JP2007053122A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤを色グループ毎に光量制御するのに適し、多数のＬＥＤも制御容易である光センサ付きバックライトの配置構造を提供すること。また効果的でかつ簡潔な回路構成を有する光量制御機能つきＬＥＤ駆動回路を提供すること。
【解決手段】 ＲＧＢ各色の多数のＬＥＤをそれぞれ上面側に発光するように平面的に配列し実装したＬＥＤ基板と、その上方に配置した拡散板より成るバックライトにおいて、ＬＥＤ基板のＬＥＤのほぼ実装面上かつＬＥＤの間隙に光センサを配置し、光センサは拡散板からの散乱反射光を受光し、光センサの出力によってＬＥＤの各色毎の発光強度を制御すること。また光センサには隣接するＬＥＤの発光が直接入射せず光センサの正面に当たる拡散板の所定範囲の面輝度および色度のみを検出するように受光角度範囲の制限手段を設けたこと。また光センサ出力を用いてＬＥＤドライバの基準電圧を制御すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置などに用いられるバックライト装置に関する。更に詳しくは、光源に多数の３原色のＬＥＤを使用し、各発光色の光量の均一性を達成するよう制御する機能を備えたバックライト装置に関するものである。

従来のバックライト装置について、図５から図８までを用いて説明する。図６は従来のバックライト基板の一例を示す平面図である。１はその一部を示しているＬＥＤ基板で、その上面に多数のかつ発光色の異なるＬＥＤ２が配列され実装されている。各ＬＥＤ２の発光色による配列状態をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の文字を付して示した。かかる従来構造において問題となるのは、同じ発光色を有するＬＥＤ間の発光強度のバラツキと、各発光色を有するＬＥＤの色グループ間の発光強度のバラツキであり、これらを所定の範囲内に収めなければならない。なお前者よりも、特に表示の色調を左右する後者の問題が重要である。また発光色の異なるＬＥＤはその特性も大きく異なるので、複数個のＬＥＤをグループとして制御する場合は、同じ発光色のＬＥＤをまとめて行う。

図５は従来の一般的な色調制御駆動回路を示す。２ａはＬＥＤドライバであって、同色の複数個のＬＥＤ２と１個の終端抵抗２ｂの直列回路を負荷とする定電流回路である。終端抵抗２ｂの端子電圧をフィードバック信号としてＬＥＤドライバの制御端子Ｆに入力し、そのグループのＬＥＤ２の駆動電流を所定値に制御することにより、光量の調整と環境温度等の変化に対する制御を行う。本回路は、構成が単純なメリットがあるが、光量の微調整（各色毎に行えば結果的には色調を調整することになる）のためには終端抵抗の個別設定が必要となり、出荷時の初期設定が面倒である難点があった。

この抵抗の個別設定の難点を解決するために、下記特許文献に開示された提案もある。
本例においては終端抵抗とフィードバック回路を持たず、駆動電流を、ＬＥＤの各色毎に多重デジタル−アナログ変換器（ＭＤＡＣ）を設け、そのＭＤＡＣが備える数個（数ビット）の制御端子のいずれかの電位を光量チェックしながらハイに保つ（ラッチする）ことによって、光量を所定値に調節する。本例では抵抗を選択する操作が不要で色調設定を容易にできる利点があるが、回路が複雑化しコスト高となること、またデジタル操作であるのでアナログ的な微細調整ができない欠点があった。
特開２０００−３４０８４２号公報

更に他の従来例について述べる。図７は図６の従来例バックライト基板を用いた液晶表示装置の側面図である。ＬＥＤ基板１上の各ＬＥＤは上方に向けて発光する。４は透過型の液晶表示パネル、５は光を拡散しつつ透過する拡散板で、発光を均一に混色させるために設ける。３は光センサで、フォトダイオード３ｂの受光面を拡散板５の側面に向けて配置され、散乱されて拡散板５の横から出て来る光を受ける。

図８は従来例の光センサの平面図であり、３個の受光素子（フォトダイオード３ｂ）を内蔵し、それらの受光面側にＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタ３ｄをそれぞれ設け、混色された受光を各色に分解して各色毎の強度信号を出力し、各発光色毎にＬＥＤ群の光量を制御する（回路は図示せず）。

この色毎の光量制御はＰＷＭによっており、この方式もかなり一般的に用いられている。即ち各ＬＥＤ群は数１０Ｈｚの連続パルス電流で駆動されているが、そのパルス幅を光センサからの光量信号で負帰還をかけて制御するのである（回路は図示せず）。この方式の利点は、ＬＥＤの点灯電流（パルスのピーク値）が制御値によって変化しないので、光質（発光波長）を一定に保ったまま光量制御がなされることである。この点では理想的であるがしかし一方難点として、回路が複雑になりコスト増が避けられないことである。

