JP2008096902A - 発光装置およびそれを備えた映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動画の画質劣化を防ぐとともに小型化を図ることが可能な発光装置およびそれを備えた映像表示装置を提供する。
【解決手段】光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネル12に光を照射する発光装置2であって、各々が、1個または複数個の発光素子211を含み、パネル12に光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路21a〜24a,21b〜24bと、光源回路21a〜24a,21b〜24bを駆動する駆動回路部DV1,DV2と、光源回路21a〜24a,21b〜24bの各々と、駆動回路部DV1,DV2との導通および非導通をそれぞれ切り替えるスイッチSW21a〜SW24a,SW21b〜SW24bと、これらの各スイッチを制御して、所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の光源回路をそれぞれ発光させる制御部14とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネル12に光を照射する発光装置2であって、各々が、1個または複数個の発光素子211を含み、パネル12に光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路21a〜24a,21b〜24bと、光源回路21a〜24a,21b〜24bを駆動する駆動回路部DV1,DV2と、光源回路21a〜24a,21b〜24bの各々と、駆動回路部DV1,DV2との導通および非導通をそれぞれ切り替えるスイッチSW21a〜SW24a,SW21b〜SW24bと、これらの各スイッチを制御して、所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の光源回路をそれぞれ発光させる制御部14とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、映像を表示するための透過型の表示部に光を照射する発光装置およびそれを備えた映像表示装置に関するものである。
近年、パーソナルコンピュータのモニタおよびテレビの映像表示等に用いられる、透過型の液晶表示素子を含む液晶パネルを備えた映像表示装置が普及している(たとえば、特許文献1〜3参照)。液晶パネルは自ら発光するものではなく、液晶パネルの背面側にバックライトと呼ばれる光源を設置し、液晶パネルにバックライトからの光を透過させることで画像表示を行なうものである。また、画像表示方式の一つとして、インターレース方式が知られている。インターレース方式とは、1画像(1フレーム)の表示を複数のフィールド期間に分けて行なう方式である。日本のテレビジョン放送で使用されているNTSC(National Television Standards Committee)方式では1画像の半分の情報が1フィールド期間で更新される。
このような液晶表示素子を用いた映像表示装置は、従来のブラウン管(CRT:Cathode Ray Tube)を用いた映像表示装置とは異なり、表示される画像の輝度が1フィールド期間にわたってほぼ一定に保たれる、ホールド型と呼ばれる駆動方式(以下、ホールド型駆動方式とも称する。)を採用する映像表示装置である。ホールド型駆動方式の映像表示装置では、尾引きまたは動画ボケと呼ばれる、動画の画質劣化が発生することが知られている。ホールド型駆動方式の映像表示装置における動画画質劣化の要因としては、網膜残像の影響があることが知られている。つまり、ホールド型駆動方式の映像表示装置では、1フィールド期間中、常に画像が表示され続けるため、観察者の網膜上で異なるフィールド期間の画像が重ねられる。このため、観察者が輪郭のボケおよびなまりを感じてしまう。
ホールド型駆動方式の映像表示装置の尾引きを改善する手段としては、特許文献1に示されるような、いわゆるインパルス型点灯方式が知られている。インパルス型点灯方式とは、1フィールド期間において、光源を点灯させる短期間の発光期間を設け、発光期間以外は光源を消灯させておく消灯期間とするものである。特許文献1記載の映像表示装置では、光源と観察者との間にシャッタを設け、このシャッタがオン状態の場合のみ、光源からの光を観察者に到達させる。そして、1フィールド期間において、シャッタのオン状態およびオフ状態を切り替えることで発光期間および消灯期間を設けることにより、インパルス型点灯方式を実現している。
図9(a)は、映像表示装置における垂直同期信号を示す波形図である。図9(b)〜(d)は、映像表示装置におけるシャッタのオン状態およびオフ状態のタイミングを示す波形図である。
図9(a)を参照して、垂直同期信号の1周期が、1フィールド期間に相当する。NTSC方式の場合、垂直同期信号の周波数は約60Hzであり、1フィールド期間は、60Hzの1周期すなわち16.7msecである。
図9(b)は、シャッタを常にオンにした状態すなわちホールド型駆動方式を示している。これに対し、図9(c)は、フィールド期間の1/2(50%)だけシャッタをオンにした状態を示している。また、図9(d)は、フィールド期間の1/4(25%)だけシャッタをオンにした状態を示している。図9(b)および(c)のように1フィールド期間内でシャッタをオフにする期間を設けることにより、バックライトがインパルス型に発光したのと同等の効果が観察者において得られ、動画画像の尾引きを改善する、すなわち映像表示装置の動画画質劣化を防ぐことができる。なお、図9(c)に示す方式は、図9(b)に示す方式と比べてバックライトの発光期間が短く、バックライトの発光波形がインパルス型により近くなるため、動画画像の尾引きを改善する効果がさらに大きくなる。
特開平9−325715号公報
特許第3742093号公報
特開2005−258403号公報
「カラー画像工学」,映像情報メディア学会編,オーム社出版局,1997年,p.23−24
ところで、バックライト装置の光源としてCCFL(Cold Cathode Fluorescent Lighting:冷陰極蛍光ランプ)に代わり発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を使用することが提案されている。光源としてLEDを使用する場合、LEDを一定の輝度で発光させるためには定電流駆動回路が必要となる。大型のバックライト装置では、輝度を確保するためにLEDを多数接続する必要があることから、複数の出力端子を有する定電流ドライバIC(Integrated Circuit)が駆動回路として使用される。
