JP2007139904A - 表示素子及びこれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全体の厚みを増やすことなく、かつ表示品位の高い、狭視野表示と広視野表示との切り替えを可能とする、表示素子等を提供する。
【解決手段】 表示素子１０は、低散乱領域１１と高散乱領域１２とに分けられている。表示素子１０はバックライト２０の上に配置されており、表示素子１０とバックライト２０とで表示装置を構成している。低散乱領域１１及び高散乱領域１２は、それぞれ独立に駆動できるようになっている。すなわち、表示素子１０の少なくとも一部の領域がその他の領域と異なる散乱能を有し、かつ各領域が独立に駆動できる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＣＤなどの表示素子及び表示装置に関し、特に、使用状況に応じて視角範囲を可変できる表示素子及び表示装置に関する。

液晶表示素子は、薄型、軽量、低消費電力等の特徴から携帯情報端末（携帯電話、ノートパソコン等）に広く採用されている。従来のＴＮ方式では、視角依存性が大きいため、ある方向からは画像が反転する又は見えないといった問題を抱えていた。しかし、近年、視野角を補償するフィルムの開発や横電界を用いたインプレインスイッチング方式（ＩＰＳ方式）、垂直配向を用いたヴァーティカル・アライメント方式（ＶＡ方式）などの表示方式の開発により、あらゆる角度から見ても視角依存性の無い、ＣＲＴにも匹敵するような広視野化が実現され普及してきている。

一方、携帯情報端末は、文字通り携帯性に優れ、様々な環境下で使用されている。例えば、会議などで情報端末の表示を複数の人達で共有する状況や、電車の車内や航空機の機内など公共の場所において情報を入力する状況など、様々な使用環境が存在する。使用者の立場からすれば、前者のような使用環境下では、携帯情報端末すなわち液晶表示素子の視野角はできるだけ広い方が、複数の人達と共有することができ、好ましい。しかし、後者のような使用環境下では、液晶表示素子の視野角があまりに広いと、他の人から覗き見られ、情報の保全やプライバシーを保護できない。したがって、このような使用環境下では視野角は使用者だけが見える範囲が望ましい。

このように使用環境下に応じて、液晶表示素子の視野角を広視野表示又は狭視野表示に自由に切り替えできる、表示装置の開発が強く望まれている。この要求に応える液晶表示装置が、例えば特許文献１及び特許文献２に提案されている。

まず、特許文献１に記載の液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置は、二枚の偏光板と、これらの偏光板の間に重ねて配置された表示用液晶素子及び位相差制御用液晶素子と、から構成されている。位相差制御用液晶素子に電圧を印加しない場合は、表示用液晶素子の視角依存性による広視野表示となる。一方、位相差制御用液晶素子に電圧を印加すると、位相差制御用液晶素子の位相差が表示用液晶素子の位相差に重畳されることによって、狭視野表示となる。すなわち、位相差制御用液晶素子に電圧を印加するか否かによって位相差を制御し、これにより液晶表示装置の視野角特性を広視野と狭視野とに切り換えている。

次に、特許文献２に記載の液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置は、１画素がそれぞれ独立駆動可能な複数のサブ画素からなり、各サブ画素に異なる階調カーブを表示できるよう複数の階調テーブルを備えている。そして、サブ画素ごとに異なる階調カーブを与え、各階調カーブによる階調歪みを調整することにより、広視野と狭視野の表示の切り替えを実現している。

特開平１１−１７４４８９号公報（図１等） 特開２００３−２９５１６０号公報（図３等）

しかしながら、上述の従来技術には、以下の問題がある。

特許文献１に記載の液晶表示装置は、狭視野化するために、新たに位相制御用の液晶パネルを付加した構造となっている。したがって、従来の液晶表示装置に比べ、位相制御用液晶パネルの厚さ分だけ厚くなるので、薄型化及び軽量化の妨げになる。また、位相差制御用液晶パネルの厚さが厚くなると、表示に視差が生じるようになり、これにより表示品位が低下する。

これに加え、液晶分子の位相を制御することによって狭視野化を実現していることから、広角まで十分な遮光性能を得ることが難しい。すなわち、液晶分子の位相を制御して遮光するために、ある角度を基準として位相制御用の液晶パネルに印加する電圧を決めている。その場合、設定角度での遮光性能は得られるものの、それよりも広角側又は狭角側では、最適な位相差が異なる。そのため、表示の反転又は光漏れなどが起こるので、狭視野表示とは言いがたいものになる。

特許文献２に記載の液晶表示装置は、画素を複数のサブ画素にし、それぞれ独立に駆動させ、サブ画素ごとに異なる階調カーブを表示することで、広視野と狭視野を切り替えている。しかし、異なる階調カーブを利用しても同一の液晶分子の階調カーブ、すなわち視角依存性を利用して制御しているため、視角範囲の振れ幅に限界があり、狭視野表示時における狭視野化が不十分である。

そこで、本発明の目的は、全体の厚みを増やすことなく、かつ表示品位の高い、狭視野表示と広視野表示との切り替えを可能とする、表示素子等を提供することにある。

本発明に係る表示素子は、光を出射する複数の画素とこれらの画素を駆動する複数の画素駆動電極とを有するものにおいて、複数の画素がその視野角に応じて複数の種類に分けられ、複数の画素駆動電極が画素の種類ごとに分けられた、ことを特徴とする（請求項１）。ここで言う「画素駆動電極」とは、画素を駆動する電極であれば、どのような形状でもよく、画素に直に接する部分から配線の部分まで含むものとする。

