JP4855280B2 - 視角制御素子、表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、視角制御素子、表示装置および電子機器に関し、特に、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くする技術に関する。

携帯電話、モバイルＰＣなどの携帯型の電子機器に搭載される表示装置には、明るさ、コントラスト、解像度、低消費電力などの特性が求められる。表示特性の１つである視野角については、携帯電子機器の使用状況によって相反した特性が求められる。例えば、携帯電話の場合、通常の使用状況ではプライバシー保護の観点から、表示装置正面の使用者のみが見える狭い視野角が望まれるが、デジタルカメラ搭載機種やテレビ搭載機種などで画像を複数人が見る場合には広い視野角が望まれる。

こうした視野角に対する要求に対して、表示装置に積層し、電気的に視野角の広／狭を制御する視角制御素子が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の視角制御素子は、１８０°のねじれ角を有するねじれ配向液晶層と、その両側に光軸が平行になるように配置した偏光層を用いている。非電圧印加時には視野角は広くなり、電圧印加時には視野角が狭くなる。

特開２００４−３６１９１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の視角制御素子では、視野角を狭くする場合に電圧印加を必要とするため、携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器の場合、視角制御素子の駆動電力分だけ消費電力の増加を招く。消費電力の増加はバッテリー駆動時間を短くするという問題があった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くするような視角制御素子を提供することを目的とする。

第１の発明に係る視角制御素子は、視野角を制御する視角制御素子であって、第１透明電極を有する第１透明基板と、第２透明電極を有する第２透明基板と、右上−左下の斜め４５度である第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向、及び前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向、の少なくとも何れか一方に傾斜する液晶層とを備えることを特徴とする。

第２の発明に係る視角制御素子は、視野角を制御する視角制御素子であって、第１透明電極を有する第１透明基板と、第２透明電極を有する第２透明基板と、第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には第１群の前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向に傾斜し、第２群の前記液晶分子の配向方向が前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向に傾斜する液晶層とを備えることを特徴とする。

第１の発明に係る視角制御素子は、視野角を制御する視角制御素子であって、第１透明電極を有する第１透明基板と、第２透明電極を有する第２透明基板と、右上−左下の斜め４５度である第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向、及び前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向、の少なくとも何れか一方に傾斜する液晶層とを備えることを特徴とするので、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。

第２の発明に係る視角制御素子は、視野角を制御する視角制御素子であって、第１透明電極を有する第１透明基板と、第２透明電極を有する第２透明基板と、第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には第１群の前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向に傾斜し、第２群の前記液晶分子の配向方向が前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向に傾斜する液晶層とを備えることを特徴とするので、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができるとともに、電圧印加時の視角特性の対称性を向上することができる。

以下に、適宜図を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。なお、同一符号は同一または相当部分を指し、重畳する説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。実施の形態１に係る視角制御素子は、透明電極（図示せず）を有する透明基板２と、透明電極（図示せず）を有する透明基板３と、透明電極同士が対面するように透明基板２および３の間で狭持された液晶層１と、透明基板２および３の両外側にそれぞれ設けられた偏光層４および５とで構成されている。

液晶層１は、液晶分子（図示せず）が透明基板２および３に対して垂直に配向している垂直配向液晶層である。また、偏光層４の光軸６および偏光層５の光軸７は互いに平行で、且つ視角制御素子を正面から見て右上−左下の斜め４５°の方向になるように配置されている。ここで、偏光層の光軸とは透過軸を指す。

図２は、本実施の形態１に係る視角制御素子の構成を示す概略断面図である。透明基板２および３の液晶層１側の面には、それぞれ透明電極８および９が形成されており、液晶層１の厚み方向に電圧が印加できるようになっている。さらに透明電極８および９の液晶層１側には、それぞれ垂直配向膜１０および１１が形成されており、これにより、液晶層１の液晶分子（図示せず）は透明基板２および３に対して垂直に配向される。液晶層１にネガ型液晶を用いることにより、透明基板２および３に対して垂直に配向した液晶分子は、電圧印加時に印加電圧に応じた傾斜角で傾斜する。液晶層１の配向状態は、このように電圧印加により制御することができる。

液晶層１を構成する液晶分子の傾斜方向を制御する方法として、透明電極８および９をパターニングして、電極エッジ部に発生する斜め電界により制御する方法を用いる。具体的に、図３（ａ）に透明電極８および９の平面的な透視図を示し、図３（ｂ）に、図３（ａ）中のＡ−Ｂ断面図を示す。透明基板２上に形成された透明電極８には、長尺状の開口部１２が形成されており、同様に、透明基板３上に形成された透明電極９にも、長尺状の開口部１３が形成されている。

図３（ａ）に示すように、開口部１２および１３は、視角制御素子を正面から見て、長辺が左上−右下の斜め４５°の方向（すなわち、光軸６および７に垂直）で、且つ透明基板２および３上でそれぞれ互い違いになるように配置されている。また、開口部１２および１３は、短辺が５μｍ幅であり、それぞれ１００μｍピッチで形成されている。

