JP2009157190A - 光源システム、光源制御装置、光源装置および画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】色温度の設定値によらずに安定した発光動作を行うことを可能とする光源システムを提供する。
【解決手段】光量バランス制御部121により設定された光源部10の色温度に応じて、光量バランス制御部121から供給される制御信号D6R,D6G,D6Bにより、抵抗器部114R,114G,114B内の互いに並列接続された複数の抵抗器(例えば、抵抗器R1,R2)間の接続切替の制御を行うようにする。これにより、色温度に応じて、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値の調整が可能となり、PWMドライバ113および抵抗器部104Bにおける動作点も維持可能となる。
【選択図】図5
【解決手段】光量バランス制御部121により設定された光源部10の色温度に応じて、光量バランス制御部121から供給される制御信号D6R,D6G,D6Bにより、抵抗器部114R,114G,114B内の互いに並列接続された複数の抵抗器(例えば、抵抗器R1,R2)間の接続切替の制御を行うようにする。これにより、色温度に応じて、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値の調整が可能となり、PWMドライバ113および抵抗器部104Bにおける動作点も維持可能となる。
【選択図】図5
Description
本発明は、例えば液晶表示装置のバックライト光源として用いられる光源装置、そのような光源装置に適用される光源制御装置、ならびにそのような光源装置を用いた光源システムおよび画像表示方法に関する。
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。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。
ところで、このようなLEDバックライト装置では、一般に、赤色LED、緑色LEDおよび青色LED等の複数種類のLEDを用いることにより、複数の色光を混合して特定の色光を得る混色方式のものが採用されている。
ここで、従来のLEDバックライト装置では、各色用のLEDの点灯期間をPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)制御によって適宜変化させることにより、光源の色温度を変化させていた。例えば、ある色温度Aから別の色温度Bへと変化させるときに、青色LEDの点灯期間のデューティを約1/2に設定するといった具合である。
しかしながら、これでは、LEDバックライト装置をPWM制御によって輝度制御をする際の階調の分解能が犠牲になってしまうことになる。そこで、色温度を制御する手法として、各色用のLEDの点灯期間を変化させる(PWM制御)のではなく、各色用のLEDに流す電流を変化させる(上記の例の場合、青色用のLEDに流す電流が約1/2となるように設定する)ようにすることが考えられる。この手法によれば、PWM制御によって輝度制御をする際の階調の分解能を維持しつつ、色温度の制御が可能となるからである。
ところが、各色用のLEDに流す電流を変化させた場合、別の問題点が生じてしまうことが考えられる。すなわち、上記の例のようにLEDに流す電流を約1/2に設定すると、この電流を検出するための定電流回路(抵抗器を含む電流検出回路)における検出電圧も約1/2の大きさとなるため、この定電流回路の動作点が変化してしまうことになる。このとき、もし定電流回路のダイナミックレンジが足りなくなってしまうと、動作が不安定になり、LEDバックライト装置の色度点(色温度)も異常になってしまう。
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、光源部の色温度の設定値によらずに安定した発光動作を行うことを可能とする光源制御装置および光源装置、ならびにそのような光源装置を用いた光源システムおよび画像表示方法を提供することにある。
本発明の第1の光源システムは、複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源システムであって、互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部と、各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器を有する抵抗器部と、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより光源部の色温度を制御する色温度制御手段と、この色温度制御手段により設定された光源部の色温度に応じて、抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段とを含むようにしたものである。なお、この第1の光源システムは、さらに、映像信号に基づいて画像表示を行う表示部を含むようにしてもよい。
本発明の光源制御装置は、上記光源部と上記抵抗器部とを備えると共に、上記複数の色光を混合して特定の色光を得る混色方式の光源装置に適用されるものであって、上記輝度制御手段と、上記色温度制御手段と、上記切替制御手段とを備えたものである。
本発明の光源装置は、複数の色光を混合して特定の色光を得る混色方式の光源装置であって、上記光源部と、上記抵抗器部と、上記輝度制御手段と、上記色温度制御手段と、上記切替制御手段とを備えたものである。
本発明の画像表示方法は、複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源装置により発せられた光を映像信号に基づいて表示部において変調することにより画像表示を行うものであって、互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部において、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより光源部の輝度を制御し、複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより光源部の色温度を制御し、設定された光源部の色温度に応じて、各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御を行うようにしたものである。
