(57)【要約】【課題】光の進行方向を制御できる光学シート、光学シートを備えた電界制御型パネル、電界制御型パネルを備えた照明装置、照明装置を備えた液晶表示装置、および光学シートの製造方法を提供する。【解決手段】光学シート５０は、光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面Ｓ１に形成された等方性媒体層５１と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面Ｓ２に形成された異方性媒体層５２と、を有している。等方性媒体層５１および異方性媒体層５２は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層されている。【選択図】図１
2007047205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が表面に形成された等方性媒体層と、
光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が表面に形成された異方性媒体層と、を備え、
前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層されている光学シート。
【請求項２】
前記等方性媒体層は前記第１表面の反対側に位置した滑らかな第３表面を有し、前記異方性媒体層は前記第２表面の反対側に位置した滑らかな第４表面を有している請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記光学シートは、この光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、この光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる請求項１または２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記各凹部の中心の複数個所を通る中心線は、前記第２方向と略平行に延びている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項５】
前記複数の凹部の中心のピッチは１０μｍないし７０μｍである請求項４に記載の光学シート。
【請求項６】
前記等方性媒体層の屈折率は、前記異方性媒体層の第１方向の屈折率と等しい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項７】
前記異方性媒体層は、ネマティック液晶またはこのネマティク液晶をポリマ化した材料で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項８】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、を備え、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる電界制御型パネル。
【請求項９】
前記液晶素子は、前記光学シートと対向した第１透明電極およびこの第１透明電極上に形成された第１配向膜と、
第２透明電極およびこの第２透明電極上に形成された第２配向膜と、
前記第１配向膜および第２配向膜間に狭持された液晶層と、を備え、
前記液晶素子は、前記第１透明電極および第２透明電極間に電圧が印加された状態で入射される偏光を前記第１方向の偏光として出射させるとともに、電圧が印加されていない状態で入射される偏光を第２方向の偏光として出射させる請求項８に記載の電界制御型パネル。
【請求項１０】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートの両側に位置した一対の液晶素子と、を備え、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させ、
前記異方性媒体層側に位置した液晶素子は、前記光学シートからこの液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記光学シートからこの液晶素子に入射される集光した偏光を、その偏光方向を第１方向に反転させ、かつ、前記法線方向に集光して出射させる電界制御型パネル。
【請求項１１】
前記一対の液晶素子は、前記光学シートと対向した第１透明電極およびこの第１透明電極上に形成された第１配向膜と、
第２透明電極およびこの第２透明電極上に形成された第２配向膜と、
前記第１配向膜および第２配向膜間に狭持された液晶層と、をそれぞれ備え、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子は、この液晶素子の前記第１透明電極および第２透明電極間に電圧が印加された状態で入射される偏光を前記第１方向の偏光として出射させるとともに、電圧が印加されていない状態で入射される偏光を前記第２方向の偏光として出射させ、
前記異方性媒体層側に位置した液晶素子は、この液晶素子の前記第１透明電極および第２透明電極間に電圧が印加された状態で入射される偏光を前記第１方向の偏光として出射させるとともに、電圧が印加されていない状態で入射される偏光を前記第１方向の偏光として出射させる請求項１０に記載の電界制御型パネル。
【請求項１２】
前記液晶素子は、複屈折制御型またはツイステッドネマティック型である請求項９または１１に記載の電界制御型パネル。
【請求項１３】
前記一対の液晶素子はツイステッドネマティック型であり、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子の第１配向膜と対向した液晶分子、および前記異方性媒体層側に位置した液晶素子の第１配向膜と対向した液晶分子の捩れ方向は互いに逆の方向である請求項１１に記載の電界制御型パネル。
【請求項１４】
前記一対の液晶素子は複屈折制御型であり、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子の第１配向膜と対向した液晶分子の長軸方向、および前記異方性媒体層側に位置した液晶素子の第１配向膜と対向した液晶分子の長軸方向は、互いに直交している請求項１１に記載の電界制御型パネル。
【請求項１５】
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子の外側に設けられた偏光板を備え、
前記偏光板の透過軸の方向は、前記第１方向と平行である請求項８ないし１４のいずれか１項に記載の電界制御型パネル。
【請求項１６】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、
前記液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を備え、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる照明装置。
【請求項１７】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートの両側に位置した一対の液晶素子と、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を備え、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させ、
前記異方性媒体層側に位置した液晶素子は、前記光学シートからこの液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記光学シートからこの液晶素子に入射される集光した偏光を、その偏光方向を第１方向に反転させ、かつ、前記法線方向に集光して出射させる照明装置。
【請求項１８】
