(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ素子に点滅スイッチがそれぞれ直列接続されて構成された３つの直列回路分枝が並列に接続されることにより並列回路分枝が構成され、さらにこの並列回路分枝が複数直列に接続されていることによって並列直列回路が構成され、
前記並列回路分枝は３の倍数だけ直列に接続されており、同じタイミングで点灯する３つごとの前記並列回路分枝は互いに異なる色の前記ＬＥＤ素子を発光することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記直列回路分枝に２個以上の前記ＬＥＤ素子を備えて前記点滅スイッチが該ＬＥＤ素子の間に挟まれて直列接続されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記並列に接続された前記ＬＥＤ素子は、所定数ごとに一端が共通端子で接続された構成であって集積回路として形成されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動するＬＥＤ駆動回路に関し、特に三原色ＬＥＤを選択的に点滅して表示色を選択する光源点滅型ＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置は明るく寿命が長い上、高速点滅が可能であるため色々な分野で使用されているが、用途に従ってＬＥＤ駆動回路にも種々の工夫がされている。
たとえば、ＬＥＤで対象物を直接照明する照明装置がある。特許文献１は、自動車のダッシュボードにおけるコンビネーションメータを照明する装置におけるＬＥＤ駆動回路を開示するものである。ダッシュボードの計器をＬＥＤで照明する場合は、計器の大きさによりＬＥＤ素子の数を調整して、ほぼ同程度の明るさになるようにしている。したがって、対象計器ごとに照明用ＬＥＤを直列接続する直列回路を用いるときは、すべてのメータの明るさを同等にするために直列回路ごとに抵抗などで電流を調整する手法が用いられる。しかし、抵抗で電流値を調整する回路では、電源が変動する場合などは直列回路ごとに発光輝度に変化が生じて照明の強さにばらつきが生じることになる。
【０００３】
そこで、特許文献１に開示されたＬＥＤ駆動回路は、直列接続回路を並列に接続した構成になっていて、各照明対象に複数の発光素子を配設すると共に、照明対象毎に少なくとも１個の発光素子を別の直列接続回路に分離して接続するように配分することにより、断線事故があったときにも必ず１個以上のＬＥＤが点灯して各照明対象計器の照明を確保する。また、直列接続回路に接続する発光素子の数を均等化することによって回路特性を同質化し、電源電圧が変動したときにもコンビネーションメータ全体が同等の明るさで照明されるようにする。
【０００４】
また、引用文献２には、三原色ＬＥＤを利用したカラー写真感光紙の露光装置が開示されている。
印画紙に写真フィルムのカラー画像を焼き付けるための露光には赤色、緑色、青色の色毎に強力な光源を必要とする上、色の再現性を向上させるため各色に対する感度を測光することにより求めて露光量を調整しなければならない。露光装置の光源として、電気的手段で比較的容易に輝度が調節できるＬＥＤを数１００個マトリクス状に配置したものが用いられる。たとえば代表的な赤色ＬＥＤは約１００ｍＡの電流と約２．２Ｖの電圧で駆動されるため、ＬＥＤを並列に接続した回路では数１０Ａを超える電流を必要とし、直列に接続した回路では１０００Ｖもの高電圧が必要となる。さらに数μ秒の時間単位でＬＥＤを切り替えることが求められるので、実際の取り扱いが極めて困難となる。
【０００５】
そこで、特許文献２に開示された発明は、ＬＥＤを直列回路と並列回路を組み合わせた回路で接続し、ＬＥＤの出射光を調整する手段を備えるようにして、ＬＥＤの駆動に必要な電流と電圧を両方とも制限し、実際的な制御装置を提供するものである。開示されたＬＥＤ駆動回路は、直列回路分枝を並列に接続してもよく、また多数のＬＥＤを並列接続した並列回路分枝を直列に接続したものであってもよいとされる。なお、直列回路分枝中のＬＥＤの数をそれぞれ等しくして、光の強度分布を均一にすることが好ましい。
【０００６】
ＬＥＤは迅速に切り換えができかつ直接駆動できるので、操作性に優れている。また電気的制御でオンオフできるので、露光光路を閉鎖するための機械的なシャッタを省略することができコストの削減が可能である。また三原色のＬＥＤを用いることにより特別なカラーフィルタを省略することができる。また、印画紙の色感度を補償することも容易である。
しかし、ＬＥＤ群は色毎にオンオフするものであり色毎に輝度調整をする必要があることから、必然的に同色のＬＥＤのみをそれぞれ独立に１個のＬＥＤ駆動回路に接続するものとなる。
【０００７】
さらに、ＬＥＤは、モノクロ表示あるいはカラー表示をする液晶装置における照明装置に利用することができる。たとえば、特許文献３に記載されているように、液晶シャッタの後ろに導光板を配置して散乱板をＬＥＤで照射し、液晶シャッタにより後ろの光を透過する光透過形状を制御して文字あるいは図形を表すことができる。
このような液晶装置では、発光色の異なるＬＥＤを時間軸上で切り替えておいて液晶シャッタの開閉タイミングを切り換えに合わせて発光色を選択することにより、カラー表示をすることができる。さらに、フィールド順次型（あるいは光源点滅型）カラー表示装置（フィールドシーケンシャルカラー装置ともいう）では、三原色の各色を発光するＬＥＤを組み合わせて使用し高速で色を切り替えて目の錯覚で混色させることにより、表示文字・図形に自由な色を選択して表示させることができる。