本発明の第2の光源システムは、複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源システムであって、上記光源部と、上記抵抗器部と、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させるように制御する色温度制御手段と、この色温度制御手段により設定された光源の発光強度に応じて、抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段とを含むようにしたものである。なお、この第2の光源システムもまた、さらに、映像信号に基づいて画像表示を行う表示部を含むようにしてもよい。
なお、以上の構成要件の任意の組み合わせ、本発明の表現をシステム、装置、方法などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明の第1の光源システム、光源制御装置、光源装置および画像表示方法では、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、光源部の輝度が制御されると共に、複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより、光源部の色温度が制御される。これにより、光源部の輝度制御の際の階調の分解能が維持可能となる。また、設定された光源部の色温度に応じて、互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御がなされることにより、色温度に応じて、発光電流を検出するための回路(抵抗器部)における抵抗値の調整が可能となる。これにより、この発光電流を検出するための回路における動作点も維持可能となる。
本発明の第2の光源システムでは、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、光源部の輝度が制御されると共に、複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度が変化するように制御される。これにより、光源部の輝度制御の際の階調の分解能が維持可能となる。また、設定された光源の発光強度に応じて、互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御がなされることにより、例えば光源部の色温度に応じて、発光電流を検出するための回路(抵抗器部)における抵抗値の調整が可能となる。これにより、この発光電流を検出するための回路における動作点も維持可能となる。
本発明の第1の光源システム、光源制御装置、光源装置または画像表示方法によれば、設定された光源部の色温度に応じて、互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御を行うようにしたので、色温度に応じて、発光電流を検出するための回路(抵抗器部)における抵抗値の調整をすることができ、この発光電流を検出するための回路における動作点も維持することが可能となる。よって、光源部の色温度の設定値によらずに安定した発光動作を行うことが可能となる。
本発明の第2の光源システムによれば、設定された光源の発光強度に応じて、互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御を行うようにしたので、例えば光源部の色温度に応じて、発光電流を検出するための回路(抵抗器部)における抵抗値の調整をすることができ、この発光電流を検出するための回路における動作点も維持することが可能となる。よって、光源部の色温度の設定値によらずに安定した発光動作を行うことが可能となる。
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画像表示システム(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。なお、本発明の一実施の形態に係る画像表示方法は、本実施の形態に係る画像表示システムによって具現化されるので、以下、併せて説明する。
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である照明光Loutを得る混色方式のものである。このバックライト装置1は、互いに異なる色光を発する3種類の光源として、赤色LED1R、緑色LED1Gおよび青色LED1Bをそれぞれ複数個含む光源部(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。
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(制御データ)D0に基づいて後述する制御信号D3,D4,D6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および図6)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,D6、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および図6)する。
次に、図5および図6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。また、図6は、図5に示した電源部(後述する電源部110)、光源部10、PWMドライバ(後述するPWMドライバ113)および抵抗器部(後述する抵抗器部114)の詳細構成を、特に青色LED1Bに関するものについてのみ回路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。
図5に示したように、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、後述する複数の抵抗器を有する抵抗器部114R,114G,114Bと、赤色LED1R、緑色LED1Gおよび青色LED1Bの各々のカソードと抵抗器部114R,114G,114Bとの間に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。なお、スイッチング素子112R,112G,112Bは、後述するように、例えばMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Emission Transistor)等のトランジスタなどにより構成される。
