JP2006208605A - 表示装置及び指向性制御素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡便に一つの表示装置を異なった方向から見る観察者に、異なった表示を見せることができる表示装置及びこれに用いられる指向性制御素子を提供すること。
【解決手段】
本発明の一態様における表示装置１００は、表示素子１０１と指向性制御素子１０２とを備え、電気的に制御することにより１画面表示状態と２画面表示状態とを切り替え可能である表示装置１００であって、２画面表示状態において、指向性制御素子は、第１の方向から視認可能である複数の第１の視認領域と、第２の方向から視認可能である複数の第２の視認領域とを備える。第１の視認領域と第２の視認領域とは交互に繰り返し配置され、表示素子１０１は、第１の視認領域に対応する画像と、第１の視認領域に対応する画像と異なる第２の視認領域に対応する画像とを表示することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、見る方向により異なる画像を表示する表示装置及びこれに用いられる指向性制御素子に関する。

現在、表示装置は、人と機械とをつなぐインターフェースとして広く使用され、目ざましい進展を果たしている。例えば、カーナビゲーションシステムに用いられる車載用表示装置は、道路地図の表示やＴＶ放送の受信画像の表示など、さまざまな目的に用いられる。この車載用表示装置としては、薄型・軽量・低消費電力という利点を有することから、液晶表示装置が広く用いられている。

近年、カーナビゲーション技術の発展に伴い、多くの車にカーナビゲーションシステムが装備されるようになった。通常、カーナビゲーションシステムに用いられる車載用表示装置は、四輪自動車の車内前方の中央部に設けられ、運転席及び助手席から視認することができる。当該表示装置は、地図情報を表示するだけでなく、テレビ受像機としても機能し、テレビ画像やＤＶＤ画像などの映像情報を表示することもある。運転中において、運転者は地図情報を見たいが、助手席の乗員は映像情報を見たいという場合がある。したがって、運転席側からは地図情報を視認でき、一方、助手席側からは映像情報を視認できるよう、見る方向によって異なった２つの画像を表示する２画面表示を行うことが可能な表示装置の開発の要求が高まっている。

表示装置の２画面表示技術として、さまざまな手段が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
"小型表示装置向け「スキャンバックライト方式立体ＬＣＤ」を開発"、［online］、２００３年９月３０日、三菱電機株式会社、［平成１７年１月２６日検索］、インターネット〈URL：http://www.mitsubishielectric.co.jp/news-data/2003/pdf/0930.pdf〉

非特許文献１に記載された２画面表示装置では、スキャンバックライトと高速応答液晶パネルの組み合わせにより、見る角度を変えるだけで２画面切り替え表示を可能としている。バックライトの出射方向を高速にスイッチングし、バックライトの出射方向に応じて、液晶パネルに表示させる画像を変化させる。これにより、運転席から見た場合と助手席から見た場合とで異なった画像を表示させることができる。

しかしながら、一般に、液晶材料の粘性は低温になるにしたがって大きくなり、応答速度は遅くなってしまう。例えば、０℃以下のような低温環境下では、映像信号を駆動するタイミングに液晶パネルが追随しなくなり、正常に２画面表示ができず、２つの画像が混じり合った表示がなされる。非特許文献１に記載された２画面表示装置では、特に、液晶を高速に応答させる必要があるため、この問題は顕著となる。

本発明はこのような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は１画面表示と２画面表示が切り替え可能で、２画面表示状態においては、簡便に一つの表示装置を異なった方向から見る観察者に、異なった表示を見せることができる表示装置及びこれに用いられる指向性制御素子を提供することである。

本発明の第１の態様にかかる表示装置は、表示素子と指向性制御素子とを備え、電気的に制御することにより１画面表示状態と２画面表示状態とを切り替え可能である表示装置であって、２画面表示状態において、前記指向性制御素子は、第１の方向から視認可能である複数の第１の視認領域と、第２の方向から視認可能である複数の第２の視認領域とを備え、前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは交互に繰り返し配置され、前記表示素子において前記第１の視認領域に対応する画像と前記第２の視認領域に対応する画像とが異なる画像であるものである。これによって、簡便に異なった方向から見る観察者に異なる表示を見せることができる。

本発明の第２の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは略平行に配置され、前記指向性制御素子は、前記表示素子の電気的な制御の単位となるラインごとに指向性を変更することが可能であり、前記第１の視認領域及び前記第２の視認領域は、一または複数のラインを単位として形成されるものである。これによって、２画面表示状態において良好な画質を提供することが可能である。

本発明の第３の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記表示素子は液晶表示素子であり、バックライトユニットをさらに備えるものである。このような構成とすることによって、従来の液晶表示装置にかかる周知技術や製造設備を利用することができ、また、汎用のバックライトユニットを使用することが可能であるため、容易に製造することが可能である。

