WO2007094358A1

WO2007094358A1 - ディスプレイおよびそれに用いられる視野角制御装置

Info

Publication number: WO2007094358A1
Application number: PCT/JP2007/052609
Authority: WO
Inventors: Chikanori Tsukamura; Katsuhiko Morishita; Takehiko Sakai; Tsuyoshi Okazaki; Yoshiharu Kataoka
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-08-23

Abstract

　表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイを提供する。表示装置の背面および前面の少なくとも一方に視野角制御用液晶パネル（２）を備えたディスプレイである。視野角制御用液晶パネル（２）は、一対の透光性基板（２１ａ，２１ｂ）の間に液晶分子（２１ｃ）を垂直配向させた液晶セル（２１）と、液晶セル（２１）の液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備えている。液晶セル（２１）は、偏光透過軸（Ｘ13，Ｘ22）が略直交するよう配置された２枚の偏光板（１３，２２）の間に配置されている。前記駆動回路は、視野角制御用液晶パネル（２）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、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替える。

Description

明細書

ディスプレイおよびそれに用いられる視野角制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、ディスプレイの視野角を広視野角と狭視野角との間で切替えられる視野角制御装置と、それを用いたディスプレイに関するものである。

背景技術

[0002] ディスプレイは、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、最近広く普及してレ、る液晶ディスプレイは、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なされてきた。し力ながら、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)、または携帯電話等は、電車や飛行機内など、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視かれたくないので、ディスプレイの視野角が狭いことが望ましい。このように、近年、 1台のディスプレイの視野角を、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、液晶ディスプレイに限らず、任意のディスプレイに対して共通の課題である。

[0003] このような要求に対して、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、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 (例えば、特許第 3322197号公報)。特許第 33 22197号公報では、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、ホモジニァス液晶、ランダム配向のネマティック液晶などが例示されている。

[0004] また、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へ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従来開示されている（例えば、特開平 10— 2682 51号公報)。特開平 10— 268251号公報では、視野角制御用液晶パネルの液晶モ一ドはッイストネマティック方式である。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許第 3322197号公報では、位相差制御用液晶素子を用いることによって広視野角と狭視野角との切替えが可能であると述べられてレ、るが、その効果は十分とは言えない。例えば特許第 3322197号公報の図 4には、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。し力、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。一般に、コントラスト比が 2 : 1まで低下しても、十分に表示を視認できるからである。

[0006] また、特開平 10— 268251号公報の技術も、視野角制御用液晶パネルへ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り、その効果は十分とは言えない。

[0007] すなわち、特許第 3322197号公報、特開平 10— 268251号公報のいずれの技術も、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、広視野角と狭視野角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、狭視野角時に広視野角方向の遮蔽が十分ではなぐ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。

[0008] そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0009] 上記の目的を達成するために、本発明にかかるディスプレイは、表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレィであって、前記視野角制御装置は、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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された

2枚の偏光板の間に配置され、前記駆動回路が、前記視野角制御装置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の視野角範囲を提供する第 1の状態と、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第 2の状態との間で切替え可能とすることを特徴とする。

[0010] 上記の構成によれば、視野角制御装置を挟むように、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、視野角制御装置と上記 2枚の偏光板とは、必ずしも隣接している必要はなぐ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、視野角制御装置の液晶セル力出射する光の偏光状態を変化させれば、視野角制御装置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、視野角制御装置から観察者側へ出射する光を、視角に応じて透過また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第 1の状態（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第 2の状態 (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ぐ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、上記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、光の透過およ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、様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイを提供することができる。

[0011] 本発明にかかるディスプレイにおいて、前記 2枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が 80° 〜： 100° の範囲で交差するように配置されたことが好ましい。

[0012] 本発明にかかるディスプレイにおいて、前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、前記 2枚の偏光板のうち 1枚が、前記表示装置に設けられた偏光板であることが好ましい。例えば、前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた構成とすることができる。この場合、視野角制御装置は、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置されても良いし、前記透過型液晶表示装置の前面に配置されても良い。あるいは、前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置であることも好ましい。または、前記表示装置が自発光型表示装置であって、前記 2枚の偏光板のうち文は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている構成であっても良い。

