WO2006006537A1

WO2006006537A1 - バックライトユニットの駆動装置及びその駆動方法

Info

Publication number: WO2006006537A1
Application number: PCT/JP2005/012686
Authority: WO
Inventors: Norimasa Furukawa; Hiroaki Ichikawa; Kenichi Kikuchi
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2006-01-19
Also published as: EP1672706A1; EP1672706A4; US7675249B2; KR20070030726A; US20100181921A1; TW200614115A; TWI312141B; KR101147843B1; US8111020B2; JP4992423B2; JPWO2006006537A1; EP1672706B1; US20090021178A1

Abstract

　本発明は、３原色毎にＬＥＤ（Light Emission Diode）素子が複数個縦列接続されてなるバックライトユニット（２０）の駆動装置であり、任意の振幅の信号を発生する信号発生部（４４）と、信号発生部（４４）により発生された信号に基づき、ＬＥＤ素子群（３０）の発光量を調整する調整部（５０）と、ＬＥＤ素子群（３０）毎に所定の電圧を印加する電圧印加部（４１）と、電圧印加部（４１）により印加された電圧に応じて、ＬＥＤ素子群（３０）から発せられる光量を検出する発光量検出部（３３）と、ＬＥＤ素子群（３０）から発せられる熱量を検出する発熱量検出部（３２）と、発光量検出部（３３）により検出された発光量と、発熱量検出部（３２）により検出された発熱量に基づき、信号発生部（４４）を制御する制御部（５０）を備える。

Description

ノックライトユニットの駆動装置及びその駆動方法

技術分野

[0001] 本発明は、 LED素子群力もなるバックライトユニットを駆動制御する駆動装置及び駆動方法に関する。

本出願は、日本国において 2004年 7月 12日に出願された日本特許出願番号 200 4— 205146及び 2004年 11月 19曰に出願された曰本特許出願番号 2004— 3363 73を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願は参照することにより、本出願に援用される。

背景技術

[0002] LED (Light Emission Diode)素子を表示画素に用いたディスプレイでは、 LED素子をマトリクス駆動をさせるために、各画素に対して X—Yのアドレッシング駆動回路を必要とする。ディスプレイは、アドレッシング駆動回路により、発光（点灯）させたい画素の位置にある LED素子を選択 (アドレッシング)し、点灯させる時間を、例えば、 PWM (Pulse Width Modulation)駆動によって変調することにより輝度調整を実施し、所定の階調性のある表示画面を得てヽる。

しかし、個々の LEDに対して駆動用の回路を組み込むと、 LEDの数が多い場合には、回路構成が複雑になりコストが高くなつてしまう。

その一方で、液晶表示用のノックライト光源として LED素子を用いることが提案され検討されている、特に、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各原色の LED素子を個別に使用し、光学的に合成加法混色して白色を得る方法は、色のバランスがとりやすいため、テレビジョン受像機の表示装置用として盛んに検討されている。

ところで、 LED素子は、個々に輝度のばらつきを持っており、その個々のばらつきを補正しょうとすると、必然的に、 1つ 1つの素子を独立した駆動回路で駆動せねばならず、駆動の形態力前述した LED素子を表示画素に用いたディスプレイに相当するマトリクス型駆動方式に酷似してくる。すなわち、 LED素子の数が多い場合には、アドレッシングによる駆動回路が複雑になってしまう。また、 LED素子を光源として、例えば、液晶ディスプレイのノックライトとして用いる場合、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各原色の LED素子の発光効率が異なるため、各色の LED素子に印加する電流も色毎に調整する必要がある。また、 LED素子は、各色毎に半導体組成が異なるため、各色毎に素子の電圧及び消費電力が異なる。また、各々の LED素子の電力が大きぐ照明用途の LED駆動に使用する実際の回路は、大電力駆動用の LSI等力 Sいまだ作成されていないため、マトリクス型駆動方式では、コストが高くなり経済的に不利益となる。

そこで、回路規模を大規模にしないように、 LED素子の接続形式を縦列接続形式として用いる方法が提案されている。縦列接続形式では、ある一連の LED接続ダループ (群）、例えば、赤、緑、青の LED素子が各色毎に接続されたグループ (群）における電流を PWM調整することによって、赤、緑、青の LED素子力発せられる光の合成による色合、と輝度を調整して、る。

LED素子の接続形式として縦列接続形式を採用したバックライト装置では、縦列接続された赤、緑、青の LED素子群毎に所定の電圧を供給する DC— DCコンバータ電源部が備えられ、また、負荷側に LED— PWMコントロール部が備えられている。ところで、上述したような構成では、各色系統の発光出力の温度依存性も異なり、温度特性が不揃いであるので、それぞれの色専用の駆動回路によって色毎にパルス幅の調整が必要になることである。

例えば、バックライトユニットの点灯直後のまだ、温度が温まりきらない状況下においては、発光効率の高い赤色の LED素子では、 PWM信号の駆動パルス幅の ON 時間が 50%程度で発光するのに対し、発光効率の悪い青では、 PWM信号の駆動パルス幅の ON時間が 80〜90%程度で発光する。

このような性質のものであるので、赤、緑、青の LED素子から発せられる光の合成により得られる白色の色合い (色温度及び色度）と、輝度を一定に保っためには、赤、緑、青の LED素子それぞれから発せられる光を光センサで検出し、その値が一定になるようにフィードバックサーボを実施する必要がある。

このような、フィードバックシステムでは、例えば、 PWM信号を実施するためのパルス幅の変化の分解能が粗い場合には、 0%〜100%の間を何等分するのかによつて、発光効率の良い赤の LED素子では変化幅が粗くなり、発光効率の悪い青の LED 素子では変化幅が細かいといった、調整精度に差がでてしまう。

