JP2012156064A - バックライト装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサを用いることなく、また温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整を行うこともなく、ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらを抑制できるようにしたバックライト装置を提供すること。
【解決手段】 各ＬＥＤブロックにおいてＬＥＤに近接した位置にＬＥＤと同等の発熱量で発熱する発熱部品を配置し、ＰＷＭ制御信号でＬＥＤと発熱部品のいずれか一方が、共通の定電流源により常時通電されるように構成することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の発光ダイオードから生成した白色光を、液晶等の映像表示部の背面側より照射するバックライト装置の構造と、その制御方法に関するものである。

カラー映像表示装置として、カラーフィルタを有するカラー液晶パネルの背面に、白色光を照射するバックライト装置を組み合わせた構成が一般的となっている。バックライト装置の光源としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）等の蛍光ランプが主流であったが、近年になって消費電力、寿命、色再現性、環境負荷の面で優位な発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いたＬＥＤバックライトが用いられるようになってきている。

特許文献１は、光源を複数のＬＥＤブロックに分割して構成すると共に、このＬＥＤブロック毎に独立して輝度制御するようにしたものである。カラー液晶パネルの表示領域のうち、暗い映像を表示する領域に光を照射するＬＥＤブロックの輝度を落とすことで消費電力が低減し、映像のコントラストが向上する。このような、表示映像の内容に応じたＬＥＤブロック毎の輝度制御をローカルディミング制御と呼ぶ。

一方で、ローカルディミング制御によりＬＥＤブロック毎の輝度制御を行うと、ＬＥＤバックライト全体としての輝度むら、色むらが問題となる。これは輝度制御によってＬＥＤブロック間に温度ばらつきが生じ、ＬＥＤの温度特性により輝度および色が変動するからである。輝度むら、色むらが視認されやすい条件としては、長時間同一のコントラストが高い映像を表示してＬＥＤブロック間の温度差が大きくなった後に、全画面一色の映像が表示された場合が考えられる。特許文献２は、ＬＥＤブロック間に温度ばらつきが生じないように、各ＬＥＤブロックに設けた温度センサの検出値に応じて、同じく各ＬＥＤブロックに設けた発熱部品の発熱量を調整するものである。ＬＥＤブロック間の温度ばらつきが生じなくなることで、ＬＥＤバックライト全体としての輝度むら、色むらが抑制される。

特開２００１−１４２４０９号公報 特許第０４２４５４９５号明細書

ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらを抑制するために、従来技術では温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整が必要だった。この為、ＬＥＤブロック毎に温度センサを設ける必要があり、コストアップの要因となっていた。

そこで、本発明は、温度センサを用いることなく、また温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整を行うこともなく、ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらを抑制できるようにしたバックライト装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、各ＬＥＤブロックにおいてＬＥＤに近接した位置にＬＥＤと同等の発熱量で発熱する発熱部品を配置し、ＰＷＭ制御信号でＬＥＤと発熱部品のいずれか一方が、共通の定電流源により常時通電されるように構成することを特徴とする。

本発明によれば、温度センサを用いることなく、また温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整を行うこともなく、ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらが抑制される。

本発明実施例１のカラー映像表示装置の構成部品図 本発明実施例１のＬＥＤブロックを拡大視した模式図 本発明実施例１のＬＥＤと整流ダイオードをまとめて封止したパッケージの模式図 本発明実施例１の直下型ＬＥＤバックライトモジュールのブロック図 本発明実施例１の直列整流ダイオード群と直列発光ダイオード群の順方向電圧−順方向電流特性のグラフ 本発明実施例１の直列整流ダイオード群と直列発光ダイオード群の順方向電流に対する単位時間当たりの発熱量のグラフ 本発明実施例１のＬＥＤ ＰＷＭ制御信号と、整流ダイオードＰＷＭ制御信号と、発熱量の時間推移を示すタイミング図 本発明実施例１のＬＥＤ ＰＷＭ制御信号と、整流ダイオードＰＷＭ制御信号と、発熱量の時間推移を示すタイミング図 本発明実施例２の直下型ＬＥＤバックライトモジュールのブロック図 本発明実施例２の直列発光ダイオード群と直列整流ダイオード群のＯＮ・ＯＦＦの関係を示す表 本発明実施例２のＬＥＤ ＰＷＭ制御信号と、整流ダイオードＰＷＭ制御信号と、通電期間ＰＷＭ制御信号と、発熱量の時間推移を示すタイミング図

