JP7395328B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、表示装置及び車両用表示装置に関する。

近年の表示装置において、所定のコントラスト比が得られる視野角を可変する要求がある。例えば、自動車等の車両に搭載される表示装置では、助手席側から表示画像が視認できる一方で、運転席側からは運転中などの場合に表示画像が視認不可とするような視野角制御が求められる。
このような視野角を制御する用途において、ツイストネマティック液晶素子を使用する技術がいくつか提案されている。

特開２００６－１９５３８８号公報 特開２００４－１３３３３４号公報

本実施形態の目的は、視野角を制御することが可能な表示装置及び車両用表示装置を提供することにある。

本実施形態の表示装置は、
表示パネルと、視野角制御パネルと、前記視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、前記表示パネルは、第１偏光成分を変調する第１液晶層を備え、前記視野角制御パネルは、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備え、前記視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸が前記第１偏光軸に整合するように前記第２偏光軸を回転させるものである。
本実施形態の車両用表示装置は、
助手席の前方に設けられた車両用表示装置であって、表示パネルと、視野角制御パネルと、前記視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、前記表示パネルは、第１偏光成分を変調する第１液晶層を備え、運転席及び前記助手席は、第１方向に並び、前記視野角制御パネルは、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層を備え、前記第２液晶層の厚さ方向におけるほぼ中央の液晶分子は、その長軸が前記第１方向に沿うように配向し、前記視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸が前記第１偏光軸に整合するように前記第２偏光軸を回転させるものである。

図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。 図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す断面図である。 図３は、表示装置ＤＳＰを構成する各光学要素の軸角度を説明するための図である。 図４は、視野角制御パネル１の一構成例を説明するための図である。 図５は、液晶分子ＬＭ２の配向状態を示す図である。 図６は、図５の（Ｂ）に示した配向状態の視野角制御パネル１における視野角特性を示す図である。 図７は、視野角制御パネル１におけるオフ時及びオン時の視野角特性を示す図である。 図８は、表示パネルＰＮＬにおける画素レイアウトの一例を示す平面図である。 図９は、表示パネルＰＮＬの一構成例を説明するための図である。 図１０は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。 図１１は、図１０に示した表示装置ＤＳＰにおけるオン時の視野角制御パネル１における視野角特性を示す図である。 図１２は、視野角制御パネル１におけるオフ時及びオン時の視野角特性を示す図である。 図１３は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。 図１４は、視野角制御パネル２の一構成例を説明するための図である。 図１５は、表示装置ＤＳＰの適用例を示す図である。 図１６は、図１５に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な視野角制御パネル１の一構成例を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。
表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬと、視野角制御パネル１と、偏光軸回転素子１００と、表示パネルＰＮＬと、第１乃至第４偏光板ＰＯＬ１乃至ＰＯＬ４と、を備えている。偏光軸回転素子１００は、視野角制御パネル１と表示パネルＰＮＬとの間に設けられている。視野角制御パネル１は、照明装置ＩＬと偏光軸回転素子１００との間に設けられている。第１偏光板ＰＯＬ１は、表示パネルＰＮＬの前面側（あるいは、表示装置ＤＳＰを観察する観察位置側）に設けられている。第２偏光板ＰＯＬ２は、偏光軸回転素子１００と表示パネルＰＮＬとの間に設けられている。第３偏光板ＰＯＬ３は、視野角制御パネル１と偏光軸回転素子１００との間に設けられている。第４偏光板ＰＯＬ４は、視野角制御パネル１の背面側（あるいは、照明装置ＩＬと視野角制御パネル１との間）に設けられている。

図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す断面図である。ここに示す第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で互いに交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、例えば表示装置ＤＳＰに含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、表示装置ＤＳＰの厚さ方向に相当する。

表示パネルＰＮＬは、例えば液晶パネルであり、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１液晶層ＬＣ１と、を備えている。第１液晶層ＬＣ１は、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥ１によって封止されている。ここで説明する表示パネルＰＮＬは、一例として、基板主面に沿った電界によって液晶分子の配向状態を制御するものである。なお、本実施形態の表示パネルＰＮＬは、図示した例に限らず、基板主面の法線に沿った電界によって液晶分子の配向状態を制御するものであってもよい。ここでの基板主面とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面に相当する。

