ディスプレイおよびそれに用いられる視野角制御装置
【課題】表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイを提供する。
【解決手段】表示装置の背面および前面の少なくとも一方に視野角制御用液晶パネル２を備えたディスプレイである。視野角制御用液晶パネル２は、液晶をハイブリッド配向させた液晶セル２１と、駆動回路２１５とを備えている。液晶セル２１の垂直配向膜２１２ａの界面の液晶分子２１３ｐには、垂直配向膜２１２ａに対するラビング処理によってプレチルト角θａが与えられている。液晶セル２１は、偏光透過軸Ｘ13，Ｘ22が略直交するよう配置された２枚の偏光板１３，２２の間に配置されている。前記駆動回路は、視野角制御用液晶パネル２の液晶層の液晶分子２１３ｐの配列状態を変化させることにより、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替える。
【解決手段】表示装置の背面および前面の少なくとも一方に視野角制御用液晶パネル２を備えたディスプレイである。視野角制御用液晶パネル２は、液晶をハイブリッド配向させた液晶セル２１と、駆動回路２１５とを備えている。液晶セル２１の垂直配向膜２１２ａの界面の液晶分子２１３ｐには、垂直配向膜２１２ａに対するラビング処理によってプレチルト角θａが与えられている。液晶セル２１は、偏光透過軸Ｘ13，Ｘ22が略直交するよう配置された２枚の偏光板１３，２２の間に配置されている。前記駆動回路は、視野角制御用液晶パネル２の液晶層の液晶分子２１３ｐの配列状態を変化させることにより、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイの視野角を広視野角と狭視野角との間で切替えられる視野角制御装置と、それを用いたディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイは、一般的には、どの視角から見ても鮮明な画像を見ることができるように、可能な限り広い視野角を有することが求められている。特に、最近広く普及している液晶ディスプレイは、液晶そのものが視角依存性を有することから、広視野角化に関して様々な技術開発がなされてきた。しかしながら、使用環境によっては、使用者本人にしか表示内容が視認できないよう、視野角が狭い方が好都合であることもある。特に、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、または携帯電話等は、電車や飛行機内など、不特定多数の人間が存在し得る場所で使用される可能性も高い。そのような使用環境においては、機密保持やプライバシー保護等の観点から、近傍の他人から表示内容を覗かれたくないので、ディスプレイの視野角が狭いことが望ましい。このように、近年、１台のディスプレイの視野角を、使用状況に応じて広視野角と狭視野角との間で切替えたいという要求が高まっている。なお、この要求は、液晶ディスプレイに限らず、任意のディスプレイに対して共通の課題である。
【０００３】
このような要求に対して、画像を表示する表示装置に加えて位相差制御用装置を備え、位相差制御用装置に印加する電圧を制御することによって視野角特性を変化させようとする技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１）。この特許文献１では、位相差制御用液晶表示装置で用いる液晶モードとして、カイラルネマティック液晶、ホモジニアス液晶、ランダム配向のネマティック液晶などが例示されている。
【０００４】
また、表示用液晶パネル上部に、視野角制御用液晶パネルを設け、これらのパネルを２枚の偏光板で挟持し、視野角制御用液晶パネルへの印加電圧を調整することによって、視野角制御を行う構成も従来開示されている（例えば、特許文献２，３）。特許文献２では、視野角制御用液晶パネルの液晶モードはツイストネマティック方式である。特許文献３には、平行な透過軸を有する２枚の偏光板の間に視野角制御用液晶パネルを備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特許第３３２２１９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、位相差制御用液晶素子を用いることによって広視野角と狭視野角との切替えが可能であると述べられているが、その効果は十分とは言えない。例えば特許文献１の図４には、コントラスト比が１０：１の等コントラスト曲線が示されており、狭視野角では、確かに広視野角方向のコントラストが低下している。しかしながら、この程度の変化では、隣にいる人から表示が十分に視認されてしまう。一般に、コントラスト比が２：１まで低下しても、十分に表示を視認できるからである。
【０００６】
また、特許文献２の技術も、視野角制御用液晶パネルへの印加電圧を変化させてコントラストを調整することによって、広視野角と狭視野角との切替えを行うものであり、その効果は十分とは言えない。
【０００７】
すなわち、特許文献１，２のいずれの技術も、広視野角方向のコントラストを低下させることによって、広視野角と狭視野角との切替えを行う手法を採用しているが、このような手法では、狭視野角時に広視野角方向の遮蔽が十分ではなく、他人から画像が見られてしまう可能性があるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかるディスプレイは、表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレイであって、前記視野角制御装置は、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された２枚の偏光板の間に配置され、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記視野角制御装置の液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成では、視野角制御装置を挟むように、偏光透過軸が略直交する２枚の偏光板が配置されている。なお、視野角制御装置と上記２枚の偏光板とは、必ずしも隣接している必要はなく、それらの間に何らかの構成要素が介在しても良い。上記の構成では、液晶層に所定の電圧を印加して液晶分子の配列状態を変化させ、液晶の複屈折を利用することにより、視野角制御装置の液晶セルから出射する光の偏光状態を変化させれば、視野角制御装置の観察者側に配置されている偏光板が検光子として作用し、視野角制御装置から観察者側へ出射する光を、視角に応じて透過または遮蔽することができる。すなわち、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態（広視野角）と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態（狭視野角）とのいずれかに切替え可能である。なお、「広視野角」と「狭視野角」とは、特定の絶対的な角度範囲を意味するのではなく、相対的に広い視野角と、相対的に狭い視野角とを意味する。また、上記の構成では、液晶分子をハイブリッド配向させた液晶セルを用いることにより、限られた視野角のみ表示を視認できる狭視野角状態が実現可能である。これにより、上記従来の視野角制御技術のように広視野角側の表示のコントラストを低下させるのではなく、光の透過および遮蔽の切替えによって視野角制御を行うことができる。この結果、様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイを提供することができる。さらに、上記の構成では、垂直配向膜の少なくとも一部に、水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられていることにより、これらの配向膜界面の非対称性によって生じる残留リタデーションが相互に補償される。これにより、極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止することができるという優れた効果を有する。
【００１１】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記プレチルト付与領域におけるプレチルト角が２°〜５°の範囲であることが好ましい。極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止しつつ、ピーク透過率を維持することが可能であるからである。
【００１２】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記垂直配向膜の界面全体が前記プレチルト付与領域である構成としても良い。しかし、前記垂直配向膜の界面が、前記プレチルト付与領域と、配向処理が施されていない非チルト領域とを含む構成としても良い。後者の構成では、極角が大きい視角に対する光漏れを防止したい領域をプレチルト付与領域とすることにより、ピーク透過率を高く維持しつつ、極角が大きい視角に対する光漏れを防止できる。この場合、例えば、前記非チルト領域が、前記垂直配向膜の中央に位置し、前記プレチル付与領域が、前記非チルト領域の周辺に位置する構成とすることが好ましい。あるいは、前記プレチルト付与領域と前記非チルト領域とが交互に隣接して設けられた構成としても良い。
【００１３】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第２の視野角範囲を提供することが好ましい。あるいは、本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置の液晶層が、ネガ型のネマティック液晶を含み、前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第１の視野角範囲を提供する構成としても良い。
【００１４】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記２枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が８０°〜１００°の範囲で交差するように配置されたことが好ましい。
【００１５】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、前記２枚の偏光板のうち１枚が、前記表示装置に設けられた偏光板であることが好ましい。例えば、前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた構成とすることができる。この場合、視野角制御装置は、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置されても良いし、前記透過型液晶表示装置の前面に配置されても良い。また、前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトであることが好ましい。
【００１６】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置であることも好ましい。または、前記表示装置が自発光型表示装置であって、前記２枚の偏光板のうち１枚は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている構成であっても良い。
【００１７】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、４０°〜５０°の範囲で交差するように配置されたことが好ましい。
【００１８】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置と前記２枚の偏光板との間の少なくとも１箇所に位相差フィルムを備えたことが好ましい。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第１の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記液晶セルにおいて前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第２の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が略直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のとおり、本発明によれば、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかるディスプレイは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、液晶ディスプレイ１００は、画像を表示する表示用液晶パネル１（表示装置）と視野角制御用液晶パネル２（視野角制御装置）との２枚の液晶パネルを備えている。本実施形態における表示用液晶パネル１は透過型であり、光源としてバックライト３が用いられる。視野角制御用液晶パネル２は、バックライト３と表示用液晶パネル１との間に設けられている。液晶ディスプレイ１００は、視野角制御用液晶パネル２における液晶をスイッチング動作させることにより、表示用液晶パネル１の画像が視認できる視野角が広い状態（広視野角）と、視野角が狭い状態（狭視野角）との間で、表示状態を切替えることができる。狭視野角は、他人に表示用液晶パネル１の画像を見られたくない場合に特に好適に用いられ、広視野角は、それ以外の通常の使用時や、表示用液晶パネル１の画像を複数人で同時に見たい場合等に好適に用いられる。
【００２４】
表示用液晶パネル１は、一対の透光性基板間に液晶を挟持した液晶セル１１と、液晶セル１１の表裏に設けられた偏光板１２，１３とを有する。液晶セル１１の液晶モードやセル構造は任意である。また、表示用液晶パネル１の駆動モードも任意である。すなわち、表示用液晶パネル１としては、文字や画像あるいは動画を表示できる任意の液晶パネルを用いることができる。従って、図１においては表示用液晶パネル１の詳細な構造を図示せず、その説明も省略する。また、表示用液晶パネル１は、カラー表示可能なパネルであっても良いし、モノクロ表示専用のパネルであっても良い。さらに、バックライト３の構成にも何ら限定がなく、公知の任意のバックライトを用いることができるので、バックライト３の詳細な構造の図示および説明も省略する。
【００２５】
視野角制御用液晶パネル２は、一対の透光性基板間に液晶層を挟持した液晶セル２１と、液晶セル２１のバックライト３側に設けられた偏光板２２とを備えている。第１の実施形態では、液晶セル２１は、ハイブリッド配向させたポジ型（液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも高い）のネマティック液晶によって液晶層が構成される。
【００２６】
図２（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態にかかる液晶セル２１の液晶配向状態を示す模式図である。なお、これらの図面では、液晶分子のふるまいを分かりやすくするために、液晶分子の大きさ等を誇張して示した。
【００２７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶セル２１は、液晶層を挟持する一対の透光性基板２１１ａ，２１１ｂを備えている。透光性基板２１１ａ，２１１ｂのそれぞれの表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いて透明電極２１４ａ，２１４ｂが形成されている。透明電極２１４ａ，２１４ｂには、駆動回路２１５が接続されている。なお、表示用液晶パネル１は、表示単位（画素単位またはセグメント単位）で液晶を駆動することが必要であるので、表示単位に応じた電極構造を有しているが、視野角制御用液晶パネル２は、電極構造に関しては制限がない。例えば、表示面全体で一様なスイッチングを行うために透光性基板２１１ａ，２１１ｂの全面に一様な透明電極が形成された構成としても良いし、他の任意の電極構造を取り得る。
【００２８】
透光性基板２１１ａ，２１１ｂにおいて液晶層と接する面には、垂直配向膜２１２ａと水平配向膜２１２ｂとがそれぞれ設けられている。垂直配向膜２１２ａの近傍の液晶分子２１３ｐは、垂直配向膜２１２ａの表面に対して、分子長軸がほぼ垂直となるよう配向する。水平配向膜２１２ｂの近傍の液晶分子２１３ｐは、水平配向膜２１２ｂの表面に対して分子長軸がほぼ平行となるよう配向する。
【００２９】
垂直配向膜２１２ａには、その全体にわたってラビング処理が施されることにより、プレチルトが与えられている。同様に、水平配向膜２１２ｂにも、その全体にわたってラビング処理が施されることにより、プレチルトが与えられている。垂直配向膜２１２ａに対するプレチルト角θａ（図２（ａ）参照）は、液晶分子２１３ｐの長軸が垂直配向膜２１２ａの法線に対してなす角度である。水平配向膜２１２ｂに対するプレチルト角θｂ（図２（ａ）参照）は、液晶分子２１３ｐの長軸が水平配向膜２１２ｂの表面に対してなす角度である。垂直配向膜２１２ａの界面におけるプレチルト角θａは、２°〜５°の範囲であることが好ましい。その理由は、後に詳述する。水平配向膜２１２ｂの界面におけるプレチルト角θｂは、概ね０°＜θ＜１０°であることが好ましい。なお、図２（ａ）において、θａ，θｂの大きさは、実際よりも誇張して示されている。
【００３０】
垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂにおけるラビング処理の方向は、図２（ａ）に矢印Ｒａ，Ｒｂとして示すように、パラレル（平行かつ同方向）である。なお、液晶セル２１において、偏光板２２側の透光性基板に垂直配向膜を形成し、偏光板１２側の透光性基板に水平配向膜を形成した構成としても良いし、その逆に、偏光板１２側の透光性基板に垂直配向膜を形成し、偏光板２２側の透光性基板に水平配向膜を形成した構成としても良い。
【００３１】
なお、上記の説明では、垂直配向膜２１２ａと水平配向膜２１２ｂに対する配向処理の一例としてラビング処理を例示したが、プレチルトを付与するための配向処理は、ラビング処理に限定されない。また、垂直配向膜２１２ａに対する配向処理と、水平配向膜２１２ｂに対する配向処理とが異種の処理であっても構わない。
【００３２】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照し、印加電圧に応じた液晶分子２１３ｐのふるまいについて説明する。駆動回路２１５から液晶層へ電圧が印加されていないとき、液晶分子２１３ｐの長軸は、図２（ａ）に示すように、垂直配向膜２１２ａとの界面では当該界面の法線に対してプレチルト角θａだけ傾き、水平配向膜２１２ｂとの界面では当該界面に対してプレチルト角θｂだけ傾き、これらの界面の間のバルク領域では、分子長軸の方向が漸次的に変化した状態となる。一方、駆動回路２１５から液晶層へ所定の電圧ＶH（例えば３Ｖ〜５Ｖ程度）が印加されたとき、図２（ｂ）に示すように、バルク領域の液晶分子２１３ｐは、その長軸を電界の向きに揃えるように旋回する。垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂの界面近傍では、配向膜のアンカリング強度が大きいので、液晶分子２１３ｐの向きはあまり変化せず、液晶分子２１３ｐはプレチルト状態をほぼ保つ。
【００３３】
視野角制御用液晶パネル２は、液晶セル２１への印加電圧を、０Ｖと上記の所定の電圧ＶHとの間で切替えることにより、表示用液晶パネル１の画像が視認できる視野角が広い状態（広視野角）と、視野角が狭い状態（狭視野角）との間で、表示状態を切替える。
【００３４】
ここで、図３（ａ）および（ｂ）を参照しながら、視野角制御用液晶パネル２の構成および動作について説明する。図３において、（ａ）は広視野角時におけるバルク領域の液晶分子の配列状態を示し、（ｂ）は狭視野角時におけるバルク領域の液晶分子の配列状態を示す。
【００３５】
図３（ａ）および（ｂ）においても、垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂのそれぞれにおけるラビング方向を、矢印Ｒａ，Ｒｂにより示した。図３（ａ）および（ｂ）の例では、垂直配向膜２１２ａに対するラビング方向Ｒａは、水平配向膜２１２ｂに対するラビング方向Ｒａに平行かつ同じ向きである。すなわち、液晶セル２１は、ラビング方向に関して、いわゆるパラレル型セルである。
【００３６】
なお、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、視野角制御用液晶パネル２において液晶セル２１の下方に設けられた偏光板２２と、表示用液晶パネル１の偏光板１３とは、それぞれの偏光透過軸Ｘ22とＸ13とが略直交するように配置されている。偏光透過軸Ｘ22とＸ13とのなす角が８０°〜１００°の範囲であれば、視野角切替えの十分な効果が得られる。表示用液晶パネル１の偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13は、透光性基板２１１ａの配向膜に対するラビング方向Ｒａに対して、４０°〜５０°（好ましくは４５°）の傾きを持つ。
【００３７】
透光性基板２１１ａ，２１１ｂ（図２参照）のそれぞれに設けられた透明電極２１４ａ，２１４ｂ（図３では図示せず）間に、駆動回路２１５より電圧が印加されていない状態では、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、液晶層のバルク領域における液晶分子２１３ｐは、ラビング方向Ｒａ，Ｒｂに平行かつ液晶セル２１の基板面に垂直な面内で、液晶セル２１の基板面の法線に対して分子長軸がやや傾いた状態に配列する。一方、透光性基板２１１ａ，２１１ｂのそれぞれに設けられた透明電極２１４ａ，２１４ｂ（図３には図示せず）間に、駆動回路２１５より所定の電圧ＶHが印加された状態では、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、液晶層のバルク領域における液晶分子２１３ｐは、ラビング方向Ｒａ，Ｒｂに平行かつ液晶セル２１の基板面に垂直な面内において旋回し、液晶セル２１の基板面の法線に対して分子長軸がほぼ平行となった状態に配列する。
【００３８】
以下、上述の構成にかかる視野角制御用液晶パネル２を用いて、液晶セル２１への印加電圧を切替えた場合の視野角の変化について説明する。なお、以下の説明において、視野角制御用液晶パネル２と偏光板１３との積層体に対する、ある視点からの視角を、偏光板１３の中央を基準とした方位角θおよび極角φによって表す。図４は、図３（ａ）および（ｂ）と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネル２と偏光板１３との積層体に対する、３つの視点Ｐ1〜Ｐ3からの視角を表したものである。図４に示すように、方位角θとは、視点から偏光板１３の表面を含む平面へ下ろした垂線の足と、偏光板１３の中央１３ｃとを結ぶ線の回転角である。図４の例では、方位角θは、視点Ｐ2の方位角θ2を０°として、偏光板１３の法線方向上側から見た場合に時計回りに増加するものとする。図４の例では、視点Ｐ3の方位角θ3は９０°、視点Ｐ1の方位角θ1は２７０°である。極角φは、偏光板１３の中央１３ｃと視点とを結ぶ直線が、偏光板１３の法線となす角度である。
【００３９】
まず、電圧が印加されず、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように液晶分子２１３ｐが配列した状態では、視点Ｐ1〜Ｐ3の全ての方位角に対して、バックライト３から出射され、偏光板２２を透過して液晶セル２１内に入射した直線偏光は、液晶分子２１３ｐによって複屈折が与えられ、偏光板１３の偏光透過軸に一致するよう偏光方向が回転され、偏光板１３を透過する。従って、視点Ｐ1〜Ｐ3の全ての方位角に対して、良好な表示が得られる。
【００４０】
一方、所定の電圧ＶHが印加され、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように液晶分子２１３ｐが配列した状態では、視点Ｐ3（θ＝θ3＝９０°）からの視角の近傍では液晶分子２１３ｐによる複屈折によりほぼ良好な表示が得られるが、視点Ｐ3以外の視角に対しては、バックライト３から出射され、偏光板２２を透過して液晶セル２１内に入射した直線偏光は、液晶分子２１３ｐによって複屈折が与えられず、偏光板１３で遮蔽される。従って、方位角θ＝０°（視点Ｐ2）、θ＝１８０°、θ＝２７０°（視点Ｐ1）等からの視角に対しては、極角φのほぼ全範囲にわたって、他人からの覗き見を防止するに十分な遮光状態が得られる。
【００４１】
なお、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、垂直配向膜２１２ａの界面において液晶分子２１３ｐがプレチルトを与えられていることにより、狭視野角状態としたとき（すなわち、電圧ＶHが印加されたとき）に、極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止できるという優れた効果がある。この効果が得られる原理について、図５〜図７を参照し、以下に説明する。
【００４２】
図５（ａ）は、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２へ電圧ＶHが印加されたときの、水平配向膜２１２ｂと垂直配向膜２１２ａとの間における液晶分子２１３ｐの状態を示す。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した本実施形態との比較例として、垂直配向膜２１２ａ側にプレチルトが与えられていない場合の液晶分子の状態を示す。図５（ａ）および（ｂ）においては、水平配向膜２１２ｂから垂直配向膜２１２ａまでの間に存在する液晶分子２１３ｐの状態を、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5によって模式的に示した。また、図５（ａ）および（ｂ）においては、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5のそれぞれの屈折率楕円体を水平配向膜２１２ｂに平行な平面に投射し、この投射面に表れる短軸方向の屈折率成分であるｎｘを太い矢印で示し、長軸方向の屈折率成分であるｎｙを白抜き矢印で示した。
【００４３】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、屈折率成分ｎｙは、水平配向膜２１２ｂに最も近い液晶分子２１３ｐ1において最も大きく、水平配向膜２１２ｂから遠ざかるにつれて小さくなる。そして、図５（ａ）の例では、垂直配向膜２１２ａに最も近い液晶分子２１３ｐ5のように、バルク領域において垂直配向膜２１２ａの配向規制力の影響をより多く受ける液晶分子２１３ｐについては、その屈折率成分ｎｙが、水平配向膜２１２ｂの配向規制力の影響を受ける液晶分子２１３ｐ1等の屈折率成分ｎｙとは逆向きとなる。このように、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、水平配向膜２１２ｂ側の屈折率成分ｎｙによって生じた残留リタデーションが、垂直配向膜２１２ａ側の逆向きの屈折率成分ｎｙによって補償されることとなる。一方、図５（ｂ）に示した比較例では、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5は全て同じ方向の屈折率成分ｎｙを有するので、残留リタデーションが大きくなる。
【００４４】
言い換えれば、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていない場合は、図６（ａ）に示すように、ハイブリッド配向の液晶層へ斜め方向から入射した光に対しては、水平配向膜側の界面Ｓａと垂直配向膜側の界面Ｓｂにおける非対称性により、残留リタデーションが発生する。そして、液晶層への入射角が大きくなるほど、この残留リタデーションは大きくなる。従って、極角が大きい視角に対しては、この残留リタデーションに起因する光漏れが生じ易くなる。この結果、図６（ｂ）に示すように、極角φが例えば６０°以下の領域Ａ１に対しては、残留リタデーションの影響があまりないが、極角φが例えば６０°よりも大きい領域Ａ２については、残留リタデーションの影響により、光漏れが生じやすくなる。そこで、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、上述のとおり、垂直配向膜２１２ａ側にもプレチルトを付与して残留リタデーションを補償することにより、上記の光漏れを防止するものである。
【００４５】
図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した液晶分子配列による残留リタデーションの違いは、図７（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すように、透過率特性に影響を及ぼす。図７（ａ）は、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２の狭視野角状態時の透過率特性である。図７（ｂ）は、図５（ｂ）に示した比較例の狭視野角状態時の透過率特性である。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較することから分かるように、図７（ｂ）の透過率特性では、狭視野角状態時に遮蔽される方位角の一部（１８０°〜２３０°付近、および３１５°〜０°付近）であって、かつ、極角が大きい（およそ６０°以上）視角に対して、若干の光漏れが生じる。すなわち、この範囲の視角に対しては、遮蔽が十分ではなく、表示用液晶パネル１の表示が見えてしまうこととなる。一方、図５（ａ）に示した構成によれば、上述のように上下の配向膜界面における残留リタデーションが補償されることにより透過率が下がる。これにより、極角が大きい視角に対する漏れ光がなくなり、図７（ａ）に示すように、狭視野角状態時に遮蔽されるべき方位角（１８０°〜２７０°〜０°）の全体にわたって均一な遮光状態が得られる。
【００４６】
なお、垂直配向膜２１２ａ界面にプレチルトが与えられていると、当然に、広視野角状態においても残留リタデーションが補償されるので、透過率は低下することとなる。ただし、広視野角状態においては透過率が全体的に高いので、透過率の低下分が画質に大きな影響を与えることはない。
【００４７】
以上のとおり、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、ハイブリッド配向の液晶セル２１を用い、かつ、垂直配向膜２１２ａ側にもプレチルトを与えたことにより、狭視野角状態としたときに十分な遮光性能が得られる範囲が広い。これにより、斜め後方にいる他人からの覗き見を確実に防止する表示装置を実現できる。
【００４８】
なお、垂直配向膜２１２ａ側のプレチルト角θａは、前述のとおり、２°〜５°の範囲であることが好ましい。この理由を、図８および図９を参照して以下に説明する。
【００４９】
図８（ａ）は、垂直配向膜２１２ａ側のプレチルト角θａを様々に異ならせた場合の、狭視野角状態における方位角２００°、極角７０°の視角に対する黒表示時の透過率比を表すグラフである。なお、図８（ａ）においては、図５（ｂ）に示した比較例のように、垂直配向膜界面にプレチルトが与えられていない場合の黒表示時の透過率を１００％とした。また、プレチルト角θａの大きさは、図９に示すように、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２のように、水平配向膜２１２ｂ側への配向処理に対してパラレルに配向処理がなされた場合のプレチルト角をプラスとし、アンチパラレルに配向処理がなされた場合のプレチルト角をマイナスとした。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、方位角２００°、極角７０°の視角に対する狭視野角状態での黒表示時の透過率は、プレチルト角がマイナス方向に大きくなるほど高くなり、プレチルト角がプラス方向に大きくなるほど低くなる。また、プレチルト角が＋２°のときに、透過率比は８９．８％であり、約１０％程度、透過率を下げることが可能である。従って、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは２°以上であることが好ましい。また、垂直配向膜２１２ａに対する配向処理をラビング法によって行う場合、ラビングによって付与できるプレチルト角の範囲は、一般的には０．１°〜５°である。ラビング強度を強くするとプレチルト角は大きくなるが、過度なラビングは配向膜削れを生じさせるため好ましくない。従って、ラビング処理上の制限からは、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは５°以下であることが好ましい。以上より、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは、２°〜５°の範囲であることが好ましい。
【００５１】
また、図８（ｂ）は、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａと、狭視野角状態におけるピーク透過率比との関係を示すグラフである。ピーク透過率とは、最も透過率が高い箇所における透過率である。なお、図８（ｂ）においては、図５（ｂ）に示した比較例のように、垂直配向膜界面にプレチルトが与えられていない場合のピーク透過率を、１００％とした。図８（ｂ）に示すように、プレチルト角θａが大きくなるほど、ピーク透過率比は低くなる。プレチルト角θａが５°のときのピーク透過率比は、約９７％である。つまり、プレチルト角θａが前述のように２°〜５°の範囲であれば、狭視野角状態におけるピーク透過率の低下は３％以内におさまるので、好ましい。
【００５２】
なお、図１０に示すように、液晶セル２１の透光性基板２１１ａと偏光板１３との間に位相差フィルム４ａを、透光性基板２１１ｂと偏光板２２との間に位相差フィルム４ｂを、さらに備えた構成とすることが好ましい。液晶セル２１に電圧ＶHを印加することによって狭視野角とした場合、方位角９０°付近以外の視角（例えば方位角０°付近、１８０°付近、２７０°付近）から見た場合、バックライト３から出射し偏光板２２を透過した後の直線偏光は、液晶分子２１３ｐの屈折率（ｎe，ｎo）により、液晶セル２１の液晶層において複屈折が生じて楕円偏光となる。これにより、偏光板１３を透過する成分が生じ、光漏れの原因となる。位相差フィルム４ａ，４ｂは、その楕円偏光を光学補償するために設けられるものである。
【００５３】
なお、図１０に示すように、位相差フィルム４ａの３次元屈折率軸Ｎ4ax，Ｎ4ay，Ｎ4azと、位相差フィルム４ｂの３次元屈折率軸Ｎ4bx，Ｎ4by，Ｎ4bzとを定義する。すなわち、位相差フィルム４ａのＮ4axは、偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13に平行な成分、Ｎ4ayは、偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13に垂直な成分、Ｎ4azは、偏光板１３の法線に平行な成分である。なお、位相差フィルム４ａは、いわゆるＸプレートであり、Ｎ4ax＞Ｎ4ay＞Ｎ4azの関係が成り立つ。また、位相差フィルム４ｂは、Ｎ4bxは、偏光板２２の偏光透過軸Ｘ22に垂直な成分、Ｎ4byは、偏光板２２の偏光透過軸Ｘ22に平行な成分、Ｎ4bzは、偏光板２２の法線に平行な成分である。位相差フィルム４ｂは、いわゆるＮＥＺプレートであり、Ｎ4bx＞Ｎ4bz＞Ｎ4byの関係が成り立つ。
