JP5706145B2 - バックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、バックライトユニットに関し、特に、液晶表示装置において液晶パネルに光を照射するバックライトユニットに関する。

一般に、液晶表示装置で用いられるバックライトユニットは、白色光を照射する白色光源を有する。また、白色光源と、赤色に対応する波長域の光を発光する赤色光源と、緑色に対応する波長域の光を発光する緑色光源と、青色に対応する波長域の光を発光する青色光源とを組み合わせたバックライトユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたバックライトユニットは、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と、赤色に対応する波長域の光を発光する赤色ＬＥＤと、緑色に対応する波長域の光を発光する緑色ＬＥＤと、青色に対応する波長域の光を発光する青色ＬＥＤとを組み合わせている。特許文献１に記載されたバックライトユニットは、このような構成により、白色ＬＥＤの発光分光特性を補正し、色再現性を最適化する発光分光特性をもつようにしている。

特許文献２にも、白色光源と、赤色光源と、緑色光源と、青色光源とを備える照明ユニットが記載されている。

また、特許文献３には、映像信号に基づいてヒストグラムを生成し、そのヒストグラムに基づいて、バックライトの輝度を調整するためのバックライト制御信号を算出する表示装置が記載されている。また、特許文献４には、映像信号の輝度に関するヒストグラムをフレーム毎に検出することが記載されている。

また、図９は、液晶表示装置で表示される色の純度を説明する説明図であり、ＣＩＥ１９３１色度図における座標を表している。液晶表示装置で表示される色の純度は、ＮＴＳＣ（National Television Standard Committee：全米テレビジョン放送方式標準化委員会）が定めたＣＩＥ１９３１色度図における色の座標に基づいて表すことができる。ＮＴＳＣでは、赤色の座標をｘ＝０．６７０，ｙ＝０．３３０と規定し、緑色の座標をｘ＝０．２１０，ｙ＝０．７１０と規定し、青色の座標をｘ＝０．１４０，ｙ＝０．０８０と規定している。なお、ＮＴＳＣでは、白色をｘ＝０．３１０１，ｙ＝０．３１６２と規定している。この赤色、青色および緑色の座標によって、ＣＩＥ１９３１色度図内に三角形が規定される。図９では、ＮＴＳＣが規定した赤色、緑色および青色の座標によって定まる三角形９１を実線で示している。

また、液晶表示装置の色再現範囲もＣＩＥ１９３１色度図に表すことができる。図９において点線で示した三角形９３は、バックライトユニットとして白色ＬＥＤのみを用いた場合における液晶表示装置の色再現範囲を表している。ＮＴＳＣが規定した座標によって定まる三角形９１の面積に対する、このような色再現範囲の面積の割合を色の純度という。

白色ＬＥＤの他に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤも備えるバックライトユニットを用いた場合、液晶表示装置の色再現範囲は、図９において破線で示した三角形９２の範囲まで広がる。従って、特許文献１に記載されたバックライトユニットでは、色の純度を向上させることができる。

特開２００７−１４１５４８号公報（段落００３１） 特開２００５−２４３３４７号公報（段落００２３） 特開２０１０−８５９４６号公報（段落００１２） 特開２０１０−１５４３４３号公報（段落０００６）

一般に、色の純度は高い方が好ましく、上述のように、特許文献１に記載されたバックライトユニットでは、白色ＬＥＤのみを備えるバックライトユニットよりも色の純度を向上させることができる。

しかし、特許文献１に記載のバックライトユニットでは、色再現範囲は固定される。

また、表示画像によっては、必ずしも色純度を向上させる必要がない（換言すれば、色再現範囲を広げる必要がない）場合もある。例えば、ある表示画像において、赤色画素の輝度値は高いが緑色画素や青色画素の輝度値は低いとする。この場合、図９に例示する色再現範囲９３（三角形９３）を赤色領域側に広げればよく、緑色側や青色側にはあまり広げなくてよい。

特許文献１に記載のバックライトユニットでは、色再現範囲は、三角形９２で示した範囲に固定されている。すると、上記のような、赤色画素の輝度値は高いが緑色画素や青色画素の輝度値は低い画像を表示する場合に、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤに必要以上に電流を流し、その結果、必要以上に電力を消費してしまうことになる。また、同様に、他の画像を表示する場合にも、必要以上に電力を消費してしまうことがある。

