(57)【要約】【課題】視野角制御に優れ、低消費電力化が可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、液晶表示パネルと、位相制御液晶素子と、を備えている。液晶表示パネルは、アレイ基板と、対向基板と、第２液晶層と、を含んでいる。位相制御液晶素子は、第１基板と、第２基板と、第１液晶層と、を含み、液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられている。第１液晶層は、第１基板および第２基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の位相状態が異なるとともに、電位差上昇時から前記下降時に変わった後に上昇時の前記位相状態を維持する。【選択図】      図３
2007052258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の位相状態が異なるとともに、前記電位差上昇時から前記下降時に変わった後に前記上昇時の前記位相状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた位相制御液晶素子と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２液晶層は、前記電位差が第１電位差まで上昇した後、前記第１電位差と、この第１電位差から下降した第２電位差との間で、前記第１電位差時の前記位相状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１基板および第２基板間の電位差を第１電位差まで上昇させた後、前記第１電位差と、この第１電位差から下降した第２電位差との間に保持する駆動部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の拡散状態が異なるとともに、前記下降時に前記拡散状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられた輝度視角制御液晶素子と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２液晶層は、前記電位差が第１電位差まで上昇した後、前記第１電位差から下降し、かつ、前記第１電位差時の前記拡散状態と異なる第２電位差と、この第２電位差からさらに下降した第３電位差との間に保持することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１基板および第２基板間の電位差が第１電位差まで上昇した後、前記第１電位差から下降した第２電位差と、この第２電位差からさらに下降した第３電位差との間で、前記第２電位差時の前記拡散状態を維持させる駆動部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の位相状態が異なるとともに、前記電位差上昇時から前記下降時に変わった後に前記上昇時の前記位相状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた位相制御液晶素子と、
第３電極、および前記第３電極に重なった第３配向膜を有した第３基板と、前記第３基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第４電極、および前記第４電極に重なっているとともに前記第３配向膜と対向した第４配向膜を有した第４基板と、前記第３基板および第４基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の拡散状態が異なるとともに、前記下降時に前記拡散状態を維持する第３液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられた輝度視角制御液晶素子と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２液晶層は、前記電位差が第１電位差まで上昇した後、前記第１電位差と、この第１電位差から下降した第２電位差との間で、前記第１電位差時の前記位相状態を維持し、
前記第３液晶層は、前記電位差が第３電位差まで上昇した後、前記第３電位差から下降し、かつ、前記第３電位差時の拡散状態と異なる第４電位差と、この第４電位差からさらに下降した第５電位差との間で、前記第４電位差時の前記拡散状態を維持することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第１基板および第２基板間の電位差を第１電位差まで上昇させた後、前記第１電位差と、この第１電位差から下降した第２電位差との間に保持するとともに、前記第３基板および第４基板間の電位差を第３電位差まで上昇させた後、前記第３電位差から下降し、かつ、前記第３電位差時の拡散状態と異なる第４電位差と、この第４電位差からさらに下降した第５電位差との間に保持する駆動部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記位相制御液晶素子の表示モードは、ｎ型フェイズチェンジモードであることを特徴とする請求項１または７に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記輝度視角制御液晶素子の表示モードは、ポリマースタビライズドモード、熱効果型スメクティックモード、または光書き込み型コレステリックモードであることを特徴とする請求項４または７に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第１電極および第２電極はそれぞれ矩形状に形成され、
前記位相制御液晶素子は、
前記第１電極および第２電極の重なった入力領域と、
前記第１電極に接続されているとともにこの第１電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第１抵抗検出電極と、前記第１電極に直交して位置し、かつ、前記第２電極に接続されているとともにこの第２電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第２抵抗検出電極と、を含み、前記入力領域の押圧された個所の位置情報を検出する位置情報検出部と、を備えていることを特徴とする請求項１または７に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記アレイ基板に対向配置され、平行度の高い光を前記アレイ基板に出射するバックライトユニットと、
前記アレイ基板およびバックライトユニットの間に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の外面側に配置された第２偏光板と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記輝度視角制御液晶素子に対向配置され、平行度の高い光を前記輝度視角制御液晶素子に出射するバックライトユニットと、
前記輝度視角制御液晶素子およびバックライトユニットの間に配置された第１偏光板と、
前記対向基板の外面側に配置された第２偏光板と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記輝度視角制御液晶素子に対向配置され、平行度の高い光を前記輝度視角制御液晶素子に出射するバックライトユニットと、
前記輝度視角制御液晶素子およびバックライトユニットの間に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の外面側に配置された第２偏光板と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記第１基板および対向基板は、同一の基板で構成されていることを特徴とする請求項１または７に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は様々な分野に応用され、ノートパソコン、モニター、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、タブレットパソコン（ＰＣ）、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、複数の人で表示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（例えば３Ｍ製のライトコントロールフィルム）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、不特定の人に表示画像を見せることができない問題が生じる。
【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素子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。しかしながら、視野角制御液晶素子は、常時、高電圧若しくは高電流を印加することによって視野角制御を行うため、視野角制御を行うための消費電力が増加してしまう。  
