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、ホモジニアス配向またはスプレイ配向させた液晶セルを有する視野角制御用液晶パネルを備えたディスプレイである。前記液晶セルは、透光性電極２１２ａ，２１２ｂと、これに直交する透光性電極２１４ａ，２１４ｂとを有する。前記駆動回路が、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させ、液晶の複屈折を利用して、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。
【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、ホモジニアス配向またはスプレイ配向させた液晶セルを有する視野角制御用液晶パネルを備えたディスプレイである。前記液晶セルは、透光性電極２１２ａ，２１２ｂと、これに直交する透光性電極２１４ａ，２１４ｂとを有する。前記駆動回路が、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させ、液晶の複屈折を利用して、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。
【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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、２枚の偏光板の間に配置され、前記駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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、視野角制御装置が、ホモジニアス配向またはスプレイ配向させた液晶層を有する液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板にストライプ状の第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備えている。そして、駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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。このとき、液晶分子は、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に発生する等電位面にダイレクタを揃えるように回転する。
【００１１】
このように、視野角制御装置の液晶分子の向きを切り替えることにより、液晶の複屈折性を利用して、正面方向と斜め方向とのそれぞれに対して、観察者側に配置された偏光板を透過する光の量を互いに異ならせることができる。これにより、上記の構成にかかるディスプレイでは、その表示状態を、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）との間で切替え可能となる。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、液晶分子をホモジニアス配向またはスプレイ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。
【００１２】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のそれぞれが、互いに対向して配置される櫛歯状電極を含むことが好ましい。
【００１３】
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、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４であることが好ましい。あるいは、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４であることも好ましい。
【００１４】
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が、前記一対の透光性基板の一方と前記液晶セルとの間に、少なくとも１枚の位相差板をさらに備えた構成であることが好ましい。
【００１５】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わることが好ましい。あるいは、前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる構成も好ましい。また、これらの場合に、前記１／２波長位相差板の光軸と前記偏光板の偏光吸収軸とが、略４５°または略１３５°をなすように、前記１／２波長位相差板と前記偏光板とが配置されていることがさらに好ましい。
【００１６】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である構成も好ましい。あるいは、前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である構成も好ましい。
【００１７】
また、本発明にかかるディスプレイにおいて、前記２枚の偏光板の間に光学補償フィルムをさらに含む構成としても良い。この場合、前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすことが好ましい。あるいは、前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすことも好ましい。
【００１８】
本発明にかかるディスプレイにおいては、前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略平行であっても良いし、前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略垂直であっても良い。また、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んでも良いし、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んでも良い。
【００１９】
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れば良い。この場合、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構成としても良いし、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構成としても良い。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。
【００２０】
あるいは、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。
【００２１】
あるいは、本発明にかかるディスプレイにおいて、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も好ましい。
【００２２】
また、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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記液晶セルに対して前記表示装置の反対側に配置された直線偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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。
【００２３】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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。
【発明の効果】
【００２４】
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】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明の一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。
【００２７】
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。
【００２８】
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に対してバックライト３側に設けられた偏光板２２と、液晶セル２１と偏光板２２との間に配置された１／２波長位相差板２３とを備えている。
【００２９】
ここで、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１の構造について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、液晶セル２１の概略構造を示す断面模式図である。図３は、液晶セル２１が備える透光性電極の構造を示す模式図である。
【００３０】
図２に示すように、液晶セル２１は、透光性基板２１１ａ，２１１ｂを備えている。透光性基板２１１ａの表面には、配向膜２１５ａが形成されている。一方、透光性基板２１１ｂの表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を材料として、図３に示すように、互いに対向する櫛歯状の透光性電極２１２ａ，２１２ｂが形成されている。なお、図２は、１本の透光性電極２１２ａ上を、その延伸方向に沿って切断した断面を示しているので、図２には透光性電極２１２ｂが表れていない。透光性電極２１２の上層には、絶縁膜２１３を介して、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに直交する方向に延伸する透光性電極２１４ａ，２１４ｂが形成されている。透光性電極２１４ａ，２１４ｂも、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を材料として用い、互いに対向する櫛歯状に形成されている。
【００３１】
図３に示すように、透光性電極２１２ａおよび透光性電極２１４ａは所定電圧を供給する配線に接続されており、透光性電極２１２ｂ，２１４ｂは駆動回路２１７にスイッチを介して接続されている。すなわち、駆動回路２１７は、透光性電極２１２ｂと透光性電極２１４ｂとのいずれか一方に選択的に電圧を印加するようになっている。これにより、透光性電極２１２ｂへ駆動回路２１７から電圧が印加された場合は、櫛歯状に形成されている透光性電極２１２ａと透光性電極２１２ｂとの間に、これらの電極の延伸方向にほぼ垂直な電界が生じる。また、透光性電極２１４ｂへ駆動回路２１７から電圧が印加された場合は、櫛歯状に形成されている透光性電極２１４ａと透光性電極２１４ｂとの間に、これらの電極の延伸方向にほぼ垂直な電界が生じる。
【００３２】
透光性電極２１４ａ，２１４ｂの上層は、配向膜２１５ｂで覆われている。そして、透光性基板２１１ａ，２１１ｂは所定の間隔を保ってシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、配向膜２１５ａ，２１５ｂと前記シール材によって形成された空隙に液晶材料が注入されることにより、液晶層２１６が形成されている。液晶層２１６の液晶材料としては、本実施形態においてはポジ型のネマティック液晶を用いるが、ネガ型のネマティック液晶であっても良い。
