JP4516786B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、視野角を制御することができる表示装置に関する。

現在、表示装置は、人と機械とをつなぐインターフェースとして広く使用され、目ざましい進展を果たしている。多くの場合、表示装置の視野角は広いほうが好ましい。そのため、表示装置の開発は視野角を広げる方向で進められてきた。

かかる表示装置に、セキュリティ性の高い情報を表示する場合がある。このとき、広視野角の表示装置に当該セキュリティ性の高い情報を表示すると第三者に表示を見られてしまう可能性がある。よって、必ずしも表示装置の視野角が広いほうが好ましいとは言い切れない。したがって、プライバシー保護への要求から、視野角を特定の範囲に制御する必要性が高まっている。

表示装置の視野角制御技術として、さまざまな手段が開発されている（例えば、特許文献１〜３および非特許文献１参照。）。
特開平１１−８４３５７号公報 特開平８−１１４７９５号公報 特開２００１−２６４７６８号公報 松本正一・角田市良共著「液晶の基礎と応用」、工業調査会、１９９１年５月２０日、１０章 ９．２

従来の視野角制御技術として、例えばルーバを用いる方法が知られている。しかし、視野角が常時固定されるため、視野角制御を必要としない場合にも無くすことができないという問題がある。よって、この方法を適用することは難しい。

また、視野角により透過・散乱特性が変化する視野角制御板を用いる方法が提案されている。しかしながら、この方法によれば、視野角制御板の表示装置への装脱着が煩わしいという問題点がある。また、視野角制御板を常時固定配置した場合には、切り替えることができないので、利用者の用途に応じて広視野角特性と狭視野角特性を簡単に切り換えたいという要求に応えることができない。さらに、かかる視野角制御板を用いる方法では、正面方向の透過率まで落ちてしまうなどといった問題がある。

液晶表示素子を用いて、視野角制御装置を構成する技術も提案されている。この技術では、液晶の配向方向を複数の方向にすることによって液晶表示の視野角が異なるように構成する。そして、このような特殊な配向状態を利用し、固定のパターンを表示させるものである。具体的には、図７の分図（Ａ）に示すように、文字のパターン１が表示素子に表示されている場合において、分図（Ｂ）に示すような市松模様の固定パターン２を視野角制御装置に表示させる。すると、斜めから見たときに文字のパターン１と固定パターン２の表示が重なって分図（Ｃ）のように見える。しかしながら、かかる従来技術においては、人間は文字の部分のみを識別することができるので、主視野角以外の方向からでも表示素子に表示された情報（文字のパターン）を視認されてしまう恐れがある。

本発明の目的の一つは、正面方向の表示特性を劣化させずに、広視野角特性を得るとともに、広視野角から視認が困難な視野角特性を任意にかつ容易に切り換えることができる表示装置を提供することである。

本発明の第１の態様は、視野角制御装置と表示素子とが、それぞれの表示面が重なるように配置された表示装置であって、視野角制御装置には、特定の視野角方向において文字が視認されるように、外部からの電気信号によって、透過率及びまたは色が変化し得る部分が備えられ、主視野角方向からは、前記文字が視認されず、表示素子の表示が視認され、特定の視野角方向においては、表示素子の表示と前記文字とが重なって見えるように、構成されてなる表示装置を提供する。これによって、広視野角を得る状態と狭視野角を得る状態との切り換えが可能で、かつ正面方向の表示特性の劣化を防止することができる。

第２の態様は、前記文字が、意味を有する文を構成する態様１に記載の表示装置を提供する。これによって、狭視野角を得る状態で正面以外の方向からの表示画面の視認がより困難になる。

第３の態様は、前記文字がひらがなである態様１または２に記載の表示装置を提供する。これによって、狭視野角を得る状態で正面以外の方向からの表示画面の視認がより困難になる。

第４の態様は、前記文字が表示素子の表示に表れる文字のサイズの１／２〜２倍である態様１、２または３記載の表示装置を提供する。これによって、狭視野角を得る状態で正面以外の方向からの表示画面の視認がより困難になる。

第５の態様は、前記文字が表示素子の表示に表れる文字のサイズと略同等である態様１、２または３記載の表示装置を提供する。これによって、狭視野角を得る状態で正面以外の方向からの表示画面の視認がさらに困難になる。