[0013] 本発明にかかるディスプレイにおいて、前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、 40° 〜50° の範囲で交差するように配置されたことが好ましレ、。

[0014] 本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置と前記 2枚の偏光板との間の少なくとも 1箇所に位相差フィルムを備えたことが好ましい。

[0015] 本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置の液晶層に、ポジ型ネマティック液晶またはネガ型ネマティック液晶を用いたことが好ましレ、。

[0016] また、上記の目的を達成するために、本発明にかかる第 1の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記液晶セルにおレ、て前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第 1の視野角範囲と、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の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする。

[0017] また、上記の目的を達成するために、本発明にかかる第 2の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を広視野角と狭視野角とのレ、ずれかとすることを特徴とする。

発明の効果

[0018] 以上のとおり、本発明によれば、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供できる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に力かるディスプレイの概略構成を示す断面図である。

[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に力かる視野角制御用液晶パネルの構成を示す模式図であり、（a)は狭視野角時における液晶分子の配列状態を示し、（b)は広視野角時における液晶分子の配列状態を示す。

[図 3]図 3は、図 2 (a)および (b)と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネルおよび上側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。

[図 4]図 4 (a)〜（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。

[図 5]図 5は、本発明の一実施形態に力かるディスプレイの、狭視野角時の輝度分布を示すチャートである。

[図 6]図 6は、本発明の一実施形態に力かるディスプレイの、広視野角時の輝度分布を示すチャートである。

[図 7]図 7は、本発明の一実施形態に力かるディスプレイの変形例であり、視野角制御用液晶パネルの透光性基板と偏光板との間に位相差フィルムをさらに備えた構成を示す模式図である。

[図 8]図 8 (a)は、視野角制御用液晶パネルの液晶分子の屈折率楕円体を示し、図 8 (b)は、位相差フィルムの屈折率楕円体を示し、図 8 (c)は、比較例として、液晶ディスプレイの広視野角化のために従来用いられている位相差フィルムの屈折率楕円体を示す模式図である。 [図 9]図 9は、偏光透過軸と、液晶分子の屈折率楕円体と、位相差フィルムの屈折率楕円体との関係を示す模式図であり、（a)は方位角 90° 付近からの視角、（b)は方位角 0° 付近からの視角である。

[図 10]図 10は、本発明の実施形態に力かるディスプレイの他の変形例の構成を示す断面図である。

[図 11]図 11は、本発明の実施形態に力かるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。

[図 12]図 12は、本発明の実施形態に力かるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、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。従って、本発明に力かるディスプレイは、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および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

[0021] 図 1は、本発明の一実施形態に力かる液晶ディスプレイ 100の概略構成を示す断面図である。図 1に示すように、液晶ディスプレイ 100は、画像を表示する表示用液晶パネル 1 (表示装置）と視野角制御用液晶パネル 2 (視野角制御装置）との 2枚の液晶パネルを備えている。本実施形態における表示用液晶パネル 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。視野角制御用液晶パネル 2は、バックライト 3と表示用液晶パネル 1との間に設けられてレ、る。液晶ディスプレイ 100は、視野角制御用液晶パネル 2における液晶をスイッチング動作させることにより、表示用液晶パネノレ 1の画像が視認できる視野角が広い状態（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 (狭視野角）との間で、表示状態を切替えることができる。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レ、場合等に好適に用レ、られる。 [0022] 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偏光板 12, 13とを有する。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、文字や画像あるい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。従って、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。また、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レ、。さらに、バックライト 3の構成にも何ら限定がなぐ公知の任意のバックライトを用いることができるので、バックライト 3の詳細な構造の図示および説明も省略する。

[0023] 視野角制御用液晶パネル 2は、一対の透光性基板間に液晶層を挟持した液晶セル 21と、液晶セル 21のバックライト 3側に設けられた偏光板 22とを備えている。液晶セル 21の液晶層は、垂直配向（ホメオト口ピック配向）させたネマティック液晶からなる

