背景技术
液晶显示装置被要求提供均匀的显示表示。另外,为了缓和多监视器模式下使用时的多个显示装置中的个体差异,要求液晶显示装置提供均匀的显示画质,使得液晶显示装置能够展现恒定的亮度和白平衡,并且不展现亮度不均(其背光面内的亮度不均匀)和颜色不均(其背光面内的色度不均匀)。然而,在液晶显示装置中,可能由于例如由背光源的结构产生的亮度和颜色分布、由液晶面板的像素的制造偏差产生的透过率和颜色分布、以及光源部件的个体偏差和随时间变化等各种原因,引起亮度和白平衡的变化、以及亮度不均(背光面内的亮度不均匀)和颜色不均(背光面内的色度不均匀)。
鉴于此,提出了下面的改善方案来减小在液晶显示装置的显示区域中的亮度不均(背光面内的亮度不均匀性)、颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)、以及白平衡的变化。即,提供一种对其背光源使用单色或不同色的LED以及背光源的发光区域分割成多个区域的液晶显示装置。分别控制被分割的多个区域以实现上述的改善。
另外,根据随时间变化和温度条件,用作光源的LED的发光状态大幅变化。鉴于此,为了维持均匀的显示表示,提出了另一方案。即,提供一种采用颜色传感器的液晶显示装置,该液晶显示装置的背光源包括设置在多个区域中的LED。该颜色传感器测量在背光源的多个区域中由LED发出的光,并根据测量值,修正多个区域的每个区域中的LED的发光。
在具有由颜色传感器测量LED的发光的结构的液晶显示装置中,主要使用通过使用颜色滤光片测量所接收到的光的RGB颜色分量的光量的颜色传感器,而不使用能够测量由XYZ颜色空间的坐标等人的主观度规定的所接收到的光的色度的颜色传感器。LED由于温度不仅发光量变化而且LED发光光谱也变化。LED的发光光谱的变化影响颜色传感器的测量值。
另外,颜色传感器本身也受温度影响。因此,难以适当地维持液晶显示装置的显示画面的亮度和白平衡。因此,为了修正颜色传感器的测量值,提出一种使用温度传感器来测量温度的方案。
图24示出了在日本未审查的专利申请公开(JP-A)No.2006-276784中记载的传统的液晶显示装置的构成。如图24所示,JP-A No.2006-276784中公开的液晶显示装置配备有背光,并包括具有红色、绿色、蓝色这三色的发光二极管(LED)、与发光二极管相对应设置的颜色传感器、以及用于测量发光二极管的温度的温度传感器。液晶显示装置还包括设置为修正发光二极管的两种色度变化的控制运算单元,其中一种是由发光二极管的温度引起的色度变化,另一种是在调整红色发光二极管、绿色发光二极管、以及蓝色发光二极管的亮度时产生的色度变化。这种构造减小了由使用环境引起的发光二极管的色度变色,并保持了背光的任意亮度和色度。
这种构造能够根据背光整体的温度,统一修正整个显示画面的亮度和颜色,由此能够减小整个画面的亮度和白平衡的变化。
然而,在这种构造中,未分割背光的发光区域。因此,这种构造不能调整背光内部的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)以及颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)。另外,背光仅设有一个颜色传感器。当在背光内部发生温度分布时,由于背光内部的相应的部位的温度,背光中的不同位置处的各LED的发光状态变化,颜色传感器仅检测在各种发光状态中由LED发光的总和。其结果,上面的构造存在发生亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)和颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)的问题。另外,背光仅设有一个温度传感器。该温度传感器不能直接测量背光内部的温度分布,并且不能测量与由周围温度引起的整个背光的温度变化分离的将由背光内部的LED的自身发热引起的背光内部的温度分布。因此不能估计背光内部的温度分布。因此,上述的结构仍然存在有在显示画面上发生亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)和颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)的问题。
图25示出了JP-A No.2008-249780中记载的传统的液晶显示装置的结构。如图25所示,JP-A No.2008-249780中的液晶显示装置包括液晶面板以及从背面照明所述液晶面板的背光面板,并且被配置为根据图像数据来进行显示。液晶显示装置还包括区域亮度计算单元(调光控制器)、背光亮度传感器、控制器以及LED驱动器,并如下构成。液晶面板划分成多个显示区域,区域亮度计算单元被配置为根据所述图像数据来计算所述多个显示区域的各显示区域的亮度。在所述背光面板上,限定多个背光区域(背光区块)。背光亮度传感器分别设置在多个背光区域中,各背光亮度传感器适于测量由相应的背光区域发出的光的亮度。控制器被配置为根据相应的显示区域的亮度和相应的背光区域的发光亮度来调整多个背光区域的各背光区域的亮度。LED驱动器被配置为驱动背光面板的LED(白色LED元件)。另外,背光亮度传感器设为包括温度传感器和光传感器。
