JP4836753B2

JP4836753B2 - Ｌｅｄ制御装置

Info

Publication number: JP4836753B2
Application number: JP2006307291A
Authority: JP
Inventors: 貴史安本
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP2008124284A

Description

本発明はＬＥＤを液晶表示装置のバックライトとして用いる際、特に冷間点灯時における高速加熱時において周囲との温度差でＬＥＤが劣化することを防止し、高寿命化することができるようにしたＬＥＤ制御装置に関する。

電流を流すと所定の色に発光する半導体素子であるＬＥＤ(Light Emitting Diode)は、白熱灯や蛍光灯に比べて長寿命であり、視認性が良好で屋内外を問わずに幅広く使うことができ、小型化が容易で照明器具として自由な設計が可能になるとともに、小電力でも点灯可能であり、熱線や紫外線をほとんど含まず、調光・点滅が自在など、多くの長所がある。そのため、各種電気製品の意匠効果を高めるため、ノブ照明等に多色ＬＥＤの組み合わせでバリエーションのある照明が商品企画されている

また、このようなＬＥＤは液晶表示装置［ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)］のバックライト光源にも採用されるようになってきた。即ち、液晶表示装置は２枚のガラス板の間に特定の液体を封入し、電圧をかけることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで像を表示する構造になっており、液晶自体は発光しないので、明るいところでは自然光の反射光を用いることができるが、暗いところでは背後に照明用の光源としてのバックライトを設ける必要がある。このような液晶表示装置のバックライトとして従来は冷陰極管（CCFL）が用いられてきたが、より色再現性の良い光源としてＬＥＤが注目され、次第に使用されるようになっている。また最近の携帯機器では白色ＬＥＤを光源とした製品が主流になっており、車載機器においても車載ナビゲーション装置のモニタを初め、車載機器の各種表示パネルにも用いられるようになっている。

従来から用いられてきた前記の冷陰極管(CCFL)においては、その暗黒効果によって、低温時に輝度が暗いという問題があった。その対策として低温時には一定時間だけ電流量を増やして輝度を向上させる、低温ブースト技術が用いられていた。それに対して近年用いられているＬＥＤの場合は、低温での立ち上がりも速く、瞬時に希望の輝度を得ることができるようになっている。

ＬＥＤのこのような点灯時の立ち上がりの良さは、逆に冷間時において問題を生じ、その対策技術が特許文献１に記載されている。即ち、特に周囲の温度が低い冷間時にＬＥＤを点灯すると、ＬＥＤの外装であるレンズやケースの温度と内部にある発光結晶の温度の差により、ＬＥＤの外装と発光結晶に応力が加わり、発光効率が低下したり、クラックが生じて故障するという問題があり、この技術においては、第１実施例として周囲の温度を検出し、所定温度以下のときには周囲温度に応じた点灯時間比率での間欠点灯を行い、第２実施例としてＬＥＤ保護電源でＬＥＤ保護ケースを暖め、第３実施例として外気温度が一定温度以下になったときＬＥＤ保護電源でＬＥＤとパネルをヒータで加熱するというものである。
特開２００１−２４２３９号公報

ＬＥＤを用いた機器における、冷間時に点灯を行うときの周囲の物体との温度差による問題点を解決する前記技術においては、第１実施例として周囲の温度が所定温度以下のときには周囲温度に応じた点灯時間比率での間欠点灯を行うものが示されているが、この技術では周囲の温度を検出する温度センサを必要とする。そのため装置が高価なものとならざるを得ないほか、温度検出信号により点灯時間比率を制御する回路が別途必要となる。

またこの技術においては、単に周囲の温度に対応した点灯時間比率で間欠点灯を行うことを考えているのみで、実際にはどの程度の時間をかけて加熱すればよいのかの検討を行っていない。特に、ＬＥＤを液晶表示装置のバックライトとして用いるときには、その表示装置がテレビのような場合にはできる限り素早く定常の明るさになることが望まれる。そのため、前記のような技術においては、温度差による前記問題点を解決しつつ、できる限りの短時間で定常の明るさになるように設定することとなるが、ＬＥＤが配置されている周囲の物体との関係によって温度上昇速度が異なり、周囲の温度に応じた所定の速度で間欠点灯を行っても、ＬＥＤを使用している各種の態様によって適切な温度上昇速度とならない問題点もある。

