恆流驅動裝置、背光光源裝置以及彩色液晶顯示裝置的製作方法
2023-05-16 15:33:06
專利名稱：恆流驅動裝置、背光光源裝置以及彩色液晶顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用脈寬調製恆流驅動電路來以恆定電流驅動串聯連接的多個發光二極體(LED)的恆流驅動裝置、由該恆流驅動裝置驅動的背光光源裝置以及彩色液晶顯示裝置。
本申請以2004年4月20日在日本申請的日本專利申請號2004-124795的申請為基礎而要求優先權，本申請以參考的方式引用該申請。
背景技術：
以液晶面板和等離子顯示面板(PDP)為代表，最近已經形成朝著更薄顯示器發展的趨勢。尤其很多用於移動用途的顯示器都是液晶面板，它需要具有可靠的顏色再現性。雖然用於液晶面板的主流背光是使用螢光管的CCFL(冷陰極螢光燈)類型，但是為了維護環境安全，需要不用汞也能夠製造的光源，發光二極體等等被認為是替代CCFL的理想光源。
一般，在將發光二極體用於顯示像素的顯示器中，需要用於像素的X-Y尋址驅動電路來執行對發光二極體的矩陣驅動，該X-Y尋址驅動電路選擇需要發光的像素位置上的發光二極體(尋址)，並且通過調製點亮時間來調整亮度(脈寬調製(PWM)驅動)，由此獲得具有預定灰度級的顯示屏幕。因此驅動電路很複雜，並且成本變高。例如在日本專利公報特開2001-272938號中公開了這種顯示器。
發明內容
然而，發光二極體也具有壽命，從變得不能點亮的原因可將各個元件的故障粗略劃分為三種類型，即在其中發生斷路而造成的開路模式的故障、在其中發生短路而造成的短路模式的故障、以及並非上述模式但光量下降的模式。
為了檢測這些故障，需要採用以獨立的驅動電路來驅動每個LED元件的方法，並需要構建時常反饋每個元件的操作狀態的系統，因此，會增大成本，並難以在實際設備中實現。
此外，儘管存在使用發光二極體作為單獨的發光像素的圖像顯示器，但即使在這種情況下的矩陣型驅動中，以往也不存在具有如上述單獨確定每個發光二極體的故障並消除該故障的功能的系統。
當將發光二極體用作液晶顯示器的背光時，由於每個發光二極體的功率很高，並且發光二極體的數目相對較少，因此，當由於故障而出現未點亮位置時，就會造成顏色不均勻，從而導致視覺效果變差。在以照明為用途的LED驅動設備中還沒有製造出用於大功率驅動的矩陣驅動LSI等，並且由於成本問題而不利於實現，因此使用串聯連接的形式。但是，在串聯連接的形式中，當在單獨的發光二極體中出現故障，並且該故障是斷路時，在一行中所有發光二極體都不能被點亮，從而會導致顯著的顏色不均勻。
因此，鑑於上述現有技術的情況，本發明的目的在於提供一種恆流驅動裝置、由該恆流驅動裝置驅動的背光光源裝置以及彩色液晶顯示裝置，該恆流驅動裝置在以恆定電流驅動串聯連接的多個元件例如發光二極體時，若元件發生OPEN模式的故障就旁路該故障處的元件電流，以自動避開該處的斷線狀態。
本發明是一種利用脈寬調製恆流驅動電路來以恆定電流驅動彼此串聯連接的多個元件的恆流驅動裝置，其具有包括與彼此串聯連接的多個元件的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，並且在旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的元件正常動作時，使晶閘管成截止狀態，在串聯連接的元件變為開路狀態時，使晶閘管導通。
此外，本發明是一種從顯示面板的背面照亮該顯示面板的背光光源裝置，其具有彼此串聯連接的多個發光二極體，和包括與彼此串聯連接的多個發光二極體的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，並且在旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體正常動作時，使晶閘管成截止狀態，在串聯連接的發光二極體變為開路狀態時，使晶閘管導通。
