JP2022163267A - 発光装置、表示装置、およびled表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LEDの駆動電圧の電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することのできる発光装置を実現する。【解決手段】発光装置10に、複数のLED12を駆動するための駆動電圧VLEDの電圧値を調整する駆動電圧調整回路110と、LED基板11上で駆動電圧配線13が分岐する前の位置を電圧検出対象ノードとして当該電圧検出対象ノードの電圧を駆動電圧調整回路110に与えるためのフィードバック配線14とが設けられる。駆動電圧調整回路110は、駆動電圧生成回路100から与えられる電圧とフィードバック配線14によって与えられる電圧との差に応じて、駆動電圧生成回路100から与えられる電圧よりも高い電圧を駆動電圧VLEDとして出力する。【選択図】図1

Description

以下の開示は、LEDを光源とする発光装置、その発光装置をバックライトに用いた表示装置、およびその発光装置からなるLED表示装置に関する。
近年、表示装置の構成要素に発光ダイオード(LED)(有機発光ダイオード(OLED)を含む)が用いられることが多くなっている。例えば、液晶表示装置に関し、消費電力の低さや輝度制御の容易さなどの観点からLEDを光源に用いたバックライトの採用が増加している。また、薄型化の容易さなどの観点からOLEDを表示素子として用いた有機EL表示装置が普及しつつある。
ところで、液晶表示装置用のバックライトに関し、低消費電力化を図るために、エリア毎にLEDの輝度(点灯輝度)を制御する「ローカルディミング」と呼ばれる技術が開発されている。ローカルディミングを行う直下型のバックライトでは、LED基板が論理的に複数のエリアに分割され、各エリアに光源としての1個または複数個のLEDからなるLEDユニットが設けられる。バックライトを構成する複数個のLEDは個別に駆動されるが、それら複数個のLEDのアノードには同じ電源から駆動電圧が供給される。なお、以下においては、LEDを駆動するための駆動電圧を生成する電源として機能する回路を「駆動電圧生成回路」といい、駆動電圧生成回路から複数個のLEDに駆動電圧を供給するための配線を「駆動電圧配線」という。駆動電圧に関しては、駆動電圧配線の配線抵抗に起因する電圧降下(IRドロップ)が生じる。その電圧降下の大きさは、駆動電圧生成回路から各LEDのアノードまでの駆動電圧配線の長さに依存する。例えば、駆動電圧生成回路に近い位置に設けられているLEDについては電圧降下の影響は小さいが、駆動電圧生成回路から遠い位置に設けられているLEDについては電圧降下の影響は大きい。以上より、LED間での輝度のばらつきが生じる。すなわち、輝度むらが発生する。有機EL表示装置においても、同様に、駆動電圧の電圧降下の大きさに関して画素間での差が生じ、輝度むらが発生する。
そこで、駆動電圧配線をマトリクス状に設けた構成が例えば特開2012-226360号公報に開示されている。この構成によれば、複数個のLEDについて駆動電圧の電圧降下の大きさが均一化され、輝度むらの発生が抑制される。また、特開2009-31451号公報には、各画素に供給される電流の合計であるパネル電流に基づいて画像データを補正することによって輝度むらを低減することが記載されている。また、特開2003-280590号公報には、入力映像信号の平均輝度から算出された電圧降下に基づいて入力映像信号を補正することによって輝度低下および輝度むらの発生を防止することが記載されている。
特開2012-226360号公報 特開2009-31451号公報 特開2003-280590号公報
特開2012-226360号公報に開示された手法によれば、複数個のLEDについて駆動電圧の電圧降下の大きさが均一化される。しかしながら、駆動電圧配線に関し、駆動電圧生成回路から複数個のLEDを搭載したLED基板上における分岐点(駆動電圧生成回路に最も近い分岐点)までの配線部分には、複数個のLEDに供給すべき電流の総和に相当する大きさの電流が生じる。そのため、当該配線部分の電流量は顕著に大きい。また、その電流量は、点灯するLEDの数や各LEDの点灯輝度によって大きく変化する。すなわち、点灯するLEDの数や各LEDの点灯輝度によって当該配線部分での配線抵抗に起因する電圧降下の程度が大きく変化する。その結果、あるLEDを一定の輝度で点灯させようとしても、当該LEDの点灯輝度は、全体での点灯するLEDの数や他のLEDの点灯輝度によって大きく変化する。
以上のように、ローカルディミングを行うバックライトでは、あるエリアのLEDを一定の輝度で点灯させようとしても、当該LEDの点灯輝度は、1つのエリアのLEDのみを点灯させる場合と多数のエリアのLEDを点灯させる場合とで異なってしまう。同様に、有機EL表示装置などのLED表示装置では、ある画素で一定の輝度表示をさせようとしても、当該画素の輝度は、当該画素のLEDのみが点灯する場合と多数の画素のLEDが点灯する場合とで異なってしまう。
また、特開2009-31451号公報に開示された表示装置では、パネル電流(各画素に供給される電流の合計)に基づいて画像データが補正される。これに関し、静止画表示については特に問題はないが、動画を表示する際には画像データに適切な補正が施されない。その理由は次のとおりである。この表示装置では、各画素を構成するLEDのアノードに電圧PVddを供給する電源ラインの配線抵抗によって、電圧PVddの電圧降下が生じる。その電圧降下に起因する各画素での輝度低下を防止するために、画像データが補正される。1つの画素に着目すると、補正後の画像データに基づく書き込みが行われてから次に書き込みが行われるまでの期間を通じて、当該画素における保持電圧の大きさは一定である。一方、パネル電流は、パネル内のそれぞれの画素への書き込みが行われるごとに変化する。従って、各画素において保持電圧が一定の大きさで維持されている期間中に電圧PVddの電圧降下の程度が変化する。これにより、各画素の輝度は変化する。なお、特開2009-31451号公報には入力画像データからパネル電流を算出する手法も記載されているが、パネル電流を算出するために1フレーム分の画像データを求める必要があり、回路規模が膨大となる。
以上のような状況に鑑み、以下の開示は、LEDの駆動電圧の電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することのできる発光装置を実現することを目的とする。
(1)本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、LEDを光源とする発光装置であって、
複数のLEDを搭載するLED基板と、
前記複数のLEDを駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、
前記駆動電圧の電圧値を調整する駆動電圧調整回路と、
前記駆動電圧生成回路と前記駆動電圧調整回路との間に配設された第1配線と、前記駆動電圧調整回路と前記LED基板との間に配設された第2配線と、前記LED基板上に配設された第3配線とからなる、前記駆動電圧を前記複数のLEDに供給するための駆動電圧配線と、
前記第3配線上に設けられる電圧検出対象ノードの電圧を前記駆動電圧調整回路に与えるためのフィードバック配線と
を備え、
前記第3配線は、前記LED基板上において、前記第2配線との接続点である駆動電圧入力ノードを始点として1以上の分岐点で分岐しており、
前記1以上の分岐点のうち前記駆動電圧入力ノードに最も近い分岐点である主分岐ノードを前記電圧検出対象ノードとして、もしくは、前記駆動電圧入力ノードと前記主分岐ノードとの間の1点を前記電圧検出対象ノードとして、前記フィードバック配線は、前記電圧検出対象ノードと前記駆動電圧調整回路との間に配設され、
前記駆動電圧調整回路は、前記第1配線によって与えられる電圧と前記フィードバック配線によって与えられる電圧との差に応じて、前記第1配線によって与えられる電圧よりも高い電圧を前記駆動電圧として前記第2配線に出力する。
(2)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(1)の構成を含み、
前記駆動電圧調整回路は、前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されていなければ前記第2配線への前記駆動電圧の出力を停止するための駆動電圧出力制御回路を含む。
(3)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(2)の構成を含み、
前記駆動電圧調整回路は、さらに、前記第2配線に前駆駆動電圧として出力する調整電圧を前記第1配線によって与えられる電圧と前記フィードバック配線によって与えられる電圧とに基づいて生成して当該調整電圧を前記駆動電圧として前記第2配線に出力する調整電圧出力回路を含み、
前記駆動電圧出力制御回路は、
前記フィードバック配線によって与えられる電圧と所定の設定電圧とを比較することによって前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されているか否かを判断するフィードバック電圧判断回路と、
前記調整電圧出力回路と前記第2配線との間に設けられた駆動電圧出力制御スイッチと
を含み、
前記フィードバック電圧判断回路は、前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されていないと判断した時には、前記駆動電圧出力制御スイッチがオフ状態となるように前記駆動電圧出力制御スイッチに制御信号を与える。
(4)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(3)の構成を含み、