［実施例１］
図１は、本発明を適用できるカラー映像表示装置の構成部品図である。カラー液晶パネル１０５の背面に白色光を照射するバックライトとして、直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１を用いる。直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１は、縦方向にｎ個、横方向にｍ個の、合計ｎ×ｍ個のＬＥＤブロック１０６に分割され、それぞれ独立して輝度制御可能とする。ＬＥＤブロック１０６の分割数が多いほど、ローカルディミング制御における表示領域の分割精度が向上する。

直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１は点光源であるＬＥＤを多数集めたものである為、拡散板１０２を用いて白色光を十分に拡散して面光源として出力する。拡散板１０２で拡散され、様々な入射角度で入射した白色光は集光シート１０３で正面方向に集光され、正面輝度が向上する。反射型偏光フィルム１０４は、入射した白色光を効率的に偏光することで、カラー液晶パネル１０５で表示される輝度を向上させる。カラー液晶パネル１０５は、照射された白色光をＲＧＢの画素毎に輝度制御することでカラー映像を表示する。

ローカルディミング制御においては、カラー液晶パネル１０５の表示領域のうち、暗い映像を表示する領域に光を照射するＬＥＤブロック１０６の輝度を落とすことで消費電力が低減し、映像のコントラストが向上する。

図２はＬＥＤブロック１０６を拡大視した模式図である。合計４個の白色ＬＥＤ１１０が直列接続で実装され、ＬＥＤブロック１０６毎に輝度調整が可能となっている。白色ＬＥＤ１１０の代わりに、赤色、緑色、青色など多色のＬＥＤを組み合わせて白色光を得る構成にすることも可能である。白色ＬＥＤ１１０の近傍には、ローカルディミング制御時にＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきを抑制するための発熱部品として直列接続された複数の整流ダイオード１１１を実装する。

ＬＥＤブロック１０６において、白色ＬＥＤ１１０と整流ダイオード１１１間の熱抵抗は小さいほうが好ましく、図３のように白色ＬＥＤのパッケージ１２０に、白色ＬＥＤチップ１２１と整流ダイオードチップ１２２をまとめて封止したものを用いてもよい。

図４は、直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１の構成と接続を示すブロック図である。ＬＥＤバックライトモジュール１０１はｎ×ｍ個のＬＥＤブロック１０６に分割され、マイコン３０１から出力される定電流源出力電流量制御信号３０２とＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３によってＬＥＤブロック１０６毎に独立して輝度制御される。定電流源出力電流量制御信号３０２は、ＬＥＤブロック１０６毎の輝度の微調整と、ユーザコントロールによる表示輝度の調整に用いる。ユーザに表示輝度を上げるよう設定された場合は定電流源出力電流量制御信号３０２を用いて全ＬＥＤブロック１０６の輝度を一律に上昇させ、表示輝度を下げるよう設定された場合は全ＬＥＤブロック１０６の輝度を一律に低下させる。一方、ＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３はローカルディミング制御によるＬＥＤブロック１０６毎の個別の輝度調整に用いる。

１番目のＬＥＤブロック１０６（１）では、マイコン３０１から出力される定電流源出力電流量制御信号３０２（１）によって定電流源３０４（１）の出力電流量が決定され、ＬＥＤブロック１０６（１）の輝度が電流量で制御される。定電流源３０４（１）の出力には、直列接続された合計４個の白色ＬＥＤからなる直列発光ダイオード群３０５（１）のアノード側と、同じく直列接続された合計２０個程度の整流ダイオードからなる直列整流ダイオード群３０６（１）のアノード側が、アノードコモンで接続される。直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）は近接して実装され、直列整流ダイオード群３０６（１）はローカルディミング制御時にＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきを抑制するための発熱部品となる。

図５に示すように、直列整流ダイオード群全体としての順方向電圧−順方向電流特性１３０が直列発光ダイオード群全体としての順方向電圧−順方向電流特性１３１とほぼ同等になるように、整流ダイオードの選定と直列接続数の調整を行う。例えば、順方向電流が５０ｍＡ流れた際の順方向電圧が３．５Ｖとなる発光ダイオード４個で直列発光ダイオード群３０５（１）が構成されていた場合、順方向電流５０ｍＡにおける順方向電圧が０．７Ｖとなる整流ダイオード２０個で直列整流ダイオード群３０６（１）を構成する。

