JP6800641B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
透明ディスプレイは、観察者側から反対側が視認できる表示装置である。透明ディスプレイは、様々な構成が検討されており、例えば、偏光フィルタを備えた液晶表示パネルや、有機発光ダイオード等の自発光素子を備えた表示パネルなどを備えた構成が開示されている。
特開2013−80646号公報
本実施形態の目的は、透明度が高く外光環境下でも視認性の良好な表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
光透過性を有する第1基板と、前記第1基板と対向し光透過性を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置された光変調層と、画像を表示する表示領域と法線方向で対向する位置の外側から前記光変調層を照明する光源ユニットと、前記第1基板に配置され、それぞれレッド、グリーン、またはブルーの互いに異なる色の第1乃至第3カラーフィルタと、前記第1乃至第3カラーフィルタにそれぞれ対向する第1乃至第3電極と、を備え、前記光変調層は、前記第1乃至第3電極のそれぞれによって生じる電場に応じて、前記第1乃至第3カラーフィルタのそれぞれに対向する領域の光散乱性を変調可能である、表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
光透過性を有する第1基板と、前記第1基板と対向し光透過性を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置された光変調層と、画像を表示する表示領域と法線方向で対向する位置の外側から前記光変調層を照明する光源ユニットと、前記第1基板に配置され、それぞれレッド、グリーン、またはブルーの互いに異なる色の第1乃至第3カラーフィルタと、前記第1基板に配置され、前記第1乃至第3カラーフィルタのいずれかと同じ色の第4カラーフィルタと、前記第3カラーフィルタと前記第4カラーフィルタとの間に位置し、前記第3カラーフィルタよりも面積の大きい透明部材と、前記第1乃至第4カラーフィルタにそれぞれ対向する第1乃至第4電極と、前記透明部材と対向する第5電極と、を備え、前記光変調層は、前記第1乃至第5電極のそれぞれによって生じる電場に応じて、前記第1乃至第5カラーフィルタのそれぞれと対向する領域の光散乱性を変調可能である、表示装置が提供される。
図1は、本実施形態に係る表示装置DSPの一構成例を示す図である。 図2は、図1に示した第1基板SUB1の一構成例を示す図である。 図3は、図1に示した表示パネルPNLの一構成例を示す断面図である。 図4は、図1に示した表示パネルPNLの他の構成例を示す断面図である。 図5は、図1に示した表示パネルPNLの他の構成例を示す断面図である。 図6は、図1に示した光源ユニットLUの一構成例を示す図である。 図7は、光変調層OMが散乱性を示す時の表示パネルPNLの模式図である。 図8は、光変調層OMが透過性を示す時の表示パネルPNLの模式図である。 図9は、カラーフィルタの一配置例を示す図である。 図10は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの一構成例を示す図である。 図11は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの他の構成例を示す図である。 図12は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの他の構成例を示す図である。 図13は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。 図14は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。 図15は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。 図16は、表示装置DSPの表示モードの切り替えを制御する際のデータの流れを示すブロック図である。 図17は、表示装置DSPの表示モードの一例を示す図である。 図18は、図17に示した第2表示モードにおける表示装置DSPの挙動を説明する図である。 図19は、図17に示した第3表示モードにおける表示装置DSPの挙動を説明する図である。 図20は、図19で説明した第3表示モードの応用例を示す図である。 図21は、光源からの出射光の色と、その出射光によって表示装置DSPが表現可能な色と、を示す表である。 図22は、散乱強度の補正を説明する図である。 図23は、スキャン駆動を説明する図である。 図24は、本実施形態に係る表示装置DSPの第1変形例を示す図である。 図25は、図24に示した第1基板SUB1の構成例を示す図である。 図26は、本実施形態に係る表示装置DSPの第2変形例を示す図である。 図27は、図26に示した第1基板SUB1の構成例を示す図である。 図28は、本実施形態に係る表示装置DSPの第3変形例を示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、本実施形態に係る表示装置DSPの一構成例を示す図である。
図示した例において、第1方向Xは、表示パネルPNLの短辺方向である。また、第2方向Yは、表示パネルPNLの長辺方向であり、第1方向Xと直交する方向である。また、第3方向Zは、第1方向X及び第2方向Yと直交する方向であり、表示パネルPNLの法線方向である。なお、第1方向X、第2方向Y、及び第3方向Zは、互いの交差角が90°に限定されるものではなく、互いに90°以外の角度で交差していてもよい。
表示装置DSPは、表示パネルPNLと、光源ユニットLUと、を備えている。表示パネルPNLは、画像を表示する表示領域DAと、表示領域DAの周囲に額縁状に位置する非表示領域NDAと、を備えている。光源ユニットLUは、表示パネルPNLの内部を照明するものであり、表示領域DAと第3方向Zで対向する位置の外側に位置している。図示した例では、光源ユニットLUは、表示パネルPNLの側面PNLcと第2方向Yで対向している。
表示パネルPNLは、それぞれ光透過性を有する第1基板SUB1及び第2基板SUB2を備えている。第1基板SUB1及び第2基板SUB2は、互いに第3方向Zで対向している。また、後述するが、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間には、光変調層OMが配置されている。
表示領域DAには、複数の画素PX(PX11,…,PXnm)が配置されている。画素PXは、表示の最小単位に相当する。例えば、画素PX11を基準にすると、画素PX11,…,PXn1が、この順で第1方向Xに並んでいる。また、画素PX11,…,PX1mが、この順で第2方向Yに並んでいる。画素PX11は光源ユニットLUから離間する側に位置し、画素PX1mは、光源ユニットLUに近接する側に位置している。画素PXxyは、図示した例では、4つの副画素PAxy、PBxy、PCxy、及びPDxyを備えている。なお、xは、1〜nの正の整数であり、yは、1〜mの正の整数である。以下の説明において、副画素PAxy、PBxy、PCxy、及びPDxyを、それぞれ総称して、副画素PA,PB,PC,及びPDと称するものとする。
画素PXxyは例えば四角形状であり、副画素PAxyは、第1方向Xで副画素PBxyと隣り合い、第2方向Yで副画素PDxyと隣り合っている。副画素PCxyは、画素PXxyにおける副画素PAxyの対角に位置し、第1方向Xで副画素PDxyと隣り合い、第2方向Yで副画素PBxyと隣り合っている。
第2基板SUB2の副画素PAxyに対応する領域には、カラーフィルタFAxyが配置されている。同様に、第2基板SUB2には、副画素PBxyに対応する領域にカラーフィルタFBxyが配置され、副画素PCxyに対応する領域にカラーフィルタFCxyが配置され、副画素PDxyに対応する領域にカラーフィルタFDxyが配置されている。すなわち、画素PXxyは、カラーフィルタFAxy、FBxy、FCxy、及びFDxyを備えている。カラーフィルタFAxy、FBxy、FCxy、及びFDxyの位置関係は、副画素PAxy、PBxy、PCxy、及びPDxyと同様である。なお、以下の説明において、カラーフィルタFAxy、FBxy、FCxy、及びFDxyを、それぞれ総称して、カラーフィルタFA、FB、FC、及びFDと称するものとする。
