JP2005236190A - 表示装置用の背面光源及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度変化や通電による内部温度の変化に拘わらず一定の色相の照明光を安定して発することができる背面光源を提供する。
【解決手段】 異なる色の光をそれぞれ発する複数の半導体発光素子２ａ，２ｂ，２ｃと、これら複数の半導体発光素子のアノード−カソード間に流れる電流の値を個別に調整する電流調整手段５ａ，５ｂ，５ｃ、６ａ，６ｂ，６ｃとを有する表示装置用の背面光源は、半導体発光素子の温度を制御する温度制御手段２５，２６，２７を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透過型液晶表示装置等の透過構造を有する表示装置の背面光源、及びこのような背面光源を備えた表示装置に関する。

ＬＣＤ（液晶表示装置）等の透過型ディスプレイモニタのバックライト（背面光源）としてＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子が広く用いられている。輝度の調整は、半導体発光素子に流す順電流を調整するか、あるいは半導体発光素子をパルス駆動し、パルス幅やパルス間隔を調整することにより可能である。例えば、赤、緑、青の光をそれぞれ発する半導体発光素子を用い、各半導体発光素子の発する光を混合すれば照明光として白色光を得ることができる。
半導体発光素子の発する光の色調には素子毎にばらつきがあるが、このばらつきを補償するため、各半導体素子に流す電流値を個別に設定し、所望の色調を得るようにすることも知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２７２９３８号

しかしながら、半導体発光素子の発光特性はその発光原理から温度依存性を有する。そのため各半導体発光素子の温度特性のばらつきにより、環境温度の変化や通電による内部温度の変化に伴い、背面光源の色調が変化するという問題があった。即ち、白色光が得られるように各半導体素子の電流値をそれぞれ設定しても、環境温度や内部温度が設定時から変化すると、各素子の温度特性の相違により背面光源からの照明光が色みがかってしまうという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的は半導体発光素子を使用する背面光源であって、環境温度変化や通電による内部温度の変化に拘わらず一定の色相の照明光を安定して発することができる背面光源を提供することである。

上記課題を解決すべく本発明によれば、異なる色の光をそれぞれ発する複数の半導体発光素子と前記複数の半導体発光素子のアノード−カソード間に流れる電流の値を個別に調整する電流調整手段とを有する表示装置用の背面光源であって、前記複数の半導体発光素子のそれぞれに、当該半導体発光素子の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする背面光源が提供される。

本発明によれば、環境温度の変化や通電による内部温度の変化に係らず、常に画像を所望の正しい色調で表示することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の背面光源の回路構成を示すブロック図である。この背面光源は赤、緑、青の光をそれぞれ発する半導体発光素子（例えば発光ダイオード）２ａ、２ｂ、２ｃ、可変型定電流駆動回路３ａ，３ｂ，３ｃ、電流値制御回路５ａ，５ｂ，５ｃを有する。半導体発光素子２ａの近傍には、発熱抵抗（抵抗素子）２７が配置されている。発熱抵抗２７は、温度制御回路２５に制御される発熱抵抗駆動回路２６により駆動される。

半導体発光素子２ａのアノードは給電端子１ａに接続され、カソードは可変型定電流駆動回路３ａに接続されている。給電端子１ａから半導体発光素子２ａに供給される電流は可変型定電流駆動回路３ａを通り、共通の接地端子１１に流れる。電流値制御回路５ａは、共通電流増減割合入力端子７から入力される信号及び個別電流調整入力端子６ａから入力される信号に基づき半導体発光素子２ａに流すべき電流値を決定し、半導体発光素子２ａに流れる電流値がこの決定した電流値に等しくなるように可変型定電流駆動回路３ａを制御する。

同様に、半導体発光素子２ｂのアノードは給電端子１ｂに接続され、カソードは可変型定電流駆動回路３ｂに接続され、給電端子１ｂから半導体発光素子２ｂに供給される電流は可変型定電流駆動回路３ｂを通り、共通の接地端子１１に流れる。電流値制御回路５ｂは、共通電流増減割合入力端子７から入力される信号及び個別電流調整入力端子６ｂから入力される信号に基づき半導体発光素子２ｂに流すべき電流値を決定し、半導体発光素子２ｂに流れる電流値がこの決定した電流値に等しくなるように可変型定電流駆動回路３ｂを制御する。

同様に、半導体発光素子２ｃのアノードは給電端子１ｃに接続され、カソードは可変型定電流駆動回路３ｃに接続され、給電端子１ｃから半導体発光素子２ｃに供給される電流は可変型定電流駆動回路３ｃを通り、共通の接地端子１１に流れる。電流地制御回路５ｃは、共通電流増減割合入力端子７から入力される信号及び個別電流調整入力端子６ｃから入力される信号に基づき半導体発光素子２ｃに流すべき電流値を決定し、半導体発光素子２ｃに流れる電流値がこの決定した電流値に等しくなるように可変型定電流駆動回路３ｃを制御する。

