JP2007114394A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】公共の場において使用する携帯電話、ＰＤＡ、タブレットＰＣ等において厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性の制御が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、画像を表示する表示パネルと、この表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタと、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御パネルと、バックライトユニットとアレイ基板及びバックライトユニットの間に配置される第１偏光板と前記表示パネルと反対側に配置された第２偏光板とを備える事を特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、表示装置に関する。

近年、表示装置として、液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置等が用いられている。例えば、液晶表示装置は様々な分野に応用され、ノートパソコン、モニタ、カーナビゲーション・システム、関数電卓、中小型ＴＶ、大型ＴＶ、携帯電話、電子手帳等の電子機器に用いられている。

これらの電子機器の中でも電子手帳、ＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）、携帯電話、タブレットパソコン（ＰＣ）、ノートＰＣ等は、軽薄短小である特徴からして携帯して利用される機会が多い。また、ＰＯＰ（point of purchase）用途、ＡＴＭ（automated teller machine）用途、券売機用途に用いられる液晶表示装置は公共の場で利用される機会が多い。

これらの用途において、使用状況によっては他人に表示内容を識別されては困る場合がある。例えば、携帯電話やＰＤＡ、タブレットＰＣにプライベートな内容を公共の場において表示している場合である。こうした場合、視野角は狭いほうが望ましい。しかしながら、複数の人で表示画像を観察する機会もあることから視野角を制御できる機能を有していることが望まれている。視野角特性の問題は、携帯機器および公共情報端末機器に共通した問題である。

近年、液晶表示装置やブラウン管（ＣＲＴ）の視野角を制御する手段として、着脱可能なルーバーシート（例えば３Ｍ製のライトコントロールフィルム）が利用されている（例えば、特許文献１参照）。また、偏光板を用いる液晶表示装置においては、観察者側の偏光板を設けない構成とし、偏光メガネをかけたときのみ表示が識別できるシステムも応用されている。

従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせるためにシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けている。このため、ルーバーシートを用いた方法では、光の透過率が低い問題を有している。ルーバーシートの製造工程も複雑で製造コストも高い。ルーバーシートを着脱する際に手間がかかる問題も有している。また、偏光メガネを用いた方法では、不特定の人に表示画像を見せることができない問題が生じる。
特開２００３−５８０６６号公報

上記視野角特性の問題を解決するため、液晶表示パネルに視野角制御用の液晶素子を設けて視野角を制御する液晶表示装置が開発されている。しかしながら、複数の液晶素子を設けるため、液晶表示装置全体が厚くなり、重くなってしまう。例えば、通常の液晶表示パネルに、視野角制御用の光位相制御液晶素子および光拡散制御用の輝度視角制御液晶素子を加えて視野角制御可能な液晶表示装置を形成した場合、通常の液晶表示装置と比較して非常に厚くなり、また重量も増えてしまう。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性の制御が可能な表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る表示装置は、
画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタとを備えていることを特徴としている。

また、本発明の他の態様に係る表示装置は、
アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層とを備えた表示パネルと、
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタと、
前記対向基板に対向配置され、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御液晶パネルと、
前記アレイ基板に対向配置され、平行度の高い光を前記アレイ基板に出射するバックライトユニットと、
前記アレイ基板およびバックライトユニット間に配置された第１偏光板と、
前記位相制御液晶パネルに対して前記表示パネルと反対側に配置された第２偏光板とを備えていることを特徴としている。

この発明によれば、厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性の制御が可能な表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明に係る表示装置を液晶表示装置に適用した第１の実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示装置は、画像を表示する表示パネルとしての液晶表示パネル１、位相制御液晶パネル３、バックライトユニット４、第１偏光板５、第２偏光板６および駆動部７を備えている。

液晶表示パネル１は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードの液晶表示パネルとして構成されている。液晶表示パネル１は、アレイ基板１１、対向基板１２、第１液晶層１３およびカラーフィルタ２を備えている。アレイ基板１１は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１４と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の画素電極１５と、これら画素電極を含むガラス基板上に形成された配向膜１６と、を有している。また、アレイ基板１１は、ガラス基板１４上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を有している。

対向基板１２は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板１７と、このガラス基板上に形成された対向電極２０と、この対向電極上に形成されたカラーフィルタ２と、このカラーフィルタ上に形成された共通電極１８と、共通電極およびガラス基板上に形成された配向膜１９とを有している。画素電極１５、対向電極２０および共通電極１８は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜１６および配向膜１９には、プレチルト角が５°となるようにラビングが施されている。

