WO2010064568A1 - 映像表示装置および面光源装置 - Google Patents

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WO2010064568A1
WO2010064568A1 PCT/JP2009/069927 JP2009069927W WO2010064568A1 WO 2010064568 A1 WO2010064568 A1 WO 2010064568A1 JP 2009069927 W JP2009069927 W JP 2009069927W WO 2010064568 A1 WO2010064568 A1 WO 2010064568A1
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light source
light guide
display device
source unit
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透 花岡
雅昭 花野
澄人 西岡
秀明 名倉
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an image display device and a surface light source device using, for example, an LED (light emitting diode) as a light source.
  • an LED light emitting diode
  • Video display devices using transmissive liquid crystal display elements are becoming popular for applications such as televisions and PC monitors.
  • the transmissive liquid crystal display element requires a backlight as a light source on the back side when displaying an image.
  • an LED has been used as the backlight instead of CCFL (cold cathode tube) which has been the mainstream in the past. It has become like this.
  • an LED backlight In a backlight using an LED as a light source (hereinafter referred to as an LED backlight), brightness control called “area active control” can be performed to reduce power consumption and improve contrast as a video display device.
  • the area active control may be referred to by names such as local dimming and 2D dimming depending on the literature.
  • Area active control is a technology that divides and drives the backlight into a plurality of areas (regions) and controls the screen brightness for each area according to the video signal.
  • the area corresponding to the bright part of the video signal is brightened and the backlight area corresponding to the dark part is lit darkly.
  • image correction is performed to partially brighten the video signal by the amount that the backlight brightness is lowered, so that the displayed video does not change.
  • the structure of the LED backlight is roughly divided into a direct type and a side edge type, and in either of them, the realization of area active control has been attempted.
  • the direct type has a structure in which a number of LEDs, which are point light sources, are arranged in a two-dimensional plane to directly irradiate a liquid crystal element.
  • the side edge type is a structure in which light from an LED disposed on a side surface of a flat light guide plate is incident on the light guide plate and light is extracted from the upper surface of the light guide plate to obtain backlight light.
  • Patent Document 1 discloses a mode in which area active control is realized by providing a partition between LEDs and individually driving each LED in a direct type LED backlight. Has been.
  • Patent Document 2 shows an example in which side active LED backlights can be partially driven by dividing a light guide plate to realize area active control. Yes.
  • an object of the present invention is to provide an LED backlight as a surface light source device that can perform area active control with a low price and a small number of LEDs. It is another object of the present invention to provide a video display device that is thin but inexpensive and has high contrast and low power consumption.
  • a video display device provides: A plurality of light source units arranged at intervals from each other; A drive circuit for individually supplying current to each light source unit to cause each light source unit to emit light; A display screen for displaying an image using light from the light source unit, The light source unit is disposed on the back surface of the display screen, and has at least one light guide, and at least one light source that is individually provided in each light guide and emits light to the light guide.
  • the light guide has a light scattering portion that emits light incident from the light source and guided through the light guide by total reflection in the display screen direction
  • the drive circuit changes the screen brightness of the display screen by controlling each light source unit and individually adjusting the luminous flux emitted from each light source unit according to the image displayed on the display screen. It is a feature.
  • the light source unit includes the plurality of light source units, the drive circuit, and the display screen, and the light source unit includes the light guide and the light source.
  • the display screen includes the light scattering unit, and the driving circuit controls the light source units and individually adjusts light beams emitted from the light source units according to an image displayed on the display screen. Since the screen brightness of each light source unit (light guide) is used, the brightness change of each light source unit is mitigated by the adjacent light source units, and even if the brightness variation of each light source is large, uneven brightness is caused.
  • the light source can be made cheaper. Further, by independently driving each light source unit by the drive circuit, area active control can be performed, power consumption can be reduced, and contrast can be improved.
  • the light scattering portion is formed by printing particles having light scattering properties on the surface of the light guide.
  • the light scattering portion is formed by printing light-scattering particles on the surface of the light guide, so that light diffusion is performed on the surface of the light guide by printing. Since the structure can be easily formed, the light source is inexpensive, and a low-cost video display device can be realized.
  • At least one of the light sources is disposed on each of both end faces of the light guide, The luminous flux emitted from each light source is individually controlled by the drive circuit.
  • At least one of the light sources is disposed on each of both end faces of the light guide, and light beams emitted from the light sources are individually controlled by the drive circuit. Therefore, the number of control areas can be doubled by arranging light sources on both end faces of the light guide and independently driving, and the contrast improvement and power consumption reduction effects of area active control can be further enhanced.
  • the drive circuit is a step-down switching converter circuit.
  • the drive circuit is a step-down switching converter circuit, the area of the drive circuit itself is reduced, and the price of the drive circuit is suppressed even when a large number of light sources are independently driven. Can do.
  • the light source and the drive circuit are mounted on the same substrate.
  • the board area and connection can be achieved by mounting a small drive circuit on the same substrate as the light source. Members can be reduced.
  • the wiring distance between the drive circuit and the light source is shortened, generation of noise due to on / off of the drive current can be suppressed.
  • the light guide body extends in one direction, and the plurality of light source units are arranged in another direction orthogonal to the one direction,
  • the luminance distribution on the display screen in a state where one light source unit emits light has a substantially Gaussian distribution in the other direction (short direction of the light guide).
  • the light guide extends in one direction, the plurality of light source units are arranged in the other direction, and the display in a state where one light source unit emits light. Since the luminance distribution on the screen is almost Gaussian in the other direction, changing the luminance distribution of the light source unit alone to a Gaussian distribution causes variations in the luminance of the light source and displacement of the light source unit. Even the brightness unevenness on the screen becomes inconspicuous. Therefore, it is not necessary to select the light source based on the brightness rank, and the ease of assembly can be improved.
  • information on the shape of the luminance distribution is held in a video circuit that processes a signal for displaying a video on the display screen.
  • the information on the shape of the luminance distribution is held in the video circuit that processes the signal for displaying the video on the display screen.
  • the video circuit side By possessing it on the video circuit side, it is possible to calculate the backlight luminance distribution necessary for area active control and generate a corrected image at high speed with high accuracy.
  • the luminance distribution on the display screen in a state in which the luminous flux emitted from all the light source units is maximized is a central portion in either or both of the vertical and horizontal directions of the display screen.
  • the distribution shape is such that the maximum value is set and the value decreases toward the end.
  • the luminance distribution on the display screen in a state in which the luminous flux emitted from all the light source units is maximized is the central portion in either one or both of the vertical and horizontal directions of the display screen. Since the distribution shape is such that the maximum is reduced toward the edge, the brightness at the edge is lowered while maintaining the peak brightness at the center of the screen, further reducing the power consumption of the video display device and making the area active The power consumption reduction effect by control can be further strengthened.
  • a plurality of the light scattering portions are arranged at intervals in the longitudinal direction of the light guide, The arrangement pattern of the light scattering portions in the light guide disposed in the center portion of the display screen is different from the arrangement pattern of the light scattering portions in the light guide disposed in the end portion of the display screen.
  • a plurality of the light scattering portions are arranged at intervals in the longitudinal direction of the light guide, and the light guide in the central portion of the display screen Since the arrangement pattern of the light scattering portions is different from the arrangement pattern of the light scattering portions in the light guide disposed at the end of the display screen, the light diffusing particles of the light guide at the screen center and the screen end By changing the pattern, it is possible to control the screen luminance distribution in the short direction as well as the longitudinal direction of the light guide. Thereby, power consumption can be reduced without wasting light that can be extracted from the light source.
  • the surface light source device of the present invention is A plurality of light source units arranged at intervals from each other; A drive circuit that individually supplies current to each light source unit to cause each light source unit to emit light, and
  • the light source unit has at least one light guide, and at least one light source that is individually provided in each light guide and emits light to the light guide,
  • the light guide has a light scattering portion that emits light that is incident from the light source and guided inside the light guide by total reflection in one direction,
  • the drive circuit controls each light source unit and individually adjusts a light beam emitted from each light source unit.
  • the light source unit includes the plurality of light source units and the drive circuit
  • the light source unit includes the light guide and the light source
  • the light guide includes the light scattering unit.
  • the drive circuit controls each light source unit and individually adjusts the light beam emitted from each light source unit. Therefore, by using a plurality of light source units (light guides), adjacent light source units As a result, the luminance change of each light source unit is alleviated, and even when the luminance variation of each light source is large, the luminance unevenness can be alleviated and the light source can be made inexpensive. Further, by independently driving each light source unit by the drive circuit, area active control can be performed, power consumption can be reduced, and contrast can be improved.
  • the light source unit includes the plurality of light source units, the drive circuit, and the display screen, and the light source unit includes the light guide and the light source.
  • the display screen includes the light scattering unit, and the driving circuit controls the light source units and individually adjusts light beams emitted from the light source units according to an image displayed on the display screen. Therefore, it is possible to realize a low-priced, high-contrast, low-power-consumption video display device that is thin.
  • the light source unit includes the plurality of light source units and the drive circuit
  • the light source unit includes the light guide and the light source
  • the light guide includes the light scattering unit.
  • the drive circuit controls each light source unit and individually adjusts the light beam emitted from each light source unit, so that uneven brightness can be reduced, the light source can be made inexpensive, and area active control is possible. Thus, power consumption can be reduced and contrast can be improved.
  • FIG. 4B is a diagram showing a luminance distribution on a screen when one light source unit is turned on and when all light source units are turned on in the A-A ′ cross section of FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a diagram showing luminance distribution on the screen when one light source unit is turned on and when all light source units are turned on, in the B-B ′ cross section of FIG. 4A.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the pseudo rectangle type luminance distribution in the conventional video display apparatus. It is a figure which shows the Gaussian type luminance distribution in a video display apparatus. It is a top view of the LED board used for a video display apparatus. It is a schematic circuit diagram of the LED drive circuit used for a video display apparatus. It is a figure which shows the luminance distribution at the time of applying area active control in a video display apparatus. It is a figure which shows the relationship between the area division
  • FIG. 11B is a diagram showing a luminance distribution on the screen when one light source unit is lit and when all light source units are lit, in the A-A ′ cross section of FIG. 11A.
  • FIG. 11B is a diagram showing a luminance distribution on the screen when one light source unit is turned on and all the light source units are turned on in the B-B ′ cross section of FIG. 11A. It is a figure which shows the luminance distribution on the screen in 3rd Embodiment of the video display apparatus of this invention.
  • a conventional video display device using a direct type LED backlight it is a diagram showing a relationship between the number of LEDs used, the thickness of the device, and the price.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a video display apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main part.
  • the video display device 1 includes an LED backlight 11 (as a surface light source device), a diffusion plate 12, a transmissive liquid crystal panel 13 (as a display screen), a front cabinet 14, and a chassis 15. , A stand 16 and a video circuit board 17.
  • An actual video display device has many other parts, but illustration and description of parts that do not affect the gist of the present invention are omitted below.
  • the LED backlight 11 includes a plurality of light source units 2 and an LED substrate 3 and a control circuit substrate 4 for driving the light source units 2. These detailed structures and operations will be described later.
  • the screen size of the liquid crystal panel 13 is 930 mm ⁇ 530 mm (42 type), and on the back side of the liquid crystal panel 13, that is, on the side opposite to the display surface, 32 LED backlight constituent units are provided.
  • the light source units 2 are arranged at equal intervals.
  • the light guides are arranged so that the longitudinal direction is directed to the short side of the display screen, but an embodiment is also possible in which the longitudinal direction is directed to the long side of the screen.
  • the basic operation of the video display device 1 using the transmissive liquid crystal panel 13 will be described.
  • a current is supplied from the outside, and the LED driving circuit 31 mounted on the LED substrate 3 is operated.
  • the LED drive circuit 31 turns on the white LED light source included in the light source unit 2.
  • the light emitted from the light source unit 2 toward the front liquid crystal panel 13 passes through the diffusion plate 12 and is irradiated on the back surface of the liquid crystal panel 13 as backlight light.
  • a video signal is input to the video circuit board 17 from a tuner or other equipment (not shown).
  • This signal is processed by an image processing circuit mounted on the video circuit board 17 and input to a gate driver and a source driver (not shown) mounted inside the liquid crystal panel 13.
  • the liquid crystal panel 13 has a large number of vertical and horizontal pixel structures, and each pixel is provided with a transistor switch.
  • the gate driver and the source driver turn on and off the transistor switch at an appropriate timing according to the video signal.
  • the transistor switch when the transistor switch is on, the backlight light applied to the liquid crystal element passes through to display white, and when the transistor switch is off, the light is blocked and black is displayed.
  • an image corresponding to the video signal is displayed on the screen of the liquid crystal panel 13. Will be. By rewriting this image display every 1/60 seconds that is one frame of the input video signal, the video can be displayed on the liquid crystal screen as a moving image.
  • a reflective sheet is attached to the inner surface of the chassis 15.
  • the reflective sheet is a white sheet made of a resin material such as PET (polyethylene terephthalate) or PC (polycarbonate), and diffusely reflects the component of the emitted light from the LED backlight 11 that has not entered the front liquid crystal panel direction.