由于这种结构被配置为分别地调整设定在背光面板上的多个背光区域的各背光区域的亮度,因此可通过适当地调整背光的每个区域的亮度利用这种结构来修正显示画面中的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)、颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)。另外,由于设置在每个背光区域中的背光亮度传感器包括温度传感器和光传感器,因此,当在背光内部发生温度分布的情况下,只要与所发生的温度分布的变化相比背光区域被密集地限定,则背光亮度传感器能够直接测量温度分布。因此,即使在背光内部发生温度分布的情况下,也可以修正由温度分布引起的画面上的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)和颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)。
然而,这种结构需要创建大量的背光区域以便与在背光发生的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)和颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)以及背光内部发生的温度分布相比充分地密集。还需要在大量区域的每个区域中设置温度传感器和昂贵的光传感器。这种结构存在这些部件的成本大幅增加的问题。另外,由于用于调整背光区域的各背光区域的亮度的控制器具有大量的引脚以与许多传感器通信,控制器的电路尺寸变大。另外,测量参数的数量的增加使控制器的运算处理复杂化,因此需要控制器具有更高的运算处理能力。这种状况也引起了成本提高的问题。
图26示出了JP-A No.2007-317479中公开的传统的照明装置。如图26所示,JP-A No.2007-317479中公开的照明装置包括第一发光区域、第二发光区域、第一光测量器、第二光测量器、以及光源控制器,并如下配置。在第一发光区域上设置有多个第一光源,在第二发光区域上设置有多个第二光源。当多个光源处于点亮状态时,第一发光区域为相对较高温,第二发光区域为相对较低温。第一光测量器适于主要接收从第一光源发出的光,第二光测量器适于主要接收从第二光源发出的光。光源控制器被配置为根据第一光测量器的输出来集中控制多个第一光源,并根据第二光测量器的输出来集中控制多个第二光源。
根据这种结构,发光区域分成相对较高温的第一发光区域和相对较低温的第二发光区域。对每种发光区域设置光测量器,根据相应的其中一个光测量器的输出来集中控制每种发光区域。因此,通过对每种发光区域调整亮度,该结构能够修正照明设备的亮度不均(导光板内的亮度的不均匀性)和颜色不均(导光板内的色度的不均匀性)。另外,即使在照明内部发生温度分布时,这种结构间接测量高温区域的光量和低温区域的光量,而不直接测量温度分布。因此,只要温度在照明设备的内部一维地分布并且高温部分和低温部分在照明设备内线对称地出现,则通过修正由所发生的温度分布引起的光源的变化,这种结构能够减轻由温度分布引起的照明装置的亮度不均(导光板内的亮度的不均匀性)和颜色不均(导光板内的色度的不均匀性)。
然而,当照明装置的内部的温度二维地分布时,这种照明装置需要设定为与在背光内部发生的温度分布相比充分地密集的大量的区域。这意味着照明装置还需要针对大量区域的每个区域的昂贵的光学传感器,并且上面的结构存在这些部件的成本大幅增加的问题。另外,大多数颜色传感器通常被配置为通过使用颜色滤光片来测量所接收的光的RGB颜色分量的光量,而不是测量由例如XYZ色空间的坐标那样的人的主观度规定的所接收的光的色度。LED由于温度不仅发光量变化而且LED发光光谱也变化。LED的发光光谱的变化影响颜色传感器的测量值。另外,颜色传感器自身也被温度影响。因此,对于未采用温度传感器的照明装置,难以适当地维持亮度和白平衡。另外,在由于长时间使用导致LED的亮度劣化时,需要以更大的电力操作LED。然而,在这种状态下,与产品初期相比,照明装置内部的温度变化变大,LED的发光光谱的变化对颜色传感器的上述影响进一步增大。因此,对于这种照明装置,更加难以维持亮度和白平衡,这是一个问题。
