(57)【要約】  【課題】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。  【解決手段】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を備えたディスプレイである。視野角制御用液晶パネルは、一対の透光性基板にそれぞれ設けられた配向膜２１１ａ，２１１ｂの間にベンド配向させた液晶層２１３と、液晶層２１３へ電圧を印加する駆動回路とを備えている。液晶層２１３は、偏光吸収軸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、液晶層２１３の液晶分子２１３ｍ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。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項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ベンド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、
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。
【請求項２】
前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、
前記駆動回路が、前記液晶層へ第１の電圧を印加することにより前記第１の視野角範囲を提供し、前記液晶層へ前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を印加することにより前記第１の視野角範囲を提供する、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記液晶セルの一対の透光性基板がそれぞれ有する配向膜に対して、平行かつ同じ向きにラビング処理が施されている、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項５】
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１〜４のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項７】
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６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
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６に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトである、請求項６〜８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
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１〜５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
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１〜４のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
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ベンド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、
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箇所に設けられた位相差フィルムとを備え、
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。
【請求項１４】
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ベンド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、
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箇所に設けられた位相差フィルムとを備え、
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。
【発明の詳細な説明】
【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、最近広く普及してい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）、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覗かれたくないので、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、下記の特許文献１）。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、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、特許文献２，３）。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。特許文献３には、平行な透過軸を有する２枚の偏光板の間に視野角制御用液晶パネルを備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特許第３３２２１９７号
【特許文献２】特開平１０−２６８２５１号
【特許文献３】特開２００５−３１６４７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献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と狭視野角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。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、特許文献２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、特許文献１，２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。
【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ベンド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、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】
