JP4492430B2

JP4492430B2 - 電気光学装置、照明装置の制御回路及び制御方法

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Publication number: JP4492430B2
Application number: JP2005136914A
Authority: JP
Inventors: 賢一本田; あけみ丸山
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: JP2006318654A

Description

本発明は、各種情報の表示に用いて好適な電気光学装置に関する。

液晶表示装置においては、透過表示を行うために液晶表示パネルの背面側に照明装置が設けられる。通常の液晶表示装置における照明装置では、その照明は外光に関係なく、明るい場所でも、薄暗い場所でも一定の輝度の光源に頼っていた。

しかしながら、暗い場所では、人間の瞳孔は開くので、少ない輝度でも明るく感じる。それにもかかわらず、照明装置は、常に一定の輝度で液晶表示パネルを照明するので、暗い場所において、人間は、その照明をまぶしく感じてしまい、表示画面を見づらかった。また、非常に明るい場所では反射光の輝度が透過光の輝度よりも高いにも係わらず、暗い場所で用いられるのと同じ一定の輝度の光源を用いていたため、そのことによる無駄な電力の消費が発生していた。特許文献１および特許文献２では、検知された周囲の環境光の照度を基に、ある調光プロファイルに従って、表示画面の輝度を自動的に調節する液晶表示装置が記載されているが、その調光プロファイルは、人間の視覚にとって適切な調光プロファイルとなっていないという問題があった。

特開平６−１８８８０号公報実開平６−２８８８１号公報

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、人間の視覚にとって、より適切な調光プロファイルを作成することを課題とする。

本発明の１つの観点では、電気光学装置は、表示パネルと、前記表示パネルに光を入射させる照明装置と、周囲の環境光の照度を検知する環境光検知手段と、前記表示パネルの最適表面輝度を求めるための調光プロファイルを有し、検知された前記環境光の照度を基に前記調光プロファイルを用いて前記最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御手段と、を備え、前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められる。

上記の電気光学装置は、例えば液晶表示装置であり、表示パネルと、前記表示パネルに光を照明する照明装置と、環境光検知手段と、を有する。ここで、環境光検知手段は、例えば光センサであり、周囲の環境光の照度を検知する。さらに、電気光学装置は、輝度制御手段を有する。輝度制御手段は、例えば、制御回路によって実行される。輝度制御手段では、検知された前記環境光の照度を基に前記調光プロファイルを用いて前記最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する。前記調光プロファイルは、実験データを基に近似曲線を求めたものであり、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度に対し、凸型の二次曲線となる関係を有している。前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となる。この調光プロファイルを用いて、周囲の環境光の照度から最適表面輝度を求めることにより、常に、人間の視覚にとって適切な明るさで、表示パネルを照明することができる。前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められる。これにより、照明装置の省電力効果を図ることができる。

上記の電気光学装置の好適な実施例では、前記最適表面輝度の最大値は、前記表示パネルの最大輝度となる。

上記の電気光学装置の他の一態様では、前記最大照度環境は、前記表示パネルより出射される反射光と透過光の輝度が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度が１００００[ｌｘ]以上となる場合には、１００００[ｌｘ]とされる。このようにすることで、液晶表示装置の完全透過型、半透過反射型の別にかかわらず、表示画面を見る周囲の環境光の照度として最も可能性の高い照度のときに、表示画面の輝度を最大輝度に合わせることができる。

上記の電気光学装置の他の一態様では、前記調光プロファイルは、１０[ｌｘ]以下となる前記環境光の照度を暗所照度環境とし、前記暗所照度環境のときの前記最適表面輝度を暗所輝度とすると、前記暗所輝度は、５０〜１５０[ｌｘ]の間の一定の値となる。このように、暗所照度環境において、表示画面の輝度を、５０〜１５０[ｃｄ・ｍ^−２]の間の一定値にすることで、ユーザの視覚にとって適切な輝度で表示画面を照明することができ、さらに照明装置の省電力効果を図ることができる。

