JP2019113653A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】量子ドットを用いた直下型バックライトを持つ液晶表示装置の輝度センサを用いた輝度フィードバック制御において、ＬＥＤ単点灯時とＬＥＤ全点灯時の輝度検出結果を用いて輝度補正することにより、画面上の輝度ムラの要因となる単点灯での輝度特性と、全点灯時の全体輝度特性の両方の補正をすることができる液晶表示装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、青色発光をする青ＬＥＤ部５１２と、青色発光を励起光として赤、緑の発光をする量子ドットを含む量子ドットシート５０６と、青色ＬＥＤ部５１２の輝度補正を行うバックライト輝度補正部５０８を有し、バックライト制御輝度補正部５０８は、ＬＥＤが単点灯時の輝度検出結果と全点灯時の輝度検出結果を用いて、輝度フィードバック制御を行う輝度補正係数を決定する制御を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、量子ドット発光を利用したバックライトを有する液晶表示装置に関するものである。

量子ドットとは、粒径が数nm〜20nm程度の半導体の粒であり、蛍光体と同様、光により励起されて発光する。電子の閉じ込めによる効果で発光エネルギーが限定されて、高い量子効率で狭スペクトルの発光特性をもつ。粒径や材料を調整することで、所望のスペクトル特性を作り込むことが可能である。粒径が小さいほど短い波長の光を出力し、粒子が大きいほど長い波長の光を出力する。発光の色純度が高く、その発光特性を制御できるという特性を利用して、広色域ディスプレイへの応用が考案されている（特許文献１）。

量子ドットの発光原理の概要を説明する。励起光により量子ドット内の電子が励起され、その後、電子のバンドギャップエネルギーに相当する波長の光を放出して、電子が安定化する。バンドギャップエネルギーは量子ドットが持つ固有の量である。したがって、このバンドギャップエネルギーを必要とする色に対応させて作り込んでおくことで、所望の色の発光を得ることができる。

例えば、励起光を青色光として、赤色と緑色で発光する２種類の量子ドットを含む部材に照射すると、赤色と緑色の量子ドット発光が得られる。青色光のうち一部は量子ドット励起に寄与せずそのまま透過し、結果として赤、緑、青色光で構成される白色光が得られる。

このようにして得られた白色光は、液晶用バックライトに適用可能である。バックライトの白色光を構成する各色成分は、狭スペクトル特性を持つため、広色域の色表現が可能になる。以上により、単色の励起光を用いて、広色域ディスプレイに良好なバックライト光を得ることができる。

現在、量子ドットを用いたバックライトの励起光にはＬＥＤ発光を用いることが多い。一例として、ＬＥＤを面状にアレイ配置した直下型バックライト構造とし、液晶パネルとの間にシート状の量子ドット波長変換部材（量子ドットシート）を挿入する構成がある。

ＬＥＤの発光特性には個体差によるばらつき、温度依存の特性変動があるため、所定の輝度で発光させる設定を行ったとしても、目標とする輝度で発光できているとは限らない。輝度設定と実際の発光輝度との乖離があると、輝度ムラとしてユーザーに視認されてしまい、高品位な表示の妨げになる。目標輝度との乖離を防ぐために、その時点の発光輝度を検出して、輝度設定にフィードバック制御を行う技術がある。

ＬＥＤ発光輝度は輝度センサが用いて検出することができる。輝度センサは光の輝度を電圧値に変換するデバイスであり、電圧値をさらにデジタル値に変換することで容易にフィードバック制御に用いることができる。バックライト内のＬＥＤ発光輝度を検出するには、バックライト基板内に輝度センサを内蔵して設置する。バックライト内には複数のＬＥＤが存在するが、それぞれの発光輝度をフィードバック制御する必要があり、輝度検出対象となる一ヶ所のみのＬＥＤを点灯して、単点灯状態で輝度センサの検出結果を取得する。

このようにして、バックライト内のＬＥＤの発光特性のばらつき、変動による目標輝度からの乖離を抑制して、画面表示ムラのない高品位な表示が実現できる。

特開２００６−３１０３０３号公報

青色ＬＥＤを用いた直下型バックライト構造と、赤、緑の波長変換を行う量子ドットシートを用いる構成において、青色ＬＥＤの全点灯状態は、単点灯状態の単純な重ね合わせにならない、という現象がある。これは、波長変換後の輝度、波長特性は、励起光が通過する量子ドットシートの量に依存し、さらに量子ドットシートには厚みがあることから、ある点の量子ドットシートの発光特性が励起光の入射方向に依存して変動することに起因する。

全点灯状態では、複数の青ＬＥＤからの励起光が、複数方向から均一に入射され、この状態で赤、緑、青のバランスが最適になっている。全点灯時と比較すると、青ＬＥＤの単点灯状態では青色ＬＥＤの直上では量子ドットシートに対して励起光が直進する成分が多く、斜め方向からの入射成分は少なくなる。一方、青ＬＥＤ周辺では、量子ドットシートに励起光が斜め方向に入射する成分が多くなる。

このため、単点灯状態では、青ＬＥＤの直上では青色成分が多い波長特性となり、青ＬＥＤ周辺では、赤、緑成分が多い黄色味を帯びた波長特性となるため、両者での発光輝度には差異が発生することになる。このため単点灯時の輝度センサ検出結果を用いて、フィードバック制御すると、全点灯時の輝度が目標輝度にならない。

また、青ＬＥＤの劣化、量子ドットシートの劣化などの継時変化により、複数の青ＬＥＤ、およびその照射領域ごとにバックライトの発光輝度、波長特性は変動する。したがって、輝度のフィードバック制御を全点灯時の輝度センサの検出結果を用いて行うと、複数のＬＥＤそれぞれで異なる変動は制御できず、表示画面内の輝度ムラが発生してしまう。

