JP2004102244A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源輝度を切換えた場合、光源発光スペクトルが変動し表示画像の色調が乱れる
【解決手段】光源輝度の切換に応じて液晶印加電圧特性を変え、光源発光スペクトル変動による色調の乱れを液晶パネル部で補正して見かけ上の色調変化を抑える。これにより光源制御が実用化でき、低消費電力運転モード実行やコントラスト・ブライト調整範囲拡大など液晶表示装置の機能が向上する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶ディスプレイなどの表示装置に係わり、特に光源輝度切換に伴う色度変化の補正を行う液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン画面をスクリーンに拡大投射してプレゼンテーションする前面投射式の液晶フロントプロジェクタや背面投写式の液晶リアプロジェクタ、デスクトップでパソコン画面のモニタとして使用する直視タイプの液晶ディスプレイモニタなどと液晶表示装置が急速に普及してきており、ブラウン管に次ぐ表示装置としてその地位を確立しつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示デバイスは自発光型でないため画像表示には光源が必要である。
直視タイプの液晶ディスプレイモニタでは光源として蛍光管が用いられており、供給電力制御による光源出力を切り換えて低輝度モードや消費電力抑制モードなどユーザニーズを狙った機能が充実している。
一方、投射タイプの液晶フロントプロジェクタや液晶リアプロジェクタでは、明るい拡大表示画像を得るためメタルハライドランプなどの高輝度光源が用いられているが、寿命短縮と発光スペクトル変動の恐れがあり直視タイプのような光源出力切換はほとんど行なわれていない。
今後、光源制御は液晶表示装置として必須の機能になると考えられるためこの問題は大きい。このうち、寿命短縮については運用手法、すなわち明るさや電力を抑えて表示装置を能力いっぱい使わないようにして光源劣化を少なくする等の手法により克服できるが、発光スペクトル変動については画像の色調を乱すことになり表示装置としては致命的である。
【０００４】
本発明の目的は上記の問題点を解決した液晶表示装置を提供することにある。
本発明の他の目的は光源発光スペクトルの変動による色度変化をパネル部で補正する液晶表示装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、光源輝度出力切換に応じて液晶印加電圧特性を変えて光源発光スペクトル変動による色調の乱れを液晶パネル部で補正し、見かけ上の色調変化を抑えるようにする。
これにより光源制御が実用化でき、低消費電力運転モードの実行やコントラスト、ブライト調整範囲拡大など液晶表示装置の機能が向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による液晶表示装置の第１実施例を示すブロック図であって、１、２、３は増幅器（ＡＭＰと記す）、４、５、６はクランプ回路（ＤＣと記す）、７、８、９はＡＤ変換器、１０、１１、１２はルックアップテーブル（ＬＵＴと記す）、１３、１４、１５はＤＡ変換器、１７は制御回路、１８はマイコン、１９は光源制御手段、２０は光源、２１は液晶表示デバイスである。
同図において光源制御手段１９は供給電力量を可変するなどして光源２０の輝度出力を変えるもので、マイコン１８により制御される。また、ＬＵＴ１０、１１、１２もマイコン１８によりそのデータが書き換えられるようにしている。
【０００７】
