JP4803069B2 - 光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯領域を有する光源装置、およびそのような光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

近年、液晶ＴＶやプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）に代表されるようにディスプレイの薄型化が流れとしてあり、なかでもモバイル用ディスプレイの多くは液晶系であり、忠実な色の再現性が望まれている。また、液晶パネルのバックライトは蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）タイプが主流であるが、環境的に水銀レスが要求されてきており、ＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等が有望視されている。

このようなＬＥＤを用いたバックライト装置としては、例えば特許文献１，２に示したようなものが提案されている。ここで、特許文献１に示されたＬＥＤバックライト装置は、外光を検出することにより、周囲の環境の明るさに応じてバックライト装置全体の輝度レベルを変化させるようにしたものである。一方、特許文献２に示されたＬＥＤバックライト装置は、液晶パネルの動画応答性を高めるため、光源部を複数の部分点灯部に分割して構成すると共にこれら複数の部分点灯部が順次点灯動作を行うようにすることにより、いわゆる黒挿入処理を行うようにしたものである。

特開２００６−１４５８８６号公報 特開２００６−２４３２８３号公報

ところで、このようなＬＥＤバックライト装置では、照明光を検出すると共にこの検出値に基づいてＬＥＤの発光量を制御することにより、照明光の輝度変動を抑えることができるようになっている。なお、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤ等の複数種類のＬＥＤを用い、複数の色光を混合して特定の色光を得る加法混色方式のバックライト装置の場合には、照明光の輝度に加え、照明光の色度についても、同様のフィードバックシステムによって変動が抑えられるようになっている。

ところが、受光素子を用いたフィードバックシステムによりＬＥＤの発光量を制御する場合、複数の部分点灯部を用いて点灯動作を行うバックライト装置では、受光素子により得られた受光信号のサンプリングを行うタイミングによって信号値が異なり、照明光の検出精度が低下してしまうという問題があった。

具体的には、通常、受光素子は複数の部分点灯部からなる検出領域に対して１つ設けられている。また、通常はこの検出領域内で全ての部分点灯部が点灯している（全体点灯状態）が、照明光の輝度や色度調整のために受光信号をサンプリングする際には、検出領域内で１つの部分点灯部のみを点灯させて（部分点灯状態）その部分点灯部からの光をサンプリングするようになっている。さらに、通常、各部分点灯部における発光輝度（発光量）は、パルス信号を用いてＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）制御されるようになっている。したがって、全体点灯状態の期間（全体点灯期間）と部分点灯状態の期間（部分点灯期間）とでは受光信号の大きさが異なるため、部分点灯部の発光輝度が高い場合（パルス信号の幅が広い場合）には、全体点灯期間で得られた受光信号と部分点灯期間で得られた受光信号とが互いに干渉してしまう場合がある。そのような場合、取得した受光信号をサンプリングするタイミングによって信号値が異なってしまい、照明光の検出精度が低下してしまうことになる。

このように従来の技術では、複数の部分点灯部を用いて部分点灯動作を行う光源装置において、照明光の検出精度を向上させるのが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、部分点灯動作を行う光源装置において、照明光の検出精度を向上させることが可能な光源装置、およびそのような光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。

本発明の光源装置は、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部を有する光源部と、駆動手段と、光源部からの光を受光する受光素子と、サンプリング手段とを備えたものである。ここで、上記駆動手段は、複数の部分点灯部の全てが点灯する全体点灯期間と複数の部分点灯部のうちの一部の部分点灯部のみが点灯する部分点灯期間とが時間軸に沿って混在するように上記光源部をパルス信号を用いて時分割により駆動するものである。また、上記サンプリング手段は、受光素子により得られた受光信号を部分点灯期間内のタイミングでサンプリングするものである。さらに、上記駆動手段は、全体点灯期間から部分点灯期間へ移行する直前に発生するパルス信号の幅が所定の閾値以下となるように制御するものである。

本発明の液晶表示装置は、光を発する照明手段と、この照明手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルとを備え、上記照明手段が、上記光源部と、上記駆動手段と、上記受光素子と、上記サンプリング手段とを有するようにしたものである。

本発明の光源装置および液晶表示装置では、全体点灯期間と部分点灯期間とが時間軸に沿って混在するように光源部がパルス信号により時分割で駆動され、この光源部からの光が受光素子により受光される。そして全体点灯期間から部分点灯期間へ移行する直前に発生するパルス信号（直前パルス信号）の幅が所定の閾値以下となるように制御されたうえで、受光素子により得られた受光信号が部分点灯期間内のタイミングでサンプリングされる。したがって、部分点灯部の発光輝度が高くなるように設定された場合（上記直前パルス信号の幅が閾値よりも広くなるように設定された場合）であっても、直前パルス信号の幅が強制的に閾値以下とされるため、全体点灯期間で得られた受光信号とその直後の部分点灯期間で得られた受光信号との間での干渉が回避される。よって、部分点灯期間での受光信号の信号値が、部分点灯期間内でのサンプリングするタイミングによらず、ほぼ一定となる。