給電端子１ａには、不図示の電源の出力電圧Ｖｃｃ１が電流検出抵抗２２を介して印加される。温度制御回路２５は、信号線３１及び３２を介して検出した電流検出抵抗２２の端子間電圧から半導体発光素子２ａに流れる電流値を検出することができる。また、温度制御回路２５は、信号線３２及び信号線３３を介し、半導体発光素子２ａのアノード−カソード間の電圧を検出することができる。
電流値制御回路５ａ〜５ｃ及び可変型定電流駆動回路３ａ〜３ｃで電流値調整手段が構成されている。また、温度制御回路２５、発熱抵抗駆動回路２６、及び発熱抵抗２７で温度制御手段が構成されている。

尚、他の半導体発光素子２ｂ、２ｃも半導体発光素子２ａと同様、温度制御回路、発熱抵抗駆動回路等を備えるが、図面が過度に複雑にならないよう、図１では記載を省略している。
以下に、上記構成の背面光源の動作を説明する。

先ず、表示される画面を見ながら、個別電流調整入力端子６ａ、６ｂ、６ｃに入力する信号を個別に調整することにより、半導体発光素子２ａ、２ｂ、２ｃに流れる電流を個別に調整し、白バランスの調整を行う。続いて、共通電流増減割合入力端子７に入力する信号を調整し、半導体発光素子２ａ、２ｂ、２ｃに流れる電流を同じ割合で増加または減少させることにより光量、即ち輝度の調整を行う。

この状態から、例えば環境温度の変化や、通電による内部発熱の影響により半導体発光素子の温度が変化した場合、従来の背面光源では、各半導体発光素子の温度特性のばらつきにより、白バランスが崩れる場合があった。それに対し、本実施形態の背面光源では、半導体発光素子内部の半導体接合部における電圧降下は負の温度特性を有すること、即ち、半導体発光素子の抵抗値は負の温度係数を有することを利用し、半導体発光素子の温度を上記検出した電圧値及び電流値から求めた抵抗値に基づき決定する。そして、半導体発光素子の温度が上昇したときには温度制御回路２５は信号線３４を介して発熱抵抗駆動回路２６に指示を送り、発熱抵抗２７に流す電流を減少させ、半導体発光素子の温度を低下させる。逆に、半導体発光素子の温度が低下したときには、温度制御回路２５は信号線３４を介して発熱抵抗駆動回路２６に指示を送り、発熱抵抗２７に流す電流を増加させ、半導体発光素子の温度を上昇させる。

本実施形態によれば、上記したように環境温度の変化や、通電による内部発熱の影響を受けることなく、半導体発光素子の温度は略一定に保たれるので、安定した色調の照明光が得られる。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２の背面光源の回路構成を示すブロック図である。同図において図１に示した回路要素と同じ要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

実施の形態１においては、発熱抵抗２７に流れる電流を制御することにより半導体発光素子の温度を制御するのに対し、本実施形態においては、逆電圧印加手段としての逆電圧印加素子（トランジスタ）４０を用いて半導体発光素子に逆電圧を印加するタイミングを制御することにより、半導体発光素子の温度を制御する点で実施の形態１と異なる。以下に本実施形態の動作を説明する。

温度制御回路２５は端子４５を介し、半導体発光素子が導通しているか否か（即ち、順電流が流れているか否か）の情報を外部から得る。そして、半導体発光素子に順電流が流れている間は、不図示の電源の電圧Ｖｃｃ２（Ｖｃｃ２＞Ｖｃｃ１）がバイアス抵抗４１を介して印加されているトランジスタ４０のベースに接続された制御線３５の電圧レベルを上げ、それによりトランジスタ４０をオフとする。一方、半導体発光素子に順電流が流れていない間は、制御線３５の電圧レベルを下げ、トランジスタ４０をオンとする。これによりトランジスタ４０のエミッタに印加されている電圧Ｖｃｃ２がコレクタから半導体発光素子のカソードに印加される。電圧Ｖｃｃ２は電圧Ｖｃｃ１より大きいので、この間、半導体発光素子に逆電流が流れる。

本実施の形態２においては、例えば流通角（パルス幅制御時におけるパルス幅）が狭く、半導体発光素子に流れる順電流が少なく、通電による内部発熱が少なくなるときには、逆電流が増加して逆電流による発熱が増加する。逆に流通角が広く、半導体発光素子に流れる順電流が多く、通電による内部発熱が多くなるときには、逆電流が減少して逆電流による発熱が減少する。従って、流通角の広狭による、半導体発光素子の温度変化を少なくすることができる。

また、本実施形態においては、実施の形態１と同様、温度制御回路２５は、信号線３１，３２，３３を介して検出した半導体発光素子に流れる電流の値及び半導体発光素子のアノード−カソード間の電圧から半導体発光素子の温度を決定し、半導体発光素子の温度が一定に保たれるように、例えば逆電圧印加時間を調整することにより半導体発光素子に流れる逆電流の値を制御する。
本実施の形態２では半導体発光素子の温度制御に素子自身の逆電流を利用しているので温度変化に対する応答が高速であり、温度制御の精度が高い。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３の背面光源の回路構成を示すブロック図である。同図において図１、図２に示した回路要素と同じ要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

