JP2008250174A - バックライト装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにする。
【解決手段】液晶表示装置のバックライトにおいて、バックライトを制御する光源制御部は、必要とされるバックライト輝度BL_i,jが低バックライト輝度であるときには、より狭角に光を放射するように、複数に分割されたLEDチップ１７４のうちの中央のLEDチップ１７４のみを点灯させ、必要とされるバックライト輝度BL_i,jが高バックライト輝度であるときには、より広角に光が放射するように全てのLEDチップ１７４を点灯させる。本発明は、例えば、液晶表示装置のバックライト装置に適用できる。
【選択図】図１８

Description

本発明は、バックライト装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関し、特に、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするバックライト装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（LCD: Liquid crystal display）は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板や液晶層などを有する液晶パネルと、その背面側に配置されるバックライトなどにより構成される。

液晶表示装置では、電圧を変化させることにより液晶層の液晶分子のねじれが制御され、液晶分子のねじれに応じて液晶層を透過してきたバックライトの白色光が赤色、緑色、または青色のカラーフィルタを通過することにより赤色、緑色、または青色の光となって、画像が表示される。

なお、以下では、電圧を変化させることにより液晶分子のねじれを制御して光の透過率を変更することを、液晶開口率の制御という。また、光源であるバックライトから出射され、液晶層に入射される光の輝度を「バックライト輝度（発光輝度）」と称し、液晶表示装置に表示された画像を視認する視聴者が感じる光の強度である、液晶パネルの前面から出射された光の輝度を「表示輝度」と称する。

従来、液晶表示装置においては、バックライトが液晶パネルの画面全体を均一かつ最大の明るさで照明し、液晶パネルの各画素の液晶開口率のみを制御することによって、画面の各画素において必要な表示輝度を得るような制御が行われていた。従って、例えば、画面全体が暗い場合においても、バックライトは最大のバックライト輝度で発光するので、消費電力が大きい、およびコントラスト比が低いという問題があった。

この問題に対して、例えば、画面を複数の領域に分割し、その分割された領域単位でバックライト輝度を制御することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

分割された領域単位でバックライト輝度を制御することを以下では、バックライト分割制御と称する。

図１および図２は、バックライト分割制御を行う従来のバックライト１の構造を簡略化して示した図である。

図１は、バックライト１の点灯領域を正面から見たときのバックライト１の正面図であり、図２は、バックライト１を上方（垂直方向）から見たときのバックライト１の断面図である。

図１に示されるバックライト１の点灯領域は、例えば、水平方向（横方向）に４分割、垂直方向（縦方向）に６分割された、計２４個のブロックＡ_i,j（ｉ＝１乃至６，ｊ＝１乃至４）に分割されている。バックライト１では、入力された画像信号に応じて、ブロックＡ_i,jごとにバックライト輝度を可変制御することができる。網掛けされている２つのブロックＡ_2,3およびＡ_3,3については後述する。

バックライト１は、図２に示されるように、電極３３（図３）等が配線されている基板１１、発光素子であるLED（Light Emitting Diode）チップを含むLEDパッケージ１２、LEDパッケージ１２からの光を拡散させる拡散板１３、および拡散板１３を支持する支持体１４により構成される。液晶表示装置の液晶パネル１５は、バックライト１の拡散板１３の前方に配置されることになる。

バックライト１の各ブロックＡ_i,jには、同一のLEDパッケージ１２が多数配列されており、１つのブロックＡ_i,j内に配置されているLEDパッケージ１２ごとに、バックライト輝度が制御される。

図３は、バックライト１２の１つのLEDパッケージ１２部分の拡大図である。

基板１１は、土台となる金属板３１と、金属板３１上に形成された絶縁材３２、および、絶縁材３２上に形成された電極（配線）３３からなる。

LEDパッケージ１２は、LEDチップ３４、サブマウント基板３５、熱伝導性接着剤３６、ボンディングワイヤ３７、および封止樹脂３８により構成される。

LEDチップ３４がマウントされたサブマウント基板３５は、熱伝導性接着剤３６によって基板１１の絶縁材３２に接着され固定されるとともに、サブマウント基板３５上の図示せぬ電極端子と基板１１上の電極３３が、ボンディングワイヤ３７により接続されている。そして、LEDチップ３４、サブマウント基板３５、熱伝導性接着剤３６、およびボンディングワイヤ３７が、封止樹脂３８により封止されている。