本発明の第４の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記指向性制御素子は液晶素子であり、電気的に制御することにより、第１の視認領域に対応する液晶分子の立ち上がる方向と、第２の視認領域に対応する液晶分子の立ち上がる方向とが異なるものである。これによって、１画面表示状態と２画面表示状態とを簡便に切り替えることが可能である。

本発明の第５の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記第１の視認領域と前記第２の視認領域のプレチルト方向又は配向方向は、それぞれ異なるものである。プレチルト方向が異なることにより、意図的にリバースチルトを利用でき、液晶分子を２画面表示状態に適した配向方向に制御することができる。また、液晶分子の配向方向を異なる方向に制御することにより、応答速度を向上させることが可能である。

本発明の第６の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、５０〜１２０°ツイストしたツイステッドネマチック素子であるものである。これによって、視認可能である方向と視認可能方向以外でのコントラストを向上させることが可能であり、２画面表示状態における２つの異なる画像の混ざりを防止することができる。

本発明の第７の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記指向性制御素子は、前記表示素子に対してバックライト側、または反バックライト側に配置され、前記指向性素子と前記表示素子間に偏光板を有し、前記偏光板は、前記指向性制御素子と前記表示素子に共用されているものである。このような構成において、視野角制御素子をバックライト側に配置すると、表示素子を直接視認でき自然な表示を提供することができる。一方、視野角制御素子を反バックライト側に配置することもできる。これにより、視認可能方向以外での画像の遮光率を高めることができる。また、表示素子と指向性制御素子との間の偏光板を共用することが可能であり、偏光板の吸光による光の利用効率の低下を抑制することができる。

本発明の第８の態様にかかる表示装置は、上記の表示装置において、前記第１の視認領域と前記第２の視認領域との間にブラックマスクを備えるものである。このような構成とすることによって、コントラストを向上させることが可能である。また、視認方向以外への光漏れを低減でき、画像の混ざりが防止され、より高品位の２画面表示を行うことが可能である。

本発明の第９の態様にかかる指向性制御素子は、表示素子と指向性制御素子とを備え、電気的に制御することにより１画面表示状態と２画面表示状態とを切り替え可能である表示装置において、２画面表示状態において、前記指向性制御素子は第１の方向から視認可能である複数の第１の視認領域と、第２の方向から視認可能である複数の第２の視認領域とを備え、前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは交互に繰り返し配置され、前記表示素子の前記第１の視認領域に対応する画像と、前記第１の視認領域に対応する画像とは異なる前記第２の視認領域に対応する画像とをそれぞれ異なった方向から視認可能とするものである。これによって、簡便に異なった方向から見る観察者に異なる表示を見せることができる。

本発明によれば、１画面表示と２画面表示が切り替え可能で、２画面表示状態においては、簡便に一つの表示装置を異なった方向から見る観察者に、異なった表示を見せることができる表示装置及びこれに用いられる指向性制御素子を提供することが可能である。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施例を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１を参照して、実施の形態１にかかる表示装置について説明する。ここでは、表示装置に用いる表示素子の一例としてＴＮ（Twisted Nematic）型のアクティブマトリクス液晶表示素子を用いた例を説明する。本実施の形態にかかる表示装置は、車載用の表示装置であり、カーナビゲーションシステムにおいて用いられる。したがって、車載用液晶表示装置（以下、液晶表示装置とする）１００は、自動車の車内前方の中央部に設けられ、運転者だけでなく、助手席の乗員からも視認可能に設けられる。液晶表示装置１００は、通常の１画面表示モードでは、地図情報やＴＶなどの映像情報のうちいずれかひとつのみを表示し、運転席側からも助手席側からも同じ情報が視認される。一方、２画面表示モードでは、液晶表示装置１００は、異なる２つの視認方向に応じて、異なる２つの表示を行う。例えば、運転席側からは地図情報が視認され、助手席側からはＴＶなどの映像情報が視認される。

図１は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１００を説明するための模式的断面図である。液晶表示装置１００は、液晶表示素子１０１と、指向性制御素子１０２と、バックライトユニット１０３とを備えている。図１において、上方が視認側、下方が反視認側である。バックライトユニット１０３の視認側には指向性制御素子１０２が設けられ、さらに指向性制御素子１０２の視認側に液晶表示素子１０１が配置されている。

液晶表示素子１０１は、１画面表示モードにおいては１つの画像表示を、２画面表示モードのおいては、後述する指向性制御素子１０２の視認領域に応じて、異なった２つの画像表示を行うものである。複数の画素から構成される表示領域を有する液晶表示素子１０１は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ基板（不図示）と対向配置される対向基板（不図示）との間に液晶を挟持した構成を有している。ＴＦＴアレイ基板には、水平方向にゲート線（走査線）、垂直方向にソース線（信号線）がそれぞれ形成されており、ゲート線とソース線の交差点付近にはＴＦＴが設けられている。また、ゲート線とソース線との間にマトリクス状に形成された複数の画素電極を有している。ＴＦＴのゲートがゲート線に、ソースがソース線に、ドレインが画素電極に、それぞれ接続される。

