥＤ２８、緑色ＬＥＤ２９及び青色ＬＥＤ３０を直線状に周期的に配置したものを使用している。これらの赤色ＬＥＤ２８、緑色ＬＥＤ２９及び青色ＬＥＤ３０へ供給する電流量を制御し、これらの光量、即ち輝度を調節する光源調光部２６が設けられている。本第５実施形態における上記以外の構成は、前述の第４実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本第５実施形態の動作について説明する。図１４に示すように、赤色ＬＥＤ２８、緑色ＬＥＤ２９及び青色ＬＥＤ３０から出射された光は、バックライト１３に入射される。赤色、緑色及び青色の光は、光の三原色であり、これらが重なり合って白色光となる。バックライト１３は、入射された光を面状の光に変換する。広視野角表示の場合においては、この光は、透明・散乱切替素子２２に入射されて散乱される。このとき、光の散乱の程度は光の波長に依存しており、波長が短い光ほど強く散乱され、波長が長い光ほど散乱され難い。つまり、青色の光は散乱されやすく、赤色の光は散乱され難いこととなる。従って、液晶パネルを正面から見たときの表示画像は、赤味がかったものとなってしまう。

そこで、透明・散乱切替素子２２によって光が散乱される場合においては、例えば青色ＬＥＤ３０へ供給する電流量を大きくして散乱され易い青色の光を強くし、赤色ＬＥＤ２８へ供給する電流量を小さくして散乱され難い赤色の光を弱くする。このように、広視野角表示及び狭視野角表示において、赤色ＬＥＤ２８、緑色ＬＥＤ２９及び青色ＬＥＤ３０の発する光の強度を、透明・散乱切替素子２２へ電圧印加の有無と連動して調整することにより、液晶パネルを正面から見たときの表示画像の色合いを一定に保つことができる。本第５実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第４実施形態と同様である。

次に、本発明の第６実施形態について説明する。図１５は本第６実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。本第６実施形態においては、前述の第１実施形態の構成に加えて、ルーバー１２の両面に透明基板１２１が設けられている。透明基板１２１の材質は、一例ではポリエチレンテレフタラートである。本第６実施形態における上記以外の構成は、前述の第１実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第６実施形態の液晶表示装置においては、ルーバー１２の両面に透明基板１２１が設けられているため、ルーバー１２の温度及び湿度の変化に対する耐性を向上させることができ、液晶表示装置の信頼性が向上するという効果がある。本第６実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。また、本発明の第６実施形態は、前述の第２乃至第５実施形態にも適用できる。

次に、本発明の第７実施形態について説明する。図１６は本第７実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。前述の第６の実施形態の液晶表示装置においては、ルーバーと透明・散乱切替素子とが両面テープで固定されているが、本第７実施形態においては、透明基板１２１を両面に有するルーバー１２と透明・散乱切替素子とが接着され、結果として一体化されている。本第７実施形態における上記以外の構成は、前述の第６実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第７実施形態の液晶表示装置においては、ルーバー１２の両側に透明基板１２１が設けられているだけでなく、ルーバー１２と透明・散乱切替素子２２が一体形成されているため、ルーバー１２の温度及び湿度の変化に対する耐性を向上でき液晶表示装置の信頼性を向上できると共に、液晶表示装置を薄型化することができる。本第７実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第６実施形態と同様である。

次に、本発明の第８実施形態について説明する。図１７は本第８実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。本第８実施形態においては、前述の第７実施形態の構成と比較して、ルーバー１２と透明・散乱切替素子２２が一体形成されており、かつ共通の基板を有することを特徴とする。一例では、ルーバー１２が両面に透明基板１２１を有し、透明・散乱切替素子２２側の透明基板としてルーバー１２の基板１２１を兼用しているため、透明・散乱切替素子２２はルーバー１２側に透明基板９を有しない構造となっている。本第８実施形態における上記以外の構成は、前述の第７実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第８実施形態の液晶表示装置においては、本第７実施形態の液晶表示装置と同様に信頼性を向上させることができるだけでなく、液晶表示装置をより薄型化することができる。また、液晶表示装置を構成する基板の数を低減できるため、軽量化も可能である。本第８実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第７実施形態と同様である。

