JP4720100B2

JP4720100B2 - Ｌｅｄ駆動装置、バックライト光源装置及びカラー液晶表示装置

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Publication number: JP4720100B2
Application number: JP2004124793A
Authority: JP
Inventors: 徳昌古川; 弘明市川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2005310997A

Description

本発明は、直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）をパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するようにしたＬＥＤ駆動装置、バックライト光源装置及びカラー液晶表示装置に関する。

近年、液晶ＴＶやプラズマディスプレイ（PDP:Plasma Display Panel）に代表されるようにディスプレイの薄型化が流れとしてあり、中でもモバイル用ディスプレイの多くは液晶系であり、忠実な色の再現性が望まれている。また、液晶パネルのバックライトは蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）タイプが主流であるが、環境的に水銀レスが要求されてきており、ＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオード等が有望視されている。

一般的に、発光ダイオードを表示画素に用いたディスプレイでは、発光ダイオードをマトリクスの駆動をするために、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し、これにより、光らせたい画素の位置にある発光ダイオードを選択（アドレッシング）し、点灯させる時間を変調することにより輝度調整を実施し（パルス幅変調（PWM：Pulse Width Modulation）駆動）、所定の階調性のある表示画面を得ている。このため、駆動用の回路が複雑になりコストが高くなっている（例えば、特許文献１参照）。

また、発光ダイオードは、個々の素子に輝度のばらつきを持っているが、個々の素子のばらつきを補正しようとすると、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、駆動の形態が、前述した発光ダイオードを表示画素に用いたディスプレイに相当する形に酷似してくる。

すなわち、アドレッシングによる駆動回路の複雑さを呈する欠点があった。

一方で、発光ダイオードを光源として用いる場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光効率が異なるため、個々の色に流す電流も傾向的に独立していなければならない。さらに、各々の色で使用する半導体が異なるため、各色に用いる素子の製造バラツキによる効率の偏差範囲などにも相違が見られ、これらを克服する必要がある。

特開２００１−２７２９３８号公報

ところで、発光ダイオード個々の素子のばらつきを個別に調整するためには、マトリクス型の駆動が必要とされていた。また、各発光ダイオードの電力が大きい、照明用途のＬＥＤ駆動においては、大電力駆動用のＬＳＩ等は未だ作成されておらず、現実的にはコスト点で不利であるため、直列接続形式が用いられると考えられるが、直列接続形式では、個々の発光ダイオードの電流バラツキを効率よく的確に測定することが困難である。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、直列接続された複数の発光ダイオードを低電流駆動するにあたり、簡単な回路で発光ダイオード個々の素子のばらつきを個別に測定することができるようにしたＬＥＤ駆動装置、バックライト光源装置及びカラー液晶表示装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明は、直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）をパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するＬＥＤ駆動装置であって、直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動するパルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたことを特徴とする。

本発明は、表示パネルを背面側から照明するバックライト光源装置であって、直列接続された複数の発光ダイオードと、直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動するパルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたことを特徴とする。

本発明は、カラーフィルタを備えた透過型のカラー液晶表示パネルと、このカラー液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト光源装置とからなるカラー液晶表示装置であって、上記バックライト光源装置は、直列接続された複数の発光ダイオードと、直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動するパルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたことを特徴とする。

本発明では、直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）をパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するにあたり、上記直列接続された複数の発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にスイッチング素子を介してバイパス可能としたことにより、発光ダイオードの個々の輝度特性のばらつきを検出することができる。

また、本発明では、上記直列接続された複数の発光ダイオードをパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するための主定電流回路と測定用基準定電流回路を上記直列接続された複数の発光ダイオードに切換手段を介して選択的に接続可能としたことにより、測定用基準定電流回路から測定用基準定電流を流して発光ダイオードの個々の輝度特性を検出することができる。

