JP3999206B2 - 視野角制御素子およびそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像表示装置を広視野角モードと狭視野角モードとに切り替える視野角制御素子およびそれを用いた視野角制御可能な映像表示装置に関するものである。

ディスプレイとして、従来より液晶表示装置が広く用いられており、液晶表示装置の特徴である薄型・軽量・低消費電力を生かしてモバイル用途のみならず、様々な分野で、急速に普及している。

特に、携帯電話用途では、更なる薄型化・軽量化・低消費電力化に加えて、高精細化技術の進歩により、非常に視認性の優れる液晶表示装置が搭載され、爆発的に普及している。

また、特にカーナビゲーションシステムやノートＰＣやモニターや液晶テレビなど複数の観察者により観察するシーンが予想される分野では、視野角拡大フィルムの発達や垂直配向モードやＩＰＳ（Ｉｎ-Ｐｌａｎｅ-Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）配向モードを利用した広視野角化技術が進歩し、最近では、大画面液晶テレビが急速に普及し始めている。

上記のような広視野角化技術により液晶表示装置の画像を多人数で観察可能になった利点に加え、昨今のＩＴ技術の発達により、さまざまな公共の状況下で、さまざまな情報を取得・表示することができる為、他の観察者から主に液晶表示装置からなる映像表示装置の画像情報が視認されてしまい、画像に関する個人のプライバシーの保護が非常に問題であり、対策が急務である。

以下に、従来の液晶表示装置について説明する。一般に、液晶表示装置は、対向する一対の透明電極基板からなり、マトリクス状に画素電極が設けられ、また、液晶に電圧を印加する画素電極を選択するスイッチング手段である薄膜トランジスタ等の能動素子が設けられている。

また、一対の透明電極基板の間隙には、液晶層が形成されている。液晶層配向モードとしては、ツイストネマティック配向モード（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；以下、ＴＮと称する）やスーパーツイストネマティック配向モード（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；以下、ＳＴＮと称する）が、従来より用いられてきた。更に、最近の非常に広い視野角特性をもつ液晶表示装置では、垂直配向配向モード（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；以下ＶＡと称する）やＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；以下ＩＰＳと称する）が多く用いられるようになった。

ところで、上述のような液晶表示装置、特に視野角が非常に広いＶＡモードやＩＰＳモードの液晶表示装置では、図１１に示すように非常に視野角範囲が広いので、液晶表示面の正面に位置する主観察者Ａ以外の第三者Ｂからも画像認識が可能であるので、多人数での観察に適している。

しかしながら、主観察者Ａにとって第三者Ｂへ画像情報が知られたくない場合でも、液晶表示装置の視野角が広い為に、第三者Ｂへ主観察者Ａの情報が漏洩するという問題点が発生してしまう。したがって、主観察者Ａにのみ所望の画像情報を提供し、第三者Ｂへの情報の漏洩を防止する為には、意図的に視野角範囲を狭める必要がある。

上記の様な、多人数にて画像を観察する為の広視野角時とプライバシーの保護を目的とした視野角の狭い狭視野角モードは、液晶表示装置の使用者の必要に応じて、使い分ける必要があり、同時に同一ディスプレイにて広視野角モードと狭視野角モードを切り替えることが求められている。

上記の様な問題点に鑑みて、同一の液晶表示装置で広視野角モードと狭視野角モードを切り替えることのできる視野角制御型液晶表示装置の技術が特許文献１に開示されている。

以下に、特許文献１に記載の技術について簡単に説明する。

この視野角制御型液晶表示装置の模式図を図１２、図１３に示す。同図において、観察者に所望の画像情報を表示する映像表示装置１３が配置されている。映像表示装置１３は、マトリクス状に配置された複数の画素から構成されており、それぞれの各画素は映像表示装置１３の背面に配置されたバックライトユニット１１からの光を独自に変調制御できるようになっている。

映像表示装置１３とバックライトユニット１１の間隙には、視野角を制御する為の光学素子９０が配置されている。この光学素子９０は、対向する一対の透明電極基板からなり、その間隙には、高分子分散型液晶が充填されており、電気信号により、バックライト１１からの光を、分散又は透過する性質をもち、その散乱度合いは、光学素子９０の一対の透明電極に印加する電圧によって制御されている。

またバックライトユニット１１は、その一部を構成する冷陰極管に印加する電圧を制御することにより、バックライトユニット１１の輝度を任意に設定できる構成となっている。

まず、低視野角モードについて、図１２を用いて説明する。この場合、バックライトユニット１１への電力供給を少なくすることによって、バックライトユニット１１の輝度を弱め、同時に光学素子９０への駆動電圧を所定値にし、高分子分散型液晶の分散性を全く無い状態とする。

このようにした場合、同図に示すように、バックライトユニット１１からの光は、光学素子９０にて、透過光の分散性が変化することなく、そのまま光学素子９０を透過し、図中θｎの広がりを有して映像表示装置１３を透過することになる。つまり、視野角制御型液晶表示装置の狭視野角特性は、映像表示装置１３の視野角特性とほぼ等しい視野角となる。

視野角制御型液晶表示装置の前方で、他観察者への画像情報の漏洩を防止する場合には、該液晶表示装置において広視野角の特性の要求が無いので、この狭視野角モードとして用いることで、上記要望を満たすとされている。

次に、広視野角モードについて、図１３を用いて説明する。

広視野角モードの場合、バックライトユニット１１への電力供給量を大きくすることによって、バックライトユニット１１の輝度を強め、同時に、光学素子９０への駆動電圧を前述の所定値よりも低く設定することによって、高分子分散型液晶の光散乱性を高める。

