JP4834893B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明はアクティブマトリックス型液晶表示装置に関し、特に、液晶表示画面ののぞき見防止機能を有するアクティブマトリックス型液晶表示装置関するものである。

アクティブマトリックス型液晶表示装置は、２枚の透明基板を平行に配置し、その対向する面上に画素電極を設け、２枚の透明基板の間隙に液晶層を配置し、透明基板上に画素電極をマトリックス状に配列して画素を表示するものであり、各画素電極の近傍には、ＯＮ、ＯＦＦするためのスイッチング素子が配置されているものである。

液晶表示装置においては、一般的には、できるだけ広い位置から表示画面を見られること、すなわち、視野角が広いことが要求されている。しかしながら、例えば、携帯型の機器に使用される液晶表示装置においては、電車の中などの混雑した場所において使用する場合があり、表示画面を周囲の他者に見られたくない場合も多い。このよう場合、使用者には表示画面が鮮明に見え、使用者以外の他者には表示画面が見えにくいこと、すなわちプライベートモードでの使用が要求される。

上記要求に応えるため、従来の液晶表示装置においては、画像信号の範囲を狭くすることが行われていた、しかしながら、階調（信号電圧）の範囲を狭くすると、コントラストが悪くなってしまい、正面から見た場合の画像表示も悪くなってしまうという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１においては、１つの層からなる液晶表示パネルの視野角特性を変更する方法が提案されている、この方法は、垂直配向型ネマティック（ＶＡＮ）液晶モードによって実現されるが、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のぞき見防止のためには十分に狭くなく、プライベートモードでの使用が不十分であるという問題を有している。

また、例えば、特許文献２においては、画像を表示する液晶表示パネルを２枚用意して、広視野角から視認可能な第１モードによる第１配置と狭視野角のみから視認可能な第２モードとにより、液晶表示を切り替えることが提案されている。しかしながら、この方法では、２つのパネルを使用するため、装置が厚くなってしまい、また、コスト高となるという問題を有している。
特開平０９−２３０３７７号公報 特開２００７−１７９８８号公報

本発明の目的は、上記の問題点を解決するもので、特別なプロセスや制御を必要せず、簡易に、正面から見た場合の画像表示を従来の輝度およびコントランストを保ちつつ、正面からはずれた角度から見た場合の画像表示を一定の色または縞模様などとして不鮮明にすることによって、プライベートモードでの使用の可能な液晶表示装置を提供することにある。

本発明は、隣接する画素またはサブ画素に異なる信号電圧を与えることによって、上記の問題を解決するものである。すなわち、本発明の構成は、次のとおりである。
（１）隣接する画素またはサブ画素にそれぞれ異なる信号電圧を印加して、前記隣接する画素またはサブ画素の平均輝度が、正面からみた場合には通常のγ曲線となり、斜めから見たときに一定の階調（信号電圧）範囲において一定とすることによって、正面から見たときの画像は本来の画像を表示し、斜めから見たときの画像は本来の画像とは異なる画像を表示することを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（２）前記画素またはサブ画素は、１色を表す画素をさらに２分割したものであることを特徴とする上記（１）に記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（３）スイッチによる切り替えにより、本来の画像のみを表示する機能が付加されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（４）斜めから見たときの画像を本来の画像とはさらに大きく異なる画像を表示するために、使用する階調（信号電圧）の範囲を階調（信号電圧）全体の２０〜８０％とすることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（５）斜めから見たときの画像を本来の画像とは異なる画像を表示するために、一定の階調（信号電圧）の範囲おいて輝度が一定となる少なくとも２つのγ曲線を使用することを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（６）上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置を有する電子装置。

本発明によれば、複雑な装置構成によることなく、正面から見たときの画像は本来の画像を表示し、斜めから見たときの画像は本来の画像とは異なる画像を表示することができるプライベート使用が可能な液晶表示装置を極めて簡易に提供することができる。

本発明の実施態様を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、階調（信号電圧）に対する輝度の変化を示したものであるが、通常、このような曲線をγ曲線と呼ぶ。曲線１は、通常のγ曲線であり、通常、階調に対して指数関数的に輝度が増大する。これに対して、曲線２は、図２のように、使用者が正面から６０度傾いた角度から見た場合の階調に対する輝度の変化を表している。通常、各画素またはサブ画素にはそれぞれ、図１の横軸上の各階調に応じた電圧が加わることによって、それぞれの画素には、正面からは曲線１の輝度、斜めからは曲線２の輝度が表示されることによって画像が表示される。

