(57)【要約】【課題】      液晶表示パネル自体の視野角特性に関係なく、ユーザの望む視野角に調節することのできる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  電気光学装置は、例えば液晶表示装置であり、液晶表示パネルなどの表示パネルと、液晶レンズより構成される。液晶レンズは、具体的には、液晶レンズシートであり、表示パネルの視認側に配置され、一対の基板と、一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変えるネマチック液晶からなる液晶層を有する。液晶レンズは、表示パネルより出光した光を、液晶層において屈折することができる。従って、液晶レンズを用いることで、表示パネルより出光した光の方向を変えることができ、視野角を変えることができる。【選択図】図１
2007052323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと、
前記表示パネルの視認側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変化させるネマチック液晶からなる液晶層と、を有する液晶レンズと、を備えることを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
表示パネルと、
前記表示パネルに対し、光を透過させることにより照明する照明装置と、
前記照明装置の前記表示パネル側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変化させるネマチック液晶からなる液晶層と、を有する液晶レンズと、を備えることを特徴とする電気光学装置。
【請求項３】
前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の内面上に複数の制御電極がストライプ状に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
【請求項４】
一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された電極になるほど、印加される電圧が高く設定され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された電極になるほど、印加される電圧が低く設定されることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項５】
一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された電極になるほど、印加される電圧が低く設定され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された電極になるほど、印加される電圧が高く設定されることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項６】
一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された電極になるほど、その幅が大きく形成され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された電極になるほど、その幅が小さく形成されることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項７】
一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された電極になるほど、その幅が小さく形成され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された電極になるほど、その幅が大きく形成されることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項８】
前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側又は他方の基板の前記液晶層側の少なくとも一方に下地層が形成され、前記下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凹形状の曲面が形成されてなり、
前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
【請求項９】
前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側又は他方の基板の前記液晶層側の少なくとも一方に下地層が形成され、前記下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凸形状の曲面が形成されてなり、
前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
【請求項１０】
前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側に第１の下地層が形成され、他方の基板の前記液晶層側に第２の下地層が形成され、前記第１の下地層の前記液晶層側及び前記第２の下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凹形状の曲面が形成されてなり、
前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
【請求項１１】
前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側に第１の下地層が形成され、他方の基板の前記液晶層側に第２の下地層が形成され、前記第１の下地層の前記液晶層側及び前記第２の下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凸形状の曲面が形成されてなり、
前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電気光学装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置等の電気光学装置及びこれを備えた電子機器の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置においては、目的に応じて、必要な視野角特性を有することが望まれている。例えば、携帯電話などの液晶表示装置では、表示画面はユーザだけに見えればよく、かえって視野角が広いと他人に覗き見られる可能性があり好ましくない場合がある。一方、液晶テレビのように、大勢の人が同時に見るような用途の場合には視野角が広い方が望ましい。