また光センサの受光部が拡散板の側面にあるので、多数のＬＥＤの発光がそれぞれ異なる複雑な重み付けで混合された、いわば漠然とした総合的な光量が受光される。即ちＬＥＤを少数づつの群に分けてそれぞれの群の光量を個別に制御することができない。それは大画面に対応する多数のＬＥＤを搭載した大面積のバックライトを幾つかの領域に分割して、その各領域の光量をきめ細かく制御することはできないことを意味する。

本発明の第１の目的は、比較的少数個のＬＥＤをグループ毎に光量制御するのに適し、簡単化された構造で、しかも大型（大面積）のバックライトの実現も容易にするＬＥＤと光センサの配置構造を提供することである。第２の目的は、効果的でかつ簡易な回路構成を有する光量制御機能つきＬＥＤ駆動回路を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のバックライトは以下の特徴を有する。
（１）Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の多数のＬＥＤを、それぞれ上面側に発光するように平面的に配列し実装したＬＥＤ基板と、その上方に配置した拡散板より成るバックライトにおいて、更に前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤほぼ実装面に近くかつ前記ＬＥＤの間隙の位置に光センサを配置し、該光センサは前記拡散板から下方に向かう散乱光を受光し、前記光センサの出力によって前記ＬＥＤの各色毎の発光強度を制御するようにしたこと。

本発明のバックライトはまた以下の特徴を有することがある。
（２）前記光センサには、少なくとも隣接するＬＥＤの発光が直接入射することを避けかつ光センサの正面およびその周辺における前記拡散板の面輝度および色度が検出できるように、受光範囲を前記ＬＥＤ基板の法線の周囲の所定の角度範囲に限定する受光角制限手段を更に設けたこと。

本発明のバックライトのＬＥＤ駆動制御回路は以下の特徴を有することがある。
（３）複数の同種のＬＥＤの直列回路を駆動する基準電圧制御型のＬＥＤドライバと、前記同種のＬＥＤからの発光を選択的に検出するように分光感度を与えたフォトダイオードと該フォトダイオードから発生する光電流を増幅する増幅回路から成る前記光センサとを備え、前記増幅回路の出力を前記ＬＥＤドライバの基準電圧制御信号としてフィードバックすることによって、前記同種のＬＥＤの光量調節を行うこと。

ＬＥＤをグループ毎に光量制御するのに適した光センサ付きバックライトの配置構造を提供することができる。光センサ位置は拡散板の側面に限定されず発光面の要所に必要個数を配置することができるので、大型のバックライトにおける多数のＬＥＤの制御も比較的容易になる。ＬＥＤ基板と光センサ基板が一体化するのでバックライトライトの部品点数も削減可能となる。また効果的でかつ簡潔な回路構成を有する光量制御機能つきＬＥＤ駆動回路を提供することもできる。

ＲＧＢ各色の多数のＬＥＤをそれぞれ上面側に発光するように平面的に配列し実装したＬＥＤ基板の上方に拡散板を配置して液晶表示パネルのバックライトとし、ＬＥＤ基板上のＬＥＤの間隙に光センサを配置する。光センサには隣接するＬＥＤの発光が直接入射せず拡散板からの拡散反射光を受光する受光角度範囲制限手段を設ける。光センサの出力を用いてＬＥＤドライバの基準電圧を制御する。

図１は本発明の実施例であるバックライト基板の平面図であり、図２はこの実施例を用いた液晶表示装置の側面図である。各色のＬＥＤ２の配列は、例えば図６に示す従来例と同じでもよく、拡散板を通して見たとき均一な白色に見える反復的な配置が選ばれる。光センサ３は、多数のＬＥＤ２の配列の間隙に、図示のように所定の間隔を設けて、ＬＥＤ基板１上に分散配置される。光センサ３の受光面はＬＥＤの主発光方向と同じく上を向き、拡散板５の内部で散乱されて所定の範囲の面から戻ってくる光（拡散板５の表面からの反射光も幾分かは含まれる）を検出する。ＬＥＤの発光（特に近接したＬＥＤからの強い発光）が直接入射すると検出ノイズとなる理由もあるので、その受光範囲は図２のθのように角度が制限されている。

図３は本発明に用いる光センサ３の実施例の断面図である。３ａはセンサ基板で、その上にセンサ素子、例えばフォトダイオード３ｂが実装されて上方からの光を受光する。センサ基板３ａはＬＥＤ基板１上に搭載される。３ｃは遮光枠で、受光範囲を最適にするように（例えばその光センサが制御しないグループの同色のＬＥＤからの光が多量に混入しないように）、またＬＥＤ２からの発光が直接フォトダイオード３ｂに入射しないように、受光角を図２のθで示す如き範囲に限定する受光角制限手段を構成する。遮光枠３ｃの内面は上面からの光を効果的に集めるように反射性の面としてもよい。