以上のように構成されるバックライト１において、例えば、図４に示す原画像P１に対応する発光を行う場合を考える。図４の原画像P１は、略中央部に楕円形状の最も暗い領域R１があり、領域R１から外周側になるほど徐々に明るい画像となっている。但し、暗い領域R１から外周方向に対する輝度の変化率は図面下方向よりも図面上方向の方が大きい。

バックライト１は、原画像P１の領域R1の輝度に応じて、図１で網掛けされている２つのブロックＡ_2,3およびＡ_3,3のバックライト輝度を抑制して点灯する（減光する）。

その結果、原画像P１に対して、図５に示すように、バックライト１の点灯領域の略中央部が最も暗く、外周方向にいくに従って均一に明るくなる輝度分布を得ることができる。このように、バックライト１の一部を減光することにより、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。

なお、点灯領域の分割数は、通常、液晶パネルの画素数よりも少ないので、図４の原画像P１の輝度分布と図５のバックライト輝度分布とが一致することはなく、例えば、図５のＱＱ’線上の画素のように、原画像P１の輝度が一定でもバックライト輝度が異なる画素が多々発生する。ＱＱ’線上の画素に対して、バックライト分割制御では、液晶開口率がバックライト分割制御をしないときのそれよりも大きく、より光を透過するように設定される。このように、液晶開口率をバックライト分割制御しない時の設定から変更することによって、バックライト輝度の抑制した分を補った、いわば液晶開口率制御によって見かけ上発光させた輝度を、液晶補正輝度という。

図６は、バックライト分割制御におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を示す概念図である。

バックライト分割制御のバックライト制御部は、所定の領域において同一の表示輝度Ｔ₀を実現するために、バックライト輝度分布Ｍ_BLに対して、液晶補正輝度分布Ｍ_CLが逆の分布となるように、液晶開口率を制御する。このとき、液晶開口率をいくつに設定すると液晶補正輝度がどれだけになるかは、図７に示す液晶の透過率特性によって決定される。

なお、通常、液晶の透過率特性は、液晶表示装置の画面を正面から見たときを基準にするので、図７に示す透過率特性も、画面を正面から見たとき（以下、０度の方向ともいう）のものであり、予め評価および決定された特性である。

特開２００４−２１２５０３号公報 特開２００４−２４６１１７号公報

ところで、液晶表示装置の画面に表示された画像を、ユーザは常に正面から見るとは限らないので、斜めから見たときについて考えてみると、液晶には視野角特性があるので、当然ながら、画面を見るときの角度（視野角）によって液晶の透過率特性は異なる。液晶表示装置の正面から水平方向に移動し、画面を４５度の方向から見たときの透過率特性を、図７に示した０度の方向の透過率特性に重ねた図を図８に示す。

図８の横軸は、液晶の透過率を設定する８ビットの設定値である設定階調を表し、縦軸は、所定のバックライト輝度における各設定階調の輝度を表す。また、図９は、図８の０度の方向と４５度の方向の輝度を比較するための、４５度の方向から見たときの輝度を０度の方向から見たときの輝度で除算して得られる、０度と４５度との輝度比を示している。

図８および図９を参照して分かるように、α点より低い設定階調では、０度よりも４５度から見た方が輝度（透過率）が高くなり、１階調変化するごとの輝度比の変化率も大きい。一方、α点より高い設定階調では、逆に４５度よりも０度から見た方が輝度が高くなり、１階調変化するごとの輝度比の変化率は、低階調側よりも小さい。なお、液晶の透過率特性は、VA（Vertical Alignment）、IPS（In-Plane-Switching）などの液晶モードによっても異なるので、図８および図９に示す特性がすべてではない。

