JP2002123226A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2002123226A
JP2002123226A JP2000316855A JP2000316855A JP2002123226A JP 2002123226 A JP2002123226 A JP 2002123226A JP 2000316855 A JP2000316855 A JP 2000316855A JP 2000316855 A JP2000316855 A JP 2000316855A JP 2002123226 A JP2002123226 A JP 2002123226A
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Junichi Hirakata
純一 平方
Kikuo Ono
記久雄 小野
Akira Shintani
晃 新谷
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Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
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Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】液晶表示パネルに表示される画像の輝度を効率
よく向上させ、この液晶表示パネルに光を照射する光源
の発熱に伴う諸般の問題を解決すること。 【解決手段】制御回路は、ランプ電流を光源に供給する
第1期間:tの動作とランプ電流の供給を休止する第
2期間:tの動作とを繰り返し、且つ第1期間にて、
光源に供給されるランプ電流のピーク強度:ip−p
びこの光源に第1期間に印加される電圧のピーク強度:
p−pから求められる電力値:{(t×ip−p×
Vp−p)/2}が、第1期間及び第2期間からなる1
周期:(t+t)に光源に供給される実効電流:i
effと光源に印加される実効電圧:Veffから求め
られる電力値:(t+t)×(ieff×
Veff)より小さくなるように制御回路を動作させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、その表示画面の輝度を効率良く高め、並びに当該表
示画面にて均一化させるに好適な光源並びにその制御方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子(液晶表示パネルとも呼ば
れる)やエレクトロルミネセンス素子(用いる蛍光材料
により有機系、無機系に別れる、以下、EL素子)、電
界放出素子(Field Emission Device、以下、FE素
子)等を用いた表示装置は、ブラウン管(CRT:Cath
ode Ray Tube)のように表示画面の裏側に電子線を2次
元的に走査するための空間(真空筐体)を設けることな
く画像表示を行う。従って、これらの表示装置は、ブラ
ウン管に比べて、薄く軽量であること、消費電力が低い
こと等の特徴を持つ。これらの表示装置は、その外観上
の特徴からフラット・パネル・ディスプレイ(Flat Pan
el Display)と呼ばれることがある。
【0003】液晶表示素子、EL素子、又は電界放出素
子等を用いた表示装置は、ブラウン管に対する上述の利
点から、各種用途においてブラウン管を用いた表示装置
に代わり広く普及しつつある。ブラウン管からフラット
・パネル・ディスプレイへの置き換えが進んだ背景に
は、液晶表示素子やEL素子等の画質向上といった技術
革新もある。最近はマルチメディアやインターネットの
普及により、動画表示への要求が強くなってきている。
例えば、液晶表示素子を用いた表示装置においては、動
画表示を実現するために液晶材料や駆動方法による改善
がなされている。しかしながら、液晶表示素子を用いた
表示装置に限らず、所謂フラット・パネル・ディスプレ
イと呼ばれる表示装置において従来のブラウン管と同等
の画像を表示するためには、高輝度化も重要な課題とな
っている。
【0004】ブラウン管(CRT)と同等の動画表示を
得るためには、電子銃から輻射される電子線の各画素に
走査し、夫々の画素の蛍光体を発光させるインパルス型
発光が必須である。これに対して、例えば液晶表示装置
は蛍光灯によるバックライトシステムを用いたホールド
型発光のため、完全な動画表示が困難とされてきた。
【0005】液晶表示装置に係る上記課題を解決する手
法として、液晶セル(基板間に封入された液晶層)の液
晶材料あるいは表示モードの改良と、光源に直下型バッ
クライト(液晶表示素子の表示画面に対向させて複数の
蛍光灯を配置する光源構造)を用いる方法が報告されて
いる。図31は、動画表示向けに提案された直下型バッ
クライトの点灯動作方法の一例を、(a)表示画面(破
線枠)に対向させて管状ランプ8本が配置された直下型
バックライトのレイアウトと、(b)これに設けられた
夫々のランプの各点灯開始時間のタイミングを輝度波形
として示す。図31(b)に示す輝度波形は、図の上側
に凸となるとき輝度が上昇することを示す。
【0006】図31から明らかなように、夫々の蛍光管
の点灯開始時間は、上側に配置されたものから下に配置
されたものへと順次ずらされている。この一連の点灯動
作は、画像表示信号の走査周期に同期され、1フレーム
の画像表示期間(表示画面の全画素に映像信号を送る期
間)毎に繰り返されていた。(「液晶」誌,Vol. 3,No.
2 (1999),p99-p106参照) 一方、液晶表示装置に伝送される動画信号の場面に応じ
て光源の輝度を変調する技術がある。この技術は、動画
信号を構成する画像毎(フィルムに喩えれば「齣」毎)
に液晶表示装置に伝送される映像信号の最大輝度デー
タ、最小輝度データ、並びに平均輝度データを読み出
し、これらのデータに応じて光源に供給される電流(以
下、ランプ電流)を制御する。通常光源に供給している
電流を基準電流(例えば、4.5mA)とすると、全体
的に明るい画像の場合にはランプ電流をある期間におい
て基準電流より高く(例えば、8mA)設定し、その後
基準電流に戻す。逆に全体的に暗い画像の場合にはラン
プ電流を基準電流より低く(例えば、1.5mA)設定
する。(「日経エレクトロニクス」誌,1999.11.15,n
o. 757, 1999, p139-p146参照) 前者(全体的に明るい画像)の場合、基準電流より高い
電流を光源に供給する分、光源の温度上昇も大きい。蛍
光灯の場合、その温度上昇により蛍光灯内の水銀(H
g)蒸気圧が上昇し、当該蛍光灯内にて水銀原子(水銀
蒸気量)が増加する。一方、蛍光灯内に余剰の水銀原子
が存在すると、水銀原子と電子との衝突により蛍光灯内
で生じた紫外線が水銀原子に吸収される確率が高くな
り、蛍光灯自体の輝度は低下する。この影響を避けるた
め、上記期間にてランプ電流を上記基準電流より大きく
設定した後、蛍光灯内の水銀蒸気圧が変化する前にラン
プ電流を基準電流に戻す。このようにランプ電流を変化
させることにより、蛍光灯の輝度をこれに基準電流を供
給したときのそれより高くする。
【0007】後者(全体的に暗い画像)の場合、光源の
輝度が高いと黒又はこれに近い色を表示する画素からの
微かな光の漏れを抑えることが必要となる。全体的に暗
い画面では、画面内で最も光透過率を高く設定した画素
においても透過させるべき光の絶対量は小さい。このた
め、ランプ電流を基準電流より低く設定し、光源の輝度
を抑えて黒又はこれに近い色を表示する画素からの光の
漏れを絞るとともに、光源における消費電力を低減させ
る。
【0008】この2つの技術の組合せから、動画全体で
みた映像における輝度のダイナミックレンジ(最大輝度
/最小輝度の比)は従来の2.8倍に、そのコントラス
ト比は400〜500:1と従来の液晶表示装置の2倍
以上に夫々広がる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置において
上述の直下型バックライト点灯動作を順繰りに行う技術
を実施する場合、例えば直下型バックライトに搭載する
ランプ(蛍光灯)の本数を増やすと、1周期(1フレー
ム分に相当)の点灯動作期間中に占める各ランプの発光
時間を短くせざるを得ない。このため、直下型バックラ
イト全体での輝度効率が低下した。
【0010】一方、表示画像の輝度を上げるために各ラ
ンプに印加する電力を増やすとランプの発熱により液晶
セルが局所的に熱せられ均一性も低下した。液晶表示装
置における画像表示は、これに搭載される液晶表示素子
の液晶セルに封止された液晶分子を当該画像情報(液晶
セルに印加される電界)に対応する方向に捩じり、液晶
セルの光透過率を所望の値に設定して行う。液晶セル内
の液晶分子を画像情報に応じた方向へ確実に捩じるため
に、当該液晶セルに液晶分子とともにカイラル剤を添加
することがある。これらの添加物を含めて液晶セル内に
存在する物質の層を、「液晶層」ということがある。し
かし、液晶セルの温度が局所的に上昇すると、この部分
に存在する液晶分子の屈折率の変化に応じて液晶セルの
光透過率がこの部分において変化するため、表示画像に
「むら」が生じる。さらに、この部分にて液晶層の粘度
が下がり、液晶分子の一部の向きがランダムになる(液
晶層の等方相化)。従って、液晶セルの一部分の光透過
率が液晶分子に印加される電界に応答しなくなり、上述
の表示むらが出る。この問題は、ツイステッド・ネマテ
ィック型(TN型:Twisted Nematic type)の液晶表示
装置に比べて、その液晶層が等方相化する温度(液晶転
移温度又は転移温度とも呼ばれる)が低い垂直配向型
(VA型:Vertical Alignment type)や横電界型(面
内スイッチング型…IPS型:In-Plane-Switching typ
eとも呼ぶ)の液晶表示装置に多く見られる。このた
め、横電界型の液晶表示装置の表示輝度をより高くする
ことは困難を伴う。
【0011】また、上述の動画信号を構成する画像毎に
光源の輝度を調整する技術を液晶表示装置に実施した場
合、全体的に明るい画像を表示するときの光源に供給さ
れるランプ電流を上記基準電流より高い値から当該基準
電流に下げるタイミングの設定が実用上難しい。上述の
とおり、光源の輝度をこれに基準電流を供給したときの
値より高めるには、一旦上記基準電流より大きく設定し
たランプ電流を蛍光灯内の水銀蒸気圧が変化する前に基
準電流に戻さなければならない。しかし、このようにラ
ンプ電流を切替えるタイミングは、例えば光源(蛍光
灯)の温度変化の測定データと光源輝度との相関に基づ
き経験的に設定せざるを得ない。更に、この技術では各
々の画像の明るさに応じ、夫々の画像表示時刻の光源輝
度を変化させるため、画像毎のコントラスト比は従来の
液晶表示装置で達成し得る程度に留まる。このことを換
言すれば、この技術を液晶表示装置に適用しても、静止
画像のような一定期間(複数の画像データが液晶表示装
置に伝送される期間)に亘り画像の明るさが殆ど変動し
ない映像を表示する場合、そのコントラスト比を向上さ
せることはできない。
【0012】液晶表示装置の光源に供給される電流とこ
の光源の温度又は輝度との関係は、例えば、特開平11
-38381号、特開平9-260074号、特開平11
-283759号、特開平7-175035号、特開平8
−8083号の各公報にて論じられているが、これらを
参照しても上述のランプ電流の切替えタイミングを適切
に設定する条件を見出すことは難しい。
【0013】本発明の目的は、液晶表示装置に係り、こ
れに搭載される液晶表示パネル(液晶表示素子)に表示
される画像の輝度を効率よく向上させ、また、この液晶
表示パネルに光を照射する光源の発熱に伴う諸般の問題
を解決することにある。
【0014】本発明の他の目的は、液晶表示装置におい
て、ブラウン管並みの高いコントラスト比で画像又は映
像を表示させることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は以下のような構成の液晶表示装置を提供
する。
【0016】本発明による液晶表示装置の第1の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路とを備え、上記制御回路は直流電流を交流電流に
変換する1次側回路とこの交流電流の電圧振幅を上記光
源の点灯に要する値に変換する2次側回路とを有し、上
記1次側回路は第1の期間:tにおける第1の電流振
幅を有する第1の交流電流の発生と、この第1の期間に
続く第2の期間:tにおける上記第1の電流振幅より
電流より小さい第2の電流振幅を有する第2の交流電流
の発生を繰り返し、且つ上記第1の期間及び上記第2の
期間の夫々において、上記第1の交流電流のピーク強
度:ip−p(1)並びに上記第2の交流電流のピーク
強度:ip−p(2)及びこの第1の交流電流のピーク
電位差:Vp−p(1)並びにこの第2の交流電流のピ
ーク電位差:Vp−p(2)から求められる電力値:
{(t×ip−p(1)×Vp−p(1))/2}+
{(t×ip−p(2)×Vp−p(2))/2}が
上記1次側回路において上記第1の期間及び上記第2の
期間からなる1周期:(t+t)に生じる交流電流
の実効電流値:Ieffと実効電圧値:Veffとで得
られる電力値:(t+t)×(Ieff×
Veff)より小さくなるように上記第1の交流電流及
び上記第2の交流電流を制御する。光源の点灯態様は、
実際には上記第1の期間及び上記第2の期間の夫々にお
いて上記2次側回路に生じる交流電流及び交流電圧の波
形に依存する。従って、後述するように例えば上記1次
側回路に設けられる調光回路等を用いて上記第1の交流
電流とともにそのピーク電位差(第1の交流電圧)を、
及び上記第2の交流電流とともにそのピーク電位差(第
2の交流電圧)を、夫々意図的に制御することが望まし
く、その一例として上記調光回路における直流電圧(調
光回路後段のインバータで交流電圧波形に変換される)
の電圧値及びチョッピング間隔(直流電圧供給時間とこ
れを止める時間の配分)を調整することが推奨される。
【0017】本発明による液晶表示装置の第2の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路とを備え、上記制御回路は、ランプ電流を上記光
源に供給する第1の期間:tの動作と上記ランプ電流
の供給を休止する第2の期間:tの動作とを繰り返
し、且つ上記第1の期間において、上記光源に供給され
る上記ランプ電流のピーク強度:ip−p及びこの光源
にこの第1の期間に印加される電圧のピーク強度:V
p−pから求められる電力値:{(t×ip−p×V
p−p)/2}が、上記第1の期間及び上記第2の期間
からなる1周期:(t+t)に上記光源に供給され
る実効電流:ieffと上記光源に印加される実効電
圧:Veffから求められる電力値:(t+t)×
(ieff×Veff)より小さくするように上記制御
回路を動作させる。上述のように光源の点灯態様は、上
記2次側回路において、上記第1の期間に生じる交流電
圧波形とこの期間にて光源に印加される交流電圧波形、
及び上記第1の期間に生じる交流電圧波形とこの期間に
て光源に印加される交流電圧波形との組合わせに依存す
るため、これらのパラメータが適切に設定されるように
上記制御回路の動作条件を設定するとよく、また、この
設定を望ましい条件に合わせるために上記2次側回路の
構成要件及びその配置を例えば後述の如く変更してもよ
い。
【0018】本発明による液晶表示装置の第3の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路とを備え、上記制御回路は、上記光源に第1の実
効電圧:Vを印加して第1の実効電流:iを供給す
る第1の期間:tの動作と、上記光源に第2の実効電
圧:Vを印加して上記第1の電流より小さい第2の実
効電流:iを供給する第2の期間:tの動作とを繰
り返し、且つ上記第1の期間及び上記第2の期間からな
る上記動作の繰返し周期:t+tにおいて上記光源
から輻射される光の輝度の上記第1並びに第2の実効電
圧及び上記第1並び第2の実効電流から求まる電力値:
{(t×V×i)+(t×V×i)}/
(t+t)に対する比は、この繰り返し周期にて、
いわば巨視的に上記光源に供給される実効電流ieff
と上記光源に印加される実効電圧Veffとで求まる消
費電力値:(Veff×ieff)に対応する輝度の上
記消費電力値に対する比より大きくなるように構成され
る。
【0019】本発明による液晶表示装置の第4の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、両端部間の長さ
がL(cm)の管からなる冷陰極管を有し且つこの冷陰
極管で発生される光を上記液晶表示パネルに照射する照
明装置と、上記冷陰極管を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は(1)第1の電力:W(W)を上記冷陰
極管に供給する第1の期間:tの動作と上記第1の電
力より小さい第2の電力:W(W)を上記冷陰極管に
供給する第2の期間:tの動作とを繰り返し、且つ
(2)上記第1の電力は、その上記長さに対する比:(W
/L)…管壁負荷とよばれる値…が0.2W/cmよ
り大きく設定され、且つ上記第2の電力は、その上記長
さに対する比:(W/L)…管壁負荷とよばれる値…
が0.1W/cm以下に設定されるように構成される。
【0020】本発明による液晶表示装置の第5の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路とを備え、上記制御回路は、上記光源に該光源の
ランプ電流の定格値より大きい第1の実効電流:i
供給する第1の期間:tの動作と、上記光源にこの光
源のランプ電流の定格値より小さい第2の実効電流:i
を供給する第2の期間:tの動作とを繰り返し、且
つ上記第1の期間及び上記第2の期間からなる上記動作
の繰返し周期:t+tにおける上記光源の輝度の積
分値が該繰り返し周期における上記ランプ電流の定格値
に対応する上記光源の輝度の積分値より大きくなるよう
に上記第1の実効電流、上記第2の実効電流、上記第1
の期間、及び上記第2の期間が設定されるように構成さ
れる。この液晶表示装置を規定する「定格値」について
は、後述する。
【0021】本発明による液晶表示装置の第6の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路と、上記光源の温度を検出する検出回路とを備
え、上記制御回路は、第1の期間:tにて上記光源に
第1の実効電流:iを供給する第1の動作と、第2の
期間:tにて上記光源に上記第1の実効電流より小さ
い第2の実効電流:iを供給する第2の動作との切替
え(スイッチング)を繰り返し、且つ上記検出回路は上
記光源の外壁温度(例えば、蛍光灯におけるランプ・ガ
ラスの壁面温度)が所定の温度、例えば65℃を越えた
とき上記制御回路に信号を送信し、且つ上記制御回路は
上記信号を受信することにより上記第1の動作から上記
第2の動作への切替えを行うように構成される。
【0022】本発明による液晶表示装置の第7の例は、
複数の画素を有する液晶表示パネルと、少なくとも一つ
の光源を有し且つこの光源で発生される光を上記液晶表
示パネルに照射する照明装置と、上記光源を制御する制
御回路と、上記光源の輝度を検出する検出回路とを備
え、上記制御回路は、第1の期間:tにて上記光源に
第1の実効電流:iを供給する第1の動作と、第2の
期間:tにて上記光源に上記第1の実効電流より小さ
い第2の実効電流:iを供給する第2の動作との切替
え(スイッチング)を繰り返し、且つ上記検出回路は上
記第1の期間における上記光源の輝度が減少に転じたと
きに上記制御回路に信号を送信し、且つ上記制御回路は
上記信号を受信することにより上記第1の動作から上記
第2の動作への切替えを行うように構成される。
【0023】以上に述べたいずれの液晶表示装置におい
ても、本発明が解決せんとする課題、及びその他の諸問
題を解決することができるが、その詳細に関しては、本
発明の実施の形態において詳述する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
をこれに関連する図面を参照して説明する。以下の説明
にて参照する図面で、同一機能を有するものは同一符号
を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0025】≪液晶表示装置の構成≫図1には、液晶表
示装置の一例のうち、本発明に関連する構成要素を抜粋
して示す。
【0026】液晶表示装置の画像表示に用いられる液晶
表示パネル(液晶表示素子)PNLは、互いに対向して
配置された一対の基板3とこの基板間に封入された液晶
層(図示せず)、及び一対の基板3の少なくとも一方に
形成された画素電極に画像信号を供給し、または画像信
号の供給タイミングを制御する駆動素子31A,32A
とを備える。液晶表示パネルPNLには、このような画
素電極を備えた画素が複数個、上記基板の面内に配置さ
れている。
【0027】図1において、液晶表示パネルPNLに光
を照射する照明装置LUMは、管状の蛍光灯8(冷陰極
管として例示,光源とも呼ぶ)と導光板GLBとを備え
る。導光板GLBの上面が液晶表示パネルの一対の基板
3の一つ(図示せず)の下面に対向するのに対し、蛍光
灯8は導光板の側面の一つに沿って配置されるため、液
晶表示パネルPNLの下面から見てその横側にずれてい
る。このような構成を有する照明装置をサイド・ライト
型、サイドエッジ型、又はエッジ・ライト型と呼ぶ。蛍
