JP2008250174A - Backlight device, method for controlling backlight and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バックライト装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関し、特に、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするバックライト装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a backlight device, a backlight control method, and a liquid crystal display device, and in particular, a backlight device, a backlight control method, and a liquid crystal that can prevent luminance unevenness when viewed from an oblique direction. The present invention relates to a display device.
液晶表示装置(LCD: Liquid crystal display)は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板や液晶層などを有する液晶パネルと、その背面側に配置されるバックライトなどにより構成される。 A liquid crystal display (LCD) is composed of a color filter substrate colored with red, green and blue, a liquid crystal panel having a liquid crystal layer, etc., and a backlight arranged on the back side thereof. The
液晶表示装置では、電圧を変化させることにより液晶層の液晶分子のねじれが制御され、液晶分子のねじれに応じて液晶層を透過してきたバックライトの白色光が赤色、緑色、または青色のカラーフィルタを通過することにより赤色、緑色、または青色の光となって、画像が表示される。 In the liquid crystal display device, the twist of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled by changing the voltage, and the white light of the backlight transmitted through the liquid crystal layer according to the twist of the liquid crystal molecules is a color filter of red, green, or blue By passing through, the light becomes red, green, or blue light, and an image is displayed.
なお、以下では、電圧を変化させることにより液晶分子のねじれを制御して光の透過率を変更することを、液晶開口率の制御という。また、光源であるバックライトから出射され、液晶層に入射される光の輝度を「バックライト輝度(発光輝度)」と称し、液晶表示装置に表示された画像を視認する視聴者が感じる光の強度である、液晶パネルの前面から出射された光の輝度を「表示輝度」と称する。 In the following, changing the light transmittance by controlling the twist of the liquid crystal molecules by changing the voltage is referred to as controlling the liquid crystal aperture ratio. In addition, the luminance of light emitted from the backlight, which is a light source, and incident on the liquid crystal layer is referred to as “backlight luminance (light emission luminance)”, and the light felt by the viewer viewing the image displayed on the liquid crystal display device. The luminance of light emitted from the front surface of the liquid crystal panel, which is the intensity, is referred to as “display luminance”.
従来、液晶表示装置においては、バックライトが液晶パネルの画面全体を均一かつ最大の明るさで照明し、液晶パネルの各画素の液晶開口率のみを制御することによって、画面の各画素において必要な表示輝度を得るような制御が行われていた。従って、例えば、画面全体が暗い場合においても、バックライトは最大のバックライト輝度で発光するので、消費電力が大きい、およびコントラスト比が低いという問題があった。 Conventionally, in a liquid crystal display device, the backlight illuminates the entire screen of the liquid crystal panel with uniform and maximum brightness, and only the liquid crystal aperture ratio of each pixel of the liquid crystal panel is controlled, so that it is necessary for each pixel of the screen. Control was performed to obtain display brightness. Therefore, for example, even when the entire screen is dark, the backlight emits light with the maximum backlight luminance, so that there are problems that the power consumption is large and the contrast ratio is low.
この問題に対して、例えば、画面を複数の領域に分割し、その分割された領域単位でバックライト輝度を制御することが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
To solve this problem, for example, it has been proposed to divide the screen into a plurality of areas and control the backlight luminance in units of the divided areas (see, for example,
分割された領域単位でバックライト輝度を制御することを以下では、バックライト分割制御と称する。 Control of the backlight luminance in units of divided areas is hereinafter referred to as backlight division control.
図1および図2は、バックライト分割制御を行う従来のバックライト1の構造を簡略化して示した図である。
1 and 2 are diagrams schematically showing the structure of a
図1は、バックライト1の点灯領域を正面から見たときのバックライト1の正面図であり、図2は、バックライト1を上方(垂直方向)から見たときのバックライト1の断面図である。
FIG. 1 is a front view of the
図1に示されるバックライト1の点灯領域は、例えば、水平方向(横方向)に4分割、垂直方向(縦方向)に6分割された、計24個のブロックAi,j(i=1乃至6,j=1乃至4)に分割されている。バックライト1では、入力された画像信号に応じて、ブロックAi,jごとにバックライト輝度を可変制御することができる。網掛けされている2つのブロックA2,3およびA3,3については後述する。
The lighting area of the
バックライト1は、図2に示されるように、電極33(図3)等が配線されている基板11、発光素子であるLED(Light Emitting Diode)チップを含むLEDパッケージ12、LEDパッケージ12からの光を拡散させる拡散板13、および拡散板13を支持する支持体14により構成される。液晶表示装置の液晶パネル15は、バックライト1の拡散板13の前方に配置されることになる。
As shown in FIG. 2, the
バックライト1の各ブロックAi,jには、同一のLEDパッケージ12が多数配列されており、1つのブロックAi,j内に配置されているLEDパッケージ12ごとに、バックライト輝度が制御される。
In each block A i, j of the
図3は、バックライト12の1つのLEDパッケージ12部分の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of one
基板11は、土台となる金属板31と、金属板31上に形成された絶縁材32、および、絶縁材32上に形成された電極(配線)33からなる。
The
LEDパッケージ12は、LEDチップ34、サブマウント基板35、熱伝導性接着剤36、ボンディングワイヤ37、および封止樹脂38により構成される。
The
