JPWO2019103012A1 - 表示装置 - Google Patents

Abstract

簡易な構成で、ある一定方向のみ広視野角表示と、視野角を制限した狭視野角表示との切り換えが可能な表示装置を提供する。画像表示パネルと画像表示パネル側から順に配置された、第１の直線偏光子、光学異方性層、視野角制御セルおよび第２の直線偏光子を備え、第１の直線偏光子と第２の直線偏光子とは、互いの透過軸のなす角度が４５°であり、光学異方性層が第１の直線偏光子から出射した直線偏光の偏光軸の方位を、その方位と４５°をなす方位に変化させて視野角制御セル側に出射する機能を有し、視野角制御セルが、電圧の印加により垂直配向液晶が一方向に傾く垂直配向液晶セルからなり、視野角制御セルの垂直配向液晶のチルト方位と、第２の直線偏光子の透過軸とのなす角度が４５°である視野角スイッチング素子を備える。

Description

本開示は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置に関し、特には、視野角制御が可能な表示装置に関する。

タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ノートＰＣ、スマートフォン等の携帯電話など、個人使用の電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られたくないという要望が有る。そのため、これらの電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られないように、画面の視野角を狭くすることが行われている。また、公共用のインフォーメーションディスプレイ、車や電車や航空機に搭載されるディスプレイ、医療や工場機器など産業用ディスプレイにおいても、一定の方向には視野角を広く一定の方向には視野角を狭くしたいという要求も増えてきている。

画面の狭視野角化の方法としては、黒色のストライプが入ったフィルム（ルーバーフィルム）等を画面に貼着する方法が知られている。
ところが、この方法では、画面の視野角が狭い状態で固定されてしまう。そのため、例えば数人で画面を視認する場合など、斜め方向からも画面を視認する必要が有る場合には、斜めからの視認性が悪くなってしまい、電子機器の使い勝手が悪くなってしまう。

このような不都合を解決するために、タブレットＰＣやノートＰＣなどの電子機器において、横からの覗き見防止などのセキュリティーと、必要な場合における横からの十分な視認性とを実現するために、広視野角での表示と狭視野角での表示とを切り換える表示装置が、各種、提案されている。

例えば、特開２００７−１７８９７９号公報（以下において、特許文献１という。）には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）およびＷ（白）のサブピクセルに対応するゲート配線およびデータ配線を有する第１基板と、ゲート配線とデータ配線との交点に配置される薄膜トランジスタと、Ｒ、Ｇ、ＢおよびＷのサブピクセル内に備えられるプレート型の第１共通電極と、薄膜トランジスタに接続され、第１共通電極と絶縁されて複数のスリットを有する画素電極と、第１基板に対向合着される、第１基板との空間に液晶層が備えられる第２基板と、第２基板上にＷサブピクセルに対応するように形成されるプレート型の第２共通電極とを揺する液晶表示装置が開示されている。

この液晶表示装置では、Ｗサブピクセルに対して、広視野角表示の場合には、Ｒ、ＧおよびＢの隣接サブピクセルと同様にＦＦＳ（ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードで駆動して視野角を広め、かつ、Ｗ輝度も補償すると共に、狭視野角表示の場合には、Ｒ、ＧおよびＢの隣接サブピクセルとは異なる、垂直電界を形成するＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードで駆動することにより、視野角を減少することを可能にしている。

また、特開２００４−２７９８６６号公報（以下において、特許文献２という。）には、視野角が一次元方向に制限された画面と、この画面に表示する画像の正立方向が視野角の制限方向に対して略直交するパーソナルビューモードと、画像の正立方向が視野角の制限方向に一致するマルチビューモードとを切り換える画像表示切替手段とを有する表示装置が開示されている。
すなわち、この表示装置では、マイクロプリズムシート等によって画面の視野角を一次元方向に制限すると共に、画像を９０°回転して、視野角の制限方向に画像の天地を一致させるか否かによって、広視野角表示と狭視野角表示との切り換えを可能にしている。

これらの表示装置によれば、広視野角の表示と狭視野角の表示との切り換えにより、１台の表示装置で、横からの第三者の覗き見を防いだ状態での表示の視認と、数人での適正な表示の視認とを両立できる。

しかしながら、特許文献１や特許文献２の表示装置では、対向する２つの方向、例えば、左右方向で広視野角の表示と狭視野角の表示を切り替えることしかできない。すなわち従来の方法では、一方向のみの視野角切り替えを簡単な構成で得ることは困難であった。

本開示の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、表示装置において、簡易な構成で、ある一定方向のみ広視野角表示と、視野角を制限した狭視野角表示とを切り換えを可能な表示装置を提供することにある。

本開示の表示装置は、画像表示パネルと、画像表示パネルの表示面側に配置され、視野角を変化させる視野角スイッチング素子とを備えた表示装置であって、
視野角スイッチング素子が、画像表示パネル側から順に配置された、第１の直線偏光子、光学異方性層、視野角制御セルおよび第２の直線偏光子を備え、
第１の直線偏光子と第２の直線偏光子とは、互いの透過軸のなす角度が４５°であり、
光学異方性層が、第１の直線偏光子から出射した直線偏光の偏光軸の方位をこの方位と４５°をなす方位に変化させて視野角制御セル側に出射する機能を有し、
視野角制御セルが、電圧の印加により垂直配向液晶が一方向に傾く垂直配向液晶セルからなり、視野角制御セルの垂直配向液晶のチルト方位と、第２の直線偏光子の透過軸とのなす角度が４５°である。