上記の電気光学装置の好適な実施例では、前記調光プロファイルは、前記環境光の照度をＸとし、前記最大照度環境をＫｔとし、前記最適表面輝度の最大値をＢｔとし、前記暗所照度環境をＫ０とし、前記暗所輝度をＢ０とすると、前記最適表面輝度Ｙは、Ｙ＝−Ａｔ（ｌｏｇ（Ｘ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２＋Ｂｔ、Ａｔ＝（Ｂｔ−Ｂ０）／（ｌｏｇ（Ｋ０）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２で表される。

上記の電気光学装置の好適な実施例では、前記第２の調光プロファイルは、前記環境光の照度をＸとし、前記最大照度環境をＫｔとし、前記最適表面輝度の最大値をＢｔとし、前記暗所輝度をＢ０とし、前記環境光検知手段によって検出できる周囲の環境光の照度の最大値をＢｓとすると、前記最適表面輝度Ｙは、Ｙ＝−Ａｓ（ｌｏｇ（Ｘ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２＋Ｂｔ、Ａｓ＝（Ｂｔ−Ｂ０）／（ｌｏｇ（Ｂｓ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２で表される。

本発明の他の観点では、上記の電気光学装置を表示部として備える電子機器を構成することができる。

本発明のさらなる他の観点では、表示パネルに光を入射させる照明装置の制御回路は、周囲の環境光の照度を検知する環境光検知手段と、前記表示パネルの最適表面輝度を求めるための調光プロファイルを有し、環境光の照度を基に調光プロファイルを用いて前記最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御手段と、を備え、前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められる。これによっても、常に、人間の視覚にとって適切な輝度で、表示パネルを照明することができる。また、これにより、照明装置の省電力効果を図ることができる。

本発明のさらなる他の観点では、表示パネルに光を入射させる照明装置の制御方法は、周囲の環境光の照度を検知する環境光検知工程と、検知された前記環境光の照度を基に調光プロファイルを用いて前記表示パネルの最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御工程と、を備え、前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められる。これによっても、常に、人間の視覚にとって適切な輝度で、表示パネルを照明することができる。また、これにより、照明装置の省電力効果を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を液晶表示装置に適用したものである。

（液晶表示装置）
まず、本実施形態に係る液晶表示装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。図１では、ＴＦＤ素子を用いたアクティブ・マトリクス駆動方式であって、半透過反射型の液晶表示装置を一例として挙げる。なお、図１に示す液晶表示装置１００の構成は一例であり、スイッチング素子としてはＴＦＴ素子でもよい。さらに、液晶表示装置１００の他の例としては、スイッチング素子を用いないパッシブマトリクスタイプの液晶表示装置でもよい。

図１において、液晶表示装置１００は大きく分けて、液晶表示パネル３０と照明装置２０からなる。

液晶表示パネル３０は、素子基板１１と、その素子基板１１に対向して配置されるカラーフィルタ基板１２とが枠状のシール部材３を介して貼り合わされ、内部に液晶が封入されて液晶層４が形成されてなる。この枠状のシール部材３には、複数の金粒子などの導通部材７が混入されている。

まず、カラーフィルタ基板１２について説明する。カラーフィルタ基板１２は、下側基板２を有し、下側基板２の内面上には、表面上に細かい凹凸が形成された散乱層９が形成されている。散乱層９の内面上は、サブ画素ＳＧ毎に、所定の厚みを有する反射層５が形成されている。各反射層５には、矩形状の開口部１５が複数形成されている。各反射層５はアルミニウム、アルミニウム合金、銀合金等の薄膜により形成することができる。開口部１５は、カラーフィルタ基板１２の内面上に縦横にマトリクス状に配列されたサブ画素ＳＧ毎に、当該サブ画素ＳＧの全面積を基準として所定割合の面積を有するように形成されている。サブ画素ＳＧでは、開口部１５に対応する部分を透過部とし、それ以外の部分を反射部とされる。

反射層５上であって且つ各サブ画素ＳＧの間には、隣接するサブ画素ＳＧ間を隔て、一方のサブ画素から他方のサブ画素への光の混入を防止するため、黒色遮光層ＢＭが形成されている。