  • the direction of the light source is changed to enter the liquid crystal panel 13 to improve the brightness of the LED light source.
  • the diffusing plate 12 is a diffusing plate made of a material such as PC or PMMA (polymethyl methacrylate), and has a function of diffusing and reflecting light incident from one surface and then emitting it from the opposite surface. Have.
  • backlight lights emitted from different LED light sources are mixed with each other to provide uniform screen brightness.
  • another optical sheet may be added to the diffusion plate 12 and used.
  • the front cabinet 14, chassis 15 and stand 16 are mechanical parts for holding the liquid crystal panel 13, the LED backlight 11 and other parts.
  • FIG. 3A shows a side view of the light source unit 2
  • FIG. 3B shows a state in which the light source unit 2 is disassembled.
  • One light source unit 2 includes a rod-shaped light guide 21, a white LED 22 as a light source, and an aperture 23.
  • the light guide has an elongated prismatic shape made of PMMA resin, and a light diffusion pattern 211 is provided on the surface.
  • any transparent material that satisfies optical requirements such as PC and glass can be used in addition to PMMA.
  • the shape of the light guide is not limited to the quadrangular prism shape as described in the present embodiment, and any other shape may be used as long as it can guide the inside by total reflection.
  • the size of the light guide 21 is 10 mm wide ⁇ 6 mm high ⁇ 530 mm long
  • the arrangement interval between the light guides 21 in the video display device 1 is about 27 mm
  • the liquid crystal panel from the lower surface of the light guide 21 The distance to 13 is about 18 mm.
  • the width (10 mm) of the light guide is wider than the arrangement interval (27 mm) between the light guides, there is a gap of about 17 mm between the light guides. That is, it differs from the side-edge type backlight described in the prior art in that adjacent light guides are separated from each other.
  • These numerical values are an example of design, and can be changed as needed.
  • it is desirable that the arrangement interval between the light guides is 1.5 times or more the width of the light guide.
  • White LEDs 22 as light sources are arranged on both end faces of the light guide 21 via apertures 23, respectively.
  • the light emission centers of the LEDs 22 are arranged at positions shifted in opposite directions with respect to the longitudinal central axis of the light guide 21. Thereby, the loss by the emitted light from LED22 entering into LED22 which opposes can be reduced.
  • the light diffusion pattern 211 of the light guide 21 is optimized to have a desired luminance distribution when both LEDs 22 are lit.
  • the light diffusion pattern 211 of the light guide 21 is formed by linearly patterning the surface of the light guide 21 with a mixture of light-scattering diffusion fine particles in a transparent resin by a screen printing method.
  • a line that forms the pattern 211 is a light scattering portion that emits light incident from the LED 22 and guided through the light guide 21 by total reflection in the direction of the liquid crystal panel 13.
  • a plurality of the light scattering portions are arranged at intervals in the longitudinal direction of the light guide 21. In the distribution of the light scattering portions (lines forming the pattern 211), the central portion in the longitudinal direction of the light guide 21 is dense, and the longitudinal ends of the light guide 21 are rough.
  • the same effect can be obtained even if the light scattering portion is not linear but dot-like. Furthermore, in addition to the light diffusion pattern obtained by printing, the same effect can be obtained by means such as a microprism, a V-shaped groove, a microlens structure, etc., which has the effect of scattering and reflecting light. Is not to be done.
  • the light diffusion pattern 211 is printed on the upper surface and the surface corresponding to both side surfaces when the light guide 21 is disposed on the chassis 15 of the video display device 1.
  • the lower surface of the light guide 21 is in contact with a reflection sheet disposed on the chassis 15.
  • the upper surface of the light guide 21 is a surface facing the liquid crystal panel 13 side of the light guide 21, and the lower surface of the light guide 21 is a surface facing the chassis 15 side of the light guide 21.
  • a white LED 22 as a light source is disposed at one end of the light guide 21.
  • the white LED 22 has a structure in which a phosphor is disposed above a blue LED chip.
  • White light is obtained by mixing the yellow fluorescence emitted from the phosphor that has absorbed part of the blue light of the LED chip and the original blue light.
  • the structure of the LED is not limited to the above. For example, a method using two types of phosphors of red and green instead of a yellow phosphor, and a method of obtaining white light by mixing RGB LED chips of three colors. I do not care.
  • the white LED 22 is mounted on the LED substrate 3 and is electrically connected to an LED drive circuit 31 described later.
  • An aperture 23 is provided between the white LED 22 and the light guide 21. It has a through hole 231 that takes in light from the LED, and the side surface of the through hole 231 has a reflector shape that is inclined to reflect light. In addition, a groove 232 for positioning the light guide 21 is provided in a portion coupled with the light guide 21.
  • the light distribution characteristic of the emitted light of the white LED 22 is normally a Lambert distribution with a full width at half maximum of 120 degrees or a distribution close thereto. Therefore, if the aperture 23 is not provided, a large amount of light does not enter the light guide 21 and is a leaked light. turn into.
  • the aperture 23 By providing the aperture 23, most of the light can be incident on the light guide 21 and the light coupling efficiency between the white LED 22 and the light guide 21 can be improved.
  • a highly diffuse reflective resin mixed with a white pigment a film using a dielectric multilayer film, or a metal such as aluminum is used.
  • a metal material when a metal material is used, consideration for preventing a short circuit with the electrode or the LED substrate pattern is necessary.
  • the angle of light incident on the inside of the light guide 21 changes due to the difference in refractive index between the air and the light guide 21, so that almost all of them are the boundary surface between the side surface of the light guide 21 and the air at an angle larger than the critical angle. Is incident on. For this reason, total reflection occurs at the boundary surface and propagates through the light guide 21 without going outside. However, the light hitting the diffusing fine particles in the light diffusing pattern 211 is changed in angle by diffuse reflection and the total reflection condition is broken, and a part of the light is emitted to the outside of the light guide 21.
  • the surface of the light guide 21 is preferably manufactured with a surface roughness of the order of several ⁇ m.
  • the other end of the light guide 21 is provided with a reflector made of a film using a highly diffuse reflective resin or a dielectric multilayer film so that total reflection is repeated without colliding with the diffusing fine particles.
  • the light propagated to the end portion is repeatedly propagated by changing the direction by the reflecting plate.
  • the light colliding with the diffusing fine particles in the light diffusing pattern 211 is incident on the back surface of the liquid crystal panel 13 via the diffusing plate 12 and becomes backlight light.
  • a portion where the light diffusion pattern 211 is dense has a high probability of propagating light colliding to become backlight light, and a portion where the light diffusion pattern 211 is sparse has a low probability. Therefore, the local luminance distribution of the emitted light can be arbitrarily changed depending on the density of the light diffusion pattern 211 to be printed.
  • this light In order to use this light as backlight light, it is necessary to obtain uniform brightness at a position that has passed through the diffusion plate 12 in a state in which area active control described later is not performed, that is, in a state where all LEDs are lit.
  • a luminance distribution in a state of being transmitted through the diffusion plate 12 can be obtained, and this result is fed back to the light diffusion pattern 211 and the simulation is repeated.
  • the optimum light diffusion pattern 211 of the light guide 21 for obtaining a desired luminance distribution on the diffusion plate 12 can be determined.
  • FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C show the luminance distribution on the diffusion plate 12 in a state where the light source unit 2 is turned on in the present embodiment.
  • 4B represents the luminance distribution in the A-A ′ section of FIG. 4A
  • FIG. 4C represents the luminance distribution in the B-B ′ section of FIG. 4A.
  • the luminance distribution shape on the diffusion plate 12 matches the luminance distribution shape on the screen when the liquid crystal panel 13 is displayed in white, that is, when all the pixels are opened.
  • the luminance distribution when one light source unit 2 is turned on is a Gaussian distribution (Gaussian) as shown by a curve 52 in the short direction of the light guide 21, and in the longitudinal direction.
  • Gaussian Gaussian
  • a mountain-shaped distribution as shown by the curve 51 that is, a distribution that uniformly decreases toward the both ends with the central portion as a peak.
  • the longitudinal luminance distribution when only one side of one light source unit 2 is lit has an asymmetric distribution shape as shown by the curves 51a and 51b. Yamagata distribution is realized as a sum.
  • 32 light source units 2 are arranged at equal intervals in the short direction of the light guide 21. Since the luminance distribution of the entire LED backlight 11 in a state where all the light source units 2 emit light with the maximum luminous flux is the sum of the luminance distributions of all the light source units 2, a mountain-shaped distribution indicated by a curve 51 in the longitudinal direction, In the short direction, a uniform distribution indicated by a straight line 53 is obtained.
  • the cross section of the luminance distribution on the diffusion plate 112 in a region corresponding to one area has a shape close to a rectangle.
  • the luminance on the diffusion plate 112 when the plurality of light sources 102 are turned on rapidly changes. Therefore, it becomes easy to perceive luminance unevenness on the screen.
  • the luminance unevenness is gently perceived and the variation in brightness is less likely to be perceived because the change is reduced by the adjacent area. . Therefore, even when the luminance variation of the single LED is large, the luminance unevenness can be reduced and the LED backlight can be made inexpensive.
  • the cross section in the longitudinal direction of the luminance distribution of the light source unit 2 has a mountain distribution, and the cross section in the short side direction of the luminance distribution obtained by arranging a plurality of light source units 2 is higher as the center of the screen is higher and toward both upper and lower ends.
  • Screen brightness required for conventional image display apparatus such as a liquid crystal TV or PC monitor is a 450 ⁇ 500cd / m 2 or so, the peripheral area brightness while maintaining the brightness of 450 ⁇ 500cd / m 2 at the center of the frame Even if it drops to about half, the viewer's eyes do not perceive any discomfort. Therefore, with such a distribution shape, it is possible to reduce the luminous flux necessary to obtain a desired screen luminance and to reduce power consumption.
  • the LEDs 22 at both ends of one light guide 21 in the present embodiment are connected to different LED drive circuits 31, respectively.
  • one LED 22 of the light guide 21 is displayed on the screen.
  • Area active control in which the area is divided in the vertical direction of the screen is possible with the LED 22 disposed above and the other LED 22 of the light guide 21 disposed below the screen.
  • the number of control areas is twice the number of light guides 21, further reducing power consumption and improving contrast.
  • the LED drive circuit 31 is disposed on the same surface as the LED 22 on the LED substrate 3 on which the LED 22 is mounted.
  • the LED board 3 is a double-sided board, and a plurality of LEDs 22 and LED drive circuits 31 are arranged on one LED board 3.
  • a heat conductive sheet and a heat sink for dissipating the LEDs 22 are disposed.
  • the LED drive circuit 31 is a step-down switching converter circuit including a control IC 311, an inductor 312, a commutation diode 313, etc., and steps down a voltage input from the outside by a switching operation and supplies the voltage to the LED 22. is doing.
  • the switching FET 314 is built in the control IC 311. By monitoring the voltage across the sense resistor RSEN connected in series with the LED 22 with the control IC 311 and performing feedback to the step-down switching operation, the current supplied to the LED 22 is kept constant.
  • the configuration of the LED drive circuit 31 is a simple step-down switching converter format.
  • the number of parts can be reduced and the circuit can be reduced in size as compared with other drive systems such as a boost converter and a SEPIC converter.
  • the largest component in the drive circuit 31 is the inductor 312, but when the output power is equal, the inductance value of the step-down drive circuit can be reduced as the switching frequency is increased. It is necessary to make the switching frequency as high as possible.
  • the switching frequency is desirably 500 kHz or more.
  • the step-down operation is performed at a switching frequency of 1.4 MHz.
  • the mounting area of the drive circuit is as small as 20 mm ⁇ 7 mm ⁇ 2 mm, and can be mounted on the same substrate 3 as the LED 22 by using the space on the side surface of the video display device 1.
  • the control IC 311 has an enable terminal ENA, and switching / operation of the switching operation can be instantaneously switched by applying a digital signal to this terminal from the outside.
  • the enable terminal of each LED drive circuit 31 is connected to an external control board, and the dimming of each light source unit 2 is performed by transmitting a PWM signal with an arbitrary duty from 0% to 100% from the FPGA of the control board. It can be performed. If the frequency of this PWM signal is too low, it will be perceived as flickering during dimming, and if it is too high, the difference from the switching frequency will be small and the PWM resolution will be reduced.
  • a desirable frequency range is considered to be about 200 Hz to 1 kHz.
  • RGB 10-bit digital signals obtained by decoding signals input from a tuner or other devices are sent to a video signal processing circuit 171 in the video circuit board 17.
  • the video signal processing circuit 171 converts this signal into a signal suitable for display on the liquid crystal panel 13 and transmits it to the area active control circuit 41 in the control circuit board 4.
  • signal transmission between both circuits is performed in the LVDS (Low Voltage Differential Signaling) format, and an LVDS transmitter and an LVDS receiver are used for the transmission unit and the reception unit, respectively.
  • LVDS Low Voltage Differential Signaling
  • a memory 42 for storing various parameters of the light source unit 2 is provided in the control circuit board 4.