そこで、本発明は、表示画像に応じて液晶表示装置の色再現範囲を可変とすることができ、消費電力を低減することができるバックライトユニットを提供することを目的とする。

本発明によるバックライトユニットは、液晶表示装置が備える液晶パネルに光を照射するバックライトユニットであって、電流を供給されることによって白色光を発光する白色光源（例えば、白色ＬＥＤ２１）と、電流を供給されることによって赤色光を発光する赤色光源（例えば、赤色ＬＥＤ２２）と、電流を供給されることによって緑色光を発光する緑色光源（例えば、緑色ＬＥＤ２３）と、電流を供給されることによって青色光を発光する青色光源（例えば、青色ＬＥＤ２４）と、白色光源と、赤色光源と、緑色光源と、青色光源に対して、一定期間毎に、当該一定期間以下の期間、電流を供給する光源駆動手段（例えば、ＬＥＤドライバ４）と、個々のフレーム毎に、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各赤色画素の輝度値の平均値の割合である第１の割合と、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各緑色画素の輝度値の平均値の割合である第２の割合と、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各青色画素の輝度値の平均値の割合である第３の割合とを計算する輝度割合計算手段（例えば、輝度割合計算部３１）と、第１の割合に応じて、一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合（例えば、赤色デューティ比）を定め、第２の割合に応じて、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合（例えば、緑色デューティ比）を定め、第３の割合に応じて、一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合（例えば、青色デューティ比）を定める電流供給期間割合導出手段（例えば、デューティ比演算部３２）とを備え、光源駆動手段が、１つ前のフレームで定められた一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合、および一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合に基づいて、赤色光源、緑色光源、および青色光源に対してそれぞれ電流を供給白色光源の数は、赤色光源の数、緑色光源の数、および青色光源の数それぞれよりも多く、白色光源に対して電流を供給する期間は、赤色光源に対して電流を供給する期間、緑色光源に対して電流を供給する期間、および青色光源に対して電流を供給する期間それぞれよりも長いことを特徴とする。

電流供給期間割合導出手段が、一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、その差に基づいて、一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直し、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、その差に基づいて、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直し、一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、その差に基づいて、一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直す構成であってもよい。

光源駆動手段は、１つのフレームが一定期間の整数倍になるという条件を満たすように定められた一定期間毎に、白色光源と、赤色光源と、緑色光源と、青色光源に対して、当該一定期間以下の期間、電流を供給し、フレームの開始時に合わせて当該フレーム内の最初の一定期間における電流供給を開始する。

光源駆動手段が、一定期間内で白色光源に対して電流を供給する期間の割合として１００％未満の割合を外部から指定された場合に、当該割合に応じて、一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合、および一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を補正する構成であってもよい。

本発明によれば、表示画像に応じて液晶表示装置の色再現範囲を可変とすることができ、消費電力を低減することができる。

本発明のバックライトユニットの構成例を示すブロック図。 ＬＥＤ群１の例を示す斜視図。 直下型の場合におけるＬＥＤ群１の例を示す斜視図。 一定期間内における電流供給期間の例を示す説明図。 一定期間Ｔとフレームとの関係を示す説明図。 第１の割合、第２の割合および第３の割合の例を示す説明図。 １００％と第１の割合との差分、１００％と第２の割合との差分、１００％と第３の割合との差分の例を示す説明図。 デューティ比を定めるフレームと、そのデューティ比に基づいてＬＥＤ群に電流を供給するフレームとの関係を示す説明図。 液晶表示装置で表示される色の純度を説明する説明図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のバックライトユニットの構成例を示すブロック図である。図１では、バックライトユニットとともに液晶表示装置を図示している。

本発明のバックライトユニットが適用される液晶表示装置は、例えば、液晶パネル１１と、タイミングコントローラ１２と、ドライバＩＣ１３とを備える。

液晶パネル１１は、透明電極が設けられた一対の透明基板内に液晶を挟持した構成である。また、個々の画素毎に、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）またはＢ（青色）のカラーフィルタが設けられている。以下、赤色の画素をＲ画素と記し、緑色の画素をＧ画素と記し、青色の画素をＢ画素と記す。液晶パネル１１は、例えば、アクティブマトリクス型の液晶パネルであるが、液晶パネル１１の態様は特に限定されない。例えば、パッシブマトリクス型や、他の種類の液晶パネルであってもよい。

液晶パネル１１には、背面側から、本発明のバックライトユニットによって光を照射される。

タイミングコントローラ１２には、フレーム毎に画像データが入力される。画像データは、液晶パネル１１における個々の画素の輝度値を示すデータであり、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の輝度値をそれぞれ含んでいる。

なお、フレームとは、液晶パネル１１にマトリクス状に配置された画素におけるある１行の選択を開始してから、再びその行の選択を開始するまでの期間である。本実施形態では、画像データは、１フレーム内で、画素１行分ずつ順次入力される。

タイミングコントローラ１２は、制御信号をドライバＩＣ１３に出力して、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）１３を制御する。ドライバＩＣ１３は、タイミングコントローラ１２の制御に従って、画像データに応じた画像を液晶パネル１１に表示させる。具体的には、ドライバＩＣ１３は、画像データが示す各画素の輝度値に応じて、各画素に対応する電極間の電圧を設定し、液晶パネル１１の各画素の液晶を輝度値に応じた状態に設定する。この電圧設定は、例えば、画素の行を順次選択し、選択した行毎に行う。この結果、画素毎に、輝度値に合わせて光透過率が設定され、各画素における光の透過状況によって、画像データに応じた画像が視認される。

タイミングコントローラ１２は、ドライバＩＣ１３に対して、例えば、選択行の切り替えを指示する制御信号等の各種制御信号を出力する。

また、タイミングコントローラ１２は、１行分の画像データが入力されると、その画像データをデューティ比導出部３に出力する。

本発明のバックライトユニットは、ＬＥＤ群１と、デューティ比導出部３と、ＬＥＤドライバ４とを備える。図１に示す例では、バックライトユニットがエッジ型である場合を例示しており、導光板２も備える。

エッジ型のバックライトユニットでは、液晶パネル１１の背面に導光板２が配置され、その導光板２の側面にＬＥＤ群１が配置される。ＬＥＤ群１は、導光板２の側面に光を照射し、導光板２は、側面から入射した光を、液晶パネル１１側の主面から射出する。この結果、液晶パネル１１は、背面側から光を照射される。