図10(a)〜(c)は、バックライト装置における駆動部の構成を示す図である。
図10(a)に示すバックライト装置においては、LEDが5個直列に接続されたLED列が並列に配置されている。LED列は電流シンク型の定電流ドライバICの出力端子に接続される。定電流ドライバICは、対応のLED列を駆動する。
図10(a)に示すバックライト装置においては、LEDが5個直列に接続されたLED列が並列に配置されている。LED列は電流シンク型の定電流ドライバICの出力端子に接続される。定電流ドライバICは、対応のLED列を駆動する。
図10(a)に示す定電流ドライバICは4本の出力端子を有しているため、4個のLED列ごとに定電流ドライバIC1個が必要となる。
ここで、特許文献1に示されるようなインパルス型点灯方式を実現する場合、LEDを発光させるためのパルス幅を1フィールド期間に対して十分に狭く設定することが望まれる。しかしながら、パルス幅を狭くした場合、バックライト装置の輝度を確保するために、LEDに供給するピーク電流値を従来のホールド型駆動方式における電流値と比べて増加させる必要がある。
たとえば、先述の図9(c)および(d)に示すようなインパルス型点灯方式と、図9(b)に示すようなホールド型駆動方式の場合とで観察者から見たLEDの明るさ、すなわち輝度の時間平均値を等しくするためには、図9(c)に示す駆動方式ではピーク電流値Icを図9(b)に示すホールド型駆動方式の電流値Ibの2倍にする必要があり、また、図9(c)に示す駆動方式ではピーク電流値Idを図9(b)に示すホールド型駆動方式の電流値Ibの4倍にする必要がある。なお、上記はLEDの光出力すなわちLEDの発光量が、LEDの駆動電流値に比例すると仮定した場合に該当し、駆動電流−光出力特性が飽和に近づく場合には、さらに大きな電流をLEDに供給する必要が生じる。
LEDを定電流駆動するためのLEDドライバICでは、通常、1出力端子あたりの最大パルス出力電流が定格として定められている。図10(a)に示すバックライト装置において、LEDドライバICの1出力端子あたりの最大パルス出力電流の2倍の電流をLEDに供給する必要が生じた場合には、図10(b)に示すようにLEDドライバICの2個の出力端子を束ねて1LED列を駆動すればよい。しかしながら、図10(b)に示すバックライト装置では、1LED列に対して必要なLEDドライバICの出力端子数が2倍になるため、バックライト装置に使用する定電流ドライバICの個数が増加してしまう。すなわち、図10(a)に示すバックライト装置では4LED列ごとに1個の定電流ドライバICを使用しているのに対し、図10(b)に示すバックライト装置では2LED列ごとに1個の定電流ドライバICが必要となる。ここで、図10(c)に示すように2個の出力端子を束ねると共に直列接続されるLEDの個数を2倍の10個にすれば定電流ドライバICの個数は同一のままでよい。しかしながら、図10(a)および(b)に示すバックライト装置と比べて2倍の直流電圧をLED列に供給する必要が生じ、昇圧回路の追加等、バックライト装置における電源部が大型化してしまう。
それゆえに、本発明の目的は、動画の画質劣化を防ぐとともに小型化を図ることが可能な発光装置およびそれを備えた映像表示装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる発光装置は、光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネルに光を照射する発光装置であって、各々が、1個または複数個の発光素子を含み、パネルに光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路と、光源回路を駆動する駆動回路部と、光源回路の各々と、駆動回路部との導通および非導通をそれぞれ切り替えるn個のスイッチと、n個のスイッチを制御して、所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の光源回路をそれぞれ発光させる制御部とを備える。
好ましくは、制御部は、さらに、n個のスイッチを制御して、発光期間において対応の光源回路を複数回点滅させる。
好ましくは、パネルの表示する1つの画像は、複数のフィールド期間に分けて更新され、所定期間は、複数のフィールド期間のうちの1つのフィールド期間である。
好ましくは、駆動回路部は、並列に接続され、n個のスイッチを介してn個の光源回路に電流を供給する複数個の定電流回路を含む。
好ましくは、駆動回路部は、光源回路に電流を供給する電流吸い込み型の定電流回路を含む。
好ましくは、駆動回路部は、光源回路に流れる電流を検出し、検出結果に基づいて光源回路に電圧を供給するスイッチングレギュレータ回路である。
好ましくは、パネルは、それぞれ液晶表示素子を含む複数個の表示領域に分割され、n個の光源回路の各々は、対応の表示領域に光を照射し、制御部は、n個のスイッチを制御して、表示領域の液晶表示素子に供給される電圧が更新されてから液晶表示素子の応答が完了するまで表示領域に対応する光源回路を消灯させ、表示領域の液晶表示素子の応答が完了してから表示領域に対応する光源回路を発光させる。
より好ましくは、パネルは、それぞれ液晶表示素子を含む複数行の表示領域に分割され、n個の光源回路の各々は、直列接続される複数個の発光素子と、複数個の発光素子が直線状に配置される矩形状の発光素子用基板とを含み、n個の発光素子用基板は、発光素子の配置方向がパネルの行方向と略平行になるようにパネルの列方向に並んで配置される。
好ましくは、制御部は、n個の発光期間の長さをそれぞれ設定する。
好ましくは、発光素子は発光ダイオードである。
好ましくは、発光素子は発光ダイオードである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる映像表示装置は、光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネルと、各々が、1個または複数個の発光素子を含み、パネルに光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路と、光源回路を駆動する駆動回路部と、光源回路の各々と、駆動回路部との導通および非導通をそれぞれ切り替えるn個のスイッチと、n個のスイッチを制御して、所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の光源回路をそれぞれ発光させる制御部とを備える。