一方、対向基板上にはコモン電極及びＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが形成されている。コモン電極は、実際には画素電極と対向するように対向基板の略全面に形成される透明電極である。また、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板の内側には、ポリイミドなどからなる配向膜が形成されている。液晶分子は、配向膜の配向方向に沿って配列している。液晶分子は、ＴＦＴアレイ基板（反視認側）から対向基板（視認側）にかけて、所定の角度ねじれた状態で配列している。また、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板の外側表面にはそれぞれ、配向方向に応じて透過軸を所定の方向に配置した偏光板（不図示）が貼着されている。

指向性制御素子１０２は、電気的制御により表示装置１００の視認方向を制御する素子である。指向性制御素子１０２の構成及び機能については、後に詳述する。この指向性制御素子１０２には、駆動回路（不図示）よりカーナビゲーションシステムのモードに応じて電圧の供給が制御される。例えば、１画面表示モードでは、指向性制御素子１０２に対して電圧が供給されないため、視認方向は制御されない。また、２画面表示モードでは、指向性制御素子１０２に対して電圧が供給され、視認方向が制御される。このとき、指向性制御素子１０２は、運転席からは視認不可能であるが、助手席からは視認が可能である第１の視認領域と、助手席からは視認不可能であるが、運転席からは視認可能である第２の視認領域とを形成する。

バックライトユニット１０３は、液晶表示素子１０１の反視認側から液晶表示素子１０１に対して光を照射するものである。バックライトユニット１０３は、蛍光管（不図示）、導光板（不図示）などを備えた公知のものを用いることができる。なお、光源としてＬＥＤ（Laser Emitting Diode）や白色有機ＥＬ（Electro Luminescence)などの他の光源を用いてもよく、光の利用効率を向上させるために、拡散シート、反射シート、プリズムシートなどの複数の光学シートを有していてもよい。

液晶表示素子１０１、指向性制御素子１０２及びバックライトユニット１０３のそれぞれの間は、接着性の樹脂によって接着し、固定するようにしてもよい。これによりそれぞれの部材界面における反射が低減され、透過率の低下を防止でき、光の利用効率を向上させることができる。

なお、図１に示す液晶表示装置１００では、指向性制御素子１０２を液晶表示素子１０１とバックライトユニット１０３との間に配置したが、液晶表示素子１０１の視認側に配置してもよい。なお、ここでは、液晶表示素子１０１として、ＴＮ型のアクティブマトリックス液晶表示素子を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、他の液晶表示素子の型式として、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型の液晶表示素子、画素電極とコモン電極が同一基板上に形成されたＩＰＳ（In Plane Switching）型の液晶表示素子などを用いることができる。本発明は、これらのような様々な型式の液晶表示素子を適用することが可能である。

また、有機ＥＬ素子など、液晶表示素子以外の表示素子を用いることも可能である。液晶表示素子１０１の代わりにＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や有機ＥＬ素子などの自発光素子を用いる場合には、自発光素子の視認側に指向性制御素子１０２を配置する。

ここで、上述した液晶表示装置１００の駆動について説明する。ＴＦＴアレイ基板上に形成された各ゲート線には、ゲートドライバ（不図示）から走査信号が供給される。そして、各走査信号によって選択された１つのゲート線に接続されているすべてのＴＦＴが同時にオンとなる。そして、ソースドライバ（不図示）から各ソース線に表示信号が供給され、画素電極に表示信号に応じた電荷が蓄積される。

表示信号が書き込まれた画素電極とコモン電極との電位差に応じて、画素電極とコモン電極間の液晶の配列が変化する。反視認側の偏光板を透過した直線偏光は、液晶によって偏光方向が制御され、視認側偏光板を透過する光の透過率が制御される。これによって、バックライトユニット１０３から入射される光の透過量が制御される。液晶表示素子１０１の各画素は、透過する光量に応じた色の濃淡とＲＧＢいずれかの色表示によりさまざまな色合いの表示を行う。なお、モノクロ表示の場合は、カラーフィルタを設けなくてもよい。

次に、図２を用いて指向性制御素子１０２の構成について説明する。図２は指向性制御素子１０２の模式的断面図である。図２において上方（＋Ｚ方向）は液晶表示素子１０１が配置された側、すなわち視認側であり、下方（−Ｚ方向）はバックライトユニット１０３が配置された側、すなわち反視認側である。また、Ｘ方向は、液晶表示装置１００の左右方向であり、Ｙ方向は上下方向である。本実施の形態においては、＋Ｘ方向が運転席側とし、−Ｘ方向を助手席側とする。