本発明の光源装置では、上記駆動手段が、サンプリング手段によりサンプリングされた部分点灯期間での受光信号を基に、各部分点灯部の発光量がそれぞれ一定に保たれるように制御してもよい。このように構成した場合、サンプリングするタイミングによらず値がほぼ一定に保たれた部分点灯期間での受光信号に基づいて各部分点灯部の発光量がそれぞれ制御されるため、発光量を一定に保つ精度が向上する。また、上記駆動手段が、サンプリング手段によりサンプリングされた部分点灯期間での受光信号を基に上記一部の部分点灯部の発光量がそれぞれ一定に保たれるように制御すると共にこの一部の部分点灯部が複数の部分点灯部内で循環するように光源部を駆動するようにしてもよい。このように構成した場合も、サンプリングするタイミングによらず値がほぼ一定に保たれた部分点灯期間での受光信号に基づいて上記一部の部分点灯部の発光量がそれぞれ制御されるため、発光量を一定に保つ精度が向上する。また、このように発光量の制御対象である上記一部の部分点灯部が上記複数の部分点灯部内で循環するため、全ての部分点灯部が自己の照明光に基づき発光量の制御がなされることとなり、各部分点灯部に対するきめ細やかな発光量制御が可能となり、光源部全体として発光量を一定に保つ精度がより向上する。

本発明の光源装置では、上記駆動手段が、パルス信号の周波数が高くなるのに応じて上記閾値がより小さくなるように設定するのが好ましい。このように構成した場合、パルス信号の周波数が変動しても対応することが可能となり、周波数が高くなった場合でも、全体点灯期間での受光信号と部分点灯期間での受光信号との間の干渉が回避される。

本発明の光源装置または液晶表示装置によれば、全体点灯期間と部分点灯期間とが時間軸に沿って混在するように光源部をパルス信号により時分割で駆動すると共にこの光源部からの光を受光素子により受光し、全体点灯期間から部分点灯期間へ移行する直前に発生するパルス信号（直前パルス信号）の幅を所定の閾値以下としたうえで受光素子により得られた受光信号を部分点灯期間内のタイミングでサンプリングするようにしたので、部分点灯部の発光輝度が高くなるように設定された場合（上記直前パルス信号の幅が閾値よりも広くなるように設定された場合）であっても、全体点灯期間で得られた受光信号とその直後の部分点灯期間で得られた受光信号との間での干渉を回避することができる。よって、部分点灯期間での受光信号の信号値を、部分点灯期間内でのサンプリングするタイミングによらずにほぼ一定とすることができ、部分点灯動作を行う光源装置において、照明光の検出精度を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置（液晶表示装置３）の全体構成を表すものである。この液晶表示装置３は、透過光を表示光Ｄoutとして出射するいわゆる透過型の液晶表示装置であり、本発明の一実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置１と、透過型の液晶表示パネル２とを含んで構成されている。

液晶表示パネル２は、透過型の液晶層２０と、この液晶層２０を挟む一対の基板、すなわちバックライト装置１側の基板であるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２１１およびこれに対向する基板である対向電極基板２２１と、これらＴＦＴ基板２１１および対向電極基板２２１における液晶層２０と反対側にそれぞれ積層された偏光板２１０，２２０とから構成されている。

また、ＴＦＴ基板２１１にはマトリクス状の画素が構成され、各画素にはＴＦＴなどの駆動素子を含む画素電極２１２が形成されている。

バックライト装置１は、複数の色光（この場合、赤色光、緑色光および青色光）を混合して特定の色光（この場合、白色光）である照明光Ｌoutを得る加法混色方式のものであり、複数の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂを含む光源部（後述する光源部１０）を有している。

図２および図３は、バックライト装置１における各色ＬＥＤの配置構成の一例を表したものである。

図２（Ａ）に示したように、このバックライト装置１では、２組の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂによって発光部の単位セル４１，４２がそれぞれ形成され、これら２つの単位セル４１，４２によって発光部の単位ユニットである部分点灯部４が形成されるようになっている。また、各単位セル内および単位セル４１，４２間では、各色ＬＥＤがそれぞれ直列に接続されている。具体的には、図２（Ｂ）に示したようにして、各色ＬＥＤのアノードとカソードが接続されるようになっている。

このようにして構成された各部分点灯部４は、例えば図３に示したように、光源部１０においてマトリクス状に配置され、後述するように互いに独立して制御可能となっている。また、この光源部１０上には、４つの部分点灯部４（例えば、部分点灯部４Ａ〜４Ｄ）に対して１つの照明光センサ１３が配置されている。この照明光センサ１３は、部分点灯部４からの光（後述する照明光Ｌout）を受光するものであり、４つの部分点灯部４の配置領域に対応する領域（検出領域４０）からの光を受光できるようになっている。なお、照明光センサ１３の詳細については後述する。

次に、図４を参照して、上述した液晶表示パネル２および光源部１０の駆動および制御部分の構成について詳細に説明する。図４は、液晶表示装置３のブロック構成を表したものである。なお、図４（および後述する図５）において照明光センサ１３は、便宜上、光源部１０の近辺に１つだけ配置されているものとして表している。

図４に示したように、液晶表示パネル２を駆動して映像を表示するための駆動回路は、液晶表示パネル２内の各画素電極２１２へ映像信号に基づく駆動電圧を供給するＸドライバ（データドライバ）５１と、液用表示パネル２内の各画素電極２１２を図示しない走査線に沿って線順次駆動するＹドライバ（ゲートドライバ）５２と、これらＸドライバ５１およびＹドライバ５２を制御するタイミング制御部（タイミング・ジェネレータ）６１と、外部からの映像信号を処理してＲＧＢ信号を生成するＲＧＢプロセス処理部６０（シグナル・ジェネレータ）と、このＲＧＢプロセス処理部６０からのＲＧＢ信号を記憶するフレームメモリである映像メモリ６２とから構成されている。

一方、バックライト装置１の光源部１０が点灯動作を行うための駆動および制御を行う部分は、バックライト駆動部１１と、バックライト制御部１２と、照明光センサ１３と、Ｉ／Ｖ変換部１４と、Ａ／Ｄ変換部１５とから構成されている。