また、反射層５上及び開口部１５上には、サブ画素ＳＧ毎にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のいずれかからなる領域６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを有する着色層６が形成されている。着色層６の領域６Ｒ、６Ｇ、６Ｂは、それぞれの色のカラーフィルタとして構成される。画素Ｇは、ＲＧＢのサブ画素ＳＧから構成されるカラー１画素分の領域を示している。なお、図１に示すように、開口部１５上に形成された着色層６の厚さは、反射層５上に形成された着色層６の厚さよりも厚く形成されている。これにより、着色層６は、反射型表示及び透過型表示のそれぞれのモードにおいて夫々所望の色相及び明るさを呈するように設計されている。

着色層６及び黒色遮光層ＢＭの上には、透明樹脂等からなる保護層１６が形成されている。この保護層１６は、各色間のカラーフィルタの段差を平滑化する機能を有すると共に、本実施形態に係るカラーフィルタ基板１２及び液晶表示装置１００の製造工程中に使用される薬剤等による腐食や汚染から、着色層６を保護する機能を有する。保護層１６の表面上には、ストライプ状のＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）などの透明電極（走査電極）８が形成されている。この透明電極８の一端はシール部材３内に延在しており、そのシール部材３内の導通部材７と電気的に接続されている。

次に、素子基板１１について説明する。素子基板１１は、上側基板１を有し、上側基板１の内面上には、サブ画素毎に、ＴＦＤ素子１４及び画素電極１０が形成されている。この画素電極１０と透明電極８との間に電圧をかけ、液晶層４の液晶を配向制御することにより光の透過性を変化させて階調表示を行う。

ＴＦＤ素子１４及び画素電極１０の内面上には、透明樹脂等からなる保護層１７が形成されている。上側基板１及び保護層１７の内面上の左右周縁部には、走査線１３が形成されている。走査線１３の一端部はシール部材３内まで延在しており、その走査線１３は、シール部材３内の導通部材７と電気的に接続されている。

下側基板２の透明電極８の内面上、及び上側基板１の保護層１７の内面上には、それぞれ図示しない配向膜が形成されている。それらの配向膜の間には、液晶層４の厚さを均一に保持するために粒子状のスペーサ（図示略）がランダムに配置されている。

下側基板２の透明電極８、即ち下側基板２の走査線と、上側基板１のデータ線３１とは、シール部材３内に混入された導通部材７を介して上下導通している。

次に照明装置２０について説明する。照明装置２０は、導光板２１と、導光板２１の一端面に取り付けられている光源２３と、反射シート２６より構成される。光源２３中には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２２が配置されている。

反射型表示が行われる場合、液晶表示装置１００に入射した外光は、図１に示す経路Ｒに沿って進行する。つまり、液晶表示装置１００に入射した外光は、反射層５によって反射され観察者に至る。この場合、その外光は、着色層６が形成されている領域を通過して、その着色層６の下側にある反射層５により反射され、再度着色層６を通過することによって所定の色相及び明るさを呈する。こうして、所望のカラー表示画像が観察者により視認される。

透過型表示が行われる場合、光源２３中のＬＥＤ２２が発光することにより光が導光体２１の入光端面２１ｃより入射する。導光板２１に入射した光は、出光面２１ａおよび反射面２１ｂで反射を繰り返すことにより、導光板２１内部を伝播する。導光板２１内部を伝播する光は、出光面２１ａとの臨界角を超えると、出光面２１ａより液晶パネルへ向かって出射されるが、反射面２１ｂとの臨界角を超え、反射面２１ｂより出射した場合には、反射シート２６によって反射され、導光板２１内部に戻される。こうして液晶表示パネル３０に照射された照射光は、図１に示す経路Ｔに沿って進行し、透過領域、即ち、開口部１５上の着色層６および液晶層４を通過して観察者に至る。この場合、照射光は、着色層６および液晶層４を透過することにより所定の色相及び明るさを呈する。こうして、所望のカラー表示画像が観察者により視認される。

