JP2009237540A - 液晶バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、低価格で高品質の液晶表示を得ると共に低消費電力化が実現できる液晶バックライト装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 液晶表示パネル２００の背面に対向して配置され、複数の発光ダイオード１６を光源とするバックライト６０により前記液晶表示パネル２００を背面から照らす液晶バックライト装置１５０であって、
前記複数の発光ダイオード１６に０．１〜０．５ワットの白色発光ダイオード１１を用い、
前記白色発光ダイオード１１の輝度を個別に独立して制御する制御手段２０、２０ａを有することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カラー液晶表示パネルの照明光に発光ダイオードを使用した液晶バックライト装置に関し、特に忠実な色再現性と色バランスを安価に実現するための発光ダイオードの駆動方法に関する。

現在、液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面からバックライト装置にて照明することでカラー映像を表示させる方式が主流となっている。また、バックライトには、従来から蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）が多く用いられてきたが、環境問題から水銀の使用が制限されてきており、水銀を使用しているＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオードＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されつつある（例えば、特許文献１参照）。

この液晶パネル用バックライト装置は、光源の配置によって直下型とエッジ型との２つに大別される。直下型は、液晶パネルの背面側の直下に光源を配置させるタイプであり、エッジ型は、液晶パネルの背面側の直下に導光板を配し、導光板の側面部に光源を配置させるタイプで、主として携帯電話やノートパソコンの表示用など比較的小型の液晶パネルに既に用いられている。

さらに、発光ダイオードを光源に用いるバックライト装置においては、その光源として白色発光ダイオードを用いる方式と、３原色の赤色光、緑色光、青色光を発光するカラー発光ダイオードを用いてその混色によって白色光を得る方式などがある。

しかし、このような構成による発光ダイオードを用いたバックライト装置においては、従前のＣＣＦＬを用いたバックライト装置と同様に、液晶表示装置の使用時には常に高輝度で点灯させており、更なる低消費電力化が求められている。そのため文献２のように、バックライトを複数のサブユニットに分割して、サブユニットごとに輝度を調整することによって低消費電力化を図る提案がなされている。

また、一般に発光ダイオードは、輝度、色度ともにバラツキが大きな半導体デバイスであるため、無作為に使用しては、輝度ムラ、色度ムラが大きく画質を損ねるために発光ダイオードの選別が必要となる。バラツキのある発光ダイオードを無駄なく利用する方法として、例えば特許文献３が提案されている。
特開平７−１９１３１１号公報 特開２００４−１９１４９０号公報 特開２００６−１３３７０８号公報

しかしながら、特許文献２のように、バックライトを独自に輝度調整できる複数のサブユニットに分割して、前記サブユニットに対応する表示画面エリアの輝度を調整する場合、分割されたサブユニットの発光ダイオードの数が例えばｍ×ｎ（ｍ、ｎは自然数）と固定のため、サブユニットの大きさを変えることは出来ず、独立して輝度調整できる表示画面のエリアも固定されてしまう。しかし、映像信号の内容によっては、表示画面の輝度を変化させたいエリアや場所は当然異なるため、上述のように、独立して輝度を変える表示画面のエリアが固定されていると、最適な映像を再現することが難しい。

また、液晶表示装置はダイナミックレンジが小さいため、液晶表示パネルを使用して最適な画質を得るためには、バックライトに多数の発光ダイオードを配置し、画面の明るい部分に対応する発光ダイオードは明るく、暗い画面の部分に対応する発光ダイオードは暗くする必要がある。また、このようにすれば、必要なところだけ発光ダイオードを明るくすることができるため、消費電力を更に抑えることも可能となる。しかしながら、発光ダイオードの数を増やし、各発光ダイオードを独立して制御出来るようにするためには、通常発光ダイオードの数だけ発光ダイオードの制御線が必要となって極めて複雑になり、コストアップの要因となる。

そこで、本発明は、上述の点に鑑み、バックライトとして、比較的小電力（０．１〜０．５ワット程度）の発光ダイオードを多数配置し、前記各発光ダイオードの明るさを少ない外部からの制御線で多数の発光ダイオードを独立して制御できるようにすることによって、更なる低消費電力化が図れると共に、最適な映像が得られる液晶バックライト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る液晶バックライト装置（１５０）は、液晶表示パネル（２００）の背面に対向して配置され、複数の発光ダイオード（１６）を光源とするバックライト（６０）により前記液晶表示パネル（２００）を背面から照らす液晶バックライト装置（１５０）であって、
前記複数の発光ダイオード（１６）に０．１〜０．５ワットの白色発光ダイオード（１１）を用い、
前記白色発光ダイオード（１１）の輝度を個別に独立して制御する制御手段（２０、２０ａ）を有することを特徴とする。

これにより、比較的小電力の白色発光ダイオードを多数用いることにより、低消費電力化が図れるとともに、白色発光ダイオードの輝度の個別制御により、高精細な映像の表示に寄与することができる。

第２の発明に係る液晶バックライト装置（１５０）は、液晶表示パネル（２００）の背面に対向して配置され、複数の発光ダイオード（１６）を光源とするバックライト（６０）により前記液晶表示パネル（２００）を背面から照らす液晶バックライト装置（１５０）であって、
前記複数の発光ダイオード（１６）にカラー発光ダイオード（１５）を使用するとともに、前記カラー発光ダイオード（１５）は混色によって白色となる最小単位Ｎ個（Ｎは自然数）でユニット（９０）を構成し、
前記ユニット（９０）単位で又は個別に前記カラー発光ダイオード（１５）の輝度及び／又は色度を独立して制御する制御手段（２０、２０ａ）を有することを特徴とする。

