JP4621610B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、広視野角化及び狭視野角化の両立が可能な構成の液晶表示装置に関する。

近年、メールや画像表示が可能な携帯電話が広く普及している。このような利用形態において、表示画像を周囲の他人から覗き見されることを防止できるニーズが高まっている。

このようなニーズに対して、表示用ＬＣＤの表面側にさらに視野角変更用液晶板を重ね置きする構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の構成によれば、視野角変更用液晶板の視野角特性の影響により、全方位の視野角を制限することは困難であり、しかも、視野角変更用液晶板を追加することによるコストアップ、厚さ、重量、消費電力の増加などのデメリットが大きい。

また、表示画面における階調カーブの視角による歪みを調整するためのルックアップテーブルを備え、ルックアップテーブルの参照結果に基づいて表示データを生成する構成が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。これらの特許文献２及び特許文献３によれば、階調カーブの視角による歪みが小さくなるように調整することにより広い視角範囲（広視野角）で画面を表示し、また、階調カーブの視角による歪みが大きくなるように調整することにより狭い視角範囲（狭視野角）で画面を表示することを可能とするものである。
特開２００４−０６２０９４号公報 特開２００３−２９５１６０号公報 特開２００４−３１８１１２号公報

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、表示装置としてのコストや、表示装置全体の厚さ、重量、消費電力の増加を伴うことなく、視野角制御を可能とする液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、少なくともｎ階調の階調表示機能と、所定階調ｉ乃至ｊの範囲における表示面の法線方向の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊとし、３０゜以上の斜め視角方向での表示輝度範囲をＭｉ乃至Ｍｊとしたとき、Ｍｉ／Ｍｊ≦１．３になる視角特性と、を有する液晶表示装置であって（但し、ｎ、ｉ、ｊは実数であって、ｎ≧ｉ＞ｊ≧０である）、表示画像の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊの範囲に限定して表示する表示モードを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、表示装置としてのコストや、表示装置全体の厚さ、重量、消費電力の増加を伴うことなく、視野角制御を可能とする液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置、特に、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここで説明する液晶表示装置は、バックライト光を利用して画像を表示する透過型液晶表示装置、外光を利用して画像を表示する反射型液晶表示装置、反射部及び透過部を有する半透過型液晶表示装置など、如何なるタイプであっても良い。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲと互いに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱとを備えて構成されている。このような液晶表示装置は、画像を表示する表示領域ＤＳＰにおいて、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。

アレイ基板ＡＲは、光透過性を有する絶縁基板を用いて形成されており、表示領域ＤＳＰにおいて、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これら画素電極ＥＰの行方向に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これら画素電極ＥＰの列方向に沿ってそれぞれ形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差位置近傍に配置されたｍ×ｎ個のアクティブスイッチング素子Ｗ（例えばＮチャネル型の薄膜トランジスタ）、液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

アレイ基板ＡＲは、さらに、表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えている。走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

画素電極ＥＰは、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置における反射部においては、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜によって形成される。また、画素電極ＥＰは、透過型液晶表示装置においては、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、配向膜２０によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、光透過性を有する絶縁基板を用いて形成されており、表示領域ＤＳＰにおいて、対向電極ＥＴなどを備えている。対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸの画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。また、この対向電極ＥＴは、配向膜３０によって覆われている。

このような対向基板ＣＴと上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの配向膜２０及び３０が対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサにより、所定のギャップが形成される。液晶層ＬＱは、これらアレイ基板ＡＲの配向膜２０と対向基板ＣＴの配向膜３０との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物で構成されていれる。この実施の形態では、液晶層ＬＱは、負の誘電率異方性を有する液晶組成物によって構成されている。

配向膜２０及び３０は、ポリイミドなどの光透過性を有する樹脂材料からなる薄膜によって構成されている。なお、この実施の形態では、配向膜２０及び３０にラビング処理は施さずに液晶層ＬＱに含まれる液晶分子に垂直配向性を付与している。

また、この実施の形態では、液晶表示パネルＬＰＮは、画素毎に少なくとも２方位に配向分割するための配向分割構造を備えている。すなわち、上述したように、この液晶表示パネルＬＰＮにおいては、画素に電圧を印加していない状態もしくはしきい値以下の電圧を印加した状態では各画素の液晶分子が基板面に対して略垂直に配列している垂直配向モードを採用している。このような構成において、配向分割構造を備えたことにより、画素にしきい値以上の電圧を印加した状態では、各画素の液晶分子が基板面に対して傾斜もしくは略平行に配列し、傾斜する方位は電気力線の向きにより略規定される。つまり、配向分割構造により、その周辺部における電気力線は、基板面に対して垂直に伸びず配向分割構造の形状などに依存して一画素内で互いに異なる方位に伸びる成分を含むため、液晶分子は一画素内で２以上の方位に配列することになる。

このような配向制御は、図２に示したように、画素ＰＸ内に配向分割構造としての突起３１を備えることで実現可能であるし、また、各画素ＰＸに配置された画素電極ＥＰ及び対向電極ＥＴの少なくとも一方の一部に配向分割構造としてのスリットを設けることでも実現可能であり、さらには、これらの突起やスリットを組み合わせても良いことは言うまでもない。

突起３１は、例えば対向基板ＣＴ側に設けられ、図３Ａに示すように、各画素ＰＸの一方向に延在するリブ構造であっても良いし、図３Ｂに示すように、各画素ＰＸの略中央に位置する円柱形状もしくは円錐形状であっても良い。

