(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示素子と、前記液晶表示素子の後側に配置され、前記液晶表示素子の前側から入射して前記液晶表示素子を透過した光を前記液晶表示素子に向けて反射するとともに照明光を前記液晶表示素子に向けて出射する面光源と、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する光センサと、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御する光源制御手段とを備え、且つ、前記面光源は、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子の画面の縦軸方向を中心とする所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有しており、前記光センサは、受光面に緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタが設けられ、その受光面を前記前側からの入射光のうち、前記面光源により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
光源制御手段は、面光源から出射する照明光の輝度を、光センサの測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御する調光手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
面光源は、入射端面と前面および後面を有し、前記前面に前記入射端面の長さ方向とほぼ平行な方向に沿う複数の細長出射面が間隔をおいて形成された導光板と、前記導光板の前面の前記複数の細長出射面の間の領域と前記導光板の後面との少なくとも一方に設けられた反射膜と、前記導光板の前記入射端面に対向させて配置された発光素子と、前記導光板の前面の前側に配置され、前記導光板の前記複数の細長出射面から出射した光および前記導光板の前側から入射して前記反射膜により反射された光を正面方向に向けて屈折させる光学手段とからなっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外光を利用する反射表示と、照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なう液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として、液晶表示素子の後側に、前側から前記液晶表示素子を透過して入射した光を前記液晶表示素子に向けて反射するとともに照明光を前記液晶表示素子に向けて出射する面光源を配置したものがある。
【０００３】
この液晶表示装置は、明るい環境下ではその環境の光である外光を利用する反射表示を行ない、前記反射表示では明るい表示が得られないときに、前記面光源からの照明光を利用する透過表示を行なうものであり、前記面光源は、外光を利用する反射表示で充分な明るさの表示が得られるときは消灯され、外光を利用する反射表示では明るい表示が得られないときに点灯される。
【０００４】
この表示装置の面光源は、例えば、入射端面と前面および後面を有し、前記入射端面から入射して光を前面全体から出射する導光板と、この導光板の入射端面に対向させて配置された発光素子と、前記導光板の前面の前側に配置された半透過反射板とからなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の液晶表示装置は、外光を利用する反射表示のときの表示の明るさが、前側から入射する外光の明るさに比べて極端に低いという問題をもっている。
【０００６】
これは、外光を利用する反射表示を行なう液晶表示装置は、表示の観察方向である正面方向に対して画面の上縁側に傾いた方向を使用環境のうちの最も明るい方向に向けて使用されるのが普通であるため、外光は主に前記正面方向に対して斜めに傾いた方向から入射するからであり、従来の液晶表示装置は、前記面光源が、前側からの入射光をその入射角に応じた反射角で反射するため、前側から入射した光のほとんどが正面方向に対して斜めに傾いた方向に出射する。
【０００７】
そのため、従来の液晶表示装置は、外光を利用する反射表示のときの出射光の正面輝度が低く、したがって、正面方向から観察される表示の明るさが、前側から入射する外光の明るさに比べて極端に低い。
【０００８】
この発明は、外光を利用する反射表示のときの出射光の正面輝度を高くして正面方向から観察される表示を明るくすることができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示装置は、光の透過を制御して表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の後側に配置され、前記液晶表示素子の前側から入射して前記液晶表示素子を透過した光を前記液晶表示素子に向けて反射するとともに照明光を前記液晶表示素子に向けて出射する面光源と、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する光センサと、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御する光源制御手段とを備え、且つ、前記面光源は、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