JP2008102236A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広視角表示の特定視角方向の表示視認性を制御する視角制御素子及びこれを用いた表示装置において、外光を利用して視角制御性を高める。
【解決手段】 一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための一対の電極とを備えた液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置した偏光板及び反射偏光板と、から構成され、前記一対の電極に印加する電圧により前記表示装置の視角を制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示素子に用いられ、表示素子が表示した画像等の見える視角を変更することが可能な視角制御素子、これを備えた液晶表示装置及びこの液晶表示装置を備えた電子機器に関する。

液晶表示装置はＣＲＴ等の表示素子と比較して見る角度により表示状態が変化し、視野角が狭いといわれてきた。しかしながら近年は、ＶＡＮ、ＩＰＳ等のモードが採用されて視野角のいっそう広くなり、ＣＲＴ等の表示装置と遜色ないレベルに達してきた。一方、液晶表示装置は薄く、軽くかつ低消費電力であることから、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等に広く利用されている。携帯電話やノート型パーソナルコンピュータは持ち運びが便利であり、人の混雑する環境下においても使用されている。例えば携帯電話等を車内で使用する場合に、液晶表示装置の視野角が広いために、隣に座っている他人に表示画面を見られてしまうこととなる。そのために、個人情報や業務上の秘密事項が漏れる可能性も出てきている。

そこで、隣の人に表示画面が見えなくなるようにする、あるいは、表示中の画面の内容が判読できないようにするために、視角制御素子が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。

図１１を用いて従来の視角制御素子を有するカラー液晶表示装置について説明する。図１１（ａ）は従来の構成を模式的に示す断面図である。図示するように、液晶表示装置は表示用液晶パネル１００と視角制御用液晶パネル１２０が積層した構造である。表示用液晶パネル１００は、ＲＧＢのカラーフィルタ１０３と対向電極１０４が設けられた対向基板１０１と、画素電極１０５が形成された透明基板１０２との間に液晶層１０６が封入された液晶セルと、液晶セルを挟むように設けられた第１の偏光板１１０と第３の偏光板１１１を備えている。対向電極１０４と画素電極１０５との間に電圧が印加されていないときには液晶層１０６の液晶分子１０７は垂直に立っており、電圧が印加されると液晶分子１０７が倒れる。液晶分子が立っている状態と倒れている状態では偏光光線に対する旋光特性が異なるため、第３の偏光板１１１を通過した偏光光線が第１の偏光板１１０を通過するかしないかは液晶分子の状態に依存する。すなわち、液晶分子の状態を制御することで、画像表示が実現できる。

視角制御用液晶パネル１２０は、上電極１２４が形成された上基板１２１と、下電極１２５が形成された下基板１２２の間に液晶層１２６が封入され、下基板の外面側に第２の偏光板１１２が設けられている。視角制御用液晶パネルの下方にはバックライト１２８が配置され、視角制御用液晶パネル１２０及び表示用液晶パネル１００に光を照射する。視角制御用液晶パネル１２０の液晶分子１２７は、下基板１２２と上基板１２１との間で１８０°ツイストしている。液晶層１２６の下基板１２２の界面近傍における液晶分子１２７は第２の偏光板１１２の透過軸と同じ方向を向いている。同様に、液晶層１２６の上基板１２１の界面近傍における液晶分子１２７は第３の偏光板１１１の透過軸と同じ方向を向いている。液晶層の複屈折率Δｎと液晶層の厚さｔとの積であるΔｎ・ｔを適切に選ぶことにより、上電極１２４と下電極１２５との間に電圧を印加しないときは、第２の偏光板１１２を通過した偏光は液晶分子１２７に沿って回転し、第３の偏光板の透過軸と一致する偏光となるので、第３の偏光板を透過する。また、上電極１２４と下電極１２５との間に十分な電圧を印加することにより、液晶分子１２７は基板との界面を除いて電界方向に立ち上がる。これにより、液晶層１２６の旋光性が解消する。第１の偏光板と第３の偏光板とは透過軸の方向が同じであることから、第２の偏光板１１２を通過した偏光はそのまま第３の偏光板を通過する。