图27示出了JP-A No.2006-126627中公开的传统的液晶显示装置的结构。如图27所示,JP-A No.2006-126627中公开的液晶显示装置具有下面的构造。具有多个显示像素的液晶显示面板被安装到壳体,并且被配置为根据图像信号来显示图像。液晶显示装置包括:用于测量液晶显示面板的背面温度的内部温度传感器;以及用于测量壳体外部的温度的温度传感器。控制部根据通过两个传感器测量的各温度,将用于估计液晶显示面板的显示面上的温度的以表格化的数据保存在ROM(Read Only Memory:只读存储器)中。在使ODC(Over DriveControl:过驱动控制)电路动作时,控制部根据由两个传感器测量到的温度,使ODC电路动作而从ROM中读出数据,并调整ODC电路的过冲电压和下冲电压。
如果液晶显示装置设置为仅内部温度传感器测量液晶显示面板的温度并通过使用测量到的温度来确定过冲电压和下冲电压,则可能引起下面的问题。根据这种结构,外部空气温度的急剧变化可能引起以下情形:误确定液晶显示面板的温度,ODC电路可能使用错误的过冲电压和下冲电压,然后ODC电路的功能未被充分地发挥,由此可能防止显示图像的模糊(不鲜明)的降低。另外,这种情形可能产生像素电极的电压成为超过目标透过率的状态并且相应的像素可能显示错误的颜色的状况。JP-A No.2006-126627记载了所公开的结构能够解决所有的这些问题。
然而,JP-A No.2006-126627中公开的技术涉及液晶显示装置的过冲驱动,其中,与外部空气接触的液晶面板的温度被修正。所公开的技术用于取代直接测量液晶面板的表面温度,而是基于根据周围环境大幅变化的外部空气温度、以及利用远离液晶面板的部位处的内部温度传感器测量到的温度,估计液晶面板温度。因此,如果该设备不能对可根据周围环境和工作状态急剧变化的外部空气温度引起的所有可能的状况,适当地确定修正量,则仍然存在该设备难以进行准确的修正的问题。在JP-A No.2006-126627中,记载了关于使用面板代表值进行温度修正,但没有记载关于背光内部的温度分布。即,该文献没有记载关于显示画面上发生的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)和颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)的问题。
本发明致力于解决这些问题。
附图说明
现在参照示例性而非限制性的附图仅以示例方式描述实施方式,其中,在各图中相同的元件标注相同附图标记,其中:
图1是示意性示出根据第一实施例的液晶显示装置的结构的图;
图2是示意性示出根据第一实施例的液晶面板单元的结构的图;
图3A和图3B是示出根据第一实施例的背光源的构成的示例的图,图3A是从LED安装板的前侧观察到的背光源的俯视图,图3B是从LED安装板的背面侧观察到的背光源的俯视图;
图4A和图4B分别是示出根据第一实施例的背光源的构造的示例的图,并且是沿图3B的IV-IV线剖开的剖视图;
图5是示出各R-LED、G-LED、以及B-LED的温度特性的图;
图6是示出白色LED的温度特性的图;
图7A和图7B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域上的温度的图;
图8A和图8B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域上的温度变化的图;
图9A和图9B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域的温度变化系数的图;
图10A和图10B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域上的温度的图;
图11A和图11B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域上的温度的图;
图12A和图12B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的分割发光区域的温度变化系数的图;
图13A和图13B分别是示出根据第一实施例的背光源点后的温度推移的图;
图14A和图14B示出根据第一实施例的安装在LED驱动板上的运算部的处理的流程图;
图15A和图15B是比较本示例与传统示例之间的相对亮度分布的图;
图16A至图16D是比较本示例与传统示例之间的色度分布的图;
图17A和图17B分别是示出根据第一实施例的面状照明装置的纵向(portrait)配置中的分割发光区域的温度变化和温度变化系数的图;
图18A、图18B、图18C分别是根据第一实施例的背光源的构成的其他示例的图;
图19A至图19D分别是根据第一实施例的背光源的构成的其他示例的图;
图20是示意性示出根据第二实施例的液晶显示装置的结构的框图;
图21是示意性示出根据第三实施例的液晶显示装置的结构的框图;
图22是示意性示出根据第四实施例的液晶显示装置的结构的框图;
图23是示意性示出根据第五实施例的液晶显示装置的结构的框图;
图24是示意性示出现有技术(JP-A No.2006-276784)的液晶显示装置的结构的框图;
