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JP2007163843A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Hiroyuki Ohata
博行 大畑
Hidehiko Nakatani
英彦 中谷
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

【課題】液晶パネルの構成の複雑化、厚みの増大および消費電力の増加を招くこと無く、また、多くのハードウエアリソースを追加すること無く、視野角が変更可能な液晶表示装置1を得る。
【解決手段】この液晶表示装置1は、階調表示可能な液晶パネル2と、要求視野角の情報が入力される視野角情報入力部9と、視野角情報入力部9に入力された要求視野角に応じて液晶パネル2に表示された表示画像の一部の色を変更して、表示画像の視野角を変更する視野角変更手段7とを備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶パネルの視野角を選択的に変更可能にした液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の表示装置であり、テレビなどの画像表示装置やパーソナルコンピュータなどのOA機器に広く用いられている。
一般に、液晶表示装置の液晶パネルは、他の表示装置(例えばCRT)と比較して視野角が狭い。これは、液晶パネルが液晶配向を表示に用いており、液晶配向の向きと視角との関係が透過率や反射率に影響するためである。これに対して、配向分割方式、IPS(面内スイッチング)方式、VA(垂直配向)方式、あるいは、位相差フィルムを偏光フィルターと液晶層との間に配置するなど、視野角を広げるための様々な方法も提案・実用化されている。
液晶表示装置は、テレビのように多人数で見るような使用形態では、広視野角であることが望ましいが、公共の環境で携帯端末、携帯電話、ノートパソコン等を使用する場合のように第3者に視認されたくない使用形態では、狭視野角であることが望ましい。この様に、広視野角と狭視野角のどちらの視野角が望ましいかは液晶表示装置の使用形態によって変化する。
また、例えば携帯端末でテレビを表示する場合において、当該テレビを混雑中の電車の中で一人で見るような使用状況では、狭視野角であることが望ましいが、当該テレビを仲間と一緒に見るような使用状況では、広視野角であることが望ましい。この様に、液晶表示装置の使用状況に応じて、視野角を広視野角または狭視野角に選択的に変更することが望ましい場合もある。
上記の様な、視野角を選択的に変更可能な液晶表示装置に関連する先行技術として、下記の従来技術1,2がある。
<従来技術1>
この従来技術1に係る液晶表示装置(特許文献1)では、入力画像信号を入力として互いに異なる複数のガンマ特性を有する出力信号として変換するガンマ変換手段と、同一画素に印加される画像信号に対して前記ガンマ特性をnフレーム毎(nは2以上の自然数)に切換え制御する手段とを含み、ある連続するnフレームの対応画素には同一のガンマ特性に対応した表示信号電圧で且つ連続するフレーム間で極性が異なる表示信号電圧を印加制御するように構成して前記ガンマ変換手段の出力に応じて視野角を広げるように液晶駆動するようにしており、TFT製造工程、パネル製造工程を複雑にすることなく、異なるガンマ特性の信号電圧を各画素にフレーム毎、或いは数フレーム毎に印加し表示信号を時空間変調させることで視野角を増大させることを可能としている。
<従来技術2>
この従来技術2に係る液晶表示装置(特許文献2)では、液晶パネルの表示画像における階調と輝度比との関係を示す階調カーブの視覚による歪みを調整するための駆動信号生成部およびルックアップテーブルを設け、歪み調整手段によって、階調カーブの視角による歪みを調整することで、広視野角または狭視野角を実現するようにしている。
特許第3202450号 特開2003−295160号
上記の従来技術1,2では、広視野角用のガンマ特性と狭視野角用のガンマ特性の両特性を空間的あるいは時間的に分割利用している。
