JP2011102880A - 液晶モジュールおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】透明ディスプレイとしての高分子分散型液晶を用いた液晶モジュールおよびこれを用いた電子機器に適した、表示の見栄え改善のための透明ディスプレイ独自のガンマカーブを提供する。
【解決手段】高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルを駆動する駆動手段は、透明と白との間の複数の入力階調値（Ｖ０〜Ｖ６３）を、最小の不透過率と最大の不透過率との間の複数の出力階調値（不透過率０〜１．０）に対応づける階調変換部を有する。この階調変換部は前記入力階調に対する前記出力階調の対応関係をＳ字カーブ形状とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、いわゆる透明ディスプレイを構成する液晶モジュールの表示改善および液晶モジュールを用いた電子機器に関する。

近年、フラットパネル状の表示デバイスとして、液晶パネルを利用した液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が広く利用されている。液晶パネルは液晶組成物を用いて、光源からの光や外光を部分的に遮断したり透過させたりすることによって表示を実現する。

近年、表示ＯＮのときはディスプレイに情報が表示され、ＯＦＦのときはディスプレイ背面が透けて見える、いわゆる透明ディスプレイが開発されている。このような透明ディスプレイの中で高分子分散型液晶(ポリマーネットワーク液晶)を用いたものが実用されるレベルとなってきている。高分子分散型液晶は、印加される電圧がＯＦＦ状態において入光される光を散乱させ、印加される電圧がＯＮ状態において光をそのまま通過させる特性を有する。

特開平５−１００１１８号公報

上記のような透明ディスプレイに対して通常のＬＣＤディスプレイと同じようなガンマカーブの設定（例えばγ＝２．２）をしても表示情報が全体的に薄くなってしまって、ディスプレイに対する視認性が悪いことが分かった。ガンマとはディスプレイの中間調（グレー）の明るさである。ガンマカーブはその特性を示すグラフ上のカーブのことを示す。

視認性劣化の原因は、透明ディスプレイが、（１）透明表示、（２）分散タイプ、（３）モノクロ表示、という点で通常のＬＣＤと異なるからと推測される。

そこで本発明では、透明ディスプレイとしての高分子分散型液晶を用いた液晶モジュールおよびこれを用いた電子機器に適した、表示の見栄え改善のための透明ディスプレイ独自のガンマカーブを提供するものである。

本発明による液晶モジュールは、高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルと、この液晶パネルを駆動する駆動手段とを備えている。この駆動手段は、透明と白との間の複数の入力階調値を、最小の不透過率と最大の不透過率との間の複数の出力階調値に対応づける階調変換部を有している。この階調変換部は前記入力階調に対する前記出力階調の対応関係をＳ字カーブ形状としたものである。

前記入力階調に対する前記出力階調の対応関係をＳ字カーブ形状とすることにより、高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルの中間調の画像が見やすくなり、表示の見栄えが改善される。

本発明の一実施の形態として、透明と白との間の複数の入力階調のうち、透明側から所定の階調値までの第１の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも広くし、前記所定の階調値を超える第２の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも狭くする。

本発明の他の実施の形態として、第１の入力階調範囲の外側の第２の入力階調範囲から当該第１の入力階調範囲に入るように入力データが変化したとき、第１の入力階調範囲に対応する第１の出力階調範囲の表示が第２の入力階調範囲に対応する第２の出力階調範囲の表示の影響を受ける場合、前記第１の出力階調範囲に該当する入力階調範囲を直線的対応範囲より狭くする。

本発明は、また、上記液晶モジュールを表示装置として採用した電子機器を提供する。

本発明によれば、高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルに対して、従来のＬＣＤの画質調整とは異なった独自のガンマカーブの設定にすることで表示の見栄えを改善し、使用者が表示情報を認識しやすくさせることが可能となる。

