JP5600433B2 - バックライトを備える表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示ユニットと、基板上に配された赤、緑、青及び白色の発光源を有するバックライトユニットとを有する表示装置に関する。

液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンは、自身で発光するのではないことを意味するパッシブ型の表示システムである。

これらの表示スクリーンは、光が、液晶の層を通過する又は通過しない原理に基づいている。このことは光源が、画像を生成するのに必要であることを意味している。反射型のＬＣＤスクリーンにおいては、アンビエント光が、外部の光源として使用されている。透過型ＬＣＤスクリーンにおいては、人工の光が、バックライトシステムによって生成されている。

バックライトシステムの幾つかの変形が存在し、例えば、バックライトシステムは、背景照明を生成する画像表示ユニットの後部に光を供給する光源を有している。前記光源は、画像表示ユニットの後部を覆っており、前記画像表示ユニットの後部の異なる部分に異なるレベルの照明を供給することができる。このことは、前記画像表示ユニットの異なる部分に対して、ブライトネス、又は照明、及び色域の調整に関して、バックライトの調整を容易にしている。前記調整は、前記画像表示ユニットによって表示されているビデオ画像に基づいて実施されている。

前記ＬＣＤバックライトの光は、一般に、白色光源によって生成されている。このような光源は、モバイルアプリケーション用の白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びモニタ及びＴＶのＬＣＤ用の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）であっても良い。一般に、これらの白色光源は、広い放出スペクトルを有する。

近年、赤、緑及び青色の色（ＲＧＢ）のＬＥＤのような、有色光源に基づいたバックライトが、導入されている。ＲＧＢのＬＥＤバックライトの
放出スペクトルは、赤、緑及び青色の色ＬＥＤの放出波長あたりに３つの鋭いピークとして現れる。個々の有色ＬＥＤによって発せられた光は、白色光として知覚される光を生成するために一緒に混合される。広いスペクトルの白色光源と比較して、例えば、ＲＧＢのＬＥＤバックライトを使用して得られる画像は、より飽和した色を示し、これにより、より広い色域を有する改善された画像を提供することができる。

米国特許第2004/0061814号及び米国特許第2005/0184952号は、更に、背景技術を開示している。

従来技術のＲＧＢバックライト装置に関する問題は、高い電力消費である。改善されたピクチャの性能が提供されているにもかかわらず、これにより、低電力のＬＣＤ及びモバイル表示機アプリケーションへのＲＧＢバックライトの導入が、妨げられている。

本発明の目的は、比較的低い電力消費であるバックライトを有する表示装置を提供すると共に、前記表示装置のための広い色域を提供することをも目的とする。本発明によれば、
− 画像を表示する画像表示ユニットと、
− 基板上に配されている発光源の少なくとも１つの群を有するバックライトであって、前記前記少なくとも１つの群は、少なくとも赤、緑、青及び白色の発光源を有している、バックライトと、
− バックライト制御ユニットであって、
− 前記少なくとも１つの群の発光源のうちの赤、緑及び青色の光源に対する赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルを識別し、
− 前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルに依存して、前記少なくとも１つの群のうちの少なくとも１つの白色の光源のための白色の駆動レベルを設定し、
− 前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル及び前記白色の駆動レベルから、赤、緑及び青色の実際の駆動レベルを生成する、
バックライト制御ユニットと、
を有する表示装置が提供される。

広く、本発明は、赤、緑及び青色のＬＥＤのような有色光源の、白色ＬＥＤ又はＣＣＦＬランプのような、広いスペクトルの白色光源と組み合わせた使用を提案する。一般に、白色光源は、白色光の生成において、赤、緑及び青色のＬＥＤの組み合わせよりも高い効率（ルーメン／ワット）を有する。この洞察は、有利には、前記白色光源によって可能な限り高い画像のブライトネスを提供する一方で、主に、色域を増大させる有色光源に頼ることによって、使用される。

