JP2013109242A - Liquid crystal display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device capable of reducing power consumption by adjusting brightness of a back light, improving color contrast and improving black tightness.SOLUTION: LED elements 52 composing a light source of a back light 41 are arranged so as to correspond to a plurality of pixels of a liquid crystal display panel 35. A brightness signal in video signals suppresses emission amounts of the LED elements 52 especially in a dark part of a video so that the light sources of the LED elements 52 of the back light 41 emit light at brightness corresponding to brightness levels related to some or all of the plurality of pixels.

Description

本発明は液晶表示装置に係り、とくに液晶表示パネルの背面側にバックライトを備え、該バックライトからの光で前記液晶表示パネルが映像信号に応じた表示を行なう液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device that includes a backlight on the back side of a liquid crystal display panel, and that the liquid crystal display panel performs display according to a video signal with light from the backlight.

液晶表示装置は、画素電極および薄膜トランジスタ(TFT)等がマトリックス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して、TFT基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向電極とを具備し、TFT基板と対向電極との間に液晶が挟着される構造を採用している。そして液晶分子による光の透過率を画素のR(赤)、G(緑)、B(青)毎に制御することによって、カラー画像を形成している。   A liquid crystal display device includes a TFT substrate in which pixel electrodes and thin film transistors (TFTs) are formed in a matrix, and a counter electrode in which a color filter is formed at a location corresponding to the pixel electrode of the TFT substrate, facing the TFT substrate. And a structure in which liquid crystal is sandwiched between the TFT substrate and the counter electrode is employed. A color image is formed by controlling the light transmittance of the liquid crystal molecules for each of R (red), G (green), and B (blue) of the pixel.

液晶表示装置は、薄型かつ軽量にすることができることから、テレビジョン受像機を始めとして各種の分野に使用されている。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。テレビジョン受像機等のような比較的大画面の液晶表示装置においては、従来はバックライトとして蛍光管が使用されていた。しかし、液晶表示装置をさらに薄型にしたい、あるいは、色の表示領域を広くしたい等の要請から、LED(Light Emitting Diode)が使用されるようになっている。   Since liquid crystal display devices can be made thin and light, they are used in various fields including television receivers. Since the liquid crystal itself does not emit light, a backlight is disposed on the back of the liquid crystal display panel. In a liquid crystal display device having a relatively large screen such as a television receiver, a fluorescent tube has been conventionally used as a backlight. However, an LED (Light Emitting Diode) is used to reduce the thickness of the liquid crystal display device or to increase the color display area.

バックライトの光源の配置は、液晶表示パネルの直下(背面)に光源を配置する直下型方式と、導光板のサイドに光源を配置するサイドライト型方式とがあるが、比較的大画面の液晶表示装置では、画面の明るさを十分に確保するために直下型の光源が用いられるようになっている。   There are two types of backlight light sources: a direct light type in which the light source is arranged directly below (back) the liquid crystal display panel and a side light type in which the light source is arranged on the side of the light guide plate. In a display device, a direct light source is used in order to ensure sufficient screen brightness.

液晶表示装置におけるカラー画像の形成は、R、G、Bの各色の加算混合によってそれぞれの画素の色相と輝度とが調整された光を発生させるようにし、このような光を各画素についてそれぞれ発光させ、これらの各画素の光の合成によって映像が形成されるようにしている。ここで液晶表示パネルは、上記R、G、Bのそれぞれの色について、液晶が各画素のR、G、B毎にシャッタを構成するようになっており、白色光については、R、G、Bの各色の液晶シャッタを全開し、背面側からの光を全部透過させることによってその加算で白色光を発光させるようにしていた。これに対して黒色光は、背面側の光を全部遮断するように、R、G、Bの各液晶シャッタを閉じることによって黒色の光としていた。中間色については、R、G、Bの各色の光の光量を液晶シャッタによってそれぞれ調整することにより、所定の輝度でかつ所定の色相の光を発生させるようにしていた。従って、バックライトについては、画像の全面について均一な光を発生させるようにしていた。   In the formation of a color image in a liquid crystal display device, light in which the hue and brightness of each pixel are adjusted is generated by adding and mixing R, G, and B colors, and such light is emitted for each pixel. Thus, an image is formed by combining the light of these pixels. Here, the liquid crystal display panel is configured such that the liquid crystal forms a shutter for each of R, G, and B of each pixel for each of the colors R, G, and B, and R, G, and B for white light. The liquid crystal shutters for each color of B were fully opened, and all the light from the back side was transmitted so that white light was emitted by the addition. On the other hand, the black light is made black by closing the R, G, and B liquid crystal shutters so as to block all the light on the back side. For the intermediate color, light of each color of R, G, and B is adjusted by a liquid crystal shutter to generate light having a predetermined luminance and a predetermined hue. Therefore, with respect to the backlight, uniform light is generated over the entire surface of the image.

しかるに液晶表示装置のバックライトの消費電力を低減するために、とくに画像の暗い部分と対応する画素については、その部分のバックライトを必ずしも光らせる必要がないことから、不必要な部分のバックライトの光度を下げるようにしたエリアコントロール等の方式が提案されている(特開2011−29023号公報、特開2010−91729号公報等参照)。   However, in order to reduce the power consumption of the backlight of the liquid crystal display device, it is not always necessary to illuminate the backlight of the portion corresponding to the dark portion of the image. A method such as area control in which the luminous intensity is lowered has been proposed (see Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. 2011-29023 and 2010-91729).

しかるに従来のエリアコントロール方式によっても、必ずしも十分な消費電力の低減が図られることにはならない。また必ずしも不必要な領域のバックライトの輝度を下げるようにはなっておらず、液晶シャッタの部分を通して前面側に放射されるバックライトの光によって、色相あるいは色彩が劣化して色のメリハリが悪化したり、あるいはまた黒色の画像が必ずしも明確に表示されない等の問題があった。   However, even with the conventional area control method, the power consumption cannot be sufficiently reduced. Also, it does not necessarily reduce the brightness of the backlight in unnecessary areas, but the hue or color deteriorates due to the light of the backlight emitted to the front side through the liquid crystal shutter part, and the color sharpness deteriorates. Or a black image is not always clearly displayed.