また、ＬＥＤを低温時点灯するときの急激な発熱による問題としては、前記文献に記載しているＬＥＤ自体とＬＥＤの外装物体との温度差による問題点のほか、例えば疑似白色ＬＥＤの場合のように、特定の色の発光素子の光を所定の色の蛍光体に励起させて所望の色に発光させるＬＥＤにおいては、蛍光体の特性により光束の低下や色度変化が生じ、更に結露による劣化が生じるという問題も指摘されている。

したがって本発明は、ＬＥＤをバックライトとして用いるとき、低温時にＬＥＤを点灯するとき急激な温度上昇を生じることを、簡単な手段により、確実に防止することを主たる目的とする。

本発明に係るＬＥＤ制御装置は、前記課題を解決するため、液晶表示装置の背面に設置され、該液晶表示装置と連動して作動する液晶表示装置用ＬＥＤバックライトのＬＥＤ制御装置において、前記液晶表示装置への電源投入後における所定の初期定常画面を表示する時間に対応した起動制御時間を設定する起動制御時間設定手段と、前記起動制御時間設定手段で設定した起動制御時間内において、前記ＬＥＤに供給する電流を次第に増加し、起動制御時間終了後に定常の電流を供給するように制御する起動電流制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る他のＬＥＤ制御装置は、前記ＬＥＤ制御装置において、前記起動電流制御手段が、前記電源投入後、画像が表示されていない期間には、その後の画像表示期間よりＬＥＤへの供給電流の増加割合を少なく設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る他のＬＥＤ制御装置は、前記ＬＥＤ制御装置において、前記液晶表示装置が、画像が表示されない第１の期間と、機器作動待機状態を表示する第２の期間と、機器作動状態を表示する第３の期間を経て前記初期定常画面を表示するものであり、前記起動電流制御手段は、第１の期間から第３の期間まで順に供給電流の増加割合が大きくなるように設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る他のＬＥＤ制御装置は、前記ＬＥＤ制御装置において、前記起動電流制御手段は、前記電源投入後、画面が表示されていない期間には経過時間に比例して増加する電流を供給し、その後は前記初期定常画面の表示まで指数関数で次第に増加する電流を供給することを特徴とする。

また、本発明に係る他のＬＥＤ制御装置は、前記ＬＥＤ制御装置において、前記起動電流制御手段による制御は、パルス幅の制御により行うことを特徴とする。

本発明は上記のように構成したので、液晶表示装置と連動してＬＥＤバックライトが作動するとき、液晶表示装置への電源投入後における所定の初期定常画面を表示する時間を利用し、ＬＥＤへの供給電流を徐々に増加するように制御することができ、温度センサを特に用いることなく、低温時にＬＥＤを点灯するとき急激な温度上昇を生じることによって、ＬＥＤが劣化することを確実に防止することができる。

本発明はＬＥＤの低温状態下での起動時に、急激な温度変化によりＬＥＤが劣化することを簡単な手段で防止する、という課題を、液晶表示装置の背面に設置され、該液晶表示装置と連動して作動する液晶表示装置用ＬＥＤバックライトのＬＥＤ制御装置において、前記液晶表示装置への電源投入後における所定の初期定常画面を表示する時間に対応した起動制御時間を設定する起動制御時間設定手段と、前記起動制御時間設定手段で設定した起動制御時間内において、前記ＬＥＤに供給する電流を次第に増加し、起動制御時間終了後に定常の電流を供給するように制御する起動電流制御手段とを備えることにより実現した。

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１（ａ）は本発明の実施例の回路構成図であり、図中ＬＥＤを複数直列に接続したＬＥＤグループを、第１ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１）、第２ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ２）、第３ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ３）の３組のＬＥＤグループに対してＬＥＤ制御部１から所定の電流を供給し、各ＬＥＤの通電により発光して液晶表示装置のバックライトとしての作動を行う例を示している。このバックライトは、例えば車両のＡＣＣスイッチをＯＮにすることにより液晶表示装置に電源を投入すると、同時にこの液晶表示装置に連動して作動するように設定されている。