このようにした場合、同図に示すように、バックライト１１からの光は、光学素子９０の高分子分散型液晶によって散乱され、図中θｗの広がりをもって映像表示装置１３を透過することになる。つまり、バックライト１１からの光の拡散性を光学素子９０によって更に拡散性を増した光が映像表示装置１３にいたる為、視野角制御型液晶表示装置の視野角特性は、映像表示装置１３のもつ視野角特性よりも大きな角度の視野角特性をもつこととなる。

液晶表示装置の前方で、複数の観察者により観察する場合には、液晶表示装置として広視野角特性が要求されるので、このモードを用いることができる。

このようにして、視野角制御の為の素子として、高分子分散型液晶を用いた光学素子９０の光分散性を駆動電圧により制御することにより、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出来るとされている。
特開平９−１０５９０７号公報（公開日平成９年４月２２日）

特許文献１に記載の上記技術では、表示領域全域に高分子分散型液晶を形成し、印加電圧による光散乱性の調整によって、視野角度を調整する機構を採用している。

狭視野角モードの場合には、高分子分散型液晶からなる光学素子へ所定の電圧を印加することで、バックライトからの光を散乱させないことにより、映像表示素子の視野角特性をそのまま狭視野角モードとして用いており、映像表示装置の視野角特性を狭めることは不可能である。

特に、中型から大型サイズのノートＰＣ用途やモニターをはじめとして、モバイル用途にいたるまで、現在では、垂直配向モードやＩＰＳモードなど、非常に広い視野角を持つ液晶モードが主流である為、狭視野角モードの視野角が映像表示用の液晶パネルの視野角特性に対応する上記技術では、もはや狭視野角モードを達成することができない。

さらに、広視野角モードにおいては、視野角拡大のために、高分子分散型液晶を用いた光学素子９０の光散乱性を用いている。従って、視野角拡大の為に光散乱性を増せば増すほど、バックライトユニットからの光の光学素子による反射率が大きくなる為、透過率が減少し、表示用の液晶パネルの輝度が低下し、画質が低下してしまう問題点がある。

また、一般的に液晶表示素子の表示を観察する場合には、広視野角特性を有する画像を、通常使用画面として用い、状況に応じて狭視野角モードを用いる使用環境が一般的と考えられる為、上記のように広視野角モード時に輝度低下によって画質が低下することは問題である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広視野角と狭視野角との両方を実現しながら、広視野角時の映像表示素子の輝度低下による画質低下を防ぐことができる視野角制御素子およびそれを用いた映像表示装置を実現することにある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る視野角制御素子は、光源と観察者との間に置かれて、映像表示装置を広視野角モードと狭視野角モードとに切り替える視野角制御素子において、一つの画素に対向して、柱状透光性樹脂層からなり、ある透過度Ｔ１を有する第１領域と、液晶層からなり、ある透過度Ｔ２と、Ｔ１およびＴ２より小さいある透過度Ｔ３とに切り替えることができる第２領域とを備えたことを特徴としている。

上記の構成により、第２領域が透過度をＴ２にすると、ある画像に対応する光（ある画素から出た光束）は第１領域と第２領域とを透過し、広視野角表示される。

第２領域が透過度をＴ３にすると、上記光は第１領域を、第２領域が透過度をＴ２にしているときと同じ輝度で透過する一方、第２領域である程度輝度が減った状態で透過する（完全に遮断される場合も含む）。すると、第１領域を通った光が見える位置からはずれた位置にいる観察者は該画像を見ることができない（完全に遮断した場合）か、たとえ見えても暗く表示されるため画像を判別しにくくすることができる。このようにして狭視野角表示される。

すなわち、狭視野角時に映像表示素子本来の輝度やそれに近い輝度で表示して広視野角時に拡散等にて広視野角化するのではなく、広視野角時に映像表示素子本来の輝度やそれに近い輝度で表示して狭視野角時に透過量抑制にて狭視野角化する。したがって、広視野角時には、映像表示素子本来の輝度やそれに近い輝度で表示することができ、広視野角時の映像表示素子の輝度の低下を防ぐことができる。それゆえ、広視野角と狭視野角との両方を実現しながら、広視野角時の映像表示素子の輝度低下による画質低下を防ぐことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、Ｔ１とＴ２とが互いに等しいことを特徴としている。

上記の構成により、Ｔ１とＴ２とが互いに等しい。したがって、上記の構成による効果に加えて、広視野角時の表示が均一になるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、上記第２領域は、液晶層の吸収により透過度Ｔ３を示すことを特徴としている。

上記の構成により、上記第２領域は、吸収により透過度Ｔ３を示す。したがって、上記の構成による効果に加えて、簡単な構成で実現できるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、上記第２領域が、二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶であることを特徴としている。

上記の構成により、上記第２領域は、二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶である。したがって、上記の構成による効果に加えて、簡単な構成で実現できるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、上記第２領域は、液晶層の散乱により透過度Ｔ３を示すことを特徴としている。

上記の構成により、上記第２領域は、散乱により透過度Ｔ３を示す。したがって、上記の構成による効果に加えて、簡単な構成で実現できるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、上記第２領域が、高分子分散型液晶であることを特徴としている。

上記の構成により、上記第２領域は、高分子分散型液晶である。したがって、偏光板が不要である。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、簡単な構成で実現できるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、複数個のそれぞれが視野角を決定し、複数個の第１領域の、１つの画素あたりの総面積が輝度を決定するように、一つの画素に対向する部位に上記第１領域が複数個存在することを特徴としている。

上記の構成により、複数個のそれぞれが視野角を決定し、該複数個の第１領域の、１つの画素あたりの総面積が輝度を決定するように、一つの画素に対向する部位に上記第１領域が複数個存在する。

例えば一つの画素に対して第１領域がストライプ状に複数本配置された場合、そのストライプ１本１本を細くすることで狭視野角化できる。もし１本だけであれば、狭視野角化していくと、透過面積が小さくなるためどうしても画面が暗くなる（輝度が小さくなる）が、複数本あれば、透過面積は全体で決まるので、透過面積を増やすことができ、画面が不本意に暗くなるのを防ぐことができる。

