JP4996825B2 - 視野角制御表示装置及び視野角制御素子 - Google Patents

Description

本発明は、視野角制御表示装置及び視野角制御素子に関する。

現在、表示装置は、人と機械とをつなぐインターフェースとして広く使用され、目覚しい進展を果たしている。多くの場合、表示装置の視野角は広いほうが好ましい。そのため、表示装置の開発は視野角を広げる方向で進められてきた。

かかる表示装置に、セキュリティ性の高い情報を表示する場合がある。このとき、広視野角の表示装置にセキュリティ性の高い情報を表示すると、第三者に表示を見られてしまう可能性がある。そこで、プライバシ−保護への要求から、視野角を特定の範囲に制御する必要性が高まっている。

また、昨今、カーナビゲーション技術の発展に伴い、多くの車にカーナビゲーションシステムが装備されるようになった。通常、カーナビゲーションシステムにおいて地図を表示するための表示装置は、同時にテレビ受像機としても機能する。このとき、表示装置は、当然のことながら運転席からも視認することができるが、運転中に運転者がテレビ画像を見ることは安全上の問題がある。従って、表示装置がテレビ画像を表示している場合には、助手席からは画面を見ることができる一方で、運転席からは画面を見ることができないように、やはり視野角を制御する必要性が高まっている。

表示装置の視野角制御技術として、さまざまな手段が開発されている（例えば、特許文献１〜３および非特許文献１参照。）。
特開２００３−２３３０７号公報 特開平８−１１４７９５号公報 特開平９−１０５９５８号公報 松本正一・角田市良共著「液晶の基礎と応用」、工業調査会、１９９１年５月２０日、１０章 ９．２

特許文献１に記載された視野角制御表示装置では、配向膜が視認可能な大きさの複数領域に区画され、そして隣接する領域の配向を異ならせている。従って、正面以外の方向から見た場合に固定パタ−ンが視認され、これにより、視野角を狭くしている。しかしながら、特許文献１に記載された視野角制御表示装置は、斜め方向から観察した場合に、固定パタ−ンを介して表示素子に表示された情報が見えてしまうという問題がある。また、主視野角が正面方向であるため、正面以外が主視野角であるような場合には適用できないという問題がある。

本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、視野角制御状態において視野角制御方向の光の遮光度が高い視野角制御素子及び視野角制御表示装置を提供することを目的とする。

第１の態様にかかる視野角制御表示装置は、表示素子と視野角制御素子とを備え視野角制御状態において当該表示素子の表示面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向から当該表示素子を視認することを可能としつつ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向から当該表示素子を視認することを制限する表示装置であって、前記視野角制御素子はツイステッドネマチック素子を備え、当該ツイステッドネマチック素子のリタデーション値はリタデーション値の値に対する垂直透過率の極大点を含む所定の範囲のうち、リタデーション値が最も小さい第一の範囲よりも大きい第二の範囲以降の範囲としたものである。これにより、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。なお、本発明において垂直透過率とは表示素子の表示面に対して垂直な面で測定した光の透過率であり、単に透過率とは測定角度を垂直方向に限定しない様々な角度からの光の透過率を指すものとする。

第２の態様にかかる視野角制御表示装置は、表示素子と視野角制御素子とを備え視野角制御状態において当該表示素子の表示面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向から当該表示素子を視認することを可能としつつ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向から当該表示素子を視認することを制限する表示装置であって、前記視野角制御素子はツイステッドネマチック素子を備え、当該ツイステッドネマチック素子のリタデーション値を０．９〜１．９μｍの範囲としたものである。これにより、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。

第３の態様にかかる視野角制御表示装置は、表示素子と視野角制御素子とを備えた視野角制御表示装置であって、前記視野角制御素子は電気的に視野角制御状態と非視野角制御状態を切り替えることができ、視野角制御状態において視野角制御素子に垂直な任意の面から垂直方向に対して＋４０°傾斜した角度の光の透過率が１％以下であり、−４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上であって、非制御状態において±４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上であることを特徴とするものである。これにより、表示を制限する方向に対しては十分に遮光でき、かつ表示を制限しない方向に対しては、十分な明るさで表示できる。

第４の態様にかかる視野角制御表示装置におけるツイステッドネマチック素子では偏光板の透過偏光軸と、最近接の液晶分子の短軸方向のなす角を液晶分子の長軸方向となす角よりも狭くしている。これにより、視野角制御状態において視認制限方向に対して遮光性を向上できるとともに、視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。

第５の態様にかかる視野角制御表示装置は、表示素子による表示領域に、視野角制御可能な制御領域と、視野角制御できない非制御領域を設けたものである。これにより、非制御領域は明るさを有しているため制御領域が遮光状態にある場合、周囲光が暗い環境において、視認者の暗順応を抑制し、制御方向の遮光効果を高めることができる。
第６の態様にかかる視野角制御表示装置における視野角制御素子は視野角制御状態において前記視認制限方向に遮光性を生じさせるツイステッドネマチック素子を２層以上備えている。これによって、視野角制御状態において視認制限方向に対する遮光性を向上させることができる。

第７の態様にかかる視野角制御表示装置において、前記ツイステッドネマチック素子のうち少なくとも一つのツイステッドネマチック素子のツイスト方向が他のツイステッドネマチック素子に対して逆ツイストの関係にある。これによって、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供でき、また視野角非制御状態において視認方向による色味変化の小さい画像を提供することができる。

第８の態様にかかる視野角制御表示装置において、前記ツイステッドネマチック素子は、少なくとも一つのツイステッドネマチック素子のリタデーション値が０．３〜０．５５μｍの範囲にあり、少なくとも一つのツイステッドネマチック素子のリタデーション値が０．９〜１．９μｍの範囲にある。これによって、特に、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。

第９の態様にかかる視野角制御表示装置において、前記ツイステッドネマチック素子は、相互に独立して視野角制御可能である。これによって、外光が明るい環境下では、１層のみによる視野角制御を行うなどの細かい処理を実現できる。

第１０の態様にかかる視野角制御表示装置における表示素子は、液晶表示素子とバックライトを備え、前記視野角制御素子は当該液晶表示素子に対して反バックライト側に配置される。これにより、視認制限方向に対する遮光特性を向上させることができる。

第１１の態様にかかる視野角制御表示装置の視野角制御素子におけるツイステッドネマチック素子間、または、前記ツイステッドネマチック素子と前記液晶表示素子間にある偏光板を、挟持する二つの素子で共用している。これにより、偏光板の数を減らすことができるため偏光板の吸光による透過率低下を低減し、光の利用効率を向上させることができる。

第１２の態様にかかる視野角制御表示装置において、前記液晶表示素子、または、前記視野角制御素子が各々有する最近接の偏光板であって、各々の偏光板の間に、位相差板が配置されている。これにより、液晶表示素子と視野角制御素子間の位相を揃えることができる。

第１３の態様にかかる視野角制御表示装置は、車載用の表示装置であって、前記視野角制御素子は、視野角制御状態において助手席からの視認を可能とし、運転席からの視認を制限するように視野角を制御する。これにより、運転席に対してテレビ画像等の表示を制限できるため、安全性を高めることができる。