上述したような構成の液晶表示装置においては、画素に印加する電圧を段階的に変化させることにより、少なくともｎ階調、例えば２５６階調の階調表示が可能であり、階調表示と表示輝度との間には、図８に示すような２５６階調と表示輝度（この図では、正面の表示輝度）の関係がある。ここで、各階調で表示したときの視角に対する表示画像の表示輝度を測定した。ここでは、白画像を表示したときの表示面の表示輝度を１００（％）とし、黒画像（階調ゼロ）から白画像（階調２５５）までの中間調画像を含む階調毎に測定した表示輝度を規格化した。

図４Ａに示すように、表示面の左−右の方位について各階調での表示輝度を測定したところ、法線方向から次第に視角が大きくなるにしたがって表示輝度が上昇し、所定角度以上の斜め視角方向においては、白画像と中間調画像との表示輝度の差が極めて近接していることが確認された。

また、図４Ｂに示す表示面の上−下の方位についての各階調での表示輝度、図４Ｃに示す表示面の右上−左下の方位についての各階調での表示輝度、及び、図４Ｄに示す表示面の左上−右下の方位についての各階調での表示輝度については、図４Ａに示した表示面の左−右の方位についての各階調での表示輝度の測定結果と略同等であり、等方的な視角特性を有していることが確認された。

そこで、本発明者は、これらの測定結果に基づき、特定の階調間ではある角度以上の斜め視角方向では、どの方位からも輝度差がほとんど無くなる特性に着目した。すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置は、ｎ階調のうち所定階調ｉ（明側）乃至ｊ（暗側）の範囲における表示面の法線方向の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊとする範囲において、ＬｉをＬｊで割った表示輝度の比率が１５０％以上、あるいは、Ｌｉ／Ｌｊ≧１．５の場合、３０°以上の斜め視角方向での表示輝度範囲をＭｉ乃至Ｍｊとした範囲では、ＭｉをＭｊで割った表示輝度の比率が１３０％以下（望ましくは１１０％以下）、あるいは、Ｍｉ／Ｍｊ≦１．３、になる視角特性を持っていることに着目した（但し、ｎ、ｉ、ｊは自然数であって、ｎ≧ｉ＞ｊ≧０である）。そして、このような視角特性を持つことを前提とした本実施形態の液晶表示装置は、表示画像の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊの範囲に限定して表示する表示モードを備えている。

この表示モードは、例えばｎ階調のうちのｉ乃至ｊの階調範囲内の階調を選択して画像を表示することが実現可能である。このような階調を選択して画像を表示することにより、表示面の法線方向においては表示輝度範囲がＬｉ乃至Ｌｊとなる一方で、法線に対して３０°以上傾いた斜め視角方向においては、表示輝度の比率が１３０％以下となり、著しく輝度が低減する。つまり、表示面の法線方向から３０°未満の方向からは、表示画像を認識しやすいが、３０°以上の方向からは、表示画像を認識しにくくなる。換言すると、この表示モードは、表示画像の認識可能な範囲を表示面の法線方向から３０°未満程度に制限した狭視野角モードに対応する。この狭視野角モードは、図４Ａ乃至図４Ｄに示した結果の通り、各階調での視角に対する表示輝度の特性は略等方的であるため、略全方位について、表示画像を認識可能な範囲を同程度の角度（例えば３０°）未満に制限することが可能である。

一方で、表示可能な全階調（ゼロからｎ−１までの階調範囲）で画像を表示することも可能であり、この場合、表示画像の表示輝度範囲はＬ_０乃至Ｌ_ｎ−１の範囲となる。このような階調範囲で画像を表示した場合、表示面の法線方向における各階調間での表示輝度の比率は、法線からの傾きが大きくなる（視角が大きくなる）に従って低減するものの、法線に対して３０°以上に大きく傾いた斜め視角方向においても十分な輝度として維持される。このため、法線方向から３０°を超える大きな視角範囲で表示画像を認識することが可能となる。換言すると、このような表示モードは、表示画像の認識可能な範囲を表示面の法線方向から３０°を超える大きな範囲に拡大した広視野角モードに対応する。また、この広視野角モードは、図４Ａ乃至図４Ｄに示した結果の通り、各階調での視角に対する表示輝度の特性は略等方的であるため、略全方位について、表示画像を認識可能な範囲を同程度の角度に拡大することが可能である。

つまり、本実施形態に係る液晶表示装置は、通常表示可能な輝度範囲（あるいは表示可能な全階調範囲）で画像を表示する広視野角モードの他に、通常表示可能な輝度範囲よりも小さな輝度範囲（あるいは表示可能な階調範囲の一部の階調範囲）で画像を表示する狭視野角モードを備えている。このように、本実施形態に適用した液晶表示装置特有の視角特性を利用することにより、通常表示時は広視野角特性を維持しつつ、画像表示を切り替えることにより正面では十分な視認性を得つつ、斜めのどの方位からも十分に視認性を低減して視野角を制限する機能を実現できる。

より具体的に説明すると、図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、狭視野角モードと、広視野角モードとを切り替える切替手段として機能するモード切替部ＭＳを備えている。このモード切替部ＭＳは、ユーザによる設定に基づいて表示モードを切り替える機能を備えており、機械式のスイッチであっても良いし、設定画面を介した入力に基づきソフトウェア的に切り替える構成であっても良い。