以下、図１の動作を説明する。図において、端子２２、２３、２４に印加されたＲＧＢ（赤、緑、青）の映像信号はそれぞれＡＭＰ１、２、３に入力され、所望のレベルに増幅される。ＤＣ４、５、６では映像信号をクランプし、直流再生を行って映像信号の黒レベルを決めている。ＡＤ変換器７、８、９ではＲＧＢ信号をサンプリングしてディジタルデータに変換する。ＬＵＴ１０、１１、１２では液晶表示デバイス２１の表示特性をブラウン管の表示特性に変換するデータが収められている。すなわち、このＬＵＴ１０、１１、１２によって、端子２２、２３、２４から見た時の表示特性をブラウン管の特性に変換する。このＬＵＴ１０、１１、１２は例えばＳＲＡＭなどのメモリで構成できる。ＤＡ変換器１３、１４、１５は上記ＬＵＴ１０、１１、１２のディジタルデータをアナログ信号に変換し液晶表示デバイス２１を駆動する。なお、液晶表示デバイス２１のタイプによってはディジタル入力対応のものもある。その場合は、ＤＡ変換器１３、１４、１５の変わりにディジタルインタフェース回路（図示せず）を用いればよい。すなわち、パラレルのディジタルデータをシリアルのディジタルデータに変換するインターフェースを用いればよい。この場合、液晶表示デバイス２１はシリアルパラレル変換回路を持っている。
【０００８】
制御回路１７は端子３５、３６から入力される水平同期信号、垂直同期信号に基づき、上記ＤＣ４、５、６のクランプパルス、ＡＤ変換器７、８、９サンプリングパルス、ＬＵＴ１０、１１、１２の制御パルス、ＤＡ変換器１３、１４、１５のクロックパルス、液晶表示デバイス２１のタイミング信号を生成する。
【０００９】
ここで、図２を用いてＬＵＴ１０、１１、１２に収めるデータの内容について説明する。
【００１０】
図２はＬＵＴデータを作成するためのグラフであり、グラフ４０、４１は横軸に入力をディジタル値で示し、縦軸に輝度（ｃｄ／ｍ^２）をしめしており、グラフ４２は入力及び出力をディジタル値で示している。
同図において、グラフ４０は、光源２０の出力が高輝度状態の場合の液晶表示デバイス２１の入力対輝度特性である。また、この時の画面表示でのＲＧＢ色度点、すなわち色度図上でのＲＧＢの色度点を（ｘＲｈ、ｙＲｈ）、（ｘＧｈ、ｙＧｈ）、（ｘＢｈ、ｙＢｈ）とする。
グラフ４１は、上記高輝度状態の表示特性を変換してブラウン管特性を模擬したもので、ガンマ値２．６、白色の色温度９３００°Ｋ＋２７ＭＰＣＤ（ｘ＝２８１、ｙ＝３．１１）となるようにしている。
グラフ４１において、ＲＧＢの比は（数１）、（数２）から求められる。
【００１１】
【数１】

【００１２】
【数２】

【００１３】
まず、（数１）において、ｘ＝２８１、ｙ＝３．１１、Ｙ＝１としてＸ、Ｙ、Ｚを求める。なお、ＲＧＢの比を求めるため、輝度Ｙは単位輝度１とした。次に（数１）で求めたＸ、Ｙ、ＺとＲＧＢ色度点（ｘＲｈ、ｙＲｈ）、（ｘＧｈ、ｙＧｈ）、（ｘＢｈ、ｙＢｈ）を（数２）に代入演算してＲＧＢの比を求める。
【００１４】
このグラフ４１において、Ｂ色の最小値はグラフ４０のＢ色の最小値に一致している。グラフ４１はＬＵＴ１０、１１、１２を介して液晶表示デバイス２１を見たときの入力対輝度の目標特性でもあり、ＬＵＴ１０、１１、１２のデータはグラフ４０の特性をグラフ４１のように変換することにある。　ＬＵＴ１０、１１、１２のデータは次のようにして求める。
グラフ４０とグラフ４１を図２のように並べておき、グラフ４０の入力をグラフ４２の出力に、グラフ４０の入力に対する各色の輝度と同じレベルの輝度を示すグラフ４１の入力レベルをグラフ４２の入力に対応させながらプロットしていくとグラフ４２のような特性ができあがる。これをＬＵＴ１０、１１、１２のデータ内容とする。グラフ４２の入力に対してグラフ４２の出力を液晶表示デバイス２１に供給するとグラフ４１に示すブラウン管の輝度特性を得ることができる。
なお、グラフ４０，４１より明らかなように、Ｒ色、Ｇ色はそれぞれ入力約３０、２０付近で出力０に飽和している。これは、グラフ４０のような液晶表示デバイス２１ではＲ色が約０．７ｃｄ／ｍ^２、Ｇ色が約１．４ｃｄ／ｍ^２が最低輝度でそれ以下は出力できないからである。従って、上記で指定した白色の色温度（ここでは９３００°Ｋ＋２７ＭＰＣＤ）を正確に再現できるのは入力約３０以上の範囲ということになる。
