JP7063081B2 - 表示装置および表示装置の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置および表示装置の制御方法に関する。
近年、自動車のフロントガラスや建物の窓ガラス等の透明ガラス上に画像を表示する技術が開発されている。
これに関連して、下記の特許文献1には、電圧の印加により透過状態と散乱状態との間で光学状態が変化するスクリーンと、スクリーンに映像光を投影して映像を表示するプロジェクタを有する表示装置が提案されている。特許文献1の表示装置によれば、通常は透明状態のスクリーンを一時的に非透明化して、スクリーン上に映像を表示できる。
特許第5856284号公報
しかしながら、特許文献1の表示装置では、電圧を印加するための制御電極がスクリーン内部に配置される。このため、特許文献1の表示装置では、制御電極における表面反射、吸収があるため、スクリーンの透明状態における透明度が低いという問題がある。
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、透明状態と非透明状態との間で光学状態が変化する画像表示体の透明状態における透明度を向上できる表示装置および表示装置の制御方法を提供することである。
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
本発明の表示装置は、紫外光を受光することによって光散乱性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性が低下する表示機能層を有する画像表示体を備える。本発明の表示装置は、紫外光を受光することによって表示機能層の光散乱性が増加した画像表示体に第2可視光を投光して、画像表示体上に画像を表示する。画像表示体は、表示機能層の紫外光が投光される面と反対側の面側に、紫外光を遮蔽する紫外光遮蔽層を有する。また、本発明の他の表示装置は、紫外光を受光することによって光散乱性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性が低下する表示機能層を有する画像表示体を備える。本発明の表示装置は、紫外光を受光することによって表示機能層の光散乱性が増加した画像表示体に第2可視光を投光して、画像表示体上に画像を表示する。表示機能層は、紫外光を受光することによって光散乱性とともに光吸収性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性とともに光吸収性が低下する光学特性を有する。
本発明の表示装置の制御方法は、上記表示装置の制御方法である。本発明の表示装置の制御方法は、第2可視光が投光されることによって画像表示体上に表示される画像が、画像表示体上の紫外光の投光領域に含まれるように、画像表示体に紫外光を投光する。
本発明によれば、透明状態と非透明状態との間で光学状態が変化する画像表示体の透明状態における透明度を向上できる。
本発明の第1実施形態に係る表示装置の概略構成を示す斜視図である。 画像表示体の概略構成を示す断面図である。 透明状態の表示機能層の概略構成を示す断面図である。 非透明状態の表示機能層の概略構成を示す断面図である。 画像表示時の表示装置の動作を説明するための図である。 画像非表示時の表示装置の動作を説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係る画像表示体の概略構成を示す断面図である。 透明状態の表示機能層の概略構成を示す断面図である。 非透明状態の表示機能層の概略構成を示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る表示装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態に係る表示装置の概略構成を示す斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置10の概略構成を示す斜視図である。本実施形態の表示装置10は、画像表示体100、第1プロジェクタ200、第2プロジェクタ300、第3プロジェクタ400、および制御部500を備えている。
画像表示体100は、透明状態と非透明状態との間で光学状態が変化する薄板状の部材であり、第1~第3プロジェクタ200~400に対向する前面100aと、前面100aと反対側の背面100bを有する。画像表示体100は、紫外光を受光することにより透明状態から非透明状態に変化し、第1可視光を受光することにより非透明状態から透明状態に変化する。画像表示体100は、たとえば、自動車のフロントガラスに取り付けられる。画像表示体100についての詳細な説明は後述する。
第1プロジェクタ200は、紫外光を放出するプロジェクタであり、画像表示体100の前面100aに対向して配置される。第1プロジェクタ200は、紫外光投光部として、たとえば、波長365nmの紫外光を放出する。第1プロジェクタ200は、画像表示体100の前面100aに紫外光を投光して、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cを透明状態から非透明状態に変化させる。