此外，本發明是一種彩色液晶顯示裝置，其包括具有濾色鏡的透過型彩色液晶顯示面板，以及從該彩色液晶顯示面板的背面照亮該彩色液晶顯示面板的背光光源裝置，用於該裝置的背光光源裝置具有彼此串聯連接的多個發光二極體，和包括與彼此串聯連接的多個發光二極體的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，並且在旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體正常動作時，使晶閘管成截止狀態，在串聯連接的發光二極體變為開路狀態時，使晶閘管導通。
在應用本發明的恆流驅動裝置、由該恆流驅動裝置驅動的背光光源裝置以及彩色液晶顯示裝置中，設置包括與串聯連接的多個元件的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，並通過該旁路電路中設置的柵極電位設定電路，提供這樣的柵極電位，從而在串聯連接的元件正常動作時使晶閘管成截止狀態，在串聯連接的元件變為開路狀態時，使得與變為開路狀態的元件連接的晶閘管導通，因此，在以恆定電流驅動串聯連接的多個元件例如發光二極體時，若元件發生了OPEN模式的故障就旁路該故障處的元件電流，從而自動地避開該處的斷線狀態。
可從下面參考
的實施方式中進一步了解本發明的其他目的和本發明能夠獲得的效果。
圖1是示出了本發明第一實施方式的背光型彩色液晶顯示裝置的透視圖；圖2是示出了構成彩色液晶顯示裝置的驅動電路的框圖；圖3A至圖3C是示出了在彩色液晶顯示裝置的彩色液晶面板中設置的濾色鏡的結構的平面圖；圖4是構成彩色液晶顯示裝置的背光光源裝置中的發光二極體的配置例的示意圖；
圖5是以電路圖符號的二極體標記示出在發光二極體的配置例中各個發光二極體的連接形式的示意圖；圖6是按每個顏色的發光二極體數量來樣式化示出單位晶元的示意圖，在該單位晶元中使用了兩個紅色發光二極體、兩個綠色發光二極體以及兩個藍色發光二極體，從而在一行中總共排列了六個發光二極體；圖7是按發光二極體數量來樣式化示出將三個作為基本單位的單位晶元4串聯連接的情況的示意圖；圖8是按LED數量來樣式化示出在背光光源裝置的光源中發光二極體的實際配置例的示意圖；圖9是背光光源裝置中的發光二極體的驅動結構的示意圖；圖10是示出了用於使恆定電流流過背光光源裝置中串聯連接的多個發光二極體的結構的電路框圖；圖11是示出了在背光光源裝置中用於下述功能的結構的電路框圖，即當以恆定電流驅動串聯連接的多個發光二極體時，若元件發生了OPEN模式的故障就旁路該故障處的元件電流，從而自動地避開該處的斷線狀態；圖12A是晶閘管的結構示意圖，圖12B是示出其動作的電路圖；圖13是示出了在背光光源裝置中用於下述功能的結構的電路框圖，即當串聯連接的多個發光二極體發生了OPEN模式的故障時，旁路該故障處的元件電流，從而自動地避開該處的斷線狀態。
具體實施例方式
下面將參考附圖來詳細說明本發明的實施方式。勿庸置疑，本發明不限定於以下示例，而是可在不脫離本發明要點的範圍內進行任意改變。
本發明被應用於具有如圖1所示的結構的背光型彩色液晶顯示裝置100中。
該彩色液晶顯示裝置100包括透過型彩色液晶顯示面板10，和設置在該彩色液晶顯示面板10的背面的背光光源裝置20。
透過型彩色液晶顯示面板10具有如下結構由玻璃等透明材料構成的兩個透明基板，即TFT基板11和對向電極基板12彼此相對配置，並通過將例如扭曲向列型(TN)液晶封入這兩層基板之間的間隙中而設置了液晶層13。在TFT基板11上形成以矩陣方式配置的信號線14和掃描線15，以及配置在信號線14和掃描線15之交點處的作為開關元件的薄膜電晶體16和像素電極17。通過掃描線15來順次選擇薄膜電晶體16，並且將從信號線14提供的圖像信號寫入對應的像素電極17。另一方面，對向電極18和濾色鏡19被形成在對向電極基板12的與TFT基板11相對一側的表面上。
在該彩色液晶顯示裝置100中，具有上述結構的透過型彩色液晶顯示面板10被夾在兩個偏振片31、32之間。該彩色液晶顯示裝置100在由背光光源裝置20從背面用白光對其進行照射的狀態中，以有源矩陣方式來驅動，由此顯示所需的全色圖像。
背光光源裝置20由光源21和波長選擇濾波器22構成。背光光源裝置20利用由光源21射出的光，經由波長選擇濾波器22從彩色液晶顯示面板10的背面對其進行照明。
