JP2007072092A - バックライト装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二種以上の光源を有するバックライト装置において、各光源の温度特性の差に起因して生じるバックライト光の色味の変化を補正することにより、ユーザに違和感を与えることなく画面表示を行う。
【解決手段】バックライト８は、発光色の異なるＣＦＬ８１とＬＥＤ８２とで構成される光源部を有し、これら光源から発光した光を混色させることによって液晶パネル５の背面に供給する光を生成する。受光部１１では、バックライト８の光源部からの光を受光し、偏差演算回路１２は、受光部１１で受光した光成分を演算解析する。マイコン７は偏差演算回路で演算された色偏差に応じて、ＬＥＤ８２の発光量を制御するＬＥＤ出力制御信号を生成し、ＬＥＤ駆動回路１０に転送する。ＬＥＤ駆動回路１０ではそのＬＥＤ出力制御信号に応じてＬＥＤ８２の発光を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はバックライト装置及び画像表示装置、より詳細には、液晶パネルを照明するために液晶パネル背面側に設けられるバックライト装置と、そのバックライト装置を備えた画像表示装置に関し、特にＬＥＤとＣＦＬを併用した所謂ハイブリッド方式のバックライト装置に関する。

例えばＬＥＤのような点光源による発光素子と、従来のＣＦＬ（蛍光管）とを併用した所謂ハイブリッド型バックライトが提案されている。ハイブリッド型バックライトは、従来のＣＦＬに加えてＬＥＤを併用して配置することにより、ＣＦＬのみによるバックライトよりも色再現性を拡大して、品位の高い映像を表示できるようにするものである。

上記のようなハイブリッド型のバックライト装置に関し、例えば、特許文献１には、蛍光管とＬＥＤによる２種類の光源を用いて、照明装置全体としての色純度を向上させて色再現性を最適化できるようにした構成が開示されている。特に赤色の色再現範囲を最適化するために、ＬＥＤ６５０ｎｍ付近の発光色をバックライト光の一部として構成している。
ここでは、蛍光管とＬＥＤとの分光特性におけるそれぞれの極大値波長λｒ１、λｒ２が近づくように、好ましくは同一になるように設定する。これにより蛍光管によるスペクトラム成分とＬＥＤによるスペクトラム成分とのそれぞれが混色を起こしても、照明装置全体として色純度の高い照明装置を設計することができる。
特開２００４−１３９８７６号公報

上記特許文献１の構成では、ＬＥＤとＣＦＬの発光強度の温度依存性が異なるので、例えば、バックライトの管電流やＬＥＤ電流を一定値に維持していた状態で始動しても、各光源の温度上昇に伴う発光強度の変化が生じる。このため、分光特性の異なるＬＥＤとＣＦＬとがなすバックライト光の発光色の色味も、これらの温度上昇に応じて徐々に変化してしまう。

このような駆動時の温度上昇に伴うバックライト光の色味の変化は、その光を受光して選択的に透過させる液晶パネル面上での画質にも大きな影響を与える。つまり、画面のホワイトバランスが温度上昇に伴って変化してしまい、より具体的には赤味がかった色からシアン系の色味への変色が著しい。このような赤からシアン系への色味の変化によって、特に人間の肌色等が情報として表示された画面を視認する際に、その肌色の変化が違和感として顕著に感じられる。

図４は、ＭａｃＡｄａｍの弁別楕円を示す図である。ここでは弁別楕円は実際の弁別域の１０倍の大きさで図示している。
上記のように、バックライトの温度依存性によって発色光の色味が変化するとき、特に肌色表示において違和感が強く感じられる。図４の色度図において、肌色を表す領域は破線２１の内部の領域である。ここで比較的人間の目が色を弁別しやすい傾向にある方向は、色温度の変化する方向（矢印２２）よりも、その方向に垂直な方向（矢印２３）、すなわち黒体輻射曲線に対する偏差を表す方向（以下偏差方向）の方が大きいということが示されている。そしてこの偏差方向は、使用している赤色光源の波長の変化方向（矢印２４）とほぼ平行なので、赤色光源の波長及び赤色の変化は上記偏差方向の変化に直接大きな影響を与える。