コントローラＣＮＴは、外部から供給された画像データに基づき、モード切替部ＭＳにより選択された表示モードで画像を表示するように信号線ドライバＸＤ及び走査線ドライバＹＤを制御する機能（つまり、画素に印加する電圧を制御する機能）を備えており、例えば、狭視野角モードが選択された場合にはｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示するように制御し、また、広視野角モードが選択された場合にはゼロからｎ−１までの階調範囲で画像を表示するように制御する。

また、このコントローラＣＮＴは、モード切替部ＭＳにより狭視野角モードに切り替えられたのに基づき、ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の画像データをｉ乃至ｊの階調範囲の画像データに変換するデータ変換手段としての機能も備えている。例えば、コントローラＣＮＴは、図５に示すように、ゼロから２５５までの２５６階調範囲で表示される画像データを１２８から２５５までの１２８階調範囲（すなわち元の画像データの階調範囲の１／２の範囲）の画像データに変換する。このとき、コントローラＣＮＴは、階調ゼロ及び階調１の元画像データを階調１２８に割り当て、同様に階調２及び階調３の元画像データを階調１２９に割り当て、以後同様にして階調２５４及び階調２５５を階調２５５に割り当てることで元画像データの階調範囲を１／２にすることが可能となる。また、コントローラＣＮＴは、この例に限らず、他の１２８階調範囲に画像データを変換しても良いし、同様にして元画像データの階調範囲を１／４、１／８…にすることも可能である。このように、ｎ階調範囲のうち、斜め視角方向での表示輝度の差が小さい階調範囲を選択して画像を表示することにより、狭視野角モードを実現可能である。

上述した説明では、コントローラＣＮＴが狭視野角モードを実現するために３以上の多値階調の画像データを所定の階調範囲の画像データに変換する例を取り上げたが、以下に、単一階調の背景画像上に単一階調の主要画像を表示する例について説明する。

すなわち、コントローラＣＮＴは、モード切替部ＭＳにより狭視野角モードへの切り替えに基づき、単一階調で表示される背景画像と単一階調で表示される主要画像との階調差が広視野角モードより小さくなるように、背景画像及び主要画像の少なくとも一方の階調を変換する。この主要画像は、例えば文字画像などである。

例えば、コントローラＣＮＴに供給された元画像データが、図６に示すように、広視野角モードにおいて背景画像が白画像（階調２５５)であり主要画像が黒画像（階調ゼロ）である２値階調の画像データであるとする。

このような例の場合、コントローラＣＮＴは、図７Ａに示すように、背景画像の階調は元のまま（階調２５５のまま）とし、主要画像の階調をゼロから１５５（グレー画像）に変換する。あるいは、コントローラＣＮＴは、図７Ｂに示すように、主要画像の階調は元のまま（階調ゼロのまま）とし、背景画像の階調を２５５から１００（グレー画像）に変換する。あるいは、コントローラＣＮＴは、図７Ｃに示すように、背景画像の階調を２５５から２００（濃グレー画像）に変換し、主要画像の階調をゼロから１００（薄グレー画像）に変換する。

このような画像データの変換により、元画像データでは背景画像と主要画像との階調差が２５５であったのに対して、変換後には階調差が１００となる。もちろん、変換後の階調範囲（図７Ａに示した例では階調１５５から階調２５５までの範囲、図７Ｂに示した例では階調ゼロから階調１００までの範囲、図７Ｃに示した例では階調１００から階調２００までの範囲）としては、斜め視角方向での表示輝度の差が十分に小さい階調範囲が選択される。これにより、階調差が１２８以上（望ましくは階調差が１００以上）の広視野角モードと、階調差が１２８以下（望ましくは階調差が１００以下）の狭視野角モードとが実現可能である。

また、図７Ａに示した例では、変換後の階調範囲において、背景画像の表示輝度範囲が９０乃至１００であって文字画像の表示輝度範囲が５０乃至９０であるような階調範囲を選択することが狭視野角モードを実現する上で好適である。また、図７Ｂに示した例では、変換後の階調範囲において、背景画像の表示輝度範囲が５０乃至９０であって文字画像の表示輝度範囲が９０乃至１００であるような階調範囲を選択することが狭視野角モードを実現する上で好適である。

≪他の実施形態１≫
上述した実施形態においては、コントローラＣＮＴは、ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の第１画像データをｉ乃至ｊの階調範囲の第２画像データに変換する際に、第１画像データの２階調を第２画像データの１階調に割り当てるように変換したが、この例に限らない。すなわち、第１画像データを第２画像データに割り当てる第１画像データの階調数において、高階調側の割り当てる階調数は低階調側の割り当てる階調数より小さくなるように変換しても良い。

例えば、コントローラＣＮＴは、図９に示すように、ゼロから２５５までの２５６階調範囲で表示される第１画像データを２３２から２５５までの２４階調範囲（すなわち変換前の第１画像データの階調範囲の約１割の範囲）の第２画像データに変換する。このとき、コントローラＣＮＴは、低階調側については、階調ゼロ乃至階調２７の２８階調分の第１画像データを階調２３２に割り当て、階調２８乃至階調４６の１９階調分の第１画像データを階調２３３に割り当てる一方、高階調側については、階調２４４乃至２５１の８階調分の第１画像データを階調２５４に割り当て、階調２５２乃至階調２５５の４階調分の第１画像データを階調２５５に割り当てる。

