(57)【要約】【課題】表示装置の正面以外の方向から表示内容を認識できるモードと認識することを困難にするモードを切り替えて用いることができる覗きこみ防止装置を提供する。【解決手段】配向膜を設けた基板に挟持される液晶層を備え、配向膜の配向方向を視認できる程度の大きさの領域に分割した覗きこみ防止装置を形成し、これを一般の液晶表示装置に装着できるようにする。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を設けた第１透明基板と、
前記第１透明基板上に設けられた第１配向膜と、
前記第１配向膜上に設けられ、ＴＮ配向する液晶層と、
前記液晶上に設けられた第２配向膜と、
前記第２配向膜上に設けられた第２透明電極と、
前記第２透明電極上に設けられた第２透明基板と、
前記第２透明基板上に設けられた偏光板と、
前記偏光板の偏光方向を定める固定手段とを備え、
前記第１配向膜及び前記第２配向膜の少なくとも一方は互いに配向方向が異なる領域に分割され、前記領域が視認図形を成すことを特徴とする覗きこみ防止装置。
【請求項２】
前記偏光方向は、前記第２配向膜の配向方向に一致していることを特徴とする請求項１記載の覗きこみ防止装置。
【請求項３】
前記偏光方向は、水平方向に対して４５度を成すことを特徴とする請求項１記載の覗きこみ防止装置。
【請求項４】
前記視認図形は、正方形であることを特徴とする請求項１記載の覗きこみ防止装置。
【請求項５】
請求項１記載の覗きこみ防止装置の第１透明電極及び第２透明電極間に印加する電圧を変化させることを特徴とする覗きこみ防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に装着する覗きこみ防止装置及び覗き込み防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は大型化がすすみ、ノートブック型コンピュータ用、モニター用等の表示装置として市場を拡大している。
【０００３】
従来、通常使用されているＴＮ方式の液晶表示装置では、コントラストの視野角依存性が大きく、特定の方向からは表示が見えないという問題があった。しかしながら近年、視野角補償フィルムなどの使用により、この点は改善されて来ている。そして、液晶表示装置においても、ＣＲＴと同レベルの視野角を有する事が可能となっている。
【０００４】
これとは逆に、携帯端末等の用途を中心に、正面からのみ見ることが可能であり、斜め方向から見ることを不可能にするディスプレイの要求もある。これは、機密性のある文書等を公共の場等で作成する、あるいは読む場合に、ディスプレイの使用者以外にこの情報が見えることを防ぐ為である。また、周りを気にすることなく、個人的なメール等を読み、また書くようにするためである。この技術を、ここでは「狭視野角化技術」と呼ぶ。
【０００５】
これまで、狭視野角化技術としては画像表示用の液晶層と位相差制御用の液晶層を併せ持つ液晶表示装置を用いる方法（例えば、特許文献１）、レンズシートを用いるもの（例えば、特許文献２）、拡散導光板を用いるもの（例えば、特許文献３）などが開示されている。
【０００６】
この他、ＴＮ型液晶パネルの配向分割による狭視野角技術（例えば、特許文献４）も考案されている。この発明によれば、液晶表示装置の配向膜を複数の領域に区画し、各々の領域における配向方向を異ならせることにより、特定の方向から画面を見たときに、一部の領域が黒や他の色に見えるようになる。これは、配向膜上の配向処理方向によって、液晶表示の視野角が異なることを応用したもので、一部の領域が特定方向から固定の色に見えるため、特定方向からの画面覗き込みを防止することができる。さらに、液晶表示装置に入力される画像信号の表示とは独立に固定の画像を特定方向から見ることができるようにすることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１７４４８９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−８４３５７号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平１０−９７１９９号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開２００１−２６４７６８公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の挟視野角化技術はパネル構成が複雑になる、視野角が十分に狭くならない、画質が低下する等の問題があった。