【０００８】
しかし、光源にＬＥＤを用いたときには赤色、緑色、青色のＬＥＤの発光効率や輝度が均一でないので、白色における色バランスを正しくすることが難しい。また、背景色を適宜選択したいこともある。さらに、青色ＬＥＤは他の色と比べて高価であるので、使用数を抑制することがある。
【０００９】
そこで、特許文献３に開示された発明は、異なる波長の光を発生しそれぞれ独立に制御できる複数のカラー光源をそれぞれ別の時間帯（サブフィールド）に点灯させて、表示セグメントを各色のサブフィールドでオンオフさせて多色表示するようにしたフィールド順次型カラー表示装置であって、それぞれのカラー光源に対応するサブフィールドの時間幅を適宜に選択するようにしたところに特徴がある。なお、特許文献３に記載された方式は、フィールドシーケンシャルカラー方式（ＦＳＣ方式）とも呼ばれる。
引用文献３の発明によれば、各色に対応するサブフィールド時間幅を適宜に調整して、ある色の強度を相対的に強調することができるので、効率の異なるＬＥＤを使用しても、あるいは特定の発色ＬＥＤの数を少なくしても、白色純度を確保することができる。
しかし、ＬＥＤ駆動回路は三原色の色毎に独立にかつ色毎に複数のＬＥＤを同時に制御するものであり、またそれぞれの素子特性に従って光出力特性を調整する必要があるため、ＬＥＤの色毎にあるいはＬＥＤの配置に対応してそれぞれ特定のＬＥＤ駆動回路が用いられる。
【００１０】
ところで、比較的大きな液晶表示装置では、液晶パネルの下面に導光板を設けこの導光板の周囲に光源として複数のＬＥＤを配置してバックライト装置とし、バックライト光を均一にして液晶パネル画面の明度を均一にするようにしている。なお、携帯電話機など小型であることが要求される機器では装置の大型化を防ぐため、バックライトに用いるＬＥＤ照明装置には、複数のＬＥＤを１つのパッケージに詰め込んだ、たとえば３色のＬＥＤを使ったいわゆる３in１ＬＥＤパッケージなどを並列に配設して利用することがある。
パッケージ化したＬＥＤは、アノード同士を接続して全ＬＥＤに対する共通端子とし、カソードをＬＥＤ素子ごとに独立に結線できる端子として引き出したものが一般的である。
【００１１】
このようなＬＥＤパッケージを複数個使用する場合は、アノード共通端子同士を接続してＬＥＤを並列接続することになる。たとえば、図９に示すように、３in１ＬＥＤパッケージＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・を並列に接続し、各パッケージの赤色ＬＥＤＲ１，Ｒ２，Ｒ３，・・・、緑色ＬＥＤＧ１，Ｇ２，Ｇ３，・・・、青色ＬＥＤＢ１，Ｂ２，Ｂ３，・・・のそれぞれに直列に可変抵抗器とスイッチＲＲ１，ＳＲ１；ＲＧ１，ＳＧ１；ＲＢ１，ＳＢ１；ＲＲ２，ＳＲ２；・・・を直列に接続した回路を直流電源Ｅに並列に接続した並列回路が使用される。このような並列回路に流れる電流はＬＥＤ素子の数に比例して増加し、ＬＥＤ素子の数によっては簡単に数Ａから数１０Ａになってしまう。なお、特許文献３に記載されたフィールドシーケンシャルカラー方式（ＦＳＣ方式）では、時分割でＬＥＤを点灯するので、ＬＥＤ全体に流れる電流は少なくて済む。
また、ＬＥＤの特性は個体毎にばらつきがあるので、所望の輝度を持たせて均質な明度分布にするためには個々の素子毎に可変抵抗器などを使って特性調整をする必要がある。特にＲＧＢ各素子を一緒に搭載したパッケージを用いてカラー表示する装置では、ＬＥＤ毎に輝度と色度が異なり全色点灯したときの白色を確保するために多大な調整手数が必要となる。
【００１２】
複数のＲＧＢ３in１ＬＥＤパッケージを取付けた導光板を用いてモノクロ方式（Ｂ／Ｗ方式）の白色表示をする場合に、ＲＧＢを常時点灯するのでは電力消費量が無視できない。電池容量に制約があるたとえば携帯電話などで、カラー表示するメインパネルに加えて常時モノクロ表示するサブパネルを備える場合などに大きな消費電力が障害となる。この対応策として、ＦＳＣ方式の駆動法を用い低デューティでRのＬＥＤ−ＢのＬＥＤ−ＲのＬＥＤ−ＲのＬＥＤと順に駆動して白色表示することにより電力消費を抑制することが考えられる。しかし、ＦＳＣ方式の白色表示は、人の目で時間的に混色させることにより行われるため、瞬きなどにより目に入る色のバランスを崩すとちらつきや色の偏り、いわゆる色割れなどが生じて画像品質が低下する。
なお、この画像品質劣化現象は、上記のように３in１ＬＥＤパッケージを使い３原色の各色を順次点灯し時間的に混色することにより白色光を得て、この白色光で導光板を介してカラーフィルタ付きパネルを照明する場合においても生じることになる。
【特許文献１】特開平７−１２８０９３号公報
【特許文献２】特開２０００−０８１６７０号公報
【特許文献３】特開平９−２７４４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ毎の特性を調整して色と輝度のばらつきを抑える実用性の高い駆動回路を提供することであり、ＬＥＤ素子を複数組み込んだパッケージを活用することによりＬＥＤを利用して小型化する効果を十分に発揮させることである。
また、小型化を可能とするＬＥＤ駆動回路を使用した照明装置を提供し、このような照明装置を用いた液晶装置を提供することである。
