JP2007279146A - 視野角制御フィルタおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正面から表示装置の画面を見たときの表示品位を良好に保った状態で視野角を制御することができる視野角制御フィルムを提供する。
【解決手段】視野角制御フィルム１は、透過する光を直線偏光の光に変換する偏光板２と、液晶分子が配列した液晶フィルム３とが積層されてなるものである。液晶フィルム３の法線方向から見た場合の液晶分子５の配向方向と、偏光板２を透過する光の直線偏光方向とが平行または垂直となっており、液晶分子５の長軸は、法線方向および配向方向を含む平面対して垂直な方向から見た場合に、法線方向から傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、視野角を制御できる視野角制御フィルタおよび視野角制御フィルタを備えた表示装置に関するものである。

携帯電話機やモバイルパソコン等、ディスプレイを有する電子機器を公共の場で使用する機会は多い。この場合、機密文書や個人的に閲覧したい情報が、周囲の人にも見えてしまうという問題が生じていた。

この問題に対応して、通常は広視野角表示モードに設定でき、公共の場へ持ち出して使用する場合には、狭視野角表示モードに切り替えられる表示装置が実現されている。なお、狭視野角モードとは、ディスプレイの正面方向からは通常どおりの表示画像が視認でき、斜め方向からは無地画像または別の画像が見えるモードである。

このような視野角制御可能な表示装置における視野角制御手段として、例えば、特許文献１に記載の視野角制御素子を挙げることができる。

しかし、液晶分子などの視野角制御素子を利用して視野角を制御する構成では、表示装置の厚みが増加してしまうという問題や、視野角制御素子を含むパネルを駆動させるための仕組みが複雑となり、生産性が低下してしまうという問題や、遮光性能が低いという問題が生じる。

そのため、表示装置の画面にフィルムを貼ることにより、視野角を制御する方法が開発されている。このフィルムは、一般にプライバシーフィルターと呼ばれており、例えば、特許文献２に記載されているものや、住友スリーエム株式会社から市販されているものを挙げることができる。

特許文献２に記載のプライバシーフィルターは、当該プライバシーフィルターに対して垂直な方向の光のみを透過させるため、このプライバシーフィルターを表示装置の画面に貼ると横方向からその画面を見ることはできない。

住友スリーエム社製のプライバシーフィルターは、マイクロルーバーフィルムをＰＥＴなどのフィルムでラミネートした構造を有しており、透過光の方向と可視角度を制御するルーバーフィルムである。

図６は、住友スリーエム社製のルーバーフィルム５０の構成を示すものであり、（ａ）はルーバーフィルム５０の断面図であり、（ｂ）はルーバーフィルム５０の平面図である。図６（ａ）に示すように、ルーバーフィルム５０は、一定の間隔で配置されたルーバー遮光部５１を有している。表示装置から出射した光は、ルーバー遮光部５１の間の空間である透過部５２を透過する。このときの透過光の透過角度（図６（ａ）においてα）は、ルーバー遮光部５１によって制限されるため、視野角が限定される。

車載用の液晶表示装置においては、実車搭載時にフロントガラスに表示が写りこむのを防ぐため、このようなルーバーフィルムを使用し、光の出射方向を制限している。

なお、ツイストネマティック型液晶表示素子の表示色の視角特性の改善に用いられる光学異方素子の製造方法に関しては、特許文献３に開示されている。
特開２００５−２２１７５６（公開日：２００５年８月１８日） 特開２００５−１７３５７１（公開日：２００５年６月３０日） 特開平６−２２２２１３（公開日：１９９４年８月１２日）

ところが、上記従来のルーバーフィルムでは、ルーバー遮光部５１によって透過光を制限しているために、ルーバー遮光部５１に遮断されて透過できない光が発生し、正面から見た画面の輝度が低下するという問題や、ルーバー遮光部５１の筋により画質が低下するという問題が生じる。

