JP2006047550A - 視野角制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視野角を種々の範囲に設定して制御することができかつ視野角外から見たときに画像を完全に遮断することができる視野角制御装置を提供する。
【解決手段】 第一の偏光板、第一の液晶層、介在層、第二の液晶層及び第二の偏光板を含み、前記第一の液晶層及び第二の液晶層はそれぞれ複数の領域で配向が制御される、視野角制御装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は視野角制御装置に関する。本発明はより詳細には、電気的に瞬時に視野角を変えることができる、視野角制御装置に関する。

従来から、ディスプレイ装置において、ある場合には、複数人の人が画像を見ることができることが望まれ、また、他の場合には、プライバシー保護などの観点から、本人のみが画像を見ることができることが望まれる。このために、ディスプレイ装置の表面に視野角を制御するフィルムを配置することが行なわれている。

例えば、特許文献１は低光学密度層と高光学密度層を交互に有する特定の削成可能なビレットを開示している。このようなビレットを１ｍｍ未満の厚さに削成することでルーバーフィルムを得ることができる。このルーバーフィルムでは、フィルム平面に対して、ある角度以上の入射角の光では、交互に配列された低光学密度層と高光学密度層との屈折率の違いにより、光が透過できなくなり、結果として、ある角度以上では、ディスプレイを視認できなくなる。このようにして、ルーバーフィルムは視野角を制御することができる。視野角の範囲は低光学密度層及び高光学密度層の層の厚さによって決まり、厚さが薄いほど、視野角を狭くすることができる。このように、視野角はフィルムごとに一定であるから、視野角を変更したいときには、その所望の視野角に応じてフィルムを物理的に取り付けたり、取り外したりしなければならない。

一方、特許文献２は、情報を表示する情報表示手段と、上記情報表示手段の表示面に配設された視野角変更手段と、上記視野角変更手段の視野角を制御することにより、当該視野角変更手段を透過して視認される上記情報手段の視野角を変更する視野角制御手段とを具える携帯端末装置を開示している。この視野角変更手段は、具体的には、２枚のガラス基板と、このガラス基板の間に封入された液晶と、上記ガラス基板の外面にそれぞれ配置された２枚の偏光板と、上記２枚のガラス基板の内面全面にそれぞれ配置された２つの電極とを有する液晶板である。これらの全面にわたって配置された電極間に電圧を印加することで、液晶を１つの方向に配向させることで視野角を狭くすることが記載されている。すなわち、電圧を印加しない場合のオフ状態（広視野角モード）と電圧を印加した場合のオン状態（狭視野角モード）を電圧の有無で制御することが可能であると記載されている。しかし、このような構成では、視野角外の光の透過を完全に遮断することは不可能であり、したがって、狭視野角モードであっても、視野角外から見たときの表示画像を完全に隠すことは困難であると考えられる。

米国特許第４，１２８，６８５号明細書 特開２００４−６２０９４号公報

そこで、本発明は、視野角を種々の範囲に設定して制御することができかつ視野角外から見たときに画像を完全に遮断することができる視野角制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、１つの態様によると、第一の偏光板、第一の液晶層、介在層、第二の液晶層及び第二の偏光板を含み、前記第一の液晶層及び第二の液晶層はそれぞれ複数の領域で配向が制御される、視野角制御装置を提供する。

