JP2006287295A - Light receiving amplifier circuit and display device provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子の光量調整用の受光増幅回路及びそれを備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a light receiving amplification circuit for adjusting the light amount of a light emitting element and a display device including the same.
液晶表示装置等の透過制御型の表示装置ではバックライトが必要とされる。そこで、赤(R),緑(G),青(B)の各色の発光ダイオードを二次元的に配列し、各色の光を混合させて白色のバックライトとして利用する技術が用いられるようになっている(非特許文献1等)。このようにR,G,Bの各色の発光ダイオードをマトリックス状に配列して、色毎に発光強度を調節することによって、画像の色味を細かく調整することができる。したがって、白色の蛍光体を用いた表示装置よりも高い色再現性を実現できる利点がある。 In a transmission control type display device such as a liquid crystal display device, a backlight is required. Therefore, a technology is used in which light emitting diodes of each color of red (R), green (G), and blue (B) are two-dimensionally arranged and light of each color is mixed to be used as a white backlight. (Non-Patent Document 1, etc.). Thus, by arranging the light emitting diodes of R, G, and B colors in a matrix and adjusting the light emission intensity for each color, the color of the image can be finely adjusted. Therefore, there is an advantage that higher color reproducibility can be realized than a display device using a white phosphor.
一方、発光ダイオードの発光強度には素子毎の個体差があり、発光ダイオードの色毎の発光強度の温度依存性が異なるため、画面内に色むらや色ずれが発生する可能性がある。そこで、色毎の発光強度を測定する受光増幅回路を用いて、その測定値に応じて発光ダイオードの発光強度を調整することによって画面内の色むらや色ずれを抑制するフィードバック制御が行われている。 On the other hand, there are individual differences in the light emission intensity of the light emitting diodes, and the temperature dependence of the light emission intensity for each color of the light emitting diodes is different, which may cause color unevenness and color shift in the screen. Therefore, feedback control is performed to suppress color unevenness and color misregistration in the screen by adjusting the light emission intensity of the light emitting diode according to the measured value using a light receiving amplification circuit that measures the light emission intensity for each color. Yes.
従来の受光増幅回路100は、図4に示すように、抵抗R11,R13、トランジスタTr11及び積分回路10を備えたエミッタフォロワ回路により構成される。受光増幅回路100は、光電変換用の受光素子D1と組み合わされて用いられる。受光増幅回路100は、表示装置の発光部を分割した各領域においてRGB各色に対応付けてそれぞれ1つずつ設けられる。受光素子D1に入射される光が強くなるにつれて、受光素子D1に流れる電流が増加する。トランジスタTr11のエミッタは、固定抵抗R11と受光素子D1との抵抗で分圧されたベース電圧とほぼ等しい電圧となる。この電圧が積分回路10で時間的に平均化されて出力される。この出力信号を発光ダイオードの発光強度を調整するフィードバック信号として利用することによって画面内に色むらや色ずれを抑制する。
As shown in FIG. 4, the conventional photoreceiver /
表示装置の発光強度を正確に測定するために、受光素子D1は発光領域の近傍に設置する必要がある。一方、受光増幅回路100を受光素子D1の近傍に設置するためには、受光素子D1の近傍まで信号線のみならず受光増幅回路100の電源の配線を引く必要がある。したがって、受光素子D1は発光領域の近傍に設置し、受光増幅回路100は受光素子D1と離れた位置に配置されることが多い。
To accurately measure the luminous intensity of the display device, the light-receiving element D 1 it should be installed in the vicinity of the light emitting region. Meanwhile, in order to install the light receiving
このとき、受光素子D1をトランジスタTr11のベースに接続すると入力インピーダンスが高くなり、受光素子D1から離れた位置に配置された受光増幅回路100までの配線からノイズが重畳され易くなる。
At this time, when the light receiving element D 1 is connected to the base of the transistor Tr 11 , the input impedance is increased, and noise is easily superimposed from the wiring to the light receiving
また、受光増幅回路100への電源の配線を設けて、受光増幅回路100を受光素子D1の近傍に設置するためには、受光増幅回路100を多数の発光領域の各々に対応付けて配置する必要があるため場合、複数の受光増幅回路100に含まれるトランジスタTr11や抵抗R11,R13を集積化することが困難となる。したがって、受光増幅回路100の製造コストが増加してしまう問題がある。
Further, by providing a wiring of the power supply to the light
本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも1つを解決した発光素子の光量調整用の受光増幅回路及びそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a light receiving amplification circuit for adjusting the light amount of a light emitting element and a display device including the same, which have solved at least one of the problems of the prior art.