該彩色液晶顯示裝置100由具有如圖2所示的結構的驅動電路200驅動。
該驅動電路200例如包括用於向彩色液晶顯示面板10和背光光源裝置20提供驅動電源的電源部110；用於驅動彩色液晶顯示面板10的X驅動電路120和Y驅動電路130；經由輸入端子140從外部輸入圖像信號的RGB處理部150；與該RGB處理部150連接的圖像存儲器160和控制部170了；以及用於對背光光源裝置20進行驅動控制的背光碟機動控制部18。
經由輸入端子140輸入到該驅動電路200中的圖像信號要通過RGB處理部150進行諸如色度處理等的信號處理，還要從複合信號被轉換成適於彩色液晶顯示面板10的驅動的RGB分離信號，然後被提供到控制部170中，並且經由圖像存儲器160而被提供到X驅動器120中。另外，控制部170以對應於RGB分離信號的預定定時來控制X驅動電路120和Y驅動電路130，從而利用經由圖像存儲器160提供到X驅動電路120中的RGB分離信號來驅動彩色液晶顯示面板10，由此顯示與RGB分離信號對應的圖像。
這裡，濾色鏡19被分割成與各個像素電極17對應的多個部分。例如被分割成三原色的三部分，即如圖3A所示的紅色濾鏡CFR、綠色濾鏡CFG和藍色濾鏡CFB；三原色(RGB)加青色(C)的四部分，即如圖3B所示的紅色濾鏡CFR、青色濾鏡CFC、綠色濾鏡CFG和藍色濾鏡CFB；或者，三原色(RGB)加青色(C)和黃色(Y)的五部分，即如圖3C所示的紅色濾鏡CFR、青色濾鏡CFC、綠色濾鏡CFG、黃色濾鏡CFY和藍色濾鏡CFB。
這裡，在背光光源裝置20中採用區域光源型光源21，該區域光源型光源21利用設置在透過型彩色液晶顯示面板10背面的多個發光二極體(LED)來照射該透過型彩色液晶顯示面板10。
下面將說明構成該背光光源裝置20的光源21的發光二極體的配置。
圖4示出了作為發光二極體配置例的狀態，在該狀態中，在單位晶元4-1和4-2中的每個單位晶元中，使用了兩個紅色發光二極體1、兩個綠色發光二極體2和兩個藍色發光二極體3，並在一行中總共排列了六個發光二極體。
雖然在該配置例中排列了六個發光二極體，但是由於需要基於所使用的發光二極體的額定值、發光效率等來調整光輸出的平衡，以使混合色成為具有良好平衡的白光，因此各種顏色的數量分配除了本示例之外，還可以有其他變化方式。
在圖4所示的配置例中，單位晶元4-1和單位晶元4-2彼此完全相同，並且在由雙向箭頭指示的中心部分彼此連接。圖5以電路圖符號的二極體標記示出了單位晶元4-1和單位晶元4-2彼此相連的形式。在該示例中，各個發光二極體，即紅色發光二極體1、綠色發光二極體2和藍色發光二極體3以使它們的極性與電流從左到右流動的方向匹配的方式被串聯連接。
這裡，若利用每個顏色的發光二極體數量的樣式符號來表示使用兩個紅色發光二極體1、兩個綠色發光二極體2和兩個藍色發光二極體3，並在一行中總共排列這六個發光二極體的單位晶元4的話，就成為如圖6所示的(2G 2R 2B)。就是說，(2G 2R 2B)表示包含了紅色、綠色和藍色各兩個的總共六個發光二極體的樣式被用作基本單位。如圖7所示，當串聯連接三個作為基本單位的單位晶元4時，符號為3*(2G 2R 2B)，若用基於發光二極體數量的樣式符號表示，就可表示為(6G 6R 6B)。
下面將基於圖7的符號來說明背光光源設備20的光源21中的發光二極體的實際配置例。
如圖8所示，在光源21中，將上述的發光二極體的基本單位(2G、2R、2B)的三倍作為一個中間單位(6G、6R、6B)來在垂直方向上配置四列，在水平方向上配置五行，從而總共配置360個發光二極體。
由於對全部360個的發光二極體執行單獨尋址不是很容易，所以背光光源設備20具有如圖9所示的驅動結構。
即，與n行分別對應的RGB組g1～gn具有如下結構在每行中按顏色獨立地串聯連接紅、綠、藍發光二極體中的每一種，並由DC-DC轉換器7向它們供應恆定電流。
下面將參考圖10來說明使恆定電流流過LED串聯連接基板m1和m2的具體結構例。
即，串聯連接多個發光二極體LED1～LEDn而成的LED串40的一端經由檢測電阻(Rc)5與DC-DC轉換器7連接，而其另一端經由FET 6接地。