以上のように構成することで、図６に示すように直列整流ダイオード群全体としての順方向電流に対する単位時間当たりの発熱量１４０と、直列発光ダイオード群全体としての順方向電流に対する単位時間当たりの発熱量１４１がほぼ同等になる。ここでは簡易的に発熱量は順方向電流と順方向電圧の積であるとして扱っているが、熱損失の低い発光ダイオードを用いた場合は、例えば整流ダイオードの直列数を減らすことで双方の発熱量が同等となるように調整すればよい。

本実施例では、ＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきを抑制するための発熱部品として直列接続された複数の整流ダイオード１１１を用いているが、代わりに抵抗部品を用いたり、発光しないように加工したＬＥＤを用いて構成してもよい。

図４のブロック図に戻ると、直列発光ダイオード群３０５（１）のカソード側には通電（発光）のＯＮ・ＯＦＦを行うトランジスタが接続され、ＯＮ・ＯＦＦのタイミングはマイコン３０１からのＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）によって制御される。ＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）は一定サイクルでＯＮ・ＯＦＦを行うパルス信号で、サイクル時間におけるＯＮ時間の比率（デューティ比）によって直列発光ダイオード群３０５（１）の点灯輝度を制御する。直列整流ダイオード群３０６（１）のカソード側にも通電のＯＮ・ＯＦＦを行うトランジスタが接続され、ＯＮ・ＯＦＦのタイミングはマイコン３０１からのＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）が信号反転部３０７（１）で反転されたものによって制御される。以上の構成により、ＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）によって、直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）のいずれか一方が、共通の定電流源３０４（１）により常時通電されることがわかる。

図４では１番目のＬＥＤブロック１０６（１）とｎ×ｍ番目のＬＥＤブロック１０６（ｎ×ｍ）以外は割愛しているが、合計ｎ×ｍ個のＬＥＤブロック１０６全てが１番目のＬＥＤブロック１０６（１）と同様に構成され、また同様にマイコン３０１から出力される定電流源出力電流量制御信号３０２とＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３によってＬＥＤブロック１０６毎に独立して輝度制御される。

映像信号３１０は映像信号解析部３１１に入力され、ローカルディミング制御における表示映像の解析が行われる。解析結果は映像信号解析部３１１からマイコン３０１に出力される。表示映像の解析結果に応じたローカルディミング制御により、ＬＥＤブロック１０６毎の輝度はマイコン３０１からのＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３によって制御される。

図７および図８は、本実施例におけるＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３と、整流ダイオードＰＷＭ制御信号と、発熱量の時間推移を示すタイミング図である。例えば、カラー液晶パネル１０５の表示領域のうち、明るい映像を表示する領域に光を照射するＬＥＤブロック１０６のＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３を図７（ａ）に示す。サイクル時間１５０におけるＬＥＤのＯＮ期間１５１の比率（デューティ比）が大きく、ＬＥＤブロック１０６の点灯輝度が高くなる。この時の整流ダイオードＰＷＭ制御信号を図７（ｂ）に示す。ＬＥＤがＯＦＦしている期間に整流ダイオードがＯＮし、サイクル時間１５０における整流ダイオードのＯＮ期間１５２の比率が小さい。図７（ｃ）にこの時の発熱量の時間推移を示す。ＬＥＤのＯＮ期間における発熱量１５３の時間推移（単位時間当たりの発熱量）と、整流ダイオードのＯＮ期間における発熱量１５４の時間推移は、図６で説明したようにほぼ同等である。従って、ＬＥＤと整流ダイオードのいずれか一方が常時ＯＮしている為、ＬＥＤブロック１０６の発熱量は一定のまま時間推移する。

