CN1755447A - 控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种控制装置,可以借助于简单设置稳定地控制背光单元的发光量。该控制装置包括:用于给发光元件组提供预定驱动电流的电流源部分;用于检测从发光元件组发射的光量的发光量检测部分;用于检测背光单元的温度的温度检测部分;用于输出每种颜色的发光元件的参考光量的参考光量输出部分;以及控制部分,该控制部分用于控制电流源部分以便使其根据由发光量检测部分检测到的发光量、由温度检测部分检测到的温度和从参考光量输出部分输出的参考光量给蓝色发光元件提供恒定驱动电流,并且根据提供给蓝色发光元件的恒定驱动电流给红色发光元件和绿色发光元件提供预定驱动电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装在液晶显示装置等中控制其背光的发光率的控制装置。
背景技术
相关申请的交叉引用
本发明包括的主题涉及于2004年8月18日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2004-238790,在此引用其全部内容作为参考。
类似自发射型PDP(等离子体显示板),液晶显示装置广泛用于电视机和各种显示器中,因为它们能提供大显示屏幕,并且与包括CRT(阴极射线管)的显示装置相比具有很多其它优点,例如重量轻、薄以及功耗低。液晶显示装置具有一对从符合标准的多个尺寸中选择的尺寸的透明基板,并且液晶填充进将它们相互分开的间隙中,且保持在封闭地密封状态下。接着,当电压施加到透明基板上以改变液晶分子的方向并因此改变每个分子的透光率时,它光学地显示出给定图象。
由于液晶本身不是发光体,因此液晶显示装置一般在它的液晶面板的后表面上配备有起光源作用的背光单元。背光单元一般是初级光源、光电导板、反射器薄膜、透镜片或漫射薄膜,以便将显示光供给到液晶面板的整个表面上。过去,在封闭地密封状态下在荧光管中包含汞或氙的CCFL(冷阴极荧光灯)用作初级光源。然而,冷阴极荧光灯具有多个要解决的问题。这些问题包括发射的光的亮度低、使用寿命短和由于在阴极侧存在低亮度区而导致光的均匀性差。
大液晶显示装置通常具有通过在漫射板的背侧设置多个长冷阴极荧光灯而形成的区域点亮结构背光单元,以便给液晶面板提供显示光。然而,需要这种区域点亮结构背光单元来解决上述由冷阴极荧光灯产生的问题。特别地,就具有大于40英寸的显示屏的大电视机来说,对高亮度和高均匀性的需求是显著的。
通过在漫射薄膜的背面上二维地排列很多个红、绿和蓝三基色光的发光二极管(在下文被称为LED)代替上述冷阴极荧光灯所形成的LED区域点亮背光引起了注意。因为这种LED背光单元由于LED成本下降的原因可在低成本下制造并且工作时具有低功耗率,所以这种LED背光单元正在用于大液晶显示板中以显示具有增强的亮度的图像。
在各种背光单元中,包括用于改变从光源发射出的显示光的功能的光学功能片单元、漫射/光导板、光漫射板以及反射片的各种光学元件,设置在光源单元和透射型液晶面板之间。背光单元的光漫射板一般由透明丙烯酸树脂制成,并具有照明控制图案,其用于部分透射和部分反射照射与光源相对的位置的显示光。专利文献1[日本专利申请待审公开No.Hei 6-301034]描述了一种包括光漫射板的背光单元,该光漫射板具有设置在与荧光管相对的区域内的多个带状光控制图案,该多个带状光控制图案中的每一个由很多个反射点形成。在光漫射板上,反射点以这种方式形成,即点的面积随着点与荧光管轴线的距离的增大而减小。采用该设置,光的透射率随着与荧光管的距离的增加而增加,因而整体上可发射出均匀的光。
同时,LED具有其亮度退化特性随着内部温度的升高和降低而变化的特性,并且不同颜色的LED具有不同系列的特性。因此,对于每种颜色的LED保持相同和恒定的亮度水平来说,有必要借助于光学传感器来检测每种颜色的LED的亮度变化并根据检测的值以受控的方式来校正每种颜色的LED的发光率。
通常,LED背光单元的控制装置适合于进行反馈控制操作以使绿色LED保持相同和恒定的亮度水平,并且采用受控的方式来校正红色LED以及蓝色LED的亮度。
当校正LED的亮度时,有必要考虑由于绿色LED中的温度变化而导致的结温度θj的变化。如果结温度θj的变化范围在35℃和95℃之间,那么有必要进行反馈控制操作以将当前供给绿色LED的电流增加当前供给绿色LED的电流的多于50%。
