(57)【要約】【課題】輝度が高く、かつ、輝度視野角を任意に制御できる表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、表示パネルと、平行度の高い照明光を出射するバックライトユニット４と、第１方向ｄ１に光吸収軸および第２方向ｄ２に光透過軸を有した偏光板と、照明光の第１方向の直線偏光を反射させ、照明光の第２方向の直線偏光を透過させる偏光反射板７と、入射される照明光の拡散状態を制御可能な液晶層を有した輝度視野角制御液晶パネル３と、を備えている。【選択図】      図１
2008090173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに対向配置され、前記表示パネルに平行度の高い照明光を出射するバックライトユニットと、
前記バックライトユニットおよび表示パネル間に配置され、前記表示パネルの平面に平行な第１方向に光吸収軸および前記表示パネルの平面に平行であるとともに前記第１方向に直交した第２方向に光透過軸を有した偏光板と、
前記バックライトユニットおよび偏光板間に配置され、前記照明光の前記第１方向の直線偏光を反射させ、前記照明光の前記第２方向の直線偏光を透過させる偏光反射板と、
前記偏光反射板および偏光板間に配置され、入射される前記照明光の拡散状態を制御可能な液晶層を有した輝度視野角制御液晶パネルと、を備えている表示装置。
【請求項２】
前記液晶層の層厚をｄ、前記液晶層の５５０ｎｍの波長に対する屈折率異方性をΔｎおよび前記液晶層の液晶濃度をＬＣｗｔ％とすると、
前記層厚、屈折率異方性および液晶濃度を乗じた値Δｎ・ｄ・ＬＣは、２０００ｎｍ乃至２２００ｎｍである請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示パネルに対して前記輝度視野角制御液晶パネルの反対側に配置され、入射される前記照明光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有した位相制御液晶パネルを備えている請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記他の液晶層は、液晶分子が２７０°以上捩れた分子配列を有している請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示パネルに対して前記偏光板の反対側に配置された他の偏光板を備えている請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記液晶層は、ポリマーネットワーク液晶またはポリマーディスパーズド液晶で形成されている請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置としての液晶表示装置は様々な分野に応用され、ノートパソコン、モニタ、カーナビゲーション、関数電卓、中小型ＴＶ、大型ＴＶ、携帯電話、電子手帳等の電子機器に用いられている。
【０００３】
これら電子機器の中でも電子手帳、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、タブレットＰＣ（パソコン）、ノートＰＣ等は、軽薄短小である特徴から携帯して利用される機会が多い。また、ＰＯＰ（point of purchase）用途、ＡＴＭ（automated teller machine）用途、券売機用途に用いられる液晶表示装置は、公共の場で利用される機会が多い。
【０００４】
これらの用途では、使用状況によっては他人に表示内容を識別されては困る場合がある。例えば携帯電話やＰＤＡ、タブレットＰＣにプライベートな内容を公共の場において表示している場合である。こうした場合、視野角は狭いほうが望ましい。しかしながら、複数の人で画像を観察する機会もあることから視野角を制御できる機能を有していることが望まれている。視野角特性の問題は、携帯機器および公共情報端末機器に共通した問題である。
【０００５】
近年、液晶表示装置やブラウン管（ＣＲＴ）の視野角を制御する手段として、着脱可能なルーバーシートが利用されている（例えば、特許文献１参照）。また、偏光板を用いる液晶表示装置においては、観察者側の偏光板を設けない構成とし、偏光メガネをかけたときのみ表示が識別できるシステムも応用されている。
【０００６】
従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせるためにシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けている。このため、ルーバーシートを用いた方法では、光の透過率が低い問題を有している。ルーバーシートの製造工程も複雑で製造コストも高い。ルーバーシートを着脱する際に手間がかかる問題も有している。また、偏光メガネを用いた方法では、不特定の人に画像を見せることができない問題が生じる。視野角特性の問題を解決するため、液晶表示装置に視野角制御用の視野角制御液晶パネルを設けて視野角を制御する液晶表示装置が開発されている。
