(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトを有する透過型液晶表示装置において、
光源色度可変のバックライト装置と、
バックライト制御手段と、
入力映像信号の輝度レベル検出手段と、
偏光シートにて液晶が挟持された液晶パネルの印加電圧対波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、
該バックライト制御手段は、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号を加えて該バックライトの発光色度を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
バックライトを有する透過型液晶表示装置において、
光源色度可変のバックライト装置と、
バックライト制御手段と、
入力映像信号の輝度レベル検出手段と、
偏光シートの波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、
該バックライト制御手段は、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号を加えて該バックライトの発光色度を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
光源色度可変のバックライト装置は発光色の異なる複数の光源からなることを特徴とする前記請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
光源色度可変のバックライト装置は、発光強度は一定で、色度のみが可変されることを特徴とする前記請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
入力映像信号の輝度レベル検出手段と、
ホワイトバランス調整手段と、
偏光シートにて液晶が挟持された液晶パネルの印加電圧対波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、
該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号にてホワイトバランス調整を行うことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
入力映像信号の輝度レベル検出手段と、
ホワイトバランス調整手段と、
偏光シートの波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、
該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号にてホワイトバランス調整を行うことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
該波長透過特性をルックアップテーブルに格納することを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
複数の波長透過特性を格納するルックアップテーブルと、該複数の波長透過特性の１つを指定する手段を有することを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれか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】
本発明は、液晶モニターや液晶テレビなどの液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置の技術進歩はめざましく、装置の薄さにより省スペースを計れることや省電力が計れることを武器にノート型パソコン、モニター、液晶ＴＶ、携帯情報機器、携帯電話等に使用され、大きな市場を形成している。
【０００３】
この液晶表示装置は、一対のガラス基板で液晶を挟んだ素子（液晶パネル）の光入射側及び光出射側に偏光板を装着した構成になっており、該偏光板で偏光され液晶パネルに入射された直線偏光光を各画素の液晶層によって変調することにより、画像表示を可能としている。
【０００４】
液晶パネルの基本動作原理を図２に示し、説明する。図２はノーマリーホワイト型の液晶パネルを表し、液晶を挟む２枚の偏光シートの偏光軸が直交するように配置されており、充分な印加電圧を加えることで透過率が最小となる構成である。
【０００５】
図２において、５は液晶パネル、５ａは入射側偏光シート、５ｂは出射側偏光シート、５ｃは液晶部、５ｄは液晶分子であり、電圧印加により螺旋状に回転配向する液晶分子５ｄを、光が通らないように偏光方向を直交させた２枚の偏光フィルム５ａ 及び５ｂで挟む構成となっている。