特開2011−29023号公報JP 2011-29023 A 特開2010−91729号公報JP 2010-91729 A

本願発明の課題は、不必要な暗い映像領域のバックライトの明るさを低くし、これによって消費電力が確実に低減されるようにした液晶表示装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which the brightness of the backlight in an unnecessary dark video region is lowered, and thereby the power consumption is surely reduced.

本願発明の別の課題は、製造が容易であって、製造コストが低減されるようにした直下型バックライト方式の液晶表示装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a direct-type backlight type liquid crystal display device that is easy to manufacture and reduces the manufacturing cost.

本願発明のさらに別の課題は、色相および色彩が改善されて、色のメリハリがつくようにした液晶表示装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which the hue and color are improved and the color is sharpened.

本願発明のさらに別の課題は、黒色のしまりが良くなり、灰色がかった黒色にならないようにした液晶表示装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which blackness is improved and grayish black is not produced.

本願発明のさらに別の課題は、映像の立体感が増大するようにした液晶表示装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which the stereoscopic effect of an image is increased.

本願発明のさらに別の課題は、微妙な色彩の映像が要求される医療用の表示装置に用いて好適な液晶表示装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device suitable for use in a medical display device that requires a subtle color image.

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。   The above-described problems and other problems of the present invention will be made clear by the technical idea of the present invention described below and the embodiments thereof.

本願の主要な発明は、液晶表示パネルの背面側にバックライトを備え、該バックライトからの光で前記液晶表示パネルが映像信号に応じた表示を行なう液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルの複数個の画素に対応するように前記バックライトの光源が配列され、前記バックライトの光源の明るさを制御する制御手段を有し、該制御手段によって前記映像信号中の輝度信号であって前記複数画素の内の一部または全部と関連づけられた輝度レベルと対応する明るさで前記バックライトの光源が発光する液晶表示装置に関するものである。
The main invention of the present application is a liquid crystal display device comprising a backlight on the back side of the liquid crystal display panel, and the liquid crystal display panel performs display according to a video signal with light from the backlight.
A light source of the backlight is arranged so as to correspond to a plurality of pixels of the liquid crystal display panel, and has control means for controlling the brightness of the light source of the backlight, and the brightness in the video signal is controlled by the control means. The present invention relates to a liquid crystal display device in which a light source of the backlight emits light with a brightness corresponding to a luminance level associated with a part or all of the plurality of pixels.

ここで、前記複数画素の中心またはその近傍に位置する画素の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように前記制御手段で制御されるようにしてよい。また前記複数画素の平均の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように制御手段で制御されるようにしてよい。また前記複数画素の重み付き平均の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように前記制御手段で制御されるようにしてよい。また輝度信号抽出手段を具備し、映像信号から前記輝度信号を抽出するようにしてよい。また前記バックライトの光源が複数のLEDから構成され、すべてのLEDが対応する画素数が互いに等しくなるように配列されてよい。また前記すべてのLEDがそれぞれバイポーラトランジスタに接続され、該バイポーラトランジスタの制御によってすべてのLEDの明るさが互いに独立に制御されてよい。また前記それぞれのバイポーラトランジスタが前記LEDを実装する基板上に実装されるか形成されてよい。   Here, the control unit may control the light source of the backlight to emit light at a brightness corresponding to the brightness of a pixel located at the center of the plurality of pixels or in the vicinity thereof. The control unit may control the light source of the backlight to emit light with brightness corresponding to the average luminance of the plurality of pixels. The control unit may control the light source of the backlight to emit light at a brightness corresponding to the weighted average brightness of the plurality of pixels. In addition, a luminance signal extraction unit may be provided to extract the luminance signal from the video signal. The light source of the backlight may be composed of a plurality of LEDs, and all the LEDs may be arranged so that the number of corresponding pixels is equal to each other. In addition, all the LEDs may be connected to bipolar transistors, and the brightness of all the LEDs may be controlled independently of each other by controlling the bipolar transistors. Each of the bipolar transistors may be mounted on or formed on a substrate on which the LED is mounted.

本願の主要な発明は、
液晶表示パネルの背面側にバックライトを備え、該バックライトからの光で前記液晶表示パネルが映像信号に応じた表示を行なう液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルの複数個の画素に対応するように前記バックライトの光源が配列され、前記バックライトの光源の明るさを制御する制御手段を有し、該制御手段によって前記映像信号中の輝度信号であって前記複数画素の内の一部または全部と関連づけられた輝度レベルと対応する明るさで前記バックライトの光源が発光する液晶表示装置に関するものである。
The main invention of this application is:
In a liquid crystal display device comprising a backlight on the back side of the liquid crystal display panel, and the liquid crystal display panel performs display according to a video signal with light from the backlight.
A light source of the backlight is arranged so as to correspond to a plurality of pixels of the liquid crystal display panel, and has control means for controlling the brightness of the light source of the backlight, and the brightness in the video signal is controlled by the control means. The present invention relates to a liquid crystal display device in which a light source of the backlight emits light with a brightness corresponding to a luminance level associated with a part or all of the plurality of pixels.