複数の画素は、その視野角に応じて、例えば広視野角、中視野角、狭視野角という三種類に分けられる。このとき、複数の画素駆動電極は、その三種類ごとに分けられる。つまり、広視野角の画素は、それ専用の画素駆動電極によって駆動される。中視野角の画素及び狭視野角の画素についても同様である。これにより、各視野角の画素を独立に駆動できるので、視野角に応じた表示の切り替えが可能となる。この場合、各視野角における表示品位は、位相差や階調カーブを用いる従来技術に比べて高くすることができる。その理由は、予め視野角が設計された画素を切り替えているので、単独の視野角の表示素子と同等の表示品位が得られるからである。また、表示素子を二段重ねにする必要もないので、表示素子全体の厚みも厚くならない。言うまでもないが、複数の画素は、その視野角に応じて、前述の三種類及び後述の二種類以外にも、四種類以上としてもよい。

複数の画素は、第一の視野角を有する第一画素と、第一の視野角と異なる第二の視野角を有する第二画素とに分けられ、複数の画素駆動電極は、第一画素を駆動する第一画素駆動電極と、第二画素を駆動する第二画素駆動電極とに分けられた、としてもよい（請求項２）。例えば、第一の視野角が広視野角であり、第二の視野角が狭視野角である。この場合も、広視野角の画素及び狭視野角の画素はそれぞれ専用の画素駆動電極で独立に駆動されるので、狭視野表示と広視野表示との切り替えが可能となる。

画素駆動電極は、マトリクス状に配設された複数の走査電極及び複数の信号電極から成り、画素は、複数の走査電極と複数の信号電極との各交点に対応して設けられた、としてもよい（請求項３）。これは、アクティブマトリクス型やパッシブマトリクス型などのマトリクス型表示素子である。例えば、ＴＦＴによるアクティブマトリクス型について言えば、ここで言う「走査電極」にゲート線及びゲート電極が含まれ、同じく「信号電極」にデータ線及びソース電極が含まれる。なお、本発明は、マトリクス型に限らずセグメント型などにも適用可能である。

複数の走査電極と複数の信号電極との各交点にスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子に画素が接続された、としてもよい（請求項４）。これは、アクティブマトリクス型表示素子である。スイッチング素子としては、ＴＦＴ、ＴＦＤ、ＭＩＭなどが挙げられる。

複数の走査電極及び複数の信号電極のどちらか一方が、第一画素駆動電極と第二画素駆動電極とに分けられた、としてもよい（請求項５）。このとき、複数の走査電極及び複数の信号電極の他方は、第一画素及び第二画素にとって共通の電極となる。

少なくとも一つの第一画素と少なくとも一つの第二画素とから主画素が構成され、主画素に属する第一画素及び第二画素は、同じ走査電極と異なる信号電極とに接続され、又は異なる走査電極と同じ信号電極とに接続された、としてもよい（請求項６）。この場合、第一画素及び第二画素が同じ走査電極と異なる信号電極とに接続されるときは、走査電極が共通の電極となり、信号電極が第一画素駆動電極と第二画素駆動電極とに分けられる。一方、第一画素及び第二画素が異なる走査電極と同じ信号電極とに接続されるときは、走査電極が第一画素駆動電極と第二画素駆動電極とに分けられ、信号電極が共通の電極となる。

画素から出射する光は、画素を透過する光、画素内で反射する光若しくは画素が自ら発する光又はこれらの組み合わせである、としてもよい（請求項７）。例えば、画素を透過する光は、透過型液晶表示素子で用いられる。画素内で反射する光は、反射型液晶表示素子で用いられる。画素を透過する光と画素内で反射する光との組み合わせは、半透過型液晶表示素子で用いられる。画素が自ら発する光は、有機ＥＬ、無機ＥＬ、ＬＥＤ、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＳＥＤなどの表示素子で用いられる。言い換えると、本発明はこれらの表示素子も含むものである。

画素は液晶層を有し、画素から出射する光は画素を透過する光であり、画素を透過する光の経路に、第一の視野角と第二の視野角との差を生じさせる透光部材が設けられた、としてもよい（請求項８）。これは、狭視野角表示と広視野角表示とを切り替えられる透過型液晶表示素子である。

透光部材は、平面も含む凹凸構造を有し、凹凸構造の差によって第一の視野角と第二の視野角との差を生じさせる、としてもよい（請求項９）。透光部材に凹凸の大きい部分と小さい部分があるとする。凹凸の大きい部分を透過した光は、凹凸の小さい部分を透過した光よりも散乱する、すなわち視野角が広がる。なお、凹凸の大きい部分と小さい部分に代えて、凹凸の有る部分と無い部分（すなわち平面）としてもよい。

凹凸構造は表面の粗さである、としてもよい（請求項１０）。透光部材に表面粗さの大きい部分と小さい部分があるとする。表面粗さの大きい部分を透過した光は、表面粗さの小さい部分を透過した光よりも散乱する、すなわち視野角が広がる。

凹凸構造はレンズ又はプリズムである、としてもよい（請求項１１）。レンズ又はプリズムは、その設計によって光を広げることも狭めることもできる。

透光部材は、特定の内部構造を有し、この内部構造の差によって第一の視野角と第二の視野角との差を生じさせる、としてもよい（請求項１２）。前述した透光部材は外部構造に特徴を有するものであるが、この場合のように内部構造に特徴（例えば屈折率など）を有するものとしてもよい。

