CN102692746B - 显示装置及照明单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了显示装置及照明单元。本发明提供的一种显示装置包括：反射型图像显示单元，具有配置有像素阵列的显示区；照明单元，照射图像显示单元的显示区；以及照明控制单元，根据环境照度控制来自照明单元的照明光的强度。

Description

显示装置及照明单元
技术领域
本发明涉及显示装置以及照明单元。
背景技术
已知包括透射型图像显示单元的显示装置，通过透射型图像显示单元控制落到背面上的入射光的透射率以进行图像显示。还已知包括反射型图像显示单元的显示装置，反射型图像显示单元控制外来光的反射率以进行图像显示。透射型液晶显示板是这种透射型图像显示单元的实例。反射型图像显示单元的实例包括反射型液晶显示板和电子纸。
反射型液晶显示板包括反射外来光的反射膜，并通过用液晶层控制外来光的反射率来显示图像。电子纸通过改变表面反射率(例如，通过根据图像图案移动白色和黑色颜料而获得)来显示图像。配置有反射型图像显示单元的显示装置可使用外来光进行图像显示。因而，具有反射型图像显示单元的显示装置能实现低功耗、薄且轻，而且具有作为，例如，便携式装置的用途。
配置有透射型图像显示单元的显示设备，通常包括在图像显示单元的背面上发光的背光。通过在高环境照度下增加背光强度，并在低环境照度下减小背光强度，具有透射型图像显示单元的显示装置可控制并提供图像的可见度。例如，JP-A-6-27440描述了控制背光亮度的显示装置，背光亮度在明亮的外来光照明条件下，被提高到基准亮度，并在灰暗的外来光照明条件下被降低下来。
在具有反射型图像显示单元的显示装置中，例如，当环境照度能充分提供明视觉时，能够识别所需图像。然而，当环境照度仅能提供中间视觉或暗视觉时，图像可见度受损。作为应对措施，提出了一种包括在反射型图像显示单元正面发光的照明单元的显示装置，以在低照度环境下增强图像亮度并提高可见度。
发明内容
如上所述，具有透射型图像显示单元的显示装置控制着背光强度，在高环境照度条件下需增加该强度以便增加图像亮度，而在低环境照度条件下则减少该强度。以此方式，能根据环境照度，在合适亮度状态下观看图像。然而，当在配置有反射型图像显示单元的显示装置的照明单元上实施时，这是有问题的。具体地，例如，在充分高的环境照度条件下，从照明单元发光不会明显改善图像可见度，但却浪费电。另一方面，在低环境照度条件下，从照明单元发出强光会过分增大图像亮度，而且导致观众疲乏。
因此，存在对如下的包括反射型图像显示单元的显示装置的需求，它能够根据环境照度产生合适亮度的图像，同时抑制功耗。同时也存在对照射反射型图像显示单元的照明单元的需求。
本公开的实施方式提供了一种显示装置，包括：
反射型图像显示单元，具有配置有像素阵列的显示区；
照明单元，照射图像显示单元的显示区；以及
照明控制单元，根据环境照度，控制来自照明单元的照明光的强度。
本公开的另一实施方式提供了一种照明单元，该照明单元照射具有配置有像素阵列的显示区的反射型图像显示单元，
该照明单元包括照明控制单元，该照明控制单元根据环境照度，控制图像显示单元的显示区上的照明光的强度。
本公开的又一实施方式提供了一种显示装置，包括：
反射型图像显示单元，具有配置有像素阵列的显示区；以及
照明控制单元，控制照射图像显示单元的显示区的照明单元的运行，该照明控制单元根据环境照度控制照明单元的运行。
根据本公开实施方式的显示装置能根据环境照度产生合适亮度的图像，同时抑制功耗。而且，根据本公开实施方式的照明单元，能根据环境照度，以合适的强度发光。
附图说明
图1是示意性说明第一实施方式的显示装置的透视图。
图2是说明环境照度与在环境光下的图像亮度以及与所期望的图像亮度如何关联的曲线图。
图3是示意性表示环境照度与来自照明单元的照明光的照度值之间的关系的曲线图。
图4是示意性表示用于确定来自照明单元的照明光的照度值的方法的曲线图。