このような変換は、１より大きな次数の関数に基づき、第１画像データの階調を第２画像データの階調に変換することで実現可能である。すなわち、変換手段としての機能を有するコントローラＣＮＴに入力される第１画像データの階調（入力階調）をＬｉｎとし、変換後にコントローラＣＮＴから出力される第２画像データの階調（出力階調）をＬｏｕｔとし、傾き係数（次数）をβとしたとき（β＞１）、
Ｌｏｕｔ＝ａ・Ｌｉｎ^β＋ｂ
なる関係に基づいて変換することにより、上述したような非線形的な変換が可能となる（但し、ａ、ｂは適宜設定される係数）。

このように、ｎ階調範囲のうち、斜め視角方向での表示輝度の差が小さい階調範囲、特に高階調な階調範囲を選択して画像を表示することにより、斜め方向からの視認性をより低下させた狭視野角モードを実現可能である。

≪他の実施形態２≫
文字だけを対象とした画像ではなく、通常の映像などを対象としたカラー画像を表示する場合の適用には、液晶表示パネルＬＰＮは、複数種類の色画素を備えている。例えば、液晶表示パネルＬＰＮは、第１色でｎ階調の階調範囲で表示する第１色画素と、第１色より比視感度の低い第２色でｎ階調の階調範囲で表示する第２色画素を備えている。このような構成においては、狭視野角モードを実現する場合、コントローラＣＮＴは、第１色画素及び第２色画素ともに、ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の第１画像データを同一階調範囲にそろえて変換する必要はない。すなわち、コントローラＣＮＴは、狭視野角モードにおいては、第１色画素においてはｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示する一方で、第２色画素においては第１色画素よりも広い階調範囲で画像を表示する。つまり、狭視野角モードにおいては、斜め方向からの視認性を低下させるために、より狭い階調範囲に変換することが望ましいが、狭い階調範囲の画像は、正面からの視認性の低下も伴う。このため、正面からの視認性を確保しつつ、斜め方向からの視認性を低下させるためには、輝度差を小さくし、且つ階調範囲を大きくすることが望ましい。そこで、比視感度の低い色については、階調範囲を大きくしても輝度差が小さいことに着目し、コントローラＣＮＴは、第１画像データを比視感度の高い色より広い階調範囲の第２画像データに変換する。

例えば、赤色画素、緑色画素、及び、青色画素を備えた液晶表示パネルＬＰＮにおいては、青色の比視感度が最も低い。このため、コントローラＣＮＴは、例えば図１０に示したように、赤色画素について、ゼロから６３までの６４階調範囲で表示される第１画像データを４０から６３までの２４階調範囲の第２画像データに変換する場合、青色画素については、６４階調範囲で表示される第１画像データを３５から６３までの２９階調範囲の第２画像データに変換する。なお、コントローラＣＮＴは、最も比視感度の高い緑色画素については、最も狭い階調範囲、例えば、６４階調範囲で表示される第１画像データを４２から６３までの２２階調範囲の第２画像データに変換する。

このような構成により、斜め方向から観察したときの視認性を低下させて狭視野角モードを実現しつつ、正面から観察したときの視認性（表示品位）を改善することができる。

≪他の実施形態３≫
コントローラＣＮＴは、ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の第１画像データの一部を、ｉ乃至ｊの階調範囲で表示される表示画像の第２画像データに変換しても良い。

（具体例１）
第１画像データが複数の文字が並んだ文章に相当するデータを含む場合、コントローラＣＮＴは、文章を構成する一部の文字をｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。このとき、他の文字については、ゼロからｎ−１までのｎ階調範囲で表示される。例えば、「あいうえお」といった文字列のうち、一部の文字「あ」及び「え」を狭視野角モード実現可能なｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。

より具体的には、コントローラＣＮＴは、入力された第１画像データに含まれる文字をランダムに抽出し、ｉ乃至ｊの階調範囲に変換するとともに、他の文字についてはゼロからｎ−１までのｎ階調範囲とするような第２画像データを出力する。これにより、液晶表示パネルＬＰＮを正面から観察した場合には、図１１Ａに示すように、「あいうえお」と視認できるのに対して、斜め方向から観察した場合には、図１１Ｂに示すように、一部の文字「あ」「え」の視認性が低下し、実質的に「＿いう＿お」としか視認できない。したがって、斜め方向から観察した場合に、一部の文字の視認性を低下させることによって、残りの文字が際立って視認されるため、文章の意味を解読不能とすることができる。

なお、ここでは、一部変換する文字は、ソフトウェア的にランダムに抽出したが、文章の作成者などのユーザによって、特に判読しにくくしたい文字列を選択可能とし、文章の特定箇所を狭視野角モード実現可能なように変換してもよい。例えば、「今日の試合は、日本代表が３−１で勝ちました」といった文字列のうち、判読しにくくしたい文字列として「３−１で勝ち」を狭視野角モード実現可能なｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。これにより、液晶表示パネルＬＰＮを正面から観察した場合には、図１２Ａに示すように、「今日の試合は、日本代表が３−１で勝ちました」と視認できるのに対して、斜め方向から観察した場合には、図１２Ｂに示すように、特定箇所の文字「３−１で勝ち」の視認性が低下し、実質的に「今日の試合は、日本代表が＿＿＿＿＿ました」としか視認できない。このように、斜め方向から観察した場合には、一部の文字の視認性を低下させることによって、残りの文字が際立って視認されるため、文章の意味を解読不能とすることができる。

（具体例２）
第１画像データが文字に相当するデータを含む場合、コントローラＣＮＴは、文字を構成する一部のセグメントをｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。例えば、１文字は、図１３に示すように、４つのセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４によって構成されるものとする。このような構成の場合、１文字につき、一部のセグメント、ここでは点対称な２つのセグメントＳ２及びＳ４を狭視野角モード実現可能なｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。

