JP2006185942A

JP2006185942A - 面光源制御装置

Info

Publication number: JP2006185942A
Application number: JP2004374517A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuchiya; 健志土屋
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20060139299A1; US7425728B2

Abstract

【課題】平面光源部を構成する複数のダイオード列に対して与える電源電圧を効率的な電圧値に設定することができ、消費電力の低減を得ることができ、また調整作業も不要であり、作業効率もよい面光源制御装置を提供する。
【解決手段】複数のダイオード列に電流量を設定する平面光源制御回路を有し、この平面光源制御回路は、複数のダイオード列にそれぞれ流れる電流を同じ電流値で一定に保つ定電流回路と、前記複数のダイオード列の各端子に現れる参照電圧のうち最小の参照電圧が現れている注目ダイオード列を検出し、その最小の参照電圧を電圧選択回路で選択し、この参照電圧が所定値となるように上記共通電源電圧を調整する電源電圧制御ループを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられて有効な面光源制御装置であり、特に平面光源部を形成している複数の発光ダイオード列に対して供給する電源電圧が低消費となるように工夫されたものである。

従来の液晶表示装置において、バックライトとして発光ダイオードを用いた平面電源部を採用したものがある。この平面電源部は、直列に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたダイオード列を複数本備えたＬＥＤ光源を有する。複数の発光ダイオード列の一方の共通端子には、固定値の電源電圧が与えられる。複数の発光ダイオード列の各他方の端子と接地間には、それぞれ調整抵抗が接続されている。そして、各発光ダイオード列に同じ値の電流が流れるように、それぞれの列の調整抵抗が調整される。

これは、発光ダイオードの特性の違いから、各発光ダイオード列に流れる電流がばらつくためである。つまり電流値の列間でばらつきがあると、各列の輝度のばらつきが生じる。さらにまた過大な電流が流れてＬＥＤの寿命を低下させるという問題がある。そこでこの輝度のばらつきを抑制するために、上記の各列の調整抵抗を調整している。

上記の技術に類似するものとして、ＬＥＤに流れる電流を制御するために定電流回路を用いたものがある（特許文献１参照）。この回路は、周囲温度の変化に応じて輝度が変化するのを抑制するために温度変動に応じて電流を制御する回路である。
特開平１１−２９８０４４号公報

しかし上記の従来の液晶表示装置であると、調整抵抗の調整作業が必要であり、組立作業に時間と経費が係ることになる。また、各列に対して、印加している電源電圧は、通常は、ダイオード列に与えることができる最高の値の電圧が選択されて与えられているために、ここでの消費電力を低減することは不可能である。

そこでこの発明は、平面光源部を構成する複数のダイオード列に対して与える電源電圧を効率的な電圧値に設定することができ、消費電力の低減を得ることができ、また調整作業も不要であり、作業効率もよい面光源制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、複数の表示画素が２次元配列された表示領域を備えた液晶パネルと、前記液晶表示パネルを駆動する回路基板と、直列に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたダイオード列を複数本備えた平面光源部と、前記複数のダイオード列の一方の端子に共通に共通電源電圧を供給する電源回路と、前記複数のダイオード列の他方の端子に接続されて電流量を設定する平面光源制御回路とを有し、前記平面光源制御回路は、前記複数のダイオード列に接続され、この複数のダイオード列にそれぞれ流れる電流を同じ電流値で一定に保つ定電流回路と、前記複数のダイオード列に印加した前記共通電源電圧が、前記複数のダイオード列でそれぞれ電圧降下された後得られる参照電圧のうち、最も低い最小の参照電圧が現れている注目ダイオード列を検出し、その最小の参照電圧を選択する電圧選択回路と、前記電圧選択回路で選択された参照電圧に基づいて、前記注目ダイオード列の参照電圧が、少なくとも前記定電流回路の必要最小限の駆動電位となるように、上記共通電圧の電圧値を低減する電源電圧制御ループと、を具備したことを特徴とする。