图25是示意性示出现有技术(JP-A No.2008-249780)的液晶显示装置的结构的框图;
图26是示意性示出现有技术(JP-A No.2007317479)的照明装置的结构的框图;以及
图27是示意性示出现有技术(JP-A No.2006-126627)的液晶显示装置的结构的框图。
实施例1
为了对本发明的上述的实施方式进行详细说明,将参照图1至图19D对根据第一实施例的面状照明装置及液晶显示装置进行说明。
图1示出了作为本发明的一个实施方式的面状照明装置应用于液晶显示装置的第一实施例。如图1所示,本实施例的液晶显示装置1包括:液晶面板5、面状光源(本实施例中背光源7)、以及覆盖背光源7的第二壳体8。面状光源包括第一壳体7a,其覆盖具有单色或多色的多个发光元件以(在光学片6上)形成平面或曲面的发光面,其中发光面被分成多个发光区域。在此,背光源7和第二壳体8形成本实施例的面状照明装置(面式照明***)的一部分。面状照明装置还包括光源驱动电路10、运算部11、以及适于存储设定信息的存储部12。光源驱动电路10包括分别适于驱动和控制属于相应的分割发光区域的发光元件的多个光源驱动部。运算部11适于计算多个光源驱动部的各光源驱动部的驱动条件。另外,面状照明装置还包括设置在背光源7的第一壳体7a内部的至少一个颜色传感器16、设置在第一壳体7a内部的至少一个第一温度传感器17、以及设置在第一壳体7a外部且第二壳体8内部的至少一个第二温度传感器18。运算部11设置为至少根据由颜色检测部13测量到的颜色传感器16的测量值、由温度检测部14测量到的第一温度传感器17的测量值、由温度检测部15测量到的第二温度传感器18的测量值、以及存储部12内的设定信息,修正多个光源驱动部中的每个光源驱动部的驱动条件。
图2示出了应用于本实施例的液晶显示装置的液晶面板单元的构成的示例。如图2所示,该液晶面板单元包括面板驱动部4、栅极驱动部5a、源极驱动部5b、液晶面板5等。面板驱动部4适于基于由图像处理部2处理的图像输入信号,生成并输出用于控制栅极驱动部5a和源极驱动部5b的信号。栅极驱动部5a适于响应于来自面板驱动部4的信号,经由液晶面板5的地址线沿竖直方向扫描各像素行的驱动晶体管的栅极。源极驱动部5b适于响应于来自面板驱动部4的信号,经由数据线向各像素列的驱动晶体管的源极供给与图像输入信号相对应的电压。液晶面板5设置为通过响应于竖直方向的扫描,向与设置在地址线与数据线之间的各交点的驱动晶体管连接的像素供给与图像输入信号相对应的电压,由此进行与输入信号相对应的图像显示。
图3A是从正面侧观察本实施例的背光源7的第一壳体7a内的LED安装板的图,图3B是从背面侧观察LED安装板的图。如图3A所示,在本实施例中,使用LED光源作为发光元件。在安装在背光源7内的LED安装板7c上,设有大量的LED光源,其中每个LED光源是由例如R-LED、G-LED和B-LED三色LED组成的多色的LED的组(以下,称作LED组7b)。LED安装板7c分成M×N个区域(M、N分别是正整数,并且它们中的至少一个是大于或等于2的正整数)以形成多个分割发光区域。设置在LED安装板7c上的大量LED组7b***作为在分割的发光区域中的LED组7b分别地发光。各分割发光区域由包括上述的多个光源驱动部的光源驱动电路10独立地驱动和控制。虽然本实施例被配置为使用RGB这3色的LED,但可以将白色LED加入到RGB这3色的LED,或者可以使用YMC颜色的LED。另外,在安装在背光源7内的LED安装板7c的大致中央设置有一个颜色传感器16和一个第一温度传感器17。作为颜色传感器16,可以使用能够分别测量具有不同的光峰值波长并且不同光谱分量的光通量(例如各RGB颜色中的光通量)的通常的光传感器。
另一方面,如图3B所示,在本实施例的LED安装板7c的背面上设置有LED驱动板9。在LED驱动板9上安装有上述的光源驱动电路10、运算部11、存储部12、颜色检测部13、温度检测部14、15等。另外,在LED驱动板9上设置有第二温度传感器18。
在本实施例中,虽然在LED安装板7c的大致中央设置一个颜色传感器16和一个第一温度传感器17,但只要这些传感器被覆盖在背光源7的第一壳体7a内部,则这些传感器可按任意的方式设置,并且它们的配置位置和它们的数量可适当变更。另外,在图3A中,虽然颜色传感器16和第一温度传感器17相互靠近地配置,但是它们可以相互分离地配置。另外,虽然在图3B的LED驱动板9上设置第二温度传感器18,但只要第二温度传感器18设置在背光源7的第一壳体7a外部且第二壳体8内部,则第二温度传感器18可按任意的方式设置,它的配置位置和它的数量可适当变更。另外,作为各第一温度传感器17及第二温度传感器18,可以使用例如电阻温度计和热电偶的通常的温度传感器。它们各自的类型可以彼此相同,或者可以根据要测量的温度范围和所需的温度测量精度改变它们的类型。
