JP6436336B2 - バックライト光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライト光源装置及び液晶表示装置に関し、特に、複数の発光色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源を用いるバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

ＬＥＤ光源は、蛍光管（熱陰極管及び冷陰極管）に比べ、水銀フリーによる環境負荷が小さいこと、色再現性が良好であること、応答性が良好であること、輝度の調整範囲が広いこと、寿命が長いこと等の特徴がある。このような特徴から、ＬＥＤ光源をバックライトに用いた液晶表示装置が小型のものを中心に広く普及しており、近年では、大型液晶ディスプレイにも採用されている（例えば、下記特許文献１〜４）。

半導体デバイスの一種である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、いわゆる冷光と呼ばれ、電子とホールの結合に基づく発光現象を利用しているため、可視光波長にバンドギャップをもつ半導体（例えばＧａＮをベースとする無機材料）が主に使用されている。また、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる有機発光ダイドードなども研究開発され、一部実用化している。これらのＬＥＤには、従来の蛍光管等と異なり、様々な色を持つものが存在している。例えば、白色光を発光する白色ＬＥＤ（White Light Emitting Diode：Ｗ−ＬＥＤ）の他にも、赤色、緑色、青色、黄色等、様々なニーズに合わせて色の調整がされているものが販売されている。

特表２００７−５３２９４９号公報 特開２００７−１２３１５３号公報 特開２００４−２９１４１号公報 ＷＯ２００６／１１０１２９

ＬＥＤ光源は、使用環境による経年変化が小さく、長期間に亘って明るく発光するが、その光学特性（いわゆる色度）は大きく変動するという欠点がある。また、赤（Reｄ：Ｒ）、緑（Green：Ｇ）、青（Blue：Ｂ）等の単色発光のＬＥＤは、白色ＬＥＤ（Ｗ−ＬＥＤ）に比べて一般に発光効率が劣る。したがって、同じ輝度の白色光を使用する場合は、赤（Ｒ:Red）、緑（Ｇ:Green）、青（Ｂ:Blue）の単色発光ＬＥＤを混合したものを用いるよりも、白色ＬＥＤを用いる方が消費電力を少なくすることができるため、液晶表示装置にはＷ−ＬＥＤが多く用いられている。

しかし、特に白色ＬＥＤは、長期間の使用によって著しく色が変化する。この変化は、ＬＥＤ光源をバックライトとして使用する液晶表示装置にとって大きな課題である。一方で、製品の長寿命化に伴って、液晶表示装置の性能が長期に亘って同じであることが市場（特に産業分野）では求められている。すなわち、液晶表示パネルがシンプルなＲＧＢ画素構造を持つ従来構造を取りつつ、低い消費電力と高い色再現性の両立が、使用当初のみならず、長期間に亘って維持されることが求められている。

このような背景から、液晶表示装置に関する様々な技術が提案されており、例えば、上記特許文献１には、液晶表示装置の低い消費電力を実現する方法として、液晶表示パネルにＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの構成のカラーフィルタ（Color Filter：ＣＦ）を用い、ＲＧＢのカラーフィルタを用いる液晶表示パネルよりも光の透過率を上げる構造および方法が開示されている。しかし、この構造では、液晶表示パネルからはＲ、Ｇ、Ｂに加えて白色光（Ｗ）が透過することによって、色再現性が大きく低下してしまうという課題が生じる。また、液晶表示パネルの構造（特に画素構造）を大きく変更するだけでなく、白色の駆動回路、変換回路も必要になるため、システムの複雑化、部品点数の増加をもたらす。従って、この構造では、コストアップとなる課題も生じてしまう。

また、特許文献２には、液晶表示パネルに手を加えずに一般的なＲ、Ｇ、ＢのＣＦを使用し、３色（赤、緑、青）のＬＥＤ光源を用い、カラーセンサーを含むフィードバック手段を備えることで、高い色再現性を実現する液晶表示装置が開示されている。また、特許文献３にも同様に、３色（赤、緑、青）の発光ダイオードを用い、電流調整制御回路と、ＲＧＢ用光検出器からの光量データを収集するデータ収集制御回路によって、ホワイトバランス及び輝度を自動調整する液晶ディスプレイ装置が開示されている。

これらの方法を用いることにより、高い色再現性が維持され、長期に亘る高い色再現性がもたらされる。しかし、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の独立したＬＥＤから形成する白色光は、単体の白色ＬＥＤ（Ｗ−ＬＥＤ）に比べて発光効率が劣るため、消費電力が多くなるという課題が生じる。更に、長期に亘る使用によって徐々にＬＥＤが劣化した場合には、同じ輝度を維持するために電流量を増やさなければならず、結果的に消費電力が増加するという課題が生じてしまう。

また、特許文献４には、ＲＧＢの液晶表示パネルを用い、バックライトに４色（例えば、ＲＧＢＷ）を持いた液晶表示装置が開示されている。しかし、この特許文献４においては、バックライトの４色をそれぞれ適切に駆動して高い色再現性が得られるものの、カラーセンサー等を用いたフィードバックは行っていない。なお、目標とすべき４色のバックライトデータを有するが、これは、４色の光源に対して、目標となる三刺激値から４色目の三刺激値（最大諧調に対する任意の輝度）を引いた三刺激値からＲＧＢの輝度を算出するためのものであり、長期間に亘る使用によるバックライトのＬＥＤ各色の発光強度の変動や劣化などに対する対策は開示されていない。つまり、この構造では、長期に亘って使用することによって、大きく色再現性が損なわれることが明らかである。

