JP2004177627A

JP2004177627A - 発光ダイオード表示装置

Info

Publication number: JP2004177627A
Application number: JP2002343159A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takigawa; 覚士滝川
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】発光ダイオードは電流により色調が変わるため輝度調整すると色調が変わるという問題があり、色調を一定に調整する作業が煩雑であった。
【解決手段】発光ダイオード１２に電子スイッチ１６によって切り換え可能な抵抗１５と基準となる抵抗１７を直列接続し、電子スイッチ１６を切り換えることにより抵抗１５の抵抗値を変化させ、これによって変化する抵抗１７の端子間電圧を基準電圧と比較して所定の電圧となる電子スイッチの組合せをＰＲＯＭ２０に記憶させ、このＰＲＯＭ２０に記憶させたデータに基いて電子スイッチ１６を開閉制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードを用いた表示装置に関し、発光ダイオードの順電流のばらつきにより生じる発光ダイオード毎の色調のばらつきを自動的に補正可能とした発光ダイオード表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは点光源を集積することにより画像表示装置として一般的に用いられるが、光拡散させて面光源とし透光性表示板や液晶表示装置のバックライトなどにも利用される。
【０００３】
特許文献１には発光ダイオードを用いたバックライトが開示されている。これを図３に示す。図において、１は発光ダイオードで、カソードが接地されている。２ａ〜２ｄは４個の抵抗で、それぞれの一端が発光ダイオード１のアノードに接続されている。３ａ〜３ｄは４個のトランジスタで、それぞれのエミッタが各抵抗３ａ〜３ｄの他端に接続され、各コレクタは電源ライン４に接続されている。５は図示例では３本の信号線６ａ〜６ｃが入力されて各トランジスタ３ａ〜３ｄのベースに選択的に制御信号を出力し、各トランジスタ３ａ〜３ｄを選択的に導通制御する選択回路を示す。
【０００４】
この発光ダイオード表示装置は、信号線６ａ〜６ｃに与えられる信号の組み合わせにより、各トランジスタ３ａ〜３ｄを選択的に導通指せるため、最小では各トランジスタ３を非導通にでき、発光ダイオード１を非発光状態にでき、順次、抵抗２を１個、２個、３個、４個通電状態にできる。そのため各抵抗２ａ〜２ｄを同じ抵抗値に設定しても、抵抗値を１倍、１／２倍、１／３倍、１／４倍に段階的に変化させることができ、信号線６により輝度調整が可能である。また抵抗２ａ〜２ｄの抵抗値を適宜設定することにより、直線的に輝度変化させることができる。
【０００５】
このように発光ダイオードは動作電流を変化させることにより輝度調整できるが、輝度変化と同時に色調も変化し、特に液晶表示装置のバックライトとして用いる場合には、表示画面全体の色調が変化すると表示品質が劣化することがあるため、色調を変化させずに輝度調整できることが要求される。
【０００６】
このような要求を満足するものとして特許文献２には図４に示す発光ダイオード表示装置が開示されている。図において、７は発光ダイオードで、一端（アノード）は電源ライン８に接続されている。９は一端が発光ダイオード１のカソードに接続された可変抵抗、１０は可変抵抗９の他端と接地間に挿入接続された電子スイッチで、図示例ではエミッタ接続されたトランジスタのコレクタが可変抵抗９に接続されいる。１１はパルス巾変調器で、その出力信号がトランジスタ１０のベースに供給され、トランジスタ１０を開閉制御する。この発光ダイオード表示装置はトランジスタ１０を導通させた状態で可変抵抗９を調整し、発光ダイオード７の色調をみながら所定色調位置に固定し、この状態でパルス巾変調器１１によってトランジスタ１０の開閉時間を制御して輝度調整を行なうもので、導通電流は一定に保たれるため色調を一定にできる。
【０００７】
