JP2008058367A - 発光ダイオード点滅制御装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数設けられたＬＥＤに対して駆動回路をＬＥＤ毎に必要としない、簡略化した構成により各ＬＥＤに対して点滅制御を行う発光ダイオード点滅制御装置および照明装置を提供する。
【解決手段】本照明装置は、光源として直列接続された複数のＬＥＤ１〜３と、ＬＥＤ１〜３を駆動する駆動回路４と、ＬＥＤ１，３のアノードとカソード間を短絡するためのスイッチ７，８と、ＬＥＤ１〜３の直列体の両端を短絡するためのスイッチ９と、スイッチ７〜９を開閉制御する制御回路１３とを備える。ＬＥＤ点滅制御装置５０は、スイッチ７〜９と制御回路１３とを備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード点滅制御装置および照明装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）は冷陰極管とは異なり水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のＬＥＤモジュールの形状は砲弾型が主流であったが、徐々に面実装タイプが増え、ＬＥＤモジュールが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。これまでＬＥＤはインジケータなどの表示に用いられることが多かったが、効率向上に従い、照明用途としても展開され、徐々に普及し始めている。

また、近年では液晶テレビや携帯電話機の急速な普及やパーソナルコンピュータの小型化に伴い液晶表示装置の高性能化が推進され、バックライトの光源にＬＥＤを使用することでその要求を満たしている。

一方、液晶における画像表示技術については、近年液晶が抱える動画ボケの課題を解決するために特許文献１のように放電ランプを高速点滅する技術が提案されている。この技術は、各発光領域に設けられたいずれか１つの放電ランプを液晶表示部の書込みタイミングから４分の３垂直期間後に４分の１垂直期間だけ点灯し、残りの４分の３垂直期間は消灯するというものである。また、特許文献２には、ランプが、映像信号の１フレームにつき１回発せられるパルス成分と、フレーム周波数より高い周波数にて発せられるパルス成分とが混合された光によって、液晶パネルを照明する技術が記載されている。ここではランプとしてＬＥＤを用いることも提案されている。ＬＥＤは冷陰極管に比べ、高速点滅性能がすぐれるため、特許文献２のような技術開発が今後も期待されている。
特開平１１−２０２２８５号公報 特開２００６−１８２００号公報

動画性能向上のための技術として光源点滅の他に、画面の領域毎に光源の明るさを制御し、省電力とコントラスト向上を狙った方式が挙げられる。この方式では、一つの画面における映像表示で明るい画像と暗い画像が混在する場合など、明るい画像の直下における光源は明るく点灯させ、暗い画像の直下における光源を暗くするよう制御することにより、コントラスト向上を図り画質改善を達成出来る。すなわち、一つのバックライトにおいて、明るい領域と暗い領域を作りだし、液晶を照らす構成となる。

ＬＥＤの調光を行う場合、一般的にはＬＥＤに印加する電流値を可変させ制御する方式と、定電流をパルス駆動にて印加させ、そのデューティー比により調光制御を行う二つの手法が挙げられる。前者の場合は、調光を暗くする場合にＬＥＤの定格電流に比べ小さい電流を流す必要がある。しかし、ＬＥＤの低電流域では、ＬＥＤ自体の電流−電圧特性の感度が高く、制御を行うことが難しい。このため、調光範囲が重要視されるアプリケーションにおいては後者の方式が用いられることが多い。

但し複数のＬＥＤを同一アプリケーションで用いる場合、一括して調光を行うには問題はないが、個々のＬＥＤを独立して調光するには、デューティー変調を行う機構をＬＥＤ毎に設ける必要があるため、回路自体が大がかりなものになってしまうという課題がある。

一方、液晶表示装置に適合する赤青緑のＬＥＤ光源によりバックライトを形成する際には、液晶パネル背面に光源を配置した構成を取る必要がある。画面の側面に光源を配置し、導光板を通して液晶を照らす方式は、エッジライト方式として知られているが、この方式の場合は光量が得にくい為に大型テレビのように大画面の液晶を照射するバックライトには適さない。このため２０インチ以上の大型液晶を照らすバックライトとしては、ＬＥＤを液晶面の背面に直接配置する必要が生じる。しかし、ＬＥＤは点光源であるため、ＬＥＤと液晶パネルの距離が近すぎると表示画面上に明暗の明るさのムラが生じてしまう。この問題を解消するためには、液晶面と背面に配置したＬＥＤ光源の距離を離すことにより明暗の差を縮める方法と、ＬＥＤの数量を増やし液晶パネル背面に均一に並べて配置する方法の二つが併用して用いられている。一般的には３２インチ程度の画面に対して、２００〜３００個程度のＬＥＤが必要となる。

