JP4542116B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明はLED素子を搭載する光源モジュールとそれをバックライトとして応用した液晶表示装置に関する。
液晶ディスプレイ装置に対して、発光ダイオードLED素子が搭載されるようになっている状況であるが、照明装置としての光源モジュールの構成については未だ十分に最適化が進んでおらず、大型液晶テレビ用には低消費電力や低コストの観点において課題があり、素子の動作やモジュールの駆動に関する技術は製品技術レベルに達していない状況である。
光源モジュールにLED素子を搭載し構成することにより、従来のCCFL技術では実現ができない面分割のエリア制御が可能になる。面分割エリア制御では、配線基板上の
LED素子をどのように配置構成をとり、どのように駆動させるかが重要となる。しかしながら、配線基板上の素子に対して、未だ高い印加電圧が必要であり、かつそれぞれの素子のラインに異なる印加電圧を必要としていた。
下記特許文献1では、光源モジュールやバックライトユニット,液晶表示装置において、パッケージに搭載されるLED素子を7個の単位として白色混合を行う構成であり、この構成単位で駆動することを特徴としている。詳細には、ユニット構成として7個単位をベースとして、配列を7×4或いは7×8とする例を述べている。
また、下記特許文献2では、LED光源を用いたパッケージや配列構成において、素子の構成やライン駆動について示されている。詳細には、2つ以上のピーク波長を有する一つのLED素子を搭載し、一列或いは複数列の所定間隔で配列したライン接続の基板構成を主に記載している。
特開2006−133721号公報 特開2006−286935号公報
上記特許文献1,2では、白色光混色と光学的均一性を得るために、素子の配列や2波長の素子構成について示しており、駆動としてはライン接続や基板個別接続として動作させることについて記載している。しかし、駆動させる電源の仕様や駆動条件について具体的な言及はなく、特に単一電源電圧で各LED各素子を駆動するための構成については検討されていない。
赤色(以下「R」と表記する),緑色(以下「G」と表記する),青色(以下「B」と表記する)各色のLED素子を実装して光源を構成する際、各LED素子を単一の電源電圧で駆動することが出来れば、簡易な単一電源での動作応答や、容易な電圧調整を行うことが出来る。
本発明はこのような課題に基づいたものであり、その目的は、単一電源電圧により駆動することが可能なLED光源、及びこの光源を使った液晶表示装置を実現することにある。さらに、定電源電圧で駆動するための制御について、抵抗配線の構成と材料による設計技術の内容を示し、抵抗配線の制御により、定常時の電流制御や温度変化時の電流及び光量の補償について具体的な構成を示すことにある。
上記課題を解決するため本発明では、以下のような構成をとることを示す。
本発明の構成においては、基板と、前記基板の上に設けられた配線と、前記配線上に実装される複数個の発光ダイオード素子を搭載して光源モジュールが構成される照明装置において、複数個の発光ダイオード素子が直列に接続されて単一電源電圧により動作される構成であり、個々の発光ダイオード素子が異なる電圧で動作する場合でも、複数個直列に接続することにより、前者と同じ単一電源電圧により動作することが可能であり、異なる動作電圧の発光ダイオード素子の複数個接続したラインは並列に駆動することにより、同じ単一電源電圧で駆動される、複数個の発光ダイオード素子を配線接続する光源モジュールの構成をとる。
また、上記構成のうち、複数個の発光ダイオード素子は赤色Red(R)と緑色Green(G)及び青色Blue(B)素子からなり、RGB素子は各RGBごとに独立した配線上に実装搭載されており、独立した各ライン上の各々R素子とG素子及びB素子は並列して単一電源電圧V0により動作させる構成を有しており、各RGB独立制御可能な光源モジュールと各RGB光源を混色して白色光源とする照明装置の構成をとる。
また配線上に実装される複数個の発光ダイオード素子を搭載して光源モジュールが構成される照明装置において、複数個の発光ダイオード素子は、独立した各RGBライン上で並列して単一電源電圧V0により動作させる構成をとり、詳細には前記配線上に実装搭載する各RGB素子のうち、G素子とB素子の数量をそれぞれn(G)個とn(B)個とし、G素子とB素子の動作電圧をそれぞれV(G)とV(B)とした場合、n(G)・V(G)=n(B)・V(B)の関係にあり、R素子の数量をn(R)個とし動作電圧をV(R)としたときに、n(R)=n(G)・V(G)/V(R)=n(B)・V(B)/V(R)でn(G)=n(B)<n(R)の関係があり、n(G)・V(G)=n(B)・V(B)=n(R)・V(R)=V(0)の一定電圧となる関係式の条件下において、駆動される複数個の各RGB素子を配線接続する光源モジュールの構成を特徴とする。
また上記照明装置において、複数個の発光ダイオード素子は赤色Red(R)と緑色Green(G)及び青色Blue(B)素子からなり、RGB素子は各RGBごとに独立した配線上に実装搭載されており、各RGB素子は波長の異なる2種類以上の発光ダイオード素子からなり、独立した各ライン上の各々R素子とG素子及びB素子は並列して単一電源電圧により動作させる構成を有しており、各RGB独立制御可能な光源モジュール或いは各RGB光源を混色して白色光源とする構成を特徴とする。
また上記照明装置において、複数個の発光ダイオード素子は赤色Red(R)と緑色Green(G)及び青色Blue(B)素子からなり、RGB素子は各RGBごとに独立した配線上に実装搭載されており、独立した各ライン上の各々R素子とG素子及びB素子は並列して単一電源電圧により動作させる構成を有しており、単一電源電圧で制御できる周期を配線基板のユニットとして構成し、前記ユニット構成の配線基板を単位として構成し、或いは前記ユニット構成の配線基板を複数枚配列して面分割のエリア制御に対応させる構成とし、輝度や色度を独立に制御させる上、各RGB独立制御可能な光源モジュール或いは各RGB光源を混色して白色光源とする構成を特徴とする。