【００３３】
図４は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22、１／２波長位相差板２３の光軸（遅相軸）Ｘ23、液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒb、および、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13の関係を示す模式図である。図４に示すように、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22と、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13とは、互いに平行に設定されている。なお、偏光吸収軸Ｘ22と偏光吸収軸Ｘ13とは、完全に平行でなくても良く、それらのなす角が−１０°〜１０°の範囲内であれば、視野角切替えの十分な効果が得られる。１／２波長位相差板２３の光軸Ｘ23は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22に対して、ほぼ４５°をなすように配置されている。液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒbは、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22にほぼ平行に設定されている。なお、図４の例では、配向軸Ｒa，Ｒbは、互いに平行かつ逆方向になるよう設定されているが、平行かつ同方向になるよう設定されていても良い。
【００３４】
図５は、液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒbの向きと、液晶層２１６の液晶分子の配向状態（電圧無印加時）とを示す断面模式図である。図５（ａ）に示すように、配向軸Ｒa，Ｒbが互いに平行かつ逆方向になるように、配向膜２１５ａ，２１５ｂに配向処理がなされている場合は、液晶層２１６の液晶分子２１６ｍは、ホモジニアス配向をなす。一方、図５（ｂ）に示すように、配向軸Ｒa，Ｒbが互いに平行かつ同方向になるように、配向膜２１５ａ，２１５ｂに配向処理がなされている場合は、液晶層２１６の液晶分子２１６ｍは、スプレイ配向をなす。なお、図５（ａ）および（ｂ）においては、説明を分かりやすくするために、プレチルト角の大きさが実際よりも誇張して示されている。本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すホモジニアス配向およびスプレイ配向のいずれであっても、ほぼ同様の効果が得られる。
【００３５】
ここで、図６（ａ）〜（ｃ）を参照し、印加電圧に応じた液晶分子２１６ｍのふるまいについて説明する。図６（ａ）は、液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、図６（ｂ）は、液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に駆動回路２１７より所定の電圧が印加されたとき、図６（ｃ）は、液晶セル２１の透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧が印加されたときの、液晶分子２１６ｍの状態をそれぞれ示す模式図である。なお、本実施形態では、前述したように、液晶層２１６はポジ型のネマティック液晶、すなわち、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大きい液晶であるものとする。
【００３６】
液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、図６（ａ）に示すように、液晶セル２１の液晶分子２１６ｍは、その分子長軸が、配向軸Ｒa，Ｒbに平行になるよう配向している。一方、駆動回路２１７が、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に所定の電圧を印加したときは、図６（ｂ）に示すように、液晶分子２１６ｍは、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に形成される電界の方向に分子長軸の向きを揃えるように配向する。言い換えると、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に電圧が印加されると、透光性電極２１２ａ，２１２ｂの延伸方向にほぼ垂直に等電位面が生じる。液晶分子２１６ｍは、この等電位面にダイレクタを一致させるように配向する。また、駆動回路２１７が、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧を印加したときは、図６（ｃ）に示すように、液晶分子２１６ｍは、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に形成される電界の方向に分子長軸の向きを揃えるように配向する。
【００３７】
以上のように、駆動回路２１７が液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ、および透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれかへ電圧を選択的に印加することにより、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、液晶分子２１６ｍのダイレクタの向きを、基板に平行な面内でスイッチさせることができる。言い換えると、液晶セル２１は、図６（ｂ）に示すように、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に所定の電圧を印加したときには、正面方向に透過する光に対して＋λ／４の位相差を生じ、図６（ｃ）に示すように、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧を印加したときには、正面方向に透過する光に対して−λ／４の位相差を生じる。
【００３８】
ここで、上述したように、駆動回路２１７が液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ、または透光性電極２１４ａ，２１４ｂへ電圧を選択的に印加した場合のそれぞれに、視野角制御用液晶パネル２を透過する光に生じる位相差について、図７を参照しながら説明する。図７は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネル２を正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。なお、ここでの「斜め方向」とは、方位角が１／２波長位相差板２３の光軸にほぼ直交する方向であって、極角が所定の角度（例えば４５°）よりも大きい視角方向をいう。なお、極角とは、液晶セル２１の基板法線に対して、観察者の視点と液晶セル２１の表面中央とを結ぶ線とがなす角度である。
【００３９】
図７の一番左の欄に示すように、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は、視野角制御用液晶パネル２を正面方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射して＋λ／２の位相遅れを生じ、次に液晶セル２１へ入射して上述したようにさらに＋λ／４の位相遅れを生じ、合計で４λ／３の位相遅れを持つ円偏光となる。この円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４０】
一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、図７の左から二番目の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を正面方向に透過する光は、上記と同様に、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射して＋λ／２の位相遅れを生じ、次に液晶セル２１へ入射して、この場合は上述したように−λ／４の位相遅れを生じ、合計でλ／４の位相遅れを持つ円偏光となる。この円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４１】
また、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は、図７の左から三番目の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を斜め方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射するが、入射方向が斜めであるので、正面方向から入射した場合の＋λ／２よりも大きい位相遅れ（＋λ／２＋α）を生じ、楕円偏光となる。さらに、液晶セル２１においても、正面方向から入射した場合の＋λ／４よりも大きい位相遅れ（＋λ／４＋β）を生じ、合計で（４λ／３＋α＋β）の位相遅れを持つ楕円偏光となる。この位相差（４λ／３＋α＋β）は、ほぼλに近い値となる。この楕円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４２】
一方で、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、図７の最も右の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を斜め方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射するが、入射方向が斜めであるので、正面方向から入射した場合の＋λ／２よりも大きい位相遅れ（＋λ／２＋α）を生じ、楕円偏光となる。さらに、液晶セル２１においては、正面方向から入射した場合の−λ／４よりも大きい位相遅れ（−λ／４＋β）を生じ、合計で（λ／４＋α＋β）の位相遅れを持つ楕円偏光となる。この位相差（λ／４＋α＋β）は、ほぼλ／２に近い値となる。この円偏光は、偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４３】
ここで、最終的に偏光板１３を透過して観察者に視認される光の量は、図７から分かるように、正面方向から観察した場合は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれに電圧を印加する場合であっても同様であり、正面方向については十分な輝度が得られる。一方、斜め方向から観察した場合は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は十分な輝度が得られるが、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、透過光量が大きく制限され、表示用液晶パネル１からの出射光をほとんど視認することができない状態となる。従って、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することにより、正面方向と斜め方向との両方について十分な輝度が得られる広視野角状態を実現できる。一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することにより、正面方向については十分な輝度が得られるが、斜め方向については視野が遮蔽される、いわゆる狭視野角状態を実現できる。