第１４の態様にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、視野角制御状態において前記視認制限方向に遮光性を生じさせるツイステッドネマチック素子を２層以上備えたものである。これによって、視野角制御状態において視認制限方向に対する遮光性を向上させることができる。

第１５の態様にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、この視野角制御素子はツイステッドネマチック素子を備え、当該ツイステッドネマチック素子のリタデーション値はリタデーション値の値に対する垂直透過率の極大点を含む所定の範囲のうち、リタデーション値が最も小さい第一の範囲よりも大きい第二の範囲以降の範囲としたものである。これにより、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。

第１６の態様にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、前記視野角制御素子はツイステッドネマチック素子を備え、当該ツイステッドネマチック素子のリタデーション値が０．９〜１．９μｍの範囲である。これにより、視野角制御状態において視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、明るい画像を提供できる。

第１７の態様にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、前記視野角制御素子は電気的に視野角制御状態と非視野角制御状態を切り替えることができ、視野角制御状態において視野角制御素子に垂直な任意の面から垂直方向に対して＋４０°傾斜した角度の光の透過率が１％以下であり、−４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上であって、非制御状態において±４０°傾斜した角度の光の透過率１０％以上である。これにより、表示を制限する方向に対しては十分に遮光でき、かつ表示を制限しない方向に対しては、十分な明るさで表示できるように視野角を制御できる。

本発明によれば、視野角制御状態において視野角制御方向の光の遮光度が高い視野角制御素子及び視野角制御表示装置を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる視野角制御表示装置（以下、単に表示装置とする）の模式的断面図である。図１に示す表示装置１００は、液晶表示装置であり、液晶表示素子１０１、視野角制御素子１０２及びバックライトユニット１０３を備えている。本例にかかる表示装置１００は、車載用の表示装置であり、カーナビゲーションシステムにおいて用いられる。従って、表示装置１００は、四輪自動車の車内前方の中央部に設けられ、運転席及び助手席から視認することができる。そして、表示装置１００には、カーナビゲーションモードでは地図情報が表示され、テレビモードやＤＶＤモードでは映像情報が表示される。なお、図１において、上方が視認側、下方が反視認側である。

液晶表示素子１０１は、従来から知られているＴＮ（Twisted Nematic：ツイステッドネマチック）方式、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式等のパッシブマトリクス方式や、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)を用いたアクティブマトリクス方式あるいはセグメント方式のいずれでもよい。また、液晶表示素子１０１においては、例えば、ＴＮ、ＳＴＮ、ＩＰＳ（In−Plane Switching）、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）等が用いられる。液晶表示素子１０１の視認側、反視認側には配向方向に応じて各々透過軸を所定の方向に配置した偏光膜が設けられる。

視野角制御素子１０２は、電気的制御により表示装置１００の視野角を制御する素子であり、後にその構成及び機能について詳述する。この視野角制御素子１０２には、図示しない駆動回路よりカーナビゲーションシステムのモードに応じて電圧の供給が制御される。例えば、カーナビゲーションモードでは、視野角制御素子１０２に対して電圧が供給されないため、視野角は制御されない。また、テレビモード等では、視野角制御素子１０２に対して電圧が供給され、視野角が制御される。このとき、視野角制御素子１０２は、運転席からの視認を制限する。

バックライトユニット１０３は、液晶表示素子１０１の反視認側から当該液晶表示素子１０１に対して背面光を照射する。バックライトユニット１０３は、例えば、光源となる冷陰極管の他、導光板、輝度上昇フィルム、偏光分離膜（ＤＢＥＦ：３Ｍ社製）等の構成を備えている。また、バックライトユニット１０３の光源として、３波長ＬＥＤ（Laser Emitting Diode）や白色有機ＥＬ（Electro Luminescence)等を用いることもできる。

液晶表示素子１０１、視野角制御素子１０２及びバックライトユニット１０３のそれぞれの間は、接着性の樹脂によって接着し、固定するようにしてもよい。これによりそれぞれの部材界面における反射が低減され、透過率の低下を防止でき、光の利用効率を向上させることができる。

なお、図１に示す表示装置では、視野角制御素子１０２を液晶表示素子１０１とバックライトユニット１０３の間に配置したが、液晶表示素子１０１の視認側に配置してもよい。また、液晶表示素子１０２の代わりにＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や有機ＥＬ素子等の自発光素子を用いる場合には、自発光素子の視認側に視野角制御素子１０２を配置する。

次に図２を用いて視野角制御素子１０２の構成について説明する。図２は視野角制御素子１０２の模式的断面図である。図２において上方は液晶表示素子１０１が配置された側、即ち視認側であり、下方はバックライトユニット１０３が配置された側、即ち反視認側である。

視野角制御素子１０２は、第１ＴＮ（ツイステッドネマチック）素子１０２１と第２ＴＮ（ツイステッドネマチック）素子１０２２の２層構造を有している。本発明では、このようにＴＮ素子を２層構造とすることにより、遮光特性を向上させることができた。ＴＮ素子を３層以上積層することにより、さらに遮光特性を向上させることができる。そして、第１ＴＮ素子１０２１の視認側には偏光板２１が、第１のＴＮ素子１０２２と第２ＴＮ素子１０２２の間には偏光板２２が、さらに第２ＴＮ素子１０２２の反視認側には偏光板２３が設けられている。これらの偏光板２１、２２、２３は、各々透過軸が所定の方向に配置された偏光膜である。偏光板２１、２２、２３として薄型ＴＡＣ（トリアセテ−ト）偏光板を用いても良い。

なお、図２に示す構成例では、第１ＴＮ素子１０２１と第２ＴＮ素子１０２２の間の偏光板２２は１枚とし、第１ＴＮ素子１０２１と第２ＴＮ素子１０２２とで偏光板を共用しているが、これに限らず、両者間に２枚の偏光板を設けるようにしてもよい。

また、視野角制御素子１０２の視認側には図１に示されるように液晶表示素子１０１が設けられており、この液晶表示素子１０１においてもその視認側及び反視認側の双方に偏光板を設ける必要があるが、視野角制御素子１０２の視認側に設けた偏光板２１を液晶表示素子１０１の反視認側に設けるべき偏光板と共用するようにしてもよい。この場合には、第１ＴＮ素子１０２１と、液晶表示素子１０１の透明基板間には、１枚の偏光板が設けられる。このような構成によれば液晶表示素子１０１と視野角制御素子１０２とで重複して偏光板を設けておらず、偏光板の数を減らすことができるため偏光板の吸光による透過率低下を抑制し、光の利用効率を向上させることができる。

また、視野角制御素子１０２が液晶表示素子１０１の視認側に配置されている場合、第２ＴＮ素子１０２２の反視認側の偏光板２３を液晶表示素子１０１と共用することができる。従って、このような配置においても偏光板の吸光による透過率低下を防止し、光の利用効率を向上させることができる。