また液晶表示装置において、複数の白色発光ダイオード素子、即ち青色発光ダイオード素子と光励起される蛍光体からなる白色光源を用いて、液晶表示装置に搭載されている単一電源電圧により動作させる構成を有しており、配線基板を複数枚配列して面分割のエリア制御に対応させる構成と、輝度や色度を独立に制御させる上、独立制御可能な光源モジュールとする構成を特徴とする。
さらに上記照明装置を液晶ディスプレイのバックライト光源として用いることを特徴とする液晶表示装置の構成とする。
本発明にかかるLED光源、及びこの光源を用いた液晶表示装置を実現することにより、簡易な動作応答や、電圧調整を行うことが可能となる。
本発明において、照明装置や液晶表示装置の光源モジュールにおいて、定電源電圧で駆動でき、電流や光量を制御するとともに、温度変化に対する補償が可能となる構成を以下に述べる。
以下に本発明を実施するための具体的な形態を説明する。
図1から図12を用いて、本発明の第1の実施例について説明する。
実施例1では、配線基板に複数個のRGB各色のLED素子を搭載実装し、RGB各色のLED素子の配線ラインにおいて定電源電圧となる配置構成を行う。
図1から図4までのそれぞれの配置構成では、絶縁層付金属基板或いはセラミックの基板1上に、反射板2を設けておき、R−LED素子用配線3,G−LED素子用配線4,B−LED素子用配線5のそれぞれに、R−LED素子6(610nm以上640nm以下の波長領域にピークを有する),G−LED素子7(510nm以上540nm以下の波長領域にピークを有する),B−LED素子8(445nm以上475nm以下の波長領域にピークを有する)を搭載実装し、透明樹脂9によりパッケージに封止する。ここでは、各RGBの配線ラインにおいてR−LED素子を6個搭載し、G−LED素子を4個搭載及びB−LED素子を4個搭載している。
本実施例では、通常の光源モジュールを提供するだけではなく、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして適する光源モジュールも実現できる。従来、光源モジュールに使用される発光ダイオード素子は、素子サイズが小さく0.3mm 角程度の大きさであるが、本実施例では素子サイズを大きくしかつ発光効率が十分に大きくなると、液晶ディスプレイ装置のバックライトに適する光量が得られかつ低抵抗で低電力の動作が可能になってくる。即ち、各RGB素子において、ある一定の定電圧動作に対して、必要十分な電流が流れ、その印加電流により必要十分な光量が得られるようになり、制御可能なことを見出した。素子サイズは、0.3mmより大きく1.0mmより小さい範囲の素子が望ましく、素子の電流電圧特性と光量と効率に依存して、最適サイズを判断することが要求される。
上記図1〜図4に示すように、ここではR−LED素子:G−LED素子:B−LED素子の比率を6:4:4として配置構成することにより、RGB各色を直列接続したそれぞれの配線ラインを、単一の電源電圧で駆動することが可能となる。
図5(a)(b)(c)はR,G,B各色のLED素子について電流電圧特性を示したものである。R−LED素子では電圧2V時に電流40mAの値が得られるのに対し、G−LED素子では電圧3V時に電流40mA、B−LED素子では電圧3V時に電流50mAの値が得られることが分かる。このように、バックライト光源として必要十分な電流を得るための必要電圧値をR:G:Bで2:3:3と近似できるため、上記実装構成で単一電源電圧駆動が可能となる。さらに、図1〜図4の構成では、R−LED素子を6個、G−LED素子を4個、B−LED素子を4個ごとに配置するため、バックライトとして十分な光源を得るための電源は12V電圧電源となる。このため、バックライト光源の駆動のために、液晶ディスプレイ装置に搭載される制御信号のタイミングコントーラTCON回路を駆動する12V電源電圧を併用することが可能となる。また、LED素子の個数を上記各々2倍の数量で構成することにより、電源電圧を24V電圧電源とすることもできる。電圧24Vの電源は、液晶ディスプレイ装置に搭載される24V電源電圧を併用することも可能である。
より一般的には、光源モジュールにおけるLED素子は、R−LED素子がn(R)個、G−LED素子がn(G)個、B−LED素子がn(B)個で構成され、それぞれのLED素子の動作電圧をV(R),V(G),V(B)とすると、n(R)n(G)=n(B)で、及びn(R)×V(R)=n(G)×V(G)=n(B)×V(B)の関係を満たす条件となっている。ここで、個数に関する比率は、n(R):n(G):n(B)=3:2:2であり、駆動するための最小単位の電源電圧は、n(R)×V(R)=n(G)×V(G)=n(B)×V(B)の関係では6Vになり、RGB素子を搭載する光源モジュールを駆動する電圧は6Vの整数倍6mV(m:整数)になる。
液晶表示装置に搭載される電源や車載の2次電池では、電源電圧12Vや24Vを使用することができるので、上記駆動電圧の条件における適用範囲となる。
次に、配線基板ユニット内では、各RGB素子の電流電圧特性に差が生じ特性がばらつくために、一定の電源電圧により駆動できるようにする必要がある。図6では、可変抵抗10を配線ラインに導入して、全体の配線に抵抗調整することにより、定電圧電源11に合わせて調整することができる。或いは、各RGBの配線ラインに可変抵抗10をそれぞれ導入することにより、より精度のある抵抗値により動作電圧を調整することができる。ここでは、電源電圧を12Vとした動作条件としている。
さらに、可変抵抗により定電源電圧に調整した配線基板ユニットを用いて、面分割型のエリア制御を行い、液晶ディスプレイ装置のバックライトの駆動を実現する。
図7は本実施例のLED光源の全体図を示す。
