JP4225279B2

JP4225279B2 - 液晶表示装置及び電子機器

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Publication number: JP4225279B2
Application number: JP2005011177A
Authority: JP
Inventors: 寿治松島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006201326A; CN1808237A; KR20060084387A; US20060158590A1; CN100421001C; KR100727730B1; US7705933B2

Description

本発明は液晶表示装置及び電子機器に係り、特に、表示画面の視角範囲を制限することの可能な表示装置として好適な液晶表示装置の構成に関する。

一般に、液晶表示装置が搭載された携帯電話その他の携帯型情報端末では、自分にはその液晶表示装置の表示画面が見えるようにしたいが、この表示画面を他人には覗かれたくない場合があり、この場合には、現状では視野角の狭い表示素子を用いるか、或いは、表示画面上に視野角を制限する光学フィルムを貼着するようにしている（例えば、以下の特許文献１参照）。しかし、このようにすると、多人数で表示画面を見たい場合には、視野角を広げることができないために不便である。

そこで、視角を制御する視角制御素子を液晶表示装置に内蔵し、視角制御素子を切り替えることで、視野角の広狭を切り替えることができるようにした装置が知られている（例えば、以下の特許文献２参照）。この装置では、視角制御素子として位相差制御用液晶素子を用い、この液晶素子に印加する電圧を制御することにより、視野角の広狭を切り替えるように構成している。例えば、特許文献２では、位相差制御用液晶素子の液晶モードとして、カイラルネマチック液晶、ホモジニアス液晶、ランダム配向のネマチック液晶などを用いるものが開示されている。
特開２００２−２９７０４４号公報特開平１１−１７４４８９号公報

しかしながら、前述の位相差制御用液晶素子を用いた液晶表示装置では、位相差制御用液晶素子の切り替えによりコントラスト比が１０：１になる範囲がやや小さくなるものの、当該範囲の極角境界値が切り替え前の５０〜７０％になる程度であり、コントラストの変化が全体として小さく、十分な視角制御を行うことが難しいという問題点がある。特に、一般にはコントラスト比が２：１程度でも充分に視認できることから、実際に視野角を制限して左右にいる人に見えないように構成するための表示技術として実用的なものとは言えない。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、視野角の制御範囲或いは変化態様を従来よりも大きく確保できる視角制御手段を備えた液晶表示装置を実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の液晶表示装置は、表示用液晶層と、該表示用液晶層に対して表示用電界を付与する表示用電界付与構造と、前記表示用液晶層の両側にそれぞれ配置された一対の偏光層とを備えた液晶表示装置において、前記偏光層と前記表示用液晶層との間に配置された視角制御用液晶層と、該視角制御用液晶層に視角制御用電界を付与する視角制御用電界付与構造とを有し、前記視角制御用液晶層は、水平配向状態と垂直配向状態とを切り替え可能に構成され、かつ、前記視角制御用液晶層の前記水平配向状態における遅相軸は、前記視角制御用液晶層に対して前記表示用液晶層とは反対側に配置された前記偏光層の偏光透過軸と平行に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、視角制御用液晶層が実質的に均質な水平配向状態と垂直配向状態とを切り替え可能に構成されるとともに、その水平配向状態における遅相軸が表示用液晶層とは反対側に配置された偏光層（隣接する偏光層）の偏光透過軸に対して実質的に平行に配置されていることにより、水平配向状態にある視角制御用液晶層による透過率の極角分布への影響をほとんどなくすことができるため、視角制御用液晶層を水平配向状態にすれば視角が制限されにくくなる。一方、垂直配向状態にあるときには斜めに入射した光の偏光状態が変化することにより、極角が大きい部分において光の利用効率が低下したり、光漏れが増大したりすることで、コントラスト比を従来よりも大幅に低下させることができるため、視角制限効果を高めることができる。

斯かる実情に鑑み、本発明の液晶表示装置は、表示用液晶層と、該表示用液晶層に対して表示用電界を付与する表示用電界付与構造と、前記表示用液晶層の両側にそれぞれ配置された一対の偏光層とを備えた液晶表示装置において、前記偏光層と前記表示用液晶層との間に配置された視角制御用液晶層と、該視角制御用液晶層に視角制御用電界を付与する視角制御用電界付与構造とを有し、前記視角制御用液晶層は、入射光の偏光状態を変化させる度合いを、水平配向状態と垂直配向状態とを切り替えることによって変化させるように構成され、かつ、前記視角制御用液晶層の前記水平配向状態における遅相軸は、前記視角制御用液晶層に対して前記表示用液晶層とは反対側に配置された前記偏光層の偏光吸収軸と平行に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、視角制御用液晶層が実質的に均質な水平配向状態と垂直配向状態とを切り替え可能に構成されるとともに、その水平配向状態における遅相軸が表示用液晶層とは反対側に配置された偏光層（隣接する偏光層）の偏光吸収軸に対して実質的に平行に配置されていることにより、水平配向状態にある視角制御用液晶層による透過率の極角分布への影響をほとんどなくすことができるため、視角制御用液晶層を水平配向状態にすれば視角が制限されにくくなる。一方、垂直配向状態にあるときには斜めに入射した光の偏光状態が変化することにより、極角が大きい部分において光の利用効率が低下したり、光漏れが増大したりすることで、コントラスト比を従来よりも大幅に低下させることができるため、視角制限効果を高めることができる。