図２は、ＬＥＤ群１の例を示す斜視図である。ＬＥＤ群１には、白色ＬＥＤ２１と、赤色ＬＥＤ２２と、緑色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とが含まれる。白色ＬＥＤ２１は、ＬＥＤドライバ４から電流を供給されることによって白色光を発光する。赤色ＬＥＤ２２は、ＬＥＤドライバ４から電流を供給されることによって、赤色に対応する波長域の光を発光する。緑色ＬＥＤ２３は、ＬＥＤドライバ４から電流を供給されることによって、緑色に対応する波長域の光を発光する。青色ＬＥＤ２４は、ＬＥＤドライバ４から電流を供給されることによって、青色に対応する波長域の光を発光する。

赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４は並べて配置される。以下、並べて配置した赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４の組み合わせを、便宜的に、組み合わせＬＥＤ２５と記す。エッジ型の場合、基板２０上に白色ＬＥＤ２１および組み合わせＬＥＤ２５を１列に並べて配置する。ただし、白色ＬＥＤ２１の数は、組み合わせＬＥＤ２５の数よりも多く、一部の白色ＬＥＤ２１同士の間に組み合わせＬＥＤ２５を配置すればよい。

白色ＬＥＤ２１、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４が設けられた基板２０は、導光板２（図１参照）の側面に配置される。この結果、白色ＬＥＤ２１、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４が照射する光は、それぞれ導光板２の側面に入射され、導光板２は、その光を液晶パネル１１の背面に射出する。

また、本発明のバックライトユニットは、エッジ型ではなく、直下型であってもよい。図３は、直下型の場合におけるＬＥＤ群１の例を示す斜視図である。直下型では、ＬＥＤ群１が液晶パネル１１の背面に配置される。例えば、図３に示すように、液晶パネル１１と同程度の大きさの基板３０上に、白色ＬＥＤ２１と、組み合わせＬＥＤ２５とをマトリクス状に配置すればよい。既に説明したように、組み合わせＬＥＤ２５は、並べて配置した赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４の組み合わせである。

直下型の場合でも、白色ＬＥＤ２１の数は、組み合わせＬＥＤ２５の数よりも多くする。図３では、ＬＥＤのマトリクスにおける各列に、４つの白色ＬＥＤ２１と、１つの組み合わせＬＥＤ２５を配置した場合を例示している。また、直下型の場合、図３に示すように、列毎に、組み合わせＬＥＤ２５の位置をずらすことが好ましい。

ＬＥＤドライバ４は、一定期間毎に、ＬＥＤ群１に含まれる白色ＬＥＤ２１、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４に対して、電流を供給する。上記の一定期間内において、各色のＬＥＤに電流を供給する期間（すなわち、パルス幅）の割合をデューティ比と記す。デューティ比の最大値は１００％であり、上記の一定期間をＴとすると、ＬＥＤドライバ４は、その一定期間Ｔ内で、Ｔ以下の期間、各色のＬＥＤに対して電流を供給する。すなわち、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動を実現する。また、電流供給時における電流値は一定である。なお、デューティ比は、各色で共通であるとは限らない。ＬＥＤドライバ４は、色毎にデューティ比導出部３が定めたデューティ比に基づいて、各色のＬＥＤ２１，２２，２３，２４に対して電流を供給する。また、ＬＥＤドライバ４は、デューティ比導出部３が定めたデューティ比を補正する場合には、その補正結果に基づいて、各色のＬＥＤ２１，２２，２３，２４に対して電流を供給する。後述するように、デューティ比導出部３が定めたデューティ比を補正するのは、外部から入力される輝度調整信号によって白色ＬＥＤ２１のデューティ比を１００％未満にする場合である。ＬＥＤドライバ４に入力される輝度調整信号は、ＬＥＤ群の輝度を調整する信号である。

図４は、一定期間内における電流供給期間の例を示す説明図である。図４（ａ），（ｂ）それぞれにおいて、横軸は時間の経過を表し、縦軸は供給する電流の電流値を表している。そして、図４では、上記の一定期間Ｔが５ｍｓである場合を例にしている。また、電流供給時における電流値が３０ｍＡである場合を例示している。これらの値は例示であり、他の値であってもよい。

図４（ａ）では、デューティ比が１００％である場合を示している。この場合、ＬＥＤドライバ４は、一定期間（５ｍｓ）内において、３０ｍＡの電流をＬＥＤに供給し続ける。そして、ＬＥＤドライバ４は、一定期間毎に、そのＬＥＤに対して同様の電流供給動作を繰り返す。従って、ＬＥＤドライバ４は、電流供給を停止することなく、そのＬＥＤに対して定電流を供給し続ける（図４（ａ）参照）。

図４（ｂ）では、デューティ比が５０％である場合を示している。この場合、ＬＥＤドライバ４は、一定期間（５ｍｓ）内において、その期間の５０％の期間の間（すなわち、２．５ｍｓの間）、３０ｍＡの電流をＬＥＤに供給し、残りの５０％の期間では、そのＬＥＤに対する電流供給を停止する。そして、ＬＥＤドライバ４は、一定期間毎に、そのＬＥＤに対して同様の電流供給動作を繰り返す（図４（ｂ）参照）。