此外,LED的发光效率随着工作时间的增加而降低。例如,当驱动LED发光约5万小时,同时将结温度保持在90℃的恒定水平时,它的发光效率下降到约70℃的初始水平。因此,当LED在电视机中用作光源时,有必要按照与LED的总工作时间的关系提高供给LED的电流,以将LED的亮度保持在恒定水平。另外,当供给绿光LED的电流达到预定值(容限)时,就不再可能校正其亮度。因此,当不再可能校正LED的亮度时绿光LED的使用寿命就结束了。
图1是用于调整背光单元的发光量的已知控制装置的示意性框图。为避免上述问题,用于控制LED的发光率的控制装置30一般包括用于检测每个LED的发光率的光传感器31a、31b,用于检测背光单元的热量的温度传感器32,用于输入光传感器31a、31b和温度传感器32的检测值的传感器输入部分33,用于存储绿光LED的使用寿命退化曲线和温度特性曲线的存储器34,用于计算LED的总发光小时数的使用寿命计时器35,用于计算每次电源打开时LED的已用发光小时数的SW/ON计时器36,用于输出为每种颜色的LED提供参考的发射光量的光参考量输出部分37,用于确定所要设置的LED背光状态的设置状态确定部分38,用于根据设置状态确定部分38的确定结果为每个LED提供电流的电流源部分39以及用于产生操作信号的操作部分40,并且该控制装置可用于控制背光单元。
设置状态确定部分38根据输入到传感器输入部分33的检测值、使用寿命计时器35的计数值、SW/ON计时器36的计数值和存储器34中存储的绿光LED的使用寿命退化曲线和温度特性曲线来执行预定的算术运算,并比较由算术运算获得的计算值与从光参考量输出部分37输出的参考值。接着,根据比较结果确定所要设置的LED背光的状态。
因此,具有上述结构的控制装置30进行反馈控制操作以沿着存储器34中存储的使用寿命退化曲线逐步降低每个LED的亮度的目标值,以便供给每个LED的电流值达不到容限并且因此可能长期保持RGB的平衡。
发明内容
同时,当绿色LED的发光效率改变时,很难确定该变化可归因于将终止的使用寿命、结温度的变化还是外部环境的变化。因此,控制装置30需要被提供用于计算每次电源打开时LED的已用发光小时数的SW/ON计时器36,并且具有安装在其中的复杂程序以观察环境温度并通过考虑所观察的温度来确定要反馈的目标值。
鉴于相关技术的上述问题,因此希望提供一种背光单元的控制装置,该控制装置能够借助于简单设置稳定地校正背光单元的LED背光的色度。
根据本发明,提供一种用于控制背光单元的控制装置,该背光单元具有一组包括红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件的发光元件,不同颜色的发光元件分开电连接,该控制装置包括:电流源装置,用于给该组发光元件提供预定驱动电流;发光量检测装置,用于检测从该组发光元件发射的光的量与从电流源装置提供的电流的函数关系;温度检测装置,用于检测背光单元的温度;参考光量输出装置,用于输出每种颜色的发光元件的参考光量;以及控制装置,用于控制电流源装置,以便使其根据由发光量检测装置检测的发光量、由温度检测装置检测的温度和从参考光量输出装置输出的参考光量,为蓝色发光元件供给恒定驱动电流,并且根据提供给蓝色发光元件的恒定驱动电流向红色发光元件和绿色发光元件提供预定驱动电流。
优选地,根据本发明的控制装置进一步包括:操作信号产生装置,其用于产生预定操作信号;该电流源装置适用于根据所述操作信号使供给蓝色发光元件的恒定驱动电流值在控制装置的控制下可变到任何电流值,并且还适于根据该可变的电流值使供给红色发光元件和绿色发光元件的驱动电流值可变。
优选地,操作信号产生装置产生用于操控背光的亮度的操作信号。
优选地,操作信号产生装置产生用于操控背光的色温的操作信号。
因此,根据本发明的控制装置通过使供给蓝色LED的电流保持在恒定水平,可以根据蓝色LED的光学传感器的检测输出来对供给红色LED和绿色LED的电流执行反馈操作,其中供给蓝色LED电流表现出相对小的温度变化,因此该控制装置可用于形成简单的反馈系统。
附图说明
图1是已知的用于调节背光单元的发光量的控制装置的示意框图;
图2是应用本发明的实施例的透射型液晶显示板的分解透视示意图;
图3是发光单元的示意说明,其显示该发光单元的结构;
图4是图2的透射型液晶显示板的主要部分的截面示意图;
图5是根据本发明的用于调节和控制背光单元的发光量的控制装置的示意框图;
图6是说明每种颜色的元件的温度及其相对亮度之间的关系的曲线图;
