JP5261583B2 - 液晶装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶（ＬＣ）装置に関する。このような装置の例としては、公衆観察モードと個人観察モードとを有するものを挙げることができる。ディスプレイとして用いられるそのような装置の典型的な例では、一つのＬＣ層が画像を表示するために用いられ、該ＬＣ層は上記画像に対して広い視野角範囲をもたらす状態と、表示画面を観察できる角度範囲に制限を設ける状態との間で切替可能である。

“ＬＣＤ”という用語は、ここでは文脈に応じて、液晶装置または液晶ディスプレイを意味する。

コンピュータや、電話および携帯情報装置に組み込まれるスクリーンに用いられるモニタ等の電子表示装置はたいてい、できる限り広い視野角を有するように設計されるので、どんな観察位置からもそれらを読むことができる。しかしながら、狭い角度範囲のみから観察可能なディスプレイが有効である状況もいくつかある。例えば、混雑した電車の中で携帯型コンピュータを用いて個人的な書類を読みたい場合もある。

通常の広視野範囲のディスプレイに光制御装置を追加するいくつかの方法がある。

光の方向を制御するための構造は“ルーバ”フィルムである。該フィルムは、ベネチアン・ブラインドに似た構成における交互の透明および不透明な層からなる。ベネチアン・ブラインドのように、該フィルムは、光が上記層に平行な、または平行に近い方向に進むときに透過させることができるが、層の面に対して大きい角度で進む光を吸収する。これらの層は、上記フィルムの面に対して垂直であるか、または他の角度を有し得る。このようなフィルムの製造方法は、ＵＳＲＥ２７６１７（Ｆ．Ｏ． Ｏｌｓｅｎ；３Ｍ １９７３）、ＵＳ４７６６０２３（Ｓ．-Ｌ． Ｌｕ，３Ｍ １９８８）、およびＵＳ４７６４４１０（Ｒ．Ｆ．Ｇｒｚｙｗｉｎｓｋｉ；３Ｍ １９８８）に記載されている。

ルーバフィルムに似た特性を有するフィルムを形成する他の方法がある。それらは例えば、ＵＳ０５１４７７１６（Ｐ．Ａ．Ｂｅｌｌｕｓ；３Ｍ １９９２）およびＵＳ０５５２８３１９（Ｒ．Ｒ．Ａｕｓｔｉｎ；Ｐｈｏｔｏｒａｎ Ｃｏｒｐ．１９９６）に記載されている。

ルーバフィルムはディスプレイパネルの正面、または、透過型ディスプレイとそのバックライトとの間に位置され、表示を観察できる角度範囲を制限する。言い換えると、それらによって表示は“個人的なもの”になる。

このようなフィルムの原則的制限は、公衆観察モードおよび個人観察モードの変化のためには機械的な操作、すなわち、フィルムの除去が必要となるということである。

ＵＳ ２００２／０１５８９６７（Ｊ．Ｍ．Ｊａｎｉｃｋ；ＩＢＭ，２００２年公開）では、個人モードにする際に光制御フィルムをディスプレイの正面上に移動できるようにするためには、または公衆モードにする際に機械的に光制御フィルムをディスプレイの後または横にずらすためにはどのように光制御フィルムをディスプレイ上に搭載し得るかを示している。この方法は、破損したり損傷したりし得る動くパーツを含み、ディスプレイがかさばるという欠点を有する。

動くパーツを有さずに公衆モードから個人モードに切り替える方法は、ディスプレイパネルの後に光制御フィルムを搭載し、光制御フィルムとパネルとの間で電子的にオンとオフとに切り替えられる散乱器を配置するというものである。散乱器がオフのとき、光制御フィルムは視野角範囲を限定し、表示は個人モードになる。散乱器がオンのとき、広い角度範囲で進む光がパネルを透過するようにし、表示は公衆モードになる。同じ効果を達成するために、パネルの正面に光制御フィルムを搭載し、光制御フィルムの正面に切替可能散乱器を配置することもできる。

これらの種類の切替可能プライバシー装置は、ＵＳ５８３１６９８（Ｓ．Ｗ．Ｄｅｐｐ；ＩＢＭ １９９８）、ＵＳ６２１１９３０（Ｗ．Ｓａｕｔｔｅｒ；ＮＣＲ Ｃｏｒｐ．２００１）およびＵＳ０５８７７８２９（Ｍ．Ｏｋａｍｏｔｏ；Ｓｈａｒｐ Ｋ．Ｋ．２００１）に記載されている。これらは共通して、表示が公衆モードであるか個人モードであるかによらず、光制御フィルムは常に入射する光の重要なフラクションを吸収するという欠点を有する。このため、表示は光を用いる際に非効率的である。散乱器は公衆モードにおいて広い角度範囲を通して光を拡大するので、補償を行うようにバックライトをより明るくしなければ、これらの表示は個人モードのときより公衆モードにおいて薄暗くなる。

他の欠点はこれらの装置の消費電力に関係する。操作における公衆モードでは、光学的に拡散するように散乱器がオンにされる。これは、電圧が切替可能高分子分散液晶散乱器に印加されることを意味することが多い。このため、個人モードよりも公衆モードのほうがより多くの電力が消費される。これが、公衆モードにおける大半の時間に用いられる表示の欠点である。

切替可能な公衆／個人表示を行うための他の公知の方法は、ＵＳ５８２５４３６（Ｋ．Ｒ．Ｋｎｉｇｈｔ；ＮＣＲ Ｃｏｒｐ．１９９８）に示されている。光制御装置は構造上、上記のルーバフィルムに類似している。しかしながら、ルーバフィルムの各不透明素子は、電子的に不透明な状態から透明な状態に切り替えられる液晶セルによって置換できる。光制御装置はディスプレイパネルの前または後に配置される。セルが不透明なとき、表示は個人モードとなり、セルが透明なとき、表示は公衆モードとなる。

この方法の第１の欠点は、適切な形状を有する液晶セルを製造することが困難でありコストもかかるということである。第２の欠点は、個人モードでは、光線がまず透明物質を透過し、その後液晶セルの一部を透過するような角度で入射するということである。液晶セルはこのような光線を完全には吸収せず、装置におけるプライバシーを低下し得る。

プライバシー機能を得るためのホログラムを用いる思想はＧＢ２４０４９９１に開示されているが、このような表示は２つの欠点を伴う。第１に、ホログラムによる表示からの光の望ましくない回折により、観察者によって見られる画像の色は不正確である。第２に、ディスプレイの正面に搭載されるタッチスクリーンを用いるアプリケーションについて、使用者の手がホログラムの照明を遮る可能性があり、プライバシーの効果を低下してしまう。ＧＢ ２４２８１２８はこれらの問題の解決法を開示している。

ＧＢ２４１０１１６では、異なる角度範囲を有する光を生成する２つの異なるバックライトを用いて公衆モードと個人モードとを切り替えている。

ＧＢ２４０５５４４（Ｓｈａｒｐ）は、ルーバに基づく切替可能なプライバシー装置について記載している。該装置は、光における１つの偏光についてのみ作動する。ルーバは、ルーバー自体における染色液晶分子を回転することによって、または、個別の素子を用いて入射光の偏光における面を回転することによって切り替えられる。

ＧＢ２４２１３４６（Ｓｈａｒｐ）では、偏光変形層（ＰＭＬ）が液晶表示パネルの出口偏光子の後に配置される。ＰＭＬのいくつかの部分は単に透明である。他の部分は、これらの部分を通して見られる画素の色が反転される（明るい画素は暗くなり、暗い画素は明るくなる）ようにそれらを透過する光の偏光を変える。これらの部分の直接後ろの画素に送られるデータは、表示が中央位置から観察されるときに画像が正常に表れるよう反転される。しかしながら、表示が異なる角度から観察されるとき、遅延素子を通して異なる画素が観察され、画像が乱れる。軸から逸れた観察者はランダムなドットパターンの乱れた画像を見る。ＰＭＬは液晶からなり、公衆モードにするためにオフされる。

切替可能な公衆／個人表示装置の別の製造方法がＪＰ３６０７２７２（Ｔｏｓｈｉｂａ ２００５）に開示されている。この装置は、パターン化された液晶配向を有する付加的な液晶パネルを用いる。パネルにおける異なる配向セグメントによって、表示における異なる領域の視認特性が異なった状態に変化され、その結果、表示パネル全体が中央位置からのみ完全に読める。

