(57)【要約】ＬＣＤパネル１２１の有効画面外の４隅の近傍にバックライト輝度センサ１１１Ａ〜１１１Ｄをそれぞれ配置する。バックライト輝度センサ１１１Ａ〜１１１Ｄのそれぞれは、三原色の各色光の輝度を検出する構成とされている。バックライトユニットとしては、三原色ＬＥＤアレイと、光学拡散ユニットとからなる構成が使用される。バックライト輝度センサのトランジスタは、画素部のトランジスタと同一のプロセスによって同一基板上に形成されている。トランジスタは、十分なオフ領域において、バックライト光がトランジスタに照射されると、光励起によるオフ電流が発生する。オフ電流の値は、トランジスタに照射されるバックライト光の輝度に応じたものとなるので、オフ電流を変換した出力電圧からバックライト輝度を検出し、バックライト輝度が一定に制御される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの基板間に配された液晶および該液晶に対する光源としてのバックライトを有する液晶表示装置において、
上記二つの基板の一方であって画素としての薄膜素子が形成される基板に上記薄膜素子と同一のプロセスによって形成され、上記バックライトの輝度を検出する輝度センサと、
上記輝度センサにより検出された検出信号に基づいて、上記バックライトの輝度をほぼ一定に制御する駆動信号を形成する制御回路と
を備えた液晶表示装置。
【請求項２】
上記バックライトは、上記少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置した発光素子アレイと、該発光素子アレイからの色光を拡散して白色光とする拡散部から構成されることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
上記バックライトは、上記少なくとも三色の発光素子をライン状に繰り返し配置した発光素子アレイと、該発光素子アレイからの色光を拡散して白色光とする拡散部と、下端部に置かれた上記発光素子アレイからの色光を上記拡散部全面に均一に伝える導光部から構成されることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板が上記バックライト側に配置され、上記画素が展開されている画面内に上記輝度センサが１個以上設けられるとともに、上記二つの基板の他方の基板の上記輝度センサと対向する部分に遮光部が設けられることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板に対向する基板が上記バックライト側に配置され、上記薄膜素子により画素が展開されている画面の外に上記輝度センサが１個以上設けられるとともに、これらの基板、上記バックライトおよび上記制御回路を収納するとともに、上記輝度センサを覆う枠部を有する筐体を備えることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板に対向する基板が上記バックライト側に配置され、
上記輝度センサは、該輝度センサを構成する薄膜素子が十分にオフした状態でバックライトからの光の輝度に応じた光励起に基づくオフ電流を変換した出力電圧を検出し、
上記液晶表示装置は、
上記液晶が光透過する時間が遮光する時間に比べて短く、ちらつきが認知されないような繰り返し周期の入力信号を生成して輝度センサを構成する薄膜素子に対して供給する入力信号生成部と、
上記輝度センサからの検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド部と、
上記サンプルホールド部によりサンプルホールドされた信号に基づいて、上記バックライトの輝度をほぼ一定に制御する駆動信号を形成する制御回路と
を備えたことを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
上記サンプルホールド部は、上記薄膜素子が形成される基板上に形成されたことを特徴とする請求の範囲６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
上記二つの基板のいずれか一方には、上記少なくとも三色の発光素子に対応した色のフィルタが設けられ、
上記輝度センサは、上記発光素子のそれぞれに応じて設けられ、各色毎の輝度を検出し、
上記制御回路は、上記発光素子のそれぞれに対して上記各色の輝度に応じた駆動信号を形成することを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
薄膜素子により画面を構成するとともに薄膜素子と同一の基板上に輝度センサを構成する液晶表示パネル部に対して少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置し、混色により白色光の光源としてのバックライトの輝度調整方法において、
バックライトの輝度を検出する第１のステップと、
該第１のステップによる検出結果に基づいて駆動信号を形成する第２のステップと、
該第２のステップにより形成された駆動信号により上記少なくとも三色の発光素子を駆動して上記バックライトの輝度をほぼ一定にする第３のステップと
