JPWO2007138731A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

バックライト(3)と、表示用液晶パネル(1)と、表示用液晶パネル(1)の視野角を制御する視野角制御パネル(2)とを備えている。バックライト(3)と表示用液晶パネル(1)との間には、レンズシート(41)が設けられている。これにより、遮蔽効果を増大し得る表示装置システムを提供する。

Description

本発明は、表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルを備えた液晶表示装置に関するものである。
表示装置は、一般的には、どの視角から見ても鮮明な画像を見ることができるように、可能な限り広い視野角を有することが求められている。特に、最近広く普及している液晶表示装置は、液晶そのものが視角依存性を有することから、広視野角化に関して様々な技術開発が行われてきた。
しかしながら、使用環境によっては、使用者本人にしか表示内容が視認できないよう、視野角が狭い方が好都合であることもある。特に、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末(PDA:Personal Data Assistant)、又は携帯電話等の電子機器は、電車や飛行機内等、不特定多数の人間が存在し得る場所で使用される可能性も高い。そのような使用環境においては、機密保持やプライバシー保護等の観点から、近傍の他人から表示内容を覗かれたくないので、表示装置の視野角が狭いことが望ましい。このように、近年、1台の表示装置の視野角を、使用状況に応じて広視野角と狭視野角との間で切替えたいという要求が高まっている。なお、この要求は、液晶表示装置に限らず、任意の表示装置に対して共通の課題である。
このような要求に対して、例えば、特許文献1では、画像を表示する表示装置に加えて位相差制御用装置を備え、この位相差制御用装置に印加する電圧を制御することによって視野角特性を変化させようとする技術が提案されている。この特許文献1では、位相差制御用液晶表示装置で用いる液晶モードとして、カイラルネマティック液晶、ホモジニアス液晶、及びランダム配向のネマティック液晶等が例示されている。
また、例えば、特許文献2及び特許文献3には、表示用液晶パネル上部に、視野角制御用液晶パネルを設け、これらのパネルを2枚の偏光板で挟持し、視野角制御用液晶パネルヘの印加電圧を調整することによって、視野角制御を行う構成も開示されている。この特許文献2では、視野角制御用液晶パネルの液晶モードはツイストネマティック方式である。
日本国公開特許公報「特開平11−174489号公報(1999年7月2日公開)」 日本国公開特許公報「特開平10−268251号公報(1998年10月9日公開)」 日本国公開特許公報「特開2005−309020号公報(2005年11月4日公開)」
しかしながら、上記従来の特許文献1では、位相差制御用液晶素子を用いることによって広視野角モードと狭視野角モードとの切替えが可能であると述べられているが、その効果は十分とは言えない。例えば特許文献1には、図20に示すように、コントラスト比が10:1の等コントラスト曲線が示されており、狭視野角モードでは、確かに広視野角方向のコントラストが低下している。しかしながら、この程度の変化では、隣にいる人から表示が十分に視認されてしまう。この理由は、コントラスト比が例えば2:1まで低下しても、一般に、十分に表示を視認することができるからである。
また、特許文献2及び特許文献3の技術も、視野角制御用液晶パネルヘの印加電圧を変化させてコントラストを調整することによって、広視野角と狭視野角との切替えを行うものであるが、その効果は十分とは言えない。例えば、広視野角モードでは、図21(a)(b)(c)に示す視野角分布が得られるのに対して、狭視野角モードでは、図22(a)(b)(c)に示す視野角分布となる。
すなわち、特許文献1〜特許文献3のいずれの技術も、広視野角方向のコントラストを低下させることによって、広視野角モードと狭視野角モードとの切替えを行う手法を採用しているが、このような手法では、狭視野角モード時に広視野角方向つまり狭視野角とならなかった方向の遮蔽が十分ではなく、他人から画像が見られてしまう可能性があるという問題がある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置を提供することにある。
本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、上記バックライトと上記視野角制御パネルよりもバックライト側に設けられた上記表示パネルとの間、又は上記バックライトと上記表示パネルよりもバックライト側に設けられた上記視野角制御パネルとの間には、レンズシートが設けられている。
上記発明によれば、バックライトと上記視野角制御パネルよりもバックライト側に設けられた表示パネルとの間、又はバックライトと上記表示パネルよりもバックライト側に設けられた視野角制御パネルとの間には、レンズシートが設けられている。このため、レンズシートによって、バックライトから出射された光を集光させることによって、狭視野角化を図ることができる。
したがって、狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、上記バックライトと上記視野角制御パネルよりもバックライト側に設けられた上記表示パネルとの間、又は上記バックライトと上記表示パネルよりもバックライト側に設けられた上記視野角制御パネルとの間には、複数のレンズシートが積層されて設けられている。
これにより、レンズシートが単層のものよりも単層を積層した複数とすることによって、バックライトから出射された光をより狭く集光させることができる。
また、本発明の液晶表示装置では、前記レンズシートは、バックライト側に設けられ、かつ表示パネルに対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシートと、上記第1レンズシートの上に積層され、かつ表示パネルに対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシートとの2枚からなっていてもよい。
これにより、縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシートによって、バックライトから出射された光を左右方向に狭視野角化を図るように集光させることができる。また、横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシートによって、バックライトから出射された光を前後方向に狭視野角化を図るように集光させることができる。
