(57)【要約】  液晶セル（５）は、コレステリック液晶材料の層（４）と、上記コレステリック液晶材料の層（４）を通過する光の光路に配置された位相差板（３）とを有している。上記コレステリック液晶材料は、位相差板（３）と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、位相差板（３）と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能である。上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きい。上記液晶セルは、例えば表示パネル（６）などの他の構成部品が、広い視野モードまたは狭い視野モードの何れかで動作することを可能にする視野角制限（ＶＡＲ）素子として使用することができる。
2009540340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレステリック液晶材料の層と、上記コレステリック液晶材料の層を通過する光の光路に配置された位相差板とを備えた液晶セルにおいて、
上記コレステリック液晶材料は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きいことを特徴とする液晶セル。
【請求項２】
上記位相差板は、固定された位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項３】
上記位相差板は、ネガティブｃプレートであることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項４】
上記位相差板は、ポジティブｃプレートであることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項５】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項６】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の液晶セル。
【請求項７】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の液晶セル。
【請求項８】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項９】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１０】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１１】
上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１２】
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されており、上記コレステリック液晶材料の層と上記第２の電極層との間に、パターン化された電極層が配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セル。
【請求項１３】
入射側偏光板および出射側偏光板をさらに有しており、上記位相差板および上記コレステリック液晶材料の層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１４】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶セル。
【請求項１５】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶セル。
【請求項１６】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、無色の円偏光板であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶セル。
【請求項１７】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、線偏光板および１／４波長板をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１５に記載の液晶セル。
【請求項１８】
上記入射側偏光板の旋向性は、液晶材料のピッチの旋向性と反対であることを特徴とする請求項１４〜１７の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１９】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、線偏光板であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶セル。
【請求項２０】
入射側偏光板と、出射側偏光板と、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されたコレステリック液晶材料の層とを備えた液晶セルであって、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きく、
上記入射側偏光板および上記出射側偏光板は、それぞれがゼロよりも大きい楕円率を有する楕円偏光板であることを特徴とする液晶セル。
【請求項２１】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項２０に記載の液晶セル。
【請求項２２】
画像表示を制御可能に行う表示部と、該表示部から発せられる光路中に配置されている液晶セルとを備えた表示装置であって、
上記液晶セルとして、請求項１〜４、および請求項２０の何れか１項に記載の液晶セルを備えている表示装置。
【請求項２３】
上記表示部は、使用時に、偏光された光を発するものであることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
上記表示部は、使用時に、無偏光の光を発するものであり、
当該表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に偏光板をさらに備えていることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２５】
上記表示部は、使用時に、第１の偏光を発するものであり、
当該表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に配置され、上記表示部から発せられた光を上記第１の偏光とは異なる第２の偏光へ変換する偏光変換手段を有していることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２６】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は楕円偏光であることを特徴とする請求項２５に記載の表示装置。
【請求項２７】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は円偏光であることを特徴とする請求項２６に記載の表示装置。
【請求項２８】
上記偏光変換手段には、１／４波長板が含まれていることを特徴とする請求項２７に記載の表示装置。
【請求項２９】
画像表示を制御可能に行う画像表示層と、位相差板と、コレステリック液晶材料の層とを備えた表示装置であって、
上記コレステリック液晶材料は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該表示装置が対象としている動作波長を上記コレステリック液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きいことを特徴とする表示装置。
【請求項３０】
出射側偏光板をさらに有していることを特徴とする請求項２９に記載の表示装置。
【請求項３１】
入射側偏光板をさらに有しており、
上記画像表示層、上記位相差板、および上記コレステリック液晶材料の層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
【請求項３２】
上記位相差板は、固定された位相差板であることを特徴とする請求項２９、３０、または３１に記載の表示装置。
【請求項３３】
上記位相差板は、ネガティブｃプレートであることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３４】
上記位相差板は、ポジティブｃプレートであることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３５】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３６】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３５に記載の表示装置。
【請求項３７】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３５に記載の表示装置。
【請求項３８】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３９】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きいことを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項４０】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項４１】
