液晶表示装置は、直視型のモニタ及び投写型のプロジェクタ等に広く利用されている。現在利用されている液晶表示装置は、2枚の基板間に液晶を封入し、液晶の配向状態を液晶に印加される電場で制御することにより表示を行っている。
液晶表示装置には、バックライトの光が液晶層を透過する透過型液晶表示装置と、外部から液晶層へ入射させた光を反射させる反射型液晶表示装置と、透過型及び反射型の特徴を併せ持ち、バックライトの光を透過すると共に外部からの入射光を反射する半透過型液晶表示装置とがある。
特に、携帯電話機及びPDA(Personal Digital Assistance)等のモバイル機器用途では、透過型の画質の良さと反射型の外光視認性の良さを併せ持つ半透過型液晶表示装置が主流となっている。更に、半透過型液晶表示装置は、液晶セルの内部で光を反射させる内部半透過型と、液晶セルの外部で光を反射させる外部半透過型に分けられる。
内部半透過型の一例として、特許文献1に開示された液晶表示装置が提案されている。図25は、特許文献1に記載の図1をもとに、従来の内部半透過型液晶表示素子の断面構成を模式的に示した断面図である。図25に示すように、バックライト109上には、1対の基板102が対向して配置され、基板102の対向面とは反対側の面には夫々偏光板101が設けられている。バックライト109側に配置された第1の基板の上面は、凹凸反射電極(内部反射板)120が設けられた反射部121と電極103が設けられた透過部122とからなり、この第1の基板に対向する第2の基板の対向面上には電極103が反射部120及び透過部121に亘って設けられており、2枚の基板102間には液晶層104が封止されている。即ち、このように構成された内部反射型液晶表示素子においては、1画素内に外部からの入射光を反射させるための凹凸反射電極(内部反射板)120が設けられた反射部121と、バックライト109の光を透過させるための透過部122が備えられており、反射光と透過光を共に表示に利用することができる。なお、反射部と透過部は液晶の適した厚さが異なるため、夫々の液晶厚を異ならせることが多い。図25では、反射部121における凹凸反射電極(内部反射板)120と対向する電極103との間隔が、透過部122における対向する電極103間の間隔よりも小さくなるように、反射部における基板上には絶縁膜127が設けられ、その上に凹凸反射電極(内部反射板)120が形成されている。
また、外部半透過型の一例として、特許文献2に開示された液晶表示装置がある。図26は、特許文献2に記載の図1をもとに、従来例の外部半透過型液晶表示素子の断面構成を模式的に示した断面図である。図26に示すように、液晶表示装置にはバックライト109が設けられており、バックライト109の上には、1対の基板102が対向して配置され、1対の基板102の対向面上には夫々電極103が設けられており、電極103間には液晶層104が挟持されている。バックライト109側に配置された基板102のバックライト109側の表面には、反射偏光板123が設けられており、更に、反射偏光板123の表面を覆うように偏光板101が設けられている。また、この基板に対向して配置された基板102のバックライト109とは反対側の面上にも偏光板101が設けられている。本従来例においては、透過表示時にはバックライト109の光で表示を行い、反射表示時には表示面側から入射した光の特定の偏光が反射偏光板123で反射され、反射光が観察者側に出射され、表示を行う。この場合、透過部と反射部は同じ箇所となり、一画素が透過部兼反射部124となる。本従来技術における反射偏光板を用いた方式では、透過表示と、反射表示の電圧−透過率(反射率)曲線が反転する特徴がある。
一方、特許文献3に開示された反射偏光板を用いた表示素子においては、位相差板を使用することにより、透過表示と、反射表示の電圧−透過率(反射率)曲線が揃うことを特徴とする表示素子が記載されている。
外部反射方式の別の方法を採用した液晶表示装置として、特許文献4に記載された液晶表示装置がある。図27は、特許文献4に記載の図15をもとに、従来例の外部半透過型液晶表示素子の断面構成を模式的に示した断面図である。図27に示すように、バックライト109の上方には、1対の対向する基板102が配置されており、基板の対向する表面には夫々電極103が設けられ、電極103間には液晶層104が挟持されている。また、1対の基板102の対向面側とは反対側の面上には夫々偏光板101が設けられている。バックライト109側の偏光板101のバックライト側の面上には半透過反射板125が設けられており、液晶表示素子は透過兼反射部126を構成している。即ち、本従来技術の液晶表示素子においては、バックライト109側に設けられた偏光板101とバックライト109との間に、偏光反射板ではなく、半透過反射板125が配置されている。また、この場合、特許文献2とは異なり、透過表示と反射表示の電圧−透過率(反射率)曲線が揃っている。
ところで、近時、表示装置には、それを視認している本人以外の人、即ちその近傍にいる人が見ることができないようにする秘密保護機能が求められている。例えば、ATM(Automated Teller Machine:現金自動預け払い機)として知られる金融端末等では、表示装置に表示された数字ボタンに触れて個人の暗証番号を入力する必要があり、この表示装置を他人に視認されることを避けなければならない。また、同様に携帯電話等には、表示情報を本人の近傍にいる他人から視認されることを回避できる機能が求められている。更に、PDA及びノート型パーソナルコンピュータ(以下、ノートPCという)等においても、電車等の交通機関内で使用する際には、同様に近傍にいる他人から見えないようにする機能が求められている。
