JP4774957B2

JP4774957B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4774957B2
Application number: JP2005346522A
Authority: JP
Inventors: 哲夫武藤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007155784A

Description

この発明は、表示の視野を制御することができる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、光の透過を制御する複数の画素をマトリックス状に配列した画面領域を有する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記液晶表示素子に向けて照明光を照射する面光源とからなっている。

ところで、液晶表示装置は種々の電子機器に利用されているが、例えば携帯電話機等のような様々な環境で使用される電子機器は、その表示を、正面方向（液晶表示素子の法線付近の方向）に対して斜め方向から電子機器の使用者以外の他者により覗き見されるおそれがある。

そのため、複数の光透過層と光吸収層とを交互に積層したルーバー素子（特許文献１参照）を液晶表示素子の一方の面側に配置し、表示の視野を、前記ルーバー素子により、正面方向（液晶表示素子の法線付近の方向）の狭い角度範囲に制限することが考えられている。
特開２０００―１３７２９４号公報

しかし、前記ルーバー素子を備えた液晶表示装置は、表示の視野が前記ルーバー素子により制限されるため、狭視野表示に固定されてしまい、前記液晶表示素子が本来的に有する広視野角表示を行うことができない。

この発明は、複数人で表示を見ることができる広視野表示と、斜め方向から他者により表示を覗き見されるおそれのないセキュリティ性の高い狭視野表示とを行なうことができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示装置は、光の透過を制御する複数の画素をマトリックス状に配列した画面領域を有する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記液晶表示素子に向けて照明光を照射する面光源と、複数の透明層とエレクトロクロミック層とが前記液晶表示素子の面と平行な方向に交互に配置された積層構造を持ち、前記液晶表示素子の面と平行な入出射面を有するフィルム状に形成され、これらの積層方向に対して直交する方向の両端に前記複数のエレクトロクロミック層に通電するための一対の電極が設けられてなり、前記液晶表示素子の一方の面側に、前記透明層とエレクトロクロミック層との界面を前記液晶表示素子の法線方向と実質的に平行にして配置された視野制御素子とを備えたことを特徴とする。

この液晶表示装置において、前記視野制御素子のエレクトロクロミック層の前記積層方向の厚さは１０μｍ〜１００μｍに設定するのが好ましい。

また、前記視野制御素子は、前記面光源と前記液晶表示素子との間に配置するのが好ましい。

この発明の液晶表示装置は、前記視野制御素子の複数のエレクトロクロミック層への通電により表示の視野を狭くするものであり、前記エレクトロクロミック層に通電しないときは、前記視野制御素子にその一方の面から入射した光が、前記複数のエレクトロクロミック層及びその間の透明層を透過して前記視野制御素子の他方の面から出射し、前記液晶表示素子の表示が、前記面光源からの照明光の広がり角に対応した広い視野で見える。

一方、前記視野制御素子の複数のエレクトロクロミック層に通電すると、前記エレクトロクロミック層が発色し、前記視野制御素子にその一方の面から入射した光のうち、前記エレクトロクロミック層に直接入射した光と、前記透明層を、前記液晶表示素子の法線方向に対して前記透明層とエレクトロクロミック層の積層方向に前記透明層の前記積層方向の厚さに対応する傾き角よりも大きく傾いた方向に向かって進む光が、発色した前記エレクトロクロミック層により遮光され、前記液晶表示素子の法線付近の方向に向かう正面光と、前記法線方向に対して前記透明層の前記積層方向の厚さの範囲内で傾いた方向に向かう光が前記複数の透明層を透過して前記視野制御素子の他方の面から出射し、前記液晶表示素子の表示の視野が、正面方向（液晶表示素子の法線付近の方向）の狭い角度範囲になる。

したがって、この液晶表示装置によれば、複数人で表示を見ることができる広視野表示と、斜め方向から他者により表示を覗き見されるおそれのないセキュリティ性の高い狭視野表示とに視野角の範囲を制御することができる。

