JP2007240858A - Lighting device, video display device, and video signal control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調素子等を照明する照明装置、映像信号に応じて光変調素子を変調させて照明装置からの照明光の透過量を調整することにより映像を表示する映像表示装置、および映像表示装置に用いられる映像信号制御方法に関する。 The present invention relates to an illumination device that illuminates a light modulation element or the like, a video display device that displays an image by modulating the light modulation element according to a video signal and adjusting a transmission amount of illumination light from the illumination device, and an image The present invention relates to a video signal control method used in a display device.
液晶ディスプレイなどに代表される映像表示装置は、CRT(Cathode Ray Tube)やPDP(Plasma Display Panel)と異なり、非発光型の表示装置であり、画像信号に応じて光量を調整する光変調素子と、その光変調素子を照明する照明装置とを備えている。 Unlike CRT (Cathode Ray Tube) and PDP (Plasma Display Panel), a video display device typified by a liquid crystal display or the like is a non-luminous display device, and includes a light modulation element that adjusts the amount of light according to an image signal. And an illumination device for illuminating the light modulation element.
光変調素子は、光の透過光量を調整する透過型光変調素子と、光の反射光量を調節する反射型光変調素子とに分類される。特に、前者の光変調素子として透過型液晶素子(一般に、液晶パネルと呼ばれる)を用い、その背面に照明装置(一般に、バックライトと呼ばれる)を配置した液晶映像表示装置は、一般に、液晶ディスプレイとして広く社会で使われている。 The light modulation elements are classified into a transmission type light modulation element that adjusts the amount of transmitted light and a reflection type light modulation element that adjusts the amount of reflected light. In particular, a liquid crystal image display device in which a transmissive liquid crystal element (generally called a liquid crystal panel) is used as the former light modulation element and an illuminating device (generally called a backlight) is arranged on the back thereof is generally used as a liquid crystal display. Widely used in society.
CRTに代表される自発光型の表示装置は、画像信号の黒表示もしくは暗い画像において、表示装置の画像を形成する画素が非発光もしくは発光量が小さいため、消費電力を小さくすることができる。また、黒表示においては、非発光のため、特に、暗室でのコントラスト比は、10000:1以上となり、黒の引き締まった良好な画質が得られる。 A self-luminous display device typified by a CRT can reduce power consumption in a black display or dark image of an image signal because pixels forming the image of the display device do not emit light or emit a small amount of light. In black display, since no light is emitted, the contrast ratio in the dark room is 10000: 1 or more, and good image quality with black tightening can be obtained.
これに対して、液晶ディスプレイは、自発光型とは異なり、光変調素子で光量を調節するため、画像信号の黒表示においても、バックライトは常時点灯している。したがって、液晶ディスプレイは、黒表示もしくは暗い画像においても、白表示と同等の電力を消費するため、消費電力を小さくすることができない。 On the other hand, the liquid crystal display, unlike the self-luminous type, adjusts the amount of light with the light modulation element, so that the backlight is always lit even in the black display of the image signal. Therefore, since the liquid crystal display consumes the same power as that of white display even in a black display or a dark image, the power consumption cannot be reduced.
また、画像信号の黒表示では、光変調素子の能力が十分でないため、バックライトの光が一部漏れ出して、黒表示が十分に暗くならないという問題がある。特に、暗室でのコントラスト比は、一般に、500:1程度であり、このコントラスト比不足が液晶ディスプレイの画質改善課題の1つである。 Further, in the black display of the image signal, since the light modulation element has insufficient capability, there is a problem that a part of the backlight light leaks and the black display is not sufficiently darkened. In particular, the contrast ratio in a dark room is generally about 500: 1, and this lack of contrast ratio is one of the problems in improving the image quality of a liquid crystal display.
このようなコントラスト比不足を改善するため、照明領域を細かく分割し、バックライトの輝度を調整する映像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1においては、液晶パネルに照射する照明光の光源となるLED(Light Emitting Diode)を複数の分割領域に配置し、映像信号に応じて、必要とされる画面領域にのみ照明光が照射されるよう、LEDを分割領域単位で制御している。
In order to improve such a contrast ratio deficiency, a video display device has been proposed in which an illumination area is divided finely and the luminance of a backlight is adjusted (see, for example, Patent Document 1). In
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の分割領域を照明するバックライトでは、画像の一部分のみ明るく、かつ、その周辺が暗い場合には、分割領域の境界に好ましくない輝度の段差が生じ、画像の劣化が発生するという問題がある。 However, the prior art has the following problems. In the conventional backlight for illuminating the divided area, when only a part of the image is bright and the periphery thereof is dark, there is a problem that an undesirable luminance level difference occurs at the boundary of the divided area and the image is deteriorated. .
また、均一照明を満足するには、前提として、個々の光源の光量バラツキが、ある程度の範囲に収まっている必要がある。しかしながら、例えば、光源としてLEDを用いる場合を例にとると、現状のLEDにおいては、その発光効率の個体差が大きい問題がある。このため、事前に個々のLEDを調光して均一になるように調整する、もしくは、同程度の光量を発生するLEDのみ選択するといった手間が発生する。 Moreover, in order to satisfy uniform illumination, as a premise, it is necessary that the light quantity variation of each light source is within a certain range. However, for example, when an LED is used as a light source, there is a problem that the current LED has a large individual difference in light emission efficiency. For this reason, it takes time and effort to dimm individual LEDs to make adjustments so that they are uniform, or to select only LEDs that generate the same amount of light.
また、調整したとしても、光源は、光を発生させると同時に熱も発生させるため、次に発光効率の温度依存性の問題が新たに発生する。LEDの発光効率は、温度に強く依存し、一般に、温度が高くなると発光効率が低くなる傾向にある。なかでも、色毎に発光効率の温度依存性が異なるため、温度が高くなると色調が変化するという問題がある。これを補正するために、バックライトに光センサを配置し、光源の光量を温度に応じて色毎に調整することも考えられるが、部品点数や制御の増加といった問題が生じる。 Even if the light source is adjusted, the light source generates light at the same time as generating light, so that a problem of temperature dependency of luminous efficiency newly occurs. The luminous efficiency of an LED strongly depends on the temperature, and generally, the luminous efficiency tends to decrease as the temperature increases. Especially, since the temperature dependence of the light emission efficiency differs for each color, there is a problem that the color tone changes as the temperature increases. In order to correct this, it is conceivable to arrange an optical sensor in the backlight and adjust the light quantity of the light source for each color in accordance with the temperature, but this causes problems such as an increase in the number of components and control.
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、輝度段差のような画像の劣化および光源の発光効率のバラツキを小さく抑えつつ、コントラスト比の高い画像を提供することのできる照明装置、映像表示装置および映像信号制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and illumination that can provide an image with a high contrast ratio while suppressing image deterioration such as a luminance step and variation in light emission efficiency of a light source. An object is to obtain a device, a video display device, and a video signal control method.
本発明に係る照明装置は、短波長光を放射する短波長光源と、短波長光を励起光として可視光を発光する波長変換手段とを備えた少なくとも1以上の照明手段を、複数の照明領域に対応して配列し、映像信号に応じて光量を調整する光変調素子に対して可視光を照明光として照射する照明装置において、映像信号の輝度情報に基づいて複数の照明領域ごとに映像信号の輝度の頻度分布を算出する頻度分布算出手段と、算出された頻度分布に応じて1以上の照明手段の短波長光源から放射される短波長光の光量を変調する照明変調手段とをさらに備えたものである。 An illumination device according to the present invention includes at least one illumination unit including a short wavelength light source that emits short wavelength light and a wavelength conversion unit that emits visible light using the short wavelength light as excitation light. In a lighting device that emits visible light as illumination light to a light modulation element that is arranged in accordance with the video signal and adjusts the amount of light according to the video signal, the video signal for each of the plurality of illumination areas based on the luminance information of the video signal Frequency distribution calculating means for calculating the frequency distribution of the brightness of the light source, and illumination modulation means for modulating the light quantity of the short wavelength light emitted from the short wavelength light source of one or more illumination means according to the calculated frequency distribution. It is a thing.
また、本発明に係る映像表示装置は、照明装置と、照明装置内の頻度分布算出手段で算出された映像信号の輝度の頻度分布に応じて、映像信号を変調する映像信号変調手段と、映像信号変調手段により変調された映像信号に基づいて、照明装置からの照明光の透過光量を変更して映像を形成する光変調素子とを備えたものである。 A video display device according to the present invention includes a lighting device, a video signal modulating unit that modulates a video signal according to a frequency distribution of luminance of the video signal calculated by a frequency distribution calculating unit in the lighting device, and a video And a light modulation element that changes the transmitted light amount of the illumination light from the illuminating device based on the video signal modulated by the signal modulation means and forms an image.
