(57)【要約】【課題】発光効率を向上させるとともに色度を安定させた照明装置、及び、当該照明装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】発光ダイオード１０１と、発光パルスを供給することにより発光ダイオード１０１を駆動させる駆動回路１０２と、を有する照明装置（バックライト１００）であって、駆動回路１０２は、発光パルスを所定のデューティー比で周期的に発生させるパルス発生手段１０２Ａと、所定のデューティー比で発生された発光パルスの電流値を制御する電流値制御手段１０２Ｂと、を有し、所定のデューティー比は、発光ダイオード１０１の温度上昇が抑制されるデューティー比であって、発光ダイオード１０１の発光量は、電流値制御手段１０２Ｂによって制御される、ことを特徴とする照明装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと、発光パルスを供給することにより該発光ダイオードを駆動させる駆動回路と、を有する照明装置であって、
前記駆動回路は、
前記発光パルスを所定のデューティー比で周期的に発生させるパルス発生手段と、
前記所定のデューティー比で発生された前記発光パルスの電流値を制御する電流値制御手段と、を有し、
前記所定のデューティー比は、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制されるデューティー比であって、
前記発光ダイオードの発光量は、前記電流値制御手段によって制御される、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載された照明装置であって、
該照明装置は、
発光する輝度の入力を受け入れる輝度入力受入手段を、さらに有し、
前記パルス発生手段は、前記入力に応じて、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制される範囲のデューティー比において前記所定のデューティー比を決定して、前記発光パルスを発生し、
前記電流値制御手段は、前記所定のデューティー比で発生される前記発光パルスの電流値を、前記入力に応じて制御する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載された照明装置であって、
該照明装置は、
発光する輝度の入力を受け入れる輝度入力受入手段と、
前記輝度の入力に対して、前記発光パルス発生手段が発生する発光パルスのデューティー比と電流値とを関連付けたテーブルを保持するテーブル保持手段と、をさらに有し、
前記パルス発生手段は、前記輝度の入力と前記テーブルにしたがって、前記所定のデューティー比を決定して前記発光パルスを発生し、
前記電流値制御手段は、前記輝度の入力と前記テーブルにしたがって、前記発光パルスの電流値を制御する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載された照明装置であって、
前記所定のデューティー比は、１０％以下のデューティー比である、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載された照明装置であって、
前記電流値制御手段は、
前記発光パルスの電流値の所定期間の平均値が、前記発光ダイオードの定格電流を超えないように制御される、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１に記載された照明装置であって、
前記発光ダイオードは、緑色、もしくは青色に発光する発光ダイオードである、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１に記載された照明装置であって、
該照明装置は、複数個の発光ダイオードを有し、
前記駆動回路は、前記発光パルスの位相が異なるように前記発光ダイオードの各々に前記発光パルスを供給する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１に記載された照明装置であって、
前記所定のデューティー比は、１０％以下のデューティー比であり、
前記発光パルスは、６０Ｈｚ以上の周期で前記発光ダイオードに供給される、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
発光ダイオードと、発光パルスを供給することにより該発光ダイオードを駆動させる駆動回路と、を有するバックライトと、
２枚の基板の間に挟持された液晶層を映像信号に従って駆動させて、前記バックライトから供給される光を選択的に透過させることにより画像を表示させる液晶パネルと、を含む液晶表示装置であって、
前記駆動回路は、
前記発光パルスを所定のデューティー比で周期的に発生させるパルス発生手段と、
前記所定のデューティー比で発生された前記発光パルスの電流値を制御する電流値制御手段と、を有し、
前記所定のデューティー比は、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制されるデューティー比であって、
前記発光ダイオードの発光量は、前記電流値制御手段によって制御される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項９の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、
前記駆動回路から、前記発光ダイオードを発光させる条件を取得する発光条件取得手段を有し、
前記発光条件取得手段によって取得された前記条件に従って、前記映像信号を補償することにより、前記バックライトが前記画像に与える色度を補償する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項９の液晶表示装置において、
前記発光ダイオードに供給される前記発光パルスは、前記所定のデューティー比又は前記電流値が、前記バックライトの色度を白色に近づけるように補償される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項９の液晶表示装置において、
前記バックライトは、
前記映像信号から、表示する画像の色度情報を取得する色度情報取得手段を有し、
前記駆動回路は、前記色度情報に従って前記バックライトの色度をＲＧＢのいずれかに近づけるように補償して、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給し、
前記液晶パネルは、
ＲＧＢのいずれかに色度が近づけるように補償される前記バックライトの光に応じて、前記液晶層を駆動させて前記画像を表示する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項９の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、所定のフレーム周期に従って前記液晶層を駆動させ、
前記駆動回路は、
前記所定のデューティー比によって複数の前記発光パルスを周期的に前記発光ダイオードに供給する点灯期間と、前記発光パルスの前記発光ダイオードへの供給を停止する消灯期間と、を有するように、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給するとともに、
前記フレーム周期のうちの１つにおける前記点灯期間と、該１つとは異なるフレーム周期における前記点灯期間とを、それぞれのフレーム周期に対してタイミングをずらして開始させる、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項９の液晶表示装置において、
前記駆動回路は、
前記発光ダイオードが発光する輝度の目標値を順次受け入れる輝度目標値受入手段と、
複数の前記発光パルスを前記発光ダイオードに前記所定のデューティー比によって周期的に供給する点灯期間と、前記発光パルスの前記発光ダイオードへの供給を停止する消灯期間と、を有するように、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給するスイッチング手段と、
前記発光ダイオードに供給される前記発光パルスによる発光量を累積して、その累積量を記憶する累積量記憶手段と、
前記点灯期間における前記累積量が、前記目標値以上となったか否かを判断する比較手段と、を有し、
前記スイッチング手段は、前記輝度目標値受入手段が前記目標値を受入れた際に前記点灯期間を開始して、前記比較手段が前記累積量が前記目標値以上となったと判断した場合に、前記点灯期間を終了させ、
前記累積量記憶手段は、前記累積量が前記目標値以上となったと前記比較手段が判断した場合に、該累積量と前記目標値との差分を残存させて、該差分を次の点灯期間に繰り越す、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子（ＬＥＤ：Light Emitting Device）を有した照明装置、及び、半導体発光素子を有した照明装置をバックライトとして用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子である発光ダイオード素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diodes）は、小型軽量であり、多種類の発光色が選択でき、比較的に低い電圧で駆動できるなどの特徴から電球あるいは蛍光灯に代わり広く利用されるようになってきている。発光ダイオード素子の適用分野としては、室内照明のような明かりのほか、液晶表示装置のバックライトとしても利用されている。一般に、こういった照明装置の明かりの特性を示す指標として、明るさに関しては輝度、光束などの単位があり、また色の種類に関しては色度、色温度、演色などの単位があり、目的に応じて使い分けられている。
