JP4515496B2 - バックライトユニットおよびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置などのバックライトユニットおよびその駆動方法に関し、より詳しくは、光源として白色発光ダイオードを用いたバックライトユニットおよびその駆動方法に関する。

近年、急速な発展を重ねている半導体産業の技術開発によって、小型、軽量化されながらも性能はより強化された製品が生産されてきている。今まで情報ディスプレイ装置に広く用いられているＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）は性能や価格の面で多くの長所を有しているが、小型化または携帯性の面では短所を有している。このような短所を克服するための方案の１つとして提案されてきたものとして液晶表示装置があり、液晶表示装置は小型、軽量、低電力消費などの長所を有し、ＣＲＴの短所を克服できる代替手段として次第に注目されてきており、現在はディスプレイ装置を必要とするほとんどすべての情報処理機器に適用されているのが実状である。

液晶表示装置とは、電圧を印加することによって液晶の特定の分子配列を他の分子配列に移行させ、このような分子配列の変化に伴う、液晶セルの複屈折性、旋光性、２色性および光散乱特性などの光学的性質の変化を利用して、出力光を変化させることによって画像表示を行う、言い換えれば、液晶セルによる光の変調を用いたディスプレイ装置である。

このような液晶表示装置を構成する液晶表示パネルは、自ら発光できない素子であるため、液晶表示パネルの後面に取付けたバックライトユニットなどを用いて照明される。液晶表示パネルは、その光透過率を、印加される電気信号によって調節され、それによって、停止した画像や動く画像が液晶表示パネル上に表現される。

上記のように液晶表示パネルに光の供給を行うバックライトユニットに用いられるランプとしては、従来、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）が広く用いられていたが、近年では携帯用装置またはフィールドシーケンシャルカラー（Ｆｉｅｌｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｏｌｏｒ）液晶表示装置のような多様な形態のディスプレイ装置とその改善された駆動方法によって、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという）を用いたバックライトユニットの利用が次第に増加してきている。

ＬＥＤは、ＣＣＦＬより発光面積が小さい点光源（ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）である。ＬＥＤから出射された光は、光学部材のうち光の経路をガイドする導光板の側面に入射し、導光板はＬＥＤから出射された光を面光源（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）の形態の光に変換して、液晶表示パネルに供給する。

一般に、ＬＥＤでは、自然色を表現するために赤色、緑色および青色の３種類のＬＥＤの輝度を均一に制御して、白の色度座標（ｗｈｉｔｅ ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）の光を再現する方式が用いられる。この時、各々のＬＥＤ色別輝度を制御して、バックライトユニットから出射される光の輝度を調整し、また出射される光を白の色度座標に調整しなければならない。このために、一般的にＬＥＤに一定の電圧を印加し、印加される電圧の時間幅を調整して、輝度の制御と白の色度座標への制御を行う電圧制御方式が用いられている。

しかし、上記のような方式によって輝度の制御および白の色度座標への制御を行う場合、各色別ＬＥＤに正電圧を印加し、正電圧のパルス幅を変調してＬＥＤに電力を供給することによってＬＥＤの点灯される時間幅を調整するため、パルス幅の増加にともなってＬＥＤ自体の劣化が発生し、これによってＬＥＤの寿命が短縮し、輝度が低下して白の色度座標の制御が不安定になる。

このような問題を解決するために、特許文献１では、温度によって各色別ＬＥＤの輝度と色温度が変化するので、色温度を検出するセンサを介して各色別ＬＥＤの色温度を検出し、それに応じて、各色別ＬＥＤに取付けられた制御機で各色別ＬＥＤの印加電流を変化させ、赤色、緑色および青色の３種類のＬＥＤの輝度を均一に制御し、白の色度座標への制御を行っている。

大韓民国公開特許第２００７−４４８８５号明細書

しかし、バックライトユニットが、赤色、緑色および青色の３種類のＬＥＤではなく、蛍光体と青色または近紫外線ＬＥＤを組み合わせた１種類の白色ＬＥＤだけを用いて形成される場合には、バックライトユニットに電力を供給し始めた時点、すなわち、バックライトユニットの始動時点から発光部の温度が定常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）に到達するまでの間、色温度が連続的に変化するため、色温度を検出できるセンサがあっても持続的な制御が不可能である。このため、輝度を一定に維持できたとしても、白の色度座標の均一な光を維持することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するために、バックライトユニットに電源が印加され始めた瞬間と、定常状態に到達した瞬間とで、色温度の偏差を最小化できるバックライトユニットを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、このようなバックライトユニットの駆動方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、光を発生する白色ＬＥＤと、白色ＬＥＤを支持して駆動する印刷回路基板を有するＬＥＤモジュールと、白色ＬＥＤの色温度を検出するセンサと、ＬＥＤモジュールに接続されている発熱素子と、センサとＬＥＤモジュールおよび発熱素子を制御するためのコントローラと、を含むバックライトユニットを提供する。