カラーフィルタ２は、複数の赤色の着色層２Ｒ、複数の緑色の着色層２Ｇおよび複数の青色の着色層２Ｂを有している。このため、対向電極２０および共通電極１８は、これらの着色層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを挟んで対向配置されている。図１および図２に示すように、着色層２Ｒの他、着色層２Ｇ、２Ｂには、複数の粒状の輝度視角制御液晶材２ａが混入されている。着色層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、輝度視角制御液晶材２ａが混入された着色レジストを順番にパターニングして形成されている。輝度視角制御液晶材２ａは液晶ポリマ３０で形成されている。

図１に示すように、アレイ基板１１および対向基板１２は、複数のスペーサ２１により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板１１および対向基板１２は、画素電極１５および共通電極１８が対向しているとともに、画像を表示する表示領域Ｒ１を有している。なお、上記カラーフィルタ２は、表示領域Ｒ１に配置されているため、液晶表示パネル１は、カラー表示が可能である。この実施の形態において、カラーフィルタ２は、表示領域Ｒ１に重なった光拡散制御領域Ｒ２を有している。このため、後述するが、輝度視角制御液晶材２ａを形成する液晶ポリマ３０は、光拡散制御領域Ｒ２の輝度視角制御液晶材を透過するバックライトユニット４から放出される光の拡散状態を制御可能である。拡散状態を制御する際は、液晶ポリマ３０に電圧を印加して、共通電極１８および対向電極２０間の電位差を制御することで行う。

アレイ基板１１および対向基板１２は、表示領域Ｒ１の外側で両基板の周縁部に配置された矩形状のシール材２２により互いに接合されている。第１液晶層１３は、アレイ基板１１、対向基板１２およびシール材２２の間に狭持されている。

第１液晶層１３の層厚は、５．０μｍである。第１液晶層１３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０９２である。液晶分子の捩れ角は９０°、捩れピッチは６０μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

位相制御液晶パネル３は、第１基板４１、この第１基板に所定の隙間を保持して対向配置された第２基板４２および第２液晶層４３を有している。第１基板４１は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第１シート４４ａと、この第１シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第１電極４６ａと、この第１電極上に配設された第１配向膜４７ａとを有している。

第２基板４２は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第２シート４４ｂと、この第２シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第２電極４６ｂと、この第２電極上に配設された第２配向膜４７ｂとを有している。第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂには、プレチルト角５°となるようラビングが施されている。この実施の形態において、ガラス基板１７および第１シート４４ａは一体に形成されている。このため、液晶表示パネル１の対向基板１２および位相制御液晶パネル３の第１基板４１は透明な共通基板５１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。

第１基板４１および第２基板４２は、第１配向膜４７ａおよび第２配向膜４７ｂが対面するように対向配置され、複数のスペーサ４８により所定の隙間を置いて保持されている。スペーサ４８は、絶縁材料で構成されている。第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂは絶縁状態に維持されている。第１基板４１および第２基板４２は、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂが対向した領域であるとともに、これら第１基板および第２基板間を透過する光の位相状態を制御可能な位相制御領域Ｒ３を有している。この実施の形態において、位相制御領域Ｒ３は、上述した表示領域Ｒ１および光拡散制御領域Ｒ２と重なっている。

第１基板４１および第２基板４２は、位相制御領域Ｒ３の外側で、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂの周縁部に配置された矩形状のシール材４９により互いに接合されている。第２液晶層４３は、第１基板４１、第２基板４２およびシール材４９の間に狭持されている。

第２液晶層４３の層厚は、５．０μｍである。第２液晶層４３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０７２である。液晶分子の捩れ角は４５０°、捩れピッチは３．９２μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

上記した第２液晶層４３は、第１基板４１および第２基板４２間を透過する光の位相状態を制御する機能を有している。より詳しくは、第２液晶層４３は、液晶分子の配向を制御することで視野角を制御している。第２液晶層４３の液晶分子の配向を制御する際は、位相制御液晶パネル３に電圧を印加して、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間の電位差を制御することで行う。

バックライトユニット４は、アレイ基板１１の外面側に設けられている。バックライトユニット４は、アレイ基板１１に対向配置されているとともに導光板を含む導光体４ａと、この導光体の一側縁に対向配置された光源４ｂおよび反射板４ｃとを有している。