図１１（ｂ）は、視角制御用液晶パネル１２０の上電極１２４と下電極１２５との間に電圧を印加したときと印加しないとき視角特性を示している。ここで、横軸は基板面に垂直な方向からの極角であり、縦軸が視角制御用液晶パネル１２０の上に第３の偏光板１１１を配置したときの透過率を表している。極角の方向は、表示用液晶パネル１００を上部から見て９時３時方向である。実線が上電極１２４と下電極１２５との間に電圧を印加した電圧オンのときに極角を変化させたときの透過率であり、破線が電圧オフのときの極角を変化させたときの透過率である。同図から、電圧オンのときは、極角が５０°〜６０°で透過率が極端に低下している。これに対して、電圧オフのときは、極角が−８０°〜＋８０°の範囲でほぼ一定の高い透過率となっている。すなわち、極角が−６０°〜−４０°の９時方向と、極角が＋４０°〜＋６０°の３時方向では、電圧のオン、オフにより透過率を制御することが可能となり、表示用液晶パネル１００に表示された画像や文書を斜め方向から見え難くすることが可能となる。

また、図１１（ａ）の視角制御用液晶パネル１２０では、斜め方向からより見え難くするために、下電極１２５をチェッカーフラッグないしはこれに類似するパターンで形成している。このチェッカーフラッグのピッチは概ね２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。これにより、斜め方向から表示用液晶パネル１００に表示された画像等をみると、透過率の高い部分と低い部分とがモザイク状となり、表示された画像や文書を認識し難くすることができる、というものである。
特開２００５−２９２５８６号公報

しかしながら、上記公知例においては、電圧オンの状態で極角が約５０°〜６０°程度で透過率が低下するものの、低下する角度範囲が狭いこと、また、最低透過率が数％であり、バックライトの発光強度を高くして表示用液晶パネルの輝度を上昇させると文字や画像等を判読することができるようになり、十分な視角制御を行うことができなかった。

上記の課題を解決するために、本発明の、画像を表示する表示素子と、表示素子の表示面に隣接して配置され、表示素子の視角を制御する視角制御素子を備える液晶表示装置は以下のような構成である。すなわち、視角制御素子は、一対の透光性基板の間に挟持された液晶層に電圧を印加するための一対の電極を備えた液晶セルと、液晶セルを挟むように配置された偏光板及び反射偏光板を備えており、一対の電極に印加する電圧により表示素子の視角を制御する。さらに、偏光板の透過軸と反射偏光板の透過軸が略同一の方向を向くようにした。さらに、液晶層の液晶分子が略１８０°ツイストするようにした。

また、偏光板の透過軸と偏光板側に位置する透光性基板の内表面近傍における液晶分子の配向方向とを略同一とし、反射偏光板の透過軸と反射偏光板側に位置する透光性基板の内表面近傍における液晶分子の配向方向とを略同一とした。

また、偏光板の透過軸に直交する面内であって液晶セルの表面の垂線に対して角度がθ傾いた方向を視角θとし、偏光板、液晶セル及び反射偏光板を通過する透過光について一対の電極に一定電圧を印加したときと印加しないときの透過率比を透過コントラスト比で表した場合に、視角θが−１０°〜＋１０°の間のいずれの角度においも透過コントラスト比が１．２対１以下であり、視角θが＋４０°〜＋７０°及び−４０°〜−７０°の範囲のいずれの角度においても透過コントラスト比が３対１以上を有するようにした。

また、偏光板の透過軸に直交する面内であって液晶セルの表面の垂線に対して角度がθ傾いた方向を視角θとし、偏光板の側から入射した光が偏光板の側から反射される反射光について一対の電極に一定電圧を印加したときと印加しないときとの反射率の差を反射率差として表した場合に、視角θが＋４０°〜＋６０°及び−４０°〜−６０°の範囲のいずれの角度においても反射率差が２０％以上を有するようにした。

さらに、上述したいずれかの構成の液晶表示装置において、液晶セルと反射偏光板との間に光拡散層を設けるようにした。

視角制御素子に使用する下部偏光板として反射偏光板を使用する。これにより、視角制御素子を透過する透過光の視角特性が制御できると共に、視角制御素子に入射した光が反射される反射光の視角特性も制御することができる。即ち、垂直方向に対する透過光や反射光は大きくは変更せず、特定の視角方向の透過光量を低減させると共に、特定の視角方向の反射光量を増大させることができるので、視角制御素子の下部に設けた表示装置の画像や文字を、特定の角度からより認識又は判読し難くすることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、画像表示を行なう液晶表示パネルと、液晶表示パネルに近接して配置される視角制御素子を備えている。視角制御素子は、偏光板と反射偏光板の間に液晶セルが配置された構成であり、この液晶セルは一対の透光性基板の間に液晶層が挟持され、透光性基板のそれぞれの内面には液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。また、反射偏光板とは、特定の方向の電界ベクトルを有する光線（偏光光線）を透過し、この偏光光線と直交する方向の電界ベクトルを有する光線は反射する。偏光板は、液晶セルの表示を視認する観察者側に設置し、反射偏光板は液晶セルの偏光板と反対側に設置する。