图7是说明每种颜色的LED基板的温度和供给该颜色的元件的电流之间的关系的曲线图;
图8是说明开启开关之后亮度随时间变化的图。
具体实施方式
现在,将参照说明根据本发明的安装在透射型液晶显示板中的控制装置的优选实施例的附图来描述本发明。透射型液晶显示板1用于具有一般不小于40英寸的大显示屏的电视机中。参考图2和4,透射型液晶显示板1包括液晶面板单元2和安装在液晶面板单元2的背侧以给面板单元2提供显示光的背光单元3。液晶面板单元2包括前框架构件4、液晶面板5和后框架构件6,前框架构件4和后框架构件6适于通过借助隔离物2A、2B和导引构件2C通过将液晶面板5夹在它们之间来沿着其外围边缘固定液晶面板5。
尽管没有详细示出,液晶面板5包括面对面地排列并借助隔离珠等相互分开的第一玻璃基板和第二玻璃基板,并且液晶被填充到间隙内并在此保持在封闭地密封状态下。向液晶施加电压以改变液晶分子的取向和液晶的光学透射率。在液晶面板5中,在第一玻璃基板的内表面上形成条形透明电极、绝缘膜和定向膜,而在第二玻璃基板的内表面上形成三基色的滤色器、涂层、条形透明电极和定向膜。此外,在液晶面板5中,将偏转膜和相差膜分别粘合到第一玻璃基板的表面和第二玻璃基板的表面。
在液晶面板5中,由聚酰亚胺制成的定向膜适于沿水平方向将液晶分子排列在其界面上,而偏转膜和相差膜将波长特性转变为无色或白色的波长特性,并由滤色器产生全色图像以显示彩色图像,该彩色图像一般可以是接收到的图像。然而,液晶面板5的结构不局限于上述的那种并,其可具有与任何已知的液晶面板的结构相同的结构。
背光单元3包括:发光单元7,其设置在上述液晶面板单元2的背面侧以提供显示光;热发射单元8,用于发射在发光单元7内产生的热;以及背板9,用于固定发光单元7和热发射单元8,当与框架构件4和后框架构件6结合时,该背板9也用作机壳的装配件。背光单元3的外部尺寸使其与液晶面板单元2的整个背面相对,并且与后者结合以从光学上紧密地封闭介于其间的空隙。
背光单元3的发光单元7通过设置光学片单元10和具有很多个发光二极管的发光单元11而形成。发光单元11将在下文被更详细地描述。光学片单元10与液晶面板5的后表面相对设置,并且包括通过将例如偏振膜、相差膜、棱镜片或漫射膜的多个光学功能片彼此叠置而形成的光学功能片叠层13、光漫射/引导板14、漫射板15和用于反射光的反射片16以及其它部件。光学功能片叠层13通过放置多个具有光学功能的光学功能片而形成,这些光学功能片有例如将由发光单元11提供以照射液晶面板5的显示光分解成垂直偏振分量的功能片、补偿光波的相位差以防止变宽的投影区域和着色的功能片、和使显示光漫射的功能片等等,将不对它们作更详细地描述。然而,注意,光学功能片叠层13的组成片不局限于上面所列出的一些,并且还可另外或或者包括:用于改善亮度的亮度改善膜和/或被设置成夹有相差膜和棱镜片的成对的上漫射片和下漫射片。
发光单元11包括红色LED 12a、绿色LED 12b和蓝色LED 12c,它们的数量是适当选择的,如图3所示的排列的例子,这些LED被排列成阵列,且每种颜色的LED的极性一致地指向同一方向。该实施例的背光单元3由共计18个发光单元11形成,每个发光单元11具有共计25个LED并作为一个单元工作。
注意图3中LED 12的排列只是一个例子。安装在液晶显示装置中的每个单元的LED的数量和不同颜色的LED的组合是依赖于显示屏的尺寸和每个LED 12的发光能力而适当选择的。
在光学片单元10中,光漫射/引导板14在与液晶面板5面对面设置的光学功能片叠层13的主表面侧被排列成叠层。由发光单元11提供的显示光从其后表面侧照射光漫射/引导板14。光漫射/引导板14是具有相当大的厚度的板,并且一般由具有光导特性的透明合成树脂(例如模制丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂)形成。光漫射/引导板14通过在其内折射和反射从其主表面侧的之一进入它的显示光来使显示光漫射,并且使显示光从其另一主表面侧照射光学功能片叠层13。如图4所示,光漫射/引导板14借助支架构件14A和光学功能片叠层13一起安装在背板9的外围壁9a上。
在光学片单元10中,漫射板15和反射板16安装在背板9上,并且利用很多光学柱(stud)构件(未示出)保持它们相互分开的间隙和它们分别与光漫射/引导板14分开的间隙。漫射板15是一般通过模制例如丙烯酸树脂的透明合成树脂材料所形成的板,并适于接收由发光单元11提供的显示光。很多个调光点15a排列成阵列,并分别与同样多的也排列成阵列的发光单元11的LED 12相对设置,这将在下文作更详细描述。
