JP5542303B2 - 光源システムおよび表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライト光源として用いられる光源システム、およびそのような光源システムを備えた表示装置に関する。

近年、液晶ＴＶやプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）に代表されるようにディスプレイの薄型化が流れとしてあり、なかでもモバイル用ディスプレイの多くは液晶系であり、忠実な色の再現性が望まれている。また、液晶パネルのバックライトは蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）タイプが主流であるが、環境的に水銀レスが要求されてきており、ＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等が有望視されている。

このようなＬＥＤを用いたバックライト装置としては、例えば特許文献１，２に示したようなものが提案されている。特許文献１に示されたＬＥＤバックライト装置は、光源部を複数の部分点灯部に分割して構成すると共に、この部分点灯部単位で独立して点灯動作を行うようにしたものである。一方、特許文献２に示されたＬＥＤバックライト装置は、受光素子によって光源部からの照明光を検出すると共に、この検出値に基づいて光源部の発光量を制御するようにしたものである。

特開２００１−１４２４０９号公報 特開２００５−３０２７３７号公報

ところで、上記特許文献２に示したＬＥＤバックライト装置の場合、受光素子により得られる受光データには、光源部からの照明光による本来の光量成分の他に、赤外光を含むバックグランド成分や、回路部分の電気的なオフセット成分などの測定環境成分が含まれていると考えられる。

ここで、そのような測定環境成分（特にバックグランド成分）については、例えばＴＶ装置のリモコンなどから発信される赤外線などの影響などによって時間的な変動の幅が大きいため、受光素子による受光動作に悪影響を与えてしまうという問題があった。すなわち、このようなバックグランド成分の時間的な変動によって正常な受光動作が妨げられてしまうため、光源部での発光量（輝度）が正常な（最適な）状態であるのにもかかわらず、受光素子での検出値が適切な値ではないという結果から、光源部の発光量を最適な状態からずらしてしまう場合が生じてしまうことになる。

なお、そのような測定環境成分（特にバックグランド成分）による受光動作の悪影響を回避するための手段として、受光素子上などに赤外線フィルタ等を設けることが考えられるが、そのようなフィルタを設けると装置部材が増えるため、製造コストが増加してしまうことになる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造コストを抑えつつ、光源部における発光量をより的確に制御することが可能な光源システム、およびそのような光源システムを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の光源システムは、光源と、この光源からの光を検出する受光素子と、この受光素子による検出光量から光源の発光状態とは独立した検出成分である測定環境成分を差し引いた正味検出光量を算出する算出手段と、この算出手段により算出された正味検出光量に基づいて、光源に対するフィードバック制御を行う光源制御手段と、受光素子を用いた複数の受光モード間の切替制御を行う切替制御手段とを備えたものである。上記測定環境成分は、受光素子を含む回路部分の電気的オフセット成分と、この電気的オフセット成分以外の成分であるバックグランド成分とにより構成されている。上記切替制御手段は、光源を点灯状態とすると共に受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、光源からの光による光量成分とバックグランド成分と電気的オフセット成分との和である第１の検出光量を取得する第１の受光モードと、光源を消灯状態とすると共に受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、バックグランド成分と電気的オフセット成分との和である第２の検出光量を取得する第２の受光モードと、光源を消灯状態とすると共に受光素子の受光機能を無効状態とすることにより電気的オフセット成分を取得する第３の受光モードとの間で切替制御を行う。上記算出手段は、第１の受光モードにより得られた第１の検出光量から第２の受光モードにより得られた第２の検出光量を差し引くことにより、正味検出光量を算出すると共に、第２の受光モードにより得られた第２の検出光量から第３の受光モードにより得られた電気的オフセット成分を差し引くことにより、バックグランド成分を算出する。上記光源制御手段は、算出手段により算出されたバックグランド成分が所定の閾値以上の光量である場合には、光源に対するフィードバック制御を一定期間停止する。

本発明の表示装置は、照明光を発する光源システムと、この光源システムから発せられた照明光を映像信号に基づいて変調する表示部とを備え、光源システムを上記のように構成したものである。なお、以上の構成要件の任意の組み合わせ、本発明の表現をシステム、装置、方法などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明の光源システムおよび表示装置では、光源部からの光が受光素子により検出され、この検出光量から測定環境成分を差し引いた正味検出光量が算出される。そして、この正味検出光量に基づいて光源の制御がなされる。すなわち、光源の発光状態とは無関係な測定環境成分を考慮して、光源からの光による光量成分（本来の光量成分）に基づく光源部の制御が可能となる。また、例えば赤外線フィルタ等の装置部材の追加も不要であるため、製造コストが増加することもない。

本発明の光源システムおよび表示装置によれば、受光素子による検出光量から測定環境成分を差し引いた正味検出光量に基づいて光源の制御を行うようにしたので、そのような測定環境成分を考慮した光源の制御を行うことができると共に装置部材の追加が不要となり、その結果、製造コストを抑えつつ、光源の発光量をより的確に制御することが可能となる。

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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像表示システム（液晶表示装置３）の全体構成を表すものである。この液晶表示装置３は、透過光を表示光Ｄoutとして出射するいわゆる透過型の液晶表示装置であり、本発明の一実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置１と、透過型の液晶表示パネル２とを含んで構成されている。なお、本発明の一実施の形態に係る画像表示方法は、本実施の形態に係る画像表示システムによって具現化されるので、以下、併せて説明する。