子の画面の縦軸方向を中心とする所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有しており、前記光センサは、受光面に緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタが設けられ、その受光面を前記前側からの入射光のうち、前記面光源により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この液晶表示装置は、その使用環境の光である外光を利用する反射表示と、前記面光源からの照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なうものであり、前記面光源からの照明光の出射は、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する前記光センサの測定値に応じて前記光源制御手段により制御される。
【００１１】
この液晶表示装置によれば、前記面光源が、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子の画面の縦軸方向を中心とする所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有しているため、主に前記正面方向に対して前記画面の上縁側に傾いた方向から入射する外光を利用する反射表示のときの出射光の正面輝度を高くし、正面方向から観察される表示を明るくすることができる。
【００１２】
しかも、この液晶表示装置は、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する光センサと、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御する光源制御手段とを備えるとともに、前記光センサの受光面に緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタが設けられ、その受光面を、前記前側からの入射光のうち、前記面光源により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置しているため、入射する外光の色温度の違いにより表示の明るさの変化、および前記角度範囲の方向から入射する外光の強度が画面の向きに応じて変化することによる出射光の正面輝度の変化を、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御することにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の液晶表示装置は、上記のように、液晶表示素子と、前記液晶表示素子の前側から入射して前記液晶表示素子を透過した光を前記液晶表示素子に向けて反射するとともに照明光を前記液晶表示素子に向けて出射する面光源と、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する光センサと、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御する光源制御手段とを備え、且つ、前記面光源に、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子の画面の縦軸方向を中心とする所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性をもたせるとともに、前記光センサの受光面に緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタが設けられ、その受光面を、前記前側からの入射光のうち、前記面光源により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置することにより、外光を利用する反射表示のときの出射光の正面輝度を高くして正面方向から観察される表示を明るくし、しかも、入射する外光の色温度の違いにより表示の明るさの変化、および前記所定の角度範囲の方向から入射する外光の強度が画面の向きに応じて変化することによる出射光の正面輝度の変化を、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御することにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくすることができるようにしたものである。
【００１４】
この発明の液晶表示装置において、前記光源制御手段は、前記面光源から出射する照明光の輝度を、前記光センサの測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御する調光手段を備えているのが望ましい。
【００１６】
さらに、前記面光源は、入射端面と前面および後面を有し、前記前面に前記入射端面の長さ方向とほぼ平行な方向に沿う複数の細長出射面が間隔をおいて形成された導光板と、前記導光板の前面の前記複数の細長出射面の間の領域と前記導光板の後面との少なくとも一方に設けられた反射膜と、前記導光板の前記入射端面に対向させて配置された発光素子と、前記導光板の前面の前側に配置され、前記導光板の前記複数の細長出射面から出射した光および前記導光板の前側から入射して前記反射膜により反射された光を正面方向に向けて屈折させる光学手段とからなっているのが好ましい。
【００１７】
【実施例】
