JP2008051993A - 電気光学装置、視角制御素子、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】上下左右方向だけでなく円周方向に見てそれらの中間方向における視角制御が可能であると共に、薄型化及び低価格化が可能である電気光学装置を提供する。
【解決手段】透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御素子２と、視角制御素子２の外側に重ねて設けられた表示素子３とを有する電気光学装置１である。視角制御素子２は、偏光層を介在することなく互いに重ねられた液晶パネル６ａ及び液晶パネル６ｂと、液晶パネル６ａの外側に設けられた偏光層７ａと、液晶パネル６ｂの外側に設けられた偏光層７ｂとを有する。偏光層７ａの透過軸と偏光層７ｂの透過軸は互いに略平行であり、液晶パネル６ａの液晶配向方向と液晶パネル６ｂの液晶配向方向は互いに略直交し、偏光層７ａ及び偏光層７ｂの透過軸は液晶パネル６ａ又は液晶パネル６ｂの液晶配向方向と略平行又は略直角である。
【選択図】図２

Description

本発明は、広視角の視認状態と狭視角の視認状態とを切替える視角制御機能を備えた視角制御素子、電気光学装置及び電子機器に関する。

現在、携帯電話機、携帯情報端末機、コンピュータディスプレイ等といった電子機器に液晶表示装置等といった電気光学装置が広く用いられている。例えば、電子機器に関する各種情報を画像として表示するために電気光学装置が用いられている。この電気光学装置に関しては、広い視角特性が求められることもあるし、狭い視角特性が求められることもある。

電気光学装置の表示を多くの人が見る場合には広い視角特性が求められる。他方、一人の使用者が表示を見ているときに他人には覗かれたくない場合、例えば大勢の人が居る中で携帯電話機の表示を見る場合には狭い視角特性が求められる。この要求に応えるため、従来、視角が広い状態と狭い状態とを切替えて使用できる電気光学装置が提案されている。

例えば、引用文献１には、液晶表示装置等といった表示素子に視角制御素子を付加的に設け、その視角制御素子への制御電圧のＯＮ／ＯＦＦの切替えによって広視角状態と狭視角状態とを切替えることにした電気光学装置が開示されている。この電気光学装置においては、表示画面の左右方向のみ又は上下方向のみに関して視角が制御されている。

また、引用文献２には、独立した２つの視角制御素子を重ね合わせて配置することにより、左右及び上下の２方向に関して広視角状態と狭視角状態とを切替えることを可能にした電気光学装置が開示されている。

特開２００４−３６１９１７号公報（第８〜９頁、図１０） 特開２００６−１０６４３９号公報（第７頁、図１）

特許文献２に開示された電気光学装置に関しては、左右及び上下の２方向に関して広角と狭角の視角制御を行うことができるのであるが、円周方向に見て左右及び上下の中間位置に関して視角制御を行うことができないという問題がある。また、特許文献２の電気光学装置においては、それぞれが独立した光学要素である２つの視角制御素子を用いるので部品点数が多く、薄型化及び低価格化が難しいという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、上下左右方向だけでなく円周方向に見てそれらの中間方向における視角制御が可能であると共に、薄型化及び低価格化が可能である電気光学装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の電気光学装置は、透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御手段と、該視角制御手段の外側に重ねて設けられた画像表示手段とを有し、前記視角制御手段は、偏光層を介在することなく互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層とを有し、前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であることを特徴とする。

上記構成において、画像表示手段は、光の輝度の高低によって画像を形成する手段であり、例えば、液晶表示装置、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）等を用いることができる。液晶パネルは、例えば、液晶層を一対の電極で挟持した構成を有し、電極に印加する電圧の制御により液晶層内の液晶分子の配向を制御する。

上記構成の第１の電気光学装置によれば、２つの液晶パネルを偏光層を介在させることなく互いに重ね合わせると共に、第１偏光層の透過軸と第２偏光層の透過軸とを互いに略平行に配置し、第１液晶パネルの液晶配向方向と第２液晶パネルの液晶配向方向とを互いに略直交に配置し、さらに、第１偏光層及び第２偏光層の透過軸を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角に配置したので、２つの液晶パネルの両方を狭視角状態に設定することにより、表示画面の上下左右方向に関する視角制御のみならず、円周方向に見て上下左右の中間方向に関しても視角制御を行うことが可能となった。つまり、表示画面内の略全周で視角制御を行うことができることになった。この効果は、視角制御手段が第１偏光層、第１液晶パネル、第２液晶パネル、そして第２偏光層をその順番で重ねて成ることにより、当該視角制御手段がそれ自体で１つの光学要素として機能することによって初めて得られたものであり、液晶パネルを一対の偏光層で挟持して成る視角制御素子を２つ用意してそれらを互いに重ね合わせただけでは決して得られない機能である。