本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、二種以上の光源を有するバックライト装置において、各光源の温度特性の差に起因して生じるバックライト光の色味の変化を補正することにより、ユーザに違和感を与えることなく画面表示を行うことができるようにしたバックライト装置と、該バックライト装置を備えた画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、発光色の異なる第１光源と第２光源とで構成される光源部を有し、第１及び第２光源から発光した光を混色させることによって液晶パネルの背面に供給すべき光を生成するバックライト装置において、バックライト装置は、光源部からの光を受光する受光部と、受光部で受光した光源部からの光成分を演算解析するための光成分演算手段と、光成分演算手段で演算された所定の成分値に応じて第２光源の発光量を制御する第２光源発光量制御手段と、を有することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、第１光源は、３原色のうち少なくとも２色の波長成分の光を発光し、第２光源は、第１光源が発光する２色の波長成分とは異なる他の色の波長成分の光を発光することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、第１光源が発光する２色の波長成分の光は、青と緑の波長成分を含む光であり、第２光源が発光する他の色の波長成分の光は、３原色のうちの赤の波長成分を含む光であることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、所定の成分値が、色偏差を表す成分値であることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、第２光源発光量制御手段は、上記演算された色偏差を表す成分値の所定の値に対する大小に応じて第２光源の発光量を制御することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第５の技術手段において、第２光源発光量制御手段が、第２光源を流れる電流値を制御することにより、第２光源の発光量を制御することを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第６の技術手段において、バックライト装置が、第２光源を駆動するための第２光源駆動回路を有し、第２光源発光量制御手段は、第２光源駆動回路の電流値を制御するデューティ信号を発生することにより、第２光源の発光量を制御することを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１ないし第７のいずれか１の技術手段におけるバックライト装置と、バックライト装置により照明される液晶パネルとを備え、液晶パネルによってバックライト装置による照明光を変調することにより画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置である。

本発明によれば、二種以上の光源を有するバックライト装置において、各光源の温度特性の差に起因して生じるバックライト光の色味の変化を補正することによりバックライト装置全体の発光色を常に最適な状態で発光することが可能になる。
そしてこれにより、バックライト光によって得られる画面の品位を維持し、ユーザに違和感を与えることなく画面表示を行うことができるようにしたバックライト装置を提供することができる。特に画面上に表示された画像の肌色系統の色に対して、ユーザに違和感を与えることなく高品位の画像を表示することができるようになる。

図１は、本発明に適用可能な画像表示装置の構成例を説明するためのブロック図である。受信回路２は、映像情報が入力された放送信号（例えばＮＴＳＣ信号）をアンテナ１を介して受信するチューナである。デコーダ回路３は、受信した放送信号をデコードし、映像情報の各絵素ごとの階調数を解読する。また映像処理回路４は、デコーダ回路３でデコードされた映像情報に対し、ユーザの操作状況等に応じた画面表示（例えば、レターボックス表示、字幕表示、マルチ画面表示、４：３または１６：９のアスペクト比によるスケーリング表示処理、もしくはメニュー画面やＥＰＧ画面の重畳表示）を行うための処理を行う。

液晶パネル５は、映像処理回路４で各種表示処理された映像情報を、それと同時に生成されたゲートクロック信号及びソースクロック信号とによる順次走査処理に応じて繰返し表示処理を行なう。また操作手段６は、画像表示装置本体やリモコン等の遠隔操作部に設けられたボタン等の操作に応じて、上記各部品に対し制御指示する所定のフォーマットの制御信号を発信する。
またマイコン７は、操作手段６等から発信された各種制御信号に応じて、制御されるべき対象部品に対する制御処理を行なうための制御プログラムを実行する。

バックライト８は、液晶パネル５の画面上の映像情報が一定以上の明るさで表示されるように、赤、緑、青の３原色で構成される白色光源を生成する。バックライト８は本発明の光源部に該当し、第１光源と第２光源とにより構成される。ここではバックライト８で採用している光源は、ＣＦＬ（蛍光管）８１とＬＥＤ８２の二種類の光源であり、ＣＦＬ（蛍光管）８１が本発明の第１光源に該当し、ＬＥＤ８２が本発明の第２光源に該当する。

そして第１光源のＣＦＬ８１は、赤、緑、青の３原色のうち少なくとも２色の波長成分の光を発光し、第２光源のＬＥＤ８２は、第１光源のＣＦＬ８１の波長成分とは異なる他の色の波長成分の光を発光する。この場合、ＣＦＬ８１は少なくとも青と緑の蛍光体を含む発光素子で、ＬＥＤ８２は赤の（６３０〜６７０ｎｍ程度の）長波長帯域の発光を呈する発光素子である。

