JP2006030309A

JP2006030309A - バックライト駆動装置及び駆動方法

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Publication number: JP2006030309A
Application number: JP2004205145A
Authority: JP
Inventors: Tokumasa Furukawa; 徳昌古川; Kenichi Kikuchi; 賢一菊地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP4586440B2

Abstract

【課題】バックライト部の点灯を一斉に消灯する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣコンバータ３１から供給される直流電流のＯＮ／ＯＦＦを行うサブスイッチ３２の切り替えタイミングと、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートから出力されるＰＷＭ信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを切り替えるタイミングを制御する制御部３４を備え、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートから出力されるＰＷＭ信号をＯＦＦにし、その後、サブスイッチ３２をＯＦＦにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＬＥＤ素子からなるバックライト光源を駆動制御するバックライト駆動装置及び駆動方法に関する。

一般的に、ＬＥＤ（Light Emission Diode）素子を表示画素に用いたディスプレイでは、ＬＥＤ素子をマトリクス駆動をさせる為に、各画素に対してＸ−Ｙのアドレッシング駆動回路を必要とする。ディスプレイは、アドレッシング駆動回路により、発光（点灯）させたい画素の位置にあるＬＥＤ素子を選択（アドレッシング）し、点灯させる時間を、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動によって変調することにより輝度調整を実施し、所定の階調性のある表示画面を得ている。

しかし、個々のＬＥＤに対して駆動用の回路を組み込むと、ＬＥＤの数が多い場合には、回路構成が複雑になりコストが高くなってしまう（例えば、特許文献１参照。）。

一方で、近年、液晶表示用のバックライト光源としてもＬＥＤ素子を用いる検討が盛んに行われている。特に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各原色のＬＥＤ素子を個別に使用し、光学的に合成加法混色して白色を得る方法は、色のバランスがとりやすいため、ＴＶ用途として盛んに検討されている。

ところで、ＬＥＤ素子は、個々に輝度のばらつきを持っており、その個々のばらつきを補正しようとすると、必然的に、１つ１つの素子を独立した駆動回路で駆動せねばならず、駆動の形態が、前述したＬＥＤ素子を表示画素に用いたディスプレイに相当するマトリックス型駆動方式に酷似してくる。すなわち、ＬＥＤ素子の数が多い場合には、アドレッシングによる駆動回路が複雑になってしまう。

また、ＬＥＤ素子を光源として、例えば、液晶ディスプレイのバックライトとして用いる場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各原色のＬＥＤ素子の発光効率が異なる為、各色のＬＥＤ素子に印加する電流も色ごとに調整する必要がある。また、ＬＥＤ素子は、各色ごとに半導体組成が異なる為、各色ごとに素子の電圧及び消費電力が異なる。

また、各々のＬＥＤ素子の電力が大きく、照明用途のＬＥＤ駆動に使用する実際の回路は、大電力駆動用のＬＳＩ等がいまだ作成されていないため、マトリックス型駆動方式では、コストが高くなり経済的に不利益となる。

特開２００１−２７２９３８号公報

そこで、回路規模を大規模にしないように、ＬＥＤ素子の接続形式を縦列接続形式として用いる方法が提案されている。縦列接続形式では、ある一連のＬＥＤ接続グループ（群）、例えば、赤、緑、青のＬＥＤ素子が各色毎に接続されたグループ（群）における電流をＰＷＭ調整することによって、赤、緑、青のＬＥＤ素子から発せられる光の合成による色合いと輝度を調整している。

ＬＥＤ素子の接続形式として縦列接続形式を採用したバックライト装置では、縦列接続された赤、緑、青のＬＥＤ素子群ごとに所定の電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ電源部が備えられ、また、負荷側にＬＥＤ−ＰＷＭコントロール部が備えられている。

ところで、上述したバックライト装置では、ＬＥＤ素子の各色系統において、消費電力が相違し不揃いであるので、ＬＥＤ素子群ごとに備えられているＤＣ−ＤＣコンバータ電源部の平滑コンデンサ等に蓄積された電気エネルギーの消費や、減衰に要する時間が相違している。したがって、例えば、バックライトを消灯する時に主電源の供給を切断する方法によっては、各色系統の時定数の相違により、各色が不揃いな時間間隔を持ち、個別離散的に消灯していく結果、ユーザに不快な印象を与えるという欠点があった。

