JP2008116850A - 液晶表示装置及び液晶表示装置制御方法 - Google Patents

液晶表示装置及び液晶表示装置制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液晶表示装置における、変化のない安定した輝度と色度を実現する。
【解決手段】RGBの3つのセンサ5、6、7は、バックライト2から漏れる、または導いて取り出された光を検出して電流に変換する。電流電圧変換部8は、検出された電流を電圧に変換し、A/D変換器9は、RGBデータに変換する。CPU10は、デジタル化されたRGBデータに対して所定の演算を行い、バックライト2の電流を制御するとともに、液晶パネル1の信号レベルを制御するための制御信号S1、S2を生成する。インバータ回路4は、上記制御信号S1に従って、バックライト2の電流を制御する。信号処理部11は、上記制御信号S2に従って、液晶パネル1の信号レベルを制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、バックライトを有する液晶表示装置に係り、輝度と色を制御可能とする液晶表示装置及び液晶表示装置制御方法に関する。
従来、液晶表示装置のバックライト制御には、バックライトの反射板から漏れる光に対する輝度センサの出力情報に従って、バックライトのランプ電流を制御する技術がある(例えば、特許文献1参照)。該従来技術では、液晶モジュールの反射板から漏れる光をセンサで検出し、この検出出力を監視しながらユーザが設定した輝度となるように輝度制御信号を出力することにより、最適な表示状態を維持できるようにしたものである。
また、バックライトの色度に対する色センサの出力情報に従って、ΔEa*b*が最小になるように、ルックアップテーブルを用いて液晶パネルを制御する技術がある(例えば、特許文献2参照)。該従来技術では、液晶モジュールの照明光の色度をセンサで検出し、予め設定した色度情報との色差が最小になるように液晶パネルの表示信号を制御するものである。
特許第3171808号(第3頁、図1) 特開2006−91235号(第14頁、図4)
ところで、バックライトにCCFL(冷陰極管)を用いた液晶表示装置は、時間が経つに従い、青の蛍光体の発光効率の劣化が赤と緑の蛍光体に比べ早いことが知られている。つまり、液晶表示装置の白色ポイントは、時間が経つに従って黄色味がかかってくる。液晶表示装置の使用分野では、過去の診断映像と現在の診断写真とを比べる医用分野や、実際の色とディスプレイの色との一致が求められるグラフィックデザイン分野においては、特に、色の経時変化が問題になることが多い。
上述した従来技術(特許文献1)では、バックライトの光の強さを輝度センサで検出し、バックライトの電流を制御することにより、バックライトの明るさを一定にしていた。これは、輝度のみの制御であって、色度まで合わせることができないという問題があった。
また、上述した従来技術(特許文献2)では、バックライトから供給される照明光の色度を測定する色センサから出力される色度情報に基づき、異なる表示信号を液晶パネルに供給していた。しかしながら、該従来技術では、色差ΔEa*b*を求め、ルックアップテーブルにより制御する方法であり、信号の階調特性を損なわずに色度と輝度を同時に制御することができないという問題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、変化のない安定した輝度と色度を実現することができる液晶表示装置及び液晶表示装置制御方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明は、液晶パネルと該液晶パネルの背面に設けられたバックライトとを備える液晶表示装置であって、前記バックライトのRGB出力光レベルを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の輝度になるように、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御する第1の制御手段と、前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の色度になるように前記液晶パネルに供給される表示信号を制御する第2の制御手段とを具備することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルを3刺激値に変換する第1の変換手段と、前記3刺激値を輝度値及び色度値に変換する第2の変換手段とを具備し、前記第1の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記輝度値に基づいて、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御し、前記第2の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記色度値に基づいて、前記液晶パネルに供給される表示信号を制御することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記第1の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