JP2002244103A

JP2002244103A - 液晶バックライト駆動回路

Info

Publication number: JP2002244103A
Application number: JP2001037001A
Authority: JP
Inventors: Noboru Abe; 昇安倍
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP4305802B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】水銀を使用しない光源の発光ダイオードを数
多く同時に安定発光させることができる液晶バックライ
ト駆動回路を提供する。【解決手段】直流電源１を、高い電圧に昇圧するＤＣ
／ＤＣコンバータ回路の入力端子に接続して、出力端子
に複数の発光ダイオード２０１〜２２５を直列に接続す
るともに、発光ダイオード２０１〜２２５の電流を検知
して、その電流を前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって安
定化制御することを特徴とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコンや
液晶テレビなどの、ディスプレイに使用される液晶バッ
クライト駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶バックライト駆動回路は、直
流電圧を数十ｋＨｚの交流電圧に変換した後、トランス
によって数百Ｖに昇圧した後、冷陰極蛍光管に印加して
発光させる方式であった。

【０００３】図４は、従来の冷陰極蛍光管の液晶バック
ライト駆動回路構成であり、図５はその主要部における
電圧波形である。図４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ
は半導体スイッチ５３，インダクタ３２、コンデンサ７
３およびダイオード６３で構成され、制御回路４２の可
変抵抗８１の設定値によりコンデンサ７３の両端から任
意の可変直流電圧を得るものである。ここで、端子４２
１は制御回路４２の電源端子であり、端子４２２は制御
回路４２のグランドの共通端子であり、端子４２３は半
導体スイッチ５３の駆動端子であり、端子４２４は冷陰
極蛍光管２の電流検出端子である。直流電源１の電圧Ｖ
71は半導体スイッチ５３の開および閉動作時間に応じた
パルス状電圧Ｖ63に変換され、平滑回路によって直流電
圧Ｖ73となる。この直流電圧Ｖ73は半導体スイッチ５３
の閉動作時間(ＴON)と開動作時間(ＴOFF)の比率により
任意に選ぶことができる。従って、可変直流電圧はＶ73
＝Ｖ71×ＴON／(ＴON＋ＴOFF)で計算される。

【０００４】次に、電圧制御された直流電圧Ｖ73はイン
ダクタ３３を介してトランス３４の中間タップ３４２に
印加される。端子３４１には半導体スイッチ５４が、ま
た端子３４３には半導体スイッチ５５が接続されると共
に、コンデンサ７４が並列に接続されている。共振回路
はトランス３４の１次側から見たインダクタンスとコン
デンサ７４とで構成される。半導体スイッチ５４および
５５は、端子３４６、３４７の駆動巻線の働きにより、
前記共振回路の周波数のタイミングの開、閉動作を行
う。トランス３４の２次側端子３４４と３４５間に正弦
波電圧Ｖ72を得ることができる。冷陰極蛍光管２の電流
を抵抗８５で検出して、制御回路４２により、コンデン
サ７３の電圧Ｖ73を制御することで、冷陰極蛍光管２の
電流を安定化している。

【０００５】この自励共振型発振回路は、トランス３４
の端子３４１と３４３間のインダクタンスとコンデンサ
７４で決まる共振周波数で共振し、正弦波電圧Ｖ72がト
ランス３４の端子間３４１−３４３、３４４−３４５あ
るいは３４６−３４７から得られる。図５に示すＶ54の
電圧波形は半導体スイッチ５４のコレクターエミッタ間
電圧である。ベースに接続されている端子３４７が負電
圧のときは半導体スイッチ５４が開動作期間となってい
るため、半導体スイッチ５４のコレクタに接続している
端子３４１の電圧は正弦波電圧が印加されるが、端子３
４７が正電圧に変わると閉動作期間となり、端子３４１
の電圧は差がなくなる。一方、半導体スイッチ５５の電
圧波形はV55に示すように、V54と逆位相関係である。ト
ランス３４の巻線電圧波形は、V54とV５５の合成電圧に
なり、その電圧波形は、図５のV72の通り、正弦波の高
電圧波形である。