ＧＢ２４１３３９４（Ｓｈａｒｐ）では、切替可能なプライバシー装置が、１つ以上の追加液晶層と偏光子とを表示パネルに加えることによって構成されている。これらの追加素子の本来の観察角度依存性は、液晶を電子的に周知の方法で切り替えることで変化させることができる。

ＧＢ２４１８５１８は、パターニングされた電極を有するゲストホスト（染色）ＬＣ層を、標準的な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣディスプレイに加えている。染色ＬＣ層は吸収（個人）状態と非吸収（公衆）状態との間で切り替えることができる。色素分子吸収は、光の入射角と偏光とに依存する。任意の偏光および配向について、色素吸収は観察角度が大きいほど大きくなり、その結果、高角度（狭小モード）において低明度となる。

ＷＯ０６１３２３８４Ａ１（Ｓｈａｒｐ、２００５）は、液晶表示（ＬＣＤ）パネルにおける既存の偏光子の間に配置される追加液晶層の使用を開示している。この配置では、追加切替セルは、軸を逸れた光についての階調曲線を変化できる。これにより、ＧＢ２４１３３９４に開示される技術よりも高いレベルのプライバシーを画像において実現する。

ＧＢ ２４３９９６１は、追加コレステリック層および円形偏光子を表示パネルに加えることによって構成される切替可能なプライバシー装置の使用を開示している。コレステリック層は、公衆（広視野）モードと、３６０°方位角プライバシーを実現し得る個人（狭視野）モードとの間で切り替えることができる。

Ａｄａｃｈｉ ｅｔ ａｌ（ＳＩＤ０６、ｐｐ。２２８）およびＯｋｕｍｕｒａ（ＵＳ２００５０１９０３２９）は、切替可能なプライバシー機能を提供するためのハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）の使用を開示している。ＡｄａｃｈｉとＯｋｕｍｕｒａによって用いられるＨＡＮセルは、下にある画像パネルと連動して用いられる。

上記の方法は全て、電子的に視野角範囲を切り替える機能を提供するために追加装置をディスプレイに加える必要が生じるという欠点を有している。これはコストを増加し、ディスプレイがかさばることになる。ディスプレイのかさばりは望ましくなく、特に携帯電話およびノートパソコンなどの携帯ディスプレイアプリケーションにおいては非常に望ましくない。

ＪＰ０９２３０３７７およびＵＳ０５８４４６４０（Ｓｈａｒｐ、１９９６）は、単一層ＬＣＤパネルの視野角特性を変化させる方法を説明している。これは垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）ＬＣモードについて達成される。表示パネルの平面における電界が、ＬＣ物質がどのように画素領域で傾くかを制御するために用いられている。画素における異なる傾きドメインの数および配向は、面内電界によって制御できる。いくつかの傾きドメインを有する画素は、広い視野角を有する。１つの傾きドメインを有する画素は、より狭い視野角を有する。表示における視野角を変化させるためのこの方法の使用が説明されている。しかしながら、上記のＶＡＮモードの単一傾きドメインにおける視野角は、良好なプライバシーを提供するには十分に狭くない。

ＵＳ２００７００４０９７５Ａ１（ＬＧ Ｐｈｉｌｉｐｓ，２００５）は、ディスプレイにおける異なるサブ画素領域においてＬＣ配向が異なるＬＣＤパネルの設計を開示している。これにより、いくつかのサブ画素領域が広視野領域に対して画像を表示することができ、一方では、他のサブ画素領域によって側面視野方向にのみ光を透過させる。これらの第２タイプのサブ画素は、第１タイプのサブ画素によって側方の観察者に見せられる画像の全体的コントラストを低減するために用いられ、これによって画像情報をぼかすことができる。ＬＣ配向を異ならせるよりもむしろ、画素電極における角度の付いたギャップを用いてディスプレイの異なる領域におけるＬＣダイレクタの方位角配向を決定する、上記の方法に類似する方法が、ＳＩＤ ’０７ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ７５６-７５９に公開されている。

同様の方法がＵＳ２００７０１２１０４７Ａ１（ＬＧ Ｐｈｉｌｉｐｓ，２００５）および関連する論文ＳＩＤ’０６ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ７２９-７３１に開示されている。これらの概要では、ＬＣはディスプレイパネルを横切って均一に配向されているが、いくつかのサブ画素領域はそれらに適用される面内電界を有し、一方、他のサブ画素領域はそれらに適用される面外電界を有する。これにより、いくつかのサブ画素領域は広い視野角範囲に画像を表示することができ、一方、他のサブ画素領域によって、側面観察方向にのみ光を伝導することができる。これらの第２タイプのサブ画素は、第１タイプのサブ画素によって側方の観察者に見せられ、これによって画像情報をぼやけさせる。

これらの方法は、軸上の観察者に画像データを表示する際に、パネルにおける全てのサブ画素領域が用いられるわけではないという欠点を有する。したがって、全てが軸上の観察者にとって表示情報である独立したＴＦＴ切替サブ画素を同じ数だけ有する標準的なＬＣＤに比べて、上記表示は明度と解像度との両方を損なっている。

ＵＳ２００６０１０９２２４（Ａｕ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，２００５）は、ＬＣ配向が画素内の２つの領域の間で変化し、各領域が非対称視野角特性を有し、上記２つの領域は対向非対称であるＬＣＤパネルを説明している。広視野角モードでは、両サブ画素領域が同様に駆動され、そのため結合された両領域からの全体的な視野角特性は対称である。狭視野角モードでは、１つの領域は他の領域と異なる電圧で駆動され、その結果、表示について全体的に非対称となり、画像は側方観察者にとってぼやけたものとなる。しかしながら、この方法もまた、個人モードにおいて表示解像度が低下し、明度も低下する。

視野角範囲の切替を行うようにパネルにおけるＬＣ配向または電極配置を構成する方法の変更に依存する構成に加えて、ソフトウェアのみの切替を標準的なＬＣＤディスプレイに適用し、個人モードにする方法がいくつか説明されている。これらは、ＵＳ２００４０２０７５９４（Ｓｈａｒｐ，２００３）、ＧＢ２４２８１５２Ａ１（Ｓｈａｒｐ，２００５）、およびＲｏｃｋｅｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ、Ｉｎｃ．（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｏｃｋｅｔｓｏｆｔｗａｒｅ．ｃｏｍｅ）を含む。しかしながら、これらの方法の全ては必ず、個人モードでの正当な観察者に表示する画像の質を劣化させる。

ＪＰ １９９９−１１−３０７８３（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ，１９９９）は、両モードで任意の画素から軸上の観察者に表示する明度（中間調）が、セル基板の１つに配置された２つの互いにかみ合う電極の間の電圧によって決定され、本質的に非常に広い視野角を有する面内切替（ＩＰＳ）ディスプレイを説明している。表示の型には、明度分布において非対称をなすように全画素に面外電界成分が適用される対向セル基板に第３電極を加えることにより、切替可能なプライバシー機能が付与される。この方法は両モードにおいてほとんど完全な明度と解像度とを維持するが、これはＩＰＳタイプディスプレイにのみ適用可能であり、ここで説明される表示の型ほどにはプライバシー性能は高いものではないと思われる。

ＵＳ６６４６７０７（ＢＯＥ Ｈｙｄｉｓ，２００１）は、画素電極と対向電極との両方がディスプレイの下方ガラス基板に形成され、互いに重なり合い、透明絶縁物質によって分離されている、フリンジ電界切替（ＦＦＳ）型ディスプレイを説明している。２つの電極の間の電圧に由来するフリンジ電界はＬＣ層の大半の中へ伸びており、光の透過を制御するために、セルの面において、基板の表面に平行に配向された面であるＬＣダイレクタを回転するために用いられる。対向基板においては第３電極は用いられず、可変視野角機能については説明されていない。