また、各色系統の分解能の相違により、 LED素子から発せられる光の色が各色毎に不揃いな精度を持ってしまうので、 RGBのバランスの調整や、白色光の調整が困難となってしまう。

また、上述の問題点を全て解消し得たとしても、各色の LED素子は、温度変化により、発光出力だけでなぐさらに各色の LED素子の発光スペクトル分布が変化し、各色の発光色度が変動する。したがって、光センサにより各色の LED素子の光量を検出しただけでは、色合いの変化を補正できず、ノックライトユニットがその駆動にともない例えば上下方向に温度分布を有する場合は、その温度の違いによる色むらが発生する。このように光センサの性能や、 LED素子の発光分布の温度特性により、色度制御偏差を Δ χ^Ο. 002、 Δγ=0. 002程度に精度を維持するのが限界となる発明の開示

発明が解決しょうとする課題

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みて提案されたものであり、その目睹するところは、ノックライトユニットを構成する LED素子群の発光量及び発熱量に基づ、て、 LED素子群を発光させる駆動部を制御するノックライトュ-ットの駆動装置及び駆動方法を提供することにある。

本発明に係る駆動装置は、 3原色毎に LED (Light Emission Diode)素子が複数個縦列接続された LED素子群力もなるバックライトユニットの駆動装置において、任意の振幅の信号を発生する信号発生手段と、信号発生手段により発生された信号に基づき、 LED素子群の発光量を調整する調整手段と、 LED素子群毎に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段により印加された電圧に応じて、 LED素子群力発せられる光量を検出する発光量検出手段と、 LED素子群の温度を検出する温度検出手段と、発光量検出手段により検出された発光量と、温度検出手段により検出された温度に基づき、信号発生手段を制御する制御手段を備える。

また、本発明に係る駆動方法は、 3原色毎に LED (Light Emission Diode)素子が複数個縦列接続された LED素子群力もなるバックライトユニットの駆動方法において、 LED素子群毎に所定の電圧を印加する電圧印加工程と、電圧印加工程により印加された電圧に応じて、 LED素子群カゝら発せられる光量を検出する発光量検出工程と、 LED素子群の温度を検出する温度検出工程と、発光量検出工程により検出された発光量と、温度検出工程により検出された温度に基づき、任意の振幅の信号を発生する信号発生工程と、信号発生工程により発生された信号に基づき、 LED素子群の発光量を調整する調整工程を備える。

本発明に係る駆動装置及び方法では、液晶ノックライトとして使用する LED素子の駆動において、任意の色に関するフォトセンサの検出結果を基準とすることにより他の色を監視し、相対的な比率をフィードバックするとともに、温度センサの検出結果に基づき、フィードバックする比率の割合を変動させることにより、極めて均一な制御を可能とする。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施に形態から一層明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明を適用したバックライト方式のカラー液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。

[図 2]図 2は、カラー液晶表示装置の駆動回路を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、カラー液晶表示装置を構成するバックライト装置に用いられる発光ダイオードの配置例を示す平面図である。

[図 4]図 4は、発光ダイオードの配置例における各発光ダイオードが接続された形を電気回路図記号のダイオードマークによって模式的に示す図である。

[図 5]図 5は、赤の発光ダイオード、緑の発光ダイオード及び青の発光ダイオードをそれぞれ 2個使用し、合計 6個の発光ダイオードを一列に配列した単位セルを各色の発光ダイオードの個数でパターン表記して模式的に示した図である。

[図 6]図 6は、基本単位の単位セル 4を 3つ連続に繋げた場合を発光ダイオードの個数でパターン表記して模式的に示した図である。

[図 7]図 7は、バックライト装置の光源を構成する実際の発光ダイオードの接続例を模式的に示した図である。

[図 8]図 8は、ノックライト装置に用いられる発光ダイオードの接続例を模式的に示す図である。

[図 9]図 9は、表示装置の温度分布を模式的に示す図である。

[図 10]図 10は、ノックライト装置における発光ダイオードの接続状態と、表示装置の温度分布とを重ねて模式的に示した図である。

[図 11]図 11は、一つの温度センサと温度分布パターンとから、各位置の温度を推定する処理を説明するための図である。

[図 12]図 12は、発光ダイオードを駆動する駆動回路を示すブロック図である。

[図 13]図 13は、各 LED素子力発せられる光の温度特性についての説明に供する図である。

[図 14]図 14は、各 LED素子の温度変化に対する波長の変化と、それにともなう明るさの特性を示す特性図である。

[図 15]図 15は、各 LED素子力発せられる光を組み合わせ、ノックライト部において光学的に合成加法混色して白色光を得たときの白色色度の偏差を示す図である。

[図 16]図 16A及び図 16Bは、光学的な光出力バランスを行うことにより得られたデータを示す図である。

[図 17]図 17は、ノックライト装置の構成を示すブロック図である。

[図 18]図 18A、図 18B、図 18Cは、 PWM信号の分解能についての説明に供する図である。

[図 19]図 19A、図 19B、図 19Cは、各色の LED素子群に供給される PWM信号の波形を示す図である。

[図 20]図 20A、図 20B、図 20Cは、各色の LED素子群に供給される PWM信号の具体的な波形の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、例えば図 1に示すような構成のバックライト方式のカラー液晶表示装置 1 00に適用される。図 1に示すカラー液晶表示装置 100は、透過型のカラー液晶表示パネル 10と、このカラー液晶表示パネル 10の背面側に設けられたバックライト装置 20とを備える。透過型のカラー液晶表示パネル 10は、 TFT基板 11と対向電極基板 12とを互いに対向配置し、その間隙に例えばッイステツドネマチック (TN)液晶を封入した液晶層 1 3を設けた構成を備える。 TFT基板 11にはマトリクス状に配置された信号線 14と走查線 15及びこれらの交点に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ 16 と画素電極 17が形成されている。薄膜トランジスタ 16は走査線 15により順次選択されるとともに、信号線 14から供給される映像信号を対応する画素電極 17に書き込む。一方、対向電極基板 12の内表面には対向電極 18及びカラーフィルタ 19が形成されている。

