JP2023068462A - 表示装置及び表示システム - Google Patents

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Abstract

【課題】選択的に鏡として機能可能かつ不具合のない防眩を行える「表示装置及び表示システム」を提供する。【解決手段】映像を表示する液晶ディスプレイ11と、液晶ディスプレイ11が出射する映像光が通過する位置に配置された、反射偏光板121を備え入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置12との間に、AG層15(Anti-glare層:防眩層)を設ける(a2、b2)。液晶ディスプレイ11のカラーフィルタで反射した光は、AG層15における散乱によって位相が揃わなくなるため、干渉の度合いが軽減され、干渉光によって虹色状の像が現れてしまうことが抑制される。また、AG層15で散乱や拡散した外光や外光の反射光は偏光特性を持たないため、外部に向かう成分が、おおよそが反射偏光板121で反射され、明るい反射像の周辺の領域が白濁して見えてしまうことも抑制される。【選択図】図5

Description

本発明は、選択的に鏡として機能させることのできる表示装置に関するものである。
選択的に鏡として機能させることのできる表示装置としては、液晶ディスプレイの表示面と対向する位置に、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置を配置した表示装置が知られている(たとえば、特許文献1)。ここで、この光学装置は、入射する光を反射光と透過光に振り分ける割合を変更することにより反射率/透過率を制御するものであり、反射率を大きくすると透過率が小さくなり、反射率を小さくすると透過率が大きくなる。
また、選択的に鏡として機能させることのできる表示装置としては、映像表示装置の表示面と対向する位置に、外光を部分的に反射するハーフミラーを配置すると共に、ハーフミラーの外光入射側の面上に防眩層を設けた表示装置が知られている(たとえば、特許文献2、3)
特許6624193号公報 特開2020-118992号公報 特開2008-191310号公報
上述した外光の反射率/透過率を制御可能な光学装置を用いる表示装置を自動車に設置し、自動車後方の視認用の鏡として機能させる場合、後続車のヘッドライトなどの後方から到来する強い光があるときに、光学装置の反射率を小さくして防眩を行うことが考えられる。
この場合、防眩時に光学装置の透過率が大きくなるために、光学装置を透過し液晶ディスプレイの表示面に到達する外光の割合が大きくなる。一方、表示面に到達した外光は、表示面で反射され、再度、光学装置を透過して外部に出射されるが、この出射される光には、液晶ディスプレイのカラーフィルタによる回折に起因する干渉光が含まれる。そして、このために、光学装置の反射率を小さくして防眩を行うと、明るい反射像の周辺に、自動車後方に実際には存在しない干渉光による虹色状の像が現れてしまうという問題が生じる。
そこで、上述したハーフミラーを用いる表示装置の防眩の構成を適用し、反射率/透過率を制御可能な光学装置の外光入射側の面上に防眩層を設けて防眩を図ることが考えられる。
しかし、このようにすると、光学装置を鏡として機能させるために高反射率に制御した状態において、防眩層による光の散乱や拡散によって、明るい反射像の周辺の領域が白濁して見えてしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、ディスプレイの表示面と対向する位置に、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置を配置した表示装置において、不具合のない良好な防眩を行うことを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、選択的に鏡として機能させることのできる表示装置に、映像光を出射するディスプレイと、前記ディスプレイの映像光の出射方向を第1方向として、前記ディスプレイの前記第1方向側に、前記第1方向に見て前記ディスプレイの表示面と重なるように配置された、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置と、前記第1方向について前記ディスプレイと前記光学装置の間に、前記第1方向に見て前記ディスプレイの表示面と重なるように設けられた、入射する光の散乱と拡散とのうちの少なくとも一方を行う防眩層とを設けたものである。ここで、前記ディスプレイは、前記映像光として所定の方向の直線偏光を出射し、前記光学装置は、偏光透過軸が前記所定の方向の反射偏光板と、当該反射偏光板の前記第1方向側に配置された、入射した直線偏光の振動面の方向を変更して出射可能な液晶パネルと、当該液晶パネルの前記第1方向側に配置された、偏光透過軸が前記所定の方向の偏光板とを備えている。