さらに、バックライトユニット１０３から出射される光が偏光性を有する場合には、バックライトユニット１０３に対して最も近接する偏光板（図２に示す例では偏光板２３）を設けなくてもよい。これにより偏光板による透過率低下を低減し、光の利用効率を向上させることができる。

第１ＴＮ素子１０２１では、２枚の透明基板１１、１２の間にＴＮ液晶５１が挟持され、シ−ル材６によりその外周が封止されている。透明基板１１、１２は、ガラスや透明樹脂により形成されている。透明基板１１、１２の片面上には、電極３１、３２がそれぞれ形成されている。電極３１、３２は、例えば、ＩＴＯ等の透明電極により形成されている。電極３１と電極３２間に図示しない駆動回路により所定電圧を印加することによりＴＮ液晶５１における液晶分子の配列を変化させ、バックライトユニット１０３から入射した光の透過・遮断を制御できる。

さらに電極３１、３２上には、配向膜４１、４２が積層されている。配向膜４１、４２は、ＴＮ液晶５１の配向を制御するために設けられている。この配向膜４１、４２は、電極３１、３２が形成された透明基板１１、１２の表面に例えばポリイミドの有機膜を印刷し、かかる有機膜の表面にラビング処理を施すことによって、配向異方性を生じさせることにより形成される。

第２ＴＮ素子１０２２は、第１ＴＮ素子１０２１と同様の構成を有し、透明基板１３、１４、電極３３、３４、配向膜４３、４４、ＴＮ液晶５２及びシ−ル材６を備えている。電極３３と電極３４間には所定電圧を印加することができ、これによりＴＮ液晶５２における液晶分子の配列を変化させることができ、バックライトユニット１０３から入射した光の透過・遮断を制御できる。

液晶表示素子１０１において反視認側に設けられた偏光板（図示せず）の透過軸と、視野角制御素子１０２において第１ＴＮ素子１０２１の視認側に設けられた偏光板２１の透過軸とが異なる場合には、液晶表示素子１０１の偏光板と、視野角制御素子１０２の偏光板２１の間に位相差フィルム、即ち位相差板（図示せず）を配置してもよい。当該位相差板は、直線偏光の方向を回転させ、両偏光板の透過軸を揃えることができる。

次に、図３を参照して、視野角制御素子１０２における各光学系の軸配置について説明する。図３（ａ）は偏光板２１、同図（ｂ）は第１ＴＮ素子１０２１、同図（ｃ）は偏光板２２、同図（ｄ）は第２ＴＮ素子１０２２、同図（ｅ）は偏光板２３のそれぞれの吸収軸配置を示す。なお、軸角は第１ＴＮ素子１０２１の中心における液晶分子長軸を基準線（図示点線）とし、これに対して左回りを正数としている。また、第１ＴＮ素子１０２１及び第２ＴＮ素子１０２２の軸配置を示す図３（ｂ）（ｄ）においてＦは視認側の配向膜４１、４３の配向軸を示し、Ｒは反視認側の配向膜４２、４４の配向軸を表す。

図３（ａ）に示されるように、偏光板２１の吸収軸角をθ1とすると、θ1は１３５〜１４０°もしくは４０〜４５°に設定され、より好ましくは１３７〜１４０°もしくは４０〜４３°に設定される。これにより視野角制御素子を用いて本発明における視認制限方向と視認非制限方向での透過率比を向上することが可能になる。即ち視野角制御方向での遮光率を向上させるとともに視野角制御方向の広い範囲で高い遮光率を達成することができ、かつ、非視野角制御方向の透過率の低下を抑制し、視野角制御素子としての性能を向上できるからである。

また、図３（ｂ）に示されるように、第１ＴＮ素子１０２１の視認側における配向軸の軸角をθ2とすると、θ2は１２０〜１５５°もしくは２５〜６０°に設定され、より好ましくは、１３５〜１４５°もしくは３５°〜４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ2とすると、φ2は５０〜１２０°もしくは−５０〜−１２０°に設定され、より好ましくは７０〜９０°もしくは−７０〜−９０°に設定される。また、液晶分子の屈折率異方性（測定光波長５８９nm、以下同じ）Δｎ2と液晶層の厚みｄ2の積であるリタデ−ション値Δｎ2・ｄ2は、第一の範囲０．３〜０．５５μｍ、第二の範囲０．９〜１．３μｍ又は第三の範囲１．３〜１．９μｍのいずれかに設定され、より好ましくは第二の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。リタデーション値Δｎ2・ｄ2を第二の範囲に設定することにより、第一の範囲に設定した場合よりも視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、また、第三の範囲に設定した場合よりも視認制限方向に対する遮光性を高めることができるからである。

図３（ｃ）に示されるように、偏光板２２の軸角をθ3とすると、θ3は４０〜４５°若しくは１３５〜１４０°に設定され、より好ましくは４０〜４３°もしくは１３７〜１４０°に設定される。θ1の設定と同様に、視認制限方向の広い範囲での高遮光率と視認非制限方向での透過率低下の防止を両立でき、視野角制御素子としての性能を向上できるからである。

図３（ｄ）に示されるように、第２ＴＮ素子１０２２の視認側における配向軸の軸角をθ4とすると、θ4は２５〜６０°もしくは１２０〜１５５°に設定され、より好ましくは３５〜４５°もしくは１３５〜１４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ4とすると、φ4は−５０〜−１２０°もしくは５０〜１２０°に設定され、より好ましくは−７０〜−９０°もしくは７０〜９０°に設定される。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎ4と液晶層の厚みｄ4の積であるリタデ−ション値Δｎ4・ｄ4は、第一の範囲０．３〜０．５５μｍ、第二の範囲０．９〜１．３μｍまたは第三の範囲１．３〜１．９μｍに設定され、より好ましくは第二の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。図３（ｅ）に示されるように、偏光板２３の軸角をθ5とすると、θ5は１３５〜１４０°もしくは４０〜４５°に設定され、より好ましくは１３７〜１４０°もしくは４０〜４３°に設定される。

図３（ｂ）（ｄ）に示されるように、第１ＴＮ素子１０２１と第２ＴＮ素子１０２２のツイスト方向は、逆ツイストの関係に設定される。これにより視認方向による色味の角度依存性が小さくなり、色味評価値ΔＥ＊を小さくすることが可能になる。その際、｜φ2｜＝｜φ4｜及び７０°≦｜φ2｜（＝｜φ4｜）＜９０°に設定することにより、視野角制御状態において視野角制御方向の高い遮光度を実現することができる。また、通常のＴＮ素子における偏光板軸角の交差角は９０°であるが、斜め方向から見ると交差角が実効的に９０°以上になる。これが光漏れの要因となるため、偏光板の交差角を９０°未満に設定することにより斜め方向からの遮光度を改善できる。特に、偏光板の交差角は、８０°〜８６°であることが好ましい。

