JP2014149938A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を含む情報の表示パネルに対する光照射に係る電力消費量を抑える。
【解決手段】光を透過することにより画像を含む情報を表示するパネルに光照射する発光装置は、各々が、電流が供給されて発光する発光素子を含み、且つパネルの全面に光を照射するｎ（ｎは２以上の自然数）個の光源回路（バックライト１２）と、光源回路に電流を供給する電流供給部と、ｎ個の光源回路の各々に対応するスイッチであって、且つ対応する光源回路と電流供給部との接続状態を導通および非導通のいずれかに切替えるスイッチと、パネルについて要求される表示時の明るさを検出する明るさ検出部と、検出された明るさに基づき、ｎ個の光源回路に対応するｎ個のスイッチのうち少なくとも１つを導通側に切替えるよう制御する切替制御部（ＣＰＵ１）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、非発光の透過型の表示部に光を照射する発光装置に関する。

近年、画像表示用のディスプレイとして、従来の陰極線管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）を用いたディスプレイの他に、液晶パネルを用いたディスプレイ、いわゆる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）が普及している。液晶ディスプレイは、自ら発光するものではなく、液晶パネルの背面側にバックライトと呼ばれる光源を設置し、液晶パネルにバックライトからの光を透過させることで画像表示を行なうものである。

液晶ディスプレイは携帯型の端末装置に搭載されるケースが多く、その場合には、携帯型端末の利便性（小型、軽量など）を損なわないよう液晶ディスプレイの消費電力の低減が要求される。

当該要求に応えるために、たとえば特許文献１（特開２００６−２３５４６４号公報）では、携帯電話機の液晶画面のバックライトとして、液晶画面の全面を照明するための消費電力の大きい高輝度の第１のバックライトと、液晶画面の一部を照明するための消費電力の小さい低輝度の第２のバックライトとを実装する。そして、液晶画面に表示される情報や実行する機能に応じて、第１のバックライトと第２のバックライトを全面表示と部分表示時に使い分けるように切り替える。

特開２００６−２３５４６４号公報

特許文献１では、第一のバックライトと第二のバックライトを全面表示と部分表示時に使い分けるが、全画面表示の時の消費電力を考慮していない。

それゆえに、本発明の目的は、画像を含む情報の表示パネルに対する光照射に係る電力消費量を抑えることができる発光装置を提供することである。

この発明のある局面に従うと、光を透過することにより画像を含む情報を表示するパネルに光照射する発光装置は、各々が、電流が供給されて発光する発光素子を含み、且つパネルの全面に光を照射するｎ（ｎは２以上の自然数）個の光源回路と、光源回路に電流を供給する電流供給部と、ｎ個の光源回路の各々に対応するスイッチであって、且つ対応する光源回路と電流供給部との接続状態を導通および非導通のいずれかに切替えるスイッチと、パネルについて要求される表示時の明るさを検出する明るさ検出部と、検出された明るさに基づき、ｎ個の光源回路に対応するｎ個のスイッチのうち少なくとも１つを導通側に切替えるよう制御する切替制御部と、を備える。

本発明によれば、画像を含む情報の表示パネルに対する光照射に係る電力量の消費を抑制する。

本発明の実施の形態１に係る発光装置を搭載する携帯電話機の構成図である。 本実施の形態１に係るＬＣＤ周辺部の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るバックライトの構成図である。 本発明の実施の形態１に係るバックライトを制御するための処理フローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るバックライトの切替処理の概念を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本発明の実施の形態に係る発光装置は、タブレット端末、携帯電話機、スマートフォンなどＬＣＤを備える各種端末に搭載することができる。ここでは、携帯電話機に搭載される場合を例示する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る発光装置を搭載する携帯電話機の構成図である。図２は、本実施の形態１に係るＬＣＤ周辺部の概略構成図である。

