(57)【要約】【課題】入力信号から画像を特定しにくくした表示装置において、さらに解読を困難にする。【解決手段】液晶パネル１は、映像信号によって示されたＥＣＢ液晶層１３ａへの印加電圧に応じた位相差を画素ごとに円偏光の入射光に対して与える第１位相差変調層１３と、第１位相差変調層１３と対向するように配置され、入射光に対してランダムな位相差を与える第２位相差変調層１４とを備え、上記映像信号は、画像の階調に応じた位相差から、第２位相差変調層１４の与えるランダムな位相差を差し引いた位相差を第１位相差変調層１３が入射光に与えるような電圧を示すものである。ここで、第２位相差変調層１４は、画素または画素の集合に対応する領域ごとにランダムな位相差を入射光に与えるとともに、領域ごとに入射光に与えるランダムな位相差の大きさが、３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つとなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に基づいて円偏光の入射光に対して画像の階調に応じた位相差を与えることにより画像の階調を表現する表示装置であって、
液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、入射光に対して上記液晶材料に印加される電圧に応じた位相差を画素ごとに与える第１変調層と、
上記第１変調層と対向するように配置され、入射光に対して位相差を与える第２変調層とを備え、
上記第１電圧印加手段は、上記第１変調層が上記画像の階調に応じた位相差から上記第２変調層の与える位相差を引いた位相差を入射光に与えるような電圧を上記入力信号に従って上記液晶材料に印加し、
上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる大きさの位相差を入射光に与えるとともに、領域ごとに入射光に与える位相差の大きさが３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
上記第２変調層が領域ごとに入射光に与える位相差の大きさは、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
上記第２変調層は、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第２電圧印加手段とを有し、該液晶材料に電圧が印加されることによって入射光に対して位相差を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
上記第２変調層は、位相差フィルムからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
入力信号に基づいて直線偏光の入射光を画像の階調に応じた角度だけ旋光することにより画像の階調を表現する表示装置であって、
液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、該液晶材料に印加される電圧に応じた角度だけ入射光を旋光する第１変調層と、
上記第１変調層と対向するように配置され、入射光を旋光する第２変調層とを備え、
上記第１電圧印加手段は、上記第１変調層が上記画像の階調に応じた角度から上記第２変調層の旋光する角度を引いた角度だけ入射光を旋光するような電圧を上記入力信号に従って上記液晶材料に印加し、
上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる角度だけ入射光を旋光するとともに、領域ごとに入射光を旋光する角度が３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
上記第２変調層が領域ごとに入射光を旋光する角度は、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
上記第２変調層は、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第２電圧印加手段とを有し、該液晶材料に電圧が印加されることによって入射光を旋光するものであることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項８】
上記第１電圧印加手段は、３種類以上の電圧を上記液晶材料に印加することを特徴とする請求項１または５に記載の表示装置。
【請求項９】
上記第２変調層は、それぞれの領域が上記第１変調層の１つの画素ごとに設けられていることを特徴とする請求項１または５に記載の表示装置。
【請求項１０】
上記第２変調層は、それぞれの領域が上記第１変調層の１または複数の画素ラインごとに設けられていることを特徴とする請求項１または５に記載の表示装置。
【請求項１１】
液晶材料を備え、入力信号に基づいて上記液晶材料が画素ごとに画像の階調に応じた電圧を印加されることにより、入射光の位相差または変更面の角度である性質を画素ごとに画像の階調に応じた性質に変化させる表示装置であって、
上記液晶材料に電圧を印加するために、該液晶材料に対して画素ごとに一方向から画素電位を付与する画素電極部と、
上記画素電極部と対向して配置され、上記液晶材料に電圧を印加するために上記液晶材料に対して他方向から対向電位を付与する対向電極部と、
上記対向電極部の付与する電位を制御する制御部とをさらに備え、
上記画素電極部は、画像の階調に応じた上記電圧と上記対向電極部の付与する電位とを加えた電位を上記入力信号に従って上記液晶材料に付与することを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
上記対向電極部は、上記液晶材料に対して画素ごとに異なる対向電位を与えることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
上記画素電極部は、アクティブマトリクス基板に接続された複数の画素電極からなり、
上記対向電極部は、ソースライン方向の１または複数の画素ラインごとに設けられた複数のストライプ状の電極からなり、
上記制御部は、各ストライプ電極の電位を設定するとともに、上記アクティブマトリクス基板におけるゲートラインの切り換えタイミングに同期して全ての上記ストライプ状の電極の電位を変更することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１４】
上記画素電極部は、アクティブマトリクス基板に接続された複数の画素電極からなり、
上記対向電極部は、１つの電極からなり、
上記制御部は、上記対向電極部の電位を設定するとともに、上記アクティブマトリクス基板におけるゲートラインの切り換えタイミングに同期して上記対向電極部の対向電位を変更することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１５】
上記対向電極部は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる大きさの対向電位を上記液晶材料に付与し、
上記領域ごとに付与される対向電位の大きさは、３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１６】
上記領域ごとに付与される対向電位の大きさは、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
【請求項１７】
上記画素電極は、上記液晶材料に対して３種類以上の画素電位を付与することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１８】
請求項１，５または１１に記載の表示装置に入力される上記入力信号に応じた出力信号を生成する信号生成部を備えていることを特徴とする信号生成装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の信号生成装置と、上記表示装置とを含んでいることを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に入力される入力信号から、該入力信号に基づいて表示される画像を特定しにくくする技術を採用した表示装置、および、上記入力信号に応じた送信信号を生成する信号生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機密情報を盗聴から保護する手段として、一般に情報の暗号化が用いられる。例えば電子化された機密情報を他者に送信する場合には、送信者側が機密データを暗号化するとともに通信回線等を用いて送信し、受信者側がそのデータを復号した後、表示装置に映し出すことにより機密情報を閲覧する。しかしながらこの場合、表示装置へ伝送する信号には復号後の情報が含まれており、これを傍受し解析することで機密情報を不正に取得することが不可能ではない。
【０００３】
これを解決する手段として、Ｍ．Ｎａｏｒらによって視覚複合型暗号が提案されている（非特許文献１参照）。これは、暗号化したい視覚情報を２つ以上の層に分割し、各層単体では情報がランダムであるが、全ての層を重ねることにより初めて視覚的に情報を復号できるというものである。
【０００４】
例えば、暗号化対象となる視覚情報がモノクロ２階調のドットマトリクスで構成される場合を考える。この場合、画像を構成する各ピクセルの情報を、それぞれ２つのサブピクセルからなる２つの層に分散する。以下では便宜上、画像中の１つのドットに対応する各層上の２つのサブピクセルのことをサブピクセルペアという。第１層では全てのサブピクセルペアについて、ランダムにどちらか一方のサブピクセルを黒にする。そして、第２層では、暗号化したいドットが黒の場合は第１層と異なるサブピクセルを黒にし、暗号化したいドットが白の場合は第１層と同じサブピクセルを黒にする。その結果、それぞれの層では情報がランダムであるが、重ねると濃淡がつき、人間の目の中で復号される。
