JP2007310008A - Ｌｅｄを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＧＢのＬＥＤを光源として用いた表示装置において、安定した表示を実現する。
【解決手段】ＤＭＤの投射型表示デバイスを含むシステムＡのマイクロコンピュータ３は、カラーフィルタ補正用行列演算を行うカラーフィルタ補正用行列回路３１と、この出力に基づいて得られる測定値３３と、ＥＥＰＲＯＭ４１に格納されている目標値３７と、に基づいてＬＥＤ駆動電流値の算出を行うとともに、補正係数の算出を行う演算部３５と、温度制御部４５と、を有している。光源部２５は、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを有する光源と、温度コントロール部と、ＤＭＤ素子２３と、を有している。デ・ガンマ（ＤＥ−ＧＡＭＭＡ）部１１に入力された入力信号は、映像信号を色変換するための行列回路１５と、ガンマ補正部１７と、信号処理部２１と、を介してＤＭＤ２３に出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＧＢのＬＥＤを発光させて表示を行う表示装置に関する。

ＬＥＤは、省電力であることから、ＲＧＢのＬＥＤを光源とするカラー表示装置が利用されている。カラー表示装置に関しては、種々の文献が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００５−３２１７２７号公報、バックライト装置及びカラー液晶表示装置 特開２００２−１３９７３３号公報、表示デバイスの光源装置

ＲＧＢのＬＥＤを光源として用いた表示装置の場合、ＬＥＤの特性から、（１）温度変化、（２）経年変化、（３）初期バラツキ、が大きく、表示される画像が、本来設計で意図している明度、色相、彩度とは異なってしまうという問題がある。

本発明は、ＲＧＢのＬＥＤを光源として用いた表示装置において、安定した表示を実現することを目的とする。

ＬＥＤの持つ（１）温度変化、（２）経年変化、（３）初期バラツキによって発生する明度、色相、彩度の変化を１）明度２）色相、彩度に分けてフィードバックを掛けて、ＬＥＤの初期バラツキも含めて補正する。

・明度の変化を吸収する手段
ＲＧＢの３色をＬＥＤとして持つことで、ＲＧＢ別々の特性として(1)温度変化(2)経年変化(3)初期バラツキが発生する。これにより、RGB個別に明るさが変化し、その結果として暗くなるばかりか、ホワイトバランスまで変化してしまう。これを吸収する手段として、ＲＧＢ個別にその変化量を算定(カラーセンサで照度測定)し、ＲＧＢの各ＬＥＤに流す電流値をそれぞれ個別にコントロール(フィードバック)して、一定の光量になるようにする。

ＲＧＢ個別にコントロールすることで、ＲＧＢの明るさの比率が一定に保たれ、ホワイトバランスを崩すことなく、明度の変化を押さえることができる。

・色相、彩度の変化を吸収する手段
（１）温度変化、（２）経年変化、（３）初期バラツキによって、ＲＧＢ各ＬＥＤの波長が変化するという問題がある。これにより、ＲＧＢ個別の波長が変化することで、見た目の色相(彩度含む)が設計者の意図する状態とは異なってしまう。

これを解決するための手段としては光源側での補正ではなく、変化するＬＥＤの色相(彩度含む)に合わせ、表示する信号側でそれを打ち消す方向に色相(彩度含む)を変化させる。変化する色相(彩度含む)はカラーセンサでそのベクトル(変化量と方向)を算定し、変化した方向とは逆のベクトルに信号上の色相(彩度含む)を変化させることで結果として色相、彩度が変化しない様にコントロールする。

すなわち、本発明の一観点によれば、複数色のＬＥＤを備えた光源を用いたカラー表示装置において、表示の明度の補正と、色相・彩度の補正と、に分けて補正を行う色補正部を有することを特徴とするカラー表示装置が提供される。前記明度の補正は、各色のＬＥＤの明るさに関する変化量を求め、各色のＬＥＤに流す電流値をそれぞれ個別にフィードバックして、一定の光量になるように補正することが好ましい。定格電流値の各ＬＥＤの明るさと定格電流値よりも小さいある割合の各ＬＥＤの明るさとを記憶し、記憶に基づいて近似的に追い込むべき数値を推測し、フィードバック制御を行うことができる。