例えば、１つの画素に階調に応じたある電圧Ｖが印加された場合の正面からの輝度は、Ｖの関数Ｉ_０（Ｖ）で表すとすると、これがγ曲線１となる。これに対して、同じく１つの画素に階調に応じたある電圧Ｖが印化された場合の正面から６０度傾いた角度から見た場合の輝度を、Ｖの関数Ｉ_６０（Ｖ）で表すとすると、これが曲線２となる。すなわち、正面から見た輝度が信号に対して曲線１で表示されるのに対して、正面から６０度傾いた角度からか見た輝度は信号に対して曲線２で表示されることにより、ある信号とある信号との輝度の差は、曲線１の変化と曲２の変化の差異だけずれるものの、一応、対応して表示されことになる。したがって、斜めから見た場合の画像は正面から見た画像とほぼ同様の画像がやや不鮮明に表示されることになる。

そこで、本発明では、１つの画素を２分割して、それぞれに印加される電圧を異なるようにする。例えば、分割された画素１および画素２に印加される電圧をそれぞれ、Ｖ_１およびＶ_２とすると、正面から見た輝度は、画素１と画素２の平均、すなわち（Ｉ_０（Ｖ_１）＋Ｉ_０（Ｖ_２））／２となるが、正面から６０度傾いた角度からか見た輝度は、（Ｉ_６０（Ｖ_１）＋Ｉ_６０（Ｖ_２））／２となる。この際、事前に、（Ｉ_０（Ｖ_１）＋Ｉ_０（Ｖ_２））／２は、本来のγ線となり、（Ｉ_６０（Ｖ_１）＋Ｉ_６０（Ｖ_２））／２とは、例えば、曲線３および４に示されるように、信号の主要範囲において、輝度が一定となるように、Ｖ１およびＶ２を事前に設定しておく。つまり、曲線３および４は、信号電圧の変化に対して、斜めから見た場合の輝度が変化しないことを示しており、各画素に異なる信号電圧を与えて異なる輝度を表示することによって画像を現すという本来の画像表示機能が損なわれるように設定された曲線であるといえる。このようにすれば、各画素の輝度は正面から見た場合は、信号電圧の変化に対してγ曲線のように変化することによって本来の画像を表示するのに対して、正面から６０度傾いた角度からか見た輝度は、信号の変化に対して一定の輝度となるため全ての画素が同一の輝度となって、本来の画像が非常に見えにくい画像とすることができる。

また、例えば、一定の列ごとにある列に集まる画素では、（Ｉ_６０（Ｖ_１）＋Ｉ_６０（Ｖ_２））／２が曲線３となり、これと交互する列に集まる画素では、（Ｉ_６０（Ｖ_１）＋Ｉ_６０（Ｖ_２））／２線が曲線４となるようにしておけば、図３（Ａ）に示すように正面から６０度傾いた角度からか見た輝度を高輝度領域Ｉと低輝度領域ＩＩの２種類の輝度の領域の縦縞模様とすることができる。すなわち、異なる領域において２つの水平なγ曲線を使用すれば、斜めから見たときの画像表示をより複雑にぼかすことができる。さらに、高輝度領域Ｉと低輝度領域ＩＩとを、図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、横縞、チェック模様などに配置することにより、斜めから見たときの画像表示をより複雑にぼかすことができ、ますます見えにくいものとすることができる。

図４は、本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装置における画像表示方式をブロック図で示したものである。図４において、複数の画素２１は、複数のＲ、Ｇ，Ｂに３原色に対応して設けられ、縦方向および横方向にマトリックス上に配置されている。各画素２１は、サブ画素２２およびサブ画素２３に分割されている。まず、画像情報２７は、メモリ２６に記憶され、メモリ２６から出力された画像情報はルックアップテーブル２５により電圧情報に変換される。この際、ルックアップテーブルは正面から見た輝度は通常のガンマ曲線１に従い、斜めから見た輝度が曲線３に従う信号電圧Ｖ１およびＶ２を出力するように設定されている。出力された信号電圧Ｖ１およびＶ２は、それぞれサブ画素２２および２３に印加される。

上記の実施態様では、画素を分割した場合において説明したが、従来の液晶表示マトリックスにおける隣接する画素において異なる電圧を印加することによっても、ほぼ同様の効果を得ることができる。ただし、画素を分割しない場合は、２つの電圧を作るために２つの画素を使うことになり解像度が半減してしまう。これを解消するためには、上記の例のように、１つの画素（またはサブ画素）を２つに分け、２つの電圧信号を与えるようにすれば、本来の解像度を維持することができる。

