JP2021156943A - 表示装置、車両用表示装置、及び、車両 - Google Patents

表示装置、車両用表示装置、及び、車両 Download PDF

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Abstract

【課題】視野角を制御することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】第１偏光成分を変調する表示パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備える第１視野角制御パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備える第２視野角制御パネルと、前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、前記第１視野角制御パネルは、前記第２視野角制御パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられ、前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる、表示装置。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、表示装置、車両用表示装置、及び、車両に関する。
近年の表示装置において、所定のコントラスト比が得られる視野角を可変する要求がある。例えば、自動車等の車両に搭載される表示装置では、助手席側から表示画像が視認できる一方で、運転席側からは運転中などの場合に表示画像が視認不可とするような視野角制御が求められる。
このような視野角を制御する用途において、ツイストネマティック液晶素子を使用する技術がいくつか提案されている。
特開２００６−１９５３８８号公報 特開２００４−１３３３３４号公報
本実施形態の目的は、視野角を制御することが可能な表示装置、車両用表示装置、及び、車両を提供することにある。
本実施形態の表示装置は、
第１偏光成分を変調する表示パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備える第１視野角制御パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備える第２視野角制御パネルと、前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、前記第１視野角制御パネルは、前記第２視野角制御パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられ、前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる。
本実施形態の車両用表示装置は、
車両に設けられた車両用表示装置であって、第１偏光成分を変調する表示パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備える第１視野角制御パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備える第２視野角制御パネルと、前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、前記第１視野角制御パネルは、前記第２視野角制御パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられ、運転席及び助手席は、第１方向に並び、前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の長軸、及び、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の長軸のうちの少なくとも一方は、前記第１方向に沿うように配向し、前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる。
本実施形態の車両は、
車両の前部に設けられたウインドシールドと、運転席及び助手席と、前記運転席及び前記助手席の前方に設けられたダッシュボードと、前記ダッシュボードに設けられた表示装置と、を備え、前記表示装置は、表示パネルと、前記運転席側の透過率が前記助手席側の透過率より小さくなるように構成された第１視野角制御パネルと、前記ウインドシールド側の透過率がその反対側の透過率より小さくなるように構成された第２視野角制御パネルと、を備える。
図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。 図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す断面図である。 図３は、表示装置ＤＳＰを構成する各光学要素の軸角度を説明するための図である。 図４は、第１視野角制御パネル１の一構成例を説明するための図である。 図５は、第２視野角制御パネル２の一構成例を説明するための図である。 図６は、液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。 図７は、第１モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、第２モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、第３モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。 図１０は、表示パネルＰＮＬにおける画素レイアウトの一例を示す平面図である。 図１１は、表示パネルＰＮＬの一構成例を説明するための図である。 図１２は、表示装置ＤＳＰの適用例を示す図である。 図１３は、図１２に示した車両２００の助手席側の側面図である。 図１４は、第２視野角制御パネル２の他の構成例を示す図である。 図１５は、第２モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。 図１６は、表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。 図１７は、表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。
表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬと、第１視野角制御パネル１と、第２視野角制御パネル２と、偏光軸回転素子１００と、表示パネルＰＮＬと、第１乃至第５偏光板ＰＯＬ１乃至ＰＯＬ５と、を備えている。第２視野角制御パネル２は、照明装置ＩＬと第１視野角制御パネル１との間に設けられている。第１視野角制御パネル１は、第２視野角制御パネル２と偏光軸回転素子１００との間に設けられている。偏光軸回転素子１００は、第１視野角制御パネル１と表示パネルＰＮＬとの間に設けられている。
第１偏光板ＰＯＬ１は、表示パネルＰＮＬの前面側（あるいは、表示装置ＤＳＰを観察する観察位置側）に設けられている。第２偏光板ＰＯＬ２は、偏光軸回転素子１００と表示パネルＰＮＬとの間に設けられている。第３偏光板ＰＯＬ３は、第１視野角制御パネル１と偏光軸回転素子１００との間に設けられている。第４偏光板ＰＯＬ４は、第２視野角制御パネル２と第１視野角制御パネル１との間に設けられている。第５偏光板ＰＯＬ５は、第２視野角制御パネル２の背面側（あるいは、照明装置ＩＬと第２視野角制御パネル２との間）に設けられている。
第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２の詳細については後述するが、いずれもツイストネマティック液晶素子である。なお、第２視野角制御パネル２が第１視野角制御パネル１と偏光軸回転素子１００との間に設けられてもよい。
このように、本実施形態の表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬと偏光軸回転素子１００との間に、視野角の制御方位が異なる複数種類の視野角制御パネルを備えるものである。
図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す断面図である。ここに示す第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で互いに交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、例えば表示装置ＤＳＰに含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、表示装置ＤＳＰの厚さ方向に相当する。