透明電極８および９に電圧を印加すると、図３（ｂ）に示すように、電極エッジ部で斜め電界１４が発生し、これにより液晶層１を構成する液晶分子１５は開口部１２および１３の長辺に垂直な２つの方向にそれぞれ傾斜する。すなわち、液晶分子１５は、図１において矢印１６および１７に示すように、光軸６および７と平行かつ互いに反対な２つの方向に傾斜する。

続いて、本実施の形態１に係る視角制御素子の光学特性について以下に説明する。液晶材料には、誘電率異方性Δε：−４（２５℃、１ｋＨｚ値）、複屈折Δｎ：０．０８５（２５℃、５８９ｎｍ値）のネガ型液晶を用いた。液晶層１の厚みｄ（セルギャップとも呼ぶ）は、１０μｍとした。この場合、液晶層１の厚み方向の位相差（Δｎとｄの積）は、８５０ｎｍ（２５℃、５８９ｎｍ値）である。偏光層４および５には、ヨウ素錯体を吸着させたＰＶＡ（ポリビニールアルコール）を延伸し、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）を保護フィルムとして貼り付けたものを用いた。なお、偏光層については、例えば、ＳＥＭＩスタンダードＦＰＤテクノロジー部会編「カラーＴＦＴ液晶ディスプレイ」共立出版、Ｐ．２３２に詳しく解説されてものを用いることができる。

図４および５に、本実施の形態１に係る視角制御素子の視角方向に対する透過率の分布を示す。図の動径方向は傾斜角（０°から８０°まで）を示し、０°は正面である。円周方向は方位角を示し、０°は視角制御素子を正面から見て右方向である。図中の複数の曲線は等透過率曲線である。図４は電圧を印加しない場合（狭い視野角時）の透過率の分布であり、図５は電圧を印加した場合（広い視野角時）の透過率の分布である。透過率は視角制御素子がない場合の光源の輝度を１として規格化した。なお、光源は複数の偏光状態を含む白色光を用いている。

電圧を印加しない場合には、図４に示すように、視角制御素子を正面から見て上下左右４方向それぞれの傾斜角５０〜６０°の視角領域において、透過率が０．０２以下と低くなり、視野角が狭くなることが示された。電圧を印加すると、図５に示すように、上下左右４方向に見られた低透過率領域がなくなり、視野角が広くなることが示された。図６に電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比、すなわち広い視野角時に対する狭い視野角時の輝度の減少率を示す。上下左右４方向それぞれの傾斜角５０〜６０°の視角領域では、広い視野角時に比べて狭い視野角時は１０％以下の輝度になり、覗き見を防止するのに充分な効果があることが示された。

以上のように、本実施の形態１に係る視角制御素子は、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。したがって、例えば携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器に本実施の形態１に係る視角制御素子を適用した場合、消費電力の増加を抑制し、バッテリーの駆動時間の短縮を抑制することができる。

また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て斜め４５°の方向とすることで、非電圧印加時に、上下左右の４方向で視野角を狭くすることができる。

さらに、斜め電界１４により液晶層１の配向状態を制御する方法は、実施の形態３で詳述するラビング法のように製造中に発塵を伴うことがないため、高い歩留まりで本実施の形態１に係る視角制御素子を製造することができる。

次に、本発明者は、本実施の形態１に係る視角制御素子が、覗き見防止に十分な視野角を有するのに必要な液晶層１の厚み方向の位相差に関する検討を行っている。図１７は、液晶層１の厚み方向の位相差を変えた場合の、非電圧印加時（狭い視野角時）の視角方向に対する透過率の分布を示す。図１７（ａ）は液晶層１の厚み方向の位相差が６００ｎｍ、図１７（ｂ）は６５０ｎｍ、図１７（ｃ）は８５０ｎｍ、図１７（ｄ）は１０００ｎｍの場合の透過率の分布である。

図１７（ａ）に示すように、液晶層１の厚み方向の位相差が小さい場合には、上下左右４方向それぞれの傾斜方向で、傾斜角に依存した透過率低下が小さく（傾斜角が６０°以上で透過率が０．０２以下の領域が表れる）、覗き見を防止する効果が小さいことが分かる。一方、図１７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、液晶層１の厚み方向の位相差が６５０ｎｍ以上の場合には、上下左右４方向それぞれの傾斜方向で、傾斜角に依存した透過率低下が大きくなり（傾斜角６０°未満で透過率が０．０２以下の領域が表れる）、十分な覗き見防止効果が得られる。

すなわち、十分な覗き見防止効果を得るためには、液晶層１の厚み方向の位相差は６５０ｎｍ以上とすることが望ましい。

なお、本実施の形態１では、偏光層４の光軸６および偏光層５の光軸７を、視角制御素子を正面から見て右上−左下４５°の方向としているが、光軸６および７を共に時計回りに（あるいは反時計回りに）９０°回転させた方向、すなわち左上−右下４５°の方向としても良い。その場合、光軸６および７の方向に合わせて、電圧印加時に液晶分子１５が傾斜する方向も回転させる。すなわち、長尺状の開口部１２および１３を９０°回転させて形成する。