より具体的には、コントローラＣＮＴは、入力された第１画像データに含まれる各文字について、２つのセグメントＳ２及びＳ４をｉ乃至ｊの階調範囲に変換するとともに、他のセグメントＳ１及びＳ３についてはゼロからｎ−１までのｎ階調範囲とするような第２画像データを出力する。これにより、液晶表示パネルＬＰＮを正面から観察した場合には、図１４Ａに示すように、「正」の字を視認できるのに対して、斜め方向から観察した場合には、図１４Ｂに示すように、文字の視認性が低下する。したがって、斜め方向から観察した場合に、１文字につき一部のセグメントの視認性を低下させることによって、残りのセグメントが際立って視認されるため、文字の視認性を低下させるのみならず、これらの文字列によって構成された文章の意味を解読不能とすることができる。

（具体例３）
コントローラＣＮＴ変換手段は、第１画像データに基づいて表示される表示画像のうちの一部の幾何学形状の部位に相当する第１画像データを、ｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。例えば、図１５に示すような第１画像データに基づいて表示される表示画像のうち、一部の幾何学形状の部位すなわち図中の斜線部分を狭視野角モード実現可能なｉ乃至ｊの階調範囲に変換する。

より具体的には、コントローラＣＮＴは、入力された第１画像データにおいて、一部の幾何学形状の部位に相当する画像データをｉ乃至ｊの階調範囲に変換するとともに、他の部位に相当する画像データについてはゼロからｎ−１までのｎ階調範囲とするような第２画像データを出力する。これにより、液晶表示パネルＬＰＮを正面から観察した場合には、図１６Ａに示すように、第１画像データに基づく表示画像の全体を視認できるのに対して、斜め方向から観察した場合には、図１６Ｂに示すように、一部の幾何学形状の部位の視認性が低下する。したがって、斜め方向から観察した場合に、一部の部位の視認性を低下させることによって、残りの部位が際立って視認されるため、表示画像の内容を解読不能とすることができる。

≪コントローラ構成例≫
ここでは、文字だけを対象とした画像ではなく、通常の映像などを対象としたカラー画像を表示する場合に、上述した各実施形態に適用可能なコントローラＣＮＴの構成例について説明する。

変換前の画像データ（第１画像データ）としてはＹＭＣＫ（補色＋黒）形式、ＹＵＶ（輝度と色差）形式、ＲＧＢ（赤緑青の３原色）等、種々の形式があるが、階調の変換はＲＧＢの３原色形式の画像データに対して実施することが最も適している。これは、現在使用されている液晶表示装置がＲＧＢ３原色によるカラー表示の形式であることと整合する。

すなわち、図１７に示すように、コントローラＣＮＴにおいて、変換部は、一般的な画像データ形式であるＹＵＶ形式の画像データをＲＧＢ形式に変換する。これにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に対応した各画像データがそれぞれ８ｂｉｔの階調範囲のデータ形式に変換される。その後、コントローラＣＮＴは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画像データの階調を変換する。これらの画像データは、上述した各実施形態において階調変換前の第１画像データに相当する。

例えば、Ｒの画像データの階調は、テーブル１に基づいて変換される。また、同様に、Ｇの画像データの階調は、テーブル２に基づいて変換され、さらに、Ｂの画像データの階調は、テーブル３に基づいて変換される。これらのテーブル１乃至３によって変換された画像データは、上述した各実施形態における第２画像データに相当する。

ここでは、図１８ＡにＲの画像データの階調を変換するためのテーブル１の一例を示し、図１８ＢにＧの画像データの階調を変換するためのテーブル１の一例を示し、図１８ＣにＢの画像データの階調を変換するためのテーブル１の一例を示す。ここで、Ｌｉｎは変換前の画像データの階調とし、Ｌｏｕｔは変換後の画像データの階調とする。なお、ここに示した例では、コントローラＣＮＴは、８ｂｉｔの階調範囲を６ｂｉｔの階調範囲に置ける所定範囲に変換する。

例えば、Ｒの画像データについては、コントローラＣＮＴは、ゼロから２５５までの２５６階調範囲で表示される第１画像データを６ｂｉｔ形式において４０から６３までの２４階調範囲の第２画像データに変換する。Ｇの画像データについては、コントローラＣＮＴは、ゼロから２５５までの２５６階調範囲で表示される第１画像データを６ｂｉｔ形式において４２から６３までの２２階調範囲の第２画像データに変換する。Ｂの画像データについては、コントローラＣＮＴは、ゼロから２５５までの２５６階調範囲で表示される第１画像データを６ｂｉｔ形式において３５から６３までの２９階調範囲の第２画像データに変換する。このとき、コントローラＣＮＴは、他の実施形態１で説明したように、第１画像データの階調を非線形的に第２画像データの階調に変換している。

上述したようなテーブルは、コントローラＣＮＴにおいて、テーブル発生部により作成される。このテーブル発生部は、ユーザなどによって設定可能な値δＶ０及びＳ０と図１９に示すような関係式１に基づいて各テーブルを作成する。なお、ここでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像データについて、β、Ｖ０、及び、Ｓ０を図２０に示すような値に設定している。この関係式１では、規格化された階調値を使っているが、実際の処理では、たとえば２５６階調などｎ階調であれば、
Ｓｉｎ＝Ｌｉｎ／（ｎ−１）
として関係式１を適用し、出力値は、
Ｓｏｕｔ＝Ｌｏｕｔ／（ｎ−１）
とした値を適用する。