表示パネルＰＮＬは、例えば液晶パネルであり、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。ここで説明する表示パネルＰＮＬは、一例として、基板主面に沿った電界によって液晶層ＬＣに含まれる液晶分子の配向状態を制御するものである。なお、本実施形態の表示パネルＰＮＬは、図示した例に限らず、基板主面の法線に沿った電界によって液晶分子の配向状態を制御するものであってもよい。ここでの基板主面とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ−Ｙ平面に相当する。
第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２の前面側に位置している。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１０と、配向膜ＡＬ１と、を備えている。第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板２０と、絶縁膜２１と、共通電極ＣＥと、複数の画素電極ＰＥと、配向膜ＡＬ２と、を備えている。共通電極ＣＥは、絶縁基板２０と絶縁膜２１との間に設けられている。複数の画素電極ＰＥは、絶縁膜２１と配向膜ＡＬ２との間に設けられている。画像を表示する表示領域ＤＡにおいて、複数の画素電極ＰＥは、絶縁膜２１を介して１つの共通電極ＣＥに重畳している。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層ＬＣに電圧を印加するように制御される。配向膜ＡＬ１及び配向膜ＡＬ２は、液晶層ＬＣに接触している。
ここでは、表示パネルＰＮＬについて、主要部のみを簡素化して図示しているが、第１基板ＳＵＢ１は、さらに、遮光層、カラーフィルタ層、オーバーコート層、スペーサなどを備えている。また、第２基板ＳＵＢ２は、複数の走査線、複数の信号線、各画素電極ＰＥと電気的に接続されるスイッチング素子、各種絶縁膜などを備えている。
第１視野角制御パネル１は、例えば液晶パネルであり、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、第１液晶層ＬＣ１と、を備えている。第１液晶層ＬＣ１は、第３基板ＳＵＢ３と第４基板ＳＵＢ４との間に保持され、シールＳＥ１によって封止されている。第１液晶層ＬＣ１は、後述するように、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。
第３基板ＳＵＢ３は、第４基板ＳＵＢ４の前面側に位置している。第３基板ＳＵＢ３は、絶縁基板３０と、第１透明電極ＴＥ１と、配向膜ＡＬ３と、を備えている。第１透明電極ＴＥ１は、視野角を制御するための有効領域ＡＡ１において、ほぼ全域に亘って形成され、絶縁基板３０と配向膜ＡＬ３との間に設けられている。第４基板ＳＵＢ４は、絶縁基板４０と、第２透明電極ＴＥ２と、配向膜ＡＬ４と、を備えている。第２透明電極ＴＥ２は、有効領域ＡＡ１において、ほぼ全域に亘って形成され、絶縁基板４０と配向膜ＡＬ４との間に設けられている。配向膜ＡＬ３及び配向膜ＡＬ４は、第１液晶層ＬＣ１に接触している。第１液晶層ＬＣ１は、後述するように、直線偏光である偏光成分の偏光軸を回転させる旋光能を有している。
第１透明電極ＴＥ１は、第１液晶層ＬＣ１を介して第２透明電極ＴＥ２に重畳している。第１透明電極ＴＥ１及び第２透明電極ＴＥ２は、第１液晶層ＬＣ１に電圧を印加するように制御される。
第２視野角制御パネル２は、例えば液晶パネルであり、第５基板ＳＵＢ５と、第６基板ＳＵＢ６と、第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。第２液晶層ＬＣ２は、第５基板ＳＵＢ５と第６基板ＳＵＢ６との間に保持され、シールＳＥ２によって封止されている。第２液晶層ＬＣ２は、後述するように、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。第２液晶層ＬＣ２における液晶分子の配向状態は、後述するように、第１液晶層ＬＣ１における液晶分子の配向状態とは異なるものである。液晶分子の配向状態が異なる場合とは、例えば、液晶層を平面視した際に、第３方向Ｚに並んだ複数の液晶分子が異なる回転方向にツイスト配向している場合や、液晶層のうちの基板界面近傍に位置する液晶分子の初期配向方位が異なる場合や、液晶層のうちの中間層に位置する液晶分子の初期配向方位が異なる場合、液晶分子のプレチルト角が異なる場合、液晶分子のツイスト角が異なる場合などが含まれる。
第５基板ＳＵＢ５は、第６基板ＳＵＢ６の前面側に位置している。第５基板ＳＵＢ５は、絶縁基板５０と、第３透明電極ＴＥ３と、配向膜ＡＬ５と、を備えている。第３透明電極ＴＥ３は、視野角を制御するための有効領域ＡＡ２において、ほぼ全域に亘って形成され、絶縁基板５０と配向膜ＡＬ５との間に設けられている。第６基板ＳＵＢ６は、絶縁基板６０と、第４透明電極ＴＥ４と、配向膜ＡＬ６と、を備えている。第４透明電極ＴＥ４は、有効領域ＡＡ２において、ほぼ全域に亘って形成され、絶縁基板６０と配向膜ＡＬ６との間に設けられている。配向膜ＡＬ５及び配向膜ＡＬ６は、第２液晶層ＬＣ２に接触している。第２液晶層ＬＣ２は、後述するように、直線偏光である偏光成分の偏光軸を回転させる旋光能を有している。
第３透明電極ＴＥ３は、第２液晶層ＬＣ２を介して第４透明電極ＴＥ４に重畳している。第３透明電極ＴＥ３及び第４透明電極ＴＥ４は、第２液晶層ＬＣ２に電圧を印加するように制御される。
第１透明電極ＴＥ１、第２透明電極ＴＥ２、第３透明電極ＴＥ３、及び、第４透明電極ＴＥ４の各々は、例えば単一のシート状電極であるが、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの少なくとも一方に沿って複数個に分割された電極であってもよい。
ここで、表示パネルＰＮＬと、第１視野角制御パネル１と、第２視野角制御パネル２との関係に着目する。
液晶層ＬＣ、第１液晶層ＬＣ１、及び、第２液晶層ＬＣ２は、第３方向Ｚにおいて互いに重畳している。表示領域ＤＡ、有効領域ＡＡ１、及び、有効領域ＡＡ２は、第３方向Ｚにおいて互いに重畳している。共通電極ＣＥ、複数の画素電極ＰＥ、第１透明電極ＴＥ１、第２透明電極ＴＥ２、第３透明電極ＴＥ３、及び、第４透明電極ＴＥ４は、第３方向Ｚにおいて互いに重畳している。
絶縁基板１０、２０、３０、４０、５０、６０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板である。例えば、絶縁基板１０及び２０がガラス基板であり、絶縁基板３０及び４０が樹脂基板であってもよい。また、絶縁基板１０及び４０がガラス基板であり、絶縁基板２０及び３０が樹脂基板であってもよい。
共通電極ＣＥ、画素電極ＰＥ、第１透明電極ＴＥ１、第２透明電極ＴＥ２、第３透明電極ＴＥ３、及び、第４透明電極ＴＥ４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。配向膜ＡＬ１乃至ＡＬ６は、Ｘ−Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。
第１偏光板ＰＯＬ１は絶縁基板１０に接着され、第２偏光板ＰＯＬ２は絶縁基板２０に接着され、第３偏光板ＰＯＬ３は絶縁基板３０に接着され、第４偏光板ＰＯＬ４は絶縁基板４０及び絶縁基板５０の少なくとも一方に接着され、第５偏光板ＰＯＬ５は絶縁基板６０に接着されている。これらの偏光板ＰＯＬ１乃至ＰＯＬ５は、予め成形されたフィルムの片面に粘着剤を有するものであるが、絶縁基板の表面に直接成膜されてもよい。
偏光軸回転素子１００は、第２偏光板ＰＯＬ２及び第３偏光板ＰＯＬ３の少なくとも一方に接着されてもよいし、第２偏光板ＰＯＬ２または第３偏光板ＰＯＬ３と一体的に形成されてもよい。
このような表示装置ＤＳＰにおいて、照明装置ＩＬから出射される照明光（自然光）は、第３方向Ｚに沿って進行し、第２視野角制御パネル２、第１視野角制御パネル１、及び、偏光軸回転素子１００を順次透過した後に、表示パネルＰＮＬを照明する。
