JPH0764057A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表示画面の周囲光の強弱に応じて、画面輝度を
自動的に変化させ、常に使用者が表示文字や図形を視認
しやすい表示画面を提供する。 【構成】バックライトを調光するバックライト用電源部
８と、バックライトから放射されるの光出力の強度をモ
ニタする光源モニタ部１０と、バックライトと使用者と
の間に配置した液晶から構成する表示画面１と、表示画
面の透過率を制御する液晶駆動部９と、液晶部から放射
される光出力の強度をモニタする画面輝度モニタ部１１
と、前記光源モニタ部と画面輝度モニタ部とからの出力
信号をもとに適正な調光条件であるかを判定する輝度照
合部１２とを備え、輝度照合部からの出力信号によりバ
ックライト光源部および液晶駆動部を制御する。これに
より、液晶表示装置におけるバックライト２および表示
画面１の透過率特性の使用時間の経過にともなう変化を
考慮した画面輝度の調光をすることができる。

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。

【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】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、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ようにしている。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。したがって、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。

【０００８】このため発明者らは、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（特願平５−６３０１）を
考案した。

【０００９】以下、先願の概要を図９をもとに説明す
る。図９において、１は透過型の液晶素子からなる表示
画面、２は表示画面１の背面に配置され、表示画面１を
照明するバックライト、３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１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し、照度を受光す
るようにしている。４は周囲光受光部３からの照度信号
を入力し、前もって設定している関数に基づいて表示画
面１の画面輝度域を算出する画面輝度演算部、５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５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
設けるようにしている。６は画面輝度演算部４からの画
面輝度域と輝度レベル設定部５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である。７は輝度判定
部６の判定結果をもとに、表示画面１やバックライト２
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、８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７からの信号を受けてバックライト
２の輝度を調光するバックライト用電源部、９は表示画
面１に用いている液晶素子を駆動するとともに、液晶素
子の透過率を調整する液晶駆動部である。

【００１０】以上の構成要素よりなる先願の表示装置に
おいて、その画面輝度演算部４の動作を以下に述べる。
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。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Ｃ
minと呼ぶ）に比べて、見ている対象とその背景の輝度
対比Ｃが何倍かという比によって定量化される。この可
視度ＶＬは対象物とする物とその背景のコントラスト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。

【００１１】 Ｃ＝｜Ｌｂ−Ｌｏ｜／（Ｌｂ＋Ｌｅｑ） …式１ Ｃmin＝０．０５９３６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4＋１｝2.5 …式２ ＶＬ＝１６．８４６｛（１．６３９／Ｌｂ）0.4＋１｝-2.5×Ｃ …式３ １８Ｉ0.139 ≦Ｌｂ≦５３Ｉ0.113 …式４ なおＬｏ：暗部発光輝度、Ｌｂ：画面輝度、Ｌｅｑ：等
価光幕輝度、Ｃ：コントラストである。式４および式５
はアイ・イー・エス、照明ハンドブック、１９８４、参
考版、第３章（ＩＥＳ、ＬＩＧＨＴＩＮＧ、ＨＡＮＤＯ
ＢＯＯＫ、１９８４、ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ、ＶＯＬＵＭ
Ｅ）に掲載されている。調整法によって実験的に得られ
た各画面状態から、式１、式２、式３に基づいて可視度
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）が適切であることを明らかにし
ている。画面輝度演算部４では、可視度ＶＬが上記範囲
内にあるような画面の背景輝度域を演算する。前記輝度
域は式４で表現できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで液晶表示装置
におけるバックライト部２などの発光部は使用時間の経
過とともに発光量が減退し、かつ表示画面１の透過率特
性もまた使用時間の経過とともに変化する。このため、
印加する電圧を周囲光の明るさに応じて変化させたとし
ても、適切な画面輝度が得られるという保証はなかっ
た。

【００１３】本発明はこのような問題に留意し、常に使
用者が表示文字や図形を視認しやすい液晶表示装置を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、様々な照明環
境の変化に対応する液晶表示画面の視認性を確保するよ
うに、バックライト用光源および液晶の特性を独立にモ
ニタし交換時期を判定するものである。

【００１５】本発明の第１の課題解決の手段として、バ
ックライトを調光するバックライト用電源部と、バック
ライトから放射されるの光出力の強度をモニタする光源
モニタ部と、バックライトと使用者との間に配置した液
晶から構成する表示画面と、表示画面の透過率を制御す
る液晶駆動部と、液晶部から放射される光出力の強度を
モニタする画面輝度モニタ部と、前記光源モニタ部と画
面輝度モニタ部とからの出力信号をもとに適正な調光条
件であるかを判定する輝度照合部とを備え、輝度照合部
からの出力信号によりバックライト光源部および液晶駆
動部を制御する構成とする。