さらに液晶が表示する映像画面の動画ボケを対策するためには特許文献２の構成のようにＬＥＤをパルス成分で発光させる構成が必要である。したがって前述のように数百個というＬＥＤを高速点滅させる必要がある。

また、前述のように画面の領域毎に光源の明るさを制御し、省電力とコントラスト向上を狙ったバックライトを構成するためには、個別または領域によってわけたブロック毎のＬＥＤに対して、明るさを制御する必要がある。通常ＬＥＤの明るさを調光する場合は、ＬＥＤに流す電流を制御する方法と、ＬＥＤをパルス点滅させそのパルスのデューティー幅によって制御する方法が挙げられる。明るさを暗くした際の調光制御の容易性から、ＬＥＤをパルス点灯させデューティー幅可変による明るさ制御が一般的である。前述の動画ボケ対策のためのＬＥＤをパルス点灯させる方式と重複して利用することが可能である。

しかし、動画ボケ改善のために前述のように数百個というＬＥＤを高速点滅させ、且つ明るさを画面の領域で制御する構成を考えた場合、個別のＬＥＤに対してＯＮ／ＯＦＦの制御を行う必要が生じる。ＬＥＤに対して電源印加と不印加を行う回路として、ＬＥＤ個別または領域によってわけたブロック毎のＬＥＤに対して、その数量に応じた駆動回路を接続した場合は非常に大がかりな複雑な回路構成が必要となる。

本発明の目的は、複数設けられたＬＥＤに対して駆動回路をＬＥＤ毎に必要としない、簡略化した構成により各ＬＥＤに対して点滅制御を行う発光ダイオード点滅制御装置および照明装置を提供することにある。

上記目的は、光源として複数の発光ダイオードを用いた照明装置の前記発光ダイオードを点滅制御する発光ダイオード点滅制御装置であって、少なくとも一つの前記発光ダイオードのアノードとカソード間を短絡するためのスイッチと、前記スイッチを開閉制御する制御回路とを備えた発光ダイオード点滅制御装置により、達成される。本装置は、さらに前記複数の発光ダイオードの直列体の両端を短絡するためのスイッチを備えることができる。

上記目的はまた、光源としての複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを駆動する駆動回路と、少なくとも一つの前記発光ダイオードのアノードとカソード間を短絡するためのスイッチと、前記スイッチを開閉制御する制御回路とを備えた照明装置により、達成される。本装置は、さらに前記複数の発光ダイオードの直列体の両端を短絡するためのスイッチを備えることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、前記照明装置と、前記照明装置により照明され映像情報信号が与えられる液晶パネルとを備える。ここで、前記制御回路は、前記映像情報信号に基づいて前記液晶パネルに表示される映像の明暗領域と前記発光ダイオードの発光の明暗領域とが対応するように、前記スイッチを開閉制御することができる。

本発明によれば、複数設けられたＬＥＤに対して駆動回路をＬＥＤ毎に必要としない、簡略化した構成により各ＬＥＤに対して点滅制御を行う発光ダイオード点滅制御装置および照明装置を得ることができる。本発明を液晶表示用バックライトに適用した場合、液晶による表示映像の動画ボケ対策および画面の領域毎の明るさ制御を実現することができる。またＬＥＤを制御する回路部分が簡略化される分、回路基板の小型化にも繋がるため、テレビなどの製品筐体の小型化にも効果を上げることができる。

図１は本発明に係る照明装置の一実施例を示す図である。図において、１，２，３は発光ダイオード（ＬＥＤ）、４はＬＥＤを駆動する駆動回路、５はＬＥＤに流れる電流を電圧値に変換する電流検出抵抗、６は電流検出抵抗５によって生じる電圧値を駆動回路に帰還する帰還経路、７はＬＥＤ１を短絡するためのスイッチ，８はＬＥＤ３を短絡するためのスイッチ、９は直列接続されたＬＥＤ１，２，３を短絡するためのスイッチ、１０はスイッチ７の開閉（開放短絡）を指示する制御信号、１１はスイッチ９の開放短絡を指示する制御信号、１２はスイッチ８の開放短絡を指示する制御信号、１３はスイッチ７，８，９の開放短絡を指示する制御信号１０〜１２を出力する制御回路である。５０はＬＥＤ点滅制御装置であり、上述のスイッチ７〜９と制御回路１３とを備えて構成される。