図１〜図４はこの発明の一実施例を示しており、図１および図２は液晶表示装置の正面図および拡大側面図、図３および図４は前記液晶表示装置の面光源の側面図およびその一部分の拡大図である。
【００１８】
この実施例の液晶表示装置は、図１および図２に示すように、前面に表示窓が設けられたケース１内に前記表示窓に対向させて配置された液晶表示素子２と、前記液晶表示素子２の後側に配置された面光源３と、前記液晶表示素子２の前側から入射する外光の強度を測定する光センサ１４と、前記面光源３からの照明光の出射を制御する光源制御手段１５とからなっている。
【００１９】
なお、前記液晶表示素子２は、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型またはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型液晶表示素子、液晶分子を一方向にホモジニアスさせたホモジニアス配向型液晶表示素子、強誘電性または反強誘電性液晶表示素子等のいずれかであり、その構造は図示しないが、液晶層を挟んで対向する前後一対の透明基板の内面にそれぞれ透明電極が設けられた液晶セルと、この液晶セルの前面と後面とに配置された一対の偏光板とからなっている。
【００２０】
前記面光源３は、図３および図４に示すように、入射端面４ａと前面および後面を有し、前面に前記入射端面４ａの長さ方向とほぼ平行な方向に沿う複数の細長出射面５が間隔をおいて形成された導光板４と、前記導光板４の後面にその全面にわたって設けられた反射膜７と、前記導光板４の入射端面４ａに対向させて配置された発光素子８と、前記導光板４の前面の前側に配置され、前記導光板４の複数の細長出射面５から出射した光および前記導光板４の前側から入射して前記反射膜７により反射された光を正面方向（液晶表示素子２の画面の法線付近の方向）に向けて屈折させる光学手段１０とからなっている。
【００２１】
前記導光板４は、一端面が入射端面４ａとされ、前面が、前記入射端面４ａ側から他端側に向って順次低くなる階段形状面に形成されるとともに、後面が平坦面に形成されたアクリル系樹脂等からなる透明板であり、その前面の階段形状面の複数の段差面がそれぞれ前記細長出射面５とされている。なお、前記階段形状面の前記複数の細長出射面（段差面）５の間の段面６は、導光板後面とほぼ平行な面であり、前記細長出射面（段差面）５は、前記段面６に対してほぼ垂直な面である。
【００２２】
また、前記導光板４の後面に設けられた前記反射膜７は、アルミニウム等の高反射金属の蒸着膜またはメッキ膜からなる鏡面反射膜であり、この反射膜７は、前記導光板４の後面全体にわたって形成されている。
【００２３】
さらに、前記導光板４の入射端面４ａに対向させて配置された発光素子８は、例えば、冷陰極管、ネオン管、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列したＬＥＤアレイ等である。
【００２４】
なお、図に示した発光素子８は、前記入射端面４ａの全長にわたる長さの直管状の冷陰極管からなっており、その背後に、この冷陰極管からの出射光を前記導光板４の入射端面４ａに向けて反射するリフレクタ９が配置されている。
【００２５】
また、前記導光板２の前面の前側に配置された屈折手段１０は、前面が平坦面に形成され、後面に、前記導光板４の複数の細長出射面５の長さ方向（導光板４の幅方向）とほぼ平行な複数の横長プリズム部１２が所定のピッチで形成されたプリズムシート１１からなっている。なお、このプリズムシート１１は、アクリル系樹脂等の成形品である。
【００２６】
このプリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２は、その両側面のうち、一方の側面がプリズムシート１１の前面の法線に対して５°〜１５°の角度で傾斜し、他方の面が前記法線に対して前記一方の側面とは反対方向に２０°〜５０°の角度で傾斜する不等辺三角形状の断面形状を有しており、このプリズム部１２の両側面のうち、前記法線に対する傾き角が小さい前記一方の側面が、前記導光板４の細長出射面５からの出射光を入射させる入射面１２ａとされ、前記法線に対する傾き角が大きい他方の側面が、前記入射面１２ａから入射した光を正面方向に屈折させる屈折面１２ｂとされている。
【００２７】
また、前記複数の横長プリズム部１２は、所定の間隔を存して形成されており、プリズムシート１１の後面の前記複数の横長プリズム部１２の間の領域は、その両側の横長プリズム部１２のうち、一方（図において左側）のプリズム部１２の屈折面１２ｂの基部から他方（図において右側）のプリズム部１２の入射面１２ａの基部に向かい、プリズムシート１１の前面方向に、プリズムシート前面に対して５°〜１５°の角度で傾斜する横長の入出射面１３となっている。
【００２８】
そして、前記導光板４は、前記プリズムシート１１に対し、導光板前面の複数の細長出射面５を前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２の入射面１２ａに対向させるとともに、前記複数の細長出射面５の上縁を通る仮想線が前記複数の横長プリズム部１２の頂部を通る仮想線とほぼ平行になるように傾けた状態で、導光板前面の複数の段面６の上面を前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２の頂部にできるだけ近接させて配置されており、前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２の入射面１２ａは、前記のように配置された導光板４の細長出射面５に対し、ほぼ平行または平行に近い傾き角で対向している。