指向性制御素子１０２は、一般的に広く知られているＴＮ型の液晶素子１０５（以下、ＴＮ素子とする）と、第１の偏光板１０６と、第２の偏光板１０７とを備える。
ＴＮ素子１０５の反視認側には第１の偏光板１０６が、視認側には第２の偏光板１０７が設けられている。これら第１の偏光板１０６及び第２の偏光板１０７は、それぞれ透過軸が所定の方向に設定されている。第１の偏光板１０６及び第２の偏光板１０７として、薄型ＴＡＣ（triacetylcelluloseトリアセチルセルロース）偏光板を用いても良い。

また、指向性制御素子１０２の視認側には図１に示されるように液晶表示素子１０１が設けられている。この液晶表示素子１０１においても、その視認側及び反視認側の双方に偏光板を設ける必要がある。そこで、ＴＮ素子１０５の視認側に設けた第２の偏光板１０７を液晶表示素子１０１の反視認側に設けるべき偏光板と共用するようにしてもよい。すなわち、ＴＮ素子１０５と液晶表示素子１０１との間には、１枚の偏光板が設けられる。このような構成とすることによって、液晶表示素子１０１とＴＮ素子１０５との間に、重複して２枚の偏光板を設けておらず、偏光板の数を減らすことができる。これによって、偏光板の吸光による透過率低下を抑制し、光の利用効率を向上させることができる。

さらに、バックライトユニット１０３から出射される光が偏光性を有する場合には、バックライトユニット１０３に対して最も近接する偏光板（図２に示す本実施の形態においては、第１の偏光板１０６）を設けなくてもよい。これにより偏光板による透過率低下を低減し、光の利用効率を向上させることができる。

また、指向性制御素子１０２を液晶表示素子１０１の視認側に配置する場合、第１の偏光板１０６を液晶表示素子１０１の視認側に設けるべき偏光板と共用することができる。したがって、このような配置においても偏光板の吸光による透過率低下を防止し、光の利用効率を向上させることができる。このように、指向性制御素子１０２と液晶表示素子１０１及びバックライトユニット１０３との間の偏光板を共用することにより、簡易な構造となり、安価な表示素子を提供することが可能である。

ＴＮ素子１０５の第１の基板１０８と第２の基板１０９との間には、ＴＮ液晶１１０が挟持され、シ−ル材１１１によりその外周が封止されている。第１の基板１０８及び第２の基板１０９は、ガラスや透明樹脂などからなる。

第１の基板１０８の片面上には電極１１２が形成されており、第２の基板１０９の片面上には電極１１３が形成されている。第１の基板１０８及び第２の基板１０９は、電極形成面が対向するように配置されている。電極１１２及び電極１１３は、例えば、ＩＴＯなどの透明電極により形成されている。電極１１２と電極１１３との間に駆動回路（不図示）により所定の電圧を印加することによって、バックライトユニット１０３から指向性制御素子１０２に入射する光を遮光し、上述したように視認方向を制御することができる。

さらに電極１１２及び電極１１３上には、第１の配向膜１１４、第２の配向膜１１５がそれぞれ形成されている。第１の配向膜１１４及び第２の配向膜１１５は、ＴＮ液晶１１０の配向を制御するために設けられている。この第１の配向膜１１４、第２の配向膜１１５は、電極１１２及び電極１１３が形成された第１の基板１０８と第２の基板１０９の表面に、例えば、ＰＩ（ポリイミド）の有機膜を印刷し、かかる有機膜の表面にラビング処理を施すことによって、配向異方性を生じさせることにより形成される。

また、第１の配向膜１１４及び第２の配向膜１１５は、液晶表示素子１０１の１ラインに対応するピッチで、１ラインごとに異なった方向にラビング処理がなされている。したがって、ＴＮ液晶１１０の配向方向は同じであるが、プレチルト角は１ラインごとにプラスマイナスが逆になっている。すなわち、ＴＮ液晶１１０の分子は１ラインごとに逆方向にわずかに立ち上がっている。このようにプレチルト角が異なることにより、意図的にリバースチルトを利用することができ、液晶分子を２画面表示時状態に適した配向に容易に制御することが可能である。また、液晶分子の配向方向が異なることによって、応答速度を向上させることができる。このようなラビング処理は、従来から広く知られているマスクラビング法などを用いて行うことが可能である。また、ラビング処理ではなく、非接触の配向法として知られている光配向法を用いて行うこともできる。