上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていることを特徴とする請求項２９〜３１の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項４２】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
【請求項４３】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項４２に記載の表示装置。
【請求項４４】
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されており、上記コレステリック液晶材料層と上記第２の電極層との間に、パターン化された電極層が配置されていることを特徴とする請求項４１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、第１の視野角範囲と、該第１の視野角よりも小さい第２の視野角範囲の何れかに制御可能な液晶セルに関するものである。このような液晶セルは、例えば、表示装置の前面に配置されることで、表示装置の視野角を制御することができる。また、本発明は、視野角範囲を制御可能な表示装置に関するものである。
〔背景技術〕
コンピュータとともに使用されるモニター、電話や携帯型情報機器に内蔵された画面などの電子表示装置は、通常、あらゆる視認位置から読み取り可能なような幅広さの視角を有するように設計されている。しかしながら、狭い範囲の角度のみから視認可能な表示装置が有用な場面もある。例えば、混雑した列車の中で携帯用コンピュータを使用して私的な書類を読みたい場合などである。
【０００２】
表示装置を視認可能な角度または位置の範囲を制限する多くの装置が知られている。
【０００３】
米国（ＵＳ）特許第６５５２８５０号には、現金引出し機における個人情報の表示に関する技術が開示されている。機器の表示によって放射される光は、一定の偏向状態を有しており、機器およびそのユーザーは、この偏向状態の光を吸収するが、これと直交する偏向を有する光を透過する偏向シートの大きなスクリーンで取り囲まれている。通行人は、ユーザーおよび機器を視認することはできるが、画面に表示される情報を見ることはできない。
【０００４】
光の方向を制御する他の公知技術として、‘ルーバー’フィルムがある。このフィルムは、ベネチアンブラインドと同様の構成であって、透過層と非透過層とが交互に配置されている構成を有している。ルーバーフィルムは、ベネチアンブラインドのように、光が上記の各層と略平行な方向に進む場合には、その光を透過し、上記の各層の平面に対して大きな角度を有して進む光を吸収する。これらの層は、フィルムの表面に対して垂直であってもよいし、他の角度であってもよい。
【０００５】
例として、米国特許ＲＥ２７６１７号には、吸収‘マイクロルーバー’構造を有するポリマーフィルムが開示されている。プライバシー（秘密保持）の発生する極角ｑ（図１参照、図１にはここで使用される座標を示す）は、ルーバーの高さと幅の比の関数である。（図１では、面内角（方位角）と位相はずれ角（極角）とを、ｆおよびｑでそれぞれ示しており、ＬＣＤパネルが、ｘ−ｙ平面に配置されていると仮定されている。）表示装置の視野角範囲を狭め、プライベート表示モードとするために、このフィルムを表示装置の上面に配置することができる。しかしながら、このフィルムでは、一方の視野モードと他方の視野モードとを切替えるために、フィルムを物理的に取り付けたり取り外したりしなければ、モードの切替えを行うことができない。３Ｍマイクロルーバーの他の欠点は、マイクロルーバー溝に平行な平面では、プライバシーを守ることはできないという点である。
【０００６】
ルーバーフィルムは、透過性材料のシートと非透過性材料のシートとを交互に何枚も積層し、得られた積層体を層に対して垂直にスライスすることによってつくられる。この方法は、何年も前から知られている。例えば、米国特許第２０５３１７３号、米国特許第２６８９３８７号、および、米国特許第３０３１３５１号に開示されている。
【０００７】
米国特許ＲＥ２７６１７号は、円柱状のビレット積層体からルーバーフィルムを連続的に切断するというプロセスを開示している。米国特許第４７６６０２３号では、フィルムに紫外線硬化性のモノマーを被覆し、該フィルムにし外光を照射することによって、得られたフィルムの光学特性及び機械的強度を改善させる方法を示している。米国特許第４７６４４１０号では、紫外線硬化性の材料を用いてルーバーフィルムに保護フィルムを接着させる同様のプロセスを開示している。
【０００８】
ルーバーフィルムに同様の特性を付与する他の方法も存在する。例えば、米国特許第０５１４７７１６号には、フィルムの平面に垂直な方向に並べられた多くの細長い粒子を含む光制御フィルムが開示されている。これにより、この方向に対して大きな角度を有する光線は、強く吸収される。
【０００９】
光制御フィルムの他の例が米国特許第０５５２８３１９号に開示されている。ここで開示されている光制御フィルムにおいては、フィルムの平面に対して平行な２つ以上の層がフィルムの透明体内に組み込まれており、各層が非透過部と透過部とを有している。非透過部では、特定の方向からフィルムを通過する光の透過を遮断する一方、他の方向からの光については透過を許容している。
【００１０】
上述したフィルムは、表示を視認できる角度範囲を制限するために、表示パネルの前面、または、透過型表示パネルとバックライトとの間、の何れかに配置される。言い換えれば、これにより、表示が‘プライベート’なものとなる。しかしながら、これらの何れも広い視野角から簡単に切替えることができない。
【００１１】
米国公開特許出願２００２／０１５８９６７号には、プライベートモード（私的モード）とするために、光制御フィルムを表示装置の前面を覆うように移動させたり、パブリックモード（公的モード）とするために、光制御フィルムを表示装置の後ろ（または近傍）に設けられたホルダーに機械的に退避させたりすることが可能なように、光制御フィルムがどのように載置されるかという点が開示されている。この方法では、機能しなくなったり破損したりする可能性があり、かつ、表示装置の体積を増加させてしまう可動部を設けなければならないという不都合が生じる。
【００１２】
可動部を使用せずにパブリックモードとプライベートモードとの切替えを行うための他の公知技術としては、表示パネルの後ろ（背面）に光制御フィルムを載置し、光制御フィルムとパネルとの間にスイッチを電気的にオンオフすることのできる拡散板を配置するというものがある。拡散板がオフの状態（機能していない状態）では、光制御フィルムは視野角範囲を制限し、表示はプライベートモードとなる。拡散板のスイッチがオンになると、光が幅広い角度をパネルを透過し、表示はパブリックモードとなる。同じ効果を得るために、パネルの前面に光制御フィルムを配置し、光制御フィルムの前面に切替え可能な拡散板を配置することも可能である。このようなタイプの切替え可能なプライバシー機器は、米国特許第５８３１６９８号、米国特許第６２１１９３０号、および、米国特許第０５８７７８２９号に記載されている。これらの技術は、表示がパブリックモードであるかプライベートモードであるかにかかわらず、入射する光のかなりの部分が光制御フィルムによって常に吸収されてしまうという欠点を、共有している。パブリックモードにおいては、拡散板は幅広い視野角で光を拡散させるため、バックライトの照射光をより明るくして光を補わなければ、パブリックモードではプライベートモードと比較して暗い表示となってしまう。
【００１３】
米国特許第５８２５４３６号には、パブリック／プライベート切替え可能表示装置の第３の公知技術が開示されている。この特許における光制御装置は、上述したルーバーフィルムと同様の構造を有している。しかしながら、ルーバーフィルムにおける各非透過素子が、非透過状態から透過状態へ電気的に切替え可能な液晶セルによって置き換えられている。この光制御装置は、表示パネルの前面または背面に配置される。上記セルが非透過状態のときに、表示装置はプライベートモードとなり、上記セルが透過状態のときに、表示装置はパブリックモードとなる。
【００１４】
しかし、この方法の第１の欠点は、適切な形態を有する液晶セルを製造するのが困難であり、かつ、費用がかかってしまうということである。第２の欠点は、プライベートモードにおいて、光線が、先ず透過性材料を通過し、その後液晶セルの部分を通過するというように、光線がある角度において入射し得る可能性があるという点である。このような光線は、液晶セルによって完全には吸収されないため、装置のプライバシー（秘密保持性）が低減してしまう可能性がある。
【００１５】
ＪＰ特許公開公報特開２００３−２３３０７４には、通常の視野角から一般的な画像表示（通常の表示画像）を提供する液晶表示装置が開示されている。しかしながら、比較的広視野角においては、上記の通常の表示画像とは異なる固定画像が表示され、プライバシーモードの操作を実現するために、この固定画像が通常の表示画像を隠したり、この固定画像を通常の表示画像と‘混合（scramble）’させたりしている。この固定画像は、全ての画素が同じモードで動作しているにもかかわらず、互いに異なる配列方向を有する各表示領域を有することによって実現される。ここでは、通常の駆動電圧よりも低い電圧が使用される。