本発明によれば、動画の画質劣化を防ぐとともに小型化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置の外観図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置の構成を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置の外観図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置の構成を示す図である。
図1および図2を参照して、映像表示装置1は、液晶パネル12と、バックライト装置(発光装置)2と、映像回路部11と、電源部13とを備える。バックライト装置2は、光源部51と、駆動部22と、拡散板23とを含む。
液晶パネル12は、マトリクス状に配置された複数個の画素を含む。液晶パネル12における各画素には液晶表示素子すなわち薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が形成されている。液晶パネル12は、それぞれ液晶表示素子を含む複数個の表示領域に分割される。すなわち、液晶パネル12は、たとえば1080行×1920列の画素を有し、R(赤)・G(緑)・B(青)各8ビットの入力データにより約(28)3≒1700万通りの色を表現することができる。以下、液晶パネル12における1行分の画素をまとめて画素行と呼ぶ場合がある。なお、画素の行数および列数ならびに表示可能な色数は上記に限定されるものではない。
光源部51は、液晶パネル12の映像表示面の裏側に配置される。光源部51は、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bを含む。光源回路21a〜24aおよび21b〜24bは、それぞれLED基板(発光素子用基板)212a1〜212a4および212b1〜212b4を含む。LED基板212a1〜212a4および212b1〜212b4は、直列接続された5個のLED(発光素子)211が直線状に実装(配置)される矩形状の基板である。LED211はたとえば白色LEDである。LED基板212a1〜212a4および212b1〜212b4は、LED211の配置方向が液晶パネル12の行方向と略平行になるように液晶パネル12の列方向に並列に配置される。なお、図1では、簡単のためにLED基板212a4および212b4は示していない。以下、LED基板212a1〜212a4および212b1〜212b4をLED基板212と総称する場合がある。また、光源回路21a〜24aで構成されるグループをグループaと呼び、光源回路21b〜24bで構成されるグループをグループbと呼ぶ。
バックライト装置の発光素子としては現在主に冷陰極管(CCFL)が使用されているが、LEDは数MHz〜数十MHzオーダの高速駆動が可能であるためインパルス型点灯方式の実現に適している。
なお、本発明の実施の形態に係る発光装置では、光源部51は、8個の光源回路を備える構成であるとしたが、これに限定するものではなく、光源部51が複数個の光源回路を備える構成であればよい。また、光源回路は、直列接続される5個のLEDを含む構成であるとしたが、光源回路が含むLEDの個数は1個であってもよく、複数個であってもよい。
駆動部22が含む定電流回路とLED基板212とはハーネスを用いて接続される。これにより、駆動部22は、LED基板212上のLED211を駆動することができる。
拡散板23は、光源部51と液晶パネル12との間に挟まれた空間に設置され、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bにおけるLED211から受けた光を拡散させて均一にする。
図2を参照して、映像表示装置1は、映像回路部11と、透過型の液晶パネル12と、バックライト装置2と、ソースドライバ121と、ゲートドライバ122と、電源部13とを備える。映像回路部11は、映像信号入力端子111と、画像処理部112と、タイミングコントローラ(T−CON)113とを含む。バックライト装置2は、タイミング生成部(制御部)14と、光源部51と、駆動部22とを含む。光源部51は、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bを含む。駆動部22は、発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bと、LED駆動IC(Integrated Circuit)61および62とを含む。LED駆動IC61および62は、それぞれ、出力端子T1〜T4と、定電流回路K1〜K4とを含む。定電流回路K1およびK2は、駆動回路部DV1を構成し、定電流回路K3およびK4は、駆動回路部DV2を構成する。
光源回路21a〜24aおよび21b〜24bは、直列接続された5個のLED211および抵抗213をそれぞれ含む。抵抗213は、LED211の順方向電圧のばらつきおよび変動を吸収する。
電源部13は、映像回路部11、液晶パネル12およびバックライト装置2等に電力を供給する。
画像処理部112は、図示しない外部のアンテナおよび各種映像機器から出力された映像信号を映像信号入力端子111経由で受ける。画像処理部112は、映像信号をデコードし、液晶パネル12に映像を表示するために必要な種々の画像処理をデコードした映像信号に対して行ない、映像信号データ、垂直同期信号(VSYNC)および水平同期信号(HSYNC)を生成してT−CON113に出力する。
T−CON113は、垂直同期信号および水平同期信号に基づいて、映像信号データを適切なタイミングでソースドライバ121およびゲートドライバ122に出力する。ソースドライバ121およびゲートドライバ122は、液晶パネル12上に実装される。
タイミング生成部14は、発光制御信号CONTAおよびCONTBを駆動部22へ出力する。
駆動部22は、タイミング生成部14から受けた発光制御信号CONTAおよびCONTBに基づいて光源部51を駆動する。