したがって、それゆえ、上記の構成による効果に加えて、透過度の減少可能範囲を大きくしながら、暗くなることによる画質低下を抑えることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、上記第１領域がストライプ状であることを特徴としている。

上記の構成により、上記第１領域がストライプ状である。したがって、第１領域の形成時のパターニングが簡単になる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、製造工程を簡素化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、水平ラインと平行な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいることを特徴としている。

上記の構成により、水平ラインと平行な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいる。したがって、上記の構成による効果に加えて、左右方向に狭視野角化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記の構成に加えて、水平ラインと平行な方向および水平ラインと垂直な平行な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいることを特徴としている。

上記の構成により、水平ラインと平行な方向および水平ラインと垂直な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいる。

例えば、第１領域と第２領域とはモザイク状である。

したがって、上記の構成による効果に加えて、上下左右方向に狭視野角化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る映像表示装置は、広視野角モードと狭視野角モードとを有する映像表示装置において、上記のいずれかに記載の視野角制御素子により広視野角モードと狭視野角モードとを切り替えられることを特徴としている。

上記の構成により、映像表示装置は、上記の視野角制御素子により広視野角モードと狭視野角モードとを切り替えられる。したがって、広視野角時には、映像表示素子本来の輝度やそれに近い輝度で表示することができ、広視野角時の映像表示素子の輝度の低下を防ぐことができる。それゆえ、広視野角と狭視野角との両方を実現しながら、広視野角時の映像表示素子の輝度低下による画質低下を防ぐことができるという効果を奏する。

以上のように、本発明に係る視野角制御素子は、一つの画素に対向して、柱状透光性樹脂層からなり、ある透過度Ｔ１を有する第１領域と、液晶層からなり、ある透過度Ｔ２と、Ｔ１およびＴ２より小さいある透過度Ｔ３とに切り替えることができる第２領域とを備えた構成である。

これにより、広視野角時には、映像表示素子本来の輝度やそれに近い輝度で表示することができ、広視野角時の映像表示素子の輝度の低下を防ぐことができる。それゆえ、広視野角と狭視野角との両方を実現しながら、広視野角時の映像表示素子の輝度低下による画質低下を防ぐことができるという効果を奏する。

〔実施形態１〕
本形態では、透過型の液晶表示装置を用いた例について述べるが、これ以外にも、自発光素子のプラズマディスプレイやＥＬ（electroluminescence）ディスプレイなどを用いることができる。また、本発明は、カラー表示、白黒表示のいずれにも適用可能である。

図１は、本形態の視野角制御素子を備えた映像表示装置の概略を示す断面図である。本形態の映像表示装置１０は、視野角制御機能を有する視野角制御素子１２と、視野角制御素子１２の背面側（観察者側に対して反対側、以下同じ）に設けられた映像表示素子１３と、映像表示素子１３よりも背面側に配置されたバックライトユニット（光源）１１とを備える。尚、本形態では、映像表示素子１３として、液晶表示素子を用いるが、特に限定されるものでは無く、任意の映像表示素子を用いることができる。

視野角制御素子１２は、例えば透明電極を備えたガラスなどからなる一対の透明電極基板である上側基板２１，下側基板２２を備えている。これらの基板は、それぞれ対向する面に、必要に応じて配向処理された配向膜（図示せず）を有する。

視野角制御素子１２は、上側基板２１，下側基板２２の間隙に、バックライトユニット１１からの光を透過させる柱状透光性樹脂層からなる透光領域（第１領域）２３と、バックライトユニット１１からの光を吸収又は散乱する（以下、遮光と称する）遮光領域（第２領域）２４を有する。

なお、柱状透光性樹脂層である透光領域２３は、上側基板２１、下側基板２２の間隙を一定に保つスペーサとしての機能を併せ持っている。

２５は周辺シール材である。

映像表示素子１３は、例えば透明電極を備えたガラスなどからなる一対の透明電極基板である上側基板３１、下側基板３２を備え、その前面および背面の一面にそれぞれ偏光板４０、３３が貼り付けられている。そして、偏光板４０を介して、視野角制御素子１２の下側基板２２と映像表示素子１３の上側基板３１とが接合されている。

本形態では、視野角制御素子１２は映像表示素子１３の前面に配置されている。但し、視野角制御素子１２と映像表示素子１３の前後配置が反転しても何ら差し支えない。例えば、観察者側から、映像表示素子１３、視野角制御素子１２、バックライトユニット１１の順で配置されていても良い。

視野角制御素子１２と映像表示素子１３との組み合わせの例としては、
（１）遮光領域２４が二色性色素のゲスト−ホスト型液晶により形成されており、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要とする素子例えば液晶素子などを用いる場合
（２）遮光領域２４が二色性色素のゲスト−ホスト型液晶により形成されており、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要としない自発光素子例えばＥＬ素子などを用いる場合
（３）遮光領域２４が高分子分散型液晶により形成されており、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要とする素子例えば液晶素子などを用いる場合
（４）遮光領域２４が高分子分散型液晶により形成されており、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要としない自発光素子例えばＥＬ素子などを用いる場合
を挙げることができる。

上記（４）のように、視野角制御素子１２の液晶層である遮光領域２４が高分子分散型液晶により形成されている場合であって、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要としない自発光素子を用いる場合には、間隙に偏光板４０を用いる必要はない。

