JP2015032504A - 発光装置、その制御方法、及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象以外の発光制御単位を消灯させ測定対象の発光制御単位の輝度をセンサにより測定する場合の測定対象以外の発光制御単位の消灯期間が長くなることを抑制する。【解決手段】個別に発光量を調節可能な複数の光源と、前記光源からの光を測定するセンサと、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態で前記センサから出力される測定値に基づき当該測定対象の光源の光学特性を測定する測定手段と、前記光源の発光を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、測定対象でない光源を前記センサに近い光源から順に消灯させる消灯処理を行うことにより、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態とすることを特徴とする発光装置。【選択図】図３

Description

本発明は発光装置、その制御方法、及び画像表示装置に関する。

バックライトの輝度制御に関して、センサを用いて光源の輝度を測定し、フィードバック制御を行う技術がある。さらに、個別に発光量を調節可能な光源を複数備えるようなバックライトにおいては、一つの発光制御単位だけを点灯させた状態で当該発光制御単位に対応するセンサにより当該発光制御単位の輝度測定を行う技術も存在する。

特開２００５−１５７３１６号公報

上記のように、一つの発光制御単位だけを点灯させて測定を行う場合、一つの発光制御単位の発光量に合わせて、センサ回路の構成を決定しておく必要がある。具体的にはセンサ素子が接続されるアンプのゲインを決定する回路の抵抗値やコンデンサ容量の値が、測定対象が発する（この場合一つの発光制御単位が発する）発光量に応じて決定されている必要がある。一つの発光制御単位のみが発光している状態に適するようにセンサ回路が構成されている場合に、複数の発光制御単位が発光すると、センサ回路のダイナミックレンジを超えた光が入射することになり、センサ回路が飽和状態となる。センサを用いて正しく測定を行うためには、センサがこの飽和状態から復帰した状態で測定を行う必要がある。センサ回路が飽和状態から復帰するために要する時間は、構成されている回路の抵抗値やコンデンサ容量に応じて変化する。測定対象の発光制御単位以外が消灯し終わった後、まだセンサ回路が飽和状態から復帰していない場合、測定対象の発光制御単位についての測定を開始するまで待ち時間が生じる。そうすると、画面の輝度が落ちている期間が飽和状態からの復帰待ち時間分長くなることになる。

これに対し、測定時以外に複数の発光制御単位が点灯していてもセンサ回路が飽和状態にならないようにするために、例えば複数のセンサ回路を持ちスイッチで切り替え可能にすることも考えられるが、追加のハードウェア構成分コストが増加する。

本発明は、測定対象以外の発光制御単位を消灯させ測定対象の発光制御単位の輝度をセンサにより測定する場合の測定対象以外の発光制御単位の消灯期間が長くなることを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、個別に発光量を調節可能な複数の光源と、
前記光源からの光を測定するセンサと、
測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態で前記センサから出力される測定値に基づき当該測定対象の光源の光学特性を測定する測定手段と、
前記光源の発光を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、測定対象でない光源を前記センサに近い光源から順に消灯させる消灯処理を行うことにより、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態とすることを特徴とする発光装置である。

本発明は、個別に発光量を調節可能な複数の光源と、
前記光源からの光を測定するセンサと、
を備える発光装置の制御方法であって、
測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態で前記センサから出力される測定値に基づき当該測定対象の光源の光学特性を測定する測定工程と、
前記光源の発光を制御する制御工程と、
を有し、
前記制御工程では、測定対象でない光源を前記センサに近い光源から順に消灯させる消灯処理を行うことにより、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態とすることを特徴とする発光装置の制御方法である。

本発明によれば、測定対象以外の発光制御単位を消灯させ測定対象の発光制御単位の輝度をセンサにより測定する場合の測定対象以外の発光制御単位の消灯期間が長くなることを抑制することができる。

実施例の直下型バックライトの模式図 実施例のバックライトの制御ブロック図 実施例のバックライト消灯作業と発光との関係を示した図 実施例のセンサ動作タイミング図 実施例の消灯順序を加えた直下型バックライトの模式図 実施例の発光制御単位とセンサの距離関係図 従来のバックライト消灯処理と発光との関係を示した図 従来のセンサ動作タイミング図

