JP2017201340A

JP2017201340A - Ｌｅｄディスプレイ、およびｌｅｄディスプレイの輝度補正方法

Info

Publication number: JP2017201340A
Application number: JP2016092365A
Authority: JP
Inventors: 和史上田; Kazufumi Ueda
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-11-09

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子の実装の高密度化しやすいＬＥＤディスプレイ、およびＬＥＤディスプレイの輝度補正方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、前記ＬＥＤ素子のカソードの電圧を測定する測定部と、前記測定部が測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、前記電圧データに対応する発光輝度の減少率を示す第１のデータを決定する減少率データ決定部と、前記非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応する前記ＬＥＤ素子の温度上昇を示す第２のデータを決定する温度上昇データ決定部と、決定された前記第１のデータ、および決定された前記第２のデータに基づいて、前記第２の発光期間を変更する発光期間変更制御部と、を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＬＥＤディスプレイ、およびＬＥＤディスプレイの輝度補正方法に関する。

ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；発光ダイオード）ディスプレイは、ＬＥＤ素子を１つの画素として使用するディスプレイである。近年、ＬＥＤディスプレイにおいては、高解像度の製品が増えており、ＬＥＤ素子の小型化、ＬＥＤ素子の実装の高密度化が進んでいる。さらに、ＬＥＤディスプレイの色深度は、１色あたり１２ｂｉｔ以上と、色再現性が高いものが多いのも特徴である。

ＬＥＤディスプレイが使用するＬＥＤ素子には、製造上の輝度のバラつきがあり、画面内で輝度を均一にするためには、ＬＥＤ素子各々の輝度を調整する必要がある。そのためにはＬＥＤ素子の輝度を予め測定し、予め測定した輝度データを元にＬＥＤ素子の発光輝度を設定する必要がある（例えば、特許文献１）。

特開平８−１８５１３９号公報

しかしながら、ＬＥＤ素子は温度に依存して輝度が変化するため、環境温度によってＬＥＤディスプレイの画面内の輝度にバラつきが生じてしまう。
そのため、環境温度によってＬＥＤディスプレイの画面内の輝度にバラつきを生じさせずに、測定した輝度データを元にＬＥＤ素子の発光輝度を設定するには、ＬＥＤディスプレイにおいて、ＬＥＤ素子の温度を測定するための温度センサと、温度センサの結果を制御部に出力するための配線が必要となってしまう。そのため、ＬＥＤ素子の実装の高密度化にとって不利になってしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、ＬＥＤ素子の実装の高密度化しやすいＬＥＤディスプレイ、およびＬＥＤディスプレイの輝度補正方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のＬＥＤディスプレイは、ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、前記ＬＥＤ素子のカソードの電圧を測定する測定部と、前記測定部が測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、前記電圧データに対応する発光輝度の減少率を示す第１のデータを決定する減少率データ決定部と、前記非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応する前記ＬＥＤ素子の温度上昇を示す第２のデータを決定する温度上昇データ決定部と、決定された前記第１のデータ、および決定された前記第２のデータに基づいて、前記第２の発光期間を変更する発光期間変更制御部と、を有する。

また、本発明のＬＥＤディスプレイの輝度補正方法は、ＬＥＤ素子が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、測定部が、前記ＬＥＤ素子のカソードの電圧を測定する電圧測定工程と、減少率データ決定部が、前記測定部が測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、前記電圧データに対応する発光輝度の減少率を示す第１のデータを決定する減少率データ決定工程と、温度上昇データ決定部が、前記非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応する前記ＬＥＤ素子の温度上昇を示す第２のデータを決定する温度上昇データ決定工程と、発光期間変更制御部が、決定された前記第１のデータ、および決定された前記第２のデータに基づいて、前記第２の発光期間を変更する発光期間変更制御工程と、を有する。

本発明によれば、ＬＥＤ素子のカソード電圧を検知して温度測定を実行するため、追加の温度センサと配線は不要となり、高密度化しやすいＬＥＤディスプレイ、およびＬＥＤディスプレイの輝度補正方法を提供することができる。