また、本発明のバックライトユニットにおいて、発熱素子はＬＥＤモジュールと一体型に形成することができ、より具体的には、発熱素子はＬＥＤモジュール内の、白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱線から構成することができる。

また、本発明のバックライトユニットにおいて、発熱素子はＬＥＤモジュールと分離型に形成することもでき、より具体的には、発熱素子はＬＥＤモジュール上の、白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱板から構成することができる。

上述の他の目的を達成するために、本発明は、白色ＬＥＤとこれを支持するＬＥＤモジュールおよびＬＥＤモジュールに接続された発熱素子を含むバックライトユニットの駆動方法であって、白色ＬＥＤの定常状態の色温度を設定するステップと、白色ＬＥＤを動作させると同時に発熱素子を同時に動作させるステップと、白色ＬＥＤの色温度を測定するステップと、測定した白色ＬＥＤの色温度と、設定した白色ＬＥＤの定常状態の色温度を比較するステップと、比較の結果、測定した白色ＬＥＤの色温度と、設定した白色ＬＥＤの定常状態の色温度とが同一となった時に、発熱素子の動作を停止させるステップとを含むことを特徴とするバックライトユニットの駆動方法を提供する。

本発明によれば、発熱素子を用いて、バックライトユニットに電力が供給されはじめた瞬間の温度と、定常状態に到達した瞬間の白色ＬＥＤの色温度とを同一に維持して色温度の偏差を最小化し、バックライトユニットの輝度を均一化し、また、出力光の色度座標を均一な白の色度座標に合わせることができる。したがって、高効率で信頼性の高いバックライトユニットを提供することができる。

本発明のバックライトユニットおよびその駆動方法に係る具体的な技術的構成に関する事項は、本発明の好ましい実施形態を示した図面を参照した下記の詳細な説明によって明確に理解できるはずである。

各図では、様々な層および領域を明確に表現するために厚さなどが適宜拡大して示されている。明細書全体を通して同様の部分に対しては同一の符号を付している。

（バックライトユニットの構造）
本発明の実施形態に係るバックライトユニットについて図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示した概略図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るバックライトユニット１００は、液晶表示パネル２００に光を供給するための装置であって、光を発生する白色ＬＥＤ１１０と、白色ＬＥＤ１１０を支持して駆動する印刷回路基板を有するＬＥＤモジュール１２０およびＬＥＤモジュール１２０に接続されている発熱素子１３０を含んでいる。

白色ＬＥＤ１１０は、少なくとも１つ以上備えられており、通常の、蛍光体と青色ＬＥＤとの組み合わせ、または蛍光体と近紫外線ＬＥＤとの組み合わせなどによって構成することができる。

発熱素子１３０は、電熱線または電熱板によって構成することができ、これは、ＬＥＤモジュールと一体型または分離型に形成することができる。

ここで、図２および図３を参照して本発明の一実施形態に係る発熱素子について詳細に説明する。ここで、図２および図３は、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの発熱素子の具体例を示している。

まず、図２では、発熱素子１３０が電熱線によって構成されており、ＬＥＤモジュール１２０と一体型に形成されている。電熱線はＬＥＤモジュール１２０内の、白色ＬＥＤ１１０と接触しない領域に形成されており、これによって、ＬＥＤモジュール１２０の駆動時、駆動時点の白色ＬＥＤ１１０の色温度を白色ＬＥＤ１１０が定常状態に到達した時の色温度と同一の温度に維持する役割を果たす。

図３では、発熱素子１３０が電熱板によって構成されており、ＬＥＤモジュール１２０と分離型に形成されている。電熱板は、ＬＥＤモジュール１２０上の、白色ＬＥＤ１１０と接触しない領域に形成されており、これもまた、ＬＥＤモジュール１２０の駆動時、駆動時点の白色ＬＥＤ１１０の色温度を白色ＬＥＤ１１０が定常状態に到達した時の色温度と同一の温度に維持する役割を果たす。

そして、本発明に係るバックライトユニットは、白色ＬＥＤ１１０の色温度を検出するセンサ３００と、センサ３００とＬＥＤモジュール１２０および発熱素子１３０を制御するためのコントローラ４００をさらに含んでいる。

（バックライトユニットの駆動方法）
本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの駆動方法について図４および先に説明した図１を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの駆動方法を説明するためのフローチャートである。

