JP4285350B2 - 視角制御素子およびその製造方法、液晶表示装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、視角制御素子およびその製造方法、液晶表示装置、電子機器に関し、特に広視角、狭視角の切り替えが可能な視角制御素子、およびこれを備えた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、従来から視角が狭いという課題を有しており、広い視角特性が求められている。特に、多人数で表示を見るテレビジョンやカーナビゲーション、デジタルカメラなどを用途とするものがそうである。一方、使用者が一人で表示を見ているときに他人には覗かれたくないという要求もあり、その場合は、逆に狭い視角特性が求められている。例えば公共の場で使用するノートパソコンや携帯電話などを用途とするものがそうである。近年、例えばノートパソコンでテレビ番組を見たり、携帯電話でゲームをしたりというように、同じ機器であっても使い方によって視角の広／狭を切り替えたいという要求が高まってきた。

このような要求に対して、表示用液晶素子に加えて位相差制御用液晶素子を備え、位相差制御用液晶素子に印加する電圧を制御することによって視角特性を変化させようとするものが提案されている（例えば下記の特許文献１）。この特許文献１では、位相差制御用液晶素子で用いる液晶モードとして、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が例示されている。
特開平１１−１７４４８９号公報

上記特許文献１では、位相差制御用液晶素子を用いることによって視角の広／狭を切り替え可能であると述べているが、その効果は充分とは言えなかった。例えば特許文献１の図４にはコントラスト比が１０：１の等コントラスト曲線が示されており、狭視角化時には確かに広視角方向のコントラストが低下している。しかしながら、この程度の変化では隣にいる人から表示が充分に視認されてしまう。一般に、コントラスト比が２：１まで低下しても充分に表示を視認できるからである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、広視角、狭視角の切り替え効果の高い視角制御素子、およびこれを用いることにより様々な使用環境や用途に適応可能な液晶表示装置、電子機器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の視角制御素子は、任意の表示装置に隣接して配置され、一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板間に挟持され、液晶分子をハイブリッド配向させてなる液晶層と、前記液晶層に電界を印加するための電界印加手段と、を有する視角制御用液晶セルを備え、前記電界印加手段からの印加電圧によって前記液晶分子の配向状態を変化させることで前記表示装置の視角を制御する視角制御素子であって、前記視角制御用液晶セルの外面に偏光板がそれぞれ配置され、これら偏光板の吸収軸が互いに平行に配置されたことを特徴とする。
なお、本発明でいう「ハイブリッド配向」とは、液晶分子のチルト角が一方の基板側の界面から他方の基板側の界面にかけて連続的に変化している配向状態をいう。このとき、一般に液晶分子はツイストしていない、すなわちツイスト角は０°である。

液晶セルを用いて視角制御を行う技術は、上記特許文献１のように既に知られている。しかしながら、本発明者は、上記特許文献１において視角制限効果に限界があるのは、視角制御用液晶セルに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採用したことに由来していると考えた。すなわち、この種の液晶は、元々の表示のコントラストの低下に寄与するのみだからである。これに対して、本発明者は、視角制御用液晶セルにハイブリッド配向した液晶を用いることによって、狭視角化（視角制限）時に広視角側の表示のコントラストを低下させるよりも透過光量を下げる（暗くする）方が大きな視角制限効果が得られることを見い出した。ハイブリッド配向した液晶の配向状態の変化により広視角側の透過光量が変化する理由については、［発明を実施するための最良の形態］の項で詳述する。

上記本発明の視角制御素子においては、前記視角制御用液晶セルの外面に偏光板がそれぞれ配置され、これら偏光板の吸収軸が互いに平行に配置されることが望ましい。
なお、本明細書において液晶セルや基板の「外面」、「内面」という表現を用いるが、「内面」とは各基板の主面のうち、液晶層側に向く面のことであり、「外面」とはそれと反対側の面のことである。
この構成によれば、光入射側の偏光板の作用によりハイブリッド配向液晶層に対して直線偏光が入射され、この直線偏光が、基板面の方位角方向における所定の方向においては旋光性を生じ、平行ニコルの下では表示が暗くなる。