本実施形態のＬＥＤ駆動回路の概略構成図である。図１に示すＬＥＤ駆動回路が実行するＬＥＤ素子の輝度補正を説明するためのタイミングチャートである。本実施形態のＬＥＤディスプレイのシステム構成図である。図３に示すＬＥＤキャビネットの内部回路の概略構成図である。ＬＥＤ素子の発光期間とＬＥＤ素子の温度上昇との関係の一例を示す図である。ＬＥＤ素子の温度とＬＥＤ素子の発光輝度の減少率との関係の一例を示す図である。ＬＥＤディスプレイの輝度補正の制御処理を説明するシーケンス図である。本実施形態のＬＥＤディスプレイの主要な構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
（本発明の特徴）
図１は、本実施形態のＬＥＤ駆動回路の概略構成図である。また、図２は、図１に示すＬＥＤ駆動回路が実行するＬＥＤ素子の輝度補正を説明するためのタイミングチャートである。
ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤ素子２を発光させるための回路であり、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）３、ＬＥＤｄｒｉｖｅｒ４（以下、ＬＥＤドライバー４と称する）、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ５（以下、制御部５と称する）を含んで構成される。
制御部５はＦＥＴ３のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御を実行し、ＦＥＴ３はＬＥＤ素子２のアノードに掛ける電圧をオン／オフ制御する。また、制御部５はＬＥＤドライバー４のコマンド制御を実行し、ＬＥＤドライバー４はＬＥＤ素子２のカソードに掛ける（印加する）電圧をオン／オフ制御する。ここで、オン／オフ期間の長さもコマンドによって制御される。すなわち、制御部５は、図２に示すように、ＬＥＤディスプレイにおけるＬＥＤ素子２の輝度の制御を実行するために、ＬＥＤ素子２に印加されるアノード、カソードの電圧の制御をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）方式を用いて行っている。

ところで、ＬＥＤ素子２は、非発光時にはダイオードと同様な特性を持つことから、ダイオードの特性を利用してＬＥＤ素子２の温度測定が可能である。
ＬＥＤ素子２の温度上昇は発光期間の長さによって高くなるが、図２に示すように、ＬＥＤ素子２はＰＷＭ制御によって発光期間を決めているので、温度が上昇するのは発光期間に限られる。そのため、映像パターンによって発光期間は一様で無く、温度上昇も一様でない。

そこで、発光期間および非発光期間の組合せと、温度測定結果から予想される発光期間中のＬＥＤ素子２の温度を算出し、より正確な輝度補正を実行する。まず、温度測定の方法としてはダイオードによる温度測定と同様に校正が必要であり、カソード電圧に対する温度の関係を事前に確認しておく。また、発光期間の長さに対する温度上昇の関係も事前に確認しておく。このため、制御部５は、カソード電圧に対する温度の関係（図６参照）を、予め内蔵ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ；リードオンリーメモリ）領域に記憶させておく。また、制御部５は、発光期間の長さに対する温度上昇の関係（図５参照）を、予め内蔵ＲＯＭ領域に記憶させておく（詳細は後述する。）また、制御部５は、輝度補正機能の校正のために、温度に対する輝度の関係を事前に確認しておく。このため、制御部５は、温度に対する輝度の関係（図６参照）を、予め内蔵ＲＯＭ領域に記憶させておく。

ＬＥＤディスプレイに映像を表示して利用する際には、非発光期間に温度測定後、次の発光期間の長さから推測される温度上昇を予測し、それに応じてＬＥＤ素子の輝度を補正する。

