JPH1126183A - 液晶ディスプレイ用調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用環境に合わせた視認性が得られるよう、
液晶ディスプレイのパネル面の明るさと周囲光の明るさ
を常に相対的な最適関係に自動調整する。 【解決手段】 周囲光の明るさと画面輝度との差分をコ
ンパレータ１２に供給し、一定の繰り返し周期をもった
三角波をパルス幅変調し、パルス幅変調された調光信号
により液晶ディスプレイのバックライトである蛍光管２
を輝度制御する。周囲光の明るさと画面輝度の差分を常
に一定に保つことで、様々な環境下で液晶ディスプレイ
の視認性を最適化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周囲光の明るさと
調光入力に応じてバックライトを輝度制御できるように
した液晶ディスプレイ用調光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルは、電気エネルギを光に変換
する自発光素子でないため、液晶パネルを表示手段とす
る液晶ディスプレイは、液晶パネル後方から照明を当て
て画面輝度を稼ぐ必要がある。一般の液晶ディスプレイ
は、小型で効率の高い冷陰極蛍光管からなるバックライ
トを拡散板と反射板の間に装着し、これを面光源として
液晶パネル背面側から照明するのが普通である。従っ
て、液晶ディスプレイの調光はバックライトの調光を意
味する。

【０００３】図３に示す液晶ディスプレイ用調光装置１
は、周囲光の明るさに応じて蛍光管２の輝度が自動調整
されるようにしたものであり、周囲光の明るさを検出す
る周囲光検出フォトセンサ３が組み込んである。この周
囲光検出フォトセンサ３には、センサ出力を電圧或いは
電流等の電気信号に変換するフォトセンサ回路４が接続
してあり、このフォトセンサ回路４が出力する周囲光に
応じた直流電圧信号が調光制御回路５に供給される。調
光制御回路５は、フォトセンサ回路４から供給される直
流電圧信号を所定周期の三角波と比較し、入力の直流電
圧値に応じて矩形波の高電位レベルと低電位レベルの信
号期間比（デューティ）が変化するパルス幅変調出力
を、調光信号としてインバータ６に供給する。インバー
タ６は、調光制御回路５からの調光信号を受け、調光信
号に応じた周期及び電圧の交流電圧を発生し、これを蛍
光管２に印加して点灯駆動する。インバータ６は、調光
制御回路５の出力が高電位レベルの時に動作し、低電位
レベルの時は動作停止するため、調光制御回路５の出力
デューティに応じてインバータ６が間欠動作を行い、蛍
光管２の輝度が調節される。本例の場合、液晶ディスプ
レイの周囲が明るくなればなるほど、バックライトであ
る蛍光管２の輝度もこれに追随して明るくなり、周囲光
に負けない視認性が得られるようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、白熱電球や高
圧放電灯に比べ、周囲温度による光束変動は蛍光管が最
も著しく、これは管内の水銀蒸気圧が周囲温度に応じて
変化することが最大の原因とされている。一般の蛍光管
は、例えば周囲温度が２０℃のときに光束が最大となる
ように設計されるのが普通であり、実用的に使用範囲は
５〜３０℃であると言われている。このため、冬季の寒
冷地などで使用する場合は十分な保温対策が要求される
が、車両の移動とともに使用環境が大きく変わる場合の
ある車載液晶ディスプレイの場合、例えば寒冷地にいく
ほど蛍光管２の輝度が低下するために、液晶ディスプレ
イの表示輝度が低下しやすく、温暖地において使用する
場合と比較したときに、表示が暗くて見づらくなるとい
った課題があった。一方また、寒冷地とは逆に熱帯地に
あっては、温暖地に比べ蛍光管２の輝度が高くなるた
め、特に夜間などは表示が明るすぎて眩しく感ずるなど
の課題を抱えるものであった。

【０００５】また、従来の液晶ディスプレイ用調光装置
１は、周囲光の明暗に適応した輝度調整はなされるが、
蛍光管２の輝度が周囲温度の影響を受けて変化したとき
に、インバータ６の動作モードを手動で切り替え、例え
ば二段階程度に輝度調整することはできたが、ユーザの
嗜好に合わせたきめ細かな輝度制御は行えず、従って使
用環境に応じた最適の視認性を確保するのが困難である
等の課題があった。

【０００６】また、特開平７−６４０５７号「液晶表示
装置」には、バックライトの発光特性が経時変化するこ
とと、液晶パネルの透光率特性のもた経時変化すること
を踏まえ、バックライトと液晶の特性を独立してモニタ
し、交換時期を判定するようにした装置が開示されてお
り、またこの装置の前提技術として、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し、
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にした装置が開示
されている。