を備えることを特徴とするバックライト調整方法。
【請求項１０】
薄膜素子により画面を構成するとともに薄膜素子と同一の基板上に輝度センサを構成する液晶表示パネル部に対して少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置し、混色により白色光の光源としてのバックライトの輝度調整方法において、
上記輝度センサを構成する薄膜素子に対して供給され、上記液晶表示パネル部が光透過する時間が遮光する時間に比べて短く、ちらつきが認知されないような繰り返し周期の入力信号を供給する第１のステップと、
該第１のステップにより供給された入力信号に応じて上記輝度センサから検出される検出信号をサンプルホールドする第２のステップと、
該第２のステップによりサンプルホールドされた信号に基づいて、駆動信号を形成する第３のステップと
該第３のステップにより形成された駆動信号により上記少なくとも三色の発光素子を駆動して上記バックライトの輝度をほぼ一定にする第四のステップと
を備えたことを特徴とする請求の範囲９に記載の液晶表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、液晶表示装置およびバックライト調整方法に関する。
【背景技術】  液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）と称する）は、非自発光であるために光源としてのバックライトを必要とする。バックライトとしては、冷陰極管、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と適宜略す）等が使用される。ＬＥＤの場合、白色ダイオードを使用することが可能であるが、液晶テレビジョンモニタでは、色再現性を良好とするために、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色ＬＥＤを使用し、混色によって白色のバックライトを形成することが多い。
従来、白色ＬＥＤをバックライトとして使用する時に、輝度および色度がＬＥＤの電流に依存するため、ＬＥＤに流れる電流のレベルと、ＬＥＤに流れる電流のオン時間とオフ時間の比率（デューティ）を相互に制御することが文献（特開２００２−３２４６８５号公報）に記載されている。
第１６図に示されているようにこの特許文献では、ＬＣＤモジュールにおけるバックライトの輝度調整は、電流制御、デューティ制御等により行われている。すなわち、ＬＥＤ駆動用電流源１１の出力電流値が電流値制御回路１２によって制御され、ＬＥＤ駆動用電流源１１と白色ＬＥＤ１５の間にスイッチ回路１４が設けられ、スイッチ回路１４がＰＷＭ発生回路１３の出力ＰＷＭ信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、ＰＷＭ信号のデューティ比がデューティ比制御回路１６からの制御信号によって制御される。しかしながら、この文献に記載のものは、経年変化等によりＬＣＤモジュールの輝度の低下が生じる問題があった。
従来では、工場出荷時に調整を行ったり、温度検出素子としてのサーミスタにより制御を行ったり、エンドユーザに調整をしてもらう等の方法でもって、輝度の低下に対処していた。
したがって、出荷後の経年変化に対応できなかったり、補正が不十分になったり、ユーザに調整操作を強いると言う問題があった。
したがって、この発明の目的は、ユーザの調整を不要とし、精度の高い補正が可能であり、薄型の液晶表示装置およびバックライト調整方法を提供することにある。
【発明の開示】
上述した課題を解決するために、この発明は、二つの基板間に配された液晶および該液晶に対する光源としてのバックライトを有する液晶表示装置において、
二つの基板の一方であって画素としての薄膜素子が形成される基板にこの薄膜素子と同一のプロセスによって形成され、バックライトの輝度を検出する輝度センサと、輝度センサにより検出された検出信号に基づいて、バックライトの輝度をほぼ一定に制御するバックライト駆動信号を形成する制御回路とを備えた液晶表示装置である。
そしてこのバックライトは、少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置した発光素子アレイと、この発光素子アレイからの色光を拡散して白色光とする拡散部から構成される。
または、三色の発光素子をライン状に繰り返し配置した発光素子アレイと、色光を拡散して白色光とする拡散部と、下端部に置かれた発光素子アレイからの色光を拡散部全面に均一に伝える導光部から構成される。
あるいは、薄膜素子により画面を構成するとともに薄膜素子と同一の基板上に輝度センサを構成する液晶表示パネル部に対して少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置して混色により白色光の光源としてのバックライトの輝度調整方法において、バックライトの輝度を検出する第１のステップと、この第１のステップによる検出結果に基づいて駆動信号を形成する第２のステップと、この第２のステップにより形成された駆動信号により発光素子の各々を駆動してバックライトの輝度をほぼ一定にする第３のステップとを備えるバックライト調整方法である。