  • the area active control circuit 41 analyzes the input RGB 10-bit digital signals and generates 32 PWM signals and RGB 10-bit corrected video signals according to a procedure described later with reference to the memory 42.
  • the PWM signal is transmitted to the LED substrate 3 and input to the enable terminal of each LED drive circuit 31.
  • the enable terminal is configured to switch the operation / stop of the LED drive circuit 31 as a switching converter. Therefore, by changing the duty of the PWM signal from 0% to 100%, the LED can be arbitrarily dimmed from all-off to all-on.
  • the corrected video signal is transmitted to the liquid crystal controller 18 and then transmitted to a source driver and a gate driver (not shown) on the liquid crystal panel 13 at an appropriate timing, and displayed on the liquid crystal panel as an image.
  • a signal delay occurs during computation in the video signal processing circuit 171 and the area active control circuit 41, a time difference does not occur between the luminance change of the LED backlight 11 and the video display of the liquid crystal panel 13.
  • the delay amount of each signal is controlled in each circuit.
  • an FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application Specific Integrated
  • the center of the screen is taken as the origin, and the x axis is taken in the horizontal direction of the screen, that is, the short direction of the light guide 21, and the y axis is taken in the vertical direction of the screen, ie, the longitudinal direction of the light guide 21.
  • the luminance distribution in the y-axis direction is a mountain-shaped distribution and is divided into two upper and lower areas. However, for simplicity in the following calculation, the luminance distribution in the y-axis direction is assumed to be uniform.
  • G n (x) K n ⁇ exp ( ⁇ (x ⁇ x n ) 2 / (2 ⁇ 2 ))
  • (sigma) represents the standard deviation of Gauss distribution, ie, the breadth of a light source.
  • K n is a Gaussian distribution peak value given by G n (x n ), and is constant regardless of x n if the light diffusion patterns of the light source and the light guide are the same.
  • the value of G (x) is extremely small, and thus may be ignored in the calculation.
  • the negligible range is determined from the resolution of PWM used for dimming the LED. For example, when the PWM resolution is 8 bits, that is, 1/256, the numerical value that is less than half of 1/512 is very small, and even if it is regarded as 0, the calculation can be terminated without affecting the whole. This determines the area on the screen where calculation is performed for one light source. This is called a calculation area for the light source.
  • the luminance distribution of the entire LED backlight is the sum of the luminance distributions of all the light source units.
  • a luminance reduction coefficient is obtained for each light source. If the brightness P 0 (x, y) of the first pixel is 0.5, assuming that the brightness of this pixel is 1 by correction, there is room for the backlight to be reduced to at least 0.5 times the initial value. There will be. Therefore, the luminance reduction coefficient of all the light sources including the pixel in the calculation area is set to 0.5. The brightness of the next pixel is obtained, and the luminance increase coefficients of all the light sources including that pixel in the calculation area are rewritten. If the luminance reduction coefficient is larger than the previous value, the luminance reduction coefficient is rewritten. If the luminance reduction coefficient is equal or smaller, the previous value is maintained.
  • the value R n of the luminance increase coefficient of each light source when scanning of all pixels is completed is the luminance reduction rate allowed for the light source.
  • the luminance distribution of the entire backlight is expressed by the following equation. Since the composite image of the backlight brightness after dimming and the corrected image needs to be equal to the original image, R of the corrected RGB image data is obtained by the following equation.
  • P 1R (x, y) P 0R (x, y) / L 1 (x) The same applies to P 1G (x, y) and P 1B (x, y).
  • the Gauss distribution of each light source is calculated each time, the amount of calculation becomes very large, and real-time processing according to the video signal becomes difficult.
  • it is desirable to store information on the luminance distribution of the light source unit in a memory and refer to it appropriately at the time of calculation. For example, parameters corresponding to the position x n of each light source, the ⁇ value of the Gauss distribution, the calculation area, and the like are stored, and a LUT (Look Up Table) corresponding to a Gauss distribution with x 0 is created in the memory. , X can be referred to as appropriate while shifting the value of x.
  • the luminance distribution in the y-axis direction is not uniform and has an asymmetric distribution shape in the vertical direction.
  • the distribution shape is also digitized in the same manner as in the horizontal direction and stored in a memory as an LUT. Additional measures such as leaving are required.
  • FIG. 8 shows the luminance distribution after area active control.
  • FIG. 8 shows the luminance distribution of the A-A ′ section of FIG. 4A.
  • the luminance distribution indicated by a curve 61 when each light source unit 2 is maximized is changed as indicated by a curve 62 by area active control.
  • the luminance distribution of the entire LED backlight is indicated by a curve 63. become.
  • the power consumption reduction rate was calculated when area active control was performed and when it was not performed.
  • the above calculation was performed by changing the number of divisions using 25 test images consisting of 19 natural images and 6 artificial images, and the average value of the power consumption reduction rate was obtained. The results are shown in FIG.
  • the one-dimensional Gaussian distribution as in the present embodiment is more effective in reducing power consumption than a case where a Gaussian distribution is used in both the vertical and horizontal directions (so-called two-dimensional Gaussian distribution) when compared with the same number of area divisions.
  • the power consumption of the one-dimensional Gaussian distribution of 1 ⁇ 28 horizontal areas can be lower than the two-dimensional Gaussian distribution of 4 ⁇ 7 horizontal areas. This is considered to be due to the fact that the overlapping portions of the areas are simple.
  • the one-dimensional Gauss distribution has a smaller power consumption reduction effect.
  • the one-dimensional Gauss distribution is more advantageous in terms of lowering the price of the video display device because it has a higher tolerance for variations in the luminance of the LEDs and assembly errors of the light source unit.
  • the area active control calculation is processed by a separate FPGA or ASIC from the video signal processing circuit.
  • this calculation is incorporated into the video signal processing circuit in the previous stage and 1 It is also possible to make a chip.
  • various image processing such as gamma correction and double speed driving are performed. Although description of these is omitted, even when area active control is performed inside the video signal processing circuit, it is possible to perform these image processings in the same manner as a conventional video display device.
  • a plurality of light source units 2 arranged at intervals from each other; A drive circuit 31 for individually supplying current to each light source unit 2 to cause each light source unit 2 to emit light; A display screen (liquid crystal panel 13) for displaying an image using light from the light source unit 2;
  • the light source unit 2 is disposed on the back surface of the display screen, and is provided with at least one light guide 21 and at least one light source (white) that is individually provided in each light guide 21 and emits light to the light guide 21.
  • LED 22 The light guide 21 has a light scattering portion (light diffusion pattern 211) that emits light incident from the light source and guided through the light guide 21 by total reflection in the display screen direction.
  • the drive circuit 31 controls the light source units 2 and individually adjusts the light beams emitted from the light source units 2 according to the image displayed on the display screen, thereby changing the screen brightness of the display screen.
  • the luminance change of each light source unit 2 is mitigated by the adjacent light source units 2, and the luminance unevenness can be mitigated even when the luminance variation of each light source is large.
  • the light source can be made inexpensive. Further, by independently driving each light source unit 2 by the drive circuit 31, area active control is possible, power consumption can be reduced, and contrast can be improved.
  • the light scattering portion is formed by printing light scattering particles on the surface of the light guide 21, a light diffusion structure can be easily formed on the surface of the light guide 21 by printing. Therefore, the light source is inexpensive and a low-priced video display device can be realized.
  • At least one of the light sources is disposed on each of both end faces of the light guide 21, and light beams emitted from the light sources are individually controlled by the drive circuit 31.
  • the drive circuit 31 is a step-down switching converter circuit, the area of the drive circuit 31 itself can be reduced, and the price of the drive circuit 31 can be suppressed even when a large number of light sources are independently driven.
  • the light source and the drive circuit 31 are mounted on the same substrate 3, mounting the small drive circuit 31 on the same substrate as the light source can reduce the board area and connection members. it can. In addition, since the wiring distance between the drive circuit 31 and the light source is shortened, generation of noise due to on / off of the drive current can be suppressed.
  • the light guide 21 extends in one direction, the plurality of light source units 2 are arranged in another direction orthogonal to one direction, and the display screen in a state where one light source unit 2 emits light. Since the upper luminance distribution is substantially Gaussian in the other direction, the luminance distribution of the light source unit 2 alone is changed to the Gaussian distribution. However, uneven brightness is not noticeable on the screen. Therefore, it is not necessary to select the light source based on the brightness rank, and the ease of assembly can be improved.
  • the information on the shape of the luminance distribution is held in the video circuit (video signal processing circuit 171) that processes the signal for displaying the video on the display screen, the information on the luminance distribution of the light source unit 2 is displayed as video.
  • the circuit on the circuit side it is possible to calculate the backlight luminance distribution necessary for area active control and generate a corrected image with high accuracy and high speed.
  • the luminance distribution on the display screen in a state where the luminous flux emitted from all the light source units 2 is maximized has a central portion at the maximum and an end portion (peripheral portion) in either or both of the vertical and horizontal directions of the display screen. )
  • the power consumption of the video display device is further reduced by reducing the luminance at the edge while maintaining the peak luminance at the center of the screen, and the power consumption by area active control. The reduction effect can be further enhanced.
  • the surface light source device having the above configuration includes the plurality of light source units 2 and the drive circuit 31, and the light source unit 2 includes the light guide 21 and the light source.
  • the light guide 21 has the light scattering portion, and the drive circuit 31 controls the light source units 2 and individually adjusts the light beams emitted from the light source units 2.
  • the luminance change of each light source unit 2 is mitigated by the adjacent light source unit 2, and even when the luminance variation of each light source is large, the luminance unevenness can be mitigated, and the light source is inexpensive. Can be.
  • area active control is possible, power consumption can be reduced, and contrast can be improved.
  • FIG. 10 shows a second embodiment of the video display apparatus of the present invention. The difference from the first embodiment will be described.
  • the second embodiment is different in that one light source unit is configured by using two light guides. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals in the drawings, and descriptions thereof are omitted.
  • the two light guides 21 are arranged in parallel to each other, and an aperture 23 is attached to each end face of the two light guides 21.
  • One aperture 23 fixes the end face of one light guide 21 and the end face of the other light guide 21 at the same time.
  • White LEDs 22 as light sources are disposed on both end surfaces of each light guide 21 via apertures 23, respectively.
  • the light emission centers of the LEDs 22 are arranged at positions shifted in opposite directions with respect to the longitudinal central axis of the light guide 21. Thereby, the loss by the emitted light from LED22 entering into LED22 which opposes can be reduced.
  • the LEDs 22 at both ends of each light guide 21 are connected to different LED drive circuits 31, and by independently driving each, an area active control in which the area is divided in the vertical direction becomes possible.
  • the light diffusion pattern 211 of one light guide 21 and the light diffusion pattern 211 of the other light guide 21 are different from each other.
  • a total of four LEDs 22 arranged at both ends of both light guides 21 can be independently driven.
  • FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C show the luminance distribution on the diffusion plate 12 in a state where the light source unit 2A is turned on in the present embodiment.
  • 11B represents the luminance distribution in the A-A ′ section of FIG. 11A
  • FIG. 11C represents the luminance distribution in the B-B ′ section of FIG. 11A.
  • the luminance distribution shape on the diffusion plate 12 matches the luminance distribution shape on the screen when the liquid crystal panel 13 is displayed in white, that is, when all the pixels are opened.
  • the luminance distribution on the diffusion plate 12 in a state where the four LEDs 22 in one light source unit 2A are lit alone is as shown by curves 81a, 81b, 81c, 81d. It is designed to have a desired mountain-shaped luminance distribution shown by a curve 81 in a state where these four LEDs 22 are turned on. With this configuration, four independent control areas can be provided in the vertical direction.
  • the luminance distribution when one light source unit 2A is turned on is a Gaussian distribution (Gaussian) as shown by a curve 82 in the short direction of the light guide 21, and when all the light source units 2A are turned on.
  • the luminance distribution is a uniform distribution indicated by a straight line 83 in the short direction.
  • the calculation processing procedure of area active control is basically the same as that described in the first embodiment. However, while the first embodiment is divided into two in the vertical direction, this embodiment is divided into four in the vertical direction. Therefore, the area active control further reduces power consumption and improves the contrast. Can be made.
  • FIG. 12 shows a third embodiment of the video display apparatus of the present invention. The difference from the first embodiment will be described.
  • the third embodiment is different in that the print pattern (light diffusion pattern) of the light guide is changed between the screen center and the screen periphery. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals in the drawings, and descriptions thereof are omitted.
  • FIG. 12 is a horizontal direction (screen left-right direction) cross-sectional view of the luminance distribution on the diffusion plate 12 of the LED backlight 11.
  • the light source units 2 (light guides 21) are arranged so that the arrangement interval gradually increases from the center of the screen toward the periphery of the screen.
  • the light diffusion patterns 211 of the light guide 21 are also different patterns, and are designed such that the ⁇ value of the Gauss distribution increases from the center of the screen toward the periphery of the screen.
  • the peak of the Gauss distribution with a large ⁇ value becomes low. Accordingly, when all the luminance distributions indicated by the curve 91 of each light source unit 2 are added to obtain the luminance distribution of the entire LED backlight 11, a mountain-shaped distribution as indicated by the curve 92 is obtained.
