(57)【要約】    【課題】  低コストで、表示画面を大型化することができる視野角制御表示装置及び端末機を提供する。    【解決手段】  ２次元的に光を発光する面状光源としてのバックライト５の光照射方向前方に、光線規制素子としての垂直方向２色性色素層６が配置されており、更に、この色素層６の前方に、透明・散乱切替素子７が配置され、更にこの透明・散乱切替素子７の前方に、偏光板８ａを介して、表示パネル１０が配置され、この表示パネル１０の前方に更に偏光板８ｂが配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に光を発光する面光源と、前記面光源からの光の光線方向を規制する光線規制素子と、前記光線規制素子からの光の通過に対し透明状態と散乱状態とを切り替える透明・散乱切替素子と、前記面光源、前記光線規制素子又は前記透明・散乱切替素子からの光を入射して画像を生成する表示パネルとを有し、前記光線規制素子は、基板面法線方向に配向した色素層を含むことを特徴とする視野角制御表示装置。
【請求項２】
更に、斜め入射光を直線偏光に補正する光学補償層を有することを特徴とする請求項１に記載の視野角制御表示装置。
【請求項３】
前記表示パネルが液晶表示パネルであり、この液晶表示パネルの光入射側に、透過軸が表示画面の上下方向に延びる偏光板が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の視野角制御表示装置。
【請求項４】
前記表示パネルは、前記透明・散乱切替素子の光出射側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の視野角制御表示装置。
【請求項５】
前記表示パネルは、前記面光源と前記光線規制素子との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の視野角制御表示装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の視角制御表示装置を搭載したものであることを特徴とする端末機。
【請求項７】
面光源からの光の光線方向を、基板面法線方向に配向した色素層を有する光線規制素子により規制し、前記光線規制素子からの光の通過に対し透明・散乱切替素子により透明状態と散乱状態とを切り替え、表示パネルで生成した画像の視認性角度範囲を切り替えることを特徴とする視野角制御表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子等の表示パネルの画像の視認性角度範囲を可変にできる視野角制御表示装置及び端末機並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置には、それを視認している本人以外の人、即ちその近傍にいる人が見ることができないようにする秘密保護機能が求められている。例えば、ＡＴＭ（Automated teller machine：現金自動預け払い機）として知られる金融端末等では、表示装置に表示された数字ボタンに触れて個人暗号を入力する必要があり、この表示装置を他人に視認されることを避けなければならない。また、同様に携帯電話等では、着信情報を本人の近傍にいる他人から視認されることを回避できる機能が求められている。更に、ＰＤＡ(Personal Digital Assistance)及びノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣという）等においても、電車等の交通機関内で使用する際には、同様に近傍にいる他人から見えないようにする機能が求められている。
【０００３】
一方で、表示装置を複数人数で視認する必要性もある。例えば、携帯電話等で画面にテレビ画像を表示するときは、その携帯電話の所有者以外に、その近傍にいる人にも見せたい場合もある。また、ノートＰＣのデータ画面を複数人で眺める場合もある。
【０００４】
従って、表示装置としては、秘匿性の高い情報を個人で見る場合の狭視野モードと、公開性の高い情報を複数人でみる広視野モードとがある。そして、ＰＤＡ及びノートＰＣ等においては、これらの表示モードを切り替えることが可能な表示装置が要望されている。
【０００５】
この狭視野モードと広視野モードとを切り替えることができる表示装置として、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された表示装置は、光源と、第１の光学素子と、液晶表示素子と、第２の光学素子とがこの順に配置されており、光源からの光は、第１の光学素子により指向性が高められて（コリメートされて）、液晶表示素子に入射され、液晶表示素子から出た光は、第２の光学素子により光線の拡散及び直進が電気的に制御される。第１の光学素子は、光源からの光の指向性を高めるために配置され、具体的には直線状ルーバーフィルムなどがある。一方、第２の光学素子は電圧により散乱状態・透明状態を切り替えられるものである。第２の光学素子としては、液晶中に高分子体が分散しているか、又は支持媒体としての高分子中に液晶領域が分散した高分子分散型液晶素子（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）がある。