より具体的には、照明装置ＩＬから出射された照明光が自然光である場合、第５偏光板ＰＯＬ５は、照明光の一部の偏光成分を透過する。第２視野角制御パネル２は、第２液晶層ＬＣ２において、第５偏光板ＰＯＬ５を透過した偏光成分の偏光軸を回転させる。第２視野角制御パネル２を透過した偏光成分は、第４偏光板ＰＯＬ４を透過した後に、第１視野角制御パネル１を透過する。第１視野角制御パネル１は、第１液晶層ＬＣ１において、第４偏光板ＰＯＬ４を透過した偏光成分の偏光軸を回転させ、第２偏光成分を透過する。第１視野角制御パネル１を透過した第２偏光成分は、第３偏光板ＰＯＬ３を透過した後に、偏光軸回転素子１００を透過する。
表示パネルＰＮＬは、第２偏光板ＰＯＬ２を透過した第１偏光成分によって照明され、液晶層ＬＣにおいて第１偏光成分を変調する。
第１視野角制御パネル１を透過した第２偏光成分は、表示パネルＰＮＬで変調される第１偏光成分とは異なる。例えば、第１偏光成分及び第２偏光成分の各々は、Ｘ−Ｙ平面に偏光軸を有する直線偏光である。Ｘ−Ｙ平面において、第１方向Ｘを基準方位とした場合、第１偏光成分は第１方向Ｘに対して所定の角度をなす方位に第１偏光軸を有し、また、第２偏光成分は第１方向Ｘに対して第１偏光軸とは異なる方位に第２偏光軸を有している。
偏光軸回転素子１００は、第１視野角制御パネル１から表示パネルＰＮＬに向かう光の偏光軸を回転させるものである。例えば、偏光軸回転素子１００は、自身を透過する直線偏光に１／２波長の位相差を付与するように構成された光学シート（位相差板）である。このような偏光軸回転素子１００は、単一の光学シートであってもよいし、多層の光学シートであってもよい。また、偏光軸回転素子１００は、偏光軸を回転させる機能を発現できるものであればよく、光学シートに限らず、ツイストネマティック液晶素子などの旋光能を有する素子であってもよい。
このような偏光軸回転素子１００において、第１視野角制御パネル１及び第３偏光板ＰＯＬ３を透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、第１偏光軸に整合するように回転する。このため、第１視野角制御パネル１を透過した照明光の第２偏光板ＰＯＬ２での吸収が抑制され、表示パネルＰＮＬに到達する照明光の輝度の低下を抑制することができる。
図３は、表示装置ＤＳＰを構成する各光学要素の軸角度を説明するための図である。ここでは、Ｘ−Ｙ平面内において、第１方向Ｘ（Ｘ軸）を示す矢印の先端の方位を基準方位とし、基準方位に対して反時計回りの角度を正の角度とする。
第１偏光板ＰＯＬ１は、互いにほぼ直交する第１吸収軸Ａ１及び第１透過軸Ｔ１を有している。第２偏光板ＰＯＬ２は、互いにほぼ直交する第２吸収軸Ａ２及び第２透過軸Ｔ２を有している。偏光軸回転素子１００は、進相軸Ｆを有している。第３偏光板ＰＯＬ３は、第３透過軸Ｔ３を有している。第４偏光板ＰＯＬ４は、第４透過軸Ｔ４を有している。第５偏光板ＰＯＬ５は、第５透過軸Ｔ５を有している。
なお、図示を省略するが、偏光軸回転素子１００の遅相軸は、Ｘ−Ｙ平面において進相軸Ｆにほぼ直交している。また、第３偏光板ＰＯＬ３の吸収軸は第３透過軸Ｔ３にほぼ直交し、第４偏光板ＰＯＬ４の吸収軸は第４透過軸Ｔ４にほぼ直交、第５偏光板ＰＯＬ５の吸収軸は第５透過軸Ｔ５にほぼ直交している。
第１吸収軸Ａ１は、第１方向Ｘにほぼ平行であり、０°の方位に位置している。第１透過軸Ｔ１は、９０°の方位に位置している。第２吸収軸Ａ２は、第１吸収軸Ａ１にほぼ直交し、９０°の方位に位置している。第２透過軸Ｔ２は、第１透過軸Ｔ１にほぼ直交し、０°の方位に位置している。第３透過軸Ｔ３は、４５°の方位に位置している。第４透過軸Ｔ４は、第３透過軸Ｔ３とほぼ直交し、１３５°の方位に位置している。第５透過軸Ｔ５は、第４透過軸Ｔ４とほぼ直交し、４５°の方位に位置している。上記の通り、第２透過軸Ｔ２は、第３透過軸Ｔ３とは異なる方位に位置している。なお、ここでの０°の方位とはＸ−Ｙ平面における０°−１８０°に亘る方位に相当し、９０°の方位とは９０°−２７０°に亘る方位に相当し、４５°の方位とはＸ−Ｙ平面における４５°−２２５°に亘る方位に相当し、１３５°の方位とはＸ−Ｙ平面における１３５°−３１５°に亘る方位に相当する。
このような表示装置ＤＳＰにおいて、第３方向Ｚに沿って光が進行する場合、第５偏光板ＰＯＬ５を透過した直線偏光は第５透過軸Ｔ５に沿った偏光軸を有し、第２視野角制御パネル２を経て第４偏光板ＰＯＬ４を透過した直線偏光は第４透過軸Ｔ４に沿った偏光軸を有している。第１視野角制御パネル１を経て第３偏光板ＰＯＬ３を透過した直線偏光（第２偏光成分）は第３透過軸Ｔ３に沿った第２偏光軸を有している。つまり、第２偏光軸は、Ｘ軸に対して４５°の方位（あるいは、４５°−２２５°の方位）に位置している。第２偏光板ＰＯＬ２を透過した直線偏光（第１偏光成分）は、第２透過軸Ｔ２に沿った第１偏光軸を有している。つまり、第１偏光軸は、０°の方位（あるいは、０°−１８０°の方位、または、Ｘ軸方向）に位置している。
偏光軸回転素子１００の進相軸Ｆ或いは遅相軸は、Ｘ−Ｙ平面において、第１偏光軸の方位と第２偏光軸の方位との中間の方位に位置している。あるいは、進相軸Ｆ或いは遅相軸は、第２透過軸Ｔ２と第３透過軸Ｔ３との中間の方位に位置している。つまり、図示した例では、進相軸Ｆ或いは遅相軸は、２２．５°の方位（あるいは、２２．５°−２０２．５°の方位）に位置している。偏光軸回転素子１００は、上記の通り、１／２波長板に相当するため、入射光の偏光軸が進相軸に対してθ°の方位に位置している場合、偏光軸を２＊θ°回転させる機能を有している。したがって、第３偏光板ＰＯＬ３を透過した第２偏光成分が偏光軸回転素子１００を透過した際に、第２偏光軸が第１偏光軸に整合するように回転する。つまり、第２偏光成分は、偏光軸回転素子１００において第１偏光成分に変換される。偏光軸回転素子１００を透過した第１偏光成分は、第２偏光板ＰＯＬ２でほとんど吸収されることなく、表示パネルＰＮＬを照明する。
表示パネルＰＮＬを照明する第１偏光成分は、液晶層ＬＣにおいて適宜変調され、その少なくとも一部が第１偏光板ＰＯＬ１を透過することで表示画像を形成する。第１偏光板ＰＯＬ１を透過した直線偏光は、第１透過軸Ｔ１に沿った偏光軸を有している。つまり、第１偏光板ＰＯＬ１を透過した直線偏光の偏光軸は、９０°の方位（あるいは、９０°−２７０°の方位）に位置している。このため、偏光サングラスを介して表示装置ＤＳＰを観察した場合であっても、表示画像を視認することができる。
図４は、第１視野角制御パネル１の一構成例を説明するための図である。ここでは、配向膜ＡＬ３と配向膜ＡＬ４との間の第１液晶層ＬＣ１に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ１の初期配向状態を示している。
配向膜ＡＬ４の配向処理方向ＡＤ４は、配向膜ＡＬ３の配向処理方向ＡＤ３にほぼ直交している。なお、配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。但し、第１液晶層ＬＣ１に電圧が印加されたオン時に、液晶分子ＬＭ１を一様に且つスムースに駆動する観点では、配向膜ＡＬ４の近傍の液晶分子ＬＭＡ、及び、配向膜ＡＬ３の近傍の液晶分子ＬＭＢが比較的大きなプレチルト角を有していることが望ましく、これを実現するためには、配向処理としてはラビング処理が好適である。また、オフ時の液晶分子ＬＭＡ及びＬＭＢが比較的大きなプレチルト角を有するように制御されるのであれば、光配向処理を適用してもよい。
図４に示す構成例では、配向処理方向ＡＤ４は第４透過軸Ｔ４とほぼ平行であり、配向処理方向ＡＤ３は第３透過軸Ｔ３とほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ４は１３５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ３は４５°の方位に位置している。第１液晶層ＬＣ１において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ１は、ツイスト配向している。第１液晶層ＬＣ１にはカイラル剤が添加されており、液晶分子ＬＭ１は、第４偏光板ＰＯＬ４（あるいは第４基板ＳＵＢ４）から第３偏光板ＰＯＬ３（あるいは第３基板ＳＵＢ３）に向かって反時計回りにツイスト配向するように構成されている。
第４偏光板ＰＯＬ４及び第４基板ＳＵＢ４に近接する側の液晶分子ＬＭＡは、その長軸が配向処理方向ＡＤ４に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡは、第４透過軸Ｔ４に沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡは、１３５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＡは、配向処理方向ＡＤ４を示す矢印の先端側の端部が第４基板ＳＵＢ４から離間するように傾斜（プレチルト）している。