第６の態様は、前記文字が視野角制御装置に備えられた光学物質の視野角方向による光学効果の差を用いて、呈示される態様１、２、３、４または５記載の表示装置を提供する。

第７の態様は、前記文字が複屈折性を示す光学物質が文字の形状に対応して配向を制御されることによって形成されてなる態様１〜６のいずれかに記載の表示装置を提供する。

第８の態様は、視野角制御装置は、一対の電極付き基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、液晶層の液晶は平行配向であり、液晶層のΔｎ・ｄが１．０μｍ以上である態様１〜７のいずれかに記載の表示装置を提供する。

第９の態様は、視野角制御装置に、液晶の配向方向と平行または垂直な透過軸を有する偏光層が備えられてなる態様８に記載の表示装置を提供する。
なお、上記の態様において、意味を有する文は、古典、近代文学等の良く知られたものであることが好ましい。

本発明によれば、正面方向の表示特性を劣化させずに、広視野角特性を得るとともに、広視野角特性の状態から視認が困難な視野角特性の状態に任意にかつ容易に切り換えることができる。

以下、図を参照しながら本発明の説明をする。なお、これらの図および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。また、本発明に合致する限り、他の形態も本発明の範疇に属しえることは言うまでもない。

図１は、本発明に係る表示装置１００の模式的断面図である。表示素子１１０として液晶表示装置を例に説明する。
表示装置１００は、視野角制御装置１２０と表示素子１１０とから構成される。表示素子１１０は、液晶表示素子１１２とバックライトユニット１１１とから構成される液晶表示装置である。紙面上側を視認側とすると、バックライトユニット１１１の視認側に液晶表示素子１１２が設けられ、さらに液晶表示素子１１２の視認側に視野角制御装置１２０が設けられる。

バックライトユニット１１１としては、蛍光管（不図示）と導光板（不図示）などを備えた公知のものを用いることができる。

液晶表示素子１１２としては、従来から知られているＴＮ型、ＳＴＮ型などのパッシブマトリクス駆動のものや、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動のものでもよい。また、配向方向に応じて、液晶表示素子１１２の視認側、反視認側にはそれぞれ、透過軸を所定の方向に配置した偏光層が設けられる。

図１では、視野角制御装置１２０が液晶表示素子１１２の視認側に配置される例を示している。また、視野角制御装置１２０は、バックライトユニット１１１と液晶表示素子１１２の間に配置されてもよい。

図２を参照して、視野角制御装置１２０の構成について説明する。図２は、視野角制御装置１２０の模式的断面図である。
第１の基板１２１ａ、第２の基板１２１ｂは、例えば、透明なガラス基板でも樹脂基板でもよく、またガラス基板と樹脂基板の組み合わせでもよい。

樹脂基板の場合、連続供給される電極付き樹脂基板を２本のゴムロール等で挟み、その間に、スペーサを含有分散させた液晶を供給し、挟み込み、その後封止して液晶表示素子を形成することができるので生産性が高い。

ガラス基板の場合、電極形成面に微量のスペーサを散布し、対向させたガラス基板の４辺をエポキシ樹脂等のシール剤で封止セルとし、２カ所以上設けたシールの切り欠きの一方を液晶に浸し、他方より吸引することでセル内に液晶を満たし、液晶表示素子を得ることができる。また、真空注入法を用いることもできる。

第１の基板１２１ａ、第２の基板１２１ｂの上には、それぞれ第１の電極１２２ａ、第２の電極１２２ｂのパターンが形成されている。この第１の電極１２２ａ、第２の電極１２２ｂは例えば、ＩＴＯ等の透明導電膜により形成されている。また、この第１の電極１２２ａ、第２の電極１２２ｂは表示画面に対応してパターニングされる。この表示パターンについては、後に詳述する。

第１の電極１２２ａ、第２の電極１２２ｂの上には液晶を配向させるための第１の配向膜１２３ａ、第２の配向膜１２３ｂがそれぞれ設けられている。この第１の配向膜１２３ａ、第２の配向膜１２３ｂは、例えば、ポリイミドなどの有機膜を基板表面に印刷し、配向膜表面に配向処理（ラビング処理）を施すことによって、配向異方性の膜にすることにより形成される。