また、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)、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、赤色LED1R、緑色LED1Gおよび青色LED1Bに流れる電流(発光電流)IR,IG,IBを色温度ごとにそれぞれ変化させてそれらの発光強度を変化させ、これにより設定値に応じて光源部10からの照明光Loutの色バランス(色温度)を制御するものである。
この光量バランス制御部121はまた、上記受光データD1および制御信号D0に基づき、設定された光源部10の色温度に応じて制御信号D6(赤色用制御信号D6R、緑色用制御信号D6Gおよび青色用制御信号D6B)をそれぞれ生成・出力することにより、後述する抵抗器部114R,114G,114B内の複数の抵抗器間の接続切替の制御を行うようになっている。なお、このような接続切替の制御の詳細については、後述する。
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、赤色LED1R、緑色LED1Gおよび青色LED1Bの発光期間(点灯期間)をそれぞれ変化させ、これにより光源部10からの照明光Loutの発光量(発光輝度)を制御するものである。なお、ここでは制御信号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。
次に、図6に示したように、電源部110は、後述する発光電流If1を発生させるための電源VCC_LEDを含んで構成されている。この電源VCC_LEDは、青色LED1Bのアノード側に接続されている。また、青色LED1Bに関するスイッチング素子112Bは、NチャネルのMOS−FETにより構成されており、青色LED1Bのカソード側にドレインが接続されている。
PWMドライバ113は、青色LED1Bに関するものとして、例えばダイナミックレンジの上限が3.3(V)であるオペアンプOP1Bと、スイッチング素子SW1Bとを有している。具体的には、オペアンプOP1Bは、スイッチング素子112Bの制御用の電圧V2を正極入力端子に入力すると共に、負極入力端子がスイッチング素子112Bのソースに接続されており、これにより電圧V2と後述する検出用の電圧V1との値がほぼ等しくなるようになっている(オペアンプOP1Bがボルテージフォロワとして機能する)。また、スイッチング素子SW1Bは、制御信号D0,D4に応じて、オペアンプOP1Bの出力端子および接地(グランド)のうちの一方を、スイッチング素子112Bのゲートに接続するようになっている。なお、スイッチング素子SW1Bも、例えばMOS−FET等のトランジスタなどにより構成される。なお、PWMドライバ113における赤色LED1Rおよび緑色LED1Gに関するもの(図示せず)も、同様の構成となっている。
青色LED1Bに関する抵抗器部114Bは、青色LED1Bの発光時に流れる電流(図中の発光電流If1)を検出するための抵抗器である、互いに並列接続された2つの抵抗器R1,R2と、光量バランス制御部121から供給される制御信号D6Bに基づいてこれら抵抗器R1,R2間の接続切替を行うためのスイッチング素子SW2Bとを有している。具体的には、抵抗器R1の一端は、スイッチング素子112Bのソースおよびスイッチング素子SW2Bの一端に接続され、抵抗器R1の他端は接地されている。また、抵抗器R2の一端はスイッチング素子SW2Bの他端に接続され、抵抗器R2の他端も接地されている。なお、スイッチング素子SW2Bも、例えばMOS−FET等のトランジスタなどにより構成される。このような構成により抵抗器部114Bでは、詳細は後述するが、制御信号D6Bに基づいて抵抗器部114Bの両端間の電圧V1が調整され、光源部10の色温度によらずにほぼ一定となるようになっている。なお、赤色LED1Rに関する抵抗器部114Rおよび緑色LED1Gに関する抵抗器部114Gの詳細構成(図示せず)も、抵抗器部114Bと同様の構成となっている。
ここで、バックライト制御部12が、本発明における「光源制御装置」の一具体例に対応する。また、液晶表示パネル2が、本発明における「表示部」の一具体例に対応する。また、光量バランス制御部121が本発明における「色温度制御手段」および「切替制御手段」の一具体例に対応し、光量制御部122が本発明における「輝度制御手段」および「発光強度制御手段」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9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。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(発光電流)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(発光電流)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。
ここでバックライト制御部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の色度(色温度、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の発光強度が調整される(図7(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SW1B等のオン・オフ動作の制御がなされるため、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7(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の発光強度)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(発光輝度)が部分点灯部4単位で制御される。
