JPH05232450A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部からの光の照射による表示画像の見かけ
上のコントラスト比が低下することなく常に明瞭な画像
が表示され、かつ薄型、軽量で製造工程の簡易な液晶表
示装置を提供する。 【構成】 液晶表示素子３の表示パネルに外部からの光
が照射されているときの、常時高階調部分３７の光の照
度を第１の受光素子１が検出し、また常時低階調部分３
８の光の照度を第２の受光素子２が検出する。そして第
１の受光素子１により検出された光の照度と第２の受光
素子２により検出された光の照度との比から、そのとき
の見かけ上のコントラスト比を照度算出部４が算出し、
この値に基づいて液晶表示装置の駆動回路６の液晶印加
電圧やバックライト７の光量を制御部５が制御して、見
かけ上のコントラスト比の低下を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は階調表現を行なう駆動回
路を有する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、液晶の動的散乱効果
を利用した電流効果型のものと、電界印加によるねじれ
ネマティック効果を利用した電界効果型のものとがあ
る。

【０００３】特に電界効果型の液晶表示装置は、薄型・
軽量・低消費電力などの特長を有していることから、従
来のＣＲＴに代わるものとして、ＯＡ機器やポータブル
テレビなどの画像表示機器や、自動車のインストルメン
トパネルや航空機のコックピットにおいて各種情報を表
示するディスプレイデバイスとしても用いられるように
なっている。

【０００４】特に自動車のインストルメントパネルや航
空機のコックピットなどに用いられる液晶表示装置にお
いては、日光や夜間照明などの外部から照射された光が
液晶表示パネルの表面で反射して表示画像が見辛くなる
ことが想定されるが、これを防ぐために、液晶表示パネ
ルの表面に反射防止膜を配設する、あるいは反射防止板
を貼設するなどの処置が行なわれている。

【０００５】ところが、このような処置だけでは、外部
からの光の反射は解消されるもののその外部からの光の
照射によって表示画像の照度が影響されてその見かけ上
のコントラスト比や明るさが全体的に低下して表示画像
が見辛くなる。そこでこれを防ぐために、例えば従来の
透過型の液晶表示装置においては、表示画像の見かけ上
の明るさに対応してバックライトの光量を調節すること
で表示画像の見かけ上の明るさを補償している。しか
し、自動車や航空機に用いられている液晶表示装置の場
合では、このようなバックライトの光量を調節する作業
を運転者や操縦者が自動車の運転中や航空機の操縦中に
行なうことには危険が伴なう。そこで、このような用途
に用いられる液晶表示装置においては、表示パネル近傍
に光の照度を検出する検出手段を設置し、外部からの光
の照射の強弱を検出して、これに基づいてバックライト
の光量を自動的に調節し表示画像の見かけ上の明るさを
補償するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の液晶表示装置では、その表示パネルの近傍
に光の照度を検出する検出手段を表示パネルとは別に設
置しているため、装置全体が液晶表示素子の薄型で軽量
という特長に反するものとなり、またその構造や製造工
程も煩雑なものとなってしまうという問題があった。

【０００７】また、外部からの光の照射の強弱に基づい
てバックライトの光量を調節するだけでは、その表示画
像の全体的な見かけ上の明るさが変化するだけで、外部
からの光の照射によって低下したコントラスト比を補償
したことにはならず、表示画像は見かけ上のコントラス
ト比が低下して見辛いままであるという問題があった。
例えば外部からの光の照射が強い場合では表示画像の暗
表示部（黒っぽい部分）の見かけ上の階調が実際より高
階調に（白っぽく）見えて、明表示部（白っぽい部分）
との間でのコントラスト比が低下する。そこでこれを解
消しようとしてバックライトの光量を下げると、画像全
体の明るさが低下し、明表示部の階調が低階調に（黒っ
ぽく）見えて、暗表示部との間での見かけ上のコントラ
スト比はやはり低下してしまう。