さらに、本発明では、上記制御回路により測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードを順次選択し、上記複数の発光ダイオードが発光した光を受光して光量を検出する光センサによる検出出力に基づいて、測定回路により上記複数の発光ダイオードの発光量のばらつきを測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

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１００に適用される。

この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光源装置２０からなる。

透過型のカラー液晶表示パネル１０は、ガラス等の構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１、対向電極基板１２）を互いに対向配置させ、その間隙に例えばツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１にはマトリクス状に配置された信号線１４と走査線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共に、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では、この様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３１，３２で挟み、バックライト光源装置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。

上記バックライト光源装置２０は、光源２１と波長選択フィルタ２２からなり、上記光源２１が出射する光で上記波長選択フィルタ２２を介して上記カラー液晶表示パネル１０を背面側から照明する。

この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。

この駆動回路２００は、カラー液晶表示パネル１０やバックライト光源装置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、外部から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、バックライト光源装置２０の駆動制御するバックライト駆動制御部１８０等を備えてなる。

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は、ＲＧＢ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、コンポジット信号から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。

ここで、カラーフィルタ１９は各画素電極１７に対応した複数のセグメントに分割されている。例えば、図３の（Ａ）に示すように３原色である赤色フィルタＣＦＲ、緑色フィルタＣＦＧ、青色フィルタＣＦＢの３つのセグメント、図３の（Ｂ）に示すように３原色（ＲＧＢ）にシアン（Ｃ）を加えた赤色フィルタＣＦＲ、シアン色フィルタＣＦＣ、緑色フィルタＣＦＧ、青色フィルタＣＦＢの４つのセグメント、あるいは、図３の（Ｃ）に示すように３原色（ＲＧＢ）にシアン（Ｃ）とイエロー（Ｙ）を加えた赤色フィルタＣＦＲ、シアン色フィルタＣＦＣ、青色フィルタＣＦＧ、イエロー色フィルタＣＦＹ、青色フィルタＣＦＢの５つのセグメントに分割されている。

ここで、上記バックライト光源装置２０には、透過型のカラー液晶表示パネル１０を背面に配設された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）により照射するエリアライト方式の光源２１が採用されている。

このバックライト光源装置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４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６個であるが、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うる。

図４に示した配置例において、上記単位セル４−１と単位セル４−２は、全く同一の物であり、中央の両端矢印部分で接続されている。また、図５は、上記単位セル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ものである。この例の場合、各発光ダイオード、すなわち、赤の発光ダイオード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いる。

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６に示すように（２Ｇ２Ｒ２Ｂ）となる。すなわち、（２Ｇ２Ｒ２Ｂ）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７に示すように、上記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＊（２Ｇ２Ｒ２Ｂ）で、発光ダイオードの個数でパターン表記すると（６Ｇ６Ｒ６Ｂ）で示される。

次に、上記バックライト光源装置２０の光源２１における実際の発光ダイオードの配置例を図７の表記に基づき説明する。

光源２１には、図８に示すように、前述した発光ダイオードの基本単位（２Ｇ２Ｒ２Ｂ）の３倍を１つの中単位（６Ｇ６Ｒ６Ｂ）として、垂直に４行、水平に５列、合計で３６０個の発光ダイオードが配置されている。

そして、上記３６０個の発光ダイオード全てに対して、個々のアドレッシングを施すことは容易でないので、このバックライト光源装置２０では、図９に示すような駆動構成としている。

すなわち、ｎ列のそれぞれに対応するＲＧＢのペアｇ１〜ｇｎは、各列にＲＧＢの各発光ダイオードそれぞれが独立して直列接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７により定電流が流される構成となっている。

図１０を参照して、定電流をＬＥＤ直列接続基板ｍ１，ｍ２に流すための具体的な構成例の説明をする。

すなわち、複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが直列接続されたＬＥＤ列４０は、一端が検出抵抗（Ｒｃ）５を介してＤＣ−ＤＣコンバーター７に接続され、また、他端がＦＥＴ６を介して接地されている。