図３に示すように、ラビング方向の違いによって、電気的制御を行うことにより、助手席から視認可能である第１の視認領域１１６と、運転席から視認可能である第２の視認領域１１７とを形成することができる。このように、１ラインごとに交互に第１の視認領域１１６と第２の視認領域１１７とを形成することにより、それぞれの方向から視認される液晶表示素子１０１の画素数が少なくても良好な画質を表示することが可能である。また、容易かつ安価に表示装置を提供することができる。なお、第１の視認領域１１６及び第２の視認領域１１７は、１ラインごとに形成されていなくてもよい。例えば、数ラインごとに交互に形成されていてもよい。

このようにラビング方向を１ラインごとに変えることによって、ＴＮ液晶１１０の分子の立ち上がり方向を逆向きにさせることができる。このため、ＴＮ素子１０５に所定の電圧を供給すると、第１の視認領域１１６と第２の視認領域１１７とで、ＴＮ液晶１１０の分子は逆向きに立ち上がる。すなわち、簡易な駆動回路を用いて液晶分子を１画面表示状態と２画面表示状態とを簡便に切り替えることが可能である。

液晶表示素子１０１において、反視認側に設けられた偏光板（不図示）の透過軸と、ＴＮ素子１０５の視認側に設けられた第２の偏光板１０７の透過軸とが異なる場合には、液晶表示素子１０１の偏光板と、指向性制御素子１０２の第２の偏光板１０７との間に位相差板（不図示）を配置してもよい。位相差板は、直線偏光の方向を回転させ、両偏光板の透過軸をそろえることができる。位相差板としては、例えば、λ／２波長板、ねじれ位相差板などを用いることができる。

また、第１の視認領域１１６と第２の視認領域１１７との間には、ブラックマスク（不図示）が形成されていることが好ましい。このような構成とすることによって、コントラストを向上させることが可能である。また、視認方向以外への光漏れを低減でき、画像の混ざりが防止され、より高品位な２画面表示を行うことが可能である。

次に、図４を参照して、指向性制御素子１０２における各光学系の軸配置の一例について説明する。図４（ａ）は第２の偏光板１０７の吸収軸方向を示す図である。また、図４（ｂ）はＴＮ素子１０５におけるＴＮ液晶１１０の配向方向、すなわち第１及び第２の配向膜１１４、１１５の配向方向を示している。そして、図４（ｃ）は第１の偏光板１０６の吸収軸方向を示す図である。なお、軸角はＴＮ素子１０５の中心における液晶分子長軸を基準線（図４中、点線）とし、これに対して左回りを正数としている。また、ＴＮ素子１０５の軸配置を示す図４（ｂ）においてＦは視認側の第２の配向膜１１５の配向軸を表し、Ｒは反視認側の第１の配向膜１１４の配向軸を表す。図４（ｂ）−１中の各配向軸の矢印の方向は、第１の視認領域１１６における第１の配向膜１１４及び第２の配向膜１１５それぞれの配向方向を示している。また、図４（ｂ）−２中の各配向軸の矢印の方向は、第２の視認領域１１７における第１の配向膜１１４及び第２の配向膜１１５それぞれの配向方向を示している。ＴＮ液晶１１０の分子は、各配向膜の配向方向に沿って配列し、配向膜との界面に対してチルト角を有している。すなわち、ＴＮ液晶１１０の分子は、配向軸の矢印の方向に向かって、配向膜の界面に対してわずかに立ち上がっている。

図４（ａ）に示すように、第２の偏光板１０７の吸収軸角をθ１とすると、θ１は４０〜４５°若しくは１３５〜１４０°に設定され、より好ましくは１３７〜１４０°に設定される。

図４（ｂ）−１に示されるように、第１の視認領域１１６において、ＴＮ素子１０５の視認側における第２の配向膜１１５の配向軸の軸角をθ２とすると、θ２は１２０〜１６５°に設定され、より好ましくは、１３５〜１４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ２とすると、φ２は５０〜１２０°に設定され、より好ましくは７０〜９０°に設定される。

また、図４（ｂ）−２に示されるように、第２の視認領域１１７において、ＴＮ素子１０５の視認側における第２の配向膜１１５の配向軸の軸角をθ２'とすると、θ２'は３００〜３４５°に設定され、より好ましくは、３１５〜３２５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ２'とすると、φ２'は５０〜１２０°に設定され、より好ましくは７０〜９０°に設定される。

また、液晶分子の屈折率異方性（測定光波長５８９ｎｍ、以下同じ）Δｎ２と液晶層の厚みｄ２の積であるリタデ−ション値Δｎ２・ｄ２は、第１の範囲０．３〜０．５μｍ、第２の範囲０．９〜１．３μｍ又は第３の範囲１．３〜１．９μｍのいずれかに設定され、より好ましくは第２の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。リタデーション値は、第１から第３の範囲のいずれでも制御は可能であるが、視認方向への透過率と非視認方向への遮光性から第２または第３の範囲が好ましく、制御のしやすさなどのバランスを考慮すると、第２の範囲とすることがもっとも好ましい。

