JP2007017988A - 表示装置、液晶表示パネルおよび動作プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】通常表示動作モードと秘匿表示動作モード間を切り替え可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】空間光変調により画像を表示する液晶表示パネル１００と、液晶表示パネル１００を用いて表示される画像が広視野角から視認可能な第１モードによる第１配置と液晶表示パネル１００を用いて表示される画像が狭視野角のみから視認可能な第２モードによる第２配置との間で液晶を切り替える回路を配備し、パブリックおよびプライベートモードの面内切り替えを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置および表示装置に用いられる液晶表示パネルに関するものである。

コンピュータと併用されるモニタ、電話および携帯情報機器に内蔵されたスクリーンなどの電子表示装置は、通常、できるだけ多くの位置からディスプレイの表示内容を視認できるように、可能な限り視野角を広くする設計がなされている。

しかしながら、ある狭い角度範囲からのみの表示を視認可能とする方が、便利な状況もある。例えば、混雑した場所において、携帯機器に表示された機密文書または個人的分恣意を読んでいる場合、表示された文書が周囲の人に見られる危険性はできるだけ抑えたい。

したがって、２つの動作モード間で切り替え可能なディスプレイがあると便利である。「パブリック」モードでは、通常使用のために、ディスプレイは広視野角で動作する。「プライベート」モードでは、公共の場においても個人的な情報を読めるように、ディスプレイは狭視野角で動作する。

例えば、特定の安全なウェブページ（例えば銀行のウェブページ）にアクセスしたとき、または特定のＰＩＮ（暗証番号）（例えば銀行口座の暗証番号）をキーボードに入力したときに、ディスプレイは自動的にプライベートモードに切り替わる。プライベートモードでは、画面上にインジケータまたはアイコンが表示されて、プライベートモードが有効であることが示される。

この構想は、ユーザが秘密情報を視認するために用いるさまざまな装置に適用できるが、視認する人を管理することはできない。この種の装置の例としては、携帯電話、携帯態情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、現金自動預入支払機、および電子販売時点情報管理（ＥＰｏＳ）装置などが挙げられる。

表示を視認可能な角度または位置の範囲を制限する数多くの装置が知られている。

米国特許第６,５５２,８５０号には、現金引出機に個人情報を表示する方法が記載されている。現金引出機のディスプレイが発する光は、一定の偏光状態にある。現金引出機とそのユーザ（user）は、シート偏光子（sheet polariser）の大画面に囲まれる。通行人は、ユーザおよび現金引出機を見ることができるが、画面上に表示された情報を見ることができない。

光の方向を制御する方法としては、「ルーバー」フィルムを使用したものがある。このフィルムは、透明な層と不透明な層とが交互に配置されてなり、構造的にベネチアンブラインドと似ている。これらの透明層および不透明層は、フィルムの表面に直交していてもよいし、フィルムの表面に対し、ある角度をなしていてもよい。ベネチアンブラインドと同じく、ルーバーフィルムは、光が層の表面とほぼ平行に進む場合は光を透過させるが、層の表面に広い角度で入射する場合は吸収する。このようなフィルムの生成方法は、ＵＳＲＥ２７,６１７、米国特許第４,７６６,０２３号、および米国特許第４,７６４,４１０号に記載されている。

ルーバーフィルムに似た特性をもつフィルムの生成方法は他にもあり、例えば、米国特許第５,１４７,７１６号および米国特許第５,５２８,３１９号に記載されている。

上記の技術は、表示の視認可能な角度の範囲を制限するのに用いられてもよい。換言すれば、表示を「プライベート」にするのに用いられてもよい。しかし、上記のいずれの技術によっても、プライバシー機能から、広角度範囲で視認できる状態に、簡単に切り替える方法が見出されていない。

（広視野角による）パブリックモードと、（狭視野角による）プライベートモードとの切り替えを可能とした装置を提供する方法は、いくつか知られている。

米国特許出願公開第２００２／０１５８９６７号には、光制御フィルムの使用が記載されている。この光制御フィルムは、ディスプレイの前面を移動してプライベートモードとしたり、表示の背部または側部のホルダ内に機械的に引き込まれてパブリックモードとしたりできるように、ディスプレイに搭載されている。この構成は、故障するか、あるいは破損のおそれのある可動部品を含んでおり、さらにディスプレイがかさばるという不都合がある。

可動部品を使用せず、パブリックモードからプライベートモードに切り替える方法として、光制御フィルムを表示パネルの背部に実装し、光制御フィルムとパネルの間に電子的に切り替え可能な拡散板を配置する方法がある。拡散板がオフ状態のとき、光制御フィルムは視野角の範囲を制限し、ディスプレイはプライベートモードとなる。拡散板がオン状態のとき、光は広い角度にわたって進み、パネルを透過し、ディスプレイはパブリックモードとなる。光制御フィルムをパネルの前面に実装し、切り替え可能な拡散板を光制御フィルムの前面に配置しても、同様の効果が得られる。

切り替え可能なこの種のプライバシー装置（privacy device）は、米国特許第５，８３１，６９８号、米国特許第６，２１１，９３０号、および米国特許第５，８７７，８２９号に記載されている。これらの装置に共通にみられる欠点として、表示がパブリックモードまたはプライベートモードのいずれであるに関わらず、光制御フィルムが入射する光の大部分を吸収してしまうことがある。それゆえ、この表示では光の利用効率が悪い。パブリックモード時には、光は拡散板によって広い角度にわたって拡散されるため、バックライトを補正して輝度を上げない限り、プライベートモード時よりもパブリックモード時の方が暗い表示となる。

この種の装置には、消費電力に関わる欠点もある。パブリックモードでの動作中、拡散板はオフ状態である。これは、切り替え可能なポリマ散布液晶拡散板に電圧が印加されることを意味していることが多い。したがって、プライベートモード時よりもパブリックモード時の方が、電力消費が多くなる。このことは、ほとんどの時間をパブリックモードで使用するディスプレイには欠点である。

パブリック・プライベート切り替え型ディスプレイを提供する方法として、米国特許第５,８２５,４３６号には、よく知られた別の方法が開示されている。この光制御装置は、上述のルーバーフィルムと構造的には似ている。しかし、ルーバーフィルムにおける不透明な各素子は、不透明な状態から透明な状態に電子的に切り替わる液晶セルによって置き換えられる。この光制御装置は、表示パネルの前部または背部に配置されており、セルが不透明である場合はプライベートモードの表示に、セルが透明である場合はパブリックモードの表示になる。

この方法は、液晶セルを適切な形状に製造する難しさと、その費用に問題がある。また、プライベートモード時においては、光束がまず透明材を通過するようにある角度で入射し、その後液晶セルの一部を通過する。このような光束は液晶セルによって完全には吸収されず、表示のプライバシー保護機能を損なうこともある。

パブリック・プライベート切り替え型表示装置の製造方法として、特許第３６０７２７２号に別の方法が開示されている。この装置は、液晶パネルとしてさらに、液晶の配向がパターン化されたパネルを付加して使用している。パネルにおいて異なる配向が施された区画によって、それぞれ別の方法で、異なる表示領域の視認特性を変更する。その結果、表示パネル全体が、中心位置からのみ、完全に読み取り可能となる。

英国特許出願公開第２４０５５４４号および特開２００５−０７８０９３号公報には、ルーバーの動作に基づいて切り替え可能なプライバシー装置について記載されている。このルーバーは、光の偏光だけに応じて動作する。ルーバーのオン・オフの切り替えは、そのルーバーそのものにおける着色液晶分子、または、別の素子を用いて入射光の偏光面を回転させることによって行われる。

視認角度がパブリックモードとプライベートモードとで切り替えが可能な表示装置に用いられるバックライトについて、英国特許出願公開第２４１０１１６号（国際公開第２００５／０７１４４９号）には、さまざまな形態が開示されている。この文献には、さらに、この分野において知られる装置や技術についても記載されている。

切り替え可能なプライバシー装置については、英国特許出願公開第２４１３３９４号（米国特許出願公開第２００５／０２４３２６５号）に、表示パネルに１つ以上の液晶層と偏光子をさらに付加した構成が開示されている。これらの付加された素子が内的にもつ視野角依存性は、液晶を電気的に切り替えることによって変化させることができる。

米国特許出願公開第２００３／０１４６８９３号には、偏光修正層（ＰＭＬ）が開示されている。このＰＭＬは、液晶表示パネルの出射側偏光子の背部に配置され、部分的に透明になっている。ある部分では、その部を介して視認される画素の色が反転するように（明るい画素は暗く、暗い画素は明るくなるように）、透過する光の偏光が変わる。この部分のすぐ背部にある画素に送られるデータは反転され、表示を中央の位置から視認する場合に正常な画像の表示を可能にしている。しかし、異なる方角から表示を視認する場合、遅延板を介して異なる画素を視認するため、画像が正常に表示されない。例えば、軸外にいる視聴者は、ランダムドットパターンのような錯乱した画像を視認することになる。このＰＭＬは液晶から作られ、オフ状態でパブリックモードとするものであってもよい。

英国特許出願公開第２４１８５１８号には、パターン化された電極を備えたゲストホスト（着色）液晶層を、標準的なＴＦＴ液晶ディスプレイに付加した装置が開示されている。着色液晶層は、吸収（プライベート）状態と非吸収（パブリック）状態とで切り替えられる。着色分子の吸収は、光の入射角と偏光に依存する。所定の偏光および配向を得るために、この着色の吸収は視野角が大きいほど増大し、その結果、狭角度（狭モード）で低輝度となる。

英国特許出願０５１０４２２．９号には、プライバシー機能と３次元機能との組み合わせが開示されている。この３次元機能は、１つの切替セルを付加することにより実現される。このディスプレイには、広モード、プライベートモード、および３次元モードの、３つの動作状態がある。この出願には、パターン化された液晶配向およびパターン化されていない液晶配向の両方について、例示がなされている。

プライバシー機能を設けるためにホログラムを使用するという概念は、英国特許出願公開第２４０４９９１号（米国特許出願公開第２００５／００６３０２９号）に初めて記載された。しかし、ディスプレイからの光がホログラムにより不要に散乱するため、視認される画像の色に影響を与えてしまう。さらに、表示装置の前面に実装されたタッチスクリーンを用いたものとしては、ホログラムによる光の照射をユーザの手で遮ることにより、プライベートモードの効率を下げることができる。

英国特許出願第０５１１５３６．５号には、さらに付加した液晶層の使用が開示されている。この液晶層はＬＣＤパネルの偏光子間に位置し、そのため、付加した切り替えセルによって、軸外の光の階調カーブを修正することが可能となっている。その結果、例えば、英国特許出願公開第２４１３３９４号（米国特許出願公開第２００５／０２４３２６５号）に開示されている技術と比べ、画像のプライバシーをより高い水準で保護することが可能となる。

米国特許第５,１０９,２１９号には、デジタル視角パラメータを、アナログバイアス電圧に変換して液晶に印加することにより、液晶ディスプレイの視野角を制御する方法が記載されている。しかし、この技術は表示装置の視野角特性を変更するだけで、広角度にわたる画像を隠すことはできない。

米国特許第５,９３６,５９６号および特開２００２−２６３２３５号公報（米国特許出願公開第２００６／０１２６１５６）には、液晶ディスプレイにおいて、画素に印加する電圧の範囲を変えることにより視野角を変えることが記載されている。ルックアップテーブルを使用し、狭視野角モードと広視野角モードとで表示が切り替えられる。しかし、狭モード時において、画像を歪ませるために階調マッピングを変更するだけで、この方法では、表示された情報を隠すことはない。

