JP2007108286A - 液晶表示装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の表示ムラに関して、２次元輝度分布に基づき表示ムラの評価や表示ムラを軽減するための調整をするに際し、ＣＣＤカメラ等を用いて取得した２次元輝度分布には液晶表示装置の視野角特性の影響が含まれており誤差を生じる。
【解決手段】液晶表示装置の２次元輝度分布情報を計測する計測手段と、液晶表示装置の視野角特性による輝度変化を表す視野角データを出力する手段と、視野角データ及び計測手段の液晶表示装置に対する視野角を用いて２次元輝度分布情報から視野角による輝度変化を打ち消す様に演算して第２の２次元輝度分布情報を出力する演算手段と、第２の２次元輝度分布情報の輝度分布のムラを判定する表示ムラ判定手段とを備え、液晶表示装置の視野角特性に基づき２次元輝度分布を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の調整方法および評価方法に関するものである。

近年、液晶表示装置は用途をパソコン用モニターからテレビへと変えながら、画面サイズを大きくしつつ市場を拡大し続けている。液晶表示装置の画質の課題や品質の課題はいくつかあるが、以下の２点について取り上げる。

まず第１の課題として 視野角特性について説明する。視野角特性は、観測者が液晶表示装置の画面を見こむ角度によって見え方が変わる、液晶表示装置に特有な特性である。

視野角特性の測定方法としては、図７（ａ）に示すように一点測定式の輝度計を画面に対して任意の角度をつけて配置し複数回の測定をもって分布を求める方法や、図７（ｂ）に示すようにコリメータレンズ系とカメラを用いて２次元測定することで一回の測定で全方位の視野角特性を得る方法が知られる（特許文献１）。

第２の課題として表示ムラについて説明する。表示ムラは表示装置全般において発生しうるものであるが、その発生要因は表示デバイスに依るところである。液晶表示装置の場合はガラス基板に液晶材料を封入している構造のため、ガラス基板の間隔、いわゆるギャップ長の面内ムラなどに起因し、近年の液晶テレビの大型化に伴ない均一なギャップを保つのが困難になり問題視されるようになってきた。

表示ムラの測定方法としては、図８（ａ）に示すように一点測定式の輝度計を画面に対して平行にスライドして複数回の測定をもって分布を求める方法や、図８（ｂ）に示すようにＣＣＤカメラ２０３を用いて２次元測定することで一回の測定で２次元輝度分布特性を得る方法が知られる（特許文献２）。前者をムラ測定法Ａ、後者をムラ測定法Ｂとして特徴を表１に示す。

ムラ測定法Ｂは短時間でデータを取得できる一方で、図８（ｂ）の通り、画面の隅の部分では角度ζで測定しており視野角特性の影響を受けている。

ここで、前述のムラ測定法Ａおよびムラ測定法Ｂで２次元輝度分布を得てから、表示ムラの度合を評価したり、液晶セルへの印加電圧を画素ごとに調整して表示ムラを軽減するように調整することを考える。

液晶表示装置においては表示ムラはないことが理想であり、例えばベタ画面など均一な映像を表示した場合に均一な表示が得られることが望ましい。均一な映像を表示した場合に、ムラ測定法Ａで得られた２次元輝度分布が数値的に均一となる場合が好ましいのか、あるいはムラ測定法Ｂによって得られた２次元輝度分布が数値的に均一となる場合が好ましいのかについて以下の例で考察する。

ハイビジョンテレビ（画面の横対縦のアスペクト比が１６：９）では３Ｈといわれるが、画面の高さ（Ｈｅｉｇｈｔ）の３倍の距離からの視聴が臨場感と走査線の見えにくさの観点から最も適しているといわれている。図９のように画面中央の点Ｃからの法線方向で距離３Ｈの位置に観測者Ｄが居るとする。さらに画面サイズに対して観測者の両目の間隔が十分に小さく点とみなせると仮定する。すると図９に示すように左右方向には片側ｔａｎθ＝８÷２７となる角度θ（≒１６．５°）で画面の左右両端を見ていることになる。同様に上下方向にはφ≒９．５°、斜め（対角）方向にはψ≒１８．８°の角度で画面の端の部分を見ていることになる。このような観測状態はムラ測定法Ｂの測定状態に近い。

それではどのような表示を行った場合に、ムラ測定法Ｂで測定した２次元輝度分布が数値的に均一となるかを考える。観測者Ｄの位置にムラ測定法Ｂにおけるカメラ２０３があるとし、説明の簡単化のため図９のθ方向のみについて考える。液晶表示装置に用いられている液晶パネルにの視野角特性が図１０の通り、正面視の輝度を１（基準）とし、視野角θでは輝度が１０％減少するようなものとする。画面の位置と視野角の関係は図１１（ｂ）であるから、液晶表示装置に図１１（ａ）に示すような均一な画像を表示したときには、図１０と図１１（ｂ）の関係から、２次元輝度分布は図１１（ｃ）のようになり、数値的に均一とならない。