ここで、この表示装置において、前記ディスプレイは、たとえば、液晶ディスプレイである。
また、以上の表示装置において、前記防眩層のヘイズ値は、30%以上とすることが好ましい。
また、これらの表示装置は、自動車のフロントウインドウシールドの上部に、映像光を前記自動車の後ろ方向に向けて出射するように配置されたものであってよい。
または、これらの表示装置は、自動車のフロントドアの側部に、映像光を前記自動車の後ろ方向に向けて出射するように配置されたものであってもよい。
また、このような自動車に搭載された表示装置と、前記自動車の後方から到来する光の強さを検出する光検出手段と、前記光検出手段が検出した光の強さに応じて、前記光学装置の反射率/透過率を、光の強さが強いほど反射率が小さくなり透過率が大きくなるように制御する防眩制御手段とより、防眩機能を備えた表示システムを構成してもよい。
以上のような、防眩層を光学装置とディスプレイの間に配置した構造を有する表示装置や表示システムによれば、防眩層の散乱または拡散の作用と、光学装置の反射偏光板の反射の作用により、ディスプレイで反射した光の干渉による虹色状の像の出現や、明るい反射像の周辺の白濁といった不具合の発生が抑制される。
以上のように、本発明によれば、ディスプレイの表示面と対向する位置に、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置を配置した表示装置において、不具合のない良好な防眩を行うことができる。
本発明の実施形態に係る表示システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の基本動作を示す図である。 本発明の実施形態に係るAG層の効果を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1に、本実施形態に係る表示システムの構成を示す。
表示システムは、自動車に搭載されるシステムであり、図示するように、表示装置1、モード制御装置2、表示制御装置3、1台もしくは複数台の映像ソース機器4、制御装置5、複数のセンサ6、入力装置7を備えている。
表示装置1は、選択的に鏡として機能させることも、映像を表示する装置として機能させることもできる装置であり、映像を表示する液晶ディスプレイ11と、液晶ディスプレイ11が出射する映像光が通過する位置に配置された、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置12とを備えている。
表示装置1は、たとえば、図2に示すように、自動車のフロントウインドウシールドの上部の伝統的にルームミラーが設けられてきた位置に配置される。そして、表示装置1を映像を表示する装置として機能させるディスプレイモードでは、表示装置1を各種情報を表示するディスプレイとして用いることができ、表示装置1を鏡として機能させるミラーモードでは、表示装置1をルームミラーとして用いることができる。
ただし、表示装置1は、自動車のフロントドアの側部の伝統的にサイドミラーが設けられてきた位置に配置してもよい。この場合は、ディスプレイモードでは、表示装置1を各種情報を表示するディスプレイとして用いることができ、ミラーモードでは、表示装置1をサイドミラーとして用いることができる。
図1に戻り、映像ソース機器4は、自動車後方を撮影するバックカメラや、その他の映像を出力する機器であり、表示制御装置3は、制御装置5の制御に従って、映像ソース機器4の出力する映像の液晶ディスプレイ11への表示を制御する。
また、モード制御装置2は、制御装置5の制御に従って、光学装置12の反射率/透過率を調整する。
複数のセンサ6としては、周囲の明るさを検出するための照度センサや、自動車の後方から到来する光の強さを検出する光センサや、その他のセンサ6を設ける。
制御装置5は、入力装置7で受け付けたユーザ操作等に従って、表示制御装置3が液晶ディスプレイ11に表示する映像の出力元の映像ソース機器4を切り替える処理を行う。