【特許文献１】特開２００３−５８０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記液晶表示装置の中でも輝度の視野角を制御できる液晶表示装置が開発されている。このような液晶表示装置は、液晶表示パネルと、レンズシートおよびプリズムシートを有したバックライトユニットと、液晶表示パネルおよびバックライトユニット間に設けられ、輝度視野角制御用の輝度視野角制御液晶パネルとを備えている。レンズシートおよびプリズムシートは、バックライトユニットの導光板の光放出面上に配置されている。
【０００８】
レンズシートおよびプリズムシートは、光放出面から放出される拡散した照明光を、光放出面の法線方向に絞込み、法線方向に平行な平行光として出射させる。つまり、レンズシートおよびプリズムシートは、照明光の指向性を高める機能を有している。言い換えると、レンズシートおよびプリズムシートは、上記法線方向から傾斜した方向で十分な輝度を得られなくするため、この傾斜した方向での画像の視認を不能にしている。輝度視野角制御液晶パネルは、バックライトユニットから入射された照明光を直進または拡散させて出射させ、バックライトユニットの輝度視野角を制御している。
【０００９】
また、十分な指向性を得るには、レンズシートおよびプリズムシートのパタンが視認できないよう、高屈折率媒体を微細パタンで設ける必要がある。しかし、実際は、上記微細パタンを形成することができない。結果的に、十分な指向性が得られず、実際は、傾斜した方向での画像の視認を不能にすることはできない。  
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、輝度が高く、かつ、輝度視野角を任意に制御できる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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る表示装置は、
画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに対向配置され、前記表示パネルに平行度の高い照明光を出射するバックライトユニットと、
前記バックライトユニットおよび表示パネル間に配置され、前記表示パネルの平面に平行な第１方向に光吸収軸および前記表示パネルの平面に平行であるとともに前記第１方向に直交した第２方向に光透過軸を有した偏光板と、
前記バックライトユニットおよび偏光板間に配置され、前記照明光の前記第１方向の直線偏光を反射させ、前記照明光の前記第２方向の直線偏光を透過させる偏光反射板と、
前記偏光反射板および偏光板間に配置され、入射される前記照明光の拡散状態を制御可能な液晶層を有した輝度視野角制御液晶パネルと、を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、輝度が高く、かつ、輝度視野角を任意に制御できる表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明に係る表示装置を液晶表示装置に適用した実施の形態にについて詳細に説明する。  
図１に示すように、液晶表示装置は、画像を表示する表示パネルとしての液晶表示パネル１と、位相制御液晶パネル２と、輝度視野角制御液晶パネル３と、バックライトユニット４と、第１偏光板５と、第２偏光板６と、偏光反射板７と、駆動部８とを備えている。
【００１３】
液晶表示パネル１の平面、位相制御液晶パネル２の平面、輝度視野角制御液晶パネル３の平面、バックライトユニット４の光放出面、第１偏光板５の平面、第２偏光板６の平面、偏光反射板７の平面は、互いに平行である。
【００１４】
液晶表示パネル１は、ツイステッドネマティック（ＴＮ）モードの液晶表示パネルとして形成されている。液晶表示パネル１は、アレイ基板１１、対向基板１２および第１液晶層１３を備えている。
【００１５】
アレイ基板１１は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１４と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の画素電極１５と、ガラス基板および画素電極上に形成された配向膜１６とを有している。また、アレイ基板１１は、ガラス基板１４上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を有している。アレイ基板１１は、複数の画素を有している。複数の画素は、後述する表示領域Ｒ１内にマトリクス状に設けられているとともに、ＴＦＴおよび画素電極１５等をそれぞれ有している。
【００１６】
対向基板１２は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１７と、このガラス基板上に形成された共通電極１８と、ガラス基板および共通電極上に形成された配向膜１９とを有している。画素電極１５および共通電極１８は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜１６および配向膜１９には、ラビングが施されている。