ＪＰ １９９９−１１−３０７８３と同様の技術があり、中間調電圧が間に印加される２つの電極が、それらの間に絶縁層を有して、１つのセル基板上にて、互いの上面に配置されるＦＦＳディスプレイを用いるものであり、ＵＳ２００６０２６７９０５Ａ１（Ｃａｓｉｏ、２００５）において説明されている。また、切替視野角特性を可能にする第３電極は、対向セル基板に配置されている。この技術はまた、本来の表示明度および解像度を維持はするものの、実現できるプライバシー強度は不十分なものである。これはまた、光の透過を制御する下方基板における２つの電極からのフリンジ電界を常に有する平面配向ＬＣ装置を説明しているに過ぎない。

垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）型ディスプレイについて切替可能な視野角を達成する方法が、ＵＳ２００７００４６８８１（Ｃａｓｉｏ，２００５）に開示されている。この技術は、画素電極に対向する基板上の２つの電極のセットを用い、上記セットの１つは対称視野角を得るために画素電極上に垂直に配置され、もう一方のセットはぼやけた適用電界と非対称視野特性を得るためにオフセットされる。しかしながらこの技術は、ディスプレイパネルの複雑さを大幅に増加し、表示における透過開口を著しく低減する。その結果、明度も低下する。

ＵＳ２００７００４０７８０Ａ１は、連続ピンホイール配向（ＣＰＡ）型ディスプレイ（ＡＳＶとしても知られる）が、画素における視野角特性を変化させるように変更される各サブ画素領域内のＬＣダイレクタの配向構成を含む方法も含め、切替可能な視野角特性を有する単一層ＬＣパネルを提供する多くの技術を開示している。しかしながら、両基板において単一層電極のみを用いる、上記文献に概略される方法は、公衆モードにおいてＬＣ配向を乱し、広視野角を低下させる面内電界をもたらす電極間のギャップにより問題のあるものと見られてきた。この文献はまた、平面における各ＣＰＡ液晶ドメインの２つの半部にバイアス電圧が印加され、視野角を含む明度分布において非対称をなす方法を説明している。この効果は、しかしながら、ここで説明する装置ほどの高いプライバシー性能を有するものではないと見られる。

それゆえ、公衆観察モードと個人観察モードの間で切替可能であり、追加のＬＣ層や他のかさばる部品を必要とせず、同数のＴＦＴ切替素子を有する標準的な公衆モード専用ＬＣＤと等しい画像の明度、解像度、および質を有する、ＬＣＤディスプレイパネルを提供することが望ましい。

本発明によると、提供される液晶装置は、互いに対向するホメオトロピック配向表面を有する、アクティブマトリックス基板および対向基板を備え、それらの間にネマティック液晶材料の層が配置されており、上記アクティブマトリックス基板と上記対向基板とは、複数の画素領域を規定する画素電極構成と対向電極構成とをそれぞれ有し、上記複数の画素領域のうちの少なくとも一部は、液晶ダイレクタ面外チルト角を制御するための第１電界を印加するように構成された画素電極と対向電極とをそれぞれ有するとともに、さらなる電極を有し、上記さらなる電極は、上記画素電極および上記対向電極から電気的に絶縁され、ダイレクタ面内方位角を制御するための第２電界を印加するために、上記画素電極および上記対向電極のうちの少なくとも１つと協働するように構成されている。

上記液晶材料は負の誘電異方性であってもよい。

上記第１電界は、上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれにおける上記液晶材料の軸上電気光学効果を実質的に決定してもよい。上記軸上電気光学効果は実質的に上記第２電界に依存しなくてもよい。上記第２電界は、上記軸上電気光学効果における角度変化を実質的に決定してもよい。

上記第１電界は、上記配向表面に対して略垂直であってもよい。

上記第２電界は、上記配向表面に対して略平行であってもよい。

上記層は、上記第１電界が有限値であるときに可視光波長の半分のリタデーションを与えるように構成されていてもよい。

上記さらなる電極は、上記画素電極または上記対向電極を含む第２層から、連続電気的絶縁第３層によって分離された第１層に配置されてもよい。

これにより、新規な画素形態と、垂直配向ネマティック液晶ディスプレイの駆動方法とを提供することが可能である。このような技術により例えば、単一液晶層で、広視野角特性（公衆モード）と、制限された視野角範囲からのみ画像を認識できるモード（個人モード）との２つのモードにおいて画像を表示できる。どちらのモードにおいても、同数の独立切替表示素子（サブ画素）を有する対応する従来のＬＣＤと略同じ明度、解像度、画質（コントラスト、動き反応時間等）の画像となる。

公衆モードでは、ディスプレイは標準的な“アドバンストスーパービュー”（ＡＳＶ）（ＩＤＷ’０２ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ２０３−２０６）またはマルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）（ＳＩＤ’９８ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ１０７７）型パネルとして作動し得、そこではＬＣダイレクタがセル基板の表面の法線に配向され、対向するセル基板上の電極の間に印加される面外電界によってダイレクタが基板の面内に傾き、その画素を通しての光の透過を決定する。少なくともいくつかのサブ画素領域のそれぞれの中で、印加される電界の影響によって、例えば電極形状および／またはセル基板の表面上に形成された突起によって決定されるように、ダイレクタは多くの方位角方向（マルチドメイン）に傾き得る。これによって非常に対称的な視野角特性と良好な公衆モードを得ることができる。

個人モードでは、任意の画素の明度はまだ、セル基板の間に印加される面外平面電界によって決定され、絶縁層によって分離される異なる層に配置されるセル基板の１つの上の電極の間に発生するフリンジ電界が、マルチドメインの方位角配向を偏光するために用いられてもよく、これによって表示における視野角特性を変更することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

表示画面が軸上観察者３および側方観察者４のどちらにも観察され得る広視野角（公衆）モード２と、また、表示画像が正当な軸上観察者３にのみ観察され得る狭視野角（個人）モード５とを有するＬＣＤディスプレイ１を示す。 電界オフ状態で上から見た（図２ａ）画素、該画素の断面（図２ｂ）、これら二つの方向から電界オフ状態にある（それぞれ図２ｃおよび図２ｄ）画素を有する標準的ＣＰＡまたはＡＳＶ型サブ画素領域の模式図である。 画素電極１３（図３ａ）、櫛形電極１４（図３ｂ）、および、上から見た絶縁層によって分離される２つの電極１５の組み合わせ（図３ｃ）を有する切替可能なプライバシー表示装置の実施形態における下方基板上のＣＰＡドメイン領域の電極形状の模式図である。 再び示される絶縁層を有する、図３に示される９つのこのような電極領域の分解図である。 図５ａにおいて上から見た、また、図５ｂおよび図５ｃそれぞれにおける切断線ｂ−ｂおよびｃ−ｃで、２つの直交する断面から見た領域を有する切替可能なプライバシー表示装置の実施形態におけるサブ画素領域の模式図である。 画素と櫛形電極の間にフリンジ電界のない（図６ａ）、また、画素と櫛形電極の間にフリンジ電界のある（図６ｂ）、面外電界オン（透過）状態の装置の実施形態の模式図である。 画素と櫛形電極の間にフリンジ電界のある、また、画素電極の２つの半部の間に印加されるバイアス電圧のない（図７ａおよび図７ｂ）、また、画素電極の２つの半部の間に印加されるバイアス電圧のある（図７ｃおよび図７ｄ）、面外電界オン状態の装置の実施形態の模式図である。上記両状態は、上から見た図（図７ａおよび図７ｃ）と断面図（図７ｂおよび図７ｄ）で示される。 図７ｂのような個人モードで作動しているところが示される装置であって、ＶＡＮ型ＬＣＤディスプレイ特有の標準光学スタック内に配置される装置の実施形態の断面の模式図である。 画素電極１３および対向電極８の間に印加されるいくつかの異なる電圧について、公衆モードで作動する装置の原型実施形態の水平面における視野角の機能として相対輝度を示すグラフである。 画素電極１３および対向電極８の間に印加されるいくつかの異なる電圧について、個人モードで作動する装置の原型実施形態の水平面における視野角の機能として相対輝度を示すグラフである。 軸上および＋／-４０°から観察した際の、図９に示す測定結果について、個人モードで作動する原型装置上に表示されているように見えるシミュレーション画像を示す。 相対軸上透過輝度（中間調）の範囲について、画素電極１３における２つの半部の間に印加されるバイアス電圧の極性が反対である状態で、個人モードでの装置における領域の間の輝度コントラストを示すグラフである。 プライバシー用の左右バイアス電圧と、向上した公衆モード用の空間ディザリングの両方を用いるＡＳＶドメインを駆動するための分割された画素電極形状の模式図である。 公衆モード（図１４ａ）および個人（図１４ｂ）モードで作動する装置のさらなる実施形態のサブ画素領域の模式図である。 装置の画素２２（図１５ｂ）、下方基板６状の櫛形（図１５ａ）電極、および“同等の固体電極領域”２３（図５ｃ）の模式図である。 公衆（図１６ａ）および個人（図１６ｂ）モードの両方で、全ての観察者に光を伝導するディスプレイの領域がＭＶＡ型構成であるさらに他の実施形態のサブ画素領域の模式図である。