【００１６】
このような構成によりプライバシーモードを実現することができるかもしれないが、この構成は切替え可能ではない。特に、非プライベート動作が望まれている場合に、非固定画像を視認し得る比較的狭い視野角を変更することができない。
【００１７】
「ＳＩＤ  ０５  ダイジェスト  １２１８頁（東芝）」には、画像表示を行う液晶層と、ウルトラスーパーツイスティッド（Ultra-Super Twisted：ＵＳＴ）液晶層とが、入射側偏光板と出射側偏光板との間に配置されている表示装置が開示されている。上記液晶層はバックライトによって照射され、切替え可能な拡散板が、バックライトと入射側偏光板との間に設けられている。この表示装置は、上記ＵＳＴ液晶装置と、上記切替え可能な拡散板との両方を切替えることによって、広視野角モードと狭視野角モードとの間で切替えられる。
【００１８】
「ＳＩＤ  ９２  ダイジェスト  ４０１頁（東芝）」には、ＴＮ型液晶表示装置の視野角範囲を改善するために、ＵＳＴ液晶層を使用することが開示されている。しかし、このＵＳＴ層は、表示装置の視野角範囲を変更するために切替えられるものではない。
【００１９】
英国特許出願ＧＢ２４１３３９４号は、表示装置の視野角範囲を制御するために切替え可能な表示装置及び付加的な液晶表示装置を開示している。この付加的な液晶表示装置は、通常では、ＥＣＢ（電気的に制御された複屈折）液晶層を有しているが、一実施形態では、付加的な液晶表示装置は、コレステリック液晶層を有している。
〔発明の開示〕
本発明の第１の形態として提供される液晶セルは、位相差板と、上記位相差板を通過する光の光路に配置されたコレステリック液晶材料層（コレステリック液晶材料の層）とを備え、上記コレステリック液晶材料層は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きいというものである。
【００２０】
ブラッグ反射は、以下の条件（１）を満たす場合に、上記コレステリック液晶材料層において発生する。
【００２１】
λ＝ｎａｖ×ｐ            （１）
上記の式（１）では、ｌ（λ）が光の波長を意味し、ｎａｖが液晶材料の平均屈折率であり、ｐが液晶材料のピッチである。液晶材料の平均屈折率は、ｎａｖ＝１／３（２ｎ０＋ｎｅ）の式から求められる。ここで、ｎ０およびｎｅは、通常の屈折率および通常ではない屈折率である。ほとんどの液晶材料では、ｎａｖは約１．５（ｎａｖ≒１．５）である。
【００２２】
英国特許出願ＧＢ２４１３３９４号に記載の表示装置では、コレステリック液晶層のピッチは、表示装置が対象としている（intended）動作波長よりも小さい。これに対して、本発明の液晶セルでは、コレステリック液晶材料のピッチは、液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きくなっている。従来の知見では、コレステリック液晶材料のピッチが動作波長よりも短い場合にのみ、良好な光学動作を実現することができると考えられてきた。つまり、以前は、固定された位相差板を補うために液晶層を切替え可能な位相差板として使用する場合には、液晶のピッチは、λ＝ｎａｖ×ｐcritで与えられる臨界ピッチｐcritよりも小さくなければならないと考えられてきた。しかしながら、本願発明者は、液晶のピッチが臨界ピッチｐcritよりも大きな値であっても、依然として良好な光学動作が得られることを見出した。
【００２３】
さらに、液晶層の非常に高速な切替えは、ＧＢ２４１３３９４号の記載とは異なり、コレステリック液晶材料のピッチが臨界ピッチｐcritよりも大きいときに実現されることを見出した。このように切替え速度が向上することにより、本発明の液晶セルでは、許容範囲の時間での動作を実現することができる。このように、本発明では、例えば、表示装置の視野角を変化させるためのＶＡＲ（視野角制限）素子として利用することのできる液晶セル、および、ＧＢ２４１３３９４号の表示装置と同程度に良好な光学特性を有しつつ、切替えスピードの向上した液晶セルを提供する。
【００２４】
上記位相差板は、固定された位相差板であってもよい。この位相差板は、ネガティブｃプレート、または、ポジティブｃプレートであってもよい。
【００２５】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であってもよい。一般的な液晶材料の平均屈折率は、約１．５である。そのため、コレステリック液晶材料のピッチを５００ｎｍ以上とすることで、可視光領域のスペクトルにおける全ての波長（約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長）に関して、当該波長を液晶材料の平均屈折率で割った値よりもコレステリック液晶材料のピッチを確実に大きくすることができる。
【００２６】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であってもよい。また、上記のコレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であってもよい。このようなピッチであれば、可視光領域のスペクトルにおける全ての波長に関して、当該波長を液晶材料の平均屈折率で割った値よりもコレステリック液晶材料のピッチを大きくするという要求をさらに満たすことができる。
【００２７】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であってもよい。上記ピッチがより大きくなると、（後述するように）良好なプライバシーを獲得するために３００°以上のツイスト角（ねじれ角）が望まれるのであれば、結果として得られるセルの厚さが非常に大きくなり、それに伴って高い動作電圧が必要となってしまう。例えば、２５μｍのピッチの場合、２５μｍの厚さを有するコレステリック液晶材料層を横切る液晶のツイスト角が３６０°に相当する。
【００２８】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きくてもよい。また、上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であってもよい。上記ツイスト角が３００°未満であると、良好なプライバシーメトリック（評価基準または評価指標）が得られない。上記ツイスト角が３６００°よりも大きいと、商用に適用する場合に求められる実用的な切替え電圧および切替え時間を得ることができない。
【００２９】
上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていてもよい。これにより、上記コレステリック液晶材料の層の一部分またはより多くの部分において第１の状態を維持しながら、上記コレステリック液晶材料層のそれ以外の部分を第２の状態に切替えることができる。
【００３０】
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されていてもよい。そして、上記コレステリック液晶材料層と上記第２の電極層との間に、パターン化された電極層が配置されていてもよい。これは、軸上の視認性の変化の発生（artefacts）を避けながらパターン化されたコレステリック液晶材料層を獲得するのに好都合な方法である。
【００３１】
上記液晶セルは、入射側偏光板および出射側偏光板をさらに有しており、上記位相差板および上記コレステリック液晶材料の層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていてもよい。
【００３２】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であってもよい。知られているように、線偏光および円偏光は、線偏光が楕円率がゼロの場合に相当し、円偏光が楕円偏光の一つである（ある楕円率を有している）という意味で、“楕円偏光”の特別な場合である。同様に、線偏光板および円偏光板は、線偏光板が楕円率ゼロの場合に相当し、円偏光板が楕円偏光の一つである（ある楕円率を有している）という意味で、“楕円偏光板”の特別な場合である。
【００３３】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であってもよい。これらは、無色の（色収差のない）円偏光板であってもよい。また、これらは、線偏光板および１／４波長板をそれぞれ有していてもよい。
【００３４】
上記入射側偏光板の旋向性（巻き方向）（handedness）は、液晶材料のピッチの旋向性（巻き方向）（handedness）と反対であってもよい。
【００３５】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、線偏光板であってもよい。
【００３６】
本発明の第２の形態として提供される液晶セルは、入射側偏光板と、出射側偏光板と、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されたコレステリック液晶材料層（コレステリック液晶材料の層）とを備え、上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きく、かつ、上記入射側偏光板および上記出射側偏光板は、それぞれがゼロよりも大きい楕円率を有する楕円偏光板であるというものである。
【００３７】
線偏光された光が液晶層を通過する場合と比較して、ゼロではない楕円率を有する円偏光された光あるいは楕円偏光された光が液晶層を通過する場合のほうが、より良好なプライベート視野モードが得られることが見出された。
