JP2752309B2 - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2752309B2
JP2752309B2 JP5006301A JP630193A JP2752309B2 JP 2752309 B2 JP2752309 B2 JP 2752309B2 JP 5006301 A JP5006301 A JP 5006301A JP 630193 A JP630193 A JP 630193A JP 2752309 B2 JP2752309 B2 JP 2752309B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表示装置の周囲の明る
さの変化に応じて、表示画面の輝度を自動的に制御する
機能を有し、様々な照明環境においても表示装置の使用
者が表示文字や図形を視認しやすくする表示装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナル・コンピュータ、ワー
ドプロセッサ、エンジニアリング・ワークステーション
のターミナルなどに応用されている表示装置は、オフィ
スのみならず、住宅などでも使用されるようになってき
た。
【０００３】これらの表示装置には陰極線管（ＣＲ
Ｔ），液晶（ＬＣＤ），プラズマディスプレイパネル
（ＰＤＰ），エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）などの
発光形や非発光形のデバイスが用いられており、これら
のデバイスを複数の画素として平面状に配列して表示画
面を提示するようになっている。
【０００４】これらの表示装置では、様々な照明環境の
変化に応じて常に表示文字や図形が見やすくなるよう
に、表示装置の使用者が表示画面の明るさ（輝度）を段
階的に切り換える調整スイッチや、表示画面の輝度を連
続的に変化させる調整つまみなどを操作して、表示画面
の輝度を任意に設定できるようになっている。
【０００５】しかし、このような手段では周囲の照明環
境の変化に対応させるように、その都度、使用者が表示
画面の輝度を設定し続けなければならず、往々にしてそ
の調整操作を忘れてしまうことがあったり、輝度設定に
時間を要したりするといった問題があった。
【０００６】これらの問題を解決するものとして、表示
装置に提示される表示画面の前面側の明るさ（照度）を
受光量検出部で検知して、検知した明るさに応じて表示
画面の輝度を自動的に調整する方法が提案されている。
（たとえば、特開平４ー２０９２４号公報、実開平４ー
７５３２１号公報など）。
【０００７】図５は従来の方法を示す原理図である。図
５において、１は表示装置の例として用いられている液
晶ディスプレイ装置の液晶画面、２は液晶画面１を透過
した側（裏面）に配置した受光量検出部、３は前記液晶
画面１を透過した側に設けたバックライト部、４はこの
バックライト部３に印加する電圧を調整するバックライ
ト用電源部、５は受光量検出部２からの信号によりバッ
クライト用電源部４を制御するプロセッサである。
【０００８】このような構成において、その動作は次の
ようになる。まず、受光量検出部２で液晶画面１の前面
側からの透過光を受光したのち、そこから出される受光
量検出信号Ｓに基づいてプロセッサ５がバックライト部
３に印加する電圧を調整するようにバックライト用電源
部４を制御する。この制御動作に応じて、バックライト
部３の輝度が液晶画面１の前面側の明るさに応じて自動
的に変化する。
【０００９】従来、これらの自動制御の機能は、表示装
置のバックライト部の寿命を延ばすように設計されてい
る。たとえば、前記の液晶ディスプレイ装置において、
その前面側や周囲が十分明るい場合にはバックライト部
の輝度を抑えるように制御することにより、バックライ
ト部の寿命の延命をはかることを特徴としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の表示装置では、表示装置の周囲の明るさが明るくな
ると、バックライト部の輝度を抑えるように制御し、逆
に暗くなるとバックライト部の輝度を上げるように制御
するものであり、これは必ずしも人間の眼の特性に合致
しているものではなかった。
【００１１】このため、バックライト部の寿命は延命さ