更に、入力映像信号は３色のＲＧＢで構成されるため、バックライトに４色を使用する特許文献３のケースでは、ＲＧＢから４色に変換するための演算回路が必須である。この演算回路は、電力を多く消費するため、低い消費電力の妨げとなる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ＲＧＢＷのバックライトを駆動する際に、特別な回路を設けることなく、低い消費電力と高い色再現性を長期間に亘って維持することができるバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のバックライト光源装置は、ｎ（ｎは４以上の正数）色の発光色のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源のＲＧＢ各色の発光強度を検出して信号を出力する光検出部と、前記ｎ色のＬＥＤを各々駆動するｎ個のＬＥＤドライバを備えるドライバ部と、前記ｎ個のＬＥＤドライバの各々に制御信号を出力する制御部と、を備える。さらに前記制御部は、駆動条件演算部とメモリとからなる。また前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力したＲＧＢ各色の信号と前記メモリに予め格納した情報とに基づき、前記ｎ色の内の３色分の制御信号を算出し、前記３色を除くｎ−３色の各色と、前記３色の内のいずれか１つの色と、を組み合わせ、前記ｎ−３色の各色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバには、当該各色に組み合わせた色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバと同じ制御信号を出力することを特徴とする。

また、本発明のバックライト光源装置は、白色を含む４色の発光色のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源のＲＧＢ各色の発光強度を検出して信号を出力する光検出部と、前記４色のＬＥＤを各々駆動する４個のＬＥＤドライバを備えるドライバ部と、前記４個のＬＥＤドライバの各々に制御信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、駆動条件演算部とメモリとからなり、前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力したＲＧＢ各色の信号と前記メモリに予め格納した情報とに基づき、白色以外の３色分の前記制御信号を算出すると共に、白色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバに出力する前記制御信号を一定にすることを特徴とする。

また、本発明の液晶表示装置は、上記バックライト光源装置と、液晶表示パネルと、ＲＧＢの各色に透過ピーク強度を持つカラーフィルタと、を有することを特徴とする。

本発明のバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置によれば、ＲＧＢＷのバックライトを駆動する際に、特別な回路を設けることなく、低い消費電力と高い色再現性を長期間に亘って維持することができる。

その理由は、４種類以上の発光色のＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤの発光色の強度を選択的に検出する３色の光検出部と、前記光検出部からの信号を受け、ＬＥＤ光源の駆動条件を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号を受けＬＥＤ光源に電流を供給するドライバ部を含むバックライト光源装置において、４種類以上の発光色の内の２色（例えば、白色とＲＧＢの内の１色、好ましくは白色と緑色の２色）のＬＥＤ光源を制御する制御信号を共通にするからである。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図である。 ＲＧＢＷ−ＬＥＤのスペクトルと比視感度曲線の関係を示す図である。 ＲＧＢカラーセンサーの分光特性の一例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図である。 本発明の構成による長期間制御を行った結果、消費電力が低減する効果を表すグラフである。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の第５の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施例に係る液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施例における補正係数Ａを算出するフローチャート図である。

背景技術で示したように、同じ輝度の白色光を使用する場合、ＲＧＢの単色発光ＬＥＤを混合したものを用いるよりも白色ＬＥＤを用いた方が消費電力を少なくすることができるため、液晶表示装置にはＷ−ＬＥＤが多く用いられているが、白色ＬＥＤは、長期間の使用によって著しく色が変化するという課題がある。一方で、製品の長寿命化に伴って、液晶表示装置の性能が長期に亘って同じであることが求められている。すなわち、液晶表示パネルがシンプルなＲＧＢ画素構造を持つ従来構造を取りつつ、低い消費電力と高い色再現性の両立が、長期間に亘って維持されることが求められている。

そこで、本発明の一実施の形態では、発光色の異なる４種類以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源から照射されるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれの発光ピーク強度を検出する光検出部と、光検出部からの信号を受け、ＬＥＤ光源の駆動条件を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号を受け、ＬＥＤ光源に電流を供給するドライバ部と、を有するＬＥＤバックライトにおいて、発光色の違う２つのＬＥＤ光源の駆動を制御する制御信号が共通になるようにする。

このように、制御信号が共通する２つのＬＥＤ光源の、三刺激値等の発光特性を足し合わせ、同じ駆動条件で発光する１つのＬＥＤとみなし、発光色の違う２種類のＬＥＤ光源を一括して同じ制御を行うことにより、４色以上のＬＥＤ光源を制御対象とする場合であっても、演算規模を増やすことなく、フィードバック制御を行うことができる。その結果、液晶表示パネルがシンプルなＲＧＢ画素構造を持つ従来構造を取りつつ、低い消費電力と高い色再現性の両立を、使用当初のみならず、長期間に亘って維持することができる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について、図１乃至図４を参照して説明する。図１及び図４は、本実施例の液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図である。また、図２は、ＲＧＢＷ−ＬＥＤのスペクトルと比視感度曲線の関係を示す図であり、図３は、ＲＧＢカラーセンサーの分光特性の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、センサーフィードバック制御システムを有するバックライト光源装置とで構成され、バックライト光源装置は、ＬＥＤバックライト１０と、制御部２０と、ドライバ部３０とで構成される。

