JP5089501B2 - 液晶ディスプレイ装置、発光装置、発光バランス制御装置および発光強度検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶ディスプレイ装置などの発光装置等に関するものであり、特に複数色の光源の発光強度を検出して発光バランスを制御する技術に関するものである。

Ｒ、Ｇ、Ｂの三色のＬＥＤからの光を混合し、白色光を発光する光源モジュールが用いられている。この光源モジュールは、液晶ディスプレイのバックライト等に用いられている。

ＬＥＤの発光色は、温度変化、経年変化などによりずれるため、これを補償して本来の白色光を保つように、フィードバック制御が行われている。たとえば、特許文献１では、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤそれぞれの発光色を検出するカラーセンサを設け、各色毎の発光強度を得ている。Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれにつき、検出した発光強度が所望の発光強度となるように、ＬＥＤの発光強度をフィードバック制御している。

また、特許文献２は、カラーセンサに代えて、色を区別せずに光の強さを検出する照度センサを設けたものを開示している。この文献の技術では、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを全て点灯した時の発光強度を測定する。さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの一つを順次消灯した時の発光強度を測定する。前者と後者の発光強度の差に基づき、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光強度を演算する。そして、算出したＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光強度に基づいてフィードバック制御を行う。

特開２００７−１２３１５３

特開２００７−２１４０５３

しかしながら、上記特許文献１の技術では、制御のために高価なカラーセンサが３つ必要であり構成が複雑になるという問題があった。

これに対し、特許文献２の技術では、安価な照度センサが１つでよく構成が簡素化できるというメリットがある。しかし、特許文献２の技術では、照度センサの各色に対する検出感度が揃っていない場合に、どのような調整を行うのかが開示されていない。また、各色に対する検出感度の違いがもたらす精度の低下についての対応は示されていない。

この発明は、上記のような問題点を解決して、光センサの各色に対する検出感度が不均一であったり、感度が十分でなかったりした場合であっても、精度よく各色の発光強度を検出して制御することのできる装置を提供することを目的とする。

この発明の独立した各側面を以下に示す。

(1)この発明に係る液晶ディスプレイ装置は、液晶パネル部と、赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有し、前記液晶パネル部のバックライトとして機能する発光部と、前記発光部の発光強度を検出する光センサと、前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段とを備えている。

したがって、センサ感度の最もよい緑色光源を消灯させずに検出を行うので、ダイナミックレンジを大きくとることができ、性能の低い光センサを用いても正確な色バランスを実現することができる。

(2)この発明に係る発光装置は、赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有する発光部と、前記発光部の発光強度を検出する光センサと、前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段とを備えている。

したがって、センサ感度の最もよい緑色光源を消灯させずに検出を行うので、ダイナミックレンジを大きくとることができ、性能の低い光センサを用いても正確な色バランスを実現することができる。

(3)この発明に係る発光バランス制御装置は、赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有する発光部と、前記発光部の発光強度を検出する光センサとを備えた発光装置の発光バランスを制御するための発光バランス制御装置であって、前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段とを備えている。

したがって、センサ感度の最もよい緑色光源を消灯させずに検出を行うので、ダイナミックレンジを大きくとることができ、性能の低い光センサを用いても正確な色バランスを実現することができる。

(4)この発明に係る装置は、光源選択検出手段が、光センサからの検出信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備え、光センサの赤色、緑色、青色に対する検出感度に応じ、前記第一の状態、第二の状態、第三の状態において、前記増幅器の増幅度を変更することを特徴としている。

したがって、光センサの検出感度に応じて増幅度を変更し、Ａ／Ｄ変換器の能力を十分に活かすことができ、精度の高い測定を行うことができる。

(5)この発明に係る装置は、光源選択検出手段が、光センサからの検出信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備え、光センサによって検出した発光強度に応じて、前記増幅器の増幅度を変更することを特徴としている。

したがって、光センサの検出出力の大きさに応じて増幅度を変更し、Ａ／Ｄ変換器の能力を十分に活かすことができ、精度の高い測定を行うことができる。

(6)この発明に係る装置は、増幅器の出力を積分し、前記Ａ／Ｄ変換器に与える積分回路を備えていることを特徴としている。

したがって、各光源の発光の立ち上がりのずれなどがあっても、正確な発光強度を計測することができる。

(7)この発明に係る発光強度検出装置は、第一色光源、第二色光源・・・第ｎ色光源とを有する発光部と、前記発光部の発光強度を検出する光センサと、前記発光部に対し、ｎ個の光源を点灯させた状態、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させた状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出するように制御する光源選択検出手段と、前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源の発光強度を算出する算出手段とを備えた発光強度検出装置であって、
所望の色バランスにて発光するように発光部の各光源の発光強度を調整し各光源ごとの発光強度を前記光センサで検出したときに、最も大きな検出出力が得られる光源を最大検出光源とし、前記光源選択検出手段は、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させ残りの光源を点灯させる際に、前記最大検出光源を消灯させ残りの光源を点灯させる組合せを実現しないことを特徴としている。

したがって、センサ出力の最も大きい光源を消灯させずに検出を行うので、ダイナミックレンジを大きくとることができ、精度のよい検出を行うことができる。

(8)この発明に係る発光強度検出装置は、算出手段が、前記光センサの検出感度による検出出力低下を補正する補正情報を予め記録しており、当該補正情報に基づいて発光強度を補正して算出することを特徴としている。