光源部51は、駆動部22によって駆動されて発光し、液晶パネル12に光を照射する。
映像表示装置1は、以下のようにして液晶パネル12に映像を表示する。すなわち、T−CON113は、画像処理部112から受けた映像信号データに含まれる各画素の電圧データすなわち各画素の液晶表示素子に供給する電圧値を表わすデータをソースドライバ121に順次出力する。
ゲートドライバ122は、T−CON113が1画素行分の電圧データの出力を完了した時点で画素行を選択する。そして、ソースドライバ121は、T−CON113から受けた各画素の電圧データに基づいて、選択された画素行の全画素の電圧値を更新する。
ゲートドライバ122は、ソースドライバ121が1画素行の電圧値の更新を終了すると、次の画素行を選択する。そして、ソースドライバ121は、T−CON113から新たに受けた各画素の電圧データに基づいて、選択された次の画素行の電圧値の更新を行なう。
映像表示装置1は、たとえば液晶パネル12における全ての画素行の電圧値更新を1フィールド期間中に行ない、フィールド期間ごとに液晶パネル12におけるすべての画素行の電圧値更新を繰り返す。映像表示装置1は、このような映像信号データの出力すなわち画素の電圧値の更新をVSYNCに基づいて一定のタイミング、すなわちフィールド期間ごとに繰り返すことにより、液晶パネル12上に映像を表示する。
LED駆動IC61および62は、定電流シンクドライバである。LED駆動IC61および62は、定電流回路K1〜K4を用いて、外部から出力端子T1〜T4へ一定の電流を流し込む。このような構成により、各発光回路におけるLEDに流れる電流を常に一定とし、バックライト装置2の輝度の均一化を図ることができる。
なお、LED駆動IC61および62では、IC外部から出力端子T1〜T4経由でIC内部に電流が引き込まれるため、正しくは電流シンク端子と呼ぶべきであるが、ここでは簡単のため出力端子と呼ぶこととする。
ここで、LED211の駆動回路として電流ソース型の定電流回路を用いる場合には定電流回路の片側をLED211の電源電位、すなわち5個のLED211の順方向電圧の和より大きい20V程度の電位に接続する必要があるのに対し、LED駆動IC61および62は電流シンク型(電流吸い込み型)の定電流回路を用いているため、定電流回路の片側をグランド電位とすることができる。したがって、LED駆動IC61および62に耐圧の高い部品および製造プロセスを使用する必要がなく、LED駆動IC61および62の価格を低減することができる。
LED駆動IC61および62において、出力端子T1〜T4がそれぞれ1対1で定電流回路K1〜K4と接続される。そして、LED駆動IC61の2個の出力端子T1およびT2が発光制御スイッチSW21aおよびSW21bを介して光源回路21aおよび21bに接続される。また、LED駆動IC61の2個の出力端子T3およびT4が発光制御スイッチSW22aおよびSW22bを介して光源回路22aおよび22bに接続される。また、LED駆動IC62の2個の出力端子T1およびT2が発光制御スイッチSW23aおよびSW23bを介して光源回路23aおよび23bに接続される。また、LED駆動IC62の2個の出力端子T3およびT4が発光制御スイッチSW24aおよびSW24bを介して光源回路24aおよび24bに接続される。
このように、LED駆動ICの出力端子を束ねて光源回路に接続する構成により、LED駆動IC61および62の出力端子1個あたりの定格電流の2倍の電流でLED211を駆動することができる。すなわち、LED駆動ICの1出力端子あたりの定格を超える大電流をLED211に供給することができる。
発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bは、LED基板212と定電流回路とを接続する経路の途中に設けられる。発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bは、外部から受けた電圧に基づいて端子間の導通および非導通が切り替え可能なスイッチであり、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)およびバイポーラトランジスタ等の能動素子で実現される。発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bは、それぞれタイミング生成部14から受けた発光制御信号CONTAおよびCONTBに基づいてオン状態およびオフ状態を切り替えることにより、駆動回路部から光源回路21a〜24aおよび21b〜24bにおけるLED211へそれぞれ電流を供給するか否かを切り替える。
図3は、タイミング生成部14の構成を示す機能ブロック図である。
図3を参照して、タイミング生成部14は、クロック生成部141と、カウンタ142と、鋸波発生器143と、単極双投(single pole double transfer)スイッチ144と、コンパレータ145および146とを含む。
図3を参照して、タイミング生成部14は、クロック生成部141と、カウンタ142と、鋸波発生器143と、単極双投(single pole double transfer)スイッチ144と、コンパレータ145および146とを含む。
図4(a)〜(h)は、タイミング生成部14の動作を示す波形図である。なお、図3において(a)〜(h)で示す信号の波形が、それぞれ図4(a)〜(h)において示されている。
図3および図4を参照して、クロック生成部141は、PLL(Phase Locked Loop)を含み、画像処理部112から受けたVSYNC(a)を逓倍した逓倍クロック(b)を生成する。
カウンタ142は、クロック生成部141から受けた逓倍クロック(b)に基づいてカウントアップを行ない、カウント値(d)を単極双投スイッチ144へ出力する。また、カウンタ142は、画像処理部112から受けたVSYNC(a)に基づいてカウント値(d)をリセットする。
クロック生成部141は、図4に示すように、たとえば、画像処理部112から受けたVSYNC(a)を4逓倍した逓倍クロック(b)を生成する。
このため、カウンタ142は、0から3までカウントアップして再びカウント値(d)を0に戻す。
鋸波発生器143は、クロック生成部141から受けた逓倍クロック(b)に基づいて
逓倍クロック(b)と同じ周期を有する鋸波(c)を生成する。
逓倍クロック(b)と同じ周期を有する鋸波(c)を生成する。