液晶表示パネル１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのスイッチング素子が形成された一方の基板と、ＲＧＢの各色に透過ピーク強度を持つカラーフィルタやブラックマトリクスなどが形成された他方の基板と、両基板の間に挟持される液晶材などで構成され、ＬＥＤバックライト１０のバックライト光の透過率を制御することにより画像を表示する。この液晶表示パネル１の構造や液晶の種類、液晶表示パネル１を駆動する駆動回路の構成や配置、接続方法、各部材を保持、固定する筐体の構造や形状等は特に限定されない。

ＬＥＤバックライト１０は、液晶表示パネル１の背面にＬＥＤ光源が２次元的に配列した、直下型のＬＥＤバックライトである。このＬＥＤバックライト１０の筐体には、４色の発光色のＬＥＤ光源として、Ｒ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３、そしてＷ−ＬＥＤ１４が１つのまとまり（クラスター）となって複数配置されている。なお、図では、４つのＬＥＤ光源からなるクラスターの一つを模式的に示している。そして、光検出部（ＲＧＢカラーセンサー１５）が、４つのＬＥＤ光源に対向するように配置される。このＲＧＢカラーセンサー１５は、ＲＧＢ３色のセンサーで構成され、前記４つのＬＥＤ光源の発光強度を、図示しないＲＧＢ３色のカラーフィルタを用いて選択的に検出し、制御部２０（駆動条件演算部２１）に信号を送る。

制御部２０は、駆動条件演算部２１とメモリ２２とで構成され、これらは、ＬＥＤバックライト１０の筐体の内部や背面、側面などに配置、若しくはＬＥＤバックライト１０とは離れた位置に配置される。駆動条件演算部２１は、前記ＲＧＢカラーセンサー１５からの信号を受け、メモリ２２に予め格納されている制御情報を参照して演算処理を行い、ＬＥＤ光源が目標とする輝度、色度となるための駆動条件を算出し、ドライバ部３０に制御信号を送る。

ドライバ部３０は、Ｒ−ＬＥＤドライバ３１、Ｇ−ＬＥＤドライバ３２、Ｂ−ＬＥＤドライバ３３、Ｗ−ＬＥＤドライバ３４の４つのＬＥＤドライバで構成され、これらは、ＬＥＤバックライト１０の筐体の内部や背面、側面などに配置、若しくはＬＥＤバックライト１０とは離れた位置に配置される。各ＬＥＤドライバは、制御部２０（駆動条件演算部２１）からの制御信号を受け、ＬＥＤの発光強度をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）法によって制御する。本実施例では、図１に示すようにＷ−ＬＥＤ１４とＧ−ＬＥＤ１２の駆動を制御する制御信号が共通となっている。

以下、本実施例の制御方法について、その概念を説明する。ＲＧＢ３色の光源を用いて各色の発光強度を制御し、目標の輝度、色度に調整を行う場合、目標の輝度、色度は、以下のような関係式で表される。

ここで、Ｘ、Ｙ、ＺはＣＩＥ１９３１の三刺激値ＸＹＺで表される目標輝度、色度であり、Ｒ_Ｘ、Ｒ_Ｙ、Ｒ_Ｚ、Ｇ_Ｘ、Ｇ_Ｙ、Ｇ_Ｚ、Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ、Ｂ_ＺはＲＧＢ各色の発光特性の三刺激値、ｒ、ｇ、ｂは各色の発光強度の変調係数（ここではＰＷＭ法での点灯duty比）を表す。（１）式から、目標輝度、色度を得るための各色ＬＥＤの点灯duty比は下記式で求められる。

そして、光源がＲＧＢ３色だけでなくＷ等を含めた４色の場合、４色すべてを制御対象とすると変数が増え、解を一意的に求めることができなくなり、演算規模の増加、複雑化を招く。この問題は、光源をエリアごとに分けて制御を行う場合はより顕著となる。また、制御対象を３色のみとした場合、残る１色は制御せずに初期の駆動条件にて駆動し続ける事になる。その結果、長期間の色度調整といった制御を続けた時に制御対象の光源に負担がかかり、最終的な製品寿命の低下や必要以上の消費電力増加が懸念される。そこで、本実施例では、これら４色すべてを制御対象とし、下記式にて制御を行う。

ここで、Ｗ_Ｘ、Ｗ_Ｙ、Ｗ_Ｚは、Ｗ−ＬＥＤの発光特性の三刺激値であるが、このＷ−ＬＥＤの発光特性の三刺激値をＲＧＢ各色の発光特性の三刺激値と同様に取り扱うと変数が増えて解を一意的に求めることができなくなることから、（３）式に示すように、Ｇ−ＬＥＤの三刺激値とＷ−ＬＥＤの三刺激値とを足し合わせ、同じ駆動条件で発光する１つのＬＥＤとみなし、（３）式にて得られるｇの変調係数（点灯duty）にてＷ−ＬＥＤを制御するようにする。