【００５４】
本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２において、狭視野角時の印加電圧ＶHをおよそ２．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲とする場合、位相差フィルム４ａは、面内のリタデーションＲｅが５０ｎｍ程度、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが２７０ｎｍ程度であることが好ましい。その場合、視野角制御用液晶パネル２の液晶材料として、例えば、異常光屈折率ｎｅがおよそ１．５７９であり、常光屈折率ｎｏがおよそ１．４８８の液晶材料を用いることが好ましい。また、この場合、位相差フィルム４ｂとしては、リタデーションが１４０ｎｍ程度、Ｎ4bz＝０．１のものを使用することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２によれば、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。
【００５６】
［第２の実施形態］
本発明にかかるディスプレイの他の実施形態について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、第１の実施形態において説明した構成には、第１の実施形態と同じ参照符号を付記し、その説明を省略する。
【００５７】
第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、垂直配向膜２１２ａの界面全体にプレチルトが与えられた液晶セル２１を備えていた。これに対して、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、液晶セル２１の代わりに、図１１（ａ）および（ｂ）に示す液晶セル５１を備えている。その他の構成については、第１の実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００と同様である。
【００５８】
図１１（ａ）は、液晶セル５１の平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面における液晶セル５１の構造を示す断面図である。液晶セル５１では、垂直配向膜５１２ａにおいて、セル中央部５１ｃに対応する領域にはラビング処理が施されておらず、セル中央部５１ｃの周辺領域５１ｐにのみラビング処理が施されている。これにより、液晶セル５１の液晶分子５１３ｐは、セル中央部５１ｃにおいては、垂直配向膜５１２ａの界面に対して分子長軸が垂直になるよう配向し、周辺領域５１ｐにおいては、垂直配向膜５１２ａの界面に対してプレチルト角θａを有するよう配向する。
【００５９】
このように、垂直配向膜５１２ａにおいて周辺領域５１ｐに対応する部分のみにプレチルトを与えることにより、第１の実施形態に比較して以下のような利点がある。すなわち、垂直配向膜５１２ａの界面に対してプレチルトを与えると、第１の実施形態において図９を参照して説明したとおり、ピーク透過率が低くなる。そこで、本実施形態のように、狭視野角状態において遮蔽されるべき周辺領域５１ｐにおいてのみ、垂直配向膜５１２ａにラビング処理を施すことにより、周辺領域５１ｐにおける透過率を低く抑えつつ、セル中央部５１ｃについては、ピーク透過率を高く保つことができる。
【００６０】
なお、図１１（ａ）においては、液晶セル５１の主面中央に位置するほぼ円形のセル中央部５１ｃを、ラビング処理を施さない領域とした。この場合、第１の実施形態において図６（ｂ）に示した領域Ａ２、すなわち、パネル中央の法線に対して極角φが所定の角度（例えば６０°）以上となる領域を、プレチルトを与えるべき周辺領域５１ｐとしても良い。しかし、垂直配向膜５１２ａにおいてラビング処理を施す領域と施さない領域の分割パターンは、図１１（ａ）の具体例のみに限定されず、任意である。つまり、ディスプレイの用途や使用状況等に応じて、ラビング処理を選択的に施す領域の分割数、位置、大きさ、および形状等を、任意に設計すれば良い。
【００６１】
ここで、垂直配向膜５１２ａの一部の領域にのみラビング処理を施す方法について、図１２を参照しながら説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、透光性基板２１１ａ上に透明電極５１３ａを形成し、その上に垂直配向膜材料５１２ａ’を塗布する。そして、図１２（ｂ）に示すように、さらにその上に、レジスト５１４を塗布する。次に、図１２（ｃ）に示すように、レジスト５１４において、プレチルトを付与したい領域（周辺領域５１ｐ）に相当する箇所のみが紫外線に暴露されるよう、所定のパターンが形成されたフォトマスク５１５を介して、レジスト５１４へ紫外線を照射する。
【００６２】
次に、図１２（ｄ）に示すように、レジスト５１４を現像処理し、プレチルトを付与したい領域のレジスト５１４を剥離する。そして、図１２（ｅ）に示すように、レジスト５１４を剥離した領域の垂直配向膜材料５１２ａ’にのみ、ラビング処理を施す。次に、図１２（ｆ）に示すように、残ったレジストを剥離することにより、部分的にラビング処理が施された垂直配向膜５１２ａが完成する。この垂直配向膜５１２ａを有する透光性基板２１１ａを、水平配向膜２１２ｂを有する透光性基板２１１ｂとを所定の間隔を持って貼り合わせて、その間隙に液晶材料を注入することにより、図１１（ｂ）に示したような液晶セル５１が完成する。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば、液晶セル５１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、液晶セル５１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。また、液晶セル５１の垂直配向膜５１２ａの一部の領域にのみラビング処理が施されていることにより、極角が大きい視角に対する漏れ光を確実に遮蔽しつつ、ピーク透過率を高く保つことが可能な視野角制御用液晶パネルを実現できる。
【００６４】
［第３の実施形態］
本発明にかかるディスプレイのさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、前述の各実施形態において説明した構成には、同じ参照符号を付記し、その説明を省略する。
【００６５】
第２の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、液晶層との界面全体が、プレチルトが与えられた領域（ラビング処理が施された領域）と、プレチルトがない領域（ラビング処理が施されていない領域）とにマクロ的に分割された垂直配向膜５１２ａを備えていた。これに対して、第３の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、第２の実施形態の垂直配向膜５１２ａの代わりに、例えば図１３に示すように、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがミクロ的に混在した垂直配向膜６１２ａを備えている。図１３の例では、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがチェッカーパターン状に交互に配置されている。なお、その以外の構成については、第１および第２の実施形態において説明した構成と同様である。
【００６６】
なお、このような垂直配向膜６１２ａは、第２の実施形態において図１２を参照しながら説明した方法と同様の方法によって作成可能である。つまり、紫外線照射工程で用いるフォトマスク５１５のパターンを微細化することによって、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1と、プレチルトがない領域６１２ａ2とがミクロ的に混在した垂直配向膜６１２ａを作成することができる。
【００６７】
このような構成にかかる垂直配向膜６１２ａを備えたことにより、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルを備えたディスプレイは、狭視野角状態において、極角が大きな視角から見た場合の透過率を低く抑えつつ、ピーク透過率を高く保つことができる。
【００６８】
なお、図１３では、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがチェッカーパターン状に混在した例を示したが、これはあくまでも一例にすぎず、プレチルトが与えられた領域とプレチルトがない領域との分割態様は、領域数、領域の大きさ、および領域の形状等について任意に設計することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態をいくつか説明したが、本発明の実施形態は上述の例に限定されず、他の様々な技術要素と組み合わせることができる。
【００７０】
例えば、第１〜第３の実施形態にかかる液晶ディスプレイは、バックライト３として、一般的なバックライト（極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有するバックライト）を用いても良いが、指向性バックライトを用いることが好ましい。指向性バックライトとは、ディスプレイの正面方向、すなわち極角にしてφ＝０°を中心とした比較的狭い角度範囲の輝度が、他の部分の輝度よりも高くなるような輝度分布を有するバックライトであり、一般的なバックライトに１枚または複数枚のレンズシートを積層することによって実現できる。
【００７１】
ここで、図１４〜図１７を参照し、第１〜第３の実施形態にかかる液晶ディスプレイに対して適用可能なバックライトの特性について説明する。図１４は、バックライト３として、指向性バックライトではなく一般的なバックライト（レンズシートなし）を用いた場合の輝度分布図である。この場合、バックライト３は、水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）に対称的な輝度分布を有するが、垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）については、輝度のピークＬＰ1を方位角θ＝２７０°、極角φ＝４５°の付近に有する。なお、バックライト３の輝度ピークＬＰ1をこのように正面方向からずらした設計としたのは、後述するようにレンズシートを２枚積層した場合に、輝度ピークが真正面（極角φ＝０°）に位置するようにしたためである。つまり、レンズシートを用いない場合、あるいはレンズシートを１枚だけ積層する場合は、バックライト３の輝度ピークは、図１４に示した位置とは異なる。
【００７２】
図１５〜図１７は、レンズシートを用いた指向性バックライトとした場合の、バックライト３の輝度分布を示す。図１５は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面にレンズシートを１枚積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。レンズシートとしては、住友スリーエム株式会社製の「ＢＥＦ II ９０／５０（商品名）」を用いたが、これに限定されない。この場合、図１５に示すように、レンズシートを光出射面に１枚積層したことによって輝度分布が変化し、輝度のピークＬＰ2が方位角θ＝２７０°、極角φ＝３０°付近に現われる。また、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７３】
図１６は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを、図１５とは配置角度が９０°異なる向きに積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図１６に示すように、輝度のピークＬＰ3が方位角θ＝２７０°、極角φ＝１５°付近に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７４】
図１７は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを２枚、配置角度が９０°異なる向きで積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図１７に示すように、輝度のピークＬＰ4がほぼ正面（方位角θ＝２７０°、極角φ＝５°付近）に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７５】
図１８は、バックライト３の水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。図１９は、バックライト３の垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。なお、図１８では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝１８０°側の極角に負の符号を付して表し、図１９では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝２７０°側の極角に負の符号を付して表した。
【００７６】
図１８および図１９に示すように、レンズシートを１枚積層した場合、法線方向（極角φ＝０°）の輝度は、レンズシートがない場合の約１．８倍（輝度上昇率は約１．６０）となる。また、レンズシートを２枚積層した場合は、法線方向の輝度は、レンズシートがない場合の約２．８倍（輝度上昇率は約１．９５）となる。ただし、輝度上昇率は、バックライトシステム全体の構成材料や設計または総合的な照明効果に応じて異なるので、上記の輝度上昇率が必ずしも最適であるとは限らない。
【００７７】
また、図１８および図１９に示すＴｈは、レンズシートを１枚積層した場合の法線方向の輝度の５０％に相当する輝度を表す。このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（水平方向）は、図１５に示すレンズシートの配置の場合は約６６°、図１６に示すレンズシートの配置の場合は約９６°である。同様に、このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（垂直方向）は、図１５に示すレンズシートの配置の場合は約９９°、図１６に示すレンズシートの配置の場合は約６６°である。なお、レンズシートを２枚積層した場合、法線方向の輝度の５０％に相当する輝度が得られる極角の範囲は、水平方向では約５８°であり、垂直方向では約８８°である。
【００７８】
なお、指向性バックライトを用いた場合を、極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有する一般的なバックライトを用いた場合と比較すると、挟視野角状態において、輝度ピークが正面方向へ近づくと共に、遮光状態となる方位角の範囲がより広くなるという効果を有する。従って、指向性バックライトを用いることにより、斜め後方にいる他人からの覗き見を、より確実に防止する表示装置を実現できる。
【００７９】
図２０は、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００の変形例としての液晶ディスプレイ２００の構成を示す。図１と図２０とを比較することから分かるように、液晶ディスプレイ１００と液晶ディスプレイ２００とは、表示用液晶パネル１と視野角制御用液晶パネル２との積層順序が逆になっている。すなわち、図２０に示すように、液晶ディスプレイ２００は、バックライト３の上に表示用液晶パネル１が積層され、さらにその上に視野角制御用液晶パネル２が積層された構成である。なお、液晶ディスプレイ２００において、表示用液晶パネル１は、半透過型液晶パネルであっても良い。
【００８０】
液晶ディスプレイ２００においては、表示用液晶パネル１の上側の偏光板１２と、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２）との積層体が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２０に示す液晶ディスプレイ２００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、液晶ディスプレイ１００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００，２００によれば、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。
【００８２】