【０００３】
液晶表示装置の視野角を変える方法としては、液晶表示パネルの液晶分子の配列方向を調節する方法が知られている。しかしながら、この方法では、液晶表示パネルの製造プロセス内で行われるため、液晶表示パネルが完成した後では調節不可能である。
【０００４】
なお、特許文献１では、液晶表示パネルと照明装置の間に集光板を配置するとともに、液晶表示パネルの出光面に、液晶表示パネルを透過する光の屈折方向を特定化する光学補償板を配置することにより、特定の視野角を得ている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１０４２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液晶表示パネル自体の視野角特性に関係なく、ユーザの望む視野角に調節することのできる液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、電気光学装置は、表示パネルと、前記表示パネルの視認側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変化させるネマチック液晶からなる液晶層と、を有する液晶レンズと、を備える。
【０００８】
上記の電気光学装置は、例えば液晶表示装置であり、液晶表示パネルなどの表示パネルと、液晶レンズより構成される。液晶レンズは、具体的には、液晶レンズシートであり、前記表示パネルの視認側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変えるネマチック液晶からなる液晶層を有する。前記液晶レンズは、前記表示パネルより出光した光を、液晶層において屈折することができる。従って、液晶レンズを用いることで、前記表示パネルより出光した光の方向を変えることができ、視野角を変えることができる。
【０００９】
上記の電気光学装置の好適な実施例では、表示パネルと、前記表示パネルに対し、光を透過させることにより照明する照明装置と、前記照明装置の前記表示パネル側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され、且つ電圧印加時に配向状態を変化させるネマチック液晶からなる液晶層と、を有する液晶レンズと、を備える。
【００１０】
上記の電気光学装置の一態様では、前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の内面上に複数の制御電極がストライプ状に形成されてなる。このようにすることで、複数の制御電極に印加する電圧の大きさを制御するだけで、液晶層に対し、凸型レンズ、凹型レンズの両方の光学的効果を実現することができ、電気光学装置の視野角の広狭を制御することができる。
【００１１】
上記の電気光学装置の他の一態様では、一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された制御電極になるほど、印加される電圧が高く設定され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された制御電極になるほど、印加される電圧が低く設定される。このようにすることで、液晶層に対し、凸型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を狭めることができる。
【００１２】
上記の電気光学装置の他の一態様では、一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された制御電極になるほど、印加される電圧が低く設定され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された制御電極になるほど、印加される電圧が高く設定される。このようにすることで、液晶層に対し、凹型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を広げることができる。
【００１３】
上記の電気光学装置の他の一態様では、一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された制御電極になるほど、その幅が大きく形成され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された制御電極になるほど、その幅が小さく形成される。このようにすることで、液晶層に対し、凸型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を狭めることができる。また、前記複数の制御電極に流す電流の値をすべて等しくすることもできるので、駆動回路の制御も簡単にすることができる。
【００１４】
上記の電気光学装置の他の一態様では、一つのサブ画素上に配置された前記複数の制御電極のうち、前記サブ画素の中央に近い位置に配置された制御電極になるほど、その幅が小さく形成され、前記サブ画素の両端に近い位置に配置された制御電極になるほど、その幅が大きく形成される。このようにすることで、液晶層に対し、凹型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を広げることができる。また、前記複数の制御電極に流す電流の値をすべて等しくすることもできるので、駆動回路の制御も簡単にすることができる。
【００１５】
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側又は他方の基板の前記液晶層側の少なくとも一方に下地層が形成され、前記下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凹形状の曲面が形成されてなり、前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなる。ここで、下地層とは、具体的には保護層のことを示す。このようにしても、液晶層に対し、凸型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を狭めることができる。
【００１６】
