WO2003034131A1 - Afficheur a cristaux liquides et son procede de correction - Google Patents

Afficheur a cristaux liquides et son procede de correction

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Description

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明 細 書 液晶表示装置とその較正方法 技術分野

本発明は、 バックライ トの精密な光量の制御と液晶表示側の使用者イメージお よび照度の情報を取り込む機能を備えた液晶表示装置を実現する技術と同表示装 置を高階調で較正する技術に関するものである。 背景技術

近年、 液晶表示装置は家庭用のテレビ、 コンピュータ、 テレビ電話などに数多 く使用されてきている。 このような液晶表示装置はバックライ トを備えるものが 多い。 特に印刷業や医療用などでは再現性を要求されるためフォ トデテクターを 液晶表示装置内の背面側に設けてパックライ トの光量をモニターしてバックライ 卜の光量の制御を行っている。 また、 液晶パネルは使用温度や経時劣化により光 の透過伝達特性が非線型で大きく変化するため、 階調を高めることに実用上の限 界があった。 また、 使用者側のイメージや明るさをモニターする装置を設置した 液晶表示装置も開発されているが、 イメージセンサーゃフォ トデテクターを液晶 表示装置の後背部や周辺部に置いたり、 可動のセンサーを表示画面に置いて手動 で較正することが多い。 しかしながら、 従来のようにバックライ トの光量を液晶表示装置の内部に設け たフォ トデテクターでモニタ一する場合には液晶が透過状態か非透過状態によつ て液晶背面側の反射光量が変化するので、 適切な光量モニターとならない問題が ある。 また周囲の明るさが暗い場合と明るい場合では液晶前面部からの外光入射 によりフォ トデテクターへのモニター信号の外乱となり、 バックライ トの適切な 輝度制御が行えない場合がある。 使用環境の照度もモニターすることが必要であ る。 このような使用環境の照度や使用者側のイメージをモニターするフォ トデテ クタ一やイメージセンサ一を液晶表示装置の前面部に設けると液晶表示装置のデ ザイン性を損なう問題がある。 また、 液晶パネルには経時劣化や温度特性により 光学的伝達特性が変化する問題があり、 パックライ トの光量を一定にしても表示 される画像の階調の再現性が低くなる場合があり、 精度の高い較正方法の確立が 望まれている。 発明の開示

本発明の液晶表示装置にはパックライ 卜の光量をモニターするフォ トデテクタ —と別に、 使用者側の環境をモニターするためのフォ トデテクターを設けること が本発明の手段である。 フォ トデテクターを前面部に設けず、 背面部に設置する 構成を第一の手段として、 使用者側の環境をモニターするために主として 2つの 手段を施している。

1つの手段は液晶表示装置内のパックライ トをモニターするフォ トデテクター に偏光板を装着することで液晶が透過状態であるか非透過状態であるかにかかわ らず、 パックライ トからの光量をモニタ一することである。 液晶のバックライ ト 側には偏光板が存在するため、 液晶側の反射光はその偏光板の影響により液晶が 透過状態か非透過状態かで偏光成分が大きく変化する特性がある。 従って、 偏光 板と同じ偏光特性を有する偏光板を装着したフォ トデテクタ一と直交する偏光板 を装着したフォ トデテクターで検出される信号強度により各々の偏光成分をモニ ターするように構成するものである。

もう 1つの手段は使用者側から見て液晶表示装置の背後にフォ トデテクターや イメージセンサ一を設置し、 液晶を透過状態にすることで液晶を透明状態にし、 液晶部を通して使用者側のイメージや明るさをモニターする構成である。 また、 パックライ トを備えた液晶表示装置では透過状態でも一定の偏光成分を有する反 射光がフォトデテクターやイメージセンサーに入ってくるので先に述べた偏光板 を装着することでパックライ トの影響を小さくできる手段を供すことができる。 無論、 それと直交する偏光板を装着したものと組み合わせてパックライ トの強度 を制御する手段も可能である。

