JP4736656B2

JP4736656B2 - 表示装置

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Publication number: JP4736656B2
Application number: JP2005266263A
Authority: JP
Inventors: 芳則大島
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: JP2007079079A

Description

本発明は表示装置に係り、特に液晶表示装置等のバックライトを備えた表示装置に関する。

液晶表示装置において動画像を表示した場合に、動画像がボケルという問題がある。これは第一に液晶パネルに使用される液晶分子の応答特性が遅いことが原因となっている。第二に液晶表示装置が１フレーム期間の映像を連続的に表示し続けるというホールド型駆動をすることも大きな原因である。そこで、従来から液晶表示装置で生じる上記の原理的な動画表示の画質（動画質）劣化の改善方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

すなわち、上記の第一の問題点は、液晶分子の特性を改善すること、及び液晶分子の立ち上がり特性を速くするオーバードライブ回路などで改善が図られ効果が得られている。一方、第二の問題点であるホールド型駆動による動画ボヤケは、液晶表示装置の動作原理そのものが原因となっている。この間題を解決する方法として、第一に液晶表示装置への映像信号に黒信号を挿入する方法、第二にバックライトを点滅する方法、第三にバックライトをスキャンする方法が提案されている。

栗田泰市郎，"液晶ディスプレイで生じる原理的な動画質劣化とその改善法"，ＮＨＫ放送技術研究所，社団法人電子情報通信学会，信学技報，ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲＥＰＯＲＴＯＦＩＥＩＣＥ，ＥＩＤ２０００−４７（２０００−０９），ｐ．１３−１８

しかしながら、従来の液晶表示装置におけるホールド型駆動による動画ボヤケの改善方法のうち、上記の第一の解決策は、液晶に映像信号を書き込み、１フレーム内の一定時間後に黒のデータを表示装置に書き込む方法であり、動画ボヤケについての効果は得られるが、この間バックライトは常時点灯したままであり、消費電力の観点からは効率的ではない。また、バックライトを点滅する上記の第二の解決策は、バックライトが点滅するときに、映像信号を書き込むラインのデータ切り替わり時の継ぎ目が見え、画質の観点からは望ましくない。

これに対し、バックライトをスキャンする上記の第三の解決策は、ホールド駆動に基づく動画ボヤケの改善に有効であるが、そのためには、バックライトのスキャンとデータ書込のタイミングを上手に制御しなければならない。すなわち、動画ボヤケを改善するためにバックライトをスキャンする上記の第三の解決策では、例えば、図１２（Ｂ）に示すように、バックライトを、反射シート５１上に２次元マトリクス状に配置された、発光ダイオード等の複数個の光源５０のうち、画面横方向（行方向）に直線状に配置された複数個の光源５０毎に反射シート５１の山部分５０ａで区切り、反射シート５１上に、液晶パネル表示部方向に拡散板５２及び光学シート５３を積層した構造とし、１フレーム期間内で光源５０のうち１行に配置された複数個の光源５０（１つの光源列）を消灯し、かつ、その消灯する行（光源列）を順次に移動させる。

これにより、図１２（Ｂ）に示すように、第４行に配置された光源５０だけを消灯した時には、第４行に隣接する第３行と第５行に配置された光源５０から発光された光は、それぞれ反射シート５１の山部分５１ａで遮られて第４行に配置された光源５０の上方には至らないため、バックライトの輝度は同図（Ａ）に示すように、第４行でかなり暗く、かつ、それ以外で明るい状態となる。これにより、図１３に示すように、バックライトの第ｍ行（図１２（Ｂ）では第４行）だけが黒い帯のように見え、バックライトの明るさがデジタル的にオン／オフされた状態になる。また、この黒い帯は、スキャンされて順次移動する。これにより、従来はバックライトによる表示光を間欠的にしてホールド時間を短くし、視線の移動に伴う動画像のボヤケを改善するようにしている。

しかしながら、図１４に示す液晶の透過率ｃ’の白で表示される映像信号データを液晶パネル表示部のある１ラインに書き込んだ後に、図１３に示したバックライトのそのデータ書込みラインに対応した位置にある黒い帯の部分から図１４にａで示す時間で点灯部分に変化した場合、書込みデータに対応した透過率ｃ’よりも低い透過率ａ’でデータ表示が行われ、図１４に示すように液晶の応答特性が遅いために、書込みデータに対応した透過率ｃ’で液晶パネルに正しく表示されるまでに時間遅れがあり、正しく表示できないという問題がある。なお、図１４は１フレーム期間直後は黒が表示される例である。

従って、従来の液晶表示装置では、ホールド型駆動に基づく、動画ボヤケ改善の効果が不十分である。これはテレビの高画質化を図る上で大きな課題である。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、バックライトをスキャンしても、バックライトの明るさのデジタル的なオン／オフの影響が大幅に低減して、動画ボヤケを大幅に低減できると共に、データ表示が正確に行える表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、バックライトから照射された光を受けるとともに、ライン毎に画像データが書き込まれる複数の表示素子により画像を画面に表示する表示装置において、
上記バックライトを、画面の縦方向にＮ行（Ｎは４以上の整数）の直接光を照射する、画面の縦方向にＮ個配置された発光素子からなる光源と、光源からの画面の縦方向のＮ行の直接光の照射範囲を制限して、Ｌ行目（Ｌは２〜Ｎ−１のうちの任意の一の値）の直接光を、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の直接光の一部又は全部と合成する照射範囲制限部とを少なくとも有する構成とし、
入力される画像データの画面の表示期間内において、光源を構成する画面の縦方向にＮ個配置された発光素子のうちＬ−１行目、Ｌ行目及びＬ＋１行目の隣接する３行の各発光素子を消灯し、かつ、Ｎ個の発光素子のうち３行以外の各発光素子を点灯すると共に、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子のライン範囲を３行の各発光素子の消灯によりバックライトの輝度が最も低くなる行に相当するライン範囲に同期させて、消灯する３行の各発光素子と点灯する各発光素子とを画面縦方向に順次切り替えて消灯する３行の位置を画面縦方向に走査するバックライト制御手段を有することを特徴とする。