本発明において、前記視角制御用液晶層は、前記視角制御用電界付与構造による電界無印加時に前記水平配向状態となり、電界印加時に前記垂直配向状態になることが好ましい。この場合、水平配向状態が初期配向となるので、水平配向状態の前記遅相軸を偏光層の偏光透過軸若しくは偏光吸収軸と平行に設定しやすくなり、軸方位の設定を容易かつ正確に行うことが可能になる。

本発明において、前記視角制御用液晶層は、前記視角制御用電界付与構造による電界無印加時に前記垂直配向状態となり、電界印加時に前記水平配向状態になることが好ましい。これによれば、視角制御用液晶層の垂直配向状態を設定しやすくなるので、視角を制限した場合の光学状態の設定を容易かつ正確に行うことが可能になる。

本発明において、前記視角制御用液晶層の前記水平配向状態における配向方位角は、前記偏光透過軸及び前記偏光吸収軸に対して実質的に平行な４方位に設定されていることが好ましい。これによれば、視角制御用液晶層の水平配向状態における遅相軸が上記偏光透過軸と偏光吸収軸のいずれか一つに対して平行な４方位に設定されることになるために本発明の上述の基本条件を満たすことができるとともに、液晶分子が複数の配向方位角を向くことになるため、視角制御用液晶層が水平配向状態にあるときの光学特性の方位角依存性を極力低減できる。この場合、視角制御用液晶層の水平配向状態における４方位は、液晶分子の倒伏方位を規制するための突起、スリット（電極開口部）、リブなどの配向規制手段により設定できる。

本発明において、前記表示用液晶層の両側に位相差層がそれぞれ隣接配置されていることが好ましい。これによれば、表示用液晶層の両側に位相差層をそれぞれ隣接配置させることで、表示用液晶層に円偏光を入射させることができることから、表示用液晶層の配向方位と視角制御用液晶層の配向方位との精密な合わせこみが不要になるため、容易に製造できるようになる。

本発明において、前記視角制御用液晶層の前記遅相軸が表示画面を正面から見た場合に斜めに設定されていることが好ましい。本発明の場合、遅相軸と平行及び直交する方位、すなわち、上記偏光透過軸及び偏光吸収軸の軸方位において視野角が広くなるので、遅相軸を斜めに設定することにより左右方向の視角制限効果を高めることが可能になることから、左右からの表示画面の覗き見を確実に防止することが可能になる。

本発明の電子機器は、上記のいずれかに記載の液晶表示装置を搭載したものであるが、特に、携帯電話、携帯テレビ等の携帯型情報端末、パーソナルコンピュータ、電子時計などの携帯型電子機器において視角制限効果を有効に用いることができる。

［第１実施形態］
次に、添付図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の液晶表示装置の原理的構成を示す概略構成図である。図１（ａ）に示す原理的構成１０は、表示用液晶層１１の両側に一対の偏光層１２，１３を配置し、光入射側（図示下方）の偏光層１２と表示用液晶層１１との間に視角制御用液晶層１４を配置したものである。この構成１０では、バックライトなどの光源から入射する光は、偏光層１２の偏光透過軸に平行な振動面を有する直線偏光となった後に視角制御用液晶層１４により光変調され、その後、表示用液晶層１１にて所定の表示を形成するための光変調を受けて、偏光層１３の偏光透過軸に平行な振動面を有する偏光成分のみが観察側へ出射される。

一方、図１（ｂ）に示す原理的構成１０′は、表示用液晶層１１の両側に一対の偏光層１２，１３を配置した点では上記と同じであるが、光出射側（観察側、図示上方）の偏光層１３と表示用液晶層１１との間に視角制御用液晶層１４を配置したものである。この構成１０′では、光源から入射する光は、偏光層１２の偏光透過軸に平行な振動面を有する直線偏光となった後に表示用液晶層１１により所定の表示を形成するための光変調を受け、その後、視角制御用液晶層１４においてさらに光変調され、偏光層１３の偏光透過軸に平行な振動面を有する偏光成分のみが観察側へ出射される。

上記の図１（ａ）及び（ｂ）に示すいずれの構成１０，１０′でも、視角制御用液晶層１４において透過光の視角分布が変調されるため、表示用液晶層１１にて受けた光変調により生ずる表示画像の視角分布も変調されることになる。本実施形態の液晶表示装置は、上記のいずれの構成に相当する構造を有していてもよい（すなわち、光入射側及び観察側が上下いずれに設定されていてもよい）が、以下の説明では、図１（ａ）に示す構成１０を採用することを前提として説明する。