さらに、本発明に係る映像信号制御方法は、複数の照明領域に対応して配置された少なくとも1以上の照明手段を有する照明装置から出力される照明光の透過光量を映像信号に応じて調整し、映像信号に応じた表示を実現する映像信号制御方法であって、複数の照明領域ごとに映像信号の輝度の頻度分布を算出するステップと、算出された頻度分布に応じて、複数の照明手段から出力される照明光の光量を変調するステップと、照明装置により照明された被照面の輝度分布としてあらかじめ記憶された応答関数を用いて、映像信号の輝度分布を逆補正するステップと、逆補正された映像信号を頻度分布に応じて変調し、透過光量を調整するステップとを備えたものである。 Furthermore, the video signal control method according to the present invention adjusts the transmitted light amount of the illumination light output from the illumination device having at least one illumination means arranged corresponding to the plurality of illumination areas according to the video signal. A video signal control method for realizing display according to a video signal, the step of calculating a frequency distribution of luminance of the video signal for each of a plurality of illumination areas, and a plurality of illumination means according to the calculated frequency distribution A step of modulating the amount of illumination light output from the light source, a step of reverse correcting the luminance distribution of the video signal using a response function stored in advance as the luminance distribution of the illuminated surface illuminated by the illuminating device, and a reverse correction And a step of modulating the transmitted video signal according to the frequency distribution and adjusting the amount of transmitted light.
本発明によれば、複数の照明領域ごとにおける映像信号の輝度の頻度分布に応じて短波長光源を変調制御することにより、輝度段差による画像の劣化および光源の発光効率のバラツキを小さく抑えつつ、コントラスト比の高い画像を提供することのできる照明装置、映像表示装置および映像信号制御方法を得ることができる。 According to the present invention, by modulating and controlling the short wavelength light source according to the luminance frequency distribution of the video signal for each of the plurality of illumination regions, it is possible to suppress degradation of the image due to the luminance step and variation in the light emission efficiency of the light source, An illumination device, a video display device, and a video signal control method that can provide an image with a high contrast ratio can be obtained.
以下、本発明の照明装置、映像表示装置および映像信号制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a lighting device, a video display device, and a video signal control method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における映像表示装置の全体構成図である。この映像表示装置200は、照明装置100、映像信号補正手段110、および映像信号変調手段120で構成される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a video display apparatus according to
また、照明装置100は、頻度分布算出手段10、照明変調手段20、およびM個(Mは1以上の整数)照明手段30(1)〜30(M)で構成される。さらに、M個の照明手段30(1)〜30(M)のそれぞれは、短波長光源40および波長変換手段50で構成される。
The
照明装置100は、全照明領域を複数の分割領域毎に照明する複数の照明手段30(1)〜30(M)を有している。そして、これら複数の照明手段30(1)〜30(M)からの照明光は、映像信号に応じて透過光量が調整される液晶パネルに向けて照射されることとなる。
The
ここで、本発明の照明装置100内の頻度分布算出手段10は、複数の分割領域ごとに映像信号の輝度の頻度分布を求める。さらに、照明変調手段20は、頻度分布算出手段10により算出された分割領域ごとの頻度分布に基づいて、複数の照明手段30(1)〜30(M)から出力される照明光を変調制御する。複数の照明手段30(1)〜30(M)の詳細については、後述する。
Here, the frequency distribution calculating means 10 in the
一方、映像表示装置200内の映像信号補正手段110は、複数の照明手段30(1)〜30(M)により照明された被照面の輝度分布を応答関数としてあらかじめ記憶している。そして、映像信号補正手段110は、あらかじめ記憶している応答関数を用いて、映像信号の輝度分布を逆補正し、補正後の映像信号を生成する。
On the other hand, the video
さらに、映像信号変調手段120は、照明装置100内の頻度分布算出手段10により算出された分割領域ごとの頻度分布、および映像信号補正手段110で生成された補正後の映像信号に基づいて、液晶パネルの透過光量を変調制御し、映像信号に応じた画像を表示させることとなる。
Furthermore, the video
次に、図2は、本発明の実施の形態1における映像表示装置の具体的な説明図である。図2において、複数の照明手段30(1)〜30(M)は、照明取付板60上に配列されている。そして、照明変調手段20は、頻度分布算出手段10により算出された頻度分布に基づいて、駆動回路21、22を変調制御することにより、複数の照明手段30(1)〜30(M)から出力される照明光を制御する。
Next, FIG. 2 is a specific explanatory diagram of the video display apparatus according to
複数の照明手段30(1)〜30(M)から出力される照明光は、液晶パネルに相当する光変調素子130に向けて照射される。そして、映像信号変調手段120は、頻度分布算出手段10により算出された分割領域ごとの頻度分布、および映像信号補正手段110で生成された補正後の映像信号に基づいて、駆動回路121、122を変調制御することにより、光変調素子130の透過光量を制御する。この結果、映像信号に応じた表示画像が得られることとなる。
Illumination light output from the plurality of illumination means 30 (1) to 30 (M) is irradiated toward the
図2においては、この他の構成要素として、光拡散手段140、送風手段70、廃熱手段80が記載されているが、これらの詳細については後述する。
In FIG. 2, the
次に、照明装置100に含まれる照明手段30について説明する。図3は、本発明の実施の形態1における照明手段30の断面図である。また、図4は、本発明の実施の形態1における照明手段30の斜視図である。照明手段30は、大別すると、短波長光源40および波長変換手段50で構成される。
Next, the illumination means 30 included in the
ここで、短波長光源40は、LED実装基板41、LED素子42、モールドレンズ43、およびLEDパッケージ基板44で構成される。短波長光の発生源であるLED素子42(図示せず)は、LED実装基板41上に、複数個単位で実装される。さらに、LED実装基板41上の複数個単位のLEDを、透明性モールド材料からなるモールドレンズ43で覆うことにより、LEDパッケージ基板44が形成される。なお、この構成の詳細は、図6を用いて後述する。
Here, the short
一方、波長変換手段50は、筐体51の内側の凹面形状をした表面部に設けられている。そして、LEDパッケージ基板44は、筐体側板51aに取り付けられて筐体本体51bに固定され、短波長光を波長変換手段50に向かって照射する。このように照射された短波長光は、波長変換手段50により白色光に変換される。
On the other hand, the
図5は、本発明の実施の形態1における照明装置100の光のスペクトル分布を示した図である。図5において、横軸は波長、縦軸は相対強度を示している。LED素子42は、図5の破線で示したように、近紫外線領域にピークを持つ短波長光を放射する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a spectral distribution of light of the
これに対して、図3および図4に示した筐体51の凹面部に設けられた波長変換手段50は、LED素子42(図3では図示せず)を覆うモールドレンズ43により配光制御された短波長光を励起光として、図5に示すような青色発光スペクトル、緑色発光スペクトル、赤色発光スペクトルを混合した白色光を発光する。
On the other hand, the wavelength conversion means 50 provided in the concave surface portion of the
なお、波長変換手段50は、上述したような赤色、緑色、青色に代表される複数の蛍光体から構成され、発光効率や演色性を考慮して混合される。具体的には、蛍光体をシリコーンに充填し、さらに、短波長光を効率よく反射するため、裏面に銀色の反射シート(図示せず)を配置するなどしてもよい。
The
このように青色、緑色、赤色の単色を発光するLED素子を光源とするのではなく、短波長光を励起光源とし、波長変換手段50で白色発光させることで、個体差の大きいLED素子の調整を簡略化することができる。また、単色を発光するLED素子の発光効率は、色毎に温度依存が異なるため、温度で青色、緑色、赤色の混色比率が変わってしまい、そのままでは色調が変わってしまうという不具合がある。 Thus, LED elements that emit single colors of blue, green, and red are not used as light sources, but short wavelength light is used as an excitation light source, and wavelength conversion means 50 emits white light, thereby adjusting LED elements having a large individual difference. Can be simplified. In addition, the luminous efficiency of the LED element that emits a single color varies depending on the temperature for each color, so that the color mixture ratio of blue, green, and red changes with temperature, and the color tone changes as it is.