前記表示装置は、好適実施例において、表示されるべき画像データから、バックライト照明のための最適なブライトネス及び／又は色を決定する知的画像処理ユニットを含んでいる。

従って、前記バックライト制御ユニットは、赤、緑及び青色のための詳細な駆動レベルを表現しているＲＧＢデータを識別している。好適な実施例において、前記画像処理ユニットは、所望のバックライトブライトネス及び/又は色を前記バックライト制御ユニットに供給する。

次いで、前記バックライト制御ユニットは、前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルに依存して、前記白色光源のための白色の駆動レベルを選択し、これに応じて、前記赤、緑及び青色の駆動レベルを修正する。

好適実施例において、前記白色の駆動レベルＷは、前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルＲｓｐｅｃ、Ｇｓｐｅｃ及びＢｓｐｅｃの最低値に等しく選択されるべきである。その後、実際の赤、緑及び青色の駆動レベルＲ、Ｇ及びＢは、前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルから前記白色駆動レベルＷを減算することによって得られる。このことは、式：

（ここで、Ｒ、Ｇ及びＢは、それぞれ、前記赤、緑及び青色の光源の実際の駆動値を表している）によって表される。

多くの代替的なアルゴリズムが可能であり、この結果、全てのアプリケーションに対して、電力の節約と色の豊富さとの間の最適なバランスに達することができる。例えば、ノートブックコンピュータのためのＬＣＤパネルのためのバックライト制御ユニットは、前記ノートブックコンピュータが交流電源上にある場合に、最良の可能な色域を得るために、前記駆動レベルを選択することができ、前記ノートブックコンピュータが、自身のバッテリ上で動作している場合、より電力効率的なバックライト方式（例えば、前記白色光源の使用を増大させる）に切り換わることができる。

上述の式を参照し、ＭＡＸによって光源に対する最大駆動レベルを表し、前記白色の駆動レベルＷを計算するための模範的アルゴリズムは、

であり、当該動作に後続して、前記赤、緑及び青色の光源のための実際の駆動レベルが、上述のように計算される。理想的な場合、ｎ=１であり、前記白色の駆動レベルは、上述の計算と同じである。このことは、最大の可能な色域を提供する。電源が、節約される必要がある場合、例えば、ノートブックコンピュータが、バッテリ電源上で動作している場合、前記アルゴリズムは、白色電源を更に徹底的に使用するように、ｎ＜１を選択することもできる。この場合、前記赤、緑及び青色の光源ための如何なる負の駆動値も、ゼロにクリッピングされる。このことは、最終的なピクセルの色が、ＬＣＤパネル自体のピクセルによって決定されるので、表示機上に色のエラーを生じることがないことに留意されたい。ｎ＜１の場合、前記表示機の色域が、減少されるのみである。

より詳細には、本発明による表示装置は、ＲＧＢバックライトを備えている従来技術の表示機によって必要とされている電力の約５０％しか必要としない。更に、前記制御手段の構成は、駆動レベルの効率的な設定を提供する。

前記駆動レベルは、特定の電圧又は電流によって表現されることができ、駆動レベルの設定の効率的な制御を提供する。

前記発光源は、正確で低コストの光源を容易にする、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良い。一実施例において、前記赤、緑及び青色の発光源のみがＬＥＤである場合、前記白色光源は、例えば、ＣＣＦＬ又はＨＣＦＬランプを有する。他の実施例において、前記赤、緑、青及び白色光源は、全てＬＥＤである。

前記バックライトは、少なくとも１つのセグメントを有しており、各セグメントが、前記光源のより融通のきく制御を提供することもできる。

セグメントの数及び/又は前記セグメントの形状は、前記画像に依存し、前記画像のそれぞれの部分に対して適切なバックライトを提供することもできる。

前記表示機は、前記画像を分析し、前記バックライト制御手段に、前記赤、緑及び青色の光源の初期駆動レベルを入力するビデオ画像処理手段を更に有しており、初期駆動レベルの設定の効率的な制御を提供することができる。