また、前記偏光板の吸収軸は、前記視角制御用液晶セルの法線方向から見た前記液晶分子の遅相軸と平行あるいは直交に配置することが望ましい。
この構成によれば、視角制御用液晶セルの法線方向から入射した光に対して液晶層が複屈折効果を示さないので、表示装置の持つ表示特性をほとんど損なわずに済ますことができる。
ただし、より好ましくは、前記偏光板の吸収軸は、前記視角制御用液晶セルの法線方向から見た前記液晶分子の遅相軸と平行に配置する方がよい。
この方が、より広い視角範囲で効果的に視角を制限することができるからである。これについても後で詳述する。

前記液晶層の材料としては、誘電率異方性が負の液晶材料、正の液晶材料のいずれを用いても良いが、誘電率異方性が負の液晶材料を用いる方が好ましい。
誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合、選択電圧印加（電圧オン）時の視角を広げ、表示装置の持つ表示特性を損なわないようにすることができるからである。

本発明の視角制御素子の製造方法は、前記視角制御用液晶セルの液晶層の複屈折率Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄを調整することによって、視角制限効果の度合を調整することを特徴とする。
Δｎ・ｄの調整により基板面の極角方向における透過率特性が変化するので、用途に応じて最適なΔｎ・ｄの値を選択することができる。

本発明の液晶表示装置は、上記本発明の視角制御素子と、前記視角制御素子に隣接配置された表示用液晶セルとを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、本発明の視角制御素子を表示用液晶セルに隣接配置したことにより広視角、狭視角の切り替え効果の高い表示が得られ、様々な使用環境や用途に適応可能な液晶表示装置を実現することができる。

また、前記液晶分子の遅相軸は、前記表示用液晶セルの表示画面の上下方向（１２時−６時方向）に一致するように配置することが望ましい。
この構成によれば、特に表示画面の左右方向（３時−９時方向）の視角を効果的に切り替えることができるので好ましい。他人が表示を覗く際には、左右方向から覗くのが普通だからである。

また、本発明の液晶表示装置は、前記表示用液晶セルの前記視角制御用液晶セルが配置された側と反対側の外面に設けられた第１の偏光板と、前記視角制御用液晶セルの前記表示用液晶セルが配置された側と反対側の外面に設けられた第２の偏光板と、前記表示用液晶セルと前記視角制御用液晶セルとの間に設けられた第３の偏光板とを備えた構成とすることができる。
この構成によれば、第１の偏光板と第３の偏光板とが表示用液晶セルを挟持することになり、これら偏光板が表示用液晶セルの偏光子と検光子として機能する。さらに、第２の偏光板と第３の偏光板とが視角制御用液晶セルを挟持することになり、これら偏光板の吸収軸を上記の関係とすることでより効果的な視角制限効果を得ることができる。

あるいは、本発明の液晶表示装置は、前記表示用液晶セルの前記視角制御用液晶セルが配置された側と反対側の外面に設けられた第１の偏光板と、前記視角制御用液晶セルの前記表示用液晶セルが配置された側と反対側の外面に設けられた第２の偏光板とを備えた構成とすることができる。
この構成によれば、上記の構成と比べて偏光板が１枚少ない分だけ表示が明るくなり、装置全体が薄型化できるという効果がある。それに加えて、表示用液晶セルと視角制御用液晶セルとの間に偏光板がないことにより、２つの液晶セルの相互作用によって上記の構成とは異なる作用、効果が得られ、より狭い範囲に視角を制限することもできる。これについては後の［第３の実施の形態］の項で詳述する。

あるいは、本発明の液晶表示装置は、前記第２の偏光板の前記視角制御用セルが配置された側と反対側に、集光シートを備えたバックライトを配置した構成とすることができる。
この構成によれば、集光シートによる視角制限効果との相乗作用によって、より効果的な視角制限効果を得ることが出来る。

あるいは、本発明の液晶表示装置は、前記視角制御用液晶セルを前記表示用液晶セルの観察者側とは反対側に配置し、前記視角制御用液晶セルと前記表示用液晶セルとの間に散乱板を備えた構成とすることができる。
この構成によれば、スペーサ等を散布することによって視角制限用液晶セルに生じた光漏れを見え難くするという効果を有する。

