DE102007015612B3

DE102007015612B3 - Hintergrundbeleuchtung für ein LCD-Display

Info

Publication number: DE102007015612B3
Application number: DE102007015612A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Eckhardt
Original assignee: Eizo GmbH
Current assignee: Eizo GmbH
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-03-31

Abstract

Es wird eine Hintergrundbeleuchtung für ein LCD-Display vorgeschlagen, welche mehrere in Zeilen (1) angeordnete und in Reihe geschaltete, von einer Stromquelle (3) gespeiste Leuchtdioden (2, 7, 12) aufweist. Um eine vereinfachte örtliche Helligkeitsverteilung auf der LCD-Anzeige zu ermöglichen, ist zur Beeinflussung des Diodenstroms der Leuchtdioden (2, 7, 12) jeweils ein steuerbares Schaltmittel (8, 10, 11) vorgesehen, wobei ein galvanisch getrenntes Mittel das Schaltmittel ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtung für ein LCD-Display, welche mehrere in Zeilen angeordnete und in Reihe geschaltete, von einer Stromquelle gespeiste Leuchtdioden aufweist, wobei zur Beeinflussung eines der Diodenströme der Leuchtdioden jeweils ein steuerbares Schaltmittel vorgesehen ist, wobei ein galvanisch getrenntes Ansteuermittel das Schaltmittel ansteuert.
Insbesondere im Rahmen von medizinischen Anwendungen ist eine im Wesentlichen gleichmäßige Helligkeits- beziehungsweise Leuchtdichteverteilung auf einer Anzeige eines LCD-Displays für eine Diagnose von Bildern erforderlich. Um die in der Norm vorgeschriebenen, noch zulässigen Abweichungen der Helligkeit von der Mitte der LCD-Anzeige zum Rand hin einzuhalten, werden heutige Hintergrundbeleuchtungen (Backlights) mit sogenannten CCFL-Lampen teilweise selektiert. Beispielsweise aufgrund einer Temperaturdrift oder einer Alterung bewirkte Helligkeitsänderungen werden gewöhnlich über einen Sensor, der räumlich in der Mitte des Backlights angeordnet ist, erfasst und über eine geeignete Elektronik ausgeregelt. Dabei erfasst der Sensor den Mittelwert des in einem Diffusor gemischten Lichtes aller Lampen. Veränderungen der einzelnen Lampen werden nicht erfasst und auch nicht ausgeregelt. Dadurch kann es zu örtlichen Helligkeitsänderungen kommen, die dazu führen, dass das Display die Anforderungen der Norm bezüglich Gleichmäßigkeit der Helligkeitsverteilung auf Dauer nicht mehr erfüllt. Neuere Backlights sind mit zeilenweise angeordneten LEDs oder organischen LEDs (OLEDs) versehen, welche zeilenweise ansteuerbar sind, wodurch deren Licht in seiner Helligkeit gesteuert sowie ein- und ausgeschaltet werden kann. Dies bedeutet, dass eine zeilenweise Helligkeitseinstellung möglich ist und Helligkeitsunterschiede aufgrund von Alterungen, Helligkeitsdriften oder Helligkeitstoleranzen ausgeregelt werden können.
Aus der JP 2005-310996 geht eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hervor. Ein Backlight eines LCD-Displays weist mehrere Zeilen in Reihe geschalteter Leuchtdioden auf. Die Leuchtdioden können individuell bestromt werden, da ihnen jeweils ein einzelnes Schaltelement, ein Transistor, zugeordnet ist. Die Ansteuerung jedes Transistors erfolgt über einen Kondensator.
Aus der JP 2004-29370 ist ein LCD-Display bekannt, das als Hintergrundbeleuchtung in Reihe geschaltete Leuchtdioden besitzt, welche jeweils ein ihnen zugeordnetes Schaltelement aufweisen.
Aus der US 2006/0221636 geht eine Anordnung mit LEDs hervor, denen teilweise Schaltelemente zugeordnet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hintergrundbeleuchtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit einer geringen Reaktionszeit angesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Vorteilhaft ist, dass der Diodenstrom jeder der in Serie geschalteten Leuchtdioden beeinflusst werden kann, wodurch eine Helligkeitsänderung der LCD-Anzeige sowohl zeilen- als auch spaltenweise ermöglicht wird. Dazu wird das Schaltmittel optisch getrennt angesteuert. Ein Spannungsabfall eines aufgrund der Erfindung realisierten "Bypasses" muss nicht unterhalb der Schwellenspannung der jeweiligen Leuchtdiode liegen. Darüber hinaus ist kein Regelhub einer die Leuchtdioden-Reihenschaltung speisenden Stromquelle erforderlich, da die jeweilige Leuchtdiode und die jeweilige weitere Diode eine im Wesentlichen gleiche Kennlinie beziehungsweise einen im Wesentlichen gleichen Innenwiderstand aufweisen. Dadurch können die Leuchtdioden schnell angesteuert werden, wobei unabhängig davon, ob eine Leuchtdiode leuchtet oder nicht leuchtet, die Verlustleistung im Wesentlichen konstant ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, wird im Folgenden die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 Leuchtdiodenzeilen einer Hintergrundbeleuchtung des Stands der Technik,