この液晶表示装置において、前記視野制御素子のエレクトロクロミック層の前記積層方向の厚さは１０μｍ〜１００μｍに設定するのが好ましく、このようにすることにより、前記エレクトロクロミック層の発色による遮光性を充分に高くし、斜め方向からは前記液晶表示素子の表示がほとんど見えない、よりセキュリティ性の高い狭視野表示を行なうとともに、前記エレクトロクロミック層の発色による正面方向から見た線模様を目立たなくし、狭視野表示のときも高品質の画像を表示することができる。

また、前記視野制御素子は、前記面光源と前記液晶表示素子との間に配置するのが好ましく、このようにすることにより、前記エレクトロクロミック層の発色による正面方向から見た線模様をほとんど見えなくすることができる。

図１〜図４はこの発明の一実施例を示しており、図１は液晶表示装置の分解斜視図である。

この液晶表示装置は、図１のように、光の透過を制御する複数の画素（図示せず）をマトリックス状に配列した画面領域１ａを有する液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の観察側（図１において上側）とは反対側に配置され、前記液晶表示素子１に向けて照明光を照射する面光源８と、前記液晶表示素子１の一方の面側に配置された視野制御素子１５とを備えている。

前記液晶表示素子１は、その内部構造は図示しないが、前記画面領域１ａを囲む枠状のシール材４を介して接合された一対の透明基板２，３と、これらの基板２，３の対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する透明電極と、前記一対の基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に封入された液晶層と、前記一対の基板２，３の外面にそれぞれ配置された一対の偏光板５，６とからなっている。

この液晶表示素子１は、一方の基板２の内面に、複数の画素電極を行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設け、他方の基板３の内面に、前記複数の画素電極の配列領域に対向する一枚膜状の対向電極を設けたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、前記一方の基板２の内面には、前記複数の画素電極にそれぞれ接続されたＴＦＴからなるアクティブ素子と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数の走査ラインと、各列のＴＦＴにデータ信号を供給する複数のデータラインが設けられている。

なお、前記一方の基板２は、他方の基板３の外方に張出すドライバ搭載部２ａを有しており、前記複数のゲートライン及びデータラインは、前記ドライバ搭載部２ａに搭載されたＬＳＩからなる表示ドライバ７に接続されている。

さらに、前記一対の基板２，３の内面には、前記電極を覆って配向膜が設けられており、前記液晶層の液晶分子は、前記一対の基板２，３間において、前記配向膜により規定される配向状態に配向している。

この液晶表示素子１は、液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板２，３面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれかの液晶表示素子、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子であり、前記一対の偏光板５，６は、それぞれの透過軸の向きを、良好なコントラスト特性が得られるように設定して配置されている。

なお、この液晶表示素子１は、一対の基板２，３の内面それぞれに設けられた電極間に縦電界（液晶層の厚さ方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる縦電界制御型のものに限らず、一対の基板２，３のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

さらに、前記液晶表示素子１は、ノーマリーホワイトモードの表示素子でも、ノーマリーブラックモードの表示素子でもよい。

前記面光源８は、アクリル樹脂板等の板状の透明部材からなり、その一端面に光を入射させる入射端面１０が形成され、対向する２つの板面のうち、前記液晶表示素子１に対向する板面に前記入射端面１０から入射した光を出射させる出射面１１が形成され、他方の板面に、前記入射端面１０から入射した光を前記出射面１１に向けて反射する反射面１２が形成された導光板９と、前記導光板９の入射端面１０に対向させて配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる複数の発光素子１３と、前記導光板９の出射面１１に対向させて配置された拡散板１４とにより構成されている。

この面光源８は、前記複数の発光素子１３からの光を前記導光板９により導いてその出射面１１から出射し、その光を前記拡散板１４により拡散して、前記液晶表示素子１の法線方向を中心としてその法線方向及び前記法線から傾いた方向の出射光強度が略均一な強度分布の照明光を前記液晶表示素子１に向けて照射する。