以上のように、ＬＵＴ１０、１１、１２のデータを設定すると光源２０が高輝度状態の時の画像表示は正常に行われることになる。
【００１５】
次に、光源２０の輝度出力を切換えて低輝度状態にした場合について図３を用いて説明する。
図３はＬＵＴデータを作成するためのグラフである。グラフ１４０、１４１は横軸に入力をディジタル値で示し、縦軸に輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示している。グラフ１４２はグラフ１４０、１４１を利用して作成されたもので、横軸に入力をディジタル値で示し、縦軸に出力をディジタル値で示している。
光源２０が低輝度状態における液晶表示デバイス２１の入力対輝度特性を図３のグラフ１４０で示す。この場合、画面表示でのＲＧＢ色度点を（ｘＲｌ、ｙＲｌ）、（ｘＧｌ、ｙＧｌ）、（ｘＢｌ、ｙＢｌ）とする。
【００１６】
高輝度状態と同様に（数１）、（数２）を用いてＲＧＢの比を求める。今、ガンマ値２．６、白色の色温度９３００°Ｋ＋２７ＭＰＣＤ（ｘ＝２８１、ｙ＝３．１１）となるようにすると、グラフ１４１が得られる。高輝状態の場合と同様に、低輝度状態のグラフ１４２はグラフ１４０、１４１から得られる。このグラフ１４２が低輝度状態でのＬＵＴ１０、１１、１２のデータになる。なお、作成要領は図２と同様なので説明は省略する。
この結果、光源２０を低輝度状態にした時に生じる色調変化、すなわちＲＧＢ色度点が高輝度状態の（ｘＲｈ、ｙＲｈ）、（ｘＧｈ、ｙＧｈ）、（ｘＢｈ、ｙＢｈ）から低輝度状態の（ｘＲｌ、ｙＲｌ）、（ｘＧｌ、ｙＧｌ）、（ｘＢｌ、ｙＢｌ）に変わるために起こる色調変化はＬＵＴ１０、１１、１２のデータの書き換えで補正され、色の変化は無くなることになる。
以上のようにして、光源輝度切換に応じて液晶印加電圧特性を変えて光源発光スペクトル変動による色調の乱れを液晶パネル部で補正し、見かけ上の色調変化を抑えることができる。
【００１７】
図４は本発明による液晶表示装置の第２実施例を示すブロック図である。図において、２２〜２７は切換手段、２８〜３３はＬＵＴ、１１８はマイコンであり、そのほかのブロックは図１と同じであるため、同じ符号を付けた。
第１実施例では、図２のグラフ４２と図３のグラフ１４２のデータをマイコン１８でＬＵＴ１０、１１、１２に書き込むようにしていたが、本実施例では２系統のＬＵＴ、すなわち高輝度状態のデータを持つＬＵＴと低輝度状態のデータを持つＬＵＴとを設け、光源輝度切換に応じて一方のＬＵＴに切換えるようにする。ＬＵＴ２８、３０、３２には高輝度状態のデータである図２のグラフ４２のデータを書き込み、ＬＵＴ２９、３１、３３には低輝度状態のデータである図３のグラフ１４２のデータを書き込む。マイコン１１８で光源制御手段１９を介して光源２０の輝度を切換えると同時に切換手段２２〜２７を連動して切換える。光源２０が高輝度状態の時はＬＵＴ２８、３０、３２を、光源２０が低輝度状態の時はＬＵＴ２９、３１、３３を切換手段２２〜２７によって選択するようにする。
【００１８】
この結果、第１実施例と同様に光源２０の輝度切換に伴うＲＧＢ色度点の変化による色調変化はＵＴ２８、３０、３２とＬＵＴ２９、３１、３３の切り換えで補正され、色の変化は無くなる。なお、本実施例ではＬＵＴを切換手段２２〜２７で瞬時に切り換えられるので第１実施例のようにＬＵＴデータを書き換える必要がなく、その分マイコン１１８の能力を低くできる。このため、比較的安価なマイコンを使うことができる。
以上のようにして、光源輝度切換に応じて液晶印加電圧特性を変えて光源発光スペクトル変動による色調の乱れを液晶パネル部で補正し、見かけ上の色調変化を抑えることができる。
【００１９】
図５は本発明による液晶表示装置の第３実施例を示すブロック図であって、１０１、１０２、１０３は利得の可変できる可変利得増幅器（ＡＭＰと記す）、１０４、１０５、１０６はクランプレベルの可変できるクランプ回路（ＤＣと記す）、そのほか図４と同じブロックには同じ符号を付けた。