M. Dogruel, “A Method for Concealment of Displayed Data”, Displays, vol. 24, no. 3, October 2003には、人の目によって視認できる速度より速いレートで、画像とその反転画像を連続的に表示することにより、ディスプレイ上の表示データを隠す方法が記載されている。通常、何気ない観察者の目は、画像を平均化してしまうので、一様に灰色の表示画面を見ることになる。ユーザがプライベート画像を見るためには、表示に同期して閉じるシャッター式眼鏡を着用することにより、反転画像を遮らなければならない。この方法には、いくつもの欠点がある。まず、ユーザは、正しい画像を観察するためには、眼鏡を着用しなければならない。第２に、ディスプレイの画面にわたり歯状の物体を動かすことにより、無効にする画像を部分的に隠すため、画像のプライバシー保護が損なわれることになる。第３に、２つの画像を完全に無効にすることは難しいため、ゴースト画像が観察されることになる。この論文には、第３の画像を付加して画像を区別のつかない状態にすることについても述べられている。しかし、このためには、ディスプレイは通常の映像速度の３倍の速度で動作しなければならない。

Rocket Software（有）（http://www.rocketsoftware.com）は、液晶表示ディスプレイの固有特性を利用することにより、あるレベルのプライバシーを提供するソフトウェアを開発した。このソフトウェアは、画像全体を特別なターニングを施すことにより、ディスプレイに送信される画像を修正し、画像の階調またはコントラストを低下させるものである。ディスプレイがもつ非線形応答性により、画像は軸上で観察される場合はわずかに乱れるが、軸外で観察される場合はコントラストのパターニングが強調される。しかしながら、この方法では、軸上での表示性能にある程度の影響が及ぶことは避けらず、また、プライベートモードで表示装置を使用する場合、認可されたユーザにも乱れたパターンが視認されることになる。実際、パターニングは、軸外のプライバシーについては十分なレベルを設けることには不足している。

国際公開第０３／０１５４２４号には、受動型複屈折レンズと切り替え可能な偏光子とを備えた光切替装置が開示されている。偏光子の切り替えにより、光はさまざまな方向に出射され、拡散される。しかし、このレンズは、この状態においては、光が結像する角を区別しない。

米国特許第６,３６９,９４９号には、光学的に異方性のあるマイクロレンズウィンドウが開示されている。この特許に開示された画像形成素子は切り替え可能ではない。このため、この技術を利用した装置は、パブリックモードとプライベートモードとの切り替えを行えない。

英国特許出願公開第２４１０３３９号には、偏光光学変換システムにおいて、複数列に配列された、偏光高感度レンズの使用が開示されている。

特開平０９−２３０３７７号公報および米国特許第５,８４４,６４０号には、１つの層からなるＬＣＤパネルの視野角特性を変更する方法が記載されている。この方法は、垂直配向型ネマティック（ＶＡＮ）液晶モードにより実現される。表示パネルの面内における電界を利用することにより、画素領域の液晶材料の傾斜が制御される。一画素内で、異なる方向に傾斜するドメインの数は、面内電界によって制御することができる。複数の傾斜ドメインを有する画素は広視野角を備え、１つの傾斜ドメインを有する画素は狭視野角を備える。しかし、ＶＡＮモードにおいて１つの傾斜ドメインを有する視野角は、一般に、良好なプライベートモードを得るには十分狭くない。

特許第３４０５９７２号には、パターン化されたＬＣ配向を用いて狭視野角モードのＬＣＤを提供する単一の液晶パネルが開示されている。しかしながら、この狭視野角モードが固定されているので、広視野角モードは存在しない。
ＵＳＲＥ２７,６１７ 米国特許第４,７６６,０２３号 米国特許第４,７６４,４１０号 米国特許第５,１４７,７１６号 米国特許第５,５２８,３１９号 米国特許出願公開第２００２／０１５８９６７号 米国特許第５，８３１，６９８号 米国特許第６，２１１，９３０号 米国特許第５，８７７，８２９号 米国特許第５,８２５,４３６号 英国特許出願公開第２４０５５４４号 特開２００５−０７８０９３号公報 国際公開第２００５／０７１４４９号 米国特許出願公開第２００５／０２４３２６５号 米国特許出願公開第２００３／０１４６８９３号 英国特許出願公開第２４１８５１８号 英国特許出願０５１０４２２．９号 米国特許出願公開第２００５／００６３０２９号 英国特許出願第０５１１５３６．５号 米国特許第５,１０９,２１９号 米国特許第５,９３６,５９６号 特開２００２−２６３２３５号公報 国際公開第０３／０１５４２４号 米国特許第６,３６９,９４９号 英国特許出願公開第２４１０３３９号 特開平０９−２３０３７７号公報 米国特許第５,８４４,６４０号 特許第３４０５９７２号 欧州特許出願公開第０８５６１６４号 米国特許第６，５４９，２５５号 M. Dogruel, "A Method for Concealment of Displayed Data", Displays, vol. 24, no. 3, October 2003 Kim et al., "Surface alignment bistability of nematic liquid crystals by orientationally frustrated surface patterns", Applied Physics Letters, Vol 78, Is 20 (2001) 3055 "Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states" Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635 "Color and Light in Nature", D. Lynch & W Livingston, Cambridge University Press, 1995 Kitson and Geisow, "Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states"Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635

本発明の第１の表示装置は、空間光変調により画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶パネルを用いて表示される画像が広視野角から視認可能な第１モードによる第１配置と上記液晶パネルを用いて表示される画像が狭視野角のみから視認可能な第２モードによる第２配置との間で液晶を切り替える回路とを備えている。

液晶の上記第２配置によって、狭角度範囲外に位置する観察者が視認する画像上で画像撹乱パターンが見えてもよい。

上記第１配置における液晶が表示装置の全体にわたり単一の液晶配列を形成してもよい。

上記第１配置における液晶がそれぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列を有する複数の水平方向の領域を形成してもよい。

上記第１配置による領域は観察者に解像できないサイズであってもよい。

上記第２配置における液晶が、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列を有する複数の水平方向の領域を形成してもよい。

上記第２配置による領域は観察者に解像できるサイズであってもよい。

上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の寸法よりも少なくとも２倍の水平方向の寸法を有していてもよい。

上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の寸法よりも少なくとも５倍の水平方向の寸法を有していてもよい。

上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の側面寸法よりも少なくとも１０倍の水平方向の寸法を有していてもよい。

同じかまたは同様の液晶配列を有する上記第２配置による領域は、所定の状態で空間的に配置されていてもよい。

同じかまたは同様の液晶配置を有する上記第２配置による領域は、空間的な格子縞模様、文字パターン、またはロゴを形成するように空間的に配置されていてもよい。

上記回路は上記第２配置に液晶を切り替える複数の面内電極を有していてもよい。

少なくとも各第２配置による領域における各辺に配置される電極を有していてもよい。

各第２配置による領域内に配置された３つ以上の面内電極を有していてもよい。

上記第１配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配置を有する複数の水平方向の領域を有し、上記面内電極は、少なくとも２つの異なる配列を形成するための少なくとも２つの異なる配向を有するようにパターン化されていてもよい。

上記電極が、上記液晶パネルの画素を切り替える電極として、上記液晶パネルの同じ辺に配置されていてもよい。

隣接する上記領域が異なる液晶配列を有するように配置されていてもよい。

上記少なくとも２つの液晶配列はそれぞれ異なる略均一の液晶配向を有する液晶からなっていてもよい。上記少なくとも２つの液晶配列は所定の軸に対して略対称に配置される１組以上の配向を含んでいてもよい。

上記所定の軸は狭視野角の範囲内に位置していてもよい。

上記少なくとも２つの異なる液晶配列はそれぞれ異なる角度透過関数を有していてもよい。

上記角度透過関数が、狭視野角の範囲内に位置する軸に対して非対称であってもよい。

上記第２配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する水平方向の領域を含み、上記第２配置用の角度透過関数は、狭視野角の範囲内ではいずれの視野角においても略同等であり、狭視野角の範囲外では視野角毎に異なっていてもよい。

上記第１配置による領域は、観察者に解像できないサイズであり、上記第１配置用の角度透過関数は、少なくとも広視野角の一部を滑らかに変化する平均透過関数を得るように、第１モードにおいて観察者により空間平均化されていてもよい。

上記第１および第２配置は、垂直配向ネマティック構成であってもよい。

上記第１および第２配置は、双安定あるいは多安定液晶状態であり、上記回路はこれらの状態間で液晶を切り替えるのに用いられていてもよい。

上記双安定または多安定液晶状態を生成する配向層を有していてもよい。

上記第１配置は連続した風車形状に配列された配置であってもよい。

画像が複数の画像要素で表現される表示装置であって、観察者に対する第１データ値／輝度応答性を有する表示パネルを用いる第１シナリオにおいて修正後の画像が表示される場合、空間平均化を通じて観察者に知覚される画像が原画像と略同じになるように画像要素における少なくともいくつかの画像要素のデータ値を修正し、第１データ値／輝度応答性とは異なる第２データ値／輝度応答性を有する表示パネルを用いる第２シナリオにおいて修正後の画像が表示される場合、空間平均化を通じて観察者に知覚される画像が原画像と異なるように画像要素における少なくともいくつかの画像要素のデータ値を修正する手段を備え、液晶の上記第１および第２配置が、狭視野角の範囲外の視野角に対してそれぞれ実質的に第１および第２データ値／輝度応答性を表示パネルに与え、狭視野角の範囲内の視野角に対して実質的に第１データ値／輝度応答性を上記表示パネルに与えるように配置されていてもよい。

上記第２データ値／輝度応答性は、略非線形データ値／輝度応答性であってもよい。

第１データ値／輝度応答性は、略線形データ値／輝度応答性であってもよい。

上記第１配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する複数の水平方向の領域を含み、上記第１配置による領域は、狭角度の範囲外の角度で進む光が、異なる液晶配列を有する少なくとも２つの領域を通過して第１データ値／輝度応答性を有するように適応されていてもよい。

上記第２配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する複数の水平方向の領域を含み、上記第２配置による領域は、狭角度の範囲外の角度で進む光が、異なる液晶配列を有する少なくとも２つの領域を通過して第２データ値／輝度応答性を有するように適応されていてもよい。

上記第１および第２配置はツイステッドネマティック配置であってもよい。

上記第１および第２配置を生成する、少なくとも１つのパターン化された配向層を有していてもよい。

上記回路は、液晶を上記第１および第２配置に切り替えるように、少なくとも１つのパターン化された配向層の配向特性を変える電界を印加可能であってもよい。

上記回路は、液晶を上記第１および第２配置に切り替えるように、液晶の全体および液晶の面内、または液晶の全体もしくは液晶の面内に電界を印加可能であってもよい。

上記回路は弱電界を印加可能であってもよい。

原画像が上記第２シナリオにおいて知覚される画像に実質的に隠されていてもよい。

上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値がマスキング画像に基づいて修正されていてもよい。

各データ値が、マスキング画像の対応する位置におけるデータ値に基づいて修正されていてもよい。

上記第２シナリオにおいて知覚される画像は、少なくともある程度マスキング画像に似ていてもよい。

原画像が上記第２シナリオにおいて知覚される画像に実質的に隠され、上記マスキング画像は、上記第２シナリオにおいて高度の視認撹乱情報を与えもよい。

上記マスキング画像は、格子縞模様、文字パターン、またはロゴを含んでいてもよい。

異なるマスキング画像が異なる期間で用いられていてもよい。

上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値がマスキングパラメータに基づいて修正されていてもよい。