この場合、電圧印加時および非電圧印加時の透過率の分布も光軸６および７の方向に合わせて９０°回転するが、同様に、非電圧印加時の狭い視野角のときは、上下左右の４方向で覗き見を防止する効果がある。

（実施の形態２）
図７は、本発明に係る実施の形態２の視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。実施の形態２に係る視角制御素子では、図１に示す実施の形態１と比較して、電圧印加時の液晶分子（図示せず）の傾斜する方向（矢印１６および１７）が異なっており、偏光層４の光軸６および偏光層５の光軸７に対して垂直な２つの方向に傾斜する。以下、具体的に説明する。

電圧印加時の液晶層１の配向制御方法は、実施の形態１と同じく、透明電極８および９をパターニングして、電極エッジ部に発生する斜め電界により制御する方法を用いる。図８に透明電極８および９の平面的な透視図を示す。実施の形態１では、長尺状の開口部１２および１３の長辺が光軸６および７に対して垂直な方向であったのに対し、実施の形態２では平行な方向となっている。なお、実施の形態１と同様に、開口部１２および１３は透明基板２および３上でそれぞれ互い違いになるように配置されており、短辺の幅、ピッチ間隔も実施の形態１と同じである。

したがって、透明電極８および９に電圧を印加すると、電極エッジ部で斜め電界が発生し、液晶層１を構成する液晶分子が開口部１２および１３の長辺に垂直な２つの方向にそれぞれ傾斜する。すなわち、液晶分子は、図７において矢印１６および１７に示すように、光軸６および７と垂直かつ互いに反対な２つの方向に傾斜する。

続いて、本実施の形態２に係る視角制御素子の光学特性について以下に説明する。液晶材料、セルギャップ、偏光層とも実施の形態１と同じである。図９および１０に、本実施の形態２に係る視角制御素子の視角方向に対する透過率の分布を示す。図９は電圧を印加しない場合の透過率であり、図１０は電圧を印加した場合の透過率である。

電圧を印加しない場合には、図９に示すように、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域において、透過率が０．０２以下と低くなり、視野角が狭くなることが示された。電圧を印加すると、図１０に示すように、上下左右４方向に見られた低透過率領域がなくなり、視野角が広くなることが示された。図１１に電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す。実施の形態１と同様に、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域では、広い視野角時に比べて狭い視野角時は１０％以下の輝度になり、覗き見を防止するのに充分な効果があることが示された。

以上のように、本実施の形態２に係る視角制御素子においても、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。したがって、例えば携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器に本実施の形態２に係る視角制御素子を適用した場合、消費電力の増加を抑制し、バッテリーの駆動時間の短縮を抑制することができる。

また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て斜め４５°の方向とすることで、非電圧印加時に、上下左右の４方向で視野角を狭くすることができる。

さらに、実施の形態３で詳述するラビング法のように製造中に発塵を伴うことがないため、高い歩留まりで本実施の形態２に係る視角制御素子を製造することができる。

なお、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、液晶層１の厚み方向の位相差は６５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、同様に、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て、左上−右下４５°の方向とした上で、長尺状の開口部１２および１３の長辺を９０°回転させて形成しても良い。

（実施の形態３）
本発明に係る実施の形態３の視角制御素子について説明する。実施の形態１および２では、透明電極に長尺状の開口部を形成して、電圧印加時に液晶層の配向制御を行っているが、本実施の形態３では、ラビング法により配向制御を行う。ラビング法とは、配向膜の表面をレーヨン、コットンなどのベルベット織物で擦り（ラビングし）、液晶層の配向を制御する方法である。

図１３は、本実施の形態３に係る視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。なお、本実施の形態３に係る視角制御素子は、配向制御の方法に伴って透明電極が一様な平面形状であり、垂直配向膜の表面にラビング処理が施されていること以外は、実施の形態１と同一の構成である。

次に、液晶層１付近の断面図を図１２に示す。なお、図１２は、視角制御素子を正面から見て、右上−左下４５°の方向で切断した断面図である。図１２に示すように、透明電極８および９は、実施の形態１のような長尺状の開口部は形成されておらず、一様な平面形状を有している。その替わり、垂直配向膜１０が矢印１８（図１２、１３参照）の方向にラビングされている。ラビング方向は、光軸６および７に平行な方向であり、視角制御素子を正面から見て右上４５°の方向である。

ラビングされた垂直配向膜１０の表面では、液晶分子１５がラビング方向に僅かに（数°程度）傾斜する。電圧印加時には、垂直配向膜１０の表面付近の液晶分子１５の傾斜方向に沿って、液晶層１内部の液晶分子１５も傾斜し、配向状態が制御される。すなわち、電圧印加時に、液晶分子１５は、光軸６および７と平行な方向に傾斜する。