【０００５】
この手法を利用することにより、表示装置に伝送する画像信号を暗号化し、表示の際に視覚的に復号する表示装置を実現することができる。特許文献１では、この視覚複合型暗号を商品のタグに利用することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、この手法では、暗号化対象となる視覚情報に含まれる白のドットが、黒のサブピクセルおよび白のサブピクセルからなるサブピクセルペアによって表現されるので、本来白であったはずのドットが灰色となって表現される。このように、上記の手法では、原理上、表示される画像にコントラストの低下が生じてしまう。
【０００７】
そこで、コントラストの低下を招かないように上記の技術を改良したものが、特許文献２，３に開示されている。特許文献２，３の方法では、光の旋光性を利用して暗号化を行っている。
【０００８】
具体的には、２つの液晶層を用意し、第１の液晶層の各画素には、入射光を９０°旋光させる活性画素と、入射光を旋光させない不活性画素とがランダムに配置されるよう電圧を印加する。そして、第２のパネルの各画素には、表示画像のドットが黒でかつ第１の液晶層の対応する画素が不活性画素の場合には活性化画素となるような電圧を印加し、表示画像のドットが黒でかつ第１の液晶層の対応する画素が活性画素の場合には不活性画素となるような電圧を印加し、表示画像のドットが白でかつ第１の液晶層の対応する画素が不活性画素の場合には不活性画素となるような電圧を印加し、表示画像のドットが白でかつ第１の液晶層の対応する画素が活性画素の場合には活性化画素となるような電圧を印加する。
【０００９】
これにより、第１および第２の液晶層の双方を透過した光は、表示画像を再現する。このとき、第１の液晶層の各画素は、活性／不活性の状態がランダムに決定されるので、第２の液晶層の各画素も、活性／不活性の状態がランダムになる。その結果、第２の液晶層のみを見ても、すなわち、第２の液晶層に供給される画像信号を見ても、再現される表示画像を推測することができない。さらに、この技術では光の旋光性を利用しているので、表示画像のコントラストを低下させることもない。
【００１０】
上記の技術に類似するものは、特許文献４にも開示されている。ただし、この技術は、表示装置に伝送する画像信号を暗号化するものではない。
【００１１】
また、特許文献５には他の暗号化方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３７２９１４号公報（平成14年12月26日公開）
【特許文献２】特表２００５−５１７２１８号公報（平成17年６月９日公開）
【特許文献３】特表２００５−５２２７１７号公報（平成17年７月28日公開）
【特許文献４】特開平５−３２３２６７号公報（平成５年12月７日公開）
【特許文献５】特開２００４−４８８００号公報（平成16年２月12日公開）
【非特許文献１】“Visual Cryptography,” Advance in Cryptography-EUROCRYPT’94,Lecture Notes in Computer Science, 950, pp. 1-12, Springer-Verlag, 1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の技術はいくつかの問題点を有している。
【００１３】
例えば、特許文献２，３の技術は、ランダムネスを付与する第１の液晶層の各画素の取り得る状態が、活性化状態と不活性状態の２つしかない。それゆえ、各画素について見てみると、１／２の確率で情報が読み取られることになる。従って、安全性を向上させることが望ましい。
【００１４】
また、特許文献２，３の技術は、２階調の画像を表示することはできても、多階調の画像を表示することはできない。網点などによる面積階調を利用すれば特許文献２，３の技術でも多階調を表現することはできるが、階調数の増加とともに解像度が低下してしまう。テレビジョン放送を始めとして、現在伝送される画像は多階調のものが圧倒的に多いので、解像度を低下させることなく多階調表示できる技術が望まれている。
【００１５】
さらに、上記従来の技術は、復号化のために何れも２つの層を必要とする。それゆえ、パネル全体の厚みが増し、視野角が狭くなってしまうという問題を招来する。加えて、表示装置が大型化し、さらにはコスト増になるといった問題もある。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、入力信号から画像を特定しにくくした表示装置において、さらに解読を困難にすることにある。
【００１７】
また、本発明の第２の目的は、入力信号から画像を特定しにくくした表示装置において、広い視野角を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記第１の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、入力信号に基づいて円偏光の光に対して画像の階調に応じた位相差を与えることにより画像の階調を表現する表示装置であって、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、入射光に対して上記液晶材料に印加される電圧に応じた位相差を画素ごとに与える第１変調層と、上記第１変調層と対向するように配置され、入射光に対して位相差を与える第２変調層とを備え、上記第１電圧印加手段は、上記第１変調層が上記画像の階調に応じた位相差から上記第２変調層の与える位相差を引いた位相差を入射光に与えるような電圧を上記入力信号に従って上記液晶材料に印加し、上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに、異なる大きさの位相差を入射光に与えるとともに、領域ごとに入射光に与える位相差の大きさが３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１変調層および第２変調層の両方を透過した円偏光の光には画像の階調に応じた位相差が与えられるので、画像の階調を適切に表現することができる。また、入力信号によって規定される第１変調層の与える位相差は、画像の階調に応じた位相差から、第２変調層が与える所定の位相差を差し引いたものであるので、第三者が入力信号を不正に傍受したとしても、第２変調層の与える位相差が分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【００２０】
ここで、上記構成によれば、第２変調層は全ての画素について入射光に対して同じ位相差を与えるのではなく、領域ごとに異なる位相差を与える構成となっている。それゆえ、第１変調層における位相差と画像の階調との相関関係は、領域間では保存されない。従って、第三者が入力信号を解読しようとしても、容易に解読することができない。さらに、第２変調層の与える位相差は、３種類以上の位相差の中から選択された何れか１つとなっているので、第２変調層の与える位相差を解読しようとしても、容易に解読することができない。以上により、本発明によれば、従来の技術に比べて解読がさらに困難になる。
【００２１】
また、上記第２変調層は、それぞれの領域が上記第１変調層の１つの画素ごとに設けられていることが好ましい。
【００２２】
なお、上記第２変調層が領域ごとに入射光に与える位相差の大きさは、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、第２変調層が領域ごとに与える位相差のパターンが規則性を有していないので、第２変調層の与える位相差のパターンを解読することが困難になり、入力信号の解読が一層困難になる。
【００２４】
また、上記第２変調層は、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第２電圧印加手段とを有し、該液晶材料に電圧が印加されることによって入射光に対して位相差を与えるものであってもよい。
【００２５】
上記構成によれば、第２変調層が与える位相差を自由に設定できるようになるとともに、時間に応じて第２変調層の旋光度を変更することなどができるようになる。
【００２６】
あるいは、上記第２変調層は、位相差フィルムからなるものであってもよい。
【００２７】
上記構成によれば、簡易な構成にて第２変調層を実現することができるので、製造コストを抑制することができる。
【００２８】
また、上記第１の目的を達成するために、本発明に係る別の表示装置は、入力信号に基づいて直線偏光の光を画像の階調に応じた角度だけ旋光することにより画像の階調を表現する表示装置であって、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、該液晶材料に印加される電圧に応じた角度だけ入射光を旋光する第１変調層と、上記第１変調層と対向するように配置され、入射光を旋光する第２変調層とを備え、上記第１電圧印加手段は、上記第１変調層が上記画像の階調に応じた角度から上記第２変調層の旋光する角度を引いた角度だけ入射光を旋光するような電圧を上記入力信号に従って上記液晶材料に印加し、上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに、異なる角度だけ入射光を旋光するとともに、領域ごとに入射光を旋光する角度が３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、第１変調層および第２変調層の両方を透過した直線偏光の光は、画像の階調に応じた角度だけ旋光されるので、画像の階調を適切に表現することができる。また、入力信号によって規定される第１変調層の旋光度は、画像の階調に応じた旋光度から、第２変調層の旋光度を差し引いたものであるので、第三者が入力信号を不正に傍受したとしても、第２変調層の旋光度が分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【００３０】