在漫射板15上,通过使用将例如氧化钛或硫化钡的光阻剂和例如玻璃粉末或氧化硅的漫射剂混合而形成的墨,将圆点的点图案印刷(一般用丝网印刷)在板15的表面上,而形成调光点15a。因此,漫射板15在允许由发光单元11提供的显示光进入它之前借助于调光点15a来调节该显示光。如上所述,调光点15a排列成阵列,并且分别与LED 12相对设置。由于它们部分地阻挡了直接从LED 12进入它的显示光并将其反射到反射片16,反射片16将在下文作更详细地描述,因此可防止入射光局部地增加其亮度并且使入射光均匀地照射光学功能片叠层13。
在光学片单元10中,由LED 12发射的显示光借助漫射板15部分地辐射到周围,以便防止如上所述的当局部表现高能量的显示光直接照射光漫射/引导板14时局部产生高亮度位置。因此,光学片单元10适于通过使借助漫射板15辐射到周围的显示光再次借助漫射板15反射到光漫射/引导板14来改善光学效率。反射片16一般通过模制包含荧光剂的发泡PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料而形成。发泡PET材料具有约95%的高反射率特性以及显示不同于使反射表面上的疤痕变得不太明显的金属光泽的色调的特性。反射片16可或者由能表现出镜面的银、铝、不锈钢等形成。
光学片单元10也可被设计成这样,当由LED 12发射的显示光部分地进入漫射板15并超过其临界角时,漫射板15的表面反射进入的显示光。因此,从漫射板15的表面反射的光和由LED 12发射的、辐射到周围并被反射片16反射的显示光的那部分在漫射板15和反射片16之间被重复反射,从而因反射增强原理改善反射率。
现在,下面将参照图5描述用于调节和控制背光单元的发光率的控制装置20。
如图5所示,控制装置20包括:一对光传感器21a、21b,用于检测每个LED 12的发光率;温度传感器22,用于检测背光单元3的热量;传感器输入部分23,用于输入光传感器21a、21b和温度传感器22的检测值;参考光量输出部分24,用于输出为每个LED 12提供参考的发光量;设置状态确定部分25,用于确定将要设置的背光单元3的状态;电流源部分26,用于根据设置状态确定部分25的确定结果为每个LED提供电流;以及操作部分27,用于根据使用者的操作产生操作信号。
光传感器21a、21b检测每个LED 12的发光率并且将检测到的发光率提供给传感器输入部分23。
温度传感22检测背光单元3的温度并将检测到的温度提供给传感器输入部分23。
参考光量输出部分24将为发光单元11的每个LED 12提供参考的光量提供给设置状态确定部分25。
设置状态确定部分25基于每个LED 12的检测值和借助传感器输入部分23输入给它的背光单元3的检测温度以及由参考光量输出部分24提供的每个LED 12的参考发光率,来确定要提供给蓝色LED 12c的电流的流量。注意,要提供给蓝色LED 12c的电流表现出不会通过温度变化(如果有)而改变的恒定值。接着,设置状态确定部分25根据所确定的要提供给蓝色LED 12c的电流的流速来确定要提供给红色LED 12a和绿色LED 12b的电流的流速。设置状态确定部分25将为每个LED 12确定的电流值提供给电流源部分26。
电流源部分26根据从设置状态确定部分25提供的每个LED 12的电流值为背光单元3提供电流。
操作部分27根据使用者的操作产生操作信号并将所产生的操作信号提供给参考光量输出部分24和电流源部分26。参考光量输出部分24根据从操作部分27提供的操作信号调节参考光量,并随后将调节后的参考光量提供给设置状态确定部分25。电流源部分26响应于由操作部分27所提供的操作信号、根据来自设置状态确定部分25的指令来调节其提供给蓝色LED 12c的恒定电流,并将已调节的电流提供给背光单元3。电流源部分26还根据其提供给蓝色LED 12c的电流来调节提供给红色LED 12a和绿色LED 12b的电流,并将已调节的电流提供给背光单元3。
下面将描述蓝色LED 12c的特性。正如从说明每种颜色的元件的温度和其相对亮度之间的关系的图6的曲线图可清楚地看出,蓝色LED 12c的亮度不响应于任何温度变化而显著改变,而红色LED 12a的亮度和绿色LED 12b的亮度响应于温度变化而显著改变。
