JP2007141715A - Ｌｅｄバックライトユニット及び該ユニットを備える画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶パネルの明るさを変化させるときに、ＬＥＤの分光特性の変化による色再現性の悪化を抑制し、安定した高画質の画像表示を行う。
【解決手段】バックライトを構成する複数のＬＥＤ１１を複数のグループに分け、そのグループごとに発光輝度を制御し、全てのＬＥＤ１１の発光輝度の平均値が所望の輝度となるように制御する。このときにグループごとの発光輝度制御によって、個々のＬＥＤ１１の電流値の制御範囲（変化幅）を従来よりも低く抑える。ＬＥＤ１１によって照明される液晶パネル１６の表示画面の明るさは、グループ毎に発光制御された各ＬＥＤ１１のトータルの発光量によって所望の値となるように制御される。これにより表示画面の明るさを変更する場合にも、個々のＬＥＤ１１の電流制御範囲が小さいため表示画面の色再現性を悪化させることなく安定した画質の表示を行うことができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤバックライトユニット及び該ユニットを備える画像表示装置に関し、より具体的には、液晶パネル等の光変調素子を照明する素子としてＬＥＤを使用したＬＥＤバックライトユニットと、そのＬＥＤバックライトユニットを使用して画像表示を行う画像表示装置に関する。

液晶パネルなどの光変調素子を背面から照明するバックライトとして、ＬＥＤバックライトが注目されている。ＬＥＤバックライトには、白色ＬＥＤを配列して白色光の照明光を発光する構成のものや、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色のＬＥＤを配列し、これらの３色の光を混色して白色光とする構成のものがある。また上記白色ＬＥＤには、短波長ＬＥＤに蛍光体を組み合わせて白色を得る方式のものや、青色ＬＥＤに蛍光体を組み合わせて白色を得る方式、あるいは青色ＬＥＤに黄色の蛍光体を組み合わせて白色を得る方式のもの等がある。

このような、ＬＥＤを利用したバックライトは、従来一般的な冷陰極管（ＣＣＦＬ）等の蛍光管を利用したバックライトに比較して、いくつかの特徴的な利点が得られている。
例えば、従来バックライトとして使用されていた蛍光管は、点灯するときに高い電圧を必要とし、また蛍光管の点灯・消灯を煩雑に繰り返すとその寿命が短くなる、という課題を有していた。また蛍光管は、通常ガラス材によって形成されているため、バックライト光源として形状の自由度に制限がある、という課題もあった。

これに対して、ＬＥＤを使用したバックライトは、蛍光管に比して低電圧で駆動することができ、また消費電力が少なく、寿命が長い等の優位な性能を備えている。
また３色のＬＥＤを使用したバックライトでは、光の３原色に近い波長から白色光を得るため、従来の冷陰極管に比べて色の自由度が高まるという特徴がある。特に色再現性を大幅に拡大することが可能で、ＮＴＳＣ規格比で１００％を超える色再現性を実現したり、白色点（白の色味）を自由に調整したりすることができるようになる。

ＬＥＤバックライトには、例えば、液晶パネルの背面側に導光板を配置し、その導光板の端部に複数のＬＥＤをアレイ状に配列した導光板方式のものがある。この場合、ＬＥＤアレイから発光した照明光は、導光板を介して液晶パネルを照明する。また導光板と液晶パネルとの間には、照明光に配光特性や輝度分布特性を与えるために、拡散板、プリズムシート、反射偏光板等の光学シート類が適宜配設される。

上記のような導光板方式に対して、液晶パネルの背面側の直下にＬＥＤを配列する直下型のＬＥＤバックライトが提供されている。直下型のＬＥＤバックライトにおいても、ＬＥＤと液晶パネルの間には上記のような光学シート類が適宜配設される。