図１を参照して携帯電話機は各部を集中的に制御および管理するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）１、各種データおよびプログラムが格納される揮発性または不揮発性の記憶媒体からなるメモリ２、符号化／復号化回路３、画像データを一時的に格納するためのメモリ４０を内蔵するカメラコントローラ４、カメラコントローラ４により制御されることにより被写体を撮影し、撮影により得られた画像データをカメラコントローラ４に出力するカメラ部５、ＬＣＤコントローラ６、ＬＣＤコントローラ６により制御されて画像を含む情報を表示するＬＣＤ７、ユーザによる操作されて操作による指示を受付ける入力部８、無線通信のための無線系９およびアンテナ１０、各部に電力を供給するためのシステム電源１１、ＬＣＤ７のためのバックライト１２、およびリチウム電池またはニッカド電池などからなるバッテリ１３を含む。

符号化／復号化回路３はアンテナ１０および無線系９を介して送信する情報について符号化する機能と受信した情報について復号する機能とを有する。システム電源１１はバッテリ１３により供給される電圧を、各部に対応の所定レベルに調整した後に各部に供給する。バックライト１２は、ＣＰＵ１から与えられる制御信号（制御信号３２および３３）に従い発光する。

図２を参照して、ＬＣＤ７およびバックライト１２それぞれの基板（図示せず）はＦＣＰ（Flexible printed circuits）コネクタ（図示せず）を有する。バックライト１２のＦＣＰコネクタには、バックライト１２側に電流を含む各種信号を送信するための制御線１４が接続される。ＬＣＤ７のＦＣＰコネクタには、ＬＣＤ７側に信号を送信するための制御線１５が接続される。

（ＬＣＤ７による表示）
ＬＣＤ７は、複数の液晶素子がマトリックス状に配列された液晶パネルと、液晶パネルの主面を覆うガラス基板と、当該主面とは反対側の面である液晶パネルの背面（主面とは反対側の面）側に設けられた導光板、拡散板および反射板とを含む。

ＬＣＤ７は、全体を薄くするために、サイドライト（あるいはエッジライト）方式が採用される。当該方式では、バックライト１２は、ＬＣＤ７の液晶パネルの真下ではなく横に配置される。バックライト１２からの発光は、導光板を通り、拡散板により液晶パネルの面全体に一様に拡散する。導光板および拡散板の下部に設けられた反射板により、光を液晶パネル側に反射させることにより、光のロスを防止する。

表示において、ＬＣＤコントローラ６は、ＣＰＵ１から出力された、またはメモリ４０から読出された画像データを画像信号に変換し、変換後の画像信号に対して所定の信号処理を行なうことにより液晶駆動制御信号を生成し、生成した液晶駆動制御信号に従ってＬＣＤ７の液晶パネルが含む液晶素子を駆動する。このとき、液晶パネルの背面側からバックライト１２の光が透過することによりＬＣＤ７は画像を表示する。ユーザは主面側から表示画像を視る。

なお、液晶パネルの代わりに、バックライトからの光を透過することにより画像を含む情報を表示する他の種類のパネルを備える構成であってもよい。

（バックライトの構成）
図３は、本発明の実施の形態に係るバックライト１２の構成図である。図３には、バックライト１２に関連したシステム電源１１の一部構成が示される。図３を参照して、発光装置に対応のバックライト１２は、ＬＣＤ７の液晶パネルの全面に光を照射するためのｎ（ｎは２以上の自然数）個の光源回路を含む。ｎ個の光源回路は、ＬＣＤ７の液晶パネルの同一側部に配置される。

ここでは説明を簡単にするために、２個の光源回路１２１と１２２を含むとする。光源回路１２１は、電流が供給されて発光する１つ以上の発光素子として、白色発光のＬＥＤ（Light Emitting Diode）１２１Ｅを含む。同様に、光源回路１２２は白色発光のＬＥＤ１２２Ｅを含む。図３では、光源回路１２１と１２２それぞれは、複数個のＬＥＤを順方向に接続したＬＥＤストリングを含む。