単極双投スイッチ144は、カウンタ142から受けたカウント値(d)に基づいて、鋸波発生器143から受けた鋸波(c)をコンパレータ145またはコンパレータ146へ出力する。より詳細には、単極双投スイッチ144は、カウンタ142から受けたカウント値が0または1の場合には鋸波(c)をコンパレータ145へ出力し、カウント値(d)が2または3の場合には鋸波(c)をコンパレータ146へ出力する。
コンパレータ145は、設定値VCOMP1を有しており、鋸波(e)の信号レベルが設定値VCOMP1以下である場合にはLレベルの信号を発光制御信号CONTAとして出力し、鋸波(e)の信号レベルが設定値VCOMP1より大きい場合にはHレベルの信号を発光制御信号CONTAとして出力する(図4の(g))。
コンパレータ146は、設定値VCOMP2を有しており、鋸波(f)の信号レベルが設定値VCOMP2以下である場合にはLレベルの信号を発光制御信号CONTBとして出力し、鋸波(f)の信号レベルが設定値VCOMP2より大きい場合にはHレベルの信号を発光制御信号CONTBとして出力する(図4の(h))。
すなわち、タイミング生成部14は、1フィールド期間の前半または後半に2つのパルスを有する、VSYNCに同期したデジタル信号を生成することができる。タイミング生成部14は、それぞれ設定値VCOMP1およびVCOMP2の値を変更することにより、パルス幅t1およびt2を任意に変更することができる。タイミング生成部14は、発光制御信号CONTAおよびCONTBを駆動部22へ出力する。
ところで、特許文献1に示されるようなインパルス型点灯方式を実現する場合、バックライト装置の輝度を確保するために、LEDに供給するピーク電流値を従来のホールド型駆動方式における電流値と比べて増加させる必要があり、バックライト装置が大型化してしまうという問題点があった。しかしながら、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、タイミング生成部14は、1フィールド期間を2分割した発光期間において対応の光源回路におけるLED211をそれぞれ発光させる。たとえば、タイミング生成部14は、発光制御スイッチSW21aおよびSW21bを制御して、駆動回路部DV1から光源回路21aへの駆動経路の形成、および駆動回路部DV1から光源回路21bへの駆動経路の形成を1フィールド期間において時間的に切り替える。すなわち、光源回路21aおよび21bの駆動回路として1個の駆動回路部DV1を共通に使用し、2つの定電流回路K1およびK2が2つの光源回路21aおよび21bを駆動する。このような構成により、バックライト装置全体で必要な定電流回路の総数は、従来のホールド型駆動方式において1つの定電流回路で1つの光源回路を駆動する場合と等しくなる。したがって、インパルス型点灯方式においてホールド型駆動方式と同等の輝度を確保するためにピーク電流値を増加させた場合においても、LED駆動ICの個数の増加を防ぐことができ、バックライト装置の小型化、薄型化および低価格化を図ることができる。
なお、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、光源回路に大きなピーク電流を流すためにLED駆動ICの2個の出力端子を束ねて光源回路に接続する構成であるとしたが、これに限定するものではない。LED駆動ICの1個の出力端子の最大パルス出力電流に余裕がある場合は、LED駆動ICの1個の出力端子をスイッチを介して複数個の光源回路に接続する構成とすることが可能である。このような構成であっても、前述のようにたとえば駆動回路部DV1から光源回路21aへの駆動経路の形成、および駆動回路部DV1から光源回路21bへの駆動経路の形成を1フィールド期間において時間的に切り替えることができ、LED駆動ICの総使用個数を削減することができるという効果を奏する。
ここで、ソースドライバ121から液晶パネル12における液晶表示素子に供給する電圧値の更新を開始してから実際に液晶表示素子における液晶分子の応答が完了するまでには数ミリ秒の時間を要する。ホールド型駆動方式では、液晶表示素子の応答中、すなわち画像が変化している最中もバックライト装置が点灯しているが、インパルス型点灯方式では、液晶表示素子の応答中はバックライト装置を消灯しておき、液晶表示素子の応答が完了した状態でバックライト装置を点灯させることにより、動画表示性能を向上させることが望ましい。
図5(a)〜(e)は、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置が映像信号に同期してLEDを駆動する際の動作を示す図である。図5(c)および(e)において、1〜1080の数字は液晶パネル12の画素行の番号を示す。また、Aの網掛け部分は、対応の画素行における各画素の電圧データがソースドライバ121へ出力されている期間を示す。また、Bの網掛け部分は、液晶表示素子が供給電圧に対して応答中である期間を示す。
図5を参照して、タイミング生成部14は、液晶パネル12における1080行の画素行のうちの上半分、すなわち第1行から第540行までの画素行の応答が完了した時点で発光制御信号CONTAをHレベルとしてaグループのLED211を点灯させる(図5(b)および(c))。一方、タイミング生成部14は、液晶パネル12における1080行の画素行のうちの下半分、すなわち第541行から第1080行までの画素行は応答中であるため、発光制御信号CONTBをLレベルとしてbグループのLED211は消灯しておく(図5(d)および(e))。
そして、タイミング生成部14は、液晶パネル12における第541行から第1080行までの画素行の応答が完了した時点で発光制御信号CONTBをHレベルとしてbグループのLED211を点灯させる(図5(d)および(e))。一方、タイミング生成部14は、液晶パネル12における第1行から第540行までの画素行は応答中であるため、発光制御信号CONTAをLレベルとしてaグループのLED211は消灯しておく(図5(b)および(c))。
ここで、液晶パネル12の全画素行を一斉に駆動する駆動方法を採用した場合、液晶表示素子の応答時間をたとえば1フィールド期間の1/2に相当する8msecとすると、1フィールド期間の残り1/2しか発光期間を確保できない。また、aグループおよびbグループで駆動回路を共用する場合、各グループの発光期間は1フィールド期間の1/4になってしまう。