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側又は他方の基板の前記液晶層側の少なくとも一方に下地層が形成され、前記下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凸形状の曲面が形成されてなり、前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなる。このようにしても、液晶層に対し、凹型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を広げることができる。
【００１７】
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側に第１の下地層が形成され、他方の基板の前記液晶層側に第２の下地層が形成され、前記第１の下地層の前記液晶層側及び前記第２の下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凹形状の曲面が形成されてなり、前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなる。このようにしても、液晶層に対し、凸型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を狭めることができる。
【００１８】
上記の電気光学装置の他の一態様では、前記液晶レンズは、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側に第１の下地層が形成され、他方の基板の前記液晶層側に第２の下地層が形成され、前記第１の下地層の前記液晶層側及び前記第２の下地層の前記液晶層側には、一つのサブ画素単位で、夫々凸形状の曲面が形成されてなり、前記液晶層は、前記一方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、前記他方の基板の前記液晶層側に形成された制御電極と、により電圧を印加されてなる。このようにしても、液晶層に対し、凹型レンズの光学的効果を持たせることができ、電気光学装置の視野角を広げることができる。
【００１９】
本発明のさらなる他の観点では、上記の液晶表示装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を液晶表示装置に適用したものである。
【００２１】
[液晶表示装置]
図１は、本発明の液晶レンズシート３０を備えた液晶表示装置１００の概略構成を示す側面図である。なお、図１では説明の便宜上、各構成要素の間隔を空けて図示しているが、実際にはそれらは図中の上下方向に重ねられた状態で液晶表示装置１００を構成している。
【００２２】
液晶表示装置１００は、主に、液晶表示パネル２０と、液晶表示パネル２０を照明する照明装置１０と、液晶表示パネル２０より出射した光を屈折する液晶レンズシート３０より構成される。
【００２３】
液晶表示パネル２０は、ガラスなどの下側基板１及び上側基板２を、シール材３を介して貼り合わせてセル構造を形成し、その内部に液晶４を封入して構成される。さらに、液晶表示パネル２０には、他にも、例えばブラックマトリクス、カラーフィルタ、電極、その他の多くの構成要素が、マトリクス状（格子状）又はストライプ状（線状）に形成されている。これらの構成要素は、通常矩形の液晶表示パネル２０の４辺に略並行に形成されている。なお、本発明では、液晶表示パネル２０の構造には特に制限はない。
【００２４】
照明装置１０は、液晶表示パネル２０の下面側に配置され、光源部１５と導光板１１より構成される。光源部１５は、点光源である複数のＬＥＤ１６を備える。各ＬＥＤ１６から出射された光Ｌは、図示のように導光板１１内へ入り、導光板１１の上下面で反射を繰り返すことにより方向を変え、導光板１１の上下面と光Ｌの臨界角を超えると、導光板１１の上下面より出光する。導光板１１の下面より出光した光Ｌは、導光板１１の下面側に配置された反射シート１４によって反射され、導光板１１へ再び戻る。液晶表示パネル２０と照明装置１０の間には、光を拡散する拡散シート１３や、光を液晶表示パネル２０へ向けるプリズムシート１２などが設けられており、導光板１１の上面より出光した光Ｌは、これらのシートを透過して、液晶表示パネル２０を照明する。
【００２５】
液晶表示パネル２０の上側基板２の外面上、即ち、液晶表示パネル２０の光Ｌが出光する面上には、液晶レンズシート３０が備えられる。液晶表示パネル２０より出光した光Ｌは、液晶レンズシート３０を透過する。液晶レンズシート３０は、液晶層を有しており、その液晶層に光Ｌを透過させることで、光Ｌを屈折することができ、光Ｌの進行方向を変えることができる。つまり、液晶レンズシート３０を用いることで、液晶表示パネル２０自体の視野角特性に関係なく、液晶表示装置１００の視野角や輝度の制御を行うことができる。このようにして液晶レンズシート３０を透過した光Ｌが、観察者によって視認されることとなる。
【００２６】
また、後に詳しく述べるが、液晶レンズシート３０、液晶表示パネル２０を透過してきた外光は、照明装置１０の反射シート１４によって反射される。この反射シート１４によって反射された外光によっても、液晶表示パネル２０は照明される。
【００２７】
[第１実施形態]
まず、第１実施形態に係る液晶レンズシート３０の構造について述べる。図２は液晶レンズシート３０の平面図を示しており、主に液晶レンズシート３０の配線構成を示している。図３は、液晶レンズシート３０の断面図である。
【００２８】
図２では、紙面手前側（観察側）に液晶レンズシート３０の上側基板３２が、また、紙面奥側に液晶レンズシート３０の下側基板３１が夫々配置されている。なお、図２では、紙面縦方向（列方向）をＹ方向と、また、紙面横方向（行方向）をＸ方向と規定する。また、図２において、液晶表示パネル２０における一つの色を表示する単位画素を、サブ画素ＳＧとして示している。また、１行３列のサブ画素領域ＳＧは、液晶表示パネル２０における、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）から構成される１つの画素領域ＡＧを示している。なお、ここで、液晶表示パネル２０としては、カラー表示を行うものには限られず、代わりに白黒表示を行うものを用いても良いのは言うまでもない。
【００２９】
液晶レンズシート３０は、図３に示すように、上側基板３２と、その上側基板３２に対向して配置される下側基板３１とが枠状のシール材３３を介して貼り合わされ、そのシール材３３の内側に液晶が封入されて液晶層３４が形成されてなる。ここで、液晶層３４として封入される液晶としては、電圧印加時に垂直配向となるネマチック液晶が用いられる。
【００３０】
