JP2007155817A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角を部分的に切替えて画像を表示することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、画像を表示する表示領域Ｒ１を有した表示パネルと、表示パネルに対向配置され、表示領域に重なっているとともに複数に分割された複数の分割領域を含んだ位相制御領域Ｒ２を有し、表示パネルから出射される光の位相状態を分割領域毎に独立して制御する位相制御液晶パネル２と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、表示装置に関する。

近年、表示装置としての液晶表示装置は様々な分野に応用され、ノートパソコン、モニタ、カーナビゲーション、関数電卓、中小型ＴＶ、大型ＴＶ、携帯電話、電子手帳等の電子機器に用いられている。

これら電子機器の中でも電子手帳、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、タブレットＰＣ（パソコン）、ノートＰＣ等は、軽薄短小である特徴から携帯して利用される機会が多い。また、ＰＯＰ（point of purchase）用途、ＡＴＭ（automated teller machine）用途、券売機用途に用いられる液晶表示装置は、公共の場で利用される機会が多い。

これらの用途では、使用状況によっては他人に表示内容を識別されては困る場合がある。例えば携帯電話やＰＤＡ、タブレットＰＣにプライベートな内容を公共の場において表示している場合である。こうした場合、視野角は狭いほうが望ましい。しかしながら、複数の人で画像を観察する機会もあることから視野角を制御できる機能を有していることが望まれている。視野角特性の問題は、携帯機器および公共情報端末機器に共通した問題である。

近年、液晶表示装置やブラウン管（ＣＲＴ）の視野角を制御する手段として、着脱可能なルーバーシート（例えば３Ｍ製のライトコントロールフィルム）が利用されている（例えば、特許文献１参照）。また、偏光板を用いる液晶表示装置においては、観察者側の偏光板を設けない構成とし、偏光メガネをかけたときのみ表示が識別できるシステムも応用されている。

従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせるためにシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けている。このため、ルーバーシートを用いた方法では、光の透過率が低い問題を有している。ルーバーシートの製造工程も複雑で製造コストも高い。ルーバーシートを着脱する際に手間がかかる問題も有している。また、偏光メガネを用いた方法では、不特定の人に画像を見せることができない問題が生じる。視野角特性の問題を解決するため、液晶表示装置に視野角制御用の視野角制御液晶パネルを設けて視野角を制御する液晶表示装置が開発されている。
特開２００３−５８０６６号公報

上記視野角制御液晶パネルは、液晶表示装置の表示画面全域に対向し、表示画面全域の視野角を一括して切替えるように制御されている。しかしながら、画像の一部分のみを他人に見られたくない場合、一旦、表示画面全域を狭視野角にして画像を表示しなければならない。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、視野角を部分的に切替えて画像を表示することが可能な表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る表示装置は、
画像を表示する表示領域を有した表示パネルと、
前記表示パネルに対向配置され、前記表示領域に重なっているとともに複数に分割された複数の分割領域を含んだ位相制御領域を有し、前記表示パネルから出射される光の位相状態を前記分割領域毎に独立して制御する位相制御液晶パネルと、を備えている。

この発明によれば、視野角を部分的に切替えて画像を表示することが可能な表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明に係る表示装置を液晶表示装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示装置は、表示パネルとしての液晶表示パネル１と、位相制御液晶パネル２と、輝度視角制御液晶パネル３と、バックライトユニット４と、第１偏光板５と、第２偏光板６と、駆動部７とを備えている。

液晶表示パネル１は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードの液晶表示パネルとして構成されている。液晶表示パネル１は、アレイ基板１１、対向基板１２および第１液晶層１３を備えている。

アレイ基板１１は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１４と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の画素電極１５と、これら画素電極を含むガラス基板上に形成された配向膜１６と、を有している。また、アレイ基板１１は、ガラス基板１４上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を有している。アレイ基板１１は、複数の画素を有している。複数の画素は、後述する表示領域Ｒ１内にマトリクス状に設けられているとともにＴＦＴおよび画素電極１５等をそれぞれ有している。