また、本発明の視角制御素子は、任意の表示装置に隣接配置して用いられ、前記表示装置の視角を制御する視角制御素子であって、液晶性高分子をハイブリッド配向させてなる層を備えた構成とすることができる。
この構成によれば、電界による視角の制御は出来ないが、前記視角制御用液晶セルと同じ原理によって、視角制限を行うことが出来る。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶性高分子の層を備えた前記視角制御素子と、前記視角制御素子に隣接配置された表示用液晶セルとを備えた構成とすることができる。
この構成によれば、特定方向の視角を制限することによって、他人には覗かれ難いプライバシーに配慮した液晶表示装置を実現することができる。

本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、視角制御効果の高い液晶表示部を有し、様々な使用環境や用途に適応可能な電子機器を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、表示用液晶セルに視角制御用液晶セルを積層したものであるが、視角制御用液晶セルを用いて表示用液晶セルの視角特性を狭い角度範囲に制限するものであるから、表示用液晶セルは元来広視角の液晶モードであるＶＡＮ（Vertically Aligned Nematic、垂直配向）、ＩＰＳ（In-Plane Switching）等のモードを採用することが望ましい。ここでは、ＶＡＮを例に取り、説明する。また、表示用液晶セルには、画素スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode, 以下、ＴＦＤと略記する）を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶表示装置の例を挙げる。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１は、本実施形態の液晶表示装置１００の表示用液晶セルについての等価回路を示している。この液晶表示装置１００は、走査信号駆動回路１１０およびデータ信号駆動回路１２０を含んでいる。液晶表示装置１００には、信号線、すなわち複数の走査線１３と、走査線１３と交差する複数のデータ線９とが設けられ、走査線１３は走査信号駆動回路１１０により駆動され、データ線９はデータ信号駆動回路１２０により駆動される。そして、各画素領域１５０において、走査線１３とデータ線９との間にＴＦＤ素子４０と液晶表示要素１６０（液晶層）とが直列に接続されている。なお、図１では、ＴＦＤ素子４０が走査線１３側に接続され、液晶表示要素１６０がデータ線９側に接続されているが、これとは逆にＴＦＤ素子４０をデータ線９側に、液晶表示要素１６０を走査線１３側に設ける構成としても良い。

次に、図２に基づいて、本実施形態の液晶表示装置１００の表示用液晶セルにおける電極の平面構造（画素構造）について説明する。
図２に示すように、本実施形態の表示用液晶セルは、走査線１３にＴＦＤ素子４０を介して接続された画素電極３１がマトリクス状に設けられており、紙面の垂直方向に画素電極３１と対向するように対向電極９が短冊状（ストライプ状）に設けられている。対向電極９は上述したデータ線のことであり、走査線１３と交差する形のストライプ形状を有している。本実施の形態において、各画素電極３１が形成された個々の領域が１つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎にＴＦＤ素子４０が具備され、ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。図２では簡易的に各画素電極を略矩形状に図示したが、実際には後述するように島状部と連結部とを有している。ここで、ＴＦＤ素子４０は走査線１３と画素電極３１とを電気的に接続するスイッチング素子であって、ＴＦＤ素子４０は、Ｔａを主成分とする第１導電膜と、第１導電膜の表面に形成され、Ｔａ₂Ｏ₃を主成分とする絶縁膜と、絶縁膜の表面に形成され、Ｃｒを主成分とする第２導電膜とを含むＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造を具備して構成されている。そして、ＴＦＤ素子４０の第１導電膜が走査線１３に接続され、第２導電膜が画素電極３１に接続されている。

次に、図３、図４に基づいて、本実施の形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。図３は表示用液晶セルの画素構成、特に画素電極３１の平面構成を示す模式図である。図４は視角制御用液晶セルを含む液晶表示装置全体の断面図であり、図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
本実施の形態の液晶表示装置１００は、図２に示したように、データ線９および走査線１３等により囲まれた領域の内側に画素電極３１を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３に示すように、１つのドット領域に対応して３原色のうちの異なる色の１つの着色層が配設され、隣接する３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層１６Ｂ（青色），１６Ｇ（緑色），１６Ｒ（赤色）を含む１つの画素を形成している。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、図４に示すように、上側（使用者側）から見て表示用液晶セル１、視角制御用液晶セル２、バックライト１５がこの順に積層されている。図４では表示用液晶セル１、視角制御用液晶セル２、バックライト１５をそれぞれ離して図示しているが、実際には任意の手段を用いて密着させることが望ましい。