まず、下側基板３１の平面構成について説明する。下側基板３１の内面上には、主として、複数の制御電極３７、ドライバＩＣ４０、外部接続用配線３５及びＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）４１などが形成若しくは実装されている。
【００３１】
図２に示すように、下側基板３１は、上側基板３２の一辺側から外側へ張り出してなる張り出し領域３１ａを有しており、その張り出し領域３１ａ上には、ドライバＩＣ４０が実装されている。ドライバＩＣ４０の入力側の端子（図示略）は、複数の外部接続用配線３５の一端側と電気的に接続されていると共に、複数の外部接続用配線３５の他端側はＦＰＣ４１と電気的に接続されている。各制御電極３７は、Ｙ方向に延在するように且つＸ方向に適宜の間隔をおいて形成され、かつ、複数本が一つのサブ画素ＳＧ内にストライプ状に形成されている。図２及び図３では、一例として、５本ずつの制御電極３７が、一つのサブ画素ＳＧ内にストライプ状に形成されるとしている。各制御電極３７の一端側は、ドライバＩＣ４０の出力側の端子（図示略）に電気的に接続されている。各制御電極３７は、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）などの透明導電材料により形成されている。各制御電極３７の内面上には、保護層３９が形成されている。
【００３２】
液晶レンズシート３０では、１つの画素領域ＡＧがＸ方向及びＹ方向に複数個、マトリクス状に並べられた領域Ｖ（２点鎖線により囲まれる領域）が液晶表示パネル２０における有効表示領域に対応する。この有効表示領域Ｖに、文字、数字、図形等の画像が表示される。
【００３３】
次に、上側基板３２の平面構成について説明する。上側基板３２は、共通電極３８を有する。共通電極３８は、ＩＴＯなどの透明導電材料からなり、上側基板３２の略一面に亘って形成されている。共通電極３８は、シール材３３の隅の領域Ｅ１において配線３６の一端側と電気的に接続されていると共に、当該配線３６の他端側は、ドライバＩＣ４０のＣＯＭに対応する出力端子と電気的に接続されている。
【００３４】
下側基板３１の保護層３９の内面上、上側基板３２の共通電極３８の内面上には、夫々液晶の配向膜４２、４３が夫々形成されている。
【００３５】
以上の構成を有する液晶レンズシート３０では、電子機器等と接続されたＦＰＣ４１側からの信号及び電力等に基づき、ドライバＩＣ４０によって、液晶表示装置１００に設定したい視野角や輝度に応じた信号を、それぞれ対応するＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ−１、Ｓｎ（ｎは自然数）の各制御電極３７に供給する。これにより、液晶層３４の配向状態が制御されることとなる。
【００３６】
（液晶レンズシートを用いた視野角制御方法）
次に、液晶レンズシート３０を用いて、視野角制御を行う方法について詳細に述べる。まず、液晶レンズシート３０を用いて、視野角を狭める方法について述べる。図４（ａ）は、視野角を狭める場合における液晶レンズシート３０のサブ画素ＳＧ単位での断面拡大図、図３で言うと破線３０ｐで囲まれた部分の拡大図である。
【００３７】
サブ画素ＳＧ単位で見ると、先にも述べたように、複数の制御電極３７がストライプ状に下側基板３１に形成されている。図４（ａ）では、サブ画素ＳＧ単位で、Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓ５からなる５本の制御電極３７が、下側基板３１に形成されているとする。配向膜４２と配向膜４３には、液晶分子４５を単一方向（図４（ａ）でいうと破線矢印ｔｉｌの方向）にチルト（傾ける）するためのラビングが施されている。
【００３８】
各制御電極３７と共通電極３８の間に電圧が印加されていない状態、即ち、電圧非印加時では、液晶分子４５は、その長軸方向が配向膜４２と配向膜４３におけるラビングがされた方向に対し、完全に平行となる状態となっている。言い換えれば、液晶分子４５は、下側基板３１及び上側基板３２に対し、「寝ている」状態となっている。一方、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７と共通電極３８の間に電圧を印加する場合、ドライバＩＣ４０によって、サブ画素ＳＧの中央に形成されているＳ３の制御電極３７に印加する電圧の大きさが最大にされ、サブ画素ＳＧの中央より両端の方向（図４（ａ）でいうとＳ１、Ｓ５の制御電極３７が形成されている方向）に向かうにつれて、制御電極３７に印加する電圧の大きさが段階的に小さくされる。従って、図４（ａ）において、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７に印加される電圧の大きさの関係としては、Ｓ３＞Ｓ２≒Ｓ４＞Ｓ１≒Ｓ５の関係が成立する。このようにすることで、サブ画素ＳＧの中央にある液晶分子４５を、下側基板３１及び上側基板３２に対し、垂直に立たせた状態にすることができ、サブ画素ＳＧの両端の方向に向かうに従って、液晶分子４５の下側基板３１及び上側基板３２に対する傾き（チルト角）を、段階的に小さくすることができる。
【００３９】
次に、図４（ａ）に示す電圧が印加されたときの液晶層３４の光学的特性について述べる。液晶層３４の光の屈折率は、光Ｌが透過する液晶分子４５の平均屈折率となる。ネマチック液晶では液晶分子４５が複屈折性を有するため、液晶分子４５の長軸方向とそれに垂直な短軸方向とで屈折率が異なり、長軸方向の屈折率の方が短軸方向の屈折率よりも大きい。先に述べたように、サブ画素ＳＧの中央では、液晶分子４５は立った状態となるが、サブ画素ＳＧの両端に向かうにつれて、液晶分子４５は、下側基板３１及び上側基板３２に対する傾きが小さくなる状態、即ち、寝ている状態に近くなる。つまり、サブ画素ＳＧの中央では、液晶層３４の屈折率は、液晶分子４５の長軸方向の屈折率に近くなり、サブ画素ＳＧの両端では、液晶層３４の屈折率は、液晶分子４５の短軸方向の屈折率に近くなる。このことから、液晶層３４の光の屈折率は、一様ではなく、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７に夫々対応した部分の液晶層３４ｎ１〜３４ｎ５によって異なる。具体的には、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７の夫々に対応した液晶層３４ｎ１〜３４ｎ５の光の屈折率を夫々屈折率ｎ１〜ｎ５とすると、ｎ３＞ｎ２≒ｎ４＞ｎ１≒ｎ５の関係が成立する。従って、図４（ａ）に示す電圧が印加されたときの液晶層３４は、図４（ｂ）に示すような凸型レンズ４６と同じ光学的効果を有するいわゆる屈折率分布レンズとなる。