本開示の表示装置は、光学異方性層が、第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を第２の直線偏光子の透過軸と直交する方位に変化させて視野角制御セル側に出射するものであり、視野角スイッチング素子が、視野角制御セルの垂直配向液晶のチルト方位において視野角を変化させるものであってもよい。

この場合、垂直配向液晶セルの垂直配向液晶の配向状態を、チルト方位に沿って斜めに傾いた斜め配向と、極角９０°である水平方向への配向との間で切り替えることにより、視野角を変化させる構成としてもよい。

本開示の表示装置は、光学異方性層が、第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を第２の直線偏光子の透過軸と平行な方位に変化させて視野角制御セル側に出射するものであり、視野角スイッチング素子が、視野角制御セルの垂直配向液晶のチルト方位と１８０°をなす方位において視野角を変化させるものであってもよい。

この場合、垂直配向液晶セルの垂直配向液晶の配向状態を、極角０°である垂直方向への配向と、チルト方位に沿って斜めに傾いた斜め配向との間で切り替えることにより、視野角を変化させる構成としてもよい。

本開示の表示装置は、光学異方性層が、λ／２板であってもよい。

本開示の表示装置は、光学異方性層が、第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を４５°旋光させて視野角制御セル側に出射させるフィルムであってもよい。

本開示の表示装置は、画像表示パネルが、表示用液晶セルと、表示用液晶セルを挟んで対向配置される２枚の直線偏光子とを備え、２枚の直線偏光子のうちの１枚が視野角スイッチング素子の第１の直線偏光子を兼ねる構成とすることができる。

本開示の表示装置は、画像表示パネルと、画像表示パネルの表示面側に配置され、視野角を変化させる視野角スイッチング素子とを備えた表示装置であって、視野角スイッチング素子が、画像表示パネル側から順に配置された、第１の直線偏光子、光学異方性層、視野角制御セルおよび第２の直線偏光子を備え、第１の直線偏光子と第２の直線偏光子とは、互いの透過軸のなす角度が４５°であり、光学異方性層が、第１の直線偏光子から出射した直線偏光の偏光軸を、入射した際の方位に対して４５°をなす方位に変化させて視野角制御セル側に出射する機能を有し、視野角制御セルが、電圧の印加により垂直配向液晶が一方向に傾く垂直配向液晶セルからなり、視野角制御セルの垂直配向液晶のチルト方位と、第２の直線偏光子の透過軸とのなす角度が４５°である。係る構成により、簡単な構成で、ある一方向のみ広視野角の表示と視野角を制限した狭視野角の表示とを切り換えることができる。

第１の実施形態の表示装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態の構成例１の表示装置１０１の概略構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の構成例２の表示装置１０２の概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の表示装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態の構成例１の表示装置２０１の概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の構成例２の表示装置２０２の概略構成を示す斜視図である。 設計変更例の表示装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図面においては、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、角度について「直交」および「平行」とは、厳密な角度±１０°の範囲を意味するものとする。そのほかの数値で規定している角度については、所望の機能を奏する範囲で厳密な角度からずれていてもよい。

「第１の実施形態の表示装置」
図１は第１の実施形態の表示装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態の表示装置１は、画像表示パネル１０と、画像表示パネルの表示面側に配置された、視野角スイッチング素子２０とを備えている。

本実施形態において画像表示パネル１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）であり、透過軸が互いに直交する２枚の直線偏光子１２、２２と、この１対の直線偏光子１２、２２の間に配置された表示用液晶セル１４を備えている。視野角スイッチング素子２０は、透過軸が４５°の角度をなす２枚の直線偏光子２２および２８と、この２枚の直線偏光子２２および２８の間に配置された、光学異方性層２４と、視野角制御セル２６とを備えている。本実施形態においては、画像表示パネル１０の視認側（表示面側）に配置されている直線偏光子２２が、視野角スイッチング素子２０の第１の直線偏光子を兼ねている。以下における視野角スイッチング素子２０の説明においては画像表示パネル１０の視認側の直線偏光子２２を第１の直線偏光子２２と称する。また、視野角スイッチング素子２０の他方の直線偏光子２８を第２の直線偏光子２８と称する。

以下において、直線偏光子は吸収型偏光子である場合について説明する。直線偏光子として反射型偏光子を用いた場合には、吸収軸を反射軸と読み替えればよく、以下に説明する吸収型偏光子の場合と同様の作用効果を奏する。なお、吸収軸あるいは反射軸は透過軸と直交する。

