JP2009188135A - Ledドライバおよび電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】各定電流出力回路がLEDに流す定電流が同時にオン・オフすることを回避する。
【解決手段】PWM信号発生回路21は単相のPWM信号を出力する。位相差発生回路22は、そのPWM信号に基づいて位相差を有するn相(ここではn=3)のPWM信号をそれぞれ定電流出力回路OUT1〜OUT3出力する。定電流出力回路OUT1〜OUT3は、PWM信号に基づくタイミングで定電流I1〜I3をそれぞれLED群G1〜G3に流す。n相のPWM信号の位相差を等しくすることにより、トータルの出力電流の変化幅を定電流I1〜I3のレベルに抑えることができる。したがって、LEDドライバ1に供給される電源電圧の変動を抑えることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置、照明機器等の電子機器に好適に用いられるLEDを駆動するLEDドライバに関するものである。
液晶表示装置においては、バックライト用の照明装置としてLEDを光源に用いることが普及してきている。例えば、特許文献1には、液晶表示装置用の照明装置として、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDによって合成した白色光を得ることが記載されている。
このような照明装置においては、LEDの駆動にPWM制御が用いられている(特許文献2)。また、白色のLEDを使用したバックライトの場合、その輝度を調整するのにLEDの点灯時間を制御するPWM制御が広く使用されている。左記制御方式では、制御入力に対する光出力がリニアであるといった特長がある。また、LEDを駆動する電流値が一定であるため、発光の色温度が変化しないといった特長がある。
適応する液晶のサイズが大きくなるにつれ、使用するLEDの灯数も増加していき、定電流出力回路でまかなえる直列灯数を超えると、LEDを駆動する定電流出力回路数も複数個以上必要となり、その数も増加していく。
図9に定電流出力回路数が3のLEDドライバ101のブロック図の例を示す。
図9に示すように、LEDドライバ101は、PWM部(図中、PWM)102と、定電流出力回路OUT101〜OUT103とを備えている。PWM部102から出力されるPWM信号は、共通して定電流出力回路OUT101〜OUT103に与えられる。定電流出力回路OUT101〜OUT103は、そのPWM信号に基づいて定電流I1〜I3を発生し、それぞれ対応するLED群G101〜G103に流す。
特開2006−164631号公報(2006年6月22日公開) 特開2006−164842号公報(2006年6月22日公開)
上記のLEDドライバ101では、PWM制御時に定電流出力が全て同時にオン・オフしてしまうため、消費電流が大きく変化してしまう。図10にその定電流出力波形を示す。図10に示すように、各定電流I1〜I3は同じタイミングでオン・オフしており、トータルでの出力電流Itotalも同じタイミングで大きく変化をしている。このため、LEDドライバ101に供給される電源電圧が変動してしまう。このような不都合は、液晶パネルのサイズが大きくなり、LEDの使用灯数が増加することでより顕著になる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各定電流出力回路がLEDに流す定電流が同時にオン・オフすることを回避できるLEDドライバを提供することにある。
本発明に係るLEDドライバは、複数の定電流出力回路を有し、各定電流出力回路に接続されたLEDの輝度をPWM信号により制御するPWM制御手段を備えたLEDドライバにおいて、上記課題を解決するために、前記PWM信号に基づいて、順次位相差を設けた、前記定電流出力回路と同数のPWM信号を各定電流出力回路に出力する多相PWM信号発生手段を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、各定電流出力回路に入力するPWM信号に順次位相差を設けることにより、定電流が同時にオン・オフすることを避けることができる。これにより、LEDドライバのトータルの出力電流の変化幅を小さくすることができる。
前記LEDドライバにおいては、前記多相PWM信号の最も遅れた位相の位相遅れが、最も早い位相に対して180度以上でかつ360度未満であることが好ましい。これにより、各定電流出力回路の電流を、液晶表示装置の表示周期に適合するように、周期的に変化させることができる。