空間的分割利用する場合は、具体的には1つの画素を複数に分割して、それぞれに異なるガンマ特性を持たせており、この場合は、分割された画素をそれぞれ駆動する必要があるので、液晶パネルの構成の複雑化、厚みの増大および消費電力の増加を招くという欠点がある。
他方、時間的分割利用する場合は、具体的には数フレーム単位で異なるガンマ特性を持たせており、この場合は、フリッカやちらつきが目立ち易くなるという欠点がある。
いずれの場合においても、複数のガンマ特性の情報を保持するテーブル等が必要となるという欠点がある。
また、入力される画像をガンマ特性で変換する場合は、多くのハードウェアリソースを必要とするという欠点がある。例えばカラー液晶(RGB=666)の場合は、262144のアドレス空間に18ビットバス幅のルックアップテーブルがガンマ特性の数だけ必要になり、その分、大容量のメモリが必要となる。
そこで、この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、液晶パネルの構成の複雑化、厚みの増大および消費電力の増加を招くこと無く、また、多くのハードウエアリソースを追加すること無く、視野角が変更可能な液晶表示装置を得ることを目的としている。
上記課題を解決する為に、請求項1に記載の発明は、階調表示可能な液晶パネルと、要求視野角の情報が入力される視野角情報入力部と、前記視野角情報入力部に入力された要求視野角に応じて前記液晶パネルに表示された表示画像の一部の色を変更して、前記表示画像の視野角を変更する視野角変更手段と、を備えるものである。
請求項1に記載の発明によれば、視野角情報入力部に入力された要求視野角に応じて液晶パネルに表示された表示画像の一部の色を変更して、表示画像の視野角を変更するので、液晶パネルの構成の複雑化、厚みの増大および消費電力の増加を招くこと無く、また、多くのハードウエアリソースを追加すること無く、視野角が変更可能な液晶表示装置を得ることができる。
<発明の原理>
本発明は、一般的な階調表示可能な液晶パネルの視角特性を利用して、液晶パネルの表示画像の視野角を選択的に変更可能にする液晶表示装置である。
まず、一般的な階調表示可能な液晶パネルの視角特性について説明する。ここでは、液晶パネルの階調数は64であり、例えば最小階調0を最も暗い階調とし、最大階調63を最も明るい階調とする。
図1は、液晶パネルの視角と輝度の関係を示すグラフである。
図1のグラフの縦軸は輝度であり、横軸は視角である。視角は、正面から見た視角を0°、左から見た視角を−、右から見た視角を+として表している。また、図1のグラフの各曲線は、16階調毎の各階調での特性曲線であり、下側の曲線ほど小さい階調に対応し、上側の曲線ほど大きい階調に対応している。
図1から、どの階調も視角0°で輝度が最大になり、視角が±80°側に行くほど輝度が低下することが分かる。
図2は、液晶パネルの階調と輝度との関係を示すグラフである。
図2のグラフの縦軸は、輝度(ここでは白輝度(V63階調)の輝度で正規化を行った正規化輝度)であり、横軸は階調である。また、図2のグラフの各曲線は、各視角での特性曲線である(グラフでは、便宜上20°毎に視角0°(正面から見た視角)から−80°(左から見た視角)までの5つの視角での特性曲線だけを記載している)。
図2のグラフでは、各視角での特性曲線は、視角が0°側に行くほど下側への湾曲が大きくなり、視角が−80°側に行くほど下側への湾曲が小さくなっている。
この事から、最大階調63と例えば最小階調0および中間階調(例えば15〜55)との輝度差を比べると、最小階調0との場合は、視角0°側(即ち液晶パネルの正面)および視角−80°側(即ち液晶パネルの横側)ともに大差無く大きいが、中間階調との場合は、視角0°側(即ち液晶パネルの正面)に行くほど大きくなり、視角−80°側(即ち液晶パネルの横側)に行くほど小さくなり、視角0°側と−80°側とで大差が生じるという特性が有る事が分かる。
図3は、液晶パネルの視角と輝度との関係を示すグラフである。
図3のグラフの縦軸は、輝度(ここでは白輝度(V63階調)の輝度で正規化を行った正規化輝度)であり、横軸は視角である。視角は、正面から見た視角を0°、左から見た視角を−、右から見た視角を+として表している。また、グラフの各曲線は、各階調での特性曲線であり(ここでは、便宜上所定間隔ごとに階調0から階調63までの7つの階調での特性曲線だけを記載している)、階調が高いほど上側の特性曲線に対応し、階調が低いほど下側の特性曲線に対応している。
