JP3927011B2

JP3927011B2 - 液晶表示装置とその駆動回路

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Publication number: JP3927011B2
Application number: JP2001329694A
Authority: JP
Inventors: 晃新谷; 純一平方
Original assignee: 株式会社日立ディスプレイズ
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003140110A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に新規な光源構成を備えて映像信号や周囲温度あるいは光源の光量に応じて駆動態様を制御することにより動作時の輝度を映像信号の明るさ変化に高速応答させて画質を向上させたバックライトを具備する液晶表示装置とその駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、携帯電話機、等の各種情報端末用モニター、あるいはテレビ受像機等の表示手段として液晶表示装置が多用されている。この種の液晶表示装置は、液晶パネルに形成される電子画像に光を当てることで可視化するものである。小型の情報機器では、この可視化のための光源に周囲光を利用するものもあるが、周囲光の状態にかかわらずに、あるいは比較的大きな画面で良好な画像を観察するためには、液晶パネルに照明光源を備え、液晶パネルに形成される電子画像をこの照明光源からの照明光で照明する構成としているものが多い。
【０００３】
小サイズの液晶表示装置では、液晶パネルの前面あるいは周囲近傍に、照明光源として、所謂フロントライトを設置したものがあるが、ノートパソコンやコンピュータモニター、テレビ受像機などでは、液晶パネルの背面に設置するバックライトと称する照明光源が採用される。
【０００４】
バックライトには大別して２種類あり、その１つはノートパソコンや機器の奥行きが制限されるコンピュータモニター等に用いられるサイドエッジ型バックライトであり、他の１つは高輝度が要求される比較的大サイズのコンピュータモニターあるいはテレビ受像機には、液晶パネルの背面直下に設置される直下型バックライトである。
【０００５】
図２９は冷陰極蛍光ランプを光源とするサイドエッジ型バックライトの１構成例を説明する模式図であり、（ａ）は全体構成を説明する斜視図、（ｂ）は照明光が作成されるメカニズムを示す斜視図である。このバックライトは、アクリル板などの透明材料で成形した導光板８と反射板９および光拡散板（以下、単に拡散板と言う）１０、導光板８の少なくとも１つの辺に沿って設置した冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）４とこの冷陰極蛍光ランプの発光光を有効利用するためのランプ反射シート１１で構成される。なお、導光板８の下面（反射シート１１側）あるいは反射板９の上面（導光板８側）の面にドット状等の反射印刷を有しているが図示は省略した。
【０００６】
導光板８の下側（液晶パネルと反対側：背面）に反射シート９を設置し、上側（液晶パネル側：上面）に拡散シート１０を設置し、交流駆動される冷陰極蛍光ランプ４からの光を導光板８に入射する。導光板８は、入射した光は導光板８の内部を伝播しならがら上面の拡散シート１０から図示しない液晶パネル方向に矢印で示す照明光Ｌ_Pとして出射する。
【０００７】
なお、参照符号１２は、導光板８を伝播してきた光を再度導光板８内に戻すための反射印刷（あるいは反射テープ）である。このバックライトにより、液晶パネルを背面から照明する面光源が構成される。この構成のバックライトは主として軽量、小型である可搬型の情報機器に多く採用される。
【０００８】
図３０は冷陰極蛍光ランプを光源とするサイドエッジ型バックライトの他の構成例を説明する模式断面図である。図２９と同一参照符号は同一機能部分に対応する。この構成例は、導光板８の対向する２辺（２つの長辺側サイドエッジ）のそれぞれに冷陰極蛍光ランプ４を各々配置してある。導光板８の下面側には反射板９を有し、この反射板９の上面に蛍光体等のドット印刷９’を有している。他の構成は前記した図２９と同様である。
【０００９】
このバックライトにより、図２９と同様に液晶パネルを背面から照明する面光源が構成される。この構成のバックライトも図２９に示したものと同様に可搬型の情報機器にも採用されるが、さらに高い画面輝度が要求されるディスプレイモニターなどにも採用される。
【００１０】
図３６は冷陰極蛍光ランプを光源とした直下型バックライトの１構成例を説明する模式断面図である。なお、直下型バックライトとは、通常は前記したような導光板を有せず、液晶パネルの主面（表示面およびその裏面）に対して平行に複数の光源を配置したものを意味する。直下型バックライトは、バックライト筐体であるフレーム１の内底部に複数の冷陰極蛍光ランプ４を並列に設置したもので、好ましくは各冷陰極蛍光ランプ４の光を効率よく利用するための山形等の反射板７を設けてある。図示しない液晶パネル側には拡散板２が設けてある。
【００１１】
そして、拡散板２の下面には、その真下にある冷陰極蛍光ランプ４の光の輝度を調整するための遮光ドット３Ａを有する遮光層３が形成されている。この種の直下型バックライトの従来例については、例えば特開平１１−２４２２１９号公報、特開平１１−８４３７７号公報等に開示がある。
【００１２】
ところで、初期のバックライトでは、その主たる光源である冷陰極蛍光ランプは動作中には点灯のままとされていた。近年、このバックライトの光源を液晶パネルに表示される画像の明るさにしたがって自動判別し、画像の特質の応じた明るさにリアルタイムで光源、特に冷陰極蛍光ランプの発光量を制御する「ブリンク・ライト・コントロール」あるいは「アクティブ・ライト・コントロール（ＡＩ）」技術と称する照明システムを採用したものが提案されている（例えば、松下電器産業株式会社のホームページ“液晶ＡＩ技術”、「月間ＦＰＤＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ２０００．３ “ＬＣＤテレビの要求特性と絵作りの課題（液晶ＡＩ技術）”」）。
【００１３】
また、バックライトの近傍に温度センサを設け、バックライトの近傍温度が低いときには冷陰極蛍光ランプの間欠駆動のデューティを上げ、高いときはデューティを下げることによって、低温時の輝度の立ち上がりを改善し、常温時の輝度低下を抑制して冷陰極蛍光ランプの寿命を延ばすようにしたものも提案されている（例えば、特開平９−２８８２６２号公報）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した液晶ＡＩ技術を採用したものはバックライトの輝度を制御するものであるが、冷陰極蛍光ランプは応答が遅く、調光制御がリアルタイムで追従し難い。また、明るいすなわち高輝度のシーンの映像では冷陰極蛍光ランプの輝度を高くするように制御しているため、明るいシーンで映像を静止させた場合や、明るいシーンの映像が長く続くような場合は消費電力が増大する。
【００１５】
さらに、バックライトとその近傍の温度が上昇することによって冷陰極蛍光ランプの発光効率が劣化し、輝度が徐々に低下して行くと共に、冷陰極蛍光ランプの寿命が短くなる。
【００１６】
なお、冷陰極蛍光ランプを用いたバックライトの近傍に温度センサを設け、温度が低い時には間欠駆動している冷陰極蛍光ランプのデューティを上げ、温度が高いときはデューティを下げる方法では、冷陰極蛍光ランプの寿命を延ばすことはできるが、上記した液晶ＡＩ技術とは両立させることが難しい。
【００１７】
上記従来技術の課題に鑑み、本発明の目的は、表示される映像信号の明るさに応じたバックライトの光量制御を高速応答制御が可能なリアルタイムの制御可能とした液晶表示装置とその駆動回路を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、バックライトの光源を構成する冷陰極蛍光ランプの発光効率を向上すると共に輝度を下げずに電力消費を低減し、またダイナミックレンジを大幅に広くし、冷陰極蛍光ランプの寿命を延ばすことを可能としたバックライトを備えた液晶表示装置とその駆動回路を提供することにある。
【００１９】
また、本願発明者は、バックライトを映像信号の垂直同期（フレーム同期）を取るための同期信号（垂直同期信号：Ｖｓｙｎｃ）に同期させて間欠点灯させる（あるいは、間欠的に点滅させる）ように点灯制御する、所謂ブリンク・ライト・コントロールを採用した際に生じる新たな課題を見出した。すなわち、このブリンク・ライト・コントロールでは、冷陰極蛍光ランプをオン（点灯）させた時の輝度の立ち上がりの過渡応答時間とオフ（消灯）させた時の輝度の立ち下がりの過渡応答時間が長い。
【００２０】
そのため、液晶パネルの液晶の透過率の過渡応答期間と冷陰極蛍光ランプの立ち上がり又は立ち下がりの過渡応答期間が重なることによって、一度輝度が低い発光があり、その後高い輝度の発光が起こる。そのため、液晶パネルに動画を表示すると、その輪郭が二重になって観察される場合があるという課題を見出した。これは、バックライトに冷陰極蛍光ランプを用いている限り、冷陰極蛍光ランプの点灯と消灯における過渡応答時間の重なり期間が長ければ画面上での二重輪郭が観察される領域が広くなってしまうという原理的な課題である。