【０００７】後者の装置は、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に比べて、見
ている対象とその背景の輝度対比が何倍に相当するかと
いう比率を表す可視度が一定値をとるよう、画面輝度と
輝度レベル設定信号とから最適輝度を決定し、バックラ
イト輝度と液晶透光率を可変制御するようにしたもので
ある。しかしながら、周囲光受光部が演算する可視度
は、暗部発光輝度や画面輝度或いは等価光幕輝度やコン
トラストといった多数のパラメータに基づいて算出され
る値であり、その演算は非常に複雑であり、また画面輝
度域の目標設定に用いる可視度の閾値も、７〜１０の範
囲から随意選択されるなど、選択余地が大きいだけに制
御モードの決定も必然性を欠きやすく、画面の周囲が明
るいときのバックライトの輝度低下を抑制したり、その
逆に画面の周囲が暗いときのバックライトの輝度増加を
抑制したりする改善効果はあるものの、照明環境の変化
に対応する表示画面の視認性を常に最良の状態で確保で
きないといった課題を抱えるものであった。これは、バ
ックライトの延命と節電を図った上で視認性を確保する
ことからくる技術的な限界であることは明らかであっ
た。

【０００８】本発明は、上記課題を解決したものであ
り、使用環境に合わせた視認性が得られるよう、液晶デ
ィスプレイのパネル面の明るさと周囲光の明るさを常に
相対的な最適関係に自動調整する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、周囲光の明るさを検出し、ほぼ線形変換
された直流信号を出力する周囲光検出手段と、液晶ディ
スプレイの画面の明るさを検出し、ほぼ線形変換された
直流信号を出力する画面輝度検出手段と、該画面輝度検
出手段の検出出力と前記周囲光検出手段の検出出力との
差分をとる差分演算手段と、一定の繰り返し周期をもっ
た三角波を生成する三角波発生回路と、前記三角波と前
記差分演算手段の出力をレベル比較し、パルス幅変調さ
れた調光信号を出力するコンパレータと、該コンパレー
タの出力調光信号により、液晶ディスプレイのバックラ
イトを輝度制御する輝度制御手段とを具備することを特
徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、前記バックライトが、蛍
光管であり、前記輝度制御手段が、前記パルス幅変調さ
れた調光信号が一方の電位をとる期間だけ前記蛍光管に
高周波の駆動信号を印加するインバータであることを特
徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１，
２を参照して説明する。図１は、本発明の液晶ディスプ
レイ用調光装置の一実施形態を示すブロック構成図、図
２は、周囲光の明るさが変化した場合の図１に示した装
置各部の信号波形図である。

【００１２】図１に示した液晶ディスプレイ用調光装置
１１は、従来装置１に用いていたＰＷＭ方式調光制御回
路５内のコンパレータ１２に供給する信号を、周囲光の
明るさと画面輝度の両方に応じて可変されるようにし、
周囲光の明るさと画面輝度との差分が常に一定に保たれ
るよう制御する構成としたものである。具体的には、周
囲光の明るさを検出してほぼ線形変換された直流信号を
発する周囲光検出フォトセンサ３の外に、液晶ディスプ
レイの画面の明るさを検出してほぼ線形変換された直流
信号を出力する画面輝度検出フォトセンサ１３が設けて
ある。画面輝度検出フォトセンサ１３には、周囲光検出
フォトセンサ３に接続したフォトセンサ回路４と同じ
く、センサ出力を電圧或いは電流等の電気信号に変換す
るフォトセンサ回路１４が接続してある。これらのフォ
トセンサ回路４，１４には減算回路１５が接続してあ
り、この減算回路１５において周囲光の明るさと画面輝
度との差分が演算される。

【００１３】減算回路１５は、コンパレータ１２の一方
の入力端子に接続されており、コンパレータ１２の他方
の入力端子には三角波発生回路１６が接続されている。
三角波発生回路１６は、一定の繰り返し周期をもった三
角波をコンパレータ１２に供給するため、コンパレータ
１２はこの三角波と減算回路１５の出力をレベル比較
し、パルス幅変調された調光信号を出力する。輝度制御
手段であるインバータ６は、コンパレータ１２の出力調
光信号を受け、液晶ディスプレイのバックライトである
蛍光管２を輝度制御する。

【００１４】本実施形態では、三角波の繰り返し周期は
設計段階において所定の周期（設計値）に固定されるた
め、コンパレータ１２から得られる調光信号は、周囲光
の明るさと画面輝度との差分の大きさに対応して矩形波
の高電位レベルと低電位レベルの信号期間比（デューテ
ィ）が変化するパルス幅変調出力となる。すなわち、こ
のパルス幅変調出力が調光信号としてインバータ６に供
給される。インバータ６は、コンパレータ１２から上記
パルス幅変調調光信号の供給を受け、この調光信号が高
電位をとる期間にだけ、高周波の交流電圧を駆動信号と
して蛍光管２に印加し、液晶ディスプレイのバックライ
トである蛍光管２を点灯駆動することになる。