ここで、上記構成によれば、第２変調層は全ての画素について同じ旋光度になっているのではなく、領域ごとに異なる旋光度になっている。それゆえ、第１変調層の旋光度と画像の階調との相関関係は、領域間では保存されない。従って、第三者が入力信号を解読しようとしても、容易に解読することができない。さらに、第２変調層の旋光度は、３種類以上の旋光度の中から選択された何れか１つとなっているので、第２変調層の旋光度を解読しようとしても、容易に解読することができない。以上により、本発明によれば、従来の技術に比べて解読がさらに困難になる。
【００３１】
なお、上記第２変調層が各領域ごとに旋光する角度は、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることが好ましい。
【００３２】
上記構成によれば、第２変調層の旋光度のパターンが規則性を有していないので、第２変調層の旋光度のパターンを解読することが困難になり、入力信号の解読が一層困難になる。
【００３３】
なお、上記第２変調層は、液晶材料と該液晶材料に対して電圧を印加する第２電圧印加手段とを有し、該液晶材料に電圧が印加されることによって入射光を旋光するものであってもよい。
【００３４】
上記構成によれば、第２変調層の旋光度を自由に設定できるようになるとともに、時間に応じて第２変調層の旋光度を変更することなどができるようになる。
【００３５】
また、上記の何れかの表示装置は、上記第１電圧印加手段が３種類以上の電圧を上記液晶材料に印加することが好ましい。
【００３６】
上記構成によれば、第１電圧印加手段が液晶材料へ３種類以上の電圧を印加するので、液晶材料の配向は３段階以上に変化する。これにより、第１変調層の位相差または旋光度が３段階以上に変化し、３階調以上の画像を表示することができるようになる。
【００３７】
なお、上述した特許文献２，３では、活性化画素と不活性画素との組み合わせによって画像を暗号化するので、多階調の画像を暗号化することはできないが、本発明は、第１変調層が画像の階調に応じた位相差から第２変調層の与える位相差を引いた位相差を入射光に与える構成となっているので、多階調画像の暗号化にも問題なく適用することができる。
【００３８】
また、上記第２変調層は、それぞれの領域が上記第１変調層の１つの画素ごとに設けられていることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、第２変調層は、入射光に対して、画素ごとに異なる位相差を与えるか、あるいは画素ごとに異なる角度で旋光する。そのため、第１変調層の位相差または旋光度は、画素ごとに異なる値が加味されたものとなり、第１変調層の位相差または旋光度と画像の階調との関係が、全ての画素間で異なったものになる。これにより、画像の推定が一層困難になる。
【００４０】
なお、上記第２変調層は、それぞれの領域が上記第１変調層の１または複数の画素ラインごとに設けられていてもよい。この場合、第２変調層を簡易な構成とすることができ、製造コストを抑制することができる。
【００４１】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明に係るさらに別の表示装置は、液晶材料を備え、入力信号に基づいて上記液晶材料が画素ごとに画像の階調に応じた電圧を印加されることにより、入射光の位相差または変更面の角度である性質を画素ごとに画像の階調に応じた性質に変化させる表示装置であって、上記液晶材料に電圧を印加するために、該液晶材料に対して画素ごとに一方向から画素電位を付与する画素電極部と、上記画素電極部と対向して配置され、上記液晶材料に電圧を印加するために上記液晶材料に対して他方向から対向電位を付与する対向電極部と、上記対向電極部の付与する電位を制御する制御部とをさらに備え、上記画素電極部は、画像の階調に応じた上記電圧と上記対向電極部の付与する電位とを加えた電位を上記入力信号に従って上記液晶材料に付与することを特徴とする。
【００４２】
液晶材料に印加される電圧は、画素電極の画素電位と対向電極の対向電位との電位差である。従って、上記構成によれば、画素電極部と対向電極部とによって液晶材料に印加される電圧は、画像の階調に応じた電圧となる。また、入力信号によって規定される画素電位は、画像の階調に応じた電圧に、対向電位を加えたものであるので、第三者が入力信号を不正に傍受したとしても、対向電位が分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【００４３】
ここで、上記構成によれば、対向電位によって画素電位の値を暗号化するので、上記従来の技術のように、画像の復号の際に２つの変調層を必要としない。それゆえ、表示装置に用いられる表示パネルを薄型化することができる。一般に、表示パネルの厚みが薄くなれば視野角が広がるので、表示パネルが薄型化されることにより、上記従来の技術に比べて広い視野角を実現することもできる。
【００４４】
また、上記対向電極部は、上記液晶材料に対して画素ごとに異なる対向電位を与えることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、対向電極部は全ての画素について同じ対向電位を付与するのではなく、制御部によって制御されることにより、画素ごとに異なる対向電位を付与する構成となっている。それゆえ、画素電位と画像の階調との相関関係が全ての画素間で異なることになる。従って、第三者が入力信号を解読しようとしても、容易に解読することができない。
【００４６】
また、上記画素電極部は、アクティブマトリクス基板に接続された複数の画素電極からなり、上記対向電極部は、ソースライン方向の１または複数の画素ラインごとに設けられた複数のストライプ状の電極からなり、上記制御部は、各ストライプ電極の電位を設定するとともに、上記アクティブマトリクス基板におけるゲートラインの切り換えタイミングに同期して全ての上記ストライプ状の電極の電位を変更してもよい。
【００４７】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置では、液晶材料の各画素への印加電圧は、ゲートオン時の画素電位と対向電位とによって決定される。そして、ゲートオフ時の液晶材料は、一方が切断されたコンデンサと同じ挙動を示すので、他方の対向電位が変化しても、印加される電圧が変化しない。それゆえ、ゲートオフ時に対向電位が変化しても、液晶材料の配向が変化することはない。
【００４８】
上記構成によれば、画素電極部は、アクティブマトリクス基板に接続された複数の画素電極からなり、ゲートラインのオンオフ操作によってアクティブな画素電極が順次切り換えられながら画素電位を液晶材料に付与する。一方、対向電極部としては、ソースライン方向（垂直方向）の画素ラインごとに設けられたストライプ状の電極がゲートライン方向に並べられたものが用いられる。ここで、個々のストライプ状の電極は、ある瞬間で見れば同じ電位を有しているが、ゲートラインの切り換えタイミングと同期して制御部が電位を変更することにより、対応する各画素に対して異なる対向電位を与えることができる。また、ゲートオフ時の対向電位の変化は、液晶材料の配向に影響を及ぼさないので、表示が乱れることもない。以上のように、上記構成によれば、対向電位を画素ごとまたは領域ごとに変化させて暗号強度を向上させる場合であっても、全ての画素または領域ごとに対向電極を独立して設ける必要がなく、また、各電極に電位を設定するための複雑な回路も必要としない。
【００４９】
一例を挙げると、上記対向電極部を、ソースライン方向の画素ライン１つごとに設けることにより、全ての画素に対して異なる対向電位を付与することが可能になる。これにより、暗号強度が向上する。さらに、この場合、それぞれのストライプ状の電極の１端部に、ゲート操作と同期して電位を変更する制御部を接続するだけでよく、表示面に配置されるアクティブマトリクス基板などを接続するする必要がないため、製造コストを抑制しつつ、透過率を向上させることができる。
【００５０】
また、上記画素電極部は、アクティブマトリクス基板に接続された複数の画素電極からなり、上記対向電極部は、１つの電極からなり、上記電位制御部は、上記対向電極部の電位を設定するとともに、上記アクティブマトリクス基板におけるゲートラインの切り換えタイミングに同期して上記対向電極部の対向電位を変更してもよい。
【００５１】
上記構成によれば、ゲートラインの切り換えタイミングに同期して対向電極部の対向電位を変更するので、液晶材料に付与される対向電位は、水平方向の画素ラインでは同一であるものの、垂直方向では画素ごとに異なったものとなる。そのため、暗号化の強度が向上する。また、この場合、対向電極としては、通常の液晶表示装置の対向電極と同様に、全面ベタの対向電極を用いることができ、ゲート操作のタイミングに同期して対向電極部の対向電位を変更する制御部を追加するだけでよいので、既存の製品を利用したり、既存の製造ラインを利用したりして本発明に係る表示装置を製造することができる。