本実施例ではＬＵＴ２８、３０、３２とＬＵＴ２９、３１、３３の切換と連動してＡＭＰ１０１、１０２、１０３の利得、ＤＣ１０４、１０５、１０６のクランプレベルをマイコン２１８で制御するようにした。これによって、光源輝度切換時に生じるコントラスト、輝度（ブライト）レベルの変化を吸収して見かけ上の違和感を無くすことができる。
【００２０】
図６は高輝度状態と低輝度状態の輝度信号の白レベルと黒レベルを示す模式図である。図において、ｄＢは高輝度状態と低輝度状態における黒ベルの差を示し、ｄＷは高輝度状態と低輝度状態における白レベルの差を示す。
まず、高輝度状態から低輝度状態に光源輝度を切換え、色調のずれをＬＵＴ２８、３０、３２からＬＵＴ２９、３１、３３に切換えて補正する。この時、高輝度状態との黒レベル差ｄＢ、白レベル差ｄＷが生じることになる。
マイコン２１８にはこのようなデータが書き込まれているので、ＤＣ１０４、１０５、１０６のクランプレベルをｄＢ分上げるとともに、ＡＭＰ１０１、１０２、１０３の利得をｄＷ分上げて高輝度状態と同じコントラスト、ブライトレベルに戻すようにする。
このようにすると、光源輝度を切換えてもコントラストやブライトレベルは一定に保つことができるようになる。さらに本実施例では光源輝度を変えられるためコントラストやブライトレベルの調整範囲が液晶印加電圧だけを変える場合に比べて広くなるメリットがある。
また、上記のように光源輝度、ＬＵＴ、ＡＭＰ、ＤＣが連動制御されるため、ユーザーにとって見れば、光源輝度の切換など気にすることはなく、コントラストやブライトを上げ下げするだけで好みの映像状態を設定できることになる。
【００２１】
以上のようにしてコントラスト・ブライト調整範囲拡大など液晶表示装置の機能を向上することができる。
【００２２】
図７は本発明による液晶表示装置の第４実施例を示すブロック図でる。図において、４０は光の検出手段であり、そのほか図１と同じブロックには同じ符号を付ける。
本実施例の特徴は、検出手段４０でＲＧＢ各輝度レベルおよび色度点を検出するようにしたことであり、光源２０の輝度変化などに対応して液晶表示デバイス２１の駆動特性を変えている。上記駆動特性例を以下に示す。
【００２３】
第１の例では、検出手段４０で検出したＲＧＢ輝度レベルと色度点を基にマイコン３１８によって、図２、３を使って説明した要領でＬＵＴ１０、１１、１２のデータを求め、そのデータを書き直している。
第２の例では、検出手段４０で検出したＲＧＢ輝度レベルと色度点をマイコン３１８に書き込まれている初期調整状態のそれと比較してその差分を補正したデータを求め、ＬＵＴ１０、１１、１２のデータを書き直している。
第３の例では、検出手段４０で検出したＲＧＢ輝度レベルと色度点をマイコン３１８に書き込まれている初期調整状態のそれと比較してその差分を補正するようＡＭＰ１０１、１０２、１０３、またはＤＣ１０４、１０５、１０６を調整し、映像信号の振幅、または直流レベルを変えている。第３の例において、ＡＭＰ１０１〜１０３及びＤＣ１０４〜１０６を同時に調整してもよい。
これにより、光源の経時劣化に伴う輝度や色調変化までも抑えることができ、液晶表示装置の信頼性を一段と向上することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば光源輝度切換に応じて液晶印加電圧特性を変えて光源発光スペクトル変動による色調の乱れを液晶パネル部で補正し、見かけ上の色調変化を抑えることができる。
したがって、光源制御が実用化でき、低消費電力運転モードの実行やコントラスト・ブライト調整範囲の拡大など液晶表示装置の機能や信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の第１実施例を示すブロック図である。
【図２】ＬＵＴデータを作成するためのグラフである。
【図３】ＬＵＴデータを作成するためのグラフである。
【図４】本発明による液晶表示装置の第２実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明による液晶表示装置の第３実施例を示すブロック図である。