前記駆動電圧調整回路は、さらに、前記調整電圧出力回路から前記電圧検出対象ノードまでの間で生じ得る前記駆動電圧の最大の降下電圧と前記複数のLEDに供給されるべき駆動電圧との和に相当する付加電圧を通常動作時に出力する付加電圧出力回路を含み、
前記フィードバック電圧判断回路は、前記フィードバック配線によって与えられる電圧が前記設定電圧以下であって、かつ、前記付加電圧が前記複数のLEDに供給されるべき駆動電圧以上であれば、前記駆動電圧出力制御スイッチがオフ状態となるように前記駆動電圧出力制御スイッチに前記制御信号を与える。
(5)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(4)の構成を含み、
前記調整電圧出力回路は、前記フィードバック配線に接続された反転入力端子と前記第1配線に接続された非反転入力端子と前記第2配線に接続された出力端子とを有するオペアンプを含む。
(6)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(5)の構成を含み、
前記オペアンプには、正側電源電圧として前記付加電圧が与えられる。
(7)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(3)から(6)までのいずれかの構成を含み、
前記フィードバック電圧判断回路は、一端が前記フィードバック配線に接続され、他端が接地された抵抗器を含み、
前記抵抗器の抵抗値は、前記フィードバック配線の配線抵抗の値の1000倍以上である。
(8)また、本発明のいくつかの実施形態による発光装置は、上記(1)の構成を含み、
前記駆動電圧調整回路は、前記フィードバック配線に接続された反転入力端子と前記第1配線に接続された非反転入力端子と前記第2配線に接続された出力端子とを有するオペアンプを含む。
(9)また、本発明のいくつかの実施形態によるLED表示装置は、
上記(1)から(8)までのいずれかの構成の発光装置と、
前記複数のLEDの輝度を制御する輝度制御回路と
を備える。
(10)また、本発明のいくつかの実施形態によるLED表示装置は、上記(9)の構成を含み、
前記複数のLEDは、有機発光ダイオードである。
(11)また、本発明のいくつかの実施形態による表示装置は、
画像を表示する表示部を有する表示パネルと、
前記表示部に光が照射されるよう前記表示パネルの背面に設けられた上記(1)から(8)までのいずれかの構成の発光装置と
を備える。
(12)また、本発明のいくつかの実施形態による表示装置は、上記(11)の構成を含み、
前記発光装置は、
それぞれが1以上のLEDからなるLEDユニットであって、論理的に複数のエリアに分割された前記LED基板上に前記複数のエリアと1対1で対応するように設けられた複数のLEDユニットと、
それぞれが対応するLEDユニットに含まれるLEDを駆動する、前記複数のLEDユニットと1対1で対応するように設けられた複数のエリア駆動回路と、
複数の書き込み制御線と、
前記複数の書き込み制御線と交差する複数のデータ線と、
グラウンド配線と、
前記書き込み制御線と前記複数のデータ線とに接続され、前記複数のLEDユニットに含まれるLEDが行ごとに駆動されるよう前記複数のエリア駆動回路の動作を制御する駆動制御回路と
を備え、
各エリア駆動回路は、
前記第3配線と前記グラウンド配線との間で、対応するLEDユニットに含まれるLEDに直列に接続された駆動トランジスタと、
対応する書き込み制御線に制御端子が接続され、対応するデータ線に第1導通端子が接続された書き込み制御トランジスタと、
一端が前記書き込み制御トランジスタの第2導通端子と前記駆動トランジスタの制御端子とに接続され、他端が前記グラウンド配線に接続された保持容量と
を含む。
(13)また、本発明のいくつかの実施形態による表示装置は、上記(11)または(12)の構成を含み、
前記駆動電圧は、前記駆動電圧生成回路から前記LED基板に前記駆動電圧配線としての複数の駆動電圧供給経路を経由して供給され、
前記複数の駆動電圧供給経路のそれぞれに対応するように前記駆動電圧調整回路と前記フィードバック配線とが設けられている。
(14)また、本発明のいくつかの実施形態による表示装置は、上記(11)の構成を含み、
前記発光装置は、
それぞれが1以上のLEDからなるLEDユニットであって、複数のブロックに区分された複数のLEDユニットと、
前記複数のLEDユニットに含まれるLEDがブロック毎に駆動されるよう、前記駆動電圧生成回路で生成された駆動電圧の供給先を前記複数のブロック間で切り替える切り替え回路と、
対応するLEDユニットを構成するLEDに電流を供給するか否かを制御するための点灯制御スイッチであって各ブロックに含まれるLEDユニットと等しい数の点灯制御スイッチを含む光源制御回路と
を含み、
前記複数のブロックのそれぞれに対応するように前記第3配線と前記駆動電圧調整回路と前記フィードバック配線とが設けられている。
本発明のいくつかの実施形態による発光装置によれば、LED基板に搭載された複数のLEDを駆動するための駆動電圧の電圧値を調整する駆動電圧調整回路と、LED基板上で駆動電圧配線が分岐する前の位置を電圧検出対象ノードとして当該電圧検出対象ノードの電圧を駆動電圧調整回路に与えるためのフィードバック配線とが設けられる。駆動電圧調整回路は、駆動電圧生成回路から与えられる電圧とフィードバック配線によって与えられる電圧との差に応じて、駆動電圧生成回路から与えられる電圧よりも高い電圧を駆動電圧として出力する。これにより、LED基板全体での駆動電流の大きさに関わらず、LED基板上の電圧検出対象ノードの電圧が駆動電圧生成回路から出力された駆動電圧にほぼ等しいという状態が維持される。それ故、あるLEDを一定の輝度で点灯させようとした場合に当該LEDの点灯輝度が全体での点灯するLEDの数や他のLEDの点灯輝度によって大きく変化するということが防止される。以上のように、LEDの駆動電圧の電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することのできる発光装置が実現される。
全ての実施形態における発光装置の概略構成を示す図である。 LED表示装置の画素部の構成を示す回路図である。 駆動トランジスタのゲート電圧と駆動トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流との関係を示す図である。 LEDのアノード-カソード間の電圧とLEDに流れる電流との関係を示す図である。 駆動電圧を生成する電源(駆動電圧生成回路)からの距離が長い画素ほど輝度が小さくなることについて説明するための図である。 1つの画素のLEDのみが点灯する場合と多数の画素のLEDが点灯する場合とで画素の輝度が異なることについて説明するための図である。 全ての実施形態に関し、第1~第3配線について説明するための図である。 全ての実施形態における駆動電圧調整回路の構成を示すブロック図である。 全ての実施形態における駆動電圧調整回路の詳細な構成の一例を示す図である。 第1の実施形態に係る有機EL表示装置の全体構成を示すブロック図である。 上記第1の実施形態において、表示部および電源部の構成を示す図である。 上記第1の実施形態における効果について説明するための図である。 第2の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 上記第2の実施形態において、液晶パネル内の表示部の概略構成を示す図である。 上記第2の実施形態において、1つの画素部の構成を示す回路図である。 上記第2の実施形態におけるバックライトの概略構成図である。 上記第2の実施形態における駆動電圧供給部の構成を示す図である。 上記第2の実施形態におけるスイッチ制御信号の波形図である。 上記第2の実施形態に関し、LEDユニットの構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態に関し、LEDユニットの構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態に関し、LEDユニットの構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態に関し、LEDユニットの構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、駆動電圧の電圧値を調整するための構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、駆動電圧の電圧値を調整するための構成について説明するための図である。 上記第2の実施形態における効果について説明するための図である。 第3の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 上記第3の実施形態における照明部の概略平面図である。 上記第3の実施形態において、バックライト内の照明部および光源制御回路の概略構成について説明するためのブロック図である。 上記第3の実施形態におけるエリア駆動回路の構成を示す回路図である。 上記第3の実施形態において、駆動電圧の電圧値を調整するための構成について説明するための図である。 上記第3の実施形態において、駆動電圧の電圧値を調整するための構成について説明するための図である。
<0.はじめに>
<0.1 駆動電圧の電圧降下について>
実施形態について説明する前に、LED表示装置を例に挙げて、LEDを駆動するための駆動電圧の電圧降下による影響について説明する。
はじめに、図2を参照しつつ、LED表示装置での画素の駆動動作について説明する。LED表示装置の画素部230は、例えば、図2に示すように駆動トランジスタT1と書き込み制御トランジスタT2と電圧保持容量C1とLED12とによって構成されている。駆動電圧は駆動電圧配線13によって画素部230に供給される。画素部230は、1本のゲートバスラインGLと1本のソースバスラインSLとに接続されている。ゲートバスラインGLに印加されている走査信号がハイレベルになると、書き込み制御トランジスタT2がオン状態となり、ソースバスラインSLに印加されているデータ電圧に基づき電圧保持容量C1への書き込みが行われる。その電圧保持容量C1に書き込まれた電圧に基づいて、駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に流れる電流の大きさが決まる。