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(液晶用光源装置)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(図8(D))、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14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。図10は、比較例1に係る従来の色温度の変更方法をタイミング波形図で表したものであり、図11は、比較例2および本実施の形態に係る色温度の変更方法をタイミング波形図で表したものである。また、図12は、比較例2に係る電源部110、光源部10、PWMドライバ113および抵抗器部104Bの詳細構成を回路図で表したものである。また、図13(A)は、比較例2に係るオペアンプOP1Bの動作電圧範囲を表したものであり、図13(B)は、本実施の形態に係るオペアンプOP1Bの動作電圧範囲を表したものである。また、図14は、本実施の形態に係る色温度の変更の際の抵抗器部114R,114G,114Bの制御方法を流れ図で表したものである。
まず、図10に示した比較例1に係るバックライト装置では、各色用のLED1R,1G,1Bの点灯期間をPWM制御によって適宜変化させることにより、光源部10の色温度を変化させている。すなわち、例えば色温度を、ある色温度A(図10(A))から別の色温度B(図10(B))へと変化させる場合、図10(B)中の矢印で示したように、青色LED1Bの点灯期間が約1/2となるように設定(点灯期間が、タイミングt201〜t203までの期間ΔTから、タイミングt201〜t202までの期間となるように設定)するようになっている。しかしながら、これでは青色LED1Bの点灯期間が短くなってしまうため、バックライト装置をPWM制御によって輝度制御をする際に、階調の分解能が犠牲となってしまう。
そこで、比較例2および本実施の形態に係るバックライト装置では、例えば図11に示したように、光源部10の色温度を制御する手法として、各色用のLED1R,1G,1Bの点灯期間を変化させる(PWM制御)のではなく、各色用のLED1R,1G,1Bに流す電流(例えば、図6に示した発光電流If1)を変化させるようにしている。すなわち、図10に示した例と同様にして、例えば色温度を、ある色温度A(図11(A))から別の色温度B(図11(B))へと変化させる場合、図11(B)中の矢印で示したように、青色LED1Bに流す電流(発光電流If1)が約1/2となるように設定するようになっている。この手法によれば、青色LED1Bの点灯期間が維持されるため、バックライト装置をPWM制御によって輝度制御をする際に、階調の分解能も維持されることになる。これにより、PWM制御によって輝度制御をする際の階調の分解能を維持しつつ、光源部10の色温度の制御が可能となる。
ところが、比較例2に係るバックライト装置では、図12に示したように、本実施の形態のバックライト装置3(図6)とは異なり、抵抗器部104B全体としての抵抗値が固定化されている。すなわち、抵抗器部104Bでは、スイッチング素子112Bのソースと接地との間が1つの抵抗器R1のみによって接続されている。したがって、例えば図13(A)に示したように、オペアンプOP1Bにより所望の発光輝度を得るための検出電圧V1の範囲がΔV1(最低電圧V1min(=1.1V)〜最高電圧V1max(=3.3V)の電圧範囲)である場合において、上記の例のように、青色LED1Bに流す電流If101を約1/2に設定すると、抵抗器部104Bの両端間の検出電圧V1も約1/2の大きさとなる(V101=0.55Vとなる:図中の矢印P101参照)ため、電圧V1がΔV1の電圧範囲から外れてしまい、オペアンプOP1Bの動作点が変化してしまうことになる。よって、使用するオペアンプのダイナミックレンジが足りないときは、PWMドライバ113および抵抗器部104Bの動作が不安定になり、これによりバックライト装置からの照明光Loutの色度点(色温度)が揺らいでしまうなど、バックライト装置としての発光動作も不安定になってしまうことになる。
これに対し、本実施の形態に係るバックライト装置1では、図6に示したように、光量バランス制御部121により設定された光源部10の色温度に応じて、光量バランス制御部121から供給される制御信号D6R,D6G,D6Bにより、抵抗器部114R,114G,114B内の互いに並列接続された複数の抵抗器(例えば、抵抗器R1,R2)間の接続切替の制御がなされるようになっている。具体的には、例えば図14に示したように、光量バランス制御部121では、まず、色温度の変更により、各色用のLEDに流れる発光電流(例えば、発光電流If1)が減少するか否かを判断し(ステップS11)、減少すると判断した場合(ステップS11:Y)には、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値が増加するように複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う(例えば、スイッチング素子SW2Bをオフ状態に設定する)(ステップS12)一方、減少しないと判断した場合(ステップS11:N)には、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値が減少するように複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う(例えば、スイッチング素子SW2Bをオン状態に設定する)ようになっている。(ステップS13)。すなわち、光源部10の色温度に応じて、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値の調整が可能となる。
したがって、本実施の形態では例えば図13(B)に示したように、上記の場合と同様にオペアンプOP1Bにより所望の発光輝度を得るための検出電圧V1の範囲がΔV1である場合において、青色LED1Bに流す電流If1を約1/2に設定すると、それに伴って抵抗器部114B全体としての抵抗値も約2倍となるため、抵抗器部114Bの両端間の検出電圧V1が維持される(V1min=1.1Vとなる:図中の矢印P1参照)。すなわち、抵抗器部114Bの両端間の電圧V1が、設定された色温度によらずに一定となるような制御が可能となり、電圧V1がΔV1の電圧範囲内に収まるため、オペアンプOP1Bの動作点も維持される。