【００５２】
また、上記対向電極部は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる大きさの対向電位を上記液晶材料に与え、上記領域ごとに付与される対向電位の大きさは、３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つであることが好ましい。
【００５３】
上記構成によれば、対向電極部は全ての画素について同じ対向電位を付与するのではなく、制御部によって制御されることにより、領域ごとに異なる対向電位を付与する構成となっている。それゆえ、画素電位と画像の階調との相関関係が領域間で異なることになる。従って、第三者が入力信号を解読しようとしても、容易に解読することができない。さらに、対向電位は、３種類以上の電位の中から選択された何れか１つとなっているので、対向電位を解読しようとしても、容易に解読することができない。以上により、本発明によれば、従来の技術に比べて解読がさらに困難になる。
【００５４】
また、上記領域ごとに付与される対向電位の大きさは、３種類以上の中からそれぞれランダムに選択された何れか１つであることが好ましい。
【００５５】
上記構成によれば、対向電位のパターンが規則性を有していないので、対向電位のパターンを解読することが困難になり、入力信号の解読が一層困難になる。
【００５６】
また、上記画素電極は、上記液晶材料に対して３段階以上の画素電位を付与することが好ましい。
【００５７】
上記構成によれば、液晶材料へ３種類以上の電圧が印加されるので、液晶材料の配向は、３段階以上に変化する。これにより、液晶材料の位相差または旋光度が３段階以上に変化し、３階調以上の画像を表示することができるようになる。
【００５８】
なお、上述した特許文献２，３では、活性化画素と不活性画素との組み合わせによって画像を暗号化するので、多階調の画像を暗号化することはできないが、本発明は、第１変調層が画像の階調に応じた位相差から第２変調層の与える位相差を引いた位相差を入射光に与える構成となっているので、多階調画像の暗号化にも問題なく適用することができる。
【００５９】
また、本発明に係る信号生成装置は、上記何れかの表示装置に入力される入力信号に応じた出力信号を生成するものである。上記構成によれば、画像を解読するのが困難な入力信号を生成する装置が提供されるので、上記表示装置と組み合わせて好適に用いることができる。
【００６０】
また、本発明に係る画像表示システムは、上記何れかの表示装置と上記信号生成装置とを含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００６１】
以上のように、本発明に係る表示装置は、液晶材料と該液晶材料に対して上記入力信号に従って電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、入射光に対して上記液晶材料に印加される電圧に応じた位相差を画素ごとに与える第１変調層と、上記第１変調層と対向するように配置され、入射光に対して所定の大きさの位相差を与える第２変調層とを備え、上記入力信号は、上記画像の階調に応じた位相差から、上記第２変調層の与える位相差を引いた位相差を上記第１変調層が入射光に与えるような電圧を上記第１電圧印加手段が印加するよう指示するものであり、上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる位相差を入射光に与えるとともに、領域ごとに入射光に与える位相差の大きさが３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つである構成となっている。
【００６２】
また、本発明に係る別の表示装置は、液晶材料と該液晶材料に対して上記入力信号に従って電圧を印加する第１電圧印加手段とを有し、該液晶材料に印加される電圧に応じた角度だけ入射光を旋光する第１変調層と、上記第１変調層と対向するように配置され、入射光を所定の角度だけ旋光する第２変調層とを備え、上記入力信号は、上記画像の階調に応じた角度から、上記第２変調層の旋光する角度を引いた角度だけ上記第１変調層が入射光を旋光するような電圧を上記第１電圧印加手段が印加するよう指示するものであり、上記第２変調層は、画素または画素の集合に対応する領域ごとに異なる角度だけ入射光を旋光するとともに、領域ごとに入射光を旋光する角度が３種類以上の中からそれぞれ選択された何れか１つである構成となっている。
【００６３】
従って、上述したように、入力信号から画像を特定しにくくした表示装置において、さらに解読を困難にすることができるという効果を奏する。
【００６４】
また、本発明に係るさらに別の表示装置は、液晶材料に電圧を印加するために、入力信号に従って該液晶材料に対して画素ごとに一方向から画素電位を付与する画素電極部と、上記画素電極部と対向して配置され、上記液晶材料に電圧を印加するために上記液晶材料に対して他方向から対向電位を付与する対向電極部と、上記対向電極部の付与する電位を制御する制御部とをさらに備え、上記入力信号は、上記画素電極部の付与する電位を、画像の階調に応じた上記電圧に、上記対向電極部の付与する電位を加えた電位に制御するよう指示する構成となっている。
【００６５】
従って、上述したように、入力信号から画像を特定しにくくした表示装置において、広い視野角を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
〔実施形態１〕
本発明に係る一実施形態について図１から図９に基づいて説明すると以下の通りである。本実施形態の液晶表示装置（以下、本液晶表示装置という）は、入力信号に基づいて円偏光光の位相差を画像の階調に応じた位相差に制御することによって画像の階調を表現する液晶表示装置であり、例えばＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードの液晶表示装置である。
【００６７】
本液晶表示装置は、概略的に説明すると、入射光の位相差を変化させる位相差変調層を２つ有し、２つの位相差変調層が対向するよう配置される。そして、一方の位相差変調層は、入射光に対して所定のランダム位相差を与える。そして、もう一方の位相差変調層は、映像信号に応じた電圧が液晶材料に印加されることにより、映像信号に応じて入射光の位相差を制御する。
【００６８】
ここで、後者の位相差変調層は、画像の階調に応じた位相差から、上記のランダム位相差を引いた位相差を入射光に与えるようになっている。これにより、前者の位相差変調層によって与えられるランダム位相差と後者の位相差変調層によって与えられる位相差とにより、２つの位相差変調層を透過した光は、画像の階調に応じた位相差になるよう制御される。
【００６９】
この場合、本液晶表示装置に入力される映像信号としては、後者の位相差変調層が与える位相差（すなわち、画像の階調に応じた位相差から、上記のランダム位相差を引いた位相差）に対応するものが用いられる。つまり、映像信号にはランダム要素が加味されるので、第三者にとって映像信号から表示画像を解読することが困難になる。
【００７０】
図１は、本実施形態の液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。図２は、第１位相差変調層の構造を示す断面図である。図３は、第２位相差変調層の構造を示す断面図である。図４は、第１位相差変調層および第２位相差変調層における画素電極の形状を示す模式図である。図５は、第１位相差変調層および第２位相差変調層における対向電極の形状を示す模式図である。
【００７１】
液晶パネル１は、図１に示すように、バックライト側から順に、偏光板１１、１／４波長板１２、第１位相差変調層１３、第２位相差変調層１４、１／４波長板１５、偏光板１６を有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。なお、本液晶表示装置は、光の位相差を制御することにより画像の階調を表現するＥＣＢ方式を用いる透過型の液晶表示装置である。
【００７２】
偏光板１１は、バックライトから照射された光を、所定の偏光面を有する直線偏光にするためのものであり、１／４波長板１２は、偏光板１１を透過した光を円偏光にするためのものである。これらの部材１１・１２には、通常の液晶表示装置と同様の部材を用いることができる。
【００７３】
第１位相差変調層１３は、アクティブマトリクス型であり、図２に示すように、バックライト側から順に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）ガラス１３ｂ、画素電極層１３ｄ、ＥＣＢ液晶層１３ａ、対向電極層１３ｅ、ガラス１３ｃを有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。
【００７４】
ＴＦＴガラス１３ｂ上には、図４に示すように、ＩＴＯによって形成された透明電極１７…が画素ごとに（換言すれば画素を構成するように）形成されているとともに、個々の透明電極１７はＴＦＴガラス１３ｂの図示しないＴＦＴ（アクティブマトリクス基板）に接続されている。なお、図４では説明の便宜上、３×４画素の例を示しているが、本発明はもちろんこの画素数または画素配列に限定されない。さらに、透明電極１７…上には、図示しない配向膜が覆うようにして設けられている。以下では、ＴＦＴガラス１３ｂ上に画素ごとに設けられた透明電極１７…のことを画素電極１７…という。画素電極１７…は、上記の画素電極層１３ｄを構成する。