图4A和图4B分别示出了本实施例的背光源7的剖视图。即,图4A和图4B分别示出了沿上述的图3B的IV-IV线剖开的剖面。如图4A所示,第一温度传感器17、颜色传感器16、大量LED组7b一起设置在LED安装板7c上,其中LED安装板7c设置在背光源7的第一壳体7a(由机壳和图4A的背光源背面板7e、以及图1的光学片6形成)内且第一壳体7a的发光面侧的表面上。在导热片7d置于LED安装板7c与背光源背面板7e之间的状态下,LED安装板7c设置在背光源背面板7e(在第一壳体7a)上。另一方面,第二温度传感器18安装在设于第一壳体7a外部的LED驱动基板9上,其中在例如导热性低的树脂的隔热片7f置于LED驱动基板9与背光源背面板7e之间的状态下,LED驱动基板9设置在背光源背面板7e(在第一壳体7a的背面)上。
如此,第一温度传感器17设置在第一壳体7a内部,并构成为能够测量背光源7内部的温度。另一方面,第二温度传感器18设置在第一壳体7a外部以及第二壳体8内部,并构成为难以被第一壳体7a的内部温度影响并且难以被外部空气温度影响。
在本实施例中,为了减小LED组7b的自身发热的增加,第一温度传感器17设置为通过导热片7d确保通向背光源背面板7e的放热路径。然而,只要第一温度传感器17设置在第一壳体7a内部,则不需要设置第一温度传感器17来确保通向导热片7d的路径。另外,第二温度传感器18经由导热性低的例如树脂片的隔热片7f设置在LED驱动板9上。但是,只要第二温度传感器18设置在第一壳体7a外部且第二壳体8内部,则不需要与导热性低的例如树脂片的隔热片7f一起设置第二温度传感器18。
如图4B所示,背光源背面板7e可包括弯曲部,将LED驱动板9以使其整个表面不与背光源背面板7e接触的方式固定在弯曲部上,第二温度传感器18可设置在这种LED驱动板9上。在这种结构中,第二温度传感器18也设置在第一壳体7a外部且第二壳体8内部,并构成为难以被第一壳体7a的内部温度影响并且难以被外部空气的温度影响,该结构是一个优选的实施例。另外,虽然第二温度传感器18设置在LED驱动板9上,但第二温度传感器18也可以安装在与LED驱动板9独立配备的基板上。
以下,对本实施例的用作发光元件的LED的温度特性及面状照明装置的LED安装板7c的各部分的温度特性进行说明。
图5示出R-LED、G-LED、B-LED分别的温度特性,图6示出白色LED的温度特性。如图5和图6所示,各R-LED、G-LED、B-LED以及白色LED具有发光状态根据温度条件大幅变化并且当温度升高时光通量衰减的特性。本实施例的R-LED、G-LED、B-LED具有不同的发光衰减特性,由此引起根据温度条件背光源7的颜色变化以及亮度变化。由于这种变化不仅由于背光源7整体的温度上升而且由于背光源7内部的面内温度差而发生,因此需要根据面内温度差进行LED的驱动和控制。
在本实施例的液晶显示装置中,设置在背光源7的第一壳体7a内的LED安装板7c被分成M×N个发光区域,用m(0≤m<M)和n(0≤n<N)规定M×N区域中各区域的位置(以下,将该位置称作第一壳体7a内的分割发光区域的各部分)。图7A和图7B分别示出白色亮度为400cd/m2的情况下温度饱和状态下的分割发光区域(该图中由H0到H3和V0到V3表示)的各部分上的温度T(m, n)。图7A示出周围环境温度25℃的情况,图7B示出周围环境温度50℃的情况。从图7A和图7B可知,在本实施例的背光源7中,如果继续点亮,则由于LED的自身发热,背光源7的第一壳体7a的内部温度上升,并在比周围环境温度高的温度下达到热平衡,并且在热平衡状态下发生面内温度差。
图8A和图8B分别示出在本实施例的液晶显示装置中在白色亮度为400cd/m2的情况下的温度饱和状态下的背光源7的第一壳体7a内的分割发光区域的各部分上的从周围环境温度发生的温度变化ΔT(m,n)。图8A示出周围环境温度25℃的情况,图8B示出周围环境温度50℃的情况。从图8A和图8B可知,在热平衡状态下的分割发光区域的各部分上从周围环境温度发生的温度变化ΔT(m,n)无论周围环境温度如何都是相似图形。将25℃的周围环境温度与50°C的周围环境温度相比,随着周围环境温度升高,LED的光通量相对减少,因此,为了维持相同的白色亮度,施加于LED的电力消耗增加。然而,与电力消耗的增加率相对应地,LED的自身发热增加。这导致第一壳体7a内部的温度变化整体上增加。具体地,在周围环境温度为25℃时,壳体内温度变化的代表值为21.6℃。另一方面,在周围环境温度为50℃时,代表值增加到23.7℃。另外,这还导致面内温度差增大。在周围环境温度为25℃时,面内温度差为12.6℃。另一方面,在周围环境温度为50℃时,面内温度差为13.6℃。