【００４４】
なお、１／２波長位相差板２３の光軸方向の方位角については、極角が大きい視角についても、液晶層２１６における複屈折の影響を受けないので、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ，２１４ａ，２１４ｂへの電圧印加状況にかかわらず、視野は遮蔽されない。
【００４５】
なお、図７は、図４に示したように、偏光板２２と偏光板１３とをパラレルニコル配置とした場合の状態を示すが、偏光板２２と偏光板１３とをクロスニコル配置とした場合は、図８に示すように、図７とは逆に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することによって狭視野角状態が得られ、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することによって広視野角状態が得られる。
【００４６】
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を備えた液晶ディスプレイ１００は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに選択的に電圧を印加することにより、広視野角状態と狭視野角状態とを切り替えることができる。
【００４７】
上記の説明においては、１／２波長位相差板２３を備えた構成（図４参照）を例示したが、１／２波長位相差板２３は必須ではなく、図９に示すように、図４に示した構成から１／２波長位相差板２３を省略した構成も、本発明の一実施形態である。図９に示した構成の場合、液晶セル２１の正面方向（法線方向）のリタデーションをλ／４とすればよい。この構成では、液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれにも電圧を印加しない状態で広視野角状態が得られる。一方、透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂの一方に電圧を印加することで狭視野角状態が得られる。このとき、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合と、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合とにおいて、視野が制御される方向（方位角の範囲）が互いに異なる。
【００４８】
また、図１０に示すように、図４に示した構成における１／２波長位相差板２３の代わりに、１／４波長位相差板２５を備えた構成も、本発明の一実施形態である。この場合、１／４波長位相差板２５の光軸Ｘ25は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22に対して、ほぼ４５°をなすように配置される。また、液晶セル２１の正面方向のリタデーションをλ／２とする。図１０の構成によれば、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することにより、正面方向と斜め方向との両方について十分な輝度が得られる広視野角状態を実現できる。一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することにより、正面方向については十分な輝度が得られるが、斜め方向については視野が遮蔽される、いわゆる狭視野角状態を実現できる。
【００４９】
さらに、図１１に示すように、図４に示した構成に対して、光学補償フィルム２６をさらに備えた構成も、本発明の一実施形態であり、広視野角状態と狭視野角状態との切り替えに関して、図４に示した構成と同じ動作をなす。なお、光学補償フィルム２６としては、３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすいわゆるネガティブＣプレートや、３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすいわゆるＸプレート等を用いることができる。このような光学補償フィルム２６を備えることにより、斜め方向から見た場合の楕円偏光を補償して、出射光を完全な直線偏光とすることができ、当該斜め方向から見たときの遮蔽性を改善することができる。なお、光学補償フィルム２６として上記のいわゆるＸプレートを用いる場合は、正面方向に対して複屈折の影響がないようにするために、そのｎｘ軸が偏光板２２，１３の偏光透過軸に対してほぼ平行またはほぼ垂直になるよう配置すれば良い。光学補償フィルム２６として上記のいわゆるネガティブＣプレートを用いる場合は、ネガティブＣプレートは正面方向に対して複屈折を持たないので、光軸の方向は任意で良い。また、図１１に示した構成では、光学補償フィルム２６が偏光板２２と１／２波長位相差板２３との間に配置されているが、光学補償フィルム２６の位置はこれに限定されない。すなわち、光学補償フィルム２６は、１／２波長位相差板２３と液晶セル２１との間に配置されていても良いし、液晶セル２１と位相差板１３との間に配置されていても良い。
【００５０】
なお、図９〜図１１においては、偏光板２２と偏光板１３とがパラレルニコルに配置された例を示したが、偏光板２２と偏光板１３とはクロスニコル配置であっても良い。
【００５１】
また、上記の説明では、透光性電極２１２ａ，２１２ｂが平行な電極を有する櫛形状に形成されている例を示したが、透光性電極２１２ａ，２１２ｂの各電極がジグザグ形状に形成されていても良い。透光性電極２１４ａ，２１４ｂについても同様である。また、図４においては、１／２波長位相差板２３の光軸Ｘ23に対して配向軸Ｒa，Ｒbがほぼ４５°をなすように設定された構成を例示した。しかし、１／２波長位相差板２３の光軸に対して、配向軸Ｒa，Ｒbは、必ずしも４５°をなしていなくても良い。
【００５２】
また、上記の説明においては、透光性基板２１１ｂ側に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂと透光性電極２１４ａ，２１４ｂとの両方を備え、透光性基板２１１ａ側には電極を有しない構成を例示した。しかし、透光性電極２１２ａ，２１２ｂを透光性基板２１１ａ側に形成した構成としても良いし、透光性基板２１１ａ側に透光性電極２１２ａ，２１２ｂと透光性電極２１４ａ，２１４ｂとの両方を備え、透光性基板２１１ｂ側には電極を有しない構成としても良い。
【００５３】
さらに、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００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。
【００５４】
ここで、図１２〜図１７を参照し、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００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１２は、指向性バックライトではない一般的なバックライト（レンズシートなし）を用いた場合のバックライト３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Ｐ1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Ｐ1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１２に示した位置とは異なる。
【００５５】
図１３〜図１５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１３は、図１２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１３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Ｐ2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。
【００５６】
図１４は、図１２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１３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１４に示すように、輝度のピークＰ3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。
【００５７】
図１５は、図１２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１５に示すように、輝度のピークＰ4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。
【００５８】
図１６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１７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１６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１７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。
【００５９】
図１６および図１７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。
【００６０】
また、図１６および図１７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１３に示すレンズシートの配置の場合は約６６°、図１４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１３に示すレンズシートの配置の場合は約９９°、図１４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。
【００６１】
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の代わりに、上述したような特性を有する指向性バックライトをバックライト３として用いることにより、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。従って、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。
【００６２】
図１８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１８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１８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。
【００６３】
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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、広い視野から表示を視認できる広視野角の表示と、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。