このような態様によれば、輝度センサをＬＣＤの画素トランジスタと同一のプロセスで構成することができるので、薄型のＬＣＤパネルユニットを構成することができるとともに、バックライトの輝度を一定に保つことができる。
また、この輝度センサは、輝度センサを構成する薄膜素子が十分にオフした状態でバックライトからの光の輝度に応じた光励起に基づくオフ電流を変換した出力電圧を検出する輝度センサであって、この液晶表示装置は、液晶が光透過する時間が遮光する時間に比べて短く、ちらつきが認知されないような繰り返し周期の入力信号を生成して、輝度センサを構成する薄膜素子に対して供給する入力信号生成部と、輝度センサからの検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド部と、このサンプルホールド部によりサンプルホールドされた信号に基づいて、バックライトの輝度をほぼ一定に制御する駆動信号を形成する制御回路を備える。さらに、このサンプルホールド部を薄膜素子が形成される基板上に形成する。
このような態様によれば、薄膜素子が形成される基板と対向する基板に遮光部が設けることができないときや、輝度センサを覆う枠部を備えることができないときにおいて、観察者に目視できない程度の短い時間だけセンシングしてそれ以外の期間では黒表示をするような電位をバックライト輝度センサ部分に印加するため、薄膜素子が形成される基板に対向する基板がバックライト側に配置される場合においても、観察者に認識されることなく、バックライトの輝度を検出することが可能となる。
この発明による液晶表示装置は、経年変化にもかかわらずにバックライトの輝度を一定に保つことができる。
この発明では、バックライトの輝度検出手段をＬＣＤの画素と同一基板上に配置することができる。また、輝度検出手段を画素トランジスタと同一のプロセスで構成することができるので、センサに関するコストを削減できる。さらに、センサを内蔵できるので、薄型のＬＣＤモジュールを構成することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図Ａは、ＬＣＤ表示装置の概略的構成を示す断面図、第１図Ｂは、ＬＣＤ表示装置の概略的構成を示す正面図である。
第２図は、ＬＣＤパネルユニットの概略的構成を示す斜視図である。
第３図は、バックライトユニットの一例の概略的構成を示す斜視図である。
第４図は、バックライトユニットの他の例の概略的構成を示す斜視図である。
第５図は、書き込み時の１画素の等価回路を示す接続図である。
第６図は、保持時の１画素の等価回路を示す接続図である。
第７図は、この発明の一実施形態におけるバックライト輝度センサの等価回路を示す接続図である。
第８図は、この発明の一実施形態におけるバックライト輝度センサの特性を示す略線図である。
第９図は、この発明の一実施形態におけるバックライト輝度センサの配置位置の一例を示す略線図である。
第１０図は、この発明の一実施形態のバックライト輝度センサ部分の構成を示す斜視図である。
第１１図は、この発明の他の実施形態のバックライト輝度センサ部分の構成を示す斜視図である。
第１２図は、この発明の他の実施形態におけるバックライト輝度センサの等価回路を示す接続図である。
第１３図は、この発明の他の実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
第１４図は、この発明によるバックライト輝度センサの出力電圧の処理の構成を示すブロック図である。
第１５図は、この発明によるバックライト輝度センサの出力電圧の処理の構成の一部をより詳細に示すブロック図である。
第１６図は、従来のバックライト輝度調整装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１１，１１１Ａ〜１１１Ｄ  バックライト輝度センサ
１３１  ＴＦＴ基板
１３２  対向基板
１３３  緑色フィルタ
１３４  緑色フィルタ
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。一実施形態を説明する前に、液晶表示装置の一般的な構成について説明する。第１図Ａおよび第１図Ｂに示すように、液晶表示装置１００は、ＬＣＤパネルユニット１０１とバックライトユニット１０２とから構成される。また、別に制御系の回路も搭載される。そしてこれら全体が筐体２００に収容されている。参照符号２００Ａは、筐体２００の画面を取り囲むフレーム部分である。
ＬＣＤパネルユニット１０１は、第２図に示すように、２枚の基板１０３Ａおよび１０３Ｂを重ねた構成とされている。ＬＣＤパネルユニット１０１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））液晶である。ＴＦＴには、基板に非晶質の材料を使ったアモルファスシリコンタイプのものと、多晶質の材料を使ったポリシリコンタイプのものとがある。