上記のような直下型のＬＥＤバックライトは、導光板方式に比して光利用効率が高く、また軽量化が可能であるなどの長所がある。光利用効率に関し、導光板方式のＬＥＤバックライトでは、その光利用効率は例えば約５０％程度であるのに対して、直下型のＬＥＤバックライトでは、光利用効率は例えば約７５％と高くなる。
一般に液晶パネルを用いた表示装置では高レベルの画面輝度が求められる。例えば、液晶テレビジョン装置では、画面の輝度レベルは少なくとも４５０ｃｄ／ｍ^２が要求され、このような要求を満足するためには、基本的には光利用効率の高い直下型方式のＬＥＤバックライトが有利であるものといえる。

上記のようなＬＥＤバックライトユニットを使用した画像表示装置では、一般に表示画面の明るさを変更させることができる。表示画面の明るさは、例えばユーザ操作に応じて適宜変更することができ、あるいは周囲の明るさや表示映像の内容に応じて自動的に表示画面の明るさを変更するような画像表示装置も提供されている。このように表示画面の明るさを変更する場合には、ＬＥＤの発光輝度を変更する。ＬＥＤの発光輝度は、通常、ＬＥＤを駆動する直流電流を増減することにより制御することができる。

上記のようなＬＥＤバックライトの輝度調整技術に関し、例えば、特許文献１では、表示輝度の向上を図るとともに、画面輝度に高精度の制御を容易に行うことができるようにした液晶表示装置が開示されている。特許文献１のバックライトのＬＥＤアレイは、赤，緑，青のＬＥＤ素子を１チップとしたＬＥＤチップを複数有している。そしてこれらの複数のＬＥＤチップは、略一様に分布して配置させた態様で複数のグループに分割されている。輝度調整は、各グループ毎にＬＥＤ素子の一括点灯／一括消灯を制御し、各グループ毎にＬＥＤ素子の駆動電流を制御することにより実行される。
特開２００４−３３３５８３号公報

ＬＥＤバックライトユニットを使用した画像表示装置では、その画面の明るさを変更するためにＬＥＤの発光輝度を変化させるとき、ＬＥＤを駆動する直流電流値の変化に応じてＬＥＤの分光特性が変化し、色再現性が悪化するという問題がある。

図６は、従来のＬＥＤの発光輝度制御例を説明するための図で、ＬＥＤの発光輝度をその最大値の１００％〜２５％まで変化させるときの電流値との関係を示すものである。従来のＬＥＤバックライトユニットにおいてＬＥＤの発光輝度を制御する場合、それぞれのＬＥＤを駆動する直流電流値を直線的に変化させることにより、その電流値に応じてＬＥＤの発光輝度を変化させる。図６の例では、ＬＥＤの発光輝度を１００％〜２５％の範囲で変化させる場合には、電流値はその最大電流値の１００％〜２５％の範囲で変化させる必要があった。

上述のように、ＬＥＤの分光特性はその電流値に応じて変化し、画像表示装置の色再現性を悪化させる。このときに上記のような従来の制御方法では電流値の変化幅が大きく、ＬＥＤの分光特性の変化も大きなものとなっていた。すなわち、従来のようにＬＥＤバックライト装置の発光輝度を制御するときに、各ＬＥＤの直流電流を制御する制御方法では、その電流値の変化によるＬＥＤ分光特性の変化が大きく、色再現性が悪化するという問題があった。