記輝度値と所定の期待値とが一致するように、前記バックライト電流を制御することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記第2の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記色度値と所定の期待値または初期値とが一致するように、前記液晶パネルに供給される表示信号を制御することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記第2の制御手段によって前記液晶パネルに供給される表示信号を制御する際に生じる前記液晶パネルの輝度変化を防ぐために、前記第1の制御手段による、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御する際に、前記所定の期待値を補正する補正手段を具備することを特徴とする。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、液晶パネルと該液晶パネルの背面に設けられたバックライトとを備える液晶表示装置の液晶表示装置制御方法であって、前記バックライトのRGB出力光レベルを検出するステップと、前記検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の輝度になるように、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御するステップと、前記検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の色度になるように前記液晶パネルに供給される表示信号を制御するステップとを含むことを特徴とする。
この発明によれば、検出手段により、バックライトのRGB出力光レベルを検出し、第1の制御手段により、RGB出力光レベルに基づいて、所定の輝度になるように、バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御し、第2の制御手段により、RGB出力光レベルに基づいて、所定の色度になるように液晶パネルに供給される表示信号を制御する。したがって、変化のない安定した輝度と色度を実現することができる。なお、測定する場所は背面の反射板から漏れる光を測定しても、導光板で導かれた光を測定してもよい。
また、本発明によれば、第1の変換手段により、検出されたRGB出力光レベルを3刺激値に変換し、第2の変換手段により、該3刺激値を輝度値及び色度値に変換し、該輝度値に基づいてバックライトを駆動するためのバックライト電流を制御し、該色度値に基づいて液晶パネルに供給される表示信号を制御する。したがって、バックライトのRGB出力光レベルから正確な3刺激値を得ることができ、より変化のない安定した輝度と色度を実現することができる。
また、本発明によれば、第1の制御手段により、第2の変換手段により変換された輝度値と所定の期待値とが一致するように、バックライト電流を制御する。したがって、工場出荷前の段階において、予め定められた所望する輝度を得ることができる。
また、この発明によれば、第2の制御手段により、第2の変換手段により変換された色度値と所定の期待値または初期値とが一致するように、液晶パネルに供給される表示信号を制御する。したがって、工場出荷前の段階において、予め定められた所望する色度を得ることができる。
また、この発明によれば、第2の制御手段によって液晶パネルに供給される表示信号を制御する際に生じる液晶パネルの輝度変化を防ぐために、補正手段により、第1の制御手段による、バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御する際に、所定の期待値を補正する。したがって、色度制御のために生じる液晶パネルの輝度変化を防ぐことができる。
以下、本発明の一実施形態による液晶表示装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態による液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図1において、1は、液晶パネルであり、RGBにわかれたカラーフィルタを有し、RGBに相当する信号レベルを制御することにより、RGBそれぞれの階調を表示する。2は、バックライトシステム(以下、単にバックライトという)であり、液晶パネル1の階調を輝度に変換する。バックライト2は、複数の冷陰極管(CCFL)3と、その電流を制御するインバータ回路4とを備えており、複数の冷陰極管3の電流を制御することにより、液晶パネル1の輝度を増減する。
センサ5、6、7は、バックライト2から漏れる、または導いて取り出された光(R、G、B)を検出し、それぞれの光量に応じた電流に変換し、電流電圧変換部8に供給する。電流電圧変換部8は、センサ5、6、7からの電流を電圧に変換し、CPU10に供給する。CPU10は、A/D変換器9を有し、上記電流電圧変換部8からの電圧をデジタルデータ(以下、RGBデータ)に変換する。
