JP2010267481A - バックライト装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤ光源を直列接続したＬＥＤチェーンを複数有するバックライトモジュールと、複数のＬＥＤチェーンを駆動するＦＥＴスイッチを有するバックライト駆動ＩＣを有するバックライト装置において、電圧降下ばらつきの大きなＬＥＤ起因によるＬＥＤバックライト駆動部の消費電力増加を抑止する。
【解決手段】ＬＥＤチェーン１１６の最終段ＬＥＤのカソード端子（または初段のＬＥＤのアノード端子）に抵抗素子１１５を直列接続し、抵抗素子１１５は、直列接続されたＬＥＤの電圧降下ばらつきに従い、抵抗値を変更可能な構成とし、電圧降下が大きなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値を小さくし、電圧降下が小さなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値を大きくする。これにより、バックライト駆動ＩＣで発熱として無駄に消費していた消費電力を抵抗素子に分散させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、直列接続された発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を直列接続したＬＥＤチェーンを複数有するバックライトモジュールと、複数のＬＥＤチェーンを駆動するバックライト駆動ＩＣを有するバックライト装置、および、バックライト装置と、光源からの光の透過率を調整することで映像の表示を行う表示パネルを有する表示装置に関する。

近年、液晶ディスプレイを使用した液晶表示装置は薄型化が進んでいる。図１に液晶表示装置の概略ブロック図を示す。液晶表示装置は主に４つのモジュールで構成される。１つ目のモジュールは、液晶表示パネルモジュール１０４で、２つのガラス間に液晶が封印され、液晶に対して電圧を供給することで、液晶の傾きが変わり、光の透過率（液晶を透過する光の変調度）が変わるものである。液晶表示パネルモジュール１０４には、画素を構成する液晶セルが２次元に配置され、各液晶セルを順次制御することで、２次元にて、光の透過率を変更可能である。

この液晶表示パネルモジュール１０４の制御を行うモジュールがパネル駆動部１０７である。パネル駆動部１０７は、液晶表示パネルモジュール１０４に対し、表示データを同期しながら出力するモジュールである。

３つ目のモジュールはバックライトモジュール１００で、液晶表示パネルモジュールの裏面に配置され、光源として使用し、照明光を照射する。本照明光を液晶表示パネルモジュール１０４の裏面から供給することで、液晶ディスプレイは表示を行う。４つ目のモジュールがバックライト駆動部１０５で、バックライトモジュール１００の制御や駆動を行うモジュールである。

従来、バックライトモジュールの光源として冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）が広く用いられてきたが、近年、ＣＣＦＬのかわりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたバックライト光源も用いられている。ＬＥＤは発光期間のオン・オフ制御と、電流量の制御による発光量の制御が容易であり、ＣＣＦＬに対し、低消費電力化が実現可能である。また、ＬＥＤはＣＣＦＬに対し物理的に小さな構造のため、１つのＬＥＤ素子で照射できる光源領域を小さくすることができる。なお、ＬＥＤは点光源であるため、ＬＥＤの周囲に光学部材を設け、ＬＥＤの発光量を平面的に拡散させ、面方向に、均一輝度を発光することが求められる。

図２にＬＥＤをバックライトとして使用する場合の接続方法の例を示す。ＬＥＤをバックライトとして使用する場合の接続方法として、図２および特許文献１に開示されるように、１つのＬＥＤチェーンに対して、電圧を供給する電源回路１１０と、複数のＬＥＤ１０１、および、電流量を調整する定電流源として動作するＦＥＴスイッチ１１３を直列接続し、ＦＥＴスイッチ１１３のＯＮ／ＯＦＦにより、定電流をＬＥＤチェーンに流し、ＬＥＤ１０１を点灯、消灯する。このＦＥＴスイッチ１１３は、バックライト駆動ＩＣ内部１１１に配置される。また、１つのバックライト駆動ＩＣ１１１内部では、複数のＬＥＤチェーンをそれぞれ制御するために、複数のＦＥＴスイッチ１１３を有する構造がとられる。