３ｄはフィルタで、そのセンサが担当する所定の色光だけを透過し、センサに所定の分光感度を与えるカラーフィルタである。この光センサ３は、散乱板５に散乱されて戻ってきた光を検出するので、その光センサから比較的近くかつその受光色と同色のＬＥＤの照射光量に対して感度よく反応する。このようにそのセンサが感じることができるＬＥＤはほぼグループ化される。従って広く多数のＬＥＤを搭載したバックライトであっても、その多数のＬＥＤを少数づつグループに分けて光センサの数を増やしてそれぞれのグループを制御すれば、大型のバックライトの制御も比較的容易となる。

図４本発明に使用する発光制御回路の実施例の回路図である。従来例（図５）とほぼ同様なＬＥＤドライバ２ａは同種のＬＥＤ２（ＬＥＤは発光色により特性が大きく異なるので、実際は同色となる）の複数から成るグループを駆動する。終端抵抗２ｂからＬＥＤドライバ２の制御端子Ｆへのフィードバックはない。その発光した光６は散乱板５で散乱されるため他のＬＥＤの光とも混合するが、光センサ３の同色のフィルタ３ｄを経由して混入した他色をカットされ、フォトダイオード３ｂに入射する。

フォトダイオード３ｂの出力は演算増幅器である増幅器３ｅの正負の入力端子に入力される。３ｆは帰還抵抗、３ｇは負荷抵抗である。増幅器３ｅの出力３ｈはフィードバック信号として、ＬＥＤドライバ２ａの制御端子Ｆに入力される。本回路はこのような構成であるから、（１）ＰＷＭ変調ではないのでその為のＩＣが不要であり、その分だけ制御回路をシンプルに構成することができる。（２）アナログ制御であるから、リニアで滑らかな光量制御が可能である。（３）光センサ回路部はフォトダイオードとオペアンプで構成されるので感度特性のバラツキが小さく、（終端抵抗を選択することに比べて）初期調整がほとんど不要となる。などの特徴を有する。

次に上記実施例で述べなかった構成や変形例について、いくつかを例示しておく。
例えば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを他の反復パターンで平面配置すること。また、Ｒ、Ｇ、Ｂのセンサを個々に分散配置せず、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色に感度を持つ３個の光センサを近接させて１組とし、その各組をＬＥＤの配列の間に分散配置する。またＬＥＤや光センサをランダムに近く配置する。色数の変更。またセンサのフォトダイオードもＬＥＤ基板上にＬＥＤと共に実装する。光センサの遮光枠内面を逆に無反射面とする。上記実施例構造（色フィルタ＋フォトダイオード）の光センサ）に替えて市販のＲＧＢセンサを使用すること。終端抵抗の省略（ＬＥＤのみの直列駆動回路）。他の制御駆動回路と組合せて使用すること。等々、種々の変形や実施例が考えられる。

本発明により、大型のバックライトライトにおいても確実な光量制御が可能となり、基板構成や回路構成も簡素化され得るので、産業上の炉用可能性は大きい。

本発明の実施例であるバックライト基板の平面図である。 本発明の実施例である液晶表示装置の側面図である。 本発明の実施例に用いる光センサの断面図である。 本発明に使用する発光制御回路の実施例の回路図である。 従来の発光制御回路の一例の回路図である。 従来のバックライト基板の一例の平面図である。 従来例の液晶表示装置の側面図である。 従来例の光センサの平面図である

符号の説明

１ ＬＥＤ基板
２ ＬＥＤ
２ａ ＬＥＤドライバ
２ｂ 終端抵抗
３ 光センサ
３ａ センサ基板
３ｂ フォトダイオード
３ｃ 遮光枠
３ｄ フィルタ
３ｅ 増幅回路
３ｆ 帰還抵抗
３ｇ 負荷抵抗
３ｈ フィードバック信号
４ 液晶表示パネル
５ 拡散板
６ 光
θ 受光角
Ｆ 制御端子

Claims (3)

1. Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の多数のＬＥＤを、それぞれ上面側に発光するように平面的に配列し実装したＬＥＤ基板と、その上方に配置した拡散板より成るバックライトにおいて、更に前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤほぼ実装面に近くかつ前記ＬＥＤの間隙の位置に光センサを配置し、該光センサは前記拡散板から下方に向かう散乱光を受光し、前記光センサの出力によって前記ＬＥＤの各色毎の発光強度を制御するようにしたことを特徴とするバックライト。
2. 前記光センサには、少なくとも隣接するＬＥＤの発光が直接入射することを避けかつ光センサの正面およびその周辺における前記拡散板の面輝度および色度が検出できるように、受光範囲を所定の角度範囲に限定する受光角制限手段を更に設けたことを特徴とする請求項１のバックライト。
3. 複数の同種のＬＥＤの直列回路を駆動する基準電圧制御型のＬＥＤドライバと、前記同種のＬＥＤからの発光を選択的に検出するように分光感度を与えたフォトダイオードと該フォトダイオードから発生する光電流を増幅する増幅回路から成る前記光センサとを備え、前記増幅回路の出力を前記ＬＥＤドライバの基準電圧制御信号としてフィードバックすることによって、前記同種のＬＥＤの光量調節を行うことを特徴とする請求項１または２のバックライト。
   

Images