一方で、表示装置を複数人数で視認する必要性がある場合もある。例えば、携帯電話等で画面にテレビ画像を表示するときには、その携帯電話の所有者以外に、その近傍にいる人にも見せたい場合もある。また、ノートPCのデータ画面を複数人で眺める場合もある。
従って、表示装置としては、秘匿性の高い情報を個人で見る場合の狭視野モードと、公開性の高い情報を複数人でみる場合の広視野モードとがある。そして、携帯電話、PDA及びノートPC等においては、これらの表示モードを切り替えることが可能な表示装置が要望されている。
出願人は、狭視野モードと広視野モードとを切り替えることができる表示装置を出願(特願2004−298571)している。図21は、この出願の際に添付した図1をもとに、液晶表示装置の断面構成を模式的に示した断面図である。図21に示すように、この液晶表示装置においては、光を面状に出射するバックライト109が設けられており、バックライト109の上にはバックライト109から入射された光の方向を規制して出射するルーバー106が設けられている。ルーバー106は、光を透過する透明領域106aと、光を吸収する吸収領域106bとが、ルーバー106表面に平行な方向に交互に配置されている。ルーバー106の上にはルーバー106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107が設けられている。透明・散乱切替素子107においては、高分子膜105aの中に液晶領域105bが分散した高分子分散型液晶層105が基板102の表面を覆うようにして設けられた1対の電極103間に挟まれて構成されており、高分子分散型液晶層105は、電極103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、電極103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になる。透明・散乱切替素子107の上には液晶パネル110が設けられている。液晶パネル110においては、透明・散乱切替素子107から入射された光を偏向する偏光板101が設けられており、偏光板101の上には基板102が設けられている。基板102の上には電極103が設けられており、電極103の表面を覆うように液晶層104が設けられている。液晶層104の上には液晶層に電圧を印加するための電極103が設けられており、この電極の上には基板102が設けられている。更に、基板102の上には液晶パネルからの出射光を偏向する偏光板101が設けられている。
まず、狭視野モード時の動作を説明する。狭視野モード時は、透明・散乱切替素子107は透明状態である。バックライト109から出射した光は拡散光であるが、ルーバー106に入射すると、光規制方向に広がった光は吸収領域106bに吸収され、ルーバー106から出射する光は、指向性の高い分布の光となる。この指向性の高い分布の光は、透明状態にある透明・散乱切替素子107を透過し、指向性の高い分布の光を出射する。この指向性の高い分布の光が、液晶パネル110を透過して、指向性の高い分布の光を出射するため、狭視野表示となる。
次に、広視野モード時の動作を説明する。広視野モード時は、透明・散乱切替素子107は散乱状態である。バックライト109から出射した光は拡散光であるが、ルーバー106に入射すると、光規制方向に広がった光は吸収領域106bに吸収され、ルーバー106から出射する光は、指向性の高い分布の光となる。この指向性の高い分布の光は、散乱状態にある透明・散乱切替素子107を透過し、均一に散乱され、指向性が低下し、広角の分布の光を出射する。広角の分布の光が、液晶パネル110を透過して、広角の分布の光を出射するため、広視野表示となる。即ち、図21に示す装置では、液晶パネルを透過する前の光の角度分布状態を変えることで、狭視野モードと広視野モードの視野角切替を行う。
また、上述とは別の方法で狭視野モードと広視野モードとを切り替えることができる表示装置として、特許文献5に開示された液晶表示装置がある。図22は、特許文献5に記載の液晶表示装置の画素構成を示す平面図である。また、図23は、同文献に記載の狭視野モード時の広視野域での電圧−透過率特性図であり、図24は、同文献に記載の広視野モード時の広視野域での電圧−透過率特性図である。
図22に示すように、特許文献5に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、透明電極間に液晶を挟持してマトリックス状に配置された複数の画素111からなり、各画素111は制御線116に接続された第1の画素領域112と、第1の画素領域とはコンデンサ114を介して接続された第2の画素領域113とからなり、更に第1の画素領域112と第2の画素領域113との間にはスイッチング素子115が設けられている。
