(57)【要約】【課題】液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止し得る液晶表示装置を提供する。【解決手段】表示用液晶パネル１の背面側又は前面側のいずれか一方に視野角制御パネル２を備える。表示用液晶パネル１の液晶パネル上偏光板１２と視野角制御パネル２の制御パネル下偏光板２３との間には、λ／４板４が設けられている。λ／４板４を挟む液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板のうち、例えば、光が出射する側の液晶パネル上偏光板１２の透過軸とλ／４板４の遅相軸とは４５度ずれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する液晶表示パネルの背面側又は前面側のいずれか一方に配置され、上記液晶表示パネルの視野角を、第１の視野角と該第１の視野角よりも狭い第２の視野角との間で切替える視野角制御パネルを備えた液晶表示装置であって、
上記液晶表示パネルは、その背面及び前面に液晶表示パネル偏光板をそれぞれ有し、
上記視野角制御パネルは、その背面及び前面に視野角制御パネル偏光板をそれぞれ有し、
上記液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板と上記視野角制御パネルの視野角制御パネル偏光板との間には、λ／４位相差板が設けられていると共に、
上記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板のうち、光の出射する側が液晶表示パネルであるとした場合の液晶表示パネル偏光板の透過軸、又は光の出射する側が視野角制御パネルであるとした場合の視野角制御パネル偏光板の透過軸と、それに対向する上記λ／４位相差板の遅相軸とは４５度ずれていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記λ／４位相差板は、複数の位相差板からなっていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
バックライトを備えていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板は、反射防止処理が施さ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。
【請求項５】
前記視野角制御パネルの一対の視野角制御パネル偏光板の間には、少なくとも１枚の位相差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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
このような要求に対して、例えば、特許文献１では、図２０に示すように、画像を表示する表示用液晶パネル１１０の上部に視野角制御用液晶パネル１２０を貼り合わせて設け、視野角制御用液晶パネル１２０の視野角制御用液晶セル１２１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が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２６８２５１号公報（１９９８年１０月９日公開）
【特許文献２】特開平１０−１０５３２号公報（１９９８年１月２６日公開）
【特許文献３】特開平９−２４３９５４号公報（１９９７年９月１９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の特許文献１に開示された、表示用液晶パネル１１０の上部に視野角制御用液晶パネル１２０を貼り合わせた液晶表示装置では、図２０に示すように、例えば、表示用液晶パネル１１０の両側には表示用上偏光板１１２と表示用下偏光板１１３とが設けられている一方、視野角制御用液晶パネル１２０の両側には視野角制御用上偏光板１２２と視野角制御用下偏光板１２３とが設けられている。
【０００６】
そして、図２１に示すように、表示用液晶パネル１１０の表示用上偏光板１１２と、視野角制御用液晶パネル１２０の視野角制御用下偏光板１２３とは、各偏光板の透過軸が互いに平行になっている必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された液晶表示装置では、取り付けの精度が高くないときには、各偏光板の透過軸とが互いに平行にならない場合があり、その結果、出射光の強度が一定とならないという問題点を有している。
【０００８】
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、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止し得る液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、画像を表示する液晶表示パネルの背面側又は前面側のいずれか一方に配置され、上記液晶表示パネルの視野角を、第１の視野角と該第１の視野角よりも狭い第２の視野角との間で切替える視野角制御パネルを備えた液晶表示装置であって、上記液晶表示パネルは、その背面及び前面に液晶表示パネル偏光板をそれぞれ有し、上記視野角制御パネルは、その背面及び前面に視野角制御パネル偏光板をそれぞれ有し、上記液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板と上記視野角制御パネルの視野角制御パネル偏光板との間には、λ／４位相差板が設けられていると共に、上記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板のうち、光の出射する側が液晶表示パネルであるとした場合の液晶表示パネル偏光板の透過軸、又は光の出射する側が視野角制御パネルであるとした場合の視野角制御パネル偏光板の透過軸と、それに対向する上記λ／４位相差板の遅相軸とは４５度ずれていることを特徴としている。