本発明は、入射光を電気信号に変換する受光素子の出力を増幅して出力する受光増幅回路であって、トランジスタと、カレントミラー回路と、を備え、前記トランジスタのエミッタは前記受光素子が接続可能な端子に接続されると共に前記トランジスタのベースには定電圧が印加されることによって、前記トランジスタのコレクタ電流によって前記カレントミラー回路のミラー電流を制御することを特徴とする。 The present invention is a light receiving amplifier circuit that amplifies and outputs an output of a light receiving element that converts incident light into an electric signal, and includes a transistor and a current mirror circuit, and the emitter of the transistor is connected to the light receiving element. The mirror current of the current mirror circuit is controlled by the collector current of the transistor by being connected to a possible terminal and applying a constant voltage to the base of the transistor.
トランジスタのエミッタは入力インピーダンスが低いので、トランジスタのエミッタに受光素子を接続可能とすることによって、受光素子からの配線へのノイズの重畳を低減することができる。したがって、受光増幅回路を受光素子と離れた位置に配置することができる。また、受光増幅回路をIC化することができ、製造コストを低減することができる。 Since the emitter of the transistor has a low input impedance, the superimposition of noise from the light receiving element to the wiring can be reduced by enabling the light receiving element to be connected to the emitter of the transistor. Therefore, the light receiving amplification circuit can be disposed at a position away from the light receiving element. In addition, the photoreceiver / amplifier circuit can be integrated, and the manufacturing cost can be reduced.
さらに、差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路において前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分に応じた電圧値と所定の参照電圧とを比較することによって、前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分を補償するフィードバック制御を行うことも好適である。 A mirror that flows through the current mirror circuit by comparing a voltage value corresponding to a DC component of a mirror current flowing through the current mirror circuit with a predetermined reference voltage in the differential amplifier circuit; It is also preferable to perform feedback control that compensates for the DC component of the current.
これによって、直流成分のノイズを発生させるホワイトノイズに強い回路を構成することができる。例えば、測定対象となる波長領域以外の波長領域を含む光から測定対象となる波長領域のみを選択的に測定する場合にノイズの影響を軽減することができる。したがって、測定対象とする波長領域における光量を高い精度で測定することができる。 This makes it possible to configure a circuit that is resistant to white noise that generates DC component noise. For example, the influence of noise can be reduced when only the wavelength region to be measured is selectively measured from the light including the wavelength region other than the wavelength region to be measured. Therefore, the amount of light in the wavelength region to be measured can be measured with high accuracy.
上記本発明の受光増幅回路は、表示装置に適用することができる。上記本発明の受光増幅回路と、発光素子と、前記発光素子からの光を受けて電気信号に変換する受光素子と、前記発光素子の発光強度を制御する制御回路と、を備え、前記受光増幅回路の前記トランジスタのエミッタに前記受光素子が接続され、前記制御回路は、前記受光増幅回路における前記カレントミラー回路のミラー電流に対応する信号に基づいて前記発光素子の発光強度を制御することを特徴とする表示装置が実現できる。 The light receiving amplification circuit of the present invention can be applied to a display device. The light receiving amplification circuit according to the present invention, a light emitting element, a light receiving element that receives light from the light emitting element and converts it into an electrical signal, and a control circuit that controls the light emission intensity of the light emitting element, the light receiving amplification The light receiving element is connected to an emitter of the transistor of the circuit, and the control circuit controls light emission intensity of the light emitting element based on a signal corresponding to a mirror current of the current mirror circuit in the light receiving amplifier circuit. A display device can be realized.
