JP2010040213A - 光源駆動回路、光源装置および表示装置 - Google Patents

光源駆動回路、光源装置および表示装置 Download PDF

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JP2010040213A JP2008198899A JP2008198899A JP2010040213A JP 2010040213 A JP2010040213 A JP 2010040213A JP 2008198899 A JP2008198899 A JP 2008198899A JP 2008198899 A JP2008198899 A JP 2008198899A JP 2010040213 A JP2010040213 A JP 2010040213A
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Abstract


【課題】 光源を流れる電流を小さい電流値の電流によって制御して光源の明るさを調節することができ、光源素子の明るさを暗くしたときの消費電力を低減することができる光源駆動回路、光源装置および表示装置を提供する。
【解決手段】 電圧変換部11は、入力電圧VINを、帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBが基準電圧VREFに等しくなるように変換した出力電圧VOUTを出力する。帰還電圧VFBは、抵抗素子16での電圧降下と抵抗素子15での電圧降下とを加算した電圧である。調光用電流源17から出力される電流IEXを上昇させると、抵抗素子16での電圧降下分が増加し、帰還電圧VFBを上昇させることができる。抵抗素子16の抵抗値を抵抗素子15よりも大きくすることによって、少ない電流IEXでも抵抗素子16での電圧降下分を大きくすることができるので、抵抗素子15による消費電力を低減することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光源を駆動する電流を制御することによって光源の明るさを制御する光源駆動回路、光源装置および表示装置に関する。
図4は、従来の技術による光源駆動回路90の構成例を示す図である。光源駆動回路90は、光源素子99に直流電流を供給して発光させる駆動回路であり、電圧変換部901および抵抗素子905を含んで構成される。光源素子99は、LED(Light Emitting
Diode)などによって構成され、印加される電圧が上昇すると、流れる電流が増加し、明るさが増す。
電圧変換部901は、入力端子902に直流あるいは交流の電圧が入力されると、帰還電圧印加端子903に印加される帰還電圧VFBが基準電圧VREFに等しくなるように、出力端子904から出力する出力電圧VOUTを制御する。光源素子99は、一端が出力端子904に接続され、他端が、直列に接続される抵抗素子905を介してグランドに接続される。光源素子99と抵抗素子905との接続点は、帰還電圧印加端子903に接続される。帰還電圧VFBは、帰還電圧印加端子903に流入する電流が、無視することができる程度の大きさであるので、光源素子99を流れる電流ILの電流値と抵抗素子905の抵抗値R1とを乗算した値の電圧となる。
たとえば光源素子99を駆動する前の状態では、光源素子99に電圧は印加されず、光源素子99を流れる電流ILの電流値は「0」で、帰還電圧VFBも「0」である。光源素子99の駆動を開始すると、出力電圧VOUTは徐々に上昇し、光源素子99を流れる電流ILも増加し、帰還電圧VFBも上昇する。帰還電圧VFBが基準電圧VREFに等しくなると、出力電圧VOUTの上昇は停止する。
図5は、明るさの調節を可能とした従来の技術による光源駆動回路91の構成例を示す図である。光源駆動回路91は、図4に示した光源駆動回路90に調光用電流源916を追加した構成である。調光用電流源916は、光源素子99と抵抗素子905との接続点に接続され、供給する電流IEXの電流値を制御することによって光源素子99を流れる電流ILを制御して、光源素子99が発光する明るさを調節する。
調光用電流源916から供給される電流IEXは、抵抗素子905を介してグランドに流れる。したがって、帰還電圧VFBは、光源素子99を流れる電流ILと調光用電流源916から供給される電流IEXとを加算した電流の電流値と、抵抗素子905の抵抗値R1とを乗算した値の電圧となる。すなわち、VFB=(IL+IEX)×R1であり、調光用電流源916から供給される電流IEXを調節することによって、光源素子99を流れる電流ILを調節し、光源素子99の明るさを調節することができる。