さらに、カラー表示と共に、切り替えにより、色割れなどを起こさない高品質の白色表示ができる電力消費量の少ない照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ駆動回路は、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ素子に点滅スイッチがそれぞれ直列接続されて構成された３つの直列回路分枝が並列に接続されることにより並列回路分枝が構成され、さらにこの並列回路分枝が複数直列に接続されていることによって並列直列回路が構成されていることを特徴とする。
また、並列回路分枝は３の倍数だけ直列に接続されて、同じタイミングで点灯する３つごとの並列回路分枝は互いに異なる色のＬＥＤ素子を発光するものであってもよい。
【００１５】
本発明のＬＥＤ駆動回路では、各直流回路分枝に少なくとも１個のスイッチ素子が介装されているため、各段ごとに特定の直流回路分枝を選択して導通させることにより、いくつか並んでいるＬＥＤのうち特定のＬＥＤ素子を選択して駆動するようにすることができる。したがって、たとえば、多数のＲＧＢ素子のうちある瞬間はＲ素子のみを発光させるようにしたり、適宜にタイミングでＲＧＢを切り替えて発光させることもできる。また、ある瞬間ごとに、導通させるＬＥＤを直列に接続した直列回路を形成させることができる。
【００１６】
また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、直列並列回路あるいは並列直列回路の構成を持つことにより、ＬＥＤの一方の端子を接続した並列回路が何段か直列に重ねられた構成になるため、従来のように全てのＬＥＤを並列接続しなくてもよい。したがって、全てのＬＥＤを並列に接続するのと比較して回路を流れる電流が小さい。また、ＬＥＤを並列に接続した回路が電源とアースの間に複数段挿入されるので、全ての素子を直列接続するのと比較すると電源電圧は著しく小さくてすむ。
【００１７】
なお、それぞれ出力電圧が調整できる複数の定電流源と電源切り換えスイッチを備えて、電源切り換えスイッチを介して定電流源を選択することができるようにしてもよい。
点滅スイッチを用いて所定の条件に従って各段におけるＬＥＤを選択すると、選択されたＬＥＤは電源の正極端子と負極端子の間に直列に接続されるので、それぞれのＬＥＤ素子の特性が集積され直列回路としての回路特性が現れることになる。したがって、均質な照明を達成するためには、こうして選択された直列回路毎に特性補償をする必要がある。特性補償には、選択されて成立する直列回路に抵抗などの回路素子を挿入して調整する方法があるが、これとは別にあるいはこれと併せて、電源電圧を調整するようにしてもよい。電源電圧を用いれば、正確にしかも比較的容易に調整することができる。
【００１８】
そこで、本発明のＬＥＤ駆動回路でも、ＬＥＤを選択することにより形成される回路毎に調整したいくつかの電源装置を用意しておいて、ＬＥＤ選択のタイミングに合わせて電源装置を選択切り換えし的確な電源電圧を供給するようにして回路特性調整をすることができる。また、１個の電源装置に供給電流の異なるいくつかの定電流電源を介装しておいて、定電流装置を選択切り換えして必要な電流を供給し、回路特性の調整をするようにしてもよい。
【００１９】
なお、本発明のＬＥＤ駆動回路に接続するＬＥＤは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかを発色するものであることが好ましい。三原色のＬＥＤを利用して適当な割合で混色することによって、ＲＧＢの３色の他にも任意の色を得ることができる。
特に、光源点滅型液晶装置を構成する場合は、各色を選択的に順次点灯させておいて、その点灯タイミングに合わせて液晶シャッタの開閉選択をすることにより液晶装置の画素毎に透過する色彩を選択して、任意の色を形成することができる。
【００２０】
また、並列接続するＬＥＤは、赤色、緑色、青色のＬＥＤが隣接して配置されたものであり、特に、所定数ごとに１端が共通端子で接続された構成であって集積回路として形成されたものであることが好ましい。
特に、端面から光を導入して全面に光を拡散するようにした導光板を用いた液晶表示装置などでは、導光板の厚さが小さくなるように、三原色の各色を発光するＬＥＤの位置決めが重要な管理点となる。多数の三原色ＬＥＤを配置する場合には、ＬＥＤのアライメントだけでも大きな工数を要することになる。
【００２１】
また、三原色の各色を発光する単個のＬＥＤを複数用いた場合、ＬＥＤ間の距離が大きくなるため各色毎の光が到達する部分が完全には重複せず混色性が悪くなるという問題がある。
このため、三原色ＬＥＤを隣接して配置したパッケージを利用することが好ましい。パッケージ化されたものでは各ＬＥＤ素子の間の距離が短いので、たとえばＲＧＢなど各色間の混色性が良い。また、配線も簡単になる。さらに、いわゆる３in１ＬＥＤパッケージなど、集積回路として形成されたものでは、ＬＥＤ間距離が小さく混色性が極めて向上する。またＬＥＤ素子が実装される配線回路基板状の配線面積を削減することができ、一層の装置小型化が可能になる。
【００２２】
同じ色のＬＥＤでも、製造ロットが異なる場合ばかりでなく同じ製造ロット内であっても、スレッショルド電圧（Ｖｔｈ）と発光輝度の関係にばらつきが生じ、さらに発光スペクトルにもばらつきが生じるため、同じ色のＬＥＤを並列に接続した回路では、ＬＥＤの特性のばらつきによって点灯したＬＥＤの輝度や色度に差が生じる問題があった。
ＬＥＤは製造上個々の特性ばらつきが大きく、通常、製品は特性に基づいてランク分けされている。同じランクに分別されたＬＥＤ同士では、電流に関してほぼ同じ特性を持ち、ある電流値に対してほぼ同じ色味と輝度を持つ特徴がある。
そこで、本発明のＬＥＤ駆動回路では、同じ色のＬＥＤを複数直列に接続した直列回路分枝を色の異なるＬＥＤごとに並列接続した回路を構成することにより、同じ色のＬＥＤの点灯輝度を配設場所によらず均一にすることができるようにした。