修正の度合いは、少なくとも一部は、上記マスキングパラメータによって決定されていてもよい。

修正しない状態での画像要素の全体輝度と略同じの全体輝度を有するように、空間平均化を通じて上記第１シナリオにおいて知覚される表示画像要素の局在グループが知覚されるように、上記データ値が修正されていてもよい。

上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値が、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける各画像要素に対する修正の度合いは、該画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定されていてもよい。

上記グループに対して修正がなされる場合、当該グループにおける少なくとも１つの画像要素のデータ値を増加させ、他の画像要素のデータ値を減少させてもよい。

上記増加の量は上記減少の量と略同じであってもよい。

上記減少の量に比例する上記増加の量は、上記第１データ値／輝度応答性に基づいて決定されていてもよい。

増加および減少用に指定された画像要素は異なる期間に交換されていてもよい。

上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値は、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける各画像要素に対する修正の度合いは、上記画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定され、少なくとも１つの画像要素に関して、個々の画像要素に対応するマスキング画像データ値に比例する量が、画像要素データ値に加えられ、少なくとも他の１つの画像要素に関して、個々の画像要素に対応するマスキング画像データ値に比例する量が、画像要素データ値から減じられてもよい。

上記量が対応するマスキング画像データ値と等しくてもよい。

上記量が画像データ値と最大または最小データ値の近い方との差に基づいて決定されてもよい。

上記量が対応するマスキング画像データ値で乗算される差に比例してもよい。

各グループは２つの画像要素からなっていてもよい。

上記画像要素のうち少なくともいくつかの画像要素のデータ値がグループにおいて平均化されてもよい。

上記マスキング画像要素のうち少なくともいくつかのマスキング画像要素のデータ値が、グループにおいて平均化されてもよい。

対応する修正後の画像要素が画像において行として配置されていてもよい。

対応する修正後の画像要素が画像において列として配置されていてもよい。

対応する修正後の画像要素が、格子縞模様、文字パターン、またはロゴの状態で配置されていてもよい。

修正後のデータ値が許容されるデータ値の通常範囲から外れないことを確実にしてもよい。

上記データ値の少なくともいくつかは、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける個々の画像要素に対する修正の度合いは、上記画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定され、画像のデータ値の範囲は修正前に圧縮されていてもよい。

マスキング画像のデータ値の範囲は修正前に圧縮されてもよい。

画像のサブ部分における画像要素のデータ値が修正されてもよい。

個々の画像要素は、表示装置の画素に対応する複数の色要素に関係してもよい。

個々の画像要素は、表示装置のサブ画素に対応する１つの色要素に関係してもよい。

観察者は、表示装置から少なくとも所定の距離に位置していてもよい。

上記回路は、上記第１および第２配置をそれぞれ実現するため、上記第１および第２モードにおいて、それぞれ異なる第１および第２形態で電界を印加するように上記表示パネルを動作させてもよい。

上記回路は、上記第１および第２モードにおける印加電界強度のそれぞれ異なる範囲を用いて上記表示パネルを動作させてもよい。

上記回路は、上記第１および第２モードにおける印加電界強度のそれぞれ異なる方向を用いて上記表示パネルを動作させてもよい。

上記回路は、上記第１モードにおいて面内切り替えを行い、上記第２モードにおいて電気制御複屈折切り替えを用いて上記表示パネルを動作させてもよい。

上記回路は、上記面内切り替えを行う電極の第１セットと上記電気制御複屈折切り替えを行う第２セットとを有していてもよい。

上記第１セットの電極は、実質的に上記表示パネルの面内に電界を印加するために、上記表示パネルの同じ辺に配置されていてもよい。

上記第２セットの電極は、上記表示パネルの全体に電界を印加するために、上記表示パネルの互いに対向する辺に配置されていてもよい。

上記表示パネルは領域の第１セットと第２セットとを有し、上記回路は領域の第１セットと第２セットに電界をそれぞれ第１形態および第２形態で印加されてもよい。

表示装置における各画素は、上記第１セットからの領域と第２セットからの領域とを有していてもよい。

上記回路は、狭視野角の範囲外に位置する観察者に対する画像撹乱パターンを生成するために、上記第２モードにおいて、第１形態により画素を動作させ、第２形態により他の画素を動作させてもよい。

表示装置の各画素は、それぞれ上記第１および第２配置を有する液晶を含む第１および第２領域からなっていてもよい。

上記回路は、狭視野角の範囲外の観察者に対する画像撹乱パターンを生成するために、上記第１領域を用いる画素と上記第２領域を用いる他の画素とを動作させる第２モードで動作可能であってもよい。

上記回路は、少なくとも２つの異なる液晶配列を生成するために、異なる駆動電圧範囲を用いる第２モードで動作し、上記液晶配列は、各駆動電圧範囲から選ばれる異なる電圧について、狭視野角の範囲内の観察者に略同じ透過性を示し、上記選ばれた電圧について、狭視野角の範囲外の観察者にそれぞれ異なる透過性を示していてもよい。

上記駆動電圧範囲の１つめは、狭視野角の範囲内の観察者に対する画像表示に適した透過性・電圧関数を有し、上記駆動電圧範囲の２つめは、狭視野角の範囲外の観察者に対する画像表示に適さない透過性・電圧関数を有していてもよい。

上記駆動電圧範囲の２つめは、当該範囲の少なくともほとんどの部分に印加される電圧について、略一定かつ低透過性を狭視野角の範囲外の観察者に示してもよい。

上記駆動電圧範囲の２つめは、当該範囲の少なくともほとんどの部分に印加される電圧について、略一定かつ高透過性を狭視野角の範囲外の観察者に示してもよい。

上記回路は、上記表示パネル全体にわたり略均一な液晶配列を生成するために、各水平方向の領域に対する駆動電圧範囲における最初の１つのみを用いる第１モードにおいて動作してもよい。

上記回路は、少なくとも２つの異なる液晶配列を生成するために、それぞれ異なる接地電極電圧構成を用いる第２モードにおいて動作し、上記液晶配列は、異なる電圧構成について、狭視野角の範囲内の観察者に略同じ透過性を示し、上記電圧について、狭視野角の範囲外の観察者にそれぞれ異なる透過性を示してもよい。

上記回路によって、上記第１および第２液晶配列が互いに傾斜していてもよい。

上記回路はパターン化された電極を有していてもよい。

本発明の第２の表示装置は、空間光変調によって画像を表示する表示装置において使用される液晶表示パネルにおいて、上記液晶表示パネルが当該液晶表示パネル中の液晶に関して、上記液晶表示パネルを用いて画像を表示する第１モードにおける第１配置と、上記液晶表示パネルを用いて表示された画像を、実質的に狭視野角の範囲のみからしか視認できない第２モードにおける第２配置とを切り替える。

本発明の動作プログラムは、装置に搭載されると、第１の表示装置として上記装置を機能させる動作プログラム。

上記動作プログラムはキャリア媒体に格納されていてもよい。当該キャリア媒体は透過性媒体であってもよい。上記キャリア媒体は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。

図１は、本発明の第１実施形態における、液晶表示パネル１００を備える表示装置を示す。液晶表示パネル１００は、液晶材料１０５の層を間に挟む対向電極１０１，１０３を用いて、空間光変調で画像を表示する。電極１０３はセグメント化されており、これにより、一画素中で液晶を２つ以上の配向に切り替えることができる。一画素中において、セグメント化電極１０３の全ての領域に、同じ電圧が印加される。２つ以上の配向の領域が、一画素中に複数あることが望ましい。配向の切替は、セグメント化電極１０３の端部で生成される弱電界によって制御される。弱電界は、電極表面の突起などによって生成されてもよい。

以下で詳述するように、液晶表示パネル１００は、さらに、面内電極として回路１０７を含み、これによって液晶１０５を、第１（パブリック，広）モードの第１配置Ｃ１と第２（プライベート，狭）モードの第２配置Ｃ２との間で切り替える。第１配置Ｃ１では、パネル１００が表示する画像を、視野角内の広い範囲の観察者が視認できる。一方、第２配置Ｃ２では、パネル１００が表示する画像を、視野角内の狭い範囲の観察者のみが視認できる。図１に示すように、第１実施形態の表示装置は、１つの液晶表示パネル１００のみを有する。本実施形態において、２つの動作モードの切換は、パネル１００以外の光学部品や層を設けなくても実現可能である。

図１の左部分は、第１（広）動作モードの第１配置Ｃ１の好適な一例を示す。この例の第１配置Ｃ１は、一画素内において、それぞれ違った液晶配向の２つ以上の領域あるいは範囲（以降領域と称する）を有する。図示されているのは４つのそれぞれ異なる領域Ｒ１〜Ｒ４である。領域Ｒ１とＲ３とは第１液晶構成を有し、領域Ｒ２とＲ４とは、第１液晶構成とは異なる第２液晶構成を有する。図１において、１つの画素はこれら４つの領域Ｒ１〜Ｒ４からなる。

第１配置では、液晶は略均等な第１液晶配向を有し、一方、第２配置では、液晶は、第１液晶配向とは異なる、略均等な第２液晶構成を有する。第１配向と第２配向とは組になっている。また、第１配向と第２配向とは表示パネル１００の法線に関して略対称である。図１の例では、第１液晶配向は、２ドメイン垂直配向ネマチック（ＶＡＮ）構成である。

第１（広）モードにおいて、面内電極１０７は、液晶層１０５の略面内に電界を形成するために用いられる。これを実現するために、電圧Ｖ２を、隣接する面内電極１０７を通じて印加する。電圧Ｖ２は、通常電圧Ｖ１より低い。これらの面内電界が、セグメント化電極１０３からの弱電界の効果を上回り、図１の右側に示されるように、より大きな面積を持つ領域Ｒ５、Ｒ６を有する第２配置Ｃ２に、液晶層を切り替える。領域Ｒ５とＲ６とはそれぞれ異なる液晶配列を有するが、２種類の、互いに異なっており、それぞれ略一様な液晶配向を有する。２種類の互いに異なった配向は、表示パネル１００に関して略対称に配置されている。

第２（狭）モードの領域Ｒ５，Ｒ６は、観察者が解像するのに充分な大きさを持ち、例えば１ミリ角の大きさであって、通常画素よりもずっと大きい。よって、以下でさらに詳しく記述するように、領域Ｒ５，Ｒ６の効果は、軸外に位置する観察者からもはっきりと視認できる（一方、該領域の効果は軸上の観察者からは視認できない）。第２（狭）モードの領域Ｒ５、Ｒ６は、第２（狭）モードにおいて、軸外の観察者に対して領域下の画像が不鮮明になるようなパターンを生じさせるべく、設けられている。そのようなパターンの一例は格子縞模様であるが、これ以外に適切なパターンが用いられてもよい。

第１実施形態の機能を図２を用いてさらに説明する。図２の曲線１は、パネルに垂直な方向について測定された、単一ＶＡＮ領域の視野角、つまり、単一液晶配向の視野角の関数としての透過率を示す。斜め透過率は、液晶分子の軸外配向により、軸上方向について非対称となっている。