図２は、本実施形態の原理的構成１０において、偏光層１２、視角制御用液晶層１４、表示用液晶層１１及び偏光層１３の相対的姿勢関係について示す概略説明図である。本実施形態では、偏光層１２の変光軸（偏光透過軸若しくは偏光吸収軸、図示例では偏光透過軸である場合の例を示す。）１２ｐと、これに隣接する視角制御用液晶層１４の遅相軸１４ｐとが実質的に平行になるように構成される。

ここで、遅相軸１４ｐは、視角制御用液晶層１４が水平配向状態にあるときの遅相軸（屈折率異方性を有する液晶層の最も屈折率の小さい軸方向と一致する軸）を言う。本実施形態の視角制御用液晶層１４は、後述する電極構造（視角制御用用電界付与構造）により、実質的に均質な水平配向状態と、実質的に均質な垂直配向状態を切り替え可能に構成されており、したがって、基本的に液晶分子は水平配向状態において偏光層１２の偏光軸１２ｐと平行に配向している。図示例の場合、遅相軸１４ｐと平行な方位角に後述する配向膜の配向方位１４ａ，１４ｂが設定される。ただし、偏光層１２において偏光透過軸と偏光吸収軸は直交しているので、遅相軸１４ｐと偏光軸１２ｐとが直交するように構成してもよい。ここで、配向方位１４ａは偏光層１２側の液晶分子の配向方向、配向方位１４ｂは表示用液晶層１１側の液晶分子の配向方向を示す。

また、偏光層１２の偏光軸１２ｐと、これに隣接する視角制御用液晶層１４の遅相軸１４ｐとが実質的に平行になるとは、完全に平行でなくてもよく、完全に平行となる方位角に対して−１０度〜＋１０度の範囲であればよいことを意味する。この範囲であれば、完全に平行になる場合に比べてほとんど遜色のない光学特性を得ることができる。ただし、−５度〜＋５度の範囲が光学特性上特に好ましい。

本実施形態は、後述するように、ＴＮ（ツイステッドネマチック）モードの表示用液晶層１１を備えており、偏光層１２と１３は直交ニコル配置とされ、その結果、視角制御用液晶層１４がなければ、通常のノーマリーホワイトタイプのＴＮ型液晶表示装置となるように構成されている。したがって、表示用液晶層１１においては、入射側の配向方向１１ａが偏光層１２の偏光透過軸１２ｐと平行に設定され、出射側の配向方向１１ｂが偏光層１３の偏光透過軸１３ｐと平行に設定されている。

図３は、本実施形態の実際の構造を拡大して示す拡大部分縦断面図である。本実施形態は、ガラスやプラスチックなどで構成される透明な基板１１１と１１２の間に表示用液晶層１１が挟持されてなる表示用液晶セル１１０と、この表示用液晶セル１１０の光入射側に配置された偏光層１２と、表示用液晶セル１１０の観察側に配置された偏光層１３と、表示用液晶セル１１０と偏光層１２の間に配置され、透明な基板１４１と１４２の間に視角制御用液晶層１４が挟持されてなる視角制御用液晶セル１４０とを有している。

表示用液晶セル１１１の基板１１１の内面上には、ＴＦＤ素子などのスイッチング素子１１３と、層間絶縁膜１１４と、層間絶縁膜１１４上に形成された画素電極１１５（表示用電界付与構造）と、画素電極１１５上に形成された配向膜１１６とが形成されている。ここで、スイッチング素子１１３は図示しない配線に導電接続され、画素電極１１５は、層間絶縁膜１１４に設けられたスルーホールを通してスイッチング素子１１３に接続されている。画素電極１１５はＩＴＯ（インジウムスズ酸化膜）等の透明導電体で構成されている。配向膜１１６はポリイミドなどの有機樹脂やＳｉＯ_２などの無機絶縁材などで構成される。

一方、表示用液晶セル１１０の基板１１２の内面上には、所定の色相を呈する着色層（図示例の場合には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層）が画素配列に対応した所定パターンで配列されてなるカラーフィルタ１１９が形成されている。このカラーフィルタ１１９は上記着色層の上にはさらに図示しない透明保護膜（アクリル樹脂などで形成され、着色層を保護するとともに表面の平坦性を確保するための平坦化膜）が形成されることが好ましい。カラーフィルタ１１９上には、ＩＴＯ等の透明導電体で構成された対向電極１１８（表示用電界付与構造）が形成されている。この対向電極１１８は、上述のようにＴＦＤ素子のような２端子非線形素子を上記スイッチング素子１１３として用いる場合には、画素に対応する幅を有する帯状に形成され、複数の対向電極１１８がストライプ状に配列される。ただし、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などのような３端子非線形素子をスイッチング素子１１３として用いる場合には、画素の配列領域全面に一体に形成される。また、この対向電極１１８上にはさらに配向膜１１７が形成される。この配向膜１１７は上記配向膜１１６と同様に構成される。