第１の基板１２１ａと第２の基板１２１ｂの間隔は、スペーサ（不図示）によって保持される。スペーサ（不図示）は、アクリル樹脂などからなり、第１の基板１２１ａ上に散布される。また、柱状スペーサでもよい。

第１の基板１２１ａの電極１２２ａおよび配向膜１２３ａが設けられた面と、第２の基板１２１ｂの電極１２２ｂおよび配向膜１２３ｂが設けられた面を対向配置させる。このとき、配向膜１２３ａと配向膜１２３ｂとの配向方向が平行になるように配置し、シール材１２４を用いて接着させる。シール材１２４は、例えばエポキシ樹脂などからなり、第１の基板１２１ａまたは、第２の基板１２１ｂ上に所定のパターンで塗布される。

このようにして接着された基板間に、液晶を注入し液晶層１２５を形成する。液晶の材料としては、公知のネマチック液晶を用いることができる。液晶層１２５は、配向膜１２３ａおよび１２３ｂの配向方向にそって、平行配向となる。液晶を注入した後、封止剤を用いて封止する。

この基板の外側に偏光層１２６を設ける。ここでは、図１に示される視野角制御装置１２０において、視認側に偏光層が配置され、反視認側には偏光層を設けていない例を示す（図２参照）。通常、液晶表示素子１１２の視認側、反視認側にはそれぞれ偏光層が設けられている。したがって、液晶表示素子１１２から出射する光は、直線偏光になっている。視野角制御装置１２０が、液晶表示素子１１２の視認側に配置される場合、視野角制御装置１２０の反視認側には偏光層を設ける必要がなく、視認側にだけ偏光層１２６を設けるだけでよい。このような構成によれば、視野角制御装置１２０の液晶表示素子１１２側には偏光層を設けないため、偏光層による吸光に伴う輝度低下を防止することができる。

また、視野角制御装置１２０が、バックライトユニット１１１と液晶表示素子１１２の間に配置されている場合、視野角制御装置１２０の反視認側に偏光層を設け、視認側には偏光層を設けない。また、バックライトユニット１１１から出射される光が偏光性のあるものであれば、視野角制御装置１２０の反視認側の偏光層を設けなくてもよい。これにより、さらに偏光層による輝度低下を防止することができる。

偏光層１２６としては、一般に知られているポリビニルアルコールなどを延伸して作製される偏光板などが用いられる。また、輝度をさらに高めるために、当該偏光層１２６として反射型偏光板などを用いてもよい。

偏光層１２６の透過軸の方向について、図３を用いて説明する。
図３では、視野角制御装置１２０の分解斜視図を液晶表示素子１１２と共に示している。図３に示す視野角制御装置１２０の液晶層１２５は、電圧が印加された状態にない。図３において、矢印は透過軸の方向を示している。すなわち、矢印と平行な方向に振動する光は当該視野角制御装置１２０を透過する。液晶表示素子１１２の透過軸は、視野角制御装置１２０の液晶層１２５の配向方向に平行に配置されている。この状態では、どの方向から見ても、位相差が生じることなく、液晶表示素子１１２から入射した光は視野角制御装置１２０の液晶層１２５を透過する。偏光層１２６の透過軸は、液晶層１２５の配向方向と平行に配置されている。この状態では、液晶層１２５を透過した光は、そのまま偏光層１２６を透過し、観察者側に出射する。また、液晶表示素子１１２の透過軸と液晶層１２５の配向方向が直角になるように配置してもよい。この場合、偏光層１２６の透過軸は、液晶層１２５の配向方向と直角とする。

ここで、視野角制御装置１２０の動作について説明する。以下の説明において、視野角制御装置１２０において液晶セルを用いる場合には、当該視野角制御装置１２０を視野角制御セルと呼ぶ。
バックライトユニット１１１から出射された光は液晶表示素子１１２を透過し、液晶表示素子１１２の視認側に配置された偏光層によって直線偏光になる。視野角制御装置１２０の電極１２２ａ及び電極１２２ｂ間に電圧が印加されていないとき、液晶層１２５は、この入射する直線偏光と同じ向きに配向されている。したがって、正面から見たときは、入射した光に対して複屈折効果が生じることなく、そのまま液晶層１２５を通過する。視野角を広げるにつれて、位相差は生じるが、屈折率異方性Δｎとセルギャップｄを最適化することにより、従来の液晶表示素子１１２の表示特性と大差なく表示を行うことができる。視野角制御装置１２０の視認側に配置された偏光層１２６の透過軸の方向は、視野角制御装置１２０を透過した直線偏光と同じ向きになっているので、偏光層１２６による吸光以外は、そのまま透過する。

