JP2023137631A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】左右方向の視野角及び上下方向の視野角を制御することができる表示装置を提供する。【解決手段】背面側から観察面側に向かって順に、バックライトと、第一の液晶パネルと、表示パネルと、第二の液晶パネルと、を備え、上記第一の液晶パネルは、背面側から観察面側に向かって順に、第一の基板と、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、第二の基板と、を備え、上記第二の液晶パネルは、第三の基板と、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、第四の基板と、を備え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ1、上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子のダイレクタの方位角をφ3とするとき、下記(式1)を満たす表示装置。|φ3-φ1|≧50° (式1)【選択図】図4

Description

以下の開示は、表示装置に関するものである。
映像(動画像および静止画像)を表示する装置として、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス(EL:Electro-Luminescence)表示装置等の様々な表示装置が広く用いられている。
液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、透過させる光の制御に液晶組成物を利用するパネルであり、その代表的な方式は、一対の基板間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶パネルは、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。
従来、表示装置は、狭い視野角の範囲から観察しても、広い視野角の範囲から観察しても同様の画像が観察できるように視野角特性を向上させることが検討されている。一方で、プライバシー保持の観点からは、狭い視野角の範囲からは画像を観察できるが、広い視野角の範囲からは上記画像を観察し難くする表示方法が検討されている。このように、狭い視野角の範囲においても広い視野角の範囲においても同様の画像が観察できるパブリックモード(広視野角モード)と、狭い視野角の範囲からは画像を観察できるが、広い視野角の範囲からは画像を観察し難いプライバシーモード(狭視野角モード)とを切り替え可能な表示装置が求められている。このような表示装置を、視野角制御ディスプレイともいう。
スマートフォンやPC(Personal Computer)の市場では、視野角制御ディスプレイとして、薄型・軽量・低消費電力とプライバシー性能のバランスが特に重要視される。一方で、車載市場(CDD(Co-driver-Display):助手席専用LCD(Liquid Crystal Display))では、助手席側からは品位の変わらない表示でありつつも、運転手側からは全く見えない完全遮光への切替が重要視されている。いずれの市場においても、左右(あるは左のみ)の視野角が切替できることが求められている。
他方、ATM(Automatic Teller Machine)やPOS(Point Of Sales)レジ市場においては、前者市場らと異なり、左右に加えて上下方向についても、視野角を制御するメリットが存在する。例えば、誰もがATM端末を使用しない間は、広い視野角で広告を表示し、消費者がATMで現金を預け入れる場合などは個人情報保護の観点から、より狭い視野角で端末が機能することが好ましい。したがって、視野角制御が可能なATM端末に対する要望が存在している。
パブリックモードとプライバシーモードとを切り替え可能な表示装置に関する技術として、例えば、特許文献1には、表示パネルの表面、又は、裏面に配置されることによって、前記表示パネルに表示された画像の視野角を制御し、液晶層を含み、かつ、前記液晶層に電圧を印加する際の単位としての画素が設けられた視野角制御用液晶パネルであって、前記液晶層には直線偏光が入射され、かつ、前記液晶層の光が出射する側には、前記液晶層から出射された光のうち、前記液晶層に入射された直線偏光の偏光軸と平行な成分のみを透過させる偏光板が設けられており、前記液晶層に含まれた液晶分子は、液晶層に電圧が印加されることによって、前記液晶層に入射された直線偏光の偏光軸と、平行又は垂直な方向に傾斜し、前記画素が複数個、マトリクス状に配設されている視野角制御用液晶パネルが開示されている。
また、特許文献2には、視野角を制御するためのバックライトシステムであって、前記バックライトシステムの非視認側から視認側に向けて光を照射する第一のバックライトユニットと、前記第一のバックライトユニットの視認側に配置され、前記バックライトシステムの視認側に向けて光を照射する第二のバックライトユニットと、液晶材料を含み、前記第二のバックライトユニットの非視認側に配置され、前記第一のバックライトユニットと前記第二のバックライトユニットとの間に配置され、前記第一のバックライトからの光を限られた視野角範囲で透過させるプライバシー光学部材と、前記プライバシー光学部材の視認側であって、かつ、前記第二のバックライトユニットの非視認側に配置された第一の偏光板と、前記プライバシー光学部材の非視認側であって、かつ、前記第一のバックライトユニットの視認側に配置された第二の偏光板と、を備え、前記プライバシー光学部材は、前記第一の偏光板と前記第二の偏光板との間に配置されたHAN(Hybrid Aligned Nematic)モードの液晶セルであり、前記HANモードの液晶セルは、第一の電極層を備える第一の基板と、液晶層を介して反対側に配置された第二の電極層を備える第二の基板とを備え、前記HANモードの液晶セルに電圧が印加されると視野角制限が強くなるバックライトシステムが開示されている。
また、特許文献3には、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた表示装置を含む表示装置システムであって、上記表示装置におけるバックライトからの光漏れ量よりも表示装置における外光の反射光の反射光量の方が相対的に大きくなるようにする反射光量相対的増大部が設けられている表示装置システムが開示されている。
また、非特許文献1には、VA(Vertical Alignment)配向の液晶レンズセルからなり、片側の基板側にのみITOグリッド電極を備える視野角制御用液晶パネルと、表示用液晶パネルと、ルーバーフィルムとを備え、上記視野角制御用液晶パネルのグリッド電極への電圧印加時に、横電界によりセル内の屈折率分布を変調し、ルーバーフィルム越しのバックライト光を拡散させることができ(パブリックモードとして機能し)、電圧無印加時に、バックライト光は拡散されずにそのまま表示用液晶パネル側へと抜けていく(プライバシーモードとして機能する)、デュアルセル方式の液晶表示装置が開示されている。
特開2008-203565号公報 米国特許第11002998号明細書 国際公開第2007/138732号
AU Optronics Corp., Hsinchu, Taiwan,「Advanced Hyper-Viewing Angle Controllable LCD」,SID 2021 DIGEST,543
上記特許文献1~3及び非特許文献1では、左右方向の視野角制御に加えて、上下方向の視野角も制御する技術については検討されていない。
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、左右方向の視野角及び上下方向の視野角を制御することができる表示装置を提供することを目的とするものである。
(1)本発明の一実施形態は、背面側から観察面側に向かって順に、バックライトと、第一の液晶パネルと、表示パネルと、第二の液晶パネルと、を備え、上記第一の液晶パネルは、背面側から観察面側に向かって順に、第一の基板と、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、第二の基板と、を備え、上記第二の液晶パネルは、第三の基板と、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、第四の基板と、を備え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ1、上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子のダイレクタの方位角をφ3とするとき、下記(式1)を満たす、表示装置。
|φ3-φ1|≧50° (式1)
(2)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、更に、上記第一の液晶パネルと上記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、上記第一の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A2-1)~(式A2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A3)を満たす、表示装置。
0°≦θ(φ1、P2)≦3° (式A2-1)
87°≦θ(φ1、P2)≦90° (式A2-2)
0°≦θ(φ2、P2)≦3° (式A2-3)
87°≦θ(φ2、P2)≦90° (式A2-4)
0≦|φ1-φ2|<5° (式A3)
(3)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、更に、上記第一の液晶パネルと上記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、上記第一の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A4-1)~(式A4-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A5)を満たす、表示装置。
5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A4-1)
65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A4-2)
5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A4-3)
65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A4-4)
0≦|φ1-φ2|<5° (式A5)
(4)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、更に、上記第一の液晶パネルと上記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、上記第一の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、上記第二の基板側の上記第一の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A6-1)~(式A6-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A7)を満たす、表示装置。
5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A6-1)
65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A6-2)
5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A6-3)
65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A6-4)
5≦|φ1-φ2|≦20° (式A7)
(5)また、本発明のある実施形態は、上記(2)、上記(3)又は上記(4)の構成に加え、上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における、上記第四の基板側の上記第二の液晶分子のダイレクタの方位角をφ4とし、平面視において、上記第三の基板側の上記第二の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ3、P2)、上記第四の基板側の上記第二の液晶分子のダイレクタと上記吸収軸とのなす角度をθ(φ4、P2)とするとき、下記(式B2-1)~(式B2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B3)を満たす、表示装置。
0°≦θ(φ3、P2)≦3° (式B2-1)
87°≦θ(φ3、P2)≦90° (式B2-2)
0°≦θ(φ4、P2)≦3° (式B2-3)
87°≦θ(φ4、P2)≦90° (式B2-4)
0≦|φ3-φ4|<5° (式B3)
(6)また、本発明のある実施形態は、上記(1)、上記(2)、上記(3)、上記(4)又は上記(5)の構成に加え、上記表示パネルは、IPSモード又はFFSモードの液晶表示パネルである、表示装置。
本発明によれば、左右方向の視野角及び上下方向の視野角を制御することができる表示装置を提供することができる。
方位角及び極角について説明する図である。 実施形態1に係る表示装置の断面模式図である。 実施形態1に係る表示装置の拡大断面模式図である。 実施形態1に係る表示装置の正面模式図である。 実施形態1~実施形態5の変形例1に係る視野角制御用液晶パネルの斜視模式図である。 実施例1に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例1に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例1に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例1に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例1に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例1に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例2に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例2に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例2に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例2に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例2に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例2に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例3に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例3に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例3に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例3に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例3に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例3に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例4に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例4に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例4に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例4に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例4に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例4に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例5に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例5に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。 実施例5に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例5に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。 実施例5に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。 実施例5に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