このカラー液晶表示装置 100は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル 10を 2枚の偏光板で挟み、ノックライト装置 20により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリクス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像表示が得られる。

ノックライト装置 20は、光源 21と波長選択フィルタ 22とを備えている。バックライト装置 20は、光源 21から発光された光を、波長選択フィルタ 22を介してカラー液晶表示パネル 10を背面側から照明する。

本発明が適用されたカラー液晶表示装置 100は、例えば図 2に電気的なブロック構成を示す駆動回路 200により駆動される。

駆動回路 200は、カラー液晶表示パネル 10やバックライト装置 20の駆動電源を供給する電源部 110、カラー液晶表示パネル 10を駆動する Xドライバ回路 120及び Y ドライバ回路 130、外部力も映像信号が入力端子 140を介して供給される RGBプロセス処理部 150、この RGBプロセス処理部 150に接続された映像メモリ 160及び制御部 170、バックライト装置 20の駆動制御するバックライト駆動制御部 180等を備えている。

この駆動回路 200において、入力端子 140を介して入力された映像信号 Viは、 RG Bプロセス処理部 150によりクロマ処理等の信号処理がなされ、さらに、コンポジット信号力もカラー液晶表示パネル 10の駆動に適した RGBセパレート信号に変換されて、制御部 170に供給されるとともに、画像メモリ 160を介して Xドライバ 120に供給される。また、制御部 170は、上記 RGBセパレート信号に応じた所定のタイミングで Xドライバ 120及び Yドライバ回路 130を制御して、上記画像メモリ 160を介して Xドライバ 120に供給される RGBセパレート信号でカラー液晶表示パネル 10を駆動することにより、上記 RGBセパレート信号に応じた映像を表示する。

ノックライト装置 20は、透過型のカラー液晶表示パネル 10を背面に配設され、カラ一液晶表示パネル 10の背面直下力も照明する直下型タイプである。バックライト装置 20の光源 21は、複数の発光ダイオード（LEDdight Emitting Diode)を有しており、これら複数の発光ダイオードを発光源としている。複数の発光ダイオードは、一群の発光ダイオードから構成されたグループに分割されており、そのグループ毎に駆動がされる。

次に、ノックライト装置 20の光源 21における発光ダイオードの配置について説明する。

図 3は、発光ダイオードの配置例として、単位セル 4—1, 4 2毎に、赤の発光ダイオード 1、緑の発光ダイオード 2及び青の発光ダイオード 3をそれぞれ 2個使用し、合計 6個の発光ダイオードを一列に配列した様子を示している。

この配置例では、単位セル 4に 6個の発光ダイオードを備えている力使用する発光ダイオードの定格、発光効率などにより、混合色をバランスの良い白色光とするために、光出力バランスを整える必要から、各色の個数配分は本例以外のバリエーションがあり得る。

図 3に示した配置例において、単位セル 4 1と単位セル 4 2とは、全く同一の構成となっており、中央の両端矢印部分で接続されている。また、図 4は、単位セル 4— 1及び単位セル 4 2が接続された形を電気回路図記号のダイオードマークによって図示した例を示す。この例の場合、各発光ダイオード、すなわち、赤の発光ダイォード 1、緑の発光ダイオード 2、青の発光ダイオード 3は左から右に電流が流れる方向に極性を合わせて直列接続されて!ヽる。

ここで、赤の発光ダイオード 1、緑の発光ダイオード 2及び青の発光ダイオード 3をそれぞれ 2個使用し、合計 6個の発光ダイオードを一列に配列した単位セル 4を各色の発光ダイオードの個数でパターン表記すると図 5に示すように（2G 2R 2B)となる。すなわち、（2G 2R 2B)は、緑と赤と青 2個ずつ合計 6個のパターンを基本単位としていることを示す。そして、図 6に示すように、基本単位の単位セル 4を 3つ連続に繋げた場合、記号が 3 * (2G 2R 2B)で、発光ダイオードの個数でパターン表記すると（6G 6R 6B)で示される。

次に、ノックライト装置 20の光源 21における発光ダイオードの接続関係を説明する光源 21には、図 7に示すように、前述した発光ダイオードの基本単位（2G 2R 2 B)の 3倍を 1つの中単位（6G 6R 6B)とし、この中単位（6G 6R 6B)が画面に対して、水平 5行、垂直 4列のマトリクス状に配置されている。その結果、合計で 360個の発光ダイオードが配置される。これらの中単位（6G 6R 6B)は、画面の水平方向に電気的に接続される。このように中単位（6G 6R 6B)が画面水平方向に電気的に接続されることにより、ノックライト装置 20の光源 21には、図 8に示すように、画面水平方向に並んだ発光ダイオードが直列接続され、水平方向に直列接続された複数の発光ダイオード群 30が複数個形成される。

さらに、ノックライト装置 20には、水平方向に直列接続した発光ダイオード群 30の一つ一つに独立した LED駆動回路 31が設けられている。 LED駆動回路 31は、発光ダイオード群 30に電流を流して発光させる回路である。

ここで、水平方向に直列接続した発光ダイオード群 30の配置は、ノックライト装置 2 0の温度分布を測定したときに、略同一の温度となる領域に配置された発光ダイォード同士を接続した状態となっている。