【００１７】
アレイ基板１１および対向基板１２は、複数のスペーサ２１により所定の隙間を置いて対向配置されている。アレイ基板１１および対向基板１２は、画素電極１５および共通電極１８が対向しているとともに画像を表示する表示領域Ｒ１を有している。アレイ基板１１および対向基板１２は、表示領域Ｒ１の外側で両基板の周縁部に配置された矩形状のシール材２２により互いに接合されている。第１液晶層１３は、アレイ基板１１、対向基板１２およびシール材２２間に形成されている。
【００１８】
表示領域Ｒ１内において、アレイ基板１１および対向基板１２の何れか一方の基板には、図示しない赤色、緑色および青色の複数の着色層を有したカラーフィルタが配置されている。このため、液晶表示パネル１は、カラー表示が可能である。
【００１９】
位相制御液晶パネル２は、対向基板１２に対向配置されている。位相制御液晶パネル２は、第１基板４１と、この第１基板に所定の隙間を置いて対向配置された第２基板４２と、第２液晶層４３とを有している。第１基板４１は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第１シート４４ａと、この第１シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第１電極４５と、この第１電極上に配設された第１配向膜４７ａとを有している。
【００２０】
第２基板４２は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第２シート４４ｂと、この第２シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第２電極４６と、この第２電極上に配設された第２配向膜４７ｂとを有している。第２シート４４ｂの外面側は表示面Ｓとして機能する。
【００２１】
第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂには、ラビングが施されている。この実施の形態において、ガラス基板１７および第１シート４４ａは一体に形成されている。このため、液晶表示パネル１の対向基板１２および位相制御液晶パネル２の第１基板４１は透明な共通基板６１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。
【００２２】
第１基板４１および第２基板４２は、第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂが対面するように対向配置され、複数のスペーサ４８により所定の隙間を置いて保持されている。第１電極４５および第２電極４６は絶縁状態に維持されている。第１基板４１および第２基板４２は、第１電極４５および第２電極４６が対向した領域であるとともに、これら第１基板および第２基板間を透過する光の位相状態を制御可能な位相制御領域Ｒ２を有している。この実施の形態において、位相制御領域Ｒ２は、上述した表示領域Ｒ１と重なっている。
【００２３】
第１基板４１および第２基板４２は、位相制御領域Ｒ２の外側で、第１電極４５および第２電極４６の周縁部に配置された矩形状のシール材４９により互いに接合されている。第２液晶層４３は、第１基板４１、第２基板４２およびシール材４９間に形成されている。
【００２４】
第２液晶層４３の層厚は、５．０μｍである。第２液晶層４３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０７２である。液晶分子の捩れ角は４５０°、捩れピッチは３．９２μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。
【００２５】
上記した第２液晶層４３は、第１基板４１および第２基板４２間を透過する光の位相状態を制御する機能を有している。より詳しくは、第２液晶層４３は、液晶分子の配列を制御することで視野角を制御している。第２液晶層４３の液晶分子の配列を制御する際は、位相制御液晶パネル２に印加する駆動電圧を制御して、第１電極４５および第２電極４６間の電位差を制御することで行う。
【００２６】
輝度視野角制御液晶パネル３は、アレイ基板１１に対向配置されている。輝度視野角制御液晶パネル３は、第３基板５１と、第４基板５２と、第３液晶層５３とを備えている。第３基板５１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板５４ａと、このガラス基板上に形成された第３電極５５ａと、ガラス基板および第３電極上に形成された配向膜５６ａとを有している。
【００２７】
第４基板５２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板５４ｂと、このガラス基板上に形成された第４電極５５ｂと、ガラス基板および第４電極上に形成された配向膜５６ｂとを有している。第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜５６ａおよび配向膜５６ｂには、ラビングが施されている。