図3のグラフでは、各階調での特性曲線は、視角0°付近で下側に湾曲しており、その湾曲度合いは、中間階調での特性曲線ほど大きく、最大階調63側での特性曲線および最小階調0側での特性曲線ほど小さくなっている。
この事から、図2の場合と同様に、例えば最小階調0および中間階調と最大階調63との輝度差を比べると、最小階調0との場合は、視角0°側(即ち液晶パネルの正面)および視角±80°側(即ち液晶パネルの横側)ともに大差無く大きいが、中間階調との場合は、視角0°側(即ち液晶パネルの正面)に行くほど大きくなり、視角−80°側(即ち液晶パネルの横側)に行くほど小さくなり、視角0°側と視角±80°側とで大差が生じるという特性が有る事が分かる。
以上の結果(特に図2および図3)から、上記の特性を利用して、液晶パネルに表示された表示画像の一部の色(ここでは色の階調)を変更することで(より詳細には表示画像の一部の色(ここでは色の階調)を、その色の輝度(ここではその階調の輝度)と表示画像の残部の色の輝度との差が増大する様に変更することで)、表示画像の前記一部の視認性を、即ち表示画像の視野角を広視野角(または狭視野角)に変更できる事が分かる。本願の液晶表示装置では、この原理を利用して表示画像の視野角を選択的に変更できる様にしている。尚、ここでは、一般に、表示画像の一部と残部に対し、該一部の色の輝度と該残部の色の輝度との差が大きいほど(または小さいほど)、該一部の視認性が高く(または低く)なることを利用している。
<発明の構成>
本発明の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。
この実施の形態に係る液晶表示装置は、例えば携帯電話の表示画面に適用されており、ユーザからの要求視野角が広い程(または狭い程)、液晶パネルに表示された表示画像G(図5)の一部(第3者に視認されたくないオブジェクト部分)G1の色の階調を、その階調の輝度と表示画像Gの残部(例えば背景部分)G2の色の輝度との差が増大(または減少)する様に変更することで、表示画像の一部G1の視認性を、即ち表示画像Gの視野角を広視野角(または狭視野角)に変更可能にしたものである。
この液晶表示装置1は、図4の様に、一般的な階調表示可能な液晶パネル2と、液晶パネル2を照らすバックライト3と、バックライト用電源4と、バックライト用電源4を制御するバックライト用電源制御部(バックライト制御手段)5と、液晶パネル2に表示された表示画像G(図5)中の各オブジェクト部分(文字、模様、デザインなど)G1,G3および背景部分G2の色情報を保持する色情報保持部6と、色情報保持部6の色情報に基づき画像データを生成する画像データ生成部(視野角変更手段)7と、画像データ生成部7で生成された画像データを液晶パネル2に送信する画像データ送信部8と、使用者によって液晶パネル2の要求視野角の情報が入力されるユーザ・インターフェース部(視野角情報入力部)9と、ユーザ・インターフェース部9に入力された要求視野角情報に基づき、画像データ生成部7およびバックライト用電源制御部5を制御する制御部10とを備える。
ユーザ・インターフェース部9には、例えば広視野角モードと狭視野角モードの2種類のモードが設定されている。
制御部10は、ユーザ・インターフェース部9に要求視野角情報(ここでは広視野角モードと狭視野角モードのどちらが選択されたかの情報)が入力されると、その情報を画像データ生成部7およびバックライト用電源制御部5に送信する。
バックライト用電源制御部5は、制御部10からの要求視野角情報に基づき、その要求視野角が広い程(または狭い程)、バックライト用電源4を制御してバックライト3の輝度を高く(または低く)変更させる。
より詳細には、バックライト用電源制御部5は、制御部10からの要求視野角情報が、狭視野角モードが選択された旨の要求視野角情報である場合は、バックライト用電源4を制御して、バックライト3への電流量を通常の電流量(広視野角モード時の電流量)より低い電流量に低減させてバックライト3の輝度を低く変更させ、他方、制御部10からの要求視野角情報が、広視野角モードが選択された旨の要求視野角情報である場合は、バックライト用電源4を制御して、バックライト3への電流量を通常の電流量に変更させてバックライト3の輝度を高く(通常の高さ)に変更させる。