【００２９】
なお、前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２は、前記導光板４の複数の細長出射面５のピッチよりも小さいピッチで設けられており、したがって、前記導光板４の複数の細長出射面５はそれぞれ、前記プリズムシート１１の少なくとも１つの横長プリズム部１２の入射面１２ａに対向している。
【００３０】
また、図２および図３では、導光板４の前面の階段形状面およびプリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２とその間の入出射面１３を大きく誇張して示しているが、前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２と前記入出射面１３は、約５０μｍ〜約１０００μｍの極く小さいピッチで形成されており、前記導光板４の階段形状面の複数の細長出射面５は、前記プリズムシート１１の横長プリズム部１２のピッチよりも若干大きいピッチで形成されている。
【００３１】
このように構成された面光源３は、前記導光板４の入射端面４ａ側（光源素子８の配置側）を前記液晶表示素子２の画面の上縁方向に向けるとともに、前記プリズムシート１１の前面を前記液晶表示素子２の後面とほぼ平行にして、前記液晶表示素子２の後側に配置されている。
【００３２】
この面光源３は、前記液晶表示素子２の前側から入射して前記液晶表示素子２を透過した光を前記液晶表示素子２に向けて反射するとともに、照明光を前記液晶表示素子２に向けて出射するものであり、前記光源素子８は、照明光を出射するときに点灯される。
【００３３】
まず、前記面光源３からの照明光の出射について説明すると、前記光源素子８から出射した照明光は、その経路を図３および図４に実線で示したように、導光板４にその入射端面４ａから入射し、導光板前面の複数の段面６と外気（空気）との界面での全反射と、導光板後面に設けられた反射膜７での反射の繰り返しにより導光板４内をその長さ方向に導かれ、導光板前面の複数の細長出射面５から出射する。
【００３４】
前記導光板４の複数の細長出射面５から出射した光は、前記プリズムシート１１の後面の複数の横長プリズム部１２にその入射面１２ａから入射し、前記横長プリズム部１２の反対側の屈折面１２ｂと外気（空気）との界面での全反射により正面方向に向けて屈折されてプリズムシート１１の前面から出射する。
【００３５】
すなわち、前記面光源３は、前記発光素子８から出射した照明光を、前記導光板４により導いてその前面の複数の細長出射面５から出射するとともに、その光を前記プリズムシート１１により正面方向に向けて屈折させ、正面方向の輝度が高い輝度分布の照明光として前記プリズムシート１１の前面から出射する。
【００３６】
そして、前記面光源３のプリズムシート１１の前面から出射した照明光は、液晶表示素子２にその後面から入射し、この液晶表示素子２により透過を制御されて画像光となり、前記液晶表示素子２の前側に出射する。
【００３７】
次に、前記面光源３による前側からの入射光の反射について説明すると、前記液晶表示素子２の前側から入射する光は、液晶表示装置の使用環境の光である外光であり、その外光が、前記液晶表示素子２により透過を制御されて画像光となって液晶表示素子２の前側に出射する。
【００３８】
そして、前記液晶表示素子２の後側に出射した光は、その経路を図３および図４に破線で示したように、前記面光源３のプリズムシート１１にその前面から入射し、このプリズムシート１１の後面の複数の横長プリズム部１２およびこれらのプリズム部１２の間の入出射面１３から後側に出射する。
【００３９】
前記プリズムシート１１の後側に出射した光は、前記導光板４の前面の複数の段面６から導光板４内に入射してこの導光板４の後面の反射膜７により反射され、前記導光板４の前面の前記複数の段面６から出射して、前記プリズムシート１１にその後面の複数のプリズム部１２およびこれらのプリズム部１２の間の入出射面１３から入射し、このプリズムシート１１の前面から出射する。
【００４０】
そして、前記プリズムシート１１の前面から出射した照明光は、液晶表示素子２にその後面から入射し、この液晶表示素子２を再び透過して前記液晶表示素子２の前側に出射する。
【００４１】
なお、前記プリズムシート１１は、前記反射膜７により反射されてプリズムシート１１にその後面から入射した反射光のほとんどを前面から出射するが、このプリズムシート１１の後面の複数のプリズム部１２は、横長のプリズム部であり、またこれらのプリズム部１２の間の入出射面１３は、その両側の一方のプリズム部１２の屈折面１２ｂの基部から他方のプリズム部１２の入射面１２ａの基部に向かってプリズムシート１１の前面方向に傾斜する横長面であるため、このプリズムシート１１は、その後面から入射した前記反射光のうち、前記横長プリズム部１２および横長の入出射面１３の長さ方向（プリズムシート１１の幅方向）に対して交差する方向から入射した光を屈折させて前面から出射する。
【００４２】
すなわち、前記プリズムシート１１は、その後面から入射した前記反射光のうち、前記横長プリズム部１２および横長入出射面１３の長さ方向に対して交差する方向から入射した光を、前記横長プリズム部１２の屈折面１２ｂおよび前記入出射面１３と外気との界面で屈折させ、その光のうち、直接プリズムシート１１の前面に向かう光をこのプリズムシート１１の前面から出射するとともに、前記横長プリズム部１２の屈折面１２ｂとは反対側の入射面１２ａに向かう光を、この入射面１２ａと外気との界面での全反射により前面方向に屈折させてプリズムシート１１の前面から出射する。
