JP2011119387A

JP2011119387A - 発光素子回路および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2011119387A
Application number: JP2009274323A
Authority: JP
Inventors: Hironori Takaoka; 宏典高岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-16
Also published as: US20110128304A1

Abstract

【課題】ＬＥＤドライバとの間の端子数を減らし、ＬＥＤドライバの適用性が向上した発光素子回路および液晶表示装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明にかかる発光素子回路は、互いに並列に接続された複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２を備え、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２の各々は、複数の発光素子であるＬＥＤ１が直列に接続され、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２のうちの１つのＬＥＤチェーン４０１に直列接続された基準素子であるトランジスタ４０３と、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２のうちのＬＥＤチェーン４０１を除くＬＥＤチェーン４０２に各々直列接続され、その制御電圧がトランジスタ４０３の制御電圧に従う、１または複数の従属素子であるトランジスタ４０４とをさらに備え、トランジスタ４０３は、ＬＥＤチェーン４０１上の所定ノードの電圧を、制御電圧とする。
【選択図】図１

Description

本発明は発光素子回路および液晶表示装置に関し、例えばノート型やデスクトップ型のパソコンやテレビ、モニター等に用いられる液晶表示装置のバックライトにおける発光素子回路および液晶表示装置に好適に使用することができる。

自己発光機能を持たない液晶表示装置の光源として、近年、発光素子として発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）が組み込まれたバックライトが増えてきている。そのバックライトを駆動させるためのＬＥＤドライバは、液晶表示装置に内蔵されているものもあれば外付けにより設置されるものもある。

ＬＥＤバックライトは、小型ＬＥＤを複数個用いることにより、輝度を自由に設定することが出来る。ＬＥＤを複数用いるということで、その構成はＬＥＤの直列数や系統数により何通りもの組み合わせが発生する。ここでいう系統とは、複数のＬＥＤを直列に配置した列（ＬＥＤチェーン）を指す。

直列数や系統数の設定には次の設計指針が挙げられる。まず、ＬＥＤは順電圧の個体バラツキが大きいため、並列配置での定電圧駆動で行うと各ＬＥＤの順電流がばらつき、輝度もばらつく。それを防止するために、複数の直列接続にして順電流を一定にすることで輝度バラツキを抑制する必要がある。

しかしながら、多数のＬＥＤを直列接続した上で高輝度を実現するためには、トータルの印加電圧が大きくなり、この条件下で駆動させることができるＩＣの選択肢が狭くなる。それを回避するためにも、直列接続だけでなく、並列接続も含めた構成の組み合わせが検討する必要がある。なお、複数の系統を並列配置にすることで、異常によりある直列回路が点灯しなくなっても、他の系統を含めた全画面消灯は避けられるという利点がある。

この場合、並列接続数を増やすほど各系統に流れる順電流もばらつくので、それぞれの系統に流れる順電流を精度よく制御する必要がある。

そのため、これまでのＬＥＤドライバ内蔵型ではないＬＥＤバックライトでは、外部のＬＥＤドライバで各系統の順電流を制御できるようにそれぞれの系統ごとにアノードおよびカソードの端子を設けていた。系統毎にアノードとカソード端子を設けてＬＥＤドライバに接続する場合、ＬＥＤドライバも同等の端子数が必要となる。インチサイズや解像度が異なる別機種でも、ＬＥＤの構成が同じであれば、同じＬＥＤドライバを使用することができるが、輝度の関係でＬＥＤ数を増減させたときに、系統数も増減するような場合には、外付けのＬＥＤドライバも仕様を変更する必要があり、バックライトの構成が変わるたびにＬＥＤドライバを変更しなければならないという問題があった。

特に同じ機構設計のバックライトで、ＬＥＤをＦＰＣに実装したＬＥＤユニットを設け、それを交換可能な構造にしたバックライトでは、ＬＥＤユニットだけの変更があった場合でもＬＥＤドライバの仕様変更が必要となり、新たにＬＥＤドライバを作製する必要が生じるという問題があった。