一例では、副画素PAは赤色を表示するレッド(R)画素であり、カラーフィルタFAは赤色光を透過させるレッド(R)カラーフィルタである。副画素PBは緑色光を表示するグリーン(G)画素であり、カラーフィルタFBは緑色を透過させるグリーン(G)カラーフィルタである。副画素PCは青色を表示するブルー(B)画素であり、カラーフィルタFCは青色光を透過させるブルー(B)カラーフィルタである。副画素PDは白色を表示するホワイト(W)画素であり、カラーフィルタFDは白色光を透過させるホワイト(W)カラーフィルタである。Wカラーフィルタは、表示パネルPNLを透過する光の色味を調整する目的で、薄く色付いた光をさせるものであってもよい。但し、副画素PAは、R画素に限定されるものではなく、例えばG、B、及びW画素のいずれかであってもよい。同様に、副画素PBはR、B、及びW画素のいずれかであってもよく、副画素PCは、R、G、及びW画素のいずれかであってもよく、副画素PDは、R、G、及びB画素のいずれかであってもよい。
R、G、及びBカラーフィルタは、例えば、それぞれ赤色、緑色、及び青色の色材によって着色された樹脂によって形成されている。Wカラーフィルタは、無着色の透明な樹脂、または薄く着色された樹脂によって形成される。また、W画素に対応する領域は白色光を透過させられればそれでよいため、Wカラーフィルタは省略されてもよい。
図2は、図1に示した第1基板SUB1の一構成例を示す図である。
第1基板SUB1は、表示領域DAに対応する領域に複数の電極を有し、非表示領域NDAに対応する領域に駆動部DRを備えている。
副画素PAxyに対応する領域に、電極EAxyが配置されている。同様に、副画素PBxyに対応する領域に電極EBxyが配置され、副画素PCxyに対応する領域に電極ECxyが配置され、副画素PDxyに対応する領域に電極EDxyが配置されている。すなわち、画素PXxyは、電極EAxy、EBxy、ECxy、及びEDxyを備えている。また、電極EAxyは、図1に示したカラーフィルタFAxyと対向し、電極EBxyは、図1に示したカラーフィルタFBxyと対向し、電極ECxyは、図1に示したカラーフィルタFCxyと対向し、電極EDxyは、図1に示したカラーフィルタFDxyと対向している。なお、以下の説明において、電極EAxy、EBxy、ECxy、及びEDxyを、それぞれ総称して、電極EA、EB、EC、及びEDと称するものとする。
駆動部DRは、第1ドライバDr1及び第2ドライバDr2を備えている。第1ドライバDr1は、電極EA乃至EDに画像を表示するためのデータ信号を供給するデータ線駆動回路に相当する。第1ドライバDr1からは、i本のデータ線S(S1,S2,…,Si)が表示領域DAに向かい引き出されている。複数のデータ線Sは、表示領域DAにおいて、例えば、第2方向Yに延在し、第1方向Xに並んでいる。第2ドライバDr2は、電極EA乃至EDへのデータ信号の入力を制御する走査信号を供給する走査線駆動回路に相当する。第2ドライバDr2からは、j本の走査線G(G1,G2,…,Gj)が表示領域DAに向かい引き出されている。複数の走査線Gは、表示領域DAにおいて、例えば、第1方向Xに延在し、第2方向Yに並んでいる。一例として、データ線S1は、画素電極EA11,EB11,…,EAn1,EBn1のそれぞれにデータ信号を伝達している。また、走査線G1は、画素電極EA11,ED11,…,EA1m,ED1mのそれぞれに走査信号を伝達している。但し、データ線S及び走査線Gの延在方向は、特に限定されるものではなく、それぞれ一部が屈曲していてもよい。また、データ線Sが第1方向Xに延在し、走査線Gが第2方向Yに延在していてもよい。
図3は、図1に示した表示パネルPNLの一構成例を示す断面図である。
なお、本図に示した断面は、第2方向Yに隣り合う画素PX11及びPX13を含む領域であり、副画素PA及びPDを含む第2方向Yに沿った断面の一例である。画素PX11に対応する領域には、カラーフィルタFA11,FD11、及び電極EA11,ED11が配置され、画素PX13に対応する領域には、カラーフィルタFA13,FD13及び電極EA13,ED13が配置されている。
第1基板SUB1は、絶縁基板10、電極EA11,ED11,EA13,ED13、及び配向膜AL1を備えている。絶縁基板10は、光透過性を有するガラス基板や樹脂基板によって形成されている。電極EA11,ED11,EA13,及びED13は、絶縁基板10の第2基板SUB2に近接する側に配置され、第2方向Yに沿ってこの順に並んでいる。電極EA11,ED11,EA13,及びED13は、互いに第2方向Yに離間している。そして、電極ED11と電極EA13との間隔は、電極EA11と電極ED11との間隔よりも大きい。電極EA,EDは、透明導電材料によって形成されており、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)やインジウム亜鉛酸化物(IZO)によって形成されている。配向膜AL2は、絶縁基板10、及び電極EA,EDの第2基板SUB2に近接する側に配置されており、例えば電極EA,EDを覆っている。
第2基板SUB2は、絶縁基板20、カラーフィルタFA11,FD11,FA13,FD13、オーバーコート層OC、共通電極CE、及び配向膜AL2を備えている。絶縁基板20は、光透過性を有するガラス基板や樹脂基板によって形成されている。
カラーフィルタFA11,FD11,FA13,及びFD13は、絶縁基板20の第1基板SUB1に近接する側に配置され、それぞれ電極EA11,ED11,EA13,及びED13と第3方向Zで対向している。カラーフィルタFA11とカラーフィルタFD11とは、第2方向YにおいてピッチPT1で隣り合っており、図示した例では互いに接触している。カラーフィルタFD11とカラーフィルタFA13とは、第2方向YにおいてピッチPT1よりも大きいピッチPT2で隣り合い、互いに離間している。カラーフィルタFA13とカラーフィルタFD13とも、第2方向YにおいてピッチPT1で隣り合っている。なお、ここで言うピッチとは、隣り合う夫々のカラーフィルタの中心間の間隔を意味するものとする。但し、ピッチとは、隣り合う夫々のカラーフィルタの第2方向Yの矢印が位置する側の端部間の間隔を意味するものであってもよい。ピッチPT1は、電極EA11の中心と電極ED11の中心との第2方向Yにおける間隔に相当する。また、ピッチPT2は、電極ED11の中心と電極EA13の中心との第2方向Yにおける間隔に相当する。
オーバーコート層OCは、絶縁基板20及びカラーフィルタFA,FDの第1基板SUB1に近接する側に配置され、例えばカラーフィルタFA及びFDを覆っている。Wカラーフィルタが配置されない構成の場合、Wカラーフィルタに相当する領域には、例えばオーバーコート層OCが配置される。つまり、もし図中のカラーフィルタFA11及びFA13がRカラーフィルタであり、カラーフィルタFD11及びFD13がWカラーフィルタであるとすると、カラーフィルタFD11及びFD13が省略されて、カラーフィルタFA11とカラーフィルタFA13とが、互いの間に位置するオーバーコート層OCと第2方向Yで接触していてもよい。
共通電極CEは、オーバーコート層OCの第1基板SUB1に近接する側に配置され、例えばオーバーコート層OCを覆っている。共通電極CEは、第3方向Zで複数の電極EA11、EA13、ED11、及びED13と対向している。また、共通電極CEは、画素PX11と画素PX13との間の領域にも延在しており、電極ED11と電極EA13との間に位置する第3方向Zで電極EA及びEDと対向しない領域にも配置されている。共通電極CEは、ITOやIZOなどの透明導電材料によって形成されている。配向膜AL2は、共通電極CEの第1基板SUB1と対向する側に配置され、例えば共通電極CEを覆っている。
光変調層OMは、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間に位置し、配向膜AL1及びAL2に隣接している。光変調層OMは、電極EA、EB、EC、及びEDのそれぞれによって生じる電場の大きさや向きに応じて、副画素PA、PB、PC、及びPDのそれぞれに対応する領域の光散乱性を変調することができる。例えば、光変調層OMは、電極EAに電圧が印加されていない時にカラーフィルタFAに対応する領域に入射する光を散乱させ、電極EAに電圧が印加されている時にカラーフィルタFAに対応する領域に入射する光を透過させる。光変調層OMは、例えば、バルク31と、バルク31内に分散配置された複数の微粒子32とを含んだ複合層となっている。微粒子32は第1領域に相当し、バルク31は第2領域に相当する。
バルク31および微粒子32は、少なくとも一方が光学率異方性を有している。例えば、微粒子32に含まれる液晶材料(後述する液晶分子LM)の屈折率異方性の大きさは、バルク31の高分子材料を構成するモノマーの屈折率異方性の大きさと等しい。また、バルク31および微粒子32は、電場に対する応答速度が互いに異なっている。例えば、バルク31は、電場に対して応答しない筋状構造もしくは多孔質構造となっている。または、バルク31は、微粒子32の応答速度よりも遅い応答速度を有する筋状構造もしくは棒状構造となっている。バルク31は、例えば、配向性および重合性を有する低分子のモノマーを熱および光の少なくとも一方によって重合化することにより得られる固形の高分子材料によって構成されている。一方、微粒子32は、例えば、液晶材料を主に含んで構成されており、バルク31よりも分子自由度の高い液状である。つまり微粒子32は、バルク31の応答速度よりも十分に早い応答速度を有している。