上記の構成では、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、視野角制御装置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。なお、位相差フィルムは、２枚の偏光板間で、液晶セルにおける複屈折で生じるリタデーション値を補償する機能を果たす。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、液晶分子をベンド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、前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、前記駆動回路が、前記液晶層へ第１の電圧を印加することにより前記第１の視野角範囲を提供し、前記液晶層へ前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を印加することにより前記第２の視野角範囲を提供することが好ましい。
【００１２】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記液晶セルの一対の透光性基板がそれぞれ有する配向膜に対して、平行かつ同じ向きにラビング処理が施されていても良い。
【００１３】
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。
【００１４】
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。また、前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトであることが好ましい。
【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構成であっても良い。
【００１６】
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い。
【００１７】
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ベンド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、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箇所に設けられた位相差フィルムとを備え、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。
【００１８】
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ベンド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、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箇所に設けられた位相差フィルムとを備え、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いずれかとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【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、本発明にか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か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いる。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、表示用液晶パネル１の画像が視認できる視野角が広い状態（広視野角）と、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い場合等に好適に用いられる。
【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い。さらに、バックライト３の構成にも何ら限定がなく、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。偏光板２２および上述の偏光板１３は、直線偏光板であり、それぞれの偏光吸収軸Ｘ22と偏光吸収軸Ｘ13とが略直交するように配置されている。つまり、偏光板１３，２２は、偏光透過軸が互いに略直交するように配置されている。なお、偏光吸収軸Ｘ22と偏光吸収軸Ｘ13とのなす角が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。液晶セル２１は、ベンド配向させたポジ型（液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも高い）のネマティック液晶によって液晶層が構成される。
【００２４】
図２（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態にかかる液晶セル２１の液晶配向状態を示す模式図である。なお、これらの図面では、液晶分子のふるまいを分かりやすくするために、液晶分子の大きさ等を誇張して示した。
【００２５】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶セル２１は、液晶層２１３を挟持する一対の透光性基板２１１ａ，２１１ｂを備えている。透光性基板２１１ａ，２１１ｂのそれぞれの表面には、例えばＩＴＯ（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、視野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２１１ａ，２１１ｂ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】
透光性基板２１１ａ，２１１ｂにおいて液晶層２１３と接する面には、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂがそれぞれ設けられている。水平配向膜２１２ａ，２１２ｂの近傍の液晶分子２１３ｍは、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂの表面に対して分子長軸がほぼ平行となるよう配向する。水平配向膜２１２ａ，２１２ｂには、ラビング処理によってプレチルトが与えられている。プレチルト角θ（図２（ａ）参照）は概ね２°＜θ＜７°であるが、液晶を確実にベンド配向させるためには、プレチルト角θはできるだけ大きい値をとることが好ましい。なお、図２（ａ）において、θの大きさは実際よりも誇張して示されている。水平配向膜２１２ａ，２１２ｂにおけるラビング処理の方向は、パラレル（平行かつ同方向）である。