この結果、左右及び前後方向を2枚の第1レンズシート及び第2レンズシートを用いて効率よく、狭視野角化を図ることができる。
また、本発明の液晶表示装置では、前記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、拡散処理していない少なくとも1枚の偏光板が設けられていてもよい。
これにより、表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、拡散処理していない少なくとも1枚の偏光板が存在するので、狭視野角化の効果が阻害されることがない。すなわち、例えば、表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間に拡散処理された偏光板が存在すると、狭視野角化の効果が阻害されてしまう。
また、本発明の液晶表示装置では、前記視野角制御パネルは、一対の透光性基板間に液晶分子を垂直配向させた液晶層を有する液晶セルと、上記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、上記液晶セルは、偏光透過軸が互いに略直交するよう対向配置された2枚の偏光板の間に配置され、上記駆動回路は、上記液晶セルの液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第1の視野角範囲と、第1の視野角範囲内にありかつ第1の視野角範囲よりも狭い第2の視野角範囲との間で切替えることが好ましい。
上記の発明によれば、視野角制御パネルの液晶セルを挟むように偏光透過軸が略直交する2枚の偏光板が配置されている。なお、視野角制御パネルと上記2枚の偏光板とは、必ずしも隣接している必要はなく、それらの間に何らかの構成要素が介在しても良い。
上記の構成では、液晶層に所定の電圧を印加して液晶分子の配列状態を変化させ、液晶の複屈折を利用することにより、視野角制御パネルの液晶セルから出射する光の偏光状態を変化させれば、視野角制御パネルの観察者側に配置されている偏光板が検光子として作用し、視野角制御パネルから観察者側へ出射する光を、視角に応じて透過又は遮蔽することができる。すなわち、表示状態を、第1の視野角範囲を提供する広視野角と、第1の視野角範囲内にあり第1の視野角範囲よりも狭い第2の視野角範囲を提供する狭視野角とのいずれかに切替え可能である。なお、「広視野角」と「狭視野角」とは、特定の絶対的な角度範囲を意味するのではなく、相対的に広い視野角と、相対的に狭い視野角とを意味する。
また、上記の構成では、液晶分子を垂直配向させた液晶セルを用いることにより、限られた視野角のみ表示を視認できる狭視野角状態が実現可能である。これにより、従来の視野角制御技術のように、広視野角側の表示のコントラストを低下させるのではなく、光の透過及び遮蔽の切替えによって視野角制御を行うことができる。この結果、狭視野角モードに切替えたときに、狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、上記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、少なくとも1枚の拡散処理していない偏光板が設けられている。
上記発明によれば、液晶表示装置には、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとが備えられている。
しかし、本発明では、表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、少なくとも1枚の拡散処理していない偏光板が設けられているので、レンズシートを設けることなく、この構成だけでも狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置を提供することができる。
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示すものであり、視野角制御パネルを備えた液晶表示装置の構成を示す断面図である。 上記液晶表示装置の変形例を示すものであり、表示用液晶パネルの上側に視野角制御パネルを備えた液晶表示装置の構成を示す断面図である。 (a)は上記視野角制御パネルの狭視野角モード時における液晶分子の配列状態を示す斜視図であり、(b)は上記視野角制御パネルの広視野角モード時における液晶分子の配列状態を示す斜視図である。 図3(a)(b)と同じ向きに配置された視野角制御パネル及び第2偏光板の積層体に対する、視角の定義を表す模式図である。 (a)(b)(c)は、視角に応じた液晶分子と偏光板透過軸との位置関係を示す図である。 上記液晶表示装置の狭視野角モード時の輝度分布を示すチャートである。 上記液晶表示装置の広視野角モード時の輝度分布を示すチャートである。 上記液晶表示装置において、透光性基板と偏光板との間に位相差フィルムを設けた視野角制御パネルの構成を示す模式図である。 レンズシートとして第1レンズシートと第2レンズシートとの2枚が設けられた液晶表示装置の構成を示す断面図である。 上記第1レンズシートと第2レンズシートとの積層状態を示す分解斜視図である。 (a)はレンズシートがない場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、(b)は第1レンズシートがある場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、(c)は第2レンズシートがある場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、(d)は第1レンズシートと第2レンズシートとを積層した場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートである。 (a)は図10(a)〜(d)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(b)は図10(a)〜(d)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 上記第1レンズシートと第2レンズシートとを積層した液晶表示装置における狭視野角モード時の輝度分布を示すチャートである。 