光灯8で発生した光は、これに対向する導光板GLBの
側面からその内部に入射した後、その上面から液晶表示
パネルPNL(上記一対の基板3の一つの下面)に向け
て放射される。この照明装置PNL用の蛍光灯8とし
て、例えば冷陰極管が用いられる。照明装置LUMから
液晶表示パネルPNLに入射した光hνは液晶表示パネ
ルを透過することにより、この液晶表示パネルに形成さ
れる画像をその上面に表示する。
【0028】上記光源(蛍光灯8)を制御する制御回路
CTRLは、図1の破線で囲まれたバラストコンデンサ
CB、変圧器TR、インバータ回路、調光回路、チョッ
パを備える。直流電源から供給される直流電流は、チョ
ッパ回路において所定の電位差を有する電圧パルスに変
換される。例えば、±20%のゆらぎを持って連続的に
供給される12Vの直流電圧は、ピーク電圧が12Vに
保たれた矩形波に変換される。次の調光回路では、矩形
の直流電圧パルスに対し、パルス幅変調により所望の電
流値が設定される。この電流値により、光源の輝度が決
まる。所望の電流に設定された直流電流はインバータ回
路により交流電流に変換され、この後、変圧器TRに入
力される。この変圧器TRは、インバータ回路からの交
流電流に、蛍光灯8を点灯させるに充分な高さの電位差
を与える。制御回路CTRLにおいて、直流電源から変
圧器TRまでの回路を1次側(低電圧)回路、この変圧
器TRから蛍光灯8までの回路を2次側(高電圧)回路
と呼ぶ。制御回路CTRLの2次側回路にはバラストコ
ンデンサCBが設けられる。バラストコンデンサCB
は、蛍光灯8の放電開始に必要な高い交流電圧と放電開
始後の蛍光灯8のランプ電圧との差を負担するもので、
蛍光灯8の放電電流を適切な値に制限する安定器として
機能する。
【0029】図1に示される液晶表示装置(制御回路を
除く)の詳細な構造を図2及び図3に概念的に示す。図
2及び図3には、(a)液晶表示装置の断面図と(b)
夫々の液晶表示装置に据え付けられる照明装置(光源ユ
ニット)の斜視図とが示される。いずれの図において
も、液晶表示装置は各々の主面が対向するように配置さ
れた一対の基板3とこれらの間に挟持された液晶層(液
晶分子、又はこれとカイラル剤等との混合物が封入され
る)2からなる液晶表示パネルと蛍光灯8が搭載された
光源ユニット10を備える。図2(a)及び図3(a)
においても、液晶表示素子を構成する夫々の基板3の液
晶層2とは反対側の主面には偏光板1が設けられる。ま
た、一対の基板3の少なくとも一つの液晶層2側の主面
には、複数の画素(図示せず)が2次元的に配置され
る。図2(a)及び図3(a)のいずれに示した液晶表
示装置においても、そのユーザは図の上側から基板3の
主面を通して液晶層の光透過率のパターンとして表示さ
れる画像を見る。
【0030】図2に示す液晶表示装置の光源ユニット1
0は、導光板11の対向し合う両側面に夫々蛍光灯8を
配置した構造を有することから、図1に示される照明装
置LUMと同じくサイド・ライト型又はサイド・エッジ
型と呼ばれる。サイド・ライト型の光源ユニットは、図
2に示されるように、上記液晶表示パネルの下面に対向
するように配置された四辺形の上面を有する導光板と、
その側面(四辺形の少なくとも一辺)に沿って配置され
た管状の蛍光灯8と、この蛍光灯8から導光板の反対側
へ輻射される光を導光板の側面に入射させる反射器7
と、導光板内をその下面に向けて伝播していく光をその
上面に向けて反射させ且つ液晶表示素子の下面に照射さ
せる反射フィルム9とを備える。導光板11の上面と液
晶表示素子の下面の間には、例えば一対の拡散フィルム
6とこれに挟まれたプリズムシート5を含む光学シート
群4が配置される。光学シートとしては、輝度向上のた
めの拡散シート、再帰偏光反射フィルムや、出射光の角
度依存性を制御するレンズシートを配置してもよい。上
述のように、サイド・ライト型の液晶表示装置では、液
晶表示素子の下面は蛍光灯8と対向せず、図2(b)に
示す導光板11の上面に対向するように配置される。
【0031】これに対し、図3に示す液晶表示装置は、
光源ユニット10における複数の蛍光灯8が液晶表示素
子の下面に対向するように(換言すれば、図3(a)に
示す如く液晶表示装置の直下に)配置されることから直
下型と呼ばれる。直下型の液晶表示装置に用いられる光
源ユニット10では、蛍光灯8から図の下側に輻射され
る光を反射させて図の上側(液晶表示素子の下面)に照
射するように反射器7が配置される。反射器7には、複
数の蛍光灯8とこれらの間隙とにおける光強度のバラツ
キを解消するための起伏が形成されることもある。光源
ユニット10と液晶表示素子との間には、サイド・ライ
ト型のそれと同様に光学シート群4が配置されている
が、サイド・ライト型の光学シート群4で光学ユニット
10側に配置される拡散シート6は拡散板6aに置換え
られている。上述の複数の蛍光灯8とこれらの間隙とに
おける光強度のバラツキを解消するために、光学的なパ
ターンがこの拡散板6aに形成されることもある。
【0032】なお、サイド・ライト型の液晶表示装置の
詳細な解説は例えば特開平7−281185号公報(及
びその対応米国特許第5,640,216号)に、直下
型の液晶表示装置の詳細な解説は例えば特開平5−25
7142号公報(及びその対応米国特許第5,432,
626号)に夫々記載されている。
【0033】上述の液晶表示装置では、液晶層2への印
加電界の増減により、その光透過率を設定して画像を表
示する。例えば、液晶層2において、液晶分子をねじれ
角が90゜前後で配向させたツイステッドネマチック
(TN)型や垂直配向(VA)型のTFT(Thin Film
Transistor)駆動の液晶表示装置(所謂、アクティブ・
マトリクス型)や、ねじれ角が200から260゜で配
向させたスーパーツイステッドネマチック(STN)型
の時分割駆動の液晶表示装置(所謂、パッシブ・マトリ
クス型)の液晶表示装置では、液晶層2への印加電界の
増加に従って、その光透過率は最大値(白画像)から最
小値(黒画像)に変化する。一方、液晶層2に印加する
電界を基板面に沿った方向に印加する横電界型(又は、
面内スイッチング型)と呼ばれるTFT駆動の液晶表示
装置では、液晶層2への印加電界の増加に従って、その
光透過率は最小値(黒画像)から最大値(白画像)に変
化する。
【0034】TN型や垂直配向型の場合、液晶層2の屈
折率異方性Δnとセルギャップ(液晶層2の厚み)dの
積Δndは0.2から0.6μmの範囲がコントラスト
比と明るさを両立させる上で望ましく、STN型の場合
のΔndは0.5から1.2μmの範囲が、横電界型の
Δndは0.2から0.5μmの範囲が好ましい。
【0035】≪光源の制御回路≫図4は、本発明による
光源の制御回路CTRLを図1に示される液晶表示装置
に採用したときの(a)インバータ回路に入力される電
流波形、(b)変圧器TRの1次側に入力される電流波
形、(c)変圧器TRの2次側と蛍光灯8とを接続する
2次側回路に直列に配置されたオシロスコープOs1に
より測定された2次側回路の電流波形、(d)2次側回
路に直列に配置された電流計AMMにより測定された2
次側回路の実効電流に基づく2次側回路の仮想的な電流
波形を夫々示す。
【0036】図5は、図1に示された光源の制御回路の
一例を更に具体的に示す。図1のチョッパ回路は図5の
電圧制御回路V−Ctrlに、 図1の調光回路は図5
の電流制御回路C−Ctrl及びパルス幅変調制御素子
(集積回路)PWM−Ctrlに、インバータ及び変圧
器TRはインバータ−変圧器回路Inv−Trsに夫々
相当する。また、2次側回路には管電流検知回路I
Sensが設けられている(その機能は後述する)。図
5に示される回路図において、抵抗素子はRV1,R
V2のように、容量素子はC,Cのように、インダ
クタンスはL,Lのように、ダイオードはD,D
のように、トランジスタはQV1,QV2のように、
アルファベット1文字に下付き文字(Subscript)を添
えて表示される。また、変圧器TRに示されたNはそ
の1次側(Primary)のコイルの巻数を、Nはその2
次側(Secondary)のコイルの巻数を、Nはそのバッ
ファ(Buffer)コイルの巻数を、夫々示す。
【0037】図5の制御回路には、光源の点滅制御信号
(Blinking Control Signal)Blkが電圧制御回路V
−Ctrlに、輝度制御信号(Brightness Control Sig
nal)Brtが電流制御回路C−Ctrlに夫々入力さ
れる。点滅制御信号BlkがトランジスタQV1に入力
されると、直流電源DCSから連続的に供給される電圧
INはダイオードD、トランジスタQV2、及び抵
抗素子RV3を経て、パルス幅変調制御素子PWM−C
trlに点滅制御電圧S(BLK)として入力される。
点滅制御信号Blkに応じて電圧VINが間欠的にパル
ス幅変調制御素子PWM−Ctrlに入力されることに
より、電圧制御回路V−Ctrlからの電圧出力VDC
は間欠的に断続され、所定のピーク電圧を有する矩形波
となる。点滅制御信号Blkが電圧制御回路V−Ctr
lに入力されない限り、その電圧出力VDCはその入力
電圧VINと同様になる。
【0038】なお、本実施例では、図1の制御回路CT
RLに入力される直流電流の電位差(図5に示されるV
INとVGNDとの電位差)を12Vに設定したが、こ
の電位差は液晶表示装置の仕様に応じて5〜30Vの範
囲のいずれかの値に適宜設定され得る。また、図5に示
された直流電流の入力端子VIN(高圧側),VGND
(低圧側)のうち、VGNDの電位は所謂接地電位に限
らず、VIN側の電圧に対し所定の電位差を有する所謂
制御回路の基準電圧(集積回路におけるVCCに対する
EEのような電位)としてもよい。
【0039】一方、パルス幅変調制御素子PWM−Ct
rlは輝度制御信号Brt及び点滅制御電圧S
(BLK)を受けて、電流制御信号ICtrlを電流制
御回路C−Ctrlに送る。電流制御回路C−Ctrl
には、電圧制御回路V−Ctrlからこれに流れ込む直
流電流を遮断するトランジスタQChが設けられてい
る。トランジスタQChは、電流制御信号ICtrl
より動作するトランジスタQC1、QC2からなる相補
回路の出力を受けて、電流制御回路C−Ctrlに流れ
込む電流を所定の間隔で遮断し、この電流制御回路の次
段にあるインバータ−変圧器回路Inv−Trsに流れ
込む直流電流IDCの値を単位時間に対する電流供給
(遮断)時間の比を以って決める。パルス幅変調制御素
子は、これに入力される点滅制御電圧S(BLK)に応
じてトランジスタQChによる電流の遮断時間を増減さ
せ、又は点滅制御電圧S(BLK)の入力がない期間に
おいてトランジスタQChが電流を遮断し続けられるよ
うに電流制御信号ICtrlを発生させることができ
る。
【0040】本発明による制御回路の動作の一例では、
上記点滅制御信号Blkのパルス間隔を第1の期間Δt
と第2の期間ΔtIIとで交互に変えて電圧制御回路
V−Ctrlに入力する。換言すれば、点滅制御信号B
lkをΔt+ΔtIIの周期で変調される。このた
め、パルス幅変調制御素子PWM−Ctrlに入力され
る点滅制御電圧S(BLK)も点滅制御信号Blkに応
じて変調される。パルス幅変調制御素子PWM−Ctr
lは点滅制御電圧S(BLK)の電圧パルス間隔の変動
を検知し、これから出力される電流制御信号ICtrl
のパルス又は波形を決める。図4の(a)は、以上の如
く設定された電流制御信号ICtrlによる電流制御回
路C−Ctrlの出力電流IDCの波形の一例を示す。
【0041】インバータ−変圧器回路Inv−Trsの
1次側においては、これに流れ込む直流電流IDCを例
えば25kHz〜150kHzの周波数を有する交流電
流に変換する。この交流電流の周波数は、例えばノート
型コンピュータ用の液晶表示装置では25kHz〜40
kHzの範囲の、高精細画像を表示するモニタ用又はテ
レビジョン用の液晶表示装置では40kHz〜50kH
zの範囲のいずれかの値に夫々設定される。交流電流の
周波数は、表示画面を構成する画素数の増加(例えば、
表示画像の高精細度化により要請される)による画像表
示動作の高速化に従い高く設定される傾向にあり、上述
の範囲に限られることはない。また、変圧器TRSの仕
様に応じても周波数の設定範囲は相違し、例えば圧電型
トランスを用いる場合は100kHz〜150kHzと
いう高い周波数範囲が推奨されるが、液晶表示装置によ
る表示画像の高精細度化により上述の範囲より高い周波
数に設定されることもある。上述のような周波数を有す
る交流電流を、光源の制御回路の2次側に発生させ且つ
蛍光灯8に供給させることで、蛍光灯8をその長手方向
により一様に点灯させる。1次側回路において変圧器T
Rに入力する交流電流は電流制御回路C−Ctrlによ
って期間Δt,ΔtII毎に与えられた電流値に応じ
た電流振幅を有する波形を示す。 図4の(b)は、1
次側回路から変圧器TRに入力する交流電流の波形の一
例を示す。
【0042】一方、変圧器TRの2次側から出力される
交流電流を図1に示す如く蛍光灯8に直列に接続された
オシロスコープOs1で測定すると、図4の(c)に示
すような波形が得られる。この波形では、期間ΔtII
においてフラット(Flat)になっている。これは、蛍光
灯8がその内部で放電が生じている場合は抵抗素子R
として働き、この放電が生じない場合はその内部におい
て電流経路を遮断するためによる。蛍光灯8に代表され
る放電管は、その内部でグロー放電を発生させることに
より光を直接的又は間接的に輻射する。図6には放電管
の電極間に印加される電圧とこれに供給される電流(放
電電流)との関係の一例が示される。
【0043】蛍光灯、特に冷陰極管では、その内部で正
規グロー放電を発生させることが、これを光源として動
作させる上で望ましい。放電管内で正規グロー放電を発
生させるには少なくとも2×10−4A以上、望ましく
は1×10−3A(1mA)以上とすることが望まし
い。一方、放電管内における放電は、これに供給される
電流が2×10−8A未満となったときに自続不能とな
るが、蛍光灯ではこれよりも遥かに高い電流値、例えば
1×10−3A(1mA)を下回ったときでも放電が停
止することがある。現に本発明者らは、その保証寿命に
対する定格電流が6mAの冷陰極管において、これに供
給される電流が2mAに低下したときに放電が停止する
可能性を実験的に確認した。このような事情から、期間
ΔtIIにおける図4の(b)と(c)との電流波形が
相違する現象が生じ得る。
【0044】図4の(c)に示される電流波形を正弦波
とみなすと、期間Δtにおけるその電流ピークの差か
ら求まるピーク電流値Ip−pに対し、実効電流値I
effは次式で求まる。
【0045】
【数1】 Ieff=Ip−p/21/2≒Ip−p×0.707 …(1) 2次側回路の実効電流値は、図1において蛍光灯に直列
に接続された電流計AMMで測定することもできる。し
かしながら、期間Δt+ΔtIIが短いと、これによ
り測定される実効電流値は、第1の期間Δtの供給電
流と第2の期間ΔtIIの供給電流とをともに反映した
値Ieff(0)にならざるを得ず、第1の期間及び第
2の期間における実効電流値を別々に示すことはできな
い。この場合においても、交流電流の実効電流値I
eff(0)に対し、その波形を正弦波と仮定すると、
そのピーク電流値Ip−p(0)と実効電流値Ieff
(0)との間には(1)式の関係が成り立つ。この関係
から電流計AMMで測定された実効電流値I
eff(0)に基づく仮想的な電流波形が図4の(d)
に示す如く描ける。
【0046】図1の2次側回路において、蛍光灯8に印
加される実効電圧値は、これに並列に接続されたオシロ
スコープOs2で測定される電圧波形から第1の期間Δ
及び第2の期間ΔtIIに対応する値Veffが夫
々得られる。しかし、この実効電圧値を蛍光灯8に並列
に接続された電圧計VMTで測定すると、第1の期間Δ
の印加電圧と第2の期間ΔtIIの印加電圧とをと
もに反映させた値Veff(0)とならざるを得ない。
なお、オシロスコープOs2で測定される第1の期間Δ
及び第2の期間ΔtIIにおける夫々の電圧波形か
らピーク電圧値Vp−pを求め、この値を(1)式のI
p−pに代入することにより、夫々の期間の実効電圧値
effは(1)式のIeffとして算出できる。
【0047】上述の電流計AMM及び電圧計VMTに
は、例えば、交流電流を整流し、直流に変換してその実
効電流値及び実効電圧値を測定する所謂トランスデュー
サ方式のアナログ計器を用いる。また、1/4二乗差方
式による電力トランスデューサで電力値(Ieff×V
effの積)を直接計測してもよい。さらに、これらア
ナログ計器に代えて、平均値整流形交流電圧計や時分割
掛算方式による電力計等のディジタル計器を用いてもよ
い。
【0048】2次側回路には蛍光灯8と直列にバラスト
・コンデンサCB等の放電安定化素子が接続されてい
る。図1や図5に示される制御回路の2次側での変圧器
TRの出力電圧VTR、蛍光灯8の電極間に印加される
電圧(ランプ電圧)V、及びバラストコンデンサCB
に印加される電圧Vは、次式の関係にある。
【0049】
【数2】 VTR=V+V =V+(I/jωC) …(2) (2)式において、Iは蛍光灯8に供給されるランプ
電流で、VTR、V、及びVを実効電圧値とすると
き、Iは上述のIeffとなる。Cはバラストコン
デンサCBの容量、ωは交流電流の角周波数であり、j
はバラストコンデンサの容量が2次側回路のインピーダ
ンスの虚数部(リアクタンス)であることを示す。
【0050】一方、蛍光管8はその内部で放電が生じて
いるとき抵抗素子Rとして振る舞うが、その抵抗値は
ランプ電流Iの上昇とともに減少する。この特性は、
蛍光灯8の「ランプ電流I対ランプ電圧V曲線」と
して図7に例示される。(2)式において、変圧器TR
の出力電圧VTRを一定とすると、蛍光灯8に供給され
るランプ電流IによりバラストコンデンサCBに印加
される電圧Vが決まり、これにより蛍光灯8の電極間
に印加されるランプ電圧Vが決まる。このような過程
の後、2次側回路において(2)式の関係が概ね成り立
つとき、蛍光灯8は安定に放電する。この条件は、図7
において、上記蛍光灯のランプ電流I対ランプ電圧V
曲線と「ランプ電流I対“変圧器出力電圧−バラス
トコンデンサ電圧の電位差(VTR−V)”の曲線」
との交点として示される。
【0051】本発明による光源の点灯方法を図1に示す
液晶表示装置に適用した一例として、上記第1の期間Δ
を10msec.(ミリ秒=10−3秒)に設定し
て実効値10mAのランプ電流Iを蛍光灯8に供給
し、上記第2の期間ΔtIIを6.7msec.に設定
して蛍光灯8へのランプ電流Iの供給を休止する動作
を繰り返した。この場合、一周期Δt+ΔtII=1
6.7msec.の60%に相当する期間(Δt
(Δt+ΔtII))に限って蛍光灯8にランプ電流
が供給されるため、蛍光灯8は60%のデュティ比(Du
ty Ratio)で点滅を繰り返すことになる。2次側回路に
おけるランプ電流Iは、蛍光灯8に直列に結線された
オシロスコープOs1の電流波形をモニタし、そのピー
ク電流差Ip−pが14.1mA(10mAの実効電流
effの21/2倍に相当…図4(c)参照)となる
ように1次側回路の調光回路に入力する輝度制御信号B
lkを調整して制御した。このように蛍光灯8を周期的
に点滅させたとき、蛍光灯8に並列に結線されたオシロ
スコープOs2で得られた上記第1の期間Δtの電流
波形のピーク電位差VL(p−p)より蛍光灯8のラン
プ電圧の実効値VL1は617Vであった。
【0052】一方、この点滅動作の一周期において、蛍
光灯8に供給されるランプ電流の実効値Iをデュティ
比100%(点滅せずに連続的に点灯)に換算すると6
mAとなる。この「Δt+ΔtII」からなる一周期
を巨視的に見たランプ電流の実効値Ieff(0)に基
づき、図4の(d)に示される電流波形が仮想的に描け
る。蛍光灯8に直列に結線された電流計AMM及び並列
に結線された電圧計VMTは、上述のとおり、上記一周
期の時間がある程度短くなると、この一周期又はこれを
複数回繰り返したときの2次側回路の実効電流及び実効
電圧を巨視的に捉えた値として示す。上述のように蛍光
灯8を周期的に点滅させたとき、電流計AMM及び並列
に結線された電圧計VMTで夫々測定されたランプ電流
の実効値Iは6mA、ランプ電圧の実効値VL1は約
900Vであった。
【0053】上述の光源の点滅動作に用いた蛍光灯と同
じ仕様の蛍光灯をランプ電流Iの実効値を6mAに設
定し且つデュティ比100%で動作させた場合(連続点
灯の場合)、ランプ電圧の実効値VL1は同様に675
Vであった。これらの値は、上述の点滅動作の場合と同
じく、オシロスコープOs1,Os2の波形から算出し
た値及び電流計AMM並びに電圧計VMTで測定した値
のいずれにおいても大きな誤差を含むことなく略一致し
た。
【0054】図1に示される液晶表示装置を用い、液晶
表示パネルPNLの一部の画素群を白表示させた条件に
おいて、上述のように蛍光灯8を点滅するように動作さ
せた場合と、連続的に点灯するように動作させた場合と
で、液晶表示パネルPNLの上記一部の画素群を透過す
る光の輝度を比較したところ、互角であった。ここでい
う白表示とは、上記一部の画素群に対応する液晶層への
印加電界を、この液晶層の光透過率が最大となるように
設定する液晶表示パネルの動作を示す。上記白表示され
た一部の画素群において、100cd(カンデラ)/m
の輝度を得るために蛍光灯8が消費した電力を比較す
ると、蛍光灯8を点滅させる動作条件(10mA-Duty:60
%)では7.4W/100cdとなり、蛍光灯8を連続
的に点灯させる動作条件(6mA-Duty:100%)での8.