このような構成とすることにより、視野角を種々の範囲に設定して制御することができかつ視野角外から見たときに画像を完全に遮断することができる。

本発明の好適な実施形態につき、図面を参照しながら説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。図１は本発明の視野角制御装置の１態様の断面図であり、図２は本発明の視野角制御装置の分解模式図である。図１及び２において、視野角制御装置１０は、第一の偏光板１１、第一の液晶セル１２、介在層１３、第二の液晶セル１４及び第二の偏光板１５の順に配置されている。なお、作用原理を説明するために、液晶セルはツイストネマチック型（ＴＮ）液晶を用いたセルとする。また、図３は第一の液晶セル１２及び第二の液晶セル１４として使用することができる液晶セル（１２，１４）の断面図を示している。液晶セル（１２，１４）は液晶層１６が２枚のガラス基板などの光学的に透明な支持体１７及び１７’の間に配置されており、これらの支持体１７及び１７’にはそれぞれ電極１８及び１８’が配置されており、電極間に課される電圧によって、複数の領域ごとに液晶の配向が制御される。例えば、一方の支持体１７の内面には、複数のストライプ状の電極１８が配置されており、他方の支持体１７’の内面には上記電極１８と直交するように複数のストライプ状の電極１８’が配置されており、課される電圧によって領域ごとに液晶層１６の配向が制御される。或いは、一方の支持体１７の電極１８はエレメント電極であり、他方の支持体１７’の電極１８’は共通電極であってもよい。なお、電極にはＩＴＯ（インジウムスズオキサイド）などの透明電極が用いられるべきである。

図２を参照して、まず、光源からの円偏光の光は第一の偏光板１１を通過するときに直線偏光になる。この直線偏光の入射光は液晶セル１２に電圧を印加しない場合（オフ状態）ではツイストネマチック型液晶層１６によって偏光方向が９０°回転される。一方、この直線偏光の入射光は液晶セル１２に電圧を印加している場合（オン状態）ではツイストネマチック型液晶層１６によって偏光方向を変えずに出射される。第一の液晶セル１２からの直線偏光の出射光は介在層１３を通って第二の液晶セル１４に入る。この直線偏光の入射光は、上記と同様に、液晶セル１４に電圧を印加しない場合（オフ状態）ではツイストネマチック型液晶層１６によって偏光方向が９０°回転され、一方、この直線偏光の入射光は液晶セル１４に電圧を印加している場合（オン状態）ではツイストネマチック型液晶層１６によって偏光方向を変えずに出射される。第二の液晶セル１４を出た光は第二の偏光板１５に入る。ここで、第二の偏光板１５の偏光方向が第一の偏光板１１の偏光方向と同一の方向になるように配置されている。第二の液晶セル１４を出た直線偏光の光の偏光方向が第二の偏光板１５の偏光方向と一致する場合には光は透過する。一方、それらが直交する場合には光は透過しない。

上記の構成では、第一の液晶セル１２と第二の液晶セル１４の両方が「オン状態」である場合には、液晶セルにおいて、偏光方向が変化しないので、第一の偏光板から出てくる光の偏光方向と、第二の偏光板に入る光の偏光方向が一致しており、光は透過する。また、第一の液晶セル１２と第二の液晶セル１４の両方が「オフ状態」である場合には、２つの液晶セルにおいて、偏光方向が９０°ずつ回転して、１８０°回転するので、第一の偏光板から出てくる光の偏光方向と、第二の偏光板に入る光の偏光方向が一致しており、光は透過する。一方、第一の液晶セル１２と第二の液晶セル１４の一方が「オフ状態」で、他方が「オン状態」である場合には、偏光方向が９０°だけ回転するので、第二の偏光板に入る光の偏光方向は第二の偏光板の偏光方向と直交する関係になり、光は遮断される。

本発明の視野角制御装置では、上記の原理に基づいて、第一の液晶層の配向と、第二の液晶の配向を制御することで視野角を制御することができる。本発明では、視野角を種々の範囲に設定して制御することができかつ視野角外から見たときに画像を完全に遮断することができる。

図４は視野角制御装置の種々の運転モードを示している。図４（ａ）は第一の液晶セル１２及び第二の液晶セル１４の全てのエレメント領域において、電圧が課されていない状態（オフ状態）である。この場合には、図４（ａ）に示すように、偏光板１１を通過した直線偏光の入射光は、第一の液晶セル１２に対していかなる角度で入射しても、第一の液晶１２及び第二の液晶１４をそれぞれオフ状態で１回ずつ、計２回通過する。このため、入射光の直線偏光は２つの液晶セルを通過する際に１８０°回転して、入射光と同一の直線偏光となる。したがって、第一の偏光板１１の偏光方向と第二の偏光板１５の偏光方向が同一であれば、いかなる角度で光が入射しても光は透過する（光透過モード）。図４（ｂ）は第一の液晶セル１２及び第二の液晶セル１４の全てのエレメント領域において、電圧が課されている状態（オン状態）である。この場合には、図４（ｂ）に示すように、偏光板１１を通過した直線偏光の入射光は、液晶セル１２に対していかなる角度で入射しても、第一の液晶１２及び第二の液晶１４をそれぞれオン状態で１回ずつ、計２回通過する。このため、入射光の直線偏光は２つの液晶セルを通過する際に回転せず、入射光と同一の直線偏光となる。したがって、第一の偏光板１１の偏光方向と第二の偏光板１５の偏光方向が同一であれば、いかなる角度で光が入射しても光は透過する（光透過モード）。このため、図４（ａ）及び（ｂ）の場合には、視野角制御装置を通過する光を遮断することがないので、ディスプレイ装置（図示せず）からの画像情報を高視野角で視認することができる（高視野角モード又は光透過モード）。