ここで、発光素子であるＬＥＤ１０１は、素子毎の電圧降下ばらつきが大きいという特徴を有する。１つのＬＥＤチェーンに複数のＬＥＤ１０１が接続され、更に、複数のＬＥＤチェーンを１つのバックライト駆動ＩＣ１１１で駆動し、かつ、ＬＥＤ１０１の電圧降下ばらつきが大きい場合、バックライト駆動ＩＣ１１１の発熱として、電力が消費される。

これに対し、特許文献２に開示されるように、各ＬＥＤチェーンに対し、保護用トランジスタを直列接続し、保護用トランジスタのベース端子に規定電圧を供給することで、バックライト駆動ＩＣに入力される入力電圧を制限し、バックライト駆動ＩＣの発熱を抑えている。

特許第４１７７０２２号公報 特開２００６−２４５３０７号公報

特許文献２に開示されるように、１つのＬＥＤチェーンに対して保護用トランジスタを挿入することにより、バックライト駆動ＩＣへの入力電圧を制限し、バックライト駆動ＩＣ自身の発熱を抑制することができる。しかしながら、保護用トランジスタ自身のオン抵抗で消費する消費電力が発生する。従って、ＬＥＤの電圧降下ばらつきの有無に関わらず、このオン抵抗相当の消費電力が消費される。ＬＥＤでは、数１０ｍＡの電流を供給する必要があるため、このオン抵抗消費電力も大きくなり、モジュール全体の電力効率を低下させる。

本発明の目的は、複数のＬＥＤ光源を直列接続したＬＥＤチェーンを複数有するバックライトモジュールと、複数のＬＥＤチェーンをそれぞれ駆動する複数のＦＥＴスイッチを有するバックライト駆動ＩＣを有するバックライト装置において、電圧降下ばらつきの大きなＬＥＤ起因によるＬＥＤバックライト駆動部の消費電力増加を抑止することである。

本発明は、複数のＬＥＤ光源を直列接続したＬＥＤチェーンを複数有するバックライトモジュールと、前記複数のＬＥＤチェーンをそれぞれ駆動する複数のＦＥＴスイッチを有するバックライト駆動ＩＣを有するバックライト装置であって、前記複数のＬＥＤチェーンと、前記複数のＬＥＤチェーンの初段のＬＥＤのアノード端子または最終段のＬＥＤのカソード端子にそれぞれ直列接続された複数の抵抗素子で構成される複数のＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路を有し、前記複数のＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路の初段側には一つの電源回路が接続されており、各ＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路の最終段側には各ＦＥＴスイッチのドレイン端子が接続されている。抵抗素子は、直列接続されたＬＥＤの電圧降下ばらつきに従い、抵抗値を変更可能な構成とし、電圧降下が大きなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子は小さな抵抗値を有し、電圧降下が小さなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子は大きな抵抗値を有する。これにより、バックライト駆動ＩＣで発熱として無駄に消費していた消費電力を抵抗素子に分散させることができる。

更に、好ましくは、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値は０Ωであり、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーン以外のＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値は、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンの電圧降下値と当該ＬＥＤチェーンの電圧降下値の差分を当該ＬＥＤチェーンを流れる電流値で除した値であることが望ましい。これにより、より高い電力効率を得ることができる。

更に、電源回路は、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに合わせた電源電圧を供給するようにしてもよい。

また、前述の抵抗素子を可変抵抗素子とし、ＬＥＤチェーン毎に調整可能としてもよい。

本発明によれば、ＬＥＤの電圧降下ばらつきに従い、従来、バックライト駆動ＩＣ内で熱として無駄に消費していた電力を、バックライト駆動ＩＣ外の抵抗素子に分散させることが可能となる。また、従来、ＬＥＤばらつきの有無に関わらずに消費していた、各ＬＥＤチェーンに直列接続されていた保護用トランジスタのオン抵抗による消費電力を削減することができる。