これにより、カラー発光ダイオードで構成されたユニットを、ユニット単位又は個別に制御することにより、低消費電力化を図るとともに、輝度のみならず色度を最適化することができ、高品位の映像の表示に寄与できる。

第３の発明に係る液晶バックライト装置（１５０）は、液晶表示パネル（２００）の背面に対向して配置され、複数の発光ダイオード（１６）を光源とするバックライト（６０）により前記液晶表示パネル（２００）を背面から照らす液晶バックライト装置（１５０）であって、
前記複数の発光ダイオード（１６）には、白色発光ダイオード（１１）と１個以上のカラー発光ダイオード（１５）を使用するとともに、前記白色発光ダイオード（１１）とカラー発光ダイオード（１５）の一組でユニット（９０）を構成し、
前記ユニット（９０）単位で又は個別に、前記白色発光ダイオード（１１）と前記カラー発光ダイオード（１５）の輝度及び／又は色度を独立して制御する制御手段（２０、２０ａ）を有することを特徴とする。

これにより、白色発光ダイオードとカラー発光ダイオードでユニットを構成することにより、輝度及び／又は色度の制御を高精度に行うことができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る液晶バックライト装置（１５０）において、
前記複数の発光ダイオード（１６）の最小単位である個別の発光ダイオード（１６）又は前記ユニット（９０）を複数個まとめてブロック（６１）とし、
前記ブロック（６１）を複数個まとめて前記バックライト（６０）を構成することを特徴とする。

これにより、ブロックに分割してバックライトを構成することができ、簡素な制御を行うことができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る液晶バックライト装置（１５０）において、
前記制御手段（２０、２０ａ）は、前記複数の発光ダイオード（１６）のユニット（９０）ごとに又は個別に備えられた制御回路（２０、２０ａ）であって、
前記制御回路（２０、２０ａ）は、外部から制御線（３３、７２１、７２２、７２３）を介して前記発光ダイオード（１６）の輝度を制御するために必要な情報が供給され、
前記制御線（３３、７２１、７２２、７２３）は、多数配列されている発光ダイオード（１６）の列又は行方向に接続されていることを特徴とする。

これにより、制御線の数を、行又は列の数と略等しい程度まで減少させることができ、簡素な構成とすることができる。さらに、バックライトを構成する前記多数の発光ダイオードの輝度を少ない制御線で独立して制御することができるため、各発光ダイオードのバラツキによる輝度ムラや色ムラを補正することができるようになり、発光ダイオードの選別等は必要がないのでバックライトのコスト削減を図ることができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る液晶バックライト装置（１５０）において、
前記制御線（３３、７２１、７２２、７２３）によって外部から前記制御回路（２０、２０ａ）に供給される情報は、各発光ダイオード（１６）の輝度データ（３１２、７１２、７１２ａ）以外に少なくともアドレス情報（３１１、７１１、７１１ａ）、ブロック情報（３１４）及び点灯期間を決める情報（３１３、７１３、７１３ａ）を含むことを特徴とする。

これにより、少ない制御線によっても、各発光ダイオードの制御に必要とされる詳細な情報を制御回路に提供することができ、高精度な制御を行うことができる。

第７の発明は、第１〜６のいずれかの発明に係る液晶バックライト装置（１５０）において、
前記制御回路（２０、２０ａ）は、前記制御線（３３、７２１、７２２、７２３）から送られてきたアドレス情報（３１１、７１１、７１１ａ）を識別し、該当する輝度データ（３１２、７１２、７１２ａ）を読みとり、読み取った前記輝度データを次に輝度データ（３１２、７１２、７１２ａ）が読み取られるまで保持するデータ保持手段（５２）を有することを特徴とする。

これにより、各発光ダイオードの輝度データは、次の輝度データに更新されるまでは確実に記憶することができ、クロックパルス毎の輝度制御を確実に行ってから次の輝度制御に入ることができ、各発光ダイオードの輝度制御を、データスキップすること無く確実に実行することができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、少ない外部からの制御線で簡単に多数の発光ダイオードの輝度を独立して制御することができるため、各発光ダイオードのバラツキが容易に補正できる。それと共に、映像信号の内容に応じてバックライトの輝度をきめ細かく制御することによって、液晶表示装置のダイナミックレンジを拡大し最適な映像を低価格で実現することができ、かつ、低消費電力化が図れる。よって、特に大型液晶テレビやモニター等への実用的効果は大きい。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

まず、本発明を実現するための最良の形態の例として、以下にバックライトの光源として白色発光ダイオードを使用する場合について説明する。図１は多数の白色発光ダイオード１１をバックライトの全面にほぼ均等に多数配置した例を示す。また、図２は、発光ダイオード１１の配列の別の実施例を示すが、本発明は図１及び図２に示す発光ダイオード１１の配列に限るものではない。