第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２の前面側に位置している。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１０と、配向膜ＡＬ１と、を備えている。配向膜ＡＬ１は、第１液晶層ＬＣ１に接触している。第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板２０と、絶縁膜２１と、共通電極ＣＥと、複数の画素電極ＰＥと、配向膜ＡＬ２と、を備えている。共通電極ＣＥは、絶縁基板２０と絶縁膜２１との間に設けられている。複数の画素電極ＰＥは、絶縁膜２１と配向膜ＡＬ２との間に設けられている。画像を表示する表示領域ＤＡにおいて、複数の画素電極ＰＥは、絶縁膜２１を介して１つの共通電極ＣＥに重畳している。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、第１液晶層ＬＣ１に電圧を印加するように制御される。配向膜ＡＬ２は、第１液晶層ＬＣ１に接触している。
ここでは、表示パネルＰＮＬについて、主要部のみを簡素化して図示しているが、第１基板ＳＵＢ１は、さらに、遮光層、カラーフィルタ層、オーバーコート層、スペーサなどを備えている。また、第２基板ＳＵＢ２は、複数の走査線、複数の信号線、各画素電極ＰＥと電気的に接続されるスイッチング素子、各種絶縁膜などを備えている。

視野角制御パネル１は、例えば液晶パネルであり、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。第２液晶層ＬＣ２は、第３基板ＳＵＢ３と第４基板ＳＵＢ４との間に保持され、シールＳＥ２によって封止されている。第２液晶層ＬＣ２は、後述するように、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。
第３基板ＳＵＢ３は、第４基板ＳＵＢ４の前面側に位置している。第３基板ＳＵＢ３は、絶縁基板３０と、第１透明電極ＴＥ１と、配向膜ＡＬ３と、を備えている。第１透明電極ＴＥ１は、視野角を制御するための有効領域ＡＡにおいて、絶縁基板３０と配向膜ＡＬ３との間に設けられている。配向膜ＡＬ３は、第２液晶層ＬＣ２に接触している。第４基板ＳＵＢ４は、絶縁基板４０と、第２透明電極ＴＥ２と、配向膜ＡＬ４と、を備えている。第２透明電極ＴＥ２は、有効領域ＡＡにおいて、絶縁基板４０と配向膜ＡＬ４との間に設けられている。配向膜ＡＬ４は、第２液晶層ＬＣ２に接触している。第２液晶層ＬＣ２は、後述するように、直線偏光である偏光成分の偏光軸を回転させる旋光能を有している。
第１透明電極ＴＥ１は、第２液晶層ＬＣ２を介して第２透明電極ＴＥ２に重畳している。第１透明電極ＴＥ１及び第２透明電極ＴＥ２は、第２液晶層ＬＣ２に電圧を印加するように制御される。第１透明電極ＴＥ１及び第２透明電極ＴＥ２の各々は、例えば単一のシート状電極であるが、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの少なくとも一方に沿って複数個に分割された電極であってもよい。

表示パネルＰＮＬと視野角制御パネル１との関係に着目すると、第１液晶層ＬＣ１は第２液晶層ＬＣ２に重畳し、表示領域ＤＡは有効領域ＡＡに重畳し、複数の画素電極ＰＥは第１透明電極ＴＥ１及び第２透明電極ＴＥ２に重畳している。

絶縁基板１０、２０、３０、４０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板である。例えば、絶縁基板１０及び２０がガラス基板であり、絶縁基板３０及び４０が樹脂基板であってもよい。また、絶縁基板１０及び４０がガラス基板であり、絶縁基板２０及び３０が樹脂基板であってもよい。
共通電極ＣＥ、画素電極ＰＥ、第１透明電極ＴＥ１、及び、第２透明電極ＴＥ２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。配向膜ＡＬ１乃至ＡＬ４は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。

第１偏光板ＰＯＬ１は絶縁基板１０に接着され、第２偏光板ＰＯＬ２は絶縁基板２０に接着され、第３偏光板ＰＯＬ３は絶縁基板３０に接着され、第４偏光板ＰＯＬ４は絶縁基板４０に接着されている。

このような表示装置ＤＳＰにおいて、照明装置ＩＬから出射される照明光（自然光）は、第３方向Ｚに沿って進行し、視野角制御パネル１を透過し後に、表示パネルＰＮＬを照明する。
より具体的には、表示パネルＰＮＬは、第２偏光板ＰＯＬ２を透過した第１偏光成分によって照明され、第１液晶層ＬＣ１において第１偏光成分を変調する。
照明装置ＩＬから出射された照明光が自然光である場合、第４偏光板ＰＯＬ４を透過した偏光成分が視野角制御パネル１を透過する。視野角制御パネル１は、第２液晶層ＬＣ２において、第４偏光板ＰＯＬ４を透過した偏光成分の偏光軸を回転させ、第２偏光成分を透過する。