この発明では、Ｌ行目の発光素子からの直接光を、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の各発光素子からの直接光の一部又は全部と合成する構造とすることにより、バックライトは少なくともＬ行目を含む位置において最も輝度が低く、Ｌ−１行目とＬ＋１行目の全部又は一部を含む位置において中間輝度となり、それ以外の場所では最も輝度が高くなり、それらＬ−１行目、Ｌ行目及びＬ＋１行目の隣接する３行の各発光素子を消灯し、かつ、光源を構成する複数個の発光素子のうち３行以外の各発光素子を点灯すると共に、入力される画像データの画面の表示期間内において、画像データの表示素子への書き込みタイミングに同期して、消灯する３行の各発光素子と点灯する各発光素子とを画面縦方向に順次切り替えて消灯する３行の位置を画面縦方向に走査するようにしたため、バックライトによる表示光が間欠的にされて表示素子によるホールド時間を短くできる。また、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子とバックライトの輝度が最も低い行位置とを対応させることで、表示素子が液晶パネルの場合、その透過率が完全に立ち上がる前の画素に照射する光を少なくすることができる。

また、上記の目的を達成するため、上記の発明における表示素子は液晶表示素子であり、光源は、反射シート上に、画面の横方向に長手方向を持つ一の発光素子又は横方向に１列に並んだ複数個の発光素子が配置され、かつ、画面の縦方向にＮ個配置された発光素子からなり、照射範囲制限部は、反射シートと一体的に形成され、かつ、Ｌ行目の発光素子からの直接光の照射範囲を制限して、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の各発光素子からの直接光の一部又は全部と合成する、断面が山形状のシート部であり、バックライトは、光源からの光を液晶表示素子に照射する直下型であることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、バックライトから照射された光を受けるとともに、ライン毎に画像データが書き込まれる複数の表示素子により画像を画面に表示する表示装置において、
上記バックライトを、画面の縦方向にＮ行（Ｎは３以上の整数）の直接光を照射する、画面の縦方向にＮ個配置された発光素子からなる光源と、画面の縦方向のＮ行のうち、Ｌ行目（Ｌは２〜Ｎ−１のうちの任意の一の値）の発光素子からの直接光を、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の各発光素子からの直接光と内部で合成した後、外部へ出射する導光板とを少なくとも有する構成とし、
入力される画像データの画面の表示期間内において、光源を構成する画面の縦方向にＮ個配置された発光素子のうちＬ行目とＬ−１行目又はＬ＋１行目の隣接する２行の各発光素子を消灯し、かつ、Ｎ個の発光素子のうち２行以外の各発光素子を点灯すると共に、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子のライン範囲を２行の各発光素子の消灯によりバックライトの輝度が最も低くなる行の範囲に相当するライン範囲に同期させて、消灯する２行の各発光素子と点灯する各発光素子とを画面縦方向に順次切り替えて消灯する２行の位置を画面縦方向に走査するバックライト制御手段を有することを特徴とする。

この発明では、バックライトは、消灯している隣接する２行の各発光素子の間の画面横方向の位置において輝度が最も低く、消灯している上記の隣接する２行の各発光素子と点灯している発光素子との間の画面横方向の２行の位置においては中間輝度となり、それ以外では最も明るい輝度となり、バックライトの輝度が最も低い行位置とその上下の中間輝度の行位置とが、入力される画像データの画面の表示期間内において、画像データの表示素子への書き込みタイミングに同期して、画面縦方向に走査するようにしたため、バックライトによる表示光が間欠的にされて表示素子によるホールド時間を短くできる。また、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子とバックライトの輝度が最も低い行位置とを対応させることで、表示素子が液晶パネルの場合、その透過率が完全に立ち上がる前の画素に照射する光を少なくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、バックライトの輝度が最も低い行位置とその上下の中間輝度の行位置とが、入力される画像データの画面の表示期間内において、画像データの表示素子への書き込みタイミングに同期して、画面縦方向に走査することにより、バックライトによる表示光が間欠的にされて表示素子によるホールド時間を短くでき、これにより、ホールド駆動に基づく動画ボヤケを大幅に低減できる。

また、本発明によれば、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子とバックライトの輝度が最も低い行位置とを対応させるようにしたため、バックライトの輝度が最も低い行位置とその上下の中間輝度の行位置とを動画ボヤケ低減のために画面縦方向に走査した場合であっても、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子に対して表示光を照射するバックライトの位置を、上記のバックライトの輝度が最も少ない位置から中間輝度の位置へと変化させることができ、表示素子が液晶パネルの場合、その透過率が完全に立ち上がる前の画素にバックライトから照射する光を、従来に比べて少なくすることができ、これにより表示素子（液晶パネル）による正確な階調表示ができる。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる表示装置の一実施の形態のシステム構成図を示す。同図において、表示装置は、画像を２次元マトリクス状に複数個配置された画素回路２により表示する液晶パネル表示部１と、液晶パネル表示部１に画像を表示させるためのコントロールを行う液晶表示コントローラ３と、液晶パネル表示部１に設けられた複数の画素回路２に接続されたゲート信号線を駆動するゲート信号線駆動回路４と、液晶パネル表示部１の複数の画素回路２に接続されたデータ信号線を駆動するデータ信号線駆動回路５と、液晶パネル表示部１の背面に光を照射するバックライト６と、バックライト６を駆動するバックライト駆動回路７とから構成される。各画素回路２は液晶表示素子とその駆動回路からなる。