続いて、本実施の形態３に係る視角制御素子の光学特性について以下に説明する。液晶材料、セルギャップ、偏光層とも実施の形態１と同じである。図１４および１５に、本実施の形態３に係る視角制御素子の視角方向に対する透過率の分布を示す。図１４は電圧を印加しない場合の透過率であり、図１５は電圧を印加した場合の透過率である。電圧を印加しない場合には、図１４に示すように、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域において、透過率が０．０２以下と低くなり、視野角が狭くなることが示された。電圧を印加しない場合の液晶層１の配向状態は、実施の形態１とほぼ同じであるので、電圧を印加しない場合の透過率の分布も実施の形態１とほぼ同じになる。

電圧を印加すると、図１５に示すように、上下左右４方向に見られた低透過率領域がなくなり、視野角が広くなることが示された。図１６には、電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す。実施の形態１と同様に、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域では、広い視野角時に比べて狭い視野角時は１０％以下の輝度になり、覗き見を防止するのに充分な効果があることが示された。

以上のように、本実施の形態３に係る視角制御素子においても、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。したがって、例えば携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器に視角制御素子を適用した場合、消費電力の増加を抑制し、バッテリーの駆動時間の短縮を抑制することができる。

また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て斜め４５°の方向とすることで、非電圧印加時に、上下左右の４方向で視野角を狭くすることができる。

なお、本実施の形態３でも、実施の形態１と同様に、液晶層１の厚み方向の位相差は６５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、同様に、光軸６および７は、視角制御素子を正面から見て左上−右下４５°の方向としても良い。この場合、ラビング方向は右下４５°の方向とすればよいことは言うまでもない。

なお、本実施の形態３では、ラビング方向は視角制御素子を正面から見て右上４５°の方向として説明したが、反対方向すなわち左下４５°の方向であってもよい。

なお、本実施の形態３では、透明基板２上に形成された垂直配向膜１０に対してのみラビングを行っているが、これに限らない。例えば、透明基板３上に形成された垂直配向膜１１に対してのみ行ってもよいし、垂直配向膜１０および１１の両方にラビングを行ってもよい。ただし、垂直配向膜１０および１１の両方にラビングを行う場合は、それぞれ反対の方向にラビングを行う。例えば、垂直配向膜１０のラビング方向が、視角制御素子を正面から見て右上４５°の方向のときは、垂直配向膜１１のラビング方向は左下４５°の方向である。

（実施の形態４）
本実施の形態４では、先の実施の形態に係る視角制御素子を用いた視角制御機能付き表示装置を説明する。視角制御機能付き表示装置の一例として、実施の形態１で述べた視角制御素子を用いた液晶表示装置の概略断面図を図１８に示す。視角制御付き表示装置は、バックライトユニット２０および液晶表示パネル２１からなる液晶表示装置２２と、液晶表示パネル２１上に積層して形成された視角制御素子２３とで構成されている。

まず、液晶表示装置２２について概説する。液晶表示パネル２１としては、ねじれ角が９０°のねじれ配向液晶層を有するパネルを用いた。液晶表示パネル２１は、一般にＴＮ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶表示パネルと呼ばれるものである。ＴＮ液晶表示パネルは、液晶層を一対の基板で狭持し、その両側に偏光層が配置されて構成される。両側の偏光層の光軸は互いに直交しており、且つＴＮ液晶表示パネルを正面から見た場合に光軸が斜め４５°の方向に配置されている。また、両基板の液晶層側にはそれぞれ透明電極が形成されており、ねじれ配向液晶層の配向状態を電圧制御することができる。

非電圧印加状態では、バックライトユニット２０から偏光層を通過した直線偏光がねじれ配向液晶層で偏光面が９０°ねじられ、白表示となる。また、電圧が十分に印加された状態では、バックライトユニット２０から偏光層を通過した直線偏光が偏光状態を変化させずにねじれ配向液晶層を通過して、黒表示となる。液晶表示パネル２１上に形成された画素毎に電圧を制御することで、画像が表示される。なお、ＴＮ液晶表示パネルについては、例えば、日本液晶学会誌「液晶」２００２、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．１、日本液晶学会、ｐ．８４に詳しく解説されたものを用いることができる。

液晶表示パネル２１を通過した光は、実施の形態１に係る視角制御素子２３を通過する。視角制御素子２３は、電圧印加時には液晶表示装置２２の視野角を広くし、非電圧印加時には液晶表示装置２２の視野角を狭くする。なお、液晶表示パネル２１に印加する電圧および視角制御素子２３に印加する電圧は互いに独立して制御されることは言うまでもない。

ここで、上述したように、液晶表示パネル２１を構成する偏光層の光軸は、液晶表示パネル２１を正面から見て斜め４５°の方向であり、視角制御素子２３を構成する偏光層の光軸と一致する。そのため、液晶表示装置２２の輝度をほとんど損なうことなく、視野角を制御することができる。