つまり、Ｇ−ＬＥＤとＷ−ＬＥＤを共通として制御を行う。その理由について説明する。図２に示すように、Ｇ−ＬＥＤの発光波長は人間の目の感度（比視感度）の中でも広く、ＲＧＢ３色で白色を表現する場合、Ｇ−ＬＥＤは最も多くの光量が必要とされる。一方、Ｗ−ＬＥＤはＧ−ＬＥＤよりも発光効率が高い。そこで、目標輝度に寄与する割合の高いこの２色の制御を共通とすることで、効率良く輝度、色度調整を行うことができる。

このように、Ｇ−ＬＥＤとＷ−ＬＥＤを共通として制御することにより、解を一意的に求めることができ、制御対象の増加による演算規模の増加、複雑化を招くこと無く、Ｗ−ＬＥＤを制御することができる。その結果、発光効率の良いＷ−ＬＥＤを長期間にわたり効率よく使用することができ、ＲＧＢのＬＥＤの負担を最小限にすることができる。これは、長期間の色度調整などの制御を続けた時、必要以上の消費電力増加を抑え、最終的な製品寿命を延ばす事に繋がる。

以下、前述した概念を基に、本実施例のＬＥＤバックライト１０の具体的な制御について説明を行う。

ＬＥＤバックライト１０には、ＬＥＤ光源としてＲ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３、そしてＷ−ＬＥＤ１４が備わっている。これらのＬＥＤは、４色のＬＥＤチップを１つのモジュールとした構成や、単色毎のＬＥＤモジュールを組み合わせた構成、または、ＲＧＢの３ｉｎ１のＬＥＤモジュールと単色のＷ−ＬＥＤのＬＥＤモジュールを組み合わせた構成となっている。なお、本実施例では、ＲＧＢの３ｉｎ１のＬＥＤモジュールと単色のＷ−ＬＥＤのＬＥＤモジュールを組み合わせた構成とする。そして、前述したように、ＬＥＤ光源は各色が１つのまとまり（クラスター）として、ＬＥＤバックライト１０の底面に配置されており、複数個のクラスターごとに駆動、制御ができるように制御エリアが分割されている。

前記ＬＥＤの発光特性を、予め設けたＲＧＢ３色のカラーフィルタで選択的に検出するためのＲＧＢカラーセンサー１５は、１例として図３に示すようなＲＧＢ波長域の分光特性を有しており、前述したＬＥＤの制御エリアと同じか制御エリアよりも少ない個数がＬＥＤバックライト１０内に、前記ＬＥＤ光源と同じ実装面に設けられている。本実施例では、１又は複数の制御エリアごとに１つのＲＧＢカラーセンサー１５が配置されており、各々のＲＧＢカラーセンサー１５は、それぞれ対応する１又は複数の制御エリアの中央付近に配置されているものとする。なお、ＲＧＢカラーセンサー１５の配置位置は、各ＲＧＢカラーセンサー１５が対応する１又は複数の制御エリアに対して、各制御エリア内のＬＥＤのクラスターからの光が検出できる距離に配置されていれば良い。そして、これらのＲＧＢカラーセンサー１５は、各色ＬＥＤの発光を検出し、その出力信号Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂを制御部２０に送る。

制御部２０では、ＲＧＢカラーセンサー１５から受け取った各制御エリアの発光状態から、目標輝度、色度との差分を求め、各制御エリアのＬＥＤ駆動を補正するための演算を行う。具体的には、メモリ２２には、目標輝度、色度に対応するＲＧＢカラーセンサー１５の出力信号の目標値Ｓｒ’、Ｓｇ’、Ｓｂ’が予め格納されており、駆動条件演算部２１は、この目標値Ｓｒ’、Ｓｇ’、Ｓｂ’と、ＲＧＢカラーセンサー１５から受け取った信号Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂとの差分を求める。この差分は（１）式のＸ、Ｙ、Ｚに相当し、演算の目標値となる。

前記差分と、メモリ２２に格納されている各ＬＥＤの発光特性に基づくカラーセンサー１５の出力値Ｓｍｒ_ｘ、Ｓｍｒ_ｙ、Ｓｍｒ_ｚ、Ｓｍｇ_ｘ、Ｓｍｇ_ｙ、Ｓｍｇ_ｚ、Ｓｍｂ_ｘ、Ｓｍｂ_ｙ、Ｓｍｂ_ｚ、Ｓｍｗ_ｘ、Ｓｍｗ_ｙ、Ｓｍｗ_ｚから、ＬＥＤ駆動の補正量を求め、補正後の駆動条件（点灯duty）ｄ_ｒ、ｄ_ｇ、ｄ_ｂを以下の式から算出する。

ここで、ｄ_ｒ−１、ｄ_ｇ−１、ｄ_ｂ−１は１フィードバックループ前の駆動条件（点灯duty）である。前述の（４）式は、制御エリアを１つとした構成での演算式であり、本実施例のように制御エリアを複数に分割した場合は、分割した制御エリア数×３（ＲＧＢ）の数のマトリクスを含む演算式となる。なお、上記式（４）で算出した駆動条件（点灯duty）ｄ_ｒ、ｄ_ｇ、ｄ_ｂは、次のフィードバック制御で使用するためにメモリ２２に格納しておく。

