JP2012203192A

JP2012203192A - 表示装置および照明装置

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Publication number: JP2012203192A
Application number: JP2011067656A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Yada; 竜也矢田; Yoshihiro Watanabe; 義弘渡辺
Original assignee: Japan Display West Inc
Current assignee: Japan Display West Inc
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22
Also published as: CN102692746A; US20120242232A1; US9159269B2; CN102692746B

Abstract

【課題】環境照度に応じて好ましい輝度の画像を観察することができ、消費電力も抑えることができる、反射型の画像表示部を備えた表示装置、および、反射型の画像表示部に光を照射するための照明装置を提供する
【解決手段】表示装置は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置、及び、
照明装置から照射する光の強度を環境照度に応じて制御する照明制御部、
を備えている。
【選択図】図１

Description

本開示は表示装置に関する。また、本開示は照明装置に関する。

背面から入射する光の透過率を制御することによって画像を表示する透過型の画像表示部を備えた表示装置や、外光の反射率を制御することによって画像を表示する反射型の画像表示部を備えた表示装置が知られている。例えば、透過型の画像表示部として透過型の液晶表示パネルを挙げることができるし、反射型の画像表示部として反射型の液晶表示パネルや電子ペーパーを挙げることができる。

反射型の液晶表示パネルは、外光を反射する反射膜などを備えており、液晶層によって外光の反射率を制御することによって画像を表示する。また、電子ペーパーは、例えば白色と黒色の顔料を画像のパターンに応じて移動させるなどといった動作によって、表面の反射率を変えて画像を表示する。反射型の画像表示部を備えた表示装置は外光を利用して画像を表示することができるので、低消費電力化、薄型化、軽量化を達成することができ、例えば携帯端末用として利用されている。

透過型の画像表示部を備えた表示装置は、通常、画像表示部の背面に光を照射するバックライトを備えている。透過型の画像表示部を備えた表示装置にあっては、環境照度が高い場合にはバックライトの光の強度を高くし、環境照度が低い場合にはバックライトの光の強度を低くするといった制御を行うことによって、画像の視認性を確保することができる。例えば特開平６−２７４４０号公報には、外光照度が明るいときはバックライト輝度を基準輝度まで上げ、外光照度が暗いときはバックライト輝度を下げるように制御する表示装置が記載されている。

一方、反射型の画像表示部を備えた表示装置は、例えば充分な明所視ができる程度の環境照度があれば支障なく画像を視認することができる。しかしながら、薄明視または暗所視ができる程度といった環境照度では画像の視認性が低下する。そこで、照度の低い環境下において画像の輝度を高めて視認性の向上を図るために、反射型の画像表示部の前面に光を照射する照明装置を備えた構成の表示装置も提案されている。

特開平６−２７４４０号公報

上述したように、透過型の画像表示部を備えた表示装置にあっては、環境照度が高い場合にはバックライトの光の強度を高くして画像の輝度を高くし、環境照度が低い場合にはバックライトの光の強度を低くするといった制御を行うことによって、環境照度に応じて好ましい輝度の画像を観察することができる。しかしながら、反射型の画像表示部を備えた表示装置にあっては、照明装置の制御を上述したと同様に行うと支障を生ずる。即ち、例えば環境照度が充分高い場合に照明装置から光を照射しても画像の視認性が特段向上することはなく、電力を無駄に消費することになる。一方、環境照度が低い場合に照明装置から強い光を照射すると画像の輝度が高くなりすぎ、却って画像観察者が疲労を覚えるといった問題も生ずる。

従って、本開示の目的は、環境照度に応じて好ましい輝度の画像を観察することができ、消費電力も抑えることができる、反射型の画像表示部を備えた表示装置、および、反射型の画像表示部に光を照射する照明装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置、及び、
照明装置から照射する光の強度を環境照度に応じて制御する照明制御部、
を備えている表示装置である。

上記の目的を達成するための本開示の照明装置は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部に光を照射するための照明装置であって、
画像表示部の表示領域に照射する光の強度を環境照度に応じて制御するための照明制御部を備えている照明装置である。

また、上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、及び、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置の動作を環境照度に応じて制御するための照明制御部、
を備えている表示装置である。

本開示の表示装置にあっては、環境照度に応じて好ましい輝度の画像を観察することができ、消費電力も抑えることができる。また、本開示の照明装置にあっては、環境照度に応じて好ましい強度で光を照射することができる。