したがって、性能の低い光センサを用いても、精度のよい検出を行うことができる。

「光源選択検出手段」は、実施形態においては、図５、６のステップＳ２〜Ｓ７、Ｓ９によって実現されるＭＰＵ３４の機能および図２の増幅器２４、サンプル・ホールド回路２７、Ａ／Ｄ変換器３２がこれに対応する。なお、ステップＳ２〜Ｓ７、Ｓ９の機能については、論理回路によってハードウエアのみで構成してもよい。

「発光制御手段」は、実施形態においては、図７のステップＳ１７〜Ｓ２０によって実現されるＭＰＵ３４の機能がこれに対応する。なお、これも論理回路によってハードウエアのみで構成してもよい。

「発光バランス」とは、混合されて合成される光の色などに影響を与える複数色光源の発光強度のバランスをいう。

「発光強度」とは、発光強度の絶対値だけでなく、最大値との比などの相対値も含む概念である。

「増幅度」とは、増幅器における増幅の度合いをいうものであり、１以上の場合だけでなく１未満の場合を含む概念である。

発明を実施するための形態

１．機能ブロック図
図１に、この発明の一実施形態による液晶ディスプレイ装置の機能ブロック図を示す。液晶パネル部２は、ビデオ信号を受けて画像表示を行うものである。液晶パネル部２の背面には赤色光源４、緑色光源６、青色光源８を有し、これらの混色によって白色光を発光するバックライト発光部が設けられている。光源選択検出手段１２は、赤色光源４、緑色光源６、青色光源８を全て点灯させた第一の状態、赤色光源４だけを消灯させた第二の状態、青色光源８だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御を行う。さらに、光源選択検出手段１２は、第一、第二、第三の各状態において光センサ１０による発光強度検出出力を取得する。

発光制御手段１４は、第一、第二、第三の各状態において検出された発光強度に基づいて、赤色光源４、緑色光源６、青色光源８のそれぞれの発光強度を算出する。すなわち、第一の状態での発光強度から第二の状態での発光強度を減じて、赤色光源４の発光強度を算出する。また、第一の状態での発光強度から第三の状態での発光強度を減じて、青色光源８の発光強度を算出する。さらに、第一の状態での発光強度から上記にて算出した赤色光源４および青色光源８の発光強度を減じて、緑色光源６の発光強度を算出する。

発光制御手段１４は、このようにして算出した赤色光源４、緑色光源６、青色光源８のそれぞれの発光強度が、それぞれ所望の発光強度となるように、赤色光源４、緑色光源６、青色光源８の発光強度をフィードバック制御する。このようにして、バックライト光源の発光色を白に保つ制御を行うことができる。

なお、光センサ１０の各色に対する感度は異なっている。一般には、緑色に対する感度が最もよく、赤色、青色の順に感度が最も悪いことが多い。

［シアン光、ホワイト光、イエロー光を光センサ１０によって計測する理由］
そこで、本実施形態のように光センサ１０のＲ、Ｇ、Ｂに対する感度の比率がＲ：Ｇ：Ｂ＝３：１０：１とした場合、Ｃ、Ｗ、Ｙに対する感度の比率はＣ：Ｗ：Ｙ＝１１：１４：１３となる。したがって、最大感度であるＷ＝１４と最小感度Ｃ＝１１との比は、Ｗ／Ｃ＝１４／１１＝１．２７倍となる。

一方、特許文献２のように、ＲＧＢの全てを順に消灯する場合では、Ｃ：Ｍ（マゼンタ）：Ｙに対する感度の比率はＣ：Ｍ：Ｙ＝１１：４：１３となる。したがって、最大感度であるＹ＝１３と最小感度であるＭ＝４との比は、Ｙ／Ｍ＝１３／４＝３．２５倍となる。このように、最大感度と最小感度との比が大きくなってしまうと、最小感度であるマゼンタ（Ｍ）に対するダイナミックレンジが著しく低下するという問題がある。

したがって、この実施形態では、上記のように、全ての光源を点灯して白色光とした第一の状態、赤色光源だけを消灯してシアン光とした第二の状態、青色光源だけを消灯してイエロー光とした第三の状態によって計測することにより、もっとも感度のよい緑色光源６を消灯させずに計測して、ダイナミックレンジを大きくし精度のよい検出を実現している。

２．回路構成例
図２に、図１の液晶ディスプレイ装置の具体的な回路構成例を示す。図２において、図１の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付している。赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８は、バックライト光源を構成している。

バックライト光源の詳細を図３に示す。図３Ａは断面図である。このバックライト光源は、光を散乱させるプリズムシート５、光の通路となるガイドプレート７、反射板９を備えている。図３Ｂに示すように、ガイドプレート７の短辺部の一方端には、単位セルあたり赤色ＬＥＤ４が１個、緑色ＬＥＤ６が２個、青色ＬＥＤ８が１個組み込まれたものが多数組設けられている。これは、緑色ＬＥＤ４の発光強度が赤色ＬＥＤ４や青色ＬＥＤ８の発光強度よりも弱いことから、各色のＬＥＤの発光強度を揃えるためである。赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８からの光はガイドプレート７内において混色されて白色光となり、プリズムシート５から放出される。

なお、反射板９の一部分に貫通孔９ａが設けられ、その後部には光センサ１０が設けられている。この光センサ１０は、特定の波長の光のみを検出するものではなく、所定の波長範囲にわたる光の強度を検出するものであって、いわゆる照度センサと呼ばれるものである。

この実施形態では、短辺部に赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を設けているが、長辺部に設けてもよい。また、ガイドプレートを設けずに、プリズムシート５の後ろ側に赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を設けた直下型の構成としてもよい。