しかしながら、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、タイミング生成部14は、液晶パネル12の上半分の画素行および下半分の画素行にそれぞれ対応する光源回路を1フィールド期間の前半および後半で順番に駆動する。このような構成により、aグループおよびbグループの光源回路におけるLED211は、液晶表示素子の応答が完了した状態での発光期間を1フィールド期間の1/2ずつ確保することができる。なお、タイミング生成部14は、発光期間において光源回路におけるLED211を2回点滅させる構成であるが、このような構成であっても、十分な長さの発光期間を確保し、効率よくバックライト装置を発光させることが可能である。
また、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、タイミング生成部14は、1フィールド期間を分割した複数個の発光期間の長さをそれぞれ設定する。すなわち、タイミング生成部14におけるコンパレータ145および146が用いる設定値VCOMP1およびVCOMP2を変更することにより、発光制御信号CONTAのパルス幅t1および発光制御信号CONTBのパルス幅t2を調整し、バックライト装置の輝度を任意に変更することができる。ここで、バックライト装置の輝度は、映像信号および周囲環境その他の条件に応じて手動もしくは自動で調整する。たとえば周囲環境が暗い場合にはバックライト装置の輝度を下げ、明るい色が多く含まれる映像信号を表示する場合にはバックライト装置の輝度を高くすることができる。
また、特許文献1に示されるようなインパルス型点灯方式のバックライト装置を実現する場合には、以下のような課題が存在する。
図6は、点滅の周波数と、人間が点滅を視覚的に認識するレベルとの関係を示す図である。
図6を参照して、人間の眼は光の点滅に対してローパス特性を有しており、光の点滅速度が速くなるほど人間は点滅していることを認識しにくくなる。人間が点滅を認識できる限界の周波数は条件にもよるがおおよそ60Hz前後であり、60Hzより点滅速度を速くすると人間は点滅していることを認識できなくなる。なお、非特許文献1によると光源の輝度レベルによっては図6に示すようなローパス特性でなくバンドパス特性となる場合があるが、いずれにしても60Hzを閾値として、60Hz以下の点滅は人間がある程度認識できるのに対し、60Hzよりも高い周波数の点滅は人間がほとんど認識できなくなる。
特許文献1記載の映像表示装置では、1フィールド期間に1回、つまり人間が点滅を認識する閾値である60Hzで光源が点滅することから、観察者は光源の点滅を弱いながらもある程度認識することになる。このため、特許文献1記載の映像表示装置では、画面のちらつきすなわちフリッカ妨害と呼ばれる画質劣化を観察者が感じてしまうという問題点があった。フリッカ妨害は、眼精疲労の原因となる等、観察者に悪影響を及ぼすものである。
図7(a)は、従来のインパルス型点灯方式を採用するディスプレイにおける発光制御信号を示す波形図である。(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置における発光制御信号を示す波形図である。(c)は、従来のインパルス型点灯方式を採用するディスプレイにおける発光制御信号と、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置における発光制御信号とに対して、それぞれ高速フーリエ変換(FFT)を行なった結果を示すグラフ図である。
図7では、1フィールド期間は16.7msec、つまり、NTSC方式に従って光源を点灯させたと仮定している。また、従来のインパルス型点灯方式を採用するディスプレイおよび本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置の輝度が等しい条件で比較するため、図7(a)および(b)における発光期間は1フィールド期間の1/4の期間であると仮定している。また、図7(c)において、グラフaは、1フィールド期間において1回の点滅を行なった場合における高速フーリエ変換の結果を示している。グラフbは、1フィールド期間において2回の点滅を行なった場合におけるフーリエ変換の結果を示している。
グラフaの発光制御信号、およびグラフbの発光制御信号には、共に60Hzの周波数成分が存在することが分かる。これは、NTSC方式における1フィールド期間が60Hzに相当することに起因するものであり、NTSC方式の場合には60Hzの周波数成分が必ず存在する。
ここで、グラフaおよびグラフbの60Hzの周波数成分を比較すると、グラフbの方がグラフaと比べて60Hzの周波数成分のパワーが小さいことが分かる。これは、タイミング生成部14が、1フィールド期間においてHレベルとなる期間が2回存在する発光制御信号を生成することにより、発光制御信号の周波数成分を60Hzよりも高い周波数成分にパワーを分散させているからである。
前述のように、60Hzを境界にして点滅に対する人間の視覚的認識能力は著しく劣化する。すなわち、グラフaで示される点灯方式と比べてグラフbで示される点灯方式の方が、観察者がフリッカ妨害を感じにくい点灯方式であることが分かる。
以上より、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、1フィールド期間において発光期間および消灯期間を設けるインパルス型点灯方式を実現していることから、ホールド型駆動方式のディスプレイの尾引き等の動画画質劣化を改善することが可能である。さらに、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、従来のインパルス型点灯方式を行なうバックライト装置と比べて発光制御信号の60Hzの周波数成分のパワーを小さくできることから、観察者が感じるフリッカ妨害を軽減することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、バックライト装置の発光素子として従来主に使用されている冷陰極管(CCFL)に代えて高速駆動可能な発光ダイオードを使用する。このような構成により、発光素子の発光期間を短くすることで、インパルス型点灯方式の理想的な駆動パルス波形を実現することができる。