【０００３】
ここで液晶表示装置は、画素ごとの透過率を制御する液晶パネルと、バックライトとを組み合わせて構成されて、入力される映像信号に基づいて画像が表示される装置である。液晶表示装置のバックライトとして用いられる発光素子の特性は、表示画面の画質に影響を及ぼすこととなる。ＬＥＤがバックライトの発光素子として用いられる際に、表示画面の画質に影響を及ぼす発光素子の特性としては、輝度、色度、効率、応答速度、ばらつき、温度特性、などがある。
【０００４】
非特許文献１によれば、テレビジョンでは、ＮＴＳＣ方式、ハイビジョン方式などの規格により３原色の色度が定められており、例えば液晶表示装置のバックライトに用いられる照明装置では、発光素子の色度は安定していることが望ましい。このため特許文献１では、ＬＥＤの動作条件により発光色度が変化することから、駆動電流を制御することで発光色度の変動を抑える旨が開示されている。具体的には、特許文献１では、ＬＥＤの特性が変動するのを前提として、ＲＧＢ３色のＬＥＤの組み合わせで作る発光色の安定性を実現するために、各ＬＥＤの駆動信号を生成することが開示される。この特許文献１では、バックライト発光の色度（特に白色）を安定化させることを目的としている。
【０００５】
また、液晶表示装置のバックライトに用いられる照明装置においては、当該照明装置の発光輝度を表示画面の内容に応じて制御することで消費電力を低減することが知られている。この発光輝度の制御については、例えば、特許文献２においては、バックライトが備えたＬＥＤを駆動する電流制御信号が発光輝度の制御のために生成され、この電流制御信号で、ＬＥＤを所定の明るさで点灯させる旨が開示されている。したがって、この特許文献２で開示された液晶表示装置では、ＬＥＤが電流値で制御されることにより、ＬＥＤバックライトの発光輝度が、液晶パネルに入力される映像信号に基づいて動的に制御される。
【０００６】
また、ＬＥＤの明るさを制御する方式としては、ＬＥＤの応答速度（駆動信号の入力から発光するまでの時間）が速いことを利用して、点灯パルスの周期と幅を制御することによって明るさを変えるＰＷＭ方式が一般的に知られている。ＰＷＭ方式では、パルスの繰り返し周期（パルス周期）、若しくはパルスの周波数と、デューティー比（パルス周期とパルス幅の比率）と、を可変設定することで明るさが制御され、この明るさの制御では、０％から１００％の範囲のデューティー比が用いられる。
【０００７】
ＬＥＤバックライト点灯回路では、上述の定電流のＰＷＭ方式は、色度の安定性と発光量の可変性の両者を実現する方式として広く採用されている。ここで定電流の設定値としては、デューティー比１００％（直流点灯）におけるＬＥＤ駆動電流の最大定格以下とすれば良い。
【０００８】
また、非特許文献２では、上記とは異なる観点から短時間パルス発光時の視覚心理的に感じる明るさを論じている。ここで図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、非特許文献２における図１〜３に対応する図である。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、各デューティー比における投入電力と輝度の関係を示す実験結果を示す図であるが、非特許文献２では、パルス駆動するＬＥＤの明るさを視覚心理に基づく解釈をしているに過ぎず、同図について詳細な検討はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３５２２０号公報
【特許文献２】特開２００６−３０５８８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本色彩学会編「新編  色彩科学ハンドブック（第２版）」東京大学出版会、１９９８年初版
【非特許文献２】森田、ほか「視覚心理的アプローチによるパルス駆動ＬＥＤの実効輝度の向上」、照明学会研究会資料、光の発生・関連システム研究専門部会、ＬＳ−０８−０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ（非特許文献２の図１〜３）によれば、デューティー比が１００％（直流点灯）から、７０％、４０％、１０％と、デューティー比が低下するにしたがって輝度が低下する傾向が示されており、さらにデューティー比が１０％と５％では、輝度がほぼ同じ値となっている。したがって、デューティー比が１０％以下となる短時間パルス駆動の場合と、デューティー比が１０％よりも大きいパルス駆動の場合とを比較すると、後者の発光効率が悪くなる。このため、０％から１００％のデューティー比を用いて明るさを制御するＰＷＭ方式を用いると、発光効率を十分に向上させることが出来ないこととなる。
【００１２】
また、定電流のＰＷＭ方式では、電流値を一定とすることでＬＥＤ発光の色度が安定することに着目して、駆動信号のデューティー比で明るさの制御が行われる。しかしＬＥＤ発光の色度を変化させる要因には、電流値のみならず、温度、寿命等があり、色度を安定化させるには、これらの要因を考慮する必要があり、定電流ＰＷＭ方式のみでは色度が安定した明るさ制御を十分に実現できるわけではない。
【００１３】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、発光効率を向上させるとともに色度を安定させた照明装置、及び、当該照明装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、発光ダイオードと、発光パルスを供給することにより該発光ダイオードを駆動させる駆動回路と、を有する照明装置であって、前記駆動回路は、前記発光パルスを所定のデューティー比で周期的に発生させるパルス発生手段と、前記所定のデューティー比で発生された前記発光パルスの電流値を制御する電流値制御手段と、を有し、前記所定のデューティー比は、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制されるデューティー比であって、前記発光ダイオードの発光量は、前記電流値制御手段によって制御される、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、発光する輝度の入力を受け入れる輝度入力受入手段を、さらに有し、前記パルス発生手段は、前記入力に応じて、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制される範囲のデューティー比において前記所定のデューティー比を決定して、前記発光パルスを発生し、前記電流値制御手段は、前記所定のデューティー比で発生される前記発光パルスの電流値を、前記入力に応じて制御する、ようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、発光する輝度の入力を受け入れる輝度入力受入手段と、前記輝度の入力に対して、前記発光パルス発生手段が発生する発光パルスのデューティー比と電流値とを関連付けたテーブルを保持するテーブル保持手段と、をさらに有し、前記パルス発生手段は、前記輝度の入力と前記テーブルにしたがって、前記所定のデューティー比を決定して前記発光パルスを発生し、前記電流値制御手段は、前記輝度の入力と前記テーブルにしたがって、前記発光パルスの電流値を制御する、ようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、前記所定のデューティー比は、１０％以下のデューティー比である、ようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、前記電流値制御手段は、前記発光パルスの電流値の所定期間の平均値が、前記発光ダイオードの定格電流を超えないように制御される、ようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、前記発光ダイオードは、緑色、もしくは青色に発光する発光ダイオードである、ようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、該照明装置は、複数個の発光ダイオードを有し、前記駆動回路は、前記発光パルスの位相が異なるように前記発光ダイオードの各々に前記発光パルスを供給する、ようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る照明装置の一態様では、前記所定のデューティー比は、１０％以下のデューティー比であり、前記発光パルスは、６０Ｈｚ以上の周期で前記発光ダイオードに供給される、ようにしてもよい。