[用語の定義]
本明細書中、観察面側とは、液晶パネルの画面(表示面)に対してより近い側を意味し、背面側とは、液晶パネルの画面(表示面)に対してより遠い側を意味する。
図1は、方位角及び極角について説明する図である。図1は、液晶パネルを観察面側(正面)から見たときの平面模式図である。本明細書中、方位とは、対象となる方向(例えば測定方向)を液晶パネルの画面上に射影したときの方向を意味し、基準となる方位との間のなす角度(方位角)で表現される。ここで、基準となる方位(0°)は、図1に示すように、液晶パネルの画面の水平右方向に設定される。図1における数値は方位角を示し、Hは左右方向(水平方向)、Vは上下方向(垂直方向)を示す。本明細書では、左右方向をH180°-0°とも示し、上下方向をV270°-90°とも示す。
方位角は、基準となる方位から反時計回りを正の角度、基準となる方位から時計回りを負の角度とする。反時計回り及び時計回りは、いずれも液晶パネルの画面を観察面側(正面)から見たときの回転方向を表す。また、角度は、液晶パネルを平面視した状態で測定された値を表し、2つの直線(軸及び方向を含む)が互いに直交するとは、液晶パネルを平面視した状態で直交することを意味し、2つの直線(軸及び方向を含む)が互いに平行であるとは、液晶パネルを平面視した状態で平行であることを意味する。
本明細書中、極角とは、対象となる方向(例えば測定方向)と、液晶パネルの画面の法線方向とのなす角度を意味する。図1に示すように、左右方向、すなわち、H180°-0°では、対象となる方向の方位角が0°の場合の極角を正の角度とし、対象となる方向の方位角が180°の場合の極角を負の角度とする。また、上下方向、すなわち、V270°-90°では、対象となる方向の方位角が90°の場合の極角を正の角度とし、対象となる方向の方位角が270°の場合の極角を負の角度とする。
本明細書において、軸方位とは、特に断りのない限り偏光子の吸収軸(反射軸)、又は、複屈折層の光軸(遅相軸)の方位を意味する。
本明細書中、2つの軸が直交するとは、両者のなす角度が90°±3°であることを意味し、好ましくは90°±1°、より好ましくは90°±0.5°、特に好ましくは90°(完全に直交)であることを意味する。2つの軸が平行であるとは、両者のなす角度が0°±3°であることを意味し、好ましくは0°±1°、より好ましくは0°±0.5°、特に好ましくは0°(完全に平行)であることを意味する。
本明細書中、面内方向のリタデーションRpは、Rp=(ns-nf)dで定義される。また、厚さ方向のリタデーションRthは、Rth=(nz-(nx+ny)/2)dで定義される。nsはnx、nyのうち大きい方を、nfは小さい方を指す。また、nx及びnyは、複屈折層(液晶パネルを含む)の面内方向の主屈折率を示し、nzは、面外方向、すなわち、複屈折層の面に対して垂直方向の主屈折率を示し、dは、複屈折層の厚みを示す。
なお、本明細書中で主屈折率、位相差等の光学パラメータの測定波長は、特に断りのない限り550nmとする。
本明細書において、複屈折層とは、光学的異方性を有する層のことであり、液晶パネルを包含する概念である。複屈折層は、例えば、面内方向のリタデーションと、厚さ方向のリタデーションの絶対値とのいずれか一方が10nm以上の値を有するものであり、好ましくは、20nm以上の値を有するものである。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
(実施形態1)
図2は、実施形態1に係る表示装置の断面模式図である。図3は、実施形態1に係る表示装置の拡大断面模式図である。図4は、実施形態1に係る表示装置の正面模式図である。
図2~図4に示すように、本実施形態の表示装置1は、背面側から観察面側に向かって順に、バックライト30と、上記第一の液晶パネルとしての第一の視野角制御用液晶パネル11Aと、上記表示パネルとしての液晶表示パネル20と、上記第二の液晶パネルとしての第二の視野角制御用液晶パネル11Bと、を備える。第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、背面側から観察面側に向かって順に、第一の基板110と、第一の液晶分子131を含有する第一の液晶層130と、第二の基板150と、を備え、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第三の基板310と、第二の液晶分子331を含有する第二の液晶層330と、第四の基板350と、を備える。第一の液晶層130に電圧が印加されていない状態における第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aの方位角をφ1、第二の液晶層330に電圧が印加されていない状態における第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aの方位角をφ3とするとき、表示装置1は、下記(式1)を満たす。
|φ3-φ1|≧50° (式1)
このような態様とすることにより、第一の液晶層130及び第二の液晶層330が電圧無印加状態である場合に、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bは広視野角モードとして機能する。また、第一の液晶層130及び第二の液晶層330が電圧印加状態である場合に、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの一方は左右方向の視野角を制御し、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの他方は上下方向の視野角を制御する狭視野角モードとして機能する。その結果、左右方向の視野角及び上下方向の視野角を制御することができる表示装置1を実現することができる。ここで、左右方向(H180°-0°)の視野角を制御するとは、左方向(負の極角側)及び右方向(正の極角側)の少なくとも一方において、透過率が最小となる極角(遮光角)を狭める(好ましくは、絶対値45°以下の遮光角とする)ことをいう。また、上下方向(V270°-90°)の視野角を制御するとは、下方向(負の極角側)及び上方向(正の極角側)の少なくとも一方において遮光角を狭める(好ましくは、絶対値45°以下の遮光角とする)ことをいう。
一方、上記特許文献1~特許文献3及び非特許文献1では、視野角制御用液晶パネルは1層のみしか用いられていないことから、本実施形態とは構成が異なり、左右方向又は上下方向の一方向しか視野角を制御することができない。また、上記特許文献3の表示装置システムが備える視野角制御用パネルでは、一対の偏光板の偏光軸が方位角45°及び135°に設定され、クロスニコルに配置されており、VAモードとして機能しているため正面輝度を大幅に落とすデメリットがある。また、表示パネルもVAモードに限定されてしまう。以下、本実施形態の表示装置1について詳細を説明する。
本実施形態の表示装置1は、背面側から観察面側に向かって順に、バックライト30と、第一の吸収軸10P1Aを有する第一の偏光板10P1と、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2と、液晶表示パネル20と、第三の吸収軸10P3Aを有する第三の偏光板10P3と、第二の視野角制御用液晶パネル11Bと、第四の吸収軸10P4Aを有する第四の偏光板10P4と、を備える。
第一の偏光板10P1、第二の偏光板10P2、第三の偏光板10P3及び第四の偏光板10P4は、いずれも吸収型偏光子である。第一の偏光板10P1、第二の偏光板10P2、第三の偏光板10P3及び第四の偏光板10P4としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)フィルムにヨウ素錯体(又は染料)等の異方性材料を、染色及び吸着させてから延伸配向させた偏光子(吸収型偏光板)等を用いることができる。
第一の偏光板10P1は、第一の吸収軸10P1Aと、第一の吸収軸10P1Aに直交する第一の透過軸とを有する。第二の偏光板10P2は、第二の吸収軸10P2Aと、第二の吸収軸10P2Aに直交する第二の透過軸とを有する。第三の偏光板10P3は、第三の吸収軸10P3Aと、第三の吸収軸10P3Aに直交する第三の透過軸とを有する。第四の偏光板10P4は、第四の吸収軸10P4Aと、第四の吸収軸10P4Aに直交する第四の透過軸とを有する。
図4に示すように、第一の吸収軸10P1Aは、第二の吸収軸10P2Aと平行に配置されることが好ましい。このような態様とすることにより、第一の偏光板10P1及び第二の偏光板10P2をパラレルニコルに配置することが可能となり、第一の視野角制御用液晶パネル11Aの背面側にバックライト30を配置する場合に、電圧無印加状態において、低い極角側から高い極角側にかけてバックライト光をより効果的に透過させることが可能となる。例えば、第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは方位角90°-270°方向に設定される。
第三の吸収軸10P3Aは、第四の吸収軸10P4Aと平行に配置されることが好ましい。このような態様とすることにより、第三の偏光板10P3及び第四の偏光板10P4をパラレルニコルに配置することが可能となり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bの背面側にバックライト30を配置する場合に、電圧無印加状態において、低い極角側から高い極角側にかけてバックライト光をより効果的に透過させることが可能となる。例えば、第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは方位角0°-180°方向に設定される。
第二の吸収軸10P2Aは、第三の吸収軸10P3Aと直交することが好ましい。このような態様とすることにより、ノーマリーブラックモードを実現することが可能となり、表示画像のコントラストを高めることができる。
上記第一の液晶パネル(本実施形態では第一の視野角制御用液晶パネル11A)及び上記第二の液晶パネル(本実施形態では第二の視野角制御用液晶パネル11B)は、互いに異なる方位で広視野角モードと狭視野角モードとを切り替え可能なスイッチング液晶パネルである。ここで、広視野角モードとは、狭い視野角の範囲においても広い視野角の範囲においても同様の画像が観察できるモードであり、パブリックモードともいう。また、狭視野角モードとは、狭い視野角の範囲からは画像を観察できるが、広い視野角の範囲からは画像を観察し難いモードであり、プライバシーモードともいう。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、単に、視野角制御用液晶パネルともいう。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、背面側から観察面側に向かって順に、第一の支持基板111及び第一の電極112を有する第一の基板110と、第一の配向膜120と、第一の液晶分子131を含有する第一の液晶層130と、第二の配向膜140と、第二の支持基板151及び第二の電極152を有する第二の基板150と、を備える。
第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、背面側から観察面側に向かって順に、第三の支持基板311及び第三の電極312を有する第三の基板310と、第三の配向膜320と、第二の液晶分子331を含有する第二の液晶層330と、第四の配向膜340と、第四の支持基板351及び第四の電極352を有する第四の基板350と、を備える。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の電極112と第二の電極152との間に印加する電圧を変化させることにより、第一の液晶層130のリタデーションを変化させ、第一の液晶層130の光の透過及び不透過を制御することができる。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第三の電極312と第四の電極352との間に印加する電圧を変化させることにより、第二の液晶層330のリタデーションを変化させ、第二の液晶層330の光の透過及び不透過を制御することができる。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bはパッシブ駆動されるパッシブ液晶パネルである。一般的なパッシブ液晶パネルと同様に、第一の視野角制御用液晶パネル11Aが備える第一の基板110は、画面全面を覆うようなベタ状の電極(ベタ電極)である第一の電極112を備え、第二の基板150は、画面全面を覆うようなベタ電極である第二の電極152を備える。このような態様とすることにより、画面全体でパブリックモードとプライバシーモードとの切り替えを行うことができる。第二の視野角制御用液晶パネル11Bが備える第三の基板310は、画面全面を覆うようなベタ状の電極(ベタ電極)である第三の電極312を備え、第四の基板350は、画面全面を覆うようなベタ電極である第四の電極352を備える。このような態様とすることにより、画面全体でパブリックモードとプライバシーモードとの切り替えを行うことができる。
第一の液晶層130及び第二の液晶層330が電圧無印加状態であるときの、第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aの方位角をφ1、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aの方位角をφ2、第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aの方位角をφ3、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aの方位角をφ4とする。
ここで、第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aは、第一の基板110側の第一の液晶分子1311が有する2つの長軸端部のうち、背面側に位置する長軸端部を始点とし、観察面側に位置する長軸端部を終点としたときの配向ベクトルである。第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aは、第二の基板150側の第一の液晶分子1312が有する2つの長軸端部のうち、観察面側に位置する長軸端部を始点とし、背面側に位置する長軸端部を終点としたときの配向ベクトルである。第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aは、第三の基板310側の第二の液晶分子3311が有する2つの長軸端部のうち、背面側に位置する長軸端部を始点とし、観察面側に位置する長軸端部を終点としたときの配向ベクトルである。第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aは、第四の基板350側の第二の液晶分子3312が有する2つの長軸端部のうち、観察面側に位置する長軸端部を始点とし、背面側に位置する長軸端部を終点としたときの配向ベクトルである。
本実施形態の表示装置1は、下記(式1)を満たす。このような態様とすることにより、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの一方で左右方向の視野角を制御し、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの他方で上下方向の視野角を制御することが可能となる。
|φ3-φ1|≧50° (式1)
ここで、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの構成としては、例えば、一対の基板のうち一方の基板に画素電極、他方の基板に共通電極が形成された当該一対の基板間に液晶層を狭持し、画素電極及び共通電極の間に電圧を印加して液晶層に縦電界を印加することで表示を行う縦電界方式が挙げられる。