[0024] ここで、図 2 (a)および (b)を参照しながら、視野角制御用液晶パネル 2の詳細な構成および動作について説明する。図 2は、主として視野角制御用液晶パネル 2の構成を示す模式図であり、（a)は狭視野角時における液晶分子の配列状態を示し、 (b) は広視野角時における液晶分子の配列状態を示す。

[0025] 図 2 (a)および (b)に示すように、視野角制御用液晶パネル 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 IT〇（Indium Tin Oxide)を用いて透明電極（図示省略）が形成されている。なお、表示用液晶パネル 1は、表示単位（画素単位またはセグメント単位）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が、視角制御用液晶パネル 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。

[0026] 透明電極の上層には、液晶分子を配向させる配向膜（図示省略）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 2 (a)および (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 R， Rによ

a b り示した。図 2 (a)および (b)に示すとおり、透光性基板 21aの配向膜に対するラビング方向 Rは、透光性基板 21bの配向膜に対するラビング方向 Rに平行かつ逆向き a b

である。すなわち、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。従って、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ヨン d' Δ ηは、例えば、 200nm〜3 50nmである。

[0027] また、透光性基板 21a， 21bのそれぞれに設けられた電極（図示せず）間に電圧を印加すると、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 21 a, 2 lb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 R， Rに平行 a b 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（図 2 (a)参照）。印加電圧が所定値となると、液晶分子 21cは、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（図 2 (b)参照）。図 2 (a)は、印加電圧 V (例えば 2. 5V し

〜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 2 (b)は、印加電圧 V (例えば 5· 0V以

H

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の基板面にほぼ平行になった状態を示す。

[0028] 図 2 (a)に示すように、視角制御用液晶パネル 2において液晶セル 21の下方に設けられた偏光板 22と、表示用液晶パネル 1の偏光板 13とは、それぞれの偏光透過軸 X と X とが略直交するように配置されている。偏光透過軸 X と X とのなす角は、

22 13 22 13

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。表示用液晶パネル 1の偏光板 13の偏光透過軸 X は、透光性基板 21aの配向膜に対するラビ

13

ング方向 Rに対して、 40° 〜50° (好ましくは 45° )の傾きを持つ。

[0029] ここで、上述の図 2に加えて、図 3および図 4を参照し、上述の構成にかかる視野角制御用液晶パネル 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レ、て説明する。視野角制御用液晶パネル 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、表示用液晶パネル 1の偏光板 13と協働作用して、視野角を広視野角と狭視野角との間で切替える。

[0030] なお、以下の説明において、視野角制御用液晶パネル 2と偏光板 13との積層体に対する、ある視点からの視角を、偏光板 13の中央を基準とした方位角 Θおよび極角 φによって表す。図 3は、図 2 (a)および (b)と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネル 2および偏光板 13の積層体に対する、 3つの視点 P〜Pからの視角を表し

1 3

たものである。図 3に示すように、方位角 Θとは、視点から偏光板 13の表面を含む平面へ下ろした垂線の足と、偏光板 13の中央 13cとを結ぶ線の回転角である。図 3の例では、方位角 Θは、視点 Pの方向の方位角を 0° として、偏光板 13の法線方向上

1

側から見た場合に時計回りに増加するものとする。図 3の例では、視点 Pの方位角 Θ

2 は 90° 、視点 Pの方位角は 180° である。極角 φは、偏光板 13の中央 13cと視点

2 3

とを結ぶ直線力偏光板 13の法線となす角度である。

[0031] ここで、図 4 (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、し図 2 (a)に示すように液晶分子 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 3に示す視点 P〜Pのそれぞれの視角力観

1 3

察される表示状態について説明する。

[0032] まず、図 3に示す視点 Pからの視角（方位角 Θ = 0° )に対しては、図 4 (a)に示す

1 1

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 力もの視角に対しては、ノくックライト 3から出射され、偏光板 22を透過して液晶セル 2

1

1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、偏光板 13 で遮蔽される。従って、視点 P力の視角（方位角 Θ = 0° )に対しては、黒表示と

1 1

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程度でし

ある場合、方位角 Θ = 0° については、極角 φについてはおよそ 30° ≤ φく 90°

1

の範囲で、他人からの司見き見を防止するに十分な遮光状態が得られる（図 5参照）。なお、図 5におレヽて、 L〜： L fま、輝度力 50cd/ml 100cd/m²、 150cd/m²、 20