【００２７】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照し、印加電圧に応じた液晶分子２１３ｍのふるまいについて説明する。液晶セル２１の液晶層２１３は、所定範囲の電圧（本実施形態では、例えば２Ｖ〜６Ｖ）を印加することにより、ベンド配向が維持される。液晶セル２１に対して比較的低い電圧ＶL（例えば２Ｖ）を印加した場合、図２（ａ）に示すように、液晶分子２１３ｍの長軸が、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂとの界面では当該界面に対してプレチルト角θだけ立ち上がった状態となる。またこの場合、液晶分子２１３ｍの長軸は、バルク領域においては、液晶分子２１３ｍの長軸が基板法線に対して漸次的に回転し、バルク領域中央付近（液晶層２１３の厚さ方向における中央付近）で基板法線にほぼ水平となる。一方、液晶２１に対して上記の電圧ＶLよりも高い電圧ＶH（例えば６Ｖ）を印加した場合は、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂとの界面の液晶分子２１３ｍの状態は、電圧ＶLを印加した場合とほぼ同じであるが、電圧バルク領域のほぼ全体にわたって、液晶分子２１３ｍが基板法線に長軸を揃えるように整列した状態となる。すなわち、電圧ＶLを印加した場合と電圧ＶHを印加した場合とを比較すると、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂとの界面近傍と、バルク領域の中央付近（液晶層２１３の厚さ方向における中央付近）とにおける液晶分子の状態はほぼ同じであるが、その他の領域においては、液晶分子長軸の回転角度が異なるので、互いに異なるリタデーション値を有する。
【００２８】
視野角制御用液晶パネル２は、このリタデーション値の違いを利用し、液晶セル２１への印加電圧を、上記の電圧ＶLとＶHとの間で切替えることにより、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（広視野角）と、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。
【００２９】
図３（ａ）および（ｂ）は、液晶セル２１への印加電圧をＶHとした場合の液晶セル２１の状態を模式的に示す断面模式図である。なお、液晶セル２１の基板面をｘｙ平面とし、水平配向膜２１２ａ，２１２ｂにおけるラビング方向をｘ軸とし、基板法線方向をｚ軸とした場合、図３（ａ）はｘｚ平面における断面図であり、図３（ｂ）はｙｚ平面における断面図である。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、ベンド配向の液晶層２１３では、液晶分子２１３ｍの配列は、基板法線方向に対して上下対称である。図３（ａ）および（ｂ）において、液晶層２１３において、基板法線方向の中央付近を境界として、水平配向膜２１２ａに近い領域を領域２１３ａ、水平配向膜２１２ｂに近い領域を領域２１３ｂとする。液晶セル２１では、液晶層２１３の法線方向に対して斜め方向に透過する光は、領域２１３ａおよび領域２１３ｂのそれぞれにおいて位相差が生ずる。しかし、領域２１３ａ，２１３ｂのそれぞれにおける液晶分子の向きが対称であるので、これらの領域２１３ａ，２１３ｂで生じる位相差は互いに相殺される。従って、図３（ａ）に示すように、ｘｚ平面に平行で、かつ、基板法線（ｚ軸）に対してなす角が互いに等しくなるよう入射する２つの光線Ｌ１，Ｌ２を想定すると、これらの光線のリタデーション値Ｒｅ１，Ｒｅ２は、ほぼ等しい値となる。また、図３（ｂ）に示すように、ｙｚ平面に平行で、かつ、基板法線（ｚ軸）に対してなす角が互いに等しくなるよう入射する２つの光線Ｌ３，Ｌ４を想定した場合も、これらの光線のリタデーション値Ｒｅ３，Ｒｅ４はほぼ等しい値となる。すなわち、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１は、基板面（ｘｙ平面）について見れば、ラビング方向（ｘ軸方向）とこれに直交する方向（ｙ軸方向）とのそれぞれに対して、基板中央を中心として対称的な輝度特性を有する。
【００３１】
従って、Ｒｅ１およびＲｅ２と、Ｒｅ３およびＲｅ４とのいずれか一方のリタデーションを補償して偏光板１３，２２間のリタデーションを０とするような位相差フィルムを設けることにより、図４に示すように、ラビング方向（ｘ軸方向）およびラビング方向に直交する方向（ｙ軸方向）のいずれか一方について、液晶セル２１に対して斜め方向の視角に対しては、偏光板１３から光が透過しないようにすることができる。これにより、狭視野角状態を実現できる。
【００３２】
図４に示した例は、液晶セル２１への印加電圧をＶHとした場合の輝度分布を示すものである。図４に示すように、この場合、方位角０°または１８０°付近の視角については、ほぼ全ての極角について、表示用液晶パネル１の表示内容が視認できる程度の輝度が得られるが、方位角９０°または２７０°付近の視角については、極角が小さい範囲（パネルのほぼ正面方向）を除いて、表示用液晶パネル１の表示内容が視認できる程度の輝度が得られない。従って、この例では、方位角９０°または２７０°付近の視角に対して、斜め方向からの覗き見が防止できる狭視野角状態が実現されている。
【００３３】
なお、方位角（θ）とは、この例では、パネル下方向を０°とし、パネル右方向を９０°とし、パネル上方向を１８０°とし、パネル左方向を２７０°と表したものである。極角（φ）とは、液晶セル２１の基板法線に対して、観察者の視点と液晶セル２１の表面中央とを結ぶ線とがなす角度である。
【００３４】
また、液晶セル２１への印加電圧をＶLとした場合は、図５に示すように、ほぼ全ての視角に対して、表示用液晶パネル１の表示内容が視認できる程度の輝度が得られる広視野角状態となる。
【００３５】
上述のように、液晶セル２１への印加電圧をＶLとＶHとの間で切替えることで広視野角状態と狭視野角状態とを切替えるために、本実施形態の視野角制御用液晶パネル２は、図６に示すように、透光性基板２１１ａと偏光板１３との間、および、透光性基板２１１ｂと偏光板２２との間に、位相差フィルム４ａ，４ｂをそれぞれ備えている。位相差フィルム４ａ，４ｂは、Ｎx＞Ｎz＞Ｎyの関係が成り立つ。位相差フィルム４ａは、そのＮx軸が、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13と平行になるよう配置される。位相差フィルム４ｂは、そのＮx軸が、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22と平行になるよう配置される。
【００３６】
なお、図６に示すように、表示用液晶パネル１の偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13は、透光性基板２１１ａの配向膜に対するラビング方向Ｒaに対して、４０°〜５０°（好ましくは４５°）の傾きを持つ。
【００３７】
例えば、液晶層２１３の液晶材料として大日本インキ化学工業株式会社製のＲＤＰ−９８００６（商品名）を使用し、セルギャップ（液晶層２１３の厚さ）をおよそ３．７μｍとする場合、液晶層２１３への印加電圧ＶHを６Ｖとして狭視野角状態を得るためには、極角が４５°の視角から見た場合の位相差フィルム４ａ，４ｂのｘ−ｙ面内リタデーションを、例えば、１４０ｎｍ程度とすることが好ましい。なお、ＲＤＰ−９８００６（商品名）の異常光屈折率ｎｅは１．７１２であり、常光屈折率ｎｏは１．５１４である。
【００３８】
以上のとおり、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、ベンド配向の液晶セル２１と位相差フィルムとを組み合わせて用いることにより、パネルの上下方向または左右方向等の二方向について狭視野角状態を得ることが可能となる。
【００３９】
