特開 2023-173806 光学素子及び表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173806

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】光学素子及び表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13 20060101AFI20231130BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20231130BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20231130BHJP

   B32B 7/023 20190101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

G02F1/13 505

G02F1/1347

G02B5/30

B32B7/023

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086302

(22)【出願日】2022-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松島 寿治

(72)【発明者】

【氏名】木村 駿一

【テーマコード（参考）】

2H088

2H149

2H189

4F100

【Ｆターム（参考）】

2H088EA47

2H088HA02

2H088HA03

2H088JA05

2H088JA09

2H088JA12

2H088KA26

2H088MA01

2H088MA20

2H149AA02

2H149AB01

2H149BA02

2H149BA11

2H149DA02

2H149DA05

2H149DA12

2H149EA02

2H149EA05

2H149EA10

2H149EA19

2H189AA22

2H189AA32

2H189HA16

2H189JA05

2H189JA13

2H189JA14

2H189KA17

2H189LA03

2H189LA05

2H189LA16

2H189LA17

4F100AK41C

4F100AR00A

4F100AR00C

4F100AR00E

4F100AT00B

4F100AT00D

4F100BA05

4F100BA07

4F100GB48

4F100JG01

4F100JG01E

4F100JG05

4F100JG05C

4F100JN10

4F100JN10A

4F100JN10E

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で良好に視野角を制御することができる光学素子及び表示装置を提供する。
【解決手段】光学素子は、第１吸収軸を有する第１偏光板と、第１偏光板と対向し、第２吸収軸を有する第２偏光板と、第１偏光板と第２偏光板との間に配置された第１視野角制御パネルと、を有し、第１視野角制御パネルは、第１基板と、第１基板と対向する第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、第１基板及び第２基板の少なくとも一方に設けられ、所定方向に横電界を発生させる複数の電極と、を有し、液晶層は、誘電率異方性が正の液晶分子を有し、液晶分子は、横電界が発生しない状態でハイブリッド配向される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１吸収軸を有する第１偏光板と、
前記第１偏光板と対向し、第２吸収軸を有する第２偏光板と、
前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された第１視野角制御パネルと、を有し、
前記第１視野角制御パネルは、
第１基板と、
前記第１基板と対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、所定方向に横電界を発生させる複数の電極と、を有し、
前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶分子を有し、
前記液晶分子は、前記横電界が発生しない状態でハイブリッド配向される
光学素子。

【請求項2】

前記第１偏光板、前記第１基板、前記液晶層、前記第２基板、前記第２偏光板の順に積層され、
平面視で、前記第１偏光板の前記第１吸収軸は、前記第２偏光板の前記第２吸収軸と平行に配置され、
前記液晶分子の配向方向は、前記第１偏光板の前記第１吸収軸及び前記第２偏光板の前記第２吸収軸と平行又は直交して配置される
請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記液晶層は、前記液晶分子の長軸と、前記第１基板の表面に平行な方向との間に形成される傾斜角が、前記第１基板に垂直な方向に沿って連続的に変化する第１状態と、前記液晶分子の前記長軸が、前記横電界に沿った方向に配向される第２状態と、に切り替えられる
請求項１に記載の光学素子。

【請求項4】

前記電極は、複数の第１電極と、複数の第２電極とを含み、
複数の前記第１電極及び複数の前記第２電極は、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に設けられ、前記所定方向で交互に配置される
請求項１に記載の光学素子。

【請求項5】

前記電極は、複数の第１電極と、複数の第２電極とを含み、
複数の前記第１電極及び複数の前記第２電極は、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に設けられ、前記所定方向で交互に配置され、かつ、前記第２基板の前記第１基板と対向する面に設けられ、前記所定方向で交互に配置される
請求項１に記載の光学素子。

【請求項6】

前記電極は、複数の第１電極と、少なくとも１つの第２電極とを含み、
前記第１基板の前記第２基板と対向する面に、少なくとも１つの前記第２電極、絶縁膜、複数の前記第１電極の順に積層される
請求項１に記載の光学素子。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子と積層された表示パネルと、
前記光学素子に光を照射する照明装置と、を有する
表示装置。