【００２１】
なおブリンク・ライト・コントロールに関連する参考文献として、「ＳＩＤＤＩＧＥＳＴ」（３５．２ｐｐ９９０〜９９３）“ＳｕｐｅｒＴＦＴ−ＬＣＤｆｏｒＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＩｍａｇｅｗｉｔｈｔｈｅＢｌｉｎｋＢａｃｋｌｉｇｈｔＳｙｓｔｅｍ”がある。
【００２２】
また、特開平１１−１０９９２１、特開２０００−２９３１４２がある。特開平１１−１０９９２１では、映像信号に応じた階調電圧を液晶パネルに印加する期間と黒の階調電圧を印加する期間を別々に設けることによって動画表示性能を向上することを意図している。しかし、この方法では、黒の階調電圧を印加する期間が長くなる程、画面の輝度が低下する。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型の液晶表示装置のようなホールド型表示装置では、１フレームの１／２以上の期間を黒にしないと動画表示性能は向上しないが、黒表示期間を１フレームの１／２にすると映像信号の表示期間が１／２になるため、輝度は１／２になってしまうという課題がある。
【００２３】
特開２０００−２９３１４２では、１フレーム期間の２／３に画素への表示データの書込みを行い、かつバックライトを消灯状態に保持し、次いで１フレーム期間の残り１／３の期間にバックライトを点灯状態として書き込まれた表示データの表示を行うようにしている。しかし、このためには、高速に表示データの書込みを行う必要があり、冷陰極蛍光ランプの点灯期間が１フレームの１／３であるために高い輝度が得られないという問題がある。
【００２４】
したがって、本発明の更に他の目的は、冷陰極蛍光ランプの立ち上がり又は立ち下がりの過渡応答期間が重なる期間を短縮し、動画表示における二重輪郭の発生を回避して高品質の画像表示を可能とした液晶表示装置とその駆動回路を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記諸目的を達成するために、本発明は、液晶表示装置を構成するバックライトの光源として冷陰極蛍光ランプと白色またはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードアレイの両方、あるいは発光ダイオードアレイのみを用い、冷陰極蛍光ランプの電流値を低く抑えて発光ダイオードアレイで輝度を制御する。この構成により、広いダイナミックレンジの映像表現と表示映像の輝度の高速応答性を消費電力を増すことなく実現することができる。
【００２６】
また、上記諸目的を達成するために、本発明は、バックライトを冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとの並設で構成し、このバックライトの駆動回路として、表示される映像信号の垂直同期信号に同期して冷陰極蛍光ランプを点滅すると共に、冷陰極蛍光ランプの点灯時の立ち上がりと消灯時の立ち下がり時の輝度を補正するタイミングで発光ダイオードアレイを点灯制御するようにした。以下、本発明の代表的な構成を記述する。
【００２７】
（１）、液晶パネルの背面にバックライトを備えた液晶表示装置であって、前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に並列に配列された複数の冷陰極蛍光ランプと、前記冷陰極蛍光ランプに隣接させて配置した複数の発光ダイオードアレイを有することを特徴とする。
【００２８】
（２）、前記複数の冷陰極蛍光ランプの間に前記発光ダイオードアレイを有することを特徴とする。
【００２９】
（３）、液晶パネルの背面にバックライトを備えた液晶表示装置であって、前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に配列された複数の発光ダイオードアレイを有することを特徴とする。
【００３０】
（４）、液晶パネルの背面にバックライトを有し、前記液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じて前記バックライトの明るさを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に並列に配列された複数の冷陰極蛍光ランプと、前記冷陰極蛍光ランプに隣接させて配置した複数の発光ダイオードアレイを有し、
前記液晶パネルに表示される映像信号の画質を制御する画質制御回路と、前記映像信号の明るさを検出する明るさ検出回路と、前記明るさ検出回路で検出した映像信号の明るさ検出信号に基づいて前記バックライトの調光信号を生成する制御・演算回路と、前記調光信号により前記発光ダイオードの発光輝度を制御する発光ダイオード駆動回路とを有するすることを特徴とする。
【００３１】
（５）、（４）において、前記冷陰極蛍光ランプ近傍の温度を検出する温度センサと、前記冷陰極蛍光ランプの輝度を検出する光量センサとを備え、前記温度センサと前記光量センサの検出出力を前記調光信号に加算することを特徴とする。
【００３２】
（６）、液晶パネルの背面にバックライトを有し、前記液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じて前記バックライトの明るさを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に配置した複数の発光ダイオードアレイを有し、
前記液晶パネルに表示される映像信号の画質を制御する画質制御回路と、前記映像信号の明るさを検出する明るさ検出回路と、前記明るさ検出回路で検出した映像信号の明るさ検出信号に基づいて前記バックライトの調光信号を生成する制御・演算回路と、前記調光信号により前記発光ダイオードの発光輝度を制御する発光ダイオード駆動回路とを有するすることを特徴とする。
【００３３】
（７）、液晶パネルの背面にバックライトを有し、前記液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じて前記バックライトの明るさを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に交互に配置した複数の冷陰極蛍光ランプと複数の発光ダイオードアレイを有し、
前記液晶パネルに表示される映像信号の画質を制御する画質制御回路と、前記映像信号の明るさを検出する明るさ検出回路と、前記明るさ検出回路で検出した映像信号の明るさ検出信号に基づいて前記バックライトの調光信号を生成する制御・演算回路と、前記調光信号により前記発光ダイオードの発光輝度を制御する発光ダイオード駆動回路とを有し、
前記発光ダイオード駆動回路に、前記複数の発光ダイオードアレイの輝度を前記液晶パネルの行方向および列方向の２方向でそれぞれ制御する発光ダイオードドライバを有することを特徴とする。
【００３４】
（８）、液晶パネルの背面にバックライトを有し、前記液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じて前記バックライトの明るさを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトは、前記液晶パネルの直下に配置した複数の発光ダイオードアレイを有し、
前記液晶パネルに表示される映像信号の画質を制御する画質制御回路と、前記映像信号の明るさを検出する明るさ検出回路と、前記明るさ検出回路で検出した映像信号の明るさ検出信号に基づいて前記バックライトの調光信号を生成する制御・演算回路と、前記調光信号により前記発光ダイオードの発光輝度を制御する発光ダイオード駆動回路とを有し、
前記発光ダイオード駆動回路に、前記複数の発光ダイオードアレイの発光輝度を前記液晶パネルの行方向および列方向の２方向でそれぞれ制御する発光ダイオードドライバを有することを特徴とする。
【００３５】
（９）、液晶パネルと、この液晶パネルを照明するバックライトと、垂直同期信号と水平同期信号とに基づいて前記液晶パネルに映像信号を表示するための映像信号駆動回路と、前記バックライトを駆動するバックライト駆動回路とを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとの並設で構成され、
前記バックライト駆動回路に、前記垂直同期信号に同期して前記冷陰極蛍光ランプを点滅する冷陰極蛍光ランプ駆動回路と、前記冷陰極蛍光ランプの点灯時の立ち上がりと消灯時の立ち下がり時の輝度を補正するタイミングで前記発光ダイオードアレイを点灯制御する前記発光ダイオード駆動回路とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