また、CPU10は、A/D変換器9によって変換されたRGBデータ、すなわち、バックライト2から漏れる、または導いて取り出された光(R、G、B)の光量に応じたRGBデータに対して所定の演算を行った後、該演算結果に従って、バックライトの電流を制御するとともに、液晶パネルの信号レベルを制御するための制御信号S1、S2を生成し、それぞれインバータ回路4、信号処理部11に供給する。インバータ回路4は、上記制御信号S1に従って、バックライト2の電流を制御する。信号処理部11は、上記制御信号S2に従って、液晶パネル1の信号レベルを制御する。
上述した構成によれば、バックライト2から漏れる、または導いて取り出された光は、RGBの3つのセンサ5、6、7で電流に変換された後、電流電圧変換部8で電圧に変換され、A/D変換器9でRGBデータに変換される。CPU10では、デジタル化されたRGBデータに対して所定の演算が行われ、バックライト2の電流を制御するとともに、液晶パネル1の信号レベルを制御するための制御信号S1、S2が生成される。なお、制御信号S1は、センサ5、6、7により検出されたバックライト2の輝度に基づく制御信号である。また、制御信号S2は、センサ5、6、7により検出されたバックライト2の色温度に基づく制御信号である。インバータ回路4では、上記制御信号S1に従って、バックライト2の電流が制御される。信号処理部11では、上記制御信号S2に従って、液晶パネル1の信号レベルが制御される。
次に、上記CPU10における演算処理について説明する。
CPU10は、デジタル化されたRGBデータを、液晶パネル1の表面を測定した3刺激値XYZに変換する。これは、RGBの各センサ5、6、7の色度スペクトラム特性と3刺激値X、Y、Zのスペクトラム特性とが、図2(a)、(b)に示すように、完全に一致しないためであり、CPU10は、次式(1)、(2)、(3)に従って、RGBデータを3刺激値X、Y、Zに変換する。
Figure 2008116850
Figure 2008116850
Figure 2008116850
なお、上記数式(1)〜(3)において、Rs、Gs、Bsは、センサ5、6、7の出力値であり、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、lは、各機種固有の固定定数であり、X、Y、Zは、3刺激値である。
全ての機種において、各3刺激値におけるRs、Gs、Bsの比が等しいと仮定すると、上記数式(1)、(2)、(3)は、次式(4)、(5)、(6)のように表される。
Figure 2008116850
Figure 2008116850
Figure 2008116850
なお、上記数式(4)〜(6)において、b’、c’、f’,g’,j’,k’は、全ての機種に共通する固定定数である。
機種毎に、所定の輝度範囲の最大輝度と最小輝度における液晶パネル表面の3刺激値X、Y、Zの測定値と、そのときのセンサ値Rs、Gs、Bsとを求めることにより、数式(4)、(5)、(6)の変数a、d、e,h,i,lが求まる。これにより、図3に示すようなセンサ5、6、7の感度のばらつきを機種毎に校正することができ、さらに、その輝度範囲でのトラッキングをとることが可能となる。
上述したように、バックライト2の3波長光出力をRGBの各センサ5、6、7で検出したセンサ値Rs、Gs、Bsと液晶表面の3刺激値X、Y、Zとが相関付けられる。この3刺激値X、Y、Zからは、さらに、次式(7)、(8)、(9)に従って輝度値Lvと色度値x、yとを求めることができる。
Figure 2008116850
Figure 2008116850
Figure 2008116850
前述したように、センサ値Rs、Gs、Bsが分かれば、液晶表面の3刺激値X、Y、Zは、ある輝度範囲で求まる。よって、バックライト電流を制御することにより輝度値Lvを期待値Lv’になるように制御することができる。すなわち、図4に示すようなループを構成することになる。
色度については、バックライト2の色温度を変化させることは難しいので、信号処理部11において、CPU10からの制御信号S2(すなわち、センサ5、6、7により検出されたバックライト2の色温度に関する情報に基づく制御信号)に従って、液晶パネル1に供給する表示信号のレベルを変化させることにより、液晶パネル1の色度を一定にする。
液晶パネル1に供給する表示信号のレベルを、Rp、Gp、Bpとする。
白色点を基準に、
Rpを減少→xy座標のxが減少、yは変化しない、
Gpを減少→xy座標のxは変化しない、yは減少、
Bpを減少→xy座標のxは増加、yは増加、
の関係がある。
例えば、
Δx=0.0004×ΔRp
Δy=0×ΔRp
となる。
工場出荷時に予め測定しておいた基準の色温度値x、yからどれだけずれているかによって、Rp、Gp、Bpのレベルを制御する。その方法を以下に示す。なお、現在の色度値x、yをxc、yc、基準の色度値x、yをxf、yfとする。
(1)ycがyfよりも低く、かつxcがxfより高い場合:Bpを減少させてycとyfとを一致させる。
Bpの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δy=−0.0002×ΔBp
Δx=−0.0002×ΔBp
ΔY=0.0764×Y(255,255,255)×ΔBp/255
さらに、Rpを減少させxcとxfを一致させる。