対向基板１２は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１７と、このガラス基板上に形成された共通電極１８と、共通電極およびガラス基板上に形成された配向膜１９とを有している。画素電極１５および共通電極１８は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜１６および配向膜１９には、プレチルト角が５°となるようにラビングが施されている。

アレイ基板１１および対向基板１２は、複数のスペーサ２１により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板１１および対向基板１２は、画素電極１５および共通電極１８が対向しているとともに、画像を表示する表示領域Ｒ１を有している。アレイ基板１１および対向基板１２は、表示領域Ｒ１の外側で両基板の周縁部に配置された矩形状のシール材２２により互いに接合されている。第１液晶層１３は、アレイ基板１１、対向基板１２およびシール材２２の間に狭持されている。

第１液晶層１３の層厚は、５．０μｍである。第１液晶層１３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０９２である。液晶分子の捩れ角は９０°、捩れピッチは６０μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

表示領域Ｒ１内において、アレイ基板１１および対向基板１２の一方の基板には、図示しない赤色、緑色および青色の複数の着色層を有したカラーフィルタが配置されている。このため、液晶表示パネル１はカラー表示が可能である。

位相制御液晶パネル２は、対向基板１２に対向配置されている。位相制御液晶パネル２は、第１基板４１、この第１基板に所定の隙間を保持して対向配置された第２基板４２および第２液晶層４３を有している。第１基板４１は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第１シート４４ａと、この第１シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第１電極４５と、この第１電極上に配設された第１配向膜４７ａとを有している。

第２基板４２は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第２シート４４ｂと、この第２シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第２電極４６と、この第２電極上に配設された第２配向膜４７ｂとを有している。第２シート４４ｂの外面側は表示面Ｓとして機能する。

第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂには、プレチルト角５°となるようラビングが施されている。この実施の形態において、ガラス基板１７および第１シート４４ａは一体に形成されている。このため、液晶表示パネル１の対向基板１２および位相制御液晶パネル２の第１基板４１は透明な共通基板６１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。

第１基板４１および第２基板４２は、第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂが対面するように対向配置され、複数のスペーサ４８により所定の隙間を置いて保持されている。スペーサ４８は、絶縁材料で構成されている。第１電極４５および第２電極４６は絶縁状態に維持されている。第１基板４１および第２基板４２は、第１電極４５および第２電極４６が対向した領域であるとともに、これら第１基板および第２基板間を透過する光の位相状態を制御可能な位相制御領域Ｒ２を有している。この実施の形態において、位相制御領域Ｒ２は、上述した表示領域Ｒ１と重なっている。

第１基板４１および第２基板４２は、位相制御領域Ｒ２の外側で、第１電極４５および第２電極４６の周縁部に配置された矩形状のシール材４９により互いに接合されている。第２液晶層４３は、第１基板４１、第２基板４２およびシール材４９の間に狭持されている。

第２液晶層４３の層厚は、５．０μｍである。第２液晶層４３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０７２である。液晶分子の捩れ角は４５０°、捩れピッチは３．９２μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

上記した第２液晶層４３は、第１基板４１および第２基板４２間を透過する光の位相状態を制御する機能を有している。より詳しくは、第２液晶層４３は、液晶分子の配向を制御することで視野角を制御している。第２液晶層４３の液晶分子の配向を制御する際は、位相制御液晶パネル２に電圧を印加して、第１電極４５および第２電極４６間の電位差を制御することで行う。

図１、図２および図３に示すように、位相制御液晶パネル２は、視野角を部分的に独立して切替えることが可能な第１分割領域Ｒ４、第２分割領域Ｒ５、第３分割領域Ｒ６および第４分割領域Ｒ７を有している。第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７は、位相制御領域Ｒ２を分割した領域である。第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７は、それぞれ識別可能な情報を表示可能な面積を有している。このため、各分割領域は、複数の画素に重なっている。