（１０）、（９）において、前記発光ダイオード駆動回路に、前記垂直同期信号に基づいて前記発光ダイオードアレイの点滅を制御するタイミング発生回路と、前記タイミング発生回路で発生したタイミング信号に基づいて前記発光ダイオードアレイに与える複数の電流基準値を生成する発光ダイオード電流基準値発生回路と、前記タイミング発生回路からのタイミング信号に同期して前記発光ダイオードアレイに前記電流基準値を与える発光ダイオード電流基準値切換え回路とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
（１１）、（９）または（１０）において、前記液晶パネルの直下に複数の前記冷陰極蛍光ランプと複数の前記発光ダイオードアレイとを並設配置したことを特徴とする。
【００３８】
（１２）、（９）または（１０）において、前記液晶パネルの直下に導光板を有し、前記導光板の少なくとも２辺に前記冷陰極蛍光ランプと前記発光ダイオードアレイとを配置したことを特徴とする。
【００３９】
（１３）、（９）〜（１２）の何れかにおいて、前記冷陰極蛍光ランプの始動時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする。
【００４０】
（１４）、（９）〜（１２）の何れかにおいて、前記冷陰極蛍光ランプの点灯開始時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする。
【００４１】
（１５）、（９）〜（１２）の何れかにおいて、前記冷陰極蛍光ランプが低温時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする。
【００４２】
なお、本発明は上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置とその駆動回路の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの一実施例を説明する模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は液晶パネル側から見た平面図である。
【００４４】
本実施例の直下型バックライトでは、ケースフレーム１の内部の底部に並列配置した複数の冷陰極蛍光ランプ４と複数の発光ダイオード５とを設置した。ここでは、３本の冷陰極蛍光ランプ４の間に複数の白色発光ダイオード５をアレイとして３列配置してある。発光ダイオード５はＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードを組み合わせて実質的に白色とすることもできる。なお、以下では、ダイオードアレイを単にダイオードまたはＬＥＤとして説明する場合もある。
【００４５】
発光ダイオード５はケースフレーム１の底部外壁に設置した回路基板６に搭載され、各発光ダイオード５が当該ケースフレーム１の底部に形成した開口からケースフレーム１の底部から内部に突出するように配置されている。なお、図３６と同様に、ケースフレーム１の上部には拡散板２や遮光層３が設置されている。遮光層３の冷陰極蛍光ランプ４の真上領域に対向する部分に遮光ドット３Ａが形成されている。本実施例では、図３６のような反射板を特に設けておらず、ケースフレーム１の内壁を鏡面とすることで反射板の機能を持たせてもよい。なお、反射板を設置してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
本実施例において、発光ダイオードアレイ５の発光光Ｌ_LEDは図１（ａ）に上方に広がる逆ハの字の線で示したように、各冷陰極蛍光ランプ４の間から液晶パネル方向に出射し、冷陰極蛍光ランプ４の発光光と共に拡散板４を通して図示しない液晶パネル側に出射し、これを照明する。
【００４７】
冷陰極蛍光ランプ４および発光ダイオードアレイ５は後述する駆動回路で駆動制御され、液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じたバックライトの光量制御がリアルタイムで高速応答制御され、広いダイナミックレンジの画像表現と表示映像の輝度の高速応答性を消費電力を増すことなく実現することができる。
【００４８】
図２は本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は液晶パネル側から見た平面図である。本実施例の直下型バックライトは前記図１における発光ダイオードアレイをケースフレーム１の側壁内面に設置した点を除いて第１実施例と同様である。なお、この場合、ケースフレーム１の底部内面に図中に点線で示した山形の反射板７を設けることもできる。
【００４９】
発光ダイオードアレイ５の発光光Ｌ_LEDは図２（ａ）に逆ハの字の線で示したように、ケースフレーム１の側壁から液晶パネル方向に出射し、冷陰極蛍光ランプ４の発光光と共に拡散板４を通して図示しない液晶パネル側に出射し、これを照明する。本実施例は、特に、液晶パネルの周辺部での光量不足も補正でき、液晶パネルの表示領域全域でより均一な照明光分布を得ることができる。
【００５０】
冷陰極蛍光ランプ４および発光ダイオードアレイ５は後述する駆動回路で駆動制御され、液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じたバックライトの光量制御がリアルタイムで高速応答制御され、広いダイナミックレンジの画像表現と表示映像の輝度の高速応答性を消費電力を増すことなく実現することができる。
【００５１】
図３は本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は液晶パネル側から見た平面図である。本実施例の直下型バックライトは前記図１における発光ダイオードアレイと図２における発光ダイオードアレイとを組み合わせたものである。なお、この場合も、図１の第１実施例と同様に、反射板を特に設けておらず、ケースフレーム１の内壁を鏡面とすることで反射板の機能を持たせてもよい。なお、反射板を設置してもよいことは言うまでもない。
【００５２】
発光ダイオードアレイ５の発光光は図３（ａ）に逆ハの字の線で示したように、ケースフレーム１の底部と側壁とから液晶パネル方向に出射し、冷陰極蛍光ランプ４の発光光と共に拡散板４を通して図示しない液晶パネル側に出射し、これを照明する。本実施例によれば、前記した図１の一実施例と図２の他の実施例の各効果を組み合わせた効果が奏される。
【００５３】
冷陰極蛍光ランプ４および発光ダイオードアレイ５は後述する駆動回路で駆動制御され、液晶パネルに表示される映像信号の明るさに応じたバックライトの光量制御がリアルタイムで高速応答制御され、広いダイナミックレンジの画像表現と表示映像の輝度の高速応答性を消費電力を増すことなく実現することができる。
【００５４】
図４は本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は液晶パネル側から見た平面図である。本実施例の直下型バックライトはケースフレーム１の底部にダイオードアレイ５のみを設置したものである。
【００５５】
このダイオードアレイ５の輝度は液晶パネルの行（カラム）方向と列（ロー）方向の両方向からコントロールできるようにその回路基板６に形成される駆動回路が２系統制御されるように構成してある。
【００５６】
そのため、本実施例のバックライトでは、表示画面の中である閾値以上の明るさのある画像近傍のみに対応するダイオードを選択的に制御して、当該画像近傍の明るさをさらに明るくすることが可能となる。例えば、コンピュータ画面中に明るいウインドウが表示される際に、そのウインドウの領域をその他の領域よりも明るく照明する。
【００５７】
この構成により、液晶パネルに表示される映像信号の部分的な明るさに応じたバックライトの光量制御もリアルタイムで高速応答制御され、広いダイナミックレンジの画像表現と表示映像の輝度の高速応答性を消費電力を増すことなく実現することができる。
【００５８】
なお、上記の各実施例における冷陰極蛍光ランプや発光ダイオードの設置数は、液晶パネルのサイズ、冷陰極蛍光ランプおよび発光ダイオードの発光特性などにより調整される。また、発光ダイオードの配列もカラム方向とロー方向に正方配置するだけでなく、千鳥状配列、液晶パネルのアスペクト比に対応した配列などとすることができる。
【００５９】
図５は本発明の液晶表示装置を構成するサイドエッジ型バックライトの一実施例を説明する模式断面図である。全体構成は前記図３０と類似のものであるが、導光板８の対向する２辺の一方には冷陰極蛍光ランプ４を配置し、他方には発光ダイオードアレイ５を配置したものである。発光ダイオード５は基板６に搭載されてアレイ状に配列されている。図５（ａ）は反射板９の上面に蛍光膜等の反射印刷９’を設けたものであり、図５（ｂ）は導光板８の下面に蛍光膜等の反射印刷９’を設けたものである。
【００６０】
図６は本発明の液晶表示装置の駆動回路の一実施例を示すブロック図であり、映像信号の特性を検出してバックライトの発光ダイオードアレイを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置のブロック図である。図６において、この液晶表示装置は液晶パネル（ＬＣＤパネル）１４に冷陰極蛍光ランプ４と発光ダイオードアレイ５とを有する直下型バックライトを有したものである。図における冷陰極蛍光ランプ４および発光ダイオード５は模式的に各１つで示す。
【００６１】