このような問題を解決する方法として、カレントミラー回路を備える発光素子回路が、特許文献１、２に示されている。

特開昭６３−２８０５６８号公報特開２００４−２５３８０４号公報

しかし、特許文献１、２におけるカレントミラー回路では、基準となる電圧を外部から入力、制御するため、そのための端子がＬＥＤドライバとの間で別途必要となっていた。

本発明では、ＬＥＤドライバとの間の端子数を減らし、ＬＥＤドライバの適用性が向上した発光素子回路および液晶表示装置の提供を目的とする。

本発明にかかる発光素子回路は、互いに並列に接続された複数の発光素子チェーンを備え、前記複数の発光素子チェーンの各々は、複数の発光素子が直列に接続され、前記複数の発光素子チェーンのうちの１つの第１チェーンに直列接続された基準素子と、前記複数の発光素子チェーンのうちの前記第１チェーンを除く発光素子チェーンに各々直列接続され、その制御電圧が前記基準素子の制御電圧に従う、１または複数の従属素子とをさらに備え、前記基準素子は、前記第１チェーン上の所定ノードの電圧を、前記制御電圧とする。

また、本発明にかかる液晶表示装置は、上述の発光素子回路をバックライトとして備える。

本発明にかかる発光素子回路によれば、互いに並列に接続された複数の発光素子チェーンを備え、前記複数の発光素子チェーンの各々は、複数の発光素子が直列に接続され、前記複数の発光素子チェーンのうちの１つの第１チェーンに直列接続された基準素子と、前記複数の発光素子チェーンのうちの前記第１チェーンを除く発光素子チェーンに各々直列接続され、その制御電圧が前記基準素子の制御電圧に従う、１または複数の従属素子とをさらに備え、前記基準素子は、前記第１チェーン上の所定ノードの電圧を、前記制御電圧とすることにより、外部からの制御なしに発光素子チェーン間すなわち発光素子の電流制御ができ、発光素子ドライバへの適用性を向上させることが可能となる。

また、本発明にかかる液晶表示装置によれば、上述の発光素子回路をバックライトとして備えるにより、外部からの制御なしにバックライトの電流制御ができる。

実施の形態１にかかるＬＥＤユニットの構成を示す図である。実施の形態２にかかるＬＥＤユニットの構成を示す図である。実施の形態３にかかるＬＥＤユニットの構成を示す図である。従来のＬＥＤユニットの構成を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
まず、図４により従来のＬＥＤユニット５００の構成について説明する。従来は、外部のＬＥＤドライバ３００で各系統の順電流を制御できるように、それぞれの系統（ＬＥＤチェーン５０１）ごとにアノードおよびカソードの端子を設けていた。そのため、ＬＥＤドライバ３００と接続されるコネクタ２、コネクタハウジング３から出るケーブル４が系統の数だけ必要となり、系統（ＬＥＤチェーン５０１）の数の変動によって、ＬＥＤドライバ３００の変更が必要になっていた。以下に、これを解決した本発明の実施の形態１を説明する。

＜Ａ−１．構成＞
図１は、本実施の形態１にかかる発光素子回路の構成を示した図である。液晶表示装置のバックライトに内蔵された発光素子回路であるＬＥＤユニット１００は、複数の発光素子であるＬＥＤ１が直列に接続された発光素子チェーンであるＬＥＤチェーン４０１、４０２が、互いに並列に接続され、第１チェーンとしてのＬＥＤチェーン４０１と直列に基準素子としてのトランジスタ４０３が接続され、各ＬＥＤチェーン４０２と直列に従属素子としてのトランジスタ４０４がそれぞれ接続され、さらにトランジスタ４０３、４０４と直列に抵抗７がそれぞれ接続されている。

これらの構成要素は、ＦＰＣ５上に配置され、トランジスタ４０３、４０４および抵抗７からなる構成はカレントミラー回路１１０である。

トランジスタ４０３のベース回路は、トランジスタ４０３のコレクタ側に接続されており、トランジスタ４０３の制御電圧は、ＬＥＤチェーン４０１上の所定ノードの電圧と等しい。またトランジスタ４０４のベース回路は、トランジスタ４０３のベース回路と接続され、トランジスタ４０４の制御電圧は、トランジスタ４０３の制御電圧に従う。