照明光センサ１３は、光源部１０（具体的には、上記のように各検出領域４０内の部分点灯部４）からの照明光Ｌoutを受光して受光信号を得るものであり、複数の色光（この場合、赤色光、緑色光および青色光）を混合してなる混色光（この場合、白色光）の中から赤色光を抽出して選択的に受光する赤色光センサ１３Ｒと、緑色光を抽出して選択的に受光する緑色光センサ１３Ｇと、青色光を抽出して選択的に受光する青色光センサ１３Ｂとから構成されている。

Ｉ／Ｖ変換部１４は、照明光センサ１３で得られた各色ごとの受光信号に対してＩ／Ｖ（電流／電圧）変換を施し、アナログの電圧信号である受光データを各色ごとに出力するものである。

Ａ／Ｄ変換部１５は、Ｉ／Ｖ変換部１４から出力される各色ごとの受光データを、タイミング制御部６１から供給されるサンプリングゲート信号ＳＧに従って所定のタイミングでサンプリングすると共にＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換を施し、ディジタルの電圧信号である受光データＤ１を各色ごとにバックライト制御部１２へ出力するものである。

バックライト制御部１２は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される各色ごとの受光データＤ１、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて後述する制御信号Ｄ３，Ｄ４を生成・出力し、バックライト駆動部１１の駆動動作を制御するものである。なお、このバックライト制御部１２の詳細な構成については、後述（図５）する。

バックライト駆動部１１は、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ３，Ｄ４、およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、部分点灯部４単位で点灯動作を行うように光源部１０を時分割で駆動するものである。なお、このバックライト駆動部１１の詳細な構成についても、後述（図５）する。

次に、図５を参照して、上述したバックライト駆動部１１およびバックライト制御部１２の詳細構成について説明する。図５は、バックライト駆動部１１およびバックライト制御部１２の詳細構成、ならびに光源部１０、照明光センサ１３、Ｉ／Ｖ変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５の構成についてブロック図で表したものである。なお、受光データＤ１は、赤色受光データＤ１Ｒと、緑色受光データＤ１Ｇと、青色受光データＤ１Ｂとから構成され、制御信号Ｄ３は、赤色用制御信号Ｄ３Ｒと、緑色用制御信号Ｄ３Ｇと、青色用制御信号Ｄ３Ｂとから構成されているものとする。また、ここでは便宜上、光源部１０内において赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂが、全て互いに直列接続されたものとして表している。

バックライト駆動部１１は、電源部１１０と、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ３（赤色用制御信号Ｄ３Ｒ、緑色用制御信号Ｄ３Ｇおよび青色用制御信号Ｄ３Ｂ）に従って電源部１１０からの電源供給により光源部１０内の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂのアノード側へそれぞれ電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを供給する定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂと、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの各々のカソードと接地との間にそれぞれ接続されたスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂと、バックライト制御部１２から供給される制御信号Ｄ４およびタイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいてスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂに対する制御信号Ｄ５（パルス信号）を生成・出力し、これらスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２ＢをそれぞれＰＷＭ制御するＰＷＭドライバ１１３とを有している。

バックライト制御部１２は、光量バランス制御部１２１と、光量制御部１２２とを有している。光量バランス制御部１２１は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される受光データＤ１（赤色受光データＤ１Ｒ、緑色受光データＤ１Ｇおよび青色受光データＤ１Ｂ）に基づいて定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに対する制御信号Ｄ３（赤色用制御信号Ｄ３Ｒ、緑色用制御信号Ｄ３Ｇおよび青色用制御信号Ｄ３Ｂ）をそれぞれ生成・出力することにより、光源部１０からの照明光Ｌoutの色バランス（白色光のホワイトバランス）が一定に保たれつつ照明光Ｌoutの発光量が変化するように制御するものである。また、光量制御部１２２は、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される受光データＤ１のうちの緑色受光データＤ１Ｇ、およびタイミング制御部から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、ＰＷＭドライバ１１３に対する制御信号Ｄ４を生成・出力することにより、光源部１０からの照明光Ｌoutの発光量が変化するように制御するものである。

ここで、バックライト駆動部１１およびバックライト制御部１２が本発明における「駆動手段」の一具体例に対応し、Ａ／Ｄ変換部１５が本発明における「サンプリング手段」の一具体例に対応し、照明光センサ１３が本発明における「受光素子」の一具体例に対応する。

次に、このような構成からなる本実施の形態のバックライト装置１および液晶表示装置３の動作について、詳細に説明する。

まず、図１〜図８を参照して、本実施の形態のバックライト装置１および液晶表示装置３の基本動作について説明する。ここで、図６および図７は、バックライト装置１の光源部１０における点灯動作をタイミング波形図で表したものであり、（Ａ）は赤色ＬＥＤ１Ｒに流れる電流ＩＲを、（Ｂ）は緑色ＬＥＤ１Ｇに流れる電流ＩＧを、（Ｃ）は青色ＬＥＤ１Ｂに流れる電流ＩＢを、それぞれ表している。また、図８は、液晶表示装置３全体の動作の概略をタイミング波形図で表したものであり、（Ａ）はＸドライバ５１から液晶表示パネル２内のある画素電極２１２へ印加される電圧（画素印加電圧、駆動電圧）を、（Ｂ）は液晶分子の応答性（画素電極２１２における実際の電位状態）を、（Ｃ）はＹドライバ５２から液晶表示パネル２内のＴＦＴ素子のゲートへ印加される電圧（画素ゲートパルス）を、それぞれ表している。

このバックライト装置１では、バックライト駆動部１１においてスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂがそれぞれオン状態となると、定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂからそれぞれ電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢが光源部１０内の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂへ流れ、これによりそれぞれ赤色発光、緑色発光および青色発光がなされ、混色光である照明光Ｌoutが発せられる。