【０００６】
図２ａは液晶パネルの光透過(Ｏｎ表示)の原理図で、電圧印加が無い場合液晶パネル５ｃは螺旋状に回転配向されており、入射した光はまず偏光フィルム５ａで一方向の振動方向に偏光され、この偏光光は液晶分子５ｄの隙間に沿って、偏光方向が９０゜捻られることで、偏光光は偏光フィルム５ｂを透過することになる。
【０００７】
図２ｂは液晶パネルの光遮断（Ｏｆｆ表示）の原理で、液晶パネルは電圧を印加されると、液晶分子５ｄは捻れがとれ直立するため、偏光フィルム５ａで偏光した光は、偏光方向を変えることなく液晶パネルを透過することになり、偏光光は遮断される。
【０００８】
また、中間調の表示は、Ｏｎ表示とＯｆｆ表示の中間となる適当な電圧を液晶パネルにかけることによって表現している。カラーの表示方法は１画素をそれぞれＲed、Ｇreen、Ｂlue のフィルターを有する ３つのドットから構成し、各ドットを制御する事で必要色を表示することになる。
【０００９】
図６に液晶表示装置の回路ブロックを示す。図６において、１はＹ/Ｃ分離回路、２はビデオクロマ回路、３はＡ/Ｄコンバータ、４は液晶コントローラ、５は液晶パネル、６は蛍光管駆動回路、７はバックライト、８はマイコン、１１は階調回路である。
【００１０】
入力映像信号は、Ｙ／Ｃ分離回路１に入力され、輝度信号と色信号に分離される。輝度信号と色信号はビデオクロマ回路２にて光の３原色である、Ｒ、Ｇ、Ｂに変換され、さらに、このアナログＲＧＢ信号はＡ／Ｄコンバーター３により、デジタルＲＧＢ信号に変換され、液晶コントローラ４に入力される。
【００１１】
液晶パネル５では液晶コントローラ４からのＲＧＢ信号が所定のタイミングで入力されると共に、階調回路１１からのＲＧＢそれぞれの階調電圧が供給され、画像が表示されることになる。
【００１２】
これらの処理を含め、システム全体の制御はマイコン８が行うことになる。
液晶表示装置の基本構成と基本動作は上述のようになるが、カラー映像表示などの忠実な色再現やハイコントラストを得るためには液晶パネルを構成する各部材の波長依存性等の対応が必要となり、例えば液晶の波長依存性の対応として各種提案がされている。
【００１３】
特開平５−３２３３１１号公報においては、一般にＴＮモードでは、電圧無印加時に入射直線偏光に対して、液晶層を通過した後の出射光が偏光軸の直交した直線偏光となるように液晶パネルを設計する。
【００１４】
このときの条件は、通常、光学的な位相差△ｎ・ｄ／λ（△ｎ＝液晶の屈折率異方性、ｄ＝液晶層の厚み、λ＝光の波長）がほぼ０．９となる条件であるが、このとき表示モードが電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードの場合では、黒付近の表示は光学的位相差が１付近という比較的大きい領域を用いることになるため波長依存性が大きく、黒付近の中間調では色度変化が激しく表示品位の非常に悪いものになってしまう。
【００１５】
一方、ノーマリーホワイトモードでは、光学的位相差が大きい領域で白表示となるが、このときは波長依存が生じていても、色度変化は少なくまた、黒付近では光学的位相差が小さくなり、波長依存性そのものも小さくなるので、色度変化のない均一で良好な表示が得られ、従って一般にはノーマリーホワイトモードのＴＮ液晶表示装置が用いられる。
【００１６】
ところが、ノーマリーホワイトモードにおいてコントラスト比の高い表示を得ようとすると、黒表示での光の透過率をできるだけ低くする必要があり、ノーマリーホワイトモードは、電圧を印加して液晶分子が基板面に対して垂直に立ち上がった状態で、黒表示となるものであるが、実際には、電圧を印加しても基板界面付近の液晶分子は基板との相互作用が強く、完全に立ち上がらず、その結果、光学的な位相差が発生し、光の偏光状態が変化し、真の黒表示にはなりにくい。
【００１７】
この対応として、光透過性を有する一対の電極基板の間に液晶が狭持された液晶パネルと、液晶パネルの両側に配置された偏光板と、偏光板及び液晶パネルの間に配置され、液晶の所定駆動電圧印加時の、入射光に対する液晶の光学異方性を補正するような光学的位相差を有する光学的位相差フィルムとを備える提案である。
【００１８】
特開平７−１５９７７０号公報においては、バックライト光が入射される第１の偏光板上に、異なる厚さをもつＲ、Ｇ、Ｂの各フィルタからなるマルチギャップ・カラーフィルタが設置され、第１の偏光板に対向して第２の偏光板が平行に設置されている。マルチギャップ・カラーフィルタと第２の偏光板と間の第１及び第２の配向膜の間隙には、屈折率異方性Δｎ＝０．０９４の液晶が充填され、マルチギャップ方式の液晶層形成している。