このような構成により、一対の電極に電圧を印加したときと印加しないときとで視角制御素子を通過する透過光及び視角制御素子により反射される反射光について、特定の視角方向の透過光の強度及び反射光の強度を制御することができる。これにより、当該特定の方向から視角制御素子を見た場合に、視角制御素子の下部に設置した表示装置の表示画像を見えないようにする、あるいは画像の認識が困難に成るようにすることができる。以下本発明の実施例について図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本実施例の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図示するように視角制御素子２と、液晶表示素子１が積層するように構成されている。視角制御素子２は、視角制御液晶セル２２と、表示装置に表示された画像等を見る観察者側に設けた第１の偏光板３と、その反対側に設けた反射偏光板９とを備えている。視角制御液晶セル２２は、一対の透光性基板である上基板４と下基板８、これらの基板間に挟持された液晶層６、液晶層６に電圧を印加するための上電極５及び下電極７を備えている。

液晶層６には正の誘電異方性を有するネマティク液晶を使用し、上電極５及び下電極７の表面には配向処理を施した。即ち、図１に示すように、下電極７の表面上では液晶分子１９が同図の左右の方向に、上電極５の表面上でも液晶分子１９が左右の方向に向くように両電極表面に配向処理を施す。これにより、液晶分子１９は下基板８から上基板４に向かって略１８０°回転される。液晶層６の厚さと液晶分子１９の複屈折率Δｎとは、液晶層６に入射した直線偏光が１８０°回転するのに十分な値に設定する。

視角制御素子２の駆動は次のようにして行う。上電極５と下電極７との間に電圧を印加する。すると液晶層６の液晶分子１９は基板面に対して電界方向、即ち基板面に対して垂直方向に立つ。次に、両電極を短絡することにより、液晶分子１９は倒れて元の１８０°ツイスト配向の状態に戻る。

次に、視角制御素子２の下部に設けた液晶表示素子１について説明する。液晶表示素子１は、一対の対向基板１１と透明基板１６と、対向基板１１の内面に形成したカラーフィルタ１２と、カラーフィルタ１２の表面に形成した透明電極である対向電極１３と、透明基板１６の内面に形成した透明電極１５と、一対の対向基板１１と透明基板１６との間に挟持した表示用液晶層１４と、対向基板１１の外面に貼り付けた第２の偏光板と、透明基板１６の外面に貼り付けた第３の偏光板１７と、バックライト１８を備えている。カラーフィルタ１２はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色域を持ち、ＲＧＢで一単位画素を構成している。

対向電極１３及び透明電極１５及び透明基板１６の表面には配向処理が施されている。表示用液晶分子２０は、負の誘電異方性を有する。それ故に、表示用液晶分子２０は、電圧が印加されないときは配向処理により基板面に対して垂直に配向し、電圧が印加されると水平方向に倒れる。この表示用液晶分子２０の姿勢変化に伴う光学的異方性の変化を、バックライト１８と第３の偏光板１７及び第２の偏光板１０により視覚化する。表示用下基板１６の内面には図示しないＴＦＴが形成されており、個々の表示用下電極１５はこのＴＦＴにより印加電圧が調整される。

図２は、視角制御素子２の光学的な配置を示す説明図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。視角制御素子２の下方から上方に向けて、反射偏光板９、視角制御液晶セル２２、第１の偏光板３が順に配置されている。視角制御液晶セル２２は、紙面左右に一点鎖線で示す方向が９時３時方向であり、紙面上下に一点鎖線で示す方向が１２時３時方向である。下基板８の内面近傍における液晶分子１９の下基板分子配向方向３２は１２時６時方向である。また、上基板４の内面近傍における液晶分子１９の上基板分子配向方向３１も１２時６時方向である。そして、液晶分子１９は、下基板側から上基板側に向けて略１８０°回転している。