バックライトユニット４は、導光体４ａの表面に対向して配置された高集光性のプリズムシート４ｄを有している。プリズムシート４ｄは、導光体４ａから出射されるバックライト光の平行度（指向性）を高める機能を有している。プリズムシート４ｄは、通常ノートＰＣ用の液晶表示装置などに用いるプリズムシートより平行度を高める構造である。プリズムシート４ｄとしては、長瀬産業製のコリメートシート等、出射されるバックライト光の平行度が極めて高くなるものが用いられている。このため、バックライトユニット４は、平行度の高い光をアレイ基板１１に出射することができる。

第１偏光板５は、アレイ基板１１およびバックライトユニット４間に配置されている。より詳しくは、第１偏光板５はアレイ基板１１の外面に配置されている。なお、第１偏光板５は糊を介してアレイ基板１１の外面に貼り合せても良い。第２偏光板６は、位相制御液晶パネル３に対して液晶表示パネル１と反対側に配置されている。より詳しくは、第２偏光板６は、第２基板４２の外面に配置されている。なお、第２偏光板６は糊を介して第２基板４２の外面に貼り合せても良い。第１偏光板５および第２偏光板６は、クロスニコル配置されている。このため、液晶表示パネル１は、電圧印加状態で黒色表示となるノーマリーホワイト表示となる。

駆動部７は、液晶表示パネル１に駆動電圧を印加して表示状態を制御する。駆動部７は、表示モードに対応してカラーフィルタ２および位相制御液晶パネル３に駆動電圧を印加する。

ここで、本願発明者等は、カラーフィルタ２および位相制御液晶パネル３に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。

その際、駆動部７は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル１を駆動した。カラーフィルタ２には１０Ｖの駆動電圧を印加し、位相制御液晶パネル３にも１０Ｖの駆動電圧を印加した。また、バックライトユニット４は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。

まず、カラーフィルタ２（共通電極１８および対向電極２０間）および位相制御液晶パネル３（第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間）に駆動電圧を印加していない状態の第１表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２や位相制御液晶パネル３を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶パネル３を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、カラーフィルタ２（共通電極１８および対向電極２０間）に１０Ｖの駆動電圧を印加するとともに、位相制御液晶パネル３（第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間）に１０Ｖの駆動電圧を印加している状態の第２表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示画像を全く識別できない状態となった。

また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ^２であり、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶パネル３を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶パネルに駆動電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。

次に、位相制御液晶パネル３がこの位相制御液晶パネルを透過する光の位相状態を制御することにより、液晶表示装置の視野角を制御する原理について、図３ないし図８を用いて説明する。

視野角特性のなかで特に重要な特性は、コントラスト視角特性および輝度視角特性である。このうち、コントラスト視角特性は黒色表示時の視角特性に大きく左右される。ＴＮモードのように第１液晶層１３の液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態を用いる表示モードにおいては、優れた黒色表示特性を得るため、液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態にて黒色表示をすることが多い。しかしながら、液晶分子１３ａがほぼ垂直に配列した状態では、斜め視野において位相差が発生する。およそ液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）と液晶層厚と視角とを乗じた位相差が発生する。

図５および図６に示すように、本実施の形態の場合、＋４８０ｎｍ（×視角）の位相差が発生している。しかしながら、図１、図３および図４に示すように、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間に駆動電圧を印加していない状態での第２液晶層４３の位相差は−４８０ｎｍ（×視野）となるため、第１液晶層１３の位相差と合わせた位相差はゼロとなる。上記したことから、液晶表示装置に第２液晶層４３を備えた位相制御液晶パネル３を設けることにより、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を広くすることができる。

一方、図１、図７および図８に示すように、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間に駆動電圧を印加し、液晶分子４３ａの捩れを解き、液晶分子４３ａをほぼ垂直に配向させた状態では、第１液晶層１３同様、正の一軸性となる（＋６４０ｎｍ）。このため、第１液晶層１３の位相差と合わせた位相差は＋１１２０ｎｍとなる。上記したことから、液晶表示装置に第２液晶層４３を備えた位相制御液晶パネル３を設けることにより、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を著しく狭くすることができる。