【００４０】
以上をまとめると、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を高く設定し、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を低く設定することで、液晶層３４を、凸型レンズと同様の光学的効果を有する屈折率分布レンズとすることができる。このようにすることで、液晶層３４に入射した光を集光する方向へ屈折することができ、液晶表示装置１００の±Ｘ方向の視野角を狭くすることができる。
【００４１】
次に、液晶レンズシート３０を用いて、視野角を広げる方法について述べる。図５（ａ）は、視野角を広げる場合における液晶レンズシート３０でのサブ画素ＳＧ単位での拡大断面図である。
【００４２】
各制御電極３７と共通電極３８の間に電圧が印加されていない状態では、液晶分子４５は、下側基板３１又は上側基板３２に対し、寝ている状態となっている。一方、各制御電極３７と共通電極３８の間に電圧を印加する場合、ドライバＩＣ４０によって、サブ画素ＳＧの両端に形成されているＳ１及びＳ５の制御電極３７に印加する電圧の大きさは最大にされ、サブ画素ＳＧの中央に向かうにつれて、制御電極３７に印加する電圧の大きさは段階的に小さくされ、サブ画素ＳＧの中央にある制御電極３７、即ち、Ｓ３の制御電極３７に印加する電圧の大きさは最小にされる。従って、図５（ａ）において、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７に印加される電圧の大きさとしては、Ｓ３＜Ｓ２≒Ｓ４＜Ｓ１≒Ｓ５の関係が成立する。このようにすることで、図５（ａ）に示すように、サブ画素ＳＧの両端にある液晶分子４５を、下側基板３１及び上側基板３２に対し、垂直に立たせた状態にすることができ、サブ画素ＳＧの中央に向かうに従って、液晶分子４５のチルト角を、段階的に小さくすることができる。
【００４３】
次に、図５（ａ）に示す状態となる場合における液晶層３４の光学的特性について述べる。このとき、サブ画素ＳＧの両端では、液晶分子４５は立った状態となるが、サブ画素ＳＧの中央に向かうに従って、液晶分子４５は、下側基板３１及び上側基板３２に対する傾きが小さくなる状態、即ち、寝ている状態に近くなる。つまり、サブ画素ＳＧの両端では、液晶層３４の光の屈折率は、液晶分子４５の長軸方向の屈折率に近くなり、サブ画素ＳＧの中央では、液晶層３４の屈折率は、液晶分子４５の短軸方向の屈折率に近くなる。このことから、図５（ａ）の場合も、液晶層３４の光の屈折率は、一様ではなく、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７に夫々対応した部分の液晶層３４ｎ１〜３４ｎ５によって異なる。具体的には、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７の夫々に対応した液晶層３４ｎ１〜３４ｎ５の光の屈折率を夫々屈折率ｎ１〜ｎ５とすると、ｎ３＜ｎ２≒ｎ４＜ｎ１≒ｎ５の関係が成立する。従って、図５（ａ）に示す電圧が印加されたときの液晶層３４は、図５（ｂ）に示すような凹型レンズ４７と同じ光学的効果を有するいわゆる屈折率分布レンズとなる。
【００４４】
以上をまとめると、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を高く設定し、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を低く設定することで、液晶層３４を、凹型レンズと同様の光学的効果を有する屈折率分布レンズとすることができる。このようにすることで、液晶層３４に入射した光を拡散する方向へ屈折することができ、液晶表示装置１００の±Ｘ方向の視野角を広くすることができる。
【００４５】
第１実施形態に係る液晶レンズシート３０では、各制御電極３７に印加する電圧の大きさを制御することにより、液晶層３４における液晶分子４５の配向を変え、凸型レンズ、凹型レンズの両方の機能を切り替えて実現することができ、視野角の広狭を制御することができることが分かる。例えば、液晶表示パネル２０として、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式の液晶表示パネルが用いられた場合、液晶表示装置１００の視野角は広くなる。このとき、覗き見されたくない等の理由により、視野角を狭めたい場合には、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を高く設定し、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を低く設定する。このようにして、液晶レンズシート３０の機能を凸型レンズの機能に切り替えることにより、液晶表示装置１００の視野角を狭めることができる。
【００４６】
また、例えば、プリズムシート１２として、プリズム形状が照明装置１０側に向いている逆プリズムシートを用いている場合、液晶表示パネル２０に入射する光は、集光性の高い光となり、液晶表示装置１００の視野角は非常に狭小となる。このとき、視野角を広げたい場合には、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を高く設定し、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、印加される電圧を低く設定する。このようにして、液晶レンズシート３０の機能を凹型レンズの機能に切り替えることにより、液晶表示装置１００の視野角を広げることができる。
【００４７】
液晶表示装置１００では、液晶表示装置１００に入射する外光を、照明装置１０の反射シート１４で反射することによっても液晶表示パネル２０を照明する。従って、液晶レンズシート３０の機能を凸型レンズの機能に切り替えることで、反射シート１４へ向けて外光を集光することができ、液晶表示装置１００の輝度を高めることができる。一方、液晶レンズシート３０の機能を凹型レンズの機能に切り替えることで、反射シート１４へ向けて外光を拡散することができ、液晶表示装置１００の輝度を低くすることができる。このように、液晶レンズシート３０を用いることで、液晶表示パネル２０の輝度の制御を行うこともできる。
【００４８】