【０００８】このように、バックライトの光量を調節す
るだけでは、表示画像の見かけ上のコントラスト比の低
下は十分には解消されないという問題があった。

【０００９】本発明はこのような問題を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、外部からの
光の照射による表示画像のコントラスト比が低下するこ
となく、かつ薄型、軽量で製造工程の簡易な液晶表示装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶表示素子と前記液晶表示素子に階調を表現する
駆動電圧を印加する駆動回路とを有する液晶表示装置に
おいて、前記階調を表現する駆動電圧のうちの最高階調
を表現する駆動電圧が常に印加される領域と最低階調を
表現する駆動電圧が常に印加される領域とを有し、前記
最高階調を表現する駆動電圧が常に印加される領域の光
の照度を検出する第１の検出手段と前記最低階調を表現
する駆動電圧が常に印加される領域の光の照度を検出す
る第２の検出手段とが配設された液晶表示素子と、前記
第１の検出手段により検出された光の照度と前記第２の
検出手段により検出された光の照度との比を算出する照
度比算出手段と、前記照度比算出手段により算出された
照度比に基づいて、前記駆動回路の液晶印加電圧を制御
する制御手段とを具備することを特徴としている。

【００１１】なお、前記の制御手段は、液晶印加電圧を
制御するとともに、その液晶表示装置のバックライトの
光量も制御するように配設してもよい。

【００１２】

【作用】表示パネルに外部から光が照射されているとき
の液晶表示素子において、最高階調を表現する駆動電圧
が常に印加される領域、即ち常時高階調部分の光の照度
を第１の検出手段が検出し、また最低階調を表現する駆
動電圧が常に印加される領域、即ち常時低階調部分の光
の照度を第２の検出手段が検出する。そして第１の検出
手段により検出された光の照度と第２の検出手段により
検出された光の照度との比から、そのときの常時高階調
部分と常時低階調部分との間での見かけ上のコントラス
ト比を算出し、この値に基づいて液晶表示装置の駆動回
路の液晶印加電圧や、バックライトの光量を制御して、
表示画像の見かけ上のコントラスト比が外部からの光の
照射の影響を受けない状態と同様なコントラスト比にな
るようにする。

【００１３】例えば、液晶表示素子に外部から比較的強
い光が照射されているとき、第１の検出手段により検出
された光の照度と第２の検出手段により検出された光の
照度との比の値は、外部の光が照射されていないときの
値と比較して低くなっている。即ち、表示画像の見かけ
上のコントラスト比は光が照射されていないときよりも
低くなっている。

【００１４】そこで、最高階調を表現する駆動電圧を上
昇させ、かつ最低階調を表現する駆動電圧を低下させ
る。こうしてこの液晶表示素子が表現する画像自体のコ
ントラスト比を、外部の光の照射によって低下するコン
トラスト比の低下分だけあらかじめ大きくしておけば、
最終的には見かけ上の画像のコントラスト比は光が照射
されていないときと同じレベルになる。こうして見かけ
上のコントラスト比の低下を解消することができる。

【００１５】このように液晶印加電圧を制御する一方、
前述の第１の検出手段および第２の検出手段により検出
された光の照度に基づいて、バックライトの光量を制御
することもできる。この場合、バックライトの光量の制
御によって表示画像全体の明るさが制御される。即ち、
外部の光によって全体的に高階調となった（白っぽくな
った）見かけ上の表示画像の階調を抑えて、見易くする
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の液晶表示装置の実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の液晶表示装置を示すブロッ
ク図である。この液晶表示装置は、第１の受光素子１お
よび第２の受光素子２が配設された液晶表示素子３と、
照度比算出部４と、制御部５と、駆動回路６と、バック
ライト７と、バックライト給電部８とを有している。

【００１８】液晶表示素子３は、ＴＦＴアクティブマト
リックス型の液晶表示素子である。この液晶表示素子３
は、図２にその表示パネル部分の外観を示すように、ベ
ースとなる絶縁性基板３１と、カラーフィルタが配設さ
れた対向基板３３と、これら2枚の基板間に封入される
液晶組成物とからその主要部が構成されている。特に、
液晶組成物としては、動的散乱モードのもの、あるいは
ポリマー分散型などの散乱モードで表示を行なうものを
用いる。

【００１９】表示領域３５にはマトリックス状に画素が
配列され、各画素にはアモルファスシリコンＴＦＴスイ
ッチング素子が接続している。

【００２０】その表示領域３５の外周には表示に直接に
は関与しない非表示領域３６が配置され、その一隅には
最高階調を表現する最高駆動電圧が常に印加される部
分、即ち常時高階調部分３７と、最低階調を表現する最
低駆動電圧が常に印加される領域、即ち常時低階調部分
３８とが配設されている。