図示例では発光ダイオード７を１個だけ示したが、特許文献２には、複数の発光ダイオードに対して図４に示す回路を複数用意し、各発光ダイオード毎に可変抵抗９を調整することにより、各発光ダイオードの色調を一定にすることができることも開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２３７９１４号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２７２９３８号公報（第２〜３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、もともと点光源である発光ダイオードを用いてバックライトを実現するには光拡散板が必要で、発光むらのないバックライトを実現するには複数の発光ダイオードを光拡散板の周辺に配置する必要がある。一方、携帯電話など小型の電子機器でも表示を見易くするため表示装置は大型化される傾向にある。このように表示装置の面積拡大にともなって光拡散板の面積を拡大するとともに照明を均一にするため多数の発光ダイオードが必要となる。
【００１０】
図４に示す回路では発光ダイオードの数が増大すると可変抵抗の数も増加し調整の作業工数も増大するという問題があった。このような問題に対して予め特性選別して所定の順電流値で色調や輝度が近似した発光ダイオードを用意することにより調整は容易になるが、選別コストが嵩むため実用的ではなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題の解決を目的として提案されたもので、発光ダイオードと、発光ダイオードの順電流を設定して色調を調整する色調調整用抵抗と、発光ダイオードに流れる電流を開閉制御し通電周期を調整することにより発光ダイオードの輝度調整する輝度調整用電子スイッチとを直列接続した発光ダイオード表示装置において、上記発光ダイオードの通電経路に、色調微調整用抵抗とこの色調微調整用抵抗に接続されて選択的に開閉する抵抗選択用電子スイッチとを複数組挿入したことを特徴とする発光ダイオード表示装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による発光ダイオード表示装置は、発光ダイオードと色調調整用抵抗と輝度調整用電子スイッチを直列接続した通電経路に、色調微調整用抵抗とこの色調微調整用抵抗に接続されて選択的に開閉する抵抗選択用電子スイッチとを複数組挿入したもので、抵抗選択用電子スイッチの開閉選択パターンを予めＲＯＭに記憶させることにより、発光ダイオードの色調と輝度の調整を容易にしたもので、色調調整用抵抗と抵抗選択用電子スイッチは並列接続してもよいし、直列接続してもよい。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１から説明する。図において、１２は発光ダイオードで、一端（アノード）は電源ライン１３に接続されている。１４は輝度調整用電子スイッチで、図示例ではＭＯＳトランジスタが用いられ、主電流端子の一端（ドレイン）が発光ダイオード１２の他端（カソード）に接続されている。１５ａ〜１５ｄは図示例では４個の色調微調整用抵抗で、直列接続され、一端が電子スイッチの他端（ソース）に接続されている。各抵抗１５ａ〜１５ｄの抵抗値は基準抵抗値Ｒ０に対して、１倍、２倍、４倍、８倍の重み付けがされている。１６ａ〜１６ｄは抵抗選択用電子スイッチで、図示例ではＭＯＳトランジスタが用いられ、それぞれのドレイン、ソースが各色調微調整用抵抗１５ａ〜１５ｄの両端に接続され、色調微調整用抵抗１５ａ〜１５ｄと抵抗選択用電子スイッチ１６ａ〜１６ｄは並列接続されている。１７は固定抵抗値の色調調整用抵抗で、一端が接地され、他端は直列接続された色調微調整用抵抗１５ａ〜１５ｄの他端に接続されている。１８は出力波形のデューティ比が変更可能なパルス巾変調器で、その出力は輝度調整用電子スイッチ１４の入力端子（ゲート）に供給され、電子スイッチ１４の開閉時間を制御することにより発光ダイオード１２の輝度調整を行なう。１９は発光ダイオード１２の色調と輝度を制御する制御部、２０は記憶内容の書き換えが可能なＰＲＯＭを示す。上記制御部１９には、パルス巾変調器１８、各抵抗選択用電子スイッチ１６ａ〜１６ｄ、の各入力端子、ＰＲＯＭ２０、色調調整用抵抗１７の端子間電圧Ｖｒなどがそれぞれ接続され、さらに入力信号端子２１を介して供給される外部からの制御入力信号が供給される。
【００１４】