本発明における液晶表示装置の他の実施の形態を示すものであり、視野角制御パネルと表示用液晶パネルとの間の偏光板をクリア偏光板とし、かつレンズシートを設けた液晶表示装置を示す断面図である。 上記液晶表示装置の変形例を示すものであり、図13に示す液晶表示装置において、レンズシートを第1レンズシートと第2レンズシートとの2枚にした液晶表示装置を示す断面図である。 (a)は図14に示す液晶表示装置における広視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 (a)は図14に示す液晶表示装置における狭視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 本発明における液晶表示装置のさらに他の実施の形態を示すものであり、視野角制御パネルと表示用液晶パネルとの間の偏光板をクリア偏光板とし、レンズシートを設けていない液晶表示装置を示す断面図である。 (a)は図17に示す液晶表示装置における広視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 (a)は図17に示す液晶表示装置における狭視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 従来の視野角制御パネルを備えた液晶表示装置の視野角分布を示すチャートである。 (a)は従来の視野角制御パネルを備えた他の液晶表示装置における広視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。 (a)は上記従来の視野角制御パネルを備えた他の液晶表示装置における狭視野角モード時の輝度分布を示すチャートであり、(b)は(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、(c)は(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。
符号の説明
1 表示用液晶パネル(表示パネル)
2 視野角制御パネル
3 バックライト
10 液晶表示装置(表示装置)
10a 液晶表示装置(表示装置)
10b 液晶表示装置(表示装置)
11 液晶セル
12 液晶パネル上偏光板(偏光板)
13 液晶パネル下偏光板
21 液晶セル
21a 透光性基板
21b 透光性基板
21c 液晶分子
22 制御パネル上偏光板
23 制御パネル下偏光板(偏光板)
50 液晶表示装置(表示装置)
50a 液晶表示装置(表示装置)
60 液晶表示装置(表示装置)
22 偏光透過軸
23 偏光透過軸
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図12に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の液晶表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
まず、本実施の形態の液晶表示装置10の構成について、図1に基づいて説明する。図1は、上記液晶表示装置10の概略構成を示す断面図である。
図1に示すように、液晶表示装置10は、画像を表示する表示パネルとしての表示用液晶パネル1と、この表示用液晶パネル1の上に設けられた視野角制御パネル2との2枚のパネルを備えている。上記表示用液晶パネル1は透過型であり、光源としてバックライト3が用いられる。また、バックライト3と視野角制御パネル2との間には、本実施の形態では、レンズシート41と拡散シート42とが積層されて設けられている。
上記表示用液晶パネル1は、一対の透光性基板間に液晶を挟持した液晶セル11と、液晶セル11の表裏に設けられた液晶パネル上偏光板12及び液晶パネル下偏光板13とを有している。上記液晶パネル上偏光板12は、表面に例えばAG(Anti Glar)処理等の拡散処理が施されたものからなっている。このAG処理とは、ギラギラ(反射)防止処理のことを意味する。例えば、ガラス表面等での鏡面反射を避ける方法の1つであり、液晶パネル上偏光板12の表面を少し粗面にするか、又は粗面膜を貼り付ける等の処理を行う。この結果、例えば、背景の写り込みを防ぐことができるものである。
また、液晶パネル下偏光板13は、表面処理を施していないいわゆるクリア偏光板からなっている。
なお、表示用液晶パネル1の液晶セル11の液晶モードやセル構造は任意である。また、表示用液晶パネル1の駆動モードも任意である。すなわち、表示用液晶パネル1としては、文字、画像、又は動画を表示できる任意の液晶パネルを用いることができる。さらに、表示用液晶パネル1は、カラー表示可能なパネルであっても良いし、モノクロ表示専用のパネルであっても良い。したがって、図1においては表示用液晶パネル1の詳細な構造を図示せず、その説明も省略する。
上記バックライト3は、下から順に反射シート31と導光板32と拡散シート33とを有している。この導光板32の側面には図示しない光源が設けられている。なお、このバックライト3の構成は、一般的なものであり、公知の任意のバックライトを用いることができる。
上記視野角制御パネル2は、例えば、同図に示すように、表示用液晶パネル1の下側に設けられている。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、図2に示すように、視野角制御パネル2が表示用液晶パネル1の上側に存在している液晶表示装置10aとすることも可能である。
本実施の形態の液晶表示装置10は、視野角制御パネル2における液晶をスイッチング動作させることにより、表示用液晶パネル1の画像が視認できる視野角が広い状態である広視野角と、表示用液晶パネル1の画像が視認できる視野角が狭い状態である狭視野角との2つのモードの表示状態を切替えることができるようになっている。狭視野角は、他人に表示用液晶パネル1の画像を見られたくない場合に特に好適に用いられ、広視野角は、それ以外の通常の使用時や、表示用液晶パネル1の画像を複数人で同時に見たい場合等に好適に用いられる。
上記視野角制御パネル2は、図1に示すように、一対の後述する透光性基板21a・21bの間に液晶層を挟持した液晶セル21と、この液晶セル21の表示用液晶パネル1側に設けられた制御パネル上偏光板22と、この液晶セル21の表示用液晶パネル1側に設けられた制御パネル下偏光板23とを備えている。液晶セル21の液晶層は、垂直配向(ホメオトロピック配向)させたネマティック液晶からなっている。