バックライト１２では、光源回路１２１と１２２それぞれに対応のＬＥＤストリングは、互いに並列に接続される。並列接続の状態では、ＬＥＤ１２１Ｅと１２２Ｅそれぞれは、当該ＬＥＤの光路に他のＬＥＤが位置しないよう交互に配置される。図２では、バックライト１２を液晶パネル主面の上方向から見た場合において、互いの光路にＬＥＤが位置しないよう、ＬＥＤ１２１Ｅと１２２Ｅが交互に配置された状態が示される。ＬＥＤの交互配置により、ＬＥＤからの光は光路を妨げられることなく進行する。

システム電源１１およびバッテリ１３は、光源回路１２１，１２２に電流を供給するための電流供給部を構成する。システム電源１１は、バッテリ１３からの電圧を昇圧して出力する昇圧回路１１１、ＬＥＤ制御回路１１２、ならびに端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４を含む。端子Ｔ１とＴ２は、光源回路１２１と１２２それぞれに対応のＬＥＤストリングの一端と昇圧回路１１１の出力側を接続するための端子である。端子Ｔ３とＴ４は、光源回路１２１と１２２それぞれに対応のＬＥＤストリングの他端をＬＥＤ制御回路１１２を介してグランドに接続するための端子である。ＬＥＤ制御回路１１２は、光源回路１２１と１２２それぞれに対応の端子Ｔ３とＴ４それぞれとグランドの間に接続されたスイッチＳＷ１とＳＷ２を有する。

スイッチＳＷ１とＳＷ２それぞれは、ＣＰＵ１からの電流信号である制御信号３２と３３のそれぞれに従ってＯＮ／ＯＦＦに切替わるトランジスタ回路を含む。スイッチＳＷ１とＳＷ２がＯＮ状態であるとき、光源回路１２１，１２２の各々と電流供給部との電気的接続状態は導通状態となり当該光源回路のＬＥＤは発光するが、ＯＦＦ状態であるとき非導通状態となりＬＥＤは消灯する。このように、ＣＰＵ１は、制御信号３２と３３により、光源回路１２１，１２２を、発光と非発光（消灯）のいずれかに切替えることができる。なお、制御信号３２と３３は、制御線１４を介してスイッチＳＷ１とＳＷ２に送信されるとしているが、別の経路から送信されるとしてもよい。

本実施の形態では、ＬＥＤストリングを並列接続して用いるので、これらＬＥＤストリングを直列接続する場合に比較して低い電圧で多くのＬＥＤをＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、並列接続されたうちの１つのＬＥＤストリングが故障したとしても、他のＬＥＤストリングを駆動し続けることができる。

なお、発光素子としてＬＥＤを用いたが、これに代替して冷陰極管蛍光灯を用いてもよい。

（フローチャート）
図４は、本発明の実施の形態に係るバックライト１２を制御するための処理フローチャートである。当該フローチャートに従うプログラムは、予めメモリ２の所定領域に格納されており、ＣＰＵ１は当該プログラムの命令をメモリ２から読出し、読出した命令を実行することにより、各部が制御されて、当該処理が実現される。

図５は、本発明の実施の形態に係るバックライト１２の切替処理の概念を説明するための図である。図５は、発明者が実験により取得したデータをグラフで表す。グラフの縦軸には、ＬＣＤ７の画面の明るさの度合いを表す輝度（単位：ｃｄ）がとれら、横軸には発光によるバックライト１２の消費電流（単位：ｍＡ）がとられる。サイドライト（エッジライト）方式において、グラフの実線Ｐ１は、５個のＬＥＤを接続する２つのＬＥＤストリングを並列接続する場合に、ＬＥＤを全て点灯（計１０個のＬＥＤを点灯）したときの輝度と消費電流の関係を示す。実線Ｃ２は、５個のＬＥＤを接続するＬＥＤストリングを点灯（５個のＬＥＤのみを点灯）したときの輝度と消費電流の関係を示す。破線Ｐ２は、従来のバックライトによる消費電流と輝度の関係を示す。破線Ｃ１は、図４の処理に従いバックライト１２を制御した場合の消費電流と輝度の関係を示す。