【００１２】
また、ＴＮ型液晶パネルの配向分割による狭視野角技術では、狭視野角表示のみで広視野角表示ができない。さらに中間調を表示したときには表示ムラなどの画質低下が発生するという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態として、透明電極を設けた第１透明基板と、前記第１透明基板上に設けられた第１配向膜と、前記第１配向膜上に設けられ、ＴＮ配向する液晶層と、前記液晶上に設けられた第２配向膜と、前記第２配向膜上に設けられた第２透明電極と、前記第２透明電極上に設けられた第２透明基板と、前記第２透明基板上に設けられた偏光板と、前記偏光板の偏光方向を定める固定手段とを備え、前記第１配向膜及び前記第２配向膜の少なくとも一方は互いに配向方向が異なる領域に分割され、前記領域が視認図形を成すことを特徴とする覗きこみ防止装置を提供する。
【００１４】
前記偏光方向は、前記第２配向膜の配向方向に一致していても良い。
【００１５】
前記偏光方向は、水平方向に対して４５度を成していてもよい。
【００１６】
前記視認図形は、正方形であってもよい。
【００１７】
また、上述の覗きこみ防止装置の第１透明電極及び第２透明電極間に印加する電圧を変化させることを特徴とする覗きこみ防止方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の覗きこみ防止装置の断面概略図である。
【００２０】
ガラスによる基板２上には、偏光板１が取り付けられている。また、ＩＴＯ膜による透明電極３、この透明電極３上にポリイミドによる配向膜３が、偏光板１とは半外側に設けられている。
【００２１】
一方、対向する基板１０上に、透明電極９、配向膜３が設けられている。
【００２２】
配向膜の材料としては、ＴＮ方式の液晶用配向膜として使用される、例えば日産化学社製液晶配向膜用ポリイミドＳＥ７９９２等を用いることができる。
【００２３】
これらの基板２と基板１０の間に液晶５が封入されている。封入する液晶としては、ＴＮ方式の液晶材料として使用される、例えばチッソ石油化学社製ＴＮ用液晶ＬＩＸＯＮ５０１０等を用いることができる。
【００２４】
基板２とガラス基板１０の間隔は粒径約５μｍのスペーサー６により保持されている。
【００２５】
また、基板２及び基板１０端部は、例えば、エポキシ系のシール材７によって封止されている。
【００２６】
基板２及び基板１０の間隔を保つ方法は、スペーサー６によるもののほか、基板上に柱を設けることによってもよい。また、小型のディスプレイであれば、ガラス基板端部のシール材７のみによって間隔を保つことができる場合もある。
【００２７】
本実施形態に係る覗きこみ防止装置の平面図を図２に示す。この図に示すように、覗きこみ防止装置には、ａ、ｂの２つの領域が形成されている。これらの領域は視認できる程度の大きさを備えている。また、この領域は文字、目視図形、キャラクターなど、視認できるものならばどのようなものであっても良い。ここで、文字は文字列であっても良く、メッセージ性のある文字列とすることができる。
【００２８】
この領域ａ、ｂは、配向膜４又は配向膜８の一方、若しくは両方を配向方向の異なる領域に分けることにより形成される。例えば、図３に示すように、逆の配向方向を持つ領域が交互に並ぶように配向膜に配向処理を施す。図３において、矢印は配向膜に形成された配向方向を示す。
【００２９】
ここで、配向処理は、例えば、ラビング処理を用いることができる。この配向処理によって、画面はａ、ｂの２種類の小領域に分割される。これらの領域は、例えば、それぞれ、１辺が約５ｍｍの正方形とする。
【００３０】
次に、本装置の製造方法を説明する。
【００３１】
まず、厚さ約０．７ｍｍガラス基板に、全面ＩＴＯ薄膜（膜厚約５０ｎｍ）を形成する。ここで用いる基板は、透明導電膜を形成できればよく、ガラス基板以外にプラスチック基板、フィルム基板を用いることもできる。また、基板の厚さも０．７ｍｍに限定されるものではなく、約０．１ｍｍ厚でも作製可能である。
【００３２】
基板上に形成されたＩＴＯ膜も全面に形成された場合は全面一括で駆動できるが、複数に分割されていても良い。
【００３３】
次に、基板上に、スピンコート法を用いて液晶配向膜用ポリイミドを塗布する。ポリイミドとして、例えば、ＳＥ７９９２を使用できる。
【００３４】
約２００℃で約１時間、クリーンオーブン中で焼成し、厚さ約８０ｎｍの配向膜を形成する。配向膜の膜厚は液晶の配向が可能ならばよく、通常は５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００３５】