【００１９】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタ上の液晶層の厚さはそれぞれ５．６μｍ、５．０μｍ、４．８μｍとなっている。これをリターデイションΔｎ・ｄで表すとそれぞれ０．５３μｍ、０．４７μｍ、０．４５μｍとなる。このように、マルチギャップ方式の液晶パネルにて、表示色の色度の改善と共に、コントラストの向上を実現する提案である。
【００２０】
特開平９−３２５３１４号公報においては、一対の基板間に１２０°以上にねじれ配向されたネマチック液晶層を挟持してなる液晶セルと、光学的異方体とを一対の偏光板間に配置し、光学的異方体により液晶セルの着色を解消する方法である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶表示装置においては、画素のＯｎ／Ｏｆｆ時の光学的な特性は、Ｏｎ表示は偏光フィルムの偏光軸を平行にした場合の、Ｏｆｆ表示は偏光フィルムの偏光軸を直交させた場合の光学特性にも強い影響を受ける。
【００２２】
通常、偏光フィルムの偏光軸を直交配置させた場合、長波長の光より短波長の光の透過率のほうが高く、例えば、よく液晶ＴＶに使用されるヨウ素系偏光シートであれば、偏光軸を直交させるように配置し黒表示を行った場合、黒ではなくヨウ素の色である濃いブルー（高い色温度）が表示されます。つまり、Ｏｎ表示からＯｆｆ表示、または中間調表示へ移行する場合は、色調が青方向にシフトする事になる。
【００２３】
図７に、液晶表示装置で白(Ｏｎ)〜グレー〜黒（Ｏｆｆ）表示した場合の色度の変化を測定した一例を示す。液晶パネルに徐々に電圧を印加し、明るさを落していった場合、画面の色が白から徐々に青方向にずれていく事が確認できる。
【００２４】
本発明は、そのような状況に鑑みてなされたもので、偏光フィルムの特性とその偏光軸の配置方法に起因する、液晶パネル印加電圧可変時の表示色の変化を補正することを目的とする発明である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１にかかる発明は、バックライトを有する透過型液晶表示装置において、光源色度可変のバックライト装置と、バックライト制御手段と、入力映像信号の輝度レベル検出手段と、偏光シートにて液晶が挟持された液晶パネルの印加電圧対波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、該バックライト制御手段は、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号を加えて該バックライトの発光色度を制御することを特徴とする。
【００２６】
本願の請求項２にかかる発明は、バックライトを有する透過型液晶表示装置において、光源色度可変のバックライト装置と、バックライト制御手段と、入力映像信号の輝度レベル検出手段と、偏光シートの波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、該バックライト制御手段は、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号を加えて該バックライトの発光色度を制御することを特徴とする。
【００２７】
本願の請求項３にかかる発明は、光源色度可変のバックライト装置が、発光色の異なる複数の光源からなることを特徴とする。
【００２８】
本願の請求項４にかかる発明は、光源色度可変のバックライト装置が、発光強度は一定で、色度のみが可変されることを特徴とする。
【００２９】
本願の請求項５にかかる発明は、入力映像信号の輝度レベル検出手段と、ホワイトバランス調整手段と、偏光シートにて液晶が挟持された液晶パネルの印加電圧対波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号にてホワイトバランス調整を行うことを特徴とする。
【００３０】
本願の請求項６にかかる発明は、入力映像信号の輝度レベル検出手段と、ホワイトバランス調整手段と、偏光シートの波長透過特性を保持する記憶手段とを有し、該輝度レベル検出手段による検出輝度レベルと該記憶手段から抽出される補正信号にてホワイトバランス調整を行うことを特徴とする。
【００３１】
本願の請求項７にかかる発明は、該波長透過特性をルックアップテーブルに格納することを特徴とする。
【００３２】
本願の請求項８にかかる発明は、複数の波長透過特性を格納するルックアップテーブルと、該複数の波長透過特性の１つを指定する手段を有することを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置における実施形態として図１、３、４、５、７と共に説明する。尚、従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