なお、本実施形態は、あくまでも本発明の具体例を示すものであって、本発明の技術的範囲をこれらの具体例に限定する意図はない。例えば、上記の説明では、ポジ型ネマティック液晶を用いる例を示したが、ハイブリッド配向させたネガ型ネマティック液晶を用いても良い。ネガ型ネマティック液晶を用いた場合、図２（ａ）および（ｂ）に示したポジ型ネマティック液晶の液晶分子と挙動が異なる。すなわち、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、電圧無印加時は、液晶分子２１３ｎが、図２（ａ）と同様な配列をとっているが、電圧が印加されると、液晶分子２１３ｎが、その長軸を基板面にほぼ平行に揃えるように配向する。従って、ポジ型ネマティック液晶を用いる場合とは逆に、広視野角時は視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に所定の電圧を印加し、狭視野角時は液晶セル２１に電圧を印加しないようにすれば良い。
【００８３】
さらに、上記の説明では、視野角制御用液晶パネル２の液晶層全体が一様に制御される構成を例示した。しかし、液晶セル２１の電極構造を局所領域毎に異ならせれば、液晶の動作を局所領域毎に制御することができる。これにより、表示画面の視野角の広さを局所領域毎に異ならせることも可能である。
【００８４】
また、上記の説明では、表示装置の背面または前面に視野角制御装置を配置した例を説明したが、表示装置の背面と前面との両方に視野角制御装置を配置した構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８５】
また、上記の説明では、表示装置の具体例として、透過型液晶パネルを挙げたが、表示装置はこれに限定されない。例えば、反射型または半透過型の液晶表示パネルを表示装置として用いることもできる。また、液晶表示パネルのような非発光型表示装置に限らず、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display）、電界放出ディスプレイ（Field Emission Display）、表面電界ディスプレイ（Surface-conduction Electron-emitter Display）等の自発光型表示装置を用いることもできる。
【００８６】
図２２は、表示装置として、反射型の液晶表示パネルを用いた場合の構成例である。図２２に示す液晶ディスプレイ３００は、反射型液晶表示パネル３０の前面（観察者側）に、視野角制御用液晶パネル２を配置した構成である。反射型液晶表示パネル３０は、観察者と反対側の基板に反射板（図示せず）を備えた反射型液晶セル３１と、反射型液晶セル３１の上面に配置された偏光板３２とを備えている。反射型液晶セルの構造および動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。液晶ディスプレイ３００では、反射型液晶表示パネル３０の偏光板３２と、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２）との積層体が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２２に示す液晶ディスプレイ３００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、液晶ディスプレイ３００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８７】
また、図２３は、表示装置として、例えばＥＬ素子等の自発光型表示装置を用いた場合の構成例である。図２３に示すディスプレイ４００は、自発光型表示装置４０の前面（観察者側）に、視野角制御用液晶パネル２を配置した構成である。この場合は、視野角制御用液晶パネル２は、液晶セル２１の表裏に、一対の偏光板２２，２３を備えている。偏光板２２，２３の偏光透過軸は、互いに略直交するよう配置されている。ディスプレイ４００では、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２，２３）が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２３に示すディスプレイ４００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、ディスプレイ４００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８８】
なお、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの表示状態が狭視野角であるときに、ユーザにその旨を知らせるためのメッセージ、画像、またはアイコン等を、表示装置の画面に表示するようにしても良い。
【００８９】
また、上記の実施形態のいずれにおいても、表示装置で表示される画像の内容に応じて視野角制御装置の駆動回路が動作し、狭視野角と広視野角とを自動的に切替えるようにしても良い。例えば、ディスプレイがインターネットのウェブページを見るために用いられる場合、ウェブページの内容に応じて各ページに関連付けられたソフトウェアフラッグを参照し、他人から見られないことが好ましい内容である場合等に、狭視野角の表示状態に自動的に切替えるようにしても良い。また、ブラウザが暗号化モードで起動された場合に、狭視野角の表示状態へ切替えるようにしても良い。
【００９０】
また、ディスプレイが、データ入力装置の一部である場合、またはデータ入力装置と関連し、入力されているデータタイプまたは入力されようとするデータタイプが機密性を有するものである場合等に、ディスプレイの表示状態を狭視野角に切替えるよう調整することも可能である。例えば、ユーザが何らかの個人識別番号を入力したとき等に、ディスプレイが自動的に狭視野角に切替わるようにすれば良い。
【００９１】
なお、上記の実施形態のいずれにおいても、視野角制御装置は、表示装置から取り外しが可能なモジュールまたはカバーとして形成されても良い。そのような取り外し可能なモジュールは、表示装置に取り付けられたときに、表示装置に電気的に接続されることによって、適切な電力と制御信号を得ることができる。
【００９２】
また、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの周囲光を測定する光学センサ（アンビエントセンサ）をさらに備え、光学センサの測定値が所定の閾値を下回るときに、ディスプレイの表示状態を狭視野角とすることも好ましい。
【００９３】
なお、本発明にかかるディスプレイおよび視野角制御装置の用途は多岐に亘る。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、携帯型ゲーム機、または携帯電話等のディスプレイに適用されるだけでなく、ＡＴＭ（現金自動受け払い機）、公共の場に設置される情報端末、券売機、および車載用ディスプレイ等、様々な機器のディスプレイに適用される。
【００９４】
また、本発明にかかる視野角制御装置は、ディスプレイに組み込まれた状態で実施されることもあるが、ディスプレイの部品として、視野角制御装置単体で製造され、流通する可能性もある。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置として、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるディスプレイの概略構成を示す断面図である。
【図２】ハイブリッド配向されたポジ型のネマティック液晶のふるまいを示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の様子を示す。
【図３】第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルの構成を示す模式図であり、（ａ）は広視野角時における液晶分子の配列状態を示し、（ｂ）は挟視野角時における液晶分子の配列状態を示す。
【図４】図２（ａ）および（ｂ）と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネルおよび上側偏光板の積層体に対する、視角の定義を表す模式図である。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルへ電圧が印加されたときの液晶分子の状態を示し、（ｂ）は、第１の実施形態との比較例として、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていない場合の液晶分子の状態を示す。
【図６】（ａ）は、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていないハイブリッド配向の液晶セルにおける残留リタデーションの影響を示す模式図であり、（ｂ）は、残留リタデーションの影響がある領域（Ａ２）とない領域（Ａ１）の分布と極角φとの関係を示す模式図である。
【図７】（ａ）は、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２の狭視野角状態時の透過率特性であり、（ｂ）は、図５（ｂ）に示した比較例の狭視野角状態時の透過率特性である。
【図８】（ａ）は、垂直配向膜側のプレチルト角θａを様々に異ならせた場合の、狭視野角状態における方位角２００°、極角７０°の視角に対する黒表示時の透過率比を表すグラフである。（ｂ）は、垂直配向膜のプレチルト角θａと、狭視野角状態におけるピーク透過率比との関係を示すグラフである。
【図９】垂直配向膜のプレチルト角のプラスとマイナスの定義を示す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態にかかるディスプレイの変形例であり、視野角制御用液晶パネルの透光性基板と偏光板との間に位相差フィルムをさらに備えた構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルが備える液晶セルの構成を示す図であり、（ａ）は当該液晶セルの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面における当該液晶セルの構造を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、第２の実施形態にかかる液晶セルの垂直配向膜の主要な製造工程を示す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルが備える垂直配向膜の構成を示す模式図である。
【図１４】一般的なバックライト（レンズシートなし）の輝度分布図である。
【図１５】レンズシートを積層した指向性バックライトの一例の輝度分布図である。
【図１６】レンズシートを積層した指向性バックライトの他の例の輝度分布図である。
【図１７】レンズシートを積層した指向性バックライトのさらに他の例の輝度分布図である。
【図１８】バックライトの水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図１９】バックライトの垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図２０】本発明の実施形態にかかるディスプレイの他の変形例の構成を示す断面図である。
【図２１】ハイブリッド配向されたネガ型のネマティック液晶のふるまいを示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の様子を示す。
【図２２】本発明の実施形態にかかるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施形態にかかるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 表示用液晶パネル
２ 視野角制御用液晶パネル
３ バックライト
１１ 液晶セル
１２ 偏光板
１３ 偏光板
２１ 液晶セル
２１１ａ，２１１ｂ 透光性基板
２１２ａ 垂直配向膜
２１２ｂ 水平配向膜
２１３ｐ 液晶分子
２１３ｎ 液晶分子
２１４ａ，２１４ｂ 透明電極
２１５ 駆動回路
２２ 偏光板
２３ 偏光板
３０ 反射型液晶表示パネル
３１ 液晶セル
３２ 偏光板
４０ 自発光型表示装置
１００ 液晶ディスプレイ
２００ 液晶ディスプレイ
３００ ディスプレイ
４００ ディスプレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイの視野角を広視野角と狭視野角との間で切替えられる視野角制御装置と、それを用いたディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイは、一般的には、どの視角から見ても鮮明な画像を見ることができるように、可能な限り広い視野角を有することが求められている。特に、最近広く普及している液晶ディスプレイは、液晶そのものが視角依存性を有することから、広視野角化に関して様々な技術開発がなされてきた。しかしながら、使用環境によっては、使用者本人にしか表示内容が視認できないよう、視野角が狭い方が好都合であることもある。特に、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、または携帯電話等は、電車や飛行機内など、不特定多数の人間が存在し得る場所で使用される可能性も高い。そのような使用環境においては、機密保持やプライバシー保護等の観点から、近傍の他人から表示内容を覗かれたくないので、ディスプレイの視野角が狭いことが望ましい。このように、近年、１台のディスプレイの視野角を、使用状況に応じて広視野角と狭視野角との間で切替えたいという要求が高まっている。なお、この要求は、液晶ディスプレイに限らず、任意のディスプレイに対して共通の課題である。
【０００３】
このような要求に対して、画像を表示する表示装置に加えて位相差制御用装置を備え、位相差制御用装置に印加する電圧を制御することによって視野角特性を変化させようとする技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１）。この特許文献１では、位相差制御用液晶表示装置で用いる液晶モードとして、カイラルネマティック液晶、ホモジニアス液晶、ランダム配向のネマティック液晶などが例示されている。
【０００４】
また、表示用液晶パネル上部に、視野角制御用液晶パネルを設け、これらのパネルを２枚の偏光板で挟持し、視野角制御用液晶パネルへの印加電圧を調整することによって、視野角制御を行う構成も従来開示されている（例えば、特許文献２，３）。特許文献２では、視野角制御用液晶パネルの液晶モードはツイストネマティック方式である。特許文献３には、平行な透過軸を有する２枚の偏光板の間に視野角制御用液晶パネルを備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特許第３３２２１９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、位相差制御用液晶素子を用いることによって広視野角と狭視野角との切替えが可能であると述べられているが、その効果は十分とは言えない。例えば特許文献１の図４には、コントラスト比が１０：１の等コントラスト曲線が示されており、狭視野角では、確かに広視野角方向のコントラストが低下している。しかしながら、この程度の変化では、隣にいる人から表示が十分に視認されてしまう。一般に、コントラスト比が２：１まで低下しても、十分に表示を視認できるからである。
【０００６】
また、特許文献２の技術も、視野角制御用液晶パネルへの印加電圧を変化させてコントラストを調整することによって、広視野角と狭視野角との切替えを行うものであり、その効果は十分とは言えない。
【０００７】
すなわち、特許文献１，２のいずれの技術も、広視野角方向のコントラストを低下させることによって、広視野角と狭視野角との切替えを行う手法を採用しているが、このような手法では、狭視野角時に広視野角方向の遮蔽が十分ではなく、他人から画像が見られてしまう可能性があるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかるディスプレイは、表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレイであって、前記視野角制御装置は、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された２枚の偏光板の間に配置され、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記視野角制御装置の液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成では、視野角制御装置を挟むように、偏光透過軸が略直交する２枚の偏光板が配置されている。なお、視野角制御装置と上記２枚の偏光板とは、必ずしも隣接している必要はなく、それらの間に何らかの構成要素が介在しても良い。上記の構成では、液晶層に所定の電圧を印加して液晶分子の配列状態を変化させ、液晶の複屈折を利用することにより、視野角制御装置の液晶セルから出射する光の偏光状態を変化させれば、視野角制御装置の観察者側に配置されている偏光板が検光子として作用し、視野角制御装置から観察者側へ出射する光を、視角に応じて透過または遮蔽することができる。すなわち、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態（広視野角）と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態（狭視野角）とのいずれかに切替え可能である。なお、「広視野角」と「狭視野角」とは、特定の絶対的な角度範囲を意味するのではなく、相対的に広い視野角と、相対的に狭い視野角とを意味する。また、上記の構成では、液晶分子をハイブリッド配向させた液晶セルを用いることにより、限られた視野角のみ表示を視認できる狭視野角状態が実現可能である。これにより、上記従来の視野角制御技術のように広視野角側の表示のコントラストを低下させるのではなく、光の透過および遮蔽の切替えによって視野角制御を行うことができる。この結果、様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイを提供することができる。さらに、上記の構成では、垂直配向膜の少なくとも一部に、水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられていることにより、これらの配向膜界面の非対称性によって生じる残留リタデーションが相互に補償される。これにより、極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止することができるという優れた効果を有する。