以上により、量子ドットを用いた直下型バックライトにおいて、単点灯での輝度検出結果を用いてフィードバック制御すると全点灯時に目標輝度にならず、全点灯での輝度検出結果を用いてフィードバック制御すると各ＬＥＤの特性ばらつきによる輝度ムラが制御できなくなる、という課題があった。

そこで本発明は、単点灯時の輝度検出結果に対して、全点灯時の輝度検出結果を用いた補正を行うことで、最適な輝度フィードバック制御を行うことができる液晶表示装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、青色発光をする青色ＬＥＤが配置された前記液晶パネルの照明光となるバックライトと、前記バックライトを制御するバックライト制御手段と、前記青色ＬＥＤの発光を励起光として赤、緑の発光をする量子ドットを含む量子ドット発光手段と、前記量子ドット発光手段による発光の輝度検出結果を得る輝度検出手段と、を有する液晶表示装置であって、前記バックライト制御手段は、目標表示輝度を決定する表示輝度決定手段と、前記青色ＬＥＤのＰＷＭ駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、前記目標表示輝度と前記輝度検出結果を用いてフィードバック制御により前記ＰＷＭ駆動のためのＰＷＭ設定値を補正するバックライト輝度補正手段を有し、前記バックライト輝度補正手段は、前記ＬＥＤが単点灯時の前記輝度検出結果を全ＬＥＤ分積算してＬＥＤ１ケあたりの単点灯時ＬＥＤ平均値を算出し、前記ＬＥＤが複数点灯時の前記輝度検出結果を点灯領域分積算してＬＥＤ１ケあたりの複数点灯時ＬＥＤ平均値を算出し、前記単点灯時ＬＥＤ平均値と複数点灯時ＬＥＤ平均値の比を用いて、前記ＰＷＭ設定のフィードバック制御の補正係数を決定することを特徴とする。

本発明によれば、量子ドットを用いたバックライトを持つ液晶表示装置における輝度センサを用いた輝度フィードバック制御において、画面上の各ＬＥＤの輝度特性のばらつきによる輝度ムラと、ＬＥＤ全点灯時の全体輝度特性の両方の輝度補正をすることが可能となる。

第１の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の構成概略図である。 第１の実施形態に係る量子ドットを用いたバックライトのＬＥＤＰＷＭ制御のタイミング図である。 第１の実施形態に係る量子ドットを用いたバックライトのＬＥＤ単点灯状態の輝度センサ取得時のＰＷＭ制御のタイミング図である。 第１の実施形態に係る量子ドットを用いたバックライトのＬＥＤ全点灯状態の輝度センサ取得時のＰＷＭ制御のタイミング図である。 第１の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の動作フローを示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置のバックライトの構成概略図である。 第２の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の動作フローを示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置のバックライトの構成概略図である。 第３の実施形態に係る量子ドットを用いたバックライトの対象ＬＥＤ周辺点灯状態の輝度センサ取得時のＰＷＭ制御のタイミング図である。 第３の実施形態に係る量子ドットを用いた液晶表示装置の動作フローを示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
本発明の実施形態の一つである、液晶表示装置のバックライトおよび液晶パネルの構成概略図を図１に示す。図１（Ａ）に構成全体の概略図を示す。装置の後面にバックライト１０１が設置され、前面に液晶パネル１０４が設置されている。両者の間に、量子ドット１０３が挿入されている構造となっている。

バックライト１０１は、液晶パネル１０４を照明する面状の光源であり、直下型バックライト構造となっている。バックライト１０１は、青ＬＥＤ１０２がアレイ状に配置され、内部に輝度センサ１０５が複数個配置される構造となっている。青ＬＥＤ１０２は青色の発光をするＬＥＤで、量子ドットシート１０３の励起光、および、液晶パネル１０４の青色の光源となっている。輝度センサ１０５は、バックライト１０１内の発光輝度を検出するセンサである。入射光を電気信号に変換し、光強度に応じた電気信号レベルを得ることができる。バックライト１０１内に、複数の輝度センサが配置されている。

量子ドットシート１０３は、赤、緑の量子ドットを含むシート状の波長変換部材である。バックライト１０１からの青色の励起光により、内部の量子ドットが励起され、安定状態に遷移する際に、赤と緑の発光をする。照射される青色光は、励起光として用いられる光と合わせて、透過する光がある。量子ドットシート１０３からの赤、緑の発光と青の透過光が合わさると白色光となり、これが液晶パネル１０４の光源となる。

液晶パネル１０４は、画素が並ぶ液晶層、偏光フィルタ、透明電極、カラーフィルタを積層した構成となっている。液晶の画素毎に赤、緑、青それぞれ光の透過率を制御する。量子ドットシート１０３からの白色光が液晶パネル１０４により画素毎に透過率が制御され、映像を形成する。

図１（Ｂ）にバックライト１０１を抽出した、より詳細な構成図を示す。青ＬＥＤ１０２がアレイ状に配置されておりＭ行、Ｎ列あるとする。上から１行目、２行目、左から１列目、２列目、と順番に番号付けしており、ある所定の青色ＬＥＤの位置を、ｍ行目、ｎ列目と表記する。

輝度センサ１０５は複数存在し、バックライト１０１内部に均等に配置されている。全ての輝度センサ１０５の輝度検出結果は、検出値加算部１０６に入力される。検出値加算部１０６は、複数入力値の加算を行って、加算結果を出力する。具体的には、輝度センサ１０５の輝度検出値は電気信号の電圧レベルとなって、検出値加算部１０６に入力される。検出値加算部１０６は、オペアンプなどの電気回路を用いて、入力電圧レベルを加算して出力する。

なお、検出値加算部１０６は、複数の輝度検出電圧レベルをそれぞれデジタル値変換するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：アナログ値デジタル変換）を持ち、デジタル値を加算する制御を行ってもよい。