【００１０】
上記の発明によれば、液晶表示パネルの背面側又は前面側のいずれか一方に、液晶表示パネルの視野角を第１の視野角と該第１の視野角よりも狭い第２の視野角との間で切替える視野角制御パネルが設けられている。
【００１１】
この場合、互いに対向する液晶パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板の各透過軸が互いに平行になるように形成する。しかしながら、液晶表示パネルと視野角制御パネルとの貼り付け精度が悪い場合には、液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板の各透過軸は平行にならない。その結果、出射光の強度が一定とならないという問題点が発生する。
【００１２】
そこで、本発明では、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板と視野角制御パネルの視野角制御パネル偏光板との間には、λ／４位相差板が設けられている。また、λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板のうち、光の出射する側が液晶表示パネルであるとした場合の液晶表示パネル偏光板の透過軸、又は光の出射する側が視野角制御パネルであるとした場合の視野角制御パネル偏光板の透過軸と、それに対向する上記λ／４位相差板の遅相軸とは４５度ずれている。
【００１３】
すなわち、液晶表示パネルの上側に視野角制御パネルが存在する場合には、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板の透過軸とこの液晶表示パネル偏光板上に設けられたλ／４位相差板の遅相軸とが４５度ずれている。一方、視野角制御パネルの上側に液晶表示パネルが存在する場合には、視野角制御パネルの視野角制御パネル偏光板の透過軸とこの視野角制御パネル偏光板上に設けられたλ／４位相差板の遅相軸とが４５度ずれている。
【００１４】
この結果、λ／４位相差板の出射光は円偏光となる。したがって、出射光側の偏光板の透過軸がどのような方向を向いていても、その偏光板に一定の出射光強度にて入射する。
【００１５】
したがって、λ／４位相差板の出射光側における偏光板の透過軸が、λ／４位相差板の入射光側における偏光板の透過軸と平行になっていなくても問題はない。
【００１６】
これにより、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止し得る液晶表示装置を提供することができる。
【００１７】
なお、例えば、特許文献２には、図２２に示すように、透過制御系の第１の液晶セル２０１と、カラーフィルターに代わる着色系の第２の液晶セル２０２との間に、位相差板２０３が設けられたカラー反射型液晶表示装置２００が開示されている。このカラー反射型液晶表示装置２００における着色系の第２の液晶セル２０２では、位相差板２０３の遅相軸とその入射光側に配置された偏光板２０１ａの透過軸とを斜めにずらしておくことにより、偏光板２０１ａを透過し直線偏光となって位相差板２０３に入射した光が、この位相差板２０３の複屈折効果により可視光帯域の各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その光が第２の液晶セル２０２を透過して反対側の裏側偏光板２０２ａに入射して、この裏側偏光板２０２ａを透過した光（偏光板２０２ａの透過軸に沿った偏光成分の光）が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の光になる。したがって、第２の液晶セル２０２をオンオフ制御することにより、異なる色に着色可能となっている。
【００１８】
上記カラー反射型液晶表示装置２００では、偏光板を有する第１の液晶セル２０１と第２の液晶セル２０２との間に位相差板２０３が設けられており、かつ位相差板２０３の遅相軸が入射光側の偏光板２０１ａの透過軸とずれている点で、本願発明と共通している。
【００１９】
しかしながら、上記特許文献１では、位相差板２０３をλ／４板には限定していない点で、及び位相差板２０３の遅相軸とその入射光側に配置された偏光板２０１ａの透過軸とを斜めにずらすときに４５度に言及していない点で、本願発明と異なる。したがって、本願発明の効果を奏し得ない。
【００２０】
