JP2007127705A - 液晶表示装置、及び、液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像の表示品質を低下させることなく精度よく光学情報を検知する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部１０Ａを有する液晶表示パネル１０と、光源２１０を有し液晶表示パネル１０を照明する面光源装置２０と、コントローラ３０と、を備え、液晶表示パネル１０は、複数の表示画素の1つまたは複数毎に少なくとも1つ設けられた光検知回路１２４と、光検知回路１２４を制御するセンサ制御回路１３６と、を備え、コントローラ３０は、光源２１０の輝度を制御する輝度制御部３１０を有し、輝度制御部３１０は、光検知回路１２４が光学情報を検知する期間と、有効表示部１０Ａに画像が表示される画像表示期間とで面光源装置２０の発光輝度を切替える液晶表示装置１００。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置、特に画像取り込み機能を有する液晶表示装置、及びその液晶表示装置の駆動方法に関する。

一般に、液晶表示装置は、複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部を有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明する面光源装置とを有している。

液晶表示パネルは、複数の表示画素が配列する行方向に沿って配置された複数の走査線と、列方向に沿って配置された複数の信号線とを備えている。各表示画素は、スイッチング素子、画素電極等を有している。

従来、光学検知素子を有する画像取り込み機能付き表示装置が提案されている。この画像取り込み機能を有する液晶表示装置は、例えば、フォトダイオード等からなる光学検知素子を有し、光学検知素子での受光量に応じて、光学検知素子に接続されたキャパシタの電荷量を変化させて、キャパシタの両端の電圧を検出することにより画像データを生成している(特許文献１参照)。

一方、面光源装置は、光源と光源から入射された光を液晶表示パネルに向けて出射する導光体と、導光体から出射された光に対して所定の光学特性を付与する複数の光学シートとを有している。この面光源装置において、その発光輝度を制御する際には、光源に供給する駆動信号に対してパルス幅変調(Pulse Width Modulation:ＰＷＭ)を行う方法が知られている。
特開平２００４−４５８７５号公報

上記の液晶表示装置において、外部からの光学情報を検知する際に適切な面光源装置の発光輝度は、画像を表示させる際に適切な発光輝度と異なる場合がある。そのため、画像を表示した状態で外部からの光学情報を検知する場合、画像表示に適切な発光輝度で面光源装置を発光させて光学情報を検知すると、外部からの不要な光等に起因した検知結果の誤差や、誤った検知結果が得られる場合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、表示画像の表示品質を低下させることなく精度よく光学情報を検知する液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の態様による液晶表示装置は、複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部を有する表示パネルと、光源を有し前記表示パネルを照明する面光源装置と、コントローラと、を備え、前記表示パネルは、前記複数の表示画素の1つまたは複数毎に少なくとも1つ設けられた光検知回路と、前記光検知回路を制御する制御回路と、を備え、前記コントローラは、前記光源の発光輝度を制御する輝度制御部を有し、前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間とで前記光源の輝度を切替える液晶表示装置。

本発明の態様による液晶表示装置の駆動方法は、複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部を有する表示パネルと、光源を有し前記表示パネルを照明する面光源装置と、コントローラと、を備え、前記表示パネルは、前記複数の表示画素の1つまたは複数毎に少なくとも1つ設けられた光検知回路と、前記光検知回路を制御する制御回路と、を備え、前記コントローラは、前記光源の発光輝度を制御する輝度制御部を備えた液晶表示装置の駆動方法であって、前記輝度制御部は、前記面光源装置の発光輝度を前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間とで切替える。

本発明によれば、表示画像の表示品質を低下させることなく精度よく光学情報を検知する液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称する）を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る表示装置は、有効表示部１０Ａを有する液晶表示パネル１０、及び、有効表示部１０Ａに対応する発光面２０Ａを有するとともに液晶表示パネル１０を背面から照明する面光源装置２０、を有する液晶表示装置１００である。

図１に示すように、液晶表示パネル１０は、対向配置された一対の基板、すなわち、アレイ基板１２及び対向基板１４と、アレイ基板１２の一端に複数のフレキシブル基板１３を介して電気的に接続された回路基板１１とを有している。

図２に示すように、回路基板１１にはコントローラ３０が配置されている。有効表示部１０Ａは、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸによって構成されている。有効表示部１０Ａにおいて、液晶表示パネル１０は、表示画素ＰＸの配列する行に沿って配置された複数の走査線Ｘ（１〜ｎ）と、表示画素ＰＸの配列する列に沿って配置された複数の信号線Ｙ(１〜ｍ)を有している。図３に示すように、各表示画素ＰＸは、画素回路１２２、及び、光検知回路１２４を有している。