图5是示意性表示功耗与照明单元的照度之间的关系的曲线图。
图6是示意性表示第一实施方式的显示装置的变形例的透视图。
图7是示意性表示第一实施方式的显示装置的变形例的透视图。
具体实施方式
下文将参照附图，基于实施方式对本公开进行描述。应当注意的是，本公开并不局限于以下实施方式，而且，存在于下列实施方式中的数值和材料是示例性的。在下文描述中，相同的元件或具有同样功能的元件均用同样的参考标号标注，而且将不会重复描述。将按照以下次序给出描述。
1.总体描述，包括根据本公开实施方式的一种显示装置和照明单元
2.第一实施方式(其他)
[总体描述，包括根据本公开实施方式的一种显示装置和照明单元]
根据本公开实施方式的显示装置中或照明单元中的照明控制单元可被构造为，当环境照度不大于预定的第一基准值时，随着环境照度的增的而增大照明单元的照明光强度，而当环境照度高于第一基准值且不大于预定的第二基准值时，随着环境照度的增大而降低照明单元的照明光强度。在该情况下，照明控制单元可被构造为，当环境照度超过第二基准值时，停止照明单元的照明。
例如，第一基准值和第二基准值，可根据显示装置或照明单元的设计，被适当地设成优选值。例如，当环境照度通常约为1×103[lux(lx)]时，仅用环境光即能观看所需亮度的图像，尽管这取决于反射型图像显示单元的规格。在该环境照度以下，则仅用环境光观看的图像亮度与作为合适状态而被感知的图像亮度之间出现了差异。例如，在1×102至6×102[lux]的环境照度范围中，该差异达到峰值。因此，例如，第一基准值可被设为1×102至6×102[lux]，而第二基准值为1×103[lux]。
照明控制单元可通过，例如，测量环境光强度的光敏元件以及，例如，诸如在基于光敏元件的输出，在为来自照明单元的照明光计算出照度值之后，输出预定控制信号的照明控制电路的电路来实现。诸如光电二极管和光电晶体管的已知传感器均可被用作光敏元件。该电路可通过，例如，运算电路及存储装置(存储器)来实现，而且可由已知电路元件构成。
并不具体限制反射型图像显示单元的结构，而且，例如，诸如反射型液晶显示板和电子纸的现有装置均可被使用。在以下实施方式中，反射型液晶显示板被用作了图像显示单元。液晶显示板可以是单色显示器或彩色显示器。
反射型液晶显示板包括，例如，配置有透明共用电极的前面板、配置有像素电极的后面板以及安置在前面板与后面板之间的液晶材料。反射型液晶显示板可被构造为，在像素电极，或结合使用透明像素电极和透明像素电极而在反射膜反射光。并不具体限制液晶显示板的结构，而且液晶显示板可以以所谓的TN模式、VA模式或IPS模式而被驱动。
注意，具有反射和透射两种特性的半透射型图像显示单元是可用的，正如由在一个像素内包括反射型显示区和透射型显示区两者的半透射型液晶显示板所示例的那样。这种半透射型图像显示单元也可被使用。具体地，“反射型图像显示单元”包括“半透射型图像显示单元”。
并不具体限制图像显示单元的形状，其形状可以是横向较长的矩形，或纵向较长的矩形。图像显示单元可具有M×N个像素(M，N)，例如，对于横向较长矩形有(640，480)、(800，600)或(1024，768)的图像显示分辨率(在纵向较长的矩形情况下可交换M和N)。然而，该分辨率并不局限于这些。
照明单元可被构造为从光源经由设置在正对图像显示单元正面位置处的导光板发光(边灯模式)，或由光源直接在图像显示单元的正面发光。在后一情况下，照明单元通常被构造为在斜前方照射图像显示单元。
形成照明单元的光源可以是，例如，发光二极管(LED)、冷阴极或热阴极荧光灯、电致发光(EL)装置或常用灯。
用于导光板的透明材料的实例包括玻璃，以及塑料材料(例如，PMMA、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、非晶聚丙烯树脂、以及包括AS树脂的聚苯乙烯树脂)。