なお、前記導光板９の反射面１２は、前記入射端面１０から入射した光を導光板面と外気（空気）との界面で全反射する内面反射面でも、前記入射端面１０から入射した光を導光板面に設けられた反射膜（図示せず）により反射する反射面でもよい。

また、この実施例の面光源８は、前記導光板９の出射面１１に対向させて拡散板１４を配置したものであるが、前記導光板９の出射面１１と前記拡散板１４との間または前記拡散板１４の出射面側に図示しないプリズムシートをさらに配置し、前記導光板９の出射面１１から出射した光を、前記拡散板１４とプリズムシートにより、均等な角度で広がる均一な強度分布の照明光として前記液晶表示素子１に照射するようにしてもよい。

さらに、この液晶表示装置は、前記液晶表示素子１に複数の画素にそれぞれ対向する赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせ、前記面光源８から白色の照明光を照射させるようにしたものでも、前記液晶表示素子１に前記カラーフィルタを備えさせ、前記面光源８から、赤、緑、青の３色の照明光を選択的に照射させるようにしたフィールドシーケンシャル液晶表示装置でもよい。

一方、前記視野制御素子１５は、複数の透明層１６とエレクトロクロミック層１７とが前記液晶表示素子１の面と平行な方向に交互に配置された積層構造を持ち、前記液晶表示素子１の面と平行な入出射面を有するフィルム状に形成され、これらの積層方向に対して直交する方向の両端に、前記複数のエレクトロクロミック層１７に通電するための一対の電極１８，１９が設けられた光学素子からなっている。

図２は前記視野制御素子１５の一部分の拡大斜視図であり、この視野制御素子１５の厚さｔは、１００μｍ〜２ｍｍ、好ましくは５００μｍ〜１０００μｍに設定され、前記複数の透明層１６の前記積層方向の厚さｄ１は、３０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは約１０００μｍに設定され、前記複数のエレクトロクロミック層１７の前記積層方向の膜さｄ２は、１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは約１０μｍに設定されている。

この視野制御素子１５は、例えば、ポリメタルクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン等の光拡散性を有しない高分子フィルムの一方の面にビオロゲン等のエレクトロクロミズム物質を薄く塗布した素材を数百枚、前記液晶表示素子１の画面の左右方向の幅と同程度の厚さに積層し、その積層体を、前記高分子フィルム面に対して垂直な面に沿って前記視野制御素子１５の厚さｔにスライスし、そのスライス体の両端面に電極１８，１９を形成したものであり、前記高分子フィルムにより透明層１６が形成され、前記エレクトロクロミズム物質の塗布層によりエレクトロクロミック層１７が形成されている。

なお、この実施例の視野制御素子１５は、一端に視野制御素子１５の外方に突出する端子部１８ａ，１９ａを形成した細長形状の金属板からなる一対の電極１８，１９を前記スライス体の両端面に導電性接着剤（図示せず）により貼付けたものであるが、前記一対の電極１８，１９は、導電性接着剤の塗布層により形成してもよい。

そして、この液晶表示装置では、前記面光源８と前記液晶表示素子１との間に、前記視野制御素子１５を、その透明層１６とエレクトロクロミック層１７との界面を前記液晶表示素子１の法線方向と実質的に平行にし、且つ、前記透明層１６とエレクトロクロミック層１７の積層方向を前記液晶表示素子１の画面の左右方向と実質的に平行にして配置している。

また、前記視野制御素子１５の一対の電極１８，１９の端子部１８ａ，１９ａには、極性が交互に反転する直流電圧を前記電極１８，１９間に印加する視野制御電源（図示せず）が接続されている。

なお、前記視野制御電源は、液晶表示装置を実装した携帯電話機等の電子機器に設けられた視野選択キーの操作等により前記電子機器の回路部（図示せず）から供給される視野選択信号により制御され、狭視野が選択されたときに、前記視野制御素子１５の電極１８，１９間に前記直流電圧を印加する。