図2に示すように駆動トランジスタT1がpチャネル型トランジスタである場合、駆動トランジスタT1のゲート電圧Vgと駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に流れる電流Idsとの関係は図3で符号81を付した曲線のように表される。なお、図3において、Vd0は駆動電圧配線13によって画素部230に供給される駆動電圧を表し、Vthは駆動トランジスタT1の閾値電圧を表し、Vbは黒電圧(黒表示に対応する電圧)を表し、Vwは白電圧(白表示に対応する電圧)を表している。
ソースドライバは、入力データのデータ値が0階調に相当する場合にはD/A変換後の黒電圧VbをソースバスラインSLに出力し、入力データのデータ値が最大階調に相当する場合にはD/A変換後の白電圧VwをソースバスラインSLに出力する。入力データのデータ値が0階調と最大階調との間の階調に相当する場合には、0階調-最大階調間について輝度がγ特性を保つようにD/A変換を行うことによって得られた電圧(黒電圧Vb-白電圧Vw間の電圧)をソースバスラインSLに出力する。以上のようにしてソースバスラインSLに出力された電圧は、選択状態となっているゲートバスラインGLに対応する画素部230内の電圧保持容量C1に書き込まれる。電圧保持容量C1に書き込まれた電圧は駆動トランジスタT1のゲート電圧となる。そして、駆動トランジスタT1のゲート-ソース間電圧に対応する電流Idsが当該駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に流れる。しかしながら、画素部230に供給される駆動電圧の電圧降下が生じると、所望の電流Idsが流れない。
ところで、LED表示装置での駆動電圧の電圧降下に起因する弊害としては、画素データの書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害と画素データの非書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害とが挙げられる。
まず、画素データの書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害について説明する。駆動電圧の電圧降下は、駆動電圧配線13に抵抗成分が存在するために生じる。従って、駆動電圧配線13に電流が流れると、駆動電圧配線13によって画素部230に供給される電圧はパネルに入力された所望の電圧よりも小さくなる。画素データの書き込みが行われる際に、図2に示す駆動電圧配線13によって供給される駆動電圧がその電圧降下によってVd0からVd1(図3参照)に変化しているとすると、たとえ所望の電圧が電圧保持容量C1に書き込まれて当該電圧保持容量C1に所望の電圧が書き込まれた状態が維持されたとしても、駆動トランジスタT1のソース電圧が本来の電圧よりも低くなっているため、駆動トランジスタT1のゲート電圧Vgと駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に流れる電流Idsとの関係は、見かけ上、図3で符号82を付した曲線のようになる。それ故、LED12は所望の輝度で発光しない。
なお、ある電圧が電圧保持容量C1に書き込まれた後、書き込み制御トランジスタT2がオン状態からオフ状態に変化すると、駆動トランジスタT1のゲート-ソース間が電圧保持容量C1でカップリングされているためゲート-ソース間電圧は維持される。それ故、書き込み制御トランジスタT2がオフ状態で維持されている期間中、駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に流れる電流Idsは一定の大きさで維持される。従って、特開2009-31451号公報に開示された手法のように書き込み時の画像データを補正することによって、駆動トランジスタT1のソース-ドレイン間に所望の電流が流れるようにすることはできる。しかしながら、画素データの非書き込み時に駆動電圧の電圧降下が生じると、LED12の特性によりLED12に流れる電流が変化するので、LED12は所望の輝度で発光しない。
次に、画素データの非書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害について説明する。例えば、画素データの書き込み時の駆動電圧がVdaであったと仮定する。この場合、駆動トランジスタT1のドレイン-ソース間の電圧をVdsaとし、LED12のアノード-カソード間の電圧をVeaとすると、次式(1)が成立する。
Vda=Vdsa+Vea ・・・(1)
画素データの書き込み後、他の画素への書き込みに起因して駆動電圧がVdaからVdbに低下すると、駆動トランジスタT1のドレイン-ソース間の電圧およびLED12のアノード-カソード間の電圧も変化する。変化後の駆動トランジスタT1のドレイン-ソース間の電圧をVdsbとし、変化後のLED12のアノード-カソード間の電圧をVebとすると、次式(2)が成立する。
Vdb=Vdsb+Veb ・・・(2)
上式(1)および上式(2)から把握されるように、駆動電圧がその電圧降下によってVdaからVdbに低下すると、駆動トランジスタT1のドレイン-ソース間の電圧およびLED12のアノード-カソード間の電圧も低下する。LED12のアノード-カソード間の電圧とLED12に流れる電流との関係は、図4で符号83を付した曲線で表される。図4から把握されるように、LED12のアノード-カソード間の電圧がVeaからVebに低下すると、LED12に流れる電流は小さくなる。これにより、LED12の輝度は低下する。
以上のように、駆動電圧の電圧降下に起因する弊害には、画素データの書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害(以下、便宜上「第1の弊害」という。)と画素データの非書き込み時の駆動電圧の電圧降下によって生じる弊害(以下、便宜上「第2の弊害」という。)とがある。第1の弊害に関し、全ての画素に対して同じデータ値に基づく書き込みが行われたとしても、駆動電圧を生成する電源(駆動電圧生成回路)からの距離が長い画素ほど輝度は小さくなる。例えば、図5において、符号85を付したLEDの輝度は符号84を付したLEDの輝度よりも小さくなる。また、符号86を付したLEDの輝度は符号84を付したLEDの輝度よりも小さくなり、符号87を付したLEDの輝度は符号86を付したLEDの輝度よりもさらに小さくなる。このような第1の弊害は、画素データの書き込み時の駆動電圧配線13の電圧値に依存するため、特開2009-31451号公報に開示された手法によって面内の輝度のばらつきを低減することは可能である。これに対して、第2の弊害については、従来の手法で取り除くことはできない。これについて、以下に説明する。
駆動電圧を生成する電源(駆動電圧生成回路)からの距離による駆動電圧の電圧降下の大きさのばらつきが抑制されたとしても、1つの画素のLED12のみが点灯する場合と多数の画素のLED12が点灯する場合とで、点灯対象のLED12を含む画素の輝度が異なってしまう(但し、目標とする点灯輝度は一定の大きさであると仮定する)。この現象を図6に模式的に示す。図6のA部に中央の1つの画素のLED12のみを点灯させた場合の表示状態を示し、図6のB部に全ての画素のLED12を点灯させた場合の表示状態を示している。LED基板上の中央の画素のLED12に着目すると、A部の輝度とB部の輝度とは同じであるべきであるが、B部の輝度はA部の輝度よりも低くなっている。これは、点灯するLED12の数によって駆動電圧配線13に流れる総電流量が変化するからである。
駆動電圧生成回路から出力される駆動電圧をVaとし、中央の1つの画素のLED12のみを点灯させたケースに関して図6で符号19を付した部分(節点)における駆動電圧配線13の電圧をVb1とし、全ての画素(画素数をNpとする)のLED12を点灯させたケースに関して図6で符号19を付した部分(節点)における駆動電圧配線13の電圧をVb2とする。駆動電圧生成回路-節点19間の駆動電圧配線13には、全ての画素に供給される電流が流れる。従って、駆動電圧生成回路-節点19間での駆動電圧の電圧降下は顕著に大きい。点灯対象のLED12を含む画素に供給される電流をiとし、駆動電圧生成回路-節点19間の配線抵抗をRとすると、上記電圧Vb1は次式(3)で表され、上記電圧Vb2は次式(4)で表される。
Vb1=Va-R×i ・・・(3)
Vb2=Va-R×(i×Np) ・・・(4)
例えば、RGBのカラー表示を行うFHDの表示装置については、画素数は“1920×1080×3”である。この場合、上式(4)における“R×(i×Np)”は上式(3)における“R×i”の6,220,800倍となる。このように、表示部全体における画素のデータ値に応じて駆動電圧の電圧降下の程度は変化する。上記節点19の電圧が変動すると、各画素においてLED12のアノード-カソード間の電圧が変化し、LED12に流れる電流が変化する。その結果、同じデータ値に基づく書き込みが行われていても、全体の表示状態によって画素の輝度が変化する。
そこで、以下の各実施形態では、例えば上記節点19の電圧の変動が抑制されるよう、駆動電圧の電圧値を調整するための駆動電圧調整回路が発光装置に設けられる。以下、まず、全ての実施形態に共通する構成について説明し、その後、各実施形態について詳しく説明する。
<0.2 全ての実施形態に共通する構成>
図1は、全ての実施形態における発光装置10の概略構成を示す図である。なお、第1の実施形態では、発光装置10内のLED12が表示素子として用いられ、第2の実施形態および第3の実施形態では、発光装置10が液晶表示装置のバックライトとして用いられる。