この際、タイミング制御部６１からバックライト駆動部１１へ制御信号Ｄ０が供給され、バックライト駆動部１１内のＰＷＭドライバ１１３からスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂへはこの制御信号Ｄ０に基づく制御信号Ｄ５がそれぞれ供給されるため、これによりスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂは、この制御信号Ｄ０に従ったタイミングでオン状態となり、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの点灯期間もこれに同期したものとなる。言い換えると、パルス信号である制御信号Ｄ５を用いた時分割駆動により、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１ＢがＰＷＭ駆動される。

また、このとき照明光センサ１３は、光源部１０からの照射光Ｌoutを受光する。具体的には、照明光センサ１３内の赤色光センサ１３Ｒ、緑色光センサ１３Ｇおよび青色光センサ１３Ｂにおいて、各色用のフォトダイオードによって、光源部１０からの照射光Ｌoutのうちの各色光がそれぞれ抽出されて各色光の光量に応じた電流が発生し、これにより電流値の受光データがＩ／Ｖ変換部１４へ供給される。また、各色ごとの電流値の受光データは、それぞれＩ／Ｖ変換部１４によってアナログ電圧値の受光データに変換される。そしてこれら各色ごとのアナログ電圧値の受光データは、Ａ／Ｄ変換部１５において、タイミング制御部６１から供給されるサンプリングゲート信号ＳＧに従った所定のタイミングでサンプリングされると共に、ディジタル電圧値の受光データＤ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂに変換される。

ここで光源制御部１２では、Ａ／Ｄ変換部１５から供給された各色ごとの受光データＤ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂに基づいて、光量バランス制御部１２１から定電流ドライバ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂへ制御信号Ｄ３Ｒ，Ｄ３Ｇ，Ｄ３Ｂがそれぞれ供給され、これにより照射光Ｌoutの輝度および色度（色バランス）が一定に保たれるように、電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢの大きさΔＩＲ，ΔＩＧ，ΔＩＢ、すなわちＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光輝度が調整される（図６（Ａ）〜（Ｃ）参照）。また、光量制御部１２２では、Ａ／Ｄ変換部１５から供給された各色ごとの受光データＤ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１Ｂのうちの受光データＤ１Ｇに基づいて制御信号Ｄ４が生成されると共にＰＷＭドライバ１１３へ供給され、これによりスイッチング素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂのオン期間、すなわち各色ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの点灯期間ΔＴが調整される（図６（Ａ）〜（Ｃ）参照）。このようにして光源部１０からの照明光Ｌoutに基づいて、電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢの大きさΔＩＲ，ΔＩＧ，ΔＩＢ（ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光輝度）および点灯期間が制御され、これにより照明光Ｌoutの発光量が部分点灯部４単位で制御される。

なお、ここでは光量制御部１２２は、制御信号Ｄ１Ｒ，Ｄ１Ｇ，Ｄ１ＢのうちのＤ１Ｇのみを入力しているが、これは人間の視感度が緑色光に対して最も高いためであり、他の制御信号Ｄ１Ｒ，Ｄ１Ｂを入力するようにしてもよい。また、図６（Ａ）〜（Ｃ）では、１フレーム期間当りに１つのパルス信号（点灯期間：ΔＴ）のみが存在するようになっているが、実際には図７（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、１つのフレーム期間（単位表示駆動期間）当りに複数のパルス信号（点灯期間：ΔＴ０、例えば、タイミングｔ１１〜ｔ１２間のパルス信号、タイミングｔ１３〜ｔ１４間のパルス信号、…）が存在するようになっている。

一方、本実施の形態の液晶表示装置３全体では、映像信号に基づいてＸドライバ５１およびＹドライバ５２から出力される画素電極２１２への駆動電圧（画素印加電圧）によって、バックライト装置１の光源部１０からの照明光Ｌoutが液晶層２０で変調され、表示光Ｄoutとして液晶表示パネル２から出力される。このようにしてバックライト装置１が液晶表示装置３のバックライト（液晶用照明装置）として機能し、これにより表示光Ｄoutによる映像表示がなされる。

具体的には、例えば図８（Ｃ）に示したように、Ｙドライバ５２から液晶表示パネル２内の１水平ライン分のＴＦＴ素子のゲートへ画素ゲートパルスが印加され、それと共に図８（Ａ）に示したように、Ｘドライバ５１からその１水平ライン分の画素電極２１２へ、映像信号に基づく画素印加電圧が印加される。このとき、図８（Ｂ）に示したように、画素印加電圧に対して画素電極２１２の実際の電位の応答（液晶の応答）は遅れるため（画素印加電圧がタイミングｔ２１で立ち上がったのに対し、実際の電位はタイミングｔ１２で立ち上がっている）、バックライト装置１では、実際の電位が画素印加電圧と等しくなっているタイミングｔ２２〜ｔ２３の期間内に点灯状態となり、これにより液晶表示装置３において映像信号に基づく映像表示がなされる。なお、図８においてタイミングｔ２１〜ｔ２３の期間が１水平期間（１フレーム期間）に対応し、その後のタイミングｔ２３〜ｔ２５の１水平期間においても、液晶の焼き付き防止等のために画素印加電圧が共通（コモン）電位Ｖcomに対して反転しているのを除き、タイミングｔ２１〜ｔ２３の１水平期間と同様の動作となる。