【００１１】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記プレチルト付与領域におけるプレチルト角が２°〜５°の範囲であることが好ましい。極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止しつつ、ピーク透過率を維持することが可能であるからである。
【００１２】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記垂直配向膜の界面全体が前記プレチルト付与領域である構成としても良い。しかし、前記垂直配向膜の界面が、前記プレチルト付与領域と、配向処理が施されていない非チルト領域とを含む構成としても良い。後者の構成では、極角が大きい視角に対する光漏れを防止したい領域をプレチルト付与領域とすることにより、ピーク透過率を高く維持しつつ、極角が大きい視角に対する光漏れを防止できる。この場合、例えば、前記非チルト領域が、前記垂直配向膜の中央に位置し、前記プレチル付与領域が、前記非チルト領域の周辺に位置する構成とすることが好ましい。あるいは、前記プレチルト付与領域と前記非チルト領域とが交互に隣接して設けられた構成としても良い。
【００１３】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第２の視野角範囲を提供することが好ましい。あるいは、本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置の液晶層が、ネガ型のネマティック液晶を含み、前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第１の視野角範囲を提供する構成としても良い。
【００１４】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記２枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が８０°〜１００°の範囲で交差するように配置されたことが好ましい。
【００１５】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、前記２枚の偏光板のうち１枚が、前記表示装置に設けられた偏光板であることが好ましい。例えば、前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた構成とすることができる。この場合、視野角制御装置は、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置されても良いし、前記透過型液晶表示装置の前面に配置されても良い。また、前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトであることが好ましい。
【００１６】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置であることも好ましい。または、前記表示装置が自発光型表示装置であって、前記２枚の偏光板のうち１枚は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている構成であっても良い。
【００１７】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、４０°〜５０°の範囲で交差するように配置されたことが好ましい。
【００１８】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記視野角制御装置と前記２枚の偏光板との間の少なくとも１箇所に位相差フィルムを備えたことが好ましい。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第１の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記液晶セルにおいて前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる第２の視野角制御装置は、表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が略直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のとおり、本発明によれば、表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかるディスプレイは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、液晶ディスプレイ１００は、画像を表示する表示用液晶パネル１（表示装置）と視野角制御用液晶パネル２（視野角制御装置）との２枚の液晶パネルを備えている。本実施形態における表示用液晶パネル１は透過型であり、光源としてバックライト３が用いられる。視野角制御用液晶パネル２は、バックライト３と表示用液晶パネル１との間に設けられている。液晶ディスプレイ１００は、視野角制御用液晶パネル２における液晶をスイッチング動作させることにより、表示用液晶パネル１の画像が視認できる視野角が広い状態（広視野角）と、視野角が狭い状態（狭視野角）との間で、表示状態を切替えることができる。狭視野角は、他人に表示用液晶パネル１の画像を見られたくない場合に特に好適に用いられ、広視野角は、それ以外の通常の使用時や、表示用液晶パネル１の画像を複数人で同時に見たい場合等に好適に用いられる。
【００２４】
表示用液晶パネル１は、一対の透光性基板間に液晶を挟持した液晶セル１１と、液晶セル１１の表裏に設けられた偏光板１２，１３とを有する。液晶セル１１の液晶モードやセル構造は任意である。また、表示用液晶パネル１の駆動モードも任意である。すなわち、表示用液晶パネル１としては、文字や画像あるいは動画を表示できる任意の液晶パネルを用いることができる。従って、図１においては表示用液晶パネル１の詳細な構造を図示せず、その説明も省略する。また、表示用液晶パネル１は、カラー表示可能なパネルであっても良いし、モノクロ表示専用のパネルであっても良い。さらに、バックライト３の構成にも何ら限定がなく、公知の任意のバックライトを用いることができるので、バックライト３の詳細な構造の図示および説明も省略する。
【００２５】
視野角制御用液晶パネル２は、一対の透光性基板間に液晶層を挟持した液晶セル２１と、液晶セル２１のバックライト３側に設けられた偏光板２２とを備えている。第１の実施形態では、液晶セル２１は、ハイブリッド配向させたポジ型（液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも高い）のネマティック液晶によって液晶層が構成される。
【００２６】
図２（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態にかかる液晶セル２１の液晶配向状態を示す模式図である。なお、これらの図面では、液晶分子のふるまいを分かりやすくするために、液晶分子の大きさ等を誇張して示した。
【００２７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶セル２１は、液晶層を挟持する一対の透光性基板２１１ａ，２１１ｂを備えている。透光性基板２１１ａ，２１１ｂのそれぞれの表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いて透明電極２１４ａ，２１４ｂが形成されている。透明電極２１４ａ，２１４ｂには、駆動回路２１５が接続されている。なお、表示用液晶パネル１は、表示単位（画素単位またはセグメント単位）で液晶を駆動することが必要であるので、表示単位に応じた電極構造を有しているが、視野角制御用液晶パネル２は、電極構造に関しては制限がない。例えば、表示面全体で一様なスイッチングを行うために透光性基板２１１ａ，２１１ｂの全面に一様な透明電極が形成された構成としても良いし、他の任意の電極構造を取り得る。
【００２８】
透光性基板２１１ａ，２１１ｂにおいて液晶層と接する面には、垂直配向膜２１２ａと水平配向膜２１２ｂとがそれぞれ設けられている。垂直配向膜２１２ａの近傍の液晶分子２１３ｐは、垂直配向膜２１２ａの表面に対して、分子長軸がほぼ垂直となるよう配向する。水平配向膜２１２ｂの近傍の液晶分子２１３ｐは、水平配向膜２１２ｂの表面に対して分子長軸がほぼ平行となるよう配向する。
【００２９】
垂直配向膜２１２ａには、その全体にわたってラビング処理が施されることにより、プレチルトが与えられている。同様に、水平配向膜２１２ｂにも、その全体にわたってラビング処理が施されることにより、プレチルトが与えられている。垂直配向膜２１２ａに対するプレチルト角θａ（図２（ａ）参照）は、液晶分子２１３ｐの長軸が垂直配向膜２１２ａの法線に対してなす角度である。水平配向膜２１２ｂに対するプレチルト角θｂ（図２（ａ）参照）は、液晶分子２１３ｐの長軸が水平配向膜２１２ｂの表面に対してなす角度である。垂直配向膜２１２ａの界面におけるプレチルト角θａは、２°〜５°の範囲であることが好ましい。その理由は、後に詳述する。水平配向膜２１２ｂの界面におけるプレチルト角θｂは、概ね０°＜θ＜１０°であることが好ましい。なお、図２（ａ）において、θａ，θｂの大きさは、実際よりも誇張して示されている。
【００３０】
垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂにおけるラビング処理の方向は、図２（ａ）に矢印Ｒａ，Ｒｂとして示すように、パラレル（平行かつ同方向）である。なお、液晶セル２１において、偏光板２２側の透光性基板に垂直配向膜を形成し、偏光板１２側の透光性基板に水平配向膜を形成した構成としても良いし、その逆に、偏光板１２側の透光性基板に垂直配向膜を形成し、偏光板２２側の透光性基板に水平配向膜を形成した構成としても良い。
【００３１】
なお、上記の説明では、垂直配向膜２１２ａと水平配向膜２１２ｂに対する配向処理の一例としてラビング処理を例示したが、プレチルトを付与するための配向処理は、ラビング処理に限定されない。また、垂直配向膜２１２ａに対する配向処理と、水平配向膜２１２ｂに対する配向処理とが異種の処理であっても構わない。
【００３２】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照し、印加電圧に応じた液晶分子２１３ｐのふるまいについて説明する。駆動回路２１５から液晶層へ電圧が印加されていないとき、液晶分子２１３ｐの長軸は、図２（ａ）に示すように、垂直配向膜２１２ａとの界面では当該界面の法線に対してプレチルト角θａだけ傾き、水平配向膜２１２ｂとの界面では当該界面に対してプレチルト角θｂだけ傾き、これらの界面の間のバルク領域では、分子長軸の方向が漸次的に変化した状態となる。一方、駆動回路２１５から液晶層へ所定の電圧ＶH（例えば３Ｖ〜５Ｖ程度）が印加されたとき、図２（ｂ）に示すように、バルク領域の液晶分子２１３ｐは、その長軸を電界の向きに揃えるように旋回する。垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂの界面近傍では、配向膜のアンカリング強度が大きいので、液晶分子２１３ｐの向きはあまり変化せず、液晶分子２１３ｐはプレチルト状態をほぼ保つ。
【００３３】
視野角制御用液晶パネル２は、液晶セル２１への印加電圧を、０Ｖと上記の所定の電圧ＶHとの間で切替えることにより、表示用液晶パネル１の画像が視認できる視野角が広い状態（広視野角）と、視野角が狭い状態（狭視野角）との間で、表示状態を切替える。
【００３４】
ここで、図３（ａ）および（ｂ）を参照しながら、視野角制御用液晶パネル２の構成および動作について説明する。図３において、（ａ）は広視野角時におけるバルク領域の液晶分子の配列状態を示し、（ｂ）は狭視野角時におけるバルク領域の液晶分子の配列状態を示す。
【００３５】
図３（ａ）および（ｂ）においても、垂直配向膜２１２ａおよび水平配向膜２１２ｂのそれぞれにおけるラビング方向を、矢印Ｒａ，Ｒｂにより示した。図３（ａ）および（ｂ）の例では、垂直配向膜２１２ａに対するラビング方向Ｒａは、水平配向膜２１２ｂに対するラビング方向Ｒａに平行かつ同じ向きである。すなわち、液晶セル２１は、ラビング方向に関して、いわゆるパラレル型セルである。
【００３６】
なお、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、視野角制御用液晶パネル２において液晶セル２１の下方に設けられた偏光板２２と、表示用液晶パネル１の偏光板１３とは、それぞれの偏光透過軸Ｘ22とＸ13とが略直交するように配置されている。偏光透過軸Ｘ22とＸ13とのなす角が８０°〜１００°の範囲であれば、視野角切替えの十分な効果が得られる。表示用液晶パネル１の偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13は、透光性基板２１１ａの配向膜に対するラビング方向Ｒａに対して、４０°〜５０°（好ましくは４５°）の傾きを持つ。
【００３７】
透光性基板２１１ａ，２１１ｂ（図２参照）のそれぞれに設けられた透明電極２１４ａ，２１４ｂ（図３では図示せず）間に、駆動回路２１５より電圧が印加されていない状態では、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、液晶層のバルク領域における液晶分子２１３ｐは、ラビング方向Ｒａ，Ｒｂに平行かつ液晶セル２１の基板面に垂直な面内で、液晶セル２１の基板面の法線に対して分子長軸がやや傾いた状態に配列する。一方、透光性基板２１１ａ，２１１ｂのそれぞれに設けられた透明電極２１４ａ，２１４ｂ（図３には図示せず）間に、駆動回路２１５より所定の電圧ＶHが印加された状態では、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、液晶層のバルク領域における液晶分子２１３ｐは、ラビング方向Ｒａ，Ｒｂに平行かつ液晶セル２１の基板面に垂直な面内において旋回し、液晶セル２１の基板面の法線に対して分子長軸がほぼ平行となった状態に配列する。
【００３８】
以下、上述の構成にかかる視野角制御用液晶パネル２を用いて、液晶セル２１への印加電圧を切替えた場合の視野角の変化について説明する。なお、以下の説明において、視野角制御用液晶パネル２と偏光板１３との積層体に対する、ある視点からの視角を、偏光板１３の中央を基準とした方位角θおよび極角φによって表す。図４は、図３（ａ）および（ｂ）と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネル２と偏光板１３との積層体に対する、３つの視点Ｐ1〜Ｐ3からの視角を表したものである。図４に示すように、方位角θとは、視点から偏光板１３の表面を含む平面へ下ろした垂線の足と、偏光板１３の中央１３ｃとを結ぶ線の回転角である。図４の例では、方位角θは、視点Ｐ2の方位角θ2を０°として、偏光板１３の法線方向上側から見た場合に時計回りに増加するものとする。図４の例では、視点Ｐ3の方位角θ3は９０°、視点Ｐ1の方位角θ1は２７０°である。極角φは、偏光板１３の中央１３ｃと視点とを結ぶ直線が、偏光板１３の法線となす角度である。
【００３９】
まず、電圧が印加されず、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように液晶分子２１３ｐが配列した状態では、視点Ｐ1〜Ｐ3の全ての方位角に対して、バックライト３から出射され、偏光板２２を透過して液晶セル２１内に入射した直線偏光は、液晶分子２１３ｐによって複屈折が与えられ、偏光板１３の偏光透過軸に一致するよう偏光方向が回転され、偏光板１３を透過する。従って、視点Ｐ1〜Ｐ3の全ての方位角に対して、良好な表示が得られる。
【００４０】
一方、所定の電圧ＶHが印加され、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように液晶分子２１３ｐが配列した状態では、視点Ｐ3（θ＝θ3＝９０°）からの視角の近傍では液晶分子２１３ｐによる複屈折によりほぼ良好な表示が得られるが、視点Ｐ3以外の視角に対しては、バックライト３から出射され、偏光板２２を透過して液晶セル２１内に入射した直線偏光は、液晶分子２１３ｐによって複屈折が与えられず、偏光板１３で遮蔽される。従って、方位角θ＝０°（視点Ｐ2）、θ＝１８０°、θ＝２７０°（視点Ｐ1）等からの視角に対しては、極角φのほぼ全範囲にわたって、他人からの覗き見を防止するに十分な遮光状態が得られる。
【００４１】