同様の参照番号は図面を通して同様の部分を示す。

本発明の好ましい実施形態では、ＬＣＤはアドバンストスーパービューモード（ＡＳＶ）で作動する垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）型ＬＣＤであり、ＡＳＶモードでは、サブ画素表示素子が１つ以上の連続ピンホイール配向（ＣＰＡ）ドメインからなり、それらは典型的に３０〜１００μｍの四角である。

図２ａ〜２ｄは、液晶セルまたは画素領域のアレイを含む液晶装置の部分を形成する液晶セルまたは画素領域の模式図である。図２ａ〜２ｄは、ＬＣセルの上から見た標準的ＣＰＡドメイン（図２ａ）を示し、印加電圧がゼロのときにセルを貫通する薄片（図２ｂ）、また、対向するガラス基板の内側表面に配置される電極の間に印加される電圧（図２ｃおよび図２ｄ）を示す。ＡＳＶ型ディスプレイは、下方アクティブマトリックスガラス基板６と、所定の間隔を有して互いに対向する対向基板７とを備える。上記対向基板は、ドメイン（対向電極８）の略全領域を占めるインジウム酸化錫（ＩＴＯ）などの透明電極物質で被覆される。下方基板には、複数のサブ画素領域を規定するマトリックス状に構成される複数のゲート線およびデータ線が配置される。各サブ画素領域は、複数のＣＰＡドメインを含むことができる。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ゲートおよびデータ線の各交差点付近に配置され、サブ画素領域の画素電極９に印加される電圧を制御する。画素電極はまたＩＴＯからなり、各ＣＡＰドメイン内の、均一な対向電極８よりも小さい領域に限定される。画素電極９と対向する基板上には、カラーマトリックス層が設けられ、また、“リベット”型突起１０がＣＰＡドメインの中央に設けられる。両基板の内側表面は、ＪＡＬＳ ２０１７（Ｊａｐａｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏ．から入手可能）等に含まれるネマティック液晶材料の層のＬＣ分子１２のホメオトロピック配向を促進するためのホメオトロピック配向表面を形成する配向層１１で被覆される。

ＬＣダイレクタ（ＬＣ分子の長軸の平均方向）は、このため、基板間の印加電圧がゼロの状態で垂直に配向され、交差極性の間でセルは黒く見える。電極８および９の間に電圧が印加されると、これによって、液晶面外チルト角を制御する第１電界が発生する。この面外電界によって、Ｍｅｒｃｋ ＧｍｂＨ物質ＭＬＣ６８８４等の負の誘電異方性ＬＣのダイレクタが再配向されて上記電界に直交する。セル基板（軸上）の表面に直交する方向に進む光は、その偏光状態の変換をもたらす複屈折を経て、交差する偏光板を透過する。液晶層は、第１電界が有限値であるときに可視光波長の半分のリタデーションを与えるように構成されている。面外電界はＬＣダイレクタの方位角配向について優先的に影響を与えないので、中央リベット１０および画素電極９の端部におけるフリンジ電界は、ドメインにおける中央リベットの周りのダイレクタの放射状配向を誘発するために用いられる。この放射状配向によって、基板法線（軸外）に対して一定の角度で伝搬するドメインによって透過される光は対称的に分散される、すなわち、上記光は、その伝搬に実質的に依存しない度合いで透過され、表示のための非常に広い視野角特性をもたらす。

好ましい実施形態は、標準的なＣＰＡ画素構造と異なる以下の特徴を有し、切替可能な視野角という付加的機能性をもたらす。

画素電極は２つの半部に分けられ、５〜１５μｍのギャップは分割画素電極１３を形成し、ＣＰＡドメインの各半部が個別に特定できる。画素電極を形成するＩＴＯ層のパターニングは、析出や、ＩＴＯのウェットエッチを伴う、例えばＳ１８０５等のフォトレジスト層のパターニング等の任意の標準的なフォトリソグラフィ処理によって行うことができる。画素領域は少なくとも１つの活動状態にあるマルチドメイン液晶構造を有するように構成される場合、マルチドメイン構造は少なくとも画素電極を覆う。

絶縁層１６の層は、分割画素電極上に析出される。好ましい絶縁層は、プラズマ助長化学蒸着析出（ＰＥＣＶＤ）を通して析出される２００ｎｍの厚さのＳｉＯｘおよび２００ｎｍの厚さのＳｉＮｘの組み合わせである。この好ましい絶縁層として、単層よりもより効果的に電気的絶縁を行うことが分かったことにより二重層が用いられるが、上記装置は必ずしもこのような多層を必要とするわけではないということを注意しなくてはならない。多層絶縁層１６が用いられると、これによって装置の光学的特性が向上するのであれば、これはブラッグリフレクタのような機能的多層として構成し得る。

この絶縁層に、さらなる電極を形成するためのＩＴＯやアルミニウム等の電極材料のさらなる層が析出される。これは、ＲＦスパッタリングまたは真空揮発等の任意で公知の方法によって析出され得る。ＩＴＯは、透明であり、画素を通して光の透過を低減しないという長所を有する。電極のこのさらなる層は、画素電極と同様の手段でパターニングされる。このさらなる電極は、中央にストライプを有し、そのストライプは分割画素電極１３における中央ギャップを覆うように実質的に調整され、多くの指を有し、それは２〜１０μｍの厚さで、画素の広がりを横切る中央ストライプに直交して伸びるよう、パターニングされている。したがって、これは櫛形電極１４を形成する。

好ましい形状では、櫛形電極上のＣＰＡドメイン毎に３つの指があり、画素電極の端部および中心の実質的に上を走る。しかしながら、指の数および相対的太さは、以下に示す必要な機能性を与えつつ、大いに変化し得る。組み合わされた分割画素電極１３および櫛型電極１４は、下方基板６が上部１５から観察されるとき、略固形の電極領域を形成しているように見える。これらの電極形状は、図３ａ〜３ｃに示される。上に示される寸法は、５０μｍの四角の広がりの典型的なＣＰＡドメインについて適切であるということが分かる。これらは、しかしながら、それらの設計機能性を保持しつつ大きく変化し得る。

隣接するＣＰＡドメイン領域の分割画素および櫛型電極は、複合ＣＰＡドメインが、ＡＳＶ型ディスプレイで標準的なように、１つのＴＦＴスイッチを通じて駆動されるサブ画素を形成できるように接続されてもよい。典型的なディスプレイは、カラーサブ画素毎に３つのＣＰＡドメインを有し、白画素毎に３つのカラーサブ画素を有している。ディスプレイにおけるサブ画素は、ＬＣＤにおいては標準的なように、アクティブマトリックスアレイによって構成されている。このようなドメインを９つに分割する画素および櫛型電極領域を有する下方基板の領域の分解模式図を、図４に示す。

両基板の内側表面は、標準的ＣＰＡ装置と同様にホメオトロピック配向表面を形成するホメオトロピック配向層で被覆され、電界がセルを横切って印加されると、再配向ＬＣ層が光学的遅延を有し、５５０ｎｍの波長光に対して略半分の波長板となるように、上記基板は所定のセルギャップ（たいていは３〜５μｍ）をはさんで互いに対向して組み立てられる。セルギャップは、均一な直径のガラススペーサービーズを挿入することによって制御することができ、または、他の任意で公知の方法で制御することもできる。組み立てられたセルは、図５ｂおよび図５ｃの２つの直交断面に示される通りである。