液晶表示コントローラ３は、液晶パネル表示部１に表示されるべき映像信号が入力され、その入力映像信号に基づいて、ゲート信号線駆動回路４とデータ信号線駆動回路５が液晶パネル表示部６にデータを書き込むタイミングコントロールを行う。一方、バックライト駆動回路７は、制御信号が入力され、その制御信号に基づいて、主に映像信号に基づいたバックライト６の明るさ制御を行う。

バックライト６には様々な方式があり、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）又は発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの発光素子からなる光源を液晶パネルの真下に配置する直下型と、上記光源からの直接光を導光板に入射して液晶パネルに照射する導光板型がある。これらバックライト６から液晶パネル表示部１の背面に照射された光は、液晶パネル表示部１の各画素回路２に書き込まれた画像データに対応した透過率で、各画素回路２の液晶表示素子を通過し、パネル全体の映像を認識させる。

図２は図１中のバックライト６の第１の実施の形態の概略斜視図を示す。この実施の形態のバックライトは、光源の発光素子としてＬＥＤ１０を用いており、複数個のＬＥＤ１０が反射シート１１上に固定されている。反射シート１１上の複数個のＬＥＤ１０は、画面横方向（行方向）に直線状に配置されている複数個のＬＥＤ毎に、縦断面が山形の形状をした反射シート１１により区切られている。

すなわち、複数個のＬＥＤ１０は、画面横方向（行方向）に配置されている複数のＬＥＤ１０からなる行単位で反射シート１１の山部分１１ａで区切られている。なお、この構成は図１２に示した従来のバックライトと類似しているが、本実施の形態は山部分１１ａの高さが、後述するように、消灯している行のＬＥＤに隣接する行のＬＥＤからの光を完全に遮断しない所定の高さに設定されている点で従来と異なる。

反射シート１１の上部（液晶パネル表示部１側）には、拡散板１２、光学シート１３が順次に積層される。光学シート１３は、拡散シート、プリズムシート、偏光シート等を液晶パネル表示部１が要求する性能に合わせて適宜選択される。光源としてのＬＥＤ１０としては、（１）赤色光用ＬＥＤ、緑色光用ＬＥＤ、青色光用ＬＥＤからなる構成、（２）白色光用ＬＥＤからなる構成、などどのようなものであってもよい。この実施の形態のバックライト６は、ＬＥＤ１０から発光された光を拡散板１２で拡散し、光学シート１３を通して、図１の液晶パネル表示部１の背面を照射する直下型である。

図３は図１中のバックライト６の第２の実施の形態の概略斜視図を示す。この実施の形態のバックライトは、光源となる発光素子としてＣＣＦＬ２０を用いており、複数個のＣＣＦＬ２０が反射シート２１上に固定されている。反射シート２１上の複数個のＣＣＦＬ２０は、画面横方向に長手方向が配置されており、縦断面が山形の形状をした反射シート２１により１個ずつ区切られている。すなわち、複数個のＣＣＦＬ２０は、画面横方向（行方向）に長手方向が平行となるように配置されている各ＣＣＦＬ２０単位で反射シート２１の山部分２１ａで区切られている。反射シート２１の上部（液晶パネル表示部１側）には、拡散板２２、光学シート２３が順次に積層される。光学シート２３は、拡散シート、プリズムシート、偏光シート等を液晶パネル表示部１が要求する性能に合わせて適宜選択される。

本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、反射シート２１の山部分２１ａの高さが、後述するように、消灯している行のＣＣＦＬ２０に隣接する行のＣＣＦＬ２０からの光を完全に遮断しない所定の高さに設定されている点で従来と異なる。この実施の形態のバックライト６は、ＣＣＦＬ２０から発光された光を拡散板２２で拡散し、光学シート２３を通して、図１の液晶パネル表示部１の背面を照射する。

なお、図２と図３は光源として、ＬＥＤかＣＣＦＬを用いるかの違いであって、光学特性に対する要求事項は同じである。なお、図３のＣＣＦＬ２０の代わりに熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ：Hot Cathode Fluorescent Lamp）を使用してもよく、同様の効果が得られるものであれば他の光源であってもよい。

次に、本発明の表示装置で用いるバックライトの駆動方法の各実施の形態について説明する。図４は本発明になる表示装置の第１の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態では、図４（Ｂ）に示すように、バックライトを構成する反射シート１１上に２次元マトリクス状に設けられている複数個のＬＥＤ１０を、画面横方向（行方向）に一列に並ぶＬＥＤ毎に反射シート１１の山部分１１ｂで区切り、第ｋ行（ｋは１〜７）のＬＥＤ１０_ｋからの直接光は、ＬＥＤ列を分離する反射シート１１の山部分１１ｂで遮り、一定の照射範囲を持たすものであるが、その山部分１１ｂの高さを、隣接する行のＬＥＤ１０_ｋ−１、１０_ｋ＋１からの直接光が照射される高さ位置に設定した点に特徴がある。

すなわち、図４（Ｂ）に示した第１行から第７行のうち、第ｋ行のＬＥＤ１０_ｋから出射された光は、山部分１１ｂにより隣接する行である第ｋ−１行、第ｋ＋１行の上方にある拡散板１２の、第ｋ−１行、第ｋ＋１行幅に相当するところにそれぞれ照射されるように、光の照射範囲が制限される。