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子およびバックライトユニット間に設けられた偏光板を備え、
前記偏光板の透過軸の方向は、前記第１方向と平行である請求項１６または１７に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記バックライトユニットは散乱した光を出射させる請求項１６ないし１８のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項２０】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、
前記液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を含む照明装置と、
アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置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液晶層と、を含む液晶表示パネルと、を備え、
前記アレイ基板および光学シートは対向して設けられ、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる液晶表示装置。
【請求項２１】
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートの両側に位置した一対の液晶素子と、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を含む照明装置と、
アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置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液晶層と、を含む液晶表示パネルと、を備え、
前記アレイ基板および異方性媒体層側に位置した液晶素子は対向して設けられ、
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させ、
前記異方性媒体層側に位置した液晶素子は、前記光学シートからこの液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記光学シートからこの液晶素子に入射される集光した偏光を、その偏光方向を第１方向に反転させ、かつ、前記法線方向に集光して出射させる液晶表示装置。
【請求項２２】
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子およびバックライトユニット間に設けられた偏光板を備え、
前記偏光板の透過軸の方向は、前記第１方向と平行である請求項２０または２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記対向基板の外面側に設けられた他の偏光板を備え、
前記他の偏光板の透過軸の方向は、前記第１方向と平行である請求項２２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記等方性媒体層側に位置した液晶素子およびバックライトユニット間に設けられた第１偏光板と、
前記対向基板の外面側に設けられた第２偏光板と、
前記異方性媒体層側に位置した液晶素子およびアレイ基板間に設けられた第３偏光板と、を備え、
前記第１偏光板、第２偏光板、および第３偏光板の透過軸の方向は、それぞれ前記第１方向と平行である請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層を用意し、
前記用意した前記等方性媒体層の第１表面にネマティック液晶ポリマを滴下、塗布、または充填し、
前記各凸部に密着した状態で、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層を積層する光学シートの製造方法。
【請求項２６】
第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層を用意し、
前記用意した前記等方性媒体層の第１表面にネマティック液晶を滴下、塗布、または充填し、
前記各凸部に密着した状態で、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層を積層する光学シートの製造方法。
【請求項２７】
第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層を用意し、
前記用意した前記等方性媒体層の第１表面にネマティック液晶を滴下、塗布、または充填し、
前記滴下、塗布、または充填したネマティック液晶に紫外線を照射してこのネマティック液晶をポリマ化し、
前記各凸部に密着した状態で、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層を積層する光学シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置に用いる光学シート、光学シートを備えた電界制御型パネル、電界制御型パネルを備えた照明装置、照明装置を備えた液晶表示装置、および光学シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置はノートパソコン、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、電子手帳など様々な製品に応用されている。これらの製品の中でも、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）、およびノートＰＣ等は、表示装置に用いられる液晶表示装置が軽薄短小のため、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、および券売機用途の製品の液晶表示装置は公共の場で利用される機会が多い。
【０００３】
上記した製品において、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、ＰＤＡ、またはタブレット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、上記製品の液晶表示装置の視野角特性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液晶表示装置が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。これに限らず、携帯機器および公共情報端末機器も視野角を制御する機能を有していることが望まれている。
【０００４】
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。
【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】
【０００５】
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膜厚を有した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、光の透過率が低く、液晶表示装置の輝度が低下する問題を有している。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。
【０００６】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、光の進行方向を制御できる光学シート、光学シートを備えた電界制御型パネル、電界制御型パネルを備えた照明装置、照明装置を備えた液晶表示装置、および光学シートの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る光学シートは、