並列に接続されたＬＥＤチェーン４０１、４０２はアノード側が共通配線（アノードコモン配線）であり、カソード側もトランジスタ４０３、４０４および抵抗７を介して最終的には共通配線（リターン配線）となる。ＬＥＤユニット１００は、アノードコモン配線とリターン配線の２つの配線でコネクタ２に接続されており、コネクタハウジング３およびケーブル４を介して、さらにＬＥＤドライバ３００と接続される。

＜Ａ−２．動作＞
次に、ＬＥＤユニット１００の動作を説明する。アノードコモン配線に外部のＬＥＤドライバ３００より電圧が印加される。各系統（ＬＥＤチェーン４０１、４０２）のＬＥＤ１に電圧が印加されることで、順方向に順電流が流れ、ＬＥＤ１が点灯する。その中で任意に設けたある系統（ＬＥＤチェーン４０１）の順電流を基準として、各トランジスタ４０３、４０４のベース回路に電流が流れ込むことにより、トランジスタ４０３、４０４を制御する。したがって、各系統（ＬＥＤチェーン４０１、４０２）に流れる順電流のバラツキが少なくなり、その結果ＬＥＤ１の輝度バラツキも小さくなる。

本発明では、このようにバックライトに内蔵されるＬＥＤユニット１００に、外部からの電圧制御を必要としないカレントミラー回路１１０を設けることで、仕様に応じて系統（ＬＥＤチェーン４０１、４０２）数に変更が生じても、外部のＬＥＤドライバ３００に接続する配線種類を増やすことなく、ＬＥＤ１に流れる順電流バラツキを抑え、すなわちＬＥＤ１の輝度バラツキが少ないバックライトを供給することが可能となる。また、配線種類が一定なので、外部に用いられるＬＥＤドライバ３００の仕様も変更することなく、使い回すことを可能とする。

＜Ａ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、発光素子回路において、互いに並列に接続された複数の発光素子チェーンであるＬＥＤチェーン４０１、４０２を備え、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２の各々は、複数の発光素子であるＬＥＤ１が直列に接続され、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２のうちの１つの第１チェーンであるＬＥＤチェーン４０１に直列接続された基準素子であるトランジスタ４０３と、複数のＬＥＤチェーン４０１、４０２のうちのＬＥＤチェーン４０１を除くＬＥＤチェーン４０２に各々直列接続され、その制御電圧がトランジスタ４０３の制御電圧に従う、１または複数の従属素子であるトランジスタ４０４とをさらに備え、トランジスタ４０３は、ＬＥＤチェーン４０１上の所定ノードの電圧を、制御電圧とすることで、外部からの制御なしにＬＥＤチェーン４０１、４０２間すなわちＬＥＤ１の電流制御ができ、ＬＥＤドライバ３００への適用性を向上させることが可能となる。また、外部に接続するピン数を減少させることで、コネクタ選定でもコストダウンが見込まれる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、上述の発光素子回路をバックライトとして備えることで、外部からの制御なしにバックライトの電流制御ができる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
図２は、本実施の形態２にかかる発光素子回路の構成を示した図である。実施の形態１に示した構成図に加えて、第１チェーンであるＬＥＤチェーン４０１に接続された基準素子であるトランジスタ４０３が故障などの事象により動作しなくなったときに動作する、異常時動作回路８を備える。その他の構成は、実施の形態１に示した場合と同様であるので、説明を省略する。

カレントミラー回路１１０の基準とする系統であるＬＥＤチェーン４０１に、ＬＥＤ１の故障などにより順電流が流れなくなった場合、カレントミラー回路１１０全体が動作しなくなり、動作異常が発生する。そこでそのような事象を避けるために、異常時に動作する異常時動作回路８を設け、ＬＥＤ１の全消灯を防止するものである。

＜Ｂ−２．動作＞
次に、ＬＥＤユニット１００の動作を説明する。カレントミラー回路１１０の基準となる系統であるＬＥＤチェーン４０１が動作していた場合、抵抗７に電圧が印加される。その電圧を異常時動作回路８がモニターしている。電圧を検知した場合は、異常時動作回路８は動作しない。しかしながら、何らかの不具合等によりその基準系統（ＬＥＤチェーン４０１）に電流が流れなくなったとき、または所定の閾値以下になったときに、異常時動作回路８はモニター電圧により異常と判断する。その場合に、各トランジスタ４０３、４０４のベース回路に所定の電圧信号を出力することにより、トランジスタ４０３、４０４を動作させ、ＬＥＤ１の消灯を防止する。なお、異常時動作回路８の電源は、アノードコモン電圧を利用することにより、外部より別の電圧や信号を入力しなくて済む。