この後、ラビングによる配向処理を行なう。ここでは２つの配向方向を持つ領域が交互に並ぶように、次の手順で配向処理を行なう。
【００３６】
まず、基板上に配向膜を形成して、配向膜全面に、均一なラビング処理を行なう。次に、パターン形成されたメタルマスクなどを用いて、ａまたはｂのどちらか一方となる領域を覆う。例えば、領域ｂを覆い、その上から逆方向のラビング処理を行なうと、図３に示すような基板が形成される。
【００３７】
このようにして、基板２及び基板１０上の配向膜に領域ａ、ｂを形成する。基板２上で、領域ａ、領域ｂの配向方向は逆方向である。また、基板１０上で、領域ａ、領域ｂの配向方向は逆方向である。
【００３８】
この後、図４に示すように、基板２及び基板１０を対向させる。
【００３９】
図４は、基板２及び基板１０を対向させたとき、基板２側から見た図である。図中、点線矢印は配向膜４の配向方向を示し、実線矢印は配向膜８の配向方向を示す。また、矢印の向きが配向方向である。
【００４０】
図にしめるように、向き合わせた基板２、１０上の配向膜の配向方向が垂直に成るようにする。
【００４１】
このように配向処理した基板に、基板２にはエポキシ系シール剤（例えば三井化学製ストラクトボンド）をシールディスペンサーにより塗布し、基板１０にはスペーサーとなる５μｍのミクロパール（積水化学）を塗布して、上下基板を合わせ、組み立てる。このとき、ラビングによる配向分割領域が上下基板に合うように、ここでは基板のコーナーを基準にして組み立てる。
【００４２】
シール剤を硬化させるため、約１００℃のオーブン中で約１時間加熱して本装置を作製する。
【００４３】
次に、基板２及び基板１０の間に液晶を注入した。ここでは、チッソ石油化学社製ＴＮ用液晶ＬＩＸＯＮ５０１０を用いる。液晶を注入した後、上下基板から電極を引き出す。
【００４４】
この後、基板２上に、吸収軸がラビング方向に平行になるように合わせて、偏光板１を貼り付ける。
【００４５】
このようにして作成した覗きこみ防止装置５１は、図５に示すように、通常の液晶表示装置５０上に装着して用いる。また、本装置５１には、液晶表示装置５０上に覗きこみ防止装置５１を固定するための固定手段５２が設けられている。この固定手段５２は本装置５１の一辺上に設けられた複数の突起や、棒状の突起、クリップ形状のもの等、液晶表示装置５０に引っかかり、位置を固定できるものであればよい。また、覗きこみ防止装置５１が、装着する液晶表示装置５０の画面に比して小さい場合は、透明のアクリル板等に本装置５１をはめ込み、さらに液晶表示装置５０にはめ込むようにすることもできる。
【００４６】
また、覗きこみ防止装置５１に電源を供給する端子（図示略）は、本覗きこみ防止装置５１が液晶表示装置５０の画面全体を覆うものであれば、任意の辺上に設けることが可能であるが、電源端子の破損等を考慮すると、電源端子を固定手段５２近傍に設ける方が好ましい。覗きこみ防止装置５１が液晶表示装置の画面の一部を覆う形態のもであれば、液晶表示装置の画面外に設ける。
【００４７】
次に、本覗きこみ防止装置の動作を説明する。
【００４８】
本覗きこみ防止装置５１の透明電極３及び透明電極９との間に電圧をかけない場合は、液晶５の分子は基板２、１０に対して平行方向に配向した状態にある。このとき、光の透過方向に何ら特異性がないので、本装置５１は透明であり、装着されている液晶表示装置５０の通常の表示と何ら変わらない。
【００４９】
覗きこみ防止装置５１の電極に電圧（６０Ｈｚ，矩形波）を印加すると、図６に示すように、液晶分子６１は配向膜の配向方向に従いながら立ち上がり、一定のらせん状に配置する。さらに、配向方向は領域ａ、ｂで異なるため、液晶分子６１の立ち上がり方向が領域ａ、ｂで異なる。この液晶分子の立ち上がり角は印加する電圧に依存する。
【００５０】
ＴＮ液晶においては、棒状の液晶分子６１の棒が延びる方向から見ると、液晶が黒く見える。従って、領域ａ、ｂで異なる方向から黒く見える方向が異なることになる。このようにして、液晶分子６１の分子の向きに応じて、特定の方向に影を作ることができるのである。
【００５１】
一般に、液晶表示装置は、液晶層が偏光板に挟持される構造をしており、上面側偏光板（観察者に近い方の偏光板）は、水平方向に対して４５度傾いた方向を偏光面としている。即ち、液晶表示装置からは、水平方向に対して４５度傾いた偏光面を有する光が出射する。この偏光が、液晶表示装置上に装着した本覗きこみ防止装置に入射する。覗きこみ防止装置中の液晶分子がらせん状に配列しているときには、更に偏光面が回転して、本覗きこみ防止装置上の偏光板を通過した光が観察されることになる。