1W/100cdに比べて低かった。この実験結果は図
12を用いて後述するが、いずれの電力値も、図1のオ
シロスコープOs1で得られたランプ電流Iのピーク
電流差から算出した実効値Ieffと、オシロスコープ
Os2で得られたランプ電圧Vのピーク電位差から算
出したVeffとの積として求めた。
【0055】なお、図1に示す2次側回路には、蛍光灯
8とバラストコンデンサCBとが含まれるが、後者はこ
れに流れる電流の波形がこれに印加される電圧の波形に
対して位相差を有するため、リアクタンスとして働く。
このため、変圧器TRから2次側回路に供給される電力
は、事実上、蛍光灯8のみにより消費される。
【0056】従って、上述のような所定の輝度を得るに
必要な光源の消費電力量を低減するに好適な光源の点滅
動作は、次の項目に特徴づけられる。
【0057】項目(a)…第1の期間:Δtにおける
所定のランプ電流の光源(蛍光灯)への供給と第2の期
間:Δtにおける上記光源へのランプ電流の供給の休
止を繰り返す光源の動作において、 項目(b)…上記所定のランプ電流の波形から求まるピ
ーク強度:Ip−p及び上記第1の期間に上記光源に印
加されるランプ電圧の波形から求まるピーク強度:V
p−pから算出される電力値:{(Δt×Ip−p×
p−p)/2}が、 項目(c)…上記第1の期間及び第2の期間からなる1
周期:(Δt+Δt)にて測定されるランプ電流の
実効値:Ieff及びランプ電圧の実効値:Veff
ら求められる電力値:{(Δt+Δt)×(I
eff×Veff)}より小さくするように上記所定の
電流の供給条件を制御する。
【0058】項目(b)に規定される電力値Pは、2
次側回路に図1に示す如く夫々接続されたオシロスコー
プ又はこれに類似する計測器で測定された上記ランプ電
流及びランプ電圧の「波形」から夫々ピーク強度:I
p−p、Vp−pを求め、これらを基に夫々の実効値:
eff,Veffから次の式に従い算出する。
【0059】
【数3】 P=Δt×Ieff×Veff =Δt×(Ip−p/21/2)×(Vp−p/21/2) =(Δt×Ip−p×Vp−p)/2 …(3) 項目(c)に規定される電力値Pは、2次側回路に図
1に示す如く夫々接続された電流計及び電圧計から実効
値:Ieff、Veffを測定し、これを基に算出され
る。なお、(c)におけるIeff、Veffは(Δt
+Δt)からなる上記周期における夫々の物理量を
巨視的に捉えて得た値であり、上記(3)式の
eff、Veffとは定義が異なる。
【0060】項目(b)及び(c)のいずれの電力値
も、上記点滅の一周期に消費される電力として、その電
力とこれを供給する時間との積で定義される。
【0061】本発明による液晶表示装置の光源の制御回
路及び光源の点灯動作において、上記点滅の一周期にお
ける消費電力が上述のように「P<P」となる理由
は以下のとおりである。2次側回路においてバラストコ
ンデンサCBに印加される電圧は上記(2)式から明ら
かなように2次側回路に流れる電流(ランプ電流:
)に比例する。このため、変圧器TRの2次側出力
電圧VTRを一定とした場合、所定の2次側回路に流れ
る電流Iに対応して、蛍光灯8の電極間に印加される
電圧Vが決まる。蛍光灯8の点滅動作において、この
とVとを図1に示すようにオシロスコープOs
1,Os2で測定された波形を基に上記第1の期間Δt
と第2の期間Δtとに分けて微視的に求める場合、
第1の期間ΔtにおけるVの実効値にはΔtにて
2次側回路に流れるIの実効値に対応する蛍光灯8の
抵抗値Rが反映される。第2の期間Δtでは、蛍光
灯8内部の放電の休止により蛍光灯8の抵抗Rは無限
大となるため、2次側回路におけるIの実効値は実質
上「0」となり、この期間における蛍光灯8の電力消費
量も「0」となる。これにより、Pは第1の期間Δt
における蛍光灯8の電力消費量として決まる。
【0062】これに対し、IとVを図1のように電
流計AMM及び電圧計VMTにより第1の期間Δt
第2の期間Δtとを纏めて巨視的に測定する場合、V
の実効値は「Δt+Δt」の期間におけるI
実効値に対応して決まる。このため、Vの実効値は
「Δt+Δt」の期間における蛍光灯8の抵抗R
をこの期間におけるIの実効値に対応した巨視的な値
として反映する。従って、Vの実効値には期間Δt
及びΔtにおける蛍光灯8の抵抗値の変動が反映され
ず、また上記「Δt+Δt」の期間におけるI
実効値も期間tにおいて微視的に求められたIの実
効値に比べて小さくなるため、図7に示されるランプ電
流I対ランプ電圧Vの曲線に従って上昇する。この
ような事情により、上記微視的な測定と巨視的な測定と
において、「Δt+Δt」の期間における2次側回
路に供給されるIの積分値が等しくとも、後者におけ
るランプ電圧Vの上昇に応じて「P<P」となる
関係が成り立つ場合がある。
【0063】この関係の成立の可否は後述するΔt
Δtとの時間の設定に依存する。例えば、特開平9−
266078号公報に記載のように双方の時間を2次側
回路の交流電流の周波数の逆数に合わせて10−4秒未
満に設定すると、微視的な測定と巨視的な測定により得
られる2次側電流の実効値に殆ど相違が認められなくな
る。これに対し、本発明による蛍光灯の点灯動作ではΔ
とΔtとの時間がインバータ回路で発生される
(上記2次側回路の)交流電流の周波数の逆数より大き
く設定されるため、例えば1次側回路にてΔtとΔt
の夫々の期間に複数の交流パルスが生成されるため、
微視的な測定と巨視的な測定により得られる2次側電流
の実効値に差が生じ得る。
【0064】≪蛍光灯の仕様と光源回路の設定及び動作
≫本発明による液晶表示装置の光源の制御回路及び光源
の点灯動作においては、このような「P<P」なる
関係を例えば図1に示す1次側のチョッパ回路による電
圧制御と調光回路による電流制御とで設定する。この調
光回路による電流設定においては、上記第2の期間Δt
に1次側回路にある程度の電流iが生じることが許
容される。その理由は、図4の(b)と(c)とを参照
して既に述べたとおり、1次側回路に電流iが生じて
も、これに対応する2次側回路の交流電流が放電管(本
実施例では蛍光灯)内の自続放電の可否を決める放電電
流の臨界値を下回ると放電管内の放電は止まるからであ
る。また、既述のとおり、蛍光灯、特に冷陰極管の放電
が、2次側回路の電流値(実効値)がその定格電流(実
効値)の1/3に相当する2mAに下がったとき休止す
る可能性も見出された。一方、2次側回路に生じる交流
電流の実効値は、1次側回路に生じるそれに対応する。
従って、上記第1の期間Δtに蛍光灯をその定格電流
で点灯させ且つこの蛍光灯を上記「P<P」なる関
係を満たすように動作させるには、上記1次側回路にて
上記第2の期間Δtに生じる交流電流の実効値は、第
1の期間Δtに1次側回路に発生させる交流電流の実
効値の1/3未満に抑えるように調光回路を制御せねば
ならない。
【0065】第1の期間における蛍光管の点灯をその定
格電流で行なう場合、上記電力値「P<P」の関係
は成立させることができるが、図1において蛍光管8か
ら放出された光を液晶表示パネルPNLに通すと、この
液晶表示パネルPNLに形成される画像が十分な明るさ
で表示できない可能性が残る。従って、本発明による蛍
光灯の点灯動作を液晶表示装置に適用する場合、第1の
期間に蛍光灯に供給する2次側回路の交流電流(ランプ
電流)を高く設定することが望ましい。
【0066】ランプ電流(実効値)Iの設定には、例
えば、蛍光灯(冷陰極管等)の仕様書(Specificatio
n)に記載されたランプ電流値(実効値)を参照する。
この仕様書は、蛍光灯の製造者又はこの蛍光灯を搭載し
た液晶表示装置の製造者により、製品の出荷時にその製
品に添付される。この仕様書に記載されたランプ電流値
は、蛍光灯の輝度が点灯開始時の値の50%(70%と
定義される場合もある)に低下するまでに要する点灯時
間として定義される当該蛍光灯の保証寿命に対応する。
また、この仕様書には、上記ランプ電流値における蛍光
灯の点灯動作に適したランプ電圧値(実効値)が記載さ
れる。これらのランプ電流値及びランプ電圧値は、通
常、蛍光灯が所定の温度を超えることなく上記保証寿命
に亘り点灯させることができる条件を定めた連続使用定
格(continuous-duty rating)として示される。本明細
書では、仕様書に記載された上述のランプ電流値及びラ
ンプ電圧値をランプ電流定格(lamp current rating)
及びランプ電圧定格(lamp voltage rating)と便宜的
に記す。
【0067】本発明による液晶表示装置では、2次側回
路において上記第1の期間Δtに蛍光灯8に供給する
ランプ電流(実効値)Iは、このランプ電流定格より
大きく設定する。このランプ電流の実効値Iは、例え
ば、制御回路CTRLの1次側の調光回路における直流
電流のパルス幅を変調で調整される。調光回路における
電流制御は、上記ランプ電流定格に対応する1次側回路
の交流電流(実効値)に対し、第1の期間Δtにおい
て実効電流値を高く、第2の期間Δtにおいて実効電
流値を低く設定する。
【0068】蛍光灯の自続放電を決める2次側回路の電
流の臨界値は、蛍光灯の仕様により若干の変動はあるも
のの、内径5mmφ以下の冷陰極管にして2mA又はそ
れ以下と見込まれる。従って、上記第2の期間Δt
おける1次側回路の交流電流の実効値を2次側回路の実
効電流値:2mAに対応する1次側回路の実効電流値よ
りも低くすることが推奨される。
【0069】第1の期間Δt及び第2の期間Δt
時間の設定例に関しては追って詳述するが、上記ランプ
電流定格I(0)に基づき上述の如く設定されるラン
プ電流の実効値Iに対し、次式を満たすように設定す
ることが推奨される。
【0070】
【数4】 I(0)≧ I×{Δt/(Δt+Δt)} …(4 ) 1次側回路における第1の期間Δtの電流値iと第
2の期間Δtの電流値iとの望ましき関係は、2次
側回路における第1の期間Δtの実効電流値Iを上
記ランプ電流定格I(0)の何倍に設定するかに依存
するが、これらの電流値の比:i/iを1/3未
満、望ましくは1/3n以下(但し、n=I/I
(0),n>1)となる。
【0071】上記倍率nの設定は、液晶表示パネルに求
められる明るさの観点から下限を、蛍光管の劣化防止の
観点から上限を検討することが望ましい。実験及び冷陰
極管に関する文献を考慮した結果、その推奨される範囲
は1.2≦n≦2.5、より望ましくは1.5≦n又は
n≦2.0であると導かれた。
【0072】一方、仕様書の紛失等で蛍光管のランプ電
流定格が不明な場合は、蛍光管の自続放電が停止する臨
界電流値(実効値)を求めた上で、上記第1の期間Δt
における1次側回路の交流電流の実効値:i又は2
次側回路の実効電流値:Iを設定してもよい。例え
ば、2次側回路の実効電流値が1〜2mAの範囲で蛍光
灯の放電が休止する場合、この臨界値(又はこれに対応
する1次側回路の交流電流の実効値)に対して、第1の
期間Δtにおける2次側回路の実効電流値:i(又
は1次側回路の交流電流の実効値:i)をその5倍よ
り大きく且つ10倍以下の値の範囲で変化させて液晶表
示装置の明るさを確認し、この範囲におけるいずれかの
値に設定するとよい。
【0073】本実施例において、特に液晶表示装置の光
源を「Δt+Δt」の期間において「微視的な消費
電力値P<巨視的な消費電力値P」なる条件で動作
させるには、制御回路CTRLの2次側の電圧配分にも
配慮することが望ましい。
【0074】上述したランプ電流定格及びランプ電圧定
格を有する蛍光灯に対し、この動作に好適な制御回路
(通常、インバータと呼ばれる製品)は、その仕様書に
記載された出力電流並びに出力開放電圧(Starting Vol
tage)とこの制御回路が対応し得る蛍光灯の管径(tube
diameter)及び管長(overall length)を参照して選
ばれる。出力開放電圧とは、図1に示されるような制御
回路CTRLの2次側に接続された蛍光灯などの管球の
内部での放電を開始するのに要する電圧である。蛍光灯
に限らず管球に設けられた一対の電極は、その内部が無
放電状態のとき、この一対の電極間で2次側回路は開放
されている。この管球内に放電を発生させる際に、この
一対の電極の間に一時的に印加されるランプ電圧より高
い電圧が出力開放電圧である。この一対の電極に出力開
放電圧が印加される時点では、2次側回路に電流は実質
上生じない。このことから、図7において制御回路CT
RLの変圧器TRの2次側出力電圧VTRを放電開始時
と放電開始後とで変化させない場合、この制御回路にお
ける出力開放電圧は出力電圧VTRに相当する。
【0075】冷陰極管(蛍光灯の一種)用の制御回路と
して、1次側の直流電源入力電圧が12V,2次側の出
力電流が5mA,動作周波数((2)式のω)が55k
Hzであり且つ出力開放電圧が互いに異なる3種類の製
品A,B,Cを例示し、夫々の製品の適用が推奨される
冷陰極管の管径及び管長について以下に述べる。この製
品A,B,Cの出力開放電圧は、Aで900V,Bで1
200V,Cで1350Vとなる。これらの製品A,
B,Cはいずれも1本の冷陰極管に対応されて設計され
た制御回路である。これに対し、2.6mmφ又は3.