また、上記（１）ないし（３）の例では視野角制御素子１２と映像表示素子１３との間には偏光板４０が必要であるが、いずれの場合も、それらの間の偏光板は一つでよい。

透光領域２３は、ある透過度Ｔ１を有している。遮光領域２４は、観察者からの指示に基づき、ある透過度Ｔ２と、吸収や散乱によりＴ１およびＴ２より小さいある透過度Ｔ３とに切り替えることができる性質を持っている。なお、Ｔ１とＴ２とは互いに等しいものとすることができる。その場合、広視野角時の表示をより均一にすることができる。あるいは、設計時に、適宜、Ｔ１＜Ｔ２や、あるいはＴ１＞Ｔ２となるようにしてもよい。Ｔ１、Ｔ２は１００％であってもよく、またＴ３は０であってもよい。上記のように切り替えが可能であるため、映像表示装置１０全体でみれば、（１）透過度がＴ１である箇所とＴ２である箇所とが存在する状態と、（２）透過度がＴ１である箇所とＴ３である箇所とが存在する状態とに切り替えることができる。前者は広視野角モードであり、通常の状態である。後者は狭視野角モードであり、他人に斜めから映像を見られたくないときにこのように設定することで、観察者本人だけが鮮明な映像を見ることができるようになっている。

上記視野角制御素子１２の透光領域２３は、様々なパターンが可能である。まず、その一つとして、図６（ａ）は、映像表示装置１０の表示画面に垂直な方向、すなわち観察者のほうから見た図である。すなわち、図６（ａ）は、映像表示装置１０の表示画面に対応して、図中、上下左右がそれぞれ映像表示装置１０の表示画面の上下左右に対応している。図中、左から、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素の縦列が形成されている。図６（ｂ）は、映像表示装置１０の表示画面を水平ラインに沿って切った断面である。なお、この関係は、図７ないし図１０に示す、他のパターンにも共通である。

図６の例では、表示画面の縦（上下）方向（図６（ａ）中、上下方向）の位置が等しい複数の画素（図示せず）に対して共通の、ストライプ状の１本の透光領域２３が縦に走っている。そして、各画素に対向する領域が３つに分かれ、中央部が透光領域２３であり、表示画面の横（左右）方向（図６（ａ）中、左右方向）の両端部が遮光領域２４となっている。言い換えれば、各画素において、領域が３つに分かれ、中央部が透光領域２３に対向し、表示画面の横方向の両端部が遮光領域２４に対向している。

透光領域２３をストライプ状にすることにより、透光領域２３・遮光領域２４の形成時のパターニングが簡単になるので、その分、製造工程を簡素化することができる。

また、水平ラインと平行な方向に透光領域２３と遮光領域２４とが並んでいるので、画面の左右方向に狭視野角化することができる。

図７は、図６のパターンにおいて、透光領域２３のスリット幅を細くしたものである。このように、スリット幅の設定により、任意の視野角制御が可能である。

図８は、図７のパターンにおいて、一つの画素に対して複数個（ここではストライプ状の２本）の透光領域２３が対応するようにしたものである。透光領域２３のスリット幅は図７と同じである。すなわち、複数個の透光領域２３のそれぞれが視野角を決定し、該複数個の透光領域２３の、１つの画素あたりの総面積（ここでは２本分の面積）が透過度を決定するように、一つの画素に対向する部位に透光領域２３が複数個（ここでは２本）存在している。

このように、スリット幅の細い場合は、１つの画素あたりのスリット本数を増やすことで１つの画素から観察者に到達する光の量を増やすことができ、それによって、視野角を変えることなく輝度を改善できる。なお、この例では透光領域２３はストライプ状であるが、このように一つの画素に対して対応する透光領域２３の本数（個数）を増減することにより輝度を調節するのは、例えばモザイク状でも可能である。

図９は、図６ないし図８のようなスリットパターン（ストライプ状）と異なり、ドットパターン（モザイク状）としたものである。

この場合、水平ラインと平行な方向にも水平ラインと垂直な方向にも透光領域２３と遮光領域２４とが並んでいるので、表示画面の左右方向の制御に加え、上下方向の制御も可能になる。これは、図９（ｂ）の断面は、図９（ａ）において横に切ったものであるが、縦に切っても、一つの画素に透光領域２３と遮光領域２４とが配されることになるからである。

図９の例では、パターン形状は丸にしている。形状は丸に限らず四角等でもよい。図１０は、図９のドットパターンを四角形に変更したものである。このようにしても、表示画面の左右方向の制御に加え、上下方向の制御も可能になる。

次に、図２および図３を参照しながら、本形態の映像表示装置の表示原理について説明する。なお、本形態では、遮光領域２４に二色性色素を含むゲスト−ホスト型液晶にて形成したゲストホストモードの場合について説明する。

図２は、本形態の映像表示装置において、遮光領域２４として液晶層に二色性色素を分散したゲスト−ホストモードを用いた際の狭視野角モードの表示原理を示す断面拡大図である。図２を参照しながら、表示原理を説明する。

遮光領域２４に形成する液晶層は、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶にｐ型二色性色素を分散させており、基板平面方向に平行に一様配向したホモジニアス配向をしている。

バックライトユニット１１から出射する光は、まず、液晶表示装置からなる映像表示装置１３に入射し、映像表示装置１３に形成された偏光板４０にて直線偏光化されて視野角制御素子１２に入射する。視野角制御素子１２の柱状透光性樹脂層からなる透光領域２３に入射する光のうち、図中θｎの角度範囲の光（ａ）は、遮光領域２４の影響を受けることなくそのまま出射する。

一方、図中θｎよりも大きい角度範囲の光（ｂ）については、柱状透光性樹脂層からなる透光領域２３を横切り、必ず、二色性色素を分散した液晶層からなる遮光領域２４へ入射することになる。ここで、遮光領域２４には、特定の偏光方向の光を吸収する二色性色素を混合している為、上記角度θｎよりも大きい角度範囲の光は、映像表示素子１３から出射した光の偏光方向と二色性色素を含有したネマティック液晶の配向方向を平行配置とすることで、二色性色素により吸収される。

