JP2012212100A - バックライト装置とその制御方法、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白色点灯が可能な発光素子を用いたバックライト装置において、表示する輝度による色域の変化を低減し、動画視認性を向上させること。
【解決手段】バックライト装置１００にて白色ＬＥＤを用いた光源部は、単体で白色点灯が可能な複数の白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６を備える。各白色ＬＥＤ部は画面の上下方向における分割領域にそれぞれ対応し、ＬＣＤ表示部１１７の表示画面に合わせて順次に走査されて点灯する。ＲＧＢの混色で白色表示を行うＬＥＤ部１０２は常時点灯を行う。また、別の実施形態では、低消費電力モードにて白色ＬＥＤ部が常時点灯し、ＲＧＢの混色で白色表示を行うＬＥＤ部はＬＣＤ表示部１１７の表示画面に合わせて順次に走査されて点灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色表示可能な発光素子を用いたバックライト装置の点灯制御技術に関するものである。

近年、高精細、広色域、かつ低消費電力の表示装置として液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）の開発が行われている。バックライト装置の光源部には発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）として、白色ＬＥＤや、ＲＧＢ等の混色によって白色表示可能なＬＥＤが使用される。液晶表示装置には動画表示の際、動画像にボケが生じるという課題がある。これは液晶パネルに使用される液晶分子の応答速度の遅さが原因である。特許文献１には、液晶パネルが応答中となる期間だけ、バックライト装置のＬＥＤへの電源供給を停止し、点滅スキャンする方法が提案されている。しかしながら、この方法では画面輝度の低下やフリッカーが生じるため、その改善方法として特許文献２には、全画面に黒画像またはグレー画像を挿入する技術が開示されている。
また、特許文献３には、白色光源及びＲＧＢ光源を用いたバックライト型ディスプレイが開示されている。色域が広く高効率な発光を実現するために、ＲＧＢ光源が低い輝度の状態に使用され、輝度の要求値が増大される場合にはＲＧＢ光源に白色光源が追加される。

特開２０００−３２１５５１号公報 特開２００８−１４５９０９号公報 特開２００７−１３３４０７号公報

一般に、ＬＥＤなどの発光素子において、単体で白色点灯が可能な白色光源と、ＲＧＢ等の混色により白色点灯が可能な光源とでは、単体で白色点灯が可能な白色光源の方が色域は広い。よって、特許文献３に開示されている技術では、低い輝度の状態と高い輝度の状態とで発光する光源が異なるため、表示する輝度によって色域が変化してしまうという課題がある。
そこで、本発明は白色点灯が可能な発光素子を用いたバックライト装置において、表示する輝度による色域の変化を低減し、動画視認性を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明に係る装置は、白色点灯が可能な発光素子を用いた第１光源部と、前記第１光源部の発光素子とは特性の異なる白色点灯が可能な発光素子を用いた第２光源部を備えたバックライト装置であって、前記第１光源部を複数の分割領域に区分して発光素子を順次に走査して点灯させるとともに、前記第２光源部を常時点灯させる点灯制御手段を有する。

本発明によれば、白色点灯が可能な発光素子を用いたバックライト装置において、表示する輝度による色域の変化を低減し、動画視認性を向上させることができる。

図２および３と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、バックライト装置１００の構成例を示すブロック図である。 図１に示すＬＥＤ光源部１５０の斜視図（Ａ）、および白色ＬＥＤ部の点灯順序を示す説明図（Ｂ）である。 各ＬＥＤ部の点灯タイミングを例示する図である。 図５と併せて本発明の第２実施形態を説明するために、バックライト装置３００の構成例を示すブロック図である。 各ＬＥＤ部の点灯タイミングを例示する図である。

以下の実施形態では、白色発光素子として白色ＬＥＤ素子を用いるとともに、ＲＧＢの混色で白色表示可能なＬＥＤ素子群を使用したバックライト装置および表示装置について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るバックライト装置１００の構成例を示すブロック図である。バックライト装置１００において電源部１０１は、ＬＥＤ光源部１５０に配置される各ＬＥＤに電源電圧を供給する。ＬＥＤ光源部１５０は、バックライト光源に使用するＬＥＤアレイ基板である。本例にて第１光源部は、単体で白色点灯が可能な複数の白色ＬＥＤ光源（白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６）を備える。また第２光源部はＲＧＢ原色光の混色によって白色光を得るＬＥＤ光源（以下、「ＲＧＢ ＬＥＤ部」という）１０２を備える。図１では第１光源部と第２光源部が重なり合った状態で示す。
ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２は、ＲＧＢの各色でそれぞれ発光する複数のＬＥＤによって構成され、混色によりバックライト全体に亘って白色発光する。第１光源部は白色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６から構成され、これらは図２に示すように、バックライト光源の縦方向にて４つに区分された分割領域で発光する。つまり、白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６は、画面の上方から下方にかけて区分された、上部、中上部、中下部、下部の分割領域にそれぞれ対応しており、後述するように順次に点灯制御が行われる。電流源１０７乃至１１１は各ＬＥＤを定電力で駆動する。電流源１０７はＲＧＢ ＬＥＤ部１０２に接続され、電流源１０８乃至１１１は白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６にそれぞれ接続されている。そして、電流源１０８乃至１１１はスイッチ素子１１２乃至１１５をそれぞれ介して接地されており、電流源１０７はスイッチ素子を介さずに接地されている。