第３偏光板ＰＯＬ３及び第３基板ＳＵＢ３に近接する側の液晶分子ＬＭＢは、その長軸が配向処理方向ＡＤ３に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＢは、第３透過軸Ｔ３に沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢは、４５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＢは、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印の先端側の端部が第３基板ＳＵＢ３から離間するように傾斜している（あるいは、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印の後端側の端部が第３基板ＳＵＢ３に近接するように傾斜している）。
第１液晶層ＬＣ１の第３方向（厚さ方向）Ｚにおけるほぼ中央（中間層）の液晶分子ＬＭＣは、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向している。液晶分子ＬＭＣの長軸は、図３に示した第１偏光板ＰＯＬ１の第１吸収軸Ａ１とほぼ平行である。
なお、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印、及び、配向処理方向ＡＤ４を示す矢印の少なくとも一方が逆向きであってもよい。また、配向処理方向ＡＤ４及び第４透過軸Ｔ４が４５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ３及び第３透過軸Ｔ３が１３５°の方位に位置していてもよい。また、液晶分子ＬＭＣが第１方向Ｘに沿うように配向していれば、第３方向Ｚに並ぶ液晶分子ＬＭ１は、時計回りにツイスト配向していてもよい。
図５は、第２視野角制御パネル２の一構成例を説明するための図である。ここでは、配向膜ＡＬ５と配向膜ＡＬ６との間の第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ１の初期配向状態を示している。
配向膜ＡＬ６の配向処理方向ＡＤ６は、配向膜ＡＬ５の配向処理方向ＡＤ５にほぼ直交している。第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されたオン時に、液晶分子ＬＭ２を一様に且つスムースに駆動する観点では、配向膜ＡＬ６の近傍の液晶分子ＬＭＤ、及び、配向膜ＡＬ５の近傍の液晶分子ＬＭＥが比較的大きなプレチルト角を有していることが望ましく、これを実現するためには、配向処理としてはラビング処理が好適である。また、オフ時の液晶分子ＬＭＤ及びＬＭＥが比較的大きなプレチルト角を有するように制御されるのであれば、光配向処理を適用してもよい。
図５に示す構成例では、配向処理方向ＡＤ６は第５透過軸Ｔ５とほぼ直交しており、配向処理方向ＡＤ５は第４透過軸Ｔ４とほぼ直交している。つまり、配向処理方向ＡＤ６は１３５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ５は２２５°の方位に位置している。第２液晶層ＬＣ２において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ２は、ツイスト配向している。第２液晶層ＬＣ２にはカイラル剤が添加されており、液晶分子ＬＭ２は、第５偏光板ＰＯＬ５（あるいは第６基板ＳＵＢ６）から第４偏光板ＰＯＬ４（あるいは第５基板ＳＵＢ５）に向かって時計回りにツイスト配向するように構成されている。つまり、液晶分子ＬＭ２は、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭ１とは異なる方向にツイスト配向している。なお、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭ１及び第２液晶層ＬＣ２の液晶分子ＬＭ２は、同じ方向にツイスト配向していてもよい。すなわち、液晶分子ＬＭ１及び液晶分子ＬＭ２は、いずれも時計回りにツイスト配向していてもよいし、いずれも反時計回りにツイスト配向していてもよい。
第５偏光板ＰＯＬ５及び第６基板ＳＵＢ６に近接する側の液晶分子ＬＭＤは、その長軸が配向処理方向ＡＤ６に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＤは、第５透過軸Ｔ５とほぼ直交する方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＤは、１３５°の方位に配向している。また、液晶分子ＬＭＤの配向方位は、第１液晶層ＬＣ１における液晶分子ＬＭＡの配向方位とほぼ平行である。しかも、液晶分子ＬＭＤは、配向処理方向ＡＤ６を示す矢印の先端側の端部が第６基板ＳＵＢ６から離間するように傾斜している。
第４偏光板ＰＯＬ４及び第５基板ＳＵＢ５に近接する側の液晶分子ＬＭＥは、その長軸が配向処理方向ＡＤ５に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＥは、第４透過軸Ｔ４とほぼ直交する方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＥは、２２５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＥは、配向処理方向ＡＤ５を示す矢印の先端側の端部が第５基板ＳＵＢ５から離間するように傾斜している（あるいは、配向処理方向ＡＤ５を示す矢印の後端側の端部が第５基板ＳＵＢ５に近接するように傾斜している）。
第２液晶層ＬＣ２の第３方向（厚さ方向）Ｚにおけるほぼ中央（中間層）の液晶分子ＬＭＦは、その長軸が第２方向Ｙに沿うように配向している。液晶分子ＬＭＦの長軸は、図３に示した第１偏光板ＰＯＬ１の第１透過軸Ｔ１とほぼ平行である。つまり、第１液晶層ＬＣ１における液晶分子ＬＭＣの配向方位は、第２液晶層ＬＣ２における液晶分子ＬＭＦの配向方位とは異なり、例えば直交している。
なお、配向処理方向ＡＤ５を示す矢印、及び、配向処理方向ＡＤ６を示す矢印の少なくとも一方が逆向きであってもよい。また、配向処理方向ＡＤ６が２２５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ５が１３５°の方位に位置していてもよい。また、液晶分子ＬＭＦが第２方向Ｙに沿うように配向していれば、第３方向Ｚに並ぶ液晶分子ＬＭ２は、反時計回りにツイスト配向していてもよい。
上記の構成例では、照明装置ＩＬから出射された照明光が自然光である場合について説明したが、照明光が直線偏光である場合には、第５偏光板ＰＯＬ５を省略してもよい。また、自然光である照明光のうち、特定の直線偏光（例えばｐ波）を透過する一方で他の直線偏光（例えばｓ波）を反射する反射型偏光フィルムが設けられてもよい。また、照明光が配向処理方向ＡＤ６とは異なる方位の偏光軸を有する直線偏光である場合、第５偏光板ＰＯＬ５の代わりに偏光軸回転素子１００と同様の１／２波長板を設けることが望ましい。また、第１視野角制御パネル１を透過した光が第２偏光成分と同様の偏光度を有する直線偏光である場合には、第３偏光板ＰＯＬ３を省略してもよい。
図６は、液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
図６の（Ａ）は、第１液晶層ＬＣ１に電圧が印加されていないオフ時における液晶分子ＬＭ１の初期配向状態を示している。液晶分子ＬＭＣの長軸ＬＸは、第１方向Ｘにほぼ平行であり、且つ、Ｘ−Ｙ平面とほぼ平行である。図４等を参照して説明したように、第１視野角制御パネル１を挟む第４偏光板ＰＯＬ４と第３偏光板ＰＯＬ３とがクロスニコルの関係で配置されている場合、オフ時には、最大の透過率が得られる。
図６の（Ｂ）は、第１液晶層ＬＣ１に電圧が印加されたオン時における液晶分子ＬＭ１の配向状態を示している。第１液晶層ＬＣ１に印加される電圧が上昇するにしたがって、透過率は低下する。最小の透過率が得られる時に第１液晶層ＬＣ１に印加される電圧を最大電圧とすると、図６の（Ｂ）は、最大電圧の約１／２の電圧が第１液晶層ＬＣ１に印加された時の配向状態を示している。このとき、液晶分子ＬＭＣの長軸ＬＸは、第１方向Ｘにほぼ平行であり、且つ、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜している。