表示用液晶層１１は、図示例の場合、旋光性を有する９０度のツイスト角を有するネマチック液晶で構成される。すなわち、電界無印加時には、液晶分子１１ｍは、基板１１１の内面上において配向膜１１６の配向方向にその長軸を向けた姿勢で配向し、基板１１２の内面上においては配向膜１１７の配向方向にその長軸を向けた姿勢で配向され、その間の液晶分子１１ｍは徐々に層厚方向にねじれた配向姿勢をとる。なお、表示用液晶セル１１０において、表示用液晶層１１における画素電極１１５（表示用電界付与構造）の平面範囲に相当する領域が画素を構成する。

視角制御用液晶層１４の基板１４１の内面上には、ＩＴＯ等の透明導電体で形成された電極層１４３（視角制御用電界付与構造）と、この電極層１４３上に形成された配向膜１４４とが設けられている。電極層１４３は、上記表示用液晶層１１の画素配列領域と重なる平面領域全体に一体に形成されている。また、配向膜１４４は上記と同様にポリイミド樹脂などの有機樹脂やＳｉＯ_２などの無機絶縁材で構成できるが、図示例では、電界無印加時において視角制御用液晶層１４内の液晶分子１４ｍが水平に配向する初期配向能を有するように構成される。例えば、水平配向用ポリイミド膜を塗布、焼成して、上記配向方向１４ａにラビング処理を施すことによって配向膜１４４を形成することができる。

視角制御用液晶層１４の基板１４２の内面上には、ＩＴＯ等の透明導電体で形成された電極層１４６と、この電極層１４６（視角制御用電界付与構造）の上に形成された配向膜１４５とが設けられている。電極層１４６は、上記表示用液晶層１１の画素配列領域と重なる平面領域全体に一体に形成されている。また、配向膜１４５は上記と同様にポリイミド樹脂などの有機樹脂やＳｉＯ_２などの無機絶縁材で構成できるが、図示例では、電界無印加時において視角制御用液晶層１４内の液晶分子１４ｍが水平に配向する初期配向能を有するように構成される。例えば、水平配向用ポリイミド膜を塗布、焼成して、上記配向方向１４ｂにラビング処理を施すことによって配向膜１４５を形成することができる。

視角制御用液晶セル１４０では、電圧無印加時において視角制御用液晶層１４が初期配向状態、すなわち実質的に均質な水平配向状態にあり、液晶分子１４ｍは全て上記ラビング方向に長軸を向ける。この液晶分子１４ｍは正の誘電率異方性を有するネマチック液晶などで構成される。ここで、上記電極層１４３と１４４の間に閾値以上の所定の電圧が印加されると、液晶分子１４ｍは電界方向に長軸を向け、視角制御用液晶層１４は実質的に均質な垂直配向状態となる。

本実施形態において、図３の下方から光が入射する場合（図３の偏光層１２の下側にバックライト等を配置した場合）には、光が偏光層１２を通過することにより偏光透過軸と平行な振動面を有する直線偏光となり、視角制御用液晶層１４に入射する。視角制御用液晶層１４が水平配向状態にあるとき、入射する直線偏光の偏光軸１２ｐの方位角と視角制御用液晶層１４の遅相軸の方位角とが実質的に一致するので、入射光に対する屈折率は分子長軸方向若しくは短軸方向のいずれか一方の屈折率のみが影響を与えるため、直線偏光に対する光変調（偏光状態の変化）は生ずることがなく、また、直線偏光の入射角に対する光変調状態の依存性もほとんど無くすことができる。特に、上記偏光層１２の偏光軸１２ｐと視角制御用液晶層１４の遅相軸とを平行に構成することにより、表示用液晶セル１１０による表示画像の視角特性に対する影響がほとんど生じない。

一方、視角制御用液晶層１４が垂直配向状態になると、液晶分子１４ｍが垂直姿勢となるので、基板法線方向から入射する光に対しては複屈折性を持たないが、入射角に対する影響が出てくる。すなわち、液晶分子１４ｍの長軸と平行な直線偏光に対しては何らの光学的影響を与えないが、分子長軸に対して傾斜した方向に入射する直線偏光に対しては、液晶分子１４ｍの屈折率異方性がもたらす影響（相互に異なる長軸方向の屈折率と短軸方向の屈折率の与える影響の度合い）がその入射角によって変化する。通常、入射角が大きくなるほど直線偏光の偏光状態を変化させる度合いが大きくなり、その結果、光の利用効率や遮断効率が低下して、偏光層１３から出射する光の強度が低下したり、光漏れが生じたりするため、高視角（極角）方向において表示用液晶セル１１０によって形成される画像のコントラストが低下する。