図２において、タイミング生成回路２２のＰＬＬ回路２２ａは、映像信号の水平同期信号（ＬＣＤパネル同期信号）を受け、これに同期した信号を生成する。基本パルス生成部２２ｂは、ＰＬＬ回路２２ａの出力に基づいて、数十ＭＨｚ程度の基本パルスを生成する。発光パルス生成部２２ｃは、基本パルスを分周し、図４Ａに示すような発光パルス（数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ程度）を生成する。この発光パルスは、ＬＥＤ駆動回路２０に与えられ、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を点灯させるために用いられる。

また、タイミング生成回路２２の調光パルス生成部２２ｄは、ＭＰＵ３４からのデューティ情報（発光パルスの何パルス分をオンにするかという情報）に基づいて、赤色、緑色、青色のためのそれぞれの調光パルスを生成する（図４Ｃ参照）。

ＬＥＤ駆動回路２０は、タイミング生成回路２２からの、発光パルスを受け、赤色のための調光パルスがオンである期間のみ、この発光パルスを赤色ＬＥＤ４に与えて点灯させる。同様に、緑色のための調光パルスがオンである期間のみ、この発光パルスを緑色ＬＥＤ６に与えて点灯させる。同様に、青色のための調光パルスがオンである期間のみ、この発光パルスを青色ＬＥＤ８に与えて点灯させる。

調光パルスのオン期間は、ＭＰＵ３４からのデューティ情報に基づいて決定されるので、ＭＰＵ３４は、デューティ情報を変更することにより、各ＬＥＤの発光時間を制御することができる。発光時間を短くすれば人間の目が感じる光強度は小さくなり、発光時間を長くすれば人間の目が感じる光強度は大きくなる。これにより、各色のバランスを調整することができる。なお、この実施形態では、調光パルスは数百Ｈｚとした。

光センサ１０の検出出力は、増幅率可変の増幅器２４、サンプル・ホールド回路２７を経て、Ａ／Ｄ変換器３２によってディジタルデータにされてＭＰＵ３４に与えられる。ＭＰＵ３４は、ＬＥＤ駆動回路２０に指令を与えて、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の全てが点灯している第一の状態、赤色光源だけを消灯してシアン光とした第二の状態、青色光源だけを消灯してイエロー光とした第三の状態とし、それぞれの状態における光センサ１０からの出力を発光強度のディジタルデータとして取得する。

さらに、ＭＰＵ３４は、第一の状態、第二の状態、第三の状態における発光強度に基づいて、赤色ＬＥＤ４の発光強度、緑色ＬＥＤ６の発光強度、青色ＬＥＤ８の発光強度を算出する。一方、輝度情報格納部３６には、ユーザによって設定された赤色の所望の発光強度、緑色の所望の発光強度、青色の所望の発光強度が記録されている。ＭＰＵ３４は、各色毎に所望の発光強度と計測した測定強度とを比較し、両者が等しくなるように調光パルスのオン時間の制御を行う。ＭＰＵ３４による制御処理の詳細は、強度測定・調光制御プログラムの処理において述べる。

３．強度測定・調光制御プログラムの処理
図５〜図７に、ＭＰＵ３４に記録された強度測定・調光制御プログラムのフローチャートを示す。ＭＰＵ３４は、タイミング生成回路２２の調光パルス生成部２２ｄからの緑色用の調光パルス（図４Ｄ参照）の立ち上がりを計数している。なお、緑色ＬＥＤ６に対する調光パルスを用いたのは、後述のように、緑色ＬＥＤ６に対する調光パルスは毎周期オンとなるからである。また、立ち上がりを基準としたのは、図４Ｃに示すように、調光時間の調整がなされても立ち上がりは変動しないからである。

ＭＰＵ３４は、調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴが所定の値になると、その値に応じて、赤色ＬＥＤ４を消灯させてシアン光を発光させて計測し、全てのＬＥＤを点灯させてホワイト光を発光させて計測し、青色ＬＥＤ８を消灯させてイエロー光を発光させて計測するという処理を行うようにしている。

調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴが６００の倍数になると（図４Ｄのβ）、ＭＰＵ３４は、調光パルス生成部２２ｄに、赤色ＬＥＤ４の調光パルスを１パルス間引くように指令を与える（図４Ｄのα参照）。これにより、図４Ｄのαに示すように、赤色ＬＥＤ４の調光パルスが１パルスだけ間引かれ、シアン光が発光される。そして、増幅器２４（図２）の増幅度を、シアン光用増幅度ＭＣ（この実施形態では９倍）に設定する。なお、この実施形態では、シアン光、ホワイト光、イエロー光に応じて増幅器２４の増幅度を変えるようにしている。これは、それぞれの光によって光センサ１０の感度が異なるので、増幅度をこれに応じて変えることによって、Ａ／Ｄ変換器３２の能力をできるだけ活用してダイナミックレンジを大きくとり精度を高くするためである。

次に、ＭＰＵ３４は、光センサの出力をＡ／Ｄ変換して取り込む（ステップＳ９）。この取り込みは、以下のようにして実行される。ＭＰＵ３４は、まず、
調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴが所定の値になると（ここでは、計数値ＣＯＵＮＴが６００の倍数となると）、第一のスイッチ２６をオンに制御し、コンデンサ３０に増幅器２４からの出力を蓄積する。次に、ＭＰＵ３４は、次の緑色の調光パルスの立ち上がりγと同時に、第一のスイッチ２６をオフに制御する。これにより、シアン光（緑色と青色の混光色）の強度（調光時間も考慮された平均強度）に応じた電荷がコンデンサ３０に保持される。これと同時に、ＭＰＵ３４は、Ａ／Ｄ変換器３２に対し、コンデンサ３０に蓄積された電荷をディジタルデータに変換するように指令を与える。ＭＰＵ３４は、Ａ／Ｄ変換器３２から発光強度のディジタルデータを取り込む。データを取り込むと、ＭＰＵ３４は、第二のスイッチ２８をオンにして、コンデンサ３０の電荷を放電する。放電に十分な時間が経過すると、ＭＰＵ３４は、第二のスイッチ２８を再びオフにする。