また上記特許文献１の液晶表示装置では、ＬＥＤによる表示用光源を複数組にグループ化し、各組毎に一括点灯／一括消灯するように制御したり、あるいは各ブロック毎に複数種類の駆動電流を用いて輝度制御を行っている。しかしながら、上記特許文献１ではＬＥＤを駆動する直流電流値の制御幅を小さくしてＬＥＤの分光特性の変化を小さくするという技術思想は何ら開示するものではなく、特許文献１の液晶表示装置では、ＬＥＤバックライト装置を使用した画像表示装置の色再現性の悪化を抑えることはできない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤから発光された光により液晶パネルを背面から照明するようにしたＬＥＤバックライト装置において、液晶パネルに表示する表示画面の明るさを変化させるときに、ＬＥＤの分光特性の変化による色再現性の悪化を抑制し、安定した高画質の画像表示を行うことができるようにしたＬＥＤバッライトユニットと、該ユニットを備えた画像表示装置とを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、ＬＥＤから発光された光により液晶パネルを背面から照明するようにしたＬＥＤバックライトユニットにおいて、ＬＥＤバックライトユニットは、複数のＬＥＤを複数のグループに分けて、各グループ毎に調光を可能とする調光制御部を有し、調光制御部は、少なくとも一部の制御範囲において、グループ毎に異なる電流値で前記ＬＥＤを駆動させることにより、液晶パネルにおいて所望の明るさを得ることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、調光制御部が、全てのＬＥＤの発光輝度の平均値が所望の値となるように、ＬＥＤを駆動させることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、調光制御部が、個々のＬＥＤを駆動する電流値の幅が所定幅以内に収まるように、ＬＥＤを駆動させることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、調光制御部が、ＬＥＤの発光輝度の平均値が所定の範囲内であるときには、一部のグループのＬＥＤを消灯することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、複数のグループを構成する各ＬＥＤが、他のグループを構成するＬＥＤに隣接するように配置されていることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１ないし第５のいずれか１の技術手段におけるＬＥＤバックライトユニットと、ＬＥＤバックライトユニットにより照明される液晶パネルとを備え、液晶パネルによりＬＥＤバックライトユニットによる照明光を変調することにより画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置である。

本発明によれば、ＬＥＤから発光された光により液晶パネルを背面から照明するようにしたＬＥＤバックライト装置において、液晶パネルに表示する表示画面の明るさを変化させるときに、ＬＥＤの分光特性の変化による色再現性の悪化を抑制し、安定した高画質の画像表示を行うことができるようにしたＬＥＤバッライトユニットと、該ユニットを備えた画像表示装置とを提供することを目的とするものである。

図１は、直下型のＬＥＤバックライトの構成例を説明するための図で、図中、１０はＬＥＤバックライトユニット、１１はＬＥＤ、１２は拡散板、１３は他の光学シート、１４は反射板、１５はＬＥＤバックライトユニットの筐体、１６は液晶パネルである。
図１に示す例では、バックライトユニットの筐体１５の底面側に反射板１４が配置され、その上面側に複数のＬＥＤ１１がマトリックス状に配設されている。マトリックス状のＬＥＤ１１は、複数のＬＥＤ１１を基板上にアレイ状に配設したユニットを、さらに複数並べて構成することができる。また、反射板１４に貫通孔を開けて、その貫通孔に個々のＬＥＤ１１を配設するようにしてもよい。あるいは、ＬＥＤ１１を配設する基板表面に印刷等の手法により反射面を形成し、ＬＥＤ基板に反射板１４の機能を付与するようにしてもよい。

本発明では、これらＬＥＤ１１の構成については何ら限定されるものではなく、複数のＬＥＤ１１が液晶パネル１６の背面側に配置された構成を備えていればよい。また本実施形態のＬＥＤバックライト装置は、上記のような白色ＬＥＤを使用した照明方式であってもよく、またＲＧＢの３色のＬＥＤを配設した照明方式であってもよく、特に使用するＬＥＤを限定するものではない。
またＬＥＤを点灯制御するためのＬＥＤ点灯回路，調光制御部，ＬＥＤ点灯回路等からなる図示しない各種電気回路部品は、バックライトユニットの背面にまとめて配置されるが、特にその詳細な位置関係については限定されない。

ＬＥＤ１１から発光した光は、拡散板１２により拡散され、さらに他の光学シート類１３で所定の作用を受けて液晶パネル１６を背面側から照明する。上記他の光学シート類１３は、例えば、プリズムシートや反射偏光板等の光学シートが適宜用いられる。
液晶パネル１６は、入力する映像信号に応じて各画素の液晶の配向が制御され、ＬＥＤ１１から発光した照明光を変調する。これにより液晶パネル１６上に映像信号に応じた映像が表示される。