バックライトモジュール筐体12に対して、本実施例の光源モジュールユニット13を複数搭載し、面分割型のエリア制御可能なバックライトモジュールを構成できる。大型液晶ディスプレイ表示装置では、大型サイズになればなるほど、面分割型のエリア制御が有効であり、動画シーンごとに面分割で駆動する対応により、シーンごとの低電力動作が可能になってくる。駆動時における消費電力では、大型液晶テレビにおいて、例えば32型換算で8分割の8×8面分割のエリア制御を行う、配線基板ユニットの構成にすると、上記各RGB素子の発光効率と電力特性から、消費電力100Wより低い電力によって液晶ディスプレイのバックライトを駆動できる上、この動作条件をベースにして、動画シーンごとにさらに低電力で画像を映し出すことができることを意味している。
ここで、本実施例では各LED素子を単一電源電圧で駆動できるため、図7における複数の光源モジュールユニット13も当然に単一の電源電圧で駆動することが可能となる。このため、図7では、光源モジュールユニット13それぞれに電源を配置することが考えられるが、これらの電源を単一の電源で並列に構成することも可能となる。また、各配線基板ユニットは各RGB配線ラインが12Vで動作するので、液晶ディスプレイ装置に搭載される制御信号のタイミングコントローラTCON回路を駆動する12V電源電圧と同様の電源電圧を使用することができる。即ち、液晶ディスプレイ装置に内蔵である電源電圧に合わせて、各配線基板ユニットを並列に12Vで動作せることができる。これにより、外部の特定の電源電圧が不必要になるので、簡易な単一電源での動作対応と容易な電圧調整を同時に達成する照明装置を適用できる。
上記LED光源モジュールを用いた液晶表示装置全体の構成について説明する。
本発明の実施例において、発光ダイオード素子を実装搭載する、大型液晶表示装置の断面構成を図8に示す。バックライトモジュール筐体12上に、各光源モジュールユニット13を搭載するモジュールを構成する。各光源モジュールユニット13のパッケージから出射されるバックライト光線14は、拡散板15,正プリズムシート16,拡散フィルム17,下部偏光板18,薄膜トランジスタ回路とカラーフィルタ及び液晶パネル19,上部偏光板20を透過して、液晶パネル表示装置を照明する。
本実施例の液晶パネル表示装置を構成するバックライトモジュールには、上記各RGBLED素子の構成と配線基板ユニットの構成に関する内容が組み込まれている。上面図を示す図9では、大型液晶テレビに対応する構成であり、バックライト筺体21,駆動回路22及び大型液晶表示パネル23を組み込んで構成される。バックライトモジュールにおいて、光源モジュールの配線基板ユニット内の回路構成を図10に示し、バックライトモジュール筺体全体における回路構成を図11に示す。図10の光源モジュールの配線基板ユニットでは、各RGBラインで一定の電圧電源で駆動できるようにしておき、トランジスタ24を用いて信号によりスイッチングできるようにしておく。図11のバックライトモジュール全体では、制御回路は横方向と縦方向のシフトレジスタによって構成されており、各配線基板ユニットのオンオフを制御しており、各ユニット内では、フリップフロップ25の出力をトランジスタ24のゲートに入力し、各RGBラインのLED素子をオンオフさせて、縦横の信号制御に対応している。これにより、各配線基板ユニットを面分割エリア制御として駆動することができる。
本実施例の発光ダイオード素子の構成と配線基板ユニットの構成は、照明装置の光源モジュールや大型液晶パネル表示装置のみならず、中小型液晶表示装置である、パーソナルコンピュータ用液晶パネル及びカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。図12には、バックライトモジュール及び光学系を含む中小型液晶表示パネル26と、回路配線27、及び駆動回路28の構成を示す。本実施例の光源モジュールをバックライトとした照明装置に適用でき、一定の電源電圧で駆動できる中小型液晶表示装置も提供できる。
本発明実施例により、大型及び中小型の液晶表示装置において、各配線基板ユニットを対応させて搭載構成し、定電源電圧で駆動し、面分割型のエリア制御により、シーンごとに分割画像制御と電力制御を可能とすることができる。バックライトモジュールにおいて、各配線基板ユニットを光学的に配置構成することにより、必要とされる輝度分布や色度分布の均一性を確保できる。
図13〜図15を用いて、本発明の第2の実施例を説明する。
本実施例では、上記実施例1と同様に配線基板ユニットを構成するが、各RGB−LED素子の配線ラインには、配線抵抗をあらかじめ設けておく点に特徴がある。配線基板ユニット内では、各RGB−LED素子の電流電圧特性に差が生じて特性がばらつくために、一定の電源電圧により駆動できるようにする必要がある。液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、駆動に要求される定電源電圧12Vで動作するようにするため、各RGB素子の配線ラインにあらかじめ要求される抵抗値をモニタしておく。このモニタしてある抵抗値と、実際に検査工程において、測定評価した抵抗値を比較することにより、どの程度の差が生じているか判断できる。検査時において行うのは、各ラインのLED素子点灯検査と同時に、ファンクショントリミングにより抵抗配線の抵抗値を調整することにより、駆動電圧を12V動作とするように、フィードバック制御する機能である。
図13では、各配線基板ユニットにおいて、事前に設定しておいた抵抗配線29に対して必要な抵抗値を得るための配線加工を行う。ここでは、レーザ加工の工程により、初期の配線抵抗を示す図13(a)の抵抗部30から、検査工程により必要な抵抗値を設定するため、図13(b)のトリミング抵抗部31へ調整するファンクショントリミングを適用する。上記の検査工程時においては、必要な抵抗値を設定する際に、液晶ディスプレイ装置のバックライトが定常的に動作する環境として、動作時の環境温度を例えば40〜