公衆モードでは、対向電極８および分割画素電極１３の間に印加される電圧が、液晶ダイレクタ面外チルト角をもたらし、それに伴いＬＣ物質の大部分における面外再配向を決定し、それによって光が画素を透過するように、画素は構成される。櫛形電極１４に印加される電圧は、対向電極８および画素電極１３の間の均一な電界を促進するように選択される。重要でない、絶縁層１６によってもたらされる電界強度の誘電が減少する場合、画素電極１３および櫛型電極１４上の電圧は、略同じである。電界強度の誘電損失が重要でなければ、櫛型電極１４に印加される電圧は画素電極１３上の電圧と対向電極８上の電圧との間のある数値をとり、それはＬＣ層の大部分における電界の均一性を最適化するために選択される。

この場合、均一電界の印加によって、負の誘電異方性ＬＣが再配向し、印加された電界の方向に直交し、標準的ＣＰＡ装置の場合と同様に、ＣＬダイレクタの方位角配向は、中央リベット１０の影響および画素電極１３の端部からのフリンジ電界によって決定される。このため、ＬＣダイレクタは、図２ｃに示されるＣＰＡ装置の放射配向特性を帯びる。その結果、ディスプレイの広視野角特性がもたらされる。

個人モードでは、画素電極１３および対向電極８の間に印加される電圧は、第１電界およびそれに伴いＬＣ物質の大部分の面外再配向を決定し、これによって、光が画素を透過する。しかしながら、櫛型電極１４における電圧は、公衆モードにおける電界と実質的に異なる電界が、画素電極１３および櫛型電極１４の間に現状で存在するように変更される。この電界のフリンジは、画素の領域を横切る不均一な電界をもたらすＬＣ層の大部分の中まで伸びる。ＬＣダイレクタの方位角配向におけるこのフリンジ電界の影響は、中央リベット１０の影響や、画素電極１３の端部によるフリンジ電界よりも優位であり、セルの平面におけるＬＣダイレクタの再配向を引き起こす。櫛型電極１４からのフリンジ電界の強さが大きくなるほど、ＬＣダイレクタは初期放射構成から櫛型電極１４の指に平行な状態に向かって次第に変形し、ついには２つのＶＡＮ構造を形成する。したがって、櫛型、または“さらなる”電極は、その他の電極の１つと協働し、ダイレクタ面内方位角を制御する第２電界を形成する。

このように、画素電極１３と、ＬＣの面外傾きを制御する対向電極８との間に印加される電圧と、櫛型電極１４と、面内方位角配向を決定する画素電極１３との間に印加される電圧と用いると、３つの電極だけでＬＣダイレクタの良好な３次元制御が達成できる。

図６ａおよび図６ｂは、櫛型電極１４および画素電極１３の間にフリンジ電界のない状態で（図６ａ）、また、フリンジ電界（図６ｂ）がセルの平面における放射ＬＣ配向から２ドメイン配向への変化を示している状態で、面外電界が印加された、ＬＣ分子１２の方位角配向を示す。第２電界の第１（ゼロ）値について、連続ピンホイール配向（図６ａ）が与えられる。第２電界の第２（非ゼロ）値について、操作は２つのドメイン垂直配向ネマティックモードで行われる。

ＬＣダイレクタにおけるこの面内再配向はそのままでは、プライバシー効果を発揮するために画素によって透過された光が非対称になるほど十分大きなものをもたらさない。しかしながら、陽性バイアス電圧はある半部に印加され、負のバイアス電圧が他の半部に印加されるように分割画素電極１３における２つの半部上の電圧を変更すると、軸上画素を通過する光の全体的透過は変化されず、軸外の観察者に対する光の伝導は非常に非対称である。これは図７ａ〜７ｄに示されるが、これらは上から見た、また、断面の、また画素電極１３の２つの半部に印加されるバイアス電圧のない状態の（図７ａおよび図７ｂ）、また、画素電極１３の２つの半部に印加されるバイアス電圧のある状態の（図７ｃおよび図７ｄ）図であり、画素電極１３および櫛型電極１４の間のフリンジ電界の結果としての２ドメインＶＡＮ状態における装置を示す。

図８は、個人モードで駆動され、ＬＣＤディスプレイの典型的なスタックに配置される画素を示す。上記ＬＣＤディスプレイは、偏光板１７（反射偏光板を含み得る）、光学補正フィルム１８、分析器１９（反反射および／または反グレアフィルムをその外側表面に含み得る）、バックライトユニット２０（その表面に有する明るさ強化プリズムフィルムと同様に、その裏面に分散鏡面を含み得る）を備える。さらなる電極は、連続電気的絶縁第３層によって、画素電極（または、交互配列の対向電極）を含む第２層から分離された第１層に配置される。

透過光の非対称強度は、光スループット２１を示す矢印の異なる幅によって示される。個人モードの間に画素が最高明度を軸状の観察者に出力するためには、偏光板および分析器の透過軸は、櫛型電極の指にたいして＋／-４５°に揃えられなければならない。

本明細書の上記にて構成されたプロトタイプ装置において測定された性能を図９に示す。このプロットは、画素電極１３および対向電極８の間の電圧範囲が０から５Ｖである場合の画素によって透過される光の角度分布を示す。このモードにおける画素電極１３および櫛型電極１４の間の電圧は、０．５Ｖで維持された（ＬＣセルが１２０Ｈｚにおいてａ．ｃ．方形波形で駆動されるとき、与えられる値はｒ．ｍ．ｓ．電圧である）。電極間において一定の電圧差を維持するために、電極に印加される全ての波形は互いに同じ周波数かつ相を有していた）。

図１０は、画素電極１３および対向電極８の間の同じ電圧範囲について、前のプロットとして、画素によって透過される光の角度分布を示す。しかしながらこの場合、櫛型電極上の電圧は、-０．５Ｖに変化し（方形波を示すマイナスサインは、画素電極１３および対向電極８に電圧を供給するものと位相が異なる）、１．５Ｖのバイアス電圧は、画素電極１３における２つの半部に印加された。この結果、図７ｂにも示すように２ドメインＶＡＮ構成を有するＬＣがもたらされ、そのため、非対称個人モードとなる。

より高いプライバシー効果を得るために、分割画素電極１３における２つの半部に印加されるバイアス電圧の極性は、通常の観察距離にある目に対して可視である程度の大きさの領域において反転され得る。したがって、画素領域は“第３”および“第４” インターレースセットとして構成される。第３セットの第１電極半部は、第３セットの第２電極に対して第１極性を有する第１バイアス電圧を受け取る。第４セットの第１電極半部は、第４セットの第２電極半部に対する第１極性とは逆の第２極性を有する第２バイアス電圧を受け取る。第３および第４セットは、上記装置を見る人間である観察者にとって可視である程度に大きくインターレースされたものである。これにより、図１０に示される非対称輝度特性の方向が反転される。

軸外の観察者について、これは軸外の観察者に表示される画像をぼかす明および暗領域のパターンを作り出す。軸上の観察者によって観察される画像は、非対称の方向が軸上で透過される輝度に影響を与えないとき、影響を受けない。図１０で示されるデータから得られる＋４０°および-４０°の視野角での相対輝度は、このようなディスプレイにおいてプライバシー効果を有するシュミレーション画像を生成するために用いることができる。

このプライバシー効果の強さを測定すると、バイアス電圧が逆の領域間で、軸外観察者によって観察される輝度における差が測定されたり、コントラスト比が測定されたりする。図１２は、相対軸上輝度値（中間調）の範囲についての視野角機能として、このコントラスト比を示す。

図９〜１２は、好ましい実施形態として本明細書にて構成されているプロトタイプ装置の測定性能を示すが、これはこの種類の装置の性能の最も好ましいものを示しているのではない。電極形状、セルの厚さ、ＬＣ材料、駆動電圧、および他の装置性能について様々な変更が、請求項の範囲内で可能であり、これらのうちのいくつかが何らかの、または全ての表示基準について改良された性能をもたらすであろうことが期待される。