本実施例の制御方法では、Ｇ−ＬＥＤ１２の発光特性におけるカラーセンサー１５の出力値Ｓｍｇ_ｘ、Ｓｍｇ_ｙ、Ｓｍｇ_ｚと、Ｗ−ＬＥＤ１４の発光特性におけるカラーセンサー１５の出力値Ｓｍｗ_ｘ、Ｓｍｗ_ｙ、Ｓｍｗ_ｚを足し合わせて演算を行い、同じ駆動条件で発光する１つのＬＥＤとみなしている。

制御部２０（駆動条件演算部２１）は、上記式に従って求めた補正後の駆動条件ｄ_ｒ、ｄ_ｇ、ｄ_ｂを、ドライバ部３０の各色のＬＥＤドライバに制御信号として送り、ＬＥＤバックライト１０の各ＬＥＤの駆動条件（点灯duty）を制御する。その際、Ｗ−ＬＥＤ１４には、Ｇ−ＬＥＤ１２の駆動条件ｄ_ｇが制御信号として送られる。すなわち、Ｗ−ＬＥＤ１４とＧ−ＬＥＤ１２の駆動を制御する制御信号を共通として制御を行う。これにより、４色のＬＥＤに対して、３色のＬＥＤの制御と同じ演算規模でフィードバック制御を行うことができる。

なお、本実施例では、図１に示すように、制御部２０（駆動条件演算部２１）からドライバ部３０への制御信号線が３本となっているが、図４に示すように、制御信号線が、４色の各ＬＥＤドライバに対して１本ずつ接続されるように４本配線され、その内２色のＬＥＤドライバに対する制御信号を共通にする（ここでは、Ｇ−ＬＥＤドライバ３２に対する制御信号とＷ−ＬＥＤドライバ３４に対する制御信号を共にｄ_ｇとする）構成であっても良い。

また、本実施例では４色の発光色のＬＥＤ光源としてＲＧＢ、Wの４色の場合を説明したが、４色の発光色は、４色の内の３色で黒体軌跡上の白色点の色温度を少なくとも再現できる組合せであれば、その組合せに制限は無い。

次に、本発明の第２の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施例の液晶表示装置（特に、バックライト光源装置）の構成を示すブロック図であり、図６は、本発明の構成による長期間制御を行った結果、消費電力が低減する効果を表すグラフである。

前述した第１の実施例では、Ｗ−ＬＥＤ１４をＧ−ＬＥＤ１２と同じ駆動条件で発光する１つのＬＥＤとみなしたが、図５に示すように、Ｗ−ＬＥＤ１４を、Ｒ−ＬＥＤ１１と同じ駆動条件で発光する１つのＬＥＤとみなして制御してもよい。その場合、第１の実施例の（４）式は以下のようになる。

上記式（５）から、本実施例のＷ−ＬＥＤドライバ３４には、Ｒ−ＬＥＤ１１の駆動条件ｄ_ｒが制御信号として送られ、Ｗ−ＬＥＤ１４が制御される。すなわち、Ｗ−ＬＥＤ１４に対する制御信号とＲ−ＬＥＤ１１に対する制御信号が共通となっている。

本実施例の制御方法でも、第１の実施例の制御方法と同様に、演算規模を増やすことなく、フィードバック制御を行うことが可能となる。すなわち、３色のカラーセンサー１５のみで４色のＬＥＤ光源をセンサーフィードバックで制御することができる。

第１の実施例及び本実施例の消費電力の低減効果を図６のグラフにて説明する。図６は、目標色度（１）、（２）を設定し、本発明の制御方法を用いて４色のＬＥＤを長期間フィードバック制御した場合の消費電力と、同じく４色のＬＥＤをＷ−ＬＥＤ１４を制御せずに一定条件にて駆動させ、残りのＲＧＢ−ＬＥＤのみを長期間フィードバック制御した場合の消費電力をシミュレートした結果である。目標色度（１）、（２）に対し、本発明の制御方法として、第１の実施例のようにＷ−ＬＥＤ１４とＧ−ＬＥＤ１２に対する制御信号を共通とした場合と、本実施例のようにＷ−ＬＥＤ１４とＲ−ＬＥＤ１１に対する制御信号を共通とした場合の各条件でシミュレーションを行っており、図６に示す３つの制御条件は、すべて３色でのフィードバック制御と同程度の演算規模である。

これらの３つの制御条件を比較すると、本発明の制御方法でＷ−ＬＥＤ１４に対する制御信号を他のＬＥＤに対する制御信号と共通にし、３色とみなしてフィードバック制御を行うことで、消費電力を３０％程度低減することができる。また、目標色度によっては、Ｗ−ＬＥＤ１４に対する制御信号を共通とするＬＥＤの色を変えることで、長期間で効率的にフィードバック制御を行うことができる。

なお、Ｗ−ＬＥＤ１４と同じ駆動条件で駆動する他のＬＥＤは、これらのＬＥＤによって得られる色度座標と、その他２色のＬＥＤによって得られる色度座標とで定められる色度域の範囲内に目標色度が収まっていれば、どの色のＬＥＤに対しても同じ駆動条件による制御が可能である。例えば、特殊な市場要求により表示する白色点の色温度が、黒体軌跡からの偏差が大きい場合は、Ｗ−ＬＥＤ１４とＲ−ＬＥＤ１１に対する制御信号を共通とするのが最適な様に、要求される目標色度によっては、図７に示すように、Ｗ−ＬＥＤ１４とＢ−ＬＥＤ１３の制御信号を共通とする構成としてもよい。