さらに、反射型表示および透過型表示のどちらの場合でも、液晶表示装置１００に入射した外光は、図１に示す経路Ｓに沿って進行し、反射シート２６に反射され、再度着色層６を通過することによって所定の色相及び明るさを呈する。これによっても、所望のカラー表示画像が観察者により視認される。

ＬＥＤ２２は、輝度制御回路２４と電気的に接続されており、輝度制御回路２４は、光センサ２５と電気的に接続されている。光センサ２５は、例えば、フォトダイオードであり、周囲の環境光の照度を測定し、周囲の環境光の照度に対応した電圧を輝度制御回路２４に出力する。この輝度制御回路２４に出力される電圧の値は、光センサ２５によって検知された周囲の環境光の照度の対数値に比例する。輝度制御回路２４は、供給された電気信号を基に、ＬＥＤ２２の発光輝度を変化させる。よって、光センサ２５は、本発明における環境光検知手段として機能する。

なお、液晶表示パネル３０としては、半透過反射型のものに限られず、代わりに、反射層５を有さない完全透過型の液晶表示パネルを用いるとすることもできる。

（環境光の照度に対する最適なパネル表面輝度）
輝度制御回路２４は、この光センサ２５より供給された電圧の値を基に、ＬＥＤ２２へ流す電流量を調整して、ＬＥＤ２２の発光輝度を変化させる。ＬＥＤ２２に流す電流量を増やせば、ＬＥＤ２２より出光する光は明るくなり、ＬＥＤ２２に流す電流量を減らせば、ＬＥＤ２２より出光する光は暗くなる。この輝度制御回路２４は、本発明における輝度制御手段として機能する。

図２は、輝度制御回路２４のブロック図である。輝度制御回路２４は、ＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１に接続されているＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ４２から構成される。ＣＰＵ４１は、光センサ２５およびＬＥＤ２２と電気的に接続されている。

輝度制御回路２４において、ＣＰＵ４１は、光センサ２５より出力された電圧の値を基に、メモリ４２に記憶されている調光プロファイルに従い、ＬＥＤ２２に供給する電流値を具体的に決定する。ＣＰＵ４１は、ＬＥＤ２２に流す電流量を決定された電流値に調整する。以下、この調光プロファイルの生成方法について具体的に述べる。

図３は、周囲の環境光の照度に対し、人間が表示画面を見やすいと感じるときの液晶パネル表面における表示画面の輝度（以下、「表面輝度」とも呼ぶ。）の大きさを示すグラフである。図３において、横軸は周囲の環境光の照度を示し、縦軸は表示画面の輝度を示す。この図３のグラフは、完全透過型および半透過反射型の液晶表示装置のそれぞれについて、実験的に求められたものである。具体的には、数人の被験者に表示画面を見せ、いくつかの周囲の環境光の照度の場合について、被験者が見やすいとした表示画面の輝度、即ち最適表面輝度を測定したものである。ここでいう最適表面輝度とは、照明装置から液晶パネルを透過した後の光の輝度を指す。図３において、ひし形の点は、完全透過型の液晶表示装置についての測定点を示し、正方形の点は、半透過反射型の液晶表示装置についての測定点を示す。

図３を見ると、周囲の環境光の照度が１００００[ｌｘ]付近までは、周囲の環境光の照度が上がると共に、最適表面輝度も上がり、周囲の環境光の照度が下がると共に最適表面輝度も下がる。これは、被験者にとって、周囲が暗い場合には、液晶表示パネルの表示画面を暗くした方が見やすく、周囲が明るい場合には、液晶表示パネルの表示画面を明るくした方が見やすいからである。周囲の環境光の照度が１００００[ｌｘ]よりも高い場合には、周囲の環境光の照度が上がると、最適表面輝度は下がる。これは、周囲の環境光の照度が１００００[ｌｘ]よりも上がると、その周囲の環境光を反射することによる表示画面からの反射光は、それのみで十分に表示画面を照明することができる輝度となるからである。言い換えれば、反射光の輝度は、照明装置からの透過光の輝度よりも大きくなるので、照明装置からの透過光によって表示画面を明るくする必要がなくなるからである。従って、周囲の環境光の照度が１００００[ｌｘ]付近にあるときには、最適表面輝度の大きさは最大の２００[ｃｄ・ｍ^−２]となるが、このとき、液晶表示パネルの表示画面において、周囲の環境光を反射することによる反射光の輝度の大きさと、照明装置より液晶表示パネルを透過した透過光の輝度の大きさは、同じ大きさとなる。また、このときの透過光と反射光の両方の輝度は、最適表面輝度の最大値となる。