また、制御装置5は、入力装置7で受け付けたユーザ操作等に従って、表示装置1のディスプレイモードとミラーモードの切り替えを行う。また、制御装置5は、照度センサの検出値が、周囲が暗いことを検出している期間中、光センサで検出した後方から到来する光の強さに応じて防眩レベルを、光の強さが大きいほど高くなるように設定する。なお、照度センサの検出値が、周囲が暗くないことを検出している期間中は、防眩レベルを、防眩を行わないレベルである最低レベルに設定する。
ただし、周囲の明るさや、後方から到来する光の強さは、制御装置5において、映像ソース機器4として備えたバックカメラが出力する映像から識別するようにしてもよい。
そして、制御装置5は、ディスプレイモードにあるときには、モード制御装置2に、表示装置1が映像を表示する装置として機能するように、光学装置12の反射率/透過率を、低反射率/高透過率に調整させる。
また、制御装置5は、ミラーモードにあるときには、表示制御装置3に表示をオフさせると共に、モード制御装置2に、表示装置1が鏡として機能し、かつ、防眩レベルが高いほど反射率が小さくなり透過率が大きくなるように、光学装置12の反射率/透過率を調整させる。より具体的には、ミラーモードの期間中、防眩レベルが最低レベルであるときには、モード制御装置2に、光学装置12の反射率/透過率を高反射率/低透過率に調整させ、防眩レベルが高くなるほど、反射率がより小さくなり透過率がより大きくなるように、モード制御装置2に、光学装置12の反射率/透過率を制御させる。ここで、光学装置12の反射率が小さくなり透過率が大きくなるほど、ミラーモードにあるときの、表示装置1の防眩の程度は強くなる。
したがって、ミラーモードの期間中、後方から到来する光が強いほど、光学装置12の防眩の程度は強くなる。
次に、図3に表示装置1の構成を模式的に示す。
図示するように、表示装置1は、表示装置1の裏面側より、表示用照明光を出射するバックライト13、エアギャップまたはOCA(Optical Clear Adhesive:光学用透明粘着シート)14、バックライト用偏光板111、表示用液晶パネル112、映像光用偏光板113、AG層15(Anti-glare層:防眩層)、反射偏光板121、モード切替用液晶パネル122、外光用偏光板123、エアギャップまたはOCA16、カバーガラス17を重ねた構造を備えている。
そして、バックライト用偏光板111と表示用液晶パネル112と映像光用偏光板113より液晶ディスプレイ11が構成されている。
液晶ディスプレイ11において、映像光用偏光板113の偏光透過軸の方向を第1方向として、バックライト用偏光板111の偏光透過軸の方向は、第1方向と直交する方向である第2方向に設定されている。バックライト13から出射された表示用照明光の第2方向の直線偏光の成分のみがバックライト用偏光板111を透過して表示用液晶パネル112に入射する。表示用液晶パネル112において表示用照明光の振動面は画素毎に所望の方向に調整された後、着色されて映像光用偏光板113に出射される。映像光用偏光板113は表示用液晶パネル112から入射した表示用照明光の第1方向の直線偏光の成分のみを透過し、映像を表す映像光として出射する。
また、表示用液晶パネル112は、表示装置1の裏面側より、裏側透明基板1121、画素電極1122、裏側配向膜1123、液晶層1124、表側配向膜1125、対向電極1126、カラーフィルタ及びブラックマトリックス1127、表側透明基板1128を重ねた構造を備えている。
そして、画素電極1122と対向電極1126で液晶層1124に印加する実効電圧を画素毎に制御することにより、画素毎に液晶の向きを制御して、液晶層1124から出射される表示用照明光の振動面を所望の方向に調整することができる。ここで、液晶層1124から出射された表示用照明光は、カラーフィルタ1127で画素毎に着色され映像光用偏光板113に出射され、映像光用偏光板113を透過した成分が映像光となる。
次に、このような表示装置1において、反射偏光板121とモード切替用液晶パネル122と外光用偏光板123より光学装置12が構成されている。
外光用偏光板123と反射偏光板121の偏光透過軸は、液晶ディスプレイ11の映像光用偏光板113の偏光透過軸と同じ第1方向に設定されている。また、反射偏光板121は、偏光透過軸の方向の直線偏光を透過し、偏光透過軸と直交する方向の直線偏光を反射する光学デバイスであり、ここでは、偏光透過軸が第1方向であるので、第1方向の直線偏光を透過し、第1方向と直交する方向である第2方向の直線偏光を反射する。