また、本来の画像のみを表す場合と、正面から見たときの画像は本来の画像を表示し斜めから見たときの画像は本来の画像とは異なる画像を表示する場合とをスイッチにより選択できるシステムとすることにより、通常の場合は、視野角の広い画像を表示し、混雑した場所などプライベートモードが必要場合にのみ、斜めから見たときの画像表示を見えにくいものとすることもできる。図４において、スイッチ部２８により、ルックアップテーブル２５を変換することにより、通常のルックアップテーブルとプライベートモード用のルックアップテーブルを選択することができる。これによって、本発明の表示装置はプライベート使用でないときには、より広い視野角を有することができ、使用場所によって、仕様態様を適宜変えることが可能となる。

さらに、プライベートモードにおける斜めから見たときの画像をさらに見にくくするために、使用する信号電圧の範囲を狭くすることもできる。γ曲線において、信号電圧に対して輝度が一定とすることができるのは、曲線３または４のように、通常、信号電圧全体のある範囲に限定されている。そこで、２つのγ曲線の輝度が一定となる信号電圧の範囲のみで使用すれば、斜めから見たときの画像は、１つの領域内では完全に輝度が同一とすることができ、領域内で輝度が同一となる２つの異なる輝度の領域を混在させることにより画像のぼかしをより確実にすることができる。このような２つのγ曲線の輝度が一定となる領域は、信号電圧の全体の範囲の２０〜８０％から選択することができ、この範囲で使用することにより、斜めから見たときの輝度を領域ごとに完全に同一とすることができる。

本発明の液晶表示装置は、パソコン、ラップトップパソコン、パーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、携帯電話、カーナビなどの電子機器の液晶表示部に適用することができるが、特に、ラップトップパソコン、ＰＤＡ，携帯電話など携帯型電子機器への応用に有利である。

階調（信号電圧）と輝度の関係を示す。 正面から６０度傾いた角度からか見た場合の使用者と液晶表示画面の位置関係を示す。 正面から６０度傾いた角度からか見た輝度を２種類の輝度の縦縞模様とした画像を示す。 正面から６０度傾いた角度からか見た輝度を２種類の輝度の横縞模様とした画像を示す。 正面から６０度傾いた角度からか見た輝度を２種類の輝度のチェック模様とした画像を示す。 本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装置における画像表示方式をブロック図で示す。

符号の説明

１ 正面から見た場合の階調と輝度の変化曲線（γ曲線）
２ 正面から６０度傾いた角度からか見た場合の階調と輝度の変化曲線
３ 隣接する画素に２つの異なる電圧をかけた場合の階調と輝度の変化曲線の例
４ 隣接する画素に２つの異なる電圧をかけた場合の階調と輝度の変化曲線の他の例
２１ 正面から見る使用者
２２ 正面から６０度傾いた角度からか見る使用者
２３ 液晶表示画面
Ｉ 高輝度領域
ＩＩ 低輝度領域

Claims (5)

1. 隣接する画素またはサブ画素にそれぞれ異なる信号電圧を印加して、前記隣接する画素またはサブ画素の平均輝度が、正面からみた場合には通常のγ曲線となり、斜めから見たときに一定の階調範囲において一定とすることによって、正面から見たときの画像は本来の画像を表示し、斜めから見たときの画像は本来の画像が見えにくい画像を表示するアクティブマトリックス型液晶表示装置であって、
   前記斜めから見たときの画像を前記本来の画像がさらに見えにくい画像とするように、使用する階調の範囲を階調全体の２０〜８０％とすることを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示装置。
2. 前記画素またはサブ画素は、１色を表す画素をさらに２分割したものであることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
3. さらに、前記本来の画像を表示させるための第１のルックアップテーブルと前記本来の画像が見えにくい画像を表示させるための第２のルックアップテーブルとを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチによる切り替えにより、前記本来の画像のみを表示する機能が付加されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
4. 前記斜めから見たときの画像が本来の画像がさらに見えにくい画像とするように、輝度が一定となる範囲での輝度レベルが異なる少なくとも２つのγ曲線を使用し、前記隣接する画素またはサブ画素の所定の領域ごとに前記少なくとも２つのγ曲線の何れかを使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置を有する電子装置。

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