本発明に係る透明ディスプレイを用いた電子機器の一例としての携帯電話端末の外観を示す図である。 図１に示した端末の表示部の表裏の様子を示す図である。 図１に示した端末の表示部の作用を説明するための図である。 透明ディスプレイに情報を表示した状態を示す図である。 ガンマカーブの例を示す図である。 見栄え実験におけるガンマカーブの５つのパターンを示す図である。 階調値対カウント値の対応関係を示す統計結果を示した図である。 ヒステリシスの現象の説明図である。 ヒステリシスの検証に基づくガンマカーブの調整の説明図である。 本発明の実施の形態における画質調整を実現するための概略構成を表したブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る透明ディスプレイを用いた電子機器の一例としての携帯電話端末１００の外観を示している。図１（ａ）は正面側が見える斜視図、図１（ｂ）は背面側が見える斜視図である。

携帯電話端末（以下、単に端末ともいう）１００は、いわゆるストレート型の端末であり、筐体３０の正面側に液晶モジュール１０を有し、その下部に操作部２０を有する。液晶モジュールは、液晶パネルとともに、画像信号や駆動電力を供給するための電子回路やバックライト用の光源を取り付けてユニット化したものである。液晶モジュール１０の一部を構成する透明板１２は、その背後の液晶パネル（図１には現れていない）と重ね合わされて表示画面を構成する表示部１１を含む。透明板１２の材質としては例えばアクリルなどの合成樹脂、ガラス等を利用することができる

この端末１００は、表示部１１に対応する筐体の背面領域に透明の窓部４０を有する。これにより、透明板１２の背後に配置されている液晶パネルの表示状態によって表示画面を通して向こう側が透視できる透明ディスプレイを構成している。本実施の形態における液晶パネルは、高分子分散型液晶を用いたものである。窓部４０は、空白でもよいが、透明板１２と同様の透明なパネル部材で構成することができる。

また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、端末１００の表側の表示部１１に表示された画像は、裏側の窓部４０から左右反転した鏡像として見ることができる。

図３は、高分子分散型液晶の作用の説明図である。液晶パネルは、電極が付加されたガラス３１，３３に挟まれた高分子分散型液晶材料３２により構成される。この液晶パネルに対して電圧を印加すると液晶は透過モード（ａ）となり、液晶パネルを、裏側から表側、逆に表側から裏側へ、光が透過する。高分子分散型液晶材料３２に対して電圧を印加しないときは液晶は散乱モード（ｂ）となり、液晶パネルの裏側（または表側）から液晶材料３２に入射した光は四方八方に散乱する。入射した光が一般的な光であれば、分散された光は使用者には白く見える。

図４に、透明ディスプレイに情報を表示した状態を示す。端末１００の表示装置は、高分子分散型液晶を用いた液晶パネルを含む表示部１１、およびこれを駆動する液晶駆動部（駆動手段）６０で構成される。透明部分（液晶に電圧印加している画素部分）２５は背景２４が見え、白い箇所（液晶に電圧印加していない画素部分）２６は背景が見えないため、表示している情報が認識できる。また、白と透明の中間の電圧を液晶に印加することにより、液晶は中間レベルで光を散乱する状態となり、半透明のような中間色表示２７を行うことも可能である。したがって、中間色を指定することで、白と透明の間の中間調（グレースケール）の表現も可能である。

上述したように、このような透明ディスプレイでは従来と同様の画質調整では画質が良好でないことが判明した。そこで、本実施の形態では以下の各項目について画質調整を検討した。
（１）見栄え実験に基づく調整
（２）モノクロ画像のデータ解析に基づく調整
（３）ヒステリシスの検証に基づく調整

通常のカラー表示の液晶表示装置では、赤、緑、青の３色のデータを用いてカラーデータが作られている。本実施の形態における高分子分散型液晶は現状モノクロ対応であるため、カラーデータをモノクロデータに変換して表示する必要がある。そこで、カラーデータをモノクロデータに変換する際の式を検討する。

(i) Ｙ＝０．３＊Ｒ＋０．６＊Ｇ＋０．１＊Ｂ
（この式はＲＢＧのデータに所定の係数を掛けて輝度Ｙを算出するものである。Ｙ：モノクロデータ、Ｒ：赤データ、Ｇ：緑データ、Ｂ：青データ）
(ii) Ｙ＝１／３＊Ｒ＋１／３＊Ｇ＋１／３＊Ｂ
（この式は単純にＲＢＧのデータを等分して輝度Ｙを算出するものである。）
(iii) Ｙ＝Ｇ
（Ｇのデータが一番輝度成分をもっていることに鑑みて、この式は単純にＧのみで輝度Ｙを決定するものである。）