  • the mountain distribution can be made not only in the vertical direction of the screen but also in the horizontal direction. While maintaining the brightness of the center of the screen at 450 to 500 cd / m 2 , the brightness of the top, bottom, left, and right of the screen can be lowered within a range that does not cause a sense of incongruity, so it is possible to further reduce power consumption as an LED backlight Become.
  • ⁇ Area active control is performed by controlling the luminous flux of each light source unit 2.
  • the area active calculation procedure is basically the same as in the first embodiment. However, since the luminance distributions of the individual light source units 2 are different, it is necessary to separately store parameters or LUTs related to the luminance distributions in the memory.
  • the arrangement pattern of the light scattering portions in the light guide 21 arranged in the central portion of the display screen is different from the arrangement pattern of the light scattering portions in the light guide 21 arranged in the end portion (peripheral portion) of the display screen. Therefore, by changing the pattern of the light diffusing particles of the light guide 21 between the screen center and the screen end, the screen luminance distribution in the short direction as well as the longitudinal direction of the light guide 21 can be controlled. Thereby, power consumption can be reduced without wasting light that can be extracted from the light source.
  • the value of the current flowing through the LEDs 22 of the light source unit 2 arranged on the left and right of the screen and the duty value of PWM driving are changed.
  • a method of reducing the luminance of the left and right parts is conceivable. In that case, however, the peripheral LED 22 always emits light with a low current value or PWM duty value, and this causes waste in terms of performance.
  • the luminous flux saved by reducing the luminance of the peripheral portion contributes to the luminance improvement of the central portion, and therefore the LED backlight 11 as a whole.
  • the luminous flux can be used effectively, and the necessary screen brightness can be obtained with the minimum number of LEDs. In other words, a cheaper configuration can be achieved while achieving the screen brightness necessary for the video display device.
  • the light diffusion pattern 211 and the arrangement interval of the light guide 21 are individually changed, so that it is possible to further reduce the power consumption while having an inexpensive configuration.
  • a white LED is used as the light source of the LED backlight, but it is also possible to perform area active control independently for each of the three colors using three RGB light sources corresponding to each color of the video signal. It is. In that case, a higher power consumption reduction effect than in area active control in white can be obtained.
  • the light source unit luminance distribution can be controlled by a light diffusion pattern by printing, in addition to the Gauss distribution and the pseudo-rectangular distribution described above, an arbitrary luminance distribution shape can be set as necessary.
  • the light source unit placed at the edge of the screen is affected by the reflected light on the side of the chassis, resulting in a luminance distribution that differs from the central part. It is also possible to make the print pattern different from the central portion.
  • the video display device used mainly as a liquid crystal television or a PC monitor has been described.
  • the present invention can be applied to other devices.
  • Application examples include, but are not limited to, sign boards, public display boards, traffic signs, and the like.
  • the LED backlight described in the present embodiment is not only used in a form incorporated as a part of a video display device, but also for modules and components alone for use in replacement of an existing video display device. It is also possible to utilize it in the form.
  • Video display device 11
  • LED backlight (surface light source device) 12
  • Diffusion plate 13
  • LCD panel (display screen) 14
  • Chassis 16
  • Video circuit board 171 Video signal processing circuit 2
  • 2A Light source unit
  • Light guide 211
  • Light diffusion pattern light scattering part
  • White LED light source
  • Control circuit board 41

Landscapes

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Abstract

　複数の互いに離間して配置された光源ユニット２とＬＥＤ駆動回路３１と液晶パネルとを備え、光源ユニット２は、導光体２１とＬＥＤ２２とを有し、導光体２１は、光散乱部を有し、駆動回路３１は、液晶パネルに表示する映像に応じて、各光源ユニット２を制御し各光源ユニット２から発光される光束を個別に調整して、液晶パネルの画面輝度を変化させる。

Description

映像表示装置および面光源装置
　この発明は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いた映像表示装置および面光源装置に関する。
　テレビやＰＣモニタなどの用途に、透過型液晶表示素子を用いた映像表示装置の普及が進んでいる。透過型液晶表示素子は、映像を表示する際に背面側に光源となるバックライトが必要となるが、このバックライトとして従来主流であったＣＣＦＬ（冷陰極管）に代わり、近年ＬＥＤが用いられるようになってきている。
　ＬＥＤを光源として用いたバックライト（以下ではＬＥＤバックライト）では、「エリアアクティブ制御」と呼ばれる輝度制御を行うことで、映像表示装置としての消費電力の低減およびコントラストの向上が実現されることが知られている。なお、エリアアクティブ制御は、文献によってはローカルディミング、２Ｄディミング等の名称で呼ばれることがあるが、以下ではエリアアクティブ制御に統一する。
　エリアアクティブ制御とは、バックライトを複数のエリア（領域）に分割して駆動し、映像信号に合わせてエリアごとの画面輝度を制御する技術である。映像信号のうち明るい部分に相当するエリアを明るく、暗い部分に相当するバックライトのエリアを暗く点灯させる。同時に、バックライトの輝度を下げた分だけ映像信号を部分的に明るくする映像補正を行い、表示される映像の変わらないようにする。
　エリアアクティブ制御を行わない場合、バックライトは常に全点灯しているため、映像の暗い部分、即ち液晶表示素子の画素を閉じている部分であっても、画素の隙間からの漏れ光が存在するため完全な黒にはならずやや白っぽく見えてしまう。この「白浮き」と呼ばれる現象により、映像全体のコントラストが低下していた。これに対し、エリアアクティブ制御を行う場合は、映像の暗い部分に相当するエリアのバックライト光を弱めてやることで漏れ光が低減される。従って、表示映像の明暗のコントラストを高めることができる。それに加えて、バックライトの光量を部分的に落としている分、従来の全点灯の場合と比較して消費電力を低減することが可能になる。
　従来のＣＣＦＬバックライトにおいては、光源であるＣＣＦＬ自体の応答速度の制約により、映像信号に合わせて高速で調光することは困難であった。これに対しＬＥＤは数ｎｓ程度の高速応答が可能であるため、６０Ｈｚ乃至１２０Ｈｚのフレーム速度のＨＤ画質の映像信号に対してもリアルタイムで各エリアの輝度を変化させてエリアアクティブ制御を行うことが可能になった。
　ＬＥＤバックライトの構造は、直下型とサイドエッジ型に大別されるが、そのいずれにおいてもエリアアクティブ制御の実現が試みられている。なお、直下型は、点光源であるＬＥＤを２次元平面状に多数配置して液晶素子を直接照射する構造である。サイドエッジ型は、平板状の導光板の側面に配置したＬＥＤの光を導光板内に入射させ、導光板の上面から光を取り出してバックライト光を得る構造である。
　例えば、特開２００７－３２４０４７号公報（特許文献１）においては、直下型ＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ同士の間に仕切りを設けて各ＬＥＤを個別駆動することでエリアアクティブ制御を実現した形態が開示されている。
　また、特開２００７－２９３３３９号公報（特許文献２）においては、サイドエッジ型ＬＥＤバックライトにおいて、導光板を分割することにより部分駆動を行い、エリアアクティブ制御を実現可能にした例が示されている。
特開２００７－３２４０４７号公報 特開２００７－２９３３３９号公報
　しかしながら、上述のようなエリアアクティブ制御を行う場合、エリアアクティブ制御を行わない場合と比較して価格が非常に高価となるという問題が存在する。特許文献１に示される直下型のＬＥＤバックライトにおいては、ＬＥＤを２次元平面状に敷き詰める必要があるため、ＬＥＤの個数が多くなり、部材価格が高価となる傾向にある。価格を低減するためにはＬＥＤの個数を少なくすれば良いが、直下型のＬＥＤバックライトにおいては、ＬＥＤの個数が少ないとＬＥＤ同士の配置間隔が広がるため、均一な画面輝度を得るために各ＬＥＤからの光が液晶表示素子に到達する前に互いに混色させるための混色距離が必要となる。そのため液晶表示素子とバックライトとの距離を離す必要が生じ、結果として映像表示装置の厚みが増大してしまう。即ち、直下型のＬＥＤバックライトにおいては、図１３に示すようにＬＥＤ個数、即ちバックライト装置の価格と装置の厚みとがトレードオフの関係にある。