また、ルーバー遮光部５１とＴＦＴ(Thin Film Transistor)パネルとの干渉防止のため左右（または上下）対称な視野角の制御ができないという問題も生じる。図６（ｂ）に示すように、ルーバー遮光部５１の伸長方向は、表示装置の画面の縦方向（または横方向）に対して平行ではなく、傾斜した状態となるように配置される。これは、ルーバー遮光部５１の伸長方向が、表示装置の画面の縦方向（または横方向）に対して平行になれば、液晶表示装置のカラーフィルタとの干渉によって、ある特定の周期でモアレ縞が発生するからである。

そのため、液晶表示装置の画面に対して左右対称（または上下対称）に視野角を制御することは困難である。

また、ルーバー遮光部５１の伸長方向が、表示装置の画面の縦方向（または横方向）に対して傾斜した状態となっていることは、正面から見た画質を低下させる要因のひとつである。

また、特許文献２に記載のプライバシーフィルターでは、正面方向からの光のみを透過するため、斜め方向を含む所定の視野角を設定することが困難であるという問題が生じる。また、複数枚使用して遮光性を改善した場合には、正面方向の色づきや輝度の低下、厚みの増大といった問題が生じる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、正面から見たときの画質（正面品位）を低下させることなく視野角を制御することができる視野角制御フィルムおよびそれを備えた表示装置を提供することにある。

本発明に係る視野角制御フィルタは、上記の課題を解決するために、透過する光を直線偏光の光に変換する偏光層と、液晶分子が配列した位相差層とが積層されてなり、上記位相差層の法線方向から見た場合の上記液晶分子の配向方向と、上記偏光層を透過する光の直線偏光方向とが平行または垂直となっており、上記液晶分子の長軸は、上記法線方向および上記配向方向を含む平面に対して垂直な方向から見た場合に、上記法線方向から傾斜していることを特徴としている。

上記の構成によれば、偏光層を透過する直線偏光の光の偏光方向と、位相差層の法線方向から見た場合の液晶分子の配向方向とが平行または垂直であるため、法線方向から見たときに位相差層での複屈折は生じない。したがって、偏光手段を有する表示装置に、偏光層を透過する光の直線偏光方向と表示装置の偏光手段が透過する光の直線偏光方向とが平行となるように、視野角制御フィルタを配した場合、当該表示装置の画面を視認できる。

一方、法線方向および配向方向を含む平面に対して垂直な方向から見た場合の液晶分子の長軸は、当該法線方向から傾斜しているため、この傾斜角度を所定の角度と称すると、法線方向から所定の角度以上傾いた方向から見た場合（以下、斜め方向から見た場合と称する）、液晶分子の配向方向が、偏光層を透過する光の偏光方向と交差角をもつ。それゆえ、斜め方向から見た場合に、液晶分子に複屈折が生じ、位相差層を透過した光の偏光方向が変わる。その結果、上述のように視野角制御フィルタを、偏光手段を有する表示装置に配し、斜め方向から見た場合に、位相差層を透過した光は偏光手段を透過することはできなくなり、表示装置の画面を視認できなくなる。

このような構成によれば、液晶分子の複屈折を利用することにより視野角を制御しているため、正面から表示装置の画面を見たときの表示品位を良好に保った状態で視野角を制御することができる。