視角制御素子２の下部に配置した液晶表示素子１から出射した画像光は反射偏光板９に入射する。反射偏光板９の透過軸３３は１２時６時方向なのでこの方向に電界ベクトルを有する偏光光線が視角制御液晶セル２２に入射する。なお、反射偏光板９の反射軸３４は透過軸３３と直交する方向である。従って、反射偏光板９を通過した偏光光線の偏光方向は、下基板８の内面近傍の液晶分子１９が配列する配列方向と同じである。それ故、液晶層６において偏光光線は略１８０°回転する。そして、液晶層６から１２時６時方向の偏光光線が出射する。第１偏光板の透過軸３０は１２時６時方向なので、視角制御液晶セル２２から出射した偏光光線は第１の偏光板３を通過することができる。

次に、上電極５と下電極７との間に印加する電圧をオン、オフしたときに、１２時６時方向の視角特性と９時３時方向の視角特性が異なる原理について、図３から図７を用いて説明する。図３は、下部に配置した液晶表示素子１から出射した画像光が視角制御素子２を通過する状態を説明する説明図である。特に１２時６時方向の断面を示している。同一の構成又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。一対の上基板４と下基板８との間に液晶分子１９が配列している。一対の上基板４と下基板８のそれぞれの外面には第１の偏光板３と反射偏光板９が配置されている。第１の偏光板の透過軸３０及び反射偏光板の透過軸３３はいずれも１２時９時方向に向いている。

まず、図３の左半分に、上電極５ａと下電極７ａの間に電源３５ａから電圧を印加しない状態を表す。図３の右半分には、上電極５ｂと下電極７ｂの間に電源３５ｂから電圧を印加している状態を表している。電圧を印加していない上電極５ａと下電極７ａの領域に下方から垂直入射する垂直出射光４０ａは、反射偏光板９を通過すると１２時６時方向の偏光光線となる。下基板８の表面では液晶分子１９は１２時６時方向に配列している。そして、液晶分子１９は上基板４に向かって１８０°回転する。それ故、反射偏光板９から入射した偏光光線は液晶分子の回転に沿って１８０°回転する。そして１２時６時方向の偏光光線が液晶層６から出射する。このため、１２時６時方向に透過軸を向いている第１の偏光板３を通過することができる。この垂直出射光４０ａは透過する。上電極５ａ及び下電極７ａの領域に入射する視角出射光４１ｂについても、垂直出射光４０ａと同様に、液晶層６において略１８０°回転するので、透過する。

図３の右半分に、一対の上電極５ｂと下電極７ｂ間に電源３５ｂから電圧を印加した状態を表す。電圧を印加すると、液晶層６の中央部分の液晶分子１９が垂直方向に立ち上がる。液晶層６においては複屈折率が見かけ上小さくなり旋光性が失われる。その結果、液晶層６に入射した偏光光線の偏光方向はそのまま維持されて出射する。反射偏光板９の透過軸は１２時６時方向であり、同じく第１の偏光板３の透過軸も１２時６時方向なので、垂直出射光４０ｂはそのまま通過する。従って透過性が高い。

１２時６時方向に傾斜する視角出射光４１ｂは、反射偏光板９により１２時６時方向に偏光する。従って、液晶層６には１２時６時方向に電界ベクトルを有する偏光光線が入射する。視角出射光４１ｂが１２時６時方向に傾斜するに従い、下基板８及び上基板４の内表面近傍の旋光性を有する液晶分子１９に対して、視角出射光４１ｂの電界ベクトルが傾斜する。従って、下基板８及び上基板４の内表面近傍の液晶分子１９に対する複屈折率は見かけ上小さくなる。それ故に液晶層６においては旋光性が小さくなり、反射偏光板９を通過した偏光光線はそのまま第１の偏光板３を通過する。即ち高い透過性を有する。

このように、１２時６時方向においては、電圧をオン、オフするいずれの場合にも、垂直出射光４０ａ、４０ｂと視角出射光４１ａ、４１ｂ共に透過性が高い。即ち、視角制御素子２の下部に設置した液晶表示素子１の表示を観察することができる。