第２図において、１０３Ａがバックライト側の基板であり、１０３Ｂが画面を見る側の基板である。ＴＦＴ液晶では、２枚の基板が対向し、その間に液晶材料が配されている。一方の基板は、ガラス基板上にＴＦＴ等が形成されたＴＦＴ側基板であり、他方の基板は、ガラス基板上にカラーフィルタ等が形成された対向側基板である。後述するバックライト輝度センサは、ＴＦＴ側基板上に形成されている。
第２図における基板１０３Ａとして対向側基板が配され、基板１０３ＢとしてＴＦＴ側基板が配される。この配置関係をパターンＡと称する。逆に、基板１０３ＡとしてＴＦＴ側基板を配し、基板１０３Ｂとして対向側基板を配するようにしても良い。この配置関係をパターンＢと称する。この発明は、何れの配置関係に対しても適用することが可能である。
第３図は、バックライトユニット１０２の一例を示す。参照符号１０４が三原色ＬＥＤアレイを示し、参照符号１０５が光学拡散ユニットを示す。ＬＥＤアレイ１０４は、青のＬＥＤ１０６Ｂが整列して配置された水平アレイ、緑のＬＥＤ１０６Ｇが整列して配置された水平アレイ、赤のＬＥＤ１０６Ｒが整列して配置された水平アレイが繰り返し配置されたものである。ＬＥＤ１０６Ｂ、１０６Ｇおよび１０６Ｒの三原色光が光学拡散ユニット１０５で拡散され、白色光のバックライトが生成される。
第４図は、バックライトユニット１０２の他の例を示す。ＬＥＤアレイ１０７は、赤のＬＥＤ１０６Ｒと緑のＬＥＤ１０６Ｇと青のＬＥＤ１０６Ｂとが交互にライン状に配置された構成とされる。ＬＥＤアレイ１０７が導光板１０８の下端側に配置され、導光板１０８によってＬＥＤアレイ１０７の各ＬＥＤの光が光学拡散ユニット１０５の全面に均一に伝えられる。導光板１０８からの光が光学拡散ユニット１０５で混色されることによって、白色光のバックライトが生成される。
これらの三原色の発光素子に加えて、他の色光の発光素子を使用して、色再現性を改善するようにしても良い。この発明によるバックライト調整方法は、各色光の発光素子の駆動信号を制御するようになされる。
バックライトの輝度を一定に制御しようとすると、バックライトの輝度を測定するセンサを設けることが必要となる。第３図または第４図に示されるバックライトユニット１０２の構成においてバックライトの輝度を測定するセンサを設けることになれば、光学拡散ユニット１０５の付近にセンサを配置しなければならない。実際のバックライトの輝度を検出する場合には、画面を見る側にセンサを配置することが好ましい。しかしながら、画面を見る側にセンサを配置することは、センサが画面の影になってしまうので、配置することができない。
現実的なセンサの配置方法としては、ＬＣＤパネルユニット側ではなく、第４図中の光学拡散ユニット１０５の側面、または第３図中および第４図中のバックライトユニット１０２の中の空間にセンサを配置する方法が考えられる。光学拡散ユニット１０５の側面にセンサを配置する方法は、センサの厚みだけ筐体２００の奥行きの寸法が膨らんでしまう問題がある。
また、第３図、第４図に示すような三原色の各色で独立のＬＥＤを構成するＬＣＤモジュールにおいては、完全な混色光をセンサに受光させないと、センサが誤った輝度を認識する問題が生じる。つまり、センサを光学拡散ユニット１０５の側面、またはバックライトユニット１０２の中の空間に配置する場合、混色させた光をセンサに受光させることが必要となる。
この発明は、上述した点を考慮してバックライトユニット１０２からＬＣＤパネルに向けて照射された白色光を検出するものである。すなわち、バックライト輝度を検出するためのセンサをＬＣＤパネル内部に配置し、センサによってＬＣＤパネル内部に照射した光を検出する。ＬＣＤパネルには、設計的に混色された白色光が照射されるので、センサが混色された白色光を受光できる。
この発明の一実施形態では、第１図Ａおよび第１図ＢにおけるＬＣＤパネルユニット１０１にバックライトの輝度を検出するセンサを内蔵する。また、この発明の一実施形態では、第５図および第６図に示されるＬＣＤパネルユニット１０１の画素部、すなわち、ＴＦＴと同じプロセスで、バックライト輝度センサを構成するものである。
第５図および第６図において、参照符号１１０がＬＣＤパネルユニット１０１の１画素の構成を示す。ＴｒがＭＯＳ−ＦＥＴと同様の構造の画素トランジスタ（ＴＦＴ）を示し、Ｇがゲート線を示し、Ｓがソース線（データ線とも呼ばれる）を示し、Ｃｓがキャパシタを示し、ＣがＣｓ線を示す。トランジスタＴｒのゲートがゲート線Ｇに接続され、そのソースがソース線Ｓに接続され、そのドレインとＣｓ線Ｃの間にキャパシタＣｓが接続される。キャパシタＣｓと並列に画素電極が接続され、対向電極Ａとの間に液晶容量Ｃｄが存在する。第５図，第６図は、Ｎチャンネル型のトランジスタで構成されているが、Ｐチャンネル型のトランジスタを用いた場合でも同様の構成となる。以下の説明では、Ｎチャンネル型のトランジスタで構成された場合について説明することにする。
第５図は、書き込み時の等価回路を示す。ゲート線Ｇおよびソース線Ｓの両方に信号が送られることによって画素がアクティブとなり、ソース線Ｓを介して印加された信号電位が画素トランジスタＴｒを介して画素に書き込まれる。画素トランジスタＴｒがオンし、トランジスタＴｒのドレイン・ソース間を流れる電流によって液晶容量ＣｄおよびキャパシタＣｓが充電される。