なお、偏光子は、通常、その偏光子の片面もしくは両面に保護フィルムを備えた偏光板として備えられる。以下において、偏光子は偏光板と読み替えてもよい。

視野角スイッチング素子２０は、表示用液晶セル１４からの光を第１の直線偏光子２２から直線偏光として出射させ、第１の直線偏光子２２から出射した直線偏光に偏光変化を付与して第２の直線偏光子２８から出射させる。本視野角スイッチング素子２０においては、視野角制御セル２６に加える印加電圧を初期値（オフ状態）から所定値（オン状態）と切り替えられる構成を有する。ここで、印加電圧の初期値とは、視野角制御セル２６を通過する際の視野角が一様に広視野角である場合の電圧値をいい、０Ｖに限られない。視野角スイッチング素子２０におけるオフ状態とは、視野角が広視野角の状態に相当し、オン状態とは視野角が狭視野角の状態に相当する。

視野角制御セル２６は、電圧の印加により垂直配向液晶が一方向に傾く、負の誘電率異方性をもつＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の制御が可能な垂直配向液晶セルからなる。視野角制御セル２６においては、無電圧印加時には棒状の液晶分子が略垂直配向し、電圧印加時には、チルト角の傾きの方向（特定の一方向）に液晶分子の長軸が一様に倒れる。本明細書において、液晶分子が一様に倒れる特定の一方向の面内方位をチルト方位という。チルト方位への液晶分子の傾きは印加電圧を変化させることによりによって制御することができる。

従来のＬＣＤの視認側表面に備えられている直線偏光子の吸収軸は、画面を正面から見た場合における画面の左右方向（方位角０°−１８０°）または上下方向（方位角９０°−２７０°）であることが一般的である。このとき、視野角制御セル２６のチルト方位が左右方向に一致していると、電圧印加で液晶分子の倒れる方向が直線偏光子の吸収軸と平行または直交するため通過する光の偏光には変化が生じない。一方、本実施形態では、視野角制御セル２６のチルト方位が第２の直線偏光子の透過軸から角度４５°の方位となるように構成されている。そのため、視野角制御セル２６により、所定の一方向における偏光変化とそれ以外の方向における偏光変化とに差を生じさせて、所定の一方向でのみ視野角のスイッチを実現することができる。

視野角スイッチング素子２０は、第１の直線偏光子２２と第２の直線偏光子２８の透過軸が４５°をなすように配置されている。
光学異方性層２４は、第１の直線偏光子２２から出射した直線偏光の偏光軸を４５°変化させる機能を奏する。これにより、光学異方性層２４から出射される直線偏光の偏光軸は、第２の直線偏光子２８の透過軸と直交もしくは平行な方向となる。本実施の形態において、光学異方性層２４はλ／２板により構成されている。以下において、λ／２板２４ともいう。λ／２板２４は、入射された直線偏光の偏光軸を、その遅相軸に線対称な方位に変化させて出射する。λ／２板２４において変換された後の偏光軸の方位が変換前の偏光軸の方位と４５°をなすものとなるように、λ／２板２４の遅相軸の方位が設定されている。

λ／２板は、公知のものを使用することができる。

光学異方性層２４から出射された直線偏光の偏光軸が第２の直線偏光子２８の透過軸と直交である場合、視野角制御セル２６によるオンオフ切り替えは次の通りである。
視野角制御セル２６への印加電圧が初期値（オフ状態）において、視野角制御セル２６は、通過する光に対して、全ての方向において位相を９０°あるいは９０°近く変化させる偏光変化を生じさせる。他方、視野角制御セル２６への印加電圧が所定値（オン状態）において、通過する光に対して、所定の一方向において偏光変化をほとんど生じさせず、それ以外の方向においては位相を９０°あるいは９０°近く変化させる偏光変化を生じさせる。

光学異方性層２４から出射された直線偏光の偏光軸が第２の直線偏光子２８の透過軸と平行である場合、視野角制御セル２６によるオンオフ切り替えは次の通りである。
視野角制御セル２６への印加電圧が初期値（オフ状態）において、視野角制御セル２６は、通過する光に対して、全ての方向において位相を変化させない、あるいは位相の変化が小さい。他方、視野角制御セル２６への印加電圧が所定値（オン状態）において、視野角制御セル２６は、通過する光に対して、所定の一方向において位相を９０°変化させる偏光変化を生じさせ、それ以外の方向においては位相を変化させない、あるいは位相の変化が小さい。

上記の視野角制御セル２６のオン／オフ制御、すなわち視野角スイッチング素子２０のオン／オフ制御により、表示装置１は一方向のみにおいて視野角を広視野角から狭視野角に変化した画像表示ができる。

以下、上記第１の実施形態の表示装置についてのさらに具体的な構成例について図２および図３を参照して説明する。なお、図２および図３において、第１の実施形態の表示装置１の各要素と同等の要素には、１００もしくは１１０を加算した符号を付している。

［構成例１］
図２は、第１の実施形態の構成例１の表示装置１０１の概略構成を示す斜視図である。
図２の表示装置１０１において、第１の直線偏光子１２２と第２の直線偏光子１２８とは、互いの吸収軸Ａ１，Ａ２が４５°をなす、すなわち透過軸Ｂ１，Ｂ２が４５°をなすように配置されている。本例においては、図中左右方向における右向きを方位０°、左向きを方位１８０°と定義しており、第１の直線偏光子１２２の吸収軸Ａ１が左右方向と一致している。すなわち、ここでは、透過軸Ｂ１が方位９０°、透過軸Ｂ２が方位１３５°となるように第１の直線偏光子１２２および第２の直線偏光子１２８が配置されている。