上記制御パネル上偏光板22は、表面に例えばAG処理等の拡散処理が施されている。また、制御パネル下偏光板23は、表面処理を施していないいわゆるクリア偏光板からなっている。なお、上記制御パネル下偏光板23は、必ずしも必要ではなく、省略することが可能である。すなわち、視野角制御パネル2と表示用液晶パネル1との間に少なくとも1つの偏光板が存在すればよいので、表示用液晶パネル1の液晶パネル上偏光板12を制御パネル下偏光板23のために共用することが可能である。
ここで、図3(a)(b)に基づいて、視野角制御パネル2の詳細な構成及び動作について説明する。図3(a)(b)は、主として視野角制御パネル2の構成を示す模式図であり、(a)は狭視野角モード時における液晶分子の配列状態を示し、(b)は広視野角モード時における液晶分子の配列状態を示す。
図3(a)(b)に示すように、視野角制御パネル2の液晶セル21は、一対の透光性基板21a・21bを備えている。透光性基板21a・21bのそれぞれの表面には、例えばITO(Indium Tin Oxide:インジウムすず酸化物)を用いて図示しない透明電極が形成されている。なお、表示用液晶パネル1は、例えば画素単位又はセグメント単位等の表示単位で液晶を駆動することが必要であるので、表示単位に応じた電極構造を有している。しかし、視野角制御パネル2は、電極構造に関しては制限がない。例えば、表示面全体で一様なスイッチングを行うために透光性基板21a・21bの全面に一様な透明電極が形成された構成としても良いし、他の任意の電極構造を取り得る。
透明電極の上層には、液晶分子21cを配向させる図示しない配向膜が形成されている。配向膜には、公知の手法により、ラビング処理がなされている。図3(a)(b)において、透光性基板21a・21bのそれぞれにおけるラビング方向を、矢印Ra・Rbにより示した。図3(a)(b)に示すように、透光性基板21aの配向膜に対するラビング方向Raは、透光性基板21bの配向膜に対するラビング方向Rbに平行かつ逆向きである。
すなわち、視野角制御パネル2の液晶セル21は、ツイスト角0(ねじれなし)のいわゆるパラレル型セルである。本実施の形態では、液晶セル21に注入される液晶は、負の誘電異方性を持つネガ型ネマティック液晶である。したがって、液晶セル21の液晶分子21cは、電圧の無印加時には、透光性基板21a・21bの基板面に対して分子長軸が垂直となるように配列する。液晶セル21の液晶層のリタデーションd・△nは、例えば、200nm〜350nmである。
上記の透光性基板21a・21bのそれぞれに設けられた図示しない電極間に電圧を印加すると、図3(a)に示すように、液晶分子21cは、基板面に対して垂直な状態から、透光性基板21a・21bの法線に平行かつ透光性基板21aの配向膜に対するラビング方向Ra・Rbに平行な面内で、印加電圧の大きさに応じて徐々に向きを変える。そして、印加電圧が所定値となると、液晶分子21cは、図3(b)に示すように、透光性基板21a・21bの基板面に対して分子長軸が平行な状態で配列する。すなわち、図3(a)は、印加電圧V(例えば2.5V〜3.5V程度の電圧)によって、液晶分子21cの分子長軸が、透光性基板21a・21bの法線に対して傾いた状態を示す。また、図3(b)は、印加電圧V(例えば5.0V以上の電圧)によって、液晶分子21cの分子長軸が、透光性基板21a・21bの基板面に略平行になった状態を示す。
図3(a)に示すように、視野角制御パネル2において液晶セル21の下方に設けられた制御パネル下偏光板23と制御パネル上偏光板22とは、それぞれの偏光透過軸X23と偏光透過軸X22とが略直交するように配置されている。
また、偏光透過軸X23と偏光透過軸X22とのなす角は、80°〜100°の範囲であれば、視野角切替えの十分な効果が得られる。制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22は、透光性基板21aの配向膜に対するラビング方向Rに対して、40°〜50°(好ましくは45°)の傾きを持つ。
ここで、上述の図3(a)(b)に加えて、図4及び図5を参照し、上述の構成の視野角制御パネル2を用いて、視野角を広視野角と狭視野角との間で切替える原理について説明する。すなわち、上記視野角制御パネル2は、液晶セル21に対する印加電圧を切替えることにより、視野角を広視野角と狭視野角との間で切替える。なお、以下の説明において、視野角制御パネル2に対する、ある視点からの視角を、制御パネル上偏光板22の中央を基準とした方位角θ及び極角Φによって表す。図4は、図3(a)(b)と同じ向きに配置された視野角制御パネル2に対する、3つの視点P〜Pからの視角を表したものである。
図4に示すように、方位角θとは、視点から制御パネル上偏光板22の表面を含む平面へ下ろした垂線の足と、制御パネル上偏光板22の中央22cとを結ぶ線の回転角である。図4の例では、方位角θは、視点Pの方向の方位角を0°として、制御パネル上偏光板22の法線方向上側から見た場合に時計回りに増加するものとする。
図4の例では、視点Pの方位角θは90°、視点Pの方位角θは180°である。極角Φは、制御パネル上偏光板22の中央22cと視点とを結ぶ直線が、制御パネル上偏光板22の法線となす角度である。
ここで、図5(a)〜(c)を参照しながら、液晶セル21に対する印加電圧Vによって、図3(a)に示す液晶分子21cの分子長軸が透光性基板21a・21bの法線に対して微少角だけ傾いている場合の、図4に示す視点P〜Pのそれぞれの視角から観察される表示状態について説明する。
まず、図4に示す視点Pからの視角(方位角θ=0°)に対しては、図5(a)に示すように、液晶分子21cの短軸側が視角方向に対向する状態となる。これにより、視点Pからの視角に対しては、バックライト3から出射され、制御パネル下偏光板23を透過して液晶セル21内に入射した直線偏光は、液晶分子21cによって複屈折が与えられず、制御パネル上偏光板22で遮蔽される。したがって、視点Pからの視角(方位角θ=0°)に対しては、黒表示となる。なお、液晶セル21に対する印加電圧Vが上述のとおり2.5V〜3.5V程度である場合、図5に示すように、方位角θ=0°については、極角Φについてはおよそ30°≦Φ<90°の範囲で、他人からの覗き見を防止するに十分な遮光状態が得られる。なお、図6において、L〜Lは、輝度が、50cd/m、100cd/m、150cd/m、200cd/m、250cd/m、300cd/m、350cd/m、及び400cd/mの視角の分布を示す等位線である。また、図6は、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bの存在しない場合の輝度分布図である。