これにより、図４（Ｂ）に示すように、第３行、第４行、第５行の各ＬＥＤ１０_３、１０_４、１０_５が消灯しているものとすると、第１行のＬＥＤ１０_１から出射した光は、拡散板１２の第１行と第２行のＬＥＤ１０_１、１０_２の上方の領域に照射される。また、第２行のＬＥＤ１０_２から出射した光は、拡散板１２の第１行と第２行と第３行の各ＬＥＤ１０_１、１０_２、１０_３の上方の領域に照射される。

従って、ＬＥＤ１０の光束が反射シート１１の山部分１１ｂで遮られない範囲でどの角度でも一定であるとすると、拡散板１２の第１行と第２行のＬＥＤ１０_１、１０_２の上方の領域は、第１行のＬＥＤ１０_１からの光と第２行のＬＥＤ１０_２からの光とが加算された明るさとなる。また、拡散板１２の第３行のＬＥＤ１０_３の上方の領域は、第２行のＬＥＤ１０_２からの光のみが照射するので、ＬＥＤ１０_２からの光の明るさとなる。しかし、拡散板１２の第４行のＬＥＤ１０_４の上方の領域は、第３行、第４行、第５行の各ＬＥＤ１０_３、１０_４、１０_５が消灯しているので、全く光が照射されない。

また、拡散板１２の第５行のＬＥＤ１０_５の上方の領域は、第６行のＬＥＤ１０_６からの光のみが照射するので、ＬＥＤ１０_６からの光の明るさとなる。また、拡散板１２の第６行と第７行のＬＥＤ１０_６、１０_７の上方の領域は、第６行のＬＥＤ１０_６からの光と第７行のＬＥＤ１０_７からの光とが照射されるので、それらの光が加算された明るさとなる。

従って、それぞれのＬＥＤ光源列から照射される光束をそれぞれ”１”とすると、図４（Ａ）に示すように、拡散板１２の第１行のＬＥＤ１０_１の上方の領域では”２”、第２行のＬＥＤ１０_２の上方の領域では”２”，第３行のＬＥＤ１０_３の上方の領域では”１”，第４行のＬＥＤ１０_４の上方の領域では”０”、第５行のＬＥＤ１０_５の上方の領域では”１”、第６行のＬＥＤ１０_６の上方の領域では”２”，第７行のＬＥＤ１０_７の上方の領域では”２”の明るさとなる。

図５はこのときのバックライトの見え方を示している。ここでは図４（Ｂ）に示した構造のバックライトの第ｍ−１行と第ｍ行と、第ｍ＋１行（図４のｍ＝４の場合）の、隣接する３行のＬＥＤ列が消灯している場合であり、これにより第ｍ行が従来と同様に黒帯として見えるが、従来とは異なり、その黒帯の上１行（第ｍ−１行）と下１行（第ｍ＋１行）とは、それ以外の領域の明るさ(図４（Ａ）の例では”２”)と黒帯の明るさ(図４（Ａ）の例では”０”)との中間の明るさ(図４（Ａ）の例では”１”)となるため、輝度変化が急峻でなくなり、バックライトの黒帯が視覚上目立たなくできる。

また、本実施の形態では、バックライトのＬＥＤ１０が全部でｎ行からなる場合、図１のバックライト駆動回路７により、ＬＥＤ１０への駆動信号を制御して１フレーム時間内で図５のｍを１からｎまで順次に変化させることで黒帯とその上下の比較的暗い領域からなる部分を一体的に画面縦方向にスキャンさせることができる。

上記のバックライト６の黒帯部分（図５の第ｍ行）は、図１の液晶パネル表示部１の画素回路２により液晶表示素子に線順次で書き込まれる画像データの書き込みラインに同期してスキャンされる。例えば、液晶パネル表示部１の画面縦方向の行数（ライン数）が７６８行であり、バックライト６のＬＥＤ１０の画面縦方向の行数が１６行であるものとすると、１６行のＬＥＤ列は１行当たり１／１６フレーム期間ずつ上記の点灯／消灯制御され、黒帯部分（図５の第ｍ行）と中間輝度部分（図５の第ｍ−１行と第ｍ＋１行）とが画面上から下方向へスキャンされるが、上記のバックライト６の黒帯部分（図５の第ｍ行）に対応した位置にある液晶パネル表示部１の４８行（＝７６８／１６）に線順次で画像データが書き込まれるように、バックライト６の点灯／消灯制御と画像データの線順次書き込みとが同期して行われる。

ここで、説明の簡単のため、バックライト６のＬＥＤ１０が例えば全部で８行からなるものとした場合、図１のバックライト駆動回路７は、図６に示すように、１フレームを８分割し、最初の１／８フレーム期間ｔ１では、第１行、第７行、第８行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ１０_１、１０_７、１０_８を黒四角で模式的に示すように消灯すると共に、他のＬＥＤ１０_２〜１０_６を点灯制御し、次の１／８フレーム期間ｔ２では、第１行、第２行、第８行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ１０_１、１０_２、１０_８を消灯すると共に、他のＬＥＤ１０_３〜１０_７を点灯制御する。

更に、次の１／８フレーム期間ｔ３から最後の１／８フレーム期間ｔ８までは、隣接する３行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ１０_ｊ−１、１０_ｊ、１０_ｊ＋１（ただし、ｊ＝２〜７）を黒四角で模式的に示すように消灯し、かつ、他のＬＥＤを点灯制御すると共に、その消灯する３行のＬＥＤを１／８フレーム毎に１行ずつ画面下方向にシフトするようにスキャンする。従って、例えば、図６の１／８フレーム期間ｔ５では、バックライト６は図５に示すように第４行（図５では第ｍ行）が最も輝度が低い黒帯となり、第３行と第５行（図５では第ｍ−１行、第ｍ＋１行）が中間の輝度となり、それ以外の第１行、第２行、第６行〜第８行が最も輝度が明るくなる。