また、前記色相・彩度の補正は、変化するＬＥＤの色相・彩度に合わせて、表示する信号側でそれを打ち消す方向に色相・彩度を変化させるように補正することが好ましい。この際、変化する色相・彩度は、そのベクトル(変化量と方向)を算定し、変化した方向とは逆のベクトルに信号上の色相・彩度を変化させることで表示される結果として色相、彩度が変化しない方向に制御することも可能である。

本発明の他の観点によれば、複数色のＬＥＤを備えた光源部と、該光源部からの色を測定するカラーセンサと、該カラーセンサのカラーフィルタ補正用行列回路と、該カラーフィルタ補正用行列回路の出力による測定値と予め記憶した目標値とに基づいて、ＬＥＤの駆動電流値を算出するとともに、前記カラーセンサの測光値が変化した場合の補正係数を求める演算部と、算出された前記ＬＥＤの駆動電流値と、算出された前記補正値とを、前記光源部にフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備えたカラー表示装置が提供される。

前記複数色のＬＥＤの温度を検出し、該検出した温度に応じて前記ＬＥＤの温度を一定に保つ方向に制御する温度制御機構を備えていても良い。

また、複数色のＬＥＤを備えた光源を用いたカラー表示装置に用いられる補正用回路であって、表示の明度の補正と、色相・彩度の補正と、に分けて補正を行い、前記明度の補正は、各色のＬＥＤの明るさに関する変化量を求め各色のＬＥＤに流す電流値をそれぞれ個別にフィードバックして一定の光量になるように補正し、前記色相・彩度の補正は、変化するＬＥＤの色相・彩度に合わせて、表示する信号側でそれを打ち消す方向に色相・彩度を変化させるように補正することを特徴とする補正回路が提供される。

本発明によれば、明度と色相／彩度とを独立してかつ２つを並行して制御させることにより、効率良く光を取り出し、安定した映像を作り出すことが可能になる。

以下、本発明の実施の形態によるＬＥＤ表示装置について図面を参照しながら説明を行う。図１は、本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示装置であって、ＤＭＤの投射型表示デバイスを具体的な例として示す図である。図１においては、例としてＤＭＤの投射型表示デバイスを示しているが、ＬＥＤを光源とする表示装置全般について同様に説明することができ、ＤＭＤに限定されるものではない。図２及び図３は、本実施の形態によるＬＥＤ表示装置における制御処理の流れを示すフローチャート図である。

図１に示すように、本実施の形態によるＤＭＤの投射型表示デバイスを含むシステムＡは、ＤＭＤの投射型表示デバイス１と、カラーメータ７と、を有している。ＤＭＤの投射型表示デバイス１は、マイクロコンピュータ３と、光源部２５と、その他の処理部と、を有している。

マイクロコンピュータ３は、カラーセンサ２７のアナログ値をＡＤ変換した入力に基づいて、カラーフィルタ補正用行列演算を行うカラーフィルタ補正用行列回路３１と、この出力に基づいて得られる測定値３３と、ＥＥＰＲＯＭ４１に格納されている目標値３７と、に基づいてＬＥＤ駆動電流値の算出を行うとともに、補正係数の算出を行う演算部３５と、温度制御部４５と、を有している。

光源部２５は、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを有する光源と、温度コントロール部と、ＤＭＤ素子２３と、を有している。光源部２５からの出射光はカラーメータ７に照射される。また、温度制御部４５からの信号は、光源部２５の温度検出部と、温度コントロール部と、に出力され、カラーセンサ２７を温度制御する。

デ・ガンマ（ＤＥ−ＧＡＭＭＡ）部１１に入力された入力信号は、映像信号を色変換するための行列回路１５と、ガンマ補正部１７と、信号処理部２１と、を介してＤＭＤ２３に出力される。

図２に示すように、まず、ステップＳ１において電源を投入（オン）した後に、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれている情報を確認する（ステップＳ２）。これは、ＬＥＤの初期バラツキとカラーセンサの初期バラツキとを吸収するために測定器(カラーメータ)と相関をとった情報を確認するためである。つまり、事前の調整として、カラーメータ(測定器)を用いてターゲットとすべきＲ、Ｇ、Ｂの各色度座標に調整した状態でカラーセンサの読値をＥＥＰＲＯＭに格納する。データが空の場合には、測定モードに移行する。データが格納されていれば、ステップＳ３に進みカラーセンサをチェックする。