上記ＤＣ−ＤＣコンバーター７は、出力電圧Ｖｃｃの設定に対して、検出抵抗５による電圧降下を検出して、直列接続されたＬＥＤ列に所定の定電流ＩＬＥＤが流れるようにフィードバックループを構成している。この例では、上記検出抵抗５による降下電圧が上記ＤＣ−ＤＣコンバーター７内に設けられたサンプルホールド回路を介して帰還される。

なお、この例では、定電流を波高値で制御するために、電流検出のフィードバックループにサンプルホールドを備えているが、これはひとつの例であって、他の方法を用いてもよい。

また、上記バックライト駆動制御部１８０に備えられたドライバーＩＣ１８１からＦＥＴ６のゲートに加えられるｍａｉｎＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により、ＬＥＤ列４０に流れる電流が所定の期間ＯＮ−ＯＦＦされることにより、発光ダイオードの発光量を増減せしめる構成となっている。

すなわち、このバックライト光源装置２０では、上記バックライト駆動制御部１８０に備えられたドライバーＩＣ１８１から供給されるｍａｉｎＰＷＭ信号によりＦＥＴ６をスイッチング動作させて、複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを直列接続してなるＬＥＤ列４０にＤＣ−ＤＣコンバーター７により供給された駆動電流をＯｎ−ＯＦＦすることによって、上記発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎをパルス幅変調定電流駆動するようになっている。

また、この構成例では、上記ＬＥＤ列４０に測定用基準定電流を流すため測定用基準定電流回路であるＤＣ−ＤＣコンバータと、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に接続された検出抵抗（Ｒｒｅｆ）５０と、切換スイッチ６０を備え、上記ＬＥＤ列４０の一端が上記切換スイッチ６０を介して、上記ＬＥＤ列４０に駆動電流を流すため主定電流回路である上記ＤＣ−ＤＣコンバータ７と、上記ＬＥＤ列４０に測定用基準定電流を流すため測定用基準定電流回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ７０に選択的に接続されるようになっている。

さらに、上記発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには、各々にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎが並列に接続されており、、上記直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる駆動電流を個別に上記スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎを介してバイパスすることができるようになっている。

このように、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎをパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するにあたり、上記直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる駆動電流を個別にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎを介してバイパス可能としたことにより、発光ダイオードの個々の輝度特性のばらつきを検出することができる。

ここで、通常の点灯時における駆動電流供給する主定電流回路である上記ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、比較的電圧が高い多数個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが直列接続されたＬＥＤ列４０を駆動する関係で、耐圧を必要とし、構成部品形状が大きい。これに対して、上記スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎを使用して、個々の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに基準電流ＩrefLEDを流す際には、図１１に示すように、発光ダイオードを１つだけ点灯させればよいので、電圧は非常に低くてよい。上記ＤＣ−ＤＣコンバータ７を非常に低電圧まで動作可能な構成とするのは非効率なので、切換スイッチ６０を介して上記ＬＥＤ列４０に測定用基準定電流を流すため測定用基準定電流回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ７０を接続するようにしている。

このＤＣ−ＤＣコンバーター７０は、出力電圧Ｖｔｅｓｔの設定に対して、検出抵抗（Ｒｒｅｆ）５０による電圧降下を検出し、所定の定電流（ＩｒｅｆＬＥＤ）が流れるようにフィードバックループを構成している。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０から基準電流ＩrefLEDを供給する際には、ＦＥＴ６は常時ＯＮとされている。

なお、この図１０及び図１１に示した一群のＬＥＤ列４０は、図９に示したｎ列のそれぞれに対応するＲＧＢのペアｇ１〜ｇｎの１列に対している。したがって、同様の回路が、本例では、ｇｎ列×３倍（ＲＧＢ分）必要となる。