視野角制御パネル１を透過した第２偏光成分は、第１偏光成分とは異なる。例えば、第１偏光成分及び第２偏光成分の各々は、Ｘ－Ｙ平面に偏光軸を有する直線偏光である。Ｘ－Ｙ平面において、第１偏光成分は第１方向Ｘに対して所定の角度をなす方位に第１偏光軸を有し、また、第２偏光成分は第１方向Ｘに対して第１偏光軸とは異なる方位に第２偏光軸を有している。

偏光軸回転素子１００は、視野角制御パネル１から表示パネルＰＮＬに向かう光の偏光軸を回転させるものである。例えば、偏光軸回転素子１００は、自身を透過する直線偏光に１／２波長の位相差を付与するように構成された光学シート（位相差板）である。このような偏光軸回転素子１００は、単一の光学シートであってもよいし、多層の光学シートであってもよい。また、偏光軸回転素子１００は、偏光軸を回転させる機能を発現できるものであればよく、光学シートに限らず、ツイストネマティック液晶素子などの旋光能を有する素子であってもよい。

このような偏光軸回転素子１００において、視野角制御パネル１を透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、第１偏光軸に整合するように回転する。このため、視野角制御パネル１を透過した照明光の第２偏光板ＰＯＬ２での吸収が抑制され、表示パネルＰＮＬに到達する照明光の輝度の低下を抑制することができる。

図３は、表示装置ＤＳＰを構成する各光学要素の軸角度を説明するための図である。ここでは、Ｘ－Ｙ平面内において、第１方向Ｘ（Ｘ軸）を基準の方位とし、第１方向Ｘに対して反時計回りの角度を正の角度とする。

第１偏光板ＰＯＬ１は、互いにほぼ直交する第１吸収軸Ａ１及び第１透過軸Ｔ１を有している。第２偏光板ＰＯＬ２は、互いにほぼ直交する第２吸収軸Ａ２及び第２透過軸Ｔ２を有している。偏光軸回転素子１００は、進相軸Ｆを有している。第３偏光板ＰＯＬ３は、第３透過軸Ｔ３を有している。第４偏光板ＰＯＬ４は、第４透過軸Ｔ４を有している。
なお、図示を省略するが、偏光軸回転素子１００の遅相軸は、Ｘ－Ｙ平面において進相軸Ｆにほぼ直交している。また、第３偏光板ＰＯＬ３の吸収軸は第３透過軸Ｔ３にほぼ直交し、第４偏光板ＰＯＬ４の吸収軸は第４透過軸Ｔ４にほぼ直交している。

第１吸収軸Ａ１は、第１方向Ｘにほぼ平行であり、０°の方位に位置している。第１透過軸Ｔ１は、９０°の方位に位置している。第２吸収軸Ａ２は、第１吸収軸Ａ１にほぼ直交し、９０°の方位に位置している。第２透過軸Ｔ２は、第１透過軸Ｔ１にほぼ直交し、０°の方位に位置している。第３透過軸Ｔ３は、４５°の方位に位置している。第４透過軸Ｔ４は、第３透過軸Ｔ３とほぼ直交し、１３５°の方位に位置している。上記の通り、第２透過軸Ｔ２は、第３透過軸Ｔ３とは異なる方位に位置している。

このような表示装置ＤＳＰにおいて、第３方向Ｚに沿って光が進行する場合、第４偏光板ＰＯＬ４を透過した直線偏光は第４透過軸Ｔ４に沿った偏光軸を有し、視野角制御パネル１を経て第３偏光板ＰＯＬ３を透過した直線偏光（第２偏光成分）は第３透過軸Ｔ３に沿った第２偏光軸を有している。つまり、第２偏光軸は、Ｘ軸に対して４５°の方位に位置している。第２偏光板ＰＯＬ２を透過した直線偏光（第１偏光成分）は、第２透過軸Ｔ２に沿った第１偏光軸を有している。つまり、第１偏光軸は、０°の方位（Ｘ軸方向）に位置している。
偏光軸回転素子１００の進相軸Ｆは、第１偏光軸の方位と第２偏光軸の方位との中間の方位に位置している。あるいは、進相軸Ｆは、第３透過軸Ｔ３と第２透過軸Ｔ２との中間の方位に位置している。つまり、進相軸Ｆは、２２．５°の方位に位置している。偏光軸回転素子１００は、上記の通り、１／２波長板に相当するため、入射光の偏光軸が進相軸に対してθ°の方位に位置している場合、偏光軸を２＊θ°回転させる機能を有している。したがって、第３偏光板ＰＯＬ３を透過した第２偏光成分が偏光軸回転素子１００を透過した際に、第２偏光軸が第１偏光軸に整合するように回転する。つまり、第２偏光成分は、偏光軸回転素子１００において第１偏光成分に変換される。偏光軸回転素子１００を透過した第１偏光成分は、第２偏光板ＰＯＬ２でほとんど吸収されることなく、表示パネルＰＮＬを照明する。