また、上記位相差層は、２つの上記偏光層に挟まれており、当該２つの偏光層を透過する光の直線偏光方向は互いに平行であることが好ましい。

上記の構成によれば、視野角制御フィルタの偏光層のひとつを表示装置の偏光手段のひとつとして機能させることができるため、表示装置の厚みを低減することができる。

また、上記位相差層は２層からなり、当該２層の位相差層の上記配向方向は、互いに直交していることが好ましい。

上記の構成によれば、視野角の制御方向を互いに直交する２方向（例えば、左右方向と上下方向）にすることができる。

また、上記視野角制御フィルタと偏光手段とを備える表示装置であって、上記位相差層は、上記偏光層と上記偏光手段との間に位置しており、上記偏光層を透過する光の直線偏光方向と上記偏光手段を透過する光の直線偏光方向とは平行であることを特徴とする表示装置も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る視野角制御フィルタは、以上のように、透過する光を直線偏光の光に変換する偏光層と、液晶分子が配列した位相差層とが積層されてなり、上記位相差層の法線方向から見た場合の上記液晶分子の配向方向と、上記偏光層を透過する光の直線偏光方向とが平行または垂直となっており、上記液晶分子の長軸は、上記法線方向および上記配向方向を含む平面に対して垂直な方向から見た場合に、上記法線方向から傾斜している構成である。

それゆえ、液晶分子の複屈折を利用することにより、正面から表示装置の画面を見たときの表示品位を良好に保った状態で視野角を制御することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

（視野角制御フィルム１の基本構成）
図１は、本実施形態の視野角制御フィルム１の基本構成を示す断面図である。視野角制御フィルム１は、偏光板２（偏光層）と液晶フィルム３（位相差層）とが積層された構成である。

この視野角制御フィルム１は、液晶フィルム３の側が表示装置の表示画面と隣接するように、粘着剤４を介して表示画面に貼り付けられる。この構成では、表示装置から出射された光は、液晶フィルム３を透過した後、偏光板２を透過することになる。

または、視野角制御フィルム１は、液晶表示装置が備えるメイン液晶表示部の裏側（表示装置から出射される光の方向とは反対方向を向く側）に配される。

液晶フィルム３は、特定の方向に配向した液晶分子５を有する膜であり、傾斜型位相差板として機能する。この液晶フィルム３は、例えば、紫外線硬化型液晶ポリマーである。液晶分子５の配向方向は、一軸配向（ホモジニアス）であり、液晶フィルム３を正面方向（図１にて、矢印６の方向、ｚ軸方向）から見た場合に一定の方向（図１にてｙ軸方向）に配向している。この液晶分子５の配向方向を液晶配向方向と称する。図１では、液晶分子５の形状はフットボール型であるが、液晶分子５の形状はこれに限定されない。

なお、上記正面方向とは、視野角制御フィルム１を含む平面（図１にてｘｙ平面）に対して垂直な方向（法線方向）である。

正面方向から見た場合に、液晶分子５の液晶配向方向は一定のため、正面方向への偏光状態はそのまま維持される。

また、液晶フィルム３を正面方向および液晶配向方向を含む平面に対して垂直な方向（図１にて、矢印１０の方向、ｘ軸方向）から見た場合に、液晶分子５は、正面方向に平行な方向に複数の列を成して配列しているとともに、正面方向に対する液晶分子５の角度（以下、傾斜角θと称する）は、略４５°となっている。

そのため、正面方向から角度θだけ傾いた斜め方向から視野角制御フィルム１を見たときには、液晶フィルム３は、１／２λ板（１/２波長板）として機能し、斜め方向から見た場合の偏光状態が崩れ、表示装置の画面は視認されにくくなる。換言すれば、液晶フィルム３は、斜め方向から見た場合に（ｎ・λ/２：ｎ=奇数）の位相差を有する位相差板として凡そ機能する。ここで、λとは、５５０ｎｍ〜５８９ｎｍを意味している。また、上記「凡そ」とは、±１０％の範囲内で、相当の効果を奏することを意味している。

傾斜角θを４５°に設定すると、液晶フィルム３によって偏光軸は９０°ねじられる。そのため、後述する偏光板２の透過軸（または吸収軸）が液晶配向方向と平行である場合、クロスニコル状態となり、遮蔽率は最大になる。この場合、視野角制御フィルム１の正面方向から４５°以上傾いた角度から見ると、表示装置の画面は真っ暗になる。すなわち、視野角制御フィルム１の視野角は、正面方向を中心として液晶配向方向に垂直な方向（後述する視野角制御方向）の両方向へそれぞれ４５°傾いた範囲に限定される。