【００２８】
第３基板５１および第４基板５２は、複数のスペーサ５７により所定の隙間を置いて対向配置されている。輝度視野角制御液晶パネル３は、第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂが対向しているとともに、この輝度視野角制御液晶パネルを透過するバックライトユニット４から放出される光の拡散状態を制御可能な光拡散制御領域Ｒ３を有している。この実施の形態において、光拡散制御領域Ｒ３は、上述した表示領域Ｒ１および位相制御領域Ｒ２と重なっている。
【００２９】
第３基板５１および第４基板５２は、光拡散制御領域Ｒ３の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材５８により互いに接合されている。第３液晶層５３は、第３基板５１、第４基板５２およびシール材５８間に形成されている。
【００３０】
ここで、この実施の形態に係る第３液晶層５３について説明する。第３液晶層５３は、ツイステッドネマティック液晶に光架橋性ポリマ（polymer）を２ｗｔ％溶解した液晶材料で構成されている。第３液晶層５３の層厚ｄは、５μｍである。第３液晶層５３の屈折率異方性（Δｎ）は０．０４９である。第３液晶層５３の液晶材料は室温状態では透明な液体である。液晶分子の捩れ角は６３０°である。第３液晶層５３は、ポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ；Polymer Network Liquid Crystal）で形成されている。
【００３１】
第３基板５１、第４基板５２およびシール材５８間に上記液晶を充填する際は、従来の液晶注入法と同様に真空注入法等を用いることで充填できる。従って、液晶を充填する際は液体状態で充填される。充填された液晶には、紫外線が照射され、ポリマ（ポリマーネットワーク）が形成されるとともに液晶分子が析出される。第３液晶層５３の液晶分子の配列はほぼランダムとみなすことができる。
【００３２】
第３液晶層５３に電圧を印加していない状態において、輝度視野角制御液晶パネル３は、リタデーション値が−２５０ｎｍのネガティブＣプレートとして作用し、Δｎｄが４５０ｎｍ程度の液晶表示パネル１の黒色表示時のコントラスト視角を補償する。
【００３３】
第３液晶層５３に電圧を印加している状態において、輝度視野角制御液晶パネル３は、リタデーション値が＋２５０ｎｍのポジティブＣプレートとして作用し、Δｎｄが４５０ｎｍ程度の液晶表示パネル１の黒色表示時のコントラスト視角を悪化させる。
【００３４】
バックライトユニット４は、輝度視野角制御液晶パネル３の第３基板５１の外面側に設けられている。バックライトユニット４は、第３基板５１に対向配置されているとともに導光板を含む導光体４ａと、この導光体の一側縁に対向配置された光源４ｂおよび反射板４ｃとを備えている。
【００３５】
バックライトユニット４は、導光体４ａの光放出面に対向して配置された光学シート４ｄを有している。光学シート４ｄは、導光体４ａからの光を光放出面の法線方向に平行な光（以下、平行光と称する）とすることができる。上記したように、光学シート４ｄは、導光体４ａから出射される照明光の平行度（指向性）を高める機能を有している。光学シート４ｄとしては、住友スリーエム株式会社製のＢＥＦ（集光シート）等、出射される照明光の平行度が極めて高くなるものが用いられる。このため、バックライトユニット４は、平行度の高い光を出射させることができる。
【００３６】
第１偏光板５は、アレイ基板１１および第４基板５２間に配置されている。より詳しくは、第１偏光板５は、アレイ基板１１の外面に配置されている。なお、第１偏光板５は、糊を介してアレイ基板１１の外面に貼り合せても良い。第１偏光板５は、液晶表示パネル１の平面に平行な第１方向ｄ１に光吸収軸および液晶表示パネルの平面に平行であるとともに第１方向に直交した第２方向ｄ２に光透過軸を有している。
【００３７】
第２偏光板６は、位相制御液晶パネル２に対して第１偏光板５と反対側に配置されている。より詳しくは、第２偏光板６は、第２基板４２の外面に配置されている。なお、第２偏光板６は、糊を介して第２基板４２の外面に貼り合せても良い。第２偏光板６の外面は表示面Ｓとして機能する。第２偏光板６は、第１方向ｄ１に光透過軸および第２方向ｄ２に光吸収軸を有している。
【００３８】
第１偏光板５および第２偏光板６は、クロスニコル配置されている。このため、液晶表示パネル１は、駆動電圧印加状態で黒色表示となるノーマリーホワイト表示となる。
【００３９】