一方、図４（ｃ）は、第一の液晶セル１２及び第二の液晶セル１４の一方の全てのエレメント領域において、電圧が課されている状態（オン状態）（本図では第一の液晶セル１２）であり、他方の全てのエレメント領域において、電圧が課されていない状態（オフ状態）（本図では第二の液晶セル１４）である場合を示している。このような場合には、第一の液晶セル１２に対していかなる角度で入射しても、オフ状態で１回通過することになる。このため、入射光の直線偏光は２つの液晶セルを通過する際に９０°回転して、入射光の偏光に対して直交した直線偏光となる。したがって、第一の偏光板１１の偏光方向と第二の偏光板１５の偏光方向が同一であれば、いかなる角度で光が入射しても光は透過せずに遮断される（光不透過モード）。

さらに、図４（ｄ）において、第一の液晶セル１２及び第二の液晶セル１４の各々において、オン状態の領域と、オフ状態の領域を交互に形成すると、上記と同様の理由から、実線の入射角の光は透過するが、点線の入射角の光は遮断される。このように、視野角は角度θとなり、それより広い角度ではディスプレイからの画像情報を視認できない（視野角制限モード：中視野角）。さらに、図４（ｅ）に示すように、第一の液晶セルにおいて、オン状態の領域と、オフ状態の領域の間隔を狭くすると、視野角はさらに狭いθ’となり、それより広い角度からはディスプレイからの画像情報を視認できない（視野角制限モード：狭視野角）。但し、これらの視野角制限モードにおいて、さらに広い角度では、第１の液晶セル及び第２の液晶セルの両方がオン状態または両方がオフ状態で光が通過することがある。この場合には、再び光が透過されてしまう。θまたはθ’よりも広い角度で全く視認できないようにするには、各エレメント電極の幅などの寸法と、介在層の光学距離などを最適な値とする必要がある。

一方、図４（ｆ）に示すように、視野角制御装置１０の正面から見て、第一の液晶セル１２と、第二の液晶セル１４との対応する位置において、一方がオン状態で、他方がオフ状態となるようにすると、装置正面からは視認することができず、斜めからの角度のみに視野角を設けることも可能である（正面不透過モード）。

本発明の視野角制御装置は、上記のとおり、電気的に視野角を制御することができる。このため、１つの装置で、所望の視野角の範囲を容易に得ることができる。

以上、本発明の視野角制御装置を原理に基づいて詳細に説明してきた。本発明の装置では、第一の偏光板及び第二の偏光板は、液晶ディスプレイパネルに使用されているような、通常の偏光板を使用することができる。また、第一の液晶セル及び第二の液晶セルとしては、液晶層の液晶の配向方向を制御することができる限り、限定されることなく、液晶ディスプレイパネルに使用されているような通常の液晶セルが使用できる。さらに、介在層は樹脂、ガラス、空気及び真空などの光学的に透明な層であればよい。なお、上記の議論から明らかなように、制御可能な視野角の範囲は液晶セルの配向を制御するための各エレメント電極の幅などの寸法と、介在層の厚さ方向の光学距離によって決まる。このため、薄型で硬い制御装置を得るためには屈折率の大きいガラスを用いることが考えられる。一方、ある程度の強度と可撓性が求められる場合には樹脂を用いることができる。