そこで、本発明では、バックライトの消灯時に、ＬＥＤ素子群ごとにばらつくことなく一斉に消灯させることができるバックライト駆動装置及び駆動方法を提供する。

本発明に係るバックライト駆動装置は、上述の課題を解決するために、３原色ごとにＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が複数個縦列接続されてなるバックライト駆動装置において、任意の振幅の信号を発生する信号発生手段と、信号発生手段により発生された信号に基づき、ＬＥＤ素子群の発光量を調整する調整手段と、ＬＥＤ素子群ごとに所定の電圧を印加する電圧印加手段と、信号発生手段と電圧印加手段を制御する制御手段を備え、制御手段は、ＬＥＤ素子群を消灯させる際に、信号発生手段により発生される信号の振幅をゼロにするよう制御し、その後、電圧印加手段により電圧の印加を停止するように制御を行う。

また、本発明に係る駆動方法は、上述の課題を解決するために、３原色ごとにＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が複数個縦列接続されてなる表示用バックライト装置の駆動方法において、ＬＥＤ素子群ごとに所定の電圧を印加する電圧印加工程と、任意の振幅の信号を発生する信号発生工程と、信号発生工程により発生された信号に基づき、電圧印加工程により電圧が印加されているＬＥＤ素子群の発光量を調整する調整工程と、ＬＥＤ素子群を消灯させる際に、信号発生工程により発生される信号の振幅をゼロにするよう制御し、その後、電圧印加工程による電圧の印加を停止する制御を行う制御工程を備える。

本発明では、ほぼ一斉同時に、バックライト部を構成するＬＥＤ素子群を消灯することができる。

以下、本発明の実施の形態として、ディスプレイにおけるＬＥＤ素子により構成されるバックライト駆動装置及びその駆動方法について説明する。

図１に、後述するバックライト部２を構成するＲＧＢの各ＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が配列される単体セルの一例を示す。単体セル１は、図１に示すように、赤（Ｒ）のＬＥＤ素子１０と、緑（Ｇ）のＬＥＤ素子１１と、青（Ｂ）のＬＥＤ素子１２がそれぞれ２個づつ極性を一方向に揃えて縦列接続され、合計６個のＬＥＤ素子で構成されている。なお、単体セル１の構成は、本実施例では６個とするが、使用するＬＥＤ素子の定格や発光効率などにより、混合色をバランスの良い白色光とするために、光出力バランスを整える必要があるので、各色の個数配分は本実施例以外の構成例もあり得る。

また、単体セル１は、複数個縦列接続されて、バックライト部２を構成するが、単体セル１同士の接合部は、各色のＬＥＤ素子の極性が一方向に揃うように、図１に示すように、中央部の両端矢印により接続される。また、図２は、図１の等価図を示している。

ここで、バックライト部２の構成例を図３を用いて説明する。なお、単体セル１を便宜的に「２Ｇ２Ｒ２Ｂ」と表し、単体セル１が３つ縦列接続されている場合には、図３に示すように「６Ｇ６Ｒ６Ｂ」と表す。

バックライト部２は、図３に示すように、前述した各ＬＥＤ素子の単体セル１の三つを１つの中単位として、垂直方向に４行、水平方向に５列で構成されている。したがって、バックライト部２は、３６０個のＬＥＤ素子から構成されていることになる。

バックライト部２を構成している３６０個全てのＬＥＤ素子に対して、個別にアドレッシングを行うことは、課題で述べたとおり、回路規模が大きくなってしまい、高価なものとなってしまう。そこで、本実施例では、後述するように、バックライト部２を駆動するバックライト駆動部３は、図４に示すように、縦列接続されている各色ごとのＬＥＤ素子群ごとに駆動制御している。また、バックライト駆動部３は、後述するように定電流をＬＥＤ素子縦列接続基板ｍ１，ｍ２に流すように構成する。また、図４中のｇ１〜ｇｎは、ｎ列のそれぞれに対応するＲＧＢのグループを示す。