本発明を適用した表示装置における表示パネル、バックライト、制御部の一構成例を示す図である。 ＬＥＤをバックライトとして使用する場合の接続方法例を説明するための図である。 本発明の実施例における、バックライト駆動部１０５とバックライトモジュール１００の接続形態を表した図である。 バックライトとして使用するＬＥＤ１０１の電圧降下ばらつきの例を示した図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施例の基本的な構成と動作を解説し、その後に具体的な発明の内容を説明する。

まず、本発明の実施例における表示装置の基本構成について説明する。

図１は、本発明を適用した表示装置における表示パネル、バックライト、制御部の一構成例を示す図である。なお、構成部材を説明するため、各部材を分離した形で図示する。実際の表示装置はこれらの部材を組み立てた構造となる。

表示装置は、例えばテレビ受像機などのディスプレイ装置であり、各種の映像データを入力として受付け、表示する機能を備える液晶表示装置に代表されるものである。

表示装置は、大きく４つの構成要素で構成され、バックライトモジュール１００と、バックライトモジュール１００の駆動制御を行うバックライト駆動部１０５と、液晶パネルで構成される表示パネル１０４と、表示パネル１０４の制御を行うパネル駆動部１０７から構成する。表示パネル１０４は、例えば液晶表示パネルであり、複数の液晶素子を画素（表示単位）としてマトリクス状に配列し、パネル駆動部１０７から供給される液晶パネル制御信号１０８に従い、画素毎に個別に透過率を制御できる構成とする。

バックライトモジュール１００は、表示パネル１０４を照明する役割を持ち、複数の光源１０１、フレーム１０２、光学部材１０３などから構成する。バックライトモジュール１００の中の光源１０１は、バックライト駆動部１０５から入力される電源電圧１０６により発光する。ここで、光源１０１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。フレーム１０２上に、適度な間隔にて配置する。光学部材１０３は、例えば光源１０１から照射された光の強度を均等化するための拡散シートや、光の取り出し効率を改善するための輝度上昇フィルム等の光学部材である。

本実施例の表示装置においては、バックライトモジュール１００から照射された光のうち、表示パネル１０４の各画素を透過した透過光の集合が、最終的な表示装置の表示映像となる。言い換えると表示装置の各画素の最終的な表示輝度は、表示パネルの各画素の透過率と、前記画素に対応するバックライトの領域の輝度（照射光の強度）とを乗算したものとなる。

図３は本実施例における、バックライト駆動部１０５とバックライトモジュール１００の接続形態を表した図である。

バックライトモジュール１００には、複数のＬＥＤ１０１が格子状に配置されている。本実施例では、複数個のＬＥＤ１０１が直列に接続されたＬＥＤチェーン１１６と、ＬＥＤチェーン１１６の最終段のＬＥＤのカソード端子側に直列接続された抵抗素子１１５とでＬＥＤチェーン１１６と抵抗素子１１５の直列回路が構成される。なお、抵抗素子１１５はＬＥＤチェーン１１６の先頭（初段）である入力端子側のアノード端子側に接続してもよい。ここで、抵抗素子１１５の抵抗値は最小で０Ωを接続可能な構造とする。ＬＥＤチェーン１１６は、バックライトモジュール１００内に、並列に複数個、配置され、ＬＥＤチェーン１１６の入力側（初段側）は、全て短絡して、電源回路１１０に接続され、電源電圧１０６が供給される。各ＬＥＤチェーン１１６の出力端側（最終段側）は、それぞれ、バックライト駆動ＩＣ１１１に入力される。

バックライト駆動部１０５は、ＬＥＤ１０１に対して電源電圧１０６を供給する電源回路１１０と、各ＬＥＤチェーン１１６の出力端子が接続されるバックライト駆動ＩＣ１１１を備える。各ＬＥＤチェーン１１６の出力端子は、それぞれ、ＦＥＴスイッチ１１３のドレイン端子に接続され、ＦＥＴ１１３のソース端子はＧＮＤに接地される。ＦＥＴスイッチ１１３のゲート端子１１４には、パルス幅変調制御を行うＰＷＭ制御部１１２に接続される。パルス幅変調とは、ＬＥＤチェーン１１６に対して、電流を供給する期間を制御することである。ＬＥＤ１０１の発光量は、ＬＥＤ１０１に流れる電流値と電流が流れる時間に比例するため、パルス幅変調により、電流供給時間を制御することで、発光量を制御可能である。