（実施例１）
まず本実施例のバックライトの構成例について説明する。
図１は本実施例の直下型バックライトを正面視した模式図である。バックライトは個別に発光量を調節可能な光源であるLED 1又はLED群1（以下LED1と記述）の複数の集合によ
り構成される。各LED1は独立に発光を制御可能な発光制御単位である。バックライトは、LED1の発光を測定する複数のセンサ2（L-1-1〜R-4-5）が具備されている。各センサ2は複数のLED1の各々との位置関係が異なる。LED1については、例えば複数の白色LEDで構成さ
れていても良いし、複数色（例えば赤・緑・青）のLEDで構成されていても良い。本実施
例では簡単のため各発光制御単位は白色LEDで構成されているとする。

次に制御の構成について、ブロック図を用いて説明する。
図２は本実施例のハードウェア構成のブロック図である。
本実施例のバックライトはLEDドライバ群4とLED群1とセンサ群2からなる。バックライ
トが具備するLEDドライバ群4は、制御線によりマイコン3と接続される。この制御線はI2C（Inter-Integrated Circuit）やSPI(Serial Peripheral Interface)などのシリアル線を用いるのが一般的である。マイコン3はこの制御線を介してLEDドライバ群4にコマンドを
送信し、点灯・消灯の制御を行うことができる。電源（図示せず）負荷軽減のため図３や図６に示したように点灯期間は画面の横方向に並んだ複数のLED1からなる列（光源列）ごとに少しずつずれて制御されることもある。

また、マイコン3は、LED1の発光を監視してフィードバック制御を行うために具備され
ているセンサ群2から出力値を取得することができる。

次に、参考のために従来の技術におけるセンサによるLEDの発光測定の手順の一例を説
明する。なお、以下の従来技術の説明では、便宜的にセンサやマイコン等の符号として図２に示す本実施例の符号を用いるが、本実施例のセンサやマイコン等が実際に行う動作は以下の従来技術の動作ではない。

図１中「Ａ」で示した位置のLED1の発光を測定するために、例えばL-1-5のセンサ2を使用するとする。「Ａ」のLED1の発光を測定するには、「Ａ」以外のLED1を消灯する必要がある。

まずマイコン3が列1を担当するLEDドライバ4に対しLED1を消灯するコマンドを送信する(図７、図８のSTEP1)。これにより列１のLED1が消灯するが、必ずしも列1の点灯期間と列1を担当するLEDドライバ4にこの消灯コマンドが送信されるタイミングとが重なるとは限
らない。これは先に述べたように、電源の負荷軽減のため列ごとにLEDの点灯期間のタイ
ミングをずらしていることがあるからである。
続いてマイコン3は、列２〜１０の各列についても同様に、順次、各列を担当するLEDドライバ4に対して消灯コマンドを送信する（図７、図８のSTEP2）。

消灯処理が完了すると、光の入射が無くなるので、センサ2は飽和状態から復帰し始め
る（図８のSTEP2-1）。この復帰時間は先にも述べたように、構成されている回路の抵抗
値・容量に応じて定まる。この飽和からの復帰期間中、センサは入射した光に応じた出力をしていないため、復帰期間中にセンサの値を読み取ってしまうと、間違った測定値を取得することになる。よって、回路構成から定まる一定時間（飽和復帰時間）、測定値の取得を待つ必要がある。センサに大きく影響を与えるのは、距離的に近い位置で発光しているLEDの光なので、今回の例では列９,１０のLED1が消灯した後にセンサが飽和から復帰するまでが、概ね測定値の取得ができない飽和からの復帰待ち時間となる。この時間を待った後、次にマイコン3がLEDドライバ4にコマンドを送信して、測定対象のLED1のみを点灯
させる（図７、図８のSTEP3）。その入射光によりセンサ回路は構成される抵抗値や容量
に応じた時定数で充電され（図８のSTEP3-1）、一定時間後に正しい測定値を出力する。

正しい出力値が期待できる時間待った後、マイコン3がセンサから出力値を読み取り、LEDドライバ4にコマンドを送信して消灯解除の処理を行う（図７、図８のSTEP4）。この解除処理も列１から列１０へと順次行われる。消灯解除されると、LED1は順次再点灯するため、消灯解除の処理が終了（図７、図８のSTEP5）する頃にはセンサ2はまた飽和状態に近くなっている。

次に本実施例における制御順序について図を用いて説明する。
本実施例においても、回路構成については上述の従来例と同様とする。従って、センサの飽和状態からの復帰時間及びセンサ値取得可能となるまでの時間の長さについては従来と同じとする。