前記LEDドライバにおいては、前記多相PWM信号の位相差が略等しいことが好ましい。これにより、出力電流トータルでの変化を最小限に抑えることが可能になる。
前記LEDドライバにおいては、前記多相PWM信号発生手段が、例えば、前記PWM信号を前記位相差分遅延させるロジックカウンターであってもよい。これにより、容易に多相PWM信号を発生することができる。
前記LEDドライバにおいては、位相制御にコンデンサと抵抗を使用して、前記PWM信号を前記位相差分遅延させる時定数回路を使用したLEDドライバでPWM制御を行ったときに、各電流出力回路に入力するPWM信号に順次位相差を設けることで、消費電流の変化を抑えることが可能になる。
本発明の他のLEDドライバは、複数の定電流出力回路を有し、各定電流出力回路に接続されたLEDの輝度をPWM信号により制御するLEDドライバにおいて、上記の課題を解決するために、前記PWM信号に位相差が設けられた多相PWM信号を外部から個々に入力し、それぞれ対応する前記定電流出力回路に接続されている入力端子を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、順次位相差を設けた多相PWM信号を各定電流出力回路に入力することにより、定電流が同時にオン・オフすることを避けることができる。これにより、LEDドライバのトータルの出力電流の変化幅を小さくすることができる。
上記LEDドライバにおいては、前記LEDが、バックライトユニットに設けられ、ブロック単位で各定電流出力回路による電流供給を受け、前記多相PWM信号発生手段が、ブロック毎に設けられた各定電流出力回路に対して、多相PWM信号を発生し、前記PWM制御手段が、前記PWM信号のデューティ比をそれぞれ変更することが好ましい。これにより、各定電流出力回路に入力する多相PWM信号のデューティ比をそれぞれ変更して、LEDの輝度制御を各ブロックで個別に行い、ブロック単位でのアクティブ調光に対応することができる。
先のLEDドライバにおいては、前記PWM制御手段が、周囲光の照度を測定する照度センサーによる測定結果に基づいて前記PWM信号のデューティ比を制御することが好ましい。これにより、各定電流出力回路に入力する多相PWM信号に順次位相差を設けた状態で、周囲光に応じてLEDの輝度を制御することができる。
先のLEDドライバにおいては、前記PWM制御手段が、液晶パネルに表示する映像の輝度に基づいて前記PWM信号のデューティ比を制御することが好ましい。これにより、各定電流出力回路OUT1〜OUT3に入力するPWM信号に順次位相差を設けた状態で、液晶パネル5に表示する映像の輝度に応じてLED群G1〜G3の輝度を制御することができる。
本発明の電子機器は、前記LEDを備えた電子機器であって、上記のいずれかの構成のLEDドライバを前記LEDを駆動するために備えている。これにより、LEDの消費電流の変化を抑制することができる。
本発明に係るLEDドライバは、以上のように、各定電流出力回路に入力するPWM信号に順次位相差を設けることにより、定電流が同時にオン・オフすることを避けることができる。これにより、LEDドライバの消費電流の変化を抑えることにより、LEDドライバに供給される電源電圧の変動を抑えることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態について図1ないし図8に基づいて説明すると、以下の通りである。
図1は、本実施の形態の基本となるLEDドライバ1の構成を示している。このLED1は、例えば、電子機器としての液晶表示装置におけるバックライトユニットに設けられるLEDを駆動するために設けられている。
図1に示すように、LEDドライバ1は、LED群G1〜G3を点灯駆動するための駆動回路であり、LED群G1〜G3PWM部2と、3つの定電流出力回路OUT1〜OUT3とを備えている。
定電流出力回路OUT1〜OUT3は、PWM部2から供給される3相のPWM信号が個々に与えられており、それぞれのPWM信号に基づいて、LED群G1〜G3に流す定電流I1〜I3を発生する。定電流出力回路OUT1〜OUT3は、PWM信号のHレベルの期間でオンして定電流I1〜I3を流す一方、PWM信号のLレベルの期間でオフして定電流I1〜I3を流さない。
PWM部2は、上記の3相のPWM信号を発生するために、PWM信号発生回路21および位相差発生回路22を有している。
PWM信号発生回路21は、所定のデューティ比に設定された単相のPWM信号を発生する回路である。