表示パネルＰＮＬを照明する第１偏光成分は、第１液晶層ＬＣ１において適宜変調され、その少なくとも一部が第１偏光板ＰＯＬ１を透過する。第１偏光板ＰＯＬ１を透過した直線偏光は、第１透過軸Ｔ１に沿った偏光軸を有している。つまり、第１偏光板ＰＯＬ１を透過した直線偏光の偏光軸は、９０°の方位に位置している。このため、偏光サングラスを介して表示装置ＤＳＰを観察した場合であっても、表示画像を視認することができる。

図４は、視野角制御パネル１の一構成例を説明するための図である。ここでは、配向膜ＡＬ３と配向膜ＡＬ４との間の第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ２の配向状態を示している。
配向膜ＡＬ４の配向処理方向ＡＤ４は、配向膜ＡＬ３の配向処理方向ＡＤ３にほぼ直交している。なお、配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。但し、第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されたオン時に、液晶分子ＬＭ２を一様に且つスムースに駆動する観点では、配向膜ＡＬ４の近傍の液晶分子ＬＭＡ、及び、配向膜ＡＬ３の近傍の液晶分子ＬＭＢが比較的大きなプレチルト角を有していることが望ましく、これを実現するためには、配向処理としてはラビング処理が好適である。また、オフ時の液晶分子ＬＭＡ及びＬＭＢが比較的大きなプレチルト角を有するように制御されるのであれば、光配向処理を適用してもよい。

図４に示す構成例では、配向処理方向ＡＤ４は第４透過軸Ｔ４とほぼ平行であり、配向処理方向ＡＤ３は第３透過軸Ｔ３とほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ４は１３５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ３は４５°の方位に位置している。第２液晶層ＬＣ２において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ２は、ツイスト配向している。第２液晶層ＬＣ２にはカイラル剤が添加されており、液晶分子ＬＭ２は、第４基板ＳＵＢ４から第３基板ＳＵＢ３に向かって反時計回りにツイスト配向するように構成されている。

第４偏光板ＰＯＬ４及び第４基板ＳＵＢ４に近接する側の液晶分子ＬＭＡは、第４透過軸Ｔ４に沿った方位に配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡは、その長軸が配向処理方向ＡＤ４に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡは、１３５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＡは、配向処理方向ＡＤ４を示す矢印の先端側の端部が第４基板ＳＵＢ４から離間するように傾斜している。
第３偏光板ＰＯＬ３及び第３基板ＳＵＢ３に近接する側の液晶分子ＬＭＢは、第３透過軸Ｔ３に沿った方位に配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＢは、その長軸が配向処理方向ＡＤ３に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢは、４５°の方位に配向している。しかも、液晶分子ＬＭＢは、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印の先端側の端部が第３基板ＳＵＢ３から離間するように傾斜している（あるいは、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印の後端側の端部が第３基板ＳＵＢ３に近接するように傾斜している）。
第２液晶層ＬＣ２の第３方向（厚さ方向）Ｚにおけるほぼ中央の液晶分子ＬＭＣは、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向している。液晶分子ＬＭＣの長軸は、図３に示した第１偏光板ＰＯＬ１の第１吸収軸Ａ１とほぼ平行である。

なお、配向処理方向ＡＤ３を示す矢印、及び、配向処理方向ＡＤ４を示す矢印の少なくとも一方が逆向きであってもよい。また、配向処理方向ＡＤ４及び第４透過軸Ｔ４が４５°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ３及び第３透過軸Ｔ３が１３５°の方位に位置していてもよい。また、液晶分子ＬＭＣが第１方向Ｘに沿うように配向していれば、第３方向Ｚに並ぶ液晶分子ＬＭ２は、時計回りにツイスト配向していてもよい。

上記の構成例では、照明装置ＩＬから出射された照明光が自然光である場合について説明したが、照明光が配向処理方向ＡＤ４とほぼ平行な偏光軸を有する直線偏光である場合、第４偏光板ＰＯＬ４を省略してもよい。また、自然光である照明光のうち、特定の直線偏光（例えばｐ波）を透過する一方で他の直線偏光（例えばｓ波）を反射する反射型偏光フィルムが設けられてもよい。また、照明光が配向処理方向ＡＤ４とは異なる方位の偏光軸を有する直線偏光である場合、第４偏光板ＰＯＬ４の代わりに偏光軸回転素子１００と同様の１／２波長板を設けることが望ましい。また、視野角制御パネル１を透過した光が第２偏光成分と同様の偏光度を有する直線偏光である場合には、第３偏光板ＰＯＬ３を省略してもよい。