次に、多数の白色発光ダイオード１１の接続と制御について、説明を簡単にするため図３のように５×３個の発光ダイオード１１の場合を例に説明する。図３は、本実施例に係るバックライト装置の白色発光ダイオード１１を含むバックライトの構成の一例を示した図である。図３において、本実施例に係るバックライト装置は、３行５列に格子状に配列された複数の白色発光ダイオード１１と、白色発光ダイオード１１を個別に駆動制御する制御回路２０と、各制御回路２０の駆動を制御するデコーダ３０と、デコード３０と各制御回路２０とを電気的に接続する制御線３３とを備える。なお、白色発光ダイオード１１は、バックライト上の位置を示すために、各位置に対応してＤ１１〜Ｄ３５の参照符号を付し、これに対応して、制御回路２０についても、各発光ダイオードＤ１１〜Ｄ３５に対応して制御回路Ｃ１１〜Ｃ３５の参照符号を付している。図３において、デコーダ３０と各列例えば列１上にある制御回路（Ｃ１１からＣ３１）の制御端子とは制御線３３１で接続され、同様に列２から列５まで同じ列上にある制御回路の制御端子が制御線３３２、３３３、３３４、３３５で接続されている。また、各行にある発光ダイオード１１のアノード側は電源に接続され、前記発光ダイオード１１のカソード側は各々制御回路の駆動端子に接続され、前記各制御回路の接地端子は接地されている。なお、発光ダイオード１１の端子接続は、回路構成によって、アノード側を制御回路２０に接続し、カソード側を接地ＧＮＤに接続する場合もある。

前記デコーダ３０には、図示しない映像信号処理回路からバックライト装置の各発光ダイオードの輝度を制御するための輝度情報３１がシリアル信号として入力され、入力されたシリアル輝度情報３１を発光ダイオードの各列単位にデコードする回路である。前記輝度情報３１は、各発光ダイオード単位で輝度データを有すると共に、多数配列されている発光ダイオード中、どの発光ダイオードの輝度データであるかを識別するためのアドレス情報を有している。

前記輝度データは、上の行から、すなわち図３において行１上にある制御回路Ｃ１１から制御回路Ｃ１５に同時に前記輝度データが伝送されて取り込まれ、以下同様に行２、行３の制御回路へ順次輝度データが取り込まれる。また、各行単位で各制御回路に取り込まれた輝度データは、次に取り込まれるまでの期間制御回路内に保持するデータ保持手段を有するので、例えば行１から行２、行３へと輝度データの取込が切り替えられても、行１の輝度データは次の取込期間まで保持される。前記保持する期間は、一般的には１画面（１フィールド又は１フレーム）であるが、前記輝度情報３１に保持する時間のデータを送ることで任意に設定することが可能である。

なお、前記輝度データ３１は、上述のように上の行から下の行へ順次取り込むが、液晶パネルへの映像信号の供給はやはり上から下へ行われ、かつ液晶パネルの応答速度が遅いので、映像信号より少し遅れてバックライトの発光ダイオード１１を点灯した方が、動画像特性が良くなるため都合がよい。また、前記輝度情報３１の伝送速度を１フレーム例えば６０Hzの時間（約１６．７ｍｓ）と比較して充分早ければ、短い時間で輝度データを上の行からから下の行へ送ることができる。

次に、図４を用いて、図示しない映像信号処理回路からデコーダ３０に送られてくる輝度情報３１の具体的な内容について説明する。図４は、図示しない映像信号処理回路からデコーダ３０に送られてくる輝度情報３１を含むシリアル信号の内容の一例を示した模式図である。図４（ａ）は、輝度情報３１を含むシリアル信号の全体構造の一例を示す図である。また、図４（ｂ）は、各制御回路２０に送られる個別の輝度情報３１の詳細の一例を示した図である。

図４（ａ）に示すように、各発光ダイオード１１への輝度情報３１は順番に即ち、１行１列のＣ１１から順に３行５列のＣ３５までシリアルに送られてくる。また、各発光ダイオード１１単位の輝度情報３１は、図４（ｂ）に示すようにアドレス情報３１１、輝度データ３１２及び属性３１３から構成されている。アドレス情報３１１は、どの発光ダイオードかを識別するためのもので、輝度データ３１２は、当該発光ダイオードの輝度情報が例えば８ビットの２５６階調を示すデジタル信号として構成されており、また属性３１３は、発光ダイオードの点灯開始タイミングや点灯を保持する期間などの情報から構成される。

なお、前記アドレス情報３１１には、図示しないブロック情報を付加することができる。例えば、大型の液晶パネルに本実施例に係る液晶バックライト装置を用いる場合には、バックライトをいくつかのブロックに分割して、発光ダイオードを制御するようにした方が都合がよい場合がある。即ち適当なサイズのバックライトブロックを用意して、画面サイズに応じて前記ブロックを複数並べて対応するようにすれば、バックライトの共通化が可能になる。このようなブロック構成の場合には、ブロックを指定するブロック情報とそのブロック内の発光ダイオードを識別するアドレス情報を有することが必要になる。

また、デコーダ３０は、入力された前記輝度情報３１のシリアル信号からクロック等３２を用いて、行単位に輝度情報を並べ替えるための回路である。このような回路構成にすると、行１，行２、行３上にあって制御線３３１、３３２、３３３、３３４、３３５で接続されている発光ダイオード１１の制御回路２０へ同時に輝度情報３１が供給されるが、前記輝度情報３１にはアドレス情報３１１を有しているので、当該アドレスの制御回路２０だけ輝度情報を取り込むので、該当しない制御回路２０は影響を受けることがない。なお、クロック等３２は、輝度情報を読み出すためのシステムクロックと、前記ブロックを識別できるようにするためのブロッククロックのような情報を含む。