【００６４】
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、視野角制御用液晶パネル２の液晶層２１６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の電極構造や配向処理の向き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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１９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１９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。図１９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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、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。
【００６８】
また、図２０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２０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２２，２４を備えている。偏光板２２，２４の偏光吸収軸は、互いに略直交するよう配置されている。図２０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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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り替わるようにすれば良い。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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】
【００７６】
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】
【００７７】
【図１】本発明の一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】本発明の一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概略構造を示す断面模式図である。
【図３】上記液晶セルが備える透光性電極の構造を示す模式図である。
【図４】本実施形態にかかるディスプレイにおける入射側偏光板の偏光吸収軸、１／２波長位相差板の光軸、液晶セルの配向軸、および、出射側偏光板の偏光吸収軸の関係を示す模式図である。
【図５】上記液晶セルの配向軸の向きと、液晶分子の配向状態（電圧無印加時）とを示す断面模式図であり、（ａ）がアンチパラレル配向処理によるホモジニアス配向、（ｂ）がパラレル配向処理によるスプレイ配向である。
【図６】（ａ）は、液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、（ｂ）は、液晶セルの透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に電圧が印加されたとき、（ｃ）は、液晶セル２１の透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に電圧が印加されたときの、液晶分子の状態をそれぞれ示す模式図である。
【図７】偏光板がパラレルニコルの場合に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネルを正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。
【図８】偏光板がクロスニコルの場合に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネルを正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。
【図９】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１１】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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】
【００７８】
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
２１２ａ，２１２ｂ 透光性電極
２１３ 絶縁膜
２１４ａ，２１４ｂ 透光性電極
２１５ａ，２１５ｂ 配向膜
２１６ 液晶層
２１６ｍ 液晶分子
２１７ 駆動回路
２２ 偏光板
２３ １／２波長位相差板
２４ 偏光板
２５ １／４波長位相差板
２６ 光学補償フィルム
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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、２枚の偏光板の間に配置され、前記駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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、視野角制御装置が、ホモジニアス配向またはスプレイ配向させた液晶層を有する液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板にストライプ状の第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備えている。そして、駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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。このとき、液晶分子は、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に発生する等電位面にダイレクタを揃えるように回転する。
【００１１】
このように、視野角制御装置の液晶分子の向きを切り替えることにより、液晶の複屈折性を利用して、正面方向と斜め方向とのそれぞれに対して、観察者側に配置された偏光板を透過する光の量を互いに異ならせることができる。これにより、上記の構成にかかるディスプレイでは、その表示状態を、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）との間で切替え可能となる。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、液晶分子をホモジニアス配向またはスプレイ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。
【００１２】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のそれぞれが、互いに対向して配置される櫛歯状電極を含むことが好ましい。
【００１３】
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、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４であることが好ましい。あるいは、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４であることも好ましい。
【００１４】
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が、前記一対の透光性基板の一方と前記液晶セルとの間に、少なくとも１枚の位相差板をさらに備えた構成であることが好ましい。
【００１５】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わることが好ましい。あるいは、前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる構成も好ましい。また、これらの場合に、前記１／２波長位相差板の光軸と前記偏光板の偏光吸収軸とが、略４５°または略１３５°をなすように、前記１／２波長位相差板と前記偏光板とが配置されていることがさらに好ましい。
【００１６】
本発明にかかるディスプレイにおいて、前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である構成も好ましい。あるいは、前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である構成も好ましい。
【００１７】
また、本発明にかかるディスプレイにおいて、前記２枚の偏光板の間に光学補償フィルムをさらに含む構成としても良い。この場合、前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすことが好ましい。あるいは、前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすことも好ましい。
【００１８】
本発明にかかるディスプレイにおいては、前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略平行であっても良いし、前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略垂直であっても良い。また、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んでも良いし、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んでも良い。
【００１９】
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れば良い。この場合、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構成としても良いし、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構成としても良い。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。
【００２０】
あるいは、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。
【００２１】
あるいは、本発明にかかるディスプレイにおいて、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も好ましい。
【００２２】