ここで、液晶モードはTN(Twisted Nematic)モードとして動作の説明をする。狭視野モード時には、スイッチング素子115をショートする。第1の画素領域112と第2の画素領域113は直接接続されるため、第1の画素領域112と第2の画素領域113には、制御線116と同電圧(V1)が供給される。第1の画素領域112における第1の画素電極と第2の画素領域113における第2の画素電極は同電圧であるので、通常のTNモードと同様に動作する。図23に示すように、第1の画素領域112と第2の画素領域113の電圧−透過率曲線を合成した画素111全体の広視野域での電圧−透過率曲線117aには、TNモードの特徴である階調反転が発生する。
一方、広視野モード時には、スイッチング素子115をオープンにする。第1の画素領域112と第2の画素領域113は、コンデンサ114を介して接続されているため、制御線116に印加した駆動電圧は、第1の画素領域112にはそのまま供給され(電圧V1)、第2の画素領域113に対してはコンデンサ114を介して供給され(電圧V2)、第1の画素領域112と第2の画素領域113の電圧は異なる電圧となる。即ち、コンデンサを介して接続される第2の画素領域113における第2の画素電圧の方が、第1の画素領域112における第1の画素電圧に比べ、電圧の絶対値は小さくなる(|V1|>|V2|)。図24に示すように、第1の画素領域112と第2の画素領域113の液晶分子に夫々異なる電圧を加えることにより、第1の画素領域112の広視野域での電圧−透過率曲線118と、第2の画素領域113の広視野域での電圧−透過率曲線119は異なった波形となり、第1の画素領域112の電圧−透過率曲線と第2の画素領域113の電圧−透過率曲線を合成した画素111全体の広視野域での電圧−透過率曲線117bは階調反転のない滑らかな曲線となる。
即ち、特許文献5に記載の技術においては、画素の電圧−透過率特性を変化させ、液晶パネルの視野角特性を変えることで、狭視野モードと広視野モードの視野角切替を行う。表1に広視野モードと狭視野モードでの、第1の画素領域と第2の画素領域とに印加される電圧の違いをまとめた。第1の画素領域と第2の画素領域の電圧は、広視野モードでは異なる電圧となり、狭視野モードでは同電圧となる。
また、特許文献6においては、1つの画素を配向特性の異なる複数の副画素により構成し、各副画素にはその動作を独立に制御するための制御線が接続された液晶表示装置が記述されている。そして、操作者が行うスイッチ部の切替操作により、画素の中から、制御線群を通じて表示信号を印加する副画素を選択し、表示画素の視野角を、操作者から見易くする広視野角と第三者からのぞき込みにくくする狭視野角とに切り替える。
以下、本発明の実施形態に係る半透過型液晶表示装置及び携帯端末装置について図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態に係る半透過型液晶表示装置について説明する。図4は、第1の実施形態に係る内部半透過型の液晶表示装置の断面図であり、また、図5は、第1の実施形態におけるTFT基板側電極と対向基板側電極の概略図である。更に、表2は、第1の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける反射部及び透過部の第1の動作説明図であり、表3は、第1の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける反射部及び透過部の第2の動作説明図である。また、図1は、第1の実施形態における狭視野モード時の視野角−輝度特性を示す曲線である。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る半透過型液晶表示装置の1画素の構成を図4及び図5を用いて説明する。図4に示すように、バックライト6の上部には一対の基板12が対向して配置されており、バックライト光の出射方向である観察者側に配置された基板12のバックライト6側の面上には、COM電極13が設けられている(この基板を対向基板という)。また、バックライト6側に配置された基板12の対向基板側の面上には、表面が凹凸形状をなし観察者側から入射する光を反射する凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14と、バックライト6から出射された光を透過させる透過ピクセル電極15とが分離して設けられている(この基板をTFT基板という)。このように、本実施形態における液晶表示装置の液晶パネルは、凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14が設けられた反射部17と透過ピクセル電極15が設けられた透過部18とからなる。2枚の基板間には液晶層16が挟持されているが、反射部17と透過部18とでは夫々最適な液晶厚が異なるために、TFT基板に沿って段差が設けられており、凹凸反射ピクセル電極14とこれに対置するCOM電極13との間隔は、透過ピクセル電極15とこれに対置するCOM電極13との間隔よりも小さく、反射部17の液晶厚が薄くなっている。なお、図4では、段差はTFT基板に作製されているが、対向基板に設けても良い。対向基板とTFT基板は、液晶層16を挟持して貼り合わされており、対向基板とTFT基板の対向面側とは反対の面上には、夫々偏光板11が設けられている。