以後、この格納されている値そのものがそのカラーセンサでの追い込む際の目標値となる。明度、色相、彩度の補正を一度に行いハンチング等の予期せぬ事態の発生を防ぐ為に、明度の制御と、色相/彩度の制御と、を分けて行う。まず、最初に明度のコントロールを行う。

１）明度の変化を吸収する実施例
ａ）調整(ＥＥＰＲＯＭに格納する値)
５０％Ｗの信号を入力し、その時の混色によって作られた白の色温度をＲＧＢのそれぞれの電流値を変え、ターゲットとするべき所望の明るさと色温度(ホワイトバランス)とに調整する(尚、５０％Ｗは、信号処理系で飽和しない値として用いたのであり、他の値でも飽和しなければ特に問題はない。)。この時の明るさと電流値とを、ＲＧＢのＬＥＤ毎にＥＥＰＲＯＭに記憶する(表１参照)。

次に、定格電流(この時を１００％とする)を流した時の明るさとその電流値と、ｃ）定格電流に対し５％程度の電流にした時の明るさと電流値と、をＲＧＢのＬＥＤ毎にＥＥＰＲＯＭに記憶する（表２参照）。

ｂ）制御
本実施の形態では、制御精度を向上させるために、ＡＤの入力（図１のカラーセンサ２７の出力アナログ信号から行列部３１への入力）を、各ＬＥＤのピーク波長に対応したカラーセンサでフィードバックする。(ステップＳ４〜ステップＳ６：ＸＹＺ表色系ではＹ（Ｇ）に明度としての情報を持たせているが、回路制御上はカラーセンサでＧのフィルターが入るとＲ、Ｂのそれぞれのレベルが下がってしまい、制御精度上問題が出てしまう。)

動作としては、各ＬＥＤの明るさが、各調整値の明るさについて、ＲＬＥＤがＲＷｒ、ＧＬＥＤがＧＷｇ、ＢＬＥＤがＢＷｂになる様にフィードバックをかけて制御する。より具体的には、定格電流値の各ＬＥＤの明るさと定格電流値の５％の値の各ＬＥＤの明るさを記憶しておく。図４に示すように、点ＡがＲ_１００（１００％）になる電流Ｉ_Ｒ１００であり、点ＢがＲ_００５（５％）になる電流Ｉ_Ｒ００５である。そして、明るさ（縦軸）と電流値（横軸）との例えば点Ａと点Ｂとを通る１次関数として、近似的に追い込むべき数値を推測し、フィードバック制御を行うことができる。すなわち、Ａ、ＢからＣを推測することにより、追い込むべき数値を推測するスピードを向上させることができる。

２）色相/彩度の変化を吸収する実施例
次に、色相/彩度の変化を吸収する実施例について説明する。

ａ）調整(ＥＥＰＲＯＭに格納する値)
（１）５０％Ｗの信号を入力し、その時の、混色によって作られた白の色温度をＲＧＢのそれぞれの電流値を変え、ターゲットとするべき所望の明るさと色温度(ホワイトバランス)とに調整する(明度の調整を実施した後の処理となる。)。

（２）単色の標準信号として、１００％Ｒ、１００％Ｇ、１００％Ｂをそれぞれ入力し、それぞれで、

・ディスプレー画像のカラーメータの読値…(表３の（ａ）の値)
・セット内のカラーセンサ(ＡＤの取り込み値)値・・・（表３の（ｂ）の値)
を、例えばＥＥＰＲＯＭに記憶する(これを初期値とする。)。

次に、入力している標準信号(１００％Ｒ、１００％Ｇ、１００％Ｂ)の色相/彩度を変え、表示したい状態に設定し、

・ディスプレー画像のカラーメータの読値…(表４の（ｃ）の値)
・セット内のカラーセンサ(ADの取り込み値)値…(表４の（ｄ）の値、但しここでは表３の（ｂ）の値を用いる。以下、（ｄ）と称するが、実際には（ｂ）の値である。) を、ＥＥＰＲＯＭに記憶する(この際、標準の色座標で問題なければ、新たに測定する必要は無い。)。尚、標準の色座標で問題ないかどうかについての判断は、一般的な視感評価上の判断に基づくのが一般的である。