この液晶表示装置は、前記液晶表示素子１の観察側とは反対側に、前記液晶表示素子１に向けて照明光を照射する面光源８を配置し、前記面光源８と前記液晶表示素子１との間に、細長膜状の複数の透明層１６とエレクトロクロミック層１７とが交互に積層され、これらの積層方向に対して直交する方向の両端に前記複数のエレクトロクロミック層１７に通電するための一対の電極１８，１９が設けられた前記視野制御素子１５を、その透明層１６とエレクトロクロミック層１７との界面を前記液晶表示素子１の法線方向と実質的に平行にして配置しているため、前記視野制御素子１５の複数のエレクトロクロミック層１７への通電を制御することにより、広視野表示と狭視野表示とに視野角の範囲を制御することができる。

すなわち、この液晶表示装置は、前記視野制御素子１５の複数のエレクトロクロミック層１７への通電により表示の視野を狭くするものであり、前記エレクトロクロミック層１７に通電しないときは、前記面光源８から照射され、前記視野制御素子１５にその一方の面から入射した光が、前記複数のエレクトロクロミック層１７及びその間の透明層１６を透過して前記視野制御素子１５の他方の面から出射する。

図３（ａ）は、前記液晶表示装置の視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７に通電しないとき（以下、視野制御ＯＦＦ時という）の透過光線図であり、前記視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７は、非通電状態では実質的に無色透明であるため、前記面光源８から照射された広がり角の大きい照明光が、前記視野制御素子１５を前記エレクトロクロミック層１７により遮光されることなく透過する。

そのため、この視野制御ＯＦＦ時は、広い広がり角の照明光が前記液晶表示素子１に入射し、前記液晶表示素子１の表示が、前記面光源８からの照明光の広がり角に対応した広い視野で見える。

一方、前記視野制御素子１５の複数のエレクトロクロミック層１７に通電すると、前記エレクトロクロミック層１７が通電により発色（例えばビオロゲンからなるエレクトロクロミック層の場合は紺色に発色）する。

図３（ｂ）は、前記液晶表示装置の視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７に通電したとき（以下、視野制御ＯＮ時という）の透過光線図であり、このときは、前記面光源８から照射され、前記視野制御素子１５にその一方の面から入射した光のうち、前記エレクトロクロミック層１７に直接入射した光と、前記透明層１６を、前記液晶表示素子１の法線方向に対して前記透明層１６とエレクトロクロミック層１７の積層方向に前記透明層１６の前記積層方向の厚さに対応する傾き角よりも大きく傾いた方向に向かって進む光が、発色した前記エレクトロクロミック層１７により遮光され、前記液晶表示素子１の法線付近の方向に向かう正面光と、前記法線方向に対して前記透明層１６の前記積層方向の厚さの範囲内で傾いた方向に向かう光が前記複数の透明層１６を透過して前記視野制御素子１５の他方の面から出射する。

そのため、この視野制御ＯＮ時は、前記液晶表示素子１に、広がり角を前記液晶表示素子１の法線付近の狭い角度に制限された照明光が入射し、前記液晶表示素子１の表示の視野が、正面方向（液晶表示素子１の法線付近の方向）の狭い角度範囲になる。

しかも、この視野制御ＯＮ時は、前記正面方向に対して傾いた斜め方向から見たときに、液晶表示素子１の画面全体が発色したエレクトロクロミック層１７の色に着色して見えるため、前記斜め方向からは液晶表示素子１の表示を視認することができなくなる。

したがって、この液晶表示装置によれば、複数人で表示を見ることができる広視野表示と、斜め方向から他者により表示を覗き見されるおそれのないセキュリティ性の高い狭視野表示とを行なうことができる。

また、この液晶表示装置は、上述したように、前記視野制御素子１５を、前記透明層１６とエレクトロクロミック層１７の積層方向を前記液晶表示素子１の画面の左右方向と実質的に平行にして配置しているため、前記画面の左右方向の視野を狭くした狭視野表示を行なうことができる。