本発明では、直下型のＬＥＤバックライトユニットにおいて、バックライトを構成する複数のＬＥＤ１１を複数のグループに分け、そのグループ毎に発光輝度を制御し、全てのＬＥＤの発光輝度の平均値が所望の輝度となるように制御する。
そしてこのときに、グループ毎の発光輝度制御によって、個々のＬＥＤ１１の電流値の制御範囲（変化幅）を従来よりも低く抑えるようにする。ＬＥＤ１１によって照明される液晶パネル１６の表示画面の明るさは、グループ毎に発光制御された各ＬＥＤ１１のトータルの発光量によって所望の値となるように制御される。これにより表示画面の明るさを変更する場合にも、個々のＬＥＤ１１の電流制御範囲が小さいため表示画面の色再現性を悪化させることなく安定した画質の表示を行うことができるようになる。

図２は、ＬＥＤのグループ分け構成の一例を説明するための図である。本例では、ＬＥＤバックライトユニット１０を構成する複数のＬＥＤ１１を２つのグループに分け、それぞれのグループごとに発光輝度を制御できるようにしている。
図２に示すように、第１のグループを構成するＬＥＤ１１ａと、第２のグループを構成するＬＥＤ１１ｂとを交互に配置する。この場合は白色ＬＥＤを使用したバックライトユニットに適用が可能である。

またＲＧＢ３色のＬＥＤを使用した構成では、例えば隣接するＲＧＢの３つのＬＥＤを１組とし、各組のＬＥＤが２つのグループのいずれかに属するように回路を構成する。そして第１のグループを構成する組のＬＥＤと、第２のグループを構成する組のＬＥＤとが交互に配置されるようにする。すなわち複数のグループを構成する各ＬＥＤ１１が、他のグループを構成するＬＥＤ１１に隣接するように配置することが好ましい。これにより、表示画面上の色むらを目立たなくすることができる。
なお本発明に関わる複数のグループ構成は、上記の２つのグループのみならず、３またはそれ以上のグループ数を設定することができる。

またＬＥＤバックライトユニットを構成する複数のＬＥＤ１１の配列は、縦横にマトリックス状に並んだ構成のみならず、例えば、縦列と横列のＬＥＤ１１が交互にずれて並ぶいわゆる千鳥状の配列で構成されていてもよい。

図３は、本発明のＬＥＤバックライトユニットに適用可能な電源回路の構成例を説明するための図である。本例では、調光制御部２２において電源回路２１からの入力電圧または電流をＤＣ―ＤＣコンバータ等で変化させて、その駆動電圧（電流）の大きさで直接ＬＥＤ点灯回路２３の負荷として接続されたＬＥＤ１１の電流を変化させて調光する。このときに調光制御部２２は、複数のグループのＬＥＤ１１の調光が可能なように構成され、ＬＥＤ点灯回路２３は、その調光制御部２２による調光制御に従って、複数グループのＬＥＤを個別に点灯する。
なお、ＬＥＤ１１をグループ毎に発光制御する電源回路は上記の例に限定されることなく、予め定めたグループ毎にＬＥＤを発光制御できる回路であれば適宜公知の技術を適用することができる。

図４は、２つのグループで構成したＬＥＤの発光制御例を説明するための図で、図４（Ａ）は第１のグループの発光輝度制御特性を説明する図、図４（Ｂ）は第２のグループの発光輝度制御特性を説明する図、図４（Ｃ）は表示画面（液晶パネル）の明るさ（輝度）特性を説明する図である。
ここで図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１及び第２のグループの発光輝度制御により得られるＬＥＤの平均輝度値を横軸にとり、その輝度を得るためのＬＥＤの駆動電流値を縦軸にとっている。そして図４（Ｃ）は、ＬＥＤの平均輝度値を横軸にとり、ＬＥＤの駆動電流の平均値を縦軸にとっている。ここでは第１のグループのＬＥＤの数と、第２のグループのＬＥＤの数は同量であるものとする。

図４（Ａ）に示すように、第１のグループのＬＥＤは、平均輝度が２５％〜５０％の間では、その電流値を５０％〜１００％まで直線的に変化させる。このとき図４（Ｂ）に示すように平均輝度値が２５％〜５０％の間では、第２のグループのＬＥＤは全て消灯する。これにより、図４（Ｃ）に示すように、ＬＥＤの平均輝度は、第１のグループと第２のグループのＬＥＤの発光輝度の平均値となって、見かけ上上記図６で説明した従来の輝度特性と同様となる。