【００７５】
一方、ガラス１３ｃには、図５に示すように、全面に渡って１つの透明電極１８がＩＴＯによって形成され、この透明電極１８はアース接続されている。透明電極１８もまた、図示しない配向膜によって覆われている。以下では、ガラス１３ｃ上に形成された透明電極１８のことを対向電極１８という。対向電極１８は、上記の対向電極層１３ｅを構成する。
【００７６】
第１位相差変調層１３では、上記の透明電極１７および対向電極１８によってＥＣＢ液晶層１３ａに対して画素ごとに異なる電圧を印加し、ＥＣＢ液晶層１３ａに含まれる液晶材料の配向を画素ごとに制御する。その結果、第１位相差変調層１３は、１／４波長板１２によって円偏光になった光に対して、画素ごとに異なる位相差を与えられるようになっている。なお、第１位相差変調層１３の画素電極１７および対向電極１８は、表示装置に入力される映像信号に基づいてＥＣＢ液晶層１３ａに電圧を印加する。
【００７７】
第２位相差変調層１４は、第１位相差変調層１３と略同一の構成となっており、図３に示すように、バックライト側から順に、ＴＦＴガラス１４ｂ、画素電極層１４ｄ、ＥＣＢ液晶層１４ａ、対向電極層１４ｅ、カラーフィルタ（ＣＦ）ガラス１４ｃを有し、各部材が上述した順に積層された構造となっている。つまり、図４，５に示すように、ＴＦＴガラス１４ｂには、画素電極層１４ｄとして画素電極１９…が設けられ、ＣＦガラス１４ｃには、対向電極層１４ｅとして対向電極２０が設けられている。また、ＥＣＢ液晶層１４ａも、第１位相差変調層１３のＥＣＢ液晶層１３ａと同一配向のものを用いればよい。ただし、ＣＦガラス１４ｃは、カラーフィルタとして機能する点が第１位相差変調層１３のガラス１３ｃと異なっている。
【００７８】
第２位相差変調層１４も、第１位相差変調層１３と同様に、ＥＣＢ液晶層１４ａに含まれる液晶材料の配向を画素ごとに制御することによって、第１位相差変調層１３を透過した光に対して画素ごとに異なる位相差をさらに与えられるようになっている。なお、第２位相差変調層１４は、第１位相差変調層１３と同数かつ同配列の画素を有している。
【００７９】
ここで、第２位相差変調層１４は、入射光に対して画素ごとにランダムな位相差を与える構成となっている。ランダムな位相差とは、第２位相差変調層１４によって入射光に与えられる位相差が、画素間で規則性を持たないことを意味する。なお、第２位相差変調層１４の各画素が入射光に与える位相差は、時間によらず一定（すなわち固定）になっている。以下では、第２位相差変調層１４の各画素が入射光に対して与えるランダムな位相差のパターンのことをランダム位相差パターンという。
【００８０】
第２位相差変調層１４では、本液晶表示装置に備わった図示しない信号生成出力部から出力されるランダム信号に基づいて示される電圧を、画素電極１９および対向電極２０がＥＣＢ液晶層１４ａに印加することにより、入射光に対してランダムな位相差を与えるようになっている。
【００８１】
本液晶表示装置において、上記のランダム信号は第三者に対して秘匿されることが望まれる。そのため、信号生成出力部は、映像信号とともに外部から入力された何らかの信号を基にランダム信号を生成して出力するのではなく、製造時に決定された自身に固有のランダム信号を生成して出力することが好ましい。
【００８２】
１／４波長板１５は、第２位相差変調層１４を透過した円偏光の光を直線偏光にするためのものである。１／４波長板１５を透過した後の光は、偏光板１１を透過した直後の光の偏光面から、位相差変調層１３・１４によって与えられた位相差（トータルの位相差）に応じた角度だけ回転した偏光面を有するようになる。
【００８３】
一方、偏光板１６は、１／４波長板１５を透過した光のうち、所定の偏光面を有する光のみを全透過させるためのものである。ここで、偏光面が所定の偏光面から傾いた光が偏光板１６に入射した場合、偏光板１６からは偏光面の傾きに応じた強度の光が出射する。この光の強度により、画像の階調が表現される。
【００８４】
本実施形態では、偏光板１６と偏光板１１とがクロスニコルになるように配置される。従って、偏光板１６では、偏光板１１を透過した直後の偏光面から０．５πだけ傾いた偏光面を有する光が偏光板１６に入射したときに全透過し、πだけ傾いた偏光面を有する光が入射したときに全遮断する。
【００８５】
なお、これらの部材１５・１６にも、通常の液晶表示装置と同様の部材を用いることができる。
【００８６】
ところで、図１に示す液晶パネル１の視野角θは、第１位相差変調層１３の厚みをｄ１、第２位相差変調層１４の厚みをｄ２、位相差変調層１３・１４の間の距離をｄ３、画素の長さをＬとすると、
θ＝arcsin｛ｎ・Ｌ／sqrt（Ｌ２＋ｄ２）｝
（ただし、ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３であり、ｎは系の屈折率である）
と表すことができる。従って、２つの位相差変調層１３・１４間の距離ｄ３を大きくすれば視野角θを狭くすることができ、距離ｄ３を小さくすれば視野角θを広げることができる。なお、視野角θを広げたい場合、液晶パネル１の前面に、画素ごとに適切な凸レンズを形成してもよい。
【００８７】
本液晶表示装置には、上述した液晶パネル１に加え、さらに、該液晶パネル１に光を照射するバックライト、液晶パネル１を駆動する駆動部、該駆動部に電力を供給する電源部、映像信号を入力するための信号入力部、ユーザが本液晶表示装置に対して各種操作を行うための操作部、および、これらの部材を固定配置するための筐体などが備わっている。
【００８８】
かかる液晶パネル１において多階調の画像を表示する方法を説明すると次の通りである。図６は、本実施形態の液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。図７は、ＥＣＢ液晶層への印加電圧とＥＣＢ液晶層の与える位相差との関係を示すグラフである。図８は、第１位相差変調層の各画素電極が印加する電圧を示す図である。図９は、第２位相差変調層の各画素電極が印加する電圧を示す図である。
【００８９】
ここでは、３×４画素からなり、各画素が１０段階の階調を取り得る画像について説明する。この画像は、各画素が図６のテーブルＡに示す階調を有している。液晶パネル１では、１対の偏光板１１・１６がクロスニコルになるように配置されているので、２つの位相差変調層１３・１４の与える位相差の合計が（ｍ＋１／２）π  （ただしｍ＝０，１，２…）のときに白表示（１０階調；全透過）となり、ｎπ  （ただしｎ＝０，１，２…）のときに黒表示（０階調；全遮断）となる。
【００９０】
従って、図６のテーブルＡに示す画像の階調を表現するためには、位相差変調層１３・１４の双方によって与えられる位相差（トータルの位相差）は、例えばテーブルＢのようになる。なお、この例では説明の便宜上、位相差と階調とが比例関係にあると近似している。
【００９１】
第２位相差変調層１４は、上述したように、画素ごとに入射光に対してランダムな位相差を与える。第２位相差変調層１４の各画素が与える位相差は、３種類以上の中からランダムに選択された何れか１つの位相差となっている。本実施形態において、第２位相差変調層１４の各画素は、０，０．０５π，０．１０π，０．１５π，…，１．００πの中から、ランダムに選択された何れか１つの位相差を与える。図６のテーブルＤは、第２位相差変調層１４の各画素が与えるランダム位相差の例を示したものである。
【００９２】
この例において、液晶パネル１が上記の画像を表示するためには、第１位相差変調層１３の各画素が入射光に対して与える位相差は、図６のテーブルＣのようになる。つまり、第１位相差変調層１３の各画素は、画像の階調に対応する位相差から、第２位相差変調層１４によって与えられる位相差を差し引いた位相差を入射光に与えればよい。
【００９３】
一例として、図６に示す画像の左上の画素について説明すると、バックライトから偏光板１１および１／４波長板１２を介して第１位相差変調層１３の左上の画素に入射した光は、第１位相差変調層１３によって０．４πの位相差が与えられる。この光は、続いて第２位相差変調層１４の左上の画素に入射し、第２位相差変調層１４によってさらに０．６πの位相差が与えられる。その結果、位相差変調層１３・１４の左上の画素を透過した光は、１．０πの位相差を有することになる。
【００９４】
そして、１．０πの位相差を有する光は、１／４波長板１５を透過することにより、偏光面が１．０π傾いた光となり、偏光板１６によって全遮断される。よって、液晶パネル１において左上の画素は黒表示（０階調）となる。
【００９５】
ＥＣＢ液晶層１３ａ・１４ａへの印加電圧とＥＣＢ液晶層１３ａ・１４ａの与える位相差との関係が図７のグラフに示す関係にある場合、第１位相差変調層１３のＥＣＢ液晶層１３ａへの印加電圧は、図８のテーブルＥのようになる。従って、本液晶表示装置に入力される映像信号としては、第１位相差変調層１３の各画素の画素電極１９および対向電極２０が、ＥＣＢ液晶層１３ａに対して図８のテーブルＥに示す電圧を印加するよう指示する信号であればよい。なお、画素電極１９および対向電極２０が映像信号に基づいて電圧を印加する手法としては、公知公用の技術を用いることができるので、ここでは説明を省略する。
【００９６】
一方、第２位相差変調層１４のＥＣＢ液晶層１４ａへの印加電圧は、図９のテーブルＦのようになる。従って、信号生成出力部が出力するランダム信号としては、第２位相差変調層１４の各画素の画素電極１９および対向電極２０が、ＥＣＢ液晶層１４ａに対して図８のテーブルＦに示す電圧を印加するよう指示する信号であればよい。
【００９７】