【請求項8】

さらに、ＴＮ型の液晶層を含む第２視野角制御パネルを有し、
前記第２視野角制御パネルは、前記照明装置と前記光学素子との間に配置される
請求項７に記載の表示装置。

【請求項9】

さらに、ＴＮ型の液晶層を含む第２視野角制御パネルを有し、
前記第２視野角制御パネルは、前記光学素子と前記表示パネルとの間に配置される
請求項７に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学素子及び表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

視野角を制御する光学素子を備えた表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の表示装置は、電圧オン時には表示パネルの広視野角が確保され、電圧オフ時には左右方向の明るさを抑制する光学素子（特許文献１では、視角制御用液晶セルと記載されている）を備える。光学素子は、一対の透光性基板と、一対の透光性基板の間に配置され、液晶分子がハイブリッド配向されて構成される液晶層を有する。液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が負の材料が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２７５３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

誘電率異方性が負の液晶分子を有する液晶層は、誘電率異方性が正の液晶分子を有する液晶層に比べて粘性が高く、電圧のオンオフ切り替えに対する応答速度が低下する可能性がある。一方、誘電率異方性が正の液晶分子を有する液晶層は、電圧オン時に視野角特性が低下する可能性があり、Ｃプレート等の視野角補償用フィルムが必要となる。このため、誘電率異方性が正の液晶分子を有する液晶層を用いるとともに、より簡易な構成で視野角を制御することができる光学素子が望まれている。

【0005】

本発明は、簡易な構成で良好に視野角を制御することができる光学素子及び表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様の光学素子は、第１吸収軸を有する第１偏光板と、前記第１偏光板と対向し、第２吸収軸を有する第２偏光板と、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された第１視野角制御パネルと、を有し、前記第１視野角制御パネルは、第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、所定方向に横電界を発生させる複数の電極と、を有し、前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶分子を有し、前記液晶分子は、前記横電界が発生しない状態でハイブリッド配向される。

【0007】

本発明の一態様の表示装置は、上記の光学素子と、前記光学素子と積層された表示パネルと、前記光学素子に光を照射する照明装置と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る表示パネルの構成例を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、第１視野角制御パネルの第１電極及び第２電極を示す平面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【図6】図６は、実施例１及び実施例２に係る表示装置の、明るさと極角との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、実施例１に係る表示装置の、第１状態での明るさの視野角依存性を示す図である。

【図8】図８は、実施例１に係る表示装置の、第２状態での明るさの視野角依存性を示す図である。

【図9】図９は、実施例２に係る表示装置の、第２状態での明るさの視野角依存性を示す図である。

【図10】図１０は、第１変形例に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、第２変形例に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【図14】図１４は、第２実施形態の第３変形例に係る表示装置を模式的に示す断面図である。

【図15】図１５は、第２実施形態の第３変形例に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0010】

本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、表示装置１００は、光学素子１０と、表示パネル５０と、第３偏光板２３と、照明装置６０と、制御回路７０と、を有する。

【0012】

光学素子１０は、表示パネル５０の表示面に垂直な方向（第３方向Ｄｚ）で、照明装置６０と表示パネル５０との間に配置される。光学素子１０は、第１偏光板２１と、第２偏光板２２と、第１偏光板２１と第２偏光板２２との間に配置された第１視野角制御パネル２０と、を有する。光学素子１０は、第３方向Ｄｚで、照明装置６０から表示パネル５０に向かって、第２偏光板２２、第１視野角制御パネル２０、第１偏光板２１の順に積層される。光学素子１０の詳細な構成については、図３以下で後述する。

【0013】

なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、光学素子１０の表面（すなわち、第１偏光板２１の表面）と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、光学素子１０の表面と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向である。第３方向Ｄｚは、光学素子１０の表面の法線方向である。第３方向Ｄｚは、表示パネル５０の表示面の法線方向と言い換えることもできる。また、「平面視」とは、光学素子１０の表面と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。

【0014】

また、以下の説明では、光学素子１０の表面に垂直な方向において、第１偏光板２１から第３偏光板２３に向かう方向を「上側」又は単に「上」とする。また、第３偏光板２３から第１偏光板２１に向かう方向を「下側」又は単に「下」とする。