Rpの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δy=0
Δx=0.0004×ΔRp
ΔY=0.338×Y(255,255,255)×ΔRp/255
ここで、図5は、ycがyfよりも低い場合に、Bpを減少させてycとyfとを一致させ、xcがxfより高い場合にRpを減少させxcとxfとを一致させる場合における概念図である。
(2)ycがyfよりも低く、かつxcがxfよりも低い場合:Bpを減少させてycとyfとを一致させる。
Bpの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δy=−0.0002×ΔBp
Δx=−0.0002×ΔBp
ΔY=0.6691×Y(255,255,255)×ΔBp/255
さらに、BpとGpを減少させxcとxfを一致させる。
BpとGpとの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δx=−0.0003×ΔBpGp
Δy=0.00008×ΔBpGp
ΔY=0.7309×Y(255,255,255)×ΔBpGp/255
ここで、図6は、ycがyfよりも低い場合に、Bpを減少させてycとyfとを一致させxcがxfより低い場合にBpとGpを減少させxcとxfとを一致させる場合における概念図である。
(3)ycがyfよりも高く、かつxcがxfより高い場合:Gpを減少させてycとyfとを一致させる。
Gpの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δx=−0.00009×ΔGp
Δy=0.0003×ΔGp
ΔY=0.6691×Y(255,255,255)×ΔGp/255
さらに、Rpを減少させxcとxfを一致させる。
Rpの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δy=0
Δx=0.0004×ΔRp
ΔY=0.338×Y(255,255,255)×ΔRp/255
ここで、図7は、ycがyfよりも高い場合に、Gpを減少させてycとyfとを一致させ、xcがxfよりも高い場合にRpを減少させxcとxfを一致させる場合における概念図である。
(4)ycがyfよりも高く、かつxcがxfよりも低い場合:Gpを減少させてycとyfとを一致させる。
RpとGpとの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δy=−0.00009×ΔRpGp
Δx=0.0003×ΔRpGp
ΔY=0.6691×Y(255,255,255)×ΔRpGp/255
さらに、BpとGpを減少する。
BpとGpとの変化に対するx、yの変化量は、以下の通りである。
Δx=−0.0003×ΔBpGp
Δy=0.00008×ΔBpGp
ΔY=0.7309×Y(255,255,255)×ΔBpGp/255
ここで、図8は、ycがyfよりも高い場合に、Gpを減少させてycとyfとを一致させ、xcがxfよりも低い場合BpとGpを減少させxcとxfpを一致させる場合における概念図である。
上述した(1)〜(4)において、RGB全てが255より低い場合には、一番高い色が255になるように変更する。
液晶パネル1に供給する表示信号のレベルは、8bit分解能のとき、通常、最大255の値をとる。上述したように、表示信号レベルを変えることによって色度を合わせたとき、輝度Lvが下がってしまう。そこで、予めRGBそれぞれの表示信号レベルを変えたときの輝度変化を測定しておき、色度を合わせたとき、どれだけ輝度が落ちるかを算出する。その例を上記(1)〜(4)の中にΔYで表している。該ΔYを期待値Lv’に加えることにより輝度を一定にする。
液晶パネル1に供給する表示信号のRGBレベルを変えることにより生じる輝度の低下を期待値Lv’に加えることにより輝度値Lvを一定にする方法にはいろいろな応用が考えられる。
一例として、液晶パネル1の画面色温度を変更するのにRGBのレベルを変える方法がある。例えば、RGBとも最大レベル(8bitの場合R=255、G=255、B=255)が6500K(ケルビン)の液晶パネルの場合、9300Kに設定するには、R=180、G=197、B=255となり、輝度が33%に低下してしまう。そこで、この低下分を期待値Lv’に加えることにより、輝度を変えることなく、色温度を変更することが可能となる。
他の例として、液晶パネルの輝度均一性・色均一性を改善する方法として、画面の部分に応じてRGBのレベルを変える方法がある。一般的に液晶パネルは、人間の目が集中する中央部の輝度を高くして画面を明るく見せるように作られている。医用向け等の輝度・色均一性の規格を満足させるために、画面中央のRGBレベルを落とすことにより、周囲の輝度差を少なくし、輝度・色均一性を向上させる方法がある。画面の輝度の定義は、画面中央部で測定するのが一般的であるので、輝度・色均一性を向上させた場合、輝度の低下を生じる。そこで、この低下分を期待値Lv’に加えることにより、輝度を変えることなく、輝度・色均一性を向上させることが可能となる。
ここで、図9(a)は、本実施形態による輝度均一性補正前の輝度特性を示す概念図であり、図9(b)は、本実施形態による輝度均一性補正を行った後の輝度特性を示す概念図である。輝度均一性補正前は、図9(a)に示すように、中央部で最も高く、周囲ほど低いことが分かる。これに対して、輝度均一性補正後は、図9(b)に示すように、輝度がほぼ均一になっていることが分かる。