縦電界方式としては、電圧無印加状態において液晶層中の液晶分子が基板面に対して平行に配向する、すなわち、ホモジニアス(水平)配向するECBモード、電圧無印加状態において液晶層中の液晶分子が基板面に対して垂直に配向する、すなわち、ホメオトロピック(垂直)配向するVA(Vertical Alignment)モードやHAN(Hybrid Aligned Nematic)モード等が挙げられる。本実施形態の第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、好ましくはECBモードである。
本明細書において、第一の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第一の基板近傍において水平配向している第一の液晶分子のダイレクタである。より具体的には、第一の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第一の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第一の液晶層の第一の基板側の界面に位置する第一の液晶分子のダイレクタをいう。第一の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第一の液晶層の第一の基板側の界面に位置する第一の液晶分子は垂直配向しているため、第一の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第一の基板側の界面より第一の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第一の液晶分子のダイレクタをいう。第一の液晶分子のダイレクタは、配向主軸の方向(ネマティック液晶において分子長軸の平均的に揃う方向)であるため、第一の液晶層が電圧無印加状態である場合の第一の基板側の第一の液晶分子のダイレクタの方位角は、第二の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜の配向処理方向の方位角と一致する。
同様に、第二の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第二の基板近傍において水平配向している第一の液晶分子のダイレクタである。より具体的には、第二の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第二の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第一の液晶層の第二の基板側の界面に位置する第一の液晶分子のダイレクタをいう。第二の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第一の液晶層の第二の基板側の界面に位置する第一の液晶分子は垂直配向しているため、第二の基板側の第一の液晶分子のダイレクタとは、第二の基板側の界面より第一の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第一の液晶分子のダイレクタをいう。第一の液晶分子のダイレクタは、配向主軸の方向であるため、第一の液晶層が電圧無印加状態である場合の第二の基板側の第一の液晶分子のダイレクタの方位角は、第一の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜の配向処理方向の方位角と一致する。
同様に、第三の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第三の基板近傍において水平配向している第二の液晶分子のダイレクタである。より具体的には、第三の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第三の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第二の液晶層の第三の基板側の界面に位置する第二の液晶分子のダイレクタをいう。第三の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第二の液晶層の第三の基板側の界面に位置する第二の液晶分子は垂直配向しているため、第三の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第三の基板側の界面より第二の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第二の液晶分子のダイレクタをいう。第二の液晶分子のダイレクタは、配向主軸の方向であるため、第二の液晶層が電圧無印加状態である場合の第三の基板側の第二の液晶分子のダイレクタの方位角は、第三の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜の配向処理方向の方位角と一致する。
同様に、第四の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第四の基板近傍において水平配向している第二の液晶分子のダイレクタである。より具体的には、第四の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第四の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第二の液晶層の第四の基板側の界面に位置する第二の液晶分子のダイレクタをいう。第四の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第二の液晶層の第四の基板側の界面に位置する第二の液晶分子は垂直配向しているため、第四の基板側の第二の液晶分子のダイレクタとは、第四の基板側の界面より第二の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第二の液晶分子のダイレクタをいう。第二の液晶分子のダイレクタは、配向主軸の方向であるため、第二の液晶層が電圧無印加状態である場合の第四の基板側の第二の液晶分子のダイレクタの方位角は、第四の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜の配向処理方向の方位角と一致する。
液晶分子の配向状態は、次のように分析することもできる。クロスニコルに配置された一対の偏光板に電圧無印加状態の液晶パネルを挟んだときに消光位が観察される場合は、(状態1)ホモジニアス(水平)配向状態、又は、(状態2)ホメオトロピック(垂直)配向状態のいずれかと特定され、ツイストが無いと判別することができる。この時、もし消光位が観察されない場合、クロスニコルに配置された一対の偏光板のうち一方の偏光板のみを方位方向に回転し、仮に、反時計周りに10°回転させたときに消光位が観察されるなら、液晶パネル内の液晶分子は、(状態1)又は(状態2)のいずれかでありながらも、電圧無印加状態において10°ツイストした状態であると特定される。
(状態1)及び(状態2)の切り分けとしては、Axoscan(Axometrics社製)で面内位相差の電圧依存性を測定すれば、その特性カーブにより、ECBモードであるか、あるいは別モード(例えばHANモード、VAモード等)であるかどうかの切り分けが可能となる。尚、ECBモードは、面内位相差の電圧依存に明確な閾値があるが、HANモードは閾値がないため、その切り分けが可能となる。
液晶分子が水平配向であるか垂直配向であるかは、Axoscan(Axometrics社製)を使用し、電圧無印加時の面内位相差を測定することによって判別することができる。水平配向状態であり、かつ、ツイストの無い場合は、面内位相差:(ne-no)×dが得られ、10°ツイストしている場合は、面内位相差:{(ne-no)×cos5°}×dが得られる。ここで、neは液晶分子の長軸屈折率、noは液晶分子の短軸屈折率、dはギャップ(液晶層の厚み)を表す。一方、垂直配向状態の場合は、短軸屈折率しか光を感じず、電圧無印加時の面内位相差は約0nmとなるため、水平配向状態との違いが鮮明となる。なお、10°ツイストしている場合に面内位相差の式中でcos5°としているのは、厚み方向で段階的に液晶分子が捩れて(トータル)10°ツイストするため、平均5°となるからである。
液晶分子のより詳細な配向状態(ダイレクタ含む)の分析は、Axoscan(Axometrics社製)を使用し、二軸での斜め位相差測定(セルの斜め位相差測定)を行うことによって、より具体的には、二軸(方位2方向)における極角0°(正面)~極角±60°まで液晶パネルの面内位相差を測定することによって可能となる。この測定結果に基づき、液晶分子のダイレクタ(具体的なチルト角も含む情報)を見積もることも可能である。
表示装置1は、下記(式1-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの一方で左右方向の視野角を制御し、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの他方で上下方向の視野角を制御することが可能となる。
|φ3-φ1|≧70° (式1-1)
また、表示装置1は、下記(式2)を満たすことが好ましく、下記(式2-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、更に効果的に、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの一方で左右方向の視野角を制御し、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの他方で上下方向の視野角を制御することが可能となる。
130°≧|φ3-φ1| (式2)
110°≧|φ3-φ1| (式2-1)
また、表示装置1は、下記(式3)を満たすことが好ましく、下記(式3-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、特に効果的に、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの一方で左右方向の視野角を制御し、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの他方で上下方向の視野角を制御することが可能となる。
130°≧|φ3-φ1|≧50° (式3)
110°≧|φ3-φ1|≧70° (式3-1)
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第一の液晶層130に電圧が印加されていない状態における、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aの方位角をφ2とし、平面視において、第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ1、P2)、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式A2-1)~(式A2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A3)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において対称な(例えば、遮光角±45°の)狭視野角モードを実現することができる。なお、上記なす角度は、0°以上、90°以下の範囲で表すものとする。
0°≦θ(φ1、P2)≦3° (式A2-1)
87°≦θ(φ1、P2)≦90° (式A2-2)
0°≦θ(φ2、P2)≦3° (式A2-3)
87°≦θ(φ2、P2)≦90° (式A2-4)
0≦|φ1-φ2|<5° (式A3)
表示装置1は、下記(式A2-1-1)~(式A2-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A3-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において対称な(例えば、遮光角±45°の)狭視野角モードを実現することができる。
0°≦θ(φ1、P2)≦1° (式A2-1-1)
89°≦θ(φ1、P2)≦90° (式A2-2-1)
0°≦θ(φ2、P2)≦1° (式A2-3-1)
89°≦θ(φ2、P2)≦90° (式A2-4-1)
0≦|φ1-φ2|≦3° (式A3-1)
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第二の液晶層330に電圧が印加されていない状態における、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aの方位角をφ4とし、平面視において、第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ3、P2)、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ4、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式B2-1)~(式B2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B3)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において対称な(例えば、遮光角±45°の)狭視野角モードを実現することができる。なお、
0°≦θ(φ3、P2)≦3° (式B2-1)
87°≦θ(φ3、P2)≦90° (式B2-2)
0°≦θ(φ4、P2)≦3° (式B2-3)
87°≦θ(φ4、P2)≦90° (式B2-4)
0≦|φ3-φ4|<5° (式B3)
表示装置1は、下記(式B2-1-1)~(式B2-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B3-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において対称な(例えば、遮光角±45°の)狭視野角モードを実現することができる。
0°≦θ(φ3、P2)≦1° (式B2-1-1)
89°≦θ(φ3、P2)≦90° (式B2-2-1)
0°≦θ(φ4、P2)≦1° (式B2-3-1)
89°≦θ(φ4、P2)≦90° (式B2-4-1)
0≦|φ3-φ4|≦3° (式B3-1)
方位角φ1が45°以上、135°未満、又は、225°以上、315°未満である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aにより、左右方向において狭視野角モードを実現することができる。また、方位角φ1が0°以上、45°未満、135°以上、225°未満、又は、315°以上、360°未満である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aにより、上下方向において狭視野角モードを実現することができる。
方位角φ3が45°以上、135°未満、又は、225°以上、315°未満である場合、第二の視野角制御用液晶パネル11Bにより、左右方向において狭視野角モードを実現することができる。また、方位角φ3が0°以上、45°未満、135°以上、225°未満、又は、315°以上、360°未満である場合、第二の視野角制御用液晶パネル11Bにより、上下方向において狭視野角モードを実現することができる。
第一の支持基板111、第二の支持基板151、第三の支持基板311及び第四の支持基板351としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラスが挙げられる。ブラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。
第一の電極112、第二の電極152、第三の電極312及び第四の電極352は、透明電極であってもよく、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透明導電材料、又は、それらの合金で形成することができる。
第一の配向膜120及び第二の配向膜140は、電圧無印加状態における第一の液晶分子131の配向方位及び電圧無印加状態における第一の液晶分子131のチルト角を制御する。第一の配向膜120及び第二の配向膜140は、水平配向膜であっても垂直配向膜であってもよいが、電圧無印加状態における透過率を向上させる観点から、第一の配向膜120及び第二の配向膜140は、水平配向膜であることが好ましい。