フレームを規定するためにタイミングコントローラ１２が出力する制御信号を垂直同期信号と記す。図５は、ＬＥＤ群１に対する電流供給動作の周期である前述の一定期間Ｔとフレームとの関係を示す説明図である。図５に示す例では、垂直同期信号の立ち下がりエッジから次の立ち下がりエッジまでが１フレームとなる。図５に示すように、１フレームが一定期間Ｔの整数倍になるという条件を満たすように、一定期間Ｔは予め定められる。例えば、フレームの周波数が６０Ｈｚである場合、一定期間Ｔに応じた周波数（換言すれば、ＬＥＤ群１に対する電流供給動作の周波数）は、例えば１８０Ｈｚや２４０Ｈｚ等にする必要がある。この一定期間Ｔに応じた周波数は、１フレーム内でＬＥＤ群１をコントロールする回数となっている。

また、ＬＥＤドライバ４は、フレーム周期と、一定期間Ｔの複数分の周期とを同期させる。具体的には、ＬＥＤドライバ４内の電流供給部６は、フレームの開始時に合わせて、そのフレーム内の最初の一定期間Ｔにおける電流供給を開始する。フレーム周期は一定期間Ｔの整数倍であるので、この結果、フレーム内における最後の一定期間Ｔの終了時と、フレームの終了時とが一致する。そして、次のフレームにおいても、フレームの開始時に合わせて、そのフレーム内における最初の一定期間Ｔにおける電流供給を開始することができる。なお、ＬＥＤドライバ４（より具体的には後述の電流供給部６）がこのような同期をとることができるように、タイミングコントローラ１２が垂直同期信号をＬＥＤドライバ４（具他的には電流供給部６）に出力してもよい。

ＬＥＤドライバ４は、具体的には、電流制御部５と、電流供給部６とを備える。

電流供給部６は、白色ＬＥＤ２１、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４（図２参照）に対して定電流（図４に示す例では３０ｍＡの電流）を供給する。電流供給部６が、各色のＬＥＤ２１〜２４に対して、電流を供給する期間は、電流制御部５によって制御される。

なお、電流供給部６は、白色用電流配線４１を介して、白色ＬＥＤ２１に電流を供給する。同様に、赤色用電流配線４２を介して、赤色ＬＥＤ２２に電流を供給し、緑色用電流配線４３を介して、緑色ＬＥＤ２３に電流を供給し、青色用電流配線４４を介して、青色ＬＥＤ２４に電流を供給する。なお、各電流配線４１〜４４は、例えば１系統であるが、電流供給先のＬＥＤの数が多い場合には、２系統以上に増やしてもよい。例えば、白色ＬＥＤ２１は、他の色のＬＥＤに比べて数が多く、１系統の配線で全ての白色ＬＥＤ２１に電流を供給すると、その配線における電圧が高くなってしまう場合がある。このように、白色ＬＥＤ２１の数が多い場合には、その数に応じて、白色用電流配線４１の系統数（本数）を増やしてもよい。

前述のように、電流供給部６は、フレームの開始時に合わせて、そのフレーム内の最初の一定期間Ｔにおける電流供給を開始する。

電流制御部５は、デューティ比導出部３が定めたデューティ比に基づいて、電流供給部６に対して電流供給期間を指示し、その期間内にＬＥＤへの電流供給を行わせる。また、電流制御部５は、デューティ比導出部３が定めたデューティ比を補正する場合には、その補正結果に基づいて、電流供給部６に対して電流供給期間を指示し、その期間内にＬＥＤへの電流供給を行わせる。電流制御部５は、電流供給部６に対するこの動作を、白色、赤色、緑色、青色の各色毎に行う。各ＬＥＤは、電流が供給されると発光し、電流の供給が停止されると消灯する。

電流制御部５は、例えば、色の種類毎に、電流供給を指示する時にハイレベルとし、電流供給の停止を指示するときにローレベルとする制御信号を電流供給部６に出力すればよい。そして、電流供給部６は、制御信号がハイレベルであるならば、その制御信号に対応するＬＥＤに対して電流を供給し、その制御信号がローレベルであるならばそのＬＥＤに対する電流供給を停止する。電流制御部５は、色の種類毎の制御信号を個別にハイレベルまたはローレベルに切り替えることで、個々の色のＬＥＤに対して電流供給を行わせるか停止させるかを制御することができる。ここでは、電流制御部５が色の種類毎に制御信号を出力して電流供給部６による電流供給期間を制御する場合を示したが、他の態様で制御を行ってもよい。

後述するように、デューティ比導出部３は白色ＬＥＤ２１のデューティ比を１００％と定める。電流制御部５に入力される輝度調整信号が、白色ＬＥＤ２１のデューティ比を１００％にすることを示しているならば、電流制御部５は、デューティ比導出部３によって定められた各色のデューティ比を補正せずにそのまま用いる。