【００２２】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、発光ダイオードと、発光パルスを供給することにより該発光ダイオードを駆動させる駆動回路と、を有するバックライトと、２枚の基板の間に挟持された液晶層を映像信号に従って駆動させて、前記バックライトから供給される光を選択的に透過させることにより画像を表示させる液晶パネルと、を含む液晶表示装置であって、前記駆動回路は、前記発光パルスを所定のデューティー比で周期的に発生させるパルス発生手段と、前記所定のデューティー比で発生された前記発光パルスの電流値を制御する電流値制御手段と、を有し、前記所定のデューティー比は、前記発光ダイオードの温度上昇が抑制されるデューティー比であって、前記発光ダイオードの発光量は、前記電流値制御手段によって制御される、ことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記液晶パネルは、前記駆動回路から、前記発光ダイオードを発光させる条件を取得する発光条件取得手段を有し、前記発光条件取得手段によって取得された前記条件に従って、前記映像信号を補償することにより、前記バックライトが前記画像に与える色度を補償する、ようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記発光ダイオードに供給される前記発光パルスは、前記所定のデューティー比又は前記電流値が、前記バックライトの色度を白色に近づけるように補償される、ようにしてもよい。
【００２５】
また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記バックライトは、前記映像信号から、表示する画像の色度情報を取得する色度情報取得手段を有し、前記駆動回路は、前記色度情報に従って前記バックライトの色度をＲＧＢのいずれかに近づけるように補償して、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給し、前記液晶パネルは、ＲＧＢのいずれかに色度が近づけるように補償される前記バックライトの光に応じて、前記液晶層を駆動させて前記画像を表示する、ようにしてもよい。
【００２６】
また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記液晶パネルは、所定のフレーム周期に従って前記液晶層を駆動させ、前記駆動回路は、前記所定のデューティー比によって複数の前記発光パルスを周期的に前記発光ダイオードに供給する点灯期間と、前記発光パルスの前記発光ダイオードへの供給を停止する消灯期間と、を有するように、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給するとともに、前記フレーム周期のうちの１つにおける前記点灯期間と、該１つとは異なるフレーム周期における前記点灯期間とを、それぞれのフレーム周期に対してタイミングをずらして開始させる、ようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記駆動回路は、前記発光ダイオードが発光する輝度の目標値を順次受け入れる輝度目標値受入手段と、複数の前記発光パルスを前記発光ダイオードに前記所定のデューティー比によって周期的に供給する点灯期間と、前記発光パルスの前記発光ダイオードへの供給を停止する消灯期間と、を有するように、前記発光パルスを前記発光ダイオードに供給するスイッチング手段と、前記発光ダイオードに供給される前記発光パルスによる発光量を累積して、その累積量を記憶する累積量記憶手段と、前記点灯期間における前記累積量が、前記目標値以上となったか否かを判断する比較手段と、を有し、前記スイッチング手段は、前記輝度目標値受入手段が前記目標値を受入れた際に前記点灯期間を開始して、前記累積量が前記目標値以上となったと前記比較手段が判断した場合に、前記点灯期間を終了させ、前記累積量記憶手段は、前記比較手段が前記累積量が前記目標値以上となったと判断した場合に、該累積量と前記目標値との差分を残存させて、該差分を次の点灯期間に繰り越す、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る照明装置によれば、発光効率を向上させるとともに色度を安定させることができる。また、本発明に係る液晶表示装置によれば、バックライトの発光効率を向上して色度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１に係る液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】発光ダイオードのデューティー比と許容順電流との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態１に係る液晶表示装置において、液晶パネルとバックライトとに映像信号が供給される様子を示す図である。
【図４】入力する映像信号に基づいて発光パルスが供給された発光ダイオードの輝度と、所定の適宜な時間幅における移動平均の一例を示す図である。
【図５Ａ】実施形態１にかかるパルス生成手段と、電流値設定手段の回路構成例を示す図である。
【図５Ｂ】実施形態１にかかるパルス生成手段と、電流値設定手段の回路構成例を示す図である。
【図６】発光ダイオードをＮ個備えたバックライトまたは照明装置において、それぞれの発光ダイオードのパルス周期の位相がずらされて、デューティー比が低い発光パルスで順番に点灯させることにより発光する様子を示している図である。
【図７】フレーム周期毎に液晶パネルの透過率を０％と１００％に切り替える映像信号の様子と、この映像信号に対応する液晶分子の応答と、フレーム周期に同期して発光パルスが出力される様子を示す図である。
【図８】実施形態２にかかるバックライトの駆動回路の機能的構成の一例を示す図である。
【図９】複数の発光パルスからなる点灯期間において輝度目標値に対して生じた誤差を、次の点灯期間に繰り越してキャンセルする様子を示す模式図である。
【図１０】ＲＧＢ３原色を組み合わせて発光させる場合において、輝度目標値に対して生じた誤差を累積してキャンセルする様子を示す模式図である。
【図１１Ａ】青色ＬＥＤの各デューティー比における電力と光束特性の関係を示す図である。
【図１１Ｂ】緑色ＬＥＤの各デューティー比における電力と光束特性の関係を示す図である。
【図１１Ｃ】赤色ＬＥＤの各デューティー比における電力と光束特性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［実施形態１］
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す図であり、当該液晶表示装置は、バックライト１００、液晶パネル２００を含んで構成される。そして特に、バックライト１００は面状に光を発光させる照明装置であって、１又は複数の発光ダイオード１０１と、発光ダイオード１０１に接続されたフレキシブルプリント基板１０９（ＦＰＣ基板）を有している。そして、発光ダイオード１０１を駆動させる駆動回路は、例えば、フレキシブルプリント基板１０９において実装されることにより、バックライト１００に含まれる。一方、液晶パネル２００は、上偏光板２０１と、下偏光板２０２と、これらの間に介在する液晶セル２０３とを含んで構成されている。そして液晶セル２０３は、２枚のガラス基板と、これらの間に挟持された液晶層を有しており、２枚のガラス基板のうち一方には、マトリクス状に複数の画素が区画された画素回路が形成され、他方のガラス基板にはカラーフィルタ層が形成される。また、液晶セル２０３は、画素回路に映像信号や走査信号を供給する周辺回路を有しており、周辺回路からマトリクス状に区画された各画素の画素電極及び対向電極に信号が供給されることにより、各画素の透過率が制御されることとなる。また、バックライト１００の発光ダイオード１０１で発光した光は、導光板や拡散部材等の光学部材を経て液晶パネル２００に供給されて、液晶パネル２００の透過率が制御された各画素をバックライト１００の光が透過することにより、画像が表示されることとなる。
【００３１】
図２は、発光ダイオード１０１のデューティー比と許容順電流との関係を示すグラフである。図２に示されるグラフでは、横軸はデューティー比（％）、縦軸は電流値（ｍＡ）であり、実線１０は、発光ダイオード１０１における典型的な設定可能な最大定格を示している。また、従来の、定電流ＰＷＭ方式の動作線は、図中の破線１１で示される。破線１１の場合には、電流値が、デューティー比１００％（直流点灯）時の最大定格に入るように固定設定されて、発光ダイオード１０１に入力される輝度の目標値に基づいてデューティー比が可変設定されて、ＬＥＤの駆動信号が出力される。
【００３２】
本実施形態では、発光ダイオード１０１のパルス幅を、所定期間のパルス周期（1つのパルスを送信してから次のパルスを送信するまでの時間）の１０％以下のデューティー比となるように設定する。図２には等輝度曲線（ＬＥＤの発光輝度が等しくなる電流値とデューティー比のプロットしたもの）は記載しないが、入力される目標値（輝度）を実現する電流値とデューティー比の組み合わせは一意ではなく、複数の組み合わせが存在する。このため、デューティー比を１０％以下のいずれかの値に固定設定して、デューティー比１０％における最大定格電流を駆動電流の上限として設定し、その上限以下の電流値を適宜に設定することで明るさを制御することで入力される目標値を実現するようにする。そして入力する目標値としては、表示画像を表示するための発光輝度（表示画像のうち最も高い輝度を必要とする画素を基準とする）を目標値として設定し、固定設定されたデューティー比において該目標値を実現する電流値を算出して、駆動回路はＬＥＤの駆動信号として発光パルスを出力する。