実線Ｐ１およびＣ２によれば、図５のクロスポイントを境に効率が変わることから、発明者は、以下の知見を得た。すなわち、クロスポイントより高い輝度が必要な場合には、並列接続されているＬＥＤストリングの両方に電流を供給して発光させるが、クロスポイント以下の低輝度が要求される場合には、並列接続されているＬＥＤストリングの一方のみに電流を供給して発光させるだけで、破線Ｃ１のように、当該要求を満たすことができるとの知見に至った。

このような知見から、本発明の実施の形態では、図５の破線Ｃ１が示す消費電流と輝度との関係に従い、液晶パネルに関し要求される表示時の画面明るさの程度に基づき、２個の光源回路１２１と１２２に対応する２個のスイッチＳＷ１とＳＷ２のうち少なくとも１つを導通状態となるよう切替え制御する切替制御部を用いる。当該切替制御部は、ＬＥＤ制御回路１１２とＣＰＵ１が実行するプログラムを含んで構成される。

上記の切替え制御について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
入力部８からの操作に基づき、ＣＰＵ１がＬＣＤ７に情報を表示開始（画面ＯＦＦ→ＯＮ）すると、図４の処理は開始される。なお、画面ＯＦＦ時には、バックライト１２は消灯していると想定する。

まず、ＣＰＵ１は、メモリ２の所定領域に格納された画面明るさを示す設定値を読出し、設定値が低輝度を示すか否かを判定する（ステップＳ３）。設定値は、たとえば、ユーザが入力部８を操作して指定する（要求する）画面の明るさ程度が、低輝度か否かの値を示す。

低輝度であると判定したときは（ステップＳ３で“＝低輝度”）、スイッチＳＷ１とＳＷ２のうち一方のみに、ＯＦＦ→ＯＮにするような制御信号を出力して当該ＬＥＤストリングに電流を供給する（ステップＳ５）。たとえば、スイッチＳＷ１をＯＮするように制御信号３２を出力する。これにより、スイッチＳＷ２はＯＦＦのままでスイッチＳＷ１はＯＦＦ→ＯＮとなり、光源回路１２２は消灯し且つ光源回路１２１のＬＥＤストリングは点灯する。その後、ステップＳ９に移行する。

一方、低輝度ではないと判定したときは（ステップＳ３で“≠低輝度”）、ＣＰＵ１は、スイッチＳＷ１とＳＷ２の両方に、ＯＦＦ→ＯＮにするような制御信号３２および３３を出力する。これにより、並列接続される両方のＬＥＤストリングに同じレベルの電流が供給されて（ステップＳ７）、光源回路１２１と１２２の両方が点灯する。

その後、ＣＰＵ１は、入力部８の出力に基づき、ユーザ操作により画面ＯＦＦが指示されたか否かを判定する（ステップＳ９）。画面ＯＦＦと判定した場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、画面の表示情報を消去するとともに、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をＯＦＦにするような制御信号３２および３３を出力する。これによりバックライト１２は消灯し、処理は終了する。画面ＯＦＦと判定しない場合には（ステップＳ９でＮＯ）、上記の設定値が変更されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。変更有りと判定すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ３に戻り、以降の処理を同様に繰り返すが、変更無しと判定すると（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ９に戻り、以降の処理を同様に繰り返す。

図４によれば、要求される画面明るさが低輝度であるときは、バックライト１２の並列接続されたＬＥＤストリング（光源回路１２１，１２２）のうちの一方のみに電流供給し、低輝度でないときに限り両方に電流供給（同じレベルの電流を供給）することで、図５で示した従来に比較し、要求される画面明るさを得た状態でバックライト１２に係る消費電力を低減することができる。