第2プロジェクタ300は、特定波長の可視光を放出するプロジェクタであり、画像表示体100の前面100aに対向して配置される。第2プロジェクタ300は、第1可視光投光部として、たとえば、波長450nm前後の第1可視光を放出する。第2プロジェクタ300は、非透明状態にある画像表示体100に第1可視光を投光して、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cを非透明状態から透明状態に変化させる。
第3プロジェクタ400は、カラープロジェクタであり、画像表示体100の前面100aに対向して配置される。第3プロジェクタ400は、第2可視光投光部として、青色(波長450nm)、緑色(波長532nm)、および赤色(波長640nm)の3色のいずれか1色の光、または、2色以上の光を組み合わせた光である第2可視光を放出する。第3プロジェクタ400は、非透明状態の画像表示体100に第2可視光を投光して、画像表示体100上に画像600を表示する。
制御部500は、第1~第3プロジェクタ200~400の動作を制御する。制御部500は、上位の制御装置(不図示)と通信しつつ、第1および第2プロジェクタ200,300の投光/非投光の切り替えを行う。また、制御部500は、上位の制御装置と通信しつつ、第3プロジェクタ400に画像情報を送出する。
なお、第2可視光によって画像表示体100上に表示される画像600が、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cの内側に含まれるように、第1および第3プロジェクタ200,400は、紫外光および第2可視光をそれぞれ投光する。また、紫外光の投光領域100cが、画像表示体100上の第1可視光の投光領域に含まれるように、第2プロジェクタ300は、第1可視光を投光する。
次に、図2を参照して、表示装置10の画像表示体100について詳細に説明する。
図2は、画像表示体100の概略構成を示す断面図である。本実施形態の画像表示体100は、表示機能層110、調光層120、および紫外光遮蔽層130を備えている。表示機能層110は、画像表示体100の前面100a側に配置され、紫外光遮蔽層130は、画像表示体100の背面100b側に配置されている。調光層120は、表示機能層110と紫外光遮蔽層130との間に配置されている。
表示機能層110は、透明状態と非透明状態との間で光学状態が変化するフィルム部材である。表示機能層110は、紫外光を受光することにより光散乱性が増加して白濁し、第1可視光を受光することにより光散乱性が低下して透明状態に戻る光学特性を有する。本実施形態の表示機能層110は、ホスト液晶分子111およびアゾベンゼン分子112を含む液晶フィルムである。
調光層120は、紫外光を受光することによって光吸収性が増加する透明フィルム部材である。調光層120は、フォトクロミック材料からなり、紫外光を受光することにより光吸収性が増加して無色から灰色(または黒色)に変色する光学特性を有する。調光層120は、紫外光を受光しない、もしくは、青色または黄色の可視光を受光することにより光吸収性が低下して灰色から無色に戻る光学特性を有する。
紫外光遮蔽層130は、紫外光を遮蔽する透明フィルム部材である。紫外光遮蔽層130は、紫外光反射剤または紫外光吸収剤を含む透明樹脂からなり、紫外光近傍の波長領域の光を反射または吸収して遮蔽する。紫外光遮蔽層130は、画像表示体100の背面100b側に配置され、画像表示体100の背面100bから表示機能層110に紫外光が入射することを防止する。
次に、図3Aおよび図3Bを参照して、画像表示体100の表示機能層110について詳細に説明する。
図3Aは、透明状態の表示機能層110の概略構成を示す断面図であり、図3Bは、非透明状態の表示機能層110の概略構成を示す断面図である。上述したとおり、本実施形態の表示機能層110は、ホスト液晶分子(以下、液晶分子111)およびアゾベンゼン分子112を含む液晶フィルムである。アゾベンゼン分子112は、紫外光を受光するとトランス体からシス体に構造が変化し、第1可視光を受光するとシス体からトランス体に構造が変化する。アゾベンゼン分子112がシス体に変化すると、屈曲し液晶分子111の配列を乱す。したがって、液晶分子111が表示機能層の厚み方向に対して略垂直に配列した配列状態(図3A参照)にあって液晶相がネマティック相である状態の表示機能層110に紫外光を投光すれば、液晶分子111がフォーカルコニック状態に変化すると共に配列が乱されて散乱状態(図3B参照)に変化して光散乱性が増加する。一方、液晶分子111が散乱状態(図3B参照)にあって液晶分子がフォーカルコニック状態である表示機能層110に第1可視光を投光すれば、液晶分子111が配列状態(図3A参照)に変化して液晶相がネマティック相に変化し、光散乱性が低下する。
図3Aに示すとおり、液晶分子111が配列状態にある表示機能層110は、光散乱性が低下している。このため、表示機能層110に第2可視光VLを投光すれば、第2可視光VLは、表示機能層110を透過する。一方、図3Bに示すとおり、液晶分子111が散乱状態にある表示機能層110は、光散乱性が増加し非透明状態になる。このため、表示機能層110に第2可視光VLを投光すれば、第2可視光VLは、表示機能層110上で乱反射する。したがって、液晶分子111が散乱状態にある表示機能層110に第2可視光VLを投光すれば、表示機能層110上に画像を表示できる。