さらに、上記第１の電気光学装置においては、視角制御手段が第１偏光層、第１液晶パネル、第２液晶パネル、そして第２偏光層をその順番で積層して成る構造を採っており、第１液晶パネルと第２液晶パネルの間には偏光層は設けられていない。この構成により、液晶パネルを一対の偏光層で挟持して成る２つの視角制御素子を互いに重ね合わせた従来の場合に比べて、電気光学装置を薄型及び低価格にすることができる。

次に、本発明に係る第２の電気光学装置は、透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御手段と、該視角制御手段の外側に重ねて設けられた画像表示手段とを有し、前記視角制御手段は、互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層とを有し、前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であり、前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルを通過した光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位から見た場合その光は直線偏光であり、前記光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位からずれた方位から見た場合その光は楕円偏光であることを特徴とする。

この電気光学装置は、上記第１の電気光学装置とは異なる観点から本発明を規定したものである。この第２の電気光学装置は上記第１の電気光学装置によっても達成することができる発明である。この第２の電気光学装置によれば、第１液晶パネル及び第２液晶パネルを通過した光を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの配向軸の正面から見た場合（パネル平面における方位角として配向軸方向の方位側から液晶パネルを見た場合）その光は直線偏光であり、その光を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの配向軸からずれた方向から見た場合その光は楕円偏光であるので、画像表示手段の表示を正面では視認でき、正面からずれた角度からは視認できないという狭視角状態を実現できる。そして、この場合の狭視角状態は、表示画面内の上下左右方向だけでなく、円周方向に見て上下左右の中間方向においても同様に実現されるものである。

次に、本発明に係る電気光学装置において、第１液晶パネルと第２液晶パネルの間に設けられる基板は共通基板であることが望ましい。この構成により、第１液晶パネルと第２液晶パネルをそれぞれ独立に形成する場合に比べて１つの基板を省略できるので、電気光学装置をさらに薄型及び低価格にすることができる。

次に、本発明に係る電気光学装置は、第１偏光板又は第２偏光板の外側に設けられた位相差層をさらに有することができ、この場合、該位相差層の進相軸と第１偏光板及び第２偏光板の透過軸は平行又は直交以外の関係であることが望ましい。この構成により、偏光サングラスを使用していても電気光学装置の表示を視認できることになる。

次に、本発明に係る電気光学装置において、画像表示手段は偏光層を有する手段、例えば液晶表示装置によって構成することができる。この場合には、その偏光層は第１偏光層又は第２偏光層と共通であることが望ましい。このように画像表示手段の偏光層と視角制御手段の偏光層とを共通の偏光層によって構成すれば、さらなる薄型化及び低価格化を実現できる。

次に、本発明に係る電気光学装置において、第１液晶パネル及び第２液晶パネルはそれぞれ液晶層及び該液晶層に電圧を印加する電極を有することができ、さらに本電気光学装置は、上記電極へ印加する電圧を制御する電圧制御手段を有することができる。そしてこの場合、上記電圧制御手段は第１液晶パネル及び第２液晶パネルに対して電圧制御することが望ましい。この構成によれば、両方の液晶パネルに対して制御用電圧を印加することにより表示画面の円周方向に見た全周にわたって視角制御を行うことができることに加え、いずれか一方の液晶パネルに対して選択的に制御用電圧を印加することにより、表示画面の左右のみ又は上下のみの視角制御が可能となる。

次に、本発明に係る電子機器は、以上に記載した構成の電気光学装置を有することを特徴とする。本発明に係る電気光学装置によれば、表示画面の上下左右方向に関する視角制御のみならず、上下左右の中間方向に関しても視角制御を行うことが可能となった。つまり、表示画面内の略全周で視角制御を行うことができることになった。従って、この電気光学装置を用いて構成された本発明の電子機器においても、表示画面内の略全周で視角制御を行うことができる。

また、本発明に係る電気光学装置によれば、２つの液晶パネルの間に偏光層を設けていないので、薄型及び低価格を達成できた。従って、この電気光学装置を用いて構成された本発明の電子機器においても、薄型及び低価格を達成できる。あるいは、電子機器の外観形状を従来のままに維持するのであれば、電子機器の内部において電気光学装置の周りの空間に余裕を持たせることができる。

次に、本発明に係る第１の視角制御素子は、互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層と、を有して透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御素子であって、前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であることを特徴とする。

上記第１の視角制御素子によれば、２つの液晶パネルを偏光層を介在させることなく互いに重ね合わせると共に、第１偏光層の透過軸と第２偏光層の透過軸とを互いに略平行に配置し、第１液晶パネルの液晶配向方向と第２液晶パネルの液晶配向方向とを互いに略直交に配置し、さらに、第１偏光層及び第２偏光層の透過軸を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角に配置したので、２つの液晶パネルの両方を狭視角状態に設定することにより、表示画面の上下左右方向に関する視角制御のみならず、円周方向に見て上下左右の中間方向に関しても視角制御を行うことが可能となった。つまり、表示画面内の略全周で視角制御を行うことができることになった。この効果は、視角制御素子が第１偏光層、第１液晶パネル、第２液晶パネル、そして第２偏光層をその順番で重ねて成ることにより、当該視角制御素子がそれ自体で１つの光学要素として機能することによって初めて得られたものであり、液晶パネルを一対の偏光層で挟持して成る視角制御素子を２つ用意してそれらを互いに重ね合わせただけでは決して得られない機能である。