更に上記の手段でパックライ ト光量の安定化された液晶パネルにおいて、 液晶 パネルの使用条件 (使用温度や経時特性) での適切な映像を得る手段が求められ g

る。 画面前面に可動式のフォ トデテクターを密着させた状態で、 特定の映像信号 (例えば段階的に増減させるような映像信号) を入力し、 フォ トデテクターの信 号を検出すれば、 その液晶パネルの光学的な伝達特性を知ることが出来る。 これ を基に映像信号を変換する関数または変換テーブルを用意することで本来表示し ようとする映像を再現することが可能となる。 図面の簡単な説明

図 1は本発明における第 1の実施の形態のフォ トデテクターを内蔵する液晶表 示装置の構成図である。

図 2は本発明における第 2の実施の形態のフォ トデテクターを内蔵する液晶表 示装置の構成図である。

図 3は本発明における第 2の実施の形態における異なる偏光板を装着した場合 のパックライ ト光量の検出方法および外光検出方法の原理説明であって、 Aはパ ックライ ト O F F時の場合、 Bはパックライ ト O N時の場合である。

図 4は本発明における第 3の実施の形態のフォ トデテクターを内蔵する液晶表 示装置の構成図である。

図 5は本発明における第 5の実施の形態におけるイメージセンサーによる使用 者のイメージを取りこむ原理である。

図 6は本発明における第 4の実施の形態のフオ トデテクターを内蔵する液晶表 示装置の構成図である。

図 7は本発明における第 4の実施の形態におけるパックライ トが ONの場合の イメージセンサ一による使用者のイメージを取りこむ原理図で、 Aは水平偏光板 装着時、 Bは垂直偏光板装着時の場合である。

図 8は従来のフォトデテクターを内蔵する液晶表示装置の構成図である。 図 9 Aは表示面に設置したフォ トデテクターによる液晶表示装置の階調較正法 を説明するための構成図、 Bは入力映像信号を示す図、 Cは階段状較正信号に対 する液晶の光透過特性を示す図、 Dは繰返し階調較正の経過例を示す図である。 図 1 O Aは表示面に設けた発光ダイォ一ドによる液晶表示装置の階調較正法を 説明するための構成図、 Bは入力映像信号を示す図、 Cは階段状較正信号に対す る液晶の光透過特性を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について図面を参照して、 詳細に説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は、 本発明における第 1の実施の形態のフォトデテクターを内蔵する液晶 表示装置の構成図である。 透明電極面 4と T F Tドライバー回路を含んだ対向電 極面 2で挟まれて配向された液晶層 3が、 更に偏光板 1と偏光板 5で挟まれて構 成される液晶パネル 18の後方にバックライ ト 6および遮光板 7が配置され、 遮 光板の外方にフォ トデテクター 9 とパックライ ト側にフォ トデテクター 8が設置 されているものである。 映像信号入力端子 17 より入力された画像情報は液晶駆 動に必要な電圧や走査方式に併せて液晶駆動回路 15 により駆動信号として透明 電極面 4と T F Tドライバー回路を含んだ対向電極面 2に送られる。 ここで使用 した液晶は入射光の偏波面を 90度回転させる性質を有する液晶を用いた。 また、 フォ トデテクターにはシリコン P N接合ダイォードを用いている。

この構成でバックライ トを制御する原理を説明する。 フォ トデテクター 8 はパ ックライ トの光量に応じて出力電流が変化する。 しかし、 使用者環境の光量も液 晶パネルを通してフォトデテクター 8 に入光する。 ここで遮光板の外方に設置さ れたフォ トデテクター 9 によって使用者環境の光量を間接的にモニターすること ができる。従って、各々のフォトデテクターからの信号を増幅器(ここでは電流 · 電圧変換型のトランスインピーダンスアンプを用いた) から出力される信号を演 算回路 13 に入力して、 パックライ トからの光量信号から使用者環境の光量信号 成分に係数を掛けたものを引いて演算回路の出力として増幅器 14の入力とする。 増幅器 14は入力端子 16によって設定されるバックライ トの輝度設定との差を取 り、 ノ ックライ トに対する所望の光量となるようにバックライ ト駆動回路 10 に 信号を送り、 バックライ トへの供給電力を調整するものである。 ここではアナ口 グ信号として扱ったが、 増幅器 11、 12の後に AD変換を行い、 演算回路を含め て全ての信号処理をデジタル的に行う構成も可能であることは言うまでもない。 (実施の形態 2 )