（本発明の実施例）
図３は、本実施形態のＬＥＤディスプレイのシステム構成図である。ＬＥＤディスプレイのシステムは、ＬＥＤディスプレイ１０、ＬＥＤ制御器３０、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ；パーソナルコンピュータ）４０を含んで構成される。
ＬＥＤディスプレイ１０は、図３においては、９台のＬＥＤキャビネット２０を組み合わせて構成されている。なお、ＬＥＤキャビネット２０の台数は何台であってもよい。
ＬＥＤ制御器３０は、９台のＬＥＤキャビネット２０の制御を実行する機器である。
ＰＣ４０は、９台のＬＥＤキャビネット２０に対する信号源およびユーザの制御インターフェイスである。

図４は、図３に示すＬＥＤキャビネットの内部回路の概略構成図である。ＬＥＤキャビネット２０の内部回路（図１に対応するＬＥＤ駆動回路）は、複数のＬＥＤ素子２（ＬＥＤ素子２−１１〜２−１５、２−２１〜２−２５、…）を発光させるための回路である。内部回路は、複数のＦＥＴ３（ＦＥＴ３−１、３−２、３−３、…）、複数のセンサ内蔵ＬＥＤｄｒｉｖｅｒ４ａ−１、４ａ−２（以下、ＬＥＤドライバー４ａ−１、４ａ−２と称する）、制御部５ａ、Ｒｅｃｅｉｖｅｒ６（以下、レシーバ６と称する）を含んで構成される。
レシーバ６は、ＬＥＤ制御器３０からの制御信号を受信した後、制御部５ａにその制御信号を送信する。制御部５ａは、レシーバ６から受信した情報に基づき、複数のＦＥＴ３、複数のＬＥＤドライバー４ａの制御を実行する。

制御部５ａは複数のＦＥＴ３のオン／オフ制御を実行し、複数のＦＥＴ３は複数のＬＥＤ素子２のアノードに掛ける電圧をオン／オフ制御する。また、制御部５ａはＬＥＤドライバー４ａのコマンド制御を実行し、ＬＥＤドライバー４ａは複数のＬＥＤ素子２のカソードに掛ける電圧をオン／オフ制御する。ここで、オン／オフ期間の長さもコマンドによって制御される。すなわち、制御部５ａは、図２に示すように、ＬＥＤディスプレイにおける複数のＬＥＤ素子２各々の輝度の制御を実行するために、ＬＥＤ素子２各々に印加されるアノード、カソードの電圧の制御を、ＰＷＭ方式を用いて行っている。
なお、ＬＥＤドライバー４ａは、ＬＥＤ素子２各々に印加されるカソードの電圧を測定するため、電圧センサを内蔵している。

図５は、ＬＥＤ素子の発光期間とＬＥＤ素子の温度上昇との関係の一例を示す図である。
ＬＥＤ素子２が非発光期間から発光期間に移り変わった際、瞬間的に発生する温度上昇（図２に示すＬＥＤ素子の温度変化）は、事前に測定された発光期間とＬＥＤ素子の温度上昇の関係で明らかになっているものとする。このため、制御部５ａは、発光期間に対応するＬＥＤ素子の温度上昇を示すデータ（Ｄ_Ａ；第２のデータ）を、制御部５ａの内蔵ＲＯＭ領域に記録している。

図６は、ＬＥＤ素子の温度とＬＥＤ素子の発光輝度の減少率との関係の一例を示す図である。
ＬＥＤ素子の温度と発光輝度の減少率の関係は事前校正の際に測定され、明らかになっているものとする。このため、制御部５ａは、電圧データに対応する発光輝度の減少率を示すデータ（Ｄ_Ｂ；第１のデータ）を、制御部５ａの内蔵ＲＯＭ領域に記録している。
図６に示す電圧値は、ＬＥＤドライバー４ａが、内蔵する電圧センサで測定した値であり、この電圧値に対応する電圧データが制御部５ａに送信される。ＬＥＤ素子の温度が変化すると電圧値は変化する。つまり、電圧データは非発光期間中のＬＥＤ素子の温度と比例する。そのため、電圧データは非発光期間中に測定され、同時に制御部５ａに送信される。
すなわち、図６に示すように、制御部５ａの内蔵ＲＯＭ領域は、カソード電圧値（電圧データに対応する）とＬＥＤ素子の温度との関係と、電圧データに対応するＬＥＤ素子の温度と電圧データに対応する発光輝度の減少率との関係を記録している。