第三の配向膜320及び第四の配向膜340は、電圧無印加状態における第二の液晶分子331の配向方位及び電圧無印加状態における第二の液晶分子331のチルト角を制御する。第三の配向膜320及び第四の配向膜340は、水平配向膜であっても垂直配向膜であってもよいが、電圧無印加状態における透過率を向上させる観点から、第三の配向膜320及び第四の配向膜340は、水平配向膜であることが好ましい。
ここで、水平配向膜は、当該配向膜を備える基板を液晶パネルに用いた場合に、液晶層に電圧を印加しない電圧無印加状態において、液晶層中の液晶分子を配向膜に対して、略水平に配向させる配向規制力を発現させる配向膜である。また、垂直配向膜は、当該配向膜を備える基板を液晶パネルに用いた場合に、液晶層に電圧を印加しない電圧無印加状態において、液晶層中の液晶分子を配向膜に対して、略垂直に配向させる配向規制力を発現させる配向膜である。
略水平とは、チルト角が0°以上、10°以下であることを意味し、好ましくは0°以上、5°以下、より好ましくは0°以上、2°以下であることを意味する。略垂直とは、チルト角が83°以上、90°以下であることを意味し、好ましくは85°以上、90°以下、より好ましくは87.5°以上、88.0°以下であることを意味する。
なお、本明細書において「チルト角」とは、液晶分子のダイレクタと基板の主面とのなす角を意味するのではなく、液晶層の厚み方向における液晶分子のダイレクタと基板の主面とのなす角度の平均値を意味し、基板の主面と平行な角度が0°、基板の主面の法線の角度が90°である。特に、電圧無印加状態における液晶分子のチルト角をプレチルト角ともいう。また、電圧無印加状態における液晶分子の配向方位を初期配向方位ともいう。チルト角は、クリスタルローテーション法を用いて求めることが可能であり、例えば、Axoscan(Axometrics社製)を用いて求めることができる。また、本実施形態において、液晶分子のダイレクタは、配向主軸の方向(ネマティック液晶において分子長軸の平均的に揃う方向)である。例えば、平面視において、電圧無印加状態における液晶分子のダイレクタは、配向膜の配向処理方向と一致する。
第一の配向膜120、第二の配向膜140、第三の配向膜320及び第四の配向膜340の材料としては、ポリイミドを主鎖に有するポリマー、ポリアミック酸を主鎖に有するポリマー、ポリシロキサンを主鎖に有するポリマー等の液晶パネルの分野で一般的な材料を用いることができる。第一の配向膜120及び第二の配向膜140は配向膜材料を塗布することによって形成することができ、上記塗布方法は特に限定されず、例えば、フレキソ印刷、インクジェット塗布等を用いることができる。
第一の配向膜120、第二の配向膜140、第三の配向膜320及び第四の配向膜340は、光官能基を有し、かつ配向処理として光配向処理が施された光配向膜であってもよいし、配向処理としてラビング処理が施されたラビング配向膜であってもよいし、配向処理が施されていない配向膜であってもよい。
第一の液晶層130は第一の液晶分子131を含有する。第一の液晶層130に対して印加された電圧に応じて第一の液晶分子131の配向状態が変化することにより、光の透過量が制御される。第二の液晶層330は第二の液晶分子331を含有する。第二の液晶層330に対して印加された電圧に応じて第二の液晶分子331の配向状態が変化することにより、光の透過量が制御される。
第一の液晶分子131及び第二の液晶分子331の誘電率異方性(Δε)は下記式(L)で定義される。第一の液晶分子131及び第二の液晶分子331は、正の誘電率異方性を有することが好ましい。このような態様とすることにより、負の誘電率異方性を有するネガ型の液晶分子を用いる場合と比べて、相対的に駆動電圧を低減することが可能となる。また、ネガ型の液晶分子を用いる場合と比べて、外部の温度環境に強い(信頼性が高い)液晶パネルとして動作させることが可能となる。なお、正の誘電率異方性を有する液晶分子をポジ型の液晶分子といい、負の誘電率異方性を有する液晶分子をネガ型の液晶分子という。また、電圧無印加状態における液晶分子の長軸の方向は、液晶分子の初期配向の方向ともいう。
Δε=(液晶分子の長軸方向の誘電率)-(液晶分子の短軸方向の誘電率) (L)
また、第一の液晶分子131が正の誘電率異方性を有することにより、第一の液晶分子131は、電圧無印加状態で、ホモジニアス配向するため、第一の視野角制御用液晶パネル11AにおいてECBモードを実現することができる。第二の液晶分子331が正の誘電率異方性を有することにより、第二の液晶分子331は、電圧無印加状態で、ホモジニアス配向するため、第二の視野角制御用液晶パネル11BにおいてECBモードを実現することができる。
本明細書において、ホモジニアス配向とは、視野角制御用液晶パネルを構成する基板の基板面(液晶層を挟持する一対の基板のうち少なくとも一方の基板の基板面)に対して水平であり、且つ向きも揃っている配向状態を意味する。また、本明細書において、液晶層に電圧が印加されていない状態(電圧無印加状態、電圧無印加時)とは、液晶層中に液晶分子の閾値以上の電圧が印加されていない状態をいい、例えば、液晶層を挟持する一対の電極に同じ定電圧が印加されている状態であってもよいし、液晶層を挟持する一対の電極の一方の電極に定電圧が印加され、他方の電極に、上記定電圧に対して液晶分子の閾値未満の電圧が印加される状態であってもよい。また、本明細書において、液晶層に電圧が印加されている状態(電圧印加状態、電圧印加時)とは、液晶層中に液晶分子の閾値以上の電圧が印加されている状態をいう。
第一の液晶分子131の複屈折率Δnは、0.08以上、0.24以下であってもよい。高い信頼性(高い電圧保持率、広い動作温度範囲)の観点から、Δnは、0.08以上、0.16以下が好ましい。
同様に、第二の液晶分子331の複屈折率Δnは、0.08以上、0.24以下であってもよい。高い信頼性(高い電圧保持率、広い動作温度範囲)の観点から、Δnは、0.08以上、0.16以下が好ましい。
第一の液晶層130の厚み(セル厚)dは、3μm以上、10μm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一の液晶分子131の応答速度を速くすることができる。また、第一の視野角制御用液晶パネル11Aの厚みをより薄くすることができる。薄型化の観点では、第一の液晶層130の厚みdは、3μm以上、5μm以下であることがより好ましい。歩留まりの観点では、第一の液晶層130の厚みdは、5μm以上、10μm以下であることがより好ましい。第一の液晶層130の厚みdが5μm以上であると、異物混入時の表示ムラを目立ちにくくし、歩留まりを向上させることができる。
同様に、第二の液晶層330の厚み(セル厚)dは、3μm以上、10μm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二の液晶分子331の応答速度を速くすることができる。また、第二の視野角制御用液晶パネル11Bの厚みをより薄くすることができる。薄型化の観点では、第二の液晶層330の厚みdは、3μm以上、5μm以下であることがより好ましい。歩留まりの観点では、第二の液晶層330の厚みdは、5μm以上、10μm以下であることがより好ましい。第二の液晶層330の厚みdが5μm以上であると、異物混入時の表示ムラを目立ちにくくし、歩留まりを向上させることができる。
上記表示パネル(本実施形態では液晶表示パネル20)は、画像を表示する機能を有するパネルである。液晶表示パネル20は、図3に示すように、背面側から観察面側に向かって順に、第五の基板210と、第五の配向膜220と、第三の液晶層230と、第六の配向膜240と、第六の基板250と、を備える。液晶表示パネル20は、面内方向にマトリクス状に配置された複数の画素を含む。
第五の基板210は、第五の電極212及び第六の電極214を備えることが好ましい。このような態様とすることにより、IPS(In-Plane Switching)モード又はFFS(Fringe Field Switching)モードの液晶表示パネル20を実現することができ、液晶表示パネル20単独では、広視野角を実現することができる。本実施形態では、液晶表示パネル20がFFSモードである場合を例に挙げて説明する。
図3に示すように、第五の基板210は、背面側から観察面側に向かって順に、第五の支持基板211と、上記画素毎に配置された第五の電極212と、絶縁層213と、線状電極部214aを有する第六の電極214と、絶縁層215と、を有する。すなわち、第五の基板210は、絶縁層213を介して積層された第五の電極212及び第六の電極214を有するFFS型の電極構造を有する。第五の基板210は、アクティブマトリクス基板ともいう。
第五の基板210は、第五の基板210上に、互いに平行に延設された複数のゲート線と、絶縁膜を介して各ゲート線と交差する方向に互いに平行に延設され複数のソース線とを備える。複数のゲート線及び複数のソース線は、全体として格子状に形成されている。ゲート線とソース線との交点にはスイッチング素子として、TFTが配置される。
なお、本実施形態ではFFS型の電極構造を有する液晶表示パネル20を例に挙げて説明するが、本実施形態は、第五の電極212及び第六の電極214がそれぞれ櫛歯電極であり、櫛歯電極である第五の電極212及び櫛歯電極である第六の電極214が、互いに櫛歯が嵌合し合うように、同一の電極層に設けられているIPS型の電極構造にも適用することができる。
第五の支持基板211としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラスが挙げられる。ブラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。
第五の電極212及び第六の電極214は、画素毎に配置される。第五の電極212は、平面状電極であることが好ましい。本明細書中、「平面状電極」とは、平面視において、スリットや開口が設けられていない電極をいう。第五の電極212は、平面視において、少なくとも後述する第六の電極214が有する線状電極部214aと重畳することが好ましい。
第六の電極214は、複数の画素を跨いで電気的に結合して配置されている。第六の電極214は、線状電極部214aを有する。第六の電極214の平面形状としては、複数の線状電極部214aの両端が閉じられた構造が挙げられる。第六の電極214には、電極部分に囲まれた開口214bが設けられてもよい。
画素毎に配置された複数の第六の電極214は、互いに電気的に接続され、前記複数の画素に対して共通した定電圧を印加し、かつ、画素毎に配置された複数の第五の電極212のそれぞれはTFTが備える半導体層を介して、対応するソース線と電気的に接続され、画像信号に応じて画素毎に異なる電圧を印加してもよい。また、複数の第六の電極214のそれぞれは、TFTが備える半導体層を介して、対応するソース線と電気的に接続され、画像信号に応じて画素毎に異なる電圧を印加し、かつ、複数の第五の電極212は、互いに電気的に接続され、上記複数の画素に対して共通した定電圧を印加してもよい。
第五の電極212及び第六の電極214としては、第一の電極112及び第二の電極152と同様のものを挙げることができる。
絶縁層213及び絶縁層215としては、無機絶縁膜、有機絶縁膜等が挙げられる。無機絶縁膜としては、例えば、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO)等の無機膜(比誘電率ε=5~7)や、それらの積層膜を用いることができる。有機絶縁膜としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂等の有機膜や、それらの積層体を用いることができる。
第六の基板250は、観察面側から背面側に向かって順に、第六の支持基板251と、カラーフィルタ層252及びブラックマトリクス層253と、を備える。第六の基板250は、カラーフィルタ基板ともいう。
第六の支持基板251としては、第五の支持基板211と同様のものを挙げることができる。
カラーフィルタ層252は、例えば、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタから構成される。赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタは、例えば、顔料を含有する透明樹脂で構成されている。
ブラックマトリクス層253は、カラーフィルタ層252に設けられた各色カラーフィルタを区画するように格子状に配置されている。ブラックマトリクス層の材料は、遮光性を有するものである限り特に限定されないが、黒色顔料を含有した樹脂材料、又は、遮光性を有する金属材料が好適に用いられる。ブラックマトリクス層253は、例えば、黒色顔料を含む感光性樹脂を塗布して成膜し、露光及び現像等を行うフォトリソグラフィ法により形成される。
第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、電圧無印加状態における第三の液晶分子231の配向方位及び電圧無印加状態における第三の液晶分子231のチルト角を制御する。第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、水平配向膜であっても垂直配向膜であってもよいが、面内の液晶リタデーションを調整し、十分な白輝度を得る観点から、第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、水平配向膜であることが好ましい。
第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、ラビング配向膜であっても光配向膜であってもよい。第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、例えば、ポリイミドを主鎖に有するポリマー、ポリアミック酸を主鎖に有するポリマー、ポリシロキサンを主鎖に有するポリマー等の配向膜ポリマーを含有する。第五の配向膜220及び第六の配向膜240は、例えば、上記配向膜ポリマーを含有する配向膜材料を第五の基板210及び第六の基板250上に塗布することによって形成することができ、上記塗布方法は特に限定されず、例えば、フレキソ印刷、インクジェット塗布等を用いることができる。
第三の液晶層230は第三の液晶分子231を含有し、第三の液晶層230に対して印加された電圧に応じて第三の液晶分子231の配向状態が変化することにより、光の透過量が制御される。液晶分子は、上記式(L)で定義される誘電率異方性(Δε)が正の値を有するものであってもよく、負の値を有するものであってもよいが、誘電率異方性が正の値を有するものであることが好ましい。
バックライト30としては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。バックライト30は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aの背面側に配置し、バックライト30で生じた光を観察面側に出射できればよく、直下型であっても、エッジライト型であってもよい。バックライト30の光源の種類は特に限定されず、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、冷陰極管(CCFL)等が挙げられる。
バックライト30は、指向性を向上させるために、ルーバーフィルムを備えるものであってもよい。また、バックライト30は、二層の導光板を有し、上記二層の導光板の一方は広視野角モード用、他方は狭視野角モード用として機能することが好ましい。より具体的には、例えば、バックライト30は、拡散用導光板及び非拡散用導光板の二層を重ね合わせた導光板積層体を有し、各々の導光板の端部に配置されたLEDを独立に制御することで、バックライトとしてパブリックモードとプライバシーモードとを切り替えることができるものであってもよい。
表示装置1は、更に、第五の基板210の背面側又は第六の基板250の観察面側に視野角拡大フィルム(位相差フィルム)を備えていてもよい。視野角拡大フィルムとしては、例えば、微細な楔状の斜面構造を有し、直進光を全方位に拡散させるSAMフィルム等が挙げられる。
(実施形態2)
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態1と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第一の液晶層が電圧無印加状態である場合の第一の液晶分子のダイレクタが異なることを除いて、実施形態1と実質的に同じである。