透光部材はカラーフィルタであり、内部構造は顔料の粒径である、としてもよい（請求項１３）。カラーフィルタに顔料の粒径の大きい部分と小さい部分があるとする。一般に、顔料の粒径の大きい部分を透過した光は、顔料の粒径の小さい部分を透過した光よりも散乱する、すなわち視野角が広がる。

本発明に係る表示装置は、本発明に係る表示素子と、画素を透過する光の光源と、を備えたことを特徴とする（請求項１４）。本発明に係る表示装置によれば、本発明に係る表示素子を備えたことにより、各視野角の画素を独立に駆動できるので、視野角に応じた表示の切り替えが可能となる。

光源から発せられる光の指向性を高める光線方向規制素子を、更に備えた、としてもよい（請求項１５）。出射角の狭い光源を前述の表示素子の光源として利用することにより、狭視野表示の表示角度範囲を狭くすることが可能となる。広視野表示では、高散乱領域によって光源の出射光を散乱させて、表示素子を出射する光を広げている。したがって、広視野と狭視野との表示角度範囲差を、指向性の高い光源を用いることで更に大きくすることが可能になる。

また、本発明は次のように構成することもできる。

本発明に係る表示素子は、少なくとも一部の領域がその他の領域と異なる散乱能を有し、かつ各領域が独立に駆動できることを特徴としている。本発明の構成とすることで、表示素子内に異なる散乱能を有する領域を形成することから、位相差制御用の液晶表示素子の付加がない。したがって、表示素子全体としての厚みの増加がなく、かつ、位相差を利用せずに広視野表示と狭視野表示とを切り替えることがきる。以下に具体例を列挙する。なお、ここでいう「散乱能」とは光が散乱する度合いをいい、散乱能が高いほど大きく散乱させることができ、散乱能が低いほど小さく散乱させることができる。

（１）表示素子において少なくとも一部の領域がその他の領域と異なる散乱能を有し、かつ各領域が独立に駆動できることを特徴とする表示素子、としてもよい。

（２）前記（１）において、表示素子の各画素が散乱能の異なる少なくとも二以上の副画素から構成され、かつ、各副画素が独立に駆動できることを特徴とする表示素子、としてもよい。

（３）前記（１）、（２）において、異なる散乱能を実現する手段として、表示素子に用いる少なくとも一方の基板の一部に凹凸構造を有することを特徴とする表示素子、としてもよい。

（４）前記（１）、（２）において、異なる散乱能を実現する手段として、表示素子に用いる少なくとも一方の基板の一部に散乱能が相異なる二種類の薄膜を有することを特徴とする表示素子、としてもよい。

（５）前記（１）、（２）において、異なる散乱能を実現する手段として、表示素子に用いる一対の透明基板のうち、少なくとも一方の透明基板の一部を粗面化し、散乱能の異なる領域を形成することを特徴とする表示素子、としてもよい。

（６）前記（１）、（２）において、異なる散乱能を実現する手段として、表示素子に用いる一対の透明基板のうち、少なくとも一方の透明基板の一部にレンズ又はプリズムを有し、散乱能の異なる領域を形成することを特徴とする表示素子、としてもよい。

（７）前記（１）〜（６）において、指向性の高い光源を表示素子の背後に配置することを特徴とする表示装置、としてもよい。

（８）前記（１）〜（７）において、指向性の高い光源は、光を透過する透明領域と光を吸収する吸収領域とが繰り返された光線方向規制素子を光源上に備えたことを特徴とする表示装置、としてもよい。

本発明によれば、複数の画素がその視野角に応じて複数の種類に分けられ、複数の画素駆動電極が画素の種類ごとに分けられたことにより、各視野角の画素を独立に駆動できるので、全体の厚みを増やすことなく、かつ表示品位の高い、視野角に応じた表示の切り替えが可能となる。

換言すると、本発明によれば、少なくとも一部の領域がその他の領域と異なる散乱能を有し、かつ各領域が独立に駆動できる構成とすることで、表示素子全体としての厚みの増加がなく、かつ、位相差を利用せずに広視野表示と狭視野表示とを切り替えることがきる。更に、狭視野表示における十分な遮光性能を示す表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。ただし、図面は、わかりやすくするために、表示素子の一部のみを模式的に示し、かつ表示素子の各層間に適宜隙間を設けている。実際の表示素子はほとんど隙間なく積層されている。

図１は本発明に係る表示素子の第一実施形態を示す平面図であり、図１［１］は第一例を示し、図１［２］は第二例を示す。図２は図１の表示素子の動作を示す断面図であり、図２［１］は無表示を示し、図２［２］は狭視野表示を示し、図２［３］は広視野表示を示す。以下、これらの図面に基づき説明する。

表示素子１０は、低散乱領域１１と高散乱領域１２とに分けられている。表示素子１０はバックライト２０の上に配置されており、表示素子１０とバックライト２０とで表示装置を構成している。低散乱領域１１及び高散乱領域１２は、それぞれ独立に駆動できるようになっている。なお、 低散乱領域１１及び高散乱領域１２は、それぞれ一又は二以上の画素から成る。