さらに、液晶表示パネル２１を構成する偏光層と視角制御素子を構成する偏光層をそれぞれ一つの偏光層で共用する事ができる。具体的に、本実施の形態４に係る視角制御機能付き表示装置の基本構成を示す平面模式図を図１９に示す。液晶表示パネル２１は、ねじれ配向液晶層２４と、ねじれ配向液晶層２４の両側に配置された偏光層２５および２６で構成されている。偏光層２５の光軸２７は、液晶表示パネル２１を正面から見て、左上−右下４５°の方向であり、偏光層２６の光軸２８は右上−左下４５°の方向である。

視角制御素子２３は、垂直配向の液晶層１と、液晶層１の両側に配置された偏光層５および２６で構成されている。なお、液晶表示パネル２１および視角制御素子２３はそれぞれ液晶層と偏光層のみで構成されているものとして模式的に示しているが、実際には、基板、配向膜、電極等を含んでいる。

すなわち、液晶表示パネル２１および視角制御素子２３は偏光層２６を共用した構成となっており、偏光層２６は視角制御素子２３および液晶表示パネル２１の偏光層として機能する。従って、偏光層１層分の厚みを減らすことができ、薄型の視角制御機能付き表示素子を実現することができる。また同時に、偏光層の光軸に平行な直線偏光に対する吸収による透過率低下を偏光層１層分だけ減らすことができ、正面輝度の明るい表示を行うことができる。

なお、本実施の形態４では、視角制御素子２３を液晶表示装置２２の手前に配置したが、液晶表示パネル２１とバックライトユニット２０の間に配置しても良い。図２０は視角制御素子２３を液晶表示パネル２１とバックライトユニット２０の間に配置した場合の、液晶表示装置２２と視角制御素子２３の偏光層の光軸方向、および視角制御素子２３の液晶分子の傾斜する方向を示す平面模式図である。

この場合、視角制御素子２３は、垂直配向の液晶層１と、液晶層１の両側に配置された偏光層４および２５で構成されている。すなわち、液晶表示パネル２１および視角制御素子２３が偏光層２５を共用している。ただし、視角制御素子２３を時計回りに（あるいは反時計回りに）９０°回転させて配置している。

従って、偏光層１層分の厚みを減らすことができ、薄型の視角制御機能付き表示素子を実現することができる。また同時に、偏光層の光軸に平行な直線偏光に対する吸収による透過率低下を偏光層１層分だけ減らすことができ、正面輝度の明るい表示を行うことができる。

なお、本実施の形態４では、実施の形態１に係る視角制御素子を用いて説明したが、実施の形態２または３に係る視角制御素子を用いてもよいことは言うまでもない。

なお、本実施の形態４では、液晶表示装置として、ＴＮ液晶表示パネルを用いたが、偏光層と液晶層との間に光学補償層が配置された広視野角のＴＮ液晶表示パネルを用いても良い。光学補償層が用いられたＴＮ液晶パネルについては、例えば、Ｈ．Ｍｏｒｉら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７）、ｐ．１４３に詳しく解説されているものを用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態５では、先の実施の形態に係る視角制御素子を用いた表示装置を搭載する電子機器について説明する。一例として、実施の形態１ないし３のいずれかに係る視角制御素子を用いた表示装置を搭載した携帯電話を図２１に示す。携帯電話は、実施の形態１ないし３のいずれかに係る視角制御素子（図示せず）を用いた表示装置２９と、操作ボタン３０と、受話口３１と、送話口３２とを備えている。表示装置２９は、液晶だけでなく、例えば、ＰＤＰ、有機ＥＬ等の自発発光タイプの表示装置を用いることができる。

使用者一人が表示装置２９の正面で見る場合には、例えば、使用者が操作ボタン３０を操作して狭視野角モードを選択することで、視角制御素子に電圧が印加されず、表示装置２９は狭い視野角特性を有し、上下左右からの覗き見を防止することができる。また、この時、視角制御素子は駆動されていないので、電力を消費せずバッテリー駆動時間の短縮を抑制することができる。

表示装置２９を複数人で見る場合には、例えば、使用者が操作ボタン３０を操作して広視野角モードを選択することで、視角制御素子に電圧が印加され、表示装置２９の視覚特性を広く切り替えることができる。

なお、本実施の形態５では、携帯電話を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、ノートＰＣ、ＰＤＡ（個人情報端末）、電子手帳、電子ブック、電子辞書などに適用することができる。

いずれの電子機器においても、視野角を容易に制御することができると共に、使用者が一人で見るような狭い視野角特性時には視角制御素子は電力を消費しないため、長いバッテリー駆動時間を実現することができる。