【００３８】
第１の形態の液晶セルにおいて、位相差板は、広表示モードを提供するために液晶材料が切替えられる場合における色付き効果を抑えたり低減させたりするために設けられる。例えば、液晶セルが色付き効果を許容できるような場面で適用される場合、あるいは、位相差板が光路の他の場所に配置されている場合には、原則として、上記位相差板は設けられていなくてもよい。
【００３９】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、それぞれが円偏光板であってもよい。
【００４０】
本発明の第３の形態として提供される表示装置は、画像表示を制御可能に行う表示部（a display device）と、当該表示装置から発せられる光路中に配置されている液晶セルとを備え、上記液晶セルは、上記第１または第２の形態の液晶セルであるというものである。
【００４１】
上記表示部は、使用時に、偏光された光を発するものであってもよい。
【００４２】
また、上記表示部は、使用時に、無偏光の光を発するものであり、上記表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に偏光板をさらに備えていてもよい。
【００４３】
上記表示部は、使用時に、第１の偏光を発するものであり、上記表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に配置され、上記表示部から発せられた光を上記第１の偏光とは異なる第２の偏光へ変換する偏光変換手段を有していてもよい。
【００４４】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は楕円偏光であってもよい。
【００４５】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は円偏光であってもよい。
【００４６】
上記偏光変換手段には、１／４波長板が含まれていてもよい。
【００４７】
本発明の第４の形態として提供される表示装置は、画像表示を制御可能に行う画像表示層と、位相差板と、コレステリック液晶層とを備え、上記コレステリック液晶層は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、上記コレステリック液晶層のピッチは、当該表示装置が対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きいというものである。
【００４８】
上記表示装置は、出射側偏光板をさらに有していてもよい。
【００４９】
上記表示装置は、入射側偏光板をさらに有しており、上記画像表示層、上記位相差板、および上記コレステリック液晶層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていてもよい。
【００５０】
上記位相差板は、固定された位相差板であってもよい。この位相差板は、ネガティブｃプレート、または、ポジティブｃプレートであってもよい。
【００５１】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であってもよい。上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であってもよい。また、上記コレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であってもよい。
【００５２】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であってもよい。
【００５３】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きくてもよい。また、上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であってもよい。
【００５４】
上記コレステリック液晶材料層は、パターン化されていてもよい。
【００５５】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であってもよい。上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、それぞれが円偏光板であってもよい。線偏光された光が液晶層を通過する場合と比較して、ゼロではない楕円率を有する円偏光された光あるいは楕円偏光された光が液晶層を通過する場合のほうが、より良好なプライベート視野モードが得られることが見出された。
【００５６】
上記コレステリック液晶層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されていてもよい。そして、上記コレステリック液晶材料層と上記第２の電極層との間に、パターン化された電極層が配置されていてもよい。
【００５７】
本発明のさらなる目的、特徴、長所は、以下の説明によって明確になるであろう。さらに、本発明の利点は、図面を参照した以下の説明から明白となるであろう。
〔図面の簡単な説明〕
本発明の好ましい実施形態は、以下の図１〜図６を参照した例示によって説明される。
【００５８】
図１は、本願において使用される座標を示す。図２は、本発明の一実施形態における液晶層の構造を示す断面図である。図３は、本発明の液晶セルと従来のＥＣＢ液晶セルとの極角に関する対比を示す。図４は、本発明の表示装置の構造を示す断面図である。図５は、軸上の視認性の変化（artefact）が発生した状態を示す液晶セルの断面図である。図６は、液晶セルの変形例を示す断面図であって、軸上の視認性の変化（artefact）が発生していない状態を示す図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
図１には、本願において用いられる座標を示す。ここでは、画像表示面は、ｘ−ｙ平面に平行であり、通常の光はｚ方向に沿って伝播すると仮定される。位相はずれ角あるいは極角は、ある方向とｚ軸と角度を意味し、ｑで表される。面内角あるいは方位角は、ｘ軸とある方向のｘ−ｙ平面上への投影との角度を意味し、ｆで表される。
【００５９】
図２は、本発明の液晶セル５の構造を示す断面図である。液晶セル５は、コレステリック液晶セル４と、該コレステリック液晶セル４からの光の光路中に配置された位相差板３と有している。図示はしていないが、コレステリック液晶セル４は、上部透明基板と下部透明基板との間に配置されたコレステリック液晶層を含んでいる。コレステリック液晶セル４は、他の構成部材として、例えば、コレステリック液晶材料層に対して位置指定（アドレス指定）を行うための電極を有していてもよいが、明確化のために図２では図示を省略している。
【００６０】
図２に示すように、液晶セル５は、表示パネル６上に配置されている。表示パネル６としては、例えば液晶表示パネル（例えば、ツイストネマティック（ＴＮ）型液晶表示パネル、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）型液晶表示パネル、またはＡＳＶ（advanced super view）液晶表示パネル）のような従来から存在するあらゆる表示パネルが適用可能である。表示パネル６の性質は、本発明の題材とはならないため、表示パネルの詳細な説明は省略する。表示パネル６は、放射型表示パネル、または、バックライト（図示せず）によって照射される透過型表示パネル、あるいは、反射型液晶パネルの何れであってもよい。
【００６１】
液晶セル５のコレステリック液晶層は、少なくとも第１の液晶状態と第２の液晶状態との間で切替え可能である。第１の液晶状態では、コレステリック液晶材料層は、表示パネル６に表示される画像を変化させない。そのため、表示パネル６に表示される画像は、広視野角範囲で視認され、これにより、パブリック表示モードが実現される。一方、第２の液晶状態では、コレステリック液晶材料は、軸に沿った方向から表示パネル６を見た場合の表示画像には全く（あるいはほとんど）影響を与えることなく、軸外の方向から見た場合に表示パネル６に表示される画像を何らかの方法で変化させる。これにより、プライベート表示モードが実現される。パブリック表示モードとプライベート表示モードとの間の切替えは、コレステリック液晶材料層を第１の液晶状態と第２の液晶状態との間で切替えるために、コレステリック液晶層４に対して印加される電界を切替えることで実現される。このように、液晶セル５は、視野角制限（ＶＡＲ）素子として作用し、プライベート表示モードおよびパブリック表示モードを実現するために、画像表示パネル６の視野角を制御する。
【００６２】
位相差板３は、固定された位相差板であり、パブリック表示モードの間は、軸外の方向に伝播する光に対するコレステリック液晶セル４の影響を打ち消すための光学異方性補償層として作用する。位相差板を設けることにより、表示パネル６に表示される画像は、広い視野角範囲にわたって視認可能となり、良好なパブリックモードが実現できる。
【００６３】