光学異方性層１２４は遅相軸Ｃの方位が１５７．５°として配置されたλ／２板である。λ／２板は、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光軸を、１５７．５°の方位の軸に線対称な軸に変換する。したがって、９０°方位の透過軸を透過した偏光軸が９０°方位の直線偏光は、２２５°方位に変換される。偏光軸が２２５°方位であることは、４５°方位であることと等価である。光学異方性層１２４から視野角制御セル側に出射される光の偏光軸は第２の直線偏光子１２８の透過軸Ｂ２と直交となっている。

本構成例１において、視野角制御セル１２６はチルト方位が１８０°となるように配置されている。

画像表示パネルを白表示させた状態で視野角スイッチング素子１２０をオンオフさせた場合の視野角変化について説明する。
視野角制御セル１２６に大きな電圧（例えば５．０Ｖ）をかけ液晶分子をチルト方位に水平に倒れさせた状態にすると面内リタデーションが生じる。全ての方位にリタデーションが生じるため、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光状態が変化されて透過軸Ｂ２を透過するものとなる。これは、視野角制御としては“オフ”状態に相当する。この状態から電圧を所定値（例えば３．４Ｖ）まで下げると、液晶分子の倒れる角度は小さくなり（液晶分子が水平に倒れた状態から起き上がった状態となり）、液晶分子の長軸方向はチルト方位に沿って斜めに傾斜しているため、チルト方位では他の方位よりリタデーションが小さくなる。リタデーションが小さい方向では他の方向より透過率が下がり黒状態になり、視野角制御としては”オン“状態になる。構成例１では視野角制御セルのチルト方位Ｐを１８０°に設定しているので、方位１８０°において、オンオフの切り替えによる透過率変化が最も大きくなる。結果として方位１８０°において視野角のスイッチングが実現される。

上記では、第１の直線偏光子の透過軸が方位９０°、第２の直線偏光子の透過軸が方位１３５°、λ／２板の遅相軸方位１５７．５°および視野角制御セルのチルト方位１８０°として説明した。しかし、上記組み合わせに限らず、第１の実施形態の要件を満たす第１の偏光子の透過軸、第２の偏光子の透過軸、λ／２板の遅相軸および視野角制御セルのチルト方位の他の組み合わせであってもよい。構成例１および構成例１と同等の作用および効果を奏する各要素の軸方位の組合せＮｏ．１〜Ｎｏ．８を表１に示す。

［構成例２］
図３は、第１の実施形態の構成例２の表示装置１０２の概略構成を示す斜視図である。
図３の表示装置１０２において、第１の直線偏光子１２２と第２の直線偏光子１３８とは、互いの吸収軸Ａ１，Ａ２が４５°をなす、すなわち透過軸Ｂ１、Ｂ２が４５°をなすように配置されている。本例においても、図中左右方向における右向きを方位０°、左向きを方位１８０°と定義しており、第１の直線偏光子１２２の吸収軸Ａ１が左右方向と一致している。本構成例２における第２の直線偏光子１３８の透過軸の方位は、構成例１における第２の直線偏光子１２８の透過軸の方位と９０°異なる。すなわち、ここでは、透過軸Ｂ１が方位９０°、透過軸Ｂ２が方位４５°となるように第１の直線偏光子１２２および第２の直線偏光子１３８が配置されている。

光学異方性層１２４は、構成例１と同様に遅相軸Ｃの方位が１５７．５°とされて配置されたλ／２板である。λ／２板は、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光軸を、１５７．５°の方位の軸に線対称な軸に変換する。したがって、９０°方位の透過軸を透過した偏光軸が９０°方位の直線偏光は、２２５°方位に変換される。偏光軸が２２５°方位であることは、４５°方位であることと等価である。すなわち、光学異方性層１２４から視野角制御セル側に出射される光の偏光軸は第２の直線偏光子１３８の透過軸Ｂ２と平行となっている。

本構成例２において、視野角制御セル１３６はチルト方位が０°となるように配置されている。

画像表示パネルを白表示させた状態で視野角スイッチング素子１３０をオンオフさせた場合の視野角変化について説明する。
視野角制御セル１３６に電圧が印加されていない状態（０Ｖ）で視野角制御セル１３６中の液晶分子は略垂直配向となる。垂直配向しているとき、正面ではリタデーションが生じず斜め方向でもリタデーションが小さいので、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光は変化されず、第２の直線偏光子１３８の透過軸と平行な直線偏光のまま第２の直線偏光子１３８側に出射される。これは視野角制御としては“オフ”状態となる。この状態から電圧を所定値（例えば３．０Ｖ）まで上げると、液晶分子の長軸方向はチルト方位に倒れて斜めに傾斜した状態となるため、チルト方位と１８０°をなす方位で他の方位よりリタデーションが大きくなる。リタデーションが大きい方向では他の方向より透過率が下がり黒状態になり、視野角制御としては”オン“状態になる。構成例２では視野角制御セルのチルト方位Ｐを１８０°に設定しているので、方位１８０°において、オンオフの切り替えによる透過率変化が最も大きくなる。結果として方位１８０°において視野角のスイッチングが実現される。