次に、ＭＰＵ３４は、ステップＳ１０において、今回の計測が、その色についての１回目の計測であるかどうかを判断する。１回目の計測では、取り込んだ発光強度データを計測値として使用せず、Ａ／Ｄ変換器３２の能力が十分に使い切られているかどうかを判断し、増幅器２４の増幅度を適切に設定するための情報として利用している。ここでは、シアン光についての１回目の計測であるから、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、ＭＰＵ３４は、取り込んだ発光強度データが、Ａ／Ｄ変換器３２の能力の半分より小さいかどうかを判断する。たとえば、Ａ／Ｄ変換器３２の出力の最上位ビットが「１」でなければ、取り込んだ発光強度データが能力の半分より小さいと判断することができる。Ａ／Ｄ変換器３２の能力に余裕があると判断すると、ＭＰＵ３４は、シアン光用増幅度ＭＣをさらに２倍する。この実施形態では、シアン光用増幅度ＭＣの初期値は９倍であるから、これを２倍すると１８倍ということになる。ＭＰＵ３４は、このようにして修正されたシアン光用増幅度ＭＣを内部のメモリに記録する。なお、Ａ／Ｄ変換器３２の能力に余裕がないと判断した場合には、初期値として設定されているシアン光用増幅度ＭＣをそのまま用いる。

次に、ＭＰＵ３４は、測定のための変数を「０」にクリアする（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ２以下を繰り返して実行する。

調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴ−１５０が６００の倍数になると（たとえば、ＣＯＵＮＴが７５０になると（図４Ｄのδ））、ＭＰＵ３４は、増幅器２４の増幅度をホワイト光用増幅度ＭＷに設定する（ステップＳ５）。この実施形態では、ホワイト光用増幅度ＭＷは７倍としている。そして、いずれの調光パルスも間引かずホワイト光を発光させる。ＭＰＵ３４は、光センサ１０からの出力を取り込み（ステップＳ９）、ホワイト光用増幅度をさらに２倍にするかどうかを判断する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ２以下を繰り返して実行する。

調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴ−３００が６００の倍数になると（たとえば、ＣＯＵＮＴ値が９００になると（図４Ｄのε））、ＭＰＵ３４は、増幅器２４の増幅度をイエロー光用増幅度ＭYに設定する（ステップＳ７）。この実施形態では、イエロー光用増幅度ＭYは８倍としている。そして、青色の調光パルスを１パルスだけ間引くように調光パルス生成部２２ｄに指令を与える。これにより、イエロー光を発光させる（図４Ｄのφ参照）。ＭＰＵ３４は、光センサ１０からの出力を取り込み（ステップＳ９）、イエロー光用増幅度をさらに２倍にするかどうかを判断する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ２以下を繰り返して実行する。

調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴ−４５０が６００の倍数になった場合には（たとえば、ＣＯＵＮＴ値が１０５０になった場合（図４Ｄのε））、ＭＰＵ３４は、特段の処理を行わない。

以上のようにして、各色についての１回目の計測を行い、各色毎の増幅器２４の増幅度を設定する。

ＭＰＵ３４は、以下に示すように、２回目の計測から５回目の計測までの計測値を合計し、これを平均して平均計測値を算出する。まず、調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴが６００の倍数になると、ＭＰＵ３４は、赤色の調光パルスを間引いてシアン光を発光させるよう調光パルス生成部２２ｄを制御する（ステップＳ３）。また、メモリに記録しておいたシアン光用増幅度ＭCを読み出し、増幅器２４の増幅度をこれに設定する。

ＭＰＵ３４は、この時の光センサ１０の出力を発光強度データCとして取り込む（ステップＳ９）。今回はシアン光についての２回目の計測であるから、ステップＳ１４に進み、シアン強度を記録する変数Ｃtに取り込んだ発光強度データを加算する（ステップＳ１４）。次に、全ての色について、５回の計測が完了したかどうかを判断する。ここでは、まだ計測が完了していないので、ステップＳ２以下を繰り返して実行する。

次に、調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴ−１５０が６００の倍数になると、上記と同様にして、ホワイト光の発光強度データが取り込まれ、ホワイト強度を記録する変数Ｗtに加算される。

さらに、調光パルスの計数値ＣＯＵＮＴ−３００が６００の倍数になると、上記と同様にして、イエロー光の発光強度データが取り込まれ、イエロー強度を記録する変数Ｙtに加算される。

上記の処理を繰り返し各色について５回の計測を行うと、変数Ｃt、Ｗt、Ｙtには、それぞれ４回分の計測値が合計されることになる。５回の計測が完了すると、ＭＰＵ３４は、下式により、シアン強度Ｃf、ホワイト強度Ｗf、イエロー強度Ｙfを算出する（ステップＳ１６）。

Ｃf＝（Ｃt／ＭC）／４
Ｗf＝（Ｗt／ＭW）／４
Ｙf＝（Ｙt／ＭY）／４
ここで、ＭC、ＭW、ＭYは、それぞれ、シアン用、ホワイト用、イエロー用の増幅度であり、ステップＳ１２において２倍にされている場合にはその値を用いる。