図5(a)は、TFT基板側電極の平面概略図であり、図4に示すTFT基板上の電極の構造を基板上面側から図示したものである。図5(a)に示すように、格子状に設けられたデータ線19とゲート線20とにより区画された異なる領域に、夫々凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14と透過ピクセル電極15とが配置されている。凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14が配置された区画のデータ線19とゲート線20の交点付近には凹凸反射ピクセル電極TFT21が形成され、凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14は凹凸反射ピクセル電極TFT21のソース電極に接続される。同様に、透過ピクセル電極15が配置された区画のデータ線19とゲート線20の交点付近には透過ピクセル電極TFT22が形成され、透過ピクセル電極15は透過ピクセル電極TFT22のソース電極に接続される。即ち、凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14の配置された反射部17と透過ピクセル電極15が配置された透過部18に夫々異なる電圧を印加可能とするため、凹凸反射ピクセル電極14と透過ピクセル電極15には、夫々異なるTFTが接続されている。また、図5(b)は対向基板側電極の平面概略図である。図5に示すように、対向基板側のCOM電極13は、反射部17と透過部18に対して共通である。
次に、第1の実施形態の動作について、図4、表2、及び図1を用いて説明する。本発明の半透過型液晶表示装置を用いて表示を行う場合、反射部17においては、観察者側から表示面に入射した光は液晶層16を通過後、凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14により反射され、再び液晶層16を通過し、表示面から出射して表示光となる。一方、透過部18においては、バックライト6から出射された光は、透過ピクセル電極15を通過し、液晶層16を通過した後、表示面から出射して表示光となる。このとき、反射部17及び透過部18における電極間の電圧を独立に制御することにより、反射部17及び透過部18における液晶の配向を制御することができ、表示状態の制御が可能となる。また、透過部は単独で広視野表示が可能な広視野の視野角特性を有する。
表2に示すように、広視野モード時は、透過部は通常表示を行い、反射部も通常表示を行う。一方、狭視野モード時は、透過部は通常表示であるが、反射部は明状態(白表示)にする。そのとき、図1に示すように、特定の視野角以上に対して(即ち、視野角を制限した範囲3)、反射部の輝度2が透過部の輝度1より大きくなるように設計することで、視野角を制限した範囲3では、透過部の表示内容が視認不可となる。即ち、反射部は視野角制御部、透過部は表示部と表現することができる。従って、反射部(視野角制御部)の表示切替により、広視野モードと狭視野モードの視野角切替が可能となる。
なお、狭視野モード時の反射部は、R(赤)G(緑)B(青)3画素の明状態(白表示)に限らず、中間輝度又は偽色表示でも良く、視野角を制限した範囲3内で、透過部の表示内容が視認不可となれば良い。
また、第1の実施形態において、表3に示すように、広視野モード時は、透過部は通常表示を行い、反射部は暗表示(黒表示)を行ってもよい。表2の場合には、広視野モード時は、反射部では通常表示を行っているので、外光による表示内容の視認が可能であるが、表3の場合には、広視野モード時は、反射部は通常表示は行っておらず、外光による表示内容の視認は困難である。
垂直電界で動作させる液晶のモードは、広視野角なVA(Vertical Alignment:ヴァーティカル・アライメント)モードが好ましい。VA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(Multi-domain Vertical Alignment:マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、PVA(Patterned Vertical Alignment:パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式、及びASV(Advanced Super V: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にも好適に使用することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態においては、TFT基板上の反射部及び表示部のピクセル電極が夫々異なるTFTに接続され、反射部及び表示部の電圧は独立に制御可能であった。本発明の第2の実施形態は、TFT基板上の反射部及び表示部のピクセル電極は共通であり、1つのTFTで制御されており、一方、対向基板上の反射部のCOM電極及び表示部のCOM電極が分離されている。図6は、第2の実施形態に係る内部半透過型の液晶表示装置の断面図である。また、図7は、第2の実施形態におけるTFT基板側電極と対向基板側電極の概略図である。