このようなオン時の第１視野角制御パネル１は、第３方向Ｚに対して図の右側（第１方向Ｘを示す矢印の先端側）に観察位置を傾けた場合と、第３方向Ｚに対して図の左側（第１方向Ｘを示す矢印の後端側）に観察位置を傾けた場合とで、その透過率に非対称性を有している。
第１視野角制御パネル１と同様に、オン時の第２視野角制御パネル２は、第２方向Ｙを示す矢印の先端側に観察位置を傾けた場合と、第２方向Ｙを示す矢印の後端側に観察位置を傾けた場合とで、その透過率に非対称性を有している。
これらの点について、視野角特性のシミュレーション結果を参照しながら説明する。ここで説明するシミュレーションの条件は、以下の通りである。照明装置ＩＬからの照明光は自然光であり、第１視野角制御パネル１が第３偏光板ＰＯＬ３と第４偏光板ＰＯＬ４との間に位置し、第２視野角制御パネル２が第４偏光板ＰＯＬ４と第５偏光板ＰＯＬ５との間に位置し、第１偏光板ＰＯＬ１、第２偏光板ＰＯＬ２、及び、表示パネルＰＮＬは設けず、透過光の波長は５５０ｎｍである。
第１モードは、第１視野角制御パネル１が駆動され、第２視野角制御パネル２が駆動されていない状態に相当する。第２モードは、第１視野角制御パネル１が駆動されず、第２視野角制御パネル２が駆動された状態に相当する。第３モードは、第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２が駆動された状態に相当する。これらの第１乃至第３モードの各々において、視野角特性のシミュレーションを行った。
図７は、第１モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。第１液晶層ＬＣ１の駆動電圧は２．５Ｖであり、第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は０Ｖである。つまり、第１モードにおいては、第１視野角制御パネル１の視野角特性が支配的となる。
図中の０°方位は上記の第１方向Ｘの矢印の先端側に相当し、１８０°方位は第１方向Ｘの矢印の後端側に相当し、９０°方位は第２方向Ｙの矢印の先端側に相当し、２７０°方位は第２方向Ｙの矢印の後端側に相当する。また、同心円の中心は第１視野角制御パネル１の法線方向（第３方向）に相当し、法線方向を中心とした同心円はそれぞれ法線に対する傾き角度が２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここに示す特性図は、各方位について等透過率の領域を結ぶことで得られたものである。
図示したように、観察位置が０°方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が１８０°方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が３０°を超えると、透過率は３％以下となる。つまり、０°方位に傾斜した観察位置での透過率は、１８０°方位に傾斜した観察位置での透過率より大きい。また、傾き角度が３０°を超えた観察位置に関して、０°方位に傾斜した観察位置では透過光が視認できる（あるいは表示画像を観察できる）のに対して、１８０°方位に傾斜した観察位置では透過光がほとんど視認できない（あるいは表示画像を観察できない）。
図８は、第２モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。第１液晶層ＬＣ１の駆動電圧は０Ｖであり、第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は２．５Ｖである。つまり、第２モードにおいては、第２視野角制御パネル２の視野角特性が支配的となる。
図示したように、観察位置が２７０°方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が９０°方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が２０°を超えると、透過率は３％以下となる。つまり、２７０°方位に傾斜した観察位置での透過率は、９０°方位に傾斜した観察位置での透過率より大きい。また、傾き角度が２０°を超えた観察位置に関して、２７０°方位に傾斜した観察位置では透過光が視認できる（あるいは表示画像を観察できる）のに対して、９０°方位に傾斜した観察位置では透過光がほとんど視認できない（あるいは表示画像を観察できない）。
図９は、第３モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。第１液晶層ＬＣ１の駆動電圧は２．５Ｖであり、第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は２．５Ｖである。
図示したように、観察位置が０°方位及び２７０°方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が９０°方位及び１８０°方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が概ね２０°を超えると、透過率は３％以下となる。つまり、０°方位及び２７０°方位に傾斜した観察位置での透過率は、９０°方位及び１８０°方位に傾斜した観察位置での透過率より大きい。また、傾き角度が２０°を超えた観察位置に関して、０°方位及び２７０°方位に傾斜した観察位置では透過光が視認できる（あるいは表示画像を観察できる）のに対して、９０°方位及び１８０°方位に傾斜した観察位置では透過光がほとんど視認できない（あるいは表示画像を観察できない）。
本実施形態では、上記のような視野角特性を有する第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２を利用して、表示装置ＤＳＰの視野角が制御される。
なお、ここでは、第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２がそれぞれ独立に制御される例について説明したが、一方の視野角制御パネルについては駆動電圧が印加された状態で液晶分子の配向状態が固定されてもよい。例えば、第２視野角制御パネル２について、常時、２７０°方位の透過率が９０°方位の透過率より高い状態に維持されてもよい。この場合、第２視野角制御パネル２は、上記の第２モードにおける第２液晶層ＬＣ２と同等の機能を有するフィルムに置換されてもよい。このようなフィルムは、所定の配向状態の液晶ポリマなどで作成可能である。このようなフィルムに置換することにより、液晶層への電圧印加が不要となり、省電力化が可能となる。
図１０は、表示パネルＰＮＬにおける画素レイアウトの一例を示す平面図である。ここでは、説明に必要な構成のみを図示している。第２基板ＳＵＢ２は、複数の走査線Ｇと、複数の信号線Ｓと、複数のスイッチング素子ＳＷと、画素電極ＰＥ１及びＰＥ２と、を備えている。複数の走査線Ｇは、それぞれ第１方向Ｘに沿って直線的に延出し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。複数の信号線Ｓは、それぞれ概ね第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。スイッチング素子ＳＷは、いずれかの走査線Ｇ及びいずれかの信号線Ｓと電気的に接続されている。画素電極ＰＥ１及びＰＥ２の各々は、いずれかのスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。
複数の画素電極ＰＥ１は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。画素電極ＰＥ１は、共通電極ＣＥに重畳する帯電極Ｐａ１を有している。帯電極Ｐａ１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙとは異なる方向Ｄ１に沿って延出している。
複数の画素電極ＰＥ２は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。画素電極ＰＥ２は、共通電極ＣＥに重畳する帯電極Ｐａ２を有している。帯電極Ｐａ２は、方向Ｄ１とは異なる方向Ｄ２に沿って延出している。なお、帯電極Ｐａ１及びＰａ２の本数は、１本でもよいし、３本以上であってもよい。
図１１は、表示パネルＰＮＬの一構成例を説明するための図である。ここでは、配向膜ＡＬ１と配向膜ＡＬ２との間の液晶層ＬＣに電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭの初期配向状態を示している。