偏光反射板７は、バックライトユニット４および輝度視野角制御液晶パネル３間に配置されている。より詳しくは、偏光反射板７は、光学シート４ｄおよび第３基板５１間に配置されている。偏光反射板７は、照明光の第１方向ｄ１の直線偏光を反射させ、照明光の第２方向ｄ２の直線偏光を透過させる。偏光反射板７によって反射された第１方向ｄ１の直線偏光は、バックライトユニット４に戻り、リサイクルされる。このため、偏光反射板７を設けたことによる輝度レベルの低下を抑制することができる。偏光反射板７としては、光学シート４ｄとしては、住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦ等が用いられる。
【００４０】
駆動部８は、液晶表示パネル１に駆動電圧を印加して表示状態を制御する。駆動部８は、液晶表示パネル１の表示状態に対応して位相制御液晶パネル２および輝度視野角制御液晶パネル３に駆動電圧を印加する。
【００４１】
上記した液晶表示装置において、バックライトユニット４は液晶表示パネル１に対向配置されている。第１偏光板５はバックライトユニット４および液晶表示パネル１間に配置されている。偏光反射板７はバックライトユニット４および第１偏光板５間に配置されている。輝度視野角制御液晶パネル３は偏光反射板７および第１偏光板５間に配置されている。位相制御液晶パネル２は液晶表示パネル１に対して輝度視野角制御液晶パネル３の反対側に配置されている。第２偏光板６は、液晶表示パネル１および位相制御液晶パネル２に対して第１偏光板５の反対側に配置されている。
【００４２】
次に、輝度視野角制御液晶パネル３が、この輝度視野角制御液晶パネルを透過する光の拡散状態を制御することにより、液晶表示装置の輝度視野角を制御できる原理について図２および図３を用いて説明する。
【００４３】
図２に示すように、第３液晶層５３（第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂ間）に５Ｖの電圧が印加されている。輝度視野角制御液晶パネル３に十分な駆動電圧が印加されている状態において、液晶分子５３ｍは、輝度視野角制御液晶パネルの平面の法線方向に配列されている。第３液晶層５３のΔｎｄは、Ｂｄｅｇ近傍でλ／２＋ｎ（ｎ＝０，１，２，…）の位相差を得る値となる。第３液晶層５３はポジティブＣプレートとして機能するため、上記法線方向に平行な平行光の位相は変化しないが、上記法線方向から傾斜した方向の光（以下、傾斜光と称する）の位相は、第３液晶層の液晶濃度ＬＣｗｔ％、Δｎおよび層厚ｄと、傾斜光の上記法線方向からの傾斜角とに応じて変化する。視認不能としたい視野範囲において、位相がλ／２ずれるようにすれば、輝度視野角制御液晶パネル３を出射した傾斜光は第１方向ｄ１の直線偏光となる。
【００４４】
偏光反射板７の光透過軸および第１偏光板５の光透過軸は平行であるため、輝度視野角制御液晶パネル３を出射した平行光は第１偏光板５を透過し、輝度視野角制御液晶パネル３を出射した傾斜光は第１偏光板５で吸収される。上記したように、傾斜光を遮光し、輝度視野角を狭くすることにより、視野角を狭くしている。結果的に、第１偏光板５を出射した光は、光学シート４ｄを出射した光よりも平行度（指向性）が高まる。
【００４５】
図３に示すように、第３液晶層５３（第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂ間）に電圧は印加されていない。輝度視野角制御液晶パネル３に十分な駆動電圧が印加されていない状態において、液晶分子５３ｍの配列は、ほぼランダムである。第３液晶層５３はネガティブＣプレートとして機能するため、輝度視野角制御液晶パネル３に入射された光は拡散して出射される。結果的に、第１偏光板５を出射した光は、光学シート４ｄを出射した光よりも平行度（指向性）が弱まる。上記したように、輝度視野角を広くすることにより、視野角を広くしている。広い視野範囲において、画像の視認性を高めることができる。
【００４６】
次に、位相制御液晶パネル２に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態におけるコントラスト視角特性を輝度視野角特性と併せて説明する。  
第２液晶層４３（第１電極４５および第２電極４６間）に駆動電圧を印加していない状態において、高コントラスト（高輝度）を有した広視野角を得ることができる。第２液晶層４３（第１電極４５および第２電極４６間）に駆動電圧を印加している状態において、高コントラスト（高輝度）を有した狭視野角を得ることができる。
【００４７】
次に、画像の視認性について説明する。  
図４に示すように、画像の視認性は、明度（明るさ）と、コントラストとに依存している。ｘ軸に明度を、ｙ軸にコントラストをとっている。明度は、バックライトユニット４から出射される照明光の照度と、輝度視野角制御液晶パネル３によって制御される輝度視野角とに依存している。コントラストは、輝度比および色相比に依存している。
【００４８】
画像の視認性は、画像のパタンが判別できない第１領域Ｄ１と、画像のパタンが認識しづらいと感じる第２領域Ｄ２と、画像のパタンの可読性および視認性を満足する第３領域Ｄ３との３つに大別できる。
【００４９】