LEDチップ34がマウントされたサブマウント基板35は、熱伝導性接着剤36によって基板11の絶縁材32に接着され固定されるとともに、サブマウント基板35上の図示せぬ電極端子と基板11上の電極33が、ボンディングワイヤ37により接続されている。そして、LEDチップ34、サブマウント基板35、熱伝導性接着剤36、およびボンディングワイヤ37が、封止樹脂38により封止されている。
The submount substrate 35 on which the LED chip 34 is mounted is bonded and fixed to the insulating material 32 of the
以上のように構成されるバックライト1において、例えば、図4に示す原画像P1に対応する発光を行う場合を考える。図4の原画像P1は、略中央部に楕円形状の最も暗い領域R1があり、領域R1から外周側になるほど徐々に明るい画像となっている。但し、暗い領域R1から外周方向に対する輝度の変化率は図面下方向よりも図面上方向の方が大きい。
Consider a case where the
バックライト1は、原画像P1の領域R1の輝度に応じて、図1で網掛けされている2つのブロックA2,3およびA3,3のバックライト輝度を抑制して点灯する(減光する)。
The
その結果、原画像P1に対して、図5に示すように、バックライト1の点灯領域の略中央部が最も暗く、外周方向にいくに従って均一に明るくなる輝度分布を得ることができる。このように、バックライト1の一部を減光することにより、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。
As a result, with respect to the original image P1, as shown in FIG. 5, it is possible to obtain a luminance distribution in which the substantially central portion of the lighting area of the
なお、点灯領域の分割数は、通常、液晶パネルの画素数よりも少ないので、図4の原画像P1の輝度分布と図5のバックライト輝度分布とが一致することはなく、例えば、図5のQQ’線上の画素のように、原画像P1の輝度が一定でもバックライト輝度が異なる画素が多々発生する。QQ’線上の画素に対して、バックライト分割制御では、液晶開口率がバックライト分割制御をしないときのそれよりも大きく、より光を透過するように設定される。このように、液晶開口率をバックライト分割制御しない時の設定から変更することによって、バックライト輝度の抑制した分を補った、いわば液晶開口率制御によって見かけ上発光させた輝度を、液晶補正輝度という。 Since the number of divisions of the lighting area is usually smaller than the number of pixels of the liquid crystal panel, the luminance distribution of the original image P1 in FIG. 4 does not match the backlight luminance distribution in FIG. Like the pixels on the QQ 'line, there are many pixels with different backlight luminance even if the luminance of the original image P1 is constant. With respect to the pixels on the QQ ′ line, in the backlight division control, the liquid crystal aperture ratio is set to be larger than that in the case where the backlight division control is not performed, so that more light is transmitted. In this way, by changing the liquid crystal aperture ratio from the setting when the backlight division control is not performed, the amount of light that is apparently emitted by the liquid crystal aperture ratio control, which compensates for the suppression of the backlight luminance, is corrected to the liquid crystal correction luminance. That's it.
図6は、バックライト分割制御におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を示す概念図である。 FIG. 6 is a conceptual diagram showing the relationship between backlight luminance and liquid crystal correction luminance in backlight division control.
バックライト分割制御のバックライト制御部は、所定の領域において同一の表示輝度T0を実現するために、バックライト輝度分布MBLに対して、液晶補正輝度分布MCLが逆の分布となるように、液晶開口率を制御する。このとき、液晶開口率をいくつに設定すると液晶補正輝度がどれだけになるかは、図7に示す液晶の透過率特性によって決定される。 The backlight control unit of the backlight division control is configured such that the liquid crystal correction luminance distribution M CL is opposite to the backlight luminance distribution M BL in order to achieve the same display luminance T 0 in a predetermined region. In addition, the liquid crystal aperture ratio is controlled. At this time, how much the liquid crystal aperture ratio is set and how much the liquid crystal correction luminance is set is determined by the transmittance characteristic of the liquid crystal shown in FIG.
なお、通常、液晶の透過率特性は、液晶表示装置の画面を正面から見たときを基準にするので、図7に示す透過率特性も、画面を正面から見たとき(以下、0度の方向ともいう)のものであり、予め評価および決定された特性である。 Normally, the transmittance characteristic of the liquid crystal is based on the time when the screen of the liquid crystal display device is viewed from the front. Therefore, the transmittance characteristic shown in FIG. 7 is also when the screen is viewed from the front (hereinafter referred to as 0 degree). (Also referred to as direction), which is a property that has been evaluated and determined in advance.
ところで、液晶表示装置の画面に表示された画像を、ユーザは常に正面から見るとは限らないので、斜めから見たときについて考えてみると、液晶には視野角特性があるので、当然ながら、画面を見るときの角度(視野角)によって液晶の透過率特性は異なる。液晶表示装置の正面から水平方向に移動し、画面を45度の方向から見たときの透過率特性を、図7に示した0度の方向の透過率特性に重ねた図を図8に示す。 By the way, since the user does not always see the image displayed on the screen of the liquid crystal display device from the front, when viewing from an oblique direction, the liquid crystal has a viewing angle characteristic. The transmittance characteristics of the liquid crystal vary depending on the angle when viewing the screen (viewing angle). FIG. 8 is a diagram in which the transmittance characteristic when the screen is moved from the front of the liquid crystal display device in the horizontal direction and the screen is viewed from the 45 degree direction is superimposed on the transmittance characteristic in the 0 degree direction shown in FIG. .