図1に示すように、発光装置10は、LED基板11と駆動電圧生成回路100と駆動電圧調整回路110とを含んでいる。LED基板11には、例えばマトリクス状に、複数のLED12が搭載されている。駆動電圧生成回路100は、複数のLED12を駆動するための駆動電圧VLEDとして電圧(以下、「源電圧」という。)V0を生成する。このように、駆動電圧生成回路100は駆動電圧VLEDを生成する電源として機能する。なお、源電圧V0の電圧値は、発光装置10内のLED12の順方向電圧を考慮して決定される。駆動電圧調整回路110は、駆動電圧VLEDの電圧値を調整し、調整後の電圧(以下、「調整電圧」という。)V1を駆動電圧VLEDとして出力する。
駆動電圧VLEDは、駆動電圧配線13によって、LED基板11上の各LED12に供給される。駆動電圧配線13については大きく3つに区分することができ、以下では、図7に示すように、駆動電圧生成回路100と駆動電圧調整回路110との間に配設されている駆動電圧配線13を「第1配線」といい、駆動電圧調整回路110とLED基板11との間に配設されている駆動電圧配線13を「第2配線」といい、LED基板11上に配設されている駆動電圧配線13を「第3配線」という。
駆動電圧VLEDが複数のLED12に供給されるよう、第3配線としての駆動電圧配線13は図1に示すようにLED基板11上において多数の分岐点で分岐している。ここで、駆動電圧VLEDがLED基板11に入力される部分(図1で符号16を付した部分)(第2配線と第3配線との接続点)を「駆動電圧入力ノード」と定義すると、典型的には、LED基板11上の上記多数の分岐点のうち駆動電圧入力ノードに最も近い分岐点(以下、「主分岐ノード」という。)15の電圧が駆動電圧調整回路110にフィードバックされるように、主分岐ノード15と駆動電圧調整回路110との間にフィードバック配線14が配設されている。但し、駆動電圧調整回路110にフィードバックされる電圧(以下、単に「フィードバック電圧」という)VFは、主分岐ノード15の電圧には限定されず、駆動電圧入力ノード16と主分岐ノード15との間の駆動電圧配線13上の1点の電圧であっても良い。すなわち、主分岐ノード15を電圧検出対象ノードとして、もしくは、駆動電圧入力ノード16と主分岐ノード15との間の1点を電圧検出対象ノードとして、電圧検出対象ノードと駆動電圧調整回路110とを接続するフィードバック配線14が設けられていれば良い。以下、電圧検出対象ノードの電圧を便宜上「基準点電圧」といい、基準点電圧には符号V2を付す。なお、フィードバック配線14に流れる電流は駆動電圧配線13に流れる電流に比べて顕著に小さいので、フィードバック配線14で生じる電圧降下は無視することができる。
以上のような構成により、駆動電圧調整回路110には、駆動電圧生成回路100から出力された源電圧V0と上述したフィードバック電圧VFとが入力される。そして、源電圧V0とフィードバック電圧VFとの差に応じて、源電圧V0よりも高い電圧である調整電圧V1が駆動電圧VLEDとして駆動電圧調整回路110から出力される。このように、駆動電圧調整回路110は、第1配線としての駆動電圧配線13によって与えられる電圧とフィードバック配線14によって与えられる電圧との差に応じて、第1配線としての駆動電圧配線13によって与えられる電圧よりも高い電圧である調整電圧V1を第2配線としての駆動電圧配線13に出力する。なお、駆動電圧調整回路110での駆動電圧VLEDの電圧値の調整とは、フィードバック電圧VFと源電圧V0とが等しくなるように調整電圧V1を制御することである。
ところで、駆動電圧調整回路110はLED基板11とは別の回路基板上に設けられており、図1で符号80を付した部分にはコネクタやケーブルが存在する。そのため、ケーブルの差し込み不良などに起因して基準点電圧V2がフィードバック電圧VFとして正しく駆動電圧調整回路110にフィードバックされない状態が生じ得る。例えば、フィードバック電圧VFが0Vに固定されると、調整電圧V1と0Vとの差が補償されるように駆動電圧調整回路110が制御を続けることによって最終的に制御不能により駆動電圧調整回路110が故障することが考えられる。従って、後述するように、駆動電圧調整回路110には、フィードバック電圧VFと源電圧V0とが等しくなるように調整電圧V1を制御する機能に加えて、基準点電圧V2が正しくフィードバックされているか否かを監視する機能および不良(基準点電圧V2が正しくフィードバックされていないこと)が検知されたときに駆動電圧調整回路110からの駆動電圧VLEDの出力(第2配線としての駆動電圧配線13への出力)を停止する機能が設けられている。
図8は、駆動電圧調整回路110の構成を示すブロック図である。駆動電圧調整回路110には、付加電圧出力回路111とフィードバック電圧判断回路112と調整電圧出力回路113とスイッチ114とが含まれている。なお、スイッチ114によって駆動電圧出力制御スイッチが実現され、フィードバック電圧判断回路112とスイッチ114とよって駆動電圧出力制御回路が実現される。
付加電圧出力回路111は、図1で符号80を付した部分でのケーブルとコネクタとの接続抵抗やLED基板11上での駆動電圧配線13の配線抵抗に起因する電圧降下分を見込んだ付加電圧VAを生成し、当該付加電圧VAを出力する。例えば、全てのLED12が最大輝度で点灯する時(すなわち駆動電圧配線13の電流値が最大になる時)に調整電圧出力回路113-電圧検出対象ノード間で生じることが見込まれる電圧降下の値をVdropとし、LED基板11上のLED12に供給されるべき駆動電圧(目標駆動電圧)をVZとすると、付加電圧出力回路111は、次式(5)を満たす付加電圧VAを生成・出力する(但し、発光装置10の起動直後の期間を除く)。
VA>VZ+Vdrop ・・・(5)
フィードバック電圧判断回路112は、フィードバック電圧VFと付加電圧VAとに基づいて、スイッチ114のオン/オフを制御する制御信号SWを出力する。フィードバック電圧判断回路112は、図9に示すように、オフ判定部1120とプルダウン抵抗Rとによって構成されている。なお、図9に示す例では、調整電圧出力回路113はオペアンプ1130によって実現されている。図9から把握されるように、フィードバック配線14はプルダウン抵抗Rに接続されている。プルダウン抵抗Rの抵抗値は、フィードバック配線14の配線抵抗の値よりも1000倍以上高い値に設定されている。従って、フィードバック配線14としてのケーブルの接続が正常であって上述した基準点電圧V2がフィードバック電圧VFとして正常にフィードバックされていれば、オフ判定部1120によって基準点電圧V2が検出される。一方、フィードバック配線14としてのケーブルの接続状態が不完全であってフィードバック配線14が電気的に浮いた状態であれば、オフ判定部1120によって通常はグラウンドGNDの電圧が検出される。しかしながら、図9に示す構成においては、フィードバック配線14はオペアンプ1130の反転入力端子(-端子)にも接続されているため、フィードバック配線14としてのケーブルの接続状態が不完全であっても、オペアンプ1130への他の入力電圧の影響によって有意な値の電圧がオフ判定部1120によって検出される。それ故、オフ判定部1120では、オペアンプ1130への他の入力電圧の影響によって生じ得る電圧を考慮して設定された比較電圧Vtとフィードバック電圧VFとが比較される。
また、スイッチ114をオフにすべきか否かの判定については、付加電圧VAも考慮される。これに関し、発光装置10の起動直後には、付加電圧VAの電圧値は所望の電圧値にはなっておらず、フィードバック電圧VFの電圧値は本来よりも低い値となっている。このような場合には、スイッチ114をオフにすべきではない。そこで、付加電圧VAが上記目標駆動電圧VZよりも低い場合には、たとえフィードバック電圧VFが比較電圧Vt以下であってもスイッチ114がオン状態で維持されるようにフィードバック電圧判断回路112からの制御信号SWの出力が行われる。
以上のように、フィードバック電圧判断回路112は、フィードバック電圧VFが比較電圧Vt以下であって、かつ、付加電圧VAが目標駆動電圧VZ以上であれば、スイッチ114がオフとなるように制御信号SWを出力する。一方、フィードバック電圧VFが比較電圧Vtよりも大きい場合、あるいは、付加電圧VAが目標駆動電圧VZよりも低い場合には、フィードバック電圧判断回路112はスイッチ114がオンとなるように制御信号SWを出力する。なお、比較電圧Vtの電圧値は回路構成によって決まる定数値に設定される。
調整電圧出力回路113は、源電圧V0に当該源電圧V0とフィードバック電圧VFとの差に応じた電圧を付加して得られる調整電圧V1を第2配線としての駆動電圧配線13に出力する。調整電圧出力回路113は、図9に示すように、例えばオペアンプ1130によって実現される。図9に示すオペアンプ1130については、反転入力端子(-端子)はフィードバック配線14に接続され、非反転入力端子(+端子)は第1配線としての駆動電圧配線13に接続され、出力端子はスイッチ114を介して第2配線としての駆動電圧配線13に接続されている。ところで、オペアンプ1130は、非反転入力端子への入力電圧と反転入力端子への入力電圧との差がほぼ0となるように動作する。従って、反転入力端子にフィードバック電圧VFを与え、非反転入力端子に源電圧V0を与えると、フィードバック電圧VFが源電圧V0にほぼ等しくなるようにオペアンプ1130から調整電圧V1が出力される。このようにオペアンプ1130からは源電圧V0よりも大きな電圧が出力される必要があるので、オペアンプ1130には上述の付加電圧VAが正側電源電圧として与えられる。