このようにして、ＬＥＤ素子の温度と発光輝度の減少率は図６に示す関係から電圧データを用いて分かるので、制御部５ａは、ＬＥＤドライバー４ａから受信する電圧データに基づいて減少する分の輝度を補うように発光期間を変更する。さらに、制御部５ａは、図５から予想される瞬間的なＬＥＤ素子の温度上昇分も加味して発光期間を変更する。
制御部５ａは、発光期間の変更を実行し、制御コマンドによってＬＥＤドライバー４ａが制御するオフ期間を長くし、発光期間を長くする。

ここで、制御部５ａが実行する発光期間の計算について説明する。
制御部５ａは、次式（１）に基づいて、実際の発光期間Ｔを計算する。
Ｔ＝Ｔ_ｃａｌ×ｔ_ｓｅｔ×（Ｌ_ｖ／２５５）^{Ｇａｍｍａ}×（１＋Ｄ_Ａ／１０２４＋Ｄ_Ｂ／１０２４）…（１）
ここで、Ｔ_ｃａｌは輝度調整後の最大発光期間を表し、ｔ_ｓｅｔは輝度設定（０〜１）を表している。また、Ｌ_ｖは色深度８ｂｉｔの場合の入力信号レベルを表し、Ｇａｍｍａはガンマ値を表している。また、Ｄ_Ａは１０ｂｉｔ幅の場合のＬＥＤ素子の温度上昇を示すデータを表し、Ｄ_Ｂは１０ｂｉｔ幅の場合の電圧データに対応する発光輝度の減少率を示すデータを表している。
ＬＥＤ素子の発光輝度にはバラつきが存在するため輝度調整を実行し、ＬＥＤディスプレイを構成するＬＥＤ素子の発光輝度を揃える必要がある。式（１）において、Ｔ_ｃａｌは輝度調整を実施後のＬＥＤ素子を最大輝度で発光させる時の発光期間である。Ｔ_ｃａｌにユーザが実施した（ユーザにより指定された）輝度設定ｔ_ｓｅｔと入力された映像の信号レベルＬ_ｖの値を積算する。これに発光中の温度上昇を示すデータＤ_Ａと、非発光中に測定した発光輝度の減少率を示すデータＤ_Ｂによる補正量を加算した値が実際の発光期間Ｔとなる。

図７は、ＬＥＤディスプレイの輝度補正の制御処理を説明するシーケンス図である。
制御部５ａは、ＬＥＤドライバー４ａを介してＬＥＤ素子を発光期間に移行させる（ステップＳ１）。
制御部５ａは、ＬＥＤドライバー４ａを介してＬＥＤ素子を非発光期間に移行させる（ステップＳ２）。

ＬＥＤドライバー４ａは、電圧センサでカソード電圧値を測定する（ステップＳ３）。
ＬＥＤドライバー４ａは、カソード電圧値に対応する電圧データを制御部５ａに送信する（ステップＳ４）。

制御部５ａは、ＬＥＤドライバー４ａからのデータを受信する（ステップＳ５）。
制御部５ａは、電圧データからＤ_Ｂを決定する（ステップＳ６）。
制御部５ａは、Ｔ_ｃａｌからＤ_Ａを決定する（ステップＳ７）。
制御部５ａは、発光期間Ｔを計算する（ステップＳ８）。
制御部５ａは、発光期間Ｔの変更を制御コマンドでＬＥＤドライバー４ａへ送信する（ステップＳ９）。

ＬＥＤドライバー４ａは、データを受信する（ステップＳ９）。このデータは、制御部５ａが、送信した発光期間Ｔの変更を示す制御コマンドである。
ＬＥＤドライバー４ａは、発光制御を実行する（ステップＳ１０）。ＬＥＤドライバー４ａは、発光制御により、ＬＥＤ素子のカソード電圧をオフ制御して、ＬＥＤ素子の発光を実行する。
ＬＥＤ素子は発光期間に移行する（ステップＳ１２）。