図8の横軸は、液晶の透過率を設定する8ビットの設定値である設定階調を表し、縦軸は、所定のバックライト輝度における各設定階調の輝度を表す。また、図9は、図8の0度の方向と45度の方向の輝度を比較するための、45度の方向から見たときの輝度を0度の方向から見たときの輝度で除算して得られる、0度と45度との輝度比を示している。 The horizontal axis in FIG. 8 represents a set gradation which is an 8-bit set value for setting the transmittance of the liquid crystal, and the vertical axis represents the brightness of each set gradation at a predetermined backlight brightness. Further, FIG. 9 divides the luminance when viewed from the 45 degree direction by the luminance when viewed from the 0 degree direction for comparing the luminance in the 0 degree direction and the 45 degree direction of FIG. The luminance ratio between 0 degree and 45 degrees obtained in this way is shown.
図8および図9を参照して分かるように、α点より低い設定階調では、0度よりも45度から見た方が輝度(透過率)が高くなり、1階調変化するごとの輝度比の変化率も大きい。一方、α点より高い設定階調では、逆に45度よりも0度から見た方が輝度が高くなり、1階調変化するごとの輝度比の変化率は、低階調側よりも小さい。なお、液晶の透過率特性は、VA(Vertical Alignment)、IPS(In-Plane-Switching)などの液晶モードによっても異なるので、図8および図9に示す特性がすべてではない。 As can be seen with reference to FIG. 8 and FIG. 9, in the set gradation lower than the α point, the luminance (transmittance) is higher when viewed from 45 degrees than 0 degrees, and the luminance every time one gradation is changed. The rate of change of the ratio is also large. On the other hand, at the set gradation higher than the α point, the luminance is higher when viewed from 0 degree than 45 degrees, and the change rate of the luminance ratio for every change of one gradation is smaller than that at the low gradation side. . Note that the transmittance characteristics of the liquid crystal are different depending on the liquid crystal mode such as VA (Vertical Alignment) and IPS (In-Plane-Switching), so the characteristics shown in FIGS. 8 and 9 are not all.
図6に示したバックライト輝度と液晶補正輝度の関係は、通常、画面を0度の方向から見たときの液晶の透過率特性を基準に計算されている。そこで、図8に点線で示した45度の方向の液晶の透過率特性に基づいて、45度の方向から見た場合の液晶補正輝度分布MCL’を求めると、図10に示すようになる。 The relationship between the backlight luminance and the liquid crystal correction luminance shown in FIG. 6 is normally calculated based on the transmittance characteristics of the liquid crystal when the screen is viewed from the 0 degree direction. Therefore, when the liquid crystal correction luminance distribution M CL ′ when viewed from the 45 degree direction is obtained based on the transmittance characteristic of the liquid crystal in the 45 degree direction indicated by the dotted line in FIG. 8, it is as shown in FIG. .
図10において、液晶補正輝度が最小な画素(バックライト輝度が最大の画素)は、図8および図9において0度と45度のいずれの方向から見ても輝度差がないα点に対応する画素xαであり、そのときのバックライト輝度がBLα、液晶補正輝度がLCαである。また、画素xα以外の画素の設定階調は、α点の設定階調よりも大きい値が設定されているものとする。 In FIG. 10, the pixel with the minimum liquid crystal correction luminance (the pixel with the maximum backlight luminance) corresponds to the α point where there is no luminance difference when viewed from either 0 ° or 45 ° in FIGS. The pixel x α is a backlight luminance at that time, BL α , and the liquid crystal correction luminance is LC α . Further, it is assumed that the set gradation of pixels other than the pixel x α is set to a value larger than the set gradation of the α point.
この場合、画素xα以外の画素では、45度の液晶補正輝度分布MCL’は、0度の液晶補正輝度分布MCLよりも低くなる。その結果、45度の方向から見たときの表示輝度は、太線の点線で示されるように、画素xα以外の画素で、液晶補正輝度分布MCLと液晶補正輝度分布MCL’との差だけ、目標の表示輝度T0よりも異なる。 In this case, the pixels other than the pixel x alpha, 45 ° crystal corrected luminance distribution M CL of 'is lower than the liquid crystal correction luminance distribution M CL of 0 degrees. As a result, the display luminance when viewed from the direction of 45 degrees is the difference between the liquid crystal correction luminance distribution M CL and the liquid crystal correction luminance distribution M CL ′ in the pixels other than the pixel x α as indicated by the thick dotted line. Only different from the target display brightness T 0 .
即ち、同一の表示輝度T0となるように制御しているにもかかわらず、ユーザが45度の方向から画面を見たときには、画素xα以外の画素において、バックライト輝度の輝度分布MBLに応じた表示輝度の差が発生し、その差の最大値ΔTと表示輝度T0との比ΔT/T0が大きい場合には、輝度ムラとして見えるようになる。 That is, when the user views the screen from the direction of 45 degrees despite the control to have the same display luminance T 0 , the luminance distribution M BL of the backlight luminance in the pixels other than the pixel x α. difference in display luminance is generated in response to, when the ratio [Delta] T / T 0 of the display luminance T 0 to the maximum value [Delta] T of the difference is large, becomes visible as luminance unevenness.
この輝度ムラを低減するための対策の一つとしては、バックライト輝度分布MBLの分布形状が緩やかな変化となるように、隣接するブロックのバックライト輝度の輝度比を小さくすることが考えられる。 As one of the measures for reducing this luminance unevenness, it is conceivable to reduce the luminance ratio of the backlight luminance of adjacent blocks so that the distribution shape of the backlight luminance distribution MBL changes gradually. .