図６に示したバックライト輝度と液晶補正輝度の関係は、通常、画面を０度の方向から見たときの液晶の透過率特性を基準に計算されている。そこで、図８に点線で示した４５度の方向の液晶の透過率特性に基づいて、４５度の方向から見た場合の液晶補正輝度分布Ｍ_CL’を求めると、図１０に示すようになる。

図１０において、液晶補正輝度が最小な画素（バックライト輝度が最大の画素）は、図８および図９において０度と４５度のいずれの方向から見ても輝度差がないα点に対応する画素ｘ_αであり、そのときのバックライト輝度がＢＬ_α、液晶補正輝度がＬＣ_αである。また、画素ｘ_α以外の画素の設定階調は、α点の設定階調よりも大きい値が設定されているものとする。

この場合、画素ｘ_α以外の画素では、４５度の液晶補正輝度分布Ｍ_CL’は、０度の液晶補正輝度分布Ｍ_CLよりも低くなる。その結果、４５度の方向から見たときの表示輝度は、太線の点線で示されるように、画素ｘ_α以外の画素で、液晶補正輝度分布Ｍ_CLと液晶補正輝度分布Ｍ_CL’との差だけ、目標の表示輝度Ｔ₀よりも異なる。

即ち、同一の表示輝度Ｔ₀となるように制御しているにもかかわらず、ユーザが４５度の方向から画面を見たときには、画素ｘ_α以外の画素において、バックライト輝度の輝度分布Ｍ_BLに応じた表示輝度の差が発生し、その差の最大値ΔＴと表示輝度Ｔ₀との比ΔＴ／Ｔ₀が大きい場合には、輝度ムラとして見えるようになる。

この輝度ムラを低減するための対策の一つとしては、バックライト輝度分布Ｍ_BLの分布形状が緩やかな変化となるように、隣接するブロックのバックライト輝度の輝度比を小さくすることが考えられる。

しかしながら、そのようにすると、バックライト分割制御しない状態に近づけることになるので、表示輝度のダイナミックレンジ拡大、消費電力の低減といったバックライト分割制御のメリットが小さくなってしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、バックライト分割制御時に発生する、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするものである。

本発明の第１の側面のバックライト装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能なバックライト装置において、複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。

前記発光制御手段には、必要とされる前記発光輝度が低いときには、中心側に配置された前記発光素子のみを発光させることができる。

前記発光制御手段には、必要とされる前記発光輝度が高くなるに従い、中心側に配置された前記発光素子から順に発光させることができる。

本発明の第１の側面のバックライト制御方法は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれに設けられた複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段が所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなるバックライト装置のバックライト制御方法において、必要とされる発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させるステップを含む。

本発明の第２の側面の液晶表示装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能な液晶表示装置において、複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、前記発光制御手段は、前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。

本発明の第１および第２の側面においては、発光輝度に応じて、発光させる発光素子の個数が変化される。

本発明の第１および第２の側面によれば、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。

また、本発明の第１および第２の側面によれば、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の第１の側面のバックライト装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能なバックライト装置（例えば、図１１の液晶表示装置１０１）において、複数の発光手段（例えば、図１２のLEDパッケージ１５２）と、その発光を制御する発光制御手段（例えば、図１１の光源制御部１３２）とを備え、前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子（例えば、図１４のLEDチップアレイ１７４）からなり、前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１１は、本発明を適用した液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示している。

図１１の液晶表示装置１０１は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板、液晶層などを有する液晶パネル１１１、液晶パネル１１１の背面側に配置されるバックライト１１２、並びに、液晶パネル１１１およびバックライト１１２を制御する制御部１１３により構成されている。

液晶表示装置１０１は、入力される画像信号に対応する原画像を所定の表示領域（表示部１２１）に表示する。なお、液晶表示装置１０１に入力される画像信号は、例えば、６０Hzのフレームレートの画像（以下、フレーム画像という）に対応する。