【０００６】Ｖ342はトランス３４の端子３４２の電圧
波形である。コンデンサ７３の直流電圧Ｖ73と端子３４
２の電圧Ｖ342の差電圧が、インダクタ３３の端子間に
現れることになる。インダクタ３３の端子間には、電圧
時間積Ｓ331とＳ332に等しい電圧脈動分を含む。このた
め、トランス３４の端子３４２の平均電圧値とコンデン
サ７３の電圧値が等しい。冷陰極蛍光管２に電流を流す
ために、電圧Ｖ72はトランス３４で、約１０００Ｖの実
効電圧が必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年地球環境問題よ
り、水銀を使用の冷陰極蛍光管は代替光源を求められて
いる。水銀を使用しない光源はあるもののキセノン管
は、高電圧パルス電圧で点灯させるために、インバータ
回路が大型で、ノートパソコンや液晶テレビなどには使
用が困難とされている。そこで、発光ダイオードを代替
光源として検討されている。しかし、従来の冷陰極蛍光
管の入力電力は、３Ｗ（６００Ｖ×５ｍＡ）程度である
のに対して、発光ダイオードは、１個あたりに入力でき
る電力が４０ｍＷ（２Ｖ×２０ｍＡ）程度であるため、
携帯電話など小型の液晶ディスプレイには使用されるも
のの、ノートパソコンなどの大型液晶ディスプレイに
は、発光力の不足で使用できないとされていた。同じ電
力を入力するためには、７５個（３Ｗ／０．０４Ｗ）の
発光ダイオードが必要になり、その駆動回路の数も増え
て小型にできなかった。１つの駆動回路で発光ダイオー
ドを並列接続すると、発光ダイオードの順電圧バラツキ
が大きく、電流値が大きくバラツキ発光できないものが
発生するため、発光ダイオードの数と同じ駆動回路の数
が必要とされていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】直流電源を、高い電圧に
昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力端子に接続し
て、出力端子に複数の発光ダイオードを直列に接続する
ともに、発光ダイオードの電流を検知して、その電流を
前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって安定化制御する液晶
バックライト駆動回路である。本発明においては、前記
発光ダイオードの電流値を可変することで調光する。ま
た、前記発光ダイオードの電流を流したり停止させる回
路有するものである。前記発光ダイオードに白色発光ダ
イオードを使用するのが好ましい。また、前記液晶バッ
クライト駆動回路を３回路以上構成して、それぞれ発光
色がことなる発光ダイオードを接続するのも好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、水銀を使用しない光源
の発光ダイオードを数多く同時に安定発光させることが
できる液晶バックライト駆動回路である。本発明におい
ては、順電圧が異なる発光ダイオードを組合わせても、
同一電流値でがないように直列接続するとともに、入力
電源の電圧が変動しても安定発光できるように、発光ダ
イオードの電流を定電流制御する。例えば７５個の発光
ダイオードを直列接続すると、１個あたり２Ｖとして
も、１５０Ｖの電圧を供給可能な電源が必要であるが、
本発明では、９Ｖ〜２０Ｖの任意電圧の電源を受け、発
光ダイオードに、１５０Ｖの電圧に上げる昇圧型のＤＣ
／ＤＣコンバータを構成する。また、２５個の発光ダイ
オードを直列接続して、回路構成を３回路に分割すると
で、電圧は取扱い易い５０Ｖにできる。このとき、赤
色、緑色、青色、３種類の発光ダイオードを、３回路に
分離制御すれば、発光色を白色に調整できる。（実施例１）本発明による一実施例を図１に示す。図１
は昇圧型のチョッパ回路構成にする場合である。コンデ
ンサ７１は、電源１に並列接続している。電源１の正端
子は、インダクタ３１を経由して半導体スイッチ５１の
ドレイン端子とダイオード６１のアノード端子に接続し
ている。ダイオード６１のカソード端子は、コンデンサ
７２と制御回路４１の電源端子４１１と発光ダイオード
２１のアノード端子に接続している。発光ダイオード２
０１〜２２５は、直列接続している。発光ダイオード２
７５のカソードは、制御回路４１の検出端子４１５と抵
抗８２に接続している。電源１の負端子は、半導体スイ
ッチ５１のソース端子と制御回路４１の共通端子４１２
とコンデンサ７２と抵抗８２に接続している。半導体ス
イッチ５１のゲート端子は、制御回路４１の駆動端子４
１３に接続している。発光輝度設定用の可変抵抗器８１
は制御回路４１に接続している。

【００１０】図２を用いて、図１の動作を詳細に説明す
る。電源１と並列接続のコンデンサ７１はリップル電流
の平滑用で、無くても動作に障害はない。半導体スイッ
チ５１は、制御回路４１のパルス電圧信号を受けて開閉
する。半導体スイッチ５１が閉しているときは、電源１
からインダクタ３１を通して、半導体スイッチ５１のド
レイン端子からソース端子を経由して、電源１の負端子
へ電流が流れる。このインダクタ３１の電流は図２の
「５１の電流波形」になり、半導体スイッチ５１が閉し
ている時間に、時間とともに上昇する。半導体スイッチ
５１が開すると、インダクタ３１の電流は流れ続けよう
と逆起電力が発生して、図２の「５１の電圧波形」に示
す通り、半導体スイッチ５１のドレイン端子電圧は上昇
する。この逆起電力により、電源１の電圧より高い電圧
を発生する。このとき、インダクタ３１の電流は、半導
体スイッチ５１からダイオード６１へ転流する。ダイオ
ード６１へ転流した電流は、図２の「６１の電流波形」
に示す通り、発光ダイオード２０１〜２２５と抵抗８２
を経由して、電源１の負端子は流れる。コンデンサ７２
は、発光ダイオード２０１〜２２５に流れる電流のリッ
プル分を平滑するものである。抵抗８２の端子間電圧を
検出して、制御回路４１の内部の基準電圧と検出電圧と
比較、その誤差電圧を増幅器した電圧信号をパルス幅信
号に変換する。このパルス幅信号は、駆動端子４１３よ
り半導体スイッチ５１を開閉駆動する。この制御回路
は、負帰還制御動作により、抵抗８２の端子間電圧は、
制御回路４１の内部基準電圧と等しく安定する。この電
圧を、２Ｖに設定して、抵抗８２は、１００Ωを採用す
れば、発光ダイオード２０１〜２２５と抵抗８２の電流
は、２０ｍＡに安定する。半導体スイッチ５１の開閉を
停止して開にすれば、昇圧動作が停止する。電源１の電
圧が２０Ｖ以下であれば、２５個の発光ダイオード２０
１〜２２５が直列接続のため、１個あたり０．８Ｖで、
発光ダイオードには電流が流れずに消灯できる。