ここで、輝度視角制御液晶材２ａを形成する液晶ポリマ３０について説明する。図９および図１０に示すように、液晶ポリマ３０にはポリマ（ポリマネットワーク）３１が形成されているとともに液晶分子３２が析出されている。液晶ポリマ３０の液晶分子３２の配向はほぼランダムとみなすことができる。ポリマ３１の屈折率は液晶分子３２の常光屈折率に等しい。

なお、輝度視角制御液晶材２ａは、屈折率異方性の差（Δｎ）が０．２３であるネマティック液晶に光架橋性ポリマ（polymer）を２ｗｔ％溶解した液晶材料に紫外線を照射して、ポリマ（ポリマネットワーク）３１を形成するとともに液晶分子３２を析出した材料が固まって形成されている。

次に、液晶ポリマ３０が、この液晶ポリマを透過する光の拡散状態を制御することにより、液晶表示装置の輝度視角を制御できる原理について図１、図９および図１０を用いて説明する。

共通電極１８および対向電極２０間に駆動電圧が印加されていない状態（図９）において、液晶分子３２の配向はほぼランダムである。このため、屈折率は、常光屈折率および異常光屈折率の平均となる。これに対し、ポリマ３１の屈折率は液晶分子３２の常光屈折率に等しい。このため、屈折率異方性の差（Δｎ）は、上述した屈折率異方性の差（Δｎ）の半分、つまり０．１１５程度となり、屈折率に差が生じることとなる。

また、ポリマ３１は、ランダムな３次元構造からなっているので、上記プリズムシート４ｄを透過した平行度の高いバックライト光は液晶ポリマ３０にて拡散される。このため、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合と同様、広い輝度視角が得られる。

液晶ポリマ３０の液晶分子３２がほぼ垂直に配向するよう、共通電極１８および対向電極２０間に十分な駆動電圧が印加されている状態（図１０）において、液晶分子３２の配向はほぼ垂直となる。このため、液晶ポリマ３０に入射する光の進行方向に対する屈折率は常光屈折率となる。これに対し、ポリマ３１の屈折率は析出した液晶分子３２の常光屈折率に等しい。このため、ポリマ３１および液晶分子３２間に屈折率差は生じず、プリズムシート４ｄを透過したバックライト光は液晶ポリマ３０をそのまま透過する。

上述したように、プリズムシート４ｄにより十分に高められた平行度の高い光が液晶表示パネル１から出射される。このため、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに狭い輝度視角が得られる。この際、正面輝度は、輝度視角を絞っている分、その従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに高くなる。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置の液晶表示パネル１は、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を含んでいる。共通電極１８および対向電極２０間に駆動電圧を印加し、液晶ポリマ３０により視野角を狭く制御した状態では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。液晶表示装置は、別途、輝度視角制御用のパネルを設けることなく輝度視角を制御できるため、全体の厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性を制御することができる。また、表示画面の正面方向に出射光を集中させた場合、バックライト強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減することができる。

液晶表示装置は位相制御液晶パネル３を備えている。位相制御液晶パネル３は、第２液晶層４３を有している。第２液晶層４３は、液晶表示パネル１を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶パネル３は視野角やコントラスト視角も制御できる。

このため、モバイルＰＣ、携帯電話、ＰＤＡ、電子手帳、およびタブレットＰＣ等、公共の場で使用する場合であっても、上記表示方式を切替えることにより、他人に表示内容識別されては困る場合には視野角を狭く、また複数の観察者で表示画像を観察する場合には視野角を広くすることができる。これにより、他人に表示内容を覗かれる心配を排除することができる。また、複数の観察者が表示画面を同時に、かつ、良好に視認できるようにもできる。この際、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間に印加する電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。このような表示特性を制御する際、消費電力を殆ど増大させることなく制御できる。液晶表示装置の表示方式を制御する際は、スイッチやボリューム１つで制御することができる。

ＭＶＡモードやＴＮモード、ホモジニアスモード（ＨＯＭＯモード）、ハイブリッドアラインネマティックモード等、ネマティック液晶を略垂直から水平配向、傾斜配向およびこれらに捩れを有する配向へと制御する液晶表示装置において、第１偏光板５および第２偏光板６は、ネマティク液晶が略垂直に配向した状態（駆動電圧印加状態）にて黒色表示となるように配置されている。この状態では、第１液晶層１３は、光学的に見て、ほぼ正の一軸性結晶とみなすことができる。従って、表示画面の斜め方向への視野においては、位相差が生じるので、表示画面の正面から観察する場合と比較してコントラスト比が低くなる。