液晶パネル１１１は、バックライト１１２からの光を透過させる開口部が複数配列されている表示部１２１、並びに、表示部１２１の開口部それぞれに設けられている図示しないトランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）に駆動信号を送出するソースドライバ１２２およびゲートドライバ１２３により構成されている。

なお、開口部を通過した光は、図示せぬカラーフィルタ基板上に形成されている赤色、緑色、または青色のカラーフィルタによって赤色、緑色、または青色の光に変換される。この赤色、緑色、および青色の光を発する３つの開口部からなる組が表示部１２１の１画素に対応し、赤色、緑色、または青色の光を発する各開口部は、画素を構成する副画素となる。

バックライト１１２は、表示部１２１に対応する点灯領域において白色の光を発する。ここで、バックライト１１２の点灯領域は、図１を参照して説明したバックライト１と同様に、２４個のブロックＡ_i,j（ｉ＝１乃至６，ｊ＝１乃至４）に分割されているものとし、分割された複数のブロックＡ_i,jそれぞれについて個別に点灯が制御される。

制御部１１３は、表示輝度算出部１３１、光源制御部１３２、および液晶パネル制御部１３３により構成される。

表示輝度算出部１３１には、フレーム画像に対応する画像信号が他の装置から供給される。表示輝度算出部３１は、供給された画像信号からフレーム画像の輝度分布を求め、さらにフレーム画像の輝度分布から、ブロックＡ_i,jで必要な表示輝度PN_i,jを算出する。算出された表示輝度PN_i,jは、光源制御部１３２および液晶パネル制御部１３３に供給される。

光源制御部１３２は、表示輝度算出部１３１から供給された各ブロックＡ_i,jの表示輝度PN_i,jに基づいて、各ブロックＡ_i,jのバックライト輝度BL_i,jを演算する。そして、光源制御部１３２は、演算されたバックライト輝度BL_i,jとなるように、バックライト１１２の各ブロックＡ_i,jを可変制御する。バックライト１１２と光源制御部１３２とは、バックライト装置を構成する。

光源制御部１３２で演算された各ブロックＡ_i,jのバックライト輝度BL_i,jは、液晶パネル制御部１３３に供給される。

液晶パネル制御部１３３は、表示輝度算出部１３１から供給されるブロックＡ_i,jごとの表示輝度PN_i,jと、光源制御部１３２から供給されるブロックＡ_i,jごとのバックライト輝度BL_i,jに基づいて、表示部１２１の各画素の液晶開口率を算出する。そして、液晶パネル制御部１３３は、算出された液晶開口率となるように、液晶パネル１１１のソースドライバ１２２およびゲートドライバ１２３に駆動信号を供給し、表示部１２１の各画素のTFTを駆動制御する。

なお、本実施の形態では、液晶パネル１１１は、ノーマリブラックモードであるとする。即ち、各画素のTFTに電圧を最大に印加したときが透過率１００％で、電圧が印加されていないときが透過率０％になるモードであるとする。

図１２は、図２に対応する、液晶表示装置１０１を上方から見たときの断面図を示している。

液晶表示装置１０１を上方（垂直方向）から見たときの断面構成は、LEDパッケージ１５２の詳細な構成（図１３および図１４で後述する）が異なる点を除いて、図２を参照して説明した従来の液晶表示装置と同様の構成となっている。

即ち、バックライト１１２は、基板１５１、基板１５１上に配置されている多数のLEDパッケージ１５２、LEDパッケージ１５２からの光を拡散させる拡散板１３、および拡散板１３を支持する支持体１４により構成される。そして、バックライト１１２の前面に、液晶パネル１１１が配置されている。

ブロックＡ_i,j内には、多数のLEDパッケージ１５２が所定の順序で配列されている。LEDパッケージ１５２それぞれは、赤色、緑色、または青色の光を発光し、赤色、緑色、および青色の光が混合されることにより、白色光がブロックＡ_i,j全体から出射される。