曲線１が、領域Ｒ１で示される液晶配向を有する領域での斜め透過率を示し、領域Ｒ２の液晶配向を有する領域の斜め透過率も曲線１と同じだが、縦軸において反射が行われているとする。

上記のように、第１（広）モードでは、隣接する領域同士、例えば図１の領域Ｒ１，Ｒ２は、観察者から視認できない。これら領域Ｒ１，Ｒ２が視認不可であることから、観察者は、全ての視野角において、２つの領域Ｒ１，Ｒ２の透過率の平均値を見ることになる。図２の曲線２はこの場合の角度透過率関数を示す。該透過率関数は、許容範囲内における視野角の全体にわたって変化する、図２の曲線２で表される。

上記のように、第２（狭）モードにおいて、ＶＡＮ領域Ｒ５，Ｒ６の大きさは次のようになる。すなわち、２つのドメインの平均ではなく、特定の視野角における２つの領域の透過率の差を、観察者がドメインを区別できるパターンとして視認する。この透過率の差は視野角に対応して増加する。

表示パネル１００の垂線に関して液晶配向が対称であることにより、軸線方向に見たときに領域Ｒ５とＲ６とが同じ透過率を示すので、軸線方向の観察者には、領域の違いは視認されない。画像は、液晶層１０５にスイッチング電圧Ｖ１を印加する通常の方法によって、表示される。

垂直方向からそれると、領域Ｒ５，Ｒ６は同じ印加電圧に対して異なった透過率を示す。よって、軸外の観察者は、異なった明るさのパターンとしてＶＡＮ領域のパターンを見ることになり、該パターンが下にある画像を不明瞭にする。第２（プライベート）モードにおける、２つの領域のコントラストが図２の曲線３で示される。曲線３が示しているのは、各視野角における、隣り合う領域Ｒ５，Ｒ６の透過率の差である。

このように、本発明の第１実施形態では、付加的な層を設けることなく液晶層１０５自体をスイッチングすることにより、良好なプライバシー保護機能が実現される。

上記の液晶層１０５の電界を用いたスイッチングに代えて、あるいはそれとともに、配向層もスイッチングされることで、広／狭モードを実現してもよい。配向のスイッチングする方法の１つとして、Kim et al., “Surface alignment bistability of nematic liquid crystals by orientationally frustrated surface patterns”, Applied Physics Letters, Vol 78, Is 20 (2001) 3055が記載する、配向層の極細パターニングを用いる方法がある。この他に、微細周期構造からなる配向層を用いる方法が、欧州特許出願公開第０８５６１６４号や、“Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states” Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635に記載されている。該微細周期構造により、さらに、双安定または多安定の液晶配向が実現できる。さらに他の方法として、米国特許第６，５４９，２５５号は、配向特性が印加される電界によって切り替わる、高分子配向層を用いることを記載している。

本発明の第２実施形態も、図３ないし図１２を参照して以下に記述するように、パブリックモードとプライベートモードとの切り替えに、面内液晶切換方法を利用する。

図３は、本発明の第２実施形態を説明するために用いる、画像表示システム１を示すブロック図である。画像表示システム１は、画像処理装置１０と、画像コントローラ２０と、表示装置３０とを有する。表示装置３０は、表示パネル３２と非線形部材３４とを有する。第２実施形態の液晶表示パネル２００は図４に示されており、下記に示すように、図３の表示パネル３２と非線形部材３４とに代わるものである。図３において、表示装置３０の表示パネル３２に、原画像Ｉが表示される。該原画像Ｉは複数の画像要素によって表現されるが、該画像要素は、表示パネル３２の画素あるいは副画素に対応する。原画像Ｉが表示装置３０に直接表示される場合、該画像は、軸上である位置Ｐ１の観察者からも、軸外である位置Ｐ２の観察者からも、視認可能である。第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とは、それぞれ第１観察領域Ｒ１と第２観察領域Ｒ２の中にある。

本発明の第２実施形態では、表示装置３０に対して位置Ｐ１に位置する第１観察者の見る画像は、原画像Ｉと略同じであり、一方、表示装置３０に対して位置Ｐ２に位置する第２観察者の見る画像は、原画像Ｉと異なっている。このためにマスキング画像Ｍが用いられるが、このマスキング画像Ｍについては第２実施形態の第１例で説明する。

図５ないし図９を参照して、第２実施形態の第１例の動作を説明する。図５は、第２実施形態の第１例において、画像処理装置１０が行う動作を概観するフローチャートである。画像処理装置１０が実行する工程の詳細について論じる前に、図６、７を参照して、本発明の実施形態の基礎をなす概念について、より一般的な形で説明する。

観察者が、表示装置３０の表示パネル３２から所定の距離よりも遠く離れている場合、観察者は、表示されている各画素あるいは各画像要素を視認することができない。この場合の適切な観察者と表示装置との距離の見積もりについての指標は、“Color and Light in Nature”, D. Lynch & W Livingston, Cambridge University Press, 1995に記載されており、これによると、目の分解能は１アーク分が限界である。これを本実施形態にあてはめると、２つの画素または画像要素が、１アーク分未満の角度であることが望ましい。これは、あくまで指標であって、状況が違えば分解能も変わってくる。

各画素または画像要素それぞれを視認する代わりに、人間の目は、表示された画像要素の局在的な集合を空間的に平均して、単一の総合的輝度を知覚する。画像要素の局在グループは、原画像中の画素要素とは必ずしも対応しない。これは、例えば、画素要素が、表示前に飛び越し走査されるあるいは他の方法で再配置されることによる。本発明の第２実施形態はこのことを、表示装置３０のデータ値／輝度応答性（以下で説明）とともに利用する。

図６（Ａ）は、同じデータ値を持つ２つの画像要素を有する、上記のような局在グループを図示する。表示の前に、本発明の実施形態の画像処理装置１０は、原データ値を互いに等しい新規データ値に分割して、画像要素のうちの一方のデータ値が、原データ値から分割量を引いた値と等しくなるようにし、他方の画像要素のデータ値が、元のデータ値に分割量を足した値と等しくなるようにする。

線形のデータ値／輝度応答性を持つ表示装置で表示がなされると、観察者は局在グループの２つの修正後データ値を知覚して、修正なしの場合の画像要素と同じ全体輝度を得る。これは、表示装置の線形応答により、単一の原データ値が、２つの修正された画像要素の平均輝度と同じ輝度を表すからである。これについては図６（Ｂ）および図７（Ａ）が図示している。

一方、局在化グループの修正後の画像要素が、表示装置に対して所定の位置にいる観察者への非線形データ値／輝度応答性を有する画像装置に表示されるとき、それら画像要素の輝度は、観察者の目で空間的に平均化されることはなく、修正がなされていない画像要素と同じ輝度となる。代わりに、観察者は、単純な平均値から表示装置の非線形性に対応する量の分だけ変化した輝度を知覚する。この点については図７（Ｂ）および図６（Ｃ）に示されている。

通常、液晶表示（ＬＣＤ）装置の画素に印加されるスイッチング電圧は、軸上で観察する場合に、画素に送られるデータの変化が観察される輝度を比例的に変化させるように、補償される。しかし、パネル３２の法線方向以外の角度でパネル３２を通過する光は、液晶（ＬＣ）内を違う光路長で通過するため、その光に与えられる効果も異なってくる。この光路長の変化によって、画素データと軸外で観察される輝度との関係が非線形になる。

このことにより、表示パネル３２の略法線方向である第１位置Ｐ１に位置する観察者に対する、データ値／輝度応答性は、略線形となり、そのような観察者が知覚する画像は、空間的平均化の後、原画像と略同じになる。

一方、表示パネル３２に対して軸外の第２位置Ｐ２に位置する観察者に対する、データ値／輝度応答性は、非線形となり、そのような観察者が知覚する画像は、空間的平均化の後、原画像とは違うものになる。

第１データ値／輝度応答性と第２データ値／輝度応答性との違いとして求められるものは、表示装置そのものの特性に固有である場合がある。しかし、表示装置によっては、液晶の非線形性を除去して、軸上と軸外の応答性を両方線形にすることで、補償を行うものもある。そのような装置に対しては、表示装置の観察特性を修正する図３に示す非線形部材３４を用いて、軸外での非線形性を再導入してもよい。非線形部材３４は、パターン化されていない単純な液晶層でよい。非線形部材３４も切り替え可能であってよいが、これにより、非線形部材３４を必要なときにのみ作動させることができる。しかし、軸上と軸外とでもともと異なる輝度応答性を有する表示装置は、性能向上が見込まれるにしても、非線形部材３４を必ずしも必要としない。

上記とは別の方法であって、本発明の第２実施形態でとられる方法では、液晶パネル自体が２つの動作モードの間で切り替えられるようになっており、一方のモードでは表示装置は一定の輝度応答性を有し、もう１つのモードでは表示装置は観察者Ｐ２に対して非線形輝度応答性を有する。このようにして同じ効果が得られるが、非線形部材３４をさらに追加する必要はない。本発明の第２実施形態におけるパネル内切換によって、軸外での非線形データ値／輝度応答性を、上記の同時係属出願が開示する方法において用いることができるようにする。さて、以下で第２実施形態の表示パネルを、図４を参照してさらに詳しく説明する。

図４において、第１配置Ｃ１は４ドメイン（４領域）ツイステッドネマティック（ＴＮ）構成であり、４つの領域Ｒ１１〜Ｒ１４が図示されている。領域Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ異なるＴＮ構成を有し、それぞれ他の構成と比較して９０度配向が異なっている。

第２配置Ｃ２は、２ドメイン（２領域）ツイステッドネマティック（ＴＮ）構成であり、２つの領域Ｒ１５，Ｒ１６が図示されている。領域Ｒ１５は領域Ｒ１１，Ｒ１２と同じ場所を占めており、領域Ｒ１６は領域Ｒ１３，Ｒ１４と同じ場所を占めている。領域Ｒ１５のＴＮ構成は、領域Ｒ１６のＴＮ構成と比べて、配向が１８０度異なっている。

４領域液晶配置Ｃ１は、液晶配向に、例えばマルチラビングまたは光配向によりパターニングを施すことによって作られる。第１（広）モードにおいて、４領域の平均輝度は、斜めの透過光に対して線形のデータ値／輝度応答性を有する。このモードでは、光が、それぞれ異なった液晶構成を有する４領域全てを通過する。各領域について、傾斜した角度で進む光の透過率が線形のデータ値／輝度応答性を持つ方向と、傾斜した角度で進む光の透過率が非線形のデータ値／輝度応答性を持つ、他の方向とがある、しかし、４領域の透過光が平均化されることで、全体としてのデータ値／輝度応答性は、全ての方向について略線形となる。

第２（狭）モードでは、配向は２領域ＴＮ配置Ｃ２に切り替えられ、各領域は、水平観察平面（紙面に対して法線方向で、紙面の上端と下端とに平行な平面）において、データ値／輝度応答性が斜めの透過光について非線形になるように、配向される。このモードでは、領域Ｒ１５とＲ１６の両方は、斜めに走行する光の透過率が非線形のデータ値／輝度応答性を持つ方向が、水平観察平面上にあるように構成される。よって、２つの領域の応答性の平均である、全体的なデータ値／輝度応答性は、非線形となる。このモードが上記同時係属出願が開示する画像処理方法と組み合わされると、良好なプライバシー保護機能が実現される。