図５は、液晶分子ＬＭ２の配向状態を示す図である。
図５の（Ａ）は、第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されていないオフ時における液晶分子ＬＭ２の配向状態を示している。液晶分子ＬＭＣの長軸ＬＸは、第１方向Ｘに平行であり、且つ、Ｘ－Ｙ平面とほぼ平行である。図４等を参照して説明したように、視野角制御パネル１を挟む第４偏光板ＰＯＬ４と第３偏光板ＰＯＬ３とがクロスニコルの関係で配置されている場合、オフ時には、最大の透過率が得られる。
図５の（Ｂ）は、第２液晶層ＬＣ２に電圧が印加されたオン時における液晶分子ＬＭ２の配向状態を示している。第２液晶層ＬＣ２に印加される電圧が上昇するにしたがって、透過率は低下する。最小の透過率が得られる時に第２液晶層ＬＣ２に印加される電圧を最大電圧とすると、図５の（Ｂ）は、最大電圧の約１／２の電圧が第２液晶層ＬＣ２に印加された時の配向状態を示している。このとき、液晶分子ＬＭＣの長軸ＬＸは、第１方向Ｘに平行であり、且つ、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。
このようなオン時の視野角制御パネルは、第３方向Ｚに対して図の右側（第１方向Ｘを示す矢印の先端側）に観察位置を傾けた場合と、第３方向Ｚに対して図の左側（第１方向Ｘを示す矢印の後端側）に観察位置を傾けた場合とで、その透過率に非対称性を有している。この点について、以下に説明する。

図６は、図５の（Ｂ）に示した配向状態の視野角制御パネル１における視野角特性を示す図である。ここに示す視野角特性は、以下の条件でシミュレーションした結果に相当する。その条件とは、照明装置ＩＬからの照明光は自然光であり、視野角制御パネル１が第３偏光板ＰＯＬ３と第４偏光板ＰＯＬ４とで挟持され、第１偏光板ＰＯＬ１、第２偏光板ＰＯＬ２、及び、表示パネルＰＮＬは設けず、第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は２．５Ｖであり、透過光の波長は５５０ｎｍである。

図中の０°の方位は上記の第１方向Ｘの矢印の先端側に相当し、１８０°の方位は第１方向Ｘの矢印の後端側に相当し、９０°の方位は第２方向Ｙの矢印の先端側に相当し、２７０°の方位は第２方向Ｙの矢印の後端側に相当する。また、同心円の中心は視野角制御パネル１の法線方向（第３方向）に相当し、法線方向を中心とした同心円はそれぞれ法線に対する傾き角度が２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここに示す特性図は、各方位について等透過率の領域を結ぶことで得られたものである。

図示したように、観察位置が０°の方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が１８０°の方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が３０°を超えると、透過率は３％以下となる。

図７は、視野角制御パネル１におけるオフ時及びオン時の視野角特性を示す図である。図の横軸は、図６の０°－１８０°方位に沿った視野角を示し、０°の方位を正の角度とし、１８０°の方位を負の角度としている。図の縦軸は、透過率を示している。

図中のＡは、オフ時（図５の（Ａ）に示す配向状態）の視野角特性に相当する。オフ時には、観察位置が図の左側に傾斜した場合であっても、観察位置が図の右側に傾斜した場合であってもほぼ対称な透過率が得られ、－４０°から＋４０°の範囲に亘って約２５％以上の透過率が得られる。
図中のＢは、オン時（図５の（Ｂ）に示す配向状態）の視野角特性に相当する。オン時には、観察位置が図の右側に傾斜した場合、０°から＋５０°の範囲に亘って約２０％以上の透過率が得られる。一方で、観察位置が図の左側に傾斜した場合、３０°以上の範囲において透過率が約３％以下となり、４０°以上の範囲において透過率が約１％以下となり、ほぼ遮光状態となる。本実施形態では、上記のような視野角特性を有する視野角制御パネル１を利用して、表示装置ＤＳＰの視野角が制御される。

図８は、表示パネルＰＮＬにおける画素レイアウトの一例を示す平面図である。ここでは、説明に必要な構成のみを図示している。第２基板ＳＵＢ２は、複数の走査線Ｇと、複数の信号線Ｓと、を備えている。複数の走査線Ｇは、それぞれ第１方向Ｘに沿って直線的に延出し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。複数の信号線Ｓは、それぞれ概ね第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。
複数の画素電極ＰＥ１は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。画素電極ＰＥ１は、共通電極ＣＥに重畳する帯電極Ｐａ１を有している。帯電極Ｐａ１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙとは異なる方向Ｄ１に沿って延出している。複数の画素電極ＰＥ２は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。画素電極ＰＥ２は、共通電極ＣＥに重畳する帯電極Ｐａ２を有している。帯電極Ｐａ２は、方向Ｄ１とは異なる方向Ｄ２に沿って延出している。なお、帯電極Ｐａ１及びＰａ２の本数は、１本でもよいし、３本以上であってもよい。