＜Ｂ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、発光素子回路において、第１チェーンであるＬＥＤチェーン４０１に流れる電流が所定の閾値以下となった場合、基準素子であるトランジスタ４０３の制御電圧として所定の電圧をトランジスタ４０３に印加する、異常時動作回路８をさらに備えることで、負荷オープンなどの異常時にＬＥＤチェーン４０１に電流が流れず、ＬＥＤ１が全て消灯してしまうことを防ぐことができる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
図３は、本実施の形態３にかかる発光素子回路の構成を示した図である。実施の形態１に示した構成図における抵抗７に代えて、ＬＥＤチェーン４０１、４０２に直列に接続されるサーミスタ９を備える。その他の構成は、実施の形態１に示した場合と同様であるので、説明を省略する。なお、抵抗７を備えたままサーミスタ９をさらに備えることも可能である。

ＬＥＤ１は半導体なので、環境温度によりその特性が変化する。各トランジスタ４０３、４０４のエミッタ側にサーミスタ９を接続することで、環境温度が変化してもそれに見合った順電流を流すことで、希望する輝度に調整することが可能となる。

＜Ｃ−２．動作＞
次に、ＬＥＤユニット１００の動作を説明する。サーミスタ９の抵抗値は、各ＬＥＤ１が環境温度によってその特性が変化し、ＬＥＤチェーン４０１、４０２に流れる順電流が変化する場合、順電流の変化を打ち消すように変化する。よって、カレントミラー回路１１０に流れる順電流は、環境温度に影響を受けずに一定の値を保つことができる。

＜Ｃ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態３によれば、発光素子回路において、複数の発光素子チェーンであるＬＥＤチェーン４０１、４０２にそれぞれ直列接続され、各ＬＥＤチェーン４０１、４０２に流れる電流値の温度変化を打ち消すように、その抵抗値が変化する複数のサーミスタ９をさらに備えることで、ＬＥＤバックライトの温度変化にも追従した抵抗値の変化が可能となり、順電流を一定の値に保つことができる。

＜Ｄ．その他の実施の形態＞
以上、説明した実施の形態１ないし３においては、液晶表示装置のバックライトに用いる発光素子回路を例に採って発明内容を詳細に説明したが、本発明は、ＬＥＤを駆動するための駆動回路に関するものであり、液晶表示装置のバックライト用駆動回路に限定されない。例えば、近年白熱電球の代替として市場投入されているＬＥＤ照明装置に内蔵する発光素子用駆動回路として本発明が採用可能であり、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

１ＬＥＤ、２コネクタ、３コネクタハウジング、４ケーブル、５ＦＰＣ、７抵抗、８異常時動作回路、９サーミスタ、１１０カレントミラー回路、１００，５００ＬＥＤユニット、３００ＬＥＤドライバ、４０１，４０２，５０１ＬＥＤチェーン、４０３，４０４トランジスタ。

Claims

互いに並列に接続された複数の発光素子チェーンを備え、
前記複数の発光素子チェーンの各々は、複数の発光素子が直列に接続され、
前記複数の発光素子チェーンのうちの１つの第１チェーンに直列接続された基準素子と、
前記複数の発光素子チェーンのうちの前記第１チェーンを除く発光素子チェーンに各々直列接続され、その制御電圧が前記基準素子の制御電圧に従う、１または複数の従属素子とをさらに備え、
前記基準素子は、前記第１チェーン上の所定ノードの電圧を、前記制御電圧とする、
発光素子回路。
前記第１チェーンに流れる電流が所定の閾値以下となった場合、前記基準素子の制御電圧として所定の電圧を前記基準素子に印加する、異常時動作回路をさらに備える、
請求項１に記載の発光素子回路。
前記複数の発光素子チェーンにそれぞれ直列接続され、前記各発光素子チェーンに流れる電流値の温度変化を打ち消すように、その抵抗値が変化する複数のサーミスタをさらに備える、
請求項１または２に記載の発光素子回路。
請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子回路をバックライトとして備える、
液晶表示装置。