一方、電流制御部５に入力される輝度調整信号が、白色ＬＥＤ２１のデューティ比を１００％未満の値に指定しているならば、電流制御部５は、輝度調整信号によって指定された白色ＬＥＤ２１のデューティ比に応じて、デューティ比導出部３によって定められた赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３、および青色ＬＥＤ２４の各デューティ比を補正する。具体的には、電流制御部５は、デューティ比導出部３によって定められた赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３、および青色ＬＥＤ２４の各デューティ比に対してそれぞれ、輝度調整信号によって指定された白色ＬＥＤ２１のデューティ比を乗じる。その乗算結果を、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３、および青色ＬＥＤ２４の補正後のデューティ比とする。そして、電流制御部５は、その補正後のデューティ比で赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３、および青色ＬＥＤ２４への電流供給期間を制御する。例えば、デューティ比導出部３によって定められた赤色ＬＥＤ２２に関するデューティ比が０．５（換言すれば５０％）であり、輝度調整信号によって指定された白色ＬＥＤ２１のデューティ比が０．７（換言すれば７０％）であったとする。すると、電流制御部５は、赤色ＬＥＤ２２に関するデューティ比を０．５×０．７＝０．３５（すなわち、３５％）に補正する。

また、このように補正を行う場合、電流制御部５は、白色ＬＥＤ２１に関しては、輝度調整信号によって指定された白色ＬＥＤ２１のデューティ比に基づいて、電流供給期間を制御する。

また、デューティ比導出部３は、個々のフレーム毎に各色のデューティ比を定める。電流制御部５は、あるフレームにおいて、電流供給部６に対して電流供給期間を指示する場合、そのフレームの１つ前のフレームでデューティ比導出部３が定めたデューティ比に基づいて電流供給期間を指示する。また、上記のようにデューティ比を補正する場合には、１つ前のフレームでデューティ比導出部３が定めたデューティ比に対して補正を行い、その補正後のデューティ比に基づいて、電流供給部６に電流供給期間を指示すればよい。

従って、デューティ比導出部３があるフレームで定めたデューティ比は、次のフレームにおけるＬＥＤ群１への電流供給に反映される。

次に、デューティ比導出部３について説明する。デューティ比導出部３は、輝度割合計算部３１と、デューティ比演算部３２とを含む。

輝度割合計算部３１は、１画面分の画像データに含まれるＲ画素の輝度値の平均値、Ｇ画素の輝度値の平均値、およびＢ画素の輝度値の平均値を算出する。さらに、輝度割合計算部３１は、輝度値の最大値に対する輝度値の平均値の割合をＲ，Ｇ，Ｂの各色毎に計算する。以下、この計算の例を説明する。

あるフレームで表示される１画面分の画像データは、１行分ずつ順次、タイミングコントローラ１２に入力され、タイミングコントローラ１２は、１行分の画像データが入力されると、その画像データを輝度割合計算部３１に出力する。

輝度割合計算部３１は、１行分の画像データが入力されると、その１行分の画像データに含まれるＲ画素の輝度値の平均値を算出し、１画面を構成する各行毎に算出したＲ画素の輝度値の平均値から、１画面分の画像データに含まれるＲ画素の輝度値の平均値を計算する。

同様に、輝度割合計算部３１は、１行分の画像データが入力されると、その１行分の画像データに含まれるＧ画素の輝度値の平均値を算出し、１画面を構成する各行毎に算出したＧ画素の輝度値の平均値から、１画面分の画像データに含まれるＧ画素の輝度値の平均値を計算する。

同様に、輝度割合計算部３１は、１行分の画像データが入力されると、その１行分の画像データに含まれるＢ画素の輝度値の平均値を算出し、１画面を構成する各行毎に算出したＢ画素の輝度値の平均値から、１画面分の画像データに含まれるＢ画素の輝度値の平均値を計算する。

そして、輝度割合計算部３１は、輝度値の最大値に対する、上記のように計算したＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの輝度値の平均値の割合を計算する。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの個々の画素の輝度値がそれぞれ６ビットで表される場合、個々の画素の輝度値の最大値（以下、最大輝度値と記す。）は、“１１１１１１（２進数）”であり、１０進数では“６３”となる。従って、１画面分の画像データに含まれるＲ画素の輝度値の平均値は、０〜６３の範囲に収まる。輝度割合計算部３１は、最大輝度値“６３”に対する、１画面分の画像データに含まれるＲ画素の輝度値の平均値の割合を計算する。以下、この割合を第１の割合と記す。

同様に、１画面分の画像データに含まれるＧ画素の輝度値の平均値は、０〜６３の範囲に収まる。輝度割合計算部３１は、最大輝度値“６３”に対する、１画面分の画像データに含まれるＧ画素の輝度値の平均値の割合を計算する。以下、この割合を第２の割合と記す。

同様に、１画面分の画像データに含まれるＢ画素の輝度値の平均値は、０〜６３の範囲に収まる。輝度割合計算部３１は、最大輝度値“６３”に対する、１画面分の画像データに含まれるＢ画素の輝度値の平均値の割合を計算する。以下、この割合を第３の割合と記す。

なお、上述の輝度値を表すビット数（６ビット）や、そのビット数における最大値“６３（１０進数）”は例示であり、他の値であってもよい。

デューティ比演算部３２は、白色ＬＥＤ２１に関するデューティ比（以下、白色デューティ比と記す。）を、毎フレーム、１００％と定める。

また、デューティ比演算部３２は、赤色ＬＥＤ２２に関するデューティ比（以下、赤色デューティ比と記す。）、緑色ＬＥＤ２３に関するデューティ比（以下、緑色デューティ比と記す。）、および青色ＬＥＤ２４に関するデューティ比（以下、青色デューティ比と記す。）については、輝度割合計算部３１が計算した第１の割合、第２の割合および第３の割合を用いて、以下のように定める。