上記では、第１の直線偏光子の透過軸が方位９０°、第２の直線偏光子の透過軸が方位４５°、λ／２板の遅相軸方位１５７．５°および視野角制御セルのチルト方位０°として説明した。しかし、上記組み合わせに限らず、第１の実施形態の要件を満たす第１の偏光子の透過軸、第２の偏光子の透過軸、λ／２板の遅相軸および視野角制御セルのチルト方位の他の組み合わせであってもよい。構成例２および構成例２と同等の作用および効果を奏する各要素の軸方位の組合せＮｏ．１〜Ｎｏ．８を表２に示す。

「第２の実施形態の表示装置」
図４は第２の実施形態の表示装置２の概略構成を示す図である。図４において、図１の第１の実施形態の表示装置１と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図４に示すように、第２の実施形態の表示装置２は、画像表示パネル１０と、画像表示パネルの表示面側に配置された、視野角スイッチング素子２１とを備えている。

第２の実施形態の表示装置２は、視野角スイッチング素子２１に備えられている光学異方性層３４が、第１の直線偏光子２２から出射された直線偏光の偏光軸を４５°旋光させて視野角制御セル２６側に出射させるフィルム（以下において、ツイストフィルム３４と称する。）である点でのみ第１の実施形態の表示装置１と異なる。

ツイストフィルム３４は、液晶層から構成されており、光の入射面から出射面にかけて液晶の遅相軸が４５°回転した４５°捩れ配向を有する。液晶の遅相軸もしくは進相軸に平行な直線偏光の偏光軸４５°旋光する機能を有する。旋光方向は、第２の直線偏光板の透過軸との関係で、プラス方向あるはマイナス方向に適宜定められる。

ツイストフィルムとしては、例えば、特開２０１７−１０２２５９号公報記載のものなどがあげられる。

本実施形態の表示装置２は、このツイストフィルム３４により、第１の実施形態におけるλ／２板２４とほぼ同等の作用および効果を得ることができる。
上記説明において、第１の実施形態における視野角スイッチング素子２０において光学異方性層２４の遅相軸の方位を、ツイストフィルム３４における液晶の平均遅相軸方位と読み替えることができる。

液晶の平均遅相軸方位とは、入射面における液晶の遅相軸（以下において、入射遅相軸）と出射面における液晶の遅相軸（以下において、出射遅相軸）の方位の平均の方位である。例えば、入射遅相軸の方位が１８０°、出射遅相軸の方位が１３５°である場合、平均遅相軸方位は１５７．５°である。なお、ここで、ツイストフィルム３４の入射面は第１の直線偏光子２２から出射された光が入射する面であり、出射面は光を出射させる視野角制御セル２６側の面である。

以下、上記第２の実施形態の表示装置についてのさらに具体的な構成例について図５および図６を参照して説明する。なお、図５および図６において、図４に示す第２の実施形態の表示装置２の各要素と同等の要素には、１００もしくは１１０を加算した符号を付している。

［構成例１］
図５は、第２の実施形態の構成例１の表示装置２０１の概略構成を示す斜視図である。
図５の表示装置２０１において、第１の直線偏光子１２２と第２の直線偏光子１２８とは、互いの吸収軸Ａ１，Ａ２が４５°をなす、すなわち透過軸Ｂ１，Ｂ２が４５°をなすように配置されている。本例においては、図中左右方向における右向きを方位０°、左向きを方位１８０°と定義しており、第１の直線偏光子１２２の吸収軸Ａ１が左右方向と一致している。すなわち、ここでは、透過軸Ｂ１が方位９０°、透過軸Ｂ２が方位１３５°となるように第１の直線偏光子１２２および第２の直線偏光子１２８が配置されている。

光学異方性層１３４は、入射遅相軸Ｄ１の方位が１８０°、出射遅相軸Ｄ２の方位が１３５°であり、平均遅相軸Ｄの方位が１５７．５°であるツイストフィルムである。ツイストフィルム１３４は、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光軸を、−４５°回転させる。したがって、９０°方位の透過軸を透過した偏光軸が９０°方位の直線偏光は４５°の方位に変換される。すなわち、ツイストフィルム１３４から視野角制御セル側に出射される光の偏光軸は第２の直線偏光子１２８の透過軸Ｂ２と直交している。

本構成例１において、視野角制御セル１２６はチルト方位が１８０°となるように配置されている。

画像表示パネルを白表示させた状態で視野角スイッチング素子１２１をオンオフさせた場合の視野角変化について説明する。
視野角制御セル１２６に大きな電圧（例えば５．０Ｖ）をかけ液晶分子をチルト方位に水平に倒れさせた状態にすると面内リタデーションが生じる。全ての方位にリタデーションが生じるため、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光状態が変化されて透過軸Ｂ２を透過するものとなる。これは、視野角制御としては“オフ”状態に相当する。この状態から電圧を所定値（例えば３．４Ｖ）まで下げると、液晶分子の倒れる角度は小さくなり（液晶分子が水平に倒れた状態から起き上がった状態となり）、液晶分子の長軸方向はチルト方位に沿って斜めに傾斜しているため、チルト方位では他の方位よりリタデーションが小さくなる。リタデーションが小さい方向では他の方向より透過率が下がり黒状態になり、視野角制御としては”オン“状態になる。構成例１では視野角制御セルのチルト方位Ｐを１８０°に設定しているので、方位１８０°において、オンオフの切り替えによる透過率変化が最も大きくなる。結果として方位１８０°において視野角のスイッチングが実現される。