50℃の範囲に設定した動作条件としておくことができる。配線基板上の素子抵抗を配線抵抗によって調整する上記ファンクショントリミングを適用することにより、特定の動作環境温度時を設定すると、図6で必要であった可変抵抗10は構成する必要がなくなる。また検査工程と配線抵抗の調整により、配線基板ユニットごとに素子特性のばらつきに対応した動作電流の調整を実現できる。これらにより、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、動作環境時に最も適切な条件の下で動作電圧を設定でき、かつ発光効率を考慮した光量を必要十分に確保するようにできる。実施例1と同様に、抵抗調整と動作電圧を規定した上記配線基板ユニットを実装配置することにより、図14に示す一定の電源電圧で動作するバックライトモジュールを提供できる。
図15には、各RGBラインの電流電圧特性と、導入する配線抵抗との動作点に関する例を示す。これによると、各RGBラインともに、設定する配線抵抗の調整値によって、動作電圧12Vの条件のもとで動作電流は40〜50mAまで設定可能であることが判る。各RGBラインの抵抗値設定によって、LED素子に注入する電流も制御でき、検査時の配線抵抗の調整により、配線基板ユニットごとに素子特性のばらつきに対応した動作電流の調整を実現できる。バックライトモジュール全体として必要とされる設計に基づいて、所定の光量と白色バランスについても、配線基板ユニットごとに設計できることになる。
これらにより、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、動作環境における動作電流を制御でき、実用上で必要とされる使用条件の下で動作電圧を設定でき、かつ発光効率を考慮した光量を必要十分に確保するようにできる。
本発明における実施例により、各RGB−LED素子を単一の定電圧電源で動作させ、各配線基板ユニットを液晶ディスプレイ装置に内蔵の12V定電源電圧で駆動できる構成を実現できる。その上に、抵抗値の制御により、定電源電圧で駆動できる配線基板ユニットを提供する。本実施例の発光ダイオード素子の構成と配線基板ユニットの構成は、照明装置の光源モジュールのみならず、テレビ用液晶パネル表示装置や、パーソナルコンピュータ用液晶パネル及びカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
図16〜図28を用いて、本発明の第3の実施例を説明する。
本実施例では、上記実施例2と同様に配線基板ユニットを構成するが、各RGB−LED素子の配線ラインに、ツェナーダイオード素子を設けることに特徴がある。本実施例では、検査時において、各ラインのLED素子点灯検査と同時に、ファンクショントリミングにより抵抗配線の抵抗値を調整することと、ツェナーダイオード素子を用いることにより動作電圧の温度補償も行いながら、駆動電圧を12V或いは24V動作とする構成にする機能を有する。
まず、R−LED素子のラインに適用した例を示す、図16では、R−LED素子の配線ラインに対して、ツェナーダイオード素子を設ける場合を示す。配線ラインには、R−LED素子が4個とツェナーダイオード素子が実装され配置されている。R−LED素子4個の動作電圧7〜8Vとツェナーダイオード素子の動作電圧4〜5Vにより、R−LED素子の配線ラインを電圧12V近傍で駆動できるようにする。この際、レーザ加工等の工程により、初期の配線抵抗を示す図16(a)の抵抗部30から、検査工程により必要な抵抗値を設定するため図16(b)のトリミング抵抗部31へ調整するファンクショントリミングを適用する。トリミング抵抗部31により、R−LED素子の配線ラインの動作電圧を12Vに調整可能である。図17(a)(b)では、R−LED素子の配線ライン上の配線抵抗を導入せずに、ツェナーダイオード素子の内部抵抗を考慮して、動作電圧
12Vに設定する場合を示す。図16及び図17において、GとB−LED素子の配線ラインは、配線抵抗の調整により、動作電圧12Vに設定する。
上記ツェナーダイオード素子において、動作電圧の温度係数を考慮して設計することにより、温度変化に対するR−LED素子の動作電圧変化量を補償することが可能である。図18は、R−LED素子の電圧変化量を動作温度とともにプロットしたものである。半導体からなる発光ダイオード素子は、温度に対する伝導体キャリアの活性化により、定電流条件では、温度が高いほど電圧は低くなる。このため、LED素子の電圧変化量の温度係数は負となる。図18における、定電流時の電圧変化量に対して、A線で示される正の温度係数をもつ動作条件が可能なツェナーダイオード素子を選択することにより、R−
LED素子の定電流時電圧変化量は補償することができる。A線で示される温度係数は、ツェナーダイオード素子に少なくとも10V以上印加する場合である。他方、LED素子では、温度が変化しても、定光量で定輝度の条件のもとで、駆動することが必要となる。このため、定光量で定輝度の条件における、動作電圧の温度依存性を調べると、図18に示す結果が得られた。この条件下におけるR−LED素子の動作電圧変化量を補償するのは、B線で示すラインである。B線で示される温度係数は、ツェナーダイオード素子を4−6Vで動作させたときに得られる正の温度係数である。これにより、定光量で定輝度の条件で動作するR−LED素子の電圧温度変化量を補償することがより低い電圧で実現される。即ち、配線ライン上のR−LED素子の動作電圧と、ツェナーダイオード素子の動作電圧を足し合わせて、動作電圧12Vを実現できる。さらに、ツェナーダイオード素子の動作電圧変化の温度係数により、R−LED素子の電圧変化量をキャンセルして温度補償することが同時に達成される。上記配線基板ユニットを配列することにより、実施例1や2と同様に、図19に示す一定の電源電圧で動作するバックライトモジュールを提供できる。