画素回路１２２は、信号線Ｙ及び走査線Ｘに接続されたスイッチング素子ＳＷ、及び、スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥを有している。有効表示部１０Ａの周囲には、複数の走査線Ｘと複数の信号線Ｙとを介して画素回路１２２を駆動する駆動回路が形成されている。この駆動回路は、走査線Ｘを介して複数の画素回路１２２を行単位で駆動する走査線駆動回路１２６と、信号線Ｙを介して駆動される画素回路１２２に対応する画像信号を供給する信号線駆動回路１２８とを有している。

光検知回路１２４は、図４に示すように、ソース電極が信号線Ｙに接続されたスイッチング素子ＴＲ２、光検知素子としてのフォトダイオードＰＤ、及び、センサ容量ＣＰを有している。スイッチング素子ＴＲ２は、例えば薄膜トランジスタで構成されている。

スイッチング素子ＴＲ２のドレイン電極はフォトダイオードＰＤのカソードに接続されるとともに、センサ容量ＣＰの一方の電極に接続されている。フォトダイオードＰＤのアノード、及び、センサ容量ＣＰの他方の電極は、所定の電位のアースラインに接続されている。スイッチング素子ＴＲ２のゲート電極は、リセット制御ラインＣＲＴに接続されている。

また、有効表示部１０Ａの周囲には、複数の光検知回路１２４を制御するためのセンサ制御回路１３６が配置されている。センサ制御回路１３６は、光検知回路１２４を行単位で指定する。センサ制御回路１３６の出力側には、センサ制御回路１３６によって指定された光検知回路１２４からの出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１４０が接続され、Ａ／Ｄ変換部１４０が出力するデジタル信号は、撮像データ出力部１５０が受信するとともに、コントローラ３０に出力する。

図５及び図６に示すように、面光源装置２０は光源２１０と、導光体２２０と、複数の光学シート２３０と、ケース２４０とを有している（図６では複数の光学シートを省略している）。光源２１０は、複数の発光ダイオード２１２と基板２１４とを有している。発光ダイオード２１２は、例えば、赤色、緑色、及び青色の発光ダイオードを有し、基板２１４にライン状に配置されている。

発光ダイオード２１２は、例えば基板２１４に搭載された信号ドライバ用の半導体チップ（図示せず）に接続されており、コントローラ３０の輝度制御部３１０によってその発光輝度が制御されている。

コントローラ３０は、例えば、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuits:ＡＳＩＣ)、デジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor:ＤＳＰ）、中央演算装置（Central Processing Unit:ＣＰＵ）等であり、撮像画像をディスプレイに再表示したり、ストレージデバイスに保存したり、あるいは撮像画像を処理することによって座標入力を行うなどの様々な処理を行うものである。

導光体２２０は、発光ダイオード２１２に対向した光入射面２２２と、光入射面２２２から入射した光が出射される光出射面２２４と、光出射面２２４に対向する対向面２２６とを有している。導光体２２０は楔形状であり、その厚さが光入射面２２２の法線方向に沿って徐々に薄くなっている。

複数の光学シート２３０は、導光体２２０の光出射面２２４に対向している複数の光学シート２３２と、導光体２２０の対向面２２６に対向している光学シート２３４とを有している。光学シート２３２は、例えば、プリズムシート、拡散シート、及び集光シート等である。光学シート２３４は、導光体２２０から漏れ出た光を導光体２２０側に戻すべく反射する反射シートである。

上記の光源２１０、導光体２２０、光学シート２３０は、これらを支持するケース２４２に収容されるとともに、ケース２４２に取り付けられるケース２４４によって周囲を保持される。

上記の液晶表示パネル１０と面光源装置２０とは、図１及び図６に示すように液晶表示パネル１０の対向基板１４と面光源装置２０の発光面２０Ａとが対向するように配置される。図６に示すように、液晶表示パネル１０のアレイ基板１２と対向基板１４とは、液晶層ＬＱが封入されるスペースを介して対向配置される。

アレイ基板１２の外側には、ガラス保護のために透明膜１０２がコーティングまたは貼り付けられている。アレイ基板１２の内面側に、ここでは図示されていない複数の走査線Ｘ、複数の信号線Ｙ、画素回路１２２及び光検知回路１２４が配置される。

アレイ基板１２の内側に配置されたフォトダイオードＰＤ、ＰＤ２、ＰＤ３は、それぞれ光検知回路１２４内で光検知素子として機能する。フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３に対向して遮光膜ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３が配置されている。対向基板１４は、全ての画素電極ＰＥに対向する共通電極（透明電極）を有している。