図１３は、バックライト１１２の１つのLEDパッケージ１５２部分の拡大図を示している。

図１３Ａは、LEDパッケージ１５２を側面（基板１５１の平面と平行な面方向）から見た側面図であり、図１３Ｂは、LEDパッケージ１５２を上方から見た上面図である。

基板１５１は、土台となる金属板１７１と、金属板１７１上に形成された絶縁材１７２、および、絶縁材１７２上に形成された電極（配線）１７３からなる。

LEDパッケージ１５２は、LEDチップアレイ１７４と封止樹脂１７５により構成される。封止樹脂１７５は、LEDチップアレイ１７４から発光する光の散乱を考慮して、所定の半円形状に成形されている。なお、サブマウント基板、熱伝導性接着剤、およびボンディングワイヤなども図３における場合と同様に設けられているが特に差異はないため、図示を省略した。

LEDチップアレイ１７４は、図１４を参照して後述するように、複数のLEDチップに分割されており、各LEDチップ個別に、または、複数のLEDチップ単位で、バックライト輝度が制御される。そのため、図３のLEDチップ３４に対しては２本の電極があれば十分なのに対して、LEDチップアレイ１７４には、それ以上の電極が必要となるので、基板１５１では、絶縁材１７２および電極１７３が、図１３Ａに示されるように、２層構造となされている。

図１４は、LEDチップアレイ１７４の上面図を示している。

LEDチップアレイ１７４は、図１４に示されるように、３×３に配列されたLEDチップ１７４−１乃至１７４−９からなり、必要とされるバックライト輝度に応じて、発光させるLEDチップ１７４−１乃至１７４−９が適宜選択される。なお、LEDチップ１７４−１乃至１７４−９からなるLEDチップアレイ１７４の総発光面積は図３のLEDチップ３４と同一であるとする。

図１５乃至図１７を参照して、必要とされるバックライト輝度に応じたLEDチップ１７４−１乃至１７４−９の発光制御について詳しく説明する。図１５乃至図１７は、図１３と同様のLEDパッケージ１５２の側面図と上面図を示している。但し、上面図においては、本来、封止樹脂１７５で隠れている電極１７３とLEDチップアレイ１７４も図示している。

いま例えば、バックライト輝度をおおまかに低バックライト輝度、中バックライト輝度、および高バックライト輝度の３段階に分けるとすると、ブロックＡ_i,jを低バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部１３２は、図１５に示すように、LEDチップ１７４−１乃至１７４−９のうちの、斜線を付した中央のLEDチップ１７４−５のみを点灯させる。

一方、ブロックＡ_i,jを中バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部１３２は、図１６に示すように、中央のLEDチップ１７４−５を中心とする十字ラインの、斜線を付したLEDチップ１７４−２、１７４−４乃至１７４−６、および１７４−８を点灯させる。

また、ブロックＡ_i,jを高バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部１３２は、図１７に示すように、斜線を付した全てのLEDチップ１７４−１乃至１７４−９を点灯させる。

したがって、LEDチップ１７４−１乃至１７４−９の駆動単位は、中央のLEDチップ１７４−５、中央を除く十字ラインのLEDチップ１７４−２，１７４−４，１７４−６、および１７４−８、並びに、四隅のLEDチップ１７４−１，１７４−３，１７４−７、および１７４−９の３LEDチップ群に区分される。LEDチップ１７４−１乃至１７４−９に駆動電流を供給するための接続線は、これらのLEDチップ群単位で配線してもよいし、LEDチップ１７４−１乃至１７４−９ごと独立に配線し、LEDチップ群単位で連動して駆動制御するのでもよい。

封止樹脂１７５の半円形状と、それに対するLEDチップ１７４−１乃至１７４−９の位置関係とから、中央のLEDチップ１７４−５（以下、適宜、中央LEDチップ１７４と称する）を発光させた場合と、周辺部のLEDチップ１７４−１乃至１７４−４および１７４−６乃至１７４−９のいずれか（以下、適宜周辺LEDチップ１７４と称する）を発光させた場合では、光の放射方向が異なる。