従って本願発明によれば、映像信号中の複数画素の内の一部または全部と関連づけられた輝度レベルと対応する明るさで光を発する光源を有するバックライトによって、背面側から液晶表示パネルを照明することが可能になる。このような構成によると、映像中の黒色部分あるいは暗い色の部分については、その位置のバックライトの光源が暗くなるか光らなくなる。すなわちバックライトの光源によって粗い白黒画像が形成されるようにしてバックライトで背面側から照明が行なわれることになる。従って不要な部分の光源の電力消費を抑えることにより、消費電力の低減を図ることが可能になる。また明るくない領域、暗い領域、あるいは黒色の領域については、その部分のバックライトが暗くなるか光らなくなるために、液晶シャッタを通して背面側から漏れる光が低減されるか無くなり、色相あるいは色彩が滲まず、色のメリハリがつくようになる。また暗い領域あるいは黒い画像部分については、背面側からの光が極めて少なくなり、これによって黒のしまりが向上し、真っ黒に見えるような画像になる。このような色彩および黒色部分の画像の改善によって、映像の立体感が増大する。   Therefore, according to the present invention, the liquid crystal display panel is illuminated from the back side by the backlight having the light source that emits light at the brightness corresponding to the luminance level associated with some or all of the plurality of pixels in the video signal. It becomes possible to do. According to such a configuration, for the black portion or dark color portion in the video, the light source of the backlight at that position becomes dark or does not shine. That is, illumination is performed from the back side with the backlight so that a rough black and white image is formed by the light source of the backlight. Therefore, it is possible to reduce the power consumption by suppressing the power consumption of the unnecessary portion of the light source. Also, in areas that are not bright, dark, or black, the backlight in that area becomes darker or no longer shines, so light that leaks from the back side through the liquid crystal shutter is reduced or eliminated, and hue or color does not blur. , The color becomes sharper. In the dark area or the black image portion, the light from the back side is extremely reduced, so that the black margin is improved and the image looks black. By improving the color and the image of the black part, the stereoscopic effect of the video is increased.

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置を備える液晶カラーテレビジョン受像機の全体の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a liquid crystal color television receiver including a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. 同テレビジョン受像機の液晶表示パネルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the liquid crystal display panel of the television receiver. バックライトの駆動部のブロック図である。It is a block diagram of the drive part of a backlight. バックライトの駆動部のとくに制御部およびバックライト駆動部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows especially a control part and a backlight drive part of the drive part of a backlight. バックライトと画素との関係を示す液晶表示装置の正面図である。It is a front view of the liquid crystal display device which shows the relationship between a backlight and a pixel. バックライトと画素との関係を示す要部拡大正面図である。It is a principal part enlarged front view which shows the relationship between a backlight and a pixel. LEDの駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit of LED. 変形例のLEDの駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit of LED of a modification.

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。まず本実施の形態の液晶表示装置を備えるカラーテレビジョン受像機の全体の構成を図1によって説明する。このテレビジョン受像機は、地上波、BS波、110度CS波の3つの放送に対応した3波共用のデジタルテレビジョン受像機であって、前段側にUHFアンテナ11、BS・CSアンテナ12が接続されるフロントエンド部13と、上記フロントエンド部13の後段側に接続されるバックエンド部14とから構成される。   The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. First, the overall configuration of a color television receiver including the liquid crystal display device of this embodiment will be described with reference to FIG. This television receiver is a three-wave digital television receiver that supports three broadcasts of terrestrial, BS, and 110-degree CS waves. A UHF antenna 11 and a BS / CS antenna 12 are provided on the front side. The front end unit 13 is connected to the front end unit 13 and the back end unit 14 is connected to the rear end side of the front end unit 13.

地上波デジタル放送やBS・110度CSデジタル放送では、それぞれの伝送路に適した変調方式により、所定のチャンネルで映像や音声等のデジタルデータを伝送するようになっている。フロントエンド部13においては、地上波デジタル用に選局部17、伝送路復号部18、TMCC受信部19が設けられている。選局部17は希望のチャンネルの変調信号を抽出する。伝送路復号部18は、選局された信号からデジタルデータを抽出する。BS・110度CS用についても、選局部21、伝送路復号部22、TMCC受信部23が設けられ、地上波デジタル用のフロントエンド部の動作と同様の動作で希望のチャンネルの信号を抽出するようにしている。そして地上波デジタル用の信号とBS・110度CS用の信号とをスイッチ24によって切換えてバックエンド部14に送るようにしている。   In terrestrial digital broadcasting and BS / 110 degree CS digital broadcasting, digital data such as video and audio is transmitted through a predetermined channel by a modulation method suitable for each transmission path. In the front end unit 13, a channel selection unit 17, a transmission line decoding unit 18, and a TMCC receiving unit 19 are provided for terrestrial digital. The channel selection unit 17 extracts a modulation signal of a desired channel. The transmission path decoding unit 18 extracts digital data from the selected signal. For BS and 110 degree CS, a channel selection unit 21, a transmission path decoding unit 22, and a TMCC reception unit 23 are provided, and a signal of a desired channel is extracted by the same operation as the operation of the front end unit for terrestrial digital. I am doing so. The terrestrial digital signal and the BS · 110 ° CS signal are switched by the switch 24 and sent to the back-end unit 14.

次にバックエンド部14について説明する。バックエンド部14は、地上波デジタルやBS・110度CSデジタルの放送の伝送路復号部18、22で出力された信号から、B−CASカード27および放送波に多重されている鍵情報(EMM、ECMなど)を使ってデスクランブル部28でスクランブルを解除し、MPEG−2TS信号を取出している。   Next, the back end unit 14 will be described. The back-end unit 14 receives key information (EMM) multiplexed on the B-CAS card 27 and broadcast waves from the signals output from the transmission path decoding units 18 and 22 of terrestrial digital and BS / 110 degree CS digital broadcasts. , ECM, etc.), the descrambling unit 28 releases the scramble and extracts the MPEG-2TS signal.

MPEG−2多重分離部29では、このTS信号を高速インターフェースであるi.LINX(IEEE1394)端子に出力するとともに、TSヘッダのPIDにより、セクション方式で伝送されるPSI情報とSI情報を識別分離して基本データデコーダ30に出力する。基本データデコーダ30は、SI情報(SDT、EIT、BAT、TOT)を使ってEPGを構成するとともに、フロントエンド部13の局部発信周波数を制御し、受信するチャンネルを選局するために、PSI情報(PAT、PMT、NIT、CAT)から取得した当該番組のネットワーク情報をマイコン31に出力している。また、PSI情報から取得したPIDを使って当該番組のTSパケットを抽出し、映像・音声復号部32で映像・音声信号のデータを復号している。   In the MPEG-2 demultiplexing unit 29, this TS signal is converted to i. In addition to outputting to the LINX (IEEE 1394) terminal, the PSI information and SI information transmitted by the section method are identified and separated by the PID of the TS header and output to the basic data decoder 30. The basic data decoder 30 constructs an EPG using SI information (SDT, EIT, BAT, TOT), controls the local transmission frequency of the front end unit 13, and selects PSI information to select a channel to be received. The network information of the program acquired from (PAT, PMT, NIT, CAT) is output to the microcomputer 31. Further, the TS packet of the program is extracted using the PID acquired from the PSI information, and the video / audio decoding unit 32 decodes the data of the video / audio signal.