さらに、視野角制御素子１２の遮光領域２４へ直接入射する光（ｃ）は、その入射角度に関わらず、上記と同様にすべて遮光領域２４の二色性色素により吸収される。

したがって、視野角制御素子１２へ入射する直線偏光のうち、透光領域２３に入射する角度θｎまでの光（ａ）のみが前方へ透過するが、その他の光（ｂ）（ｃ）は透過しないことになる。

したがって、視野角制御素子１２に入射する光の視野角特性を、視野角制御素子１２によって、視野角度θｎへと視野角を制御することが可能となり、狭視野角モードとして機能することができる。

図３は、本形態の映像表示装置による広視野角モードの表示原理を示す拡大断面図である。図３を参照しながら、表示原理を説明する。

遮光領域２４に形成する遮光領域２４は、上述の通り、ｐ型二色性色素を分散させた正の誘電率異方性を有するネマティック液晶であり、これは、所定の電圧を印加すると電界方向へ分子長軸方向が配向するので垂直配向状態となる。したがって、二色性色素の分子長軸方向と視野角制御素子１２に入射する全ての光の偏光面に対して垂直となるので、二色性色素による偏光の吸収は起こらなくなる。

上記の所定の電圧の印加のオンオフの切り替えは、観察者である操作者が、広視野角モード・狭視野角モードのいずれに設定したいかに応じて、映像表示装置１０に備えられた所定のスイッチ（図示せず）をオンオフすることで行えるようになっている。なお、その構成は周知の構成を適宜利用できるため説明を省略する。

したがって、透光領域２３はいうまでもなく、遮光領域２４も、電圧を印加することで、二色性色素による光の吸収が無い。その結果、視野角制御素子１２に入射する光（ａ）（ｂ）（ｃ）は、視野角制御素子の影響を受けることなくそのままの視野角特性で視野角制御素子から出射することになり、狭視野角モードよりも視野角の広い広視野角モードとして機能する。

したがって、本形態の視野角制御素子１２は、視野角制御素子１２の遮光領域２４への印加電圧を適宜設定することにより、遮光領域２４に形成した液晶層の二色性色素の状態を、バックライトユニット１１から視野角制御素子１２の遮光領域２４に入射する光を吸収する状態と透過する状態とに切り替えることができる。そして、その切り替えにより、視野角制御素子を出射する光の拡散状態を変化させ、視野角特性を制御することができる。

〔実施形態２〕
次に、図４および図５を参照しながら、本形態の映像表示装置の表示原理について説明する。なお、本形態では、遮光領域２４を高分子分散型液晶にて形成した場合について説明する。

図４は、本形態の映像表示装置における狭視野角モードの表示原理を示す拡大断面図である。図４を参照しながら、表示原理を説明する。

視野角制御素子１２に入射する光は、非偏光の拡散光として視野角制御素子１２に入射する。視野角制御素子１２の柱状透光性樹脂層からなる透光領域２３に入射する光のうち、図中θｎの角度範囲の光（ａ）は、遮光領域２４に形成した高分子分散型液晶の影響を受けることなくそのまま出射する。

一方、図中θｎ以上の拡散性の高い光（ｂ）については、透光領域２３を透過する際に、必ず高分子分散型液晶からなる遮光領域２４へ入射することになる。ここで、高分子分散型液晶は、入射光に対して光散乱性をもつので、上記角度範囲θｎよりも大きい角度範囲の光は高分子分散型液晶によって散乱される。その結果、視野角制御素子１２から出射する光の透過率は制限される。

さらに、視野角制御素子１２の遮光領域２４へ直接入射する光（ｃ）は、その入射角度に関わらず、すべて高分子分散型液晶の遮光領域２４により散乱され、視野角制御素子１２から出射する光の透過率は制限される。

したがって、視野角制御素子１２へ入射する非偏光の拡散光のうち、透光領域２３に入射する角度範囲θｎの光（ａ）のみ高分子分散型液晶の影響を受けずに前方へ透過するが、その他の角度範囲の入射光（ｂ）の透過率は制限され、相対的に低いものとなる。また、当然ながら、高分子分散型液晶からなる遮光領域２４へ直接入射する光（ｃ）は全て、散乱される為に、透過率は制限され、相対的に低いものとなるその結果、視野角制御素子１２を透過する光は、透光領域２３を透過する角度範囲θｎの光（ａ）が支配的となる。

したがって、視野角制御素子１２に入射する光の視野角特性を、視野角制御素子１２によって、視野角度θｎへと視野角を制御することが可能となり、狭視野角モードとして機能することができる。

図５は、本形態の映像表示装置による狭視野角モードの表示原理を示す拡大断面図である。図５を参照しながら、表示原理を説明する。

遮光領域２４に形成する液晶層は、上述の通り、高分子分散型液晶からなり、電圧無印加状態では、入射光に対して散乱性を有するが、所定の電圧を印加すると電界方向へ分子長軸方向が一様配向するので、垂直配向状態となる。したがって、高分子分散型液晶の分散性はなくなるので、液晶層へ入射した光（ｂ）（ｃ）は、そのまま透過する。

したがって、透光領域２３はいうまでもなく、遮光領域２４も、電圧を印加することで、高分子分散型液晶による光の散乱が無い。その結果、視野角制御素子１２に入射する光（ａ）（ｂ）（ｃ）は、視野角制御素子１２の影響を受けることなくそのままの視野角特性で視野角制御素子１２から出射することになり、狭視野角モードよりも視野角の広い広視野角モードとして機能する。

したがって、本形態の視野角制御素子１２は、視野角制御素子１２の遮光領域２４への印加電圧を適宜設定することにより、遮光領域２４に形成した液晶層の高分子分散型液晶の状態を、バックライトユニット１１から視野角制御素子１２の遮光領域２４に入射する光を散乱する状態と透過する状態とに切り替えることができる。そして、その切り替えにより、視野角制御素子１２を出射する光の拡散状態を変化させ、視野角特性を制御することができる。