次に、図１２（ａ）のような不均一な画像を表示した場合を考える。画面の位置と視野角の関係は図１２（ｂ）で、これは図１１（ｂ）と変わらない。図１０と図１２（ｂ）の関係から、２次元輝度分布は図１２（ｃ）のようになり、数値的に均一となった。この場合、カメラ２０３、ひいては観測者Ｄにとって均一な表示が得られる。

しかしこのとき図９において画面の右端の点Ｅの法線上で、かつ観測者Ｄと同じく画面から３Ｈの距離に観測者Ｆが居た場合を考える。すなわち観測者Ｆは観測者Ｄが画面に対して平行に移動した場合に相当する。

観測者Ｆにとって画面の位置と視野角の関係は図１３（ｂ）となる。表示が図１３（ａ）の通り（図１２（ａ）のまま）のとき、図１０と図１３（ｂ）の関係から２次元輝度分布は図１３（ｃ）の通りとなる。一方で図１４（ａ）の通り均一な画像を表示した場合、観測者Ｆから見た２次元輝度分布は図１４（ｃ）となる。

図１３（ｃ）と図１４（ｃ）を比較すると、図１３（ｃ）の方が明暗の差が大きく、なだらかな特性とは言い難い。

つまりこのことは、図１２（ａ）に示すような調整方法では最適化した点から観測者がずれると反ってムラが増加し、弊害となってしまうことを示している。例えば自動車の運転者が見る計器など観測者と表示装置の位置関係がある程度定まっている場合にはこれでも良いが、リビングに置くテレビ用途の液晶表示装置など複数の人で見たり、見る人の姿勢が変わるような場合には不都合となる。このことから、均一な表示をした場合、観測者Ｄにとっては図１１（ｃ）、観測者Ｆにとっては図１４（ｃ）のような特性となることが弊害なく、総合的に良好な均一性となるであろう。

なお、厳密には液晶表示装置においては、表示する階調によって視野角特性は若干異なるが、この例では同一であると仮定した。
特開平５−２８８６３８号公報 特開平６−３００９９８号公報

以上のように液晶表示装置は元来、視野角特性と表示ムラの課題がある。表示ムラの測定法であるムラ測定法Ａでは時間がかかり、ムラ測定法Ｂでは得られる輝度分布に視野角特性の影響を含み、いずれにしても表示ムラを評価したり、表示ムラを軽減するよう調整する際に障害となっていた。

この課題を解決するにあたり、本発明の液晶表示装置の調整方法は、ＣＣＤカメラ等から求められた、視野角特性の影響を含む２次元輝度分布に基づき表示ムラを評価、もしくは表示ムラを軽減するよう調整する際に、液晶パネルの視野角特性により前記２次元輝度分布情報が受ける影響を補正することを特徴とした。

本発明の液晶表示装置の評価方法および調整方法は、短時間で、液晶表示装置に固有な視野角特性の影響を勘案して表示ムラの評価および調整をすることができる。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の液晶表示装置の評価方法のブロック図を図１に示す。液晶表示装置１０１のに均一な画像を表示した際の２次元輝度分布をＣＣＤカメラ１０２で捉え、演算部１０４に入力する。この２次元輝度分布は液晶表示装置の視野角特性以外の要因、例えばＣＣＤセンサー自身の感度の面内ムラなどは校正されたものである。また、演算部１０４には別途、既知の技術で求められた液晶表示装置の視野角特性データ１０３も入力される。

演算部１０４は、視野角特性データ１０３と、２次元輝度分布の各要素が、どの方向にどれくらいの視野角で得られたものかとの情報に基づき、２次元輝度分布を補正する。この演算を行うためには、液晶表示装置１０１の大きさ、および液晶表示装置１０１とＣＣＤカメラ１０２の位置関係が必要となる。