明度およびコントラストの一方または双方が不十分だと、画像の視認性が損なわれることが分かる。覗き込みを防止する観点では、第１領域Ｄ１の視認性が要求される。照明光そのものの指向性にも拠るが、上記第１領域Ｄ１の視認性を満たすには、輝度視野角の制御だけでなくコントラスト視角も制御した方が良い。
【００５０】
この実施の形態において、ポジティブＣプレートおよびネガティブＣプレートの機能を電界制御できる位相制御液晶パネル２を、第１偏光板５および第２偏光板６間に配置したことで上記コントラスト視角の制御を可能としている。
【００５１】
位相制御液晶パネル２は、液晶表示パネル１を透過した照明光の位相差や進行方向を制御でき、視野角およびコントラスト視角も制御できる。上記したことから、輝度視野角制御液晶パネル３および位相制御液晶パネル２に駆動電圧を印加して画像を表示する狭視野角表示モードの場合、液晶表示パネル１の平面の法線方向（正面方向）において第３領域Ｄ３の視認性を得ることができ、液晶表示パネル１の平面の法線方向から傾斜した方向（斜め方向）において第１領域Ｄ１の視認性を得ることができる。
【００５２】
なお、輝度視野角制御液晶パネル３および位相制御液晶パネル２に駆動電圧を印加せずに画像を表示する広視野角表示モードの場合、正面方向および斜め方向において第３領域Ｄ３の視認性を得ることができることは言うまでもない。
【００５３】
次に、視野角に対する明度Ｌ＊の変化について説明する。  
図５に示すように、線Ｌ１で示すように、広視野角表示モードにおいて、視野角全域において高い明度を得ている。線Ｌ２で示すように、狭視野角表示モードにおいて、正面方向（０°）付近で広視野角表示モード以上の明度を得、斜め方向で広視野角表示モード以下の明度を得ている。
【００５４】
次に、視野角に対するコントラスト比（ＣＲ）および色相比の積の変化について説明する。  
図６に示すように、線Ｌ３で示すように、広視野角表示モードにおいて、視野角全域において高い値を示している。線Ｌ４で示すように、狭視野角表示モードにおいて、正面方向（０°）付近で高い値を示しているものの、斜め方向で低い値を示している。
【００５５】
図５および図６に示すように、狭視野角表示モードにおいて、斜め方向で第１領域Ｄ１の視認性を得るには、輝度コントラストが２：１以下またはそれに相当する色コントラストを実現し、かつ、輝度が明度の３０％以下となるようにすれば良い。
【００５６】
使用環境を３００ｌｘに想定した場合、十分な視認性を得る正面輝度は１５０ｃｄ／ｍ２程度となる。輝度を明度の３０％とするには、輝度を１５ｃｄ／ｍ２程度まで下げる必要がある。
【００５７】
ここで、上記輝度および明度について説明する。明度１００％は、照度÷πの輝度で表される。このため、３００ｌｘでは、（３００ｌｘ÷π）×０．３＝２８ｃｄ／ｍ２となる。輝度Ｙと明度Ｌの関係は、Ｌ＝１１６×（明度１００％のＹ０に対する相対的な輝度Ｙの比）＾（１／３）−１６と表される。このため、３００ｌｘでは、（３００ｌｘ÷π）×（（（３０−１６）／１１６）＾３）＝約１５ｃｄ／ｍ２となる。
【００５８】
覗き込み防止が求められる視野角は斜め４５°以上である。但し、７０°以上の視野角では、画像自体に歪みが生じるため、表示性能に関わらず画像のパタンの視認は不能となる。このため、実際は、４５°乃至７０°の範囲の視野角で第１領域Ｄ１の視認性を得ることができれば良い。そして、４５°乃至７０°の範囲の視野角での輝度が正面輝度の３０％以下となるようにすれば良い。
【００５９】
次に、視野角に対する光透過率の変化について説明する。図７は、ΔｎｄＬＣを１８５０ｎｍ、１９００ｎｍ、１９５０ｎｍ、２０００ｎｍ、２０５０ｎｍ、２１００ｎｍ、２１５０ｎｍおよび２２００ｎｍとした場合での、偏光反射板７、輝度視野角制御液晶パネル３および第１偏光板５のトータルの光透過率の測定値をグラフで示した図である。ΔｎｄＬＣは、第３液晶層５３の５５０ｎｍの波長に対する屈折率異方性Δｎ、第３液晶層の層厚ｄおよび第３液晶層の液晶濃度ＬＣｗｔ％を乗じた値である。
【００６０】
図に示すように、ΔｎｄＬＣが２１００ｎｍの場合、４５°乃至７０°の範囲の視野角で光透過率が３０％程度となり、結果的に液晶表示装置の斜め方向の輝度が正面輝度の３０％程度となり、第１領域Ｄ１の視認性の要件を満たしている。ΔｎｄＬＣを異ならせても輝度視野角を狭くする効果は得られるが、十分な効果（第１領域Ｄ１の視認性）を得るには、ΔｎｄＬＣを２０００乃至２２００ｎｍとすれば良い。
【００６１】
以上のように構成された液晶表示装置によれば、バックライトユニット４および液晶表示パネル１間に、偏光反射板７、輝度視野角制御液晶パネル３および第１偏光板５が配置されている。バックライトユニット４は光学シート４ｄにより平行度の高い照明光を出射させている。偏光反射板７は、入射される照明光の内、第２方向ｄ２の直線偏光を透過させ、第１方向ｄ１の直線偏光を反射させている。
【００６２】