発明者による実験によれば、本実施の形態の透明ディスプレイには式(i)の変換が最適であることが分かった。したがって、以下の議論は式(i)の変換をすることを前提としている。ただし、本発明は、式(ii)(iii)による変換またそれ以外の式による変換を排除するものではない。

また、通常のモノクロ画像に対して透明表示する際の前提として、データの白／黒と表示の透明／白との対応関係が次の二通り考えられる。
（ａ）黒のデータを透明とし、白のデータを白とする。
（ｂ）白のデータを透明とし、黒のデータを白とする。

本実施の形態では（ａ）の対応関係を前提として、以下の検討を行った。ただし、本発明は、（ｂ）の対応関係を排除するものではない。

図５にガンマカーブの例を示す。図５（ａ）は通常のカラーＬＣＤディスプレイ（非透明ディスプレイ）用のガンマカーブである。Ｘ軸（横軸）は、６４階調の場合の色の階調値（グレースケール値）を示しており、Ｙ軸（縦軸）は輝度値（明度）を示している。Ｘ軸の階調値V０（黒）に対するＹ軸（縦軸）の輝度値（最小明度：min brightness）をV０、Ｘ軸階調値V６３（白）に対するＹ軸の輝度値（最大明度：max brightness）を１として、その間を０と１の中間の比率で示している。通常、輝度値と階調値の関係はガンマ値を用いて次のように表せる。

輝度値＝階調値のγ乗

通常のＬＣＤでは、図５のようにガンマカーブを合わせこむのが一般的である。このガンマカーブを、高分子分散型液晶にそのまま適用したものが図５（ｂ）のグラフである。Ｙ軸は不透過率（不透明度）を表し、Ｘ軸は階調（グレースケール）を表している。Ｘ軸の階調値V０（透明）に対応するＹ軸の不透過率を０（最小不透明度：最大透過率）として、Ｘ軸の階調値V６３（白）に対応するＹ軸の不透過率を１（最大不透明度：最小透過率）とし、０と１の間を中間の比率で示している。このガンマカーブを実際に高分子分散型液晶に適用したところ、全体的に表示が薄く（透明に近いもの）となり、視認性が圧倒的に悪かった。

そこで、上述した３つの調整項目について検討した結果として示した図５（ｃ）のガンマカーブが本実施の形態において使用したガンマカーブである。このガンマカーブを設定することにより、高分子分散型液晶表示装置の視認性が良くなり表示の見栄え改善することができた。

以下に各項目を具体的な検討内容を説明する。

（１）見栄え実験に基づく調整
この調整については、図６で示すガンマカーブの５つのパターンを、実際の表示画面上で見栄えを確認した。
1)γ＝１／２．２
2)Ｓ字カーブ
3)γ＝１
4)逆Ｓ字カーブ
5)γ＝２．２

発明者による目視での評価結果から、2)Ｓ字カーブが最適であることがわかった。すなわち、高分子分散型液晶に対してはガンマカーブをＳ字形状にすることで見栄えの改善が可能である。Ｓ字形状とはグラフの横軸上透明（Ｖ０）から白(Ｖ６３)までグレースケールが変化していく場合に、中度のグレースケール（この例では０．４５）である中間点付近までは不透過度の比率（この例では最大不透明度が１、最小不透明度が０）はその増加率が上昇していき（下向きに凸のカーブ）、中間点を過ぎると増加率が低下していく（上向きに凸のカーブ）形状である。

１）、３）のカーブでは表示が全体的に白くなりすぎて見づらい、４）のカーブでは画がくずれてしまう、５）のカーブでは薄い表示になって見づらい、という結果となった。

（２）モノクロ画像のデータ解析に基づく調整
モノクロ画像のデータ解析に基づく調整については、以下に説明するモノクロ画像データ解析手法に基づき、データ解析結果を算出し、調整を行う。

モノクロ画像データ解析手法は、まず、与えられた入力画像の各画素のカラーデータを、上記の変換式：Ｙ＝０．３＊Ｒ＋０．６＊Ｇ＋０．１＊Ｂにより、モノクロデータに変換する。この変換後の画像に対して、それぞれの階調値が何画素使用されているかをカウントし、階調値対カウント値の対応関係を調べる。この手法を多数の画像に対して適用することにより統計をとる。