図６は、第１の割合、第２の割合および第３の割合の例を示す説明図である。図６に示す例では、第１の割合、第２の割合および第３の割合の順に減少しており、これらの割合の算出に用いた画像データは、全体的に赤の画素値が大きく、青の画素値が小さい画像を表していることになる。

デューティ比演算部３２は、第１の割合、第２の割合および第３の割合が算出された後、それらの割合の最大値である１００％から、それぞれの割合を減算する。すなわち、１００％と第１の割合との差分、１００％と第２の割合との差分、１００％と第３の割合との差分を計算する。図７は、この差分の例を示す説明図である。この差分は、デューティ比１００％の状態から、デューティ比をどれだけ低下させるかを意味する値である。

デューティ比演算部３２は、１００％から上記の差分（１００％と第１の割合との差分）を減算し、その値を、赤色デューティ比として定める。同様に、デューティ比演算部３２は、１００％から上記の差分（１００％と第２の割合との差分）を減算し、その値を、緑色デューティ比として定める。同様に、デューティ比演算部３２は、１００％から上記の差分（１００％と第３の割合との差分）を減算し、その値を、青色デューティ比として定める。

なお、上記のデューティ比の計算において、例えば、赤色を例にとると、デューティ比演算部３２は、まず、１００％から第１の割合を減算した差分を計算し、さらに、１００％からその差分を減算した値を赤色デューティ比として定めている。上記の計算方法では、最終的に得る値は、第１の割合の値と等しくなる。よって、デューティ比演算部３２は、上記のように２回の減算を行わずに、第１の割合をそのまま、赤色デューティ比として定めてもよい。

同様に、デューティ比演算部３２は、第２の割合をそのまま、緑色デューティ比として定めてもよい。また、デューティ比演算部３２は、第３の割合をそのまま、青色デューティ比として定めてもよい。

デューティ比演算部３２は、上記のように定めた白色デューティ比（１００％）、赤色デューティ比、緑色デューティ比、および青色デューティ比を、電流制御部５に出力する。なお、デューティ比演算部３２は、この４種類のデューティ比をそれぞれ別々の配線を介して、電流制御部５に出力する。また、例えば、白色用電流配線４１を２系統以上とする構成の場合には、それに合わせて、白色デューティ比を電流制御部５に出力するための配線も２系統以上にしてもよい。

なお、既に説明したように、デューティ比演算部３２が電流制御部５に出力した各デューティ比は、電流制御部５によって補正される場合がある。

次に、デューティ比を定めるフレームと、そのデューティ比に基づいてＬＥＤ群に電流を供給するフレームとの関係を説明する。図８は、この関係を示す説明図である。

あるフレーム（フレームＡとする。）に着目した場合、そのフレームＡの前のフレームをフレーム０と記し、フレームＡの次のフレームをフレームＢと記す。ＬＥＤドライバ４の電流制御部５には、デューティ比演算部３２が定めた白色デューティ比、赤色デューティ比、緑色デューティ比および青色デューティ比がフレーム０において入力されている。

電流制御部５は、フレームＡの期間において、輝度調整信号が白色デューティ比を１００％にすることを指定しているならば、前のフレーム０に入力された各デューティ比をそのまま用いて、一定期間Ｔ中に、白色ＬＥＤ２１に電流を供給する期間、赤色ＬＥＤ２２に電流を供給する期間、緑色ＬＥＤ２３に電流を供給する期間、および青色ＬＥＤ２４に電流を供給する期間を決定する。

また、電流制御部５は、フレームＡの期間において、輝度調整信号が白色デューティ比として１００％未満の値を指定しているならば、前のフレーム０に入力された赤色デューティ比、緑色デューティ比、青色デューティ比それぞれに対し、輝度調整信号に指定された白色デューティ比を乗じることによって、各デューティ比を補正する。例えば、前述の例のように、輝度調整信号によって指定された白色デューティ比が７０％であり、前のフレーム０に入力された赤色デューティ比が５０％であるならば、その赤色デューティ比を３５％に補正する。緑色デューティ比および青色デューティ比に関しても同様に補正する。そして、電流制御部５は、輝度調整信号によって指定された白色デューティ比を用いて、白色ＬＥＤ２１に電流を供給する期間を決定する。また、電流制御部５は、補正後の赤色デューティ比、緑色デューティ比、青色デューティ比を用いて、赤色ＬＥＤ２２に電流を供給する期間、緑色ＬＥＤ２３に電流を供給する期間、および青色ＬＥＤ２４に電流を供給する期間を決定する。

そして、電流制御部５は、一定期間Ｔ毎に、電流供給部６（図１参照）に、色の種類毎に、一定期間Ｔ内において、決定した期間の間、電流をＬＥＤに供給させる。ＬＥＤ群１に属する白色ＬＥＤ２１、赤色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３および青色ＬＥＤ２４は、電流供給部６から電流供給を受けている間、発光する。

フレームＡ内において、一定期間Ｔ中に、白色ＬＥＤ２１に電流を供給する期間、赤色ＬＥＤ２２に電流を供給する期間、緑色ＬＥＤ２３に電流を供給する期間、および青色ＬＥＤ２４に電流を供給する期間は、それぞれ一定である。