【図６】高輝度状態と低輝度状態の輝度信号の白レベルと黒レベルを示す模式図である。
【図７】本発明による液晶表示装置の第４実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２、３…ＡＭＰ、４、５、６…クランプ回路、７、８、９…ＡＤ変換器、１０、１１、１２、２８、２９、３０、３１、３２、３３…ＬＵＴ、１３、１４、１５…ＤＡ変換器、１７…制御手段、１８、１１８、２１８、３１８…マイコン、１９…光源制御手段、２０…光源、２１…液晶表示デバイス。

Claims (11)

1. 入力対出力輝度特性の変換手段を具備する液晶表示装置において、
   光源輝度の切換と連動して該変換手段の入力対出力輝度特性を変えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 入力対出力輝度特性の変換手段を複数具備する液晶表示装置において、
   光源輝度の切換と連動して該複数の変換手段を切換えることを特徴とする液晶表示装置。
3. 入力対出力輝度特性の変換手段を具備する液晶表示装置において、
   光源輝度の切換と連動して該変換手段の入力対出力輝度特性を変え、映像信号振幅を制御することを特徴とする液晶表示装置。
4. 入力対出力輝度特性の変換手段を具備する液晶表示装置において、
   光源輝度の切換と連動して該変換手段の入力対出力輝度特性を変え、映像信号直流レベルを制御することを特徴とする液晶表示装置
5. 入力対出力輝度特性の変換手段とＲＧＢ光検出手段を具備する液晶表示装置において、
   該ＲＧＢ光検出手段で検出した情報に基づき、該変換手段の入力対出力輝度特性を変えることを特徴とする液晶表示装置。
6. 液晶表示デバイスと、該液晶表示デバイスの光源と、該光源の輝度を制御する光源制御手段と、入力対出力輝度特性の変換手段とから構成され、該光源制御手段によって、該光源の輝度を変化させたとき、該入出力輝度特性の変換手段の入出力特性を変化させて該液晶表示デバイスに供給することを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項６記載の液晶表示装置において、該変換手段はルックアップテーブルとマイコンとから構成され、該光源の輝度の変化に応じて、該マイコンに書き込まれた複数の入力対出力輝度特性の一つを該ルックアップテーブルに書き込むことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項６記載の液晶表示装置において、該変換手段は第１、第２のルックアップテーブルから構成され、該第１のルックアップテーブルには第１の入力対出力輝度特性が記憶されており、該第２のルックアップテーブルには第２の入力対出力特性が記憶されており、該光源の輝度の切換に応じて該第１及び該第２のルックアップテーブルの一方のテーブルの出力で該液晶表示デバイスを制御することを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項６記載の液晶表示装置において、該液晶表示デバイスの出力光を検出する光検出手段を設け、該光検出手段の検出結果を該入力対出力輝度特性の変換手段に供給し、該変換手段の入力対出力輝度特性を変化させることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項８記載の液晶表示装置において、映像信号を増幅する可変利得増幅器を設け、該変換器の切換に応じて、該可変利得増幅器の利得レベルを制御することを特徴する液晶表示装置。
11. 請求項８記載の液晶表示装置において、映像信号の直流レベルを制御する可変クランプ回路を設け、該変換器の切換に応じて、該可変クランプ回路のクランプレベルを制御することを特徴する液晶表示装置。

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