次に、本発明の第３の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について説明する。

第１及び第２の実施例では、制御信号を共通にする２色をＷとＲＧＢのいずれか１つとしたが、制御信号を共通にする２色を、Ｗ以外の発光色の内の２色とする構成としてもよい。先に述べたように、要求される白色点の色温度によっては、本実施例の構成としても、効率の良い長期間の色度調整を行うことができる。なお、組合せはＷ以外の発光色の内の２色であればどの発光色の組合せでも良い。

次に、本発明の第４の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について説明する。

前記した第１及び第２の実施例では、Ｗ−ＬＥＤ１４に対する駆動条件をＲＧＢのいずれか１つのＬＥＤと同じ駆動条件としたが、本実施例では、Ｗ−ＬＥＤ１４を含む４色の発光色のＬＥＤ光源において、Ｗ−ＬＥＤ１４の駆動条件を固定し、その他の３色の発光色のＬＥＤを制御する構成としても良い。本実施例の構成とすることによっても、カラーセンサー１５から出力される信号にＷ−ＬＥＤ１４が発光するＲＧＢ成分が含まれるため、４色の発光色のＬＥＤ光源に対し、白以外の３色を制御することで任意の白色点への色度調整が可能である。

次に、本発明の第５の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について、図８を参照して説明する。図８は、本実施例の液晶表示装置の構成（特に、ＬＥＤバックライトの構成）を示すブロック図である。

前記した第１及び第２の実施例では、ＲＧＢの３色の内の予め定めた色のＬＥＤの駆動条件をＷ−ＬＥＤ１４の駆動条件に適用したが、図８に示すように、Ｗ−ＬＥＤドライバ３４へ送られる制御信号を、制御部２０によって制御可能な切り替えスイッチ４０等によって、ＲＧＢの各色に切り替え可能な構成としてもよい。このように、Ｗ−ＬＥＤドライバ３４と制御信号を共通にするＬＥＤドライバを切り替え可能にすることで、目標輝度、色度によって最適なＬＥＤの組合せを採用することができる。そのため、表示に合わせた最も効率的な制御を行うことができる。

次に、本発明の第６の実施例に係るバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本実施例の液晶表示装置の構成（特に、ＬＥＤバックライトの構成）を示すブロック図であり、図１０は、補正係数Ａを算出するフローチャート図である。

図９に示すように、制御部２０は、駆動条件演算部２１と、メモリ２２と、Ａ算出部２３から構成される。補正係数Ａは、メモリ２２からの信号を基にＡ算出部２３から生成され、再び駆動条件演算部２１へ入力される。駆動条件演算部２１は、カラーセンサー１５からの信号（Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂ）と、メモリ２２からの信号（ｄ_ｒ−１、ｄ_ｇ−１、ｄ_ｂ−１、Ｓｒ’、Ｓｇ’、Ｓｂ’、Ｓｍｒ、Ｓｍ（ｇ＋ｗ）、Ｓｍｂ）と、補正係数Ａを演算し、ドライバ部３０への信号を生成する。制御部２０からドライバ部３０へ送信される信号系統は４系統である。ドライバ部３０は、Ｒ−ＬＥＤドライバ３１、Ｇ−ＬＥＤドライバ３２、Ｂ−ＬＥＤドライバ３３、Ｗ−ＬＥＤドライバ３４の４系統からなる。ＬＥＤバックライト１０のＬＥＤ光源は、Ｒ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３、Ｗ−ＬＥＤ１４から構成されている。

説明を簡略化するために、赤（Ｒ）の信号系統について説明する。制御部２０で生成されたｄ_ｒ信号は、Ｒ−ＬＥＤドライバ３１に供給され、Ｒ−ＬＥＤ１１を電流駆動する。同様に、制御部２０で生成されたｄ_ｂ信号は、Ｂ−ＬＥＤドライバ３３に供給され、Ｂ−ＬＥＤ１３を電流駆動する。制御部２０で生成されたｄ_ｇ信号は、Ｗ−ＬＥＤドライバ３４に供給され、Ｗ−ＬＥＤ１４を電流駆動する。制御部２０で、ｄ_ｇ信号とＡ算出部２３で生成された補正係数Ａの乗算値Ａｄ_ｇ信号は、Ｇ−ＬＥＤドライバ３２に供給され、Ｇ−ＬＥＤ１２を駆動する。したがって、Ｇ−ＬＥＤ１２に供給される信号は、Ｗ−ＬＥＤ１４に供給される信号のＡ倍となる。補正係数Ａを加えた制御によって、初期消費電力を削減できる効果が得られる。また、数万時間を超える長期間の使用によって、ＬＥＤ光源が劣化した末期の状況においても電力消費が低減すると同時に、色度域の変動も抑制する効果が得られる。

図１０のフローチャートは、演算部２０の補正係数Ａの算出方法を示している。前述したように補正係数Ａは各色ＬＥＤ光源の三刺激値等の発光特性から算出される。この各色ＬＥＤ光源の三刺激値による発光特性の把握は、本発明のセンサーフィードバック制御では必要であり、必ず行う作業フローである。

Ｓ１：各色ＬＥＤを任意の電流値で駆動し、それぞれの三刺激値（Ｒ_ＸＹＺ、Ｇ_ＸＹＺ、Ｂ_ＸＹＺ、Ｗ_ＸＹＺ）を計測する。この時の駆動条件（点灯duty）は１００％が望ましい。計測結果はメモリ２２に格納される。