図 9に、バックライト装置 20の動作時のカラー液晶表示装置 100の画面上の温度分布例を示す。図 9は、ノ、ツチングの濃い部分が高い温度の領域であり、ハッチングが薄い部分が温度が低い領域を示している。この図 9に示すように、カラー液晶表示装置 100は、画面上部 Suほど温度が高くなり、画面下部 Sdは温度が低くなる。図 10は、図 8の発光ダイオードの接続関係を示す図と、図 9の温度分布図とを重ね合わせたものである。この図 10に示すように、本例では画面の水平方向に並んだ発光ダイオードを接続すると、略同一の温度となる発光ダイオード同士が接続されることが分かる。

また、ノックライト装置 20には、図 10に示すように、各発光ダイオード群 30の温度を検出する温度センサ 32が設けられて、る。

温度センサ 32は、図 10に示すように水平方向に直列接続された発光ダイオード群 30に対応した各垂直位置に複数個設けられていてもよいし、 1つのバックライト装置 2 0に 1つだけ設けられていてもよい。また、ノックライト装置 20に、例えば、図 11に示すように、画面中央に 1つの温度センサ 32と、予め画面垂直方向の温度分布パターンを記憶したメモリ、例えば、後述するメモリ 49とを設け、 1つの温度センサ 32の検出値からメモリの内容を参照して、画面垂直方向の各位置における温度を推定するようにしてもよい。温度センサ 32により検出される温度値は、対応する発光ダイオード群 30を駆動する LED駆動回路 31に供給される。

また、ノックライト装置 20には、図 10に示すように、例えば各発光ダイオード群 30 の R, G, Bの各色の光量若しくは色度を検出する光量又は色度センサ 33 (33R, 33 G, 33B)が設けられている。

光量又は色度センサ 33 (33R, 33G, 33B)は、図 10に示すように、水平方向に直列接続された発光ダイオード群 30に対応した各垂直位置に、複数個設けられて!/ヽる。また、全体混色を均一にできる拡散板などを活用し、個々の LEDの発光を効果的に混色せしめる光学系を用いるなどすることにより、光量又は色度センサ 33 (33R, 3 3G, 33B)を 1つにしてもよい。

なお、 LEDを液晶用バックライト光源として使用する場合には、配置上及び形状の制約から、光量又は色度センサ 33を発光ダイオード群 30の近傍に配置できなヽ場合がある。光量又は色度センサ 33は、発光ダイオード群 30から離れた場所に配置された場合には、発光ダイオード群 30から発光される光を弱く検出し、発光ダイオード群 30から近、場所に配置された場合には、発光ダイオード群 30から発光される光を強く検出する。このような場合、光学シュミレーシヨンや基準発光ダイオードによる実測等により光量又は色度センサ 33の特性を算出し、その補正値データを予めメモリテーブルとして用意しておき、感知した光量データを補正値データに基づ、て補正することで対応することができる。次に、水平方向に直列接続された発光ダイオード群 30を駆動する LED駆動回路 3 1について説明をする。なお、 LED駆動回路 31は、ノックライト駆動制御部 180内に備えられている。

図 12に、 LED駆動回路 31の回路構成例を示す。

LED駆動回路 31は、 DC- DCコンバータ 41と、定抵抗 (Rc) 42と、 FET43と、 PW M制御回路 44と、コンデンサ 45と、サンプルホールド用 FET46と、抵抗 47と、ホールドタイミング回路 48、メモリ 49と、 CPU (Central Processing Unit) 50とを備えている

LED駆動回路 31には、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33 (33R, 33G, 33B)の検出出力値が入力される。

DC- DCコンバータ 41は、図 2に示した電源 110から発生された直流電圧 V が入

IN

力され、入力された直流電力をスイッチングして安定ィ匕した直流の出力電圧 Vccを発生する。 DC— DCコンバータ 41は、フィードバック端子 Vfから入力された電圧と出力電圧 Vccとの電位差が基準電圧値 (Vref)となるように安定化した出力電圧 Vccを発生する。なお、基準電圧値 (Vref)は、 CPU50から供給される。

直列接続した発光ダイオード群 30のアノード側は、定抵抗 (Rc)を介して DC— DC コンバータ 41の出力電圧 Vccの出力端と接続されている。また、直列接続した発光ダイオード群 30のアノード側は、サンプルホールド用 FET46のソース-ドレインを介して DC- DCコンバータ 41のフィードバック端に接続されている。また、直列接続した発光ダイオード群 30の力ソード側は、 FET43のソース-ドレイン間を介してグランドに接続されている。

FET43のゲートには、 PWM制御回路 44から発生された PWM信号が入力される。 FET43は、 PWM信号がオンのときにソース-ドレイン間がオンとなり、 PWM信号がオフのときにソース-ドレイン間がオフとなる。したがって、 FET43は、 PWM信号がオンのときに発光ダイオード群 30に電流を流し、 PWM信号がオフのときには発光ダィオード群 30に流れる電流を 0とする。すなわち、 FET43は、 PWM信号がオンのときに発光ダイオード群 30を発光させ、 PWM信号がオフのときには発光ダイオード群 30の発光を停止させる。 PWM制御回路 44は、オン時間及びオフ時間のデューティ比を調整される 2値信号である PWM信号を発生する。 PWM制御回路 44は、 CPU50から PWM制御値が供給され、この PWM制御値に応じてデューティ比を変更する。

コンデンサ 45は、 DC- DCコンバータ 41の出力端とフィードバック端との間に設けられている。抵抗 47は、 DC- DCコンバータ 41の出力端とサンプルホールド用 FET46 のゲートに接続されている。

ホールドタイミング回路 48は、 PWM信号が入力され、 PWM信号の立ち上がりエツジで所定時間だけ OFFとなり、その他の時間では ONとなるホールド信号を発生するサンプルホールド用 FET46のゲートには、ホールドタイミング回路 48から出力されたホールド信号が入力される。サンプルホールド用 FET46は、ホールド信号がオフのときにソース一ドレイン間がオンとなり、ホールド信号がオンのときのソース-ドレイン間がオフとなる。