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、視野角制御に優れ、低消費電力化が可能な液晶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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の位相状態が異なるとともに、前記電位差上昇時から前記下降時に変わった後に前記上昇時の前記位相状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた位相制御液晶素子と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の拡散状態が異なるとともに、前記下降時に前記拡散状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられた輝度視角制御液晶素子と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された第１液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の位相状態が異なるとともに、前記電位差上昇時から前記下降時に変わった後に前記上昇時の前記位相状態を維持する第２液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた位相制御液晶素子と、
第３電極、および前記第３電極に重なった第３配向膜を有した第３基板と、前記第３基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第４電極、および前記第４電極に重なっているとともに前記第３配向膜と対向した第４配向膜を有した第４基板と、前記第３基板および第４基板間に狭持され、かつ、これら両基板間の電位差の上昇時と下降時とでこれら両基板間を透過する光の拡散状態が異なるとともに、前記下降時に前記拡散状態を維持する第３液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられた輝度視角制御液晶素子と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、視野角制御に優れ、低消費電力化が可能な液晶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の第１の実施の形態に係る液晶表示装置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、位相制御液晶素子１、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、バックライトユニット５１、輝度視角制御液晶素子４、および駆動部５を備えている。
【００１３】
位相制御液晶素子１は、第１基板１１、この第１基板に所定の隙間を保持して対向配置された第２基板１２、および第１液晶層１３を有している。第１基板１１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第１シート１４ａと、この第１シート上に配設されているとともに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た第１電極１６ａと、この第１電極上に配設された第１配向膜１７ａと、を有している。第２基板１２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第２シート１４ｂ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１６ｂと、この第２電極上に配設された第２配向膜１７ｂと、を有している。第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂには、プレチルト角が８８°となるようラビングが施されている。
【００１４】
第１基板１１および第２基板１２は、第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂが対面するように対向配置され、複数の第１スペーサ１８により所定の隙間を置いて保持されている。第１スペーサ１８は、絶縁材料で構成されている。第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂは絶縁状態に維持されている。第１基板１１および第２基板１２は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ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Ｒ１を有している。第１基板１１および第２基板１２は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂの周縁部に配置されたシール材１９により互いに接合されている。第１液晶層１３は、第１基板１１、第２基板１２、およびシール材１９の間に狭持されている。
【００１５】
第１液晶層１３の層厚は、５．０μｍである。第１液晶層１３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の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０４２である。液晶分子の捩れ角は４５０°、捩れピッチは３．５７μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。
【００１６】
上記した第１液晶層１３は、第１基板１１および第２基板１２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１液晶層１３は、液晶分子の配向を制御することで視野角を制御している。第１液晶層１３の液晶分子の配向を制御する際は、位相制御液晶素子１に電圧を印加して、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間の電位差を制御することで行う。位相制御液晶素子１の表示モードは、ｎ型フェイズチェンジモードである。ｎ型フェイズチェンジモードについては後述する。
【００１７】
次に、上記位相制御液晶素子１の製造方法について説明する。  
用意した第１シート１４ａ上に第１電極１６ａを形成し、第１シートおよび第１電極上に第１配向膜１７ａを塗布する。その後、第１配向膜１７ａに配向処理としてラビングを施して第１基板１１を形成する。一方、第２基板１２において、用意した第２シート１４ｂ上に第２電極１６ｂを形成し、第２シートおよび第２電極上に第２配向膜１７ｂを塗布する。その後、第２配向膜１７ｂに配向処理としてラビングを施して第２基板１２を形成する。
【００１８】
次いで、第１基板１１または第２基板１２上にスペーサを散布した後、第１基板または第２基板周縁部に、例えば熱硬化型のシール材１９を塗布する。続いて、第１基板１１および第２基板１２を対向配置し、焼成する。これにより、第１基板１１および第２基板１２は接合される。その後、第１基板１１および第２基板１２間に液晶を充填する。充填する際、例えば、真空注入法等の方法を用い、シール材１９の一部に設けられた液晶注入口より液晶を注入して充填する。液晶注入口は封止材で封止する。
【００１９】
次に、位相制御液晶素子１の位置情報検出機能について説明する。  
図１および図２に示すように、位相制御液晶素子１は抵抗検出式タッチパネルとしても機能する。位相制御液晶素子１は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂの重なった入力領域Ｒ３と、位置情報検出部２を有している。
【００２０】
位置情報検出部２は、第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄを含み、入力領域Ｒ３の押圧された個所の位置情報を検出する機能を有している。第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂは、第１基板１１上の矩形状の第１電極（抵抗層）１６ａにそれぞれ接続されているとともにこの第１電極の対向する一対の辺に設けられている。第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄは、第２基板１２上の第１電極（抵抗層）１６ａにそれぞれ直交して位置し、かつ、矩形状の第２電極１６ｂに接続されているとともにこの第２電極の対向する一対の辺に設けられている。ここで、第２基板１２は、入力領域Ｒ３と重なった入力面Ｓを含んでいる。なお、後述するが、第２基板１２の入力面Ｓ上に第２偏光板４２が配置されている。
【００２１】