また、この液晶表示装置３では、ＲＧＢプロセス処理部６０から供給される信号（映像信号に基づく信号）を利用して、タイミング制御部６１からバックライト駆動部１１内のＰＷＭドライバ１１３へ制御信号Ｄ０が供給されるため、例えば図９に示したように、光源部１０では、液晶表示パネル２における映像表示領域のうちの所定の輝度以上の映像表示領域（表示映像Ｐａが表示されている領域）に対応する領域の部分点灯部４のみが点灯して部分点灯領域Ｐｂが形成されるような動作が可能となっている。

次に、図１〜図９に加えて図１０〜図１８を参照して、本発明の特徴的部分の制御動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。ここで、図１０は、比較例１に係る従来のバックライト装置における光源部および表示光センサの配置構成を表したものであり、図１１は、比較例１に係るバックライト装置における点灯動作を表したものであり、図１２は、比較例１において照明光センサから得られた出力信号（受光信号）のタイミング波形を表したものである。また、図１３および図１４は、比較例２に係る従来のバックライト装置における点灯動作を表したものであり、図１５は、比較例２において照明光センサから得られた出力信号（受光信号）のタイミング波形を表したものである。また、図１６は、本実施の形態のバックライト装置１における光源部１０の制御動作の一例を流れ図で表したものであり、図１７は、本実施の形態のバックライト装置１における点灯動作の一例を表したものであり、図１８は、本実施の形態において照明光センサ１３から得られた出力信号（受光信号）のタイミング波形を表したものである。なお、図１７において、（Ｂ）〜（Ｄ）は後述する部分点灯期間においても点灯する部分点灯部での電流ＩＲａ，ＩＧａ，ＩＢａをそれぞれ表し、（Ｅ）は部分点灯期間においては消灯する部分点灯部での電流ＩＲｂ，ＩＧｂ，ＩＢｂを表している。

まず、比較例１に係るバックライト装置は、例えば図１０に示したように、単一の点灯部１０４を含む光源部１００を有するものである。そしてこの光源部１０の周辺に表示光センサ（図１０では、２つの表示光センサ１０３Ａ，１０３Ｂ）が配置され、この表示光センサにおいて、単一の点灯部１０４からの照射光（照射光Ｌout101，Ｌout102）が受光されるようになっている。したがって、図１１に示したように、電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢの大きさを示すパルス信号の絶対値は、電流値ΔＩＲ０，ΔＩＧ０，ΔＩＢ０の設定値を変えない限り、常に一定となる（図１１（Ｂ）〜（Ｄ））。よって、単一の点灯部１０４の発光輝度や色度を調整するために例えば図１１（Ａ）に示したサンプリングゲート信号ＳＧによって、例えばタイミングｔ１０１〜ｔ１０２間およびタイミングｔ１０３〜ｔ１０４間において表示光センサ１０３Ａ，１０３Ｂから得られる受光信号をサンプリング（検出）する際に、図中の符号Ｐ１０１〜Ｐ１０６で示したように、パルス信号のデューティ比がそれぞれ大きい場合（点灯部１０４の発光輝度が高い場合）であっても、パルス信号同士が互いに干渉してしまうことはなく、例えば図１２に示したように、表示センサ１０３Ａ，１０３Ｂからの出力信号（受光信号）は、サンプリングするタイミングによらず常に一定値ＩＳ０となる。

一方、比較例２に係るバックライト装置は、例えば図３に示した本実施の形態の光源部１０および表示光センサ１３と同様の光源部および照明光センサを有するものであり、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部を用いて部分点灯動作を行うことができるものである。また、図１３に示したように、通常の部分点灯状態では、検出領域４内で４つ全ての部分点灯部が点灯している（全体点灯状態；例えばタイミングｔ３１までの期間、タイミングｔ３２〜ｔ３３の期間およびタイミングｔ３４以降の期間（全体点灯期間Δｔ４）の状態）一方、例えばタイミングｔ３１〜ｔ３２およびタイミングｔ３３〜ｔ３４の期間のように、照明光の輝度や色度調整のためにサンプリングゲート信号ＳＧによって受光信号をサンプリングする際には、検出領域４内の一部（この場合、１つ）の部分点灯部のみが点灯（部分点灯状態；部分点灯期間Δｔ１の状態）し、その部分点灯部からの光がサンプリングされるようになっている。したがって、全体点灯期間Δｔ４と部分点灯期間Δｔ１とでは照明光センサ１３により得られる受光信号の大きさが異なるため（後述する図１５における信号値ＩＳ４（全体点灯期間Δｔ４で得られた信号値），ＩＳ１（部分点灯期間Δｔ１で得られた信号値）参照）、パルス信号のデューティ比がそれほど大きくない場合（部分点灯部の発光輝度がそれほど高くない場合）には、図１３中の符号Ｐ１〜Ｐ６で示したように、部分点灯期間Δｔ１でのパルス信号と全体点灯期間Δｔ４でのパルス信号とが互いに干渉して信号値がずれてしまうことはないものの、パルス信号のデューティ比が大きい場合（部分点灯部の発光輝度が高い場合）には、例えば図１４中の符号Ｐ２０１〜Ｐ２０６で示したように、部分点灯期間Δｔ１状態でのパルス信号と全体点灯期間Δｔ４でのパルス信号とが互いに干渉してしまう場合がある（図１５中の符号Ｐ７で囲んだ部分参照）。そのような場合、例えば図１５中の符号Ｐ８で示したように、取得した受光信号をサンプリングするタイミングによって受光信号の信号値が異なってしまい、検出精度が低下してしまう。そして検出精度が低下すると、照明光の輝度や色度の変動を抑えるのが困難となってしまうことになる。