本発明によれば、入射光の強度を測定する際のノイズの影響を軽減することができる。また、受光素子と受光増幅回路とを離れた位置に配置することが可能となる。さらに、ホワイトノイズによる直流成分を補償し、測定対象とする波長領域の光の強度を正確に測定することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of noise when measuring the intensity of incident light. In addition, it is possible to dispose the light receiving element and the light receiving amplification circuit at positions separated from each other. Furthermore, the direct current component due to white noise can be compensated, and the intensity of light in the wavelength region to be measured can be accurately measured.
本発明の実施の形態における表示装置200は、図1に示すように、発光部20、受光部22、駆動部24及び制御部21を含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
発光部20は、例えば、複数の画素がマトリックス状に配置された構成を有する。各画素には、それぞれ独立して透過率が制御可能な液晶透過層が設けられる。一般的に、発光部20は複数の分割領域に分割され、各分割領域には赤(R),緑(G),青(B)の発光ダイオードをそれぞれ3つを含むバックライトが配置される。バックライトを発光させると共に各画素の液晶透過層の透過率を制御することで、発光部20の画面上に画像が表示可能となる。
For example, the
なお、説明の煩雑さを避けるために、図1では赤(R),緑(G),青(B)の発光領域をそれぞれ1つだけ含む構成を例示した。 In order to avoid complicated explanation, FIG. 1 exemplifies a configuration including only one red (R), green (G), and blue (B) light emitting region.
受光部22は、バックライトを構成する赤(R),緑(G),青(B)の発光ダイオードの発光強度をフィードバック制御するために用いられる。受光部22は、複数の受光素子Dを備える。受光素子Dは、発光部20の各分割領域において赤(R)、緑(G)、青(B)の色毎に対応付けて設けられる。各受光素子Dには、対応する色の波長領域のみを透過させる光学フィルタが設けられることが好適である。各受光素子Dは、発光部20の各分割領域における赤(R),緑(G),青(B)の色毎の発光ダイオードの発光強度を検出して制御部21へ出力する。
The
制御部21は、受光部22の各受光素子Dから各分割領域における色毎の発光強度の信号を受けて、それらの信号に基づいて発光部20の各分割領域におけるバックライトの発光を制御する。駆動部24は、各分割領域における色毎にそれぞれ発光制御回路30及び受光増幅回路40を含んで構成される。制御部21は、IC等として集積化することができる。
The
発光制御回路30は、パルス幅変調回路(PWM回路)32、スイッチ34、トランジスタ36及び定電流回路38を含んで構成される。PWM回路32は、受光増幅回路40からの出力信号を受けて、その出力信号の強度に応じたパルス幅の発光制御信号を生成して出力する。具体的には、PWM回路32は制御部21により、受光増幅回路40からの出力信号の強度が所定の値より高くなるほど出力する発光制御信号のパルス幅を狭くし、受光増幅回路40からの出力信号の強度が所定の値より低くなるほど出力する発光制御信号のパルス幅を広くする。スイッチ34は、発光ダイオードの発光を制御するトランジスタ36のベースに印加される信号を切り換える。スイッチ34を切り換えることによって、PWM回路32又は外部端子EXTのいずれか一方が選択される。トランジスタ36は、発光部20の発光ダイオードに流れる電流を駆動する。スイッチ34によりPWM回路32が選択されている場合、トランジスタ36のベースには受光増幅回路40からの出力信号に応じたパルス幅の発光制御信号が印加される。そして、発光制御信号がハイレベル(H)になっている期間だけ発光ダイオードに定電流回路38で設定する定電流が供給される。なお、発光部20の各分割領域における色毎に発光強度及び発光波長を初期調整するために、駆動部24の外部端子CNTに印加する電圧によって定電流回路38の電流値を調整可能とすることが好適である。
The light
以上のように、発光制御回路30によって、発光ダイオードの発光強度が強くなるとそれを弱め、発光ダイオードの発光強度が弱くなるとそれを強め、発光ダイオードの発光強度が所定の値で規定される発光強度を維持するようにフィードバック制御が行われる。
As described above, when the light emission intensity of the light emitting diode is increased by the light
受光増幅回路40は、増幅回路42及び積分回路44を含んで構成される。図2に、本実施の形態における増幅回路42の基本構成を示す。増幅回路42は、トランジスタTr21,Tr22,Tr23,Tr24、抵抗R21,R22,R23、定電圧源Q1、定電流源Q2を含んで構成される。
The light receiving
トランジスタTr21のエミッタには受光部22の受光素子Dが接続可能となるように端子が設けられる。この端子に受光素子Dが接続される。トランジスタTr21のベースには定電圧源Q1が接続される。定電圧源Q1としては、駆動部24のIC内部に備わるバイアス電圧を利用することができる。受光素子Dには、定電圧源Q1の電圧V1からトランジスタTr21のベース−エミッタ間電圧VBEを引いた(V1−VBE)が逆バイアスとして印加される。
The emitter of the transistor Tr 21 is provided with a terminal so that the light receiving element D of the