第２偏光板４２（位相制御液晶素子１）の外面が押圧されると第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂが接触するため、位置情報検出部２は、そのときの電極間の抵抗（第１抵抗検出電極１５ａおよび第２抵抗検出電極１５ｃ間、第１抵抗検出電極１５ａおよび第２抵抗検出電極１５ｄ間、第１抵抗検出電極１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ間、並びに第１抵抗検出電極１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｄ間の４通り）を計測することにより、押圧された個所の位置情報を検出することができる。第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄは、Ａｌ、Ｍｏ等低抵抗のメタルを蒸着若しくはスパッタリング法にて成膜した後、パターニングして形成される。これにより、位相制御液晶素子１が完成する。
【００２２】
液晶表示パネル３は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードの液晶表示パネルとして構成されている。液晶表示パネル３は、第３基板としてのアレイ基板２１、第４基板としての対向基板２２、および第２液晶層２３を備えている。アレイ基板２１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板２４と、このガラス基板上に形成された複数の画素電極２５と、これら各画素電極２５を含むガラス基板上に形成された配向膜２６と、を有している。また、アレイ基板２１は、ガラス基板２４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薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）等を有している。対向基板２２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板２７と、このガラス基板上に形成された共通電極２８と、共通電極およびガラス基板上に形成された配向膜２９と、を有している。この実施の形態において、第１シート１４ａおよびガラス基板２７は一体に形成されている。このため、位相制御液晶素子１の第１基板１１および液晶表示パネル３の対向基板２２は透明な共通基板７１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。画素電極２５および共通電極２８は、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜２６および配向膜２９には、プレチルト角が５°となるようラビングが施されている。
【００２３】
アレイ基板２１および対向基板２２は、複数の第２スペーサ３０により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板２１および対向基板２２は、画素電極２５および共通電極２８が対向しているとともに、画像を表示する表示領域Ｒ２を有している。この実施の形態において、表示領域Ｒ２は、上述した位相制御領域Ｒ１と重なっている。アレイ基板２１および対向基板２２は、表示領域Ｒ２の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材３１により互いに接合されている。第２液晶層２３は、アレイ基板２１、対向基板２２、およびシール材３１の間に狭持されている。
【００２４】
第２液晶層２３の層厚は、５．０μｍである。第２液晶層２３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の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０９２である。液晶分子の捩れ角は９０°、捩れピッチは６０μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。
【００２５】
表示領域Ｒ２内において、アレイ基板２１および対向基板２２の一方の基板には、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３は、カラー表示が可能である。
【００２６】
アレイ基板２１の外面（外面側）には第１偏光板４１が配置され、第２基板１２の外面（外面側）には第２偏光板４２が配置されている。第１偏光板４１および第２偏光板４２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３は、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。
【００２７】
バックライトユニット５１はアレイ基板２１の外面側に設けられている。バックライトユニット５１は、第１偏光板４１と対向しているとともに導光板を含む導光体５２、この導光体の一側縁に対向配置された光源５３、および反射板５４を有している。
【００２８】
バックライトユニット５１は、導光体５２表面に対向して配置された高集光性のプリズムシート５５（図１０および図１１）を有している。プリズムシート５５は、導光体５２から出射されるバックライト光の平行度（指向性）を高める機能を有している。プリズムシート５５は、通常ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）用の液晶表示装置などに用いるプリズムシートより平行度を高める構造である。プリズムシート５５としては、例えば、長瀬産業製のコリメートシート等、出射されるバックライト光の平行度が極めて高くなるものが用いられる。
【００２９】
輝度視角制御液晶素子４はバックライトユニット５１および第１偏光板４１間に配設されている。輝度視角制御液晶素子４は、第５基板８１、第６基板８２、および第３液晶層８３を備えている。第５基板８１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板８４ａと、このガラス基板上に形成された第３電極８５ａと、第３電極を含むガラス基板上に形成された配向膜８６ａと、を有している。第６基板８２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板８４ｂと、このガラス基板上に形成された第４電極８５ｂと、第４電極およびガラス基板上に形成された配向膜８６ｂと、を有している。第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜８６ａおよび配向膜８６ｂには、ラビングが施されている。
【００３０】
第５基板８１および第６基板８２は、複数の第３スペーサ８７により所定の隙間を保持して対向配置されている。第５基板８１および第６基板８２は、第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂが対向しているとともに、輝度視角制御液晶素子４を透過するバックライトユニット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Ｒ４を有している。この実施の形態において、光拡散制御領域Ｒ４は、上述した表示領域Ｒ２と重なっている。
【００３１】
第５基板８１および第６基板８２は、光拡散制御領域Ｒ４の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材８８により互いに接合されている。第３液晶層８３は、第５基板８１、第６基板８２、およびシール材８８の間に狭持されている。
【００３２】
ここで、この実施の形態に係る第３液晶層８３について説明する。第３液晶層８３の層厚は、２５μｍである。第３液晶層８３は、屈折率異方性の差（Δｎ）が０．２３である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８３の液晶材料は室温状態では透明な液体である。
【００３３】
第５基板８１、第６基板８２、およびシール材８８の間に第３液晶層８３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８３の液晶分子の配向はほぼランダムとみなすことができる。形成されたポリマの屈折率は析出した液晶分子の常光屈折率に等しい。
【００３４】
上記のように構成された輝度視角制御液晶素子４の第５基板８１は、バックライトユニット５１に対向して配置されている。第６基板８２は、第１偏光板４１に対向して配置されている。ここで、第６基板８２は、例えば図示しない糊を介して第２偏光板４２に貼り合わせても良い。  
駆動部５は、液晶表示パネル３を駆動して表示状態を制御する。駆動部５は、表示モードのパターンに対応して位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４を駆動する。
【００３５】