なお、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、タイミング生成部14は、1フィールド期間の前半または後半に2つのパルスを有する発光制御信号を生成する構成であるとしたが、これに限定するものではない。タイミング生成部14は、1フィールド期間の前半または後半に3つ以上のパルスを有する発光制御信号を生成する構成とすることができる。このような構成により、発光制御信号の60Hzの周波数成分のパワーをさらに低減し、動画のフリッカ妨害をさらに軽減することができる。たとえば、タイミング生成部14におけるクロック生成部141が含むPLLの構成を変更して、クロック生成部141が、画像処理部112から受けたVSYNCを8逓倍した逓倍クロックを生成する。この場合、1フィールド期間の前半または後半に4つのパルスを有する発光制御信号を生成することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、光源部51が含む光源回路を2グループに分割する構成であるとしたが、これに限定するものではない。光源部51が含む光源回路を3グループ以上に分割し、タイミング生成部14が、1フィールド期間をグループ数だけ分割した発光期間において対応の光源回路をそれぞれ発光させる構成とすることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置では、LED駆動IC61の外部に発光制御スイッチSW21a、SW21b、SW22aおよびSW22bを備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。発光制御スイッチSW21a、SW21b、SW22aおよびSW22bを集積回路化してLED駆動IC61に内蔵させることも可能である。また、発光制御スイッチSW23a、SW23b、SW24aおよびSW24bも同様に集積回路化してLED駆動IC62に内蔵させることが可能である。このような構成により、バックライト装置をさらに小型化することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る映像表示装置と比べて駆動部の構成を変更した映像表示装置に関する。
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る映像表示装置と比べて駆動部の構成を変更した映像表示装置に関する。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る映像表示装置の構成を示す図である。
図8を参照して、映像表示装置3は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置と比べて、バックライト装置2の代わりにバックライト装置4を備える。バックライト装置4は、タイミング生成部14と、光源部51と、駆動部32とを含む。駆動部32は、発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bと、スイッチングレギュレータ回路71とを含む。スイッチングレギュレータ回路71は、電流センス抵抗R11〜R14と、コンパレータ322と、コントローラ323と、スイッチ324と、ダイオードD1と、コイルL1と、コンデンサC1とを含む。スイッチングレギュレータ回路71は、本発明における駆動回路部に相当する。
図8を参照して、映像表示装置3は、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置と比べて、バックライト装置2の代わりにバックライト装置4を備える。バックライト装置4は、タイミング生成部14と、光源部51と、駆動部32とを含む。駆動部32は、発光制御スイッチSW21a〜SW24aおよびSW21b〜SW24bと、スイッチングレギュレータ回路71とを含む。スイッチングレギュレータ回路71は、電流センス抵抗R11〜R14と、コンパレータ322と、コントローラ323と、スイッチ324と、ダイオードD1と、コイルL1と、コンデンサC1とを含む。スイッチングレギュレータ回路71は、本発明における駆動回路部に相当する。
スイッチングレギュレータ回路71は、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bに流れる電流を検出し、検出結果に基づいて光源回路21a〜24aおよび21b〜24bに直流電圧を供給する。
より詳細には、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bに流れる電流は、電流センス抵抗R11〜R14の両端電圧として検出される。
コンパレータ322は、電流センス抵抗R11の両端電圧と予め設定されている設定値とを比較し、比較結果に基づく誤差信号をコントローラ323に出力する。
コントローラ323は、コンパレータ322から受けた誤差信号に基づいて、スイッチ324のオン状態およびオフ状態を切り替える。スイッチ324は、電源部12から受けた直流電圧を後段の回路へ出力するか否かを切り替える。
ダイオードD1は、スイッチ324から受けた電圧を半波整流してコイルL1およびコンデンサC1へ出力する。
コイルL1およびコンデンサC1は、半波整流後の電圧を平滑して直流電圧を生成し、光源回路21a〜24aおよび21b〜24bにおけるLED211へ出力する。
このように、スイッチングレギュレータ回路71は、電流センス抵抗R11の両端電圧と設定値との誤差に応じてLED211へ供給する電圧を制御するフィードバック制御を行なう。このような構成により、電流センス抵抗R11の両端電圧、すなわちLED211に流れる電流値を常に一定にすることができる。また、スイッチングレギュレータ回路71は、LED211の順方向電圧のばらつきおよび変動を吸収することができるため、本発明の第1の実施の形態に係るバックライト装置における光源回路の抵抗213が不要になる。また、光源回路の抵抗213と比べて、電流センス抵抗R11〜R14の抵抗値を小さくすることができる。すなわち、LED211に大電流を流す場合でもLED211に直列接続された抵抗による熱損失を低減することができ、バックライト装置の消費電力を低減することができる。
なお、本発明の第2の実施の形態に係るバックライト装置では、LED211の電気的特性のばらつきが小さい場合を想定している。このため、光源回路21aおよび21bにおけるLED211に対するフィードバック制御を行なっており、他の光源回路では同じ抵抗値の電流センス抵抗R12〜R14を配置するだけでフィードバック制御を行なっていない。