第2の実施形態の構成を図6及び図7を用いて説明する。なお、図6においては、図4と同様の構成物には同一の符号を付し、又、図7においても、図5と同様の構成物には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。図6に示すように、基板12上に設けられた凹凸反射ピクセル電極(内部反射板)14は、透過ピクセル電極15とショートしており、一つのピクセル電極25を構成している。従って、図7(a)に示すように、ピクセル電極25に接続されるTFTはピクセル電極TFT26一つで良い。一方、図6及び図7に示すように、対向基板側は、反射部17と透過部18の夫々に対して、反射部COM電極23と透過部COM電極24とに分かれてCOM電極が形成されており、夫々異なる電圧が印加可能である。
このように、反射部COM電極23と透過部COM電極24が分離していることから、反射部と透過部の電圧を独立に制御することが可能で、第1実施形態と同様の動作が実現される。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第1の実施形態では垂直電界で液晶を動作させるモードであったが、本発明の第3の実施形態は、横電界で液晶を動作させるモードである点が異なる。図8は、第3の実施形態に係る内部半透過型の液晶表示装置の断面図である。また、図9は、第3の実施形態におけるTFT基板側電極の概略図である。
第3の実施形態の構成を図8及び図9を用いて説明する。なお、図8においては、図4と同様の構成物には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図8に示すように、バックライト6上には液晶パネルが設けられ、バックライト6側に配置された基板12上は、内部反射板41が形成された反射部17と、バックライトが出射した光を透過させる透過部18とからなる。基板に水平な方向の横電界で動作するIPS(In Plane Switching)モードでは、液晶界面が平坦な方が好ましいので、内部反射板41上には平坦化膜42が成膜されている。更に、平坦化膜42上には、反射ピクセル電極40及びCOM電極13が櫛歯状に形成されており、また、透過部18における基板12上には、透過ピクセル電極15及びCOM電極13が櫛歯状に形成されている。これらの電極の構造を基板上面から平面視したものが図9である。図9に示すように、反射部17及び透過部18は格子状に設けられたデータ線19とゲート線20により区画されており、夫々の領域には、電極が櫛歯状に形成されている。本実施形態においては、反射部17と透過部18のCOM電極13は同電位であるが、反射ピクセル電極40と透過ピクセル電極15は、夫々反射ピクセル電極TFT21と透過ピクセル電極TFT22に接続されており、反射部17と透過部18の電圧を独立に制御可能である。反射部と透過部の電圧を独立に制御することが可能であるため、第1実施形態と同様の動作が実現される。
なお、電極の構成・配置は多少異なるが、同様な形態である、FFS(Fringe Field Switching:フリンジ・フィールド・スイッチング)方式及びAFFS(Advanced Fringe Field Switching:アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等も好適に使用することができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第3の実施形態では、反射部と表示部のピクセル電極に夫々TFTを有していたのに対し、本発明の第4の実施形態は、反射部と表示部のピクセル電極は共通で、反射部のCOM電極と表示部のCOM電極が分かれている点が異なる。図10は、第4の実施形態に係る内部半透過型の液晶表示装置の断面図である。また、図11は、第4の実施形態におけるTFT基板側電極の概略図である。
第4の実施形態の構成を図10及び図11を用いて説明する。なお、図10においては、図8と同様の構成物には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図10に示すように、基板に水平な方向の横電界で動作するIPS(In Plane Switching)モードでは、液晶界面が平坦な方が好ましいので、内部反射板41上には平坦化膜42が成膜されている。更に、平坦化膜42上には、ピクセル電極25及び反射部COM電極23が櫛歯状に形成されており、また、透過部18における基板12上には、ピクセル電極25及び透過部COM電極24が櫛歯状に形成されている。これらの電極の構造を基板上面から平面視したものが図11である。図11に示すように、ピクセル電極25は、単一のピクセル電極TFT26により接続されている。一方、COM電極は、反射部17と透過部18の夫々に対して、反射部COM電極23と透過部COM電極24に分かれており、別々の電圧が印加可能である。反射部と透過部の電圧を独立に制御することが可能であるため、第1実施形態と同様の動作が実現される。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。第1乃至第4の実施形態では、狭視野モード時に、視野角制御部に偽情報を表示し、視野角制御部の偽情報により、特定の視野角以上では、表示部の表示内容を視認不可としていたのに対し、本発明の第5の実施形態では、視野角制御部と表示部の視野角特性を変え、広視野モード時には、視野角制御部と表示部は通常表示を行い、狭視野モード時には、視野角制御部は暗表示にし、狭視野特性の表示部では通常表示することより、視野角切替を行う点が異なる。図2は、第5の実施形態に係る内部半透過型の液晶表示装置の断面図である。また、表4は、第5の実施形態の広視野モードと狭視野モードにおける、反射部と透過部の動作説明図である。