【0015】

表示パネル５０は、表示機能層としての液晶層ＬＣ（図２参照）を備える液晶表示パネルである。表示パネル５０は、光学素子１０と対向して積層される。より詳細には、表示パネル５０は、第２偏光板２２を挟んで第１視野角制御パネル２０と対向する。また、表示パネル５０の表示面側には、第３偏光板２３が設けられる。

【0016】

照明装置６０は、バックライトユニットである。照明装置６０は、どのような構成であってもよいが、例えば、エッジライト型バックライトや、直下型バックライトを適用可能である。エッジライト型バックライトは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、導光板とを有し、導光板の端部にＬＥＤが設けられる。直下型バックライトは、拡散板の直下にＬＥＤが設けられる。

【0017】

制御回路７０は、表示パネル５０、第１視野角制御パネル２０及び照明装置６０のそれぞれに電気的に接続され、表示パネル５０、第１視野角制御パネル２０及び照明装置６０のそれぞれの駆動を制御するように構成されている。

【0018】

本実施形態の表示装置１００において、照明装置６０は、光学素子１０に向けて拡散光を照射する。光学素子１０の第１視野角制御パネル２０は、照明装置６０から入射された光の視野角依存性を調整して、特定の方向で光の透過を抑制する視野角制御素子である。より詳細には、第１視野角制御パネル２０は、第１偏光板２１及び第２偏光板２２とともに、照明装置６０から入射された光について特定の方向で光の透過を抑制する第１状態と、照明装置６０から入射された光を拡散光として出射する第２状態と、を切り替える。すなわち、光学素子１０は、第１状態では、第２状態に比べて指向性の高い光を出射する。

【0019】

光学素子１０を透過した光は表示パネル５０に入射する。第１状態では、表示パネル５０は、特定の方向で明るさが抑制された画像を表示する。第２状態では、表示パネル５０は、第１状態に比べて広視野角の画像を表示する。

【0020】

以下の説明において、極角θは、第３方向Ｄｚに平行な方向に対してなす角度である。第３方向Ｄｚに平行な方向の極角θは、０°とする。また、図１において第３方向Ｄｚに対して右側（第１方向Ｄｘの一方）の極角θを正（＋θ）と表し、第３方向Ｄｚに対して左側（第１方向Ｄｘの他方）の極角θを負（－θ）と表す場合がある。

【0021】

ここで、表示装置１００の各層、すなわち第１偏光板２１、第１視野角制御パネル２０、第２偏光板２２、表示パネル５０及び第３偏光板２３は、透光性を有する接着層（図示しない）により接着されている。ただし、これに限定されず、光学素子１０の各層、表示パネル５０及び第３偏光板２３の層間に接着層が設けられず、空気層を介して積層されていてもよい。

【0022】

本実施形態では、光学素子１０の第２偏光板２２は、表示パネル５０の背面側の偏光板と共用される。すなわち、表示パネル５０と、光学素子１０の第１視野角制御パネル２０との間には、１つの第２偏光板２２が配置される。これにより、表示パネル５０の背面側で、光学素子１０の第２偏光板２２に加え、表示パネル５０用の偏光板が設けられた構成に比べて、光の透過率を向上させることができる。

【0023】

次に表示パネル５０の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る表示パネルの構成例を模式的に示す断面図である。表示パネル５０は、例えば、アレイ基板ＳＵＢ１と、対向基板ＳＵＢ２と、表示機能層としての液晶層ＬＣと、を備える。対向基板ＳＵＢ２は、アレイ基板ＳＵＢ１と対向して配置される。液晶層ＬＣはアレイ基板ＳＵＢ１と対向基板ＳＵＢ２との間に封止される。

【0024】

アレイ基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板５１と、回路形成層５２と、共通電極５３と、絶縁膜５４と、画素電極５５と、下配向膜５６と、を有する。第３方向Ｄｚで、第１絶縁基板５１の上に、回路形成層５２、共通電極５３、絶縁膜５４、画素電極５５、下配向膜５６の順に積層される。

【0025】

第１絶縁基板５１は、透光性を有するガラス基板あるいはフィルム基板である。回路形成層５２は、スイッチング素子としての複数の薄膜トランジスタや、各種配線を含む画素回路が形成される層である。共通電極５３は、所定の定電位が与えられる電極である。絶縁膜５４は、共通電極５３と画素電極５５とを絶縁する。画素電極５５は、画素ごとに設けられ、それぞれの電位が個別に制御される。下配向膜５６は画素電極５５及び絶縁膜５４を覆って設けられる。