次に、ＭＰＵ３４は、上記で算出したシアン強度Ｃf、ホワイト強度Ｗf、イエロー強度Ｙfに基づいて、青色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ６、赤色ＬＥＤ４の発光強度を下式に基づいて算出する（ステップＳ１７）。

Ｂ＝Ｗf−Ｃf
Ｇ＝Ｗf−Ｙf
Ｒ＝Ｗf−Ｂ−Ｇ
ここで、Ｂは青色ＬＥＤ８の発光強度、Ｇは緑色ＬＥＤ６の発光強度、Ｒは赤色ＬＥＤ４の発光強度である。

次に、ＭＰＵ３４は、輝度情報格納部３６から、ユーザによって設定された所望の三刺激値ＸREF、ＹREF、ＺREFを読み出す（ステップＳ１８）。次に、ＭＰＵ３４は、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８について製造時に計測した値に基づいて決定した三刺激値の工場調整値と、ユーザ設定による所望の三刺激値ＸREF、ＹREF、ＺREFとに基づいて、各色のＬＥＤ４、６、８の目標発光強度の最大強度からの割合（光センサ１０によって検出されるべき強度の最大強度に対する割合）を算出する(ステップＳ１９)。算出式は、下記のとおりである。なお、ここで三刺激値とは、ＣＩＥ表色系におけるＸＹＺ系の表色系である。

ここで、三刺激値の工場調整値は、後述のようにして製造時に実測にて算出したものである。

ＭＰＵ３４は、計測によって得たＲ、Ｇ、Ｂの最大強度Ｒmax、Ｇmax、Ｂmaxに対する比が、それぞれ、算出された目標ＲREF、ＧREF、ＢREFに等しくなるように、デューティ情報を出力し、調光パルスのオン時間の割合を変化させる制御を行う（ステップＳ２０）。調光パルス生成部２２ｄは、与えられた赤色、緑色、青色のデューティ情報に基づいて、各色の調光パルスのオン時間を制御する。

以上のようにして、５回の計測の平均値を用い、色バランス調整を行う。なお、５回の計測が完了すると、再び、１回目の計測から繰り返して制御を行う。

［シアン光、ホワイト光、イエロー光を光センサ１０によって計測する理由］
この実施形態では、シアン光、ホワイト光、イエロー光を光センサ１０によって計測するようにしている。これは、以下のような理由によるものである。

光センサ１０の各色に対する感度は異なっている。一般的には、緑色に対する感度が最もよく、赤色、青色の順に感度が悪いことが多い。たとえば、この実施形態において用いた光センサ１０のＲ、Ｇ、Ｂに対する感度の比率はＲ：Ｇ：Ｂ＝３：１０：１である。

そこで、特許文献２のように、ＲＧＢの全てを順に消灯する場合では、Ｃ、Ｍ、Ｙに対する感度の比率はＣ：Ｍ：Ｙ＝１１：４：１３となる。したがって、最大感度であるＹ＝１３と最小感度であるＭ＝４との比は、Ｙ／Ｍ＝１３／４＝３．２５倍となる。このように、最大感度と最小感度との比が大きくなってしまうと、最小感度であるマゼンタ（Ｍ）に対するダイナミックレンジが著しく低下するという問題がある。

この実施形態においては、シアン光、ホワイト光、イエロー光を計測することとしており、Ｃ、Ｗ、Ｙに対する感度の比率はＣ：Ｗ：Ｙ＝１１：１４：１３となる。したがって、最大感度であるＷ＝１４と最小感度Ｃ＝１１との比は、Ｗ／Ｃ＝１４／１１＝１．２７倍となる。これにより、測定光間における感度の不均一を小さくすることができ、ダイナミックレンジを大きくして測定精度を向上させることができる。

また、図８に示すように、緑色ＬＥＤだけを消灯した場合の方が、赤色ＬＥＤだけ、あるいは青色ＬＥＤだけを消灯した場合に比べて、人間の目に感じるフリッカが大きくなるという実験結果が得られた。図８において、四角の点でプロットされているのが、緑色ＬＥＤだけを消灯した場合に、調光周波数を変化させて、どの程度のフリッカを感じるかを評価したものである。ばつ形の点でプロットされているのが、赤色ＬＥＤだけを消灯した場合に、調光周波数を変化させて、どの程度のフリッカを感じるかを評価したものである。三角の点でプロットされているのが、青色ＬＥＤだけを消灯した場合に、調光周波数を変化させて、被験者がどの程度のフリッカを感じるかを５段階で評価したものである。横軸が調光周波数、縦軸がフリッカ評価値の平均値である。

たとえば、この実施形態においては調光パルスの周波数を７００Ｈｚとしており、この領域においても、緑色ＬＥＤあるいは赤色ＬＥＤだけを消灯した場合においてフリッカが感じられることが示されている。このような実験結果からも、緑色ＬＥＤだけを消灯することは避けることが好ましいという結論が導き出せる。

［増幅度に重み付けをした理由］
上述のように光センサ１０のシアン光、ホワイト光、イエロー光に対する感度比率は、Ｃ：Ｗ：Ｙ＝１１：１４：１３である。その最小公倍数は１１×１４×１３＝２００２であるから、シアン光用の増幅度ＭＣ、ホワイト光用の増幅度ＭＷ、イエロー光用の増幅度ＭＹの比率は、１８２（＝２００２／１１）：１４３（＝２００２／１４）：１５４（＝２００２／１３）とすることが好ましい。しかし、この実施形態では、ＡＤ変換器３２の能力を考慮し、現実的にはこれに近似する増幅度ＭＣ：ＭＷ：ＭＹ＝９：７：８を選択した。増幅度ＭＣ：ＭＷ：ＭＹを９：７：８とすることにより、ＡＤ変換時の入力が１１×９：１４×７：１３×８＝９９：９８：１０４となり、最大と最小の比率は（１０４／９８）１．０６倍となる。したがって、良好なＳＮ比を得ることができる。なお、増幅度ＭＣ：ＭＷ：ＭＹをさらに近似して、５：３：４としてもよい。