第１電極４５は、第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７に重なるようそれぞれ分割された複数の第１分割電極４５ａを有している。第２電極４６は、第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７に重なるようそれぞれ分割された複数の第２分割電極４６ａを有している。

分割された第１分割電極４５ａおよび第２分割電極４６ａにそれぞれ独立して駆動電圧を印加することができる。このため、位相制御液晶パネル２は、液晶表示パネル１から出射される光の位相状態を上記分割領域毎に独立して制御可能である。すなわち、位相制御液晶パネル２は、視野角を第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７毎に独立して切替えることが可能である。

これにより、例えば、図４に示すように、第１分割領域Ｒ４および第３分割領域Ｒ６の視野角のみ選択的に狭くでき、また、図５に示すように、第１分割領域Ｒ４および第２分割領域Ｒ５の視野角のみ選択的に狭くできる。液晶表示装置の表示面Ｓに、視野角の広い領域および狭い領域を混在させることができるため、多用な画像を表示することができる。

輝度視角制御液晶パネル３は、アレイ基板１１に対向配置されている。輝度視角制御液晶パネル３は、第３基板５１、第４基板５２、および第３液晶層５３を備えている。第３基板５１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板５４ａと、このガラス基板上に形成された第３電極５５ａと、第３電極を含むガラス基板上に形成された配向膜５６ａと、を有している。第４基板５２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板５４ｂと、このガラス基板上に形成された第４電極５５ｂと、第４電極およびガラス基板上に形成された配向膜５６ｂと、を有している。第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜５６ａおよび配向膜５６ｂには、ラビングが施されている。

第３基板５１および第４基板５２は、複数のスペーサ５７により所定の隙間を保持して対向配置されている。第３基板５１および第４基板５２は、第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂが対向しているとともに、輝度視角制御液晶パネル３を透過するバックライトユニットから放出される光の拡散状態を制御可能な光拡散制御領域Ｒ３を有している。この実施の形態において、光拡散制御領域Ｒ３は、上述した表示領域Ｒ１および位相制御領域Ｒ２と重なっている。

第３基板５１および第４基板５２は、光拡散制御領域Ｒ３の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材５８により互いに接合されている。第３液晶層５３は、第３基板５１、第４基板５２、およびシール材５８の間に狭持されている。

ここで、この実施の形態に係る第３液晶層５３について説明する。第３液晶層５３の層厚は、２５μｍである。第３液晶層５３は、屈折率異方性の差（Δｎ）が０．２３であるネマティック液晶に光架橋性ポリマ（polymer）を２ｗｔ％溶解した液晶材料で構成されている。第３液晶層５３の液晶材料は室温状態では透明な液体である。

第３基板５１、第４基板５２、およびシール材５８の間に第３液晶層５３を充填する際は、従来の液晶注入法と同様に真空注入法等を用いることで充填できる。従って、液晶を充填する際は液体状態で充填される。充填された液晶には、紫外線が照射され、ポリマ（ポリマーネットワーク）が形成されるとともに液晶分子が析出される。第３液晶層５３の液晶分子の配向はほぼランダムとみなすことができる。形成されたポリマの屈折率は析出した液晶分子の常光屈折率に等しい。

バックライトユニット４は、輝度視角制御液晶パネル３の第３基板５１の外面側に設けられている。バックライトユニット４は、第３基板５１に対向配置されているとともに導光板を含む導光体４ａと、この導光体の一側縁に対向配置された光源４ｂおよび反射板４ｃとを有している。

バックライトユニット４は、導光体４ａの光出射面に対向して配置された高集光性のプリズムシート４ｄを有している。プリズムシート４ｄは、導光体４ａから出射されるバックライト光の平行度（指向性）を高める機能を有している。プリズムシート４ｄは、通常ノートＰＣ用の液晶表示装置などに用いるプリズムシートより平行度を高める構造である。プリズムシート４ｄとしては、例えば、長瀬産業製のコリメートシート等、出射されるバックライト光の平行度が極めて高くなるものが用いられる。このため、バックライトユニット４は平行度の高い光を輝度視角制御液晶パネル３に出射させることができる。