Ｓ２：Ｓ１の計測値から、同じ駆動条件で発光させる組合せの輝度比Ａｂを求める。本実施例ではＧ−ＬＥＤ１２を補正係数Ａで補正する為、輝度比Ａ_ｂは、Ａ_ｂ＝Ｗ_Ｙ／Ｇ_Ｙとなる。

Ｓ３：目標値となる色度、及びＳ１の計測値から得られる各色ＬＥＤ色度から、目標値へのそれぞれの混色比率を求める。この時、同じ駆動条件で発光させる組合せ（本実施例ではＷ−ＬＥＤ１４及びＧ−ＬＥＤ１２）の混色比率Ｗ：ＧはＷの比率が最大となる比率を求める。

Ｓ４：Ｓ３のＷ：Ｇ混色比率が最適であるかを判断する。

Ｓ５：Ｓ４でＷ：Ｇ混色比率が最適でないと判断した場合、Ｗ：ＧのＷの比率を下げる。

Ｓ６：Ｓ４でＷ：Ｇ混色比率が最適であると判断した場合、同じ駆動条件で発光させる組合せの色度混色比Ａ_ｃを求める。本実施例ではＧ−ＬＥＤ１２を補正係数Ａで補正する為、色度混色比Ａ_ｃは、Ａ_ｃ＝Ｗ／Ｇとなる。（Ｗ、Ｇは混色比率）

Ｓ７：Ｓ２の輝度比Ａ_ｂ、Ｓ６の色度混色比Ａ_ｃから、補正係数Ａを求める。
補正係数Ａ＝Ａ_ｃ／Ａ_ｂ

前述のフローにて求められる補正係数ＡによりＧ−ＬＥＤ１２の駆動条件ｄ_ｇはＡｄ_ｇに補正される。

次に、補正係数Ａを用いた際のセンサーフィードバック制御の動作について説明する。センサーフィードバック時のＬＥＤ駆動条件は、前述の（４）式によって算出される。本実施例ではＧ−ＬＥＤ１２が補正係数Ａで補正されるため、（４）式は以下のようになる。

本実施例において制御部２０には、補正係数Ａを算出するＡ算出部２３が構成されている。Ａ算出部２３は、図１０のフローチャートに従って補正係数Ａを算出し、駆動条件演算部２１に補正係数Ａを送る。Ａ算出部２３に送られる各色ＬＥＤの三刺激値の情報は、メモリ２２に格納されている。

制御部２０（駆動条件演算部２１）は、上記（６）式に従って求めた補正後の駆動条件ｄ_ｒ、ｄ_ｇ、ｄ_ｂを、ドライバ部３０の各色のＬＥＤドライバに制御信号として送り、ＬＥＤバックライト１０の各ＬＥＤの駆動条件（点灯duty）を制御する。その際、Ｗ−ＬＥＤ１４には、Ｇ−ＬＥＤ１２の駆動条件ｄ_ｇが制御信号として送られる。すなわち、Ｗ−ＬＥＤ１４とＧ−ＬＥＤ１２の駆動を制御する制御信号を共通として制御を行う。そしてＧ−ＬＥＤ１２には、（６）式の補正係数Ａを掛けた駆動条件Ａｄ_ｇが送られる。これにより、４色のＬＥＤに対して、補正係数を用いて３色のＬＥＤ制御と同じ演算規模でフィードバック制御を行うことができる。

図９では、制御部２０にＡ算出部２３を設ける構成としているが、補正係数Ａを外部で算出し、あらかじめメモリ２２に格納しておく構成としてもよい。ただし、制御部２０にＡ算出部２３を設ける構成とし、メモリ２２に各色ＬＥＤの三刺激値を格納しておくことで、補正係数Ａで補正するＬＥＤを任意に切り換えることが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、補正係数Ａを、Ｇ−ＬＥＤドライバ３２に供給される信号ｄ_ｇに乗算したが、同様の仕組みで、Ｒ−ＬＥＤドライバ３１に供給される信号ｄ_ｒやＢ−ＬＥＤドライバ３２に供給される信号ｄ_ｂに乗算してもよく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御方法は適宜変更可能である。

例えば、上記第１、２、３、５、６の実施例では、４色のＬＥＤの制御について記載したが、５色以上のＬＥＤの制御に対して同様に適用することができる。例えば、５色のＬＥＤを制御する場合は、５色の内の任意の２色のＬＥＤを同じ制御信号で制御し、残りの３色の内の任意の２色のＬＥＤを同じ制御信号で制御することによって、３色のＬＥＤの制御と同じ演算規模でフィードバック制御を行うことができる。この制御を一般化すると、ｎ（ｎは４以上の正数）色の内の任意の３色分の制御信号を算出し、この３色を除くｎ−３色のＬＥＤを駆動する各々のＬＥＤドライバには、３色の内のいずれか１つの色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバと同じ制御信号を出力するように制御することになる。