上記の手段により、平面光源部を構成する複数のダイオード列に対して与える電源電圧を効率的な電圧値に設定することができ、消費電力の低減を得ることができ、また調整作業も不要であり、作業効率もよく、価格低減に有効である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、液晶表示装置の概略構成を示している。液晶パネル１００に含まれる透明ガラス基板上に形成された液晶表示素子部（表示領域とも称される）１４には、薄膜トランジスタ、画素電極、補助容量などを含む画素が、２次元状に配列されている。また、垂直方向に複数の信号線、水平方向に複数の走査線を形成され、この複数の信号線と、複数の走査線とが交差する付近にそれぞれ前記画素が配置されている。さらに透明ガラス基板上で、上記の液晶表示素子部の周囲には、走査線駆動回路、信号線駆動回路を含むドライバー１３が配置されている。

映像信号処理回路１２からの画素信号は、ドライバー１３の信号線駆動回路に供給される。信号線駆動回路でラッチされた１走査ライン分の画素信号は、走査線駆動回路により指定された１走査ライン上の画素に一斉に供給される。このように順次、１走査ライン分の画素信号が、信号線駆動回路に取り込まれ、走査線駆動回路で表示領域の書き込みラインがフレーム周期で指定されることにより、表示領域には画像を形成することができる。

ここで、２１は、表示基板用電源回路であり、信号線駆動回路、走査線駆動回路などの電源電圧、共通電極（図示せず）などの電源電圧を生成している。また光源用電源回路２２は、面光源部２３の電源電圧を生成している。面光源部２３は、液晶表示素子部１４のバックライトとして用いられる。

図２には、上記の面光源部２３と光源用電源回路２２の構成例を示している。

面光源部２３は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を直列に接続したダイオード列２３１，２３２，…，２３ｎからなるいわゆるＬＥＤ光源を有した平面光源部である。

ここで、光源用電源回路２２は、複数のダイオード列２３１，２３２、…２３ｎの一方の端子に共通に共通電源電圧を供給する電源回路と、前記複数のダイオード列の他方の端子に接続されて電流量を設定する平面光源制御回路とを有する。

ここで、平面光源制御回路は、定電流回路２２１を有し、この定電流回路２２１は、複数のダイオード列に接続され、この複数のダイオード列にそれぞれ流れる電流を同じ電流値で一定に保つ回路である。さらに電圧選択回路２２３を有する。この電圧選択回路２２３は、複数のダイオード列に印加した共通電源電圧ＶＤＤが、複数のダイオード列２３１，２３２、…２３ｎでそれぞれ電圧降下された後得られる参照電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎのうち、最も低い最小の参照電圧が現れている注目ダイオード列を検出し、その最小の参照電圧を選択する回路である。さらにまた電源電圧制御ループが設けられている。この電源電圧制御ループは、比較増幅回路２２４、基準電圧発生回路２２５及び昇圧回路２２６を含む。この電源電圧制御ループは、電圧選択回路２２３で選択された参照電圧に基づいて、注目ダイオード列の参照電圧が、少なくとも定電流回路２２１の必要最小限の駆動電位Ｖ０となるように、共通電源電圧ＶＤＤの電圧値を調整して、低減する電源電圧制御ループである。電圧選択回路２２３で選択された参照電圧は、比較増幅回路２２４の基準電圧発生回路２２５の基準電圧と比較され、その誤差が、昇圧回路２２６の制御端子に供給される。昇圧回路２２６は、直流・直流コンバータであり、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）方式及びＰＨＭ（パルス振幅調整）方式が採用されており、制御端子に与えられる制御電圧に応じて、出力電源電圧を微調整することが可能である。

図３には、面光源部２３と電流制御回路２２１の関係をさらに示している。電流制御回路２２１は、各ダイオード列には、それぞれトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，…，ＴＲＮが直列接続されている。

トランジスタＴＲ０のソースは電源に抵抗を介して接続され、また、アンプＡＩＣの正帰還端子に接続されている。アンプＡＩＣの負帰還入力端子には定電圧が入力され、この値と抵抗の値によってトランジスタＴＲ０の状態が定まる。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，．．ＴＲＮそれぞれのゲート、ソースは、トランジスタＴＲ０のゲート、ソースに接続されており、同一の電流が流れる回路となる。トランジスタＴＲ１からトランジスタＴＲＮまでのトランジスタは特性のそろったものをそろえることが必要であることはいうまでもなく、今回は同一パッケージのもの、すなわち同一ウエハー上で同様の条件にて製造されたトランジスタを用いた。