さらに、上記第１の視角制御素子は第１偏光層、第１液晶パネル、第２液晶パネル、そして第２偏光層をその順番で積層して成る構造を採っており、第１液晶パネルと第２液晶パネルの間には偏光層は設けられていない。この構成により、液晶パネルを一対の偏光層で挟持して成る２つの視角制御素子を互いに重ね合わせた従来の場合に比べて、視角制御素子を薄型及び低価格にすることができる。

次に、本発明に係る第２の視角制御素子は、互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層と、を有して透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御素子であって、前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であり、前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルを通過した光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側から見た場合その光は直線偏光であり、前記光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側からずれた方位側から見た場合その光は楕円偏光であることを特徴とする。

この第２の電気光学装置によれば、第１液晶パネル及び第２液晶パネルを通過した光を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの配向軸の正面から見た場合（パネル平面における方位角として配向軸方向の方位側から液晶パネルを見た場合）その光は直線偏光であり、その光を第１液晶パネル又は第２液晶パネルの配向軸からずれた方向から見た場合その光は楕円偏光であるので、画像表示手段の表示を正面では視認でき、正面からずれた角度からは視認できないという狭視角状態を実現できる。そして、この場合の狭視角状態は、表示画面内の上下左右方向だけでなく、円周方向に見て上下左右の中間方向においても同様に実現されるものである。

（電気光学装置の第１実施形態）
以下、本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これからの説明では必要に応じて図面を参照するが、この図面では、複数の構成要素から成る構造のうち重要な構成要素を分かり易く示すため、各要素を実際とは異なった相対的な寸法で示す場合がある。

図１は本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置の一実施形態を示している。図２は図１のＺ１−Ｚ１線に従って視角制御素子及び電気光学装置の断面構造を示している。図３は図１の装置における光学軸の関係を示している。

図１において、本実施形態の電気光学装置１は、広視角状態と狭視角状態とを切替える視角制御素子２と、画像を形成する表示素子３と、バックライトとして機能する照明装置４とを有する。電気光学装置１の使用者は矢印Ｋで示す方向から電気光学装置１の表示を観察する。図では、一例として文字「Ａ」が表示された状態を示している。以下、電気光学装置１、表示素子２、視角制御素子３等といった各要素の矢印Ｋ側の面をそれぞれの表示面ということにする。また、Ａ−Ａ’で示す方向を上下方向といい、Ｂ−Ｂ’で示す方向を左右方向といい、Ｃ−Ｃ’で示す方向を厚さ方向ということにする。

照明装置４については、表示素子３に対向する面が光出射面となっている。照明装置４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等といった点状光源からの光を導光体を用いて面状の光に変換する構成のものでも良いし、冷陰極線管等といった線状光源からの光を導光体を用いて面状の光に変換する構成のものでも良い。

視角制御素子２は、図２に示すように、第１液晶パネル６ａと、第２液晶パネル６ｂと、第１液晶パネル６ａの外側表面に貼り付けられた第１偏光板７ａと、第２液晶パネル６ｂの外側表面に貼り付けられた第２偏光板７ｂとを有する。表示素子３は、上記第２偏光板７ｂと、表示用パネル８と、第３編光板７ｃとを有する。第２偏光板７ｂは、視角制御素子２及び表示素子３の両方を構成する共通の要素となっている。各偏光板は偏光層として機能する。

第１液晶パネル６ａは、第１基板１０ａと第２基板１０ｂとを有し、それらの基板が矢印Ｋ方向から見て環状のシール材１１ａによって互いに貼り合わされている。第２液晶パネル６ｂは、第３基板１０ｃと第４基板１０ｄとを有し、それらの基板がシール材１１ｂによって互いに貼り合わされている。各基板は、透光性ガラス、透光性プラスチック等によって正方形の板状又は長方形の板状に形成されている。第１偏光板７ａは第１基板１０ａに貼着され、第２偏光板７ｂは第４基板１０ｄに貼着されている。第１液晶パネル６ａの第２基板１０ｂと第２液晶パネル６ｂの第３基板１０ｃとは適宜の接着要素、例えば熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤、両面接着テープ等、によって互いに接着されている。

第１液晶パネル６ａの第１基板１０ａの内側表面上に第１電極膜１２ａが設けられ、その上に第１配向膜１３ａが設けられている。第２基板１０ｂの内側表面上に第２電極膜１２ｂが設けられ、その上に第２配向膜１３ｂが設けられている。シール材１１ａによって貼り合わされた第１基板１０ａと第２基板１０ｂとの間の間隙に液晶が封入されて第１液晶層１４ａが形成されている。本実施形態では、液晶のリタデーション（複屈折率位相差）Δｎｄを６００ｎｍとした。ここで、“Δｎ”は屈折率異方性の程度、“ｄ”は液晶層厚を示している。