この時、セット内のカラーセンサ値(ＡＤの取り込み値)が、上述の初期値と変わっていないことを確認する。（ａ）、（ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの混色を測定している状態で求め、（ｂ）、（ｄ）はフィールドシーケンシャルで動作している個別のＲ、Ｇ、Ｂ各単色の測定をしている。従って、（ｂ）、（ｄ）の値そのものは 温度変化/経年変化が無ければ数値は変化しない。

もし数値が変わってしまっている場合は、再度、（ａ）、（ｂ）を測定する必要がある。（ｂ）、（ｄ）が同じ値になれば、その時の（ｃ）値をＥＥＰＲＯＭに記憶する。この時、標準の色座標(理論値)でよければ測定は不要である。

ｂ）制御：
ステップＳ６において、補正係数の計算を行う。まず、ステップＳ５においてＯＫであったカラーセンサの数値から、変換元の座標と変換先の座標の関係は、係数をＫ_１１〜Ｋ_３３とおくと、下記の式のようになる。

仮に、カラーセンサの測定として、フィールドシーケンシャルにおける単色測定を行わずにＲＧＢの平均側光を実施し、変換先の座標を、以下の式で示されるようにする。

変換されるべき係数は共通である。従って、以下の式が成立する。

ここで、温度変化、経年変化、でカラーセンサの測光値が変化した場合の係数を、Ｔ１１〜Ｔ３３と置き、その時の測光値を以下のようにする。

すると、以下の式が成り立つ。

（１）、（２）式を（３）式に代入すると、以下の（４）式が得られる。

（４）式における右辺は全て既知の値となり、カラーセンサの値の読値から補正係数Ｔ１１〜Ｔ３３を求めることができる。

すなわち、温度変化/経年変化によりＬＥＤ光源の波長がドリフトして発生した色度座標の変化は、ＲＧＢに分離された信号処理経路上に行列変換部１５(図１)を設け、波長ドリフトする毎に係数を入れ換えることによりフィードバック制御が可能になる。補正係数Ｔ_１１〜Ｔ_３３を求める計算式は上記（４）式より導き出される。この数式に代入する値は、以下の値である。
・既にEEPROMに記憶した既知の数値
・ディスプレー上のカラーメータの値
・セット内のカラーセンサの値
・目標とするディスプレー上の値
・温度変化/経年変化により変化してしまったカラーセンサの値

これらの値を入れることで、必要な係数を求めることができる（ステップＳ８）。次いで、ステップＳ９においてカラーセンサのチェックを行い、ステップＳ１０においてカラーセンサのチェックが終了したかどうかを判定し、終了した場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ４に戻る。終了していない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ７に戻る。

以上に説明したように、明度/色相/彩度の制御としては、制御ブロックとして“明度”、“色相/彩度”で分かれるため、先に、”明度”の制御した後に、“色相/彩度”の制御を行う。これを図２に示すように巡回させて制御させることにより、安定した明度/色相/彩度が得られるようにする。

また、本実施の形態による技術はＬＥＤの温度ドリフトによる明るさ/波長のシフトを補正するものであることから、シフト量をどれだけ少なく押さえることができるかが、上述のフィードバックに関して重要になってくる。このシフト量を減らすことで上述のフィードバックをより安定してかけることが可能になる。以下にＬＥＤの熱を一定に保つための制御について説明する。図３はＬＥＤの温度制御処理の流れを示すフローチャート図である。サーミスタ等の温度検出器をＬＥＤの近傍に設置する。電源投入後（ステップＳ１１）、すぐにこのサーミスタを用い、ＬＥＤ近傍の温度を測定する（ステップＳ１３）。温度が異常であればメッセージを出す（ステップＳ１４）。

温度チェックの結果、予め設定してある温度（ステップＳ１２）より低い場合はヒータを入れ（ステップＳ１５）、設定してある温度より高い場合はファン等でクーリングを行う（ステップＳ１７）。後はこの動作を循環させて（ステップＳ１６、Ｓ１８）、LED近傍の温度ができる限り一定になる様に制御を行う。その際に、ヒータやファンは測定した温度に応じて、その帰還量を切り換えて制御する。

以上に説明したように、本実施の形態においては、明度と色相／彩度とを独立してかつ２つを並行して制御させることにより、効率良く光を取り出し、安定した映像を作り出すことが可能になる。

すなわち、ＬＥＤ（ＲＧＢ）を光源とした表示システムにおいて、光源側が温度や経年変化によって明るさが下がり、ホワイトバランスや、色相・彩度が変化してしまう問題が過去からあった。本発明では映像信号の中の色情報を操作とLEDに流す電流値を同時に切換えて制御する事で、光源側の色度座標が動いてしまった結果の映像で問題無い様にできる。

