CN102695331A - 背光装置、其控制方法以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供背光装置、其控制方法以及显示装置。背光装置中的使用白光LED的光源单元配备有能够单独提供白光照明的多个白光LED。各个白光LED单独对应于沿画面纵向的分割区域，并通过配合LCD显示单元的显示画面依次扫描而被点亮。持续点亮通过RGB混色来执行白光显示的LED单元。另外，在另一实施例中，白光LED在低功耗模式下被持续点亮，并通过配合LCD显示设备的显示画面而依次扫描，来点亮通过RGB混色执行白光显示的LED单元。

Description

背光装置、其控制方法以及显示装置
技术领域
本发明涉及用于使用能够显示白光的发光元件的背光装置的照明控制技术。
背景技术
近年来，开发了液晶显示(LCD)装置，作为具有高清晰度、广色域、低功耗的显示装置。在用于背光装置的光源单元中，作为发光二级管(以下简称为“LED”)，使用白光LED或能够通过将RGB色光等混合而显示白光的LED。在液晶显示装置上进行视频显示期间，视频图像会出现模糊。这是由液晶板中使用的液晶分子的响应速度慢引起的。日本特开2000-321551号公报提出了如下一种方法：在液晶板响应期间停止对背光装置的LED供电，并进行闪烁扫描。然而，由于利用这种方法出现画面亮度下降及闪烁，因此日本特开2008-145909号公报公开了一种在全画面上插入黑图像或灰图像的技术，作为改进方法。
另外，日本特开2007-133407号公报公开了一种使用白光光源及RGB光源的背光显示器。为实现广色域的高效发光，在低亮度状态下使用RGB光源，并且当对亮度的要求值增大时，向RGB光源添加白光光源。
一般来讲，在诸如LED的发光元件中，在能够单独提供白光照明的白光光源和能够通过将RGB色光等混合来提供白光照明的光源之中，能够单独提供白光照明的白光光源的色域更广。因此，在日本特开2007-133407号公报中公开的技术中，由于在低亮度状态下或高亮度状态下发光的光源不同，因此色域随显示的亮度而变化。
发明内容
本发明的背光装置使用能够提供白光照明的发光元件，减少了因显示的亮度不同而引起的色域变化，并提高了视频观看特性(viewingcharacteristics)。
根据本发明的一个方面，提供了一种背光装置，其包括第一光源单元和第二光源单元，所述第一光源单元包括能够提供白光照明的发光元件，所述第二光源单元包括特性与所述第一光源单元的发光元件的特性不同的、能够提供白光照明的发光元件。另外，所述背光装置还包括照明控制单元，该照明控制单元通过依次扫描所述第一光源单元的被划分为多个分割区域的发光元件来激活所述第一光源单元，同时持续激活所述第二光源单元。
根据本发明的背光装置使用能够提供白光照明的发光元件，减少了因显示的亮度不同而引起的色域变化，并提高了视频观看特性。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出背光装置100的结构示例的框图，该框图与图2A、图2B及图3一起用于说明本发明的第一实施例。
图2A是图1中示出的LED光源单元150的立体图。
图2B是示出白光LED单元的点亮顺序的说明图。
图3是例示了各LED单元的点亮定时的图。
图4是示出背光装置300的结构示例的框图，该框图与图5一起用于说明本发明的第二实施例。
图5是例示了各LED单元的点亮定时的图。
具体实施方式
在下面的实施例中，将说明使用白光LED元件作为白光发光元件并使用能够通过利用RGB混色来显示白光的LED元件组的背光装置和显示装置。
第一实施例
图1是示出根据本发明第一实施例的背光装置100的结构示例的框图。在背光装置100中，电源单元101向布置于LED光源单元150中的各LED提供电源电压。LED光源单元150是用于背光光源的LED阵列基板。在本示例中，第一光源单元配备有能够单独提供白光照明的多个白光LED光源(白光LED单元103至106)。另外，第二光源单元配备有通过混合RGB原色光获得白光的LED光源(以下称为“RGB LED单元”)102。也就是说，第一光源单元包括能够提供白光照明的发光元件，第二光源单元包括特性与第一光源单元的发光元件的特性不同的、并且能够提供白光照明的发光元件。在图1中，以叠置状态示出了第一光源单元和第二光源单元。