【００１５】ところで、蛍光管２の輝度が一定である状
態において、周囲光の明るさが図２（Ａ）に示したよう
に、ある時点でステップ状に低下したとする。この場
合、フォトセンサ回路４の出力波形は、図２（Ｂ）に示
したように、ステップ的に変化する。すなわち、フォト
センサ回路４の出力は、周囲光の輝度変化とは逆極性の
変化を示すが、この変化は周囲光に対して線形の関係に
あれば極性は問わないものである。従って、図２
（Ａ），（Ｂ）に示す波形は互いに同極性で変化する関
係にあってもよい。

【００１６】蛍光管２の画面輝度は、図２（Ｃ）に示し
たように、当初は一定であり、画面輝度検出フォトセン
サ１３に接続されたフォトセンサ回路１４の出力も、図
２（Ｄ）に示したように、当初は一定である。このた
め、減算回路１５の出力波形は、周囲光の明るさの変化
に対応して、図２（Ｅ）に示したように、若干ステップ
アップする。その結果、コンパレータ１２には、図２
（Ｆ）に実線で示した三角波と一点鎖線で示した差分出
力の２つの信号波形が入力される。この場合、両信号波
形を重ね合わせたときの両波形線が交差する部分が、コ
ンパレータ１２の出力が高電位レベルから低電位レベル
へと変化する立ち下がりのポイント、或いは低電位レベ
ルから高電位レベルへと変化する立ち上がりのポイント
となる。

【００１７】このため、コンパレータ１２の出力波形
は、図２（Ｇ）に示したように、液晶ディスプレイ周囲
の明るさが暗くなった時点を境に、高電位レベル期間の
割合が低電位レベル期間の割合よりも減少する。インバ
ータ６は、図２（Ｈ）に示したように、コンパレータ１
２の出力が高電位レベルであるときにだけ高周波の交流
電圧を蛍光管２に印加するため、蛍光管２の画面輝度は
周囲光の明るさの低下に合わせて低下する。

【００１８】蛍光管２の画面輝度が低下すると、この輝
度低下に伴い画面輝度検出フォトセンサ１３の出力も低
下する。その結果、フォトセンサ回路１４の出力が、図
２（Ｄ）に示したように、若干ステップアップする。こ
のため、減算回路１５の減算出力は若干低下し、コンパ
レータ１２の出力は蛍光管２の輝度低下を抑制する方向
に変化する。かくして、画面輝度の低下が輝度低下を抑
制する制御を招くといった循環的な制御の揺り返しが継
続的に行われ、最終的には減算回路１５の出力波形は安
定値に漸近し、コンパレータ１２の出力波形も安定値に
落ち着く。かくして、蛍光管２の輝度は、周囲光の明る
さに対し画面輝度とが相対的に一定の差分関係にある安
定した状態に落ち着き、周囲光の明るさの変化によらず
最適の視認性が確保される。

【００１９】このように、上記液晶ディスプレイ用調光
装置１１によれば、周囲光の明るさと画面輝度との差分
をコンパレータ１２に供給し、一定の繰り返し周期をも
った三角波をパルス幅変調し、パルス幅変調された調光
信号により液晶ディスプレイのバックライトである蛍光
管２を輝度制御する構成としたから、周囲光の明るさと
画面輝度の差分を常に一定に保つことができ、周囲光の
明るさが低下すれば、これに合わせて蛍光管２の輝度も
自動的に低下し、またその逆に周囲光の明るさが増せ
ば、これに合わせて蛍光管２の輝度が自動的に増大する
というように、周囲光に応じて自動的に画面輝度を制御
することができる。また、周囲光が変化しない場合で
も、周囲温度の影響で画面輝度が変化しようとしたとき
は自律的な画面輝度制御が行われるため、例えば液晶デ
ィスプレイのパネル面の明るさが温暖地に比べ暗くなり
やすい寒冷地にあっても、周囲光の明るさに合わせた最
適輝度を得て、温暖地と同等の視認性を得ることがで
き、一方またパネル面の明るさが温暖地に比べて明るく
なりやすい熱帯地にあっても、周囲光の明るさに合わせ
た最適輝度を得て、温暖地と同等の視認性を得ることが
でき、これにより様々な温度環境下での使用が考えられ
る車載用液晶ディスプレイに安心して適用することがで
きる。また、その場合には、常に一定の視認性を得るこ
とができ、しかも周囲光入力と画面輝度入力の２入力を
減算回路１５において減算して一元化した信号に基づい
てバックライトの輝度制御が行われるため、回路構成を
簡単化して製造コストを抑えることができる。