図９は、表示パネルＰＮＬの一構成例を説明するための図である。ここでは、配向膜ＡＬ１と配向膜ＡＬ２との間の第１液晶層ＬＣ１に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示している。
配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１、及び、配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、ほぼ平行であり、互いに逆向きである。配向処理方向ＡＤ１及び配向処理方向ＡＤ２は、例えば第１透過軸Ｔ１とほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ２を示す矢印の先端は９０°の方位に位置し、配向処理方向ＡＤ１を示す矢印の先端は１８０°の方位に位置している。第１液晶層ＬＣ１において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ１は、ホモジニアス配向している。これらの液晶分子ＬＭ１は、その長軸が第２方向Ｙに沿うように配向している。

なお、偏光軸回転素子１００を透過した光が第１偏光成分と同様の偏光度を有する直線偏光である場合には、第２偏光板ＰＯＬ２を省略してもよい。また、配向処理方向ＡＤ１及び配向処理方向ＡＤ２は、第１透過軸Ｔ１とほぼ直交していてもよい。また、第２透過軸Ｔ２が９０°の方位に位置し、第１透過軸Ｔ１が０°の方位に位置していてもよいが、上記の通り、偏光サングラスを介して表示画像を視認する観点では、図示したように、第１透過軸Ｔ１が９０°の方位に位置し、第２透過軸Ｔ２が０°の方位に位置していることが望ましい。

次に、他の構成例について説明する。

図１０は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１０に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２偏光板ＰＯＬ２及び第３偏光板ＰＯＬ３を省略した点で相違している。なお、第４偏光板ＰＯＬ４の第４透過軸Ｔ４、偏光軸回転素子１００の進相軸Ｆ、及び、第１偏光板ＰＯＬ１の第１透過軸Ｔ１の関係性については、図３を参照して説明したのと同一である。
なお、図４を参照して説明したのと同様に、照明光が自然光である場合、第４偏光板ＰＯＬ４の代わりに、特定の直線偏光（例えばｐ波）を透過し他の直線偏光（例えばｓ波）を反射する反射型偏光フィルムと、１／２波長板と、を設け、反射型偏光フィルムを透過した直線偏光の偏光軸が視野角制御パネル１における配向処理方向ＡＤ４の方位に整合するように構成されてもよい。

図１１は、図１０に示した表示装置ＤＳＰにおけるオン時の視野角制御パネル１における視野角特性を示す図である。図示したように、観察位置が０°の方位に傾斜した場合には、比較的高い透過率が得られるのに対して、観察位置が１８０°の方位に傾斜した場合には、急激に透過率が低下し、傾き角度が３０°を超えると、透過率は７％以下となる。

図１２は、視野角制御パネル１におけるオフ時及びオン時の視野角特性を示す図である。図中のＣは、オン時の視野角特性に相当する。オン時には、観察位置が図の右側に傾斜した場合、０°から＋５０°の範囲に亘って約３０％以上の透過率が得られる。一方で、観察位置が図の左側に傾斜した場合、３０°以上の範囲において透過率が約７％以下となり、４０％以上の範囲において透過率が約１％程度となり、ほぼ遮光状態となる。
図１０に示した構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、光学要素の部品点数が削減され、コストが削減される。

図１３は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの他の構成例を示す図である。
図１３に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、照明装置ＩＬと第４偏光板ＰＯＬ４との間に、視野角制御パネル２と、第５偏光板ＰＯＬ５、第６偏光板ＰＯＬ６と、が追加された点で相違している。第５偏光板ＰＯＬ５は、視野角制御パネル２と第４偏光板ＰＯＬ４との間に設けられている。第６偏光板ＰＯＬ６は、視野角制御パネル２の背面側（あるいは、照明装置ＩＬと視野角制御パネル２との間）に設けられている。
視野角制御パネル２は、視野角制御パネル１と同様の液晶パネルである。但し、視野角制御パネル２は、視野角制御パネル１と比較して、液晶パネルの作成条件、あるいは、液晶層の駆動電圧が異なっている。視野角制御パネル１と視野角制御パネル２とで駆動電圧が異なる場合、視認を制限できる視野角の角度範囲を上記の構成例より拡大することができる。視野角制御パネル１及び視野角制御パネル２のそれぞれの液晶層におけるリタデーション（Δｎ・ｄ）を異ならせることで、正面で観察した場合と斜め方向から観察した場合とで輝度変化量を調整することができる（但し、Δｎは液晶層の屈折率異方性であり、ｄは液晶層の厚さである）。また、視野角制御パネル１及び視野角制御パネル２を同時に駆動する場合に限らず、制限する視野角の角度範囲などに応じて視野角制御パネル１及び視野角制御パネル２のいずれか一方を駆動してもよい。