視野角制御装置１２０の対向する電極１２２ａと電極１２２ｂとの間に電圧が印加されているときは、液晶層１２５中の液晶分子は、電界と同じ向きに方向を変える。つまり、液晶分子は、正の誘電率異方性を有しており、２枚の基板に垂直に配列方向を変える。このとき、入射した光は、基板の主面（表示面）と垂直方向では、複屈折が生じることなく透過するが、斜め方向では複屈折が生じ、透過率が変化する。また、見る角度に応じて、光路長が異なるため、色づいて見える。

液晶の複屈折効果を利用した表示を行う場合、コントラストが低くなってしまう。これを利用した本発明の視野角制御装置１２０では、そのままでは視野角制御効果が少ない。そこで、本発明では、視野角制御装置１２０の電極１２２は、ひらがなの連続した文章であるようにパターニングされている。人間の眼は、文字を読むときに表示の間の部分を補間して、文字を認識する機能を有している。これを考慮し、液晶表示素子１１２で表示される文字に応じて、同じような文字で表示を行うことにより、表示メッセージの視認を妨害することができる。

また、表示装置１００の主面（表示面）の法線方向からの角度、即ち視野角θを大きくしていくと、視野角制御装置１２０のパターンの影響が強くなる。一定角度以上の角度から、表示装置１００を見ると、液晶表示素子１１２の表示を視認できなくなる（図１参照）。

図４、図５、図６に、液晶表示素子１１２、視野角制御装置１２０、表示装置１００に表示され視認される画像例を示す。分図（Ａ）は液晶表示素子１１２に表示され視認される画像、分図（Ｂ）は視野角制御装置１２０に表示され、斜めから見たときに視認される表示パターン、分図（Ｃ）は広視野角から視認が困難な視野角特性を得る状態において表示装置１００を斜めから見たときに視認される表示を示している。

視野角制御装置１２０に電圧を印加しないことにより、広視野角特性を得る状態とした場合には、液晶表示素子１１２に表示される画像（分図（Ａ））が視認される。
視野角制御装置１２０に電圧を印加することにより、広視野角から視認が困難な視野角特性を得る状態とした場合には、視野角制御装置１２０では、電極１２２のパターンに応じた領域の液晶分子が、基板１２１に垂直方向に配列方向を変える。よって、上述したように、斜めからは、電極１２２のパターンが視認される（分図（Ｂ））。このとき、正面方向からは、複屈折効果を生じないために、液晶表示素子１１２で表示される画像（分図（Ａ））だけが視認されるが、斜め方向からは、液晶表示素子１１２で表示される画像と、視野角制御装置１２０で表示されるパターンが重なり合って視認される（分図（Ｃ））。上下左右いずれの方向においても、重なり合った表示が視認される。

視野角制御装置１２０のパターンの大きさは、液晶表示素子１１２の表示の文字の大きさの１／２〜２倍であることが好ましい。さらに好ましくは、視野角制御装置１２０のパターンの大きさが、液晶表示素子１１２の表示の文字の大きさの略同等である。図４、図５、図６に示すように、視野角制御装置１２０のパターンの文字サイズを、液晶表示素子１１２の表示の文字サイズと同等とした場合（図４）は、２倍にした場合（図５）、１／２にした場合（図６）と比較すると、利用者による文字の認識をさらに妨害することができる。

このとき、液晶表示素子１１２で表示される文字と文字が重なり合うことが好ましい。これにより、さらに、斜めから表示装置の文字を視認することを困難にすることができる。

例えば、本発明の表示装置１００は、携帯電話に好適である。特に、不特定者が利用者の近くに存在し得る状況、例えば市街地（屋内、屋外）や交通機関の中において、携帯電話でメール表示を行っている場合に好適である。携帯電話のメール機能は、一般に、一定のサイズの文字を使用する。また、表示の間隔も一般に一定である。したがって、視野角制御装置１２０にその文字サイズと略同等のパターンを、液晶表示素子１１２の文字に対応する位置に配置することにより、斜めからの視認をより確実に困難にすることができる。