しかしながら、このような構成以外に、たとえばグループaおよびグループbの1組の光源回路ごとにフィードバックループを設け、それぞれ独立に光源回路に供給する電圧すなわちLED211に流れる電流をフィードバック制御する構成であってもよい。また、カレントミラー回路等を用いて、フィードバックループが設けられていない光源回路のLED211に流れる電流値をフィードバックループが設けられた光源回路のLED211に流れる電流値に合わせる構成であってもよい。上記のいずれの構成を採用するかはLED211の電気的特性のばらつきの大きさおよび許容される部材コスト等に応じて決定することができる。
その他の構成および動作は第1の実施の形態に係る映像表示装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
したがって、本発明の第2の実施の形態に係る映像表示装置では、本発明の第1の実施の形態に係る映像表示装置と同様に、動画の画質劣化を防ぐとともに小型化を図ることができる。
なお、本発明の第1および第2の実施の形態に係る映像表示装置では、LED211は白色LEDであるとしたが、これに限定されるものではなく、LED211の代わりにR・G・Bの三色のLEDを備え、三色のLEDからの光の混色により白色光を得る構成とすることができる。
また、本発明の第1および第2の実施の形態に係る映像表示装置は、フィールド周波数が約60HzのNTSC方式の映像信号に基づいて映像を表示する構成に限定されるものではなく、NTSC方式以外に、たとえばPAL(Phase Alternation by Line system)方式、SECAM(SEquential Couleur Avec Memoire)方式およびHDTV(High Definition Television)方式など、所定のフィールド期間ごとに画像が更新される任意の方式に対応させることが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,3 映像表示装置、2,4 バックライト装置(発光装置)、11 映像回路部、12 液晶パネル、13 電源部、14 タイミング生成部(制御部)、21a〜24a,21b〜24b 光源回路、22,32 駆動部、23 拡散板、51 光源部、61,62 LED駆動IC、71 スイッチングレギュレータ回路、111 映像信号入力端子、112 画像処理部、113 タイミングコントローラ(T−CON)、121 ソースドライバ、122 ゲートドライバ、141 クロック生成部、142 カウンタ、143 鋸波発生器、144 単極双投スイッチ、145,146 コンパレータ、211 LED、213 抵抗、322 コンパレータ、323 コントローラ、324 スイッチ、D1 ダイオード、L1 コイル、C1 コンデンサ、DV1,DV2 駆動回路部、K1〜K4 定電流回路、SW21a〜SW24a,SW21b〜SW24b 発光制御スイッチ、T1〜T4 出力端子、R11〜R14 電流センス抵抗。
Claims (11)
- 光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネルに光を照射する発光装置であって、
各々が、1個または複数個の発光素子を含み、前記パネルに光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路と、
前記光源回路を駆動する駆動回路部と、
前記光源回路の各々と、前記駆動回路部との導通および非導通をそれぞれ切り替えるn個のスイッチと、
前記n個のスイッチを制御して、前記所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の前記光源回路をそれぞれ発光させる制御部とを備える発光装置。 - 前記制御部は、さらに、前記n個のスイッチを制御して、前記発光期間において対応の前記光源回路を複数回点滅させる請求項1記載の発光装置。
- 前記パネルの表示する1つの画像は、複数のフィールド期間に分けて更新され、
前記所定期間は、前記複数のフィールド期間のうちの1つのフィールド期間である請求項1記載の発光装置。 - 前記駆動回路部は、
並列に接続され、前記n個のスイッチを介して前記n個の光源回路に電流を供給する複数個の定電流回路を含む請求項1記載の発光装置。 - 前記駆動回路部は、前記光源回路に電流を供給する電流吸い込み型の定電流回路を含む請求項1記載の発光装置。
- 前記駆動回路部は、前記光源回路に流れる電流を検出し、前記検出結果に基づいて前記光源回路に電圧を供給するスイッチングレギュレータ回路である請求項1記載の発光装置。
- 前記パネルは、それぞれ液晶表示素子を含む複数個の表示領域に分割され、
前記n個の光源回路の各々は、対応の前記表示領域に光を照射し、
前記制御部は、前記n個のスイッチを制御して、前記表示領域の液晶表示素子に供給される電圧が更新されてから前記液晶表示素子の応答が完了するまで前記表示領域に対応する光源回路を消灯させ、前記表示領域の液晶表示素子の応答が完了してから前記表示領域に対応する光源回路を発光させる請求項1記載の発光装置。 - 前記パネルは、それぞれ液晶表示素子を含む複数行の表示領域に分割され、
前記n個の光源回路の各々は、
直列接続される複数個の前記発光素子と、
前記複数個の発光素子が直線状に配置される矩形状の発光素子用基板とを含み、
前記n個の発光素子用基板は、前記発光素子の配置方向が前記パネルの行方向と略平行になるように前記パネルの列方向に並んで配置される請求項7記載の発光装置。 - 前記制御部は、前記n個の発光期間の長さをそれぞれ設定する請求項1記載の発光装置。
- 前記発光素子は発光ダイオードである請求項1記載の発光装置。
- 光を透過することにより画像を表示し、光の透過状態が所定期間ごとに更新されるパネルと、
各々が、1個または複数個の発光素子を含み、前記パネルに光を照射するn(nは2以上の自然数)個の光源回路と、
前記光源回路を駆動する駆動回路部と、
前記光源回路の各々と、前記駆動回路部との導通および非導通をそれぞれ切り替えるn個のスイッチと、
前記n個のスイッチを制御して、前記所定期間をn分割したn個の発光期間において対応の前記光源回路をそれぞれ発光させる制御部とを備える映像表示装置。
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