液晶表示パネル２は、透過型の液晶層２０と、この液晶層２０を挟む一対の基板、すなわちバックライト装置１側の基板であるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２１１およびこれに対向する基板である対向電極基板２２１と、これらＴＦＴ基板２１１および対向電極基板２２１における液晶層２０と反対側にそれぞれ積層された偏光板２１０，２２０とから構成されている。

また、ＴＦＴ基板２１１にはマトリクス状の画素が構成され、各画素にはＴＦＴなどの駆動素子を含む画素電極２１２が形成されている。

バックライト装置１は、複数の色光（この場合、赤色光、緑色光および青色光）を混合して特定の色光である照明光Ｌoutを得る混色方式のものである。このバックライト装置１は、互いに異なる色光を発する３種類の光源として、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂをそれぞれ複数個含む光源部（後述する光源部１０）を有している。

図２および図３は、バックライト装置１における各色ＬＥＤの配置構成の一例を表したものである。

図２（Ａ）に示したように、このバックライト装置１では、２組の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂによって発光部の単位セル４１，４２がそれぞれ形成され、これら２つの単位セル４１，４２によって発光部の単位ユニットである部分点灯部４が形成されるようになっている。また、各単位セル内および単位セル４１，４２間では、各色ＬＥＤがそれぞれ直列に接続されている。具体的には、図２（Ｂ）に示したようにして、各色ＬＥＤのアノードとカソードが接続されるようになっている。

このようにして構成された各部分点灯部４は、例えば図３に示したように、光源部１０においてマトリクス状に配置され、後述するように互いに独立して制御可能となっている。また、この光源部１０上には、４つの部分点灯部４（例えば、部分点灯部４Ａ〜４Ｄ）に対して１つの照明光センサ１３が配置されている。この照明光センサ１３は、詳細は後述するが、部分点灯部４からの光（後述する照明光Ｌout）を受光するものであり、４つの部分点灯部４の配置領域に対応する領域（検出領域４０）からの光を受光できるようになっている。

次に、図４を参照して、上述した液晶表示パネル２および光源部１０の駆動および制御部分の構成について詳細に説明する。図４は、液晶表示装置３のブロック構成を表したものである。なお、図４（および後述する図５）において照明光センサ１３は、便宜上、光源部１０の近辺に１つだけ配置されているものとして表している。

図４に示したように、液晶表示パネル２を駆動して映像を表示するための駆動回路は、液晶表示パネル２内の各画素電極２１２へ映像信号に基づく駆動電圧を供給するＸドライバ（データドライバ）５１と、液用表示パネル２内の各画素電極２１２を図示しない走査線に沿って線順次駆動するＹドライバ（ゲートドライバ）５２と、これらＸドライバ５１およびＹドライバ５２を制御するタイミング制御部（タイミング・ジェネレータ）６１と、外部からの映像信号を処理してＲＧＢ信号を生成するＲＧＢプロセス処理部６０（シグナル・ジェネレータ）と、このＲＧＢプロセス処理部６０からのＲＧＢ信号を記憶するフレームメモリである映像メモリ６２とから構成されている。

一方、バックライト装置１の光源部１０が点灯動作を行うための駆動および制御を行う部分は、バックライト駆動部１１と、バックライト制御部１２と、照明光センサ１３と、Ｉ／Ｖ変換部１４と、Ａ／Ｄ変換部１５とから構成されている。

照明光センサ１３は、光源部１０（具体的には、上記のように各検出領域４０内の部分点灯部４）からの照明光Ｌoutを受光して受光信号を得るものであり、複数の色光（この場合、赤色光、緑色光および青色光）を混合してなる混色光の中から赤色光を抽出して選択的に受光する赤色光センサ１３Ｒと、緑色光を抽出して選択的に受光する緑色光センサ１３Ｇと、青色光を抽出して選択的に受光する青色光センサ１３Ｂとから構成されている。

また、この照明光センサ１３による受光信号（受光光量）には、詳細は後述するが、上記照明光Ｌoutの光量成分に加え、例えば赤外光を含む環境光によるバックラウンド光Ｌbgの光量成分（バックグランド成分）や、受光回路部分（照明光センサ１３、Ｉ／Ｖ変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５の回路部分）の電気的オフセット成分もが含まれるようになっている。そして、バックライト制御部１２から照明光センサ１３へ供給される制御信号（制御データ）Ｄ６に従って、受光モード間の切替制御がなされるようになっている。なお、この照明光センサ１３の詳細構成および受光モード間の切替制御については、後述する。

Ｉ／Ｖ変換部１４は、照明光センサ１３で得られた各色ごとの受光信号に対してＩ／Ｖ（電流／電圧）変換を施し、アナログの電圧信号である受光データを各色ごとに出力するものである。なお、このＩ／Ｖ変換部１４の詳細構成については、後述（図６）する。

Ａ／Ｄ変換部１５は、Ｉ／Ｖ変換部１４から出力される各色ごとの受光データを所定のタイミングでサンプリングすると共にＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換を施し、ディジタルの電圧信号である受光データＤ１を各色ごとにバックライト制御部１２へ出力するものである。