この実施形態では、サンプル・ホールド回路２７を用いて、光センサ１０からの検出信号を積分するようにしている。なお、Ａ／Ｄ変換器３２に内蔵されたサンプル・ホールド回路とは別に、Ａ／Ｄ変換器３２の前段に別途サンプル・ホールド回路２７を設けている。

図９に示すように、矩形状の発光パルスが各ＬＥＤに与えられたとしても、その発光強度は、発光パルスと全く同じように変化しない。つまり、発光パルスのエッジ部分において発光強度はそれに急峻に追従せずに、鈍った形状（台形）となる。しかも、図３に示すように、発光強度をそろえるために、単位セルにおいて赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが１個であるのに対し、緑色ＬＥＤは２個設けられている。これは、緑色ＬＥＤの発光強度が弱いためである。上記の結果、２個接続された緑色ＬＥＤは、１個の赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べて、急峻度がさらに悪くなる。

したがって、従来行われているように、光センサ１０によって光強度を測定し、それに調光パルスのオン時間を乗じて、全体としての光強度を計算する方法では、正確性を欠くことになる。特に、緑色と他の色との吸収度の違いによる誤差が考慮されず、正確な判定を行うことができない原因となっている。

そこで、この実施形態では、Ａ／Ｄ変換器３２の入力段にサンプル・ホールド回路２７を設け、調光パルスの一周期分、光センサ１０の出力を積分するようにしている。図１０Ａは、調光パルスである。図１０Ｂは発光パルスであり、図１０Ｃは、これによって発光する各ＬＥＤの光を検出した光センサ１０の出力である。調光パルスの立ち上がりにより、ＭＰＵ３４は、サンプルホールド回路２７のスイッチ２６をオンにする。これにより、コンデンサ３０に光センサ１０の出力が蓄積される。

ＭＰＵ３４は、調光パルスがオフとなり、再びオンとなる直前にスイッチ２６をオフにする。これにより、各ＬＥＤの発光強度のエッジが鈍っていたとしても、これらを含めて調光パルスのオン期間分の発光強度を積分して、実際の発光強度を計測することを可能としている。

ＭＰＵ３４は、スイッチ２６をオフにするとともに、Ａ／Ｄ変換器３２に対して変換指令を与える。これにより、コンデンサ３０に蓄積された光センサ１０の出力の積分値が、ＭＰＵ３４に与えられる。なお、ＭＰＵ３４は、Ａ／Ｄ変換器３２からデータを受け取ると、スイッチ２８をオンにしてコンデンサ３０を放電し、再び、スイッチ２８をオンにして次の計測に備える。

上記のように、光センサ１０の出力を積分してＡ／Ｄ変換器に与えるようにすることで、パルスを受けてからの各ＬＥＤ４、６、８の発光の立ち上がりのずれや、発光パルス、調光パルス自体のエッジの傾きなどがあっても、正確な発光強度を計測することが可能となっている。

なお、上記実施形態では、ＭＰＵ３４が調光パルスを計数し、調光パルスを間引くように制御している。しかし、調光パルスに基づいて、図４Ｄに示すような点灯制御パルスを生成してもよい。この場合、ＭＰＵ３４は、調光パルスを計数する必要はなく、点灯制御パルスの立ち上がりや立ち下がりによって、調光パルスを間引くように制御することができる。

４．三刺激値の工場調整値の設定処理
上記制御において、三刺激値の工場調整値を用いている。この工場調整値は、そのディスプレイ装置に組み込む光センサ１０ごとに、以下のようにして実測に基づいて算出する。

まず、赤色ＬＥＤ４のみを点灯させ、三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚが測定可能な高精度のセンサを用いて計測する。これにより、赤色ＬＥＤ４からの赤色光の刺激値のX成分ＲX、Y成分ＲY、Ｚ成分ＲZを得ることができる。同様にして、緑色ＬＥＤ６からの緑色光の刺激値のX成分ＧX、Y成分ＧY、Ｚ成分ＧZ、青色ＬＥＤ８からの青色光の刺激値のX成分ＢX、Y成分ＢY、Ｚ成分ＢZ、を得る。

このようにして得たＲX、ＲY、ＲZ、ＧX、ＧY、ＧZ、ＢX、ＢY、ＢZと、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を全て点灯させた場合のホワイト光の刺激値のＸ成分ＷＸ、Y成分ＷY、Ｚ成分ＷZとの関係は下式のとおりとなる。

ここで、ＷX、ＷY、ＷZは、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を発光させた場合のホワイト光の刺激値である。ＲＧＢは、各ＬＥＤ４、６、８の強度の、最大強度との比である。したがって、最大強度（調光パルスのオン期間が想定される範囲において最大の場合）にて各ＬＥＤを点灯した場合には、ｒ＝１、ｇ＝１、ｂ＝１となる。

赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を想定される最大の輝度にて点灯させ、ホワイト光の刺激値ＷX、ＷY、ＷZを測定すると、上式においてｒ＝１、ｇ＝１、ｂ＝１として計算によって算出した刺激値ＷX、ＷY、ＷZと一致する。