　これに対し、特許文献２に示されるような導光板を用いたサイドエッジ方式のＬＥＤバックライトでは、導光板の中で光の混合を行うため、ＬＥＤの個数が少ない場合でも厚みを薄く保つことが可能である。しかし、サイドエッジ方式においては光源の輝度ばらつきに起因する輝度むらが発生しやすいため、ＬＥＤの発光色度ランクによる選別が必要となり、ＬＥＤの価格が高価となる傾向にある。また、画面面積と同じ大きさの導光板が必要であるため、特に大型の映像表示装置においてその価格が高価となってしまう。従ってサイドエッジ方式においても、ＬＥＤバックライトの価格低減は困難となる。
　そこで、この発明の課題は、低価格、かつ少ないＬＥＤの個数でエリアアクティブ制御が可能となる面光源装置としてのＬＥＤバックライトを提供することにある。また、薄型でありながら低価格で、かつ高コントラストおよび低消費電力の映像表示装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、この発明の映像表示装置は、
　互いに間隔をおいて配置される複数の光源ユニットと、
　上記各光源ユニットに個別に電流を供給し上記各光源ユニットを発光させる駆動回路と、
　上記光源ユニットからの光を利用して映像を表示する表示画面と
を備え、
　上記光源ユニットは、上記表示画面の背面に配置され、少なくとも一つの導光体と、各導光体に個別に設けられこの導光体に光を出射する少なくとも一つの光源とを有し、
　上記導光体は、上記光源から入射されて全反射により上記導光体内部を導光された光を上記表示画面方向に出射する光散乱部を有し、
　上記駆動回路は、上記表示画面に表示する映像に応じて、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整して、上記表示画面の画面輝度を変化させることを特徴としている。
　この発明の映像表示装置によれば、上記複数の光源ユニットと上記駆動回路と上記表示画面とを備え、上記光源ユニットは、上記導光体と上記光源とを有し、上記導光体は、上記光散乱部を有し、上記駆動回路は、上記表示画面に表示する映像に応じて、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整して、上記表示画面の画面輝度を変化させるので、複数の光源ユニット（導光体）を用いることで、隣接する光源ユニットによって各光源ユニットの輝度変化が緩和され、各光源の輝度ばらつきが大きい場合でも、輝度むらを緩和でき、光源を安価にできる。また、駆動回路により各光源ユニットを独立駆動することで、エリアアクティブ制御が可能になり、消費電力を低減し、コントラストを向上できる。
　したがって、従来の直下型およびサイドエッジ型のいずれよりも安価に、実用的なエリアアクティブ制御を行うことが可能となり、薄型でありながら低価格でかつ高コントラストで低消費電力の映像表示装置を実現することができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、上記光散乱部は、光散乱性を有する粒子を上記導光体の表面に印刷することにより形成されている。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記光散乱部は、光散乱性を有する粒子を上記導光体の表面に印刷することにより形成されているので、印刷によって導光体表面に光拡散構造を容易に形成できるため、光源が安価となり、低価格な映像表示装置を実現することができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、
　上記導光体の両端面のそれぞれに、少なくとも一つの上記光源が配置され、
　上記各光源から発光される光束は、上記駆動回路によって、個別に制御されている。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記導光体の両端面のそれぞれに、少なくとも一つの上記光源が配置され、上記各光源から発光される光束は、上記駆動回路によって、個別に制御されているので、導光体の両端面に光源を配置して独立駆動することで制御エリア数を２倍に増やし、エリアアクティブ制御のコントラスト向上および消費電力低減効果をより高めることができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、上記駆動回路は、降圧型スイッチングコンバータ回路である。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記駆動回路は、降圧型スイッチングコンバータ回路であるので、駆動回路自体の面積を小さくし、多数の光源を独立駆動する場合でも駆動回路の価格を抑えることができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、上記光源と上記駆動回路とは、同一の基板上に実装されている。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記光源と上記駆動回路とは、同一の基板上に実装されているので、小型の駆動回路を光源と同一基板に実装することで、基板面積および接続部材を削減することができる。また、駆動回路と光源との配線距離が短くなるため、駆動電流のオン／オフによるノイズの発生が抑えられる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、
　上記導光体は、一方向に延在し、上記複数の光源ユニットは、上記一方向に直交する他方向に配列され、
　一つの上記光源ユニットを発光させた状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記他方向（上記導光体の短手方向）に、略ガウス分布となっている。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記導光体は、一方向に延在し、上記複数の光源ユニットは、他方向に配列され、一つの上記光源ユニットを発光させた状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記他方向に、略ガウス分布となっているので、光源ユニット単体の輝度分布をガウス分布とすることで、光源の輝度バラつきや光源ユニットの取り付け位置ずれが発生しても画面上で輝度むらが目立たなくなる。従って、光源の輝度ランクによる選別が不要になるとともに組立容易性を高めることができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、上記輝度分布の形状に関する情報は、上記表示画面に映像を表示する信号を処理する映像回路内に保持されている。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記輝度分布の形状に関する情報は、上記表示画面に映像を表示する信号を処理する映像回路内に保持されているので、光源ユニットの輝度分布に関する情報を映像回路側で保有することで、エリアアクティブ制御に必要なバックライト輝度分布の計算と補正画像の生成とを精度よく高速に行うことができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、全ての上記光源ユニットから発光される光束を最大とした状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記表示画面の縦横いずれか一方もしくは両方において、中央部を最大とし端部に向かうにつれて低下するような分布形状である。
　この実施形態の映像表示装置によれば、全ての上記光源ユニットから発光される光束を最大とした状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記表示画面の縦横いずれか一方もしくは両方において、中央部を最大とし端部に向かうにつれて低下するような分布形状であるので、画面中央部のピーク輝度を保ったまま端部の輝度を落とすことで、映像表示装置の消費電力をさらに低減し、エリアアクティブ制御による消費電力低減効果を一層強化することができる。
　また、一実施形態の映像表示装置では、
　上記光散乱部は、上記導光体の長手方向に互いに間隔をおいて複数配列され、
　上記表示画面の中央部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンは、上記表示画面の端部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンと異なる。
　この実施形態の映像表示装置によれば、上記光散乱部は、上記導光体の長手方向に互いに間隔をおいて複数配列され、上記表示画面の中央部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンは、上記表示画面の端部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンと異なるので、画面中央部と画面端部とで導光体の光拡散粒子のパターンを変えることによって、導光体の長手方向だけでなく短手方向の画面輝度分布を制御することができる。これにより、光源から取り出し可能な光を無駄にすることなく消費電力を低減することができる。
　また、この発明の面光源装置は、
　互いに間隔をおいて配置される複数の光源ユニットと、
　上記各光源ユニットに個別に電流を供給し上記各光源ユニットを発光させる駆動回路と
を備え、
　上記光源ユニットは、少なくとも一つの導光体と、各導光体に個別に設けられこの導光体に光を出射する少なくとも一つの光源とを有し、
　上記導光体は、上記光源から入射されて全反射により上記導光体内部を導光された光を一方向に出射する光散乱部を有し、
　上記駆動回路は、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整することを特徴としている。
　この発明の面光源装置によれば、上記複数の光源ユニットと上記駆動回路とを備え、上記光源ユニットは、上記導光体と上記光源とを有し、上記導光体は、上記光散乱部を有し、上記駆動回路は、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整するので、複数の光源ユニット（導光体）を用いることで、隣接する光源ユニットによって各光源ユニットの輝度変化が緩和され、各光源の輝度ばらつきが大きい場合でも、輝度むらを緩和でき、光源を安価にできる。また、駆動回路により各光源ユニットを独立駆動することで、エリアアクティブ制御が可能になり、消費電力を低減し、コントラストを向上できる。
　この発明の映像表示装置によれば、上記複数の光源ユニットと上記駆動回路と上記表示画面とを備え、上記光源ユニットは、上記導光体と上記光源とを有し、上記導光体は、上記光散乱部を有し、上記駆動回路は、上記表示画面に表示する映像に応じて、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整して、上記表示画面の画面輝度を変化させるので、薄型でありながら低価格でかつ高コントラストで低消費電力の映像表示装置を実現することができる。
　この発明の面光源装置によれば、上記複数の光源ユニットと上記駆動回路とを備え、上記光源ユニットは、上記導光体と上記光源とを有し、上記導光体は、上記光散乱部を有し、上記駆動回路は、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整するので、輝度むらを緩和できて、光源を安価にでき、エリアアクティブ制御が可能になって、消費電力を低減し、コントラストを向上できる。
本発明の映像表示装置の第１実施形態を示す分解斜視図である。 映像表示装置のブロック図である。 映像表示装置に用いられる光源ユニットの平面図である。 映像表示装置に用いられる光源ユニットの分解斜視図である。 映像表示装置の平面図である。 図４ＡのＡ－Ａ’断面における、光源ユニット１個点灯時および全ての光源ユニットを点灯時の画面上の輝度分布を示す図である。 図４ＡのＢ－Ｂ’断面における、光源ユニット１個点灯時および全ての光源ユニットを点灯時の画面上の輝度分布を示す図である。 従来の映像表示装置における擬似矩形型の輝度分布を示す図である。 映像表示装置におけるＧａｕｓｓｉａｎ型の輝度分布を示す図である。 映像表示装置に用いられるＬＥＤ基板の平面図である。 映像表示装置に用いられるＬＥＤ駆動回路の概略回路図である。 映像表示装置において、エリアアクティブ制御を適用した場合の輝度分布を示す図である。 映像表示装置において、エリアアクティブ制御のエリア分割数と消費電力との関係を示す図である。 本発明の映像表示装置の第２の実施形態に用いられる光源ユニットの構造を示す平面図である。 映像表示装置の平面図である。 図１１ＡのＡ－Ａ’断面における、光源ユニット１個点灯時および全ての光源ユニットを点灯時の画面上の輝度分布を示す図である。 図１１ＡのＢ－Ｂ’断面における、光源ユニット１個点灯時および全ての光源ユニットを点灯時の画面上の輝度分布を示す図である。 本発明の映像表示装置の第３の実施形態における画面上の輝度分布を示す図である。 従来の直下型のＬＥＤバックライトを用いた映像表示装置において、ＬＥＤ使用個数と装置の厚みおよび価格との関係を示す図である。
　以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、この発明の映像表示装置の第１実施形態である分解斜視図を示している。図２は、その主要な部分の構成を示すブロック図を示している。図１と図２に示すように、映像表示装置１は、（面光源装置としての）ＬＥＤバックライト１１、拡散板１２、（表示画面としての）透過型液晶パネル１３、前キャビネット１４、シャーシ１５、スタンド１６および映像回路基板１７などによって構成される。実際の映像表示装置は、これ以外にも多数の部品が存在するが、本発明の主旨に影響を与えない部分は、以下では、図示および説明を省略する。
　ＬＥＤバックライト１１は、複数の光源ユニット２と、光源ユニット２を駆動するためのＬＥＤ基板３および制御回路基板４とを有する。これらの詳細な構造および動作については後で説明する。本実施形態においては、液晶パネル１３の画面サイズは９３０ｍｍ×５３０ｍｍ（４２型）であり、この液晶パネル１３の背面側、即ち表示面と反対の側に、ＬＥＤバックライトの構成単位である３２本の光源ユニット２が等間隔で配置されている。本実施形態では導光体の長手方向が表示画面の短辺側に向くように並べられているが、長手方向が画面長辺側に向くように並べる実施形態も可能である。
　透過型液晶パネル１３を用いた映像表示装置１の基本的な動作について説明する。外部から電流が供給され、ＬＥＤ基板３上に搭載されたＬＥＤ駆動回路３１を動作させる。ＬＥＤ駆動回路３１は光源ユニット２に含まれる白色ＬＥＤ光源を点灯させる。光源ユニット２から前方の液晶パネル１３側に出射した光は、拡散板１２を通過し、バックライト光として液晶パネル１３の背面に照射される。
　一方で、図示しないチューナその他の機器から映像回路基板１７に映像信号が入力される。この信号は映像回路基板１７に搭載された画像処理回路によって処理され、液晶パネル１３内部に実装された図示しないゲートドライバおよびソースドライバに入力される。