【００５２】
従って、本覗きこみ防止装置の偏光板を水平方向に対して４５度なすように構成すると、装着する液晶表示装置の上面側偏光板と本覗きこみ防止装置の偏光板とは平行（一致）または垂直方向となる。
【００５３】
液晶表示装置の上面側偏光板と本覗きこみ防止装置の偏光板の偏光方向が平行である場合は、電圧無印加状態では覗きこみ防止装置中の液晶分子がらせん状に配列しているために、光の偏光面が回転するので光が透過しない状態（黒表示）となり下側液晶表示装置の画面は見えない。一方、電圧印加状態においては覗き込み防止装置の画面が透明となり、下側液晶表示装置の画面が見える状態となる。このとき、覗き込み防止装置に印加された電圧値が高くなるに従って下側液晶表示装置の画面が見える角度が広くなる。飽和電圧値（通常は４〜５Ｖ程度）印加により視野角が最も広くなり、広視野角モードとして使用される。
【００５４】
一方、装着する液晶表示装置の上面側の偏光板と本覗きこみ防止装置の偏光板とが垂直方向となる場合は、電圧無印加状態で透明、すなわちどの角度からでも下側の液晶表示素子の表示が認識される。電圧印加につれて徐々に本覗きこみ防止装置で配向分割されたパターンが認識されるようになり、ある角度以上の方向から見た場合は、下側の液晶表示装置の画面が見えなくなる。ただし、この偏光板配置の場合、印加電圧が飽和電圧値以上になると覗きこみ防止装置に入射した光が透過しなくなるため、黒表示となる。
【００５５】
どちらの偏光板配置でも、基板界面の液晶分子配向方向（ラビング方向）は偏光板の吸収軸に対して平行または垂直に配置する。液晶分子の配向方向がこれ以外に配置された場合はリターデーションなどによる色づきが発生するため、下側の液晶表示装置に表示された画面が色づいて見え、画質低下となる。
【００５６】
さらに、覗き込み防止の方向は液晶分子の立ち上がり方向で決まるため、液晶分子のプレチルト角（基板に対して棒状の液晶分子が斜めに傾いている角度）を規定する必要がある。覗き込み防止装置中のらせん状に配向した液晶分子は基板に対してある角度で立ち上がって配向している。この立ち上がり方向を覗き込みを防止したい方向にあわせることが必要である。
【００５７】
図７に、本装置５１を液晶表示装置上に装着したときの画面の見え方の例を示す。図中上段の３面は、本装置５１に電圧を印加しないときの状態を示し，下段の３面は、本装置５１に電圧を印加したときの状態を示す。また、左は左斜め前から画面を見たとき、中央は正面から画面を見たとき、右は右斜め前から画面を見たときを示している。
【００５８】
上述のように、電圧無印加状態においては、画面を正面、左右斜め方向から見ても、通常の表示と何ら変わるところがない。
【００５９】
一方、電圧印加状態においては、画面を正面から見たときには通常の表示と何ら変わるところがない。しかし、左右斜め方向から見た場合には、配向膜上に設けられている領域に応じて、黒い部分が生じ、液晶表示装置上の表示を妨害するようになる。このような妨害図形を表示することにより、斜め横方向から画面の認識を困難にして、覗き込みを防止することができる。
【００６０】
図８に、本装置の印加電圧と輝度特性の関係の例を示す。図８は一例として偏光板が下側液晶表示素子の偏光板と直交に配置された場合の電圧―輝度特性である。を示す。
【００６１】
これによると、印加電圧０Ｖでは通常のパネルと同等の視角特性を持つが、電圧１．８Ｖ印加により、正面から６０°以上の角度からは配向領域パターンが視認され、液晶表示装置の表示を見にくくなる。電圧２．０Ｖ印加では、正面から４５°以上の角度から配向領域パターンが視認される。さらに、印加電圧２．５Ｖでは、正面から３０°以上の角度からの画像が認識し難くなるが、このときは正面での輝度も５０％程度まで減少することになる。
【００６２】
印加する電圧により、液晶表示装置上の画像を認識できる角度が変化する。また、電圧無印加のときは表示装置の視角特性と同等の視野角で表示画像を認識することができる。
【００６３】
覗きこみ防止装置の配向膜上のプレチルト角は小さい方が好ましい。プレチルト角１°とプレチルト角４°で作製した各装置を液晶表示装置と組み合わせて評価したところ、電圧を印加しない状態で、プレチルト角４°のものは±４５°の角度で配向分割領域が認識できるのに対して、プレチルト角１°のものは±６０°の角度まで配向分割領域が認識できなくなる。
【００６４】