即ち、中央LEDチップ１７４を発光させた場合には、図１８Ａに示されるように、前方方向をメインに光は放射され、周辺LEDチップ１７４を発光させた場合には、図１８Ｂに示されるように、中央LEDチップ１７４を発光させた場合よりも広角に、光が放射される。

図１８Ｃは、中央LEDチップ１７４を発光させた場合の発光強度角度分布１８０と、周辺LEDチップ１７４を発光させた場合の発光強度角度分布１８１を示しており、実線で示されている中央LEDチップ１７４を発光させた場合の発光強度角度分布１８０の方が、点線で示されている周辺LEDチップ１７４を発光させた場合よりもバックライト１１２の前方方向（ｚ方向）により遠く分布する。一方、バックライト１１２の平面方向（ｘ方向およびｙ方向）に対しては、中央LEDチップ１７４を発光させた場合よりも周辺LEDチップ１７４を発光させた場合の方が、より広角に分布する。

図９に示した０度と４５度のバックライト輝度比は、０乃至５０程度の低階調時、即ち、バックライト輝度を低く設定した場合に、斜め方向の光成分が多くなることを示していた。

従って、低バックライト輝度のときに、光を狭角に放射するようにすれば、斜めの光の成分が少なくなるので、図９の低階調時の輝度比が小さくなり、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができることになる。

バックライト１１２では、図１５乃至図１７を参照して説明したように、ブロックＡ_i,jを低バックライト輝度で発光させるときには、そのブロックＡ_i,j内の各LEDパッケージ１５２の中央のLEDチップ１７４−５のみを点灯させるので、その光は狭い角度で（狭角に）放射し、ブロックＡ_i,jを高バックライト輝度で発光させるときには、そのブロックＡ_i,j内の各LEDパッケージ１５２の全てのLEDチップ１７４−１乃至１７４−９を点灯させるので、その光は、より広角に放射する。従って、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。

次に、図１９のフローチャートを参照して、液晶表示装置１０１の表示制御処理について説明する。

初めに、ステップＳ１１において、表示輝度算出部１３１は、他の装置から供給された画像信号を受信する。この画像信号は、１枚のフレーム画像に対応する。

ステップＳ１２において、表示輝度算出部１３１は、フレーム画像の輝度分布を求める。また、ステップＳ１２において、表示輝度算出部１３１は、フレーム画像の輝度分布から、ブロックＡ_i,jで必要な表示輝度PN_i,jを算出する。算出された表示輝度PN_i,jは、光源制御部１３２および液晶パネル制御部１３３に供給される。

ステップＳ１３において、光源制御部１３２は、表示輝度PN_i,jからバックライト輝度BL_i,jを算出する。

ステップＳ１４において、液晶パネル制御部１３３は、ブロックＡ_i,jの各画素について、表示輝度PN_i,jとバックライト輝度BL_i,jに基づいて、液晶開口率を決定する。

ステップＳ１５において、光源制御部１３２は、バックライト輝度BL_i,jに応じて、ブロックＡ_i,jの各LEDチップアレイ１７４のLEDチップ１７４−１乃至１７４−９のなかから、発光させるLEDチップを決定する。ここで決定されたLEDチップ１７４−１乃至１７４−９を、以下ではLEDチップ１７４Dと称する。

ステップＳ１６において、光源制御部１３２は、ブロックＡ_i,jの各LEDチップアレイ１７４の、発光させるLEDチップ１７４Dを駆動制御する。より具体的には、光源制御部１３２は、発光させるLEDチップ１７４Dに供給するパルス信号のパルス幅を、ステップＳ１５で決定されたLEDチップ１７４Dの個数およびバックライト輝度BL_i,jに基づいて決定する。そして、LEDチップ１７４Dと接続されているFET（Field Effect Transistor）などのスイッチング素子（不図示）に、決定されたパルス幅のパルス信号を供給することにより、LEDチップ１７４Dに所定の電流が供給される。