これに対して、本実施の形態1においては、短波長光の励起光源を波長変換手段50で白色発光させることにより、色調の温度依存性を小さくすることが可能となる。つまり、温度等で発光効率のバラツキの大きいLED素子を複数まとめて1つの励起光源とし、蛍光体を前もって混合して白色発光させることで、最も上流の光源でバラツキを抑えることを目的とする。
On the other hand, in the first embodiment, it is possible to reduce the temperature dependence of the color tone by causing the
図6は、本発明の実施の形態1における光源ばらつきを抑制するためのLED素子42の配置を示した図である。LED素子42は、個体差による発光効率のバラツキが大きいため、LED実装基板41上に複数個ずつ(図6では3個)のLED素子42をまとめてモールドレンズ43で覆うことで、発光効率のバラツキを平均化する。さらに、モールドレンズで覆われた構成のものを複数個(図6では5個)有するLEDパッケージ基板44を短波長光源として利用する。これにより、個体差による発光効率のバラツキを低減させる効果を有する。なお、本実施の形態1は、この1つのモールドレンズ43内のLED素子数3個、モールドレンズ43の配列数5個に限定されるものではない。
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the LED elements 42 for suppressing light source variations in the first embodiment of the present invention. Since the LED element 42 has a large variation in light emission efficiency due to individual differences, a plurality of (three in FIG. 6) LED elements 42 are collectively covered with the
このように、LED実装基板41上に、複数のLEDをまとめてモールドしたものを複数配置してなるLEDパッケージ基板44を照明手段30として用いるが、配線の手間や配置の都合上、必要な配線を施したフレキシブル基板45に配置する。図7は、本発明の実施の形態1におけるフレキシブル基板45の具体例を示した図である。この図7においては、前述の光源による個体差による発光効率のバラツキを低減させるために、フレキシブル基板45上に実装されたLEDパッケージ基板44に対して、抵抗46を配置している。
As described above, the
これら照明手段30を複数の照明領域に対応して、少なくとも1つ以上配置した照明光源群をバックライトとする。図8は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第1の配列例を示す図であり、縦11×横9の配列で照明手段30を並べたものを例示している。なお、本実施の形態1は、この配列数に限定されるものではない。図8においては、筐体51の凹面形状が垂直方向(上下方向)に来るように、照明手段30を水平方向に隙間無く並べて配列したので、照明手段30の配光は、垂直方向に狭く、それと直交する水平方向(左右方向)に広い特性を持つ。
An illumination light source group in which at least one of these illumination means 30 is arranged corresponding to a plurality of illumination areas is used as a backlight. FIG. 8 is a diagram showing a first arrangement example of the illumination means 30 according to
つまり、水平方向に長い光源が垂直方向に複数列並んでいることとなる。ところで、従来のバックライトとして一般によく使われている冷陰極管などの管状(例えば、直管やU字管)の光源は、いずれも水平方向に長い管を、垂直方向に間隔を空けて並べることが多い。これは、水平方向に長い光源が垂直方向に並んでいることを意味している。 That is, light sources that are long in the horizontal direction are arranged in a plurality of rows in the vertical direction. By the way, in a tubular (for example, straight tube or U-shaped tube) light source such as a cold cathode tube that is generally used as a conventional backlight, long tubes are arranged in the horizontal direction at intervals in the vertical direction. There are many cases. This means that light sources that are long in the horizontal direction are arranged in the vertical direction.
すなわち、図8においては、筐体51の凹面形状が垂直方向(上下方向)に来るように、水平方向に隙間無く並べて配列したので、従来の冷陰極管に代表されるバックライトに近い構成となり、結果として、従来のバックライトの置き換えが容易となる効果を有する。
That is, in FIG. 8, since the concave shape of the
また、図8では、水平方向に隙間無く並べて配列した照明手段30を、さらに垂直方向にも隙間無く配列していた例を示した。しかしながら、例えば、水平方向に隙間無く並べて配列した照明手段30を、垂直方向に隙間を空けて配列してもよいことは言うまでもない。図9は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第2の配列例を示す図であり、垂直方向に隙間を空けた場合の例を示している。 Further, FIG. 8 shows an example in which the illumination means 30 arranged side by side with no gap in the horizontal direction are arranged with no gap in the vertical direction. However, it goes without saying that, for example, the illumination means 30 arranged side by side with no gap in the horizontal direction may be arranged with a gap in the vertical direction. FIG. 9 is a diagram showing a second arrangement example of the illumination means 30 according to the first embodiment of the present invention, and shows an example in which a gap is formed in the vertical direction.
また、図10は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第3の配列例を示す図である。さらに、図11は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第4の配列例を示す図である。このように、市松模様に配置しても、水平、垂直方向双方に隙間を空けて配列してもよい。
Moreover, FIG. 10 is a figure which shows the 3rd example of an arrangement | sequence of the illumination means 30 in
図9〜図11は、わかりやすいように照明手段30の配置のみを示したが、個々の照明手段30は、図4のような構成のため、短波長光の一部が波長変換手段50に到達せずに筐体51の側面から筐体51の外へ広がることがある。図4を用いて具体的に例示すると、図4の短波長光のうち、図の奥と真ん中の点線矢印で示された短波長光は、波長変換手段50に到達して白色光を発光する。しかしながら、手前の点線矢印は、波長変換手段50に到達せずに筐体51の手前側面から外へと抜けてしまう。
9 to 11 show only the arrangement of the illuminating means 30 for the sake of easy understanding. However, since each illuminating means 30 is configured as shown in FIG. 4, a part of the short wavelength light reaches the
そこで、実際には水平方向に空きができた場合(例えば、図10、図11のような配列に相当)は、波長変換手段50を備えた筐体51(すなわち、照明手段30から短波長光源40の構成を取り除いたものに相当)を、空き領域に配置する。図12は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第5の配列例を示す図であり、図10の空間部を埋めた配列例である。また、図13は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第6の配列例を示す図であり、図11の空間部を埋めた配列例である。これにより、波長変換手段50に到達しない短波長光が、となりの波長変換手段50で蛍光変換されることになるため、光変換効率の向上効果が期待できる。
Therefore, when there is actually a vacancy in the horizontal direction (for example, corresponding to the arrangement shown in FIGS. 10 and 11), the
また、図14は、本発明の実施の形態1における照明手段30の第7の配列例を示す図である。例えば、先の図9あるいは図11のように、垂直方法に1列状の空きができた場合には、図13あるいは図14のように、空き領域に拡散反射板52を備える構成とする。これにより、白色光を被照面方向に拡散反射させることができ、被照面の照明効率の向上効果が期待できる。
Moreover, FIG. 14 is a figure which shows the 7th example of an arrangement | sequence of the illumination means 30 in
これら照明手段30を敷き詰めない場合には、垂直方向、もしくは水平、垂直方向双方に照明手段30の間隔が広がる。このような照明手段30の配列により構成されたバックライトにて光変調素子130を照明する場合には、照明手段30から、照明手段30により照明される面(ここでは、光変調素子130の面)までの間隔を適宜設定しなければ、均一な照明がなされない問題がある。
When these illumination means 30 are not spread, the interval of the illumination means 30 is widened in the vertical direction or both in the horizontal and vertical directions. When illuminating the
ここで、照明手段30の間隔を、水平、垂直方向のいずれか大きい間隔をpとし、照明手段30から光変調素子130までの間隔をhとすると、hがpの0.8倍から3倍の範囲にある(つまり、0.8<h/p<3.0を満足する)ように設定した場合に、均一な照明を得ることができる。図15は、本発明の実施の形態1における映像表示装置200の断面図であり、hとpを図示している。以下、この均一な照明を得るための条件について詳細に説明する。
Here, when the interval between the
同種の光源を周期的に配置した条件で、距離h離れた照明される面(以後、被照面と呼ぶ)の水平面照度を考える。図16は、本発明の実施の形態1における均一照明を得る条件を説明するための模式図である。ここでは、光度I0の光源がピッチpで周期的に配置されている場合を考える。
Consider the horizontal illuminance of a surface to be illuminated (hereinafter referred to as an illuminated surface) at a distance h under the condition that the same type of light sources are periodically arranged. FIG. 16 is a schematic diagram for explaining conditions for obtaining uniform illumination in
照度は、距離の逆二乗に比例して小さくなるので、簡単のため、最も影響の大きい最近接の2つの光源(図16における第1の光源および第2の光源に相当)の場合を考える。図16より、特徴的な位置の照度は、光源の直上Ec、および光源の中点E0であることは容易に想像がつく。この両者の照度が等しい、つまり、Ec=E0となる場合、被照面の照度は、近似的に均一に最も近いと予想される。 Since the illuminance decreases in proportion to the inverse square of the distance, for the sake of simplicity, the case of the two closest light sources (corresponding to the first light source and the second light source in FIG. 16) having the greatest influence will be considered. From FIG. 16, it can be easily imagined that the illuminance at the characteristic position is directly above the light source E c and the midpoint E 0 of the light source. When both illuminances are equal, that is, E c = E 0 , the illuminance of the illuminated surface is expected to be approximately closest to uniformity.