位相差発生回路22は、PWM部2からのPWM信号の位相をずらすことにより、位相の異なる3相のPWM信号を出力する。具体的には、位相差発生回路22は、第1相のPWM信号として、入力されたPWM信号をそのまま、または遅延させて出力し、定電流出力回路OUT1に与える。また、位相差発生回路22は、第2相のPWM信号として、第1相のPWM信号を所定時間遅延させて出力し、定電流出力回路OUT2に与える。また、位相差発生回路22は、第3相のPWM信号として、第2相のPWM信号を所定時間遅延させて出力し、定電流出力回路OUT3に与える。
第1相ないし第3相の隣接する各PWM信号間の位相差は、等しく(略等しく)なるように設定されている。また、最も早い位相の第1相のPWM信号に対して最も位相の遅れた第3相のPWM信号の位相の遅れが、180°以上かつ360°未満となるように設定されている。
例えば、第1相ないし第3相の各PWM信号間の位相差が120°に等しく設定されている場合、最も遅れた位相の第3相のPWM信号の位相遅れが、最も早い位相の第1相のPWM信号に対して240°となる。
図2および図3は、PWM部2の具体的な構成を含むLEDドライバ1の構成を示している。
図2に示すLEDドライバ1は、位相差発生回路22として、ロジックカウンター22aを有している。ロジックカウンター22aは、例えば、リングカウンターで構成されており、入力されたPWM信号を順次等しい位相差で各ビット出力端子から3相のPWM信号を出力する。
また、図3に示すLEDドライバ1は、位相差発生回路22として、CR時定数回路22bを有している。CR時定数回路22bは、バッファB1〜B3と、抵抗R1,R2と、コンデンサC1,C2とからなる。バッファB1は、PWM信号発生回路21からのPWM信号が入力される。バッファB1に入力されるPWM信号は、定電流出力回路OUT1にも入力される。バッファB1の出力端子とバッファB2の入力端子との間には抵抗R1が接続されている。また、抵抗R1およびバッファB2の接続点とグランドとの間にはコンデンサC1が接続されている。バッファB2の出力端子とバッファB3の入力端子との間には抵抗R2が接続されている。また、抵抗R2およびバッファB3の接続点とグランドとの間にはコンデンサC2が接続されている。バッファB2から出力される遅延したPWM信号は、定電流出力回路OUT2に入力される。バッファB3から出力されるさらに遅延したPWM信号は、定電流出力回路OUT3に入力される。
位相差発生回路22は、PWM信号から上記の位相関係を持った3相のPWM信号を発生できればよく、上記の例に限定されない。例えば、シフトレジスタのようにパルス信号を遅延させる機能を有する回路を位相差発生回路22として用いてもよい。シフトレジスタを位相差発生回路22として用いると、クロックの周波数によって、位相差を適宜設定することができる。
上記のように構成されるLEDドライバ1の動作について説明する。図4は、その動作を説明するための定電流I1〜I3の波形を示している。
PWM信号発生回路21からPWM信号が出力されると、位相差発生回路22からは、そのPWM信号に基づいて3相のPWM信号が出力され、それぞれ定電流出力回路OUT1〜OUT3に供給される。これにより、定電流出力回路OUT1〜OUT3からは定電流I1〜I3が出力され、LED群G1〜G3にそれぞれ流される。
ここで、図4(a)に示すように、PWM信号発生回路21から出力されるPWM信号のデューティ比が50%に設定されている場合、定電流I1〜I3のうち2つのオン期間が一部重なる。この場合は、トータルでの出力電流Itotalの変化が定電流I1〜I3の1倍から2倍の間に抑えられており、電流の変化幅が小さくなっていることがわかる。
図4(b)に示すように、PWM信号発生回路21からのPWM信号のデューティ比が17%に設定されている場合、定電流I1〜I3のオン期間はいずれも重ならない。この場合は、トータルでの出力電流Itotalの変化が定電流I1〜I3の0から1倍の間に抑えられており、図4(a)に示す場合と同様、電流の変化幅が小さくなっていることがわかる。
図4(c)に示すように、PWM信号発生回路21からのPWM信号のデューティ比が83%に設定されている場合、定電流I1〜I3の全てのオン期間一部が重なる。この場合は、トータルでの出力電流Itotalの変化が定電流I1〜I3の2倍から3倍の間に抑えられており、図4(a),(b)に示す場合と同様、電流の変化幅が小さくなっていることがわかる。
従来のLEDドライバ101では、図10に示すように、定電流I1〜I3のオン・オフのタイミングが同じであるために、出力電流Itotalが同じタイミングで大きく変化している。これに対し、LEDドライバ1では、3相のPWM信号に順次位相差を設けることにより、上記のように、出力電流Itotalの変化幅を定電流I1〜I3のレベルに抑えることができる。したがって、LEDドライバ1に供給される電源電圧の変動を抑えることができる。また、PWM信号の位相差の和が360°に設定されているので、定電流I1〜I3を周期的に変化させることができる。