図４（ｃ）に示されるように、第１の偏光板１０６の軸角をθ３とすると、θ３は１３５〜１４０°若しくは４０〜４５°に設定され、より好ましくは４０〜４３°に設定される。視認方向への透過率と非視認方向への遮光性を両立でき、指向性制御素子の性能が向上するためである。

通常のＴＮ素子における偏光板の吸収軸の交差角は９０°であるが、斜め方向から見ると交差角が実効的に９０°以上になる。これが光漏れの要因となるため、第１の偏光板１０６及び第２の偏光板１０７の吸収軸の交差角を９０°未満に設定する。このような構成とすることによって、左右方向（±Ｘ方向）からの遮光度を改善することができる。特に、第１及び第２の偏光板１０６、１０７の吸収軸の交差角は、８０°〜８６°であることが好ましい。

ここで、図５を参照して、２画面表示モード（ＴＮ素子１０５に所定の電圧を供給している状態）におけるＴＮ液晶１１０の分子の配列について説明する。図５は、ＴＮ液晶１１０の分子（以下、ＴＮ液晶分子１１８とする）の長軸方向を説明するための概略図である。ここでは、ＴＮ素子１０５の厚み（Ｚ方向）中央近傍におけるＴＮ液晶分子１１８について図示している。図５（ａ）は第１の視認領域１１６におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向を示しており、図５（ｂ）は第２の視認領域１１７におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向を示している。本実施の形態にかかるＴＮ液晶分子１１８は、図５に示すように、一般的に知られている棒状の細長い分子である。ここで、ＴＮ素子１０５の法線方向とは、光の出射面に対する法線方向であり、図５におけるＺ方向である。

上述したように、第１の視認領域１１６と、第２の視認領域１１７とで、ＴＮ液晶分子１１８は、立ち上がる方向が異なる。すなわち、第１の視認領域１１６においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向は、＋Ｘ方向に向かって法線方向からθ４だけ傾いた状態で配列している。一方、第２の視認領域１１７においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向は、−Ｘ方向に向かって法線方向からθ４だけ傾いた状態で配列している。また、ＴＮ素子１０５の厚み（Ｚ方向）中央近傍におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向は、Ｘ方向に平行であることが好ましい。

第１の視認領域１１６においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が＋Ｘ方向にθ４以上の方向（この場合、運転席から液晶表示装置１００を視認する方向）から液晶表示装置１００を視認すると、液晶の複屈折性により、位相遅延が増加し、透過率が低くなる。ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向から観察した場合の液晶の屈折率が最も小さく、それよりも−Ｘ方向側では再び屈折率が大きくなるため、一般的によく知られている階調反転現象が起こる。つまり、液晶表示装置１００を＋Ｘ方向側の一定の角度θ４以上から視認すると、白階調は黒階調に反転する。一方、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が−Ｘ方向にθ４以上（この場合、助手席から液晶表示装置１００を視認する方向）から液晶表示装置１００を視認すると、位相遅延の増加はほとんどなく、透過率は変化しない。

第２の視認領域１１７においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が−Ｘ方向にθ４以上（この場合、助手席から液晶表示装置１００を視認する方向）から液晶表示装置１００を視認すると、液晶の複屈折性により、位相遅延が増加し、透過率が低くなる。ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向から観察した場合の液晶の屈折率が最も小さく、それよりも−Ｘ方向側では再び屈折率が大きくなるため、一般的によく知られているＴＮ素子の階調反転現象が起こる。つまり、液晶表示装置１００を−Ｘ方向側の一定の角度θ４（視野角制御方向）以上から視認すると、白階調は黒階調に反転する。一方、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が＋Ｘ方向にθ４以上（この場合、運転席から液晶表示装置１００を視認する方向）から液晶表示装置１００を視認すると、位相遅延の増加はほとんどなく、透過率は変化しない。

液晶表示素子１０１は、上述したように、第１の視認領域１１６に対応して映像情報の表示を、第２の視認領域１１７に対応して地図情報の表示をそれぞれ行う。したがって、上述の指向性制御素子１０２と組み合わせることによって、第１の視認領域１１６は、助手席から見ると第１の視認領域１１６に対応した映像情報が視認可能であり、運転席から見ると遮光され当該映像情報は視認不可能である。また、第２の視認領域１１７は、運転席から見ると第２の視認領域１１７に対応した地図情報が視認可能であり、一方、助手席から見ると遮光され当該地図情報は視認不可能である。このように、見る方向によって異なる２つの画像を表示することができる。

このように、ＴＮ素子を用いることによって、運転席からは視認不可能であるが、助手席からは視認が可能である第１の視認領域と、助手席からは視認不可能であるが、運転席からは視認可能である第２の視認領域とのコントラストを向上させることができ、画像の混ざりを防止することが可能である。また、容易かつ安価に表示装置を製造することが可能である。

