JP2006278107A

JP2006278107A - 面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置

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Publication number: JP2006278107A
Application number: JP2005094526A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Enomoto; 弘美榎本; Susumu Okazaki; 晋岡崎; Hiroyuki Isogai; 博之磯貝
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20070080923A1; CN1841158A; CN100504545C; KR100811352B1; KR20060105473A

Abstract

【課題】本発明は、面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関し、良好な表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｒ、Ｇ、Ｂの光を発光する複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュール１６と導光板１４とを備えた光源部と、ＬＥＤからの光の強度をそれぞれ検出してＲ、Ｇ、Ｂ毎の検出信号を出力するカラーセンサ基板２０と、検出信号に基づいて複数のＬＥＤをそれぞれ制御するＬＥＤ制御部１８と、検出信号のゲイン設定をそれぞれ変更可能な１段目のゲイン設定部４１及び２段目のゲイン設定部４２とを有するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関する。

ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を画素毎のスイッチング素子として備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、ＣＲＴに比べて薄型化及び軽量化を容易に実現でき、ＣＲＴに劣らない表示品質を得ることができるため、一般家庭用のテレビ受像機やＯＡ機器の表示装置としての普及が期待されている。液晶表示装置は、薄型化及び軽量化が可能な点を生かして、ノート型ＰＣ等の携帯型情報機器だけでなくさまざまなマルチメディア情報機器への対応が求められている。それとともに液晶表示装置は、表示輝度や色度の安定した良好な表示品質が求められている。

図７（ａ）は、フラットパネルディスプレイの中でも高い表示品質の得られるアクティブマトリクス型液晶表示装置が備える透過型の液晶表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。図７（ｂ）は、液晶表示パネルの構成を模式的に示す断面図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、液晶表示パネルは、外周部に塗布されたシール材１５２を介して互いに貼り合わされたＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０４と、両基板１０２、１０４間に封止された液晶層１０６とを有している。ＴＦＴ基板１０２には、複数のゲートバスライン１１２と、絶縁膜を介してゲートバスライン１１２に交差する複数のドレインバスライン１１４とが形成されている。両バスライン１１２、１１４の交差部毎には、ＴＦＴ１２０と透明導電膜からなる画素電極とが形成されている。ＴＦＴ基板１０２の表示領域外周部には、ゲートバスライン１１２を駆動するゲートバスライン駆動回路１６１と、ドレインバスライン１１４を駆動するドレインバスライン駆動回路１６０とが形成されている。また、ＴＦＴ基板１０２には、外部接続端子が形成される端子部１６２と、端子部１６２の配線等を保護する保護膜１６３とが形成されている。

一方、対向基板１０４の表示領域ほぼ全域には、透明導電膜からなる共通電極１４２が形成されている。共通電極１４２は、トランスファ１５０を介してＴＦＴ基板１０２側に接続され、コモン電位に維持されている。共通電極１４２、画素電極、及びそれらの間に挟まれた液晶層１０６により、液晶容量Ｃｌｃが形成される。

液晶表示装置は、上記のような透過型の液晶表示パネルの他に、液晶表示パネルの裏面側に配置されるバックライトユニットとを有している。液晶表示パネルの液晶を画素毎に駆動し、バックライトユニットからの光の透過率を制御することにより所望の表示が実現される。近年、バックライトユニットには、例えばＣＣＦＬ、ＬＥＤ、ＥＬ等のさまざまな光源が用いられている。液晶表示パネルには駆動用の回路が備えられ、バックライトユニットにも光源点灯用の回路が備えられている。液晶表示装置は、液晶表示パネルとバックライトユニットとの適切な組合せにより、良好な表示品質が得られるようになっている。

特開平１１−２９５６８９号公報特開平５−１２７６０２号公報

より良好な表示品質を得るためには、バックライトの輝度調整やホワイトバランス調整が必要になる。しかしながら従来の液晶表示装置では、バックライトの輝度調整やホワイトバランス調整を適切に行うことが困難であり、良好な表示品質を得られないという問題が生じていた。

本発明の目的は、良好な表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

上記目的は、発光色の互いに異なる複数種類のＬＥＤを備えた面状の光源部と、前記複数種類のＬＥＤからの光の強度をそれぞれ検出して複数の検出信号を出力する色度センサ部と、前記複数の検出信号に基づいて前記複数種類のＬＥＤをそれぞれ制御するＬＥＤ制御部と、前記複数の検出信号のゲイン設定をそれぞれ変更可能な複数段のゲイン設定部とを有することを特徴とする面照明装置によって達成される。