（実施の形態６）
本発明に係る実施の形態６の視角制御素子について説明する。

図２２は、本発明に係る実施の形態６の視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。実施の形態６に係る視角制御素子では、図１に示す実施の形態１および図７に示す実施の形態２と比較して、電圧印加時の液晶分子（図示せず）の傾斜する方向が、偏光層４の光軸６および偏光層５の光軸７に対して平行な２つの方向あるいは垂直となる２つの方向のいずれかの２方向ではなく、平行な２つの方向と垂直となる２つの方向の合わせて４方向に傾斜する。以下、具体的に説明する。

電圧印加時の液晶層１の配向制御方法は、実施の形態１あるいは２と同じく、透明電極８および９をパターニングして、電極エッジ部に発生する斜め電界により制御する方法を用いる。図２３に透明電極８および９の平面的な透視図を示す。実施の形態１あるいは２では、１つの方向に長い長尺状の開口部１２および１３を上下基板（透明基板２および３）で互い違いに設けたのに対し、実施の形態６ではジグザグ形状の開口部１２および１３を設けている。なお、実施の形態１あるいは２と同様に、ジグザグ形状の開口部１２および１３は透明基板２および３上でそれぞれ互い違いになるように配置されている。

ジグザグ形状の開口部１２は光軸６および７に対して平行な長尺状の開口部１２１と、光軸６および７に対して垂直な長尺状の開口部１２２とを有しており、これらの開口部１２１，１２２が視角制御素子を正面から見て上下方向で交互につながっている。即ち、ジグザグ形状の開口部１２を構成する１辺の長辺方向は、正面から見て右上−左下の斜め４５°の方向と、それと垂直な左上−右下の斜め４５°の方向とを含むように形成されている。開口部１２１，１２２の１辺の短辺の幅は１０μmで、長辺に垂直な方向でのピッチ間隔は８０μmである。ジグザグの折れ曲がりのピッチは２５０μmである。なお、ジグザグ形状の開口部１３も開口部１２と同一形状である。

透明電極８および９に電圧を印加すると、電極エッジ部で斜め電界が発生し、液晶層１を構成する液晶分子が開口部１２および１３の各長辺に垂直な２つの方向にそれぞれ傾斜する。すなわち、図２３の領域Ａでの液晶分子（第１群の液晶分子に相当）は、正面から見て右上方向、および左下方向に傾斜する。また、図２３の領域Ｂでの液晶分子（第２群の液晶分子に相当）は、正面から見て左上方向、および右下方向に傾斜する。なお、領域Ａ，Ｂは、図２３の上下方向に繰り返し交互に形成される。したがって液晶分子は、図２２において４本の矢印３３に示すように、光軸６および７と平行かつ互いに反対の２つの方向と、光軸６および７に垂直かつ互いに反対な２つの方向の合わせて４方向に傾斜する。

続いて、本実施の形態６に係る視角制御素子の光学特性について以下に説明する。液晶材料には、誘電率異方性Δε：−４（２５℃、１ｋＨｚ値）、複屈折Δｎ：０．２１０（２５℃、５８９ｎｍ値）のネガ型液晶を用いた。液晶層１の厚みｄ（セルギャップとも呼ぶ）は、４．０μｍとした。この場合、液晶層１の厚み方向の位相差（Δｎとｄの積）は８４０ｎｍ（２５℃、５８９ｎｍ値）である。図２４および２５に、本実施の形態６に係る視角制御素子の視角方向に対する透過率の分布を示す。図２４は電圧を印加しない場合の透過率であり、図２５は電圧を印加した場合の透過率である。

電圧を印加しない場合には、図２４に示すように、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域において、透過率が０．０２以下と低くなり、視野角が狭くなることが示された。電圧を印加すると、図２５に示すように、上下左右４方向に見られた低透過率領域がなくなり、視野角が広くなることが示された。

実施の形態１と比較する（図５と図２５を比較する）と、正面から見て左上および右下の傾斜方向で見られた透過率の低くなる領域が小さくなり、より広視野角になっている。また、傾斜角０°から４０°付近までの等透過率曲線がより真円に近づいており、中心からみた対称性に優れた透過率分布になっている。つまり、電圧印加時の視野角をより広げることができるとともに、視野角特性の対称性を向上することができる。

図２６に電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す。実施の形態１あるいは２と同様に、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域では、広い視野角時に比べて狭い視野角時は１０％以下の輝度になり、覗き見を防止するのに充分な効果があることが示された。

以上のように、本実施の形態６に係る視角制御素子においても、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。したがって、例えば携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器に本実施の形態６に係る視角制御素子を適用した場合、消費電力の増加を抑制し、バッテリーの駆動時間の短縮を抑制することができる。

また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て斜め４５°の方向とすることで、非電圧印加時に、上下左右の４方向で視野角を狭くすることができる。

さらに、実施の形態３で詳述するラビング法のように製造中に発塵を伴うことがないため、高い歩留まりで本実施の形態６に係る視角制御素子を製造することができる。

なお、本実施の形態６でも、液晶層１の厚み方向の位相差は６５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て、左上−右下４５°の方向としても良い。また、本実施の形態６では、電極のジグザグ形状の開口部は、視角制御素子を正面から見て上下方向につながった形状で設けたが、図２７に示すような左右方向につながった形状で設けても良い。