ＬＥＤ発光の時間制御に関して説明する。ＬＥＤの発光輝度は、発光時間をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御することで調整できる。ＰＷＭ幅のオン期間と、オフ期間がＰＷＭ周期で繰り返されている。ＰＷＭのオン期間の割合がＰＷＭデューティであり、ＰＷＭデューティを０％から１００％の間で変更することで発光輝度を制御する。図２に、各ＬＥＤのＰＷＭ制御の駆動波形の例を示す。ｍ行ｎ列目にあるＬＥＤをＬＥＤ（ｍ、ｎ）、このＬＥＤのＰＷＭ駆動波形をＰＷＭ（ｍ、ｎ）と表記する。ｍ＝１〜５のＰＷＭ駆動波形を示しており、同一行の異なる列のＬＥＤは同等のＰＷＭ駆動波形である。

全体のＬＥＤのＰＷＭ周期は同一で、このタイミング基準となる信号をシンク信号として示す。なお、シンク信号の周波数は数１００Ｈｚであり、通常これ以上の周期であれば、ＰＷＭ制御による発光のオン、オフはフリッカとして視認されることはない。

ＰＷＭディレイは、シンク信号からＰＷＭ駆動波形がオン状態になるまでの期間である。行ごとにディレイ値を増加させて、同一ＰＷＭ周期内で、同時に発光するＬＥＤの個数が偏らずに均等になるようにしている。ＬＥＤの同時発光個数が増加すると、ＬＥＤ駆動電源の負荷が高くなるため、ＰＷＭディレイを制御することでこれを回避している。

所定のＰＷＭデューティ設定を行って発光させた後、実際の発光輝度が目標輝度と乖離がある場合、乖離分を補正するようにＰＷＭデューティを調整する。具体的には、目標輝度と実際の発光輝度との比を補正係数として、ＰＷＭデューティに乗じて補正を行う。

図３、図４の発光制御のタイミング図と、計算式を用いて、本発明の輝度補正の原理を説明する。図３に単点灯でのセンサ取得時のＰＷＭ駆動波形の図を示す。図３（Ａ）に、ｎ＝１列目にあるＬＥＤ（ｍ、１）を単点灯した際の輝度取得タイミングとＰＷＭ（ｍ、１）駆動波形を示す。ＰＷＭ駆動波形の点灯開始位置を輝度検出タイミングとし、このタイミングをＴｉ（ｍ、ｎ）に示す。図３（Ｂ）にｎ＝２〜Ｎの時のＰＷＭ（ｍ、ｎ）駆動波形を示す。時間軸は図３（Ａ）と同一で、同じ時間の駆動波形を示している。例えば、Ｔｉ（１，１）のタイミングでは、ＬＥＤ（１，１）のみが発光し、その他はすべて消灯している。

輝度センサ１０５は、この瞬間の輝度を検出し、検出値加算部１０６は全輝度センサの加算結果を出力する。出力結果を、以降、Ｙｉ（ｍ、ｎ）と表記する。図３には、ｎ＝１のＬＥＤ検出タイミングのみを示しているが、ｎ＝２〜Ｎの時も同様のタイミングで輝度検出結果を取得でき、これを繰り返すことで、全ＬＥＤ（ｍ、ｎ）のＹｉ（ｍ、ｎ）を取得する。

目標輝度をＹｇ（ｍ、ｎ）とし、ＰＷＭ設定値にフィードバックする輝度補正係数をαｉ（ｍ、ｎ）とすると、
αｉ（ｍ、ｎ）＝Ｙｇ（ｍ、ｎ）／Ｙｉ（ｍ、ｎ）

となる。ただし、Ｙｇ（ｍ、ｎ）は初期状態で取得して表示装置内に保持している目標輝度である。青ＬＥＤ１０２や量子ドットシート１０３が継時変化により劣化した場合や、温度による特性変動がある途中では、目標輝度Ｙｇ（ｍ、ｎ）に合わせたとしても、ＬＥＤが全点灯時には目標輝度に一致しない可能性がある。

図４に全点灯でのセンサ取得時のＰＷＭ駆動波形の図を示す。同一行にあるＬＥＤのＰＷＭ駆動波形は同一であり、ｎ列目を代表して図示する。各行のＰＷＭ波形の点灯開始位置を輝度検出タイミングとして、このタイミングをＴａ（ｍ）に示す。この瞬間の輝度を検出し加算した検出値加算部１０６の出力結果をＹａ（ｍ）と表記する。ＰＷＭディレイ値に差異があることから、全ＬＥＤが同時に点灯するタイミングは存在しない。

例えば図４では、Ｔａ（１）のタイミングでは、ＬＥＤ（１、ｎ）、ＬＥＤ（４、ｎ）、ＬＥＤ（５、ｎ）の３×ｎ個のＬＥＤが発光している状態となる。同時発光状態は、ＰＷＭデューティによって変動し、センサ取得タイミングＴａ（ｍ）における同時発光個数をＩａ（ｍ）とする。全点灯時におけるＬＥＤ１ケあたり平均輝度Ｙａ＿ａｖｅを、Ｙａ（ｍ）とＩａ（ｍ）から次の計算式により算出する。

Ｙａ＿ａｖｅ＝｛ΣＹａ（ｍ）｝／｛ΣＩａ（ｍ）｝ （ｍ＝１〜Ｍ）
Ｙａ＿ａｖｅに対応する、単点灯時のＬＥＤ１ケあたりの平均輝度Ｙｉ＿ａｖｅを、Ｙｉ（ｍ、ｎ）から、次の計算式により算出する。
Ｙｉ＿ａｖｅ＝｛ΣＹｉ（ｍ、ｎ）｝／｛Ｍ×Ｎ｝ (ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１〜Ｎ)
Ｙａ＿ａｖｅとＹｉ＿ａｖｅの差異が、単点灯時と全点灯時の差異となる。