配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１、及び、配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、ほぼ平行であり、互いに逆向きである。配向処理方向ＡＤ１及び配向処理方向ＡＤ２は、例えば第１透過軸Ｔ１とほぼ平行である。つまり、Ｘ−Ｙ平面において、配向処理方向ＡＤ２を示す矢印の先端は９０°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ１を示す矢印の先端は２７０°の方位に位置している。液晶層ＬＣにおいて、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、ホモジニアス配向している。液晶分子ＬＭは、その長軸が第２方向Ｙに沿うように配向している。
なお、偏光軸回転素子１００を透過した光が第１偏光成分と同様の偏光度を有する直線偏光である場合には、第２偏光板ＰＯＬ２を省略してもよい。また、配向処理方向ＡＤ１及び配向処理方向ＡＤ２は、第１透過軸Ｔ１とほぼ直交していてもよい。また、第２透過軸Ｔ２が９０°の方位に位置し、第１透過軸Ｔ１が０°の方位に位置していてもよいが、上記の通り、偏光サングラスを介して表示画像を視認する観点では、図示したように、第１透過軸Ｔ１が９０°の方位に位置し、第２透過軸Ｔ２が０°の方位に位置していることが望ましい。
図１２は、表示装置ＤＳＰの適用例を示す図である。図１２に示す表示装置ＤＳＰは、車両２００に搭載された車両用表示装置に相当する。車両２００は、車両の前部に設けられたウインドシールド２１０と、運転席２２１及び助手席２２２と、運転席２２１及び助手席２２２の前方に設けられたダッシュボード２３０と、ダッシュボード２３０に設けられた表示装置ＤＳＰと、を備えている。表示装置ＤＳＰは、運転席２２１及び助手席２２２の前方に位置している。図示した例では、表示装置ＤＳＰは、助手席２２２のほぼ正面に位置しているとともに、運転席２２１から見て右斜め前方に位置している。なお、運転席２２１及び助手席２２２は、上記の構成例で説明した第１方向Ｘに並んでいるものとする。このような表示装置ＤＳＰが図１に示した構成例を適用して構成された場合、図７等に示した０°の方位が助手席側の方位に相当し、１８０°の方位が運転席側の方位に相当する。
助手席２２２の搭乗者は、表示装置ＤＳＰをほぼ正面から観察することになる。このとき、第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２を透過する光の透過率は、図７乃至図９に示した同心円のうち、傾き角度が０°〜４０°付近での透過率となる。図７乃至図９に示したように、搭乗者の方位では、上記の第１乃至第３モードのいずれにおいても高い透過率が得られる。つまり、搭乗者は、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認することができる。
一方、運転席２２１の運転手は、表示装置ＤＳＰを斜め方向から観察することになる。このとき、第１視野角制御パネル１及び第２視野角制御パネル２を透過する光の透過率は、図７乃至図９に示した同心円のうち、傾き角度が４０°〜８０°付近での透過率となる。図７乃至図９に示したように、運転手の方位では、第１モードもしくは第３モードにおいては、透過率が２％未満となり、ほぼ遮光状態となる。したがって、運転手は、第１モードもしくは第３モードにおいては、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認することができない。なお、運転手は、第１視野角制御パネル１および第２視野角制御パネル２の双方がオフの状態、もしくは、第２モードにおいては、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認することができる。
上記の通り、第１モードでは、第１視野角制御パネル１の視野角特性が支配的となり、図７に示したように、運転席側（１８０°方位）の透過率は、助手席側（０°方位）の透過率より小さくなる。また、第２モードでは、第２視野角制御パネル２の視野角特性が支配的となり、図８に示したように、ウインドシールド側（９０°方位）の透過率は、その反対側（２７０°方位）の透過率より小さくなる。
このように、表示装置ＤＳＰに対して複数の方位で視野角を制御することができる。
図１３は、図１２に示した車両２００の助手席側の側面図である。ウインドシールド２１０は、表示装置ＤＳＰの上方に位置している。表示装置ＤＳＰに対するウインドシールド２１０の方位は、図７等に示した９０°の方位に相当する。
図７乃至図９に示したように、ウインドシールド２１０の方位での透過率は、第２モードもしくは第３モードにおいては２％未満となり、ほぼ遮光状態となる。したがって、第２モードもしくは第３モードにおいては、表示パネルＰＮＬに表示された画像がウインドシールド２１０に投影される不所望な現象（映り込み）を抑制することができる。
次に、他の構成例について説明する。
図１４は、第２視野角制御パネル２の他の構成例を示す図である。ここでは、第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ２の初期配向状態を示している。図１４に示す第２視野角制御パネル２は、例えば、図４に示した第１視野角制御パネル１と組み合わせて、表示装置ＤＳＰに搭載される。
図１４に示す構成例は、図５に示した構成例と比較して、液晶分子ＬＭ２の配向状態が相違している。配向膜ＡＬ６の配向処理方向ＡＤ６は、配向膜ＡＬ５の配向処理方向ＡＤ５にほぼ直交している。配向処理方向ＡＤ５は、第４透過軸Ｔ４とほぼ平行であり、１３５°の方位に位置している。配向処理方向ＡＤ６は、第５透過軸Ｔ５とほぼ平行であり、４５°の方位に位置している。第２液晶層ＬＣ２において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ２は、第６基板ＳＵＢ６から第５基板ＳＵＢ５に向かって時計回りにツイスト配向するように構成されている。つまり、液晶分子ＬＭ２は、図４に示した第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭ１とは異なる方向にツイスト配向している。
第５偏光板ＰＯＬ５及び第６基板ＳＵＢ６に近接する側の液晶分子ＬＭＤは、その長軸が配向処理方向ＡＤ６に沿うように配向し、４５°の方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＤの配向方位は、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭＡの配向方位とほぼ直交している。しかも、液晶分子ＬＭＤは、配向処理方向ＡＤ６を示す矢印の先端側の端部が第６基板ＳＵＢ６から離間するように傾斜している。
第４偏光板ＰＯＬ４及び第５基板ＳＵＢ５に近接する側の液晶分子ＬＭＥは、その長軸が配向処理方向ＡＤ５に沿うように配向し、１３５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＥは、配向処理方向ＡＤ５を示す矢印の先端側の端部が第５基板ＳＵＢ５から離間するように傾斜している。
第２液晶層ＬＣ２の中間層の液晶分子ＬＭＦは、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向している。液晶分子ＬＭＦの配向方位は、第１液晶層ＬＣ１における液晶分子ＬＭＣの配向方位とほぼ平行である。これらの液晶分子ＬＭＣ及び液晶分子ＬＭＦは、図３に示した第１偏光板ＰＯＬ１の第１吸収軸Ａ１に沿うように配向している。
このような第２視野角制御パネル２と、図４を参照して説明した第１視野角制御パネル１とを組み合わせて、視野角特性のシミュレーションを行った。
図１５は、第２モードにおける視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。第１液晶層ＬＣ１の駆動電圧は０Ｖであり、図１４に示した第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は２．５Ｖである。