【0026】

対向基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板５９と、上配向膜５８と、を有する。上配向膜５８は、第２絶縁基板５９の第１絶縁基板５１と対向する面に設けられる。上配向膜５８は、対向基板ＳＵＢ２の液晶層ＬＣ側の表面となる。なお、図２では図示を省略しているが、対向基板ＳＵＢ２は、必要に応じてカラーフィルタや遮光膜が設けられている。

【0027】

液晶層ＬＣは、通過する光を電界の状態に応じて変調するものであり、例えば、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：フリンジフィールドスイッチング）を含むＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：インプレーンスイッチング）等の横電界モードの液晶が用いられる。本実施形態では、アレイ基板に設けられた画素電極５５と共通電極５３との間に発生する横電界により、液晶層ＬＣが駆動され、液晶層ＬＣが有する液晶分子５７の配向が制御される。

【0028】

ただしこの態様に限られず、表示パネル５０は、縦電界型の液晶表示パネルであってもよい。この場合、画素電極はアレイ基板に設けられ、共通電極は対向基板に設けられる。縦電界型の液晶表示パネルは、いわゆる縦電界が液晶層に印加される、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ：ツイステッドネマティック）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：垂直配向）及びＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ：電界制御複屈折）等がある。

【0029】

次に、光学素子１０の詳細な構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。図４は、第１視野角制御パネルの第１電極及び第２電極を示す平面図である。図５は、第１実施形態に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【0030】

図３及び図５に示すように、第１偏光板２１及び第２偏光板２２は、直線偏光板である。第１偏光板２１は、第２方向Ｄｙに平行な方向に延在する第１吸収軸ＡＸ１を有する。第２偏光板２２は、第１偏光板２１と対向し、第２方向Ｄｙに平行な方向に延在する第２吸収軸ＡＸ２を有する。平面視で、第１偏光板２１の第１吸収軸ＡＸ１は、第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２と平行である。なお、図示は省略するが、第１偏光板２１は、第１吸収軸ＡＸ１に直交する第１透過容易軸を有する。また、第２偏光板２２は、第２吸収軸ＡＸ２に直交する第２透過容易軸を有する。

【0031】

なお、表示パネル５０の表示面側に設けられた第３偏光板２３は、第３吸収軸ＡＸ３及び第３吸収軸と直交する第３透過容易軸を有する。表示パネル５０の表示モードに応じて、第３偏光板２３の第３吸収軸ＡＸ３及び第３透過容易軸は、平面視で所定の方向に設けられる。図５に示す例では、第３偏光板２３の第３吸収軸ＡＸ３は、平面視で、第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２と直交する。

【0032】

図３に示すように、第１視野角制御パネル２０は、第１基板１１と、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３と、第１配向膜１４と、液晶層１５と、第２配向膜１７と、第２基板１８と、を有する。第３方向Ｄｚで、第１偏光板２１、第１基板１１、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３、第１配向膜１４、液晶層１５、第２配向膜１７、第２基板１８、第２偏光板２２の順に積層される。

【0033】

第１基板１１は、第１偏光板２１の上に設けられる。第１基板１１は、透光性を有する絶縁基板であり、例えばガラスや樹脂等で形成される。複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は、第１基板１１の上面、すなわち、第１基板１１の第２基板１８と対向する面に設けられる。複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は、透光性を有する導電材料で形成され、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等が用いられる。

【0034】

図４に示すように、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は、第１基板１１の同一面上に設けられ、少なくとも表示パネル５０の表示領域ＡＡと重なる領域に配列される。複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は、それぞれ第２方向Ｄｙに延在し、第１方向Ｄｘで間隔を有して交互に配列される。すなわち、第１方向Ｄｘで第１電極１２、第２電極１３、第１電極１２、第２電極１３、・・・のように配列される。このような構成により、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給されると、第１電極１２と第２電極１３との間に、第１方向Ｄｘに横電界が発生する。

【0035】

図３に戻って、第１配向膜１４は、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３を覆って、第１基板１１の上に設けられる。第１配向膜１４は、液晶層１５の液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜である。