図１は、第１の実施形態における表示装置の模式的な斜視図である。図２は、環境照度と、環境光下での画像の輝度および好ましい画像の輝度との関係を説明するためのグラフである。図３は、環境照度と、照明装置から照射すべき光の照度の値との関係を説明するための模式的なグラフである。図４は、照明装置から照射すべき光の照度の値を求める方法を説明するための模式的なグラフである。図５は、照明装置の消費電力と照度との関係を説明するための模式的なグラフである。図６は、第１の実施形態における表示装置の変形例を説明するための模式的な斜視図である。図７は、第１の実施形態における表示装置の変形例を説明するための模式的な斜視図である。

以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示に係る表示装置および照明装置、全般に関する説明
２．第１の実施形態（その他）

［本開示に係る表示装置および照明装置、全般に関する説明］
本開示の表示装置または照明装置における照明制御部は、環境照度が所定の第１基準値以下である場合には環境照度が高くなるほど照明装置から照射する光の強度が高くなるようにし、環境照度が第１基準値を超えかつ所定の第２基準値以下である場合には環境照度が高くなるほど照明装置から照射する光の強度が低くなるようにする構成とすることができる。この場合において、照明制御部は、環境照度が第２基準値を超える場合には照明装置からの光の照射を停止する構成とすることができる。

第１基準値および第２基準値は、表示装置または照明装置の設計などに応じて、適宜好適な値に設定すればよい。例えば、反射型の画像表示部の仕様にもよるが、通常、環境照度が１×１０³［ルクス（ｌｘ）]程度であれば環境光のみで好ましい輝度の画像を観察することができる。また、それ以下の環境照度では、環境光のみで観察される画像の輝度と好ましいと感ずる画像の輝度との間の差が生ずる。その差は、例えば環境照度が１×１０²〜６×１０²［ルクス]といった範囲のどこかでピークとなる。従って、例えば、第１基準値を１×１０²〜６×１０²［ルクス]の範囲内の値に設定し、第２基準値を１×１０³［ルクス]に設定するといった構成とすることができる。

照明制御部は、例えば、環境光の強度を測定する光センサと、光センサの出力に基づいて照明装置から照射すべき光の照度の値を算出して所定の制御信号を出力する照明制御回路などといった回路から構成することができる。光センサとして、フォトダイオードやフォトトランジスタといった周知のセンサを用いることができる。また、上述した回路は、例えば演算回路や記憶装置（メモリ）などから成り、周知の回路素子を用いて構成することができる。

反射型の画像表示部の構成は特に限定するものではなく、例えば反射型の液晶表示パネルや電子ペーパーといった周知のデバイスを用いることができる。後述する実施形態にあっては、画像表示部として反射型の液晶表示パネルを用いる。液晶表示パネルはモノクロ表示であってもよいしカラー表示であってもよい。

反射型の液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料などから成る。画素電極が光を反射する構成であってもよいし、透明画素電極と反射膜の組み合わせによって、反射膜が光を反射するといった構成であってもよい。液晶表示パネルの構成は特に限定するものではない。所謂ＴＮモードで駆動される構成であってもよいし、ＶＡモードあるいはＩＰＳモードで駆動される構成であってもよい。

尚、反射型と透過型の両方の特性を有する半透過型の画像表示部として、例えば、画素内に反射型の表示領域と透過型の表示領域の両方を有する半透過型の液晶表示パネルが周知である。このような半透過型の画像表示部を用いてもよい。即ち、「反射型の画像表示部」には「半透過型の画像表示部」も含まれる。

画像表示部の形状は特に限定するものではなく、横長の矩形状であってもよいし縦長の矩形状であってもよい。画像表示部の画素（ピクセル）の数Ｍ×Ｎを（Ｍ，Ｎ）で表記したとき、例えば横長の矩形状の場合には（Ｍ，Ｎ）の値として、（６４０，４８０）、（８００，６００）、（１０２４，７６８）等の画像表示用解像度の幾つかを例示することができ、縦長の矩形状の場合には相互に値を入れ替えた解像度を例示することができるが、これらの値に限定するものではない。

照明装置は、画像表示部の前面に対向するように配置される導光板を介して光源からの光を照射する構成（いわゆるエッジライト方式）であってもよいし、光源からの光を画像表示部の前面に直接照射する構成であってもよい。後者の場合には、通常、照明装置は光を画像表示部の斜め前方から照射する構成となる。