本実施の形態３においては、発熱抵抗２７とダイオード５０の直列回路を半導体発光素子に並列に接続し、半導体発光素子に順電流が流れていない間に発熱抵抗２７に電流を流して発熱させる点で、上記の実施の形態２と異なる。

本実施の形態３においては、流通角が狭く、半導体発光素子に流れる順電流が少なく、通電による内部発熱が少ないときには、温度制御回路２５は発熱抵抗２７に流れる電流を増加させ、発熱抵抗２７の発熱量を増加させる。逆に流通角が広く、半導体発光素子に流れる順電流が多く、通電による内部発熱が多いときには、発熱抵抗２７に流れる電流を減少させ、発熱抵抗２７の発熱量を減少させる。従って、実施の形態２と同様、本実施形態においても流通角の広狭にかかわらず、半導体発光素子の温度が略一定に安定化され、安定した色調の照明光が得られる。
本実施の形態３では、発熱抵抗２７の発熱を利用するので、逆電流特性のばらつきの大きい半導体発光素子を使用しても照明光の色調を安定化することができる。

図４に、以上説明した各実施の形態の背面光源を有する表示装置の概略構成を示す。図４において、各半導体発光素子の発した赤色光、緑色光、青色光は、例えば、反射板と拡散板に挟まれた導光体に入射し、該導光体内で多重反射して混合され、それにより得られた白色の照明光が拡散板に対向配置された液晶パネル等の画像形成面を照明する。尚、導光体、拡散板、及び反射板が背面光源の混合手段を構成する。

本発明の実施の形態１に係る背面光源の回路構成図である。 本発明の実施の形態２に係る背面光源の回路構成図である。 本発明の実施の形態３に係る背面光源の回路構成図である。 背面光源を備えた表示装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ａ,１ｂ,１ｃ 給電端子、 ２ａ,２ｂ,２ｃ 半導体発光素子、 ３ａ，３ｂ，３ｃ 可変型定電流駆動回路、 ５ａ，５ｂ，５ｃ 電流値制御回路、 ６ａ,６ｂ,６ｃ 個別調整入力端子、 ７ 共通電流増減割合入力端子、 １１ 接地端子、 ２２ 電流検出抵抗、 ２５ 温度制御回路、 ２６ 発熱抵抗駆動回路、 ２７ 発熱抵抗、 ４０ トランジスタ（逆電圧印加素子）、 ４１ バイアス抵抗、 ４５ 導通非導通情報入力端子、 ５０ ダイオード。

Claims (11)

1. 異なる色の光をそれぞれ発する複数の半導体発光素子と前記複数の半導体発光素子のアノード−カソード間に流れる電流の値を個別に調整する電流調整手段とを有する表示装置用の背面光源において、
   前記複数の半導体発光素子のそれぞれに、当該半導体発光素子の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする背面光源。
2. 前記温度制御手段は、半導体発光素子のアノード−カソード間に流れる電流と該アノード−カソード間の電圧とに基づき当該半導体発光素子の温度を決定することを特徴とする請求項１に記載の背面光源。
3. 前記温度制御手段は、半導体発光素子の近傍に配置された発熱手段を有し、当該半導体発光素子の温度を略一定に維持すべく、前記発熱手段の発熱量を制御することを特徴とする請求項２に記載の背面光源。
4. 前記発熱手段は、抵抗素子からなることを特徴とする請求項３に記載の背面光源。
5. 前記温度制御手段は、半導体発光素子の温度を略一定に維持すべく、当該半導体発光素子に順電流が流れていない間に、当該半導体発光素子に逆電圧を印加する逆電圧印加手段を有することを特徴とする請求項２に記載の背面光源。
6. 前記温度制御手段は、半導体発光素子の近傍に配置された発熱手段を有し、当該半導体発光素子の温度を略一定に維持すべく、当該半導体発光素子に順電流が流れていない間に、前記発熱手段を駆動して発熱させることを特徴とする請求項２に記載の背面光源。
7. 前記発熱手段は、前記少なくとも１つの半導体発光素子に並列に接続された抵抗素子とダイオードとの直列回路からなることを特徴とする請求項６に記載の背面光源。
8. 前記複数の半導体発光素子は、赤色、緑色、青色の光をそれぞれ発する３種類の半導体発光素子からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の背面光源。
9. 前記複数の半導体発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の背面光源。
10. 前記複数の半導体発光素子から発する光を混合して白色の照明光を出力する混合手段を更に備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の背面光源。
11. 請求項１０に記載の背面光源と、該背面光源の混合手段から出力される照明光で照明される画像形成パネルとを有することを特徴とする表示装置。

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