なお、タイミングコントローラ１２は、フレームＡにおいて画像データが入力されると、ドライバＩＣ１３を制御し、ドライバＩＣ１３によって、その画像データに応じた画像を液晶パネル１１に表示させる。

また、この間、タイミングコントローラ１２は、１行分の画像データが入力される毎に、その１行分の画像データをデューティ比導出部３の輝度割合計算部３１に出力する。

輝度割合計算部３１は、フレームＡにおいて第１行から最終行までの画像データが入力され、それらの画像データに基づいて、第１の割合、第２の割合、第３の割合を計算する。そして、その計算結果（第１の割合、第２の割合および第３の割合）をデューティ比演算部３２に送る。デューティ比演算部３２は、第１の割合に基づいて赤色デューティ比を定め、第２の割合に基づいて緑色デューティ比を定め、第３の割合に基づいて青色デューティ比を定める。輝度割合計算部３１が第１の割合、第２の割合および第３の割合を計算する動作に関しては既に説明したので、ここでは説明を省略する。同様に、デューティ比演算部３２が赤色デューティ比、緑色デューティ比および青色デューティ比を定める動作に関しても既に説明したので、ここでは説明を省略する。また、デューティ比演算部３２は、白色デューティ比を１００％とする。

デューティ比演算部３２は、定めた白色デューティ比、赤色デューティ比、緑色デューティ比および青色デューティ比をＬＥＤドライバ４の電流制御部５に出力する。フレームＡで定められた各デューティ比は、次のフレームＢにおいて、電流制御部５が電流供給期間を決定する際に用いられる。

液晶表示装置およびバックライトユニットは、毎フレーム、上記と同様の動作を行う。従って、デューティ比導出部３が各フレームで定めたデューティ比は、次のフレームで、各一定期間Ｔ内での電流供給期間を決定するために使用される。

本発明では、フレーム毎に第１の割合、第２の割合、第３の割合を計算し、その各割合に基づいて、次のフレームに反映される赤色デューティ比、緑色デューティ比および青色デューティ比を定める。従って、例えば、Ｒ画素の輝度値は高いがＧ画素やＢ画素の輝度値は低い画像の画像データが入力された場合、赤色デューティ比を高くし、緑色デューティ比や青色デューティ比を低くすることができる。この結果、図９に例示する色再現範囲９３（三角形９３）を赤色領域側に広げ、緑色側や青色側にはあまり広げないようにして、消費電力の増加を防止することができる。そして、上記のように、Ｒ画素の輝度値は高いがＧ画素やＢ画素の輝度値は低い画像の場合、図９に例示する色再現範囲９３を緑色側や青色側に広げる必要はない。つまり、本発明では、色再現範囲９３の拡張範囲を必要な範囲に抑え、電力を必要以上に消費することを防止することができる。また、色再現範囲の拡張範囲は、入力される画像毎に可変とすることができ、各フレームで、色再現範囲の拡張と、消費電力の低減とを適切に実現することができる。ここでは、Ｒ画素の輝度値が高くＧ画素やＢ画素の輝度値が低い画像の画像データが入力される場合を例にして説明したが、他の画像データが入力された場合にも同様の効果が得られる。

本発明では、デューティ比を定めるフレームと、そのデューティ比、あるいはそのデューティ比の補正結果でＬＥＤ群１を駆動するフレームとが１フレームずれている。一般に、フレーム間での表示画像の変化はあまり大きくなく、上述の第１の割合、第２の割合および第３の割合の変化も少ない。よって、デューティ比を定めるフレームと、そのデューティ比が用いられるフレームとが１フレームずれていても、上記のような効果が得られる。

なお、フレームの切り替わりとともに、表示画像が大きく変化することもあり得る。例えば、あるフレームでは全面が白色の画像を表示し、次のフレームでは全面が黒色の画像を表示することもあり得る。このような場合、先のフレームでデューティ比演算部３２が定めたデューティ比と、次のフレームで定めたデューティ比の差は大きくなる。このように、デューティ比の差が大きい場合には、デューティ比を急激に変動させるのではなく、段階的に変動させることが好ましい。そこで、デューティ比演算部３２は、フレーム間でのデューティ比の差が、閾値以上であった場合、その差に基づいて、デューティ比を定め直すことが好ましい。以下に、具体例を示す。

１つ前のフレームＰにおいてデューティ比演算部３２が定めた赤色デューティ比がＵ_Ｒ％であり、現フレームＱでデューティ比演算部３２が定めた赤色デューティ比がＶ_Ｒ％であるとする。デューティ比演算部３２は、現フレームＱで定めた赤色デューティ比（Ｖ_Ｒ％）から、前フレームＰで定めた赤色デューティ比（Ｕ_Ｒ％）を減算し、その減算結果の絶対値と閾値とを比較する。そして、減算結果の絶対値が閾値以上であれば、デューティ比演算部３２は、例えば、以下の式（１）の計算を行って、赤色デューティ比を定め直す。