また、この場合、液晶パネル表示部１は、図７に示すように、画像３１が表示されている１フレーム内において、バックライト６の黒帯部分が３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの順で画面上から下方向へ順次にスキャンされると共に、黒帯部分の上下にそれぞれ隣接する中間輝度部分が（３３ａ，３４ａ）、（３３ｂ，３４ｂ）、（３３ｃ，３４ｃ）、（３３ｄ，３４ｄ）、（３３ｅ，３４ｅ）の順で画面上から下方向へ順次にスキャンされ、それ以外のバックライト６の部分からは所定の輝度の光で液晶パネル表示部１が照射される。

なお、前述したように、画像データは線順次で画面上から下方向へ、かつ、画面左から右方向へ、バックライト６の点灯／消灯制御と同期して画像データの線順次書き込みが行われる。また、上記の図６の説明では、期間ｔ１〜ｔ８はそれぞれ便宜上１／８フレーム期間として説明したが、厳密には１／８フレームより若干短い期間である。また、バックライトの消灯期間は画像データの明るさなどにより可変パルス幅変調（ＰＷＭ）されるが、本実施の形態の要旨ではないので、その詳細な説明は省略する。

このように、本実施の形態によれば、図１４のような応答特性を有する液晶表示素子で構成された液晶パネル表示部１に対して、液晶の透過率ｃ’の白で表示される映像信号データを液晶パネル表示部のある１ラインに書き込んだときには、その１ライン対応した位置のバックライト６の部分は、前記黒帯部分（図５の第ｍ行に相当）となるように制御されており、その後、そのバックライト６の部分が例えば図１４の時間ｂ付近で前記中間輝度に制御された後、図１４の時間ｃで示す直前で本来の輝度に制御されるため、映像信号データは液晶表示素子により本来の液晶の透過率ｃ’で表示される時間では本来の輝度のバックライトが照射されて正しい表示ができる。

また、黒帯部分（図５の第ｍ行）と中間輝度部分（図５の第ｍ−１行と第ｍ＋１行）とが画面上から下方向へスキャンされることから、バックライトによる表示光が間欠的にされてホールド時間が短くされ、視線の移動に伴う動画像のボヤケを改善することができる。

次に、本発明の表示装置で用いるバックライトの駆動方法の第２の実施の形態について説明する。図８は本発明になる表示装置の第２の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態は、図８（Ｂ）に示すように、図１のバックライト６を構成する反射シート１１上に２次元マトリクス状に設けられている複数個のＬＥＤ１０を、画面横方向（行方向）に一列に並ぶＬＥＤ毎に反射シート１１の山部分１１ｃで区切り、第ｋ行（ｋは１〜７）のＬＥＤ１０_ｋからの直接光を、ＬＥＤ列を分離する反射シート１１の山部分１１ｃで遮り、一定の照射範囲を持たすものであるが、その山部分１１ｃの高さを、ＬＥＤ１０_ｋからの直接光が、隣接する第ｋ−１行及び第ｋ＋１行のＬＥＤ１０_ｋ−１及び１０_ｋ＋１の幅中心付近に相当する照射範囲とするような高さ位置に設定した点に特徴がある直下型のバックライトである。

すなわち、図８（Ｂ）に示した第１行から第７行のうち、第ｋ行のＬＥＤ１０_ｋから出射された光は、山部分１１ｃにより隣接する行である第ｋ−１行、第ｋ＋１行の上面にある拡散板１２の、第ｋ−１行、第ｋ＋１行幅の各中心付近に相当するところまでそれぞれ照射されるように、光の照射範囲が制限される。

これにより、図８（Ｂ）に示すように、第３行、第４行、第５行の各ＬＥＤ１０_３、１０_４、１０_５が消灯しているものとすると、第１行のＬＥＤ１０_１から出射した光は、拡散板１２の第１行のＬＥＤ１０_１の上方の領域と第２行のＬＥＤ１０_２の上方のＬＥＤ１０_１側の半分の領域に照射される。また、第２行のＬＥＤ１０_２から出射した光は、拡散板１２の第１行と第３行の各ＬＥＤ１０_１、１０_３の上方のＬＥＤ１０_２側の半分領域と、第２行のＬＥＤ１０_２の上方の領域とに照射される。

従って、ＬＥＤ１０の光束が反射シート１１の山部分１１ｃで遮られない範囲でどの角度でも一定であるとすると、拡散板１２の第２行のＬＥＤ１０_２の上方の領域のうち、ＬＥＤ１０_１側の半分の領域では、第１行のＬＥＤ１０_１からの光と第２行のＬＥＤ１０_２からの光とが加算された明るさとなる。また、拡散板１２の第２行のＬＥＤ１０_２の上方の領域のうち、ＬＥＤ１０_３側の半分の領域では、ＬＥＤ１０_３が消灯しているので、第２行のＬＥＤ１０_２からの光のみの明るさとなる。また、拡散板１２の第３行のＬＥＤ１０_３の上方の領域のうち、ＬＥＤ１０_２側の半分の領域では、ＬＥＤ１０_３が消灯しているので、第２行のＬＥＤ１０_２からの光のみの明るさとなる。