【００２３】
なお、三原色ＲＧＢの３個のＬＥＤ素子の適当な倍数分を並列接続して並列回路分枝にし、これを適当段数直列に接続した回路を用いて、ＲＧＢの１つを選択して点滅スイッチを作動させて各段のＬＥＤを導通させるようにした回路とすることもできる。このＬＥＤ駆動回路でも、全体として３色が混在するにもかかわらずＬＥＤを点灯しているときにはどれか１色のＬＥＤのみが点灯するようになる。したがって、決められた色のＬＥＤを各段ごとに選択して所定の回路を形成するように構成される場合は、回路中に調整用抵抗器を配置して電流調整を行うことにより、通電した全てのＬＥＤについてほぼ同じ発光色と輝度を持たせることができる。
【００２４】
なお、フィールド順次型カラー液晶装置ではある瞬間にはある色のＬＥＤしか点灯しない構造になっているので、本発明におけるＲＧＢを選択して点灯するようにしたＬＥＤ駆動回路は、特にフィールド順次型カラー液晶装置に適用することにより大きな効果を得ることができる。
さらに、電源装置の出力電圧を調整してもＬＥＤの電流調整を行うことができる。各色のＬＥＤを高速で切り替える場合は、予め出力電圧調整をした電源装置を必要な数だけ準備して、色の切り換えに伴って電源切り換えスイッチを作動させて電源装置を切り替えることによって各色に適した電流を供給することができる。
また、希望の白度を呈する組合せになったＬＥＤを光らせるタイミングにおけるパルス幅を他のタイミングのパルス幅より長くすることにより、白色表示の白度を所定の目標にさらに近付けることができる。これらの手法を利用して、表示装置の製品仕様に応じて白色の色味を調整することもできる。
なお、３原色の混色割合にしたがって白度が変化するので、３原色の組み合わせ毎にそれぞれのＬＥＤ素子の発光時間を調整して、より望ましい白度に近付ける手法を利用することができる。
【００２５】
また、特に、三原色ＲＧＢのＬＥＤを隣接して配置したパッケージ、いわゆる３in１ＬＥＤパッケージ、３つを直列に接続した回路であって、各ＬＥＤごとに点滅スイッチを直列に接続して独立に選択駆動できるようにした回路を用いることにより、各パッケージで同じ色のＬＥＤを同時に点灯してこのタイミングに液晶シャッタの開閉を同期させてカラー表示するフィールド順次型カラー表示方式と、３つのＬＥＤパッケージからそれぞれ３原色のうち１色ずつを選択した３つのＬＥＤを同時に駆動することにより白色表示する方式とを切り替えて利用できるようにしてもよい。
【００２６】
発色のタイミングでは３原色全てが同期して発色し導光板内で混色して白色表示するものであるため、導光板から出る光はいつでも白色になる。したがって、たとえば赤色フィールド−緑色フィールド−青色フィールド−赤色フィールド−・・・の順に同色のＬＥＤを全て同時に点灯するようにしたフィールド順次型カラー表示方式による白色表示とは異なり瞬き等の時間ずれのために色割れになったりすることがなく、良質な白色表示を得ることができる。
なお、３原色ＬＥＤを直列接続するため駆動に必要な電圧値が平準化する効果があり、電源装置を共通化することができる。
また、たとえば青味が勝った白色は青色ＬＥＤの点灯時間を短くして白色度を向上させることができる。このように、３原色それぞれのＬＥＤの点灯時間を調整することにより、簡単に色調を調整して目標の白度にすることができる。また、白色表示には３種類できるが、このうち最も目標に近い白になるセットのデューティを大きくし表示時間を長くすることによって希望の白に近付けるようにすることができる。
【００２７】
本発明の照明装置は、上記本発明のＬＥＤ駆動回路により対象を照明することを特徴とする。本発明の照明装置であれば、多数のＬＥＤ素子を使用するものであっても、適当な電流と電圧を用いてＬＥＤ駆動することができる。
さらに、本発明の光源点滅型液晶装置は、上記本発明のＬＥＤ駆動回路で導光板を照明することを特徴とする。本発明の液晶装置は、現実的な範囲の電流電圧を用いてバックライトを駆動し、適切な特性調整により、たとえば白色度を向上させ照度斑を抑制することができる。
また、３つの３in１ＬＥＤパッケージを直列に接続した駆動回路を使用したものは、簡単にフィールド順次型カラー表示方式と白色表示方式を切り替えて利用することができ、良質な白色表示をえることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＬＥＤ駆動回路、照明装置、光源点滅型液晶装置は、多数のＬＥＤ素子を同時駆動する場合にも現実的な範囲の電流電圧を用いて駆動することができる。また、発光特性調整を容易にすることができ、照明の斑が小さい。さらに、並列配置されたＬＥＤの一方の端子を接続した構成で配線を行うことができるので、集積回路などとしてパッケージ化したＬＥＤ素子ユニットを利用して、簡単に目的物に装着できしかもＬＥＤの位置を正確に確定することができる。
また、本発明のＬＥＤ駆動回路を適用することにより、カラー表示とモノクロ表示を切り替えて行うことができる液晶表示装置を構成することができる。特にモノクロ表示をするときは、色割れがなく白色表示の白度が高い良質なモノクロ画像を得ることができる。また、白黒表示における消費電力が小さくできるので、例えば携帯電話に適用すれば、待ち受け表示時の電力消費を抑制して電池寿命を長期化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の第１の実施例に係る液晶装置の主要部の分解斜視図、図２は第１実施例の液晶装置に使用されるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