したがって、全点灯時の輝度を考慮した補正係数αａ（ｍ、ｎ）は、
αａ（ｍ、ｎ）＝
Ｙｇ（ｍ、ｎ）／Ｙｉ（ｍ、ｎ）×Ｙｉ＿ａｖｅ／Ｙａ＿ａｖｅ
となる。得られた補正係数をＰＷＭデューティ値ＰＷＭ（ｍ、ｎ）に乗じてフィードバック制御を行う。以上により、各ＬＥＤの輝度ムラを補正しつつ、全点灯時の目標輝度にも合致する補正係数を得ることができる。

次に、この動作を実現する具体的な制御の手順および手段について説明する。本発明の実施形態の一つである量子ドット発光のバックライトを用いた液晶表示装置のブロック図を図５に示す。

バックライト制御部５０１と制御システム部５０２、バックライト部５０３、表示制御部５０４、映像データバス５１１、液晶パネル部５０５、量子ドットシート５０６にて構成されている。各部それぞれについて、内部構成、受け持つ機能、相互の入出力関係を説明する。

バックライト制御部５０１は、表示輝度の決定、および輝度補正、バックライト制御を担う。表示輝度決定部５０７とバックライト輝度補正部５０８、ＰＷＭ制御部５０９にて構成されている。

表示輝度決定部５０７は、制御システム部５０２からの主にユーザー操作により決定される輝度情報、および表示制御部５０４からの映像データによって決まる輝度情報を受けて、液晶表示装置にて最終的に出力する表示輝度を決定する。決定した輝度情報はバックライト輝度補正部５０８に送出される。

バックライト制御輝度補正５０８は、表示輝度決定部５０７にて決定した輝度と、後述する検出値加算部５１０からの検出値加算結果を受けて、青ＬＥＤ部５１２の輝度補正を行う。補正方法の基本的な考え方は前述の通りである。より具体的な動作フローの詳細は、図６のフローチャートを用いて後述にて説明する。補正後のＰＷＭ値はＰＷＭ制御部５０９に送出される。

ＰＷＭ制御部５０９は、受信したＰＷＭ値をもとに、ＰＷＭ駆動波形を生成し、青ＬＥＤ部５１２に送出する。

バックライト部５０３は、液晶表示装置の照明であり、図１のバックライト１０１に対応している。青色ＬＥＤ部５１２と輝度センサ部５１３にて構成されている。それぞれ図１の青ＬＥＤ１０２、輝度センサ１０５に対応している。青ＬＥＤ部５１２は、ＰＷＭ制御部５０９からのＰＷＭ駆動信号に従って発光する青色発光ダイオードである。青ＬＥＤ部５１２の光は、量子ドットシート５０６の励起光および液晶パネル部５０５の青色光源の両方の光源として用いられる。

輝度センサ５１３および検出値加算部５１０は、それぞれ図１の輝度センサ１０５および検出値加算部１０６に対応する。詳細は前述の通りであり説明を省略する。

量子ドットシート５０６は、量子ドットを含むシート状の波長変換部材であり、図１の量子ドットシート１０３に対応する。青ＬＥＤ部５１２からの励起光を受けて、赤、緑の変換光を発生させて、液晶パネル部５０５に照射する。

液晶パネル部５０５は、図１の液晶パネル１０４に対応している。表示制御部５０４からの駆動電気信号を受けて液晶画素を制御し、量子ドットシート５０６からの白色光を受け、画素ごとに透過率を調整することで映像を形成する。

映像データバス５１１は、外部から入力された映像データを通過させるバスである。表示制御部５０４に入力され、液晶パネル部５０５へとつながる映像データ専用のバスとなっている。

表示制御部５０４は映像データの入出力や映像処理の制御を担う。映像データバス５１１を介して入力された映像データを液晶パネル部５０５へ送出する。映像データに応じて、バックライト輝度の制御を行う際に、バックライト制御部５０１にバックライト輝度制御用の情報を相互に送受信する。

制御システム部５０２は、液晶表示装置の全体システム動作制御を担う。おもにソフトウェアによる制御を実現する部分である。バックライト制御に必要な制御情報をバックライト制御部５０１に送出する。

制御システム部５０２は、ＲＡＭ５１４，ＣＰＵ５１５，目標輝度保持部５１６、システムバス５１７により構成されている。ＲＡＭ５１４にはプログラムや制御データなど各種データが格納されている。ＣＰＵ５１５はＲＡＭ５１４からデータを読み取り、それに応じて、制御コマンドをシステムバス５１７に送出する。このように、ＣＰＵ５１５がＲＡＭ５１４内のソフトウェア情報に従って動作する処理を、以降、簡単にソフトウェア処理と呼ぶ。

目標輝度保持部５１６には、本実施形態の輝度補正処理で必要となる目標輝度の情報が保持されている。

システムバス５１７は制御システム部５０２を構成する各部を接続するバスである。データ、コマンドの送受信は、システムバス５１７を経由して行い、各部を制御する。

本実施形態で示す液晶表示装置のフィードバック制御による輝度補正処理フローを図６のフローチャートと図５のブロック図を用いて説明する。図６にバックライトの輝度フィードバック補正フローを示す。

この処理は、ユーザー操作により本表示装置の電源がオンになった後、数分に一回、周期的に実施する。なお、実行周期は、追随する必要のある輝度の時間変動に依存し、輝度特性が長時間にわたって安定する場合は、実行頻度を低くしても本発明の補正処理は適用可能である。例えば電源オン時に一回実施する、としてもよい。もしくはユーザーの指示により開始してもよい。

まずステップＳ６０１にて、液晶表示装置が表示する輝度を決定する。この処理は、表示輝度決定部５０７が行う。前述の通り、制御システム部５０２および表示制御部５０４からの輝度情報をもとに目標とする表示輝度を決定して、バックライト輝度補正部５０８に送出する。続いてバックライト輝度補正部５０８は、目標輝度保持部５１６から目標輝度情報を取得し、内部に保持する。ここで目標輝度情報とは、前述の輝度補正計算式を用いて説明したＹｇ（ｍ、ｎ）である。続いて処理はステップＳ６０２に進む。