図 2は、 本発明における第 2の実施の形態のフォ トデテクターを内蔵する液晶 表示装置の構成図である。 透明電極面 24 と T F Tドライバ一回路を含んだ対向 電極面 22で挟まれて配向された液晶層 23が、 更に偏光板 21 (水平偏光特性) と偏光板 25 (垂直偏光特性) で挟まれて構成される液晶パネル 220の後方にパ ックライ ト 26および遮光板 27が配置され、遮光板のバックライ ト側にフォトデ テクター 28およぴフォ トデテクター 29とが各々に偏光板 218 (水平偏光特性)、 偏光板 219 (垂直偏光特性)が設置されているものである。映像信号入力端子 217 より入力された画像情報は液晶駆動に必要な電圧や走査方式に併せて液晶駆動回 路 215により駆動信号として透明電極面 24と T F Tドライバー回路を含んだ対 向電極面 22に送られる。 ここで使用した液晶は入射光の偏波方向を 90度回転す る性質を有する液晶を (例えば T N液晶) 用いた。 また、 フォ トデテクターには シリコン P N接合ダイォードを用いている。

この構成でバックライ トを制御する手順を説明する。 フォ トデテクター 28およ ぴ 29 はバックライ トの光量に応じて出力電流が変化する。 ここで、 使用者環境 の外光は液晶パネルを通してフォ トデテクター 29には偏光板 25と同一の偏波方 向を有する偏光板 219 が存在するので入光するが、 フォ トデテクター 28 には直 交する偏波方向を有する偏光板 218が存在するので入光することができない。 こ こでフォ トデテクター 28と 29の信号の演算によって使用者環境の光量を直接的 にモニターすることができる。 従って、 各々のフォ トデテクターからの信号を増 幅器 (ここでは電流 ·電圧変換型のトランスインピーダンスアンプを用いた) か ら出力される信号を演算回路 213に入力して、 バックライ トからの光量信号から 使用者環境の光量信号成分に係数を掛けたものを引いて演算回路の出力として増 幅器 214の入力とする。 この係数は偏光板の透過率や液晶の非線形な透過率によ つて決まるものであるため、 予め実験的に較正を行って決めることが出来る。 増 幅器 214は入力端子 216によって設定されるパックライ トの輝度設定との差を取 り、 ノ ックライ トに対する所望の光量となるようにパックライ ト駆動回路 210に 信号を送り、 バックライ トへの供給電力を調整するものである。 ここではアナ口 グ信号として扱ったが、 増幅器 211、 212の後に AD変換を行い、 演算回路を含 めて全ての信号処理をデジタル的に行う構成も可能であることは言うまでもない この原理を図 3を用いて更に詳細に説明する。先ずパックライ トが OFFの場合 (図 3 A) について説明する。 液晶パネルの背面側の偏光板の偏光方向が水平で あれば、 外光は水平偏光となって水平偏光板を装着したフォ トデテクター A (光 検出器 A) では透過できるが、 垂直偏光板を装着したフォ トデテクター B (光検 出器 B) では透過されない。 ここでは外光成分はフォ トデテクター A (光検出器 A) のみよつて検出できる。