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第一の液晶層130に電圧が印加されていない状態における、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aの方位角をφ2とし、平面視において、第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ1、P2)、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式A4-1)~(式A4-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A5)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。ここで、非対称とは、正の極角側の遮光角と負の極角側の遮光角とが互いに異なることを意味する。
5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A4-1)
65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A4-2)
5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A4-3)
65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A4-4)
0≦|φ1-φ2|<5° (式A5)
例えば、本実施形態では、左右方向において対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、上下方向において非対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、を組み合わせることで、視野角をより狭くすることが可能となる。
表示装置1は、下記(式A4-1-1)~(式A4-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A5-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。
8°≦θ(φ1、P2)≦17° (式A4-1-1)
68°≦θ(φ1、P2)≦77° (式A4-2-1)
8°≦θ(φ2、P2)≦17° (式A4-3-1)
68°≦θ(φ2、P2)≦77° (式A4-4-1)
0≦|φ1-φ2|≦3° (式A5-1)
正の誘電率異方性を有する液晶分子を備えるECBモードの液晶パネルでは、θ(φ1、P2)=0°又は90°において、遮光角と液晶層のリタデーションReとの間にはトレードオフの関係がある。具体的には、液晶層のRe=800nmであるとき、遮光角は最適電圧において約45度となる。これに対して、約30°の遮光角を得るには、Re=1600nm程度が必要となり、液晶層の複屈折率Δn又はセル厚dのいずれかを大きくしなければならい。例えば、セル厚dを大きくする場合は、Δn=0.12、かつ、d=13μmとする必要があり、複屈折率Δnを大きくする場合は、Δn=0.22、かつ、d=7μmとする必要がある。しかしながら、セル厚dを大きくする場合、及び、複屈折率Δnを大きくする場合のいずれにおいても、生産性や信頼性に課題がある。セル厚dを大きくする場合は、セル厚が分厚くなるために面内ムラや歩留まり(特性安定性)に課題がある。また、複屈折率Δnを大きくする場合は、液晶材料にトラン系を用いることで高いΔnを実現することができるが、低温時の動作が不安定になるなどに課題がある。一方、本実施形態の第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、セル厚dや複屈折率Δnを大きくする必要がないため、生産性や信頼性を低下させることなく、また、低温時の動作が不安定となることを抑えつつ、狭視野角モードにおいては、遮光角を充分に小さくすることができる。
上記特許文献1では、視野角制御用液晶パネルと表示用液晶パネルとを備え、上記視野角制御用液晶パネルは、ECBモード(ホモジニアス配向状態)からなり、その液晶分子のダイレクタと、表示用液晶パネルを挟持する偏光板の透過軸とのなす角度が、0°(平行)である場合のみ記載されている。この場合、遮光角を充分に小さくすることはできない。一方、本実施形態の第一の視野角制御用液晶パネル11Aでは、狭視野角モードにおいて遮光角を充分に小さくすることができる。
上記特許文献2の液晶表示装置は、HANモードの視野角制御用液晶パネルと、表示用液晶パネルと、パブリックモード用及びプライバシーモード用の2層のバックライトユニットとを備え、視野角制御用液晶パネルをオフ状態、プライバシーモード用バックライトユニットをオン状態、パブリックモード用バックライトユニットをオフ状態とすることにより挟視野角モードを実現し、視野角制御用液晶パネルをオン状態、パブリックモード用バックライトユニットをオン状態、プライバシーモード用バックライトユニットをオフ状態とすることにより広視野角モードを実現することができ、狭視野角モードと広視野角モードとを切り替えることができるデュアルセル方式の液晶表示装置である。特許文献2の液晶表示装置において遮光角を小さくするには、液晶層のリタデーション(Re=Δn×d)を大きくする必要があり、量産性との両立が困難である。一方、本実施形態の第一の視野角制御用液晶パネル11Aでは、量産性の低下を抑えつつ、狭視野角モードにおいて遮光角を充分に小さくすることができる。
上記非特許文献1の液晶表示装置は、VAモードの視野角制御用液晶パネルと表示用液晶パネルとルーバーフィルムとを備えるデュアルセル方式の液晶表示装置であり、上記視野角制御用液晶パネルは、片側の基板側にのみITOグリッド電極を備えている。非特許文献1の液晶表示装置では、上記グリッド電極への電圧印加時には横電界により液晶セル内の屈折率分布が変調され、ルーバーフィルム越しにバックライト光を拡散さてパブリックモードを実現することができる。また、電圧無印加時にはバックライト光は拡散されず、そのまま表示用液晶パネル側へと抜けていき、プライバシーモードを実現することができる。このように、非特許文献1の方式では、プライバシーモード時の遮光角はルーバーフィルムにより決定されるため、遮光角が小さいルーバーフィルムを使用する場合はパブリックモードにおいて充分な広視野角が得られないという課題がある。一方、本実施形態の第一の視野角制御用液晶パネル11Aでは、パブリックモードにおいて充分な広視野角を得つつ、プライバシーモードにおいて遮光角を充分に小さくすることができる。
電圧印加状態における第一の液晶層130のリタデーションReは、600nm以上、1000nm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、充分な遮光性能とともに、生産安定性も担保することができる。第一の液晶層130のリタデーションReは、第一の液晶分子131の複屈折率(Δn)と第一の液晶層130の厚み(d)の積で表される。
(実施形態3)
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態1~実施形態2と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第二の液晶層が電圧無印加状態である場合の第二の液晶分子のダイレクタが異なることを除いて、実施形態1と実質的に同じである。
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第二の液晶層330に電圧が印加されていない状態における、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aの方位角をφ4とし、平面視において、第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ3、P2)、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ4、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式B4-1)~(式B4-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B5)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。
5°≦θ(φ3、P2)≦20° (式B4-1)
65°≦θ(φ3、P2)≦80° (式B4-2)
5°≦θ(φ4、P2)≦20° (式B4-3)
65°≦θ(φ4、P2)≦80° (式B4-4)
0≦|φ3-φ4|<5° (式B5)
例えば、本実施形態では、左右方向において対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、上下方向において非対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、を組み合わせることで、視野角をより狭くすることが可能となる。
表示装置1は、下記(式B4-1-1)~(式B4-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B5-1)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。
8°≦θ(φ3、P2)≦17° (式B4-1-1)
68°≦θ(φ3、P2)≦77° (式B4-2-1)
8°≦θ(φ4、P2)≦17° (式B4-3-1)
68°≦θ(φ4、P2)≦77° (式B4-4-1)
0≦|φ3-φ4|≦3° (式B5-1)
第二の液晶分子331の複屈折率Δnは、0.08以上、0.24以下であってもよい。高い信頼性(高い電圧保持率、広い動作温度範囲)の観点から、Δnは、0.08以上、0.16以下が好ましい。
第二の液晶層330の厚み(セル厚)dは、3μm以上、10μm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第二の液晶分子331の応答速度を速くすることができる。また、第二の視野角制御用液晶パネル11Bの厚みをより薄くすることができる。薄型化の観点では、第二の液晶層330の厚みdは、3μm以上、5μm以下であることがより好ましい。歩留まりの観点では、第二の液晶層330の厚みdは、5μm以上、10μm以下であることがより好ましい。第二の液晶層330の厚みdが5μm以上であると、異物混入時の表示ムラを目立ちにくくし、歩留まりを向上させることができる。
電圧印加状態における第二の液晶層330のリタデーションReは、600nm以上、1000nm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、充分な遮光性能とともに、生産安定性も担保することができる。第二の液晶層330のリタデーションReは、第二の液晶分子331の複屈折率(Δn)と第二の液晶層330の厚み(d)の積で表される。
(実施形態4)
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態1~実施形態3と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第一の液晶層が電圧無印加状態である場合の第一の液晶分子のダイレクタが異なることを除いて、実施形態1と実質的に同じである。
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第一の液晶層130に電圧が印加されていない状態における、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aの方位角をφ2とし、平面視において、第一の基板110側の第一の液晶分子1311のダイレクタ1311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ1、P2)、第二の基板150側の第一の液晶分子1312のダイレクタ1312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式A6-1)~(式A6-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A7)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。更に、正面視における色シフトを抑えることができる。
5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A6-1)
65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A6-2)
5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A6-3)
65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A6-4)
5≦|φ1-φ2|≦20° (式A7)
例えば、本実施形態では、左右方向において対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、上下方向において非対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、を組み合わせることで、視野角をより狭くすることが可能となる。
上記(式A6-1)~(式A6-4)の少なくとも1つを満たすことにより、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。なお、上記(式A6-1)~(式A6-4)のいずれを満たす場合も、所望の遮光角(極角方向)で第一の視野角制御用液晶パネル11A(好ましくは、ECB(Electrically Controlled Birefringene)モード)のリタデーションがλ/2[nm]を満たすことから、上記(式A6-1)~(式A6-4)のいずれを満たす場合も同様の遮光性効果が得られる。また、上記(式A7)を満たすことにより、正面視における色シフトを抑えることができる。φ1>φ2であっても、φ1<φ2であってもよく、いずれの場合も同様の効果が得られる。
表示装置1は、下記(式A7-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、正面視したときの色シフトをより効果的に抑えることができる。
5°≦|φ1-φ2|≦15° (式A7-1)
表示装置1は、下記(式A6-1-1)~(式A6-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A7-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。更に、より効果的に正面視における色シフトを抑えることができる。
8°≦θ(φ1、P2)≦17° (式A6-1-1)
68°≦θ(φ1、P2)≦77° (式A6-2-1)
8°≦θ(φ2、P2)≦17° (式A6-3-1)
68°≦θ(φ2、P2)≦77° (式A6-4-1)
5≦|φ1-φ2|≦15° (式A7-1)
第一の液晶分子131の捩れ配向は、例えば、液晶材料にカイラル剤を添加することにより実現することができる。カイラル剤としては特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。カイラル剤としては、例えば、S-811(メルク社製)等を用いることができる。一方、小さいねじれ、例えば、5°~10°のツイスト配向は、必ずしもカイラル剤を液晶材料へ添加せずとも、ディスクリネーションなどの表示不良を生じることなく実現することができる。
電圧無印加状態における第一の液晶層130のリタデーションReは、700nm以上、1200nm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、電圧無印加時に明るく広い視野角特性を有する一方で、電圧印加時には充分な遮光性能とともに、生産安定性も担保することができる。
(実施形態5)
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態1~実施形態4と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第二の液晶層が電圧無印加状態である場合の第二の液晶分子のダイレクタが異なることを除いて、実施形態1と実質的に同じである。
