JP2007033855A - 表示装置の輝度調整装置および輝度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デュアルビューディスプレイの左右で異なるバックライト輝度を実現することができ、片方の映像だけ輝度を下げて表示可能な「表示装置の輝度調整装置および輝度調整方法」を提供する。
【解決手段】 電圧の印加に応じて透光率と視野角とが変化するように構成された液晶シャッタ２と、液晶シャッタ２に対する印加電圧を制御する電圧制御部４とを備え、液晶シャッタ２に対して電圧を印加することにより、バックライト１から所定の方向に向かう偏光を減光し、所定の方向に対する輝度を下げるように制御することにより、所定の方向から見た表示画像だけが暗くなるようにして、デュアルビューディスプレイの一方の映像だけ輝度を下げて表示することができるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は表示装置の輝度調整装置および輝度調整方法に関し、例えば、１つの表示画面において観察する方向により異なる映像を見ることができるように成された、いわゆるデュアルビューディスプレイの輝度調整に関するものである。

従来、１つの表示画面において観察する方向により異なる映像を見ることができるように成されたデュアルビューディスプレイが提供されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、デュアルビューディスプレイをカーナビゲーションシステムの車載用表示装置として用いた場合、運転者側にはナビゲーション情報を表示し、運転者以外の同乗者にはテレビ映像やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）映像などを表示することが可能となる。
特開２００４−２３３８１６号公報

ところで、車載用表示装置として多く使われるＬＣＤ（液晶表示装置）は、周囲の明るさにより表示内容の見やすさ（視認性）が変化する。このため、車載用の表示装置では、視認性向上のために、走行状況や走行時間帯に応じて変化する周囲照度に基づいて、ＬＣＤのバックライト輝度を所定の値に制御することが行われている。また、夜間はヘッドライトを点灯して走行するため、ヘッドライトの点灯に応じてバックライト輝度を所定の値に制御するものもある。このバックライト輝度の自動調整のために、自動調光装置が用いられている。

この自動調光装置では、ある周囲照度に対して最も適したバックライト輝度となるように、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。すなわち、センサにより検出した周囲照度やヘッドライトの点灯の有無に応じてＰＷＭ信号のパルス幅をリアルタイムに決定し、バックライトの駆動部をそのパルス幅に応じてスイッチング制御する。これにより、周囲照度が低い場合（ヘッドライトの点灯時）にはバックライトが暗く、周囲照度が高い場合（ヘッドライトの消灯時）にはバックライトが明るくなるように、バックライト輝度をリニアに調整する。

しかしながら、デュアルビューディスプレイでは、１つのバックライトを左右の映像で共有しているため、バックライト輝度はいつも左右同じ状態である。そのため、周囲が暗くなってバックライト輝度が低くされると、運転者側のナビゲーション画像だけでなく、同乗者側のテレビ映像等の輝度も低くなってしまう。ところが、バックライト輝度が低い状態では、映像の諧調が正確に表現できず、もともと輝度が低い映像の場合は暗い部分が黒く潰れてしまうという問題があった。

なお、運転席側に表示される画像自体のコントラストやブライトを調整することにより、運転席側の画像のみを暗く調整することは可能である。しかしながら、この方法では、絶対黒（黒１００％）の明るさを変化させることはできない。つまり、バックライトの輝度を落とさなければ、絶対黒の明るさを落とすことができないという問題があった。

また、画像の明るさを制御する手段として、液晶シャッタ等から成る減光フィルタをＬＣＤに配置し、減光フィルタに印加する電圧で当該減光フィルタの光の透過率を制御することにより、表示画像全体の明るさを輝度の低いレベルから輝度の高いレベルまでコントロールできるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１２３３４２号公報

しかしながら、この特許文献２に記載の技術は、表示画像全体の明るさを制御するものであり、デュアルビューディスプレイにおける一方の画像の輝度のみを制御することはできない。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、デュアルビューディスプレイの左右で異なるバックライト輝度を実現することができ、片方の映像だけ輝度を下げて表示できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、電圧の印加に応じて透光率と視野角とが変化するように構成された液晶シャッタと、液晶シャッタに対する印加電圧を制御する電圧制御部とを備え、液晶シャッタに対して電圧を印加することにより、液晶表示装置の光源から偏光フィルタを通過して所定の方向に向かう偏光を減光し、所定の方向に対する輝度を下げるようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、液晶シャッタに電圧が印加されていない状態では、一方の偏光フィルタを通過した偏光は何れも他方の偏光フィルタを通過するので、表示画像の全体が明るく表示される。一方、液晶シャッタに電圧を印加すると、液晶分子の配列が変化し、一方の偏光フィルタを通過して特定の方向から入射した偏光は他方の偏光フィルタを通過することができなくなる。このため、この方向から見た映像は暗くなる。したがって、液晶シャッタに電圧を印加したときにデュアルビューディスプレイの一方の映像だけが暗くなるようにすることができ、一方の映像だけ輝度を下げて表示することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による輝度調整装置を備えた液晶表示装置の概略構成例を示す図である。図１において、１は液晶ディスプレイの裏面に配置されているバックライト（本発明の光源に相当する）、２は電圧の印加に応じて透光率と視野角とが変化するように構成された液晶シャッタ、３はデュアルビューディスプレイとして用いる液晶パネル、４は液晶シャッタ２に対する印加電圧を制御する電圧制御部である。液晶シャッタ２は、バックライト１と液晶パネル３との間に配置されている。