ここで、上記の一実施の形態の動作を説明する。ダイオードには、個々にばらつきがある。このために、複数のダイオード列２３１，３２２、２３３、…、２３ｎが全て同じ抵抗値になるとは限らない。このため、電流制御回路２２１において、一定の定電流が流れるように設定されていても、ダイオード列２３１，２３２、２３３、…、２３ｎの出力電圧（参照電圧）は異なる場合がある。これは、ダイオード列２３１，２３２、２３３、…、２３ｎの電位降下分がそれぞれ異なるからである。今、共通電源電圧としてＶＤＤ１が供給されるとする。すると
Ｖ１＝ＶＤＤ１−（ダイオード列２３１の電位降下分）、
Ｖ２＝ＶＤＤ１−（ダイオード列２３２の電位降下分）、
Ｖ３＝ＶＤＤ１−（ダイオード列２３３の電位降下分）、
………
Ｖｎ＝ＶＤＤ１−（ダイオード列２３ｎの電位降下分）、
となる。ここで、もっとも小さい参照電圧が電圧選択回路２２３により選択される。これは、各参照電圧を比較することで可能である。今、最小の参照電圧がＶ１であったとする。

ここで、最も小さい参照電圧の値が、定電流回路を駆動するのに必要な基準電圧Ｖ０であれば、共通電源電圧ＶＤＤ１を調整する必要はない。しかし、この選択した参照電圧が基準電圧Ｖ０よりも大きい場合、その差分Ｖｘは、共通電源電圧ＶＤＤ１から差し引いても構わないということである。即ち、共通電源電圧として、
ＶＤＤ１−Ｖｘ＝ＶＤＤ２
を設定してもよいことである。

このＶＤＤ２を設定するフィードバックループが、先の制御ループである。この結果、この実施の形態によると、共通電源電圧ＶＤＤとして、最も無駄のない必要最小限の電圧を使用することになる。よって、平面光源部を構成する複数のダイオード列に対して与える電源電圧を効率的な電圧値に設定することができ、消費電力の低減を得ることができ、また調整作業も不要であり、作業効率もよく、価格低減に有効である。

上記の装置において、中心輝度４０００カンデラを得るために、今直列接続した発光ダイオードが８個、このダイオード列が５個であったとする。ここで独立した個々のダイオード列に２０ｍＡの電流を流すものとすると、個々のダイオード列では、電源電圧ＶＤＤとしては、３．２Ｖ〜４．０Ｖの電圧ばらつきが生じる。これはそれぞれのダイオードの特性の違いが起因している。従来、個々のダイオード列を調整する方式では、各ダイオード列に直列接続された抵抗値を調整した。しかも、ダイオード特性の最大のばらつきに対して、電源電圧としては最大の４．０Ｖを使用し、これを共通電源電圧として採用していた。

これに対して、本願の発明では、共通電源電圧としては、必要最小限の共通電源電圧が自動的に決まる仕組みになった。したがって、消費電力の削減、無駄な調整作業の削減が可能である。

この発明は、テレビジョン受信機、パーソナルコンピュータなどの液晶表示部に適用して有効である。またこの発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。電流制御回路２２１において、定電流源の電流を設定する際に、電流値を切換えられるようにしてもよいし、可変できるようにしてもよい。これは、画面の輝度調整として採用可能である。この場合も共通電源電圧としては最小限必要な電圧値に自動的に設定されることになる。

また、この発明では、共通電源電圧を設定する時期として、装置の電源を投入したときに動作する、及び画面全体の輝度調整が行われたときに一定期間動作するなど、動作期間を限定した装置としてもよい。または、輝度調整に追従して上記の面光源制御動作が行われてもよい。

さらにまた、上記の実施の形態では、電流制御回路２２１は、ダイオード列の接地側に配置された。しかしながら、電流制御回路２２１をダイオード列の共通電源電圧ＶＤＤ側に配置してもよい。この場合は、電圧選択回路は複数のダイオード列に現れる電圧のうち、最も高い電圧を選択する。