なお、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、垂直配向膜２１２ａの界面において液晶分子２１３ｐがプレチルトを与えられていることにより、狭視野角状態としたとき（すなわち、電圧ＶHが印加されたとき）に、極角が大きい視角に対する光漏れを効果的に防止できるという優れた効果がある。この効果が得られる原理について、図５〜図７を参照し、以下に説明する。
【００４２】
図５（ａ）は、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２へ電圧ＶHが印加されたときの、水平配向膜２１２ｂと垂直配向膜２１２ａとの間における液晶分子２１３ｐの状態を示す。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した本実施形態との比較例として、垂直配向膜２１２ａ側にプレチルトが与えられていない場合の液晶分子の状態を示す。図５（ａ）および（ｂ）においては、水平配向膜２１２ｂから垂直配向膜２１２ａまでの間に存在する液晶分子２１３ｐの状態を、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5によって模式的に示した。また、図５（ａ）および（ｂ）においては、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5のそれぞれの屈折率楕円体を水平配向膜２１２ｂに平行な平面に投射し、この投射面に表れる短軸方向の屈折率成分であるｎｘを太い矢印で示し、長軸方向の屈折率成分であるｎｙを白抜き矢印で示した。
【００４３】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、屈折率成分ｎｙは、水平配向膜２１２ｂに最も近い液晶分子２１３ｐ1において最も大きく、水平配向膜２１２ｂから遠ざかるにつれて小さくなる。そして、図５（ａ）の例では、垂直配向膜２１２ａに最も近い液晶分子２１３ｐ5のように、バルク領域において垂直配向膜２１２ａの配向規制力の影響をより多く受ける液晶分子２１３ｐについては、その屈折率成分ｎｙが、水平配向膜２１２ｂの配向規制力の影響を受ける液晶分子２１３ｐ1等の屈折率成分ｎｙとは逆向きとなる。このように、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、水平配向膜２１２ｂ側の屈折率成分ｎｙによって生じた残留リタデーションが、垂直配向膜２１２ａ側の逆向きの屈折率成分ｎｙによって補償されることとなる。一方、図５（ｂ）に示した比較例では、液晶分子２１３ｐ1〜２１３ｐ5は全て同じ方向の屈折率成分ｎｙを有するので、残留リタデーションが大きくなる。
【００４４】
言い換えれば、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていない場合は、図６（ａ）に示すように、ハイブリッド配向の液晶層へ斜め方向から入射した光に対しては、水平配向膜側の界面Ｓａと垂直配向膜側の界面Ｓｂにおける非対称性により、残留リタデーションが発生する。そして、液晶層への入射角が大きくなるほど、この残留リタデーションは大きくなる。従って、極角が大きい視角に対しては、この残留リタデーションに起因する光漏れが生じ易くなる。この結果、図６（ｂ）に示すように、極角φが例えば６０°以下の領域Ａ１に対しては、残留リタデーションの影響があまりないが、極角φが例えば６０°よりも大きい領域Ａ２については、残留リタデーションの影響により、光漏れが生じやすくなる。そこで、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、上述のとおり、垂直配向膜２１２ａ側にもプレチルトを付与して残留リタデーションを補償することにより、上記の光漏れを防止するものである。
【００４５】
図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した液晶分子配列による残留リタデーションの違いは、図７（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すように、透過率特性に影響を及ぼす。図７（ａ）は、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２の狭視野角状態時の透過率特性である。図７（ｂ）は、図５（ｂ）に示した比較例の狭視野角状態時の透過率特性である。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較することから分かるように、図７（ｂ）の透過率特性では、狭視野角状態時に遮蔽される方位角の一部（１８０°〜２３０°付近、および３１５°〜０°付近）であって、かつ、極角が大きい（およそ６０°以上）視角に対して、若干の光漏れが生じる。すなわち、この範囲の視角に対しては、遮蔽が十分ではなく、表示用液晶パネル１の表示が見えてしまうこととなる。一方、図５（ａ）に示した構成によれば、上述のように上下の配向膜界面における残留リタデーションが補償されることにより透過率が下がる。これにより、極角が大きい視角に対する漏れ光がなくなり、図７（ａ）に示すように、狭視野角状態時に遮蔽されるべき方位角（１８０°〜２７０°〜０°）の全体にわたって均一な遮光状態が得られる。
【００４６】
なお、垂直配向膜２１２ａ界面にプレチルトが与えられていると、当然に、広視野角状態においても残留リタデーションが補償されるので、透過率は低下することとなる。ただし、広視野角状態においては透過率が全体的に高いので、透過率の低下分が画質に大きな影響を与えることはない。
【００４７】
以上のとおり、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、ハイブリッド配向の液晶セル２１を用い、かつ、垂直配向膜２１２ａ側にもプレチルトを与えたことにより、狭視野角状態としたときに十分な遮光性能が得られる範囲が広い。これにより、斜め後方にいる他人からの覗き見を確実に防止する表示装置を実現できる。
【００４８】
なお、垂直配向膜２１２ａ側のプレチルト角θａは、前述のとおり、２°〜５°の範囲であることが好ましい。この理由を、図８および図９を参照して以下に説明する。
【００４９】
図８（ａ）は、垂直配向膜２１２ａ側のプレチルト角θａを様々に異ならせた場合の、狭視野角状態における方位角２００°、極角７０°の視角に対する黒表示時の透過率比を表すグラフである。なお、図８（ａ）においては、図５（ｂ）に示した比較例のように、垂直配向膜界面にプレチルトが与えられていない場合の黒表示時の透過率を１００％とした。また、プレチルト角θａの大きさは、図９に示すように、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２のように、水平配向膜２１２ｂ側への配向処理に対してパラレルに配向処理がなされた場合のプレチルト角をプラスとし、アンチパラレルに配向処理がなされた場合のプレチルト角をマイナスとした。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、方位角２００°、極角７０°の視角に対する狭視野角状態での黒表示時の透過率は、プレチルト角がマイナス方向に大きくなるほど高くなり、プレチルト角がプラス方向に大きくなるほど低くなる。また、プレチルト角が＋２°のときに、透過率比は８９．８％であり、約１０％程度、透過率を下げることが可能である。従って、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは２°以上であることが好ましい。また、垂直配向膜２１２ａに対する配向処理をラビング法によって行う場合、ラビングによって付与できるプレチルト角の範囲は、一般的には０．１°〜５°である。ラビング強度を強くするとプレチルト角は大きくなるが、過度なラビングは配向膜削れを生じさせるため好ましくない。従って、ラビング処理上の制限からは、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは５°以下であることが好ましい。以上より、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａは、２°〜５°の範囲であることが好ましい。
【００５１】
また、図８（ｂ）は、垂直配向膜２１２ａのプレチルト角θａと、狭視野角状態におけるピーク透過率比との関係を示すグラフである。ピーク透過率とは、最も透過率が高い箇所における透過率である。なお、図８（ｂ）においては、図５（ｂ）に示した比較例のように、垂直配向膜界面にプレチルトが与えられていない場合のピーク透過率を、１００％とした。図８（ｂ）に示すように、プレチルト角θａが大きくなるほど、ピーク透過率比は低くなる。プレチルト角θａが５°のときのピーク透過率比は、約９７％である。つまり、プレチルト角θａが前述のように２°〜５°の範囲であれば、狭視野角状態におけるピーク透過率の低下は３％以内におさまるので、好ましい。
【００５２】
なお、図１０に示すように、液晶セル２１の透光性基板２１１ａと偏光板１３との間に位相差フィルム４ａを、透光性基板２１１ｂと偏光板２２との間に位相差フィルム４ｂを、さらに備えた構成とすることが好ましい。液晶セル２１に電圧ＶHを印加することによって狭視野角とした場合、方位角９０°付近以外の視角（例えば方位角０°付近、１８０°付近、２７０°付近）から見た場合、バックライト３から出射し偏光板２２を透過した後の直線偏光は、液晶分子２１３ｐの屈折率（ｎe，ｎo）により、液晶セル２１の液晶層において複屈折が生じて楕円偏光となる。これにより、偏光板１３を透過する成分が生じ、光漏れの原因となる。位相差フィルム４ａ，４ｂは、その楕円偏光を光学補償するために設けられるものである。
【００５３】
なお、図１０に示すように、位相差フィルム４ａの３次元屈折率軸Ｎ4ax，Ｎ4ay，Ｎ4azと、位相差フィルム４ｂの３次元屈折率軸Ｎ4bx，Ｎ4by，Ｎ4bzとを定義する。すなわち、位相差フィルム４ａのＮ4axは、偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13に平行な成分、Ｎ4ayは、偏光板１３の偏光透過軸Ｘ13に垂直な成分、Ｎ4azは、偏光板１３の法線に平行な成分である。なお、位相差フィルム４ａは、いわゆるＸプレートであり、Ｎ4ax＞Ｎ4ay＞Ｎ4azの関係が成り立つ。また、位相差フィルム４ｂは、Ｎ4bxは、偏光板２２の偏光透過軸Ｘ22に垂直な成分、Ｎ4byは、偏光板２２の偏光透過軸Ｘ22に平行な成分、Ｎ4bzは、偏光板２２の法線に平行な成分である。位相差フィルム４ｂは、いわゆるＮＥＺプレートであり、Ｎ4bx＞Ｎ4bz＞Ｎ4byの関係が成り立つ。
【００５４】
本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２において、狭視野角時の印加電圧ＶHをおよそ２．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲とする場合、位相差フィルム４ａは、面内のリタデーションＲｅが５０ｎｍ程度、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが２７０ｎｍ程度であることが好ましい。その場合、視野角制御用液晶パネル２の液晶材料として、例えば、異常光屈折率ｎｅがおよそ１．５７９であり、常光屈折率ｎｏがおよそ１．４８８の液晶材料を用いることが好ましい。また、この場合、位相差フィルム４ｂとしては、リタデーションが１４０ｎｍ程度、Ｎ4bz＝０．１のものを使用することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２によれば、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。
【００５６】
［第２の実施形態］
本発明にかかるディスプレイの他の実施形態について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、第１の実施形態において説明した構成には、第１の実施形態と同じ参照符号を付記し、その説明を省略する。
【００５７】
第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２は、垂直配向膜２１２ａの界面全体にプレチルトが与えられた液晶セル２１を備えていた。これに対して、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、液晶セル２１の代わりに、図１１（ａ）および（ｂ）に示す液晶セル５１を備えている。その他の構成については、第１の実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００と同様である。
【００５８】
図１１（ａ）は、液晶セル５１の平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面における液晶セル５１の構造を示す断面図である。液晶セル５１では、垂直配向膜５１２ａにおいて、セル中央部５１ｃに対応する領域にはラビング処理が施されておらず、セル中央部５１ｃの周辺領域５１ｐにのみラビング処理が施されている。これにより、液晶セル５１の液晶分子５１３ｐは、セル中央部５１ｃにおいては、垂直配向膜５１２ａの界面に対して分子長軸が垂直になるよう配向し、周辺領域５１ｐにおいては、垂直配向膜５１２ａの界面に対してプレチルト角θａを有するよう配向する。
【００５９】
このように、垂直配向膜５１２ａにおいて周辺領域５１ｐに対応する部分のみにプレチルトを与えることにより、第１の実施形態に比較して以下のような利点がある。すなわち、垂直配向膜５１２ａの界面に対してプレチルトを与えると、第１の実施形態において図９を参照して説明したとおり、ピーク透過率が低くなる。そこで、本実施形態のように、狭視野角状態において遮蔽されるべき周辺領域５１ｐにおいてのみ、垂直配向膜５１２ａにラビング処理を施すことにより、周辺領域５１ｐにおける透過率を低く抑えつつ、セル中央部５１ｃについては、ピーク透過率を高く保つことができる。
【００６０】
なお、図１１（ａ）においては、液晶セル５１の主面中央に位置するほぼ円形のセル中央部５１ｃを、ラビング処理を施さない領域とした。この場合、第１の実施形態において図６（ｂ）に示した領域Ａ２、すなわち、パネル中央の法線に対して極角φが所定の角度（例えば６０°）以上となる領域を、プレチルトを与えるべき周辺領域５１ｐとしても良い。しかし、垂直配向膜５１２ａにおいてラビング処理を施す領域と施さない領域の分割パターンは、図１１（ａ）の具体例のみに限定されず、任意である。つまり、ディスプレイの用途や使用状況等に応じて、ラビング処理を選択的に施す領域の分割数、位置、大きさ、および形状等を、任意に設計すれば良い。
【００６１】
ここで、垂直配向膜５１２ａの一部の領域にのみラビング処理を施す方法について、図１２を参照しながら説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、透光性基板２１１ａ上に透明電極５１３ａを形成し、その上に垂直配向膜材料５１２ａ’を塗布する。そして、図１２（ｂ）に示すように、さらにその上に、レジスト５１４を塗布する。次に、図１２（ｃ）に示すように、レジスト５１４において、プレチルトを付与したい領域（周辺領域５１ｐ）に相当する箇所のみが紫外線に暴露されるよう、所定のパターンが形成されたフォトマスク５１５を介して、レジスト５１４へ紫外線を照射する。
【００６２】
次に、図１２（ｄ）に示すように、レジスト５１４を現像処理し、プレチルトを付与したい領域のレジスト５１４を剥離する。そして、図１２（ｅ）に示すように、レジスト５１４を剥離した領域の垂直配向膜材料５１２ａ’にのみ、ラビング処理を施す。次に、図１２（ｆ）に示すように、残ったレジストを剥離することにより、部分的にラビング処理が施された垂直配向膜５１２ａが完成する。この垂直配向膜５１２ａを有する透光性基板２１１ａを、水平配向膜２１２ｂを有する透光性基板２１１ｂとを所定の間隔を持って貼り合わせて、その間隙に液晶材料を注入することにより、図１１（ｂ）に示したような液晶セル５１が完成する。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば、液晶セル５１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、液晶セル５１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。また、液晶セル５１の垂直配向膜５１２ａの一部の領域にのみラビング処理が施されていることにより、極角が大きい視角に対する漏れ光を確実に遮蔽しつつ、ピーク透過率を高く保つことが可能な視野角制御用液晶パネルを実現できる。
【００６４】
［第３の実施形態］
本発明にかかるディスプレイのさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、前述の各実施形態において説明した構成には、同じ参照符号を付記し、その説明を省略する。
【００６５】
第２の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、液晶層との界面全体が、プレチルトが与えられた領域（ラビング処理が施された領域）と、プレチルトがない領域（ラビング処理が施されていない領域）とにマクロ的に分割された垂直配向膜５１２ａを備えていた。これに対して、第３の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルは、第２の実施形態の垂直配向膜５１２ａの代わりに、例えば図１３に示すように、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがミクロ的に混在した垂直配向膜６１２ａを備えている。図１３の例では、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがチェッカーパターン状に交互に配置されている。なお、その以外の構成については、第１および第２の実施形態において説明した構成と同様である。