0mmφの管径(外径)を有する冷陰極管の点灯動作に
おいて、その冷陰極管の管長が60〜130mmの範囲
にある場合には上記製品Aを、その冷陰極管の管長が1
10〜180mmの範囲にある場合には上記製品Bを、
その冷陰極管の管長が150〜220mmの範囲にある
場合には上記製品Cを、夫々利用することが推奨され
る。一方、4.1mmφの管径を有する冷陰極管の点灯
動作において、その冷陰極管の管長が60〜160mm
の範囲にある場合には上記製品Aを、その冷陰極管の管
長が130〜220mmの範囲にある場合には上記製品
Bを、夫々利用することが推奨される。
【0076】上述の管径及び管長は、図8の冷陰極管に
てOD及びlとして示された部位の寸法として定義さ
れる。この3種類の製品の比較から明らかなように、冷
陰極管の放電開始に要する出力開放電圧は、この管長が
長いほど、或いはこの管径が小さいほど、上昇する。こ
こで述べた冷陰極管用の制御回路に限らず、蛍光灯8に
交流電流を供給する回路は、放電動作中の蛍光灯が示す
抵抗と、この蛍光灯に直列に接続されたバラストコンデ
ンサやインダクタンス等の素子が示すリアクタンスとか
らなるインピーダンスを有する。従って、互いに異なる
出力開放電圧を有する上記3種類の制御回路を比較する
と、夫々の変圧器の2次側出力電圧及びバラストコンデ
ンサ等のリアクタンスの少なくとも一に相違が見られ
る。
【0077】近年では、液晶表示装置の対角寸法の拡大
に応じ、例えば対角寸法15インチのモニタ用液晶表示
装置に管長310mmの冷陰極管が、対角寸法18イン
チのモニタ用液晶表示装置に管長390mmの冷陰極管
が、夫々用いられる傾向にある。これらの冷陰極管の管
径(外径)を4.1mmφに拡大すれば、上述の2.6
mmφ又は3.0mmφの管径と150〜220mmの
範囲にある管長を有する冷陰極管に推奨される上記製品
Cをその交流電流供給回路として用いることができる。
【0078】5mAのランプ電流定格を有する管径2.
6mmφ,管長170mmの冷陰極管を備えた図3に示
す液晶表示装置の例では、上述の製品B,Cの制御回路
が夫々の冷陰極管に利用することができる。なお、この
液晶表示装置に備えられた冷陰極管の内径(図8のI
D)は2.0mmφで、各々の冷陰極管には図5に示さ
れる制御回路が備えられる。
【0079】この液晶表示装置を用いて、本発明による
光源点灯をデュティ比50%、第1の期間Δtのラン
プ電流10mAに設定して行う例で、製品Bと製品Cと
を比較する。製品Bを用いた場合、その2次側回路のリ
アクタンスの大きさ(バラストコンデンサの容量の小さ
さ)ゆえ、2次側回路に生じる10mAのランプ電流で
バラストコンデンサ(リアクタンス素子)に掛かる電圧
が上昇する。従って、冷陰極管の電極間に掛かる電
圧Vが、そのランプ電流10mAでの放電に要するラ
ンプ電圧を下回るため、第1の期間Δtにおける冷陰
極管の放電が不安定となる。この状況は、図7のVTR
−VC1の関係を参照することで理解され得る。このた
め、製品Bでは1次側回路の入力電圧VINを高める
か、又は変圧器TRの2次側コイルの巻数Nを増やす
ことにより、変圧器TRの2次側出力電圧VTRを高め
て第1の期間Δtにおける冷陰極管の放電を安定化さ
せることが必要となる。この処置は、図7に示されるV
TR−VC1の関係をVTR’−VC1の関係に変える
ことに擬えられる。一方、製品Cを用いた場合、その2
次側回路のリアクタンスが小さいため、10mAのラン
プ電流に対して冷陰極管の電極間に掛かる電圧Vはあ
る程度確保される。この状況は、図7のVTR−VC2
の関係を参照することで理解される。この場合、電圧V
は冷陰極管のランプ電流10mAでの放電に要するラ
ンプ電圧を下回るにしても、その程度は冷陰極管の安定
な放電に対して許容される範囲に留まる。
【0080】以上の比較を、図1の2次側回路を参照し
て纏めると、次の結論が得られる。蛍光灯8に印加され
る電圧Vは、変圧器TRの出力電圧VTRからバラス
トコンデンサCBに印加される電圧Vを引いた差とし
て決まる。このバラストコンデンサ等の素子に印加され
る電圧Vは、2次側回路に流れる電流(放電が生じて
いる蛍光灯8内に流れるランプ電流I)に比例し、バ
ラストコンデンサの容量Cに反比例する。このため、
蛍光灯8に供給するランプ電流Iを大きくするに伴
い、バラストコンデンサCBに生じる電圧Vが上昇
し、蛍光灯8に印加されるランプ電圧Vが降下する。
上述のように、第1の期間Δtに蛍光灯8に供給する
ランプ電流Iを大きくする場合は、上記2次側回路に
おいて蛍光灯8に印加される電圧Vが、このランプ電
流Iによる蛍光灯8の安定な放電に適したランプ電圧
値(図7の「ランプ電流I対ランプ電圧V」の曲線
で決まる)を著しく下回らないようにする。
【0081】従って、本発明による光源動作において
は、蛍光灯に接続される制御回路の変圧器TRの出力電
圧VTRを通常より高く設定し、またはバラストコンデ
ンサCBの容量Cを通常より大きくして、上記第1の
期間Δtに供給するランプ電流Iでの蛍光灯8の放
電に適したランプ電圧Vを確保する。ここでいう「通
常」の値とは、この蛍光灯の連続使用定格に対応して選
ばれる制御回路における変圧器の出力電圧VTRであ
り、バラストコンデンサの容量Cである。これらの値
は、例えば蛍光灯の管長に対応するため、所定の管長を
有する蛍光灯で本発明による点灯動作を行う場合、この
所定の値の10%以上、さらに望ましくは20%以上の
管長を有する蛍光灯の連続使用定格に適した制御回路を
利用することが推奨される。
【0082】なお、上述した蛍光灯のランプ電流定格及
びランプ電圧定格は、その管長及び管径の他に、その形
状(例えば、円筒状、又はこれを曲げたL字状,U字状
等)にも依存する。また、図8に示す円筒状の蛍光灯の
場合、そのランプ電流定格及びランプ電圧定格は、蛍光
灯の長さl(ランプ長とも呼ばれる)、ランプ長方向
に交差する断面における内径IDと外径ODとの比、及
びその内部に封止されるガス(水銀等)の量にも依存す
る。
【0083】蛍光灯の保証寿命は、その管内における水
銀の消耗、又は蛍光体の劣化による輝度低下の進行によ
っても左右される。輝度低下の原因の前者は、蛍光灯内
に封止された水銀ガスが合金(アマルガム)を形成する
ことにより、この内壁に塗布された蛍光体を励起する紫
外線が発生し難くなる現象に基づく。輝度低下の原因の
後者は、蛍光灯の内壁に塗布された蛍光体の劣化によ
り、紫外線に対する可視光の発生量が低下する現象に基
づく。
【0084】蛍光体の劣化は、蛍光灯の管長l(c
m)に対する蛍光灯への供給電力(ランプ入力)P
(W)の比:P/lで決まる管壁負荷が大きいほど進
行が著しい。このため、冷陰極管では管壁負荷が0.1
0〜0.15の範囲に収まるようにランプ入力電力を設
定することが多い。しかしながら、本発明による光源動
作では上記第2の期間にて蛍光灯内部の電流が実質的に
遮断される。従って、上記第1の期間における蛍光灯の
点灯動作を連続点灯に比べて管壁負荷の高い条件で行な
っても内壁に塗布された蛍光体の劣化をある程度抑制で
きる。例えば、第1の期間におけるランプ入力Pを管
壁負荷(P/l)が0.2W/cmより大きくなる
ように設定し、望ましくは0.22W/cm以上とす
る。また、第2の期間におけるランプ入力Pは管壁負
荷が0.1W/cm以下となるように設定することが望
ましい。但し、第1期間のランプ入力Pを高くし過ぎ
ると、本発明による光源動作でも蛍光体の劣化が加速さ
れる。従って、ランプ入力Pの設定には上限を設ける
ことが望ましく、例えば、管壁負荷(P/l)を
0.3W/cm以下に抑えるとよい。
【0085】≪第1の期間Δt及び第2の期間Δt
の時間設定≫上述のように、液晶表示装置に備えられた
蛍光灯に所定のランプ電流を間欠的に供給する動作にお
いて、第1の期間:Δt(供給期間)におけるランプ
電流のピーク強度:Ip−pと蛍光灯の電極間に印加さ
れるランプ電圧のピーク強度:Vp−pとから算出され
る電力値:P={(Δt×Ip−p×Vp−p)/
2}が、上記第1の期間及び第2の期間(点灯休止期
間)からなる1周期:(Δt+Δt)にて測定され
るランプ電流の実効値:Ieff及びランプ電圧の実効
値:Veffから求められる電力値:P={(Δt
+Δt)×(Ieff×Veff)}より小さくした
とき、蛍光灯の輝度はこれを上記電力値:Pにて上記
第1及び第2の期間を通して点灯したときの輝度よりも
高くなることが実験的に認められた。一般に蛍光灯の輝
度は、この電極間に供給される交流電流の実効値より最
大値と最小値の差(ピーク強度)に依存するため、これ
を上記電力値:Pにて連続的に点灯しても、交流電流
の波形が正弦波よりピーク強度が大きくなるように設定
されれば輝度も高くなる。
【0086】しかし、本発明によれば、液晶表示装置に
備えられた蛍光灯に対し上記第1の期間におけるランプ
電流供給と上記第2の期間におけるランプ電流供給の休
止とを交互に行いながら、その輝度が高められる。この
ような利点を得るには、上述の第1の期間:Δtと第
2の期間:Δtとの時間設定を考慮することが望まし
い。上述のように第1の期間に供給されるランプ電流を
そのピーク強度がより大きくなるように設定すると蛍光
灯の輝度が上昇するとともにその温度も上昇する。蛍光
灯の温度が或る値に達すると蛍光灯の輝度は減少に転じ
る。従って、第1の期間に蛍光灯に供給される第1電流
の波形に対応した輝度の光を光源内で損失することなく
取り出すには、第1の期間ΔtIを第1電流の供給によ
る蛍光灯の温度上昇が或る値に到達する所要時間より短
く設定することが望ましい。
【0087】図9は、光源の一つとして用いられる冷陰
極管に関し、(a)この温度(管内における水銀蒸気
圧)と輝度の関係、及び(b)これに設けられた一対の
電極に供給される電流と輝度の関係を示す。冷陰極管に
限らず管内に設けられた電極間に交流電流を通し、これ
により管内に封止されたガス等を励起して点灯を行う蛍
光灯やキセノンランプではガス等の励起により発生する
陽光柱から輻射される光を光源として利用する。図8に
示されるように、陽光柱Yokは電極間距離lelec
に対して双方の電極近傍にて暗部を生成する輝度分布を
有する。上記冷陰極管の温度は、これに生じる陽光柱の
輝度が電極間において最大となる(飽和する)領域l
100又はこの最大値の90%以上となる領域にて、こ
の外壁に温度センサを設けて測定された値として示され
る。
【0088】冷陰極管の輝度は、図9(a)が示すごと
く、その管内の水銀蒸気圧、換言すれば管内に存在する
水銀ガスの量に依存し、この水銀ガス量が或る値(この
例では水銀蒸気圧にして4.7Pa)以下の場合、水銀
ガス量の増加に応じて管内における発光強度は増加し、
冷陰極管自体の輝度も上昇する。また、図9(b)に示さ
れるように、冷陰極管の輝度上昇はこれに供給される電
流の増加にも対応する。図9(a)と図9(b)との比較から
明らかなように、冷陰極管に供給される電流の増加に応
じた冷陰極管内部の電子流の増大により、冷陰極管内の
温度が上昇し、これに伴い管内の水銀ガス量も増加す
る。しかし、水銀ガス量が上述の或る値を越えると管内
で生じた光が徐々に水銀ガスにより吸収され、その結
果、冷陰極管の輝度も減少に転じる(図9(a))。この
変化は、図9(b)においても供給電流に対する輝度の飽
和として現れる。このような現象は、冷陰極管や水銀ガ
スに限らず、光源(管球)がその内部に励起材料を含む
限りにおいて認められるものである。例えば、キセノン
ランプでも冷陰極管と同様な現象が生じる。
【0089】このような現象に対し、本発明による液晶
表示装置の光源の点灯動作では、上記第1の期間ΔtI
における蛍光灯へのランプ電流供給(図1における2次
側回路の電流)を上記第2の期間ΔtIIにて実質的に休
止することにより、第1の期間にて上昇した蛍光灯の温
度を第2の期間において冷まし、蛍光灯内の水銀ガス量
を上記或る値に対して十分に低くした後、再び蛍光灯へ
のランプ電流を開始する(次の周期における第1の期間
の動作)。これにより、周期毎に繰り返される第1の期
間の動作において、蛍光灯の連続点灯ではその輝度低下
を招くようなピーク強度を有する交流電流を蛍光灯に供
給し、第1の期間の各々において蛍光灯を高い輝度にて
点灯させる。
【0090】一方、第2の期間においては、蛍光灯の輝
度は第1の期間にて達した高い値から減少に転じる。し
かし、この蛍光灯を液晶表示装置に組み込んで液晶表示
パネルから出射される光の強度を測定した結果、液晶表
示パネルの白表示される領域における輝度減少が蛍光灯
の残光により予想以上に遅いことが実験的に見出され
た。この様子を、図10の輝度曲線に示す(その詳細は
後述する)。
【0091】上述のように、蛍光灯は、これに供給され
る上記ランプ電流によりこの内部に封止された水銀ガス
を励起して紫外線を発生し、この紫外線で蛍光灯の内壁
に塗布された蛍光体を励起して可視光を発生させる。
【0092】図11は、本発明による液晶表示装置の光
源駆動の一例を(a)液晶表示装置に入力される同期信
号(画像情報の伝送タイミング)、(b)液晶表示装置
の一画素における画像表示信号、(c)液晶表示装置の
バックライト(光源)の点灯信号、及び(d)液晶表示
装置のバックライト・ユニット(光源ユニット)から輻
射される光の輝度波形を示す図である。バックライトの
点灯信号は、上述の1次側回路において第1電流iI
ΔtIの時間(第1の期間)に変圧器TRを通して光源
に供給し、次いでこの第1電流より小さい第2電流iII
をΔtIIの時間(第2の期間)に変圧器TRを通して光
源に供給する時間ΔtI+ΔtII分の動作周期を繰り返
す波形として示される。
【0093】この例では、ΔtIとΔtIIとを等しく設
定した所謂50%のデュティで電流を光源に供給し、第
2電流iIIの値は略0mAに抑えてある。但し、上述の
とおり、第2電流iIIがある値を超えない限り、2次側
回路には電流が生じない。図11の(c)に示す1次側
回路でのバックライト点灯信号の波形により上記動作周
期にて光源が消費する電力を連続的(第1及び第2の期
間を問わず一定)に光源に供給することを想定すると、
これに要する電流値(ここでは1次側回路)は上記第1
電流と上記第2電流の中間値iCONSTとして図示され
る。しかしながら、上記動作周期の複数分の時間におい
てiCONSTの電流を連続的に流すと光源の温度が次第に
上昇し、光源内部にて光が徐々に損失していく。このた
め、図11の(c)の電流iCONSTに相当する輝度は、
図11(d)に第1電流に相当する輝度(第1電流を受
けた光源が第1の期間内に到達する輝度値)IIと第2
電流に相当する輝度(第2電流を受けた光源が第2の期
間内に到達する輝度値)IIIとの中間値として示される
CONST(破線)に相当すると予測されるも、実際には
この中間値より低いICONST'(実線)の値を示す。ま
た、時間経過に伴う光源の温度上昇により、I
CONST(破線)とICONST'(実線)との差はΔIからΔ
Iに徐々に広がる。光源の輝度の予測値と実測値の乖
離が時間経過とともに大きくなることは、既に図9を用
いて説明したとおり、蛍光灯(冷陰極管)の温度上昇に
より、その内部に存在する励起物質(水銀やハロゲン分
子等)が増加し、これによる光の吸収量が増大するため
である。
【0094】しかしながら、図11の第1期間ΔtI
おけるバックライト輝度波形が示す如く、光源(冷陰極
管等)への電流供給を止めている状態から、これに電流
Iを供給すると、その輝度は徐々に上昇する。このこ
とから、所定の電流を冷陰極管に供給したときの管内温
度の上昇は、当該電流の供給開始時刻に対して或る遅延
を以って生じることは明らかである。
【0095】ところで、液晶表示装置での画像データ信
号の書き換え周期、例えば60Hzでの16.7mse
c.、120Hzでの8.4msec.(これらの値は
動画表示に好適)を考慮すると、上記光源の動作周期を
この周期以下に設定することが望ましいが、この動作周
期に対応させて上記第1及び第2期間の時間配分及び上
記第1及び第2電流を設定すると、上記光源の温度上昇
による輝度の低下を抑止できることが実験的に見出され
た。
【0096】上述の定義によるランプ電流定格:6mA
の冷陰極管を用い、これを連続的に点灯した場合と間欠
的に点灯した場合とを、冷陰極管の壁面温度にも関連付
けて実験を行った結果を以下に述べる。いずれの実験
も、光源(冷陰極管)から液晶表示パネルの画素を通過
した光の強度を、所謂液晶表示パネルの輝度として測定
した。
【0097】液晶表示パネルの輝度測定の前提条件は、
以下のとおりである。
【0098】液晶表示パネルの輝度測定は、EIAJ
(日本電子機械工業会規格)のED−2522に規定さ
れる条件に準拠して行い、可視光領域(380nm〜7
80nm)における波長毎のスペクトル強度を視感度補
正(人間の目が実際に感じる光の量に換算)して得られ
た結果から導いた。この測定は、液晶表示装置を暗室に
置き、輝度計を液晶表示パネルPNLから50cm離し
且つその表示領域に対して垂直に配置して実施する。こ
のような測定を行うに好適な輝度計として、例えばフォ
トリサーチ社製のPR704型の利用が推奨される。こ
の装置によれば、輝度を単位立体角あたりの光束の値を
測定距離や測定面積に依存しない値として求めることが
できる。また、例えば上記ΔtI+ΔtII分の動作周期
といった所望の時間における輝度の積分値、その時間に
おける輝度の変動、及び液晶表示素子の表示画面内の輝
度分布を夫々測定することもできる。
【0099】上述の輝度測定は、後述のコントラスト比
測定にも適用され、その値は液晶表示パネルの「表示画
面全体を白表示したときの輝度/表示画面全体を黒表示
したときの輝度」の比で求めた。コントラスト比は、こ
の測定手法に限らず、例えば液晶表示パネルの表示画面
の一部分を白表示させ(この一部分に存在する画素群に
これらの光透過率を最大にする映像信号を送り)、且つ
この表示画面の他の一部分を黒表示させる(この他の一
部分に存在する画素群にこれらの光透過率を最小にする
映像信号を送る)テストパターン信号を液晶表示パネル
に伝送し、その表示画面の映像から前者に属する所定数
の画素からなる領域の輝度と後者に属する前者の所定数
と同数の画素からなる領域の輝度との比として求めても
よい。
【0100】光源(冷陰極管)の壁面温度は、冷陰極管
の陽光柱(蛍光灯に特徴的な発光領域)が生じる部分
(図8にl100として示す領域)の管表面(外壁)にサ
ーミスタを設けて測定した。
【0101】以上の輝度測定手法に拠り、まず、ランプ
電流定格:6mAで連続的に動作させた光源(冷陰極
管)から輻射され且つ液晶表示パネルの表示画面中の白
表示した画素(群)を透過する光の輝度について、光源