また、例えば、特許文献３には、図２３に示すように、両側に偏光板を有する液晶ディスプレイ装置とガラスパネルとの間にλ／４位相差板を設けた光学装置が開示されている。この光学装置は、例えば液晶ディスプレイ装置の出射側に設けられる反射界面からの反射光束の照射によって、液晶ディスプレイ装置内部の半導体素子が誤動作等を生じる恐れがあることを防止するためのものである。すなわち、この光学装置では、ガラスパネルで反射されて偏光板に戻される光束の偏光面は、最初に光束の出射された偏光板の偏光面に対してλ／２回転されている。そして、この偏光板では、偏光面のλ／２回転された光束は遮断されるために、ガラスパネルからの反射光束はこの偏光板で遮断されて、液晶ディスプレイ装置への反射光束の照射が防止されることになる。
【００２１】
この結果、特許文献３に記載の発明は、ガラスパネル側には偏光板はない点で、及びλ／４位相差板を本願発明の目的で使用しているわけではない点で、本願発明とは異なっている。したがって、本願発明の効果を奏し得ない。
【００２２】
次に、本発明の液晶表示装置では、前記λ／４位相差板は、複数の位相差板からなっているとすることができる。
【００２３】
これにより、複数の位相差板で、位相差がλ／４となるように設定することができる。
【００２４】
また、本発明の液晶表示装置では、バックライトを備えているとすることができる。
【００２５】
これにより、バックライトを備えた透過型の液晶表示装置において、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が互いに平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止することができる。
【００２６】
また、本発明の液晶表示装置では、前記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板は、反射防止処理が施されているとすることが可能である。
【００２７】
すなわち、既存の液晶表示パネルには、その表面に例えばＡＧ（Anti Glar）処理等の拡散処理により反射防止処理を行っている場合がある。その場合においても、本発明の効果は有効である。
【００２８】
また、本発明の液晶表示装置では、前記視野角制御パネルの一対の視野角制御パネル偏光板の間には、少なくとも１枚の位相差板が設けられていることが好ましい。
【００２９】
これにより、光漏れを防止して、確実に、狭視野角を達成することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、液晶表示パネルは、その背面及び前面に液晶表示パネル偏光板をそれぞれ有し、視野角制御パネルは、その背面及び前面に視野角制御パネル偏光板をそれぞれ有し、上記液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板と上記視野角制御パネルの視野角制御パネル偏光板との間には、λ／４位相差板が設けられていると共に、上記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板及び視野角制御パネル偏光板のうち、光の出射する側が液晶表示パネルであるとした場合の液晶表示パネル偏光板の透過軸、又は光の出射する側が視野角制御パネルであるとした場合の視野角制御パネル偏光板の透過軸と、それに対向する上記λ／４位相差板の遅相軸とは４５度ずれているものである。
【００３１】
それゆえ、液晶表示パネルの液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止し得る液晶表示装置を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の一実施形態について図１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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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と共に、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との間には、λ／４位相差板としてのλ／４板４が設けられている。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。
【００３５】
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、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。なお、本発明においては、液晶パネル上偏光板１２の表面におけるＡＧ処理はなくてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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の上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、視野角制御パネル２が表示用液晶パネル１の下側に存在しているとすることも可能である。なお、その場合にも、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との間に、λ／４板４が設けられる。
【００３９】