本液晶表示装置によれば、図６のテーブルＡとテーブルＣとを比べて分かるように、第１位相差変調層１３の位相差パターンと、最終的に表示される画像の階調パターンとが相関しない。このことは、液晶表示装置に入力される映像信号と表示される画像とが相関しないことを意味する。従って、第三者が映像信号を不正に傍受したとしても、第２位相差変調層１４の与えるランダム位相差パターンが分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【００９８】
また、本液晶表示装置では、第２位相差変調層１４の与える位相差の種類が３種類以上となっている。従って、第三者が第２位相差変調層１４の与えるランダム位相差パターンを推定しようとしても、容易に正しい値を見つけることができない。
【００９９】
また、本液晶表示装置では、第１位相差変調層１３が、入射光の位相差を多段階（３段階以上）に制御する。従って、本液晶表示装置は、面積階調を利用することなく、多階調で表現された画像（例えばフルカラー画像）を表示することができる。
【０１００】
また、上述した実施形態では、第２位相差変調層１４の画素の構成（数、大きさ、配列など）が第１位相差変調層１３と同一となっている。これにより、暗号化の強度が最も高くなっている。
【０１０１】
例えば、上述した特許文献４の手法の場合、液晶パネルの前面に配置される変調層は、面内で旋光度が同一となっている。そのため、第三者が任意の偏光板を通して液晶パネルを見ると、面内で画像の濃淡の関係が保存されているので、正常な画像を推定することができ、例えば文字のようなものであれば判読することが可能である。これに対して、上記の実施形態では、２つの位相差変調層１３・１４の画素を１対１で対向させることにより、正常な画面の推定が困難になっている。
【０１０２】
ただし、本発明は上記の構成に限定されず、第２位相差変調層１４の１つの画素（領域）が、第１位相差変調層１３の複数の画素（例えば、縦×横＝２×２の画素ブロック、あるいは、水平１ライン分の画素ラインなど）と対向するようにしてもよい。これにより、第２位相差変調層１４の構造がシンプルになり、第２位相差変調層１４の製造コストを低減させることができる。
【０１０３】
また、上述した実施形態では、第２位相差変調層１４を第１位相差変調層１３と類似の構成としたが、本発明はこれに限定されない。第２位相差変調層１４は、例えば位相差フィルムによって構成してもよい。この場合、位相差フィルムとしては、複数の領域を有し、入射光に対して与える位相差が領域ごとに異なるものを用いることが好ましい。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、第２位相差変調層１４が入射光に対して固定のランダム位相差パターンを与える構成としたが、本発明はこれに限定されず、第２位相差変調層１４は、時間に応じてランダム位相差パターンを変更してもよい。また、上述した実施形態では、透過型の液晶表示装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型であってもよい。また、ＥＣＢモードの代わりに、ＩＰＳモードを採用することもできる。
【０１０５】
なお、上記液晶表示装置に入力される映像信号に対応する出力信号を生成する信号生成部と、該信号生成部によって生成された出力信号を液晶表示装置へ送信する送信部とを有する映像信号生成装置（信号生成装置）もまた、本発明の範囲に含まれる。上記出力信号は、液晶表示装置に入力される映像信号と同一であってもよいし、映像信号を圧縮または符号化などして得られる信号であってもよい。つまり、映像信号送信装置が生成する出力信号には、少なくとも液晶表示装置の第１位相差変調層１３が各画素を透過する光に対して与える位相差を決定する情報が含まれていればよく、データ形式などは、液晶表示装置に入力される映像信号と異なっていてもよい。上記出力信号は、上述した映像信号と同様の方法によって生成することができる。また、上記液晶表示装置と上記映像信号生成装置とを含む画像表示システムも本発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
〔実施形態２〕
本発明に係る別の実施形態について図１０から図１２に基づいて説明すると以下の通りである。実施形態１では、例えばＥＣＢモードなどの、円偏光光の位相差を制御して画像の階調を表現する液晶表示装置を用いた例について説明したが、直線偏光光の偏光面の角度を制御して画像の階調を表現する液晶表示装置（例えばＴＮモードなど）でも、実施形態１と類似の構成によって同様の効果を得ることができる。なお、実施形態１と同様の構成については同一の部材番号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
図１０は、本実施形態の液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。図１１は、第１偏光面変調層の構造を示す断面図である。図１２は、第２偏光面変調層の構造を示す断面図である。
液晶パネル１０１は、図１０に示すように、バックライト側から順に、偏光板１１、第１偏光面変調層１１３、第２偏光面変調層１１４、偏光板１６を有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。なお、本液晶表示装置は、光の偏光面を制御することにより画像の階調を表現するＴＮ方式を用いる透過型の液晶表示装置である。
【０１０８】
第１偏光面変調層１１３は、図１１に示すように、バックライト側から順に、ＴＦＴガラス１３ｂ、画素電極層１３ｄ、ＴＮ液晶層１１３ａ、対向電極層１３ｅ、ガラス１３ｃを有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。
【０１０９】
第１偏光面変調層１１３では、透明電極１７…および対向電極１８によってＴＮ液晶層１１３ａに対して画素ごとに異なる電圧を印加し、ＴＮ液晶層１１３ａに含まれる液晶材料の配向を画素ごとに制御する。その結果、第１偏光面変調層１１３は、偏光板１１によって直線偏光になった光に対して、画素ごとに異なる角度だけ偏光面を回転させるようになっている。なお、第１偏光面変調層１１３の画素電極１７…および対向電極１８は、表示装置に入力される映像信号に基づいてＴＮ液晶層１１３ａに電圧を印加する。
【０１１０】
第２偏光面変調層１１４は、第１偏光面変調層１１３と略同一の構成となっており、図１２に示すように、バックライト側から順に、ＴＦＴガラス１４ｂ、画素電極層１４ｄ、ＴＮ液晶層１１４ａ、対向電極層１４ｅ、ＣＦガラス１４ｃを有し、各部材が上述した順に積層された構造となっている。ＴＮ液晶層１１４ａには、第１偏光面変調層１１３のＴＮ液晶層１１３ａと同一配向のものを用いればよい。
【０１１１】
第２偏光面変調層１１４も、第１偏光面変調層１１３と同様に、ＴＮ液晶層１１４ａに含まれる液晶材料の配向を画素ごとに制御することによって、第１偏光面変調層１１３を透過した直線偏光光に対して画素ごとに異なる角度だけ偏光面を回転させられるようになっている。なお、第２偏光面変調層１１４は、第１偏光面変調層１１３と同数かつ同配列の画素を有している。
【０１１２】
ここで、第２偏光面変調層１１４は、入射光の偏光面を画素ごとにランダムに回転させる構成となっている。ここで、「ランダムに回転させる」とは、第２偏光面変調層１１４によって回転される入射光の偏光面の角度（すなわち旋光度）が、画素間で規則性を持たないことを意味する。なお、第２偏光面変調層１１４の各画素の旋光度は、時間によらず一定（すなわち固定）になっている。以下では、第２偏光面変調層１１４の各画素の旋光度のパターンのことをランダム旋光パターンという。
【０１１３】
第２偏光面変調層１１４では、本液晶表示装置に備わった図示しない信号生成出力部から出力されるランダム信号に基づいて示される電圧を、画素電極１９および対向電極２０がＴＮ液晶層１１４ａに印加することにより、入射光の偏光面をランダムに回転させるようになっている。
【０１１４】
偏光板１１は、バックライトから照射された光を、所定の偏光面を有する直線偏光にするためのものであり、偏光板１６は、第２偏光面変調層１１４を透過した光のうち、所定の偏光面を有する光のみを全透過させるためのものである。ここで、偏光面が所定の偏光面から傾いた光が偏光板１６に入射した場合、偏光板１６からは偏光面の傾きに応じた強度の光が出射する。この光の強度により、画像の階調が表現される。
【０１１５】
かかる液晶パネル１０１において多階調の画像を表示する方法を説明する。本液晶パネル１０１では、１対の偏光板１１・１６がクロスニコルになるように配置されているので、２つの偏光面変調層１１３・１１４の旋光度の合計が（ｍ＋１／２）π  （ただしｍ＝０，１，２…）のときに白表示（１０階調；全透過）となり、ｎπ  （ただしｎ＝０，１，２…）のときに黒表示（０階調；全遮断）となる。
【０１１６】
第２偏光面変調層１１４は、上述したように、画素ごとに入射光の偏光面をランダムに回転させる。第２位相差変調層１４の各画素の旋光度は、実施形態１と同様に、３種類以上の中からランダムに選択された何れか１つの旋光度となっている。そして、第１偏光面変調層１１３の各画素は、画像の階調に対応する旋光度から、第２位相差変調層１４の旋光度を差し引いた旋光度となっている。
【０１１７】
本液晶表示装置によれば、実施形態１と同様に、第１偏光面変調層１１３の旋光度パターンと、最終的に表示される画像の階調パターンとが相関しない。このことは、液晶表示装置に入力される映像信号と表示される画像とが相関しないことを意味する。従って、第三者が映像信号を不正に傍受したとしても、第２偏光面変調層１１４のランダム旋光度パターンが分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【０１１８】