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、
光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を備え、
前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層されている。
【０００８】
また、本発明の他の態様に係る電界制御型パネルは、
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、を備え、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる。
【０００９】
また、本発明の他の態様に係る照明装置は、
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、
前記液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を備え、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる。
【００１０】
また、本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、
光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層と、を有し、前記等方性媒体層および前記異方性媒体層は各凸部と各凹部とが密着した状態で積層された光学シートと、
前記光学シートと対向し、かつ、前記等方性媒体層側に位置した液晶素子と、
前記液晶素子と対向して設けられたバックライトユニットと、を含む照明装置と、
アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置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液晶層と、を含む液晶表示パネルと、を備え、
前記アレイ基板および光学シートは対向して設けられ、
前記液晶素子は、この液晶素子に入射される前記第１方向の偏光を、第１方向の偏光または前記第２方向の偏光として出射させ、
前記光学シートは、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第１方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、前記液晶素子からこの光学シートに入射される前記第２方向の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向に集光して出射させる。
【００１１】
また、本発明の他の態様に係る光学シートの製造方法は、
第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第１方向と直交した第２方向に延びた複数の円弧状の凸部が第１表面に形成された等方性媒体層を用意し、
前記用意した前記等方性媒体層の第１表面にネマティック液晶ポリマを滴下、塗布、または充填し、
前記各凸部に密着した状態で、前記第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ前記第２方向に延びた複数の円弧状の凹部が第２表面に形成された異方性媒体層を積層する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、光の進行方向を制御できる光学シート、光学シートを備えた電界制御型パネル、電界制御型パネルを備えた照明装置、照明装置を備えた液晶表示装置、および光学シートの製造方法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】
【００１３】
以下、図面を参照しながらこの発明に係る光学シートを液晶表示装置に用いた実施の形態について詳細に説明する。  
図３ないし図５に示すように、液晶表示装置の大きさは、対角１５インチであり、その縦横比は４：３である。液晶表示装置は、透過型であり、ＭＶＡ型（マルチバーティカルアラインモード）の液晶表示パネル１と、照明装置２と、を有している。照明装置２は、液晶表示パネル１に間隔を置いて対向配置されたバックライトユニット７と、液晶表示パネルおよびバックライトユニットの間に配置された電界制御型パネル３と、第１偏光板４と、を有している。また、液晶表示装置は第２偏光板５を有している。
【００１４】
液晶表示パネル１は、アレイ基板１０、対向基板２０、および液晶層３０を備えている。アレイ基板１０は、ガラス基板１１と、このガラス基板上に形成された複数の画素電極１２と、各画素電極を含みガラス基板上に成膜された配向膜１３と、を有している。また、アレイ基板１０は、ガラス基板１１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（ＴＦＴ）等を有している。対向基板２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板上に形成された共通電極２２と、共通電極上に形成された配向膜２３と、を有している。画素電極１２および共通電極２２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１３および配向膜２３には配向処理（ラビング）が施されている。
【００１５】
アレイ基板１０および対向基板２０は、複数のスペーサ３１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１０および対向基板２０は、両基板の周縁部に配置されたシール材３２により互いに接合されている。液晶層３０は、アレイ基板１０、対向基板２０、およびシール材３２の間に狭持されている。
【００１６】
バックライトユニット７は、アレイ基板１０の外面側に設けられている。バックライトユニット７は、拡散板を含む導光体４１、この導光体の一側縁に対向配置された光源４２、および反射板４３を有している。光源４２から直接或は反射板４３により反射されて導光体４１に入射した光は、導光体４１内を伝わり、導光体の表面から拡散光、つまりバックライト光として出射される。
【００１７】
電界制御型パネル３は、光学シート５０と、この光学シートに所定の隙間を置いて対向配置されたガラス等からなる透明基板６０と、光学シートおよび透明基板間に狭持された液晶素子８０と、を有している。
【００１８】
光学シート５０は、透明な等方性媒体層５１、およびこの等方性媒体層に密着した異方性媒体層５２を有している。等方性媒体層５１はバックライトユニット７と対向し、異方性媒体層５２はアレイ基板１０と対向している。液晶素子８０は、等方性媒体層５１上に形成された第１透明電極８１および配向膜８２と、透明基板６０上に形成された第２透明電極８３および配向膜８４と、配向膜８２および配向膜８４間に設けられたスペーサ８５と、液晶層８６と、を有している。
【００１９】
配向膜８２および配向膜８４間の隙間はスペーサ８５により保持されている。液晶層８６は配向膜８２および配向膜８４間に狭持されている。等方性媒体層５１および透明基板６０は、配向膜８２および配向膜８４の周縁部に配置された図示しないシール材により互いに接合されている。
【００２０】
液晶層８６の層厚は、４．８μｍである。液晶層８６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。液晶材料のリタデーション（Δｎ）は、５５０ｎｍの波長に対して０．０９１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。上記したことから、液晶素子８０はツイステッドネマティック（ＴＮ）型の液晶素子である。