図１４は、視野角制御パネル２の一構成例を説明するための図である。視野角制御パネル２は、配向膜ＡＬ５を備えた第５基板ＳＵＢ５と、配向膜ＡＬ６を備えた第６基板ＳＵＢ６と、第３液晶層ＬＣ３と、を備えている。図示しないが、第５基板ＳＵＢ５及び第６基板ＳＵＢ６の各々は、第３液晶層ＬＣ３に電圧を印加するための透明電極を備えている。

図１４では、配向膜ＡＬ５と配向膜ＡＬ６との間の第３液晶層ＬＣ３に電圧が印加されていないオフ時の液晶分子ＬＭ３の配向状態を示している。
第５偏光板ＰＯＬ５の第５透過軸Ｔ５は、第４偏光板ＰＯＬ４の第４透過軸Ｔ４とほぼ平行であり、１３５°の方位に位置している。第６偏光板ＰＯＬ６の第６透過軸Ｔ６は、第５透過軸Ｔ５とほぼ直交し、４５°の方位に位置している。

配向膜ＡＬ６の配向処理方向ＡＤ６は、配向膜ＡＬ５の配向処理方向ＡＤ５にほぼ直交している。配向処理方向ＡＤ５は、第５透過軸Ｔ５とほぼ平行であり、１３５°の方位に位置している。配向処理方向ＡＤ６は、第６透過軸Ｔ６とほぼ平行であり、４５°の方位に位置している。第３液晶層ＬＣ３において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ３は、ツイスト配向している。液晶分子ＬＭ３は、第６基板ＳＵＢ６から第５基板ＳＵＢ５に向かって時計回りにツイスト配向するように構成されている。第３液晶層ＬＣ３の第３方向（厚さ方向）Ｚにおけるほぼ中央の液晶分子ＬＭ３は、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向している。

なお、各光学要素の軸角度については上記の構成例に限定されない。

図１５は、表示装置ＤＳＰの適用例を示す図である。図１５に示す表示装置ＤＳＰは、車両２００に搭載された車両用表示装置に相当する。表示装置ＤＳＰは、運転席及び助手席の前方に設けられたている。図示した例では、表示装置ＤＳＰは、助手席のほぼ正面に位置しているとともに、運転席から見て左斜め前方に位置している。なお、運転席及び助手席は、上記の各構成例で説明した第１方向Ｘに並んでいるものとする。但し、このような表示装置ＤＳＰが図１に示した構成例を適用して構成された場合、図６に示した０°の方位（あるいは図７に示した－８０°の方位）が助手席側の方位に相当し、図６に示した１８０°の方位（あるいは図７に示した＋８０°の方位）が運転席側の方位に相当する。

助手席の搭乗者は、表示装置ＤＳＰをほぼ正面から観察することになる。このとき、視野角制御パネル１の透過率は、図７に示した視野角０°付近での透過率となる。つまり、搭乗者は、視野角制御パネル１がオフ時（図中のＡ）及びオン時（図中のＢ）のいずれにおいても、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認することができる。
一方、運転席の運転手は、表示装置ＤＳＰを斜め方向から観察することになる。このとき、視野角制御パネル１の透過率は、図７に示した－８０°～－４０°付近での透過率となる。つまり、運転手は、視野角制御パネル１がオフ時においては、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認できるものの、視野角制御パネル１がオン時においてはほぼ遮光状態となり、表示パネルＰＮＬに表示された画像を視認することができない。
このように、表示装置ＤＳＰに対して観察位置が異なる運転手及び搭乗者の視野角を制御することができる。

ところで、運転席から見て、表示装置ＤＳＰの右側の表示部ＤＡＲは、表示装置ＤＳＰの左側の表示部ＤＡＬよりも運転席に近接している。図示したように、運転手が表示装置ＤＳＰを観察した際、表示部ＤＡＲを観察する際の視野角θＲは、表示部ＤＡＬを観察する際の視野角θＬより小さい。