駆動電圧が印加されている輝度視野角制御液晶パネル３は、入射される平行度の高い第２方向ｄ２の直線偏光を、偏光方向を維持し、直進させ、かつ、入射される傾斜した第２方向ｄ２の直線偏光を、その偏光方向を第１方向ｄ１に反転させ、直進させる。駆動電圧が印加されていない輝度視野角制御液晶パネル３は、入射される第２方向ｄ２の直線偏光を、偏光方向を維持し、拡散して出射させる。第１偏光板５は、第２方向ｄ２の直線偏光を透過させ、第１方向ｄ１の直線偏光を吸収している。
【００６３】
バックライトユニット４、偏光反射板７、輝度視野角制御液晶パネル３および第１偏光板５を備えた液晶表示装置は、バックライトユニット４のみ備えた液晶表示装置より指向性を高めることができる。
【００６４】
上記したように、輝度視野角制御液晶パネル３は輝度視野角を制御できる。位相制御液晶パネル２は、照明光位相差や進行方向を制御でき、視野角およびコントラスト視角も制御できる。
【００６５】
第３液晶層５３の層厚、屈折率異方性および液晶濃度を乗じた値Δｎ・ｄ・ＬＣは、２０００乃至２２００ｎｍである。これにより、斜め方向で第１領域Ｄ１の視認性を得ることができ、十分な覗き込み防止効果を得ることができる。
【００６６】
上記したことから、モバイルＰＣ、携帯電話、ＰＤＡ，電子手帳、およびタブレットＰＣ等、公共の場で使用する場合であっても、他人に表示内容を識別されては困る場合には視野角（輝度視野角）を狭く、また複数の観察者で表示画像を観察する場合には視野角（輝度視野角）を広くすることができる。これにより、他人に表示内容を覗かれる心配を排除することができる。また、複数の観察者が表示画面を同時に、かつ、良好に視認できるようにもできる。この際、第３液晶層５３および第２液晶層４３に印加する駆動電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。このような表示特性を制御する際、消費電力を殆ど増大させることなく制御できる。液晶表示装置の表示特性を制御する際は、スイッチやボリューム１つで制御することができる。
【００６７】
ＭＶＡモードやツイステッドネマティックモード（ＴＮモード）、ホモジニアスモード（ＨＯＭＯモード）、ハイブリッドアラインネマティックモード等、ネマティック液晶の液晶分子を略垂直から水平配列、傾斜配列およびこれらに捩れを有する配列へと制御する液晶表示装置において、第１偏光板５および第２偏光板６は、ネマティク液晶の液晶分子が略垂直に配向した状態にて黒色表示となるように配置されている。この状態では、第１液晶層１３は、光学的に見て、ほぼ正の一軸性結晶とみなすことができる。従って、表示画面の斜め方向においては、位相差が生じるので、表示画面の正面から観察する場合と比較してコントラスト比が低くなる。
【００６８】
また、第２液晶層４３において、液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）は小さく、液晶分子の捩れピッチは短く、液晶分子の捩れ角は４５０°である。第２液晶層４３は、第１液晶層１３と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加していない状態において、第２液晶層４３は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。
【００６９】
従って、この状態では、液晶分子が略垂直に配列した状態の第１液晶層１３の位相差を第２液晶層４３が補償することにより、斜め方向におけるコントラストの低下を抑制することができる。また、第１液晶層１３および第２液晶層４３の捩れ方向を一致させることにより、第２液晶層４３が液晶表示パネル１（ＴＮモード）の左右視野角を拡大するように作用する。
【００７０】
上記した効果は、第２液晶層４３の液層分子の捩れ角を以下のように制御した場合に効果的である。第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加した状態で、複数の液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配列させるとともに、電圧を印加しない状態で、複数の液晶分子を捩れ角２７０°以上に配列させる場合。
【００７１】
若しくは、第１電極４５および第２電極４６間に電圧を印加しない状態で、複数の液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配列させるとともに、電圧を印加した状態で、複数の液晶分子を捩れ角２７０°以上に配列させる場合である。
【００７２】
位相制御液晶パネル２および輝度視野角制御液晶パネル３の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視野角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、双方の液晶層に印加する駆動電圧を制御することにより、最も広視野角な状態から最も狭視野角な状態の間で制御できる。輝度視野角制御液晶パネル３により輝度視野角を狭く制御した状態では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。この場合、照明光強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減できる。