另一方面,蓝色LED 12c对液晶显示面板的亮度没有显著贡献,并且因此蓝色LED 12c几乎不用作用于调节的参考。然而,光学传感器可以精确地和最灵敏地检测蓝光。此外,如果与红色LED 12a和绿色LED 12b相比,蓝色LED 12c就由减少的使用寿命引起的亮度退化方面是稳定的并且没有色散。此外,就蓝色LED 12c的温度/亮度特性来说,蓝色LED 12c的亮度在预定结温度范围(在35和95℃之间)内增加了约10%,但是在包括CCFL的电视机的光源内亮度变化会发生到该程度,并且可在包括阴极射线管的电视机中作为初始亮度漂移被观察到,因此这种变化毫无疑问是可容许的。
正如从图7看到的那样,控制装置20根据以下事实来调节白平衡,即向蓝色LED 12c提供恒定电流,并且向绿色LED 12b和红色LED 12a提供的电流随着(LED基板的)温度升高而增加。
因此,当其适于响应于用于蓝色LED 12c的光学传感器的检测输出,对要提供给红色LED 12a和绿色LED 12b的电流进行反馈操作,同时将提供给蓝色LED 12c的电流(表现出现对小的温度变化)保持到恒定水平时,有可能建立一个用于控制装置20的简单而稳定的反馈系统。
另外,由于控制装置20可通过为蓝色LED 12c选择适当的工作条件,在基本相同的状态下操作红色LED 12a和绿色LED 12b,因此它能简单地通过参考蓝色LED 12c的使用寿命而不使用任何附加的使用寿命计时器来掌握背光单元3的使用寿命。此外,当供给蓝色LED 12c的电流保持在恒定水平时没有额外的负载由于反馈操作而施加于红色LED 12a和绿色LED 12b,使得有可能在开关开启以后确保自然的上升特性(如图8所示)以及自然的使用寿命退化曲线,从而因此延长背光单元3的使用寿命。
本发明决不局限于如上参照附图所描述的实施例,在不脱离本发明的范围的情况下,可采用多种不同方式对其进行修改和变型。
因此,本领域的技术人员应当理解,依赖于设计要求和其它因素可进行多种修改、组合、再组合以及变型,只要它们落入所附权利要求或其等价物范围内。
Claims (5)
1.一种用于控制背光单元的控制装置,该背光单元具有一组包括红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件的发光元件,不同颜色的发光元件分开电连接,该控制装置包括:
电流源装置,其用于给该组发光元件提供预定驱动电流;
发光量检测装置,其用于检测从该组发光元件发射的光的量与从电流源装置提供的电流的函数关系;
温度检测装置,其用于检测背光单元的温度;
参考光量输出装置,其用于输出每种颜色的发光元件的参考光量;以及
控制装置,用于控制电流源装置以便使其根据由发光量检测装置检测到的发光量、由温度检测装置检测到的温度和从参考光量输出装置输出的参考光量为蓝色发光元件提供恒定驱动电流,并且根据提供给蓝色发光元件的恒定驱动电流给红色发光元件和绿色发光元件提供预定驱动电流。
2.根据权利要求1的装置,进一步包括:
操作信号产生装置,其用于产生预定操作信号;
该电流源装置适用于根据所述操作信号使供给蓝色发光元件的恒定驱动电流值在控制装置的控制下可变化到任何电流值,并且还适于根据该可变电流值使供给红色发光元件和绿色发光元件的驱动电流值可变。
3.根据权利要求2的装置,其中操作信号产生装置产生用于操控背光的亮度的操作信号。
4.根据权利要求2的装置,其中操作信号产生装置产生用于操控背光的色温的操作信号。
5.一种用于控制背光单元的控制装置,该背光单元具有一组包括红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件的发光元件,不同颜色的发光元件分开电连接,该控制装置包括:
电流源部分,其用于给该组发光元件提供预定驱动电流;
发光量检测部分,其用于检测从该组发光元件发射的光的量与从电流源部分提供的电流的函数关系;
温度检测部分,其用于检测背光单元的温度;
参考光量输出部分,其用于输出每种颜色的发光元件的参考光量;以及
控制部分,用于控制电流源部分以便使其根据由发射光量检测部分检测到的发光量、由温度检测部分检测到的温度和从参考光量输出部分输出的参考光量给蓝色发光元件提供恒定驱动电流,并且根据提供给蓝色发光元件的恒定驱动电流给红色发光元件和绿色发光元件提供预定驱动电流。
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