バックライト制御部１２は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される各色ごとの受光データＤ１、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号（制御データ）Ｄ０に基づいて、後述する制御信号Ｄ３，Ｄ４を生成・出力し、バックライト駆動部１１の駆動動作を制御するものである。なお、このバックライト制御部１２の詳細構成についても、後述（図５）する。

バックライト駆動部１１は、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ３，Ｄ４、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、部分点灯部４単位で点灯動作を行うように光源部１０を時分割で駆動するものである。なお、このバックライト駆動部１１の詳細構成についても、後述（図５）する。

次に、図５および図６を参照して、上述したバックライト駆動部１１およびバックライト制御部１２の詳細構成について説明する。図５は、バックライト駆動部１１およびバックライト制御部１２の詳細構成、ならびに光源部１０、照明光センサ１３、Ｉ／Ｖ変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５の構成についてブロック図で表したものである。また、図６は、図５に示した照明光センサ１３（赤色光センサ１３Ｒ）、Ｉ／Ｖ変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１５およびバックライト制御部１２の詳細構成を、特に赤色ＬＥＤ１Ｒに関するものについてのみ表したものである。なお、受光データＤ１は、赤色受光データＤ１Ｒと、緑色受光データＤ１Ｇと、青色受光データＤ１Ｂとから構成され、制御信号Ｄ３は、赤色用制御信号Ｄ３Ｒと、緑色用制御信号Ｄ３Ｇと、青色用制御信号Ｄ３Ｂとから構成され、制御信号Ｄ４は、赤色用制御信号Ｄ４Ｒと、緑色用制御信号Ｄ４Ｇと、青色用制御信号Ｄ４Ｂとから構成され、制御信号Ｄ６は、赤色用制御信号Ｄ６Ｒと、緑色用制御信号Ｄ６Ｇと、青色用制御信号Ｄ６Ｂとから構成さているものとする。また、ここでは便宜上、光源部１０内において赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂが、全て互いに直列接続されたものとして表している。

図５に示したように、バックライト駆動部１１は、電源部１１０と、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ３（赤色用制御信号Ｄ３Ｒ、緑色用制御信号Ｄ３Ｇおよび青色用制御信号Ｄ３Ｂ）に従って電源部１１０からの電源供給により光源部１０内の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂのアノード側へそれぞれ電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを供給する定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂと、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの各々のカソード側と接地（グランド）との間に接続されたスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂと、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ４およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいてスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂに対する制御信号Ｄ５（パルス信号）を生成・出力し、これらスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２ＢをそれぞれＰＷＭ制御するＰＷＭドライバ１１３とを有している。なお、スイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Emission Transistor）等のトランジスタなどにより構成される。

また、バックライト制御部１２は、光量バランス制御部１２１と、光量制御部１２２と、切替制御部１２３とを有している。

光量バランス制御部１２１は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される受光データＤ１（赤色受光データＤ１Ｒ、緑色受光データＤ１Ｇおよび青色受光データＤ１Ｂ）、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに対する制御信号Ｄ３（赤色用制御信号Ｄ３Ｒ、緑色用制御信号Ｄ３Ｇおよび青色用制御信号Ｄ３Ｂ）をそれぞれ生成・出力することにより、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂに流れる電流（発光電流）ＩＲ，ＩＧ，ＩＢをそれぞれ変化させてそれらの発光強度を変化させ、これにより設定値に応じて光源部１０からの照明光Ｌoutの色バランス（色温度）を制御するものである。

光量制御部１２２は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される受光データＤ１のうちの緑色受光データＤ１Ｇ、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、ＰＷＭドライバ１１３に対する制御信号Ｄ４を生成・出力することにより、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの発光期間（点灯期間）をそれぞれ変化させ、これにより光源部１０からの照明光Ｌoutの発光量（発光輝度）を制御するものである。なお、ここでは制御信号Ｄ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１ＢのうちのＤ１Ｇのみを入力しているが、これは人間の視感度が緑色光に対して最も高いためであり、他の制御信号Ｄ１Ｒ，Ｄ１Ｂを入力するようにしてもよい。

また、これら光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２は、照明光センサ１３を用いた互いに異なる複数の受光モード（詳細は後述）による受光結果を利用して、照明光センサ１３により測定した受光信号（受光光量）から、光源部１０からの照明光Ｌoutによる光量成分に基づかない測定環境成分（ここでは、前述したバックグランド成分および電気的オフセット成分）を取り除いた後の受光光量を算出するようになっており、これにより、この算出された照明光センサ１３により得られた受光信号（受光光量）から測定環境成分を取り除いた後の受光信号（受光光量）を用いて、光源部１０の制御を行うようになっている。具体的には、これら光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２は、上記バックグランド成分をも算出するようになっており、この算出されたバックグランド成分が所定の閾値以上の光量である場合、照明光センサ１３により得られる受光結果を利用した光源部１０のフィードバック制御を、一定期間（例えば、１フレーム期間）停止するようになっている。