液晶パネル１４はパネルコントローラ１７で駆動されるＬＣＤドライバ（カラム）１５とＬＣＤドライバ（ロー）１６を有し、冷陰極蛍光ランプ４はインバータ回路１３で交流駆動される。パネルコントローラ１７には画質制御回路１８から映像信号（画像信号、表示信号）が供給される。画質制御回路１８はコントラスト制御回路１８Ａ、ＤＣレベル制御回路１８Ｂ、デジタルγ補正回路１８Ｃを備えている。
【００６２】
一方、冷陰極蛍光ランプ４はインバータ回路（以下、単にインバータとも称する）１３から低電力の駆動電流が供給される。そして、発光ダイオードアレイ５は発光ダイオード駆動回路（ＬＥＤ駆動回路）２１を通して調光信号が供給される。発光ダイオード駆動回路２１には映像信号の画質に応じた調光信号を生成する制御・演算回路２０が接続されている。この制御・演算回路２０は画質制御量計算回路２０Ａとバックライト輝度制御回路２０Ｂを有している。さらに、この液晶表示装置には映像信号の明るさ検出回路１９を有している。明るさ検出回路１９はＡＰＬ検出回路１９Ａ、ＭＡＸ検出回路１９Ｂ、ＭＩＮ検出回路１９Ｃを有している。
【００６３】
ＡＰＬ検出回路１９Ａは外部回路（コンピュータ本体等の信号源）から入力する映像信号を入力し、その平均輝度レベルを検出し、ＭＡＸ検出回路１９ＢとＭＩＮ検出回路１９Ｃは、それぞれ映像信号の最大輝度値と最小輝度値を検出する。明るさ検出回路１９で検出された平均輝度レベルおよび最大輝度値と最小輝度値はバックライト輝度制御回路２０Ｂに入力され、画質制御量が計算される。
【００６４】
制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａで計算された画質制御量はバックライト輝度制御回路２０Ｂに与えられ、最適な調光信号を生成して発光ダイオード駆動回路２１を通して発光ダイオードアレイ５に印加される。この調光信号に応答して発光ダイオードアレイ５は高速に調光制御される。
【００６５】
また、制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａで計算された画質制御量は画質制御回路１８のコントラスト制御回路１８ＡとＤＣレベル制御回路１８Ｂに印加される。コントラスト制御回路１８ＡとＤＣレベル制御回路１８Ｂは、入力した画質制御量に応じて、映像信号のコントラストとＤＣレベルを最適値に制御する。
【００６６】
冷陰極蛍光ランプ４はインバータ回路１３により映像信号の輝度変化に関係なしに例えば映像信号の平均輝度レベルが得られる程度の余裕のある低電流で交流駆動される。発光ダイオードアレイ５は、主として高輝度の映像信号の映像シーン時に光量を増加するように制御される。すなわち、映像信号の映像シーンの明るさ（輝度）が大きい場合は直流駆動またはパルス駆動される発光ダイオードアレイ５の光量を増大させることで対処する。
【００６７】
したがって、本実施例により、交流駆動が必要な冷陰極蛍光ランプの駆動電源であるインバータ回路の回路規模を小さくすることができ、そのため発熱量が低減され、結果として温度上昇による冷陰極蛍光ランプの劣化が抑制されて長寿命化が達成できる。
【００６８】
また、前記した従来の液晶ＡＩ技術と同様に、映像シーンの明るさに応じて発光ダイオードアレイの発光輝度を増減させる駆動方法の他に、映像信号がある閾値以上になったときに、発光ダイオードの発光輝度をさらに増大させることで、陰極線管の特性と同様のピーク強度特性を持たせることができる。
【００６９】
さらに、液晶パネルのカラーフィルタの色再現性の限界を補うために、発光ダイオードアレイをＲ，Ｇ，Ｂの組合せとし、各色の発光ダイオードを個別に制御して単色輝度を上げて色再現性を向上し、高画質の表示を実現することができる。
【００７０】
図７は本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図であり、映像信号の特性を検出してバックライトの発光ダイオードアレイを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置のブロック図である。図７において、この液晶表示装置はバックライトを構成する冷陰極蛍光ランプ４に温度センサ２３と光センサ２４を設けている。
【００７１】
温度センサ２３と光センサ２４で冷陰極蛍光ランプの温度と発光量を検出し、上記した液晶ＡＩ技術による制御がオフの場合、温度が高いことによる冷陰極蛍光ランプ４の発光効率の低下を、当該冷陰極蛍光ランプの輝度を下げることで防止し、冷陰極蛍光ランプの輝度を下げた分の輝度低下を白色またはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードアレイで増加させるようにしたものである。なお、本実施例のバックライトは直下型に限らない。
【００７２】
図７において、参照符号２５は温度検出制御回路、２６は光量検出制御回路、２７は検出温度データ保持回路、２８は検出光量データ保持回路である。また、１８０は画質制御回路（スタティック）、１８１は画質制御回路（ダイナミック）、２００は画質制御量計算／バックライト輝度制御回路、２２０は調光信号発生回路（スタティック）である。また、ＳＷ１〜ＳＷ６は切替えスイッチ、図６と同一符号は同一機能部分に対応する。
【００７３】
本実施例の駆動回路は、画質制御とバックライト輝度制御を、前記の液晶ＡＩ技術を用いるダイナミック制御を行う制御系統と、温度センサと光センサによってバックライトＢＬの温度上昇を抑制するスタティック制御を行う制御系統の２系統を切替えて設定できるようにしたものである。
【００７４】
ダイナミック制御／スタティック制御切替え信号入力がスタティック制御となっている場合は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は図示した状態にある。このとき、温度センサ２３の検出出力に基づく温度検出制御回路２５の制御信号はスイッチＳＷ３からインバータ回路１３に印加され、光センサ２４の検出出力に基づく光量検出制御回路２６の制御信号はスイッチＳＷ５を通ってスイッチＳＷ２の調光信号出力と加算されてＬＥＤ駆動回路２１に与えられる。
【００７５】
スイッチＳＷ１は画質制御回路（スタティック）１８０からの画質制御信号をパネルコントローラ１７に与え、ＳＷ２は調光信号発生回路（スタティック）２２０からの調光信号をＬＥＤ駆動回路２１に与える。この制御により、冷陰極蛍光ランプ４の温度が低いことによる輝度低下を白色またはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオード５の輝度を上げることにより補償し、冷陰極蛍光ランプ４の温度が高い場合は、冷陰極蛍光ランプ４に与える電流を低減させて温度が高いことによる効率低下を防止する。そして、冷陰極蛍光ランプ４の輝度が下がった分の輝度を発光ダイオード５の輝度向上で補償する。
【００７６】
また、ダイナミック制御／スタティック制御切替え信号入力がダイナミック制御となっている場合は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は図示した状態から切り替わりる。温度センサ２３と光センサ２４の検出信号はそれぞれ検出温度データ保持回路２７、検出光量データ保持回路２８に調光制御信号として保持される。
【００７７】
ダイナミック制御／スタティック制御切り替え信号がダイナミック制御となっている場合は、画質制御回路（ダイナミック）１８１は図６の画質制御回路１８と同じ動作をし、明るさ検出回路（ダイナミック）１９０は図６の映像信号の明るさ検出回路１９と同じ動作をし、画質制御計算／バックライト輝度制御回路２００は図６の制御・演算回路２０と同じ動作をし、画質制御計算／バックライト輝度制御回路２００からの調光信号と、検出光量保持回路２８の調光信号が加算された後に、ＬＥＤ駆動回路２１によって発光ダイオードアレイ５に調光信号が供給される。
【００７８】
なお、ダイナミック制御／スタティック制御切り替え信号は、パーソナルコンピュータからの映像信号や、シネマモード等と呼ばれる映画再生専用の映像設定モードのように、バックライト光量を映像信号に応じて増減する必要がない、或いはバックライト光量を映像信号に応じて増減しない方が高画質である場合、及び、ＴＶ放送やビデオカメラで撮影された映像信号等の表示のように、液晶ＡＩが適用される条件の映像信号の場合でも、ユーザが画面設定メニューで液晶ＡＩをオフした場合は、ダイナミック制御／スタティック制御切り替え信号がスタティック制御に切り替わり、ＴＶ放送やビデオカメラで撮影された映像信号等の表示のように、液晶ＡＩが適用される条件で、液晶ＡＩがオンになっている場合は、ダイナミック制御／スタティック制御切り替え信号はダイナミック制御に切り替わる。
【００７９】
次に、図７における温度センサと光センサ、および冷陰極蛍光ランプの温度特性について説明する。図８は図７における温度センサ近傍の構成例を説明する回路図である。この温度センサ２３では、温度センサ素子Ｔとしてサーミスタを用いている。図中、ＤＡは差分増幅器で、基準電圧Ｖ_refに対する温度センサ素子Ｔの端子電圧を比較し、その差分出力として制御電圧Ｖ_TCを出力する。
【００８０】