次に、本発明の映像表示装置に用いられる視野角制御素子１２の製造方法について説明する。なお、これは図２、図３の構成と、図４、図５の構成とに共通である。まず、下側基板２２上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明電極（図示せず）を形成する。なお、説明の便宜上、下側基板２２を例にして説明するが、上側基板２１についても下側基板２２と同様にして製造することができる。

透明電極は、パターニングされているものでも良いが、パターニングされていないベタ（面一）電極を用いることが製造工程上好ましい。また、一般に入手可能なＩＴＯ付き基板を用いても良い。ＩＴＯが形成された下側基板２２に対して、柱状透光性樹脂層として例えばネガレジストタイプの感光性アクリル系樹脂材料を、スピンコート法、ラミネート法などにより形成する。フォトマスクを用いて露光を行った後に、例えばＮａＯＨ水溶液などで現像を行い、さらに焼成処理を行うことによって、スペーサの機能を持つ柱状透光性樹脂層からなる透光領域２３を形成することができる。透光領域２３は、スペーサの機能を兼ね備えているので、スペーサを別途形成または散布する必要がなく、製造工程が簡略化される。

透光領域２３を形成した後に、下側基板２２に印刷法により、例えばポリアミック酸からなる配向膜（図示せず）を塗布し、焼成する。さらに、例えばラビング法により配向処理を施すことによって、下側基板２２を得ることができる。なお、必要に応じて、配向膜と透明電極の間隙に絶縁膜を形成してもよい。

下側基板２１または下側基板２２の一方の基板に、例えば印刷法により周辺シール材２５を印刷し、周辺シール材２５内の溶剤成分を除去するために、仮焼成を行う。

下側基板２１と下側基板２２とを貼り合せた後、周辺シール材２５に形成された注入口（図示せず）から液晶材料を注入し、注入口を封止することにより、液晶層からなる遮光領域２４が形成される。なお、このディップ方式に代えて、ディスペンサ方式により液晶材料を注入しても良い。具体的には、注入口のない周辺シール材２５を一方の基板に形成し、周辺シールパターンの枠内に液晶材料を滴下した後に、両基板２１，２２を貼り合わせて液晶層を形成しても良い。以上の工程を経て、視野角制御素子１２を得ることができる。

視野角制御素子１２は、液晶表示装置の製造プロセスで一般的に使用されているフォトリソグラフィーを用いて、柱状透光性樹脂層からなる透光領域２３のパターンを形成することができるので、既存の液晶製造プロセスを全く変えることなく製造することができる。具体的には、透光領域２３は、一般的なフォトリソグラフィーを用いることにより、微細な柱状透光性樹脂層のパターンを寸法精度良く形成することができる。また、微細な柱状透光性樹脂層のパターニングを要する場合にも、透明電極をパターニングする必要がないので、透明電極の断線による遮光／透過の切換不良が発生しない。

なお、柱状透光性樹脂層層のパターンについては、ストライプ（スリット）パターン、マトリクス（ドット）パターン、階段状に開口を有する斜めパターンなど、任意に選択することができる。さらに、フォトリソ法により形成できるので、直線的な形状はもちろんのこと、曲線形状等任意のパターン形状を選択することができる。

本発明の視野角制御素子１２をさらに具体的に説明するために、本発明の実施例を説明する。本実施例における視野角制御素子１２は、次の工程により製造した。まず、ＩＴＯ（図示せず）を備えたガラスからなる基板２上に、厚膜用ネガレジスト（「ＡＳＦシリーズ」（商品名）株式会社日立化成製）のラミネーターを、高温基板過熱化で基板上に転写した。視野角制御素子１２の所望の柱状透光性樹脂層パターンとなるように、フォトマスクを用いて露光を行った。このとき、露光量２００ｍＪの条件で紫外線を露光し、３０℃のＮａＯＨの２％水溶液で一分間現像し、水洗を行い、クリーンオーブンにて２３０℃で４０分間焼成を行い、柱状透光性樹脂層の膜厚４０μｍ幅１２μｍのストライプパターンを形成した。

次に、ポリアミック酸からなる配向膜を成膜し、クリーンオーブンにて２５０℃で３０分間焼成を行った。尚、二色性色素を用いたゲストホストモードの場合には、ホモジニアス配向となるようにラビングなどにより配向処理を施し、高分子分散型液晶を用いる場合には、配向処理をせずに、下側基板２２を得た。下側基板２２と同様にして、下側基板２１を得た。

枠状のシール形状がパターニングされたスクリーン版を用いて、下側基板２１に周辺シール材２５（「ＸＮ−２１Ｓ」（商品名）株式会社三井化学製）を形成した。シール材内の残留溶媒を除去するために、クリーンオーブンにて１００℃で３０分加熱した。上下基板２１、２２を貼り合わせ、２００℃で６０分間焼成を行った。

貼り合わせられた上下基板２１，２２の間隙に液晶材料を注入することにより、遮光領域２４に液晶層ゲスト−ホスト型液晶または高分子分散型液晶を形成した。

次に、上記のように形成した視野角制御素子１２と画像を表示する為の映像表示装置１３とバックライトユニット１１からなる映像表示装置の視野角特性について、評価を行った。尚、映像表示装置１３として、ＶＡモードのアクティブマトリクス型液晶を用いた。尚、本実施例では、透過型の液晶表示装置を用いたが、自発光素子のプラズマディスプレイやＥＬディスプレイなどを用いることができる。尚、自発光素子を用いる場合には、バックライトユニット１１を用いる必要は無い。