なお、Ｓ１の制御電極３７に印加される電圧を最大にし、Ｘ方向に向かうに従って、制御電極３７に印加される電圧を段階的に小さくし、Ｓ５の共通電極に印加される電圧を最小にすることで、−Ｘ方向の視野角のみを狭めるとすることもできる。また、Ｓ５の制御電極３７に印加される電圧を最大にし、−Ｘ方向に向かうに従って、制御電極３７に印加される電圧を段階的に小さくし、Ｓ１の制御電極３７に印加される電圧を最小にすることで、Ｘ方向の視野角のみを狭めるとすることもできる。
【００４９】
（変形例）
次に、液晶レンズシート３０の変形例について述べる。図６は、液晶レンズシート３０の第１変形例を示すサブ画素ＳＧ単位での平面図である。図６に示すように、第１実施形態とは異なり、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７は、夫々その幅が異なる構造を有している。図６（ａ）では一例として、サブ画素ＳＧの中央たるＳ３の制御電極３７の幅を最大にし、サブ画素ＳＧの両端にあるＳ１、Ｓ５の制御電極３７の幅を最小にしている。つまり、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７の幅の大きさを、夫々ｗ１〜ｗ５とすると、ｗ３＞ｗ２≒ｗ４＞ｗ１≒ｗ５の関係が成立する。制御電極３７の内部抵抗は、共通電極の大きさに比例するので、制御電極３７の幅を大きくすれば、その分、内部抵抗も大きくなる。従って、図６（ａ）に示す構造をＳ１〜Ｓ５の制御電極３７がとることにより、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７に流す電流の値をすべて等しくしても、Ｓ３の制御電極３７に印加される電圧を最大にし、Ｓ１、Ｓ５の制御電極３７に印加される電圧を最小にすることができる。このように、サブ画素ＳＧ上に配置された制御電極３７のうち、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、その幅を大きく形成し、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、その幅を小さく形成することで、各制御電極３７に流す電流の値を等しくしても、図４（ａ）で述べたときと同様に、凸型レンズと同じ光学的効果を液晶層３４に持たせることができる。
一方、上述したのと同様の理由により、図６（ｂ）に示すように、サブ画素ＳＧ上に配置された制御電極３７のうち、サブ画素ＳＧの両端に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、その幅を大きく形成し、サブ画素ＳＧの中央に近い位置に配置された制御電極３７になるほど、その幅を小さく形成すること（図６（ｂ）における関係でいうと、ｗ３＜ｗ２≒ｗ４＜ｗ１≒ｗ５）で、各制御電極３７に流す電流の値を等しくしても、図５（ａ）で述べたときと同様に、凹型レンズと同じ光学的効果を液晶層３４に持たせることができる。
以上述べたように、図６（ａ）、（ｂ）に示した第１変形例に係る液晶レンズシート３０では、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７に流す電流の値をすべて等しくしても、凸型レンズ又は凹型レンズの光学的効果を有することができる。言い換えれば、凸型レンズ又は凹型レンズの光学的効果を液晶層３４に持たせる場合、第１変形例では、各制御電極３７に流す電流の値を等しくすることができるので、駆動回路の制御を簡単にすることができる。
【００５０】
図７は、液晶レンズシート３０の第２変形例を示すサブ画素ＳＧ単位での平面図である。第２変形例では、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７は、同心円状の形状をなしている。ここで、ドライバＩＣ４０と電気的に接続するために、図７に示すように、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７の夫々より配線が引き出されている。このように、Ｓ１〜Ｓ５の制御電極３７を同心円状の構造とすることにより、液晶層３４に球面レンズの機能を持たせることができ、±Ｘ方向の視野角だけでなく、±Ｙ方向の視野角も同時に変えることができる。
【００５１】
なお、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７の夫々より配線を引き回す構造は、サブ画素ＳＧ自体が非常に小さいので、複雑な構造となることが考えられる。従って、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７を同一平面上に配置し、配線を引き回す構造をとる代わりに、Ｓ１〜Ｓ５の各制御電極３７を重ねて配置する層構造とすることで、配線構造も層構造にして、引き回し構造にしないとすることもできる。
【００５２】
[第２実施形態]
次に、第２実施形態に係る液晶レンズシート３０ａ、３０ｂの構成について述べる。
【００５３】
まず、液晶レンズシート３０ａの構成について述べる。図８は、第２実施形態に係る液晶レンズシート３０ａの平面図を示している。図９は、液晶レンズシート３０ａの断面図である。
【００５４】
図８では、紙面手前側（観察側）に液晶レンズシート３０ａの上側基板３２が、また、紙面奥側に液晶レンズシート３０ａの下側基板３１が夫々配置されている。
【００５５】
液晶レンズシート３０ａは、図９に示すように、下側基板３１と、その下側基板３１に対向して配置される上側基板３２とが枠状のシール材３３を介して貼り合わされ、そのシール材３３の内側に液晶が封入されて液晶層３４が形成されてなる。ここで、液晶層３４として封入される液晶としては、第１実施形態に係る液晶レンズシート３０と同様、電圧印加時に垂直配向となるネマチック液晶が用いられる。
【００５６】
下側基板３１は、制御電極３７ａを有する。第１実施形態に係る液晶レンズシート３０では、制御電極３７はｙ方向にストライプ状となるように形成されていたが、第２実施形態に係る液晶レンズシート３０ａでは、制御電極３７ａは、ストライプ状に形成される代わりに、下側基板３１の略一面に亘って形成される。制御電極３７ａは、シール材３３の隅の領域Ｅ２において配線３６ｂの一端側と電気的に接続されていると共に、当該配線３６ｂの他端側は、ドライバＩＣ４０のＣＯＭ２に対応する出力端子と電気的に接続されている。
【００５７】
上側基板３２は、共通電極３８を有する。共通電極３８は、上側基板３２の略一面に亘って形成されている。共通電極３８は、シール材３３の隅の領域Ｅ１において配線３６ａの一端側と電気的に接続されていると共に、当該配線３６ａの他端側は、ドライバＩＣ４０のＣＯＭに対応する出力端子と電気的に接続されている。
【００５８】