ここで、狭視野角モード時のバックライト3の輝度は、液晶パネル2の正面に位置する使用者からは表示画像Gの認識ができ且つ使用者の横に位置する第3者からは表示画像Gの認識が困難な輝度であり、広視野角モード時のバックライト3の輝度は、使用者からも第3者からも表示画像Gの認識ができる輝度である。
より詳細には、液晶パネル2と液晶パネル2の正面(視角0°)に位置する使用者との距離を30cm、使用者とこの使用者の横に位置する第3者との距離を成人の平均肩幅40−45cmとすると、第3者が液晶パネル2を見るときの視角は約55°である。よって、狭視野角モード時のバックライト3の輝度は、正面(視角0°)からの視認性を確保しつつ、視角約55°からの視認性が最も悪くなる輝度であり、広視野角モード時のバックライト3の輝度は、正面(視角0°)からの視認性および視角約55°からの視認性も確保できる輝度である。
定量的に言えば例えば、一般に表示画像G上のオブジェクト部分G1が認識できるためには、背景部分G2とオブジェクト部分G1との輝度差が10cd/m2程度以上になればよいので、狭視野角モード時には、バックライト3の輝度を、背景部分G2とオブジェクト部分G1との輝度差が10cd/m2程度より低くなる様に変更すれば良く、広視野角モード時には、バックライト3の輝度を、背景部分G2とオブジェクト部分G1との輝度差が10cd/m2程度以上になる様に変更すれば良い。
色情報保持部6は、表示画像Gの各部G1,G2,G3の色情報を保持しているが、特にオブジェクト部分(第3者に視認されたくないオブジェクト部分)G1については、要求視野角情報に応じた複数の階調を有する様にしてその色情報を保持している。
例えば、表示画像Gの背景部分G2が白色(図2,図3の最大階調に対応)に設定され且つオブジェクト部分G1がグレー色に設定される場合は、オブジェクト部分G1の色については、広視野角モード時の階調として、背景部分G2の色(白色)との輝度差が増大する様に例えば黒色(最小階調)が保持され、狭視野角モード時の階調として、背景部分G2の色(白色)との輝度差が減少する様に例えばグレー色(中間階調)が保持される。第3者に視認されてもよい部分G3の色については、狭視野角モードおよび広視野角モードに関係無く、例えば黒色(背景部分G2の色との輝度差が増大する色)が保持されている。
画像データ生成部7は、制御部10からの要求視野角情報に応じて、色情報保持部69に保持されている色情報に基づいて表示画像Gの各オブジェクト部分G1,G3の色および背景部分G2の色を決定して表示画像Gを生成し、その表示画像Gを画像データ送信部8を介して液晶パネル2に表示する。
次に、この液晶表示装置1の動作を説明する。ここでは、上記同様、表示画像Gのうち、背景部分G2は白色に設定され、第3者に視認されたくないオブジェクト部分G1はグレー色に設定され、第3者に視認されてもよいオブジェクト部分G2は黒色に設定されている場合で説明する。
ユーザ・インターフェース部9に要求視野角情報が入力されると、その要求視野角情報は、制御部10を介してバックライト用電源制御部5および画像データ生成部7に送信される。
そして、その要求視野角情報が、狭視野角モードが選択された旨の要求視野角情報である場合は、画像データ生成部7により、色情報保持部6で保持されている狭視野角モード時の色情報に基づいて表示画像Gが生成される。即ち、背景部分G2については例えば白色にされ、第3者に視認されたくないオブジェクト部分G1については、その色の階調が、その階調の輝度と背景部分G2の色(白色)との輝度差が減少する様に例えばグレー色(中間階調)に変更され(これによりオブジェクト部分G1の視認性が狭視野角に狭められる。)、第3者に視認されてもよいオブジェクト部分G3については例えば黒色にされて表示画像Gが生成され、その表示画像Gが画像データ送信部8を介して液晶パネル2に表示される。