図４は、３層構造を有する視野角制御素子における光学系の軸配置について示している。
図４（ａ）は偏光板２１、同図（ｃ）は偏光板２２、同図（ｅ）は偏光板２３、同図（ｇ）は偏光板２４のそれぞれの吸収軸配置を示す。なお、軸角は第１ＴＮ素子１０２１の中心における液晶分子長軸を基準線（図示点線）とし、これに対して左回りを正数としている。また、第１ＴＮ素子１０２１、第２ＴＮ素子１０２２及び第３ＴＮ素子１０２３の軸配置を示す図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）においてＦは視認側の配向膜の配向軸を示し、Ｒは反視認側の配向膜の配向軸を表す。

図４（ａ）に示されるように、偏光板２１の吸収軸角をθ1とすると、θ1は１３５〜１４０°もしくは４０〜４５°に設定され、より好ましくは１３７〜１４０°もしくは４０〜４３°に設定される。これにより視野角制御素子を用いて本発明における視認制限方向と視認非制限方向での透過率比を向上することが可能になる。即ち視認制限方向での遮光率を向上させるとともに視認制限方向の広い範囲で高い遮光率を達成することができ、かつ、視認非制限方向の透過率の低下を抑制し、視野角制御素子としての性能を向上できるからである。

また、図４（ｂ）に示されるように、第１ＴＮ素子１０２１の視認側における配向軸の軸角をθ2とすると、θ2は１２０〜１５５°もしくは２５〜６０°に設定され、より好ましくは、１３５〜１４５°もしくは３５°〜４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ2とすると、φ2は５０〜１２０°もしくは−５０〜−１２０°に設定され、より好ましくは７０〜９０°もしくは−７０〜−９０°に設定される。また、液晶分子の屈折率異方性（測定光波長５８９nm、以下同じ）Δｎ2と液晶層の厚みｄ2の積であるリタデ−ション値Δｎ2・ｄ2は、第一の範囲０．３〜０．５５μｍ、第二の範囲０．９〜１．３μｍ又は第三の範囲１．３〜１．９μｍのいずれかに設定され、より好ましくは第二の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。リタデーション値Δｎ2・ｄ2を第二の範囲に設定することにより、第一の範囲に設定した場合よりも視認非制限方向に対する透過率を高めることができ、また、第三の範囲に設定した場合よりも視認制限方向に対する遮光性を高めることができるからである。

図４（ｃ）に示されるように、偏光板２２の軸角をθ3とすると、θ3は４０〜４５°もしくは１３５〜１４０°に設定され、より好ましくは４０〜４３°もしくは１３７〜１４０°に設定される。θ1の設定と同様に、視認制限方向に対して広い範囲での高遮光率と視認非制限方向での透過率低下の防止を両立でき、視野角制御素子としての性能を向上できるからである。

図４（ｄ）に示されるように、第２ＴＮ素子１０２２の視認側における配向軸の軸角をθ4とすると、θ4は２５〜６０°もしくは１２０〜１５５°に設定され、より好ましくは３５〜４５°もしくは１３５〜１４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ4とすると、φ4は−５０〜−１２０°もしくは５０〜１２０°に設定され、より好ましくは−７０〜−９０°もしくは７０〜９０°に設定される。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎ4と液晶層の厚みｄ4の積であるリタデ−ション値Δｎ4・ｄ4は、第一の範囲０．３〜０．５５μｍ、第二の範囲０．９〜１．３μｍまたは第三の範囲１．３〜１．９μｍに設定され、より好ましくは第二の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。図４（ｅ）に示されるように、偏光板２３の軸角をθ5とすると、θ5は１３５〜１４０°もしくは４０〜４５°に設定され、より好ましくは１３７〜１４０°もしくは４０〜４３°に設定される。図４（ｆ）に示されるように、偏光板２３の軸角をθ6とすると、θ6は１２０〜１５５°もしくは２５〜６０°に設定され、より好ましくは１３５〜１４５°もしくは３５°〜４５°に設定される。また、視認側の配向方向から反視認側の配向方向に至るねじれ角をφ6とすると、φ6は５０〜１２０°もしくは−５０〜−１２０°に設定され、より好ましくは７０〜９０°もしくは−７０〜−９０°に設定される。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎ6と液晶層の厚みｄ6の積であるリタデ−ション値Δｎ6・ｄ6は、第一の範囲０．３〜０．５５μｍ、第二の範囲０．９〜１．３μｍまたは第三の範囲１．３〜１．９μｍに設定され、より好ましくは第二の範囲０．９〜１．３μｍに設定される。図４（ｇ）に示されるように、偏光板２３の軸角をθ7とすると、θ7は４０〜４５°もしくは１３５〜１４０°に設定され、より好ましくは４０〜４３°もしくは１３７°〜１４０°に設定される。

図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示されるように、第１ＴＮ素子１０２１と第２ＴＮ素子１０２２のツイスト方向及び第２ＴＮ素子１０２２と第３ＴＮ素子１０２３は、逆ツイストの関係に設定される。これにより視認方向による色味の角度依存性が小さくなり、色味評価値ΔＥ＊を小さくすることが可能になる。その際、｜φ2｜＝｜φ4｜＝｜φ６｜及び７０°≦｜φ2｜（＝｜φ4｜＝｜φ６｜）＜９０°に設定することにより、視野角制御状態において視野角制御方向の高い遮光度を実現することができる。また、通常のＴＮ素子における偏光板軸角の交差角は９０°であるが、斜め方向から見ると交差角が実効的に９０°以上になる。これが光漏れの要因となるため、偏光板の交差角を９０°未満に設定することにより斜め方向からの遮光度を改善できる。特に、偏光板の交差角は、８０°〜８６°であることが好ましい。

次に、視野角制御素子１０２の動作について説明する。電極３１と３２との間に所定電圧が印加されると、第１ＴＮ素子１０２１における液晶分子は電界の変化に応じて電界と同方向にその向きを変える。第１ＴＮ素子１０２１における液晶分子は、正の誘電率異方性を有しているため、２枚の基板１１、１２の主面に対して垂直になるよう配列を変化させる。また、電極３３と３４との間に所定電圧が印加されると、第２ＴＮ素子１０２２における液晶分子は電界の変化に応じて電界と同方向にその向きを変える。第２ＴＮ素子１０２２における液晶分子は、正の誘電率異方性を有しているため、２枚の基板１３、１４の主面に対して垂直になるよう配列を変化させる。なお、液晶分子については負の誘電異方性でも同様に利用可能である。

続いて、図５を用いて本発明にかかる視野角制御素子１０２の制御について説明する。視野角制御素子１０２は、視野角制御に関し、非制御状態と制御状態の２つの状態をとりうる。図５（ａ）に示されるように、視野角制御素子１０２が非制御状態にある場合には、視野角制御素子１０２を備えた表示装置１００は、その主面に対する法線から−４０°傾斜した方向（以下、視認非制限方向とする）から観察した場合、同じく＋４０°傾斜した方向（以下、視認制限方向とする）から観察した場合の双方において、液晶表示素子１０１の表示を視認することができる。このとき、視野角制御素子１０２は、視認非制限方向及び視認制限方向のいずれの方向に対しても、バックライトユニット１０２からの出射光を透過させ、液晶表示素子１０１に供給している。例えば、表示装置１００がカーナビゲーションシステムの表示装置である場合には、視認非制限方向は助手席に座った人が当該表示装置１００の画面を視認する際の視線の方向を想定している。また、視認制限方向は運転席に座った人が当該表示装置１００の画面を視認する際の視線の方向を想定している。カーナビゲーションの操作をするための地図情報の表示画面を表示する場合に当該視野角制御素子１０２は非制御状態に設定され、助手席及び運転席の双方から当該表示画面を視認できることになる。