本実施例の液晶装置は、液晶表示パネル１と導光板２を有する。液晶表示パネル１は液晶シャッタ素子をマトリックス配置した表示面３を備え、シャッタ制御回路４で液晶シャッタを開閉する。導光板２は光を導入して伝達する基板に対して、液晶表示パネルの反対側に反射シートを備え、液晶表示パネルとの間に拡散シートと１枚以上のプリズムシートを備えて構成し、光源であるＬＥＤから発生する光を面方向に導光しかつ液晶表示パネルの方向に出光する機能を有する。本実施例の導光板２はカラー表示用の照明装置であるバックライトとして使用するもので、導光板の側面に三原色の赤、緑、青のＬＥＤ素子を並べて収容した３in１ＬＥＤと呼ばれるＬＥＤパッケージ５を複数配設し、ＬＥＤ駆動回路６で導光板２に照射するＬＥＤの色を切り替える。ＬＥＤ駆動回路６には駆動電源が含まれる。
図１に表した液晶表示パネルやＬＥＤパッケージ５とＬＥＤ駆動回路６の間の配線は概念的に示したもので、具体的な回路構成は以下に詳細に説明する通りである。
【００３１】
本実施例のＬＥＤ駆動回路はＲＧＢ三原色のＬＥＤを駆動するもので、図２に示すように、赤色ＬＥＤ素子１１Ｒ，１２Ｒ，・・・、緑色ＬＥＤ素子１１Ｇ，１２Ｇ，・・・、青色ＬＥＤ素子１１Ｂ，１２Ｂ，・・・のそれぞれに点滅スイッチ２１Ｒ，２２Ｒ，・・・；２１Ｇ，２２Ｇ，・・・；２１Ｂ，２２Ｂ，・・・を直列に接続した直列回路分枝１１Ｒ，２１Ｒ；１１Ｇ，２１Ｇ；１１Ｂ，２１Ｂ；・・・を並列接続した並列回路を２個以上直列に接続して、これを電池あるいは直流電源もしくは定定電流源４１に接続している。ＬＥＤ駆動回路６に設けられるクロック装置５１から発生されるクロック信号に基づいてＲＧＢのいずれかを選択するときは、各段の並列回路ごとにいずれも選択した色のＬＥＤを含む直列回路分枝に配置された点滅スイッチを短絡（点灯あるいはオン状態あるいは導通状態）する。すると、同色のＬＥＤが直列に接続された回路が形成される。
【００３２】
図２で例示するように、たとえば赤色を発色する場合には、第１段、第２段、第３段、・・・のそれぞれの並列回路における赤色ＬＥＤ１１Ｒ，１２Ｒ，・・・に繋がる半導体スイッチ２１Ｒ，２２Ｒ，・・・が導通するようにすると、複数の赤色ＬＥＤが直列に接続された直列回路ができる。図では、ある時点で導通したＬＥＤを黒塗りして示してある。
ＲＧＢのＬＥＤは、ＬＥＤ駆動回路６により色ごとに高速で切り換えて点滅させる。このとき、図１のシャッタ制御回路４により、選択した色のＬＥＤが点灯される時間に合わせて液晶シャッタを開閉すると、液晶表示面３の画素を赤、緑、青、さらにこれらの混色で彩色してカラー画像表示することができる。３原色の切替を１６ｍｓ以下で行えば、人の目には自然な色表示として認識される。このようにして文字や形状のカラー表示をする液晶装置を光源点滅型液晶装置と呼ぶ。
【００３３】
本実施例の光源点滅型液晶装置は、三原色のＬＥＤを高速で切り換えて点滅させるので、ＬＥＤで照明した導光板の変化する全ての色が見えるようにすると目には三原色が混色して白色に見える。このときの白色が美しいほど好ましい。白色を美しく再現するためには、それぞれのＬＥＤの発光色と輝度が適当なバランスを持つようにしなければならない。
【００３４】
図９に示した従来装置において、全てのＬＥＤ素子を並列に接続した場合は、各ＬＥＤ素子ごとに調整用抵抗器を備えるなどして、個々の特性を個別に補償する必要があった。
しかし、本実施例では、図２に示したように、色ごとに形成される直列回路分枝のどこかに可変抵抗器３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ；・・・を直列接続すればよい。ＬＥＤ素子に製造上のばらつきがあっても、ランク分けされた素子同士の電流特性はほぼ同じで、電流を制御することで所定の色調と輝度を呈するようにすることができる。したがって、可変抵抗器３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ；・・・により回路インピーダンスを調整すると、ＲＧＢ選択により直列接続されたＬＥＤは全て同じ電流が流れてほぼ同じ色調と輝度を有するようになる。
【００３５】
本実施例のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤの一方の端子同士を接続した回路構成になっているので、３in１ＬＥＤのパッケージをそのまま利用することができる。ＬＥＤ素子を１個ずつ位置決めして接続する場合と比較して、３in１ＬＥＤのパッケージを使用すると、取り付けおよび配線が著しく簡単化する上に小型化ができる。さらに、パッケージ化されているため、個々のＬＥＤ素子を取り付けて完装する場合に比べて、取付け時の寸法再現性が高いため、導光板の側方に取り付ける場合の位置精度が高く、複数のＬＥＤパッケージを用いて側面から照射する場合にも導光板の色や照度にムラが生じないように、設計に従って正確に配置することができる。また、ＲＧＢ各色のＬＥＤ素子を極く狭い範囲に集合させることができるので、混色性が良好である。
ＬＥＤ素子を全て並列接続する場合には個々のＬＥＤに流れる電流が変化するため個々のＬＥＤの輝度がばらつくのに対して、本実施例のＬＥＤ駆動回路では点灯するＬＥＤ素子が直列接続されるため、点灯されたＬＥＤ素子に流れる電流は等しくなり、ＬＥＤの輝度もほぼ等しくなる。
【００３６】