ＩＮＶ（インバータ）回路９は、ＣＦＬ８１に高圧交流電圧を供給するためにＤＣ電力形式を高圧交流信号形式に変換するための電力変換素子である。またＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ８２に一定の電流値（１素子当り数ｍＡ）を供給するための電力供給素子である。ＬＥＤ駆動回路１０には、マイコン７からデューティ比形式のＬＥＤ出力制御信号が入力し、ＬＥＤ８２の発光光量が制御される。

また受光部１１は、バックライト８の光源（ＣＦＬ８１、ＬＥＤ８２のいずれでもよい）の発光色を受光するために設けられた素子（フォトダイオードや光電子倍増管などが一般的）により構成される。
この受光部１１には、赤、緑、青の各色を測定するために各色毎の受光素子が備えられており、ここで受光された各色の発光強度情報が色データ信号として偏差（Δｕｖ）演算回路１２に伝送される。

偏差（Δｕｖ）演算回路１２は、後述する演算式及び演算フローに基づいて、色温度演算と偏差演算を行なう。すなわち偏差演算回路１２は、受光部１１で受光したバックライト８からの光成分を演算解析するための本発明の光成分演算手段として機能する。
また記憶部１３はＲＯＭ等の記憶手段により構成され、映像情報の表示設定を行なうための各種設定値を保存する他、偏差演算回路１２の処理に必要とする色度座標変換情報や黒体輻射曲線に関する情報を保存し、マイコン７からこれらの保存情報の読み出し処理を可能にする。

ＬＥＤ８２の発光量を制御する方式として、本実施形態では発光が時分割されて行われるデューティ調光方式を採用しているが、この他電圧（電流）調光方式を採用してもよい。
デューティ調光方式を適用する場合、マイコン７は、ＬＥＤ駆動回路１０を制御するデューティ比形式のＬＥＤ出力制御信号を生成してＬＥＤ駆動回路１０に送る。ＬＥＤ駆動回路１０では、そのＬＥＤ出力制御信号に応じたデューティ比となるようにパルス幅を可変することで、ＬＥＤ８２の明るさを調光（発光量を制御）する。本発明の第２光源発光量制御手段は、マイコン７及びＬＥＤ駆動回路１０によって実現される。

一方、上記の電圧（電流）調光方式を適用するとき、マイコン７は、電源回路からの入力電圧または入力電流をＤＣ−ＤＣコンバータ等で変化させて、その駆動電圧（電流）の大きさで直接ＬＥＤ駆動回路１０の負荷として接続されたＬＥＤ８２の電流を変化させて調光（発光量を制御）する。

次に上記偏差演算回路１２における色偏差の正負の演算方法について具体的に説明する。
（I）まず受光部１１が受光した光の成分となる３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の値を、発光体の分光分布Ｐ（λ）と等式関数（ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ））との積に基づいた以下の波長積分で算出する。
Ｘ＝ΣＰ（λ）・ｘ（λ）・Δλ ・・・（１）
Ｙ＝ΣＰ（λ）・ｙ（λ）・Δλ ・・・（２）
Ｚ＝ΣＰ（λ）・ｚ（λ）・Δλ ・・・（３）

（II）次に上記で算出した３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の値から、以下の式を用いて色度座標系（ｕ，ｖ）に座標変換する。
ｕ＝４Ｘ／（Ｘ＋１５Ｙ＋３Ｚ） ・・・（４）
ｖ＝６Ｙ／（Ｘ＋１５Ｙ＋３Ｚ） ・・・（５）

（III）次に（ｕ，ｖ）座標系における黒体輻射曲線上の各点に対応した色温度を示すデータと各点ごとの等色温度線をその定義に従って算出する。ここで等色温度線は（ｕ，ｖ）座標系における黒体輻射曲線に対し各点で垂直な法線を描くように定義される。

（IV）次に上記（II）で算出された受光色の色度が、上記（III）で算出された等色温度線のうちどの線間に位置するのかを特定する。そして受光色の色度が位置する等色温度線内において、その等色温度線内に存在する黒体輻射曲線状の点について、黒体輻射曲線の接線を規定し、その接線を境界線とする。そして受光色の色度を示す点が、上記境界線の上側に位置しているか、または下側に位置しているかを判別する演算を行なう。
この演算の具体例を図２を参照しながら以下に説明する。