第１偏光板５は、アレイ基板１１およびバックライトユニット４間に配置されている。より詳しくは、第１偏光板５はアレイ基板１１の外面に配置されている。なお、第１偏光板５は糊を介してアレイ基板１１の外面に貼り合せても良い。第２偏光板６は、位相制御液晶パネル２に対して液晶表示パネル１と反対側に配置されている。より詳しくは、第２偏光板６は、第２基板４２の外面に配置されている。なお、第２偏光板６は糊を介して第２基板４２の外面に貼り合せても良い。第２偏光板６の外面は表示面Ｓとして機能する。第１偏光板５および第２偏光板６は、クロスニコル配置されている。このため、液晶表示パネル１は電圧印加状態で黒色表示となるノーマリーホワイト表示となる。

駆動部７は、液晶表示パネル１に駆動電圧を印加して表示状態を制御する。駆動部７は、表示モードに対応して位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３に駆動電圧を印加する。位相制御液晶パネル２に対して、駆動部７は、第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７にそれぞれ独立して駆動電圧を印加する。

ここで、本願発明者等は、位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。

その際、駆動部７は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル１を駆動した。また、駆動部７は、位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３に１０Ｖの駆動電圧をそれぞれ印加した。なお、バックライトユニット４は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。

まず、位相制御液晶パネル２（第１電極４５および第２電極４６間）および輝度視角制御液晶パネル３（第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂ間）に駆動電圧が印加されていない領域の第１表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、位相制御液晶パネル２（第１電極４５および第２電極４６間）および輝度視角制御液晶パネル３（第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂ間）に１０Ｖの駆動電圧が印加されている領域の第２表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では画像を全く識別できない状態となった。

また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ^２であり、輝度視角制御液晶パネル３を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶パネル２を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶パネルに駆動電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。

次に、位相制御液晶パネル２がこの位相制御液晶パネルを透過する光の位相状態を部分的に制御することにより、液晶表示装置の視野角を部分的に切替える原理について、図６ないし図１１を用いて説明する。

視野角特性のなかで特に重要な特性は、コントラスト視角特性および輝度視角特性である。このうち、コントラスト視角特性は黒色表示時の視角特性に大きく左右される。ＴＮモードのように第１液晶層１３の液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態を用いる表示モードにおいては、優れた黒色表示特性を得るため、液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態にて黒色表示をすることが多い。しかしながら、液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態では、斜め視野において位相差が発生する。およそ液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）と液晶層厚と視角とを乗じた位相差が発生する。

図８および図９に示すように、この実施の形態の場合、＋４８０ｎｍ（×視角）の位相差が発生している。しかしながら、図１、図６および図７に示すように、第１電極４５および第２電極４６間に駆動電圧を印加していない領域での第２液晶層４３の位相差は−４８０ｎｍ（×視角）となるため、第１液晶層１３の位相差と合わせた位相差はゼロとなる。上記したことから、液晶表示装置に第２液晶層４３を備えた位相制御液晶パネル２を設けることにより、第１電極４５および第２電極４６間に駆動電圧が印加されていない領域では、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を広くすることができる。

一方、図１、図１０および図１１に示すように、任意の第１電極４５および第２電極４６間に駆動電圧を印加し、液晶分子４３ａの捩れを解き、液晶分子４３ａをほぼ垂直に配向させた領域では、第１液晶層１３同様、せいの一軸性となる（＋６４０ｎｍ）。このため、第１液晶層１３の位相差と合わせた位相差は＋１１２０ｎｍとなる。上記したことから、液晶表示装置に第２液晶層４３を備えた位相制御液晶パネル２を設けることにより、第１電極４５および第２電極４６間に駆動電圧が印加されている領域では、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を著しく狭くすることができる。