第5の実施形態の構成について、図2を参照して説明する。図2(a)に示すように、本実施形態に係る半透過型液晶表示装置においては、バックライト6が設けられており、バックライト6の上には、内部半透過型液晶パネル4が配置されている。内部半透過型液晶表示装置の各画素内には内部反射板5が設けられた反射部とバックライトから出射した光が透過する透過部が設けられており、反射部と透過部とでは異なった電圧が印加可能である。更に、反射部は単独で広視野モードが可能な広視野の視野角特性を有し、透過部は単独で狭視野モードが可能な狭視野の視野角特性を有する。
表4に示すように、広視野モード時は、反射部と透過部で通常表示を行う。図2(a)に示すように、反射部において内部反射板5により反射された反射表示光8は広視野の視野角特性を持ち、バックライト6から出射され液晶パネルを透過する透過表示光7は狭視野の視野角特性を持つ。この反射表示光8と透過表示光7が合成され、広視野の視野角特性になる。一方、表4に示すように、狭視野モード時は、反射部は暗表示にし、透過部で通常表示を行う。この場合、図2(b)に示すように、透過部の狭視野表示の視野角特性のみで表示を行うため、狭視野の視野角特性が実現される。従って、反射部の表示切替で、広視野モードと狭視野モードの視野角切替が可能となる。なお、反射部の視野角特性は、透過部の狭視野と合成したときに、広視野となる特性で有れば良い。本実施形態では、広視野モードと狭視野モードで通常表示を行う透過部を表示部として、また、視野角切替に用いる反射部を視野角制御部として読み替え可能である。なお、反射部の視野角特性は、反射板の設計により任意の特性が得られる。透過部の狭視野の視野角特性は、指向性の高いバックライト又はルーバー等を使用することにより得られる。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。第5の実施形態では反射部は広視野の視野角特性を有し、透過部は狭視野の視野角特性を有していたのに対し、第6の実施形態は、反射部は狭視野の視野角特性を有し、透過部は広視野の視野角特性を有する点が異なる。図3は、第6の実施形態に係る内部半透過型の半透過型液晶表示装置の断面図である。また、表5は、第6の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける、反射部及び透過部の動作説明図である。
本実施形態に係る半透過型液晶表示装置は、1画素内に反射部と透過部が設けられており、反射部と透過部には異なる電圧が印加可能である。更に、反射部は狭視野表示の視野角特性を有し、透過部は広視野の視野角特性を有する。表5に示すように、広視野モード時は、反射部と透過部で通常表示を行う。図3(a)に示すように、反射部において内部反射板5により反射された反射表示光10は狭視野表示の視野角特性を有し、バックライト6から出射され液晶パネルを透過する透過表示部の透過表示光9は広視野表示の視野角特性を有する。この反射表示光10と透過表示光9が合成され、広視野モードの視野角特性になる。一方、表5に示すように、狭視野モード時は、反射部は通常表示を行い、透過部は暗表示にする。図3(b)に示すように、反射部の狭視野の視野角特性のみで表示を行うので、狭視野モードの視野角特性になる。従って、透過部の表示切替により、広視野モードと狭視野モードの視野角切替が可能となる。本実施形態においては、広視野モードと狭視野モードで通常表示を行う反射部は表示部として、視野角切替に用いる透過部は視野角制御部として読み替え可能である。
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態は、バックライトとバックライト側偏光板との間に、透明・散乱切替素子及びルーバーを設けている。図12は、第7の実施形態に係る内部半透過型の半透過型液晶表示装置の断面図である。
図12に示すように、バックライト6が設けられており、バックライト6の上には、バックライト6から入射された光の方向を規制して出射するルーバー30が設けられている。ルーバー30は、光を透過する透明領域30aと、光を吸収する吸収領域30bとが、ルーバー30表面に平行な方向に交互に配置されている。ルーバー30の上にはルーバー30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31が設けられている。透明・散乱切替素子31においては、高分子膜29aの中に液晶領域29bが分散した高分子分散型液晶29が基板27の表面を覆うようにして設けられた1対の電極28間に挟持されている。透明・散乱切替素子31の上には液晶パネルが設けられており、その構成は、例えば、第1の実施形態における液晶パネルと同じであり、図4に示す液晶パネルと同じ符号を付して説明は省略する。本実施形態においては、透明・散乱切替素子31及びルーバー6を設けたことにより、視野角切替は、反射部17の表示に関わらず可能となっている。即ち、第1乃至第4の実施形態においては、反射部の偽情報表示は外光が存在しないか、又は外光が弱い場合には十分な輝度が得られず、視野角切替が機能しない場合もあるが、本実施の形態においては、上述した出願(特願2004−298571)の際に添付した明細書等に記載された方法を利用することにより、このような場合に対しても、視野角切替が可能となる。