次に、カラー液晶パネル１０５の表示領域のうち、暗い映像を表示する領域に光を照射するＬＥＤブロック１０６のＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３を図８（ａ）に示す。サイクル時間１６０におけるＬＥＤのＯＮ期間１６１の比率（デューティ比）が小さく、ＬＥＤブロック１０６の点灯輝度が低くなる。この時の整流ダイオードＰＷＭ制御信号を図８（ｂ）に示す。ＬＥＤがＯＦＦしている期間に整流ダイオードがＯＮし、サイクル時間１６０における整流ダイオードのＯＮ期間１６２の比率が大きい。図８（ｃ）にこの時の発熱量の時間推移を示す。ＬＥＤのＯＮ期間における発熱量１６３の時間推移（単位時間当たりの発熱量）と、整流ダイオードのＯＮ期間における発熱量１６４の時間推移は、図６で説明したようにほぼ同等である。従って、ＬＥＤと整流ダイオードのいずれか一方が常時ＯＮしている為、ＬＥＤブロック１０６の発熱量は一定のまま時間推移する。また、先に説明した図７（ｃ）の発熱量の時間推移と、図８（ｃ）の発熱量の時間推移から、ローカルディミング制御によるＬＥＤブロック１０６毎の輝度制御の如何によらず、ＬＥＤブロック１０６毎の発熱量の時間推移が一定であり、つまりはＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきが抑制されることが分かる。

以上により、本発明を適用することで、温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整を行うことなく、ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらが抑制されることが分かる。

［実施例２］
実施例１では、ＬＥＤブロック１０６において直列発光ダイオード群３０５と直列整流ダイオード群３０６のいずれか一方が常時通電していたが、ここでは双方が通電していない期間を設けることで、消費電力を低減した上で課題を解決できる実施例を説明する。本実施例で特に説明していない点については、実施例１と同一であるとして説明を省略する。

図９は、本実施例を適用できるカラー映像表示装置の直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１の構成と接続を示すブロック図である。ＬＥＤバックライトモジュール１０１はｎ×ｍ個のＬＥＤブロック１０６に分割され、マイコン３０１から出力される定電流源出力電流量制御信号３０２とＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３によってＬＥＤブロック１０６毎に独立して輝度制御される。
１番目のＬＥＤブロック１０６（１）では、マイコン３０１から出力される定電流源出力電流量制御信号３０２（１）によって定電流源３０４（１）の出力電流量が決定され、ＬＥＤブロック１０６（１）の輝度が電流量で制御される。定電流源３０４（１）の出力には、直列接続された合計４個の白色ＬＥＤからなる直列発光ダイオード群３０５（１）のアノード側と、同じく直列接続された合計２０個程度の整流ダイオードからなる直列整流ダイオード群３０６（１）のアノード側が、アノードコモンで接続される。直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）は近接して実装され、直列整流ダイオード群３０６（１）はローカルディミング制御時にＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきを抑制するための発熱部品となる。

直列発光ダイオード群３０５（１）のカソード側には通電（発光）のＯＮ・ＯＦＦを行うトランジスタが接続され、ＯＮ・ＯＦＦのタイミングはマイコン３０１からのＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）によって制御される。直列整流ダイオード群３０６（１）のカソード側にも通電のＯＮ・ＯＦＦを行うトランジスタが接続され、ＯＮ・ＯＦＦのタイミングはマイコン３０１からのＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）が信号反転部３０７（１）で反転されたものによって制御される。

直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）のＯＮ・ＯＦＦを行う双方のトランジスタのエミッタには、さらに通電のＯＮ・ＯＦＦを行う共通のトランジスタが接続される。ＯＮ・ＯＦＦのタイミングはマイコン３０１からの通電期間ＰＷＭ制御信号３０８によって制御される。通電期間ＰＷＭ制御信号３０８は全てのＬＥＤブロック１０６に共通の制御信号で、直列発光ダイオード群３０５と直列整流ダイオード群３０６のいずれかがＯＮするタイミングを制御する。

ＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）のＯＮ・ＯＦＦと、通電期間ＰＷＭ制御信号３０８のＯＮ／ＯＦＦによる、直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）のＯＮ・ＯＦＦの関係を図１０に示す。通電期間ＰＷＭ制御信号３０８がＯＮしている間にＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）がＯＮした場合は直列発光ダイオード群３０５（１）がＯＮ（発光）し、通電期間ＰＷＭ制御信号３０８がＯＮしている間にＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）がＯＦＦした場合は直列整流ダイオード群３０６（１）がＯＮ（通電）する。通電期間ＰＷＭ制御信号３０８がＯＦＦした場合はＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）の如何によらず直列発光ダイオード群３０５（１）と直列整流ダイオード群３０６（１）の双方がＯＦＦする。