なお、図２に表示した回路は、三原色のＬＥＤを並列配置した３in１ＬＥＤパッケージ１１，１２，・・・を直列に接続して、各段について１個ずつのＬＥＤ素子を選択して直列回路を形成するように構成した回路を並列に接続した形になっているが、３in１ＬＥＤパッケージを複数個並列接続して並列回路にした上でこれら並列回路を直列に接続するようにしてもよい。このような構成では前記直列接続の効果を有しＬＥＤの特性補償ができると共に、断線による故障に十分対処できる回路になる。
【００３７】
なお、ＬＥＤの特性ムラを抵抗器により調整する代わりに、あるいは抵抗器に加えて、引加電圧を調整するようにしてもよい。
図３は、本実施例のＬＥＤ駆動回路における別の特性補償方法を概念的に説明する回路図である。図３に示すように、各色のＬＥＤ回路に高速な切り換えスイッチ６１を介して接続される定電流源４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを電源装置４１に接続して、色の切り換えに合わせて定電流源を切り換えるようにすることができる。定電流源４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、点滅スイッチ２１，２２，・・・の作用によって三原色の色ごとに形成されるＬＥＤ直列接続回路の特性に対して所定の電流が流れるように調整しておく。
電源電圧は正確にしかも比較的簡単に調整することができるので、定電流源を切り換える方法によれば、ＬＥＤの発光色や輝度の調整を精度よく行うことができる。
【００３８】
また、ＬＥＤは色によって電圧閾値Ｖｔｈが異なるため、最も高い青色ＬＥＤに合わせて電源電圧を設定すると赤色や緑色のＬＥＤを駆動するときには電力が無駄に消費され、また調整回路に抵抗器を使う場合も無駄な電力消費が生じるが、定電流源を切換え使用するものでは色毎に電源を切り換えることにより特性調整をするのでこのような電力消費を抑制することができる。
【００３９】
上記実施例では、現在普通に市販されている３in１ＬＥＤパッケージを利用することを念頭に置いて、ＬＥＤのアノード端子同士を接続して並列回路を形成した場合について図示したが、ＬＥＤのカソード端子を接続した回路であっても同様の効果を得ることができることはいうまでもない。
なお、アノード端子接続のＬＥＤとカソード端子接続のＬＥＤを対にして用いると点滅スイッチを節約することができる。図４は、上記２種類のＬＥＤを対に用いたＬＥＤ駆動回路の一部を示す部分回路である。この回路では、図４に主要部を示すように、アノード端子接続したＬＥＤ素子７１の１個のＬＥＤのカソード端子と、カソード端子接続したＬＥＤ素子７２の１個のＬＥＤのアノード端子と、これらの端子に挟まれるように１個の点滅スイッチ８１とを直列接続して直列回路分枝が構成されている。この直列回路分枝では、１個の点滅スイッチで２個のＬＥＤ素子を制御することができる。このような直列回路分枝を並列に接続した直列並列回路を単独で、あるいは幾つかを直列に接続した回路として定電流源に接続して用いれば、回路素子を節約することができる。
【００４０】
さらに、本実施例において、並列接続するＬＥＤ素子は三原色である必要もまた３個に限ることもなく、任意の特定色や単色のＬＥＤであってもよい。
また、上記実施例の端子を並列接続するＬＥＤの他方の端子に１個以上のＬＥＤを直列接続して輝度を高めたり照明箇所を増やしたりするために使用してもよいことはいうまでもない。
【実施例２】
【００４１】
本発明第２の実施例は、携帯電話やデジタルカメラなどの液晶表示装置の照明装置に使用するＬＥＤ駆動装置である。三原色ＲＧＢのＬＥＤを隣接して配置した３in１ＬＥＤパッケージ３つを直列に接続し、各ＬＥＤごとに点滅スイッチを直列に接続して独立に選択駆動できるようにした回路を用いて、カラー表示用のＦＳＣ方式と、３つのＬＥＤパッケージそれぞれから３原色ＬＥＤのうち１色ずつを選択して揃えた３原色のＬＥＤを同時に駆動することにより白色照明するＢ／Ｗ方式とを切り替えて利用できるようにした。
本実施例のＬＥＤ駆動回路は、第１実施例における回路と主要部分の構成が共通するもので、作動方法を追加して本実施例の作用効果を生じせしめたものである。
図５は本発明の第２実施例に係るＬＥＤ駆動回路の回路図、図６は第２実施例の駆動回路でＦＳＣ方式を実行するときの作動原理図、図７は白色表示をするときの作動原理図、図８は第２実施例のＬＥＤ駆動回路を使用した液晶表示装置の例を示す概念図である。なお、図５における要素は図２に表された要素と機能が共通するので、同じ機能を有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡約化した。
【００４２】
図５に例示するように、本実施例のＬＥＤ駆動回路は、ＲＧＢ三原色の３in１ＬＥＤパッケージを３つ直列接続したもので、ユニット中の各ＬＥＤにそれぞれ点滅スイッチを備え、クロック装置５１から与えられるパルス信号により各点滅スイッチのオンオフを制御できるようになっている。
通常、３in１ＬＥＤパッケージは、図５中の点線で囲まれた部分に示すように、ユニット内で各色のＬＥＤ素子の一方の端子が共通端子に接続され、他方の端子がそれぞれ独立の端子に接続されている。
【００４３】
本実施例のＬＥＤ駆動回路では、各色のＬＥＤ素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ，１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに接続された独立端子のそれぞれに点滅スイッチ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが直列接続され、点滅スイッチのもう一方の端子は相互に接続されて次段のＬＥＤユニットの共通端子に接続されている。第１段目のＬＥＤユニット１１の共通端子は電源４１の高電位側端子に接続され、第３段目のＬＥＤユニット１３の点滅スイッチ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの端子は電源４１の低電位側端子に接続されている。