ここで、本願発明者等は、上記位相制御液晶素子１に駆動電圧を印加して輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加しない状態と、位相制御液晶素子に駆動電圧を印加しないで輝度視角制御液晶素子に駆動電圧を印加した状態と、の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査し、消費電力を測定した。
【００３６】
その際、駆動部５は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル３を駆動した。位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加する際、駆動部５は、駆動電圧５Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して３Ｖに保持して位相制御液晶素子を駆動し、駆動電圧４Ｖにて輝度視角制御液晶素子を駆動する。また、バックライトユニット５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。
【００３７】
まず、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に駆動電圧５Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して駆動電圧を下げ３Ｖの印加を保持した状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧を印加していない状態の第１パターン表示モードにおける各種表示特性および消費電力について説明する。
【００３８】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ２と十分高い。このことから、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けない液晶表示装置と同等の高い値が得られる。上記第１パターン表示モード時の消費電力は、１．７０４Ｗである。
【００３９】
次に、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に駆動電圧を印加しない状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧４Ｖを印加した状態の第２パターン表示モードにおける各種表示特性について説明する。
【００４０】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示を全く識別できない状態となった。
【００４１】
また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ２であり、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。また、正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶素子１を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶素子に電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。上記第２パターン表示モード時の消費電力は、１．７０５Ｗである。
【００４２】
次に、位相制御液晶素子１の表示モードである上記ｎ型フェイズチェンジモードについて説明する。  
図３に示すように、表示特性は、位相制御液晶素子１に印加される駆動電圧（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間の電位差）に応じて異なるが、特に、駆動電圧の上昇時と下降時とでも表示特性が異なる。駆動電圧の上昇時は線ｌ１に示すように表示特性が変化し、駆動電圧の下降時は線ｌ２に示すように表示特性が変化する。この表示特性の変化は、位相制御液晶素子１を透過する光の位相状態の変化でもあり、第１液晶層１３の作用によるものである。
【００４３】
第１液晶層１３は、駆動部５の駆動の元、駆動電圧上昇時からか下降時に変わった後にヒステリシスを利用して上昇時の位相状態を維持するメモリ機能を有している。より詳しくは、第１液晶層１３は、駆動電圧が電圧Ｖ４まで上昇した後、電圧Ｖ４と、この電圧Ｖ４から下降した電圧Ｖ１との間で電圧Ｖ４時の位相状態に維持している。この実施の形態では、電圧Ｖ２に保持して電圧Ｖ４時の位相状態を維持している。
【００４４】
電圧Ｖ１は電圧Ｖ４時の位相状態を維持できるしきい値電圧であり、電圧Ｖ３は線ｌ２の表示特性（位相状態）を得るためのしきい値電圧である。この実施の形態で、電圧Ｖ１は、１．５Ｖ、電圧Ｖ２は上記３Ｖ、電圧Ｖ３は４Ｖ、電圧Ｖ４は上記５Ｖである。なお、言うまでもないが、ヒステリシスを利用する場合は、Ｖ４に限らず、少なくともＶ３まで上昇させれば良い。
【００４５】
また、上記第１パターン表示モード時の表示特性は線ｌ２で示されるため、位相制御液晶素子１を透過する光は拡散することが判る。上記第２パターン表示モード時は第１パターン表示モード時と反対に位相制御液晶素子１を透過する光は集束することが判る。これにより、第１パターン表示モード時は視野角の広い画像表示となり、また、第２パターン表示モード時は正面輝度の高い画像表示となることが判る。
【００４６】
次に、位相制御液晶素子１がこの位相制御液晶素子を透過する光の位相状態を制御することにより、液晶表示装置の視野角を制御する原理について、図４ないし図９を用いて説明する。
【００４７】
視野角特性のなかで特に重要な特性は、コントラスト視角特性および輝度視角特性である。このうち、コントラスト視角特性は黒色表示時の視角特性に大きく左右される。ＴＮモードのように液晶分子６１がほぼ垂直に配列した状態を用いる表示モードにおいては、優れた黒色表示特性得るため、液晶分子がほぼ垂直に配列した状態にて黒色表示をすることが多い。しかしながら、液晶分子６１がほぼ垂直に配列した状態では、斜め視野において位相差が発生する。およそ液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）と液晶層厚と視角を乗じた位相差が発生する。
【００４８】
本実施形態の場合、＋４８０ｎｍ（×視角）の位相差が発生している。しかしながら、第１液晶層１３に電圧を印加していない状態での位相差（図４および図５）は−４８０ｎｍ（×視角）となるため、第２液晶層２３の位相差と合わせた位相差はゼロとなる。上記したことから、第１液晶層１３を備えた位相制御液晶素子１を設けることにより、この位相制御液晶素子を設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を広くすることができる。
【００４９】
一方で、第１液晶層１３に電圧を印加し、液晶分子の振れを解き、液晶分子をほぼ垂直に配向させた状態（図８および図９）では、第２液晶層２３同様、正の一軸性となる（＋６４０ｎｍ）。このため、第２液晶層２３の位相差と合わせた位相差は＋１１２０ｎｍとなる。上記したことから、第１液晶層１３を備えた位相制御液晶素子１を設けることにより、この位相制御液晶素子を設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を著しく狭くすることができる。
【００５０】
次に、輝度視角制御液晶素子４が、この輝度視角制御液晶素子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角を制御できる原理について、図１０および図１１を用いて説明する。  
輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧が印加されていない状態（図１０）において、ネマティック液晶の液晶分子６１の配向はほぼランダムである。このため、屈折率は、常光屈折率および異常光屈折率の平均となる。これに対し、ポリマ９１の屈折率は析出した液晶分子６１の常光屈折率に等しい。このため、屈折率異方性の差（Δｎ）は、上述した屈折率異方性の差（Δｎ）の半分、つまり０．１１５程度となり、屈折率に差が生じることとなる。
【００５１】
また、ポリマ９１は、ランダムな３次元構造からなっているので、プリズムシート５５を透過したバックライト光は、輝度視角制御液晶素子４にて拡散される。このため、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合と同様、広い輝度視角が得られる。
【００５２】
第３液晶層８３の液晶分子６１がほぼ垂直に配向するよう、輝度視角制御液晶素子４に十分な駆動電圧が印加されている状態（図１１）において、液晶分子の配向はほぼ垂直となる。このため、第３液晶層８３に入射する光の進行方向に対する屈折率は常光屈折率となる。これに対し、ポリマ９１の屈折率は析出した液晶分子６１の常光屈折率に等しい。このため、ポリマ９１および液晶分子６１間に屈折率差は生じず、プリズムシート５５を透過したバックライト光は輝度視角制御液晶素子４をそのまま透過する。