配向のスイッチングする方法の１つとして、Kim et al., “Surface alignment bistability of nematic liquid crystals by orientationally frustrated surface patterns”, Applied Physics Letters, Vol 78, Is 20 (2001) 3055に記載された、配向層の極細パターニングを用いる方法がある。この他に、微細周期構造かなる配向層を用いる方法が、欧州特許出願公開第第０８５６１６４号や、Kitson and Geisow, “Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states” Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635に記載されている。該微細周期構造により、さらに、双安定または多安定の液晶配向が実現できる。さらに他の方法として、米国特許第６，５４９，２５５号は、配向特性が印加される電界によって切り替わる、高分子配向層を用いることを記載している。

上記の実施形態に示す配向層の切換に代わってまたは加えて、液晶層は、電界によって広観察モードと狭観察モードとの間で切り替えられてもよい。例として、電界を液晶層全体にわたり印加する、電界を液晶層の平面に印加する、あるいは弱電界をパターン化された電極から印加する。

第２実施形態の第１例の動作を、図５、図８および図９を参照してさらに詳しく説明する。

原画像Ｉ中の画像要素は、通常０から２５５の範囲のいずれかの値をとる。これにより、図６を参照して説明した、最小あるいは最大データ値に近いデータ値の分割により、潜在的に、修正されたデータ値が通常のデータ値の許容範囲をはずれてしまう可能性がある。これを阻止するために、第２実施形態の第１例のステップＳ１では、原画像Ｉは倍率が変更されてデータ値が中央に移動され、これによって該原画像Ｉは新規の圧縮されたデータ値を得る。これについては図８の上半分で示している。ステップＳ２では、マスキング画像Ｍのデータ値範囲が倍率変更されて、最小データ値が０となり最大データ値が倍率変更された原画像の最小値と等しくなる。これについては、図８の下半分で示している。

図９は、倍率変更された原画像Ｉと倍率変更されたマスキング画像Ｍの例を示す断面図である。任意の地点におけるマスキング画像のデータ値は、倍率変更された原画像Ｉの対応する部分における画像要素についての分割のレベルを決定するために用いられる。分割のレベルは、マスキング像Ｍの倍率変更データ値に比例し、倍率変更原画像Ｉの隣接する画像要素が、倍率変更マスキング画像Ｍによって決定される分割レベルによって、それぞれ増加、減少させられる。図９の右半分は、倍率変更された原画像Ｉとマスキング画像Ｍとの組を図示し、マスキング画像Ｍが最大である部分にて分割の度合いが最大になる。

第２実施形態の第１例において、分割量は、まず、倍率変更マスキング画像Ｍのデータ値の半分をステップＳ３で反転し、次に、ステップＳ４で、ステップＳ３で得られたデータ値のパターンを倍率変更原画像Ｉに加えることで、倍率変更原画像Ｉに対してそれぞれ加えられ、差し引かれる。こうして生成された画像が、ステップＳ５にて、観察者に観察される。軸上に位置する観察者は、倍率変更原画像と略同じである、空間的平均化後の画像を知覚することになり、一方、軸外のＰ２に位置する観察者は、原画像と異なっており、少なくともある程度はマスキング画像Ｍに似ている画像を知覚する。良好なプライベートモードを実現するためには、マスキング画像は、軸外の観察者に対して視覚的にかなり分かりにくくさせるようなものであればよい。

本発明の第２実施形態の第２例について、図１０を参照して説明する。第２実施形態の第２例は、第１実施形態の第１例と同じく図３の装置を使用するため、ここでの説明は簡潔なものにとどめる。第２実施形態の第１例と第２例との相違点は、原画像Ｉとマスキング画像Ｍとが倍率変更・合成される方法にある。第２実施形態の第１例では、データ値の範囲が狭くなるような原画像Ｉの倍率変更が、画像のコントラストの低下を招いたが、第２実施形態の第２例で行われる方法では、原画像のコントラストは犠牲にならない。

第２実施形態の第２例では、分割の度合いはある程度まで、特定の画像要素のデータ値が、どれくらい許容されるデータ値範囲における最も近い端から離れているかによって、決定される。上記範囲の中心のデータ値を有する画像要素が最も多く分割され、一方０または２５５に近い画像要素が最も少なく分割される。範囲の両端の値を持つ画像要素は全く分割されない。これにより、修正後のデータ値が、供されたデータ値の範囲から出ることがなくなる。

よって、第２実施形態の第２例では、原データ値と最大または最小データ値のいずれか近い方との差が計算され、これによって分割の最大レベルが効果的に設定される。これについては図１０の上半分に図示されている。

次に、原画像Ｉと結合される倍率変更後のマスキング画像Ｍを各画像要素が生成できるような分割の最大レベルに基づいて、マスキング画像Ｍの倍率変更が行われる。実際の結合は、第２実施形態の第１例に示したものと同様に行われる。

このため、第２実施形態の第２例における全体的な過程は、第１実施形態の第１例の過程と類似している。図５を参照すると、第２実施形態の第２例ではステップＳ１が設けられておらず、ステップＳ２におけるマスキング画像Ｍの倍率変更は、上記のように図１０にしたがって上記のように行われる。第２実施形態の第１例と比較すると、第２実施形態の第２例では、図形を含む画像に対して強い効果を及ぼすが、一方、飽和した画素はほとんどまたは全く分割されないため、完全に白黒の文字に関しては第２実施形態の第２例はほとんど効果をもたらさない。

上にあるいは下に分割されるなど、対応する修正を施された画像要素は、図１１（Ａ）に示すように、表示装置３０の行に対応するように配置されてもよい。この他に、画像要素は、列に対応するように配置されてもよく、図１１（Ｂ）にあるように格子縞模様に対応するように配置されてもよい。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す構成によって、各画像要素は３つの別々のＲＧＢ色成分を有し、各色成分はデータ値によって表される。画像要素の各データ値も同様にして修正される。

上記とは別に、各画像要素が３つの別々のＲＧＢ色成分を有するとき、各色成分は独立して扱われて、同じ画像要素の別の色成分データ値が、それぞれ異なって分割されてもよい。この構成の一例が図１１（Ｃ）に示される。

このほかにも、原画像Ｉとマスキング画像Ｍとを結合される方法は考えられる。例えば、第２実施形態の第１例のように、原画像Ｉのコントラストを減少させる一方、圧縮された現画像Ｉの値を中央に移動させるのではなく、非対称な圧縮と分割を行うようにしてもよい。これにより、明領域または暗領域のコントラストが優先的に保持されることになり、マスキング画像Ｍは第２実施形態の第１例と同様に圧縮されるが、同時に該画像Ｍは、修正されたデータ値が許容されたデータ値の範囲を超えないように、原画像に基づいて倍率変更される。これ以外の方法も当業者にとっては自明であり、また、上記方法のいかなる組み合わせも利用可能である。

一般的に、表示装置３０の軸上輝度応答性は線形だと考えられるが、データ値の均等な分割は、観察者は原画像と略同じ空間的平均化後の画像を見ることになるので、実際の軸上輝度応答性が非線形である場合、これを考慮することによって分割は容易に補償され、軸上の観察者はやはり原画像と略同じ空間的平均化後の画像を見ることになる。

マスキング画像Ｍは、用途によってどんな種類のものでも使用することができる。例えば、マスキング画像は、カラーまたは白黒の格子縞模様であってもよく、あるいは、パブリック／プライベートモード用のランダムなノイズであってもよい。マスキング画像は、特定の種類の表示装置、または特定位置にある観察者に対してのみ表示される、ロゴ、画像、文字、あるいはその他の形態の情報を含んでいてもよい。動画のマスキング画像も用いることができる。

１つのグループ内の画像要素、例えば図６（Ａ）ないし図６（Ｃ）に示される２つの画像要素は、マスキング画像に追加する前、およびマスキング画像から差し引く前に、平均化することができる。あるいは、同じ値を用いると考えてもよい。表示画像に対して位置合わせをしていないマスキング画像は、マスキング画像Ｍの対応するデータ値に応じ、異なる量で局在グループ内の画像要素を分割することもある。１つのグループ内の画像要素の両方、あるいはすべてに対し、同じ程度の分割値を加えることにより、マスキング画像データ値を平均化することもできる。また、ともに平均化される画像要素の数は、２つ以上であってもよい。図６を参照して説明した上記例では、画像要素はペアとして考えられているが、画像要素の局在グループに、画像要素はいくつあってもよい。ただ、画像要素の局在グループが、軸上にある観察者によって視認されなければならない。これは、画像要素を修正せず、全体輝度が略同じととなるように空間平均化することによって行われる。空間的に平均化された画素は順次反転される。この結果、ある１フレーム内で、画素にはマスキング画像が追加され、それに続くタイムフレームでは、マスキング画像は差し引かれる（時間的に前後するタイムフレームで反転は同等に行われる）。

上記第２の実施形態では、表示された画像要素の局在グループについて述べているものの、この概念は適切な空間平均化を行うことに有用だが、必ずしも画像要素を個別のグループ単位で処理することを意味しない。画像要素に対して、グループ化することなく、修正の適切な大域パターンによって、局在的な空間的平均化がなされてもよい（例えば図１１（Ａ）ないし図１１（Ｃ）参照）。

マスキング画像は、滑らかに変化するデータ値を有することが望ましい。これは、急激な変化が、ある状況において軸上で認識された画像に軽微な影響を与えることがあるからである。図１２は、マスキング画像の急激な変化が、どのような副作用を知覚された画像にもたらすかを示している。この副作用は、第２実施形態の方法を適切に修正することで相殺できる。例えば、処理前の段階でマスキング画像に変更を加えて上記副作用をなくすまたは減少させる、あるいはマスキング画像を結合するためのアルゴリズムを変更して上記副作用をなくすまたは減少させる、などである。

要約すると、第２実施形態の表示装置は、空間光変調によって画像を表示する液晶表示パネルと、パネル内の液晶を、パネルに表示される画像を視野角の広い範囲で観察可能にする第１（パブリック）モードの第１配置と、パネルに表示される画像を視野角のほぼ狭い範囲のみで観察可能にする第２（プライベート）モードの第２配置との間で切り替える、回路とを有する。第２配置の液晶は、上記狭い範囲の外の観察者が視認する画像に画像撹乱パターンが見えるように構成されている。第１配置の液晶は、少なくとも２つの異なる液晶構成のうちの１つをそれぞれ持つ、複数の水平方向の領域を有する。第１配置の領域は、観察者によって解像されない大きさを有する。第２配置の液晶は、少なくとも２つの異なる液晶構成のうちの１つをそれぞれ持つ複数の水平方向の領域か、あるいは１つの領域を有する。第２配置の液晶は、視野角の狭い範囲については線形のデータ値／輝度応答性を有し、視野角の狭い範囲の外については非線形のデータ値／輝度応答性を有する、表示パネルのために設けられている。第１配置の領域は、狭視野角外の角度で走行する光が、異なる構成を有する少なくとも２つの領域を通過して、略線形のデータ値／輝度応答性を有するように、設けられる。第２配置の領域は、狭視野角外の角度で走行する光が、略非線形のデータ値／輝度応答性を有するように、設けられる。