ここで、特徴的な点の水平面照度Ec、E0を求める。被照面の水平面照度Eは、一般に、下式(1)で表される。 Here, the horizontal illuminances E c and E 0 of characteristic points are obtained. The horizontal illuminance E of the illuminated surface is generally represented by the following formula (1).
始めに、光源直上の水平面照度Ecを求める。これは、ピッチp離れた、最近接の第1の光源による水平面照度Ec1と第2の光源による水平面照度Ec2との重ね合わせで表されるので、下式(2)となる。 First, determine the horizontal plane illuminance E c of light right above light source. This is expressed by the superposition of the horizontal illuminance E c1 by the nearest first light source and the horizontal illuminance E c2 by the second light source, which are separated by the pitch p, and is expressed by the following equation (2).
同様に、中点の水平面照度E0を求める。これも、第一の光源による水平面照度E01と第2の光源による水平面照度E02との重ね合わせで表されるので、下式(3)となる。 Similarly, the horizontal illuminance E 0 at the midpoint is obtained. This is also expressed by the superposition of the horizontal illuminance E 01 by the first light source and the horizontal illuminance E 02 by the second light source, and therefore, the following expression (3) is obtained.
ここで、上式(2)におけるcosθcは、下式(4)となり、上式(3)におけるcosθ0は、下式(5)となり、ともにhとpの「比」で表される。つまり、hとpは、独立ではない。 Here, cos θ c in the above equation (2) becomes the following equation (4), and cos θ 0 in the above equation (3) becomes the following equation (5), both of which are expressed by a “ratio” of h and p. That is, h and p are not independent.
ここで、光源間隔pと被照面距離hとの比をx≡p/hと定義すると、上式(1)、(2)は、それぞれ下式(6)、(7)となる。 Here, if the ratio between the light source interval p and the illuminated surface distance h is defined as x≡p / h, the above equations (1) and (2) become the following equations (6) and (7), respectively.
ただし、θcは、下式(8)とし、θ0は、下式(9)とする。
この2つの特徴的な水平面照度が等しいEc=E0となる場合(つまりE0/Ec=1となる場合)には、被照面の照度は、均一に最も近いと予想される。以上から、下式(10)が1となるxを求めればよい。 When these two characteristic horizontal plane illuminances are equal to E c = E 0 (that is, when E 0 / E c = 1), the illuminance of the illuminated surface is expected to be uniformly closest. From the above, it is only necessary to obtain x for which the following expression (10) is 1.
なお、上式(10)は、配光分布I(θ)が決まれば、光源ピッチ・被照面距離の比xのみで決まる関数である。 The above equation (10) is a function that is determined only by the ratio x between the light source pitch and the illuminated surface distance if the light distribution I (θ) is determined.
被照面と平行な平面光源の場合、照度がcosθの4乗に比例して小さくなることから、一般性を考慮して配光分布をcosθのN乗とし、特徴パラメータNで関数型を近似できると仮定する。ここで、図17は、本発明の実施の形態1における配光分布I(θ;N)の例示図である。配光分布I(θ;N)は、一般性を考慮して、下式(11)と表記する。 In the case of a planar light source parallel to the illuminated surface, the illuminance decreases in proportion to the fourth power of cos θ. Therefore, considering the generality, the light distribution can be set to the Nth power of cos θ, and the function type can be approximated by the characteristic parameter N. Assume that Here, FIG. 17 is an exemplary diagram of the light distribution I (θ; N) in the first embodiment of the present invention. The light distribution I (θ; N) is expressed by the following formula (11) in consideration of generality.
例えば、円柱光源ではN=3とし、平面光源ではN=4とし、配光が平面光源より狭い場合には、実効的にN>4とすればよい。図17中の4種類の破線は、Nを変えたときのI0=1で規格化した配光分布を示しており、Nが大きくなると配光が狭くなることがわかる。 For example, N = 3 for a cylindrical light source, N = 4 for a planar light source, and if the light distribution is narrower than the planar light source, N> 4 may be effectively set. The four types of broken lines in FIG. 17 indicate light distributions normalized by I 0 = 1 when N is changed, and it can be seen that the light distribution becomes narrower as N increases.
他方、バックライト用の光源として奥行きを薄くする目的で、光を横方向に照射するものがある。図17の実線は、横照射型光源の例で、横方向に広がった分布を示す。なお、この実線は、広がった分布を比較するために、I0は1ではない。このような横照射型光源は、本構成の範囲外とする。 On the other hand, there is a backlight light source that emits light in the lateral direction for the purpose of reducing the depth. A solid line in FIG. 17 is an example of a lateral irradiation type light source, and shows a distribution spread in the horizontal direction. In this solid line, I 0 is not 1 in order to compare spread distributions. Such a lateral illumination type light source is outside the scope of this configuration.
ここで、上式(10)における照度の比がf(x;N)=1となるh/p=1/xを、一般の配光Nの関数として求める。実際には、任意のNに対し、数値計算を行った。図18は、本発明の実施の形態1における照度分布Nに対するh/pの関係を示した図であり、横軸に照度分布N、縦軸にh/pをとっている。例えば、N=3の場合、h/p=0.833、N=4の場合、h/p=0.943である。h/pとNは、べき関数でよく近似できるので、最適値を求めると、下式(12)となる。
Here, h / p = 1 / x where the illuminance ratio in the above equation (10) is f (x; N) = 1 is obtained as a function of the general light distribution N. Actually, numerical calculation was performed for arbitrary N. FIG. 18 is a diagram showing the relationship of h / p with respect to the illuminance distribution N in
図18より、N>3の任意の配光分布(厳密には3<N≦40)において、0.8<h/p<3.0を満足すれば被照面の照度は、近似的に均一に最も近いこととなる。 From FIG. 18, in any light distribution of N> 3 (strictly 3 <N ≦ 40), the illumination intensity on the illuminated surface is approximately uniform if 0.8 <h / p <3.0 is satisfied. Will be the closest.