【００１６】本発明の第２の課題解決の手段として、前
記第１の課題解決手段において、光源と、その光源を取
り囲むように配置された反射板とから構成するバックラ
イト内部に光源モニタ部を配置する構成とする。

【００１７】本発明の第３の課題解決の手段として、前
記第１の課題解決手段において、９００ｎｍから２５０
０ｎｍまでの範囲に感度を有する受光部から光源モニタ
部を構成し、液晶部に対して使用者側に配置する構成と
する。

【００１８】本発明の第４の課題解決の手段として、液
晶透過率の最大値状態に対応する信号と中間値状態に対
応する信号とを交代に出力する表示交換部と、前記表示
交換部からの信号をもとに表示画面の透過率を変化させ
る液晶駆動部と、表示画面に対して使用者側に配置した
時系列モニタ部と、時系列モニタ部からの出力信号と表
示交換部からの出力信号とをもとに適正な調光条件であ
るかを判定する調光条件判定部を備える構成とする。

【００１９】

【作用】前記の構成において、第１の課題解決手段の作
用は、バックライト用光源の発光特性および液晶の透過
特性をモニタできることである。第２の課題解決手段の
作用は、バックライト用光源の発光特性を精度よく計測
できることである。第３の課題解決手段の作用は、バッ
クライト外部に受光部を配置することにより、バックラ
イトを薄型にできることである。第４の課題解決手段の
作用は、受光部を１種類とすることにより小型にできる
ことである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の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。なお従来例とし
て示したものと同一構成部には同符号を用いる。図１に
おいて、構成要素として１０は光源モニタ部、１１は画
面輝度モニタ部、１２は輝度照合部である。光源モニタ
部１０は、たとえばシリコンホトダイオードと増幅器と
から構成し、バックライト２からの発光の一部を液晶表
示画面１を通さずにモニタできる位置に配置する。一般
にバックライト用光源は高周波電源で点灯した放電ラン
プを用いることが多いことから、増幅器の時定数をその
点灯周波数より１桁以上大きくすることにより、輝線発
光による光出力変動を平滑化できることから、計測の確
度が向上する。画面輝度モニタ部１１は、たとえば光学
的に視感度補正されたシリコンホトダイオードと増幅器
とから構成し、液晶表示画面１を通してバックライト２
からの発光の一部をモニタする位置に配置する。輝度照
合部１２では、輝度判定部６から出力される画面輝度の
目標値Ｌｔと、画面輝度モニタ部１１から出力される画
面輝度Ｌｍおよび光源モニタ部１０から出力される光源
強度Ｉｍとを図２に示すアルゴリズムで照合し、その結
果をもとに画面輝度制御部７、または、バックライト用
電源部８、液晶駆動部９に信号を出力する。図２におい
て、Ｌｍ／Ｉｍは液晶表示画面１の透過率に対応する物
理量である。なお、調光手段において、表示画像の品質
をなるべく一定に保つためバックライト２による調光Ａ
のほうを優先する。

【００２１】本発明の第２の実施例は、光源モニタ部１
０の配置に関するものである。図３に示すように、光源
モニタ部１０を、バックライト用光源１３を取り囲むよ
うに配置した反射板１４と拡散板１５とから構成したバ
ックライト２の内部に配置する。こうすることにより、
バックライト用光源１３の間近で光計測が可能であるこ
とから、発光特性を精度よく計測できる。

【００２２】本発明の第３の実施例を図４をもとに説明
する。図４において、１６は赤外線モニタ部である。赤
外線モニタ部１６を、液晶表示画面１を通してバックラ
イト２からの発光の一部をモニタする位置に配置するこ
と以外は、本発明の第１の実施例と同様である。赤外線
モニタ部１６は、たとえば赤外線にのみ感度を有するよ
うに光学的に補正したシリコンホトダイオードと増幅器
とから構成する。図５（ａ）はバックライト２の拡散板
として広く用いられている材料であるアクリル樹脂およ
びオパールの分光透過率特性、図５（ｂ）は液晶表示画
面１のＯＮ状態とＯＦＦ状態のときの分光透過率であ
る。バックライト用光源として放電ランプを用いた場合
は赤外線のほぼ全域にわたって発光を有するが、図５
（ａ）から２５００ｎｍ以上の帯域は、拡散板に吸収さ
れてしまう。また、図５（ｂ）に示すように９００ｎｍ
以下の帯域は、液晶に印加された駆動電圧により透過特
性が異なるが、９００ｎｍ以上の帯域は、透過特性は７
０％〜８０％程度で一定である。これは液晶素子を構成
する偏光フィルムがポリビニルアルコールと付加重合性
単量体から得られるグラフト重合体を基材としており、
９００ｎｍ以上の帯域は偏光特性を有しないことによる
ものである。これらのことから、赤外線モニタ部１６
は、９００ｎｍから２５００ｎｍまでの波長域で感度を
もつようにすることで、液晶表示画面１を通していても
バックライト２からの発光を精度よくモニタすることが
できる。