次にパックライ ト ONの場合 (図 3 B ) について説明する。 液晶パネルの背面 側の偏光板の偏光方向が水平であれば、 液晶パネルが透過状態によって液晶パネ ルからの反射光量が変化するが、 概ね反射成分には水平偏光成分を多く含むもの となる。 このような反射光は水平偏光板を装着したフォ トデテクター A (光検出 器 A) では透過検出できるが、 垂直偏光板を装着したフォ トデテクター B (光検 出器 B) では透過検出されない。 ここでは外光成分はパックライ ト OFFの場合 と同じである。 従ってパックライ トの光量は垂直偏光板を装着したフォ トデテク タ一によって反射光や外光の影響なくモニターすることができる。 また、 フォ ト デテクター A (光検出器 A) とフォ トデテクター B (光検出器 B) の差を求めるこ とで外光成分を求めることが出来る。 ここでは原理を説明するために単に差と述 ベたが、 パックライ トの反射光量を一定の成分として除去し、 実際の偏光板や液 晶の透過係数によつて係数を掛けた演算処理によつて精度を高められることは言 うまでもない。 このようにして求められた外光の大きさによつて使用環境が明る さに応じてバックライ ト光量を可変させ、 表示画像の視認性を高めることも可能 である。 (実施の形態 3 )

図 4は、 本発明における第 3の実施の形態のフォトデテクターを内蔵する液晶 表示装置の構成図である。 透明電極面 44 と T F Tドライバー回路を含んだ対向 電極面 42で挟まれて配向された液晶層 43が、 更に偏光板 41 (水平偏光特性) と偏光板 45 (垂直偏光特性) で挟まれて構成される液晶パネル 418 の後方にパ γ

ックライ ト 46および遮光板 47が配置され、遮光板のバックライ ト側にイメージ センサー 49が集光レンズ 48の後方に設置されているものである。 映像信号入力 端子 217より入力された画像信号は液晶駆動に必要な電圧や走査方式に合わせて 液晶駆動回路 415により液晶パネルへ 418へ駆動信号を送る。 ここで使用した液 晶は入射光の偏波方向を 90度回転させる性質を有した液晶を用いた。 また、 ィ メージセンサーにはシリコン CCDまたは CMOSによるものを用いている。 この構成でバックライ トを制御する手順を説明する。 イメージセンサ一 49はバ ックライ トの光量に応じて出力信号レベルが変化する。 ここで、 使用者環境の外 光は液晶パネルを通して光量を直接的にモニターすることができる。従って、各々 のイメージセンサーからの映像信号を演算回路 413に入力し、 輝度に相当する信 号を演算回路の出力として増幅器 414へ入力する。 このような演算の内容は予め 実験的に較正を行って決めることが出来るが、 パックライ ト光量とのルックアツ プテーブルを作成しておいて、 それを参照してイメージの輝度信号量とすること もできる。増幅器 414は基準信号入力端子 416によって設定されるバックライ ト の輝度設定との差を取り、 バックライ トに対する所望の光量となるようにパック ライ ト駆動回路 410に信号を送り、 バックライ トへの供給電力を調整するもので ある。 ここではアナログ信号として扱ったが、 イメージセンサー制御回路 411や 演算回路 412の信号処理をデジタル的に行う構成が可能であることは言うまでも ない。

このイメージセンサーによる使用者のイメージを取りこむ原理を図 5を用いて 説明する。 バックライ トが OFF の場合で、 かつ液晶パネルを全て開放の状態で あれば、 外のイメージは集光レンズによりイメージセンサー上に実像を結び、 使 用者の画像情報を検出できる。 これはバックライ トを間欠的に動作させることや 画像表示を開始する初期の状態で機能させることができる。

(実施の形態 4 )

図 6は、 本発明における第 4の実施の形態のフォ トデテクターを内蔵する液晶 '表示装置の構成図である。 透明電極面 64 と T F Tドライバ一回路を含んだ対向 電極面 62で挟まれて配向された液晶層 63が、 更に偏光板 61 (水平偏光特性) g

と偏光板 65 (垂直偏光特性) で挟まれて構成される液晶パネル 618 の後方にバ ックライ ト 66および遮光板 67が配置され、遮光板のパックライ ト側にイメージ センサー 69が集光レンズ 68および偏光板 619の後方に設置されているものであ る。映像信号入力端子 6Γ7より入力された表示の映像信号は液晶駆動回路 615に より液晶駆動に必要な電圧や走査方式に合わせて液晶パネル 618へ駆動信号とし て送られる。使用者 618への画像情報はここで使用した液晶は入射光の偏波方向 を 90度回転させる性質を有した液晶を用いた。 また、 イメージセンサーにはシ リコン CCDまたは CMOSによるものを用いている。