切替制御部１２３は、タイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、以下説明する複数の受光モード間の切替制御を行うための制御信号Ｄ６（赤色用制御信号Ｄ６Ｒ、緑色用制御信号Ｄ６Ｇおよび青色用制御信号Ｄ６Ｂ）を生成すると共に、照明光センサ１３、光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２へそれぞれ出力することにより、これら複数の受光モード間の切替制御を行うものである。このような複数の受光モードとしては、本実施の形態では以下の３つの受光モードが設定されている。なお、このような受光モード間の切替制御の詳細については、後述する。
（Ａ）光源部１０を点灯状態とすると共に、照明光センサ１３の受光機能を有効状態とすることにより、光源部１０からの照明光Ｌoutによる本来の光量成分（後述するＡ／Ｄ成分Ｄ１０）と、バックグランド光Ｌbgによるバックグランド成分（後述するＡ／Ｄ成分Ｄbg）と、電気的オフセット成分（後述するＡ／Ｄ成分Ｄos）とを取得する第１の受光モード
（Ｂ）光源部１０を消灯状態とすると共に、照明光センサ１３の受光機能を有効状態とすることにより、バックグランド光Ｌbgによるバックグランド成分（Ａ／Ｄ成分Ｄbg）と、電気的オフセット成分（Ａ／Ｄ成分Ｄos）とを取得する第２の受光モード
（Ｃ）光源部１０を消灯状態とすると共に、照明光センサ１３の受光機能を無効状態とすることにより、電気的オフセット成分（Ａ／Ｄ成分Ｄos）のみを取得する第３の受光モード

次に、図６に示したように、照明光センサ１３のうちの赤色光センサ１３Ｒは、照明光Ｌoutおよびバックグランド光Ｌbgを受光する光センサ１３０Ｒと、制御信号Ｄ６Ｒに従って、光センサ１３０Ｒと接続点Ａ，Ｂのうちの一方との間の接続切替を行うためのスイッチング素子ＳＷ１Ｒとを有している。光センサ１３０Ｒは例えばフォトダイオードにより構成され、アノードがスイッチング素子ＳＷ１Ｒの一端に接続されると共にカソードがリファレンス電源ＶrefRに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１Ｒの他端は接続点Ａ，Ｂのうちの一方と接続されるようになっており、接続点Ａは後述するオペアンプＯＰ１Ｒの正極入力端子に接続され、接続点Ｂは接地（グランド）に接続されている。なお、照明光センサ１３のうちの緑色光センサ１３Ｇおよび青色光センサ１３Ｂ（図示せず）も、同様の構成となっている。

このような構成により照明光センサ１３では、制御信号Ｄ６Ｒ等に従って、光センサ１３０Ｒ等による受光機能の有効状態と無効状態とが切替られるようになっている。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１Ｒ等の他端が接続点Ａに接続されている場合には、光センサ１３０Ｒ等による受光機能が有効状態となる一方、スイッチング素子ＳＷ１Ｒ等の他端が接続点Ｂに接続されている場合には、光センサ１３０Ｒ等による受光機能が無効状態となるようになっている。

Ｉ／Ｖ変換部１４のうちの赤色ＬＥＤ１Ｒに関する部分は、オペアンプＯＰ１Ｒと、抵抗器ｒ１Ｒとから構成されている。オペランプＯＰ１Ｒの正極入力端子は、接続点Ａおよび抵抗器ｒ１Ｒの一端に接続され、負極入力端子は、リファレンス電源ＶrefRおよび光センサ１３０Ｒのカソードに接続され、出力端子は、抵抗器ｒ１Ｒの他端およびＡ／Ｄ変換部１５の入力端子に接続されている。なお、Ｉ／Ｖ変換部１４における青色ＬＥＤ１Ｂおよび緑色ＬＥＤ１Ｇに関する部分（図示せず）も、同様の構成となっている。

ここで、バックライト制御部１２が、本発明における「光源制御手段」の一具体例に対応する。また、液晶表示パネル２が、本発明における「表示部」の一具体例に対応する。また、光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２が、本発明における「光源制御手段」および「算出手段」の一具体例に対応する。

次に、このような構成からなる本実施の形態のバックライト装置１および液晶表示装置３の動作について、詳細に説明する。

まず、図１〜図９を参照して、本実施の形態のバックライト装置１および液晶表示装置３の基本動作について説明する。図７は、バックライト装置１の光源部１０における点灯動作をタイミング波形図で表したものであり、（Ａ）は赤色ＬＥＤ１Ｒに流れる電流（発光電流）ＩＲを、（Ｂ）は緑色ＬＥＤ１Ｇに流れる電流ＩＧを、（Ｃ）は青色ＬＥＤ１Ｂに流れる電流ＩＢを、それぞれ表している。また、図８は、液晶表示装置３全体の動作の概略をタイミング波形図で表したものであり、（Ａ）はＸドライバ５１から液晶表示パネル２内のある画素電極２１２へ印加される電圧（画素印加電圧、駆動電圧）を、（Ｂ）は液晶分子の応答性（画素電極２１２における実際の電位状態）を、（Ｃ）はＹドライバ５２から液晶表示パネル２内のＴＦＴ素子のゲートへ印加される電圧（画素ゲートパルス）を、それぞれ表している。