　液晶パネル１３は縦横多数の画素構造を有しており、各画素にはトランジスタスイッチが設けられている。ゲートドライバおよびソースドライバは、映像信号に応じて適切なタイミングでトランジスタスイッチのオンおよびオフを切り替える。液晶パネル１３内の１つの画素において、トランジスタスイッチがオンの場合は液晶素子に照射されたバックライト光が通過し白表示となり、オフの場合は遮断され黒表示となる。
　このように液晶パネルの各画素に入射したバックライト光の通過と遮断とを切り替える操作を画面内の全画素に対して行うことで、映像信号に対応する画像が液晶パネル１３の画面上に表示されることになる。この画像表示を、入力された映像信号の１フレームである１／６０秒ごとに書き換えてやることで、映像を動画として液晶画面上に表示させることができる。
　図１において、シャーシ１５の内側表面には反射シートが貼り付けられている。反射シートはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂材料からなる白色のシートであり、ＬＥＤバックライト１１からの出射光のうち前方の液晶パネル方向に入射しなかった成分を拡散反射させてその方向を変化させ、液晶パネル１３に入るようにすることでＬＥＤ光源の輝度を向上させるという役割を有する。
　拡散板１２は、ＰＣやＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の材料からなる拡散性を有する平板であり、一方の面から入射した光を内部で拡散反射させてから対向する面より出射させる機能を有する。本映像表示装置においては、異なるＬＥＤ光源から出射したバックライト光を互いに混合し、均一な画面輝度を得るために設けている。映像表示装置の画面輝度や視野角特性を向上させるなどの目的のため、他の光学シートを拡散板１２に付加して用いることがある。
　前キャビネット１４、シャーシ１５およびスタンド１６は、液晶パネル１３やＬＥＤバックライト１１その他部品を保持するための機構部品である。
　ＬＥＤバックライト１１の構成要素である光源ユニット２の構造について説明する。図３Ａに、光源ユニット２の側面図を示し、図３Ｂに、光源ユニット２を分解した状態を示す。１本の光源ユニット２は、棒状の導光体２１、光源としての白色ＬＥＤ２２、および、アパーチャ２３を有する。導光体はＰＭＭＡ樹脂製の細長い角柱形状であり、表面に光拡散パターン２１１が設けられている。なお、導光体の材料としては、ＰＭＭＡの他、ＰＣやガラスなど、光学的な要求特性を満たすような任意の透明材料を用いることができる。また、導光体の形状は本実施形態で述べるような四角柱形状に限定されるものではなく、全反射により内部を導光可能な形状であれば他の形状でも構わない。
　本実施形態では、導光体２１の寸法は幅１０ｍｍ×高さ６ｍｍ×長さ５３０ｍｍ、映像表示装置１内での導光体２１同士の配置間隔は約２７ｍｍ、導光体２１下面から液晶パネル１３までの距離は約１８ｍｍである。本実施形態において、導光体の幅（１０ｍｍ）は導光体同士の配置間隔（２７ｍｍ）より広いため、導光体同士の間に約１７ｍｍの隙間が存在する。即ち、隣り合う導光体同士が離間しているという点で、従来技術に述べたサイドエッジ型のバックライトとは異なっている。これらの数値は設計の一例であり、必要に応じて適宜変更することができる。なお、サイドエッジ型のバックライトに対する本発明の優位性を発揮するためには、導光体同士の配置間隔は導光体幅の１．５倍以上であることが望ましい。
　光源である白色ＬＥＤ２２は、導光体２１の両端面にそれぞれアパーチャ２３を介して配置されている。両ＬＥＤ２２の発光中心は、導光体２１の長手方向中心軸に対して互いに反対方向にずらした位置に配置される。これにより、ＬＥＤ２２からの出射光が対向するＬＥＤ２２に入ることによるロスを少なくすることができる。
　導光体２１の光拡散パターン２１１は、両方のＬＥＤ２２を点灯させたときに所望の輝度分布となるよう最適化されている。導光体２１の光拡散パターン２１１は、透明樹脂中に光散乱性を有する拡散微粒子を混合したものをスクリーン印刷法によって導光体２１表面に線状にパターニングすることで形成されている。パターン２１１を形成する線は、ＬＥＤ２２から入射されて全反射により導光体２１内部を導光された光を、液晶パネル１３方向に出射する光散乱部である。この光散乱部は、導光体２１の長手方向に間隔をおいて複数配置されている。光散乱部（パターン２１１を形成する線）の分布において、導光体２１の長手方向中央部が密であり、導光体２１の長手方向端部が粗である。
　なお、光散乱部は線状ではなく、ドット状でも同様の効果を得ることが可能である。さらに、上記の印刷による光拡散パターン以外に、マイクロプリズム、Ｖ型形状の溝、マイクロレンズ構造等の光を散乱、反射させる効果を有する手段によるものでも同様の効果が得られるため、上記に限定されるものではない。
　この光拡散パターン２１１は、導光体２１を映像表示装置１のシャーシ１５に配置した際の上面および両側面に相当する面に印刷されている。導光体２１の下面には、シャーシ１５の上に配置された反射シートに接している。なお、導光体２１の上面とは、導光体２１の液晶パネル１３側を向く面であり、導光体２１の下面とは、導光体２１のシャーシ１５側を向く面である。
　導光体２１の片方の端部には、光源である白色ＬＥＤ２２が配置されている。白色ＬＥＤ２２は青色ＬＥＤチップの上方に蛍光体を配置した構造を有する。ＬＥＤチップの青色光の一部を吸収した蛍光体が放出する黄色の蛍光と元の青色光とが混色することにより白色の光が得られる。なお、ＬＥＤの構造は上記に限るものではなく、例えば黄色蛍光体ではなく赤色・緑色の２種類の蛍光体を用いる方式や、ＲＧＢ３色のＬＥＤチップの混色によって白色光を得る方式であっても構わない。白色ＬＥＤ２２はＬＥＤ基板３上に実装され、後述するＬＥＤ駆動回路３１に電気的に接続されている。
　白色ＬＥＤ２２と導光体２１との間にはアパーチャ２３が設けられている。ＬＥＤからの光を取り込む貫通穴２３１を有し、貫通穴２３１の側面は光を反射させるため傾斜を設けたリフレクタ形状となっている。また、導光体２１と結合する部分には、導光体２１を位置決めするための溝部２３２を有する。白色ＬＥＤ２２の出射光の配光特性は、通常半値全角が１２０度のＬａｍｂｅｒｔ分布またはそれに近い分布であるため、アパーチャ２３を設けない場合は多くの光が導光体２１に入射せず漏れ光となってしまう。アパーチャ２３を設けることで導光体２１に大部分の光を入射させ、白色ＬＥＤ２２と導光体２１との光結合効率を向上させることができる。アパーチャ２３の材料としては、白色顔料を混合した高拡散反射性樹脂や誘電体多層膜を用いたフィルム、またはアルミ等の金属が用いられる。但し、金属材を用いる場合は電極やＬＥＤ基板パターンとのショート防止のための配慮が必要である。
　導光体２１内部に入射した光は、空気と導光体２１との屈折率差により角度が変化するため、ほぼ全てが臨界角よりも大きい角度で導光体２１側面と空気との境界面に入射する。そのため境界面で全反射を起こし、外部に出ることなく導光体２１内部を伝播する。但し、光拡散パターン２１１内の拡散微粒子に当たった光は、拡散反射によって角度が変えられて全反射条件が崩れるため、その一部が導光体２１外部に放出されることになる。
　導光体２１の対向する２面は平行に形成されているため、入射した光は、光拡散パターン２１１内の拡散微粒子に衝突しない限り全反射を繰り返しながら内部を伝播してゆく。但し、導光体２１表面に加工痕などの微細な凹凸があると、全反射条件が崩れて伝播するべき光の一部が導光体２１外に放出され損失となる。従って導光体２１の表面は数μｍオーダーの面粗さで製造されることが望ましい。
　なお、ＬＥＤ２２を導光体２１の一方の端部のみに配置してもよい。この場合、導光体２１の他方の端部には、高拡散反射性樹脂や誘電体多層膜を用いたフィルムからなる反射板を設けることで、拡散微粒子に衝突せずに全反射を繰り返して端部まで伝播した光は、反射板により向きを変えて伝播を繰り返すことになる。
　伝播する途中で光拡散パターン２１１内の拡散微粒子に衝突した光は、拡散板１２を経由して液晶パネル１３の背面に入射し、バックライト光となる。光拡散パターン２１１が密な部分は伝播光が衝突してバックライト光となる確率が高く、疎な部分はその確率が低い。したがって、印刷する光拡散パターン２１１の粗密によって、出射光の局所的な輝度分布を任意に変化させることができる。
　この光をバックライト光として用いるためには、後述するエリアアクティブ制御を行わない状態、即ちＬＥＤを全点灯した状態で、拡散板１２を通過した位置で均一な輝度を得る必要がある。ある光拡散パターン２１１に対し、光学シミュレーションソフトを用いた光線追跡を行うことにより拡散板１２を透過した状態での輝度分布が得られるため、この結果を光拡散パターン２１１にフィードバックしシミュレーションを繰り返すことで、拡散板１２上で所望の輝度分布を得るために最適な導光体２１の光拡散パターン２１１を決定することができる。
　本実施形態において光源ユニット２を点灯させた状態の拡散板１２上での輝度分布を、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示す。図４Ｂは、図４ＡのＡ－Ａ’断面での輝度分布を表し、図４Ｃは、図４ＡのＢ－Ｂ’断面での輝度分布を表す。なお、拡散板１２での輝度分布形状は、液晶パネル１３を白表示、即ち全画素を開いたときの画面上での輝度分布形状と一致する。
　本実施例においては、１本の光源ユニット２を点灯させたときの輝度分布は、導光体２１の短手方向には曲線５２に示すようなＧａｕｓｓ分布（Ｇａｕｓｓｉａｎ）であり、長手方向には曲線５１に示すような山形分布、即ち中央部をピークとして両端に向かうにつれて一様に減少するような分布となっている。なお、１本の光源ユニット２の片側のみを点灯させた場合の長手方向輝度分布は、曲線５１ａ，５１ｂに示すような非対称な分布形状となっており、両方を点灯させることで５１ａ，５１ｂの和として山形分布が実現されている。
　本実施形態においては、３２本の光源ユニット２が導光体２１の短手方向に等間隔で配置されている。光源ユニット２を全て最大光束で発光させた状態でのＬＥＤバックライト１１全体の輝度分布は、全ての光源ユニット２の輝度分布の和となるため、長手方向には曲線５１で示される山形分布、短手方向には直線５３で示される一様分布となる。
　従来技術で述べたサイドエッジ型ＬＥＤバックライトにおいては、図５Ａに示すように、１つのエリアに相当する領域の拡散板１１２上での輝度分布の断面は、矩形に近い形状であった。しかし、その場合、個々の光源１０２に輝度ばらつきが発生した場合、複数の光源１０２の点灯時の拡散板１１２上の輝度は、急激に変化する。そのため画面上で輝度むらとして知覚されやすくなる。これに対し、本実施形態のようなＧａｕｓｓ分布の場合は、図５Ｂに示すように、なだらかに変化し、しかも、隣接エリアによって変化が緩和されるため、輝度むらが知覚されにくいという特長がある。従ってＬＥＤ単体の輝度ばらつきが大きい場合でも輝度むらを緩和し、ＬＥＤバックライトを安価にすることができる。
　一方、光源ユニット２の輝度分布の長手方向断面は山形分布となっており、光源ユニット２を複数本並べて得られる輝度分布の画面短辺方向断面も、画面中央部が高く上下両端に向かうにつれて低下する分布となる。液晶ＴＶやＰＣモニタ等の通常の映像表示装置に求められる画面輝度は、４５０～５００ｃｄ／ｍ２程度であるが、画面中央で４５０～５００ｃｄ／ｍ２の輝度を保ったまま周辺部輝度をその半分程度まで落としても、視聴者の眼にはさほど違和感は知覚されない。従ってこのような分布形状とすることで、所望の画面輝度を得るのに必要な光束を減らし、消費電力を低減することができる。
　さらに、本実施形態における１本の導光体２１の両端のＬＥＤ２２は、それぞれ異なるＬＥＤ駆動回路３１に接続されており、各々を独立駆動することで、導光体２１の一方のＬＥＤ２２を画面の上に配置し、導光体２１の他方のＬＥＤ２２を画面の下に配置した状態で、画面上下方向にエリアを分割したエリアアクティブ制御が可能になる。そのため、制御エリア数が導光体２１の本数の２倍になり、さらに消費電力を低減し、コントラストを向上させることができる。
　次に、ＬＥＤ駆動回路３１の構成について説明する。図６に示すように、ＬＥＤ駆動回路３１は、ＬＥＤ２２が実装されているＬＥＤ基板３上に、ＬＥＤ２２と同じ面に配置されている。ＬＥＤ基板３は両面基板であり、１つのＬＥＤ基板３に複数個のＬＥＤ２２およびＬＥＤ駆動回路３１が配置されている。ＬＥＤ基板３裏面には、ＬＥＤ２２の放熱のための熱伝導シートおよびヒートシンクが配置される。
　図７に示すように、ＬＥＤ駆動回路３１は、制御ＩＣ３１１、インダクタ３１２、転流ダイオード３１３等からなる降圧型スイッチングコンバータ回路であり、外部から入力された電圧をスイッチング動作によって降圧してＬＥＤ２２に供給している。なお、スイッチング用のＦＥＴ３１４は制御ＩＣ３１１に内蔵されている。ＬＥＤ２２に直列に接続されたセンス抵抗ＲＳＥＮの両端電圧を制御ＩＣ３１１でモニタし、降圧スイッチング動作へのフィードバックを行うことで、ＬＥＤ２２に供給される電流が一定に保たれている。
　本実施形態においては、ＬＥＤ駆動回路３１の構成を簡素な降圧型スイッチングコンバータ形式としている。他の駆動方式、例えば昇圧型コンバータやＳＥＰＩＣコンバータ等と比較して部品点数を削減し、回路を小型化することができる。また、本駆動回路３１において最も大きな部品はインダクタ３１２であるが、出力電力が等しい場合、降圧駆動回路のインダクタンス値はスイッチング周波数が高いほど小さくできるため、回路の小型化のためには降圧動作のスイッチング周波数をできるだけ高くする必要がある。出力電力を１～２Ｗとすると、スイッチング周波数は５００ｋＨｚ以上であることが望ましい。本実施形態では１．４ＭＨｚのスイッチング周波数で降圧動作を行っている。駆動回路の実装面積は２０ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍと小型であり、映像表示装置１の側面のスペースを利用して、ＬＥＤ２２と同一の基板３上に搭載することが可能になっている。
　制御ＩＣ３１１にはイネーブル端子ＥＮＡが存在し、本端子に外部からディジタル信号を与えることでスイッチング動作の動作／停止を瞬時に切り替えることができる。各ＬＥＤ駆動回路３１のイネーブル端子は外部の制御基板に接続されており、制御基板のＦＰＧＡから０％から１００％までの任意のデューティのＰＷＭ信号を送信することにより、各光源ユニット２の調光を行うことができる。このＰＷＭ信号の周波数は、低すぎると調光時にチラつきとして知覚され、高すぎるとスイッチング周波数との差が小さくなりＰＷＭの分解能が低下する。望ましい周波数範囲としては２００Ｈｚから１ｋＨｚ程度であると考えられる。
　エリアアクティブ制御を行う場合、光源であるＬＥＤ２２を個別に駆動するためそれぞれに独立なＬＥＤ駆動回路３１を設ける必要がある。そのためＬＥＤ駆動回路３１とＬＥＤ２２とを接続する配線の本数が多くなって煩雑となる傾向がある。また、ＰＷＭによるＬＥＤ２２の駆動を行う場合、ＬＥＤ２２に流れる大電流が頻繁にオン／オフを繰り返すことにより、電磁ノイズの発生も懸念される。本実施形態においては、小型のＬＥＤ駆動回路３１をＬＥＤ２２と同一の基板上に配置することにより、ＬＥＤ駆動回路３１とＬＥＤ２２との配線をＬＥＤ基板３上に最短距離で形成することができる。従って、多数の配線の接続が煩雑となり、また電磁ノイズの発生を最小限に抑えることができる。但し、制御基板と各ＬＥＤ駆動回路３１のイネーブル端子とを接続するＰＷＭ信号線は、ＬＥＤ駆動回路３１の個数分だけ独立に送信してやる必要がある。