覗きこみ防止装置は、液晶表示装置とは独立して駆動することができる。そのために、独立に電源を供給する。このときの電源は本覗きこみ防止装置の液晶に最大３Ｖ程度を印加できるものならばどのようなものでも構わない。駆動電圧は、直流印加も可能であるが、液晶材料の影響の観点から交流印加が望ましい。
【００６５】
以上の説明では、透明電極は各基板に１枚ずつを前提にして説明してきたが、透明電極を分割することが可能である。この場合は、電圧を印加した領域だけに限って、覗きこみ防止効果が現れる。
【００６６】
また、覗きこみ防止装置が市松模様を現す例を説明してきたが、配向膜の領域を文字や図形を表現するようにすることができる。この場合は、横方向からの覗きこみを防止するという効果に加えて、固定の文字、図形を横方向に表示し、特定のメッセージや広告を表示できるようにできる。
【００６７】
さらに、本覗きこみ防止装置に用いる液晶は、視野角特性に偏りがあるものならば有効で、ＴＮ以外に例えばホモジニアス配向などでも同じような効果をもたせることができる。また、ツイスト角が９０°以外でも可能であるが、この場合は張り合わせる偏光板の吸収軸を設計しなければならない。
【００６８】
また、本装置は、表示装置の前面に取り付けることが可能であるが、液晶表示装置の一部として液晶モジュール中に作りこむこともできる。このとき、視野角制御装置は表示用液晶セルの前面でも、後面でも、どちらにでも作りこむことができる。液晶表示装置の一部として作りこむ場合には、液晶表示素子を駆動する回路に、本装置を駆動するための回路を作りこむことも可能である。このとき、駆動回路のコモン側は表示装置と共通に取り、信号側に矩形波印加可能な回路を別途組み込むことができる。
【００６９】
例えば、ゲーム機に本覗きこみ防止装置を装着すると、対戦型のテレビゲームにおいて相手に自分の画面を見られないようにすることができる。
【００７０】
本応用例の概念図を図９に示す。覗きこみ防止装置の配向膜上の領域ａ、ｂを画面の中央から左右に設ける。即ち、領域ａを左半分、領域ｂを右半分とする。このようにすることにより、液晶表示装置１８が左右に２分割され、画面左側は図中２１の角度方向からのみ液晶表示装置１８の画面を見ることができ、画面右側は図中２０の角度方向からのみ液晶表示装置１８の画面を見ることができる。従って、観察者１９ａは、画面の左側のみを見ることができ、画面の右側は黒くなってしまう。同様に、観察者１９ｂは、画面の右側のみを見ることができ、画面の左側は黒くなってしまう。このようにして、画面半分を配向分割し、それぞれ相手から自分の画面を見られないように規制する。このようにして、相手に自分の画面が見られなくなり、カードゲームなどが１つのディスプレイでできる。
【００７１】
なお、この覗きこみ防止装置は液晶パネルの他、有機ＥＬパネルなど、パネル表面に偏光板を有するディスプレイに装着して使用することが可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の覗きこみ防止装置によれば、表示画面とは無関係な固定パターンが見えるため、正面方向以外から表示内容を認識することを困難にする事が出来る。従って、いわゆる覗き込みにより、他人から表示内容が盗み見られる事を防止することが可能になる。この固定パターンに図や商品名等を表示させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態を説明するための断面概略図
【図２】本実施形態を説明するための平面図
【図３】配向膜のラビング方向の説明図
【図４】上下基板を合わせた時のラビング方向の説明図
【図５】本実施形態を説明するための概略図
【図６】電圧印加による液晶分子の立ち上がりを説明する図
【図７】本実施形態の動作を説明する図
【図８】液晶視野角の電圧依存性特性の例
【図９】ゲーム機への応用例を示す概念図
【符号の説明】
１・・・偏光板
２、１０・・・基板
３、９・・・透明導電膜
４、８・・・配向膜
５・・・液晶
６・・・スペーサ
７・・・シール
５０・・・液晶表示装置
５１・・・覗きこみ防止装置
５２・・・固定手段
６１・・・液晶分子
【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】
2004133334.tif 000009
【図８】
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【図９】
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