まず、表示用液晶セル１について説明する。
表示用液晶セル１においては、上基板（対向基板）２５とこれに対向配置された下基板（素子基板）１０との間に、初期配向状態が垂直配向を呈する、誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。なお、透過率向上のため、液晶層５０にカイラル剤を添加しても良い。

上基板２５は、ガラス、石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの内面（基板本体２５Ａの液晶層側）に、赤色着色層１６Ｒ、緑色着色層１６Ｇ、青色着色層１６Ｂを有するカラーフィルタ１６が設けられている。図４では図示を省略したが、各着色層１６Ｒ，１６Ｂ，１６Ｇの周囲は金属クロム等からなるブラックマトリクスＢＭで囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の境界が形成されている（図３参照）。カラーフィルタ１６上には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる対向電極９が形成され、対向電極９上にはポリイミド等からなる配向膜（図示略）が形成されている。配向膜は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであり、ラビングなどの配向処理は施されていない。なお、図４において対向電極９は、紙面横方向に延びる形のストライプ状に形成されており、紙面横方向に並ぶ複数のドット領域に共通の電極として機能する。また、対向電極９上には、後述する配向制御手段としての突起４３が液晶層５０に向けて突出するように形成されている。突起４３は樹脂等で形成されており、円錐状、円錐台状、多角錐状、多角錐台状、あるいはこれらに丸みを加えた半球状等の形状をしている。

下基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極３１と、ポリイミド等からなる垂直配向機能を持つ配向膜（図示略）とが形成されている。なお、図４ではＴＦＤ素子や走査線等の図示は省略している。特に本実施の形態では、図３に示すように、画素電極３１は複数の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ同士が連結部３９を介して電気的に接続されて画素電極３１を構成している。つまり、本実施形態では、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を、略同じ形状の複数（図３では３つ）のサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に分割して構成している。つまり、下基板１０側の画素電極３１が、複数（図３では３つ）の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、隣接する各島状部を互いに電気的に接続する連結部３９，３９とを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している。

通常、カラー液晶表示装置では、１つのドット領域の縦横比が約３：１となるので、本実施形態のように、１つのドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に３つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を設けると、１つのサブドット領域の形状が略円形や略正多角形となる。各サブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の形状は、図３では略正八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他の多角形状のものとすることができる。そして、画素電極３１の正八角形状の各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中央に、前述した上基板２５側の突起４３が配置されている。液晶層５０の液晶分子５０Ｂは非選択電圧印加（電圧オフ）時に垂直配向しているが、選択電圧印加（電圧オン）時にはこの突起４３による形状効果と画素電極３１の島状部の持つフリンジ電界効果とが相俟って、液晶分子５０Ｂは３６０°全方位に倒れることになる。このような配向制御を行うことにより、広視角化が図れる。あるいは、突起４３に代えて、対向電極９をパターニングして多角形または円形の開口部を設けても、同様の配向制御効果が得られる。

次に、視角制御用液晶セル２について説明する。
視角制御用液晶セル２においては、上基板６１とこれに対向配置された下基板１０との間に、初期配向状態がハイブリッド配向を呈する、誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層６５が挟持されている。
上基板６１は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体６１Ａの内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる上電極６３（電界印加手段）が形成されている。同様に、下基板６２側も、ガラス等の透光性材料からなる基板本体６２Ａの内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる下電極６４（電界印加手段）が形成されている。視角制御用液晶セル２においては、これら上電極６３、下電極６４はドット領域毎に分割されておらず、各基板６１，６２上に全面ベタに形成されている。

液晶層６５は、上基板６１側界面でほぼ水平配向、下基板６２側界面でほぼ垂直配向を呈し、その間で液晶分子のチルト角が連続的に変化するハイブリッド配向を取っている。このような初期配向状態は、例えば上基板６１の上電極６３上に水平配向用ポリイミド膜を塗布、焼成してラビング処理する一方、下基板６２の下電極６４上に垂直配向用ポリイミド膜を塗布、焼成することによって得られる。より好ましくは、垂直配向用ポリイミド膜を、水平配向用ポリイミドのラビング方向とは反平行方向にラビングした方が、逆スプレイドメインが生じにくくなり、安定な配向を得る上で望ましい。そして、上電極６３、下電極６４間に電圧を印加することにより液晶層６５の液晶分子を基板面にほぼ平行に倒すことができる。なお、本実施の形態とは逆に、上基板６１側界面でほぼ垂直配向、下基板６２側界面でほぼ水平配向を呈するようにしても良い。上述したように、液晶層６５には誘電異方性が負の液晶材料を用い、その複屈折率Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄを６．０μｍと設定する。