表示装置1は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aと液晶表示パネル20との間に、第二の吸収軸10P2Aを有する第二の偏光板10P2を備え、第二の液晶層330に電圧が印加されていない状態における、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aの方位角をφ4とし、平面視において、第三の基板310側の第二の液晶分子3311のダイレクタ3311Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ3、P2)、第四の基板350側の第二の液晶分子3312のダイレクタ3312Aと第二の吸収軸10P2Aとのなす角度をθ(φ4、P2)とするとき、表示装置1は、下記(式B6-1)~(式B6-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B7)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。更に、正面視における色シフトを抑えることができる。
5°≦θ(φ3、P2)≦20° (式B6-1)
65°≦θ(φ3、P2)≦80° (式B6-2)
5°≦θ(φ4、P2)≦20° (式B6-3)
65°≦θ(φ4、P2)≦80° (式B6-4)
5≦|φ3-φ4|≦20° (式B7)
例えば、本実施形態では、左右方向において対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、上下方向において非対称な挟視野角モードを実現する視野角制御用液晶パネルと、を組み合わせることで、視野角をより狭くすることが可能となる。
上記(式B6-1)~(式B6-4)の少なくとも1つを満たすことにより、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。例えば、正の極角側及び負の極角側の一方において遮光角をより狭めることができる。なお、上記(式B6-1)~(式B6-4)のいずれを満たす場合も、所望の遮光角(極角方向)で第二の視野角制御用液晶パネル11B(好ましくは、ECBモード)のリタデーションがλ/2[nm]を満たすことから、上記(式B6-1)~(式B6-4)のいずれを満たす場合も同様の遮光性効果が得られる。また、上記(式B7)を満たすことにより、正面視における色シフトを抑えることができる。φ3>φ4であっても、φ3<φ4であってもよく、いずれの場合も同様の効果が得られる。
表示装置1は、下記(式B7-1)を満たすことがより好ましい。このような態様とすることにより、正面視したときの色シフトをより効果的に抑えることができる。
5°≦|φ3-φ4|≦15° (式B7-1)
表示装置1は、下記(式B6-1-1)~(式B6-4-1)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B7-1)を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、表示装置1は、より効果的に、左右方向又は上下方向において非対称な狭視野角モードを実現することができる。更に、より効果的に正面視における色シフトを抑えることができる。
8°≦θ(φ3、P2)≦17° (式B6-1-1)
68°≦θ(φ3、P2)≦77° (式B6-2-1)
8°≦θ(φ4、P2)≦17° (式B6-3-1)
68°≦θ(φ4、P2)≦77° (式B6-4-1)
5≦|φ3-φ4|≦15° (式B7-1)
第二の液晶分子331の捩れ配向は、例えば、液晶材料にカイラル剤を添加することにより実現することができる。カイラル剤としては特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。カイラル剤としては、例えば、S-811(メルク社製)等を用いることができる。一方、小さいねじれ、例えば、5°~10°のツイスト配向は、必ずしもカイラル剤を液晶材料へ添加せずとも、ディスクリネーションなどの表示不良を生じることなく実現することができる。
電圧無印加状態における第二の液晶層330のリタデーションReは、700nm以上、1200nm以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、電圧無印加時に明るく広い視野角特性を有する一方で、電圧印加時には充分な遮光性能とともに、生産安定性も担保することができる。
(実施形態1~実施形態5の変形例1)
図5は、実施形態1~実施形態5の変形例1に係る視野角制御用液晶パネルの斜視模式図である。図5に示すように、表示装置1は、更に、厚さ方向のリタデーションRthが500nm以上のネガティブCプレート12を有することが好ましい。このような態様とすることにより、狭視野角モードにおいて遮光角をより小さくすることができる。ネガティブCプレート12は、単層であっても複数の層からなる積層体であってもよい。なお、本変形例において説明すること以外の構成は、上記実施形態1~実施形態5と同じである。また、説明の便宜上、上記実施形態1~実施形態5の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
ネガティブCプレート12の厚さ方向のリタデーションRthは、550nm以上であることがより好ましい。ネガティブCプレート12の厚さ方向のリタデーションRthの上限は特に限定されないが、例えば、1000nm以下である。ネガティブCプレート12は、生産の都合上、面内位相差が数ナノ程度生じる場合があるため、ネガティブCプレート12の面内位相差は、例えば、0nm以上、5nm以下である。
ネガティブCプレート12としては、例えば、延伸処理されたシクロオレフィンポリマーフィルムが挙げられる。
ネガティブCプレート12は、第二の視野角制御用液晶パネル11Bの観察面側に配置されることが好ましく、第二の視野角制御用液晶パネル11Bと第四の偏光板10P4との間に配置されることがより好ましい。このような態様とすることにより、効果的に狭視野角モードにおいて遮光角をより小さくすることができる。
(実施形態1~実施形態5の変形例2)
上記実施形態1~実施形態5の第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bはパッシブ駆動されるパッシブ液晶パネルであるが、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bはこれに限定されず、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bの少なくとも一方は、例えば、アクティブマトリクス駆動されるアクティブマトリクス液晶パネルであってもよい。このような態様とすることにより、画面全体ではなく、部分的にパブリックモードとプライバシーモードとを切り替えることが可能となる。なお、本変形例において説明すること以外の構成は、上記実施形態1~実施形態5と同じである。また、説明の便宜上、上記実施形態1~実施形態5の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aがアクティブマトリクス駆動されるアクティブマトリクス液晶パネルである場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aが備える第一の基板110は、一般的なアクティブマトリクス液晶パネルと同様に、互いに直交したゲート線とソース線とが、格子を形成するように配設され、その交点近傍には、スイッチング素子としてのTFT(Thin Film Transistor)が設けられる。そして、ゲート線とソース線とに囲まれた領域が画素を形成し、各画素には、第一の電極112として、TFTに接続された画素電極が設けられる。
一方、第一の基板110と対向する第二の基板150には、第二の電極152として、画面全面を覆うようなベタ電極である共通電極が設けられる。
ゲート線は、TFTのゲート電極に接続された配線(通常は複数のゲート電極に接続されたバスライン)であり、接続されたTFTのゲート電極に走査信号(TFTのオン状態及びオフ状態を制御する信号)を印加する。ソース線は、TFTのソース電極に接続された配線(通常は複数のソース電極に接続されたバスライン)であり、接続されたTFTにデータ信号(例えば映像信号)を印加する。ゲート線及びソース線は、通常、一方が、TFTがマトリクス状に配列されたアレイ領域を縦断するように線状に配置され、他方が、上記アレイ領域を横断するように線状に配置される。
ゲート線、ソース線及びTFTを構成する各種配線及び電極は、スパッタリング法等により、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。これら各種配線及び電極は、同じ層に形成されるものについては、それぞれ同じ材料を用いることで製造が効率化される。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aの駆動方法は、特には限定されず、例えば一般に行われているアクティブマトリクス駆動方式を用いることができる。すなわち、ゲートドライバを介して各画素に設けられたTFT155をスイッチングする(オン・オフする)。そして、このスイッチングに連動して、オンする画素に対して、ソースドライバを介して電圧を印加し、TFT155のドレインバスを介して各画素内の蓄積容量に電荷を蓄積する。そして、この蓄積容量によって、当該画素がオン状態に保たれるというものである。
同様に、第二の視野角制御用液晶パネル11Bがアクティブマトリクス駆動されるアクティブマトリクス液晶パネルである場合、第二の視野角制御用液晶パネル11Bが備える第三の基板310は、一般的なアクティブマトリクス液晶パネルと同様に、互いに直交したゲート線とソース線とが、格子を形成するように配設され、その交点近傍には、スイッチング素子としてのTFTが設けられる。そして、ゲート線とソース線とに囲まれた領域が画素を形成し、各画素には、第三の電極312として、TFTに接続された画素電極が設けられる。
一方、第三の基板310と対向する第四の基板350には、第四の電極352として、画面全面を覆うようなベタ電極である共通電極が設けられる。
第二の視野角制御用液晶パネル11Bの駆動方法は、第一の視野角制御用液晶パネル11Aの駆動方法と同様である。
(実施形態1~実施形態5の変形例3)
上記実施形態1~実施形態5では、上記表示パネルとして液晶表示パネル20を用いるが、表示パネルは特に限定されず、例えば、有機EL(Electro Luminescence)表示パネル、無機EL表示パネル、マイクロLED表示パネル又はQLED(Quantum dot Light emitting diode)表示パネル等の発光系パネルであってもよい。QLEDの方式としては、例えば液晶タイプが用いられ、バックライト光源には、青色LEDを用い、量子ドットによる波長変換(青色光から緑色光への変換、青色光から赤色光への変換、青色光はそのまま透過)を用いることにより、従来の液晶パネルと比べて、より豊かな色再現と低消費電力が実現可能となる。
第二の偏光板10P2として、吸収型を用いても良いが、例えば、有機EL表示パネルに用いられるOLED(organic light-emitting diode)光は無偏光であるため、反射型(構成としては、直線偏光板/反射型偏光板)を用いることにより光リサイクル効率を高めて輝度を向上させることもできる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
(実施例1)
上記実施形態1と同様の構成を有する実施例1の表示装置1について、LCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11BはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は下記表1及び表2の通り設定した。
Figure 2023137631000002
Figure 2023137631000003
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の液晶層130のリタデーションReが800nmであり、方位角φ1及び方位角φ2がいずれも0°であった。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第二の液晶層330のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本実施例の表示装置1は、|φ3-φ1|=90°(≧50°)であり、上記(式1)を満たしていた。また、上記(式A2-2)、上記(式A2-4)、上記(式A3)、上記(式B2-1)、上記(式B2-3)及び上記(式B3)を満たしていた。シミュレーション結果を図6~図11及び下記表3に示す。
図6は、実施例1に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図7は、実施例1に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図8は、実施例1に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図9は、実施例1に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。ここで、規格化透過率とは、視野角制御用液晶パネルの透過率-極角依存性(透過率の極角依存性)を、極角0°中心で規格化したものである。図10は、実施例1に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。図11は、実施例1に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。なお、本実施例では、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧無印加状態であることにより広視野角モードが実現され、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧印加状態であることにより狭視野角モードが実現された。
Figure 2023137631000004
図6~図11及び表3に示すように、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧無印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。液晶表示パネル20は横電界モードで駆動されるため、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過した光は液晶表示パネル20において正面方向だけでなく斜め方向にも通過した。更に、液晶表示パネル20を通過した光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bにおいて正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。その結果、観察面側へは広い極角で光が抜けてくるため、広視野角モードを実現することができた。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、上下方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、上下方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。この出射光は、液晶表示パネル20を通過した後も、類似角のプロファイルが得られた。更に、液晶表示パネル20からの光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bを通過することにより、左右方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、左右方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。このように、第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、上下方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであった。
本実施例では、上下方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現し、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができた。すなわち、4方位(左右方向/上下方向)の視野角制御を実現することができた。これにより、ATM端末を左右方向及び上下方向から覗き見されることを防ぐことが可能となる。
(実施例2)