しかしながら、そのようにすると、バックライト分割制御しない状態に近づけることになるので、表示輝度のダイナミックレンジ拡大、消費電力の低減といったバックライト分割制御のメリットが小さくなってしまう。 However, if it does so, it will be close to the state where the backlight division control is not performed, so that the merit of the backlight division control such as expansion of the dynamic range of display luminance and reduction of power consumption is reduced.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、バックライト分割制御時に発生する、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and is intended to prevent uneven brightness when viewed from an oblique direction, which occurs during backlight division control.
本発明の第1の側面のバックライト装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能なバックライト装置において、複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。 The backlight device according to the first aspect of the present invention is a backlight device in which a lighting region is divided into a plurality of blocks, and the emission luminance can be individually changed in each of the divided blocks. And a light emission control means for controlling the light emission, wherein the light emission means comprises a predetermined number of light emitting elements arranged in a predetermined arrangement, the light emission control means depending on the required light emission luminance. The number of the light emitting elements to emit light is changed.
前記発光制御手段には、必要とされる前記発光輝度が低いときには、中心側に配置された前記発光素子のみを発光させることができる。 When the required light emission luminance is low, the light emission control unit can emit light only from the light emitting element arranged on the center side.
前記発光制御手段には、必要とされる前記発光輝度が高くなるに従い、中心側に配置された前記発光素子から順に発光させることができる。 The light emission control means can emit light in order from the light emitting element disposed on the center side as the required light emission luminance increases.
本発明の第1の側面のバックライト制御方法は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれに設けられた複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段が所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなるバックライト装置のバックライト制御方法において、必要とされる発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させるステップを含む。 In the backlight control method according to the first aspect of the present invention, the lighting area is divided into a plurality of blocks, a plurality of light emitting means provided in each of the divided blocks, and a light emission control means for controlling the light emission. In the backlight control method of a backlight device comprising a predetermined number of light emitting elements arranged in a predetermined arrangement, the number of the light emitting elements that emit light is changed according to the required light emission luminance. Including a step.
本発明の第2の側面の液晶表示装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能な液晶表示装置において、複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、前記発光制御手段は、前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。 The liquid crystal display device according to the second aspect of the present invention is a liquid crystal display device in which the lighting region is divided into a plurality of blocks, and the light emission luminance can be individually changed in each of the divided blocks. And a light emission control means for controlling the light emission, wherein the light emission means comprises a predetermined number of light emitting elements arranged in a predetermined arrangement, and the light emission control means emits light according to the light emission luminance. The number of light emitting elements is changed.
本発明の第1および第2の側面においては、発光輝度に応じて、発光させる発光素子の個数が変化される。 In the first and second aspects of the present invention, the number of light emitting elements to emit light is changed according to the light emission luminance.
本発明の第1および第2の側面によれば、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。 According to the first and second aspects of the present invention, the power consumption can be reduced and the dynamic range of display luminance can be expanded.
また、本発明の第1および第2の側面によれば、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができる。 In addition, according to the first and second aspects of the present invention, luminance unevenness when viewed from an oblique direction can be prevented.
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。 Embodiments of the present invention will be described below. Correspondences between the constituent elements of the present invention and the embodiments described in the specification or the drawings are exemplified as follows. This description is intended to confirm that the embodiments supporting the present invention are described in the specification or the drawings. Therefore, even if there is an embodiment which is described in the specification or the drawings but is not described here as an embodiment corresponding to the constituent elements of the present invention, that is not the case. It does not mean that the form does not correspond to the constituent requirements. Conversely, even if an embodiment is described here as corresponding to a configuration requirement, that means that the embodiment does not correspond to a configuration requirement other than the configuration requirement. It's not something to do.
本発明の第1の側面のバックライト装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能なバックライト装置(例えば、図11の液晶表示装置101)において、複数の発光手段(例えば、図12のLEDパッケージ152)と、その発光を制御する発光制御手段(例えば、図11の光源制御部132)とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子(例えば、図14のLEDチップアレイ174)からなり、前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。
In the backlight device according to the first aspect of the present invention, the lighting region is divided into a plurality of blocks, and the light emission luminance can be individually changed in each of the divided blocks (for example, in FIG. 11). The liquid crystal display device 101) includes a plurality of light emitting means (for example, the
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図11は、本発明を適用した液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示している。 FIG. 11 shows a configuration example of an embodiment of a liquid crystal display device to which the present invention is applied.
図11の液晶表示装置101は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板、液晶層などを有する液晶パネル111、液晶パネル111の背面側に配置されるバックライト112、並びに、液晶パネル111およびバックライト112を制御する制御部113により構成されている。
A liquid crystal display device 101 of FIG. 11 includes a color filter substrate colored red, green, and blue, a
液晶表示装置101は、入力される画像信号に対応する原画像を所定の表示領域(表示部121)に表示する。なお、液晶表示装置101に入力される画像信号は、例えば、60Hzのフレームレートの画像(以下、フレーム画像という)に対応する。 The liquid crystal display device 101 displays an original image corresponding to the input image signal in a predetermined display area (display unit 121). The image signal input to the liquid crystal display device 101 corresponds to, for example, an image with a frame rate of 60 Hz (hereinafter referred to as a frame image).