【００４３】
このプリズムシート１１による反射光の主な屈折方向は、プリズムシート１１に対する前記反射光の入射方向によって異なり、前記横長プリズム部１２および横長入出射面１３の長さ方向に対して直交する方向に近い方向から入射する反射光ほど、より多く正面方向に屈折される。
【００４４】
前記反射光のプリズムシート１１による正面方向への屈折量が充分多い反射光の入射方向は、前記横長プリズム部１２および横長入出射面１３の長さ方向に対して直交する方向を中心にして±約４５°の角度範囲の方向であり、その角度範囲を越える方向から入射した反射光の正面方向への屈折量は極端に少ない。
【００４５】
なお、前記反射膜７は鏡面反射膜であるため、前記液晶表示素子２の前側から入射し、前記反射膜７により反射されて前記プリズムシート１１にその後面から入射する反射光の入射方向は、前記液晶表示素子２の前側から入射する光の入射方向に対して正反対の方向である。
【００４６】
そのため、前記面光源３は、前側からの入射光のうち、正面方向に対して所定の角度範囲の方向、つまり前記プリズムシート１１の横長プリズム部１２および横長入出射面１３の長さ方向に対して直交する方向を中心にして±約４５°の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に屈折させる指向性を有している。
【００４７】
そして、この実施例では、上述したように、前記面光源３を、前記導光板４の入射端面４ａ側を液晶表示素子２の画面の上縁方向に向けて配置し、前記プリズムシート１１を、前記横長プリズム部１２の入射面１２ａを前記導光板４の前面に前記入射端面４ａの長さ方向とほぼ平行に形成された前記細長出射面５に対向させて配置しているため、前記プリズムシート１１の複数の横長プリズム部１２およびその間の横長の入出射面１３の長さ方向は前記液晶表示素子２の画面の縦軸ｙ（図１参照）に対してほぼ直交する方向にあり、したがって、前記面光源３は、前側からの入射光のうち、図１に示したように前記画面の縦軸方向ｙを中心にして±約４５°の角度範囲Ａの方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有している。
【００４８】
次に、図１および図２に示した光センサ１４と光源制御手段１５について説明する。
【００４９】
前記光センサ１４は、可視光帯域の光のうち、人間の目に最も明るく見える緑の波長帯域の波長光の強度を測定する緑色光測定センサであり、例えば、可視光帯域の各波長光の平均的な強度を測定する光強度測定素子の受光面に、緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタを設けた構成のものである。
【００５０】
この光センサ１４は、液晶表示素子２の近傍、例えば前記液晶表示素子２の画面の上縁側の側方に、前記液晶表示素子２の前側から入射する外光のうち、前記面光源３により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置され、前記ケース１に固定されている。
【００５１】
すなわち、上述したように、前記前側から入射する光のうち、前記面光源３により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向は、正面面方向に対し、前記画面の縦軸ｙに沿った方向を中心にして±約４５°の角度範囲Ａの方向である。
【００５２】
また、外光を利用する反射表示を行なう液晶表示装置は、表示の観察方向である正面方向に対して画面の上縁側に傾いた方向を使用環境のうちの最も明るい方向に向けて使用されるのが普通であり、したがって、外光は主に前記正面方向に対して前記画面の上縁側に傾いた方向から入射するが、その外光のほとんどは、図２に示したように、液晶表示素子２の画面の法線ｈに対して約１０°〜５０°の傾き角範囲Ｂで入射する。
【００５３】
そのため、この実施例では、前記光センサ１４を、前記画面の縦軸ｙに沿った方向を中心にして±約４５°の角度範囲Ａの方向で、且つ、前記画面の法線ｈに対して前記画面の上縁側に約１０°〜５０°の傾き角範囲Ｂで傾けた方向に向けて配置している。
【００５４】
なお、前記面光源３により反射されて正面方向に出射する光のうち、最も高い強度で正面方向に出射する光の入射方向は、画面の縦軸ｙに沿った方向であるため、前記光センサ１４は、前記画面の縦軸ｙに沿った方向に向けて配置するのが最も好ましい。
【００５５】
また、前記光源制御手段１５は、前記光センサ１４の測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御するものであり、前記面光源３から出射する照明光の輝度を、前記光センサ１４の測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御する調光手段を備えている。
【００５６】
この光源制御手段１５は、図１に示したように、前記面光源３から出射させる照明光の輝度値を、前記光センサ１４の測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように調整する調光回路１６と、前記面光源３の発光素子８を、前記調光回路１６からの輝度値に応じた輝度の照明光を出射させるように駆動する光源駆動回路１７とからなっている。