復号された音声信号は、増幅されてスピーカ33に出力されるとともに、光デジタル音声出力端子に出力される。一方上記映像・音声復号部32で復号された映像信号は、映像信号処理部34に入力され、所定のフォーマットで液晶表示パネルから成るディスプレイ35に出力する。映像信号処理部34は、D端子やビデオ端子に出力するとともに、必要に応じてデータ放送や字幕等の信号を合成する。また映像信号処理部34には輝度信号抽出部40が接続され、抽出された輝度信号を用いてバックライト41の明るさの制御が行なわれる。   The decoded audio signal is amplified and output to the speaker 33 and also output to the optical digital audio output terminal. On the other hand, the video signal decoded by the video / audio decoding unit 32 is input to the video signal processing unit 34 and output to a display 35 including a liquid crystal display panel in a predetermined format. The video signal processing unit 34 outputs to the D terminal and the video terminal, and synthesizes signals such as data broadcasting and captions as necessary. Further, a luminance signal extraction unit 40 is connected to the video signal processing unit 34, and the brightness of the backlight 41 is controlled using the extracted luminance signal.

上記マイコン31には、チャンネルの選択等の制御動作のための信号が入力されるリモコン受光部37に接続される。またこのマイコン31は、モデム/LAN I/F36に接続されている。   The microcomputer 31 is connected to a remote control light receiving unit 37 to which signals for control operations such as channel selection are input. The microcomputer 31 is connected to a modem / LAN I / F 36.

次に上記バックエンド部14の映像信号処理部34からの信号が入力されて画像を形成するディスプレイ35について図2により説明する。このディスプレイ35は液晶表示装置から構成されている。図2においてTFTや画素電極がマトリックス状に配置された表示領域、走査線、映像信号線等が形成されたTFT基板46とカラーフィルタ等が形成された対向基板47とが図示しない接着剤を介して接着されている。TFT基板46と対向基板47との間には図示しない液晶が挟着されている。   Next, a display 35 that forms an image by receiving a signal from the video signal processing unit 34 of the back-end unit 14 will be described with reference to FIG. The display 35 is composed of a liquid crystal display device. In FIG. 2, a TFT substrate 46 on which TFTs and pixel electrodes are arranged in a matrix, a scanning line, a video signal line, and the like and a counter substrate 47 on which a color filter and the like are formed are connected via an adhesive (not shown). Are glued together. A liquid crystal (not shown) is sandwiched between the TFT substrate 46 and the counter substrate 47.

TFT基板47の背面側には背面偏光板48が、対向基板47の前面には前面偏光板49が貼付けられている。TFT基板46、対向基板47、背面偏光板48、前面偏光板49が接着された状態のものを液晶表示パネル35と称する。液晶表示パネル35の背面側にはバックライト41が配されている。バックライト41は光源部と種々の光学部品とから構成されている。   A rear polarizing plate 48 is attached to the rear side of the TFT substrate 47, and a front polarizing plate 49 is attached to the front surface of the counter substrate 47. A state in which the TFT substrate 46, the counter substrate 47, the rear polarizing plate 48, and the front polarizing plate 49 are bonded together is referred to as a liquid crystal display panel 35. A backlight 41 is disposed on the back side of the liquid crystal display panel 35. The backlight 41 includes a light source unit and various optical components.

図2において、バックライト41は、配線基板51を備え、この配線基板51上に光源をなすLED素子52が所定の配列で実装されている。LED素子51はチップ状をなし、その電極部分が、上記配線基板51に形成された配線の電極部分に接続されている。   In FIG. 2, the backlight 41 includes a wiring board 51, and LED elements 52 that form a light source are mounted on the wiring board 51 in a predetermined arrangement. The LED element 51 has a chip shape, and its electrode portion is connected to the electrode portion of the wiring formed on the wiring substrate 51.

上記液晶表示パネル35とバックライト41との間には、プリズムシート54と拡散板55とが配されている。プリズムシート54は、例えば65μm程度の厚さを有し、その表面には細かな凹凸が形成されており、これが拡散板55を通して入射される光を拡散させている。表面の細かい凹凸が一種のプリズムの役割を果たしており、プリズムシート54に対して斜めに入射した光を液晶表示パネル35の方向に向ける働きを有している。   A prism sheet 54 and a diffusion plate 55 are disposed between the liquid crystal display panel 35 and the backlight 41. The prism sheet 54 has a thickness of about 65 μm, for example, and has fine irregularities formed on its surface, which diffuses light incident through the diffusion plate 55. The fine irregularities on the surface serve as a kind of prism, and has a function of directing light incident obliquely to the prism sheet 54 toward the liquid crystal display panel 35.

バックライト41は、図3に示すように、配線基板12上にLED素子51を所定の数、所定の配列で実装したものであって、配線基板51が液晶表示パネル35の大きさとほぼ同一の大きさに構成されている。バックライト41のLED52の駆動は、図3に示す映像処理部34、輝度信号抽出部40、制御部58、およびバックライト駆動部59によって行なわれる。そして上記配線基板51の側方には、垂直方向インターフェース60と水平へ方向インターフェース61とが取付けられており、これらのインターフェース60、61を介して駆動されるようになっている。   As shown in FIG. 3, the backlight 41 is obtained by mounting a predetermined number of LED elements 51 in a predetermined arrangement on the wiring board 12, and the wiring board 51 is substantially the same as the size of the liquid crystal display panel 35. It is structured in size. The LED 52 of the backlight 41 is driven by the video processing unit 34, the luminance signal extraction unit 40, the control unit 58, and the backlight driving unit 59 shown in FIG. A vertical interface 60 and a horizontal direction interface 61 are attached to the side of the wiring board 51, and are driven via these interfaces 60 and 61.