第１配向膜１３ａ及び第２配向膜１３ｂは、例えばポリイミド等といった有機材料や、酸化珪素等といった無機材料によって形成され、それぞれの配向膜には所定の配向処理、例えばラビング処理が施されることにより、液晶層１４ａ内の液晶分子の基板界面での配向（いわゆる初期配向）が規定される。本実施形態では、液晶層１４ａは、例えば１８０°ツイスト配向した液晶分子によって構成される。

第１電極膜１２ａ及び第２電極膜１２ｂは、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウムスズ酸化物）等といった透光性導電材によって形成される。これらの導電膜は基板全面に均一（いわゆるベタ状）に形成しても良いし、所定のパターンに形成しても良い。第１電極膜１２ａと第２電極膜１２ｂとの間に印加される電圧は視角制御回路２４によって制御される。視角制御回路２４は、例えば、電気光学装置１の適所に実装されるＩＣ（集積回路）チップや電気光学装置１に付設される回路基板によって構成される。視角制御回路２４により第１電極膜１２ａと第２電極膜１２ｂとの間に所定の視角制御電圧又は視角非制御電圧を印加することにより、液晶層１４ａ内の液晶分子を異なる配向状態に制御できる。本実施形態では、視角制御電圧を２．１５Ｖの３０Ｈｚとした。

次に、第２液晶パネル６ｂは上記の第１液晶パネル６ａとほぼ同様に形成される。具体的には、第２液晶パネル６ｂの第３基板１０ｃの内側表面上に第３電極膜１２ｃが設けられ、その上に第３配向膜１３ｃが設けられている。第４基板１０ｄの内側表面上に第４電極膜１２ｄが設けられ、その上に第４配向膜１３ｄが設けられている。シール材１１ｂによって貼り合わされた第３基板１０ｃと第４基板１０ｄとの間の間隙に液晶が封入されて第２液晶層１４ｂが形成されている。液晶は第１液晶パネル６ａと同じものを用いた。

第３配向膜１３ｃ及び第４配向膜１３ｄは、例えばポリイミド等といった有機材料や、酸化珪素等といった無機材料によって形成され、それぞれの配向膜には所定の配向処理、例えばラビング処理が施されることにより、液晶層１４ｂ内の液晶分子の基板界面での配向（いわゆる初期配向）が規定される。本実施形態では、液晶層１４ｂは、例えば、１８０°ツイスト配向した液晶分子によって構成される。

第３電極膜１２ｃ及び第４電極膜１２ｄは、例えば、ＩＴＯ等といった透光性導電材によって形成される。これらの導電膜は基板全面に均一（いわゆるベタ状）に形成しても良いし、所定のパターンに形成しても良い。第３電極膜１２ｃ及び第４電極膜１２ｄも視角制御回路２４に接続されている。この視角制御回路２４の作用により第３電極膜１２ｃと第４電極膜１２ｄとの間に所定の視角制御電圧又は視角非制御電圧を印加することにより、第２液晶層１４ｂ内の液晶分子を異なる配向状態に制御できる。視角制御電圧は第１液晶パネル６ａと同じ条件とした。

次に、表示素子３の表示用パネル８は、第５基板１６ａと第６基板１６ｂとを有し、それらの基板がシール材１１ｃによって貼り合わされている。各基板は、透光性ガラス、透光性プラスチック等によって正方形の板状又は長方形の板状に形成されている。第２偏光板７ｂは第５基板１６ａに貼着され、第３偏光板７ｃは第６基板１６ｂに貼着されている。

第５基板１６ａと第６基板１６ｂとの間に形成された間隙、いわゆるセルギャップの中に液晶が封入されて液晶層１７が形成されている。第５基板１６ａの内側表面には所定の機能要素１８が形成され、第６基板１６ｂの内側表面には所定の機能要素１９が形成されている。表示素子３が単純マトリクス方式の液晶表示セルであれば、機能要素１８，１９の中には、例えば、透光性電極、配向膜が含まれる。また、半透過反射型の液晶表示セルであれば、光反射膜が含まれる。

表示素子３がアクティブマトリクス方式の液晶表示セルであれば、機能要素１８，１９の一方の中に、２端子型スイッチング素子や３端子型スイッチング素子等といったスイッチング素子が画素ごとに設けられる。２端子型スイッチング素子としては、例えばＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）素子が考えられる。３端子型スイッチング素子としては、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子等が考えられる。また、表示素子３によってカラー表示を行う場合には、機能要素１８，１９の少なくとも一方にカラーフィルタが設けられる。一般にカラーフィルタは、Ｂ（青色），Ｇ（緑色），Ｒ（赤色）等の着色膜をストライプ配列その他の所定の配列に並べることによって形成される。

機能要素１８及び１９に含まれる電極は、それぞれ、表示制御回路２５に接続されている。表示制御回路２５は各電極間に所定のＯＮ電圧及びＯＦＦ電圧を画素ごとに選択的に印加する。この選択的な電圧印加により、表示用液晶層１７内の液晶分子の配向が画素ごとに制御される。この液晶分子の配向制御により、照明装置４からの光が画素ごとに変調され、その結果、表示素子３の表示面に所望の画像が表示される。