図４は、本実施形態の偏光層１２，１３及び視角制御用液晶層１４の方位角を変えた状態を示す。この例では、本実施形態の表示画面が図４と同じ姿勢となるように構成されていて、この表示画面を正面から見たときに上下方向（図示上下方向）となる方向に対して、偏光層１２，１３の偏光軸（偏光透過軸若しくは偏光吸収軸、図示例では偏光透過軸を示す。）１２ｐ、１３ｐが傾斜するように構成されている。図示例の場合には、偏光軸１２ｐ、１３ｐがそれぞれ上下方向に対して斜め４５度の角度に向かうように設定されている。このようにすると、視角制御用液晶層１４による視角制限効果を上下方向及び左右方向において高くすることができるため、左右方向から表示画面を覗かれる可能性の高い状況下において視角制限効果をより高めることができる。この場合の遅相軸の傾斜角は、光学上、いずれかの偏光軸に対して１０〜４５の範囲に設定されていることが望ましい。

図５は図４に示す構成で図３に示す視角制御用液晶層１４を取り除いた状態のコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示し、図６は視角制御用液晶層１４に電界を印加していないときの本実施形態のコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示し、図７は視角制御用液晶層１４に閾値以上の電圧（３０ｖｏｌｔ）を印加したときの本実施形態のコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示す。ここで、上記の視角制御用液晶層１４のリタデーションΔｎ・ｄ（Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄはセルギャップ［μｍ］）は４．０μｍとしてある。各図中において、数字３０を付した曲線はコントラスト比が３０の等コントラスト比線であり、数字１０を付した曲線はコントラスト比が１０の等コントラスト比線である。

上記の図を見ると、視角制御用液晶層１４に電界を印加していないときには、本実施形態は視角制御用液晶層１４がない場合とほぼ同等の広い視野角を有しているのに対して、視角制御用液晶層１４に電圧を印加すると、コントラスト比が１０未満の領域が大きく拡大し、偏光層１２，１３の偏光透過軸及び偏光吸収軸に沿った方位角領域については視角制限効果が比較的弱いが、当該方位角から外れた方位については、極角が１０〜１５度を越えるとコントラスト比が１０未満になるといった極めて狭い視野角を有するものとなる。したがって、本実施形態では従来技術に比べて大幅に視角制限効果が向上し、実用上も全く問題がないことがわかる。

なお、本実施形態では、実質的に構成１０，１０′が形成されていればよいので、例えば、図３に示す表示用液晶セル１１０の基板１１１と、視角制御用液晶セル１４０の基板１４２とが共通の基板で構成されていても構わない。

また、本実施形態において、表示用液晶層に隣接する位置に視角補償板を配置することも可能である。この場合には、視角制御用液晶層を、視角補償板を介することなく、一方の偏光板に直接隣接させる必要がある。

［第２実施形態］
次に、図８を参照して、本発明に係る第２実施形態の液晶表示装置２００について説明する。この実施形態では、表示用液晶セル２１０を垂直配向（Vertical Aligned）モードとしている点と、視角制御用液晶セル２４０を初期配向状態が垂直配向状態で、電圧印加時に水平配向状態になるように構成している点と、表示用液晶セル２１０の両側に位相差層２１Ａ，２１Ｂを配置している点とにおいて、上記の第１実施形態とそれぞれ異なる。なお、視角制御用液晶セル２４０は第１実施形態の視角制御用液晶セル１４０と同じ構造としても構わない。

本実施形態の表示用液晶セル２１０において、表示用液晶層２１には、負の誘電異方性を有する液晶（ネマチック液晶）を用い、リタデーションΔｎ・ｄを０．４２μｍとしてある。なお、基板２１１，２１２、スイッチング素子２１３、層間絶縁膜２１４、画素電極２１５（表示用電界付与構造）、カラーフィルタ２１９、対向電極２１８などは基本的に上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。一方、配向膜２１６，２１７は、垂直配向用のポリイミド膜などからなる垂直配向膜で構成される。ここで、垂直配向モードの表示用液晶層２１では、配向した初期配向状態からの電圧印加時における倒伏方位を規定するために、液晶分子２１ｍの長軸は垂直方向から倒伏方位に向けて僅かに傾斜させてある。ここで、垂直配向膜にラビング処理を施すことによって上記倒伏方位を規定してもよく、また、配向膜の表面に突起２１７ｔや凹部、或いは、対向電極２１８（表示用電界付与構造）に設けた開口部（スリット）などの配向規制手段を設けることにより、上記倒伏方位を規定しても良い。特に、表示性能の方位角依存性を極力低減するために、突起２１７ｔなどの配向制御手段を中心に放射状に液晶分子２１ｍが倒伏するように構成することが望ましい。