上記発光ダイオード１２を除く回路素子は半導体チップ内に組み込み可能で、この場合、半導体チップ２２を示す図示点線で囲まれた領域内に、発光ダイオード１２と色調調整用抵抗１７とを外付けするための端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃや入力信号端子２１が形成される。
【００１５】
この発光ダイオード表示装置の動作を以下に説明する。先ず、端子２２ａ、２２ｂに発光ダイオード１２を、端子２２ｃに色調調整用抵抗１７をそれぞれ接続して、図示省略するが電源端子を外部電源に、接地端子を接地ラインにそれぞれ接続する。そして入力信号端子２１には外部のＣＰＵから供給される制御信号が与えられる。この回路が組み込まれた半導体チップと発光ダイオード１２は任意に組み合わされるため動作開始前に色調と輝度の初期設定をする必要がある。
【００１６】
この初期設定は、例えばＣＰＵから入力信号端子２１を経て制御部１９に送信される制御信号により行なわれる。先ずパルス巾変調器１８の出力波形のデューティ比を５０％程度に設定して輝度調整用電子スイッチ１４を開閉する。これにより発光ダイオード１２、色調微調整用抵抗１５ａ〜１５ｄ、色調調整用抵抗１７に電流が流れ、電流に応じた色調と輝度で発光ダイオード１２は発光する。抵抗１７の端子間電圧Ｖｒは制御部１９に入力され、図示省略するが基準電圧と比較した差電圧が制御部１９内部で発生する。この差電圧は負電圧から正の電圧へ変化するが、制御部１９は各抵抗選択用電子スイッチ１６ａ〜１６ｄを順次開閉制御して組合せ抵抗値を変化させるが前記差電圧がゼロ近傍で開閉制御を停止する。
【００１７】
各抵抗１５ａ〜１５ｄの抵抗値は所定の抵抗値Ｒ０に対して１倍、２倍、４倍、８倍の重み付けがされているため、電子スイッチ１６ａ〜１６ｄを順次切り換えると、直列接続された抵抗の値は、所定の抵抗値Ｒ０の０倍、１倍、２倍、３倍、・・・、１５倍となる。そのため輝度調整用電子スイッチ１４の内部抵抗を無視すると、発光ダイオード１２に流れる電流値は各抵抗１５ａ〜１５ｄの組合せ抵抗（０〜１５×Ｒ０）と色調調整用抵抗１７（抵抗値をＲａとする）とを直列接続した抵抗値によって決定される。
【００１８】
図２は横軸が電圧、縦軸が電流を示し、Ｌ１は、抵抗１５ａ〜１５ｄの組合せ抵抗値が最大値（１５×Ｒ０）の状態の負荷線を示す。即ち全ての電子スイッチ１６ａ〜１６ｄが開状態で、各抵抗１５ａ〜１５ｄがそのまま前記色調調整用抵抗１７に直列接続された状態で、電源ライン１３の電圧値Ｖｃｃと電流値（Ｖｃｃ／（Ｒａ＋１５×Ｒ０））を結んだ線上にある。またＬ２は抵抗１５ａ〜１５ｄの組合せ抵抗値がゼロの状態の負荷線を示す。即ち全ての電子スイッチ１６ａ〜１６ｄが閉状態で、各抵抗１５ａ〜１５ｄを短絡し、色調調整用抵抗１７のみの状態を示し、電源ライン１３の電圧値Ｖｃｃと電流値（Ｖｃｃ／Ｒａ）を結んだ線上にある。電子スイッチ１６ａ〜１６ｄのそれぞれの開閉状態に対応した負荷線は負荷線Ｌ１、Ｌ２の間にある。図中、Ｌｄは発光ダイオード１２の電圧−電流特性で、各負荷線Ｌ１、Ｌ２と交差する各交点Ｐ１、Ｐ２の縦軸への投射点Ｉ１、Ｉ２が動作電流を示す。また前記各交点Ｐ１、Ｐ２から横軸と平行に延長した線と負荷線Ｌ１の交点Ｐ３、Ｐ４から横軸へ投射した点Ｐ５、Ｐ６の各電圧値と電源電圧Ｖｃｃの間の電圧Ｖ１、Ｖ２は抵抗１７の端子間電圧Ｖｒを示す。
【００１９】
図２から分かるように、組合せ抵抗を変化させると発光ダイオード１２に流れる電流はＩ１からＩ２まで変化し、抵抗１７の端子間電圧ＶｒはＶ１からＶ２まで変化する。この回路では抵抗１７の抵抗値が固定されているため発光ダイオード１２に流れる電流は端子間電圧Ｖｒによって決定され、Ｖｒ／Ｒａとなる。制御部１９内で予め設定された基準電圧と前記端子間電圧Ｖｒとを比較した差電圧の状態により、発光ダイオード１２に流れる電流が最適電流かどうかが判定される。
【００２０】
このように制御部１９によって抵抗選択用電子スイッチ１６を順次切り換えて順次変化する端子間電圧Ｖｒと制御部１９内の基準電圧とを比較し、一致または近似したことを検出するとこのときの抵抗選択用電子スイッチ１６ａ〜１６ｄの組合せデータをＰＲＯＭ２０に記憶することにより初期設定が完了する。
【００２１】
このようにして所期設定が完了した発光ダイオード表示回路の抵抗選択用電子スイッチ１６ａ〜１６ｄの開閉の組合せはＰＲＯＭ２０に記憶させたデータに基いて設定され、発光ダイオード１２を所定の電流で駆動できるため色調のばらつきが小さく、パルス巾変調器１８によって輝度を変化させても安定した色調で表示できる。