れ、かつ節電は達成できるものの、表示装置の使用者に
は表示画面の輝度が低下し過ぎて文字や図形が見にくく
なったり、逆に表示画面の輝度が上昇し過ぎて眩しさを
与えるなどの問題により、作業能率が低下したり、眼精
疲労を訴えたり、精神的疲労感を助長するという問題点
があった。
【００１２】本発明は、様々な照明環境の変化に対応す
る表示画面の視認性を、可視度を用いて評価するととも
に、表示画面の輝度を制御することにより、人間の眼の
特性の変化を考慮した視認性の確保を可能とし、表示装
置の使用者にとって見やすい文字や図形を提示すること
のできる表示装置を提供することを目的とするものであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の表示装置は、表示画面近傍でかつ観測者
に向かい合うように配置した周囲光受光部と、前記周囲
光受光部からの照度Ｉの出力信号を入力し、下記式のコ
ントラストＣと輝度対比弁別域Ｃmin との比より求めら
れる下記式の可視度Ｖ１が７〜１０となる調光画面輝度
域Ｌを下記式を基に算出する画面輝度演算部と、前記画
面輝度演算部の出力信号を基に画面輝度値を判定する輝
度判定部と、前記輝度判定部からの出力信号を基に表示
画面の画面輝度を調光する画面輝度制御部を表示装置に
装備したものである。
【００１４】Ｃ＝｜Ｌｂ−Ｌｏ｜／（Ｌｂ＋Ｌｅｑ） Ｃmin ＝０．０５９３６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋
１｝2.5 Ｖｌ＝１６．８４６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋１｝
-2.5×Ｃ ５３ｅｘｐ（０．１３ｌｏｇＩ2 ）≧Ｌ≧１８ｅｘｐ
（０．１６ｌｏｇＩ2 ） なおＬｏ：対象画面輝度、Ｌｂ：背景画面輝度、Ｌｅ
ｑ：等価光幕輝度である。
【００１５】また本発明の表示装置は、上記構成におい
て、さらに、周囲光受光部からの照度Ｉの信号を入力
し、照度Ｉに対して表示画面の眩しさを感じさせないた
めの限界画面輝度Ｌlim をあらかじめ実験的に求めてお
いた下記式を基に算出し、輝度判定部に限界画面輝度値
に対応する信号を出力する限界輝度演算部を設け、前記
輝度判定部において、前記限界輝度演算部からの限界輝
度値が前記画面輝度演算部からの調光画面輝度域の上限
より小さい場合は限界輝度値を調光画面輝度域の上限と
するようにしたものである。
【００１６】Ｌlim ＝１４．５ｅｘｐ（ｌｏｇＩ）
【００１７】
【作用】前記の構成において、周囲光受光部が表示装置
の画面近傍における照明光の照度を検出し、この照度に
対して、表示画面の可視度がある範囲になる調光画面輝
度域を決定して調光するので、可視度を用いて評価する
表示画面の視認性を、人間の眼の感度の変化を考慮して
確保でき、使用者にとって見やすい画面が得られる。さ
らに、眩しさを感じさせない画面輝度値を調光画面輝度
の上限として自動調光することにより、画面近傍の明る
さにかかわらず、表示された視対象に対して一定の視認
性を確保しつつ、眩しさを感じさせない表示画面を提供
できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例である
表示装置の概略を示すブロック図である。図１におい
て、６は透過型の液晶素子からなる表示画面、７は表示
画面６の背面に配置され、表示画面６を照明するバック
ライトである。８は表示画面６の近傍に表示装置を使用
する人に向かって配置され、表示画面６に照射される周
囲からの光（照明光や自然光など）を受光する周囲光受
光部で、受光面に視感度補正を施したシリコン・ホトダ
イオードと増幅器とから構成され、照度を受光するよう
にしている。この周囲光受光部８の具体的な位置は表示
装置本体の外観形状によって異なるが、使用者の眼の順
応状態に対応する照度値が得られる場所に配置すること
が望ましい。
【００１９】また、周囲光受光部８の時定数は１０秒か
ら１０００秒の間に設定している。これは、人間の眼に
よる順応の特性が約１３０秒（たとえば、ラシュトン、
アニュアル・オブ・ニューヨーク・アカデミー・サイエ
ンス、第74巻、第291 頁から第304 頁（Rushton(1958),