次に、本発明の第９実施形態について説明する。図１８は本第９実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。本第９実施形態においては、前述の第８実施形態の構成と比較して、ルーバー１２が透明・散乱切替素子２２と共通の透明基板１２１のみを有し、バックライト１３側に透明基板を有さない構造となっている。本第９実施形態における上記以外の構成は、前述の第８実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第９実施形態の液晶表示装置においては、ルーバー１２のバックライト１３側の透明基板が省略されているため、本発明の第８実施形態の液晶表示装置より信頼性が低下するが、透明・散乱切替素子２２側には透明基板１２１が配置されているため、本発明の第１実施形態よりは信頼性を向上することができる。また、この第９実施形態は第８実施形態の液晶表示装置と比較して、ルーバー１２の有する透明基板を省略できるため、液晶表示装置をより薄型化かつ軽量化することができる。本第９実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第８実施形態と同様である。

次に、本発明の第１０実施形態について説明する。図１９は本第１０実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。本第１０実施形態においては、前述の第１実施形態の構成と比較して、図２６に示す非特許文献１に記載の高指向性バックライト２１３を使用する点が異なる。この従来の高指向性バックライト２１３においては、導光板の一方にＬＥＤが配置されており、この導光板にはＬＥＤを中心として同心状に１次元マイクロプリズムが形成されている。また、導光板の出射面上には、ＬＥＤを中心として同心円状にプリズム構造が配置されたプリズムシートが配置されている。更に、導光板の裏面側、即ち、プリズムシートを設けた面と反対側の面には、反射シートが配置されている。なお、本第１０実施形態における上記以外の構成は、前述の第１実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第１０実施形態の液晶表示装置においては、バックライトの光出射面において２次元的に指向性を高めた高指向性バックライト２１３を使用するため、ルーバー１２による光の吸収損失を低減でき、明るい表示が実現できる。また、バックライトの指向性は２次元的であるため、ルーバー１２の透明領域と吸収領域が交互に配置された方向と直交する方向に関しても、視野角切替の効果を発揮することができる。なお、本実施形態に好適に使用される高指向性バックライトは、非特許文献１に記載の高指向性バックライトに限定されるものではなく、２次元的に指向性を高めたバックライトであれば同様に適用することができる。

図２０は、上述の如く構成された本第１０実施形態の液晶表示装置において、散乱状態にある透明・散乱切替素子２２に若干の電圧を印加して散乱性を調整した実験結果を示すグラフ図であり、横軸は視野角、縦軸は輝度を示す。破線にて示す結果は透明・散乱切替素子を構成するＰＤＬＣ層に電圧を印加しない場合の輝度分布であり、実線にて示す結果はＰＤＬＣ層に若干の電圧（一例では１ボルト）を印加した場合の輝度分布である。なお、ここでの若干の電圧とは、透明・散乱切替素子を透明状態にする電圧と比較して小さな電圧であることを意味する。ＰＤＬＣ層に電圧を印加しない場合の正面輝度（０°方向の輝度）は７５ｃｄ／ｍ^２であるのに対し、若干の電圧を印加した場合の正面輝度は１２０ｃｄ／ｍ^２まで向上している。これに対し、斜め方向、具体的には＋２５°乃至＋８０°の範囲、又は−２５°乃至−８０°の範囲では、電圧を印加した場合の輝度が若干低下しているものの、その程度は極めて小さく、電圧を印加しない場合の輝度とほぼ同程度が確保されている。即ち、透明・散乱切替素子の散乱時に若干の電圧を印加して散乱性を若干低下させることにより、斜め方向の輝度を大幅に低下させることなく、正面方向の輝度を大きく向上できることを示している。この効果は、特にバックライトの光量が限られており、広視野表示で正面輝度が低下する場合に有効である。なお、本第１０実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。また、本実施形態においては、前述の第１の実施形態の液晶表示装置に図２６に示す従来の高指向性バックライト２１３を適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の第２乃至第９の実施形態の液晶表示装置に高指向性バックライト２１３を適用することも可能である。

次に、本発明の第１１実施形態について説明する。図２１は本発明の液晶表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。図２１に示すように、本発明の液晶表示装置１００は、例えば、携帯電話９０に搭載される。

本発明の液晶表示装置は、携帯電話等の携帯機器に好適に適用することができ、携帯機器に搭載する表示装置の視野角切替表示が可能になる。特に、本発明の液晶表示装置を携帯電話に搭載する場合には、少なくとも携帯電話の横方向に、光線方向規制素子であるルーバーの透明領域と吸収領域を交互に配置することにより、携帯電話の横方向に対して広視野角表示と狭視野角表示を切り替えでき、公共交通機関内などでの他人の横方向からの覗き見を防止することが可能となる。なお、携帯機器としては携帯電話のみならず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：個人用情報端末）、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種携帯端末装置に適用することができる。更に、本発明の液晶表示装置を搭載した携帯機器は、広視野角表示と狭視野角表示の際の光源光量を夫々独立に可変できる設定を有し、また両方の光源の発光比率を設定可能であっても良い。これにより、使用者が使用環境に合わせて、最適の視野角を設定できる。更にまた、携帯機器が電池残量を検出する手段を有し、検出した電池残量に応じて視野角を自動で変更できる制御手段を有していても良い。前述のように、本発明の液晶表示装置では、狭視野角表示時には広視野角表示時よりも電力を低減できるため、電池残量が少なくなった場合には狭視野角表示に自動で変更することで消費電力を低減し、携帯機器の稼働時間を延長できる。