この構成でバックライ トを制御する手順を説明する。 イメージセンサー 69はバ ックライ トの光量に応じて出力信号レベルが変化する。 ここで、 使用者環境の外 光は液晶パネルを通して光量を直接的にモニターすることができる。従って、各々 のイメージセンサ一からの映像信号を演算回路 613に入力し、輝度に相当する信 号を演算回路の出力として増幅器 614へ入力することができる。 このような演算 の内容は予め実験的に較正を行って決めることが出来るが、 パックライ ト光量と のルックアップテーブルを作成しておいて、 それを参照してイメージの輝度信号 量とすることもできる。増幅器 614は基準信号入力端子 616によって設定される ノ ックライ トの輝度設定との差を取り、 バックライ トに対する所望の光量となる ようにバックライ ト駆動回路 610に信号を送り、 パックライ トへの供給電力を調 整するものである。 ここではアナログ信号として扱ったが、 イメージセンサー制 御回路 611や演算回路 612の信号処理をデジタル的に行う構成が可能であること は言うまでもない。

このイメージセンサーによる使用者のイメージを取りこむ原理をバックライ ト が ONの場合に図 7を用いて説明する。 ここではイメージセンサ一を 2つ用意し、 各々に水平と垂直の偏光方向を持つ偏光板を装着する。 ィメ一ジセンサーに水平 偏光板を装着した場合には、 図 7 Aに示すように、 パックライ トからの光量とと もに使用者および使用環境のイメージは集光レンズによりイメージセンサー上に 実像を結ぶ。 この時レンズの位置が使用者にピントが合っていれば、 パックライ トは実像とならない。また、 イメージセンサーに垂直偏光板を装着した場合には、 図 7 Bに示すように、 ノ ックライ 卜からの光量は同様にイメージセンサ一に入射 するが、 使用者および使用環境のイメージは偏光板の直交性からイメージセンサ 一に取りこまれることはない。 後者を用いればパックライ トの光量を外光の影響 なく検出できる。 また、 これらの異なる偏光板を装着して得られたイメージセン サ一からの映像信号の差を取れば、 使用者および使用環境のイメージをパックラ イ トの影響を除外して得ることができる。 このようなイメージセンサ一を 2つ用 意しておきするか、 偏光板の偏光方向を変えられるよな構成、 例えば偏光板を機 械的に回転させたり、 偏光板そのものを液晶パネルで作成しておけば、 一枚のィ メージセンサーで上述のような機能を実現できる。 ここでは原理を説明するため に単に差と述べたが、 実際の偏光板や液晶の透過係数によって係数を掛けた演算 処理によって精度を高められることは言うまでもない。

(実施の形態 5 )

図 9 Aは実施の形態 1 , 2 , 3, 4、 で述べられた液晶表示装置において、 画 像信号の較正を行う方法を示したものである。フォ トデテクタ一91を液晶表示装 置 92表面に装着し、発光ダイォードまたは半導体レーザ 96を液晶パネル背面側 から表示側に向けて設置する。ここでフォ トデテクター 91はシリコン PNダイォ ードを用い、 発光ダイオード 96は R G B W (赤、 緑、 青、 白) の 4種を並べて 用いる。 映像信号入力端子 93より較正用の 12ビッ トの階段状の信号 (図 9 B参 照) を入力する。 この階段の時間幅は 1 ミリ秒とした。 最初はこの信号を後で述 ベる変換テーブル 94を参照せず、 そのまま液晶駆動回路 910に入力し、 液晶表 示装置の透過状態を変化させる。