次に、図５を用いて発光ダイオード１１の輝度を制御する制御回路２０について説明する。図５は、１個の発光ダイオード１１を制御するための制御回路２０のブロック図である。図５において、アドレス情報３１１、輝度データ３１２及び属性３１３は、図３に示すように制御線３２を介して発光ダイオード１１の制御回路２０に供給され、各制御回路２０内でアドレス情報３１１から輝度データ３１２を輝度データ取得部５１に取り込む。取り込んだ輝度情報３１２は、データ保持部５２のメモリに書き込まれ、属性３１３の情報に従って一定期間保持される。前記保持された輝度データは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調回路）５３でパルス幅変調されて発光ダイオード１１のカソードに接続され、発光ダイオード１１は輝度情報に合った明るさで点灯される。なお、発光ダイオード１１の駆動は、パルス幅変調回路の代わりに定電流回路でもよく、電流の大きさにより発光ダイオード１１の輝度を制御して駆動してもよい。

これまで図３に示した白色発光ダイオード１１を３×５＝１５個用いた場合を例に説明してきたが、これを一つのブロックとして複数個のブロック構成にする場合の例を図６に示す。図６は、１つのブロック６１が５×３（＝１５）個の発光ダイオード１１からなり、このブロックが４×４＝１６個並べてバックライト６０とした場合の例を示した図である。バックライト６０を複数のブロック構成とした場合には、横方向に並んでいるブロック６１全体の行を単位として動作するようにする。即ち、図６の一番上の行の横方向に配置された４個のブロック６１内にある３行の発光ダイオード１１を１番上の行から順に２番目の行、３番目の行と輝度情報３１を取り込むようにする。つまり、デコーダ３０に輝度情報３１が入力される際に、ブロック６１の各々の発光ダイオード１１の情報を、ブロック６１毎にまとめて取得するようにする。このように、輝度情報３１をブロック６１毎に取得することにより、輝度情報３１の通信量を減少させたり、制御線３３の数を減少させたりすることが可能となる。

図７は、バックライト６０をブロック構成とした場合の実施例に係るバックライト装置の概略構成を示した図である。図７において、本実施例に係るバックライト装置は、バックライト６０全体に、複数の発光ダイオード１１を備えている。複数の発光ダイオード１１は、４×４＝１６個のブロック６１に分割され、各ブロック６１は、その位置に応じてブロックＢ１１〜Ｂ４４の参照符号が付されている。各ブロック６１は、３行×５列＝１５個の発光ダイオード１１を各々備えている。また、デコーダ３０は、制御線３３により、各ブロック６１の発光ダイオード１１と、行単位Ｌ１〜Ｌ３で接続されている。なお、図７においては、一番上の行に配置されたブロックＢ１１〜Ｂ１４とデコーダ３０との接続線３３のみが省略して示されているが、実際には、２〜４行目のブロックＢ２１〜Ｂ４４についても、制御線３３によりデコーダ３０と接続される。また、デコーダ３０と発光ダイオード１１は、直接接続されるのではなく、制御回路２０を介して接続される。図７においては、紙面の都合上、制御回路２０は省略されている。また、図７において、個々の構成要素については、今まで説明した内容と同様であるので、今までの説明と同様の参照符号を付し、その説明を省略する。なお、デコーダ３０は、必要に応じて、データ変換手段３５を備えていてもよい。データ変換手段３５の機能の詳細については、後述する。

図７に示すように、個別に発光ダイオード１１とデコーダ３０を接続するのではなく、各ブロック６１の行単位で発光ダイオード１１とデコーダ３０を接続する構成とすれば、各ブロック６１内の同一行については、同じ輝度で一括して制御を行うことが可能となり、制御線３３の数を１／５にまで減少させることができる。つまり、個別に発光ダイオード１１を駆動制御すると、制御線３３は、１個のブロック６１につき１５本の制御線が必要であるが、ブロック化して構成した図７に係るバックライト装置の構成によれば、１個のブロック６１につき３本の制御線３３で発光ダイオード１１の輝度を制御することが可能となる。

図８は、図７のブロック化したバックライト装置を駆動するための輝度情報３１ａを含むシリアル信号のデータ構造の一例を示した図である。図８において、輝度情報３１ａを含むデータ構造全体は、ブロック情報３１４と、各行の輝度情報３１ａとを含む。ブロック情報３１４は、バックライト６０全体におけるブロック６１の位置を示す情報である。一方、輝度情報３１ａは、各ブロック６１内の輝度に関するデータを有し、行情報３１５と、輝度データ３１２と、属性３１３とを含んでいる。行情報３１５は、各ブロック６１内の行を示す情報であり、例えば、行１、行２、行３といった情報が与えられる。図４においては、発光ダイオード１１の各々のアドレス情報３１１が提供され、それに対応して輝度データ３１２及び属性情報３１３も提供されていたが、ブロック６１の行を一括して同じ輝度で制御することにより、情報量を大幅に削減することができる。また、各行の発光ダイオード１１を駆動制御する駆動回路２０についても、各ブロック６１の行毎に設けるだけでよいので、各ブロック６１で３個の制御回路２０を設ければよく、制御回路２０の数も大幅に減少させることができ、低コスト化と省スペース化を図ることができる。また、各ブロック６１の行単位の制御ではなく、ブロック６１単位の制御を行うようにすれば、ブロック６１の数に対応して制御回路２０及び制御線３３を設ければ足り、更にバックライト装置の簡素化及び通信情報量の低減化を図ることができる。