上記では、第１の直線偏光子の透過軸が方位９０°、第２の直線偏光子の透過軸が方位１３５°、ツイストフィルムの平均遅相軸方位１５７．５°および視野角制御セルのチルト方位１８０°として説明した。しかし、上記組み合わせに限らず、第２の実施形態の要件を満たす第１の偏光子の透過軸、第２の偏光子の透過軸、ツイストフィルムの入射遅相軸と出射遅相軸、および視野角制御セルのチルト方位の他の組み合わせであってもよい。構成例１および構成例１と同等の作用および効果を奏する各要素の軸方位の組合せＮｏ．１〜Ｎｏ．８を表３に示す。Ｎｏ．１、２、５および６のツイストフィルムは直線偏光の偏光軸を−４５°回転、Ｎｏ．３、４、７および８のツイストフィルムは直線偏光の偏光軸を＋４５°回転させる。

［構成例２］
図６は、第２の実施形態の構成例２の表示装置２０２の概略構成を示す斜視図である。
図６の表示装置２０２において、第１の直線偏光子１２２と第２の直線偏光子１３８とは、互いの吸収軸Ａ１，Ａ２が４５°をなす、すなわち透過軸Ｂ１、Ｂ２が４５°をなすように配置されている。本例においても、図中左右方向における右向きを方位０°、左向きを方位１８０°と定義しており、第１の直線偏光子１２２の吸収軸Ａ１が左右方向と一致している。本構成例２における第２の直線偏光子１３８の透過軸の方位は、構成例１における第２の直線偏光子１２８の透過軸の方位と９０°異なる。すなわち、ここでは、透過軸Ｂ１が方位９０°、透過軸Ｂ２が方位４５°となるように第１の直線偏光子１２２および第２の直線偏光子１３８が配置されている。

光学異方性層１３４は、構成例１と同様に入射遅相軸Ｄ１の方位が１８０°、出射遅相軸Ｄ２の方位が１３５°であり、平均遅相軸Ｄの方位が１５７．５°であるツイストフィルムである。ツイストフィルム１３４は、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光の偏光軸を、−４５°回転させる。したがって、９０°方位の透過軸を透過した偏光軸が９０°方位の直線偏光は、４５°の方位に変換される。すなわち、光学異方性層１２４から視野角制御セル側に出射される光の偏光軸は第２の直線偏光子１３８の透過軸Ｂ２と平行となっている。

本構成例２において、視野角制御セル１３６はチルト方位が０°となるように配置されている。

画像表示パネルを白表示させた状態で視野角スイッチング素子１３１をオンオフさせた場合の視野角変化について説明する。
視野角制御セル１３６に電圧が印加されていない状態（０Ｖ）で視野角制御セル１３６中の液晶分子は略垂直配向となる。垂直配向しているとき、正面ではリタデーションが生じず斜め方向でもリタデーションが小さいので、第１の直線偏光子１２２から出射された直線偏光は変化されず、第２の直線偏光子１３８の透過軸と平行な直線偏光のまま第２の直線偏光子１３８側に出射される。これは視野角制御としては“オフ”状態となる。この状態から電圧を所定値（例えば３．０Ｖ）まで上げると、液晶分子の長軸方向はチルト方位に倒れて斜めに傾斜した状態となるため、チルト方位と１８０°をなす方位で他の方位よりリタデーションが大きくなる。リタデーションが大きい方向では他の方向より透過率が下がり黒状態になり、視野角制御としては”オン“状態になる。構成例２では視野角制御セルのチルト方位Ｐを０°に設定しているので、方位１８０°において、オンオフの切り替えによる透過率変化が最も大きくなる。結果として方位１８０°において視野角のスイッチングが実現される。

上記では、第１の直線偏光子の透過軸が方位９０°、第２の直線偏光子の透過軸が方位４５°、ツイストフィルムの平均遅相軸方位１５７．５°および視野角制御セルのチルト方位０°である例について説明した。しかし、上記組み合わせに限らず、第２の実施形態の要件を満たす第１の偏光子の透過軸、第２の偏光子の透過軸、ツイストフィルムの入射遅相軸と出射遅相軸、および視野角制御セルのチルト方位の他の組み合わせであってもよい。構成例２および構成例２と同等の作用および効果を奏する各要素の軸方位の組合せＮｏ．１〜Ｎｏ．８を表４に示す。