以降ステップＳ６０２からＳ６１０までの処理は、主にバックライト輝度補正部５０８が実施する。なお、同様の処理を制御システム部５０２のソフトウェア処理にて実行してもよい。

ステップＳ６０２では、現状の輝度補正係数を用いてＰＷＭ値を設定して発光させる。輝度補正係数とは、前述の輝度補正計算式を用いて説明したαａ（ｍ、ｎ）である。初回起動時であれば、初期状態の値を用いる。初回起動時ではなく、前回輝度補正を実施した後であれば、その値を用いる。取得した輝度補正表示輝度決定部からの輝度情報に対して輝度補正係数を乗じて、ＰＷＭ値を算出する。ＰＷＭ値の結果は、ＰＷＭ制御部５０９に送出される。ＰＷＭ制御部５０９は図２にて示した青ＬＥＤ部５１２のＰＷＭ駆動波形を生成し、青ＬＥＤ部５１２を発光させる。続いて処理はステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３では、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時の輝度センサ値を取得するためのＰＷＭ値制御を行う。図３に示したように、センサ取得対象となるＬＥＤ（ｍ、ｎ）の一ヶ所のみを点灯させ、その他を消灯させる制御を行う。消灯させるタイミングは、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）のＰＷＭディレイ後の点灯開始タイミングとする。続いて、処理はステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４では、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時の輝度センサ値を取得する。図３に示すセンサ取得タイミングＴｉ（ｍ、ｎ）において、輝度センサ部５１３からの輝度検出結果を、検出値加算部５１０が加算する。この検出値加算結果は、前述の輝度補正計算式を用いて説明したＹｉ（ｍ、ｎ）である。この値をバックライト輝度補正部５０８が取得し、内部に保持する。続いて処理はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５では、全ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時輝度センサ値を取得したかを判断する。ｍ＝１〜Ｍ、ｎ＝１〜Ｎを網羅して取得完了していれば、ステップＳ６０６に進む。完了していなければ、ｍ、ｎの設定値を未完了の設定値に更新して、ステップＳ６０３に戻り、完了するまで繰り返す。

ステップＳ６０６では、全点灯時の輝度センサ値を取得するためのＰＷＭ値制御を行う。図４に示したように、通常の点灯状態と同様のＰＷＭ制御を行う。この時、バックライト輝度補正部５０８は、前述にて説明した全点灯時センサ取得タイミングでの点灯個数Ｉａ（ｍ）をカウントして、内部に保持する。続いて処理はステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０７では、全点灯時の輝度センサ値を取得する。図４に示すセンサ取得タイミングＴａ（ｍ）において、輝度センサ部５１３からの輝度検出結果を、検出値加算部５１０が加算する。この検出値加算結果は、前述の輝度補正計算式を用いて説明したＹａ（ｍ、ｎ）である。この値をバックライト輝度補正部５０８が取得し、内部に保持する。続いて処理はステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０８では、全領域の全点灯時輝度センサ値を取得したかを判断する。ｍ＝１〜Ｍを網羅して取得完了していれば、ステップＳ６０９に進む。完了していなければ、ｍの設定値を未完了の設定値に更新して、ステップＳ６０６に戻り、完了するまで繰り返す。

ステップＳ６０９では輝度補正値を決定する。ステップＳ６０１からステップＳ６０７までで保持したＹｇ（ｍ、ｎ）、Ｙｉ（ｍ、ｎ）、Ｉａ（ｍ）、Ｙａ（ｍ、ｎ）を用いて、輝度補正係数αａ（ｍ、ｎ）を算出する。計算方法は前述の通りである。算出した輝度補正係数を、表示輝度決定部５０７から受けたＰＷＭ設定値に乗じて、ＰＷＭ制御部５０９に送出する。続いて処理はステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６１０では、ＰＷＭ制御部５０９が輝度補正後のＰＷＭ駆動波形を生成し出力することで、青ＬＥＤ部５１２を発光させる。青ＬＥＤ５１２からの発光は、量子ドットシート５０６に照射されて白色光を生成する。最終的に、この発光輝度は個別のＬＥＤ発光輝度のムラと全点灯時の発光輝度の両方が補正された輝度となる。以上で処理は終了する。

以上の構成、処理、動作により、量子ドットを用いた液晶表示装置において、バックライト内のＬＥＤの単点灯時の全点灯時の輝度検出結果を用いて輝度補正フィードバック制御が可能になり、ユーザーは輝度ムラがなく、かつ、正しい輝度で高品位な映像を視聴することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、一種類の輝度センサを用いて、赤、青、緑を合わせた光強度を検出する構成を示した。しかしながら、青の成分はＬＥＤからの発光であり、赤、緑の成分は量子ドットからの発光であるため、両者の輝度変動特性は異なる。本実施形態では、それぞれの輝度を個別に検出することで輝度補正の精度を向上させた構成について説明する。

本発明の実施形態の一つである、液晶表示装置のバックライトの構成概略図を図７に示す。図１（Ｂ）と異なる箇所のみを抜粋して説明する。輝度センサ１０５の代わりに、青輝度センサ７０１と赤緑輝度センサ７０２の２種類の輝度センサが設けられている。検出値加算部１０６の代わりに、青検出値加算部７０３と赤緑検出値加算部７０４が設けられている。

青輝度センサ７０１は、輝度センサに青成分の光を透過する青色フィルタを付加した構成であり、青成分の光の輝度を検出し、電気信号レベルに変換して出力する。同様に赤緑輝度センサ７０２は、赤緑成分の光を透過する黄色フィルタを付加した構成で、赤緑成分の光の輝度を検出し、電気信号レベルに変換して出力する。それぞれ複数の輝度センサがバックライト１０１内部に均等に配置されている。