まず、マイコン3が測定対象LED1の位置に応じた、消灯開始位置を決定する。今回は図
１の「Ａ」の位置のLED1を測定するため、マイコン3からLEDドライバ4に対してコマンド
を送信し、列９から消灯を開始する。「Ａ」位置のLED1を測定するためには、L-1-5のセ
ンサ2を使用する。L-1-5のセンサ2から見た時、列９も列１０も同じ距離である。ここで
、図３に示したように上の列から下の列へという順番で点灯期間をずらすようにしている。そうすると、列１０の点灯期間の先頭部分にセンサ測定のタイミングを設ける場合に、位置的に上の列は消灯処理開始時において実際に発光している（消灯処理開始タイミングが点灯期間内である）可能性が高い。よってセンサから等距離のLEDであれば上部に位置
しているLEDを優先して消灯することが望ましく、今回の例では列９をまず消灯する（図
３、図４のSTEP1）。

その後マイコン3からLEDドライバ4へのコマンド送信を行い、列１０を消灯し、列８・
７・６・５・４・３・２・１の順に消灯を行う。センサ2に対する影響度が大きく且つ実
際に点灯している列から消灯処理を開始するので、消灯処理が完了（図３、図４のSTEP2
）した頃にはセンサ2は飽和から復帰している。よって消灯処理完了から待ち時間なくマ
イコン3からLEDドライバ4に対してコマンド送信を行い、測定対象のLED1を点灯し（図３
、図４のSTEP3）する。正しい出力値が期待できる時間待った後、センサから出力値をマ
イコン3が読み取る。マイコン3からLEDドライバ4に対してコマンド送信を行い、消灯解除の処理を開始する（図３、図４のSTEP4）。消灯解除処理も消灯処理と同様、列９・１０
・８・７・６・５・４・３・２・１の順で行う。

以上のように本実施例を適用した場合、消灯処理が完了してからセンサの準備が整う（飽和状態から復帰して正しい測定値を出力可能な状態になる）までの時間を従来よりも短縮することができる。よって、測定対象のLEDの輝度の測定（センサ出力値の取得）を従
来より早く開始できる。従って、短期間で測定対象のLEDの輝度の測定値を取得すること
ができ、測定のための消灯処理に起因してバックライト全体の輝度が低下する期間を短縮することが可能となるので、バックライトの最大輝度を向上することができる。また、点灯期間中に短い間とはいえ消灯期間が存在することは、人間の目にフリッカとして認識される場合があるが、消灯期間が短くなることで、上記フリッカ感も抑制できる。

（実施例２）
実施例１では、測定を行うLED1が所属する列ごとに、測定を担当するセンサ2からの距
離に応じた順番で消灯を行う例について述べた。本実施例では、LED個々を、測定を担当
するセンサ2からの距離に応じて消灯する例について図を用いて説明する。

図５は図１同様、直下型バックライトを正面視した模式図である。
図５中「Ａ」に示したLED1の発光を測定する場合に、例えばL-2-3のセンサ2を使用することとする。測定時には、このセンサ2への影響度が高いLED1から消灯する。そのために
、測定に使用するセンサ2から、それぞれのLED1がどのくらい離れているかを判別する。

まずマイコン3は測定に使用するセンサ2の位置からそれぞれのLED1までの距離を、例えば図６に示したように決定する。この例では、センサ2に隣接しているLED1は距離１、そ
の上下左右のLED1は距離２、斜めに位置するものは距離２．５のように決定した。次に、この距離関係に基づき、マイコン3は消灯を開始するLED1の順番を決定する。マイコン3は、まず距離１のLED1の中から最初に消灯するLED1を選択する。実施例１でも述べたように、点灯期間の先頭にセンサ測定のタイミングを設ける場合、位置的に上の列が消灯処理開始時に点灯している可能性が高いため、上に配置されているLEDを優先して消灯する。左
右方向については、液晶の走査方向に応じて決定する。液晶が左から右に走査している場合には左を優先して消灯、逆の場合は右を優先する。今回の例では、液晶の走査方向は左から右であるとし、左を優先して消去する。

同様に距離２のLED1の中で消灯順序を決定、距離２．５、３、３．５・・・のようにLED1の消灯順序を決定していく。決定された消灯順序の一部を図５に示す。
このように決定された順序に従い、マイコン3は各LED1を担当するLEDドライバ4に対し
コマンドを順次送信し、消灯処理を行う。