プライベートモードでは、表示パネル６からの光は、極角ｑ以上（の極角の範囲）でのあらゆる方位角において遮断される。全ての方位角に対して光が遮断されるような極角の範囲は、一般的には、約２０°程度であるとされる。全ての方位角に対して光が遮断されるような極角範囲の中心は、コレステリック液晶セル４および位相差板３の全体でのリタデーションによって決定される。つまり、表示パネル６に表示される画像に対して液晶セル５が最も大きな影響を及ぼす極角ｑは、コレステリック液晶セル４のリタデーションと位相差板３のリタデーションとを併せたトータルのリタデーションによって決定される。コレステリック液晶セル４と位相差板３とのトータルのリタデーションが大きくなると、全ての方位角に対して光を遮断する極角範囲の中心となる極角は小さくなる。また、コレステリック液晶セル４と位相差板３とのトータルのリタデーションが大きくなると、図３に示すプライバシーメトリック（評価基準または評価指標）が最大となる極角は小さくなる。
【００６４】
より好ましい実施形態では、位相差板３は、ｃプレート位相差板である。この実施形態では、位相差板３は、ネガティブｃプレート位相差板、または、ポジティブｃプレート位相差板の何れかであってもよい。ネガティブｃプレート位相差板を使用することで、コレステリック液晶セルに電圧が印加されない場合にはプライベート表示モードを実現し、コレステリック液晶セル４に適切な電圧が印加された場合にはパブリック表示モードを実現する液晶セル５を提供することができる。反対に、ポジティブｃプレート位相差板を使用することで、コレステリック液晶セル４に電圧が印加されない場合にはパブリック表示モードを実現し、コレステリック液晶セル４に適切な電圧が印加された場合にはプライベート表示モードを実現する液晶セル５を提供することができる。
【００６５】
ネガティブｃプレート位相差板を使用する液晶セル５においては、コレステリック液晶セル４に電圧が印加されないときには、コレステリック液晶層とネガティブｃプレート位相差板とを組み合わせた光学動作は、上述したように、プライベート表示モードを作り出す。コレステリック液晶層に適切な電圧が印加されたときには、液晶材料の光軸は、印加された電界に平行になるように再配向される（re-oriented）。これにより、液晶分子は、コレステリック液晶セル４の基板に垂直に配列し、ｚ軸に平行になる。そして、当該コレステリック液晶層は、ポジティブｃプレート位相差板を形成する。この切替えられた状態において、ネガティブｃプレート位相差板３は、コレステリック液晶層の位相差発生効果を打ち消す。これにより、コレステリック液晶セル４および位相差板３の全体のリタデーションは、実質的にゼロになり、これにより、パブリック表示モードが得られる。
【００６６】
位相差板３としてポジティブｃプレート位相差板を使用した液晶セル５においては、電圧が印加されていないときのコレステリック液晶層のリタデーションは、ポジティブｃプレート位相差板によって打ち消される。これにより、パブリック表示モードが得られる。コレステリック液晶層に適切な電圧が印加されたときには、液晶分子は、印加された電界に平行になるように再配向される（re-orient）。これにより、液晶分子は、コレステリック液晶セル４の基板に垂直に配列し、ｚ軸に平行になる。そして、当該コレステリック液晶層は、ポジティブｃプレート位相差板を形成する。この切替えられた状態において、
コレステリック液晶層のリタデーションが、ポジティブｃプレート位相差板３のリタデーションに付加される。そして、コレステリック液晶層とポジティブｃプレート位相差板とは、協同してプライベート表示モードを作り出す。
【００６７】
プライベート表示モードにおいて得られるプライバシーの程度は、プライバシー機能を活性化させるように液晶セル５の領域を空間的にパターニングすることによって向上する。これは、コレステリック液晶層の一部分を切替え（スイッチオンし）、他の部分を切替えない（スイッチオフする）というように、コレステリック液晶層４をパターニングすることによって成し得る。具体的には、例えば、コレステリック液晶層を駆動する電極を適切にパターニングすることによって成し得る。
【００６８】
この空間的なパターンは、例えば、幾何学パターン（例えば、市松模様、線状模様など）、または、文字（text）である。この幾何学パターンは、周期的であってもよいし、周期的でなくてもよい。このパターンや文字は、光学的なイリュージョン（幻影）の部分を形成し得る。
【００６９】
図２に示す実施形態では、位相差板３がコレステリック液晶セル４よりも観察者に近い位置となるように、コレステリック液晶セル４の前面に位相差板３が配置されている。しかしながら、この構成には必ずしも限定されず、位相差板３がコレステリック液晶セル４の背面にあるというように、位相差板３とコレステリック液晶セル４との順序が逆になっていてもよい。
【００７０】
同様に、図２では、液晶セル５が表示パネル６の前面に配置されており、液晶セル５が表示パネル６と観察者との間に位置する構成を示している。しかしながら、透過型画像表示パネル６の場合には、このような構成には必ずしも限定されず、液晶セル５は、表示パネル６の背面に配置されていてもよい。
【００７１】
液晶セル５の最適な光学動作は、液晶セル５が円偏光と併せて使用される場合に起こることが確認された。図２に示す実施形態では、位相差板３およびコレステリック液晶セル４は、入射側偏光板１と出射側偏光板２との間に配置されている。一実施形態では、入射側偏光板１および出射側偏光板２は、ともに円偏光板である。この実施形態は、偏光されていない光を放射する表示パネル６とともに使用される場合に好適である。円偏光の使用は、所定の極角ｑにおいて方位角５とは実質的に無関係なプライバシー機能を与えることが確認されている。
【００７２】
入射側偏光板１および出射側偏光板２がともに円偏光板である場合、これらはそれぞれ無色の円偏光板を有していてもよい。無色の円偏光板の一例として、無色の円偏光を得るために、線偏光板とともに少なくとも１枚の位相差板を使用したPancharatnam円偏光板が挙げられる（「Achromatic Combinations of Briefringent Plates」、S. Pancharatnam著、インド科学アカデミー会報、Vol. XLI No.4, Sec.A, pp130-136（１９５５）参照）。
【００７３】
また、入射側偏光板１および出射側偏光板２が円偏光板である場合、これらはそれぞれ、線偏光板と１枚の１／４波長板とから構成されていてもよい。線偏光板および１枚の１／４波長板の使用は、有色ではあるが、より安価に製造することのできる円偏光板を提供できる。
【００７４】
上記したように、入射側偏光板１として円偏光板を使用することは、液晶セル５が偏光されていない光を放射する表示パネルの前面に配置されている場合、あるいは、液晶セル５が透過型表示パネルの背面に配置されており、偏光されていない光を発する光源によって照射される場合に好適である。しかしながら、表示装置には、偏光された光を照射するものもある。本発明の液晶セルが、第１の偏光を有する偏光（された光）を放射する表示パネルの前面に配置されるものである場合、入射側偏光板１は、表示装置からの偏光（された光）を、第２の異なる偏光を有する偏光（された光）へ変換する偏光変換素子によって置き換えられていてもよい。
【００７５】
特に、本発明の液晶セルが、（多くの液晶表示装置のように）線偏光を放射する表示パネルの前面に配置されるものである場合、入射側偏光板１は、線偏光を円偏光へ変換する偏光変換素子によって置き換えられていてもよい。１／４波長板は、好適な偏光変換素子の一例である。
【００７６】
図２に示す入射側（input）偏光板１が偏光変換素子に置き換えられている液晶セル５は、表示パネルの背面に配置され、偏光された光を発する光源によって照射されるような液晶セル５にも好適に利用できる。
【００７７】
円偏光された光の利用により、方位角ｆとは実質的に無関係なプライバシー機能が提供されるが、本発明の液晶セル５は円偏光の利用に限定はされない。本発明の液晶セル５は、例えば、線偏光とともに使用されてもよい。この場合、図２に示す入射側偏光板１および出射側偏光板２は、円偏光板よりも線偏光板である方がよい。なお、液晶セル５が線偏光された光を放射する表示パネルの前面に配置されている場合（あるいは、液晶セル５が表示装置の背面に配置され、線偏光された光によって照射される場合）、入射側偏光板１を省略することができる。
【００７８】
さらに、本発明の液晶セル５は、一般に、あらゆる楕円率の偏光とともに使用することができる。
【００７９】
図２に示す液晶セル５および表示装置６の組み合わせには、多くの偏光板が含まれている。一般に、表示装置６は液晶表示装置であり、よく知られているように、透過型液晶表示装置は、一般に、一方の線偏光板と他方の線偏光板との間に液晶材料層が配置された構成、あるいは、一方の円偏光板と他方の円偏光板との間に液晶材料層が配置された構成を有している。また、液晶セル５は、少なくとも１枚の偏光板をさらに有していてもよい。表示装置６の偏光板の外側に液晶セル５を配置し、少なくとも１枚の偏光板をさらに使用することによって、プライベート表示モードにおける軸外の画像を、非常に暗くし、ほとんど黒表示とすることができる。このようなプライベート表示モードを提供するメカニズムは、「ＳＩＤ  ０５  ダイジェスト  １２１８頁（東芝）」に開示されているような、表示パネルの偏光板の間にコレステリック液晶セルが配置されている場合にプライベート表示モードを提供するメカニズムとは全く異なっている。（コレステリック液晶セルが表示パネルの偏光板の間に配置されているとき、プライベート表示モードは、軸外の画像用に表示の中間調カーブを分裂させることによって得られる。）