【００２０】また、バックライトを蛍光管２で構成し、
輝度制御手段を、パルス幅変調された調光信号が一方の
電位をとる期間だけ蛍光管２に高周波の駆動信号を印加
するインバータ６で構成したから、コンパレータ１２か
ら得られるパルス幅変調された調光信号によりインバー
タ６を間欠動作させ、間欠動作期間の長短に応じて蛍光
管２の発光量を可変することができ、これにより周囲光
の明るさと画面輝度に応じてバックライトの輝度を簡単
かつ確実に輝度制御することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周囲光の明るさと画面輝度との差分をコンパレータに供
給し、一定の繰り返し周期をもった三角波をパルス幅変
調し、パルス幅変調された調光信号により液晶ディスプ
レイのバックライトを輝度制御する構成としたから、周
囲光の明るさと画面輝度の差分を常に一定に保つことが
でき、周囲光の明るさが低下すれば、これに合わせてバ
ックライトの輝度も自動的に低下し、またその逆に周囲
光の明るさが増せば、これに合わせてバックライトの輝
度が自動的に増大するというように、周囲光に応じて自
動的に画面輝度を制御することができ、また周囲光が変
化しない場合でも、周囲温度の影響で画面輝度が変化し
ようとしたときは自律的な画面輝度制御が行われるた
め、例えば液晶ディスプレイのパネル面の明るさが温暖
地に比べ暗くなりやすい寒冷地にあっても、周囲光の明
るさに合わせた最適輝度を得て、温暖地と同等の視認性
を得ることができ、一方またパネル面の明るさが温暖地
に比べて明るくなりやすい熱帯地にあっても、周囲光の
明るさに合わせた最適輝度を得て、温暖地と同等の視認
性を得ることができ、これにより様々な温度環境下での
使用が考えられる車載用液晶ディスプレイに安心して適
用することができ、その場合には常に一定の視認性を得
ることができ、しかも周囲光入力と画面輝度入力の２入
力を減算回路において減算して一元化した信号に基づい
てバックライトの輝度制御が行われるため、回路構成を
簡単化して製造コストを抑えることができる等の優れた
効果を奏する。

【００２２】また、本発明は、バックライトを蛍光管と
し、輝度制御手段を、前記パルス幅変調された調光信号
が一方の電位をとる期間だけ前記蛍光管に高周波の駆動
信号を印加するインバータとしたから、コンパレータか
ら得られるパルス幅変調された調光信号によりインバー
タを間欠動作させ、間欠動作期間の長短に応じて蛍光管
の発光量を可変することができ、これにより周囲光の明
るさと画面輝度に応じてバックライトの輝度を簡単かつ
確実に輝度制御することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶ディスプレイ用調光装置の一実施
形態を示すブロック構成図である。

【図２】周囲光の明るさが変化した場合の図１に示した
装置各部の信号波形図である。

【図３】従来の液晶ディスプレイ用調光装置の一例を示
すブロック構成図である。

【符号の説明】

２ バックライト（蛍光管） ３ 周囲光検出フォトセンサ ４ フォトセンサ回路 ６ 輝度制御手段（インバータ） １１ 液晶ディスプレイ用調光装置 １２ コンパレータ １３ 画面輝度検出センサ １４ フォトセンサ回路 １５ 差分演算手段（減算回路） １６ 三角波発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周囲光の明るさを検出し、ほぼ線形変換
   された直流信号を出力する周囲光検出手段と、液晶ディ
   スプレイの画面の明るさを検出し、ほぼ線形変換された
   直流信号を出力する画面輝度検出手段と、該画面輝度検
   出手段の検出出力と前記周囲光検出手段の検出出力との
   差分をとる差分演算手段と、一定の繰り返し周期をもっ
   た三角波を生成する三角波発生回路と、前記三角波と前
   記差分演算手段の出力をレベル比較し、パルス幅変調さ
   れた調光信号を出力するコンパレータと、該コンパレー
   タの出力調光信号により、液晶ディスプレイのバックラ
   イトを輝度制御する輝度制御手段とを具備することを特
   徴とする液晶ディスプレイ用調光装置。
2. 【請求項２】 前記バックライトは、蛍光管であり、前
   記輝度制御手段は、前記パルス幅変調された調光信号が
   一方の電位をとる期間だけ前記蛍光管に高周波の駆動信
   号を印加するインバータであることを特徴とする請求項
   １記載の液晶ディスプレイ用調光装置。