次に、図８は、本実施形態のＬＥＤディスプレイの主要な構成を示す図である。
図８に示すように、ＬＥＤディスプレイは、ＬＥＤ素子２、センサ内蔵ＬＥＤｄｒｉｖｅｒ４ａ（以下、ＬＥＤドライバー４ａと称する）、制御部５ａを含んで構成される。
ＬＥＤドライバー４ａ（測定部）は、ＬＥＤ素子２が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、ＬＥＤ素子２のカソードの電圧を測定する。
制御部５ａは、減少率データ決定部１６、温度上昇データ決定部１７、発光期間変更制御部１８を含んで構成される。
減少率データ決定部１６は、ＬＥＤドライバー４ａが測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、電圧データに対応する発光輝度の減少率を示すＤ_Ｂ（第１のデータ）を決定する。
温度上昇データ決定部１７は、非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応するＬＥＤ素子２の温度上昇を示すＤ_Ａ（第２のデータ）を決定する。
発光期間変更制御部１８は、決定されたＤ_Ｂ、および決定されたＤ_Ａに基づいて、第２の発光期間を変更する。

このように、本実施形態のＬＥＤディスプレイによれば、ＬＥＤ素子２のカソード電圧を検知して温度測定を実行するため、追加の温度センサと配線は不要となり、高密度化しやすいＬＥＤディスプレイ、およびＬＥＤディスプレイの輝度補正方法を提供することができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、図４、図８における制御部５ａの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、ＬＥＤディスプレイの輝度補正制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

１…ＬＥＤ駆動回路、２…ＬＥＤ素子、３…ＦＥＴ、４，４ａ…ＬＥＤドライバー、５，５ａ…制御部、１０…ＬＥＤディスプレイ、１６…減少率データ決定部、１７…温度上昇データ決定部、１８…発光期間変更制御部、２０…ＬＥＤキャビネット、３０…ＬＥＤ制御器、４０…ＰＣ

Claims

ＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、前記ＬＥＤ素子のカソードの電圧を測定する測定部と、
前記測定部が測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、前記電圧データに対応する発光輝度の減少率を示す第１のデータを決定する減少率データ決定部と、
前記非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応する前記ＬＥＤ素子の温度上昇を示す第２のデータを決定する温度上昇データ決定部と、
決定された前記第１のデータ、および決定された前記第２のデータに基づいて、前記第２の発光期間を変更する発光期間変更制御部と、
を有するＬＥＤディスプレイ。
前記発光期間変更制御部は、輝度調整を実施後の前記ＬＥＤ素子を最大輝度で発光させるときの前記第２の発光期間に、指定された輝度設定と入力された映像の信号レベルとを積算し、当該積算したデータに、前記第１のデータと前記第２のデータとによる補正量を加算した値を、前記ＬＥＤ素子の前記第２の発光期間とする請求項１に記載のＬＥＤディスプレイ。
ＬＥＤ素子が第１の発光期間から非発光期間へと切替わると、測定部が、前記ＬＥＤ素子のカソードの電圧を測定する電圧測定工程と、
減少率データ決定部が、前記測定部が測定したカソードの電圧を電圧データとして受信し、前記電圧データに対応する発光輝度の減少率を示す第１のデータを決定する減少率データ決定工程と、
温度上昇データ決定部が、前記非発光期間から切替わる第２の発光期間に対応する前記ＬＥＤ素子の温度上昇を示す第２のデータを決定する温度上昇データ決定工程と、
発光期間変更制御部が、決定された前記第１のデータ、および決定された前記第２のデータに基づいて、前記第２の発光期間を変更する発光期間変更制御工程と、
を有するＬＥＤディスプレイの輝度補正方法。