そして、これに並行して、バックライト用電源制御部5によりバックライト用電源4が制御されてバックライト3への電流量が通常の電流量より低い電流量に低減され、これによりバックライト3の輝度が、オブジェクト部分G1と背景部分G2との輝度差が例えば10cd/m2程度より低くなる様に変更される(これによりオブジェクト部分G1の視野角が更に狭められる。)。
この様に、オブジェクト部分G1の視野角(即ち表示画像Gの視野角)が狭められて表示画像Gが液晶パネル2に表示される。
他方、その要求視野角情報が、広視野角モードが選択された旨の要求視野角情報である場合は、画像データ生成部7により、色情報保持部6で保持されている広視野角モード時の色情報に基づいて表示画像Gが生成される。即ち、背景部分G2については例えば白色にされ、第3者に視認されたくないオブジェクト部分G1については、その色の階調が、その階調の輝度と背景部分G2の色(白色)との輝度差が増大する様に例えば黒色(最小階調)に変更され(これによりオブジェクト部分G1の視認性が広視野角が広げられる。)、第3者に視認されてもよいオブジェクト部分G3については例えば黒色にされて表示画像Gが生成され、その表示画像Gが画像データ送信部8を介して液晶パネル2に表示される。
そして、これに並行して、バックライト用電源制御部5によりバックライト用電源4が制御されてバックライト3への電流量が通常の電流量に増大され、これによりバックライト3の輝度が、オブジェクト部分G1と背景部分G2との輝度差が例えば10cd/m2程度以上になる様に変更される(これによりオブジェクト部分G1の視認性が更に広視野角が広げられる。)。
この様に、オブジェクト部分G1の視野角(即ち表示画像Gの視野角)が広げられて表示画像Gが液晶パネル2に表示される。
以上の様に構成された液晶表示装置1によれば、視野角情報入力部9に入力された要求視野角に応じて液晶パネル2に表示された表示画像Gの一部(第3者に視認されたくオブジェクト部分(例えば文字等の通信メッセージ)G1)の色を変更して(より詳細には、要求視野角が広い程、表示画像Gの一部の色(ここでは色の階調)を、その色の輝度(ここではその階調の輝度)と表示画像Gの残部(例えば背景部分G2)の色の輝度との差が増大する様に変更して)、表示画像Gの視野角を変更するので、液晶パネル2の構成の複雑化、厚みの増大および消費電力の増加を招くこと無く、また、多くのハードウエアリソースを追加すること無く、視野角が変更可能な液晶表示装置を得ることができる。
また、広視野角モード時と狭視野角モード時で表示画像Gの一部(オブジェクト部分G1)の色のみを変更するので、従来技術の様に表示画像G全体の色を変更する場合に比べて、使用するメモリが少なくて済む利点がある。即ち、従来技術の様に表示画像G全体の色を変換する場合は、全ての入力色データに対応する出力色データを持つルックアップテーブル(即ち容量の大きいルックアップデーブル)が持つ必要があるので大容量のメモリを必要とするが、本発明の様に表示画像Gの一部の色のみを変える場合は、このような容量の大きいルックアップテーブルを持つ必要がなるので大容量のメモリを必要としない利点がある。
また、表示画像Gの一部の色のみを変更するので、従来技術の様に表示画像G全体の色を変更する場合と比べて、短時間で表示画像Gの色の変更(即ち表示画像Gの視野角の変更)が行える利点がある。
また、視野角情報入力部に入力された要求視野角が広い程または狭いほど、バックライト3の輝度を高くまたは低く変更するので、表示画像Gの視野角を効果的に広視野角または狭視野角にできる。特に、要求視野角が狭い場合においてバックライト3の輝度を低くすることで、バックライト3の消費電力の低減にも寄与できる。
また、視野角情報入力部には、広視野角モードと狭視野角モードの2種類が設定されているので、広視野角と狭視野角を択一的に選べるので視野角の変更の操作性を向上できる。
また、表示画像G中の単色で表示されたオブジェクト部分G1(例えば文字)の色の階調を変更するだけで(即ち少ない色情報の設定だけで)表示画像Gの視野角を変更できる。
また、本実施の形態の様に、オブジェクト部分(表示画像Gの一部)G1がグレー色に設定され、背景部分(表示画像Gの残部)G2が白色(図2,3の最大階調63に対応)に設定される場合においては、広視野角モード時には、オブジェクト部分G1の色の階調を黒色(最小階調)に変更し、狭視野角モード時には、オブジェクト部分G1の色の階調をグレー色(中間階調)に変更することで、表示画像Gの視野角を容易に広視野角または狭視野角に選択的に変更できる。