液晶パネル111は、バックライト112からの光を透過させる開口部が複数配列されている表示部121、並びに、表示部121の開口部それぞれに設けられている図示しないトランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)に駆動信号を送出するソースドライバ122およびゲートドライバ123により構成されている。
The
なお、開口部を通過した光は、図示せぬカラーフィルタ基板上に形成されている赤色、緑色、または青色のカラーフィルタによって赤色、緑色、または青色の光に変換される。この赤色、緑色、および青色の光を発する3つの開口部からなる組が表示部121の1画素に対応し、赤色、緑色、または青色の光を発する各開口部は、画素を構成する副画素となる。
The light that has passed through the opening is converted into red, green, or blue light by a red, green, or blue color filter that is formed on a color filter substrate (not shown). A set of three openings that emit red, green, and blue light corresponds to one pixel of the
バックライト112は、表示部121に対応する点灯領域において白色の光を発する。ここで、バックライト112の点灯領域は、図1を参照して説明したバックライト1と同様に、24個のブロックAi,j(i=1乃至6,j=1乃至4)に分割されているものとし、分割された複数のブロックAi,jそれぞれについて個別に点灯が制御される。
The
制御部113は、表示輝度算出部131、光源制御部132、および液晶パネル制御部133により構成される。
The
表示輝度算出部131には、フレーム画像に対応する画像信号が他の装置から供給される。表示輝度算出部31は、供給された画像信号からフレーム画像の輝度分布を求め、さらにフレーム画像の輝度分布から、ブロックAi,jで必要な表示輝度PNi,jを算出する。算出された表示輝度PNi,jは、光源制御部132および液晶パネル制御部133に供給される。
The display
光源制御部132は、表示輝度算出部131から供給された各ブロックAi,jの表示輝度PNi,jに基づいて、各ブロックAi,jのバックライト輝度BLi,jを演算する。そして、光源制御部132は、演算されたバックライト輝度BLi,jとなるように、バックライト112の各ブロックAi,jを可変制御する。バックライト112と光源制御部132とは、バックライト装置を構成する。
The light
光源制御部132で演算された各ブロックAi,jのバックライト輝度BLi,jは、液晶パネル制御部133に供給される。
The backlight luminance BL i, j of each block A i, j calculated by the light
液晶パネル制御部133は、表示輝度算出部131から供給されるブロックAi,jごとの表示輝度PNi,jと、光源制御部132から供給されるブロックAi,jごとのバックライト輝度BLi,jに基づいて、表示部121の各画素の液晶開口率を算出する。そして、液晶パネル制御部133は、算出された液晶開口率となるように、液晶パネル111のソースドライバ122およびゲートドライバ123に駆動信号を供給し、表示部121の各画素のTFTを駆動制御する。
The liquid crystal
なお、本実施の形態では、液晶パネル111は、ノーマリブラックモードであるとする。即ち、各画素のTFTに電圧を最大に印加したときが透過率100%で、電圧が印加されていないときが透過率0%になるモードであるとする。
In the present embodiment, it is assumed that
図12は、図2に対応する、液晶表示装置101を上方から見たときの断面図を示している。 FIG. 12 shows a cross-sectional view of the liquid crystal display device 101 corresponding to FIG. 2 when viewed from above.
液晶表示装置101を上方(垂直方向)から見たときの断面構成は、LEDパッケージ152の詳細な構成(図13および図14で後述する)が異なる点を除いて、図2を参照して説明した従来の液晶表示装置と同様の構成となっている。 The cross-sectional configuration when the liquid crystal display device 101 is viewed from above (vertical direction) will be described with reference to FIG. 2 except that the detailed configuration of the LED package 152 (described later in FIGS. 13 and 14) is different. The conventional liquid crystal display device has the same configuration.
即ち、バックライト112は、基板151、基板151上に配置されている多数のLEDパッケージ152、LEDパッケージ152からの光を拡散させる拡散板13、および拡散板13を支持する支持体14により構成される。そして、バックライト112の前面に、液晶パネル111が配置されている。
That is, the
ブロックAi,j内には、多数のLEDパッケージ152が所定の順序で配列されている。LEDパッケージ152それぞれは、赤色、緑色、または青色の光を発光し、赤色、緑色、および青色の光が混合されることにより、白色光がブロックAi,j全体から出射される。
In the block A i, j , a large number of
図13は、バックライト112の1つのLEDパッケージ152部分の拡大図を示している。
FIG. 13 shows an enlarged view of one
図13Aは、LEDパッケージ152を側面(基板151の平面と平行な面方向)から見た側面図であり、図13Bは、LEDパッケージ152を上方から見た上面図である。
13A is a side view of the
基板151は、土台となる金属板171と、金属板171上に形成された絶縁材172、および、絶縁材172上に形成された電極(配線)173からなる。
The
LEDパッケージ152は、LEDチップアレイ174と封止樹脂175により構成される。封止樹脂175は、LEDチップアレイ174から発光する光の散乱を考慮して、所定の半円形状に成形されている。なお、サブマウント基板、熱伝導性接着剤、およびボンディングワイヤなども図3における場合と同様に設けられているが特に差異はないため、図示を省略した。
The
LEDチップアレイ174は、図14を参照して後述するように、複数のLEDチップに分割されており、各LEDチップ個別に、または、複数のLEDチップ単位で、バックライト輝度が制御される。そのため、図3のLEDチップ34に対しては2本の電極があれば十分なのに対して、LEDチップアレイ174には、それ以上の電極が必要となるので、基板151では、絶縁材172および電極173が、図13Aに示されるように、2層構造となされている。
As will be described later with reference to FIG. 14, the
図14は、LEDチップアレイ174の上面図を示している。
FIG. 14 shows a top view of the
LEDチップアレイ174は、図14に示されるように、3×3に配列されたLEDチップ174−1乃至174−9からなり、必要とされるバックライト輝度に応じて、発光させるLEDチップ174−1乃至174−9が適宜選択される。なお、LEDチップ174−1乃至174−9からなるLEDチップアレイ174の総発光面積は図3のLEDチップ34と同一であるとする。
As shown in FIG. 14, the
図15乃至図17を参照して、必要とされるバックライト輝度に応じたLEDチップ174−1乃至174−9の発光制御について詳しく説明する。図15乃至図17は、図13と同様のLEDパッケージ152の側面図と上面図を示している。但し、上面図においては、本来、封止樹脂175で隠れている電極173とLEDチップアレイ174も図示している。
The light emission control of the LED chips 174-1 to 174-9 according to the required backlight luminance will be described in detail with reference to FIGS. 15 to 17 show a side view and a top view of an
いま例えば、バックライト輝度をおおまかに低バックライト輝度、中バックライト輝度、および高バックライト輝度の3段階に分けるとすると、ブロックAi,jを低バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部132は、図15に示すように、LEDチップ174−1乃至174−9のうちの、斜線を付した中央のLEDチップ174−5のみを点灯させる。 For example, if the backlight luminance is roughly divided into three levels of low backlight luminance, medium backlight luminance, and high backlight luminance, a light source control unit is used when the block A i, j emits light with low backlight luminance. As shown in FIG. 15, 132 turns on only the central LED chip 174-5 with hatching among the LED chips 174-1 to 174-9.