曲線ｓｉｍは、完全透過型および半透過反射型の液晶表示装置の測定点の近似曲線を示す。この曲線ｓｉｍの形状からも分かるように、人間が表示画面を見やすいと感じるときの液晶パネル表面の輝度の値は、周囲の環境光の照度の対数値に対し、凸型の略２次曲線的に変化していることが分かる。

なお、この実験結果では、周囲の環境光の照度に対し、最適表面輝度の変化は、完全透過型および半透過反射型の液晶表示装置のどちらの装置でもほぼ同じ特性を示している。これは、本実験で用いられている半透過反射型の液晶表示装置は、反射層による光の反射の割合が少ない装置であるからである。即ち、半透過反射型の液晶表示装置において、反射層による反射光は、液晶表示パネルの反射光全体の輝度にはあまり寄与せず、液晶表示パネル全体の反射光の輝度の大きさは、照明装置の反射シートに周囲の環境光が反射することによる反射光の輝度によるところが大きいからである。この反射シートは、半透過反射型および完全透過型の液晶表示装置のどちらにも備えられている。そのため、本実験結果における最適表面輝度の変化は、完全透過型および半透過反射型の液晶表示装置のどちらの装置でもほぼ同じ特性を示している。

図４は、図３の実験結果を基に作成された調光プロファイルの一例を示している。図４において、横軸は周囲の環境光の照度を示し、縦軸は最適表面輝度を示す。以下、調光プロファイルの作成方法について述べる。

まず、最適表面輝度を最大にするときの周囲の環境光の照度（以下、単に「最大照度環境」と称す）を求める。輝度制御回路２４は、周囲の環境光の照度が最大照度環境になったときに、最適表面輝度を最大にする。この最適表面輝度の最大値は、ＬＥＤ２２に供給する電流量を最大にした場合における照明装置の最大発光輝度と、パネルの透過率とによって決まる、表示画面の最大輝度とされるのが好適である。しかしながら、最適表面輝度の最大値としては、必ずしも最大輝度とする必要はなく、最大輝度の９０％以上としてもよい。実際には、予め、液晶表示パネルに入射した光の内、反射光として液晶表示パネルから出射された光の割合である反射率を測定しておく。そして、反射率と最適表面輝度の最大値より、以下の式（１）で表される環境パラメータを求める。

環境パラメータは、液晶表示パネルの反射光と透過光の両方の輝度が、同じ大きさになるときにおける環境光の照度を示しており、このとき、反射光と透過光の両方の輝度は、最適表面輝度の最大値となる。完全透過型の液晶表示装置であれば、反射率が低いので、環境パラメータの値は、１００００[ｌｘ]以上となりうる。このように、環境パラメータの値が、１００００[ｌｘ]以上であるならば、最大照度環境は、１００００[ｌｘ]とされる。半透過反射型の液晶表示装置であれば、反射率が高いので、環境パラメータの値は、１００００[ｌｘ]よりも小さくなることが多い。このように、環境パラメータの値が、１００００[ｌｘ]よりも小さければ、最大照度環境は、環境パラメータの値とされる。環境パラメータの値が１００００[ｌｘ]以上となるときに、最大照度環境を１００００[ｌｘ]とするのは、表示画面を見る環境として、周囲の環境光の照度が１００００[ｌｘ]となる場所が最も多く、これよりも大きな環境光の照度となる場所で用いられることは、あまりないと考えられるからである。このようにすることで、液晶表示装置の完全透過型、半透過反射型の別にかかわらず、表示画面を見る周囲の環境光の照度として最も可能性の高い輝度のときに、最適表面輝度を最大値に合わせることができる。