表示素子３を液晶表示セルによって構成する場合、液晶モードは任意のものを採用できる。例えば、正の誘電異方性を有するネマチック液晶を水平配向させた液晶セルの複屈折を電界によって制御するＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence：電界制御複屈折）モードや、負の誘電異方性を有するネマチック液晶を垂直配向させた液晶セルの複屈折を電界によって制御するＶＡＮ（Vertical Aligned Nematic：垂直配向）モードや、基板に対して水平方向の横電界を用いて液晶分子をスイッチングさせ液晶分子が斜めに立ち上がることがないＩＰＳ（In-Plain Switching）モードや、基板に対して横斜め方向の電界によって液晶を面内でスイッチングさせるＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、その他の各種のモードを選択できる。但し、本実施形態では、視角制御素子２を用いて視角制御を行うことが目標であるので、視角制御の元となる液晶表示セルとしては基本的には広視角性を発揮できるモードであることが望ましく、その意味で、ＶＡＮモード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード等といった広視角性を有するモードを採用することが好ましい。

なお、表示素子３は必ずしも液晶表示セルによって構成することに限られず、その他の任意の構成の表示素子によって構成することもできる。例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等を採用することもできる。但し、有機ＥＬ表示装置やＰＤＰは自発光型の表示装置であるので、これらの表示装置を採用する場合は、照明装置４は不要である。

次に、本実施形態で用いる光軸配置について説明する。まず、図３において、第１液晶パネル６ａの配向膜１３ａ及び１３ｂに施すラビングの方向を互いに１８０°逆方向にして、第１液晶パネル６ａの基板界面における初期の液晶配向をアンチパラレル平行配向に設定する。また、第２液晶パネル６ｂの基板界面における初期の液晶配向を、第１液晶パネル６ａの液晶配向に対して直交する方向のアンチパラレル平行配向に設定する。図３では、第１液晶パネル６ａの配向方向がＢ−Ｂ’方向で、第２液晶パネル６ｂの配向方向がＡ−Ａ’方向であるが、これを入れ替えて、第１液晶パネル６ａをＡ−Ａ’方向とし、第２液晶パネル６ｂをＢ−Ｂ’方向としても良い。

次に、第１偏光板７ａの透過軸と第２偏光板７ｂの透過軸は互いに略平行である。略平行というのは、正確に平行な状態はもとより、角度±１０°程度で平行からずれている状態も含む意味である。第１偏光板７ａ及び第２偏光板７ｂの透過軸は、第１液晶パネル６ａ及び第２液晶パネル６ｂの液晶配向方向に対して略平行又は略直角である。図３では偏光板７ａ，７ｂの透過軸を液晶パネル６ａ，６ｂの液晶配向方向に対して平行又は直角としたが、偏光板７ａ，７ｂの吸収軸を液晶パネル６ａ，６ｂの液晶配向方向に対して平行又は直角としても良い。

本実施形態の電気光学装置１は以上のように構成されているので、図２において、表示素子３内の表示用液晶層１７に印加する電圧を画素ごとに制御することにより、液晶層１７内の液晶分子の配向を画素ごとに制御する。これにより、照明装置４から放射される面状の光を表示素子３によって画素ごとに変調し、この変調した光を第２偏光板７ｂに通すことにより、表示素子３の表示面に所望の画像を表示する。この表示は、矢印Ｋ方向から使用者によって視認される。

視角制御素子２において、第１液晶パネル６ａ内の第１電極膜１２ａと第２電極膜１２ｂとの間に視角非制御電圧を印加し、第２液晶パネル６ｂ内の第３電極膜１２ｃと第４電極膜１２ｄとの間にも視角非制御電圧を印加すれば、つまり第１液晶パネル６ａ及び第２液晶パネル６ｂの両方を視角非制御電圧印加状態にすれば、各液晶パネル内の液晶分子の配向に変化が生じないため、表示素子３の表示面に形成された表示は、視角制御素子２によって視角範囲を狭められることなく広い視角範囲内で矢印Ａ方向から視認される。こうして、図１における上下方向（Ａ−Ａ’方向）、左右方向（Ｂ−Ｂ’方向）、及び上下左右の中間方向（すなわち、Ａ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線の交点の周り３６０°の角度範囲内の任意の角度方向）の全ての方向において広い視角範囲内で表示を視認できる。こうして、広視角制御モードが実現される。