また、視角制御用液晶セル２４０においては、第１実施形態とは異なり、垂直配向した初期配向状態を得るために、配向膜２４４，２４５に垂直配向用のポリイミド膜などの垂直配向膜を用いている。この場合、電極層２４６,２４３（視角制御用電界付与構造）における電圧印加時の液晶分子２４ｍの倒伏方位角を規定するために、垂直配向膜にラビング処理などを施して、視角制御用液晶層２４全体に均質な水平配向状態が得られるようにしてある。この電圧印加時における水平配向状態の液晶分子２４ｍの倒伏方位は、上記第１実施形態と同様に、偏光層２２の偏光透過軸或いは偏光吸収軸と実質的に平行に設定されている。

本実施形態では、図９に示すように、偏光層２２の偏光軸（図示例では偏光透過軸）２２ｐと、視角制御用液晶層２４の水平配向状態における遅相軸２４ｐとが実質的に平行に構成され、また、偏光層２３の偏光軸（図示例では偏光透過軸）２３ｐは上記偏光軸（偏光透過軸）２２ｐと直交している。また、図１０に示すように、視角制御用液晶層２４の水平配向状態における遅相軸２４ｐが偏光層２２の偏光軸（図示例では偏光透過軸）２２ｐと直交しているが、図示しない偏光吸収軸とは平行に構成されていてもよい。さらに、図１０に示すように、表示画面を正面から見たときに、上記偏光軸２２ｐ、２３ｐ及び上記遅相軸２４ｐが上下方向に対して傾斜した方向（斜め４５度の方向）に設定されることがより望ましい。この場合の遅相軸の傾斜角は、光学上、いずれかの偏光軸に対して１０〜４５の範囲に設定されていることが望ましい。

なお、いずれの場合でも、視角制御用液晶層２４の遅相軸の方向を図９及び図１０に点線で示す他の直交した３方向を加えた４方向に設定してもよい。すなわち、視角制御用液晶層２４の水平配向状態において、上記の表示用液晶セル２１０と同様の配向規制手段により上記４方向に液晶分子２４ｍが倒伏するように構成することで、遅相軸２４ｐが偏光層２２の偏光透過軸及び偏光吸収軸のいずれかに実質的に平行に構成されるという条件を満たしつつ、視角制御用液晶層２４の光学特性の方位角分布の偏りを低減できる。

本実施形態では、図８に示すように、視角制御用液晶セル２４０と表示用液晶セル２１０の間に位相差層２１Ａを配置し、表示用液晶セル２１０と偏光層２３との間に位相差層２１Ｂを配置してなる。位相差層２１Ａは、例えば、１／４波長層２５と、Ｃプレート２６とを積層してなり、位相差層２１Ｂは、例えば、Ｃプレート２７と、１／４波長層２８とを積層してなる。ここで、位相差層２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ１／４波長層のみで構成することも可能である。１／４波長層２５，２８は相互に直交する軸方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとし、ｎｚを光軸方向の屈折率としたとき、ｎｘとｎｙが異なる値を有するものであり、光軸方向に所定のリタデーションを有し、直交する偏光成分の位相差を１／４波長だけ変化させるものである。本実施形態においては、１／４波長層２５は直線偏光を円偏光に変換し、１／４波長層２８は円偏光を直線偏光に変換することができるように、それぞれ偏光層２２，２３の偏光軸に対して一定の関係（光学軸が４５度の方位角差を有する関係）に配置される。

また、Ｃプレート２６，２７は、上記と同様に定義した屈折率においてｎｘ＝ｎｙ>ｎｚの関係が成立するもので、垂直配向モードの表示用液晶層２１における垂直配向状態の視角特性に起因する光漏れなどの表示不良を低減するためのものである。本実施形態におけるＣプレート２６，２７の位相差（ｎｚ−ｎｘ）・ｄ（ｄは光軸方向の厚さ）は１３５ｎｍとしてある。

上記の位相差層２１Ａ，２１Ｂを配置することで、本実施形態では、表示用液晶層２１の配向方向と、偏光層２２，２３の偏光透過軸及び偏光吸収軸との関係を厳密に設定する必要がなくなるため、製造が容易になるという効果を有する。また、表示用液晶セル２１０における表示用液晶層２１よりも観察側にＣｒなどの金属遮光膜が存在する場合、この金属遮光膜の表面反射光を偏光層２３にて遮断することができるという効果もある。

図１１及び図１２は、上記図９の実線で示す構成の本実施形態について、視角制御用液晶２４が水平配向状態にあるときの表示用液晶セル２１０の光遮断状態の明度特性及び光透過状態の明度特性の方位角分布及び極角分布を示す図、図１３及び図１４は、視角制御用液晶層２４が垂直配向状態にあるときの表示用液晶セル２１０の光遮断状態の明度特性及び光透過状態の明度特性の方位角分布及び極角分布を示す図である。ここで、視角制御用液晶層２４のリタデーションΔｎ・ｄは１．０μｍである。また、各図における１、１０、５０及び８０はそれぞれ装置の等透過率線が表す光透過率（１％、１０％、５０％、８０％）を示す。