実際には、照明手段30からの照明光は、光変調素子130を照明するが、光変調素子130は、偏光依存性がある。したがって、そのままでは照明手段30からの照明光の約半分は、光変調素子130を透過せずに光損失となる。そのため、照明手段30と光変調素子130との間(ここでは、光変調素子130の直下)に、図15に示すように、偏光選択手段150を配置し、目的の偏光を選択透過させ、残りを光源側に反射させる。
Actually, the illumination light from the illumination means 30 illuminates the
さらに、図15に示すように、照明手段30と光変調素子130の作る空間に、拡散反射板52を敷き詰めることで、光変調素子130からの戻り光を再度広い角度に反射させる。この反射光は、偏光選択手段150で再度選択透過されることで、最終的に光変調素子130を透過する照明光を増加させることができる。
Further, as shown in FIG. 15, by diffusing the reflection plate 52 in the space formed by the illumination means 30 and the
また、このように偏光選択手段150および拡散反射板52を配置することで、偏光選択手段150で光源側に反射した光は、拡散反射板52で再反射して偏光選択手段150に再入射するので、照明手段30による照明光の分布が事実上広がり、照明ムラを小さくすることが可能となる。
Further, by arranging the
実際には、上述した近似条件を満足しても、複数の照明手段30による複数の分割領域毎の照明のため、被照面となる光変調素子130を直接照明すると、そのままでは隣り合う分割領域の境界に照明ムラがわずかに発生する。そこで、照明ムラを低減させるために、光変調素子130と照明手段30との間に光拡散手段140を少なくとも1つ以上、複数配置してもよい(図15参照)。
Actually, even if the approximate condition described above is satisfied, if the
光拡散手段140は、たわみを低減させるために、その厚みを数ミリのオーダーにしたものや、光拡散の微調整を可能とする数百ミクロンのオーダーのものがあるが、これらのいずれか、もしくは両方を、複数枚組み合わせて使ってもよい。このように、光拡散手段140を光変調素子130と照明手段30との間に少なくとも1つ以上配置することで、照明手段30による照明光の分布が事実上広がり、照明ムラを小さくすることが可能となる。
In order to reduce the deflection, the light diffusing means 140 has a thickness of the order of several millimeters, and a light diffusion means of the order of several hundred microns that enables fine adjustment of the light diffusion. Or you may use both in combination. As described above, by disposing at least one
照明手段30は、前述のように、LED素子42を短波長光源とし、波長変換手段50により白色光に変換される。光変換効率は、波長変換手段50を構成する蛍光体や、筐体51の凹面形状や、モールドレンズ43の形状等に依存する。波長変換手段50による短波長光から白色光への光変換効率は、およそ0.5〜0.6程度であり、照明光である白色光を有効に作り出すには、光変換効率の向上が要求される。
As described above, the
また、蛍光変換されない短波長光と、波長変換手段50で変換された青、緑、赤の光とを混合することで、白色光の短波長成分が増えることになり、青色の強い色調となる。特に、LED素子42からモールドレンズ43を透過した短波長光の一部が、波長変換手段50を経由せずに直接筐体51から漏れ出ると、短波長光により被照面の一部が照明されるため、青色の強い色調となる問題が生じる。
Further, by mixing the short wavelength light that is not fluorescently converted and the blue, green, and red light converted by the wavelength conversion means 50, the short wavelength component of the white light is increased, resulting in a strong blue tone. . In particular, when a part of short wavelength light transmitted from the LED element 42 through the
図19は、本発明の実施の形態1における短波長光の漏れを防止する構造の第1の例を示す図である。この図19に示すように、筐体51の一部、具体的にはLED素子42を実装しているLED実装基板41の直上近傍に遮光板53を配置して、短波長光が直接筐体51から漏れ出すことを妨げるとよい。これにより、波長変換手段50を経由せずに直接筐体51から漏れ出る短波長光を外部から遮蔽するだけでなく、筐体51内部に閉じこめることになるため、光変換効率も向上するという効果も有する。
FIG. 19 is a diagram showing a first example of a structure for preventing leakage of short wavelength light in the first exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19, a light shielding plate 53 is arranged in a part of the
また、図20は、本発明の実施の形態1における短波長光の漏れを防止する構造の第2の例を示す図である。図20に示すように、筐体51の開口部を覆うように、短波長光漏れ防止手段160として波長選択要素161を配置してもよい。波長選択要素161は、基板44透明基板161bとその片面、もしくは両面のいずれかに光学機能膜161aを備えたものとする。短波長光を筐体51内に反射するように光学機能膜161aを構成すると、短波長光が波長変換手段50にて白色光に変換されることとなり、光変換効率が向上する効果を有する。
FIG. 20 is a diagram showing a second example of a structure for preventing leakage of short wavelength light in the first exemplary embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 20, a wavelength selection element 161 may be disposed as the short wavelength light
また、短波長光を吸収するように光学機能膜161aを構成すると、短波長光が筐体51から外に出る際に、光学機能膜161aで吸収されることとなり、短波長光が筐体51から漏れ出すことを防ぐことができる。
If the optical function film 161 a is configured to absorb short wavelength light, the short wavelength light is absorbed by the optical function film 161 a when the short wavelength light goes out of the
また、図21は、本発明の実施の形態1における短波長光の漏れを防止する構造の第3の例を示す図である。図21に示すように、短波長光漏れ防止手段160として、筐体51の開口部を覆うように拡散シート162を配置してもよい。拡散シート162は、その表面があたかも無秩序に数ミクロンから数100ミクロンの起伏が形成されているもの、もしくは球形、非球形のビーズ状の数ミクロンから数100ミクロンの屈折率の異なるフィラーが複数混合して表面に塗布されているもの等があり、光の進行方向を変えて配光分布を広げる効果を有する。
FIG. 21 is a diagram showing a third example of the structure for preventing leakage of short wavelength light in the first exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 21, as the short wavelength light leakage prevention means 160, a
空気が透明なのに青色をしているのは、Rayleigh scatteringにより赤よりも波長の短い青色の光が波長の4乗に反比例して広く散乱されるからである。同様に、拡散シート162を通る光も、Rayleigh scatteringにより青色の光が赤色の光よりも広がる、つまり、筐体51の方向へ戻る光は、赤い光より青い光の方が多くなる。以上より、筐体51の方向へ戻った短波長光が波長変換手段50にて白色光に変換されるので、光変換効率が向上する効果を有する。
The reason why the air is blue although it is transparent is because of the light scattering, blue light having a shorter wavelength than red is widely scattered in inverse proportion to the fourth power of the wavelength. Similarly, as for the light passing through the
図22は、本発明の実施の形態1における波長と相対強度との関係の例示図であり、横軸に波長、縦軸に相対強度をとっている。ここで、破線は、短波長光のスペクトル、実線は、筐体51の開口部を覆う拡散シート162が配置されていない場合に対する配置されている場合の白色光の比を示したものである。実線を見ると、長波長成分が相対的に大きく、短波長光成分が相対的に小さいことがわかる。
FIG. 22 is an illustration of the relationship between the wavelength and the relative intensity in the first embodiment of the present invention, where the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the relative intensity. Here, the broken line indicates the spectrum of the short wavelength light, and the solid line indicates the ratio of the white light in the case where the
また、図23は、本発明の実施の形態1における短波長光の漏れを防止する構造の第4の例を示す図である。図23に示すように、短波長光漏れ防止手段160として、筐体51の開口部を覆うようにプリズムシート163を配置してもよい。プリズムシート163は、その表面に数ミクロンから数100ミクロンの三角形、もしくは多角形、もしくは曲面が規則的に形成されているものを有しており、光を選択的に透過させる効果を有する。以上より、筐体51の方向へ戻った短波長光が波長変換手段50にて白色光に変換されるので、光変換効率が向上する効果を有する。
FIG. 23 is a diagram showing a fourth example of the structure for preventing leakage of short wavelength light in the first exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 23, a prism sheet 163 may be disposed as the short wavelength light leakage prevention means 160 so as to cover the opening of the
ところで、前述のように、LED素子の発光効率は、温度に依存し、一般に、温度が高くなると光変換効率が減少する。したがって、前述のように、光変換効率を向上させるように構成しても、LED素子42から発生する熱を適切に外部の熱浴に廃熱しなければ、せっかくの効果が薄れてしまう。 By the way, as described above, the light emission efficiency of the LED element depends on the temperature, and generally, the light conversion efficiency decreases as the temperature increases. Therefore, as described above, even if it is configured to improve the light conversion efficiency, if the heat generated from the LED element 42 is not appropriately exhausted to the external heat bath, the effect is diminished.
そこで、LED素子42、抵抗46で発生する熱を、筐体51を熱伝導手段として照明取付板60へ廃熱させることを考える。廃熱効果を高める具体例としては、筐体51をアルミや銅のような金属を用いて構成する等、熱伝導率の大きい媒質を用いてもよい。
Therefore, it is considered that the heat generated by the LED element 42 and the resistor 46 is exhausted to the
また、図24は、本発明の実施の形態1における廃熱効果を高めるための構成を示した図である。図24に示すように、筐体51から照明取付板60への熱伝導が十分でない場合には、熱源であるLED素子42が配置されたLEDパッケージ基板44の近傍に熱伝導管54を配置してもよい。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration for enhancing the waste heat effect in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 24, when the heat conduction from the
また、熱は、熱伝導率と表面積に比例するので、LED素子42を複数実装したLED実装基板41が配置されているLEDパッケージ基板44の背面を、筐体51に熱伝導接着剤、もしくは熱伝導両面テープで筐体51に接着させることで、熱の通り道となる面積を有効に利用することができる。なお、実際には、材料のコストや重量も重要であることから、筐体51全体を金属で構成することをせずに、熱の通り道となるLEDパッケージ基板44と接する筐体51aのみ金属で構成し、残りの筐体51bは、樹脂などで構成してもよい。
Further, since heat is proportional to the thermal conductivity and the surface area, the back surface of the
また、廃熱が十分でない場合は、照明取付板60から廃熱手段80を用いて廃熱してもよい(図15参照)。具体的には、廃熱手段80として、放熱用のフィンを照明取付板60に並べて配置する。さらに廃熱が必要な場合は、送風手段70を用いてもよい(図2参照)。この場合、送風手段70は、廃熱手段80に送風するために、照明取付板60の側面、もしくは照明取付板60の背面にある廃熱手段80の背面に配置される。ここで、筐体51は、凹面状の形状をしているため、横一列に隙間なく並べた場合には、特に、導風手段として用いることもできる。
If the waste heat is not sufficient, the heat may be wasted from the
以上のように構成することで、LED素子42から発生する熱を外部の熱浴に効率よく廃熱でき、温度上昇を少なく抑えることが可能になる。これにより、LED素子の発光効率の低減を少なく抑えることが可能となる効果を有する。 By configuring as described above, the heat generated from the LED element 42 can be efficiently wasted into an external heat bath, and the temperature rise can be suppressed to a low level. Thereby, it has the effect that it becomes possible to suppress reduction of the luminous efficiency of an LED element few.