配向膜AL1及びAL2は、垂直配向膜や水平配向膜であるが、光変調層OMに用いられる液晶やモノマーを配向させるものであれば特に限定されるものではなく、例えばポリイミドやポリアミドイミドによって形成される。モノマーが配向膜AL1及びAL2からの配向規制力により配向した状態で重合されることで、バルク31(高分子材料)の分子配向が固定化される。なお、配向膜AL1及びAL2を用いることなくモノマーを配向させられる場合には、配向膜AL1及びAL2を省略してもよい。例えば、電極EAと共通電極CEとの間、または電極EDと共通電極CEとの間に電場や磁場を印加することによっても、光変調層OMに用いられる液晶やモノマーを配向させることが可能である。つまり、電極EA(EB、EC、及びED)と共通電極CEとの間に電場や磁場を印加させながらモノマーを重合することで、バルク31(高分子材料)の分子配向を固定化することができる。液晶やモノマーの配向に電圧を用いる場合には、配向用と駆動用とで別々の電極を形成するか、液晶材料に周波数によって誘電率異方性の符号が反転する二周波液晶などを用いることができる。また、液晶やモノマーの配向に磁場を用いる場合、液晶やモノマーとして磁化率異方性の大きい材料を用いることが好ましく、例えば、ベンゼン環の多い材料を用いることが好ましい。
バルク31を形成する配向性および重合性を有するモノマーとしては、光学的に異方性を有しており、かつ液晶と複合する材料であればよいが、本実施の形態では紫外線で硬化する低分子モノマーであることが好ましい。微粒子32として液晶材料が用いられる場合に、その液晶材料が棒状分子であるときには、使用するモノマー材料の形状も棒状であることが好ましい。以上のことから、モノマー材料としては重合性と液晶性を併せ持つ材料を用いることが好ましく、例えば、重合性官能基として、アクリレート基、メタクリレート基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基およびエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有することが好ましい。これらの官能基は、紫外線、赤外線または電子線を照射したり、加熱したりすることによって重合させることができる。紫外線照射時の配向度低下を抑制するために、多官能基をもつ液晶性材料を添加することもできる。バルク31を上述した筋状構造とする場合には、バルク31の原料として、2官能液晶性モノマーを用いることが好ましい。また、バルク31の原料に対して、液晶性を示す温度の調整を目的に単官能モノマーを添加したり、架橋密度向上を目的に3官能以上のモノマーを添加したりすることもできる。
図4は、図1に示した表示パネルPNLの他の構成例を示す断面図である。
図示した構成例は、共通電極CEが不連続である点で、図3に示した構成例と相違している。すなわち、共通電極CEは、互いに第2方向Yに離間する共通電極CE1及びCE2を備えている。
共通電極CE1は、電極EA11及びED11と対向している。共通電極CE2は、電極EA13及びED13と対向している。電極ED11と電極EA13との間の領域に対向する位置、すなわち画素PX11と画素PX13との間の領域には、共通電極CEが配置されていない。このため、画素PX11と画素PX13との間の領域において、表示パネルPNLの光透過率を向上させることができる。
図5は、図1に示した表示パネルPNLの他の構成例を示す断面図である。
図示した構成例は、複数の遮光層BMを備えている点で、図3に示した構成例と相違している。遮光層BMは、遮光性を有しており、例えば黒色樹脂や黒色金属によって形成されている。遮光層BMは、絶縁基板20の第1基板SUB1と対向する側に配置されている。複数の遮光層BMは、それぞれ、カラーフィルタFA11、FD11、FA13、及びFD13の第2方向Yにおける端部と、第3方向Zで対向している。また、遮光層BMは、例えば、電極EA11、ED11、EA13、及びED13の第2方向Yにおける端部と、第3方向Zで対向していてもよい。遮光層BMは、図示しないデータ線Sや走査線Gと第3方向Zで対向し、配線における反射光を遮光することができる。また、1つの電極に対応する領域において変調された光が別の電極と第3方向Zで対向するカラーフィルタを透過することで生じる混色を抑制することができる。なお、カラーフィルタFA乃至FDは、第1基板SUB1側に配置されていてもよく、第1基板SUB1及び第2基板SUB2の両方に配置されていてもよい。カラーフィルタFA乃至FDが第1基板SUB1側に配置される場合には、遮光層BMも第1基板SUB1側に配置されてもよい。
図6は、図1に示した光源ユニットLUの一構成例を示す図である。
本図において、主面PNLaは、表示パネルPNLの第2基板SUB2の位置する側の主面であり、主面PNLbは、表示パネルPNLの第1基板SUB1の位置する側の主面である。側面PNLcは、表示パネルPNLの主面PNLaの端辺と主面PNLbの端辺とを繋ぐ面であり、図示した例では、光源ユニットLUと対向している。
光源ユニットLUは、例えば、複数の光源23を第2方向Yに一列に配置して構成されている。各光源23は、側面PNLcに向かって光を射出するようになっており、例えば、側面PNLcとの対向面に発光スポットを有する発光素子からなる。そのような発光素子としては、例えば、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)、またはレーザダイオード(LD;Laser Diode)などが挙げられる。
複数の光源23は、例えば、互いに色の異なる光を出射する2個以上の光源23ごとに、共通の基板24上に配置されている。この場合、1つの基板24と、その基板24上に配置された複数の光源23とにより、光源ブロック25が構成されている。光源ブロック25は、例えば、白色光を照明可能に構成されている。図示した例では、光源ブロック25は、3つの光源23A、23B、及び23Cを備えている。光源23A、23B、及び23Cは、それぞれ、赤色光を出射するレッド(R)光源、緑色光を出射するグリーン(G)光源、青色光を出射するブルー(B)光源であり、全てを点灯することで、光源ブロック25を白色光源として機能させることができる。
基板24は、例えば、光源23と、光源23の駆動を制御する駆動回路CM(後述する制御部100の一部)と、を電気的に接続する配線が形成された回路基板であり、各光源23は、この回路基板上に実装されている。共通の基板24上に配置された各光源23(光源ブロック25内の各光源23A、23B、23C)は、駆動回路CMによって互いに独立に駆動されるようになっているが、一括で(非独立に)駆動されるようになっていてもよい。また、互いに異なる基板24上に配置された光源23(各光源ブロック25内の光源23)は、例えば、駆動回路CMによって互いに独立に駆動されるようになっており、例えば、互いに異なる電流経路に接続されている。互いに異なる基板24上に設けられた光源23(各光源ブロック25内の光源23)は、例えば、駆動回路CMによって一括で(非独立に)駆動されるようになっていてもよい。
光源ユニットLUは、表示パネルPNLの1つの側面PNLcにだけ設けられていてもよいし、表示パネルPNLの2つの側面(例えば側面PNLcと側面PNLcに対向する側面)に設けられていてもよい。光源ユニットLUは、表示領域DAと第3方向Zで対向する位置の外側に配置されていれば、側面PNLcと第2方向Yで対向していなくてもよく、例えば、第2方向Yで側面PNLcと対向する位置から第3方向Yにずれて配置され、主面PNLbに向かって光を出射するものであってもよい。
表示装置DSPは、外光Lout及び照明光Linのうち少なくとも一方を利用することで主面PNLaに画像を表示する。外光Loutは、主面PNLbから表示パネルPNLに入射する光であり、例えば、太陽光や外部照明などの環境光に相当する。外光Loutの入射面は、主面PNLbである。照明光Linは、光源ユニットLUから表示パネルPNLに入射する光である。照明光Linの入射面は、側面PNLcである。光変調層OMが光散乱性を示す状態が表示状態(オン状態)であり、光散乱性を示さない状態が非表示状態(オフ状態)である。表示パネルPNLは、オン状態とオフ状態を切り替えることにより、非表示状態では光透過性を有し、表示状態では画像が表示される。図7及び図8を参照して、光変調層OMの光散乱性の変化の原理を模式的に説明する。図7は、電場が形成されていない状態の光変調層OMを示し、図8は、電場が形成されている状態の光変調層OMを示している。
図7は、光変調層OMが散乱性を示す時の表示パネルPNLの模式図である。