【００４４】
ＦＳＣ方式を選択したときは、図６に示すようなタイミングで各段のＬＥＤパッケージを制御する。図は横軸に時間ｔ、縦軸にＬＥＤパッケージ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３）のオンオフの状態を表し、Ｒ，Ｇ，Ｂの文字はＬＥＤパッケージのオン状態になる素子の色を表す。なお、図中のＬＥＤ１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３はそれぞれ図５におけるＬＥＤパッケージ１１，１２，１３に対応するが、順番を入れ変えてもよいことはいうまでもない。
図から分かるように、ＬＥＤ駆動回路６に設けられたスイッチ制御回路５２はクロック装置で発信するクロック信号に基づいてＲＧＢのいずれかを選択する制御信号を生成し、各段の並列回路ごとに選択した色のＬＥＤと直列接続された点滅スイッチをオン状態（導通状態）にする。すると、選択色のＬＥＤ同士が直列に接続された回路が形成され、選択色のＬＥＤが発光して導光板２（図１参照）はその色に染まる。
たとえば赤色を発色する場合には、第１段ＬＥＤユニット１１、第２段ＬＥＤユニット１２、第３段ＬＥＤユニット１３のそれぞれにおける赤色ＬＥＤ１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒに繋がる半導体スイッチ２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒが導通するようにすると、３つの赤色ＬＥＤが直列に接続された直列回路ができる。
３原色のＬＥＤはＬＥＤ駆動回路６により順番に高速で切り換えて点滅させるので、シャッタ制御回路４により選択した色のＬＥＤが点灯される時間に合わせて液晶シャッタを開閉すると、液晶表示面３の画素を赤、緑、青、さらにこれらの混色で彩色してカラー画像表示することができる。
なお、赤色ＬＥＤは時間ｔ１の間に発光し、緑色ＬＥＤはｔ２、青色ＬＥＤはｔ３の間に発光する。通常ｔ１，ｔ２，ｔ３はそれぞれ約５．５ｍｓとされる。
【００４５】
また、Ｂ／Ｗ方式の駆動方法に切り替えたときは、図７に示すようなタイミングで各段のＬＥＤ素子を制御する。なお、図７における表示の意味は図６におけるものと同じである。
図７から分かるように、３つの３in１ＬＥＤパッケージそれぞれはＲＧＢの各色のＬＥＤを順番にパルス点灯する。また、図５で縦方向に表示された各段のパルス点灯は同期していて、同じタイミングで点灯する３段の３in１ＬＥＤパッケージの各段は互いに異なる色のＬＥＤ素子を発光するので、点灯時にはいつでも３原色が揃って発光し導光板２が白色になる。
なお、同時に点灯するＬＥＤ素子の組み合わせには自由度があるから、白の発色が良好な３原色の組み合わせを選択する。
本実施例におけるＢ／Ｗ方式では、点灯タイミングでは導光板がいつでも白色で発光するため、瞬きなど目への入射光が時間的に途切れることがあっても常に白色として認識できるので、色割れなどの障害が無く良質な白色表示を得ることができる。
また、ＬＥＤ素子は常時点灯されるのではなく、図７に示したように、３原色に組み合わされた３つのＬＥＤは組み合わせが変わるに従って、それぞれｔ１’，ｔ２’，ｔ３’の時間内にパルス点灯される。このとき，たとえば１０％程度のデューティで点灯時間を短縮するので、消費電力が低下し、特に電池式の携帯表示装置に適用するときには電池寿命が長くなる利点がある。
【００４６】
なお、本実施例のＢ／Ｗ方式ＬＥＤ駆動方法によれば、図５に示すように、白色表示をするときには３原色ＲＧＢのＬＥＤ素子が直列に接続される。図５は、第１段ＬＥＤユニット１１が赤色ＬＥＤ素子１１Ｒ、第２段ＬＥＤユニット１２が緑色ＬＥＤ素子１２Ｇ、第３段ＬＥＤユニット１３が青色ＬＥＤ素子１３Ｂを通電して、白色表示する状態を示す。図中黒塗りの発光ダイオードは通電により発光しているＬＥＤを示す。
ＬＥＤは色によって電圧閾値Ｖｔｈが異なるが、本実施例のＢ／Ｗ方式ＬＥＤ駆動方法によれば、発色のタイミングには３原色のＬＥＤ素子を直列接続するので、駆動に必要な電圧値が平準化して、どの組み合わせであってもほぼ同じ駆動電圧でよいことになる。また、ＬＥＤ素子は駆動電流に対する発色性能の個体差が小さいため、３つのＬＥＤ素子が直列接続されいずれも同じ駆動電流により発色制御される本実施例では白色表示の白度は比較的安定している。
【００４７】
なお、ＬＥＤ素子が個体差を有するため、３原色のＬＥＤ素子の組み合わせ方によって異なる白度を呈する問題が生じる。本実施例では、３原色ＬＥＤ素子の組み合わせ可能性が多数あるので、そのうち目標の白度に近くなる組み合わせを選択することにより前記問題を解決できる。さらに、希望の白度を呈する組合せになったＬＥＤを光らせるタイミングにおけるパルス幅を他のタイミングのパルス幅より長くすることにより、白色表示の白度を所定の目標にさらに近付けることができる。これらの手法を利用して、表示装置の製品仕様に応じて白色の色味を調整することもできる。