【0036】

第２基板１８は、第１基板１１と対向して配置され、第３方向Ｄｚで第１基板１１と第２偏光板２２との間に配置される。第２基板１８は、透光性を有する絶縁基板であり、例えばガラスや樹脂等で形成される。本実施形態では、第２基板１８には電極が設けられていない。第２配向膜１７は、第２基板１８の下面、すなわち、第２基板１８の第１基板１１と対向する面に設けられる。第２配向膜１７には、ラビング処理等により第１方向Ｄｘに平行な配向軸が形成されている。

【0037】

液晶層１５は、第１基板１１と第２基板１８との間に設けられる。より詳細には、液晶層１５は、第１配向膜１４と第２配向膜１７との間に設けられる。液晶層１５は、誘電率異方性が正の液晶分子１６を有する。液晶分子１６は、長軸ＬＡを有する棒状であり、液晶分子１６の長軸ＬＡに沿った方向の誘電率ε１は、液晶分子１６の長軸ＬＡに直交する短軸方向での誘電率ε２よりも大きい（ε１＞ε２）。

【0038】

液晶層１５の液晶分子１６は、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給されない状態、すなわち横電界が発生しない状態でハイブリッド配向される。ここでハイブリッド配向とは、一対の基板間に挟持された長軸ＬＡを有する液晶分子１６が、該長軸ＬＡの方向が、一方の基板側では該基板に対して平行になり、他方の基板側では該基板に対して垂直になるように配向されている状態をいう。

【0039】

図３に示すように、液晶分子１６の長軸ＬＡと、第１基板１１の表面に平行な方向（例えば第１方向Ｄｘ）との間に形成される傾斜角が、第３方向Ｄｚに沿って連続的に変化する。ハイブリッド配向された状態で、液晶層１５の液晶分子１６の傾斜角は、第１基板１１側では比較的大きく形成され、第１基板１１の表面に平行な方向に対してほぼ垂直となるように配向している。また、液晶層１５の液晶分子１６の傾斜角は、第２基板１８側では比較的小さく形成され、第１基板１１の表面に平行な方向に対してほぼ平行となるように配向している。

【0040】

図４及び図５に示すように、平面視での液晶分子１６の配向方向ＨＸ１は第１方向Ｄｘに沿った方向である。すなわち、液晶分子１６の配向方向ＨＸ１は、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３の配列方向に沿って設けられる。また、液晶分子１６の配向方向ＨＸ１は、第１偏光板２１の第１吸収軸ＡＸ１及び第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２と直交して配置される。又は、液晶分子１６の配向方向ＨＸ１は、第１偏光板２１の第１吸収軸ＡＸ１及び第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２と平行に配置されてもよい。

【0041】

制御回路７０（図１参照）は、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３の駆動を制御することで、第１視野角制御パネル２０の視野角を切り替える。具体的には、制御回路７０により、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給されていない状態（以下、「第１状態」と表す）では、液晶層１５の液晶分子１６は図３に示すようにハイブリッド配向される。制御回路７０により、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給された状態（以下、「第２状態」と表す）では、液晶層１５の液晶分子１６の長軸ＬＡは横電界に沿って配向される。

【0042】

言い換えると、液晶層１５は、液晶分子１６の長軸ＬＡと、第１基板１１の表面に平行な方向との間に形成される傾斜角が、第１基板１１に垂直な方向に沿って連続的に変化する第１状態と、液晶分子１６の長軸ＬＡが、横電界に沿った方向に配向される第２状態と、に切り替えられる。

【0043】

以上のような構成により、光学素子１０は、第１視野角制御パネル２０の複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３の駆動を制御することで、第１状態では液晶分子１６がハイブリッド配向され、視野角を狭くして画像を表示することができる。また、第２状態では液晶分子１６が実質的に第１基板１１の表面に平行な方向に配向され、視野角を広くして画像を表示することができる。

【0044】

また、液晶層１５は、誘電率異方性が正の液晶分子１６を有するので、誘電率異方性が負の液晶分子を用いた場合に比べて粘性が低く、電圧のオンオフ切り替えに対して良好な応答性を有する。また、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は横電界を発生するように構成されているので、第２状態では液晶層１５の液晶分子１６は、実質的に第１基板１１の表面に平行な方向に配向する。このため、Ｃプレート等の視野角補償用フィルムが不要であり、より簡易な構成で視野角を制御することができる。