変調信号発生器 98は周波数の異なる正弦波 (例えば、 それぞれ ΙΟΟΚΗζ, 200KHz, 300KHz, 400KHzの 4種類) の信号、 または擬似ランダム系列の中か ら直交する 4つのパターン (例えば、 アダマール行列から得られる以下のような 16bitの系列が得られる。 参考文献:「MATLAB/Simulinkによる CDMA」、 真田 幸俊著、 東京電機大学出版局) などである。 これらの系列は積和演算を行えば、 異なる系列間ではゼロになる。 無論、 周波数の異なる正弦波も周期の最小公倍数程度の区間で積分すればゼロと なるのは自明である。 即ちこれらは全て直交する性質を持っている。 1を on、 -1 を off とするようなパルス変調信号を作り、 4つの発光ダイォードに割り当てる。 ここで、 最小パルスの時間幅は 1マイクロ秒とした。 これらの変調信号は駆動回 路 99を通して、 各発光ダイオード 96に入力し、 光変調信号を発生する。 この光 変調信号を液晶パネル背面側より表示側へ向けて設けられたフォ トデテクター 91で検出する。 フォトデテクターからの検出信号は相関検出回路 99に入力され る。 変調信号が正弦波の場合、 相関検出回路 99はロックインアンプとみなせて、 同一の周波数で同期を取ることで、 周囲の雑音を除外して光変調信号の振幅を検 出できる。 変調信号が擬似ランダム系列の場合における相関検出回路の動作を説 明する。 サンプリング周波数 10MHzで、 AD変換した数値と擬似ランダム系列 との相関を取る。このような相関を取るには例えば擬似ランダム系列の 1を +1に、 0を- 1として (アダマール系列では上のままでよい)、 AD変換でサンプリングさ れた数値と積を取り、 擬似ランダム系列の周期の整数倍の時間に渡って累積を求 めることで相関値が得られる。 R G B Wの 4色に割り当てた周波数や擬似ランダ ム系列は、 それぞれが直交するので、 同時に測定した場合でも各々の発光ダイォ ―ドに対して独立に透過係数を算出することができる。 このような手順を次の映 像信号の階段状態で繰り返し、 最後の階調となる階段まで行えば、 図 9 Cに示す ような階段状の較正信号に対する液晶の光透過特性が 1つの色に対して得られる。 図 9 Cに見られる歪んだ伝達カーブは液晶が温度や劣化の程度によつて伝達特性 が異なる性質があるためである。 これを CPU 95に入力し、 表示装置に要望され る所定の最大強度で規格化し、 較正のための階段状の映像信号と比較し、 その変 換テーブル (LUT, Look Up Table) を作成する。 得られた変換テーブルを映像信 号変換回路 94に入力し、 第 1次の LUTに基ずく変換回路を生成する。 これ以降 は図 9 Dに示すような流れで、 再度、 較正用の 12ビッ トの階段状の信号を映像 信号入力端子に入力し、 同様の手順に従って第 2次の LUTを作成し、 第 2次の 変換回路を生成する。 これを繰り返すことで所定の伝達特性に漸近してゆく。 こ の誤差が最小になるようになった時点の LUT変換回路の生成をもって較正を終 了する。 フォ トデテクターではバックライ トの光量も同時に検出され、 バックグ ラウ'ンド雑音が大きくなるので、 バックライ トを OFFにして検出精度を高める こともできるが、 本方法は光変調信号を復調する際にバックグラウンド成分は相 関検出時に除去されるので、 パックライ トの ON状態でも LUT生成が可能であ る。 本方法はカラーの各色についての較正についての手順で述べたが、 モノクロ 表示につい較正が行えることは言うまでもない。

(実施の形態 6 )

図 10Aは実施の形態 1 , 2 , 3 , 4、 で述べられた液晶表示装置において、 画 像信号の較正を行う方法を示したものである。光源 101を液晶パネル 102の液晶 表示画商に向けて設置している。 ここで光源 101は液晶パネルへの外光を遮光す る目的で設けたフード状の庇の内部に格納され、 視界の妨げとならないようにす ることができる。 ここでは赤、 青、 緑からなる 3種の半導体レーザを用いた。 半 導体レーザは一定の偏光を出光できるので、 照射される表示側の偏光板と偏光方 向を一致させることで、 極めて効率良く液晶パネルを透過させることができる利 点がある。 更に、 偏光方向の異なる偏光板を装着した 2つフォ トデテクターを半 導体レーザの照射位置に設置する。映像信号入力端子 93より較正用の 12ビッ ト の階段状の信号 (図 1 0 B参照) を入力する。 この階段の時間幅は 1 ミリ秒とし た。 最初はこの信号を後で述べる変換テーブルを参照せず、 そのまま液晶パネル に入力することで液晶の透過状態を変化させる。