映像信号処理部34は、図1に示すテレビジョン受像機のバックエンド部14に設けられており、ここで映像信号を作成してディスプレイ35に供給するようにしている。そしてこの映像信号処理部34から取出された映像信号の中から、輝度信号抽出部40で輝度信号が取出される。輝度信号は制御部58に送られ、ここでバックライト41の各LED素子52の駆動に必要な制御動作が行なわれ、制御された出力がバックライト駆動部59に送られる。バックライト駆動部59は制御部58から送られる制御信号に応じた電流値で駆動制御を行ない、これによって各LED素子52を所定の明るさになるように駆動する。   The video signal processing unit 34 is provided in the back-end unit 14 of the television receiver shown in FIG. 1, where a video signal is created and supplied to the display 35. The luminance signal is extracted from the video signal extracted from the video signal processing unit 34 by the luminance signal extraction unit 40. The luminance signal is sent to the control unit 58, where a control operation necessary for driving each LED element 52 of the backlight 41 is performed, and the controlled output is sent to the backlight driving unit 59. The backlight drive unit 59 performs drive control with a current value according to a control signal sent from the control unit 58, and thereby drives each LED element 52 to have a predetermined brightness.

バックライト41の各LED素子52は、液晶表示パネル35の表示部の各画素に対応づけて設けられている。すなわち縦方向および横方向に所定の画素数の領域の中心部にLED素子52が配置されている。ハイビジョン方式のテレビジョンの画素数が水平方向1,920×垂直方向1,080の画素に対応して、例えば横方向80×縦方向45の数のLED素子52が配されている。よって横方向24×縦方向24画素の領域の中心部に1個のりLED素子52が配置されることになる。24×24画素の領域がバックライト41の光源を構成する1個のLED素子52の対応領域となる。そして各LED素子52は、対応する画素画素の輝度に応じた明るさ輝度で光るようになっている。   Each LED element 52 of the backlight 41 is provided in association with each pixel of the display unit of the liquid crystal display panel 35. That is, the LED element 52 is arranged at the center of a region having a predetermined number of pixels in the vertical and horizontal directions. Corresponding to the number of pixels of the high-definition television set in the horizontal direction 1,920 × vertical direction 1,080, for example, the number of LED elements 52 of the horizontal direction 80 × vertical direction 45 is arranged. Therefore, one LED element 52 is arranged at the center of the area of 24 pixels in the horizontal direction and 24 pixels in the vertical direction. The area of 24 × 24 pixels is a corresponding area of one LED element 52 constituting the light source of the backlight 41. Each LED element 52 shines with brightness luminance corresponding to the luminance of the corresponding pixel pixel.

表1は、各種の寸法の液晶表示画面におけるバックライトを構成するLED素子52の数とその配置の関係を例示的に示している。この表においてθとは、LED素子52の照射角度であって光の開き具合を示す値である。またLED数とは、画面上における縦方向および横方向のLED素子52の数を示している。LED間隔とは、縦方向および横方向の隣接するLED素子52間の間隔を示している。LED総個数とは、1つの画面上におけるLED素子52の総数を示している。また画素数/LEDは、1つのLED素子52に対応する縦方向および横方向の画素の数を示している。なお表1はあくまで例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。   Table 1 exemplarily shows the relationship between the number of LED elements 52 constituting the backlight and the arrangement thereof in liquid crystal display screens of various dimensions. In this table, θ is an irradiation angle of the LED element 52 and is a value indicating the degree of light opening. The number of LEDs indicates the number of LED elements 52 in the vertical and horizontal directions on the screen. The LED interval indicates an interval between adjacent LED elements 52 in the vertical direction and the horizontal direction. The total number of LEDs indicates the total number of LED elements 52 on one screen. The number of pixels / LED indicates the number of vertical and horizontal pixels corresponding to one LED element 52. Table 1 is merely an example and does not limit the scope of the present invention.

Figure 2013109242
Figure 2013109242

いま説明を簡略化するために、液晶表示パネル35を図5に示すように、横20画素×縦10画素のパネルとする。そして横5画素×縦5画素の正方形の領域に対応するように、1個ずつLED素子52が配置されるものとする。この場合において、表示パネル35の例えば左上の部分の横5画素×縦5画素分の位置におけるLED素子52の配置は図6に示すようになる。ここで横5画素×縦5画素の25画素の領域の、1番上の列の画素をG1〜G5とし、2列目の画素をG6〜G10とし、3列目の画素をG11〜G15とし、4列目の画素をG16〜G20とし、5列目の画素をG21〜G25とする。また画素G1〜G25のある瞬間の輝度をB1〜B25とする。すると横5画素×縦5画素の領域に配されるLED素子52は、その中心が中央の画素G13の中心と一致することになる。   In order to simplify the description now, the liquid crystal display panel 35 is a panel of 20 pixels wide × 10 pixels high as shown in FIG. The LED elements 52 are arranged one by one so as to correspond to a square area of 5 pixels wide × 5 pixels long. In this case, for example, the arrangement of the LED elements 52 at a position corresponding to 5 pixels wide × 5 pixels long in the upper left portion of the display panel 35 is as shown in FIG. Here, in the 25 pixel area of 5 horizontal pixels × 5 vertical pixels, the pixels in the top column are G1 to G5, the pixels in the second column are G6 to G10, and the pixels in the third column are G11 to G15. The pixels in the fourth column are G16 to G20, and the pixels in the fifth column are G21 to G25. Further, the luminance at a certain moment of the pixels G1 to G25 is defined as B1 to B25. As a result, the center of the LED element 52 arranged in the region of horizontal 5 pixels × vertical 5 pixels coincides with the center of the central pixel G13.