の壁面温度別に述べる。
【0102】(1)40℃の壁面温度では点灯開始から
約150秒で輝度は飽和し、200秒経過後も輝度減少
が認められない。
【0103】(2)60℃の壁面温度では点灯開始から
約15秒で輝度は最大値を示し、その後、輝度は緩やか
に減少し、200秒経過後には最大値の90%に到る。
【0104】(3)80℃の壁面温度では点灯開始から
約10秒で輝度は最大値を示し、その後の約10秒間で
輝度は最大値の80%まで急激に減少し、以降、点灯開
始から200秒経過後に掛けて輝度は緩やかに減少す
る。
【0105】以上の結果を比較すると、光源の点灯動作
開始から200秒後の輝度は(2)壁面温度60℃で最
も高かったが、点灯開始後200秒以内に至る輝度の最
大値を比較すると(3)壁面温度80℃で最も高い値が
現れた。光源の壁面温度は、光源内部の温度にほぼ対応
し、その値は上述の如く光源に供給される電流に応じて
上昇する。この事実と上記実験結果とを比較検討した結
果、例えば壁面温度を80℃に至らしめる電流を限られ
た時間内に光源へ供給し、壁面温度が60℃に至るあた
りで一旦電流供給を止め、壁面温度が40℃以下になっ
た時点で光源へ再び電流を供給することにより、光源の
点灯動作開始から200秒経ても液晶表示パネルの輝度
を上記比較実験の(2)より高められ得ることを本発明
者等は着想した。この着想に基づき、冷陰極管にそのラ
ンプ電流定格より大きい(例えば、その2倍程度の)第
1電流を第1の期間に供給し、その後、この第1電流よ
り小さい第2電流の値を第2の期間に供給する動作を繰
り返す光源の点灯方法を発案し、これによる冷陰極管の
輝度の上昇とその温度上昇の抑止に係る効果を確認し
た。
【0106】上述の実験と同様にランプ電流定格:6m
Aの冷陰極管を用い、これをランプ電流:6mA,10
mAの夫々で連続点灯した場合(点灯デュティ:100
%)と、これを上記第1の期間:Δt=10mse
c.にランプ電流:6mA,10mAを夫々供給し且つ
上記第2の期間:Δt=6.7msec.にランプ電
流の供給を止める動作を繰り返して点滅点灯させた場合
(点灯デュティ:60%)とで、夫々の輝度を比較する
実験を行った。この実験結果の一部(ランプ電流6mA
での連続点灯とランプ電流10mAでの点滅点灯との比
較)は、既に「光源の制御回路」の説明に引用したよう
に、ランプ電流10mAによる点滅点灯が、消費電力値
及び100cdの輝度を得るに要する電力値のいずれも
低いため、ランプ電流6mAによる連続点灯より優れて
いる。
【0107】比較実験は、表示画面の対角寸法が15イ
ンチのIPS型(面内スイッチング型、…横電界型とも
いう)の液晶表示パネルに外径:2.6mmφ、内径:2.0mm
φの冷陰極管を図3(B)に示す如く8本配した光源ユ
ニットを組合せた液晶表示装置を用い、この液晶表示パ
ネルの表示画面における白表示領域の輝度を測定した。
また、8本の冷陰極管の点滅点灯は、夫々の冷陰極管の
オン・オフ−タイミングを合わせた。
【0108】図12(a)は、点灯デュティ(60%及
び100%)別に6mA及び10mAのランプ電流を夫
々光源(冷陰極管)に供給したときの、点灯動作開始か
ら60分後の液晶表示パネル(白表示部分)の測定輝度
をプロットした結果である。また、図12(b)は、点
灯デュティ(60%及び100%)別に6mA及び10
mAのランプ電流を夫々光源に供給したときの、点灯動
作開始から60分後の光源(冷陰極管)の壁面温度をプ
ロットした結果である。図12(a)に示される液晶表
示パネルの輝度では、点灯デュティ:60%−ランプ電
流:10mAのプロット6aと点灯デュティ:100%
−ランプ電流:6mAのプロット6bとは互角の関係に
ある。しかし、図12(b)に示されるように、点灯デ
ュティ:60%−ランプ電流:10mAのプロット6a
が示す冷陰極管の壁面温度は、点灯デュティ:100%
−ランプ電流:6mAのプロット6bが示すそれに比べ
て低い。
【0109】更に、点灯デュティ:60%−ランプ電
流:10mAによる冷陰極管の点滅点灯と、点灯デュテ
ィ:100%−ランプ電流:6mAによる冷陰極管の連
続点灯との、点灯動作開始から90分に亘る輝度及び冷
陰極管の壁面温度の推移を図13(a),(b)に夫々
示す。いずれの場合においてもパネル輝度は点灯動作開
始後、最大値(点滅点灯で約420cd/m2,連続点灯で約47
0cd/m2)を示し、その後、減少に転ずるが、点灯動作開
始後60分における値(点滅点灯で約390cd/m2,連続点
灯で約420cd/m2)を比較すると連続点灯における輝度減
少率(11%)に比べて点滅点灯におけるそれ(7%)
が少ないことが判る。また、点灯動作開始後90分にお
いて、連続点灯の輝度が依然減少を続けるのに対し、点
滅点灯の輝度は点灯動作開始後60分の値に保たれてい
ることが判る。
【0110】点灯動作開始後60分での、液晶表示装置
の光源が消費する電力:P(W)と白表示された液晶表
示素子の有効表示領域(画素群)の輝度:Lmax(cd)
との比率:P/Lmaxを100cd当たりの値として求める
と、点灯デュティ:60%−ランプ電流:10mAによ
る冷陰極管の点滅点灯では7.4W/100cd、点灯
デュティ:100%−ランプ電流:6mAによる冷陰極
管の連続点灯では8.1W/100cdとなった。この
ことから、点灯デュティ:60%−ランプ電流:10m
Aによる冷陰極管の点滅点灯の方が、パネル輝度当たり
に必要とされる電力が8.6%低いことが判る。この1
0%に満たないパネル輝度:100cd当りに要する消
費電力の差は、点滅点灯における冷陰極管(光源)の壁
面温度の安定化を促し、その差が少なくとも5%、或い
は7%以上の差があれば、冷陰極管の輝度は概ね安定と
なる。
【0111】従って、上述の説明及び「光源の制御回
路」の説明を併せると、点灯デュティ:60%−ランプ
電流:10mAによる冷陰極管の点滅点灯によれば、所
定の液晶表示パネルの輝度を得るに要する電力が抑えら
れ、且つ点灯動作開始後の輝度変動も抑えられるという
利点が得られる。特に、液晶表示パネルの輝度の変動が
小さく、点灯動作開始から60分以降では略一定となる
利点は、この液晶表示パネルをテレビジョン装置に組み
込み、2時間又はそれより長い映画やドキュメンタリ番
組の視聴に供する上で、そのユーザの視覚に係る負担を
大幅に低減できる。
【0112】光源の点滅点灯のデュティは、液晶表示装
置の用途にも因るが、経験的に80%以下とするとよ
い。また、このデュティを順次大きくしながら第1電流
を減少させて、光源を所謂連続点灯させてもよく、逆に
デュティを徐々に小さくして液晶表示装置の不使用時に
おける非点灯状態に到らせてもよい。このような動作に
好適な制御回路の一例を図14に示す。
【0113】液晶表示装置本体又はこれが搭載されるテ
レビジョン装置又はコンピュータ等からの直流電源電圧
(例えば、12V)は入力端子20を通して制御回路に
入る。直流電源電圧は調光回路23により光源に印加す
べき電圧に応じた直流電圧に変換され、その次段に設け
られたインバータ回路21により交流電圧に変換され
る。この交流電圧は変圧器22に送られる。ここまでの
回路構成は、図1を参照して既に述べた1次側回路に相
当する。変圧器22は、上記交流電圧を光源(冷陰極管
等の管球)の点灯に十分な高さの電圧に昇圧し、光源
(蛍光灯)8に送る。この変圧器22から蛍光灯8まで
の回路構成は、既述の2次側回路とよばれる。
【0114】本発明による光源の点滅点灯を実施する場
合、光源に供給される電流値を上記直流電源電圧を間欠
的に後段の回路に供給する。このため、直流電源電圧を
チョップ(Chop)するスイッチング素子24はインバー
タ回路21の前段の例えば調光回路23内に設ける。上
述の第2電流を直流電源電圧のチョッピング又は遮断で
設定する場合、スイッチング制御回路25を設ける。ス
イッチング制御回路25には、液晶表示装置のメンテナ
ンスに備えて画像表示条件を制御回路の外部から入力で
きるような信号端子を設けてもよい。
【0115】図7を参照して説明したように、所定のラ
ンプ電流Iにより2次側回路において蛍光灯(冷陰極
管)を安定に放電させるには、このランプ電流値で「ラ
ンプ電流I対ランプ電圧V曲線」(蛍光灯により決
まる)と「ランプ電流I対“変圧器出力電圧−バラス
トコンデンサ電圧の電位差(VTR−V)”の曲線」
(変圧器出力電圧とバラストコンデンサの容量とで決ま
る)とを交差させることが肝要となる。従って、表示画
像によりランプ電流を蛍光灯のランプ電流定格で連続点
灯し、又はこれより大きいランプ電流で点滅点灯させる
場合、後者に用いるバラストコンデンサの容量
(C’)を前者のそれ(C)より大きくすることが
望ましい。従って、図14に示す如く、2次側回路に容
量の異なるコンデンサを並列に設け、蛍光灯8の連続動
作時と点滅動作時とでいずれかのコンデンサを選択する
ようにしてもよい。この構成によれば、連続点灯時のラ
ンプ電流Iを必要なレベルに抑えることができるた
め、蛍光灯8の寿命を必要以上に損なうことがなく、ま
たランプ電流Iの増減に対して蛍光灯8を安定に点灯
することができる。ランプ電流Iが、蛍光灯の連続点
灯と点滅点灯の切り替え又は点滅点灯のデュティ比切り
替えに応じて増減することに着眼すれば、図14に示す
如く、点灯動作の切り替え(連続/点滅,又はデュティ
比切り替え)を行うスイッチング制御回路25に付属し
又は連動するランプ電流切り替えスイッチ25aで2次
側回路のコンデンサを選択するように制御回路を構成す
ると便利である。図示された2次側回路のコンデンサは
2個並列としたが、デュティ比に応じてランプ電流I
を細かく調整する場合は3個又はそれ以上の複数個並列
に異なる容量のコンデンサを設けてもよい。
【0116】一方、バラストコンデンサの容量(C
を変えることなくランプ電流Iを切り替えることもで
きる。この場合、図7に示す如く、変圧器TRの2次側
出力電圧VTRをランプ電流の増加に対してVTR’に
上げる。このためには、変圧器の1次側巻回数をランプ
電流に応じて選択するように、変圧器の1次側入力部分
にスイッチ(セレクタ)を設けるか、1次側直流電源の
電圧自体を上げてスイッチング素子24により1次側回
路の電圧をランプ電流の値に合わせてチョッピングによ
り調整するか、又は、1次側直流電源回路の入力端子に
適宜付加的な電圧源を設けてランプ電流の値に合わせて
1次側回路への入力電圧を増減させる。
【0117】一方、光源の温度は液晶表示装置を使用す
る環境によって不測の変動を示すことがある。従って、
光源の温度に応じてその点滅動作のデュティを変え、又
はランプ電流を調整することが望ましい。この観点にお
いて、本発明を実施するに適した制御回路の一例を図1
5に示す。光源の温度に応じた上記2次側回路における
電流変動は、これに設けられた電流計26により測定さ
れ電圧調光方式の調光回路23に送られる。これによ
り、上記第1及び第2の電流値が調整される。また、電
流計26から送られた上記電流変動のデータは上記スイ
ッチング制御回路25にも送られ、第1及び第2の電流
を光源に供給する時間の配分(所謂デュティ)が調整さ
れる。第1及び第2の電流値は、上記スイッチング制御
回路25で調整してもよい。光源の温度を2次側回路に
おける電流によりモニタリングする代わりに、光源の壁
面にサーミスタや熱電対を設けて光源の壁面温度として
モニタリングしても、また、光源の近辺に受光素子(フ
ォト・ダイオード等)を設けて光源の壁面から輻射され
る光の強度としてモニタリングしてもよい。
【0118】図14及び図15に夫々示した制御回路や
これに基づいて設計された他の制御回路を用いるいずれ
の場合も、デュティ比の切り替えに関しては、所定の繰
り返し周期(上記第1の期間と上記第2の期間の和)を
一定とし又はその期間がある時間を超えないように配慮
することが望ましい。その根拠は、本発明による光源の
点滅動作を適用した液晶表示装置では、ブラウン管等の
陰極線管型表示装置のインパルス走査に類似した画像再
生が行われるためである。インパルス走査においては、
その周波数が或るレベルを下回ると表示画面のチラツ
キ、所謂フリッカの問題が浮上する。この問題は、蛍光
灯を家庭電化製品としての照明装置に用いる場合にも現
れる。本発明による液晶表示装置の光源の点灯動作にお
いては、その周波数を40Hzを下回らないように上記
第1の期間(点灯期間):ΔtIと上記第2の期間(消
灯期間):ΔtII分とを設定することが推奨される。従
って、第1の期間と第2の期間からなる点滅点灯動作の
1周期は、25msec.以下に抑えられることが望ま
しい。液晶表示装置、特にアクティブ・マトリクス型の
駆動方式を用いる機種においては、画素毎に対応する液
晶層の光透過率が1フレーム期間(全画素へのデータ書
き込みに要する期間)において、略一定に保たれる、所
謂ホールド型の画像表示動作を示す。従って、1フレー
ム期間と光源の点滅点灯動作の周期が相違しても、或い
は位相が互いにずれても、画像表示動作に支障を来たす
ことは実質上ない。このため、所定の第1期間に第1の
電流を光源に供給し且つ所定の第2期間に光源への電流
供給を停止する点滅動作を続けるうちに、光源の温度が
上昇して点滅点灯動作の1周期における輝度が低下して
も、第2期間に宛がう時間のみ延ばして点滅点灯のデュ
ティを下げ、当該1周期における光源の輝度を所望のレ
ベルに保つことができる。
【0119】上述のように、本発明による液晶表示装置
の光源点灯方法によれば、上記第2の期間:ΔtIIにお
いて2次側回路にランプ電流が生じないため、光源の輝
度の低下が予想される。また、第1の期間:ΔtIと第
2の期間:ΔtIIとの和として示される点滅点灯の1周
期:ΔtI+ΔtIIにおいて、この第1の期間に限って
第1の電流を連続的に流した場合の当該交流電流の実効
値:IIeffと、この電流供給に対するランプ電圧値
(光源の電極間に印加される交流電圧の実効値):V
Ieffと、この1周期の時間との積:IIeff×V
Ieff×ΔtIが、この1周期において2次側回路に
交流電流を連続的に流した場合の当該交流電流の実効
値:Iceffと、この電流供給に対するランプ電圧値
(光源の電極間に印加される交流電圧の実効値):Vc
effと、この1周期の時間との積:Iceff×Vc
eff×(ΔtI+ΔtII)に等しい場合、これらの点
灯動作中にある双方の光源から上記1周期内に輻射され
る光の強度の積分値は理論的に等しくなるか、又は第1
の期間の冒頭で輝度の立ち上がりに時間を要する点滅点
灯中の光源の輝度積分値の方が連続点灯中の光源のそれ
より低くなることが予測される。しかしながら、これら
双方の光源とアクティブ・マトリクス型の液晶表示素子
とを図1に示すように組合わせ、夫々の液晶表示素子の
光透過率(例えば、液晶表示素子の液晶層の配向状態)
を揃え、夫々の液晶表示素子を透過する光の輝度(以
下、パネル輝度)の上記1周期における積分値を比較す
ると、次のような結果が得られた。
【0120】(4)夫々の液晶表示素子の白表示状態に
ある画素を透過する光を測定すると、点滅点灯する光源
に組まれた液晶表示素子の輝度積分値の方が、連続点灯
する光源に組まれたそれの輝度積分値より大きかった。
【0121】(5)夫々の液晶表示素子の黒表示状態に
ある画素を透過する光を測定すると、点滅点灯する光源
に組まれた液晶表示素子の輝度積分値は、連続点灯する
光源に組まれたそれの輝度積分値の半分程度に留まった
このように、本発明による液晶表示装置の光源の点滅点
灯を行うことにより、光源を連続点灯させた場合に比べ
て、白表示すべき画素の輝度を高く、黒表示すべき画素
の輝度を低くすることができた。換言すれば、本発明に
よる光源の点滅点灯により、液晶表示装置の表示画像の
コントラスト比を、静止画像、動画像のいずれにおいて
も従来の光源の点滅点灯より格段に高めることが実現で
きる。
【0122】なお、上記(4)及び(5)の結果を得た
実験において用いたアクティブ・マトリクス型の液晶表
示素子は、例えば、特開平9−33951号(及びその
対応米国特許第5,847,781号)に示されるよう
に、画素毎にアクティブ素子(例えば、薄膜トランジス
タ)を設け、これを通して映像信号(電圧信号)を画素
毎に設けられた画素電極に供給する。従って、画素毎の
光透過率は、画素電極に供給される映像信号に応じた電
圧と液晶層を挟んで画素電極に対向する対向電極(共通
電極とも言う)の電圧との差による液晶層内の液晶分子
の配向により決まる。上述の白表示状態にある画素と
は、これに設けられた画素電極と対向電極との間に存在
する液晶層の光透過率(図1に示す液晶表示パネルの主
面の法線方向に伝播する光の透過率)を最大にする映像
信号が、これに設けられたアクティブ素子に供給されて
いる画素のことを指す。また、上述の黒表示状態にある
画素とは、これに設けられた画素電極と対向電極との間
に存在する液晶層の光透過率を最小にする映像信号が、
これに設けられたアクティブ素子に供給されている画素
のことを指す。
【0123】本発明による液晶表示装置の光源の点滅点
灯により、上述の(4)の結果が得られた理由は、図1
0を参照して次のように説明される。
【0124】図10は、液晶表示素子に組まれた光源を
上記第1の期間と上記第2の期間とを同じ時間に設定し
て(ΔtI=ΔtII,デュティ:50%にて)点滅点灯
させたときの白表示状態の輝度変動を示すグラフであ
る。点滅点灯の1周期(ΔtI+ΔtII)は、16.7
msec.に設定されている。このグラフから明らかな
ように、第2の期間における輝度は急峻に0に至らず、
第1の期間の終了時刻(第2の期間の冒頭)における輝
度の10%迄減衰するには、当該第2の期間の80〜9
0%に相当する時間を要する。従って、輝度変動を示す
グラフと時間軸(輝度:0を示す線として表示)とに囲
まれる領域の面積として見積もられる輝度の積分値は、
第2の期間:ΔtIIにおいても第1の期間:ΔtIのそ
れに対して無視できない値となる。図10に示す光源を
点滅点灯させたときの液晶表示素子の輝度変動のグラフ
は、第1の期間における光源への所定のランプ電流の供
給をこれに次ぐ第2の期間で遮断し、この第2の期間か
らこれに次ぐ別の第1の期間(次の点滅点灯周期)で再
び光源への当該所定のランプ電流を供給することによ
り、図4(a)に示す1次側回路の直流電流波形ような
矩形の波形を示すことが考えられる。しかしながら、ラ
ンプ電流の供給開始に対する光源の応答の遅れ(蛍光灯
では、図13の輝度曲線の時刻0からの立ち上がりに見
られる)から、第1の期間のいずれの前半でも輝度は急
峻に立ち上がらず、その分、輝度積分値も小さくなると
予測される。しかし、実際には第1の期間の前半におけ
る輝度積分値の損失を補う以上の大きさの輝度積分値が
第2の期間で得られる。