このように、本照明装置は、光源として直列接続された複数のＬＥＤ１〜３と、ＬＥＤ１〜３を駆動する駆動回路４と、ＬＥＤ１，３のアノードとカソード間を短絡するためのスイッチ７，８と、ＬＥＤ１〜３の直列体の両端を短絡するためのスイッチ９と、スイッチ７〜９を開閉制御する制御回路１３とを備える。各ＬＥＤに対するスイッチの位置は本実施例に限定されず、照明装置の適用対象あるいはＬＥＤの数や配列に応じて適宜、複数の発光ダイオードの直列体の両端を短絡するためのスイッチおよび少なくとも一つの発光ダイオードのアノードとカソード間を短絡するためのスイッチを備えることができる。

駆動回路４によって印加される電流は、ＬＥＤ１，２，３を介して、電流検出抵抗５に流れる。電流検出抵抗５の両端に生じる電圧値は、帰還経路６によって駆動回路４に帰還される。駆動回路４は電流検出抵抗５より帰還された電圧値が一定になるようＬＥＤ１，２，３へ印加する電流を制御することで、安定した電流をＬＥＤ１，２，３に供給する。これによりＬＥＤ１，２，３には一定の電流が流れることで、各ＬＥＤの発光量が安定する。

調光を行う際には、スイッチ７，８，９を用いる。ＬＥＤ１，２，３の全てを暗くするためには、スイッチ９を用いる。スイッチ９はＬＥＤ１のアノードとＬＥＤ３のカソード間の開放短絡を行うように接続されている。制御回路１３によって作られた制御信号１１により、スイッチ９はパルス駆動にて開閉を行う。スイッチ９の開放時は、ＬＥＤ１，２，３に電流が流れるため、各ＬＥＤの明るさは維持される。スイッチ９の短絡時は、ＬＥＤ１，２，３には電流がほとんど流れず、スイッチ９を介して電流検出抵抗５に電流が流れるため、ＬＥＤ１，２，３は消灯する。駆動回路４は電流検出抵抗５に生じる電圧値に応じて、印加する電流を制御するため、スイッチ９の開閉によらず動作を続ける。

スイッチ９の開閉速度を５０〜６０Ｈｚ以上の周波数にて動作すれば、人間の目には点滅が認識できず、常時点灯しているものとして捉える。このためスイッチ９の開閉が行われる一周期内の開閉デューティー比に応じて、明るさの調光として認識する事ができる。

次に、ＬＥＤ１のみを調光したい場合は、スイッチ７を用いることで実現が可能となる。制御回路１３により作られた制御信号１０に従って、スイッチ７を開閉することで、スイッチ７が開放時は、ＬＥＤ１に電流が流れＬＥＤ１が発光し、スイッチ７が短絡しＬＥＤ１のアノードとカソード間が短絡された場合は、ＬＥＤ１にはほとんど電流が流れず、スイッチ７に電流が流れる構成となるため、ＬＥＤ１は消灯する。このスイッチ７の開閉をパルス駆動することにより、開閉のデューティー比に応じた調光を得ることが出来る。
またＬＥＤ３のみを調光したい場合には、前述と同様の方法により、制御信号１２に従い、スイッチ８を開閉することで、ＬＥＤ３の調光を達成することが可能となる。

つぎに、ＬＥＤ１，２，３の全てを暗い方へ調光制御し、かつＬＥＤ１のみを他のＬＥＤ２，３よりも暗くしたい場合などは、スイッチ７とスイッチ９を併用することで実現することが出来る。スイッチ７を開閉するパルス周波数よりもスイッチ９を開閉するパルス周波数を十分に大きくすることで、より明確な効果を得ることが出来る。

図２（ａ）、（ｂ）は各スイッチに与えられる制御信号の信号波形の例、図２（ｃ）はＬＥＤの点滅状態の例を示す図である。図２（ａ）の１４は制御信号１１の信号波形であり、オン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）パルスである。スイッチ９は制御信号１１に従い開閉動作を行うため、ＬＥＤ１，２，３の発光消灯の点滅も同サイクルにて行われる。ここに、制御信号１０を重ねる。図２（ｂ）における１５に示すのが、制御信号１０の信号波形であり、制御信号１１の信号波形よりも短いサイクルのＯＮ／ＯＦＦパルスである。このため、ＬＥＤ１は、図２（ｃ）の１６に示すように、信号波形１４と信号波形１５とが重なった波形により、点灯消灯（点滅）を行う事になる。これにより、ＬＥＤ１，２，３の全体を暗く調光し、且つＬＥＤ１のみをさらに暗く調光する制御が可能となる。