βは、変換後の階調の配分を決めるパラメータであり、階調再生幅の狭さを補正して、見栄えを調整する。ここでは、このβは、大きくするほどＳｏｕｔの大きい側が強調される（つまり、高階調側は低階調側より間隔があいて階調配分される）が、発明者の実験によると、１．５が最も適切であり、図２０に示した通り、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれについて１．５に設定している。

Ｖ０は、視角制御効果の大きさを決めるパラメータであり、液晶表示パネルＬＰＮの特性（液晶モード、設計、階調設定など）に合わせて適宜設定されることが望ましい。このＶ０は、ゼロから１までの値をとりうるが、値が大きいほど視角制御効果が大きくなる一方で正面から観察した場合の見栄えが低下する（薄く見える）。ここでは、Ｖ０は、δＶ０との和とし、δＶ０はユーザにより値を設定可能としている。通常はδＶ０＝０とするが、ユーザにより、第１選択部を介して５つの値（−０．１、−０．０５、０、＋０．０５、＋０．１）から選択できるようにしている。これにより、正面からの見栄えと、斜めからの視角制御性を調整する事ができる。

また、ここで示した例では、図２０に示したように、δＶ０とは別に、Ｒ、Ｇ、ＢそれぞれのＶ０は異なる値となっている。Ｖ０は変換後に使用する階調の下限を規定するが、発明者によれば実験により青（Ｂ）のＶ０が最も小さな値まで使用可能であることが見出されており、適切なＶ０を適用し、正面での画像の見栄えと斜めからの視角制御性を改善することができた。

Ｓ０は、画像の最低階調値であるが、一般には最も暗い階調値まで使うのが普通であるため、０（零）を適用することでほとんどの場合満足な結果が得られる。図１７に示したような構成においては、変換前の画像データ（第１画像データ）のＹ値（輝度）の最小値を求める最低Ｙ値検出部からの出力とゼロとの値を選択する第２選択部により、Ｓ０の値を設定可能であり、０と画像に合わせた値を使用する方法の切り替えが可能である。なお、動画などの表示においては、パラメータを動的に変換するのは映像が不自然になるため、Ｓ０はゼロに固定した方が望ましい。

これらの値及び関係式に基づくと、例えば、図２１に示すようなＲ、Ｇ、Ｂについての各変換特性が得られる。テーブル発生部は、このような変換特性に対応したテーブルすなわち図１８Ａ乃至図１８Ｃに示したようなテーブルを作成する。テーブル１、テーブル２、テーブル３の出力は、６ｂｉｔ（６４階調）となっている。

コントローラＣＮＴにおいて、各テーブルに基づいて変換された出力値、及び、変換部においてＲＧＢ形式に変換された８ｂｉｔの階調値から単純に２ｂｉｔ削除した出力値は、画像合成部に入力される。

画像合成部は、図１５に示したような画像の画素数分の１ｂｉｔデータのマップであるマスクデータマップに基づき、このマスクデータが１か０かにより入力されたデータの階調値として、変換後のデータか単純に２ｂｉｔカットしたデータかのいずれかを選択し、背景パターンと合成した後、液晶表示パネルＬＰＮに出力する。

このような構成のコントローラＣＮＴによれば、例えば他の実施形態１で説明したような非線形的な変換は、テーブル発生部におけるβ値を１より大きな値に設定することにより実現可能である。また、他の実施形態２で説明したように、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した変換後の各画像データにおいて、階調範囲を異ならせることはＶ０を適宜設定することにより実現可能である。また、他の実施形態３で説明したように、一部の画像データのみの狭視野角モードへの変換は、マスクデータマップなどに基づき、変換後のデータを使用するか単純２ｂｉｔカットしたデータを使用するかを適宜選択することにより実現可能である。

≪狭視野角モードにおける最適な階調範囲≫
狭視野角モードを実現するために選択される階調範囲、すなわちｉ乃至ｊの階調範囲は、階調表示可能な階調数ｎに対してｎ／２以下の階調数の範囲であることが望ましい。このような階調範囲を設定するにあたり、実際に画像を表示した液晶表示パネルを用いた検証を試みた。

まず、液晶表示パネルを斜め方向から覗き込んだときの角度について検証した。すなわち、図２２に示すように、二人が隣り合って座り、一方が液晶表示パネルＬＰＮを搭載した携帯端末機器を所持し、他方に自然体で液晶表示パネルＬＰＮを覗き込んでもらう。このとき、一方は、液晶表示パネルＬＰＮをその正面方向（つまり法線方向）から観察するように携帯端末機器を所持している。そして、他方が液晶表示パネルＬＰＮを覗き込んだ際の角度（つまり法線に対するなす角度）θを計測する。

計測結果を図２３に示す。この測定結果から明らかなように、二人並んだ状態で他人に画面を見られる角度としては、法線に対して４０°の斜め方向が多いことが分かった。

続いて、上述したような表示モードの液晶表示パネルＬＰＮを法線に対して４０°傾いた斜め方向から観察したとき、画像を視認できなくなる階調について検証した。なお、ここでは、液晶表示パネルＬＰＮは、６ｂｉｔすなわち６４の階調範囲で画像を表示するものとする。表示画像の背景は最高階調（白色）に相当する６３階調に設定し、この背景に合成した文字の色を評価階調Ｌとした画像を表示した液晶表示パネルＬＰＮをθ＝４０°の斜め方向から観察する。各色のＬを６３から徐々に小さく（暗く）していったときに、文字がはじめて認識できたときの階調を調べた。