【００３３】
ここで、図２のグラフにおいては、本実施形態の発光ダイオード１０１の動作線を実線１２で示している。本実施形態における発光ダイオード１０１の駆動方式では、駆動する際の局所的な発熱による温度上昇が起きる前に、発光メカニズムを完了するような短時間のパルスとなっているため、高い発光効率によって発光する。各パルス周期においてデューティー比が１０％以下に固定設定されることにより、発光パルスが出力されている期間に対して発光パルスが出力されない期間が長く確保される。発光パルスが出力されている期間が短いことにより発光ダイオード１０１の発熱が少なくなり、発光パルスが出力されない期間が長いことで主に伝熱による放熱期間が長くなって、発熱と放熱による温度変化が比較的低い温度で均衡することとなる。こうして、短時間パルスの繰り返しによる発光による、視覚的には常時点灯である明かりにおいて、発光効率を向上させることができる。
【００３４】
また本実施形態では、入力する目標値（輝度）を実現する電流値とデューティー比を設定する際に、デューティー比が１０％以下となる範囲における複数のデューティー比から選択されるように固定設定する。この目標値に対して電流値とデューティー比とが選択されるようにする手段としては、例えば入力する目標値に、電流値及びデューティー比の設定値が関連付けられたテーブルを用意することにより選択されるようにすれば良いし、あるいは、目標値に対してデューティー比及び電流値を算出する演算式を用意するようにしてもよい。こうして１０％以下のデューティー比と、１０％以下のデューティー比において設定可能な電流値とを組み合わせて、発光ダイオード１０１の温度上昇を抑制しつつ発光させることができて、発光効率が向上することとなる。なお、本実施形態ではデューティー比を１０％以下としているが、発光ダイオード１０１が有する特性によってこの値は変化するため、本発明はこの値によっては限定されず、最大定格の電流値においても低い温度で均衡するようなデューティー比を用いるようにすればよい。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る液晶表示装置において、液晶パネル２００とバックライト１００とに映像信号１１０が供給される様子を示す図であり、本実施形態に係る液晶表示装置のハードウェア構成と機能的構成とが示される。
【００３６】
図３で示されるように、まず、映像信号分離手段３０１は、外部から入力された映像信号１１０に従って、バックライト１００の輝度の目標値を設定してバックライト１００に出力するとともに、液晶パネル２００の各画素の透過率も設定して液晶パネル２００に出力する。バックライト１００は、発光ダイオード１０１と、発光ダイオード１０１を発光させる駆動回路１０２と、輝度入力取得手段１０３と、テーブル保持手段１０４とを含んで構成される。輝度入力取得手段１０３およびテーブル保持手段１０４は、駆動回路１０２とともに発光ダイオード１０１に接続されたフレキシブルプリント基板１０９に含まれて構成される。映像信号分離手段３０１から出力された輝度の目標値は、バックライト１００の輝度入力１１０Ａとして輝度入力取得手段１０３に取得される。そして、輝度入力取得手段１０３は、輝度入力１１０Ａから、バックライト１００における各発光ダイオード１０１の輝度の入力をさらに取得し、ＬＥＤ輝度入力１１２を駆動回路１０２に供給する。
【００３７】
テーブル保持手段１０４は、発光ダイオード１０１の輝度の目標値であるＬＥＤ輝度入力１１２と、発光ダイオード１０１のデューティー比及び電流値とが関連付けられたテーブルを保持する。駆動回路１０２は、ＬＥＤ輝度入力１１２に対応するデューティー比及び電流値をテーブル保持手段１０４に問い合わせて、これらを取得する。そして、パルス発生手段１０２Ａは、テーブル保持手段１０４から得られたデューティー比の発光パルスを発生させて、発光ダイオード１０１に供給する。また、発光ダイオード１０１に供給される発光パルスは、電流値設定（制御）手段１０２Ｂによって、テーブル保持手段１０４から同様にして取得された電流値に制御される。当該発光パルスは、発光ダイオード１０１を駆動させるＬＥＤ駆動信号１１５として供給されて、この発光ダイオード１０１はＬＥＤ駆動信号１１５によって、１０％以下のデューティー比によって発光されて温度上昇が抑制されることとなる。
【００３８】
また、液晶パネル２００は、表示信号処理手段２１０と画素回路２２０とを含んで構成される。表示信号処理手段２１０は、例えば、液晶セル２０３における周辺回路において実装されて、映像信号分離手段３０１から出力された各画素の透過率目標値１１０Ｂを受入れる。そして、表示信号分離手段２１０は、各画素における透過率目標値１１０Ｂに応じて画素駆動信号１１６を発生させて画素回路２２０に供給する。
【００３９】
なお、バックライト１００は、外部環境の明るさをセンサで別途取得する外部環境検知手段を含んでもよく、この場合には、輝度入力取得手段１０３が受入れた輝度の入力に対して、外部環境検知手段が検知した明るさを反映してバックライト１００の輝度（発光ダイオード１０１の輝度）が設定される。
【００４０】
また、映像信号１１０はＮＴＳＣなどの規格に基づく同期信号を含む信号とする。輝度入力取得手段１０３は、映像信号分離手段３０１からバックライトの輝度入力１１０Ａを受入れる。映像信号分離手段３０１は、液晶パネル２００が表示する１フレーム内の映像信号の最大値を検出し、該最大値をバックライトの輝度値として、バックライト１００に出力する。映像信号の振幅範囲が０から２５５であり、検出された１フレーム内の最大値が１００であるならば、当該フレーム期間におけるバックライトの輝度値を１００／２５５とする。なお、簡単のため信号のガンマ特性は無視して説明する。ここで、液晶パネル１０１の各画素において設定される透過率を０％〜１００％とすると、当該フレーム期間において、映像信号の最大値１００に対応する画素は、その透過率を１００％となるように設定する。すなわち、映像信号分離手段３０１は、映像信号を（１００／（映像信号の輝度の振幅最大値））倍にして、各画素の透過率を算出し表示信号処理手段２１０に透過率目標値１１０Ｂを出力する。これにより映像信号の最大値をとる画素の透過率が１００％となる。
【００４１】
駆動回路１０２は、輝度入力取得手段１０３から取得したＬＥＤ輝度入力１１２から、発光パルス（ＬＥＤ駆動信号１１５）の生成条件を導出する。本実施形態では、駆動回路１０２は、当該輝度の入力値に対応するデューティー比および電流値をテーブル保持手段１０４に問い合わせて導出するが、例えば、輝度の入力値やデューティー比、電流値等の関係式を用いて決定するようにしてもよい。この場合には、例えば、輝度の入力値に応じてデューティー比が決定される関係式と、さらに輝度の入力値とデューティー比とに応じて電流値が決定される関係式との２つの関係式が記録手段によって保持される。駆動回路１０２におけるパルス生成手段１０２Ａは、テーブル保持手段１０４から得られたデューティー比の発光パルスを生成し、当該発光パルスの電流値は、電流値設定手段１０２Ｂによって制御される。このようにして、発光ダイオード１０１には、発光パルスが提供されて発光され、バックライト１００が発光する光を液晶パネル２００が選択的に透過させることによって表示画像が形成される。なお、本実施形態では、液晶表示装置において映像信号分離手段３０１を設けているが、映像信号分離手段３０１を設けずに、輝度入力取得手段１０３や表示信号処理手段２１０において映像信号を直接受け取るようにしてもよい。この場合には、輝度入力取得手段１０３は、各フレーム毎に映像信号の最大値を識別することにより各発光ダイオード１０１の輝度目標値を算出して取得するようにすれば良い。
【００４２】
ここで、発光ダイオード１０１は、駆動電流値や温度、経過時間等を組み合わせた駆動条件により、発光の色度は変化することとなる。例えば液晶表示装置のバックライト１００として、発光ダイオード１０１を用いた照明手段を利用する場合において、色度の変化は画質劣化の要因となる。バックライト１００としては、ＲＧＢ（赤青緑）３色の発光ダイオード１０１を組み合わせた照明手段、あるいはＷ（白色）の発光ダイオード１０１による照明手段などがある。発光ダイオード１０１の特性変動によって生じる液晶表示装置の画質劣化としては、ＲＧＢ３原色の色度変化、白色の色度変化、輝度の変化、などがある。
【００４３】