次に、表示素子１０の動作について説明する。まず、狭視野表示について説明する。図２［２］は、狭視野表示において、バックライト２０からの出射した光が観察者まで伝播する様子を、模式的に示している。図示するように、バックライト２０から出射した光が低散乱領域１１のみから透過するように、かつ高散乱領域１２を透過しないように、表示素子１０を駆動する。バックライト２０を出射した光は、低散乱領域１１に入射してもほとんど散乱することがない。そのため、表示素子１０を出射した光の指向特性すなわち光の広がりは、バックライト２０から出射した光の指向性のままとなる。

次に、広視野表示について説明する。図２［３］は、広視野表示において、バックライト２０から出射した光が観察者まで伝播する様子を模式的に示している。図示するように、低散乱領域１１を光が透過しないように、かつ高散乱領域１２のみを光が透過するように、表示素子１０を駆動する。バックライト２０を出射した光は、高散乱領域１２へ入射する。入射した光は、高散乱領域１２で散乱され、広角まで広がったブロードな出射光になる。したがって、表示素子１０を出射した光の広がりすなわち光の指向性は、バックライト２０から出射した光に比べるとブロードとなる。

このように、低散乱領域１１のみを駆動した場合、表示素子１０を通過した光の配光特性はバックライト２０から出射した配光特性のままであることから、狭視野表示を行うことができる。また、高散乱領域１２のみを駆動すると、表示素子１０を通過した光の配光特性がブロードになるため、広視野表示を行うことができる。また、バックライト２０を出射する配光特性は、高品位の狭視野表示を行うために、できる限り狭いほうが好ましい。

また、低散乱領域１１及び高散乱領域１２を同時に駆動すれば、両者の配光特性が平均化された配光特性となる。そのため、バックライト２０の配光特性よりもブロードな配光特性になることから、高輝度の広視野表示が可能となる。

更に、低散乱領域１１及び高散乱領域１２は、図１［１］に示す縦ストライプ形に限るのではなく、横ストライプ形や図１［２］に示す市松模様であっても、言うまでもなく同様の効果が得られる。更に、低散乱領域１１及び高散乱領域１２の占有割合を各５０％ずつに限るわけではなく、バックライト２０の指向性などを考慮し、その比率を変更してもよい。

以上のことから、本実施形態の表示素子１０では、高散乱領域１２及び低散乱領域１１のどちらかを選択して駆動することにより、階調モードや位相差を制御することなく、広視野表示及び狭視野表示の切り替えが可能となる。更に、位相差制御用の液晶パネルを付加する必要がないため、表示素子１０としての厚さが増加することはない。

図３は図１の表示素子を具体化した一例及び本発明に係る表示装置の第一実施形態を示す断面図である。図４は図３の表示素子の動作を示す断面図であり、図４［１］は狭視野表示を示し、図４［２］は広視野表示を示す。以下、これらの図面に基づき説明する。

表示装置１０１は、表示素子１０とバックライト２０とを備えている。表示素子１０は、バックライト２０の上に、偏光板２８、透明基板２９、透明電極３０、液晶層３１、透明電極３２、透明基板３３及び偏光板３４が、この順に積層された構造となっている。透明電極３０，３２は画素ごとにパターン化され、各パターン領域を独立に駆動できるようになっている。また、透明基板２９の裏面側に低散乱パターン２９１と高散乱パターン２９２とが交互に形成されており、それぞれ透明電極３０，３２のパターン領域と重ね合わされている。これにより、低散乱領域１１と高散乱領域１２とが交互に形成された表示素子１０になる。また、液晶層３１では、透明電極３０，３２上に配向膜（図示せず）が形成されることにより、配向処理がなされているので液晶分子（図示せず）が配向している。

また、バックライト２０には側面に光源２０ａが設けられており、光源２０ａから出射した光を導光板２０ｃに入射させている。導光板２０ｃは、導光板２０ｃ面内に設けられた複数のプリズム（図示せず）と背面に設けられた反射板２０ｂとによって、入射光を屈折及び反射させることにより、導光板２０ｃ面全体から光を出射させる。その出射光は、面の法線方向（図１では紙面上方）を中心に広角度まで広がった分布を持っている。

ここで、バックライト光の広がりはできる限り狭くした方が好ましい。また、本実施形態ではバックライト２０としてサイドライト型のバックライトを用いているが、これに限らず、表示素子１０の直下に蛍光管が配置された直下型のバックライトであってもよい。

表示素子１０における低散乱領域１１及び高散乱領域１２は、以下のような方法で形成する。まず、透明基板２９の裏面（バックライト側の面）にレジストを塗布した後、そのレジストを露光することにより、低散乱パターン２９１になる部分にだけにレジストを残す。そして、高散乱パターン２９２になる部分の透明基板２９裏面をサンドブラスト法で粗くして摺りガラス化し、その後にレジストを剥離する。これにより、透明基板２９の裏面は、低散乱パターン２９１と高散乱パターン２９２とに分けられる。

ここで、高散乱パターン２９２の形成は、単体の透明基板２９の時でも、透明基板２９，３３間に液晶を注入した後の偏光板２８，３４を貼り付ける前でもよい。また、図３では透明基板２９に高散乱パターン２９２を形成しているが、これに限らず、透明基板３３に高散乱パターンを形成してもよい。