このため、標準的なＣＰＡ装置に対して、本実施形態における２つの追加された電極構成は、公衆モードで画像を提供するのと同じＬＣ層によって、個人モードが生成できるように、２つの必要な機能を提供するということが分かる。櫛型電極１４は、ＬＣダイレクタの方位角配向を制御し、分割画素電極は、ＣＰＡドメインにおける２つの半部が独立して構成されるようにし、またはバイアス電圧がそれら２つの間に印加されるようにする。これら追加された電極の構成が、本実施形態ではいずれも下方セル基板６上にあるという説明を行ってきたが、さらなる実施形態では、それらの構成のそれぞれ、または両方が対向基板７に設けられてもよく、一方では、標準的ＡＳＶ型ディスプレイに同じ追加の機能性を付与してもよいということを注意しなければならない。これらの追加された構成の好ましい配置は、製作上の相対的簡易さ、および、電極配置の様々な組み合わせの公衆および個人の両モードで表示を行う上での相対的簡易さに依存する。

また、さらなる実施形態では、画素電極は分割されないままであり、軸外のプライバシーパターンを得るためにＣＰＡまたはＭＶＡドメインにおける２つの半部の間にバイアス電圧を印加し、櫛型電極によって制御されるＬＣダイレクタの方位角再配向は、高いプライバシーを得るためにソフトウェエアアプリケーションと組み合わせて用いられる。

このソフトウェアアプリケーションは、表示画面の黒レベルにおける直接輝度増加であってもよく、側方観察者に表示される画像コントラストを解像不能レベルまで低減するＳｈａｒｐ Ｓｈ７０２ｉｓ携帯電話において使用されているものと同様である。これは、ＧＢ２４２８１５２Ａ１または“Ｒｏｃｋｅｔ Ｓｈａｄｅｓ”によって説明されているような他の公知の方法の１つでもあり得る。ここで説明した実施形態と組み合わせてソフトウェアプライバシー方法を用いることの長所は、これらの実施形態によって提供される付加された機能性によって、単独で用いられるソフトウェア方法と比較して、正当な観察者に対する画像劣化を低減する公知のソフトウェア方法を介して高いプライバシーを達成することが可能であることである。これはまた、装置が発揮し得るプライバシー効果の種類、例えば、大量情報コンテンツ、または側方観察者４に対する画像を乱したりぼやかしたりするフルカラー、または使用者専用仕様または軸上観察者３に表示されるメイン画像コンテンツに依存する適応可能なプライバシーを可能にするための、側方画像のコンテンツおよび見かけを再構成する能力を増加してもよい。ここで説明される実施形態のいずれも、装置を実行し、プライバシー効果を高めるために必要とされる追加の製造工程を最小化するために、画像処理技術と組み合わせて用いられてもよい。

ＧＢ ２４２８１５２Ａ１に説明されるように、参照としてここに含まれる内容として、ディスプレイコントローラ３０は、表示におけるプライバシーを高めるために、画素領域に供給されるデータ値を修正する。画像がこのように修正され、観察者３に表示されるとき、観察者に認識される画像は、原画像と略同じに見えるように、空間的に平均化される。しかしながら、個人観察範囲の外側の観察者４は、空間平均化を経て、原画像とは異なる画像を認識する。したがって、原画像は観察者４に認識される画像によって実質的に隠される。データ値の少なくともいくつかは、観察者４から原画像を隠すためのマスキング画像に依存して修正される。観察者３について、上記コントローラは表示画像成分の局在グループが、空間的平均化を経て、修正を行わない画像成分と実質的に同じ全体的輝度を有するように認識されるよう、データ値を修正する。

例えば、ＧＢ２４２８１５２Ａ１に説明されるように、画素または画素領域の隣接する対について、上記画素または画素領域がそれぞれ認識できるほど大きくないので、上記対は観察者に認識されない。画素の隣接する対（画素のセット）に供給されるデータ値は、画素のうちの１つに供給されるデータ値が増加し、一方、その他の画素へ供給されるデータ値はマスキングパターンに応じて減少されるように修正される。表示軸の上または近くの観察者３について、画素によって表示される明度は平均化され、画素データを修正しない状態と同じように見える。しかしながら、個人観察領域の外側の観察者４について、マスキング画像またはパターンは可視なものとなり、“個人”画像のぼやけ具合を増加するように選択される。このため、上記表示によって提供されるプライバシー効果は、このような画像処理技術を用いて増加されてもよい。ＧＢ２４２８１５２Ａ１に開示されているいかなる技術も、この目的のために用いてもよい。

付加される電極構成が対向基板７に配置されること、すなわち、対向電極（Ｖｃｏｍ）８が、それぞれが各ＣＰＡドメインの半分をカバーする２つの領域に分割され、絶縁層１１がこの分割された対向電極および櫛型電極１４に析出され、そしてこの絶縁層上に析出され、パターニングされることが特に有効であり得ることを注意するべきである。そして、カラーフィルター層およびリベット１０アレイは、この修正済みの対向基板に従来どおり析出される。これによって、アクティブマトリックス薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを常に含み、そのため、製造する上でより複雑かつ高価である下方基板６を変化させずに維持することができる。付加される機能性はこのため、既存の下方ＴＦＴ基板を有する修正済み対向基板を単純に用いることによって提供することが可能である。この構成はまた、ディスプレイ駆動エレクトロニクスへのわずかな変更しか必要としない。下方ＴＦＴ基板は従来のように構成され、一方、対向電極８に常に印加されるＶｃｏｍ電圧は、個人モードでＣＰＡドメインにおける２つの半部にバイアス電圧が印加できるように切替可能にしてあり、追加接続が櫛型電極１４に施される。

しかしながら、上記分割画素電極を下方ＴＦＴ基板上に配置し、ＣＰＡドメインの２つの半部を十分に独立して駆動するために付加されたＴＦＴを切り替えることはより有効であり得る。これによって、ＣＰＡドメインにおける２つの半部に印加される電圧の差の大きさを表示領域上で変化させることができ、各画素における軸上輝度に応じてプライバシーを最適化することに用いられるので、より最適なプライバシー効果を得ることが期待できる。

また、空間的ディザリング効果のためにＬＣＤディスプレイのサブ画素の個別領域を独立して駆動する能力は、向上した視野角特性と、公衆モードでの表示のための向上した切替スピードを実現する（ＳＩＤ’０８ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ１００３-１００６、ＳＩＤ’０７ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ１７２５-１７２８）。このような空間的ディザリング機能のために図３ａ〜図３ｃに示すように分割画素電極１３（図１３ａ）を用いると、ディザーがＣＰＡまたはＭＶＡドメインの左半分の全てまたは右半分の全てに限定されるので、公衆モードにとって望ましくない視野角特性において非対称となる。これは、サブ画素領域毎、フレーム期間毎に非対称を平均化するために低中間調状態についてオンされるサブ画素の半分を反転させることによって、または、図１３ｂに示すより複雑な電極設計を採用することによって緩和される。この電極設計は、ディザー効果のためにドメイン２６の各半部の縮小した領域を駆動できるもの、または、プライバシーのためにドメインの左半部２４の全てまたは右半部２５の全てを駆動できるものである。例えば、公衆モードでは、陽性バイアスが、上記電極領域の他の部分に対して領域２６に印加される。これらの領域は、ＣＰＡドメインの左右の半部の両方の領域を含み、そのため、領域２６がドメイン電極領域の他の部分よりも高いまたは低い比率の光を透過するにもかかわらず、全ての画像中間調について全ての観察者に対して光を対称的に伝導する。個人モードでは、バイアスが領域２５に対して領域２４の間に印加され、上記分割画素電極の領域１３の間のバイアスに近くなる。これらの領域のそれぞれは、ＣＰＡドメインの半分を有し、一方は他方よりも高い比率の光を透過し、このため、全体的に非対称透過となる。ここからプライバシー効果が得られる。

また、これらの実施形態で提供されるＬＣダイレクタの３Ｄ制御の付加的機能性によって、視野角のさらなる最適化を行う新規な画素構成技術と、広視野角におけるコントラスト比と、変化する視野角における色安定性と、切替速度と、公衆および個人モードにおける他の表示基準とを可能とする場合がある。

上記の実施形態は、公衆モードでは標準的ＡＳＶ型ディスプレイとして作動するものと説明されているが、さらなる実施形態では、公衆モードにおける表示の液晶モードは、各サブ画素領域内の任意の数のマルチドメインを有する任意の垂直配向ネマティック型ディスプレイ、例えば、モノドメインＶＡＮモード、ＭＶＡモード（ＳＩＤ’９８ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ１０７７）、ＰＶＡモード、Ｓ-ＰＶＡモード（ＳＩＤ’０４ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ７６０-７６３）、ＰＳＡモード（ＳＩＤ’０４ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ１２００-１２０３）であり得るということも注意する必要がある。