図３は、本発明に係る照明装置を備えた液晶表示装置の実施形態の一例を示す図である。本液晶表示装置は、図示のように、複数のＬＥＤ２２を搭載したＬＥＤパネル１７およびＬＥＤ点滅制御装置（図示しない）を有する照明装置（バックライト装置）４１と、照明装置４１により照明され且つ映像情報信号が与えられて、この映像情報信号に基づいて文字や画像等の映像を表示する液晶パネル４２と、照明装置４１と液晶パネル４２間に設けられ照明装置４１からの光を液晶パネル４２に好適に伝達する光学シート４３とを備える。これにより、照明装置４１のＬＥＤパネル１７に搭載されたＬＥＤ２２によって発光した光が、光学シート４３を通って液晶パネル４２に伝わり、液晶パネル４２を照らすことで、液晶パネル４２に文字や画像等の映像が視覚可能に表示される。

図４は、図３に示す液晶表示装置に用いられる照明装置４１の一例を示す図である。図４において、１７の破線で囲まれた部位は、液晶パネル背面に配置するＬＥＤパネルである。ＬＥＤパネル１７は、１８，１９，２０，２１の破線により示されたＬＥＤの集合体（直列体）を複数用いることにより構成されている。ＬＥＤ集合体１８，１９，２０，２１は、それぞれ個別のＬＥＤ２２の直列接続により構成されている。２７，２８，２９，３０は、ＬＥＤ集合体１８，１９，２０，２１を電流制御にて駆動するための駆動回路を示す。２３，２４，２５，２６は、駆動回路２７〜３０が電流制御するために必要な帰還電圧をつくる電流検出抵抗である。

３１，３２，３３，３４，３５，３６は、ＬＥＤを短絡するためのスイッチであり、破線で囲われた矢印の制御信号３８によって、対応するスイッチの開放と短絡が制御される。３７は、スイッチ３１，３２，３３，３４，３５，３６の開放短絡を制御する制御信号３８を出力する制御回路である。３９は、映像情報信号である。５５はＬＥＤ点滅制御装置であり、上述のスイッチ３１〜３６と制御回路３７とを備えて構成される。

ＬＥＤ２２によって構成されたＬＥＤ集合体１８，１９，２０，２１は、駆動回路２７，２８，２９，３０によって電源が印加され点灯を行う。なお、ＬＥＤ集合体１８，１９，２０，２１に流れる電流は、電流検出抵抗２３，２４，２５，２６を介して接地へ流れる構成とする。電流検出抵抗２３，２４，２５，２６の両端電圧を駆動回路２７，２８，２９，３０へ帰還し、駆動回路２７，２８，２９，３０は帰還電圧が一定となるように電流を制御することでＬＥＤ２２の光量を安定にすることができる。

ＬＥＤ２２に接続するスイッチの一例として、スイッチ３１，３２，３３，３４，３５，３６を記載しているが、本スイッチの数量と接続位置、即ちどのＬＥＤのどの位置にスイッチを配置するかは適宜決定されるものであり任意でよい。また、本スイッチは例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタあるいはフォトカプラ等で構成することができるが、これらに限定されない。

動画画像のボケを解消するためには、全てのＬＥＤを点滅させる必要があるため、スイッチ３１に示すように、ＬＥＤ集合体（直列体）２１の両端に接続を行い、制御回路３６より送られる制御信号３８に従い、スイッチ３１の開閉により点滅を行う。同様にＬＥＤ集合体（直列体）１８，１９，２０についても上述のＬＥＤ集合体（直列体）２１と同様のスイッチを設けて全画面に対してＬＥＤ点滅制御装置５５を構成することで、全画面でのＬＥＤの点滅が可能となる。

次に画面の領域毎の明るさ制御を行うためには、予めどの領域を制御するのかを設定する必要がある。本図ではその一例として、スイッチ３２によって開閉が行われるＬＥＤ２２が配置される領域を示す。映像情報信号３９より制御回路３７に送られた情報によって、制御回路３７は制御信号３８をスイッチ３２へ送り、スイッチ３２を開閉するデューティーにより、スイッチ３２によって繋がれたＬＥＤの明るさを制御することが可能となる。これによりスイッチ３２によって開閉が行われるＬＥＤが配置される領域の明るさを制御することが実現される。