そこで本実施の形態のバックライト装置１では、例えば図１６に示したようにして光源部１０内の各部分点灯部４に対する制御動作がなされる。具体的には、まず、１フレーム期間内の全体点灯期間Δｔ４になると（例えば、図１７中のタイミングｔ４２）、光源部１０内の各検出領域４０において部分点灯部４が４つとも点灯状態（全体点灯状態）となる（図１６のステップＳ１０１）。そして例えばタイミング制御部６１において、１フレーム期間内に含まれるパルス信号の数であるＰＷＭパルス数（ＰＷＭドライバ１１３へ供給される制御信号Ｄ０のパルス数）＝ｎ（ｎ；２以上の整数）に設定される（ステップＳ１０２）と共に、図１７（Ｂ）〜（Ｅ）に示したように、このＰＷＭパルスの幅ΔＴ０（制御信号Ｄ０のパルスの幅、図７に示した各部分点灯部４の点灯期間ΔＴ０に対応）＝Ｔ１に設定されたとする（ステップＳ１０３）。なお、このＰＷＭパルス幅Ｔ１は、各部分光源部４の点灯期間に対応するものであり、ここでは説明の簡略化のため、一定の点灯期間である場合（各部分点灯部４の発光輝度が一定である場合）について説明する。

次に、バックライト制御部１２内の光量制御部１２２は、タイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０におけるＰＷＭパルス数を例えばカウンタなどによりカウントすることにより、随時、フレームの先頭からのパルス数が（ｎ−１）であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。そして先頭からのパルス数が（ｎ−１）ではない場合（ステップＳ１０４：Ｎ）には、パルス数を＋１（カウントアップする）し（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０４に戻る。一方、先頭からのパルス数が（ｎ−１）である場合（ステップＳ１０４：Ｙ）には、次のＰＷＭパルスは、１フレーム期間内の最後のパルス信号である、言い換えると、全体点灯期間Δｔ４から次のフレーム期間の最初に存在する部分点灯期間Δｔ１（例えば、図１７中のタイミングｔ４１〜ｔ４２の期間およびタイミングｔ４５〜ｔ４６の期間）へ移行する直前に発生するパルス信号（直前パルス信号）であることになる。

次に、光量制御部１２２は、タイミング制御部６１から供給される制御信号Ｄ０に基づいて、各部分光源部４の点灯期間に対応するＰＷＭパルスの幅Ｔ１が、所定の閾値Ｔthであるパルス幅Ｔ２よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１０６）。パルス幅Ｔ２（Ｔth）よりも小さい場合には、光量制御部１２２は、直前パルス信号のデューティ比がそれほど大きくない（部分点灯部４の発光輝度がそれほど高くない）ので部分点灯期間Δｔ１でのパルス信号と全体点灯期間Δｔ４でのパルス信号とが互いに干渉してしまうことはないと判断し、この直前パルス信号のパルス幅がそのままＴ１となるように、制御信号Ｄ４を生成すると共にＰＷＭドライバ１１３へ出力する（ステップＳ１０７）。一方、パルス幅Ｔ１がパルス幅Ｔ２（Ｔth）よりも大きい場合には、光量制御部１２２は、直前パルス信号のデューティ比が大きい（部分点灯部４の発光輝度が高い）ため、部分点灯期間Δｔ１でのパルス信号と全体点灯期間Δｔ４でのパルス信号とが互いに干渉してしまうと判断し、この直前パルス信号のパルス幅が閾値であるＴ２となるように、制御信号Ｄ４を生成すると共にＰＷＭドライバ１１３へ出力する（ステップＳ１０８）。したがって、例えば図１７中の符号Ｐ１１〜Ｐ１８に示したように、直前パルスのパルス信号の幅Ｔ０が強制的にＴ１からＴ２へと小さくなり、これにより例えば図１８中の符号Ｐ９で示したように、部分点灯期間Δｔ１での受光信号（信号値ＩＳ１）と全体点灯期間Δｔ４での受光信号（信号値ＩＳ４）とが互いに干渉するのが回避され、その結果、図１８中の符号Ｐ１０で示したように、表示センサ１３からの出力信号（受光信号）が、時間によらず常に一定値ＩＳ１となる。

次に、各検出領域４０において部分点灯部４が４つとも一旦非点灯状態（例えば、図１７中のタイミングｔ４３〜ｔ４５の期間）となり（ステップＳ１０９）、その後、各検出領域４０において４つの部分点灯部４のうちのが１つだけが点灯状態（例えば、図１７中のタイミングｔ４１〜ｔ４２およびタイミングｔ４５〜ｔ４６の部分点灯期間Δｔ１）となることにより、部分点灯状態となる（ステップＳ１１０）。そしてこの部分点灯状態において、各検出領域４０内の照明光センサ１３により得られた受光信号がサンプリング（検出）され、このサンプリングされた受光データに基づいて、前述したようにバックライト制御部１２内の光量バランス制御部１２１および光量制御部１２２による照明光Ｌoutの輝度および色度の調整動作がなされる（ステップＳ１１１）。なお、その後は全体の処理を終了させるか否かが判断され（ステップＳ１１２）、まだ全体の処理を終了させないと判断された場合（ステップＳ１１２：Ｎ）には、ステップＳ１０１に戻ってこれまでの処理を繰り返すことになる一方、全体の処理を終了させると判断された場合（ステップＳ１１２：Ｙ）には、全体の処理が終了することになる。