しかし、拡散板１２の第３行のＬＥＤ１０_３の上方の領域のうちＬＥＤ１０_４側の半分の領域と、第４行のＬＥＤ１０_４の上方の領域と、第５行のＬＥＤ１０_５の上方の領域のうちＬＥＤ１０_４側の半分の領域は、ＬＥＤ１０_３、１０_４、１０_５が消灯しているので、全く光が照射されない。また、拡散板１２のＬＥＤ１０_５の上方の領域のうち第６行のＬＥＤ１０_６側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_６の上方の領域のうちＬＥＤ１０_５側の半分の領域とは、ＬＥＤ１０_６からの光のみが照射するので、ＬＥＤ１０_６のみからの光の明るさとなる。また、拡散板１２のＬＥＤ１０_６の上方の領域のうちＬＥＤ１０_７側の半分の領域は、ＬＥＤ１０_６からの光と第７行のＬＥＤ１０_７からの光とが照射されるので、それらの光が加算された明るさとなり、拡散板１２のＬＥＤ１０_７の上方の領域のうちＬＥＤ１０_６側の半分の領域は、ＬＥＤ１０_６からの光とＬＥＤ１０_７からの光とが加算された明るさとなる。

従って、それぞれのＬＥＤ光源列から照射される光束をそれぞれ”１”とすると、図８（Ａ）に示すように、拡散板１２のＬＥＤ１０_１の上方の領域のうちＬＥＤ１０_２側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_２の上方の領域のうちＬＥＤ１０_１側の半分の領域とでは”２”、ＬＥＤ１０_２の上方の領域のうちＬＥＤ１０_３側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_３の上方の領域のうちＬＥＤ１０_２側の半分の領域とでは”１”，ＬＥＤ１０_３の上方の領域のうちＬＥＤ１０_４側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_４の上方の領域と、ＬＥＤ１０_５の上方の領域のうちＬＥＤ１０_４側の半分の領域とでは”０”、ＬＥＤ１０_５の上方の領域のうちＬＥＤ１０_６側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_６の上方の領域のうちＬＥＤ１０_５側の半分の領域とで”１”、ＬＥＤ１０_６の上方の領域のうちＬＥＤ１０_７側の半分の領域と、ＬＥＤ１０_７の上方の領域のうちＬＥＤ１０_６側の半分の領域とでは”２”の明るさとなる。

図９はこのときのバックライトの見え方を示している。ここでは図８（Ｂ）に示した構造のバックライトの第ｍ−１行と第ｍ行と、第ｍ＋１行（図８のｍ＝４の場合）の、隣接する３行のＬＥＤ列が消灯している場合であり、これにより第ｍ行と第ｍ行の上１行（第ｍ−１行）の半分の幅と下１行（第ｍ＋１行）の半分の幅とからなる、計２行分の幅が黒帯として見え、また、第（ｍ−１）行の残りの半分の幅及び第（ｍ−２）行の半分の幅とからなる上１行幅と、第（ｍ＋１）行の残りの半分の幅及び第（ｍ＋２）行の半分の幅とからなる下１行幅とは、それ以外の領域の明るさ(図８（Ａ）の例では”２”)と黒帯の明るさ(図８（Ａ）の例では”０”)との中間の明るさ(図８（Ａ）の例では”１”)となるため、輝度変化が急峻でなくなり、バックライトの黒帯が視覚上目立たなくできる。

また、本実施の形態では、バックライトのＬＥＤ１０が全部でｎ行からなる場合、図１のバックライト駆動回路７により、ＬＥＤ１０への駆動信号を制御して１フレーム時間内で図９のｍを１からｎまで順次に変化させることで黒帯とその上下の比較的暗い領域からなる部分を一体的に画面縦方向にスキャンさせることができる。

また、上記のバックライト６の黒帯部分（図９の第ｍ行と、第（ｍ−１）行及び第（ｍ＋１）行の各半分の幅）は、図１の液晶パネル表示部１の画素回路２により液晶表示素子に線順次で書き込まれる画像データの書き込みラインに同期してスキャンされる。

これにより、本実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、画像データが書き込まれるタイミングの表示素子とバックライトの輝度が最も低い行位置とを対応させることにより、バックライトの輝度が最も低い行位置とその上下の中間輝度の行位置とを動画ボヤケ低減のために画面縦方向に走査した場合であっても、画像データが書き込まれるタイミングの液晶表示素子に対して表示光を照射するバックライトの位置を、上記のバックライトの輝度が最も少ない位置から中間輝度の位置へと変化させることができるため、液晶表示素子の透過率が完全に立ち上がる前の画素にバックライトから照射する光を、従来に比べて少なくすることができ、これにより液晶表示素子による正確な階調表示ができる。

次に、本発明の表示装置で用いるバックライトの駆動方法の第３の実施の形態について説明する。図１０は本発明になる表示装置の第３の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図を示す。この実施の形態のバックライトは、導光板型のバックライトであり、図１０に示すように、反射シート４１上には複数個（ただし、ここでは画面縦方向には５個、画面横方向には任意の複数個）のＬＥＤ４０が２次元マトリクス状に規則的に配置されており、その反射シート４１上に例えば乳白色のアクリル製の導光板４２が設けられる。

導光板４２には、画面横方向を長手方向とし、ＬＥＤ４０の大きさよりも若干大なる幅の５つの溝４３_１〜４３_５が互いに平行に形成されており、溝４３_１〜４３_５内に画面縦方向には５個あるＬＥＤ４０が各行単位で収容するようにされる。すなわち、溝４３_１、４３_２、４３_３、４３_４、４３_５の内部空間には第１行のＬＥＤ４０_１、第２行のＬＥＤ４０_２、第３行のＬＥＤ４０_３、第４行のＬＥＤ４０_４、第５行のＬＥＤ４０_５がそれぞれ配置されている。導光板４２の上方には拡散シート４４が配置され、その上に光学シート４５が積層される。光学シート４５は、拡散シート、プリズムシート、偏光シート等を液晶パネル表示部１が要求する性能に合わせて適宜選択される。