図示したように、観察位置が１８０°方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が０°方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が３０°を超えると、透過率は３％以下となる。つまり、１８０°方位に傾斜した観察位置での透過率は、０°方位に傾斜した観察位置での透過率より大きい。また、傾き角度が３０°を超えた観察位置に関して、１８０°方位に傾斜した観察位置では透過光が視認できる（あるいは表示画像を観察できる）のに対して、０°方位に傾斜した観察位置では透過光がほとんど視認できない（あるいは表示画像を観察できない）。
図４に示した第１視野角制御パネル１と図１４に示した第２視野角制御パネル２とを組み合わせた表示装置ＤＳＰは、図１２に示した車両用表示装置として適用可能である。この場合、第１モードでは、主に助手席側の搭乗者が表示パネルの画像を視認できる一方で運転手は表示パネルの画像を視認できない。また、第２モードでは、主に運転手が表示パネルの画像を視認できる一方で搭乗者は表示パネルの画像を視認できない。このようにして表示装置ＤＳＰの視野角を制御することができる。
図１６は、表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１６に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第３視野角制御パネル３、第４視野角制御パネル４、第６偏光板ＰＯＬ６、及び、第７偏光板ＰＯＬ７が追加された点で相違している。
第６偏光板ＰＯＬ６の透過軸は、図３に示した第４偏光板ＰＯＬ４の第４透過軸Ｔ４と平行であり、Ｘ−Ｙ平面において１３５°の方位に位置している。第７偏光板ＰＯＬ７の透過軸は、図３に示した第５偏光板ＰＯＬ５の第５透過軸Ｔ５と平行であり、Ｘ−Ｙ平面において４５°の方位に位置している。
第３視野角制御パネル３及び第４視野角制御パネル４は、いずれもツイストネマティック液晶素子であり、各々の液晶層における液晶分子の配向状態が異なるものである。以下に、４つの視野角制御パネル１乃至４における各々の液晶分子の配向状態について説明する。
例えば、第１視野角制御パネル１の液晶分子ＬＭ１は図４に示したように反時計回りにツイスト配向するように構成され、液晶層の中間層における液晶分子は第１方向Ｘに沿って配向している。
第２視野角制御パネル２の液晶分子ＬＭ２は図５に示したように時計回りにツイスト配向するように構成され、液晶層の中間層における液晶分子は第２方向Ｙに沿って配向している。
第３視野角制御パネル３の液晶分子は時計回りにツイスト配向するように構成され、液晶層の中間層における液晶分子は第１方向Ｘに沿って配向している。
第４視野角制御パネル４の液晶分子は反時計回りにツイスト配向するように構成され、液晶層の中間層における液晶分子は第２方向Ｙに沿って配向している。
このような構成例によれば、第１視野角制御パネル１は主にＸ−Ｙ平面における１８０°の方位の透過率を制限するように機能し、第２視野角制御パネル２は主にＸ−Ｙ平面における９０°の方位の透過率を制限するように機能し、第３視野角制御パネル３は主にＸ−Ｙ平面における０°の方位の透過率を制限するように機能し、第４視野角制御パネル４は主にＸ−Ｙ平面における２７０°の方位の透過率を制限するように機能する。
つまり、４つの視野角制御パネル１乃至４を搭載したことにより、４つの方位の視野角を制御することができる。
図１７は、表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１７に示す構成例は、図１６に示した構成例と比較して、第５視野角制御パネル５、第６視野角制御パネル６、第７視野角制御パネル７、第８視野角制御パネル８、第８偏光板ＰＯＬ８、第９偏光板ＰＯＬ９、第１０偏光板ＰＯＬ１０、及び、第１１偏光板ＰＯＬ１１が追加された点で相違している。
第６偏光板ＰＯＬ６、第８偏光板ＰＯＬ８、及び、第１０偏光板ＰＯＬ１０の各々の透過軸は、図３に示した第４偏光板ＰＯＬ４の第４透過軸Ｔ４と平行であり、Ｘ−Ｙ平面において１３５°の方位に位置している。第７偏光板ＰＯＬ７、第９偏光板ＰＯＬ９、及び、第１１偏光板ＰＯＬ１１の各々の透過軸は、図３に示した第５偏光板ＰＯＬ５の第５透過軸Ｔ５と平行であり、Ｘ−Ｙ平面において４５°の方位に位置している。
第５視野角制御パネル５は、第１視野角制御パネル１と同様の液晶パネルである。但し、第５視野角制御パネル５は、第１視野角制御パネル１と比較して、液晶層のリタデーション、あるいは、液晶層の駆動電圧が異なっている。第１視野角制御パネル１及び第５視野角制御パネル５のそれぞれの駆動電圧が異なる場合、視認を制限できる視野角の角度範囲を上記の構成例より拡大することができる。また、第１視野角制御パネル１及び第５視野角制御パネル５のそれぞれの液晶層におけるリタデーション（Δｎ・ｄ）が異なる場合、正面で観察した場合と斜め方向から観察した場合とで輝度変化量を調整することができる。このような第１視野角制御パネル１及び第５視野角制御パネル５の組み合わせは、主にＸ−Ｙ平面における１８０°の方位の透過率を制限するように機能する。
同様に、第６視野角制御パネル６は、第２視野角制御パネル２と同様の液晶パネルであるが、リタデーションあるいは駆動電圧が異なる。これらの第２視野角制御パネル２及び第６視野角制御パネル６の組み合わせは、主にＸ−Ｙ平面における９０°の方位の透過率を制限するように機能する。
第７視野角制御パネル７は、第３視野角制御パネル３と同様の液晶パネルであるが、リタデーションあるいは駆動電圧が異なる。これらの第３視野角制御パネル３及び第７視野角制御パネル７の組み合わせは、主にＸ−Ｙ平面における０°の方位の透過率を制限するように機能する。
第８視野角制御パネル８は、第４視野角制御パネル４と同様の液晶パネルであるが、リタデーションあるいは駆動電圧が異なる。これらの第４視野角制御パネル４及び第８視野角制御パネル８の組み合わせは、主にＸ−Ｙ平面における２７０°の方位の透過率を制限するように機能する。
つまり、８つの視野角制御パネル１乃至８を搭載したことにより、４つの方位の視野角の制御能力を向上することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、視野角を制御することが可能な表示装置及び車両用表示装置を提供することができる。本表示装置は、携帯電話等の携帯型電子機器の他、ノートＰＣやアミューズメント装置のような電子機器に適用することで、視野角制御を行うことが可能となる。また、第１視野角制御パネル、又は、第２視野角制御パネルに形成する少なくとも一方の透明電極を複数に分割し、それぞれの電極に印加する電圧を変化させることで、領域毎に視野角制御を行うことが可能となる。透明電極を分割するのは、第１視野角制御パネルと第２視野角制御の双方の透明電極を分割するものであってもよい。また、視野角制御が必要のない領域については、透明電極そのものを設けない構成であってもよい。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
ＤＳＰ…表示装置 ＰＮＬ…表示パネル ＩＬ…照明装置
１…第１視野角制御パネル ＬＣ１…第１液晶層
２…第２視野角制御パネル ＬＣ２…第２液晶層
１００…偏光軸回転素子 Ｆ…進相軸
ＰＯＬ１…第１偏光板 Ａ１…第１吸収軸 Ｔ１…第１透過軸
ＰＯＬ２…第２偏光板 Ａ２…第２吸収軸 Ｔ２…第１透過軸
ＰＯＬ３…第３偏光板 Ｔ３…第３透過軸
ＰＯＬ４…第４偏光板 Ｔ４…第４透過軸
ＰＯＬ５…第５偏光板 Ｔ５…第５透過軸
２００…車両

Claims (18)

  1. 第１偏光成分を変調する表示パネルと、
    ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備える第１視野角制御パネルと、
    ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備える第２視野角制御パネルと、
    前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、
    前記第１視野角制御パネルは、前記第２視野角制御パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられ、
    前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、
    前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、
    前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる、表示装置。