図3に示す駆動回路におけるバックライト駆動部59を制御する制御部58が図4Aに示す回路構成の場合には、LED素子52は、図6における25画素中の中心画素G13、すなわち横方向に3番目であって縦方向に3番目の中心部の画素G13の輝度B13に応じた明るさで光るようになる。すなわち中心画素輝度信号抽出部40が、G13の画素の輝度B13を抽出する。そしてバックライト駆動信号生成部64が、上記画素G13の輝度B13に応じた明るさで駆動信号を生成し、これをバックライト駆動部59に送ってLED素子52の駆動を行なう。従ってこの場合には、LED素子52は25画素の中心部の画素G13の画素の輝度信号B13と対応する明るさで発光する。   When the control unit 58 that controls the backlight driving unit 59 in the driving circuit shown in FIG. 3 has the circuit configuration shown in FIG. 4A, the LED element 52 is the central pixel G13 in 25 pixels in FIG. The light is emitted with the brightness corresponding to the luminance B13 of the third central pixel G13 in the third vertical direction. That is, the central pixel luminance signal extraction unit 40 extracts the luminance B13 of the G13 pixel. The backlight drive signal generation unit 64 generates a drive signal with brightness according to the luminance B13 of the pixel G13, and sends the drive signal to the backlight drive unit 59 to drive the LED element 52. Therefore, in this case, the LED element 52 emits light with brightness corresponding to the luminance signal B13 of the pixel G13 at the center of 25 pixels.

なお1つのLED素子52に対応する画素領域の中心部が複数画素の境界に位置する場合には、中心部に最も近い画素を予め設定しておくか、あるいはまた所定の画素を予め設定しておき、その画素の輝度信号を中心画素輝度信号抽出部40で抽出すればよい。   When the central portion of the pixel region corresponding to one LED element 52 is located at the boundary of a plurality of pixels, the pixel closest to the central portion is set in advance, or a predetermined pixel is set in advance. The luminance signal of the pixel may be extracted by the central pixel luminance signal extraction unit 40.

図4Bは、LED素子52と対応する領域の画素の平均値をとって光らせるようにするものである。ここでは、LED素子52の対応領域の輝度信号の抽出において、図6に示す横方向5×縦方向5=25画素の輝度信号B1〜B25を輝度信号抽出部40で抽出する。そしてこの後に対応する画素の輝度信号B1〜B25の平均値の演算を演算部65によって行なう。すなわち、次式1、2に示す算術平均あるいは幾何平均の演算を演算部65で行ない、これによって求められた値でバックライト駆動信号を信号生成部64で生成し、これによってバックライト駆動部59が対応するLED素子52の駆動を行なう。   In FIG. 4B, the average value of the pixels in the region corresponding to the LED element 52 is taken and emitted. Here, in the extraction of the luminance signal of the corresponding area of the LED element 52, the luminance signal extraction unit 40 extracts the luminance signals B1 to B25 of 5 × 25 × 25 pixels shown in FIG. Thereafter, the arithmetic unit 65 calculates the average value of the luminance signals B1 to B25 of the corresponding pixels. That is, the arithmetic average or geometric average shown in the following equations 1 and 2 is calculated by the calculation unit 65, and the backlight drive signal is generated by the signal generation unit 64 with the value obtained by this calculation. The corresponding LED element 52 is driven.

算術平均 (B1+B2+・・・・・・+B25)/25 (1)
幾何平均 (B1・B2・・・・・・・・B25)1/25 (2)
Arithmetic average (B1 + B2 + ... + B25) / 25 (1)
Geometric mean (B1 / B2 ... B25) 1/25 (2)

図4Cに示す構成は、図6における横5×縦5=25画素の対応する領域の重み付きの平均演算を行なってその明るさを決定するものである。輝度信号抽出部40が対応する領域の輝度信号を抽出する。例えば図6に示す構成の場合には、横5×縦5=25画素の輝度信号B1〜B25を抽出する。そして演算部66で上記25画素の輝度信号B1〜B25の重み付きの平均の演算が行なわれる。ここでは、中心の画素G13の周囲の画素G7、G8、G9、G12、G14、G17、G18、G19について0.7の重みを乗じ、その外周囲の画素G1、G2、G3、G4、G5、G6、G10、G11、G15、G16、G20、G21、G22、G23、G24、G25について重み0.3を乗ずる。その重み付き演算の一例は次式3で示される。なお重み係数0.7、0.3は適宜変更可能である。   The configuration shown in FIG. 4C is to determine the brightness by performing a weighted average calculation of the corresponding area of 5 × 5 = 25 pixels in FIG. The luminance signal extraction unit 40 extracts the luminance signal of the corresponding region. For example, in the case of the configuration shown in FIG. 6, luminance signals B1 to B25 of horizontal 5 × vertical 5 = 25 pixels are extracted. Then, the arithmetic unit 66 performs a weighted average calculation of the luminance signals B1 to B25 of the 25 pixels. Here, the pixels G7, G8, G9, G12, G14, G17, G18, and G19 around the center pixel G13 are multiplied by a weight of 0.7, and the surrounding pixels G1, G2, G3, G4, G5, G6, G10, G11, G15, G16, G20, G21, G22, G23, G24, and G25 are multiplied by a weight of 0.3. An example of the weighted calculation is expressed by the following equation 3. The weighting factors 0.7 and 0.3 can be changed as appropriate.

重み付き平均 {B13+(B7+B8+B9+B12+B14+B17+B18+B19)×0.7/8+(B1+B2+B3+B4+B5+B6+B10+B11+B15+B16+B20+B21+B22+B23+B24+B25)×0.3/16}×1/3 (3)     Weighted average {B13 + (B7 + B8 + B9 + B12 + B14 + B17 + B18 + B19) × 0.7 / 8 + (B1 + B2 + B3 + B4 + B5 + B6 + B10 + B11 + B15 + B16 + B20 + B21 + B22 + B23 + B24 + B25) × 0.3 / 16} × 1/3

平均演算を行なった後に、駆動信号生成部64で信号の生成を行ない、このような信号に基づいてバックライト駆動部59を駆動してLED素子52の点灯の明るさが制御されるようになっている。   After performing the average calculation, the drive signal generation unit 64 generates a signal, and the backlight drive unit 59 is driven based on such a signal to control the lighting brightness of the LED element 52. ing.