液晶セル５が円偏光で動作する一実施形態においては、コレステリック液晶層に対して入射する円偏光の旋向性は、コレステリック液晶層に対して反対の旋向であることが好ましく、これを実現するために、入射側偏光板の旋向性を選択することができる。これにより、図３に示すように、プライバシーのメトリック（評価基準または評価指標）におけるピークの振幅を増加させることが確認された。しかしながら、本発明はこれに限定されることはなく、円偏光の旋向性は、コレステリック液晶材料の旋向性と同じであってもよい。
【００８０】
より一般的には、液晶セル５が楕円偏光された光とともに使用される場合、コレステリック液晶層に入射する楕円偏光の旋向性は、コレステリック液晶材料の旋向性とは反対の旋向であることが好ましい。また、楕円偏光の旋向性が、コレステリック液晶材料の旋向性と同じの場合であっても、これを実現するために、入射側偏光板の旋向性を選択することができる。
【００８１】
図２の液晶セルにおいては、液晶材料４が広表示モードを得るために切替えられる場合に発生する色付き効果を防いだり、低減させたりするために、位相差板３が設けられている。例えば、液晶セル５が色付き効果を許容できるような場面で適用される場合、あるいは、位相差板が光路の他の場所に配置されている場合には、原則として、位相差板３は液晶セル５から省略することができる。
【００８２】
上記したように、本発明によれば、コレステリック液晶セル４内のコレステリック液晶材料のピッチが、液晶セル５が対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きくなる。このピッチは、コレステリック液晶材料の層においてブラッグ反射が起こり得るピッチよりも大きい。
【００８３】
液晶セル４が、例えば、現金自動預け払い機の単色表示パネルのような単色の表示パネル６とともに使用される場合、コレステリック液晶材料のピッチは、単色表示パネルの表示波長を液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きければ、どのような値であってもよい。しかしながら、液晶セル５が、フルカラー表示装置のような多色表示とともに使用される場合、画像におけるあらゆる波長に関して、コレステリック液晶材料層においてブラッグ反射が発生し得るピッチよりも、液晶材料のピッチを大きくする必要がある。フルカラー表示装置の場合、可視光の全ての波長帯（４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲をカバーする波長帯）に関してブラッグ反射が起こらないように、上記ピッチを約５００ｎｍ以上とすることが好ましい。しかし、コレステリック液晶材料のピッチは、これよりも大きくてもよく、例えば、７００ｎｍ以上であってもよいし、１０００ｎｍ以上であってもよい。
【００８４】
コレステリック液晶材料のピッチを選択する際には、液晶層におけるねじれの数（すなわち、液晶のトータルのツイスト角を３６０°で割った値）が増加するに伴って、液晶層の切替えが困難になることに留意すべきである。ねじれの数が３〜４である液晶層は、比較的容易に切替わるのに対して、ねじれの数が６である液晶層は、切替わりが困難である。そのため、液晶層でのねじれの数が１０未満（すなわち、トータルのツイスト角が３６００°未満）となるように、上記ピッチを選択することが好ましく、また、液晶層でのねじれの数が６未満となるように、上記ピッチを選択することがより好ましい。特に好ましい実施形態では、液晶層でのねじれの数が３〜４（すなわち、トータルのツイスト角が１０８０°〜１４４０°）となるように、液晶のピッチを選択する。
【００８５】
コレステリック液晶材料において可能な最大のピッチは、約２５ｍｍである。これは、２５ｍｍの厚さを有する液晶層が１つのねじれ（すなわち、３６０°のツイスト角）を有する場合に相当する。２５ｍｍ以上の厚さを有する液晶層の使用は、液晶層を切替えるために大きな電圧を必要とするため望ましくない。液晶層の一般的な厚さは、３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲である。
【００８６】
好ましい一実施形態では、液晶層の厚さは７ｍｍであり、ピッチは２ｍｍであり、トータルのツイスト角が１２６０°であって、ねじれの数が３．５である（これは、液晶層の厚さをｄとし、そのピッチをｐとした場合、ｄ／ｐ比が３．５であると言い換えることもできる）。これにより、良好なプライベート視野モードが得られることが確認された。
【００８７】
コレステリック液晶セル４におけるコレステリック液晶材料のトータルのツイスト角は、３００°以上であることが好ましい。ツイスト角が３００°未満であると、良好なプライバシーメトリック（評価基準または評価指標）が得られない。
【００８８】
上記したように、本発明の液晶セル５は、極角の範囲に対して、方位角が実質的に独立したプライバシー機能を有しており、これにより、全ての方位角に対してプライベート視野モードを得ることができる。これに対して、ＥＣＢ液晶層を使用したプライバシー機器は、限定された方位角範囲以上においてのみ、一般には、約８０°以上の方位角においてのみ、プライベート表示モードが得られる。そのため、ＥＣＢプライバシー機器では、望まれていない人に、ある視野角から秘密の内容が視認されてしまう可能性がある。本発明の液晶セル５は、望まれていない個人からの視認に対してより高いセキュリティを維持することができる。
【００８９】
さらに、本発明の液晶セル５は、軸上でのパターン視認性（画像がパターン化して視認されるという現象）を減らすことができる。そのため、ＥＣＢプライバシー機器よりも、広範囲の表示に関してプライベート表示モードを提供するのに適している。これは、コレステリック液晶セルとＥＣＢプライバシー機器とでは、極角のコントラストの変化が異なる形態を有しているからである。これは、図３に示す通りである。図３では、（ａ）で示す軌跡が、本発明の液晶セル５において得られる極角に対するプライバシーの程度のメトリック（評価基準または評価指標）を示しており、（ｂ）で示す軌跡が、ＥＣＢプライバシー素子において得られる同様のメトリックを示している。このメトリックは、パブリックモードの輝度をプライベートモードの輝度で割ったものである。ＥＣＢセルでは、±３０°の極角において、感知できる程度のプライバシーが得られるのに対して、コレステリックセルで得られるプライバシーは、ほぼ１である（すなわち、コレステリックセルでは、±３０°の極角においてはプライバシーが得られない）。その結果、軸上で表示を観察する人は、表示装置の周囲では、プライバシーによる視認性の変化（privacy artefacts）を観察しないため、本発明の液晶セルでは広範囲の表示で実行することができる。これに対して、ＥＣＢプライバシーセルで得られた広範囲の表示を視認する人は、表示装置の端部での視野角が３０°のオーダーの視野角であり、図３の（ｂ）の軌跡で示すように、ＥＣＢセルは、これらの視野角において感知できる程度のプライバシーが得られるため、表示装置の周囲でプライバシーによる視認性の変化（privacy artefacts）が視認されてしまう可能性がある。
【００９０】
図４には、本発明のさらなる実施形態にかかる表示装置７を示す。この実施形態では、コレステリック液晶セル４および位相差板３が、表示装置７内に組み込まれ、入射側偏光板１と出射側偏光板２との間に配置されている。これに対して、図２に示す実施形態では、既存の表示装置とともにＶＡＲ素子として使用することのできる独立した液晶セルが提供される。
【００９１】
表示装置７は、画像表示層８を有している。画像表示層８は、入射側偏光板１と出射側偏光板または分析部（analyser）２との間に配置されている。位相差板３およびコレステリック液晶セル４は、画像表示層８と、入射側偏光板１及び出射側偏光板２のうちの一つとの間に配置されている。図４では、位相差板３およびコレステリック液晶セル４は、画像表示層８と出射側偏光板２との間に配置されているが、これらは、入射側偏光板１と画像表示層８との間に配置されていてもよい。さらに、図４に示す構成では、位相差板３はコレステリック液晶セル４の前面に配置されているが、位相差板３は、コレステリック液晶セル４の背面に配置されていてもよい。通常、位相差板３、コレステリック液晶セル４、および、画像表示層８の配置は、相互に変換可能である。
【００９２】
図４に示す表示装置７の動作原理は、通常、図２に示す液晶セル５の動作原理と同様である。コレステリック液晶層の分子は、表示装置７をパブリック表示モードとする第１の状態と、視野角範囲の狭いプライベート表示モードとする第２の状態との間で切替え可能である。コレステリック液晶材料が第２の状態に切替えられると、表示装置７を透過する光は、特定の範囲の極角以上では（例えば、極角が４０°〜６０°の範囲では）、全ての方位角においてコントラストの転換を受ける。コントラストの転換が起こる範囲内の視野角から表示装置７を視認する観察者は、画像表示層８に表示される画像を見ることができず、これにより、プライベートモードが実現される。
【００９３】
図４に示す表示装置７のコレステリック液晶セル４および位相差板３は、通常、図２に示すコレステリック液晶セル４および位相差板３と同様のものである。そのため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００９４】
図４に示す表示装置では、バックライトからの光は、表示装置７の入射側偏光板１によって偏光されるため、偏光されていない光を照射するバックライトとともに使用することが好ましい。原則として、表示装置７に対して偏光された光が照射される場合には、入射側偏光板１は省略可能である。
【００９５】
