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

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１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１～４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 請求項１～５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６に記載の表示装置の制御方法。

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