図１（ａ）のＬＥＤ制御部１には前記のようなＬＥＤに対して供給する電流を設定する電流設定部２と、特にＬＥＤの点灯開始時としてのＬＥＤ起動時の制御を行う起動制御部３とを備えている。特に起動制御部３においては、後述するようにＬＥＤの点灯を開始するときの供給電流について、このＬＥＤをバックライトとして用いている表示装置の作動態様に応じて予め設定した態様で制御を行うことができるようにしている。図１（ａ）には起動制御部３から図１（ｂ）のような、時間に比例して増大する起動電流を供給する例を示している。なお、車両搭載機器の液晶表示装置においては、車両が極寒地の屋外に駐車することも多く、その車両のスタート時にはＬＥＤの急激な温度変化によって、前記のような本発明の課題が顕著に表れることとなる。

図１（ｂ）にはＬＥＤを、車両用ナビゲーション装置等の液晶表示装置用バックライトとして用いたときの例を示している。このような車両用ナビゲーション装置のモニタにおいては、ナビゲーション装置の電源を入れたとき、通常の作動態様として例えば図５に示すような順に画面が表示される。同図の例においては車両のＡＣＣスイッチをＯＮしたとき、自動的に内部のソフトにより最終的にユーザ画面としての現在位置周辺の地図を表示する例を示している。

図５の起動画面の例においては、車両のＡＣＣスイッチをＯＮしたとき、例えば図（ａ）のような黒画面のみの表示が２秒間なされ、その後図（ｂ）に示すような機器作動待機表示、例えば自車ロゴ表示を暗いオープニング画面として表示する。次いでこのモニタを使用しているナビゲーション装置のリジューム機能等により、先に作動していたナビゲーション装置の作動が開始され、そのソフトの作動によってＡＣＣスイッチをＯＮした後９秒経過したとき、機器作動表示として、図（ｃ）のようなナビゲーション装置の作動を行う表示である「ＮＡＶＩ」のマークを、明るいオープニング画面で表示する。その後ナビゲーション装置のリジューム機能等により、ユーザ画面である初期定常画面としてのナビゲーション装置による現在位置周辺の地図表示を図（ｄ）のように、ユーザ画面表示として定常の明るさで表示する。この表示は機器作動表示が４秒間行われた後、即ちＡＣＣスイッチＯＮ後１３秒経過したときに行う例を示している。

上記のように車両用ナビゲーション装置においては、ＡＣＣスイッチをＯＮしてナビゲーション装置の初期定常画面である図５（ｄ）のユーザ画面が表示されるまで約１３秒かかることとなる。本発明はこのように、ＬＥＤバックライトを用いている液晶表示装置が、この表示装置を使用している機器における所定の初期定常画面が表示されるまでに、機器特有の多くの時間がかかることを利用して、この間にＬＥＤ起動電流を徐々に増加し、前記起動終了画面が表示されるときに合わせて定常の明るさでＬＥＤの発光を行うことができるようにしたものである。

即ち図１（ｂ）に示すように、ナビゲーション装置のモニタにおける起動画面表示に際しては、ＡＣＣスイッチＯＮの後１３秒かかってユーザ画面が表示されることが予め知られていることにより、このモニタにおけるＬＥＤバックライトを１３秒の間に、時間に比例した電流を供給する。それにより、このモニタが極寒地において使用されるときでも、モニタの起動時にＬＥＤが急速加熱されることはなく、前記のように蛍光体の特性によって光束の低下や色度変化が生じ、更に結露によってＬＥＤや半田、基板、基板とシャーシを固定する為に使われる接着材や両面テープ等の強度劣化が生じるという問題を解決することができる。

図１及び図５に示す例においては車両用ナビゲーション装置のモニタにおいて、所定の初期定常画面の表示までに自車ロゴの表示と、ナビゲーション装置のオープニング画面を順に表示する例を示したが、このモニタにおいて起動終了画面がリジューム機能等によってテレビ受信画面が選択されているときには、電源投入後テレビ受信機の作動によって所定のチャンネルのテレビ受信画面が初期設定画面として表示されることとなる。