上記各実施形態においては画像表示パネルが液晶パネルである場合について説明したが、画像表示パネルは液晶パネルに限らず、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）あるいは印刷物であってもよい。画像表示パネルがＯＬＥＤあるいは印刷物の場合には、光出射面に直線偏光子を備えていないため、視野角スイッチング素子２０に画像表示パネルとは独立して第１の直線偏光子を備えた構成とすればよい。すなわち、本開示の表示素子は、図７に示すように、画像表示パネル１１０としてＯＬＥＤを備え、ＯＬＥＤの光出射面側に第１の直線偏光子２２、光学異方性層２４、視野角制御セル２６および第２の直線偏光子２８を備えた視野角スイッチング素子２０を備えた表示装置３であってもよい。

上記実施形態においては、表示パネルの視認側に視野角スイッチング素子２０を備えた構成の表示装置について説明したが、画像表示パネルがＬＣＤである場合には、画像表示パネルの反視認側、すなわち、ＬＣＤバックライト側に視野角スイッチング素子を備えていてもよい。視野角スイッチング素子２０は表示パネルにいずれの面側に備えられていても上記構成と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態においては、第１および第２の直線偏光子とも吸収型偏光子として説明したが、第１および第２の直線偏光子の片方または両方が反射型偏光子であってもよいし、一方を吸収型偏光子と他方を反射型偏光子としてもよい。また、少なくとも一方の直線偏光子が吸収型偏光子と反射型偏光子の積層構造であってもよい。反射型偏光子は光をリサイクル利用する場合に好適に使われる。画像表示パネルがＬＣＤである場合には、画像表示パネルの反視認側、すなわちバックライト側に視野角スイッチング素子を配置することとし、第２の直線偏光子を反射偏光子、第１の直線偏光子を反射偏光子と吸収偏光子の積層型としてもよい。このような構成とすることにより、バックライト光のリサイクルと画像表示パネルの表示品位(コントラスト等)を両立させることができる。

第１の直線偏光子および第２の直線偏光子として用いられる直線偏光子は、公知のものを用いることができ、たとえばＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）ヨウ素偏光子が挙げられるが、これに限るものではない。

［実施例１］
＜視野角制御セルの作製＞
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極付の厚さ０．７ｍｍのガラス基板を２枚用意し、ＩＴＯ表面側に液晶用垂直配向材料ＳＥ−１２１１（日産化学工業株式会社製）を塗布し、熱焼成して配向膜を形成した後、ラビングによる配向処理を行った。その後、２枚の基板の配向膜が向かい合い配向処理方向が反平行になるようにスペーサーを介して重ねあわせ、セルを作製した。このセルに負の誘電率異方性を持つ液晶材料ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）を注入し、視野角制御セルを作製した。

視野角制御セルをＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＡｘｏｓｃａｎにより複屈折であるΔｎｄおよびチルト角を測定したところ、Δｎｄは３３０ｎｍ、チルト角は８９°であり、ほぼ垂直配向セルであることを確認した。また、このセルをクロスニコルの偏光子で挟み電圧印加した場合の透過率を調べた。無電圧印加では正面透過率は略０だが電圧が高くなるにつれて透過率が大きくなり、またチルト角の面内方位の透過率はチルト方位と１８０度異なる面内方位に比べ小さくなっており、電圧印加で液晶が単一方向に倒れていることを確認した。なお、既述の通り液晶が倒れる方位がチルト方位である。

＜偏光板の作製＞
延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させ、ポリビニルアルコールフィルムからなる直線偏光子を作製した。偏光度は９９．９９７であった。次に、市販のセルローストリアセテートフィルム（フジタックＴＤ８０ＵＦ、富士フイルム（株）製）にケン化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、直線偏光子の他方の表面に保護膜として貼り付け、直線偏光板を作製した。これを第２の直線偏光子として用いた。

＜光学異方性層：λ／２板の作製＞
光学異方性層としてλ／２板を作製した。ポリカーボネート製λ／４板（帝人製 ピュアエース T-138）を、綜研化学製ＳＫダイン２０５７を用い遅相軸が並行となるように２枚積層してλ／２板を作製した。

＜視野角スイッチング制御装置の作製＞
ヒューレットパッカード社製の液晶モニターＬＰ２０６５を画像表示パネルとして準備した。この液晶モニターはバックライト側の偏光板と表示用液晶セルと視認側の偏光板で構成され、視認側偏光板の吸収軸方位は左右方向、バックライト側の偏光板の吸収軸方位は上下方向である。この液晶モニターの視認側偏光子を第１の直線偏光子とし、この第１の直線偏光子の上に、光学異方性層（λ／２板）、視野角制御セル、および直線偏光板の順で粘着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）を用いて貼合し視野角スイッチング素子を備えた実施例１の表示装置を作製した。なお光学異方性層の支持体面が視野角制御セルと向かい合うように貼合した。なお、制御セルのチルト方位および光学異方性層の遅相軸の方位、および直線偏光板の透過軸の方位がそれぞれ表１に記載の方向となるように各部材を積層した。本実施例１の表示装置は図２に示す上記第１の実施形態の構成例１と同等の積層構造を有し、表１のＮｏ．３に示す構成である。