次に、そのディスプレイ装置に実際に組み込む光センサ１０を用いて、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の強度Ｒ、Ｇ、Ｂを検出する。これは、上記実施形態において説明した手法、つまり、シアン光、ホワイト光、イエロー光の強度を計測し、これに基づいて各色の強度を算出することにより行う（ステップＳ１７参照）。

ここで、上式(2)のＹ成分、つまりＲY、ＧY、ＢYは、強度Ｒ、Ｇ、Ｂにほぼ等しいという関係にある。したがって、光センサ１０の各色に対する感度が均一であり、高精度センサと同等の能力があれば、ＲY、ＧY、ＢYとＲ、Ｇ、Ｂが等しくなるはずである。実際には、光センサ１０の能力が劣ることから、Ｒ、Ｇ、Ｂは、ＲY、ＧY、ＢYよりも小さくなる。そこで、計測したＲ、Ｇ、Ｂに基づいて、上式(2)を下記のように変形する。

ここで、Ｒ'Y、Ｇ'Y、Ｂ'Yは、計測されたＲ、Ｇ、Ｂの値で置き換えたものである。また、Ｒ'X、Ｒ'Zは、下式によって算出する。つまり、ＲYとＲ'Yとの比率に応じて、Ｒ'X、Ｒ'Zを修正する。

Ｇ'X、Ｇ'Z、Ｂ'X、Ｂ'Zについても同様の式にて算出することができる。

次に、所定の最大強度にて赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８を発光させ、白色光の強度Ｗを光センサ１０によって検出する。この時の強度Ｗは、上式(3)においてｒ＝１、ｇ＝１、ｂ＝１とした時に計算によって算出されるＷ'Yと等しくなるはずである。しかし、式(3)は近似式であるため、両者は一致しない。そこで、式(3)を実測値ＷをＷ''Yとし、Ｗ''YとＷ'Yとの比率に基づいて、Ｗ'X、Ｗ'Zを修正し（式(4)と同様の修正を行う）Ｗ''X、Ｗ''Zを得る。また、式(3)の右辺についても、Ｗ''YとＷ'Yとの比率に基づいて、同様の修正を行う。したがって、下式が得られる。

この式を変形すれば、次式が得られる。この式は、所望の色合いの光のパラメータＷX、ＷY、ＷZが与えられたとき、この色を赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８で発色しようとする際に、光センサ１０によって検出される強度が、最大強度に対してどの程度の割合であればよいかを、ｒ、ｇ、ｂによって示している。

工場出荷時には、式(6)のＲ''X、Ｒ''Y、Ｒ''Z、Ｇ''X、Ｇ''Y、Ｇ''Z、Ｂ''X、Ｂ''Y、Ｂ''Zが、三刺激値の工場調整値としてＭＰＵ３４のメモリなどに記録される。なお、式(6)のｒ、ｇ、ｂは、式(1)のＲREF、ＧREF、ＢREFに対応する。

５．その他の実施形態
(1)上記実施形態では、比較的時定数の長いサンプル・ホールド回路２７を用いて、光センサ１０からの信号を積分している。しかし、Ａ／Ｄ変換器３２が極めて高速にサンプリング可能であれば、積分を行わずに各時点におけるディジタルデータを取得し、これを合計することによって発光強度を得るようにしてもよい。

(2)上記実施形態では、測定した赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の光強度Ｒ、Ｇ、Ｂに基づいて、所望の色バランスとなるようにフィードバック制御を行う例を示した。しかし、測定した赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の光強度Ｒ、Ｇ、Ｂを他の制御に用いてもよい。また、赤色ＬＥＤ４、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の光強度Ｒ、Ｇ、Ｂを算出するためにも、本発明を適用することができる。

この場合には、強度を変化させて高精度のセンサにて計測した青色ＬＥＤの発光強度と、同じように強度を変化させたときに本発明の手法によってホワイト光とシアン光に基づいて得た青色ＬＥＤの計測値との対応テーブルないしは計算式を予めＭＰＵ３４等に記録しておく。同様に、強度を変化させて高精度のセンサにて計測した緑色ＬＥＤの発光強度と、同じように強度を変化させたときに本発明の手法によってホワイト光とイエロー光に基づいて得た緑色ＬＥＤの計測値との対応テーブルないしは計算式、強度を変化させて高精度のセンサにて計測した赤色ＬＥＤの発光強度と、同じように強度を変化させたときに本発明の手法によって得た赤色ＬＥＤの計測値との対応テーブルないしは計算式を予めＭＰＵ３４等に記録しておく。

実際の計測時には、本発明の手法を用い、シアン光、ホワイト光、イエロー光に基づいて、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ６、青色ＬＥＤ８の強度を算出する。これに、予め記録しておいた対応テーブルないし計算式を適用して、正確な強度を得ることができる。

(3)上記実施形態では、シアン光、ホワイト光、イエロー光のいずれの測定であるかに応じて、感度にしたがって予め設定した増幅度を用いるようにしている。しかし、１回目の測定において、増幅器２４の増幅度を基準の増幅度（最も小さい増幅度）に設定し、この時に得られたＡ／Ｄ変換器３２の出力の大きさに応じて、Ａ／Ｄ変換器３２の能力を十分に発揮できるような増幅度に設定し、２回目以降の測定を行うようにしてもよい。たとえば、増幅器２４の出力が、Ａ／Ｄ変換器３２の最大能力の所定割合（たとえば９割）になるように、増幅器２４の増幅度を設定することができる。