図４は、下部に配置した液晶表示素子１から出射した画像光が視角制御素子２を通過する状態を説明する説明図である。特に９時３時方向の断面を示している。同一の構成又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。第１の偏光板３の透過軸３０と反射偏光板９の透過軸３３とはいずれも１２時９時方向を向いている。従って、紙面に対して垂直方向となる。同様に、一対の上基板４及び下基板８の各内面近傍の液晶分子１９の配向方向は１２時６時方向であり、紙面に対して垂直方向となる。

まず、図４の左半分に、上電極５ａと下電極７ａの間に電源３５ａからの電圧を印加しない状態を表す。垂直出射光４０ａは既に説明したように、反射偏光板９を通過した偏光光線は液晶層６を略１８０°回転して通過し、第１の偏光板３を通過する。第１の偏光板の透過軸３０と液晶層６を通過した偏光光線の偏光方向が一致するからである。即ち、高い透過性を有する。次に、９時３時方向に傾斜する視角出射光４１ａの場合は、入射光が傾いたことによる見かけ上の複屈折率の変化が小さい。従って、液晶層６に入射した偏光光線は略１８０°回転し、第１の偏光板３を通過する。即ち、高い透過性を有することになる。

次に、図４の右半分に、上電極５ｂと下電極７ｂの間に電源３５ｂから電圧を印加した状態を表す。液晶層６の中央領域の液晶分子１９は電界方向、即ち垂直方向を向く。その結果、垂直出射光４０ｂに対して液晶層６の複屈折率は見かけ上消失する。反射偏光板９を通過した偏光光線の偏光方向は１２時６時方向であり液晶層６においてその偏光方向が維持される。そして、第１の偏光板３の透過軸３０は１２時６時方向なので、第１の偏光板３を通過する。即ち、高い透光性を有する。

次に、９時３時方向に傾斜する視角出射光４１ｂの場合には、反射偏光板９を通過した偏光は紙面に垂直な１２時６時方向の偏光方向を有する。従って、反射偏光板９を出射した偏光光線の電界ベクトルは、視角出射光４１ｂの傾き角が大きくなった場合でも、下基板８及び上基板４の内表面近傍に位置する液晶分子１９の配向方向と同じ方向を有することになる。その結果、下基板８及び上基板４の内表面近傍においては液晶分子１９に対する複屈折率は見かけ状維持される。従って、液晶層６を通過する偏光光線は旋光性を有することになる。第１の偏光板３の透過軸３０は１２時６時方向なので、液晶層６において偏光光線が旋光するに従い、第１の偏光板３により通過され難くなる。即ち、透光性が減少する。

以上をまとめると、９時３時方向においては、電圧をオン、オフしたいずれの場合にも垂直出射光４０ａ、４０ｂ共に透過性が高い。しかし、９時３時方向に傾斜する視角出射光４１ａの場合には、電圧をオフしたときは高い透光性を有するが、電圧をオンしたときは透光性が減少する。このことは、１２時６時方向においては、視角制御素子２の下部に配置した液晶表示素子１に表示された画像は、視角制御素子２の電圧のオン、オフにかかわらず良く見えることを意味する。これに対して９時３時方向においては、電圧をオフしたときは見えやすいが電圧をオンすると見え難くなることを意味する。

図５は、視角制御素子２の第１の偏光板３の側から入射した外光が視角制御素子２を通過する状態を説明する説明図である。特に、１２時６時方向の断面を示している。同一の構成及び同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図５の左半分に、上電極５ａと下電極７ａの間に電源３５ａから電圧が印加されていない状態を示す。第１の偏光板３の透過軸３０及び反射偏光板９の透過軸３３は１２時６時方向を向いている。また、上基板４及び下基板８の内表面近傍の液晶分子１９は１２時６時方向に配向している。そして、液晶層６は下基板８から上基板４に向けて略１８０°回転している。外光が垂直に入射する垂直入射光４２ａは、第１の偏光板３により１２時６時方向に偏光した偏光光線として液晶層６に入射する。従って、上基板４の基板表面の液晶分子１９の配向方向と同一の偏光方向を有する。このため、液晶層６において偏光光線は略１８０°回転し、反射偏光板９を通過する。反射偏光板９の透過軸３３も１２時６時方向であるからである。即ち、高い透光性を有する。また、視角入射光４３ａの場合も同様に、第１の偏光板３から出射される偏光光線は液晶層６により略１８０度回転し、反射偏光板９から下部の液晶表示素子１の方向へ通過する。従ってこの場合も高い透光性を有する。