DC-DC轉換器7構成反饋環，以用於檢測相對於輸出電壓Vcc的設定，因檢測電阻5而產生的電壓降，並使預定的恆定電流ILED流過串聯連接的LED串。在該示例中，因檢測電阻5而下降的電壓經由DC-DC轉換器7內設置的採樣保持電路而被反饋。
另外，利用從背光碟機動控制部180中設置的驅動器IC181施加到FET6柵極上的main_PWM(Pulse Width Modulation)信號，而使流過LED列40的電流被接通或關斷一段預定時間，由此來增減構成LED列的各發光二極體的發光量。
就是說，該背光光源設備20利用由設置在背光碟機動電路部180中的驅動器IC 181提供的main_PWM信號來致使FET 6執行開關操作，從而接通和關斷從DC-DC轉換器7提供到通過彼此串聯連接多個發光二極體LED1～LEDn而構成的LED串40的驅動電流，由此執行對發光二極體LED1～LEDn的脈寬調製恆流驅動。
此外，雖然在該示例中，為了用波峰值來控制恆定電流而在電流檢測反饋環中設置了採樣保持電路，但這只是一個示例，也可以使用其它方法。
另外，在本例中，由採樣保持開關驅動電路182根據main_PWM信號而生成的採樣脈衝被提供給採樣保持開關8。
並且，圖10所示的一組LED串40對應於圖9所示的與n行分別對應的RGB組g1～gn中的一行。因此，在本例中，同樣的電路需要有gn行×3倍(與RGB相應的量)。
下面將參考圖11～圖13來說明該背光光源裝置中用於以下功能的結構，即在以恆定電流驅動串聯連接的多個發光二極體時，若元件發生了OPEN模式的故障就旁路該故障處的元件電流，從而自動地避開該處的斷線狀態。
即，在圖11的示例中設有旁路電路80A～80E，這些旁路電路80A～80E由與串聯連接的5個發光二極體41A～41E的每一個並聯連接的晶閘管81A～81E和分壓電阻82A(Ra1、Ra2)～82E(Re1、Re2)構成。
分壓電阻82A～82E的各個中點連接在晶閘管81A～81E的柵極端上，並構成柵極電位設定電路83A～83E，以向各個晶閘管81A～81E提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體41A～41E正常動作時，使晶閘管81A～81E成截止狀態，而在發光二極體41A～41E變為截止狀態時，使晶閘管81A～81E導通。
當彼此串聯連接的五個發光二極體41A～41E正常動作時，分別具有從上到下的電壓降Vfa至Vfe，並且根據生產批次而有所差異。由FET 6對這五個彼此串聯連接的發光二極體41A～41E進行PWM驅動。在本結構例中，通過在FET6上並聯連接電阻85(Rf)，用於使導通的晶閘管維持導通狀態的最小維持電流可以通過電阻85而流動。
電阻85是為了在FET6處於截止狀態時使得發光二極體41A～41E上僅有I·Rf的電流流過而設置的。即，使得總有雖不能引起完全發光但也不會使晶閘管導通的最小維持電流流過。
這裡，參考圖12A和圖12B來簡單地說明晶閘管。
如圖12A所示，晶閘管是由在電晶體上又增加一個PN結的PNPN的四層構成的元件，並且是具有陽極A、柵極G和陰極K等三個端子的三端子元件。晶閘管的陽極-陰極(A-K)之間通常不導通，但是若向柵極G施加正電壓並向陰極K施加負電壓，則如圖12B所示，就會有柵電流(I1)流過，從而電流會從陽極A流向陰極K。即使停止向柵極-陰極(G-K)之間施加電壓，這種情況也會持續。即，既便施加的時間很短但只要向柵極-陰極(G-K)之間施加電壓，電流就會經過(I2)、(I3)而從陽極端子A流向陰極端子K，從而達到導通狀態。如果不去掉陽極-陰極(A-K)之間施加的電壓並使最小維持電流流過，則電流就會持續流動。晶閘管的導通電阻低，因此損失小。
並且，利用發光二極體41A～41E正常動作的狀態下的各個發光二極體41A～41E的電壓降，該電壓降在本例中約為4V，柵極電位設定電路83A～83E使各個晶閘管81A～81E維持截止狀態。