【００２１】
液晶表示パネル１および電界制御型パネル３は、ガラス基板１１および異方性媒体層５２が対向するよう配置されている。透明基板６０の外面には第１偏光板４が配置され、ガラス基板２１の外面には第２偏光板５が配置されている。第１偏光板４の外面側にはバックライトユニット７が設けられている。  
上記した液晶表示パネル１の面方向、電界制御型パネル３の面方向、第１偏光板４の面方向、および第２偏光板５の面方向は平行である。
【００２２】
次に、上記光学シート５０の一層詳しい構成を説明する。以下、光学シート５０の面方向であり、かつ、互いに直交する方向を第１方向（Ｘ軸方向）ａ１および第２方向（Ｙ軸方向）ａ２、光学シート５０の法線方向を第３方向（Ｚ軸方向）ａ３として説明する。
【００２３】
図１、図２、および図５に示すように、等方性媒体層５１は、光学的に等方性の媒体として、例えば透明な高分子材料で形成されている。また、等方性媒体層５１には、第１方向ａ１に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向ａ２に延びた複数の円弧状の凸部５３が第１表面Ｓ１に形成されている。
【００２４】
異方性媒体層５２は、光学的に正の一軸性の屈折率異方性媒体として、例えば、ネマティック液晶をポリマ化したネマティック液晶ポリマで形成されている。また、異方性媒体層５２には、第１方向ａ１に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向ａ２に延びた複数の円弧状の凹部５４が第２表面Ｓ２に形成されている。異方性媒体層５２の光軸は第２方向ａ２と平行である。ここで、上記円弧状とは、半円の他、曲率半径がほぼ等しい円弧も含んでいる。等方性媒体層５１および異方性媒体層５２は、各凸部５３と各凹部５４とが密着した状態で積層されている。等方性媒体層５１は第１表面Ｓ１の反対側に位置した滑らかな第３表面Ｓ３を有している。異方性媒体層５２は第２表面Ｓ２の反対側に位置した滑らかな第４表面Ｓ４を有している。
【００２５】
異方性媒体層５２の各凹部５４はそれぞれ中心線ｌを有している。この中心線ｌは、各凹部５４の中心ｃの複数個所を通る線である。中心線ｌは第２方向ａ２と略平行に延びている。この実施の形態において、複数の凹部５４の中心ｃのピッチは３０μｍである。
【００２６】
異方性媒体層５２の第１方向ａ１の屈折率ｎｘ（２）は常光屈折率ｎｏであり、第２方向ａ２の屈折率ｎｙ（２）は異常光屈折率ｎｅである。等方性媒体層５１の屈折率をｎ（１）とした場合、
ｎ（１）＝ｎｘ（２）  
の関係式が成立つ。  
この実施の形態において、５５０ｎｍの波長に対する屈折率ｎ（１）は１．７３２、屈折率ｎｘ（２）は１．７３２、屈折率ｎｙ（２）は１．５１３である。
【００２７】
次に、上記液晶表示装置の製造方法について説明する。  
始めに、光学シート５０の製造方法について説明する。まず、第１方向ａ１に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向ａ２に延びた複数の円弧状の凸部５３が第１表面Ｓ１に形成された透明な等方性媒体層５１を用意する。次いで、用意した等方性媒体層５１の第１表面Ｓ１上全面にネマティック液晶ポリマを充填する。ここで、ネマティック液晶ポリマは、ネマティック相の状態（液晶状態）である。
【００２８】
これにより、等方性媒体層５１の第１表面Ｓ１の各凸部５３に密着した状態で、第１方向ａ１に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向ａ２に延びた複数の円弧状の凹部５４が第２表面Ｓ２に形成された異方性媒体層５２が積層される。なお、異方性媒体層５２は、各凸部５３と各凹部５４とが密着した状態で積層されていることは言うまでもない。上記したことから、光学シート５０が完成する。完成した光学シート５０は対角１５インチ、縦横比４：３である。
【００２９】
次いで、光学シート５０の等方性媒体層５１上全面に透明な導電材料として、例えばＩＴＯにより第１透明電極８１を形成する。その後、第１透明電極８１上に配向膜材料を塗布および焼成して配向膜８２を成膜する。そして、配向膜８２にラビングを施す。
【００３０】
一方、ガラス基板等の透明基板６０を用意する。用意した透明基板６０上全面に透明な導電材料として、例えばＩＴＯにより第２透明電極８３を形成する。続いて、第２透明電極８３上に複数のスペーサ８５を形成する。その後、第２透明電極８３上に配向膜材料を塗布および焼成して配向膜８４を成膜する。そして、配向膜８４にラビングを施す。
【００３１】
次いで、配向膜８４の周縁部にシール材を塗布し、配向膜８２および配向膜８４の周縁部同士を貼り合せる。これにより、透明基板６０および光学シート５０は接合される。ここで、配向膜８２には、第１方向ａ１にラビングが施されている。配向膜８４には、第２方向ａ２ラビングが施されている。
【００３２】
その後、真空注入法を用い、配向膜８２および配向膜８４間に、シール材の一部に形成された液晶注入口から液晶を注入する。液晶が注入された後、上記液晶注入口を図示しない封止材で封止する。これにより、ＴＮ型の液晶素子８０が完成する。完成した液晶素子８０において、第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態では配向膜８２と対向した液晶分子の長軸の方向は第１方向ａ１と平行である。
【００３３】
次いで、透明基板６０の外面に第１偏光板４を、例えば糊を用いて貼り合わせる。第１偏光板４の透過軸の方向は第１方向ａ１である。続いて、第１偏光板４の外面側にバックライトユニット７を配置し、異方性媒体層５２の外面側に液晶表示パネル１を配置する。ここで、液晶表示パネル１は、画素電極１２および共通電極２２間に電圧を印加した状態で、液晶層３０の液晶分子が第２方向ａ２と４５°、１３５°、２２５°、３１５°の角度をなす方向にチルトするように設計されている。その後、液晶表示パネル１のガラス基板２１の外面に第２偏光板５を、例えば糊を用いて貼り合わせる。第２偏光板５の透過軸の方向は第１方向ａ１である。
【００３４】
次に、電界制御型パネル３および第１偏光板４により、液晶表示装置の視野角（バックライト光の散乱角）を制御する原理について説明する。  
まず、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない（液晶層８６に電界が印加されていない）状態での制御原理について説明する。
【００３５】
図６に示すように、第１偏光板４は、バックライトユニット７より入射される拡散した光を、第１方向ａ１の偏光として液晶素子８０に出射させる。液晶素子８０はこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、その偏光方向を第２方向ａ２に９０°反転させ、第２方向の偏光として光学シート５０に出射させる。光学シート５０は、液晶素子８０からこの光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向である第３方向ａ３に集光して出射させる。すなわち、光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光は、等方性媒体層５１および異方性媒体層５２間の境界面で屈折し、第３方向ａ３に出射する。
【００３６】
上記したことから、第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態では、電界制御型パネル３は、偏光方向が第２方向ａ２であり、かつ、第３方向ａ３に集光された偏光を液晶表示パネル１に出射させることになる。
【００３７】