また、表示用液晶セル１の上基板２５の外面側に第１の偏光板１７が設けられ、視角制御用液晶セル２の下基板６２の外面側に第２の偏光板６６が設けられ、表示用液晶セル１の下基板１０と視角制御用液晶セル２の上基板６１との間に第３の偏光板１９が設けられている。第２の偏光板６６と第３の偏光板１９とは、図５に示すように、互いの吸収軸方向が平行になるように配置され、表示画面を正面から見たときに画面の上下方向（１２時−６時方向）に一致するように配置されている。また、第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸と、視角制御用液晶セル２の法線方向から見た液晶層６５の遅相軸の方向とが平行になるように配置されている。視角制御用液晶セル２の液晶層６５の遅相軸の方向は視角制御用液晶セル２の上基板６１側のラビング方向に一致するので、言い換えると、第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸と視角制御用液晶セル２の上基板６１のラビング方向が平行に設定されている（図５においては第２液晶セル上基板のラビング方向と記す）。よって、上基板６１のラビング方向は、図５に示すように、画面の上下方向であって、１２時から６時に向かう方向とするか、あるいは６時から１２時に向かう方向とする。なお、第１の偏光板１７の吸収軸は第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸と直交しており、表示用液晶セルがノーマリーブラックの構成となっている。さらに、視角制御用液晶セル２の外面側の第２の偏光板６６の外側には、透過表示用光源となるバックライト１５が設けられている。

なお、視角制御用液晶セル２の液晶層６５は、一般的な液晶のΔｎの上限が０．２５程度であることから、Δｎ・ｄ＝６．０μｍを得るためには、少なくとも２５μｍの液晶層厚ｄが必要である。２５μｍの液晶層厚を維持するためのスペーサは、それが球形のものである場合はもちろん、円柱状のものであっても、直径２５μｍ程度が必要であり、それらは肉眼で輝点として見分けられる大きさである。こうした輝点を見え難くするために、表示用液晶セル１の下基板１０と第３の偏光板１９との間、または視角制御用液晶セル２の上基板６１と第３の偏光板１９との間に、さらに散乱板を備えても良い。この散乱板は、後方散乱よりも前方散乱が大きいことが望ましく、例えば透明ビーズを粘着剤中に練り込んだものが適している。

上記構成の液晶表示装置においては、ハイブリッド配向を呈する液晶層６５を持つ視角制御用液晶セル２が備えられたことによって、非選択電圧印加（電圧オフ）時に表示用液晶セル１が本来持つ視角を狭め、視角制限効果を発揮することができる。
その作用について以下、説明する。
例えば、図５に示す光軸配置において、視角制御用液晶セル２の法線方向からハイブリッド配向の液晶層６５を見ると、図６（ａ）に示す通りであり、液晶分子５０ａの遅相軸方向が液晶層６５の上部から下部まで直線上に重なって見える。これに対して、前記法線方向に対して右側から斜めにハイブリッド配向の液晶層６５を見ると、図６（ｂ）に示す通りであり、液晶分子５０ａ〜５０ｄの遅相軸方向が、液晶層６５上部の液晶分子５０ａから下部の液晶分子５０ｄにかけて紙面の上下方向から左右方向にねじれて見える。このことは、視角制御用液晶セル２の法線方向に対して右側あるいは左側から斜めに入射する光にとっては液晶層６５が見かけ上９０°ツイスト配向していることを意味する。すなわち、斜めに入射する光には旋光性が生じ、バックライト１５から射出された後、第２の偏光板６６を透過した直線偏光が旋光し、第３の偏光板１９の吸収軸により吸収される。したがって、平行ニコルの下で、斜めから見たときにはあたかもノーマリーブラック型のＴＮモードのように表示が暗くなる一方、正面から見たときには旋光性が生じないので表示用液晶セル１の表示の明るさが維持される。