【０００６】
次に、この表示装置の動作原理について説明する。先ず、狭視野モードにおいては、第２の光学素子は透明状態におかれる。このため、光源からの光は、第１の光学素子により高い指向性を保ったまま、液晶表示素子に入射する。液晶表示素子は、複数の画素による表示画像を作りだすが、入射光の指向性が大きく変更されることはない。このため、表示装置正面の観察者には表示画像を視認することができるが、表示装置正面から斜めに位置する観察者には表示画像が届かず、これを視認することができない。
【０００７】
次に、広視野モードにおいては、第２の光学素子は散乱状態におかれる。このため、第１の光学素子により得た高い指向性の光は、第２の光学素子により散乱光となる。この散乱光は液晶表示素子の入射光となる。このため、表示装置正面の観察者のみならず、表示装置に対して斜めの方向に位置する観察者も、表示画像を視認することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１９７４０５号公報（図２，図５）
【特許文献２】米国特許２０５３１７３
【特許文献３】特開平６−５９２８７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来の視野角制御表示装置には、以下に示す問題点がある。即ち、この特許文献１においては、第１の光学素子として、ルーバーが示されている。一般に、視野角制御表示装置に使用できるルーバーとしては、マイクロルーバーが市販されている。ところが、表示画面を大型にする場合には、マイクロルーバーも大型にしなければならない。この大型のマイクロルーバーは極めて高価なものである。これは、マイクロルーバーの製造方法に起因する。例えば、特許文献２に示されているように、透明フィルムと不透明層を複数積層し、積層面法線方向に切り出すことでマイクロルーバーが製造されている。このため、大型のマイクロルーバーを作成するためには、極めて大きな積層ブロックを作成しなければならず、実用的ではない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで、表示画面を大型化することができる視野角制御表示装置及び端末機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る視野角制御表示装置は、２次元的に光を発光する面光源と、前記面光源からの光の光線方向を規制する光線規制素子と、前記光線規制素子からの光の通過に対し透明状態と散乱状態とを切り替える透明・散乱切替素子と、前記面光源、前記光線規制素子又は前記透明・散乱切替素子からの光を入射して画像を生成する表示パネルとを有し、前記光線規制素子は、基板面法線方向に配向した色素層を含むことを特徴とする。
【００１２】
この視野角制御表示装置において、更に、斜め入射光を直線偏光に補正する光学補償層を有することが好ましい。
【００１３】
また、前記表示パネルが液晶表示パネルであり、この液晶表示パネルの光入射側に、透過軸が表示画面の上下方向に延びる偏光板が配置されていることが好ましい。
【００１４】
更に、前記表示パネルは、前記透明・散乱切替素子の光出射側に配置されているか、又は前記表示パネルは、前記面光源と前記光線規制素子との間に配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る端末機は、上述のいずれかの視野角制御表示装置を搭載したものであることを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明に係る視野角制御表示方法は、面光源からの光の光線方向を、基板面法線方向に配向した色素層を有する光線規制素子により規制し、前記光線規制素子からの光の通過に対し透明・散乱切替素子により透明状態と散乱状態とを切り替え、表示パネルで生成した画像の視認性角度範囲を切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、光線規制素子を配列した色素層にすることにより、視認性角度範囲が可変な表示装置を実現することができる。この配列した色素層は容易に大型基板上に作成できるため、大型の視野角制御表示装置を安価に製造することができる。また、配列した色素層を面光源、表示パネルの上に配置することにより、視認性角度範囲が固定ながら、覗き見防止可能なフィルムを作成することができる。この配列した色素層は同様に大型基板上に作成できるため、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施形態の視野角制御表示装置について、図１を参照して説明する。本実施形態では、２次元的に光を発光する面状光源としてのバックライト５の光照射方向前方に、光線規制素子としての垂直方向２色性色素層６が配置されており、更に、この色素層６の前方に、透明・散乱切替素子７が配置され、更にこの透明・散乱切替素子７の前方に、偏光板８ａを介して、表示パネル１０が配置され、この表示パネル１０の前方に更に偏光板８ｂが配置されている。