上述の図４に従う機能は、プログラムとして提供することができるとともに、このようなプログラムは、携帯電話機に付属する記録媒体（メモリ形状のカード、ＣＤ-ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）など）であって、ＣＰＵ１が読取り可能な記録媒体に非一時的に記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、図示にない通信ネットワークおよび無線系９を介し携帯電話機の所定記憶領域へのダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

（実施の形態１の変形例）
図４のステップＳ３の判定方法は、上記の設定値による方法に限定されず、ＣＰＵ１が、図示しない照度センサによって測定された周囲環境の明るさから、要求される輝度が低輝度であるか否かを判定するとしてもよい。具体的には、明るさの程度と表示画像を視認するのに必要な輝度とのデータを対応づけて格納したテーブルを、照度センサが測定した明るさ程度に基づきＣＰＵ１が検索し、検索により読出した対応の輝度のデータと閾値とを比較することで、低輝度であるか否かを判定するとしてもよい。

または、携帯電話機で起動されている機能の種類に基づき低輝度であるか否かを判定するとしてもよい。換言するとＣＰＵ１は、携帯電話機に搭載されるアプリケーションプログラムのうち起動しているアプリケーションプログラムの種類に基づき、当該種類と必要輝度とのデータを対応づけて予め格納したテーブルを検索し、検索結果から、低輝度が要求されている否かを判定するとしてもよい。

または、携帯電話機で表示される情報の種類（静止画、動画、メールなど）に基づき低輝度であるか否かを判定するとしてもよい。換言するとＣＰＵ１は、表示される情報の種類に基づき、当該種類と必要輝度とのデータを対応づけて予め格納したテーブルを検索し、検索結果から、低輝度が要求されている否かを判定するとしてもよい。

＜実施の形態２＞
上記の実施の形態１では、低輝度であるか否かの２種類の輝度に基づき、発光回路を点灯制御したが、本実施の形態にように、３種類以上の輝度に基づき制御するとしてもよい。

具体的には、上記の設定値は要求される輝度値を含み、且つバックライト１２は５個のＬＥＤを接続したＬＥＤストリングを３本以上並列接続する構成とする。ＣＰＵ１は、設定値が含む輝度の種類（具体的には輝度値）から、３本以上のＬＥＤストリングのうち、対応のスイッチをＯＮするもの（またはＬＥＤストリングの本数）を決定し、決定したＬＥＤストリング（光源回路）と電流供給部との接続状態を導通状態に切替えるよう制御する。

これにより、要求される画面明るさに基づき、並列接続された３個以上のＬＥＤストリング（光源回路）のうちから選択した１つ以上に電流（同じレベルの電流）が供給されて、図５で示した従来に比較し、バックライト１２の消費電力量を削減することができる。

なお、各ＬＥＤストリングのＬＥＤ数は５個以下であってもよく、また５個以上の、たとえば２０個、３０個でも同様の効果を得ることができる。

また、昇圧回路１１１から光源回路に印加される電圧を要求される画面明るさに基づき可変に変更することにより、バックライト１２への供給電流量を変更し、その結果、発光量を変化させるとしてもよい。たとえば、昇圧回路１１１にチョッパ式昇圧回路を適用しする。その場合には、昇圧回路の出力電圧は回路内部のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ周期により決まる。この周期はスイッチの切替信号であるＰＷＭ（pulse width modulation）信号のＤｕｔｙ比に依存する。したがって、ＣＰＵ１は、要求される画面明るさに基づきＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を可変に変更することで、発光量を変化させることができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態３では、実施の形態１または２に係るバックライト１２の各光源回路の点灯時間の長さから、ＯＮする光源回路を選択する。

