JP5124130B2

JP5124130B2 - 液晶表示装置のバックライトを駆動する装置及び方法

Info

Publication number: JP5124130B2
Application number: JP2006338638A
Authority: JP
Inventors: 連澤柳
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: US8284137B2; US20070296686A1; JP2008003547A

Description

本発明は液晶表示装置のバックライトを駆動する技術に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）を光源として採用したバックライトによって液晶パネルに現れる波状ノイズを最小化し得る液晶表示装置のバックライト駆動装置及びその方法に関する。

一般に、液晶表示装置（LIQUID CRYSTAL DISPLAY、LCD）は軽量、薄型、低消費電力駆動などの特徴によってその応用範囲がＯＡ機器、オーディオ／ビデオ機器などに徐々に拡大されてきている。前記ＬＣＤはマトリクス状に配列された複数の制御用スイッチに印加される映像信号によってバックライトから発生する光の透過量が調節されて画面に所望の画像を表示する装置である。

このようなＬＣＤは自発光表示装置ではないために、バックライトのような光源が液晶パネルの後方に配置される。一般に、液晶表示装置のバックライトとして蛍光ランプが使用されるが、液晶表示装置はバックライトの配置位置によってダイレクト方式の液晶表示装置とサイド方式の液晶表示装置とに区分される。また、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、及びノートブックコンピュータなどに適用される小型の液晶表示装置のバックライトには発光ダイオードが多く使用されている。

図５は発光ダイオードをバックライトとして使用する従来の液晶表示装置におけるバックライト配置形態を示す図である。すなわち、図５の（ａ）は拡散フィルムライニングキャビティ（Diffuse film lining cavity）１１の側面に発光ダイオードアレイ１２が設置されたサイド方式のバックライトの構造を示す図であり、図５の（ｂ）は前記拡散フィルムライニングキャビティ１１の背面に発光ダイオードアレイ１２が設置されたダイレクト方式のバックライトの構造を示す図である。

図６及び図７は従来の液晶表示装置でバックライトとして使用される発光ダイオードの配列形態を示す図である。すなわち、図６の（ａ）及び（ｂ）は少ない個数のハイパワー発光ダイオードを利用してバックライトを実現した例を示す図であり、図７は通常の発光ダイオードをアレイ状に配列してバックライトを実現した例を示す図である。

図８は従来のバックライト駆動回路を示すブロック図である。図８に示すように、バックライト駆動装置は、それぞれの発光ダイオードアレイ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを駆動させるための発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂと、これら発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから供給されるパルス幅変調信号により点灯されて赤、緑、青色の光を発する発光ダイオードアレイ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂと、から構成される。このような構成を有するバックライト駆動装置の作用について添付した図９を参照して説明する。

前記発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは赤色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｒ、緑色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｇ、青色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｂがそれぞれ直列接続された赤、緑、青色用発光ダイオードアレイ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂをバーストモードで駆動する。

また、前記発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは前記バーストモードにおいては、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂで調光制御（Dimming Control）を実施する。

前記発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂが前記発光ダイオードアレイ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂに赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂを出力する時、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂを同期化して出力する。

これにより、前記発光ダイオードアレイ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂにおいて、前記発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから供給されるパルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂにより赤色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｒ、緑色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｇ、青色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｂが点灯されて赤、緑、青色の光が投射される。赤、緑、青色の光が混合されて白色光になって液晶パネルの背面に供給される。
ここで、赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂは、図９に示すように、重畳する区間が存在する。

三つのパルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂが重畳する場合、発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから発生した周波数が液晶パネルのデータラインに影響を及ぼし、データラインのチャージングタイム（charging time）歪みを引き起こすという問題点がある。データラインのチャージングタイム歪みにより液晶パネルに波状ノイズが発生する。液晶パネルに現れる波状ノイズを防止するために、前記発光ダイオード駆動部４１Ｒ、４１Ｇ、４１ＢのＰＷＭ調光周波数（dimming frequency）を変更する方法が適用されているが、このような方法は波状ノイズを根本的に除去することが難しいという問題点があった。かつ、周波数マージンが小さくて波状ノイズの発生を効果的に抑制することが難しいという問題点があった。