本実施の形態の液晶表示装置１０は、視野角制御パネル２における液晶セル２１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第１の視野角としての広視野角と、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第２の視野角としての狭視野角との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。
【００４０】
ここで、図２（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２（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。
【００４１】
上記視野角制御パネル２は、図２（ａ）（ｂ）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。
【００４２】
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。
【００４３】
上記液晶セル２１における一対の透光性基板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。
【００４４】
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２（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２（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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２（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２（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２（ａ）は、印加電圧ＶＬ（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２（ｂ）は、印加電圧ＶＨ（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。
【００４７】
図２（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、それぞれの透過軸Ｘ２３と透過軸Ｘ２２とが略直交するように配置されている。
【００４８】
また、透過軸Ｘ２３と透過軸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。
【００４９】
ここで、上述の図２（ａ）（ｂ）に加えて、図３及び図４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３は、図２（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Ｐ１〜Ｐ３からの視角を表したものである。
【００５０】
図３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３の例では、方位角θは、視点Ｐ１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３の例では、視点Ｐ２の方位角θ２は９０°、視点Ｐ３の方位角θ３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。
【００５１】
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ＶＬによって、図２（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３に示す視点Ｐ１〜Ｐ３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。
【００５２】
まず、図３に示す視点Ｐ１からの視角（方位角θ１＝０°）に対しては、図４（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Ｐ１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Ｐ１からの視角（方位角θ１＝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ＶＬ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θ１＝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５において、Ｌ１〜Ｌ８は、輝度が、５０ｃｄ／ｍ２、１００ｃｄ／ｍ２、１５０ｃｄ／ｍ２、２００ｃｄ／ｍ２、２５０ｃｄ／ｍ２、３００ｃｄ／ｍ２、３５０ｃｄ／ｍ２、及び４００ｃｄ／ｍ２の視角の分布を示す等位線である。
【００５３】