1 8

0cd/m²、 250cd/m²、 300cd/m²、 350cd/m²、 400cd/m²の視角の分布を示す等位線である。

[0033] また、図 3に示す視点 P力の視角（方位角 Θ = 90° )に対しては、図 4 (b)に示

2 2

すように、液晶分子 21cの分子長軸が、偏光板 13の偏光透過軸 X および偏光板 22 の偏光透過軸 X 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

22 2 らの視角に対しては、バックライト 3から出射され、偏光板 22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、偏光板 13で遮蔽される。従って、視点 P力の視角（方位角 Θ =0° )に対しても、

2 2

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力 ¾70° の場合も、

2

視点 P力も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

2

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° およ

L

び 270° については、極角 φについて約 30° ≤ φ < 90° の範囲で、他人からの視き見を防止するに十分な遮光状態が得られる（図 5参照）。

[0034] また、図 3に示す視点 P力、らの視角（方位角 Θ = 180° )に対しては、図 4 (c)に示

3 3

すように、液晶分子 21cの分子長軸が、偏光板 13の偏光透過軸 X および偏光板 22

13

の偏光透過軸 X 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

22

視角方向に対向する状態となる。これにより、視点!³力の視角に対しては、バックラ

3

イト 3から出射され、偏光板 22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、偏光板 13の偏光透過軸に一致するよう偏光方向が回転され、偏光板 13を透過する。従って、視点 P力の視角に対しては、良

3

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、極角 φについておよそ 0° ≤ < 90° の範

3

囲で、良好な表示が得られる（図 5参照）。

[0035] 以上のとおり、視野角制御用液晶パネル 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電圧 Vを印加した場合、方位角 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内の偏光光が偏光板 13で遮光され、黒表示となる。従って、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に電圧 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、液晶ディスプレイ 100を狭視野角とすることができる。

[0036] 一方、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に、図 2 (b)に示すように、液晶分子 21cの分子長軸を基板にほぼ平行に傾ける電圧 Vを印加した場合は、図 3に示

H

す視点 P Pのいずれの視角に対しても、全方位に対して良好な表示が得られるよ

1 3

うな十分な複屈折が生じることにより、液晶ディスプレイ 100を広視野角とすることができる（図 6参照）。なお、図 6において、 L Lは、輝度が、 130cdZm² 240cd/

m²の視角の分布を示す等位線である。

[0037] 以上のとおり、本実施形態に力かる液晶ディスプレイ 100では、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に印加する電圧を、 V , Vの少なくとも二段階で切替えること

H

により、液晶ディスプレイ 100の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることが可能となる。

[0038] なお、図 7に示すように、液晶セル 21の透光性基板 21aと偏光板 22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が好ましい。液晶セル 21に電圧 Vを印加することによって狭視野角とした場合、図 3に示す方位角 180° 付近以外の視角（例えば方位角 0° 付近、 90° 付近、 270° 付近)から見た場合、バックライト 3から出射し偏光板 22を透過した後の直線偏光は、液晶分子 21cの屈折率 (η , 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、偏光板 13 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ノレムを、位相差フィルム 4として使用する。なお、図 7に示すように、位相差フィルム 4 の 3次元屈折率軸 N , N , Nを定義する。すなわち、 Nは、偏光板 13の偏光透過軸

X に垂直な成分、 Nは、偏光板 13の偏光透過軸 X に平行な成分、 Nは、偏光板 1

13 13

3の法線に平行な成分である。

[0039] 図 8 (a)は、液晶セル 21の液晶分子 21cの屈折率楕円体であり、 n >nである。図

8 (b)は、位相差フィルム 4の屈折率楕円体であり、 N >N >Nである。また、図 8 (c

)は、比較例として示すものであり、液晶ディスプレイの広視野角化のために従来用レ、られている位相差フィルム (ネガティブ Aプレートフィルム）の屈折率楕円体であり、 N =N >Nである。 [0040] 図 9 (a)は、図 3に示す視点 P (方位角 Θ = 90° )付近から見た場合の、偏光板 13