なお、傾斜角θは、４５°に限定されず、０°から９０°までの範囲内の角度であればよいが、３０〜４５°の範囲の内いずれかであることが好ましい。例えば、傾斜角θが、３０°の場合は、視野角制御フィルム１の正面方向から３０°以上傾いた角度から見ると、表示装置の画面は真っ暗になる。傾斜角θは、視野角制御フィルム１の用途に合わせて設定すればよい。

液晶フィルム３は、例えば、フジフィルム製のＷＶ（ワイドビュー）フィルム（商品名）の構造や特許文献３に記載のフィルムの構造を基本構造として用いることができる。

偏光板２は、透過する光を直線偏光の光に変換する。この偏光板２の偏光透過軸（または吸収軸）は、液晶分子の液晶配向方向に対して平行または垂直になっている。すなわち。偏光板２の偏光透過軸は、図１にて、ｙ軸方向またはｘ軸方向に伸びている。換言すれば、偏光板２の透過軸と、位相差板としての液晶フィルム３の軸（遅相軸または進相軸）とは平行または垂直である。

なお、上記透過軸とは、偏光板２を透過する光の直線偏光方向と平行な軸である。

（視野角制御フィルム１の視野角制御方向）
視野角制御フィルム１の視野角制御方向は、液晶フィルム３を１枚備える構成とすれば１方向、２枚備える構成とすれば２方向制御できる。

図２および図３は、視野角制御フィルム１の構成と視野角制御方向とを示す概略図である。図２は、液晶フィルム３を１枚備える構成を示すものであり、図３は、液晶フィルム３を２枚備える構成を示すものである。

図２（ａ）に示すように、視野角制御フィルム１が偏光板２を１枚、液晶フィルム３を１枚備える場合には、図２（ｂ）に示すように、視野角制御方向（矢印７の方向）は１方向となる。

液晶分子５の液晶配向方向（矢印８の方向）および偏光板２の透過軸の方向（矢印９の方向）は、互いに平行（図２（ｂ）においてｙ軸に平行）であり、視野角制御フィルム１を含む平面上において液晶配向方向および透過軸方向に垂直な方向（図２（ｂ）においてｘ軸方向）に視野角制御方向が形成される。

図３（ａ）に示すように、視野角制御フィルム１が偏光板２を１枚、液晶フィルム３を２枚備える場合には、図３（ｂ）に示すように、視野角制御方向を２方向（矢印７ａおよび７ｂの方向）とすることができる。このとき、１枚目の液晶フィルム３ａおよび２枚目の液晶フィルム３ｂを、偏光板２と粘着剤４との間に積層し、液晶フィルム３ａ・３ｂの液晶配向方向（矢印８ａおよび８ｂ）が互いに直交するように配置する。また、偏光板２の透過軸の方向（矢印９の方向）は、一方の液晶フィルムの液晶配向方向（図３（ｂ）では、矢印８ａの方向）と平行とする。

この構成の視野角制御フィルム１では、視野角制御フィルム１を含む平面上において２枚の液晶フィルム３の液晶配向方向に対してそれぞれ垂直な方向（図３（ｂ）においてｘ軸方向およびｙ軸方向）に視野角制御方向（矢印７ａおよび７ｂ）が形成される。

（視野角制御フィルム１の効果）
次に、視野角制御フィルム１の効果について下記の表１を参照しつつ説明する。

表１は、住友スリーエム社製のルーバーフィルム（ＬＣＦ）、視野角制御可能な液晶表示装置（ベールビューＬＣＤ）、視野角制御フィルム１（本発明）とを比較した結果を示している。なお、表中の△は性能等が劣っていることを示し、○は性能等が優れていることを示し、◎は性能等が特に優れていることを示している。