第一の実施形態として、サイドエッジ型のバックライト装置による液晶表示装置に関し、図１、図３と共に説明する。図１において、７ａは第一のランプ、７ｂは第二のランプ、９は輝度レベル検出回路、１０はルックアップテーブルである。
【００３５】
入力映像信号がＹ／Ｃ分離回路１に入力され、ビデオクロマ回路２・Ａ／Ｄコンバーター３・液晶コントローラ４を経由し、液晶パネル５に表示されるまでの基本処理は、図６に示した従来実施例の液晶表示装置と同一であるため、説明は省略する。
【００３６】
一方、Ｙ／Ｃ分離回路１にて映像信号から分離された輝度信号は輝度レベル検出回路９にも入力され、ここで画面全体の平均輝度レベルが検出され、マイコン８に入力される。
【００３７】
尚、制御用の輝度信号検出レベルとしては、平均輝度レベルのみに限らず、最大輝度レベルや最低輝度レベル及び、それらの組合せレベルを使用することも可能で、更に、画面全体ではなく、画面の特定領域及び又は画面の特定領域に重さを持たせたレベル検出も可能である。
【００３８】
図３はサイドエッジ型のバックライト装置の断面図である。図３において、５ａは入射側偏光シート、５ｂは出射側偏光シート、５ｃは液晶、７ａは第一のランプ、７ｂは第二のランプ、７ｄは導光板、7eは反射シート、７ｆは拡散シートである。
【００３９】
ランプ７ａ、７ｂから出た光は、透明度の高いアクリルなどを材料とした導光板７ｄの内部を光ファイバーと同様、全反射の原理で進んでいく。
導光板７ｄの裏面には光を拡散させるためのドットが印刷などで成形されており、全反射で進行してきた光の一部はこのドットで拡散し導光板７ｄの表方向（液晶パネル側）に出力され、拡散シート７ｆにて液晶パネル５を均一に照射することになる。
【００４０】
面内の輝度分布、つまり輝度むらコントロールは導光板７ｄ裏面のドットの密度、分布を調整する事によって行われるが、拡散シート７ｆにても微少なエリア内での輝度むらをコントロールすることが可能である。又、反射シート７ｅは裏面等から漏れる光を導光板内に戻すために配置される。
【００４１】
バックライト７は、長波長域の光スペクトルが強い第一のランプ７ａと、 短波長域の光スペクトルが強い第二のランプ７ｂとで構成され、制御用マイコン８からの制御信号により蛍光管駆動回路６をコントロールし、バックライト７のトータル発光強度を一定としながら、第一のランプ７ａと第二のランプ７ｂそれぞれの発光強度を可変するように構成されている。
【００４２】
ルックアップテーブル１０には偏光シート５ａ、５ｂの材質や偏光軸配置に基づく液晶パネル５の対印加電圧の波長透過特性が格納されている。尚、ルックアップテーブル１０に複数の対印加電圧の波長透過特性を収納しておき、使用される偏光シート５ａ、５ｂの条件で選択することも可能である。
【００４３】
次に、光源の色度制御動作の例を説明する。入力映像信号がＹ／Ｃ分離回路１に入力され、分離された輝度信号は輝度レベル検出回路９にも入力される。輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベルはマイコン８に入力され、マイコン８はルックアップテーブル１０を参照し、入力された平均輝度レベルに対する光源制御信号を蛍光管駆動回路６に出力する。
【００４４】
蛍光管駆動回路６では、マイコン８からの光源制御信号に基づいて、バックライト７のトータル発光強度を一定としながら、所定の光源色度となるように、第一のランプ７ａと第二のランプ７ｂへ駆動電圧を供給することになる。
【００４５】
今、輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベルが低くなった場合は、偏光シート５ａ、５ｂの波長透過特性から液晶パネル５の出力光の色調は青方向にシフトする事になるため、マイコン８はバックライト７の発光色度が赤方向にシフトするように蛍光管駆動回路６へ制御信号を出力し、ランプ７ａとランプ７ｂが所定電圧で駆動され、バックライト７の発光色度が赤方向にシフトされることで、入力映像信号の平均輝度レベルの変化による液晶表示画面の色度変化が補正されることになる。
【００４６】
つまり、バックライト７は、ランプ７ａの発光強度を強くすれば 赤みの強い色調に、ランプ７ｂの発光強度を強くすれば 青みの強い色調となる。
【００４７】
上述したような構成としているので、画面の表示輝度レベルが低く、液晶パネル透過光が、偏光フィルムの特性によって、色シフトするような場合においても、これを補正する方向にバックライトの発光色をシフトする事によって、液晶表示装置としての表示色は適正に保つ事が可能である。