一方、ブロックAi,jを中バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部132は、図16に示すように、中央のLEDチップ174−5を中心とする十字ラインの、斜線を付したLEDチップ174−2、174−4乃至174−6、および174−8を点灯させる。
On the other hand, when the block A i, j is caused to emit light with medium backlight luminance, the light
また、ブロックAi,jを高バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部132は、図17に示すように、斜線を付した全てのLEDチップ174−1乃至174−9を点灯させる。
In addition, when the block A i, j is caused to emit light with high backlight luminance, the light
したがって、LEDチップ174−1乃至174−9の駆動単位は、中央のLEDチップ174−5、中央を除く十字ラインのLEDチップ174−2,174−4,174−6、および174−8、並びに、四隅のLEDチップ174−1,174−3,174−7、および174−9の3LEDチップ群に区分される。LEDチップ174−1乃至174−9に駆動電流を供給するための接続線は、これらのLEDチップ群単位で配線してもよいし、LEDチップ174−1乃至174−9ごと独立に配線し、LEDチップ群単位で連動して駆動制御するのでもよい。 Accordingly, the drive units of the LED chips 174-1 to 174-9 are the center LED chip 174-5, the cross-line LED chips 174-2, 174-4, 174-6 and 174-8 except for the center, and 4 LED chips 174-1, 174-3, 174-7, and 174-9. Connection lines for supplying drive current to the LED chips 174-1 to 174-9 may be wired in units of these LED chips, or may be wired independently for each of the LED chips 174-1 to 174-9. Drive control may be performed in conjunction with each LED chip group.
封止樹脂175の半円形状と、それに対するLEDチップ174−1乃至174−9の位置関係とから、中央のLEDチップ174−5(以下、適宜、中央LEDチップ174と称する)を発光させた場合と、周辺部のLEDチップ174−1乃至174−4および174−6乃至174−9のいずれか(以下、適宜周辺LEDチップ174と称する)を発光させた場合では、光の放射方向が異なる。
Based on the semicircular shape of the sealing
即ち、中央LEDチップ174を発光させた場合には、図18Aに示されるように、前方方向をメインに光は放射され、周辺LEDチップ174を発光させた場合には、図18Bに示されるように、中央LEDチップ174を発光させた場合よりも広角に、光が放射される。
That is, when the
図18Cは、中央LEDチップ174を発光させた場合の発光強度角度分布180と、周辺LEDチップ174を発光させた場合の発光強度角度分布181を示しており、実線で示されている中央LEDチップ174を発光させた場合の発光強度角度分布180の方が、点線で示されている周辺LEDチップ174を発光させた場合よりもバックライト112の前方方向(z方向)により遠く分布する。一方、バックライト112の平面方向(x方向およびy方向)に対しては、中央LEDチップ174を発光させた場合よりも周辺LEDチップ174を発光させた場合の方が、より広角に分布する。
FIG. 18C shows a light emission
図9に示した0度と45度のバックライト輝度比は、0乃至50程度の低階調時、即ち、バックライト輝度を低く設定した場合に、斜め方向の光成分が多くなることを示していた。 The backlight luminance ratio of 0 degrees and 45 degrees shown in FIG. 9 indicates that the light component in the oblique direction increases at a low gradation of about 0 to 50, that is, when the backlight luminance is set low. It was.
従って、低バックライト輝度のときに、光を狭角に放射するようにすれば、斜めの光の成分が少なくなるので、図9の低階調時の輝度比が小さくなり、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができることになる。 Therefore, if light is emitted at a narrow angle at low backlight luminance, the oblique light component is reduced, so the luminance ratio at the low gradation in FIG. 9 is reduced, and backlight division control is performed. Therefore, it is possible to suppress the luminance unevenness generated in the above.
バックライト112では、図15乃至図17を参照して説明したように、ブロックAi,jを低バックライト輝度で発光させるときには、そのブロックAi,j内の各LEDパッケージ152の中央のLEDチップ174−5のみを点灯させるので、その光は狭い角度で(狭角に)放射し、ブロックAi,jを高バックライト輝度で発光させるときには、そのブロックAi,j内の各LEDパッケージ152の全てのLEDチップ174−1乃至174−9を点灯させるので、その光は、より広角に放射する。従って、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。
In the
次に、図19のフローチャートを参照して、液晶表示装置101の表示制御処理について説明する。 Next, display control processing of the liquid crystal display device 101 will be described with reference to the flowchart of FIG.