これら照明手段30を、複数の照明領域に対応して少なくとも1つ以上配置した照明光源群をバックライトとし、これにより光変調素子130を照明する。光変調素子130は、例えば、透過型の液晶素子であり、これは、映像信号に応じて光の透過光量を調整することで映像を形成する機能を有する。
An illumination light source group in which at least one or more of these illumination means 30 are arranged corresponding to a plurality of illumination areas is used as a backlight, and thereby the
次に、本発明におけるコントラスト比改善効果について説明する。頻度分布算出手段10は、映像信号を取り込み、複数の分割領域毎に映像信号の輝度の頻度分布(ヒストグラム)を計算し、所望の分割領域の輝度の大小を判断する。具体的には、頻度分布算出手段10は、分割領域ごとの輝度の総和あるいは平均値と、所定の値との大小関係を比較することにより、それぞれの分割領域における映像信号の輝度のレベルを判断できる。
Next, the contrast ratio improving effect in the present invention will be described. The frequency distribution calculating means 10 takes in the video signal, calculates the frequency distribution (histogram) of the luminance of the video signal for each of the plurality of divided areas, and determines the magnitude of the luminance of the desired divided area. Specifically, the frequency
図25は、本発明の実施の形態1におけるコントラスト比改善効果の説明図であり、図25の左半分は、従来の照明装置および映像信号制御方法を示しており、右半分は、本発明の照明装置および映像信号制御方法を示している。さらに、図25は、a)入力信号、b)照明手段、c)映像信号、c’)逆補正後の映像信号、d)透過光、e)視覚特性、そしてf)認識画像をそれぞれ示している。
FIG. 25 is an explanatory diagram of the effect of improving the contrast ratio in the first embodiment of the present invention. The left half of FIG. 25 shows a conventional lighting device and video signal control method, and the right half of the
まず始めに、従来の照明装置による認識画像の問題点について説明する。例えば、入力信号の輝度が部分的に大きく(図25のa1)、その他の輝度が小さい(図25のa2)場合を考える。従来の照明装置は、領域によらず一定の照明光を照射する(図25のb1)。このときの映像信号c1の輝度分布は、入力信号と同じく、一部のみ大きく、その他が小さい。光変調素子130を透過した透過光d1は、一般に、光変調素子130の遮光能力が十分でないため、黒表示の光が一部漏れだして十分に暗くならないことがある。このような黒浮きがあるとコントラスト比が低下するので、良好な画像が得られないのは言うまでもない(図25のe1)。
First, the problem of the recognition image by the conventional lighting device will be described. For example, consider a case where the luminance of the input signal is partially large (a1 in FIG. 25) and the other luminance is small (a2 in FIG. 25). The conventional illumination device emits constant illumination light regardless of the area (b1 in FIG. 25). At this time, the luminance distribution of the video signal c1 is large only in part and small in other parts as with the input signal. In general, the transmitted light d1 that has passed through the
これに対して、本方式の照明装置100において、頻度分布算出手段10は、複数の分割領域毎に入力した映像信号の輝度の頻度分布(ヒストグラム)を計算し、分割領域毎の輝度の大小を判断する。そして、照明変調手段20は、輝度が大きい領域に対応する照明手段30に対して、より光量を増やす(図25のb2)ように調整し、輝度の小さい領域に対応する照明手段30に対して、より光量を減らす(図25のb3)ように調整する。
On the other hand, in the
このようにして照明手段30により分割領域毎の調光が行われた照明光b2、b3と、映像信号c1と組み合わせて光変調素子130にて画像を形成すると、光変調素子130を透過した透過光は、明るいところはより明るく、暗いところはより暗くなる。特に、黒表示の光が一部漏れだして十分に暗くならない黒浮きを低減することが可能となる。これらは、コントラスト比の改善になるが、頻度分布に基づく光量調整をかけすぎると、分割領域の境界に好ましくない輝度段差が発生する不具合が生じる。
When an image is formed by the
そこで、映像信号補正手段110は、頻度分布算出手段10で照明を明るく(図25のb2)するよう判断された領域の映像信号の輝度分布を小さくし(図25のc2)、照明を暗く(図25のb3)するよう判断された領域の映像信号の輝度分布を大きくする(図25のc3)。このとき、変調後の照明手段30の輝度と変調後の映像信号の輝度との積が、元々の照明手段30の輝度と元々の映像信号の輝度との積と等しくなるようにすると、明暗の線形性を保つことができる。
Therefore, the video
しかしながら、前述したように、明るいところはより明るく、暗いところはより暗くすると、コントラスト比が強調され、メリハリのある画像になるため、必ずしも明暗の線形性を保つ必要はない。 However, as described above, when the bright part is brighter and the dark part is darker, the contrast ratio is emphasized and the image becomes sharp. Therefore, it is not always necessary to maintain the linearity of light and dark.
この照明変調手段20は、例えば、照明手段30への電流、もしくは電圧を変調する方法、または、点灯時間幅を変調する(パルス幅変調)方法等により光量を調整できる。映像表示装置200用のバックライトとして照明装置100を利用する場合、バックライトを常時点灯させておくと、映像信号により光変調素子130で作られた画像が、次の映像信号が入力するまで表示されることになり、これが一般に網膜残像として認識され、動画に対するぼやけになる不具合がある。
The illumination modulation means 20 can adjust the amount of light by, for example, a method of modulating the current or voltage to the illumination means 30 or a method of modulating the lighting time width (pulse width modulation). When the
これを回避するため、映像信号の入力時間に応じて、バックライトの点灯と消灯を繰り返すことが考えられる。具体的には、次の映像信号が入力するまでに黒画像を表示(黒挿入)するようにする。 In order to avoid this, it can be considered that the backlight is repeatedly turned on and off according to the input time of the video signal. Specifically, a black image is displayed (black insertion) until the next video signal is input.
分割領域毎の照明手段30の変調は、分割領域毎に変調をしないときを1とすると、0.3〜1.2の範囲にするとよい。この下限0.3から上限1.2は、分割領域の境界に好ましくない輝度段差、つまり画像の劣化が生じるという不具合を回避しつつ、コントラスト比を強調できる範囲に相当する。また、点灯時間を増やすと、分割領域の境界における輝度段差の他に、前述の黒挿入ができなくなるという不具合も発生する。 The modulation of the illumination means 30 for each divided region is preferably in the range of 0.3 to 1.2, where 1 is the time when no modulation is performed for each divided region. The lower limit of 0.3 to the upper limit of 1.2 corresponds to a range in which the contrast ratio can be enhanced while avoiding an undesirable luminance step at the boundary of the divided areas, that is, a problem of image deterioration. In addition, when the lighting time is increased, in addition to the luminance step at the boundary between the divided areas, there is a problem that the above black insertion cannot be performed.
以上のようにして、映像信号と照明手段30を分割領域毎に変調するが、照明手段30によって照明される光変調素子130は、照明手段30の配光特性や、照明手段30と光変調素子130との間隔、隣り合う照明手段30同士の間隔等に依存し、必ずしも一様に照明されることはなく、ある分布を持つこととなる。
As described above, the video signal and the
例えば、分割領域毎に照明を行わない従来の場合では、光源からの照明光の分布(図25のb1)が隣り合う照明光と重なり合い、平均化されて照明の分布が一様に近づく。しかしながら、分割領域毎に照明する場合では、隣り合う光源からの照明光の分布(図25のb4に対してb2とb3)が変調されて分布をもつため、そのまま照明のムラとなる。 For example, in the conventional case in which illumination is not performed for each divided region, the distribution of illumination light from the light source (b1 in FIG. 25) overlaps with adjacent illumination light and is averaged so that the illumination distribution approaches uniformly. However, in the case of illuminating each divided region, the distribution of illumination light from adjacent light sources (b2 and b3 with respect to b4 in FIG. 25) is modulated to have a distribution, so that illumination unevenness is caused as it is.