一方、選択電圧印加（電圧オン）時にはハイブリッド配向状態が崩れ、液晶層６５に誘電異方性が負の液晶材料を用いているので、全ての液晶分子が基板面に対してほぼ水平に倒れる。このときは、視角制御用液晶セル２の法線方向の光は勿論のこと、右側あるいは左側から斜めに入射する光にとっても旋光性が生じない。したがって、ほぼ全ての視角範囲にわたって表示用液晶セル１の表示の明るさが維持される。
このように、本実施形態の液晶表示装置においては、従来技術のように広視角方向でコントラストを低下させるのではなく、明るさを低下させる方法を採っているため、より効果的な視角制限効果を得ることができる。

本実施の形態における視角制御用液晶セルと第２の偏光板、第３の偏光板だけを用いて視角特性を測定した結果を図７，図８に示す。図７は電圧オフ時、図８は電圧オン時（印加電圧：±１０Ｖ、周波数：１００Ｈｚの矩形波交流電圧印加時）の等透過率曲線を示しており、縦軸、横軸は液晶セル法線方向に対する極角（°）である。ただし、これはあくまでも視角制御用液晶セルのみの視角特性であるから、液晶表示装置全体の視角特性はこれに表示用液晶セルの視角特性を掛け合わせたものになる。
電圧オン時には、図８に示すように、全ての視角領域で透過率が４８〜５０％、すなわち一方の直線偏光を全て透過するため、表示用液晶セルの広い視角特性がそのまま保持されることになる。その一方、電圧オフ時には、図７に示すように、透過率が低い領域ができ、特に左右方向（３時−９時方向）で透過率０〜１０％の領域が図の中央まで大きく広がるため、左右方向からの覗き見を効果的に防止することができる。

また、図９は図７，図８における左右方向（３時−９時方向）の透過率を示すグラフである。図９における横軸は極角（°）、縦軸は透過率（％）である。また、図７，図８では複屈折率Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄを６．０μｍに固定しているが、ここではΔｎ・ｄを１．５μｍ（実線）、３．０μｍ（破線）、４．５μｍ（１点鎖線）と変化させている。Δｎ・ｄが６．０μｍ（２点鎖線）の場合、極角４０°付近で透過率がパネル法線方向透過率（極角０°における透過率）の１割まで低下しており、これ以上極角が大きい視角方向からは表示が認識しにくい。また、Δｎ・ｄの変化に伴って透過率特性も変化し、Δｎ・ｄが大きくなる程、視角制限効果が大きい傾向を示す。したがって、視角制御用液晶セルの設計にあたっては、用途に応じて最適なΔｎ・ｄの値を選択することで視角制限効果の度合を適宜調整することができる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図１０、図１１を参照しつつ説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、視角制御用液晶セルの光軸関係が第１の実施の形態と異なるのみである。したがって、以下ではその部分のみを説明し、共通する説明は省略する。

第１の実施の形態においては、図５に示したように、第２の偏光板６６と第３の偏光板１９の吸収軸方向が画面の上下方向（１２時−６時方向）で平行になるように配置され、さらに視角制御用液晶セル２の液晶層６５の遅相軸の方向が平行になるように配置されていた。これに対して、本実施の形態では、図１０に示したように、第２の偏光板６６と第３の偏光板１９の吸収軸方向が互いに平行であるが、画面の左右方向（３時−９時方向）に配置されている。そして、視角制御用液晶セル２の液晶層６５の遅相軸の方向、すなわち視角制御用液晶セル２の上基板６１のラビング方向が画面の上下方向（１２時−６時方向）に配置されている。したがって、第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸方向と視角制御用液晶セル２の液晶層６５の遅相軸の方向とが直交している。すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態の光軸配置から第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸方向のみを９０°回転させたものである。