以上のような LED駆動回路 31では、 PWM制御回路 44から発生された PWM信号がオンとなる時間のみ発光ダイオード群 30に電流 I が流される。また、コンデンサ 4

LED

5、サンプルホールド用 FET46及び抵抗 47によりサンプルホールド回路を構成している。このサンプルホールド回路は、発光ダイオード群 30のアノード、すなわち、出力電圧 Vccが接続されて!、な!/、方の定抵抗 42の一端の電圧値を、 PWM信号のオン時にサンプルし、 DC— DCコンバータ 41のフィードバック端に供給している。 DC— DCコンバータ 41は、フォードバック端に入力される電圧値に基づき、出力電圧 Vcc を安定ィ匕させるので、定抵抗 Rc42及び発光ダイオード群 30に流れる電流 I の波

LED

高値が一定となる。

したがって、 LED駆動回路 31では、発光ダイオード群 30に流れる電流 I の波高

LED

値が一定とされた状態で、 PWM信号に応じたパルス駆動される。

CPU50は、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33 (33R, 33G, 33B)の両者の検出信号に基づき、バックライト装置 20から発光される白色光の色合い (色温度及び色度)及び輝度が一定となるように、発光ダイオード群 30に流れる電流量を調整する。発光ダイオード群 30に流れる電流量の調整は、 PWM制御値を変化させることにより発光ダイオード群 30に流れる電流のデューティを調整してもよいし、 DC— DCコンバータ 41に与える基準電圧値 (Vref)を変化させることにより発光ダイオード群 30に流れる電流の波高値を調整してもよいし、又は、これらの組み合わせによって調整してもよい。

このように温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33 (33R, 33G, 33B)の両者の検出信号に基づき、 CPU50が発光ダイオード群 30の発光の強度のフィードバック制御を行うことによって、画面内において均一な色度及び輝度の白色光を発生させることがでさるよう〖こなる。

ここで、発光ダイオードの発光の強度を制御するために、温度センサ 32の検出出力値を用いる理由について説明をする。

まず、 LED素子の温度特性について、図 13〜図 15の図を参照して説明をする。図 13は、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各 LED素子の相対輝度を表した図である。図 1 3のグラフは、 X軸方向に LED素子温度を示し、 y軸方向に相対輝度を示し、素子温度 25°Cの点を相対輝度 100%としている。

赤（R)の LED素子は、 AlInGaPの 4元素系の半導体層状構造であり、バンドキヤップエネルギーが低いため、高温時に、発光に寄与するキャリアが減少し、よって発光する光量が低下し、 LED素子の運転温度として一般的な 70°C程度の状態では、 25 °Cを常温としたときの 60%程度に輝度値が低下してしまう。また、赤 (R)の LED素子は、他色に比較して温度に対する輝度値の変化が激し、。

一方、 InGaNの 3元素系の半導体層状構造を有する緑 (G)の LED素子と青 (B)の LED素子は、赤 (R)の LED素子よりも短波長であり、紫色により近くなるのでバンドキャップエネルギーが大きぐ温度の影響を受けに《なる。

このように、 LED素子の発光光量は、色毎に温度特性が異なることが分かる。図 14は、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各 LED素子の発光波長に対する明るさを示したグラフである。図 14には、温度が 0°C、 25°C、 50°Cのそれぞれの場合についてのグラフを示している。なお、図 14のグラフは、 X軸方向に発光波長を示し、 y軸方向に発光出力（明るさ）を示している。図 14を参照して分力るように、各 LED素子は、温度に対する発光量（曲線で囲まれた部分の面積）が変化するだけではなぐ高温になるほど長波長側にシフトしている。特に、赤 (R)の LED素子は、山形の頂点（ピーク）に相当する波長（ピーク波長）力高温になるにしたがって大きく長波長側へのシフトしている。

以上の図 13及び図 14から、 LED素子は、各色でその温度特性が大きく異なることが分かる。具体的には、青 (B)の LED素子は、温度変化に対する輝度値にほとんど変化はなぐまた、温度変化に対する波長の変動も少ない特性があり、一方で、赤 (R )の LED素子は、温度変化に対する輝度値は大きぐまた、温度変化に対する波長の変動も大き、特性であることが分かる。

図 15は、上述した特性を有する赤 (R)の LED素子、緑 (G)の LED素子、青 (B)の LED素子力も発せられる光を組み合わせて、ノックライト装置 20において光学的に合成加法混色して白色光を得たときの、白色色度 (CIE色度座標表示 (X, y) )の温度偏差を示したものである。なお、図 15に示した特性は、温度及び色度センサに基づく光量のフィードバック制御は停止させて測定している。この図 15に示すように、白色光の色度は、 35°Cから 60°Cへ温度の上昇をすると、 Yの偏差（Ay値）が + 0. 00 25となり、 Xの偏差率（Δ χ値）が— 0. 015となる偏差を有しており、図 14に示した、赤 (R)の LED素子の温度変化に対する特性において、山形の頂点（ピーク）に相当する波長 (ピーク波長）が、温度が高温になるに伴って長波長側へシフト (移動）して V、る傾向と一致して、ることが分かる。

LED素子は、以上のような温度特性を有している。

このように LED素子は、温度依存性が大きいとともに、色によってその特性が異なつている。このため、 CPU50は、バックライト装置 20から発光される白色光の色合い (色温度及び色度）を一定とするには、温度センサ 32も用いて制御を行う必要があるさらに、 CPU50は、バックライト装置 20から発光される白色光の色合い（色温度及び色度）を一定とするためには、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各色の各発光光量を光量センサで検出し、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の発光光量を総合的に制御をしなければならない。つまり、赤 (R)の光量センサ出力のみを参照して赤 (R)の発光光量をフィードバック制御するのではなぐ他の色も含めた全色 (赤 (R)、緑 (G)及び青 (B) )の光量センサ出力を参照して赤 (R)の発光光量をフィードバック制御しなければならなヽこのため、 CPU50は、下記式（1)に示すような 3行 X 3列の行列演算式に基づき演算を行い、各色 (R、 G、 B)の LED素子の発光光量を総合的に調整している。