Ann.N.Y.Acad.Sci.,Vol.74,p291-304 ））であることに
対応するものである。時定数がこの範囲より長くなると
効果を十分に期待できず、また短い場合には周囲光の微
妙な変化に敏感に追随するため、表示される画面にちら
つきを生じることになる。
【００２０】９は周囲光受光部８からの照度信号を入力
し、あらかじめ設定されている関数に基づいて表示画面
６の画面輝度域を算出する画面輝度演算部である。１０
は使用者によりつまみ、またはボタンで使用者の好みの
輝度レベルを入力し、再度入力されない限り同じ輝度レ
ベルの信号を出力する輝度レベル設定部で、この輝度レ
ベル設定部１０は使用者の好みを考慮するためには平均
的なレベル、それよりも高いレベル、低いレベルの３段
階以上を設けるようにすると良い。
【００２１】１１は画面輝度演算部９からの画面輝度域
と輝度レベル設定部１０からの輝度レベル信号を基に最
適値を判定する輝度判定部、１２は輝度判定部１１の判
定結果をもとに、表示画面６やバックライト７の明るさ
（輝度）を制御する信号を出力する画面輝度制御部、１
３はバックライト７への電源を供給するとともに、画面
輝度制御部１２からの信号を受けてバックライト７の輝
度を調光するバックライト用電源部、１４は表示画面６
に用いている液晶素子を駆動するとともに、画面輝度制
御部１２からの信号を受けて液晶素子の透過率を調整す
る液晶駆動部である。
【００２２】以上のように構成した表示装置の動作を以
下に述べる。図２は画面輝度演算部９に組み込まれてい
る関数の基本概念となる画面照度と視認性を確保するた
めの画面輝度との関係を、実験と理論的裏付けにより求
めた図である。
【００２３】実験は種々の画面照度のもとで、様々な画
面輝度の条件に設定した文字の表示画面を、２４歳から
４３歳の合計９名の観測者に提示し、その提示画面の見
えやすさや、眩しさなどを主観評価させ、さらに、観察
者が文字が読みやすく最適と判断する画面輝度の状態に
調整させた。これは、主観評価法に加え、調整法により
表示文字を十分読みやくするための画面輝度を求めるた
めに行った。
【００２４】実験条件は、画面照度を１０，３０，１０
０，３００，１０００ｌｘ（ルクス）の５条件とし、暗
い環境においてやや見え難く、明るい環境において十分
に見えやすく、かつ比較的暗い環境において眩しさを感
じられる条件とするため、画面輝度を１０，２０，４
０，８０，１６０cd/m2 （カンデラ毎平方メートル）と
した。主観評価項目は６項目とし、各項目とも７段階で
評価させるとともに、主観評価と同じ各画面照度におい
て調整法を行なった。
【００２５】図２において、曲線Ａは調整法によって得
られた画面輝度の、観測者９名の平均結果である。画面
輝度の上限を示す曲線Ｂと下限を示す曲線Ｃとで囲まれ
たハッチングの範囲は調整法によって得られた画面輝度
のときに読みやすさの評価が最大になると仮定し、その
画面輝度の±５０％の範囲となる条件と読みやすさの評
価が最大の３／４以上の評価値が得られる画面輝度の条
件の２つの条件から得られた画面照度と画面輝度との関
係である。
【００２６】画面照度が１０ｌｘの場合の画面輝度は４
０±２０cd/m2 、１００ｌｘの場合は６０±２５cd/m
2 、１０００ｌｘの場合は１１５±４０cd/m2 となる。
この曲線Ｂと曲線Ｃとのなすハッチングの範囲の輝度を
実現すればほぼ満足できる視認性が得られる。
【００２７】これは、画面輝度を自動調光する場合、人
間の目の感度に関する考慮が常に必要であり、現在この
視認性を定量的に評価するものに可視度Ｖｌがある。可
視度Ｖｌとは見ている対象物の視認性（見えやすさ）を
数量的に表わすものである。この可視度Ｖｌは、対象物
を見ている視環境における人間の目が識別できる最小の
輝度比（輝度対比弁別域Ｃmin と呼ぶ）に比べて、見て
いる対象とその背景との輝度対比すなわちコントラスト
Ｃがその何倍かという比によって定量化される。
【００２８】この可視度Ｖｌは対象物とする物とその背
景とのコントラストＣと、識別できるコントラストの限
界値Ｃmin との比（Ｃ／Ｃmin ）によって定義される。
この場合コントラストＣは、対象物輝度をＬｏ、背景輝
度をＬｂ、さらに対象物以外からの光による眼球内の散
乱光を考慮した等価光幕輝度値をＬｅｑとすると(1)式