これは、明るいところをより明るく、暗いところをより暗くするコントラスト比強調の起源となるが、そのままでは、分割領域の境界に好ましくない輝度段差が発生してしまう。そこで、映像信号補正手段110は、照明手段30により照明された光変調素子130の透過光の輝度分布を応答関数としてあらかじめ記憶しておき、映像信号の輝度分布を応答関数で逆補正する(図25のc’1)。これによって得られた透過光d2は、分割領域の境界に好ましくない輝度段差を取り除くことが可能となる。
This is the origin of contrast ratio emphasis that makes bright areas brighter and dark areas darker, but an undesired luminance step occurs at the boundary of the divided areas. Therefore, the video
なお、実際には、光変調素子130の透過光d2を人間が観測することになるが、人間の視覚特性のため、例えば、明暗の境界面が強調されて知覚される(マッハ効果)ことがある(図25のf1)。そこで、映像信号補正手段110にて映像信号を補正する際、必ずしも入力信号を正確に出力することをせずに、視覚特性を考慮して、人間が映像を見たときに心地よく感じるように画像の補正を行ってもよい。
Actually, a human observes the transmitted light d2 of the
以上のように、実施の形態1によれば、複数の照明領域ごとにおける映像信号の輝度の頻度分布に応じて照明手段の明るさを変調することにより、輝度段差による画像の劣化を小さく抑えつつ、コントラスト比の高い画像を提供するための照明装置を得ることができる。さらに、短波長光の励起光源を波長変換により白色発光させることにより、温度による色調の変化や発光効率の低下を抑えた照明装置を得ることができる。さらに、構造面においても、従来のバックライトとの置き換えが容易な照明装置を得ることができる。 As described above, according to the first embodiment, the brightness of the illumination unit is modulated according to the frequency distribution of the luminance of the video signal for each of the plurality of illumination areas, thereby suppressing image degradation due to the luminance step. An illumination device for providing an image with a high contrast ratio can be obtained. Furthermore, by causing the short-wavelength excitation light source to emit white light by wavelength conversion, it is possible to obtain an illumination device that suppresses a change in color tone due to temperature and a decrease in light emission efficiency. Further, in terms of structure, an illumination device that can be easily replaced with a conventional backlight can be obtained.
さらに、照明装置と併用して、映像信号の輝度の頻度分布に応じて映像信号の明るさを変調して光変調素子の透過光量を調整することにより、良好なコントラスト比の画像を生成できる映像表示装置および映像信号制御方法を得ることができる。 In addition, an image that can generate an image with a good contrast ratio by adjusting the transmitted light amount of the light modulation element by modulating the brightness of the video signal according to the frequency distribution of the luminance of the video signal in combination with the lighting device A display device and a video signal control method can be obtained.
さらに、照明装置により照明された被照面の輝度分布を応答関数としてあらかじめ記憶しておき、映像信号を応答関数で逆補正することにより、照明の分割領域の境界に生じる輝度段差を効果的に取り除くことができ、さらに良好なコントラスト比の画像を生成できる映像表示装置および映像信号制御方法を得ることができる。 Further, the luminance distribution of the illuminated surface illuminated by the illumination device is stored in advance as a response function, and the video signal is inversely corrected with the response function, thereby effectively removing the luminance step generated at the boundary of the divided areas of the illumination. Therefore, it is possible to obtain a video display device and a video signal control method that can generate an image with a better contrast ratio.
なお、コントラスト比の強調された画像を好まない、もしくは非常に特殊な画像でコントラスト比があまりに強調される場合には、ユーザーの嗜好により、このような映像信号制御方法を用いず、従来の制御方法に戻せる方が好ましい。そこで、制御方法が使用されているかの区別を光変調素子130に表示し、制御方法の利用を外部設定による変調ON/OFF信号に基づいて選択することができるようにしてもよい。
If the contrast ratio is not emphasized, or if the contrast ratio is excessively emphasized in a very special image, the conventional control is not used according to the user's preference without using such a video signal control method. It is preferable to return to the method. Therefore, the distinction as to whether the control method is used may be displayed on the
また、上述の実施の形態1においては、映像信号補正手段110により逆補正を行う場合について説明したが、本発明の映像表示装置および映像信号制御方法は、これに限定されない。映像信号補正手段110を有さない簡易構成において、映像信号の輝度の頻度分布に応じて、補正を施していない映像信号を変調することによっても、良好なコントラスト比の画像を生成できる映像表示装置および映像信号制御方法を得ることができる。
In the first embodiment described above, the case where reverse correction is performed by the video
実施の形態2.
実施の形態1では、光変調素子130を照明するために照明手段30を光変調素子130の直下に複数配置した場合について説明した。本実施の形態2では、照明手段30を光変調素子130の直下には配置せず、導光手段を用いた構成とする場合について説明する。図26は、本発明の実施の形態2における映像表示装置の具体的な説明図である。図26に示すように、分割領域毎に導光手段90を配置し、導光手段90の側面に複数の照明手段30を配置して調光することで、分割領域毎の照明を可能とすることもできる。
In the first embodiment, a case has been described in which a plurality of
図27は、本発明の実施の形態2における照明手段30および導光手段90の斜視図である。導光手段90の側面には、複数の照明手段30が配置されている。LEDパッケージ基板44上のLED素子42から放射された短波長光が、モールドレンズ43で配光制御され、波長変換手段50にて白色光が励起される。
FIG. 27 is a perspective view of the
励起された白色光は、導光手段90と大気の屈折率差を利用した全反射で、空間的に広い範囲まで伝搬される。導光手段90から空間的に均一に光を取り出すため、導光手段90の下面、もしくは上面には、配光制御手段91が照明手段30からの距離に応じて規則的に配置される。この配光制御手段91は、例えば、照明手段30からの光を散乱する役割を果たす。
The excited white light is propagated to a wide spatial range by total reflection using the refractive index difference between the
図27に示すように、配光制御手段91を規則的な配列とするのは、照明手段30の近傍で光を多く取り出すと遠方で光を取り出せず、反対に遠方で光を少量しか取り出さないと光が有効利用されないためである。このように、配光制御手段91は、照明手段30からの距離に応じて規則的に配置されるが、具体的には、配光制御手段91の面密度に依存する。 As shown in FIG. 27, the light distribution control means 91 is regularly arranged because when a large amount of light is extracted in the vicinity of the illuminating means 30, light cannot be extracted in the distance, and conversely, only a small amount of light is extracted in the distance. This is because the light is not used effectively. As described above, the light distribution control means 91 is regularly arranged according to the distance from the illumination means 30, but specifically depends on the surface density of the light distribution control means 91.
つまり、配光制御手段91の大きさを照明手段30からの距離に応じて大きくする、もしくは、配光制御手段91の数を照明手段30からの距離に応じて多くする等、照明手段30からの距離に応じて配光制御手段91の面密度を多くするとよい。 In other words, the size of the light distribution control means 91 is increased according to the distance from the illumination means 30, or the number of the light distribution control means 91 is increased according to the distance from the illumination means 30, etc. The surface density of the light distribution control means 91 may be increased according to the distance.
このように、図27のような導光手段90を備えた照明手段30を、光変調素子130の直下に複数(、図26では縦5、横3)配列する。なお、本実施の形態2は、この配列数に限定されるものではない。図28は、本発明の実施の形態2における映像表示装置の断面図である。図28に示すように、下側に漏れ出した照明手段30からの白色光を有効に再利用するため、拡散反射板52を照明取付板60の上にさらに配置している。
In this way, a plurality of illumination means 30 including the light guide means 90 as shown in FIG. 27 are arranged immediately below the light modulation element 130 (5 in the vertical direction and 3 in the horizontal direction in FIG. 26). The second embodiment is not limited to this number of arrangements. FIG. 28 is a cross-sectional view of the video display apparatus according to
また、このように、導光手段90の側面に照明手段30を構成すると、図27のように、照明手段30の筐体51の背面に廃熱手段80を直接配置することも可能となる。例えば、図26のように、導光手段90を備えた照明手段30を複数、光変調素子130の直下に配列すると、照明手段30は、一列に連なって配置されているため、筐体51の凹面を導風手段とすることもできる。このため、図26でいうと、照明手段30の手前と奥(映像表示装置として利用する場合の上下)に送風手段70を配置することで、効率よく廃熱が可能となる。
Further, when the
もちろん、実施の形態1の図15で示したように、照明取付板60の背面に廃熱手段80を設けることをしてもよい。図29は、本発明の実施の形態2における映像表示装置の別の断面図であり、照明取付板60の背面に廃熱手段80を備えた場合を示している。この図29においては、熱源となるLED素子42を光変調素子130から遠い方に配置し、筐体51を照明取付板60、および照明取付板60に備え付けられている廃熱手段80に密接に配置する。このように、熱源を廃熱手段80の近傍に配置することで、効率よく廃熱することが可能となる。
Of course, as shown in FIG. 15 of the first embodiment, the waste heat means 80 may be provided on the back surface of the
以上のように、実施の形態2によれば、光変調素子の直下に配置された導光手段を用いることにより、照明装置を光変調素子の直下ではなく、導光手段の側面に配置することを可能とした上で、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、熱源となるLED素子を光変調素子から遠ざけて配置することが可能となり、廃熱効率の向上を図ることができる。 As described above, according to the second embodiment, by using the light guide unit disposed immediately below the light modulation element, the illumination device is disposed not on the light modulation element but on the side surface of the light guide unit. In addition, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, it becomes possible to arrange | position the LED element used as a heat source away from a light modulation element, and can aim at the improvement of waste heat efficiency.