【００７３】
第３液晶層５３に駆動電圧を印加していない状態での液晶分子の配向はランダムであり、配向膜５６ａ、５６ｂによる配向制御は必要ない。しかしながら、第３電極５５ａおよび第４電極５５ｂを保護し、かつ、第３液晶層５３の保持特性を高めるためにも配向膜５６ａ、５６ｂは設けたほうが望ましい。ただし、この場合、ラビング等の配向処理は不要である。
【００７４】
位相制御液晶パネル２は、液晶表示パネル１および第２偏光板６の間に位置するよう配置されている。これにより、第２偏光板６は、偏光子の役割を果たす。この場合、表示画面側である第２シート４４ｂ外面上に図示しない糊を介して貼り付けることが望ましい。貼り付けない場合、位相制御液晶パネル２および第２偏光板６間に空気界面が存在し、また、間隙狭いとニュートンリング縞が視認されるようになり問題となる。逆に、位相制御液晶パネル２および第２偏光板６間の隙間が広いと、間隙を維持するスペーサなどが必要となるほか、液晶表示装置全体の厚みを増大させることとなる。
【００７５】
また、位相制御液晶パネル２および液晶表示パネル１間も同様に、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。位相制御液晶パネル２の第１シート４４ａおよび第２シート４４ｂを、可暁性のあるプラスチックや薄板ガラスで構成した場合、位相制御液晶パネルは、図示しない糊を介して液晶表示パネル１に貼り付ければ良い。
【００７６】
位相制御液晶パネル２および輝度視野角制御液晶パネル３は、それぞれ製造が容易である。ガラス基板５４ａ、５４ｂのかわりにプラスチック基板や薄板ガラスを用いて輝度視野角制御液晶パネル３を構成することも容易である。この場合、輝度視野角制御液晶パネル３の全体の厚み、および重量をより軽減できる。
【００７７】
第１基板４１および対向基板１２は共通基板６１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。このため、液晶表示装置全体の厚みおよび重量を軽減することができる。  
上記したことから、輝度が高く、かつ、輝度視野角を任意に制御できる表示装置を得ることができる。
【００７８】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００７９】
例えば、図８に示すように、液晶表示装置は上記位相制御液晶パネル２を設けずに形成されても良い。バックライトユニット４および液晶表示パネル１間に、偏光反射板７、輝度視野角制御液晶パネル３および第１偏光板５が配置されているため、この液晶表示装置であっても視野角（輝度視野角）を良好に制御することができる。
【００８０】
輝度視野角制御液晶パネル３（第３液晶層５３）は、ポリマーネットワーク液晶に限らず、ポリマーディスパーズド液晶（ＰＤＬＣ；Polymer Dispersed Liquid Crystal）、ポリマースタビライズドコレステリックテクスチャ（ＰＳＣＴ；Polymer Stabilized Cholesteric Texture）、ダイナミックスキャッタリング（ＤＳ）等で形成されていれば良い。  
この発明は、液晶表示装置に限定されるものではなく、表示パネル、輝度視野角制御液晶パネル３および偏光反射板７を備えた表示装置であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。
【図２】図１に示した輝度視野角制御液晶パネルに電圧が印加されていない状態における第３液晶層の断面構造およびバックライトユニットからの照明光の光路を説明するための図。
【図３】図１に示した輝度視野角制御液晶パネルに電圧が印加されている状態における第３液晶層の断面構造およびバックライトユニットからの照明光の光路を説明するための図。
【図４】画像の視認性を説明するためのｘ−ｙ座標図。
【図５】視野角に対する明度の変化をグラフで示した図。
【図６】視野角に対するコントラスト比および色相比の積の変化をグラフで示した図。
【図７】視野角に対する光透過率の変化をグラフで示した図。
【図８】上記液晶表示装置の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１…液晶表示パネル、２…位相制御液晶パネル、３…輝度視野角制御液晶パネル、４…バックライトユニット、４ｄ…光学シート、５…第１偏光板、６…第２偏光板、７…偏光反射板、８…駆動部、１１…アレイ基板、１２…対向基板、１３…第１液晶層、４３…第２液晶層、５３…第３液晶層、ｄ…層厚、ｄ１…第１方向、ｄ２…第２方向、Ｒ１…表示領域、Ｒ２…位相制御領域、Ｒ３…光拡散制御領域、ＬＣ…液晶濃度、Δｎ…屈折率異方性。
【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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