スイッチ114の状態は、フィードバック電圧判断回路112から出力される制御信号SWによって制御される。通常、スイッチ114はオン状態で維持される。スイッチ114がオン状態であれば、この駆動電圧調整回路110から駆動電圧VLEDとして調整電圧V1が出力される。フィードバック電圧VFが比較電圧Vt以下であって、かつ、付加電圧VAが目標駆動電圧VZ以上であれば、スイッチ114はオフ状態となる。スイッチ114がオフ状態になると、この駆動電圧調整回路110からの駆動電圧VLEDの出力(第2配線としての駆動電圧配線13への出力)が停止される。
以上より、通常動作時には、駆動電圧調整回路110は、フィードバック電圧VFと源電圧V0とを比較して、それらの差だけ源電圧V0よりも高い電圧である調整電圧V1を駆動電圧VLEDとして出力する。
ここで、駆動電圧調整回路110と上述した駆動電圧入力ノード16(図1参照)との間の駆動電圧配線13の配線抵抗をRdとし、当該駆動電圧配線13に流れる電流をIaとし、駆動電圧調整回路110から源電圧V0が出力されたと仮定した場合の基準点電圧をV2aとすると、基準点電圧V2aは次式(6)で表される。
V2a=V0-Rd×Ia ・・・(6)
上述したように、駆動電圧調整回路110からは、フィードバック電圧VFと源電圧V0との差だけ源電圧V0よりも高い電圧である調整電圧V1が出力される。通常動作時にはフィードバック電圧VFは基準点電圧に等しいので、このときの基準点電圧V2は次式(7)で表される。
V2=V0+(V0-V2a)-Rd×Ia ・・・(7)
上式(7)に上式(6)を代入することによって、次式(8)が成立する。
V2=V0 ・・・(8)
上式(8)より、駆動電圧調整回路110による駆動電圧VLEDの電圧値の調整によって基準点電圧V2が源電圧V0に等しくなることが把握される。このように、LED基板11上での最初の分岐点(主分岐ノード15)までにおける駆動電圧VLEDの電圧降下の影響がなくなるので、駆動電圧VLEDの電圧降下に起因するLED12の点灯輝度の変化が抑制される。なお、LED基板11上における分岐後の駆動電圧配線13の配線抵抗を均一化することによって、LED基板11上におけるLED12の輝度のばらつきの発生を抑制することができる。
<1.第1の実施形態>
<1.1 全体構成>
図10は、第1の実施形態に係る有機EL表示装置の全体構成を示すブロック図である。図10に示すように、この有機EL表示装置は、電源部17と制御部20とゲートドライバ21とソースドライバ22と表示部23とによって構成されている。電源部17-制御部20間では、随時、制御信号の送受信が行われる。
表示部23は上述したLED基板11を含んでおり、LED基板11上に複数本のゲートバスラインGLおよびそれらに交差する複数本のソースバスラインSLが配設されている。複数本のゲートバスラインGLと複数本のソースバスラインSLとの各交差点に対応して画素部230が設けられている。すなわち、表示部23には、複数個の画素部230が含まれている。画素部230の構成は、図2に示したような構成である。本実施形態においては、画素部230内のLED12は有機発光ダイオード(OLED)である。但し、「ミニLED」と呼ばれるLEDや「マイクロLED」と呼ばれるLEDなど従来のLEDに比べて極めて微小なサイズのLEDが表示素子として採用されていても良い。また、nチャネル型トランジスタが駆動トランジスタT1として採用されていても良い。表示部23には、また、画素部230内のLED12に駆動電圧を供給するための駆動電圧配線13が配設されている。
電源部17は、LED12を駆動するための駆動電圧を表示部23に供給し、また、階調電圧をソースドライバ22に供給する。なお、電源部17の詳細な構成については後述する。
制御部20は、外部から送られる画像データDATを受け取り、デジタル映像信号DVと、ゲートドライバ21の動作を制御するゲート制御信号GCTLと、ソースドライバ22の動作を制御するソース制御信号SCTLとを出力する。
ゲートドライバ21は、表示部23内の複数本のゲートバスラインGLに接続されている。ゲートドライバ21は、シフトレジスタおよび論理回路などによって構成されている。ゲートドライバ21は、制御部20から出力されたゲート制御信号GCTLに基づいて、複数本のゲートバスラインGLを駆動する。
ソースドライバ22は、表示部23内の複数本のソースバスラインSLに接続されている。ソースドライバ22は、制御部20から出力されたデジタル映像信号DVおよびソース制御信号SCTLを受け取り、複数本のソースバスラインSLにデータ電圧を印加する。なお、ソース制御信号SCTLには、ソーススタートパルス信号、ソースクロック信号、およびラッチストローブ信号が含まれている。ソースドライバ22は、図示しない複数ビットのシフトレジスタ、サンプリング回路、ラッチ回路、および複数個のD/Aコンバータなどを含んでいる。シフトレジスタは、縦続接続された複数個のレジスタを有している。シフトレジスタは、ソースクロック信号に基づき、初段のレジスタに供給されるソーススタートパルス信号のパルスを入力端から出力端へと順次に転送する。このパルスの転送に応じて、シフトレジスタの各段からサンプリングパルスが出力される。そのサンプリングパルスに基づいて、サンプリング回路はデジタル映像信号DVを記憶する。ラッチ回路は、サンプリング回路に記憶された1行分のデジタル映像信号DVをラッチストローブ信号に従って取り込んで保持する。D/Aコンバータは、各ソースバスラインSLに対応するように設けられている。D/Aコンバータは、ラッチ回路に保持されたデジタル映像信号DVをアナログ電圧に変換する。その変換されたアナログ電圧は、データ電圧として全てのソースバスラインSLに一斉に印加される。
以上のようにして、複数本のゲートバスラインGLおよび複数本のソースバスラインSLが駆動されることによって、外部から送られる画像データDATに基づく画像が表示部23に表示される。
<1.2 要部の構成>
図11は、表示部23および電源部17の構成を示す図である。但し、便宜上、表示部23内の画素数は4であると仮定している。電源部17は、駆動電圧生成回路100と駆動電圧調整回路110と階調電圧生成回路120とを含んでいる。上述したように、駆動電圧生成回路100は、表示部23内のLED12を駆動するための駆動電圧VLEDとしての源電圧V0を生成・出力し、駆動電圧調整回路110は、フィードバック電圧VFに基づいて駆動電圧VLEDの電圧値の調整を行い、調整電圧V1を駆動電圧VLEDとして出力する。階調電圧生成回路120は、表示階調数に応じた複数の階調電圧GVを生成する。その階調電圧GVはソースドライバ22に供給される。ソースドライバ22内の上述したD/Aコンバータでは、この階調電圧GVを用いて、デジタル映像信号DVからアナログ電圧へのD/A変換が行われる。なお、本実施形態においては、駆動電圧生成回路100と駆動電圧調整回路110と表示部23とによって発光装置10が実現されている。
図11から把握されるように、表示部23内の主分岐ノード15が電圧検出対象ノードとされ、主分岐ノード15と駆動電圧調整回路110との間にフィードバック配線14が配設されている。これにより、基準点電圧V2がフィードバック電圧VFとして駆動電圧調整回路110にフィードバックされる。そして、駆動電圧調整回路110において上述したように駆動電圧VLEDの電圧値の調整が行われることにより、この有機EL表示装置の動作中、基準点電圧V2が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。
<1.3 効果>
本実施形態によれば、有機EL表示装置には、表示部23内の複数のLED12を駆動するための駆動電圧VLEDの電圧値を調整する駆動電圧調整回路110と、LED基板11上に設けられる電圧検出対象ノードの電圧を基準点電圧V2として駆動電圧調整回路110にフィードバックするためのフィードバック配線14とが設けられる。ここで、LED基板11上における第3配線としての駆動電圧配線13の多数の分岐点のうちの上記駆動電圧入力ノード16に最も近い分岐点である主分岐ノード15が電圧検出対象ノードとされる。駆動電圧調整回路110は、駆動電圧生成回路(駆動電圧VLEDを生成する電源)100から出力された源電圧V0とフィードバック配線14によって与えられるフィードバック電圧VFとの差に応じて、第2配線としての駆動電圧配線13に源電圧V0よりも高い調整電圧V1を駆動電圧VLEDとして出力する。詳しくは、駆動電圧調整回路110は、フィードバック電圧VFと源電圧V0とが等しくなるように、第2配線としての駆動電圧配線13に調整電圧V1を出力する。このため、表示部23全体での駆動電流の大きさに関わらず、LED基板11上の電圧検出対象ノードの電圧が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。これにより、表示部23全体での表示状態に関わらず、同じデータ値の画素データに基づく書き込みが行われた画素部230は同じ輝度で点灯する。
図12を参照しつつ、従来における表示状態と本実施形態で得られる表示状態との違いを説明する。ここでは、表示部23の中央に位置する1つの画素部230内のLED12のみを或る特定の輝度で点灯させるケースを「第1のケース」といい、表示部23内の全ての画素部230内のLED12を当該特定の輝度で点灯させるケースを「第2のケース」という。従来においては、第1のケースでは図12で符号71aを付した部分に示すような点灯状態が得られ、第2のケースでは図12で符号71bを付した部分に示すような点灯状態が得られていた。表示部23の中央に位置する画素部230ではLED12は両ケースで同じ輝度で点灯すべきであるにも関わらず、第2のケースにおける輝度は第1のケースにおける輝度よりも低くなっている。これに対して、本実施形態においては、第1のケースでは図12で符号72aを付した部分に示すような点灯状態が得られ、第2のケースでは図12で符号72bを付した部分に示すような点灯状態が得られる。表示部23の中央に位置する画素部230では、第1のケースにおける輝度と第2のケースにおける輝度とは同じになっている。