本実施形態では、デューティー比１０％以下の短時間パルス発光とすることで、素子の温度上昇が低減する効果により色度の変化は少なくなることが期待できるが、上記の全ての要因を無くすものではないし、その一方で、ＰＷＭ方式等よりも駆動電流値が変動する範囲が大きくなることで、色度の変化が生じうる。そこで表示信号処理手段２１０には、発光ダイオード１０１の駆動電流の設定値等に基づいて、色度変化を補償する色度補償手段２１０Ａがさらに設けられる。表示信号処理手段２１０は、バックライト１００における駆動回路１０２から電流設定値等の発光情報１１３を、発光ダイオード１０１を発光させる条件の情報として取得する。すなわち、表示信号処理手段２１０は、発光ダイオード１０１が発光する条件の情報を取得する発光条件取得手段を有している。そして、取得された発光情報１１３に基づいて、色度補償手段２１０Ａがバックライト１００における色度変化を補償する。さらに表示信号処理手段２１０は、色度変化が補償された画素駆動信号１１６を発生させて画素回路２２０に供給し、バックライト１００において発生する色度変化は、液晶パネル２００における各画素の透過率によって各色毎に補償されることとなる。なお、本実施形態における発光情報１１３は、ＬＥＤ駆動信号１１５における電流値の情報であるが、ＬＥＤ輝度入力１１２の情報や発光ダイオード１０１の温度等の情報、あるいは、電流値の情報とともにデューティー比の情報が発光情報１１３として表示信号処理手段２１０に受け入れられて色度変化を補償するようにしても良い。なお、色度補償手段２１０Ａが色度変化を補償する際には、液晶パネル２００において別途保持された色度補償テーブル（透過率目標値１１０Ｂと電流値情報１１３とに対して、透過率補償量が各色毎に関連付けられた表）を参照するようにしてもよい。
【００４４】
液晶表示装置において補償する対象の信号としては、バックライト１００を構成する発光ダイオード１０１を駆動するＬＥＤ駆動信号１１５と、各画素の透過率を制御する画素駆動信号１１６とがある。発光ダイオード１０１の特性変化に基づく補償動作としては、画素駆動信号１１６のみで色度変化を補償する方法と、ＬＥＤ駆動信号１１５と画素駆動信号１１６との両方で色度変化を補償する方法と、がある。本実施形態では、画素駆動信号１１６が上記のように電流値情報１１３によって補償されるとともに、ＬＥＤ駆動信号１１５においても色度変化が補償されるようにする。このＬＥＤ駆動信号１１５における補償は、例えば、ＲＧＢ３色の発光ダイオード１０１の組み合わせによる白色の色度（ホワイトポイント）が一定に保たれるようにするものであり、例えば、テーブル保持手段１０４が保持するテーブルにおいて補償された値が保持されることで、ＬＥＤ駆動信号１１５が補償される。なお、ＬＥＤ駆動信号１１５は、液晶表示装置が表示する１フレーム内の色度に応じて補償されるものであってもよい。この場合には、まず、バックライト１００は、表示する画像がＲＧＢのいずれの色度が高いかを示す色度情報を、映像信号１１０から別途取得する。（バックライト１００が、ＲＧＢ各色の発光ダイオード１０１の透過率目標値１１０Ｂを別途取得して、これらの透過率目標値１１０Ｂから、表示する画像の色度を判断しても良い。）そして、その色度情報にしたがって、バックライト１００は色度をＲＧＢ３色のいずれかに近づけて発光し、色度補償手段２１０Ａは、バックライト１００が発光する色度に従って各画素の透過率をさらに補償するようにしてもよい。
【００４５】
また、一般に発光ダイオードの仕様書には、設定したデューティー比において素子の破壊を招かないＬＥＤ駆動電流の最大定格が定められている。したがって、発光ダイオードの利用時には、これらの最大定格を守る使い方をすることが求められる。ところで液晶表示装置のバックライト１００の発光手段として発光ダイオード１０１を利用する場合に、表示画面の明るさとしては、入力する映像信号１１０の最大値を表示できるように設定すれば良い。しかし、実用上において映像信号１１０は、様々な値をとる振幅を持つのが一般的である。この振幅は、画面の２次元座標、及び、フレーム毎にも変化して、振幅の平均値は映像信号１１０の内容に依存する。なお、映像信号のフォーマット自体はＮＴＳＣなどの規格で定まっているが、映像信号の内容、および、それを表示画面に映し出すときの明るさを決める規格はない。
【００４６】
そこで本実施形態では、バックライト１００における発光ダイオード１０１の駆動電流を、平均的に最大定格以下となるように、電流値設定手段１０２Ｂが設定する。図４は、入力する映像信号に基づいて発光ダイオード１０１に供給される発光パルスの電流値（実線）と、所定の時間幅における移動平均（破線）の一例を示す図である。入力される映像信号の瞬間的なピークによって発光ダイオード１０１に供給される発光パルスが最大定格を超えることがあっても、平均としては発光ダイオード１０１に供給される発光パルスは最大定格よりも低い値となる。本実施形態では、上述のように所定期間の発光パルスにおいて最大定格以下となるように、ＬＥＤ駆動信号１１５を設定する。ここで平均値を算出する方法は特に限定するものではなくて、例えば時間幅としては１秒、１分などを適宜に設定して良い。なお、本実施形態ではＬＥＤ駆動電流の最大定格が平均的に最大定格以下となるように設定しているが、最大定格の電流値に関わらず、発光ダイオード１０１の素子の温度が一定値以下となるような電流値に平均的に維持されるようにしても良い。
【００４７】
なお、発光ダイオード１０１の温度は、例えば温度センサを用いてＬＥＤ素子の温度を測定することができる。あるいは、ＬＥＤ発光量を輝度センサを用いて測定するとともに、発光量の変動と素子温度の関係式を用いることで、素子温度を導出することができる。あるいは、ＬＥＤに掛かる電圧と流れる電流とを測定することで、ＬＥＤ素子の電圧と電流と素子温度の関係式を用いることで、素子温度を導出することができる。
【００４８】
図５Ａおよび図５Ｂは、パルス発生手段１０２Ａと、電流値設定手段１０２Ｂの回路構成例を示す図であり、デジタル信号によって発光パルスの電流値が制御される。本実施形態におけるパルス発生手段１０２Ａは、電圧源６０１との接続が、パルス駆動スイッチ６０２よって、所定の周波数及び１０％以下となるデューティー比でオンオフされることで、パルス信号が生成される。パルス駆動スイッチ６０２としては、トランジスタあるいはＦＥＴなどの半導体素子を利用できる。また、本実施形態における電流値設定手段１０２Ｂとしては、電流制限素子６０３、および切り替えスイッチ６０４であり、発光ダイオード１０１に流れる電流は、これらによって決定される。電流制限素子６０３には、複数個の抵抗あるいは定電流ダイオードなどが用いられ、図５Ａでは前者、図５Ｂでは後者が用いられている。切り替えスイッチ６０４は、複数個のトランジスタあるいはＦＥＴなどの半導体素子が用いられる。切り替えスイッチ６０４は、入力する電流値を設定するデジタル信号によってオンオフすることで、電流制限素子６０３の組み合わせを切り替える。ここで入力する電流値の設定信号がＮビットのデジタル信号であるとき、２のＮ乗個が、電流制限素子６０３による電流値の設定の組み合わせ数の上限となるので、Ｎが大きいほど細かな設定ができる。簡単な例示として、入力するデジタル信号Ｄｉｎは５ビットの電流切り替え信号とする。図中に示す電流制限素子６０３として５個の定電流ダイオードを利用する場合に、１個あたりの定電流ダイオードの電流ＩＤとすれば、このデジタル信号Ｄｉｎを用いて、切り替えスイッチ６０４をオンオフすることで、切り替えスイッチ６０４による定電流ダイオードの組み合わせ個数を０から５個の範囲で可変設定して、発光ダイオード１０１に流れる電流を切り替えることができる。ここで各ビットに対応する電流制限素子６０３の電流制限値を２のべき乗の重みで設定しておくならば、２進表現による電流値を設定できる。このようにＤｉｎの設定でＬＥＤ駆動信号１１５の電流値を切り替えることにより、例えば照明の明るさを切り替えるような使い方として利用できる。電流値設定手段１０２Ｂによる電流値制御の精度を高めるには電流制限素子６０３の個数を増やすとともに、切り替えをするための信号Ｄｉｎのビット数を増やせば良い。
【００４９】
なお、本実施形態では、１０％以下のデューティー比で周期的に発光パルスを発生させて、当該発光パルスの電流値が制御されることにより発光量が制御される照明装置が、液晶表示装置において含んで構成されるバックライト１００として用いられている。しかし、液晶表示装置のバックライト１００以外の照明装置に、本実施形態に係る照明装置を用いてもよいのは、いうまでもない。本発明は、上記の実施形態１の記載、および、後述する実施形態２以降の記載によっては限定されず、その技術的思想の範囲内において当業者によって様々な変更および修正が可能である。また、これらの各実施形態において開示されている形態を組み合わせた形態も、その技術的思想の範囲内において本発明に含まれるものとする。
【００５０】
また、ＲＧＢ各色の発光ダイオードを有するバックライトや照明装置において、いずれかの発光色の発光ダイオードを上述のようなＬＥＤ駆動信号１１５を用いて温度上昇を抑制しつつ駆動して、残りの発光ダイオードについてはＰＷＭ方式等で駆動するようにしても良い。特に、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃで示すように、赤色の発光ダイオードについては、デューティー比が低くなっても発光効率が向上しないことから、赤色の発光ダイオードはＰＷＭ方式で駆動し、青色および緑色の発光ダイオードについては、上述のようなＬＥＤ駆動信号１１５を用いる方式で駆動させても良い。
【００５１】