［比較例１］
実施例１のうち光学異方性層を除いた構成の表示装置を比較例１として作製した。

［実施例２］
実施例１と同様の手法で、視野角制御セル、偏光板、光学異方性層を作製し、ヒューレットパッカード社製の液晶モニターＬＰ２０６５を画像表示パネルとして準備した。また、実施例１と同様に、液晶モニターの視認側偏光子の上に、視野角制御セル、光学補償シートおよび直線偏光板の順で粘着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）を用いて貼合し視野角スイッチング素子を備えた実施例２の表示装置を作製した。なお、制御セルのチルト方位および光学異方性層の遅相軸の方位、および直線偏光板の透過軸の方位がそれぞれ表１に記載の方向となるように各部材を積層した。本実施例２の表示装置は図３に示す上記第１の実施形態の構成例２と同等の積層構造を有し、表２のＮｏ．３に示す構成である。

［比較例２］
実施例２において、光学異方性層の遅相軸の方位を０°とした構成の表示装置を比較例２として作製した。

［評価］
作製した各装置について、画像表示セルにテスト画像を表示し、視野角制御セルで左方向（方位１８０°）および右方向（方位０°）とも視野角が広い状態（ＯＦＦ）と、右方向は視野角が広いままで左方向のみ視野角が狭い状態（ＯＮ）とで、正面（法線Ｎ方向）、右（方位角０°）かつ法線に対して４５°の方向（極角４５°）、および左（方位角１８０°）かつ法線に対して４５°の方向（極角４５°）の３方向から、表示輝度を目視評価した。なお、ＯＦＦとＯＮとの印加電圧はそれぞれ表５の通りとした。

評価は、以下のとおりである。
Ａ： 輝度は明るく表示が視認される
Ｂ： 輝度はやや暗くなるが表示が視認される
Ｓ： 輝度は暗くなり表示が視認されない

表５に示されるように、実施例１、２は、比較例１、２に比べてＯＮ時の左方向からの輝度が小さくなっており、左方向でのみ視野角の切り替えが出来ていることがわかる。これにより本発明の効果は明らかになった。
なお、λ／２板に代えてツイストフィルムを備えた場合にも視野角スイッチング素子としての機能はほぼ同等であるから、上記実施例と同等の評価が得られると考えられる。

本発明は、タブレットＰＣ、ノートＰＣ、スマートフォン等の表示装置や、公共用のインフォーメーションディスプレイ、車や電車や航空機に搭載されるディスプレイ、医療や工場機器など産業用ディスプレイとして、好適に利用可能である。

２０１７年１１月２７日に出願された日本出願特願２０１７−２２７０３６の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (8)

1. 画像表示パネルと、該画像表示パネルの表示面側に配置され、視野角を変化させる視野角スイッチング素子とを備えた表示装置であって、
   前記視野角スイッチング素子が、前記画像表示パネル側から順に配置された、第１の直線偏光子、光学異方性層、視野角制御セルおよび第２の直線偏光子を備え、
   前記第１の直線偏光子と前記第２の直線偏光子とは、互いの透過軸のなす角度が４５°であり、
   前記光学異方性層が、前記第１の直線偏光子から出射した直線偏光の偏光軸の方位を該方位と４５°をなす方位に変化させて前記視野角制御セル側に出射する機能を有し、
   前記視野角制御セルが、電圧の印加により垂直配向液晶が一方向に傾く垂直配向液晶セルからなり、該視野角制御セルの前記垂直配向液晶のチルト方位と、前記第２の直線偏光子の透過軸とのなす角度が４５°である表示装置。
2. 前記光学異方性層が、前記第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を前記第２の直線偏光子の前記透過軸と直交する方位に変化させて前記視野角制御セル側に出射するものであり、
   前記視野角スイッチング素子が、前記視野角制御セルの前記垂直配向液晶のチルト方位において前記視野角を変化させる請求項１記載の表示装置。
3. 前記垂直配向液晶セルの前記垂直配向液晶の配向状態を、前記チルト方位に沿って斜めに傾いた斜め配向と、極角９０°である水平方向への配向との間で切り替えることにより、前記視野角を変化させる請求項２記載の表示装置。
4. 前記光学異方性層が、前記第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を前記第２の直線偏光子の前記透過軸と平行な方位に変化させて前記視野角制御セル側に出射するものであり、
   前記視野角スイッチング素子が、前記視野角制御セルの前記垂直配向液晶のチルト方位と１８０°をなす方位において前記視野角を変化させる請求項１記載の表示装置。
5. 前記垂直配向液晶セルの前記垂直配向液晶の配向状態を、極角０°である垂直方向への配向と、前記チルト方位に沿って斜めに傾いた斜め配向との間で切り替えることにより、前記視野角を変化させる請求項４記載の表示装置。
6. 前記光学異方性層が、λ／２板である請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記光学異方性層が、前記第１の直線偏光子から出射された直線偏光の偏光軸を４５°旋光させて前記視野角制御セル側に出射させるフィルムである請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記画像表示パネルが、表示用液晶セルと、該表示用液晶セルを挟んで対向配置される２枚の直線偏光子とを備え、
   該２枚の直線偏光子のうちの１枚が前記視野角スイッチング素子の第１の直線偏光子を兼ねる請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。