また、上記各実施例では、１つの制御エリアのＬＥＤ光源を制御する場合について記載したが、ＬＥＤバックライト１０内の複数の制御エリアに対して同じ制御を行ってもよいし、各々の制御エリアに対して異なる制御を行ってもよい。例えば、ＬＥＤバックライト１０の上半分のＷ−ＬＥＤをＧ−ＬＥＤの制御信号と共通にし、下半分のＷ−ＬＥＤをＲ−ＬＥＤの制御信号と共通にするなど、第１乃至第５の実施例の制御を任意に組み合わせてもよい。

本発明は、４色以上の発光色のＬＥＤ光源を利用するバックライト光源装置及び当該バックライト光源装置を用いた液晶表示装置に利用可能である。

１ 液晶表示パネル
２ バックライト光源装置
１０ ＬＥＤバックライト
１１ Ｒ−ＬＥＤ
１２ Ｇ−ＬＥＤ
１３ Ｂ−ＬＥＤ
１４ Ｗ−ＬＥＤ
１５ ＲＧＢカラーセンサー
２０ 制御部
２１ 駆動条件演算部
２２ メモリ
２３ Ａ算出部
３０ ドライバ部
３１ Ｒ−ＬＥＤドライバ
３２ Ｇ−ＬＥＤドライバ
３３ Ｂ−ＬＥＤドライバ
３４ Ｗ−ＬＥＤドライバ
４０ 切り替えスイッチ

Claims (12)

1. ｎ（ｎは４以上の正数）色の発光色のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源のＲＧＢ各色の発光強度を検出して信号を出力する光検出部と、
   前記ｎ色のＬＥＤを各々駆動するｎ個のＬＥＤドライバを備えるドライバ部と、
   前記ｎ個のＬＥＤドライバの各々に制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、駆動条件演算部とメモリとからなり、
   前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力したＲＧＢ各色の信号と前記メモリに予め格納した情報とに基づき、前記ｎ色の内の３色分の制御信号を算出し、前記３色を除くｎ−３色の各色と、前記３色の内のいずれか１つの色と、を組み合わせ、前記ｎ−３色の各色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバには、当該各色に組み合わせた色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバと同じ制御信号を出力し、
   前記メモリには、前記駆動条件演算部が前回算出した制御信号と、前記ＲＧＢ各色の信号の目標値と、各色のＬＥＤの発光特性に基づく前記光検出部の出力値と、が格納され、
   前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力した信号と前記信号の目標値との差分を算出し、前記差分と、前記組み合わせた色同士の値を足し合わせて３色分にした前記出力値と、前記前回算出した制御信号と、に基づいて、前記３色分の制御信号を算出する、ことを特徴とするバックライト光源装置。
2. 前記制御部から前記ドライバ部に前記制御信号を送るための制御信号線が、前記ｎ個のＬＥＤドライバに対して１本ずつ配線されており、前記組み合わせた色に対応する制御信号線に同じ制御信号を割り当てる、ことを特徴とする請求項１に記載のバックライト光源装置。
3. 前記制御部から前記ドライバ部に前記制御信号を送るための制御信号線が、前記ｎ個のＬＥＤドライバに対して１本ずつ配線されており、前記組み合わせた色に対応する制御信号線のどちらか一方に、各色ＬＥＤの発光特性に基づく前記光検出部の出力値から算出される、補正係数による補正を加えた制御信号を割り当てる、ことを特徴とする請求項２に記載のバックライト光源装置。
4. 前記ｎ色の発光色は、白色を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のバックライト光源装置。
5. 前記ｎ色の内の２色は、白色及び白色以外の発光色の中から選択される１色である、ことを特徴とする請求項４に記載のバックライト光源装置。
6. 前記白色以外の発光色の中から選択される１色は、緑色である、ことを特徴とする請求項５に記載のバックライト光源装置。
7. 前記ｎ色の内の２色は、白色以外の発光色の中から選択される２色である、ことを特徴とする請求項４に記載のバックライト光源装置。
8. 前記同じ制御信号を割り当てるＬＥＤドライバを選択するための切り替え部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のバックライト光源装置。
9. 白色を含む４色の発光色のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源のＲＧＢ各色の発光強度を検出して信号を出力する光検出部と、
   前記４色のＬＥＤを各々駆動する４個のＬＥＤドライバを備えるドライバ部と、
   前記４個のＬＥＤドライバの各々に制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、駆動条件演算部とメモリとからなり、
   前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力したＲＧＢ各色の信号と前記メモリに予め格納した情報とに基づき、白色以外の３色分の前記制御信号を算出すると共に、白色のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバに出力する前記制御信号を一定にし、
   前記メモリには、前記駆動条件演算部が前回算出した制御信号と、前記ＲＧＢ各色の信号の目標値と、各色のＬＥＤの発光特性に基づく前記光検出部の出力値と、が格納され、
   前記駆動条件演算部は、前記光検出部が出力した信号と前記信号の目標値との差分を算出し、前記差分と、白色以外の３色分の前記出力値と、前記前回算出した制御信号と、に基づいて、前記３色分の制御信号を算出する、ことを特徴とするバックライト光源装置。
10. 前記白色以外の３色は、ＲＧＢである、ことを特徴とする請求項９に記載のバックライト光源装置。
11. 前記制御信号は、前記ＬＥＤ光源をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号である、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載のバックライト光源装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一に記載のバックライト光源装置と、液晶表示パネルと、ＲＧＢの各色に透過ピーク強度を持つカラーフィルタと、を有することを特徴とする液晶表示装置。

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