また、図６は、発光手段としての発光ダイオード１０１をＮ個備えたバックライト１００または照明装置が、それぞれのパルス周期の位相をずらして、デューティー比が低い発光パルスで順番に点灯させることにより発光させる様子を示している図である。同図においては、各発光手段のパルス周期の位相が、２π／Ｎ周期ずつずれるようにされて設けられている。
【００５２】
図６に示されるような構成では、個々の発光ダイオード１０１は、上記で説明したように発光のデューティー比を低く抑えることで発光の効率を高く設定すると共に、複数個の発光手段を組み合わせた全体としては、点灯周期が短くなることに相当するのでデューティー比が相対的に高くなることになる。これにより、輝度の低下が防がれ、また、点灯周期によるちらつきを低減することができる。
【００５３】
複数個の発光手段のそれぞれのパルス周期あるいは位相関係はランダムに設定してよいが、ランダムである場合には、照明装置が長期間発光する状況においては位相が揃う場合が有るため、そのときは点灯のちらつきとなる。したがって、あらかじめそれぞれの発光手段のパルス周期の位相が一致しないように駆動回路１０２を構成することが望ましい。これを実現するには、パルスカウンタ、シフトレジスタ、などのデジタル的なパルス発生回路を組み合わせて構成してもよいし、あるいはアナログ的なパルス発生回路を利用しても良い。
【００５４】
組み合わせる発光手段の個数は限定するものではないが、たとえば２個の組み合わせであれば輝度は２倍に、Ｎ個であれば輝度はＮ倍になるので輝度向上に大きな効果が得られる。複数個の発光手段は、単一のケースに全ての発光手段が実装されてもよいし、位置的に分散する独立したケースに１又は複数個ずつ分割されて実装されてもよい。ここでは、上記のケースの意味を限定するものではないが、このケースは、例えば台座を共有する一つの閉じた系とすることができる。そして例えば、室内照明として天井に複数個の発光手段を配置するとき、発光手段を格納する複数個のケースを天井の全面に渡るように個別に配置するならば、天井全体の発光手段の組み合わせを、室内全体を照明する室内照明とすることができる。それぞれの発光手段を、前記したように位相の異なる発光パルスで駆動することで、ちらつきを低減しながら発光の効率を高め、すなわち消費電力低減の効果を得ることができる。ここで、複数個のケースについてパルス発生回路を共有することで、位相関係を保ちながら駆動する。具体的には、パルス発生回路から複数個の発光手段への信号線を用意して、複数個の発光タイミングを指示する制御信号を多重化することで複数個の発光手段の発光タイミングを制御できる。あるいは、新たな制御のための信号線を用いることなく、電源線に制御信号を多重化しておくこともできる。あるいは、発光手段と光学的なセンサを組み合わせて、照明光に制御信号を多重化する光学的な伝送系を構成することができる。
【００５５】
なお、上記の実施形態１の説明では、発光ダイオード１０１のパルス周期において発光パルスが占める比率をデューティー比として決めており、パルス発生手段１０２Ａが所定の周波数によって１０％以下となるデューティー比で発光パルスを周期的に発生させるとしている。デューティー比自体は、パルス周期（周波数の逆数）を決める数値ではなく、デューティー比が同じである場合には周期が長くなるほど、視覚的にちらつきが観察されやすくなる。一般的にテレビジョン受像機では視覚的なちらつきを抑えるために６０Ｈｚ以上で画面の書き換え（飛び越し走査としてはＮＴＳＣ規格で３０Ｈｚ）が行われる。したがって、本実施形態における発光手段としての発光ダイオード１０１のパルス周期は、６０Ｈｚ以上であることが望ましい。このようなデューティー比と周期（あるいは周波数）を規定する発光パルスを生成する回路は、デジタル回路あるいはアナログ回路で適宜に作製することができる。
【００５６】
［実施形態２］
上記の実施形態１では、発光パルス１１５を出力するタイミングと液晶パネル２００の表示画像を切り替えるフレーム周期との関係が特に規定されていない。一方、実施形態２では、まず、１０％以下のデューティー比の複数の発光パルス（パルス群）が出力される点灯期間が設けられる。そして、この点灯期間は、映像信号１１０におけるフレーム周期において１又は複数存在して、点灯期間と点灯期間の間には発光パルスが出力されない消灯期間が設けられる。そして特に、いずれかのフレーム周期における点灯期間と、当該フレーム周期と異なるフレーム周期における点灯期間とでは、互いにタイミングがずれるように発光パルス群が発生される。具体的には、図７において示されるように、隣接する２つのフレーム周期において、点灯期間のタイミングがずらされて開始するようになっている。この点以外については、実施形態２は実施形態１と略同様である。
【００５７】
図７は、フレーム周期毎に液晶パネルの透過率を０％と１００％に切り替える１フレーム周期を１／６０秒とする６０Ｈｚの映像信号の様子と、この映像信号に対応する液晶分子の応答と、フレーム周期に同期して出力されるＬＥＤ駆動信号１１５の一例の様子を示す図である。映像信号１１０は、フレーム周期で繰り返して１画面のデータを伝送する。同図は、説明の便宜上、フレーム周期毎に透過率１００％と０％を繰り返すような例が示されている（図７（Ａ））。このため液晶パネル２００は、映像信号１１０に基づいて白と黒の繰り返し表示を行うが、画素ごとの液晶素子の応答速度は有限であって、即座に立ち上がりあるいは立下りするものではない。図７（Ｂ）では液晶応答を近似的にＥＸＰ関数を用いて示しているが、十分に応答が速ければステップ関数に近づくことになる。
【００５８】
バックライト１００を点灯させる点灯期間は、フレーム周期♯１においては３個の点灯期間が配置されて、フレーム周期♯２では点灯期間と消灯期間とを反転して、２個の点灯期間が配置されている。このように消灯期間が設けられることにより液晶表示装置の動画表示特性が向上する。そして、互いに異なる２つのフレーム周期において点灯期間のタイミングがずれることで、バックライト１００が点滅するタイミングにおける液晶素子の駆動状態の偏りが解消されることとなり、動画特性がさらに向上することとなる。
【００５９】
図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）における矢印部分の範囲にある２つの点灯期間を拡大した様子を示す図である。点灯期間は、図７（Ｃ）に示すように、複数の発光パルスを発光パルス群として配置して構成される。発光パルスは、バックライト点灯期間内でバックライトを点灯する最小単位のパルス信号を指し、点灯期間中は、発光ダイオード１０１は１０％以下のデューティー比で発光する。そして、実施形態２では、点灯期間の波形が維持されるとともに、該点灯期間内に配置する発光パルス１１５の電流値やパルス幅（デューティー比）が調整されてバックライト１００の発光輝度が調整される。そして実施形態２においても実施形態１と同様に、発光ダイオード１０１は、デューティー比が１０％以下の短時間パルスで発光し、複数の発光パルスによって発光パルス群が構成される。
【００６０】
なお、実施形態２では隣接する２つのフレーム周期において、点灯期間のタイミングがずらされて開始するようになっており、点灯期間と消灯期間とが反転して設けられているが、点灯期間および消灯期間をフレーム周期に同期させるのではなく、フレーム周期に非同期に設定してもよい。後者の場合には、フレーム周期に対して点灯期間および消灯期間が完全にランダムとなるように開始させるのが望ましく、このようにすることで、バックライト１００が点滅するタイミングにおける液晶素子の駆動状態の偏りが解消されることとなる。
【００６１】
図８は、実施形態２における駆動回路１０２の機能的構成の一例を示す図である。実施形態２では、点灯期間を維持しながら、設定された明るさの条件を満たすように、点灯期間内に発光パルスを配置する。明るさの条件を満たすため、発光パルスのデューティー比を０％〜１０％の範囲で可変とし、さらに発光パルス電流値を０ｍＡ〜定格電流の範囲で可変とする。発光パルス幅（パルス幅は、発光パルスの周波数とデューティー比とから導出される）と発光パルス電流値とを掛け算した値で、点灯期間内の明るさが制御されることとなる。まずパルス発生手段１０２Ａは、外部から入力された発光パルスの周波数情報１１９と、ＬＥＤ輝度入力１１２を受入れる。パルス発生手段１０２Ａは、これらの受入れた情報に応じて発光パルス数と、デューティー比とを決定して、タイミング制御手段１０２Ｄには発光パルス数と発光パルスの周波数情報を出力する。そして、パルス発生手段１０２Ａは、電流値設定手段１０２Ｂに発光パルスを順次発生させて出力し、電流値設定手段１０２Ｂは、発光パルスの電流値を制御してスイッチ手段１０２Ｃに出力する。また、点灯期間は消灯期間を挟んで繰り返して出力されるが、これらのタイミングについては、タイミング制御手段１０２Ｄによって発光パルス群からなる点灯期間の出力と消灯期間の挟み込みが管理され、スイッチ手段１０２Ｃを用いて発光パルス群の出力のオンオフを切り替える。スイッチ手段１０２Ｃによって点灯期間と消灯期間とが切り替えられることにより、ＬＥＤ駆動信号１１５が発光ダイオード１０１に供給される期間と供給されない期間とが制御される。画素クロック生成手段１０２Ｅは、水平同期信号１１７や、発光パルスのクロック信号１１８を受け取って、タイミング制御手段１０２Ｄにクロック信号を提供する。また、実施形態2では、タイミング制御手段１０２Dは、液晶表示装置のフレーム周期と点灯期間および消灯期間が設けられるタイミングとの同期を取る。なお、ＬＥＤ輝度入力１１２の目標値が大きい場合は、点灯期間内の発光パルスのデューティー比および電流振幅は大きくし、発光パルス数も多くすれば良い（フレーム周期において灯期間が長くなるようにすればよい）。ＬＥＤ輝度入力１１２の目標値が小さい場合は、発光パルス数を少なくしたり、点灯期間内の発光パルスのデューティー比および電流振幅を低く設定したりする。なお、ＬＥＤ駆動信号１１５における周波数は、実施形態２では、発光ダイオード１０１を駆動させるのに適した範囲の周波数が用いられ、上記の実施形態１と同様に６０Hｚ以上の周波数を用いるのが望ましい。