以上のように、本実施形態によれば、LED12の駆動電圧VLEDの電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することのできる発光装置10を用いた有機EL表示装置が実現される。
<2.第2の実施形態>
<2.1 全体構成>
図13は、第2の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。この液晶表示装置は、制御部30とパネル駆動回路31と液晶パネル32とバックライト(発光装置)33とによって構成されている。液晶パネル32は、対向する2枚のガラス基板によって形成されており、画像を表示する表示部を含んでいる。バックライト33は、液晶パネル32の背面に設けられている。バックライト33には、駆動電圧供給部330と光源制御回路(LEDドライバ)340と照明部350とが含まれている。後述するように、照明部350には複数のLED12が含まれている。なお、本実施形態におけるバックライト33ではパッシブ駆動が行われる。
液晶パネル32内の表示部320には、図14に示すように、複数本のゲートバスラインGBLと複数本のソースバスラインSBLとが配設されている。複数本のゲートバスラインGBLと複数本のソースバスラインSBLとの各交差点に対応して画素部321が設けられている。すなわち、表示部320には、複数個の画素部321が含まれている。
図15は、1つの画素部321の構成を示す回路図である。各画素部321は、対応する交差点を通過するゲートバスラインGBLにゲート端子が接続される共に当該交差点を通過するソースバスラインSBLにソース端子が接続されたスイッチング素子である画素トランジスタT01と、その画素トランジスタT01のドレイン端子に接続された画素電極3211と、一定の電圧が印加される共通電極3212と、画素電極3211と共通電極3212とによって形成される液晶容量C01とが含まれている。なお、液晶容量C01と並列に補助容量が設けられている場合もある。
図13に示す構成要素の動作について説明する。制御部30は、外部から送られる画像データDATを受け取り、上述したローカルディミング(エリア毎にLED12の輝度を制御する処理)が行われるよう、パネル駆動回路31の動作を制御するパネル制御信号PCTLと光源制御回路340の動作を制御する輝度制御信号LCTLとを出力する。また、制御部30は、駆動電圧供給部330の動作を制御するスイッチ制御信号SWCTLを出力する。なお、パネル制御信号PCTL、輝度制御信号LCTL、およびスイッチ制御信号SWCTLは複数の制御信号からなる。
パネル駆動回路31は、制御部30から送られるパネル制御信号PCTLに基づいて液晶パネル32を駆動する。詳しくは、パネル駆動回路31は、ゲートバスラインGBLを駆動するゲートドライバとソースバスラインSBLを駆動するソースドライバとによって構成されている。ゲートドライバがゲートバスラインGBLを駆動し、ソースドライバがソースバスラインSBLを駆動することにより、各画素部321内の液晶容量C01に目標表示画像に応じた電圧が書き込まれる。
光源制御回路340は、制御部30から送られる輝度制御信号LCTLに基づいて、照明部350内のLED12が所望の輝度で発光するよう、各LED12への電流の供給のオン/オフを制御する。
照明部350には複数のLED12が含まれている。換言すれば、照明部350を構成するLED基板11(図13では不図示)に複数のLED12が搭載されている。各LED12への電流の供給が光源制御回路340によって制御されることにより、各LED12が所望の輝度で発光する。このようにして、照明部350は、表示部320にその背面から光を照射する。
以上のようにして、液晶パネル32の表示部320に設けられている各画素部321内の液晶容量C01に目標表示画像に応じた電圧が書き込まれた状態でバックライト33内の照明部350が表示部320にその背面から光を照射することにより、外部から送られる画像データDATに基づく画像が表示部320に表示される。
<2.2 バックライト>
図16および図17を参照しつつ、本実施形態におけるバックライト33の構成について説明する。図16は、バックライト33の概略構成図である。図17は、駆動電圧供給部330の構成を示す図である。上述したように、バックライト33には、駆動電圧供給部330と光源制御回路340と照明部350とが含まれている。
照明部350には、複数のLED12がマトリクス状に設けられている。なお、ここでは、便宜上、16個のエリアが存在していて16個(4行×4列)のLED12が照明部350に設けられているものとして説明する。また、照明部350には、各行に対応するように第3配線としての駆動電圧配線13が配設されている。なお、1~4行目に対応する駆動電圧配線にそれぞれ符号13(1)~13(4)を付している。さらに、照明部350には、各行に対応するようにフィードバック配線14が配設されている。なお、1~4行目に対応するフィードバック配線にそれぞれ符号14(1)~14(4)を付している。上記16個のLED12は、4つのブロックに区分される。これに関し、1つの行に含まれる4つのLED12によって1つのブロックが形成される。
光源制御回路340には、各列に対応するように、スイッチ341と定電流源342とが設けられている。すなわち、光源制御回路340には、各ブロックに含まれるLED12と等しい数のスイッチ341および定電流源342が設けられている。スイッチ341は、対応するLED12に電流を供給するか否かを制御するための点灯制御スイッチとして機能する。スイッチ341のオン/オフは制御部30から送られる輝度制御信号LCTLによって制御される。
駆動電圧供給部330には、各行に対応する駆動電圧調整回路110と、切り替え回路331と、駆動電圧生成回路100とが含まれている。図17に示すように、切り替え回路331は、1~4行目に対応する4つの切り替えスイッチ3311~3314によって構成されている。スイッチ制御信号SWCTLは4つの信号(スイッチ制御信号SWCTL1~SWCTL4)からなり、切り替えスイッチ3311~3314の接続状態はそれぞれスイッチ制御信号SWCTL1~SWCTL4によって制御される。なお、本実施形態においては、各切り替えスイッチは、対応するスイッチ制御信号がハイレベルであれば駆動電圧調整回路110の接続先を駆動電圧生成回路100とし、対応するスイッチ制御信号がローレベルであれば駆動電圧調整回路110の接続先をグラウンドとする。
以上のような構成において、各フレーム期間にスイッチ制御信号SWCTL1~SWCTL4の波形は図18に示すように変化する。期間P1には、駆動電圧配線13(1)に対応する駆動電圧調整回路110のみが駆動電圧生成回路100に接続され、1行目のLED12が点灯可能となる。期間P2には、駆動電圧配線13(2)に対応する駆動電圧調整回路110のみが駆動電圧生成回路100に接続され、2行目のLED12が点灯可能となる。期間P3には、駆動電圧配線13(3)に対応する駆動電圧調整回路110のみが駆動電圧生成回路100に接続され、3行目のLED12が点灯可能となる。期間P4には、駆動電圧配線13(4)に対応する駆動電圧調整回路110のみが駆動電圧生成回路100に接続され、4行目のLED12が点灯可能となる。以上のようにして、1行ずつLED12が点灯する。このように、切り替え回路331は、照明部350に含まれるLED12がブロック毎に駆動されるよう、駆動電圧生成回路100で生成された駆動電圧VLEDの供給先を複数のブロック間で切り替える。各LED12の輝度は、対応するスイッチ341のオン/オフが輝度制御信号LCTLに基づいて切り替えられることによって制御される(すなわち、PWM制御が行われる)。
なお、本実施形態では1エリアにつき1個のLED12が設けられているものとして説明しているが、これには限定されない。1エリアに対応するLEDをLEDユニットと定義する(LEDユニットに符号351を付す)と、図19に示すように1個のLED12によってLEDユニット351を構成することもできるし、図20に示すように直列に接続された複数のLED12によってLEDユニット351を構成することもできるし、図21に示すように並列に接続された複数のLED12によってLEDユニット351を構成することもできるし、図22に示すようにLEDユニット351内に直列接続のLED12と並列接続のLED12とを混在させることもできる。これについては、第3の実施形態も同様である。
<2.3 駆動電圧の電圧値を調整するための構成>
図23および図24を参照しつつ、駆動電圧VLEDの電圧値を調整するための構成について説明する。図23および図24には、1行目(図16参照)のLED12に対応する構成要素を示している。
本実施形態においては、図23に示すように、駆動電圧入力ノード16と主分岐ノード15との間に設けられる節点18と駆動電圧調整回路110とを接続するようにフィードバック配線14が設けられている。図18に示す期間P1には、駆動電圧配線13(1)に対応する駆動電圧調整回路110は駆動電圧生成回路100に接続され、図18に示す期間P2~P4には、駆動電圧配線13(1)に対応する駆動電圧調整回路110はグラウンドに接続される。
駆動電圧配線13(1)に対応する駆動電圧調整回路110が駆動電圧生成回路100に接続されている期間中、節点18の電圧である基準点電圧V2がフィードバック電圧VFとして駆動電圧調整回路110にフィードバックされ、駆動電圧調整回路110において上述したように駆動電圧VLEDの電圧値の調整が行われる。これにより、この液晶表示装置の動作中、基準点電圧V2が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。
<2.4 効果>