従って、本発明は発光ダイオードを光源として採用した液晶表示装置のバックライトでパルス幅変調信号の位相をシフトさせて波状ノイズを除去するバックライト駆動装置及びその方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明による液晶表示装置のバックライト駆動装置は、赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相をバックライトのタイプによってシフトさせて出力するパルス幅変調信号位相シフト部と、位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を用いて各発光ダイオードアレイを駆動させる少なくとも１つの発光ダイオード駆動部と、該発光ダイオード駆動部から供給されるパルス幅変調信号により点灯されて赤、緑、青色の光を発する複数の発光ダイオードが備えられている複数の発光ダイオードアレイと、を含むことを特徴とする。

前記の目的を達成するために、本発明による液晶表示装置のバックライト駆動方法は、赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相をバックライトのタイプによってシフトさせて前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号の重畳領域を最小化させる段階と、位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を用いて各発光ダイオードアレイを駆動させる段階と、を含むことを特徴とする。

本発明は、発光ダイオードを光源として採用した液晶表示装置のバックライトで発光ダイオードの駆動信号として使用されるパルス幅変調信号の位相をバックライトのタイプによってパルス幅変調信号別もしくは発光ダイオードアレイ別に、又はこれらを混合した形態でシフトさせて出力することにより、波状ノイズが効果的に除去されるという効果がある。
また、波状ノイズが効果的に除去されるので、パルス幅変調信号の周波数マージンを従来に比べて二倍に増加し得るという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明による好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明による液晶表示装置のバックライト駆動装置の一実施形態によるバックライト駆動装置を示すブロック図である。図１に示すように、本発明によるバックライト駆動装置は赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの位相をバックライトのタイプによって適切にシフトさせて出力するパルス幅変調信号位相シフト部６１と、前記位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂを利用して各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂを駆動させる発光ダイオード駆動部６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂと、これら発光ダイオード駆動部６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂから供給されるパルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂにより点灯されて赤、緑、青色の光を発する発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂと、を含む。

以下、このように構成された本発明によるバックライト駆動装置について図１〜図４を参照して詳細に説明する。

前記パルス幅変調信号位相シフト部６１は外部から供給される赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの位相をバックライトのタイプによって適切にシフトさせて出力する。すなわち、前記パルス幅変調信号位相シフト部６１はサイドタイプとダイレクトタイプによって赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの位相を計算された値だけシフトさせて前記発光ダイオード駆動部６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂに出力する。

前記パルス幅変調信号位相シフト部６１が前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの位相をシフトさせる方法には様々な方法がある。

例えば、発光ダイオードをバックライトとして使用する液晶表示装置でバックライトタイプが前記図５の（ａ）のようなサイドタイプである場合、図２のように、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂをそれぞれ所定角度ずつ順次シフトさせて出力する。この時、赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂのそれぞれをシフトさせる角度は三つのパルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂが重畳する部分を最小化し得るように計算して決定される。例えば、図２に示すように、赤色用パルス幅変調信号ＰＷＭ_Ｒは従来のように出力させ、緑色用パルス幅変調信号ＰＷＭ_Ｇは約１２０゜遅延させて出力し、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ_Ｂは約２４０゜遅延させて出力させる。これは、従来のサイドタイプに適用された発光ダイオードに印加される赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの波形に基づいて計算し、三つのパルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの重畳領域を最小化し得るようにしたものである。

また、前記バックライトタイプが図５の（ｂ）のようなダイレクトタイプである場合には、図３のように各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別に位相を所定角度ずつ順次シフトさせて出力する。また、他の実施形態として、図４のように各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別に位相を所定角度ずつ順次シフトさせて出力すると共に、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂ別に位相を所定角度ずつ順次シフトさせて出力する。例えば、図３に示すように、各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別に位相を１２０゜ずつシフトさせて出力するか、または図４に示すように各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別に１２０゜ずつシフトさせると同時に、各赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂ別に１２０゜ずつシフトさせて出力する。これにより、図３及び図４に示すように、各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別及び各赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂ別の周波数の重畳が最小化される。また、前記発光ダイオード駆動部６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂから発生した周波数が液晶パネルのデータラインに及ぼす影響が最小化され、データラインのチャージングタイム歪みが最小化される。さらに、発光ダイオードをバックライトに適用することによって現れる液晶パネルの波状ノイズが最小化される。ここで、シフトされた角度は各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別及び各赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂ別の周波数波形に基づき、各周波数の重畳が最小になるように計算して決定される。

また、図６のようにハイパワー発光ダイオードでバックライトを実現した場合にも、図示していないが、前述した実施形態と同様に、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂ別に位相を所定角度ずつ順次シフトさせて出力する。

さらに、図７のように通常の発光ダイオードをアレイ状に配列してバックライトを実現した場合にも、図示していないが、前述した実施形態と同様に、各発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ別に位相を所定角度ずつ順次シフトさせて出力する。