　続いて、本実施形態におけるエリアアクティブ制御の動作について、再び図２を参照しながら説明する。図２において、チューナもしくは他の機器から入力された信号を復号して得られたＲＧＢ各１０ｂｉｔのディジタル信号は、映像回路基板１７内の映像信号処理回路１７１に送られる。映像信号処理回路１７１では、この信号を液晶パネル１３に表示するのに適した信号に変換して制御回路基板４内のエリアアクティブ制御回路４１に送信する。伝送時の信号品位を保つため、両回路間の信号伝送はＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）形式で行われ、送信部および受信部にはそれぞれＬＶＤＳトランスミッタおよびＬＶＤＳレシーバが用いられる。
　制御回路基板４内には、光源ユニット２の各種パラメータを記憶するメモリ４２が設けられている。エリアアクティブ制御回路４１は、入力されたＲＧＢ各１０ｂｉｔのディジタル信号を解析し、メモリ４２を参照しながら後述する手順によって３２本のＰＷＭ信号およびＲＧＢ各１０ｂｉｔの補正後映像信号を生成する。ＰＷＭ信号はＬＥＤ基板３に送信され、各ＬＥＤ駆動回路３１のイネーブル端子に入力される。このイネーブル端子によって、ＬＥＤ駆動回路３１のスイッチングコンバータとしての動作／停止が切り替わるようになっている。従って、このＰＷＭ信号のデューティを０％から１００％まで変化させることによって、ＬＥＤを全消灯から全点灯まで任意に調光することができる。
　また、補正後映像信号は、液晶コントローラ１８に送信された後、適切なタイミングで液晶パネル１３上の図示しないソースドライバおよびゲートドライバに送信され、画像として液晶パネル上に表示される。なお、映像信号処理回路１７１やエリアアクティブ制御回路４１内で演算を行う間に信号の遅延が生じるが、ＬＥＤバックライト１１の輝度変化と液晶パネル１３の映像表示との間に時間差が生じないように、各回路内で各信号の遅延量が制御されている。
　映像信号処理回路１７１やエリアアクティブ制御回路４１は、映像信号の伝送速度に合わせたリアルタイムの高速演算および多数の入出力端子が必要であるため、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって実現するのが適している。
　エリアアクティブ制御におけるＰＷＭ信号および補正後映像信号の具体的な生成手順について説明する。基本的なアルゴリズムについては、従来の特許文献で開示されている計算方法を用いることができる。但し、本実施形態では光源ユニット２の拡散板１２上輝度分布をＧａｕｓｓ分布となるよう設計しているため、その影響で多少の修正が必要となる。以下では計算手順の一例を示すが、これに限定されるものではなく、バックライトの構成その他に応じて種々の変更を加えることができる。
　画面中央を原点とし、画面左右方向即ち導光体２１の短手方向にｘ軸、画面上下方向即ち導光体２１の長手方向にｙ軸をとる。本実施形態では、ｙ軸方向の輝度分布は山形分布であり、かつ上下２つのエリアに別れているが、以下の計算では簡単のためｙ軸方向の輝度分布は一様であるとする。
　ｘ＝ｘｎの位置に存在する光源ユニットを点灯させたときの画面上輝度分布は、下式のＧａｕｓｓ分布となる。
　　Ｇｎ（ｘ）＝Ｋｎ・ｅｘｐ（－（ｘ－ｘｎ）２／（２σ２））
　但し、σはＧａｕｓｓ分布の標準偏差、即ち光源の広がりを表す。ＫｎはＧｎ（ｘｎ）で与えられるＧａｕｓｓ分布のピーク値であり、光源および導光体の光拡散パターンが同一であればｘｎにかかわらず一定となる。
　ここで、ｘ－ｘｎが大きい（光源から離れた）領域では、Ｇ（ｘ）の値は極めて小さな値となるので、計算の際は無視して構わない。無視できる範囲は、ＬＥＤの調光に用いるＰＷＭの分解能などから決定される。例えば、ＰＷＭ分解能を８ｂｉｔ即ち１／２５６とした場合、その半分の１／５１２を下回る数値は微小であり０と見なしても全体に影響を与えないとして計算を打ち切ることができる。これによって一つの光源に対して演算を行う画面上の領域が決まる。これをその光源に対する演算エリアと呼ぶ。
　ＬＥＤバックライト全体の輝度分布は、全ての光源ユニットの輝度分布の総和となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　原画像がＲＧＢ各ｍ－ｂｉｔの信号Ｐ０Ｒ（ｘ，ｙ），Ｐ０Ｇ（ｘ，ｙ），Ｐ０Ｂ（ｘ，ｙ），として与えられたとき、まず各画素のＲＧＢのうちの最大値を抽出し、最大値（２ｍ－１）を１として正規化する。これを各画素の明度値Ｐ０（ｘ，ｙ）と呼ぶ。
　各光源について輝度削減係数を求める。最初の画素の明度Ｐ０（ｘ，ｙ）が０．５であった場合、この画素の明度を補正により１にすると仮定すると、バックライト光は少なくとも初期値の０．５倍まで落とせる余地があることになる。従って、その画素を演算エリア内に含む全ての光源の輝度削減係数を０．５と置く。次の画素の明度を求め、その画素を演算エリア内に含む全ての光源の輝度上昇係数を書き換える。輝度削減係数がもし前の値より大きい値であれば輝度削減係数を書き換え、等しいか小さい場合は前の値のままにする。
　これを画面上の全ての画素に対して順に計算し、光源の輝度削減係数を順次書き換えてゆく。
　全画素のスキャンが完了したときの各光源の輝度上昇係数の値Ｒｎが、光源に許される輝度削減率となる。この輝度削減率に基づいて各光源のＰＷＭ調光を行った場合、バックライト全体の輝度分布は下式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
この調光後バックライト輝度と補正後画像との合成画像が原画像と等しくなる必要から、補正後のＲＧＢ画像データのうちＲについては下式で求められる。
　　Ｐ１Ｒ（ｘ，ｙ）＝Ｐ０Ｒ（ｘ，ｙ）／Ｌ１（ｘ）
　また、Ｐ１Ｇ（ｘ，ｙ），Ｐ１Ｂ（ｘ，ｙ）も同様である。
　各光源の消費電力が全て等しい場合、この演算によって得られた結果を適用した場合の消費電力削減率は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
で求められる。
　実際の映像表示装置においては、各光源のＧａｕｓｓ分布を毎回計算すると演算量が非常に多くなり、映像信号に合わせたリアルタイム処理が困難となる。演算量を削減するため、光源ユニットの輝度分布に関する情報をメモリに記憶させておき、演算時に適宜参照することが望ましい。例えば、各光源の位置ｘｎ、Ｇａｕｓｓ分布のσ値や演算エリア等に相当するパラメータを記憶させ、さらにｘ＝０のＧａｕｓｓ分布に相当するＬＵＴ（Ｌｏｏｋ　Ｕｐ　Ｔａｂｌｅ）をメモリ内に作成しておき、ｘの値をシフトしながら適宜参照する等の手法を用いることができる。
　また、本実施形態ではｙ軸方向の輝度分布も一様ではなく、上下それぞれ非対称な分布形状となっているが、この分布形状についても左右方向と同様に数値化し、ＬＵＴとしてメモリに記憶させておくなどの追加処置が必要となる。
　なお、輝度削減係数を計算する上記手順は、取り得る最小の値を与えるものではないため、計算手順の工夫によってさらに値を下げる余地が存在する。例えば、演算結果を初期の値に戻して繰り返し演算を行うことにより、さらに低い消費電力削減量Ｄの値が得られる。このようなより高度な演算を行うかどうかは、映像信号の信号周波数と用いるエリアアクティブ制御回路の演算能力との関係を考慮して調整することができる。
　エリアアクティブ制御後の輝度分布を図８に示す。図８は、図４ＡのＡ－Ａ’断面の輝度分布を示す。各光源ユニット２を最大としたときの曲線６１に示す輝度分布に対し、エリアアクティブ制御により、曲線６２に示すように変化し、その結果、ＬＥＤバックライト全体の輝度分布は、曲線６３に示すようになる。
　効果を定量的に把握するため、エリアアクティブ制御を行う場合の、行わない場合に対する消費電力削減率を計算した。自然映像１９枚、人工画像６枚からなるテスト画像２５枚を用いて、分割数を変えて上記の計算を行い、消費電力低減率の平均値を求めた。結果を、図９に示す。
　分割数が比較的少ない範囲では分割数を増やすと消費電力低減効果が高まるが、さらに分割数を増やすと次第に頭打ちになる。今回の条件では、分割数を１４から２８に増加させると消費電力低減率は３．２ポイント増加するが、さらに６４まで増加させても低減率は２．０ポイントしか上乗せされなかった。分割数を増やすほど光源の個数が増加し高価となる事を考慮すると、本実施形態のような１次元Ｇａｕｓｓ分布を前提とする場合では１６～６４分割程度がコストパフォーマンス的に好適であると考えられる。
　なお、本実施形態のような１次元Ｇａｕｓｓ分布は、同じエリア分割数で比較すると縦横いずれにもＧａｕｓｓ分布とした場合（いわゆる２次元Ｇａｕｓｓ分布）よりも消費電力低減効果は大きくなる。例えば、縦４×横７エリアの２次元Ｇａｕｓｓ分布よりも縦１×横２８エリアの１次元Ｇａｕｓｓ分布の方が消費電力は低くできる。これはエリア同士の重なり部分が単純であることに起因すると考えられる。
　一方で、より明確にエリア間を区切る擬似矩形分布と比較すると、１次元Ｇａｕｓｓ分布の方が消費電力低減効果は小さい。但し、先に述べたように１次元Ｇａｕｓｓ分布の方がＬＥＤの輝度バラつきや光源ユニットの組立誤差に対する許容度が高いので、映像表示装置の低価格化の面では有利となる。
　なお、上記の説明では、エリアアクティブ制御の演算を映像信号処理回路とは別体のＦＰＧＡまたはＡＳＩＣで処理することを前提にしていたが、この演算を前段の映像信号処理回路内部に取り込んで１チップ化することも可能である。なお、映像信号処理回路内部では、ガンマ補正や倍速駆動などの様々な画像処理を行っている。これらについての説明は省略したが、映像信号処理回路内部でエリアアクティブ制御を行う場合であっても、従来の映像表示装置と同様にこれらの画像処理を行うことが可能である。
　上記構成の映像表示装置によれば、
　互いに間隔をおいて配置される複数の光源ユニット２と、
　上記各光源ユニット２に個別に電流を供給し上記各光源ユニット２を発光させる駆動回路３１と、
　上記光源ユニット２からの光を利用して映像を表示する表示画面（液晶パネル１３）と
を備え、
　上記光源ユニット２は、上記表示画面の背面に配置され、少なくとも一つの導光体２１と、各導光体２１に個別に設けられこの導光体２１に光を出射する少なくとも一つの光源（白色ＬＥＤ２２）とを有し、
　上記導光体２１は、上記光源から入射されて全反射により上記導光体２１内部を導光された光を上記表示画面方向に出射する光散乱部（光拡散パターン２１１）を有し、
　上記駆動回路３１は、上記表示画面に表示する映像に応じて、上記各光源ユニット２を制御し上記各光源ユニット２から発光される光束を個別に調整して、上記表示画面の画面輝度を変化させる。
　したがって、複数の光源ユニット２（導光体２１）を用いることで、隣接する光源ユニット２によって各光源ユニット２の輝度変化が緩和され、各光源の輝度ばらつきが大きい場合でも、輝度むらを緩和でき、光源を安価にできる。また、駆動回路３１により各光源ユニット２を独立駆動することで、エリアアクティブ制御が可能になり、消費電力を低減し、コントラストを向上できる。
　このように、従来の直下型およびサイドエッジ型のいずれよりも安価に、実用的なエリアアクティブ制御を行うことが可能となり、薄型でありながら低価格でかつ高コントラストで低消費電力の映像表示装置を実現することができる。
　また、上記光散乱部は、光散乱性を有する粒子を上記導光体２１の表面に印刷することにより形成されているので、印刷によって導光体２１表面に光拡散構造を容易に形成できるため、光源が安価となり、低価格な映像表示装置を実現することができる。
　また、上記導光体２１の両端面のそれぞれに、少なくとも一つの上記光源が配置され、上記各光源から発光される光束は、上記駆動回路３１によって、個別に制御されているので、導光体２１の両端面に光源を配置して独立駆動することで制御エリア数を２倍に増やし、エリアアクティブ制御のコントラスト向上および消費電力低減効果をより高めることができる。
　また、上記駆動回路３１は、降圧型スイッチングコンバータ回路であるので、駆動回路３１自体の面積を小さくし、多数の光源を独立駆動する場合でも駆動回路３１の価格を抑えることができる。
　また、上記光源と上記駆動回路３１とは、同一の基板３上に実装されているので、小型の駆動回路３１を光源と同一基板に実装することで、基板面積および接続部材を削減することができる。また、駆動回路３１と光源との配線距離が短くなるため、駆動電流のオン／オフによるノイズの発生が抑えられる。
　また、上記導光体２１は、一方向に延在し、上記複数の光源ユニット２は、一方向に直交する他方向に配列され、一つの上記光源ユニット２を発光させた状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記他方向に、略ガウス分布となっているので、光源ユニット２単体の輝度分布をガウス分布とすることで、光源の輝度バラつきや光源ユニット２の取り付け位置ずれが発生しても画面上で輝度むらが目立たなくなる。従って、光源の輝度ランクによる選別が不要になるとともに組立容易性を高めることができる。
　また、上記輝度分布の形状に関する情報は、上記表示画面に映像を表示する信号を処理する映像回路（映像信号処理回路１７１）内に保持されているので、光源ユニット２の輝度分布に関する情報を映像回路側で保有することで、エリアアクティブ制御に必要なバックライト輝度分布の計算と補正画像の生成とを精度よく高速に行うことができる。
　また、全ての上記光源ユニット２から発光される光束を最大とした状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記表示画面の縦横いずれか一方もしくは両方において、中央部を最大とし端部（周辺部）に向かうにつれて低下するような分布形状であるので、画面中央部のピーク輝度を保ったまま端部の輝度を落とすことで、映像表示装置の消費電力をさらに低減し、エリアアクティブ制御による消費電力低減効果を一層強化することができる。
　また、上記構成の面光源装置（ＬＥＤバックライト１１）によれば、上記複数の光源ユニット２と上記駆動回路３１とを備え、上記光源ユニット２は、上記導光体２１と上記光源とを有し、上記導光体２１は、上記光散乱部を有し、上記駆動回路３１は、上記各光源ユニット２を制御し上記各光源ユニット２から発光される光束を個別に調整するので、複数の光源ユニット２（導光体２１）を用いることで、隣接する光源ユニット２によって各光源ユニット２の輝度変化が緩和され、各光源の輝度ばらつきが大きい場合でも、輝度むらを緩和でき、光源を安価にできる。また、駆動回路３１により各光源ユニット２を独立駆動することで、エリアアクティブ制御が可能になり、消費電力を低減し、コントラストを向上できる。
　（第２の実施形態）
　図１０は、この発明の映像表示装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、導光体を２本用いて一つの光源ユニットを構成する点が相違する。上記第１の実施形態と同じ構成要素については図面上で同じ記号を付し、説明は省略する。