上記のように、本発明の第２実施形態の第１例において、隣接するデータ値を修正して、線形に（軸上で）表示装置を見た場合、画像が人間の目によって原画像と同じように見えるように空間的平均化が行われ、非線形に（軸外で）表示装置を見た場合、分割レベルの要素を用いるように、画像を生成する。分割のレベルが画像内で第２画像と比例した割合で変化する場合、軸外では原画像と第２画像とがともに視認できる。第２画像とは、上記のマスキング画像Ｍである。マスキング画像Ｍが、格子縞模様や企業のロゴなどの撹乱パターンを有する場合、軸外の観察者に対しては、原画像はほぼ隠される。これによってプライベートモードが実現され、軸上の観察者は覗き見されることなく原画像を見ることができる。

本発明の第２実施形態は、視野角制限を可能にする電子的切換方法を提供する。許可されていない観察者をさらにかく乱するための動画など、用途に合ったマスキング画像を使用することができる。第２実施形態では、公知技術のようにシヤッター式眼鏡を使用する必要がなく、表示装置の全体または一部分に利用することができる。両方の平面について非線形性があれば、プライバシー機能が水平方向と垂直方向の両方で達成できる。プライバシー保護のレベルと範囲は、表示されるコンテンツによって異なり、分割のレベルを変更することで、視野角制限の度合いの変更も可能である。本発明の実施形態により、視野角制限の切換を行うための低コストな切換システムが実現できる。

第２実施形態の画像処理部は、ハードウェアでもソフトウェアでも、あるいはそれらの組み合わせでも実現できる。第２実施形態を実行するための動作プラグラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録されてもよい。また、本発明を具現する動作プログラムはコンピュータが読取可能な記録媒体に記録される必要はなく、例えば、インターネットからダウンロード可能なデータ信号などの信号に具現化されていてもよい。以下のことを特徴とする請求項は、動作プログラムそのもの、搬送波による記録、信号、その他の形式をも包含するものである。

第２実施形態の画像処理技術は、プライベートモードの効果を向上すべく、本発明における他のいかなる実施形態とも組み合わせて利用可能である。この点について、本発明の各実施形態の表示パネルは、少なくともある程度まで、プライベートモードに対して少なくとも多少はプラスになるような画像処理方法において要求される、非線形特性を有している。

図１３は、本発明の第３実施形態において、液晶表示パネル３００を有する表示装置を示す。第３実施形態では、液晶表示の第１（広）モードは、第１組の（面内）電極３０７，３０８を用いて、液晶層３０５を液晶層と平行な電界で切り替えることで実現される。このような面内切換（ＩＰＳ）は、視野角が広いことで知られている。第１（広）動作モードの配置Ｃ１が、図１３の上半分の、１つの液晶面内切換セルの平面図に示されている。

第２（狭）動作モードは、第２組の電極３０１，３０３を用いて液晶の全体にわたり電界を印加して液晶層３０５を切り替える（電気制御複屈折切換あるいはＥＣＢ切換）ことで、実現される。面外で液晶層３０５を切り替えることで、狭視野角が得られる。第２（狭）動作モードの配置Ｃ２は、１つの液晶ＥＣＢ切換セルの側面図である、図１３の下半分で示されている。

これとは別に、本発明の実施形態における第１（広）観察モードと第２（狭）観察モードとは、液晶パネルの２つの異なる電圧範囲で駆動することによっても実現できる。このような構成に好適な装置が図１５に示され、これに関する視野角特性が図１７に示される。

第４実施形態を、図１４（Ａ）ないし図１７を参照して説明する。本実施形態では、切換可能なプライバシー設定が、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）で範囲Ａ，Ｂとして示される２種類の電圧範囲を有する、ＬＣモードを用いて実現される。範囲Ａ，Ｂは、軸上では類似した階調変化を示すが、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）で範囲Ａとして示される単一の電圧範囲は、軸外でも通常の階調変化を示す。パブリックモードでは、軸上（図１４（Ａ））でも軸外（図１４（Ｂ））でも通常の階調変化を示す電圧範囲Ａが用いられ、全ての視野角にて質の高い画像が観察できる。プライベートモードでは、第１電圧範囲Ａを用いて軸上で（図１４（Ａ））所望の階調を実現する画素と、第２電圧範囲Ｂを用いて軸上で（図１４（Ａ））同じ階調を実現する画素とがある。第１電圧範囲Ａを用いる画素は、軸上でも軸外でも通常の状態で視認される（例では、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）それぞれの右側に示される画素で、電圧範囲Ａと矢印でつながれている）。一方、第２電圧範囲Ｂを用いる画素は、軸外では通常の状態では視認されない（図１４（Ｂ）の右側に示される画素で、電圧範囲Ｂと矢印でつながれている）。第１電圧範囲Ａと第２電圧範囲Ｂとを用いる画素をパターニングすることで、軸外では画像撹乱パターンが見えることになる（図１４（Ｂ）の右側の画像例参照）。

このような階調応答の例を図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）が示している。軸上の各階調（図１４（Ａ））において、二種類の電圧が使われる。しかし、これら二種類の電圧は、軸外では同じ階調を表さない（図１４（Ｂ））。第１電圧範囲Ａと第２電圧範囲Ｂとを用いる画素をパターニングすることで、軸外では画像撹乱パターンが見えることになる（図１４（Ｂ））。軸上の視野角では、電圧範囲Ａ、Ｂとも同じ階調を示すので、該パターンは視認されない。

したがって、第４実施形態において、２つの電圧範囲が軸上における同様の階調を達成するのに用いられ、１つの電圧範囲は軸外における通常階調変化をもたらし、もう１つの電圧範囲は軸外における異常階調をもたらすものである。第１電圧範囲内のみでパネルを駆動すると、全ての角度において良好な視野が実現できる。第２電圧範囲においてパネルを駆動すると、軸外に異常視野が発生する。軸外における異常視野によって軸外の観察者が視認する画像を撹乱するパターンを生成するように第１および第２電圧範囲を用いる画素をパターニングすると、プライバシーの保護がより好適に確保できる。

以下に、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）を参照して、本発明の第５実施形態を説明する。第五実施形態において、第２配置（プライベートモード）における液晶配向の数や特徴は、第１配置（パブリックモード）に修正を加えたもので、第２配置（プライベートモード）で表示される画像は、第１配置（パブリックモード）よりも狭い視野角範囲で視認可能である。液晶領域の配向数の切り替えは、面内電界を用いることにより行われる。

ここで採用される液晶モードは、連続風車配向（ＣＰＡ）モードである。当該モードにおいて、電圧無印加時には液晶分子が垂直に配向する。略均一の電界が印加されると、画素の端部における弱電界とともに電極表面のリベット突起によって、突起の対向する辺において対称的に傾き合う液晶配向の組が生成される。これらの配向の組は、液晶層に対して法線方向から観察した時、連続した「風車」構造となるように配置される。連続風車液晶配向の平均によって、全ての方位角方向における本質的に広い視野角を得ることができる。この第１配置を図１８（Ａ）に示す。以下に説明するように、電極はセグメント化されるが、略均一な電界を達成するために、略同じ電圧が電極の各セグメントに印加される。図１８（Ｂ）に示すように、第２(狭)視野角構成は、電極をパターニングし、異なる電極セグメントに異なる電圧を印加することによって生成される。パターン化された電極は、実質的に液晶層の面内においてさらなる電界を生成する。これらの面内電界は、液晶配向における突起の影響を受けず、配向数を減少させる。例えば、図１８（Ｂ）に示される例において、配向数は２まで減少される。上記２つの液晶配向の平均によって、ある方位角方向に対する広視野角と、他の方位角方向に対する狭視野角が得られる。

したがって、第１（広）視野角構成において、パターン化された電極は、所定の画素内で略同じ電圧に設定され、上記突起は、連続風車液晶配向を生成する。第２（狭）視野角構成において、液晶配向の数や特徴を修正するために、隣接する面内電極間に電圧を印加する。

面内電極セグメントにおける配向は、観察者に視認可能なほどの充分な倍率で領域ごとに生成することができる。特定の方位角方向については、これらのうちいくつかの領域は広視野角を有し、他の領域は狭視野角を有する。したがって、軸外の観察者は、異なる明度のパターンとしてこれらの異なる領域を認識する。この画像撹乱パターンは、その下にある画像を見えなくする。

パターン化された面内電極セグメントが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）電極ではなく、画素用接地電極を構成する。この場合、増加電圧マイナスΔＶは、面内電極のうち半分に印加することができ、プラスΔＶは、面内電極の残り半分に印加することができる。この増加電圧は、面内電界を生成するが、ゼロボルト（接地）での液晶層の１辺における平均電圧はそのまま残す。１つの増加電圧ΔＶは、第１（広）視野角構成から第２（狭）視野角構成への切り替えを行うために、パネル全体にわたる全ての面内電極に印加することができる。両構成の切り替えを行うのに、さらにＴＦＴを追加する必要はない。

液晶配向の数や特徴を修正するのに必要な面内電極セグメントにおけるピッチは、液晶モードに応じて変化する。上記ピッチは、液晶層の層厚と略等しい状態から、各画素に対して２つの面内電極セグメントしかない状態へと変化する。各画素に対して２つの面内電極が設けられる場合、これらは画素の端部に位置してもよいし、あるいは画素の光透過開口の外側に位置してもよい。一般的に、第１液晶構成を形成する傾向が強いほど、第２液晶構成への適切な切り替えに、１画素あたりにより多くの電極セグメントが必要となる。

以下に、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）および図２０を参照して、本発明の第６実施形態を説明する。本実施形態において、周期的な微構造からなる配向層は、広視野角範囲を有する第１配置と狭視野角範囲を有する第２配置との切り替えを行うのに用いられる。

格子配列ネマティック液晶セルには、周期的な微構造のため、ほぼ垂直配向の連続液晶ディレクタ構造と、ほぼ平面配向の“欠陥”構造とに切り替え可能な表面を有するものがある。これらの状態は双安定性で、両状態の切り替えは、ディレクタ領域における傾斜／屈曲領域に対してフレキソ電気状態で接続するＤＣ電界パルスによって行われる。本実施形態において、連続風車配向（ＣＰＡ）において用いられる表面によって、印加された高周波電界に基づいて画素中央に対する放射状ディレクタ配分が行われる通常の垂直配向ＶＡＮ構造と、格子による優先配向方向が上記放射状配分を阻害するハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）状構造との切り替えが行われる。これらはそれぞれ、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）に示される。

連続状態から欠陥状態への切り替わりにおいてＤＣパルスが必要となるので、階調制御を行うのに、ＡＳＶ画素で用いられる通常のＡＣ印加電界が使用できる。連続状態における放射状ディレクタは、全方位に対して本質的に広視野角を与える。一方、２つの“ＨＡＮ状”液晶配向は、ある方位角方向に対して広視野角を与え、他の方位角方向に対して狭視野角を与える。周期的微構造の配向は、観察者が視認し得るのに充分な倍率で領域にパターニングできる。特定の方位角方向に関しては、上記領域のうちのいくつかは広視野角を有し、他の領域は狭視野角を有する。それゆえ、軸外の観察者は、異なる明度のパターンとして異なる領域を視認することとなる。

中央の“リベット”突起とともに放射状ディレクタ配分を促進する、画素端部における弱電界は、欠陥状態において有効となる。このため、欠陥状態において、より直線的なディレクタ配向への切り替えが阻害されるおそれがある。その結果、上記セルの下方基板における電極領域は、可視領域からこれらの弱電界効果を除去するために、画素における光透過開口を超えて拡大してもよい。これは、視野角の限定をサポートするためにディスプレイが欠陥状態にある時にオンとなる、補助電極領域を設けることによって達成される。当該構成は図２０に示す。