（演算１）
受光部１１で受光されたバックライト光の色度を示す点を測定点Ｇとする。そしてまず、測定点Ｇがどの等色温度線の間にあるかを演算する。ここでは固定値として、黒体輻射曲線状の各点Ａ（Ｕａ，Ｖａ）及びＢ，Ｃが与えられており、上記各点に対する等色温度線の傾きもそれぞれＬａ，Ｌｂ，Ｌｃと割当てられているものとする。

測定点Ｇ(Ｕｇ，Ｖｇ)が、点ＡとＢの等色温度線上に存在する場合、例えば以下の式を満たすことを必要十分条件として点Ｇがどの等色温度線間に位置するのかを判定することが可能になる。なお下記の式の不等号の大小は、各等色温度線の傾きによって異なる。

Ｖｇ＜Ｌａ×（Ｕｇ−Ｕａ）＋Ｖａ ・・・（６）
Ｖｇ＞Ｌｂ×（Ｕｇ−Ｕｂ）＋Ｖｂ ・・・（７）
従って、上記条件式を満たす隣接点Ａ、Ｂが見つかるまでプログラム上で繰返し演算させるようにする。
そして測定点Ｇに隣接する点Ａ，Ｂが見つかった結果、測定点Ｇは図２の斜線領域Ｓ内にあるものと判断する。

（演算２）
次に上記斜線領域Ｓの中で更に、測定点Ｇが曲線ＡＢ（黒体輻射曲線の一部）の上側か下側のどちらに位置しているかを演算させることによって、偏差の正負を計算する。
つまり(ｕ，ｖ)座標系において、点Ａと点Ｂの間の点Ｍを接点とする接線Ｌｍを境界線とし、測定点Ｇが接線Ｌｍの上側か下側かのどちらに属するかを計算すれば良い。

ここで接線Ｌｍについては、中間点Ｍの値が固定値として存在しないので、例として以下のような近似式を用いても良い。つまり、黒体輻射曲線上の隣り合う点Ａ，Ｂは十分近い点であることから、その間の点は線分ＡＢ上にあると仮定して、黒体輻射曲線上の点ＡＢの中間点を線分ＡＢの中点Ｍとみなし、上記中間点の接線Ｌｍは以下の式で近似することができる。

Ｌｍ：ｕ＝｛（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｕａ−Ｕｂ）｝×〔ｖ−｛（Ｖａ＋Ｖｂ）／２｝〕＋（Ｕａ＋Ｕｂ）／２ ・・・・（８）
この接線Ｌｍと測定点Ｇ（Ｕｇ，Ｖｇ）との関係に対し、以下のような場合分けで判断することが可能になる。

（i)Ｕｇ＜｛（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｕａ−Ｕｂ）｝×〔Ｖｇ−｛（Ｖａ＋Ｖｂ）／２｝〕＋（Ｕａ＋Ｕｂ）／２ の場合
（ii）Ｕｇ＞｛（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｕａ−Ｕｂ）｝×〔Ｖｇ−｛（Ｖａ＋Ｖｂ）／２｝〕＋（Ｕａ＋Ｕｂ）／２ の場合
上記（i）の場合は測定点Ｇは負の領域にあるものと判断され、上記（ii）の場合は測定点Ｇは正の領域にあるものと判断できる。
例えば図２のケースでは、測定点Ｇが接線Ｌｍの下側に位置しているので「負の領域」と判断することになる。

以上の演算の結果に従って、以下の制御フローによりＬＥＤ８２の発光量を制御する。ＬＥＤ８２の発光量は、偏差演算回路１２で演算された結果を入力したマイコン７によって制御される。ここではマイコン７は、偏差演算回路１２による上記の演算結果に従って、デューティ比形式のＬＥＤ出力制御信号をＬＥＤ駆動回路１０に伝達する。そしてＬＥＤ駆動回路１０では、そのＬＥＤ出力制御信号に従ってＬＥＤ８２の駆動デューティ比を制御して発光制御を行う。

図３は、ＬＥＤの発光制御を行うときの処理例を説明するためのフローチャートである。まず、バックライト８のＣＦＬ８１とＬＥＤ８２を共に点灯させておく（ステップＳ１）。そして、受光部１１で所定期間のバックライト光を受光し、偏差演算回路１２にてバックライト光の測色処理と偏差（Δｕｖ）の演算処理を行う（ステップＳ２）。