このバックライト装置１では、バックライト駆動部１１においてスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂがそれぞれオン状態となると、電源部１１０かによる電力供給により、定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂからそれぞれ電流（発光電流）ＩＲ，ＩＧ，ＩＢが光源部１０内の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂへ流れ、これによりそれぞれ赤色発光、緑色発光および青色発光がなされ、混色光である照明光Ｌoutが発せられる。

この際、タイミング制御部６１からバックライト駆動部１１へ制御信号Ｄ０が供給され、バックライト駆動部１１内のＰＷＭドライバ１１３からスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂへはこの制御信号Ｄ０に基づく制御信号Ｄ５がそれぞれ供給されるため、これによりスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂは、この制御信号Ｄ０に従ったタイミングでオン状態となり、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの点灯期間もこれに同期したものとなる。言い換えると、パルス信号である制御信号Ｄ５を用いた時分割駆動により、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１ＢがＰＷＭ駆動される。

また、このとき照明光センサ１３は、光源部１０からの照明光Ｌout（および後述するバックグランド光Ｌbg）を受光する。具体的には、照明光センサ１３内の赤色光センサ１３Ｒ、緑色光センサ１３Ｇおよび青色光センサ１３Ｂにおいて、各色用のフォトダイオードによって、光源部１０からの照明光Ｌoutのうちの各色光がそれぞれ抽出されて各色光の光量に応じた電流が発生し、これにより電流値の受光データがＩ／Ｖ変換部１４へ供給される。また、各色ごとの電流値の受光データは、それぞれＩ／Ｖ変換部１４によってアナログ電圧値の受光データに変換される。そしてこれら各色ごとのアナログ電圧値の受光データは、Ａ／Ｄ変換部１５において所定のタイミングでサンプリングされると共に、ディジタル電圧値の受光データ（後述する光センサのＡ／Ｄ値）Ｄ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂに変換される。

ここでバックライト制御部１２では、Ａ／Ｄ変換部１５から供給された各色ごとの受光データＤ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂに基づいて、光量バランス制御部１２１から定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂへ制御信号Ｄ３Ｒ，Ｄ３Ｇ，Ｄ３Ｂがそれぞれ供給され、これにより照明光Ｌoutの色度（色温度、色バランス）が一定に保たれるように、電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢの大きさΔＩＲ，ΔＩＧ，ΔＩＢ、すなわちＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光強度が調整される（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）。

また、光量制御部１２２では、Ａ／Ｄ変換部１５から供給された各色ごとの受光データＤ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂのうちの受光データＤ１Ｇに基づいて制御信号Ｄ４が生成されると共にＰＷＭドライバ１１３へ供給され、これによりスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂのオン期間、すなわち各色ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの点灯期間ΔＴが調整される（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）。

このようにして光源部１０からの照明光Ｌoutに基づいて、電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢの大きさΔＩＲ，ΔＩＧ，ΔＩＢ（ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光強度）および点灯期間が制御され、これにより照明光Ｌoutの発光量（発光輝度）が部分点灯部４単位で制御される。

一方、本実施の形態の液晶表示装置３全体では、映像信号に基づいてＸドライバ５１およびＹドライバ５２から出力される画素電極２１２への駆動電圧（画素印加電圧）によって、バックライト装置１の光源部１０からの照明光Ｌoutが液晶層２０で変調され、表示光Ｄoutとして液晶表示パネル２から出力される。このようにしてバックライト装置１が液晶表示装置３のバックライト（液晶用光源装置）として機能し、これにより表示光Ｄoutによる映像表示がなされる。

具体的には、例えば図８（Ｃ）に示したように、Ｙドライバ５２から液晶表示パネル２内の１水平ライン分のＴＦＴ素子のゲートへ画素ゲートパルスが印加され、それと共に図８（Ａ）に示したように、Ｘドライバ５１からその１水平ライン分の画素電極２１２へ、映像信号に基づく画素印加電圧が印加される。このとき、図８（Ｂ）に示したように、画素印加電圧に対して画素電極２１２の実際の電位の応答（液晶の応答）は遅れるため（画素印加電圧がタイミングｔ２１で立ち上がったのに対し、実際の電位はタイミングｔ１２で立ち上がっている）、バックライト装置１では、実際の電位が画素印加電圧と等しくなっているタイミングｔ２２〜ｔ２３の期間内に点灯状態となり（図８（Ｄ））、これにより液晶表示装置３において映像信号に基づく映像表示がなされる。なお、図８においてタイミングｔ２１〜ｔ２３の期間が１水平期間（１フレーム期間）に対応し、その後のタイミングｔ２３〜ｔ２５の１水平期間においても、液晶の焼き付き防止等のために画素印加電圧が共通（コモン）電位Ｖcomに対して反転しているのを除き、タイミングｔ２１〜ｔ２３の１水平期間と同様の動作となる。

また、この液晶表示装置３では、ＲＧＢプロセス処理部６０から供給される信号（映像信号に基づく信号）を利用して、タイミング制御部６１からバックライト駆動部１１内のＰＷＭドライバ１１３へ制御信号Ｄ０が供給されるため、例えば図９に示したように、光源部１０では、液晶表示パネル２における映像表示領域のうちの所定の輝度以上の映像表示領域（表示映像Ｐａが表示されている領域）に対応する領域の部分点灯部４のみが点灯して部分点灯領域Ｐｂが形成されるような動作が可能となっている。