また、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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記液晶セルに対して前記表示装置の反対側に配置された直線偏光板とを備え、前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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。
【００２３】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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。
【発明の効果】
【００２４】
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】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明の一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。
【００２７】
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。
【００２８】
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に対してバックライト３側に設けられた偏光板２２と、液晶セル２１と偏光板２２との間に配置された１／２波長位相差板２３とを備えている。
【００２９】
ここで、視野角制御用液晶パネル２の液晶セル２１の構造について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、液晶セル２１の概略構造を示す断面模式図である。図３は、液晶セル２１が備える透光性電極の構造を示す模式図である。
【００３０】
図２に示すように、液晶セル２１は、透光性基板２１１ａ，２１１ｂを備えている。透光性基板２１１ａの表面には、配向膜２１５ａが形成されている。一方、透光性基板２１１ｂの表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を材料として、図３に示すように、互いに対向する櫛歯状の透光性電極２１２ａ，２１２ｂが形成されている。なお、図２は、１本の透光性電極２１２ａ上を、その延伸方向に沿って切断した断面を示しているので、図２には透光性電極２１２ｂが表れていない。透光性電極２１２の上層には、絶縁膜２１３を介して、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに直交する方向に延伸する透光性電極２１４ａ，２１４ｂが形成されている。透光性電極２１４ａ，２１４ｂも、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を材料として用い、互いに対向する櫛歯状に形成されている。
【００３１】
図３に示すように、透光性電極２１２ａおよび透光性電極２１４ａは所定電圧を供給する配線に接続されており、透光性電極２１２ｂ，２１４ｂは駆動回路２１７にスイッチを介して接続されている。すなわち、駆動回路２１７は、透光性電極２１２ｂと透光性電極２１４ｂとのいずれか一方に選択的に電圧を印加するようになっている。これにより、透光性電極２１２ｂへ駆動回路２１７から電圧が印加された場合は、櫛歯状に形成されている透光性電極２１２ａと透光性電極２１２ｂとの間に、これらの電極の延伸方向にほぼ垂直な電界が生じる。また、透光性電極２１４ｂへ駆動回路２１７から電圧が印加された場合は、櫛歯状に形成されている透光性電極２１４ａと透光性電極２１４ｂとの間に、これらの電極の延伸方向にほぼ垂直な電界が生じる。
【００３２】
透光性電極２１４ａ，２１４ｂの上層は、配向膜２１５ｂで覆われている。そして、透光性基板２１１ａ，２１１ｂは所定の間隔を保ってシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、配向膜２１５ａ，２１５ｂと前記シール材によって形成された空隙に液晶材料が注入されることにより、液晶層２１６が形成されている。液晶層２１６の液晶材料としては、本実施形態においてはポジ型のネマティック液晶を用いるが、ネガ型のネマティック液晶であっても良い。
【００３３】
図４は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22、１／２波長位相差板２３の光軸（遅相軸）Ｘ23、液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒb、および、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13の関係を示す模式図である。図４に示すように、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22と、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13とは、互いに平行に設定されている。なお、偏光吸収軸Ｘ22と偏光吸収軸Ｘ13とは、完全に平行でなくても良く、それらのなす角が−１０°〜１０°の範囲内であれば、視野角切替えの十分な効果が得られる。１／２波長位相差板２３の光軸Ｘ23は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22に対して、ほぼ４５°をなすように配置されている。液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒbは、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22にほぼ平行に設定されている。なお、図４の例では、配向軸Ｒa，Ｒbは、互いに平行かつ逆方向になるよう設定されているが、平行かつ同方向になるよう設定されていても良い。
【００３４】
図５は、液晶セル２１の配向膜２１５ａ，２１５ｂにおける配向軸Ｒa，Ｒbの向きと、液晶層２１６の液晶分子の配向状態（電圧無印加時）とを示す断面模式図である。図５（ａ）に示すように、配向軸Ｒa，Ｒbが互いに平行かつ逆方向になるように、配向膜２１５ａ，２１５ｂに配向処理がなされている場合は、液晶層２１６の液晶分子２１６ｍは、ホモジニアス配向をなす。一方、図５（ｂ）に示すように、配向軸Ｒa，Ｒbが互いに平行かつ同方向になるように、配向膜２１５ａ，２１５ｂに配向処理がなされている場合は、液晶層２１６の液晶分子２１６ｍは、スプレイ配向をなす。なお、図５（ａ）および（ｂ）においては、説明を分かりやすくするために、プレチルト角の大きさが実際よりも誇張して示されている。本実施形態にかかる視野角制御用液晶パネル２では、図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すホモジニアス配向およびスプレイ配向のいずれであっても、ほぼ同様の効果が得られる。
【００３５】
ここで、図６（ａ）〜（ｃ）を参照し、印加電圧に応じた液晶分子２１６ｍのふるまいについて説明する。図６（ａ）は、液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、図６（ｂ）は、液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に駆動回路２１７より所定の電圧が印加されたとき、図６（ｃ）は、液晶セル２１の透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧が印加されたときの、液晶分子２１６ｍの状態をそれぞれ示す模式図である。なお、本実施形態では、前述したように、液晶層２１６はポジ型のネマティック液晶、すなわち、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大きい液晶であるものとする。
【００３６】
液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、図６（ａ）に示すように、液晶セル２１の液晶分子２１６ｍは、その分子長軸が、配向軸Ｒa，Ｒbに平行になるよう配向している。一方、駆動回路２１７が、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に所定の電圧を印加したときは、図６（ｂ）に示すように、液晶分子２１６ｍは、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に形成される電界の方向に分子長軸の向きを揃えるように配向する。言い換えると、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に電圧が印加されると、透光性電極２１２ａ，２１２ｂの延伸方向にほぼ垂直に等電位面が生じる。液晶分子２１６ｍは、この等電位面にダイレクタを一致させるように配向する。また、駆動回路２１７が、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧を印加したときは、図６（ｃ）に示すように、液晶分子２１６ｍは、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に形成される電界の方向に分子長軸の向きを揃えるように配向する。
【００３７】
以上のように、駆動回路２１７が液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ、および透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれかへ電圧を選択的に印加することにより、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、液晶分子２１６ｍのダイレクタの向きを、基板に平行な面内でスイッチさせることができる。言い換えると、液晶セル２１は、図６（ｂ）に示すように、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に所定の電圧を印加したときには、正面方向に透過する光に対して＋λ／４の位相差を生じ、図６（ｃ）に示すように、透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に所定の電圧を印加したときには、正面方向に透過する光に対して−λ／４の位相差を生じる。
【００３８】
ここで、上述したように、駆動回路２１７が液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂ、または透光性電極２１４ａ，２１４ｂへ電圧を選択的に印加した場合のそれぞれに、視野角制御用液晶パネル２を透過する光に生じる位相差について、図７を参照しながら説明する。図７は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネル２を正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。なお、ここでの「斜め方向」とは、方位角が１／２波長位相差板２３の光軸にほぼ直交する方向であって、極角が所定の角度（例えば４５°）よりも大きい視角方向をいう。なお、極角とは、液晶セル２１の基板法線に対して、観察者の視点と液晶セル２１の表面中央とを結ぶ線とがなす角度である。
【００３９】
