JP4891606B2 - バックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、光センサーを用いて複数の発光ダイオードに流れる電流を一定に制御するとともに、印刷回路基板の大きさを減少させることができるバックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
通常、液晶表示装置では、マトリクス状に配列された複数の液晶セルと、これら液晶セルのそれぞれに供給されるビデオ信号を切り替える複数の制御用スイッチとで構成された液晶パネルにより、バックライトユニットから供給された光の透過量が調節され、画面に所望の画像が表示される。
バックライトユニットは、小型化かつ薄型化かつ軽量化しつつあり、これに伴い、バックライトユニットに使用される蛍光ランプの代わりに、消費電力、重量、輝度などで有利な発光ダイオード(以下、「LED」という。)を用いるバックライトユニットが提案されている。
図1は、従来のLEDを用いたバックライトユニットを示した図である。
図1に示したように、従来のLEDを用いたバックライトユニット10は、複数のLEDアレイ30と、LEDアレイ30を駆動する駆動部40と、複数のLEDアレイ30からの光を拡散させる拡散板20とを備える。
複数のLEDアレイ30は、図2に示すように、印刷回路基板31上に並んで配置されたN個のLED32と、N本のアノード電極ライン34と、N本のカソード電極ライン36とを備える。
ここで、印刷回路基板31は、非金属性及び金属性のいずれの材質でも製造可能であるが、放熱のために金属性印刷回路基板とすることが好ましい。
N本のアノード電極ライン34のそれぞれは、駆動部40とN個のLED32のアノード電極とに電気的に接続され、駆動部40からの定電流をN個のLED32のアノード電極に供給する。このようなN本のアノード電極ライン34は、印刷回路基板31の側面の一端の領域に、所定の間隔で並んで形成される。
N本のカソード電極ライン36のそれぞれは、N個のLED32のそれぞれのカソード電極と駆動部40とに電気的に接続されて、接地電圧を供給する。このようなN本のカソード電極ライン36は、印刷回路基板31のアノード電極ライン34が形成される領域の他端の領域に所定の間隔で並んで形成される。
一方、N本のアノード電極ライン34及びカソード電極ライン36は、N個のLED32に供給される数百mAの高電流に対応する線幅を持つように等間隔に形成される。
N個のLED32のそれぞれは、アノード電極ライン34に電気的に接続されるアノード電極と、カソード電極ライン36に電気的に接続されるカソード電極とを備える。ここで、N個のLED32は、印刷回路基板31上に3分のN個の赤色(R)、3分のN個の緑色(G)及び3分のN個の青色(B)のLEDが赤色、緑色及び青色の順に繰り返されるように並んで配置される。
このように構成されるN個のLED32は、駆動部40からアノード電極ライン34を通って供給される定電流により発光し、赤色、緑色及び青色の光の混合により白色光を発生させ、これを拡散板20に照射する。ここで、N個のLED32のそれぞれは、チップ形状で印刷回路基板31上に配置される。
駆動部40は、図3に示すように、定電流I1〜Inを発生させる定電流発生部42と、印刷回路基板31のカソード電極ライン36に電気的に接続され、各LED32からのフィードバック信号Fb1〜Fbnを発生させるフィードバック回路44と、フィードバック回路44からのフィードバック信号Fb1〜Fbnに応じて定電流発生部42を制御する制御部46とを備える。
定電流発生部42は、制御部46の制御によって、外部から入力される入力電圧Vinを用いてN個のLED32のそれぞれを発光させるためのN個の定電流I1〜Inを発生させ、この発生させたN個の定電流I1〜Inを印刷回路基板31のアノード電極ライン34のそれぞれに供給する。
制御部46は、フィードバック回路44から供給されるフィードバック信号Fb1〜Fbnのそれぞれに基づいて、N個のLED32のそれぞれに供給される定電流I1〜Inの大きさを増減させ、LED32に流れる電流が一定となるように定電流発生部42を制御する。
フィードバック回路44は、図4に示すように、複数の印刷回路基板31に形成された各カソード電極ライン36と接地電源との間に電気的に接続された複数のフィードバック抵抗Rを備える。このフィードバック回路44は、各フィードバック抵抗Rの両端にかかる電圧をフィードバック信号Fbとして検出して制御部46に供給する。
このように構成される駆動部40は、N個の定電流I1〜Inを発生させることで、N個のLED32のそれぞれを並列駆動させる。これと同時に、駆動部40は、N個のフィードバック抵抗Rを用いて、発光する各LED32に流れる電流に対応するフィードバック信号Fbを検出し、周辺環境の変化、すなわち、各LED32の特性変化、ライン抵抗変化などによる各LED32の負荷特性が変わっても、各LED32に一定の電流を供給する。