図５の右半分に、上電極５ｂと下電極７ｂの間に電源３５ｂから電圧を印加した状態を示す。液晶層６に電圧を印加すると液晶層６の中央領域の液晶分子１９は電界方向に、即ち垂直方向に立ち上がる。従って、液晶層６の旋光性は失われる。垂直入射光４２ｂは、第１の偏光板３により１２時６時方向に偏光する偏光光線に変換され、１２時６時方向の偏光光線が液晶層６に入射する。液晶層６は旋光性が消失しているのでそのまま反射偏光板９に入射する。反射偏光板９の透過軸３３は１２時６時方向なので、ここでも偏光光線は通過する。即ち、高い透過性を有する。視角入射光４３ｂは、第１の偏光板３により１２時６時方向の偏光する偏光光線に変換される。この場合に、偏光光線の電界ベクトルは、上基板４及び下基板８の内表面近傍に位置する液晶分子１９の配向方向に対して傾斜する角度を有する。そのために、液晶分子１９の複屈折率は見かけ上小さくなり、液晶層６における旋光性が弱くなる。その結果、視角入射光４３ｂの入射角が大きく傾斜する場合であっても、見かけ上の複屈折率は上昇せず、旋光性があまり大きくならない。従って、液晶層６を出射する偏光光線の偏光方向は１２時６時方向となり、反射偏光板９の透過軸３３と同じ方向となるので反射偏光板９を通過する。即ち、高い透光性を有する。

以上まとめると、電圧のオン、オフにかかわらず、垂直入射光４２ａ及び１２時６時方向に傾斜する視角入射光４３ａは、視角制御素子２を高い透光性をもって通過することになる。

図６は、視角制御素子２の第１の偏光板３の側から入射した外光が視角制御素子を通過する状態を説明する説明図であり、特に、９時３時方向の断面を示している。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。図６の左半分に、上電極５ａと下電極７ａの間に電源３５ａから電圧を印加しない状態を示す。第１の偏光板３の透過軸３０及び反射偏光板９の透過軸３３は１２時６時方向である。また、上基板４及び下基板８の内表面近傍の液晶分子１９は１２時６時方向を向いている。この状態で垂直入射光４２ａは、第１の偏光板３により１２時６時方向に偏光する光に変換され、この偏光光線が液晶層６に入射する。この偏光光線は略１８０°回転する液晶層６の液晶分子１９に追随して回転する。そして、反射偏光板９にはその反射偏光板の透過軸３３方向にて入射する。従って、反射偏光板９を通過することになる。即ち、高い透過性を有する。また、９時３時方向に傾斜する視角入射光４３ａも、垂直入射光４２ａと同様に、液晶層６に入射した第１の偏光板３を通過した偏光光線は、略１８０°回転して液晶層６を通過する。この偏光光線は偏光方向が反射偏光板９の透過軸３３の方向を有しているので、反射されることなく通過する。即ち、高い透光性を有する。

図６の右半分に、上電極５ｂと下電極７ｂの間に電圧を与えて中央領域の液晶層６を電界方向、即ち基板表面に対して垂直方向に立ち上げた状態を示す。液晶分子１９が立ち上がっているために、見かけ上液晶層６の複屈折性が消失、又はきわめて小さくなる。その結果、液晶層６においては偏光方向が回転することなく反射偏光板９に達する。反射偏光板９の透過軸３３方向を向いの偏光光線が入射するので、その光は通過する。即ち、高い透光性を有する。

一方、９時３時方向の傾斜角を有する視角入射光４３ｂは、第１の偏光板３を通過して第１の偏光板の透過軸３０方向の偏光光線に変換される。この偏光方向は１２時６時方向を有している。このため、視角入射光４３ｂが大きな傾斜角をもって入射した場合であっても、視角入射光４３ｂの電界ベクトルは上基板４及び下基板８の内表面近傍に位置する液晶分子１９の配向方向と同じ方向となる。そのため、上基板４及び下基板８に位置する液晶分子１９に対する見かけ上の複屈折率は維持される。従って、液晶層６を通過した偏光光線は回転し、反射偏光板９に到達した偏光光線は反射偏光板９の透過軸３３に対して直角方向の９時３時方向の成分を有することになる。その結果、反射偏光板９により、９時３時方向の偏光光線は反射されて上方へ照射される。