また、図4に示す視点Pからの視角(方位角θ=90°)に対しては、図5(b)に示すように、液晶分子21cの分子長軸が、制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22及び制御パネル下偏光板23のそれぞれに対して若干傾いた状態となる。
これにより、視点Pからの視角に対しては、バックライト3から出射され、制御パネル下偏光板23を透過して液晶セル21内に入射した直線偏光は、液晶分子21cによってごくわずかな複屈折が生じるが、制御パネル上偏光板22で遮蔽される。したがって、視点Pからの視角(方位角θ=90°)に対しても、黒表示となる。
また、視点Pと対向する位置、すなわち方位角θが270°の場合も視点Pからの観察時と同様の原理により、黒表示となる。なお、液晶セル21に対する印加電圧Vが上述のとおり2.5V〜3.5V程度である場合、方位角θ=90°及び方位角θ=270°については、図6に示すように、極角Φについて約30°≦Φ<90°の範囲で、他人からの覗き見を防止するに十分な遮光状態が得られる。
また、図4に示す視点Pからの視角(方位角θ=180°)に対しては、図5(c)に示すように、液晶分子21cの分子長軸が、制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22及び制御パネル下偏光板23の偏光透過軸X23のそれぞれに対して約45°傾き、かつ、液晶分子21cの長軸側が視角方向に対向する状態となる。これにより、視点Pからの視角に対しては、バックライト3から出射され、かつ制御パネル下偏光板23を透過して液晶セル21内に入射した直線偏光は、液晶分子21cによって複屈折が与えられ、制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22に一致するよう偏光方向が回転され、制御パネル上偏光板22を透過する。したがって、視点Pからの視角に対しては、良好な表示が得られる。なお、印加電圧Vが上述のとおり2.5V〜3.5V程度である場合は、方位角θ=180°については、図6に示すように、極角Φについておよそ0°≦Φ<90°の範囲で、良好な表示が得られる。
以上のとおり、視野角制御パネル2の液晶セル21に、液晶分子21cの分子長軸を基板法線に対して微少角だけ傾ける印加電圧Vを印加した場合、方位角θ=180°前後の狭い視角範囲についてのみ良好な表示が得られ、その他の方位角については、液晶セル21内の偏光光が制御パネル上偏光板22で遮光され、黒表示となる。
したがって、視野角制御パネル2の液晶セル21に印加電圧Vを印加することによって、広視野角方向に対しては、バックライト3からの出射光を遮蔽できる。すなわち、広視野角方向からは表示用液晶パネル1の表示画像を視認できなくなり、液晶表示装置10を狭視野角とすることができる。
一方、視野角制御パネル2の液晶セル21に、図3(b)に示すように、液晶分子21cの分子長軸を基板に略平行に傾ける印加電圧Vを印加した場合は、図4に示す視点P〜Pのいずれの視角に対しても、図7に示すように、全方位角θに対して良好な表示が得られるような十分な複屈折が生じることにより、液晶表示装置10を広視野角とすることができる。なお、図7において、L〜Lは、輝度が、130cd/m、240cd/m、350cd/m、460cd/m、570cd/m、680cd/m、790cd/m、及び900cd/mの各視角の分布を示す等位線である。なお、図7は、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bの存在しない場合の輝度分布図である。
本実施の形態の液晶表示装置10では、視野角制御パネル2の液晶セル21に印加する電圧を、印加電圧V又は印加電圧Vの少なくとも二段階で切替えることにより、液晶表示装置10の表示状態を広視野角モードと狭視野角モードとの間で切替えることが可能となる。
なお、上記視野角制御パネル2は、図8に示すように、制御パネル上偏光板22と液晶セル21の透光性基板21aとの間に位相差フィルム4をさらに備えた構成とすることも可能である。液晶セル21に印加電圧Vを印加することによって狭視野角とした場合、図4に示す方位角θ=180°付近以外の視角(例えば、方位角θ=0°付近、90°付近、及び270°付近)から見た場合、バックライト3から出射し、制御パネル下偏光板23を透過した後の直線偏光は、液晶分子21cの屈折率(n,n)により、液晶セル21の液晶層において複屈折が生じて楕円偏光となる。
これにより、制御パネル上偏光板22を透過する成分が生じ、光漏れの原因となる。位相差フィルム4は、その楕円偏光を光学補償するために設けられるものである。つまり、狭視野角モード時において、液晶セル21の液晶層において生じる楕円偏光を相殺するような楕円偏光を生じる位相差フィルムを、位相差フィルム4として使用する。なお、位相差フィルム4の3次元屈折率軸N・N・Nは、図7に示すように定義する。すなわち、3次元屈折率軸Nは、制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22に垂直な成分、3次元屈折率軸Nは、制御パネル上偏光板22の偏光透過軸X22に平行な成分、3次元屈折率軸Nは、制御パネル上偏光板22の法線に平行な成分である。
ところで、上述した構成では、視野角制御パネル2における狭視野角モードにおいて、狭視野角特性が不十分である。
そこで、本実施の形態では、図1に示すように、バックライト3と視野角制御パネル2との間には、レンズシート41が設けられている。そして、レンズシート41によって、バックライト3からの光が狭められ、狭視野角モードにおいて、狭視野角特性を増大させることができる。上記レンズシート41は、例えば縦縞状のプリズム稜線パターンを有している。なお、レンズシート41に上には、拡散シート42が設けられている。
また、上記レンズシート41は、単層よりも複層の方がより狭視野角特性が増大する。そして、例えば2層とする場合、図9(a)及び図9(b)に示すように、バックライト3側に設けられ、かつ表示用液晶パネル1に対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aと、この第1レンズシート41aの上に積層され、かつ表示用液晶パネル1に対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bとの2枚からなっていることが好ましい。