【００６６】
なお、このような垂直配向膜６１２ａは、第２の実施形態において図１２を参照しながら説明した方法と同様の方法によって作成可能である。つまり、紫外線照射工程で用いるフォトマスク５１５のパターンを微細化することによって、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1と、プレチルトがない領域６１２ａ2とがミクロ的に混在した垂直配向膜６１２ａを作成することができる。
【００６７】
このような構成にかかる垂直配向膜６１２ａを備えたことにより、本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルを備えたディスプレイは、狭視野角状態において、極角が大きな視角から見た場合の透過率を低く抑えつつ、ピーク透過率を高く保つことができる。
【００６８】
なお、図１３では、プレチルトが与えられた領域６１２ａ1とプレチルトがない領域６１２ａ2とがチェッカーパターン状に混在した例を示したが、これはあくまでも一例にすぎず、プレチルトが与えられた領域とプレチルトがない領域との分割態様は、領域数、領域の大きさ、および領域の形状等について任意に設計することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態をいくつか説明したが、本発明の実施形態は上述の例に限定されず、他の様々な技術要素と組み合わせることができる。
【００７０】
例えば、第１〜第３の実施形態にかかる液晶ディスプレイは、バックライト３として、一般的なバックライト（極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有するバックライト）を用いても良いが、指向性バックライトを用いることが好ましい。指向性バックライトとは、ディスプレイの正面方向、すなわち極角にしてφ＝０°を中心とした比較的狭い角度範囲の輝度が、他の部分の輝度よりも高くなるような輝度分布を有するバックライトであり、一般的なバックライトに１枚または複数枚のレンズシートを積層することによって実現できる。
【００７１】
ここで、図１４〜図１７を参照し、第１〜第３の実施形態にかかる液晶ディスプレイに対して適用可能なバックライトの特性について説明する。図１４は、バックライト３として、指向性バックライトではなく一般的なバックライト（レンズシートなし）を用いた場合の輝度分布図である。この場合、バックライト３は、水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）に対称的な輝度分布を有するが、垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）については、輝度のピークＬＰ1を方位角θ＝２７０°、極角φ＝４５°の付近に有する。なお、バックライト３の輝度ピークＬＰ1をこのように正面方向からずらした設計としたのは、後述するようにレンズシートを２枚積層した場合に、輝度ピークが真正面（極角φ＝０°）に位置するようにしたためである。つまり、レンズシートを用いない場合、あるいはレンズシートを１枚だけ積層する場合は、バックライト３の輝度ピークは、図１４に示した位置とは異なる。
【００７２】
図１５〜図１７は、レンズシートを用いた指向性バックライトとした場合の、バックライト３の輝度分布を示す。図１５は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面にレンズシートを１枚積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。レンズシートとしては、住友スリーエム株式会社製の「ＢＥＦ II ９０／５０（商品名）」を用いたが、これに限定されない。この場合、図１５に示すように、レンズシートを光出射面に１枚積層したことによって輝度分布が変化し、輝度のピークＬＰ2が方位角θ＝２７０°、極角φ＝３０°付近に現われる。また、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７３】
図１６は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを、図１５とは配置角度が９０°異なる向きに積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図１６に示すように、輝度のピークＬＰ3が方位角θ＝２７０°、極角φ＝１５°付近に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦６０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７４】
図１７は、図１４の輝度特性を持つバックライトの光出射面に、上記と同じレンズシートを２枚、配置角度が９０°異なる向きで積層した構成とした場合の、バックライト３の輝度分布図である。この場合、図１７に示すように、輝度のピークＬＰ4がほぼ正面（方位角θ＝２７０°、極角φ＝５°付近）に現われると共に、水平方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲、垂直方向については極角がおよそ０°≦φ≦４０°の範囲において、他の部分よりも相対的に輝度が高くなる。
【００７５】
図１８は、バックライト３の水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。図１９は、バックライト３の垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。なお、図１８では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝１８０°側の極角に負の符号を付して表し、図１９では、正面方向（極角φ＝０°）から方位角θ＝２７０°側の極角に負の符号を付して表した。
【００７６】
図１８および図１９に示すように、レンズシートを１枚積層した場合、法線方向（極角φ＝０°）の輝度は、レンズシートがない場合の約１．８倍（輝度上昇率は約１．６０）となる。また、レンズシートを２枚積層した場合は、法線方向の輝度は、レンズシートがない場合の約２．８倍（輝度上昇率は約１．９５）となる。ただし、輝度上昇率は、バックライトシステム全体の構成材料や設計または総合的な照明効果に応じて異なるので、上記の輝度上昇率が必ずしも最適であるとは限らない。
【００７７】
また、図１８および図１９に示すＴｈは、レンズシートを１枚積層した場合の法線方向の輝度の５０％に相当する輝度を表す。このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（水平方向）は、図１５に示すレンズシートの配置の場合は約６６°、図１６に示すレンズシートの配置の場合は約９６°である。同様に、このＴｈ以上の輝度が得られる極角の範囲（垂直方向）は、図１５に示すレンズシートの配置の場合は約９９°、図１６に示すレンズシートの配置の場合は約６６°である。なお、レンズシートを２枚積層した場合、法線方向の輝度の５０％に相当する輝度が得られる極角の範囲は、水平方向では約５８°であり、垂直方向では約８８°である。
【００７８】
なお、指向性バックライトを用いた場合を、極角全範囲にわたってほぼ平均的な輝度分布を有する一般的なバックライトを用いた場合と比較すると、挟視野角状態において、輝度ピークが正面方向へ近づくと共に、遮光状態となる方位角の範囲がより広くなるという効果を有する。従って、指向性バックライトを用いることにより、斜め後方にいる他人からの覗き見を、より確実に防止する表示装置を実現できる。
【００７９】
図２０は、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００の変形例としての液晶ディスプレイ２００の構成を示す。図１と図２０とを比較することから分かるように、液晶ディスプレイ１００と液晶ディスプレイ２００とは、表示用液晶パネル１と視野角制御用液晶パネル２との積層順序が逆になっている。すなわち、図２０に示すように、液晶ディスプレイ２００は、バックライト３の上に表示用液晶パネル１が積層され、さらにその上に視野角制御用液晶パネル２が積層された構成である。なお、液晶ディスプレイ２００において、表示用液晶パネル１は、半透過型液晶パネルであっても良い。
【００８０】
液晶ディスプレイ２００においては、表示用液晶パネル１の上側の偏光板１２と、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２）との積層体が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２０に示す液晶ディスプレイ２００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、液晶ディスプレイ１００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００，２００によれば、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧ＶHを印加すれば、限られた視野角からのみ表示を視認できる狭視野角の表示を実現できる。また、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に電圧を印加しなければ、広い視野角から表示が視認できる。
【００８２】
なお、本実施形態は、あくまでも本発明の具体例を示すものであって、本発明の技術的範囲をこれらの具体例に限定する意図はない。例えば、上記の説明では、ポジ型ネマティック液晶を用いる例を示したが、ハイブリッド配向させたネガ型ネマティック液晶を用いても良い。ネガ型ネマティック液晶を用いた場合、図２（ａ）および（ｂ）に示したポジ型ネマティック液晶の液晶分子と挙動が異なる。すなわち、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、電圧無印加時は、液晶分子２１３ｎが、図２（ａ）と同様な配列をとっているが、電圧が印加されると、液晶分子２１３ｎが、その長軸を基板面にほぼ平行に揃えるように配向する。従って、ポジ型ネマティック液晶を用いる場合とは逆に、広視野角時は視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に所定の電圧を印加し、狭視野角時は液晶セル２１に電圧を印加しないようにすれば良い。
【００８３】
さらに、上記の説明では、視野角制御用液晶パネル２の液晶層全体が一様に制御される構成を例示した。しかし、液晶セル２１の電極構造を局所領域毎に異ならせれば、液晶の動作を局所領域毎に制御することができる。これにより、表示画面の視野角の広さを局所領域毎に異ならせることも可能である。
【００８４】
また、上記の説明では、表示装置の背面または前面に視野角制御装置を配置した例を説明したが、表示装置の背面と前面との両方に視野角制御装置を配置した構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８５】
また、上記の説明では、表示装置の具体例として、透過型液晶パネルを挙げたが、表示装置はこれに限定されない。例えば、反射型または半透過型の液晶表示パネルを表示装置として用いることもできる。また、液晶表示パネルのような非発光型表示装置に限らず、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display）、電界放出ディスプレイ（Field Emission Display）、表面電界ディスプレイ（Surface-conduction Electron-emitter Display）等の自発光型表示装置を用いることもできる。
【００８６】
図２２は、表示装置として、反射型の液晶表示パネルを用いた場合の構成例である。図２２に示す液晶ディスプレイ３００は、反射型液晶表示パネル３０の前面（観察者側）に、視野角制御用液晶パネル２を配置した構成である。反射型液晶表示パネル３０は、観察者と反対側の基板に反射板（図示せず）を備えた反射型液晶セル３１と、反射型液晶セル３１の上面に配置された偏光板３２とを備えている。反射型液晶セルの構造および動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。液晶ディスプレイ３００では、反射型液晶表示パネル３０の偏光板３２と、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２）との積層体が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２２に示す液晶ディスプレイ３００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、液晶ディスプレイ３００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８７】
また、図２３は、表示装置として、例えばＥＬ素子等の自発光型表示装置を用いた場合の構成例である。図２３に示すディスプレイ４００は、自発光型表示装置４０の前面（観察者側）に、視野角制御用液晶パネル２を配置した構成である。この場合は、視野角制御用液晶パネル２は、液晶セル２１の表裏に、一対の偏光板２２，２３を備えている。偏光板２２，２３の偏光透過軸は、互いに略直交するよう配置されている。ディスプレイ４００では、視野角制御用液晶パネル２（液晶セル２１および偏光板２２，２３）が、液晶ディスプレイ１００に関して図３（ａ）および（ｂ）に示した積層体と同等に機能する。従って、図２３に示すディスプレイ４００においても、液晶ディスプレイ１００と同様に、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１に印加する電圧を、０ＶとＶHとの間で切替えることにより、ディスプレイ４００の表示状態を広視野角と狭視野角との間で切替えることができる。
【００８８】
なお、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの表示状態が狭視野角であるときに、ユーザにその旨を知らせるためのメッセージ、画像、またはアイコン等を、表示装置の画面に表示するようにしても良い。
【００８９】
また、上記の実施形態のいずれにおいても、表示装置で表示される画像の内容に応じて視野角制御装置の駆動回路が動作し、狭視野角と広視野角とを自動的に切替えるようにしても良い。例えば、ディスプレイがインターネットのウェブページを見るために用いられる場合、ウェブページの内容に応じて各ページに関連付けられたソフトウェアフラッグを参照し、他人から見られないことが好ましい内容である場合等に、狭視野角の表示状態に自動的に切替えるようにしても良い。また、ブラウザが暗号化モードで起動された場合に、狭視野角の表示状態へ切替えるようにしても良い。
【００９０】
また、ディスプレイが、データ入力装置の一部である場合、またはデータ入力装置と関連し、入力されているデータタイプまたは入力されようとするデータタイプが機密性を有するものである場合等に、ディスプレイの表示状態を狭視野角に切替えるよう調整することも可能である。例えば、ユーザが何らかの個人識別番号を入力したとき等に、ディスプレイが自動的に狭視野角に切替わるようにすれば良い。
【００９１】
なお、上記の実施形態のいずれにおいても、視野角制御装置は、表示装置から取り外しが可能なモジュールまたはカバーとして形成されても良い。そのような取り外し可能なモジュールは、表示装置に取り付けられたときに、表示装置に電気的に接続されることによって、適切な電力と制御信号を得ることができる。
【００９２】
また、上記の実施形態のいずれにおいても、ディスプレイの周囲光を測定する光学センサ（アンビエントセンサ）をさらに備え、光学センサの測定値が所定の閾値を下回るときに、ディスプレイの表示状態を狭視野角とすることも好ましい。
【００９３】
なお、本発明にかかるディスプレイおよび視野角制御装置の用途は多岐に亘る。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、携帯型ゲーム機、または携帯電話等のディスプレイに適用されるだけでなく、ＡＴＭ（現金自動受け払い機）、公共の場に設置される情報端末、券売機、および車載用ディスプレイ等、様々な機器のディスプレイに適用される。
【００９４】
また、本発明にかかる視野角制御装置は、ディスプレイに組み込まれた状態で実施されることもあるが、ディスプレイの部品として、視野角制御装置単体で製造され、流通する可能性もある。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、広視野角と狭視野角とを切替えることにより様々な使用環境や用途に適応可能なディスプレイと、これに用いられる視野角制御装置として、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるディスプレイの概略構成を示す断面図である。
【図２】ハイブリッド配向されたポジ型のネマティック液晶のふるまいを示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の様子を示す。