しかしながら、かかる従来のLEDを用いたバックライトユニット10は、フィードバック回路44を構成する抵抗Rの抵抗値が周辺環境の温度変化によって変動し、フィードバック信号Fbの電圧が変動してしまうと、各LED32に流れる電流を一定に制御できないという問題点があった。
しかも、従来のLEDを用いたバックライトユニット10は、N個のLED32に供給される高電流のために、N本のアノード及びカソード電極ライン34,36の線幅を確保しなければならず、印刷回路基板31の大きさが増加するとともに、配線パターンが複雑となる。したがって、発熱問題を解決するために金属性の印刷回路基板31を使用することによって、製造コストが増加してしまうという問題点があった。
上記問題点を解決するために、本発明は、光センサーを用いて複数の発光ダイオードに流れる電流を一定に制御するとともに、印刷回路基板の大きさを減少させることのできるバックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明を適用したバックライトユニットは、N(ただし、Nは正の整数である。)個の発光ダイオードを有する複数の発光ダイオードアレイと、 N個の発光ダイオードに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出する検出部と、この検出部からのフィードバック信号に応じてN個の発光ダイオードを駆動する駆動部とを備えていることを特徴とする。
検出部は、光センサーであることを特徴とする。
バックライトユニットにおいて、駆動部は、N個の発光ダイオードに入力する電流を発生させ、この発生させた電流を検出部を介してN個の発光ダイオードの各々に供給する電流発生部と、検出部からのフィードバック信号に基づいて電流発生部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
バックライトユニットにおいて、検出部は、電流発生部の各出力端子とN個の発光ダイオードのアノード電極との間に電気的に接続され、電流発生部からの電流を用いてフィードバック信号を検出することを特徴とする。
バックライトユニットにおいて、検出部は、駆動部に備えられていることを特徴とする。
バックライトユニットにおいて、検出部は、電流発生部からの電流をアノード電極に供給し、この電流によって光を発生する発光素子と、この発光素子からの光をフィードバック信号に変換して制御部に供給する受光素子とを備えていることを特徴とする。
バックライトユニットにおいて、複数の発光ダイオードアレイは、N個の発光ダイオードが配置された印刷回路基板と、この印刷回路基板上に形成され、電流発生部からの電流をN個の発光ダイオードのアノード電極に供給するアノード電極ラインと、印刷回路基板上に形成され、N個の発光ダイオードのカソード電極に共通して接続された接地ラインとを備えていることを特徴とする。
本発明を適用した液晶表示装置は、上部基板と下部基板との間に液晶が注入されてなる液晶パネルと、液晶パネルに光を照射するバックライトユニットとを備え、バックライトユニットは、N(ただし、Nは正の整数である。)個の発光ダイオードを有する複数の発光ダイオードアレイと、N個の発光ダイオードに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出する検出部と、この検出部からのフィードバック信号に応じてN個の発光ダイオードを駆動する駆動部とを備えていることを特徴とする。
液晶表示装置において、バックライトユニットは、複数の発光ダイオードアレイを受納するランプハウジングと、このランプハウジング上に配置された拡散板と、
この拡散板上に配置された複数の光学シートとをさらに備えることを特徴とする。
本発明を適用したバックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置は、光センサーを用いて発光ダイオードに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出するため、周辺環境の温度変化にかかわらずに安定してフィードバック信号を検出し、発光ダイオードに流れる電流を一定に制御することが可能になる。
また、本発明は、印刷回路基板に形成された発光ダイオードのカソード電極を1本の接地ラインに共通して接続させるため、印刷回路基板上の限られた空間に配線を効率的に形成でき、印刷回路基板の大きさを減少させてバックライトユニットの製造コストを低減するという効果が得られる。
以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳しく説明する。
図5は、本発明の実施形態における発光ダイオードを用いたバックライトユニット110の概略的な構成を示している。
図5を参照すると、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110は、複数のLEDアレイ130と、光センサーを用いてLEDに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出し、検出されたフィードバック信号に応じてLEDアレイ130を駆動する駆動部140と、複数のLEDアレイ130からの光を拡散させる拡散板120とを備えている。