次に、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された（液晶層８６に電界が印加された）状態での制御原理について説明する。
【００３８】
図７に示すように、第１偏光板４は、バックライトユニット７より入射される拡散した光を、第１方向ａ１の偏光として液晶素子８０に出射させる。液晶素子８０はこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、第１方向ａ１の偏光として光学シート５０に出射させる。光学シート５０は、液晶素子８０からこの光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させる。すなわち、光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光は、等方性媒体層５１および異方性媒体層５２間の境界面を直進して出射する。
【００３９】
上記したことから、第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態では、電界制御型パネル３は、偏光方向が第１方向ａ１であり、かつ、散乱した偏光を液晶表示パネル１に出射させることになる。
【００４０】
上記視野角を制御する原理の説明から、光学シート５０は、この光学シートに入射される偏光の偏光方向に依存して集光性が異なることが判る。このため、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態では、液晶表示パネル１の表示モードは、画素電極１２および共通電極２２間に電圧が印加されていない状態にて黒色表示となるノーマリーブラックモードとなる。また、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態では、液晶表示パネル１の表示モードは、画素電極１２および共通電極２２間に電圧が印加されていない状態にて白色表示となるノーマリーホワイトモードとなる。
【００４１】
上記したことから、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧の有無により、液晶表示パネル１の表示モードが反転することが判る。従って、上記液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧の有無により、液晶表示パネル１の画素電極１２および共通電極２２間に印加する電圧（駆動電圧）を反転させて表示する。
【００４２】
ここで、本願発明者は、上記液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧を印加した状態および印加していない状態の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た。
【００４３】
その際、液晶表示パネル１は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動し、液晶素子８０は駆動電圧５Ｖ（第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧）にて駆動した。また、バックライトユニット７を稼動させ、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。
【００４４】
まず、液晶素子８０（第１透明電極８１および第２透明電極８３間）に電圧が印加された状態における各種特性について説明する。  
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以上の視野角は上下左右方向で±８０°と十分に広い。また、正面輝度は２００ｃｄ／ｍ２と十分高く、電界制御型パネル３を設けない構造の液晶表示装置と同等の輝度および輝度視角を得ていることか判る。また、正面コントラストは２００：１と十分に高い。
【００４５】
次に、液晶素子８０（第１透明電極８１および第２透明電極８３間）に電圧が印加されていない状態における各種特性について説明する。  
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±１０°と十分に狭い。また、正面輝度は４００ｃｄ／ｍ２であり、正面コントラストは６００：１である。これら正面輝度および正面コントラストは、電界制御型パネル３を設けない構造や、液晶素子８０に電圧が印加された状態よりも、高い値が得られる。
【００４６】
上記のように構成された光学シート５０を用いた液晶表示装置によれば、液晶表示装置は、液晶表示パネル１およびバックライトユニット７間に電界制御型パネル３を設けている。電界制御型パネル３は、光学シート５０および液晶素子８０を有している。
【００４７】
光学シート５０は、光学的に等方性の媒体で形成され、かつ、第１方向ａ１に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向ａ２に延びた複数の円弧状の凸部５３が第１表面Ｓ１に形成された等方性媒体層５１と、光学的に一軸性の媒体で形成され、かつ、第１方向に複数並んで形成されているとともに、それぞれ第２方向に延びた複数の円弧状の凹部５４が第２表面Ｓ２に形成された異方性媒体層５２と、を有している。等方性媒体層５１の屈折率ｎ（１）は、異方性媒体層５２の第１方向ａ１の屈折率ｎｘ（２）と等しい。
【００４８】
液晶素子８０は、等方性媒体層５１上に形成された第１透明電極８１および配向膜８２と、透明基板６０上に形成された第２透明電極８３および配向膜８４と、液晶層８６と、を有したＴＮ型である。
【００４９】
第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態および印加されていない状態の２つの状態を切替えることにより、液晶素子８０は、この液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、第１方向の偏光または第２方向ａ２の偏光として出射させている。光学シート５０は、液晶素子８０からこの光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、液晶素子８０からこの光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、第３方向ａ３に集光して出射させている。このため、光学シート５０は、この光学シートに入射される偏光（光）の進行方向を制御できる。
【００５０】
液晶表示装置の視野角を狭くして画像を表示する際は、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態にて表示し、液晶表示装置の視野角を広くして画像を表示する際は、液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態にて表示すれば良い。液晶表示装置の視野角を制御する際、図示しないスイッチやボリューム１つで容易に視野角を制御することができる。
【００５１】
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、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。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。
【００５２】
異方性媒体層５２の各凹部５４を通る中心線ｌは第２方向ａ２と略平行に延びている。複数の凹部５４の中心ｃのピッチは３０μｍである。このため、光学シート５０での光（バックライト光や外光）の回折はほぼ発生せず、また、異方性媒体層５２の凹部５４（等方性媒体層５１の凸部５３）のパタンも肉眼では認識できない。液晶表示装置に光学シート５０を設けた場合でも表示品位に悪影響を及ぼすことはない。上記した効果は、複数の凹部５４の中心ｃのピッチが１０μｍないし７０μｍであれば有効である。