また、第２液晶層４３において、液晶材料の屈折率異方性の差（Δｎ）は小さく、液晶分子の捩れピッチは短く、液晶分子の捩れ角は４５０°である。第２液晶層４３は、第１液晶層１３と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間に電圧を印加していない状態において、第２液晶層４３は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。

従って、この状態では、略垂直に配向した状態の第１液晶層１３の位相差を第２液晶層４３が補償することにより、斜め方向の視野におけるコントラストの低下を抑制することができる。特に、第１液晶層１３の位相差の絶対値、および第２液晶層４３の位相差の絶対値が一致しているとその効果は最大となる。また、第１液晶層１３および第２液晶層４３の捩れ方向を一致させることにより、第２液晶層４３が液晶表示パネル１（ＴＮモード）の左右視角を拡大するように作用する。

上記した効果は、第２液晶層４３の液層分子の捩れ角を以下のように制御した場合に効果的である。位相制御液晶パネル３に駆動電圧を印加した状態で、液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配向させるとともに、駆動電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合。若しくは、位相制御液晶パネル３に駆動電圧を印加しない状態で液晶分子を第１基板４１平面および第２基板４２平面に対して略垂直に配向させるとともに、駆動電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合である。

位相制御液晶パネル３は、液晶表示パネル１および第２偏光板６の間に位置するよう配置されている。これにより、第２偏光板６は、偏光子の役割を果たす。この場合、第２偏光板６を表示画面側である第２シート４４ｂ外面上に図示しない糊を介して貼り付けることが望ましい。貼り付けない場合、位相制御液晶パネル３および第２偏光板６間に空気界面が存在し、また、間隙が狭いとニュートンリング縞が視認されるようになり問題となる。逆に、位相制御液晶パネル３および第２偏光板６間の隙間が広いと、間隙を維持するスペーサなどが必要となるほか、液晶表示装置全体の厚みを増大させることとなる。

対向基板１２および第１基板４１は共通基板５１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。ガラス基板１４、第２シート４４ｂおよび共通基板５１の３枚の基板を用いて液晶表示パネル１および位相制御液晶パネル３が形成されているため、液晶表示装置全体の厚さおよび重量をさらに軽減することができる。また、液晶表示装置が共通基板５１を有していない場合、液晶表示パネル１および位相制御液晶パネル３を、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。位相制御液晶パネル３の第１シート４４ａおよび第２シート４４ｂを、可暁性のあるプラスチックや薄板ガラスで構成した場合、位相制御液晶パネルは、図示しない糊を介して液晶表示パネル１に貼り付ければ良い。

輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２および位相制御液晶パネル３の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、液晶ポリマ３０および第２液晶層４３の双方に印加する駆動電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。

次に、この発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル１、位相制御液晶パネル３、バックライトユニット４、第１偏光板５、第２偏光板６および駆動部７を備えている。カラーフィルタ２は、アレイ基板１１に設けられている。

アレイ基板１１は、ガラス基板１４と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の対向電極２０と、ガラス基板および対向電極上に形成されたカラーフィルタ２と、カラーフィルタ上にマトリクス状に形成された複数の画素電極１５と、配向膜１６とを有している。画素電極１５および対向電極２０は、着色層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを挟んで対向配置されている。なお、着色層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに複数の輝度視角制御液晶材２ａが混入されていることは言うまでもない。

ここで、本願発明者等は、カラーフィルタ２および位相制御液晶パネル３に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。

その際、駆動部７は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて液晶表示パネル１を駆動した。カラーフィルタ２には１０Ｖの駆動電圧を印加し、位相制御液晶パネル３にも１０Ｖの駆動電圧を印加した。また、バックライトユニット４は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘの環境下に配置した。

まず、カラーフィルタ２（画素電極１５および対向電極２０間）および位相制御液晶パネル３（第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間）に駆動電圧を印加していない状態の第１表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２や位相制御液晶パネル３を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、位相制御液晶パネル３を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、カラーフィルタ２（画素電極１５および対向電極２０間）に１０Ｖの駆動電圧を印加するとともに、位相制御液晶パネル３（第１電極４６ａおよび第２電極４６ｂ間）に１０Ｖの駆動電圧を印加している状態の第２表示方式における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示画像を全く識別できない状態となった。