このとき、スイッチ３２の開閉があっても、スイッチ３２短絡時には、ＬＥＤに流れる電流と同等の電流が流れるため、電流検出抵抗２６の両端電圧は変化しない。このため、ＬＥＤ集合体２１におけるスイッチ３２間以外のＬＥＤの明るさは維持されることとなり、スイッチ３２間のＬＥＤのみの明るさが制御される。例えば、制御回路３７が、映像情報信号３９に基づいて液晶パネル４２に表示される映像の明暗領域とＬＥＤの発光の明暗領域とが対応するように、スイッチを開閉制御することができる。このようにすることで、明るい画像の直下におけるＬＥＤは明るく点灯させ、暗い画像の直下におけるＬＥＤを暗くするよう制御されるので、液晶パネル４２に表示される映像のコントラスト向上を図り画質改善を図ることができる。

領域をさらに細分化する必要がある場合は、スイッチ３４，３５，３６が示すように個別のＬＥＤにスイッチを設け、これらの開閉を行うことで、領域を狭くすることが可能となる。また、例えば、複数のＬＥＤの直列体の両端間に設けられたスイッチ３３の接続位置を、別の複数のＬＥＤの直列体の両端間に設けられたスイッチ３２の接続位置と一部を重複させることで、領域設定の多様化を図ることが可能となる。
なお、動画画像ボケの解消と、画面の領域毎の明るさ制御を同時に行う場合は、スイッチ３１の開閉周波数よりも、十分早い周波数でスイッチ３２等の他のスイッチの開閉制御を行うことで、実現可能とすることができる。

このように、本発明では、ＬＥＤを点灯するための駆動回路の他に、各ＬＥＤを点灯と消灯を制御するための制御回路を設ける。個々のＬＥＤに対してまたは複数個の直列に接続したＬＥＤに対して、短絡を行うためのスイッチ手段を設け、このスイッチを前述の制御回路にて制御する。また、ＬＥＤの駆動回路における駆動手段は、ＬＥＤに流す電流を制御する構成とする。このために、駆動回路に接続された少なくとも一つ以上のＬＥＤのうち、一つまたは複数のＬＥＤが前記スイッチ手段によりアノードとカソード間が短絡されても、短絡していないＬＥＤについては明るさの変動がない。一方、アノードとカソード間を短絡されたＬＥＤは、スイッチ手段により短絡されているためＬＥＤに流れる電流が発光に満たないため消灯する。これにより点滅制御を実現することができる。また、スイッチ手段の接続位置により、任意の短絡を制御することが可能となるため、駆動回路をＬＥＤ毎に必要とせず、また液晶による表示映像の動画ボケ対策および画面の領域毎の明るさ制御が可能となる。

本発明は発光ダイオード点滅制御装置および照明装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。

本発明に係る照明装置の一実施例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は各スイッチに与えられる制御信号の信号波形の例、（ｃ）はＬＥＤの点滅状態の例を示す図である。 本発明に係る照明装置を備えた液晶表示装置の実施形態の一例を示す図である。 図３に示す液晶表示装置に用いられる照明装置の一例を示す図である。

符号の説明

１，２，３，２２…ＬＥＤ、４，２７，２８，２９，３０…駆動回路、５，２３，２４，２５…電流検出抵抗、７，８，９，３１，３２，３３，３４，３５，３６…スイッチ、１０，１１，１２，３８…制御信号、１３，２７，２８，２９，３０…駆動回路、１７…液晶表示装置、１８，１９，２０，２１…ＬＥＤ集合体、４１…照明装置、４２…液晶パネル、４３…光学シート

Claims (6)

1. 光源として複数の発光ダイオードを用いた照明装置の前記発光ダイオードを点滅制御する発光ダイオード点滅制御装置であって、少なくとも一つの前記発光ダイオードのアノードとカソード間を短絡するためのスイッチと、前記スイッチを開閉制御する制御回路とを備えたことを特徴とする発光ダイオード点滅制御装置。
2. 前記複数の発光ダイオードの直列体の両端を短絡するためのスイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点滅制御装置。
3. 光源としての複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを駆動する駆動回路と、少なくとも一つの前記発光ダイオードのアノードとカソード間を短絡するためのスイッチと、前記スイッチを開閉制御する制御回路とを備えたことを特徴とする照明装置。
4. 前記複数の発光ダイオードの直列体の両端を短絡するためのスイッチを備えたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項３または４に記載の照明装置と、前記照明装置により照明され映像情報信号が与えられる液晶パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記制御回路が、前記映像情報信号に基づいて前記液晶パネルに表示される映像の明暗領域と前記発光ダイオードの発光の明暗領域とが対応するように、前記スイッチを開閉制御することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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