次に、輝度視角制御液晶パネル３が、この輝度視角制御液晶パネルを透過する光の拡散状態を制御することにより、液晶表示装置の輝度視角を制御できる原理について、図１２および図１３を用いて説明する。

図１２に示すように、輝度視角制御液晶パネル３に駆動電圧が印加されていない状態において、ネマティック液晶の液晶分子５３ａの配向はほぼランダムである。このため、屈折率は、常光屈折率および異常光屈折率の平均となる。これに対し、ポリマ５３ｂの屈折率は析出した液晶分子５３ａの常光屈折率に等しい。このため、屈折率異方性の差（Δｎ）は、上述した屈折率異方性の差（Δｎ）の半分、つまり０．１１５程度となり、屈折率に差が生じることとなる。

また、ポリマ５３ｂは、ランダムな３次元構造からなっているので、プリズムシート４ｄを透過したバックライト光は、輝度視角制御液晶パネル３にて拡散される。このため、輝度視角制御液晶パネル３を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合と同様、広い輝度視角が得られる。

図１３に示すように、第３液晶層５３の液晶分子５３ａがほぼ垂直に配向するよう、輝度視角制御液晶パネル３に十分な駆動電圧が印加されている状態において、液晶分子５３ａの配向はほぼ垂直となる。このため、第３液晶層５３に入射する光の進行方向に対する屈折率は常光屈折率となる。これに対し、ポリマ５３ｂの屈折率は析出した液晶分子５３ａの常光屈折率に等しい。このため、ポリマ５３ｂおよび液晶分子５３ａ間に屈折率差は生じず、プリズムシート４ｄを透過したバックライト光は輝度視角制御液晶パネル３をそのまま透過する。

上述したように、プリズムシート４ｄにより十分に高められた平行度の高い光を液晶表示パネル１に出射できる。このため、輝度視角制御液晶パネル３を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに狭い輝度視角が得られる。この際、正面輝度は輝度視角を絞っている分、その従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに高くなる。

上記したように構成された液晶表示装置によれば、位相制御液晶パネル２は、第２液晶層４３を有している。第２液晶層４３は、液晶表示パネル１を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶パネル２は視野角やコントラスト視角も制御できる。

このため、モバイルＰＣ、携帯電話、ＰＤＡ，電子手帳、およびタブレットＰＣ等、公共の場で使用する場合であっても、他人に表示内容識別されては困る場合には視野角を狭く、また複数の観察者で表示画像を観察する場合には視野角を広くすることができる。これにより、他人に表示内容を覗かれる心配を排除することができる。また、複数の観察者が表示画面を同時に、かつ、良好に視認できるようにもできる。この際、第１電極４５および第２電極４６間に印加する電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。このような表示特性を制御する際、消費電力を殆ど増大させることなく制御できる。液晶表示装置の表示特性を制御する際は、スイッチやボリューム１つで制御することができる。

さらに、位相制御液晶パネル２は、第１分割領域Ｒ４ないし第４分割領域Ｒ７を有し、これら分割領域毎に視野角を独立して切替え可能である。各分割領域は識別可能な情報を表示可能な面積を有しているため、視野角の広い領域および狭い領域を混在させることができ、多用な画像の表示が可能となる。

ＭＶＡモードやツイステッドネマティックモード（ＴＮモード）、ホモジニアスモード（ＨＯＭＯモード）、ハイブリッドアラインネマティックモード等、ネマティック液晶を略垂直から水平配向、傾斜配向およびこれらに捩れを有する配向へと制御する液晶表示装置において、第１偏光板５および第２偏光板６は、ネマティク液晶が略垂直に配向した状態にて黒色表示となるように配置されている。この状態では、第１液晶層１３は、光学的に見て、ほぼ正の一軸性結晶とみなすことができる。従って、表示画面の斜め方向への視野においては、位相差が生じるので、表示画面の正面から観察する場合と比較してコントラスト比が低くなる。