図１０及び図１１に示した一群のＬＥＤ列４０におけるＬＥＤ４１の個数は、光量バランスの観点で個数は変動するので種々のケースが考えられる。特に、近年、総個数を削減する為に各素子の投入電力を大きくしているため、各素子の輝度特性のばらつきを検出して調整により克服する必要がある。

ここで、上記スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎにはトランジスタを用いることができ、上記トランジスタのベースに供給するスイッチング制御信号により、上記直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる駆動電流を個別に上記トランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎを介してバイパスする制御を行うことができる。

例えば図１２に示す構成では、直列接続された５個の発光ダイオード４１Ａ〜４１Ｅに個々に並列にスイッチング素子としてトランジスタ８２Ａ〜８２Ｅが接続されており、各トランジスタ８２Ａ〜８２Ｅのベース・エミッタ間にはクランプ用のダイオード８３Ａ〜８３Ｅが接続され、さらに、各トランジスタ８２Ａ〜８２Ｅのベースに結合用コンデンサ８４Ａ〜８４Ｅが接続されている。

直列接続された５個の発光ダイオード４１Ａ〜４１Ｅには、上から下に向けて、各々Ｖｆａ〜Ｖｆｅまでの、個別の電圧降下を有しており、製造ロットに応じてばらつきを持つ。また、直列接続された５個の発光ダイオード４１Ａ〜４１ＥはＦＥＴ６によってＰＷＭ駆動されている。

このような構成の駆動回路において、各トランジスタ８２Ａ〜８２Ｅの各ベースには、上記バックライト駆動制御部１８０に備えられた駆動制御回路１８２からスイッチング制御信号として結合用コンデンサ８４Ａ〜８４Ｅを介してｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａ〜ｅが供給される。上記結合用コンデンサ８４Ａ〜８４Ｅに入力されるｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａ〜ｅは、ダイオード８３Ａ〜８３Ｅによってトランジスタ８２Ａ〜８２Ｅのエミッタ電位がクランプされるため、交流信号として扱うことができる。したがって、直列接続であっても電位を考えずに、トランジスタ８２Ａ〜８２ＥのＯＮ−ＯＦＦ駆動ができる。

例えば発光ダイオード４１Ａに並列接続されたトランジスタ８２ＡがＯＮすると、ダイオード４１Ａのアノード−カソード間はトランジスタ８２Ａのオン抵抗にて短絡バイパスされ、発光ダイオード４１Ａの駆動電流の全てがトランジスタ８２Ａに流れ、発光ダイオード４１Ａは不点灯となる。

ここで、図１２に示した構成例における動作の一例を図１３を参照して説明する。

図１３において、（ａ）〜（ｂ）は縦列接続された５つのトランジスタ８２Ａ〜８２Ｅのベースに加えられるｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａ〜ｅの波形を示している。又、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５はその時間軸上のタイミングを示している。

今、ｔ１の時点では、ｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａのみが低レベルであり、トランジスタ８２Ａはｏｆｆしている。ｔ１時にはトランジスタ８２Ｂ〜８２Ｅは全てＯＮしており、これにより、発光ダイオード４１Ａのみが点灯する。

同様にして、ｔ２の時点には発光ダイオード４１Ｂ，ｔ３の時点には発光ダイオード４１Ｃ，ｔ４の時点には発光ダイオード４１Ｄ，ｔ５の時点には発光ダイオード４１Ｅと順次個別に点灯させることができる。ここでは、５個の縦列接続を例としているが、これは、任意の個数ｎ個の場合も同様である。バイパスする時間をＯｎ−ＯＦＦの期間比率の操作により加減すれば、分流する電流の精度があがり、測定時間も確保可能である。

トランジスタ駆動用に使用するｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａ〜ｅは、ｍａｉｎ＿ＰＷＭ信号と独立して選択することが可能な構成となっているため、自由度が高い。また、ｓｕｂ＿ＰＷＭ信号ａ〜ｅの周波数を上げることにより、点灯時間を非常に短くすることができ、素早い点灯が可能である。