次に、ツェナーダイオード素子をGとB−LED素子の配線ラインにも適用した場合を示す。図20(a)(b)では、各RGB−LED素子の配線ラインにツェナーダイオード素子をそれぞれ搭載している。図21では、ツェナーダイオード素子の内部抵抗を考慮して設計することにより、配線抵抗を導入せずに、動作電圧の調整が可能となる場合を示す。図20及び図21ともに、R−LED素子に対するツェナーダイオード素子の効果は上記で示した通りである。GとB−LED素子の配線ラインに対しては、電圧温度変化量が大きくなるため、ツェナーダイオード素子の動作電圧を高くする必要がある。このため、GとB−LED素子の配線ラインには、図20及び図21に示す定電圧電源33に定電圧24Vを適用してある。図22(a)(b)(c)には、R−LED素子だけでなく、GとB−LED素子の電圧温度変化量を示してある。GとB−LED素子では、定光量で定輝度の条件で動作する場合において、電圧温度変化量は定電流時の条件に近い傾向を示している。このため、ツェナーダイオード素子の動作電圧を高くして、補償する動作電圧の温度係数を大きくする必要があることが判る。
図23と図24及び図25では、ツェナーダイオード回路34を導入して、R−LED素子の配線ラインに定電圧12Vの定電圧電源11を設定し、GとB−LED素子の配線ラインに定電圧24Vの定電圧電源33を適用して、配線基板ユニットとバックライト筐体モジュールを構成した場合を示す。また、図26と図27及び図28では、R−LED素子の配線ラインと、GとB−LED素子の配線ラインに定電圧24Vの定電圧電源33を共通に適用して、配線基板ユニットとバックライト筐体モジュールを構成した場合を示す。どちらにおいても、配線基板ユニット単位で各RGB−LED素子の配線ラインの電圧温度変化量を補償させることができる。
これらにより、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、動作環境時の温度に対しても、温度補償回路を別に導入することなく、設計した動作電圧の温度補償を実現できる。温度補償する動作電圧は、定光量で定輝度の条件で動作する電圧印加条件となる。
本発明における実施例により、各RGB−LED素子を定電圧電源12V或いは24Vで動作させることができ、液晶ディスプレイ装置に内蔵の定電圧電源で交流直流変換用電源電圧24Vから分配して駆動できる構成を実現できる。その上に、ツェナーダイオード素子を導入することにより、動作電圧の温度変化量をキャンセルした温度補償制御を可能とした配線基板ユニットを提供する。さらに、本実施例の発光ダイオード素子の構成と配線基板ユニットの構成は、照明装置の光源モジュールのみならず、テレビ用液晶パネル表示装置や、パーソナルコンピュータ用液晶パネル及びカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
次に、本発明の第4の実施例について、図29から図36を用いて説明する。
本実施例では、実施例1の構成に加え、光源モジュールに実装するLED素子の一部を光源以外の他の用途に用いる点に特徴を有する。特に、実施例1で説明した光源モジュールユニットでは、B,GのLED素子4個に対し、R−LED素子6個を実装する構成であるため、R−LED素子の一部を光源以外の他の用途、例えば赤外通信の用途として用いることが考えられる。
この結果として、本実施例では、複数個のRGB−LED素子は波長の異なる少なくとも2種類の素子からなり、独立した各ライン上のR素子とG素子及びB素子は並列して単一電源電圧により動作させる構成を有す構成をとる。
以下、具体的な構成について説明する。
配線基板ユニットの中で、白色バランスをとり、輝度及び色度の均一性が確保できている条件の下、各RGB−LED素子において波長が異なる素子を導入することができる。図29では、各RGB−LED素子のうち、例えばR−LED素子では、6個の素子のうち、4個を用いることにより、バックライトとして必要とされる輝度と白色バランスを保ちながら、残りの2個のLED素子は、赤外LED素子35に設定することを示している。配線基板ユニットの実装形態において、R−LED素子の赤色可視光波長域(610〜640nm範囲)と赤外LED素子の赤外波長域(780〜1100nm範囲)を使い分けることにより、赤外線通信の可能な波長の異なる少なくとも2種類の発光ダイオード素子からなる光源モジュールを構成することができる。赤外線通信には、受光検知器センサーの感度が高い波長として、950nm前後で830〜1030nm範囲であるLED素子を搭載していることが望ましい。
赤外波長域のLED素子は、赤外線通信により照明装置や液晶ディスプレイ装置の外部との信号のやり取りを可能とし、双方向通信の光源としても使用することができる。赤外線通信により、照明装置や液晶ディスプレイ装置から、文字情報や音楽情報、或いは映像に付随する情報を受け取ることが可能である。受信側の機器は、パーソナルコンピュータや情報端末機器があり、或いは記録メディアへの転送なども対象となる。
図30では、上側に示す、通常ディスプレイ表示装置に1フレームの映像信号に対して、下側に示すように、映像信号に高速変調の通信用信号を重畳させることが可能である。R−LED素子の配線ラインを駆動する信号に対して、赤外LED素子を通じて赤外線通信を外部機器と行うことができるようになる。
図30では、バックライトに印加する信号波形について、1フレーム中にパルス幅変調PWM制御で印加した場合を示している。上の方に、通常の従来技術によるバックライト信号の電圧波形を示し、下の方に、本実施例におけるバックライト信号の電圧波形を示す。通常のバックライト信号は、映像信号と同期させてPWM制御しており、電圧I(1)レベルの大きさで矩形状の波形により対応させている。これに対して、本実施例では、電圧I(0)レベルの波形を土台として、電圧I(1)レベルの櫛型状の波形を重畳させることによって、バックライト信号波形を形成している。ここで、通常のバックライト信号の強度と同程度の強度にするため、電圧I(0)レベルの波形幅を通常より広く設定するか或いは電圧I(1)レベルの波形高さを通常より高く設定することにより、強度を調整することができる。上記バックライトの輝度調整を行いながら、電圧I(1)レベルの各櫛型波形の幅を調節することによって、バックライト照射とは別の信号を送信することができる。本実施例では、R−LED素子の配線ラインにおいて、赤外LED素子を搭載しており、上記櫛型波形の信号を重畳しているので、外部赤外線検知器と赤外線通信を行うことができる。R−LED素子は、液晶パネルを照射するバックライト光源として、赤外LED素子は、赤外線通信用の光源として、機能させることができることになる。