また、第２液晶層４３において、液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は小さく、液晶分子の捩れピッチは短く、液晶分子の捩れ角は４５０°である。第２液晶層４３は、第１液晶層１３と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加していない状態において、第２液晶層４３は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。

従って、この状態では、略垂直に配向した状態の第１液晶層１３の位相差を第２液晶層４３が補償することにより、斜め方向の視野におけるコントラストの低下を抑制することができる。また、第１液晶層１３および第２液晶層４３の捩れ方向を一致させることにより、第２液晶層４３が液晶表示パネル１（ＴＮモード）の左右視角を拡大するように作用する。

上記した効果は、第２液晶層４３の液層分子の捩れ角を以下のように制御した場合に効果的である。選択された少なくとも１つの分割領域に重なった第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加した状態で、少なくとも１つの分割領域の複数の液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加しない状態で、少なくとも１つの分割領域の複数の液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合。

若しくは、選択された少なくとも１つの分割領域に重なった第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加しない状態で、少なくとも１つの分割領域の複数の液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加した状態で、少なくとも１つの分割領域の複数の液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合である。

位相制御液晶パネル２は、液晶表示パネル１および第２偏光板６の間に位置するよう配置されている。これにより、第２偏光板６は、偏光子の役割を果たす。この場合、表示画面側である第２シート４４ｂ外面上に図示しない糊を介して貼り付けることが望ましい。貼り付けない場合、位相制御液晶パネル２および第２偏光板６間に空気界面が存在し、また、間隙狭いとニュートリング縞が視認されるようになり問題となる。逆に、位相制御液晶パネル２および第２偏光板６間の隙間が広いと、間隙を維持するスペーサなどが必要となるほか、液晶表示装置全体の厚みを増大させることとなる。

また、位相制御液晶パネル２および液晶表示パネル１間も同様に、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。位相制御液晶パネル２の第１シート４４ａおよび第２シート４４ｂを、可暁性のあるプラスチックや薄板ガラスで構成した場合、位相制御液晶パネルは、図示しない糊を介して液晶表示パネル１に貼り付ければ良い。

位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、双方の液晶層に印加する電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。輝度視角制御液晶パネル３により輝度視角を狭く制御した状態（第３液晶層５３が透明に制御された状態）では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。この場合、バックライト光強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減できる。

第３液晶層５３に電圧を印加していない状態での液晶分子の配向はランダムであり、配向膜５６ａ、５６ｂによる配向制御は必要ない。しかしながら、第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂを保護し、かつ、第３液晶層５３の保持特性を高めるためにも配向膜５６ａ、５６ｂは設けたほうが望ましい。ただし、この場合、ラビング等の配向処理は不要である。

位相制御液晶パネル２および輝度視角制御液晶パネル３は、それぞれ製造が容易である。ガラス基板５４ａ、５４ｂのかわりにプラスチック基板や薄板ガラスを用いて輝度視角制御液晶パネル３を構成することも容易である。この場合、輝度視角制御液晶パネル３の全体の厚み、および重量をより軽減できる。
第１基板４１および対向基板１２は共通基板６１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。このため、液晶表示装置全体の厚みおよび重量を軽減することができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図１４に示すように、位相制御液晶パネル２は、液晶表示パネル１の画素に一対一で重なった複数の分割領域Ｒ８を有していても良い。この場合、第１電極４５は、分割領域Ｒ８に重なるようそれぞれ分割された複数の第１分割電極４５ａを有している。第２電極４６は、分割領域Ｒ８に重なるようそれぞれ分割された複数の第２分割電極４６ａを有している。この場合でも、分割された第１分割電極４５ａおよび第２分割電極４６ａにそれぞれ独立して駆動電圧を印加することができるため、上述した実施の形態より多用な画像を表示することができる。