複数のLEDアレイ130は、図6に示すように、印刷回路基板131上に並んで配置されたN個のLED132と、N本のアノード電極ライン134及び1本の接地ライン138とを備えている。
ここで、印刷回路基板131は、非金属性及び金属性材質の中いずれか一方の材質からなるが、放熱のために金属性の印刷回路基板とすることが好ましい。
N本のアノード電極ライン134のそれぞれは、駆動部140とN個のLED132のアノード電極とに電気的に接続され、駆動部140からの定電流をN個のLED132のアノード電極に供給する。これらN個のアノード電極ライン134は、印刷回路基板131の一側端の領域に所定の間隔で並んで形成されている。
1本の接地ライン138は、N個のLED132のそれぞれのカソード電極に共通して電気的に接続され、駆動部140からの接地電圧をN個のLED132のカソード電極に供給する。
但し、N本のアノード電極ライン134は、N個のLED132に供給された数百Amの高電流に対応する線幅を持つように等間隔で形成されている。このように、印刷回路基板131は、N本のアノード電極ライン134と1本の接地ライン138のみとが形成されている。よって、印刷回路基板131は、従来に比べて半分程度の大きさになる。
N個のLED132のそれぞれは、アノード電極ライン134に電気的に接続されたアノード電極と、接地ライン138に電気的に接続されたカソード電極とを備えている。ここで、N個のLED132は、印刷回路基板131上に3分のN個の赤色(R)、3分のN個の緑色(G)、及び3分のN個の青色(B)のLEDが赤色、緑色及び青色の順に繰り返されるように並んで配置されている。
このように構成されたN個のLED132は、駆動部140からアノード電極ライン134を通って供給される定電流により発光し、赤色、緑色及び青色の光の混合により白色光を発生させ、これを拡散板120に照射する。ここで、N個のLED132のそれぞれは、チップ形状で印刷回路基板131上に配置されている。
駆動部140は、図7に示すように、定電流I1〜Inを発生させる定電流発生部142と、定電流発生部142の各出力端子Io1〜Ionに電気的に接続された光センサーを用いて、各LED132に入力された電流に対応するフィードバック信号Fb1〜Fbnを発生させるフィードバック回路または検出部144と、フィードバック回路144からのフィードバック信号Fb1〜Fbnに基づいて定電流発生部142を制御する制御部146とを備えている。
定電流発生部142は、制御部146の制御下で、外部から入力される入力電圧Vinを用いてN個のLED132のそれぞれを発光させるためのN個の定電流I1〜Inを発生させ、N個の出力端子Io1〜Ion及びフィードバック回路144を介して、発生させたN個の定電流I1〜Inを印刷回路基板131のアノード電極ライン134のそれぞれに供給する。
制御部146は、フィードバック回路144から供給されたフィードバック信号Fb1〜Fbnのそれぞれに基づいて、N個のLED132のそれぞれに供給された定電流I1〜Inの大きさを増減させることによって、LED132に供給される電流が一定となるように定電流発生部142を制御する。
フィードバック回路144は、図8に示すように、定電流発生部142の各出力端子Io1〜Ionと印刷回路基板131に形成された各アノード電極ライン134との間に電気的に接続された光センサー148を備えている。
光センサー148は、定電流発生部142からの定電流により発光する発光素子150と、発光素子150からの光を用いてフィードバック信号Fb1〜Fbnを発生させる受光素子152とを備えている。ここで、光センサー148は、フォトカプラーで構成されている。
この光センサー148は、定電流発生部142からの定電流により発光素子150を発光させて電流値を光量に変換し、受光素子152により発光素子150から発生された光を受光し、光量を再び電気的な信号であるフィードバック信号Fb1〜Fbnに変換して制御部146に供給する。ここで、定電流発生部142からの定電流は、光センサー148の発光素子150を経由して印刷回路基板130のアノード電極ライン134に供給される。ここで、発光素子150には、ガリウム砒素赤外発光ダイオードを用いることが可能で、受光素子152には、シリコンフォトダイオードを用いることができる。
但し、光センサー148は、透明樹脂を媒介にして光学的に結合するが、外光を遮断し且つ機械的な強度を増大するために、その周りを樹脂物でモールディング(Molding)する。この光センサー148は、半導体からなるために非常に小さく、センシティブ(高感度)で、且つ、非常に速い応答特性を有し、なおかつ、光を利用するために雑音に強い。また、光センサー148は、回路間の電流を絶縁することができ、周辺温度の変化にかかわらず安定して動作する。