2

, 22の偏光透過軸 X , Χ と、液晶分子 21cの屈折率楕円体 F と、位相差フィルム 4

13 22 21

の屈折率楕円体 Fとの関係を示す模式図である。図 9 (a)に、液晶分子 21cの屈折

4

率楕円体 F の n， nを、偏光板 13の偏光透過軸 X に平行な成分 n と、偏光板 22

21 e 13 xl3

の偏光透過軸 X に平行な成分 n とに分解して示す。また、位相差フィルム 4の屈折

22 x22

率楕円体 Fの N， Nを、偏光板 13の偏光透過軸 X に平行な成分 N と、偏光板 2

4 13 xl3

2の偏光透過軸 X に平行な成分 N とに分解して示す。図 9 (a)から分かるように、 n

22 x22 x と N とは大きさがほぼ等しぐ n と N も大きさがほぼ等しい。従って、図 3に示す

13 xl3 x22 x22

視点 P (方位角 θ = 90° )付近の視角に対して、液晶セル 21の液晶層で生じる位

2

相差が位相差フィルム 4によって相殺され、光漏れを防止することができる。なお、方位角 Θ = 270° 付近の視角から見た場合も、上記と同じ原理により、光漏れが防止される。

[0041] また、図 9 (b)は、図 3に示す視点 P (方位角 Θ =0° )付近から見た場合の、偏光

1

板 13, 22の偏光透過軸 X ，X と、液晶分子 21cの屈折率楕円体 F と、位相差フィ

13 22 21

ルム 4の屈折率楕円体 Fとの関係を示す模式図である。図 9 (b)に示すように、方位

4

角 Θ =0° 付近の視角から見た場合は、位相差がほとんど発生しないので、光漏れは生じない。

[0042] 本実施形態に力かる視野角制御用液晶パネル 2の液晶材料としてメルク株式会社製の MLC— 6609 (商品名）を使用し、狭視野角時の印加電圧 Vを 2· 5V〜3. 5V し

、広視野角時の印加電圧 Vを 5. 0V以上とする場合、位相差フィルム 4としては、例

H

えば、 A nd= 140nm， N =0. 1のフィルムを使用することができる。

[0043] なお、図 7では、液晶セル 21の透光性基板 21aと偏光板 13との間に位相差フィルム 4を備えた構成を例示した力位相差フィルム 4を、液晶セル 21の透光性基板 21b と偏光板 22との間に配置しても、同等の効果が得られる。

[0044] また、液晶セル 21の透光性基板 21aと偏光板 13との間と、液晶セル 21の透光性基板 21bと偏光板 22との間との両方に、 2枚合わせて位相差フィルム 4と同等の光学補償効果を有する位相差フィルムを、 2枚配置した構成としても良い。この構成によつても、図 7に示した構成と同等の効果が得られる。 [0045] 図 10は、本実施形態に力かる液晶ディスプレイ 100の変形例としての液晶ディスプレイ 200の構成を示す。図 1と図 10とを比較することから分かるように、液晶ディスプレイ 100と液晶ディスプレイ 200とは、表示用液晶パネル 1と視野角制御用液晶パネル 2との積層順序が逆になつている。すなわち、図 10に示すように、液晶ディスプレイ 200は、バックライト 3の上に表示用液晶パネル 1が積層され、さらにその上に視野角制御用液晶パネル 2が積層された構成である。なお、液晶ディスプレイ 200におレ、て、表示用液晶パネル 1は、半透過型液晶パネルであっても良い。

[0046] 液晶ディスプレイ 200においては、表示用液晶パネル 1の上側の偏光板 12と、視野角制御用液晶パネル 2 (液晶セル 21および偏光板 22)との積層体が、液晶ディスプレイ 100に関して図 2 (a)および (b)に示した積層体と同等に機能する。従って、図 10に示す液晶ディスプレイ 200においても、液晶ディスプレイ 100と同様に、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に印加する電圧を、 V , Vの少なくとも二段階に

H

切替えることにより、液晶ディスプレイ 100の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。

[0047] 以上のように、本実施形態に力かる液晶ディスプレイ 100, 200によれば、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に電圧 Vを印加すれば、図 5に示すように、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に電圧 Vを印加すれば、広い視野角から表示が