【００５３】
上述したように、プリズムシート５５により十分に高められた平行度の高い光を液晶表示パネル３（図１）に出射できる。このため、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに狭い輝度視角が得られる。この際、正面輝度は、輝度視角を絞っている分、その従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに高くなる。
【００５４】
上記のように構成されたメモリ機能を有した位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４を備えた液晶表示装置によれば、位相制御液晶素子に印加する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。視野角の広い第１パターン表示モードの際、第１液晶層１３は、駆動電圧を５Ｖまで上昇させた後、３Ｖに保持して５Ｖ時の位相状態を維持している。第１パターン表示モード時に位相制御液晶素子１に印加する電圧を小さくすることができるため、低消費電力化が可能である。なお、液晶表示装置の表示モードのパターンを制御する際は、消費電力を増大させることなくスイッチやボリューム１つで制御することができる。
【００５５】
位相制御液晶素子１は、第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、位相制御液晶素子１を透過する光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶素子１は視野角やコントラスト視角も制御できる。
【００５６】
このため、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、表示モードのパターンを切替えることにより、他人に表示内容識別されては困る場合には視野角を狭く、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。
【００５７】
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、ネマティック液晶を略垂直から水平配向、傾斜配向およびこれらに捩れを有する配向へと制御する液晶表示装置において、第１偏光板４１および第２偏光板４２は、ネマティク液晶が略垂直に配向した状態（電圧印加状態）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２液晶層２３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への視野においては、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。
【００５８】
また、第１液晶層１３において、液晶材料の屈折率異方性の差（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１液晶層１３は、第２液晶層２３と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間に電圧を印加していない状態において、第１液晶層１３は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。
【００５９】
従って、この状態では、略垂直に配向した状態の第２液晶層２３の位相差を第１液晶層１３が補償することにより、斜め方向の視野におけるコントラストの低下を抑制することができる。特に、第２液晶層２３の位相差の絶対値、および第１液晶層１３の位相差の絶対値が一致しているとその効果は最大となる。また、第１液晶層１３および第２液晶層２３の捩れ方向を一致させることにより、第１液晶層１３は液晶表示パネル３（ＴＮモード）の左右視角を拡大するように作用する。
【００６０】
上記した効果は、第１液晶層１３の液晶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。位相制御液晶素子１に電圧を印加した状態で、液晶分子を第１基板１１平面および第２基板１２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合。若しくは、位相制御液晶素子１に電圧を印加しない状態で液晶分子を第１基板１１平面および第２基板１２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合である。
【００６１】
位相制御液晶素子１は、液晶表示パネル３および第２偏光板４２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４２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１４ｂ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、位相制御液晶素子１および第２偏光板４２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、位相制御液晶素子１および第２偏光板４２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。
【００６２】
また、位相制御液晶素子１および液晶表示パネル３間も同様に、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。位相制御液晶素子１の第１シート１４ａおよび第２シート１４ｂ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、位相制御液晶素子は、図示しない糊を介して液晶表示パネル３に貼り付ければ良い。
【００６３】
位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４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電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。輝度視角制御液晶素子４により視野角を狭く制御した状態（第３液晶層８３が透明に制御された状態）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、バックライト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。
【００６４】
第３液晶層８３に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８６ａ、８６ｂによる配向制御は必要ない。しかしながら、第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂを保護し、かつ、第３液晶層８３の保持特性を高めるためにも配向膜８６ａ、８６ｂ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。
【００６５】
第１電極１６ａ、第２電極１６ｂ、第３電極８５ａ、および第４電極８５ｂは、それぞれ一体に形成されている。このため、位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４の消費電力は液晶表示パネル３の消費電力と比較しても十分に少なく、また、製造も容易である。このため、ガラス基板８４ａ、８４ｂ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角制御液晶素子４を構成することも容易である。この場合、液晶表示装置全体の厚みおよび重量をより軽減できる。
【００６６】
位相制御液晶素子１は、従来の抵抗検出式タッチパネル内に第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂを形成し、第１液晶層１３を狭持して構成されている。従って、第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂの形成、および液晶注入に係わる工程以外、位相制御液晶素子１は、従来の抵抗検出式タッチパネルの製造工程、および部材にて製造することができる。このため、液晶表示装置全体の重量および厚みを増加させることなく形成することができる。また、製造コストを殆ど増大させることなく液晶表示装置を形成することができる。
【００６７】
位相制御液晶素子１は位置情報検出部２を有している。このため、位置情報検出部２により、入力領域Ｒ３の押圧された個所の位置情報を良好に検出することができる。位相制御液晶素子１は、第１液晶層１３を狭持して構成されているが、従来の抵抗検出式タッチパネル同様、押圧された個所の位置情報を良好に検出することができる。
【００６８】
第１基板１１および対向基板２２は共通基板７１を有し、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。