2 eine Leuchtidoden-Bypass-Schaltung des Stands der Technik und
3 eine erfindungsgemäße Leuchtdioden-Bypass-Schaltung.
In 1 sind mit 1 Leuchtdiodenzeilen einer Hintergrundbeleuchtung (Backlight) bezeichnet, welche zum Hinterleuchten eines LCD-Displays vorgesehen sind. Die Hintergrundbeleuchtung weist beispielsweise 60 Leuchtdiodenzeilen 1 auf, von denen jede dieser Zeilen 1 mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden 2 versehen ist. Jede dieser Leuchtdiodenzeilen 1 wird von einer Stromquelle 3 mit einem eingeprägten Strom versorgt, wodurch für den Fall, dass alle Leuchtdioden 2 ein identisches Kennlinienverhalten aufweisen, auf einer LCD-Anzeige des LCD-Displays eine weitgehend homogene Helligkeitsverteilung sichtbar ist. Aufgrund von Unterschieden im Hinblick auf das Kennlinienverhalten der Leuchtdioden 2 ergeben sich Helligkeitsunterschiede, welche störend auf einen Betrachter der LCD-Anzeige wirken. Diese störenden Helligkeitsunterschiede sind insbesondere dann erkennbar, wenn diese innerhalb einer Spalte, zum Beispiel innerhalb einer Spalte 4, bei gleichem darzustellenden Bildinhalt auftreten. Um den Diodenstrom beziehungsweise die Helligkeit jeder Leuchtdiode 2 beeinflussen zu können, ist für jede Leuchtdiode 2 ein zu dieser galvanisch getrennter Bypass 5 vorgesehen, wobei jede Bypass-Schaltung durch einen FPGA(Field Programmable Gate Array)-Baustein 6 pulsweitenmoduliert ansteuerbar ist.
Im Folgenden wird auf 2 verwiesen, in der eine von der Leuchtdiode optisch getrennte Bypass-Schaltung dargestellt ist. Einer Leuchtdiode 7 einer Hintergrundbeleuchtung ist ein Schaltmittel in Form eines Transistors 8 parallel geschaltet, welcher galvanisch getrennt über einen Optokoppler 9 an steuerbar ist, wobei der FPGA-Baustein 6 (1) dem Optokoppler 9 ein einem Helligkeitswert bzw. Leuchtdichtewert entsprechendes pulsweitenmoduliertes Steuersignal 15 zuführt. In Abhängigkeit dieses pulsweitenmodulierten Steuersignals 15 mit einer Frequenz oberhalb 80 Hz steuert der Optokoppler 9 den Transistor 8 derart an, dass der Diodenstrom der Leuchtdiode 7 beeinflusst wird. Mit anderen Worten, eine Änderung des pulsweitenmodulierten Steuersignals bewirkt eine Änderung des emittierten Lichts der Leuchtdiode und somit deren Helligkeit, wobei ein menschliches Auge eine Helligkeitsmodulation integriert und einen Mittelwert als Helligkeit wahrnimmt.
Um zu vermeiden, dass der Spannungsabfall an der Bypass-Schaltung, welche den Transistor 8 und den Optokoppler 9 umfasst, unter der Schwellenspannung der Leuchtdiode 7 liegen muss, um den Diodenstrom beeinflussen zu können, ist gemäß 3 als Schaltmittel ein erster und ein zweiter Transistor 10, 11 vorgesehen, wobei der Transistor 10 in Reihe zur Licht emittierenden Leuchtdiode 12 einer Hintergrundbeleuchtung und der Transistor 11 in Reihe zu einer weiteren Diode 13 geschaltet ist. Die Dioden 12, 13 weisen eine im Wesentlichen gleiche Kennlinie auf und werden durch die Transistoren 10, 11, die ein Optokoppler 14 ansteuert, im Gegentakt betrieben. Aufgrund des im Wesentlichen gleichen Innenwiderstandes der Dioden 12, 13 ist kein Regelhub einer diese Dioden 12, 13 speisenden Stromquelle erforderlich. Dadurch können die Dioden 12, 13 schnell angesteuert werden, wobei unabhängig davon, ob eine Leuchtdiode leuchtet oder nicht leuchtet, die Verlustleistung im Wesentlichen konstant ist.

Claims

Hintergrundbeleuchtung für ein LCD-Display, welche mehrere in Zeilen (1) angeordnete und in Reihe geschaltete, von einer Stromquelle (3) gespeiste Leuchtdioden (12) aufweist, wobei zur Beeinflussung eines der Diodenströme der Leuchtdioden (12) jeweils ein steuerbares Schaltmittel vorgesehen ist und ein galvanisch getrenntes Ansteuermittel das Schaltmittel ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuermittel ein Optokoppler (14) ist und das Schaltmittel einen ersten Transistor (10) und einen zweiten Transistor (11) aufweist, von denen einer in Reihe zur Leuchtdiode (12) und der andere in Reihe zu einer weiteren Diode (13) geschaltet ist, wobei die Leuchtdiode (12) und die Diode (13) im Wesentlichen gleiche Kennlinien aufweisen und durch die Transistoren (10, 11) im Gegentakt betrieben werden.
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein FPGA-Baustein (6) dem jeweiligen Optokoppler (14) ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal (15) zuführt.
Hintergrundbeleuchtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die jeweilige Leuchtdiode (12), das jeweilige steuerbare Schaltmittel und das jeweilige galvanisch getrennte Ansteuermittel Bestandteil eines integrierten Bausteins sind.