プライバシー機能に加えて、個人モードにおける装置によって提供される非対称視野角によって、装置は対向する側の観察者４に個別の画像を表示できる、つまり、“デュアルビュー表示”である。このアプリケーションにおいて、分割画素電極１３のバイアス方向は、上記個人モードでのぼやかしパターンを生成するために描かれたものよりも小規模でパターン化される、例えば、１つおきのカラーサブ画素の規模でパターン化される。そして、２つの異なる画像がバイアス方向と同じパターンでインターレースされ、表示される。一方、表示における非対称視野角によって、上記画像は別の軸外観察者に合わせて実質的に分離される。例えば、第３および第４セットのそれぞれが単一の画素を有してもよく、上記画素は空間的にインターレースされた第１および第２画像を表示するために配列される。

下方ＴＦＴ基板に配置される分割画素電極と、それぞれＴＦＴを有し、上記のために独立して構成可能なＣＰＡドメインにおける各半部とを用いると、バイアス方向のパターンは完全に再構成可能であり、装置は、単一画像を表示し、微細なバイアスパターンを用いて公衆モードと個人モードとの間で切替可能であり、２つのインターレース画像を表示するデュアルビューモードを有し、２人の別の観察者に合わせて２つの画像を分離するために用いられる適合微細インターレースバイアスパターンを有する。

さらなる実施形態では、櫛型電極１４の指は、偏光板１７または分析器１９の透過軸に平行または垂直に構成されている。このように、電圧が画素電極１３および櫛型電極１４の間に印加されると、そこからフリンジ電界がＬＣダイレクタの方位角配向を再配向し、ＬＣ配向構成は、ＬＣの少なくともいくつかまたはほとんどが極性透過軸１８に対して略４５°に揃えられる状態から、ＬＣにおける実質的な全てが極性透過軸に対して平行に揃えられる状態に変えられる。

この構成では、軸状の装置を透過する光は実質的にないが、画素電極１３および対向電極８の間に印加される電圧による面外電界は、側方観察者に対して透過される光の量を制御する。このように、櫛型電極が全ての表示領域において限定された比率を超えて伸びると、櫛型電極を備えないそれらの画素領域は、軸３および側方観察者３に対して画像を表示し続ける。一方、櫛型電極の存在によって再配向されるＬＣの方位角配向を有するそれらの画素領域は、側方観察者４に対して過剰な度合いの光を透過するために用いられ得る。この過剰な光の度合いは、表示画像における暗領域について大きくなり、上記画像の明領域については小さくなるように制御され、軸上観察者３に表示している画像に関わらず、側方観察者４が表示領域の全体を横切って略均一な明度を視認するようにする。このように、側方観察者４は、画像コントラストを視認することなく、プライバシーが達成される。過度な光の程度はまた、側方観察者に対して表示されている画像の明度を上回るように制御され、そのため、異なるぼやけた画像を表示する。この実施形態は、画素電極９において分割を必要としないという長所を有し、装置の製造を簡易にしている。これはまた、非対称視野角特性を有する表示における異なる領域を作らないので、軸上観察者に対してパターン視認性を発生しないという長所も有している。

図１４ａおよび図１４ｂは、公衆（図１４ａ）モードおよび個人（図１４ｂ）モードでの本実施形態における画素電極形状およびＬＣ配向を示す。画素領域は、３つの隣接する領域のグループとして構成される。各グループは１つの画素を構成し、櫛型電極を有する少なくとも１つの（この場合は１つの）画素領域と、櫛型電極を有さず、連続ピンホイール配向を有する少なくとも１つの（この場合は２つの）他の画素領域とを有している。

ＬＣの方位角配向が表示偏光板透過軸に対して平行になり、側方観察者に向けて過剰な光を伝導する表示領域を用いつつ、面外電界によってＬＣがセルの面外から方位角方向４５°で表示偏光板透過軸に向かって再配向して全ての観察者に画像を表示する表示領域を用いることによって、プライバシーを得るためのこの方法は、ＵＳ２００７００４０９７５Ａ１およびＳＩＤ’０７ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ７５６-７５９に記載されているものと同様のものになる。しかしながら、この実施形態は、個人モードで偏光板透過軸に平行な方位角ＬＣ配向を有し、そのため、軸上観察者３へ光を伝導しない表示領域は、公衆モードで偏光板透過軸に対して４５°になるようにそれらの配向を後ろ向きに回転させることができる。

さらなる実施形態では、櫛型電極１４の指の配向が、通常の観察距離から観察可能な程度に大きい領域に対して水平から垂直に変えられる。したがって、画素は櫛の指を有するインターレースされた第１および第２セットとして構成されるか、または第２セットの“さらなる”電極は、第１セットのさらなる電極の指に対して略垂直である。この結果、表示における視野角特性は、垂直面において光透過が非対称である領域とコントラストをなす水平面において非対称となる領域とがもたらされる。この結果、水平および垂直の両方向において軸外観察者４にとって観察可能なぼやけた画像をもたらし、また、画素電極９が分割されないままの状態を実現する。

上記の実施形態では、櫛型電極１４は、下方基板６上の画素電極１３の上面に位置する。総領域において櫛型電極１４は画素電極１３に対して小さいので、ＬＣ層のほとんどは画素電極１３および対向電極８の間の電圧に由来する面外電界を受け、公衆および個人の両モードで軸上観察者３に対する光の透過を決定するのはこの電圧であり、対向電極８および櫛型電極１４の間の電圧ではない。

図１５ａ〜図１５ｃに示されるさらに他の実施形態では、画素および櫛型電極の位置は反転し、櫛型電極２１（図１５ａ）は下方基板６に直接パターニングされ、絶縁層１６はこの上に析出され、画素電極２２（図１５ｂ）は絶縁層１６上に析出され、パターニングされる。この実施形態では、ＳＩＤ’０７ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ７５６-７５９に記載されている状態で、画素電極はラインギャップを有するか、または、面外電界を受けたとき方位角配向を決定する“略平行な細長い切欠部”をその内部に有する。画素電極領域における電極物質の領域が、画素電極２２内のギャップの領域より実質的に大きいので、画素を通過する光の透過を決定するのはまだ、画素電極２２および対向電極８の間の電圧に由来する面外電界である。

櫛型電極は、画素電極におけるギャップに対して配列する指を備え得るか、または、ギャップは有さないが画素電極の形状において均一な固形であり得る。公衆モードでは、画素電極２２および櫛型電極２１における電圧は、画素電極のギャップにわたる領域を含めて、画素電極の領域にわたる面外電界の均一性を最適化するように設定される。第１実施形態と同様に、絶縁層を横切るあまり重要でない誘電損失の状況において、これらの電圧は略同じである。画素電極２２および櫛型電極２１の組み合わせは、固形の電極領域２３（図１５ｃ）を形成しているように見えるので、ＬＣの方位角配向は、画素電極の端部におけるフリンジ電界と、ドメイン領域における任意の突起の影響によって決定される。好ましい実施形態では、これによって、関連する広視野角特性を伴うＣＰＡドメイン構成またはＭＶＡ構成がもたらされる。

個人モードで、櫛型電極における電圧は、画素電極におけるギャップにおいて重要なフリンジ電界が発生するように変更される。そして、ＬＣダイレクタの方位角配向におけるこれらの影響は、突起の影響および画素電極の端部フリンジ電界の影響を無効にし、ＬＣダイレクタは、２ドメインＶＡＮ等の異なる構成をとる。

前の実施形態と同様に、この２ドメインＶＡＮ状態は、表示偏光板の透過軸に対して４５°に配向できる。そして、２つのドメインの間のバイアス電圧は、プライバシー効果を生み出すためにパターン化し得る非対称視野角特性をもたらす。