【００５７】
この液晶表示装置は、その使用環境の光である外光を利用する反射表示と、前記面光源３からの照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なうものであり、前記面光源３からの照明光の出射は、液晶表示素子２の前側から入射する外光の強度を測定する前記光センサ１４の測定値に応じて前記光源制御手段１５により制御される。
【００５８】
この液晶表示装置によれば、前記面光源３が、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子２の画面の縦軸方向ｙを中心とする所定の角度範囲（画面の縦軸方向ｙを中心にして±約４５°の角度範囲）Ａの方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有しているため、主に前記正面方向に対して前記画面の上縁側に傾いた方向から入射する外光を利用する反射表示のときの液晶表示素子２の前側に出射する出射光の正面輝度を高くし、正面方向から観察される表示を明るくすることができる。
【００５９】
しかも、この液晶表示装置は、前記液晶表示素子２の前側から入射する外光の強度を測定する光センサ１４と、前記光センサ１４の測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御する光源制御手段１５とを備えるとともに、前記光センサ１４を、前側からの入射光のうちの前記面光源３により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向である前記角度範囲Ａの方向に向けて配置しているため、前記角度範囲Ａの方向から入射する外光の強度が画面の向きによって変化することによる出射光（液晶表示素子２の前側に出射する光）の正面輝度の変化を、前記光センサ１４の測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御することにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくすることができる。
【００６０】
すなわち、この液晶表示装置は、表示の観察方向である正面方向に対して画面の上縁側に傾いた方向を使用環境のうちの最も明るい方向に向けて使用されるのが普通であるが、液晶表示装置の置き場所等の関係で、画面を上記のような方向に向けて使用することができない場合は、同じ照度の環境下でも、前記角度範囲Ａの方向から入射する外光の強度が低くなる。
【００６１】
そして、前記面光源３は、前側からの入射光のうち、前記角度範囲Ａの方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性を有しているため、前記角度範囲Ａの方向から入射する外光の強度が低くなると、液晶表示素子２の前側に出射する出射光の正面輝度が低下し、正面方向から観察される表示の明るさが暗くなる。
【００６２】
しかし、この液晶表示装置では、前記光センサ１４を、前記面光源３の指向性に合わせて、前記角度範囲Ａの方向に向けて配置しているため、前記角度範囲Ａの方向から入射する外光の強度を前記光センサ１４により測定し、その測定値に応じて前記光源制御手段１５により前記面光源３からの照明光の出射を制御することにより、前記角度範囲Ａの方向から入射する外光の強度低下による表示の明るさの低下を、前記面光源３から照明光を出射させることにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくすることができる。
【００６３】
さらに、この実施例では、前記光源制御手段１５を、図１に示したように、前記面光源３から出射させる照明光の輝度値を、前記光センサ１４の測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように調整する調光回路１６と、前記面光源３の発光素子８を、前記調光回路１６からの輝度値に応じた輝度の照明光を出射させるように駆動する光源駆動回路１７とにより構成しているため、前記面光源から出射する照明光の輝度を、前記光センサ１４の測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御し、画面の向きによる表示の明るさの変化をより小さくすることができる。
【００６４】
この液晶表示装置の正面方向から観察される表示の明るさは、前側から入射して前記面光源３により反射された反射光のうちの正面方向に出射する光の強度と、前記面光源３からの照明光のうちの正面方向に出射する光の強度とによって決まり、外光だけを利用して表示するときは、前記反射光のうちの正面方向に出射する光の強度に応じた明るさの表示が観察され、前記面光源３から照明光を出射させたときは、前記反射光のうちの正面方向に出射する光と、前記照明光のうちの正面方向に出射する光との両方の強度に応じた明るさの表示が観察され、外光がほとんど得られない暗い環境下で前記面光源３から照明光を出射させて表示するときは、前記照明光のうちの正面方向に出射する光の強度に応じた明るさの表示が観察される。
【００６５】
一方、液晶表示装置の好適な画面輝度は、その使用環境の照度によって異なり、液晶表示装置の画面輝度が一定である場合は、環境照度によって、観察される表示が眩しく見えたり暗く見えたりする。
【００６６】