変調信号発生器 98は周波数の異なる正弦波 (例えば、 それぞれ ΙΟΟΚΗζ, 200KHz, 300KHz, の 3種類) の変調信号、 または擬似ランダム系列の中から直 交する 3つのパターン(例えば、アダマール行列から得られる以下のような 16bit の系列が得られる。)

などである。 これらの系列は積和演算を行えば、 異なる系列との間ではゼロにな る。 無論、 周波数の異なる正弦波も周期の最小公倍数程度の区間で積分すればゼ ^

口となるのは自明である。 即ちこれらは全て直交する性質を持っている。 1を on、 -1を off とするようなパルス変調信号を作り、 3つの発光ダイォ一ドに割り当て る。 ここで、 最小パルスの時間幅は 1マイクロ秒とした。 これらの変調信号は駆 動回路 99を通して、 各半導体レーザに入力し、 光変調信号を発生する。 この光 変調信号を実施の形態 2で述べたバックライ ト輝度検出のためのフォ トデテクタ 一 91で検出する。実施の形態 2で述べたように、 この 2つのフォ トデテクターの 出力信号の差分を差動増幅器で取ることでバックライ ト光の主成分をキャンセル し、 半導体レーザ光の成分を測定することができる。 差動増幅器の出力信号は相 関検出回路 99に入力される。 変調信号が正弦波の場合、 相関検出回路 99はロッ クインアンプとして、 各々の周波数と同期を取ることで、 フォ トデテクターに入 つて来る雑音を除外して光変調信号を検出できる。 変調信号が擬似ランダム系列 の場合について、 相関検出回路の動作を説明する。 サンプリング周波数 10MHz で、 AD変換した数値と擬似ランダム系列との相関を取る。 このような相関を取 るには例えば擬似ランダム系列の 1を +1に、 0を- 1として (アダマール系列では 上のままでよい)、 AD変換でサンプルされた数値と積を取り、 擬似ランダム系列 の周期の整数倍の時間区間で累積することで相関値が得られる。 R G Bの 3色に 割り当てた異なる周波数や異なる擬似ランダム系列は直交するので、 同時に測定 しても各々の発光ダイォードに対して独立に透過係数を算出することができる。 このような手順を次の映像信号の階段状態で繰り返し、 最後の階調となる階段ま で行えば、 図 1 0 Cに示すような階段状の較正信号に対する液晶の光透過特性が 1つの色に対して得られる。 図 1 0 Cに見られる歪んだ伝達カーブは液晶が温度 や劣化の程度によって伝達特性が異なる性質があるためである。 これを CPU 95 に入力し、 表示装置に要望される所定の最大強度で規格化し、 較正のための階段 状の映像信号と比較し、 その変換テーブル (LUT, Look Up Table) を作成する。 得られた変換テーブルを映像信号変換回路 94に入力し、第 1次の LUTに基ずく 変換回路を生成する。 これ以降は実施の指令形態の説明図 9に述べたのと同様に (図 9 Dに示すような流れで、 再度、 較正用の 12ビッ トの階段状の信号を映像 信号入力端子に入力し、 第 2次の LUTを作成し、 第 2次の変換回路を生成する。 これを繰り返すことで所定の伝達特性に漸近してゆく。)、 この誤差が最小になる ようになった時点の LUT変換回路の生成をもって最終的な変換回路を生成する。 フォ トデテクターでは使用環境の光量も同時に検出されるので、 パックグラウン ド雑音が大きくなるが、 本方法ではバックグラウンド雑音成分は相関検出時に除 去されるので、 如何なる使用状態でも LUT生成が可能である。 本方法はカラー の各色についての較正についての手順で述べたが、 モノク口表示につい較正が行 えることは言うまでもない。 また、 発光源 101は半導体レーザを使用したが、 発 光ダイオードであっても同様に使用できる。 更に同光源は液晶パネルへの外光を 遮光する目的で設けたフード状の庇の内部に格納される場合について述べたが、 光源をアレイ状に並べた可動の光源を液晶表示画面に装着して較正を行うことが 可能なのは言うまでもない。 本発明を用いると、 使用者側から外光によるバックライ ト光量の検出のための フォ トデテクターへの影響を解消し、 精度の高いパックライ ト制御をおこなうこ とができる。 また、 フォ トデテクターの 1種であるイメージセンサーを液晶パネ ルの背面側に設置して使用者の映像情報を取り込むことができる。 いづれの場合 も液晶パネルを透過する偏光の性質を利用してフォトデテクターゃィメージセン サ一に偏光方向の異なる偏光板を装着した複数の信号から演算処理によってより 高い精度でバックライ ト制御や使用者イメージを取り込むことが可能となる。 ま た、 本発明によるパックライ 卜の安定化によって精度の高い較正が可能となり、 高い階調性や再現性を要求される医療用液晶ディスプレイやデザィン用の高精 度 ·光階調度の液晶ディスプレイにおいて極めて工業価値が高いものである。