このように構成された駆動部140は、N個の定電流I1〜Inを発生させてN個のLED132のそれぞれを並列駆動させる。これと同時に、駆動部140は、N個の光センサー148を用いて各LED132に供給された定電流に対応するフィードバック信号Fbを検出し、周辺環境変化、すなわち、各LED132の特性変化、ライン抵抗変化などによる各LED132の負荷特性が変わっても、各LED132に一定の電流を供給する。
上述した本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110は、光センサー148を用いて定電流発生部142から各LED132のアノード電極に入力された電流に対応するフィードバック信号Fbを検出することによって、各LED132に流れる電流を一定に制御することができる。
また、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110は、1本の接地ライン138にN個のLED132のカソード電極を共通して接続することによって、印刷回路基板131上の空間を大きく確保でき、かつ、大きさを減少させることができるため、発熱問題を解決するために金属性の印刷回路基板131を使用しても製造コストを大きく低減することができる。
尚、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110は、一つのLED132に一つの定電流を供給する構造としたが、少なくとも2個のLED132に定電流を共通して供給する構造にしてもよい。
また、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110は、一つのLED132に供給された定電流に対応するフィードバック信号Fbを検出する構造としたが、少なくとも2個のLED132に共通して供給された定電流に対応するフィードバック信号Fbを検出する構造にしても良い。
図9は、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110を備えた液晶表示装置の概略的な構成を示している。
図9を参照すると、本発明の実施形態における液晶表示装置は、液晶パネル220と、液晶パネル220に光を照射するLEDを用いたバックライトユニット110とを備えている。
液晶パネル220は、上部基板224及び下部基板226との間に液晶が注入され、上部基板224と下部基板226との間のギャップを一定に維持するための図示せぬスペーサーを備えている。
液晶パネル220の上部基板224には、図示せぬカラーフィルタ、共通電極、ブラックマトリクスなどが形成されている。
液晶パネル220の下部基板226では、図示せぬデータラインとゲートラインなどの信号配線が形成され、データラインとゲートラインとの交差部に薄膜トランジスタ(TFT)が形成されている。
薄膜トランジスタは、ゲートラインからのスキャン信号(ゲートパルス)に応答してデータラインから液晶セル側へ転送される画像信号を切り替える。データラインとゲートラインとの間の画素領域には画素電極が形成されている。
そして、液晶パネル220には、データラインとゲートラインのそれぞれに接続されたデータ及びゲートパッド領域が形成されている。また、上部基板224の全面には、図示せぬ上部偏光板が付着され、下部基板226の背面には下部偏光板が付着される。
LEDを用いたバックライトユニット110では、上述の如き複数のLEDアレイ130を用いて液晶パネル220に光を照射する。
また、LEDを用いたバックライトユニット110は、複数のLEDアレイ130を受納するランプハウジング200と、ランプハウジング210上に配置された拡散板120と、拡散板120上に配置された複数の光学シート210とをさらに備えている。
拡散板120は、複数のLEDアレイ130から入射する光を拡散させて光学シート210に照射する。
複数の光学シート210のそれぞれは、拡散板120から入射する拡散された光が液晶パネル220側に進行するように光の経路を変換し、光の効率を向上させる役割を担う。
このような本発明の実施形態における液晶表示装置は、本発明の実施形態におけるLEDを用いたバックライトユニット110から液晶パネル220に照射される光の透過量を調節することによって、所望の画像を液晶パネル220に表示する。
以上、具体的な実施形態及び図面に限定して本発明を説明してきたが、これらに限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということは、当該技術分野で通常の知識を持つ者にとっては明白である。
従来の発光ダイオードを用いたバックライトユニットの概略的な構成を示す図である。 図1に示した発光ダイオードアレイの構成を示す平面図である。 図1に示した駆動部の構成を示す図である。 図3に示すフィードバック回路及び発光ダイオードの構成を示す図である。 本発明の実施形態における発光ダイオードを用いたバックライトユニットの概略的な構成を示す図である。 図5に示した発光ダイオードアレイの構成を示す平面図である。 図5に示した駆動部の構成を示す図である。 図7に示したフィードバック回路及び発光ダイオードの構成を示す図である。 本発明の実施形態における発光ダイオードを用いたバックライトユニットを備えた液晶表示装置の概略的な構成を示す図である。