以上のように本実施の形態では、光量バランス制御部121により設定された光源部10の色温度に応じて、光量バランス制御部121から供給される制御信号D6R,D6G,D6Bにより、抵抗器部114R,114G,114B内の互いに並列接続された複数の抵抗器(例えば、抵抗器R1,R2)間の接続切替の制御を行うようにしたので、色温度に応じて、抵抗器部114R,114G,114B全体としての抵抗値の調整をすることができ、PWMドライバ113および抵抗器部104Bにおける動作点も維持することが可能となる。よって、光源部10の色温度の設定値によらずに安定した発光動作を行うことが可能となる。
また、各色用のLED1R,1G,1Bの点灯期間をそれぞれ変化させることによって光源部10の輝度を制御すると共に、これらLED1R,1G,1Bのうちの少なくとも一種類のLEDについて、そのLEDの発光強度を変化させることによって光源部10の色温度を制御するようにしたので、光源部10の輝度制御の際の階調の分解能を維持することが可能となる。
また、安定した発光動作を行うことができるため、過剰な電流変化によるLEDの発光効率の悪化を抑えることも可能となる。
また、抵抗器部114R,114G,114Bの両端間の電圧が、設定された色温度によらずに一定となるような制御が可能となり、電圧V1がΔV1の電圧範囲内に収まるようになるため、PWMドライバ113内のオペアンプとして、ダイナミックレンジが狭いものを用いることができ、部品コストを低減することも可能となる。
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(液晶用光源装置)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、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、抵抗器部が、互いに並列接続された2つの抵抗器を含んで構成されている場合について説明したが、抵抗器部内において、3つ以上の抵抗器が互いに並列接続されていると共に、これら3つ以上の抵抗器間の接続を多段階に切り換えるようにしてもよい。また、これら複数の抵抗器の抵抗値は必ずしも一致している必要はなく、これらの抵抗値が互いに異なっていると共に、各々の抵抗値に重み付けがなされているようにしてもよい。これらのように構成した場合、抵抗器部全体としての抵抗値の調整をより精密かつ利便よく行うようにすることができるため、より安定した発光動作を行うことが可能となる。
また、上記実施の形態では、光源部の色温度が、各色用のLEDの発光強度のみによって制御されている場合について説明したが、例えば、各色用のLEDの発光強度に加えてそれらの点灯期間も変化させることにより、光源部の色温度を制御するようにしてもよい。具体的には、色温度を変化させる際に、例えば途中までは発光強度の変化のみで制御すると共に、それでも色温度の変化が不十分な場合には、それ以降は発光強度に加えて点灯期間の変化も併用するようにする。このように構成した場合、色温度の可変範囲(ダイナミックレンジ)をより拡大させることが可能となる。
また、上記実施の形態では、各色のLED間の相対的な発光強度を変化させることによって光源部の色温度を制御すると共に、この光源部の色温度に応じて、複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う場合について説明したが、例えば、各LED単体の絶対的な発光強度が変化するように制御すると共に、この各LED単体の絶対的な発光強度に応じて、複数の抵抗器間の接続切替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、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、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部4により構成されると共に、この部分点灯部4単位で、光源部10の輝度、光源部10の色温度および抵抗器部114R,114G,114Bにおける接続切替の制御を行うようにした場合(バックライト装置の部分駆動の場合)について説明したが、本発明はこのような部分駆動の場合には限られず、光源部全体を一括して駆動・制御する場合にも適用することが可能である。
また、上記実施の形態では、赤色LED1R、緑色LED1Gおよび青色LED1Bが、それぞれ別個のパッケージ内に収容されている場合について説明したが、例えば、1つのパッケージ内にこれら複数色のLEDが収容されているようにしてもよい。
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、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。
また、上記実施の形態では、表示部の一例として液晶表示パネルを挙げて説明したが、表示部として、液晶表示パネル以外の他のものを用いるようにしてもよい。
さらに、本発明の光源装置は液晶表示装置用の光源装置だけでなく、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。
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、114R,114G,114B…抵抗器部、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,D6…制御データ(制御信号)、D1…受光データ、IR,IG,IB,If1…電流、Vcom…共通(コモン)電位、V1,V1min,V1max,V2…電圧、ΔV1…電圧範囲、VCC_LED…電源、OP1B…オペアンプ、SW1B,SW2B…スイッチング素子、R1,R2…抵抗器、t1〜t3,t11〜t12,t21〜t25…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…パルス幅、ΔIR,ΔIG,ΔIB,ΔIB’…電流値(パルスの高さ)。
Claims (10)
- 複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源システムであって、