外部の赤外線検知器を有する受信機器は、テレビのリモコン機器であるか、或いはパーソナルコンピュータであるか或いはPDA機器であるか、さらには無線対応を有する機器であってもよい。これにより、バックライト信号に重畳させる赤外線の信号により、本実施例のバックライト光源を有するディスプレイ表示装置から、所望の信号を取り出すことが可能となる。つまり、液晶ディスプレイ表示装置と情報端末機器との信号のやり取りが実現されることになる。
図31には、上記実施例と同様に、配線抵抗を導入して、定電圧電源12Vの動作を可能とした構成を示している。また、図31には、上記実施例と同様に、ツェナーダイオード素子を導入して、定電圧電源24Vの動作を可能とした構成を示している。図33と図34には、ツェナーダイオード素子を導入した実施例と同様に、それぞれ配線基板ユニットの回路構成とバックライト筐体モジュールの回路構成を作製できることを示す。
図35と図36は、赤外LED素子を搭載する光源モジュールユニット36を配置した大型液晶表示装置である。大型液晶テレビに対応する構成を示し、バックライト筺体21,駆動回路22及び大型液晶表示パネル23を組み込んで構成される。赤外線通信を行う対象機器や送信する信号情報により、赤外LED素子を搭載する配線基板ユニットの配置構成は使い分けることができる。
また、各RGB−LED素子において、波長が異なる素子を導入することもできる。配線基板ユニット単位において、輝度や白色バランスが保たれていればよいので、それぞれのLED素子において異なる2つの波長を有するRGB−LED素子を搭載していてもよい。
また、各RGB−LED素子のうち、例えばB−LED素子では、配線基板ユニットの実装形態において、可視光の青色波長域と紫外光の波長域を有する波長の異なる少なくとも2種類の発光ダイオード素子からなる光源モジュールを構成することもできる。紫外波長域のLED素子は、蛍光体を封止する白色光源として使用することもできる。
本発明における実施例により、各RGBの発光ダイオード素子を単一の定電圧電源で動作させ、各配線基板ユニットを液晶ディスプレイ装置に内蔵の定電源電圧12V或いは
24Vで駆動できる構成を実現できる。さらに、光源として波長の異なる少なくとも2種類の発光ダイオード素子を使用することができ、波長によって特徴的な機能と用途を適用することができる。本実施例の発光ダイオード素子の構成と配線基板ユニットの構成は、照明装置の光源モジュールのみならず、テレビ用液晶パネル表示装置や、パーソナルコンピュータ用液晶パネル及びカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明の第5の実施例について、図37〜図48を用いて、説明する。
本実施例では、青色LED素子と青色光に光励起される蛍光体とからなる白色LED光源を用いた液晶表示装置の構成について説明する。
図37から図40までのそれぞれの配置構成では、絶縁層付金属基板或いはセラミックの基板1上に、反射板2を設けておき、B−LED素子用配線5のそれぞれに、B−LED素子8を搭載実装し、蛍光体37を封入し透明樹脂38によりパッケージに封止する。ここでは、配線ラインにおいて、B−LED素子を4個搭載している。
以下、具体的な構成について説明する。
図41には、上記実施例と同様に、配線抵抗を導入して、定電圧電源12Vの動作を可能とした構成を示している。また、図42には、上記実施例と同様に、ツェナーダイオード素子を導入して、定電圧電源24Vの動作を可能とした構成を示している。図43と図44には、それぞれ配線抵抗及びツェナーダイオード素子を導入した場合の配線基板ユニットを実装配置した、バックライト筐体モジュールを示し、それぞれ電源電圧12V及び24Vで動作させることができることを示す。
図45と図46には、ツェナーダイオード素子を導入した場合を示し、それぞれ配線基板ユニットの回路構成とバックライト筐体モジュールの回路構成を作製できることを示す。
図47は、白色LED素子を搭載する配線基板ユニットを配置した大型液晶表示装置である。大型液晶テレビに対応する構成を示し、バックライト筺体21,駆動回路22及び大型液晶表示パネル23を組み込んで構成される。
図48には、白色LED素子を搭載するバックライトモジュール及び光学系を含む中小型液晶表示パネル26と、回路配線27、及び駆動回路28の構成を示す。本実施例の光源モジュールをバックライトとした照明装置に適用でき、一定の電源電圧で駆動できる中小型液晶表示装置も提供できる。
本発明における実施例により、白色LED素子を単一の定電圧電源で動作させ、各配線基板ユニットを液晶ディスプレイ装置に内蔵の定電源電圧12V或いは24Vで駆動できる構成を実現できる。液晶表示装置のサイズは大型及び中小型に限らず、各配線基板ユニットを対応させて搭載構成し、定電源電圧で駆動し、面分割型のエリア制御により、シーンごとに分割画像制御と電力制御を可能とすることができる。バックライトモジュールにおいて、配線基板ユニットを光学的に配置構成することにより、白色光源の必要とされる輝度分布や色度分布の均一性を確保できる。本実施例の発光ダイオード素子の構成と配線基板ユニットの構成は、照明装置の光源モジュールのみならず、テレビ用液晶パネル表示装置や、パーソナルコンピュータ用液晶パネル及びカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明内容は、高輝度白色光源の照明装置や、大型液晶テレビ用の液晶表示装置や携帯電話やパソコン用などの中小型液晶表示装置に対するバックライトモジュール及びバックライト光源として適用できる。