次に、表示素子１０の一般的な動作を説明する。表示素子１０は、液晶層３１が透明基板２９と透明基板３３とに狭持されている。透明基板２９，３３には、液晶層３１側に液晶の配向方向を決める配向膜（図示せず）と、低散乱領域１１及び高散乱領域１２をそれぞれ独立に駆動するための透明電極３０，３２と、が形成されている。更に、透明基板２９，３３の表面（液晶層３１の反対側）に、吸収型の偏光板２８，３４が貼合されている。

表示素子１０は、液晶層３１に電圧を印加することにより、その液晶分子（図示せず）の配向が変化する。偏光板２８を透過した光は液晶分子の配向変化による複屈折効果や旋光性により偏光状態が変わるので、偏光板３４を透過する光の量が変化する。これを利用して各画素の出射光量を調節することにより、表示の濃淡を実現している。

表示素子１０の視野角特性は、液晶層３１の液晶表示モードに依存する。本実施形態のように広視野状態と狭視野状態とを実現するためには、液晶表示モードとして、広視野角の方式であることが好ましい。具体的には、横電界を利用して液晶分子を液晶表示素子面内に動作させるインプレインスイッチング方式（ＩＰＳ方式）やフリンジ・フィールドスイッチング方式（ＦＦＳ方式）などの横電界モード、垂直配向を利用したヴァーティカル・アライメント方式（ＶＡ方式）、ドメインパターンド・バーティカルアライメント方式（ＰＶＡ方式）、アドヴァンスト・スーパー・ヴィ方式（ＡＳＶ方式）などの垂直配向モード、異方性光学フィルムを用いて光学補償を行うフィルム補償モードなどがある。

次に、表示素子１０の狭視野表示及び広視野表示の動作について説明する。まず、狭視野表示の動作について説明する。図４［１］は、狭視野表示において、バックライト２０から出射した光が観察者まで伝搬していく光の拡散性を模式的に示している。狭視野表示では、低散乱領域１１のみを表示用領域として用い、高散乱領域２２は暗状態にしておく。これにより、バックライト２０を出射した光が透明基板２９の低散乱パターン２９１を透過する。低散乱パターン２９１は、高散乱パターン２９２と異なり摺りガラス化されていないので、入射光がほとんど散乱することがなく透過する。低散乱パターン２９１を透過した光は、透明基板２９、透明電極３０、液晶層３１、透明電極３２、透明基板３３、偏光板３４を通過する。その光は、これら部材を通過する際に、ほとんど散乱しないまま出射する。したがって、表示素子１０を出射した光の指向特性すなわち光の拡散度は、バックライト２０から出射した光の指向性のままとなり、狭視野表示となる。

次に、広視野表示の動作について説明する。図４［２］に示すように、前述とは逆に低散乱領域１１からは光を透過させないように、かつ高散乱領域１２のみから光が透過するように、液晶層３１を動作させる。バックライト２０から出射した光は、透明基板２９の高散乱パターン２９２へ入射すると、高散乱パターン２９２が摺りガラス化されているので散乱する。高散乱パターン２９２を透過した光は、透明基板２９、透明電極３０、液晶層３１、透明電極３２、透明基板３３、偏光板３４を通過するが、これら部材を通過する際にはほとんど散乱しないまま出射する。そのため、表示素子１０を出射した光の広がりは、高散乱パターン２９２で散乱した特性となる。したがって、その光は、バックライト２０から出射した光に比べるとブロードな指向性となるので、広視野表示となる。

図５は、本発明に係る表示素子の第二実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態の表示素子４０は、散乱能の異なる少なくとも二以上の副画素４１，４２を有し、かつ、各副画素４１，４２を独立に駆動できることを特徴としている。一つの主画素４３は二つの副画素４１，４２から構成されている。そして、各副画素４１，４２にはそれぞれスイッチング素子（図示せず）が形成されており、データ線４４及びゲート線４５を介して副画素４１，４２のそれぞれを独立に駆動できるようになっている。副画素４１は、バックライト（図示せず）からの出射光が散乱しない低散乱領域であり、バックライトから出射する光の広がりを変えないようになっている。また、副画素４２は、バックライトからの出射光が散乱する高散乱領域になっている。そのため、副画素４２から出射した光の広がりは、バックライトから出射した光の広がりよりもブロードな特性となっている。

したがって、副画素４２のみを表示用の画素として利用した場合、表示素子４０を通過した光の配光特性がブロードになるため、広視野表示を行うことができる。また、副画素４１を表示用の画素として利用した場合は、表示素子１０を通過した光の配光特性はバックライトから出射した光の配光特性のままであることから、狭視野表示を行うことができる。ここで、バックライトを出射する光の配光特性はできる限り狭いほうが好ましい。

表示素子４０によれば、散乱能の異なる副画素４１，４２のどちらかを選択して駆動することにより、階調モードや位相差を制御することなく、広視野表示及び狭視野表示の切り替えが可能となる。しかも、位相差制御用の液晶パネルを付加する必要がないため、表示素子４０としての厚さが増加することはない。また、狭視野表示時に副画素４２を部分的に駆動させることにより、表示素子４０の一部分を広視野表示化することや、文字などの情報を斜め方向のみに発信することが可能となる。