【００２３】本発明の第４の実施例を図６をもとに説明
する。図６において、１７は時系列モニタ部、１８は表
示交換部、１９は判定部である。時系列モニタ部１７
は、たとえば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し、液晶表示画面１に対して使用
者側に配置する。表示交換部１８は、液晶表示画面１の
液晶透過率の最大値状態に対応する信号と中間値状態に
対応する信号とを交代に出力する。図７は、液晶印加電
圧と液晶透過率との関係の一例を示す図で、曲線Ａは製
造直後、曲線Ｂは寿命末期における特性である。図７に
示すように、液晶透過率の最大値τｍａｘと中間値状態
τｈａｌｆは、経年変化する特性である。これらの比γ
（τｈａｌｆ／τｈａｌｆ）は、時系列モニタ部１７か
ら出力される液晶透過率の最大値状態の輝度Ｌｍａｘと
液晶透過率の中間値状態の輝度Ｌｈａｌｆとの比として
計測できる。したがって、Ｌｈａｌｆ／Ｌｍａｘにより
液晶表示画面１の交換時期を知ることができる。また、
Ｌｍａｘは実現可能な輝度の最大値であるから、この値
が適正範囲を下回っているかを判定することにより、バ
ックライト２の交換時期を知ることができる。これらの
原理のもとに、調光条件判定部１９では、図８に示すア
ルゴリズムに基づいて適正な調光条件であるかを判定
し、その結果をもとに画面輝度制御部７、または、バッ
クライト用電源部８、液晶駆動部９に制御信号を出力す
る。

【００２４】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
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】本発明の一実施例の表示装置における構成の概
略を示すブロック図

【図２】本発明の一実施例の表示装置の輝度照合部にお
けるフローチャート

【図３】本発明の一実施例の表示装置のバックライトと
光源モニタとの関係を示す図

【図４】本発明のさらに他の実施例の表示装置における
構成の概略を示すブロック図

【図５】本発明のさらに他の実施例の表示装置において
基本概念となる拡散板の分光透過率と液晶画面のＯＮ、
ＯＦＦ状態の分光透過率を示す図

【図６】本発明のさらに他の実施例の表示装置における
構成の概略を示すブロック図

【図７】本発明のさらに他の実施例の表示装置において
基本概念となる液晶印加電圧と液晶透過率との関係を示
す図

【図８】本発明のさらに他の実施例の表示装置の輝度照
合部におけるフローチャート

【図９】従来の表示装置の構成の概略を示すブロック図

【符号の説明】

１ 表示画面 ２ バックライト ３ 周囲光受光部 ４ 画面輝度演算部 ５ 輝度レベル設定部 ６ 輝度判定部 ７ 画面輝度制御部 ８ バックライト用電源部 ９ 液晶駆動部 １０ 光源モニタ部 １１ 画面輝度モニタ部 １２ 輝度照合部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バックライトを調光するバックライト用
   電源部と、バックライトから放射されるの光出力の強度
   をモニタする光源モニタ部と、バックライトと使用者と
   の間に配置した液晶から構成する表示画面と、表示画面
   の透過率を制御する液晶駆動部と、液晶部から放射され
   る光出力の強度をモニタする画面輝度モニタ部と、前記
   光源モニタ部と画面輝度モニタ部とからの出力信号をも
   とに適正な調光条件であるかを判定する輝度照合部とを
   備え、輝度照合部からの出力信号によりバックライト光
   源部および液晶駆動部を制御することを特徴とした液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】 光源と、その光源を取り囲むように配置
   された反射板と拡散板とから構成したバックライト内部
   に光源モニタ部を配置したことを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 ９００ｎｍから２５００ｎｍまでの範囲
   に感度を有する受光部から光源モニタ部を構成し、前記
   光源モニタ部を液晶部に対して使用者側に配置すること
   を特徴とした請求項１記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 液晶透過率の最大値状態に対応する信号
   と中間値状態に対応する信号とを交代に出力する表示交
   換部と、前記表示交換部からの信号をもとに表示画面の
   透過率を変化させる液晶駆動部と、表示画面に対して使
   用者側に配置した時系列モニタ部と、時系列モニタ部か
   らの出力信号と表示交換部からの出力信号とをもとに適
   正な調光条件であるかを判定する判定部を備えた液晶表
   示装置。