他方、第１液晶パネル６ａ内の第１電極膜１２ａと第２電極膜１２ｂとの間に視角制御電圧を印加し、第２液晶パネル６ｂ内の第３電極膜１２ｃと第４電極膜１２ｄとの間にも視角制御電圧を印加すれば、つまり第１液晶パネル６ａ及び第２液晶パネル６ｂの両方を視角制御電圧印加状態にすれば、各液晶パネル内の液晶分子の配向に変化が生じ、図１における上下方向（Ａ−Ａ’方向）、左右方向（Ｂ−Ｂ’方向）、及び上下左右の中間方向の全周方向に関して透過光の出射角度が狭められ、高角度側への光の透過が阻止又は抑制される。このため、電気光学装置１の表示面の上下左右の全周方向にわたって視角範囲を狭めることができ、周囲の第三者に対して表示を秘匿し、使用者個人だけで表示を視認することが可能となる。

また、第１液晶パネル６ａ及び第２液晶パネル６ｂのいずれか一方を視角制御電圧印加状態とし、他方を視角非制御電圧印加状態に設定すれば、図１のＡ−Ａ’方向（上下方向）のみ又はＢ−Ｂ’方向（左右方向）のみに関して視角範囲を狭めることが可能である。なお、視角制御電圧及び視角非制御電圧の値を適宜に変化させれば、視角制御の角度範囲を調節できる。

本実施形態の視角制御素子２においては、図２に示すように、第１液晶パネル６ａと第２液晶パネル６ｂとが直に接触しており、その間に偏光層は設けられていない。このため、第１液晶パネル６ａ及び第２液晶パネル６ｂへの印加電圧の制御により、照明装置４から出射して第２液晶パネル６ｂ及び第１液晶パネル６ａを通過した光を第１液晶パネル６ａ又は第２液晶パネル６ｂの配向軸の正面から見た場合にその光を直線偏光とすると共に、その光をそれらの液晶パネルの配向軸からずれた方向から見た場合にその光を楕円偏光とすることができる。このように、液晶パネルの配向軸からずれた方向では楕円偏光を生成させることにより、第１偏光板７ａの外側において光を観察する場合に斜め方向からの観察を抑制でき、視角範囲を狭めることができる。

なお、上記実施形態において、表示素子３の上偏光板７ｂは視角制御素子２の偏光板として共用されるので、この第２偏光板７ｂの軸角度は視角制御素子２内の液晶パネルの配向方向によって規定されるものである。また、上記実施形態の変形例として、リタデーションΔｎｄや視角制御電圧値を変更することが可能である。こうすることにより、視角制御素子２を用いて行う視角制御の状態を変えることが可能である。

（電気光学装置の第２実施形態）
図４は、本発明に係る電気光学装置の他の実施形態を示している。この実施形態が図２に示した先の実施形態と異なる点は、視角制御素子２の前面に位相差フィルム２３を貼着して位相差層を設けたことである。図４において図２と同じ符号は同じ部材要素を示しており、それらの部材要素の説明は省略する。また、図４では視角制御回路２４及び表示制御回路２５の図示を省略している。

本実施形態の視角制御素子２は表示面の全周にわたって視角を制限することが可能であるが、視角制御素子の表示面側の偏光板に対して平行又は直交方向が最も制限される。このため、表示素子３よりも観察者側に視角制御素子２を配置する場合には最表面の偏光板のさらに上に位相差フィルム２３を配置することで、偏光サングラスを使用していても支障のないようにすることが可能である。このとき、位相差フィルム２３は偏光板７ａに対して平行又は直交以外である必要がある。

（電気光学装置の第３実施形態）
図５は、本発明に係る電気光学装置のさらに他の実施形態を示している。この実施形態が図２に示した先の実施形態と異なる点は、図２における基板１０ｂ又は基板１０ｃの一方が取り除かれ、図５における１つの基板１０ｂによって共用されることである。図５において図２と同じ符号は同じ部材要素を示しており、それらの部材要素の説明は省略する。また、図５でも視角制御回路２４及び表示制御回路２５の図示を省略している。本実施形態のように、視角制御素子２で用いられる２つの液晶パネルの基板の一方を共用すれば、電気光学装置のさらなる薄型化及び低価格化を実現できる。

（電気光学装置の第４実施形態）
図６は、本発明に係る電気光学装置のさらに他の実施形態を示している。図２に示した先の実施形態は、観察者側に視角制御素子２が設けられ、その裏側に表示素子３が設けられる構成であった。これに対して本実施形態は、図６に示すように、矢印Ｋで示す観察者側に表示素子３が設けられ、その裏側に視角制御素子２が設けられる構成となっている。図６において図２と同じ符号は同じ部材要素を示しており、それらの部材要素の説明は省略する。また、図６でも視角制御回路２４及び表示制御回路２５の図示を省略している。本実施形態のように、表示素子３と視角制御素子２とを位置的に入れ替えても同じ効果、すなわち、表示面の全周にわたって視角制御を行うことができること、及び電気光学装置の薄型化及び低価格化を実現できること、という効果が得られる。

（変形例）
上記実施形態においてはアンチパラレル平行配向の液晶パネル６ａ，６ｂを二枚使ったが、上下の配向が平行であれば、配向が基板に平行か略垂直であるかを問わない（すなわち、ハイブリッド配向や、倒れる方向が偏光板の透過軸と略平行または略垂直になる垂直配向を問わない）。また、ツイストしているか否かも問わない。なお、これらの場合、視角を制御するための視角制御電圧及び視角を制御しないための視角非制御電圧は、上記実施形態の場合とは異なった適宜の値に設定される。