図６は図５の表示素子の具体例を示す平面図であり、図６［１］は第一例を示し、図６［２］は第二例を示す。以下、この図面に基づき説明する。

図６［１］は、図５における一つの主画素４３を拡大した平面図である。主画素４３は副画素４１，４２から構成され、副画素４１は赤を表示する画素Ｒ１、緑を表示する画素Ｇ１及び青を表示する画素Ｂ１から構成され、副画素４２は赤を表示する画素Ｒ２、緑を表示する画素Ｇ２及び青を表示する画素Ｂ２から構成されている。そして、画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１，Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２は、それぞれにスイッチング素子が形成されており、それぞれが独立に駆動できるようになっている。画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１はバックライトからの出射光が散乱しない低散乱領域となっており、画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２はバックライトからの出射光が散乱する高散乱領域となっている。

ここで、図６［１］はスイッチング素子としてＴＦＴを想定しているが、これに限らず、各色の画素を独立に駆動できるものであれば、ＭＩＭのようなダイオード方式のスイッチング素子であってもよい。なお、本発明は、本実施形態のようなアクティブマトリクス型に限らず、パッシブマトリクス型にも適用できる。

また、図６［１］では、データ線４４を共通化し、ゲート線４５を副画素４１，４２ごとに割り当てることにより、副画素４１，４２を独立に駆動できるようにしている。しかし、これに限らず、図６［２］に示すように、ゲート線４５を共通化し、データ線４４を副画素４１，４２ごとに割り当てることにより、副画素４１，４２を独立に駆動できるようにしてもよい。

図７は図６の表示素子を更に具体化した一例を示す断面図であり、図７［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図７［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。以下、図５乃至図７に基づき説明する。ただし、図７において図３と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

図７［１］は各色の画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１の断面を示し、図７［２］は各色の画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２の断面を示している。図７［１］に示す断面では、紙面下から偏光板２８、透明基板２９、透明層３７ａ、透明電極３０、液晶層３１、透明電極３２、カラーフィルタ層３６ｒ，３６ｇ，３６ｂ、透明基板３３及び偏光板３４が、この順に積層された構造となっている。カラーフィルタ層３６ｒ，３６ｇ，３６ｂは、それぞれ赤、緑、青の光のみを透過させる。なお、液晶を配向させる配向膜やスイッチング素子は、わかりやすくするために図示していない。

また、図７［２］では、透明基板３０上に透明な凹凸構造３７ｂが形成され、更にその上に透明電極３０が形成されている。凹凸構造３７ｂは、副画素４２内全体でランダムな構造を形成している。このように、副画素４２内に凹凸構造３７ｂが形成されていること、及びその凹凸界面で屈折率差があることから、凹凸構造３７ｂを透過する光は、凹凸構造３７ｂのない副画素４１と比べると、より散乱する。

凹凸構造３７ｂは、反射型液晶素子又は半透過型液晶素子で形成する内部反射板の形成と同様に副画素４１，４２内に透明層を形成した後、レジストを塗布、パターン露光、剥離を行うことにより、高散乱領域の副画素４２のみに形成する。その後、反射型液晶素子又は半透過液晶素子と異なりアルミニウムなどの金属を凹凸構造３７ｂ上に形成するのではなく、透明電極例えばＩＴＯ膜を透明層上に形成する。このように、透明電極３０を凹凸構造３７ｂ上に形成することにより、バックライトからの光が透過することが可能となり、かつ、表面が凹凸形状となっている凹凸構造３７ｂを透過する際に光が散乱する。

したがって、画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を表示用として利用する場合と画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２を表示用として利用する場合とで、バックライトから入射した光の広がりを変えることが可能となる。つまり、狭視野表示には画素Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を、広視野表示には画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２を、それぞれ駆動させることにより、表示素子４０の狭視野表示及び広視野表示を電気的に切り替えることが可能となる。

換言すると、表示素子４０は、異なる散乱能を実現する手段として、透明基板２９，３３の少なくとも一方の一部に凹凸構造３７ｂを有することを特徴としている。また、表示素子４０内に凹凸構造３７ｂを作り込んでいることから、表示素子４０の厚みの増加もない。更に、凹凸構造３７ｂをランダム構造としたが、これに限らず、凹凸を形成していない副画素４１と光の広がり角が異なっていれば、どのような構造でもよい。

ここで、バックライトを出射する光の配光特性は、できる限り狭いほうが好ましい。また、狭視野表示時に画素Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２を部分的に駆動させることにより、表示素子４０の一部分を広視野表示化することや、文字などの情報を斜め方向のみに発信することが可能になる。更に、本実施形態ではカラー表示について説明したが、これに限らず、モノクロ表示においても、画素を二つ以上の副画素にし、副画素ごとに散乱能が異なり、かつ、独立に駆動できれば、同様の効果が生まれることはいうまでもない。

図８は本発明に係る表示素子の第三実施形態を示す断面図であり、図８［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図８［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態と第二実施形態との違いは、副画素４１，４２ごとに散乱能の異なるカラーフィルタ層３６ｒ，…，３８ｒ，…を用いた点である。図８［１］に示す副画素４１のカラーフィルタ層３６ｒ，３６ｇ，３６ｂには、顔料の粒径が小さいものを用いる。図８［２］に示す副画素４２のカラーフィルタ層３８ｒ，３８ｇ，３８ｂには、顔料の粒径が大きいものを用いる。顔料の粒径を副画素４１，４２ごとに変えることにより、副画素４１，４２ごとの散乱能を異ならせることができる。一般に、粒径の小さいものは低散乱であり、粒径が大きくなるにつれて散乱度が増す。よって、粒径の異なる顔料を用いたカラーフィルタ層３６ｒ，…，３８ｒ，…を形成することにより、散乱能の異なる副画素４１，４２を形成することができる。

