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【発明の名称】 集光機構付液晶表示装置
【発明者】 【氏名】▲らい▼ 泰樹

【氏名】上原 久夫

【氏名】丸下 裕

【氏名】清水 真

【氏名】北川 誠

【氏名】筒井 雄介
【要約】 【課題】集光機構付ＬＣＤにおいて、外光量に無関係に高輝度の表示画面を得る。

【解決手段】バックライト4のON/OFFを切り換える制御信号S/Wが、バックライト4に供給されると共に、輝度調整回路5にも供給される。バックライト4の点灯時には、原色信号レベルが上げられ、ＬＣＤパネル3の透過率が全体に上昇する。バックライト4が必要な暗い環境下においても輝度が高められ、明るい表示画面が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一対の基板の対向面に形成された液晶駆動用の電極に電圧を印加して液晶の透過率を制御することにより表示を行う液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に置かれ、外光を採り入れる集光部及び光を発する光源を備え前記液晶表示パネルに光を照射する照光部と、を有する集光機構付液晶表示装置において、前記光源の点灯／非点灯の切り換えに連動して液晶への印加電圧範囲が変化することを特徴とする集光機構付液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集光機構を備えた液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＣＤは、透明な基板上に透明な電極を形成した電極基板間に液晶を封入して構成される。液晶は電気光学的に異方性を有しているので、電極間に所望の電圧を印加して液晶に電界を形成することにより、液晶は電界強度に従った光学特性を示す。この性質を利用し、画素毎に異なる電圧を印加せしめる構成とすることにより、所望の輝度を呈した画素の集合体として、表示画像が作成される。このようにＬＣＤは、電圧制御により表示画像が作成され、小型、薄型、低消費電力などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が進んでいる。特に、携帯ＴＶ、ハンディビデオカメラ等においてモニターとして用いられる場合には、屋外で使用することが多く、豊富な外光を利用して表示画面の可視化を図ることで総消費電力を大幅に低減したものが開発されている。
【０００３】図９はこのようなＬＣＤの側断面図である。（１００）はＬＣＤパネル、（２００）は導光板、（２０１）は拡散板、（２０２）はレンズシート、（２０３）は反射板、（３００）は集光レンズ、（４００）は光源、（５００）は、これらのユニットを保持する筐体である。光源（４００）は、背後にリフレクタ（４０１）を配した蛍光ランプ、導光板（２００）はアクリル樹脂等が用いられる。拡散板（２０１）及び反射板（２０３）は、各々導光板（２００）の前面及び背面に設けられているが、導光板（２００）に拡散加工及び乱反射加工を施して一体化したものでも良い。これら導光板（２００）、拡散板（２０１）、レンズシート（２０２）、反射板（２０３）、集光レンズ（３００）及び光源（４００）は、照光部であるバックライトを構成している。集光レンズ（３００）は、導光板（２００）と別体のレンズ、あるいは、導光板（２００）と一体でレンズ加工されたものが用いられる。また、筐体（５００）には、採光用の窓（５０１）が開けられ、集光レンズ（３００）が外部へ覗くようになっている。
【０００４】光源（３００）から発せられた光、あるいは、集光レンズ（４００）より採り入れられた光は、導光板（２００）に伝えられ、その前面にある拡散板（２０１）にて拡散されるとともに、背面にある反射板（２０３）にて乱反射される。反射板（２０３）にて反射された光は、導光板（２００）を進んで拡散板（２０１）に達し、拡散される。拡散板（２０１）にて拡散された光は、一部が、レンズシート（２０２）にて法線方向に向けられ、ＬＣＤパネル（２００）へ垂直に照射される。残りは、再び、導光板（２００）へ戻され、反射板（２０３）にて反射される。このように、光源（４００）あるいは集光レンズ（３００）より導光版（２００）へ導入された光は、拡散板（２０１）と反射板（２０３）間を往復しながら減衰して、平行方向に進んでいく。ＬＣＤパネル（１００）は、自身で発光することができず、このように背後より照光を行うことにより、所望の透過率に制御され、認識可能な前段階にされた表示画面が透過光の分布として可視化される。