出力数をnとすると、n相のPWM信号のデューティ比は全て同じであるため、各PWM信号の位相差も全て等しくすると、トータルの電流量でみると、PWM信号の周波数のn倍の周波数での周期的な信号となる。この周期では、トータルの電流量は、デューティ比が0〜1/nの範囲では、0から1出力分の電流量に収まり、デューティ比が1/n〜2/nの範囲では、1出力分の電流量から2出力分の電流量に収まり、デューティ比がm/n〜(m+1)/nの範囲では、m出力分の電流量から(m+1)出力分の電流量に収まる。つまり、位相差を全て等しくすることにより、トータルの電流量の変動は1出力分の電流変化に収めることが可能になる。
液晶パネルにおいて、一定の周期で走査することによって表示が行われる。このため、バックライトの点滅周期によっては干渉を起こし表示品位が悪化する場合があり、これを防ぐため、点滅周期の調整が必要となる。バックライトの点滅が周期に変化しない場合、調整により干渉の発生を防ぐことができない。そのため、バックライトの周期的な点滅が必要である。このことから、PWM信号の位相差の和が360°であることが好ましい。
上記のLEDドライバ1は、PWM部2を内部に含み、3相のPWM信号を定電流出力回路OUT1〜OUT3に供給しているが、3相のPWM信号は外部から供給される構成であってもよい。図5は、そのような構成のLEDドライバ31の構成を示している。
図5に示すように、LEDドライバ31は、定電流出力回路OUT1〜OUT3を備えているが、LEDドライバ1と異なり、PWM部2は備えていない。LEDドライバ31は、その代わりに、PWM信号入力端子T1〜T3を備えている。これにより、LEDドライバ31は、PWM信号入力端子T1〜T3を介して、外部(例えばPWM部2と同等の機能を有するPWM部32)からの3相のPWM信号が入力され、それぞれ定電流出力回路OUT1〜OUT3に供給される。
続いて、LEDドライバ1の応用について説明する。図6ないし図7は、この応用の構成を示している。
図6に示すように、LEDドライバ1のPWM部2(PWM信号発生回路21)は、周囲光の照度センサー3からの照度測定値に基づいてPWM信号のデューティ比を制御する。これにより、各定電流出力回路OUT1〜OUT3に入力するPWM信号に順次位相差を設けた状態で、周囲光に応じてLED群G1〜G3の輝度を制御することができる。
図7に示すように、LEDドライバ1のPWM部2(PWM信号発生回路21)は、液晶コントローラ4から液晶パネル5に表示する映像の輝度信号の情報が入力され、その情報に基づいてPWM信号のデューティ比を制御する。これにより、各定電流出力回路OUT1〜OUT3に入力するPWM信号に順次位相差を設けた状態で、液晶パネル5に表示する映像の輝度に応じてLED群G1〜G3の輝度を制御することができる。
図8に示すように、LEDドライバ41は、PWM部42と、定電流出力回路OUT1−n,…,OUT1−1,…,OUTm−1,…,OUTm−nとを備えている。LEDドライバ41は、アクティブ調光型のバックライトユニット51に定電流を流すために設けられている。バックライトユニット51においては、LEDがm×nのブロックに分割されたLED群B1−1,…,B1−n,…,Bm−1,…,Bm−nに分割されている。各ブロックには、1個もしくは複数個のLEDが配置されている。
PWM部42は、前述のPWM部2と同等の機能を有しているが、単相のPWM信号からm×n相のPWM信号を出力することが、PWM部2と異なる。また、m×n相のPWM信号間の位相差は等しく、その和が360°となっている。
定電流出力回路OUT1−n,…,OUT1−1,…,OUTm−1,…,OUTm−nは、それぞれ上記のLED群B1−1,…,B1−n,…,Bm−1,…,Bm−nに個別に定電流を流す。
このように、ブロック毎にアクティブ調光を行うバックライトユニット51においても、PWM信号に順次位相差を設けることによって、各ブロックに供給する定電流の変化幅を小さくすることができる。また、各定電流出力回路OUT1−n,…,OUT1−1,…,OUTm−1,…,OUTm−nに入力するPWM信号のデューティ比をそれぞれ変更して、ブロック毎のアクティブ調光を実現することができる。
なお、LEDドライバ41に前述のLEDドライバ31を適用することも可能である。