したがって、第二実施形態と同様に副画素４１，４２のどちらかを選択して表示することにより、電気的に狭視野表示と広視野表示とを切り替えることが可能となる。更に、散乱能の差異を表示素子５０内に作り込んでいることから、表示素子５０の厚みの増加はない。

本実施形態では、カラーフィルタ層３６ｒ，…，３８ｒ，…の顔料の粒径の違いによって散乱能の異なる副画素４１，４２を形成していたが、これに限るわけではない。例えば、高散乱領域の副画素４２の液晶層３１に透明なスペーサビーズなどの固定物を添加し、散乱能を異ならせるようにしてもよい。

図９は本発明に係る表示素子の第四実施形態を示す断面図であり、図９［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図９［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態と第二及び第三実施形態との違いは、異なる散乱能を有する副画素４１，４２の形成方法である。本実施形態では、表示素子６０に用いる一対の透明基板２９，３３のうち少なくとも一方の一部を粗面化することにより、高散乱領域を形成することを特徴としている。図９［１］は低散乱領域の副画素４１を示し、図９［２］は高散乱領域の副画素４２を示している。

副画素４２を形成する方法として、サンドブラスト法がある。例えば、偏光板２８，３４を貼合せる前の透明基板２９裏面（液晶層３１の反対側）にレジストを塗布、パターン露光し、粗面化しない領域を保護する。その後、サンドブラスト法を用いて透明基板２９上に砥粒を噴射することにより、粗面化した透明基板２９ａを形成する。これにより、副画素４１と副画素４２とは、散乱能の異なる構造となる。

よって、前述のように副画素４１，４２のどちらかを選択して表示することにより、電気的に広視野表示と狭視野表示とを切り替えることが可能となる。更に、散乱能を異ならせる手段を表示素子６０内に作り込んでいることから、表示素子６０の厚みの増加はない。

本実施形態では、透明基板２９の裏面を粗面化したが、これに限るわけではない。例えば、透明基板３３の裏面側を同様に粗面化しても、同じ効果が得られる。また、偏光板２８，３４の表面に形成しているアンチグレア層のヘイズを、低散乱領域と高散乱領域とで異なるものとしてもよい。

図１０は本発明に係る表示素子の第五実施形態を示す断面図であり、図１０［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図１０［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の特徴は、異なる散乱能を有する副画素４１，４２の形成方法として、表示素子７０に用いる一対の透明基板２９，３３のうち少なくとも一方の一部にレンズを設ける点にある。図１０［１］は低散乱領域の副画素４１を示し、図１０［２］は高散乱領域の副画素４２を示している。本実施形態では、透明基板２９の裏面（液晶層３１の反対側）に部分的にマクロレンズアレイが形成されたレンズシート２９ｂを貼合する。その際、そのマイクロレンズアレイが副画素４２側に来るように、レンズシート２９ｂを透明基板２９に重ね合せる。

これにより、副画素４２では、マイクロレンズのレンズ効果によりバックライトの光が拡散され、表示素子７０を出射する光の広がりがブロードになる。したがって、副画素４１と副画素４２とで散乱能の異なる構造となる。

よって、前述のように副画素４１，４２のどちらかを選択して表示することにより、電気的に広視野表示と狭視野表示とを切り替えることが可能となる。更に、散乱能に差異を与える手段を表示素子７０内に作り込んでいることから、表示素子７０の厚みの増加はない。

本実施形態では、マイクロレンズについて説明したが、これに限るわけではない。例えば、プリズムアレイを用いても同様のレンズ効果があり、入射光の広がりを変えることができる。

図１１は、本発明に係る表示装置の第二実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図３と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態は、光の指向性を高める光線方向規制素子２２を光源２０ａ上に備えることにより、指向性の高いバックライト２０を表示素子８０の光源として用いることに特徴がある。表示素子８０は、上記各実施形態の表示素子のいずれかである。光線方向規制素子２２は、光を透過する透明領域２２ａと、光を吸収する遮光領域２２ｂとが、光線方向規制素子２２の表面に沿った方向に交互に配置されて成るルーバである。この種の光線方向規制素子は、例えばＬＣＤ用フィルムルーバとして市販されている。

バックライト２０から出射した光のうち狭い角度の光は、透明領域２２ａを通過し出射される。しかし、広い角度の光は、透過領域２２ａを通過できず、吸収領域２２ｂで吸収されてしまう。この結果、バックライト２０から出射光の広がりを制限することが可能となる。また、広角の光を吸収することから、狭視野表示時における広角側への光漏れを低減することが可能となり、狭視野時の表示角度範囲内とその他の範囲、すなわち、「表示の見える範囲」と「表示の見えない範囲」との差が明確になる。したがって、広視野表示と狭視野表示との差がより一層明確なものとなるため、表示の切り替えのメリハリがつく効果が生まれる。

本実施形態によれば、従来の液晶表示素子と変わらない厚みであるにもかかわらず、広視野表示と狭視野表示とを切り替えることができる。また、広視野表示と狭視野表示とのメリハリ、すなわち、視角制御性を高めることができる。更に、光源の指向性を光線方向規制素子により制御するため、どのような指向性を有する光源を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。なお、本実施形態では、上記以外の構成、動作及び効果は、前述の各実施形態と同様である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の表示素子及び表示装置は上記各実施形態にのみ限定されるものではない。つまり、上記各実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した表示素子及び表示装置も、本発明の範囲に含まれる。