制御部１１６は、映像処理部１１８が出力するタイミング信号に応じて、バックライト光源のＬＥＤを発光させるタイミング制御を行い、スイッチ素子１１２乃至１１５をオン状態にすることで白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６を点灯させる。ＬＣＤ表示部１１７は、映像処理部１１８が出力する映像信号に従ってグラフィックや文字、動画などの画像表示を行う液晶表示デバイスである。バックライト装置を構成するＬＥＤ光源部をスイッチング制御することで点灯状態および消灯状態を実現可能である。

図２（Ａ）は、図１に示すＬＥＤ光源部１５０の構成例を示す斜視図である。
ＬＥＤ光源部１５０は、直下型ＬＥＤ光源で走査線の方向に対して平行に配置されたアレイ基板である。基板上には４つのＬＥＤを１つのグループとする素子群が縦横に配置されている。例えば、白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの４個を１グループとして配列される。分割領域にそれぞれ設けられた白色ＬＥＤは図１の白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６をそれぞれ構成する。また赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤは混色により白色点灯が可能であり、図１のＲＧＢ ＬＥＤ部１０２を構成する。一般的にＲＧＢのＬＥＤを用いて混色により白色点灯を行った場合、白色ＬＥＤを用いた白色点灯に比べると発光効率は低いが、広色域表示が可能である。
本実施形態では、画面全体を上下方向にて４つの領域に分割して白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６の発光制御を行うが、分割位置やＬＥＤの個数についてはサイズや表示エリアの性能に応じて異なるものとする。また、ＲＧＢの３原色および白色の４個のＬＥＤを１グループとして配列する形態でなくとも、混色により白色点灯が可能なＬＥＤにより画面全体で発光可能であって、各白色ＬＥＤ部を独立に駆動可能であれば如何なる配置でもよい。この場合、ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２を構成する各ＬＥＤについては、画面全体で同一に制御される。

図２（Ｂ）は、ＬＥＤ光源部１５０に配置される白色ＬＥＤ部が点灯制御される順序を示す。
ＬＣＤ表示部１１７は線順次駆動であり、画面上部から順に表示応答が完了する。例えば、白色ＬＥＤ部１０３を画面の上部領域、白色ＬＥＤ部１０４を中上部領域、白色ＬＥＤ部１０５を中下部領域、白色ＬＥＤ部１０６を下部領域にそれぞれ対応する光源部とする。４領域に分割されたＬＥＤ部は、矢印Ｓに示すようにＬＣＤ表示部１１７の表示画面に合わせて画面の上部領域から中上部領域、中下部領域、下部領域へと順番に点灯制御される。下部領域の点灯が終わると、破線の矢印に示すように上部領域に戻って再び点灯サイクルが繰り返される。

図３はＬＥＤ部の点灯タイミングを例示した図である。「Ｒ、Ｇ、Ｂ」は、ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２を構成する各ＬＥＤの点灯状態を示す。「Ｗ」の横に示す上、中上、中下、下は、画面の上部領域、中上部領域、中下部領域、下部領域にそれぞれ対応する白色ＬＥＤの点灯状態を示す。ＯＮがＬＥＤの点灯状態を表し、ＯＦＦがＬＥＤの消灯状態を表す。１秒間に６０フレームの画像を表示する場合に１フレームの画像を表示可能な時間は、約１６．７ｍｓ（ミリ秒）の時間に相当する。
ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２は常に点灯状態であり、白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６は順次にスキャン点灯する。すなわち、映像信号の書き込み後、各分割表示領域に対して白色ＬＥＤのみを点灯させる動作が、１フレーム期間内で順次に実行される。各フレームにて、先ず白色ＬＥＤ部１０３が点灯し、その消灯時点で次の白色ＬＥＤ部１０４が点灯する。その後、白色ＬＥＤ部１０４が消灯する時点で、次の白色ＬＥＤ部１０５が点灯する。白色ＬＥＤ部１０５が消灯しフレームの最後に白色ＬＥＤ部１０６が点灯してから、フレーム期間の終端で当該ＬＥＤ部が消灯し、次のフレームに移行する。

ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２は１００ｃｄ／ｍ^２に相当する光量で常時点灯する。また白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６は、それらの点灯時にてＲＧＢ ＬＥＤ部１０２との光量の総和が２００ｃｄ／ｍ^２となる。図３に示すパターンでスキャン点灯が繰り返し実行され、ＲＧＢ ＬＥＤ部１０２での混色により白色点灯を行う部分と、順次に点灯する白色ＬＥＤ部との間に輝度差が生じる。２００ｃｄ／ｍ^２となる輝度の高い部分が図３に示すパターンでスキャン点灯するため、観察者には１００ｃｄ／ｍ^２となる輝度の低い部分が相対的にグレーに見える。すなわち輝度が低い部分がグレーに見えることで、輝度の高い部分とのコントラスト差が小さくなり、フリッカーが目立たなくなる。
第１実施形態では、混色により白色光を生成するＲＧＢ ＬＥＤ部１０２をバックライト装置全体に発光させ、白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６を分割領域で画面の上下方向にて順次に走査して発光させることにより、広色域での表示が可能である。そしてフリッカーが目立たなくなり、表示装置の動画視認性を高める効果が得られる。
本実施形態では、白色発光素子として白色ＬＥＤ素子を用いるとともに、ＲＧＢの混色で白色表示可能なＬＥＤ素子群を使用した場合について説明したが、これに限られない。例えば、混色した場合の白色発光の色域や消費電力等の特性が異なる、ＲＧＢの混色で白色表示が可能な発光素子群を２種類以上使用する形態でもよい。または、白色発光時の色域や消費電力等の特性が異なる、単体で白色点灯可能な白色発光素子を２種類以上使用する形態でもよい。つまり、常時点灯させる発光素子（群）と、スキャン点灯させる発光素子（群）とで白色発光時の色域や消費電力等が異なるものを用いる場合にも本発明は適用可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、第１実施形態による第１制御モード（以下、広色域モードという）と、消費電力を抑える第２制御モード（以下、低消費電力モードという）の選択が可能である。
図４は、第２実施形態に係るバックライト装置３００の構成例を示すブロック図である。第１実施形態との違いは、ＬＥＤ光源部３５０に配置されるＬＥＤの点灯制御をモード切替部３５１によって切り替え可能なことである。よって、以下では第１実施形態との相違点を説明し、同様の部分については既に使用した符号を用いることでそれらの説明を省略する。

本例では、４つのＲＧＢ ＬＥＤ部３６０乃至３６３が設けられており、これらは白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６とそれぞれ組をなす。例えば、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６０と白色ＬＥＤ部１０３が画面の上部領域に対応し、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６１と白色ＬＥＤ部１０４が画面の中上部領域に対応する。そして、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６２と白色ＬＥＤ部１０５が画面の中下部領域に対応し、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６３と白色ＬＥＤ部１０６が画面の下部領域に対応する。
白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６を定電力で駆動する電流源１０８乃至１１１は、スイッチ素子１１２乃至１１５をそれぞれ介して接地されている。また、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６０乃至３６３を定電力で駆動する電流源３６５乃至３６８は、スイッチ素子３７０乃至３７３をそれぞれ介して接地されている。

制御部１１６は、モード切替部３５１で選択された点灯制御モードに従い、映像処理部１１８が出力するタイミング信号に応じて、バックライト光源であるＬＥＤを発光させるタイミングを制御する。これによりスイッチ素子１１２乃至１１５のオン制御で白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６がそれぞれ点灯し、またスイッチ素子３７０乃至３７３のオン制御でＲＧＢ ＬＥＤ部３６０乃至３６３がそれぞれ点灯する。
ＬＥＤ光源部３５０に配置されるＬＥＤの点灯制御方法は、第１実施形態の場合と同様であるが、白色ＬＥＤ部とＲＧＢ ＬＥＤ部のいずれかをスキャン点灯可能である点で異なる。
本実施形態ではモード切替部３５１により、以下の点灯制御が選択可能である。
・ＲＧＢ ＬＥＤ部の常時点灯、および白色ＬＥＤ部のスキャン点灯（広色域モード時）。
・白色ＬＥＤ部の常時点灯、およびＲＧＢ ＬＥＤ部のスキャン点灯（低消費電力モード時）。
例えば、モード切替部３５１はユーザにより選択されたモードに応じた点灯制御モードを選択できる。また、ＬＣＤ表示部１１７に表示する画像に応じて、モード切替部３５１は点灯制御モードを選択してもよい。その場合、制御部１１６は映像処理部１１８からＬＣＤ表示部１１７に表示する画像に関する情報を取得してモード切替部３５１に送信する。例えば、制御部１１６は、該画像の色域情報や画素数情報を、画像に付与されているメタデータ等から取得可能である。そしてモード切替部３５１は、取得した情報に応じて点灯制御モードを選択する。例えば、ＬＣＤ表示部１１７に表示する画像の色域が所定範囲より比較的広い場合、例えばＡｄｏｂｅＲＧＢ（登録商標）色域、ＤＣＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｎｅｍａ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ）規格の色域の場合には広色域モードとする。また、表示する画像の色域が比較的狭い場合、例えばｓＲＧＢ色域の場合には、低消費電力モードとする。また、モード切替部３５１は、画像の画素数が所定値（閾値）より比較的多い場合（例えば１９２０×１０８０ピクセルなど）には広色域モードとする。画像の画素数が所定値より比較的少ない場合（例えば６４０×４８０ピクセルなど）には、低消費電力モードとしてもよい。なお、前述の所定範囲や所定値については、任意に設定できる。