次に、周囲の環境光の照度が１０[ｌｘ]以下の場合における調光プロファイルについて述べる。周囲の環境光の照度が１０[ｌｘ]以下の場所としては、例えば、真っ暗な部屋に非常灯のみが点灯している場所が該当する。このように、周囲の環境光の照度が、１０[ｌｘ]以下となる十分に暗い場所では、表示画面の輝度は５０[ｃｄ・ｍ^−２]で十分である。従って、図４に示すように、周囲の環境光の照度が１０[ｌｘ]以下の場合には、最適表面輝度は、一定の輝度の大きさ５０[ｃｄ・ｍ^−２]に設定される。なお、このときの最適表面輝度は、５０[ｃｄ・ｍ^−２]に限られず、ユーザの好みで変更することが可能とされるが、５０〜１５０[ｃｄ・ｍ^−２]の間に設定されるのが好適である。以下では、この周囲の環境光の照度が１０[ｌｘ]となるときを暗所照度環境と称し、このときの最適表面輝度を暗所輝度と称す。このように、暗所照度環境において、暗所輝度を、５０〜１５０[ｃｄ・ｍ^−２]の間の一定値にすることで、ユーザの視覚にとって適切な輝度で表示画面を照明することができ、さらに照明装置の省電力効果を図ることができる。

周囲の環境光の照度が、１０[ｌｘ]よりも大きい場合、即ち、暗所照度環境よりも大きい場合、最適表面輝度は、周囲の環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線で表され、以下の式（２）〜（３）に従う。

式（２）〜（３）は、図３に述べた実験結果における近似曲線ｓｉｍに従って求められた式である。図４でいうと曲線１１０の二次曲線となる。また、式（２）〜（３）について、先に述べたように、最大照度環境において、最適表面輝度は最大値となっている。このように、この式（２）〜（３）に従って求められた最適表面輝度は、常に、ユーザにとって見やすい表示画面の輝度となる。

周囲の環境光の照度が、最大照度環境よりも大きくなる場合、先に述べたように、周囲の環境光を反射することによる反射光の輝度の方が、照明装置より液晶パネルを透過してきた光の輝度よりも大きくなる。従って、周囲の環境光の照度が、最大照度環境よりも大きくなる場合には、表示画面の輝度としては、式（２）〜（３）によって求められた最適表面輝度よりも、さらに低い値で十分である。よって式（２）〜（３）によって求められる最適表面輝度よりも低い値の最適表面輝度を求める場合には、係数Ａｔとして式（４）を用いた式（２）を用いる。ここで、光センサ２５によって検出できる周囲の環境光の照度の最大値を、最大検出環境と称す。

このように、周囲の環境光の照度が、最大照度環境よりも大きくなる場合には、式（２）の係数Ａｔとして式（４）を用いて、最適表面輝度を求める方が、式（２）の係数Ａｔとして式（３）を用いて、最適表面輝度を求めるよりも、さらに輝度を低下させた値を求めることができる。図４でいうと、破線１１１の二次曲線となる。この破線１１１の二次曲線が、本発明における第２の調光プロファイルとして機能する。これにより、照明装置の省電力効果を図ることができる。

次に、上述した調光プロファイルを、ハンター表色系で考えてみる。ハンター表色系では、実際の表示画面の輝度Ｙより、式（５）を用いて、均等色空間における輝度Ｌを算出することができる。均等色空間とは、等しい大きさに知覚される色差が空間内の等しい距離に対応するように意図した色空間をいう。