図４に示す実施形態では、透過型画像表示層８を有する表示装置を参照して説明を行った。この実施形態は、放射型表示層を有する表示装置であってもよい。放射型表示層を有する表示装置では、コレステリック液晶セル４および位相差板３は、表示装置内に組み込まれている。この場合、コレステリック液晶セル４および位相差板３は、放射側表示層の前面に配置される必要がある。図４に示す入射側偏光板１を不要とすることもできるが、この場合には、放射型表示層が偏光を放射するか、あるいは、偏光板が放射型表示層上に設けられている必要がある。
【００９６】
図４に示す実施形態は、反射型表示装置に適用することもできる。
【００９７】
上記したように、プライベート表示モードにおいて得られるプライバシーの程度は、例えば、コレステリック液晶層を駆動する電極を適切にパターニングするなどして、プライバシー機能を活性化させる液晶セル５の領域を空間的にパターニングすることによって高められる。しかしながら、このような構成は、図５を参照して説明するように、パブリック表示モードにおける表示品質の低下を招く。
【００９８】
図５には、図２に示す液晶セル５のコレステリック液晶セル４として好適に使用されるコレステリック液晶セルの断面構成を示す。この液晶セルは、下部電極層１１と上部電極層との間に配置されたコレステリック液晶材料の層９を有している。上部電極層は、プライベート表示モードにおいて得られるプライバシーの程度を向上させるために、パターニングされている。図５に示す構成では、上部電極層として、独立してアドレス可能な（駆動可能な）２つの上部電極１０ａおよび１０ｂが示されている。これは、プライベート表示モードでは、上部電極１０ａおよび１０ｂに異なる電圧が印加され、例えば、一方の電極１０ａに対応する液晶層の領域は切替えられるのに対して、他方の電極１０ｂに対応する液晶層の領域切替えられない状態のままとすることを意図している。図５に示す下部電極層１１は、パターン化されていない連続的な電極層である。
【００９９】
上部電極層のパターニングにより、図５に示すように、上部電極１０ａおよび１０ｂの何れにも直接覆われていない液晶層９の領域１２が存在するという結果が得られる。結果として、その全領域に対して均一に液晶層を切替えることが意図され（例えば、ネガティブｃプレート位相差板を使用したセルにおいてパブリック表示モードを与える場合）、同じ電圧が上部電極１０ａおよび１０ｂの両方に印加されると、上部電極１０ａおよび１０ｂに覆われていない液晶層９の領域１２における電界は、上部電極１０ａおよび１０ｂに覆われている液晶層９の領域における電界とは、その大きさおよび方向の両方に関して異なっている。これは、図５に示す短い線（図５では液晶分子の平均の方向を表示している）で示され、電界ベクトルの方向と平行になっている。上部電極１０ａおよび１０ｂによって覆われていない液晶層９の領域１２における電界は、上部電極１０ａおよび１０ｂによって覆われている液晶層９の領域における電界とは異なっているため、上部電極によって覆われていない液晶層９の領域１２における液晶の配向は、上部電極１０ａおよび１０ｂによって覆われている液晶層９の領域における液晶の配向とは異なりうる。これにより、上部電極によって覆われていない液晶層９の領域１２の光学特性が、上部電極１０ａおよび１０ｂによって覆われている液晶層９の領域の光学特性と異なることになる。この光学特性の違いが、軸上で視認される視角の変化（artefact）につながり、さらに、パブリックモードにおける表示品質の低下につながる。
【０１００】
図６は、パブリック表示モードにおける、軸上で視認される視角の変化（artefact）を除去するために変更を加えた液晶セル４の断面構成を示す。図６に示すように、第１の上部電極１０ａおよび１０ｂの液晶層に対する反対側に、第２の連続的な上部電極層１３が存在する。例えば誘電体層のような電気的に絶縁性の層１４が、連続的な上部電極層１３と電極１０ａおよび１０ｂとの間に配置されている。この第２の連続的な上部電極層１３は、上部電極１０ａおよび１０ｂとは独立してアドレス可能（駆動可能）である。
【０１０１】
図６に示す液晶セルの上部電極１０ａ、１０ｂ、および１３は、適当な基板（図示せず）上に導電層を積層した後、絶縁層を積層し、さらなる導電層を積層することによって製造することができる。そして、上記のさらなる導電層は、適当なパターニング技術を用いてパターニングされ、パターン化された電極１０ａおよび１０ｂが形成される（そして、最初に積層された導電層が均一な電極１３を形成する）。例えば配向層（図示せず）などの他の層が、パターン化された電極１０ａおよび１０ｂ上に積層されていてもよい。
【０１０２】
第１の上部電極１０ａおよび１０ｂと連続的な上部電極１３とに適切な電圧が印加されると、液晶層９全体に対して均一な電界が得られるという効果が得られる。結果として、液晶分子の平均の方向を表す図６の短い線で示されるように、液晶層は均一に切替えられ、視認性の変化（artefact）は発生しない。絶縁層１４を通じて発生する誘電損失（電圧降下）のために、通常、第２の上部電極１３に対しては、パターン化された電極１０ａおよび１０ｂに対して印加される電圧よりも大きい電圧を印加する必要がある。
【０１０３】
図５に示す液晶セルと同様に、例えば、一方の上部電極１０ａに対応する液晶層の領域が切替わるのに対して、他方の上部電極１０ｂに対応する液晶層の領域が切替わらない状態のままであるというように、上部電極１０ａおよび１０ｂに対して異なる電圧を印加することによって、より高度なプライベート表示モードを得ることができる。第２の上部電極層１３は、プライベート表示モードにおいてアドレスされていてもよいし、されていなくてもよい。第２の上部電極層１３がアドレスされていない場合は、図５に示すプライベート表示モードが適合する。一方、第２の上部電極層１３がアドレスされている場合は、上部電極１０ａおよび１０ｂのうちの一つの拡張として効果的に機能するように、（対応する上部電極に印加される電圧よりも、絶縁層１４を通じて発生する誘電損失を補うために必要な量だけ大きな電圧を印加することによって、）第２の上部電極層１３をアドレス（駆動）してもよい。あるいは、上部電極１０ａおよび１０ｂの何れもと異なる電圧でアドレス（駆動）してもよい（これにより、液晶の状態が互いに異なる３つの領域を得ることができる）。
【０１０４】
原則として、第２の上部電極層１３は、液晶層９の全領域に対して連続的である必要はないことに留意すべきである。第２の上部電極層１３は、パターン化された第１の上部電極層の全ての隙間を覆うように設けられていればよい。
【０１０５】
ここで説明した本発明は、様々に変化させた同様の方法で実施できることは明らかである。このようなバリエーションは、本発明の精神および範囲から逸脱するものではなく、当業者にとって自明な全ての変更は、以下に説明する請求項の範囲内に含まれるものである。
【０１０６】
上述した詳細な説明における実施形態および実施例は、もっぱら本発明の技術的詳細を例示するためのものであり、本発明をこのような実施形態および実施例に限定して解釈すべきではない。また、本発明の精神の範囲内において多くのバリエーションが適用可能であり、このようなバリエーションは、以下に示す特許請求の範囲を超えるものではない。
〔産業上の利用可能性〕
本発明によれば、良好な光学動作および液晶層の高速な切替えを実現することができる。そのため、本発明は視野角を制御可能な液晶表示装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１は、本願において使用される座標を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における液晶層の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の液晶セルと従来のＥＣＢ液晶セルとの極角に関する対比を示す。
【図４】図４は、本発明の表示装置の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、軸上に視認性の変化（artefact）が発生した状態を示す液晶セルの断面図である。
【図６】図６は、液晶セルの変形例を示す断面図であって、軸上に視認性の変化（artefact）が発生していない状態を示す図である。
【図１】
2009540340.tif 000003
【図２】
2009540340.tif 000004
【図３】
2009540340.tif 000005
【図４】
2009540340.tif 000006
【図５】
2009540340.tif 000007
【図６】
2009540340.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月5日(2008.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレステリック液晶材料の層と、上記コレステリック液晶材料の層を通過する光の光路に配置された位相差板とを備えた液晶セルにおいて、
上記コレステリック液晶材料は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きく、
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されているとともに、上記コレステリック液晶材料の層と上記第２の電極層との間には、パターン化された電極層が配置されていることで、上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていることを特徴とする液晶セル。