また、液晶表示素子１０１は、１ラインごとに運転席側と助手席側の映像を表示しているので、輝度の低下を抑制し、効率よく光を利用することができ、良好な表示を行うことが可能である。

さらに、液晶表示素子１０１及び指向性制御素子１０２の液晶分子を高速に応答させる必要がないため、様々な外部環境、例えば０度以下のような低温環境下においても安定した表示を行うことが可能である。

図５において、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角θ４は、３０°以内であることが好ましい。このような配列とすることによって、さらに第１の視認領域１１６においては運転席側の、第２の視認領域１１７においては助手席側の遮光を行うことが可能である。

本発明においては、ＴＮ素子１０５に所定の電圧を印加した状態において、少なくともＴＮ素子１０５の厚み中央におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向が、ＴＮ素子１０５の法線方向から傾いて配列していればよい。すなわち、図４においては、ＴＮ液晶１１０は５０〜１２０°ねじれた配列としたが、ねじれていなくてもよい。つまり、ＴＮ液晶１１０のねじれ角が０°であってもよい。

また、ここでは、正の屈折率異方性を有するネマチック液晶を例として説明したが、
負の屈折率異方性をもつディスコチック液晶などさまざまなタイプの液晶を用いることも可能である。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる液晶表示装置について説明する。本実施の形態にかかる液晶表示装置は、実施の形態１において説明した液晶表示装置１００と同様の構成を有している。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、ＴＮ液晶分子１１８の立ち上がり方向の制御に、斜め電界を用いた点である。

図６は、実施の形態２にかかるＴＮ素子１０５の２画面表示モード（ＴＮ素子１０５に所定の電圧を供給している状態）における液晶分子の配列を概略的に示している。図６において、図２と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。ここでは、ＴＮ素子１０５の厚み（Ｚ方向）中央近傍におけるＴＮ液晶分子１１８について図示している。図６（ａ）は第１の視認領域１１６におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向を示しており、図６（ｂ）は第２の視認領域１１７におけるＴＮ液晶分子１１８の長軸方向を示している。本実施の形態にかかるＴＮ液晶分子１１８は、図６に示すように、一般的に知られている棒状の細長い分子である。ここで、ＴＮ素子１０５の法線方向とは、光の出射面に対する法線方向であり、図６におけるＺ方向である。

本実施の形態においては、１ラインごとに、２枚の基板１０８、１０９に形成される電極１１２及び電極１１３の設けられている位置がずれている。すなわち、ＴＮ液晶１１０に対して斜めに電界がかかる斜め電界を用いる。したがって、第１の視認領域１１６に対応する電極１１２は−Ｘ方向に、電極１１３は＋Ｘ方向にずれるように形成される。一方、第２の視認領域に対応する電極１１２は＋Ｘ方向に、電極１１３は−Ｘ方向にずれるように形成される。

したがって、上記のように形成した上下の電極に電圧を印加すると、第１の視認領域１１６においては、電界方向は法線方向から＋Ｘ方向に傾いた方向となる。また、第２の視認領域１１７においては、電界方向は法線方向から−Ｘ方向に傾いた方向となる。通常よく知られているように、正の誘電率異方性を有する液晶分子はその長軸が、電界方向に沿って配列する。このため、２画面表示モードにおいて第１の視認領域１１６では、図６（ａ）に示すように、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向は、法線方向から＋Ｘ方向に傾いた状態で配列する。一方、第２の視認領域１１７では、図６（ｂ）に示すように、法線方向から−Ｘ方向に傾いた状態で配列する。

斜め電界によって、ＴＮ液晶分子１１８が立ち上がる方向を制御可能とするため、ＴＮ素子１０５の厚み方向の中心のＴＮ液晶分子１１８が、第１の基板１０８及び第２の基板１０９に対して平行に配向していることが好ましい。したがって、図６に示すように、ＴＮ液晶分子１１８をスプレイ配向とすることが好ましい。ＴＮ液晶分子１１８の傾きは、上下の電極１１２及び１１３に印加する電圧を制御することにより、調整することが可能である。

このように、斜め電界を用いることによって、実施の形態１と同様に、第１の視認領域１１６においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が＋Ｘ方向にθ４以上の方向（この場合、運転席から液晶表示装置１００を視認する方向）からは、液晶表示装置１００の表示が視認不可能となる。一方、第２の視認領域１１７においては、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角が−Ｘ方向にθ４以上（この場合、助手席から液晶表示装置１００を視認する方向）からは、液晶表示装置１００の表示が視認不可能となる。