に示すようになる。
【００２９】 Ｃ＝｜Ｌｂ−Ｌｏ｜／（Ｌｅｑ＋Ｌｂ） …(1) また、Ｃmin とＬｂとの関係については、国際照明委員
会から以下の(2) 式に示すような標準的な人間の目の特
性が報告されている。
【００３０】 Ｃmin ＝０．０５９３６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋１｝2.5 …(2) したがって、可視度Ｖｌは(3) 式に示すようになる。 Ｖｌ＝１６．８４６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋１｝-2.5×Ｃ …(3) たとえば、(1) 式、(2) 式、(3) 式ともアイ・イー・エ
ス、照明ハンドブック、１９８４、参考版、第３章（Ｉ
ＥＳ、ＬＩＧＨＴＩＮＧ、ＨＡＮＤＯＢＯＯＫ、１９８
４、ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ、ＶＯＬＵＭＥ）に掲載されて
いる。
【００３１】調整法によって得られた各画面状態から、
可視度Ｖｌを算出すると、各画面照度に対して、可視度
Ｖｌはほぼ一定値（７〜１０）となる。このことから、
図２において実験により得られた曲線Ｂと曲線Ｃとのな
すハッチングの範囲で調光することにより、ある一定の
視認性の確保が可能となるり、この範囲での調光により
個人の好みによる調光レベルの違いも考慮できる。
【００３２】さらに、ハッチングの範囲の画面輝度Ｌは
照度Ｉより、(4) 式で表わすことができる。 ５３ｅｘｐ（０．１３ｌｏｇＩ2 ）≧Ｌ≧１８ｅｘｐ（０．１６ｌｏｇＩ2 ） …(4) したがって、この(4) 式の関数を調光画面輝度域として
画面輝度演算部９に記憶させ、調光範囲を算出するもの
である。
【００３３】次に本発明の他の実施例である表示装置に
ついてその構成と動作を説明する。図３は第２の実施例
の表示装置の概略を示すブロック図であり、図３におい
て、図１と同一番号を付したものは同一の構成部品であ
り、詳細の説明は省略する。
【００３４】第１の実施例と相違する点は、周囲光受光
部８からの照度信号を分割し、画面輝度演算部９に入力
するとともに、表示画面６の輝度の眩しさの程度と限界
輝度を演算する限界輝度演算部１５を画面輝度演算部９
に併置し、その出力信号を画面輝度演算部９からの画面
輝度域と輝度レベル設定部１０からの輝度レベル信号と
ともに輝度判定部１１に入力するようにしたことであ
る。
【００３５】パーソナル・コンピュータ、ワードプロセ
ッサ、エンジニアリング・ワークステーションのターミ
ナルなどに用いられている表示画面の眩しさに関する評
価尺度は明らかにされていなかった。そのため、前記実
験結果から、眩しさを感じさせないための画面の限界輝
度を、眩しさの主観評価値0を眩しさの許容限界として
求めた。図４の曲線Ｄにその結果を示す。なお図４にお
いて図２と同一記号を付したものは、同一曲線である。
限界輝度演算部１５は曲線Ｄの関数関係をもとに、周囲
光受光部１からの信号を入力し、眩しさを感じない限界
における画面輝度値を出力する。また、限界画面輝度は
照度をＩとし、限界画面輝度をＬlim とすると、(5) 式
で表わすことができる。
【００３６】 Ｌlim ＝１４．５ｅｘｐ（ｌｏｇＩ） …(5) したがって、この関数(5) 式を限界画面輝度として限界
輝度演算部１５に記憶させ、調光範囲の上限を算出する
ものである。
【００３７】図４から明らかなように、画面照度が３０
０ｌｘ以上の比較的照明レベルの高い環境では、画面の
輝度が１６０cd/m2 という高い条件でも眩しさが問題と
なることはほとんどなく、画面輝度演算部９で算出され
た調光画面輝度域をそのまま用いることができる。しか
しながら、画面照度が３８ｌｘ以下の比較的照度レベル
の低い環境では、画面の輝度が視認性を確保するための
画面輝度の範囲で、画面の眩しさを感じる画面輝度レベ
ルがあることが明らかになった。このため、画面の調光
範囲としては、限界輝度演算部１５で算出された限界画
面輝度が画面輝度演算部９から算出された調光画面輝度
の上限よりも小さい場合は、前記限界画面輝度を調光画
面輝度域の上限とする必要がある。
【００３８】そこで、第１の実施例における表示装置に