特許文献1に記載される電子発光素子駆動回路は、LEDなどの電子発光素子に流れる電流を、電流値切り換え回路によって切り換えることによって、明暗差がつくように2種類の明るさで電子発光素子を発光させる。電流値切り換え回路は、2種類の電流値切り換え用抵抗を備えている。
特許文献2に記載されるLED駆動回路は、基準電圧を生成する生成回路を構成する電流源から出力される電流値を、調光率によって変化させることによって、DC/DCコンバータ(直流/直流変換器)から出力される出力電圧を変化させ、その出力電圧が印加されるLEDを流れる電流を制御する。
特開2005−29019号公報 特開2007−42758号公報
しかしながら、調光用電流源を用いる場合、光源素子を流れる電流を電流値「0」近くにまで小さくして、光源素子が発光する明るさを暗く調節するとき、調光用電流源から供給する電流の値は、明るさを明るくしたときに光源を流れる電流の電流値に近い電流を供給する必要がある。すなわち、調光用電流源は、大きな電流を供給することができる電流源を用いなければならないという問題がある。さらに、光源素子に直列に接続される抵抗素子を流れる電流は、光源素子を流れる電流の電流値のほかに調光用電流源から供給される電流が流れ、この抵抗素子による消費電力は、光源素子の明るさを暗くする前の状態での消費電力と変化がない。
特許文献1に記載される電子発光素子駆動回路は、抵抗値を切り換えることによって光源素子に流れる電流を制御するものであって、電流によって光源素子を流れる電流を制御するものではない。特許文献2に記載されるLED駆動回路は、基準電圧を切り換えることによって調光するものであり、基準電圧を切り換えるための切り換え回路を設ける必要がある。
本発明の目的は、光源を流れる電流を小さい電流値の電流によって制御して光源の明るさを調節することができ、光源素子の明るさを暗くしたときの消費電力を低減することができる光源駆動回路、光源装置および表示装置を提供することである。
本発明は、入力端子、出力端子、および帰還電圧印加端子を有し、基準電圧に基づいて前記入力端子から入力される入力電圧を前記出力端子から出力される出力電圧に変換する電圧変換部と、
流れる電流に応じて電圧を生成する電圧生成部と、
前記電圧変換部の前記出力端子と前記電圧生成部との間に位置し、光源素子が接続される光源接続部と、
前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧生成部および前記光源接続部との間に接続される電圧降下部と、
前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧降下部との間に接続され、該電圧降下部に電流を入力する電流入力端子とを備えることを特徴とする光源駆動回路である。
また本発明は、前記の光源駆動回路と、
前記光源接続部に接続される光源素子とを備えることを特徴とする光源装置である。
また本発明は、前記の光源装置を備えること特徴とする表示装置である。
本発明によれば、入力端子、出力端子、および帰還電圧印加端子を有する電圧変換部によって、基準電圧に基づいて前記入力端子から入力される入力電圧が前記出力端子から出力される出力電圧に変換される。電圧生成部によって、流れる電流に応じて電圧が生成される。前記電圧変換部の前記出力端子と前記電圧生成部との間に位置する光源接続部によって、光源素子が接続される。電圧降下部は、前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧生成部および前記光源接続部との間に接続される。そして、前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧降下部との間に接続される電流入力端子を介して、該電圧降下部に電流が入力される。
したがって、光源素子を流れる電流を小さい電流値の電流によって制御して光源素子の明るさを調節することができ、さらに、光源素子の明るさを暗くしたときの消費電力を低減することができる。
また本発明によれば、前記光源駆動回路と、前記光源接続部に接続される光源素子とから構成される。したがって、光源素子を流れる電流が小さい電流値の電流によって制御されるので、光源素子の明るさを暗くしたときの光源装置の消費電力を大幅に低減することができる光源装置とすることができる。
また本発明によれば、表示装置は、前記光源装置を備えるので、明るさを暗くしたときの消費電流を大幅に低減することができる。
図1は、本発明の実施の一形態である光源装置1の回路構成を示すブロック図である。光源装置1は、光源駆動回路10および光源素子20を含んで構成される。光源駆動回路10は、電圧変換部11、抵抗素子15,16および調光用電流源17を含んで構成される。