図７に示したグラフがその統計結果を示したものである。このグラフはｘ軸がグレースケール（階調値V０〜V６３）、ｙ軸がカウント数を示している。この例は、任意に抽出した７０枚の写真（人物や風景）やｗｅｂ画面などの画像を解析したカウント値を階調値毎に合計した結果（総カウント値）を表したものである。このグラフにより、全６４階調（階調値V０〜V６３）の場合の色の階調（グレースケール）のうち、階調値V６３の階調が著しく出現し（１）、またその次に階調値V０〜V４０の階調範囲内の間がよく出現している（２）ことが分かった。そのため、階調値V０〜V４０の入力階調範囲に対してのダイナミックレンジを広げることが視認性向上となると考えられる。そのために、階調値V０〜V４０の階調範囲に対して不透過率の範囲を広く割り当て、その階調範囲以外の範囲である階調値V４１以上の階調範囲に対応する不透過率の範囲を狭く割り当てる。これを一般化すれば、透明と白との間の複数の入力階調値のうち、透明側から所定の階調値までの第１の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも広くし、前記所定の階調値を超える第２の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも狭くする、ということになる。直線的対応範囲とは、入力階調範囲に直線的に対応する出力階調の範囲であり、γ＝１の場合に相当する。

このような調整は、図６のＳ字カーブでは、そのV６３（白）に近い階調領域でのグレースケール増加率に対する不透過率の増加度が低下していることに対応している。

（３）ヒステリシスの検証に基づく調整
高分子分散型液晶にはヒステリシスの特性を含んでいる。図８にヒステリシスの現象のイメージを示す。ヒステリシスとは前の状態によって、次の状態が異なることを指している。例えば図８（ａ）のように、入力画像が白と黒（透明液晶では透明）のチェッカー模様の場合、高分子分散型液晶には出力の画のようにそのとおりに表示される。ただし、次の画面でベタの中間の階調（グレー）が入力されると、液晶には前のチェッカー模様がうっすらと見えるように表示される。すなわち、黒（透明）からグレーへ変化するとき、および、白からグレーへの変化するときに、前の状態が残っており、同じグレーを表示しても微妙に異なるグレーとなってしまうため前の画面が認識しやすくなる。

ただし、このような減少は次の入力画像がグレーのときに発生しやすく、白および黒（透明）のときには発生しない（図８（ｂ））。

このようなヒステリシスの影響を低減するための手法について図９により説明する。

図９（ａ）のグラフ（図５で示しているグラフと同様のｘとｙ軸）に、実験的に確認したヒステリシスの影響が見えやすい不透過率（ｙ軸の不透過率０．４〜０．９）の範囲を灰色領域（ヒステリシス出現領域）として示している。図９（ｂ）のグラフの線のように、ヒステリシスが見える灰色領域を使用する中間の階調でのγカーブの変化を急激な傾きとすることで、ヒステリシスを示す入力階調の範囲が狭くなる。その結果、ヒステリシスの顕在化が低減される。これを一般化すれば、第１の入力階調範囲の外側の第２の入力階調範囲から当該第１の入力階調範囲に入るように入力データが変化したとき、第１の入力階調範囲に対応する第１の出力階調範囲の表示が第２の入力階調範囲に対応する第２の出力階調範囲の表示の影響を受ける場合、前記第１の出力階調範囲に該当する入力階調範囲を直線的対応範囲より狭くする、ということになる。

なお、上述した（１）（２）（３）の調整はそれぞれ独立しており、単独で採用することができる。これらを共用する場合には互いに競合する（同時に成立しない）部分がありうる。図５（ｃ）に示したような最終的なガンマカーブはこれらの調整を折衷した結果である。どのように折衷するかは用途や目的等に応じて変わりうる。