本実施の形態における視角制御用液晶セルと第２の偏光板、第３の偏光板だけを用いて視角特性を測定した結果を図１１に示す。図１１は第１の実施の形態の図７に対応する図であって、電圧オフ時の等透過率曲線を示している。
図１１に示すように、電圧オフ時には左右方向（３時−９時方向）で透過率が低い領域ができ、本実施の形態でも左右方向からの覗き見を効果的に防止できることがわかる。したがって、第２の偏光板６６および第３の偏光板１９の吸収軸は、第１の実施の形態のように視角制御用液晶セル２の遅相軸と平行に配置しても良いし、本実施の形態のように直交に配置しても良い。ただし、斜めに配置すると、液晶層が複屈折効果を示し、表示用液晶セルの表示特性を損なうので好ましくない。
しかしながら、第１の実施の形態の図７と比較すると、図１１では斜め方向において視角を制限できる領域が狭くなっている。したがって、本実施の形態では真横からの覗き見には効果が大きいが、斜め方向からの覗き見には効果が薄れることになり、用途が限定されてしまう。その意味では、第１の実施の形態の光軸配置を採る方が好ましい。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図１２を参照しつつ説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は表示用液晶セル、視角制御用液晶セルの構成自体は第１の実施の形態と同様であり、偏光板の構成が第１の実施の形態と異なるのみである。図１２は本実施の形態の液晶表示装置の断面図であるが、図１２において図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施の形態の液晶表示装置においては、図１２に示すように、表示用液晶セル１の上基板２５の外面側に第１の偏光板１７が設けられ、視角制御用液晶セル２の下基板６２の外面側に第２の偏光板６６が設けられている。第１の実施の形態では表示用液晶セル１の下基板１０と視角制御用液晶セル２の上基板６１との間に第３の偏光板１９が設けられていたが、本実施の形態では第３の偏光板１９が設けられていない。よって、本実施の形態においては、表示用液晶セルの下基板と視角制御用液晶セルの上基板とを接着したり、１枚の基板で兼用することも可能である。そうすれば、液晶表示装置の薄型化や部品点数の削減を図ることができる。

このように、第３の偏光板１９を使用しない場合であっても、視角制御用液晶セル２は法線方向から見ると遅相軸が存在するため、遅相軸と第２の偏光板６６の吸収軸とを直交あるいは平行に配置すれば、法線方向の表示特性を損なうことがない。また、視角制御用液晶セル２は、電圧オン時には液晶分子が光学的にほぼ一軸に配向するため、視角特性に影響を及ぼさない。一方、電圧オフ時には視角制御用液晶セル２と表示用液晶セル１との相互作用によって、第１の実施の形態とは異なる作用、効果が現れる。すなわち、本実施の形態では第３の偏光板１９による検光がなされないため、第１の実施の形態において視角制御用液晶セル２で暗くなった視角範囲、例えば図９における左右方向の極角４０°付近において表示のポジネガ反転が起こる。

本実施の形態の液晶表示装置においては、上記のような作用によって視角を制限することができる。反転表示であっても表示を見難くするには十分であるが、場合によっては反転した表示が認識されてしまうことも考えられる。それを考慮すると、例えば左右方向の極角２０°付近のように中途半端な反転が生じる領域（表示が反転する境界付近の領域）の方がコントラストが低くなって視認し難くなる。この場合、図９から判るように、第１の実施の形態よりも本実施の形態の方が、より小さなΔｎ・ｄでより狭い範囲に視角を制限することができる。さらに、本実施の形態の場合、偏光板が１枚少ない分だけ、表示が明るくなり、装置の薄型化、部品点数の削減が図れるという効果もある。

さて、先にコントラストを低下させるよりも透過光量を下げる（暗くする）方が大きな視角制限効果が得られることを述べた。本実施の形態の液晶表示装置は、透過光量を下げるよりもコントラストを下げる効果の方が大きい。そこで、より大きな視角制限効果を得るためには、集光シートを備えたバックライトと組み合わせることが好ましい。集光シートとしては、例えば住友スリーエム（株）から発売されているＢＥＦと呼ばれるプリズムシートを利用することが出来る。これは頂角９０度の微小プリズムを並べたシートであって、拡散光を一方向に集光する効果がある。
図１３は、拡散光を出射するバックライト上にＢＥＦを１枚配置したときの、輝度の角度分布を示す図である。ＢＥＦを用いれば、大きな極角方向へ出射する光を小さな極角方向に曲げることができるため、正面の輝度を高めることができる。さらに、視角制御用液晶セルによる視角制限効果との相乗作用によって、より効果的な視角制限効果を得ることが出来る。
もちろん、このような集光シートは第１の実施形態や第２の実施形態の液晶表示装置に適用することも可能であり、その場合、より確実な視角制限効果を得ることが出来る。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図１４を参照しつつ説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は表示用液晶セルの構成自体は第１の実施の形態と同様であるが、視角制御用液晶セルの代わりに視角制御用液晶性高分子シートを利用している点で第１の実施の形態と異なる。図１４は本実施の形態の液晶表示装置の断面図であるが、図１４において図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施の形態の液晶表示装置においては、図１４に示すように、表示用液晶セル１に隣接して、ハイブリッド配向した液晶性高分子層７５とその支持基板７１、第３の偏光板６６からなる視角制御用液晶性高分子シート３を備えている。この液晶性高分子層は、例えば特開平１０−１８６３５６号公報に開示されているように、ラビング処理を施したプラスチック基板に正または負の一軸性液晶性高分子を適当な溶媒に希釈して塗布し、加熱、冷却する方法によって得ることが出来る。