【００１１】制御回路４１の内部基準電圧を可変抵抗器
８１により可変すれば、その値に比例して発光ダイオー
ド２０１〜２２５の電流も可変できる。この発光ダイオ
ードの電流が少なくなれば、比例して発光輝度も少なく
できる。また、この制御回路４１の内部基準電圧を、可
変抵抗器８１の代わりに外部信号によって可変するよう
にも構成できる。コンデンサ７１とインダクタ３１と半
導体スイッチ５１とダイオード６１とコンデンサ７２で
構成される回路を、昇圧型のチョッパ回路と呼んでい
る。昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路には、チョッパ
回路以外にも、フライバックコンバータ回路や、フォア
ードコンバータ回路や、プッシュプルコンバータ回路
や、ハーフブリッジコンバータ回路や、フルブリッジコ
ンバータ回路など、多数知られている。この図１と同じ
回路を３回路構成して、発光ダイオードを赤色と緑色と
青色をそれぞれ２５個づつ直列接続の構成にすれば、各
発光色の輝度を調整できる。この機能を応用すれば、液
晶ディスプレイの色補正ができる。このとき、３回路の
電源１の正端子と負端子を接続すれば、電源１とコンデ
ンサ７１は、それぞれ、１個で良い。（実施例２）次に、本発明による別の実施例を図３に示
す。本実施例においては実施例１におけるインダクタ３
１の部分に、単巻のトランス３５を採用している。この
方法を採用すれば、半導体スイッチ５１の開閉比率を極
端にしなくても、昇圧比を上げることができるため、半
導体スイッチ５１の負担が軽減される。発光ダイオード
２０１〜２７５に、白色発光品を７５個直列接続すれ
ば、１回路で十分な輝度を確保できる。

【００１２】電流検出用の抵抗８２は、かならずしも負
電位側でなくても良い、図３では、発光ダイオード２０
１〜２７５の正電位側に構成している。図３の発光ダイ
オード２０１〜２７５の負電位側に接続の半導体スイッ
チ５２は、発光ダイオードを消灯時のもれ電流を止める
ためのものであるが、電源１の電圧に対して、発光ダイ
オード２０１〜２７５の電圧電流特性によるが、十分少
ない値であれば不要である。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
る液晶バックライト駆動回路は、環境問題の水銀を使用
している冷陰極蛍光管の代替光源として、発光ダイオー
ドを使用可能にしたものである。数多くの発光ダイオー
ドを、数の少ない回路部品構成のため、小型で安価な液
晶バックライトを駆動回路が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例回路である。

【図２】本発明による動作時電圧波形である。

【図３】本発明による実施例回路である。

【図４】従来例を示す回路図である。

【図５】従来技術による動作時電圧波形である。

【符号の説明】

１：直流電源２：冷陰極蛍光管２０１〜２７５：発光ダイオード３１、３２、３３、３６：インダクタ３４、３５：トランス３４１〜３４７：端子４１、４２：制御回路４１１、４２１：電源端子４１２、４２２：共通端子４１３、４１４、４２３：駆動端子４１５、４１６、４２４：検出端子５１〜５５：半導体スイッチ６１、６３：ダイオード７１〜７４：コンデンサ８１：可変抵抗器８２〜８５：抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源を、高い電圧に昇圧するＤＣ／
ＤＣコンバータ回路の入力端子に接続して、出力端子に
複数の発光ダイオードを直列に接続するともに、発光ダ
イオードの電流を検知して、その電流を前記ＤＣ／ＤＣ
コンバータによって安定化制御することを特徴とする液
晶バックライト駆動回路。
【請求項２】前記発光ダイオードの電流値を可変する
ことで調光することを特徴とする請求項１に記載の液晶
バックライト駆動回路。
【請求項３】前記発光ダイオードの電流を流したり停
止させる回路有することを特徴とする請求項１又は２に
記載の液晶バックライト駆動回路。
【請求項４】前記発光ダイオードに白色発光ダイオー
ドを使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載の液晶バックライト駆動回路。
【請求項５】前記液晶バックライト駆動回路を３回路
以上構成して、それぞれ発光色がことなる発光ダイオー
ドを接続するを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載の液晶バックライト駆動回路。