【００５３】
また、電界制御型パネル３は、液晶表示パネル１およびバックライトユニット７の間、すなわち、液晶表示パネル１の表示画面の裏側に設けられている。このため、電界制御型パネル３の光学シート５０のパタンも視認しづらいし、外光が入射しても干渉等の問題も生じない。
【００５４】
第１偏光板４は、電界制御型パネル３およびバックライトユニット７の間に設けられ、その透過軸の方向は、第１方向ａ１と平行である。このため、第１偏光板４はこの第１偏光板に入射されるバックライト光を、第１方向ａ１の偏光として電界制御型パネル３に出射させることができる。
【００５５】
等方性媒体層５１上に異方性媒体層５２を積層する際、ネマティック液晶ポリマを等方性媒体層の第１表面Ｓ１に充填して積層したが、ネマティック液晶ポリマを滴下、または塗布して積層しても良い。  
異方性媒体層５２はネマティック液晶ポリマの材料で形成されているが、ネマティック液晶で形成されても良い。この場合、ネマティック液晶を等方性媒体層５１の第１表面Ｓ１に滴下、塗布、または充填して積層すれば良い。  
また、等方性媒体層５１上に異方性媒体層５２を積層する際、等方性媒体層の第１表面Ｓ１に等方相状態（液体状態）のネマティック液晶を滴下、塗布、または充填し、滴下、塗布、または充填したネマティック液晶に紫外線を照射してこのネマティック液晶をポリマ化し、上記異方性媒体層を積層しても良い。
【００５６】
液晶素子８０はＴＮ型であるが、複屈折制御（Electrically Controlled Birefringence、以下、ＥＣＢと称する）型であっても良い。バックライトユニット７は、拡散板を含む導光体４１を有しているため、散乱した光を出射させることができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る液晶表示装置にはルーバーシートが設けられていない。このため、ルーバーシート自体の光吸収によるバックライト光の透過率の低下、すなわち、輝度低下を防止することができる。液晶表示装置全体の厚みの増大を抑制でき、かつ、製造コストにおける低コスト化を実現することができる。  
上記したことから、輝度の低下を抑制し、かつ、視野角を任意に制御できる液晶表示装置が得られる。
【００５８】
次に、他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、液晶表示装置を構成する液晶表示パネル１およびバックライトユニット７は上述した液晶表示パネルおよびバックライトユニットと同様に構成されている。なお、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。
【００５９】
図８および図９に示すように、液晶表示装置の大きさは、対角１５インチであり、その縦横比は４：３である。液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、照明装置２と、を有している。照明装置２は、液晶表示パネル１に間隔を置いて対向配置されたバックライトユニット７と、液晶表示パネルおよびバックライトユニットの間に配置された電界制御型パネル３と、第１偏光板４と、を有している。また、液晶表示装置は、第２偏光板５と、第３偏光板６と、を有している。
【００６０】
電界制御型パネル３は、光学シート５０と、この光学シートの両側にそれぞれ所定の隙間を置いて対向配置されたガラス等からなる透明基板６０および他の透明基板７０と、光学シートおよび透明基板間、並びに光学シートおよび他の透明基板間にそれぞれ狭持された液晶素子８０と、を有している。すなわち、電界制御型パネル３は、光学シート５０の両側に位置した一対の液晶素子８０を有している。
【００６１】
光学シート５０は、透明な等方性媒体層５１、およびこの等方性媒体層に密着した異方性媒体層５２を有している。等方性媒体層５１はバックライトユニット７と対向し、異方性媒体層５２はアレイ基板１０と対向している。一対の液晶素子８０は、光学シート５０上に形成された第１透明電極８１および配向膜８２と、透明基板６０または他の透明基板７０上に形成された第２透明電極８３および配向膜８４と、配向膜８２および配向膜８４間に設けられたスペーサ８５と、液晶層８６と、をそれぞれ有している。
【００６２】
各液晶素子８０において、配向膜８２および配向膜８４間の隙間はスペーサ８５により保持されている。液晶層８６は配向膜８２および配向膜８４間に狭持されている。等方性媒体層５１および透明基板６０、並びに異方性媒体層５２および他の透明基板７０は、配向膜８２および配向膜８４の周縁部に配置された図示しないシール材によりそれぞれ互いに接合されている。
【００６３】
各液晶層８６の層厚は、４．８μｍである。  
等方性媒体層５１側に位置した液晶層８６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Δｎは、５５０ｎｍの波長に対して０．０９１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。上記したことから、バックライトユニット７側に位置した液晶素子８０はＴＮ型の液晶素子である。
【００６４】
異方性媒体層５２側に位置した液晶層８６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Δｎは、５５０ｎｍの波長に対して０．０９１である。液晶分子の捩れ角は９０°、捩れピッチは６０μｍである。液晶分子の捩れは右回りである。上記したことから、アレイ基板１０側に位置した液晶素子８０はＴＮ型の液晶素子である。
【００６５】
液晶表示パネル１および電界制御型パネル３は、ガラス基板１１および他の透明基板７０が対向するよう配置されている。透明基板６０の外面には第１偏光板４が配置され、上記ガラス基板２１の外面には第２偏光板５が配置され、ガラス基板１１の外面には第３偏光板６が配置されている。ここで、第３偏光板６はガラス基板１１および他の透明基板７０の間に設けられていれば良い。第１偏光板４の外面側にはバックライトユニット７が設けられている。  
上記した液晶表示パネル１の面方向、電界制御型パネル３の面方向、第１偏光板４の面方向、第２偏光板５の面方向、および第３偏光板６の面方向は平行である。
【００６６】
次に、上記液晶表示装置の製造方法について説明する。  
まず、上記した実施の形態と同様に上記光学シート５０を形成する。この実施の形態において、光学シート５０は対角１５インチ、縦横比４：３である。次いで、光学シート５０の等方性媒体層５１上全面、および異方性媒体層５２上全面に透明な導電材料として、例えばＩＴＯにより第１透明電極８１をそれぞれ形成する。その後、各第１透明電極８１上に配向膜材料を塗布および焼成して配向膜８２をそれぞれ成膜する。そして、各配向膜８２にラビングを施す。
【００６７】
一方、ガラス基板等の透明基板６０および他の透明基板７０を用意する。用意した透明基板６０上全面および他の透明基板７０上全面に透明な導電材料として、例えばＩＴＯにより第２透明電極８３をそれぞれ形成する。続いて、各第２透明電極８３上に複数のスペーサ８５を形成する。その後、各第２透明電極８３上に配向膜材料を塗布および焼成して配向膜８４を成膜する。そして、各配向膜８４にラビングを施す。
【００６８】
次いで、各配向膜８４の周縁部にシール材を塗布し、配向膜８２および配向膜８４の周縁部同士をそれぞれ貼り合せる。これにより、透明基板６０および光学シート５０、並びに他の透明基板７０および光学シートはそれぞれ接合される。ここで、各配向膜８２には、第１方向ａ１にラビングが施されている。各配向膜８４には、第２方向ａ２ラビングが施されている。
【００６９】