Claims

WO 03/034131 -^^ PCT/JP01/09062 請 求 の 範 囲
1 . 液晶表示装置の背面側にバックライ ト側に向けて設置されたフォ トデテク ターとバックライ ト側と異なる方向に向けて設置されたフォ トデテクターとによ り検出される 2つ以上の信号を演算して得られる信号に基づいてパックライ トの 光量を制御することを特徴とする液晶表示装置。
2. 液晶表示装置の背面側にあって、液晶を挟むパックライ ト側の偏光板と同一 の偏光方向を有する偏光板および直交する偏光性を有する偏光板の一方または両 方を装着したフォトデテク夕一を備え、 これらのフォトデテクターにより検出さ れる 2つ以上の信号を演算して得られる信号に基づいてバックライ トの光量を制 御することを特徴とする液晶表示装置。
3 . 液晶表示装置の背面側より表示方向に向けたイメージセンサ一を設置し、 液 晶を光透過するよう設定された状態で表示側方向のイメージまたは照度情報を取 り込む機能を備えた液晶表示装置。
4 . 液晶表示装置において、 液晶を挟むパックライ ト側の偏光板と同一の偏光方 向を有する偏光板が装着されたイメージセンサ一が背面側より表示方向に向けて 設置され、 液晶を光透過するよう設定された状態で表示側方向のイメージまたは 照度情報を取り込む機能を備えた液晶表示装置。
5 . 上記フォ トデテクターまたはイメージセンサーにより、 液晶表示側から透過 する光量で周囲照度を検出し、 液晶表示背面側から反射される光量によりバック ライ トの光強度を検出することにより、 バックライ トの光量を制御することを特 徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項の何れかに記載の液晶表示装置。
6 . 請求の範囲第 1項〜第 4項の何れかに記載の液晶表示装置の表示背面側に第 2の光源と表示画面側に第二のフォ トデテクターを設置し、 液晶表示装置に較正 用の映像信号を入力した状態で前記第 2の光源を変調し、 透過光を第 2のフォ ト デテクターにより検出し、 その変調信号を復調することで液晶の光学的伝達特性 を求め、 較正用の映像信号の変換関数または変換テーブルを求めることで画像表 示を補正することを特徴とする液晶表示装置の較正法。
7 . 請求の範囲第 1項〜第 4項の何れかに記載の液晶表示装置の画面側に表示画 面へ向けて偏光方向が表示側の液晶パネルの偏光方向と一致して出光する発光ダ ィォードまたは半導体レーザからなる第 3の光源を設置し、 液晶表示装置に較正 用の映像信号を入力した状態で光源を変調し、 上記液晶表示装置内の背面側に設 置されたフォトデテクターまたはイメージセンサーにより検出される変調信号を 復調することで液晶の光学的伝達特性を求め、 較正用の映像信号の変換関数また は変換テーブルを求めることで画像表示を補正することを特徴とする液晶表示装 置の較正法。
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