面光源装置２０から照射された光は、対向基板１４、液晶層ＬＱ、及び、アレイ基板１２等を透過する際に、その透過状態が制御され有効表示部１０Ａに画像が得られる。

上記の液晶表示装置１００では、例えば、指や筆記具等によってアレイ基板１２に触れたり、ライトでアレイ基板１２を照射したりして入力が行われる。本実施形態では、アレイ基板１２を、ライトペン７００によって照射して入力が成されている。

すなわち、光検知回路１２４において、フォトダイオードＰＤに照射される光量が多い場合は、センサ容量ＣＰの放電量が多い。逆にフォトダイオードＰＤに照射される光量が少ない場合は、センサ容量ＣＰの放電量が少ない。したがって、読み出し期間にセンサ容量ＣＰの電圧を、増幅器ＡＭＰを介して出力することで、光検知回路１２４の出力として入射光強度の情報を得ることができる。

光検知回路１２４から出力された入射光強度の情報をアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部１４０に送信されＡ／Ｄ変換部１４０でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、撮像データ出力部１５０に送信され、撮像データ出力部１５０によってシリアルにコントローラ３０に出力される。

次に、上記の液晶表示装置１００の動作を説明する。図７に示すように、コントローラ３０は、駆動回路１２６、１２８を制御し、信号線Ｙ及び走査線Ｘを介して画素回路１２２を駆動し、有効表示部１０Ａに画像を表示させるとともに、センサ制御回路１３６を制御し、光検知回路１２４のフォトダイオードＰＤで外部から得た光学情報を、Ａ/Ｄ変換部１４０及び撮像データ出力部１５０を介して画像データとして読み出している。

また、コントローラ３０の輝度制御部３１０は、パルス幅変調信号(以下、ＰＷＭ信号)によって光源２１０の発光ダイオード２１２を制御し、面光源装置２０の発光輝度を制御している。

図８に示すように、１フレーム期間（１垂直期間）は、有効表示部１０Ａに画像が表示される画像表示期間と、光検知回路１２４で外部からの光学情報を検知するとともに、検知した光学情報から画像データを読み出す検知期間とによって構成されている。すなわち、検知期間は垂直ブランキング期間である。なお、１検知期間において、一画面分の光検知回路１２４から画像データを読み出してもよく、複数の検知期間において一画面分の光検知回路１２４から画像データを読み出してもよい。

このとき、面光源装置２０の発光輝度ＢＲは、画像表示期間と検知期間とにおける発光輝度ＢＲの平均値ＡＶＧが画像表示に適切な値になるとともに、検知期間においてより精度の高い光学情報の検知が行うことができるように画像表示期間と検知期間とで切替えられる。

例えば、画像を表示させるために適切な面光源装置２０の発光輝度が光学情報を検知するためには低すぎて精度の高い検知ができない場合には、図８に示すように、画像表示期間における面光源装置の発光輝度ＢＲよりも検知期間における発光輝度ＢＲが高くなるように切替える。

つまり、検知期間において、輝度制御部３１０は面光源装置２０の発光輝度ＢＲが、より精度の高い検知が行える輝度値となるように発光ダイオード２１２を制御し、面光源装置２０の発光輝度の平均値ＡＶＧを画像表示に適切な値にすることによって、表示画像の表示品質を低下させることなく精度の高い検知をすることができる。

また、画像を表示させるために適切な面光源装置の発光輝度が、光情報の検知には高すぎる場合には、画像表示期間における面光源装置の発光輝度ＢＲよりも検知期間の発光輝度ＢＲが低くなるように切替える。

このときも上記の場合と同様に、輝度制御部３１０は面光源装置２０の発光輝度ＢＲが、より精度の高い検知が行える輝度値となるように発光ダイオード２１２を制御し、面光源装置２０の発光輝度の平均値ＡＶＧを画像表示に適切な値にする。このことによって、表示画像の表示品質を低下させることなく精度の高い検知をすることができる。

なお、発光輝度ＢＲの平均値ＡＶＧは、常に一定の値である必要はなく、ユーザが有効表示部１０Ａに表示された画像を見ながら変更できる値であってもよく、タイマー等によって変化する値であっても良い。

図９に示す場合では、画像表示期間におけるＰＷＭ信号のデューティ比は、例えば５０％で、検知期間におけるＰＷＭ信号のデューティ比はコード化されている。このことによって、検知期間において面光源装置２０から発光された光と、自然光及び一定のデューティ比のＰＷＭ信号によって制御された外来光とを区別することが容易になる。従って、検知の対象となる光を区別することが容易になるため、外部からの不要な光等に起因した検知結果の誤差や、誤った検知結果の発生等を軽減することができる。