ステップＳ１７において、液晶パネル制御部１３３は、液晶パネル１１１のソースドライバ１２２およびゲートドライバ１２３に駆動制御信号を供給し、決定された液晶開口率となるようにブロックＡ_i,jの各画素のTFTを駆動制御する。

ステップＳ１８において、表示輝度算出部１３１は、画像信号が供給されなくなったかを判定する。ステップＳ１８で、画像信号が供給されたと判定された場合、処理はステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１乃至Ｓ１８の処理が実行される。これにより、液晶表示装置１は、次のフレーム画像を表示する。

一方、ステップＳ１８で、画像信号が供給されなくなったと判定された場合、処理は終了する。

以上のように、液晶表示装置１０１のバックライト１１２では、必要とされるバックライト輝度BL_i,jが低バックライト輝度であるときには、より狭角に光を放射するように中央のLEDチップ１７４−５のみを点灯させ、必要とされるバックライト輝度BL_i,jが高バックライト輝度であるときには、より広角に光が放射するように全てのLEDチップ１７４−１乃至１７４−９を点灯させるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。

また、液晶表示装置１０１のバックライト１１２では、発光させるLEDチップ１７４Dそれぞれに対して、必要とされるバックライト輝度BL_i,jに応じたPWM制御を行うので、バックライト１１２の最大輝度比の増大にも貢献するという効果もある。

例えば、図３のLEDチップ３４およびLEDチップ１７４−１乃至１７４−９それぞれにおいて５％から１００％までの間でパルス幅を設定して、バックライト輝度を変化させることができるとすると、図３のLEDチップ３４の最大輝度比は、５：１００＝１：２０である。

これに対して、バックライト１１２では、発光させるLEDチップ１７４Dが、図１５乃至図１７を参照して説明したように、中央のLEDチップ１７４−５のみ、十字ラインのLEDチップ１７４−２、１７４−４乃至１７４−６、および１７４−８、および、全てのLEDチップ１７４−１乃至１７４−９の３段階であり、最小のバックライト輝度は、中央のLEDチップ１７４−５のみを５％のパルス幅に設定して発光させたときであるので、バックライト１１２の最大輝度比は、５％×１／９：１００＝１：１８０となり、図３における場合の９倍に向上する。

次に、図２０および図２１を参照して、バックライト１１２のその他の実施の形態について説明する。

図２０に示す実施の形態では、図１３と同様に、基板１５１上にLEDチップアレイ１７４が接続されているが、LEDチップアレイ１７４を覆う封止樹脂１７５はなく、LEDチップアレイ１７４の図面上方（光の放射方向）に、半円形状でその凸面がLEDチップアレイ１７４側に向けられた凸レンズ（平凸レンズ）２０１がレンズホルダ２０２に固着されて配置されている。なお、レンズ２０１は、ガラス材で成形されたものでも、封止樹脂１７５で成形されたものでもよい。

このような剥き出しのLEDチップアレイ１７４とレンズ２０１からなる構成において、発光させるLEDチップ１７４Dを、図１５乃至図１７を参照して説明したように、必要とされるバックライト輝度BL_i,jに応じて変更させた場合にも、図１８の発光強度角度分布を得ることができるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。

次の図２１に示す実施の形態では、基板１５１上に、LEDパッケージ２１１とLEDパッケージ２１２が交互に配列されており、そのLEDパッケージ２１１とLEDパッケージ２１２とでは、LEDチップアレイ１７４上に成形されている封止樹脂の形状が異なっている。具体的には、LEDパッケージ２１１の封止樹脂２２１は、曲率が小さく（突起が小さく）、LEDパッケージ２１２の封止樹脂２２２は、曲率が大きく（突起が大きく）なっている。