【００４８】
尚、本実施形態では２本の光源で説明したが、３本以上の光源にて実現することも当然可能である。
【００４９】
次に、第二の実施形態として、図４、５と共に説明する。図４は直下型バックライト装置を有する液晶表示装置のブロック図である。各ブロックの基本機能に関しては、第一の実施形態と同様であり、階調回路１１の動作以外は省略する。図５は直下型バックライト装置の断面図である。図５において、７ｇは偏光シート、７ｈは拡散板、７ｉは蛍光管、７ｊは反射板である。
【００５０】
蛍光管駆動回路６にて駆動される複数の蛍光管７ｉからの白色光は、蛍光管７ｉからの直接光や反射板からの反射光として拡散板７ｈに到達するが、一般的には蛍光管７ｉ直上部の輝度が高くなるため、そのままでは液晶表示面での輝度ムラとなるため、拡散板７ｈを挿入することで、液晶表示面での輝度の均一化を図ることができる。
【００５１】
次に、直下型バックライト装置の色度制御動作の例を説明する。第一の実施形態同様に、入力映像信号がＹ／Ｃ分離回路１に入力され、分離された輝度信号は輝度レベル検出回路９にも入力される。
【００５２】
輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベルはマイコン８に入力され、マイコン８はルックアップテーブル１０を参照し、入力された平均輝度レベルに対する階調補正信号を階調回路１１に出力する。階調回路１１では、マイコン８からの階調補正信号に基づいて電圧補正した後、ＲＧＢ階調電圧を液晶パネルに供給する。
【００５３】
今、輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベル低くなった場合は、偏光シート５ａ、５ｂの波長透過特性から液晶パネル５の出力光の色調は青方向にシフトする事になるため、マイコン８は階調回路１１へＲＧ階調電圧レベルを増やすように補正をかけることで、低輝度時のホワイトバランスが保たれる。
【００５４】
尚、本実施形態ではホワイトバランスを階調回路１１からの補正電圧にてとる方法について説明したが、マイコン８がＬＵＴ１０を参照しその補正信号をビデオクロマ回路２に供給し、ビデオクロマ回路２でホワイトバランスをとることも当然可能である。
【００５５】
又、本実施形態においては直下型バックライト方式の液晶表示装置で説明したが、サイドエッジ型のバックライト方式においても信号処理による補正も当然可能である。
【００５６】
このように、液晶パネルの光透過特性に合せた補正特性を保持し、入力映像信号に合せてバックライト制御や信号処理補正することで、液晶表示装置の表示色は適正に保つ事が可能となる。
【００５７】
本願の請求項１乃至３、５及び６にかかる発明によれば、液晶パネルにおける波長透過特性による表示画面の色度変化を補正することを可能とする。
【００５８】
本願の請求項４にかかる発明によれば、光源色度可変のバックライト装置は、発光強度は一定で、色度のみが可変されることで、更に表示品位を確保している。
【００５９】
本願の請求項７にかかる発明によれば、波長透過特性を格納するルックアップテーブルを有することで、補正特性の変更も容易とし、精度の高い色度補正を可能としている。
【００６０】
本願の請求項８にかかる発明によれば、複数の波長透過特性を格納するルックアップテーブルと、該特性の１つを指定する手段を有することで、液晶パネル部分のみを他の種類と入替えたり、表示部分と処理/制御装置本体が分離された装置の自由な入れ替えを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の機能ブロック図である。
【図２】液晶パネルの基本動作原理図である。
【図３】本発明によるバックライト装置構成図である。
【図４】本発明による液晶表示装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明によるバックライト装置構成図である。
【図６】従来の液晶表示装置の機能ブロック図である。
【図７】液晶表示装置の表示の明るさと色度の変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
１  Ｙ／Ｃ分離回路
２  ビデオクロマ回路
３  Ａ／Ｄコンバータ
４  液晶コントローラ
５  液晶パネル
６  蛍光管駆動回路
７  バックライト
８  制御マイコン
９  輝度レベル検出回路
１０  ルックアップテーブル
１１  階調回路
【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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