次に、図１４を参照して、バックライト光源装置２０における発光ダイオードの発光量のばらつきを測定するための構成例について説明する。

このバックライト光源装置２０では、上述した一連の説明による動作により、任意個別の発光ダイオードを選択点灯可能である。そこで、上記複数の発光ダイオードが発光した光を受光して光量を検出する光センサを設け、測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードを順次選択し、上記光センサによる検出出力に基づいて、上記複数の発光ダイオードの発光量のばらつきを測定することができる。

例えば、図１４に示す構成例は、直接接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎから発光された光を受光する光センサであるフォトダイオード１８５を備える。

フォトダイオード１８５の検出出力は演算増幅器１８６Ａにより構成された電流電圧変換回路１８６を介してＡ／Ｄ変換器１８７に供給されデジタルデータとしてマイクロプロセッサ１８８に供給されるようになっている。

上記マイクロプロセッサ１８８は、上記直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに接続されたＦＥＴ６をスイッチグ制御することによってＰＷＭ駆動するためのドライバーＩＣ１８１及び上記直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎにそれぞれ並列接続されたスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎにスイッチグ制御信号を供給する駆動制御回路１８２に対し、バス１８９を介して駆動設定制御信号を与え、上記ＦＥＴ６を常時オンにした状態で、任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流す制御を行い、測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードを順次選択し、上記光センサによる検出出力に基づいて、上記複数の発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する。

すなわち、上記マイクロプロセッサ１８８は、任意の発光ダイオードを選択し、その発光ダイオードを非常に短い時間（例えば１μ秒）点灯させ、その値をフォトダイオード１８５により検出してメモリに記憶する。発光ダイオードが選択されるのは非常にわずかな時間であるので、例えば本例のように、３６０個の発光ダイオードが有り、個別に１μ秒の時間を要したとしても、合計は３６０μ秒ということになる。

なお、発光ダイオードを液晶用バックライト光源として使用する場合には、必ずしも、光センサは発光ダイオードの近傍に配置できず、配置上の制約と形状の制約を受ける。この際、形状により、離れたい位置に存在する発光ダイオードは弱く検出され、センサーに近い位置にある発光ダイオードの光は強く検出されるという場合がある。これらは、光学シュミレーションや基準発光ダイオードによる実測等により、補正値データーをメモリテーブルとして用意し、光学センスした光量データーを補正すること等で対応することができる。

ここで、発光ダイオードは長時間使用により輝度特性が劣化し発光量が少なくなる特性を有するので、発光量を維持するために駆動電流を徐々に増やすのでは寿命が短くなってしまうが、発光ダイオードの輝度特性についての経時変化を考慮した補正値データをメモリテーブルにようしておき、上記マイクロプロセッサ１８８により駆動電流を時間とともに減らす制御を行うようにすれば、発光ダイオードの寿命を延ばすことができる。

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の構成を示す模式的な斜視図である。上記カラー液晶表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。上記カラー液晶表示装置おけるカラー液晶パネルに設けられるカラーフィルタの構成を示す模式的な平面図である。上記カラー液晶表示装置を構成するバックライト光源装置における発光ダイオードの配置例を模式的に示す図である。上記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した図である。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。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。上記バックライト光源装置の光源２１における実際の発光ダイオードの配置例をＬＥＤの個数でパターン表記して模式的に示した図である。上記バックライト光源装置における発光ダイオードの駆動構成を模式的に示す図である。上記バックライト光源装置における直列接続された複数の発光ダイオードに定電流を流すための具体的な構成例を模式的に示す図である。上記バックライト光源装置における直列接続された複数の発光ダイオード個々の素子のばらつきを検出調整するための具体的な構成例を模式的に示す図である。上記バックライト光源装置における直列接続された複数の発光ダイオードにスイッチング素子としてトランジスタを接続してなる構成例を模式的に示す図である。上記バックライト光源装置における直列接続された複数の発光ダイオードにスイッチング素子としてトランジスタを接続してなる構成例の動作を説明するための波形図である。上記バックライト光源装置における発光ダイオードの発光量のばらつきを測定するための構成例を模式的に示す図である。