また、実施形態１と同様に、本液晶表示装置においても、第２偏光面変調層１１４の各画素の旋光度の種類が３種類以上となっている。従って、第三者が第２偏光面変調層１１４のランダム旋光度パターンを推定しようとしても、容易に正しい値を見つけることができない。
【０１１９】
また、実施形態１と同様に、本液晶表示装置においても、第１偏光面変調層１１３が、入射光の位相差を多段階（３段階以上）に制御する。従って、本液晶表示装置は、面積階調を利用することなく、多階調で表現された画像を表示することができる。
【０１２０】
なお、本実施形態においても、第２偏光面変調層１１４の１つの画素（領域）が、第１偏光面変調層１１３の複数の画素と対向するようにしてもよい。また、第２偏光面変調層１１４は、時間に応じてランダム旋光度パターンを変更してもよい。また、透過型の液晶表示装置の代わりに反射型であってもよい。また、ＴＮモードのほかにも各種モードを採用することもできる。
【０１２１】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１３から図２０に基づいて説明すると以下のとおりである。なお、実施形態１，２と同様の構成については同一の部材番号を付し、説明を省略する。
【０１２２】
上述した実施形態１，２の液晶表示装置は、２つの位相差変調層または偏光面変調層を必要としたが、本実施形態の液晶表示装置（以下、本液晶表示装置という）は、１層の変調層のみで視覚情報の復号を実現することができる。なお、本実施形態の液晶表示装置としては、実施形態１のようなＥＣＢモードなどの液晶表示装置を用いてもよいし、実施形態２のようなＴＮモードなどの液晶表示装置を用いてもよい。すなわち、本実施形態の液晶表示装置としては、液晶材料を備え、該液晶材料が、入力信号に基づいて画素ごとに画像の階調に応じた電圧を印加されることにより画素ごとに入射光の性質を画像の階調に応じた性質に変化させる液晶表示装置であれば任意のものを用いることができる。
【０１２３】
液晶表示装置では、入力信号に従って液晶材料に電圧が印加されることにより液晶材料の配向が変化するが、液晶材料に印加される電圧とは、画素電極の電位（画素電位）と対向電極の電位（対向電位）との差にほかならない。
【０１２４】
通常の液晶表示装置では、対向電極がアースに接続され、対向電位が０となるので、液晶材料には、画素電位と等しい値の電圧が印加されることになる。しかしながら、本液晶表示装置は、対向電位を制御する制御部を備え、この制御部により対向電位をランダムな大きさに設定する。そして、画素電位は、液晶材料が画像の階調を表現するのに必要な電圧と、ランダムな対向電位とを足し合わせた電位とする。これにより、画素電位を示す映像信号にランダム要素が加味されるので、第三者にとって映像信号から表示画像を解読することが困難になる。
【０１２５】
図１３は、本実施形態の液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。図１４は、変調層の概略構造を示す断面図である。図１５は、本実施形態の液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。
【０１２６】
本実施形態では、光の位相差を制御することにより画像の階調を表現するＥＣＢ方式を用いる透過型の液晶表示装置を例にとって説明する。液晶パネル２０１は、図１３に示すように、バックライト側から順に、偏光板１１、１／４波長板１２、位相差変調層２１３、１／４波長板１５、偏光板１６を有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。
【０１２７】
偏光板１１・１６および１／４波長板１２・１５は、上述した実施形態１と同様の構成である。位相差変調層２１３は、図１４に示すように、バックライト側から順に、ＴＦＴガラス１３ｂ、画素電極層１３ｄ、ＥＣＢ液晶層１３ａ、対向電極層２１３ｅ、ガラス１３ｃを有しており、各部材が上述した順に積層された構成となっている。ここで、ＴＦＴガラス１３ｂおよび画素電極層１３ｄは、上述した実施形態１と同様の構成である。すなわち、画素ごとに設けられ、ＴＦＴに接続された画素電極１７…によって画素電極層１３ｄが構成される。
【０１２８】
画素電極１７…は、本液晶表示装置に入力される映像信号によって示された画素電位をＥＣＢ液晶層１３ａに対して一方向から付与する。一方、対向電極層２１３ｅは、ＥＣＢ液晶層１３ａに対して他方向から対向電位を付与する。
【０１２９】
本液晶表示装置は、対向電極層２１３ｅによってＥＣＢ液晶層１３ａに付与される対向電位を制御できるようになっている点が、通常の液晶表示装置と異なっている。そして、画素電極層１３ｄの画素電極１７…は、画像の階調を表現するのに必要な電圧の値に、対向電極層２１３ｅの付与する対向電位の値を足し合わせた値の電位を、画素電位としてＥＣＢ液晶層１３ａに付与する。
【０１３０】
例えば、画像中のある画素の階調を表現するために必要なＥＣＢ液晶層１３ａへの印加電圧が３Ｖであるとする。ここで、対向電極層１３ｅによってＥＣＢ液晶層１３ａのこの画素に２Ｖの対向電位が与えられる場合、画素電極１７は同画素に対して５Ｖの画素電位を与える。その結果、画素電位と対向電位との電位差である３Ｖの電圧がＥＣＢ液晶層１３ａに印加され、ＥＣＢ液晶層１３ａが入射光の位相差を画像の階調に応じた適切な位相差に変化させる。
【０１３１】
暗号化強度の観点からは、対向電極層２１３ｅは、ＥＣＢ液晶層１３ａに対して画素ごとにランダムな対向電位を付与することが好ましい。ランダムな対向電位とは、対向電極層２１３ｅによってＥＣＢ液晶層１３ａに与えられる対向電位が、画素間で規則性を持たないことを意味する。
【０１３２】
例えば、対向電極層２１３ｅが画素ごとに付与するランダムな対向電位のパターンが図１５のテーブルＩのような場合であって、かつ、画像の階調を表現するために画素ごとにＥＣＢ液晶層１３ａに印加する必要のある電圧が図１５のテーブルＧのような場合には、画素電極層１３ｄが画素ごとに付与する画素電位は、図１５のテーブルＨのようになる。つまり、図１５のテーブルＧとテーブルＨとを比べて分かるように、映像信号によって示される画素電位と実際に画素に印加される電圧とは相関しない。従って、第三者が映像信号を不正に傍受したとしても、対向電極層２１３ｅの与えるランダムな対向電位のパターンが分からなければ、最終的に表示される画像を特定することはできない。
【０１３３】
対向電極層２１３ｅがＥＣＢ液晶層１３ａに対して画素ごとに異なる対向電位を付与できるようにする方法としては、例えば、対向電極層２１３ｅを、画素電極層１３ｄと同様の構成にする方法が挙げられる。すなわち、対向電極層２１３ｅを、画素ごとに設けられた複数の対向電極によって構成し、対向電極をＴＦＴなどのアクティブマトリクス基板に接続すればよい。これにより、対向電極層２１３ｅは、画素ごとに異なる対向電位を与えることができる。
【０１３４】
ところで、通常のＴＦＴ方式（アクティブマトリクス方式）の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板側の電極（ここでは画素電極１７…）への電荷の書き込みは、ゲートドライバによって順次ゲートラインをオンするとともに、オンされたゲートラインに接続された各画素電極１７…に対してソースドライバが電荷を書き込むことによって行われる。ここで、ゲートオフ時の液晶層の状態は、コンデンサに充電を行って片端を切り離した状態と同じであり、液晶層中に充電された電荷量Ｑは、ゲートオフ時には対向電位にかかわらず保存される。よって、画素電位と対向電位との電位差ΔＶ＝Ｑ／Ｃは、対向電位にかかわらず一定になる。このように、ゲートオフ時には対向電極層２１３ｅの電位が変化しても、ＥＣＢ液晶層１３ａに印加される電圧は変化しないので、液晶材料の配向に影響を及ぼすことがない。従って、対向電極層２１３ｅがＥＣＢ液晶層１３ａに対して画素ごとに異なるランダム電位を付与できるようにする場合、必ずしも上述したように画素ごとに電極を設ける必要はない。すなわち、下記のように構成してもよい。
【０１３５】
図１６は、画素ごとに異なる対向電位を与えるための対向電極の構成を示す模式図である。図１７は、画素ごとに異なる対向電位を与えるための回路構成を示す模式図である。
【０１３６】
本液晶表示装置では、図１６に示すように、ソースライン方向（垂直方向）に画素が配列された画素ラインのそれぞれに対応するストライプ状の対向電極２１８…によって対向電極層２１３ｅが構成される。なお、このときの画素電極１７…の構成は、図４の通りである。つまり、液晶パネル２０１の画素数が縦×横＝ｍ×ｎ画素の場合には、垂直方向にｍ個配列した画素の集合に対応するストライプ状の対向電極が水平方向にｎ個設けられる。
【０１３７】
そして、各対向電極２１８…は、図１７に示すように、それらの電位を制御する制御部２２０に接続される。この制御部２２０には、映像信号が入力された信号回路２１９から、同期信号が入力される。この同期信号は、アクティブマトリクス基板２１３ａにおけるゲート操作のタイミングを示すものであり、制御部２２０は、この同期信号からゲート操作のタイミングを知ることができる。そして、制御部２２０は、対向電極２１８…の電位を、ゲート操作のタイミングと同期して切り換える。
【０１３８】