接下来,图9A和图9B分别示出在本实施例的液晶显示装置中白色亮度为400cd/m2时在温度饱和状态下的背光源7的第一壳体7a内的分割发光区域的各部分上的温度变化系数k(m,n)。图9A示出25℃的周围环境温度的情况,图9B示出50℃的周围环境温度的情况。假设在图9A和图9B中的位置(H1,V1)处的温度是第一壳体7a内部的温度变化的代表值,通过以下的式1来计算温度变化系数k(m,n)。
k(m,n)=ΔT(m,n)/ΔT…(1)
在该式中,k(m,n)是第一壳体内部的分割发光区域的各部分的温度变化系数,ΔT(m,n)是第一壳体内部的分割发光区域的各部分的温度变化,ΔT是第一壳体内部的温度变化的代表值,其中m和n是满足0≤m<M、0≤n<N并示出第一壳体内部的位置的整数,并且M和N表示第一壳体内部的分割发光区域的数量。
如图9A和图9B所示,来自热平衡状态下的分割发光区域的各部分的周围环境温度的温度变化系数k(m,n)无论周围环境温度如何大致一致。另外,如上所述,随着周围环境温度变高,LED的光通量减小,这增加了施加于LED的电力消耗,以维持相同的白色亮度,。然而,温度变化系数k(m,n)不依赖于施加于LED的电力消耗的差而大致一致。
图10A和图10B分别示出在本实施例的液晶显示装置中在周围环境温度25℃的情况下温度饱和状态下的背光源7的第一壳体7a内的分割发光区域的各部分上的温度T(m,n)。图10A是本实施例的液晶显示装置的白色亮度为400cd/m2的情况,图10B是白色亮度为250cd/m2的情况。图11A和图11B分别示出在本实施例的液晶显示装置中,在周围环境温度为25℃的情况下温度饱和状态下的背光源7的第一壳体7a内的分割发光区域的各部分上从周围环境温度发生的温度变化ΔT(m,n)图11A是本实施例的液晶显示装置的白色亮度为400cd/m2的情况,图11B是白色亮度为250cd/m2的情况。从图中可知,在周围环境温度相同且液晶显示装置中的白色亮度不同的情况下,随着白色亮度变小,施加于LED的电力消耗变小。因此,LED的自身发热与电力消耗的减少率成比例地减少,第一壳体内部的温度变化整体上减少,面内温度差也变小。在图11A和图11B中,在白色亮度为400cd/m2的情况下,壳体内温度变化的代表值是21.6℃,面内温度差是12.6℃,在白色亮度为250cd/m2的情况下,代表值减小到13.0℃,面内温度差为7.6℃。
另外,图12A和图12B分别示出在本实施例的液晶显示装置中周围环境温度为25℃的情况下温度饱和状态下的背光源7的第一壳体7a内的分割发光区域的各部分上的温度变化系数k(m,n)。图12A是白色亮度为400cd/m2的情况,图12B是白色亮度为250cd/m2的情况。由图12A和图12B可知,热平衡状态下的分割发光区域的各部分的温度变化系数k(m,n)无论液晶显示装置的白色亮度如何都大致一致,并且不依赖于施加于LED的电力消耗的差而大致一致。
在此,只要周围环境温度是由覆盖多个发光元件的第一壳体7a组成的背光源7的周围测量到的周围环境温度,则可以使用任意的周围环境温度。在本实施例中,由于液晶显示装置的内部且背光源7的周围的温度被定义为周围环境温度,因此可以在没有根据液晶显示装置的周围环境和使用状态可急剧变化的外部空气温度的影响的情况下,稳定地测量背光源的周围环境温度。
以下,对本实施例的背光源7的控制方法进行说明。
图13A和图13B示出液晶显示装置1内部以及背光源7的周围的温度、由于自身发热引起的背光源7的第一壳体7a内部的温度上升、第一壳体7a内部的面内温度差、以及本实施例的第一温度传感器17的测量值T1和第二温度传感器18的测量值T2。
如上所述,本实施例的背光源7在点亮后由于自身发热使自身的温度提高,并达到热平衡状态。然后,在达到热平衡状态的饱和状态下,在不依赖于周围环境温度的情况下,背光源7产生大致相同的温度上升和面内温度差。为了通过考虑温度上升和面内温度差对背光源7适当地进行控制,在本实施例中,如上所述,设置在第一壳体7a内部的第一温度传感器17测量背光源7的周围环境温度和由于背光源7的自身发热在第一壳体7a内部发生的温度变化的代表值之和T1,设置在第一壳体7a外部的第二温度传感器18测量背光源7的周围环境温度T2。然后,运算部11进行以下的处理。
图14A和图14B示出本实施例的运算部11的处理的流程图。
如图14A和图14B所示,运算部11读取存储在存储部12中的数据(设定信息)(S101)。接下来,运算部11从颜色检测部13获得颜色传感器16的测量值,从温度测量部14获得第一温度传感器17的测量值,从温度检测部15获得第二温度传感器18的测量值(S102)。
接下来,运算部11通过使用式2根据第一温度传感器17的测量值T1与第二温度传感器18的测量值T2之间的差值,计算由背光源7的自身发热引起的第一壳体7a内部的温度变化代表值ΔT(S103)。
ΔT=T1-T2…(2)
在式2中,ΔT是第一壳体内部的温度变化代表值,T1是第一温度传感器的测量值,T2是第二温度传感器的测量值。