ここでは、電源PSは共通電極CEと電気的に接続されているが、電極EAと電源PSとを結ぶ配線のスイッチSWが開いている。すなわち、電極EAに電圧が印加されておらず、電極EAと共通電極CEとの間に電位差が生じていない。
微粒子32(液晶滴LQ)内に含まれる液晶材料(液晶分子LM)は、例えば棒状分子である。液晶分子LMは、液晶滴LQの中において、ランダムに配向している。この時、外光Lout及び照明光Linに対するバルク31の屈折率と微粒子32の屈折率とは、互いに異なっている。従って、外光Lout及び照明光Linは、バルク31と微粒子32との界面において屈折する。これにより、外光Lout及び照明光Linは、光変調層OMにおいて散乱され、外光Lout及び照明光Linの散乱光は、主面PNLa及びPNLbから出射される。
図8は、光変調層OMが透過性を示す時の表示パネルPNLの模式図である。
ここでは、スイッチSWが閉じており、電極EAに電源PSから電圧が印加され、電極EAと共通電極CEとの間に電位差が生じている。
図示した例では、液晶分子LMは、正の誘電率異方性を有する、いわゆるポジ型液晶である。このため、液晶分子LMは、液晶滴LQの中において、光変調層OMに形成される電場の方向である第3方向Zに配向する。この時、例えばバルク31を構成する高分子の屈折率異方性と液晶分子LMの屈折率異方性とが一致して、外光Lout及び照明光Linに対するバルク31の屈折率と微粒子32の屈折率とが、互いに同等となる。従って、外光Loutは、光変調層OMを殆ど散乱されずに透過し、主面PNLaから出射される。また照明光Linも、光変調層OMを殆ど散乱されずに透過する
以上説明した様に、光変調層OMは、電極EAへの印加電圧のオンオフ、すなわち光変調層OMに形成される電場の有無によって、光透過性と光散乱性とを切り替えることができる。
なお、光変調層OMは、図7及び図8において説明した構成では電場が形成されていない時に散乱性を示しているが、これは一例に過ぎず、電場が形成されている時に散乱性を示す構成であってもよい。電場が形成されている時に光変調層OMが散乱性を示す構成としては、例えば、バルク31が高分子の分子配向に沿って第2方向Yに延在する筋状構造を有し、液晶分子LMがバルク31の筋状構造に沿って配向する負の誘電率異方性を有するネガ型液晶である構成が考えられる。この様な構成においては、電場が形成されない時に、液晶分子LMが第2方向Yに配向し、バルク31と微粒子32との屈折率異方性が一致する。そして、電場が形成されている時に、液晶分子LMが第3方向Zに配向し、バルク31と微粒子32との屈折率異方性が相違する。
本実施形態によれば、表示装置DSPは、外光Lout及び照明光Linを透過または散乱させることで、画像を表示する。外光Loutを利用することができるため、表示パネルPNLの主面PNLa及びPNLbに入射する外光Loutが強い状況であったとしても、表示品位の劣化を抑制することができる。また、照明光Linを利用することができるため、外光Loutが非常に弱い状況であったとしても、画像を表示することができる。また、表示パネルPNLは、カラーフィルタ以外の光吸収層を備えなくてもよいため、偏光フィルタを備える液晶表示パネルなどに比べて、光透過率を向上させることができる。すなわち、透明度が高く外光環境下でも視認性の良好な表示装置を提供することができる。
また、表示装置DSPは、カラーフィルタの密度を疎に設計することもできる。つまり、ピッチPT2をピッチPT1よりも大きく設定することにより、必要な解像度を維持したまま、表示パネルPNLの透過率を向上させることができる。このようなカラーフィルタの配置例について、以下に説明する。
図9は、カラーフィルタの一配置例を示す図である。
画素PX(PX11,PX31,PX22,PX13,PX33)は、それぞれ、図1に図示した様に、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、ブルーカラーフィルタCFB、及びホワイトカラーフィルタCFWを備えている。レッドカラーフィルタCFRは右下がりの斜線パターンで示す領域であり、グリーンカラーフィルタCFGは右上がりの斜線パターンで示す領域であり、ブルーカラーフィルタCFBは格子パターンで示す領域であり、ホワイトカラーフィルタはCFWドットパターンで示す領域である。
画素PXは、第2方向Yの幅W1、及び第1方向Xの幅W3を有する四角形の画素である。画素PX11及び画素PX31は、第1方向Xに沿った同一直線上に、間隔W4を空けて並んでいる。画素PX11及び画素PX13は、第2方向Yに沿った同一直線上に、間隔W2を空けて並んでいる。つまり、画素PX31のレッドカラーフィルタCFRと、画素PX11のグリーンカラーフィルタCFGと、の互いに対向する側の端部は、間隔W4を空けて対向している。また、画素PX13のグリーンカラーフィルタCFGと、画素PX11のブルーカラーフィルタCFBと、の互いに対向する側の端部は、間隔W2を空けて対向している。なお、画素PX13及び画素PX33も、第1方向Xに沿った同一直線上に、間隔W4を空けて並んでいる。画素PX31及び画素PX33も、第2方向Yに沿った同一直線上に、間隔W2を空けて並んでいる。
間隔W4は、幅W3と等しく、間隔W2は、幅W1と等しい。つまり画素PXは、それぞれ、第1方向X及び第2方向Yに、一画素分の間隔を空けて並んでいる。カラーフィルタのピッチという観点から見ると、互いに異なる画素に配置され第2方向Yに隣り合うカラーフィルタのピッチPT2は、同一画素内に配置され第2方向Yに隣り合うカラーフィルタのピッチPT1の3倍である。また、互いに異なる画素に配置され第1方向Xに隣り合うカラーフィルタのピッチPT4は、同一画素内に配置され第1方向Xに隣り合うカラーフィルタのピッチPT3の3倍である。
画素PX22は、画素PX11と画素PX33との間に位置し、画素PX31と画素PX13との間に位置している。画素PX22のレッドカラーフィルタCFRの角は、画素PX11のブルーカラーフィルタCFBの角と隣接している。画素PX22のグリーンカラーフィルタCFGの角は、画素PX31のホワイトカラーフィルタCFWの角と隣接している。画素PX22のブルーカラーフィルタCFBの角は、画素PX33のレッドカラーフィルタCFRの角と隣接している。画素PX22のホワイトカラーフィルタCFWの角は、画素PX13のグリーンカラーフィルタCFGの角と隣接している。つまり、画素PX22は、画素PX11と画素PX31との間、画素PX11と画素PX13との間、画素PX33と画素PX31との間、及び、画素PX33と画素PX13との間、には位置していない。
この様な市松状に画素PXが配置された構成においては、光源ユニットLUから出射されて画素PX11に対応する領域を照明する光が、画素PX22に対応する領域において散乱されて減衰することを抑制可能である。つまり、表示領域DAにおいて光源ユニットLUからの距離に依存した表示ムラの発生を抑制し、表示装置DSPの表示品位を向上させることができる。
図10は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの一構成例を示す図である。
レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、ブルーカラーフィルタCFB、及びホワイトカラーフィルタCFWのそれぞれに対向する電極として、画素PX11は電極EA11、EB11、EC11、及びED11を備え、画素PX31は電極EA31、EB31、EC31、及びED31を備え、画素PX22は電極EA22、EB22、EC22、及びED22を備え、画素PX13は電極EA13、EB13、EC13、及びED13を備え、画素PX33は電極EA33、EB33、EC33、及びED33を備えている。
電極EA11、ED11、EA13、及びED13は、データ線S1によってデータ信号を供給される。電極EB11、EC11、EB13、及びEC13は、データ線S2によってデータ信号を供給される。電極EA22及びED22は、データ線S3によってデータ信号を供給される。電極EB22及びEC22は、データ線S4によってデータ信号を供給される。電極EA31、ED31、EA33、及びED33は、データ線S5によってデータ信号を供給される。電極EB31、EC31、EB33、及びEC33は、データ線S6によってデータ信号を供給される。
電極EA11、EB11、EA31、及びEB31は、走査線G1によって駆動を制御される。電極ED11、EC11、ED31、及びEC31は、走査線G2によって駆動を制御される。電極EA22及びEB22は、走査線G3によって駆動を制御される。電極ED22及びEC22は、走査線G4によって駆動を制御される。電極EA13、EB13、EA33、及びEB33は、走査線G5によって駆動を制御される。電極ED13、EC13、ED33、及びEC33は、走査線G6によって駆動を制御される。