さらに、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００は、バックライト３として、一般的なバックライト（極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有するバックライト）を用いても良いが、指向性バックライトを用いることが好ましい。指向性バックライトとは、ディスプレイの正面方向、すなわち極角φ＝０°を中心とした比較的狭い角度範囲の輝度が、他の部分の輝度よりも高くなるような輝度分布を有するバックライトであり、一般的なバックライトに１枚または複数枚のレンズシートを積層することによって実現できる。
【００４０】
ここで、図７〜図１０を参照し、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００に対して適用可能なバックライトの特性について説明する。図７は、指向性バックライトではない一般的なバックライト（レンズシートなし）を用いた場合のバックライト３の輝度分布図である。この場合、バックライト３は、水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）に対称的な輝度分布を有するが、垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）については、輝度のピークＰ1を方位角θ＝２７０°、極角φ＝４５°の付近に有する。なお、バックライト３の輝度ピークＰ1をこのように正面方向からずらした設計としたのは、後述するようにレンズシートを２枚積層した場合に、輝度ピークが真正面（極角φ＝０°）に位置するようにしたためである。つまり、レンズシートを用いない場合、あるいはレンズシートを１枚だけ積層する場合は、バックライト３の輝度ピークは、図７に示した位置とは異なる。
【００４１】
図８〜図１０は、レンズシートを用いた指向性バックライトとした場合の、バックライト３の輝度分布を示す。図８は、図７の輝度特性を持つバックライトの光出射面にレンズシートを１枚積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。レンズシートとしては、住友スリーエム株式会社製の「ＢＥＦ  II  ９０／５０（商品名）」を用いたが、これに限定されない。この場合、図８に示すように、レンズシートを光出射面に１枚積層したことによって輝度分布が変化し、輝度のピークＰ2が方位角θ＝２７０°、極角φ＝３０°付近に現われる。また、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００４２】
図９は、図７の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを、図８とは配置角度が９０°異なる向きに積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図９に示すように、輝度のピークＰ3が方位角θ＝２７０°、極角φ＝１５°付近に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００４３】
図１０は、図７の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを２枚、配置角度が９０°異なる向きで積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図１０に示すように、輝度のピークＰ4がほぼ正面（方位角θ＝２７０°、極角φ＝５°付近）に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００４４】
図１１は、バックライト３の水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。図１２は、バックライト３の垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。なお、図１１では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝１８０°側の極角に負の符号を付して表し、図１２では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝２７０°側の極角に負の符号を付して表した。
【００４５】
図１１および図１２に示すように、レンズシートを１枚積層した場合、法線方向（極角φ＝０°）の輝度は、レンズシートがない場合の約１．８倍（輝度上昇率は約１．６０）となる。また、レンズシートを２枚積層した場合は、法線方向の輝度は、レンズシートがない場合の約２．８倍（輝度上昇率は約１．９５）となる。ただし、輝度上昇率は、バックライトシステム全体の構成材料や設計または総合的な照明効果に応じて異なるので、上記の輝度上昇率が必ずしも最適であるとは限らない。
【００４６】
また、図１１および図１２に示すＴｈは、レンズシートを１枚積層した場合の法線方向の輝度の５０％に相当する輝度を表す。このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（水平方向）は、図８に示すレンズシートの配置の場合は約６６°、図９に示すレンズシートの配置の場合は約９６°である。同様に、このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（垂直方向）は、図８に示すレンズシートの配置の場合は約９９°、図９に示すレンズシートの配置の場合は約６６°である。なお、レンズシートを２枚積層した場合、法線方向の輝度の５０％に相当する輝度が得られる極角の範囲は、水平方向では約５８°であり、垂直方向では約８８°である。
【００４７】
なお、図４は、指向性バックライトではなく、極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有する一般的なバックライトをバックライト３として用いた場合の輝度分布を示したものであるが、図４を測定した場合と同じ条件で、バックライト３のみを図１０に示す輝度分布を有する指向性バックライトに変更した場合、挟視野角状態において、図１３に示すような輝度分布が得られる。すなわち、輝度ピークが正面方向へ近づくと共に、遮光状態となる方位角の範囲がより広くなる。従って、斜め後方にいる他人からの覗き見を、より確実に防止する表示装置を実現できる。
【００４８】
図１４は、本実施形態にか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１４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っている。すなわち、図１４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において、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。
【００４９】
以上のように、本実施形態にか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ＶHを印加すれば、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ＶLを印加すれば、広い視野角から表示が視認できる。