また、映像表示素子１３が自発光型でない表示素子、例えば液晶表示素子の場合には、前記視野角制御素子１２および前記映像表示素子１３よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備えることが望ましい。光源としては、冷陰極蛍光管などのランプを視野角制御素子１２や映像表示素子１３の面の下方に配置するエリアライト方式バックライト、ランプを導光板の端面に配置するエッジライト方式バックライトなどが挙げられる。

視野角制御素子１２は、映像表示素子１３の観察者側に配置しており、視野角制御素子１２と映像表示素子１３の間隙には偏光板が配置されている。尚、前述の通り、視野角制御素子１２の液晶層が高分子分散型液晶により形成されている場合であって、かつ、映像表示装置１３として偏光板を必要としない自発光素子例えばＥＬ素子などを用いる場合には、間隙に偏光板を用いる必要はない。映像表示素子１３の背面には、バックライトユニット１１が形成されている。つまり、バックライトユニット１１から出射した光は、バックライトユニット１１、映像表示装置１３、視野角制御素子１２の順に透過することになる。

ここで、視野角制御素子１２の狭視野角モードの時の視野角の設定は、透光領域２３に形成する柱状透光性樹脂層の膜厚Ｄと幅Ｌによって任意に設定することができる。つまり、視野角度θｎ＝２ｔａｎ^-1（Ｌ／Ｄ）で設定することができる。

本実施例では、柱状透光性樹脂層の膜厚＝４０μｍで幅１２μｍであるから、設定視野角度は約３３°となる。

表１には、映像表示装置１３単体の視野角特性と視野角制御素子１２を用いた場合の広視野角時と狭視野角時の視野角特性を実際に評価した結果を示す。液晶層にゲストホストモードを用いた場合も高分子分散型液晶を用いた場合にも、広視野角時には、映像表示装置単体の視野角特性とほぼ同特性を示しており、映像表示素子１３のもつ広視野角特性をそのまま保持していることがわかる。

次に、狭視野角時には、二色性色素を用いたゲストホストモードで、上式で得られる視野角特性に近い視野角特性が得られており、映像表示素子１３のもつ視野角特性を視野角制御素子によって狭視野角化できていることがわかる。

なお、高分子分散型液晶を用いた場合には、上式で得られる視野角特性に比べると実測値はかなり広くなっているが、これは、高分子分散型液晶の観察者側への前方散乱成分によるものであり、高分子分散型液晶層の液晶層厚を大きくすることで、容易に調整することができる。

尚、上記実測した視野角の定義として、映像表示装置１０の基板平面に対して法線方向を正面輝度Ｌ（θ＝０°）とした時に、角度範囲θｎの輝度Ｌ（θ＝ｎ）が、０．１Ｌ（θ＝０°）≦Ｌ（θ＝ｎ）≦Ｌ（θ＝０°）の角度範囲θｎを視野角と定義した。

以上のように、本発明の視野角制御素子は、映像表示装置の持つ視野角特性を制御する視野角制御素子であって、互いに対向配置される一対の透明電極基板の間隙に、バックライトユニットからの光を吸収又は散乱する為の液晶層とバックライトユニットからの光を透過するための透過窓として、屈折率が略等方性で且つ透光性の柱状透光性樹脂層の２つの領域から形成されていることにより、映像表示装置の視野角特性を制御し、狭視野角化を達成することができる。

すなわち、非常に広い視野角特性を持つ表示用の液晶パネルの視野角特性を、任意の視野角度の狭視野角に設定することのできる、視野角制御素子及びこれを用いた視野角制御型映像表示装置を得ることができる。

また、広視野角モード時に表示用の液晶表示パネルの輝度等の画質低下を起こすことなく、良好な画像を表示し、且つ狭視野角モードを表示し得る視野角制御型液晶表示装置を得ることができる。

また、本発明の視野角制御素子においては、バックライトユニットからの光を吸収するための第２領域としての液晶層は、上述のように二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶とすることができ、特定の視野角範囲の入射光を効率良く吸収することにより、映像表示装置の視野角特性を制御することができる。

また、本発明の視野角制御素子においては、バックライトユニットからの光を散乱するための第２領域としての液晶層は、上述のように高分子分散型液晶とすることができ、特定の視野角範囲の入射光を効率良く吸収することにより、映像表示装置の視野角特性を制御することができる。

また、本発明の視野角制御素子の液晶層は、バックライトユニットからの光を吸収又は散乱する状態と透過する状態とを電気的に切り替えることができるので、広視野角モードと狭視野角モードを電気的に切り替えて表示することができる。

また、本発明の視野角制御素子が有する一対の透明電極基板間に形成される柱状透光性樹脂層は、通常の液晶表示装置の製造プロセスで多用されているフォトリソグラフィーをそのまま利用して形成することができる。したがって、何ら新規のプロセスを導入する必要がなく、非常に簡便なプロセスで製造することができる。

また、本発明の視野角制御素子によれば、透明電極基板の透明電極をパターニングする必要性が特にないので、微細なバリアパターンを形成する場合でも断線不良などを起こすことがない。したがって、製造歩留まりを向上させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、本発明に係る視野角制御素子は、映像表示装置の持つ視野角特性を制御する視野角制御素子において、該視野角制御素子は、互いに対向配置される一対の透明電極基板の間隙に、視野角制御素子への入射光を吸収又は散乱する為の液晶層と視野角制御素子への入射光を透過するための透過窓として、屈折率が略等方性で且つ柱状の透光性樹脂層の２つの領域から形成されているように構成してもよい。

上記の構成によれば、上記視野角制御素子は、視野角制御素子に入射する光を視野角制御素子に形成した液晶層により吸収又は散乱することによって、液晶層を通過する光の透過率を相対的に下げることができる。また、透光性の柱状樹脂層からなる透過窓は、視野角制御素子に入射する光のうち、柱状樹脂層の高さ方向（一対の透明電極基板平面に対して法線方向）とほぼ平行の光は、そのまま柱状樹脂層を透過するのに対し、柱状樹脂層を横切る方向で入射する拡散性の光は、液晶層にも入射してしまうので、液晶層にて吸収又は散乱され、柱状樹脂層の高さ方向に近い方向で入射する平行光が支配的になるので、視野角制御素子に入射する光の視野角特性を狭視野角側に変化させることができる。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記構成において、前記視野角制御素子に入射する光を吸収するための液晶層は、二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶であるように構成してもよい。