バックライト駆動ＩＣ１１１には、このＦＥＴスイッチ１１３が複数個配置され、各ＬＥＤチェーン１１６に接続される。ＰＷＭ制御部１１２は、各ＬＥＤチェーン１１６のパルス幅変調を個別制御することで、ＬＥＤチェーン１１６毎のエリア調光を実現する。

なお、バックライト駆動ＩＣ１１１から電源回路１１０に対して、電源供給量を示すためのフィードバック信号１１７を出力する。本フィードバック信号１１７により、最も電圧降下の大きなＬＥＤチェーン１１６に合わせて、電源電圧１０６を供給する。

図４は、バックライトとして使用するＬＥＤ１０１の電圧降下ばらつきの例を示した図である。ここでは、ＬＥＤチェーン数を８本とし、各ＬＥＤチェーン１１６には、８つのＬＥＤ１０１が直列接続された構成を例とする。これら４つのＬＥＤチェーン１１６を、１つのバックライト駆動ＩＣ１１１で制御するものとする。なお、ＬＥＤチェーン数、および、ＬＥＤチェーンに接続されるＬＥＤの個数に関しては限定を持たない。

ＬＥＤチェーン１に接続されたＬＥＤの電圧降下は、それぞれ３．５［Ｖ］であり、合計は３．５［Ｖ］×８の２８．０［Ｖ］となる。また、ＬＥＤチェーン２〜８のＬＥＤの電圧降下は、それぞれ３．０［Ｖ］であり、合計は２４．０［Ｖ］となる。この場合、電源回路１１０が供給する電圧は、ＬＥＤチェーン１の２８．０［Ｖ］とＦＥＴスイッチ１１３が消費する電圧（１．０［Ｖ］とする）の和である２９．０［Ｖ］となる。この２９．０［Ｖ］電圧が、各ＬＥＤチェーンに供給されるため、ＬＥＤチェーン２〜８には、４．０［Ｖ］が過剰に供給され、この過剰供給分が発熱として消費される。例えば、各ＬＥＤチェーンに流す電流値を５０［ｍＡ］の場合、ＬＥＤチェーン２〜８に接続された７個のＦＥＴスイッチ１１３はそれぞれ、０．２［Ｗ］（４．０［Ｖ］×５０［ｍＡ］）、バックライト駆動ＩＣ１１１全体として、０．２［Ｗ］×７個の１．４［Ｗ］分が発熱として消費される。従って、バックライト駆動ＩＣ１１１には、過剰な許容損失を許容可能なパッケージが必要であり、また、バックライト駆動ＩＣ１１１を配置するプリント基板にも、同様の許容性が求められる。

ここで、図３に示した抵抗素子１１５を考慮する。ＬＥＤチェーン１には０Ωの抵抗を接続し、ＬＥＤチェーン２〜８には、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンであるＬＥＤチェーン１の電圧降下値２８．０［Ｖ］とＬＥＤチェーン２〜８の電圧降下値２４．０［Ｖ］の差分４．０［Ｖ］を各ＬＥＤチェーンを流れる電流値５０［ｍＡ］で除した値である８０Ωの抵抗を接続する。抵抗素子１１５の抵抗値が８０Ω、かつ電流値が５０［ｍＡ］の場合、抵抗素子１１５の電圧降下は、これらの積である４．０［Ｖ］となる。一方、ＬＥＤチェーン１に接続された抵抗素子１１５は０Ωであるため、電圧降下は発生しない。この抵抗素子１１５の組合せの場合、バックライト駆動ＩＣ１１１内の各ＦＥＴスイッチ１１３には、同等の電圧（１［Ｖ］）が供給され、過剰な電圧供給による発熱損失は発生しない。これは、バックライト駆動ＩＣ１１１内で発熱として消費された電力を、抵抗素子１１１に分散させることである。従って、抵抗素子１１１、若しくは、抵抗の代用として使用するトランジスタ素子を、バックライト駆動ＩＣ１１１内に配置するのではなく、ＬＥＤチェーン１１６のどちらかかに配置することが望まれる。なお、本実施例の説明では、抵抗素子１１３をバックライトモジュール１００内に配置しているが、バックライト駆動部１０５に配置してもよい。