次に、図4および図5を参照して、画像表示体100上に画像を表示する表示装置10の動作について説明する。
図4は、画像表示時の表示装置10の動作を説明するための図であり、図5は、画像非表示時の表示装置10の動作を説明するための図である。
図4に示すとおり、画像表示体100に画像を表示する場合、まず、第1プロジェクタ200が、画像表示体100の前面100aに紫外光を投光する。紫外光を投光すれば、表示機能層110が白濁するとともに調光層120が灰色に変化して、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cが透明状態から非透明状態に変化する。そして、第3プロジェクタ400が、非透明状態にある画像表示体100上の投光領域100cに第2可視光を投光して、画像表示体100上に画像600を表示する。
なお、画像表示体100上に画像600を表示している間、第2可視光を受光することによって画像表示体100が非透明状態から透明状態に戻ることを防止するために、第1プロジェクタ200は、画像表示体100に紫外光を投光し続ける。具体的には、第1プロジェクタ200は、たとえば、紫外光によって配列状態から散乱状態に変化する液晶分子111の割合が、第2可視光によって散乱状態から配列状態に戻る液晶分子111の割合よりも大きくなるような出力で紫外光を投光し続ける。
一方、図5に示すとおり、画像表示体100上に画像を表示しない場合(画像を消去する場合)、まず、第1および第3プロジェクタ200,400が、紫外光および第2可視光の投光をそれぞれ停止する。そして、第2プロジェクタ300が、画像表示体100の前面100aに第1可視光を投光して、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cを非透明状態から透明状態に戻す。
以上のとおり、本実施形態の表示装置10によれば、紫外光と第1可視光の投光/非投光を切り替えることにより、画像表示体100の透明状態/非透明状態を切り替える。そして、非透明状態の画像表示体100に第2可視光を投光して、非透明状態の画像表示体100上に画像600を表示する。このような構成によれば、通常は透明状態の画像表示体100を一時的に非透明化して、画像表示体100上に画像600を表示できる。
加えて、本実施形態の表示装置10によれば、紫外光および第1可視光によって画像表示体100の光学状態が変化するため、画像表示体100の内部に制御電極を配置する必要がなく、画像表示体100の透明状態における透明度を向上できる。また、画像表示体100に電気ケーブル等を接続する必要がなく、電源スペースを確保する必要もないため、画像表示体100の周辺空間を節約できる。
以上のとおり、説明した本実施形態は、以下の効果を奏する。
(a)紫外光および第1可視光の投光/非投光を切り替えることにより透明状態と非透明状態とが切り替わる画像表示体100を利用して画像を表示するため、制御電極が必要ない。したがって、制御電極における反射、吸収がないため、画像表示体100の透明状態における透明度を向上できる。
(b)表示機能層110の背面側に紫外光遮蔽層130を備えるため、表示機能層110の背面から紫外光が入射することを防止できる。したがって、たとえば、自動車のフロントガラスに画像表示体100を取り付ける場合、太陽光やヘッドライトによって画像表示体100が非透明化することを防止できる。
(c)表示機能層110と紫外光遮蔽層130との間に調光層120を備えるため、太陽光やヘッドライト等の背景光を低減できる。つまり、明るい環境下でもコントラストが保持され、視認性が向上する。
(d)第2可視光によって画像表示体100上に表示される画像600が、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cに含まれるように紫外光を投光するため、画像表示体100の非透明領域に画像600が表示される。したがって、画像表示体100の透明領域に画像600が表示されることがなく、画像600の視認性が向上する。
(第2実施形態)
次に、図6~図7Bを参照して、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、画像表示体100の表示機能層110が調光層の役割を兼ねる実施形態である。
図6は、本発明の第2実施形態に係る画像表示体100の概略構成を示す断面図である。本実施形態の画像表示体100は、表示機能層110および紫外光遮蔽層130を備えている。表示機能層110は、画像表示体100の前面100a側に配置され、紫外光遮蔽層130は、画像表示体100の背面100b側に配置されている。
本実施形態の表示機能層110は、紫外光を受光することによって光散乱性とともに光吸収性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性とともに光吸収性が低下する光学特性を有する。なお、表示機能層110が調光層の役割を兼ねる点を除いては、本実施形態に係る表示装置10の構成は、第1実施形態と同様であるため、表示装置10に