本実施形態によれば、パッシブ駆動が採用されているバックライト33において、ブロック毎に、上記第1の実施形態と同様の駆動電圧調整回路110およびフィードバック配線14が設けられる。このため、各ブロックにおけるLED12の点灯状態に関わらず、LED基板11上の各ブロックに対応する電圧検出対象ノード(図23における節点18)の電圧が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。これにより、各ブロックにおけるLED12の点灯状態に関わらず、同じ輝度で点灯するように電流の供給の制御が行われたLED12は同じ輝度で点灯する。
図25を参照しつつ、従来における表示状態と本実施形態で得られる表示状態との違いを説明する。従来においては、目標点灯輝度を或る特定の輝度として、点灯対象とするLED12の数を行ごとに異ならせた場合に、図25で符号75を付した部分に示すような点灯状態が得られていた。点灯対象の全てのLED12は同じ輝度で点灯すべきであるにも関わらず、点灯対象のLED12の数が多いブロックほどLED12の輝度は低くなっている。これに対して、本実施形態においては、同様の場合に、図25で符号76を付した部分に示すような点灯状態が得られる。各ブロックにおける点灯対象のLED12の数に関わらず、点灯対象の全てのLED12は同じ輝度で点灯している。
以上のように、本実施形態によれば、パッシブ駆動が採用されているバックライト33において、LED12の駆動電圧VLEDの電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することが可能となる。
<3.第3の実施形態>
<3.1 全体構成>
図26は、第3の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。この液晶表示装置は、制御部40とパネル駆動回路41と液晶パネル42とバックライト(発光装置)43とによって構成されている。バックライト43には、駆動電圧供給部430と光源制御回路(LEDドライバ)440と照明部450とが含まれている。照明部450には複数のLED12が含まれている。本実施形態におけるパネル駆動回路41および液晶パネル42は、それぞれ、上記第2の実施形態におけるパネル駆動回路31および液晶パネル32と同様の構成を有している。また、本実施形態における制御部40については、スイッチ制御信号SWCTLを出力しない点を除いて上記第2の実施形態における制御部30と同様である。なお、上記第2の実施形態とは異なり、本実施形態におけるバックライト43ではLED12のアクティブマトリクス駆動が行われる。
<3.2 バックライト>
図27は、照明部450の概略平面図である。図27に示すように、照明部450を構成するLED基板11上に多数のLED12および多数の駆動トランジスタTaがマトリクス状に設けられている。これに関し、LED12および駆動トランジスタTaはエリア毎に設けられている。各駆動トランジスタTaは、対応するLED12に流れる電流を制御する。なお、本実施形態におけるLED12は、典型的には、「ミニLED」と呼ばれるLEDや「マイクロLED」と呼ばれるLEDなど従来のLEDに比べて極めて微小なサイズのLEDである。
図28は、バックライト43内の照明部450および光源制御回路440の概略構成について説明するためのブロック図である。本実施形態においては、照明部450を構成するLED基板11はマトリクス状の複数のエリアに論理的に分割されている。照明部450には、LED12と、当該LED12を駆動するエリア駆動回路50とが設けられている。LED12およびエリア駆動回路50は、エリアの数に等しい数ずつ設けられている。照明部450を構成するLED基板11には、図28に示すように、各行につき1本ずつ設けられた書き込み制御線SGLと、各列につき1本ずつ設けられたデータ線DLとが配設されている。書き込み制御線SGLは光源制御回路440から出力される書き込み制御信号を伝達し、データ線DLは光源制御回路440から出力されるデータ電圧を伝達する。さらに、照明部450を構成するLED基板11には、図28に示すように、各列につき1本ずつ設けられた駆動電圧配線13が配設されている。
光源制御回路440には、書き込み制御線SGLを駆動するシフトレジスタ441と、データ線DLを駆動するデータ線駆動回路442とが含まれている。シフトレジスタ441とデータ線駆動回路442とは、LED基板11上に搭載されたLED12が行ごとに駆動されるよう、複数個のエリア駆動回路50の動作を制御する。なお、本実施形態においては、この光源制御回路440によって、複数のエリア駆動回路50の動作を制御する駆動制御回路が実現されている。
図29は、エリア駆動回路50の構成を示す回路図である。図29に示すように、エリア駆動回路50は、駆動トランジスタTaと書き込み制御トランジスタTbと保持容量C2とによって構成されている。駆動トランジスタTaはMOSFETであって、書き込み制御トランジスタTbはTFTである。本実施形態においては、駆動トランジスタTaについても書き込み制御トランジスタTbについてもnチャネル型である。ところで、nチャネル型のトランジスタについてはドレインとソースのうち電位の高い方がドレインと呼ばれるが、以下の説明では、一方をドレイン,他方をソースと定義するので、ドレイン電位よりもソース電位の方が高くなることもある。
図29に示すように、第3配線としての駆動電圧配線13とグラウンド配線88との間で、LED12と駆動トランジスタTaとが直列に接続されている。駆動トランジスタTaについては、ゲート端子は書き込み制御トランジスタTbのドレイン端子と保持容量C2の一端とに接続され、ドレイン端子はLED12のカソード端子に接続され、ソース端子はグラウンド配線88に接続されている。書き込み制御トランジスタTbについては、ゲート端子は書き込み制御線SGLに接続され、ソース端子はデータ線DLに接続され、ドレイン端子は保持容量C2の一端と駆動トランジスタTaのゲート端子とに接続されている。保持容量C2については、一端は書き込み制御トランジスタTbのドレイン端子と駆動トランジスタTaのゲート端子とに接続され、他端はグラウンド配線88に接続されている。なお、エリア駆動回路50内に各種の補償回路が設けられることもある。
図29に示した構成要素のうちLED12と駆動トランジスタTaについては、LED基板11上に外付けの態様で設けられている。すなわち、LED12のアノード端子およびカソード端子は、それぞれ、LED基板11上に形成されたパッド511,512に接続され、駆動トランジスタTaのゲート端子,ドレイン端子,およびソース端子は、それぞれ、LED基板11上に形成されたパッド501,502,および503に接続されている。なお、1エリア当たりの電流量が小さい場合には、駆動トランジスタTaとして外付けのMOSFETに代えてガラス基板であるLED基板11に形成されたTFTを採用することもできる。
以上のような構成において、LED基板11上に配設された複数の書き込み制御線SGLに所定期間ずつ順次にハイレベルとなる書き込み制御信号が印加される。ある書き込み制御線SGLに印加されている書き込み制御信号がハイレベルになると、当該書き込み制御線SGLに対応するエリア駆動回路50において、データ電圧が書き込み制御トランジスタTbを介して保持容量C2に書き込まれる。すなわち、データ電圧に応じた電荷が保持容量C2に蓄積される。その後、書き込み制御信号がローレベルになることによって、保持容量C2に書き込まれたデータ電圧が保持される。これにより、次に書き込み制御信号がハイレベルに変化するまでの期間を通じて、保持されたデータ電圧に応じた大きさの電流が駆動トランジスタTaに流れ、その電流の大きさに応じた輝度でLED12が発光する。以上のようにして、各エリアのLED12の輝度が制御される。ここで、各書き込み制御線SGLに印加される書き込み制御信号は1フレーム期間に1回だけハイレベルとなるので、各エリアのLED12の輝度は1フレーム期間毎に制御される。
<3.3 駆動電圧の電圧値を調整するための構成>
図30および図31を参照しつつ、駆動電圧VLEDの電圧値を調整するための構成について説明する。本実施形態においては、図30に示すように、照明部450を構成するLED基板11に対して複数の地点から駆動電圧VLEDが供給される。これを実現するために、駆動電圧生成回路100からLED基板11へと延びる駆動電圧配線13は、図30で符号73を付した部分で分岐している。すなわち、駆動電圧生成回路100から出力された駆動電圧VLEDは、複数の接続経路(駆動電圧供給経路)でLED基板11に供給される。また、図30に示すように、駆動電圧供給部430には、複数の接続経路のそれぞれに対応するように駆動電圧調整回路110とフィードバック配線14とが設けられている。なお、本実施形態においては、駆動電圧供給部430は制御基板上に設けられており、当該制御基板とLED基板11とはフレキシブルプリント基板(FPC)を介して互いに接続されている。
図31には、1つの接続経路に対応する構成要素を示している。図31から把握されるように、各接続経路に関し、主分岐ノード15が電圧検出対象ノードとされている。そして、基準点電圧V2が駆動電圧調整回路110にフィードバックされるよう、主分岐ノード15と駆動電圧調整回路110との間にフィードバック配線14が配設されている。
以上のような構成により、複数の接続経路のそれぞれについて、主分岐ノード15の電圧である基準点電圧V2がフィードバック電圧VFとして駆動電圧調整回路110にフィードバックされ、駆動電圧調整回路110において上述したように駆動電圧VLEDの電圧値の調整が行われる。これにより、この液晶表示装置の動作中、複数の接続経路のそれぞれに対応する主分岐ノード15の電圧(基準点電圧V2)が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。
<3.4 効果>