生産性に関しては、視野角制御フィルム１は、ルーバーフィルム、ベールビューＬＣＤよりも優れている。視野角制御フィルム１の生産性が、ベールビューＬＣＤよりも優れている理由については上述した通りである。また、視野角制御フィルム１の生産性がルーバーフィルムのそれよりも優れているのは、ルーバーフィルムでは、ルーバー遮光部を形成する工程が複雑であるのに対し、視野角制御フィルム１では、特に複雑な製造工程を含まないからである。

表示装置の厚みに関しては、視野角制御フィルム１は、ルーバーフィルムと同様に、ベールビューＬＣＤよりも表示装置の厚みを薄くすることができる。さらに、視野角制御フィルム１は、偏光板２および液晶フィルム３のみの構成となることからルーバーフィルムに比べて薄型化が可能である。

表示装置の画面を正面から見た場合の輝度の低下率に関しては、視野角制御フィルム１は、１５〜２０％であり、ルーバーフィルムの２０〜３０％、ベールビューＬＣＤの２０％〜５０％と比較して輝度低下率は低い。

表示装置の画面を正面から見た場合の画質（正面品位）に関しては、視野角制御フィルム１は、ベールビューＬＣＤと同様に、正面品位には影響を与えないのに対して、ルーバーフィルムでは、正面品位はルーバー遮光部の筋によって低下する。

視野角度に関しては、ベールビューＬＣＤでは、液晶パネルに印加する電圧を変化させることによって±６０°〜３０°の視野角度を実現できるのに対して、視野角制御フィルム１およびルーバーフィルムでは、異なる視野角度を有するフィルタを複数種類製造することによって各種の用途に対応することができる。

遮光性能に関しては、視野角制御フィルム１は、ルーバーフィルムと同様に、ベールビューＬＣＤよりも優れている。

モアレ対策に関しては、ルーバーフィルムは、上述したようにモアレ対策を行う必要があるが、視野角制御フィルム１およびベールビューＬＣＤは、その必要がない。

以上の比較結果に基づいて総合的に判断すると、視野角制御フィルム１は、ルーバーフィルムおよびベールビューＬＣＤよりも優れていると言える。すなわち、視野角制御フィルム１は、正面から見た画面の輝度および画質を低下させることなく視野角を制御できるとともに表示装置の厚みが増加することを抑制でき、左右（または上下）対称な視野角の制御が可能であり、さらに、斜め方向を含む所定の視野角を設定することができる。

（視野角制御フィルム１の構成の変更例）
図４（ａ）は、視野角制御フィルム１の別の構成を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、視野角制御フィルム１は、液晶フィルム３を２枚の偏光板２ａ・２ｂで挟む構成であってもよい。この構成では、偏光板２ａと偏光板２ｂとの透過軸は平行である。この構成の視野角制御フィルム１は、生産性が良い。

この視野角制御フィルム１は、偏光板２ａ・２ｂのいずれか一方が表示装置の表示画面と隣接するように配されるか、または、メイン液晶表示部の裏側に配される。

図４（ｂ）は、視野角制御フィルム１のさらに別の構成を示す断面図である。図４（ｂ）に示すように、視野角制御フィルム１は、液晶フィルム３の、偏光板２と接する側とは反対側に液晶パネル補償用の偏光板１１・１２（偏光手段）を設ける構成であってもよい。この構成は、図４（ａ）に示す構成において、２枚の偏光板２のうち一方の偏光板２ａを液晶表示装置が備える偏光板に置き換えたものである。この構成により、液晶表示装置の厚さをさらに薄くすることができる。

（液晶フィルム３の変更例）
図５（ａ）は、異なる傾斜角θを有する液晶分子５を含む液晶フィルム３の構造を示す概略図である。図５（ａ）に示すように、液晶フィルム３は、異なる傾斜角θを有する液晶分子５を含んでいてもよい。すなわち、液晶フィルム３は、ハイブリッド型の傾斜角θを有するものであってもよい。