図１１に示す光遮断状態と、図１２に示す光透過状態の明度分布を見ると、視角制御用液晶層２４が水平配向状態にあるときには広い視野角範囲に亘って高いコントラストが得られることがわかる。特に、偏光層２２，２３の偏光軸方向においては全体に亘って高い光遮断状態（１％）が得られている。一方、図１３に示す光遮断状態と、図１４に示す光透過状態の明度分布を見ると、視角制御用液晶層２４が垂直配向状態にあるときには高い光遮断状態（１％）を示す領域が大幅に限定されるとともに、光透過状態における高い明度を示す領域も大幅に限定され、その結果、視野角が大きく制限されることがわかる。特に、偏光層２２，２３の偏光軸方向から外れた方位においては、光遮断状態と光透過状態の明度が逆転し、表示のポジネガ反転が生ずる。

図１５及び図１６は、視角制限の原理を示すグラフである。図１５のグラフは、光遮断状態の明度の極角分布はほぼ平坦であるが、光透過状態の明度を極角が高くなる部分で低下させることにより、極角が高くなる部分でコントラストが低下する様子を示す。このような手法で視角を制限するのは、上記第１実施形態である。一方、図１６のグラフは、光透過状態の明度の極角分布をほぼ平坦とし、光遮断状態の明度を極角が高くなる部分で増加させる（すなわち、光漏れを生じさせる）ことにより、極角が高くなる部分でコントラストが低下する様子を示す。視角を制限する場合には、図１５に示す手法だけでなく、図１６に示す手法で行うこともでき、上記の第２実施形態は、後者の手法に近い状態と言うことができる。なお、図１５及び図１６は、上記の二つの手法を説明するために仮想的な明度分布を模式的に示すもので、実際の明度分布を示すものではない。

図１７は、上記第２実施形態の視角制御用液晶層２４のリタデーションΔｎ・ｄを０．５μｍとした場合における視角制御用液晶層２４が垂直配向状態にあるときの光遮断状態の明度分布を示す。この明度分布は、図１３に示す分布に比べると高い光遮断状態の得られる領域が若干広がっているものの、極角が大きい領域において明度が十分に高くなっており、実用的な視角制限効果が得られることがわかる。通常、視角制御用液晶層２４のリタデーションが０．５μｍ以上であれば、十分な視角制限を行うことができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、いずれも、一方の偏光層と視角制御用液晶層とが光学的に隣接している。これによって、偏光層の偏光軸と視角制御用液晶層の遅相軸とが光学的に実質上一致し、上記の高い効果が得られる。

また、視角制御の手法としては、表示用液晶層の両側に一対の偏光層を配置し、これとは別に、視角制御用液晶層の両側にも別の一対の偏光層を配置し、これらを積層配置する構成も考えられるが、この構造では、偏光層の数が多くなることにより表示が暗くなってしまうとともに、上記の図１５と図１６の双方の手法を採用することが不可能になり、図１５に示す手法しか採用できない。一方、上記第１及び第２実施形態では、いずれも、一対の偏光層のみで構成できるため、表示を明るく構成できるとともに、図１５の手法に加えて図１６の手法を採用することも可能になる。

［第３実施形態］
最後に、上記の液晶表示装置を搭載した電子機器について説明する。図１８（ａ）は、本発明に係る電子機器（携帯型電子機器）１０００としての携帯電話機の外観を示し、図１８（ｂ）は、当該電子機器１０００の表示画面１００ＤＰを示す。この電子機器１０００では、図１８（ａ）に示すように、操作部１００１と、表示部１００２とが設けられ、操作部１００１と表示部１００２とが折りたたみ可能に構成されている。表示部１００２の内部には回路基板１００３が収容され、この回路基板１００３に上記液晶表示装置１００が実装され、その表示画面１００ＤＰが表示部１００２の表面に露出している。

液晶表示装置１００の表示画面１００ＤＰにおいては、図１８（ｂ）に示すように、上記視角制御用液晶層１４に隣接する偏光層１２の偏光透過軸１４ｐ及びこれと直交する偏光吸収軸（図示せず）が表示画面１００ＤＰの上下方向に対して傾斜した方向に設定されている。また、視角制御用液晶層１４が水平配向状態にあるときにはコントラストの方位角分布及び極角分布が曲線Ａのようになるが、垂直配向状態になると、偏光透過軸１４ｐ及びこれに直交する偏光吸収軸から外れた方位においてコントラスト分布が極角の狭い範囲に制限され、曲線Ｂに示すように視野角が大幅に小さくなる。したがって、視角制御用液晶層１４を垂直配向状態とすることで、表示画面１００ＤＰの上下方向や左右方向から斜めに表示を見ようとしても、視角制限により表示内容を視認することができなくなる。特に、電子機器１０００の所有者以外の者は左右方向から斜めに表示を見ることが多いので、視角制御用液晶層１４が垂直配向状態であれば、左右からの覗き見を確実に防止することができる。