前記バックライト制御手段は、電力を節約するために、画像コンテンツに基づいて光源駆動レベルを減少する。前記調光が、例えば、前記画像の暗い部分のためになされ、本発明のエネルギ節約特性を向上させる。

前記画像処理手段は、更に、画像を表示する必要がない画像データを取り除くために、前記画像をクリッピングし得る。

本発明は、画像表示ユニットを有する表示装置におけるバックライト装置であって、基板上に配された発光源の少なくとも１つの群を有し、前記少なくとも１つの群は、少なくとも赤、緑、青及び白色の発光源を有している、バックライト装置を制御する方法であって、
− 前記少なくとも１つの群の発光源のうちの前記赤、緑及び青色の光源のための赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルを識別するステップと、
− 前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルに依存して、前記少なくとも１つの群の前記少なくとも１つの白色光源のための白色の駆動レベルを設定するステップと、
− 前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル及び前記白色の駆動レベルから赤、緑及び青色の実際の駆動レベルを生成するステップと、
を有する方法も提供する。

当該表示装置内のバックライト装置を制御する当該発明の方法は、当該発明の表示装置と同じ有利な点を提供するものであり、当該方法は、当該表示装置に関連する上述の如何なるフィーチャも組み込み得るものである。本発明は、上述の関連するフィーチャの何れか１つを組み込んでいる表示装置を有する移動端末も提供する。

本発明の実施例は、以下に、例として添付図面を参照して記載される。

図１は、画像制御手段９とバックライト制御手段７とに接続されているビデオ信号処理手段８を有する表装置１を示している。画像制御手段９は、画像表示ユニット２を既知の態様で制御する。

バックライト制御手段７は、前記画像表示ユニット２の後ろ側１３に配されているバックライト６に接続されている。画像表示ユニット２の前側１４は、動作中、ビデオ信号処理手段８によって供給されるビデオ信号に従ってピクチャを見ている視聴者によって見られている。バックライト６の前側１５は、画像表示ユニット２の後ろ側１３に面しており、複数のセグメント５を有している。

図２を参照して、各セグメント５は、光源４の群を有しており、各群４は、それぞれの赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ及び白Ｗ色の光源を有している。前記光源は、好ましくは、ＬＥＤであり、適切な基板３上に配されている。駆動レベルは、既知の態様において、バックライト制御手段７によって各光源に対して電子的に設定され、好ましくは、ビデオ信号処理手段８は、ビデオコンテンツに基づいて、バックライト制御手段７に対する入力データを供給する。このことは、バックライト６が、画像表示ユニット２の異なる領域に、所望の光の強度及び色を発することを可能にする。

異なる色に対する異なる発光強度を有する領域を避けるために、それぞれの群４内の前記光源は、一緒に非常に近くに位置決めされている。このことは、例えば、赤、緑、青及び白色のＬＥＤのダイが互いに隣に位置されている１つのパッケージを作ることによって達成される。勿論、基板３上に１つの赤、緑、青及び白色のＬＥＤのダイを配することも可能である。代替的な実施例は、前記バックライトの前記ＬＥＤの所望の輝度の適切な効率を達成する目的のために、異なる数の白色及び有色のＬＥＤ（例えば、２つの白ＬＥＤ及び３つの赤、緑及び青色のＬＥＤ）から成ることもできる。

赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ及び白Ｗ（ＲＧＢＷ）色のＬＥＤを駆動させるために、アルゴリズムは、前記ＬＥＤのための駆動レベルを決定するためにビデオフレームを分析する。前記ＲＧＢＷのバックライトを正しく駆動させるために、調光が使用され、このことは、前記バックライトの強度が、前記ビデオ画像が最高の輝度レベルを必要とすることが無い場合に、減少されることを意味する。前記ピクチャのセグメントを独立に駆動し、どの群４の光源が特定のバックライトセグメント５に属するのかを動的に変更することも可能であり、これにより、前記ビデオ画像の要件に従って、セグメント５の形状及び大きさを変更することができる。