上記第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bを備えた液晶表示装置10の視野角特性の改善効果について、図10(a)〜(d)及び図11(a)(b)に基づいて説明する。すなわち、図10(a)はレンズシート41がない場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、図10(b)は第1レンズシート41aのみがある場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、図10(c)は第2レンズシート41bがある場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートであり、図10(d)は第1レンズシート41aと第2レンズシート41bとを積層した場合の一般的な液晶表示装置の輝度分布を示すチャートである。また、図11(a)は図10(a)〜(d)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、図11(b)は図10(a)〜(d)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。
上記図10(a)(b)及び図11(a)(b)から分かるように、表示用液晶パネル1に対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aのみを挿入した場合には、水平方向の極角が小さくなる。一方、上記図10(a)(c)及び図11(a)(b)から分かるように、表示用液晶パネル1に対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bのみを挿入した場合には、垂直方向の極角が小さくなることが分かる。また、上記図10(a)(d)及び図11(a)(b)から分かるように、表示用液晶パネル1に対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aと表示用液晶パネル1に対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bとの両方を挿入した場合には、水平方向及び垂直方向の両方の極角が小さくなる。
この結果、レンズシート41を挿入することにより、狭視野角特性が増大すると共に、上記第1レンズシート41aと第2レンズシート41bとを積層した場合には、さらに狭視野角特性が増大することが分かる。
実際に、本実施の形態の液晶表示装置10において、第1レンズシート41aと第2レンズシート41bとを積層したものについて、狭視野角モード時の輝度分布を求めた結果、図12に示す輝度分布が得られた。
この図12に示す輝度分布を、前記図6と比較すると、狭視野角モード時の狭視野角特性が増大していることが確認できる。
このように、本実施の形態の液晶表示装置10は、バックライト3と表示用液晶パネル1又は視野角制御パネル2との間には、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bが設けられている。このため、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bによって、バックライト3から出射された光を集光させることによって、狭視野角化が図れる。したがって、狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置10・10aを提供することができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置10bでは、レンズシートは、複数のものが積層されてなっていることが好ましい。これにより、レンズシートが単層のものよりも、単層を積層した複数とすることによって、バックライト3から出射された光をより狭く集光させることができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置10bでは、レンズシートは、バックライト3側に設けられ、かつ表示用液晶パネル1に対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aと、この第1レンズシート41aの上に積層され、かつ表示用液晶パネル1に対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bとの2枚からなっている。なお、表示用液晶パネル1に対して縦縞状とは、表示用液晶パネル1を通常の方向で見た場合に、その表示用液晶パネル1に対して縦方向となっていることをいう。
これにより、縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aによって、バックライト3から出射された光を左右方向に狭視野角化を図るように集光させることができる。また、横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bによって、バックライト3から出射された光を前後方向に狭視野角化を図るように集光させることができる。
この結果、左右及び前後方向を2枚の第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bを用いて効率よく、狭視野角化を図ることができる。なお、本実施の形態においては、図9(b)に示すように、バックライト3側に表示用液晶パネル1に対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシート41aを設け、その上に、表示用液晶パネル1に対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシート41bを積層する方が、縦横の配置を入れ替えるよりも遮蔽効果があることが実験により分かっている。
また、本実施の形態の液晶表示装置10・10a・10bでは、視野角制御パネル2は、一対の透光性基板21a・21b間に液晶分子21cを垂直配向させた液晶層を有する液晶セル21と、上記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、液晶セル21は、偏光透過軸X22及び偏光透過軸X23が略直交するよう対向配置された2枚の制御パネル上偏光板22及び制御パネル下偏光板23の間に配置され、上記駆動回路は、液晶セル21の液晶層の液晶分子21cの配列状態を変化させることにより、表示状態を、第1の視野角範囲と、第1の視野角範囲内にありかつ第1の視野角範囲よりも狭い第2の視野角範囲との間で切替える。