　図１０に示すように、光源ユニット２Ａでは、２本の導光体２１は、互いに平行に配列され、２本の導光体２１の各端面には、アパーチャ２３が取り付けられている。一つのアパーチャ２３は、一方の導光体２１の端面と他方の導光体２１の端面とを、同時に、固定している。
　光源である白色ＬＥＤ２２は、各導光体２１の両端面にそれぞれアパーチャ２３を介して配置されている。両ＬＥＤ２２の発光中心は、導光体２１の長手方向中心軸に対して互いに反対方向にずらした位置に配置される。これにより、ＬＥＤ２２からの出射光が対向するＬＥＤ２２に入ることによるロスを削減できる。
　各導光体２１の両端のＬＥＤ２２は異なるＬＥＤ駆動回路３１に接続されており、それぞれを独立駆動することで、上下方向にエリアを分割したエリアアクティブ制御が可能になる。
　一方の導光体２１の光拡散パターン２１１と他方の導光体２１の光拡散パターン２１１とは、互いに異なる。両方の導光体２１の両端に配置されている計４個のＬＥＤ２２はそれぞれ独立駆動可能である。
　本実施形態において光源ユニット２Ａを点灯させた状態の拡散板１２上での輝度分布を、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示す。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ－Ａ’断面での輝度分布を表し、図１１Ｃは、図１１ＡのＢ－Ｂ’断面での輝度分布を表す。なお、拡散板１２での輝度分布形状は、液晶パネル１３を白表示、即ち全画素を開いたときの画面上での輝度分布形状と一致する。
　一つの光源ユニット２Ａにおける４個のＬＥＤ２２を単独で点灯させた状態での拡散板１２上の輝度分布は、曲線８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄに示すようになっている。これら合計４個のＬＥＤ２２を点灯させた状態で、曲線８１に示す所望の山形輝度分布となるよう設計されている。この構成により、上下方向に４つの独立した制御エリアを設けることができる。
　一つの光源ユニット２Ａを点灯させたときの輝度分布は、導光体２１の短手方向には曲線８２に示すようなＧａｕｓｓ分布（Ｇａｕｓｓｉａｎ）であり、全ての光源ユニット２Ａを点灯させたときの輝度分布は、短手方向には直線８３で示される一様分布となる。
　エリアアクティブ制御の演算処理手順は、基本的には上記第１の実施形態で説明したものと同様である。但し、上記第１の実施形態では上下方向に２分割がされていたのに対し、本実施形態では上下方向に４分割されているため、エリアアクティブ制御によりさらに消費電力を低減し、コントラストを向上させることができる。
　（第３の実施形態）
　図１２は、この発明の映像表示装置の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、導光体の印刷パターン（光拡散パターン）を画面中央部と画面周辺部とで変化させる点が相違する。上記第１の実施形態と同じ構成要素については図面上で同じ記号を付し、説明は省略する。
　図１２は、ＬＥＤバックライト１１の拡散板１２上輝度分布の水平方向（画面左右方向）断面図を示す。光源ユニット２（導光体２１）は、画面中央部から画面周辺部に向かうにつれて少しずつ配置間隔が広がるように、並べられている。また、導光体２１の光拡散パターン２１１もそれぞれ異なるパターンとなっており、画面中央部から画面周辺部に向かうにつれてＧａｕｓｓ分布のσ値が大きくなるように設計されている。個々のＬＥＤ２２の全光束が等しく、同じ電流値・ＰＷＭ値で点灯させる場合、σ値が大きいＧａｕｓｓ分布のピークは低くなる。従って、各光源ユニット２の曲線９１に示す輝度分布を全て足し合わせて、ＬＥＤバックライト１１全体の輝度分布を求めると、曲線９２で示されるような山形分布となる。
　本実施形態では、先の実施形態と異なり画面の上下方向だけでなく左右方向にも山形分布とすることができる。画面の中央部の輝度を４５０～５００ｃｄ／ｍ２に保ったまま、画面の上下左右全ての輝度を違和感のない範囲で下げられるので、ＬＥＤバックライトとしての消費電力をさらに低減することが可能になる。
　個々の光源ユニット２の発光光束を制御してエリアアクティブ制御を行う。エリアアクティブの計算手順は、基本的には第１の実施形態と同様である。但し、個々の光源ユニット２の輝度分布が異なるため、それらの輝度分布に関するパラメータまたはＬＵＴを別々にメモリに記憶させておく必要がある。
　つまり、表示画面の中央部に配置される導光体２１における光散乱部の配列パターンは、表示画面の端部（周辺部）に配置される導光体２１における光散乱部の配列パターンと異なるので、画面中央部と画面端部とで導光体２１の光拡散粒子のパターンを変えることによって、導光体２１の長手方向だけでなく短手方向の画面輝度分布を制御することができる。これにより、光源から取り出し可能な光を無駄にすることなく消費電力を低減することができる。
　なお、このような山形の輝度分布形状を形成する別の方法として、例えば直下型のＬＥＤバックライト１１において、画面左右に配置した光源ユニット２のＬＥＤ２２に流す電流値やＰＷＭ駆動のデューティ値を変えることによって左右部分の輝度を落とすという方法が考えられる。しかしその場合、周辺部のＬＥＤ２２は常に低い電流値またはＰＷＭデューティ値で発光していることになるため、性能面で無駄が発生してしまう。一方、上記で述べたような光拡散パターン２１１によって実現する方法では、周辺部の輝度を落とすことで節約された光束は中央部の輝度向上に寄与することになるため、ＬＥＤバックライト１１全体として光束を有効活用でき、最小限のＬＥＤ個数で必要な画面輝度を得ることが可能となる。換言すれば、映像表示装置として必要な画面輝度を達成しながら、より安価な構成とすることができる。
　上記のように、本実施形態では導光体２１の光拡散パターン２１１と配置間隔を個別に変化させることで、安価な構成でありながら消費電力をさらに低減することが可能となる。
　なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態においては、ＬＥＤバックライトの光源として白色ＬＥＤを用いていたが、映像信号の各色に対応するＲＧＢ３色の光源を用いて、３色それぞれ独立にエリアアクティブ制御を行うことも可能である。その場合、白色でのエリアアクティブ制御よりも高い消費電力低減効果が得られる。
　これらの実施形態では、印刷による光拡散パターンによって光源ユニット輝度分布を制御できるため、上に述べたＧａｕｓｓ分布や擬似矩形分布の他、必要に応じて任意の輝度分布形状に設定することができる。例えば、画面の端に配置した光源ユニットは、シャーシ側面での反射光の影響を受けて中央部分と異なる輝度分布となるが、この側面での反射の影響を計算に入れて端の光源ユニットの印刷パターンを中央部と異なるパターンとすることも可能である。
　また、本発明では主に液晶テレビやＰＣ用モニタとして用いられる映像表示装置について述べたが、他の装置にも応用することができる。応用例としてサインボード、公共表示板、交通標識などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、本実施形態で述べたＬＥＤバックライトは、映像表示装置の一部として組み込まれた形で用いるだけでなく、既存の映像表示装置への載せ替え用途などに向けて単独でモジュールや部品の形態で活用することも可能である。
　１　映像表示装置
　１１　ＬＥＤバックライト（面光源装置）
　１２　拡散板
　１３　液晶パネル（表示画面）
　１４　前キャビネット
　１５　シャーシ
　１６　スタンド
　１７　映像回路基板
　１７１　映像信号処理回路
　２，２Ａ　光源ユニット
　２１　導光体
　２１１　光拡散パターン（光散乱部）
　２２　白色ＬＥＤ（光源）
　２３　アパーチャ
　３　ＬＥＤ基板
　３１　ＬＥＤ駆動回路
　４　制御回路基板
　４１　エリアアクティブ制御回路

Claims (10)

  1. 　互いに間隔をおいて配置される複数の光源ユニットと、
    　上記各光源ユニットに個別に電流を供給し上記各光源ユニットを発光させる駆動回路と、
    　上記光源ユニットからの光を利用して映像を表示する表示画面と
    を備え、
    　上記光源ユニットは、上記表示画面の背面に配置され、少なくとも一つの導光体と、各導光体に個別に設けられこの導光体に光を出射する少なくとも一つの光源とを有し、
    　上記導光体は、上記光源から入射されて全反射により上記導光体内部を導光された光を上記表示画面方向に出射する光散乱部を有し、
    　上記駆動回路は、上記表示画面に表示する映像に応じて、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整して、上記表示画面の画面輝度を変化させることを特徴とする映像表示装置。
  2. 　請求項１に記載の映像表示装置において、
    　上記光散乱部は、光散乱性を有する粒子を上記導光体の表面に印刷することにより形成されていることを特徴とする映像表示装置。
  3. 　請求項１または２に記載の映像表示装置において、
    　上記導光体の両端面のそれぞれに、少なくとも一つの上記光源が配置され、
    　上記各光源から発光される光束は、上記駆動回路によって、個別に制御されていることを特徴とする映像表示装置。
  4. 　請求項１から３の何れか一つに記載の映像表示装置において、
    　上記駆動回路は、降圧型スイッチングコンバータ回路であることを特徴とする映像表示装置。
  5. 　請求項１から４の何れか一つに記載の映像表示装置において、
    　上記光源と上記駆動回路とは、同一の基板上に実装されていることを特徴とする映像表示装置。
  6. 　請求項１から５の何れか一つに記載の映像表示装置において、
    　上記導光体は、一方向に延在し、上記複数の光源ユニットは、上記一方向に直交する他方向に配列され、
    　一つの上記光源ユニットを発光させた状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記他方向に、略ガウス分布となっていることを特徴とする映像表示装置。
  7. 　請求項６に記載の映像表示装置において、
    　上記輝度分布の形状に関する情報は、上記表示画面に映像を表示する信号を処理する映像回路内に保持されていることを特徴とする映像表示装置。
  8. 　請求項１から７の何れか一つに記載の映像表示装置において、
    　全ての上記光源ユニットから発光される光束を最大とした状態における上記表示画面上の輝度分布は、上記表示画面の縦横いずれか一方もしくは両方において、中央部を最大とし端部に向かうにつれて低下するような分布形状であることを特徴とする映像表示装置。
  9. 　請求項１から８の何れか一つに記載の映像表示装置において、
    　上記光散乱部は、上記導光体の長手方向に互いに間隔をおいて複数配列され、
    　上記表示画面の中央部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンは、上記表示画面の端部に配置される上記導光体における上記光散乱部の配列パターンと異なることを特徴とする映像表示装置。
  10. 　互いに間隔をおいて配置される複数の光源ユニットと、
    　上記各光源ユニットに個別に電流を供給し上記各光源ユニットを発光させる駆動回路と
    を備え、
    　上記光源ユニットは、少なくとも一つの導光体と、各導光体に個別に設けられこの導光体に光を出射する少なくとも一つの光源とを有し、
    　上記導光体は、上記光源から入射されて全反射により上記導光体内部を導光された光を一方向に出射する光散乱部を有し、
    　上記駆動回路は、上記各光源ユニットを制御し上記各光源ユニットから発光される光束を個別に調整することを特徴とする面光源装置。
PCT/JP2009/069927 2008-12-01 2009-11-26 映像表示装置および面光源装置 WO2010064568A1 (ja)

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5602616B2 (ja) * 2010-12-28 2014-10-08 株式会社林技術研究所 照明装置
WO2012124080A1 (ja) * 2011-03-16 2012-09-20 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 液晶表示装置
JP4815023B1 (ja) * 2011-05-10 2011-11-16 株式会社エス・ケー・ジー 照明装置
JP6450591B2 (ja) 2012-06-14 2019-01-09 サターン ライセンシング エルエルシーＳａｔｕｒｎ Ｌｉｃｅｎｓｉｎｇ ＬＬＣ 表示装置、表示方法、プログラム、及びテレビジョン受像機

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055675A (ja) * 1999-09-17 2002-02-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像表示装置
JP2002216525A (ja) * 2001-01-18 2002-08-02 Mitsubishi Electric Corp 面照明装置
JP2008034372A (ja) * 2006-06-30 2008-02-14 Toshiba Corp 照明装置及び液晶表示装置
JP2008102499A (ja) * 2006-09-20 2008-05-01 Seiko Epson Corp 画像表示装置及び画像表示方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04172401A (ja) * 1990-11-06 1992-06-19 T T T:Kk 表示装置
JP2001092370A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 照明装置とそれを用いた表示装置および表示装置の駆動方法と液晶表示パネル
JP4440062B2 (ja) * 2004-10-08 2010-03-24 シャープ株式会社 照明装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055675A (ja) * 1999-09-17 2002-02-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像表示装置
JP2002216525A (ja) * 2001-01-18 2002-08-02 Mitsubishi Electric Corp 面照明装置
JP2008034372A (ja) * 2006-06-30 2008-02-14 Toshiba Corp 照明装置及び液晶表示装置
JP2008102499A (ja) * 2006-09-20 2008-05-01 Seiko Epson Corp 画像表示装置及び画像表示方法

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