また、LEDドライバ1,31は、液晶表示装置に限らず、他の表示装置や照明機器等の電子機器に適用されてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明のLEDドライバは、PWM信号から位相差を有する多相のPWM信号を生成し、LEDに定電流を流すための複数の定電流出力回路に個別に供給することにより、定電流出力回路が同時に定電流をオン・オフさせることがなくなり、LEDドライバに供給する電源電圧の変動を抑えることができるので、液晶表示装置のバックライトユニットの駆動などに好適に利用できる。
本発明の実施の一形態を示すLEDドライバの構成を示すブロック図である。 上記LEDドライバの具体的な構成を示すブロック図である。 上記LEDドライバの具体的な他の構成を示すブロック図である。 (a)ないし(c)は上記LEDドライバの出力電流波形を示す波形図である。 上記LEDドライバの応用例の構成を示すブロック図である。 上記LEDドライバの他の応用例の構成を示すブロック図である。 上記LEDドライバのさらに他の応用例の構成を示すブロック図である。 アクティブ調光型のバックライトユニットのLED群を駆動するLEDドライバの構成を示すブロック図である。 従来のLEDドライバの構成を示すブロック図である。 図9のLEDドライバの出力電流波形を示す波形図である。
符号の説明
1 LEDドライバ
2 PWM部
3 照度センサー
4 液晶コントローラ
5 液晶パネル
21 PWM信号発生回路
22 位相差発生回路
22a ロジックカウンター
22b CR時定数回路
31 LEDドライバ
41 LEDドライバ
51 バックライトユニット
B1−1,…,B1−n,…,Bm−1,…,Bm−n LED群
G1〜G3 LED群
OUT1〜OUT3 定電流出力回路
OUT1−n,…,OUT1−1,…,OUTm−1,…,OUTm−n 定電流出力回路
T1〜T3 PWM信号入力端子

Claims (10)

  1. 複数の定電流出力回路を有し、各定電流出力回路に接続されたLEDの輝度をPWM信号により制御するPWM制御手段を備えたLEDドライバにおいて、
    前記PWM信号に基づいて、順次位相差を設けた、前記定電流出力回路と同数のPWM信号を各定電流出力回路に出力する多相PWM信号発生手段を備えていることを特徴とするLEDドライバ。
  2. 前記多相PWM信号の位相差の和が360度であることを特徴とする請求項1に記載のLEDドライバ。
    前記多相PWM信号の最も遅れた位相の位相遅れが、最も早い位相に対して180度以上でかつ360度未満であることを特徴とする請求項1に記載のLEDドライバ。
  3. 前記多相PWM信号の位相差が略等しいことを特徴とする請求項2に記載のLEDドライバ。
  4. 前記多相PWM信号発生手段が前記PWM信号を前記位相差分遅延させるロジックカウンターであることを特徴とする請求項1、2または3に記載のLEDドライバ。
  5. 前記多相PWM信号発生手段が前記PWM信号を前記位相差分遅延させる時定数回路であることを特徴とする請求項1、2または3に記載のLEDドライバ。
  6. 複数の定電流出力回路を有し、各定電流出力回路に接続されたLEDの輝度をPWM信号により制御するLEDドライバにおいて、
    前記PWM信号に位相差が設けられた多相PWM信号を外部から個々に入力し、それぞれ対応する前記定電流出力回路に接続されている入力端子を備えていることを特徴とするLEDドライバ。
  7. 前記LEDが、バックライトユニットに設けられ、ブロック単位で各定電流出力回路による電流供給を受け、
    前記多相PWM信号発生手段が、ブロック毎に設けられた各定電流出力回路に対して、多相PWM信号を発生し、
    前記PWM制御手段が、前記PWM信号のデューティ比をそれぞれ変更することを特徴とする請求項1、2、3または6に記載のLEDドライバ。
  8. 前記PWM制御手段が、周囲光の照度を測定する照度センサーによる測定結果に基づいて前記PWM信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項1、2または3に記載のLEDドライバ。
  9. 前記PWM制御手段が、液晶パネルに表示する映像の輝度に基づいて前記PWM信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項1、2または3に記載のLEDドライバ。
  10. 前記LEDを備えた電子機器であって、
    請求項1から9のいずれか1項に記載のLEDドライバを前記LEDを駆動するために備えていることを特徴とする電子機器。
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