このように、本実施例は、１つのバックライト駆動ＩＣ１１１が制御する複数のＬＥＤチェーン１１６において、ＬＥＤチェーン１１６に直列接続する抵抗素子１１５の抵抗値が異なることを特徴とする。すなわち、電圧降下が大きなＬＥＤチェーン１１６に接続された抵抗素子１１５は小さな抵抗値を有し、電圧降下が小さなＬＥＤチェーン１１６に接続された抵抗素子は大きな抵抗値を有するようにする。

好ましくは、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子１１５の抵抗値は０Ωであり、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーン以外のＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値は、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンの電圧降下値と当該ＬＥＤチェーンの電圧降下値の差分を当該ＬＥＤチェーンを流れる電流値で除した値であることが望ましい。

また、電源回路１１０が、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに合わせた電源電圧を供給するようにしてもよい。

また、抵抗素子１１５には、可変抵抗を使用することも可能で、バックライトモジュール１００若しくはバックライト駆動部１０５のビンディング時に、調整を行うこともできる。

１００・・・バックライトモジュール、１０１・・・光源（発光ダイオードＬＥＤ）、１０２・・・フレーム、１０３・・・光学部材、１０４・・・表示パネル、１０５・・・バックライト駆動部、１０６・・・電源電圧、１０７・・・パネル駆動部、１１０・・・電源回路、１１１・・・バックライト駆動ＩＣ、１１２・・・ＰＷＭ制御部、１１３・・・ＦＥＴスイッチ、１１４・・・ゲート端子、１１５・・・抵抗素子、１１６・・・ＬＥＤチェーン、１１７・・・フィードバック信号

Claims (6)

1. 複数のＬＥＤ光源を直列接続したＬＥＤチェーンを複数有するバックライトモジュールと、前記複数のＬＥＤチェーンをそれぞれ駆動する複数のＦＥＴスイッチを有するバックライト駆動ＩＣを有するバックライト装置であって、
   前記複数のＬＥＤチェーンと、前記複数のＬＥＤチェーンの初段のＬＥＤのアノード端子または最終段のＬＥＤのカソード端子にそれぞれ直列接続された複数の抵抗素子で構成される複数のＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路を有し、
   前記複数のＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路の初段側には一つの電源回路が接続されており、
   各ＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路の最終段側には各ＦＥＴスイッチのドレイン端子が接続されており、
   電圧降下が大きなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子は小さな抵抗値を有し、電圧降下が小さなＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子は大きな抵抗値を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 請求項１に記載のバックライト装置において、
   最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値は０Ωであることを特徴とするバックライト装置。
3. 請求項２に記載のバックライト装置において、
   最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーン以外のＬＥＤチェーンに接続された抵抗素子の抵抗値は、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンの電圧降下値と当該ＬＥＤチェーンの電圧降下値の差分を当該ＬＥＤチェーンを流れる電流値で除した値であることを特徴とするバックライト装置。
4. 請求項２または３に記載のバックライト装置において、
   前記電源回路は、最も大きな電圧降下値を有するＬＥＤチェーンに合わせた電源電圧を前記複数のＬＥＤチェーンと抵抗素子の直列回路に供給することを特徴とするバックライト装置。
5. 請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のバックライト装置において、
   前記抵抗素子は、抵抗値を可変可能な可変抵抗であることを特徴とするバックライト装置。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載のバックライト装置と、前記バックライト装置のバックライトモジュールの前面に設けられた表示パネルを具備する表示装置。

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