そのため、この実施例では、前記光源制御手段１５の輝度調整回路１６を、前記光センサ１４の測定値に基いて環境照度と正面方向に出射する反射光の強度を判定し、その環境照度と反射光の強度に応じて前記面光源３から出射させる照明光の輝度値を調整するように構成し、前記正面方向に出射する反射光の強度（光がほとんど得られない暗い環境下では０）と正面方向に出射する照明光の強度が、環境照度に応じた好適な画面輝度が得られる強度になるようにしている。
【００６７】
なお、環境照度に応じた好適な画面輝度は、例えば夜間の街灯下のような５０ルクスの環境照度で２０〜２００ニット、昼間や夜間の室内照明を点灯させたときの室内のような１０００ルクスの環境照度で３０〜３００ニット、晴天時の木陰のような３００００ルクスの環境照度で４００〜４０００ニットである。
【００６８】
したがって、前記面光源３から出射させる照明光の輝度は、環境照度に対する画面輝度が、５０ルクスの環境照度で２０〜２００ニット、１０００ルクスの環境照度で３０〜３００ニット、３００００ルクスの環境照度で４００〜４０００ニット の範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように制御すればよい。
【００６９】
ただし、前記面光源３から出射させる照明光の輝度値を調整するための環境照度と正面方向に出射する反射光の強度は、前記光センサ１４の測定値を所定の補正率で補正することにより判定することができるが、前記光センサ１４により測定される外光の強度は、様々な方向から入射する外光のうちの前記光センサ１４が向いている方向から入射した光の強度であり、また環境照度が同じでも、液晶表示装置の画面の向きによって前記光センサ１４の測定値が変化するため、前記光センサ１４の測定値に基いて判定される環境照度と正面方向に出射する反射光の強度は、実際の環境照度と正面方向に出射する反射光の強度とは異なる。
【００７０】
しかし、環境照度に応じた好適な画面輝度の範囲は、上述したように、５０ルクスの環境照度で２０〜２００ニット、１０００ルクスの環境照度で３０〜３００ニット、３００００ルクスの環境照度で４００〜４０００ニットというように比較的幅があるため、前記光センサ１４の測定値に基いて判定した環境照度と正面方向に出射する反射光の強度に応じて前記面光源３から出射させる照明光の輝度を制御しても、充分環境照度に応じた好適な画面輝度を得ることができる。
【００７１】
しかも、この実施例では、前記光センサ１４を緑色光測定センサとしているため、その測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御することにより、入射する外光の色温度の違いによる表示の明るさの変化も少なくすることができる。
【００７２】
すなわち、液晶表示装置に入射する外光は、自然光や照明器具からの光等であり、その光には、色温度の高い（青や緑の色味が強い）光や、色温度の低い（赤の色味が強い）光等の様々な色温度の光があるが、人間の目に最も明るく見えるのは、可視光帯域の光のうちの緑の波長帯域の光であるため、同じ照度の環境下でも、入射する外光の色温度の違いにより、表示が明るく見えたり暗く見えたりする。
【００７３】
そして、この液晶表示装置は、外光の強度が画面の向きに応じて変化することによる出射光の正面輝度の変化を、前記光センサ１４の測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御することにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくするようにしたものであるが、入射する外光の強度を例えば可視光帯域の各波長光の平均的な強度を測定する光センサにより測定し、その測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御したのでは、入射する外光の色温度の違いにより表示が明るく見えたり暗く見えたりするのを補償することはできない。
【００７４】
しかし、この実施例では、前記光センサ１４を、人間の目に最も明るく見える緑の波長帯域の波長光の強度を測定する緑色光測定センサとしているため、その測定値に応じて前記面光源３からの照明光の出射を制御することにより、入射する外光の色温度の違いにより表示が明るく見えたり暗く見えたりするのを補償することができ、したがって、外光の色温度の違いによる表示の明るさの変化も少なくすることができる。
【００７５】
また、この実施例では、前記面光源３を、入射端面４ａと前面および後面を有し、前記前面に前記入射端面４ａの長さ方向とほぼ平行な方向に沿う複数の細長出射面５が間隔をおいて形成された導光板４と、前記導光板４の後面に設けられた反射膜７と、前記導光板４の入射端面４ａに対向させて配置された発光素子８と、前記導光板４の前面の前側に配置され、前記導光板４の前記複数の細長出射面５から出射した光および前記導光板４の前側から入射して前記反射膜７により反射された光を正面方向に向けて屈折させるプリズムシート１１とにより構成しているため、この面光源３に、前側からの入射光のうちの所定の角度範囲Ａの方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性をもたせるとともに、この面光源３から、正面方向の輝度が高い輝度分布の照明光を液晶表示素子２に向けて出射し、前記照明光による表示の正面輝度を高くすることができる。
【００７６】
なお、上記実施例では、面光源３の導光板４の後面に、前記導光板４にその入射端面４ａから入射した光を導光板４の長さ方向に導くためと、前側からの入射光を反射させるための反射膜７を設けているが、前側からの入射光を反射させるための反射膜は、前記導光板４の前面の複数の細長出射面５の間の領域である複数の段面６の上にそれぞれその全面にわたって設けてもよい。