また、先に述べた調光プロファイルの式（２）を、同じ凸型の二次曲線のグラフの性質を示す式（６）として簡略化する。

ここで、Ｙ−ｃ＝Ｙ´、ｌｏｇ（Ｘ）−ｂ＝Ｘ´とすると、式（６）は、Ｙ´＝ａＸ´となるので、これをハンターの式（５）に代入すると、以下に示す式（７）となる。

このように、二次曲線の式（６）を式（５）に代入した場合、一次関数となることが分かる。即ち、周囲の環境光の照度の対数値が二次曲線的に変化するとき、ハンター表色系では、均等色空間における輝度は直線的に変化する。これは、人間の知覚では、一定の割合で輝度が変化していると感じられることを示している。よって、調光プロファイルの式（２）に従って求められる周囲の環境光の照度の対数値の変化に応じた最適表面輝度の変化は、二次曲線的に変化するので、ユーザは、周囲の環境光の照度の対数値の変化に応じて最適表面輝度の大きさが同じ割合で変化して見えることとなる。よって、このことからも、調光プロファイルに従って求められる表示画面の輝度は、ユーザが見やすいものとなっていることが分かる。

なお、周囲の環境光の照度が、１０[ｌｘ]よりも大きい場合、即ち、暗所照度環境よりも大きい場合、表示画面の輝度は、式（２）〜（３）の凸型の二次曲線で表す代わりに、三次関数で近似して、以下の式（８）〜（９）で表すとしてもよい。

ただし、この場合、周囲の環境光の照度が、最大照度環境以上のときにおける省電力モードの場合には、先に述べた式（４）を式（２）に代入した二次曲線で表す方が好適である。なぜならば、二次曲線で近似した方が、照明装置の省電力効果が高いからである。

[輝度制御処理]
次に、図２の輝度制御回路２４における輝度制御処理について、本実施形態に係る液晶表示装置１００を例にとって説明する。図５は、本実施形態に係る輝度制御処理についてのフローチャートを示す。まず、予め、液晶表示パネルの表面輝度と、ＬＥＤ２２に供給する電流量との関係を測定により求め、その関係をテーブルとして、メモリ４２に保持しておく。また、図４で述べた調光プロファイルも、式もしくはテーブルとして、メモリ４２に保存しておく。さらに、光センサ２５の検知する周囲の光の輝度と、光センサ２５が出力する電圧の関係も、テーブルとして、メモリ４２に保持しておく。

光センサ２５は、周囲の環境光の照度を測定し、その輝度の値に対応した電圧をＣＰＵ４１に出力する（ステップＳ１）。ＣＰＵ４１は、光センサ２５より出力された電圧の値を基に、メモリ４２中のテーブルより、光センサ２５が検知した周囲の環境光の照度を求め、周囲の環境光の照度が変化しているか否かを判定する（ステップＳ２）。もし、ＣＰＵ４１が、周囲の環境光の照度が変化していないと判定したならば、輝度制御処理を終了する（ステップＳ２：Ｎｏ）。ＣＰＵ４１は、周囲の環境光の照度が変化していると判定したならば（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、求められた周囲の環境光の照度を基に、メモリ４２中の調光プロファイルから、適切な表示画面の輝度、即ち、最適表面輝度を求める（ステップＳ３）。次に、ＣＰＵ４１は、メモリ４２中のテーブルより、ＬＥＤ２２が最適表面輝度となるためのＬＥＤ２２に供給する電流量を求める。ＣＰＵ４１は、求められた電流量をＬＥＤ２２に供給することにより、表示画面が最適表面輝度となる発光輝度でＬＥＤ２２を発光させ（ステップＳ４）、輝度制御処理を終了する。このようにすることで、液晶表示パネルの表示画面の輝度を、自動的に周囲の環境光の照度に応じた最適なものとすることができる。

[電子機器]
次に、本実施形態に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図６を参照して説明する。

まず、本実施形態に係る液晶表示装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図６（ａ）は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７１３とを備えている。

続いて、本実施形態に係る液晶表示装置１００を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図６（ｂ）は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機７２０は、複数の操作ボタン７２１のほか、受話口７２２、送話口７２３とともに、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７２４を備える。

なお、本実施形態に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器としては、図６（ａ）に示したパーソナルコンピュータや図６（ｂ）に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。

本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す側面図である。輝度制御回路のブロック図である。周囲の環境光の照度と最適表面輝度の関係を示す図である。調光プロファイルの一例を示す図である。輝度制御処理を示すフローチャートである。本実施形態に係る液晶表示装置を適用した電子機器を示す概略図である。