【０００５】この構成では、晴れの屋外のような外光が豊富な環境では、光源（４００）を消灯して、集光レンズ（３００）からの光のみによって照光を行い、屋内等、外光が不十分な状態下では、光源（４００）を点灯することで明るい表示画面を得るといった使い方が可能となる。従って、消費電力の大きな光源（４００）の使用頻度が低下するので、総消費電力が低減される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＬＣＤパネル（１００）へ供給される液晶駆動信号電圧は、外光量が変化しても不変であった。ＬＣＤパネル（１００）の表示輝度は、液晶の透過率とバックライトの照度によって決定する。また、外光量が少ない環境下では、光源（４００）を点灯することにより、表面輝度を補っていた。このため、十分な輝度を得るには、光源（４００）の光量を多くする必要があり、消費電力を十分に低減することができなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解決するために成され、一対の基板の対向面に形成された液晶駆動用の電極に電圧を印加して液晶の透過率を制御することにより表示を行う液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に置かれ、外光を採り入れる集光部及び光を発する光源を備え前記液晶表示パネルに光を照射する照光部と、を有する集光機構付液晶表示装置において、前記光源の点灯／非点灯の切り換えに連動して液晶への印加電圧範囲が変わる構成である。
【０００８】これにより、外光量の増減に応じて光源の点灯／非点灯を切り換えると、これに連動して、輝度レベルが変えられる。従って、外部環境に応じて自動的に適切な設定が行われるので、常に、明るい表示画面が得られる。更に、光源の光量を減らすことができ、消費電力が低減される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の集光機構付ＬＣＤの駆動方法を実現する第１の実施の形態にかかるＬＣＤのブロック図である。外部から受けた映像信号を処理する信号処理回路（１）、映像信号よりＬＣＤ用の原画信号を作成する反転増幅回路（２）、ＬＣＤパネル（３）、バックライト（４）、及び、本発明にかかる輝度調整回路（５）からなる。ＬＣＤパネル（３）及びバックライト（４）は図９に示す集光機構付ＬＣＤである。本体筐体（５００）にある不図示である、バックライト（４）のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチにつながった信号に基づく制御信号S/Wが、バックライト（４）に供給されるとともに、輝度調整回路（５）にも供給される。輝度調整回路（５）では、制御信号S/Wに基づいて、映像増幅回路（１）より送られた映像信号のレベルを変える。図２は、信号処理回路（１）及び輝度調整回路（５）の詳細なブロック図である。外部からの映像信号より輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃとを分離するＹＣ分離回路（１１）、輝度信号Ｙを処理するＹ処理回路（１２）、クロマ信号Ｃを処理するＣ処理回路（１３）、輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃより映像信号であるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号を作成するマトリクス回路（１４）、及び、マトリクス回路（１４）から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの各原色信号のレベルを変える輝度調整回路（５０）からなる。
【００１０】図３は、輝度調整回路（５０）の等価回路図である。第１のトランジスタ（５１）と抵抗（５２）からなる増幅回路、クランプレベルを決定するスイッチ（５４）、セレクタ（５５）と抵抗（５６，５７）からなるレベル調整回路、及び、コンデンサ（５３）、更に、可変抵抗（５８）を有している。なお、輝度調整回路（５０）はＲ、Ｇ、Ｂに関して同じ構成を有している。マトリクス回路（１４）から送られたＲ、ＧまたはＢの原色信号は、コンデンサ（５３）を介してトランジスタ（５１）のベースに入力される。
【００１１】一方、セレクタ（５５）の２入力端には、各々、抵抗（５６）の下端及び抵抗（５７）の下端が接続されており、セレクタ（５５）に供給された制御信号S/Wにより制御されていずれかが選択され、スイッチ（５４）を介してトランジスタ（５１）のベースに接続される。また、スイッチ（５４）はクランプ信号CLPにより切り換えられ、水平ブランキング期間中のみオンされ、この間にベースのクランプレベルが決定される。原色信号は、コンデンサ（５３）を介して、クランプレベルの上に乗せられる。従って、制御信号S/Wによりセレクタ（５５）を切換制御してベースクランプレベルを変えることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの原色信号のレベルが変えられ、トランジスタ（５１）のエミッタ出力として得られる。この原色信号は反転増幅回路（２）へ送られる。なお、抵抗（５７）は可変抵抗であり、外部の輝度調節つまみにより制御され、輝度を調節する。このように、外部の調節つまみにより手動で輝度レベルを変えるのみならず、バックライトのオン／オフに応じて、輝度レベルが自動で変化する。
【００１２】図４は、本発明の集光機構付ＬＣＤの駆動方法を示す印加電圧Ｖと透過率Ｔの関係を示している。また、図５は、輝度レベルを示している。図４（ａ）はノーマリホワイトモードの場合、図４（ｂ）はノーマリブラックモードの場合を示す。図３において、例えば、バックライトをオンすることにより、ベースバイアスが高い側に切り換えられた時、原色信号のレベルは全体に上昇する。この結果、液晶へ印加される電圧範囲がＶＲ１からＶＲ２へと変化し、透過率は全体に上昇してＴＲ１からＴＲ２になる。この時、図５に示すように、輝度は、点線で示すレベルから実線で示すレベルに全体に上昇して白レベルに近づく。