本発明によれば、良好な表示品質の得られる面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置を実現できる。

本発明の一実施の形態による面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置について図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施の形態による液晶表示装置の構成を模式的に示している。図１に示すように、液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の裏面側に配置されたバックライトユニット（面照明装置）８とを有している。液晶表示パネル１は、画素毎にＴＦＴ及び画素電極をそれぞれ備えたＴＦＴ基板２と、ＴＦＴ基板２に対向する面に共通電極を備えた対向基板４と、両基板２、４間に封止された液晶層とを有している。ＴＦＴ基板２には、複数のデータバスライン（信号電極）及び複数のゲートバスライン（走査電極）が互いに交差して形成されている。

あるゲートバスラインが選択状態になって当該ゲートバスラインに接続されたＴＦＴがオン状態になると、データバスラインに印加されている階調電圧が各画素電極に書き込まれる。次フレームに当該ゲートバスラインが選択状態になるまで各画素が電荷を保持することにより、画素電極と共通電極との間の液晶層には所定の電圧が印加され続ける。印加される電圧に応じて液晶分子の傾斜角度が決まるので、光の透過量を画素毎に制御することができ、階調表示などが可能となる。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタを画素毎に形成してＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を混合することにより、カラー表示が実現される。液晶表示パネル１を駆動する回路は、各ゲートバスラインを駆動するゲートバスラインドライバ、各データバスラインを駆動するデータバスラインドライバ、及び共通電極にコモン電圧を印加するコモン電圧回路等から構成される。ゲートバスラインドライバＩＣ１０は、ＴＦＴ基板２のゲートバスラインの一端側に配置され、データバスラインドライバＩＣ１１は、データバスラインの一端側に配置されている。またＴＦＴ基板２には、周辺回路基板１２が接続されている。

バックライトユニット８は、面状の光源部を有している。光源部は、面状の導光板１４と、導光板１４の対向する２端辺近傍に複数のＬＥＤが直線状に配置されたＬＥＤモジュール１６とを備えている。ＬＥＤモジュール１６は発光色の互いに異なる複数種類のＬＥＤを有しており、例えばＲの光を発光する複数のＬＥＤと、Ｇの光を発光する複数のＬＥＤと、Ｂの光を発光する複数のＬＥＤとを有している。またバックライトユニット８は、ＬＥＤモジュール１６を制御するＬＥＤ制御部１８を有している。

本実施の形態では、バックライトユニット８の一部分（例えば導光板１４の裏面側）にカラーセンサが設けられている。カラーセンサは、ＬＥＤからのＲ、Ｇ、Ｂの光の強度をそれぞれ検出し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各検出信号を出力する。カラーセンサから出力されるＲ、Ｇ、Ｂの各検出信号に基づいて各色のＬＥＤをフィードバック制御することにより、光源の輝度調整及び色度補正（ホワイトバランス調整）を常に行うことが可能になっている。また本実施の形態では、輝度範囲や色度範囲に合わせてさまざまな輝度調整及び色度補正が可能となるように、検出信号のゲイン設定を種々の値に変更できるゲイン設定部が設けられている。一般にゲイン設定部は、カラーセンサが実装されるカラーセンサ基板上にのみ設けられているため、予め設定されたゲイン設定を変更するのが困難であるという問題もあった。これに対し、外部からの信号によりゲイン設定を変更できるようにすればゲイン設定の変更が比較的容易になるが、余分な信号や回路が必要になるためバックライトユニット８及び液晶表示装置の大型化や製造コストの増加の原因になってしまうという問題があった。これらの問題を解決するために、本実施の形態では複数段のゲイン設定部が設けられている。例えば１段目のゲイン設定部はカラーセンサ基板上に設けられ、２段目のゲイン設定部はカラーセンサ基板とは別に設けられたカラーセンサコントローラ基板（ＬＥＤ制御部１８）上に設けられている。これにより、電源を装置に組み込んだ後にもゲイン設定を容易に変更できるようになっている。