図２４に示すように、赤（Ｒ）についてはＬ＝４０、緑（Ｇ）についてはＬ＝４２、青（Ｂ）についてはＬ＝３５までの階調範囲で文字を認識できないことが確認できた。つまり、各色とも階調表示可能な階調数ｎに対して階調範囲ｉ乃至ｊをｎ／２以下の階調数の範囲にした場合、この階調範囲ｉ乃至ｊで表示した画像については、認識が困難であることが分かった。特に、このような狭視野角モードを実現するための階調範囲ｉ乃至ｊを設定するにあたっては、最高階調ｉは、ｎ階調のうちの明側の最大階調と同一とすることで、より広い階調範囲を設定することができ、正面から観察したときの表示品位も改善できる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、搭載される液晶表示装置の視角特性を利用して狭視野角モードと広視野角モードとを選択的に切り替えることが可能な視野角制御を実現することが可能となる。画像を表示する液晶表示装置のほかに、視野角を変更するための液晶パネルが不要であるため、表示装置としてのコストや、表示装置全体の厚さ、重量、消費電力の増加が抑えられる。また、等方的な視角特性を有する液晶表示装置を適用し、表示面の法線に対して所定角度以上の斜め視角方向での表示輝度差が十分に小さくなるような表示輝度範囲あるいは階調範囲を選択して画像を表示することにより、全方位において狭視野角モードを実現することが可能である。

特に、携帯電話などの携帯端末機器の表示装置として上述したような液晶表示装置を適用することにより、周囲の他人から表示画像を覗き見されることを防止できる。

なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、コントローラＣＮＴは、ＣＰＵとソフトウェアにより構成された画像処理手段でも良い。入力されたゼロからｎ−１の間の階調により構成される画像を、ｉ乃至ｊの範囲の階調に変換するか、または、変換して信号線ドライバに供給する事で、狭視角モードまたは広視角モードを実現する。この階調の変換は入力された全データを処理するだけではなく、ある特定の部分に適用しても良い。

また、更に、コントローラＣＮＴは、入力された文字コードに基づき、表示する文字の画像を発生する手段を備え、モード切替部ＭＳにより、文字画像の階調を狭視角モードに対応した文字と、広視角モードに対応した文字を発生する機能を有する画像発生装置であっても、本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、この場合、モード切替部ＭＳが狭視角モードを選択した時に、全ての文字の画像が狭視角モードとして画像を発生するのではなく、特定部分を狭視角モードに変更する動作であっても良い。

更に、本実施の形態は、ある階調数ｎとしたが、連続した階調を取るアナログ信号であったとしても本発明の適用は可能である。この場合は、ｉとｊを実数に置き換えることで表現可能である。

またさらに、上述した実施の形態を半透過型液晶表示装置に適用する場合には、反射部及び透過部にそれぞれスイッチング素子Ｗを配置し、画素に印加する電圧を個別に制御できるように構成することが望ましい。また、このような半透過型液晶表示装置においては、透過部のみが狭視野角モードを実現すべくｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示するように構成しても良い。このとき、反射部においては、透過部とは異なる画像を表示するように切り替えることが望ましい。すなわち、透過部がｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示するとき反射部は透過表示とは異なる画像、例えば黒ラスターを表示することで透過表示の正面では十分な視認性を得つつ斜め方向からは画像の視認性を著しく低下させるという効果を妨げることがなくなり、覗き見されても画像の内容を認識しにくくすることができる。

以上のように、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。あるいは、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。 図３Ａは、図１に示した液晶表示装置における配向分割構造として適用されるリブ構造を概略的に示す図である。 図３Ｂは、図１に示した液晶表示装置における配向分割構造として適用される円柱形状もしくは円錐形状の突起を概略的に示す図である。 図４Ａは、図１に示した液晶表示装置において、表示面の左−右の方位について各階調での相対表示輝度の測定結果を示す図である。 図４Ｂは、図１に示した液晶表示装置において、表示面の上−下の方位について各階調での相対表示輝度の測定結果を示す図である。 図４Ｃは、図１に示した液晶表示装置において、表示面の右上−左下の方位について各階調での相対表示輝度の測定結果を示す図である。 図４Ｄは、図１に示した液晶表示装置において、表示面の左上−右下の方位について各階調での相対表示輝度の測定結果を示す図である。 図５は、図１に示した液晶表示装置における画像データの変換例を説明するための図である。 図６は、図１に示した液晶表示装置における画像データの他の変換例を説明するための図であり、元画像データによる表示内容を説明するための図である。 図７Ａは、図６に示した元画像データを変換した後の画像データによる表示内容を説明するための図である。 図７Ｂは、図６に示した元画像データを変換した後の画像データによる表示内容を説明するための図である。 図７Ｃは、図６に示した元画像データを変換した後の画像データによる表示内容を説明するための図である。 図８は、階調表示と表示輝度との関係の一例を示す図である。 図９は、他の実施形態１における画像データの階調の変換例を説明するための図である。 図１０は、他の実施形態２における画像データの階調の変換例を説明するための図である。 図１１Ａは、他の実施形態３の具体例１における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを正面から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１１Ｂは、他の実施形態３の具体例１における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを斜め方向から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１２Ａは、他の実施形態３の具体例１における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを正面から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１２Ｂは、他の実施形態３の具体例１における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを斜め方向から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１３は、他の実施形態３の具体例２における変換例を説明するための図である。 図１４Ａは、他の実施形態３の具体例２における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを正面から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１４Ｂは、他の実施形態３の具体例２における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを斜め方向から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１５は、他の実施形態３の具体例３における変換例を説明するための図である。 図１６Ａは、他の実施形態３の具体例３における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを正面から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１６Ｂは、他の実施形態３の具体例３における変換例を説明するための図であり、液晶表示パネルを斜め方向から観察した場合に視認できる画像の一例を示す図である。 図１７は、この発明の実施の形態に適用可能なコントローラの構成例を説明するための図である。 図１８Ａは、図１７に示したテーブル１の例を示す図である。 図１８Ｂは、図１７に示したテーブル２の例を示す図である。 図１８Ｃは、図１７に示したテーブル３の例を示す図である。 図１９は、図１７に示したテーブル発生部においてテーブルを作成するために適用可能な関係式を示す図である。 図２０は、図１９に示した関係式において設定されたパラメータの一例を示す図である。 図２１は、図１９に示した関係式に基づいた変換特性例を示す図である。 図２２は、狭視野角モードにおける最適な階調範囲を決定する際に適用した検証方法を説明するための図である。 図２３は、二人並んだ状態で他人に画面を覗き込まれるときの角度の分布を示す図である。 図２４は、４０°傾いた斜め方向から観察したときに画像を認識できなくなる階調の分布を示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル、ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＣＮＴ…コントローラ、ＭＳ…モード切替部、ＰＸ…画素