このときは前記のようなナビゲーション画面の表示よりも短時間でテレビ受信画面が表示されるが、ＡＣＣスイッチをＯＮした後例えば３秒等の所定の時間を必要とする。したがって、このような液晶表示装置のバックライトにＬＥＤを用いるときには、ＡＣＣスイッチのＯＮの後３秒程度で定常電流が流れるように設定しておくこともできる。このＬＥＤが例え極寒地で使用するときでも、ＡＣＣのＯＮ時から時間に比例して増加する電流の供給を３秒で定常電流になるように設定しても、ＬＥＤに対して前記のような問題を生じないときに、予め設定する定常電流供給までの時間を３秒に設定しておくことができる。その際には、この車両搭載モニタにおける起動画面が前記のようにナビゲーション装置の現在地周辺地図表示画面であるときでも、３秒間で定常電流を供給するように設定しても特に問題は生じない。

更に、液晶表示装置が例えばパソコンのモニタとして用いるときも、パソコンの電源をＯＮしてから初期画面が表示されるまで多くの時間を必要とする。したがって、このようなパソコンの表示装置においても、その立ち上げ時間を利用して本発明を適用することができる。その際には、パソコンの初期定常画面表示まで２０秒程度かかるときでも、使用されているＬＥＤが例え極寒地でも５秒程度でも前記のような問題が生じない電流供給制御を行うことができるときには、スイッチがＯＮしてから定常電流の供給までの期間を５秒間に設定しても良い。

前記のようなＬＥＤの起動電流制御は、図１に示すような時間に比例した電流の増加を行う制御のほか、例えば図２に示すような種々の態様で制御を行っても良い。即ち、図２（ａ）に示す例においては、黒画面を表示する２秒間と、それ以降の定常の明るさで表示を行うユーザ画面表示までの１１秒間のオープニング画面とを異なった態様で供給電流の制御を行っている。この例では、黒画面を表示する２秒間をそれ以降よりも供給電流の増加率を少なく設定し、起動直後はより緩やかに供給電流を増加するようにしている。ここでは、２秒間黒画面を表示する期間中に定常電流の２０％供給するように設定する等、その程度は必要に応じて任意に設定可能である。

図２（ｂ）に示す例においては前記図５に示すものと同様に、黒画面を表示する２秒間の後のオープニング画面において、自車ロゴを表示する７秒間とそれ以降に機器作動表示を行う４秒間とを更に分け、各区間で供給電流の増加割合を異なった態様で制御を行う例を示している。この例では、各区間について、次第に供給電流の増加割合を増大するように制御を行っており、このとき２秒間黒画面を表示する期間中に定常電流の２０％供給するようにし、ＡＣＣのＯＮ後９秒において定常電流の６０％供給するように設定する等、これらについても必要に応じて任意に設定可能である。

図２（ｃ）に示す例においては、黒画面を表示する２秒間は時間の経過に比例する電流制御を行い、その後の初期定常画面表示としてのユーザ画面を表示するまでの１１秒間において、時間とともに供給電流の増加率が増大するように、即ち指数関数的に増大するように設定した例を示している。このときの供給電流の増加率の変化を適切に設定することにより、ＬＥＤの特性に合った適切な供給電流制御が可能となる。このように、種々の態様で供給電流の制御を行うことができる。これらの設定とその設定値による制御は、図１におけるＬＥＤ制御部１の起動制御部２において、起動時間制御設定部の設定によって行うこととなる。このように本発明においては、前記従来技術のように周囲の温度を検出することなく適切なＬＥＤの起動電流制御を行うことができるものであるが、更に従来技術のように周囲の温度を検出して定常電流供給までの供給電流の増加率制御等を行うこともできる。