なお、３原色の混色割合にしたがって白度が変化するので、３原色の組み合わせ毎にそれぞれのＬＥＤ素子の発光時間を調整して、より望ましい白度に近付ける手法を利用することができる。たとえば青味が勝った白色を呈する組み合わせでは青色ＬＥＤの点灯時間を短くして白色度を向上させることができる。このように、３原色それぞれのＬＥＤの点灯時間を調整することにより、簡単に色調を調整して目標の白度にすることができる。
また、この白色表示導光板をカラーフィルタを用いてカラー表示するカラーフィルタ方式の液晶表示装置に適用することもできることは言うまでもない。
【００４８】
図８は、本実施例のＬＥＤ駆動回路を携帯用液晶表示装置に適用した例における枠体の側部を切り欠いた状態の側面図である。
液晶表示装置は、枠体９５に本実施例の導光板９１とメインスクリーン用の液晶パネル９３とサブスクリーン用の液晶パネル９６が組み込まれたものである。導光板９１には光源である３in１ＬＥＤパッケージ９２が導光板９１に近接して３つあるいは３の倍数ずつ装着されている。光源から出射した照明光は導光板９１に入射し、導光板の上下面の光出射面から出射して液晶パネル９３、９６を照明する。
導光板９１とサブスクリーン用の液晶パネル９６の間には半透過反射層９４が形成されている。
【００４９】
枠体９５のメインスクリーン側には大きな開口部が形成されメインスクリーン表示窓９７となっている。
３in１ＬＥＤパッケージ９２をＦＳＣ方式で駆動するときは、各ＬＥＤユニット中の同じ色のＬＥＤ素子が同時に発光し、導光板９１がメインスクリーン用の液晶パネル９３が表示しようとする画像の色に対応する光で照明する。３色のＬＥＤ素子は順次同期して点灯する。導光板９１から直接投射される光と半透過反射層９４で反射して入射する光が液晶パネル９３を透過し、メインスクリーン表示窓９７に達し、ＦＳＣ駆動によるカラー画像として観察される。
【００５０】
また、表示装置をＢ／Ｗ方式で駆動するときは、３つの３in１ＬＥＤパッケージ９２の各段から３原色のうちの異なる１色ずつを選択して同時に点灯する。同時点灯されたＲＧＢ３原色光は導光板９１内で混色して白色光として導光板９１から出射し半透過反射層９４を透過して、サブスクリーン用の液晶パネル９６に入射しバックライトとなる。
このとき、メインスクリーン用の液晶パネル９３は光が通過しない状態にして光の利用効率を向上させることが好ましい。メインスクリーン用液晶パネル９３を光の透過状態にしておいてもサブスクリーンで表示できることは言うまでもない。
【００５１】
本実施例のＬＥＤ駆動回路を適用することにより、カラー表示とモノクロ表示を切り替えて行うことができる液晶表示装置を構成することができる。特にモノクロ表示をするときは、色割れがなく白色表示の白度が高い良質なモノクロ画像を得ることができる。また、白黒表示における消費電力が小さくできるので、例えば携帯電話に適用すれば、待ち受け表示時の電力消費を抑制して電池寿命を長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る第１実施例の液晶装置の主要部の分解斜視図である。
【図２】第１実施例の液晶装置に用いるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図３】第１実施例のＬＥＤ駆動回路における別の特性補償方法を説明する回路図である。
【図４】第１実施例のＬＥＤ駆動回路において、アノード端子接続とカソード端子接続のＬＥＤを対にして用いる場合を説明する部分回路図である。
【図５】本発明に係る第２実施例の液晶装置に用いるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図６】第２実施例におけるＦＳＣ方式の作動原理図である。
【図７】第２実施例における白色表示の作動原理図である。
【図８】第２実施例のＬＥＤ駆動回路を使用した液晶表示装置の例を示す概念図である。
【図９】従来技術のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  液晶表示パネル
２  導光板
３  表示面
４  シャッタ制御回路
５  ＬＥＤパッケージ
６  ＬＥＤ駆動回路
１１，１２，１３，・・・  ３in１ＬＥＤパッケージ
１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒ，・・・  赤色ＬＥＤ素子
１１Ｇ，１２Ｇ，１３Ｇ，・・・  緑色ＬＥＤ素子
１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，・・・  青色ＬＥＤ素子
２１Ｇ，２１Ｇ，２１Ｂ；２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ；・・・  点滅スイッチ
３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ；・・・  可変抵抗器
４１  電源
４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ  定電流源
５１  クロック装置
５２  スイッチ制御回路
６１  切り換えスイッチ
７１  アノード端子接続ＬＥＤ素子
７２  カソード端子接続ＬＥＤ素子
８１  点滅スイッチ
９１  導光板
９２  ３in１ＬＥＤパッケージ
９３  メインスクリーン用液晶パネル
９４  半透過反射層
９５  枠体
９６  サブスクリーン用液晶パネル
９７  メインスクリーン表示窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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