[数 1]

( 1 )

行列式 A 式（1)において、 "X"、 "Y"、 "Z"はバックライト装置 20から発光される光の色度座標を表す。また、式（1)において、 "Lr"は光量又は色度センサ 33の赤色成分の検出出力値であり、 "Lg"は光量又は色度センサ 33の緑色成分の検出出力値であり、 "Lb"は光量又は色度センサ 33の青色成分の検出出力値である。

また、式（1)の左辺の前段の行列である 3行 X 3列の係数 m から構成される行列

x

式 Aは、光量又は色度センサ 33の検出出力値 (Lr, Lg, Lb)に乗算する係数の行列式である。（なお、 mの下付け添え字の Xは 1、 2、 3でありその係数の行番号を示し、 y は 1、 2又は 3でありその係数の列番号を示している。）この行列式 Aは、理想的には定数で表されるはずである。しかしながら、上述したように実際には各色の LED素子が温度特性を有するので、行列式 Aは、下記式（2)に示すような、 3行 X 3列の定数 i で表された行列式 Cと、温度特性を相殺するための LED素子の温度 Tを変数とした y

関数 k (T)の行列式 Bとを乗算したものとなる。

x

[数 2]

2₂ O k_n (T) C 2 )

ノ ³¹ hi J も _Μσ) )

行列式 C 行列式 Β すなわち、 CPU50では、光量又は色度センサ 33の検出出力（Lr, Lg, Lb)とともに温度センサ 32の検出出力（T)を用いて、上記式（1)に基づき白色光の色合!、（色温度及び色度）を一定とするフィードバック制御を行って、る。

なお、行列式 Bの構成要素である関数 k (T)及び行列式 Cの構成要素である係数

x

j は、工場出荷時前に予め実験や測定により算出され、不揮発性のメモリであるメモ x

リ 49に格納されている。

以上のような演算及び制御を行う CPU50の具体的な動作は、次のようになる。

CPU50は、ノックライト装置 20の動作中に、適宜 (例えば一定期間毎、或いは、常時)、当該バックライト装置 20の色度及び輝度の調整制御を行う。

CPU50は、バックライト装置 20の色度及び輝度の調整制御を開始すると、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33の出力を読み出すとともに、メモリ 49から関数 k

(T)及び係数 j を呼び出す。

y x

CPU50は、温度センサ 32により検出された温度を上記式（1)及び式（2)の Tに代入するとともに、光量又は色度センサ 33の検出値を上記式（1)及び式（2)の Lr, Lg , Lbに代入して、バックライト装置 20の各色の色度 (X, Υ, Z)を算出する。

そして、 CPU50は、この算出した色度 (X, Υ, Z)が、ある特定の設定値、例えば、工場出荷前に理想的な値を設定してメモリ 49等に格納した値になるように各色の LE D素子に流す電流量 (PWMデューティ又は波高値)を調整する。

このこと〖こよって、 CPU50は、バックライト装置 20から発光される白色光の色合い（色温度及び色度)を、常時一定とすることができる。

図 16Aは、温度センサ 32によるフィードバック制御を行わずに光量又は色度センサ 33のみで色度制御を行った場合 (従来方法の場合)のノックライト装置 20から発光される白色色度 (CIE色度座標表示 (X, y) )の温度偏差を示した図である。また、図 16Bは、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33の両者によるフィードバック制御を行って色度制御を行った場合 (本発明の方法の場合)のバックライト装置 20から発光される白色色度 (CIE色度座標表示 (X, y) )の温度偏差を示した図である。図 16Aに示すように、光量又は色度センサ 33のみで色度制御を行った場合には、 25°C力ら 50°Cの偏差は、 Ay値力 + 0010であり、 Δ χ値力 ^ 0. 0015となり、図 15に示した特性よりも Ay値で 1/5、 Δ χ値で 1/10の改善されていることが分力るさらに、図 16Bに示すように、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33の両者によるフィードバック制御を行って色度制御を行った場合には、 25°Cから 50°Cの偏差は、 Ay値力 S + 0005であり、 Δ χ値力 S— 0005となり、図 15に示した特'性よりも Ay値で 1Ζ2、 Δ χ値で 1Z3の特性が改善され、さらなる特性改善がされていることが分かる。

以上のように本発明が適用されたバックライト装置 20によれば、温度センサ 32及び光量又は色度センサ 33 (33R, 33G, 33Β)の両者の検出信号に基づき、発光する白色光の色合!、（色温度及び色度)及び輝度を一定として!、るので、非常に精度よく安定した色合ヽの光を発光することができる。

次に、バックライト駆動制御部 180の構成について説明する。バックライト駆動制御部 180は、図 17に示すように、交流電圧を直流電圧に変換する電源 110から電圧が供給され、発光ダイオード群 30を駆動する上述した複数の LED駆動回路 31を備えている。

なお、図 17において、 glのグループは、赤 (R1)の発光ダイオード群 30と、緑 (G1 )の発光ダイオード群 30と、青 (B1)の発光ダイオード群 30からなる最上段一行のグループを示している。 g2のグループは、赤（R2)の発光ダイオード群 30と、緑（G2) の発光ダイオード群 30と、青（B2)の発光ダイオード群 30からなる glの一つ下の行のグループを示す。また、図 14は、各行の発光ダイオード群 30に PWM信号を供給するときの駆動幅の相違を模式的に示したものである。