（実施例１）
本実施の形態の実施例１による面照明装置について説明する。図２は、本実施例によるバックライトユニットの構成を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、カラーセンサ基板（カラーセンサ部）２０は、導光板１４の裏面側に配置されている。カラーセンサ基板２０には、カラーセンサと１段目のゲイン設定部４１とが設けられている。カラーセンサから出力されるＲ、Ｇ、Ｂの各検出信号（Ｘセンス信号、Ｙセンス信号、Ｚセンス信号）は、１段目のゲイン設定部４１により所定のゲインでそれぞれ増幅され、ＬＥＤ制御部１８のカラーセンサコントローラ２２に入力される。カラーセンサコントローラ２２は、センサコントローラＩＣ２４と、所定の情報を記憶するメモリ２６と、アンプ回路３６及びスイッチ（ＳＷ）２８を備えた２段目のゲイン設定部４２とを有している。２段目のゲイン設定部４２では、スイッチ２８を切り替えることによりＲ、Ｇ、Ｂの各検出信号のゲイン設定をそれぞれ変更でき、カラーセンサ基板２０から入力するＲ、Ｇ、Ｂの各検出信号をそれぞれ所定のゲインで増幅してセンサコントローラＩＣ２４に出力するようになっている。センサコントローラＩＣ２４及びメモリ２６には、外部から＋５ＶＤＣの電源が供給され、ＩＩＣ信号やリセット信号等が入出力するようになっている。カラーセンサコントローラ２２は、入力したＲ、Ｇ、Ｂの検出信号と予め設定された計算式とに基づきＰＷＭ信号（Ｒ−ＰＷＭ信号、Ｇ−ＰＷＭ信号、Ｂ−ＰＷＭ信号）を生成して出力する。

ＰＷＭ信号は、ＬＥＤモジュール１６を駆動するＬＥＤ駆動部である定電流電源回路３０に入力される。定電流電源回路３０には、外部から＋２４ＶＤＣの電源が供給されている。定電流電源回路３０は、ＰＷＭ信号に基づいてＬＥＤモジュール１６の各色のＬＥＤにそれぞれ定電流（Ｒ用定電流、Ｇ用定電流、Ｂ用定電流）を流すようになっている。各色のＬＥＤは、電流量にほぼ比例した輝度でそれぞれ発光する。このようにＬＥＤ制御部１８は、カラーセンサから出力されて２段のゲイン設定部４２でそれぞれ増幅されたＲ、Ｇ、Ｂの各検出信号に基づいて、ＰＷＭ制御方式を用いてＲ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤに流す電流量をそれぞれフィードバック制御し、輝度調整及び色度補正を行うようになっている。なおＬＥＤに流す電流量を制御するのではなく、ＬＥＤに印加する電圧を制御することにより輝度調整及び色度補正を行うようにしてもよい。

本実施例では、カラーセンサ基板２０とカラーセンサコントローラ２２との双方にゲイン設定部４１、４２が設けられている。導光板１４の裏面側に配置されるカラーセンサ基板２０に比較すると、カラーセンサコントローラ２２内のスイッチ２８の切替えは容易である。このため、特にカラーセンサコントローラ２２に２段目のゲイン設定部４２が設けられていることによって、輝度範囲又は色度範囲の変動に対応して容易にゲイン設定を変更でき、輝度調整及び色度補正を行うことができる。また、例えば変更可能なゲイン設定は、カラーセンサ基板２０側の１段目のゲイン設定部４１では等倍、２倍、４倍、・・・としておき、カラーセンサコントローラ２２側の２段目のゲイン設定部４２では０．５倍、１．５倍、・・・としておく。このように、複数段のゲイン設定部にそれぞれ複数のゲイン設定を用意しておくことにより、異なる輝度範囲、色度範囲のＬＥＤバックライトに対しても、ゲイン設定の変更による輝度調整及び色度補正が可能になる。なお、カラーセンサ基板２０側のゲイン設定部４１での１段目のゲイン設定は電源を装置に組み込む前に行われており、カラーセンサコントローラ２２側のゲイン設定部４２での２段目のゲイン設定は１段目のゲイン設定を固定した状態で行うことができるようになっている。