本発明における各発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における各発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における各発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における各発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明の各RGB発光ダイオード素子((a)R−LED素子,(b)G−LED素子,(c)B−LED素子)における電流電圧特性の例を示す図。 本発明の定電圧電源駆動と抵抗調整を行う配線基板ユニットを構成する上面図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の配線基板ユニットを搭載するバックライト筐体と光学系の構成を示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを用いた大型液晶パネル表示装置の上面図。 本発明の配線基板ユニットに搭載する回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを用いた中小型液晶パネル表示装置の上面図。 本発明の抵抗配線を搭載する配線基板ユニットを構成する上面図((a)トリミング前抵抗配線,(b)トリミング後抵抗配線)。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の各RGB発光ダイオード素子((a)R−LED素子,(b)G−LED素子,(c)B−LED素子)の直列配置における電流電圧特性と動作点の例を示す図。 本発明の抵抗配線とツェナーダイオードを搭載する配線基板ユニットを構成する上面図((a)トリミング前抵抗配線,(b)トリミング後抵抗配線)。 本発明の抵抗配線とツェナーダイオードを搭載する配線基板ユニットを構成する上面図((a)トリミング前抵抗配線,(b)トリミング後抵抗配線)。 本発明のR発光ダイオード素子の直列配置における温度に対する電圧変化量の例を示す図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の抵抗配線とツェナーダイオードを搭載する配線基板ユニットと定電圧電源を構成する上面図((a)トリミング前抵抗配線,(b)トリミング後抵抗配線)。 本発明のツェナーダイオードを搭載する配線基板ユニットと定電圧電源を構成する上面図。 本発明の各RGB発光ダイオード素子((a)R−LED素子,(b)G−LED素子,(c)B−LED素子)の直列配置における温度に対する電圧変化量の例を示す図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の配線基板ユニットに搭載する回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の配線基板ユニットに搭載する回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の赤外発光ダイオード素子と抵抗配線を搭載する配線基板ユニットと定電圧電源を構成する上面図。 本発明の配線基板ユニット搭載の赤外発光ダイオード素子におけるパルス信号と重畳信号の例を示す図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の配線基板ユニットに搭載する回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の赤外発光ダイオード素子搭載のバックライトモジュール大型液晶パネル表示装置の上面図。 本発明の赤外発光ダイオード素子搭載のバックライトモジュール大型型液晶パネル表示装置の上面図。 本発明における白色発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における白色発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における白色発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明における白色発光ダイオード素子を搭載実装する配線接続を示す上面図。 本発明の抵抗配線を搭載する配線基板ユニットを構成する上面図。 本発明のツェナーダイオードを搭載する配線基板ユニットと定電圧電源を構成する上面図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動する面分割型エリア制御のバックライト構成を示す上面図。 本発明の配線基板ユニットに搭載する回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の定電圧電源駆動面分割型エリア制御の回路構成を示す上面図。 本発明の赤外発光ダイオード素子搭載のバックライトモジュール大型液晶パネル表示装置の上面図。
符号の説明
1 基板
2 反射板
3 R−LED素子用配線
4 G−LED素子用配線
5 B−LED素子用配線
6 R−LED素子
7 G−LED素子
8 B−LED素子
9,38 透明樹脂
10 可変抵抗
11,33 定電圧電源
12 バックライトモジュール筺体
13,36 光源モジュールユニット
14 バックライト光線
15 拡散板
16 正プリズムシート
17 拡散フィルム
18 下部偏光板
19 薄膜トランジスタ回路とカラーフィルタ及び液晶パネル
20 上部偏光板
21 バックライト筺体
22 駆動回路
23 大型液晶表示パネル
24 トランジスタ
25 フリップフロップ
26 中小型液晶表示パネル
27 回路配線
28 駆動回路
29 抵抗配線
30 抵抗部
31 トリミング抵抗部
32 ツェナーダイオード
34 ツェナーダイオード回路
35 赤外LED素子
37 蛍光体

Claims (19)

  1. 基板と、
    前記基板上に設けられた複数の配線と、
    前記配線上に実装された複数のLED素子と、を有する光源モジュールが構成された照明装置において、
    前記複数のLED素子は複数の赤色LED素子,複数の緑色LED素子,複数の青色LED素子を有し、
    前記複数の配線は、前記複数の赤色LED素子を直列に実装した配線、前記複数の緑色LED素子を直列に実装した配線、前記複数の青色LED素子を直列に実装した配線を有し、