本発明に係る表示素子の第一実施形態を示す平面図であり、図１［１］は第一例を示し、図１［２］は第二例を示す。 図１の表示素子の動作を示す断面図であり、図２［１］は無表示を示し、図２［２］は狭視野表示を示し、図２［３］は広視野表示を示す。 図１の表示素子を具体化した一例及び本発明に係る表示装置の第一実施形態を示す断面図である。 図３の表示素子の動作を示す断面図であり、図４［１］は狭視野表示を示し、図４［２］は広視野表示を示す。 本発明に係る表示素子の第二実施形態を示す平面図である。 図５の表示素子の具体例を示す平面図であり、図６［１］は第一例を示し、図６［２］は第二例を示す。 図６の表示素子を更に具体化した一例を示す断面図であり、図７［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図７［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。 本発明に係る表示素子の第三実施形態を示す断面図であり、図８［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図８［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。 本発明に係る表示素子の第四実施形態を示す断面図であり、図９［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図９［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。 本発明に係る表示素子の第五実施形態を示す断面図であり、図１０［１］は図６におけるＩ−Ｉ線縦断面図であり、図１０［２］は図６におけるII−II線縦断面図である。 本発明に係る表示装置の第二実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０，４０，５０，６０，７０，８０ 表示素子
１１ 低散乱領域
１２ 高散乱領域
２０ バックライト
２０ａ 光源
２０ｂ 反射板
２０ｃ 導光板
２２ 光線方向規制素子
２２ａ 透明領域
２２ｂ 遮光領域
２８，３４ 偏光板
２９，３３ 透明基板
２９１ 低散乱パターン
２９２ 高散乱パターン
２９ａ 粗面化した透明基板
２９ｂ レンズシート
３０，３２ 透明電極
３１ 液晶層
３６ｒ，３６ｇ，３６ｂ カラーフィルタ層（顔料粒径小）
３７ａ 透明層
３７ｂ 凹凸構造
３８ｒ，３８ｇ，３８ｂ カラーフィルタ層（顔料粒径大）
４１，４２ 副画素
４３ 主画素
４４ データ線（信号電極、画素駆動電極）
４５ ゲート線（走査電極、画素駆動電極）
１０１，１０２ 表示装置

Claims (15)

1. 光を出射する複数の画素と、これらの画素を駆動する複数の画素駆動電極と、を有する表示素子において、
   前記複数の画素がその視野角に応じて複数の種類に分けられ、前記複数の画素駆動電極が前記画素の種類ごとに分けられた、
   ことを特徴とする表示素子。
2. 前記複数の画素は、第一の視野角を有する第一画素と、前記第一の視野角と異なる第二の視野角を有する第二画素とに分けられ、
   前記複数の画素駆動電極は、前記第一画素を駆動する第一画素駆動電極と、前記第二画素を駆動する第二画素駆動電極とに分けられた、
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
3. 前記画素駆動電極は、マトリクス状に配設された複数の走査電極及び複数の信号電極から成り、
   前記画素は、前記複数の走査電極と前記複数の信号電極との各交点に対応して設けられた、
   ことを特徴とする請求項２記載の表示素子。
4. 前記複数の走査電極と前記複数の信号電極との各交点にスイッチング素子が設けられ、このスイッチング素子に前記画素が接続された、
   ことを特徴とする請求項３記載の表示素子。
5. 前記複数の走査電極及び前記複数の信号電極のどちらか一方が、前記第一画素駆動電極と前記第二画素駆動電極とに分けられた、
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の表示素子。
6. 少なくとも一つの前記第一画素と少なくとも一つの前記第二画素とから主画素が構成され、
   この主画素に属する前記第一画素及び前記第二画素は、同じ前記走査電極と異なる前記信号電極とに接続され、又は異なる前記走査電極と同じ前記信号電極とに接続された、
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の表示素子。
7. 前記画素から出射する光は、当該画素を透過する光、当該画素内で反射する光若しくは当該画素が自ら発する光又はこれらの組み合わせである、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表示素子。
8. 前記画素は液晶層を有し、当該画素から出射する光は当該画素を透過する光であり、
   当該画素を透過する光の経路に、前記第一の視野角と前記第二の視野角との差を生じさせる透光部材が設けられた、
   ことを特徴とする請求項２記載の表示素子。
9. 前記透光部材は、平面も含む凹凸構造を有し、この凹凸構造の差によって前記第一の視野角と前記第二の視野角との差を生じさせる、
   ことを特徴とする請求項８記載の表示素子。
10. 前記凹凸構造は表面の粗さである、
    ことを特徴とする請求項９記載の表示素子。
11. 前記凹凸構造はレンズ又はプリズムである、
    ことを特徴とする請求項９記載の表示素子。
12. 前記透光部材は、特定の内部構造を有し、この内部構造の差によって前記第一の視野角と前記第二の視野角との差を生じさせる、
    ことを特徴とする請求項８記載の表示素子。
13. 前記透光部材はカラーフィルタであり、前記内部構造は顔料の粒径である、
    ことを特徴とする請求項１２記載の表示素子。
14. 請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の表示素子と、
    前記画素を透過する光の光源と、
    を備えたことを特徴とする表示装置。
15. 前記光源から発せられる光の指向性を高める光線方向規制素子を、
    更に備えたことを特徴とする請求項１４記載の表示装置。

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