上記実施形態2と同様の構成を有する実施例2の表示装置1について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11BはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の液晶層130のリタデーションReが800nmであり、方位角φ1及び方位角φ2がいずれも15°であった。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第二の液晶層330のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本実施例の表示装置1は、|φ3-φ1|=75°(≧50°)であり、上記(式1)を満たしていた。また、上記(式B2-1)、上記(式B2-3)、上記(式B3)、上記(式A4-2)、上記(式A4-4)及び上記(式A5)を満たしていた。シミュレーション結果を図12~図17及び上記表3に示す。
図12は、実施例2に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図13は、実施例2に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図14は、実施例2に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図15は、実施例2に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図16は、実施例2に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。図17は、実施例2に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。なお、本実施例では、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧無印加状態であることにより広視野角モードが実現され、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧印加状態であることにより狭視野角モードが実現された。
図12~図17及び表3に示すように、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧無印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。液晶表示パネル20は横電界モードで駆動されるため、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過した光は液晶表示パネル20において正面方向だけでなく斜め方向にも通過した。更に、液晶表示パネル20を通過した光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bにおいて正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。その結果、観察面側へは広い極角で光が抜けてくるため、広視野角モードを実現することができた。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、上下方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、上下方向において極角-30°及び+70°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。この出射光は、液晶表示パネル20を通過した後も、類似角のプロファイルが得られた。更に、液晶表示パネル20からの光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bを通過することにより、左右方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、左右方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。このように、第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、上下方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであった。
本実施例では、上下方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現し、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができた。特に、3方位(左右方向/下方向)について低極角での視野角制御を実現することができ、下側については、より低極角、即ち-30°での遮光が可能であった。これにより、ATM端末の視野角をより狭い範囲に狭めることができ、セキュリティ性が向上する。例えば、縦置きATMを使用する人が、背の低い人や車いすの通行人からの個人情報を盗み取られるのを防止できる。
(実施例3)
上記実施形態2と同様の構成を有する実施例3の表示装置1について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11BはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の液晶層130のリタデーションReが800nmであり、方位角φ1及び方位角φ2がいずれも195°であった。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第二の液晶層330のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本実施例の表示装置1は、|φ3-φ1|=105°(≧50°)であり、上記(式1)を満たしていた。また、上記(式B2-1)、上記(式B2-3)、上記(式B3)、上記(式A4-2)、上記(式A4-4)及び上記(式A5)を満たしていた。シミュレーション結果を図18~図23及び上記表3に示す。
図18は、実施例3に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図19は、実施例3に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図20は、実施例3に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図21は、実施例3に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図22は、実施例3に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。図23は、実施例3に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。なお、本実施例では、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧無印加状態であることにより広視野角モードが実現され、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧印加状態であることにより狭視野角モードが実現された。
図18~図23及び表3に示すように、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧無印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。液晶表示パネル20は横電界モードで駆動されるため、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過した光は液晶表示パネル20において正面方向だけでなく斜め方向にも通過した。更に、液晶表示パネル20を通過した光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bにおいて正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。その結果、観察面側へは広い極角で光が抜けてくるため、広視野角モードを実現することができた。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、上下方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、上下方向において極角-70°及び+30°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。この出射光は、液晶表示パネル20を通過した後も、類似角のプロファイルが得られた。更に、液晶表示パネル20からの光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bを通過することにより、左右方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、左右方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。このように、第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、上下方向において遮光角が-70°及び+30°である非対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであった。
本実施例では、上下方向において遮光角が-70°及び+30°である非対称な挟視野角モードを実現し、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができた。特に、3方位(左右方向/上方向)について低極角での視野角制御を実現することができ、上側については、より低極角、即ち+30°での遮光が可能であった。これにより、ATM端末の視野角をより狭い範囲に狭めることができ、セキュリティ性が向上する。例えば、平置きATMを使用する人が、背の低い人や車いすの人であった場合、明るい表示で見ることが可能にもなる。
(実施例4)
上記実施形態2の変形例1と同様の構成を有する実施例4の表示装置1について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。第二の視野角制御用液晶パネル11Bと第四の偏光板10P4との間に設けられたネガティブCプレート12の厚さ方向のリタデーションRthは550nmであった。第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11BはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の液晶層130のリタデーションReが800nmであり、方位角φ1及び方位角φ2がいずれも15°であった。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第二の液晶層330のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本実施例の表示装置1は、|φ3-φ1|=75°(≧50°)であり、上記(式1)を満たしていた。また、上記(式B2-1)、上記(式B2-3)、上記(式B3)、上記(式A4-2)、上記(式A4-4)及び上記(式A5)を満たしていた。実施例4の表示装置1は、ネガティブCプレート12を備えること以外は、実施例2と同様の構成であった。シミュレーション結果を図24~図29及び上記表3に示す。
図24は、実施例4に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図25は、実施例4に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図26は、実施例4に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図27は、実施例4に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図28は、実施例4に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。図29は、実施例4に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。なお、本実施例では、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧無印加状態であることにより広視野角モードが実現され、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧印加状態であることにより狭視野角モードが実現された。
図24~図29及び表3に示すように、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧無印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。液晶表示パネル20は横電界モードで駆動されるため、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過した光は液晶表示パネル20において正面方向だけでなく斜め方向にも通過した。更に、液晶表示パネル20を通過した光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bにおいて正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。その結果、観察面側へは広い極角で光が抜けてくるため、広視野角モードを実現することができた。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、上下方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、上下方向において極角-30°及び+70°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。この出射光は、液晶表示パネル20を通過した後も、類似角のプロファイルが得られた。更に、液晶表示パネル20からの光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bを通過することにより、左右方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、左右方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。このように、第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、上下方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであった。
本実施例では、上下方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現し、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができた。特に、3方位(左右方向/下方向)の視野角制御を実現することができ、下側については、より低極角、即ち-30°での遮光が可能であった。また、ネガティブCプレート12を配置したことにより、実施例2よりも+45°及び135°方位の遮光性を高めることができた。これにより、ATM端末の視野角を実施例2よりも更に狭い範囲に狭めることができ、セキュリティ性が向上する。例えば、縦置きATMを使用する人が、背の低い人や車いすの通行人からの個人情報を盗み取られるのを実施例2よりも更に防止できる。
(実施例5)
上記実施形態4と同様の構成を有する実施例5の表示装置1について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11BはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。
第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、第一の液晶層130のリタデーションReが1000nmであり、方位角φ1は180°、方位角φ2が190°であり、第一の液晶分子131は第一の基板110側から第二の基板150側にかけて反時計回りに10°ツイストしていた。第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、第二の液晶層330のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本実施例の表示装置1は、|φ3-φ1|=90°(≧50°)であり、上記(式1)を満たしていた。また、上記(式B2-1)、上記(式B2-3)、上記(式B3)、上記(式A6-4)及び上記(式A7)を満たしていた。シミュレーション結果を図30~図35及び上記表3に示す。