前記アルゴリズムは、各ビデオフレーム／セグメントを分析し、赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル（又は値）を記憶する。前記白色のＬＥＤのための駆動レベルが、（赤、緑及び青色に対する）３つの記憶されている前記レベルの最小レベルに設定される。殆どの場合において、３つの駆動レベルは、同じではない。このことは、大抵２つ（ときどき１又は０）の色が、現在のビデオフレームに対して所望のバックライトの色を得るために付加されなければならないことを意味する。付加される前記色（赤、緑、青、赤−緑、赤−青、緑−青）は、別個の赤、緑及び青色のＬＥＤによって付加される。前記アルゴリズムは、調光も使用するので、ビデオデータは、前記ＬＥＤの駆動範囲（０−２５５）に縮尺変更して戻され、この結果、前記ＲＧＢＷバックライトによって前記ＬＣＤ表示機上に正しい画像が、得られる。

好ましくは、画像処理手段８は、必要でない画像データを削除するために前記画像をクリッピングし、ピクチャの性能を向上させる。如何なる適切なクリッピングアルゴリズムも使用されることができ、クリッピング値は、種々のセグメント５に対して変化し得る。

好ましい、適切なアルゴリズムが、活性のバックライトＬＥＤを有するセグメントと、非活性又はほぼ非活性のバックライトＬＥＤを有するセグメントとの間のフェージング効果を作るのに使用される。手短に、前記非活性のセグメントに最も近い前記活性のＬＥＤは、前記活性のセグメントと前記非活性のセグメントとの間の鮮明な線を防止するために、徐々に低い駆動レベルを与えられる。

図３は、バックライト装置６を制御する方法の模式的な流れ図であり、フレーム／セグメント内の全てのＬＥＤに対して、
− 赤（Ｒｓｐｅｃ）、緑（Ｇｓｐｅｃ）及び青（Ｂｓｐｅｃ）色に対する詳細な駆動レベルが、前記フレーム／セグメント内の全てのＲＧＢＬＥＤを横切ることによって識別され（３０１）、
− 前記フレーム/セグメント（Ｗｄｒｉｖｅ）内の白色のＬＥＤのための駆動レベルは、Ｒｓｐｅｃ、Ｇｓｐｅｃ及びＢｓｐｅｃのちの最小のものに設定され（３０２）、
− 前記フレーム/セグメント（Ｗｄｒｉｖｅ）内の赤色のＬＥＤのための駆動レベルは、Ｒｓｐｅｃ−Ｗｄｒｉｖｅに設定され（３０２）、
− 前記フレーム/セグメント（Ｗｄｒｉｖｅ）内の緑色のＬＥＤのための駆動レベルは、Ｇｓｐｅｃ−Ｗｄｒｉｖｅに設定され（３０２）、
− 前記フレーム/セグメント（Ｗｄｒｉｖｅ）内の青色のＬＥＤのための駆動レベルは、Ｂｓｐｅｃ−Ｗｄｒｉｖｅに設定される（３０２）。

この方法によって、多くの光が望まれる場合、前記白色のＬＥＤのみではなく、光を作る群の４つのＬＥＤの全てを駆動することにより、多くの光を生成することが容易である。勿論、このことは、特定のセグメントのみに対して、局所的になされることもできる。

上述で議論された詳細な駆動レベルは、予め設定された規則によって決定される。好ましくは、前記詳細な駆動レベルは、最大駆動レベル、即ちＲｓｐｅｃは、赤色に対する最大駆動レベルであり、Ｂｓｐｅｃは、青色に対する最大駆動レベルであり、Ｇｓｐｅｃは、緑色に対する最大駆動レベルである。しかしながら、色に対する前記詳細な駆動レベルは、例えば、当該色に対する最大駆動レベルの９０％、前記色に対する最大駆動レベルの１５％の平均値、又は前記色に対する（前記セグメント内の）異なる駆動レベルに基づいて決定される何らかの他の値であっても良い。