上記の構成によれば、本発明の視野角制御素子は、液晶中に二色性色素を混合することにより、二色性色素の分子長軸方向に対して平行方向に偏光面を持つ偏光を吸収することが出来るので、視野角制御素子に入射する光の視野角特性を狭視野角側に変化させることができる。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記構成において、前記視野角制御素子に入射する光を散乱する為の液晶層は、高分子分散型液晶であるように構成してもよい。

上記の構成によれば、本発明の視野角制御素子は、液晶層と高分子分散型液晶で形成することにより、液晶層は視野角制御素子から入射する光を散乱することで、柱状樹脂層を透過する光の透過率に対して、液晶層を透過する光の透過率を相対的に低下させることが出来るので、視野角制御素子に入射する光の視野角特性を狭視野角側に変化させることができる。

また、本発明に係る視野角制御素子は、上記構成において、前記視野角制御素子の液晶層は、前記視野角制御素子に入射する光を吸収又は散乱する状態と透過する状態とを電気的に切り替えることができるように構成してもよい。

上記の構成によれば、本発明の視野角制御素子の液晶層は、二色性色素を含む液晶層で形成されているので、電気信号により液晶層の配向方向が変化し、これに追従して二色性色素の配向方向も切り替わるので、二色性色素による偏光の吸収と透過を切り替えることが出来るので、視野角制御素子を透過する光の拡散状態を電気的に切り替えることが出来、視野角を制御することができる。

また、本発明の視野角制御素子の液晶層は、高分子分散型液晶により形成されているので、電気信号により液晶層の散乱状態が変化することができるので、視野角制御素子を透過する光の散乱状態を電気的に切り替えることが出来、視野角を制御することができる。

また、本発明に係る映像表示装置は、バックライトユニットと画像を表示する為の映像表示素子と前記視野角制御素子とからなり、前記視野角制御素子によって前記映像表示素子の視野角を制御するように構成してもよい。

上記の構成によれば、バックライトユニットからの光が視野角制御素子を透過する際に、視野角制御素子に適当な電圧を印加又は無印加とすることにより、視野角制御素子に入射する光の視野角特性を電気的に制御することにより、映像表示素子の視野角特性を電気的に切り替えることができる。

薄型化・軽量化・低消費電力化に加えて、高精細化技術の進歩により、非常に視認性の優れる表示装置によって、携帯電話のような用途にも適用できる。

本発明に係る映像表示装置の一構成例を示す断面図である。 本発明に係る視野角制御素子による狭視野角時の表示原理を示す断面図である。 本発明に係る視野角制御素子による広視野角時の表示原理を示す断面図である。 本発明に係る視野角制御素子による狭視野角時の表示原理を示す断面図である。 本発明に係る視野角制御素子による広視野角時の表示原理を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る視野角制御素子の第１領域と第２領域とのパターンの例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る視野角制御素子の第１領域と第２領域とのパターンの例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る視野角制御素子の第１領域と第２領域とのパターンの例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る視野角制御素子の第１領域と第２領域とのパターンの例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る視野角制御素子の第１領域と第２領域とのパターンの例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 従来の視野角制御素子の視野角特性を示す図である。 従来の視野角制御素子の狭視野角時の様子を示す図である。 従来の視野角制御素子の広視野角時の様子を示す図である。

符号の説明

１０ 映像表示装置
１１ バックライトユニット（光源）
１２ 視野角制御素子
１３ 映像表示素子
２１ 上側基板
２２ 下側基板
２３ 透光領域（第１領域）
２４ 遮光領域（第２領域）
２５ 周辺シール材
３１ 上側基板
３２ 下側基板
３３ 偏光板
４０ 偏光板

Claims (12)

1. 光源と観察者との間に置かれて、映像表示装置を広視野角モードと狭視野角モードとに切り替える視野角制御素子において、
   一つの画素に対向して、
   柱状透光性樹脂層からなり、ある透過度Ｔ１を有する第１領域と、
   液晶層からなり、ある透過度Ｔ２と、Ｔ１およびＴ２より小さいある透過度Ｔ３とに切り替えることができる第２領域とを備えたことを特徴とする視野角制御素子。
2. 前記液晶層を駆動するための透明電極として、パターニングされていない面一電極が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
3. Ｔ１とＴ２とが互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
4. 上記第２領域は、液晶層の吸収により透過度Ｔ３を示すことを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
5. 上記第２領域が、二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶であることを特徴とする請求項４に記載の視野角制御素子。
6. 上記第２領域は、液晶層の散乱により透過度Ｔ３を示すことを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
7. 上記第２領域が、高分子分散型液晶であることを特徴とする請求項６に記載の視野角制御素子。
8. 複数個のそれぞれが視野角を決定し、複数個の第１領域の、１つの画素あたりの総面積が輝度を決定するように、一つの画素に対向する部位に上記第１領域が複数個存在することを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
9. 上記第１領域がストライプ状であることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
10. 水平ラインと平行な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御素子。
11. 水平ラインと平行な方向および水平ラインと垂直な平行な方向に上記第１領域と第２領域とが並んでいることを特徴とする請求項１０に記載の視野角制御素子。
12. 広視野角モードと狭視野角モードとを有する映像表示装置において、
    上記請求項１ないし１１のいずれかに記載の視野角制御素子により広視野角モードと狭視野角モードとを切り替えられることを特徴とする映像表示装置。

Images