また、本発明によれば、各ブロック６１の大きさは任意にすることができ、かつブロック数を大きくすることによって大画面にも対応できるなど設計の自由度が大きい。なお、発光ダイオード１１を制御する制御回路２０は、前記ブロック６１当たりに１個設けるとブロック識別が容易にできるので都合がよい。また、前記ブロック６１の大きさは、発光ダイオード１１の定格（定格電流など）や発光ダイオード１１の制御回路２０の集積規模とその消費電力による発熱、及び共通化にとって都合の良い大きさなどを考慮して決めればよい。

次に、本発明の別の実施例について説明する。図９は、既に説明した図３と同じく、発光ダイオード１１として５×３（＝１５）個の白色発光ダイオード１１から構成されるが、該白色発光ダイオード１１の輝度制御は、列単位ではなく行単位で行う場合の例を説明するための図である。本実施例においては、まず上の行１から順次行２、行３と下の行に輝度情報を伝送するが、図１０を用いて、この場合の各行における輝度情報の取込を説明する。図１０は、輝度情報を含むシリアル信号のデータ構造の一例を示した図である。図１０（ａ）は、映像信号処理回路から送られてくるシリアル輝度情報７１である。同図に示すように本実施例の場合の輝度情報７１は、図４の場合の輝度情報３１と異なり行の識別信号７１０を有していることである。

図１０（ａ）に示すように、輝度情報７１は映像信号処理回路から行１、行２、行３とシリアルに伝送されてくるが、それを図９のデコーダ７０で前記行識別信号７１０を用いて、図１０（ｂ）に示すように、行１から行２、行３と行毎に分離され、図９に示す制御線７２１、７２２、及び７２３を介して行１、行２、及び行３上にある制御回路２０（Ｃ１１からＣ３５）へ輝度情報７１を伝送する。この各行に伝送されてきた輝度情報７１は、各行の上にある制御回路２０のアドレス７１１を有しているので、前記アドレス７１１に対応した制御回路２０がその輝度データ７１２と属性７１３を取り込むことができる。本実施例は、行の識別信号を必要とするが、これまで説明してきた５×３（＝１５）個のように行の数が列の数より少ない場合、ブロック内におけるデコーダ７０との接続線（制御線）が少なくてすむというメリットがある。

また、例えば、図９に示すような、発光ダイオード１１を個別に駆動制御する制御回路２０を有しているバックライト装置において、図６乃至図８において説明したブロック化制御を行うことも可能である。例えば、図９に示す駆動制御構成において、図８で説明したブロック化の輝度情報３１ａを含むシリアル信号がデコーダ３０に入力された場合を考える。

図１１は、図８に示すブロック化対応のシリアル信号から、個別制御用の制御回路２０を備えた駆動制御構成を有するバックライト装置を駆動させる場合のデータ変換の例を説明するための図である。図１１（ａ）は、変換後のシリアル信号のデータの全体構造の一例を示した図である。図８で説明したシリアル信号には、各ブロック６１を識別するブロック情報３１４の他は、各ブロック６１内の行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３単位での輝度情報３１ａしか存在しない。そこで、各行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の輝度情報３１ａから、個別の制御回路２０用の輝度情報７１ａを作成するような処理を行う。図１１（ａ）において、行１のデータとして、行識別信号Ｌ１の後は、行１の輝度情報Ｃ１１〜Ｃ１５が必要である。そこで、輝度情報Ｃ１１〜Ｃ１５については、図８における１行目の輝度情報Ｌ１を、図１１（ａ）の行１の輝度情報Ｃ１１〜Ｃ１５にコピーする処理を行う。

図１１（ｂ）は、行１の輝度情報７１ａの内部構成を示した図である。図１１（ｂ）において、行識別信号７１０ａ以外には、アドレス情報７１１ａと、輝度データ７１２ａと、属性７１３ａが必要であるので、アドレス情報７１１ａには、ブロック識別情報３１４から判断して、対応する各発光ダイオード１１のアドレスを、アドレス情報７１１ａとして順次割り当てる変換作業を行う。また、輝度データ７１２ａは、図８の輝度データ３１２を、総ての同一ブロック６１の同一行の輝度データ７１２ａにコピーする変換処理を行う。また、属性情報７１３ａは、必要に応じて適宜変換処理を行う。

このような変換処理を行うことにより、図１１（ａ）に示す輝度情報７１ａを含むシリアル信号を作成することができ、図９に示す個別の発光ダイオード１１に対応して設けられた個別の制御回路２０を駆動させることができる。そして、実質的な制御の内容は、図６乃至図８において説明したような、バックライト６０をブロック化した制御を行うことができる。

なお、このような変換処理は、図７において示した、データ変換手段３５において行うようにしてよい。データ変換手段３５は、このような、発光ダイオード１１の個別制御とブロック化制御の切替を行う機能を搭載したい場合に、必要に応じて設けるようにしてよい。