次に、本発明の第１２実施形態について説明する。図２２は本第１２実施形態に係る液晶表示装置の透明・散乱切替素子２２を示す上面図である。本第１２実施形態においては、前述の第１実施形態の構成と比較して、透明・散乱切替素子２２の電極１０のうち少なくとも片側がライン状に加工されている点が異なる。本第１２実施形態における上記以外の構成は、前述の第１実施形態と同様である。

上述の如く構成された本第１２実施形態の液晶表示装置においては、透明・散乱切替素子２２のライン状に加工された電極１０に異なる電圧を印加することにより、透明・散乱切替を面内で部分的に行うことができる。これにより、例えば液晶表示装置に表示される画像情報に基づき、機密性の高い情報を表示する部分のみ透明・散乱切替素子２２を透明にし、狭視野角表示することが可能となる。なお、透明・散乱切替素子２２の電極１０の形状はライン状に限定されるものではなく、ブロック状でもよい。

これにより、狭視野角表示と広視野角表示をブロック状に切替できる。また、ＰＤＬＣ層の上下に配置された２枚の透明基板において、電極は夫々ライン状に加工され、かつその長手方向が直交するように配置されていてもよい。これにより、透明・散乱切替素子の単純マトリクス駆動が可能になり、画面上の任意の部分の視野角が切替可能になる。本第１２実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

なお、前述の各実施形態及び各変形例に使用するＰＤＬＣ層においては、電圧を印加していないときは散乱状態であり、電圧印加時には透明状態であるものを使用している。これにより、前記透明・散乱素子は、入射された光を散乱する状態のときに電力を消費しないため、バックライト光源にその分の電力を割り当てられるため、散乱状態時の面状光源の明るさを向上できる。しかし、上記態様に限らず、電圧を印加していないときは透明状態であり、電圧印加時には散乱状態であるＰＤＬＣ層を使用してもよい。このようなＰＤＬＣ層は、電圧を印加しながら露光して硬化させることにより得られる。これにより、携帯情報端末において、使用頻度が高い狭視野表示において、ＰＤＬＣ層に電圧を印加する必要がなく、電力消費を抑制することができる。

また、ＰＤＬＣ層に使用する液晶分子としてコレステリック液晶又は強誘電性液晶等を用いてもよい。これらの液晶は、印加電圧をオフにしても電圧を印加していたときの配向状態のままであり、メモリー性がある。このようなＰＤＬＣ層を使用することにより、消費電力を低減することが可能となる。

また、図２３に示すように、光線方向規制素子の透明領域と吸収領域が交互に形成された方向と、液晶表示パネルの画素配列方向が平行でなくてもよい。これにより、光線方向規制素子と前記表示パネルに起因するモアレを低減でき、液晶表示装置の高画質化が可能となる。

本発明の面状光源と組み合わせて使用する表示パネルは、透過型液晶パネルに限定されず、バックライトを使用する表示パネルであれば使用可能であるが、特に視野角依存性の少ない液晶パネルを好適に使用することができる。そのような液晶パネルのモードの例としては、横電界モードではＩＰＳ（インプレインスイッチング）方式、ＦＦＳ(フリンジ・フィールド・スイッチング)方式及びＡＦＦＳ(アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等が挙げられる。また、垂直配向モードではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたＭＶＡ(マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＰＶＡ(パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式、及びＡＳＶ(アドヴァンスト・スーパー・ヴイ)方式等が挙げられる。更に、本発明はフィルム補償ＴＮモードの液晶表示パネルも好適に使用することができる。これらの視野角依存性が少ない液晶パネルを使用することにより、前記透明・散乱切替素子が散乱状態の際に、表示の階調反転を抑制でき、視認性を向上できる。また、液晶パネルは透過型に限定されず、各画素に透過領域を有するパネルであれば使用可能であり、各画素の一部に反射領域を有する半透過型液晶パネル、微透過型液晶パネル、及び微反射型液晶パネルでも使用可能である。なお、反射領域は必ずしも視野角依存性が低減されている必要はなく、透過領域のみの視野角依存性が低減されていてもよい。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に使用するバックライトの例を示す斜視図である。 バックライトから出射された光の方向を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に使用するルーバーの例を示す平面図 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の広視野角時の配光特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の狭視野角時の配光特性を示す図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る液晶表示装置に使用するルーバーの例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例に係る液晶表示装置に使用するルーバーの例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液晶表示装置の広視野角時の配光特性を示す図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液晶表示装置の狭視野角時の配光特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第７実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第９実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 散乱状態にある透明・散乱切替素子に若干の電圧を印加して散乱性を調整した実験結果を示すグラフ図である。 本発明の液晶表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。 本発明の第１２実施形態に係る液晶表示装置の透明・散乱切替素子を示上面図である。 光線方向規制素子の透明領域と吸収領域が交互に形成された方向と、液晶表示パネルの画素配列方向が平行でない液晶表示装置を示す上面図である。 特許文献１に記載されている従来の液晶表示装置を模式的に示す図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時を示す図である。 特許文献２に記載されている従来の液晶表示装置を模式的に示す図である。 非特許文献１に記載されている従来の高指向性バックライトを示す斜視図である。