図５（ｂ）に示されるように、視野角制御素子１０２が視野角制御状態にある場合には、視野角制御素子１０２を備えた表示装置１００は、視認非制限方向から観察した場合には液晶表示素子１０１の表示を視認できるが、視認制限方向から観察した場合には液晶表示素子１０１の表示を視認することができない。このとき視野角制御素子１０２は、バックライトユニット１０３からの出射光を視認非制限方向に対しては透過させて液晶表示素子１０１に供給するが、視認非制限方向に対しては遮光している。例えば、表示装置１００がカーナビゲーションシステムの表示装置である場合には、テレビ画像やＤＶＤ画像等の映像情報（視認制限情報）の表示画面を表示する際に当該視野角制御素子１０２は制御状態に設定され、助手席からは映像情報を視認できるが運転席からは映像情報を視認できない。

このように、視野角制御素子１０２が視野角制御状態にある場合には、視認制限方向に対しては画面が暗くなり、液晶表示素子１０１の表示を視認することができないが、周囲光が暗い環境では視認者の目が暗さに慣れてくると、徐々に表示画像を視認できる場合がある。そこで、本発明にかかる表示装置１００は、視認制限方向から表示画像を視認することを確実に抑制するための構成を採用することができる。

図６に示されるように、表示装置１００を正面から見ると、周囲に筐体２０１、即ちフレ−ムが視認され、その内側に矩形状の表示画面３００が視認される。矩形状の表示画面３００には、視野角制御領域３０１と視野角非制御領域３０２が設けられている。視野角制御領域３０１は、表示画面３００の最外周より一定距離だけ内側に離間した矩形状の領域であり、視野角を制御できる領域である。視野角制御領域３０１では、電気的な制御により、視野角制御素子１０２を非制御状態又は制御状態のいずれかに設定できる。

非制御領域３０２は、筐体２０１と視野角制御領域３０１の間に位置する一定領域であり、視野角を制御できない領域である。視野角非制御領域３０２において、バックライトユニット１０３から出射された光は、そのまま液晶表示素子１０１に供給される。このため、視野角非制御領域３０２は、視野角制御素子１０２が制御状態にあり、視認制限方向から表示画面３００の殆どが視認できない状態にあっても、当該視野角非制御領域３０２は明るく、視認できる状態にある。このように表示画面３００のうち、一部の視野角非制御領域３０２が明るい状態にあるため、視野角制御素子１０２が視認制限方向から暗く認識される場合であっても、視認者の目はその暗さに慣れることは困難となる。例えば、表示装置１００がカーナビゲーションシステムの表示装置である場合であって、その表示装置にテレビ画像等の映像情報を表示しているとき、運転席からは当該映像情報を視認しようとしたとしても、視野角非制御領域３０２が一定の明るさを有しているため、視野角制限領域３０１において表示された映像情報を視認することができない。

なお、図６に示す例では、視野角非制御領域３０２は、視野角制御領域３０１の全周を途切れなく囲うようにして設けられているが、これに限らず、一部において途切れていてもよい。さらに、視野角非制御領域３０２は、表示画面３００上の任意の一領域に設けられていてもよく、任意の数に分割された領域に設けられていてもよい。さらには、視野角非制御領域３０２は、任意のパタ−ンであってもよく、そのパタ−ンが文字又は記号を示してもよい。例えば、視野角非制御領域３０２の形状をカーナビゲーションシステムを製造販売する会社のロゴのパタ−ンとしてもよい。この場合には、視野角制御素子１０２を制御状態にすると、運転席から当該ロゴが視認される。

次に、ＴＮ素子のリタデ−ション値Δｎｄと垂直透過率の関係について説明する。図７は、当該ＴＮ素子のリタデ−ション値Δｎｄと垂直透過率の関係を示すグラフであり、図８はその観察を行なった条件を説明するための図である。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、視認側から第１偏光板、ＴＮ素子、第２偏光板の順に積層している。図８（ａ）（ｃ）における矢印はそれぞれ吸収軸を示す。図８において、θ1＝４５°、θ2＝４５°、θ3＝１３５°、φ2＝９０°、Δｎｄ2＝（変数）に設定した。

図７に示されるように、リタデ−ション値Δｎｄが０から０．３μｍに増加するに従って、垂直透過率はほぼ単調に増加するが、図のＲ１で示す０．３〜０．５５μｍにおいて最初の極大点（ピ−ク）を有する。この極大点を含み、次の極小点までの範囲が前述した第一の範囲である。また、図のＲ２で示す０．９〜１．３μｍにおいて次の極大点を有し、この極大点を含み、次の極小点までの範囲が前述した第二の範囲である。さらに、図のＲ３で示す１．３〜１．９μｍにおいて次の極大点を有し、この極大点を含み、次の極小点までの範囲が前述した第三の範囲である。

本発明にかかる視野角制御素子では、図７に示される第一の範囲、第二の範囲、第三の範囲のいずれのリタデ−ション値でも良いが、視野角非制御状態における透過性、視野角制御状態における視認非制限方向に対する透過性、視野角制御状態における視認制限方向に対する遮光性のバランスに優れる第二の範囲が好ましい。

ここで、ＴＮ素子の視角特性について図９を用いて説明する。図９（ａ）は、計算によりＴＮ素子の視角特性をシミュレ−ションしたものであり、同一のコントラストを示すラインＣ１よりわかるように、一定の角度（ここでは９０°側）からの視角特性が優れている。

また、図９（ｂ）は、ＴＮ素子の光学特性を示し、ＴＮ素子に対して所定電圧を印加した場合と印加していない場合の双方について、視野角に対する透過率の変化についてプロットしている。図９（ｂ）に示されるように、所定電圧を印加していない状態では、−４０°から＋４０°に亘って３０％以上の透過率を有しているのに対して、所定電圧を印加した状態では、−４０°から＋４０°に亘って１５％以下の透過率を有している。そして、ＴＮ素子に所定電圧を印加した場合には、−４０°近傍では１０〜１５％程度の透過率を有しているのに対して、０°〜＋４０°において数％以下の透過率に留まり、ほぼ遮光状態にある。即ち、ＴＮ素子は、所定電圧を印加した状態において、その透過率に異方性を有しており、視野角が−４０°の方向と、＋４０°の方向で全く異なる透過率となり、前者では一定量の光を透過させ、後者では殆どの光を透過させない。本発明は、かかるＴＮ素子の特性を利用して視野角制御を実現した。