その後、真空注入法を用い、各配向膜８２および配向膜８４間に、シール材の一部に形成された液晶注入口から液晶を注入する。液晶が注入された後、上記液晶注入口を図示しない封止材で封止する。これにより、一対のＴＮ型の液晶素子８０が完成する。完成した一対の液晶素子８０において、第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態では、各配向膜８２と対向した液晶分子の長軸の方向は平行であり、第１方向ａ１を向いている。
【００７０】
次いで、透明基板６０の外面に第１偏光板４を、例えば糊を用いて貼り合わせる。第１偏光板４の透過軸の方向は第１方向ａ１である。続いて、第１偏光板４の外面側にバックライトユニット７を配置し、異方性媒体層５２の外面側に液晶表示パネル１を配置する。ここで、液晶表示パネル１は、画素電極１２および共通電極２２間に電圧を印加した状態で、液晶層３０の液晶分子が第２方向ａ２と４５°、１３５°、２２５°、３１５°の角度をなす方向にチルトするように設計されている。その後、液晶表示パネル１のガラス基板２１の外面に第２偏光板５を、例えば糊を用いて貼り合わせる。また、ガラス基板１１の外面に第３偏光板６を、例えば糊を用いて貼り合わせる。第２偏光板５の透過軸の方向および第３偏光板６の透過軸の方向は第１方向ａ１である。
【００７１】
次に、電界制御型パネル３および第１偏光板４により、液晶表示装置の視野角（バックライト光の散乱角）を制御する原理について説明する。  
まず、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない（液晶層８６に電界が印加されていない）状態での制御原理について説明する。
【００７２】
図１０に示すように、第１偏光板４は、バックライトユニット７より入射される拡散した光を、第１方向ａ１の偏光として等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０に出射させる。等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０はこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、その偏光方向を第２方向ａ２に９０°反転させ、第２方向の偏光として光学シート５０に出射させる。
【００７３】
光学シート５０は、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０からこの光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、この光学シートの法線方向である第３方向ａ３に集光して出射させる。すなわち、光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光は、等方性媒体層５１および異方性媒体層５２間の境界面で屈折し、第３方向ａ３に出射する。
【００７４】
異方性媒体層５２側に位置した液晶素子８０は、光学シート５０からこの液晶素子に入射される集光した偏光を、その偏光方向を第１方向ａ１に９０°反転させ、かつ、第３方向ａ３に集光して出射させる。
【００７５】
上記したことから、各第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態では、電界制御型パネル３は、偏光方向が第１方向ａ１であり、かつ、第３方向ａ３に集光された偏光を液晶表示パネル１に出射させることになる。
【００７６】
次に、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された（液晶層８６に電界が印加された）状態での制御原理について説明する。
【００７７】
図１１に示すように、第１偏光板４は、バックライトユニット７より入射される拡散した光を、第１方向ａ１の偏光として等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０に出射させる。等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０はこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、第１方向ａ１の偏光として光学シート５０に出射させる。
【００７８】
光学シート５０は、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０からこの光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させる。すなわち、光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光は、等方性媒体層５１および異方性媒体層５２間の境界面を直進して出射する。  
異方性媒体層５２側に位置した液晶素子８０は、光学シートからこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させる。
【００７９】
上記したことから、各第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態では、電界制御型パネル３は、偏光方向が第１方向ａ１であり、かつ、散乱した偏光を液晶表示パネル１に出射させることになる。
【００８０】
上記視野角を制御する原理の説明から、光学シート５０は、この光学シートに入射される偏光の偏光方向に依存して集光性が異なることが判る。このため、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されている状態か電圧が印加されていない状態かを問わず、液晶表示パネル１の表示モードは、画素電極１２および共通電極２２間に電圧が印加されていない状態にて白色表示となるノーマリーホワイトモードとなる。
【００８１】
上記したことから、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧の有無を問わず、液晶表示パネル１の表示モードは反転しない。従って、上記液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧の有無により、液晶表示パネル１の画素電極１２および共通電極２２間に印加する電圧（駆動電圧）を反転させて表示する必要はない。
【００８２】
ここで、本願発明者は、上記各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧を印加した状態および印加していない状態の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た。
【００８３】
その際、液晶表示パネル１は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動し、各液晶素子８０は駆動電圧５Ｖ（第１透明電極８１および第２透明電極８３間に印加される電圧）にて駆動した。また、バックライトユニット７を稼動させ、点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘの環境下に配置した。
【００８４】
まず、各液晶素子８０（第１透明電極８１および第２透明電極８３間）に電圧が印加された状態における各種特性について説明する。  
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以上の視野角は上下左右方向で±８０°と十分に広い。また、正面輝度は２００ｃｄ／ｍ２と十分高く、電界制御型パネル３を設けない構造の液晶表示装置と同等の輝度および輝度視角を得ていることか判る。また、正面コントラストは６００：１と十分に高い。
【００８５】