符号の説明

１、１０１；偏光板
２、８、９、１０２、１０８、１０９、１１４、１２１；透明基板
３；ブラックマトリクス
４；透明誘電体層
５；共通電極
６；液晶層
７；画素電極
１０、１１０；電極
１１、１１１；ＰＤＬＣ層
１１ａ、１６ａ；高分子膜
１１ｂ、１６ｂ；液晶分子
１２、１４、１５；ルーバー
１２ａ、１４ａ、１５ａ；透明領域
１２ｂ、１５ｂ；吸収領域
１３、１１３；バックライト
１６；変調されたＰＤＬＣ層
２１、１２１；液晶パネル
２２；透明・散乱切替素子
２５；白色ＬＥＤ
２６；光源調光部
２７；透明・散乱切替素子制御部
２８；赤色ＬＥＤ
２９；緑色ＬＥＤ
３０；青色ＬＥＤ
３３；射影面
３４、３５；方向
３６；線状光源
３７；面
３８、３９、４０、４１、４２、４３；分布
９０；携帯電話
１００；液晶表示装置
１３１；ゲストホスト液晶セル
１３１ａ；液晶分子
１３１ｂ；色素分子
１３２；ＴＮ−ＬＣＤ
１３６；ＰＤＬＣセル
２０１；ＬＥＤ
２０２；導光板
２０３；プリズムシート
２０４；反射シート
２１３；高指向性バックライト
φ；方位角
θ；極角

Claims (41)