図１１は本実施例におけるＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３と、整流ダイオードＰＷＭ制御信号と、通電期間ＰＷＭ制御信号３０８と、発熱量の時間推移を示すタイミング図である。図１１（ａ）に示すように、サイクル時間１８０のうち、表示映像の解析結果に応じたローカルディミング制御によるデューティ比でＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）がＯＮする。すると図１１（ｂ）に示すようにサイクル時間１８０のうちＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）がＯＦＦしている期間に整流ダイオードＰＷＭ制御信号がＯＮする。図１１（ｃ）に示すように通電期間ＰＷＭ制御信号３０８はＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３（１）以上のデューティ比でＯＮする。通電期間ＰＷＭ制御信号３０８のデューティ比は、直下型ＬＥＤバックライトモジュール１０１の全ＬＥＤブロック１０６の中で最大となるＬＥＤ ＰＷＭ制御信号３０３のデューティ比と同等に設定する。これにより、サイクル時間１８０のうち、全ＬＥＤブロック１０６のＬＥＤが発光しておらず、全ＬＥＤブロックで整流ダイオードに通電され、不要な電力を消費してしまう期間が無くなる。図１１（ｄ）に発熱量の時間推移を示す。ＬＥＤのＯＮ期間における発熱量１８３の時間推移（単位時間当たりの発熱量）と、整流ダイオードのＯＮ期間における発熱量１８４の時間推移は図６で説明したようにほぼ同等である。従って、ローカルディミング制御によるＬＥＤブロック１０６毎の輝度制御の如何によらず、またＬＥＤと整流ダイオードの双方が通電していない期間を設けることで消費電力を低減した上で、ＬＥＤブロック１０６毎の発熱量の時間推移が一定であり、つまりはＬＥＤブロック１０６間の温度ばらつきが抑制されることが分かる。

以上により、本発明を適用することで、温度センサの検出値に応じた発熱部品の発熱量の調整を行うことなく、ローカルディミング制御時のＬＥＤブロック間の温度ばらつきによる輝度むら、色むらが抑制されることが分かる。

１０１ 直下型ＬＥＤバックライトモジュール
１０２ 拡散板
１０３ 集光シート
１０４ 反射型偏光フィルム
１０５ カラー液晶パネル
１０６ ＬＥＤブロック
１１０ 白色ＬＥＤ
１１１ 整流ダイオード
１２０ 白色ＬＥＤのパッケージ
１２１ 白色ＬＥＤチップ
１２２ 整流ダイオードチップ

Claims (5)

1. 映像表示パネルの背面に光を照射する複数のブロックに分割された発光手段と、前記複数のブロックに分割された発光手段毎に設けられ、発光手段と同等の発熱量を有する発熱部品と、同じく前記複数のブロックに分割された発光手段毎に設けられ、発光手段の点灯期間を制御する点灯期間制御部とを有し、前記点灯期間制御部では発光手段の点灯と、発熱部品の通電のいずれかを共通の定電流ドライバにより常時行うよう制御することを特徴とするバックライト装置。
2. 映像表示パネルの背面に光を照射する複数のブロックに分割された発光手段と、前記複数のブロックに分割された発光手段毎に設けられ、発光手段と同等の発熱量を有する発熱部品と、同じく前記複数のブロックに分割された発光手段毎に設けられ、発光手段の点灯期間を制御する点灯期間制御部とを有し、前記点灯期間制御部では、前記複数のブロックに分割された全ての発光手段で同一の通電期間に限り、発光手段の点灯と、発熱部品の通電のいずれかを共通の定電流ドライバにより常時行うよう制御することを特徴とするバックライト装置。
3. 発熱部品として、直列接続した複数の整流ダイオードを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２の記載のバックライト装置。
4. 発光手段の点灯と、発熱部品の通電のいずれかを共通の定電流ドライバにより常時行うよう制御する方法として、発光手段の点灯を制御するＰＷＭ制御信号の反転信号を発熱部品の通電の制御に用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバックライト装置。
5. カラー映像表示パネルの表示映像に応じたローカルディミング制御を、複数のブロックに分割された発光手段毎の点灯期間を調整することで行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバックライト装置。