照明装置を構成する光源として、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、冷陰極線型もしくは熱陰極線型の蛍光ランプ、エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence：ＥＬ）装置、通常のランプを挙げることができる。

導光板を構成する透明な材料として、例えば、ガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。

エッジライト方式の照明装置にあっては、例えば導光板を楔状にすることによって、画像表示部全体に均一な強度の光を照射することができる。また、光源からの光を画像表示部の前面に直接照射する構成の照明装置にあっては、例えば、光源として発光ダイオードを略矩形のマトリクス状に配列しておき、各ダイオードの発光の強度を制御するといったことで均一な強度の光を照射することができる。あるいは又、光源の出射側にレンズや減光（Neutral Density：ＮＤ）フィルタといった調光部を配置するといった構成とすることもできる。

尚、例えば所定の観測位置から外れた場所から画像が観察されることを妨げるために、画像表示部の表示領域における光の散乱特性に角度依存性を持たせる構成とすることもできる。この場合には、全体に均一な強度の光を照射すると画面の輝度が不均一になる場合があるので、所定の強度分布で光を照射するようにすればよい。

画像表示部を駆動する駆動回路や光源を駆動する駆動回路などは、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。

本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本開示に係る表示装置および照明装置に関する。

図１は、第１の実施形態における表示装置の模式的な斜視図である。

図１に示すように、表示装置１は、
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部１０、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置２０、及び、
照明装置２０から照射する光の強度を環境照度に応じて制御する照明制御部３０、
を備えている。

画像表示部１０は、画素１３が配列された表示領域１２を有する反射型の液晶表示パネル１１を備えている。液晶表示パネル１１は、外部からの映像信号に応じて動作する表示パネル駆動回路１４によって駆動される。説明の都合上、液晶表示パネル１１の表示領域１２はＸ−Ｚ平面と平行であり、画像を観察する側が＋Ｙ方向であるとする。

照明装置２０は、画像表示部１０（より具体的には、液晶表示パネル１１）の前面に対向するように配置される導光板２２と、導光板２２の端面に対向して配置され、例えば冷陰極線型の蛍光ランプから成る光源２１と、光源２１を駆動するための光源駆動回路２３とを備えている。導光板２２は略矩形状であり、導光板２２の＋Ｙ方向側の面の辺を参照番号２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄで表す。辺２２Ａは光源２１側の辺であり、辺２２Ｃは辺２２Ａに対向する辺である。例えば、辺２２Ａ，２２Ｃは約１２［ｃｍ］、辺２２Ｂ，２２Ｄは約１６［ｃｍ］といった値である。尚、液晶表示パネル１１の形状も概ね導光板２２の形状と同様である。

通常、液晶表示パネル１１側に照射される光の強度は光源２１から離れるほど弱くなる傾向を示す。この傾向を打ち消すため、導光板２２は楔状とされている。光源２１は導光板２２の辺２２Ａ側の端面に対向して配置されており、導光板２２の厚みは辺２２Ａ側から辺２２Ｃ側に向かって徐々に薄くなる。導光板２２内に入射した光が液晶表示パネル１１側の面に向かうときの入射角は、導光板２２内において光が全反射する毎に小さくなる。従って、光源２１から離れるほど導光板２２内の光が液晶表示パネル１１側の面に向かうときの入射角が小さくなり、光が液晶表示パネル１１側に出射しやすくなる。これによって上述した傾向が打ち消されるので、光源２１からの距離に関わらずに一定の強度で液晶表示パネル１１を照射することができる。

照明制御部３０は、外光（環境光）の強さ（照度）を検出する光センサ３１と、光センサ３１からの出力に基づいて照明装置２０の制御を行う照明制御回路３２とを備えている。光センサ３１は例えばフォトダイオードから成り、光起電力効果によって、外光の強さに応じて光センサ出力（電圧）が変化する。尚、光センサ３１は、外光を受光することができ、且つ、照明装置２０から照射される光の影響を受けない場所に配置されている。

照明制御部３０の動作の概要を説明する。照明制御回路３２は、例えば所定のテーブルを参照して、光センサ出力Ｓ１の値に対応する環境照度の値を求め、照明装置２０から照射すべき光の強度を決定する。そして、照明制御信号Ｓ２を光源駆動回路２３に送ることによって、照明装置２０から照射する光の強度を制御する。