RGB LED单元102由各自发出RGB色光中的一种色光的多个LED构成，并且通过混色在整个背光装置上发出白光。第一光源单元由使用白光LED的白光LED单元103至106构成，如图2A和图2B所示，这些白光LED单元在通过沿背光光源的纵向将背光光源划分成四个区域而形成的分割区域上发光。具体地说，白光LED单元103至106分别对应于自画面的上部至下部划分的上部、中上部、中下部及下部的分割区域，并按如下所述的顺序进行照明控制。电流源107至111以恒定电力驱动各LED。电流源107连接到RGB LED单元102，并且电流源108至111分别连接到白光LED单元103至106。另外，电流源108至111分别经由开关元件112至115接地，而电流源107不经由开关元件接地。
控制单元116用作照明控制单元，该照明控制单元根据图像处理单元118输出的定时信号，执行使背光光源的LED发光的定时控制，并通过接通开关元件112至115点亮白光LED单元103至106。LCD显示单元117是根据图像处理单元118输出的图像信号进行图形、字符和图像等的图像显示的液晶显示设备。通过对构成背光装置的LED光源单元执行开关控制，能够实现点亮状态和熄灭状态。
图2A是图1中所示的LED光源单元150的结构示例的立体图。
LED光源单元150采用将LED布置在显示器的背面并且相对于扫描线的方向平行排列的阵列基板型。在基板上纵横布置有以4个LED为一组的发光元件组。将4个LED(例如白光LED、红光LED、蓝光LED和绿光LED)安排为一组。设置在各分割区域中的白光LED分别由图1中所示的白光LED单元103至106构成。另外，红光LED、蓝光LED和绿光LED能够通过混色提供白光照明，它们构成了图1中所示的RGBLED单元102。一般而言，在使用RGB LED通过混色进行白光照明的情况下，发光效率比使用白光LED的白光照明低，但是能够实现广色域显示。
在本实施例中，通过沿纵向将整个画面分割为四个区域来进行对白光LED单元103至106的发光控制。然而，分割位置和LED的个数因显示区域的尺寸和性能而不同。另外，即使结构不是将4个LED(由RGB3原色光LED和白光LED组成)安排为一组的结构，如果能够通过混色来提供白光照明的LED可以将整个画面点亮，并且各白光LED单元均可以被独立驱动，则可以使用任何的结构。在这种情况下，能够对于整个画面统一控制构成RGB LED单元102的各LED。
图2B示出了针对配置在LED光源单元150中的白光LED单元执行的照明控制的顺序。
LCD显示单元117被线序驱动，并且以从画面的上部开始的顺序完成显示响应。例如，白光LED单元103是对应于画面的上部区域的光源单元，白光LED单元104是对应于中上部区域的光源单元，白光LED单元105是对应于中下部区域的光源单元，而白光LED单元106是对应于下部区域的光源单元。如箭头S所示，配合LCD显示单元117的显示画面，以从画面的上部区域、经中上部区域、再经中下部区域至下部区域的顺序，对被分割到四个区域中的LED单元执行照明控制。如虚线的箭头所示，当下部区域的点亮完成后，照明控制再次回到上部区域并重复点亮循环。
图3是例示了LED单元的点亮定时的图。“R”、“G”、“B”示出构成RGB LED单元102的各LED的点亮状态。“W”旁边标示的上、中上、中下及下示出分别对应于画面的上部区域、中上部区域、中下部区域以及下部区域的白光LED的点亮状态。“ON”表示LED的点亮状态，“OFF”表示LED的熄灭状态。在每秒显示60帧图像的情况下，能够显示一帧图像的时间对应于约16.7ms(毫秒)的时间。
RGB LED单元102处于持续点亮状态，而白光LED单元103至106被依次扫描点亮。具体地说，在写入图像信号后，在一个帧周期内依次执行仅针对各分割显示区域的白光LED的点亮操作。在各帧内，首先白光LED单元103被点亮，在它被熄灭的时刻，下一白光LED单元104被点亮。随后，在白光LED单元104被熄灭的时刻，下一白光LED单元105被点亮。在白光LED单元105被熄灭并且在帧的最后处白光LED单元106被点亮之后，在该帧周期结束时该LED单元被熄灭，并且操作进入下一帧。