図９は図７における光センサ近傍の構成例を説明する回路図である。この光センサ２４では、光センサ素子ＰとしてＣｄＳを用いている。図中、ＤＡは差分増幅器で、基準電圧Ｖ_refに対する光センサ素子Ｐの端子電圧を比較し、その差分出力として制御電圧Ｖ_PCを出力する。
【００８１】
図１０は冷陰極蛍光ランプの近傍温度とその輝度の関係の説明図であり、横軸に周囲温度（°Ｃ）を、縦軸に相対輝度（％）をとって示す。図中、室温Ｔ_R（２５°前後）での相対輝度を１００％として示す。この関係図から明らかなように、冷陰極蛍光ランプは、室温以下では相対輝度が低下し、約４０°を越えると相対輝度が低下する、つまり高温になると輝度が低下する特性を有する。
【００８２】
以上の実施例により、冷陰極蛍光ランプのみを用いたバックライトでは実現できなかった冷陰極蛍光ランプの寿命を長くでき、ダイナミックレンジは冷陰極蛍光ランプのみに比較して格段に広くすることができる。その結果、高速応答特性をもつバックライト制御が可能となり、高品質の液晶表示装置を実現することができる。
【００８３】
図１１は本発明の液晶表示装置の駆動回路の第３の実施例を示すブロック図であり、駆動回路の一実施例（図６）における制御・演算回路２０にピーク輝度特性を実現ための機能を追加した制御・演算回路２０を説明するブロック図である。図中、前記実施例の図面と同一参照符号は同一機能部分に対応し、２０Ａ１はＬＥＤドライバカラム／ロー決定回路、２０Ａ２は比較器である。この回路は、図６の制御・演算回路２０と同様に、明るさ検出回路１９からの信号によって、画質制御回路１８への画質制御信号、ＬＥＤ駆動回路２１への調光信号を発生する。
【００８４】
加えて、バックライト輝度制御回路２０Ｂの出力である明るさ信号とピーク輝度基準量を比較器２０Ａ２で比較して、明るさがピーク輝度基準量より大きい場合に、ＬＥＤドライバカラム／ロー決定回路２０Ａ１に明るさの存在する画面内位置信号を供給する。ＬＥＤドライバカラム／ロー決定回路２０Ａ１は、その明るさが存在する領域から発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイのどのＬＥＤまたはＬＥＤ群の輝度を更に明るくするかを決定し、ＬＥＤドライバ（カラム）及びＬＥＤドライバ（ロー）にＬＥＤドライバカラム／ロー決定信号を供給する。
【００８５】
図１２はＬＥＤカラム／ロー信号によるピーク輝度実現方法をＬＥＤアレイの一部およびＬＥＤドライバ（カラム）とＬＥＤドライバ（ロー）の一部を用いて説明する図である。図中、丸で囲んだ部分のＬＥＤ近傍に設けた回路には、ＬＥＤ、２個の電流制限抵抗、ＦＥＴが配置されている。本実施例では、ＬＥＤのアノード側から調光信号を供給し、２個の電流制限抵抗を介してグランドに電流が流れるようになっている。ＬＥＤ駆動回路の電流供給能力によって、調光信号を供給する回路の個数が決定される。
【００８６】
ＬＥＤドライバ（カラム）及びＬＥＤドライバ（ロー）は図６に示したＬＥＤ駆動回路２１からの調光信号をＬＥＤアレイに供給する機能の他に、ＬＥＤカラム／ロー信号によってＬＥＤ近傍に配置されたＦＥＴをオン／オフする機能を有する。ピーク輝度でない通常の輝度におけるＬＥＤを調光する場合は、ＬＥＤ近傍に配置されたＦＥＴはオフの状態になっている。すなわち、ＬＥＤドライバ（カラム）及びＬＥＤドライバ（ロー）に設けたＦＥＴ制御スイッチがオフになっている。
【００８７】
ＬＥＤカラム／ロー信号によって指定したＬＥＤドライバ（カラム）のＦＥＴオン／オフスイッチがオンになり、ＬＥＤドライバ（ロー）のＦＥＴオン／オフスイッチがオンになると、ＬＥＤ近傍に設けられたＦＥＴのソースがグランドに接続され、ＦＥＴのゲートがＦＥＴオン電圧になり、ＦＥＴがオンになって、ＬＥＤの電流経路に２個接続されていた電流制限抵抗のうちの一つとＦＥＴが並列接続されるようになり、ＬＥＤの電流経路は一つの抵抗を介してＦＥＴのドレイン−ソースを経由してグランドに変更される。よって、ＬＥＤに流れる電流は一つの電流制限抵抗とＦＥＴのオン抵抗で制限されるようになり、ＦＥＴのオン抵抗とＦＥＴに並列接続される抵抗を所望の値とすれば、所望の箇所のＬＥＤの電流を、ＦＥＴがオフのＬＥＤに比べて多く流すことができる。
【００８８】
図１３は本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。前記各実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。通常は前記図６で説明した一実施例と同様に、液晶ＡＩ技術の画質制御とバックライト制御を行うが、同じ画像信号が数フレームにわたって続いた場合に、温度センサ２３と光センサ２４の２つの制御系統が接続されるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を選択する。
【００８９】
冷陰極蛍光ランプ４の温度が上がり過ぎる場合は、その輝度を下げ、冷陰極蛍光ランプ４の輝度が下がった分の輝度を発光ダイオード５の輝度を高くすることで補償する。また、冷陰極蛍光ランプ４の温度が低い場合は発光ダイオード５の輝度を上げるようにして温度の変化による画面輝度の変動を抑制し、高画質を実現するものである。
【００９０】
図１４は本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。前記各実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。本実施例では、バックライトの光源に発光ダイオード５のみを用いたものであり、図４で説明したバックライトの他の実施例を用いて、図６で説明した駆動回路の一実施例の構成を利用したものである。
【００９１】
本実施例では、図６における冷陰極蛍光ランプとその電源であるインバータ回路を除いて構成したものであり、回路の主要な動作は図６と同様である。バックライトＢＬは制御・演算回路２０で作成された調光信号による発光ダイオード５の制御で輝度制御される。本実施例では、光源として冷陰極蛍光ランプを用いないため、ダイナミックレンジが広く、映像信号の明るさに追従させて高速に輝度制御を行うことが可能となる。
【００９２】
図１５は本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。前記各実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。本実施例では、バックライトＢＬの光源に前記図３で説明した冷陰極蛍光ランプ４と発光ダイオード５を組合せたものを用い、その駆動回路として前記図６に示した回路構成を利用したものである。
【００９３】
そして、発光ダイオード５をＬＣＤパネルのカラムとローの２方向で制御するように、それぞれＬＥＤドライバ（カラム）２１Ａ、ＬＥＤドライバ（ロー）２１Ｂを設けている。制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａは図１１に示した構成を有し、表示されるシーンの高輝度部分に相当する領域にある発光ダイオードの輝度を高くすることで高速でシーンの輝度変化に追従させることが可能となる。
【００９４】
図１６は本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。前記各実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。本実施例では、バックライトＢＬの光源に発光ダイオード５のみを用い、その駆動回路として前記図１５に示した回路構成を利用したものである。
【００９５】
そして、図１５と同様に発光ダイオード５をＬＣＤパネルのカラムとローの２方向で制御するように、それぞれＬＥＤドライバ（カラム）２１Ａ、ＬＥＤドライバ（ロー）２１Ｂを設けている。制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａは図１１に示した構成を有し、表示されるシーンの高輝度部分に相当する領域にある発光ダイオードの輝度を大きくすることで高速でシーンの輝度変化に追従させることが可能となる。
【００９６】
以上説明した各実施例により、映像信号の明るさに応じてバックライトの光量制御を高速に制御し、冷陰極蛍光ランプの発光効率の向上を図り、電力消費を低減し、また発光ダイオードの発光制御によりバックライトのダイナミックレンジを拡大して全体としてのダイナミックレンジの幅を広くし、冷陰極蛍光ランプの寿命を延ばすことができる。
【００９７】
次に、冷陰極蛍光ランプの立ち上がり又は立ち下がりの過渡応答期間が重なる期間を短縮し、動画表示における二重輪郭の発生を回避して高品質の画像表示を可能とした液晶表示装置とその駆動回路の実施例を説明する。
【００９８】
図１７はバックライトとして冷陰極蛍光ランプのみを用いてブリンク・ライト・コントロールので液晶パネルを照明した場合の駆動波形図であり、前フレームが黒の状態から白の状態に変化した場合を示す。図中、参照符号Ｆは１フレーム期間、１０１は垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、１０３は黒→白表示時の画面上端の液晶パネルの（セルの）透過率、１０４は同じく画面中央の液晶パネルの（セルの）透過率、１０５は同じく画面下端の液晶パネルの（セルの）透過率、１０６は冷陰極蛍光ランプの輝度である。