２ドメインＶＡＮ状態はまた、側方観察者４のみに光を伝導するために表示偏光板の透過軸に平行に配向するよう構成でき、先に説明したように、これらの観察者に対する画像コントラストの損失および関連するプライバシー効果を作り出すことができる。図１６ａおよび図１６ｂは、公衆（図１６ａ）および個人（図１６ｂ）モードで、この後者の構成において作動するディスプレイのサブ画素領域の模式図を示す。全ての観察者に光を伝導するディスプレイにおける領域は、画素電極２３における角度付きギャップによって、ＬＣダイレクタが面外電界の影響の下、直交方位角配向の４つのドメインを形成するＰＳＡまたはＭＶＡ型モードで作動することが示されている。全ての観察者への光の伝導と側方観察者のみへの光の伝導との間で切替可能なディスプレイにおける領域は、ＣＰＡ構成と２ドメインＶＡＮ構成との間で切り替えられる。図１６の画素領域は、櫛形電極を有さない画素領域がマルチドメイン垂直配向を有する以外は、図１４と同様に、画素を構成するグループとして構成される。

さらに他の実施形態では、画素電極９は再び中間分割なしの状態に置かれ、櫛型電極の上または下のいずれかに配置できる。このモードでは、ＬＣダイレクタは、公衆モードから個人モードへ切り替えるために、先にも説明したように画素電極および櫛型電極の間の電圧によって制御される方位角配向を有する。しかし、むしろ画素電極における異なる領域の間のバイアス電圧を印加し、または、プライバシー効果を向上するために側方観察者に光を伝導するようにだけ個人モードにおける２ドメインＶＡＮ領域を配向し、上記装置はプライバシーを高めるために、ＵＳ２００４０２０７５９４等に記載のソフトウェアアプリケーションと連動して用いられる。

ここで説明される発明において、ある方法を多くの方法に変更し得ることは明らかである。このような変更は、本発明の精神および範囲から逸脱するものと見なされるべきではなく、全てのこのような変更は添付の請求項の範囲内であることは当業者にとって明らかであろう。

以上のように、本発明の一実施形態では、上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれにおける画素電極は、ギャップによって分離された第１半部および第２半部に分割されていてもよい。

上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれは、少なくとも１つの作動状態においてマルチドメイン液晶構造を有するように構成されてもよい。上記マルチドメイン構造は少なくとも画素電極を覆ってもよい。

上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれは、上記第２電界が第１値であるときに連続ピンホイール配向を有するように構成されていてもよい。

上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれは、上記第２電界が第２値であるときに２ドメイン垂直配向ネマティックモードで作動するように構成されていてもよい。上記少なくとも一部の画素領域におけるそれぞれのさらなる電極は、複数の平行な指部を備えていてもよい。

上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれにおける画素電極は、ギャップによって分離される第１および第２半部に分割されてもよく、それぞれのさらなる電極は、上記アクティブマトリックス基板上に配置され、上記ギャップを覆う部分を有してもよい。上記半部のそれぞれは、内側部分および外側部分に分割されてもよい。

上記少なくともいくつかの領域におけるそれぞれの対向電極は、ギャップによって分離される第１半部および第２半部に分割され、それぞれのさらなる電極は、上記対向基板上に配置され、上記ギャップを覆う部分を有してもよい。

それぞれのさらなる電極の指は、上記部分に対して略垂直に伸びてもよい。

上記さらなる電極の全てにおける上記指部は略平行であってもよい。

上記少なくとも一部の画素領域は、インターレースされた第１セットおよび第２セットとして構成され、第２セットにおける上記さらなる電極指部は、第１セットにおける上記さらなる電極指部に対して略垂直に設定されてもよい。

上記少なくとも一部の画素領域における画素電極のそれぞれは、複数の略平行な細長い切欠部を有してもよい。上記少なくとも一部の画素領域におけるそれぞれのさらなる電極は、上記切欠部の裏側に配置される部分を有してもよい。

上記画素領域は、隣接する領域のグループとして構成され、各グループは画素を構成し、少なくとも一部の画素領域のうちの少なくとも１つを有してもよい。各グループは、上記さらなる電極を有さずに少なくとも１つの他の画素を有してもよい。少なくとも１つの他の画素領域のそれぞれは、連続ピンホイール配向を有してもよい。代わりとして、少なくとも１つの他の画素領域のそれぞれは、マルチドメイン垂直配向を有してもよい。

上記アクティブマトリックス基板および上記対向基板は、透過軸が互いに垂直である第１および第２直線偏光板の間に配置されてもよい。上記第１および第２直線偏光板の透過軸は、上記指部に対して略平行または垂直に配向されてもよい。代わりとして、上記第１および第２直線偏光板の透過軸は、上記指部に対して略４５°に配向されてもよい。

上記少なくとも一部の画素領域は、第３および第４のインターレースされたセットとして構成され、第３セットにおける上記第１電極半部は、第３セットにおける上記第２電極半部に対して第１極性を有する第１バイアス電圧を受けるように構成され、第４セットにおける上記第１電極半部は、第４セットにおける第２電極半部に対して第１極性の逆の第２極性を有する第２バイアス電圧を受けるように構成されてもよい。上記第３セットおよび第４セットは、液晶装置を見る人間である観視者に対して上記インターレースが可視となる程度に大きくてもよい。代わりとして、上記第３セットおよび上記第４セットのそれぞれは１つの画素を有し、上記画素は空間的にインターレースされた第１画像および第２画像を表示するように構成されてもよい。

修正された画像が液晶装置に対して第１位置にある第１観視者に表示されるとき、空間的平均化を通して第１観視者が知覚する画像が原画像と略同じであるように、また、修正された画像が第２表示装置に対して第２位置にある第２観視者に表示されるとき、空間的平均化を通して第２観視者によって知覚される画像が原画像と異なるように、上記少なくともいくつかの画素領域のためのそれぞれのデータ値を修正するように構成されるディスプレイコントローラを備えてもよい。上記原画像は、第２観察者によって知覚される画像に実質的に隠されてもよい。上記データ値のうちの少なくとも一部は、マスキング画像に依存して修正されてもよい。

上記コントローラは、表示画像成分の局在グループが空間的平均化を通して第１観察者に知覚され、それらの画像成分が修正されなかったら有していたであろう輝度と略同じ全体的輝度を有するように、上記データ値を修正するように構成されてもよい。

Claims (9)

1. 互いに対向するホメオトロピック配向表面を有する、アクティブマトリックス基板および対向基板を備え、それらの間にネマティック液晶材料の層が配置されており、
   上記アクティブマトリックス基板と上記対向基板とは、複数の画素領域を規定する画素電極構成と対向電極構成とをそれぞれ有し、
   上記複数の画素領域のうちの少なくとも一部は、液晶ダイレクタ面外チルト角を制御するための第１電界を印加するように構成された画素電極と対向電極とをそれぞれ有するとともに、さらなる電極を有し、
   上記さらなる電極は、上記画素電極および上記対向電極と異なる平面上にあり、絶縁物質の連続する層によって上記画素電極および上記対向電極の一方から電気的に絶縁されているとともに、上記ネマティック液晶材料の層によって上記画素電極および上記対向電極の他方から電気的に絶縁され、ダイレクタ面内方位角を切り替え制御するための第２電界を印加するために、上記画素電極および上記対向電極のうちの少なくとも１つと協働するように構成されており、
   上記第２電界を変化させることにより、広視野角特性を有するモードと、視野角範囲を制限するモードとを切り替えることを特徴とする液晶装置。
2. 上記ネマティック液晶材料は、負の誘電異方性を有する請求項１に記載の液晶装置。
3. 上記第１電界は、上記少なくとも一部の画素領域のそれぞれにおける上記ネマティック液晶材料の軸上電気光学効果を実質的に決定する請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 上記軸上電気光学効果は実質的に上記第２電界に依存しない請求項３に記載の液晶装置。
5. 上記第２電界は、上記軸上電気光学効果における角度変化を実質的に決定する請求項４に記載の液晶装置。
6. 上記第１電界は、配向表面に対して略垂直である請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶装置。
7. 上記第２電界は、配向表面に対して略平行である請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶装置。
8. 上記層は、上記第１電界が有限値であるときに可視光波長の半分のリタデーションを与えるように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶装置。
9. 上記さらなる電極は、第１層に配置されており、上記第１層は、連続する電気的絶縁層である第３層によって、上記画素電極または上記対向電極を含む第２層から分離されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶装置。

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