図11は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの他の構成例を示す図である。
本構成例は、データ線S4及び走査線G3が配置されていない点で、図10に示した構成例と相違している。図示した例では、電極ED11、EA11、EB11、ED31、EA31、及びEB31は、走査線G1によって駆動を制御される。電極EC11、EA22、EB22、及びEC31は、走査線G2によって駆動を制御される。電極ED22及びEC22は、走査線G4によって駆動を制御される。電極ED13、EA13、EB13、ED33、EA33、及びEB33は、走査線G5によって駆動を制御される。電極EC13及びEC33は、走査線G6によって駆動を制御される。また、電極ED11及びED13は、データ線S1によってデータ信号を供給される。電極EA11、EC11、EA13、及びEC13は、データ線S2によってデータ信号を供給される。電極EB11、EA22、ED22、及びEB13は、データ線S3によってデータ信号を供給される。電極ED31、EB22、EC22及びED33は、データ線S5によってデータ信号を供給される。電極EA31、EC31、EA33、及びEC33は、データ線S6によってデータ信号を供給される。電極EB31及びEB33は、データ線S7によってデータ信号を供給される。
本構成例によれば、データ線Sの本数、及び走査線Gの本数を削減することができ、表示パネルPNLの透過率を向上させることができる。
図12は、図9に示したカラーフィルタの配置例に対応するデータ線S及び走査線Gの他の構成例を示す図である。
本構成例は、データ線S2、S4、S6が配置されていない点で、図10に示した構成例と相違している。図示した例では、電極EB11、EC11、EA22、ED22、EB13、及びEC13は、データ線S3によってデータ信号を供給される。電極EA31、ED31、EB22、EC22、EA33、及びED33は、データ線S5によってデータ信号を供給される。電極EB31、EC31、EB33、及びEC33は、データ線S7によってデータ信号を供給される。本構成例によれば、データ線Sの本数を削減することができる。
図13は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。
本配置例では、画素PX同士の第2方向Yの間隔W2が画素PXの第2方向Yの幅W1よりも大きい点で、図9に図示した配置例と相違している。また、図9に図示したのと同様に、画素PX同士の第1方向Xの間隔W4は、画素PXの第1方向Xの幅W3と同等であるが、幅W3よりも大きくてもよい。
図示した例では間隔W2は、幅W1の三倍の大きさである。画素PX22は、画素PX11及び画素PX13から等間隔で離間している。つまり、画素PX11のブルーカラーフィルタCFBの角と、画素PX22のレッドカラーフィルタCFRの角と、の間の第2方向Yの距離は、幅W1と等しい。また、画素PX22のホワイトカラーフィルタCFWの角と、画素PX13のグリーンカラーフィルタCFGの角と、の間の第2方向Yの距離も、幅W1と等しい。
本配置例においても、図9に示した配置例と同様の効果を得ることができる。さらに、間隔W2を幅W1よりも広げることで、表示パネルPNLの透過率を向上させることができる。間隔W4を幅W3よりも広げることで、表示パネルPNLの透過率を向上させてもよい。
図14は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。
図示した配置例は、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、及びブルーカラーフィルタCFBが、それぞれ第2方向Yに延在し第1方向Xにこの順に並んでいる点で、図9に示した配置例と相違している。
図15は、カラーフィルタの他の配置例を示す図である。
図示した配置例は、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、及びブルーカラーフィルタCFBが、それぞれ第2方向Yに延在し第1方向Xにこの順に並んでいる点で、図13に示した配置例と相違している。
図14及び図15に示す配置例でも、上記と同様の効果を得ることができる。なお、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、及びブルーカラーフィルタCFBは、その並び方向を第1方向Xに限定されるものではなく、例えば第2方向Yに並んでいてもよい。また、図14及び図15に示す配置例にホワイトカラーフィルタCFWが配置されていてもよい。その場合、ホワイトカラーフィルタCFWは、例えば、第2方向Yに延在し、レッドカラーフィルタCFRまたはグリーンカラーフィルタCFGと第1方向Xで隣り合う。
本実施形態において、表示装置DSPは、外光Lout及び照明光Linの両方を利用可能なため、表示モードを適宜切り替えることで、照明光Linの利用効率を向上させることができる。表示モードは、例えば、光源ユニットLUの駆動方法や、画素PXの表示方法に相当する。次に、表示モードを切り替えるためのシステム、及び各表示モードの一例を説明する。
図16は、表示装置DSPの表示モードの切り替えを制御する際のデータの流れを示すブロック図である。
表示装置DSPは、さらに、ホストコンピュータHOST、外光センサSNS、セレクタSLC、及び制御部100を備えている。
ホストコンピュータHOSTは、画像データを制御部100へ送信する。外光センサSNSは、外光Loutの輝度および色を検出する光センサであり、取得した環境データを制御部100へ送信する。外光センサSNSは、例えば、外光Loutのスペクトルを測定するスペクトルメータ、または外光Loutの赤色(R)成分、緑色(G)成分、及び青色(B)成分を個別に測定するRGB輝度センサを備えている。RGB輝度センサは、例えば、レッドカラーフィルタを透過した外光Loutの輝度を測定するレッドセンサと、グリーンカラーフィルタを透過した外光Loutの輝度を測定するグリーンセンサと、ブルーカラーフィルタを透過した外光Loutの輝度を測定するブルーセンサと、を備えている。セレクタSLCは、観察者などにより任意に表示モードを選択するための選択データを切り替え可能なスイッチに相当し、入力された選択データを制御部100へ送信する。
制御部100は、ホストコンピュータHOSTから入力された画像(RGB)データに、変換や補正などの信号処理を行う。このとき制御部100は、例えば、画素PXにおける表現色のRGB比を表すリニアなRGBデータを、R画素、G画素及びB画素の輝度を表す階調データへ変換する。制御部100は、例えば、外光センサSNSから入力される環境データに応じて表示モードを切り替えてもよい。または、制御部100は、セレクタSLCから入力される選択データに応じて表示モードを切り替えてもよい。各表示モードに応じて処理された画像データは、制御部100から駆動部DR及び光源ユニットLUへ送信される。
制御部100は、光源ユニットLUにおける消費電力を低減するために信号処理を行ってもよく、例えば、各画素PXにおける散乱強度のデータを伸長する信号処理を行い駆動部DRへ送信し、散乱強度の伸長分だけ光源ユニットLUの輝度のデータを減縮する信号処理を行い光源ユニットLUへ送信する。また、制御部100は、RGBデータから階調データへの変換の際に、RGBデータのうち共通部分をW画素の輝度を表すWデータに割り付ける信号処理を行い、Wデータに割り付けられた分だけ減縮したRGBデータを、比率を維持したまま伸長する信号処理を行うことで、画素PXの輝度を向上させることができる。
制御部100は、環境データに応じて表示画像の色温度を調整してもよい。例えば、外光センサSNSによって測定された外光Loutが黄色味を帯びている場合、外光Loutが白色光である場合と同様に表示装置DSPが駆動すると、画素PXの表現色が黄色味を帯びてしまう。この様な場合に、RGBデータにB画素の輝度を上昇させる色補正を行うことで、画素PXを本来の色で表現することができる。
図17は、表示装置DSPの表示モードの一例を示す図である。
図示した表は、外光Loutの輝度の強さによって切り替えられる第1乃至第3表示モードを表している。この表において、Mode1は第1表示モードを指し示し、Mode2は第2表示モードを指し示し、Mode3は第3表示モードを指し示す。また、Highは外光Loutが強い状況を指し示し、Lowは外光Loutが弱い状況を指し示し、0は外光Loutが非常に弱いか、または外光Loutが存在しない状況を指し示す。また、OFFは光源ユニットLUの消灯を指し示し、ONは光源ユニットLUの点灯を指し示する。