次に、図１〜図９に加えて図１０および図１１を参照して、本発明の特徴的部分の制御動作について詳細に説明する。

まず、本実施の形態のバックライト装置１では、切替制御部１２３から供給される制御信号Ｄ６に従って、図１０に示したような３つの受光モード（第１〜第３の受光モード）間での切替制御がなされる。具体的には、第１の受光モードでは、光源部１０（ＬＥＤ状態）が点灯状態であると共に、照明光センサ１３の受光機能が有効状態となっている（スイッチング素子ＳＷ１Ｒ等が接続点Ａに接続されている）。また、第２の受光モードでは、光源部１０が消灯状態であると共に、照明光センサ１３の受光機能が有効状態となっている。また、第３の受光モードでは、光源部１０が消灯状態であると共に、照明光センサ１３の受光機能が無効状態となっている（スイッチング素子ＳＷ１Ｒ等が接続点Ｂに接続されている）。これにより、第１の受光モードでは、照明光センサ１３により受光されてＩ／Ｖ変換およびＡ／Ｄ変換がなされた後の受光データ（光センサのＡ／Ｄ値）Ｄ１１には、光源部１０からの照明光Ｌoutによる本来の光量成分（Ａ／Ｄ成分Ｄ１０）と、バックグランド光Ｌbgによるバックグランド成分（Ａ／Ｄ成分Ｄbg）と、電気的オフセット成分（Ａ／Ｄ成分Ｄos）とが含まれるようになる。また、第２の受光モードでは、受光データ（光センサのＡ／Ｄ値）Ｄ１２には、Ａ／Ｄ成分Ｄbgと、Ａ／Ｄ成分Ｄosとが含まれるようになる。また、第３の受光モードでは、受光データ（光センサのＡ／Ｄ値）Ｄ１３には、Ａ／Ｄ成分Ｄosのみが含まれるようになる。

したがって、図１０および図１１に示したように、光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２では、第１の受光モードによる受光結果（受光データＤ１１）と第２の受光モードによる受光結果（受光データＤ１２）との差分を取ることにより、照明光センサ１３により測定した受光信号（受光光量）から測定環境成分（バックグランド成分（Ａ／Ｄ成分Ｄbg）および電気的オフセット成分（Ａ／Ｄ成分Ｄos））を取り除いた後の受光光量、すなわち、光源部１０からの照明光Ｌoutによる本来の光量成分（Ａ／Ｄ成分Ｄ１０）が算出されると共に、第２の受光モードによる受光結果（受光データＤ１２）と第３の受光モードによる受光結果（受光データＤ１３）との差分を取ることにより、外的成分のうちのバックグランド成分（Ａ／Ｄ成分Ｄbg）が算出される。

これにより、光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２では、これらの測定環境成分を考慮して、光源部１０からの照明光Ｌoutによる光量成分Ｄ１０（本来の光量成分）に基づく光源部１０の制御が可能となる。具体的には、照明光センサ１３により測定した受光信号（受光光量）Ｄ１１から測定環境成分（Ａ／Ｄ成分ＤbgおよびＡ／Ｄ成分Ｄos）を取り除いた後の受光データ（受光光量）Ｄ１０を用いて、光源部１０の制御を行うことが可能となる。また、算出されたバックグランド成分Ａ／Ｄ成分Ｄbgが所定の閾値以上の光量である場合、照明光センサ１３により得られる受光結果を利用した光源部１０のフィードバック制御を、一定期間（例えば、１フレーム期間）停止することも可能となる。

以上のように本実施の形態では、照明光センサ１３を用いた互いに異なる複数（この場合、３つ）の受光モードによる受光結果（受光信号Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３）を利用して、照明光センサ１３により測定した受光信号（受光光量）Ｄ１１から測定環境成分（Ａ／Ｄ成分ＤbgおよびＡ／Ｄ成分Ｄos）を取り除いた後の受光データ（受光光量）Ｄ１０を算出するようにしたので、そのような測定環境成分を考慮した光源部１０の制御を行うことができる。また、例えば赤外線フィルタ等の装置部材の追加も不要であるため、製造コストが増加することもない。よって、製造コストを抑えつつ、光源部１０における発光量をより的確に制御することが可能となる。

また、算出されたバックグランド成分（Ａ／Ｄ成分Ｄbg）が所定の閾値以上の光量である場合には、照明光センサ１３により得られる受光結果を利用した光源部１０のフィードバック制御を一定期間停止するようにしたので、例えばＴＶ装置のリモコンなどから発信される赤外線などの影響などによってバックグランド成分の時間的な変動の幅が大きい場合であっても、フィードバック制御が妨げられるのを回避することが可能となる。