これにより、視野角制御パネル2の観察者側に配置されている制御パネル上偏光板22が検光子として作用し、視野角制御パネル2から観察者側へ出射する光を、視角に応じて透過又は遮蔽することができる。
この結果、狭視野角モードに切替えたときに、狭視野角効果を増大し得る10・10a・10bを提供することができる。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図13ないし図16に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態の液晶表示装置50では、図13に示すように、前記実施の形態1の液晶表示装置10と比べると、表示用液晶パネル1の液晶パネル上偏光板12及び視野角制御パネル2の制御パネル下偏光板23は、いづれも拡散処理していないものとなっている(図13において「上偏光板(クリア)12」、「下偏光板(クリア)23」と表示)。なお、同図13においては、表示用液晶パネル1に液晶パネル上偏光板12を設け、かつ視野角制御パネル2に制御パネル下偏光板23を設けて、それらをいづれも拡散処理していないものとしているが、必ずしもこれに限らない。例えば、表示用液晶パネル1の液晶セル11と視野角制御パネル2の液晶セル21との間に共通する偏光板を設け、その偏光板を拡散処理していないとすることも可能である。
また、同図においては、表示用液晶パネル1の上側に視野角制御パネル2が設けられたものを開示しているが、必ずしもこれに限らない。すなわち、表示用液晶パネル1と視野角制御パネル2との積層順序を入れ替えて、視野角制御パネル2の上側に表示用液晶パネル1が設けられた構成とすることも可能である。
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置50では、視野角制御パネル2の制御パネル下偏光板23が拡散処理していない偏光板となっていることに加えて、表示用液晶パネル1の液晶パネル上偏光板12も拡散処理していない偏光板となっている。この構成によっても、狭視野角効果が増大する。
また、この液晶表示装置50についても、図14に示すように、レンズシート41を第1レンズシート41aと第2レンズシート41bとを積層した液晶表示装置50aとすることが可能である。
上記液晶表示装置50aの性能について、図15(a)(b)(c)及び図16(a)(b)(c)に基づいて説明する。ここで、図15(a)は広視野角モード時の液晶表示装置50aの輝度分布を示すチャートであり、図15(b)は図15(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、図15(c)は図15(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。また、図16(a)は狭視野角モード時の液晶表示装置50aの輝度分布を示すチャートであり、図16(b)は図16(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、図16(c)は図16(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。
上記図16(a)(b)(c)から分かるように、前記実施の形態1の図12に示す狭視野角モード時の輝度分布に比べて視野角がより狭くなっていることが分かる。なお、この狭視野角増大効果は、前記実施の形態1の図7に示す広視野角モード時の輝度分布と、本実施の形態の図15(a)に示す広視野角モード時の輝度分布とを比べても視野角がより狭くなっていることが分かる。
このように、本実施の形態の液晶表示装置50・50aでは、表示用液晶パネル1の液晶セル11と視野角制御パネル2の液晶セル21との間には、拡散処理していない制御パネル下偏光板23及び液晶パネル上偏光板12が設けられている。すなわち、制御パネル下偏光板23と液晶パネル上偏光板12との両方が、拡散処理していない偏光板からなっている。
これにより、表示用液晶パネル1の液晶セル11と視野角制御パネル2の液晶セル21との間の拡散処理していない制御パネル下偏光板23及び液晶パネル上偏光板12が存在するので、狭視野角化の効果が阻害されることがない。すなわち、例えば、液晶パネル上偏光板12が拡散処理されていると、狭視野角化の効果が阻害される。
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図17ないし図19に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
前記実施の形態2における液晶表示装置50及び液晶表示装置50aでは、レンズシート41または、第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bを有する構成に付加して、表示用液晶パネル1と視野角制御パネル2との間に、拡散処理していない偏光板が設けられていた。
しかしながら、必ずしもこれに限らず、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bを有していなくても、表示用液晶パネル1の液晶セル11と視野角制御パネル2の液晶セル21との間に拡散処理していない偏光板を設ける構成は、狭視野角効果が増大する効果がある。
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置60は、図17に示すように、バックライト3の上に表示用液晶パネル1が設けられ、さらに表示用液晶パネル1の上に視野角制御パネル2が設けられており、レンズシート41又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bは存在しない。
なお、同図においても、表示用液晶パネル1の上側に視野角制御パネル2が設けられたものを開示しているが、必ずしもこれに限らない。すなわち、表示用液晶パネル1と視野角制御パネル2との積層順序を入れ替えて、視野角制御パネル2の上側に表示用液晶パネル1が設けられた構成とすることも可能である。
上記液晶表示装置60の性能について、図18(a)(b)(c)及び図19(a)(b)(c)に基づいて説明する。ここで、図18(a)は広視野角モード時の液晶表示装置60の輝度分布を示すチャートであり、図18(b)は図18(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、図18(c)は図18(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。また、図19(a)は狭視野角モード時の液晶表示装置60の輝度分布を示すチャートであり、図19(b)は図19(a)における水平方向の輝度−極角特性を示すグラフであり、図19(c)は図19(a)における垂直方向の輝度−極角特性を示すグラフである。