接下来,运算部11通过使用下式3根据计算出的由于背光源7的自身发热而在第一壳体7a内部引起的温度变化代表值ΔT、以及分割发光区域的相应部分上的温度变化系数k(m,n),计算分割发光区域的各部分上的温度变化ΔT(m,n)(S104)。温度变化系数k(m,n)是背光源7的分割发光区域的各部分上的温度变化相对于第一壳体7a内部的温度变化的代表值ΔT的比率,使用预先测量到的第一温度传感器17的测量值和第二温度传感器18的测量值,计算这些代表值。
ΔT(m,n)=k(m,n)×ΔT…(3)
在式3中,ΔT(m,n)是分割发光区域的各部分上的温度变化,k(m,n)是分割发光区域的各部分的温度变化系数,其中m和n是满足0≤m<M和0≤n<N的整数,M和N表示第一壳体内部的分割发光区域的数量。
然后,运算部11通过下式4根据计算出的分割发光区域的各部分上的温度变化ΔT(m,n),计算分割发光区域的各部分上的温度T(m,n)(S105)。
T(m,n)=T2+ΔT(m,n)…(4)
在式4中,T(m,n)是分割发光区域的各部分上的温度,其中m和n是满足0≤m<M和0≤n<N的整数,M和N表示第一壳体内部的分割发光区域的数量。
由上可知,可在不受背光源的周围温度影响的情况下计算分割发光区域的各部分上的温度T(m,n)。
接下来,示出了通过使用分割发光区域的各部分上的温度变化ΔT(m,n)和颜色传感器16的测量值来修正本实施例的壳体内部的分割发光区域的亮度的方法的示例。
在图1的存储部12中,预先记录有:根据预先测量到的各第一温度传感器17和第二温度传感器18的测量值计算分割发光区域的各部分的温度变化系数k(m,n)时的周围环境温度T0;此时的各分割发光区域上的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr0(m,n)、dg0(m,n)、db0(m,n));以及根据预先测量到的颜色传感器16的测量值计算出的各分割发光区域的R-LED、G-LED、B-LED的亮度值的温度修正系数(αr(m,n)、αg(m,n)、αr(m,n))。这些值被传送到运算部11。
运算部11通过使用下式根据分割发光区域的各部分的温度T(m,n)计算温度修正后的各分割发光区域上的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)、dg'(m,n)、db'(m,n))(S106)。
dr'(m,n)=dr0(m,n)+αr(m,n)×(T(m,n)-T0)…(5)
dg'(m,n)=dg0(m,n)+αg(m,n)×(T(m,n)-T0)…(6)
db'(m,n)=db0(m,n)+αb(m,n)×(T(m,n)-T0)…(7)
在式5至式7中,dr'(m,n)、dg'(m,n)、db'(m,n)是温度修正后的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值,dr0(m,n)、dg0(m,n)、db0(m,n)是预先测量时的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值,αr(m,n)、αg(m,n)、αb(m,n)是R-LED、G-LED、B-LED的亮度值的温度修正系数,T0是预先测量时的周围环境温度,其中m和n是满足0≤m<M和0≤n<N的整数,M和N表示第一壳体内部的分割发光区域的数量。
计算出的温度修正后的各分割发光区域上的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)、dg'(m,n)、db'(m,n))被传送到对背光源7的每个分割发光区域设置的光源驱动部。对背光源7的各分割发光区域和RGB各色设置光源驱动部。每个光源驱动部设置为按照输入到相应的光源驱动部的各分割发光区域上的温度修正后的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)、dg'(m,n)、db'(m,n)),分别地驱动并控制相应的一个分割发光区域。在此,可通过PWM(PulseWidth Modulation:脉宽调制)控制中的占空比控制或者LED驱动电流量的控制,进行LED亮度输出的控制。
如上所述,颜色传感器16与第一温度传感器17一起设置在安装到背光源7内的LED安装板7c上。在根据被驱动和控制的分割发光区域的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)、dg'(m,n)、db'(m,n))进行控制的状态下,颜色检测部13通过颜色传感器16测量分割发光区域的发光状态,颜色传感器测量值(Sr、Sg、Sb)被发送到运算部11。以下,将时刻(t)的亮度输出值称作(dr'(m,n)(t)、dg'(m,n)(t)、db'(m,n)(t)),将基于亮度输出值控制的状态下的颜色传感器测量值称作(Sr(t)、Sg(t)、Sb(t))。