本実施例の構成を付加することにより、画面近傍の明る
さにかかわらず、表示された視対象に対してある一定の
視認性を確保し、かつ眩しさを感じさせない表示画面を
提供することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明の表示装置によれ
ば、画面輝度を様々な明るさのもとで自動制御すること
ができ、人間の眼の感度の変化を考慮することにより、
使用者にとって文字や図形の見やすい画面を提供するこ
とができ、このため作業能率を高め眼精疲労の少なくか
つ精神的疲労をも軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の表示装置を示すブロッ
ク図
【図２】同表示装置における基本概念となる画面照度と
調光画面輝度との関係を示す図
【図３】本発明の第２の実施例の表示装置を示すブロッ
ク図
【図４】同表示装置における基本概念となる画面照度と
調光画面輝度との関係を示す図
【図５】従来の表示装置を示すブロック図
【符号の説明】
６ 表示画面 ７ バックライト ８ 周囲光受光部 ９ 画面輝度演算部 １０ 輝度レベル設定部 １１ 輝度判定部 １２ 画面輝度演算部 １３ バックライト用電源部 １４ 液晶駆動部 １５ 限界輝度演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−297628（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−309316（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−135278（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−235985（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G09F 9/00 337

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表示画面近傍でかつ観測者に向かい合う
    ように配置した周囲光受光部と、前記周囲光受光部の出
    力信号を基に調光画面輝度域を演算する画面輝度演算部
    と、前記画面輝度演算部の出力信号を基に画面輝度値を
    判定する輝度判定部と、前記輝度判定部からの出力信号
    を基に表示画面の画面輝度を調光する画面輝度制御部を
    具備し、前記画面輝度演算部は前記周囲光受光部から得
    られた照度Ｉに対し、コントラストＣ（第１式）と輝度
    対比弁別域Ｃmin （第２式）との比から求められる可視
    度Ｖ１（第３式）が７〜１０となる調光画面輝度域Ｌを
    第４式を基に算出するようにしたことを特徴をする表示
    装置。 （第１式） Ｃ＝｜Ｌｂ−Ｌｏ｜／（Ｌｂ＋Ｌｅｑ） （第２式） Ｃmin＝０．０５９３６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋
    １｝2.5 （第３式） Ｖｌ＝１６．８４６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4 ＋１｝
    -2.5×Ｃ （第４式） ５３ｅｘｐ（０．１３ｌｏｇＩ2 ）≧Ｌ≧１８ｅｘｐ
    （０．１６ｌｏｇＩ2 ） なおＬｏ：対象画面輝度、Ｌｂ：背景画面輝度、Ｌｅ
    ｑ：等価光幕輝度である。
  2. 【請求項２】 周囲光受光部から照度Ｉの信号を入力
    し、照度Ｉに対して表示画面の眩しさを感じさせないた
    めの限界画面輝度Ｌlim をあらかじめ実験的に求めてお
    いた第５式を基に算出し、輝度判定部に限界画面輝度値
    に対応する信号を出力する限界輝度演算部を設け、前記
    輝度判定部において前記限界輝度演算部からの限界輝度
    値が画面輝度演算部からの調光画面輝度域の上限より小
    さい場合は限界輝度値を調光画面輝度域の上限とするよ
    うにしたことを特徴とした請求項１記載の表示装置。 （第５式） Ｌlim ＝１４．５ｅｘｐ（ｌｏｇＩ）
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