互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器を有する抵抗器部と、
各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、前記光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、
前記複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより、前記光源部の色温度を制御する色温度制御手段と、
前記色温度制御手段により設定された光源部の色温度に応じて、前記抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段と
を含むことを特徴とする光源システム。 - 前記切替制御手段は、設定された色温度によって前記発光電流が減少する場合には、前記抵抗器部全体としての抵抗値が増加するように前記複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う一方、設定された色温度によって前記発光電流が増加する場合には、前記抵抗器部全体としての抵抗値が減少するように前記複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の光源システム。 - 前記切替制御手段は、前記抵抗器部の両端間の電圧が設定された色温度によらずに一定となるように制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の光源システム。 - 前記複数の抵抗器の抵抗値が互いに異なっており、各々の抵抗値に重み付けがなされている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の光源システム。 - 前記光源部が、互いに独立して制御可能な複数の部分点灯部により構成され、
前記輝度制御手段、前記色温度制御手段および前記切替制御手段は、前記部分点灯部単位で、前記光源部の輝度、前記光源部の色温度および前記抵抗器部における接続切替の制御を行う
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の光源システム。 - 前記光源システムから発せられた光を映像信号に基づいて変調する表示部をさらに含む
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の光源システム。 - 互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部と、各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器を有する抵抗器部とを備えると共に、前記複数の色光を混合して特定の色光を得る混色方式の光源装置に適用される光源制御装置であって、
各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、前記光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、
前記複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより、前記光源部の色温度を制御する色温度制御手段と、
前記色温度制御手段により設定された光源部の色温度に応じて、前記抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段と
を備えたことを特徴とする光源制御装置。 - 複数の色光を混合して特定の色光を得る混色方式の光源装置であって、
互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器を有する抵抗器部と、
各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、前記光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、
前記複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより、前記光源部の色温度を制御する色温度制御手段と、
前記色温度制御手段により設定された光源部の色温度に応じて、前記抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段と
を備えたことを特徴とする光源装置。 - 複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源装置により発せられた光を、映像信号に基づいて表示部において変調することにより画像表示を行う画像表示方法であって、
互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部において、各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、前記光源部の輝度を制御し、
前記複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させることにより、前記光源部の色温度を制御し、
設定された光源部の色温度に応じて、各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う
ことを特徴とする画像表示方法。 - 複数の色光を混合して特定の色光を発する混色方式の光源システムであって、
互いに異なる色光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
各光源の発光時に流れる発光電流を検出するための互いに並列接続された複数の抵抗器を有する抵抗器部と、
各光源の点灯期間をそれぞれ変化させることにより、前記光源部の輝度を制御する輝度制御手段と、
前記複数種類の光源のうちの少なくとも一種類の光源について、少なくともその光源の発光強度を変化させるように制御する発光強度制御手段と、
前記発光強度制御手段により設定された光源の発光強度に応じて、前記抵抗器部における複数の抵抗器間の接続切替の制御を行う切替制御手段と
を含むことを特徴とする光源システム。
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