ついての説明は省略する。
図7Aは、透明状態の表示機能層110の概略構成を示す断面図であり、図7Bは、非透明状態の表示機能層110の概略構成を示す断面図である。
表示機能層110は、ホスト液晶分子111およびアゾベンゼン分子112を含む液晶フィルムであり、図7Aに示すとおり、一部の液晶分子111aに二色性色素がドープされている。ここで、二色性色素がドープされた液晶分子111aの濃度は、画像表示体100の前面100a側よりも背面100b側の方が高くなるように構成されている。
配列状態の液晶分子111aの内部には、二色性色素が、第2可視光VLに対して断面積が小さくなるように配向して配置されている。したがって、配列状態の液晶分子111aの内部では、二色性色素は無色を呈し、第2可視光VLを透過する。一方、紫外光を受光することによって液晶分子111aが散乱状態になれば、二色性色素の配向が乱れる。したがって、図7Bに示すとおり、屈曲状態の液晶分子111aの内部では、二色性色素は灰色(または黒色)を呈し、第2可視光VLを吸収する。このような構成によれば、紫外光を受光することによって光吸収性が増加する調光層の機能が表示機能層110に付与され、表示機能層110が調光層の役割を兼ねる。
以上のとおり、説明した本実施形態は、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(e)表示機能層110が調光層の役割を兼ねるため、調光層を追加することなく、背景光を低減できる。したがって、画像表示体100を構成するフィルム部材の数を削減できる。
(f)表示機能層110として、二色性色素がドープされた液晶分子を含む液晶層を用いることにより、表示機能層110に調光層の機能を付与できる。また、二色性色素がドープされた液晶分子の濃度を背面側で高くすることにより、前面側での光散乱効率が向上し、濃度分布がない場合に比べ、散乱光の減少を抑制できる。
(第3実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、画像表示体100上の紫外光の投光領域100cの形状を制御する実施形態である。
図8は、本発明の第3実施形態に係る表示装置10の概略構成を示す斜視図である。本実施形態の表示装置10は、画像表示体100、第1プロジェクタ200、第2プロジェクタ300、第3プロジェクタ400、および制御部500を備えている。なお、第1プロジェクタ200が紫外光の投光領域100cの形状を制御する点を除いては、本実施形態に係る表示装置10の構成は、第1実施形態と同様であるため、表示装置10についての説明は省略する。
第1プロジェクタ200は、画像表示体100に投光される紫外光の形状を変更可能に構成されている。第1プロジェクタ200は、制御部500から画像情報を取得して、紫外光の投光領域100cの形状が画像600と同じ形状を有するように、紫外光の投光領域100cの形状(サイズ)を制御する。このような構成によれば、画像表示体100の前面100aのうち、非透明化される領域(非透明領域)が最小化される。
なお、上述した実施形態では、紫外光の投光領域100cの形状が画像600と同じ形状を有するように、紫外光の投光領域100cの形状が制御される一方で、第1可視光の投光領域の形状は画像600の形状とは無関係に維持された。しかしながら、本実施形態とは異なり、第1可視光の投光領域の形状が画像600と同じ形状を有するように、第1可視光の投光領域の形状が制御されてもよい。
以上のとおり、説明した本実施形態は、第1および第2実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(g)紫外光の投光領域100cの形状が画像600の形状と同じ形状を有するように紫外光の投光領域100cの形状を制御するため、画像表示体100上の非透明領域を最小化できる。したがって、画像表示体100上の透明領域を最大限に維持しつつ、画像600を表示できる。
(第4実施形態)
次に、図9を参照して、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1および第2可視光が1台のプロジェクタから投光される実施形態である。
図9は、本発明の第4実施形態に係る表示装置10の概略構成を示す斜視図である。本実施形態の表示装置10は、画像表示体100、第1プロジェクタ200、第3プロジェクタ400、および制御部500を備えている。なお、第1および第2可視光が1台のプロジェクタ400から投光される点を除いては、本実施形態に係る表示装置10の構成は、第1実施形態と同様であるため、表示装置10についての説明は省略する。
本実施形態の表示装置10では、画像を表示する場合、まず、第1プロジェクタ200が、画像表示体100の前面100aに紫外光を投光する。そして、第3プロジェクタ400が、画像表示体100の前面100aに第2可視光を投光して、画像600を表示する。一方、画像を表示しない場合(画像を消去する場合)、まず、第1プロジェクタ200が、紫外光の投光を停止する。そして、第3プロジェクタ400が、画像表示体100の前面100aに第1可視光を投光して、画像表示体100を非透明状態から透明状態に戻す。このような構成によれば、第1可視光専用のプロジェクタが省略され、装置構成が簡略化される。