ここで、ノックライト駆動制御部 180により行われる発光ダイオード群 30に対する P WM駆動動作にっ、て説明する。

まず、青 (B)の LED素子に着目する。青 (B)の LED素子は、発光効率に難点があるため、 PWM信号の ON期間を赤 (R)の LED素子及び緑 (G)の LED素子よりも長くして不足している光量を補っている。また、 gl行の Blpの PWM信号と g2行の B2p の PWM信号の駆動幅の相違は殆どない。これは、 gl行と g2行は、 gl行の方が g2 行よりもディスプレイの上方に位置しており温度が高いが、着目したのが温度依存による発光量変化の少な、青 (B)の LED素子であるため、駆動幅に変化を持たせる必要はないためである。

次に、赤 (R)の LED素子に着目する。赤 (R)の LED素子は、発光効率が良いので、 PWM信号の ON期間を青（B)の LED素子に比べて短くしている。また、 gl行の R lpの PWM信号と g2行の R2pの PWM信号の駆動幅の相違 kは大きくなつて!/、る。これは、 gl行と g2行は、 gl行の方が g2行よりもディスプレイの上方に位置しており温度が高ぐ着目したのが温度依存による発光量変化の大き!/、赤 (R)の LED素子であるため、駆動幅に変化を持たせる必要があるためである。ノックライト駆動制御部 18 0は、温度が高い gl行において、他行のグループとの光量バランスを図るために、 P WM信号のパルス幅が大きくなるように駆動して!/、る。

ノックライト駆動制御部 180は、ディスプレイの温度分布を均一にするために発光量を変化させるための手法として、 PWM信号の ON期間の差を用いることにより、デイスプレイ内の温度特性の均一性を確保することができる。

次に、各色の調整分解能を揃えるための動作について以下に説明する。

図 18は、 PWM信号の分解能について示す波形図である。図 18Aは、赤 (R)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号の波形図を示し、図 18Bは、緑 (G)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号の波形図を示し、図 18 (C)は、青 (B)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号の波形図を示す。

所定の白色光を得るために赤 (R)の LED素子から発せられる光と、緑 (G)の LED 素子から発せられる光と、青 (B)の LED素子から発せられる光の混合比を調整した結果、図 18に示すように、青 (B)発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅が 256 (100%)、緑（G)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅が 191 (約 75%)、赤（R)の発光ダイオード群 30の PWM信号のパルス幅が 126 ( 50%)の混合比のときに、所定の白色光を得ることができた。

また、上述の例において、各発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のノルス幅の調整幅を 8bitとした場合、図 18に示すように、青（B)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅の調整幅の自由度は、 lZ256Stepで調整できるが、赤 (R)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅の調整幅の自由度は、約半分の lZl26Stepでし力調整することができない。また、青 (B)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅の IStepは、赤（R)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅の 1 Stepの倍になってしまう t 、う不都合が生じてしまい、調整精度確保の点から不都合である。

これを避けるためには、調整幅の分解能をあげる必要がある。例えば、青 (B)の発光ダイオード群 30に供給する PWM信号のパルス幅の調整幅を lObitにするという手法があるが、各発光ダイオード群 30毎の調整ステップに差があり、原理的に改善されていないため、 PWM信号の ON期間の差が 50%に達すると、赤 (R)の発光ダイオード群 30に共有する PWM信号のパルス幅の調整幅は、 lbit相当悪化してしまう。また、調整分解能が lObit以上になると、処理を行うコンバータ等が高価なものとなつてしまい、装置自体の価格が上昇してしまう。

そこで、ノックライト駆動制御部 180は、図 19に示すように、各発光ダイオード群 30 に供給される PWM信号の調整幅がほぼ均一（例えば、 8bit)になるように、 DC— D Cコンバータ力も各発光ダイオード群 30に供給される信号 (定電流値 ILED)の波高値を調整する。なお、図 19Aに赤 (R)の発光ダイオード群 30に供給される PWM信号の波形図を示し、図 19Bに緑 (G)の発光ダイオード群 30に供給される PWM信号の波形図を示し、図 19Cに青 (B)の発光ダイオード群 30に供給される PWM信号の波形図を示す。

ノックライト駆動制御部 180は、例えば、 DC— DCコンバータ力も各発光ダイオード群 30に供給される信号を P AM (Pulse Amplitude Modulation)変調することにより、各発光ダイオード群 30に供給される定電流値 ILEDの波高値を調整する。したがって、バックライト駆動制御部 180は、各発光ダイオード群 30に供給する信号に対して、時間方向と、波高値の方向で調整を行うことにより、調整時の精度を確保し、各発光ダィオード群 30の調整精度のノ《ランスを維持することができる。

ここで、発光ダイオード群 30に供給されている信号を調整したときの信号波形の具体例を以下に示す。図 20Aは、時間方向を変調 (PWM変調）し、振幅方向は不変（固定)、すなわち LED素子のピーク電流は変化させない場合の信号波形を示す。また、図 20Cは、時間方向（PWM方向）を固定し、振幅方向のみ変調させた場合の信号波形を示す。また、図 20Bは、時間方向を変調し、かつ、振幅方向も変調した場合の信号波形を示す。

なお、ノックライト駆動制御部 180は、例えば、意図的にホワイトバランスなどで輝度を調整する場合には、時間方向の変調 (PWM)を行い、また、ディスプレイの温度分布による発光出力バランスの矯正には、振幅方向の変調 (PAM)を行ってもよい。このように構成された本願発明に係るバックライト駆動制御部 180は、バックライト部 2を構成してヽる発光ダイオード群 30の発光動作を調整する際、調整の分解能を各色の発光ダイオード群 30全てにおいて均一になるように、振幅方向及び時間方向に調整を行うので、精度の高い調整を行うことができる。