続いて、本発明の実施例及び比較例について説明する。各例の説明において、視野角制御素子における各光学系の軸配置は、図３において特定したパラメ−タにより決定する。なお、各例において、偏光板２１の吸収軸の角度θ1は、液晶表示素子の配向軸と一致させるため、固定値（１３５°）としている。また、軸角は視野角制御素子内の第１ＴＮ素子１０２１の中心における液晶分子長軸を基準線（図示点線）とし、これに対して左回りを正数としている。

各例にかかる表示装置は、車載の表示装置であり、図１に示す構成を備えている。かかる表示装置は、運転席と助手席間の前方に取り付けられ、視野角制御状態において運転席から視認できないように遮光制御される。

以下に説明する例１〜１５のうち、例１〜例１２は視野角制御素子の透過率の値であり、例１３〜例１５は表示パネルに取り付けた視野角制御装置の輝度の値である。また、例５、６、９及び１０の透過率と例７、８の色味評価値はシミュレーションにより計算した値であり、その他は実測値である。

例１．
例１にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態において、運転席に対して広角方向側の遮光を改善する目的で光学系の軸配置を決定した。このため偏光板の交差角は狭く設定した。また、例１にかかる視野角制御素子は、第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子の２層構造を有し、それぞれのリタデ−ションΔｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角は７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４０°、θ4＝３５°、θ5＝１４０°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４４６μｍに設定した。

このような構成を有する視野角制御素子は、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２６．２％、４０°の方向に対する透過率が２５．９％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が１５．７％、４０°の方向に対する透過率が０．０１４％であった。コントラストを（−４０°の方向に対する透過率）／（４０°の方向に対する透過率）と定義すると、制御状態における本例のコントラストは１１２１であった。

図１０（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、それぞれ例１、例２、例３について示している。

例２．
例２にかかる視野角制御素子は、視野角制御状態において、助手席に対する輝度が高くなるようにするため、リタデーションΔｎｄを大きくした。また、例２にかかる視野角制御素子は、第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子の２層構造を有し、それぞれのリタデーション値Δｎｄを第二の範囲（０．９〜１．３μｍ）とし、かつツイスト角を８０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４０°、θ3＝４０°、θ4＝４０°、θ5＝１４０°、φ2＝８０°、φ4＝−８０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝１．００μｍ、Δｎ4・ｄ4＝１．００μｍとした。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２３．９％、４０°の方向に対する透過率が２２．１％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２５．６％、４０°の方向に対する透過率が０．０１０％であった。制御状態における本例のコントラストは２５６０であった。

このように、例２にかかる視野角制御素子では、視野角の制御状態における−４０°の方向に対する透過率が２５．６％となり、例１における透過率１５．７％よりも明らかに向上した。図１０（ｂ）からも例１よりも例２にかかる視野角制御素子の方が−４０°近傍における透過率が高いことが判る。

例３．
例３にかかる視野角制御素子は、図２において偏光板２１、第１ＴＮ素子１０２１、偏光板２２よりなる１層構造を有し、第１ＴＮ素子１０２１におけるリタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４２°,φ2＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍとした。制御状態における本例のコントラストは６２であった。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が３５．８％、４０°の方向に対する透過率が３５．１％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２７．３％、４０°の方向に対する透過率が０．４４％であった。

このように、例３にかかる視野角制御素子では、視野角の制御状態における４０°の方向に対する透過率が０．４４％であり、例１における透過率０．０１４％よりも高いものであった。従って、運転席からテレビ画像等の映像情報が確実に視認できないようにするためには、例３のように１層構造を採用するよりも、例１のように２層構造を採用することが好ましいことが判明した。図１０（ｃ）からも例３における４０°近傍の透過率が例１のそれよりも高いことが判る。

例４．
例４にかかる視野角制御素子は、運転席における遮光度を改善することを目的として第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４５°、θ4＝３５°,θ5＝１３５°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４４６μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２５．９％、４０°の方向に対する透過率が２７．２％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が１８．８％、４０°の方向に対する透過率が０．００５％であった。制御状態における本例のコントラストは３９１７であった。

図１１（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、それぞれ例３、例４について示している。図１１（ａ）によれば、非制御状態では、１層構造の例３の方が２層構造の例４よりも透過率が高いことが判る。図１１（ｂ）によれば、助手席側においては１層構造の例３の方が２層構造の例４よりも透過率が高いことが判る。図１１（ｃ）によれば、運転席側において１層構造の例３よりも２層構造の例４の方が透過率が低く、遮光性が高いことが判る。

また、例４にかかる視野角制御素子では、偏光板２２の軸角θ3が４５°、偏光板２３の軸角θ5が１３５°であるのに対して、例１にかかる視野角制御素子では、偏光板２２の軸角θ3が４０°、偏光板２３の軸角θ5が１４０°であり、狭軸構造を有している。図１２（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、それぞれ例１、例４について示している。図からも判るように、狭軸構造を有する例１の方が例４よりも運転席側における遮光性が高い。

例５．
例５にかかる視野角制御素子は、運転席における遮光度を改善することを目的としてツイスト角を小さくしている。また、当該視野角制御素子は、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４５°、θ4＝３５°、θ5＝１３５°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４０８μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４０８μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２６．８％、４０°の方向に対する透過率が２６．５％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２１．９％、４０°の方向に対する透過率が０．０２１％であった。制御状態における本例のコントラストは１０４３であった。

例６．
例６にかかる視野角制御素子は、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を９０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４５°、θ4＝３５°、θ5＝１３５°、φ2＝９０°、φ4＝−９０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４０８μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４０８μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２６．７％、４０°の方向に対する透過率が２６．７％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２０．９％、４０°の方向に対する透過率が０．２１９％であった。制御状態における本例のコントラストは９５であった。

図１３（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、それぞれ例５、例６について示している。図１３（ａ）によれば、非制御状態では、７０°ツイストの例５と９０°ツイストの例６とで透過率は殆ど同じであることが判る。図１３（ｂ）によれば、助手席側においては９０°ツイストの例６の方が７０°ツイストの例５よりも若干低いことが判る。図１３（ｃ）によれば、運転席側において７０°ツイストの例５の方が、９０°ツイストの例６よりも透過率が低く、遮光性において優位性を有することが判る。

例７．
例７にかかる視野角制御素子は、逆ツイスト構造の第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４５°、θ4＝３５°、θ5＝１３５°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４５４μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４５４μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２４．３％、４０°の方向に対する透過率が２６．１％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２５．３％、４０°の方向に対する透過率が０．０９３％であった。制御状態における本例のコントラストは２７２であった。

例８．
例８にかかる視野角制御素子は、順ツイスト構造の第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝２１５°、θ3＝４５°、θ4＝−３５°、θ5＝１３５°、φ2＝７０°、φ4＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４５４μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４５４μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２４．９％、４０°の方向に対する透過率が２４．７％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が２２．４％、４０°の方向に対する透過率が０．０９１％であった。制御状態における本例のコントラストは２４６であった。