以下、照明制御部３０の動作を詳しく説明する。先ず、環境照度と好ましい画像の輝度との関係について説明する。

図２は、環境照度と、環境光下での画像の輝度および好ましい画像の輝度との関係を説明するためのグラフである。

図２のグラフについて説明する。実線で示すグラフは、照明装置２０からの光の照射がなく且つ画像表示部１０を全白表示とした状態において、環境照度を変えたときの表示領域１２における輝度の変化を示したものである。破線で示すグラフは、被験者による実験データに基づくものであって、各環境照度下において適宜照明装置２０を動作させて画像観察者が好ましいと感ずる輝度としたときの値をプロットしたグラフである。横軸の値は環境照度Ｅｉの値を示し、縦軸の値は表示領域１２の輝度Ｂｒの値を示す。

破線のグラフに示すように、薄明視または暗所視ができる程度といった環境照度（概ね、１０［ルクス]を下回るような環境照度）にあっては、好ましいと感ずる輝度は１０［ｃｄ／ｍ²]弱といった値に留まる。従って、このような環境照度の下では、照明装置２０から照射する光によって画像の輝度が高くなりすぎないようにする必要がある。

また、環境照度が概ね１×１０³［ルクス]を超えるようになると、環境光のみによる画像の輝度が好ましい輝度を上回るようになるので、もはや照明装置２０から光を照射するといった必要はない。

図２を参照して、例えば、環境照度Ｅｉが４０［ルクス]であるときの、照明装置２０から照射すべき光の照度の値について説明する。環境照度Ｅｉが４０［ルクス]であるときの表示領域１２の好ましい輝度の値を符号Ｂｒ₄₀と表す。実線で示すグラフにおいて縦軸が値Ｂｒ₄₀となるときの環境照度の値と４０［ルクス]との差分をΔＥｉ₄₀と表す。

図から明らかなように、環境照度Ｅｉが４０［ルクス]であるときに照明装置２０から値ΔＥｉ₄₀となる照度で光を照射すれば、表示領域１２の輝度は値Ｂｒ₄₀となる。即ち、環境照度Ｅｉが４０［ルクス]であるときに照明装置２０から照射すべき光の照度はΔＥｉ₄₀［ルクス]である。他の環境照度において照明装置２０から照射すべき光の照度の値も、同様の手順によって求めることができる。

図３は、環境照度と、照明装置から照射すべき光の照度の値との関係を説明するための模式的なグラフである。

図３において、横軸の値は環境照度Ｅｉの値を示し、縦軸の値は照明装置の光の照度Ｌｉの値を示す。図３に示すように、照明装置２０から照射すべき光の照度曲線は環境照度Ｅｉの関数として表すことができる。この関数を関数Ｆ_Li（Ｅｉ）と表す。この照度曲線の挙動から明らかなように、環境照度Ｅｉが所定の第１基準値Ｅｉ₁以下である場合には環境照度Ｅｉが高くなるほど照明装置２０から照射する光の強度が高くなるようにし、環境照度Ｅｉが第１基準値Ｅｉ₁を超えかつ所定の第２基準値Ｅｉ₂以下である場合には環境照度Ｅｉが高くなるほど照明装置２０から照射する光の強度が低くなるようにすればよいことがわかる。更には、環境照度Ｅｉが第２基準値Ｅｉ₂を超える場合には照明装置２０からの光の照射を停止すればよいことがわかる。

次いで、図４と図５とを参照して、照明制御部３０の動作について説明する。

図４は、照明装置から照射すべき光の照度の値を求める方法を説明するための模式的なグラフである。図５は、照明装置の消費電力と照明装置の光の照度との関係を説明するための模式的なグラフである。

照明制御回路３２には、外光の強さに応じた電圧信号である光センサ出力Ｓ１が入力される。照明制御回路３２には、光センサ出力Ｓ１の値と環境照度の値との関係に基づいて予め算出された所定の関数Ｆ_eiが、例えば図示せぬテーブルに格納されている。関数Ｆ_eiは光センサ出力Ｓ１の値に応じた環境照度の値を与える関数である。また、照明制御回路３２には、上述した図３に示す関数Ｆ_Liも、例えば図示せぬテーブルに格納されている。

照明制御回路３２は、光センサ出力Ｓ１に基づいて関数値Ｆ_ei（Ｓ１）を算出し、さらに、この結果に基づいて、関数値Ｆ_Li（Ｆ_ei（Ｓ１））を算出する。この関数値Ｆ_Li（Ｆ_ei（Ｓ１））は、照明装置２０から照射すべき光の照度の値となる。そして、照明制御回路３２は、照明制御信号Ｓ２として、関数値Ｆ_Li（Ｆ_ei（Ｓ１））を光源駆動回路２３に対して出力する。