また、制御について、”明度”はＬＥＤそのものに流す電流を制御し、”色相/彩度”は映像信号処理上で制御することで処理を分けることができ処理が行いやすくなるという利点がある。さらにドリフト要因の一つである温度についてはヒータやファン等を用いてできる限りＬＥＤの温度そのものが一定に保たれる様に工夫する事で急激な変化をなくし、ドリフトに対する補正精度を向上させることができるという利点がある。

尚、上記の説明では、原色系を例にして説明したが、補色系でも同様の処理により制御することが可能である。また、上記の例では、ＬＥＤが温度変化や、経年変化が著しく大きいため、特に補正が必要であることからＬＥＤを例にして説明したが、温度変化や、経年変化が著しく大きい光源であれば同じように適用可能であることは言うまでもない。

本発明は、ＬＥＤ表示装置に利用可能である。補正回路としても利用可能である。

本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示装置であって、ＤＭＤの投射型表示デバイスを具体的な例として示す図である。 本実施の形態によるＬＥＤ表示装置における制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本実施の形態によるＬＥＤ表示装置における制御処理の流れを示すフローチャート図である。 電流値と明るさとの関係を示す図である。

符号の説明

Ａ…システム、１…ＤＭＤの投射型表示デバイス、３…マイクロコンピュータ、２５…光源部、７…カラーメータ、３１…カラーフィルタ補正用行列回路、３５…演算部、４５…温度制御部。

Claims (9)

1. 複数色のＬＥＤを備えた光源を用いたカラー表示装置において、
   表示の明度の補正と、色相・彩度の補正と、に分けて補正を行う色補正部を有することを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記明度の補正は、各色のＬＥＤの明るさに関する変化量を求め、各色のＬＥＤに流す電流値をそれぞれ個別にフィードバックして、一定の光量になるように補正することを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
3. 定格電流値の各ＬＥＤの明るさと定格電流値よりも小さいある割合の各ＬＥＤの明るさとを記憶し、記憶に基づいて近似的に追い込むべき数値を推測し、フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のカラー表示装置。
4. 前記色相・彩度の補正は、変化するＬＥＤの色相・彩度に合わせて、表示する信号側でそれを打ち消す方向に色相・彩度を変化させるように補正することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のカラー表示装置。
5. 変化する色相・彩度は、そのベクトル(変化量と方向)を算定し、変化した方向とは逆のベクトルに信号上の色相・彩度を変化させることで表示される結果として色相、彩度が変化しない方向に制御することを特徴とする請求項４に記載のカラー表示装置。
6. 複数色のＬＥＤを備えた光源部と、
   該光源部からの色を測定するカラーセンサと、
   該カラーセンサのカラーフィルタ補正用行列回路と、
   該カラーフィルタ補正用行列回路の出力による測定値と予め記憶した目標値とに基づいて、ＬＥＤの駆動電流値を算出するとともに、前記カラーセンサの測光値が変化した場合の補正係数を求める演算部と、
   算出された前記ＬＥＤの駆動電流値と、算出された前記補正値とを、前記光源部にフィードバック制御するフィードバック制御部と
   を備えたカラー表示装置。
7. 前記複数色のＬＥＤの温度を検出し、該検出した温度に応じて前記ＬＥＤの温度を一定に保つ方向に制御する温度制御機構を備えた請求項１から６までのいずれか１項に記載のカラー表示装置。
8. 複数色のＬＥＤを備えた光源を用いたカラー表示装置に用いられる補正用回路であって、
   表示の明度の補正と、色相・彩度の補正と、に分けて補正を行い、前記明度の補正は、各色のＬＥＤの明るさに関する変化量を求め各色のＬＥＤに流す電流値をそれぞれ個別にフィードバックして一定の光量になるように補正し、前記色相・彩度の補正は、変化するＬＥＤの色相・彩度に合わせて、表示する信号側でそれを打ち消す方向に色相・彩度を変化させるように補正することを特徴とする補正回路。
9. 請求項１に記載のＬＥＤに代えて、温度変化又は経年変化のうち少なくともいずれか一方が大きい他の光源が用いられることを特徴とするカラー表示装置。

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