モード切替用液晶パネル122は、モード切替用液晶パネル122内の液晶の向きを制御して、モード切替用液晶パネル122に入射する直線偏光の振動面を所望の方向に調整して出射することができる。
次に、このような表示装置1のディスプレイモードとミラーモードにおける基本動作について説明する。
まず、図4aに、ディスプレイモードにおける基本動作を、当該動作に関わらないカバーガラス17、エアギャップ、OCAを省略して示す。
ディスプレイモードにおいて、モード切替用液晶パネル122は、入射する直線偏光の振動面を、そのまま維持して出射するようにモード制御装置2によって制御される。
外光用偏光板123に入射した外光の第1方向の直線偏光の成分は、偏光透過軸が第1方向の外光用偏光板123を透過し、振動面の方向を第1方向に維持したままモード切替用液晶パネル122を透過する。モード切替用液晶パネル122を透過した第1方向の直線偏光は、偏光透過軸が第1方向の反射偏光板121を透過し、AG層15を通過して液晶ディスプレイ11に入射し、その後、そのおおよそが吸収される。
一方、上述のように、液晶ディスプレイ11からは、第1方向の直線偏光のみを含む映像光が出射される。液晶ディスプレイ11から出射された映像光は、AG層15、偏光透過軸が第1方向の反射偏光板121を透過を通過してモード切替用液晶パネル122に入射する。モード切替用液晶パネル122に入射した映像光は、振動面の方向を第1方向に維持したままモード切替用液晶パネル122を透過すると共に、そのまま偏光透過軸が第1方向の外光用偏光板123を透過して外部に出射される。そして、この外部に出射された映像光により、映像の表示が達成される。
次に、図4b1、b2にミラーモードにおける基本動作を、当該動作に関わらないカバーガラス17、エアギャップ、OCAを省略して示す。
図4b1は、ミラーモードにおいて防眩レベルが最低レベルであるとき、すなわち防眩を行わないときの基本動作を示している。
ミラーモードにおいて、液晶ディスプレイ11は、バックライト13をオフとしたり黒画面を表示することにより、映像光を出射しないように表示制御装置3によって制御される。また、ミラーモードにおいて、防眩レベルが最低レベルであるとき、モード切替用液晶パネル122は、入射する直線偏光の振動面を90度回転させるようにモード制御装置2によって制御される。
そして、外光用偏光板123に入射した外光の第1方向の直線偏光の成分は、偏光透過軸が第1方向の外光用偏光板123を透過し、モード切替用液晶パネル122で振動面の方向が90度回転され第2方向の直線偏光として反射偏光板121に入射する。反射偏光板121は、モード切替用液晶パネル122から入射した外光が、第1方向の偏光透過軸と直交する第2方向の直線偏光であるので、その全てを反射する。反射偏光板121で反射した第2方向の直線偏光の反射光は、モード切替用液晶パネル122に入射し、モード切替用液晶パネル122で振動面が90度回転され第1方向の直線偏光として外光用偏光板123に出射され、偏光透過軸が第1方向の外光用偏光板123を、そのまま透過し外部に出射される。そして、この外部に出射された反射光により、表示装置1の鏡としても機能が実現される。
なお、ミラーモードにおいて防眩レベルが最低レベルであるときに、液晶ディスプレイ11の表示を行っても、液晶ディスプレイ11から出射された第1方向の直線偏光の映像光は、AG層15、反射偏光板121を透過を通過して、モード切替用液晶パネル122で振動面が90度回転され第2方向の直線偏光として外光用偏光板123に入射し、外光用偏光板123で遮断されるため、外部に液晶ディスプレイ11の映像が表示出力されることはない。したがって、ミラーモードにおいて防眩レベルが最低レベルであるときには、液晶ディスプレイ11から映像光を出射するように制御してもかまわない。
次に、図4b2は、ミラーモードにおいて防眩レベルが最低レベルでないとき、すなわち防眩を行うときの基本動作を示している。
上述のようにミラーモードにおいて、液晶ディスプレイ11は、バックライト13をオフとしたり、黒画面を表示することにより、映像光を出射しないように表示制御装置3によって制御される。また、ミラーモードにおいて、防眩レベルが最低レベルでないとき、モード切替用液晶パネル122は、入射する直線偏光の振動面を0<θ<90の範囲内において、防眩レベルに応じて定まる角度θ回転させるようにモード制御装置2によって制御される。モード切替用液晶パネル122において振動面を回転する角度が小さいほど、光学装置12の反射率が小さくなり透過率が大きくなる。したがって、防眩レベルが高いほど、モード切替用液晶パネル122において振動面を回転する角度は小さくなる。