【0045】

（実施例）
図６は、実施例１及び実施例２に係る表示装置の、明るさと極角との関係を示すグラフである。図７は、実施例１に係る表示装置の、第１状態での明るさの視野角依存性を示す図である。図８は、実施例１に係る表示装置の、第２状態での明るさの視野角依存性を示す図である。図９は、実施例２に係る表示装置の、第２状態での明るさの視野角依存性を示す図である。

【0046】

実施例１及び実施例２に係る光学素子１０の積層構成は、いずれも図１から図５に示した例と同様である。実施例１及び実施例２は、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３の配置間隔Ｐｘ（図４参照）が異なる。実施例１では、第１方向Ｄｘで隣り合う第１電極１２と第２電極１３との配置間隔Ｐｘが１２μｍである。実施例２では、第１方向Ｄｘで隣り合う第１電極１２と第２電極１３との配置間隔Ｐｘが２４μｍである。

【0047】

図６に示すグラフ１は、横軸が極角θ（°）であり、縦軸が明るさ（ａ．ｕ．）である。図６は、実施例１及び実施例２の正面方向（極角θ＝０°）での明るさを同等とした場合の、相対的な明るさの極角依存性のシミュレーション結果を示している。

【0048】

図７から図９では、各極角及び各方位角について、等しい明るさを示す領域を結ぶ等光線を示している。図７から図９において、方位角φは、第１方向Ｄｘに平行な方向に対してなす角度である。図７から図９各図で、円の中心に対して右側（第１方向Ｄｘの一方）が方位角φ＝０°であり、円の中心に対して左側（第１方向Ｄｘの他方）が方位角φ＝１８０°である。円の中心に対して上側（第２方向Ｄｙの一方）が方位角φ＝９０°であり、円の中心に対して下側（第２方向Ｄｙの他方）が方位角φ＝２７０°である。また、円の中心が表示装置１００（光学素子１０）の法線方向（極角θ＝０°）に相当し、法線方向を中心とした同心円（点線で示す）は、それぞれ極角θ＝２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。また、図６に示すグラフ１は、第２方向Ｄｙ（方位角φ＝９０°から方位角φ＝２７０°の方向）での極角依存性を示している。

【0049】

図６に示すように、実施例１において、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給されていない第１状態で、高極角側で明るさが抑制される。具体的には、第１状態では、極角θ＝－５０°以下、及び、極角θ＝５０°以上の範囲で明るさが抑制される。

【0050】

図７に示すように、実施例１では、第１状態で、明るさの方位角依存性を有する。具体的には、第１状態の実施例１は、第１方向Ｄｘ（方位角φ＝０°から方位角φ＝１８０°の方向）で、広い視野角を有する。これに対し、第１状態の実施例１は、第２方向Ｄｙ（方位角φ＝９０°から方位角φ＝２７０°の方向）で、狭い視野角を有する。

【0051】

図６に示すように、実施例１において、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給された第２状態では、第１状態に比べて広視野角を実現できる。具体的には、第２状態では、極角θ＝０°を除くほとんどの極角θの範囲で第１状態よりも明るくなる。特に第２状態では、極角θ＝－５０°、及び、極角θ＝５０°の近傍で第１状態の明るさに対するコントラスト比が大きくなる。

【0052】

図７に示すように、実施例１では、第２状態で、全ての方位角φで広視野角を実現できる。また、実施例１の第２状態は、明るさの方位角依存性が対称性を有する。具体的には、実施例１の第２状態は、極角θ＝０°を通り第２方向Ｄｙに平行な基準線に対して、実質的に線対称となる明るさの視野角依存性を有する。実施例１の第２状態は、極角θ＝０°を通り第１方向Ｄｘに平行な基準線に対して、実質的に線対称となる明るさの視野角依存性を有する。

【0053】

これにより、実施例１の表示装置１００は、光学素子１０の方位角φ＝０°、１８０°方向が表示装置１００の上下方向に配置されることで、第１状態では正面方向（極角θ＝０°）での画像の明るさを確保しつつ、左右方向から画像を見えなくする狭視野角を実現できる。また、実施例１の表示装置１００は、第２状態では正面方向及び左右方向から画像を視認できる広視野角を実現できる。