また、本願発明に係るバックライト駆動制御部 180は、ディスプレイの上部から下部へかけての温度分布を適切に検出し、当該検出結果に基づ!、て振幅方向の調整を行い、発光ダイオード群 30に供給されている電流値のピークコントロールをするので、ディスプレイの温度分布による表示ムラを解消することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく

、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなぐ様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] 1. 3原色毎に LED (Light Emission Diode)素子が複数個縦列接続された LED素子群力なるバックライトユニットの駆動装置において、

任意の振幅の信号を発生する信号発生手段と、

上記信号発生手段により発生された信号に基づき、上記 LED素子群の発光量を調整する調整手段と、

上記 LED素子群毎に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、

上記電圧印加手段により印加された電圧に応じて、上記 LED素子群から発せられる光量を検出する発光量検出手段と、

上記 LED素子群の温度を検出する温度検出手段と、

上記発光量検出手段により検出された発光量と上記温度検出手段により検出された温度に基づき上記信号発生手段を制御する制御手段と

を備えることを特徴とする駆動装置。

[2] 2.上記信号発生手段は、 PWM (Pulse Width Modulation)信号を発生することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[3] 3.上記発光量検出手段は、任意の原色の LED素子から構成される上記 LED素子群から発せられた光量を検出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[4] 4.さらに、上記温度検出手段により検出された温度に応じて、定電流値の振幅を調整する振幅調整手段を備え、

上記電圧印加手段は、上記調整手段から供給された定電流値に基づき、上記 LE D素子群毎に印加する電圧を可変することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[5] 5.さらに、上記温度検出手段により検出された温度に応じて、上記バックライトュ-ットを構成してヽる LED素子群を選択する選択手段を備え、

上記調整手段は、上記信号発生手段により発生された信号に基づき、上記選択手段により選択された LED素子群の発光量を調整することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[6] 6.さらに、上記 LED素子が配置された場所に対応して上記発光量検出手段により検出された当該 LED素子力発せられる光量を補正する補正データを記憶するメモリを有し、

上記制御手段は、上記メモリに記憶されて、る上記補正データにより補正された上記発光量と、上記温度検出手段により検出された温度に基づき、上記信号発生手段を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[7] 7.さらに、上記発光量検出手段が、 LED素子群から離れた場所に配置された場合には、 LED素子群力発光される光を弱く検出し、 LED素子群から近い場所に配置された場合には、 LED素子群力発光される光を強く検出するように、所定の実測方法によって得られた補正値データが記憶されているメモリテーブルを備え、

上記制御手段は、上記発光量検出手段により検出された発光量を上記メモリテーブルに記憶されている補正値データに基づき補正し、補正後の発光量と、上記温度検出手段により検出された温度に基づき、上記信号発生手段を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の駆動装置。

[8] 8.さらに、各 LED素子の光量比を適宜調整する調整手段と、上記調整手段により白色光を得る際に、任意の一色を基準として、その一色の温度情報と、所定の実測方法によって得られた補正値データが記憶されているメモリテーブルを備え、

[9] 9. 3原色毎に LED (Light Emission Diode)素子が複数個縦列接続された LED素子群力もなるノックライトユニットの駆動方法において、

上記 LED素子群毎に所定の電圧を印加する電圧印加工程と、

上記電圧印加工程により印加された電圧に応じて、上記 LED素子群から発せられる光量を検出する発光量検出工程と、

上記 LED素子群の温度を検出する温度検出工程と、

上記発光量検出工程により検出された発光量と、上記温度検出工程により検出された温度に基づき、任意の振幅の信号を発生する信号発生工程と、上記信号発生工程により発生された信号に基づき、上記 LED素子群の発光量を調整する調整工程と

を備えることを特徴とするバックライトユニットの駆動方法。

[10] 10.上記信号発生工程は、 PWM (Pulse Width Modulation)信号を発生することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。

[11] 11.上記発光量検出工程は、任意の原色の LED素子から構成される上記 LED素子群から発せられた光量を検出することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。

[12] 12.さらに、上記温度検出工程により検出された温度に応じて、定電流値の振幅を調整する振幅調整工程を備え、

上記電圧印加工程は、上記調整工程から供給された定電流値に基づき、上記 LE D素子群毎に印加する電圧を可変することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。

[13] 13.さらに、上記温度検出工程により検出された温度に応じて、上記バックライトュ- ットを構成して、る LED素子群を選択する選択工程を備え、

上記調整工程は、上記信号発生工程により発生された信号に基づき、上記選択ェ程により選択された LED素子群の発光量を調整することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。

[14] 14.さらに、上記 LED素子が配置された場所に対応して上記発光量検出工程により検出された当該 LED素子の上記発光量を補正する補正工程を備え、

上記信号発生工程は、上記補正工程により補正された発光量と、上記温度検出ェ程により検出された温度に基づき、任意の振幅の信号を発生することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。

[15] 15.さらに、上記発光量検出工程で LED素子群力発せられる光量を検出するセンサが、 LED素子群から離れた場所に配置された場合には、 LED素子群から発光される光を弱く検出し、 LED素子群から近い場所に配置された場合には、 LED素子群力発光される光を強く検出するように、所定の実測方法によって得られた補正値データが記憶されて、るメモリテーブルの補正値データに基づき、上記センサ力も得られる発光量を補正する補正工程を備え、

16.さらに、各色の LED素子の光量比を適宜調整する調整工程と、上記調整工程により白色光を得る際に、任意の一色を基準として、その一色の温度情報と、所定の実測方法によって得られた補正値データが記憶されているメモリテーブルの補正値に基づき、上記発光量検出工程により検出された発光量を補正する補正工程を備え上記信号発生工程は、上記補正工程により補正された発光量と、上記温度検出ェ程により検出された温度に基づき、任意の振幅の信号を発生することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の駆動方法。