初めに、ステップS11において、表示輝度算出部131は、他の装置から供給された画像信号を受信する。この画像信号は、1枚のフレーム画像に対応する。
First, in step S11, the display
ステップS12において、表示輝度算出部131は、フレーム画像の輝度分布を求める。また、ステップS12において、表示輝度算出部131は、フレーム画像の輝度分布から、ブロックAi,jで必要な表示輝度PNi,jを算出する。算出された表示輝度PNi,jは、光源制御部132および液晶パネル制御部133に供給される。
In step S12, the display
ステップS13において、光源制御部132は、表示輝度PNi,jからバックライト輝度BLi,jを算出する。
In step S13, the light
ステップS14において、液晶パネル制御部133は、ブロックAi,jの各画素について、表示輝度PNi,jとバックライト輝度BLi,jに基づいて、液晶開口率を決定する。
In step S14, the liquid crystal
ステップS15において、光源制御部132は、バックライト輝度BLi,jに応じて、ブロックAi,jの各LEDチップアレイ174のLEDチップ174−1乃至174−9のなかから、発光させるLEDチップを決定する。ここで決定されたLEDチップ174−1乃至174−9を、以下ではLEDチップ174Dと称する。
In step S15, the light
ステップS16において、光源制御部132は、ブロックAi,jの各LEDチップアレイ174の、発光させるLEDチップ174Dを駆動制御する。より具体的には、光源制御部132は、発光させるLEDチップ174Dに供給するパルス信号のパルス幅を、ステップS15で決定されたLEDチップ174Dの個数およびバックライト輝度BLi,jに基づいて決定する。そして、LEDチップ174Dと接続されているFET(Field Effect Transistor)などのスイッチング素子(不図示)に、決定されたパルス幅のパルス信号を供給することにより、LEDチップ174Dに所定の電流が供給される。
In step S < b> 16, the light
ステップS17において、液晶パネル制御部133は、液晶パネル111のソースドライバ122およびゲートドライバ123に駆動制御信号を供給し、決定された液晶開口率となるようにブロックAi,jの各画素のTFTを駆動制御する。
In step S17, the liquid crystal
ステップS18において、表示輝度算出部131は、画像信号が供給されなくなったかを判定する。ステップS18で、画像信号が供給されたと判定された場合、処理はステップS11に戻り、ステップS11乃至S18の処理が実行される。これにより、液晶表示装置1は、次のフレーム画像を表示する。
In step S <b> 18, the display
一方、ステップS18で、画像信号が供給されなくなったと判定された場合、処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in step S18 that the image signal is no longer supplied, the process ends.
以上のように、液晶表示装置101のバックライト112では、必要とされるバックライト輝度BLi,jが低バックライト輝度であるときには、より狭角に光を放射するように中央のLEDチップ174−5のみを点灯させ、必要とされるバックライト輝度BLi,jが高バックライト輝度であるときには、より広角に光が放射するように全てのLEDチップ174−1乃至174−9を点灯させるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。
As described above, in the
また、液晶表示装置101のバックライト112では、発光させるLEDチップ174Dそれぞれに対して、必要とされるバックライト輝度BLi,jに応じたPWM制御を行うので、バックライト112の最大輝度比の増大にも貢献するという効果もある。
Further, in the
例えば、図3のLEDチップ34およびLEDチップ174−1乃至174−9それぞれにおいて5%から100%までの間でパルス幅を設定して、バックライト輝度を変化させることができるとすると、図3のLEDチップ34の最大輝度比は、5:100=1:20である。 For example, assuming that the backlight brightness can be changed by setting a pulse width between 5% and 100% in each of the LED chip 34 and the LED chips 174-1 to 174-9 in FIG. The maximum luminance ratio of the LED chip 34 is 5: 100 = 1: 20.
これに対して、バックライト112では、発光させるLEDチップ174Dが、図15乃至図17を参照して説明したように、中央のLEDチップ174−5のみ、十字ラインのLEDチップ174−2、174−4乃至174−6、および174−8、および、全てのLEDチップ174−1乃至174−9の3段階であり、最小のバックライト輝度は、中央のLEDチップ174−5のみを5%のパルス幅に設定して発光させたときであるので、バックライト112の最大輝度比は、5%×1/9:100=1:180となり、図3における場合の9倍に向上する。
On the other hand, in the
次に、図20および図21を参照して、バックライト112のその他の実施の形態について説明する。
Next, another embodiment of the
図20に示す実施の形態では、図13と同様に、基板151上にLEDチップアレイ174が接続されているが、LEDチップアレイ174を覆う封止樹脂175はなく、LEDチップアレイ174の図面上方(光の放射方向)に、半円形状でその凸面がLEDチップアレイ174側に向けられた凸レンズ(平凸レンズ)201がレンズホルダ202に固着されて配置されている。なお、レンズ201は、ガラス材で成形されたものでも、封止樹脂175で成形されたものでもよい。
In the embodiment shown in FIG. 20, the
このような剥き出しのLEDチップアレイ174とレンズ201からなる構成において、発光させるLEDチップ174Dを、図15乃至図17を参照して説明したように、必要とされるバックライト輝度BLi,jに応じて変更させた場合にも、図18の発光強度角度分布を得ることができるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。
In the configuration including the bare
次の図21に示す実施の形態では、基板151上に、LEDパッケージ211とLEDパッケージ212が交互に配列されており、そのLEDパッケージ211とLEDパッケージ212とでは、LEDチップアレイ174上に成形されている封止樹脂の形状が異なっている。具体的には、LEDパッケージ211の封止樹脂221は、曲率が小さく(突起が小さく)、LEDパッケージ212の封止樹脂222は、曲率が大きく(突起が大きく)なっている。
In the embodiment shown in FIG. 21, the LED packages 211 and the LED packages 212 are alternately arranged on the
図21のバックライト112においては、低バックライト輝度で発光させるときには、光を狭角に放射するようにしたいので、光源制御部132は、曲率が小さく成形されているLEDパッケージ211を点灯させ、LEDパッケージ212は点灯させない。一方、高バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部132は、大きい曲率となるように成形されているLEDパッケージ212のみを点灯させるか、または、曲率の小さいLEDパッケージ211と曲率の大きいLEDパッケージ212の両方を点灯させる。
In the
これにより、低バックライト輝度のときは、斜めの光の成分が少なくなるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。 As a result, when the backlight brightness is low, the oblique light components are reduced, so that uneven brightness caused by backlight division control can be suppressed.