（電子機器の実施形態）
図７は、本発明に係る電子機器の一実施形態である携帯電話機を示している。この携帯電話機３１は、操作部３２と、これに開閉可能に設けられた表示部３３とを有する。操作部３２には複数の操作ボタン３４及び送話部３５が設けられている。表示部３３には、表示装置３６及び受話部３７が設けられている。

表示装置３６は、例えば図２に示した電気光学装置１を用いて構成される。電気光学装置１は表示面の上下左右方向のみならずその全周にわたって視角制御を行うことができるので、図７に示す携帯電話機３１においても表示装置３６の表示面において全周方向（すなわち、Ａ−Ａ’で示す上下方向、Ｂ−Ｂ’で示す左右方向、及びそれらの中間方向）にわたって視角制御を行うことができ、秘密の情報は正面から視認する使用者本人だけが見ることが許され、全方位の周囲に居る第三者が斜め方向から表示を見ることを阻止できる。

（他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１に示した電気光学装置１において、表示素子３は液晶表示素子に限られず、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、その他任意の表示装置を適用できる。また、電子機器としては図７に示した携帯電話機３１に限られず、表示装置を備えた任意の電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話装置、ＰＯＳ端末、デジタルスチルカメラ、電子ブック、等といった各種の電子機器が考えられる。いずれの電子機器においても、広視角・狭視角の切替えを容易に行うことができ、表示面の全周にわたって視角制御を行うことができ、情報秘匿性に優れ、しかも高品質の表示が可能である。

（比較例）
本発明者は図２に示した実施形態の視角制御素子２及び電気光学装置１の視角制御特性を確認するために、先ず比較の目的で、従来技術に係る視角制御素子に関する視角制御特性を確認するためのシミュレーションを行った。具体的には、図８に示すように、液晶パネルを１つだけ含む視角制御素子２へ照明装置４から面状の光を照射し、その視角制御素子２の光出射面を光検出器２１で走査した場合をシミュレーションした。その結果、図９に示す分布図が得られた。

図９（ａ）は、視角制御素子２による視角制御を非制御状態（視角非制御電圧印加状態）とした場合の視角制御素子２の光透過率の等明るさ分布を示している。黒の濃い部分が暗い部分を示し、白表示の部分が明るい部分を示しており、グレーの濃さに応じて明るさが低下することを示している。

図９（ｂ）は、視角制御素子２による視角制御時（視角制御電圧印加時）と非制御時（視角非制御電圧印加時）の光出射面の等コントラスト分布図を示している。黒の濃い部分がコントラストの高い部分（すなわち、視角制御時と視角非制御時との明るさの比が大きい部分＝視角制御によって暗くなる部分）であり、白表示の部分がコントラストの低い部分（すなわち、視角制御時と視角非制御時との明るさの比が小さい部分＝視角制御を受けることなく明るい部分）である。

図９（ａ）に示すように、視角制御素子２が視角非制御時の場合、視角制御素子の光出射面からは極角０°から３６０°の全方位（すなわち、上下左右及びそれらの中間方向の全方位）に関して略均一な明るさが得られている。この状態が広視角制御モードである。この状態から、視角制御素子に視角制御電圧を印加してモード状態を狭視角制御モードにすると、図９（ｂ）に示すように、左右方向の周辺の局所部分が暗くなる。つまり、左右方向の局所部分において斜め方向からの視認が抑制される。

この図９（ｂ）のコントラスト図から容易に予測できることは、特開２００６−１０６４３９号公報の図１に開示されているように光軸が互いに直角関係にある２つの液晶パネルを重ねることによって視角制御素子を構成すれば、表示面内の上下と左右の４個所の局所部分において斜め方向からの視認が抑制されることである。そして、視認が抑制されるのはそれらの局所部分だけであって、それらの中間部分は明るい表示のままであることも容易に予測できる。

次に、本発明者は図２の実施形態による視角制御特性を確認するためのシミュレーションを行った。具体的には、図２に示すような、２個の液晶パネルを偏光層を介在させること無く互いに重ね合わせて成る視角制御素子２の光出射面における光出射状態をシミュレーションした。その結果、図１０に示す分布図が得られた。

図１０（ａ）は、図９（ａ）と同じく、視角制御素子による視角非制御時（視角非制御電圧印加時）の視角制御素子２の光透過率の等明るさ分布を示している。この場合は、視角制御素子が視角非制御時であるので、結果は図９（ａ）の場合と全く同じである。

図１０（ｂ）は、図９（ｂ）と同じく、視角制御素子による視角制御時（視角制御電圧印加時）と非制御時（視角非制御電圧印加時）の光出射面のコントラストを示している。黒の濃い部分がコントラストの高い部分（すなわち、視角制御によって暗くなる部分）であり、白表示の部分がコントラストの低い部分（すなわち、視角制御を受けることなく明るい部分）である。