また、ＬＥＤの平均輝度が５０％〜１００％の間では、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第１及び第２のグループの全てのＬＥＤにおいて電流値を５０％〜１００％まで直線的に変化させる。従ってこのときの平均輝度も、図４（Ｃ）に示すように５０％〜１００％まで直線的に変化する。
すなわち、ＬＥＤバックライトユニットを構成する複数のＬＥＤを２つのグループに分けて、上記図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のように制御することにより、ＬＥＤの発光輝度を従来と同様に制御することができる。

このときに本例では、各ＬＥＤの発光輝度を制御する電流値の幅が従来例の２／３となっている。つまり図４（Ａ）に示す第１のグループのＬＥＤ、及び図４（Ｂ）に示す第２のグループのＬＥＤにおいて、平均輝度を２５％〜１００％まで変化させるときに必要とする電流値の幅は、それぞれ５０％〜１００％の範囲である。従来例では、平均輝度を２５％〜１００％まで変化させるためには、ＬＥＤの電流値を２５〜１００％まで変化させる必要があったが、本例によって電流値の制御幅を大幅に削減することができる。

このように、電流値の制御幅を削減することにより、電流値の変化に伴うＬＥＤの分光特性の変化が抑えられ、表示画面の色再現性の悪化を抑制して、高画質の画面を安定して表示させるようにすることができる。

ＬＥＤのグループ分けによる制御は、上記のように２つのグループのみならず、３つ以上のグループに分けることにより、さらに各ＬＥＤの電流値の制御幅を削減する制御を行うことができるようになる。グループ数を増加させて個々のＬＥＤの電流値の制御幅をさらに削減することにより、色再現性の変化をさらに抑制することができる。

図５は、本発明のＬＥＤバックライトユニットを備えた画像表示装置の構成例を説明するためのブロック図で、画像表示装置として構成された液晶テレビジョン受像機の例を示すものである。本例では、液晶テレビジョン装置が備える液晶パネル（ＬＣＤ）の照明用として、上記実施形態で説明したごとくのＬＥＤバックライトユニットを適用したものとする。

テレビジョン受像機３０において、チューナ３２は、アンテナ３１によって受信されたテレビジョン放送信号からチャンネルを選局する。またビデオ入力端子３３は、テレビジョン受像機３０に内蔵もしくは外部接続されたＡＶ機器からのビデオ信号を入力する。そして切換部３４において、チューナ３２で選局されたテレビジョン放送信号とビデオ入力端子３３を介して入力したビデオ信号とを切換出力する。

切換部３４から出力された映像信号は映像処理部３５で映像処理され、ＬＣＤ制御部３６に出力される。映像処理部３５は、入力したビデオ信号から映像信号の生成処理や各種の画質調整処理等を行う。映像処理部３５は、コンポジット信号のＹＣ分離処理、ＹＣ信号からＲＧＢ信号を生成するＲＧＢ信号デコード処理、ＡＤ変換処理、色空間変換処理、ＩＰ変換処理、スケーリング処理、ＦＲＣ処理、色補正処理、同期検出処理、γ補整処理、ＯＳＤ表示処理等の映像信号処理を適宜実行する

ＬＣＤ制御部３６は、映像処理部３５から出力されたＲＧＢの画像表示信号に従ってＬＣＤ３７のソースドライバに出力する階調データ及び信号線制御信号を生成するとともに、ゲートドライバに出力する走査線制御信号を生成し、ＬＣＤ３７における画像表示制御を行う。またＬＣＤ制御部３６は、光源駆動部３８へ出力するバックライト制御信号を生成し、ＬＥＤバックライト３９の発光駆動制御を行う。ＬＥＤバックライト３９には、例えば図１に示したＬＥＤバックライトユニット１０を適用することができる。

光源駆動部３８は、図３に示した調光制御部２２、ＬＥＤ点灯回路２３を含むもので、図示しない電源回路から供給される電力を使用して、ＬＥＤバックライト３９の点灯駆動制御を実行する。