【００２１】さらに常時高階調部分３７の上には、第１
の検出手段としての第１の受光素子１が、また常時低階
調部分３８の上には、第２の検出手段としての第２の受
光素子２が配設されている。この第１の受光素子１およ
び第２の受光素子２によって常時高階調部分３７の照度
および常時低階調部分３８の照度を検出する。

【００２２】図３は本発明の液晶表示装置に用いられる
液晶表示素子の表示パネル部分の画素、ＴＦＴスイッチ
ング素子および受光素子の構造を示す断面図、図４はそ
の受光素子の平面図である。

【００２３】絶縁性基板３１をベースとして、その上に
第１の層としてモリブデン（Ｍｏ）などの導電性金属材
料からなる、ＴＦＴスイッチング素子４１のゲート電極
４２および第１、第２の受光素子の下地電極４３、４４
が形成されている。

【００２４】その上層に第２の層として、酸化硅素（Ｓ
ｉＯx ）または窒化硅素（ＳｉＮx））等からなるＴＦ
Ｔスイッチング素子のゲート絶縁膜４５が形成されてい
る。

【００２５】その上層に第３の層として、不純物無添加
のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉからなる、ＴＦＴス
イッチング素子の活性層４６および第１、第２の受光素
子の活性層４７、４８が形成されている。この第１、第
２の受光素子の活性層４７、４８はそれぞれ下地電極４
３、４４に接続されている。

【００２６】その上層に第４の層として、ｎ型のａ−Ｓ
ｉからなる、ＴＦＴスイッチング素子のオーミックコン
タクト層４９および第１、第２の受光素子のオーミック
コンタクト層５０、５１が形成されている。

【００２７】さらにその上層に第５の層として、ＩＴＯ
からなる、ＴＦＴスイッチング素子に接続される透明画
素電極５２および第１、第２の受光素子の上側電極５
３、５４が形成されている。この第１、第２の受光素子
の上側電極５３、５４は、その活性層４７、４８の全面
を覆うように配設される。

【００２８】そして第６の層として、ＴＦＴスイッチン
グ素子のオーミックコンタクト層４９の上層にソース電
極５５およびドレイン電極５６がアルミニウム（Ａｌ）
などの導電性の金属材料から形成されている。

【００２９】一方、対向基板３３には、各画素に対向す
るようにカラーフィルタ５７が配設され、その各画素ご
との周囲を囲むようにブラックマトリックス５８が配設
されている。そしてその上層には、ＩＴＯからなる一面
ベタの共通対向電極５９が形成されており、また前述の
第１の受光素子１に対向する位置に、ＩＴＯからなる常
時高階調電極６０が配置されている。

【００３０】この常時高階調電極６０には、液晶印加電
圧のうち最高階調を表現する最高電圧が常に交流で印加
され、第１の受光素子１の上側電極５３には直流電圧が
印加される。即ちこの部分が常時高階調部分３７とな
る。そして第１の受光素子１がこの常時高階調部分３７
の照度を検出する。

【００３１】一方、第２の受光素子２に対向する位置に
は、そのような対向電極を配置しない。従ってこの部分
には、液晶駆動電圧は常に印加されないので、常に最低
階調が表現される。即ちこの部分が常時低階調部分３８
となる。そして第２の受光素子２が、この常時低階調部
分３８の照度を検出する。

【００３２】このように、本発明の液晶表示装置に用い
られる液晶表示素子３の表示パネル部分は、ＴＦＴスイ
ッチング素子４１と第１、第２の受光素子１、２とが同
様の層構造を有するので、ＴＦＴスイッチング素子４１
と第１、第２の受光素子１、２とを別々に形成するので
はなく同時に、第１の層、第２の層の順に一層ずつフォ
トファブリケーションによって積層して形成することが
できる。従って、このような構造を有する液晶表示素子
３は、既存の液晶表示素子の製造方法がほぼそのまま適
用できるのでその製造方法は簡易であり、製造コストも
低廉なものとすることができる。

【００３３】また、第１および第２の受光素子は液晶表
示素子の一画素程度の小ささでその表示パネル内に作り
込まれているので、薄型で軽量かつ低消費電力であると
いう液晶表示装置の特長を損なうことがない。また、表
示パネルの外部にセンサーなどを別に設けていないの
で、装置全体の構造も簡易なものとなっている。