本発明の視野角制御装置は第一の偏光板、第一の液晶セル、介在層、第二の液晶セル、及び第二の偏光板の順に積層することで製造されうる。なお、介在層が空気又は真空である場合には、第一の液晶セルと第二の液晶セルとの間の周縁に樹脂或いはガラスなどのサポート材を配置して一定距離の介在層を形成することが考えられる。また、介在層には透明微小球体からなるスペーサーを若干量配置することで、介在層の距離を一定に保つことも考えられる。

本発明の視野角制御装置は、１つの実施形態としてディスプレイ装置の表示面に配置される。プライバシー保護のために他人から覗かれないようにするには、上記の視野角制限モードにすることができる。一方、複数の人が見ることができるようにするためには、高視野角モードに変更することができる。例えば、オートマチックテラーマシーン（ＡＴＭ）に設置されているディスプレイ装置では、普段は視野角を広くして宣伝効果を狙い、一方、顧客による暗証番号や入出金金額の入力などを行なう場合には視野角を制限するように制御することができる。なお、ディスプレイ装置が液晶パネルディスプレイである場合には、その表示面には、通常、偏光板が配置されている。このため、ディスプレイ装置の偏光板（ディスプレイ装置の前面偏光板）を本発明の視野角制御装置の第一の偏光板（後面偏光板）とみなすことができる。

本発明の視野角制御装置は目隠し用建材として使用されることもできる。具体的には、窓、内装部材が考えられる。上記の光透過モードにすれば、通常の窓ガラスのように使用でき、光不透過モードにすれば、ブラインドとして機能する。

第一の偏光板及び第二の偏光板として、ある直線偏光のみを透過する偏光板ＨＬＣ２−５６１８Ｓ（サンリッツ製粘着剤付偏光板）を用い、第一の液晶セル及び第二の液晶セルとして液晶ディスプレイパネル用液晶セルＰａｌｍ Ｖ（３ｃｏｍ社製）を用い、第一の偏光板、第一の液晶セル、第二の液晶セル及び第二の偏光板の順に並べて、本発明の視野角制御装置を形成した。なお、偏光板の厚さは約２００μｍ（偏光フィルムと粘着剤）であり、液晶セルの厚さは約１．１ｍｍ（ガラス支持体を含む）であり、第一の液晶セルと第二の液晶セルの間の介在層は空気であり、その間の距離を約１０ｍｍとした。また、液晶セルの画素数は１６０×１６０（有効表示面積は約５４．５ｍｍ×約５４．５ｍｍ）である。第一の液晶セル及び第二の液晶セルに電圧印加して、上記の図４に示されたとおりに、それぞれ液晶の配向を制御すると、高視野角モード（又は光透過モード）、光不透過モード、視野角制限モード（例えば、θ＝１２０度、すなわち、正面から約６０度で不透過となる）、正面不透過モードで制御できることがわかった。

本発明の視野角制御装置の１態様の断面図である。 図１に示す視野角制御装置の分解模式図である。 液晶セルの断面図である。 視野角制御装置の種々の運転モードの説明図である。

符号の説明

１０…視野角制御装置
１１…第一の偏光板
１２…第一の液晶セル
１３…介在層
１４…第二の液晶セル
１５…第二の偏光板
１６…液晶層
１７，１７’…支持体
１８，１８’…電極

Claims (5)

1. 第一の偏光板、第一の液晶層、介在層、第二の液晶層及び第二の偏光板を含み、前記第一の液晶層及び第二の液晶層はそれぞれ複数の領域で配向が制御され、前記介在層は光学的に透明である、視野角制御装置。
2. 前記第一の液晶層及び第二の液晶層はそれぞれ光学的に透明な２枚の支持体の間に配置されており、前記支持体にはそれぞれ電極が配置されており、電極間に課される電圧によって前記複数の領域ごとに液晶の配向が制御される、請求項１記載の視野角制御装置。
3. 前記介在層は樹脂、ガラス、空気及び真空からなる群より選ばれる光学的に透明な層である、請求項１又は２記載の視野角制御装置。
4. ディスプレイ装置の表示面に配置される、請求項１〜３のいずれか１項記載の視野角制御装置。
5. 目隠し用建材として使用される、請求項１〜３のいずれか１項記載の視野角制御装置。

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