図７の一番左の欄に示すように、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は、視野角制御用液晶パネル２を正面方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射して＋λ／２の位相遅れを生じ、次に液晶セル２１へ入射して上述したようにさらに＋λ／４の位相遅れを生じ、合計で４λ／３の位相遅れを持つ円偏光となる。この円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４０】
一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、図７の左から二番目の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を正面方向に透過する光は、上記と同様に、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射して＋λ／２の位相遅れを生じ、次に液晶セル２１へ入射して、この場合は上述したように−λ／４の位相遅れを生じ、合計でλ／４の位相遅れを持つ円偏光となる。この円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４１】
また、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は、図７の左から三番目の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を斜め方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射するが、入射方向が斜めであるので、正面方向から入射した場合の＋λ／２よりも大きい位相遅れ（＋λ／２＋α）を生じ、楕円偏光となる。さらに、液晶セル２１においても、正面方向から入射した場合の＋λ／４よりも大きい位相遅れ（＋λ／４＋β）を生じ、合計で（４λ／３＋α＋β）の位相遅れを持つ楕円偏光となる。この位相差（４λ／３＋α＋β）は、ほぼλに近い値となる。この楕円偏光が偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４２】
一方で、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、図７の最も右の欄に示すように、視野角制御用液晶パネル２を斜め方向に透過する光は、まず、偏光板２２において偏光吸収軸Ｘ22に略直交する直線偏光成分のみが透過する。そして、偏光板２２を透過した直線偏光成分は、１／２波長位相差板２３に入射するが、入射方向が斜めであるので、正面方向から入射した場合の＋λ／２よりも大きい位相遅れ（＋λ／２＋α）を生じ、楕円偏光となる。さらに、液晶セル２１においては、正面方向から入射した場合の−λ／４よりも大きい位相遅れ（−λ／４＋β）を生じ、合計で（λ／４＋α＋β）の位相遅れを持つ楕円偏光となる。この位相差（λ／４＋α＋β）は、ほぼλ／２に近い値となる。この円偏光は、偏光板１３へ入射することにより、偏光板１３の偏光吸収軸Ｘ13に略直交する直線偏光成分のみが透過して観察者に視認されることとなる。
【００４３】
ここで、最終的に偏光板１３を透過して観察者に視認される光の量は、図７から分かるように、正面方向から観察した場合は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれに電圧を印加する場合であっても同様であり、正面方向については十分な輝度が得られる。一方、斜め方向から観察した場合は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合は十分な輝度が得られるが、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合は、透過光量が大きく制限され、表示用液晶パネル１からの出射光をほとんど視認することができない状態となる。従って、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することにより、正面方向と斜め方向との両方について十分な輝度が得られる広視野角状態を実現できる。一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することにより、正面方向については十分な輝度が得られるが、斜め方向については視野が遮蔽される、いわゆる狭視野角状態を実現できる。
【００４４】
なお、１／２波長位相差板２３の光軸方向の方位角については、極角が大きい視角についても、液晶層２１６における複屈折の影響を受けないので、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ，２１４ａ，２１４ｂへの電圧印加状況にかかわらず、視野は遮蔽されない。
【００４５】
なお、図７は、図４に示したように、偏光板２２と偏光板１３とをパラレルニコル配置とした場合の状態を示すが、偏光板２２と偏光板１３とをクロスニコル配置とした場合は、図８に示すように、図７とは逆に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することによって狭視野角状態が得られ、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することによって広視野角状態が得られる。
【００４６】
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を備えた液晶ディスプレイ１００は、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに選択的に電圧を印加することにより、広視野角状態と狭視野角状態とを切り替えることができる。
【００４７】
上記の説明においては、１／２波長位相差板２３を備えた構成（図４参照）を例示したが、１／２波長位相差板２３は必須ではなく、図９に示すように、図４に示した構成から１／２波長位相差板２３を省略した構成も、本発明の一実施形態である。図９に示した構成の場合、液晶セル２１の正面方向（法線方向）のリタデーションをλ／４とすればよい。この構成では、液晶セル２１の透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂのいずれにも電圧を印加しない状態で広視野角状態が得られる。一方、透光性電極２１２ａ，２１２ｂおよび透光性電極２１４ａ，２１４ｂの一方に電圧を印加することで狭視野角状態が得られる。このとき、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加した場合と、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加した場合とにおいて、視野が制御される方向（方位角の範囲）が互いに異なる。
【００４８】
また、図１０に示すように、図４に示した構成における１／２波長位相差板２３の代わりに、１／４波長位相差板２５を備えた構成も、本発明の一実施形態である。この場合、１／４波長位相差板２５の光軸Ｘ25は、偏光板２２の偏光吸収軸Ｘ22に対して、ほぼ４５°をなすように配置される。また、液晶セル２１の正面方向のリタデーションをλ／２とする。図１０の構成によれば、透光性電極２１２ａ，２１２ｂに電圧を印加することにより、正面方向と斜め方向との両方について十分な輝度が得られる広視野角状態を実現できる。一方、透光性電極２１４ａ，２１４ｂに電圧を印加することにより、正面方向については十分な輝度が得られるが、斜め方向については視野が遮蔽される、いわゆる狭視野角状態を実現できる。
【００４９】
さらに、図１１に示すように、図４に示した構成に対して、光学補償フィルム２６をさらに備えた構成も、本発明の一実施形態であり、広視野角状態と狭視野角状態との切り替えに関して、図４に示した構成と同じ動作をなす。なお、光学補償フィルム２６としては、３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすいわゆるネガティブＣプレートや、３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たすいわゆるＸプレート等を用いることができる。このような光学補償フィルム２６を備えることにより、斜め方向から見た場合の楕円偏光を補償して、出射光を完全な直線偏光とすることができ、当該斜め方向から見たときの遮蔽性を改善することができる。なお、光学補償フィルム２６として上記のいわゆるＸプレートを用いる場合は、正面方向に対して複屈折の影響がないようにするために、そのｎｘ軸が偏光板２２，１３の偏光透過軸に対してほぼ平行またはほぼ垂直になるよう配置すれば良い。光学補償フィルム２６として上記のいわゆるネガティブＣプレートを用いる場合は、ネガティブＣプレートは正面方向に対して複屈折を持たないので、光軸の方向は任意で良い。また、図１１に示した構成では、光学補償フィルム２６が偏光板２２と１／２波長位相差板２３との間に配置されているが、光学補償フィルム２６の位置はこれに限定されない。すなわち、光学補償フィルム２６は、１／２波長位相差板２３と液晶セル２１との間に配置されていても良いし、液晶セル２１と位相差板１３との間に配置されていても良い。
【００５０】
なお、図９〜図１１においては、偏光板２２と偏光板１３とがパラレルニコルに配置された例を示したが、偏光板２２と偏光板１３とはクロスニコル配置であっても良い。
【００５１】
また、上記の説明では、透光性電極２１２ａ，２１２ｂが平行な電極を有する櫛形状に形成されている例を示したが、透光性電極２１２ａ，２１２ｂの各電極がジグザグ形状に形成されていても良い。透光性電極２１４ａ，２１４ｂについても同様である。また、図４においては、１／２波長位相差板２３の光軸Ｘ23に対して配向軸Ｒa，Ｒbがほぼ４５°をなすように設定された構成を例示した。しかし、１／２波長位相差板２３の光軸に対して、配向軸Ｒa，Ｒbは、必ずしも４５°をなしていなくても良い。
【００５２】
また、上記の説明においては、透光性基板２１１ｂ側に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂと透光性電極２１４ａ，２１４ｂとの両方を備え、透光性基板２１１ａ側には電極を有しない構成を例示した。しかし、透光性電極２１２ａ，２１２ｂを透光性基板２１１ａ側に形成した構成としても良いし、透光性基板２１１ａ側に透光性電極２１２ａ，２１２ｂと透光性電極２１４ａ，２１４ｂとの両方を備え、透光性基板２１１ｂ側には電極を有しない構成としても良い。
【００５３】
さらに、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００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。
【００５４】
ここで、図１２〜図１７を参照し、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ１００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１２は、指向性バックライトではない一般的なバックライト（レンズシートなし）を用いた場合のバックライト３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Ｐ1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Ｐ1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１２に示した位置とは異なる。