【００６９】
次に、第２の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７０】
液晶表示装置は、位相制御液晶素子１、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、バックライトユニット５１、輝度視角制御液晶素子４、および駆動部５を備えている。  
位相制御液晶素子１の第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂには、プレチルト角が５°となるようラビングが施されている。
【００７１】
第１液晶層１３の層厚は、５．０μｍである。第１液晶層１３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の差（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。
【００７２】
位相制御液晶素子１は位置情報検出機能を有している。第１液晶層１３は、第１基板１１および第２基板１２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。なお、第１液晶層１３は、上述したメモリ機能を有していない。
【００７３】
輝度視角制御液晶素子４の第３液晶層８３について説明する。  
第３液晶層８３の層厚は、１０．０μｍである。第３液晶層８３は、屈折率異方性の差（Δｎ）が０．２１であるネマティック液晶に光架橋性ポリマ（polymer）を２．０ｗｔ％溶解した材料にカイラル材が５ｗｔ％添加された液晶材料で構成されている。
【００７４】
第３液晶層８３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上記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の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．２０である。液晶分子の捩れ角は１０回転、捩れピッチＰは１．０μｍである。
【００７５】
屈折率異方性の差Δｎと捩れピッチＰの積ΔｎＰは、０．２μｍであり、旋光性はほぼゼロとなる。また、平均屈折率ｎと捩れピッチＰの積ｎＰは、１．５μｍであり、選択反射波長は赤外線の領域にある。第３液晶層８３の液晶材料は室温状態では透明な液体である。第５基板８１および第６基板８２間に液晶材料を注入する際、液体状態で、真空注入法等の従来から知られている注入方法を用いて行う。
【００７６】
輝度視角制御液晶素子４の表示モードはポリマースタビライズドモードであり、正式にはＰＳＣＴ（Polymer Stabilized Cholesteric Texture）モードである。ＰＳＣＴモードについては後述する。
【００７７】
ここで、本願発明者等は、上記位相制御液晶素子１に駆動電圧を印加しないで輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加した状態と、位相制御液晶素子に駆動電圧を印加して輝度視角制御液晶素子に駆動電圧を印加しない状態と、の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査し、消費電力を測定した。
【００７８】
その際、駆動部５は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル３を駆動した。位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加する際、駆動部５は、駆動電圧８Ｖにて位相制御液晶素子を駆動し、駆動電圧２０Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して３Ｖに保持して輝度視角制御液晶素子を駆動する。また、バックライトユニット５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。
【００７９】
まず、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に駆動電圧を印加しない状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧２０Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して駆動電圧を下げ３Ｖの印加を保持した状態の第１パターン表示モードにおける各種表示特性および消費電力について説明する。
【００８０】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ２と十分高い。このことから、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けない液晶表示装置と同等の高い値が得られる。上記第１パターン表示モード時の消費電力は、１．７００Ｗである。
【００８１】
次に、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に駆動電圧８Ｖを印加した状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧を印加しない状態の第２パターン表示モードにおける各種表示特性および消費電力について説明する。
【００８２】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示を全く識別できない状態となった。
【００８３】
また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ２であり、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。また、正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶素子１を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶素子に電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。上記第２パターン表示モード時の消費電力は、１．７０９Ｗである。
【００８４】
次に、輝度視角制御液晶素子４の表示モードである上記ＰＳＣＴモードについて説明する。  
図１２に示すように、表示特性は、輝度視角制御液晶素子４に印加する駆動電圧（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に応じて異なるが、特に、駆動電圧の上昇時と下降時とでも表示特性が異なる。駆動電圧の上昇時は線ｌ３に示すように表示特性が維持され、駆動電圧の下降時は線ｌ４に示すように表示特性が変化する。この表示特性の変化は、輝度視角制御液晶素子４を透過する光の拡散状態の変化でも有り、第３液晶層８３の作用によるものである。
【００８５】
第３液晶層８３は、駆動部５の制御の元、駆動電圧下降時にヒステリシスを利用して拡散状態を維持するメモリ機能を有している。より詳しくは、第３液晶層８３は、駆動電圧が電圧Ｖ５まで上昇した後、電圧Ｖ５から下降した電圧Ｖ３と、この電圧Ｖ３からさらに下降した電圧Ｖ１との間の電圧Ｖ２で電圧Ｖ３時の拡散状態を維持している。
【００８６】
電圧Ｖ１は電圧Ｖ３時の拡散状態を維持できるしきい値電圧であり、駆動電圧下降時の電圧Ｖ３から電圧Ｖ１は輝度視角制御液晶素子４を透過する光を十分に拡散できる電圧であり、電圧Ｖ４は線ｌ４の表示特性を得るためのしきい値電圧である。この実施の形態で、電圧Ｖ１は、１Ｖ、電圧Ｖ２は上記３Ｖ、電圧Ｖ３は１１Ｖ、電圧Ｖ４は１５Ｖ、電圧Ｖ５は上記２０Ｖである。なお、言うまでもないが、ヒステリシスを利用する場合は、Ｖ５に限らず、少なくともＶ４まで上昇させれば良い。
【００８７】
また、上記第１パターン表示モード時の表示特性は線ｌ４で示されるため、輝度視角制御液晶素子４を透過する光は拡散することが判る。上記第２パターン表示モード時は第１パターン表示モード時と反対に、輝度視角制御液晶素子４を透過する光は集光することが判る。これにより、第１パターン表示モード時は視野角の広い画像表示となり、また、第２パターン表示モード時は正面輝度の高い画像表示となることが判る。
【００８８】
次に、輝度視角制御液晶素子４がこの輝度視角制御液晶素子４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角を制御できる原理について図１３および図１４を用いて説明する。
【００８９】
第３液晶層８３にポリマ９１が形成されている。ポリマ９１は、液晶材料を第５基板８１および第６基板８２間に注入した後、注入された液晶材料全体に紫外線を照射することで形成される。また、コレステリック液晶が析出される。
【００９０】
