JP4930469B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
また、本発明の液晶表示装置は、第1の偏光板と第2の偏光板との間に、縦横比が異なる複数のドット領域を有する表示装置と、一対の透光性基板の間に液晶分子をハイブリッド配向させてなる液晶層を挟持し、電界印加手段による印加電圧によって、前記液晶分子の配向状態を変化させて、前記表示装置の視角を制御する視角制御用素子と、を備える液晶表示装置であって、前記視角制御用素子は、法線方向から見ると遅相軸が存在しており、該遅相軸は、前記表示装置の前記ドット領域の縦横比の大きい方向と平行に配置されているとともに、前記第2の偏光板の吸収軸と直交して配置されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、前記表示装置と前記視角制御用素子との間には第3の偏光板が配置され、該第3の偏光板の吸収軸が、前記第2の偏光板の前記吸収軸と平行に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、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。
また、本発明の液晶表示装置は、前記表示装置が、表示用液晶セルであることを特徴とする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 第1の偏光板と第2の偏光板との間に、
縦横比が異なる複数のドット領域を有する表示装置と、
一対の透光性基板の間に液晶分子をハイブリッド配向させてなる液晶層を挟持し、電界印加手段による印加電圧によって、前記液晶分子の配向状態を変化させて、前記表示装置の視角を制御する視角制御用素子と、
を備える液晶表示装置であって、
前記視角制御用素子は、法線方向から見ると遅相軸が存在しており、該遅相軸は、前記表示装置の前記ドット領域の縦横比の大きい方向と平行に配置されているとともに、前記第2の偏光板の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。 - 第1の偏光板と第2の偏光板との間に、
縦横比が異なる複数のドット領域を有する表示装置と、
一対の透光性基板の間に液晶分子をハイブリッド配向させてなる液晶層を挟持し、電界印加手段による印加電圧によって、前記液晶分子の配向状態を変化させて、前記表示装置の視角を制御する視角制御用素子と、
を備える液晶表示装置であって、
前記視角制御用素子は、法線方向から見ると遅相軸が存在しており、該遅相軸は、前記表示装置の前記ドット領域の縦横比の大きい方向と平行に配置されているとともに、前記第2の偏光板の吸収軸と直交して配置されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記表示装置と前記視角制御用素子との間には第3の偏光板が配置され、該第3の偏光板の吸収軸が、前記第2の偏光板の前記吸収軸と平行に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置。
- 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ている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液晶表示装置。
- 前記表示装置が、表示用液晶セルであ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。
- 前記第2の偏光板の前記視角制御素子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。
- 前記視角制御用素子を前記表示装置の観察者側とは反対側に配置し、前記視角制御用素子と前記表示装置との間に散乱板を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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