そして、外光用偏光板123に入射した外光の第1方向の直線偏光の成分は、偏光透過軸が第1方向の外光用偏光板123を透過し、モード切替用液晶パネル122で振動面の方向がθ回転され第1方向と第2方向の間の方向の直線偏光として反射偏光板121に入射する。
反射偏光板121は、モード切替用液晶パネル122から入射した外光の第2方向の直線偏光の成分を反射し、入射する外光の第1方向の直線偏光の成分を透過する。したがって、反射偏光板121は、モード切替用液晶パネル122から入射した外光の一部を反射し一部を透過する。
反射偏光板121で反射した第2方向の直線偏光の反射光は、モード切替用液晶パネル122に入射し、モード切替用液晶パネル122で振動面がθ回転され外光用偏光板123に出射され、外光用偏光板123は、モード切替用液晶パネル122から入射した反射光の第1方向の直線偏光の成分を外部に出射する。そして、この外部に出射された反射光により、表示装置1の鏡としての機能が実現されると共に、外部に出射される反射光の強さ、すなわち、光学装置12の反射率を、防眩レベルが最低レベルであるときよりも小さくすることができ、これにより防眩レベルに応じた防眩を実現される。
一方、反射偏光板121を透過した第1方向の直線偏光の外光は、AG層15を通過して液晶ディスプレイ11に入射し、その後、そのおおよそが吸収される。
さて、図4b2のように、モード切替用液晶パネル122が入射する直線偏光の振動面を角度θ回転する状態で、液晶ディスプレイ11の表示を行うと、液晶ディスプレイ11から出射された第1方向の直線偏光の映像光は、AG層15、反射偏光板121を透過を通過して、モード切替用液晶パネル122で振動面がθ回転され外光用偏光板123に入射し、外光用偏光板123は、モード切替用液晶パネル122から入射した映像光の第1方向の直線偏光の成分を外部に出射する。
したがって、この場合、ユーザには、反射偏光板121で反射した像と液晶ディスプレイ11が表示した映像が重畳して視認される。
そこで、表示システムに、さらに、合成モードを設け、合成モードにおいて、入射する直線偏光の振動面を角度θ回転するようにモード切替用液晶パネル122を制御すると共に、液晶ディスプレイ11にアイコンなどの表示を行わせることにより、このような反射像と表示した映像とが重畳した表示を行うようにしてもよい。なお、合成モードにおいても、防眩レベルが高いほど、モード切替用液晶パネル122において振動面を回転する角度を小さくし、防眩を図るようにする。
次に、本実施形態において、表示装置1のAG層15を、液晶ディスプレイ11と反射偏光板121の間に設けた効果について説明する。
図5a1に示すように、AG層15を表示装置1に設けなかった場合、ミラーモードで防眩を行うと図4b2のように外光が液晶ディスプレイ11まで到達し、図3に示したカラーフィルタ1127で回折して反射し、反射した光同志の干渉光が表示装置1の前面から出射される。そして、この干渉光によって、明るい反射像の周辺に、自動車後方に実際には存在しない虹色状の像が現れてしまう。
一方、液晶ディスプレイ11と反射偏光板121の間にAG層15を設けた本実施形態の表示装置1では、図5a2に示すように、液晶ディスプレイ11のカラーフィルタ1127で反射した光は、AG層15における散乱によって位相が揃わなくなるため、干渉の度合いが軽減され、干渉光によって虹色状の像が現れてしまうことを抑制することができる。
次に、図5b1に示すように、AG層15を表示装置1の外光入射側の面に設けた場合、防眩レベルが低いミラーモード、すなわち、光学装置12の反射率/透過率が高反射率/低透過率である状態において、AG層15による外光や外光の反射光の散乱や拡散によって、明るい反射像の周辺の領域が白濁して見えてしまう。
一方、図5b2に示すように、本実施形態の表示装置1において、液晶ディスプレイ11と反射偏光板121の間に設けたAG層15で散乱や拡散した外光や外光の反射光は偏光特性を持たないため、外部に向かう成分が、おおよそが反射偏光板121で反射される。よって、これらの光が外部に出射されることはなく、明るい反射像の周辺の領域が白濁して見えてしまうこともない。