輝度視角制御液晶素子４に印加される駆動電圧が少なくとも電圧Ｖ４まで上昇した後、電圧Ｖ４から下降した電圧Ｖ３と、この電圧Ｖ３からさらに下降した電圧Ｖ１との間で電圧Ｖ３時の拡散状態を維持している状態（図１３）において、コレステリック液晶の螺旋状に配列した複数の液晶分子６１の中心軸の延出方向はほぼランダムである。ポリマ９１の屈折率は析出した液晶分子６１の常光屈折率に等しい。このため、第１パターン表示モード時において、輝度視角制御液晶素子４を透過するバックライト光は拡散する。
【００９１】
輝度視角制御液晶素子４に、０Ｖまたは０ＶからＶ３までの範囲内で駆動電圧が印加されている状態（図１４）において、螺旋状に配列した複数の液晶分子６１の中心軸の延出方向は、第５基板８１の平面および第６基板８２の平面にほぼ垂直に交わる。このため、第２パターン表示モード時において、輝度視角制御液晶素子４を透過するバックライト光は集束する。
【００９２】
上記のように構成された位相制御液晶素子１およびメモリ機能を有した輝度視角制御液晶素子４を備えた液晶表示装置によれば、輝度視角制御液晶素子に印加する電圧を制御することにより、容易に輝度視角を制御することができる。標準的な正面輝度が得られる第１パターン表示モードの際、第３液晶層８３は、駆動電圧を２０Ｖまで上昇させた後、３Ｖに保持して１１Ｖ時の拡散状態を維持している。第１パターン表示モード時に輝度視角制御液晶素子４に印加する電圧を小さくすることができるため、低消費電力化が可能である。
【００９３】
位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４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角を同時に制御することが可能となる。第１液晶層１３は、位相制御液晶素子１を透過する光の位相差や進行方向を制御できる。そして、位相制御液晶素子１は視野角やコントラスト視角を制御できる。このため、表示モードのパターンを切替えることにより、他人に表示内容を識別されては困る場合には視野角を狭く、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を広くすることができる。
【００９４】
次に、第３の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９５】
液晶表示装置は、位相制御液晶素子１、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、バックライトユニット５１、輝度視角制御液晶素子４、および駆動部５を備えている。位相制御液晶素子１は、第１の実施の形態の位相制御液晶素子と同一であり、メモリ機能を有している。輝度視角制御液晶素子４は、第２の実施の形態の輝度視角制御液晶素子と同一であり、メモリ機能を有している。
【００９６】
ここで、本願発明者等は、上記位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加した状態と、位相制御液晶素子および輝度視角制御液晶素子に駆動電圧を印加しない状態と、の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査し、消費電力を測定した。
【００９７】
その際、駆動部５は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル３を駆動した。位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加する際、駆動部５は、駆動電圧５Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して３Ｖに保持して位相制御液晶素子を駆動し、駆動電圧２０Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して３Ｖに保持して輝度視角制御液晶素子を駆動する。また、バックライトユニット５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。
【００９８】
まず、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に駆動電圧５Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して駆動電圧を下げ３Ｖの印加を保持した状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧２０Ｖを印加した後、ヒステリシスを利用して駆動電圧を下げ３Ｖの印加を保持した状態の第１パターン表示モードにおける各種表示特性および消費電力について説明する。
【００９９】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ２と十分高い。このことから、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けない液晶表示装置と同等の高い値が得られる。上記第１パターン表示モード時の消費電力は、１．７０４Ｗである。
【０１００】
次に、位相制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）および輝度視角制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に駆動電圧を印加しない状態の第２パターン表示モードにおける各種表示特性および消費電力について説明する。
【０１０１】
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示を全く識別できない状態となった。
【０１０２】
また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ２であり、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。また、正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶素子１を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶素子に電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。上記第２パターン表示モード時の消費電力は、１．７００Ｗである。
【０１０３】
上記のように構成された位相制御液晶素子１およびメモリ機能を有した輝度視角制御液晶素子４を備えた液晶表示装置によれば、位相制御液晶素子に印加する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、輝度視角制御液晶素子４に印加する電圧を制御することにより、容易に輝度視角を制御することができる。
【０１０４】
標準的な正面輝度が得られる第１パターン表示モードの際、第１液晶層１３は、駆動電圧を５Ｖまで上昇させた後、３Ｖに保持して５Ｖ時の位相状態を維持し、また、第３液晶層８３は、駆動電圧を２０Ｖまで上昇させた後、３Ｖに保持して１１Ｖ時の拡散状態を維持している。第１パターン表示モード時に位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に印加する電圧を小さくすることができるため、低消費電力化が可能である。
【０１０５】
位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４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角を同時に制御することが可能となる。第１液晶層１３は、位相制御液晶素子を透過する光の位相差や進行方向を制御できる。そして、位相制御液晶素子１は視野角やコントラスト視角を制御できる。このため、表示モードのパターンを切替えることにより、他人に表示内容を識別されては困る場合には視野角を狭く、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を広くすることができる。
【０１０６】
次に、比較例１として、位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４を除いて構成された以外は、上述した実施の形態に係る液晶表示装置と同様に構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性および消費電力について説明する。３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±４０°と広くも狭くもない特性が得られる。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ２と十分高い。また、正面コントラストは５００：１である。画像表示時の消費電力は１．７００Ｗである。
【０１０７】