以上をまとめると、９時３時方向の傾斜角を有する視角入射光が入射した場合には、電圧オフでは反射されないが、電圧オンでは反射される。従って、視角制御素子２の上方が明るい場合には、その上方の明るさが視角制御素子２により反射されることになる。

図７は、本発明を適応した携帯機器である電子手帳５０の視角特性を説明する説明図である。電子手帳５０の表示面５１には、視角制御素子２と液晶表示素子１が積層された表示装置が設置されている。同一の部分や同一の機能を持つ部分には同一符号を付した。電子手帳５０に設置された視角制御素子２は、その上電極と下電極間に電圧を印加しないときは９時方向、３時方向、正面方向のいずれの方向においても高い透過率特性を有する。そのために、その下部に設置された液晶表示素子に表示された文字や画像をどの方向からも判読又は認識することができる。視角制御素子２の上電極と下電極との間に電圧を印加すると、１２時６時方向である正面方向においては高い透過率特性を示す。しかし、９時方向及び３時方向においては透過率が低下すると共に、外光の反射率が高くなる。その結果、下部に配置した液晶表示素子に表示されている画像や文字が暗くなり、加えて外光反射が高くなって当該画像や文字の視認性が悪化し、判読が困難となる。

図８は、視角制御素子２の９時３時方向の透過率対視角依存性を表している。視角制御素子２は図１で示したものを用いた。横軸が視角（°）を表し、縦軸が透過率（％）を表している。ここで視角とは、視角制御素子２の表面に垂線を立て、その垂線から９時又は３時方向に傾けた時の傾き角をいう。同図中、実線が視角制御素子に電圧を印加しないときの透過率特性を表し、破線が電圧を印加したときの透過率特性を現している。

電圧オフ時の透過率を電圧オン時の透過率で除した比を透過コントラスト比とすると、視角が−１０°〜＋１０°の範囲で、透過コントラスト比は１．２：１以下となる。またこの範囲では、電圧オン、オフいずれの場合も透過率が３０％以上である。これに対して視角が±３０°以上になると電圧オン時の透過率が急激に低下する。透過コントラスト比は、視角が＋３０°で２：１、＋４０°で４．４:１、＋５０°で１５：１、＋６０°で１３：１、＋７０°で４．５：１となる。また、視角が−３０°では２．５：１、−４０°では６．６：１、−５０°では３０：１、−６０°では１１．６：１、−７０°では４：１となる。即ち、視角が＋４０°〜＋７０°及び−４０°〜−７０°の範囲では、いずれの角度においても透過コントラスト比は３：１以上となっている。このように、本発明によれば、従来例である図１１（ｂ）と比較しても、広い視角範囲で高い透過コントラスト比が得られることが理解できる。

図９は、視角制御素子２の９時３時方向の反射率対視角依存性を表している。視角制御素子２は上記図８の場合と同じである。横軸が視角（°）を表し、縦軸が反射率（％）を表している。視角の定義は上記図８と同じである。図９中、実線が視角制御素子２に電圧を印加しないときの反射率特性を現し、破線が電圧を印加したときの反射率特性を現している。視角が−１０°〜＋１０°の範囲では電圧オン、電圧オフにかかわらず反射率は５％以下と低い。これに対して、視角が±２０°を超えると、電圧オン時の反射率が急激に高くなる。電圧オン時の反射率から電圧オフ時の反射率を引いた反射率差とする。視角が３０°では反射率差が１７％、４０°では２６％、５０°では２９．５％、６０°では２６％、−３０°では２０．５％、−４０°では２８．５％、−５０°では３０％、−６０°では２５％である。即ち、視角が＋４０〜＋６０°及び−４０〜−６０°の範囲のいずれの角度においも反射率差は２０％以上を有している。即ち、視角制御素子２の電圧をオンすると、９時３時方向の斜め方向から表示を見ようとしても外光反射が強くなり、表示の視認性が悪化することが理解できる。

図１０は、本実施例の本実施例の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図示するように、視角制御素子２の下部に設けた表示装置である液晶表示素子１が設けられた構造である。ここで、前述の説明と同一部分、同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。本実施例が実施例１と異なる部分は、下基板８の下部に設けた反射偏光板９に、光拡散層である拡散のり２５を設け、液晶表示素子１側に設置した点にある。拡散のり２５を設けることにより、９時３時方向の外光反射がより強調されるので、これらの方向からの表示の視認性をより低下させることができる、という利点を有する。その他の構成については、図１において既に説明したとおりである。