以上のとおり、説明した本実施形態は、第1~第3実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(h)第1および第2可視光を1台のプロジェクタが投光するため、装置構成を簡略化できる。
以上のとおり、説明した第1~第4実施形態において、本発明の表示装置10および表示装置10の制御方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略できることはいうまでもない。
たとえば、上述した第1~第4実施形態では、紫外光と第1および第2可視光とが異なるプロジェクタから投光された。しかしながら、紫外光と第1および第2可視光とが1台のプロジェクタから投光されてもよい。
また、上述した第1実施形態では、表示機能層110と紫外光遮蔽層130との間に調光層120が設けられた。しかしながら、調光層120は省略され、画像表示体100は、調光機能が付与されていない表示機能層110および紫外光遮蔽層130から構成されてもよい。さらに、紫外光遮蔽層130が省略され、画像表示体100は、表示機能層110のみから構成されてもよい。あるいは、画像表示体100は、表示機能層110および調光層120から構成されてもよい。
また、上述した第1実施形態では、調光層120として、フォトクロミック材料からなる透明フィルム部材が用いられた。しかしながら、調光層120として、液晶分子に二色性色素がドープされたアゾベンゼン高分子液晶フィルムが用いられてもよい。
10 表示装置、
100 画像表示体、
100a 前面、
100b 背面、
100c 投光領域、
110 表示機能層、
111,111a ホスト液晶分子、
112 アゾベンゼン分子、
120 調光層、
130 紫外光遮蔽層、
200 第1プロジェクタ(紫外光投光部)、
300 第2プロジェクタ(第1可視光投光部)、
400 第3プロジェクタ(第1可視光投光部、第2可視光投光部)、
500 制御部、
600 画像。

Claims (7)

  1. 紫外光を受光することによって光散乱性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性が低下する表示機能層を有する画像表示体と、
    前記画像表示体に前記紫外光を投光する紫外光投光部と、
    前記画像表示体に前記第1可視光を投光する第1可視光投光部と、
    前記紫外光を受光することによって前記表示機能層の光散乱性が増加した前記画像表示体に第2可視光を投光して、前記画像表示体上に画像を表示する第2可視光投光部と、を有し、
    前記画像表示体は、前記表示機能層の前記紫外光が投光される面と反対側の面側に、前記紫外光を遮蔽する紫外光遮蔽層をさらに有する表示装置。
  2. 前記画像表示体は、前記表示機能層と前記紫外光遮蔽層との間に、前記紫外光を受光することによって光吸収性が増加する調光層をさらに有する、請求項に記載の表示装置。
  3. 紫外光を受光することによって光散乱性が増加し、第1可視光を受光することによって光散乱性が低下する表示機能層を有する画像表示体と、
    前記画像表示体に前記紫外光を投光する紫外光投光部と、
    前記画像表示体に前記第1可視光を投光する第1可視光投光部と、
    前記紫外光を受光することによって前記表示機能層の光散乱性が増加した前記画像表示体に第2可視光を投光して、前記画像表示体上に画像を表示する第2可視光投光部と、を有し、
    前記表示機能層は、前記紫外光を受光することによって前記光散乱性とともに光吸収性が増加し、前記第1可視光を受光することによって前記光散乱性とともに光吸収性が低下する光学特性を有する表示装置。
  4. 前記表示機能層は、前記紫外光および前記第1可視光によって構造が変化するアゾベンゼン分子と、前記アゾベンゼン分子の構造が変化することによって配列状態が変化する液晶分子と、を含む液晶層を有し、
    前記液晶分子は、その一部に二色性色素がドープされ
    前記二色性色素がドープされた前記液晶分子の濃度は、前記表示機能層の前記紫外光が投光される面から離れるにつれて増加する、請求項1から3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記第1および第2可視光投光部は、1台のプロジェクタに設けられており、
    前記第1および第2可視光は、前記1台のプロジェクタから投光される、請求項1~のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 請求項1~のいずれか1項に記載の表示装置の制御方法であって、
    前記第2可視光が投光されることによって前記画像表示体上に表示される画像が、前記画像表示体上の前記紫外光の投光領域に含まれるように、前記画像表示体に前記紫外光を投光する、表示装置の制御方法。
  7. 前記紫外光の前記投光領域の形状が前記画像の形状と同じ形状を有するように、前記投光領域の形状を制御する、請求項に記載の表示装置の制御方法。
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