尚、本発明の液晶表示装置及び電子機器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の各実施形態では、スイッチング素子を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置を前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばパッシブマトリクス型の液晶表示装置でもよく、セグメントタイプの液晶表示装置であっても構わない。

第１実施形態の基本構成を示す概略構成図（ａ）及び（ｂ）。第１実施形態の偏光層の偏光軸と液晶層の遅相軸の関係を示す説明図。第１実施形態の断面構造を拡大して示す拡大部分縦断面図。第１実施形態の異なる構成例における偏光軸と遅相軸の関係を示す説明図。第１実施形態から視角制御用液晶セルを除外した構造のコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第１実施形態において視角制御用液晶層が水平配向状態にあるときのコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第１実施形態において視角制御用液晶層が垂直配向状態にあるときのコントラスト特性の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第２実施形態の断面構造を拡大して示す拡大部分縦断面図。第２実施形態の偏光軸と遅相軸の関係を示す説明図。第２実施形態の偏光軸と遅相軸の関係を示す説明図。第２実施形態において視角制御用液晶層が水平配向状態であり、表示用液晶層が光遮断状態である場合の明度の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第２実施形態において視角制御用液晶層が水平配向状態であり、表示用液晶層が光透過状態であるときの明度の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第２実施形態において視角制御用液晶層が垂直配向状態であり、表示用液晶層が光遮断状態である場合の明度の方位角分布及び極角分布を示す分布図。第２実施形態において視角制御用液晶層が垂直配向状態であり、表示用液晶層が光透過状態であるときの明度の方位角分布及び極角分布を示す分布図。視角を制限する場合の一つの手法を示す明度の極角分布を示すグラフ。視角を制限する場合の他の手法を示す明度の極角分布を示すグラフ。第２実施形態の視角制御用液晶層のリタデーションを変えた構成において視角制御用液晶層が垂直配向状態であり、表示用液晶層が光遮断状態である場合の明度の方位角分布及び極角分布を示す分布図。電子機器の外観を示す斜視図（ａ）及び表示画面を示す図（ｂ）。

符号の説明

１００，２００…液晶表示装置、１１０，２１０…表示用液晶セル、１２０，２２０…視角制御用液晶セル、１１，２１…表示用液晶層、１２，１３，２２，２３…偏光層、１２ｐ，１３ｐ，２２ｐ，２３ｐ…偏光軸、１４，２４…視角制御用液晶層、１４ｐ，２４ｐ…遅相軸

Claims

表示用液晶層と、該表示用液晶層に対して表示用電界を付与する表示用電界付与構造と、前記表示用液晶層の両側にそれぞれ配置された一対の偏光層とを備えた液晶表示装置において、
前記偏光層と前記表示用液晶層との間に配置された視角制御用液晶層と、該視角制御用液晶層に視角制御用電界を付与する視角制御用電界付与構造とを有し、
前記視角制御用液晶層は、水平配向状態と垂直配向状態とを切り替え可能に構成され、かつ、前記視角制御用液晶層の前記水平配向状態における遅相軸は、前記視角制御用液晶層に対して前記表示用液晶層とは反対側に配置された前記偏光層の偏光透過軸と平行に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
表示用液晶層と、該表示用液晶層に対して表示用電界を付与する表示用電界付与構造と、前記表示用液晶層の両側にそれぞれ配置された一対の偏光層とを備えた液晶表示装置において、
前記偏光層と前記表示用液晶層との間に配置された視角制御用液晶層と、該視角制御用液晶層に視角制御用電界を付与する視角制御用電界付与構造とを有し、
前記視角制御用液晶層は、入射光の偏光状態を変化させる度合いを、水平配向状態と垂直配向状態とを切り替えることによって変化させるように構成され、かつ、前記視角制御用液晶層の前記水平配向状態における遅相軸は、前記視角制御用液晶層に対して前記表示用液晶層とは反対側に配置された前記偏光層の偏光吸収軸と平行に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記視角制御用液晶層は、前記視角制御用電界付与構造による電界無印加時に前記水平配向状態となり、電界印加時に前記垂直配向状態になることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記視角制御用液晶層は、前記視角制御用電界付与構造による電界無印加時に前記垂直配向状態となり、電界印加時に前記水平配向状態になることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記表示用液晶層の両側に位相差層がそれぞれ隣接配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記視角制御用液晶層の前記遅相軸が表示画面を正面から見た場合に斜めに設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶表示装置を搭載した電子機器。