【００５５】
図１３〜図１５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１３は、図１２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１３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Ｐ2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。
【００５６】
図１４は、図１２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１３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１４に示すように、輝度のピークＰ3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。
【００５７】
図１５は、図１２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１５に示すように、輝度のピークＰ4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。
【００５８】
図１６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１７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１６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１７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。
【００５９】
図１６および図１７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。
【００６０】
また、図１６および図１７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１３に示すレンズシートの配置の場合は約６６°、図１４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１３に示すレンズシートの配置の場合は約９９°、図１４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。
【００６１】
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の代わりに、上述したような特性を有する指向性バックライトをバックライト３として用いることにより、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。従って、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。
【００６２】
図１８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１８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１８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。
【００６３】
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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、広い視野から表示を視認できる広視野角の表示と、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。
【００６４】
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、視野角制御用液晶パネル２の液晶層２１６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の電極構造や配向処理の向き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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１９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１９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。図１９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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、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。
【００６８】
また、図２０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２０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２２，２４を備えている。偏光板２２，２４の偏光吸収軸は、互いに略直交するよう配置されている。図２０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において、透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間および透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間のいずれかに選択的に電圧を印加することにより、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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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り替わるようにすれば良い。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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】
【００７６】
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】
【００７７】
【図１】本発明の一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】本発明の一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概略構造を示す断面模式図である。
【図３】上記液晶セルが備える透光性電極の構造を示す模式図である。
【図４】本実施形態にかかるディスプレイにおける入射側偏光板の偏光吸収軸、１／２波長位相差板の光軸、液晶セルの配向軸、および、出射側偏光板の偏光吸収軸の関係を示す模式図である。
【図５】上記液晶セルの配向軸の向きと、液晶分子の配向状態（電圧無印加時）とを示す断面模式図であり、（ａ）がアンチパラレル配向処理によるホモジニアス配向、（ｂ）がパラレル配向処理によるスプレイ配向である。
【図６】（ａ）は、液晶セル２１に対して電圧が印加されていないとき、（ｂ）は、液晶セルの透光性電極２１２ａ，２１２ｂ間に電圧が印加されたとき、（ｃ）は、液晶セル２１の透光性電極２１４ａ，２１４ｂ間に電圧が印加されたときの、液晶分子の状態をそれぞれ示す模式図である。
【図７】偏光板がパラレルニコルの場合に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネルを正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。
【図８】偏光板がクロスニコルの場合に、透光性電極２１２ａ，２１２ｂまたは透光性電極２１４ａ，２１４ｂに所定の電圧を印加したときに、視野角制御用液晶パネルを正面方向または斜め方向に透過する光について、各光学部材で生じる位相差を説明する図である。
【図９】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１１】本実施形態にかかるディスプレイの変形例を示す模式図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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】
【００７８】
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
２１２ａ，２１２ｂ 透光性電極
２１３ 絶縁膜
２１４ａ，２１４ｂ 透光性電極
２１５ａ，２１５ｂ 配向膜
２１６ 液晶層
２１６ｍ 液晶分子
２１７ 駆動回路
２２ 偏光板
２３ １／２波長位相差板
２４ 偏光板
２５ １／４波長位相差板
２６ 光学補償フィルム
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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、
前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、２枚の偏光板の間に配置され、
前記駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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】
前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のそれぞれが、互いに対向して配置される櫛歯状電極を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４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２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４である、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記視野角制御装置が、前記一対の透光性基板の一方と前記液晶セルとの間に、少なくとも１枚の位相差板をさらに備えた、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記１／２波長位相差板の光軸と前記偏光板の偏光吸収軸とが、略４５°または略１３５°をなすように、前記１／２波長位相差板と前記偏光板とが配置されている、請求項６または７に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記２枚の偏光板の間に光学補償フィルムをさらに含む、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】