また、前記発光ダイオード駆動部６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂは赤色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｒ、緑色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｇ、青色用発光ダイオードＬＥＤ_Ｂがそれぞれ直列接続された赤、緑、青色用発光ダイオードアレイ６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂをバーストモードで駆動する際に、前記位相シフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号ＰＷＭ_Ｒ、ＰＷＭ_Ｇ、ＰＷＭ_Ｂを利用して駆動する。

結局、前述したように、各パルス幅変調信号ＰＷＭ＿Ｒ、ＰＷＭ＿Ｇ、ＰＷＭ＿Ｂの位相をバックライトのタイプによってパルス幅変調信号別もしくは発光ダイオードアレイ別に、又はこれらを混合した形態でシフトさせて出力することにより、波状ノイズが効果的に除去され、その結果、使用可能なパルス幅変調信号の周波数マージンも従来に比べて増加する。すなわち、従来のＰＷＭ調光周波数のみを変更して波状ノイズを最小化する従来の方法に比べて、本願発明の方法はパルス幅変調信号別又は発光ダイオードアレイ別に周波数を変更し得る範囲が大きくて周波数マージンが従来に比べて増加する。

また、本願発明の方法が適用されると同時に、従来のＰＷＭ調光周波数を変更する方法も同時に適用することができ、この場合、ＰＷＭ調光周波数のマージンも従来に比べて二倍（例：±１０Ｈｚ→±２０Ｈｚ）に増加する。

本発明による液晶表示装置のバックライト駆動装置を示すブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は位相シフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号の波形図である。（ａ）〜（ｃ）は発光ダイオードアレイ別に位相シフトされたパルス幅変調信号の波形図である。（ａ）〜（ｃ）は発光ダイオードアレイ別及び赤、緑、青色用パルス幅変調信号別に位相シフトされたパルス幅変調信号の波形図である。サイドタイプのバックライトの構造を示す斜視図である。ダイレクトタイプのバックライトの構造を示す斜視図である。（ａ）及び（ｂ）はハイパワー発光ダイオードで実現したバックライトを示す図である。通常の発光ダイオードで実現したバックライトを示す図である。従来のバックライト駆動回路を示すブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は赤、緑、青色用パルス幅変調信号の波形図である。

符号の説明

６１：パルス幅変調信号位相シフト部
６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ：発光ダイオード駆動部
６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂ：発光ダイオードアレイ

Claims

ダイレクトタイプのバックライトを駆動するための液晶表示装置のバックライト駆動装置であって、
複数の発光ダイオードアレイを備え、前記複数の発光ダイオードアレイの各々は、少なくとも１つの赤色発光ダイオードと、少なくとも１つの緑色発光ダイオードと、少なくとも１つの青色発光ダイオードとを含み、前記装置がさらに、
赤、緑、青色用パルス幅変調信号の全てが重畳する時間幅が最小になるように、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相を前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号別に第１の所定角度ずつ順次シフトするとともに、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相を前記発光ダイオードアレイ別に第２の所定角度ずつ順次シフトして、位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を出力するパルス幅変調信号位相シフト部と、
前記位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を用いて前記発光ダイオードアレイの各々を駆動して、前記赤色発光ダイオードと前記緑色発光ダイオードと前記青色発光ダイオードとを点灯させる少なくとも１つの発光ダイオード駆動部とを備える、液晶表示装置のバックライト駆動装置。
ダイレクトタイプのバックライトを駆動するための液晶表示装置のバックライト駆動方法であって、前記バックライトは、複数の発光ダイオードアレイを備え、前記複数の発光ダイオードアレイの各々は、少なくとも１つの赤色発光ダイオードと、少なくとも１つの緑色発光ダイオードと、少なくとも１つの青色発光ダイオードとを含み、前記方法が、
赤、緑、青色用パルス幅変調信号の全てが重畳する時間幅が最小になるように、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相を前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号別に第１の所定角度ずつ順次シフトするとともに、前記赤、緑、青色用パルス幅変調信号の位相を前記発光ダイオードアレイ別に第２の所定角度ずつ順次シフトして、位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を出力する段階と、
前記位相がシフトされた赤、緑、青色用パルス幅変調信号を用いて前記発光ダイオードアレイの各々を駆動して、前記赤色発光ダイオードと前記緑色発光ダイオードと前記青色発光ダイオードとを点灯させる段階とを含む、液晶表示装置のバックライト駆動方法。