【0125】第2の期間:ΔtIIにおける輝度積分値
(図10の灰色部分)がこのように大きくに代表される
光源に生じる残光(After Glow)に因る。蛍光灯を例に
とると、残光は蛍光灯に供給されるランプ電流を遮断し
た後、蛍光灯内で発生した水銀原子の励起種又はイオン
が残留することに因り生じることも、これらの励起種又
はイオンにより励起された蛍光物質(蛍光灯の内壁に塗
布されている)が励起状態を保つことに因り生じること
もある。前者による残光は、水銀原子の励起種又はイオ
ンの寿命(ここではランプ電流を遮断してから励起種や
イオンが消滅するまでに要する時間)が10−8se
c.(秒)前後と非常に短く、これに因る発光も急峻に
減衰する。一方、後者による残光は蛍光物質の調合によ
り、その発光が完全に消滅するまで1sec.又はそれ
以上の時間を要する場合がある。
【0126】冷陰極管を含む蛍光灯の内壁に塗布される
蛍光物質は、例えば「照明工学」(電気学会発行,オー
ム社1999年刊行の第23版)のpage 79に記載されてい
る。このうち、ハロ燐酸カルシウム:3Ca3(PO4)2CaFCl/
Sb,Mn(白色),ユーロピウム付活アルミン酸バリウム
・マグネシウム:BaMg2Al16O27/Eu(青),ユーロピウ
ム付活ストロンチウム・カルシウム・バリウムクロロボ
ロフォスフェート:(Sr,Ca,Ba)10(PO4)6Cl2-nB2O3/Eu
(青),セリウム・テリビウム付活アルミン酸マグネシ
ウム:MgAl11O19/Ce,Tb(緑),セリウム・テリビウム
付活珪燐酸ランタン:La2O3-0.2SiO2-0.9P2O5/Ce,Tb
(緑),ユーロピウム付活酸化イットリウム:Y2O3/Eu
(赤)は、蛍光灯用の蛍光物質として汎く用いられてい
る。これらの蛍光物質は、いずれも蛍光体結晶/付活剤
(活性剤)として表記され、付活剤は蛍光物質における
その濃度やその種類、蛍光体結晶との焼成(合成)条件
で蛍光物質の残光特性等を決める。また、蛍光物質によ
る残光の減衰を早める技術は特開平8−190894号
公報に、その減衰を遅らせる技術は特開平11−144
685号公報に夫々開示される。
【0127】図10に示す残光に因る第2の期間におけ
る輝度減衰の遅延は、これらの公報に記載の特別な技術
を用いなくとも実現できるものであり、以上に列挙した
ような蛍光物質がその内壁に塗布された市販の蛍光灯や
液晶表示装置用冷陰極管を光源として用いても、その残
光が消滅する時間が25msec.(上述のように表示
画像のチラツキを抑える上で第2の期間に許容される最
大の時間値)より長い限りにおいては本発明による液晶
表示装置の光源の点滅点灯がもたらす効果を損なうこと
はない。図10に示すように残光の強度が時間経過に対
して対数関数的に減衰することを考慮すると、設定しよ
うとする第2の期間の1/2の時間経過後における輝度
が第2の期間の開始時刻における輝度の10%以上であ
ることが望ましい。
【0128】一方、本発明による液晶表示装置の光源の
点滅点灯により、上述の(5)の結果が得られた理由
は、図16を参照して次のように説明される。
【0129】図16の(a)及び(b)は、本発明者等
により提案され特願平11−282641号(その対応
米国特許出願:第09/658,989号)として出願
された液晶表示装置の駆動方法による輝度波形を、その
光源を(a)本発明による点滅点灯状態にして測定した
結果、及び(b)連続点灯状態にして測定した結果を夫
々示す。図の夫々の上側に示した黒、明、黒の記載は、
時間軸(横軸)に対して液晶表示素子の画面を黒表示し
た期間、及びこれを明るく表示した(白表示よりは暗い
明表示の)期間を指し、図16(a)における表示タイ
ミングは図16(b)のそれとほぼ同じである。この液
晶表示装置の駆動においては、画素の明表示動作(白表
示も含む)におけるその光透過率は、時間軸に対して鋸
歯状に変調させる。そのため、光源を連続的に点灯させ
る図16の(b)の白表示時の輝度にも明暗の変動が現れ
る。このような明表示における映像信号波形は、動画像
表示において特に動く物体をその軌跡に残像を生じさせ
ることなく表示する上で効果的である。
【0130】図16の(a)及び(b)の黒表示時の輝
度を比較すると、前者の輝度平均値が後者の輝度の半分
となることが判る。液晶表示素子の画素に黒表示の映像
信号を与えても光源が点灯する限り、その光が僅かに画
素を通して漏れる。このため、図16の(b)の輝度波
形は、輝度が理論的に0となる所謂ダークレベルに対
し、黒表示に対応する期間にて1.2cd/mだけ浮
き上がる。これに対し、図16の(a)の輝度波形は、
ダークレベルに対して上記第1の期間では1.2cd/
程浮き上がるも、第2の期間ではかなりダークレベ
ルに近い輝度を示す。この第2の期間の輝度測定値で
は、測定装置の暗電流の影響も受けるため、実際には殆
どダークレベルにあるとも言える。従って、図16の
(a)の所謂本発明による光源の点滅点灯の周期におい
て積分すると、0.6cd/m(輝度平均値)となっ
た。本発明による光源の点滅点灯が黒表示画像の輝度を
上述のように抑えられるのは、上記第2の期間に光源に
生じる残光が画素の光透過率を絞ることにより殆ど消さ
れることに因るものと考えられる。
【0131】上述の(4)及び(5)の結果に基づき、
本発明による光源の点滅点灯がもたらす表示画像のコン
トラスト比の上昇の効果は図16(d)のように纏めら
れる。一方、図16(c)は上述の日経エレクトロニク
ス誌(1999.11.15)に記載された技術におけるコントラ
スト比の特徴を示したものである。図16(d)と図1
6(c)とを比較しても明らかなように、本発明では一
齣の画像表示において輝度の最大値と最小値との差を広
げることができるため、静止画像でも600:1又はそ
れ以上のコントラスト比で表示することができる。換言
すれば、液晶表示装置において、これに備えられた光源
を本発明による手法で点滅点灯させることにより、その
表示画面において最も暗く(黒く)表示される画素及び
これに近い階調(暗い灰色)で表示される画素の輝度を
従来のそれらより低く抑えられるため、この表示画面を
白ばませることなく、ブラウン管並みの鮮明な画像を再
生することができる。
【0132】以上のように、本発明者等が実験的に得た
上記(4)及び(5)の結果に基づく本発明に拠る液晶
表示装置の光源の点滅点灯が、その点灯デュティとラン
プ電流の設定態様により、既に述べた本発明の目的及び
その他の目的を達成することは明らかである。また、上
述の説明は、光源として蛍光灯を用いた例に基づくが、
光源をキセノンランプ等、所定の残光特性を示す管球に
置き換えても同様な作用が示され、同様な利点を得るこ
とができる。
【0133】これらの実験結果及び検討を纏めると、本
発明による液晶表示装置の光源の点滅点灯における第1
の期間:ΔtI並びに第2の期間:ΔtII、及びこれら
の和である点滅点灯周期の望ましき設定範囲は、その上
限が表示画面におけるチラツキの防止(点滅点灯周期)
並びに表示画面の過熱の防止(第2の期間)により、そ
の下限は光源における発光(放電)の立ち上がり(第1
の期間)及び光源の過熱抑止(第2の期間)により定め
られる。第1の期間は、光源の温度がその輝度を低下さ
せる値に至らない限り長く延ばせるが、表示画面のチラ
ツキを抑える上で25msec.未満に抑えることが望
ましく、この期間において光源の輝度(この期間に続く
第2の期間での残光の初期値にもなる)を可能な限り高
め且つ光源の過熱を抑えるには、例えば、20mse
c.以下、望ましくは15msec.以下に設定すると
よい。また、第2の期間は、光源の残光が所定のレベル
で持続する限りにおいて長く延ばせるが、第1の期間と
同じ理由で25msec.未満に抑えることが望まし
く、この第2の期間に続く第1の期間(次の点灯周期)
における光源の発光の立ち上がりを考慮すると例えば1
0msec.以下に抑えるとよい(第1の期間の間隔が
短いと高い放電開始電圧を光源に印加すること無く光源
の点灯を開始できるため)。第2の期間は、光源の温度
がその輝度を低下させるに至らない範囲において短くも
できるが、上記残光による効果を生かす上で、例えば1
msec.以上、望ましくは、2msec.以上に設定
するとよい。第1の期間には、その前の第2の期間(前
の点灯周期)にて止めていたランプ電流供給を再開させ
てから光源の輝度が所定のレベルに至るに十分な時間を
宛がうことが望ましく、例えば1msec.以上、望ま
しくは、2msec.以上に設定するとよい。これらの
具体的な時間配分は、上述の液晶表示装置に汎く用いら
れている蛍光灯(例えば、冷陰極管やキセノン・ラン
プ)での知見に基づくものであり、これらの条件は「光
源の制御回路」の説明で述べた点滅点灯周期における
「微視的な消費電力値:P<巨視的な消費電力値:P
」の関係をも満たし得るものである。但し、この光源
の温度特性や残光特性等が異なれば、これに応じて適宜
設定し直してもよい。光源の残光は、この内壁に塗布さ
れる蛍光物質の特性により光源を点灯させる交流電流の
パルス幅程度の時間内で消滅し得るが、この場合、光源
の温度を下げるに十分な第2の期間を設定すると、第2
の期間の残光消滅後の時間分の光源輝度がダークレベル
に留まるため、表示画像の最大輝度とコントラスト比を
低下させる。従って、蛍光物質により可視光(白色光、
又は赤、緑、青のいずれかの光或いはこれらを合わせた
光)を放出する光源を利用する場合、残光がある程度の
長さの時間(例えば、上述の25msec.)以上持続
する蛍光物質を利用することが望ましい。第2の期間に
おける残光は、黒表示画素の輝度を抑える上で、第2の
期間中(第1の期間が終了した時刻から次の第1の期間
が開始するまでの間に、その強度が第1の期間の終了時
刻(第2の期間の開始時刻)のそれの50%以下に減少
させることが望ましい。特に本発明による液晶表示装置
において、その表示画像のコントラスト比をさらに高め
る上では、第2の期間終了時における残光の強度が当該
第2の期間の開始時刻の強度の10%以下になるよう
に、液晶表示装置に組み込む蛍光灯の種類又はその内壁
に塗布される蛍光物質を選択することが推奨される。
【0134】また、本発明による液晶表示装置のランプ
電流(図1の2次側回路に生じる交流電流)の波形に
は、上記第1の期間ΔtI並びに第2の期間:ΔtII
いずれにおいても、この交流電流の周波数の一周期に対
応する波形(パルス)、例えば40kHzの周波数にて
25μsec.(マイクロ秒,10−6秒に相当)=25
×10−3msec.(時間軸沿いに隣接する電流ピー
クの間隔等で規定される)の一周期で極大値及び極小値
を夫々示す波形が複数回繰り返して現れる。また、この
第2の期間:ΔtIIに2次側で交流電流が生じない場合
も、その期間は上記一周期の波形を複数個含み得る程度
に続く。換言すれば、本発明による液晶表示装置の光源
の点滅点灯の一周期をなす上記第1の期間ΔtIと上記
第2の期間:ΔtIIとの和は、光源を連続点灯させる交
流電流の周波数の逆数として得られる時間よりも常に大
きくなり、本発明による光源の点滅点灯と特開平9−2
66078号公報に開示されるそれとの技術思想の相違
を反映する。
【0135】本発明による液晶表示装置の光源の点滅点
灯は、上述のように表示画像のコントラスト比を高める
のみならず、これによる光源制御回路の2次側における
ランプ電流の制御により光源及びその周辺に配置される
光学素子の過熱を抑え、また光源における消費電力を抑
えることにより、以下の利点をももたらす。
【0136】図2を参照して述べたサイド・ライト型の
液晶表示装置において、その光源の温度上昇はその液晶
表示素子の表示画面内に温度分布を形成する。この種の
液晶表示装置において、液晶表示素子(パネルPNL)
は枠状のハウジングにより光源ユニットともに実装され
るが、このハウジングを介して伝わる光源からの熱の影
響を受け易い。図2(a)に示すサイド・ライト型の液
晶表示装置の場合、液晶表示素子を構成する一対の基板
3の表面温度は蛍光灯8に最も近い部分(基板3の両
端)で50℃近くに上昇するのに対し、蛍光灯8から最
も離れた部分(基板3の中央)では40℃程度に留ま
る。一方、液晶層2の光透過率は5℃の温度差に対して
2〜3%,10℃の温度差に対して5%の変動を受け
る。このため、液晶表示素子の全画面を黒表示したと
き、この光透過率の差により画面内に表示ムラが生じ
る。
【0137】この液晶表示装置に本発明による光源の点
滅点灯を採用すると、上述のとおり光源の温度上昇が抑
えられるため、蛍光灯8に最も近い部分と、これから最
も離れた部分との温度差を5℃未満に抑えられ、その結
果、上述の表示ムラの問題も解決される。光透過率によ
る画面の輝度バラツキは、その差が5%以上の場合、殆
ど全てのユーザにより認識され、その差を3%以下に抑
えると多くのユーザにとっては目障りとならない。従っ
て、本発明による光源の点滅点灯における点灯デュティ
及び第1の期間におけるランプ電流の設定は、液晶表示
素子の画面における温度分布をサーモグラフィ等により
測定しながら調整することができる。
【0138】また、既に述べたように液晶表示素子の種
類により、これに用いる液晶組成物の転移温度が異な
る。図17に模式的に示された(a)ツィスティッド・
ネマティック型(TN型)の画素を、(b)垂直配向型
(VA)型の画素を、(c)面内スィッチング型(IP
S型)の画素を夫々有する3種類のアクティブ・マトリ
クス型の液晶表示素子において、各々に用いられる液晶
組成物の転移温度は、(a)から(c)に至る順で低く
なる。従って、IPS型の液晶表示素子では、その表示
画面の温度上昇による画像表示性能の劣化を受け易く、
例えば上述の表示ムラも際立ちやすい。これら3種類の
液晶表示装置は、液晶層LC中の液晶分子MOLの配向
形態、その配向を制御する電界の形成態様で相違するた
め、各々の液晶層に含まれる液晶組成物の種類(上記転
移温度や誘電率の異方性)も相違する。また、液晶分子
に印加される電界の方向の違いは、夫々の画素における
画素電極PX及び対向電極CTの配置の相違に現れ、
(a)TN型や(b)VA型では画素電極PXを液晶層
LCを挟持する一対の基板の一方SUB1に、対向電極
CTをその他方SUB2に設けるのに対し、(c)IP
S型の多くは双方の電極を一対の基板のいずれか一方に
設ける。更に、(a)TN型では画素電極PX及び対向
電極CTのいずれか一方が画素領域内にて一対の基板の
いずれかの主面に沿って他方の電極と対向しなければな
らないが、(b)VA型ではこの主面に沿って夫々の電
極の位置がずれていてもよく、(c)IPS型ではこの
主面に沿って双方の電極を所定の間隙を空けて離間する
ように配置しなければならない。このため、液晶表示装
置を組み立てる場合、これに用いる液晶表示素子の種類
に応じて、特にVA型やIPS型の場合、その光源ユニ
ットにおいて本発明による点滅点灯が行えるように例え
ば図14や図15に示す制御回路を設けるとよい。な
お、TN型の液晶表示装置に関しては、例えば、特開平
9−33951号(及びその対応米国特許第5,84
7,781号)に、VA型の液晶表示装置に関しては、
特開2000−122065号公報等に、IPS型の液
晶表示装置に関しては、特開平8−254712号及び
特開平9−15650号(及びこれらに対応する米国特
許第5,754,266号)等に夫々詳細な説明が記載
されている。
【0139】≪動画像表示における実施態様1≫本発明
による液晶表示装置の光源の点滅点灯を用い、その表示
画面に動画像(動的な映像)を表示する実施態様につい
て、以下に説明する。
【0140】液晶表示装置における動画像表示は、その
画像データ信号の書き換え周期(60Hzで16.7m
sec.、120Hzで8.4msec.)に対し、こ
れに用いられる液晶組成物(液晶層)の応答時間をこの
データ信号の書換え周期(上記16.7msec.又は
8.4msec.)以下に抑えるよう、その材料の調合
を行うことが望ましい。しかし、液晶材料の応答時間が
上述の書き換え周期に比べて著しく遅い場合は、ゴース
ト現象(多重輪郭)が発生するためデータ信号の書き換
え周期と光源の発光強度の増減周期(上述した光源の動
作周期)とのタイミングをずらす方が好ましい。特に、
上記光源の点滅点灯周期をデータ信号の書き換えの周期
以下に設定する場合、この手法による利点が顕著とな
る。従って、図11に示した第1期間ΔtIと第2期間
ΔtIIとからなる周期と表示画像信号の書き換え周期
(図11に示す同期信号Vsync)とを、例えばこれらの
間に所定の位相差を設定することにより、異ならせると
よい。
【0141】図18は、本発明による液晶表示装置の光
源の点滅点灯を採用した液晶表示装置における動画像表
示動作の実施態様の一例を、(a)その液晶表示素子の
一画素に同期信号Vsyncに対応して入力される画像信号
の波形と、(b)デュティ比75%(高輝度)で点灯さ
せた光源(バックライト)の輝度波形、(c)デュティ
比50%(中輝度)で点灯させた光源の輝度波形、並び
に(d)デュティ比25%(低輝度)で点灯させた光源
の輝度波形とを、時間軸を揃えて示す。同期信号は、t
,t,t,…tの各時刻に画素に映像信号を供
給するのに対し、光源の輝度波形はいずれも同期信号と
同じ周期で点滅点灯するも、その位相はずれている。所
与の点滅点灯周期における点灯期間(第1の期間)及び
休止期間(第2の期間)の配分による調光では、上記点
滅点灯周期を点灯期間あるいは休止期間のいずれか一方
のみに設定することも可能である。点滅点灯周期の全て
を点灯期間に当てると光源は連続点灯し、その全てを休
止期間に当てると光源が液晶パネルを照射しない所謂ス
クリーン・セイバーの状態(暗表示状態)となる。しか
しながら、この点滅点灯周期において、常に休止期間を
設けることは、光源における消費電力を低減するのみな
らず、光源の発光効率を改善することもできる。また、
図18の(e)に示すように、デュティ比を変えずに点
灯期間の輝度波高値を上げて、光源を高輝度で点滅点灯
させてもよい。
【0142】このような動画像表示に用いる液晶表示装
置の一例を、図2を参照して説明する。本例では、図2
(a)に示すサイドライト型液晶表示装置を夫々の厚み
が0.7mmの一対のガラス基板3を用いて構成し、そ
の一方の基板にはTFT駆動のための薄膜トランジスタ
を画素毎に形成した。この一対の基板3間に挟持される
液晶層2は、誘電率異方性Δεが正で、Δndは0.4
1μmとした。また、液晶層2に封入された液晶分子の
ツイスト角は90度としたが、より液晶の応答速度を速
くするためには70度等の低ツイスト角化が望ましい。
ツイスト角を抑える場合、これに適したΔndはさらに
小さくなるため(例えば、0.35μm)、セルギャッ