青検出値加算部７０３と赤緑検出値加算部７０４は、検出値加算部１０６と同様の構成であり、それぞれ青輝度センサ７０１と赤緑輝度センサ７０２からの複数の検出値を加算して出力する。

量子ドットシート１０３から白色光の中で、青成分は青ＬＥＤ１０２からの透過光であり、主にＬＥＤの特性変動の影響を受ける。また青輝度センサ７０１はバックライト１０１内に内蔵されているため、青輝度センサ７０１には、主に青ＬＥＤ１０２からの発光が直接入射される。複数あるＬＥＤの発光特性は互いに影響しないため、全点灯時の輝度は単点灯の輝度を全ＬＥＤ分重ね合わせたものと同等になる。したがって、青輝度センサ７０１を用いて、青ＬＥＤ１０２の個別の特性変動を検出することができる。

一方、赤および緑成分は、量子ドットシート１０３からの発光であり、含有する量子ドットの発光特性の影響を受ける。赤緑の発光はシート状に広がっており、全点灯時の結果を全面で検出して用いる方がよい。また、前述した量子ドットシート１０３の特性により、全点灯時の輝度は、単点灯時の輝度を全ＬＥＤ分重ね合わせたものと差異が発生する。この差異は量子ドットシートからの発光に特徴的な特性であるため、赤緑輝度センサ７０２を用いて、全点灯時の補正を行う方がよい。

すなわち、青ＬＥＤ１０２の輝度特性と量子ドットシート１０３の輝度特性を分離して検出し、適切なフィードバックを行うことで補正精度向上が可能となる。

前述の補正方法を、補正計算式を用いて説明する。ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時の青検出値加算部７０３の出力結果を、ＹＢｉ（ｍ、ｎ）、赤緑検出値加算部７０４の出力結果をＹＲＧｉ（ｍ、ｎ）と表記する。単点灯時の青の目標輝度をＹＢｇ（ｍ、ｎ）とする。

全点灯時の赤緑検出値加算部７０４の出力結果をＹＲＧａ（ｍ）とする。全点灯時におけるＬＥＤ１ケあたり赤緑の平均輝度ＹＲＧａ＿ａｖｅを、ＹＲＧａ（ｍ）とＩａ（ｍ）から次の計算式により算出する。

ＹＲＧａ＿ａｖｅ＝｛ΣＹＲＧａ（ｍ）｝／｛ΣＩａ（ｍ）｝
（ｍ＝１〜Ｍ）
ＹＲＧａ＿ａｖｅに対応する、単点灯時の赤緑の平均輝度ＹＲＧｉ＿ａｖｅを、ＹＲＧｉ（ｍ、ｎ）から、次の計算式により算出する。

ＹＲＧｉ＿ａｖｅ＝｛ΣＹＲＧｉ（ｍ、ｎ）｝／｛Ｍ×Ｎ｝
(ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１〜Ｎ)
ＹＲＧａ＿ａｖｅとＹＲＧｉ＿ａｖｅの差異が、単点灯時と全点灯時の差異となる。

したがって、全点灯時の輝度を考慮した補正係数αａ（ｍ、ｎ）は、
αａ（ｍ、ｎ）＝
ＹＢｇ（ｍ、ｎ）／ＹＢｉ（ｍ、ｎ）×ＹＲＧｉ＿ａｖｅ／ＹＲＧａ＿ａｖｅ
と算出できる。

この動作を実現する具体的な構成図と動作フローを、図８のブロック図と図９のフローチャートを用いて説明する。図８に本実施形態の動作を実現するブロック図を示す。図５のブロック図と差異のある箇所のみを抜粋して説明する。輝度センサ部５１３および検出値加算部５１０の代わり、青輝度センサ部７０１、赤緑輝度センサ部７０２、青検出値加算部７０３、赤緑検出値加算部７０４が設けられている。各部の詳細は図７を用いて前述にて説明した通りである。

本実施形態の処理フローと図９に示す。図６のフローチャートと異なる箇所のみ抜粋して説明する。ステップＳ６０４の代わりにステップＳ９０１とステップＳ９０２が挿入されている。ステップＳ６０７の代わりにステップＳ９０３となり、ステップＳ６０９の代わりにステップＳ９０４となっている。

ステップＳ６０１からステップＳ６０３までは、前述の説明と同じである。続いて処理はステップＳ９０１に進む。ステップＳ９０１では、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時の青輝度センサ値を取得する。図３に示すセンサ取得タイミングＴｉ（ｍ、ｎ）において、バックライト輝度補正部５０８が、青検出値加算部７０３の出力値ＹＢｉ（ｍ、ｎ）を取得して、内部に保持する。続いて処理はステップＳ９０２に進む。

ステップＳ９０２では、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の単点灯時の赤緑輝度センサ値を取得する。図３に示すセンサ取得タイミングＴｉ（ｍ、ｎ）において、バックライト輝度補正部５０８が、赤緑検出値加算部７０３の出力値ＹＲＧｉ（ｍ、ｎ）を取得して、内部に保持する。続いて処理はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５からステップＳ６０８までは、前述の説明と同じである。続いて処理はステップＳ９０４に進む。ステップＳ９０４では輝度補正値を決定する。ここまでのステップで保持したＹＢｇ（ｍ、ｎ）、ＹＢｉ（ｍ、ｎ）、ＹＲＧｉ（ｍ、ｎ）、Ｉａ（ｍ）、ＹＲＧａ（ｍ、ｎ）を用いて、輝度補正係数αａ（ｍ、ｎ）を算出する。計算方法は前述の通りである。算出した輝度補正係数を、表示輝度決定部５０７から受けたＰＷＭ設定値に乗じて、ＰＷＭ制御部５０９に送出する。続いて処理はステップＳ６１０に進む。以降の処理は前述の説明と同じである。