視野角制御パネル１は、表示部ＤＡＲに重畳する制御領域ＡＲと、表示部ＤＡＬに重畳する制御領域ＡＬと、を有している。
図７を参照して説明したように、視野角制御パネル１は、オン時において、視野角θが０°に近いほど透過率が高い傾向にある。また、ツイストネマティック液晶素子は、液晶層の駆動電圧が高いほど透過率が低下する特性を有している。このため、表示部ＤＡＲ及びＤＡＬの双方を遮光状態とするためには、制御領域ＡＲにおける液晶層の駆動電圧は、制御領域ＡＬにおける液晶層の駆動電圧より高く設定することが望ましい。

図１６は、図１５に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な視野角制御パネル１の一構成例を示す図である。
視野角制御パネル１は、第１透明電極ＴＥ１Ｌ及びＴＥ１Ｒを含む複数の第１透明電極ＴＥ１と、第２透明電極ＴＥ２と、を備えている。複数の第１透明電極ＴＥ１は、第１方向Ｘに並んでいる。第１透明電極ＴＥ１Ｌは、視野角制御パネル１の一端側（助手席に近接する側）に設けられ、表示部ＤＡＬに重畳している。第１透明電極ＴＥ１Ｒは、視野角制御パネル１の他端側（運転席に近接する側）に設けられ、表示部ＤＡＲに重畳している。第２透明電極ＴＥ２は、第３方向Ｚにおいて複数の第１透明電極ＴＥ１と向かい合っている。図２を参照して説明したように、第２液晶層ＬＣ２は、複数の第１透明電極ＴＥ１と第２透明電極ＴＥ２との間に設けられている。

第２透明電極ＴＥ２の電位に対する第１透明電極ＴＥ１Ｒの印加電圧は、第１透明電極ＴＥ１Ｌの印加電圧より高い。つまり、第１透明電極ＴＥ１Ｒに重畳する第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧は、第１透明電極ＴＥ１Ｌに重畳する第２液晶層ＬＣ２の駆動電圧より高い。また、第１方向Ｘに並んだ複数の第１透明電極ＴＥ１のそれぞれの印加電圧ついて、第１透明電極ＴＥ１Ｌから第１透明電極ＴＥ１Ｒに向かって次第に高くなるように制御されている。
これにより、運転席に近接する表示部ＤＡＲ及び運転席から離間する側の表示部ＤＡＬの双方において、遮光状態が形成され、運転手は、表示装置ＤＳＰの全体に亘って表示画像を視認することができなくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、視野角を制御することが可能な表示装置及び車両用表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＤＳＰ…表示装置
１…視野角制御パネル ＬＣ２…第２液晶層
ＴＥ１…第１透明電極 ＴＥ２…第２透明電極
１００…偏光軸回転素子 Ｆ…進相軸
ＰＮＬ…表示パネル ＬＣ１…第１液晶層 ＰＥ…画素電極 ＣＥ…共通電極
ＰＯＬ１…第１偏光板 Ａ１…第１吸収軸 Ｔ１…第１透過軸
ＰＯＬ２…第２偏光板 Ａ２…第２吸収軸 Ｔ２…第１透過軸
ＰＯＬ３…第３偏光板 Ｔ３…第３透過軸
ＰＯＬ４…第４偏光板 Ｔ４…第４透過軸

Claims (2)

1. 助手席の前方に設けられた車両用表示装置であって、
   表示パネルと、
   視野角制御パネルと、
   前記視野角制御パネルと前記表示パネルとの間に設けられた偏光軸回転素子と、を備え、
   前記表示パネルは、第１偏光成分を変調する第１液晶層を備え、
   運転席及び前記助手席は、第１方向に並び、
   前記視野角制御パネルは、前記第１方向に並んだ複数の第１透明電極と、前記複数の第１透明電極と向かい合う第２透明電極と、ツイスト配向した液晶分子を含む第２液晶層と、を備え、
   前記第２液晶層は、前記複数の第１透明電極と前記第２透明電極との間に設けられ、
   前記複数の第１透明電極のうち、前記運転席側に位置する前記第１透明電極の印加電圧は、前記助手席側に位置する前記第１透明電極の印加電圧より高く、
   前記第２液晶層の厚さ方向におけるほぼ中央の液晶分子は、その長軸が前記第１方向に沿うように配向し、
   前記視野角制御パネルを透過した第２偏光成分の第２偏光軸は、前記第１偏光成分の第１偏光軸とは異なり、
   前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光軸が前記第１偏光軸に整合するように前記第２偏光軸を回転させる、車両用表示装置。
2. 前記偏光軸回転素子は、前記第２偏光成分に１／２波長の位相差を付与するように構成され、前記第１偏光軸の方位と前記第２偏光軸の方位との中間の方位に進相軸を有している、請求項１に記載の車両用表示装置。

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