符号の説明

２２ＬＥＤ、２３光源、２４輝度制御回路、２５光センサ、４１ＣＰＵ、４２メモリ

Claims

表示パネルと、
前記表示パネルに光を入射させる照明装置と、
周囲の環境光の照度を検知する環境光検知手段と、
前記表示パネルの最適表面輝度を求めるための調光プロファイルを有し、検知された前記環境光の照度を基に前記調光プロファイルを用いて前記最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御手段と、を備え、
前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、
前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、
前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められることを特徴とする電気光学装置。
前記最適表面輝度の最大値は、前記表示パネルの最大輝度となることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
前記最大照度環境は、前記表示パネルより出射される反射光と透過光の輝度が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度が１００００[ｌｘ]以上となる場合には、１００００[ｌｘ]とされることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
前記調光プロファイルは、１０[ｌｘ]以下となる前記環境光の照度を暗所照度環境とし、前記暗所照度環境のときの前記最適表面輝度を暗所輝度とすると、前記暗所輝度は、５０〜１５０[ｌｘ]の間の一定の値となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学装置。
前記調光プロファイルは、前記環境光の照度をＸとし、前記最大照度環境をＫｔとし、前記最適表面輝度の最大値をＢｔとし、前記暗所照度環境をＫ０とし、前記暗所輝度をＢ０とすると、前記最適表面輝度Ｙは、
Ｙ＝−Ａｔ（ｌｏｇ（Ｘ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２＋Ｂｔ
Ａｔ＝（Ｂｔ−Ｂ０）／（ｌｏｇ（Ｋ０）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２
で表されることを特徴とする請求項４に記載の電気光学装置。
前記第２の調光プロファイルは、前記環境光の照度をＸとし、前記最大照度環境をＫｔとし、前記最適表面輝度の最大値をＢｔとし、前記暗所輝度をＢ０とし、前記環境光検知手段によって検出できる周囲の環境光の照度の最大値をＢｓとすると、前記最適表面輝度Ｙは、
Ｙ＝−Ａｓ（ｌｏｇ（Ｘ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２＋Ｂｔ
Ａｓ＝（Ｂｔ−Ｂ０）／（ｌｏｇ（Ｋｓ）−ｌｏｇ（Ｋｔ））^２
で表されることを特徴とする請求項４に記載の電気光学装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気光学装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。
表示パネルに光を入射させる照明装置の制御回路であって、
周囲の環境光の照度を検知する環境光検知手段と、
前記表示パネルの最適表面輝度を求めるための調光プロファイルを有し、環境光の照度を基に調光プロファイルを用いて前記最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御手段と、を備え、
前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、
前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、
前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められることを特徴とする照明装置の制御回路。
表示パネルに光を入射させる照明装置の制御方法であって、
周囲の環境光の照度を検知する環境光検知工程と、
検知された前記環境光の照度を基に調光プロファイルを用いて前記表示パネルの最適表面輝度を求め、前記表示パネルを前記最適表面輝度にするために前記照明装置の発光輝度を制御する輝度制御工程と、を備え、
前記調光プロファイルは、前記最適表面輝度が、前記環境光の照度の対数値に対し、凸型の二次曲線となる関係を有し、前記表示パネルに入射して前記表示パネル内で反射されて前記表示パネルより出射された反射光の輝度と、前記照明装置から出射されて前記表示パネルを透過した透過光の輝度と、が同じ大きさとなるときの前記環境光の照度を最大照度環境とすると、前記最大照度環境のときに前記最適表面輝度は最大値となり、前記最適表面輝度の最大値は前記表示パネルの最大輝度の９０％以上の値となり、
前記輝度制御手段は、さらに、前記最適表面輝度が前記環境光の照度の対数値に対し凸型の二次曲線となる関係を有し、前記調光プロファイルによって求められる値よりも低い値となる第２の調光プロファイルを有し、
前記最適表面輝度は、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きくない場合には、前記調光プロファイルを用いて求められ、前記環境光の照度が前記最大照度環境よりも大きい場合には、前記第２の調光プロファイルを用いて求められることを特徴とする照明装置の制御方法。