図１０（ｂ）に示すように、本実施形態の視角制御素子による視角制御においては、上下左右の周辺の４個所の局所部分のコントラストが高い（表示が暗い）ことに加えて、それらの局所部分の中間の部分でもコントラストが高くなっている。つまり、本実施形態によれば、光出射面の上下左右の２方向だけでなく、光出射面の略全周に関して視角制御ができることが理解される。図９（ｂ）に関連して説明したように、一対の偏光板によって液晶パネルを挟持した構成のセルユニットを２つ重ね合わせた視角制御素子を用いる場合には、上下左右の周辺の４つの局所部分だけで視角制御を行うことができるだけで、中間部分における視角制御は不可能であったが、本実施形態のように２つの液晶パネルを偏光層を介在させない状態で重ね合わせるという構成を採用すれば、上下左右及びそれらの中間部分において斜め方向からの表示の視認を抑制できる。

本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１におけるＺ１−Ｚ１線に従った断面図である。 図２の電気光学装置における光軸関係を示す斜視図である。 本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置の他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る視角制御素子及び電気光学装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す斜視図である。 本発明に関する実験例を示す図である。 従来の視角制御素子に関して行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明に係る視角制御素子に関して行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。

符号の説明

１．電気光学装置、 ２．視角制御素子、 ３．表示素子、 ４．照明装置、 ６ａ．第１液晶パネル、 ６ｂ．第２液晶パネル、 ７ａ．第１偏光板、 ７ｂ．第２偏光板、
７ｃ．第３編光板、 ８．表示用パネル、 １０ａ．第１基板、 １０ｂ．第２基板、
１０ｃ．第３基板、 １０ｄ．第４基板、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ．シール材、
１２ａ．第１電極膜、 １２ｂ．第２電極膜、 １２ｃ．第３電極膜、
１２ｄ．第４電極膜、 １３ａ．第１配向膜、 １３ｂ．第２配向膜、
１３ｃ．第３配向膜、 １３ｄ．第４配向膜、 １４ａ．第１液晶層、
１４ｂ．第２液晶層、 １６ａ．第５基板、 １６ｂ．第６基板、 １７．液晶層、
１８，１９．機能要素、 ２１．光検出器、 ２３．位相差フィルム、
３１．携帯電話機（電子機器）、 ３２．操作部、 ３３．表示部、 ３６．表示装置、

Claims (9)

1. 透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御手段と、
   該視角制御手段の外側に重ねて設けられた画像表示手段とを有し、
   前記視角制御手段は、
   偏光層を介在することなく互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層とを有し、
   前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、
   前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、
   前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角である
   ことを特徴とする電気光学装置。
2. 透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御手段と、
   該視角制御手段の外側に重ねて設けられた画像表示手段とを有し、
   前記視角制御手段は、
   互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層とを有し、
   前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、
   前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、
   前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であり、
   前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルを通過した光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側から見た場合その光は直線偏光であり、前記光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側からずれた方位側から見た場合その光は楕円偏光である
   ことを特徴とする電気光学装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の電気光学装置において、前記第１液晶パネルと前記第２液晶パネルの間に設けられる基板は共通基板であることを特徴とする電気光学装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電気光学装置において、
   前記第１偏光板又は前記第２偏光板の外側に設けられた位相差層をさらに有し、該位相差層の進相軸と前記第１偏光板及び前記第２偏光板の透過軸は平行又は直交以外の関係である
   ことを特徴とする電気光学装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電気光学装置において、
   前記画像表示手段は偏光層を有し、該偏光層は前記第１偏光層又は前記第２偏光層と共通である
   ことを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電気光学装置において、
   前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルはそれぞれ液晶層及び該液晶層に電圧を印加する電極を有し、さらに、
   前記電極へ印加する電圧を制御する電圧制御手段を有し、該電圧制御手段は前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルに対して電圧制御する
   ことを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の電気光学装置を有することを特徴とする電子機器。
8. 互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層と、を有して透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御素子であって、
   前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、
   前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、
   前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角である
   ことを特徴とする視角制御素子。
9. 互いに重ねられた第１液晶パネル及び第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルの外側に設けられた第１偏光層と、前記第２液晶パネルの外側に設けられた第２偏光層と、を有して透過光の状態を広角表示状態と狭角表示状態とで切替える視角制御素子であって、
   前記第１偏光層の透過軸と前記第２偏光層の透過軸は互いに略平行であり、
   前記第１液晶パネルの液晶配向方向と前記第２液晶パネルの液晶配向方向は互いに略直交し、
   前記第１偏光層及び前記第２偏光層の透過軸は前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの液晶配向方向と略平行又は略直角であり、
   前記第１液晶パネル及び前記第２液晶パネルを通過した光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側から見た場合その光は直線偏光であり、前記光を前記第１液晶パネル又は前記第２液晶パネルの配向軸方向の方位側からずれた方位側から見た場合その光は楕円偏光である
   ことを特徴とする視角制御素子。
   
   

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