(57)【要約】バックライトの光量を第１フォトデテクターでモニタすると共に、使用者側の環境を第２フォトデテクターでモニタし、この第２フォトデテクターを装置の前面部ではなく、装置の背面部に設ける。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第１フォトデテクターの影響を解消できる。
2003034131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
液晶表示装置の背面側にあって、液晶を挟むバ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ターを備え、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。
【請求項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ーを設置し、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。
【請求項４】
液晶表示装置において、液晶を挟むバ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ー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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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イオ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。
【発明の詳細な説明】
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バックライトの光量をモニターしてバックライト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、イメージセンサーや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ーする場合には液晶が透過状態か非透過状態によっ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ーやイメージセンサー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、バ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バックライトの光量をモニターするフォトデテクターと別に、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バ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、バックライトからの光量をモニターすることである。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ー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ーを設置し、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、バ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バ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バックライトの強度を制御する手段も可能である。
更に上記の手段でバ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。
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ＴＦＴ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とバ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ＴＦＴ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ＰＮ接合ダイオードを用いている。
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はバ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、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、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。ここではアナロ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ＴＦＴドライバー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の後方にバックライト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およびフォトデテクター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ＴＦＴ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ＴＮ液晶）用いた。また、フォトデテクターにはシリコンＰＮ接合ダイオードを用いている。
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および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っ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バ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。ここではアナロ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。先ずバックライトがＯＦＦの場合（図３Ａ）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）のみよって検出できる。
次にバックライトＯＮの場合（図３Ｂ）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バックライトＯＦＦの場合と同じである。従ってバ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ー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べたが、バ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。このようにして求められた外光の大きさによっ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ＴＦＴ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の後方にバックライト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、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、バ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バ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ＴＦＴドライバー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）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、遮光板のバ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６１７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ー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、バ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バックライト駆動回路６１０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ーを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。イメージセンサーに水平偏光板を装着した場合には、図７Ａに示すように、バ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、バ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７Ｂに示すように、バックライトからの光量は同様にイメージセンサーに入射するが、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ーに取りこまれることはない。後者を用いればバ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ー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バ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ーを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、一枚のイ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９Ａ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。フォトデテクター９１を液晶表示装置９２表面に装着し、発光ダイオ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ダイオードを用い、発光ダイオード９６はＲＧＢＷ（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９Ｂ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１００ＫＨｚ，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）
2003034131.tif 000003
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つの発光ダイオードに割り当てる。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。ＲＧＢＷ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オ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９Ｃ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９Ｃ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ＣＰＵ９５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９Ｄ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、バックライトの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の液晶表示画面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１０Ｂ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１００ＫＨｚ，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。）
2003034131.tif 000004
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、３つの発光ダイオードに割り当てる。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ー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っ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。ＲＧＢ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オ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１０Ｃ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１０Ｃ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ＣＰＵ９５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９Ｄ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、バ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、モノクロ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��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、精度の高いバ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やイメージセンサー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、本発明によるバックライト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イン用の高精度・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。
【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バ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はバックライトＯＦＦ時の場合、ＢはバックライトＯＮ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７は本発明における第４の実施の形態におけるバックライトがＯＮの場合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９Ａ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１０Ａは表示面に設けた発光ダイオー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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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