このように構成すると、第１の実施の形態と同じ原理によって、視角方向を制限することが出来る。もちろん電界による視角の制御は出来ないが、その分薄型で、複数枚重ねて使用してさらに視角を制限することも可能であるため、多方面に利用できる。またこの高分子液晶シートを表示用液晶セルの前面に配置する構成であれば、ユーザーが必要に応じて貼ったりはがしたりすることによって視角の広／狭を選択することも出来る。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１５は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１５において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、広視角、狭視角の切り替え効果の高い液晶表示部を有し、様々な使用環境や用途に適応可能な電子機器を実現することができる。その他の電子機器として、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々に好適に用いることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、視角制御用液晶セルに誘電率異方性が負の液晶材料を用いたが、これは電圧オン時の視角を広げ、表示用液晶セルの視角特性を損なわないためであった。一方、視角制御用液晶セルに誘電率異方性が正の液晶材料を用いることもできる。この場合は表示用液晶セルの視角特性を若干損なう恐れがあるため、例えばＣプレート等の視角補償用フィルムを併用すると良い。

上記実施の形態では、視角制御用液晶セルを、使用者側から見て表示用液晶セルの背面側（バックライト側）に配置したが、表示用液晶セルの前面側（使用者側）に配置しても良い。その場合には表示に奥行き感が生じてしまうが、同様の視角制限効果は得られる。また、上記実施の形態では表示用液晶セルに透過型液晶表示装置を用いたが、反射型液晶表示装置、半透過反射型液晶表示装置を用いることもできる。特にこれらの液晶表示装置では視差防止のために反射板を表示用液晶セルに内蔵することが多いため、視角制御用液晶セルを表示用液晶セルの前面側（使用者側）に配置することが望ましい。また、本発明の視角制御素子は、液晶表示装置のみならず、ＣＲＴ（ブラウン管）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等に組み合わせて用いることができる。

本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の等価回路図である。 同、液晶表示装置のドット領域の構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 同、液晶表示装置における各偏光板とラビング方向との関係を示す図である。 本発明の視角制御の原理を説明するための図である。 同、液晶表示装置の電圧オフ時の視角特性を示す図である。 同、液晶表示装置の電圧オン時の視角特性を示す図である。 同、液晶表示装置の左右（３時−９時）方向の透過率を示す図である。 本発明の第２の実施形態の液晶表示装置における各偏光板とラビング方向との関係を示す図である。 同、液晶表示装置の電圧オフ時の視角特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態の液晶表示装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態で用いた集光シートの特性を示す図である。 本発明の第４の実施形態の液晶表示装置の断面図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１…表示用液晶セル、２…視角制御用液晶セル、１７…第１の偏光板、１９…第３の偏光板、６１…上基板、６２…下基板、６３…上電極（電界印加手段）、６４…下電極（電界印加手段）、６５…液晶層、６５Ｂ…液晶分子、６６…第２の偏光板。

Claims (4)

1. 任意の表示装置に隣接して配置され、一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板間に挟持され、液晶分子をハイブリッド配向させてなる液晶層と、前記液晶層に電界を印加するための電界印加手段と、を有する視角制御用液晶セルを備え、前記電界印加手段からの印加電圧によって前記液晶分子の配向状態を変化させることで前記表示装置の視角を制御する視角制御素子であって、
   前記視角制御用液晶セルの外面に偏光板がそれぞれ配置され、これら偏光板の吸収軸が互いに平行に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の視角制御素子。
2. 前記偏光板の吸収軸が、前記視角制御用液晶セルの法線方向から見た前記液晶分子の遅相軸と平行あるいは直交に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の視角制御素子。
3. 前記偏光板の吸収軸が、前記視角制御用液晶セルの法線方向から見た前記液晶分子の遅相軸と平行に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の視角制御素子。
4. 前記液晶層が、誘電率異方性が負の液晶材料から構成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の視角制御素子。

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