具体的には、ＣＰＵ１は、光源回路１２１，１２２それぞれについて、対応のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態側に切替えられていた時間期間の長さ、すなわちＯＦＦ→ＯＮとなってから次にＯＮ→ＯＦＦとなるまでの点灯時間期間を内部のタイマにより計測して、計測値を累積してメモリ２に格納する計測部を備える。上記の切替制御部は、光源回路１２１，１２２それぞれについて累積時間の値と閾値とを比較する比較部と、比較結果と要求輝度（低輝度か否か）に基づき、光源回路１２１，１２２に対応するスイッチＳＷ１，ＳＷ２のうちから選択した少なくとも１つを導通状態側に切替えるよう制御信号３２，３３を出力する選択切替制御部と、を含む。

具体的には、画面ＯＮとなり図４の処理が開始され、低輝度が要求されると判定した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１は、光源回路１２１の点灯時間の累積値と閾値とを比較し、比較結果から（点灯時間累積値＞閾値）が成立すると判定したときは、ステップＳ５で他方の光源回路１２２を点灯させて、光源回路１２１は消灯させる。逆に、光源回路１２２について（点灯時間累積値＞閾値）が成立すると判定したときは、他方の光源回路１２１を点灯させて、光源回路１２２は消灯させる。これにより、一方の光源回路のみが他方に比べて長時間点灯状態となるのを回避し、ＬＥＤ１２１Ｅ，１２２Ｅの寿命を延ばすことが可能になる。

＜実施の形態の効果＞
上記の実施の形態では、バックライト１２の消費電力と輝度の関係から効率が良い方の光源回路を選択して発光させることで、電力消費を抑えることが可能になる。したがって、本実施の形態に係るバックライトを搭載するスマートフォンなどの電子機器では、消費電力低減および内部バッテリ１３の使用時間を長くできる。また、要求される輝度が低い時に、光源回路１２１と１２２を点灯時間の長さで使い分けることにより、ＬＥＤの寿命を延ばすことが可能になる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

７ ＬＣＤ、１１ システム電源、１２ バックライト、１３ バッテリ、１４，１５ 制御線、３２，３３ 制御信号、１１１ 昇圧回路、１２１，１２２ 光源回路、ＳＴ テーブル、ＳＷ１，ＳＷ１ スイッチ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 端子。

Claims (5)

1. 光を透過することにより画像を含む情報を表示するパネルに光照射する発光装置であって、
   各々が、電流が供給されて発光する発光素子を含み、且つ前記パネルの全面に光を照射するｎ（ｎは２以上の自然数）個の光源回路と、
   前記光源回路に電流を供給する電流供給部と、
   前記ｎ個の光源回路の各々に対応するスイッチであって、且つ対応する前記光源回路と前記電流供給部との接続状態を導通および非導通のいずれかに切替えるスイッチと、
   前記パネルについて要求される表示時の明るさを検出する明るさ検出部と、
   検出された前記明るさに基づき、前記ｎ個の光源回路に対応するｎ個のスイッチのうち少なくとも１つを導通側に切替えるよう制御する切替制御部と、を備える、発光装置。
2. 前記ｎ個の光源回路それぞれについて、対応の前記スイッチが導通側に切替えられていた期間の長さを計測するための計測部を、さらに備え、
   前記切替制御部は、
   前記ｎ個の光源回路それぞれについて計測された前記期間の長さと閾値とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較の結果と、検出された前記明るさとに基づき、前記ｎ個の光源回路に対応するｎ個のスイッチのうちから選択した少なくとも１つを導通側に切替えるよう制御する選択切替制御部と、を含む、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、且つ前記光源回路はＬＥＤストリングであって、
   前記ｎ個の光源回路に対応のｎ個のＬＥＤストリングは、互いに並列に接続される、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記発光素子は冷陰極管蛍光灯である、請求項１または２に記載の発光装置。
5. 液晶表示素子で構成される透過型の液晶パネルと、
   前記液晶パネルのバックライト光を出力するためのバックライト装置とを備え、
   前記バックライト装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置を含む、画像表示装置。

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