図30は、実施例5に係る表示装置の、広視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図31は、実施例5に係る表示装置の、狭視野角モードにおける輝度視野角を示すシミュレーション結果である。図32は、実施例5に係る表示装置の、広視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図33は、実施例5に係る表示装置の、狭視野角モードにおける極角に対する規格化透過率を示すシミュレーション結果である。図34は、実施例5に係る表示装置の広視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。図35は、実施例5に係る表示装置の狭視野角モードにおける視野角について説明する断面模式図である。なお、本実施例では、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧無印加状態であることにより広視野角モードが実現され、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11B(第一の液晶層130及び第二の液晶層330)が電圧印加状態であることにより狭視野角モードが実現された。
図30~図35及び表3に示すように、第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧無印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。液晶表示パネル20は横電界モードで駆動されるため、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過した光は液晶表示パネル20において正面方向だけでなく斜め方向にも通過した。更に、液晶表示パネル20を通過した光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bにおいて正面方向及び斜め方向(極角45°)のいずれにおいても高透過率を示し、正面方向及び斜め方向ともに明るくなった。その結果、観察面側へは広い極角で光が抜けてくるため、広視野角モードを実現することができた。
第一の視野角制御用液晶パネル11A及び第二の視野角制御用液晶パネル11Bが電圧印加状態である場合、第一の視野角制御用液晶パネル11Aを通過したバックライト30からの光(偏光)は、上下方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、上下方向において極角-45°及び+35°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。この出射光は、液晶表示パネル20を通過した後も、類似角のプロファイルが得られた。更に、液晶表示パネル20からの光は第二の視野角制御用液晶パネル11Bを通過することにより、左右方向において正面(極角0°)で、透過率(規格化透過率)が最大となり、他方、左右方向において極角±45°で透過率(規格化透過率)が最小となるような出射光になった。このように、第一の視野角制御用液晶パネル11Aは、上下方向において遮光角が-45°及び+35°である非対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであり、第二の視野角制御用液晶パネル11Bは、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができるECBモードの液晶パネルであった。
本実施例では、上下方向において遮光角が-45°及び+35°である非対称な挟視野角モードを実現し、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができた。特に、4方位(左右方向/上下方向)について低極角での視野角制御を実現することができ、上側については、より低極角、即ち+30°での遮光が可能であった。更に、本実施例では、広視野角モードと狭視野角モードとを切り替えしたときの正面色シフトが実施例3よりも抑制されることが分かった。したがって、本実施例により、例えば、ATM端末を使用する人にとっては、色差を感じることなく端末を使用することが可能となる。
(比較例1)
比較例1の表示装置について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。比較例1の表示装置は、第一の視野角制御用液晶パネルの構成が異なり、第二の視野角制御用液晶パネルを有していないことを除いて、実施例1と同様であった。
比較例1では、第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネルはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。シミュレーション結果を上記表3に示す。
表3に示すように、比較例1の表示装置では、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができたが、上下方向においては視野角を制御することができなかった。
(比較例2)
比較例2の表示装置について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。比較例2の表示装置は、第二の視野角制御用液晶パネルの構成が異なり、第一の視野角制御用液晶パネルを有していないことを除いて、実施例1と同様であった。
比較例2では、第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第二の視野角制御用液晶パネルはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。シミュレーション結果を上記表3に示す。
表3に示すように、比較例2の表示装置では、左右方向において遮光角が±45°である対称な挟視野角モードを実現することができたが、上下方向においては視野角を制御することができなかった。なお、比較例2では液晶表示パネル20の観察面側に視野角制御用液晶パネルが配置されたため、比較例1よりも遮光性が向上した。
(比較例3)
比較例3の表示装置について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。比較例3の表示装置は、第一の視野角制御用液晶パネルの構成が異なり、第二の視野角制御用液晶パネルを有していないことを除いて、実施例1と同様であった。
比較例3では、第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネルはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。シミュレーション結果を上記表3に示す。
表3に示すように、比較例3の表示装置では、左右方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現することができたが、上下方向においては視野角を制御することができなかった。
(比較例4)
比較例4の表示装置について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。比較例4の表示装置は、第一の視野角制御用液晶パネルの構成が異なり、第二の視野角制御用液晶パネルを有していないことを除いて、実施例1と同様であった。
比較例4では、第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネルはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。シミュレーション結果を上記表3に示す。
表3に示すように、比較例4の表示装置では、上下方向において遮光角が-30°及び+70°である非対称な挟視野角モードを実現することができたが、左右方向においては視野角を制御することができなかった。
(比較例5)
比較例5の表示装置について、実施例1と同様にLCDマスター2Dを使用して、輝度視野角、並びに、左右方向(H180°-0°)及び上下方向(V270°-90°)における極角に対する規格化透過率をシミュレーションにより求めた。比較例5の表示装置は、第一の視野角制御用液晶パネル及び第二の視野角制御用液晶パネルの構成が異なることを除いて、実施例1と同様であった。
比較例5では、第一の吸収軸10P1A及び第二の吸収軸10P2Aは、方位角90°-270°方向に設定した。第三の吸収軸10P3A及び第四の吸収軸10P4Aは、方位角0°-180°方向に設定した。第一の視野角制御用液晶パネルはECBモードの液晶パネルであった。液晶表示パネル20はFFSモードであった。軸方位等は上記表1及び上記表2の通り設定した。
第一の視野角制御用液晶パネルは、第一の液晶層のリタデーションReが800nmであり、方位角φ1及び方位角φ2がいずれも75°であった。第二の視野角制御用液晶パネルは、第二の液晶層のリタデーションReが800nmであり、方位角φ3及び方位角φ4はいずれも90°であった。本比較例の表示装置1は、|φ3-φ1|=15°であり、上記(式1)を満たしていなかった。シミュレーション結果を上記表3に示す。
表3に示すように、比較例5の表示装置では、左右方向において遮光角が-45°、-35°及び+45°であった。具体的には、第一の視野角制御用液晶パネル11Aが左右方向において遮光角-35°を実現し、第二の視野角制御用液晶パネル11Bが左右方向において遮光角±45°を実現していた。しかしながら、比較例5の表示装置は上下方向においては視野角を制御することができなかった。
1:表示装置
10P1、10P2、10P3、10P4:偏光板
10P1A、10P2A、10P3A、10P4A:吸収軸
11A、11B:視野角制御用液晶パネル
12:ネガティブCプレート
20:液晶表示パネル
30:バックライト
110、150、210、250、310、350:基板
111、151、211、251、311、351:支持基板
112、152、212、214、312、352:電極
120、140、220、240、320、340:配向膜
130、230、330:液晶層
131、231、331、1311、1312、3311、3312:液晶分子
1311A、1312A、3311A、3312A:ダイレクタ
213、215:絶縁層
214a:線状電極部
214b:開口
252:カラーフィルタ層
253:ブラックマトリクス層

Claims (6)

  1. 背面側から観察面側に向かって順に、バックライトと、第一の液晶パネルと、表示パネルと、第二の液晶パネルと、を備え、
    前記第一の液晶パネルは、背面側から観察面側に向かって順に、第一の基板と、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、第二の基板と、を備え、
    前記第二の液晶パネルは、第三の基板と、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、第四の基板と、を備え、
    前記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における前記第一の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ1、前記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における前記第三の基板側の前記第二の液晶分子のダイレクタの方位角をφ3とするとき、下記(式1)を満たすことを特徴とする表示装置。
    |φ3-φ1|≧50° (式1)
  2. 更に、前記第一の液晶パネルと前記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、
    前記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、前記第一の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A2-1)~(式A2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
    0°≦θ(φ1、P2)≦3° (式A2-1)
    87°≦θ(φ1、P2)≦90° (式A2-2)
    0°≦θ(φ2、P2)≦3° (式A2-3)
    87°≦θ(φ2、P2)≦90° (式A2-4)
    0≦|φ1-φ2|<5° (式A3)
  3. 更に、前記第一の液晶パネルと前記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、
    前記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、前記第一の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A4-1)~(式A4-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A5)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
    5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A4-1)
    65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A4-2)
    5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A4-3)
    65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A4-4)
    0≦|φ1-φ2|<5° (式A5)
  4. 更に、前記第一の液晶パネルと前記表示パネルとの間に、吸収軸を有する偏光板を備え、
    前記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタの方位角をφ2とし、平面視において、前記第一の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ1、P2)、前記第二の基板側の前記第一の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ2、P2)とするとき、下記(式A6-1)~(式A6-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式A7)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
    5°≦θ(φ1、P2)≦20° (式A6-1)
    65°≦θ(φ1、P2)≦80° (式A6-2)
    5°≦θ(φ2、P2)≦20° (式A6-3)
    65°≦θ(φ2、P2)≦80° (式A6-4)
    5≦|φ1-φ2|≦20° (式A7)
  5. 前記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における、前記第四の基板側の前記第二の液晶分子のダイレクタの方位角をφ4とし、平面視において、前記第三の基板側の前記第二の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ3、P2)、前記第四の基板側の前記第二の液晶分子のダイレクタと前記吸収軸とのなす角度をθ(φ4、P2)とするとき、下記(式B2-1)~(式B2-4)の少なくとも1つを満たし、かつ、(式B3)を満たすことを特徴とする請求項2~4のいずれかに記載の表示装置。
    0°≦θ(φ3、P2)≦3° (式B2-1)
    87°≦θ(φ3、P2)≦90° (式B2-2)
    0°≦θ(φ4、P2)≦3° (式B2-3)
    87°≦θ(φ4、P2)≦90° (式B2-4)
    0≦|φ3-φ4|<5° (式B3)
  6. 前記表示パネルは、IPSモード又はFFSモードの液晶表示パネルであることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の表示装置。

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