マイコン１２では、上記偏差の演算処理結果、偏差（Δｕｖ）＞０であるかどうかを判別する（ステップＳ３）。そしてΔｕｖ＞０であれば、さらにＬＥＤ８２を発光駆動させるためのＬＥＤデューティ比が０％であるかどうかを判別する（ステップＳ４）。ここでＬＥＤデューティ比＝０％でなければ、ＬＥＤデューティ比を減少させる（ステップＳ５）。そして予め定めた一定時間が経過した後（ステップＳ６）、ステップＳ２に戻ってバックライトの側色処理及び偏差の演算処理を行う。

また上記ステップＳ４でＬＥＤデューティ比＝０％であれば、ＬＥＤの発光強度をこれ以上低下させることはできないのでステップＳ６に進み、一定時間が経過した後、ステップＳ２に戻ってバックライトの側色処理及び偏差の演算処理を行う。

また上記ステップＳ３で偏差（Δｕｖ）＞０ではない場合、さらに偏差（Δｕｖ）＜０であるかどうかを判別する（ステップＳ７）。そして偏差（Δｕｖ）＜０であれば、ＬＥＤデューティ比が１００％であるかどうかを判別する（ステップＳ８）。ＬＥＤデューティ比が１００％でなければ、ＬＥＤデューティ比を増加させる（ステップＳ９）。そして予め定めた一定時間が経過した後（ステップＳ６）、ステップＳ２に戻ってバックライトの測色処理及び偏差の演算処理を行う。

また上記ステップＳ８でＬＥＤデューティ比＝１００％であれば、ＬＥＤの発光強度をこれ以上増大させることはできないのでステップＳ６に進み、一定時間が経過した後、ステップＳ２に戻ってバックライトの測色処理及び偏差の演算処理を行う。

本発明に適用可能な画像表示装置の構成例を説明するためのブロック図である。 測定点Ｇにおける色温度偏差の正負判定方法を説明するための図である。 ＬＥＤの発光制御を行うときの処理例を説明するためのフローチャートである。 ＭａｃＡｄａｍの弁別楕円を示す図である。

符号の説明

１…アンテナ、２…受信回路、３…デコーダ回路、４…映像処理回路、５…液晶パネル、６…操作手段、７…マイコン、８…バックライト、９…ＩＮＶ回路、１０…ＬＥＤ駆動回路、１１…受光部、１２…偏差（Δｕｖ）演算回路、１３…記憶部、８１…ＣＦＬ（蛍光管）、８２…ＬＥＤ。

Claims (8)

1. 発光色の異なる第１光源と第２光源とで構成される光源部を有し、前記第１及び第２光源から発光した光を混色させることによって液晶パネルの背面に供給すべき光を生成するバックライト装置において、該バックライト装置は、前記光源部からの光を受光する受光部と、該受光部で受光した前記光源部からの光成分を演算解析するための光成分演算手段と、該光成分演算手段で演算された所定の成分値に応じて前記第２光源の発光量を制御する第２光源発光量制御手段と、を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 前記第１光源は、３原色のうち少なくとも２色の波長成分の光を発光し、前記第２光源は、前記第１光源が発光する２色の波長成分とは異なる他の色の波長成分の光を発光することを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記第１光源が発光する２色の波長成分の光は、青と緑の波長成分を含む光であり、前記第２光源が発光する他の色の波長成分の光は、３原色のうちの赤の波長成分を含む光であることを特徴とする請求項２に記載のバックライト装置。
4. 前記所定の成分値は、色偏差を表す成分値であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載のバックライト装置。
5. 前記第２光源発光量制御手段は、上記演算された色偏差を表す成分値の所定の値に対する大小に応じて前記第２光源の発光量を制御することを特徴とする請求項４に記載のバックライト装置。
6. 前記第２光源発光量制御手段は、前記第２光源を流れる電流値を制御することにより、該第２光源の発光量を制御することを特徴とする請求項５に記載のバックライト装置。
7. 前記バックライト装置は、前記第２光源を駆動するための第２光源駆動回路を有し、前記第２光源発光量制御手段は、前記第２光源駆動回路の電流値を制御するデューティ信号を発生することにより、前記第２光源の発光量を制御することを特徴とする請求項６に記載のバックライト装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１に記載のバックライト装置と、該バックライト装置により照明される液晶パネルとを備え、該液晶パネルによって前記バックライト装置による照明光を変調することにより画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置。

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