上述した実施形態によれば、液晶表示装置において、バックライト2の光出力をRGBの各センサ5、6、7で検出し、その値から輝度値Lvと色温度x、yとを求め、輝度の期待値Lv’と工場出荷時の色差x、yになるように、バックライト2への電流と液晶パネル1への表示信号のレベルとを制御することにより、変化のない安定した輝度と色度を実現することができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態において、センサ5、6、7の色度スペクトラム特性と3刺激値XYZのスペクトラム特性とを示す概念図である。 センサ5、6、7の感度のばらつきを示す概念図である。 本実施形態による制御方法を説明するための概念図である。 ycがyfよりも低い場合に、Bpを減少させてycとyfとを一致させる場合における概念図である。 ycがyfよりも低い場合に、Bpを減少させてycとyfとを一致させる場合における概念図である。 ycがyfよりも高い場合に、Gpを減少させてycとyfとを一致させる場合における概念図である。 ycがyfよりも高い場合に、Gpを減少させてycとyfとを一致させる場合における概念図である。 輝度均一補正前と輝度均一補正後の輝度特性を示す概念図である。
符号の説明
1 液晶パネル
2 バックライト
3 冷陰極管
4 インバータ回路(第1の制御手段)
5、6、7 センサ(検出手段)
8 電流電圧変換部
9 A/D変換部
10 CPU(第1の制御手段、第2の制御手段、第1の変換手段、第2の変換手段、補正手段)
11 信号処理部(第2の制御手段)

Claims (6)

  1. 液晶パネルと該液晶パネルの背面に設けられたバックライトとを備える液晶表示装置であって、
    前記バックライトのRGB出力光レベルを検出する検出手段と、
    前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の輝度になるように、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御する第1の制御手段と、
    前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の色度になるように前記液晶パネルに供給される表示信号を制御する第2の制御手段と
    を具備することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記検出手段により検出されたRGB出力光レベルを3刺激値に変換する第1の変換手段と、
    前記3刺激値を輝度値及び色度値に変換する第2の変換手段とを具備し、
    前記第1の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記輝度値に基づいて、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御し、
    前記第2の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記色度値に基づいて、前記液晶パネルに供給される表示信号を制御することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記輝度値と所定の期待値とが一致するように、前記バックライト電流を制御することを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2の制御手段は、前記第2の変換手段により変換された前記色度値と所定の期待値または初期値とが一致するように、前記液晶パネルに供給される表示信号を制御することを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  5. 前記第2の制御手段によって前記液晶パネルに供給される表示信号を制御する際に生じる前記液晶パネルの輝度変化を防ぐために、前記第1の制御手段による、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御する際に、前記所定の期待値を補正する補正手段を具備することを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
  6. 液晶パネルと該液晶パネルの背面に設けられたバックライトとを備える液晶表示装置の液晶表示装置制御方法であって、
    前記バックライトのRGB出力光レベルを検出するステップと、
    前記検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の輝度になるように、前記バックライトを駆動するためのバックライト電流を制御するステップと、
    前記検出されたRGB出力光レベルに基づいて、所定の色度になるように前記液晶パネルに供給される表示信号を制御するステップと
    を含むことを特徴とする液晶表示装置制御方法。
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