なお、本実施の形態６では、領域Ａ，Ｂでの液晶分子は互いに反対な２つの方向に傾斜しているがこれに限らず、領域Ａ，Ｂでの液晶分子は１つの方向に傾斜していてもよい。一例として図２８（ａ）に透明電極８および９の平面図を示し、図２８（ｂ）に、図２８（ａ）の中のＣ−Ｄ断面図を示す。即ち、視角制御素子を正面に見て開口部１２，１３が一部重なる部分を有している。より具体的には、視角制御素子を正面に見て開口部１２を紙面右方向に平行移動した位置に開口部１３が設けられている。

図２８（ｂ）に示すように、電極エッジ部で斜め電界１４が発生し、これにより領域Ａの液晶層１を構成する液晶分子１５は開口部１２及び１３の長辺に垂直な１つの方向に傾斜する。同様に、領域Ｂの液晶層１を構成する液晶分子１５は開口部１２及び１３の長辺に垂直な１つの方向に傾斜する。

（実施の形態７）
本発明に係る実施の形態７の視角制御素子について説明する。

実施の形態７の視角制御素子の基本構成は、実施の形態６と同じであり、図２２に示すとおりである。実施の形態６に係る視角制御素子では、図２３に示すように、透明電極８，９にそれぞれ設けられたジグザグ形状の開口部１２，１３は、視角制御素子を正面から見て右上−左下の斜め４５°方向の長尺状の開口部１２１と左上−右下の斜め４５°方向の長尺状の開口部１２２を等しい長さで形成した。本実施の形態７においては、図２９に示すように、左上−右下の斜め４５°方向の長尺状の開口部１２１よりも、右上−左下の斜め４５°方向の長尺状の開口部１２２の方が長くなるように形成されている。２つの方向の長尺状の開口部１２１，１２２の長辺の長さの比は９：１６である。開口部１２１，１２２の１辺の短辺の幅は１０μmで、長辺に垂直な方向でのピッチ間隔は８０μmである。ジグザグの折れ曲がりのピッチは１８０μmと３２０μmで、交互のピッチ値で折れ曲がる形状である。

透明電極８および９に電圧を印加すると、電極エッジ部で斜め電界が発生し、液晶層１を構成する液晶分子が開口部１２および１３の各長辺に垂直な２つの方向にそれぞれ傾斜する。すなわち、図２９の領域Ａでは、液晶分子は、正面から見て右上方向、および左下方向に傾斜する。また、図２９の領域Ｂでは、液晶分子は、正面から見て左上方向、および右下方向に傾斜する。（領域Ａ，Ｂは、図２９の上下方向に繰り返し交互に形成される。）したがって液晶分子は、図２２において４本の矢印３３に示すように、光軸６および７と平行かつ互いに反対の２つの方向と、光軸６および７に垂直かつ互いに反対な２つの方向の合わせて４方向に傾斜する。

実施の形態６では光軸６および７と平行かつ互いに反対の２つの方向に傾斜する液晶分子と、光軸に垂直かつ互いに反対な２つの方向に傾斜する液晶分子の比率が同じであったのに対し、本実施の形態７では、光軸と平行かつ互いに反対の２つの方向に傾斜する液晶分子よりも、光軸に垂直かつ互いに反対な２つの方向に傾斜する液晶分子の方が、比率的に高くなっている。

続いて、本実施の形態７に係る視角制御素子の光学特性について以下に説明する。液晶材料には、実施の形態６で用いたものと同じネガ型液晶を用いた。液晶層の厚みｄは、４．０μｍとした。この場合、液晶層の厚み方向の位相差（Δｎとｄの積）は８４０ｎｍ（２５℃、５８９ｎｍ値）である。図３０および３１に、本実施の形態７に係る視角制御素子の視角方向に対する透過率の分布を示す。図３０は電圧を印加しない場合の透過率であり、図３１は電圧を印加した場合の透過率である。

電圧を印加しない場合には、図３０に示すように、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域において、透過率が０．０２以下と低くなり、視野角が狭くなることが示された。電圧を印加すると、図３１に示すように、上下左右４方向に見られた低透過率領域がなくなり、視野角が広くなることが示された。

実施の形態６と比較（図２５と図３１を比較）すると、正面から見て左上および右下の斜め方向で見られた透過率の低くなる領域が小さくなり、左右方向での対称性に優れた透過率分布になっている。また、傾斜角０°から４０°付近までの等透過率曲線がさらに真円に近づいており、中心からみた対称性に優れた透過率分布になっている。つまり、電圧印加時の視野角特性の対称性をさらに向上することができる。

図３２に電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す。実施の形態６と同様に、上下左右４方向のそれぞれ傾斜角５０〜６０°の視角領域では、広い視野角時に比べて狭い視野角時は１０％以下の輝度になり、覗き見を防止するのに充分な効果があることが示された。