前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たす、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たす、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略平行である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略垂直である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
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む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
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む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
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１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
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１〜１８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
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１９に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
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１９に記載のディスプレイ。
【請求項２２】
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１８〜２１のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
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１〜１８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
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１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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、
前記液晶セルに対して前記表示装置の反対側に配置された直線偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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視野角制御装置。
【請求項２６】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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ホモジニアス配向またはスプレイ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、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、
前記液晶セルは、当該ディスプレイ内で、２枚の偏光板の間に配置され、
前記駆動回路が、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、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】
前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のそれぞれが、互いに対向して配置される櫛歯状電極を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４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２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／４である、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記視野角制御装置が、前記一対の透光性基板の一方と前記液晶セルとの間に、少なくとも１枚の位相差板をさらに備えた、請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記位相差板が１／２波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションが、前記第１の状態および第２の状態において、λ／４と３λ／４との間で切り替わる、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記１／２波長位相差板の光軸と前記偏光板の偏光吸収軸とが、略４５°または略１３５°をなすように、前記１／２波長位相差板と前記偏光板とが配置されている、請求項６または７に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が−１０°〜１０°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記位相差板が１／４波長位相差板を含み、
前記２枚の偏光板が、その偏光吸収軸が８０°〜１００°の範囲で交差するよう配置され、
前記液晶セルの正面方向のリタデーションがλ／２である、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記２枚の偏光板の間に光学補償フィルムをさらに含む、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】
前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を満たす、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記光学補償フィルムの３次元屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満たす、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略平行である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記液晶セルにおける液晶の配向方向が、前記偏光板の偏光吸収軸と略垂直である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
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む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
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む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
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１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
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１〜１８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
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１９に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
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１９に記載のディスプレイ。
【請求項２２】
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１８〜２１のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
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１〜１８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
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１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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、
前記液晶セルに対して前記表示装置の反対側に配置された直線偏光板とを備え、
前記液晶セルは、前記一対の透光性基板の一方である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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視野角制御装置。
【請求項２６】
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ホモジニアス配向またはスプレイ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である第１の透光性基板に、第１の透光性電極群を備えると共に、前記第１の透光性基板または前記一対の透光性基板の他方である第２の透光性基板に、前記第１の透光性電極群における電極の延伸方向に略直交するように設けられた第２の透光性電極群を備え、
前記駆動回路は、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群に接続され、前記第１の透光性電極群および第２の透光性電極群のいずれかに選択的に電圧を印加し、電圧が印加された電極群において隣接する電極間に電界を発生させることにより、光の出射範囲を、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】
【公開番号】特開２００９−２０２９３（Ｐ２００９−２０２９３Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８２５３３（Ｐ２００７−１８２５３３）
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【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２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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