このようにして本実施の形態では、全体点灯期間Δｔ４と部分点灯期間Δｔ１とが時間軸に沿って混在するように光源部１０をパルス信号により時分割で駆動すると共にこの光源部１０からの光を照明光センサ１３により受光し、全体点灯期間Δｔ４から部分点灯期間Δｔ１へ移行する直前に発生するパルス信号（直前パルス信号）の幅を所定の閾値Ｔ２（Ｔth）以下としたうえで照明光センサ１３により得られた受光信号を部分点灯期間Δｔ１内のタイミングでサンプリングするようにしたので、部分点灯部４の発光輝度が高くなるように設定された場合（上記直前パルス信号の幅が閾値Ｔ２よりも広くなるように設定された場合）であっても、全体点灯期間Δｔ４で得られた受光信号とその直後の部分点灯期間Δｔ１で得られた受光信号との間での干渉を回避することができる。よって、部分点灯期間Δｔ１での受光信号の信号値を、部分点灯期間Δｔ１内でのサンプリングするタイミングによらずにほぼ一定とすることができ、部分点灯動作を行う光源装置において、照明光の検出精度を向上させることが可能となる。

また、サンプリングされた部分点灯期間Δｔ１での受光信号を基に、検出領域４０内の各部分点灯部４の発光量がそれぞれ一定に保たれるようにしたので、サンプリングするタイミングによらず値がほぼ一定に保たれた部分点灯期間Δｔ１での受光信号に基づいて、各部分点灯部４の発光量をそれぞれ制御することができる。よって、発光量を一定に保つ精度を向上させることが可能となる。

さらに、このようなバックライト装置１を液晶表示装置３のバックライト（液晶用照明装置）として用いるようにしたので、表示画面の一部のみに映像表示を行う際に、液晶表示パネル２から射出される表示光Ｄoutにおいても輝度や色度の変動が抑えることができ、照明光Ｌoutを検出するタイミングによらず、表示映像の画質を向上させることが可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、パルス信号の幅ΔＴの閾値Ｔ２（Ｔth）が一定である場合について説明したが、この閾値Ｔthを可変の値としてもよい。具体的には、例えば複数のパルス信号の周波数が高くなるのに従って閾値Ｔthが小さくなるように設定してもよい。このように構成した場合、複数のパルス信号の周波数が変動した場合であっても対応することが可能となる。

また、上記実施の形態では、サンプリングされた部分点灯期間Δｔ１での受光信号を基に検出領域４０内の各部分点灯部４０の発光量が一定に保たれるように制御する場合について説明したが、サンプリングされた部分点灯期間Δｔ１での受光信号を基に、その部分点灯期間Δｔ１に点灯している部分点灯部のみの発光量が一定に保たれるように制御すると共に、そのように部分点灯期間Δｔ１に点灯している部分点灯部が例えば検出領域４０内で循環するようにしてもよい。このように構成した場合も、サンプリングするタイミングによらず値がほぼ一定に保たれた部分点灯期間Δｔ１での受光信号に基づいて部分点灯期間Δｔ１に点灯している部分点灯部の発光量がそれぞれ制御されるため、発光量を一定に保つ精度を向上させることができる。また、このように発光量の制御対象である部分点灯部が検出領域４０内等で循環するため、全ての部分点灯部４が自己の照明光に基づき発光量の制御がなされることとなり、各部分点灯部４に対するきめ細やかな発光量制御が可能となり、光源部１０全体として発光量を一定に保つ精度をより向上させることが可能となる。

また、上記実施の形態では、１フレーム期間内に１回だけ部分点灯期間Δｔ１が設けられている場合について説明したが、１フレーム期間内に複数回の部分点灯期間Δｔ１が設けられているようにしてもよく、逆に複数フレーム期間内に１回の部分点灯期間Δｔ１が設けられているようにしてもよい。また、１フレーム期間内における部分点灯期間Δｔ１の位置についても、１フレーム期間内の先頭には限られない。

また、上記実施の形態では、１つの検出領域４０内に４つの部分点灯部４が設けられている場合について説明したが、部分点灯部４の数についてはこれに限られない。また、上記実施の形態では、全体点灯期間Δｔ４において４つの部分点灯部４が全て点灯すると共に部分点灯期間Δｔ１において１つの部分点灯部１のみが点灯する場合について説明したが、全体点灯期間において点灯する部分点灯部４の数が部分点灯期間において点灯する部分点灯部４の数よりも多ければよく、この場合には限られない。

また、上記実施の形態では、１つの照明光センサ１３からの受光データを用いてバックライト駆動部１１の制御を行っているが、例えば光源部１０に対して互いに異なる位置等に複数の照明光センサを設け、それら複数の照明光センサからの受光データの平均値などを取ってバックライト駆動部１１の制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光源部１０が赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂから構成されている場合で説明したが、これらに加えて（またはこれらに代えて）、他の色光を発するＬＥＤを含んで構成するようにしてもよい。４色以上の色光によって構成した場合、色再現範囲を拡大し、より多彩な色を表現することが可能となる。

また、上記実施の形態では、光源部１０が複数の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂを含むようにし、複数の色光（赤色光、緑色光および青色光）を混合して特定の色光（白色光）である照明光Ｌoutを得る加法混色方式のバックライト装置１について説明したが、１種類のＬＥＤによって光源部を構成し、単色の照明光を発するバックライト装置としてもよい。このように構成した場合でも、照明光の輝度の変動について、簡易な構成でより低減することが可能である。

また、上記実施の形態では、液晶表示装置３がバックライト装置１を含む透過型の液晶表示装置である場合について説明したが、本発明の光源装置によってフロントライト装置を構成し、反射型の液晶表示装置としてもよい。