図１４（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、同図（ｄ）は視野角非制御状態の色味評価値の変化をそれぞれ例７、例８について示している。図１４（ａ）によれば、非制御状態では、逆ツイストの例７と順ツイストの例８とで−４０°〜＋４０°の範囲において透過率は殆ど同じであることが判る。但し、−４０°以下、＋４０°以上の範囲において逆ツイストの例７の方が透過率が高い。図１４（ｂ）によれば、制御状態では助手席側においては逆ツイストの例７の方が順ツイストの例８よりも透過率が高いことが判る。図１４（ｃ）によれば、運転席側において順ツイストの例８と逆ツイストの例７の透過率は同等で、遮光性もほぼ同等であることが判る。図１４（ｄ）によれば、順ツイストの例８の方が逆ツイストの例７よりも色味評価値ΔE＊が高く、色味の視認位置による角度依存性が大きいことが判る。

例９．
例９にかかる視野角制御素子では、偏光板の透過軸と最近接の液晶分子の短軸方向がなす角度を長軸方向よりも狭い角度の範囲内とし、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角は７０°とした。即ち、第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子に対して入射する光は、これらの素子中の液晶分子の短軸方向に入射している。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４５°、θ4＝３５°、θ5＝１３５°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４２３μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４２３μｍと設定した。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２６．８％、４０°の方向に対する透過率が２６．７％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が１３．２％、４０°の方向に対する透過率が０．０１９％であった。制御状態における本例のコントラストは６９５であった。

例１０．
例１０にかかる視野角制御素子では、偏光板の透過軸と最近接の液晶分子の長軸方向がなす角度を短軸方向よりも狭い角度の範囲内とし、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子の２層構造を有し、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。即ち、第１ＴＮ素子及び第２ＴＮ素子に対して入射する光は、これらの素子中の液晶分子の長軸方向に入射している。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝２１５°、θ3＝４５°、θ4＝−３５°、θ5＝１３５°、φ2＝−７０°、φ4＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４２３μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４２３μｍとした。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が２５．６％、４０°の方向に対する透過率が２２．７％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が８．５０％、４０°の方向に対する透過率が０．０１６％であった。制御状態における本例のコントラストは５３１であった。

図１５（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化をそれぞれ例９、例１０について示している。図１５（ａ）によれば、非制御状態では、短軸方向の例９と長軸方向の例１０とで−４０°〜＋４０°の範囲において透過率は殆ど同じであることが判る。但し、−４０°以下、＋４０°以上の範囲において短軸方向の例９の方が長軸方向の例１０よりも透過率が高い。図１５（ｂ）によれば、制御状態では助手席側においては短軸方向の例９の方が長軸方向の例１０よりも透過率が高いことが判る。図１５（ｃ）によれば、運転席側における遮光性は、短軸方向の例９と長軸方向の例１０とで殆ど同じであることが判る。

例１１．
例１１にかかる視野角制御素子では、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子、第３ＴＮ素子の３層構造を有し（図４参照）、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４０°、θ4＝３５°、θ5＝１４０°、θ6＝１４５°、θ7＝４０°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°、φ6＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４４６μｍ、Δｎ6・ｄ6＝０．４４６μｍとした。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が１６．７％、４０°の方向に対する透過率が１４．４％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が１１．０％、４０°の方向に対する透過率が０．００１％であった。制御状態における本例のコントラストは８４６２であった。
図１６に２層構造を有する例１と３層構造を有する例１１の透過率特性を示す。図に示されるように、３層構造にすることにより透過率が低くなるが、遮光性を向上させることができた。

例１２．
例１２にかかる視野角制御素子では、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子、第３ＴＮ素子の３層構造を有し（図４参照）、リタデーション値Δｎｄを第二の範囲（０．９〜１．３μｍ）とし、かつツイスト角を８０°とした。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４０°、θ3＝４０°、θ4＝４０°、θ5＝１４０°、θ6＝１４０°、θ7＝４０°、φ2＝８０°、φ4＝−８０°、φ6＝８０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝１．０００μｍ、Δｎ4・ｄ4＝１．０００μｍ、Δｎ6・ｄ6＝１．０００μｍとした。

このような構成を有する視野角制御素子では、非制御状態において−４０°の方向に対する透過率が１６．７％、４０°の方向に対する透過率が１４．４％であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する透過率が１８．４％、４０°の方向に対する透過率が０．０００％であった。制御状態における本例のコントラストは、３１７２４１であった。

図１７に、３層構造を有しリタデーション値を第１の範囲とした例１１と、３層構造を有しリタデーション値を第２の範囲とした例１２の透過率特性を示す。図１７（ａ）は非制御状態における透過率の変化を、同図（ｂ）は制御状態における透過率の変化を、同図（ｃ）は制御状態における運転席に対しての透過率の変化を、それぞれ例１１、例１２について示している。特に、図１７（ｂ）に示されるように、リタデーション値を第二の範囲にすることによって視野角の制御状態における助手席側に対しての輝度を高くすることができた。

例１３．
例１３にかかる視野角制御表示装置では、視野角制御素子は、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子、第３ＴＮ素子の３層構造を有し（図４参照）、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。特に、本例１３にかかる視野角制御表示装置では、液晶表示素子の反視認側に当該視野角制御素子を配置した。即ち、視認側から液晶表示素子、視野角制御素子、バックライトユニットの順に配置した。

そして、軸配置をθ1＝１３５°、θ2＝１４５°、θ3＝４０°、θ4＝３５°、θ5＝１４０°、θ6＝１４５°、θ7＝４０°、φ1＝７０°、φ3＝−７０°、φ5＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４４６μｍ、Δｎ6・ｄ6＝０．４４６μｍとした。また、本例における表示素子及びバックライトは、パナソニック社製カーＴＶ（ＴＲ−Ｔ７０Ｗ３）のものを用いた。この表示素子は、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス駆動であり、液晶モードはＴＮである。

このような構成を有する視野角制御表示装置では、非制御状態において−４０°の方向に対する輝度が１２２ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が１２２ｃｄ／ｍ^２であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する輝度が４６．５ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が０．０２４９ｃｄ／ｍ^２であった。輝度比は、１８６７であった。

例１４．
例１４にかかる視野角制御表示装置では、視野角制御素子は、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子、第３ＴＮ素子の３層構造を有し（図４参照）、リタデーション値Δｎｄを第一の範囲（０．３〜０．５５μｍ）とし、かつツイスト角を７０°とした。特に、本例１４にかかる視野角制御表示装置では、液晶表示素子の視認側に当該視野角制御素子を配置した。即ち、視認側から視野角制御素子、液晶表示素子、バックライトユニットの順に配置した。

そして、軸配置をθ1＝１４０°、θ2＝１４５°、θ3＝４０°、θ4＝３５°、θ5＝１４０°、θ6＝１４５°、θ7＝４５°、φ2＝７０°、φ4＝−７０°、φ6＝７０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝０．４４６μｍ、Δｎ4・ｄ4＝０．４４６μｍ、Δｎ6・ｄ6＝０．４４６μｍとした。また、本例における表示素子及びバックライトは、パナソニック社製カーＴＶ（ＴＲ−Ｔ７０Ｗ３）のものを用いた。この表示素子は、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス駆動であり、液晶モードはＴＮである。