RGB LED单元102以相当于100cd/m2的光量被持续点亮。另外，在白光LED单元103至106被点亮时，包括RGB LED单元102的光量的、发出的总光量为200cd/m2。按图3中所示的图案反复执行扫描点亮，并且在RGB LED单元102通过混色来进行白光照明的部分与白光LED单元被依次点亮的部分之间，产生亮度差。由于利用图3中所示的图案扫描点亮具有200cd/m2的高亮度的部分，因此对观察者而言，具有100cd/m2的低亮度的部分相对呈现灰色。也就是说，由于低亮度的部分呈现灰色，因此低亮度的部分与高亮度的部分之间的对比度差变小，闪烁变得不明显。
在第一实施例中，由于使通过混色产生白光的RGB LED单元102对于整个背光装置发光，并使白光LED单元103至106通过在分割区域内按画面纵向被依次扫描而发光，因此实现了广色域显示。另外，获得了闪烁变得不明显并且提高了显示装置的视频观看特性的效果。
在本实施例中，对使用白光LED元件作为白光发光元件、同时使用能够通过利用RGB混色来显示白光的LED元件组的情况进行了说明，但并不限于此。例如，可以使用以下结构：使用能够通过RGB混色来提供白光显示的两种或更多种的发光元件组，它们在混色情况下的白光发光的色域及功耗等特性不同。另外，可以使用以下结构：使用发出白光时色域及功耗特性不同的、能够单独提供白光照明的两种或更多种的白光发光元件。也就是说，本发明也适用于使用了如下结构的情况：由于使用被持续点亮的发光元件(组)和被扫描点亮的发光元件(组)，导致白光发光期间的色域及功耗等不同。
第二实施例
接下来，说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，可以选择利用第一实施例的第一控制模式(以下称为“广色域模式”)和降低功耗的第二控制模式(以下称为“低功耗模式”)。
图4是示出根据第二实施例的背光装置300的结构示例的框图。第二实施例与第一实施例之间的不同在于，可以通过模式切换单元351来切换布置在LED光源单元350中的LED的照明控制。因此，以下将说明第二实施例与第一实施例之间的不同点，通过对于相同的部分使用已使用的标记，来省略对它们的说明。
在本示例中，设置有4个RGB LED单元360至363，它们分别与白光LED单元103至106成组。例如，RGB LED单元360与白光LED单元103对应于画面的上部区域，而RGB LED单元361与白光LED单元104对应于画面的中上部区域。另外，RGB LED单元362与白光LED单元105对应于画面的中下部区域，而RGB LED单元363与白光LED单元106对应于画面的下部区域。
以恒定电力驱动白光LED单元103至106的电流源108至111，分别经由开关元件112至115接地。另外，以恒定电力驱动RGB LED单元360至363的电流源365至368，分别经由开关元件370至373接地。
依据模式切换单元351选择的照明控制模式，控制单元116根据图像处理单元118输出的定时信号，控制使作为背光光源的LED发光的定时。这样，通过对开关元件112至115的接通控制，将白光LED单元103至106分别点亮，并且通过对开关元件370至373的接通控制，将RGBLED单元360至363分别点亮。
用于布置在LED光源单元350中的LED的照明控制方法与第一实施例的情况相同，但在白光LED单元和RGB LED单元中的任一个可以被扫描点亮这一点上不同。
在本实施例中，可以通过模式切换单元351选择如下照明控制：
·RGB LED单元被持续点亮，而白光LED单元被扫描点亮(广色域模式时)。
·白光LED单元被持续点亮，而RGB LED单元被扫描点亮(低功耗模式时)
例如，模式切换单元351可以按照用户选择的模式，选择照明控制模式。另外，模式切换单元351还可以依据LCD显示单元117显示的图像，选择照明控制模式。在这种情况下，控制单元116从图像处理单元118获得与LCD显示单元117上显示的图像相关的信息，并将该信息发送给模式切换单元351。例如，控制单元116可以基于附加于图像的元数据等，获得图像的色域信息和像素数信息。另外，模式切换单元351依据获得的信息选择照明控制模式。例如，当LCD显示单元117上显示的图像的色域比预定范围广时，例如在Adobe RGB(注册商标)色域或DCI(Digital Cinema Initiatives，数字影院系统规范)规定的色域的情况下，选择广色域模式。另外，当所显示的图像的色域相对窄时，例如在sRGB色域的情况下，可以选择低功耗模式。另外，在图像的像素数相对大于预定值(阈值)(例如，1920×1080像素等)的情况下，模式切换单元351选择广色域模式。在图像的像素数相对小于预定值(例如，640×480像素等)的情况下，可以选择低功耗模式。请注意，可以任意选择上述预定范围和预定值。