また、このようなバックライト装置１を液晶表示装置３のバックライト（液晶用光源装置）として用いるようにしたので、液晶表示装置３全体としても輝度むらや色むら等を抑えることが可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、外的成分がバックグランド成分と電気的オフセット成分とを含んで構成され、３つの受光モード間での切替制御を行う場合について説明したが、切替制御を行う受光モードの数はこれには限られず、例えば、２つの受光モード間での切替制御を行うようにしてもよい。具体的には、切替制御部１２３によって、光源部１０を点灯状態とすると共に照明光センサ１３の受光機能を有効状態とすることにより、光源部１０からの光による本来の光量成分と外的成分とを取得する第１の受光モードと、光源部１０を消灯状態とすると共に照明光センサ１３の受光機能を有効状態とすることにより、外的成分のみを取得する第２の受光モードとの間の切替制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、１つの検出領域４０内に４つの部分点灯部４が設けられている場合について説明したが、部分点灯部４の数についてはこれに限られない。また、上記実施の形態では、全体点灯期間Δｔ４において４つの部分点灯部４が全て点灯すると共に部分点灯期間Δｔ１において１つの部分点灯部４のみが点灯する場合について説明したが、全体点灯期間において点灯する部分点灯部４の数が部分点灯期間において点灯する部分点灯部４の数よりも多ければよく、この場合には限られない。

また、上記実施の形態では、各ＬＥＤの点灯期間および発光強度のうちの少なくとも一方をそれぞれ変化させることにより、光源部の輝度および色温度を制御する場合について説明したが、例えば、各ＬＥＤの点灯期間および発光強度のうちの少なくとも一方をそれぞれ変化させることにより、光源部の輝度および色温度のうちの少なくとも一方を制御するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光源部１０が、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部４により構成されると共に、この部分点灯部４単位で、光源部１０からの照明光Ｌoutの受光、光源部１０の制御、外的成分の算出および複数の受光モード間の切替制御を行うようにした場合（バックライト装置の部分駆動の場合）について説明したが、本発明はこのような部分駆動の場合には限られず、光源部全体を一括して駆動・制御する場合にも適用することが可能である。

また、上記実施の形態では、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂが、それぞれ別個のパッケージ内に収容されている場合について説明したが、例えば、１つのパッケージ内にこれら複数色のＬＥＤが収容されているようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、照明光センサ１３が、赤色光センサ１３Ｒ、緑色光センサ１３Ｇおよび青色光センサ１３Ｂの３色の光センサにより構成されている場合について説明したが、例えば、照明光センサ１３を１つの光センサにより構成すると共に、光源部１０が赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂをそれぞれ時系列的に順次点灯させることにより、照明光Ｌoutを受光するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光源部１０が赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂから構成されている場合で説明したが、これらに加えて（またはこれらに代えて）、他の色光を発するＬＥＤを含んで構成するようにしてもよい。４色以上の色光によって構成した場合、色再現範囲を拡大し、より多彩な色を表現することが可能となる。

また、上記実施の形態では、液晶表示装置３がバックライト装置１を含む透過型の液晶表示装置である場合について説明したが、本発明の光源装置によってフロントライト装置を構成し、反射型の液晶表示装置としてもよい。

また、上記実施の形態では、表示部の一例として液晶表示パネルを挙げて説明したが、表示部として、液晶表示パネル以外の他のものを用いるようにしてもよい。

さらに、本発明の光源装置は液晶表示装置用の光源装置だけでなく、例えば照明機器等、他の光源装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る画像表示システム（液晶表示装置）の全体構成を表す斜視図である。 図１に示したバックライト装置内の光源部の単位ユニット（部分点灯部）の構成例を表す平面模式図である。 図２における光源部内の部分点灯部と照明光センサとの配置構成例を表す平面模式図である。 図１に示した液晶表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図４に示した光源部の駆動および制御部分の構成を詳細に表したブロック図である。 図５に示した赤色光センサ、Ｉ／Ｖ変換部、Ａ／Ｄ変換部およびバックライト制御部の構成を詳細に表した回路図およびブロック図である。 光源部の駆動パルス信号について説明するためのタイミング波形図である。 図１に示した液晶表示パネルおよびバックライト装置の駆動方法の一例について説明するためのタイミング波形図である。 映像表示領域と部分点灯領域との配置関係の一例について説明するための斜視図である。 本実施の形態に係る受光動作の切替処理について説明するための図である。 図１０に示した光センサのＡ／Ｄ値について説明するための図である。

符号の説明

１…バックライト装置、１Ｒ…赤色ＬＥＤ、１Ｇ…緑色ＬＥＤ、１Ｂ…青色ＬＥＤ、１０…光源部、１１…バックライト駆動部、１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ…定電流ドライバ、１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ…スイッチング素子、１１３…ＰＷＭドライバ、１２…バックライト制御部、１２１…光量制御部、１２２…光量バランス制御部、１２３…切替制御部、１３…照明光センサ、１３Ｒ…赤色光センサ、１３Ｇ…緑色光センサ、１３Ｂ…青色光センサ、１３０Ｒ…光センサ、１４…Ｉ／Ｖ変換部、１５…Ａ／Ｄ変換部、２…液晶表示パネル、２０…液晶層、２１０，２２０…偏光板、２１１…ＴＦＴ基板、２１２…画素電極、２２１…対向電極基板、３…液晶表示装置、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…単位ユニット（部分点灯部）、４０…検出領域、４１，４２…単位セル、５１…Ｘドライバ、５２…Ｙドライバ、６０…ＲＧＢプロセス処理部、６１…タイミング制御部、６２…映像メモリ、Ｌout…照明光、Ｄout…表示光、Ｌbg…バックグランド光、ＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢ…カラーフィルタ、Ｄ０，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…制御データ（制御信号）、Ｄ１，Ｄ１１〜Ｄ１３…受光データ（光センサのＡ／Ｄ値）、Ｄ１０…照明光ＬoutによるＡ／Ｄ成分、Ｄbg…バックグランド光ＬbgによるＡ／Ｄ成分、Ｄos…電気的オフセットによるＡ／Ｄ成分、ＩＲ，ＩＧ，ＩＢ…電流、Ｖcom…共通（コモン）電位、ＶrefR…リファレンス電圧（リファレンス電源）、ＯＰ１Ｒ…オペアンプ、ＳＷ１Ｒ…スイッチング素子、ｒ１Ｒ…抵抗器、ｔ１〜ｔ３，ｔ２１〜ｔ２５…タイミング、Ｐａ…表示映像、Ｐｂ…部分点灯領域、ΔＴ…パルス幅、ΔＩＲ，ΔＩＧ，ΔＩＢ…電流値（パルスの高さ）、Ａ，Ｂ…接続点。