例えば、ランダムな対向電位のパターンが図１５のテーブルＩのようになっている場合において、上から１列目のゲートがオンされ、画素電極１７…に図１５のテーブルＨの第１列目に示す電位が設定されている間に、制御部２２０は、３つの対向電極２１８・２１８・２１８の電位を、左側から順に３．０Ｖ，２．５Ｖ，４．０Ｖに設定する。その後、上から２列目のゲートがオンされたときには、制御部２２０は、対向電極２１８・２１８・２１８の電位を、左側から順に０Ｖ，０Ｖ，３．０Ｖに設定する。このように、ゲート操作のタイミングに従って制御部２２０が対向電極２１８…の電位を切り換えれば、画素ごとに対向電極を設けることなく、画素ごとに異なる対向電位を付与することができる。
【０１３９】
この構成によれば、対向電極層２１３ｅ側にＴＦＴ（アクティブマトリクス基板）を設ける必要がないため、液晶パネル２０１の透過率が向上し、低い消費電力で高いコントラストを得ることができる。また、ＴＦＴを廃することによって、製造コストを抑制することができる。
【０１４０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図１８は、本変形例を示すものであり、変調層における対向電極の形状を示す模式図である。図１９は、液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。
【０１４１】
ランダムな対向電位を水平方向の画素ライン内において共通（同一）にする場合には、図１８に示すように、対向電極層２１３ｅを、ガラス１３ｃの全面に渡って設けられた１つの対向電極２１８によって構成することができる。そして、この場合も上記と同様に、制御部２２０は、対向電極２１８の電位を、ゲート操作のタイミングと同期して切り換える。
【０１４２】
例えば、ランダムな対向電位のパターンが図１９のテーブルＬのようになっており、図１５のテーブルＪのような電圧を各画素に印加する場合において、上から１列目のゲートがオンされ、画素電極１７…に図１５のテーブルＫの第１列目に示す電位が設定されているときに、制御部２２０は、対向電極２１８の電位を３．０Ｖに設定する。その後、上から２列目のゲートがオンされたときには、制御部２２０は、対向電極２１８の電位を４．０Ｖに設定する。
【０１４３】
図２０は、この構成における、対向電極２１８…の電位を決定する電極波形と画素電極１７…の電位を決定する電極波形とを示したグラフである。図２０に示すように、水平方向１ライン分（１Ｈ）の画素電極の電位の設定が終了するたびに（すなわちゲート操作が行われるたびに）、対向電極２１８の電位が異なる値に設定される。
【０１４４】
この構成によれば、ランダムな対向電位が画素ごとでなく画素ラインごとに与えられるので、上記の構成に比べて暗号強度は低下するが、対向電極２１８の構造を通常のＴＦＴ液晶ディスプレイと同じように全面ベタとすることができ、ゲートラインごとに対向電極にランダムな電位を設定する回路を実装するだけでよいので、製造コストを大幅に抑制することができる。
【０１４５】
また、本液晶表示装置では、図１５のテーブルＩおよび図１９のテーブルＬに示すように、対向電極層２１３ｅの与える対向電位が３種類以上の中からランダムに選択されたいずれか１つとなっている。従って、第三者が対向電位のパターンを推定しようとしても、容易に正しい値を見つけることができない。
【０１４６】
また、本液晶表示装置では、図１５のテーブルＧおよび図１９のテーブルＪに示すように、画素電極層１３ｄおよび対向電極層１３ｅが、ＥＣＢ液晶層１３ａに対して多段階（３段階以上）で電圧を印加するようになっている。従って、本液晶表示装置は、面積階調を利用することなく、多階調で表現された画像（例えばフルカラー画像）を表示することができる。
【０１４７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、暗号化通信など、送信画像データの秘匿性を高める用途に利用することができるほか、例えば有料放送サービスにおけるスクランブル技術にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すものであり、液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示すものであり、第１位相差変調層の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示すものであり、第２位相差変調層の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第１および第２の実施形態を示すものであり、各変調層における画素電極の形状を示す模式図である。
【図５】本発明の第１および第２の実施形態を示すものであり、各変調層における対向電極の形状を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示すものであり、液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。
【図７】液晶層への印加電圧と液晶層の与える位相差との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態を示すものであり、第１位相差変調層の各画素電極が印加する電圧を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態を示すものであり、第２位相差変調層の各画素電極が印加する電圧を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を示すものであり、液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示すものであり、第１偏光面変調層の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態を示すものであり、第２偏光面変調層の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を示すものであり、液晶表示装置が有する液晶パネルの概略構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態を示すものであり、変調層の概略構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態を示すものであり、液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態を示すものであり、変調層における対向電極の形状を示す模式図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態を示すものであり、液晶表示装置の回路構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の変形例を示すものであり、変調層における対向電極の形状を示す模式図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態の変形例を示すものであり、液晶パネルにおける画像の表示方法を説明する模式図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の変形例を示すものであり、対向電極の信号波形と画素電極の信号波形との関係を示す信号図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１，１０１，２０１    液晶パネル
１１，１６            偏光板
１２，１５            １／４波長板
１３                  第１位相差変調層（第１変調層）
１３ａ                  ＥＣＢ液晶層（液晶材料）
１３ｂ                  ＴＦＴガラス（アクティブマトリクス基板）
１３ｃ                  ガラス
１３ｄ                  画素電極層（第１電圧印加手段，画素電極部）
１３ｅ                  対向電極層（第１電圧印加手段）
１７                    画素電極（第１電圧印加手段）
１８                    対向電極（第１電圧印加手段）
１４                  第２位相差変調層（第２変調層）
１４ａ                  ＥＣＢ液晶層（液晶材料）
１４ｂ                  ＴＦＴガラス
１４ｃ                  カラーフィルタガラス
１４ｄ                  画素電極層（第２電圧印加手段）
１４ｅ                  対向電極層（第２電圧印加手段）
１９                    画素電極（第２電圧印加手段）
２０                    対向電極（第２電圧印加手段）
１１３                第１偏光面変調層（第１変調層）
１１３ａ                ＴＮ液晶層（液晶材料）
１１４                第２偏光面変調層（第２変調層）
１１４ａ                ＴＮ液晶層（液晶材料）
２１３                位相差変調層
２１３ｅ                対向電極層（対向電極部）
２１８                  対向電極（電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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