また、図３に示す視点Ｐ２からの視角（方位角θ２＝９０°）に対しては、図４（ｂ）に示すように、液晶分子２１ｃの分子長軸が、制御パネル下偏光板２３に対して若干傾いた状態となる。これにより、視点Ｐ２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Ｐ２からの視角（方位角θ２＝９０°）に対しても、黒表示となる。また、視点Ｐ２と対向する位置、すなわち方位角θが２７０°の場合も視点Ｐ２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ＶＬ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５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。
【００５４】
また、図３に示す視点Ｐ３からの視角（方位角θ３＝１８０°）に対しては、図４（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の透過軸Ｘ２２及び制御パネル下偏光板２３の透過軸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Ｐ３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Ｐ３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ＶＬが上述のとおり２．５Ｖ〜３．５Ｖ程度である場合は、方位角θ３＝１８０°については、図５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。
【００５５】
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ＶＬ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ＶＬ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。
【００５６】
一方、視野角制御パネル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略平行に傾ける印加電圧ＶＨを印加した場合は、図３に示す視点Ｐ１〜Ｐ３のいずれの視角に対しても、図６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６において、Ｌ１〜Ｌ８は、輝度が、１３０ｃｄ／ｍ２、２４０ｃｄ／ｍ２、３５０ｃｄ／ｍ２、４６０ｃｄ／ｍ２、５７０ｃｄ／ｍ２、６８０ｃｄ／ｍ２、７９０ｃｄ／ｍ２、及び９００ｃｄ／ｍ２の各視角の分布を示す等位線である。
【００５７】
このように、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ＶＨ又は印加電圧ＶＬ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と狭視野角との間で切替えることが可能となる。
【００５８】
なお、上記視野角制御パネル２は、図７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との間に位相差板２４をさらに備えた構成とすることも可能である。なお、位相差板２４は、制御パネル上偏光板２２と液晶セル２１の透光性基板２１ａとの間ではなく、制御パネル下偏光板２３と液晶セル２１の透光性基板２１ｂとの間に備えることが可能であると共に、その両方に備えることが可能である。
【００５９】
上記液晶セル２１に印加電圧ＶＬ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（ｎｅ，ｎ０）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。位相差板２４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ルムを、位相差板２４として使用する。なお、位相差板２４の３次元屈折率軸ＮＸ・ＮＹ・ＮＺのそれぞれについて、図７に示すように、３次元屈折率軸ＮＸは制御パネル上偏光板２２の透過軸Ｘ２２に垂直な成分になるように配置し、３次元屈折率軸ＮＹは制御パネル上偏光板２２の透過軸Ｘ２２に平行な成分になるように配置し、３次元屈折率軸ＮＺは制御パネル上偏光板２２の法線に平行な成分になるように配置する。
【００６０】
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、ｎｅ＞ｎｏである。また、図８（ｂ）は、位相差板２４の屈折率楕円体であり、ＮＸ＞ＮＺ＞ＮＹである。
【００６１】
また、図９は、図３に示す視点Ｐ１（方位角θ＝０°）付近から見た場合の、制御パネル上偏光板２２・制御パネル下偏光板２３の透過軸Ｘ２２・Ｘ２３と、液晶分子２１ｃの屈折率楕円体Ｆ２１と、位相差板２４の屈折率楕円体Ｆ４との関係を示す模式図である。図９に示すように、方位角θ＝０°付近の視角から見た場合は、位相差が殆ど発生しないので、光漏れは生じない。
【００６２】
以上のような作用によって、偏光板と液晶層との間に位相差板２４を設けることによって、狭視野角モードにおける狭視野角特性を向上させることができる。
【００６３】
ところで、図１０に示すように、本実施の形態に示すような、視野角制限方法として液晶を用いた視野角制御パネル２では、液晶の複屈折の性質を利用する。このため、視野角制御パネル２において、光は直線偏光として視野角制御パネル２に入射させるのが一般的である。
【００６４】