【図３】第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルの構成を示す模式図であり、（ａ）は広視野角時における液晶分子の配列状態を示し、（ｂ）は挟視野角時における液晶分子の配列状態を示す。
【図４】図２（ａ）および（ｂ）と同じ向きに配置された視野角制御用液晶パネルおよび上側偏光板の積層体に対する、視角の定義を表す模式図である。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルへ電圧が印加されたときの液晶分子の状態を示し、（ｂ）は、第１の実施形態との比較例として、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていない場合の液晶分子の状態を示す。
【図６】（ａ）は、垂直配向膜側にプレチルトが与えられていないハイブリッド配向の液晶セルにおける残留リタデーションの影響を示す模式図であり、（ｂ）は、残留リタデーションの影響がある領域（Ａ２）とない領域（Ａ１）の分布と極角φとの関係を示す模式図である。
【図７】（ａ）は、図５（ａ）に示した本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２の狭視野角状態時の透過率特性であり、（ｂ）は、図５（ｂ）に示した比較例の狭視野角状態時の透過率特性である。
【図８】（ａ）は、垂直配向膜側のプレチルト角θａを様々に異ならせた場合の、狭視野角状態における方位角２００°、極角７０°の視角に対する黒表示時の透過率比を表すグラフである。（ｂ）は、垂直配向膜のプレチルト角θａと、狭視野角状態におけるピーク透過率比との関係を示すグラフである。
【図９】垂直配向膜のプレチルト角のプラスとマイナスの定義を示す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態にかかるディスプレイの変形例であり、視野角制御用液晶パネルの透光性基板と偏光板との間に位相差フィルムをさらに備えた構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルが備える液晶セルの構成を示す図であり、（ａ）は当該液晶セルの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面における当該液晶セルの構造を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、第２の実施形態にかかる液晶セルの垂直配向膜の主要な製造工程を示す模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態にかかる視野角制御用液晶パネルが備える垂直配向膜の構成を示す模式図である。
【図１４】一般的なバックライト（レンズシートなし）の輝度分布図である。
【図１５】レンズシートを積層した指向性バックライトの一例の輝度分布図である。
【図１６】レンズシートを積層した指向性バックライトの他の例の輝度分布図である。
【図１７】レンズシートを積層した指向性バックライトのさらに他の例の輝度分布図である。
【図１８】バックライトの水平方向（方位角θ＝０°からθ＝１８０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図１９】バックライトの垂直方向（方位角θ＝９０°からθ＝２７０°の方向）における輝度分布を、レンズシートの有無の別に示した輝度−極角特性図である。
【図２０】本発明の実施形態にかかるディスプレイの他の変形例の構成を示す断面図である。
【図２１】ハイブリッド配向されたネガ型のネマティック液晶のふるまいを示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の様子を示す。
【図２２】本発明の実施形態にかかるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施形態にかかるディスプレイのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 表示用液晶パネル
２ 視野角制御用液晶パネル
３ バックライト
１１ 液晶セル
１２ 偏光板
１３ 偏光板
２１ 液晶セル
２１１ａ，２１１ｂ 透光性基板
２１２ａ 垂直配向膜
２１２ｂ 水平配向膜
２１３ｐ 液晶分子
２１３ｎ 液晶分子
２１４ａ，２１４ｂ 透明電極
２１５ 駆動回路
２２ 偏光板
２３ 偏光板
３０ 反射型液晶表示パネル
３１ 液晶セル
３２ 偏光板
４０ 自発光型表示装置
１００ 液晶ディスプレイ
２００ 液晶ディスプレイ
３００ ディスプレイ
４００ ディスプレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、
前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレイであって、
前記視野角制御装置は、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、
前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された２枚の偏光板の間に配置され、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記視野角制御装置の液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態との間で切替え可能とすることを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
前記プレチルト付与領域におけるプレチルト角が２°〜５°の範囲である、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記垂直配向膜の界面全体が前記プレチルト付与領域である、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記垂直配向膜の界面が、前記プレチルト付与領域と、配向処理が施されていない非チルト領域とを含む、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記非チルト領域が、前記垂直配向膜の中央に位置し、
前記プレチルト付与領域が、前記非チルト領域の周辺に位置する、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記プレチルト付与領域と前記非チルト領域とが交互に隣接して設けられた、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、
前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第２の視野角範囲を提供する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記視野角制御装置の液晶層が、ネガ型のネマティック液晶を含み、
前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第１の視野角範囲を提供する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記２枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が８０°〜１００°の範囲で交差するように配置された、請求項１〜８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、
前記２枚の偏光板のうち１枚が、前記表示装置に設けられた偏光板である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記視野角制御装置が、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置された、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記視野角制御装置が、前記透過型液晶表示装置の前面に配置された、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトである、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記表示装置が、自発光型表示装置であって、
前記２枚の偏光板のうち１枚は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、４０°〜５０°の範囲で交差するように配置された、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
前記視野角制御装置と前記２枚の偏光板との間の少なくとも１箇所に位相差フィルムを備えた、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、
一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、
前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、
前記液晶セルにおいて前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。
【請求項２０】
表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、
一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、
前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、
前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が略直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。
【請求項１】
表示すべき画像に応じて駆動される表示装置と、
前記表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御する視野角制御装置とを備えたディスプレイであって、
前記視野角制御装置は、一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路とを備え、
前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、偏光透過軸が略直交するよう配置された２枚の偏光板の間に配置され、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記視野角制御装置の液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、表示状態を、第１の視野角範囲を提供する第１の状態と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲を提供する第２の状態との間で切替え可能とすることを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
前記プレチルト付与領域におけるプレチルト角が２°〜５°の範囲である、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記垂直配向膜の界面全体が前記プレチルト付与領域である、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記垂直配向膜の界面が、前記プレチルト付与領域と、配向処理が施されていない非チルト領域とを含む、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記非チルト領域が、前記垂直配向膜の中央に位置し、
前記プレチルト付与領域が、前記非チルト領域の周辺に位置する、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記プレチルト付与領域と前記非チルト領域とが交互に隣接して設けられた、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記視野角制御装置の液晶層が、ポジ型のネマティック液晶を含み、
前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第２の視野角範囲を提供する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記視野角制御装置の液晶層が、ネガ型のネマティック液晶を含み、
前記駆動回路が、前記液晶層へ所定の電圧を印加することにより、前記第１の視野角範囲を提供する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記２枚の偏光板が、それぞれの偏光透過軸が８０°〜１００°の範囲で交差するように配置された、請求項１〜８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記表示装置が、直線偏光を出射する表示装置であって、
前記２枚の偏光板のうち１枚が、前記表示装置に設けられた偏光板である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記表示装置が透過型液晶表示装置であり、バックライトをさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記視野角制御装置が、前記バックライトと前記透過型液晶表示装置との間に配置された、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記視野角制御装置が、前記透過型液晶表示装置の前面に配置された、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記バックライトが、法線方向に指向性を有する指向性バックライトである、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記表示装置が、反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記表示装置が、自発光型表示装置であって、
前記２枚の偏光板のうち１枚は、前記自発光型表示装置と前記視野角制御装置との間に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記偏光板の偏光透過軸が、前記視野角制御装置の法線方向から見た前記液晶分子の配向軸と、４０°〜５０°の範囲で交差するように配置された、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
前記視野角制御装置と前記２枚の偏光板との間の少なくとも１箇所に位相差フィルムを備えた、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
表示すべき画像に応じて駆動され直線偏光を出射する表示装置の背面および前面の少なくとも一方に配置され、前記表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、
一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、
前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、
前記液晶セルにおいて前記表示装置からの直線偏光を入射する面の反対側に設けられ、当該直線偏光の偏波面に略直交する偏光透過軸を有する偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。
【請求項２０】
表示すべき画像に応じて駆動される自発光型表示装置の前面に配置され、前記自発光型表示装置の視野角を制御するために用いられる視野角制御装置であって、
一対の透光性基板間に液晶分子をハイブリッド配向させた液晶層を有する液晶セルと、
前記液晶層へ電圧を印加する駆動回路と、
前記一対の透光性基板の外側に、偏光透過軸が略直交するよう設けられた一対の偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方に設けられた水平配向膜と、前記一対の透光性基板の他方に設けられた垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜の少なくとも一部に、前記水平配向膜に対する配向処理と平行かつ同じ向きに配向処理が施された領域であるプレチルト付与領域が設けられ、
前記駆動回路が、前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させることにより、光の出射範囲を、第１の視野角範囲と、第１の視野角範囲内にあり第１の視野角範囲よりも狭い第２の視野角範囲との間で切替え可能とすることを特徴とする視野角制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−２９９２８０（Ｐ２００８−２９９２８０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４８３９４（Ｐ２００７−１４８３９４）
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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