【００５０】
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、本実施形態における上記の説明では、液晶セル２１への印加電圧を電圧ＶLとすることにより広視野角状態が得られ、液晶セル２１への印加電圧を電圧ＶHとすることにより狭視野角状態が得られるものとしたが、印加電圧の大きさと視野角の広狭との関係はこの逆であっても良い。ただし、広視野角状態と狭視野角状態と、いずれの状態での使用頻度が高いかを考慮し、使用頻度が高い状態を実現するための印加電圧をＶHとすることが、消費電力低減の観点からは好ましい。
【００５１】
また、上記の説明では、水平配向膜にパラレルラビングを施すことによってベンド配向を実現する例を示した。しかし、配向膜上に、液晶分子の傾き方向を規制するリブを形成することによっても、ベンド配向を実現することができる。
【００５２】
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２１３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。
【００５３】
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。
【００５４】
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 Emission Display）、表面電界ディスプレイ（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。
【００５５】
図１５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１５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。図１５に示す液晶ディスプレイ３００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、ＶLとＶHとの間で切替えることにより、液晶ディスプレイ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。
【００５６】
また、図１６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１６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。図１６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、ＶLとＶHとの間で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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、ディスプレイが、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。
【００６０】
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い。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。
【００６１】
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い。
【００６２】
なお、本発明にか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く、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。
【００６３】
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が、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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるディスプレイの概略構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は比較的低い電圧を印加した時のベンド配向の液晶分子のふるまいを示す模式図、（ｂ）は比較的高い電圧を印加した時のベンド配向の液晶分子のふるまいを示す模式図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルのリタデーション値を説明する断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態にか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５】本発明の一実施形態にか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６】本発明の一実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルの構成を示す模式図である。
【図７】一般的なバックライト（レンズシートなし）の輝度分布図である。
【図８】レンズシートを積層した指向性バックライトの一例の輝度分布図である。
【図９】レンズシートを積層した指向性バックライトの他の例の輝度分布図である。
【図１０】レンズシートを積層した指向性バックライトのさらに他の例の輝度分布図である。
【図１１】バックライトの水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図１２】バックライトの垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図１３】図４を測定した場合と同じ条件で、バックライトのみを図１０に示す輝度分布を有する指向性バックライトに変更した場合の、挟視野角状態における視野角制御用液晶パネルの輝度分布を示すチャートである。
【図１４】本発明の実施形態にか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１５】本発明の実施形態にか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１６】本発明の実施形態にか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。
【符号の説明】
【００６６】
１      表示用液晶パネル
２      視野角制御用液晶パネル
３      バックライト
１１    液晶セル
１２    偏光板
１３    偏光板
２１    液晶セル
２２    偏光板
２３    偏光板
３０    反射型液晶表示パネル
３１    液晶セル
３２    偏光板
４０    自発光型表示装置
１００  液晶ディスプレイ
２００  液晶ディスプレイ
３００  ディスプレイ
４００  ディスプレイ
【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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