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光を検出する受光素子と、
   前記受光素子による検出光量から前記光源の発光状態とは独立した検出成分である測定環境成分を差し引いた正味検出光量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された正味検出光量に基づいて、前記光源に対するフィードバック制御を行う光源制御手段と、
   前記受光素子を用いた複数の受光モード間の切替制御を行う切替制御手段と
   を備え、
   前記測定環境成分が、前記受光素子を含む回路部分の電気的オフセット成分と、この電気的オフセット成分以外の成分であるバックグランド成分とにより構成され、
   前記切替制御手段は、
   前記光源を点灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、前記光源からの光による光量成分と前記バックグランド成分と前記電気的オフセット成分との和である第１の検出光量を取得する第１の受光モードと、
   前記光源を消灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、前記バックグランド成分と前記電気的オフセット成分との和である第２の検出光量を取得する第２の受光モードと、
   前記光源を消灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を無効状態とすることにより前記電気的オフセット成分を取得する第３の受光モードと
   の間で切替制御を行い、
   前記算出手段は、
   前記第１の受光モードにより得られた前記第１の検出光量から前記第２の受光モードにより得られた前記第２の検出光量を差し引くことにより、前記正味検出光量を算出すると共に、
   前記第２の受光モードにより得られた前記第２の検出光量から前記第３の受光モードにより得られた前記電気的オフセット成分を差し引くことにより、前記バックグランド成分を算出し、
   前記光源制御手段は、前記算出手段により算出されたバックグランド成分が所定の閾値以上の光量である場合には、前記光源に対するフィードバック制御を一定期間停止する
   光源システム。
2. 前記光源制御手段は、前記光源の点灯期間および発光強度のうちの少なくとも一方を変化させることにより、前記光源に対するフィードバック制御を行う
   請求項１に記載の光源システム。
3. 前記光源制御手段は、前記光源の点灯期間および発光強度のうちの少なくとも一方を変化させることにより、前記光源の輝度および色温度のうちの少なくとも一方を制御する
   請求項２に記載の光源システム。
4. 前記バックグランド成分は、測定環境下の環境光による光量成分を含む
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光源システム。
5. 前記環境光は、赤外光を含む
   請求項４に記載の光源システム。
6. 前記光源が、互いに独立して制御可能であると共に全体の点灯領域を領域分割してなる複数の部分点灯部により構成されている
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光源システム。
7. 照明光を発する光源システムと、
   前記光源システムから発せられた照明光を映像信号に基づいて変調する表示部と
   を備え、
   前記光源システムが、
   光源と、
   前記光源からの光を検出する受光素子と、
   前記受光素子による検出光量から前記光源の発光状態とは独立した検出成分である測定環境成分を差し引いた正味検出光量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された正味検出光量に基づいて、前記光源に対するフィードバック制御を行う光源制御手段と、
   前記受光素子を用いた複数の受光モード間の切替制御を行う切替制御手段と
   を有し、
   前記測定環境成分が、前記受光素子を含む回路部分の電気的オフセット成分と、この電気的オフセット成分以外の成分であるバックグランド成分とにより構成され、
   前記切替制御手段は、
   前記光源を点灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、前記光源からの光による光量成分と前記バックグランド成分と前記電気的オフセット成分との和である第１の検出光量を取得する第１の受光モードと、
   前記光源を消灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を有効状態とすることにより、前記バックグランド成分と前記電気的オフセット成分との和である第２の検出光量を取得する第２の受光モードと、
   前記光源を消灯状態とすると共に前記受光素子の受光機能を無効状態とすることにより前記電気的オフセット成分を取得する第３の受光モードと
   の間で切替制御を行い、
   前記算出手段は、
   前記第１の受光モードにより得られた前記第１の検出光量から前記第２の受光モードにより得られた前記第２の検出光量を差し引くことにより、前記正味検出光量を算出すると共に、
   前記第２の受光モードにより得られた前記第２の検出光量から前記第３の受光モードにより得られた前記電気的オフセット成分を差し引くことにより、前記バックグランド成分を算出し、
   前記光源制御手段は、前記算出手段により算出されたバックグランド成分が所定の閾値以上の光量である場合には、前記光源に対するフィードバック制御を一定期間停止する
   表示装置。

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