【請求項２】
上記位相差板は、固定された位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項３】
上記位相差板は、ネガティブｃプレートであることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項４】
上記位相差板は、ポジティブｃプレートであることを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。
【請求項５】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項６】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の液晶セル。
【請求項７】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の液晶セル。
【請求項８】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項９】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１０】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１１】
入射側偏光板および出射側偏光板をさらに有しており、上記位相差板および上記コレステリック液晶材料の層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１２】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セル。
【請求項１３】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項１２に記載の液晶セル。
【請求項１４】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、無色の円偏光板であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶セル。
【請求項１５】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、線偏光板および１／４波長板をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１３に記載の液晶セル。
【請求項１６】
上記入射側偏光板の旋向性は、液晶材料のピッチの旋向性と反対であることを特徴とする請求項１２〜１５の何れか１項に記載の液晶セル。
【請求項１７】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、線偏光板であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セル。
【請求項１８】
入射側偏光板と、出射側偏光板と、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されたコレステリック液晶材料の層とを備えた液晶セルであって、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該液晶セルが対象としている動作波長を上記液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きく、
上記入射側偏光板および上記出射側偏光板は、それぞれがゼロよりも大きい楕円率を有する楕円偏光板であり、
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されているとともに、上記コレステリック液晶材料の層と上記第２の電極層との間には、パターン化された電極層が配置されていることで、上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていることを特徴とする液晶セル。
【請求項１９】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項１８に記載の液晶セル。
【請求項２０】
画像表示を制御可能に行う表示部と、該表示部から発せられる光路中に配置されている液晶セルとを備えた表示装置であって、
上記液晶セルとして、請求項１〜４、および請求項１８の何れか１項に記載の液晶セルを備えている表示装置。
【請求項２１】
上記表示部は、使用時に、偏光された光を発するものであることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２２】
上記表示部は、使用時に、無偏光の光を発するものであり、
当該表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に偏光板をさらに備えていることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２３】
上記表示部は、使用時に、第１の偏光を発するものであり、
当該表示装置は、上記表示部と上記液晶セルとの間に配置され、上記表示部から発せられた光を上記第１の偏光とは異なる第２の偏光へ変換する偏光変換手段を有していることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２４】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は楕円偏光であることを特徴とする請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２５】
上記第１の偏光は線偏光であり、上記第２の偏光は円偏光であることを特徴とする請求項２４に記載の表示装置。
【請求項２６】
上記偏光変換手段には、１／４波長板が含まれていることを特徴とする請求項２５に記載の表示装置。
【請求項２７】
画像表示を制御可能に行う画像表示層と、位相差板と、コレステリック液晶材料の層とを備えた表示装置であって、
上記コレステリック液晶材料は、上記位相差板と協同して第１の視野角範囲を実現する第１の状態と、上記位相差板と協同して上記第１の視野角範囲よりも小さい第２の視野角範囲を実現する第２の状態との間で切替え可能であり、
上記コレステリック液晶材料のピッチは、当該表示装置が対象としている動作波長を上記コレステリック液晶材料の平均屈折率で割った値よりも大きく、
上記コレステリック液晶材料の層は、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されているとともに、上記コレステリック液晶材料の層と上記第２の電極層との間には、パターン化された電極層が配置されていることで、上記コレステリック液晶材料の層は、パターン化されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２８】
出射側偏光板をさらに有していることを特徴とする請求項２７に記載の表示装置。
【請求項２９】
入射側偏光板をさらに有しており、
上記画像表示層、上記位相差板、および上記コレステリック液晶材料の層は、上記入射側偏光板と上記出射側偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項２８に記載の表示装置。
【請求項３０】
上記位相差板は、固定された位相差板であることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３１】
上記位相差板は、ネガティブｃプレートであることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３２】
上記位相差板は、ポジティブｃプレートであることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３３】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３４】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３５】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３６】
上記コレステリック液晶材料のピッチは、２５μｍ未満であることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３７】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３００°よりも大きいことを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３８】
上記コレステリック液晶材料のツイスト角は、３６００°未満であることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項３９】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、ゼロより大きい楕円率を有する楕円偏光板であることを特徴とする請求項２９に記載の表示装置。
【請求項４０】
上記入射側偏光板及び上記出射側偏光板は、円偏光板であることを特徴とする請求項３９に記載の表示装置。
【国際調査報告】
2009540340.tif 000009
2009540340.tif 000010