これまで、白色発光ダイオード１１を用いた場合を例に説明してきたが、カラー発光ダイオード１５を使用してもよい。図１２（ａ）は、カラー発光ダイオード１５として１個の赤色発光ダイオード１２、２個の緑色発光ダイオード１３及び１個の青色発光ダイオード１４を１ユニット９０として用いた場合の例を示し、図１２（ｂ）は、前記図１２（ａ）を１ユニットとして、横方向に５ユニット、縦方向に３ユニット配置した合計１５ユニットの場合の実施例に係るバックライト装置を示す図である。なお、発光ダイオード１１〜１５の区別をしない場合には、発光ダイオード１６と表記するものとする。

本実施例のようにカラー発光ダイオード１５を用いた場合の発光ダイオード１６の輝度を調整する方法として、ユニット９０内の赤色発光ダイオード１２、緑色発光ダイオード１３及び青色発光ダイオード１４を個別に制御する方法と、図１２（ａ）のユニット９０を１単位として制御する方法が考えられる。前記カラー発光ダイオード１５を個別に制御する方法は、既に説明した白色発光ダイオード１１を用いた場合と基本的には同じ、即ち、赤色発光ダイオード１２、緑色発光ダイオード１３及び青色発光ダイオード１４を各々白色発光ダイオード１１の一つと考えればよいので説明は省略する。また、上述のように赤色発光ダイオード１２、緑色発光ダイオード１３及び青色発光ダイオード１４を個別に制御する場合は、制御線３３が４本となり複雑となる。

図１２（ａ）のようなユニット９０を１つの単位として輝度制御する例を図１３で説明する。図１３は白色ダイオード１１を用いた図３と比較して、各ユニット９０が白色発光ダイオード１１が１個か、カラー発光ダイオード１５が４個（赤色発光ダイオード１２、青色発光ダイオード１４各１個、緑色発光ダイオード１３が２個）かの違いだけであるので、基本的な動作は白色発光ダイオード１１を用いた場合と同じである。

しかし、上述のようにカラー発光ダイオード１５を用いた場合は、各ユニット９０が赤色発光ダイオード１２、青色発光ダイオード１４が各１個、緑色発光ダイオード１３が２個で構成されているため、各ユニット９０への輝度情報１１０は、白色発光ダイオード１１を用いた場合の輝度情報３１とは当然ながら異なる。即ち、前記カラー発光ダイオード１５を用いた場合は、図１４に示すように輝度情報１１０として原則４個（赤色発光ダイオード１２、青色発光ダイオード１４各１個、緑色発光ダイオード１３が２個）が必要となる。ただし、２個の緑色発光ダイオード１３は、緑色発光ダイオード１３のバラツキがあまり大きくない場合には、共通の輝度データを使用することも可能である。

また、カラー発光ダイオード１５を用いることにより、輝度のみならず、色相、彩度を含む色度の制御を行うことが可能となる。更に、色温度等もカラー発光ダイオード１５によって制御することが可能となり、このような高精細の色度の制御が、カラー発光ダイオード１５を用いることにより可能となる。これにより、高精細な照明を行うことができ、液晶表示パネルに高品位な映像を表示させることに寄与できる。

また、図１４を用いて前記カラー発光ダイオード１５を用いた場合の輝度情報１１０について説明する。白色発光ダイオード１１を用いた場合の図３と比較して、輝度データ１１２Ｒ、１１２Ｇ１、１１２Ｇ２、１１２Ｂが異なる。即ち、前記カラー発光ダイオード１５の場合は、赤色発光ダイオード１２、青色発光ダイオード１４を各１個、緑色発光ダイオード１３を２個使用しているので、輝度情報としては原則として各カラー発光ダイオード１５の数に応じて４つの輝度データ（１１２Ｒ、１１２Ｇ１、１１２Ｇ２、１１２Ｂ）が必要となる。本実施例では、列単位で制御する場合について説明したが、白色発光ダイオード１１の実施例の図９に示すように行単位で制御することもできる。

次に、前記カラー発光ダイオード１５を用いた場合の制御回路２０（Ｃ１１からＣ３５）の消費電力がどのようになるか発光ダイオード１６の駆動部だけの概算消費電力を計算してみる。説明を簡単にするため、赤色発光ダイオード１２、青色発光ダイオード１４、緑色発光ダイオード１３の定格電流は各々３０ｍAとし、前記発光ダイオード１６はＰＷＭ（パルス幅変調）で駆動するものとする。また、前記ＰＷＭがオン時のスイッチング半導体素子の電圧降下を仮に０．５Vとすると、消費電力は電流と電圧の積であるから１個の発光ダイオード１６当たり３０×０．５＝１５ｍWとなり、１ユニット９０ではその４倍の６０ｍWとなる。

上述したように、ユニット数を５×３＝１５とした場合の総消費電力は６０×１５＝９００ｍＷとなる。また、駆動部以外における消費電力は小さいので、前記のように１ワット程度の消費電力ならば１個のＩＣ（半導体回路素子）で制御回路Ｃ１１からＣ３５までを構成することが充分可能である。前記５×３＝１５ユニットを一つのブロックとして考えると、１ブロック９０内に６０個の発光ダイオード１６があるが、前記１ブロックに対して外部からの接続線は制御線３３が５本、電源、接地（グランド）各１本と極めて少ない接続線でよいので、コスト低減を図ることができる。なお、各発光ダイオード１６と制御回路ＩＣ２０を同一基板上に例えば制御回路ＩＣ２０は各発光ダイオード１６とプリント基板の反対側に装着するなどとすれば、各発光ダイオード１６と制御回路ＩＣ２０はプリント基板上の配線で接続できる。