符号の説明
40 駆動部
42 定電流発生部
44 フィードバック回路
46 制御部
140 駆動部
142 定電流発生部
144 フィードバック回路
146 制御部

Claims (3)

  1. N(ただし、Nは2以上の整数である。)個の発光ダイオードを有する複数の発光ダイオードアレイと、
    前記N個の発光ダイオードに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出する検出部と、
    前記検出部からのフィードバック信号に応じて前記N個の発光ダイオードを駆動する駆動部と、
    を備え、
    前記複数の発光ダイオードアレイの各々は、
    前記N個の発光ダイオードが配置された印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板上に形成され、前記電流発生部からの電流を前記N個の発光ダイオードのアノード電極に供給するアノード電極ラインと、
    前記印刷回路基板上に形成され、前記N個の発光ダイオードのカソード電極に共通して接続された接地ラインと、
    を備え、
    前記駆動部は、
    前記N個の発光ダイオードに入力する複数の電流であって、各々が少なくとも2個の発光ダイオードに共通して供給される電流を発生させ、この発生させた電流を前記検出部を介して前記N個の発光ダイオードの各々に供給する電流発生部と、
    前記検出部からの前記フィードバック信号に基づいて前記電流発生部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記検出部は、前記電流発生部の上記複数の電流の各出力端子と前記N個の発光ダイオードのアノード電極との間に接続され、
    前記検出部は、前記アノード電極に直列に接続される発光素子と、
    前記発光素子からの光を前記フィードバック信号に変換して前記制御部に供給する受光素子と、
    を備え、
    前記駆動部は、少なくとも2個の発光ダイオードに定電流を共通して供給して、前記検出部は、少なくとも2個の発光ダイオードに共通して供給された定電流に対応するフィードバック信号を検出することを特徴とするバックライトユニット。
  2. 上部基板と下部基板との間に液晶が注入されてなる液晶パネルと、
    前記液晶パネルに光を照射するバックライトユニットと、を備え、
    前記バックライトユニットは、
    N(ただし、Nは2以上の整数である。)個の発光ダイオードを有する複数の発光ダイオードアレイと、
    前記N個の発光ダイオードに入力された電流に対応するフィードバック信号を検出する検出部と、
    前記検出部からのフィードバック信号に応じて前記N個の発光ダイオードを駆動する駆動部と、
    を備え、
    前記複数の発光ダイオードアレイの各々は、
    前記N個の発光ダイオードが配置された印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板上に形成され、前記電流発生部からの電流を前記N個の発光ダイオードのアノード電極に供給するアノード電極ラインと、
    前記印刷回路基板上に形成され、前記N個の発光ダイオードのカソード電極に共通して接続された接地ラインと、
    を備え、
    前記駆動部は、
    前記N個の発光ダイオードに入力する複数の電流であって、各々が少なくとも2個の発光ダイオードに共通して供給される電流を発生させ、前記発生させた電流を前記検出部を介して前記N個の発光ダイオードの各々に供給する電流発生部と、
    前記検出部からの前記フィードバック信号に基づいて前記電流発生部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記検出部は、前記電流発生部の上記複数の電流の各出力端子と前記N個の発光ダイオードのアノード電極との間に接続され、
    前記検出部は、前記アノード電極に直列に接続される発光素子と、
    前記発光素子からの光を前記フィードバック信号に変換して前記制御部に供給する受光素子と、
    を備え、
    前記駆動部は、少なくとも2個の発光ダイオードに定電流を共通して供給して、前記検出部は、少なくとも2個の発光ダイオードに共通して供給された定電流に対応するフィードバック信号を検出することを特徴とする液晶表示装置。
  3. 前記バックライトユニットは、
    前記複数の発光ダイオードアレイを受納するランプハウジングと、
    前記ランプハウジング上に配置された拡散板と、
    前記拡散板上に配置された複数の光学シートと、
    をさらに備えていることを特徴とする請求項に記載の液晶表示装置。
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