【００３４】照度比算出部４は、第１の検知回路６１、
第２の検知回路６２、差動アンプ６３からその主要部が
構成されている。

【００３５】第１の検知回路６１は、前述の第１の受光
素子１の出力信号を検知して常時高階調部分３７の照度
を算出し、それを差動アンプ６３に送出する。また第２
の検知回路６２は、前述の第２の受光素子２の出力信号
を検知して常時低階調部分３８の照度を算出し、それを
差動アンプ６３に送出する。

【００３６】差動アンプ６３は、第１の検知回路６１に
より検知された常時高階調部分３７の照度の値と第２の
検知回路６２により検知された常時低階調部分３８の照
度の値とを比較して、その照度比を算出し、それを制御
部５へ送出する。

【００３７】制御部５は、基準値記憶回路６４と、比較
回路６５と、制御回路６６とでその主要部が構成されて
おり、前述の差動アンプ６３から送出された照度比に基
づいて駆動回路６の液晶印加電圧を制御して表示画像の
階調を制御するとともに、バックライト給電部８の給電
を制御してその光量を制御する。

【００３８】この制御部５において、比較回路６５は、
差動アンプ６３により算出され送出された常時高階調部
分３７の照度と常時低階調部分３８の照度との照度比、
即ち表示画像の見かけ上の最大コントラスト比の値を、
基準値記憶回路６４にあらかじめ記憶されている基準値
と比較する。そしてその基準値と表示画像の見かけ上の
最大コントラスト比の値との差を算出する。そして制御
回路６６は、比較回路６５で算出された上述のような差
の値に対応して駆動回路６の印加電圧を制御し、表示画
像の見かけ上のコントラスト比を補償する。またその一
方でバックライト給電部８の給電を制御してその光量を
制御する。この制御回路６６は、表示画像の見かけ上の
最大コントラスト比と基準値との差が大きくなるにした
がって、即ち表示画像の見かけ上の最大コントラスト比
が低下するにしたがって、最高階調を表現する電圧と最
低階調を表現する電圧との差を大きくし、かつその間の
中間階調を表現する電圧間の差を大きくとるように、駆
動回路６が液晶に印加する階調表現電圧を制御する。

【００３９】このように階調を表現する電圧を変化させ
るように設定しておけば、表示画像の見かけ上の最大コ
ントラスト比が低下しても、それに対応して液晶表示素
子に印加される最高階調を表現する電圧を上昇させて最
高階調を高くするとともに最低階調を表現する電圧を降
下させて最低階調を低くして液晶表示素子の最大コント
ラスト比を高めることで、その見かけ上の最大コントラ
スト比の低下を補償することができる。

【００４０】駆動回路６は、装置の外部から入力される
画像信号に基づいて液晶表示素子３に駆動電圧を印加
し、液晶表示素子３を駆動させる。そしてこの駆動回路
６の最高階調を表現する駆動電圧、最低階調を表現する
駆動電圧およびその中間の中間階調を表現する駆動電圧
は、前述の制御部５により制御されて、外部から光が照
射されても見かけ上のコントラスト比が低下しないよう
に、常に表示画像のコントラスト比を補償しながら画像
を表示する。

【００４１】バックライト７は、一般的な光透過型の液
晶表示装置のバックライトのように、液晶表示素子３の
表示パネルの背面に設置されて、表示パネルに透過光を
供給する。

【００４２】バックライト給電部８は、そのバックライ
ト７に電力を供給する。このバックライト給電部８が制
御部５によりその給電を制御されることで、そのバック
ライト７の光量が制御される。このように外部の光の照
射量に対応してバックライト給電部８を制御しバックラ
イト７の光量を低減させることで表示画像全体の明るさ
を抑え、またその見かけ上のコントラスト比の低下を補
償する。

【００４３】このような構成を有する本発明の液晶表示
装置と従来の液晶表示装置とにテストパターンを表示さ
せて、外部からの光の照度と表示画像の見かけ上のコン
トラスト比との相関関係を測定した。

【００４４】その結果、従来の液晶表示装置では、図５
（ｂ）に示すように、外部からの光の照度の変化に対し
てその見かけ上のコントラスト比は大きく低下している
が、本発明の液晶表示装置では、図５（ａ）に示すよう
に、外部からの光の照度の変化に対して見かけ上のコン
トラスト比はほとんど変化することなく、明瞭な表示画
像が保たれることが確認された。また図５（ａ）、図５
（ｂ）において、破線により示したグラフは表示パネル
に反射防止膜が配設されていないときの見かけ上のコン
トラスト比を、また実線により示したグラフは反射防止
膜が配設されているときの見かけ上のコントラスト比を
示している。このようなグラフを比較して明らかなよう
に、本発明の液晶表示装置の表示パネルに反射防止膜を
配設したとき、見かけ上のコントラスト比の低下をさら
に小さなものに抑制することができることが確認され
た。