例えば、液晶フィルム３の一方の表面付近の液晶分子５ｃを、ｘｙ平面に対して略平行な状態（傾斜角θが略９０°の状態）とし、液晶フィルム３の他方の表面付近の液晶分子５ａを、法線方向（ｚ軸方向）に対して略３０°傾いた状態（傾斜角θが略３０°の状態）とし、液晶分子５ａと液晶分子５ｃとの間に位置する液晶分子５ｂは、法線方向に対して３０°から９０°の間の範囲で傾いた状態（傾斜角θが３０°〜９０°の状態）としてもよい。

この場合、視野角制御フィルム１の視野角は、液晶分子５ａ・５ｂ・５ｃの平均傾斜角によってほぼ決まる。

図５（ｂ）は、異なる形状を有する液晶分子５を含む液晶フィルム３の構造を示す概略図である。図５（ｂ）に示すように、液晶分子５はディスコティック液晶５ｄ（液晶分子）であってもよい。すなわち、液晶分子５は、扁平な円筒形状を有していてもよい。ディスコティック液晶５ｄの傾斜角θは、すべて揃っていてもよいし、上述したハイブリッド型であってもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

薄型で簡単な構造のフィルムによって視野角を制御できるので、携帯通信端末やモバイルのパソコン、ＡＶ機器、ＤＶＤプレーヤー、車載用ＬＣＤ等の携帯用電子機器のディスプレイ等に適用できる。

一実施形態の視野角制御フィルムの基本構成を示す断面図である。 液晶フィルムを１枚備える視野角制御フィルムの構成を示すものであり、（ａ）は視野角制御フィルムの構成を示す断面図であり、（ｂ）は視野角制御方向を示す平面図である。 液晶フィルム３を２枚備える視野角制御フィルムの構成を示すものであり、（ａ）は視野角制御フィルムの構成を示す断面図であり、（ｂ）は視野角制御方向を示す平面図である。 （ａ）は視野角制御フィルムの別の構成を示す断面図であり、（ｂ）は視野角制御フィルムのさらに別の構成を示す断面図である。 （ａ）は異なる傾斜角θを有する液晶分子を含む液晶フィルムの構造を示す概略図であり、（ｂ）は異なる形状を有する液晶分子を含む液晶フィルムの構造を示す概略図である。 従来のルーバーフィルムの構成を示すものであり、（ａ）はルーバーフィルムの断面図であり、（ｂ）はルーバーフィルムの平面図である。

符号の説明

１ 視野角制御フィルム
２ 偏光板（偏光層）
２ａ 偏光板（偏光層）
２ａ 偏光板（偏光層）
２ｂ 偏光板（偏光層）
３ 液晶フィルム（位相差層）
３ｂ 液晶フィルム（位相差層）
５ 液晶分子
５ａ 液晶分子
５ｂ 液晶分子
５ｃ 液晶分子
５ｄ ディスコティック液晶（液晶分子）
１１ 偏光板（偏光手段）
１２ 偏光板（偏光手段）

Claims (4)

1. 透過する光を直線偏光の光に変換する偏光層と、
   液晶分子が配列した位相差層とが積層されてなり、
   上記位相差層の法線方向から見た場合の上記液晶分子の配向方向と、上記偏光層を透過する光の直線偏光方向とが平行または垂直となっており、
   上記液晶分子の長軸は、上記法線方向および上記配向方向を含む平面に対して垂直な方向から見た場合に、上記法線方向から傾斜していることを特徴とする視野角制御フィルタ。
2. 上記位相差層は、２つの上記偏光層に挟まれており、当該２つの偏光層を透過する光の直線偏光方向は互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御フィルタ。
3. 上記位相差層は２層からなり、当該２層の位相差層の上記配向方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御フィルタ。
4. 請求項１に記載の視野角制御フィルタと偏光手段とを備える表示装置であって、
   上記位相差層は、上記偏光層と上記偏光手段との間に位置しており、
   上記偏光層を透過する光の直線偏光方向と上記偏光手段を透過する光の直線偏光方向とは平行であることを特徴とする表示装置。

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