以下に、図２１を参照して、本発明の第７実施形態を説明する。第７実施形態において、ディスプレイは、それぞれが狭視野角ＬＣモードを有する部分と、広視野角ＬＣモードを有する部分に細分化される画素からなる。２つの異なるＬＣモード部分は、別々の列に配置されていてもよいし（図２１を参照）、他の状態でパターニングされていてもよい（例えば、格子縞模様）。ＬＣモードのうち１つは、本質的に広視野角特性を有し、もう一方は、本質的に狭視野角特性を有する。広視野角モードの例としては、面内切り替え（ＩＰＳ）が挙げられ、狭視野角モードの例としては、電気制御複屈折（ＥＣＢ）モードが挙げられ、第７実施形態は第３実施形態と同様のものと考えることができる（したがって、第３実施形態と第７実施形態との異なる部分のみを説明する）。広ＬＣモードおよび狭ＬＣモードが、図２に示す交互に並ぶ列に配置される場合、広・狭視野角サブ画素が各画素に対して設けられている。

パブリックモードにおいては、広視野角ＬＣモードを有する画素のみが動作するように表示パネルを操作してもよい。あるいは、広狭両視野モードの画素は、同時に操作してもよいので、軸上に位置するユーザーは、空間解像度の２倍の解像度で画像を視認できるという利点を得ることができる。プライベートモードにおいては、狭視野角ＬＣモードを有する画素のみが動作するように表示パネルを操作してもよい。あるいは、ある領域では狭視野角ＬＣモードを操作し、他の領域では広視野角ＬＣモードを操作することによって、プライバシーパターンを生成する。軸外の観察者は、異なる明度のパターンとして異なる領域を視認することとなる。

以下に、図２２〜図２５を参照して、本発明の第８実施形態を説明する。上記第４実施形態と同様の第８実施形態は、軸上における同様の階調と軸外における異なる階調を達成するために、２つの異なる電圧領域を用いる。

連続風車配向（ＣＰＡ）モード液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）について、放射状配分ディレクター構造が、画素中央の上部セル表面における突起“リベット”と、下方基板における正方形の電極領域からの弱電界とによっって誘発される。下方基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを有し、上方基板は、接地電極を有する。

第８実施形態において、共通接地電極は、図２２の平面図で示すように、それぞれが各サブ画素風車領域の１辺を覆う、２つのかみ合い電極に分割される。同等かつ反対のバイアス電圧は、サブ画素の各辺に印加される、すなわち、画像を表示するために各画素に印加される駆動電圧はサブ画素の半分について＋ΔＶ分、残りの半分については−ΔＶ分で変換される。このように接地電極をパターニングする利点は、１つのバイアス電圧でΔＶがパネル全体にわたる全ての電極に印加できるということである。また、画素においてさらなるＴＦＴが必要となることもない。

軸上ＣＰＡ画素から観察した極めて直線的な階調（電圧／輝度）により、駆動電圧の増減はそれぞれ、その平均がゼロボルトのときの共通接地電極で観察される原輝度にほぼ等しい輝度を作り出す。したがって、変化はほとんど起こらず、知覚される画像にも変化は現れない。

しかし、軸外の観察者にとっては、結果として現れる輝度は、観察者が増加電界を有するサブ画素側に位置するか、あるいは減少電界を有するサブ画素側に位置するか、ということに大きく依存する。電圧応答性におけるこのような非対称は図２３に示されている。この非対称は、観察者に向かって、あるいは離間して傾斜する液晶ディレクタによるものである。

それゆえ、印加されたバイアスによって、ディスプレイは一方から他方にかけて明るさを増すように見える。かみ合い電極が互い違いに配置され、ディスプレイのある部分では左側にかけて明るさが増し、右側にかけて暗さが増すように見せることができ、残りの領域ではその逆の効果を有する場合、どちら側の観察者に対しても画像撹乱パターンを生成することができ、ディスプレイ上の情報は、軸上の観察者以外の者には隠すことができる。互い違いの配置は、図２４に示すようなものが考えられる。

ディスプレイの片側に位置する観察者に対する、左側に偏ったサブ画素と右側に偏ったサブ画素との輝度差は、上記撹乱パターンの強さを決定するものである。これは、＋／−バイアス電圧の範囲に関して、携帯電話のＬＣＤと同様に、無色の円偏光子間のＣＰＡ型画素用に演算されていたものであり、図２５に示す初期（バイアスを加えない）階調電圧に対する依存性を有するものであることが知られてきた。これにより、中間明度を有する画像を表示するので、プライバシーを最も好ましい状態で保護できることが分かる。

上記各実施形態が特定の液晶構成を用いる動作に限定されないことは理解できるであろう。本発明の各実施形態は、以下の液晶ディスプレイのいずれにも適用可能である。すなわち、２あるいは４領域ツイステッドネマティック（ＴＮ）あるいはスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）、２あるいは４領域垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）およびツイステッド垂直配向ネマティック（ＴＶＡＮ）、２あるいは４領域ハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ），連続風車配向（ＣＰＡ）に適用可能である。さらに、双安定ツイステッドネマティック（ＢＴＮ）、双安定ハイブリッド配向ネマティック（ＢＨＡＮ），Zenthally双安定ネマティック（ＺＢＮ）および格子あるいは他の表面構造により実現される方位角双安定モードなど、本質的に双安定である液晶モードに適用可能である。その他の適切な液晶モードも当業者に利用可能である。

本発明の表示装置は、例えば携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、電子的ＰｏＳ（ＥＰｏＳ）キオスク、ノートパソコン、デスクトップモニタなどに搭載されるあらゆるタイプの表示装置に適応可能である。

本発明の第１の実施形態を示すものであり、広視野モードおよび狭視野モードの動作時における表示パネルの側面図である。 第１の実施形態の動作を説明するためのチャートである。 第２の実施形態の動作を説明するのに用いられる表示装置を示すブロック図である。 広視野モードおよび狭視野モードの動作を示す、第２の実施形態において用いられる表示パネルの平面図である。 第２の実施形態の第１例に係る動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態のデータ値の変更を示す概略図である。 （Ａ）は第２の実施形態におけるデータ値と輝度の直線的な関係を示すチャートであり、（Ｂ）は第２の実施形態におけるデータ値と輝度の非直線的な関係を示すチャートである。 第２の実施形態の第１例における、原画像およびマスキング画像の倍率変更を示すものである。 第２の実施形態の第１例における、原画像およびマスキング画像の合成を示すものである。 第２の実施形態の第２例おける、マスキング画像の倍率変更を示すものである。 （Ａ）ないし（Ｃ）は第２の実施形態において用いられる、さまざまな修正データ値の配置を示すものである。 第２の実施形態における、マスキング画像上での急激な変化によって生じうる効果を示すものである。 本発明の第３の実施形態を示すものであり、広視野モードおよび狭視野モードの動作時における表示パネルの平面図および側面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の第４の実施形態の表示パネルについて軸上および軸外のそれぞれの階調応答性を示す概略図である。 第４の実施形態において用いられる表示パネルの構成を示す図である。 図１５の表示パネルについての軸上および軸外の階調応答性を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は第４の実施形態において用いられる２つの電圧値範囲のそれぞれについての視野角依存性を示すものである。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の第５の実施形態を示すものである。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の第６の実施形態を示すものである。 第６実施形態における補助電極の使用について示すものである。 本発明の第７の実施形態を示すものである。 本発明の第８の実施形態を示すものである。 第８の実施形態の動作を示すものである。 本発明の第８の実施形態におけるパターン化された電極の千鳥配列を示すものである。 第８の実施形態における軸外に見られる輝度差を示すものである。

Claims (96)