赤色デューティ比＝Ｕ_Ｒ＋（Ｖ_Ｒ−Ｕ_Ｒ）・Ｋ 式（１）

なお、Ｋは０より大きく１未満の定数であり、予め定めておけばよい。

Ｖ_Ｒ−Ｕ_Ｒの絶対値が閾値未満である場合には、赤色デューティ比を定め直さなくてよい。

同様に、１つ前のフレームＰにおいてデューティ比演算部３２が定めた緑色デューティ比がＵ_Ｇ％であり、現フレームＱでデューティ比演算部３２が定めた緑色デューティ比がＶ_Ｇ％であるとする。デューティ比演算部３２は、現フレームＱで定めた緑色デューティ比（Ｖ_Ｇ％）から、前フレームＰで定めた緑色デューティ比（Ｕ_Ｇ％）を減算し、その減算結果の絶対値と閾値とを比較する。そして、減算結果の絶対値が閾値以上であれば、デューティ比演算部３２は、例えば、以下の式（２）の計算を行って、緑色デューティ比を定め直す。

緑色デューティ比＝Ｕ_Ｇ＋（Ｖ_Ｇ−Ｕ_Ｇ）・Ｋ 式（２）

Ｋは、式（１）におけるＫと同一である。

Ｖ_Ｇ−Ｕ_Ｇの絶対値が閾値未満である場合には、緑色デューティ比を定め直さなくてよい。

同様に、１つ前のフレームＰにおいてデューティ比演算部３２が定めた青色デューティ比がＵ_Ｂ％であり、現フレームＱでデューティ比演算部３２が定めた青色デューティ比がＶ_Ｂ％であるとする。デューティ比演算部３２は、現フレームＱで定めた青色デューティ比（Ｖ_Ｂ％）から、前フレームＰで定めた青色デューティ比（Ｕ_Ｂ％）を減算し、その減算結果の絶対値と閾値とを比較する。そして、減算結果の絶対値が閾値以上であれば、デューティ比演算部３２は、例えば、以下の式（３）の計算を行って、青色デューティ比を定め直す。

青色デューティ比＝Ｕ_Ｂ＋（Ｖ_Ｂ−Ｕ_Ｂ）・Ｋ 式（３）

Ｋは、式（１）、式（２）におけるＫと同一である。

Ｖ_Ｂ−Ｕ_Ｂの絶対値が閾値未満である場合には、緑色デューティ比を定め直さなくてよい。

本発明は、液晶表示装置に用いられるバックライトユニットに好適に適用される。

１ ＬＥＤ群
２ 導光板
３ デューティ比導出部
４ ＬＥＤドライバ
５ 電流制御部
６ 電流供給部
１１ 液晶パネル
１２ タイミングコントローラ
１３ ドライバＩＣ
２１ 白色ＬＥＤ
２２ 赤色ＬＥＤ
２３ 緑色ＬＥＤ
２４ 青色ＬＥＤ
３１ 輝度割合計算部
３２ デューティ比演算部

Claims (4)

1. 液晶表示装置が備える液晶パネルに光を照射するバックライトユニットであって、
   電流を供給されることによって白色光を発光する白色光源と、
   電流を供給されることによって赤色光を発光する赤色光源と、
   電流を供給されることによって緑色光を発光する緑色光源と、
   電流を供給されることによって青色光を発光する青色光源と、
   前記白色光源と、前記赤色光源と、前記緑色光源と、前記青色光源に対して、一定期間毎に、当該一定期間以下の期間、電流を供給する光源駆動手段と、
   個々のフレーム毎に、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各赤色画素の輝度値の平均値の割合である第１の割合と、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各緑色画素の輝度値の平均値の割合である第２の割合と、画素の輝度値の最大値に対する、画像データにおける各青色画素の輝度値の平均値の割合である第３の割合とを計算する輝度割合計算手段と、
   前記第１の割合に応じて、前記一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め、前記第２の割合に応じて、前記一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め、前記第３の割合に応じて、前記一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を定める電流供給期間割合導出手段とを備え、
   光源駆動手段は、１つ前のフレームで定められた前記一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合、前記一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合、および前記一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合に基づいて、前記赤色光源、前記緑色光源、および前記青色光源に対してそれぞれ電流を供給し、
   前記白色光源の数は、前記赤色光源の数、前記緑色光源の数、および前記青色光源の数それぞれよりも多く、前記白色光源に対して電流を供給する期間は、前記赤色光源に対して電流を供給する期間、前記緑色光源に対して電流を供給する期間、および前記青色光源に対して電流を供給する期間それぞれよりも長い
   ことを特徴とするバックライトユニット。
2. 電流供給期間割合導出手段は、
   一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、前記差に基づいて、一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直し、
   一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、前記差に基づいて、一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直し、
   一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を定めたときに、その割合と、１つ前のフレームにおける当該割合との差の絶対値が閾値以上である場合、前記差に基づいて、一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を定め直す
   請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 光源駆動手段は、
   １つのフレームが一定期間の整数倍になるという条件を満たすように定められた一定期間毎に、白色光源と、赤色光源と、緑色光源と、青色光源に対して、当該一定期間以下の期間、電流を供給し、
   フレームの開始時に合わせて当該フレーム内の最初の一定期間における電流供給を開始する
   請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 光源駆動手段は、一定期間内で白色光源に対して電流を供給する期間の割合として１００％未満の割合を外部から指定された場合に、当該割合に応じて、前記一定期間内で赤色光源に対して電流を供給する期間の割合、前記一定期間内で緑色光源に対して電流を供給する期間の割合、および前記一定期間内で青色光源に対して電流を供給する期間の割合を補正する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のバックライトユニット。

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