【0054】

なお、図６では、実施例２の第１状態での明るさの極角依存性を省略しているが、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給されていない第１状態では、実施例２の明るさの極角依存性は、実施例１の明るさの極角依存性と実質的に同等となる。

【0055】

図６及び図９に示すように、実施例２において、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給された第２状態では、実質的に実施例１の第２状態と同等の明るさの視野角依存性を有する。すなわち、実施例２の第２状態においても、第１状態に比べて広視野角を実現できる。

【0056】

実施例１、２に示すように、第１電極１２と第２電極１３との配置間隔Ｐｘを異ならせた場合であっても、第１状態と第２状態とで視野角を制御できることが示された。また、図８及び図９に示すように、実施例１及び実施例２の、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３に電圧が供給された第２状態で、極角θ＝０°に対して斜め方向（例えば方位角φ＝＋４５°）で、連続的に明るさが変化する極角依存性を示しており、局所的に明るくなる、あるいは局所的に暗くなる等の明るさの分布が生じていない。したがって、実施例１及び実施例２では、Ｃプレート等の視野角補償用フィルムを設けることなく、良好な画像の表示を実現できることが示された。

【0057】

なお、上述した第１実施形態及び各実施例はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、第１電極１２と第２電極１３との配置間隔Ｐｘは、１２μｍ又は２４μｍに限定されない。また、第１電極１２及び第２電極１３は、横電界が発生できるように構成されていればよく、どのような形状や配置であってもよい。

【0058】

（第１変形例）
図１０は、第１変形例に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0059】

図１０に示すように、第１変形例に係る光学素子１０Ａは、上述した第１実施形態に比べて、第１視野角制御パネル２０Ａの第１電極１２Ａ及び第２電極１３Ａの構成が異なる。具体的には、第２電極１３Ａは、第１基板１１の第２基板１８と対向する面に設けられる。絶縁膜１９は、第２電極１３Ａを覆って設けられる。複数の第１電極１２Ａは、絶縁膜１９の上に設けられる。第３方向Ｄｚで、第１基板１１、第２電極１３Ａ、絶縁膜１９、複数の前記第１電極１２Ａの順に積層される。

【0060】

第２電極１３Ａは、所定の基準電位が供給され複数の第１電極１２Ａに対する共通電極として設けられる。図１０では、複数の第１電極１２Ａに対して１つの第２電極１３Ａが設けられているが、これに限定されず、複数の第２電極１３Ａが設けられていてもよい。

【0061】

このような構成により、複数の第１電極１２Ａ及び第２電極１３Ａに電圧が供給されると、第１電極１２Ａと第２電極１３Ａとの間に、フリンジ電界が発生する。第１変形例では、液晶層１５の液晶分子１６は、第１電極１２Ａと第２電極１３Ａとの間に形成されるフリンジ電界により駆動される。

【0062】

（第２変形例）
図１１は、第２変形例に係る光学素子の構成例を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、第２変形例に係る光学素子１０Ｂは、上述した第１実施形態に比べて、第１視野角制御パネル２０Ｂの第１基板１１及び第２基板１８のそれぞれに電極が設けられる構成が異なる。具体的には、複数の第１電極１２及び複数の第２電極１３は、第１基板１１の第２基板１８と対向する面に設けられ、第１方向Ｄｘで交互に配置される。さらに、複数の第１電極１２Ｂ及び複数の第２電極１３Ｂは、第２基板１８の第１基板１１と対向する面に設けられ、第１方向Ｄｘで交互に配置される。

【0063】

第２基板１８に設けられた複数の第１電極１２Ｂは、それぞれ第１基板１１の複数の第１電極１２と重なる位置に配置される。また、第２基板１８に設けられた複数の第２電極１３Ｂは、それぞれ第１基板１１の複数の第２電極１３と重なる位置に配置される。

【0064】

このような構成により、複数の第１電極１２、１２Ａ及び第２電極１３、１３Ａに電圧が供給されると、第１電極１２と第２電極１３との間に横電界が発生し、かつ、第１電極１２Ａと第２電極１３Ａとの間に横電界が発生する。第２変形例では、液晶層１５の液晶分子１６は、第１電極１２と第２電極１３との間に形成される横電界、及び、第１電極１２Ｂと第２電極１３Ｂとの間に形成される横電界により駆動される。