在采用边灯模式的照明单元中，导光板可具有楔形形状。以此方式，能够在整个图像显示单元上发出均一强度的光。在被构造为由光源直接在图像显示单元的正面上发光的照明单元中，例如，通过控制被配置成大致呈矩形阵列形式的光源的各发光二极管的发光强度，即可发出均一强度的光。作为选择，诸如透镜和中性密度(ND)滤光器等的光调制器，可被设置在光源的发光侧。
注意，例如，为防止从预定观看点以外的某点观看图像，可在图像显示单元的显示区提供针对光的发散特性的角度依赖性。在该情况下，整个屏幕上的均一强度的发光可能会在屏幕上引起不均一亮度。因此，应采用预定强度分布来发光。
包括驱动图像显示单元的驱动电路和驱动光源的驱动电路的电路，可通过各种电路实现。可用已知电路元件来形成这些。
当严格或在本质上满足时，本文所提出的各种条件均是有效的。也可接受可能由设计或制造引起的任何变形的存在。
[第一实施方式]
第一实施方式涉及一种显示装置和照明单元。
图1是第一实施方式的显示装置的示意性透视图。
如图1所示，显示装置1包括：
反射型图像显示单元10，具有配置有像素阵列的显示区；
照明单元20，照射图像显示单元的显示区；以及
照明控制单元30，根据环境照度控制来自照明单元20的照明光的强度。
图像显示单元10包括反射型液晶显示板11，反射型液晶显示板11具有配置有像素阵列13的显示区12。液晶显示板11由根据外部视频信号运行的显示板驱动电路14驱动。为便于说明，假定液晶显示板11的显示区12与X-Z平面平行，并使图像观看侧处于+Y方向上。
照明单元20包括导光板22，它被设置在正对图像显示单元10正面的位置处(更具体地，正对液晶显示板11的前表面)；光源21，通过，例如，冷阴极荧光灯实现，且被设置在正对导光板22的端面位置处；光源驱动电路23，驱动光源21。导光板22形状上大致呈矩形，具有+Y方向一侧的边22A、22B、22C和22D。边22A位于光源21一侧，而边22C在边22A对面。例如，边22A和边22C约12cm长，而边22B和边22D约16cm长。液晶显示板11形状上类似于导光板22。
通常，在液晶显示板11侧上的照明光强度随着远离光源21会趋于衰弱。为抵消这一趋势，导光板22具有楔形形状。光源21被设置在正对导光板22的边22A上的端面位置处，而且导光板22随着朝向远离边22A的边22C而逐渐变薄。每当光在导光板22中经历全反射时，导光板22内入射到液晶显示板11上的光的入射角会变小。由于导光板22内到液晶显示板11上的光的入射角随着远离光源21而变小，所以输出光可能会出现在液晶显示板11侧上。这便抵消了上述趋势，不论距光源21的距离远近，都能以恒定的强度照射液晶显示板11。
照明控制单元30包括检测外部光(环境光)强度(照度)的光敏元件31，以及基于光敏元件31的输出控制照明单元20的照明控制电路32。光敏元件31通过，例如，光电二极管实现，并利用光电效应，根据外部光强度改变其输出(电压)。注意，光敏元件31被放置在使其能接收外部光而不受来自照明单元20的照明光的影响的位置。
简言之，照明控制单元30按如下工作。例如，照明控制电路32查阅预定表，确定与光敏元件输出S1值对应的环境照度值，并且确定来自照明单元20的照明光的强度。然后照明控制信号S2被发送至光源驱动电路23，以控制来自照明单元20的照明光的强度。
照明控制单元30的工作将在下文中进行更详细的描述。首先，对环境照度与所期望的图像亮度之间的关系进行描述。
图2是说明环境照度与在环境光下的图像亮度以及与所期望的图像亮度如何关联的曲线图。
在图2的曲线图中，实线表示在没有来自照明单元20的照明光并且图像显示单元10全白显示的状态下，随着改变环境照度，显示区12的亮度的改变。虚线表示以被检对象的实验数据为基础，示出了对使照明单元20在各种环境照度下工作，观看者观看图像时感觉比较舒服的亮度值进行绘制的结果。横轴代表环境照度Ei值，而纵轴代表显示区12的亮度Br值。
正如曲线图中由虚线所示那样，在仅提供中间视觉或暗视觉的环境照度(通常，环境照度在10[lux]以下)下，所感知到的作为合适状态的亮度值保持在10[cd/m2]以下。因此，在该环境照度范围中，需要防止照明单元20的照明光使图像亮度过高。