【００９９】
また、参照符号１０９で示す斜線部は黒→白変化時の過渡応答状態の画面上端の液晶パネルの輝度、１１０で示す斜線部は同じく過渡応答状態の画面中央の液晶パネルの輝度、１１１で示す斜線部は同じく画面下端の過渡応答状態の液晶パネルの輝度の変化を示す。
【０１００】
画面上端および下端では、液晶パネル（液晶セル）の過渡応答期間にバックライトが消灯する期間が重なるため、一度輝度の低い発光が起こった後に空白期間を経て、バックライトが点灯する期間に液晶パネル（液晶セル）の透過率が定常状態になるため、白い縦棒等の画像が移動する場合に、その輪郭が二重に観察される。これを回避するために、以下に説明するように冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを併用してバックライトを構成し、その駆動方法として次のような方法を新たに採用する。
【０１０１】
図１８は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを併用したバックライトを用いたブリンク・ライト・コントロールの一例を説明するの駆動波形図である。図１７と同様に、参照符号Ｆは１フレーム期間、１０１は垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、１０３は黒→白表示時の画面上端の液晶パネルの（セルの）透過率、１０４は同じく画面中央の液晶パネルの（セルの）透過率、１０５は同じく画面下端の液晶パネルの（セルの）透過率、１０６は冷陰極蛍光ランプの輝度、１０７は発光ダイオードの輝度、１０８は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードの合成輝度の各変化を示す。
【０１０２】
図１８において、図１７で説明したように、１フレーム期間（垂直書込み周期）Ｆにおいて、冷陰極蛍光ランプの過渡応答時間が長いため、液晶パネルの（セルの）透過率は画面の上端、中央、下端のそれぞれで図の曲線１０３、１０４、１０５に示したようになる。一方、オン／オフ（点灯／消灯）する冷陰極蛍光ランプの輝度は図の曲線１０６に示したように、オン／オフ時の立ち上がりと立ち下がりの過渡応答が長く、液晶セルの透過率の過渡応答期間と冷陰極蛍光ランプの立ち上がりと立ち下がりの過渡応答期間とが重なってしまう。このままでは、図１７で説明した動画表示での輪郭の二重観察が起こる。
【０１０３】
本実施例では、曲線１０７に示したように、冷陰極蛍光ランプの輝度１０６の立ち上がりの初めのタイミングと立ち下がりのタイミングで発光ダイオードを点灯し、曲線１０８に示したように全体としてのバックライトの輝度応答特性を矩形状に近づける。これによって、上記した二重輪郭の発生を軽減する。
【０１０４】
図１９は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを併用したバックライトを用いたブリンク・ライト・コントロールの他の例を説明するの駆動波形図である。図中、図１７および図１８と同一参照符号は同一機能の波形に対応する。
【０１０５】
本実施例では、画面上端および画面中央では、液晶パネル（液晶セル）の過渡応答期間にバックライトが点灯している。過渡応答に続いて白が表示されるので、輝度の高い状態が連続しているため、二重輪郭は発生しない。また、画面下端の応答期間はバックライトが消灯しているため、ここでも二重輪郭は発生しない。
【０１０６】
図２０は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードを並設したバックライトの駆動回路の概略構成を説明するブロック図である。冷陰極蛍光ランプ４は垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）１０１に基づいてタイミング発生回路１１２で生成したオン／オフ信号をインバータ１３に与え、このインバータ１３によって点灯と消灯が制御される。一方、発光ダイオード５は上記のタイミング発生回路１１２で生成したオン／オフ信号で制御されるＬＥＤ駆動回路２１で駆動される。このＬＥＤ駆動回路２１による駆動は、前記図１８で説明した波形１０７に示されるような細かな電流制御が施される。
【０１０７】
図２１は図２０におけるＬＥＤ駆動回路の構成例を説明するブロック図である。発光ダイオード５の輝度は、当該発光ダイオードに流れる電流にほぼ比例するので、図１８における発光ダイオードの輝度１０７の曲線で示された輝度を実現するために、図示した回路構成とした。すなわち、ＬＥＤ駆動回路２１をＬＥＤ電流基準値発生回路１１３、ＬＥＤ電流基準値切換え回路１１４、ＬＥＤ駆動段回路１１５で構成する。
【０１０８】
ＬＥＤ電流基準値発生回路１１３にはｎ個の発光ダイオード電流基準値（図２１にはＬＥＤ電流基準値と表記、以下の説明でも同様）を設ける。ＬＥＤ電流基準値発生回路１１３のｎ個のＬＥＤ電流基準値ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，・・・・ＢＳｎの出力はＬＥＤ電流基準値切換え回路１１４に接続されている。ＬＥＤ電流基準値切換え回路１１４はタイミング発生回路１１２で生成したタイミング信号によってｎ個のＬＥＤ電流基準値ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，・・・・ＢＳｎを切り換えてＬＥＤ駆動段回路１１５に供給する。
【０１０９】
ＬＥＤ電流基準値切換え回路１１４は、タイミング発生回路１１２からのタイミング信号によってどのｎ個のＬＥＤ電流基準値ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，・・・・ＢＳｎの内のどれをＬＥＤ駆動段回路１１５に供給するかを制御する割り当て機能も有する。この割り当て機能の説明は後述する。
【０１１０】
図２２は図２０における冷陰極蛍光ランプのオン／オフ制御信号発生回路を説明するブロック図である。また、図２３および図２４は図２２の回路構成でオン／オフ制御信号の生成タイミグング図である。
【０１１１】
図２２において、参照符号１１６は第１のカウンタ、同１１７は第２のカウンタである。第１のカウンタ１１６は水平同期信号１０２をカウントし、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）１０１をリセット信号とする。第２のカウンタ１１７は水平同期信号をカウントし、第１のカウンタ１１６のキャリー信号ＳＣをリセット信号とする。
【０１１２】
図２３と図２４を参照して図２２の冷陰極蛍光ランプのオン／オフ制御信号発生動作を説明する。第１のカウンタ１１６は冷陰極蛍光ランプの点灯開始タイミング発生回路であり、冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）４の点灯開始信号ＳＣを所望のタイミング（図１８におけるＣＦＬ波形１０６の立ち上がり開始時点）でキャリー信号として発生する。第２のカウンタ１１７は点灯開始信号ＳＣに基づいて冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）４の点滅制御信号ＥＣを発生する。
【０１１３】
すなわち、第１のカウンタ１１６により水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）をカウントし、所望のタイミング（図１８におけるＣＦＬ波形１０６の立ち上がり開始時点）にキャリー信号として点灯開始信号ＳＣを第２のカウンタ１１７に出力する（図２３参照）。第２のカウンタ１１７は入力した点灯開始信号ＳＣをリセット信号として水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）をカウントし、所望の期間（図１８のＣＦＬ波形１０６の立ち上がり開始時点から波形１０６の立ち下がり開始時点までの期間）点滅制御信号ＥＣをハイ（オン）にする（図２４参照）。
【０１１４】
カウンタの構成は図示のカウンタに限るものではなく、１系統のカウンタと組み合わせ回路によって点灯開始信号ＳＣと点滅制御信号ＥＣを発生する構成とすることもできる。
【０１１５】
図２５は図２０におけるＬＥＤ駆動回路を構成するＬＥＤ電流基準値発生回路の構成例を説明するブロック図、図２６は図２５の回路構成の駆動信号の生成タイミグング図である。図２５と図２６において、参照符号１１８は第３のカウンタ、同１１９は第４のカウンタである。第３のカウンタ１１８は水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）１０２をカウントし、所望のタイミング（図１８におけるＣＦＬ波形１０６の立ち上がり開始時点、すなわち、ＬＥＤの最初の電流選択時点）でＬＥＤ点灯開始信号ＳＬを第４のカウンタ１１９に出力し、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）１０１でリセットされる。
【０１１６】