図１０は、本実施の形態における画質の調整を実現するための概略構成を表したブロック図である。

ＣＰＵやメモリ等により構成される制御部は表示対象のカラー画像を表すＲＧＢデータ１１２をカラーモノクロ変換部１１３に与える。カラーモノクロ変換部１１３は、上述した変換式に従ってＲＧＢデータ１１２を階調データ（この例では５ビット）１１４に変換する。さらに、この階調データ１１４はガンマ補正のために階調変換部１１５に入力され、変換後の階調データ１１６となる。すなわち、階調変換部１１５は、透明と白との間の複数の入力階調値（Ｖ０〜Ｖ６３)を、最小の不透過率と最大の不透過率との間の複数の出力階調値（不透過率０〜１．０）に対応づける。この階調データ１１６がＬＣＤ１１７へ入力される。

カラーモノクロ変換部１１３および階調変換部１１５は、入力データを対応する出力データに変換するルックアップテーブル（ＬＵＴ）として構成することができる。このようなルックアップテーブルのデータは、不揮発性の書き換え可能なメモリに格納され、制御部１１１から書き換えることができる。図の例ではルックアップテーブルの入力データと出力データとを共に同じ５ビット幅としたが、両者は異なってもよい。

本実施の形態において階調変換部１１５は液晶駆動部６０（図４）内に含まれる。カラーモノクロ変換部１１３は液晶駆動部６０に含まれてもよいし、制御部１１１内に含まれてもよい。

本実施の形態によれば、高分子分散型液晶を透明ディスプレイとして使用するときに、透明ディスプレイ独自のガンマカーブをを適用することにより、表示の見栄えを改善し、ディスプレイの表示情報を見えやすくすることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、携帯電話端末はいわゆるストレート型のもののみを示したが、上側筐体と下側筐体からなる折り畳み型やスライド型の端末にも本発明を適用することが可能である。その場合、一方の筐体（例えば上側筐体）が透明ディスプレイを備えることになる。

１０…液晶モジュール、１１…表示部、１２…透明板、２０…操作部、２４…背景、２７…中間色表示、３０…筐体、３１，３３…ガラス、３２…高分子分散型液晶材料、４０…窓部、４１…階調値、６０…液晶駆動部、１００…携帯電話端末、１１１…制御部、１１３…カラーモノクロ変換部、１１５…階調変換部

Claims (6)

1. 高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルと、
   この液晶パネルを駆動する駆動手段とを備え、
   この駆動手段は、透明と白との間の複数の入力階調値を、最小の不透過率と最大の不透過率との間の複数の出力階調値に対応づける階調変換部を有し、
   この階調変換部は前記入力階調に対する前記出力階調の対応関係をＳ字カーブ形状とした
   液晶モジュール。
2. 透明と白との間の複数の入力階調のうち、透明側から所定の階調値までの第１の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも広くし、前記所定の階調値を超える第２の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも狭くした請求項１に記載の液晶モジュール。
3. 第１の入力階調範囲の外側の第２の入力階調範囲から当該第１の入力階調範囲に入るように入力データが変化したとき、第１の入力階調範囲に対応する第１の出力階調範囲の表示が第２の入力階調範囲に対応する第２の出力階調範囲の表示の影響を受ける場合、前記第１の出力階調範囲に該当する入力階調範囲を直線的対応範囲より狭くした請求項１に記載の液晶モジュール。
4. 高分子分散型液晶を用いて透明と白の間の階調表示を行う液晶パネルと、
   この液晶パネルを駆動する駆動手段とを備え、
   この駆動手段は、透明と白との間の複数の入力階調値を、最小の不透過率と最大の不透過率との間の複数の出力階調値に対応づける階調変換部を有し、
   この階調変換部は前記入力階調に対する前記出力階調の対応関係をＳ字カーブ形状とした
   電子機器。
5. 透明と白との間の複数の入力階調のうち、透明側から所定の階調値までの第１の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも広くし、前記所定の階調値を超える第２の入力階調範囲に対する出力階調範囲を直線的対応範囲よりも狭くした請求項４に記載の電子機器。
6. 第１の入力階調範囲の外側の第２の入力階調範囲から当該第１の入力階調範囲に入るように入力データが変化したとき、第１の入力階調範囲に対応する第１の出力階調範囲の表示が第２の入力階調範囲に対応する第２の出力階調範囲の表示の影響を受ける場合、前記第１の出力階調範囲に該当する入力階調範囲を直線的対応範囲より狭くした請求項４に記載の電子機器。