次に、比較例２として、液晶表示装置は、位相制御液晶素子１の表示モードがｐ型フェイズチェンジモードであり、輝度視角制御液晶素子４の表示モードがポリマーネットワークモードであり、正式にはＰＮＬＣ（Polymer Network Liquid Crystal）モードである以外は、上述した実施の形態に係る液晶表示装置と同様に構成されている。なお、位相制御液晶素子１はヒステリシスを利用して位相状態を維持するメモリ機能を有しておらず、輝度視角制御液晶素子４はヒステリシスを利用して拡散状態を維持するメモリ機能を有していない。
【０１０８】
ここで、本願発明者等は、上記位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加しない状態と、位相制御液晶素子および輝度視角制御液晶素子に駆動電圧を印加した状態と、の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査し、消費電力を測定した。
【０１０９】
その際、駆動部５は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル３を駆動した。位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加する際、駆動部５は、駆動電圧８Ｖにて位相制御液晶素子を駆動し、駆動電圧４Ｖにて輝度視角制御液晶素子を駆動する。また、バックライトユニット５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。
【０１１０】
まず、位相制御液晶素子１および輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧を印加しない状態の各種表示特性および消費電力について説明する。  
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ２と十分高い。このことから、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けない液晶表示装置と同等の高い値が得られる。駆動電圧を印加しない状態での消費電力は、１．７０４Ｗである。
【０１１１】
次に、位相制御液晶素子１に駆動電圧８Ｖを印加した状態であるとともに、輝度視角制御液晶素子４に駆動電圧４Ｖを印加した状態の各種表示特性および消費電力について説明する。  
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示を全く識別できない状態となった。
【０１１２】
また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ２であり、輝度視角制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。また、正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶素子１を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶素子に電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。駆動電圧を印加した状態での消費電力は、１．７１５Ｗであり、位相制御液晶素子１や輝度視角制御液晶素子４を設けない構造とした場合よりも大きな値を示した。
【０１１３】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図１６に示すように、液晶表示装置は、位相制御液晶素子１、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、バックライトユニット５１、および駆動部５を備えていれば良い。位相制御液晶素子１の表示モードは、ｎ型フェイズチェンジモードであり、位相制御液晶素子はヒステリシスを利用して位相状態を維持するメモリ機能を有していれば良い。
【０１１４】
また、図１６に示した液晶表示装置では、図１７に示すように、第１基板１１および対向基板２２は共通基板７１を有していても良い。第１基板１１および対向基板２２を同一の共通基板７１で構成することにより、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。位置情報検出機能が無くとも良い場合、位相制御液晶素子１は位置情報検出部２を設けずに形成されても良い。
【０１１５】
上述した実施の形態では、輝度視角制御液晶素子４の表示モードは、ＰＳＣＴモードであるが、これに限らず、熱効果型スメクティックモード、または光書き込み型コレステリックモードであっても良い。つまり、輝度視角制御液晶素子４はヒステリシスを利用して拡散状態を維持するメモリ機能を有していれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】この発明の第１、第２、第３の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。
【図２】図１に示した位相制御液晶素子の概略平面図。
【図３】図１に示した位相制御液晶素子に印加される駆動電圧に対する表示特性の変化をグラフで示した図。
【図４】図１に示した第１液晶層に電圧が印加されていない状態における第１液晶層の断面構造概略図。
【図５】図４に示した液晶分子の平均的屈折率楕円体を示す図。
【図６】図１に示した第２液晶層の液晶分子が垂直に配向した場合における第２液晶層の断面構造概略図。
【図７】図６に示した液晶分子の平均的屈折率楕円体を示す図。
【図８】図１に示した第１液晶層に電圧が印加されている状態における第１液晶層の断面構造概略図。
【図９】図８に示した液晶分子の平均的屈折率楕円体を示す図。
【図１０】図１に示した第３液晶層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放出される光の光路を説明するための図。
【図１１】図１に示した第３液晶層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放出される光の光路を説明するための図。
【図１２】この発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の輝度視角制御液晶素子に印加される駆動電圧に対する表示特性の変化をグラフで示した図。
【図１３】輝度視角制御液晶素子に、図１２に示したＶ４以上の駆動電圧を印加した後、電圧を下げてＶ１からＶ３の範囲内で駆動電圧を保持し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放出される光の光路を説明するための図。
【図１４】輝度視角制御液晶素子に、図１２に示した０Ｖまたは０ＶからＶ３までの範囲内で駆動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放出される光の光路を説明するための図。
【図１５】この発明の比較例２における位相制御液晶素子および輝度視角制御液晶素子に印加される駆動電圧に対する表示特性の変化をグラフで示した図。
【図１６】この発明の実施の形態に係る液晶表示装置の変形例を示す断面図。
【図１７】この発明の実施の形態に係る液晶表示装置の他の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【０１１７】
１…位相制御液晶素子、２…位置情報検出部、３…液晶表示パネル、４…輝度視角制御液晶素子、１１…第１基板、１２…第２基板、１３…第１液晶層、１４ａ…第１シート、１４ｂ…第２シート、１５ａ，１５ｂ…第１抵抗検出電極、１５ｃ，１５ｄ…第２抵抗検出電極、１６ａ…第１電極、１６ｂ…第２電極、２１…アレイ基板、２２…対向基板、２３…第２液晶層、４１…第１偏光板、４２…第２偏光板、５１…バックライトユニット、８１…第５基板、８２…第６基板、８３…第３液晶層、８４ａ…ガラス基板、８４ｂ…ガラス基板、８５ａ…第３電極、８５ｂ…第４電極。
【図１】
2007052258.tif 000003
【図２】
2007052258.tif 000004
【図３】
2007052258.tif 000005
【図４】
2007052258.tif 000006
【図５】
2007052258.tif 000007
【図６】
2007052258.tif 000008
【図７】
2007052258.tif 000009
【図８】
2007052258.tif 000010
【図９】
2007052258.tif 000011
【図１０】
2007052258.tif 000012
【図１１】
2007052258.tif 000013
【図１２】
2007052258.tif 000014
【図１３】
2007052258.tif 000015
【図１４】
2007052258.tif 000016
【図１５】
2007052258.tif 000017
【図１６】
2007052258.tif 000018
【図１７】
2007052258.tif 000019