在存储部12中,预先记录有目标颜色传感器值(Sr0、Sg0、Sb0)及颜色传感器16的温度修正系数(βr、βg、βb),并且这些值被传送到运算部11。在本实施例中,第一温度传感器17设置在颜色传感器16的附近,颜色传感器16的温度由第一温度传感器17的测量值(T1)求出。因此,运算部11通过下式计算时刻(t)的目标颜色传感器值(Sr0'、Sg0'、Sb0')(S107)。
Sr0'=Sr0+βr×(T1-T0)…(8)
Sg0'=Sg0+βg×(T1-T0)…(9)
Sb0'=Sb0+βb×(T1-T0)…(10)
在式8至式10中,Sr0'、Sg0'、Sb0'是温度修正后的目标颜色传感器值,Sr0、Sg0、Sb0是目标颜色传感器值,βr、βg、βb是颜色传感器温度修正系数。
在存储部12中预先记录有颜色传感器值(Sr0、Sg0、Sb0)和R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr(m,n)、dg(m,n)、db(m,n))的关系矩阵的逆矩阵(Smat-1),这些值被发送到运算部11。
运算部11通过下式,根据时刻(t)的目标颜色传感器值(Sr0'、Sg0'、Sb0')与颜色传感器测量值(Sr(t)、Sg(t)、Sb(t))之差、以及逆矩阵(Smat-1),计算下一时刻(t+Δt)的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)(t+Δt)、dg'(m,n)(t+Δt)、db'(m,n)(t+Δt))(S108)。
在式12中,dr'(m,n)(t+Δt)、dg'(m,n)(t+Δt)和db'(m,n)(t+Δt)是时刻(t+Δt)的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值,dr'(m,n)(t)、dg'(m,n)(t)和db'(m,n)(t)是时刻(t)的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值,Sr(t)、Sg(t)和Sb(t)是颜色传感器测量值,Sr0'、Sg0'、Sb0'是温度修正后的目标颜色传感器值。
计算出的下一时刻(t+Δt)的R-LED、G-LED、B-LED的亮度输出值(dr'(m,n)(t+Δt)、dg'(m,n)(t+Δt)、db'(m,n)(t+Δt))被发送到光源驱动部,并利用这些值分别地驱动并控制分割发光区域(S109)。
在给定时段(Δt)期间反复进行以上的动作,由此温度传感器和颜色传感器构成为进行反馈控制。因此,无论LED的随时间变化和温度条件如何,都能够改善显示区域的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)、颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)、以及白平衡的变化。
图15A示出根据传统示例的结构的相对亮度分布(在温度饱和状态下),图15B示出根据本实施例的结构的相对亮度分布(在温度饱和状态下)。图16A和16B示出根据传统示例的结构的色度分布(在温度饱和状态下),图16C和图16D示出根据本发明的结构的色度分布(在温度饱和状态下)。从图中可知,相对亮度和色度分别变为面内均匀的,并且显示区域的亮度不均(背光面内的亮度的不均匀性)、颜色不均(背光面内的色度的不均匀性)、以及白平衡的变化被改善。
图17A和图17B示出了将本实施例的液晶显示装置1设为纵向配置的情况下背光源7的第一壳体7a内部的分割发光区域的各部分的温度变化和温度变化系数,其中白色亮度是400cd/m2,周围环境温度是25℃。从图17A和图17B可知,温度分布与图7A至图12B的横向(landscape)配置时的温度分布不同。在这种配置中,通过利用纵向配置和横向配置改变存储在存储部12中的设定值,能够进行本实施例的控制。
另外,图18A至图18C和图19A至图19D分别示出本发明的背光源7的另一实施例。图18A至图18C分别是在背光源7中使用R-LED、B-LED、G-LED等的多色LED时的另一实施例,图19A至图19D分别是在背光源7中使用白色LED时的另一实施例。如图18A所示,背光源7的结构不限于颜色传感器16的数量仅有一个的情况,而可以使用多个颜色传感器。另外,虽然在上述的实施例中使用在液晶显示装置1的背面安装有LED的直下(direct)型背光源,但是如图18B和图18C所示也可以使用在液晶显示装置1的侧部安装有LED的侧光式背光源。
另外,如图19A至图19D所示,在上述的实施例中,LED光源由R-LED、G-LED、B-LED的多色LED构成。可替选地,LED光源可由白色LED构成。在仅由一个白色LED构成的情况下,由于不需要测量各种颜色的亮度,因此使用光传感器16a而不使用颜色传感器16足以。