次に、各液晶素子８０（第１透明電極８１および第２透明電極８３間）に電圧が印加されていない状態における各種特性について説明する。  
３０ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±１０°と十分に狭い。また、正面輝度は４００ｃｄ／ｍ２であり、電界制御型パネル３を設けない構造や、液晶素子８０に電圧が印加された状態よりも、高い値が得られる。また、正面コントラストは６００：１である。
【００８６】
上記のように構成された光学シート５０を用いた液晶表示装置によれば、液晶表示装置は、液晶表示パネル１およびバックライトユニット７間に電界制御型パネル３を設けている。電界制御型パネル３は、光学シート５０および光学シートの両側に位置した一対の液晶素子８０を有している。各液晶素子８０は、第１透明電極８１および配向膜８２と、第２透明電極８３および配向膜８４と、液晶層８６と、を有したＴＮ型である。
【００８７】
各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態および印加されていない状態の２つの状態を切替えることにより、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０は、この液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、第１方向の偏光または第２方向ａ２の偏光として出射させている。
【００８８】
光学シート５０は、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０からこの光学シートに入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０からこの光学シートに入射される第２方向ａ２の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、第３方向ａ３に集光して出射させている。このため、光学シート５０は、この光学シートに入射される偏光（光）の進行方向を制御できる。
【００８９】
異方性媒体層５２側に位置した液晶素子８０は、光学シート５０からこの液晶素子に入射される第１方向ａ１の偏光を、偏光方向を維持し、かつ、散乱して出射させるとともに、光学シートからこの液晶素子に入射される集光した偏光を、その偏光方向を第１方向に反転させ、かつ、第３方向ａ３に集光して出射させる。
【００９０】
液晶表示装置の視野角を狭くして画像を表示する際は、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加されていない状態にて表示し、液晶表示装置の視野角を広くして画像を表示する際は、各液晶素子８０の第１透明電極８１および第２透明電極８３間に電圧が印加された状態にて表示すれば良い。液晶表示装置の視野角を制御する際、図示しないスイッチやボリューム１つで容易に視野角を制御することができる。
【００９１】
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、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。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。
【００９２】
一対の液晶素子８０はＴＮ型である。等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０の配向膜８２と対向した液晶分子、および異方性媒体層５２側に位置した液晶素子の配向膜と対向した液晶分子の捩れ方向は互いに逆の方向である。このため、電界制御型パネル３は、この電界制御型パネルに入射される偏光の波長に関係なく、入射時の偏光方向を維持して出射させることができる。
【００９３】
また、一対の液晶素子８０はＴＮ型に限らず、ＥＣＢ型であっても良い。この場合、等方性媒体層５１側に位置した液晶素子８０の配向膜８２と対向した液晶分子の長軸方向、および異方性媒体層５２側に位置した液晶素子の配向膜と対向した液晶分子の長軸方向は、互いに直交している。各液晶素子８０は、この液晶素子に入射される偏光の位相を２分の１波長ずらしている。このため、電界制御型パネル３は、この電界制御型パネルに入射される偏光を、入射時の位相に戻して出射させることができ、入射時の偏光方向に出射させることができる。
【００９４】
第３偏光板６は、電界制御型パネル３およびアレイ基板１０の間に設けられ、その透過軸の方向は、第１方向ａ１と平行である。これにより、液晶表示パネル１に入射される偏光の偏光度を高めることができるため、コントラスト特性を高くすることができる。液晶表示装置は、第３偏光板６を設けない構成としても良いが、第３偏光板を設けたほうがコントラスト特性を高くすることができる分優位である。  
上記したことから、輝度の低下を抑制し、かつ、視野角を任意に制御できる液晶表示装置が得られる。
【００９５】
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、液晶表示装置全体の厚みを薄くするため、液晶素子８０の第１透明電極８１は、光学シート５０上に形成されているが、光学シートに限らずガラス等の透明基板上に形成しても良い。光学シート５０および第１透明電極８１は対向して配置されていれば良い。液晶表示パネル１は、透過型に限らず、バックライトユニット７のバックライト光を用いて表示するタイプのものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】この発明の実施の形態に係る光学シートを示す斜視図。
【図２】図１に示した異方性媒体層を示す斜視図。
【図３】図１に示した光学シートを用いた液晶表示装置の断面図。
【図４】図３に示した液晶表示パネルを示す断面図。
【図５】図３に示した電界制御型パネルを示す断面図。
【図６】図３および図５に示した電界制御型パネルに電圧が印加されていない状態におけるバックライト光の光路を説明するための図。
【図７】図３および図５に示した電界制御型パネルに電圧が印加された状態におけるバックライト光の光路を説明するための図。
【図８】この発明の他の実施の形態に係る光学シートを用いた液晶表示装置の断面図。
【図９】図８に示した電界制御型パネルを示す断面図。
【図１０】図８および図９に示した電界制御型パネルに電圧が印加されていない状態におけるバックライト光の光路を説明するための図。
【図１１】図８および図９に示した電界制御型パネルに電圧が印加された状態におけるバックライト光の光路を説明するための図。
【符号の説明】
【００９７】
１…液晶表示パネル、２…照明装置、３…電界制御型パネル、４…第１偏光板、５…第２偏光板、６…第３偏光板、７…バックライトユニット、１０…アレイ基板、１１…ガラス基板、１２…画素電極、１３…配向膜、２０…対向基板、２１…ガラス基板、２２…共通電極、２３…配向膜、３０…液晶層、３１…スペーサ、３２…シール材、４１…導光体、４２…光源、４３…反射板、５０…光学シート、５１…等方性媒体層、５２…異方性媒体層、５３…凸部、５４…凹部、６０…透明基板、７０…透明基板、８０…液晶素子、８１…第１透明電極、８２…配向膜、８３…第２透明電極、８４…配向膜、８５…スペーサ、８６…液晶層、ａ１…第１方向、ａ２…第２方向、ａ３…第３方向、ｃ…中心、ｌ…中心線、ｎ１，ｎ２（ｘ），ｎ２（ｙ）…屈折率、ｎｏ…常光屈折率、ｎｅ…異常光屈折率。
【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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【図１１】
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