外光LoutがHighの時、表示装置DSPは第1表示モードを選択する。すなわち、光源ユニットLUを全消灯し、外光Loutのみを利用して画像を表示する。外光LoutがLowの時、表示装置DSPは、第2表示モードを選択する。すなわち、光源ユニットLUを点灯し、外光Loutと照明光Linとを利用して画像を表示する。なお、このとき、光源ユニットLUは、R光源、G光源、及びB光源を全点灯し、白色光源として機能する。外光Loutが0の時、表示装置DSPは、第3表示モードを選択する。すなわち、光源ユニットLUは、R光源、G光源、及びB光源を逐次点灯する、いわゆるフィールドシーケンシャル(FCS)方式によって、照明光Linのみを利用して画像を表示する。なお、各表示モードにおける光源ユニットLUの点灯方法は、これに限定されるものではなく、例えば外光LoutがLowの時に第3表示モードが選択されて光源ユニットLUが逐次点灯してもよく、また、外光Loutが0の時に第2表示モードが選択されて光源ユニットLUが全点灯してもよい。
図18は、図17に示した第2表示モードにおける表示装置DSPの挙動を説明する図である。
光変調層OMには、白色光LWの外光Lout及び照明光Linが入射する。外光Lout及び照明光Linは、レッドカラーフィルタCFRに対向する領域で散乱され、レッドカラーフィルタCFRを透過して赤色光LRとして主面PNLaから出射される。同様に、外光Lout及び照明光Linは、グリーンカラーフィルタCFG、ブルーカラーフィルタCFB、及びホワイトカラーフィルタCFWに対向する領域で散乱され、それぞれ、緑色光LG、青色光LB、及び白色光LWとして出射される。
画素PXがR画素、G画素、及びB画素のみで構成されている場合には、入力データの白色(W)成分を表示する際、カラーフィルタCFR、CFG、及びCFBに対向する領域で外光Lout及び照明光Linを散乱させることで、赤色光LR、緑色光LG、及び青色光LBの合成成分として、W成分を表示することができる。但し、W画素を備えている場合は、ホワイトカラーフィルタCFWに対向する領域のみを散乱させて白色光LWを出射させることができる。すなわち、1つの画素PXで散乱によって消費される照明光Linを低減することができる。また、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、及びブルーカラーフィルタCFBにおける吸収による、照明光Linの損失を低減することができる。従って、表示パネルPNLの光源ユニットLUと対向する側面PNLcとは反対側を側面PNLdとした場合に、側面PNLdに近い位置における照明光Linの輝度の低下を抑制することができる。これにより、表示装置DSPは、表示箇所の光源ユニットLUまでの距離に応じた輝度の勾配(表示ムラ)を抑制することができる。
なお、図示を省略しているが、各カラーフィルタCFR、CFG、CFB、CFWに対向する領域で散乱された光は、主面PNLbからも出射される。主面PNLbから出射される光は、例えば各カラーフィルタCFR、CFG、CFBを透過して第2基板SUBの界面で反射された光も含まれるため、薄く色付いている。このため、表示装置DSPは、主面PNLb側にも画像を表示することができる。さらに、表示装置DSPは、第1基板SUB1にも各カラーフィルタCFR、CFG、CFBを配置すれば、主面PNLbから出射される光と同程度の濃度の色の光LR、LG、LBを、主面PNLbからも出射することができる。つまり、表示装置DSPは、より鮮明に主面PNLaにも画像を表示することができる。
図19は、図17に示した第3表示モードにおける表示装置DSPの挙動を説明する図である。
FCS方式では、1つの画像を表示する期間に相当する1フレームを、複数のフィールドに時間的に分割する。表示装置DSPは、各フィールドで異なる色の副画素を駆動し、1フレーム中に表現された各フィールドの色が合成され、画素PXの色として観察者に視認される。図示した例では、表示装置DSPは、1フレームを3つのフィールドに分割し、R画素が駆動されるレッド(R)フィールド、G画素が駆動されるグリーン(G)フィールド、及び、B画素が駆動されるブルー(B)フィールドを、この順に逐次駆動している。なお、1フレームの開始時または終了時に、いずれの副画素も駆動されないホワイト(W)フィールドを挿入してもよい。RGBフィールドの前後でWフィールドを駆動することで、フレーム間での混色を抑制することができる。
次に、R、G、Bフィールドのそれぞれにおける駆動を説明する。
Rフィールドにおいて、光源ユニットLUは、赤色光LRの照明光Linを出射する。照明光Linは、レッドカラーフィルタCFR及びホワイトカラーフィルタCFWに対向する領域で散乱され、主面PNLaから赤色光LRとして出射される。なお、図示を省略しているが、散乱される照明光Linが赤色光LRであるため、主面PNLbからも、主面PNLaから出射されるのと同程度の濃度の色の赤色光LRが出射される。
Gフィールドにおいて、光源ユニットLUは、緑色光LGの照明光Linを出射する。照明光Linは、グリーンカラーフィルタCFG及びホワイトカラーフィルタCFWに対向する領域で散乱され、Rフィールド同様に、主面PNLa及びPNLbから緑色光LGとして出射される。
Bフィールドにおいて、光源ユニットLUは、青色光LBの照明光Linを出射する。照明光Linは、ブルーカラーフィルタCFB及びホワイトカラーフィルタCFWに対向する領域で散乱され、Rフィールド同様に、主面PNLa及びPNLbから青色光LBとして出射される。
以上の様な第3表示モードによれば、散乱された照明光Linの、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG、及びブルーカラーフィルタCFBにおける吸収による損失を低減することができる。すなわち、光源ユニットLUの光の利用効率を向上させることが可能である。また、Rフィールドにおいては、R画素及びW画素に対応する領域でのみ照明光Linが散乱され、G画素及びB画素に対応する領域では照明光Linは消費されない。Gフィールド、及びBフィールドにおいても、同様に、照明光Linの消費を抑制することができるため、表示装置DSPは、照明光Linの側面PNLdにおける輝度の低下を抑制し、表示ムラを抑制することができる。
なお、画素PXがR画素、G画素、及びB画素のみで構成されていたとしても、FCS方式による表示は可能である。但し、W画素を備えていることで、表示装置DSPは、R、G、Bフィールドのそれぞれにおいて、W画素を表示に利用することができ、各フィールドの輝度を向上させることができる。
図20は、図19で説明した第3表示モードの応用例を示す図である。
本図においては、Rフィールドのみを図示し、Gフィールド及びBフィールドを省略している。本表示方法においても、図19で図示したのと同様に、R、G、及びBフィールドを逐次駆動することで画像を表示する。図示した例では、表示装置DSPは、Rフィールドにおいて、グリーンカラーフィルタCFG及びブルーカラーフィルタCFBに対向する領域で、赤色光LRの照明光Linを散乱させている。主面PNLaに向かって散乱された照明光Linは、グリーンカラーフィルタCFG及びブルーカラーフィルタCFBに吸収される。対して、主面PNLbに向かって散乱された照明光Linは、主面PNLbから出射される。同様に、Gフィールドにおいては、レッドカラーフィルタCFR及びブルーカラーフィルタCFBに対向する領域で照明光Linを散乱させ、Bフィールドにおいては、レッドカラーフィルタCFR及びグリーンカラーフィルタCFGに対向する領域で照明光Linを散乱させることができる。この様な表示方法によれば、表示装置DSPは、画像を主面PNLa側には表示せずに主面PNLb側にのみ表示することができる。
図21は、光源からの出射光の色と、その出射光によって表示装置DSPが表現可能な色と、を示す表である。
表中の表現とは、各光源から出射された照明光Linが、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG及びブルーカラーフィルタCFBを透過した後の色を示すものである。OFFとは、照明光Linが透過しないケースを意味する。
第3表示モードを利用する場合、光源ユニットLUは、R光源、G光源、及びB光源の組み合わせを備えるものに限定されるものではなく、レッドカラーフィルタCFR、グリーンカラーフィルタCFG及びブルーカラーフィルタCFBを透過して、レッド、グリーン、及びブルーを表現できるものであれば、2つの光源の組み合わせを備えるものであってもよい。
レッド光源、ブルー光源、及びグリーン光源は、それぞれレッド、グリーン、及びブルーのみを表現可能である。イエロー光を出射するイエロー光源は、レッド及びグリーンを表現可能である。マゼンタ光を出射するマゼンタ光源は、レッド及びブルーを表現可能である。シアン光を出射するシアン光源は、グリーン及びブルーを表現可能である。従って、光源ユニットLUは、イエロー光源及びブルー光源の組み合わせ、マゼンタ光源及びグリーン光源の組み合わせ、またはシアン光源及びレッド光源の組み合わせであってもよい。また、光源ユニットLUは、イエロー光源及びマゼンタ光源の組み合わせ、マゼンタ光源及びシアン光源の組み合わせ、シアン光源及びイエロー光源の組み合わせであってもよい。