    前記複数の配線は並列に接続され単一の電源電圧で駆動され
    前記単一の電源電圧は液晶表示装置に搭載される電源電圧と併用される
    照明装置。
  2. 前記光源モジュールにおける前記LED素子は、
    前記赤色LED素子がn(R)個、前記緑色LED素子がn(G)個、前記青色LED素子がn(B)個で構成され、
    前記赤色LED素子、緑色のLED素子、青色のLED素子の動作電圧はそれぞれV(R),V(G),V(B)であり、
    n(R)n(G)=n(B)、
    及びn(R)×V(R)=n(G)×V(G)=n(B)×V(B)の関係を満たす
    請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記光源モジュールにおける前記複数のLED素子は、
    前記赤色のLED素子:前記緑色のLED素子:前記青色のLED素子=3:2:2の比率で実装される
    請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記光源モジュールを複数有し、
    前記複数の光源モジュールそれぞれにおける電源電圧が等しい
    請求項1に記載の照明装置。
  5. 前記光源モジュールを複数有し、
    前記複数の光源モジュールそれぞれにおける電源電圧が等しく、
    前記電源電圧は6m(mは整数)Vで表記される値を有している
    請求項1に記載の照明装置。
  6. 前記複数の光源モジュールの夫々は、
    前記赤色のLED素子が6個、前記緑色のLED素子が4個、前記青色のLED素子が4個の単位で構成され、
    前記複数の光源モジュールの夫々の電源電圧は12Vである
    請求項5に記載の照明装置。
  7. 請求項5に記載の照明装置と、前記照明装置から光を供給する液晶パネルと、を有する液晶表示装置であり、
    前記複数の光源モジュールは、前記液晶パネルが搭載する電源より供給され印加されるタイミングコントローラ回路の12V電源電圧と同じ電圧により駆動される
    液晶表示装置。
  8. 前記複数の光源モジュールは、それぞれが独立に輝度の制御を行う
    請求項7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記複数の光源モジュールの夫々は、
    前記赤色のLED素子が12個、前記緑色のLED素子が8個、前記青色のLED素子が8個の単位で構成され、
    前記複数の光源モジュールの夫々の電源電圧は24Vである
    請求項4に記載の照明装置。
  10. 請求項9に記載の照明装置と、前記照明装置から光を供給する液晶パネルと、を有する液晶表示装置であり、
    前記複数の光源モジュールは、前記液晶パネルが搭載する交流直流変換の24V電源により駆動される
    液晶表示装置。
  11. 前記複数の光源モジュールは、それぞれが独立に輝度の制御を行う
    請求項10に記載の液晶表示装置。
  12. 前記複数の光源モジュールの夫々は、一定電圧の電源により駆動され、前記電源電圧は12V或いは24Vであり、前記電源電圧により駆動され、
    前記赤色のLED素子のラインと、前記緑色のLED素子のラインと、前記青色のLED素子のラインには、それぞれのラインにおいて、ツェナーダイオードが少なくとも1個搭載されており、それぞれのラインが独立に輝度の制御を行い、
    前記ツェナーダイオード素子は前記複数のLED素子における動作電圧の温度係数を考慮する
    請求項に記載の液晶表示装置。
  13. 前記複数の赤色LED素子,前記複数の緑色LED素子,前記複数の青色LED素子のいずれかは、波長の異なる2種類以上のLED素子を有する
    請求項1に記載の照明装置。
  14. 前記複数の赤色LED素子は、光源用及び赤外通信用の発光波長の異なる2種類のLED素子を有し、
    前記照明装置に印加される信号波形は映像信号波形に通信用信号波形が重畳されている
    請求項13に記載の照明装置。
  15. 前記複数の赤色LED素子を直列に実装した配線、前記複数の緑色LED素子を直列に実装した配線、前記複数の青色LED素子を直列に実装した配線の夫々は、素子抵抗を有し、
    前記素子抵抗を前記配線の配線抵抗によって調整するファンクショントリミングを適用する
    請求項1に記載の照明装置。
  16. 前記素子抵抗は、前記LED素子の温度依存性を打ち消すよう、温度係数を制御した温度補償制御である
    請求項15に記載の照明装置。
  17. 一対の透明基板と、
    前記一対の透明基板間に配置する液晶層と、を有する液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面に設けられた請求項1に記載の照明装置と、を有する
    液晶表示装置。
  18. 一対の透明基板と、
    前記一対の透明基板間に配置する液晶層と、を有する液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面に設けられた照明装置と、を有する液晶表示装置であり、
    前記照明装置は、
    基板と、
    前記基板上に設けられた複数の配線と、
    前記配線上に実装された複数の白色LED素子と、を有する光源モジュールを複数有し、
    前記複数の白色LED光源は複数の青色LED素子と前記青色LED素子により光励起される蛍光体からなるパッケージ構成を有し、
    前記複数の配線は、前記複数の白色LED光源を直列に実装した配線を有し、
    前記複数の配線は並列に接続され単一の電源電圧で駆動され、
    前記単一の電源電圧は前記液晶表示装置に搭載される電源電圧と併用される
    液晶表示装置。
  19. 前記照明装置が有する前記複数の光源モジュールは、それぞれが独立に輝度の制御を行う
    請求項18に記載の液晶表示装置。
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