【００６２】
［実施形態３］
上記の実施形態１および２では、発光パルスによって発光したバックライト１００や発光ダイオード１０１の輝度目標値の誤差について特に考慮していないが、実施形態３では、これらの輝度目標値と発光ダイオード１０１の発光量との誤差（差分）について考慮する。実施形態３は、この点以外については実施形態2と略同様である。
【００６３】
ここで、複数の発光パルスからなる点灯期間は、高速に周期的に繰り返すことから、単一の点灯期間において若干の誤差があっても、累積として誤差をキャンセルすれば、誤差による画質劣化への影響が抑えられる。
【００６４】
図９は、複数の発光パルスからなる点灯期間において、輝度目標値に対して生じた誤差を次の点灯期間に繰り越して（伝播して）キャンセルする様子を示す模式図である。横軸は、時間軸を模式的に示しており、点灯期間１〜５が図中左側から順番に設けられて、さらに各点灯期間の間には消灯期間が存在している。点灯期間は、適宜な消灯期間と組み合わせることで、バックライト１００は周期的に点滅する。この周期の逆数は点灯周波数になる。また、縦軸は、発光ダイオード１０１の発光量であり、図９では、各点灯期間における発光パルスによる発光量の累積値が示されており、ＬＥＤ輝度入力１１２における目標値は、点灯期間における複数の発光パルスによる発光量の累積値によって達成される。
【００６５】
実施形態３では説明の便宜上、点灯期間内における発光パルスの周波数およびデューティー比を一定にすることにより、パルス幅を固定し、さらに電流値をも一定の値に固定するようにしている。そして、各点灯周期１〜５におけるＬＥＤ輝度入力１１２の目標値も一定となっている。発光パルスの周波数、デューティー比、電流値、輝度入力１１２による目標値が一定であるのは、実施形態３における説明の便宜上にすぎないものであり、発光パルス群ごとにこれらが異なるように設定されてもよいし、点灯期間中の発光パルスにおいてもデューティー比等を意図的に変動させて発光量を制御させてもよい。
【００６６】
なお、発光ダイオード１０１の単一発光パルスによる発光量（輝度値）は、その電流値もしくはパルス幅と、ほぼ比例関係にある。すなわち、縦軸に示す発光の目標値は、駆動電流およびパルス幅の積の値に換算できる。そして、発光ダイオード１０１の発光量の大きさを決める最小単位としては、パルス幅が一定の場合には、ＤＡ変換器に接続された電流設定回路で決まる最小単位である電流値によって換算できる。このとき発光ダイオード１０１の発光量の大きさの設定段数は、ＤＡ変換器のビット数（つまり設定段数）と同じとなり、高い精度で明るさを制御するには、高い精度のＤＡ変換器が必要となる。
【００６７】
ここで、実施形態３において一定である電流値およびパルス幅との積を、発光量Ｗとし、この発光量Ｗを最小単位として累積することで、ＬＥＤ輝度入力１１２によって入力される目標値に対応する発光量を、ひとつの点灯期間において発光ダイオード１０１に発光させるようにしている。
【００６８】
図９では、縦軸方向に、点灯周期毎の発光量Wの積み上げ個数を（１）（２）（３）・・・と番号付けをしている。ここで各点灯期間におけるＬＥＤ輝度入力１１２から得られる発光ダイオード１０１の光量の目標値をＷｔとする。そして、この目標値を達成するように、縦軸方向に発光量Ｗを積み上げると、これを実現する発光量Wの積み上げ個数Ｐｗは、目標値Ｗｔを発光量Ｗで割って得られる整数値となる(式（１）)。
【数１】
2010278366.tif 000003
ここでＩＮＴは整数化演算であり、切り上げとする。実際の発光量はＰｗとＷを掛け算した値になり、目標値Ｗｔと誤差が生じて、その大きさは、下記の式（２）で表される。
【数２】
2010278366.tif 000004
実施形態３では、ある点灯期間で発生する誤差Ｅｗが、その次の点灯期間に伝播される。
【００６９】
実施形態３においては、駆動回路１０２は、まず、発光パルスの各々による発光量を累積する累積量記憶手段と、発光パルスが発光して発光量が累積される毎に累積量と目標値とを比較して、累積量が目標値以上となったか否かを判断する比較手段とを有している。そして比較手段において累積量が目標値以上となった場合には、累積量記憶手段に、記憶された累積量と目標値の差分を、次の点灯期間における累積量として繰り越させる。また、累積量が目標値以上となった場合には、パルス発生手段１０２Ａによる発光ダイオード１０１への発光パルスの供給をスイッチ手段１０２Ｃに終了させて、消灯期間を挟みこむ。そして、タイミング制御手段１０２Ｄがスイッチ手段１０２Ｃに次の点灯期間を開始させるときに、次の点灯期間における発光ダイオード１０１に発光させる発光量の目標値は、繰り越された発光量を減じたものとなる。なお、この場合において、発光量を検知して累積量記憶手段に累積させる発光量検知手段をバックライト１００が有していても良い。
【００７０】
図９では、誤差Ｅｗが次の点灯期間に伝播される（点灯期間における発光量と、発光量の目標値との差分が、次の点灯期間に繰り越される）様子を矢印で示してある。誤差成分は伝播元となる点灯期間で既に発光済みであり、伝播先となった点灯期間で発光するわけではないが、その大きさを伝播先となった点灯期間において発光したものとみなして積み上げる。伝播先の点灯期間において、伝播した誤差Ｅｗを初期値として、当該点灯期間における各発光パルスによる発光量Wを積み上げていく。そして、累積値が目標値Ｗｔを上回れば、再び誤差伝播の手順を行う。この手順を繰り返すことで、平均的に目標値を達成することができる。実施形態３では、目標値Ｗｔ、および発光量Ｗを一定として説明したが、これらを点灯期間毎に変更させることができることは言うまでも無い。
【００７１】
また、上記のような誤差伝播型のパルス生成手順は、ＲＧＢ（赤青緑）、あるいはＲＧＢＷ（赤青緑白）などの多色光源を組み合わせたバックライト１００の点灯制御にも利用できる。ここで、ＲＧＢ３色の発光ダイオード１０１を用いて、白色発光の明るさを制御するバックライト駆動の発光パルスの生成手順を示す。
【００７２】
図１０は、ＲＧＢ３原色を組み合わせて発光させる場合において、輝度目標値に対して生じた誤差を累積してキャンセルする様子を示す模式図である。発光ダイオード１０１の発光波長分布は、人間の視覚感度を考慮すれば、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに置き換えることが出来ることが知られている。ＲＧＢ３色の発光ダイオード１０１の発光波長分布を三刺激値ＸＹＺに変換した数値を、パルス生成手順における演算対象とする。ＸＹＺそれぞれについての、累積値と目標値の比較、そして比較結果に基づいて発光パルスを出力する動作手順は、上記の白色ＬＥＤの場合と同様であり、ＸＹＺ特性値のそれぞれがＲＧＢ３色の発光ダイオード１０１の発光量に応じて累積される点で相違している。ここで、三刺激値の目標値をＸｔ、Ｙｔ、Ｚｔとする（説明の便宜上、図１０ではＸｔ、Ｙｔ、Ｚｔは共通の値として表示されているが、異なる値であってもよいのはいうまでもない）。このＸｔ、Ｙｔ、Ｚｔは、ＲＧＢ３色のＬＥＤを点灯して白色（ホワイトポイント）を実現する特性値である。そしてＲＧＢ各色の発光ダイオード１０１が、デューティー比が１００％（直流点灯）のときの発光量をＸＹＺの単位で表わして、赤色ＬＥＤの特性値をＸｒ、Ｙｒ、Ｚｒ、緑色ＬＥＤの特性値をＸｇ、Ｙｇ、Ｚｇ、青色ＬＥＤの特性値をＸｂ、Ｙｂ、Ｚｂ、とする。
【００７３】
そして、精度の高いＬＥＤ駆動信号１１５とするためには、簡単にはパルスの周波数を上げればよい。一方、実施形態３では複数のパルスの組あわせで高い精度を実現するために、ＸＹＺ変換された信号において上記式（１）および（２）のような誤差伝播の計算が行われる。電流値およびパルス幅の積が最小０、最大１の大きさを持つパルス駆動信号（発光パルス）Ｐを用意して、赤色ＬＥＤのパルス駆動信号をＰｒ、緑色ＬＥＤのパルス駆動信号をＰｇ、青色ＬＥＤのパルス駆動信号をＰｂ、とすれば、ＲＧＢ３色の各発光ダイオード１０１の出力は、赤緑青の発光手段の駆動信号とＸＹＺ特性マトリクスの積で表現できる。
【数３】
2010278366.tif 000005
【００７４】
そして、出力の目標値を実現するためのＲＧＢ各色の発光ダイオード１０１の駆動信号（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）は、目標値にＸＹＺ特性マトリクスのインバースを掛けることで算出できる。
【数４】