Claims (17)

1. 少なくともｎ階調の階調表示機能と、階調ｉ乃至ｊの範囲における表示面の法線方向の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊとし、３０゜以上の斜め視角方向での表示輝度範囲をＭｉ乃至Ｍｊとしたとき、Ｍｉ／Ｍｊ≦１．３になる視角特性と、を有する液晶表示装置であって（但し、ｎ、ｉ、ｊは実数であって、ｎ≧ｉ＞ｊ≧０である）、
   表示画像の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊの範囲に限定して表示する表示モードを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記表示面の法線方向の表示輝度範囲をＬｉ乃至Ｌｊとするとき、
   Ｌｉ／Ｌｊ≧１．５であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記表示モードは、ｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示する狭視野角モード、及び、ゼロからｎ−１までの階調範囲で画像を表示する広視野角モードから成り、
   前記狭視野角モードと広視野角モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記切替手段による狭視野角モードへの切り替えに基づき、ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の画像データをｉ乃至ｊの階調範囲の画像データに変換するデータ変換手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記データ変換手段は、前記切替手段による狭視野角モードへの切り替えに基づき、単一階調で表示される背景画像と単一階調で表示される主要画像との階調差が広視野角モードより小さくなるように、背景画像及び主要画像の少なくとも一方の階調を変換することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶表示装置は、
   画素毎にアクティブスイッチング素子及び画素電極を備えたアレイ基板と、
   複数の画素電極に対向するように配置された対向電極を備えた対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持された負の誘電率異方性を有する液晶層と、
   画素毎に少なくとも２方位に配向分割するための構造と、を具備し、
   各画素の液晶分子が画素に電圧を印加していない状態もしくはしきい値以下の電圧を印加した状態では基板面に対して略垂直に配列しており、各画素の液晶分子が画素にしきい値以上の電圧を印加した状態では基板面に対して傾斜もしくは略平行に配列し、傾斜する方位は電気力線の向きにより略規定されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
7. 前記表示モードは、白画像を表示したときの表示面の法線方向の表示輝度を１００としたとき、背景画像の表示輝度範囲が９０乃至１００であって主要画像の表示輝度範囲が５０乃至９０であるか、背景画像の表示輝度範囲が５０乃至９０であって主要画像の表示輝度範囲が９０乃至１００であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
8. 請求項１に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする携帯端末機器。
9. ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の第１画像データをｉ乃至ｊの階調範囲で表示される表示画像の第２画像データに変換するデータ変換手段を備え、前記第２画像データに割り当てる前記第１画像データの階調数において、高階調側の割り当てる階調数は低階調側の割り当てる階調数より小さくなるように変換することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記データ変換手段は、１より大きな次数の関数に基づき、第１画像データの階調を第２画像データの階調に変換することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 第１色でｎ階調の階調範囲で表示する第１色画素と、第１色より比視感度の低い第２色でｎ階調の階調範囲で表示する第２色画素と、を備え、
    前記表示モードを実行する際、前記第１色画素においてはｉ乃至ｊの階調範囲で画像を表示し、前記第２色画素においては前記第１色画素よりも広い階調範囲で画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
12. ゼロからｎ−１までの階調範囲で表示される表示画像の第１画像データの一部を、ｉ乃至ｊの階調範囲で表示される表示画像の第２画像データに変換するデータ変換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記第１画像データは、複数の文字が並んだ文章に相当するデータを含み、
    前記データ変換手段は、文章を構成する一部の文字をｉ乃至ｊの階調範囲に変換することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記第１画像データは、文字に相当するデータを含み、
    前記データ変換手段は、文字を構成する一部のセグメントをｉ乃至ｊの階調範囲に変換することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
15. 前記データ変換手段は、前記第１画像データに基づいて表示される表示画像のうちの一部の幾何学形状の部位に相当する前記第１画像データを、ｉ乃至ｊの階調範囲に変換することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
16. ｉ乃至ｊの階調範囲は、ｎ／２以下の階調数の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
17. 階調ｉは、ｎ階調のうちの明側の最大階調と同一であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。

Images