トランジスタTr22,Tr23及び抵抗R21,R22はカレントミラー回路を構成している。受光素子Dの受光量に応じて、受光素子Dを流れる電流は変化する。受光素子Dの電流は、トランジスタTr22を介して、トランジスタTr21からトランジスタTr23のコレクタ電流(ミラー電流)へ伝達される。その結果、受光素子Dの電流は、カレントミラー回路に接続される抵抗R23の端子間の電圧に変換される。抵抗R23の端子間の電圧は、定電流源Q2及びトランジスタTr24により構成されるバッファ回路を介して、積分回路44へ出力される。
Transistors Tr 22 and Tr 23 and resistors R 21 and R 22 constitute a current mirror circuit. The current flowing through the light receiving element D changes according to the amount of light received by the light receiving element D. The current of the light receiving element D is transmitted from the transistor Tr 21 to the collector current (mirror current) of the transistor Tr 23 through the transistor Tr 22 . As a result, the current of the light-receiving element D is converted into a voltage between the terminals of the resistor R 23 is connected to the current mirror circuit. Voltage across the terminals of the resistor R 23 is connected via a buffer circuit composed of a constant current source Q 2 and the transistor Tr 24, is output to the integrating
積分回路44は、増幅回路42からの出力電圧を時間的に平均化させて出力する。この出力信号が検出信号として、制御部21に入力される。制御部21では、この検出信号を所望のレベルと比較し、制御信号を作成し出力する。この出力された制御信号は、発光制御回路30のPWM回路32に入力される。これによって、発光ダイオードの発光強度を所定の強度に維持するようにフィードバック制御が可能となる。
The integrating
以上のように、発光ダイオードの発光強度に基づいてフィードバック制御を行うことによって、発光部20の温度や動作時間による発光効率の変化によって発生する、表示装置200における画面内の色むらや色ずれを抑制することができる。このとき、トランジスタTr21のエミッタは入力インピーダンスが低いので、トランジスタTr21のエミッタに受光素子Dを接続することによって、受光素子Dと受光増幅回路40との間の配線から混入するノイズの影響を低減することができる。したがって、受光増幅回路40を受光素子Dと離れた位置に配置することができる。また、複数の受光増幅回路40を纏めて集積化することができる。
As described above, by performing feedback control based on the light emission intensity of the light emitting diode, color unevenness and color shift in the screen of the
上記のように、発光部20の光量の調整はパルス幅変調により行われることが一般的である。このような場合、例えば、赤(R)の波長領域の光量を検出するための受光素子Dには、赤(R)の波長領域を透過させるための光学フィルタが設けられる。パルス幅変調で制御されることにより、検出すべき赤(R)の波長領域の光は光パルスとして受光される。しかしながら、光学フィルタで赤(R)以外の緑(G)又は青(B)の波長領域の光を完全に遮断することは不可能である。バックライトの中では赤(R),緑(G),青(B)の各波長領域の光が散乱及び屈折を繰り返しており、波長もパルス位相もランダムなホワイトノイズの状態にある。このホワイトノイズは、外部から入射する外乱光と同様に、受光素子Dにおいて直流成分のノイズとして影響する。このような状況下において、光学フィルタを用いたとしても不必要な波長領域の影響を受けることになる。
As described above, adjustment of the light amount of the
そこで、改良した受光増幅回路を用いることが好適である。図3は、本実施の形態における改良された受光増幅回路50の構成を示す図である。受光増幅回路50は、上記受光増幅回路40の基本構成に加えて、トランジスタTr31,Tr32,Tr33,Tr34,Tr35,Tr36、抵抗R31,R32,R33、コンデンサC31、定電圧源Q3、定電流源Q4を含んで構成される。
Therefore, it is preferable to use an improved light receiving amplification circuit. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the light receiving
受光素子Dでの受光量に比例する電流は、トランジスタTr21,Tr22,Tr23を介して、抵抗R23の端子間の電圧に変換される。受光増幅回路50では、トランジスタTr31もトランジスタTr22とカレントミラー回路を構成している。したがって、トランジスタTr31には、トランジスタTr22のコレクタ電流、すなわち受光素子Dに流れる電流に対応した電流(ミラー電流)が流れる。トランジスタTr31を流れる電流は、抵抗R32とコンデンサC31との直列回路及び抵抗R31に流れる。ここで、抵抗R23は抵抗R31とほぼ等しい抵抗値を有するものとする。トランジスタTr33,Tr34は差動アンプを構成している。トランジスタTr34のベースには、定電圧源Q3から参照電圧V2が印加されている。トランジスタTr33のベースには、抵抗R32とコンデンサC31との直列回路の時定数で充電された充電電圧V3が印加される。
A current proportional to the amount of light received by the light receiving element D is converted into a voltage between the terminals of the resistor R 23 via the transistors Tr 21 , Tr 22 , Tr 23 . The light receiving