またテレビジョン受像機３０において、切換部３４から出力された音声信号は、音声処理部４０で処理されてスピーカ４１から音声出力される。
またリモコン受光部４２は、リモコン装置５０から送信された赤外線によるリモコン操作信号を受光し、制御部４３へ送る。制御部４３は、リモコン受光部４２で受光したリモコン操作信号を検出・解析し、チューナ３２，切換部３４，映像処理部３５、ＬＣＤ制御部３６、音声処理部４０等に対してそれらの動作を制御する制御信号を出力する。ここではメモリ４４に記憶されたプログラムやデータが使用される。また液晶テレビジョン装置３０に対するユーザによる操作入力は、上記リモコン装置５０だけでなく、液晶テレビジョン受像機３０の本体操作部に設けられた操作キーやスイッチを用いて実行することもできる。

なお、本発明に関わる画像表示装置は、上記の液晶テレビジョン受像機に限定されることはなく、液晶パネルを背面から照明して、表示画像を生成する構成を有する種々の画像表示装置に適用することができる。

直下型のＬＥＤバックライトの構成例を説明するための図である。 ＬＥＤのグループ分け構成の一例を説明するための図である。 本発明のＬＥＤバックライトユニットに適用可能な電源回路の構成例を説明するための図である。 ２つのグループで構成したＬＥＤの発光制御例を説明するための図である。 本発明のＬＥＤバックライトユニットを備えた画像表示装置の構成例を説明するためのブロック図である。 従来のＬＥＤの発光輝度制御例を説明するための図である。

符号の説明

１０…ＬＥＤバックライトユニット、１１，１１ａ，１１ｂ…ＬＥＤ、１２…拡散板、１３…光学シート類、１４…反射板、１５…筐体、１６…液晶パネル、２１…電源回路、２２…調光制御部、２３…ＬＥＤ点灯回路、３０…テレビジョン受像機、３１…アンテナ、３２…チューナ、３３…ビデオ入力端子、３４…切換部、３５…映像処理部、３６…ＬＣＤ制御部、３７…ＬＣＤ、３８…光源駆動部、３９…ＬＥＤバックライト、４０…音声処理部、４１…スピーカ、４２…リモコン受光部、４３…制御部、４４…メモリ、５０…リモコン装置。

Claims (6)

1. ＬＥＤから発光された光により液晶パネルを背面から照明するようにしたＬＥＤバックライトユニットにおいて、
   該ＬＥＤバックライトユニットは、複数のＬＥＤを複数のグループに分けて、各グループ毎に調光を可能とする調光制御部を有し、
   該調光制御部は、少なくとも一部の制御範囲において、前記グループ毎に異なる電流値で前記ＬＥＤを駆動させることにより、前記液晶パネルにおいて所望の明るさを得ることを特徴とするＬＥＤバックライトユニット。
2. 請求項１に記載のＬＥＤバックライトユニットにおいて、
   前記調光制御部は、全ての前記ＬＥＤの発光輝度の平均値が所望の値となるように、前記ＬＥＤを駆動させることを特徴とするＬＥＤバックライトユニット。
3. 請求項２に記載のＬＥＤバックライトユニットにおいて、
   前記調光制御部は、個々の前記ＬＥＤを駆動する電流値の幅が所定幅以内に収まるように、前記ＬＥＤを駆動させることを特徴とするＬＥＤバックライトユニット。
4. 請求項３に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記調光制御部は、前記ＬＥＤの発光輝度の平均値が所定の範囲内であるときには、一部の前記グループのＬＥＤを消灯することを特徴とするＬＥＤバックライトユニット。
5. 請求項１ないし３のいずれか１に記載のＬＥＤバックライトユニットにおいて、
   前記複数のグループを構成する各ＬＥＤは、他のグループを構成するＬＥＤに隣接するように配置されていることを特徴とするＬＥＤバックライトユニット。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載のＬＥＤバックライトユニットと、該ＬＥＤバックライトユニットにより照明される液晶パネルとを備え、該液晶パネルにより前記ＬＥＤバックライトユニットによる照明光を変調することにより画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置。

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