(4)上記実施形態では、三刺激値ＸＹＺを用いて制御を行うようにしている。しかしながら、ＲＧＢ値など他の値を用いて制御を行うようにしてもよい。

(5)上記実施形態では、所望のホワイト光を得る場合について説明したが、所望の色を実現したい場合にも適用することができる。

(6)また、この発明は、液晶ディスプレイ装置のバックライトだけでなく、プロジェクターの光源、ＬＥＤディスプレイにおける所望の色の実現、照明における所望の色の実現などに適用することができる。

(7)上記実施形態では、ＬＥＤについて説明したが、その他の光源についても同様に適用することができる。また、３色混合の場合だけでなく、２色混合や、４色以上の混合を行う場合にも適用することができる。この場合において、各色のうち、センサ感度および発光強度を総合して、センサ出力の最も大きな色については消灯をせずに計測を行うことが好ましい。つまり、上記実施形態における緑色ＬＥＤのように消灯制御しない。

この発明の一実施形態による液晶ディスプレイ装置の機能ブロック図である。 この発明の一実施形態による発光バランス制御装置の回路例である。 バックライト光源の詳細を示す図である。 図４Ａは基本パルスを示し、図４Ｂは発光パルスを示し、図４Ｃは調光パルスを示す。図４Ｄは、調光パルスと点灯制御パルスとの関係を示す図である。 ＭＰＵ３４に記録された制御プログラムのフローチャートである。 ＭＰＵ３４に記録された制御プログラムのフローチャートである。 ＭＰＵ３４に記録された制御プログラムのフローチャートである。 調光周波数とフリッカとの関係を示すグラフである。 発光パルスとＬＥＤの発光強度との関係を示す図である。 調光パルス、発光パルス、光センサ出力の関係を示す図である。

符号の説明

２・・・液晶パネル部
４・・・赤色光源
６・・・緑色光源
８・・・青色光源
１０・・・光センサ
１２・・・光源選択検出手段
１４・・・発光制御手段

Claims (9)

1. 液晶パネル部と、
   赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有し、前記液晶パネル部のバックライトとして機能する発光部と、
   前記発光部の発光強度を検出する光センサと、
   前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御することで、光センサに対する感度の最も良い緑色光源が消灯した状態がないようにして、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、
   前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段と、
   を備えた液晶ディスプレイ装置。
2. 赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有する発光部と、
   前記発光部の発光強度を検出する光センサと、
   前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御することで、光センサに対する感度の最も良い緑色光源が消灯した状態がないようにして、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、
   前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段と、
   を備えた発光装置。
3. 赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを有する発光部と、前記発光部の発光強度を検出する光センサとを備えた発光装置の発光バランスを制御するための発光バランス制御装置であって、
   前記発光部に対し、赤色光源、緑色光源、青色光源を点灯させた第一の状態、赤色光源だけを消灯させた第二の状態、青色光源だけを消灯させた第三の状態となるように点灯制御することで、光センサに対する感度の最も良い緑色光源が消灯した状態がないようにして、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出する光源選択検出手段と、
   前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源が所望の発光強度になるように発光部を制御する発光制御手段と、
   を備えた発光バランス制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの装置において、
   前記光源選択検出手段は、
   前記光センサからの検出信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備え、
   前記光センサの赤色、緑色、青色に対する検出感度に応じ、前記第一の状態、第二の状態、第三の状態において、前記増幅器の増幅度を変更することを特徴とする装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの装置において、
   前記光源選択検出手段は、
   前記光センサからの検出信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備え、
   前記光センサによって検出した発光強度に応じて、前記増幅器の増幅度を変更することを特徴とする装置。
6. 請求項４または５の装置において、
   前記増幅器の出力を積分し、前記Ａ／Ｄ変換器に与える積分回路を備えていることを特徴とする装置。
7. 第一色光源、第二色光源・・・第ｎ色光源とを有する発光部と、
   前記発光部の発光強度を検出する光センサと、
   前記発光部に対し、ｎ個の光源を点灯させた状態、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させた状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出するように制御する光源選択検出手段と、
   前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源の発光強度を算出する算出手段と、
   を備えた発光強度検出装置であって、
   所望の色バランスにて発光するように発光部の各光源の発光強度を調整し各光源ごとの発光強度を前記光センサで検出したときに、最も大きな検出出力が得られる光源を最大検出光源とし、
   前記光源選択検出手段は、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させ残りの光源を点灯させる際に、前記最大検出光源を消灯させ残りの光源を点灯させる組合せを実現しないこと
   を特徴とする発光強度検出装置。
8. 請求項７の発光強度検出装置において、
   前記算出手段は、前記光センサの検出感度による検出出力低下を補正する補正情報を予め記録しており、当該補正情報に基づいて発光強度を補正して算出することを特徴とする発光強度検出装置。
9. 第一色光源、第二色光源・・・第ｎ色光源とを有する発光部の各光源の発光強度を、光センサを用いて検出する発光強度検出方法であって、
   前記発光部に対し、ｎ個の光源を点灯させた状態、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させた状態となるように点灯制御するとともに、前記各状態において光センサにて発光部の発光強度を検出するように制御し、
   前記各状態において光センサが検出した発光強度に基づいて、各光源の発光強度を算出する発光強度検出方法において、
   所望の色バランスにて発光するように発光部の各光源の発光強度を調整し各光源ごとの発光強度を前記光センサで検出したときに、最も大きな検出出力が得られる光源を最大検出光源とし、
   前記発光光源選択手段は、ｎ個の光源のうちいずれか一つの光源のみを順次消灯させ残りの光源を点灯させる際に、前記最大検出光源を消灯させ残りの光源を点灯させる組合せを実現しないこと
   を特徴とする発光強度検出方法。
   
   

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