H

視認できる。

[0048] なお、本実施形態は、あくまでも本発明の具体例を示すものであって、本発明の技術的範囲をこれらの具体例に限定する意図はない。例えば、上記の説明では、ネガ型ネマティック液晶を用いる例を示したが、ポジ型ネマティック液晶を用いても良い。ポジ型ネマティック液晶を用いた場合、ネガ型ネマティック液晶を用いた場合と液晶分子の挙動が異なり、電圧無印加時は液晶分子が基板に対して平行 (ホモジニァス配向）となり、印加電圧に応じて、液晶分子が基板に対して立ち上がる。従って、広視野角時は視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に電圧を印加せず、狭視野角時は所定の電圧を印加すれば良レ、。

[0049] さらに、上記の説明では、視野角制御用液晶パネル 2の液晶層全体が一様に制御される構成を例示した。しかし、液晶セル 21の電極構造を局所領域毎に異ならせれば、液晶の動作を局所領域毎に制御することができる。これにより、表示画面の視野角の広さを局所領域毎に異ならせることも可能である。

[0050] また、上記の説明では、表示装置の背面または前面に視野角制御装置を配置した例を説明したが、表示装置の背面と前面との両方に視野角制御装置を配置した構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。

[0051] また、上記の説明では、表示装置の具体例として、透過型液晶パネルを挙げたが、表示装置はこれに限定されない。例えば、反射型または半透過型の液晶表示パネルを表示装置として用いることもできる。また、液晶表示パネルのような非発光型表示装置に限らず、例えば、 CRT (Cathode Ray Tube)、プラズマディスプレイ、有機 EL ( Electronic Luminescence)素子、無機 EL素子、 LED (Light Emitting Diode)ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display)、電界放出ディスプレイ（Field Emis sion Display)、表界アイスプレイ (Surface-conduction Electron-emitter Display) 等の自発光型表示装置を用いることもできる。

[0052] 図 11は、表示装置として、反射型の液晶表示パネルを用いた場合の構成例である。図 11に示す液晶ディスプレイ 300は、反射型液晶表示パネル 30の前面 (観察者側 )に、視野角制御用液晶パネル 2を配置した構成である。反射型液晶表示パネル 30 は、観察者と反対側の基板に反射板（図示せず）を備えた反射型液晶セル 31と、反射型液晶セル 31の上面に配置された偏光板 32とを備えている。反射型液晶セルの構造および動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。液晶ディスプレィ 300では、反射型液晶表示パネル 30の偏光板 32と、視野角制御用液晶パネル 2 ( 液晶セル 21および偏光板 22)との積層体が、液晶ディスプレイ 100に関して図 2 (a) および (b)に示した積層体と同等に機能する。従って、図 11に示す液晶ディスプレイ 300におレ、ても、液晶ディスプレイ 100と同様に、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に印加する電圧を、 V , Vの少なくとも二段階に切替えることにより、液晶デ

H L

イスプレイ 300の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。

[0053] また、図 12は、表示装置として、例えば EL素子等の自発光型表示装置を用いた場合の構成例である。図 12に示すディスプレイ 400は、自発光型表示装置 40の前面（観察者側）に、視野角制御用液晶パネル 2を配置した構成である。この場合は、視野角制御用液晶パネル 2は、液晶セル 21の表裏に、一対の偏光板 22, 23を備えている。偏光板 22, 23の偏光透過軸は、互いに略直交するよう配置されている。ディスプレイ 400では、視野角制御用液晶パネル 2 (液晶セル 21および偏光板 22, 23)が、液晶ディスプレイ 100に関して図 2 (a)および (b)に示した積層体と同等に機能する。従って、図 12に示すディスプレイ 400においても、液晶ディスプレイ 100と同様に、視野角制御用液晶パネル 2の液晶セル 21に印加する電圧を、 V , Vの少なくとも二

H

段階に切替えることにより、ディスプレイ 400の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。

[0054] なお、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの表示状態が狭視野角であるときに、ユーザにその旨を知らせるためのメッセージ、画像、またはアイコン等を、表示装置の画面に表示するようにしても良い。