そして、例えば、既存の表示用液晶パネル１を搭載した製品に視野角制限機構を付加しようとする場合、一般的には、視野角制御パネル２の上下に制御パネル下偏光板２３及び制御パネル上偏光板２２を搭載する。その理由は、下地の表示用液晶パネル１における液晶パネル上偏光板１２の表面が散乱処理されていたりした場合でも対応できるためである。
【００６５】
また、図１０に示すように、本実施の形態の表示用液晶パネル１においては、液晶パネル下偏光板１３の透過軸Ｘ１３と液晶パネル上偏光板１２の透過軸Ｘ１２とは互いに直交している。さらに、視野角制御パネル２において、制御パネル下偏光板２３の透過軸Ｘ２３と制御パネル上偏光板２２の透過軸Ｘ２２とは互いに直交している。
【００６６】
そして、表示用液晶パネル１の液晶パネル上偏光板１２の透過軸Ｘ１２と視野角制御パネル２の制御パネル下偏光板２３の透過軸Ｘ２３とは、互いに平行になっている必要がある。
【００６７】
しかしながら、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との取り付けの精度が高くない場合には、各偏光板の透過軸Ｘ１２・Ｘ２３が互いに平行にならない場合があり、その結果、平行状態からばらつくと、出射光の強度が一定とならないという問題点を有していた。
【００６８】
そこで、この問題を解決するために、本実施の形態の液晶表示装置１０では、図１０に示すように、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との間に、λ／４板４が設けられている。
【００６９】
これにより、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との貼り合わせ精度が緩和されるものとなっている。
【００７０】
上記の表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との貼り合わせ精度が緩和される原理について、以下に説明する。
【００７１】
最初に、屈折率異方性をもつ物質での光の進み方について説明する。なお、屈折率異方性を持つ物質とは、光の振動方向によって屈折率が異なる物質、つまり光の速度が異なる物質をいう。
【００７２】
まず、図１１（ａ）に示すように、直線偏光は、偏光板を通過したものであって、一方向のみに振動面を持つ光波として表される。この直線偏光を、屈折率異方性を持つ物質に入射すると、もとの直線偏光は、光の進行方向に対し、その物質の最も屈折率の大きい方向つまり光の速度が最も遅い方向（＝光軸＝遅相軸）に振動する光波である異常光と、最も屈折率の小さい方向つまり光の速度が最も早い方向に振動する光波である常光とに分かれる。
【００７３】
したがって、直線偏光が屈折率異方性をもつ物質に入射したときには、図１１（ｂ）に示すように、光軸をy軸方向にとると、直線偏光は光軸であるｙ軸方向成分とそれに垂直なｘ軸方向成分の振動に分解される。
【００７４】
異常光と常光とに分かれた光波は、それぞれ物質中を独立の波として進む。このため、図１２に示すように、異常光と常光とで位相のズレが生じる。すなわち、光軸であるｙ軸方向に振動する光波は、その垂直な方向であるｘ軸方向に振動する光波よりも速度が遅いため、その物質を進んでいる間に位相差が生じてくる。
【００７５】
ここで、発生した位相差が、π／２となるように、屈折率異方性をもつ物質の厚みを設定した状態を考える。
【００７６】
この場合、図１３（ａ）（ｂ）に示す、屈折率異方性をもつ物質に入射する前の、ｙ軸方向とｘ軸方向とで位相のずれが無い状態の直線偏光は、屈折率異方性をもつ物質を通過した後には、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ｘ軸方向に振動する波とｙ軸方向に振動する波とによって、位相がπ／２とずれた状態になる。
【００７７】
すなわち、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、実線の振幅をもつ光がその振幅を変えずに回転をしている。このため、この出射光を偏光板に入射させた場合、その偏光板の吸収軸をどのように設定しても光強度が変わらない直線偏光を得ることができることが判る。
【００７８】
もちろん、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、光振幅をどの方向でも等しくするのには条件がある。
【００７９】
その条件は、
（１）ｘ軸及びｙ軸で発生する位相差はπ／２であること
（２）入射直線偏光を、屈折率異方性をもつ物質の光軸つまり遅相軸であるｙ軸方向に対し４５度傾けて入射すること
の２つが要求される。
【００８０】
（１）の条件についての条件を満たさなければ、図１５に示すように、円偏光にはならない。すなわち、図１５に示すように、π／２だけ位相がずれた光(赤線)に対し、偏光板を設置する場合、偏光板の吸収軸の設定角度に関係なく一定の強度の直線偏光が得られることがわかる。その他の状態、例えばπ／４だけ位相がずれた光、及び３π／４だけ位相がずれた光に対し、偏光板を設置する場合では偏光板の直線偏光の設定角度で出射直線偏光の強度が変わってしまう。
【００８１】