第６図は、トランジスタＴｒのゲート線にマイナスの電位が与えられ、トランジスタＴｒがオフとなる時（保持時）の等価回路を示す。ゲート線Ｇを介してオフ電流が流れると、画素トランジスタＴｒがオフとなる。補助容量であるキャパシタＣｓによって、次の書き込みまでの間、書き込まれた信号電位が保持される。
第７図は、バックライト輝度センサ１１１の構成を示す。Ｑが輝度センサ１１１のトランジスタを示す。トランジスタＱのゲートがゲート線Ｇに接続され、そのソースが電圧ＶＩＮが供給される端子１１２に接続され、そのドレインが端子１１３に接続される。端子１１３に出力電圧ＶＯＵＴが取り出される。
トランジスタＱは、画素トランジスタＴｒと同様にＮチャンネルＭＯＳ型のトランジスタであり、画素部のトランジスタＴｒと同一のプロセスによって同一基板上に形成されている。トランジスタＱは、第８図に示すような特性を有する。第８図中の横軸がゲート電位であり、縦軸がドレイン電流である。ここで、（ゲート電位＝ゲート線Ｇの電位−ＶＩＮ電位）であり、ドレイン電流は、トランジスタＱを流れる電流、すなわち、端子１１２および１１３間を流れる電流である。
トランジスタＱは、ゲート電位を設定することによって常に十分なオフ領域とされている。十分なオフ領域において、バックライト光がトランジスタＱに照射されると、第８図において、Ｉｋで示すような光励起によるオフ電流（リーク電流とも呼ばれる）が発生する。オフ電流Ｉｋの値は、トランジスタＱに照射されるバックライト光の輝度に応じたものとなるので、オフ電流Ｉｋを変換した出力電圧ＶＯＵＴからバックライト輝度を検出することができる。トランジスタＱのオフ電流値をダイナミックに変化させるように、トランジスタＱのチャンネル幅等が画素トランジスタとは相違するものとされる。
一例として、第９図に示すように、ＬＣＤパネル１２１の有効画面外の４隅の近傍にバックライト輝度センサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃおよび１１１Ｄをそれぞれ配置する。バックライト輝度センサ１１１Ａ〜１１１Ｄのそれぞれは、三原色の各色光の輝度を検出する構成とされている。バックライトユニットとしては、第３図に示すように、三原色ＬＥＤアレイ１０４と、光学拡散ユニット１０５とからなる構成が使用される。
第９図の配置に限らず、有効画面内の４隅にバックライト輝度センサを配置しても良い。有効画面とは、画素が展開されている領域である。４隅に限らず、より多くの場所にバックライト輝度センサを設けるようにしても良い。例えば低温ポリシリコンプロセスを使用して集積度が高くできる場合には、各画素に対してそれぞれバックライト輝度センサを設けることも可能である。その場合では、有効画面の全領域でバックライトの輝度を測定することができる。
第１０図は、一つのバックライト輝度センサ例えば１１１Ａの緑色光検出用センサを示している。第１０図では、バックライト側にＴＦＴおよびバックライト輝度センサが形成されているＴＦＴ基板１３１が位置し、液晶材料（図示しない）を挟んで対向基板１３２が位置している。この配置関係は、第２図を参照して上述したパターンＢの配置関係である。これらの基板１３１および１３２は、１画面の大きさであるが、理解を容易とするために、バックライト輝度センサの１個のみが図示されている。
バックライトユニットからの白色光Ｌｗが例えば緑の色フィルタフィルム１３３を通り、緑色光Ｌｇとされる。第１０図では、色フィルタフィルム１３３が分離して示されているが、色フィルタフィルム１３３は、ＴＦＴ基板１３１に対して貼り付けられている。色フィルタフィルム１３３は、ＴＦＴ基板１３１の緑色光の輝度を検出するためのバックライト輝度センサの光透過部に貼り付けられている。
第１０図で省略されているが、バックライト輝度センサ１１１Ａには、白色光Ｌｗ中の赤の色光および青の色光の輝度をそれぞれ検出するバックライト輝度センサ（トランジスタ）も設けられている。
第９図に示すように、有効画面の周囲または有効画面内にバックライト輝度センサ１１１Ａ〜１１１Ｄを配するようになされる。この場合において、バックライト輝度センサ１１１Ａ〜１１１Ｄの部分は、画面を見た人（観察者）に画質劣化を感じさせないために、観察者から黒の画像と見える必要がある。若し、バックライト輝度センサの部分が常時、白または三原色に表示されていると、観察者が明るいドットがあると判断してしまう。このことは、画質劣化と判断されるおそれがある。
したがって、第１０図において、バックライト輝度センサ１１１Ａの少なくとも光透過部と対向する対向基板１３２が遮光領域となされる。この場合、対向基板１３２によって遮光せずに、ＬＣＤ表示装置の筐体の枠等の樹脂製の部材でバックライト輝度センサの部分を遮光しても良い。なお、バックライト輝度センサの部分が常時白の表示であることを許容する場合には、必ずしも遮光を行わないでも良い。
第１１図は、この発明の他の実施形態を示す。他の実施形態では、バックライト側に対向基板１３２が位置し、液晶材料（図示しない）を挟んで画面を見る側にＴＦＴ基板１３１が位置している。第２図を参照して上述したパターンＡの配置関係である。これらの基板１３１および１３２は、１画面の大きさであるが、理解を容易とするために、輝度センサの１個のみが図示されている。