在大约1×103[lux]以上的环境照度下，环境光图像亮度会超过所期望的亮度，不再需要来自照明单元20的照明光。
下文将参照图2，对在例如40[lux]的环境照度Ei下来自照明单元20的照明光的照度值进行描述。在40[lux]的环境照度Ei下显示区12的所期望的亮度值由Br40来表示。在曲线图的实线上纵轴上Br40处的环境照度值与40[lux]的环境照度之间的差异由ΔEi40来表示。
从曲线图上可清晰看出，显示区12的亮度值，通过由照明单元20以在40[lux]的环境照度Ei下形成ΔEi40的照度发光，而变成Br40。具体地，当环境照度Ei为40[lux]时，来自照明单元20的照明光的照度为ΔEi40[lux]。来自照明单元20的照明光的照度值在其他环境照度下，也能用同样的方式被确定。
图3是示意性表示环境照度与来自照明单元的照明光的照度之间的关系的曲线图。
在图3中，横轴表示环境照度Ei值，而纵轴表示来自照明单元的光照度Li。如图3所示，来自照明单元20的照明光的照度曲线，可被表示为环境照度Ei的函数。该函数由FLi(Ei)给出。从照度曲线的特征可清晰看出，来自照明单元20的照明光的强度，在环境照度Ei不大于预定的第一基准值Ei1时，应随着环境照度Ei的增大而被增大，并且在环境照度Ei高于第一基准值Ei1且不大于预定的第二基准值Ei2时，随着环境照度Ei的增大而被降低。在环境照度Ei高于第二基准值Ei2时，应当停止来自照明单元20的照明。
下文参照图4和图5，对照明控制单元30的工作进行描述。
图4是示意性表示用于确定来自照明单元的照明光照度值的方法的曲线图。图5是示意性表示照明单元的功耗与来自照明单元的光的照度之间的关系的曲线图。
照明控制电路32接收光敏元件的输出S1，具体地，是根据外部光强度的电压信号。在照明控制电路32中，基于光敏元件的输出S1值与环境照度值之间的关系预先计算出的预定函数Fei被存储在，例如，表(未示出)中。函数Fei是根据光敏元件的输出S1值给出环境照度值的函数。图3所述的函数FLi也被存储在，例如，照明控制电路32的表(未示出)中。
照明控制电路32基于光敏元件的输出S1计算函数值Fei(S1)，并基于该计算结果计算函数值FLi(Fei(S1))。函数值FLi(Fei(S1))作为来自照明单元20的照明光的照度值而被给出。照明控制电路32随后将作为照明控制信号S2的函数值FLi(Fei(S1))输出至光源驱动电路23。
在图5中，横轴表示照明单元20的功耗P的值，纵轴表示来自照明单元的光的照度Li值。注意，横轴具有任意单位。
如图5所示，数量上，照明单元20的照度与功耗之间存在一种线性关系。照明单元20用与照明控制信号S2的值对应的功耗P2驱动光源21，并朝向图像显示单元10发光。
注意，照明控制电路32在函数值Fei(S1)超过预定的第二基准值Ei2时，输出停止光源21发光的控制信号(照明控制信号S2)。
根据环境照度的所期望亮度的图像能在如上所述的控制下被显示。
应当注意的是，上述控制仅是一个实例。只要控制是与环境照度相对应的，任何控制都可以被实施。例如，照明控制信号S2的值，并不局限于在图1所述的照明光的照度值。
而且，被描述为包括导光板的照明单元20也可以不配置导光板。图6中对这种变形进行了说明。
图6是示意性表示第一实施方式的显示装置的变形例的透视图。
图6所示的显示装置2包括照明单元220，该照明单元220在斜前方照射图像显示单元10。照明单元220包括多个光源221。例如，光源221是白光LED的集合，这些白光LED沿X轴方向被成行排列。在图6所示的实例中，光源221在平面上被设置成四行。第一和第二行中的光源，分别由参考标号221a和221b表示。类似地，第三和第四行中的光源，分别由参考标号221c和221d表示。