図４を参照すると、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの駆動方法は、白色ＬＥＤの定常状態の色温度を設定するステップ（Ｓ１０１）と、白色ＬＥＤを動作させると同時に発熱素子を動作させるステップ（Ｓ１０２）と、白色ＬＥＤの色温度を測定するステップ（Ｓ１０３）と、測定した白色ＬＥＤの色温度と設定した白色ＬＥＤの定常状態の色温度を比較するステップ（Ｓ１０４）、および比較の結果、測定した白色ＬＥＤの色温度と設定した白色ＬＥＤの定常状態の色温度とが同一となった時に、発熱素子の動作を停止させるステップ（Ｓ１０５）を含んでいる。

より詳しくは、白色ＬＥＤ１１０の定常状態の色温度を設定するステップ（Ｓ１０１）では、白色ＬＥＤ１１０の定常状態の色温度は、白色ＬＥＤ１１０の色温度がバックライトユニット１００の駆動時点から次第に増加して安定した状態となった時の色温度である。一般的に白色ＬＥＤを用いるバックライトユニットの色温度は、バックライトユニットの駆動時点から色温度が安定するまで連続的に変化して、色温度の偏差が大きい。したがって、まず、本発明の一実施形態では、白色ＬＥＤ１１０が安定した時の色温度を設定する。

次に、白色ＬＥＤ１１０を動作させると同時に発熱素子１３０を動作させる（Ｓ１０２）。これは、白色ＬＥＤ１１０の定常状態の色温度より低い、白色ＬＥＤ１１０の駆動時点の色温度を、発熱素子１３０を介して定常状態の色温度と同一になるように上昇させるためである。

続いて、白色ＬＥＤ１１０の色温度を、センサ３００を介して測定した後（Ｓ１０３）、測定した白色ＬＥＤ１１０の色温度と、設定した白色ＬＥＤ１１０の定常状態の色温度をコントローラ４００で比較する（Ｓ１０４）。

次に、比較の結果、測定した白色ＬＥＤ１１０の色温度と、設定した白色ＬＥＤ１１０の定常状態の色温度とが同一となった時に、発熱素子１３０の動作を停止させる（Ｓ１０５）。

これによって、本発明に係るバックライトユニットは、バックライトユニットを駆動し始めた時点から、白色ＬＥＤの色温度を定常状態の色温度と同一の温度に維持して色温度の偏差を最小化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、多様な変形および均等な他の形態を想到可能であるということを理解することができる。したがって、本発明の権利範囲は、実施形態の詳細によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定する本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も、本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示した概略図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの発熱素子の具体例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの発熱素子の他の具体例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの駆動方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１００ バックライトユニット
１１０ 白色ＬＥＤ
１２０ ＬＥＤモジュール
１３０ 発熱素子
２００ 液晶表示パネル
３００ センサ
４００ コントローラ

Claims (10)

1. 光を発生する１つ以上の白色ＬＥＤと、
   前記白色ＬＥＤを支持して駆動する印刷回路基板を有するＬＥＤモジュールと、
   前記白色ＬＥＤの色温度を検出するセンサと、
   前記ＬＥＤモジュールに接続されている発熱素子と、
   前記センサと前記ＬＥＤモジュールおよび前記発熱素子を制御するためのコントローラと、を含むバックライトユニット。
2. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュールと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュール内の、前記白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱線であることを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュールと分離して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
5. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュール上の、前記白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱板であることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 白色ＬＥＤとこれを支持するＬＥＤモジュールおよび前記ＬＥＤモジュールに接続された発熱素子を含むバックライトユニットの駆動方法であって、
   前記白色ＬＥＤの定常状態の色温度を設定するステップと、
   前記バックライトユニットを動作させると同時に前記発熱素子を動作させるステップと、
   前記白色ＬＥＤの色温度を測定するステップと、
   測定した前記白色ＬＥＤの色温度と、設定した前記白色ＬＥＤの定常状態の色温度を比較するステップと、
   比較の結果、測定した前記白色ＬＥＤの色温度と、設定した前記白色ＬＥＤの定常状態の色温度とが同一となった時に、前記発熱素子の動作を停止させるステップと、を含むことを特徴とするバックライトユニットの駆動方法。
7. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュールと一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニットの駆動方法。
8. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュール内の、前記白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱線であることを特徴とする請求項７に記載のバックライトユニットの駆動方法。
9. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュールと分離して形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニットの駆動方法。
10. 前記発熱素子は、前記ＬＥＤモジュール上の、前記白色ＬＥＤと接触しない領域に形成された電熱板であることを特徴とする請求項９に記載のバックライトユニットの駆動方法。

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