また、（２）の条件については、仮に、入射直線偏光を、屈折率異方性をもつ物質の光軸であるｙ軸方向に対し４５度以下、又はそれ以上の角度で入射すると、図１５に示すようになるため、図１６に示すように、偏光板の吸収軸の設定により光強度が変わってしまう。すなわち、図１６に示すように、直線偏光が光軸に４５度の角度で入射しないと、π／２だけ位相がずれても円偏光にならないことが判る。なお、この許容誤差としては、４５度±５度、つまり４０度〜５０度とする。
【００８２】
ここで、光が通過するとｘ軸及びｙ軸で位相がπ／２ずれる板は、λ／４板として市販されている。
【００８３】
本実施の形態では、上記の原理を踏まえて、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、表示用液晶パネル１の液晶パネル上偏光板１２の表面に、λ／４板４を付加して、視野角制御パネル２に組み合わせたものとなっている。
【００８４】
これにより、図１０に示すように、制御パネル下偏光板２３を透過する強度は弱くなるが、液晶パネル上偏光板１２と制御パネル下偏光板２３との組み込み角度に依存しない安定した出射光強度が得られる。
【００８５】
さらに、本実施の形態の液晶表示装置１０では、液晶パネル上偏光板１２と制御パネル下偏光板２３との組み込み角度を自由にすることによって、表示用液晶パネル１の視野角制御方向を自由に設定することが可能となる。すなわち、図１８（ａ）に示すように、表示用液晶パネル１に対して左側、右側、上側が不可視となり、下側が可視の視認を得ることができる。また、図１８（ｂ）に示すように、表示用液晶パネル１に対して左上側、右上側、左下側が不可視となり、右下側が可視の視認を得ることができる。
【００８６】
例えば、図１９（ａ）（ｂ）に、液晶パネル上偏光板１２と制御パネル下偏光板２３との組み込み角度を互いに４５度可視方向を変えた例を示す。同図１９（ａ）（ｂ）から、視野角制御パネル２の制御パネル上偏光板２２及び制御パネル下偏光板２３の配置を変更することによって、可視方向が変わっていることが判る。なお、このとき、視野角制御パネル２のラビング方向も合わせて変える。
【００８７】
この結果、表示用液晶パネル１の視野角制御方向を自由に設定することが可能となることがわかる。
【００８８】
このように、本実施の形態の液晶表示装置１０では、表示用液晶パネル１の背面側又は前面側のいずれか一方に、表示用液晶パネル１の視野角を第１の視野角である広視野角と該第１の視野角よりも狭い第２の視野角である狭視野角との間で切替える視野角制御パネル２が設けられている。
【００８９】
この場合、互いに対向する例えば液晶パネル上偏光板１２及び制御パネル下偏光板２３の各透過軸Ｘ１２・Ｘ２３が互いに平行になるように形成する。しかしながら、表示用液晶パネル１と視野角制御パネル２との貼り付け精度が悪い場合には、液晶パネル上偏光板１２及び制御パネル下偏光板２３の各透過軸Ｘ１２・Ｘ２３は平行にならない。その結果、出射光の強度が一定とならないという問題点が発生する。
【００９０】
そこで、本実施の形態では、表示用液晶パネル１の液晶パネル上偏光板１２と視野角制御パネル２の制御パネル下偏光板２３との間には、λ／４板４が設けられている。
【００９１】
また、λ／４板４を挟む液晶パネル上偏光板１２及び制御パネル下偏光板２３のうち、光の出射する側が液晶表示パネルであるとした場合の液晶表示パネル偏光板の透過軸、又は光の出射する側が視野角制御パネルであるとした場合の視野角制御パネル偏光板の透過軸と、それに対向する上記λ／４位相差板の遅相軸とは４５度ずれている。
【００９２】
すなわち、表示用液晶パネル１の上側に視野角制御パネル２が存在する場合には、液晶パネル上偏光板１２の透過軸Ｘ１２とこの液晶パネル上偏光板１２上に設けられたλ／４板４の遅相軸とが４５度ずれている。一方、視野角制御パネル２の上側に表示用液晶パネル１が存在する場合には、制御パネル上偏光板２２の透過軸とこの制御パネル上偏光板２２上に設けられたλ／４板４の遅相軸とが４５度ずれている。
【００９３】
この結果、λ／４板４の出射光は円偏光となる。したがって、出射光側の偏光板の透過軸がどのような方向を向いていても、その偏光板に一定の出射光強度にて入射する。
【００９４】
したがって、λ／４板４の出射光側における偏光板の透過軸が、λ／４板４の入射光側における偏光板の透過軸と平行になっていなくても問題はない。
【００９５】
これにより、表示用液晶パネル１の液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止し得る液晶表示装置１０を提供することができる。
【００９６】
また、本実施の形態の液晶表示装置１０では、λ／４板４は、複数の位相差板からなっているとすることができる。これにより、複数の位相差板で、位相差がλ／４となるように設定することができる。
【００９７】
また、本実施の形態の液晶表示装置１０では、バックライト３を備えているとすることができる。
【００９８】
これにより、バックライト３を備えた透過型の液晶表示装置１０において、表示用液晶パネル１の液晶表示パネル偏光板とこの液晶表示パネル偏光板に対向する視野角制御パネル偏光板との各透過軸が互いに平行でなくても、平行からのずれ量に伴って視認される出射光の強度が変動することを防止することができる。
【００９９】
また、本発明の液晶表示装置では、前記λ／４位相差板を挟む上記液晶表示パネル偏光板は、反射防止処理が施されているとすることが可能である。
【０１００】