液晶表示装置の視野角特性は、VA(Vertical Alignment)、IPS(In-Plane-Switching)などの液晶モードや位相差フィルムなどの特性によっても異なるので、LEDチップアレイ174の分割数、点灯させるLEDチップの位置および個数などを、必要に応じて最適に決定することができる。従って、上述したLEDチップアレイの分割数、点灯させるLEDチップの位置および個数はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。 The viewing angle characteristics of liquid crystal display devices vary depending on the characteristics of liquid crystal modes such as VA (Vertical Alignment) and IPS (In-Plane-Switching), and retardation films. The position and number of chips can be optimally determined as necessary. Therefore, the number of divisions of the LED chip array and the positions and the number of LED chips to be lit are merely examples, and are not limited to this example.
また、上述した例では、低バックライト輝度で発光させるときには光を狭角に放射し、高バックライト輝度で発光させるときには光を広角に放射するようにしたが、逆に、低バックライト輝度で発光させるときには光を広角に放射し、高バックライト輝度で発光させるときには光を狭角に放射するように設定することも可能である。図21に示した例で言えば、低バックライト輝度で発光させるときには、曲率の大きいLEDパッケージ212のみを点灯させるか、または、曲率の小さいLEDパッケージ211と曲率の大きいLEDパッケージ212の両方を点灯させ、高バックライト輝度で発光させるときには、小さい曲率のLEDパッケージ211のみを点灯させるようにすればよい。
In the above-described example, light is emitted at a narrow angle when emitting light with low backlight luminance, and light is emitted at a wide angle when emitting light with high backlight luminance, but conversely with low backlight luminance. It is also possible to set so that light is emitted at a wide angle when light is emitted and light is emitted at a narrow angle when light is emitted with high backlight luminance. In the example shown in FIG. 21, when light is emitted with low backlight luminance, only the
さらに、上述した例では、光源制御部132はPWM制御を行うこととして説明したが、PAM制御を行う場合にも適用することが可能であることは言うまでもない。
Furthermore, although the light
本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 In this specification, the steps described in the flowcharts include processes that are executed in parallel or individually even if they are not necessarily processed in time series, as well as processes that are executed in time series in the described order. Is also included.
本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
101 液晶表示装置, 112 バックライト, 132 光源制御部, 152 LEDパッケージ, 174 LEDチップアレイ 101 liquid crystal display device, 112 backlight, 132 light source control unit, 152 LED package, 174 LED chip array
Claims (5)
複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、
前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、
前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
バックライト装置。 In the backlight device in which the lighting area is divided into a plurality of blocks and the emission luminance can be individually changed in each of the divided blocks.
A plurality of light emitting means, and a light emission control means for controlling the light emission,
The light emitting means comprises a predetermined number of light emitting elements arranged in a predetermined array,
The light emission control means is a backlight device that changes the number of the light emitting elements to emit light according to the required light emission luminance.
請求項1に記載のバックライト装置。 The backlight device according to claim 1, wherein when the required light emission luminance is low, the light emission control unit causes only the light emitting element disposed on the center side to emit light.
請求項1に記載のバックライト装置。 The backlight device according to claim 1, wherein the light emission control unit emits light in order from the light emitting element arranged on the center side as the required light emission luminance increases.
必要とされる発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
ステップを含むバックライト制御方法。 The lighting area is divided into a plurality of blocks, and each of the divided blocks includes a plurality of light emitting means and a light emission control means for controlling the light emission, and the light emitting means are arranged in a predetermined arrangement. In a backlight control method of a backlight device composed of a predetermined number of light emitting elements,
A backlight control method including a step of changing the number of light emitting elements to emit light according to required light emission luminance.
複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、
前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、
前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
を備える液晶表示装置。 In the liquid crystal display device in which the lighting area is divided into a plurality of blocks and the emission luminance can be individually changed in each of the divided blocks.
A plurality of light emitting means, and a light emission control means for controlling the light emission,
The light emitting means comprises a predetermined number of light emitting elements arranged in a predetermined array,
The light emission control means includes: a liquid crystal display device comprising: changing the number of the light emitting elements that emit light according to the required light emission luminance.
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