上述のような図4A、図4B、図4Cに示すような輝度の制御が図2および図3に示すバックライト41のすべてLED素子52について実行される。従って配線基板51上のLED素子は、あたかも画素の少ない白黒テレビのような状態で発光することになる。   The luminance control as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C as described above is performed for all the LED elements 52 of the backlight 41 shown in FIGS. Therefore, the LED elements on the wiring board 51 emit light as if they were a monochrome television with few pixels.

図7は上記のようなバックライト41のLED素子52の駆動のためのより具体的な構成を示しており、ここでは制御ICから成る制御回路69の後段に、インターフェース70を介してLED素子52と同数のバイポーラトランジスタ71を接続している。そして個々のバイポーラトランジスタ71が対応するLED素子52を駆動制御するようにしている。ここでバイポーラトランジスタ71によるLED素子52の制御は、LED素子52に加えられる電流値を調整してよい。あるいはまたこのバイポーラトランジスタ71によって、パルス幅制御(PWM)でパルス幅を制御するようにしてもよい。何れの場合においても、LED素子52は、対応する領域の画素の輝度と対応する明るさで光るようになり、このために配線基板51上でLED素子52が画素が粗い白黒の画像を形成するようになる。   FIG. 7 shows a more specific configuration for driving the LED element 52 of the backlight 41 as described above. Here, the LED element 52 is connected to the subsequent stage of the control circuit 69 including the control IC via the interface 70. The same number of bipolar transistors 71 are connected. The individual bipolar transistors 71 drive and control the corresponding LED elements 52. Here, the control of the LED element 52 by the bipolar transistor 71 may adjust the current value applied to the LED element 52. Alternatively, this bipolar transistor 71 may control the pulse width by pulse width control (PWM). In any case, the LED element 52 emits light with brightness corresponding to the luminance of the pixel in the corresponding region. For this reason, the LED element 52 forms a black and white image with coarse pixels on the wiring board 51. It becomes like this.

なお上記のバイポーラトランジスタ71は、LED素子52を実装する配線基板51上に、それぞれのLED素子52と対をなすように配列されてよい。図6は、LED素子52の左側にバイポーラトランジスタ71を配列した状態を示している。このバイポーラトランジスタ71は、配線基板51上に実装されるチップ状のトランジスタである。なお上記のようなチップ状のトランジスタに代えて、バイポーラトランジスタ71を、配線基板51上にTFTと同様の成膜によって形成することも可能である。   The bipolar transistor 71 may be arranged on the wiring board 51 on which the LED elements 52 are mounted so as to form a pair with each LED element 52. FIG. 6 shows a state where bipolar transistors 71 are arranged on the left side of the LED element 52. The bipolar transistor 71 is a chip-like transistor mounted on the wiring substrate 51. Instead of the chip-shaped transistor as described above, the bipolar transistor 71 can be formed on the wiring substrate 51 by the same film formation as the TFT.

図8に示す構成は、バックライト41の複数のLED素子52を、グループ毎に電子スイッチ72で制御するようにした構成を示している。この場合には、個々のLED素子52をバイポーラトランジスタ71で制御するのに代えて、グループ分けされたそれぞれの複数のLED素子52が電子スイッチ72で制御される。なお電子スイッチ72は、時分割で複数のLED素子52を制御してもよく、あるいはまた多連式の電子スイッチ72でグループの複数のLED素子52を同時に制御することも可能である。またこの場合におけるLED素子52に対する発光の制御は、電流制御であってよく、あるいはまたパルス幅制御(PWM)であってもよい。   The configuration shown in FIG. 8 shows a configuration in which the plurality of LED elements 52 of the backlight 41 are controlled by the electronic switch 72 for each group. In this case, instead of controlling the individual LED elements 52 by the bipolar transistor 71, the grouped LED elements 52 are controlled by the electronic switch 72. The electronic switch 72 may control the plurality of LED elements 52 in a time-sharing manner, or the multiple electronic elements 72 can simultaneously control the plurality of LED elements 52 in the group. In this case, the light emission control for the LED element 52 may be current control or may be pulse width control (PWM).

このようなバックライト41を備える液晶表示パネル35は、映像のとくに暗い部分あるいは黒の部分においては、光らなくなるために、消費電力が大幅に低減され、エリアコントロールよりもりさらに消費電力が低くなる。また実施の形態のバックライトであって図7に示す構成は、配線基板51上にLED素子52とトランジスタ71とを配置するだけでよく、製造コストが安価である。とくにバイポーラトランジスタ71を用いた場合には、安価に製造できるようになる。   Since the liquid crystal display panel 35 having such a backlight 41 does not emit light particularly in a dark part or black part of an image, the power consumption is greatly reduced, and the power consumption is further lower than the area control. The configuration of the backlight according to the embodiment and shown in FIG. 7 is only required to dispose the LED element 52 and the transistor 71 on the wiring substrate 51, and the manufacturing cost is low. In particular, when the bipolar transistor 71 is used, it can be manufactured at low cost.

また本実施の形態のバックライト41を用いると、液晶表示パネル35の形成する画像の内の暗い部分あるいは黒の部分については、背面側から光がほとんど照射されなくなるために、液晶のシャッタの部分を透過して前面側に漏れる光がほとんど無くなり、色相および色彩が安定化し、色のメリハリがつく利点がある。また画像の黒い領域が背面側からの漏れ光によってグレーの傾向になることがなく、その部分が真っ黒になる。またこのような色彩上の効果ととくに黒色の部分の鮮明さによって、映像が立体感を生ずるようになる。このような液晶表示装置は、微妙な色相の画像生成が必要とされる医療用の液晶表示パネルに用いて好適なものである。   In addition, when the backlight 41 of the present embodiment is used, the dark portion or black portion of the image formed by the liquid crystal display panel 35 is hardly irradiated with light from the back side. There is an advantage that almost no light leaks to the front side through the light, the hue and color are stabilized, and the color is sharpened. In addition, the black area of the image does not tend to be gray due to light leaking from the back side, and that portion becomes black. In addition, such a color effect and particularly the sharpness of the black portion make the image appear three-dimensional. Such a liquid crystal display device is suitable for use in a liquid crystal display panel for medical use that requires generation of an image with a subtle hue.