上記図19(a)(b)(c)から分かるように、前記実施の形態1の図6に示す狭視野角モード時の輝度分布に比べて視野角がより狭くなっていることが分かる。なお、この狭視野角増大効果は、前記実施の形態1の図7に示す広視野角モード時の輝度分布と、図18(a)に示す広視野角モード時の輝度分布とを比べても視野角がより狭くなっていることが分かる。
このように、本実施の形態の液晶表示装置60では、レンズシート41、又は第1レンズシート41a及び第2レンズシート41bが設けられていない。
しかし、本実施の形態では、表示用液晶パネル1の液晶セル11と視野角制御パネル2の液晶セル21との間には、拡散処理していない液晶パネル上偏光板12及び制御パネル下偏光板23が設けられているので、この構成だけでも狭視野角効果を増大し得る液晶表示装置60を提供することができる。
なお、本実施の形態1〜3を通して、表示用液晶パネル1は、透過型液晶表示パネル、反射型液晶表示パネル、又は半透過型液晶表示パネルのいずれでもよい。
本発明は、バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置に適用できる。なお、液晶表示装置は、例えば、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、又は半透過型液晶表示装置のいずれでも適用可能である。

Claims (9)

  1. バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、
    上記バックライトと上記視野角制御パネルよりもバックライト側に設けられた上記表示パネルとの間、又は上記バックライトと上記表示パネルよりもバックライト側に設けられた上記視野角制御パネルとの間には、レンズシートが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、
    上記バックライトと上記視野角制御パネルよりもバックライト側に設けられた上記表示パネルとの間、又は上記バックライトと上記表示パネルよりもバックライト側に設けられた上記視野角制御パネルとの間には、複数のレンズシートが積層されて設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 前記レンズシートは、
    バックライト側に設けられ、かつ表示パネルに対して縦縞状のプリズム稜線パターンを有する第1レンズシートと、上記第1レンズシートの上に積層され、かつ表示パネルに対して横縞状のプリズム稜線パターンを有する第2レンズシートとの2枚からなっていることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 前記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、
    上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、拡散処理していない少なくとも1枚の偏光板が設けられていることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 前記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、
    上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、拡散処理していない少なくとも1枚の偏光板が設けられていることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  6. 前記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、
    上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、拡散処理していない少なくとも1枚の偏光板が設けられていることを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
  7. 前記視野角制御パネルは、一対の透光性基板間に液晶分子を垂直配向させた液晶層を有する液晶セルと、上記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、
    上記液晶セルは、偏光透過軸が互いに略直交するよう対向配置された2枚の偏光板の間に配置され、
    上記駆動回路は、上記液晶セルの液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第1の視野角範囲と、第1の視野角範囲内にありかつ第1の視野角範囲よりも狭い第2の視野角範囲との間で切替えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  8. バックライトと、表示パネルと、上記表示パネルの視野角を制御する視野角制御パネルとを備えた液晶表示装置であって、
    上記表示パネル及び視野角制御パネルは、それぞれ液晶セルを含むと共に、
    上記表示パネルの液晶セルと視野角制御パネルの液晶セルとの間には、少なくとも1枚の拡散処理していない偏光板が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 前記視野角制御パネルは、一対の透光性基板間に液晶分子を垂直配向させた液晶層を有する液晶セルと、上記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、
    上記液晶セルは、偏光透過軸が互いに略直交するよう対向配置された2枚の偏光板の間に配置され、
    上記駆動回路は、上記液晶セルの液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第1の視野角範囲と、第1の視野角範囲内にありかつ第1の視野角範囲よりも狭い第2の視野角範囲との間で切替えることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
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