液晶表示素子１０１は、上述したように、第１の視認領域１１６に対応して映像情報の表示を、第２の視認領域１１７に対応して地図情報の表示をそれぞれ行う。したがって、上述の指向性制御素子１０２と組み合わせることによって、第１の視認領域１１６は、助手席から見ると第１の視認領域１１６に対応した映像情報が視認可能であり、運転席から見ると遮光され当該映像情報は視認不可能である。また、第２の視認領域１１７は、運転席から見ると第２の視認領域に対応した地図情報が視認可能であり、一方、助手席から見ると遮光され当該地図情報は視認不可能である。

また、１ラインごとに運転席側と助手席側の映像を表示しているので、輝度の低下を抑制し、効率よく光を利用でき、良好な表示を行うことが可能である。

図５において、ＴＮ液晶分子１１８の長軸方向とＴＮ素子１０５の法線方向とがなす角θ４は、３０°以内であることが好ましい。このような配列とすることによって、さらに第１の視認領域１１６においては運転席側の、第２の視認領域１１７においては助手席側の遮光を行うことが可能である。

また、本実施の形態の場合、実施の形態１において説明したように、ラビング方向を変えることは、不要である。電界の方向によって、ＴＮ液晶分子１１８の立ち上がり方向を、制御することが可能ためである。

なお、車載用液晶表示装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、携帯電話などにおいて異なる方向から異なる表示を行う場合など、さまざまな表示装置に適用することが可能である。

実施の形態１にかかる液晶表示装置の構成の一例を説明するための模式的断面図である。 実施の形態１にかかる指向性制御素子の構成の一例を説明するための模式的断面図である。 実施の形態１にかかる指向性制御素子の構成の一例を説明するための模式図である。 実施の形態１にかかる視野角制御素子における各光学系の軸配置図である。 実施の形態１にかかるＴＮ素子の液晶分子の配列を説明するための模式的概略図である。 実施の形態２にかかるＴＮ素子の液晶分子の配列を説明するための模式的概略図である。

符号の説明

１００ 車載用液晶表示装置
１０１ 液晶表示素子
１０２ 指向性制御素子
１０３ バックライトユニット
１０５ ＴＮ素子
１０６ 第１の偏光板
１０７ 第２の偏光板
１０８ 第１の基板
１０９ 第２の基板
１１０ ＴＮ液晶
１１１ シール材
１１２ 電極
１１３ 電極
１１４ 第１の配向膜
１１５ 第２の配向膜
１１６ 第１の視認領域
１１７ 第２の視認領域
１１８ ＴＮ液晶分子

Claims (9)

1. 表示素子と指向性制御素子とを備え、電気的に制御することにより１画面表示状態と２画面表示状態とを切り替え可能である表示装置であって、
   ２画面表示状態において、前記指向性制御素子は、第１の方向から視認可能である複数の第１の視認領域と、第２の方向から視認可能である複数の第２の視認領域とを備え、
   前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは交互に繰り返し配置され、
   前記表示素子の前記第１の視認領域に対応する画像と前記第２の視認領域に対応する画像とが異なる画像である表示装置。
2. 前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは略平行に配置され、
   前記指向性制御素子は、前記表示素子の電気的な制御の単位となるラインごとに指向性を変更することが可能であり、
   前記第１の視認領域及び前記第２の視認領域は、一または複数のラインを単位として形成される請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示素子は液晶表示素子であり、
   バックライトユニットをさらに備える請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記指向性制御素子は液晶素子であり、電気的に制御することにより、第１の視認領域に対応する液晶分子の立ち上がる方向と、第２の視認領域に対応する液晶分子の立ち上がる方向とが異なる請求項１、２又は３に記載の表示装置。
5. 前記第１の視認領域と前記第２の視認領域の液晶分子のプレチルト方向又は配向方向がそれぞれ異なる請求項１、２、３又は４に記載の表示装置。
6. 前記指向性制御素子は、５０〜１２０°ツイストしたツイステッドネマチック素子である請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記指向性制御素子は、前記表示素子に対してバックライト側、または反バックライト側に配置され、
   前記指向性素子と前記表示素子間に偏光板を有し、
   前記偏光板は、前記指向性制御素子と前記表示素子に共用されている請求項３〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記第１の視認領域と前記第２の視認領域との間にブラックマスクを備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 表示素子と指向性制御素子とを備え、電気的に制御することにより１画面表示状態と２画面表示状態とを切り替え可能である表示装置において、
   ２画面表示状態において、前記指向性制御素子は第１の方向から視認可能である複数の第１の視認領域と、第２の方向から視認可能である複数の第２の視認領域とを備え、
   前記第１の視認領域と前記第２の視認領域とは交互に繰り返し配置され、
   前記表示素子の前記第１の視認領域に対応する画像と、前記第１の視認領域に対応する画像とは異なる前記第２の視認領域に対応する画像とをそれぞれ異なった方向から視認可能とする指向性制御素子。

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