【００１３】このように、本発明は、外光量に応じてバックライト（４）の点灯／非点灯を切り換えると、これに連動して、ＬＣＤパネル（３）の輝度レベルが自動的に制御されるもので、バックライト（４）の点灯が必要となるような外光の少ない環境下においては、バックライト（４）の点灯が不要である外光の多い環境下よりも、ＬＣＤパネル（３）の輝度が高くされる。このため、バックライト（４）の照度が低下しても、明るい表示画面が得られる。このため、光源の発光量を少なくすることができ、消費電力が低減する。
【００１４】図６は、輝度調整回路（５０）の他の等価回路図である。トランジスタ（６１）、抵抗（６２，６３）及びコンデンサ（６４）よりなる。制御信号S/Wは、トランジスタ（６１）のベースに入力されて、これをオンまたはオフする。トランジスタ（６１）がオフの時は、抵抗（６３）がＡ点電圧に関わり、オンの時は、抵抗（６２，６３）とトランジスタ（１６１）内のベース・エミッタ間抵抗の合成インピーダンスがＡ点電圧に関わる。マトリックス回路（１４）からの原色信号は、コンデンサ（６４）を介してＡ点電圧上に重ねられる。従って、制御信号S/Wにより、レベル調整回路（６１，６２，６３）のインピーダンスを切り換えることにより、Ａ点電圧が上下し、ひいては、輝度レベルが変化する。
【００１５】図７は、本発明の集光機構付ＬＣＤの駆動方法を実現する第２の実施の形態にかかるＬＣＤのブロック図である。入力デジタル信号よりアナログの映像信号を作成するデータプロセッサ（７）と、ＬＣＤパネル（３）及びバックライト（４）よりなる。本実施の形態では、制御信号S/Wが、データプロセッサ回路（７）に供給されている。
【００１６】図８は、データプロセッサ回路（７）のより詳細なブロック図である。デジタル信号処理回路（７１）、第１のＤ／Ａコンバータ（７２）、及び、本発明の輝度調整回路を構成する第１の加減算回路（７３）、二値化回路（７４）、第２の加減算回路（７５）、第２のＤ／Ａコンバータ（７６）を有する。デジタルの入力データ信号は、輝度調整回路をなす第１の加減算回路（７３）に供給される。一方、制御信号S/Wは二値化回路（７４）に供給され、バックライト（４）がオンであるかオフであるかを示す、所定の振幅を有したデータが作成され、第２の加減算回路（７５）に供給される。
【００１７】これら二値のデータは一定値であり、例えばバックライト（４）の点灯時に対応する所定の値のデータと、バックライト（４）の非点灯時に対応する０データである。また、外部の輝度調節つまみにより制御される輝度調節信号B/Cが、第２のＤ／Ａコンバータ（７６）にて、輝度の調節量に応じた振幅を有するデジタルデータに変換され、第２の加減算回路（７５）に供給される。第２の加減算回路（７５）における演算結果は更に輝度調整データとして、第１の加減算回路（７３）に供給される。第１の加減算回路（７３）において、輝度調整データが入力データ信号に加算または減算され、輝度レベルの調整が行われる。そして、デジタル信号処理回路（７１）にて所定の信号処理が行われ、第１のＤ／Ａコンバータ（７２）でアナログ信号に変換されてＬＣＤパネル（３）へ送出される。このように、本発明は、調節量を示すデータにバックライトのオン／オフを示すデータを加算または減算し、この演算結果である輝度調整データを更に入力信号データに加算または減算する構成である。従って、手動で輝度レベルを変えるのみならず、バックライト（４）のオン／オフの切り換えに連動して自動的に適切な輝度レベルに設定される。
【００１８】本発明は、以上の実施の形態では、携帯ＴＶ、ハンディビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、屋外で使用することの多い携帯機器に適している。これに対して、モバイルコンピュータのような携帯情報端末は屋内で使用することが多く、外光が比較的少ない。また、階調表示ではなく、二値表示であるため、それ程明るい表示画面が必要となることはない。従って、上述の実施の形態とは逆に、バックライト（４）が非点灯の場合に、輝度レベルを上げる構成とすることもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明は、外部の光を採り入れる集光部及び光を発する光源を有する照光部を備えた集光機構付液晶表示装置において、光源の点灯／非点灯の切換に連動して液晶の透過率を変化する構成である。従って、光源が必要となるような外光が少ない環境下にあっては輝度が上昇し、明るい表示画面が得られた。また、光源の点灯／非点灯の切換により自動的に輝度レベルが調整されるので、輝度レベルを変える手間が省かれた。更に、光源の照度を下げることができるので、消費電力が低減された。
【出願人】 【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成１０年６月２９日（１９９８．６．２９）
【代理人】 【識別番号】１０００７６７９４
【弁理士】
【氏名又は名称】安富 耕二 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−１９４８８（Ｐ２０００−１９４８８Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願番号】 特願平１０−１８２３９２