電圧変換部11は、入力端子12、出力端子13および帰還電圧印加端子14を含み、入力端子12に印加される直流電圧VINを変換し、帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBに基づいて、出力端子13から出力する出力電圧VOUTを制御する。すなわち、電圧変換部11は、予め定める基準電圧である基準電圧VREFと帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBとを比較し、帰還電圧VFBが基準電圧VREFに等しくなるように出力電圧VOUTを制御する。具体的には、帰還電圧VFBが基準電圧VREFよりも低い電圧であると、出力電圧VOUTを増加し、帰還電圧VFBが基準電圧VREFよりも高い電圧であると、出力電圧VOUTを低下する。基準電圧VREFは、入力端子12に印加される電圧に基づいて生成してもよいし、基準電圧VREFを出力する電圧源を用いてもよいし、外部から入力してもよい。
光源素子20は、印加される電圧が減少すると流れる電流ILが減少し、発光する明るさが減少する光源であり、たとえば発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下「LED」という)、白熱電球などの光源によって構成される。光源素子20は、一端が出力端子13に接続され、他端が抵抗素子15の一端に接続される。出力端子13と抵抗素子15との間に位置し、光源素子20が接続される部分は、光源接続部である。
電圧生成部である抵抗素子15は、一端が光源素子20の前記他端に接続され、他端がグランドに接続される抵抗素子である。電圧降下部である抵抗素子16は、一端が帰還電圧印加端子14に接続され、他端が光源素子20と抵抗素子15との接続点に接続される抵抗素子である。電流入力源である調光用電流源17は、電流を供給する電流源であり、電流制御信号入力端子18に入力される電流制御信号に応じた電流IEXを出力する。調光用電流源17の出力は、帰還電圧印加端子14に接続される。
帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBの値は、抵抗素子16での電圧降下と抵抗素子15での電圧降下とを加算した値である。すなわち、抵抗素子15の抵抗値をR1、および抵抗素子16の抵抗値をR2とすると、式(1)の関係が成立する。
VFB=R2×IEX+R1×(IL+IEX) …(1)
したがって、調光用電流源17から出力される電流IEXを増加させるように制御することによって、帰還電圧VFBを上昇させる方向に動作させることができる。帰還電圧VFBが上昇するように動作すると、電圧変換部11は、出力電圧VOUTを低下しようとする。出力電圧VOUTを低下させて、光源素子20に印加される電圧を低下させることによって、光源素子20を流れる電流ILを低下させることができ、光源素子20の明るさを暗くすることができる。
調光用電流源17から出力される電流IEXの値は、式(1)を変形することによって、式(2)で表わされる。
IEX=(VFB−R1×IL)/(R1+R2) …(2)
たとえば、帰還電圧VFBを1.0V(ボルト)、抵抗素子15の抵抗値R1を100Ω(オーム)、抵抗素子16の抵抗値R2を10KΩとし、調光用電流源17から出力される電流IEXが「0」であるときに光源素子20を流れる電流ILの電流値が10mA(ミリアンペア)であるとき、光源素子20を流れる電流ILの電流値を1mAとするための電流IEXの値は、式(2)にこれらの値を代入すると、式(3)となる。
IEX=(1.0−100×0.001)/(100+10×10)…(3)
=0.089×10−3
すなわち、電流IEXの電流値は、0.089mAとなる。
図5に示した従来の技術による光源駆動回路91では、光源素子99を流れる電流ILの電流値を10mAから1mAに低減するためには、調光用電流源916から出力する電流の電流値は、9mAとする必要がある。したがって、本発明に係る光源駆動回路10は、従来の技術による光源駆動回路91よりも、電流値が2桁少ない電流で、光源素子20を流れる電流ILの電流値を10mAから1mAに低減することができる。したがって、調光用電流源17として、出力電流が小さい回路たとえばマイクロコンピュータに内蔵するDA(Digital-to-Analog)コンバータなどを用いることができる。