  2. 前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光成分に１／２波長の位相差を付与するように構成されている、請求項１に記載の表示装置。
  3. さらに、前記表示パネルの前面側に設けられた第１偏光板と、
    前記表示パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられた第２偏光板と、
    前記偏光軸回転素子と前記第１視野角制御パネルとの間に設けられた第３偏光板と、を備え、
    前記第２偏光板は、前記第１偏光成分を透過する第２透過軸を有し、
    前記第３偏光板は、前記第２偏光成分を透過する第３透過軸を有し、
    前記偏光軸回転素子の進相軸或いは遅相軸は、前記第２透過軸の方位と前記第３透過軸の方位との中間の方位に位置している、請求項２に記載の表示装置。
  4. さらに、前記第１視野角制御パネルと前記第２視野角制御パネルとの間に設けられた第４偏光板と、
    前記第２視野角制御パネルの背面側に設けられた第５偏光板と、を備え、
    前記第１液晶層の液晶分子は、前記第４偏光板から前記第３偏光板に向かってツイスト配向し、
    前記第２液晶層の液晶分子は、前記第５偏光板から前記第４偏光板に向かってツイスト配向している、請求項３に記載の表示装置。
  5. 前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位とほぼ直交している、請求項４に記載の表示装置。
  6. 前記第１偏光板は、第１吸収軸を有し、
    前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子、及び、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子のいずれか一方は、前記第１吸収軸に沿うように配向している、請求項４に記載の表示装置。
  7. 前記第１液晶層の液晶分子のうち前記第４偏光板に近接する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の液晶分子のうち前記第５偏光板に近接する液晶分子の配向方位とほぼ平行である、請求項４に記載の表示装置。
  8. 前記第１液晶層において、前記第４偏光板に近接する液晶分子は基準方位に対して反時計回りに１３５°の方位に配向し、前記第３偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに４５°の方位に配向し、
    前記第２液晶層において、前記第５偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに１３５°の方位に配向し、前記第４偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに２２５°の方位に配向している、請求項４に記載の表示装置。
  9. 前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位とほぼ平行である、請求項４に記載の表示装置。
  10. 前記第１偏光板は、第１吸収軸を有し、
    前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子、及び、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の双方は、いずれも前記第１吸収軸に沿うように配向している、請求項４に記載の表示装置。
  11. 前記第１液晶層の液晶分子のうち前記第４偏光板に近接する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の液晶分子のうち前記第５偏光板に近接する液晶分子の配向方位とほぼ直交している、請求項４に記載の表示装置。
  12. 前記第１液晶層において、前記第４偏光板に近接する液晶分子は基準方位に対して反時計回りに１３５°の方位に配向し、前記第３偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに４５°の方位に配向し、
    前記第２液晶層において、前記第５偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに４５°の方位に配向し、前記第４偏光板に近接する液晶分子は前記基準方位に対して反時計回りに１３５°の方位に配向している、請求項４に記載の表示装置。
  13. 車両に設けられた車両用表示装置であって、
    第１偏光成分を変調する表示パネルと、
    ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備える第１視野角制御パネルと、
    ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備える第２視野角制御パネルと、
    前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、
    前記第１視野角制御パネルは、前記第２視野角制御パネルと前記偏光軸回転素子との間に設けられ、
    運転席及び助手席は、第１方向に並び、
    前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、
    前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の長軸、及び、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の長軸のうちの少なくとも一方は、前記第１方向に沿うように配向し、
    前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、
    前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる、車両用表示装置。
  14. 前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光成分に１／２波長の位相差を付与するように構成されている、請求項１３に記載の車両用表示装置。
  15. 前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位とほぼ直交している、請求項１３に記載の車両用表示装置。
  16. 前記第１液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位は、前記第２液晶層の中間層に位置する液晶分子の配向方位とほぼ平行である、請求項１３に記載の車両用表示装置。
  17. 車両の前部に設けられたウインドシールドと、
    運転席及び助手席と、
    前記運転席及び前記助手席の前方に設けられたダッシュボードと、
    前記ダッシュボードに設けられた表示装置と、を備え、
    前記表示装置は、
    表示パネルと、
    前記運転席側の透過率が前記助手席側の透過率より小さくなるように構成された第１視野角制御パネルと、
    前記ウインドシールド側の透過率がその反対側の透過率より小さくなるように構成された第２視野角制御パネルと、を備えた車両。
  18. 前記表示装置は、さらに、照明装置と、偏光軸回転素子と、を備え、
    前記第１視野角制御パネル及び前記第２視野角制御パネルは、前記照明装置と前記偏光軸回転素子との間に設けられ、
    前記偏光軸回転素子は、前記第１視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられ、
    前記表示パネルは、第１偏光成分を変調し、
    前記第１視野角制御パネルは、ツイスト配向した液晶分子を含む第１液晶層を備え、
    前記第２視野角制御パネルと、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備え、
    前記第１液晶層の配向状態は、前記第２液晶層の配向状態とは異なり、
    前記第１視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、
    前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸を回転させる、請求項１７に記載の車両。
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