2010278366.tif 000006
【００７５】
しかし、マトリクスのインバースの計算は複雑であり、特性値が温度等の様々な発光条件で変動することを考慮すると簡易な装置構成には適さない。そこで実施形態３では、ＸＹＺ特性マトリクスの成分を直接利用して駆動信号を得るために、上述のような累積量記憶手段や、累積量と目標値とを比較する手段を用いる。実施形態３において、具体的な駆動信号を算出するために、最小単位とする駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂを用いて、その積み上げを行うことで実際の駆動信号を求める。最小単位とする駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂによる赤色ＬＥＤの発光特性ＸＹＺの特性値は、Ｘｐｒ、Ｙｐｒ、Ｚｐｒであり、緑色ＬＥＤの発光特性ＸＹＺの特性値は、Ｘｐｇ、Ｙｐｇ、Ｚｐｇであり、青色ＬＥＤの発光特性ＸＹＺの特性値はＸｐｂ、Ｙｐｂ、Ｚｐｂである。
【００７６】
この駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂは、パルス幅と電流値の積の大きさに換算することができ、積み上げた回数がＤＡ変換器のデジタルデータに相当して、積み上げ回数の最大がビット幅に相当する。そして実施形態３では、比較的に少ないビット幅、すなわち比較的に粗いＤＡ変換信号でありながら、複数のＤＡ変換信号の組み合わせとして、高い精度を実現する。駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂによって発光した明かりの、Ｘの累積値をＸａ、Ｙの累積値をＹａ、Ｚの累積値をＺａ、とし、目標値Ｘｔ，Ｙｔ、Ｚｔと、累積値Ｘａ，Ｙａ、Ｚａの大きさを比較して、目標値に累積値が達してなければ、上述した白色ＬＥＤの場合と同様にパルス駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂを個別に出力する。
書き換えれば、
ＩＦ（Ｘｔ＞Ｘａ）  ｐｒ＝１
ＥＬＳＥ            ｐｒ＝０
ＩＦ（Ｙｔ＞Ｙａ）  ｐｇ＝１
ＥＬＳＥ            ｐｇ＝０
ＩＦ（Ｚｔ＞Ｚａ）  ｐｂ＝１
ＥＬＳＥ            ｐｂ＝０
【００７７】
そして、パルス駆動信号ｐｒ＝１なら、累積値ＸａにＸｐｒ、累積値ＹａにＹｐｒ、累積値ＺａにＺｐｒ、を加算して、
パルス駆動信号ｐｇ＝１なら、累積値ＸａにＸｐｇ、累積値ＹａにＹｐｇ、累積値ＺａにＺｐｇ、を加算して、
パルス駆動信号ｐｂ＝１なら、累積値ＸａにＸｐｂ、累積値ＹａにＹｐｂ、累積値ＺａにＺｐｂ、を加算する。
書き換えれば、
ＩＦ（ｐｒ＝＝１）  ｛Ｘａ＋＝Ｘｐｒ、Ｙａ＋＝Ｙｐｒ、Ｚａ＋＝Ｚｐｒ｝
ＩＦ（ｐｇ＝＝１）  ｛Ｘａ＋＝Ｘｐｇ、Ｙａ＋＝Ｙｐｇ、Ｚａ＋＝Ｚｐｇ｝
ＩＦ（ｐｂ＝＝１）  ｛Ｘａ＋＝Ｘｐｂ、Ｙａ＋＝Ｙｐｂ、Ｚａ＋＝Ｚｐｂ｝
【００７８】
図１０の点灯期間１で示すように、単一の点灯期間内において上記の処理を繰り返し行い、累積値Ｘａ，Ｙａ、Ｚａが目標値Ｘｔ，Ｙｔ、Ｚｔをそれぞれ上回った時点でパルス駆動信号の生成手順を完了する。積み上げたパルス駆動信号ｐｒ、ｐｇ、ｐｂの個数を、当該点灯期間における電流設定するＤＡ変換器のデジタル値として利用する。そして、累積値と目標値を比較して、誤差分を次の点灯期間に伝播する。誤差算出は３色のそれぞれについて行う（式（５））。
【数５】
2010278366.tif 000007
【００７９】
これらの誤差値Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅを、次の点灯期間の累積値Ｘａ、Ｙａ、Ｚａの初期値として利用してＲＧＢ３色の各発光ダイオード１０１の波長分布を考慮にいれたパルス駆動信号の生成と出力を実現できる。目標値をＸＹＺ形式で設定できるので、任意の刺激値となる発光色を設定できる特徴がある。また、光源の特性が何らかの要因で変化する場合には、特性値Ｘｐｒ、Ｙｐｒ、Ｚｐｒ等のＸＹＺ値を任意のタイミングで変更するだけでよい。例えば、温度によるＬＥＤ発光のＸＹＺ値が変動するならば、変動にあわせてＸＹＺ値を修正していけば良い。同様に、寿命などによるＬＥＤ発光のＸＹＺ値の変動があれば、変動にあわせてＸＹＺ値を修正していけば良い。もし式（４）のインバース演算を利用しているならば、特性値の変化を反映するには膨大な演算負荷が掛かるのに比べて、極めて簡単に実現できる。
【００８０】
また、上記のバリエーションとして、赤緑青（ＲＧＢ）３色に白色（Ｗ）を加えた４色の発光に適用できる。Ｗは、ＸＹＺそれぞれの特性値Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗを持つ。そして、白色ＬＥＤのパルス駆動信号の最小単位によるＸＹＺ値を、Ｘｐｗ、Ｙｐｗ、Ｚｐｗとする。ＸＹＺの目標値と累積値の比較を行い、ＸＹＺの全てについて累積値が目標値に達してなければ、Ｗをパルス出力する。
書き換えれば、
ＩＦ（（Ｘｔ＞Ｘａ）＆ （Ｙｔ＞Ｙａ）＆（Ｚｔ＞Ｚａ））  ｐｗ＝１
ＥＬＳＥ            ｐｗ＝０
そして、ＸＹＺそれぞれの累積値Ｘａ、Ｙａ、ＺａにＸｐｗ、Ｙｐｗ、Ｚｐｗを加算する。
書き換えれば、
ＩＦ（ｐｗ＝＝１）  ｛Ｘａ＋＝Ｘｐｗ、Ｙａ＋＝Ｙｐｗ、Ｚａ＋＝Ｚｐｗ｝
このように、ＲＧＢＷ４色を用いて、目標値を実現するためのパルス駆動信号を算出する。
【００８１】
実施形態３では、特性マトリクスのインバース算出手段を用いずに簡易な装置構成で、パルス周期を短くして回路を高い周波数で動作させることなく、上述のような誤差伝搬によって、出力信号の精度向上を実現できる効果がある。
【００８２】
上記の実施形態３においては、発光パルスの周波数、デューティー比、電流値、輝度入力１１２による目標値が一定とされて、各発光パルスによる発光量Ｗが同一となっている。しかし実際には、点灯期間毎にこれらが変動して設定されて、発光量Ｗも点灯期間毎に異なることとなり得るし、同一の点灯期間においても、各発光パルスの周波数、デューティー比、電流値を意図的に変動させて用いられる場合も生じる。また、上記の実施形態３においては、各発光パルスによる発光量に誤差が生じる場合を考慮せず、発光量の最小単位である発光量Ｗの累積量に対して、差分が生じるような目標値が設定されている。しかし、発光量が発光パルス毎に異なる場合、あるいは、発光パルスの発光量に誤差が生じる場合であっても、上記の実施形態３と同様に、発光量の累積量が目標値以上となるときに誤差を次の点灯期間に繰り越す。これにより、単一のパルスの電流値とパルス幅には誤差を許容して、複数の発光パルス毎に誤差を累積して、目標値を超えた発光量を次の目標値の初期値として繰り越す。このため、簡易な回路構成で、発光ダイオード１０１の発光量の平均的な出力として高い精度を実現する回路構成が実現される。なお、実施形態３では点灯期間の間に消灯期間を随時挟むようにしているが、ＬＥＤ輝度入力１１２を順次パルス発生手段１０２Ａに提供することで、消灯期間を設けずとも目標値となる発光量を発効させる点灯期間が連続的に設けられても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１０  発光ダイオードにおける最大定格、１１  定電流ＰＷＭ方式の動作線、１２  実施形態１に係る発光ダイオードの動作線、１００  バックライト、１０１  発光ダイオード、１０２  駆動回路、１０２Ａ  パルス発生手段、１０２Ｂ  電流値設定手段、１０２Ｃ  スイッチ手段、１０２Ｄ  タイミング制御手段、１０２Ｅ  画素クロック生成手段、１０３  輝度入力取得手段、１０４  テーブル保持手段、１０９  フレキシブルプリント基板、１１０  映像信号、１１０Ａ  輝度入力（バックライト輝度入力）、１１０Ｂ  透過率目標値、１１２  ＬＥＤ輝度入力、１１３  発光情報（電流値情報）、１１５  ＬＥＤ駆動信号（発光パルス）、１１６  画素駆動信号、１１７  水平同期信号、１１８  発光パルスのクロック信号、１１９  周波数情報、２００       液晶パネル、２０１  上偏光板、２０２  下偏光板、２０３  液晶セル、２１０  表示信号処理手段、２１０Ａ  色度補償手段、２２０  画素回路、３０１  映像信号分離手段、６０１  電圧源、６０２  パルス駆動スイッチ、６０３  電流制限素子、６０４  切り替えスイッチ。
【図１】
2010278366.tif 000008
【図２】
2010278366.tif 000009
【図３】
2010278366.tif 000010
【図４】
2010278366.tif 000011
【図５Ａ】
2010278366.tif 000012
【図５Ｂ】
2010278366.tif 000013
【図６】
2010278366.tif 000014
【図７】
2010278366.tif 000015
【図８】
2010278366.tif 000016
【図９】
2010278366.tif 000017
【図１０】
2010278366.tif 000018
【図１１Ａ】
2010278366.tif 000019
【図１１Ｂ】
2010278366.tif 000020
【図１１Ｃ】
2010278366.tif 000021