この実施の形態のバックライト６では、ＬＥＤ４０_１〜４０_５から発光された直接光は導光板４２に入射し、ＬＥＤ４０_１〜４０_５を行毎に分離する導光板４２の溝４３_１〜４３_５で特定の照射範囲に制限される。例えば、第ｋ行（ここでは、ｋは１〜５の整数）のＬＥＤ４０_ｋからの直接光は、溝４３_ｋにより両側に隣接する第ｋ−１行と第ｋ＋１行の溝４３_ｋ−１、４３_ｋ＋１方向に向かって光が導光される。そして導光された光は、導光板４２中で液晶パネル表示部１のある上向きに出射され、拡散シート４４で拡散し、光学シート４５を通して、図１の液晶パネル表示部１の背面を照射する。

ここで、図１０（Ｂ）に示すように、第２行のＬＥＤ４０_２と第３行のＬＥＤ４０_３が消灯し、かつ、他のＬＥＤ４０_１、４０_４、４０_５は点灯している場合を考える。この場合、第１行のＬＥＤ４０_１からの光は、導光板４２の溝４３_１により導光板４２内を第１行のＬＥＤ４０_１と第２行のＬＥＤ４０_２との間に向かって導光されてから導光板４２の上方に出射される。第４行のＬＥＤ４０_４からの光は、導光板４２の溝４３_４により導光板４２内を第３行のＬＥＤ４０_３とＬＥＤ４０_４との間と、ＬＥＤ４０_４と第５行のＬＥＤ４０_５との間に向かってそれぞれ導光されてから導光板４２の上方に出射される。また、ＬＥＤ４０_５からの光は、導光板４２の溝４３_５により導光板４２内をＬＥＤ４０_４とＬＥＤ４０_５との間と、ＬＥＤ４０_５とＬＥＤ４０_６との間に向かってそれぞれ導光されてから導光板４２の上方に出射される。

従って、ＬＥＤ４０_１〜４０_５のうち任意の一行のＬＥＤ４０_ｋから図１０（Ｂ）中、導光板４２内を左右に導光されてから上方に出射される光束をそれぞれ”１”とすると、同図（Ｂ）の場合、同図（Ａ）に示すように、第１行と第２行の各ＬＥＤ列の間の明るさは”１”、第２行と第３行の各ＬＥＤ列の間の明るさは”０”、第３行と第４行の各ＬＥＤ列の間の明るさは”１”、第４行と第５行の各ＬＥＤ列の間の明るさは”２”となる。

従って、本実施の形態のバックライト６の見え方は前述した図５と同様になる。図５は、ＬＥＤ列が全部でｎ行ある場合である。バックライト６をスキャンする場合、第ｍ行と第ｍ−１行又は第ｍ＋１行の計２行のＬＥＤ列を消灯し、かつ、他のＬＥＤ列を点灯し、フレーム時間に同期して、ｍを１からｎまで変化させることで走査（スキャン）する。このとき、バックライト６の黒帯部分（図５の第ｍ行）は、図１の液晶パネル表示部１の画素回路２により液晶表示素子に線順次で書き込まれる画像データの書き込みラインに同期してスキャンされる。

ここで、説明の簡単のため、バックライト６のＬＥＤ４０が例えば全部で８行からなるものとした場合、図１のバックライト駆動回路７は、図１１に示すように、１フレームを８分割し、最初の１／８フレーム期間ｔ１１では、第１行、第８行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ４０_１、４０_８を黒四角で模式的に示すように消灯すると共に、他のＬＥＤ４０_２〜４０_７を点灯制御し、次の１／８フレーム期間ｔ１２では、第１行、第２行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ４０_１、４０_２を消灯すると共に、他のＬＥＤ４０_３〜４０_８を点灯制御する。

更に、次の１／８フレーム期間ｔ１３から最後の１／８フレーム期間ｔ１８までは、隣接する２行にそれぞれ一列に配置された複数個のＬＥＤ４０_ｊ−１、４０_ｊ（ただし、ｊ＝３〜８）を黒四角で模式的に示すように消灯し、かつ、他のＬＥＤを点灯制御すると共に、その消灯する２行のＬＥＤを１／８フレーム毎に１行ずつ画面下方向にシフトするようにスキャンする。

従って、例えば、図１１の１／８フレーム期間ｔ１３では、バックライト６は図１０（Ａ）に示したように、第２行と第３行のＬＥＤ列の間の行（図５では第ｍ行に相当）が最も輝度が低い黒帯となり、第１行と第２行のＬＥＤ列の間の行（図５では第ｍ−１行）と第３行と第４行のＬＥＤ列の間の行（図５では第ｍ＋１行）が中間の輝度となり、それ以外の行が最も輝度が明るくなる。

なお、前述したように、黒帯部分（図５の第ｍ行）と中間輝度部分（図５の第ｍ−１行と第ｍ＋１行）とが画面上から下方向へスキャンされるが、上記のバックライト６の黒帯部分（図５の第ｍ行）に対応した位置にある液晶パネル表示部１の各ラインには線順次で画像データが書き込まれるように、バックライト６の点灯／消灯制御と画像データの線順次書き込みとが同期して行われる。

また、上記の図１１の説明では、期間ｔ１１〜ｔ１８はそれぞれ便宜上１／８フレーム期間として説明したが、厳密には１／８フレームより若干短い期間である。また、バックライトの消灯期間は画像データの明るさなどにより可変パルス幅変調（ＰＷＭ）されるが、本実施の形態の要旨ではないので、その詳細な説明は省略する。