【００１９】
透明・散乱切替素子７は、電圧の印加及び無印加により、透明状態と散乱状態とを切り替えることができるものである。透明・散乱切替素子７は、例えば、特許文献３に開示されたゲスト・ホスト液晶と、特許文献１に開示されたＰＤＬＣ（高分子分散型液晶素子（Polymer Dispersed Liquid Crystal））とがある。ゲスト・ホスト液晶の場合は、２枚の透明基板の間に挟まれた液晶材料の中に、液晶分子と２色性色素分子とが含まれており、透明基板に設けた透明電極を介して電圧が印加されていない場合は、２色性色素分子はその光軸（長軸）が透明基板の表面にほぼ平行である。これに対し、透明電極間に電圧を印加したときは、２色性色素分子が基板表面に垂直に立ち上がり、この２色性色素分子の光軸以外の光軸を有する光は、２色性色素分子に吸収されてゲスト・ホスト液晶を透過しない。これにより、ゲスト・ホスト液晶への電圧印加の有無又は電圧の調節により、広視野角と狭視野角とを切り替えることができる。また、ＰＤＬＣの場合は、１対の透明基板に挟まれた液晶層が、高分子の支持媒体中に液晶領域を分散させたものであり、透明基板に設けた透明電極に電圧を印加した状態において、ＰＤＬＣが透明となり、電圧を印加しない状態において、ＰＤＬＣは散乱状態となる。このようにして、いずれの切替素子７の場合も、視認角度範囲を広視野角と狭視野角とに切り替えることができる。
【００２０】
表示パネル１０は、例えば、透過型の液晶表示素子であるが、半透過型の液晶表示素子等も使用することができる。
【００２１】
偏光板８ａは、透過軸が表示画面の上下方向に延びる偏光板である。また、偏光板８ｂは、透過軸が表示画面の左右方向に延びるものである。図１には、出射側偏光板８ｂから出た光に対し、「左」、「右」、「上」、「下」の文字が表記されているが、これは表示画面の上下左右方向を示している。入射側偏光板８ａの透過軸９に平行の方向を表示画面の左右方向に、垂直の方向を表示画面の上下方向にしている。秘匿する情報を表示画面に表示する場合には、左右方向の光線を遮断することが必要である。
【００２２】
次に、光線規制素子としての２色性色素層８について説明する。以下では、一軸性の二色性色素を用いた場合に関して説明するが、二軸性を示す色素等に関しても、同様の作用効果が得られる。二色性色素１は、図２に示すように、液晶様の楕円体で表現される。図２に示すように、二色性色素１の長軸方向に振動する偏光は強く吸収され、短軸方向に振動する偏光には弱い吸収を示す。
【００２３】
以上のような二色性色素１が入射面に垂直に配列した場合の光学的性質を図３を参照して説明する。偏光の偏りの無い無偏光光２が入射した場合、入射面に垂直方向に入射した光のどちらの偏光も吸収されない。一方、斜めから入射した光は、入射面に対して垂直な振動方向の偏光をＳ偏光３、入射面に平行な振動方向の偏光をＰ偏光４とする。そうすると、図３（ａ）に示すように、斜め入射時にはＰ偏光４は吸収されるようになる。一方、斜め入射時においても、Ｓ偏光３の吸収は強くならない。このため、垂直配向二色性色素１からの斜め出射光は、Ｓ偏光成分が多くなる偏りが生じる。従って、バックライト５上に配置した垂直配向二色性色素層６からの出射光は、図３（ｂ）のように、偏光の偏りが存在する状態となっている。
【００２４】
次に、図７を参照して、垂直配向二色性色素層６の作成方法を説明する。先ず、図７（ａ）に示すように、基板１７上に、液晶に垂直配向をもたらす配向膜１６を塗布し、その後、配向膜１６を焼成する。その後、配向膜１６上に、二色性色素１と液晶性モノマー１４とからなる塗膜を形成する。更に、この塗膜を紫外光に曝し、液晶性モノマー層を硬化させる。このようにして、垂直配向二色性色素層６を得ることができる。
【００２５】
次に、上述の如く構成された本実施形態の視野角制御表示装置の動作について、主として図４を参照して説明する。バックライト５及び垂直配向二色性色素層６からは、図４に示すように、偏光（Ａ）１１及び偏光（Ｂ）１２という偏りをもる偏光が出射する。透明・散乱切替素子７が透明状態の場合、これらの偏光は、偏光板８ａに入射する。偏光板８ａの垂直の透過軸９と平行に振動する偏光（Ａ）１１は、偏光板８ａを通過することができる。一方、偏光板８ａの透過軸９と垂直に振動する偏光（Ｂ）１２は、偏光板８ａで吸収される。このため、表示パネル１０に入射する配光分布に偏りを生じる。特に、入射側偏光板８ａの透過軸９と偏光板８ａの面法線で決まる面Σ内の斜め光は、偏光板８ｂに吸収される。一方、Σ面外から入射する光は、偏光板８ｂに吸収されない。以上のように、垂直配向二色性色素層６は、光線方向を規制する光線規制素子として機能する。