【００２２】
そのためこの発光ダイオード表示装置は、多数の点光源を集合して画像表示させるものや多数の光源を分散配置して液晶表示装置の表示面を照明するバックライトとして好適である。また上記初期設定はＣＰＵをプログラム動作させることにより自動実行できるため、人手による作業が不要で、調整のばらつきも小さく、さらには発光ダイオード１２の特性がばらついてもほぼ一定の色調に調整することができる。
【００２３】
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば色調微調整用抵抗１５と抵抗選択用電子スイッチ１６の所要数は４個に限定されるものではなく、多数用いることにより調整範囲を拡大したり微調整することができる。また上記実施例では、色調微調整用抵抗１５と抵抗選択用電子スイッチ１６とを並列接続しこの並列素子を多数組直列接続したが、色調微調整用抵抗１５と抵抗選択用電子スイッチ１６とを直列接続し、この直列素子を多数組並列接続することもできる。
【００２４】
また色調調整用抵抗１７の端子間電圧Ｖｒと比較される基準電圧を予め複数設定し、複数の電圧の一つを基準電圧とすることにより、別の色調で発光可能なように初期設定できる。また発光ダイオード１２に接続される電源ライン１３は半導体チップ２２から取出してもよいし、半導体チップ２２から独立した電源ラインでもよく、昇圧回路を挿入し昇圧された電圧を供給することもできる。また発光ダイオード１２の色調を発光ダイオード１２に流す電流によって設定するだけでなく、この電流を変化させる要因である温度を温度センサにより検出し、この検出出力と前記電圧Ｖｒとを比較したデータをＰＲＯＭ２０に記憶させることにより色調を一層安定させることができる。
【００２５】
さらには抵抗１７は半導体チップ２２に外付けしたが半導体チップ２２内に一体形成してもよい。また抵抗１７の抵抗値は完全固定するだけでなく、微小範囲で調整可能とすることもできる。また入力信号端子２１は、図示例では制御入力信号がシリアルデータとして１つだけ表示したが、パラレルデータの場合にはデータ長に応じた数の端子を形成すればよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光ダイオードの個々の色調のばらつきをなくすことができるため、多数の発光ダイオードを組合せ用いた場合、色調むらをなくすことができる。そのため本発明を適用した大型の表示装置用のバックライトは表示装置の表示品質を良好に保つことができる。また発光ダイオードの数が増大しても調整の作業工数が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す発光ダイオード表示装置の回路図
【図２】図１回路の発光ダイオードに関連する電圧−電流特性を示す特性図
【図３】従来の発光ダイオード表示装置の一例を示す回路図
【図４】従来の発光ダイオード表示装置の他の例を示す回路図
【符号の説明】
１２発光ダイオード
１４輝度調整用電子スイッチ
１５、１５ａ〜１５ｄ色調微調整用抵抗
１６、１６ａ〜１６ｄ抵抗選択用電子スイッチ
１７色調調整用抵抗
１８パルス巾変調器
１９制御部
２０ＰＲＯＭ

Claims

発光ダイオードと、発光ダイオードの順電流を設定して色調を調整する色調調整用抵抗と、発光ダイオードに流れる電流を開閉制御し通電周期を調整することにより発光ダイオードの輝度調整する輝度調整用電子スイッチとを直列接続した発光ダイオード表示装置において、
上記発光ダイオードの通電経路に、色調微調整用抵抗とこの色調微調整用抵抗に接続されて選択的に開閉する抵抗選択用電子スイッチとを複数組挿入したことを特徴とする発光ダイオード表示装置。
抵抗選択用電子スイッチの開閉選択パターンを予めＲＯＭに記憶させたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード表示装置。
色調調整用抵抗と抵抗選択用電子スイッチが並列接続されたことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード表示装置。
色調調整用抵抗と抵抗選択用電子スイッチが直列接続されたことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード表示装置。