本実施形態によれば、LED12のアクティブマトリクス駆動が採用されているバックライト43において、駆動電圧生成回路100で生成された駆動電圧VLEDは複数の接続経路でLED基板11に供給される。ここで、接続経路毎に、上記第1の実施形態と同様の駆動電圧調整回路110およびフィードバック配線14が設けられる。このため、照明部450全体でのLED12の点灯状態に関わらず、LED基板11上において各接続経路に対応する電圧検出対象ノード(本実施形態では主分岐ノード15)の電圧(基準点電圧V2)が源電圧V0にほぼ等しいという状態が維持される。これにより、照明部450全体でのLED12の点灯状態に関わらず、対応する保持容量C2に対して同じ輝度で点灯するように書き込みが行われたLED12は同じ輝度で点灯する。以上のように、本実施形態によれば、LED12のアクティブマトリクス駆動が採用されているバックライト43において、LED12の駆動電圧VLEDの電圧降下に起因する点灯輝度の変化を抑制することが可能となる。
<4.その他>
以上において本発明を詳細に説明したが、以上の説明は全ての面で例示的なものであって制限的なものではない。多数の他の変更や変形が本発明の範囲を逸脱することなく案出可能であると了解される。
10…発光装置
11…LED基板
12…LED
13…駆動電圧配線
14…フィードバック配線
15…主分岐ノード
16…駆動電圧入力ノード
17…電源部
33,43…バックライト
100…駆動電圧生成回路
110…駆動電圧調整回路
111…付加電圧出力回路
112…フィードバック電圧判断回路
113…調整電圧出力回路
114…(駆動電圧調整回路内の)スイッチ
330,430…駆動電圧供給部
340,440…光源制御回路
350,450…照明部
1130…オペアンプ
V0…源電圧
V1…調整電圧
V2…基準点電圧
VLED…駆動電圧

Claims (14)

  1. LEDを光源とする発光装置であって、
    複数のLEDを搭載するLED基板と、
    前記複数のLEDを駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、
    前記駆動電圧の電圧値を調整する駆動電圧調整回路と、
    前記駆動電圧生成回路と前記駆動電圧調整回路との間に配設された第1配線と、前記駆動電圧調整回路と前記LED基板との間に配設された第2配線と、前記LED基板上に配設された第3配線とからなる、前記駆動電圧を前記複数のLEDに供給するための駆動電圧配線と、
    前記第3配線上に設けられる電圧検出対象ノードの電圧を前記駆動電圧調整回路に与えるためのフィードバック配線と
    を備え、
    前記第3配線は、前記LED基板上において、前記第2配線との接続点である駆動電圧入力ノードを始点として1以上の分岐点で分岐しており、
    前記1以上の分岐点のうち前記駆動電圧入力ノードに最も近い分岐点である主分岐ノードを前記電圧検出対象ノードとして、もしくは、前記駆動電圧入力ノードと前記主分岐ノードとの間の1点を前記電圧検出対象ノードとして、前記フィードバック配線は、前記電圧検出対象ノードと前記駆動電圧調整回路との間に配設され、
    前記駆動電圧調整回路は、前記第1配線によって与えられる電圧と前記フィードバック配線によって与えられる電圧との差に応じて、前記第1配線によって与えられる電圧よりも高い電圧を前記駆動電圧として前記第2配線に出力することを特徴とする、発光装置。
  2. 前記駆動電圧調整回路は、前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されていなければ前記第2配線への前記駆動電圧の出力を停止するための駆動電圧出力制御回路を含むことを特徴とする、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記駆動電圧調整回路は、さらに、前記第2配線に前駆駆動電圧として出力する調整電圧を前記第1配線によって与えられる電圧と前記フィードバック配線によって与えられる電圧とに基づいて生成して当該調整電圧を前記駆動電圧として前記第2配線に出力する調整電圧出力回路を含み、
    前記駆動電圧出力制御回路は、
    前記フィードバック配線によって与えられる電圧と所定の設定電圧とを比較することによって前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されているか否かを判断するフィードバック電圧判断回路と、
    前記調整電圧出力回路と前記第2配線との間に設けられた駆動電圧出力制御スイッチと
    を含み、
    前記フィードバック電圧判断回路は、前記電圧検出対象ノードの電圧が前記フィードバック配線によって正常に伝達されていないと判断した時には、前記駆動電圧出力制御スイッチがオフ状態となるように前記駆動電圧出力制御スイッチに制御信号を与えることを特徴とする、請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記駆動電圧調整回路は、さらに、前記調整電圧出力回路から前記電圧検出対象ノードまでの間で生じ得る前記駆動電圧の最大の降下電圧と前記複数のLEDに供給されるべき駆動電圧との和に相当する付加電圧を通常動作時に出力する付加電圧出力回路を含み、
    前記フィードバック電圧判断回路は、前記フィードバック配線によって与えられる電圧が前記設定電圧以下であって、かつ、前記付加電圧が前記複数のLEDに供給されるべき駆動電圧以上であれば、前記駆動電圧出力制御スイッチがオフ状態となるように前記駆動電圧出力制御スイッチに前記制御信号を与えることを特徴とする、請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記調整電圧出力回路は、前記フィードバック配線に接続された反転入力端子と前記第1配線に接続された非反転入力端子と前記第2配線に接続された出力端子とを有するオペアンプを含むことを特徴とする、請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記オペアンプには、正側電源電圧として前記付加電圧が与えられることを特徴とする、請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記フィードバック電圧判断回路は、一端が前記フィードバック配線に接続され、他端が接地された抵抗器を含み、
    前記抵抗器の抵抗値は、前記フィードバック配線の配線抵抗の値の1000倍以上であることを特徴とする、請求項3から6までのいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記駆動電圧調整回路は、前記フィードバック配線に接続された反転入力端子と前記第1配線に接続された非反転入力端子と前記第2配線に接続された出力端子とを有するオペアンプを含むことを特徴とする、請求項1に記載の発光装置。
  9. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の発光装置と、
    前記複数のLEDの輝度を制御する輝度制御回路と
    を備えることを特徴とする、LED表示装置。
  10. 前記複数のLEDは、有機発光ダイオードであることを特徴とする、請求項9に記載のLED表示装置。
  11. 画像を表示する表示部を有する表示パネルと、
    前記表示部に光が照射されるよう前記表示パネルの背面に設けられた請求項1から8までのいずれか1項に記載の発光装置と
    を備えることを特徴とする、表示装置。
  12. 前記発光装置は、
    それぞれが1以上のLEDからなるLEDユニットであって、論理的に複数のエリアに分割された前記LED基板上に前記複数のエリアと1対1で対応するように設けられた複数のLEDユニットと、
    それぞれが対応するLEDユニットに含まれるLEDを駆動する、前記複数のLEDユニットと1対1で対応するように設けられた複数のエリア駆動回路と、
    複数の書き込み制御線と、
    前記複数の書き込み制御線と交差する複数のデータ線と、
    グラウンド配線と、
    前記書き込み制御線と前記複数のデータ線とに接続され、前記複数のLEDユニットに含まれるLEDが行ごとに駆動されるよう前記複数のエリア駆動回路の動作を制御する駆動制御回路と
    を備え、
    各エリア駆動回路は、
    前記第3配線と前記グラウンド配線との間で、対応するLEDユニットに含まれるLEDに直列に接続された駆動トランジスタと、
    対応する書き込み制御線に制御端子が接続され、対応するデータ線に第1導通端子が接続された書き込み制御トランジスタと、
    一端が前記書き込み制御トランジスタの第2導通端子と前記駆動トランジスタの制御端子とに接続され、他端が前記グラウンド配線に接続された保持容量と
    を含むことを特徴とする、請求項11に記載の表示装置。
  13. 前記駆動電圧は、前記駆動電圧生成回路から前記LED基板に前記駆動電圧配線としての複数の駆動電圧供給経路を経由して供給され、
    前記複数の駆動電圧供給経路のそれぞれに対応するように前記駆動電圧調整回路と前記フィードバック配線とが設けられていることを特徴とする、請求項11または12に記載の表示装置。
  14. 前記発光装置は、
    それぞれが1以上のLEDからなるLEDユニットであって、複数のブロックに区分された複数のLEDユニットと、
    前記複数のLEDユニットに含まれるLEDがブロック毎に駆動されるよう、前記駆動電圧生成回路で生成された駆動電圧の供給先を前記複数のブロック間で切り替える切り替え回路と、
    対応するLEDユニットを構成するLEDに電流を供給するか否かを制御するための点灯制御スイッチであって各ブロックに含まれるLEDユニットと等しい数の点灯制御スイッチを含む光源制御回路と
    を含み、
    前記複数のブロックのそれぞれに対応するように前記第3配線と前記駆動電圧調整回路と前記フィードバック配線とが設けられていることを特徴とする、請求項11に記載の表示装置。
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