また、メールでは、主に、ひらがな及び漢字で表示が行われている。したがって、同種の文字を重ね合わせることにより、視認が困難になる。ひらがなは、曲線部分が多く、パターンが複雑であるため、視認されにくくなる。本発明に用いることができる文字としては、カタカナ、漢字、アルファベット、数字、記号などがあげられる。以下に本発明の実施例を示す。

上記のような方法で、視野角制御装置１２０の液晶層１２５のΔｎｄを１．２μｍ、２．４μｍ、３．６μｍと変化させて表示装置１００を作製した。

図４に示されるように、表示装置１００の主面（表示面）の法線方向を０°として、視野角θを変化させたときの視認可能な範囲を表１に示す。

視野角制御セルの電極間に電圧を印加して液晶分子の方向を垂直方向にすると、Δｎｄの値に応じて、視野角が狭くなる。Δｎｄを大きくすると、さらに視野角を狭くすることができる。

また、表示と、表示を行っているときの背景の輝度の効果を調べると、背景輝度と表示輝度と同じまたは近い表示を、視野角制御セルに行わせると、視野角制御効果が高くなる。これを表２に示す。

このように、液晶を平行配向した視野角制御セルで、液晶表示素子が行う表示サイズと同じ大きさで、同じような表示を行うことにより、視野角を制御することが可能である。

本発明に係わる表示装置の一例の模式的断面図である。 本発明に係わる表示装置における視野角制御装置の模式的断面図である。 本発明に係わる表示装置における視野角制御装置の液晶配向方向と偏光層の透過軸の関係を示す分解斜視図である。 本発明に係わる表示装置の表示状態を示す説明図である。 本発明に係わる表示装置の表示状態を示す説明図である。 本発明に係わる表示装置の表示状態を示す説明図である。 従来の視野角制御装置の表示状態を示す説明図である。

符号の説明

１００ 表示装置
１１０ 表示素子
１１１ バックライトユニット
１１２ 液晶表示素子
１２０ 視野角制御装置
１２１ａ 第１の基板
１２１ｂ 第２の基板
１２２ａ 第１の電極
１２２ｂ 第２の電極
１２３ａ 第１の配向膜
１２３ｂ 第２の配向膜
１２４ シール材
１２５ 液晶層
１２６ 偏光層

Claims (9)

1. 視野角制御装置と表示素子とが、それぞれの表示面が重なるように配置された表示装置であって、
   前記表示素子は主視野角方向から文字表示が視認されるよう構成され、
   前記視野角制御装置には、特定の視野角方向において文字が視認されるように、外部からの電気信号によって、透過率及び／または色が変化し得る部分が備えられ、
   主視野角方向からは、前記文字が視認されず、前記表示素子の文字表示が視認され、
   特定の視野角方向においては、前記視野角制御装置の文字と前記表示素子の文字表示が重なって見えるように構成され、
   前記文字は、前記表示素子の文字表示に表れる文字のサイズの１／２〜２倍である表示装置。
2. 前記文字は、意味を有する文を構成する、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記文字はひらがなである、
   請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記文字は、前記表示素子の文字表示に表れる文字のサイズと略同等である、
   請求項１、２または３に記載の表示装置。
5. 前記文字は、前記視野角制御装置に備えられた光学物質の視野角方向による光学効果の差を用いて、呈示される、
   請求項１、２、３または４に記載の表示装置。
6. 前記文字は、複屈折性を示す光学物質が文字の形状に対応して配向を制御されることによって形成されてなる、
   請求項1〜５のいずれか1項に記載の表示装置。
7. 前記視野角制御装置は、一対の電極付き基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、
   前記液晶層の液晶は平行配向であり、
   前記液晶層のΔｎ・ｄが１．０μｍ以上である、
   請求項１〜６のいずれか1項に記載の表示装置。
8. 前記視野角制御装置に、液晶の配向方向と平行または垂直な透過軸を有する偏光層が備えられてなる、
   請求項７に記載の表示装置。
9. 前記表示素子が液晶表示素子を備えている請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示装置。

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