さらに、本発明の光源装置は液晶表示装置用の照明装置だけでなく、例えば照明機器等、他の光源装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の全体構成を表す斜視図である。 図１に示したバックライト装置内の光源部の単位ユニット（部分点灯部）の構成例を表す平面模式図である。 図２における光源部内の部分点灯部と照明光センサとの配置構成例を表す平面模式図である。 図１に示した液晶表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図４に示した光源部の駆動および制御部分の構成を詳細に表したブロック図である。 光源部の駆動パルス信号について説明するためのタイミング波形図である。 図６に示した駆動パルス信号の詳細構成を表すタイミング波形図である。 図１に示した液晶表示パネルおよびバックライト装置の駆動方法の一例について説明するためのタイミング波形図である。 映像表示領域と部分点灯領域との配置関係の一例について説明するための斜視図である。 比較例１に係る光源部と照明光センサとの配置構成例について説明するための平面模式図である。 比較例１に係る光源部の点灯動作および照明光センサの受光動作の一例について説明するためのタイミング波形図である。 比較例１に係る照明光センサからの出力信号の一例を表すタイミング波形図である。 比較例２に係る光源部の点灯動作および照明光センサの受光動作の一例について説明するためのタイミング波形図である。 比較例２に係る光源部の点灯動作および照明光センサの受光動作の他の例について説明するためのタイミング波形図である。 比較例２に係る照明光センサからの出力信号の一例を表すタイミング波形図である。 本発明の一実施の形態に係る光源部の制御動作の一例を表す流れ図である。 本発明の一実施の形態に係る光源部の制御動作の一例を表すタイミング波形図である。 本発明の一実施の形態に係る照明光センサからの出力信号の一例を表すタイミング波形図である。

符号の説明

１…バックライト装置、１Ｒ…赤色ＬＥＤ、１Ｇ…緑色ＬＥＤ、１Ｂ…青色ＬＥＤ、１０…光源部、１１…バックライト駆動部、１１０…電源部、１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ…定電流ドライバ、１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ…スイッチング素子、１１３…ＰＷＭドライバ、１２…バックライト制御部、１２１…光量制御部、１２２…光量バランス制御部、１３…照明光センサ、１３Ｒ…赤色光センサ、１３Ｇ…緑色光センサ、１３Ｂ…青色光センサ、１４…Ｉ／Ｖ変換部、１５…Ａ／Ｄ変換部、２…液晶表示パネル、２０…液晶層、２１０，２２０…偏光板、２１１…ＴＦＴ基板、２１２…画素電極、２２１…対向電極基板、３…液晶表示装置、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…単位ユニット（部分点灯部）、４０…検出領域、４１，４２…単位セル、５１…Ｘドライバ、５２…Ｙドライバ、６０…ＲＧＢプロセス処理部、６１…タイミング制御部、６２…映像メモリ、Ｌout…照明光、Ｄout…表示光、Ｌs…外光（環境光）、ＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢ…カラーフィルタ、Ｄ０，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５…制御データ、Ｄ１…受光データ、ＩＲ，ＩＧ，ＩＢ…電流、Ｖcom…共通（コモン）電位、ｔ１〜ｔ３，ｔ１１〜ｔ１５，ｔ２１〜ｔ２５，ｔ３１〜ｔ３４，ｔ４１〜ｔ４４，ｔ５１〜ｔ５３，ｔ６１〜ｔ６４，ｔ７１〜ｔ７３…タイミング、Ｐａ…表示映像、Ｐｂ…部分点灯領域、ＳＧ…サンプリングゲート信号、ΔＴ，Ｔ０〜Ｔ２…パルス幅、Δｔ１…部分点灯期間、Δｔ４…全体点灯期間、ΔＩＲ，ＩＲ０，ΔＩＧ，ＩＧ０，ΔＩＢ，ＩＢ０…電流値（パルスの高さ）、ＩＳ１，ＩＳ４…照明光センサからの出力信号値。

Claims (7)

1. 互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部を有する光源部と、
   前記複数の部分点灯部の全てが点灯する全体点灯期間と前記複数の部分点灯部のうちの一部の部分点灯部のみが点灯する部分点灯期間とが時間軸に沿って混在するように前記光源部をパルス信号を用いて時分割により駆動する駆動手段と、
   前記光源部からの光を受光する受光素子と、
   前記受光素子により得られた受光信号を前記部分点灯期間内のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と
   を備え、
   前記駆動手段は、前記全体点灯期間から前記部分点灯期間へ移行する直前に発生するパルス信号の幅が所定の閾値以下となるように制御する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記駆動手段は、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記部分点灯期間での受光信号を基に、各部分点灯部の発光量がそれぞれ一定に保たれるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記駆動手段は、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記部分点灯期間での受光信号を基に前記一部の部分点灯部の発光量がそれぞれ一定に保たれるように制御すると共に、この一部の部分点灯部が前記複数の部分点灯部内で循環するように前記光源部を駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記駆動手段は、前記パルス信号の周波数が高くなるのに応じて前記閾値が小さくなるように設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 入射光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルに適用される光源装置であって、
   各部分点灯部からの光をそれぞれ前記入射光として前記液晶パネルへ発する液晶用照明装置として構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記駆動手段は、前記部分点灯期間が単位表示駆動期間内の先頭に配置されるように前記光源部を駆動する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 光を発する照明手段と、
   前記照明手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと
   を備え、
   前記照明手段は、
   互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部を有する光源部と、
   前記複数の部分点灯部の全てが点灯する全体点灯期間と前記複数の部分点灯部のうちの一部の部分点灯部のみが点灯する部分点灯期間とが時間軸に沿って混在するように前記光源部をパルス信号を用いて時分割により駆動する駆動手段と、
   前記光源部からの光を受光する受光素子と、
   前記受光素子により得られた受光信号を前記部分点灯期間内のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と
   を備え、
   前記駆動手段は、前記全体点灯期間から前記部分点灯期間へ移行する直前に発生するパルス信号の幅が所定の閾値以下となるように制御する
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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