対向基板１３２のバックライト輝度センサ１１１Ａの緑色光検出用トランジスタと対応する領域に緑色フィルタ１３４が配置されている。バックライトユニットからの白色光Ｌｗが例えば緑の色フィルタ１３４を通り、緑色光Ｌｇとされる。緑色光Ｌｇが図示しない液晶材料を通過してバックライト輝度センサ１１１ＡのトランジスタＱに対して照射される。例えば対向基板１３２に設けられたカラーフィルタを介した光をバックライト輝度センサ１１１Ａに照射しても良い。
第１２図は、他の実施形態におけるバックライト輝度センサ１１１の構成を示す。Ｑが輝度センサ１１１のトランジスタを示す。トランジスタＱのゲートがゲート線Ｇに接続され、そのソースが電圧ＶＩＮが供給される端子１１２に接続され、そのドレインが端子１１３に接続される。端子１１３に出力電圧ＶＯＵＴが取り出される。トランジスタＱのソースと対向電極Ａの間には、液晶容量Ｃｄが存在している。
トランジスタＱは、画素トランジスタＴｒと同様にＮチャンネルのＭＯＳ型のトランジスタであり、画素部のトランジスタＴｒと同一のプロセスによって形成されている。上述したように、トランジスタＱは、ゲート電位を設定することによって常に十分なオフ領域とされている。十分なオフ領域において、バックライト光がトランジスタＱに照射されると、第８図において、Ｉｋで示すような光励起によるオフ電流が発生する。オフ電流Ｉｋの値は、トランジスタＱに照射されるバックライト光の輝度に応じたものとなるので、オフ電流Ｉｋを変換した出力電圧ＶＯＵＴからバックライト輝度を検出することができる。
第１２図において、参照符号１３５が開口部を示し、対向基板１３２の開口部１３５を遮光することができない。若し、遮光を行うと、第１１図に示す配置では、バックライト輝度センサのトランジスタＱに対してバックライト光が照射されなくなるからである。そこで、観察者に目視で認識できない程度の時間だけセンシングの時間を設定するようになされる。
第１３図は、バックライト輝度検出のタイミングの一例を示す。第１３図は、上から順に入力電圧ＶＩＮ、出力電圧ＶＯＵＴおよびゲート線電位をそれぞれ示す。ゲート線電位は、トランジスタＱのスレッショルド電位以下のマイナス電位Ｖｏｆｆとされ、トランジスタＱが十分にオフするレベルとされる。
第１２図に示す接続構成では、ＴＦＴ基板１３１および対向基板１３２間の液晶には、入力電圧ＶＩＮが印加される。入力電圧ＶＩＮは、対向電極Ａの電位を基準として白信号（液晶が光透過性となる信号）および黒信号（液晶が遮光性となる信号）を設定する。黒信号の期間Ｔｂと白信号の期間Ｔｗを加算した期間が測定間隔とすると、測定間隔内で期間Ｔｗが十分に短いものとされる。測定間隔は、ＬＣＤの駆動方法、トランジスタの性能によって異なるが、アモルファストランジスタを使ったＬＣＤにおいて、数マイクロ秒から十数ミリ秒程度の時間が適当であり、白信号の期間Ｔｗは、目視して白表示（ちらつき）が目立たない程度に選定される。
期間Ｔｗで、白信号のレベルが入力電圧ＶＩＮとして印加されると、液晶が光透過性となり、色フィルタ１３４を通った緑色光Ｌｇがバックライト輝度センサ１１１ＡのトランジスタＱに照射され、検出電圧Ｖｓが出力電圧ＶＯＵＴとして発生する。この検出電圧Ｖｓのレベルからバックライトの輝度レベルを検出することができる。なお、出力電圧ＶＯＵＴには、オフセット電圧Ｖｆが含まれている。
上述した第１３図のタイミングチャートのように、観察者に目視できない程度の短い時間Ｔｗだけセンシングの時間として設定し、それ以外の期間では、黒表示をするような電位をバックライト輝度センサ部分に印加することができる。第１１図に示す他の実施形態は、バックライトの光学特性のみならず、対向基板１３２に配置されているＬＣＤカラーフィルタの光学特性も含めたバックライトの輝度を検出することが可能となる。
第１１図に示す配置においても、ＴＦＴ基板１３１の画面を見る側に液晶表示装置の画面周囲のフレーム（額縁）を配置して、このフレームによって遮光を行う構成も可能である。
第１４図は、バックライト輝度センサの出力信号を処理するシステムの構成例を示す。このシステムは、上述した一実施形態および他の実施形態の両者に対して適用することが可能である。例えば第９図に示すような画面の４隅に配置されているバックライト輝度センサのそれぞれの検出電圧がアンプ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄに供給される。アンプ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄのそれぞれの出力電圧がラッチ１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ、１４３Ｄに供給される。ラッチ１４３Ａ〜１４３Ｄは、ラッチパルスで規定される所定のタイミングで検出電圧のレベルを取り込む回路である。ラッチ１４３Ａ〜１４３Ｄは、例えばサンプルホールド回路の構成とされる。