上述のように、仮に５×３＝１５ユニットを１ブロック６１として、前記ブロック６１を複数、例えば２×２＝４や４×４＝１６等使用することで、必要な画面表示サイズのバックライト装置を構成することができる。なお、これまでブロック構成を５×３＝１５を例に説明してきたが、もちろんブロック構成はこれに限るものでない。また、カラー発光ダイオード１５を使用する例としても、これ以外に色々な構成が考えられる。例えば、白色発光ダイオード１１と赤色発光ダイオード１２及び青色発光ダイオード１４を使用する構成などもある。しかし、いずれの構成に於いても外部からの少ない制御線３３と電源線及び接地線で多数の発光ダイオードを個別に制御することが可能である。

図１５は、本実施例に係るバックライト装置１５０を、液晶表示装置２５０に用いた場合の一例を示す全体構成図である。図１５において、本実施例に係るバックライト装置１５０は、バックライト６０と、発光ダイオード制御手段２０ａと、デコーダ３０ａとを備える。また、液晶表示装置２５０は、映像信号処理回路１９０と、メモリ１８０と、液晶表示パネル２００と、ソースドライバ２１０と、ゲートドライバ２２０と、液晶パネル制御回路２３０とを備える。また、液晶表示装置２５０と、本実施例に係るバックライト装置１５０とのインタフェースとして、輝度情報生成手段１７１と、クロック信号等生成手段１７２とが備えられてもよい。

映像信号処理回路１５０は、入力された映像信号を液晶表示パネル２００に画像表示するために必要な処理を行う回路であり、種々の画像処理や補正等が行われる。

メモリ１８０は、映像信号処理回路１５０により処理された映像信号を、一時記憶するための記憶手段である。

液晶パネル制御回路２３０は、メモリ１８０に記憶された映像信号を、液晶表示パネル２００に表示するために必要な制御を行う回路である。具体的には、ソースドライバ２１０及びゲートドライバ２２０を、タイミングを合わせて制御駆動して、液晶表示パネル２００に映像表示させる制御を行う。

ソースドライバ２１０は、液晶表示パネル２００に設けられた薄膜トランジスタのソースにデータ信号を供給するための駆動ＩＣであり、ゲートドライバ２２０は、上述の薄膜トランジスタのゲートにアドレス信号を供給するための駆動ＩＣである。

液晶表示パネル２００は、表示面に映像を表示するための表示パネルであり、ソースドライバ２１０及びゲートドライバ２２０により駆動される。液晶表示パネル２００は、自発光ではないので、本実施例に係るバックライト装置１５０の前面に配置され、背面からバックライト光を照射されている状態で映像を表示する。

輝度情報生成手段１７１は、映像信号処理回路１９０で処理され、メモリ１８０に記憶された映像信号から、本実施例に係るバックライト装置１５０に輝度情報３１、３１ａ、７１、７１ａをシリアル信号として生成するための外部回路である。今まで説明したように、輝度情報生成手段１７１から提供される輝度情報３１、３１ａを含むシリアル信号に基づいて、バックライト装置１５０は駆動制御される。輝度情報生成手段１７１は、例えば、映像信号の輝度分布に合わせて、映像信号が暗い領域に対応する発光ダイオード１６は低輝度で点灯させて省電力化を図り、映像信号が明るい領域に対応する発光ダイオード１６は高輝度で点灯させて映像を高精細に表示できるように輝度情報３１、３１ａ、７１、７１ａを生成する。この輝度情報により、本実施例に係るバックライト装置は、消費電力の低減化を図りつつも高精細な映像を実現するような発光ダイオード１６の駆動制御を行うことができる。

クロック信号等生成手段１７２は、駆動動作に必要な同期をとるためのクロック信号等を生成する手段であり、生成したクロック信号等は、デコーダ３０ａに供給される。

なお、メモリ１８０、輝度情報制御手段１７１及びクロック信号等生成手段１７２は、映像信号処理回路１９０に内蔵され、映像信号処理回路１９０として一体的に構成されてもよい。

デコーダ３０ａは、今までの実施例で説明したように、制御線３３を介して、外部回路である輝度情報生成手段１７１及びクロック信号等生成手段１７２から供給される輝度情報７１及びクロック信号７２がシリアル信号として入力され、これを復元して発光ダイオード制御手段２０に輝度データとして供給するためのソフトウェア手段である。

発光ダイオード制御手段２０ａは、発光ダイオード１６を個別又はユニット単位で駆動し、発光ダイオード１６の輝度を制御するための制御手段である。今までの実施例で説明したように、制御回路２０がその機能を果たす。また、発光ダイオード制御手段２０ａは、ブロック６１単位で発光ダイオード１５の輝度を制御駆動してもよい。図６乃至図８においては、発光ダイオード１６が白色発光ダイオード１１である場合を例に挙げて説明したが、カラー発光ダイオード１５又は白色発光ダイオード１１とカラー発光ダイオード１５の組み合わせの場合にも、ブロック駆動制御を行うようにしてもよい。

バックライト６０は、発光ダイオード１６を支持し、液晶表示パネル２００に背面からバックライト光を照射するための光源体である。発光ダイオード１６が備えられる基板、筐体等が適用されてよい。