このように消灯処理を行えば、センサ2に対して影響度の高い順にLED1を消灯していく
ことが可能となり、結果図４に示したように、消灯処理と平行してセンサ2が飽和状態か
ら復帰していく。これにより、消灯処理が完了した時点でセンサが飽和状態から復帰した
状態又はそれに近い状態になっているので、消灯処理が完了してからセンサ値の取得処理を開始するまでの時間を短縮できる。結果として、測定処理全体の所要時間を短縮することができるので、測定のための消灯期間を短縮でき、測定のための消灯に起因する輝度低下を抑制できる。

本実施例において、センサ2ごとに、センサと各LED1との距離の情報を予め不揮発メモ
リ等の記憶手段に記憶させておき、マイコン3は測定に用いるセンサに対応する各LED1と
の距離の情報を読み込み、消灯順序を決定しても良い。或いは、センサ2ごとに、LEDの消灯順序の情報を予め記憶手段に記憶させておき、マイコン3は測定に用いるセンサに対応
する消灯順序の情報を読み込むことで、各LEDの消灯順序を決定しても良い。

上記各実施例において、センサからの距離が同じLED又はLED列のうち上に位置する方を先に消灯する例を示したが、順序は列ごとの点灯期間のずらし方との関係で決められる。列ごとの点灯期間のずらし方は上記各実施例で示したものに限らず、列ごとの点灯期間のずらし方によっては、消灯処理開始時に実際に点灯している可能性が高い列が上に位置する列ではない場合もあり得る。そのような場合は、消灯処理開始時に実際に点灯している可能性が高い列を先に消灯するようにするのが望ましい。

上記各実施例において、センサ値取得タイミングを測定対象のLEDの点灯期間の先頭（
開始タイミング）に設定する例を示したが、センサ値取得タイミングは測定対象のLEDの
点灯期間中の任意のタイミングで良い。センサ値取得タイミングが点灯期間中のどこに設定するかによって、消灯処理で消灯する順序を決定しても良い。例えば、センサ値取得タイミングが点灯期間の終端に近い場合、センサ値取得タイミングにおいて点灯している可能性が高いLED列は測定対象のLEDが属するLED列の上の列ではないことも考えられる。そ
の場合、センサ値取得タイミングにおいて点灯している可能性が高いLED列のうち測定対
象のLEDが属するLED列に近いLED列を優先的に消灯させるようにしても良い。

上記各実施例は、画像信号に応じてバックライトから照射される光を変調することにより画像を表示する表示パネル（例えば液晶パネル）を有する画像表示装置のバックライトに本発明の発光装置を適用した実施例である。しかし本発明の発光装置は液晶表示装置等の画像表示装置に用いられるバックライトに限定されない。本実施例で説明したバックライトを備える液晶表示装置等の画像表示装置も本発明に含まれる。

上記各実施例において、マイコン3はセンサ2からの出力値に基づいて、LEDの輝度に限
らず、色度等の光学特性を測定することができる。また、マイコン3は、センサ2にからの出力値に基づいて取得したLEDの光学特性（輝度・色度）の測定値に基づいて、各LEDの光学特性が所定の目標値になるように、LEDごとに発光量を補正するキャリブレーションを
行うこともできる。LEDがRGB等の複数の色のLEDの組み合わせである場合は、色ごとに光
学特性の測定を行う。

１ LED、２ センサ、３ マイコン、４ LEDドライバ

Claims (19)