显示区12上的照明光的强度分布通过控制各光源221的发光来调节。定性地，当发光量满足光源221a＞光源221b＞光源221c＞光源221d的关系时，照明光可具有均一强度。光源驱动电路223不同于图1的光源驱动电路23的地方在于，多个光源受控制。
参照图1的结构，照明单元和照明控制单元可被看作一个单元。在该情况下，照明单元20表示照明单元，该照明单元照射具有配置有像素阵列的显示区的反射型图像显示单元10，并且包括配置成根据环境照度控制图像显示单元10的显示区上的照明光强度的照明控制单元30。
作为选择，图像显示单元和照明控制单元，可被看作一个单元的显示装置。图7表示这种结构的显示装置。显示装置3包括反射型图像显示单元10，反射型图像显示单元10具有配置有像素阵列的显示区，以及照明控制单元30，通过照明控制单元30即可根据环境照度控制照射图像显示单元10的显示区的照明单元的运行。
本公开已针对某些实施方式进行了具体描述。然而，本公开并不局限于上述实施方式，而且基于本公开的技术构思可以进行各种改变。
本公开包括涉及于2011年3月25日向日本专利局提交的日本在先专利申请第JP2011-067656号所公开的主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，根据设计需要和其他因素，可以做各种修改、组合、再组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内。

Claims (5)

1.一种显示装置，包括：
反射型图像显示单元，具有配置有像素阵列的显示区；
照明单元，照射所述图像显示单元的所述显示区；以及
照明控制单元，根据环境照度控制来自所述照明单元的照明光的强度，
其中，当所述环境照度不大于预定的第一基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而增大来自所述照明单元的所述照明光的强度，以及
其中，当所述环境照度高于所述第一基准值且不大于预定的第二基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而降低来自所述照明单元的所述照明光的强度。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，当所述环境照度高于所述第二基准值时，所述照明控制单元停止来自所述照明单元的照明。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述照明单元包括导光板，所述导光板具有楔形形状。
4.一种照明单元，所述照明单元照射具有配置有像素阵列的显示区的反射型图像显示单元，
所述照明单元包括照明控制单元，所述照明控制单元根据环境照度控制所述图像显示单元的所述显示区上的照明光的强度，
其中，当所述环境照度不大于预定的第一基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而增大来自所述照明单元的所述照明光的强度，以及
其中，当所述环境照度高于所述第一基准值且不大于预定的第二基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而降低来自所述照明单元的所述照明光的强度。
5.一种显示装置，包括：
反射型图像显示单元，具有配置有像素阵列的显示区；以及
照明控制单元，控制照射所述图像显示单元的所述显示区的照明单元的运行，所述照明控制单元根据环境照度控制所述照明单元的运行，
其中，当所述环境照度不大于预定的第一基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而增大来自所述照明单元的所述照明光的强度，以及
其中，当所述环境照度高于所述第一基准值且不大于预定的第二基准值时，所述照明控制单元随着所述环境照度的增大而降低来自所述照明单元的所述照明光的强度。
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