本実施例に係るバックライト装置１５０は、このように、映像信号の輝度に基づいて、液晶表示パネル２００の背面から、高精度に輝度制御された光を照射して高品位の映像表示を可能にするとともに、低消費電力による制御を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

直下型バックライト装置における発光ダイオードの配列を示す図である。 直下型バックライト装置における発光ダイオードの配列の別の実施例を示す図である。 本発明によるバックライト装置の動作を説明するための図である。 本発明による輝度情報の構成を説明するための図である。 本発明による発光ダイオードの制御を説明するためのブロック図である。 本発明によるブロック構成を説明するための図である。 バックライト６０をブロック構成とした場合の実施例に係るバックライト装置の概略構成図である。 ブロック化したバックライト装置を駆動するための輝度情報３１ａを含むシリアル信号のデータ構造の一例を示した図である。 本発明によるバックライト装置の別の実施例を示す図である。 本発明による輝度情報の別の実施例を説明するための図である。 ブロック化対応のシリアル信号から、個別制御用のバックライト装置を駆動させる場合のデータ変換の例を説明するための図である。図１１（ａ）は、変換後のシリアル信号のデータの全体構造の一例を示した図である。図１１（ｂ）は、行１の輝度情報７１ａの内部構成を示した図である。 本発明によるカラー発光ダイオードを用いた例を説明するための図である。 本発明によるカラー発光ダイオードを用いた場合のバックライト装置の動作を説明するための図である。 本発明によるカラー発光ダイオードを用いた場合の輝度情報の構成を説明するための図である。 本実施例に係るバックライト装置１５０を、液晶表示装置２５０に用いた場合の一例を示す全体構成図である。

１１ 白色発光ダイオード
１２ 赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）
１３ 緑色ＬＥＤ（発光ダイオード）
１４ 青色ＬＥＤ（発光ダイオード）
１５ カラー発光ダイオード
１６ 発光ダイオード
２０、２０ａ 制御回路
３０、３０ａ、７０、１０１ デコーダ
３１、７１、１１０ 輝度情報
３１１、７１１、１１１ アドレス情報
３１２、７１２、１１２R、１１２G1、１１２G2、１１２B 輝度データ
３１３、７１３、１１３ 属性
３２、７２ クロック等
３３、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、７２１、７２２、７２３ 制御線
５１ 輝度データ取得部
５２ データ保持部
５３ ＰＷＭ（パルス幅変調回路）
６０ バックライト全体
６１、９１ ５×３ユニットの場合のブロック
９０ カラー発光ダイオードの場合のユニット
１５０ バックライト装置
１７１ 輝度情報生成手段
１７２ クロック信号等生成手段
１８０ メモリ
１９０ 映像信号処理回路
２００ 液晶表示パネル
２１０ ソースドライバ
２２０ ゲートドライバ
２３０ 液晶パネル制御回路
２５０ 液晶表示装置

Claims (7)

1. 液晶表示パネルの背面に対向して配置され、複数の発光ダイオードを光源とするバックライトにより前記液晶表示パネルを背面から照らす液晶バックライト装置であって、
   前記複数の発光ダイオードに０．１〜０．５ワットの白色発光ダイオードを用い、
   前記白色発光ダイオードの輝度を個別に独立して制御する制御手段を有することを特徴とする液晶バックライト装置。
2. 液晶表示パネルの背面に対向して配置され、複数の発光ダイオードを光源とするバックライトにより前記液晶表示パネルを背面から照らす液晶バックライト装置であって、
   前記複数の発光ダイオードにカラー発光ダイオードを使用するとともに、前記カラー発光ダイオードは混色によって白色となる最小単位Ｎ個（Ｎは自然数）でユニットを構成し、
   前記ユニット単位で又は個別に前記カラー発光ダイオードの輝度及び／又は色度を独立して制御する制御手段を有することを特徴とする液晶バックライト装置。
3. 液晶表示パネルの背面に対向して配置され、複数の発光ダイオードを光源とするバックライトにより前記液晶表示パネルを背面から照らす液晶バックライト装置であって、
   前記複数の発光ダイオードには、白色発光ダイオードと１個以上のカラー発光ダイオードを使用するとともに、前記白色発光ダイオードとカラー発光ダイオードの一組でユニットを構成し、
   前記ユニット単位で又は個別に、前記白色発光ダイオードと前記カラー発光ダイオードの輝度及び／又は色度を独立して制御する制御手段を有することを特徴とする液晶バックライト装置。
4. 前記複数の発光ダイオードの最小単位である個別の発光ダイオード又は前記ユニットを複数個まとめてブロックとし、
   前記ブロックを複数個まとめて前記バックライトを構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶バックライト装置。
5. 前記制御手段は、前記複数の発光ダイオードのユニットごとに又は個別に備えられた制御回路であって、
   前記制御回路は、外部から制御線を介して前記発光ダイオードの輝度を制御するために必要な情報が供給され、
   前記制御線は、多数配列されている発光ダイオードの列又は行方向に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶バックライト装置。
6. 前記制御線によって外部から前記制御回路に供給される情報は、各発光ダイオードの輝度データ以外に少なくともアドレス情報、ブロック情報及び点灯期間を決める情報を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶バックライト装置。
7. 前記制御回路は、前記制御線から送られてきたアドレス情報を識別し、該当する輝度データを読みとり、読み取った前記輝度データを次に輝度データが読み取られるまで保持するデータ保持手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶バックライト装置。

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