第４のカウンタ１１９は水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）１０２をカウントし、ＬＥＤ点灯開始信号ＳＬをリセット信号として使用し、所望の期間（選択した各電流を流す期間）出力をハイにし、ＬＥＤ電流基準値選択信号ＢＳ１を発生する。また、第４のカウンタ１１９は後述するＬＥＤ基準電流値選択シフトレジスタのリセット信号ＢＳＲも出力する。
【０１１７】
図２７は図２０におけるＬＥＤ駆動回路を構成するＬＥＤ電流基準値発生回路の図２５の後段の回路構成例を説明するブロック図、図２８は図２７の回路構成のタイミグング図である。図２７と図２８において、参照符号１２０は第５のカウンタ、同１２１はシフトレジスタである。第５のカウンタ１２０は水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）１０２をカウントしてシフトレジスタ１２１用のクロック信号ＳＲＣを生成する。
【０１１８】
シフトレジスタ１２１は図２５で説明した第４のカウンタ１１９からのＬＥＤ基準電流値選択シフトレジスタリセット信号ＢＳＲでリセットされる。このシフトレジスタ１２１のデータ入力ＤＡＴＡにＬＥＤ電流基準値ＢＳ１を入力することにより、その出力にＬＥＤ電流基準値ＢＳ２，ＢＳ３，・・・・ＢＳｎが順次出力される。このＬＥＤ電流基準値ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，・・・・ＢＳｎを図２０のＬＥＤ電流基準値切換え回路１１４に与える。なお、図１８のＣＦＬ波形でＣＦＬの輝度が十分高く、ＬＥＤの電流が０のときは、電流基準値が０の値を選択している。
【０１１９】
図３１は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。このバックライトは導光板８の対向する１辺（ここでは、長辺側）の一方に沿って冷陰極蛍光ランプ４を設置し対向する他の長辺に沿って白色あるいはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードアレイ（ＬＥＤ）５を設置したものである。
【０１２０】
この構成例では、冷陰極蛍光ランプ４と発光ダイオード５からの光が、それぞれ図の矢印方向に導光板８内を伝播し、図２９の（ｂ）と同様の面光源を構成する。冷陰極蛍光ランプ４の光量不足を発光ダイオードアレイ５の発光光で補完したり、周囲の明暗状態に応じて冷陰極蛍光ランプ４あるいは発光ダイオード５を切替え使用し、もしくは両者を同時点灯して高輝度表示を可能とするものである。
【０１２１】
図３２は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。このバックライトは導光板８の対向する２辺（ここでは、長辺側）のそれぞれに冷陰極蛍光ランプ４を設置し、上記２辺に隣接する各辺（ここでは、短辺側）のそれぞれに沿って白色あるいはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードアレイ５を設置したものである。
【０１２２】
この構成では、２本の冷陰極蛍光ランプ４と２つの発光ダイオードアレイ５からの光が、それぞれ図の矢印方向に導光板８内を伝播し、図２９の（ｂ）と同様の面光源を構成する。冷陰極蛍光ランプ４の光量不足を発光ダイオードアレイ５の発光光でさらに補完したり、周囲の明暗状態に応じて冷陰極蛍光ランプ４あるいは発光ダイオード５を切替え使用し、もしくは両者を同時的あるいは選択的に点灯してより高輝度表示を可能とするものである。
【０１２３】
図３３は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。このバックライトは導光板８の隣接する２辺（長辺側と短辺側）の一方に冷陰極蛍光ランプ４を設置し、他方に沿って白色あるいはＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードアレイ５を設置し、平行する長辺と平行する短辺のそれぞれで冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとが対向するように配置したものである。長辺側に発光ダイオードアレイを数多く設置することができる。
【０１２４】
この構成でも、２本の冷陰極蛍光ランプ４と２つの発光ダイオードアレイ５からの光が、それぞれ図の矢印方向に導光板８内を伝播し、図２９の（ｂ）と同様の面光源を構成する。冷陰極蛍光ランプ４の光量不足を発光ダイオードアレイ５の発光光でさらに補完したり、周囲の明暗状態に応じて冷陰極蛍光ランプ４あるいは発光ダイオード５を切替え使用し、もしくは両者を同時的あるいは選択的に点灯してより高輝度表示を可能とするものである。
【０１２５】
図３４は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図であり、図３１における冷陰極蛍光ランプ４と発光ダイオードアレイ５をそれぞれ導光板８の対向する短辺側に設置したものであり、他の構成と効果は図３１と同様である。
【０１２６】
図３５は冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図であり、図３２における冷陰極蛍光ランプ４と発光ダイオードアレイ５をそれぞれ導光板８の対向する短辺と長辺に設置したものであり、他の構成と効果は図３２と同様である。
【０１２７】
図３７は映像信号の特性を検出してバックライトを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置の他の実施例のブロック図である。図３７において、この液晶表示装置は液晶パネル（図では、ＬＣＤパネルと表記）１４に導光板８と２本の冷陰極蛍光ランプ４を有するサイドエッジ型バックライトを備えたものである。
【０１２８】
液晶パネル１４はパネルコントローラ１７で駆動される液晶パネル駆動回路であるＬＣＤドライバ（カラム）１５とＬＣＤドライバ（ロー）１６を有する。このバックライトはインバータ回路１３で交流駆動される。パネルコントローラ１７には画質制御回路１８から映像信号（画像信号、あるいは表示信号とも称する）が供給される。画質制御回路１８はコントラスト制御回路１８Ａ、ＤＣレベル制御回路１８Ｂ、デジタルγ補正回路１８Ｃを備えている。
【０１２９】
一方、インバータ回路１３には映像信号の画質に応じた調光信号を生成する制御・演算回路２０が接続されている。この制御・演算回路２０は画質制御量計算回路２０Ａとバックライト輝度制御回路２０Ｂを有している。さらに、この液晶表示装置には映像信号の明るさ検出回路１９を有している。明るさ検出回路１９はＡＰＬ検出回路１９Ａ、ＭＡＸ検出回路１９Ｂ、ＭＩＮ検出回路１９Ｃを有している。
【０１３０】
ＡＰＬ検出回路１９Ａは外部回路（コンピュータ本体等の信号源）から入力する映像信号の平均輝度レベルを検出し、ＭＡＸ検出回路１９ＢとＭＩＮ検出回路１９Ｃは、それぞれ映像信号の最大輝度値と最小輝度値を検出する。明るさ検出回路１９で検出された平均輝度レベルおよび最大輝度値と最小輝度値はバックライト輝度制御回路２０Ｂに入力され、画質制御量が計算される。
【０１３１】
制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａで計算された画質制御量はバックライト輝度制御回路２０Ｂに与えられ、最適な調光信号を生成してバックライトに駆動電力を供給するインバータ回路１３に印加される。この調光信号によりインバータ回路１３は冷陰極蛍光ランプ４に供給する駆動電圧または電流を制御する。
【０１３２】
また、制御・演算回路２０の画質制御量計算回路２０Ａで計算された画質制御量は画質制御回路１８のコントラスト制御回路１８ＡとＤＣレベル制御回路１８Ｂに印加される。コントラスト制御回路１８ＡとＤＣレベル制御回路１８Ｂは、入力した画質制御量に応じて、映像信号のコントラストとＤＣレベルを最適値に制御する。
【０１３３】
このように、冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードを並設したバックライトを用いることにより、液晶パネルの透過率の過渡応答期間と冷陰極蛍光ランプの立ち上がり又は立ち下がりの過渡応答期間が重なる期間を短くすることができる。その結果、動画表示の際に画面上で輪郭が二重に観察される領域が狭くなり、高画質の動画表示が得られる。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表示される映像信号の明るさに応じたバックライトの光量制御を高速応答制御が可能なリアルタイムの制御可能とし、冷陰極蛍光ランプの発光効率を向上すると共に輝度を下げずに電力消費を低減し、また発光ダイオードを用いることによりダイナミックレンジを大幅に広くし、冷陰極蛍光ランプの寿命を延ばすことを可能としたバックライトを備えた液晶表示装置とその駆動回路を提供することができる。
【０１３５】
また、動画表示の際の二重輪郭の発生が低減され、高画質の動画表示を得ることができる。
【０１３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの一実施例を説明する模式図である。