また、この実施の形態において、図5の様に表示画像Gの枠部分G4がある場合は更に、この枠部分G4の色を広視野角モード時および狭視野角モード時とも黒色(即ち、背景部分G2の色(白色)との輝度差が最大となる色)に設定してもよい。このようにすることで、狭視野角モード時において、この枠部分G4の色に目のコントラスト調整が追従して、グレー色のオブジェクト部分G1をより視認し難くなるように錯覚させる事ができる(即ち表示画像Gを狭視野角にすることに寄与できる。)。
また、この実施の形態では、視野角に応じて色の階調を変えるオブジェクト部分G1は、説明の便宜上単色であったが、多色であっても当然かまわない。
また、この実施の形態では、ユーザ・インタフエース部9は、使用者によって広視野角モードまたは狭視野角モードが選択的に入力される形式であったが、連続的な視野角情報が入力され、それに対応してオブジェクト部分G1の色の階調が連続的に変更されて、表示画像Gの視野角が連続的に変更される様にしてもよい。
一般的な階調表示可能な液晶パネルにおける視角と輝度との関係を示す図である。 一般的な階調表示可能な液晶パネルにおける階調と輝度との関係を示す図である。 一般的な階調表示可能な液晶パネルにおける視角と輝度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成概略図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の表示画像の一例を示す図である。
符号の説明
1 液晶表示装置、2 液晶パネル、3 バックライト、5 バックライト用電源制御部(バックライト制御手段)、6 色情報保持部、7 画像データ生成部(視野角変更手段)、8 画像データ送信部、9 ユーザ・インターフェース部、10 制御部、G 表示画像、G1 オブジェクト部分、G2 背景部分。

Claims (7)

  1. 階調表示可能な液晶パネルと、
    要求視野角の情報が入力される視野角情報入力部と、
    前記視野角情報入力部に入力された要求視野角に応じて前記液晶パネルに表示された表示画像の一部の色を変更して、前記表示画像の視野角を変更する視野角変更手段と、
    を備えることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記視野角変更手段は、
    要求視野角が広い程、前記液晶パネルに表示された表示画像の一部の色を、その色の輝度と前記表示画像の残部の色の輝度との差が増大する様に変更して、前記表示画像の視野角を変更することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶パネルを照らすバックライトと、
    前記視野角情報入力部に入力された要求視野角が広い程、前記バックライトの輝度を高く変更するバックライト制御手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記視野角情報入力部には、広視野角モードと狭視野角モードの2種類のモードが設定されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記表示画像の前記一部は、単色で表示されたオブジェクト部分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。
  6. 前記表示画像の前記一部は、文字であることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記表示画像の前記一部がグレー色のオブジェクト部分であり且つ前記表示画像の前記残部が白色の背景部分である場合において、広視野角モード時には、前記一部の色の階調が黒色に変更され、狭視野角モード時には、前記一部の色の階調がグレー色に変更されることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
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