以上の構成、処理、動作により、量子ドットを用いたバックライト内の、ＬＥＤの単点灯時の全点灯時の輝度を、複数種類と輝度センサを用いて取得することで、輝度補正フィードバック制御の補正精度向上が可能になる。

（第３の実施形態）
ＬＥＤの発光輝度を個別に制御することで、バックライトを部分的に輝度変更してコントラストを高める技術がある。このような発光輝度の制御を、一般的にローカルディミング制御と呼ぶ。

量子ドットを用いたバックライトにローカルディミング制御を適用すると、単点灯状態から全点灯状態までその中間の状態も含めて取り得る。この場合、前述の単点灯時と全点灯時の輝度を用いて、その中間状態の輝度も目標輝度に補正する必要がある。

本実施形態ではローカルディミング制御時に、一部のＬＥＤが発光する状態であっても、目標輝度を実現するための方法とフローについて説明する。図１０に本実施形態で説明するバックライトの構成図を示す。図１（Ｂ）に加えて、周辺点灯センサ取得対象ＬＥＤ１００１と周辺点灯領域１００２を追記している。

本実施形態では、全点灯状態での輝度検出結果を取得する代わりに、所定のセンサ取得対象ＬＥＤの周辺領域を点灯させた状態での輝度を検出し、この結果を輝度補正に用いる。量子ドットシート１０３はシート状に広がってはいるが、ある所定の青ＬＥＤ１０２の輝度補正を行う際、このＬＥＤによる量子ドット発光に対して影響を及ぼす光は、周辺領域のＬＥＤからの光に限られる。したがって、周辺領域を点灯させた輝度検出結果を輝度補正に用いることは可能である。

センサ取得対象とするある所定の青ＬＥＤ１０２を周辺点灯センサ取得対象ＬＥＤ１００１に示す。本実施形態では、このＬＥＤを中心として縦３ケ、横３分の領域が、対象ＬＥＤの輝度補正に影響を及ぼすとして、この領域を周辺点灯領域１００２に示す。なお、本実施形態では周辺領域を３ｘ３の領域に限定して説明をしているが、周辺領域の数をその他の値とする場合でも本発明の考え方は適用可能である。後述にて説明する計算内容内の対応する周辺領域の数を変更後の値とすればよい。

図１１に周辺点灯でのセンサ取得時のＰＷＭ駆動波形の図を示す。図１１（Ａ）に、ｎ＝２列目にあるＬＥＤ（ｍ、２）の周辺点灯した際の輝度取得タイミングとＰＷＭ駆動波形を示す。ＰＷＭ駆動波形の点灯開始位置を輝度検出タイミングとし、このタイミングをＴｂ（ｍ、２）に示す。ここで、ＬＥＤ（ｍ、２）の周辺点灯領域に含まれるＬＥＤは、
ＬＥＤ（ｍ＋ｉ、２＋ｊ）ｉ＝−１，０，１ ｊ＝−１，０，１
である。Ｔｂ（ｍ、２）のタイミングで、周辺点灯領域内のＬＥＤのみ発光させ、それ以外を消灯するように制御する。

図１１（Ｂ）にｎ＝４〜ＮのＰＷＭ駆動波形を示す。時間軸は図１１（Ａ）と同一で、同じ時間の駆動波形を示している。例えば、Ｔｂ（２，２）のタイミングでは、ＬＥＤ（２，２）を中心とした３ｘ３周辺ＬＥＤのみが発光し、その他はすべて消灯している。輝度センサ１０５は、この瞬間の輝度を検出し、検出値加算部１０６は全輝度センサの加算結果を出力する。出力結果を、以降、Ｙｂ（ｍ、ｎ）と表記する。図１１には、ｎ＝２の時の検出タイミングを示しているが、その他の時も同様のタイミングで輝度検出結果を取得でき、これを繰り返すことで、全ＬＥＤ（ｍ、ｎ）のＹｂ（ｍ、ｎ）を取得する。

単点灯時の結果を、図３を用いて説明した通りＹｉ（ｍ、ｎ）、目標輝度をＹｇ（ｍ、ｎ）として、単点灯時の輝度の補正係数αｉは、
αｉ（ｍ、ｎ）＝Ｙｇ（ｍ、ｎ）／Ｙｉ（ｍ、ｎ）
となる。
同様に周辺点灯状態での目標輝度をＹｂｇ（ｍ、ｎ）とすると、輝度補正係数αｂ（ｍ、ｎ）は、
αｂ（ｍ、ｎ）＝Ｙｂｇ（ｍ、ｎ）／Ｙｂ（ｍ、ｎ）
となる。ここで、Ｙｂｇ（ｍ、ｎ）は、Ｙｇ（ｍ、ｎ）と同様、初期状態で取得して表示装置内に保持している周辺点灯状態での目標輝度である。

ローカルディミング制御時、輝度補正対象ＬＥＤの周辺領域中、点灯するＬＥＤの個数をカウントする。この個数をＬ（ｍ、ｎ）して、単点灯状態の補正係数と周辺点灯状態との補正係数とを用いて、線形補完する。最終的なローカルディミング時の補正係数をαｌ（ｍ、ｎ）とすると、
αｌ（ｍ、ｎ）＝
｛αｂ（ｍ、ｎ）−αｉ（ｍ、ｎ）｝／｛３×３−１｝×｛Ｌ（ｍ、ｎ）−１｝
＋αｉ
となる。

得られた補正係数をＰＷＭデューティ値ＰＷＭ（ｍ、ｎ）に乗じてフィードバック制御を行う。以上により、ローカルディミング制御時でも、各ＬＥＤの輝度ムラを補正しつつ、目標輝度にも合致する補正係数を得ることができる。