（実施例２）
次に、本実施の形態の実施例２による面照明装置について説明する。図３は、本実施例によるバックライトユニットの構成を模式的に示すブロック図である。実施例１では、機械的なスイッチ２８を用いて２段目のゲイン設定を変更していたのに対し、図３に示すように本実施例では、プログラムソフトウェアを用いて２段目のゲイン設定を変更できるようになっている。ゲイン設定変更用のプログラムソフトウェアはセンサコントローラＩＣ２４内に組み込まれている。例えば１段目のゲイン設定を固定した状態で、センサコントローラＩＣ２４がバックライトの輝度や色温度に基づいて２段目のゲイン設定をＲ、Ｇ、Ｂ毎に選択するようになっている。

図４は、バックライトユニットの要部構成の変形例を示している。図４に示すように、カラーセンサコントローラ２２は、ゲイン設定変更用のプログラムソフトウェアを有するマイコン３２を備えている。マイコン３２は、例えばバックライトの輝度や色温度に基づいて所定のデジタル信号を各アンプ回路３６に出力するようになっている。各アンプ回路３６は、例えば互いに異なる抵抗値を有する抵抗Ｒ１〜Ｒ３を備えている。マイコン３２等から出力されるデジタル信号によって、各アンプ回路３６のゲインを決めている抵抗Ｒ１〜Ｒ３が切り替えられ、ゲイン設定が変更されるようになっている。

（実施例３）
次に、本実施の形態の実施例３による面照明装置について説明する。図５は、本実施例によるバックライトユニットの要部構成を模式的に示している。図５に示すように、２段目のゲイン設定部４２の各アンプ回路３６は、デジタル信号により抵抗値を調整できる電子ボリューム３４をそれぞれ有している。マイコン３２等から出力されるデジタル信号に基づいて各電子ボリューム３４の抵抗値を変化させることにより、各アンプ回路３６のゲインを決めている抵抗値がそれぞれ変化する。本実施例では、スイッチ等により抵抗を切り替える必要がないため、バックライトの輝度や色温度に基づいて２段目のゲイン設定をより細かく変更することができる。

（実施例４）
次に、本実施の形態の実施例４による面照明装置について説明する。図６は、本実施例によるバックライトユニットの要部構成を模式的に示している。図６に示すように、本実施例では、センサコントローラＩＣ２４がカラーセンサからの出力信号に基づいてＰＷＭ信号を生成するとともに、Ｘ、Ｙ、Ｚの各センス信号をマイコン３２に出力する。マイコン３２は比較演算回路、カウンタ回路及びレジスタ等を備えており、入力した各センス信号に基づいて比較演算等を行い、ゲイン設定用のデジタル信号を電子ボリューム３４に出力する。マイコン３２から出力されるデジタル信号に基づいて電子ボリューム３４の抵抗値を変化させることにより、各アンプ回路３６のゲインを決めている抵抗値が変化する。本実施例では使用者が判断や操作を行う必要がなく、フィードバック制御により適切なゲイン設定が自動的に選択される（オートゲインコントロール（ＡＧＣ））。ゲイン設定用の初期データは、装置出荷前にＥＥＰＲＯＭ（記憶部）３８などに格納されている。通常動作時には、マイコン３２がＥＥＰＲＯＭ３８に格納されたデータを読み出してレジスタに書き込み、ゲイン設定を行う。ゲイン設定を変更した場合、マイコン３２は、ＥＥＰＲＯＭ３８に格納された初期データを消去し、新たなゲイン設定データをＥＥＰＲＯＭ３８に書き込んで記憶させるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態では、バックライトユニット８の一部分にカラーセンサを備え、各検出信号によりバックライト光源の輝度調整及び色度補正を行う。カラーセンサ基板２０と、ＬＥＤ制御部１８のカラーセンサ系回路（カラーセンサコントローラ２２）とには、複数の輝度範囲や複数の色度範囲に適合するセンサ値のゲイン設定を変更可能なゲイン設定部がそれぞれ備えられている。これにより、輝度調整や色度補正が容易に行えるようになっている。輝度の変更時やＬＥＤ素子の変更時などにもカラーセンサの交換などが必要なく、適切なゲイン設定を容易に行うことができる。また、輝度調整や色度補正を常に行うことが可能となる。さらに、実施例４のように電子ボリューム３４を用い、検出信号のフィードバックを行えば、オートゲインコントロールが可能となり、より適切なゲイン設定を容易に行うことができる。このように本実施の形態によれば、輝度及び色度の安定した良好な表示品質が得られ、薄型で省スペースな面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置が得られる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、導光板の少なくとも一端辺近傍にＬＥＤが配置されたサイドライト型のバックライトユニットを例に挙げたが、本発明はこれに限らず、直下型のバックライトユニットにも適用できる。