すなわち、表示用液晶パネル１には、その表面に例えばＡＧ（Anti Glar）処理等の拡散処理により反射防止処理を行っている場合がある。その場合においても、本実施の形態の効果は有効である。
【０１０１】
また、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の一対の制御パネル上偏光板２２及び制御パネル下偏光板２３の間には、少なくとも１枚の位相差板２４が設けられているとすることが可能である。これにより、光漏れを防止して、確実に、狭視野角を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、液晶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適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】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、視野角制御パネルと表示用液晶パネルとの間にλ／４板を設けた液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は上記視野角制御パネルの狭視野角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】図２（ａ）（ｂ）と同じ向きに配置された視野角制御パネルに対する視角の定義を表す模式図である。
【図４】（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。
【図５】上記液晶表示装置の狭視野角時の輝度分布を示すチャートである。
【図６】上記液晶表示装置の広視野角時の輝度分布を示すチャートである。
【図７】上記液晶表示装置において、透光性基板と制御パネル上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。
【図８】（ａ）は、図７に示す視野角制御パネルの液晶分子の屈折率楕円体を示す模式図であり、（ｂ）は、図７に示す視野角制御パネルに設けられた位相差板の屈折率楕円体を示す模式図である。
【図９】図７に示す視野角制御パネルにおける方位角０°付近からの、透過軸と、液晶分子の屈折率楕円体と、位相差板の屈折率楕円体との関係を示す模式図である。
【図１０】上記液晶表示装置の各偏光板の透過軸を示す分解斜視図である。
【図１１】（ａ）は偏光板を通過した直線偏光を示す平面図であり、（ｂ）は、直線偏光が屈折率異方性を持つ物質に入射したときに異常光と常光とに分かれる状況を示す平面図である。
【図１２】上記屈折率異方性を持つ物質内において異常光と常光との間に位相差が生じる状況を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は直線偏光が進む状況を示す斜視図であり、（ｂ）はＺ軸に平行な方向から見たときの直線偏光を示す平面図である。
【図１４】（ａ）は上記屈折率異方性を持つ物質内に入射した直線偏光が進む状況を示す斜視図であり、（ｂ）はＺ軸に平行な方向から見たときの偏光を示す平面図である。
【図１５】入射直線偏光に対して、位相がπ／４ずれた場合、位相がπ／２ずれた場合、及び位相が３π／４ずれた場合の出射光を示す図である。
【図１６】（ａ）は光軸に対して４５度以外の角度で入射した直線偏光を示す平面図であり、（ｂ）はその場合において、位相差がπ／２ずれたときのＺ軸に平行な方向から見たときの偏光を示す平面図である。
【図１７】（ａ）は上記表示用液晶パネルと視野角制御パネルとを示す斜視図であり、（ｂ）は上記表示用液晶パネルと視野角制御パネルとを示す正面図である。
【図１８】（ａ）は上記液晶表示装置の上下左右方向の視認状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は上記液晶表示装置の斜め方向の視認状態を示す概略平面図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は、上記液晶表示装置において、液晶パネル上偏光板と制御パネル下偏光板との組み込み角度を互いに４５度可視方向を変えたときの視認状態を示す斜視図である。
【図２０】従来の視野角制御パネルを備えた液晶表示装置を示す分解断面図である。
【図２１】上記液晶表示装置の各偏光板の透過軸を示す分解斜視図である。
【図２２】従来の位相差板を備えた液晶表示装置を示す断面図である。
【図２３】従来の他の位相差板を備えた液晶表示装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    表示用液晶パネル（液晶表示パネル）
２    視野角制御パネル
３    バックライト
４    λ／４板（λ／４位相差板）
１０    液晶表示装置
１１    液晶セル
１２    液晶パネル上偏光板（液晶パネル偏光板）
１３    液晶パネル下偏光板（液晶パネル偏光板）
２１    液晶セル
２２    制御パネル上偏光板（制御パネル偏光板）
２３    制御パネル下偏光板（制御パネル偏光板）
Ｘ１２    透過軸
Ｘ２３    透過軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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