なお、イエロー光源は、例えば、緑色光を出射するグリーンLEDと、緑色光を吸収し赤色光を発光するレッド蛍光体と、で構成される。マゼンタ光源は、例えば、青色光を出射するブルーLEDと、青色光を吸収し赤色光を発光するレッド蛍光体と、で構成される。シアン光源は、例えば、青色光を出射するブルーLEDと、青色光を吸収し緑色光を発光するグリーン蛍光体と、で構成される。但し、イエロー光源は、グリーンLEDとレッドLEDとを同時に点灯させるものであってもよく、マゼンタ光源は、ブルーLEDとレッドLEDとを同時に点灯させるものであってもよく、シアン光源は、ブルーLEDとグリーンLEDとを同時に点灯させるものであってもよい。
図22は、散乱強度の補正を説明する図である。
表示領域DAにおいて、光源ユニットLUに近接する側の側面PNLcに近い位置では照明光Linの輝度は高く、光源ユニットLUから離間する側の側面PNLdに近い位置では照明光Linの輝度が低い。これは、前述の通り、表示領域DA内で照明光Linが散乱されるためである。
表示パネルPNLの斜線パターンの領域に画像が表示されているとする。図中のグラフの実線は、A−A’線に沿った照明光Linの輝度低下を示している。図中のグラフの点線は、斜線パターンの領域の輝度を均一化するために必要な、A−A’線に沿った光変調層OMの散乱強度の補正を示している。この様な散乱強度の補正は、側面PNLcに近い位置(A)では光変調層OMに電場を形成する電極への印加電圧の階調値を下げ、側面PNLdに近い位置(A’)に電場を形成する電極への印加電圧の階調値を上げことで実現することができる。これにより、表示装置DSPは、表示ムラの発生を抑制することができる。
図23は、スキャン駆動を説明する図である。
表示領域DAの輝度の均一化は、スキャン駆動によっても実現可能である。スキャン駆動とは、表示領域DAを第2方向Yに並ぶ複数のブロックに分割し、ブロック毎に逐次駆動を行う、というものである。
図示した例では、8つのブロックB1乃至B8に表示領域DAを分割している。ブロックB1乃至B8は、側面PNLdに近い位置から、この順に第2方向Yに並んでいる。なお、ブロックの数は、特に限定されるものではなく、7つ以下でも9つ以上でもよい。例えば、最初に、ブロックB1に配置された画素PXのみが駆動されて、ブロックB1に画像の一部が表示される。このときブロックB2乃至B8に配置された画素PXは駆動されないため、照明光Linの輝度の低下を抑制しつつ、照明光LinをブロックB1へ導光することができる。次に、ブロックB2に配置された画素PXのみが駆動され、ブロックB2に画像の一部が表示される。その後、ブロックB3乃至B8に配置された画素PXが逐次駆動され、ブロックB3乃至B8に画像の一部が逐次表示される。ブロックB1乃至B8のそれぞれに表示された画像の一部が組み合わされて、1つの画像として観察者に視認される。
スキャン駆動によれば、照明光Linの散乱による輝度低下は夫々のブロックB1乃至B8に対応する領域内でのみ生じるため、表示ムラの発生を抑制することができる。また、散乱強度の補正によって画素PXの輝度を抑制する必要がないため、表示画像の輝度を向上させることができる。
図24は、本実施形態に係る表示装置DSPの第1変形例を示す図である。
本変形例は、画素PX11と画素PX13との間の領域に電極EE12及びEH12を備えている点で、図3に図示した構成例と相違している。
画素PX11と画素PX13との間に、準画素QX12(QX)が形成されている。準画素QX12に対応する領域には、電極EE12、EH12及び透明部材TP12が配置されている。透明部材TP12は、例えば、白色光を透過させる無着色の樹脂によって形成されている。透明部材TP12は、例えば、画像を表示していない時の表示パネルPNLの色味を調整するために、薄く着色されていてもよい。電極EE12及びEH12は、電極ED11と電極EA13との間に位置し、互いに第2方向Yで隣り合っている。電極EE12は、第2方向で電極ED11と隣り合っており、電極EH12は、第2方向で電極EA13と隣り合っている。
透明部材TP12は、カラーフィルタFD11とカラーフィルタFA13との間に位置し、電極EE12及びEH12と第3方向Zで対向している。透明部材TP12は、準画素QX12に対応する領域の全面に亘って配置されている。透明部材TP12は、第2方向YでカラーフィルタFD11及びFA13と接触している。透明部材TP12は、カラーフィルタFA13よりも面積が大きい。透明部材TP12の第2方向Yの幅W6は、カラーフィルタFA13の第2方向Yの幅W5よりも大きく、一例では、幅W6は幅W5の約2倍である。透明部材TP12は、例えば、オーバーコート層OCによって形成されている。
準画素QX12は、電極EE12と共通電極CEとの間に生じる電場に応じて、光変調層OMの電極EE12と対向する領域の光散乱性を変調する。また、準画素QX12は、電極EH12と共通電極との間に生じる電場に応じて、光変調層OMの電場EH12と対向する領域の光散乱性を変調する。電極EE12及びEH12のそれぞれに対向する領域で散乱された光は、表示パネルPNLの主面PNLa及びPNLbから出射され、画像の表示に寄与する。このため、本変形例によれば、表示画像の輝度を向上させ、表示品位を向上させることができる。
図25は、図24に示した第1基板SUB1の構成例を示す図である。
図示した構成例は、準画素QXが配置されている点で、図9に図示した構成例と相違している。準画素QXは、画素PXの間に配置されており、画素PX及び準画素QXは、第1方向X及び第2方向Yに交互に並んでいる。準画素QXは、画素電極EE、EF、EG及びEHを備えている。
準画素QX12の電極EF12及び電極EG12は、電極EC11と電極EB13との間に位置している。電極EF12は、第1方向Xで電極EE12と隣り合い、第2方向Yで電極EC11と隣り合っている。電極EG12は、第1方向Xで電極EH12と隣り合い、第2方向Yで電極EF12及びEB13と隣り合っている。
第1方向Xにおいて画素PX11と画素PX31との間に位置する準画素QX21は、電極EE21、EF21、EG21、及びEH21を備えている。電極EE21は、第1方向Xで電極EB11とEF21との間に位置し、電極EF21は、第1方向Xで電極EE21と電極EA31との間に位置している。電極EH21は、第1方向Xで電極EC11とEG21との間に位置し、電極EG21は、第1方向Xで電極EH21と電極ED31との間に位置している。
電極EE12及びEH12は、データ線S1によってデータ信号を供給される。電極EF12及びEG12は、データ線S2によってデータ信号を供給される。電極EE21及びEH21は、データ線S3によってデータ信号を供給される。電極EF21及びEG21は、データ線S4によってデータ信号を供給される。電極EE21及びEF21は、走査線G1によって駆動を制御される。電極EG21及びEH21は、走査線G2によって駆動を制御される。電極EE12及びEF12は、走査線G3によって駆動を制御される。電極EG12及びEH32は、走査線G4によって駆動を制御される。
第2方向Yにおいて画素PX31と画素PX33との間に位置する準画素QX32も、準画素QX12同様に、電極EE32、EF32、EG32、及びEH32を備えている。第1方向Xにおいて画素PX13と画素PX33との間に位置する準画素QX23も、準画素QX21同様に、電極EE23、EF23、EG23、及びEH23を備えている。
なお、準画素QXは、画素PXの間に配置されるのであれば、そのレイアウトは特に限定されるものではなく、例えば図13に図示した配置例における画素PXの間に配置されてもよい。
図26は、本実施形態に係る表示装置DSPの第2変形例を示す図である。
本変形例は、準画素QXに対応する領域に電極EI12が配置されている点で、図24に図示した変形例と相違している。電極EI12は、透明部材TPの全面に亘って第3方向Xで対向し、電極ED11と電極EA13との間に配置されている。電極EI12は、第2方向Yで、電極ED11及びEA13と隣り合っている。
本変形例においても、第1変形例と同様の効果を得ることができる。
図27は、図26に示した第1基板SUB1の構成例を示す図である。
本構成例は、電極EI12、EI21、EI32、及びEI23が配置されている点で、図25に図示した構成例と相違している。
第2方向Yにおいて画素PX11と画素PX13との間に位置する準画素QX12の電極EI12は、準画素QX12に対応する領域の全体に配置され、電極EC11と電極EB13との間にも延在している。第1方向Xにおいて画素PX11と画素PX23との間に位置する準画素QX21の電極EI21は、準画素QX21に対応する領域の全体に亘って配置され、電極EB11と電極EA31との間、及び電極EC11及び電極ED31との間に延在している。