【００２６】
図８は上述の第１実施形態の視野角制御表示装置を具体化したときの層構成を示す断面図である。サイドライト型バックライト５の上に、垂直配向二色性色素層６が成膜されている基板が搭載されている。更に、この垂直配向二色性色素層６が成膜された基板の上に、透明・散乱切替素子７が搭載され、その上に偏光板８ａ、表示パネル１０及び偏光板８ｂが搭載されている。バックライト５は、導光板２０の上にプリズムシート１８が設けられ、導光板２０の側方に白色ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）１９が設置されたものである。白色ＬＥＤ１９から出射された光は導光板２０内で面状光となり、プリズムシート１８により指向性が高められて、バックライト光源として出射される。透明・散乱切替素子７は、液晶相と高分子相の混合した高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）を使用することができる。この透明・散乱切替素子７は１対のプラスチック基板２４の間に、高分子分散液晶２３を配置したものであり、この高分子分散液晶２３は樹脂２１内に液晶液滴２２が分散したものである。表示パネル１０は、透過型液晶表示パネル又は半透過型液晶表示パネルを使用できるが、図８には、半透過型液晶表示パネルが示されている。この表示パネル１０においては、基板上に反射領域２６と透過領域２７とが設けられており、対向基板上にカラーフィルタ層２８が設けられていて、この基板と対向基板との間に、液晶層２５を挟んで基板、対向基板及び液晶層２５が積層されている。
【００２７】
バックライト５からの光は、プリズムシート１８によりある程度コリメートされた光となる。このコリメート光は、垂直配向二色性色素層６に入射する。前述の如く、この垂直配向二色性色素層６において、斜め入射光は減光されて、出射する。そして、垂直配向二色性色素層６から出射した光は、透明・散乱切替素子７に入射する。この透明・散乱切替素子７は、電圧の印加・無印加を切り替えることにより、透明状態及び散乱状態を切り替えることができる。これにより、垂直配向二色性色素層６からのコリメート光は、そのままコリメート光として透明・散乱切替素子７から出射するか、又は拡散光に変化して出射する。そして、コリメート光又は拡散光は、表示パネル１０に透過光として入射し、表示パネル１０で表示画像が生成される。表示パネル１０の偏光板８ａ、８ｂは、その透過軸９が図１に示すようになるように配置されている。このため、コリメート光の場合、表示パネル１０の正面に位置した観察者にのみ光が到達し、表示パネルに対し斜め方向に位置する観察者には表示光が到達しない。このため、表示パネル斜め方向に位置する観察者には表示画像が認識されない。一方、拡散光の場合には、表示パネル斜め方向に位置する観察者にも表示光が到達するため、この観察者にも表示画像が認識される。
【００２８】
本実施形態において、透明・散乱切替素子７は、１対のプラスチック基板２４間に、高分子分散液晶２３が挟まれた構造を有する。上述の表示装置を実用化するためには、携帯型又は可搬型の用途が多いため、表示装置の厚さが増加することは回避する必要がある。特に、現在の液晶表示装置の厚さは極めて薄く設計されている。また、本実施形態の表示装置は、携帯型又は可搬型の用途が多いため、機械的耐久性が高いことが望まれる。従って、上述のプラスチック材質の基板２４に、これら素子を作製することが好ましい。
【００２９】
次に、図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、面光源としてのバックライト５と、光線規制素子としての垂直配向二色性色素層６と、透明・散乱切替素子７と、表示パネル１０との積層構造を有する視野角制御表示装置において、斜め入射光を直線偏光に補正する光学補償層としての光学補償板１３が、透明・散乱切替素子７と偏光板８ａとの間に設けられている。なお、光透過方向の前方には、図４に示す表示パネル１０及び偏光板８ｂと同様の表示パネル及び偏光板（図示せず）が設けられている。
【００３０】
透明・散乱切替素子７は、前述の如く、ＰＤＬＣ又はゲスト・ホスト液晶を使用できるが、通常、液晶分子と硬化した高分子樹脂から構成されるＰＤＬＣが使用されている。このため、液晶分子と高分子樹脂との間には屈折率の不整合があり、この屈折率の不整合のため、散乱状態を呈する。このＰＤＬＣでは、電圧を印加すると液晶が電界方向に配列し、液晶相と高分子相との屈折率が整合する。このため、ＰＤＬＣは透明状態を呈するようになる。また、液晶が面に垂直に配列するため、正面入射光に対しての複屈折が消失する。しかし、斜め入射光に対しては複屈折を有している。このため、斜めから直線偏光が入射した場合には、楕円偏光が出射する。図５はこの状況を示す。この楕円偏光を補正するために光学補償板１３が透明・散乱切替素子７と偏光板８ａとの間に挿入されている。この光学補償板１３により、斜め入射光が直線偏光に補正される。このため、光線規制素子として、基板面法線方向に配向した色素１を含む垂直配向二色性色素層６と光学補償板１３とを有する場合には、より制御された光線が得られることとなる。