このような構成を有する視野角制御表示装置では、非制御状態において−４０°の方向に対する輝度が１１８ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が１１７ｃｄ／ｍ^２であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する輝度が４８．６ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が０ｃｄ／ｍ^２であった。

図１８に、視野角制御素子を液晶表示素子の反視認側に配置した例１３と、視野角制御素子を液晶表示素子の視認側に配置した例１４の双方の輝度特性を示す。図に示されるように、特に図１８（ｃ）に示されるように、視野角制御素子を液晶表示素子の視認側に配置することによって運転席の遮光状態が向上した。

例１４．
例１４にかかる視野角制御素子では、第１ＴＮ素子、第２ＴＮ素子、第３ＴＮ素子の３層構造を有し（図４参照）、リタデーション値Δｎｄを第二の範囲（０．９〜１．３μｍ）とし、かつツイスト角を８０°とした。特に、本例１５では、液晶表示素子の視認側に当該視野角制御素子を配置した。即ち、視認側から視野角制御素子、液晶表示素子、バックライトユニットの順に配置した。

そして、軸配置をθ1＝１４０°、θ2＝１４０°、θ3＝４０°、θ4＝４０°、θ5＝１４０°、θ6＝１４０°、θ7＝４５°、φ2＝８０°、φ4＝−８０°、φ6＝８０°とし、リタデーション値をΔｎ2・ｄ2＝１．００μｍ、Δｎ4・ｄ4＝１．００μｍ、Δｎ6・ｄ6＝１．００μｍとした。また、本例における表示素子及びバックライトは、パナソニック社製カーＴＶ（ＴＲ−Ｔ７０Ｗ３）のものを用いた。この表示素子は、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス駆動であり、液晶モードはＴＮである。

このような構成を有する視野角制御表示装置では、非制御状態において−４０°の方向に対する輝度が１１４ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が１０８ｃｄ／ｍ^２であった。また、視野角の制御状態において、−４０°の方向に対する輝度が５０．１ｃｄ／ｍ^２、４０°の方向に対する輝度が０ｃｄ／ｍ^２であった。

図１９に、リタデーション値を第一の範囲にした例１４と、同第二の範囲にした例１５の輝度特性を示す。特に図１９（ｂ）に示されるように、リタデーション値を第二の範囲にすることによって視野角の制御状態における助手席側に対しての輝度を高くすることができた。

本発明にかかる視野角制御表示装置の概略断面図である。 本発明にかかる視野角制御素子の概略断面図である。 本発明にかかる視野角制御素子における各光学系の軸配置図である。 本発明にかかる視野角制御素子における各光学系の軸配置図である。 本発明にかかる視野角制御素子の制御を説明するための説明図である。 本発明にかかる視野角制御表示装置の正面図である。 ＴＮ素子のリタデーション値と垂直透過率の関係を示すグラフである。 図９に示すグラフの前提条件を説明するための軸配置図である。 ＴＮ素子の視角特性及び光学特性を示す図である。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御素子の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御装置の視野角度と透過率の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御表示装置の視野角度と輝度の関係を示すグラフである。 本発明に関する例にかかる視野角制御表示装置の視野角度と輝度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１００ 視野角制御表示装置
１０１ 液晶表示素子
１０２ 視野角制御素子
１０３ バックライトユニット
２１、２２、２３、２４ 偏光板
１１、１２、１３、１４ 透明基板
３１、３２、３３、３４ 電極
４１、４２、４３、４４ 配向膜
５１、５２ ＴＮ液晶
１０２１ 第１ＴＮ素子
１０２２ 第２ＴＮ素子
１０２３ 第３ＴＮ素子

Claims (11)

1. 表示素子と視野角制御素子とを備え視野角制御状態において当該表示素子の表示面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向から当該表示素子を視認することを可能としつつ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向から当該表示素子を視認することを制限する表示装置であって、
   前記視野角制御素子が２層以上のツイステッドネマチック素子からなり、
   前記ツイステッドネマチック素子のリタデーション値がそれぞれ０．９〜１．９の範囲である視野角制御表示装置。
2. 表示素子と視野角制御素子とを備えた視野角制御表示装置であって、
   前記視野角制御素子は２層以上のツイステッドネマチック素子を備え、
   前記視野角制御素子は電気的に視野角制御状態と非視野角制御状態を切り替えることができ、視野角制御状態において視野角制御素子に垂直な任意の面から垂直方向に対して＋４０°傾斜した角度の光の透過率が１％以下であり、−４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上であって、非制御状態において±４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上である視野角制御表示装置。
3. 前記ツイステッドネマチック素子は偏光板の透過偏光軸と、最近接の液晶分子の短軸方向のなす角が液晶分子の長軸方向となす角よりも狭い、
   請求項1または２記載の視野角制御表示装置。
4. 前記表示素子による表示領域に、視野角制御可能な制御領域と、視野角制御できない非制御領域を設けた、
   請求項１、２または３に記載の視野角制御表示装置。
5. 前記ツイステッドネマチック素子のうち少なくとも一つのツイステッドネマチック素子のツイスト方向が他のツイステッドネマチック素子に対して逆ツイストの関係にある、
   請求項１に記載の視野角制御表示装置。
6. 前記表示素子は、液晶表示素子とバックライトを備え、
   前記視野角制御素子は当該液晶表示素子に対して反バックライト側に配置される、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制御表示装置。
7. 前記視野角制御素子におけるツイステッドネマチック素子間、または、前記ツイステッドネマチック素子と前記液晶表示素子間にある偏光板を、挟持する二つの素子で共用する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の視野角制御表示装置。
8. 前記液晶表示素子、または、前記視野角制御素子が各々有する最近接の偏光板であって、
   各々の偏光板の間に、位相差板が配置されていることを特徴とする、
   請求項７に記載の視野角制御表示装置。
9. 前記視野角制御表示装置は、車載用の表示装置であって、
   前記視野角制御素子は、視野角制御状態において助手席からの視認を可能とし、運転席からの視認を制限するように視野角を制御する、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の視野角制御表示装置。
10. 視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、
    視野角制御状態において前記視認制限方向に遮光性を生じさせるツイステッドネマチック素子を２層以上備え、当該ツイステッドネマチック素子のリタデーション値がそれぞれ０．９〜１．９μｍの範囲である視野角制御表示素子。
11. 視野角制御状態においてその主面に対して垂直な面より一定角度傾斜した視認非制限方向に対して光を透過させ、前記視認非制限方向が傾斜した側と反対側に傾斜した視認制限方向に対して光を遮光する視野角制御素子であって、
    前記視野角制御素子は２層以上のツイステッドネマチック素子を備え、
    前記視野角制御素子は電気的に視野角制御状態と非視野角制御状態を切り替えることができ、視野角制御状態において視野角制御素子に垂直な任意の面から垂直方向に対して＋４０°傾斜した角度の光の透過率が１％以下であり、−４０°傾斜した角度の光の透過率が１０％以上であって、非制御状態において±４０°傾斜した角度の光の透過率１０％以上である視野角制御表示素子。

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