ラッチ１４３Ａ〜１４３Ｄの出力信号がマイクロコンピュータ１４４に供給され、マイクロコンピュータ１４４によってバックライトの輝度を一定に制御するための補正信号が生成される。この補正信号がＬＥＤコントローラ１４５に供給される。ＬＥＤコントローラ１４５によってドライブ電流が生成され、ドライブ電流によって赤のＬＥＤ群１４６Ｒ、緑のＬＥＤ群１４６Ｇ、青のＬＥＤ群１４６Ｂがそれぞれ駆動される。
上述したアンプ１４２Ａおよびラッチ１４３Ａは、三原色の各色光に対応した信号経路を有している。同様に、アンプ１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄおよびラッチ１４３Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄは、三原色の各色光に対応した信号経路を有している。
第１５図は、第１４図のシステムの一つの信号経路の一例を示す。バックライト輝度センサのトランジスタＱのオフ電流が光によって変化することが可変抵抗１４７で表されている。このバックライト輝度センサは、例えば赤色光のセンサである。バックライト輝度センサの出力電圧ＶＯＵＴがアンプ１４２Ａを介してラッチ１４３Ａに供給され、出力電圧ＶＯＵＴ中の検出電圧の部分の値がラッチ１４３Ａに取り込まれる。
ラッチ１４３Ａの出力がＡ／Ｄ変換器１４８によって例えば６ビットのディジタル検出信号へ変換される。６ビットのディジタル検出信号が補正部１４９に供給される。補正部１４９に対して保持部１５０に保持されている輝度レベルのデフォルト値１５０が供給される。輝度レベルのデフォルト値は、任意に設定可能とされている。
補正部１４９は、ディジタル検出信号の値がデフォルト値と比較し、両者が同じレベルとなるまで、加算または減算を繰り返す。補正部１４９は、ディジタル検出信号とデフォルト値の差を検出し、６ビットのディジタル差信号を出力する。ディジタル差信号がＤ／Ａ変換器１５１によってアナログの補正信号として出力される。
上述したＡ／Ｄ変換器１４８、保持部１５０、補正部１４９およびＤ／Ａ変換器１５１は、第１４図におけるマイクロコンピュータ１４４の処理で実現される機能をブロックとして表したものである。Ｄ／Ａ変換器１５１からのアナログ差信号がドライブ電流決定部１５２に供給され，ドライブ電流が検出される。ドライブ電流決定部１５２は、第１４図におけるＬＥＤコントローラ１４５に対応するものである。
ドライブ電流決定部１５２によって赤のＬＥＤ群１４６Ｒのドライブ電流が決定され、赤のＬＥＤ群１４６Ｒがドライブ電流によって発光する。第１５図の構成では、一つのバックライト輝度センサが検出した輝度から赤のＬＥＤ群１４６Ｒのドライブ電流を決定している。この場合、バックライト輝度センサの配置されている位置の近傍のＬＥＤの輝度が制御される。なお、第１６図に示される構成と同様に、デューティ比制御回路１６やＰＷＭ発生回路１３が設けられている場合には、ドライブ電流決定部１５２を削除して、Ｄ／Ａ変換器１５１の出力をデューティ比制御回路１６に直接的に入力してもよい。
例えば第９図に示す配置では、画面を縦横のそれぞれで２等分して４個の分割領域を形成し、ＬＥＤユニットのＬＥＤ群が各分割領域に対応する４個の群に分割される。そして、各バックライト輝度センサの検出信号から形成されたドライブ電流が各群のＬＥＤに供給される。例えば第１５図における出力電圧ＶＯＵＴがバックライト輝度センサ１１１Ａ（第９図参照）の出力とすると、赤のＬＥＤ群１４６Ｒが４個の分割領域の右上部分の領域に対応するＬＥＤ群である。
このように、バックライト輝度センサの設置位置とＬＥＤ群の設置位置を対応させる処理は、一例であって、各バックライト輝度センサの出力信号を組み合わせることによって、画面の各部で最適なドライブ電流を生成するようにしても良い。例えば二つの輝度センサの出力から形成された補正信号を線形補間して画面の各部の補正信号を形成するようにしても良い。
上述した第１４図に示す構成において、アンプ１４２Ａ〜１４２Ｄ、ラッチ１４３Ａ〜１４３Ｄ等の周辺回路も、低温ポリシリコンのようなデバイスでは、ＴＦＴと同一基板上に形成することによってＬＣＤパネルに内蔵することが可能である。
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
例えば、三色ＬＥＤに代えて白色の蛍光管を用いる場合には、この蛍光管に供給される交流パルス電圧を上記アナログ差信号に基づき変化するように制御してもよい。
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月23日(2007.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの基板間に配された液晶および該液晶に対する光源としてのバックライトを有する液晶表示装置において、
上記二つの基板の一方であって画素としての薄膜素子が形成される基板に上記薄膜素子と同一のプロセスによって形成され、上記バックライトの輝度を検出する輝度センサと、
上記輝度センサにより検出された検出信号に基づいて、上記バックライトの輝度をほぼ一定に制御する駆動信号を形成する制御回路とを備え、