プを縮めることが必要である。
【0143】本例にて用いる光源ユニット10は、図2
(b)の斜視図に示すような外径4mmφの蛍光灯(冷
陰極管)8を導光板11の長辺方向に各1本、計2本配
置した構造を有する。
【0144】また、本例では、図1に示すような構成の
光源の制御回路CTRLを用い、その2次側における上
記点灯期間(第1の期間)の第1電流を10mA(実効
値)、上記休止期間(第2の期間)における第2電流を
0mAとして、デュティ比を調整しながら蛍光灯8に供
給する。蛍光灯8の表面温度は、図13(a)に示す如
く時間とともに上昇する。一方輝度は、図13(a)に
示す如く時間ととともに上昇し、その後一時的に僅かな
がら減衰し、まもなく安定化した。一時的な輝度の減衰
は、デュティ比が小さいほど低くなるが、いずれの場合
も表示される動画像に現れる輝度の減衰は人間の視覚に
おいて無視できる程度に留まった。
【0145】このようにデュティを50%以下に設定す
ると、蛍光灯8の中央部の温度上昇が70℃以下に抑え
られ、また液晶表示素子(液晶表示パネル)の表示領域
(有効表示領域)における輝度の最大値と最小値の差が
その平均値の20%以上となる。また、デュティを50
%以下に抑えても輝度の最大値を200cd/m以上
とすることができ、輝度の最小値を2cd/m以下に
抑えることができる。
【0146】光源ユニットに用いられる蛍光灯8のラン
プ外径は通常2mm程度であるが、これよりランプの外
径及び内径を拡大した直径(外径)2.6mmタイプ、
そのガラス管の肉厚を増した直径3mmタイプ、さらに
その内径を太くしてガス及び/又は水銀の含有量を増し
た直径4mm以上のタイプの使用も可能である。一般に
ランプ直径を大きくすると、表面積が大きくなるため放
熱に有利である。さらに、蛍光灯の外径を大きくする
と、その点灯電圧が低くなり、そのランプ寿命(輝度半
減値)が延びるという利点もある。
【0147】直径(外径)2mmの冷陰極管(蛍光灯)
を用いた場合、その長さによらず6mA以上の管電流の
供給により冷陰極管は発熱し、その発光効率(輝度)が
低下する。これに対し、外径2.5mmの蛍光灯8で
は、その発熱の影響が抑えられた。このため、供給電流
による蛍光灯内での放電効率も上がり、デュティを50
%に抑えても十分な輝度を得ることができる。このよう
な利点は、冷陰極管の外径を2.5mm以上、例えば、
2.6mm、3.0mm、及び4.1mmに拡大しても
同様に再現できる。
【0148】本例の液晶表示装置に図14に示すような
調光回路を組み込み、光源の点灯周期における上記第1
期間(点灯期間)又は上記第2期間(休止期間)の比率
の変化、光源のランプを点灯させる印加電力の変化を設
定し、あるいはこれらの設定を併せて行うこともでき
る。
【0149】また、図2(a)の液晶表示装置として、
液晶層2がΔnd=0.28μmであり且つツイスト角
0度で平行配向され、基板面に平行な電界が印加される
IPS型の液晶表示素子を用いてもよい。図2(c)に
は、このような液晶表示素子との組合わせに好適な光源
ユニット10の斜視図が示される。IPS型の液晶表示
素子は、TN型やVA型のそれに比べて画素の開口率が
低いため、外径4mmφの冷陰極管を導光板11の長手
方向の両側に2本ずつ、計4本配置したサイドエッジ型
の光源ユニット10を用いる。インバータ配置は図19
に示すようにトランス1個で2本の蛍光灯8を点灯す
る。
【0150】≪動画像表示における実施態様2≫この実
施態様では、動画表示に適した光源の変調点灯に関して
説明する。
【0151】液晶表示装置においてブラウン管と同等の
動画表示特性を得るためには、バックライトを常時点灯
から、点灯と休止期間をそれぞれ有する点滅(ブリン
ク)型点灯にすることで、ブラウン管のようなインパル
ス発光化が可能である。この時、図20の(a)高輝度
点灯,(b)中輝度点灯,(c)低輝度点灯の夫々に示
すように、所与のデータ書き換え周期(同期信号Vsyn
c)に対し、点滅の周期を変えることもできる。
【0152】本例によれば、光源ユニット(バックライ
トシステム)を用いる液晶表示装置においてもCRTと
同等のインパルス発光が実現でき、動画表示が可能とな
る。従来の液晶表示装置用バックライトシステムは、画
像信号が明表示、暗表示によらず、蛍光灯が常に点灯し
ているためエネルギー効率が悪かった。これに対し画像
信号の情報量に合わせて、バックライトの照射量を制御
することで、蛍光管の発光効率が向上し、消費電力の節
約、ランプ温度の上昇抑制によるさらなる輝度向上が図
られた。また、本例では、画像が暗い時にはバックライ
トの照射量を減らし、画像が明るい時には照射量を増加
させる。この時、輝度と階調特性の関係、いわゆるトー
ン・カーブ特性もバック明るさ、画像信号に合わせて制
御する。
【0153】このように画像信号の明暗の情報によっ
て、上記第1期間(点灯期間)と上記第2期間(休止期
間)の時間比率を変えることでバックライトの照射光量
を制御する。また、画像信号の動きの情報量により点灯
期間と休止期間の時間比率を変えることで、動きの速い
場合は点灯時間を短く、動きの少ない場合は点灯時間を
長くすることでより美しい動画表示が可能である。この
時、前記光源の点灯期間と休止期間の比率によらず、各
点灯周期間における該光源を発光させるためのランプに
印加される電流実効値が概略一定とするとよい。また、
第2期間の電流実効値を上げ、この期間においても光源
を第1の期間より低い輝度で点灯させることにより光源
の照射光量を変化させることもできる。例えば、図20
の(c)による低輝度点灯に対し、第2の期間における
光源の輝度を完全に0とせずに、(d)に示すような高
輝度点灯や(e)に示すような中輝度点灯を行ってもよ
い。
【0154】さらに完全な動画表示を行うためには、バ
ックライトシステムをインパルス発光化するだけではな
く、図11に示すように画像信号のデータ走査タイミン
グとと光源の点滅のタイミングを同期させる必要があ
る。一般にアクティブ・マトリクス型の液晶表示素子に
おける画像信号の走査タイミングを決める信号として、
垂直同期信号又は水平同期信号、ドット・クロック信
号、フレーム信号等があり、これらの走査周期と点滅周
期とを合わせて、画素への画像データ供給と光源の点滅
点灯の走査タイミングを同期させる。このような実施態
様には、直下型バックライトを有する光源ユニットを利
用することが望ましいが、サイドエッジ型バックライト
を有する光源ユニットにおいても光学系、例えば光源と
導光板からなるセットを表示画面の上下で分割すること
により可能である。
【0155】また、サイドエッジ型バックライトでは、
この光源の点滅点灯周期と表示画像信号の書き換え周期
とを均等に設定し、これが組み込まれた液晶表示装置
(アクティブ・マトリクス型)に設けられたn本の走査
信号線(nは画像表示に寄与する走査信号線の総数)に
対し、その0.3n本目より0.7n本目に至る範囲に
位置するいずれかの走査信号線(例えば、n/2本目の
走査信号線)の信号走査の開始時間に上記光源の点灯開
始時間を同期させてもよい。
【0156】「n本の走査信号線」を液晶表示装置にお
ける表示画像の精細度の規格を例示して説明すると、例
えば、1024本の映像信号線(カラー画像表示の場合
は、この3倍の3072本)と768本の走査信号線を
用いて画像表示するXGAクラスの液晶表示装置でn=
768、1600本の映像信号線(カラー画像表示の場
合は、この3倍の4800本)と1200本の走査信号
線を用いて画像表示するUXGAクラスの液晶表示装置
でn=1200となる。映像信号線及び走査信号線は、
上述のアクティブ・マトリクス型の液晶表示パネルにお
いて、前者は画素毎に設けられた画素電極に上述のデー
タ信号(又は画像データ信号)を各画素に設けられたア
クティブ・マトリクス素子を通して供給し、後者はアク
ティブ・マトリクス素子におけるデータ信号の伝送を制
御する。このような夫々の機能から、前者はデータ信号
線とも呼ばれ、またアクティブ・マトリクス素子とし
て、データ信号の入出力を受け持つソース電極及びドレ
イン電極と、この電極間のデータ信号の伝送をオン/オ
フするゲート電極を有する薄膜トランジスタが汎く用い
られることから、前者はソース信号線又はドレイン信号
線、後者はゲート信号線とも呼ばれる。
【0157】UXGAクラスのカラー画像表示対応の液
晶表示装置(n=1200)の例では、その0.3n本
目の走査信号線は360本目の走査信号線、その0.7
n本目の走査信号線は840本目の走査信号線に夫々対
応する。また走査信号線への信号走査は1本目の走査信
号線からn本目(本例では、1200本目)の走査信号
線に向けて、逐次開始される。このような信号走査の態
様において、例えば、このn/2本目の走査信号線に相
当する600本目の走査信号線の信号走査の開始時間に
上記光源の点灯開始時間を同期させると、画面の中央に
位置する画素群への画像信号の書き込みとバックライト
点滅とが同期し、画質のよい動画表示が可能となる。こ
のような動画像表示は、光源の点滅点灯周期と表示画像
信号の書き換え周期とを均等に設定し、且つ液晶表示装
置に設けられたn本の走査信号線のn=1本目(1フレ
ーム期間にて最初に走査信号が供給される信号線)の走
査タイミングを光源の点滅点灯周期の開始時刻から一定
の時間だけ遅延させてもよい。
【0158】一方、上記光源の休止期間が点灯時間の1
/20以上、休止期中の輝度積分値が点灯期間中の輝度
積分値の90%以下とすることが動画表示のコントラス
ト向上に望ましい。
【0159】≪動画像表示に用いる液晶表示装置の構造
≫本発明による液晶表示装置の光源の点滅点灯を用い、
上述の手法により動画表示を行う場合、液晶表示装置自
体の構成を改良することで、さらに完全で美しい動画表
示が実現される。
【0160】このような液晶表示装置は、対向配置され
た一対の基板(少なくともその一方には電極が設けられ
る)及びこの基板間に挟持された液晶層からなる液晶表
示パネルと、上記電極に表示画像信号に応じた電圧を印
加するための制御手段と、液晶表示パネルを照射する光
源ユニット(バックライトシステム)とを備え、上記光
源ユニットがランプ(光源)とランプからの出射光を反
射する反射器と反射された光を液晶層に導く導光板から
なり、この導光板の側面の少なくとも1辺の長さ方向に
ランプが配置され、この光源が点灯期間と休止期間から
なる周期を以って点滅点灯し、かつ点滅点灯の周期にお
ける点灯期間と休止期間の時間比率と上記光源を発光さ
せるための電力値により上記液晶表示パネルの照射光量
を変化させるように構成される。この種の液晶表示装置
に備えられたバックライトシステムは、サイドエッジ型
と呼ばれ、使用するランプ(例えば、蛍光灯)は上記導
光板の厚み方向に1,2,又は3本配置する。また導光
板の4辺のどの位置にランプを配置するかは表示装置の
輝度、液晶セルの透過率によって決まる。
【0161】透過率が高いTN(ツイステッドネマチッ
ク)型の液晶表示装置では、導光板の長辺に1本のラン
プを配置するが、より高輝度を得るには長辺2辺に各1
本、あるいは短辺に各1本配置してもよい、さらにラン
プは線状の直線タイプでなく、屈曲点を有するL字タイ
プやコの字タイプのランプでもよい。 透過率の低いI
PSモードではランプを長辺2辺に各2ないし3本配置
してもよい。
【0162】さらに 対向配置された一対の基板(その
少なくとも一方には電極が設けられる)及びこの基板間
に挟持された液晶層からなる液晶表示パネルと、上記電
極に表示画像信号に応じた電圧を印加するための制御手
段と、液晶表示パネルを照射する光源が備えられた液晶
表示装置において、上記光源は液晶表示パネルの有効表
示領域の直下に(有効表示領域と対向するように)配置
された複数のランプと各ランプの光を反射する複数の反
射器とからなり、該光源が点灯期間と休止期間からなる
周期を有し、かつ該周期中の点灯期間と休止期間の時間
比率と該光源を発光させるための電力値により、光源の
照射光量を変化させてもよい。この種の液晶表示装置に
設けられたバックライトシステムは、直下型と呼ばれ、
ランプ(例えば、蛍光灯)は液晶表示パネルの長辺方向
に4乃至12本、又は短辺方向に4乃至20本と液晶表
示装置に求められる輝度とその画面サイズに応じて配置
する。
【0163】サイドエッジ型のバックライト・システム
において、従来ランプは液晶表示パネルの有効表示領域
の外側に配置されてきた。これはランプの発熱により液
晶セルが熱せられるのを防ぐためである。液晶は温度変
化により屈折率の値が変化し、透過率が変化する性質を
有する。そのため局所的に熱せられた場合、その部分透
過率すなわち輝度や明るさが変化し、表示ムラとなる。
しかし、このバックライト・システムに本発明による点
滅点灯を適用し、またその制御のための回路を付加する
ことにより、バックライト・システムからの発熱は低減
され、液晶表示パネルにおける表示ムラが起きにくくな
る。また、バックライト・システムにおけるランプ配置
を表示領域の内側にすることが可能であり、それにより
液晶表示装置の表示画面を囲む枠の幅(額縁)を狭める
ことも可能となる。
【0164】以上のバックライトとにおいて使用するラ
ンプは、冷陰極蛍光灯、あるいは熱陰極蛍光灯、あるい
はキセノンランプ、真空蛍光表示菅が使用可能である。
冷陰極蛍光灯は発熱が少ないことが特徴であるが、より
発熱防止(放熱)を効果的に行うためにはランプ表面積
を大きくするため前記光源のランプ直径を3mm以上と
するとよい。また熱比重を大きくするため、前記光源の
ランプのガラス厚が1mm以上とするとより放熱が効果
的である。光源のランプは直径を太くすることも可能で
あり、ランプ中の含有ガスをキセノンに置換えることも
可能である。
【0165】以上の説明に基づき、本発明による液晶表
示装置の具体的な構成を例示する。
【0166】図21(a)に示すバックライト・システ
ム(光源ユニット)は、トランス1個でランプ1本を点
灯するインバータ配置を有するが、これを図21(b)
に示すように構成し、トランス1個でランプ2本を点灯
させてもよい。この場合、トランス及びバラストコンデ
ンサ等の部品をランプ2本で共用するため、部品数削減
によるコスト低減が図られる。ここでインバータとは、
ランプを点灯するための回路(その例は、図1や図5に
示される)を総称しており、直流電圧を交流電圧への変
換回路、電流制御回路、周波数偏重回路、トランスによ
る昇圧回路等を含む。またトランスの他に圧電素子の使
用も可能である。
【0167】図22(a)は、蛍光灯8を導光板11の
両側に3本づつ配置した液晶表示装置の光源ユニットの
平面図を示す。 この光源ユニットでは、ランプ毎に別
個のインバータを用いたが、インバータの出力が高けれ
ば、図22(b)に示すように同一のインバータを複数
のランプに接続してもよい。この光源ユニットは、液晶
の表示モードの透過率が低い場合やより高い輝度を得る
場合に有効である。さらに図23の(a)及び(b)夫
々に示すように、導光板11の両側に蛍光灯を4乃至8
本設けてもよい。この場合、導光板の一方の側に設けら
れる複数の蛍光灯を、その高圧側端子が導光板の一辺の
中ほどで対向するように、この一辺に沿って2列に並
べ、導光板の中央部の裏側(液晶表示パネルと反対の
面)にインバータを配置する。
【0168】図24は、導光板11の短辺方向に蛍光管
8を1本×2の計2本配置したサイドエッジ型の光源ユ
ニットを示す。ここでインバータは上側ランプと下側ラ
ンプとで別個のものを用いたが、同一のインバータを用
いてもよい。この配置は、大型の液晶表示装置に好適
で、特にTN型やVA型のような開口率の画素の大きい
液晶表示パネルを有する機種に向く。
【0169】図25は、導光板11の長辺方向に蛍光灯
8を1本×2の計2本配置したサイドエッジ形の光源ユ
ニットを示す。L字型に曲げられた2つの蛍光灯8で導
光板11の周縁を囲むため、光源ユニットの輝度を格段
に向上し、また2本の蛍光灯が離れて配置されるので、
夫々から輻射される熱を逃がし易い。更に、この光源ユ
ニットでは表示ムラが生じ難く、液晶表示装置全体のサ
イズを抑える上でも有効である。
【0170】図25の光源ユニットにおけるインバータ
配置を図26に示すが,トランス1個でランプ1本ある
いは2本の点灯が可能である。特にトランス1個で2本
のランプを点灯する場合は、ランプ高圧側をトランスに
近づけることで電力損失が減少する。
【0171】蛍光灯8は図27に示すようなU字形のも
のも利用できる。L字型やU字型の蛍光灯を使う利点は
パネルの周辺、特に角の部分の輝度向上である。
【0172】図28(a)は、蛍光灯8を導光板11の
長辺方向に1つ配置したサイドエッジ形の光源ユニット
を示す。導光板11は厚み方向にくさび型の断面を有す
る。また図28(b)に示すように、導光板を平板とし
てL字型の蛍光灯8を搭載しても、図28(c)に示す
ようにU字型の蛍光灯8を搭載してもよい。TN型の液
晶表示装置では、表示画面の輝度が光源から離れるに従
い暗くなるという問題が生じる場合がある。この問題を
解決する上で、図28(c)の光源ユニットの構成は好
適である。
【0173】図28に示した光源ユニットにおけるイン
バータ配置の例を、図29(a)及び(b)に示す。通
常、導光板11の下側には光を反射するための白色ドッ
ト等の印刷が施されているが、そのドットの印刷密度
を、ランプに近い部分は疎に、遠い部分は密にすると画
面全体の均一性が向上する。
【0174】図30(a)は図3を参照して説明した直
下形のバックライトを有する液晶表示装置におけるイン
バータ配置図を示す。蛍光灯8は基板3の長辺方向に計
6ないし8本配置される。また、図30(b)は図30
(a)の変形例で、基板3の短辺方向に蛍光灯8が12
本配置される。
【0175】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に特徴付
けられる光源の点灯動作を採用した液晶表示装置におい
ては、その光源における消費電力及び発熱を増やすこと
なくその輝度を高め、また表示画面における表示ムラの
発生を抑止することができる。従って、光源の発光効率
並びに表示画質の均一性の優れた液晶表示装置が実現で
きる。
【0176】また、本発明による液晶表示装置では、明
るく表示すべき画素の輝度を高め、これと同時に暗く表
示すべき画素の輝度を抑えることにより、ブラウン管並
みの高いコントラスト比で画像又は映像を表示すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の主な構成要素の配
置を説明する模式図である。
【図2】本発明による液晶表示装置のうち、サイドエッ
ジ型の光源ユニットを有する一例の(a)断面構造の概