図２１のバックライト１１２においては、低バックライト輝度で発光させるときには、光を狭角に放射するようにしたいので、光源制御部１３２は、曲率が小さく成形されているLEDパッケージ２１１を点灯させ、LEDパッケージ２１２は点灯させない。一方、高バックライト輝度で発光させるときには、光源制御部１３２は、大きい曲率となるように成形されているLEDパッケージ２１２のみを点灯させるか、または、曲率の小さいLEDパッケージ２１１と曲率の大きいLEDパッケージ２１２の両方を点灯させる。

これにより、低バックライト輝度のときは、斜めの光の成分が少なくなるので、バックライト分割制御で発生する輝度ムラを抑制することができる。

液晶表示装置の視野角特性は、VA（Vertical Alignment）、IPS（In-Plane-Switching）などの液晶モードや位相差フィルムなどの特性によっても異なるので、LEDチップアレイ１７４の分割数、点灯させるLEDチップの位置および個数などを、必要に応じて最適に決定することができる。従って、上述したLEDチップアレイの分割数、点灯させるLEDチップの位置および個数はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。

また、上述した例では、低バックライト輝度で発光させるときには光を狭角に放射し、高バックライト輝度で発光させるときには光を広角に放射するようにしたが、逆に、低バックライト輝度で発光させるときには光を広角に放射し、高バックライト輝度で発光させるときには光を狭角に放射するように設定することも可能である。図２１に示した例で言えば、低バックライト輝度で発光させるときには、曲率の大きいLEDパッケージ２１２のみを点灯させるか、または、曲率の小さいLEDパッケージ２１１と曲率の大きいLEDパッケージ２１２の両方を点灯させ、高バックライト輝度で発光させるときには、小さい曲率のLEDパッケージ２１１のみを点灯させるようにすればよい。

さらに、上述した例では、光源制御部１３２はPWM制御を行うこととして説明したが、PAM制御を行う場合にも適用することが可能であることは言うまでもない。

本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来のバックライトの正面図である。 従来のバックライトの断面図である。 従来のバックライトのLED発光部を示す図である。 液晶表示装置に表示させる原画像の例を示す図である。 図４の原画像に対応するバックライトの発光を説明する図である。 バックライト分割制御におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を示す概念図である。 ０度の方向の液晶の透過率特性を示す図である。 ０度の方向と４５度の方向の液晶の透過率特性を示す図である。 ０度の方向と４５度の方向の輝度比を示す図である。 バックライト分割制御時の斜め視による輝度ムラについて説明する図である。 本発明を適用した液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 図１１の液晶表示装置の断面図である。 LEDパッケージ部分の拡大図を示す図である。 LEDチップアレイを示す図である。 低バックライト輝度時のLEDチップの発光を示す図である。 中バックライト輝度時のLEDチップの発光を示す図である。 高バックライト輝度時のLEDチップの発光を示す図である。 LEDチップアレイの発光強度角度分布について説明する図である。 表示制御処理について説明するフローチャートである。 バックライトのその他の実施の形態について説明する図である。 バックライトのさらにその他の実施の形態について説明する図である。

符号の説明

１０１ 液晶表示装置， １１２ バックライト， １３２ 光源制御部， １５２ LEDパッケージ， １７４ LEDチップアレイ

Claims (5)

1. 点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能なバックライト装置において、
   複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、
   前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、
   前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
   バックライト装置。
2. 前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度が低いときには、中心側に配置された前記発光素子のみを発光させる
   請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度が高くなるに従い、中心側に配置された前記発光素子から順に発光させる
   請求項１に記載のバックライト装置。
4. 点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれに設けられた複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、前記発光手段が所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなるバックライト装置のバックライト制御方法において、
   必要とされる発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
   ステップを含むバックライト制御方法。
5. 点灯領域が複数のブロックに分割され、その分割された前記ブロックそれぞれで発光輝度を個別に変えることが可能な液晶表示装置において、
   複数の発光手段と、その発光を制御する発光制御手段とを備え、
   前記発光手段は、所定の配列で配置された所定個数の発光素子からなり、
   前記発光制御手段は、必要とされる前記発光輝度に応じて、発光させる前記発光素子の個数を変化させる
   を備える液晶表示装置。

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