また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ^２であり、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。正面コントラストは１０００：１であり、位相制御液晶パネル３を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶パネルに駆動電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置の液晶表示パネル１は、輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を含んでいる。画素電極１５および対向電極２０間に駆動電圧を印加し、液晶ポリマ３０により視野角を狭く制御した状態では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。液晶表示装置は、別途、輝度視角制御用のパネルを設けることなく輝度視角を制御できるため、全体の厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性を制御することができる。また、表示画面の正面方向に出射光を集中させた場合、バックライト強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減することができる。

液晶表示装置は位相制御液晶パネル３を備えている。位相制御液晶パネル３は、第２液晶層４３を有している。第２液晶層４３は、液晶表示パネル１を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶パネル３は視野角やコントラスト視角も制御できる。

輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２および位相制御液晶パネル３の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、液晶ポリマ３０および第２液晶層４３の双方に印加する駆動電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、表示装置は有機ＥＬ表示装置であっても良い。この場合、画像を表示する表示パネルとしての有機ＥＬ表示パネルに複数の輝度視角制御液晶材２ａが混入されたカラーフィルタ２を設ければ良い。特に、有機ＥＬ表示パネルの複数の画素を形成する有機ＥＬ素子が白色発光する場合に有効である。

この発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。 図１に示したカラーフィルタを拡大した断面図。 図１に示した第２液晶層に電圧が印加されていない状態における第２液晶層の断面構造概略図。 図３に示した液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示した第１液晶層の液晶分子が垂直に配向した状態における第１液晶層の断面構造概略図。 図５に示した液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示した第２液晶層に電圧が印加されている状態における第２液晶層の断面構造概略図。 図７に示した液晶分子の平均的屈折率楕円を示す図。 図１に示したカラーフィルタの輝度視角制御液晶材に電圧が印加されていない状態における輝度視角制御液晶材内部の断面構造およびこの輝度視角制御液晶材から出射される光の光路を説明するための図。 図１に示したカラーフィルタの輝度視角制御液晶材に電圧が印加されている状態における輝度視角制御液晶材内部の断面構造およびこの輝度視角制御液晶材から出射される光の光路を説明するための図。 この発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。

符号の説明

１…液晶表示パネル、２…カラーフィルタ、２ａ…輝度視角制御液晶材、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…着色層、３…位相制御液晶パネル、４…バックライトユニット、５…第１偏光板、６…第２偏光板、７…駆動部、１１…アレイ基板、１２…対向基板、１３…第１液晶層、１５…画素電極、１７…ガラス基板、１８…共通電極、２０…対向電極、３０…液晶ポリマ、３１…ポリマ、４１…第１基板、４２…第２基板、４３…第２液晶層、４４ａ…第１シート、５１…共通基板。

Claims (9)

1. 画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタとを備えていることを特徴とする表示装置。
2. 前記輝度視角制御液晶材は、液晶ポリマで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記輝度視角制御液晶材は、粒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記表示パネルは、アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層とを備え、
   前記カラーフィルタは、前記アレイ基板または対向基板に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記カラーフィルタはアレイ基板に設けられ、
   前記アレイ基板は、前記カラーフィルタを挟んで対向配置された複数の画素電極および複数の対向電極を備え、
   前記輝度視角制御液晶材は、前記画素電極および対向電極間の電位差を制御することにより、前記透過される光の拡散状態を制御可能であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
6. 前記カラーフィルタは、前記輝度視角制御液晶材が混入された赤色、緑色および青色の複数の着色層を備え、
   前記複数の画素電極および複数の対向電極は前記複数の着色層を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記対向基板に対向配置され、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御液晶パネルを備えていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
8. 前記位相制御液晶パネルは、前記他の液晶層を狭持して対向配置された第１基板および第２基板を備え、
   前記第１基板は前記対向基板に対向配置され、
   前記対向基板および第１基板は共通基板を有していることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層とを備えた表示パネルと、
   前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタと、
   前記対向基板に対向配置され、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御液晶パネルと、
   前記アレイ基板に対向配置され、平行度の高い光を前記アレイ基板に出射するバックライトユニットと、
   前記アレイ基板およびバックライトユニット間に配置された第１偏光板と、
   前記位相制御液晶パネルに対して前記表示パネルと反対側に配置された第２偏光板とを備えていることを特徴とする表示装置。

Images