以上のように、本実施の形態７に係る視角制御素子においても、非電圧印加時に視野角を狭くし、電圧印加時に視野角を広くすることができる。したがって、例えば携帯電話のように通常狭い視野角で表示することが多い携帯電子機器に本実施の形態７に係る視角制御素子を適用した場合、消費電力の増加を抑制し、バッテリーの駆動時間の短縮を抑制することができる。

また、光軸６および７の方向を、視角制御素子を正面から見て斜め４５°の方向とすることで、非電圧印加時に、上下左右の４方向で視野角を狭くすることができる。

なお、本実施の形態７でも、充分な覗き見防止効果を得るためには、液晶層１の厚み方向の位相差は６５０ｎｍ以上であることが望ましい。

実施の形態１に係る視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す図である。 実施の形態２に係る視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。 実施の形態２に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態２に係る視角制御素子の非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態２に係る視角制御素子の電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態２に係る視角制御素子の電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す図である。 実施の形態３に係る視角制御素子の液晶層付近の断面図である。 実施の形態３に係る視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。 実施の形態３に係る視角制御素子の非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態３に係る視角制御素子の電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態３に係る視角制御素子の電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す図である。 実施の形態１に係る視角制御素子の液晶層の厚み方向の位相差を変えた場合の、非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態４に係る視角制御機能付き表示装置の概略断面図である。 実施の形態４に係る視角制御機能付き表示装置の平面模式図である。 実施の形態４に係る視角制御機能付き表示装置の平面模式図である。 実施の形態５に係る視角制御素子を備えた電子機器の斜視図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の基本構成を示す平面模式図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態６に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態７に係る視角制御素子の透明電極の形状を示す図である。 実施の形態７に係る視角制御素子の非電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態７に係る視角制御素子の電圧印加時の視角方向に対する透過率の分布を示す図である。 実施の形態７に係る視角制御素子の電圧印加時に対する非電圧印加時の透過率の比を示す図である。

符号の説明

１ 液晶層、２，３ 透明基板、４，５，２５，２６ 偏光層、８，９ 透明電極、１２，１３，１２１，１２２ 開口部、１５ 液晶分子、２１ 液晶表示パネル、２３ 視角制御素子、２４ ねじれ配向液晶層。

Claims (9)

1. 視野角を制御する視角制御素子であって、
   第１透明電極を有する第１透明基板と、
   第２透明電極を有する第２透明基板と、
   右上−左下の斜め４５度である第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、
   前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、
   前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向、及び前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向、の少なくとも何れか一方に傾斜する液晶層と
   を備えることを特徴とする視角制御素子。
2. 前記第１及び第２透明電極は、長辺が前記第１の方向に略平行又は前記第３の方向に略平行な長尺状の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の視角制御素子。
3. 前記電圧の印加時に前記液晶分子が前記第１の方向に略平行又は前記第３の方向に略平行な方向で互いに反対な２つの方向に傾斜する部分を有することを特徴とする請求項１又は２記載の視角制御素子。
4. 視野角を制御する視角制御素子であって、
   第１透明電極を有する第１透明基板と、
   第２透明電極を有する第２透明基板と、
   第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第１透明電極と反対側で前記第１透明基板に設けられる第１偏光層と、
   前記第１の方向に平行な偏光軸を有し、前記第２透明電極と反対側で前記第２透明基板に設けられる第２偏光層と、
   前記第１透明基板及び前記第２透明基板に略垂直な第２の方向に配向した液晶分子の複数を有し、前記第１透明電極側及び前記第２透明電極側でそれぞれ前記第１透明基板及び前記第２透明基板に挟持され、前記第１透明電極及び前記第２透明電極によって電圧が印加され、前記電圧の印加時には第１群の前記液晶分子の配向方向が、前記第１の方向に略平行な方向に傾斜し、第２群の前記液晶分子の配向方向が前記第１の方向及び前記第２の方向に略垂直な第３の方向に傾斜する液晶層と
   を備えることを特徴とする視角制御素子。
5. 前記電圧の印加時に前記第１群の前記液晶分子は前記第１の方向に平行で互いに反対な２つの方向に傾斜し、前記第２群の前記液晶分子は前記第３の方向に平行で互いに反対な２つの方向に傾斜することを特徴とする請求項４に記載の視角制御素子。
6. 前記第１透明電極及び第２透明電極には、長辺が前記第１の方向に略平行な長尺状の開口部と、長辺が前記第３の方向に略平行な長尺状の開口部の両方が設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の視角制御素子。
7. 前記液晶層の厚み方向の位相差が６５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の視角制御素子。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の視角制御素子と、
   ねじれ角が９０度のねじれ配向液晶層を用いた液晶表示パネルと
   を備え、
   前記第１偏光層あるいは第２偏光層のいずれか一方は、前記液晶表示パネルの偏光層として機能することを特徴とする表示装置。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の視角制御素子を備えることを特徴とする電子機器。