制御電極３７ａの内面上、共通電極３８の内面上には、樹脂などを材料として、夫々保護層５１、５２が形成されている。液晶レンズシート３０ａでは、図９に示すように、保護層５１、５２には、凹凸が設けられる。具体的には、サブ画素ＳＧ単位でみると、保護層５１の内面は凹型の湾曲した曲面に形成され、保護層５２の内面も凹型の湾曲した曲面に形成される。保護層５１の内面上、保護層５２の内面上には、夫々配向膜５３、５４が形成される。なお、制御電極３７ａと保護層５１、制御電極３８と保護層５２の積層関係は、どちらが上でも構わない。
【００５９】
図１０（ａ）は、制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加されたときにおける液晶レンズシート３０ａのサブ画素ＳＧ単位での断面図、図９でいえば、破線３０ａｐで囲まれる部分の拡大図である。制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加されると、図１０（ａ）に示すように、液晶分子４５は、保護層５１、５２の面に対し、略垂直に立つ状態となる。液晶分子４５は、サブ画素ＳＧの中央と両端において、殆どその傾きは変わらないので、液晶層３４全体の光の屈折率は一様であるとみることができる。しかし、サブ画素ＳＧの中央と両端において、液晶層３４の厚さは大きく変わる。サブ画素ＳＧの中央における液晶層３４の厚さをｄｃとし、サブ画素ＳＧの両端における液晶層３４の厚さをｄｖとすると、ｄｃ＞ｄｖとなり、サブ画素ＳＧの中央より両端にむけて、液晶層３４の厚さは、ｄｃからｄｖへと次第に小さくなる。よって、液晶レンズシート３０ａにおける液晶層３４の光学的特性は、図１０（ｂ）に示す凸型レンズ５６と同じ光学的特性、即ち、液晶表示パネルより出射した光Ｌを集光する特性を示すといえる。つまり、液晶レンズシート３０ａを用いることで、液晶層３４を凸型レンズ５６と同様の光学的効果をもたらすことができるので、光Ｌを集光して±Ｘ方向の視野角を狭くすることができる。
【００６０】
次に、液晶レンズシート３０ｂを用いた場合について述べる。図１１は、液晶レンズシート３０ｂの断面図である。液晶レンズシート３０ｂは、液晶レンズシート３０ａと比較して、保護層５１、５２、配向膜５３、５４の形状のみが異なり、その他の構成は全く同じ構成となる。
【００６１】
液晶レンズシート３０ｂにおいても、図１１に示すように、保護層５１、５２には、凹凸が設けられる。具体的には、サブ画素ＳＧ単位でみると、保護層５１の内面は凸型の湾曲した曲面に形成され、保護層５２の内面も凸型の湾曲した曲面に形成される。保護層５１の内面上、保護層５２の内面上には、夫々配向膜５３、５４が形成される。
【００６２】
図１２（ａ）は、制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加されたときにおける液晶レンズシート３０ｂのサブ画素ＳＧ単位での断面図、図１１でいえば、破線３０ｂｐで囲まれる部分の拡大図である。制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加されると、図１２（ａ）に示すように、液晶分子４５は、保護層５１、５２の面に対し、略垂直に立つ状態となる。この場合においても、液晶分子４５は、サブ画素ＳＧの中央と両端において、殆どその傾きは変わらないので、液晶層３４全体の光の屈折率は一様であるとみることができる。しかし、サブ画素ＳＧの中央と両端において、液晶層３４の厚さは大きく変わる。ここで、サブ画素ＳＧの中央における液晶層３４の厚さをｄｃとし、サブ画素ＳＧの両端における液晶層３４の厚さをｄｖとすると、ｄｃ＜ｄｖとなり、サブ画素ＳＧの中央より両端にむけて、液晶層３４の厚さは、ｄｃからｄｖへと次第に厚くなる。よって、液晶レンズシート３０ｂにおける液晶層３４の光学的特性は、図１２（ｂ）に示す凹型レンズ５７と同じ光学的特性、即ち、液晶表示パネルより出射した光Ｌを拡散する特性を示すといえる。つまり、液晶レンズシート３０ｂを用いることで、液晶層３４を凹型レンズ５７と同様の光学的効果をもたらすことができるので、光Ｌを拡散して±Ｘ方向の視野角を広くすることができる。
【００６３】
なお、第２実施形態に係る液晶レンズシート３０ａ、３０ｂについて、液晶層３４が上述したようなレンズ効果を有するために、保護層５１、５２の光の屈折率は、制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加されない状態、即ち、電圧非印加時には、液晶層３４の光の屈折率とほぼ等しくされ、制御電極３７ａ、３８間に電圧が印加された状態となるときは、液晶層３４の光の屈折率よりも小さくされる必要がある。従って、保護層５１、５２は、液晶層３４の液晶分子の短軸方向の屈折率と等しい屈折率を有するのが好ましい。
【００６４】
また、第１実施形態に係る液晶レンズシート３０で述べたのと同様、凸型レンズの機能を有する液晶レンズシート３０ａを用いることで、外光を集光することができるので、液晶表示装置１００の輝度を高めることができる。凹型レンズの機能を有する液晶レンズシート３０ｂを用いることで、外光を拡散することができるので、液晶表示装置１００の輝度を低くすることができる。
【００６５】
[変形例]
第２実施形態に係る液晶レンズシート３０ａ、３０ｂについて、保護層５１、５２の両方に、夫々凹凸状の曲面を形成するとしている。しかし、保護層５１、５２の両方に、夫々凹凸状の曲面を形成する代わりに、下側基板３１、上側基板３２のいずれか一方に保護層を設けて凹凸状の曲面を形成するとしても同様に、夫々、凸型レンズ又は凹型レンズと同様の光学的効果が得られる。以下に一例として、上側基板３２に凹形状の曲面を形成した場合について述べる。
【００６６】
図１３及び図１４は、第２実施形態の第１変形例に係る液晶レンズシート３０ｃを示している。液晶レンズシート３０ｃは、液晶レンズシート３０ａの変形例であり、上側基板３２にのみ、保護層５２を設け、凹形状の曲面が形成されてなる。従って、液晶層３４は、片面凸型レンズとなる。このようにすることで、図１３に示す光Ｌの経路からも明らかなように、光Ｌを集光して±Ｘ方向の視野角を狭くすることができる。また、図１４に示す光Ｌｉｎの経路に示すように、外光を集光することができる。このように、変形例に係る液晶レンズシート３０ｃでは、液晶レンズシート３０ａと同様の光学的効果を得ることができる。
【００６７】