1. 光を面状に出射するバックライトと、前記バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、前記光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子と、を有し、前記光線方向規制素子は、光を透過する透明領域と光を吸収する吸収領域とが、その光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする面状光源。
2. 前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の長径方向に平行な方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
3. 前記光線方向規制素子は、前記光規制方向から見て、前記吸収領域の中に前記透明領域がマトリクス状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状光源。
4. 前記透明領域の形状は、前記光規制方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であることを特徴とする請求項３に記載の面状光源。
5. 前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とがその光規制方向に垂直な第１の方向に交互になるように形成されている第１層と、前記透明領域と前記吸収領域とが前記光規制方向に垂直で且つ前記第１の方向とも直交する方向に交互になるように形成されている第２層と、からなることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
6. 前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、液晶分子の密度が高い高密度部と、液晶分子の密度が低い低密度部と、があり、前記高密度部と前記低密度部は、前記光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面状光源。
7. 前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を散乱する状態であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面状光源。
8. 前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されることを特徴とする請求項７に記載の面状光源。
9. 光を面状に出射するバックライトと、前記バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、前記光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子と、前記透明・散乱切替素子から入射された光によって画像を表示する表示パネルと、を有し、前記光線方向規制素子は、光を透過する透明領域と光を吸収する吸収領域とが、その光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする表示装置。
10. 前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の長径方向に平行な方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
11. 前記光線方向規制素子は、前記光規制方向から見て、前記吸収領域の中に前記透明領域がマトリクス状に設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の表示装置。
12. 前記透明領域の形状は、前記光規制方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とがその光規制方向に垂直な第１の方向に交互になるように形成されている第１層と、前記透明領域と前記吸収領域とが前記光規制方向に垂直で且つ前記第１の方向とも直交する方向に交互になるように形成されている第２層と、からなることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
14. 前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、液晶分子の密度が高い高密度部と、液晶分子の密度が低い低密度部と、があり、前記高密度部と前記低密度部は、前記光規制方向に垂直の方向に交互になるように形成されていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の表示装置。
15. 前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を散乱する状態であることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の表示装置。
16. 前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記透明・散乱切替素子が散乱状態の場合には、前記透明・散乱切替素子が透明状態の場合よりも前記バックライトの光量を大きくすることにより、前記表示パネルに表示される画像の明るさが一定になるように調整することを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の表示装置。
18. 前記バックライトは、白色光源であることを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
19. 前記バックライトは赤色光源、緑色光源及び青色光源からなっており、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源が夫々独立して調整されることを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
20. 前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して楕円放射状に広がっており、前記光線方向規制素子は、前記透明領域と前記吸収領域とが、前記楕円の短径方向に平行な方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
21. 前記バックライトが出射する光は、その出射方向が出射面に垂直な方向に対して円放射状に集光されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
22. 前記透明・散乱切替素子は、高分子材料と液晶とを複合化した高分子・液晶複合膜が１対の平面電極間に挟まれており、前記高分子・液晶複合膜は、前記平面電極間に電圧を印加した場合には入射された光を透過する状態であり、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を散乱する状態であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面状光源。
23. 前記電圧を印加したときの液晶分子の配向状態は、前記電圧の印加を停止した後において保持されることを特徴とする請求項２２に記載の面状光源。
24. 前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子は、一体形成されていることを特徴とする請求項１乃至８、２０乃至２３のいずれか１項に記載の面状光源。
25. 前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子は、共通の基板を有することを特徴とする請求項２４に記載の面状光源。
26. 前記光線方向規制素子の基板は、前記透明・散乱切替素子との共通の基板のみであることを特徴とする請求項２５に記載の面状光源。
27. 前記バックライトの光量と、前記透明・散乱切替素子の透明・散乱状態は、夫々独立に設定可能であることを特徴とする請求項１乃至８、請求項２０乃至２６のいずれか１項に記載の面状光源。
28. 前記透明・散乱切替素子は、前記平面電極間に電圧を印加しない場合には入射された光を散乱する状態であり、散乱する状態で使用するときに前記透明・散乱素子に電圧が印加されることを特徴とする請求項１乃至６、２０乃至２３のいずれか１項に記載の面状光源。
29. 請求項１乃至８、２０乃至２８のいずれか１項に記載の面状光源を有することを特徴とする表示装置。
30. 前記透明・散乱切替素子の平面電極は、ライン状又はブロック状に形成され、前記表示パネルに表示される画像情報に基づき、前記透明・散乱切替素子の透明・散乱切替を部分的に行うことを特徴とする請求項９乃至１９、２９のいずれか１項に記載の表示装置。
31. 前記白色光源は青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成され、パルス変調により光量を調整することを特徴とする請求項１８に記載の表示装置。
32. 前記光線方向規制素子の前記透明領域と前記吸収領域が交互に形成された方向と、前記表示パネルの画素配列方向が平行でないことを特徴とする請求項９乃至１９、２９乃至３１のいずれか１項に記載の表示装置。
33. 前記表示パネルは液晶パネルであり、この液晶表示パネルは横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮモードであることを特徴とする請求項９乃至１９、２９乃至３２のいずれか１項に記載の表示装置。
34. 請求項１乃至８、２０乃至２８のいずれか１項に記載の面状光源を有することを特徴とする携帯端末装置。
35. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項３４に記載の携帯端末装置。
36. 前記バックライトの光量と、前記透明・散乱切替素子の透明・散乱状態とを、夫々独立に可変できる調整手段を有することを特徴とする請求項３４又は３５に記載の携帯端末装置。
37. 前記携帯端末装置は電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段に蓄積された電力の残量検出手段とを有し、検出した残量情報に基づいて前記バックライトの光量と前記透明・散乱切替素子の透明・散乱状態とを自動的に変更する制御手段を有することを特徴とする請求項３６に記載の携帯端末装置。
38. 前記携帯端末装置の横方向に前記光線方向規制素子の前記透明領域と前記吸収領域を交互に形成することを特徴とする請求項３４乃至３７のいずれか１項に記載の携帯端末装置。
39. 入射光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射された光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能の透明・散乱切替素子とが一体形成されていることを特徴とする光線方向切替素子。
40. 前記透明・散乱切替素子と前記光線方向規制素子は、共通の基板上に形成されていることを特徴とする請求項３９に記載の光線方向切替素子。
41. 前記光線方向規制素子の基板は、前記透明・散乱切替素子との共通の基板のみであることを特徴とする請求項４０に記載の光線方向切替素子。

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