なお、AG層15は液晶ディスプレイ11の出射する映像光に対しても作用するが、液晶ディスプレイ11の表示面上にAG層15を設ける場合と同様に、映像光に対する影響は小さい。
ここで、以上のようなAG層15による効果を充分に得るために、AG層15のヘイズ値(Haze;曇度)は、30%以上、望ましくは40%以上とする。本発明者らが行った実験によれば、ヘイズ値が30%未満では強い虹色状の像の出現を抑えることができず、30%以上であれば実用上の支障のない程度に虹色状の像の出現を抑えることができ、40%以上であれば虹色状の像の出現を良好に抑えることができた。なお、ヘイズ値の上限は、用途や所要の画質に応じて定めてよい。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上では表示装置に液晶ディスプレイ11を備えた場合について示したが、直線偏光の映像光を出射するディスプレイであれば、液晶ディスプレイ以外のディスプレイを液晶ディスプレイ11に代えて用いてよい。
1…表示装置、2…モード制御装置、3…表示制御装置、4…映像ソース機器、5…制御装置、6…センサ、7…入力装置、11…液晶ディスプレイ、12…光学装置、13…バックライト、14…エアギャップまたはOCA、15…AG層、16…エアギャップまたはOCA、17…カバーガラス、111…バックライト用偏光板、112…表示用液晶パネル、113…映像光用偏光板、121…反射偏光板、122…モード切替用液晶パネル、123…外光用偏光板、1121…裏側透明基板、1122…画素電極、1123…裏側配向膜、1124…液晶層、1125…表側配向膜、1126…対向電極、1127…カラーフィルタ及びブラックマトリックス、1128…表側透明基板。

Claims (6)

  1. 選択的に鏡として機能させることのできる表示装置であって、
    映像光を出射するディスプレイと、
    前記ディスプレイの映像光の出射方向を第1方向として、前記ディスプレイの前記第1方向側に、前記第1方向に見て前記ディスプレイの表示面と重なるように配置された、入射する光の反射率/透過率を制御可能な光学装置と、
    前記第1方向について前記ディスプレイと前記光学装置の間に、前記第1方向に見て前記ディスプレイの表示面と重なるように設けられた、入射する光の散乱と拡散とのうちの少なくとも一方を行う防眩層とを有し、
    前記ディスプレイは、前記映像光として所定の方向の直線偏光を出射し、
    前記光学装置は、偏光透過軸が前記所定の方向の反射偏光板と、当該反射偏光板の前記第1方向側に配置された、入射した直線偏光の振動面の方向を変更して出射可能な液晶パネルと、当該液晶パネルの前記第1方向側に配置された、偏光透過軸が前記所定の方向の偏光板とを有することを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1記載の表示装置であって、前記ディスプレイは液晶ディスプレイであることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1または2記載の表示装置であって、
    前記防眩層のヘイズ値は、30%以上であることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1、2または3記載の表示装置であって、
    当該表示装置は、自動車のフロントウインドウシールドの上部に、映像光を前記自動車の後ろ方向に向けて出射するように配置されていることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項1、2または3記載の表示装置であって、
    当該表示装置は、自動車のフロントドアの側部に、映像光を前記自動車の後ろ方向に向けて出射するように配置されていることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項4または5記載の表示装置と、
    前記自動車の後方から到来する光の強さを検出する光検出手段と、
    前記光検出手段が検出した光の強さに応じて、前記光学装置の反射率/透過率を、光の強さが強いほど反射率が小さくなり透過率が大きくなるように制御する防眩制御手段とを有することを特徴とする表示システム。
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