前述の動作を実現する具体的な構成図と動作フローを説明する。ブロック図は図５と同じであり、説明を省略する。

動作フローのフローチャートを、図１２に示す。図６のフローチャートと異なる箇所のみ抜粋して説明する。ステップＳ６０１の代わりにステップＳ１２０１が、ステップＳ６０６からステップＳ６０９の代わりにステップＳ１２０２からステップＳ１２０５が挿入されている。

ステップＳ１２０１では、表示輝度決定部５０７がローカルディミング制御時の全ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の目標輝度を決定する。このときＬＥＤ（ｍ、ｎ）の周辺領域の点灯個数Ｌ（ｍ、ｎ）をカウントし、バックライト輝度補正部５０８に送出する。続いて処理はステップＳ６０２に進む。ステップＳ６０２からステップＳ６０５までは前述の説明と同じである。続いて、処理はステップＳ１２０２に進む。

ステップＳ１２０２では、周辺点灯時の輝度センサ値を取得するためのＰＷＭ値制御を行う。図１１に示したように、ＬＥＤ（ｍ、ｎ）に対して周辺領域に含まれるＬＥＤを点灯し、その他を消灯する制御を行う。続いて処理はステップＳ１２０３に進む。

ステップＳ１２０３では、周辺点灯時の輝度センサ値を取得する。図１１に示すセンサ取得タイミングＴｂ（ｍ、ｎ）において、検出値加算部５１０の出力結果Ｙｂ（ｍ、ｎ）を、バックライト輝度補正部５０８が取得し、内部に保持する。続いて処理はステップＳ１２０４に進む。

ステップＳ１２０４では、全ＬＥＤ（ｍ、ｎ）の周辺点灯時輝度センサ値を取得したかを判断する。網羅して取得完了していれば、ステップＳ１２０５に進む。完了していなければ、ｍ、ｎの設定値を未完了の設定値に更新して、ステップＳ１２０２に戻り、完了するまで繰り返す。

ステップＳ１２０５では輝度補正値を決定する。これまでのステップで保持した各種検出結果および目標輝度値を用いて、輝度補正係数αｌ（ｍ、ｎ）を算出する。計算方法は前述の通りである。算出した輝度補正係数を、表示輝度決定部５０７から受けたＰＷＭ設定値に乗じて、ＰＷＭ制御部５０９に送出する。続いて処理はステップＳ６１０に進む。以降の処理は前述の説明と同じである。

以上の構成、処理、動作により、量子ドットを用いたバックライトに対してローカルディミング制御を適用した際も、精度よく輝度補正フィードバック制御が可能になる。

１０１ バックライト １０２ 青ＬＥＤ
１０３ 量子ドットシート １０４ 液晶パネル
１０５ 輝度センサ １０６ 検出値加算部
５０１ バックライト制御部 ５０２ 制御システム部
５０３ バックライト部 ５０４ 表示制御部
５０５ 液晶パネル部 ５０６ 量子ドットシート
５０７ 表示輝度決定部 ５０８ バックライト輝度補正部
５０９ ＰＷＭ制御部 ５１０ 検出値加算部
５１１ 映像データバス ５１２ 青ＬＥＤ部
５１３ 輝度センサ部 ５１４ ＲＡＭ
５１５ ＣＰＵ ５１６ 目標輝度保持部
５１７ システムバス

Claims (4)

1. 液晶パネルと、青色発光をする青色ＬＥＤが配置された前記液晶パネルの照明光となるバックライトと、前記バックライトを制御するバックライト制御手段と、前記青色ＬＥＤの発光を励起光として赤、緑の発光をする量子ドットを含む量子ドット発光手段と、前記量子ドット発光手段による発光の輝度検出結果を得る輝度検出手段と、を有する液晶表示装置であって、
   前記バックライト制御手段は、目標表示輝度を決定する表示輝度決定手段と、前記青色ＬＥＤのＰＷＭ駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、前記目標表示輝度と前記輝度検出結果を用いてフィードバック制御により前記ＰＷＭ駆動のためのＰＷＭ設定値を補正するバックライト輝度補正手段を有し、
   前記バックライト輝度補正手段は、前記ＬＥＤが単点灯時の前記輝度検出結果を全ＬＥＤ分積算してＬＥＤ１ケあたりの単点灯時ＬＥＤ平均値を算出し、
   前記ＬＥＤが複数点灯時の前記輝度検出結果を点灯領域分積算してＬＥＤ１ケあたりの複数点灯時ＬＥＤ平均値を算出し、
   前記単点灯時ＬＥＤ平均値と複数点灯時ＬＥＤ平均値の比を用いて、前記ＰＷＭ設定のフィードバック制御の補正係数を決定することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記複数点灯時ＬＥＤ平均値は、前記バックライト中の全ＬＥＤを点灯して平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記輝度検出手段は、青成分の発光輝度を検出する青用の輝度検出手段と、赤および緑成分の発光輝度を検出する赤緑用の輝度検出手段と、を有し、
   前記バックライト輝度補正手段は、
   前記ＬＥＤが単点灯時の前記赤緑用の輝度検出結果を全ＬＥＤ分積算してＬＥＤ１ケあたりの単点灯時赤緑平均値を算出し、
   前記ＬＥＤが全点灯時の前記赤緑用の輝度検出結果を全領域分積算してＬＥＤ１ケあたりの全点灯時赤緑平均値を算出し、
   前記ＬＥＤが単点灯時の前記青用の輝度検出結果に対して、前記単点灯時の赤緑平均値と前記全点灯時の赤緑平均値の比を用いて、前記ＰＷＭ設定のフィードバック制御の補正係数を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数点灯時ＬＥＤ平均値は、
   前記バックライト中の輝度取得対象ＬＥＤの周辺領域のＬＥＤを点灯して平均値を算出し、
   前記ＰＷＭ設定のフィードバック制御の補正係数を、前記周辺領域に含まれるＬＥＤの個数と、前記周辺領域に含まれて発光するＬＥＤの個数と、を用いて補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。