図２は、視差バリアを用いたデュアルビューディスプレイの原理を説明するための図である。図２に示すように、デュアルビューディスプレイは、スイッチ液晶１０１とＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶１０２との組み合わせにより構成されている。

スイッチ液晶１０１には、光学的な視差バリア１０３が等しい間隔を空けて複数設けられている。視差バリア１０３は、バックライト１からの光の進行方向を制御し、左右の観察位置１０６，１０７に異なる光が届くように光を分離している。また、ＴＦＴ液晶１０２では、交互に配置された左用画素群１０４と右用画素群１０５とにそれぞれ左用画像と右用画像とを交互に表示している。

視差バリア１０３を通過して左用画素群１０４を通った光は左の観察位置１０６に届き、視差バリア１０３を通過して右用画素群１０５を通った光は右の観察位置１０７に届く。これにより、１つのＴＦＴ液晶１０２の表示画面上において、観察する方向により異なる映像を見ることができる。

図３は、液晶シャッタ２の断面構造を示す図である。図３において、１１ａ，１１ｂは偏光フィルタ、１２ａ，１２ｂはガラス基板、１３ａ，１３ｂは透明電極、１４ａ，１４ｂは配向膜、１５はスペーサ、１６は液晶である。このように、偏光フィルタ１１ａ，１１ｂ、ガラス基板１２ａ，１２ｂ、透明電極１３ａ，１３ｂ、配向膜１４ａ，１４ｂはそれぞれ一対を成しており、これらによって中央の液晶１６をサンドイッチ状に挟むように層を構成している。

偏光フィルタ１１ａ，１１ｂは、出入りする光をコントロールするもので、それぞれの偏光方向が９０度ねじれた関係となるように配置されている。配向膜１４ａ，１４ｂは、液晶１６の分子を一定方向に並べるための膜で、それぞれの溝の方向が９０度ねじれた関係となるように配置されている。

図４は、液晶分子の配列を示す図である。図４に示すように、一定方向に微細な溝のある配向膜１４ａ，１４ｂに液晶１６を接触させると、液晶分子は溝に沿って並ぶ。溝の向きを９０度変えた２枚の配向膜１４ａ，１４ｂで液晶１６を挟むことにより、スペーサ１５によって確保された層内で、液晶分子は図４のように９０度ねじれて配列する。

このように分子の配列が９０度ねじれた状態の液晶１６に光を通すと、光は液晶分子が並ぶ隙間に沿って９０度ねじれて通っていく。偏光方向を直交させた２枚の偏光フィルタ１１ａ，１１ｂの間にねじれた液晶１６を挟むと、一方の偏光フィルタ１１ａから入ったバックライト１からの光は、液晶分子の隙間に沿って９０度ねじれた状態で他方の偏光フィルタ１１ｂに到達するので、他方の偏光フィルタ１１ｂを通過することができる。

一方、液晶シャッタ２に電圧をかけると、液晶分子の配列が変わる。すなわち、液晶分子は、偏光フィルタ１１ａ，１１ｂに対して印加電圧の大きさに応じた角度を持って配列するようになる。本実施形態では、電圧制御部４が印加電圧の大きさを制御することにより、図５に示すように、液晶１６の分子が偏光フィルタ１１ａ，１１ｂに対して０度（平行）〜９０度（直角）の間の所定の角度（例えば、４５度程度）を持つようにする。

図５において、矢印Ａは一方の偏光フィルタ１１ａの透過軸、矢印Ｂは他方の偏光フィルタ１１ｂの透過軸を示しており、これらは９０度ねじれた状態となっている。矢印Ｃ，Ｄは一方の偏光フィルタ１１ａを通過して出てくる偏光の振動方向、矢印Ｅ，Ｆは他方の偏光フィルタ１１ｂに到達する偏光の振動方向を示している。

液晶１６に対する印加電圧がオフのときは、液晶分子は偏光フィルタ１１ａ，１１ｂに平行になっている。そのため、バックライト１から発光された光はどの方向から一方の偏光フィルタ１１ａを通っても、液晶１６を通過することで９０度ねじれて、他方の偏光フィルタ１１ｂを通過する。これにより、表示画像の全体が明るく表示される。