波長もパルス位相もランダムなホワイトノイズによる直流成分が受光され、トランジスタTr34にその直流成分に応じた電流が流れ始めると、その電流がトランジスタTr32を介してフィードバックされる。これによって、ホワイトノイズによる直流成分がキャンセルされた出力信号が積分回路44へ出力されることとなる。
When a direct current component due to white noise whose wavelength and pulse phase are random is received and a current corresponding to the direct current component starts to flow through the transistor Tr 34 , the current is fed back via the transistor Tr 32 . As a result, an output signal from which the DC component due to white noise has been canceled is output to the integrating
以上のように、受光におけるノイズの影響を軽減することができる。したがって、測定対象とする波長領域における光量を高い精度で測定することができる。 As described above, the influence of noise in light reception can be reduced. Therefore, it is possible to measure the amount of light in the wavelength region to be measured with high accuracy.
本発明の適用範囲は、発光ダイオードを利用したバックライトに限定されるものではない。例えば、発光ダイオードを用いた光通信に応用することができる。 The application range of the present invention is not limited to a backlight using a light emitting diode. For example, it can be applied to optical communication using a light emitting diode.
光通信の場合、受光感度を非常に高くする必要があるが、特に、太陽光等の光ノイズが極めて大きい影響を及ぼす。光ノイズである直流成分が大きい環境では、必要とする信号パルス成分の検出の妨げとなり、ノイズの影響を軽減することは重要となる。本発明における受光増幅回路を表示装置に適用する場合には、カレントミラー回路のトランジスタTr22とトランジスタTr23,Tr31及びトランジスタTr35とトランジスタTr36,Tr32の電流比を決めるミラー比は1対1程度でよく、ノイズを低減する作用を奏することができる。光通信の場合、検出対象となる交流成分の信号よりもノイズとなる直流成分のほうが大きい強度を有する場合が多く、カレントミラー回路のトランジスタTr35よりもトランジスタTr36,Tr32の電流比を大きくすることが好適である。これにより、ノイズとなる直流成分を補償する量が増大し、ノイズを低減することができる。補償量を大きく設定することにより、光ノイズである直流成分によって受光増幅回路の飽和を防ぐことができる。 In the case of optical communication, it is necessary to make the light receiving sensitivity very high. In particular, optical noise such as sunlight has an extremely large influence. In an environment where the direct current component, which is optical noise, is large, detection of a required signal pulse component is hindered, and it is important to reduce the influence of noise. When the photoreceiver / amplifier circuit according to the present invention is applied to a display device, the mirror ratio that determines the current ratio of the transistors Tr 22 and Tr 23 and Tr 31 and the transistor Tr 35 and transistors Tr 36 and Tr 32 of the current mirror circuit is 1. It may be about 1 to 1 and can exhibit an effect of reducing noise. In the case of optical communication, the DC component that causes noise is often stronger than the AC component signal to be detected, and the current ratio of the transistors Tr 36 and Tr 32 is larger than the transistor Tr 35 of the current mirror circuit. It is preferable to do. As a result, the amount of compensation for the DC component that becomes noise increases, and noise can be reduced. By setting the compensation amount large, saturation of the light receiving and amplifying circuit can be prevented by a direct current component that is optical noise.