【図２】本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図である。
【図３】本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図である。
【図４】本発明の液晶表示装置を構成する直下型バックライトの他の実施例を説明する模式図である。
【図５】本発明の液晶表示装置を構成するサイドエッジ型バックライトの一実施例を説明する模式断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の駆動回路の一実施例を示すブロック図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図８】図７における温度センサ近傍の構成例を説明する回路図である。
【図９】図７における光センサ近傍の構成例を説明する回路図である。
【図１０】冷陰極蛍光ランプの近傍温度とその輝度の関係の説明図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図１２】ＬＥＤカラム／ロー信号によるピーク輝度実現方法をＬＥＤアレイの一部およびＬＥＤドライバ（カラム）とＬＥＤドライバ（ロー）の一部を用いて説明する図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図１７】バックライトとして冷陰極蛍光ランプのみを用いてブリンク・ライト・コントロールので液晶パネルを照明した場合の駆動波形図である。
【図１８】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを併用したバックライトを用いたブリンク・ライト・コントロールの一例を説明するの駆動波形図である。
【図１９】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを併用したバックライトを用いたブリンク・ライト・コントロールの他の例を説明するの駆動波形図である。
【図２０】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードを並設したバックライトの駆動回路の概略構成を説明するブロック図である。
【図２１】図２０におけるＬＥＤ駆動回路の構成例を説明するブロック図である。
【図２２】図２０における冷陰極蛍光ランプのオン／オフ制御信号発生回路を説明するブロック図である。
【図２３】図２２の回路構成でオン／オフ制御信号の生成タイミグング図である。
【図２４】図２２の回路構成でオン／オフ制御信号の生成タイミグング図である。
【図２５】図２０におけるＬＥＤ駆動回路を構成するＬＥＤ電流基準値発生回路の構成例を説明するブロック図である。
【図２６】図２５の回路構成の駆動信号の生成タイミグング図である。
【図２７】図２０におけるＬＥＤ駆動回路を構成するＬＥＤ電流基準値発生回路の図２５の後段の回路構成例を説明するブロック図である。
【図２８】図２７の回路構成のタイミグング図である。
【図２９】冷陰極蛍光ランプを光源とするサイドエッジ型バックライトの一構成例を説明する模式図である。
【図３０】冷陰極蛍光ランプを光源とするサイドエッジ型バックライトの他の構成例を説明する模式断面図である。
【図３１】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。
【図３２】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。
【図３３】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。
【図３４】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。
【図３５】冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとを用いたサイドエッジ型バックライトの他の実施例の構成を説明する模式図である。
【図３６】冷陰極蛍光ランプを光源とした直下型バックライトの１構成例を説明する模式断面図である。
【図３７】映像信号の特性を検出してバックライトを制御する駆動回路を備えた液晶表示装置のブロック図である。
【符号の説明】
１・・・・ケースフレーム、２・・・・拡散板、３・・・・遮光層、３Ａ・・・・遮光ドット、４・・・・冷陰極蛍光ランプ（ＣＦＬ）、５・・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、６・・・・回路基板、７・・・・山形反射板、９・・・・反射板、９’・・・・反射印刷層、８・・・・導光板、１０・・・・拡散板、１１・・・・ランプ反射シート、１２・・・・反射印刷（あるいは反射テープ）、１３・・・・インバータ回路、１４・・・・液晶パネル（ＬＣＤパネル）、１５・・・・ＬＣＤドライバ（カラム）、１６・・・・ＬＣＤドライバ（ロー）、１７・・・・パネルコントローラ、１８・・・・画質制御回路、１８Ａ・・・・コントラスト制御回路、１８Ｂ・・・・ＤＣレベル制御回路、１８Ｃ・・・・デジタルγ補正回路、１９・・・・明るさ検出回路、１９Ａ・・・・ＡＰＬ検出回路、１９Ｂ・・・・ＭＡＸ検出回路、１９Ｃ・・・・ＭＩＮ検出回路、２０・・・・制御・演算回路、２０Ａ・・・・画質制御量計算回路、２０Ｂ・・・・バックライト輝度制御回路、２１・・・・発光ダイオード駆動回路（ＬＥＤ駆動回路）、２３・・・・温度センサ、２４・・・・光センサ、２５・・・・温度検出制御回路、２６・・・・光量検出制御回路、２７，２８・・・・保持回路、２９・・・・保持回路、３０・・・・同一フレーム判定回路、１０１・・・・垂直同期信号、１０２・・・・水平同期信号、１０３・・・・画面上端の液晶パネルの透過率、１０４・・・・画面中央の液晶パネルの透過率、１０５・・・・画面下端の液晶パネルの透過率、１０６・・・・ＣＦＬバックライトの輝度、１０７・・・・ＬＥＤバックライトの輝度、１０８・・・・ＣＦＬ＋ＬＥＤバックライトの輝度、１０９・・・・画面上端の黒→白変化時の液晶パネルの輝度、１１０・・・・画面中央の黒→白変化時の液晶パネルの輝度、１１１・・・・画面下端の黒→白変化時の液晶パネルの輝度、１１２・・・・タイミング発生回路、１１３・・・・ＬＥＤ電流基準値発生回路、１１４・・・・ＬＥＤ電流基準値切換え回路、１１５・・・・ＬＥＤ駆動段回路、１１６・・・・第１のカウンタ、１１７・・・・第２のカウンタ、１１８・・・・第３のカウンタ、１１９・・・・第４のカウンタ、１２０・・・・第５のカウンタ、１２１・・・・シフトレジスタ、１８０・・・・画質制御回路（スタティック）、１８１・・・・画質制御回路（ダイナミック）、１９０・・・・明るさ検出回路（ダイナミック）、２００・・・・画質制御量計算／バックライト輝度制御回路、２２０・・・・調光信号発生回路（スタティック）。

Claims

液晶パネルと、この液晶パネルを照明するバックライトと、同期信号に基づいて前記液晶パネルに映像信号を表示するための映像信号駆動回路と、前記バックライトを駆動するバックライト駆動回路とを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイを有して構成され、
前記バックライト駆動回路は、垂直同期信号に同期して前記冷陰極蛍光ランプを点滅する冷陰極蛍光ランプ駆動回路と、前記冷陰極蛍光ランプの点灯時の立ち上がりと消灯時の立ち下がり時の輝度を補正するタイミングで前記発光ダイオードアレイを点灯制御する前記発光ダイオード駆動回路を有することを特徴とする液晶表示装置。
前記発光ダイオード駆動回路は、垂直同期信号に基づいて前記発光ダイオードアレイの点滅を制御するタイミング発生回路と、前記タイミング発生回路で発生したタイミング信号に基づいて前記発光ダイオードアレイに与える複数の電流基準値を生成する発光ダイオード電流基準値発生回路と、前記タイミング発生回路からのタイミング信号に同期して前記発光ダイオードアレイに前記電流基準値を与える発光ダイオード電流基準値切換え回路を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶パネルの直下に複数の前記冷陰極蛍光ランプと複数の前記発光ダイオードアレイとを並設配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記液晶パネルの直下に導光板を有し、前記導光板の少なくとも２辺に前記冷陰極蛍光ランプと前記発光ダイオードアレイとを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記冷陰極蛍光ランプの始動時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。
前記冷陰極蛍光ランプの点灯開始時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。
前記冷陰極蛍光ランプが低温時に前記発光ダイオードをオンとすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。