この発明は、液晶表示装置に限定されるものではなく、表示パネルおよび位相制御液晶パネルを備えた表示装置であれば適用することができる。

この発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。 図１に示した位相制御液晶パネルの第１基板の平面図。 図１に示した位相制御液晶パネルの第２基板の平面図。 第１分割領域および第３分割領域の視野角を狭くした例を示す位相制御液晶パネルの斜視図。 第１分割領域および第２分割領域の視野角を狭くした例を示す位相制御液晶パネルの斜視図。 図１に示した第２液晶層に電圧が印加されていない状態における第２液晶層の断面構造概略図。 図６に示した、液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示した第１液晶層の液晶分子が垂直に配向した場合における第１液晶層の断面構造概略図。 図８に示した液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示した第２液晶層に電圧が印加されている状態における第２液晶層の断面構造概略図。 図１０に示した液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示した第３液晶層に電圧が印加されていない状態における第３液晶層の断面構造およびバックライトユニットから放出される光の光路を説明するための図。 図１に示した第３液晶層に電圧が印加されている状態における第３液晶層の断面構造およびバックライトユニットから放出される光の光路を説明するための図。 この発明の実施の形態に係る液晶表示装置の位相制御液晶パネルの変形例を示す斜視図。

符号の説明

１…液晶表示パネル、２…位相制御液晶パネル、３…輝度視角制御液晶パネル、４…バックライトユニット、５…第１偏光板、６…第２偏光板、７…駆動部、１１…アレイ基板、１２…対向基板、１３…第１液晶層、４１…第１基板、４２…第２基板、４３…第２液晶層、４４ａ…第１シート、４４ｂ…第２シート、４５…第１電極、４５ａ…第１分割電極、４６…第２電極、４６ａ…第２分割電極、５１…第３基板、５２…第４基板、５３…第３液晶層、６１…共通基板、Ｒ１…表示領域、Ｒ２…位相制御領域、Ｒ３…光拡散制御領域、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８…分割領域、Ｓ…表示面。

Claims (6)

1. 画像を表示する表示領域を有した表示パネルと、
   前記表示パネルに対向配置され、前記表示領域に重なっているとともに複数に分割された複数の分割領域を含んだ位相制御領域を有し、前記表示パネルから出射される光の位相状態を前記分割領域毎に独立して制御する位相制御液晶パネルと、を備えている表示装置。
2. 前記位相制御液晶パネルは、
   それぞれ前記分割領域に重なって設けられた複数の第１分割電極を含んだ第１電極および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、
   前記第１基板に隙間を置いて対向配置され、かつ、それぞれ前記分割領域に重なって設けられた複数の第２分割電極を含んだ第２電極および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、
   前記第１基板および第２基板間に狭持され、前記第１基板および第２基板間を透過する光の位相状態を制御可能な液晶層と、を備えている請求項１に記載の表示装置。
3. 前記液晶層は、
   選択された前記少なくとも１つの分割領域に重なった前記第１電極および第２電極間に電圧を印加した状態で、前記少なくとも１つの分割領域の複数の液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加しない状態で、前記少なくとも１つの分割領域の前記液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向し、
   若しくは、選択された前記少なくとも１つの分割領域に重なった前記第１電極および第２電極間に電圧を印加しない状態で、前記少なくとも１つの分割領域の前記液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加した状態で、前記少なくとも１つの分割領域の前記液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向するよう制御されている請求項２に記載の表示装置。
4. 前記表示パネルは、前記表示領域内に設けられた複数の画素を有し、
   前記各分割領域は、識別可能な情報を表示可能な面積を有する請求項１に記載の表示装置。
5. 前記表示パネルは、前記表示領域内に設けられた複数の画素を有し、
   前記分割領域は、前記画素に一対一で重なっている請求項１に記載の表示装置。
6. 前記表示パネルに対向配置されたバックライトユニットと、
   前記表示パネルおよびバックライトユニット間に配置され、前記バックライトユニットから照射される光の拡散状態を制御する輝度視角制御液晶パネルと、を備え、
   前記位相制御液晶パネルは、前記表示パネルに対して前記輝度視角制御液晶パネルの反対側に配置されている請求項１に記載の表示装置。

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