また、広視野モード時は、反射部17は通常表示又は暗表示を行い、透過部18は広視野(透明・散乱切替素子31で切替)で通常表示を行い、狭視野モード時は、反射部17は暗表示を行い、透過部18は狭視野(透明・散乱切替素子31で切替)で通常表示を行う方法によっても、視野角切替が可能となる。
即ち、特願2004−298571に係る発明においては、狭視野モード時には、反射表示光により表示内容が視認される可能性があったが、本発明の第7の実施の形態により、狭視野モード時に反射表示光による表示内容の視認は防げる。
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。第8の実施形態においては、観察者側にフロントライトを設けている。図13は、第8の実施形態に係る内部半透過型の半透過型液晶表示装置の断面図である。図13に示すように、バックライト6が設けられており、バックライト6の上には、例えば、第1の実施形態における液晶パネルが配置されている。そして、液晶パネルの上にはフロントライト32が設けられており、液晶パネルに光を入射する。第1乃至第6の実施形態においては、反射部の通常表示・明表示は、外光が存在しないか、又は外光が弱い場合には、十分な輝度が得られず、視野角切替が機能しない場合もあるが、フロントライト32を設けたことにより、そのような場合に対しても、フロントライト32により十分な輝度が得られ、視野角切替が機能する。
また、視野角制御部が反射部で偽色を表示するときには、フロントライトは白色光でなく、視野角制御部で表示する偽色と同等の偽色光であっても良い。視野角制御部で表示する偽色と、フロントライトを同等の偽色光にすることにより、視野角制御部である反射部のカラーフィルタにより吸収される光が減少し、フロントライト光の利用効率が高まるので、視野角制御部の偽色表示が同じ輝度であれば、フロントライトの省電力化が可能である。
次に、本発明の第9の実施形態について説明する。本発明の第9の実施形態は、前述までの内部半透過型ではなく、外部半透過型である。図14は、第9の実施形態に係る偏光反射板を備えた外部半透過型の液晶表示装置の断面図である。また、図15は、第9の実施形態の変形例に係る半透過反射板を備えた外部半透過型の液晶表示装置の断面図である。表6は、第9の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける視野角制御部及び表示部の第1の動作説明図である。また、表7は、第9の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける視野角制御部及び表示部の第2の動作説明図である。
まず、第9の実施形態の構成を、図14を用いて説明する。図14に示すように、バックライト6が設けられており、バックライト6の上には、対向する1対の基板12によって挟持された液晶層16を有する液晶素子が配置されている。観察者側に配置された基板12の上面には位相差板35が設けられ、その上には偏光板11が設けられている。また、バックライト6側に配置された基板12のバックライト6側の面上には、表示面側から入射した入射光の所定の偏向成分を選択的に反射する反射偏光板36が設けられ、反射偏光板36を覆うように位相差板35が設けられ、更に位相差板35を覆うように偏光板11が設けられている。バックライト6側に配置された基板12の観察者側の面上には、視野角制御部ピクセル電極33と表示部ピクセル電極34が分離して形成されており、また、この基板に対向する基板12の対向面上には共通のCOM電極13が形成されている。
次に、第9の実施形態の変形例の構成を、図15を用いて説明する。バックライト6の上方には、1対の対向する基板12が配置されており、基板間には液晶層16が挟持されている。また、1対の基板12の対向面側とは反対側の面上には夫々偏光板11が設けられている。バックライト6側に設けられた偏光板11のバックライト側の面上には半透過反射板39が設けられており、液晶表示素子は透過兼反射部を構成している。バックライト側に配置された基板12の観察者側の面上には、視野角制御部ピクセル電極33と表示部ピクセル電極34が分離して形成されており、また、この基板に対向する基板12の対向面上には共通のCOM電極13が形成されている。また、第9の実施形態の変形例を示す図15は、図14における反射偏光板36の替わりに半透過反射板39が用いられている点を除けば、構成は第9の実施形態と実質同じである。
外部半透過型では、反射部と透過部の差はなく、透過部と反射部は一体である。しかし、視野角切替のために、1画素内に反射表示を主に使用する視野角制御部37と透過表示を主に使用する表示部38を設け、視野角制御部37と表示部38に異なる電圧を印加可能とするために、第1の実施形態又は第3の実施形態のようにピクセル電極を分割し夫々にTFTを設けるか、又は、第2の実施形態又は第4の実施形態のようにCOM電極を分割して独立に制御する。