上記バックライトは、上記少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置した発光素子アレイと、該発光素子アレイからの色光を拡散して白色光とする拡散部から構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
上記バックライトは、上記少なくとも三色の発光素子をライン状に繰り返し配置した発光素子アレイと、該発光素子アレイからの色光を拡散して白色光とする拡散部と、下端部に置かれた上記発光素子アレイからの色光を上記拡散部全面に均一に伝える導光部から構成され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】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板が上記バックライト側に配置され、上記画素が展開されている画面内に上記輝度センサが１個以上設けられるとともに、上記二つの基板の他方の基板の上記輝度センサと対向する部分に遮光部が設けられ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４】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板に対向する基板が上記バックライト側に配置され、上記薄膜素子により画素が展開されている画面の外に上記輝度センサが１個以上設けられるとともに、これらの基板、上記バックライトおよび上記制御回路を収納するとともに、上記輝度センサを覆う枠部を有する筐体を備え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５】
上記液晶からみて上記薄膜素子が形成される基板に対向する基板が上記バックライト側に配置され、
上記輝度センサは、該輝度センサを構成する薄膜素子が十分にオフした状態でバックライトからの光の輝度に応じた光励起に基づくオフ電流を変換した出力電圧を検出し、
上記液晶表示装置は、
上記液晶が光透過する時間が遮光する時間に比べて短く、ちらつきが認知されないような繰り返し周期の入力信号を生成して輝度センサを構成する薄膜素子に対して供給する入力信号生成部と、
上記輝度センサからの検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド部と、
上記サンプルホールド部によりサンプルホールドされた信号に基づいて、上記バックライトの輝度をほぼ一定に制御する駆動信号を形成する制御回路と
を備えた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６】
上記サンプルホールド部は、上記薄膜素子が形成される基板上に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
上記二つの基板のいずれか一方には、上記少なくとも三色の発光素子に対応した色のフィルタが設けられ、
上記輝度センサは、上記発光素子のそれぞれに応じて設けられ、各色毎の輝度を検出し、
上記制御回路は、上記発光素子のそれぞれに対して上記各色の輝度に応じた駆動信号を形成す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８】
薄膜素子により画面を構成するとともに薄膜素子と同一の基板上に輝度センサを構成する液晶表示パネル部に対して少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置し、混色により白色光の光源としてのバックライト調整方法において、
バックライトの輝度を検出する第１のステップと、
該第１のステップによる検出結果に基づいて駆動信号を形成する第２のステップと、
該第２のステップにより形成された駆動信号により上記少なくとも三色の発光素子を駆動して上記バックライトの輝度をほぼ一定にする第３のステップと
を備えることを特徴とするバックライト調整方法。 
【請求項９】
薄膜素子により画面を構成するとともに薄膜素子と同一の基板上に輝度センサを構成する液晶表示パネル部に対して少なくとも三色の発光素子を繰り返し配置し、混色により白色光の光源としてのバックライト調整方法において、
上記輝度センサを構成する薄膜素子に対して供給され、上記液晶表示パネル部が光透過する時間が遮光する時間に比べて短く、ちらつきが認知されないような繰り返し周期の入力信号を供給する第１のステップと、
該第１のステップにより供給された入力信号に応じて上記輝度センサから検出される検出信号をサンプルホールドする第２のステップと、
該第２のステップによりサンプルホールドされた信号に基づいて、駆動信号を形成する第３のステップと
該第３のステップにより形成された駆動信号により上記少なくとも三色の発光素子を駆動して上記バックライトの輝度をほぼ一定にする第四のステップと
を備えたことを特徴とする請求項８に記載のバックライト調整方法。
【国際調査報告】
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