図４は前記液晶表示装置の視野制御ＯＦＦ時と視野制御ＯＮ時の出射光の強度分布図であり、図において、負の角度は、前記液晶表示素子１の法線方向（０°の方向）に対して観察側から見て画面の左方向の角度、正の角度は、前記法線方向に対して観察側から見て画面の右方向の角度である。

なお、図４に示した視野制御ＯＮ時の出射光の強度分布は、約−４０°〜４０°の角度範囲の出射光強度が高い分布であるが、視野制御ＯＮ時の高強度の光の出射角範囲は、前記視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７のピッチ（透明層１６の積層方向の厚さｄ１）と前記視野制御素子１５の厚さｔに対応し、前記エレクトロクロミック層１７のピッチを小さくするか、或いは前記視野制御素子１５の厚さｔを大きくするほど視野制御ＯＮ時の高強度の光の出射角範囲が狭くなる。

したがって、視野制御ＯＮ時の表示の視野は、前記視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７のピッチと前記視野制御素子１５の厚さｔの一方または両方を選択することにより任意に設定することができる。

なお、前記視野制御素子１５の厚さｔは液晶表示装置全体の厚さに関係するため、前記狭視野表示の視野範囲を狭くするときは、前記エレクトロクロミック層１７のピッチのピッチを小さくするのが好ましい。

また、この液晶表示装置は、前記視野制御素子１５のエレクトロクロミック層１７の前記積層方向の厚さｄ２を、上述したように１０μｍ〜１００μｍに設定しているため、前記エレクトロクロミック層１７の発色による遮光性を充分に高くし、斜め方向からは液晶表示素子１の表示がほとんど見えない、よりセキュリティ性の高い狭視野表示を行なうとともに、前記エレクトロクロミック層１７の発色による正面方向から見た線模様を目立たなくし、狭視野表示のときも高品質の画像を表示することができる。

なお、前記エレクトロクロミック層１７の前記積層方向の厚さｄ２は、約１０μｍに設定するのが好ましく、このようにすることにより、前記エレクトロクロミック層１７の発色による遮光性を充分に高くし、しかも前記エレクトロクロミック層１７の発色による正面方向から見た線模様をさらに目立たなくすることができる。

さらに、この液晶表示装置は、前記視野制御素子１５を、前記面光源８と液晶表示素子１との間に配置しているため、前記エレクトロクロミック層１７の発色による正面方向から見た線模様をほとんど見えなくし、狭視野表示のときの表示品質をより高くすることができる。

なお、前記視野制御素子１５は、前記液晶表示素子１の観察側に配置してもよく、その場合も、複数人で表示を見ることができる広視野表示と、斜め方向から他者により表示を覗き見されるおそれのないセキュリティ性の高い狭視野表示とを行なうことができる。

この発明の一実施例を示す液晶表示装置の分解斜視図。前記液晶表示装置の視野制御素子の一部分の拡大斜視図。前記液晶表示装置の視野制御ＯＦＦ時と視野制御ＯＮ時の透過光線図。前記液晶表示装置の視野制御ＯＦＦ時と視野制御ＯＮ時の出射光の強度分布図。

符号の説明

１…液晶表示素子、１ａ…画面領域、８…面光源、１５…視野制御素子、１６…透明層、１７…エレクトロクロミック層、１８，１９…電極。

Claims

光の透過を制御する複数の画素をマトリックス状に配列した画面領域を有する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記液晶表示素子に向けて照明光を照射する面光源と、
複数の透明層とエレクトロクロミック層とが前記液晶表示素子の面と平行な方向に交互に配置された積層構造を持ち、前記液晶表示素子の面と平行な入出射面を有するフィルム状に形成され、これらの積層方向に対して直交する方向の両端に前記複数のエレクトロクロミック層に通電するための一対の電極が設けられてなり、前記液晶表示素子の一方の面側に、前記透明層とエレクトロクロミック層との界面を前記液晶表示素子の法線方向と実質的に平行にして配置された視野制御素子とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
視野制御素子のエレクトロクロミック層の積層方向の厚さは１０μｍ〜１００μｍに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
視野制御素子は、面光源と液晶表示素子との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。