すなわち、上記の実施形態によれば、表示画像の表示品質を低下させることなく精度よく光学情報を検知する液晶表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、光源は発光ダイオードではなく冷陰極管を有していても良い。この場合。冷陰極管の周囲を覆うリフレクタが必要となる。さらに、冷陰極管の発光輝度を制御する場合には、発光ダイオードよりも印加する電圧の帯域が狭くなるため、冷陰極管に対応した印加電圧とする必要がある。

また、上記の実施形態では、面光源装置２０が導光体２２０を有し、面光源装置２０のエッジに沿って光源２１０が配置されているが、導光体を用いずに発光面２０Ａに対応するエリアに光源２１０を配置しても良い。この場合には、有効表示部１０Ａの一部分を光情報検知領域として、この光検知領域に対応する光源の発光輝度を画像表示期間と検知期間とで切替えるようにすることが可能となる。

また、上記の実施形態ではパルス幅変調によって光源の発光輝度を制御したが、気取れベルの変化を組み合せて制御しても良い。この場合にも、検知期間と画像表示期間とで光源の発光輝度の平均が適切になるようにする事によって、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例を概略的に示す分解斜視図。 図１に示す液晶表示パネルとコントローラとの一構成例を示す図。 図１に示す液晶表示パネルの表示画素の一構成例を示す図。 図３に示すセンサ回路の一構成例を示する図。 図１に示す面光源装置の一例を概略的に示す分解斜視図。 図１に示す液晶表示装置を線Ａ−Ａで切断した断面の一例を示す図。 図１に示す液晶表示装置の一動作例を説明するブロック図。 図１に示す面光源装置の一動作例を説明する図。 図７に示す輝度制御部の一動作例を説明する図。

符号の説明

１０Ａ…有効表示部、１０…液晶表示パネル、２０…面光源装置、３０…コントローラ、１００…液晶表示装置、１２４…光検知回路、１３６…センサ制御回路、２１０…光源、３１０…輝度制御部

Claims (10)

1. 複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部を有する表示パネルと、
   光源を有し前記表示パネルを照明する面光源装置と、
   コントローラと、を備え、
   前記表示パネルは、前記複数の表示画素の1つまたは複数毎に少なくとも1つ設けられた光検知回路と、
   前記光検知回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記コントローラは、前記光源の発光輝度を制御する輝度制御部を有し、
   前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間とで前記面光源装置の発光輝度を切替える液晶表示装置。
2. 前記光源は、発光ダイオードを有する請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記輝度制御部は、パルス幅変調された信号によって前記光源の輝度を制御し、
   前記光検知回路が光学情報を検知する期間において、前記光源は、コード化された変調パルスによって制御される請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間との前記面光源装置の発光輝度の平均値が、画像表示に適切な値となるように前記光源を制御する請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間において前記面光源装置の発光輝度が所定の値となるように前記光源を制御する請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記表示パネルは、互いに対向する第１電極基板と第２電極基板とを有し、
   前記光検知回路は前記第1電極基板上に配置され、
   前記第1電極基板は、ポリシリコンを用いた半導体回路を有する請求項１記載の液晶表示装置。
7. 複数の表示画素がマトリクス状に配置された有効表示部を有する表示パネルと、
   光源を有し前記表示パネルを照明する面光源装置と、
   コントローラと、を備え、
   前記表示パネルは、前記複数の表示画素の1つまたは複数毎に少なくとも1つ設けられた光検知回路と、
   前記光検知回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記コントローラは、前記光源の発光輝度を制御する輝度制御部を備えた液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記輝度制御部は、前記面光源装置の発光輝度を前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間とで切替える液晶表示装置の駆動方法。
8. 前記輝度制御部は、パルス幅変調された信号によって前記光源の輝度を制御し、
   前記光検知回路が光学情報を検知する期間において、前記光源をコード化された変調パルスによって制御する請求項７記載の液晶表示装置の駆動方法。
9. 前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間と、前記有効表示部に画像が表示される画像表示期間との前記面光源装置の発光輝度の平均値が、画像表示に適切な値となるように前記光源を制御する請求項７記載の液晶表示装置の駆動方法。
10. 前記輝度制御部は、前記光検知回路が光学情報を検知する期間において前記面光源装置の発光輝度が所定の値となるように前記光源を制御する請求項７記載の液晶表示装置の駆動方法。

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