図１５は、第２実施形態の第２変形例に係る液晶レンズシート３０ｄを示している。液晶レンズシート３０ｄでは、保護層５２に形成される凹状の曲面が、液晶表示パネル２０のブラックマトリクスＢＭに対応する位置にかかって形成されている。従って、液晶層３４は、ブラックマトリクスＢＭに対応する位置にかかった片面凸型レンズとなる。ブラックマトリクスＢＭは、液晶表示パネル２０において、一方のサブ画素ＳＧから他方のサブ画素ＳＧへの光の混入を防止するためのものであり、液晶表示パネル２０のサブ画素ＳＧ間に形成されている。液晶レンズシート３０ｄを用いることにより、液晶レンズシート３０ｃの光学的効果に加え、ブラックマトリクスＢＭに向けて入射してくる外光を、光Ｌｉｎｂの経路に示すように、液晶表示パネル２０のサブ画素内に集光することができる。つまり、従来は、液晶表示パネル２０に到達したときにブラックマトリクスＢＭに吸収されてしまう外光も表示に寄与させることができる。
【００６８】
また、本発明の液晶表示装置１００の構成としては、外光を反射シート１４で反射することにより、液晶表示パネル２０を照明することとしているが、これに限られるものではない。この代わりに、液晶表示装置１００をサブ画素毎に反射領域が設けられた半透過反射型又は完全反射型の液晶表示装置とし、外光を反射領域で反射することにより液晶表示パネル２０を照明することとしても、外光を集光・拡散するという本発明の液晶レンズシート３０〜３０ｄの光学的効果が得られるのは言うまでもない。
【００６９】
また、本発明の液晶レンズシート３０〜３０ｄにおける液晶層には、電圧印加時に垂直配向となるネマチック液晶が用いられるとしているが、この代わりに、電圧非印加時に垂直配向となるネマチック液晶を用いてもよい。この場合には、電圧印加時には、凹凸レンズの光学的効果は得られないが、非電圧印加時には、凹凸レンズの光学的効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、本発明の液晶表示装置１００の構成としては、上述した液晶レンズシート３０〜３０ｄが液晶表示パネル２０の上側基板２の外面上に配置される構成には限られず、代わりに、液晶レンズシート３０〜３０ｄを液晶表示パネル２０と照明装置１０の間に配置する構成とすることもできる。このように、液晶レンズシート３０〜３０ｄを液晶表示パネル２０と照明装置１０の間に配置しても、上述したような視野角を変える光学的効果を得ることができる。
【００７１】
[電子機器]
次に、本発明に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図１６を参照して説明する。
【００７２】
まず、本発明に係る液晶表示装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図１６（ａ）は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７１３とを備えている。
【００７３】
続いて、本発明に係る液晶表示装置１００を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図１６（ｂ）は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機７２０は、複数の操作ボタン７２１のほか、受話口７２２、送話口７２３とともに、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７２４を備える。
【００７４】
なお、本発明に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器としては、図１６（ａ）に示したパーソナルコンピュータや図１６（ｂ）に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る電気光学装置の構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る液晶レンズシートの平面図である。
【図３】第１実施形態に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図４】第１実施形態に係る液晶レンズシートの拡大断面図である。
【図５】第１実施形態に係る液晶レンズシートの拡大断面図である。
【図６】第１実施形態に係る液晶レンズシートの変形例を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る液晶レンズシートの変形例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る液晶レンズシートの平面図である。
【図９】第２実施形態に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る液晶レンズシートの拡大断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図１２】第２実施形態に係る液晶レンズシートの拡大断面図である。
【図１３】第２実施形態の第１変形例に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図１４】第２実施形態の第１変形例に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図１５】第２実施形態の第２変形例に係る液晶レンズシートの断面図である。
【図１６】本実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  導光板、  １２  プリズムシート、  １３  拡散シート、  １４  反射シート、  １５  光源部、  １６  ＬＥＤ、  ２０  液晶表示パネル、  ３０、液晶レンズシート、  １００  液晶表示装置
【図１】
2007052323.tif 000003
【図２】
2007052323.tif 000004
【図３】
2007052323.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007052323.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007052323.tif 000009
【図８】
2007052323.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2007052323.tif 000012
【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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