略図、(b)光源ユニットのレイアウトを示す斜視図、
及び(c)(b)の光源ユニットを高輝度化した別の光
源ユニットのレイアウトを示す斜視図である。
【図3】本発明による液晶表示装置のうち、直下型の光
源ユニットを有する一例の(a)断面構造の概略図、及
び(b)光源ユニットのレイアウトを示す斜視図であ
る。
【図4】図1に示す制御回路CTRLで本発明による光
源の点灯動作を実施したときの(a)1次側のインバー
タ回路に入力される直流電流の波形、(b)変圧器TR
の1次側に入力される交流電流の波形、(c)2次側の
回路に生じる交流電流をオシロスコープで測定した波
形、及び(d)2次側の回路に生じる交流電流の電流計
による測定電流値に基づき描かれた仮想的な電流波形を
夫々示す波形図である。
【図5】図1に示された光源の制御回路CTRLの具体
的な一例を示す回路図である。
【図6】蛍光灯等の放電管内部における放電電流と放電
管に設けられた電極間に印加される電圧との関係を説明
するグラフである。
【図7】蛍光灯等の放電管を含む回路に生じるランプ電
流と放電管内の電極間に印加されるランプ電圧との関係
を説明するグラフである。
【図8】本発明による光源の点灯動作に係る放電管のパ
ラメータを冷陰極管の例を以って示す冷陰極管の断面図
とその点灯時における長手方向に沿った輝度分布を示す
グラフである。
【図9】本発明による液晶表示装置に搭載される冷陰極
管の(a)壁面(外壁)温度及び管内の水銀蒸気圧と輝
度との関係を示すグラフ、及び(b)冷陰極管の内部に
設けられた一対の電極に供給される電流と輝度との関係
を示すグラフである。
【図10】本発明による液晶表示装置の光源を点滅点灯
させたときの、表示画面の白表示状態の画素の輝度変動
を示すグラフである。
【図11】本発明による液晶表示装置の光源の点灯動作
の一例に関し、(a)液晶表示装置に入力される同期信
号のタイミングと、(b)この液晶表示装置の1画素に
供給される画像表示信号の波形図と、(c)液晶表示装
置のバックライトの点灯制御信号(1次側回路の直流電
流)の波形図と、(d)このバックライトの輝度変動の
波形図とを示す。
【図12】液晶表示装置の光源を点灯デュティ及びラン
プ電流(CFL管電流)が夫々異なる4種類の点灯動作
を60分間続けた後の、ランプ電流(横軸)に対する
(a)夫々の輝度及び(b)夫々の壁面温度を示すグラ
フである。
【図13】液晶表示装置の光源(冷陰極管)の輝度及び
壁面温度の経時変化を、(a)この光源を本発明による
点滅点灯態様で動作させた場合、及び(b)これを連続
点灯させた場合に分けて示すグラフである。
【図14】本発明による液晶表示装置の光源の点灯動作
に好適な制御回路の一例を示す模式図である。
【図15】本発明による液晶表示装置の光源の点灯動作
に好適な制御回路の別の一例を示す模式図である。
【図16】動画像表示に好適な液晶表示装置の駆動に
(a)本発明による液晶表示装置の光源の点灯動作、及
び(b)液晶表示装置の光源の連続動作と組合わせたと
きの液晶表示装置の画面における夫々の輝度変化と、
(c)従来の液晶表示装置における動画像表示のコント
ラスト比(CR)及び(d)本発明による液晶表示装置
における表示画像のコントラスト比を夫々説明するグラ
フである。
【図17】アクティブ・マトリクス型液晶表示装置の3
種類の断面構造を、(a)TN型、(b)VA型、及び
(c)IPS型の夫々に分けて示す模式図である。
【図18】本発明による液晶表示装置の光源の点滅点灯
を動画表示に応用したときの実施態様1に係り、(a)
この液晶表示装置の一画素に同期信号に対応して入力さ
れる画像信号の波形(点線)と、(b)〜(e)これに
対応する光源の輝度波形(点線の横軸はダークレベルに
相当)とを時間軸(横軸)を合わせて夫々示す波形図で
ある。
【図19】図2(c)のレイアウトを有する光源ユニッ
トのインバータ回路及び光源の結線形態の一例を示す平
面図である。
【図20】本発明による液晶表示装置の光源の点滅点灯
を動画表示に応用したときの実施態様2に係り、(a)
〜(e)光源の輝度波形(点線の横軸はダークレベルに
相当)のバリエーションを時間軸(横軸)を合わせて夫
々示す波形図である。
【図21】(a)及び(b)の夫々は、本発明による液
晶表示装置に好適な光源ユニットのインバータ回路及び
光源の結線形態の2つの例を示す平面図である。
【図22】(a)及び(b)の夫々は、本発明による液
晶表示装置に好適な光源ユニットのインバータ回路及び
光源の別の結線形態の2つの例を示す平面図である。
【図23】(a)及び(b)の夫々は、本発明による液
晶表示装置に好適な光源ユニットのインバータ回路及び
光源の別の結線形態の2つの例を示す平面図である。
【図24】本発明による液晶表示装置に組み込まれるサ
イドエッジ型の光源ユニットに関し、導光板の短辺側に
光源を配置したレイアウトの一例を示す斜視図である。
【図25】本発明による液晶表示装置に組み込まれるサ
イドエッジ型の光源ユニットに関し、L字型の光源で導
光板の側面を囲むレイアウトの一例を示す斜視図であ
る。
【図26】(a)及び(b)の夫々は、図25のレイア
ウトを有する光源ユニットのインバータ回路及び光源の
結線形態の2つの例を示す平面図である。
【図27】本発明による液晶表示装置に組み込まれるサ
イドエッジ型の光源ユニットに関し、(a)U字型の光
源で導光板の側面を囲むレイアウトの一例を示す斜視図
と、(b)このレイアウトに対応する光源ユニットのイ
ンバータ回路及び光源の結線形態の一例を示す平面図で
ある。
【図28】本発明による液晶表示装置に組み込まれるサ
イドエッジ型の光源ユニットに関し、(a)導光板の一
側面に線状の光源を設けたレイアウトの一例と、(b)
導光板の二辺に跨りL字型の光源を設けたレイアウトの
一例と、(c)導光板の三辺に跨りU字型の光源を設け
たレイアウトの一例とを夫々示す斜視図である。
【図29】(a)図28(b)のレイアウトを有する光
源ユニットの、(b)図28(c)のレイアウトを有す
る光源ユニットの、インバータ回路及び光源の結線形態
を夫々示す平面図である。
【図30】本発明による液晶表示装置に組み込まれる直
下型の光源ユニットに関し、(a)及び(b)は、この
光源ユニットにおけるインバータ回路及び光源の結線形
態の二例を夫々示す平面図である。
【図31】動画表示向けに提案された液晶表示装置の光
源の点灯態様に係り、(a)は光源(バックライト)の
レイアウトを、(b)はその点灯タイミングを夫々示す
説明図である。
【符号の説明】
1…偏光板、2,LC…液晶層、3,SUB1,SUB
2…基板、4…光学シート群、5…プリズムシート、6
…拡散フィルム、6a…拡散板、7…反射器、8…蛍光
灯(冷陰極管)、10…光学ユニット、11,GLB…
導光板、20…入力端子、21…インバータ回路、2
2,TR…変圧器、23…調光回路、24…スイッチン
グ素子、25…スイッチング制御回路、25a…ランプ
電流切替えスイッチ、26…電流計、LUM…照明装
置、AMM…電流計、CB…バラストコンデンサ、C−
Ctrl…電流制御回路、CT…対向電極、CTRL…
制御回路、DCS…直流電源、I−Sens…管電流
検知回路、Inv.−Trs.…インバータ−変圧器回
路、Os1,Os2…オシロスコープ、PNL…液晶表
示パネル、PWM−Ctrl…パルス幅変調制御素子、
PX…画素電極、V−Ctrl…電圧制御回路、VMT
…電圧計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09G 3/20 642 G09G 3/34 J 3/34 G02F 1/1335 530 (72)発明者 小野 記久雄 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 新谷 晃 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 2H091 FA14Z FA23Z FA41Z GA12 LA16 2H093 NC42 NC57 NC90 ND08 NE06 NE10 5C006 AB03 AF51 AF69 BF27 EA01 FA25 FA47 FA54 GA02 GA03 5C080 AA10 DD05 DD26 DD30 EE28 JJ02 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路とを備え、上記制御回路は直流電流を
    交流電流に変換する1次側回路と該交流電流の電圧振幅
    を上記光源の点灯に要する値に変換する2次側回路とを
    有し、上記1次側回路は第1の期間:tにおける第1
    の電流振幅を有する第1の交流電流の発生と、該第1の
    期間に続く第2の期間:tにおける上記第1の電流振
    幅より電流より小さい第2の電流振幅を有する第2の交
    流電流の発生を繰り返し、且つ、上記第1の期間及び上
    記第2の期間の夫々において、上記第1の交流電流のピ
    ーク強度:ip−p(1)並びに上記第2の交流電流の
    ピーク強度:ip−p(2)及び該第1の交流電流のピ
    ーク電位差:Vp−p(1)並びに該第2の交流電流の
    ピーク電位差:Vp−p(2)から求められる電力値:
    {(t×ip−p(1)×Vp−p(1))/2}+
    {(t×ip−p(2)×Vp−p(2))/2}が
    上記1次側回路において上記第1の期間及び上記第2の
    期間からなる1周期:(t+t)に生じる交流電流
    の実効電流値:Ieffと実効電圧値:Veffとで得
    られる電力値:(t+t)×(Ieff×
    Veff)より小さくなるように上記第1の交流電流及
    び上記第2の交流電流を制御することを特徴とする液晶
    表示装置。
  2. 【請求項2】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、ランプ電
    流を上記光源に供給する第1の期間:tの動作と上記
    ランプ電流の供給を休止する第2の期間:tの動作と
    を繰り返し、且つ、上記第1の期間において、上記光源
    に供給される上記ランプ電流のピーク強度:ip−p
    び該光源に該第1の期間に印加される電圧のピーク強
    度:Vp−pから求められる電力値:{(t×i
    p−p×Vp−p)/2}が、該第1の期間及び上記第
    2の期間からなる1周期:(t+t)に該光源に供
    給される実効電流:ieffと該光源に印加される実効
    電圧:Veffから求められる電力値:(t+t
    ×(ieff×Veff)より小さくするように上記制
    御回路を動作させることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、上記光源
    に第1の実効電圧:Vを印加して第1の実効電流:i
    を供給する第1の期間:tの動作と、上記光源に第
    2の実効電圧:Vを印加して上記第1の電流より小さ
    い第2の実効電流:iを供給する第2の期間:t
    動作とを繰り返し、且つ、上記第1の期間及び上記第2
    の期間からなる上記動作の繰返し周期:t+tにお
    いて上記光源から輻射される光の輝度の上記第1並びに
    第2の実効電圧及び上記第1並び第2の実効電流から求
    まる電力値:{(t×V×i)+(t×V×
    )}/(t+t)に対する比は、該繰り返し周
    期にて上記光源に供給される実効電流ieffと該光源
    に印加される実効電圧Veffとで求まる消費電力値:
    (Veff×ieff)に対応する輝度の該消費電力値
    に対する比より大きいことを特徴とする液晶表示装置。
  4. 【請求項4】複数の画素を有する液晶表示パネルと、両
    端部間の長さがL(cm)の管からなる冷陰極管を有し
    且つ該冷陰極管で発生される光を上記液晶表示パネルに
    照射する照明装置と、上記冷陰極管を制御する制御回路
    とを備え、上記制御回路は(1)第1の電力:W(W)
    を上記冷陰極管に供給する第1の期間:tの動作と上
    記第1の電力より小さい第2の電力:W(W)を上記
    冷陰極管に供給する第2の期間:tの動作とを繰り返
    し、且つ、(2)上記第1の電力は、その上記長さに対す
    る比:(W/L)が0.2W/cmより大きく設定さ
    れ、且つ、上記第2の電力は、その上記長さに対する
    比:(W/L)が0.1W/cm以下に設定されてい
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項5】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、上記光源
    に該光源のランプ電流の定格値より大きい第1の実効電
    流:iを供給する第1の期間:tの動作と、上記光
    源に該光源のランプ電流の定格値より小さい第2の実効
    電流:iを供給する第2の期間:tの動作とを繰り
    返し、且つ、上記第1の期間及び上記第2の期間からな
    る上記動作の繰返し周期:t+tにおける上記光源
    の輝度の積分値が該繰り返し周期における上記ランプ電
    流の定格値に対応する該光源の輝度の積分値より大きく
    なるように上記第1の実効電流、上記第2の実効電流、
    上記第1の期間、及び上記第2の期間が設定されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路と、上記光源の温度を検出する検出回
    路とを備え、上記制御回路は、第1の期間:tにて上
    記光源に第1の実効電流:iを供給する第1の動作
    と、第2の期間:tにて上記光源に上記第1の実効電
    流より小さい第2の実効電流:iを供給する第2の動
    作との切替え(スイッチング)を繰り返し、且つ、上記
    検出回路は上記光源の外壁温度が65℃を越えたとき上
    記制御回路に信号を送信し、且つ、上記制御回路は上記
    信号を受信することにより上記第1の動作から上記第2
    の動作への切替えを行うことを特徴とする液晶表示装
    置。
  7. 【請求項7】複数の画素を有する液晶表示パネルと、少
    なくとも一つの光源を有し且つ該光源で発生される光を
    上記液晶表示パネルに照射する照明装置と、上記光源を
    制御する制御回路と、上記光源の輝度を検出する検出回
    路とを備え、上記制御回路は、第1の期間:tにて上
    記光源に第1の実効電流:iを供給する第1の動作
    と、第2の期間:tにて上記光源に上記第1の実効電
    流より小さい第2の実効電流:iを供給する第2の動
    作との切替えを繰り返し、且つ、上記検出回路は上記第
    1の期間における上記光源の輝度が減少に転じたときに
    上記制御回路に信号を送信し、且つ、上記制御回路は上
    記信号を受信することにより上記第1の動作から上記第
    2の動作への切替えを行うことを特徴とする液晶表示装
    置。
  8. 【請求項8】上記光源がランプとランプの出射光を反射
    する反射器と反射された光を液晶層に導く導光板からな
    り、該導光板の側面の少なくとも1辺の長さ方向にラン
    プが配置されていることを特徴とする請求項1乃至7の
    いずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】前記ランプが該導光板の側面の2辺の長さ
    方向に配置されことを特徴とする請求項8に記載の液晶
    表示装置。
  10. 【請求項10】前記ランプが該導光板の側面の1辺の長
    さ方向に配置されことを特徴とする請求項8に記載の液
    晶表示装置。
  11. 【請求項11】前記第1の期間と前記第2の期間からな
    る周期が表示画像信号の書き換え周期と異なることを特
    徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の液晶表示装
    置。
  12. 【請求項12】前記第1の期間と前記第2の期間からな
    る周期が前記液晶表示パネルにおける表示画像信号の書
    き換え周期と均等に設定され、且つ前記液晶表示パネル
    に設けられた信号走査線がn本であるとき、この0.3
    n本目より0.7n本目に至る範囲に位置する該信号走
    査線のいずれかの信号走査の開始時間が該光源の点灯開
    始時間と同期していることを特徴とする請求項1乃至7
    のいずれかに記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項13】前記第1の期間と前記第2の期間とから
    なる周期と前記液晶表示パネルにおける表示画像信号の
    書き換え周期とが均等に設定され、且つ前記液晶表示パ
    ネルに設けられた信号走査線がn本からなる時にn=1
    本目の信号周期の開始時間が該光源の点灯開始時間から
    一定時間遅延していることを特徴とする請求項1乃至7
    のいずれかに記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項14】前記第2の期間が前記第1の時間の1/
    20以上であることを特徴とする請求項1乃至7のいず
    れかに記載の液晶表示装置。
  15. 【請求項15】前記第2の期間における前記光源の輝度
    の積分値が前記第1の期間における前記光源の輝度の9
    0%以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいず
    れかに記載の液晶表示装置。
  16. 【請求項16】前記光源は、ランプ直径が2.5mm以
    上の管状光源であることを特徴とする請求項1乃至7に
    記載の液晶表示装置。
  17. 【請求項17】前記光源は、その半径方向のガラス厚が
    1mm以上の管状光源であることを特徴とする請求項1
    乃至7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  18. 【請求項18】前記光源は、少なくとも1つの屈曲点を
    有するランプであることを特徴とする請求項1乃至7の
    いずれかに記載の液晶表示装置。
  19. 【請求項19】前記光源は、その内部にキセノンガスを
    含有するランプであることを特徴とする請求項1乃至7
    のいずれかに記載の液晶表示装置。
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