つぎに、上述したバックライト部２を駆動するバックライト駆動部３について図５を用いて説明する。なお、図５は、ＬＥＤ素子が縦列接続されてなるＬＥＤ素子縦列接続基板ｍ１，ｍ２に低電流を流すバックライト駆動部３の要部を示す図である。

バックライト駆動部３は、電圧値をコントロールするための信号を出力するマイコン部２０と、マイコン部２０から供給された信号に基づき、所定の電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ２１と、バックライト部２をＰＷＭ変調された信号にしたがって駆動するＬＥＤ−ＰＷＭ駆動部２２とを備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、出力電圧Ｖｃｃの設定に対して、負荷抵抗Ｒｃによる電圧降下を検出し、バックライト部２を構成しているＬＥＤ素子群に所定の定電流Ｉ_ＬＥＤが流れるようにフィードバックループを構成している。

ＬＥＤ−ＰＷＭ駆動部２２は、図５に示すように、ＡＮＤゲートから供給されるＰＷＭ信号が電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）のゲート（Ｇ）側に加えられ、ＰＷＭ信号に応じてＦＥＴからＬＥＤ素子群に印加される信号量が変化し、ＬＥＤ素子群の発光量を増減する。また、ＡＮＤゲートは、片入力部ａにＨｉｇｈ又はＬｏｗを入力するなどの手法によって、ＰＷＭ信号のＯＮとＯＦＦの間隔を調整することができる。ＬＥＤ素子群は、ＰＷＭ信号がＯＦＦ状態となると消灯する。

また、ＬＥＤ−ＰＷＭ駆動部２２は、定電流Ｉ_ＬＥＤを波高値で制御する為に、電流検出のフィードバックループにサンプルホールドスイッチ部を備えているが、これはひとつの例であって、他の方法を用いてもよい。本実施例では、ＬＥＤ−ＰＷＭ駆動部２２は、サンプルパルスをＡＮＤゲートから供給される信号にしたがってサンプルタイミング作成サンプルホールドスイッチ駆動回路により生成している。

また、バックライト駆動部３は、バックライト部２を構成する一のＬＥＤ素子縦列接続基板ｍ１，ｍ２に低電流を流すものであり、ＬＥＤ素子縦列接続基板ｍ１，ｍ２の数だけ必要となる。

つぎに、上述したバックライト駆動部３からなるバックライト駆動装置４の構成について説明する。バックライト駆動装置４は、図６に示すように、交流電流の供給をＯＮ／ＯＦＦするメインスイッチ３０と、供給された交流電流を直流電流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ３１と、ＡＣ−ＤＣコンバータ３１から供給される直流電流の供給をＯＮ／ＯＦＦするサブスイッチ３２と、上述した複数のバックライト駆動部３からなるバックライト駆動部群３３と、メインスイッチ３０とサブスイッチ３２とバックライト駆動部群３３を制御する制御部３４を備えている。なお、サブスイッチ３２は、スイッチングレギュレータで構成されている。

制御部３４は、メインスイッチ３０及びサブスイッチ３２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングと、バックライト駆動部群３３の各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートから出力されるＰＷＭ信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを切り替えるタイミングを制御する。また、制御部３４は、各バックライト駆動部３のＡＮＤ回路を含むような構成であっても良い。

ここで、制御部３４の動作について図７に示すフローチャートにしたがって説明する。

ステップＳＴ１において、制御部３４は、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートの片入力部ａにＨｉｇｈ／Ｌｏｗを入力することにより、ＰＷＭ信号をＯＦＦする。