【００３１】
図９はこの第２実施形態の視野角制御表示装置の具体的な層構成を示す断面図である。本実施形態においては、垂直配向二色性色素層６と透明・散乱切替素子７との間に光学補償板１３が配置されている。この場合に、光学補償板１３としては、例えば、光学的に負の一軸体であり、なおかつ光学軸が面法線方向に向いたものを使用することができる。透明・散乱切替素子７に電圧を印加すると、透明状態に変化するが、同時に液晶液滴２２中の液晶分子は、面法線方向に配向する。このため、斜め方向から入射した光に対して複屈折を生じるようになる。これを補うため、光学補償板１３として、光学軸が面法線方向を向いた光学的に負の一軸体を使用する。
【００３２】
図６は本発明の第３実施形態に係る視野角制御表示装置を示す図である。この第３実施形態は、面光源としてのバックライト５と、透過型液晶素子等の表示パネル１０と、光線規制素子としての垂直配向二色性色素層６との積層構造を有する。
【００３３】
垂直配向した二色性色素層６は、図３に示す光学特性を有するため、面光源であるバックライト５と表示パネル１０とを積層した構造の光出射側に、二色性色素層６を配置しても、斜め入射光を一部吸収することができる。しかし、この二色性色素層６は正面入射光は吸収しない。このため、図６に示す視野角制御表示装置においては、視認角度範囲を可変にすることはできないものの、正面に出射する表示光を弱めることなく、表示パネルからの斜め出射光を吸収して、視認角度範囲を狭めることができる。
【００３４】
図１０はこの第３実施形態の視野角制御表示装置の具体的な構成を示す断面図である。表示パネル１０は、例えば、液晶層２５を挟むように設けられた1対の基板に夫々透過領域２７とカラーフィルタ層２８とが形成されており、この基板の外側には夫々偏光板８ａ、８ｂが設けられている。バックライト５は導光板２０の側部に白色ＬＥＤ１９が設置されたものであり、白色ＬＥＤ１９からの光が、導光板２０により面状光源となって偏光板８ａに入射する。標示パネル１０の上方には垂直配向二色性色素層６が配置されている。
【００３５】
この場合には、表示パネル１０から垂直配向二色性色素層６への斜め入射光は、その一部が垂直配向二色性色素層６に吸収される。従って、表示装置の斜めに位置する観察者には、表示光が到達せず、表示画像を認識することができなくなる。以上のように、図１０の構成を用いることにより、表示画像の視認性角度範囲を狭めることが可能となる。
【００３６】
上述の各実施形態の視角制御表示装置は、携帯電話及び固定電話等の電話機、携帯端末、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ワークステーション等に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の視野角制御表示装置を示す図である。
【図２】二色性色素の機能を説明するための図である。
【図３】垂直配向二色性色素層の機能を説明するための図である。
【図４】同じく本発明の第１実施形態の動作を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の視野角制御表示装置を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の視野角制御表示装置を示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は二色性色素層の製造方法を示す図である。
【図８】第１の実施形態の具体的層構成を断面図である。
【図９】第２の実施形態の具体的層構成を断面図である。
【図１０】第３の実施形態の具体的層構成を断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・二色性色素
２・・・無偏光光
３・・・Ｓ偏光
４・・・Ｐ偏光
５・・・バックライト
６・・・垂直配向二色性色素層
７・・・透明・散乱切替素子
８ａ、８ｂ・・・偏光板
９・・・透過軸
１０・・・表示パネル
１１・・・偏光（Ａ）
１２・・・偏光（Ｂ）
１３・・・光学補償板
１４・・・液晶性モノマー
１５・・・紫外光
１６・・・配向膜
１７・・・基板
１８・・・プリズムシート
１９・・・白色ＬＥＤ
２０・・・導光板
２１・・・樹脂
２２・・・液晶液滴
２３・・・高分子分散液晶
２４・・・プラスチック基板
２５・・・液晶層
２６・・・反射領域
２７・・・透過領域
２８・・・カラーフィルタ層
【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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