一方、液晶１６に電圧を印加して液晶分子の配列を変化させた場合、一方の偏光フィルタ１１ａから出た偏光がこの状態の液晶１６を通過すると、実線矢印Ｘのような特定の方向では偏光が９０度ねじれて、他方の偏光フィルタ１１ｂを完全に通過する（矢印Ｃ，Ｆ参照）。この結果、実線矢印Ｘの方向から来る光を逆方向から見た場合、観察者にはその部分は明るく見えるようになる。

これに対して、点線矢印Ｙのような特定の方向から来る偏光は、９０度まではねじれることなく液晶１６を通過する（矢印Ｄ，Ｅ参照）。そのため、そのような方向の偏光は、他方の偏光フィルタ１１ｂを完全には通過することができない。この結果、点線矢印Ｙの方向から来る光を逆方向から見た場合、観察者にはその部分は暗く見えるようになる。

このように、本実施形態では、液晶シャッタ２に電圧を印加して液晶分子の配列を変化させることにより、偏光の透光率と視野角とが変化するように制御している。すなわち、液晶シャッタ２に対して電圧を印加することにより、バックライト１から一方の偏光フィルタ１１ａを通過して所定の方向に向かう偏光を減光し、所定の方向に対する輝度を下げるようにしている。

これにより、図６に示すように、１つのバックライト１を用いながらも、デュアルビューディスプレイの左右で異なるバックライト輝度を実現することができる。例えば、助手席側の映像はバックライト輝度を下げず、運転席側の映像だけバックライト輝度を下げるようにすることができる。映像信号の調整で輝度を下げている訳ではないので、絶対黒の輝度も下げることが可能である。

液晶シャッタ２に電圧を印加したときの視野角依存性は、液晶１６の視野角がもともと広くないタイプのものを用いると大きくなる。そのため、液晶シャッタ２に用いる液晶１６は、アクティブマトリクス駆動方式のＴＦＴ（Thin Film Transistor）型やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型に比べて視野角が狭い、パッシブマトリクス駆動方式のＴＮ（Twisted Nematic）型液晶やＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶であることが好ましい。

なお、上記実施形態では、バックライト１と液晶パネル３（デュアルビューディスプレイ）との間に液晶シャッタ２を配置する例について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、バックライト１、液晶パネル３、液晶シャッタ２の順に配置するようにしても良い。

また、上記実施形態では、バックライト１を備えた透過型液晶ディスプレイに本発明の輝度調整装置を適用する例について説明したが、外光の反射で表示を行う反射型液晶ディスプレイや、反射型と透過型を融合して、暗いところではバックライトを、明るいところでは外光を利用する半透過型液晶ディスプレイに本発明を適用しても良い。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、光源からの光をコントロールすることによって表示画像の輝度を調整する装置に有用である。

本実施形態による輝度調整装置を備えた液晶表示装置の概略構成例を示す図である。 デュアルビューディスプレイの構成例を示す図である。 本実施形態による液晶シャッタの断面構造を示す図である。 液晶シャッタに電圧を印加していないときの液晶分子の配列を示す図である。 液晶シャッタに電圧を印加したときの液晶分子の配列を示す図である。 デュアルビューディスプレイの表示状態の例を示す図である。

符号の説明

１ バックライト
２ 液晶シャッタ
３ 液晶パネル
４ 電圧制御部
１１ａ，１１ｂ 偏光フィルタ
１４ａ，１４ｂ 配向膜
１６ 液晶

Claims (5)

1. 電圧の印加に応じて透光率と視野角とが変化するように構成された液晶シャッタと、
   上記液晶シャッタに対する印加電圧を制御する電圧制御部とを備えたことを特徴とする表示装置の輝度調整装置。
2. 上記液晶シャッタは、光源と液晶パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置の輝度調整装置。
3. 上記液晶シャッタは、偏光方向が９０度ねじれた関係に配置された２枚の偏光フィルタと、
   上記２枚の偏光フィルタの間に配置された液晶とを備え、
   上記液晶に対して印加される電圧に応じて液晶分子の配列を変化させることによって偏光を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置の輝度調整装置。
4. 上記液晶はＴＮ型液晶であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置の輝度調整装置。
5. 電圧の印加に応じて透光率と視野角とが変化するように構成された液晶シャッタを備えた液晶表示装置において、
   上記液晶シャッタに対して電圧を印加することにより、上記液晶表示装置の光源から偏光フィルタを通過して所定の方向に向かう偏光を減光し、所定の方向に対する輝度を下げるようにしたことを特徴とする表示装置の輝度調整方法。

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