図３において、横軸の値は照明装置２０の消費電力Ｐの値を示し、縦軸の値は照明装置の光の照度Ｌｉの値を示す。尚、横軸は任意単位である。

図５に示すように、定性的には、照明装置２０の光の照度と消費電力とは線形の関係にある。照明装置２０は、その消費電力が照明制御信号Ｓ２の値に対応する消費電力Ｐ２となるように光源２１を駆動し、画像表示部１０に向かって光を照射する。

尚、照明制御回路３２は、関数値Ｆ_ei（Ｓ１）が所定の第２基準値Ｅｉ₂を超える場合には、光源２１の発光を停止させるような制御信号を照明制御信号Ｓ２として出力する。

上述した制御を行うことによって、環境照度に応じた好ましい輝度の画像を表示することができる。

尚、上述した制御は例示にすぎない。環境照度と対応した制御が行える限り、どのような制御を行う構成であってもよい。例えば、図１に示す照明制御信号Ｓ２の値は照射すべき光の照度の値として説明したが、これに限るものではない。

また、照明装置２０は導光板を含むとしたが、導光板を含まない照明装置を用いることもできる。このような変形例を図６に示す。

図６は、第１の実施形態における表示装置の変形例を説明するための模式的な斜視図である。

図６に示す表示装置２は、画像表示部１０の斜め前方から光を照射する照明装置２２０を備えている。照明装置２２０は複数の光源２２１を備えている。光源２２１は例えば白色ＬＥＤから成り、Ｘ軸方向に沿って複数配列されて成る行を形成している。図１に示す例では４行分の光源２２１が平面状に配置されている。第１行目に含まれる光源を符号２２１_aで表し、第２行目に含まれる光源を符号２２１_bで表す。同様に、第３行目に含まれる光源を符号２２１_cで表し、第４行目に含まれる光源を符号２２１_dで表す。

各光源２２１の発光を制御することによって表示領域１２に照射する光の強度分布が調整される。定性的には、発光量を、光源２２１_a＞光源２２１_b＞光源２２１_c＞光源２２１_dという関係とすることによって、照射される光の強度を均一にすることができる。光源駆動回路２２３は、複数の光源の制御を行う点が、図１に示す光源駆動回路２３と相違する。

また、図１に示す構成において、照明装置と照明制御部とを一体として把握することもできる。この場合には、照明装置２０は、画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部１０に光を照射するための照明装置であって、画像表示部１０の表示領域に照射する光の強度を環境照度に応じて制御するための照明制御部３０を備えている照明装置を構成する。

あるいは又、画像表示部と照明制御部とを一体として、これを表示装置として捕らえることもできる。この構成の表示装置を図７に示す。表示装置３は、画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部１０、及び、画像表示部１０の表示領域に光を照射する照明装置の動作を環境照度に応じて制御するための照明制御部３０を備えている表示装置である。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

１，２，３・・・表示装置、１０・・・反射型の画像表示部、１１・・・反射型の液晶表示パネル、１２・・・表示領域、１３・・・画素、１４・・・表示パネル駆動回路、２０，２２０・・・照明装置、２１，２２１・・・光源、２２・・・導光板、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ・・・辺、２３，２２３・・・光源駆動回路、３０・・・照明制御部、３１・・・光センサ、３２・・・照明制御回路

Claims

画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置、及び、
照明装置から照射する光の強度を環境照度に応じて制御する照明制御部、
を備えている表示装置。
照明制御部は、環境照度が所定の第１基準値以下である場合には環境照度が高くなるほど照明装置から照射する光の強度が高くなるようにし、環境照度が第１基準値を超えかつ所定の第２基準値以下である場合には環境照度が高くなるほど照明装置から照射する光の強度が低くなるようにする請求項１に記載の表示装置。
照明制御部は、環境照度が第２基準値を超える場合には照明装置からの光の照射を停止する請求項２に記載の表示装置。
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部に光を照射するための照明装置であって、
画像表示部の表示領域に照射する光の強度を環境照度に応じて制御するための照明制御部を備えている照明装置。
画素が配列された表示領域を有する反射型の画像表示部、及び、
画像表示部の表示領域に光を照射する照明装置の動作を環境照度に応じて制御するための照明制御部、
を備えている表示装置。