1. 個別に発光量を調節可能な複数の光源と、
   前記光源からの光を測定するセンサと、
   測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態で前記センサから出力される測定値に基づき当該測定対象の光源の光学特性を測定する測定手段と、
   前記光源の発光を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、測定対象でない光源を前記センサに近い光源から順に消灯させる消灯処理を行うことにより、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態とすることを特徴とする発光装置。
2. 各光源との位置関係が異なる複数のセンサを有し、
   各光源に対応して、前記測定手段が光学特性を測定する際に測定値を取得するセンサが決められており、
   前記制御手段は、前記消灯処理において、測定対象でない光源を、測定値を取得するセンサに近い光源から順に消灯させる請求項１に記載の発光装置。
3. 前記制御手段は、前記消灯処理において消灯する対象の光源のうちに、測定値を取得するセンサとの距離が同じ光源が複数ある場合、消灯処理の開始する時点において点灯している光源を優先的に消灯させる請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光装置は、画像信号に応じて前記発光装置からの光を変調することで画像を表示する表示パネルに光を照射するバックライトであり、
   前記制御手段は、前記消灯処理において消灯する対象の光源のうちに、測定値を取得するセンサとの距離が同じ光源が複数ある場合、前記表示パネルの走査方向に基づいて、優先的に消灯させる光源を決める請求項２又は３に記載の発光装置。
5. 前記光源は、点灯期間と消灯期間の長さを調節することにより発光量を調節可能な光源であり、光源ごとに点灯期間と消灯期間のタイミングが予め定められており、
   前記制御手段は、測定対象の光源の予め定められた点灯期間中に、前記測定手段による前記センサからの測定値の取得が行われるように、前記消灯処理を開始する請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記発光装置は画像表示装置のバックライトであり、
   前記制御手段は、画面の横方向に並ぶ複数の光源からなる光源列ごとに発光を制御するものであって、前記消灯処理において、測定値を取得するセンサに近い光源列から順に消灯させる請求項２〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記各光源と前記各センサとの距離の情報を取得する取得手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記取得手段により、前記各光源と測定値を取得するセンサとの距離の情報を取得し、当該情報に基づいて、前記消灯処理において測定対象でない光源を消灯させる順序を決定する請求項２〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記測定手段は、前記制御手段による消灯処理が完了した後、測定値を取得するセンサが飽和状態から復帰するまで待ってから、前記センサから測定値を取得する請求項２〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記測定手段は、前記制御手段による消灯処理が完了した時点で、測定値を取得するセンサが飽和状態から復帰している場合、前記消灯処理が完了した時点で前記センサから測
   定値を取得する請求項２〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置をバックライトとして備える画像表示装置。
11. 個別に発光量を調節可能な複数の光源と、
    前記光源からの光を測定するセンサと、
    を備える発光装置の制御方法であって、
    測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態で前記センサから出力される測定値に基づき当該測定対象の光源の光学特性を測定する測定工程と、
    前記光源の発光を制御する制御工程と、
    を有し、
    前記制御工程では、測定対象でない光源を前記センサに近い光源から順に消灯させる消灯処理を行うことにより、測定対象の光源のみ点灯し測定対象でない光源が消灯した状態とすることを特徴とする発光装置の制御方法。
12. 各光源との位置関係が異なる複数のセンサを有し、
    各光源に対応して、前記測定工程で光学特性を測定する際に測定値を取得するセンサが決められており、
    前記制御工程では、前記消灯処理において、測定対象でない光源を、測定値を取得するセンサに近い光源から順に消灯させる請求項１１に記載の発光装置の制御方法。
13. 前記制御工程では、前記消灯処理において消灯する対象の光源のうちに、測定値を取得するセンサとの距離が同じ光源が複数ある場合、消灯処理の開始する時点において点灯している光源を優先的に消灯させる請求項１２に記載の発光装置の制御方法。
14. 前記発光装置は、画像信号に応じて前記発光装置からの光を変調することで画像を表示する表示パネルに光を照射するバックライトであり、
    前記制御工程では、前記消灯処理において消灯する対象の光源のうちに、測定値を取得するセンサとの距離が同じ光源が複数ある場合、前記表示パネルの走査方向に基づいて、優先的に消灯させる光源を決める請求項１２又は１３に記載の発光装置の制御方法。
15. 前記光源は、点灯期間と消灯期間の長さを調節することにより発光量を調節可能な光源であり、光源ごとに点灯期間と消灯期間のタイミングが予め定められており、
    前記制御工程では、測定対象の光源の予め定められた点灯期間中に、前記測定工程における前記センサからの測定値の取得が行われるように、前記消灯処理を開始する請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の発光装置の制御方法。
16. 前記発光装置は画像表示装置のバックライトであり、
    前記制御工程では、画面の横方向に並ぶ複数の光源からなる光源列ごとに発光を制御するものであって、前記消灯処理において、測定値を取得するセンサに近い光源列から順に消灯させる請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の発光装置の制御方法。
17. 前記各光源と前記各センサとの距離の情報を取得する取得工程を更に有し、
    前記取得工程では、前記各光源と測定値を取得するセンサとの距離の情報を取得し、
    前記制御工程では、当該情報に基づいて、前記消灯処理において測定対象でない光源を消灯させる順序を決定する請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の発光装置の制御方法。
18. 前記測定工程では、前記制御工程における消灯処理が完了した後、測定値を取得するセ
    ンサが飽和状態から復帰するまで待ってから、前記センサから測定値を取得する請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の発光装置の制御方法。
19. 前記測定工程では、前記制御工程における消灯処理が完了した時点で、測定値を取得するセンサが飽和状態から復帰している場合、前記消灯処理が完了した時点で前記センサから測定値を取得する請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の発光装置の制御方法。

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