【００４５】このように、本発明の液晶表示装置は、外
部からの光の照度の変化に対して見かけ上のコントラス
ト比がほとんど変化することなく、その表示画像の質を
良好に保つことができる。

【００４６】なお、本実施例では第１、第２の受光素子
を、図２に示すように表示パネルの一隅に 1組だけ配置
しているが、受光素子の配置の形態はこれに限定しな
い。例えば表示パネルの四隅に各 1組ずつ配置する、あ
るいは表示パネルの上下に各 1組ずつ配置するなどして
もよい。そしてこのように複数組の受光素子を用いる場
合には、これらの受光素子の組から検出される複数の照
度比の平均値を算出する、またはそれらの合計をとる、
あるいは受光素子の複数の各組ごとに重みをつけて加重
平均をとるなどして、その値に基づいて駆動回路やバッ
クライト給電部を制御する。

【００４７】特に本発明の液晶表示装置を自動車のイン
ストルメントパネルや航空機のコックピットに用いるよ
うな場合では、概して表示パネルの下方に外部の光が照
射されやすく、表示パネルの上下で照度が大きく異なる
ために、上記のように受光素子を表示パネルの上下に各
1組ずつ配置するなどして、それらが検出する照度比の
加重平均値をとり、それに基づいて駆動回路やバックラ
イト給電部を制御することが望ましい。

【００４８】また、本実施例では、液晶表示素子として
ＴＦＴスイッチング素子を有するアクティブマトリック
ス型液晶表示素子を用いたが、液晶表示素子としてはこ
れだけには限定しない。ＭＩＭ素子などの非線形抵抗素
子をスイッチング素子として用いたアクティブマトリッ
クス型液晶表示素子や、単純マトリックス型の液晶表示
素子を用いて、その表示パネルに上述したような受光素
子を配設することもできる。

【００４９】また受光素子の材質も、本実施例では活性
層にａ−Ｓｉを用いているが、これ以外にも光導電性の
良いＣｄＳやＣｄＳｅなどを用いることもできる。

【００５０】また液晶組成物として捩じれネマティック
モードのものなどを用いる場合には、前記の受光素子を
表示側の（バックライト側とは反対側の）偏光板の外側
に配設すればよい。

【００５１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
液晶表示装置は、外部からの光の照射による表示画像の
見かけ上のコントラスト比が低下することなく常に明瞭
な画像を表示することができ、かつ薄型、軽量で製造工
程の簡易な液晶表示装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の液晶表示装置の表示パネルの外観を示
す図。

【図３】本発明の液晶表示装置の表示パネルの一部省略
断面図。

【図４】本発明の液晶表示装置の受光素子部分の構成を
示す平面図。

【図５】本発明の液晶表示装置および従来の液晶表示装
置において、外部からの光の照度の変化に対して変化す
る表示画像の見かけ上のコントラスト比を示すグラフ。

【符号の説明】

１…第１の受光素子 ２…第２の受光素子 ３…液晶表示素子 ４…照度比算出部 ５…制御部 ６…駆動回路 ７…バックライト ８…バックライト給電部 ６１…第１の検知回路 ６２…第２の検知回路 ６３…差動アンプ ６４…基準値記憶回路 ６５…比較回路 ６６…制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示素子と前記液晶表示素子に階調
   を表現する駆動電圧を印加する駆動回路とを有する液晶
   表示装置において、 前記階調を表現する駆動電圧のうちの最高階調を表現す
   る駆動電圧が常に印加される領域と最低階調を表現する
   駆動電圧が常に印加される領域とを有し、前記最高階調
   を表現する駆動電圧が常に印加される領域の光の照度を
   検出する第１の検出手段と前記最低階調を表現する駆動
   電圧が常に印加される領域の光の照度を検出する第２の
   検出手段とが配設された液晶表示素子と、 前記第１の検出手段により検出された光の照度と前記第
   ２の検出手段により検出された光の照度との比を算出す
   る照度比算出手段と、 前記照度比算出手段により算出された照度比に基づい
   て、前記駆動回路の液晶印加電圧を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする液晶表示装置。