図５は、低消費電力モードで制御を行った場合のＬＥＤの点灯タイミングを示す。図中の「Ｗ ＬＥＤ」は、白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６の点灯状態を示しており、それぞれ画面の上部領域、中上部領域、中下部領域、下部領域の光源部に相当する。白色ＬＥＤ部はいずれもオン（ＯＮ）状態であり、常時点灯する。
一方、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６０乃至３６３は、画面の上部領域、中上部領域、中下部領域、下部領域の光源部にそれぞれ相当する。これらの光源部はＬＣＤ表示部１１７に合わせて画面上部から下部へとスキャン点灯する。すなわち、映像信号の書き込み後、各分割領域に対応するＲＧＢ ＬＥＤ部のみを点灯させる動作が、１フレーム期間内で順次に実行される。なお、光源部の点灯状態での消費電力は、ＲＧＢ ＬＥＤ部の方が白色ＬＥＤ部よりも大きい。よって、第１実施形態に記載の広色域モードに対して、白色ＬＥＤ部の点灯時間は長いがＲＧＢ ＬＥＤ部の点灯時間が短いため、消費電力を抑えることが可能となる。

本例では、白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６が１００ｃｄ／ｍ^２に相当する光量で常時点灯する。また、ＲＧＢ ＬＥＤ部３６０乃至３６３は、それらの点灯時にて白色ＬＥＤ部１０３乃至１０６との光量の総和が２００ｃｄ／ｍ^２となる。これにより、白色ＬＥＤ部のみ点灯を行った部分と、ＲＧＢのＬＥＤ部が順次に点灯する部分との間に輝度差が生じる。２００ｃｄ／ｍ^２となる輝度の高い部分が図５に示すパターンでスキャン点灯し、観察者には１００ｃｄ／ｍ^２となる輝度の低い部分が相対的にグレーに見える。つまり輝度の低い部分がグレーに見えることで、輝度の高い部分とのコントラスト差が小さくなり、フリッカーが目立たなくなる。
第２実施形態によれば、ＲＧＢのＬＥＤ部と白色ＬＥＤ部のうち、一方を常時点灯させ、他方をスキャン点灯させる。これにより、広色域モードでの点灯制御と低消費電力モードでの点灯制御を選択できる。いずれのモードでもフリッカーが目立たなくなり、表示装置の動画視認性を高める効果が得られる。また低消費電力モードへの切り替えによって節電効果が得られる。

１００，３００ バックライト装置
１０２，３６０乃至３６３ ＲＧＢ ＬＥＤ部
１０３乃至１０６ 白色ＬＥＤ部
１１６ 制御部
１１７ ＬＣＤ表示部
３５１ モード切替部

Claims (6)

1. 白色点灯が可能な発光素子を用いた第１光源部と、
   前記第１光源部の発光素子とは特性の異なる白色点灯が可能な発光素子を用いた第２光源部を備えたバックライト装置であって、
   前記第１光源部を複数の分割領域に区分して発光素子を順次に走査して点灯させるとともに、前記第２光源部を常時点灯させる点灯制御手段を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 前記第１光源部を複数の分割領域に区分して発光素子を順次に走査して点灯させるとともに前記第２光源部を常時点灯させる制御モードと、前記第２光源部を複数の分割領域に区分して発光素子を順次に走査して点灯させるとともに前記第１光源部を常時点灯させる制御モードとを切り替えるモード切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記第１光源部は、単体で白色点灯が可能な発光素子を有し、前記第２光源部は、混色により白色点灯が可能な発光素子を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のバックライト装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のバックライト装置と、
   映像信号に従って前記バックライト装置の光で画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
5. 前記点灯制御手段は、前記表示手段の表示画面に合わせて上方から下方へ前記分割領域の発光素子を順次に点灯させる制御を繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 白色点灯が可能な発光素子を用いた第１光源部と、
   前記第１光源部の発光素子とは特性の異なる白色点灯が可能な発光素子を用いた第２光源部を備えたバックライト装置にて実行される制御方法であって、
   前記第１光源部を複数の分割領域に区分して発光素子を順次に走査して点灯させるとともに、前記第２光源部を常時点灯させることを特徴とするバックライト装置の制御方法。

Images