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における画素数に対するLED素子の配置例については、各種の変更が可能である。   Although the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, various changes can be made to the arrangement example of the LED elements with respect to the number of pixels in the above embodiment.

本願発明は、液晶カラーテレビジョン受像機の表示パネルや、その他各種の液晶表示装置に利用することができる。とくに本願発明は、大型で大画面の液晶表示装置に用いて好適なものである。   The present invention can be used for a display panel of a liquid crystal color television receiver and various other liquid crystal display devices. In particular, the present invention is suitable for use in a large-sized and large-screen liquid crystal display device.

11 UHFアンテナ
12 BS・CSアンテナ
13 フロントエンド部
14 バックエンド部
17 選局部
18 伝送路復号部
19 TMCC受信部
21 選局部
22 伝送路復号部
23 TMCC受信部
24 スイッチ
27 B−CASカード
28 デスクランブル部
29 MPEG−2多重分離部
30 基本データデコーダ
31 マイコン
32 映像・音声復号部
33 スピーカ
34 映像信号処理部
35 ディスプレイ(液晶表示パネル)
36 モデム/LAN I/F
37 リモコン受光部
40 輝度信号抽出部
41 バックライト
46 TFT基板
47 対向基板
48 背面偏光板
49 前面偏光板
51 配線基板
52 LED素子
54 プリズムシート
55 拡散板
58 制御部
59 バックライト駆動部
60 垂直方向インターフェース
61 水平方向インターフェース
64 バックライト駆動信号生成部
65 輝度信号の平均値演算部
66 輝度信号の重みつき平均値演算部
69 制御回路
70 インターフェース
71 バイポーラトランジスタ
72 電子スイッチ
11 UHF antenna 12 BS / CS antenna 13 Front end unit 14 Back end unit 17 Channel selection unit 18 Transmission path decoding unit 19 TMCC reception unit 21 Channel selection unit 22 Transmission path decoding unit 23 TMCC reception unit 24 Switch 27 B-CAS card 28 Descramble Unit 29 MPEG-2 demultiplexing unit 30 basic data decoder 31 microcomputer 32 video / audio decoding unit 33 speaker 34 video signal processing unit 35 display (liquid crystal display panel)
36 Modem / LAN I / F
37 Remote control light receiving unit 40 Luminance signal extracting unit 41 Backlight 46 TFT substrate 47 Counter substrate 48 Rear polarizing plate 49 Front polarizing plate 51 Wiring substrate 52 LED element 54 Prism sheet 55 Diffuser plate 58 Control unit 59 Backlight drive unit 60 Vertical interface 61 Horizontal Interface 64 Backlight Drive Signal Generation Unit 65 Luminance Signal Average Value Calculation Unit 66 Luminance Signal Weighted Average Value Calculation Unit 69 Control Circuit 70 Interface 71 Bipolar Transistor 72 Electronic Switch

Claims (8)

液晶表示パネルの背面側にバックライトを備え、該バックライトからの光で前記液晶表示パネルが映像信号に応じた表示を行なう液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルの複数個の画素に対応するように前記バックライトの光源が配列され、前記バックライトの光源の明るさを制御する制御手段を有し、該制御手段によって前記映像信号中の輝度信号であって前記複数画素の内の一部または全部と関連づけられた輝度レベルと対応する明るさで前記バックライトの光源が発光する液晶表示装置。
In a liquid crystal display device comprising a backlight on the back side of the liquid crystal display panel, and the liquid crystal display panel performs display according to a video signal with light from the backlight.
A light source of the backlight is arranged so as to correspond to a plurality of pixels of the liquid crystal display panel, and has control means for controlling the brightness of the light source of the backlight, and the brightness in the video signal is controlled by the control means. A liquid crystal display device in which a light source of the backlight emits light with a brightness corresponding to a luminance level associated with a part or all of the plurality of pixels.
前記複数画素の中心またはその近傍に位置する画素の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように前記制御手段で制御される請求項1に記載の液晶表示装置。   2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the control unit controls the light source of the backlight to emit light at a brightness corresponding to the brightness of a pixel located at the center of the plurality of pixels or in the vicinity thereof. 前記複数画素の平均の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように前記制御手段で制御される請求項1に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the control unit controls the light source of the backlight to emit light at a brightness corresponding to an average luminance of the plurality of pixels. 前記複数画素の重み付き平均の輝度と対応する明るさで前記バックライトの光源が発光するように前記制御手段で制御される請求項1に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the control unit controls the light source of the backlight to emit light at a brightness corresponding to the weighted average brightness of the plurality of pixels. 輝度信号抽出手段を具備し、映像信号から前記輝度信号を抽出する請求項1に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a luminance signal extraction unit, which extracts the luminance signal from the video signal. 前記バックライトの光源が複数のLEDから構成され、すべてのLEDが対応する画素数が互いに等しくなるように配列される請求項1に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the light source of the backlight includes a plurality of LEDs, and all the LEDs are arranged so that the number of corresponding pixels is equal to each other. 前記すべてのLEDがそれぞれバイポーラトランジスタに接続され、該バイポーラトランジスタの制御によってすべてのLEDの明るさが互いに独立に制御される請求項6に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 6, wherein all the LEDs are connected to bipolar transistors, and the brightness of all the LEDs is controlled independently of each other by the control of the bipolar transistors. 前記それぞれのバイポーラトランジスタが前記LEDを実装する基板上に実装されるか形成される請求項7に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 7, wherein each of the bipolar transistors is mounted on or formed on a substrate on which the LED is mounted.
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