なお、以上の各実施例において、視角制御液晶セル２２として、１８０°ツイスト型の液晶セルを用いたが、これに代えて、一方の基板の内表面において液晶分子１９が水平配向し、他方の基板の内表面において液晶分子が垂直配向するハイブリット型の液晶セルを用いることができる。なお、視角制御素子２の下部に設置する表示装置は、ＴＦＴ液晶表示装置に限定されない。通常の単純マトリックス型の液晶表示装置や、ダイオードからなる２端子素子を各画素に構成したＴＦＤ液晶表示装置、あるいは、ＥＬ発光素子を用いた表示装置やプラズマディスプレイなどを使用することができる。ここで、透光性基板としてガラス基板が使用できる。また、ガラス基板の他に透光性プラスチック等を使用することができる。電極は、ＩＴＯ（インジウム、スズ酸化物）やＩＺＯ（インジウム、ジルコン酸化物）を使用する。ＩＴＯやＩＺＯはスパッタリング法や蒸着法により透光性基板上に堆積させて形成する。液晶は、ネマティク液晶を使用する。

本発明の液晶表示装置の模式的な断面図である。 視角制御素子の光学的配置を示す説明図である。 視角制御素子を画像光が通過する状態を示す説明図である。 視角制御素子を画像光が通過する状態を示す説明図である。 視角制御素子を外光が通過する状態を示す説明図である。 視角制御素子を外光が通過する状態を示す説明図である。 本発明に係る電子機器の表示状態を説明するための説明図である。 本発明に係る視角制御素子の視角対透過率特性を表すグラフである。 本発明に係る視角制御素子の視角対反射率特性を表すグラフである。 本発明の液晶表示装置の模式的な断面図である。 従来公知の視角制御液晶セルを備えた液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示素子
２ 視角制御素子
３ 第１の偏光板
４ 上基板
５ 上電極
６ 液晶層
７ 下電極
８ 下基板
９ 反射偏光板
１０ 第２の偏光板
１１ 表示用上基板
１２ カラーフィルタ
１３ 表示用上電極
１４ 表示用液晶層
１５ 表示用下電極
１６ 表示用下基板
１７ 第３の偏光板
１８ バックライト

Claims (7)

1. 画像を表示する表示素子と、前記表示素子の表示面に隣接して配置され、前記表示素子の視角を制御する視角制御素子を備える液晶表示装置において、
   前記視角制御素子は、一対の透光性基板の間に挟持された液晶層に電圧を印加するための一対の電極を備えた液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置された偏光板及び反射偏光板を備え、
   前記一対の電極に印加する電圧により前記表示素子の視角を制御することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記偏光板の透過軸と前記反射偏光板の透過軸とは略同一の方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層の液晶分子は略１８０°ツイストしていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記偏光板の透過軸と前記偏光板側に位置する透光性基板の内表面近傍における液晶分子の配向方向とは略同一であり、前記反射偏光板の透過軸と前記反射偏光板側に位置する透光性基板の内表面近傍における液晶分子の配向方向とは略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記偏光板の透過軸に直交する面内であって前記液晶セルの表面の垂線に対して角度がθ傾いた方向を視角θとし、前記偏光板、前記液晶セル及び前記反射偏光板を通過する透過光について前記一対の電極に一定電圧を印加したときと印加しないときとの透過率比を透過コントラスト比で表した場合に、前記視角θが−１０°〜＋１０°の間のいずれの角度においも透過コントラスト比が１．２対１以下であり、前記視角θが＋４０°〜＋７０°及び−４０°〜−７０°の範囲のいずれの角度においても透過コントラスト比が３対１以上を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記偏光板の透過軸に直交する面内であって前記液晶セルの表面の垂線に対して角度がθ傾いた方向を視角θとし、前記偏光板の側から入射した光が前記偏光板の側から反射される反射光について前記一対の電極に一定電圧を印加したときと印加しないときとの反射率の差を反射率差として表した場合に、前記視角θが＋４０°〜＋６０°及び−４０°〜−６０°の範囲のいずれの角度においても反射率差が２０％以上を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶セルと前記反射偏光板との間に光拡散層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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