[0055] また、上記の実施形態のいずれにおいても、表示装置で表示される画像の内容に応じて視野角制御装置の駆動回路が動作し、狭視野角と広視野角とを自動的に切替えるようにしても良い。例えば、ディスプレイがインターネットのウェブページを見るために用いられる場合、ウェブページの内容に応じて各ページに関連付けられたソフトウェアフラッグを参照し、他人から見られないことが好ましい内容である場合等に、狭視野角の表示状態に自動的に切替えるようにしても良い。また、ブラウザが暗号化モードで起動された場合に、狭視野角の表示状態へ切替えるようにしても良い。

[0056] また、ディスプレイ力 S、データ入力装置の一部である場合、またはデータ入力装置と関連し、入力されているデータタイプまたは入力されようとするデータタイプが機密性を有するものである場合等に、ディスプレイの表示状態を狭視野角に切替えるよう調整することも可能である。例えば、ユーザが何らかの個人識別番号を入力したとき等に、ディスプレイが自動的に狭視野角に切替わるようにすれば良い。

[0057] なお、上記の実施形態のいずれにおいても、視野角制御装置は、表示装置から取り外しが可能なモジュールまたはカバーとして形成されても良レ、。そのような取り外し可能なモジュールは、表示装置に取り付けられたときに、表示装置に電気的に接続されることによって、適切な電力と制御信号を得ることができる。 [0058] また、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの周囲光を測定する光学センサ（アンビエントセンサ）をさらに備え、光学センサの測定値が所定の閾値を下回るときに、ディスプレイの表示状態を狭視野角とすることも好ましレ、。

[0059] なお、本発明に力、かるディスプレイおよび視野角制御装置の用途は多岐に亘る。

例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末 (PDA)、携帯型ゲーム機、または携帯電話等のディスプレイに適用されるだけでなぐ ATM (現金自動受け払い機)、公共の場に設置される情報端末、券売機、および車載用ディスプレイ等、様々な機器のディスプレイに適用される。

[0060] また、本発明にかかる視野角制御装置は、ディスプレイに組み込まれた状態で実施されることもある力 S、ディスプレイの部品として、視野角制御装置単体で製造され、流通する可能'性もある。

産業上の利用分野

[0061] 本発明は、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置として、産業上利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、

前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレイであって、

前記視野角制御装置は、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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、

前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された

2枚の偏光板の間に配置され、

前記駆動回路が、前記視野角制御装置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の視野角範囲を提供する第 1の状態と、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第 2の状態との間で切替え可能とすることを特徴とするディスプレイ。

[2] 前記 2枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が 80° 〜： 100° の範囲で交差するように配置された、請求項 1に記載のディスプレイ。

[3] 前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、

前記 2枚の偏光板のうち 1枚が、前記表示装置に設けられた偏光板である、請求項

1または 2に記載のディスプレイ。

[4] 前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた、請求項 3 に記載のディスプレイ。

[5] 前記視野角制御装置が、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置された、請求項 4に記載のディスプレイ。

[6] 前記視野角制御装置が、前記透過型液晶表示装置の前面に配置された、請求項

4に記載のディスプレイ。

[7] 前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置である、請求項 3に記載のディスプレイ。

[8] 前記表示装置が、自発光型表示装置であって、

前記 2枚の偏光板のうち 1枚は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている、請求項 1または 2に記載のディスプレイ。

[9] 前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、 40° 〜50° の範囲で交差するように配置された、請求項 1〜8のいずれか一項に記載のディスプレイ。

[10] 前記視野角制御装置と前記 2枚の偏光板との間の少なくとも 1箇所に位相差フィルムを備えた、請求項 1〜9のいずれか一項に記載のディスプレイ。

[11] 前記視野角制御装置の液晶層に、ポジ型ネマティック液晶またはネガ型ネマテイツク液晶を用いた、請求項 1〜： 10のいずれか一項に記載のディスプレイ。

[12] 表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、

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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、

前記液晶セルにおいて前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第 1の視野角範囲と、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の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。

[13] 表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、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、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、

前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が略直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、

前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第 1の視野角範囲と、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の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。