次に、第9の実施形態の動作を、表6を用いて説明する。表6に示すように、広視野モード時は、表示部は通常表示を行い、視野角制御部も通常表示を行う。一方、狭視野モード時は、表示部は通常表示であるが、視野角制御部は明状態にする。そのとき、第1の実施形態における視野角−輝度特性を示す図1と同様に、特定の視野角以上で、表示部の輝度より視野角制御部の輝度が大きくなるように設計することで、特定の視野角以上で、表示部の表示内容が視認不可となる。従って、視野角制御部の表示切替で、広視野モードと狭視野モードの視野角切替が可能となる。また、表7に示すように、広視野モード時は、表示部は通常表示を行い、視野角制御部は暗表示(黒表示)を行っても良い。
なお、狭視野モード時の視野角切替部は、RGB3画素の明状態(白表示)に限らず、中間輝度、色表示でも良く、視野角を制限した範囲3内で、表示部の表示内容が視認不可となれば良い。また、広視野モード時に、1画素の視野角制御部と表示部を2画素とする表示を行っても良い。
次に、本発明の第10の実施形態について説明する。第1乃至第4、及び第9の実施形態では、狭視野モード時に、液晶パネルの全画素に対して視野角制御部で偽情報を表示するが、本発明の第10の実施形態では、狭視野モード時でも、液晶パネルの画素の一部に対して、視野角制御部では通常表示又は黒表示を行う。
図16は、第1乃至第4、及び第9の実施形態の広視野モードと狭視野モードでの、視野角制御部と表示部の画素単位での動作説明図である。また、図17は、第10の実施形態の狭視野モードでの、視野角制御部と表示部の画素単位での動作説明図である。
図16(a)に示すように、第1乃至第4、及び第9の実施形態では、広視野モード時には、液晶パネルの全画素に対して、画素45の視野角制御部37は通常表示又は黒表示であり、表示部38は通常表示である。また、図16(b)に示すように、狭視野モード時には、液晶パネルの全画素に対して、画素45の視野角制御部37は偽情報表示であり、表示部38は通常表示である。
一方、本発明の第10の実施形態では、広視野モード時には、図16(a)と同じ動作であるが、狭視野モード時は、図17(a)に示すように、液晶パネルの全画素に対して視野角制御部37を偽情報表示にするのではなく、一部の視野角制御部37では通常表示又は黒表示を行う。このとき、視野角を制限した広角範囲から見たときには、視野角制御部の通常表示と偽情報表示、又は黒表示と偽情報表示の差が視認される。従って、狭視野モード時に、視野角制御部に対して通常表示又は黒表示の配置を模様又は絵等の画像パターンにすることにより、視野角を制限した広角範囲から画像パターンが視認可能である。
上述の方法で、狭視野角モード時に、視野角を制限した広角範囲から視認可能な画像パターンを固定して表示すると、初めは画像パターンに見えるが、目の慣れにより、視野角制御部で通常表示又は黒表示を行なっている画素の表示部の表示内容が視認可能となる。これを防ぐため、ある時間毎に、画像パターンを移動、点滅、又は別の画像パターンの表示を行う(図17(b))。即ち、狭視野モード時に、視野角制御部の通常表示又は黒表示の配置で作製する画像パターンは、時間的、空間的、又は時空間的に変動させるのが好ましい。
次に、本発明の第11の実施形態について説明する。第5及び第6の実施形態では、狭視野モード時には、液晶パネルの全画素に対して、視野角制御部を暗表示とするが、本発明の第11の実施形態では、狭視野モード時でも、液晶パネルの画素の一部に対して、視野角制御部では通常表示を行う。
図18は、第5及び第6の実施形態の広視野モード及び狭視野モードにおける視野角制御部及び表示部の画素単位での動作説明図である。また、図19は、第11の実施形態の狭視野モードでの、視野角制御部及び表示部の画素単位での動作説明図である。
図18(a)に示すように、第5及び第6の実施形態では、広視野モード時には、液晶パネルの全画素に対して、画素45の視野角制御部37は通常表示であり、表示部38は通常表示である。また、図18(b)に示すように、狭視野モード時には、液晶パネルの全画素に対して、画素45の視野角制御部37は黒表示であり、表示部38は通常表示である。
一方、本発明の第11の実施形態では、広視野モード時には、図18(a)と同じ動作であるが、狭視野モード時には、液晶パネルの全画素 に対して視野角制御部を暗表示にするのではなく、一部の視野角制御部で通常表示を行う(図19(a))。このとき、広視野角から見たときに、視野角制御部37の通常表示と黒表示の差が視認される。従って、狭視野モード時には、視野角制御部37に対して通常表示の配置を模様又は絵等の画像パターンにすることにより、広視野角から見たときに、画像パターンが視認可能である。また、第10の実施形態と同様に、ある時間毎に、画像パターンを移動、点滅、又は別の画像パターンの表示を行っても良い(図19(b))。
図20は、本発明の第12の実施形態に係る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20に示すように、本発明の液晶表示装置44は、例えば、携帯電話43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。なお、携帯機器としては携帯電話のみならず、PDA、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。