図１に示す例においては、ＬＥＤに対する電流供給を、電流供給側でアナログ制御する例を示したが、例えば図３に示すように、ＬＥＤへの電流供給側に設けたＬＥＤ制御部１１におけるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御回路１２で、図示するように制御された幅のパルスを供給し、印可電圧時間の制御を行うことにより、所定の電流供給制御を行うことができる。このときＰＷＭ制御回路１２では、起動制御部１３において、前記図１の起動制御部３と同様に起動制御期間設定部１４の設定値を用いて起動電流供給制御を行う。

近年のＬＥＤの供給電流の制御に際しては、前記のようなＰＷＭ制御が広く行われており、このようなＰＷＭ制御回路１２を用いてＬＥＤの各種作動態様に応じた正確な制御を行うことができるが、その他に例えば図４に示す回路構成によっても本発明を実施することができる。即ち図４に示す例においては、図３と同様にＬＥＤ制御部２１にＰＷＭ制御回路２２を備えているが、ここでは起動電流制御以外の各種制御を行い、ＬＥＤの接地側に配置した電流設定回路２３で前記のようなアナログによる起動電流供給制御を行う。従来よりＬＥＤの接地側に、ＬＥＤに対して常に定電流が流れるように制御を行う定電流回路を設け、ＰＷＭ制御回路２２でＬＥＤへ供給するパルスにおけるパルス幅を制御して、正確な所定の供給電流制御を行うようにしているが、この回路における電流設定回路２３を利用し、図１の起動制御部と同様の作動を行うようにしても本発明を実施することができる。

上記のような低温作動時における劣化を抑える為に、ＬＥＤに供給する電流を制限する制御手段は、従来よりＬＥＤが高温で作動しているとき、ＬＥＤの劣化や破損を防止するために行っているＬＥＤ調光制御手段の作動を、前記起動時の電流供給制御に用いることよって、本発明を容易に適用することができる。特に本発明の前記作動に加えて周囲の温度に応じて更なる制御を行うときには、高温時の制御を行うために用いる温度センサを、低温時の作動時にも利用することにより、容易に実施することができる。

本発明は前記のように車両搭載機器の液晶表示装置におけるＬＥＤバックライトに対して有効に利用することができるが、その他パソコンやＰＤＦ等種々の機器のＬＥＤ表示装置に対しても有効に利用することができる。

（ａ）は本発明の実施例のＬＥＤ駆動制御回路構成図であり、（ｂ）は起動電流制御の態様を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明による起動電流制御の他の態様を示す図である。本発明を実施するための、他のＬＥＤ駆動制御回路構成図である。本発明を実施するための、更に他のＬＥＤ駆動制御回路構成図である。車両用ナビゲーション装置のモニタにおける、起動時の各種画面を順に表示する例を示す図である。

符号の説明

１ＬＥＤ制御部
２電流設定部
３起動制御部
４起動電流制御時間設定部

Claims

液晶表示装置の背面に設置され、該液晶表示装置と連動して作動する、液晶表示装置用ＬＥＤバックライトのＬＥＤ制御装置において、
前記液晶表示装置への電源投入後における所定の初期定常画面を表示する時間に対応した起動制御時間を設定する起動制御時間設定手段と、
前記起動制御時間設定手段で設定した起動制御時間内において、前記ＬＥＤに供給する電流を次第に増加し、起動制御時間終了後に定常の電流を供給するように制御する起動電流制御手段とを備えたことを特徴とするＬＥＤ制御装置。
前記起動電流制御手段は、前記電源投入後、画像が表示されていない期間には、その後の画像表示期間よりＬＥＤへの供給電流の増加割合を少なく設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ制御装置。
前記液晶表示装置は、画像が表示されない第１の期間と、機器作動待機状態を表示する第２の期間と、機器作動状態を表示する第３の期間を経て前記初期定常画面を表示するものであり、
前記起動電流制御手段は、第１の期間から第３の期間まで順に供給電流の増加割合が大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ制御装置。
前記起動電流制御手段は、前記電源投入後、画面が表示されていない期間には経過時間に比例して増加する電流を供給し、その後は前記初期定常画面の表示まで指数関数で次第に増加する電流を供給することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ制御装置。
前記起動電流制御手段による制御は、パルス幅の制御により行うことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ制御装置。