試験によって、例えば、１５００ＣＤ／ｍ^２のバックライト輝度が必要である場合、ＲＧＢＷバックライトは、ＲＧＢバックライトに必要なエネルギの約５０％しか必要としないことが分かっている。調光が使用される場合、更に、電力消費の低減が、達成される。

図４を参照すると、移動端末１０が、示されおり、移動端末１０は、バッテリ１２によって電力を供給されている制御ユニット１１を有している。制御ユニット１１は、上述の表示装置１にも電力を供給していると共に、当該表示装置１を制御している。移動端末の例は、デジタルパーソナルアジェンダ、移動電話、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯型ビデオゲームユニット、全地球位置測定システム及び携帯型音楽システムである。

本発明による表示装置の模式的な図を示している。 発光源を有するセグメントの模式的な前面図を示している。 バックライト装置を制御する方法の模式的な流れ図である。 移動端末の模式的な図である。

Claims (8)

1. 画像を表示する画像表示ユニットと、
   複数のセグメントを有するバックライトであって、各セグメントが、基板上に配された発光源の少なくとも１つの群を有し、前記発光源の少なくとも１つの群が、少なくとも赤、緑、青及び白色の発光源を有する、バックライトと、
   バックライト制御ユニットとを有し、
   前記バックライト制御ユニットは、前記複数のセグメントの各セグメントに対して、
   前記少なくとも１つの群の発光源における前記赤、緑及び青色の発光源のための赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル（Rspec，Gspec，Bspec）を識別し、
   前記少なくとも１つの群の前記少なくとも１つの白色の発光源のための白色の駆動レベルWを式
   

   

   を用いて設定し、ここで、MAXは、前記発光源の最大駆動レベルを表し、n<1が選択され、
   前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル（Rspec，Gspec，Bspec）から前記白色の駆動レベルWを減算することにより赤、緑及び青色の実際の駆動レベルR，G，Bを生成し、前記の減算により生成された負の駆動レベルはゼロにクリッピングされ、
   前記白色の駆動レベルWを使用して前記白色の発光源を活性化させると共に、前記赤、緑及び青色の実際の駆動レベルR，G，Bを使用して前記赤、緑及び青色の発光源を活性化させる、表示装置。
2. 前記発光源は、無機発光ダイオードである、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記セグメントの数は、前記画像のコンテンツに依存している、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記セグメントの形状は、前記画像のコンテンツに依存している、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記画像を分析し、前記バックライト制御ユニットに、前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベルを入力するビデオ画像処理手段を更に有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の表示装置。
6. 前記バックライト制御ユニットは、画像コンテンツに基づいて、発光源の駆動レベルを減少する、請求項５に記載の表示装置。
7. 画像表示ユニットを有する表示装置におけるバックライト装置を制御する方法であって、
   当該バックライト装置は、複数のセグメントを有し、各セグメントが、基板上に配された発光源の少なくとも１つの群を有し、前記発光源の少なくとも１つの群が、少なくとも赤、緑、青色及び白色の発光源を有し、
   当該方法は、前記複数のセグメントの各セグメントに対して、
   前記少なくとも１つの群の発光源における前記赤、緑及び青色の発光源のための赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル（Rspec，Gspec，Bspec）を識別し、
   前記少なくとも１つの群の前記少なくとも１つの白色発光源のための白色の駆動レベルWを式
   

   

   を用いて設定し、ここで、MAXは、前記発光源の最大駆動レベルを表し、n<1が選択され、
   前記赤、緑及び青色の詳細な駆動レベル（Rspec，Gspec，Bspec）から前記白色の駆動レベルWを減算することにより赤、緑及び青色の実際の駆動レベルR，G，Bを生成し、前記の減算により生成された負の駆動レベルはゼロにクリッピングされ、
   前記白色の駆動レベルWを使用して前記白色の発光源を活性化させると共に、前記赤、緑及び青色の実際の駆動レベルR，G，Bを使用して前記赤、緑及び青色の発光源を活性化させる、方法。
8. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の表示装置を有する移動端末。

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