【0065】

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。図１３は、第２実施形態に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【0066】

図１２及び図１３に示すように、第２実施形態に係る表示装置１００Ａは、さらに、第４偏光板２４と、第２視野角制御パネル３１と、第５偏光板２５と、１／２波長板３２と、を有する。照明装置６０と光学素子１０との間に、第４偏光板２４、第２視野角制御パネル３１、第５偏光板２５、１／２波長板３２の順に積層される。

【0067】

第２視野角制御パネル３１は、ＴＮ型の液晶層を有する。すなわち、第２視野角制御パネル３１において、上下の配向膜にそれぞれ配向処理を行うことで、液晶層の液晶分子は、平面視で、上下基板間で連続的に９０°ねじれるように配向される。また、１／２波長板３２は、透過する光に対して１／２波長の位相差を与える。

【0068】

図１３に示すように、第４偏光板２４の第４吸収軸ＡＸ４は、第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５と直交して配置される。第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５は、光学素子１０の第１偏光板２１の第１吸収軸ＡＸ１に対して、方位角φ＝４５°を有して配置される。１／２波長板３２の延伸軸方向ＬＸ１は、第１偏光板２１の第１吸収軸ＡＸ１と第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５との中間に配置される。このような構成により、第２実施形態では、光学素子１０の第１偏光板２１に入射する光の偏光状態を適切に調整することができる。

【0069】

（第２実施形態の第３変形例）
図１４は、第２実施形態の第３変形例に係る表示装置を模式的に示す断面図である。図１５は、第２実施形態の第３変形例に係る表示装置の、各偏光板の吸収軸の方位と、第１視野角制御パネルの液晶層の配向の方位との関係を説明するための説明図である。

【0070】

図１４及び図１５に示すように、第２実施形態の第３変形例に係る表示装置１００Ｂは、光学素子１０と表示パネル５０との間に、１／２波長板３２、第４偏光板２４、第２視野角制御パネル３１、第５偏光板２５、１／２波長板３３、第６偏光板２６の順に積層される。

【0071】

図１５に示すように、第４偏光板２４の第４吸収軸ＡＸ４は、光学素子１０の第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２に対して、方位角φ＝４５°を有して配置される。１／２波長板３２の延伸軸方向ＬＸ１は、第２偏光板２２の第２吸収軸ＡＸ２と第４偏光板２４の第４吸収軸ＡＸ４との中間に配置される。第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５は、第４偏光板２４の第４吸収軸ＡＸ４と直交して配置される。第６偏光板２６の第６吸収軸ＡＸ６は、第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５と直交して配置される。１／２波長板３３の延伸軸方向ＬＸ２は、第５偏光板２５の第５吸収軸ＡＸ５と第６偏光板２６の第６吸収軸ＡＸ６との中間に配置される。このような構成により、第２実施形態の第３変形例では、光学素子１０を透過して、表示パネル５０に入射する光の偏光状態を適切に調整することができる。

【0072】

第２実施形態及び第３変形例では、第１実施形態に示した光学素子１０を有する構成について説明した。ただし、これに限定されず、第２実施形態及び第３変形例では、第１変形例又は第２変形例に係る光学素子１０Ａ、１０Ｂと組み合わせることもできる。

【0073】

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

【符号の説明】

【0074】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 光学素子
１１ 第１基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ 第１電極
１３、１３Ａ、１３Ｂ 第２電極
１４ 第１配向膜
１５ 液晶層
１６ 液晶分子
１７ 第２配向膜
１８ 第２基板
２０、２０Ａ、２０Ｂ 第１視野角制御パネル
２１ 第１偏光板
２２ 第２偏光板
２３ 第３偏光板
２４ 第４偏光板
２５ 第５偏光板
２６ 第６偏光板
３１ 第２視野角制御パネル
３２、３３ １／２波長板
５０ 表示パネル
６０ 照明装置
７０ 制御回路
１００、１００Ａ、１００Ｂ 表示装置
ＡＸ１ 第１吸収軸
ＡＸ２ 第２吸収軸
ＨＸ１ 配向方向
ＬＸ１、ＬＸ２ 延伸軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】