【００７７】
その場合、前記導光板４の後面の反射膜７は、前記導光板４にその入射端面４ａから入射した光を導光板４の長さ方向に導くための反射膜として利用してもよく、また前記導光板４の後面の反射膜７を省略し、前記導光板４にその入射端面４ａから入射した光を、導光板前面の複数の段面６と外気との界面での全反射と、導光板後面と外気との界面での全反射の繰り返しにより導光板４の長さ方向に導くようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施例の面光源３は、導光板４の前面を階段形状面に形成し、前記複数の段差面をそれぞれ細長出射面５としたものであるが、前記面光源３の導光板は、その前面を、緩傾斜の広幅面と急傾斜の狭幅面とからなる山形形状面が交互に並ぶ形状に形成し、その各山形形状面の急傾斜の狭幅面をそれぞれ細長出射面とし、前記緩傾斜の広幅面上と導光板後面との少なくとも一方に反射膜を設けた構成としてもよい。
【００７９】
さらに、前記面光源３の導光板は、例えば平板状の透明板の前面に、入射端面とほぼ平行な方向に沿う複数本の溝を所定のピッチで互いに平行に形成し、その各溝をそれぞれ細長出射面とし、前記透明板の前面の各溝の間の領域と導光板後面との少なくとも一方に反射膜を設けた構成としてもよい。
【００８０】
また、前記導光板の前側に配置する屈折手段１０は、上記実施例のプリズムシート１１に限らず、前記導光板の複数の細長出射面から出射した光および前記導光板の前側から入射して前記反射膜により反射された光を正面方向に向けて屈折させる前記導光板の複数の細長出射面から出射する光を前側方向に屈折させて出射するものであればよい。
【００８１】
【発明の効果】
この発明の液晶表示装置は、液晶表示素子と、前記液晶表示素子の前側から入射して前記液晶表示素子を透過した光を前記液晶表示素子に向けて反射するとともに照明光を前記液晶表示素子に向けて出射する面光源と、前記液晶表示素子の前側から入射する外光の強度を測定する光センサと、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御する光源制御手段とを備え、且つ、前記面光源に、前側からの入射光のうち、前記液晶表示素子の画面の縦軸方向を中心とする所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性をもたせるとともに、前記光センサの受光面に緑の波長帯域以外の波長光を吸収する緑色フィルタが設けられ、その受光面を、前記前側からの入射光のうち、前記面光源により反射されて高い強度で正面方向に出射する光の入射方向に向けて配置したものであるため、外光を利用する反射表示のときの出射光の正面輝度を高くして正面方向から観察される表示を明るくし、しかも、入射する外光の色温度の違いにより表示の明るさの変化、および前記所定の角度範囲の方向から入射する外光の強度が画面の向きに応じて変化することによる出射光の正面輝度の変化を、前記光センサの測定値に応じて前記面光源からの照明光の出射を制御することにより補償し、画面の向きによる表示の明るさの変化を小さくすることができる。
【００８２】
この発明の液晶表示装置において、前記光源制御手段は、前記面光源から出射する照明光の輝度を、前記光センサの測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御する調光手段を備えているのが望ましく、このようにすることにより、前記面光源から出射する照明光の輝度を、前記光センサ１４の測定値に対応させて予め定められた輝度範囲になるように制御し、画面の向きによる表示の明るさの変化をより小さくすることができる。
【００８４】
さらに、前記面光源は、入射端面と前面および後面を有し、前記前面に前記入射端面の長さ方向とほぼ平行な方向に沿う複数の細長出射面が間隔をおいて形成された導光板と、前記導光板の前面の前記複数の細長出射面の間の領域と前記導光板の後面との少なくとも一方に設けられた反射膜と、前記導光板の前記入射端面に対向させて配置された発光素子と、前記導光板の前面の前側に配置され、前記導光板の前記複数の細長出射面から出射した光および前記導光板の前側から入射して前記反射膜により反射された光を正面方向に向けて屈折させる光学手段とからなっているのが好ましく、このような構成とすることにより、前記面光源に、前側からの入射光のうちの所定の角度範囲の方向から入射した光の反射光を高い強度で正面方向に出射する指向性をもたせるとともに、この面光源から、正面方向の輝度が高い輝度分布の照明光を液晶表示素子に向けて出射し、前記照明光による表示の正面輝度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す液晶表示装置の正面図。
【図２】前記液晶表示装置の拡大側面図。
【図３】前記液晶表示装置の面光源の側面図。
【図４】前記面光源の一部分の拡大図。
【符号の説明】
２…液晶表示素子
３…面光源
４…導光板
４ａ…入射端面
５…細長出射面
７…反射膜
８…発光素子
１０…光学手段
１１…プリズムシート
１４…光センサ
１５…光源制御手段
１６…調光回路
１７…光源駆動回路
【図１】
0003823746.tif 000002
【図２】
0003823746.tif 000003
【図３】
0003823746.tif 000004
【図４】
0003823746.tif 000005