なお、以上の例では、照明手段30を奥から手前(映像表示装置として利用する場合の上下)に配置する例を示したが、当然のことながら上下と左右が入れ替わる、つまり90度回転してもよいことは言うまでもない。
In the above example, the
10 頻度分布算出手段、20 照明変調手段、30 照明手段、40 短波長光源、41 LED実装基板、42 LED素子、43 モールドレンズ、44 LEDパッケージ基板、45 フレキシブル基板、46 抵抗、50 波長変換手段、51、51a、51b 筐体、52 拡散反射板、53 遮光板、54 熱伝導管、60 照明取付板、70 送風手段、80 廃熱手段、90 導光手段、91 配光制御手段、100 照明装置、110 映像信号補正手段、120 映像信号変調手段、130 光変調素子、140 光拡散手段、150 偏光選択手段、160 短波長光漏れ防止手段、161 波長選択要素、161a 光学機能膜、161b 透明基板、162 拡散シート、163 プリズムシート、200 映像表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記映像信号の輝度情報に基づいて前記複数の照明領域ごとに前記映像信号の輝度の頻度分布を算出する頻度分布算出手段と、
算出された前記頻度分布に応じて前記1以上の照明手段の短波長光源から放射される短波長光の光量を変調する照明変調手段と
をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 At least one or more illumination means including a short wavelength light source that emits short wavelength light and a wavelength conversion means that emits visible light using the short wavelength light as excitation light is arranged corresponding to a plurality of illumination regions, In an illumination device that irradiates the visible light as illumination light to a light modulation element that adjusts the light amount according to a video signal
Frequency distribution calculating means for calculating a frequency distribution of luminance of the video signal for each of the plurality of illumination areas based on luminance information of the video signal;
An illumination device further comprising: an illumination modulation unit that modulates a light amount of the short wavelength light emitted from the short wavelength light source of the one or more illumination units according to the calculated frequency distribution.
前記短波長光源は、紫外線もしくは近紫外線を発光する発光ダイオードであることを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1.
The short wavelength light source is a light emitting diode that emits ultraviolet rays or near ultraviolet rays.
前記波長変換手段は、凹面形状の反射面に設けられた波長変換要素で形成されることを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
The said wavelength conversion means is formed with the wavelength conversion element provided in the concave reflective surface, The illuminating device characterized by the above-mentioned.
前記照明変調手段は、前記頻度分布に応じて前記光量をパルス幅変調制御することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 3.
The illumination device is characterized in that the light intensity is subjected to pulse width modulation control in accordance with the frequency distribution.
前記照明変調手段は、変調をしないときの光量を1とした場合に、0.3〜1.2倍の光量となるようにパルス幅変調制御することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 4.
The illumination device characterized in that the illumination modulation means performs pulse width modulation control so that the amount of light is 0.3 to 1.2 times when the amount of light when not modulated is 1.
前記短波長光源は、熱伝導手段となる筐体に取り付けられた基板上に複数実装されることを特徴とする照明装置。 In the illuminating device of any one of Claim 1 thru | or 5,
A plurality of the short wavelength light sources are mounted on a substrate attached to a housing serving as a heat conducting means.
前記筐体の背面または側面のいずれかに前記短波長光源から発生される熱を廃熱する放熱手段をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 6.
An illuminating device, further comprising a heat dissipating unit that wastes heat generated from the short wavelength light source on either the back surface or the side surface of the housing.
前記凹部形状の反射面を有する照明手段を並べて形成された導風手段をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 3.
An illuminating device further comprising an air guide unit formed by arranging the illuminating units having the concave-shaped reflecting surfaces.
前記導風手段の背面もしくは側面のいずれかに設けられた送風手段をさらに備えたことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 8.
An illuminating device further comprising a blowing unit provided on either the back surface or the side surface of the air guiding unit.
前記照明装置内の頻度分布算出手段で算出された映像信号の輝度の頻度分布に応じて、前記映像信号を変調する映像信号変調手段と、
前記映像信号変調手段により変調された映像信号に基づいて、前記照明装置からの照明光の透過光量を変更して映像を形成する光変調素子と
を備えたことを特徴とする映像表示装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 9,
Video signal modulating means for modulating the video signal according to the frequency distribution of luminance of the video signal calculated by the frequency distribution calculating means in the lighting device;
An image display device comprising: a light modulation element that changes the amount of transmitted illumination light from the illumination device based on the image signal modulated by the image signal modulation means, and forms an image.
前記照明装置により照明された被照面の輝度分布を応答関数としてあらかじめ記憶しておき、前記応答関数を用いて前記映像信号の輝度分布を逆補正する映像信号補正手段をさらに備え、
前記映像信号変調手段は、前記照明装置内の頻度分布算出手段で算出された映像信号の輝度の頻度分布に応じて、前記映像信号補正手段で逆補正された映像信号を変調する
ことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to claim 10, wherein
A luminance distribution of the illuminated surface illuminated by the illuminating device is stored in advance as a response function, further comprising a video signal correction means for reversely correcting the luminance distribution of the video signal using the response function,
The video signal modulating means modulates the video signal reversely corrected by the video signal correcting means according to the frequency distribution of luminance of the video signal calculated by the frequency distribution calculating means in the lighting device. Video display device.
前記光変調素子と前記照明装置との間に少なくとも1つ以上の光拡散手段をさらに備えたことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to claim 10 or 11,
An image display device, further comprising at least one light diffusing unit between the light modulation element and the illumination device.
前記照明装置の直上に少なくとも1つ以上の短波長光漏れ防止手段をさらに備えたことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to any one of claims 10 to 12,
An image display device further comprising at least one short-wavelength light leakage prevention unit directly above the illumination device.
前記照明装置は、外部からの変調ON/OFF信号に基づいて、光量の変調制御のON/OFFを切り替え、
前記映像信号変調手段は、外部からの前記変調ON/OFF信号に基づいて、映像信号の変調制御のON/OFFを切り替えるとともに、変調ON/OFF状態を前記光変調素子により表示させる
ことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to any one of claims 10 to 13,
The illumination device switches on / off the modulation control of the light amount based on the modulation ON / OFF signal from the outside,
The video signal modulation means switches on / off of modulation control of the video signal based on the modulation ON / OFF signal from the outside, and displays the modulation ON / OFF state by the light modulation element. Video display device.
前記光変調素子は、透過型の液晶素子であることを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to any one of claims 10 to 14,
The video display device, wherein the light modulation element is a transmissive liquid crystal element.
前記照明装置は、前記光変調素子の直下に配置されることを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to any one of claims 10 to 15,
The video display device, wherein the illumination device is disposed immediately below the light modulation element.
前記照明変調手段の直下に配置されている導光手段をさらに備え、
前記照明装置は、前記導光手段の上下、左右少なくともいずれか一方に配置される
ことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to any one of claims 10 to 15,
Further comprising a light guide means disposed immediately below the illumination modulation means,
The video display device, wherein the illuminating device is disposed on at least one of top and bottom and left and right of the light guide unit.
前記複数の照明領域ごとに前記映像信号の輝度の頻度分布を算出するステップと、
算出された前記頻度分布に応じて、前記複数の照明手段から出力される前記照明光の光量を変調するステップと、
前記照明装置により照明された被照面の輝度分布としてあらかじめ記憶された応答関数を用いて、前記映像信号の輝度分布を逆補正するステップと、
逆補正された映像信号を前記頻度分布に応じて変調し、前記透過光量を調整するステップと
を備えたことを特徴とする映像信号制御方法。 An image that realizes display according to the video signal by adjusting the transmitted light amount of the illumination light output from the illumination device having at least one illumination means arranged corresponding to the plurality of illumination areas according to the video signal A signal control method comprising:
Calculating a luminance frequency distribution of the video signal for each of the plurality of illumination regions;
Modulating the amount of illumination light output from the plurality of illumination means according to the calculated frequency distribution;
Using the response function stored in advance as the luminance distribution of the illuminated surface illuminated by the illumination device, reverse correcting the luminance distribution of the video signal;
Modulating the inversely corrected video signal in accordance with the frequency distribution and adjusting the amount of transmitted light.
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