ステップＳＴ２において、制御部３４は、サブスイッチ３２をＯＰＥＮ（ＯＦＦ）する。

ステップＳＴ３において、制御部３４は、メインスイッチ３０をＯＰＥＮ（ＯＦＦ）する。

また、ステップＳＴ１は、図８（Ａ）に示す「ａ」のタイミングで行い、ステップＳＴ２は、図８（Ｂ）に示す「ｂ」タイミングで行う。

もしも、ステップＳＴ１を行わずに、ステップＳＴ２を行うと（図８（Ｂ）の「ｃ」）、図６中Ｄ部の電圧が図８（Ｃ）に示すように、時定数を持ってスロープ状に減衰してしまい（「ｄ」）、ＬＥＤ素子群の消灯が各色ごとにばらばらになってしまう。

このように構成されたバックライト駆動装置４は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３１から供給される直流電流のＯＮ／ＯＦＦを行うサブスイッチ３２の切り替えタイミングと、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートから出力されるＰＷＭ信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを切り替えるタイミングを制御する制御部３４を備え、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートから出力されるＰＷＭ信号をＯＦＦにし、その後、サブスイッチ３２をＯＦＦにするので、ほぼ一斉同時に、バックライト部２を構成するＬＥＤ素子群を消灯することができる。

また、バックライト駆動装置４は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３１の負荷を別系統の構成要素と共用している場合には、各バックライト駆動部３のＡＮＤゲートの片入力部ａをＨｉｇｈのままにして、ＰＷＭ駆動信号を徐々にＯＦＦにし、その後、サブスイッチ３２をＯＰＥＮ（ｏｆｆ）にして、メインスイッチ３０をＯＰＥＮ（ｏｆｆ）する。こうすることにより、バックライト駆動装置は４、バックライト部２を構成するＬＥＤ素子群をほぼ一斉に緩やかに消灯することができる。また、バックライト駆動装置４は、負荷が軽くなってしまうＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電圧上昇や発振等の不安定化を防止し安全に消灯状態も実現することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは勿論である。

単体セルの構成例を示すブロック図である。図１に示した単体セルの等価図を示す。バックライト部の構成を示す図である。ＲＧＢのグループがｎ行ある場合のバックライト部の構成を示す図である。バックライト駆動部の構成を示すブロック図である。バックライト駆動装置の構成を示すブロック図である。バックライト駆動装置による消灯作業の手順を示すフローチャートである。制御部の制御タイミングを示す図である。

符号の説明

１単体セル、２バックライト部、３バックライト駆動部、４バックライト駆動装置、１０赤（Ｒ）のＬＥＤ素子、１１緑（Ｇ）のＬＥＤ素子、１２青（Ｂ）のＬＥＤ素子、２０マイコン部、２１ＤＣ−ＤＣコンバータ、２２ＬＥＤ−ＰＷＭ駆動部、３０メインスイッチ、３１ＡＣ−ＤＣコンバータ、３２サブスイッチ、３３バックライト駆動部群、３４制御部

Claims

３原色ごとにＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が複数個縦列接続されてなる直下型の表示用バックライト駆動装置において、
任意の振幅の信号を発生する信号発生手段と、
上記信号発生手段により発生された信号に基づき、上記ＬＥＤ素子群の発光量を調整する調整手段と、
上記ＬＥＤ素子群ごとに所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
上記信号発生手段と上記電圧印加手段を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、上記ＬＥＤ素子群を消灯させる際に、上記信号発生手段により発生される信号の振幅をゼロにするよう制御し、その後、上記電圧印加手段により電圧の印加を停止するように制御を行うことを特徴とするバックライト駆動装置。
上記信号発生手段は、上記制御手段によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号を発生することを特徴とする請求項１記載のバックライト駆動装置。
３原色ごとにＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が複数個縦列接続されてなる直下型の表示用バックライト装置の駆動方法において、
上記ＬＥＤ素子群ごとに所定の電圧を印加する電圧印加工程と、
任意の振幅の信号を発生する信号発生工程と、
上記信号発生工程により発生された信号に基づき、上記電圧印加工程により電圧が印加されている上記ＬＥＤ素子群の発光量を調整する調整工程と、
上記ＬＥＤ素子群を消灯させる際に、上記信号発生工程により発生される信号の振幅をゼロにするよう制御し、その後、上記電圧印加工程による電圧の印加を停止する制御を行う制御工程を備えることを特徴とする駆動方法。