1. 空間光変調により画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶パネルを用いて表示される画像が広視野角から視認可能な第１モードによる第１配置と上記液晶パネルを用いて表示される画像が狭視野角のみから視認可能な第２モードによる第２配置との間で液晶を切り替える回路とを備えていることを特徴とする表示装置。
2. 液晶の上記第２配置によって、狭角度範囲外に位置する観察者が視認する画像上で画像撹乱パターンが見えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記第１配置における液晶が、表示装置の全体にわたり単一の液晶配列を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 上記第１配置における液晶が、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列を有する複数の水平方向の領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 上記第１配置による領域は観察者に解像できないサイズであることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 上記第２配置における液晶が、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列を有する複数の水平方向の領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 上記第２配置による領域は観察者に解像できるサイズであることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の寸法よりも少なくとも２倍の水平方向の寸法を有することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の寸法よりも少なくとも５倍の水平方向の寸法を有することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 上記第２配置による領域は、上記液晶パネルの画素における水平方向の側面寸法よりも少なくとも１０倍の水平方向の寸法を有することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
11. 同じかまたは同様の液晶配列を有する上記第２配置による領域は、所定の状態で空間的に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
12. 同じかまたは同様の液晶配置を有する上記第２配置による領域は、空間的な格子縞模様、文字パターン、またはロゴを形成するように空間的に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
13. 上記回路は、上記第２配置に液晶を切り替える複数の面内電極を有することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
14. 少なくとも各第２配置による領域における各辺に配置される電極を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
15. 各第２配置による領域内に配置された３つ以上の面内電極を有することを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
16. 上記第１配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配置を有する複数の水平方向の領域を有し、上記面内電極は、少なくとも２つの異なる配列を形成するための少なくとも２つの異なる配向を有するようにパターン化されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
17. 上記電極が、上記液晶パネルの画素を切り替える電極として、上記液晶パネルの同じ辺に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
18. 隣接する上記領域が異なる液晶配列を有するように配置されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
19. 上記少なくとも２つの液晶配列はそれぞれ異なる略均一の液晶配向を有する液晶からなることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
20. 上記少なくとも２つの液晶配列は所定の軸に対して略対称に配置される１組以上の配向を含むことを特徴とする請求項１９に記載の表示装置。
21. 上記所定の軸は狭視野角の範囲内に位置することを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
22. 上記少なくとも２つの異なる液晶配列はそれぞれ異なる角度透過関数を有することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
23. 上記角度透過関数が狭視野角の範囲内に位置する軸に対して非対称であることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
24. 上記第２配置における液晶はそれぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する水平方向の領域を含み、上記第２配置用の角度透過関数は、狭視野角の範囲内ではいずれの視野角においても略同等であり、狭視野角の範囲外では視野角毎に異なることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
25. 上記第１配置による領域は観察者に解像できないサイズであり、上記第１配置用の角度透過関数は、少なくとも広視野角の一部を滑らかに変化する平均透過関数を得るように、第１モードにおいて観察者により空間平均化されることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
26. 上記第１および第２配置は垂直配向ネマティック構成であることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の表示装置。
27. 上記第１および第２配置は双安定あるいは多安定液晶状態であり、上記回路はこれらの状態間で液晶を切り替えるのに用いられることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
28. 上記双安定または多安定液晶状態を生成する配向層を有することを特徴とする請求項２７に記載の表示装置。
29. 上記第１配置は連続した風車形状に配列された配置であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
30. 画像が複数の画像要素で表現される表示装置であって、観察者に対する第１データ値／輝度応答性を有する表示パネルを用いる第１シナリオにおいて修正後の画像が表示される場合、空間平均化を通じて観察者に知覚される画像が原画像と略同じになるように画像要素における少なくともいくつかの画像要素のデータ値を修正し、第１データ値／輝度応答性とは異なる第２データ値／輝度応答性を有する表示パネルを用いる第２シナリオにおいて修正後の画像が表示される場合、空間平均化を通じて観察者に知覚される画像が原画像と異なるように画像要素における少なくともいくつかの画像要素のデータ値を修正する手段を備え、液晶の上記第１および第２配置が、狭視野角の範囲外の視野角に対してそれぞれ実質的に第１および第２データ値／輝度応答性を表示パネルに与え、狭視野角の範囲内の視野角に対して実質的に第１データ値／輝度応答性を上記表示パネルに与えるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
31. 上記第２データ値／輝度応答性は、略非線形データ値／輝度応答性であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
32. 第１データ値／輝度応答性は、略線形データ値／輝度応答性であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
33. 上記第１配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する複数の水平方向の領域を含み、上記第１配置による領域は、狭角度の範囲外の角度で進む光が、異なる液晶配列を有する少なくとも２つの領域を通過して第１データ値／輝度応答性を有するように適応されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
34. 上記第２配置における液晶は、それぞれ少なくとも２つの異なる液晶配列のうち１つを有する複数の水平方向の領域を含み、上記第２配置による領域は、狭角度の範囲外の角度で進む光が、異なる液晶配列を有する少なくとも２つの領域を通過して第２データ値／輝度応答性を有するように適応されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
35. 上記第１および第２配置はツイステッドネマティック配置であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
36. 上記第１および第２配置を生成する、少なくとも１つのパターン化された配向層を有することを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
37. 上記回路は、液晶を上記第１および第２配置に切り替えるように、少なくとも１つのパターン化された配向層の配向特性を変える電界を印加可能であることを特徴とする請求項３６に記載の表示装置。
38. 上記回路は、液晶を上記第１および第２配置に切り替えるように、液晶の全体および液晶の面内、または液晶の全体もしくは液晶の面内に電界を印加可能であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
39. 上記回路は弱電界を印加可能であることを特徴とする請求項３８に記載の表示装置。
40. 原画像が上記第２シナリオにおいて知覚される画像に実質的に隠されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
41. 上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値がマスキング画像に基づいて修正されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
42. 各データ値が、マスキング画像の対応する位置におけるデータ値に基づいて修正されることを特徴とする請求項４１に記載の表示装置。
43. 上記第２シナリオにおいて知覚される画像は、少なくともある程度マスキング画像に似ていることを特徴とする請求項４１に記載の表示装置。
44. 原画像が上記第２シナリオにおいて知覚される画像に実質的に隠され、上記マスキング画像は、上記第２シナリオにおいて高度の視認撹乱情報を与えることを特徴とする請求項４１に記載の表示装置。
45. 上記マスキング画像は、格子縞模様、文字パターン、またはロゴを含むことを特徴とする請求項４４に記載の表示装置。
46. 異なるマスキング画像が異なる期間で用いられることを特徴とする請求項４１に記載の表示装置。
47. 上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値がマスキングパラメータに基づいて修正されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
48. 修正の度合いは、少なくとも一部は、上記マスキングパラメータによって決定されることを特徴とする請求項４７に記載の表示装置。
49. 修正しない状態での画像要素の全体輝度と略同じの全体輝度を有するように、空間平均化を通じて上記第１シナリオにおいて知覚される表示画像要素の局在グループが知覚されるように、上記データ値が修正されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
50. 上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値が、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける各画像要素に対する修正の度合いは、該画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
51. 上記グループに対して修正がなされる場合、当該グループにおける少なくとも１つの画像要素のデータ値を増加させ、他の画像要素のデータ値を減少させることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
52. 上記増加の量は上記減少の量と略同じであることを特徴とする請求項５１に記載の表示装置。
53. 上記減少の量に比例する上記増加の量は、上記第１データ値／輝度応答性に基づいて決定されることを特徴とする請求項５１に記載の表示装置。
54. 増加および減少用に指定された画像要素は異なる期間に交換されることを特徴とする請求項５１に記載の表示装置。
55. 上記データ値のうち少なくともいくつかのデータ値は、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける各画像要素に対する修正の度合いは、上記画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定され、少なくとも１つの画像要素に関して、個々の画像要素に対応するマスキング画像データ値に比例する量が、画像要素データ値に加えられ、少なくとも他の１つの画像要素に関して、個々の画像要素に対応するマスキング画像データ値に比例する量が、画像要素データ値から減じられることを特徴とする請求項５１に記載の表示装置。
56. 上記量が対応するマスキング画像データ値と等しいことを特徴とする請求項５５に記載の表示装置。
57. 上記量が画像データ値と最大または最小データ値の近い方との差に基づいて決定されることを特徴とする請求項５５に記載の表示装置。
58. 上記量が対応するマスキング画像データ値で乗算される差に比例することを特徴とする請求項５７に記載の表示装置。
59. 各グループは２つの画像要素からなることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
60. 上記画像要素のうち少なくともいくつかの画像要素のデータ値がグループにおいて平均化されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
61. 上記マスキング画像要素のうち少なくともいくつかのマスキング画像要素のデータ値が、グループにおいて平均化されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
62. 対応する修正後の画像要素が画像において行として配置されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
63. 対応する修正後の画像要素が画像において列として配置されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
64. 対応する修正後の画像要素が、格子縞模様、文字パターン、またはロゴの状態で配置されることを特徴とする請求項４９に記載の表示装置。
65. 修正後のデータ値が許容されるデータ値の通常範囲から外れないことを確実にすることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
66. 上記データ値の少なくともいくつかは、マスキング画像に基づいて修正され、グループにおける個々の画像要素に対する修正の度合いは、上記画像要素に対応するマスキング画像中の位置におけるデータ値に基づいて決定され、画像のデータ値の範囲は修正前に圧縮されることを特徴とする請求項６５に記載の表示装置。
67. マスキング画像のデータ値の範囲は修正前に圧縮されることを特徴とする請求項６５に記載の表示装置。
68. 画像のサブ部分における画像要素のデータ値が修正されることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
69. 個々の画像要素は、表示装置の画素に対応する複数の色要素に関係することを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
70. 個々の画像要素は、表示装置のサブ画素に対応する１つの色要素に関係することを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
71. 観察者は、表示装置から少なくとも所定の距離に位置していることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
72. 上記回路は、上記第１および第２配置をそれぞれ実現するため、上記第１および第２モードにおいて、それぞれ異なる第１および第２形態で電界を印加するように上記表示パネルを動作させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
73. 上記回路は、上記第１および第２モードにおける印加電界強度のそれぞれ異なる範囲を用いて上記表示パネルを動作させることを特徴とする請求項７２に記載の表示装置。
74. 上記回路は、上記第１および第２モードにおける印加電界強度のそれぞれ異なる方向を用いて上記表示パネルを動作させることを特徴とする請求項７２に記載の表示装置。
75. 上記回路は、上記第１モードにおいて面内切り替えを行い、上記第２モードにおいて電気制御複屈折切り替えを用いて上記表示パネルを動作させることを特徴とする請求項７４に記載の表示装置。
76. 上記回路は、上記面内切り替えを行う電極の第１セットと上記電気制御複屈折切り替えを行う第２セットとを有することを特徴とする請求項７５に記載の表示装置。
77. 上記第１セットの電極は、実質的に上記表示パネルの面内に電界を印加するために、上記表示パネルの同じ辺に配置されることを特徴とする請求項７６に記載の表示装置。
78. 上記第２セットの電極は、上記表示パネルの全体に電界を印加するために、上記表示パネルの互いに対向する辺に配置されることを特徴とする請求項７６に記載の表示装置。
79. 上記表示パネルは領域の第１セットと第２セットとを有し、上記回路は領域の第１セットと第２セットに電界をそれぞれ第１形態および第２形態で印加することを特徴とする請求項７２に記載の表示装置。
80. 表示装置における各画素は、上記第１セットからの領域と第２セットからの領域とを有することを特徴とする請求項７９に記載の表示装置。
81. 上記回路は、狭視野角の範囲外に位置する観察者に対する画像撹乱パターンを生成するために、上記第２モードにおいて、第１形態により画素を動作させ、第２形態により他の画素を動作させることを特徴とする請求項８０に記載の表示装置。
82. 表示装置の各画素は、それぞれ上記第１および第２配置を有する液晶を含む第１および第２領域からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
83. 上記回路は、狭視野角の範囲外の観察者に対する画像撹乱パターンを生成するために、上記第１領域を用いる画素と上記第２領域を用いる他の画素とを動作させる第２モードで動作可能であることを特徴とする請求項８２に記載の表示装置。
84. 上記回路は、少なくとも２つの異なる液晶配列を生成するために、異なる駆動電圧範囲を用いる第２モードで動作し、上記液晶配列は、各駆動電圧範囲から選ばれる異なる電圧について、狭視野角の範囲内の観察者に略同じ透過性を示し、上記選ばれた電圧について、狭視野角の範囲外の観察者にそれぞれ異なる透過性を示すことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
85. 上記駆動電圧範囲の１つめは、狭視野角の範囲内の観察者に対する画像表示に適した透過性・電圧関数を有し、上記駆動電圧範囲の２つめは、狭視野角の範囲外の観察者に対する画像表示に適さない透過性・電圧関数を有することを特徴とする請求項８４に記載の表示装置。
86. 上記駆動電圧範囲の２つめは、当該範囲の少なくともほとんどの部分に印加される電圧について、略一定かつ低透過性を狭視野角の範囲外の観察者に示すことを特徴とする請求項８５に記載の表示装置。
87. 上記駆動電圧範囲の２つめは、当該範囲の少なくともほとんどの部分に印加される電圧について、略一定かつ高透過性を狭視野角の範囲外の観察者に示すことを特徴とする請求項８５に記載の表示装置。
88. 上記回路は、上記表示パネルの全体にわたり略均一な液晶配列を生成するために、各水平方向の領域に対する駆動電圧範囲における最初の１つのみを用いる第１モードにおいて動作することを特徴とする請求項８５に記載の表示装置。
89. 上記回路は、少なくとも２つの異なる液晶配列を生成するために、それぞれ異なる接地電極電圧構成を用いる第２モードにおいて動作し、上記液晶配列は、異なる電圧構成について、狭視野角の範囲内の観察者に略同じ透過性を示し、上記電圧について、狭視野角の範囲外の観察者にそれぞれ異なる透過性を示すことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
90. 上記回路によって、上記第１および第２液晶配列が互いに傾斜することを特徴とする請求項８９に記載の表示装置。
91. 上記回路はパターン化された電極を有することを特徴とする請求項９０に記載の表示装置。
92. 空間光変調によって画像を表示する表示装置において使用される液晶表示パネルにおいて、上記液晶表示パネルが当該液晶表示パネル中の液晶に関して、上記液晶表示パネルを用いて画像を表示する第１モードにおける第１配置と、上記液晶表示パネルを用いて表示された画像を、実質的に狭視野角の範囲のみからしか視認できない第２モードにおける第２配置とを切り替える液晶表示パネル。
93. 装置に搭載されると、請求項１に記載の表示装置として上記装置を機能させる動作プログラム。
94. キャリア媒体に格納されることを特徴とする請求項９３に記載の動作プログラム。
95. 上記キャリア媒体は透過性媒体であることを特徴とする請求項９４に記載の動作プログラム。
96. 上記キャリア媒体はコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする請求項９４に記載の動作プログラム。