このように、本実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態と同様に、最も輝度が低い１行とその上下１行ずつの中間輝度部分を画面縦方向に走査（スキャン）するようにしているため、ホールド型駆動の液晶パネル表示部１に照射するバックライト６の光をインパルス的な明るさの列にすることができる。このため良好な動画特性を得ることができる。更に、最も輝度が低い１行の上下１行ずつに中間輝度部分を設けているため、上記のスキャンを行っても従来のバックライトに比べて、液晶表示素子の透過率が完全に立ち上がる前の画素に照射する光を少なくすることができ、これにより、正確な階調表示ができる。

なお、以上の実施の形態では、バックライトの光源を構成する発光素子としてＬＥＤ１０_１〜１０_８、ＬＥＤ４０_１〜４０_８を用いるように説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示したＣＣＦＬ２０やＨＣＦＬを用いてもよいことは勿論である。また、本発明によるバックライトスキャン駆動方法は、特に液晶ディスプレイに適しているが、同様の表示原理を持つ表示装置であれば適用可能である。

本発明の表示装置の一実施の形態のシステム構成図である。図１中のバックライトの第１の実施の形態の概略斜視図である。図１中のバックライトの第２の実施の形態の概略斜視図である。本発明の表示装置の第１の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図である。図４の場合のバックライトの見え方を示す図である。本発明の表示装置の第１の実施の形態におけるバックライトの駆動方法の一例を示す図である。本発明におけるバックライトの光照射部分の走査の一例を表示画像と共に示す図である。本発明の表示装置の第２の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図である。図８の場合のバックライトの見え方を示す図である。本発明の表示装置の第３の実施の形態におけるバックライトの断面図とその輝度分布図である。本発明の表示装置の第３の実施の形態におけるバックライトの駆動方法の一例を示す図である。従来の表示装置の一例におけるバックライトの断面図とその輝度分布図である。図１２の場合のバックライトの見え方を示す図である。液晶ディスプレイ（液晶表示素子）の応答特性の一例を示す図である。

符号の説明

１液晶パネル表示部
２画素回路
３液晶表示コントローラ
４ゲート信号線駆動回路
５データ信号線駆動回路
６バックライト
７バックライト駆動回路
１０発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０_１〜１０_８、４０_１〜４０_５ＬＥＤ列
１１、２１、４１反射シート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１ａ照射範囲制限用山部分
１２、２２、４４拡散板
１３、２３、４５光学シート
２０冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）
４２導光板
４３_１〜４３_５溝

Claims

バックライトから照射された光を受けるとともに、ライン毎に画像データが書き込まれる複数の表示素子により画像を画面に表示する表示装置において、
前記バックライトは、
前記画面の縦方向にＮ行（Ｎは４以上の整数）の直接光を照射する、前記画面の縦方向にＮ個配置された発光素子からなる光源と、
前記光源からの前記画面の縦方向のＮ行の直接光の照射範囲を制限して、Ｌ行目（Ｌは２〜Ｎ−１のうちの任意の一の値）の直接光を、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の直接光の一部又は全部と合成する照射範囲制限部と
を少なくとも有する構成であり、
入力される画像データの前記画面の表示期間内において、前記光源を構成する前記画面の縦方向にＮ個配置された発光素子のうち前記Ｌ−１行目、Ｌ行目及びＬ＋１行目の隣接する３行の各発光素子を消灯し、かつ、前記Ｎ個の前記発光素子のうち前記３行以外の各発光素子を点灯すると共に、前記画像データが書き込まれるタイミングの前記表示素子のライン範囲を前記３行の各発光素子の消灯により前記バックライトの輝度が最も低くなる行に相当するライン範囲に同期させて、消灯する前記３行の各発光素子と点灯する各発光素子とを画面縦方向に順次切り替えて消灯する前記３行の位置を画面縦方向に走査するバックライト制御手段を有することを特徴とする表示装置。
前記表示素子は液晶表示素子であり、
前記光源は、反射シート上に、前記画面の横方向に長手方向を持つ一の発光素子又は前記横方向に１列に並んだ複数個の発光素子が配置され、かつ、前記画面の縦方向にＮ個配置された前記発光素子からなり、
前記照射範囲制限部は、前記反射シートと一体的に形成され、かつ、Ｌ行目の前記発光素子からの前記直接光の照射範囲を制限して、前記隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の各発光素子からの直接光の一部又は全部と合成する、断面が山形状のシート部であり、前記バックライトは、前記光源からの光を前記液晶表示素子に照射する直下型であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
バックライトから照射された光を受けるとともに、ライン毎に画像データが書き込まれる複数の表示素子により画像を画面に表示する表示装置において、
前記バックライトは、
前記画面の縦方向にＮ行（Ｎは３以上の整数）の直接光を照射する、前記画面の縦方向にＮ個配置された発光素子からなる光源と、
前記画面の縦方向の前記Ｎ行のうち、Ｌ行目（Ｌは２〜Ｎ−１のうちの任意の一の値）の前記発光素子からの直接光を、隣接するＬ−１行目とＬ＋１行目の各発光素子からの直接光と内部で合成した後、外部へ出射する導光板と
を少なくとも有する構成であり、
入力される画像データの前記画面の表示期間内において、前記光源を構成する前記画面の縦方向にＮ個配置された発光素子のうち前記Ｌ行目と前記Ｌ−１行目又はＬ＋１行目の隣接する２行の各発光素子を消灯し、かつ、前記Ｎ個の前記発光素子のうち前記２行以外の各発光素子を点灯すると共に、前記画像データが書き込まれるタイミングの前記表示素子のライン範囲を前記２行の各発光素子の消灯により前記バックライトの輝度が最も低くなる行の範囲に相当するライン範囲に同期させて、消灯する前記２行の各発光素子と点灯する各発光素子とを画面縦方向に順次切り替えて消灯する前記２行の位置を画面縦方向に走査するバックライト制御手段を有することを特徴とする表示装置。