以上説明した実施の形態による面照明装置及びそれを備えた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
発光色の互いに異なる複数種類のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
前記複数種類のＬＥＤからの光の強度をそれぞれ検出して複数の検出信号を出力する色度センサ部と、
前記複数の検出信号に基づいて前記複数種類のＬＥＤをそれぞれ制御するＬＥＤ制御部と、
前記複数の検出信号のゲイン設定をそれぞれ変更可能な複数段のゲイン設定部と
を有することを特徴とする面照明装置。
（付記２）
付記１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、スイッチを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
（付記３）
付記１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、プログラムソフトウェアを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
（付記４）
付記１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、電子ボリュームを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
（付記５）
付記４記載の面照明装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、前記複数の検出信号に基づいて前記他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更すること
を特徴とする面照明装置。
（付記６）
付記５記載の面照明装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、変更したゲイン設定を記憶する記憶部を有していること
を特徴とする面照明装置。
（付記７）
付記２乃至６のいずれか１項に記載の面照明装置において、
前記一部のゲイン設定部は前記色度センサ部に設けられ、前記他のゲイン設定部は前記ＬＥＤ制御部に設けられていること
を特徴とする面照明装置。
（付記８）
面照明装置と前記面照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置であって、
前記面照明装置として付記１乃至７のいずれか１項に記載の面照明装置が用いられていること
を特徴とする液晶表示装置。

本発明の一実施の形態による液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態の実施例１による面照明装置の構成を模式的に示すブロック図である。本発明の一実施の形態の実施例２による面照明装置の構成を模式的に示すブロック図である。本発明の一実施の形態の実施例２による面照明装置の要部構成の変形例を示す図である。本発明の一実施の形態の実施例３による面照明装置の要部構成を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態の実施例４による面照明装置の要部構成を模式的に示す図である。液晶表示パネルの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１液晶表示パネル
２ＴＦＴ基板
４対向基板
８バックライトユニット
１０ゲートバスラインドライバＩＣ
１１データバスラインドライバＩＣ
１２周辺回路基板
１４導光板
１６ＬＥＤモジュール
１８ＬＥＤ制御部
２０カラーセンサ基板
２２カラーセンサコントローラ
２４センサコントローラＩＣ
２６メモリ
２８スイッチ
３０定電流電源回路
３２マイコン
３４電子ボリューム
３６アンプ回路
３８ＥＥＰＲＯＭ
４１１段目のゲイン設定部
４２２段目のゲイン設定部

Claims

発光色の互いに異なる複数種類のＬＥＤを備えた面状の光源部と、
前記複数種類のＬＥＤからの光の強度をそれぞれ検出して複数の検出信号を出力する色度センサ部と、
前記複数の検出信号に基づいて前記複数種類のＬＥＤをそれぞれ制御するＬＥＤ制御部と、
前記複数の検出信号のゲイン設定をそれぞれ変更可能な複数段のゲイン設定部と
を有することを特徴とする面照明装置。
請求項１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、スイッチを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
請求項１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、プログラムソフトウェアを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
請求項１記載の面照明装置において、
前記複数段のゲイン設定部のうち一部のゲイン設定部でのゲイン設定を固定した状態で、電子ボリュームを用いて他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更可能であること
を特徴とする面照明装置。
請求項４記載の面照明装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、前記複数の検出信号に基づいて前記他のゲイン設定部でのゲイン設定を変更すること
を特徴とする面照明装置。
請求項５記載の面照明装置において、
前記ＬＥＤ制御部は、変更したゲイン設定を記憶する記憶部を有していること
を特徴とする面照明装置。
請求項２乃至６のいずれか１項に記載の面照明装置において、
前記一部のゲイン設定部は前記色度センサ部に設けられ、前記他のゲイン設定部は前記ＬＥＤ制御部に設けられていること
を特徴とする面照明装置。
面照明装置と前記面照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置であって、
前記面照明装置として請求項１乃至７のいずれか１項に記載の面照明装置が用いられていること
を特徴とする液晶表示装置。