符号の説明

１，２，３，４１，４１Ａ〜４１Ｅ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ発光ダイオード、４−１，４−２単位セル、５，５０検出抵抗、７，７０ＤＣ−ＤＣコンバーター、６ＦＥＴ、１０カラー液晶表示パネル、１１ＴＦＴ基板、１２対向電極基板、１３液晶層、１４信号線、１５走査線、１６薄膜トランジスタ、１７画素電極、１８対向電極、１９カラーフィルタ、２０バックライト光源装置、２１光源２１、２２波長選択フィルタ、３１，３２偏光板、４０ＬＥＤ列、５０切換スイッチ、８２Ａ〜８２Ｅトランジスタ、８３Ａ〜８３Ｅダイオード、８４Ａ〜８４Ｅコンデンサ、１００カラー液晶表示装置、１１０電源部、１２０Ｘドライバ回路、１３０Ｙドライバ回路、１４０入力端子１４０、１５０ＲＧＢプロセス処理部、１６０映像メモリ、１７０制御部、１８０バックライト駆動制御部、１８１ドライバーＩＣ、１８２駆動制御回路、１８５フォトダイオード、１８６電流電圧変換回路、１８６Ａ演算増幅器、１８７Ａ／Ｄ変換器、１８８マイクロプロセッサ、２００駆動回路、ＳＷ１〜ＳＷｎスイッチング素子

Claims

直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）をパルス幅変調定電流駆動回路により定電流駆動するＬＥＤ駆動装置であって、
直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、
上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、
上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、
測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段と
を備え、
上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動する上記パルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたＬＥＤ駆動装置。
表示パネルを背面側から照明するバックライト光源装置であって、
直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）と、
直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、
上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、
上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、
測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段と
を備え、
上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動するパルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたバックライト光源装置。
カラーフィルタを備えた透過型のカラー液晶表示パネルと、このカラー液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト光源装置とからなるカラー液晶表示装置であって、
上記バックライト光源装置は、
直列接続された複数の発光ダイオード（LED:light emitting diode）と、
直列接続された複数の発光ダイオードの各々に並列に接続され、上記各発光ダイオードに流れる駆動電流を個別にバイパス可能にする複数のスイッチング素子と、
上記各発光ダイオードによって出力される光を検出する受光素子と、
上記各スイッチング素子をスイッチング制御することによって駆動するスイッチング素子駆動手段と、
測定用の駆動電流を流す被測定発光ダイオードとして任意の発光ダイオードを選択し、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子をオンにして、選択された任意の被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流を、上記スイッチング素子駆動手段によって駆動される各スイッチング素子を介してバイパスし、被測定発光ダイオードのみに測定用の駆動電流を流すことにより、被測定発光ダイオードを点灯させ、点灯させた発光ダイオードの光を上記受光素子によって検出させ、上記受光素子による検出出力に基づいて、上記各発光ダイオードの発光量のばらつきを測定する制御を行う制御手段と
を備え、
上記制御手段は、上記直列接続された複数の発光ダイオードを定電流駆動するパルス幅変調定電流駆動回路のスイッチング素子を常時オンにした状態で、上記スイッチング素子駆動手段に対して駆動設定制御信号を与えることによって、被測定発光ダイオード以外の発光ダイオードに流れる駆動電流をそれぞれスイッチング素子を介してバイパスして上記被測定発光ダイオードのみに駆動電流を流し、上記被測定発光ダイオードに流れる駆動電流をバイパスするスイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動することによって、Ｏｎ−ＯＦＦの期間比率に応じた分流電流を上記スイッチング素子を介して流すようにしたカラー液晶表示装置。