如圖13所示，例如在發光二極體41B發生了OPEN模式的故障時，該發光二極體41B的端子電壓上升，從而有柵極電流瞬間流過，晶閘管81B瞬間導通。由於晶閘管的特性，只要不去掉施加的電壓，或者電流不下降到最小維持電流以下，即使除掉柵極電位，已導通的晶閘管81B的導通狀態也會持續，因此，通過適當地設定電阻85的電阻值，就可以有效地對發生OPEN故障的發光二極體進行旁路。
本發明不限定於參考附圖而進行說明的上述的實施例，而是如本領域技術人員都清楚的那樣，可在不脫離權利要求書的範圍和其要點的範圍內嘗試各種修改、替換或其等同物。
權利要求
1.一種恆流驅動裝置，利用脈寬調製恆流驅動電路來以恆定電流驅動彼此串聯連接的多個元件，其特徵在於，具有包括與所述彼此串聯連接的多個元件的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，在所述旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向所述晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的元件正常動作時，使所述晶閘管成截止狀態，在所述元件變為開路狀態時，使所述晶閘管導通。
2.如權利要求1所述的恆流驅動裝置，其特徵在於，在所述脈寬調製恆流驅動電路的脈寬調製用開關元件上並聯連接電阻，從而用於使導通的晶閘管維持導通狀態的維持電流通過所述電阻而流動。
3.如權利要求1所述的恆流驅動裝置，其特徵在於，所述彼此串聯連接的多個元件是發光二極體。
4.一種背光光源裝置，從顯示面板的背面照亮該顯示面板，其特徵在於，具有彼此串聯連接的多個發光二極體，和包括與所述彼此串聯連接的多個發光二極體的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，在所述旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向所述晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體正常動作時，使所述晶閘管成截止狀態，在所述發光二極體變為開路狀態時，使所述晶閘管導通。
5.如權利要求4所述的背光光源裝置，其特徵在於，在所述脈寬調製恆流驅動電路的脈寬調製用開關元件上並聯連接電阻，從而用於使導通的晶閘管維持導通狀態的維持電流通過所述電阻而流動。
6.一種彩色液晶顯示裝置，其特徵在於，包括具有濾色鏡的透過型彩色液晶顯示面板；以及從該彩色液晶顯示面板的背面照亮該彩色液晶顯示面板的背光光源裝置，其中所述背光光源裝置具有彼此串聯連接的多個發光二極體，和包括與所述彼此串聯連接的多個發光二極體的每一個並聯連接的晶閘管的旁路電路，並在所述旁路電路中設有柵極電位設定電路，該柵極電位設定電路向所述晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體正常動作時，使所述晶閘管成截止狀態，在所述發光二極體變為開路狀態時，使所述晶閘管導通。
7.如權利要求6所述的彩色液晶顯示裝置，其特徵在於，在所述脈寬調製恆流驅動電路的脈寬調製用開關元件上並聯連接電阻，從而用於使導通的晶閘管維持導通狀態的維持電流通過所述電阻而流動。
全文摘要
本發明是一種利用脈寬調製恆流驅動電路來以恆定電流驅動串聯連接的多個發光二極體的恆流驅動裝置，其中具有包括與串聯連接的多個發光二極體(41A)～(41E)的每一個並聯連接的晶閘管(81A)～(81E)的旁路電路(80A)～(80E)，並利用該旁路電路(80A)～(80E)中設置的柵極電位設定電路(83A)～(83E)向晶閘管提供柵極電位，從而在串聯連接的發光二極體(41A)～(41E)正常動作時，使晶閘管(81A)～(81E)成截止狀態，而在發光二極體(41A)～(41E)變為開路狀態時，使與變為開路狀態的發光二極體(41A)～(41E)並聯連接的晶閘管導通。
文檔編號H01L33/00GK1788363SQ20058000040
公開日2006年6月14日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年4月20日
發明者古川德昌 申請人:索尼株式會社