電極EI12は、データ線S1によってデータ信号を供給され、走査線G4によって駆動を制御される。電極EI21は、データ線S3によってデータ信号を供給され、走査線G2によって駆動を制御される。
第2方向Yにおいて画素PX23と画素PX33との間に位置する準画素QX32の電極EI32も、準画素QX12と同様に、電極EI32を備えている。第1方向Xにおいて画素PX13と画素PX33との間に位置する準画素QX23の電極EI23も、準画素QX21と同様に、電極EI23を備えている。
図28は、本実施形態に係る表示装置DSPの第3変形例を示す図である。
図示した変形例は、複数のコラム電極C(C1、C2、…、Cp)と、複数のロウ電極L(L1、L2、…、Lq)と、を備えた、いわゆるパッシブマトリクス型の表示装置である。コラム電極Cは、第2方向Yに延在し第1方向Xに並んでいる。ロウ電極Lは、第1方向Xに延在し、第2方向Yに並んでいる。コラム電極Cは、第1ドライバDr1に電気的に接続され、ロウ電極Lは、第2ドライバDr2に電気的に接続されている。コラム電極Cとロウ電極Lとが互いに交差して対向する領域が、副画素として動作する。例えば、コラム電極C1とロウ電極L1とが対向する領域が、副画素PA11に相当する。コラム電極C2とロウ電極L1とが対向する領域が、副画素PB11に相当する。コラム電極C2とロウ電極L2とが対向する領域が、副画素PC11に相当する。コラム電極C1とロウ電極L2とが対向する領域が、副画素PD11に相当する。
この様な変形例においても、上記したのと同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、透明度が高く外光環境下でも視認性の良好な表示装置を提供することができる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
DSP…表示装置 PNL…表示パネル SUB1…第1基板 SUB2…第2基板
OM…光変調層 31…バルク 32…微粒子 LU…光源ユニット
23…光源 FA,FB,FC,FD…カラーフィルタ
EA,EB,EC,ED…電極 CE…共通電極
PA,PB,PC,PD…複画素 PX…単位画素

Claims (12)

  1. 光透過性を有する第1基板と、
    前記第1基板と対向し光透過性を有する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置された光変調層と、
    互いに色の異なる光を出射する少なくとも2つの光源を備え、画像を表示する表示領域と法線方向で対向する位置の外側から前記光変調層を照明する光源ユニットと、
    前記第1基板に配置され、それぞれレッド、グリーン、またはブルーの互いに異なる色の第1乃至第3カラーフィルタと、
    前記第1乃至第3カラーフィルタにそれぞれ対向する第1乃至第3電極と、
    外光のみを利用して画像を表示する第1表示モードと、前記外光および前記光源ユニットからの照明光を利用して画像を表示する第2表示モードと、前記照明光のみを利用して画像を表示する第3表示モードと、を切り替える制御部と、
    前記外光の輝度および色を検出する外光センサと、を備え、
    前記光変調層は、前記第1乃至第3電極のそれぞれによって生じる電場に応じて、前記第1乃至第3カラーフィルタのそれぞれに対向する領域の光散乱性を変調可能であり、
    前記制御部は、前記外光センサから入力される環境データに応じて表示モードを切り替えるものであり、
    前記外光が第1輝度のときに前記第1表示モードを選択するとともに前記光源ユニットを全消灯し、
    前記外光が前記第1輝度より小さい第2輝度のときに前記第2表示モードを選択するとともに前記光源ユニットを全点灯し、
    前記外光が前記第2輝度より小さい第3輝度のときに前記第3表示モードを選択するとともに前記光源ユニットの前記少なくとも2つの光源を逐次点灯するように制御する、表示装置。
  2. 前記第1基板、前記第2基板、及び前記光変調層によって構成される表示パネルは、前記表示領域を含む主面と、
    前記主面と交差し、前記光源ユニットと対向する側面と、を備えている、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記光変調層は、共に光学異方性を有し電場に対する光学的な応答性が互いに異なる第1領域および第2領域を有し、
    前記第1領域は、液晶材料を主に含んで構成され、
    前記第2領域は、高分子材料を主に含んで構成されている、請求項1または2に記載の表示装置。
  4. さらに、前記第1乃至第3カラーフィルタのいずれかと同じ色の第4カラーフィルタを備え、
    前記第2カラーフィルタと前記第3カラーフィルタとは、第1方向において第1ピッチで隣り合い、
    前記第3カラーフィルタと前記第4カラーフィルタとは、前記第1方向において前記第1ピッチよりも大きい第2ピッチで隣り合っている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記第2ピッチは、前記第1ピッチの3倍以上の大きさである、請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記光源ユニットは、レッド光源、グリーン光源、およびブルー光源を備えている、請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記光源ユニットは、イエロー光源およびブルー光源、またはマゼンタ光源およびグリーン光源、またはシアン光源およびレッド光源を備えている、請求項1に記載の表示装置。
  8. 前記制御部は、前記環境データに応じて表示画像の色温度を調整する、請求項1に記載の表示装置。
  9. 前記外光センサは、レッドのカラーフィルタを透過した前記外光の輝度を測定するレッドセンサと、
    グリーンのカラーフィルタを透過した前記外光の輝度を測定するグリーンセンサと、
    ブルーのカラーフィルタを透過した前記外光の輝度を測定するブルーセンサと、を備えている、請求項1に記載の表示装置。
  10. 前記外光センサは、スペクトルメータを備えている、請求項1に記載の表示装置。
  11. 第1乃至第5画素を備え、前記第1乃至第5画素の各々が第1乃至第3副画素を備えた表示装置であって、
    光透過性を有する第1基板と、
    前記第1基板と対向し光透過性を有する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置された光変調層と、
    画像を表示する表示領域と法線方向で対向する位置の外側から前記光変調層を照明する光源ユニットと、
    前記第2基板の前記第1副画素に配置されたレッドの第1カラーフィルタと、
    前記第2基板の前記第2副画素に配置されたグリーンの第2カラーフィルタと、
    前記第2基板の前記第3副画素に配置されたブルーの第3カラーフィルタと、
    前記第1基板の前記第1乃至第3副画素にそれぞれ配置され、前記第1乃至第3カラーフィルタにそれぞれ対向する第1乃至第3電極と、を備え、
    前記光変調層は、前記第1乃至第3電極のそれぞれによって生じる電場に応じて、前記第1乃至第3カラーフィルタのそれぞれと対向する領域の光散乱性を変調可能であり、
    前記第1画素及び前記第2画素は、第1方向において一画素の幅と同等以上の間隔をあけて隣接し、
    前記第3画素及び前記第4画素は、前記第1方向において一画素の幅と同等以上の間隔をあけて隣接し、
    前記第1画素及び前記第3画素は、前記第1方向と交差する第2方向において一画素の幅と同等以上の間隔をあけて隣接し、
    前記第2画素及び前記第4画素は、前記第2方向において一画素の幅と同等以上の間隔をあけて隣接し、
    前記第5画素は、前記第1画素と前記第4画素との間に位置し、且つ、前記第2画素と前記第3画素との間に位置し、
    前記第1画素と前記第2画素との間、前記第1画素と前記第3画素との間、前記第2画素と前記第4画素との間、及び、前記第3画素と前記第4画素との間には、前記光変調層を変調するための電極、及び、カラーフィルタの少なくとも一方が配置されていない、表示装置。
  12. 前記第1基板は、前記第1画素と前記第2画素との間、前記第1画素と前記第3画素との間、前記第2画素と前記第4画素との間、及び、前記第3画素と前記第4画素との間に、前記光変調層を変調するための電極を備えず、
    前記第2基板は、前記第1画素と前記第2画素との間、前記第1画素と前記第3画素との間、前記第2画素と前記第4画素との間、及び、前記第3画素と前記第4画素との間に、カラーフィルタを備えていない、請求項11に記載の表示装置。
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