10 積分回路、20 発光部、21 制御部、22 受光部、24 駆動部、30 発光制御回路、
34 スイッチ、36 トランジスタ、38 定電流回路、40 受光増幅回路、42 増幅回路、44 積分回路、50 受光増幅回路、100 受光増幅回路、200 表示装置、C31 コンデンサ、Q1 定電圧源、Q2 定電流源、Q3 定電圧源、Q4 定電流源、R11,R12,R13,R21,R22,R23,R31,R32,R33 抵抗、Tr11,Tr21,Tr22,Tr23,Tr24,Tr31,Tr32,Tr33,Tr34,Tr35,Tr36 トランジスタ。
10 integration circuit, 20 light emitting unit, 21 control unit, 22 light receiving unit, 24 drive unit, 30 light emission control circuit,
34 switch, 36 transistor, 38 constant current circuit, 40 light receiving amplifier circuit, 42 amplifier circuit, 44 integrating circuit, 50 light receiving amplifier circuit, 100 light receiving amplifier circuit, 200 display device, C 31 capacitor, Q 1 constant voltage source, Q 2 constant current source, Q 3 constant voltage source, Q 4 constant current source, R 11, R 12, R 13,
Claims (3)
トランジスタと、カレントミラー回路と、を備え、
前記トランジスタのエミッタは前記受光素子が接続可能な端子に接続されると共に前記トランジスタのベースには定電圧が印加されることによって、前記トランジスタのコレクタ電流によって前記カレントミラー回路のミラー電流を制御することを特徴とする受光増幅回路。 A light receiving amplification circuit that amplifies and outputs an output of a light receiving element that converts incident light into an electrical signal,
A transistor and a current mirror circuit;
The emitter of the transistor is connected to a terminal to which the light receiving element can be connected, and a constant voltage is applied to the base of the transistor, thereby controlling the mirror current of the current mirror circuit by the collector current of the transistor. A light receiving amplifier circuit characterized by the above.
さらに、差動増幅回路を備え、
前記差動増幅回路において前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分に応じた電圧値と所定の参照電圧とを比較することによって、前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分を補償するフィードバック制御を行うことを特徴とする受光増幅回路。 The light receiving amplifier circuit according to claim 1,
In addition, a differential amplifier circuit is provided.
Feedback control for compensating the DC component of the mirror current flowing through the current mirror circuit by comparing a voltage value corresponding to the DC component of the mirror current flowing through the current mirror circuit and a predetermined reference voltage in the differential amplifier circuit. A light receiving amplifier circuit characterized in that
発光素子と、前記発光素子からの光を受けて電気信号に変換する受光素子と、前記発光素子の発光強度を制御する制御回路と、を備え、
前記受光増幅回路の前記トランジスタのエミッタに前記受光素子が接続され、
前記制御回路は、前記受光増幅回路における前記カレントミラー回路のミラー電流に対応する信号に基づいて前記発光素子の発光強度を制御することを特徴とする表示装置。
The light receiving amplifier circuit according to claim 1 or 2,
A light emitting element, a light receiving element that receives light from the light emitting element and converts it into an electrical signal, and a control circuit that controls the light emission intensity of the light emitting element,
The light receiving element is connected to an emitter of the transistor of the light receiving amplification circuit;
The display device, wherein the control circuit controls light emission intensity of the light emitting element based on a signal corresponding to a mirror current of the current mirror circuit in the light receiving amplification circuit.
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