图5示出了在低功耗模式下进行控制的情况下的LED单元的点亮定时。图中的“WLED”指示白光LED单元103至106的点亮状态，它们分别对应于画面的上部区域、中上部区域、中下部区域和下部区域的光源单元。白光LED单元全部处于接通状态(“ON”)且被持续点亮。
另一方面，RGB LED单元360至363分别对应于画面的上部区域、中上部区域、中下部区域和下部区域的光源单元。这些光源单元从配合LCD显示单元117的画面的上部到下部，进行扫描点亮。也就是说，在写入图像信号之后，在一个帧周期内依次执行仅针对对应于各分割区域的RGB LED单元的点亮操作。请注意，RGB LED单元的光源单元在点亮状态下的功耗大于白光LED单元的相应功耗。因此，与第一实施例中描述的广色域模式相比，能够限制功耗，这是由于白光LED单元的点亮时间长而RGB LED单元的点亮时间短。
在本实施例中，白光LED单元103至106以相当于100cd/m2的光量被持续点亮。另外，RGB LED单元360至363在被点亮时，与白光LED单元103至106的总光量为200cd/m2。因此，在仅点亮白光LED单元的部分与依次点亮RGB LED单元的部分之间产生亮度差。利用图5所示的图案扫描点亮具有200cd/m2的高亮度的部分，对观察者而言，具有100cd/m2的低亮度的部分相对呈现灰色。也就是说，由于低亮度的部分呈现灰色，因此低亮度的部分与高亮度的部分之间的对比度差变小，闪烁变得不明显。
根据第二实施例，在RGB LED单元与白光LED单元中，其中一方被持续点亮，另一方被扫描点亮。因此，可以选择广色域模式下的照明控制和低功耗模式下的照明控制。在任一模式下，都可获得闪烁变得不明显且显示装置的视频观看特性提高的效果。另外，通过切换到低功耗模式下，还可获得节能的效果。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。
本申请要求于2011年3月22日提出的日本专利申请NO.2011-062650和于2011年12月12日提出的日本专利申请NO.2011-271220的优先权，在此通过引用将它们的全部内容并入本文中。

Claims (6)

1.一种背光装置，该背光装置包括：
第一光源单元和第二光源单元，所述第一光源单元包括能够提供白光照明的发光元件，所述第二光源单元包括特性与所述第一光源单元的发光元件的特性不同的、并能够提供白光照明的发光元件；以及
照明控制单元，其被构造为通过依次扫描所述第一光源单元的被划分为多个分割区域的发光元件来激活所述第一光源单元，同时持续激活所述第二光源单元。
2.根据权利要求1所述的背光装置，所述背光装置还包括：
模式切换单元，其被构造为在通过依次扫描所述第一光源单元的被划分为多个分割区域的发光元件来激活所述第一光源单元并持续激活所述第二光源单元的控制模式、与通过依次扫描所述第二光源单元的被划分为多个分割区域的发光元件来激活所述第二光源单元并持续激活所述第一光源单元的控制模式之间切换。
3.根据权利要求1所述的背光装置，其中，所述第一光源单元包括能够单独提供白光照明的发光元件，所述第二光源单元包括能够通过混色提供白光照明的发光元件。
4.一种显示装置，该显示装置包括：
根据权利要求1所述的背光装置；以及
显示单元，其被构造为根据图像信号，利用所述背光装置的光来显示图像。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，
所述照明控制单元被构造成重复进行控制，使得配合所述显示单元显示的显示画面，从上到下依次激活分割区域中的发光元件。
6.一种用于控制背光装置的控制方法，所述背光装置包括第一光源单元和第二光源单元，所述第一光源单元包括能够提供白光照明的发光元件，所述第二光源单元包括特性与所述第一光源单元的发光元件的特性不同的、并能够提供白光照明发光元件，所述控制方法包括：
通过依次扫描所述第一光源单元的被划分为多个分割区域的发光元件来激活所述第一光源单元，同时持续激活所述第二光源单元。
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