図４にはこの発明の他の実施の形態を示している。複数のダイオード列２３１、２３２、２３３、…、２３ｎの電源側の端子は、電流制御回路２２１ａを介して、共通電源電圧ＶＤＤのラインに接続されている。また、複数のダイオード列２３１、２３２、２３３、…、２３ｎの電源側の端子は、電圧選択回路２２３ａに接続されている。今、共通電源電圧ＶＤＤ１が与えられた状態で、Ｖ１が最高の電圧であったとする。この電圧Ｖ１とＶＤＤ１の電位差ＶＹ１が、ＶＤＤ１から電流制御回路２２１ａの電位降下分ＶＹ０を差し引いた値（ＶＤＤ１−ＶＹ０）と同じであれば、ＶＤＤ１は適切であることを意味する。しかし、
電圧Ｖ１とＶＤＤ１の電位差ＶＹ１が、（ＶＹ１＞（ＶＤＤ１−ＶＹ０））であると、ＶＤＤ１としては、必要以上の電圧が使用されていることである。そこで、その電位差ＶＹ１に相当する電圧が、電圧比較回路２２４ａから出力され、昇圧回路２２６を制御し、ＶＤＤ１をＶＤＤ２に低下させる。これにより、ほぼＶＹ１＝（ＶＤＤ２−ＶＹ０）が成立する。この状態が、低消費電力で駆動されている状態である。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明が適用された液晶表示装置の全体的な構成を示す図。この発明の要部となる一構成例を示す図。図２の電流制御回路２２１の部分を詳しく示す図。この発明の他の実施の形態を示す図。

符号の説明

２２…光源用電源回路、２３…面光源部、２２１…電流制御回路、２２３…電圧選択回路、２２４…比較増幅回路、２２５…基準電圧発生回路、２２６…昇圧回路。

Claims

複数の表示画素が２次元配列された表示領域を備えた液晶パネルと、前記液晶表示パネルを駆動する回路基板と、直列に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたダイオード列を複数本備えた平面光源部と、前記複数のダイオード列の一方の端子に共通に共通電源電圧を供給する電源回路と、前記複数のダイオード列の他方の端子に接続されて電流量を設定する平面光源制御回路とを有し、
前記平面光源制御回路は、
前記複数のダイオード列に接続され、この複数のダイオード列にそれぞれ流れる電流を同じ電流値で一定に保つ定電流回路と、
前記複数のダイオード列に印加した前記共通電源電圧が、前記複数のダイオード列でそれぞれ電圧降下された後得られる参照電圧のうち、最も低い最小の参照電圧が現れている注目ダイオード列を検出し、その最小の参照電圧を選択する電圧選択回路と、
前記電圧選択回路で選択された参照電圧が所定値となるように、上記共通電源電圧の電圧値を調整する電源電圧制御ループと、
を具備したことを特徴とする面光源制御装置。
前記電源電圧制御ループは、
前記注目ダイオード列の参照電圧が、少なくとも前記定電流回路の必要最小限の駆動電位となるように、上記共通電源電圧の電圧値を低減することを特徴とする請求項１記載の面光源制御装置。
複数の表示画素が２次元配列された表示領域を備えた液晶パネルと、前記液晶表示パネルを駆動する回路基板と、直列に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたダイオード列を複数本備えた平面光源部と、前記複数のダイオード列の一方の端子に共通に共通電源電圧を供給する電源回路と、前記複数のダイオード列の他方の端子に接続されて電流量を設定する平面光源制御回路とを有し、
前記平面光源制御回路は、
前記複数のダイオード列の前記一方の端子と前記共通電源電圧のライン間に接続され、この複数のダイオード列にそれぞれ流れる電流を同じ電流値で一定に保つ定電流回路と、
前記複数のダイオード列に印加した前記共通電源電圧が、各ダイオード列の前記定電流回路でそれぞれ電圧降下された後得られる参照電圧のうち、最も高い最大の参照電圧が現れている注目ダイオード列を検出し、その最大の参照電圧を選択する電圧選択回路と、
前記電圧選択回路で選択された参照電圧と前記共通電源電圧との差が、所定値になるように上記共通電圧の電圧値を調整する電源電圧制御ループと、
を具備したことを特徴とする面光源制御装置。
前記電源電圧制御ループは、
前記注目ダイオード列の前記参照電圧が、前記定電流回路の電位降下分を共通電源電圧から差し引いた値と同じ値となるように、上記共通電源電圧の電圧値を低減することを特徴とする請求項２記載の面光源制御装置。
前記平面光源制御回路の動作は、
装置に電源が投入された後の一定期間に設定されていることを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載の面光源装置。
前記平面光源制御回路の動作は、
画面全体の輝度調整が行われるときに追従して動作するように設定されていることを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載の面光源装置。