図２に示すように、液晶表示装置の画面サイズは横１６ｄ、縦９ｄで、ＣＣＤカメラ１０２は液晶表示装置１０１の画面中央の点Ｇの法線上で、画面から距離２７ｄの位置にあるとする。そして得られた２次元輝度分布は図３の通り、液晶表示装置１０１の画面の横４ｄ、縦３ｄの微小な面を１要素とした、４×３＝１２要素であるとする。ここで図３の要素（ｄ−１）に着目する。図２の通り液晶表示装置の画面上で要素（ｄ−１）の領域の中央に相当する点を点Ｈとする。図２より点Ｈはカメラ１０２から見て、横方向にはｔａｎθ＝６ｄ／２７ｄとなる角度、かつ縦方向にはｔａｎφ＝３ｄ／２７ｄとなる角度をもって測定し得られた要素であることが判る。このような視野角（θ、φ）では視野角特性はどうなっているかを視野角特性データを参照し、２次元輝度分布の要素を補正する。例えばｋを正数として視野角（θ、φ）のとき、正面視に比べて輝度が１／ｋに変化することが視野角特性データから判れば、２次元輝度分布の要素をｋ倍することで視野角特性の影響を打ち消すことができる。このような演算を全要素に対して行うことで視野角特性の影響のない２次元輝度分布を得ることができ、判定部１０５に出力される。

判定部１０５は演算部１０４から入力された２次元輝度分布に基づき、表示ムラの程度を判定する。例えば２次元輝度分布の全要素の平均と、各要素の値との差分絶対値をムラ成分として全要素で積分し、予め設定した判定基準と比較し、判定基準よりも小さければ合格、判定基準よりも大きければ不合格と判定して、判定結果をモニター１０６に表示する。なお、本発明においてムラ成分の抽出法や、判定の基準の詳細は問わない。逆に、表示ムラの評価や判定には、全てのものに適用できる統一的な指標はないことから、表示ムラのタイプや着目する観点に応じて適宜変更すべきである。

本発明の第２の液晶表示装置の調整方法のブロック図を図４に示す。実施例１と同じものには同じ符号をつけており、以下、実施例１と異なる点についてのみ説明を行う。

判定および調整部１０７は演算部１０４から入力された視野角特性の影響のない２次元輝度分布に基づき、表示ムラの合否を判定する。判定の結果、合格である場合は設定された基準を満たすということで処理を終えるが、不合格であった場合は調整を行う。例えば２次元輝度分布データが図５（ａ）の通り平均が１０であった場合、調整データは図５（ｂ）のように、２次元で各要素が平均に対して明るい場合は暗く、平均に対して暗い場合は明るくなるように全要素が平均に近づくようなものとする。この調整データを液晶表示装置１０１に出力し、液晶表示装置内部のロム等に記憶させる。液晶表示装置はこの調整データを参照し、調整データの要素に該当する表示領域の、入力映像信号に対する階調表示の関係を変更する。例えば要素（ｃ−２）に対する調整データは図５（ｂ）より−３であったので、図６（ｂ）のような階調表示特性になる。図６において図６（ａ）は何も調整しない場合の階調表示特性、図６の（ｃ）は２次元輝度分布を求めた階調である。

そしてこのような調整を行った上で再度、２次元輝度分布を求め判定し、基準を満たすまで繰り返すことで、表示ムラを予め定めた範囲にまで軽減することができる。

本発明は、液晶表示装置の課題である表示ムラを評価あるいは軽減する調整を行うことができ、表示ムラの少ない液晶表示装置を提供することができる。

本発明の評価方法のブロック図 本発明の演算部の説明図 本発明の２次元輝度分布データの図 本発明の調整方法のブロック図 本発明の調整データの説明図 本発明の調整データによる表示方法の説明図 従来の視野角特性を測定する方法の図 従来の表示ムラの測定する方法の図 液晶表示装置の視野角の説明図 液晶表示装置の視野角特性の図 液晶表示装置の表示と輝度分布の図 液晶表示装置の表示と輝度分布の図 液晶表示装置の表示と輝度分布の図 液晶表示装置の表示と輝度分布の図

符号の説明

１０１ 液晶表示装置
１０２ ＣＣＤカメラ
１０３ 視野角特性データ
１０４ 演算部
１０５ 判定部
１０６ モニター
１０７ 判定および調整部
２０１ 輝度計
２０２ コリメーターレンズ系
２０３ カメラ
２０４ 画像処理部

Claims (1)

1. 液晶表示装置と、前記液晶表示装置の２次元輝度分布情報を計測する計測手段と、前記液晶表示装置の視野角特性による輝度変化を表す視野角データを出力する手段と、前記視野角データ及び前記計測手段の前記液晶表示装置に対する視野角を用いて前記２次元輝度分布情報から前記視野角による輝度変化を打ち消す様に演算して第２の２次元輝度分布情報を出力する演算手段と、前記第２の２次元輝度分布情報の輝度分布のムラを判定する表示ムラ判定手段とを備え、表示ムラを軽減するよう調整する際に、前記視野角特性により前記２次元輝度分布情報が受ける影響を補正した上で調整することを特徴とした液晶表示装置の調整方法。

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