抵抗素子16の抵抗値は、帰還電圧印加端子14に供給する必要がある電流の電流値、光源素子20が発光する明るさを調節するとき光源素子20を流れる電流ILの電流値の精度、外来ノイズの影響などを勘案して決定される。たとえば、帰還電圧印加端子14を演算増幅器の入力端子とするときは、帰還電圧印加端子14に供給すべき電流の電流値は、明るさを低減しない状態のときに光源素子20を流れる電流ILの電流値よりも無視し得る程度の大きさであり、上記条件によっては、抵抗素子16の抵抗値は、数十KΩ〜数MΩとすることができ、調光用電流源17の出力容量をさらに小さくすることができる。
上述した実施の形態では、光源駆動回路10に調光用電流源17を含めて構成したが、調光用電流源17を外部の電流源として構成してもよい。その場合、調光用電流源17は、光源駆動回路10に含まれる電流入力端子を介して抵抗素子16に接続される。
このように、抵抗素子16の抵抗値を抵抗素子15よりも大きくすることによって、少ない電流IEXで、抵抗素子16での電圧降下分を大きくすることができるので、抵抗素子15による消費電力を低減することができる。
図2は、光源装置1の詳細な構成を示す回路図である。図1に示した構成要素と同じ構成要素には、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。
電圧変換部11は、基準電圧素子111、演算増幅器112およびコンデンサ113,114を含んで構成される。入力端子11は、一端がグランドに接続されるコンデンサ113の他端、基準電圧素子111の入力端子、および演算増幅器112の電源接続端子に接続される。コンデンサ113は、入力電圧を平滑化するコンデンサである。基準電圧素子111は、たとえば1つの端子がグランドに接続される3端子レギュレータなどによって構成される。基準電圧生成部である基準電圧素子111は、入力電圧VINから基準電圧VREFを生成し、生成した基準電圧VREFを演算増幅器112の非反転入力端子に入力する。
比較増幅器である演算増幅器112は、非反転入力端子が基準電圧素子111の出力端子に接続され、反転入力端子が帰還電圧印加端子14に接続され、出力が、一端がグランドに接続されるコンデンサ114の他端、および出力端子13を介して光源素子20に接続される。演算増幅器112は、帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBが、基準電圧素子111が出力する基準電圧VREFよりも低いと、出力電圧VOUTを高くし、帰還電圧印加端子14に印加される帰還電圧VFBが、基準電圧素子111が出力する基準電圧VREFよりも高いと、出力電圧VOUTを低くする。コンデンサ114は、出力電圧を平滑化するコンデンサである。
調光用電流源17は、たとえばDAコンバータ17aおよび抵抗素子19によって構成される。DAコンバータ17aは、入力端子18に入力される電流制御信号をアナログ量の電流に変換して、抵抗素子19を介して帰還電圧印加端子14に出力する。入力端子18に入力される電流制御信号は、光源素子20が発光する明るさを調節するためのデジタル信号であり、たとえば制御用のCPU(Central Processing Unit)などから出力される信号である。
図2に示した例では、電圧変換部11を基準電圧素子111と演算増幅器112とによって構成したが、スイッチング方式の昇圧回路、降圧回路、あるいは極性反転電圧変換回路などのDC−DC(直流−直流)コンバータ、または交流電圧から直流電圧への変換機能を備える回路など、直流電圧を出力し、その出力した直流電圧を帰還制御する方式のものであれば、他の構成であってもよい。
さらに、図2示した例では、調光用電流源17としてDAコンバータ17aを用いたが、DAコンバータに限定されるものではなく、電流の増減を制御するための電流制御信号に基づいて、出力する直流の電流の電流値を制御することができるものであればよい。
このように、入力端子12、出力端子13、および帰還電圧印加端子14を有する電圧変換部11によって、基準電圧に基づいて入力端子12から入力される入力電圧が出力端子13から出力される出力電圧に変換される。電圧生成部である抵抗素子15によって、流れる電流に応じて電圧が生成される。電圧変換部11の出力端子13と抵抗素子15との間に位置する光源接続部によって、光源素子20が接続される。電圧降下部である抵抗素子16は、電圧変換部11の帰還電圧印加端子14と抵抗素子15および前記光源接続部との間に接続される。そして、電圧変換部11の帰還電圧印加端子14と抵抗素子16との間に接続される電流入力端子を介して、抵抗素子16に電流が入力される。したがって、光源素子20を流れる電流を小さい電流値の電流によって制御して光源素子20の明るさを調節することができ、さらに、光源素子20の明るさを暗くしたときの消費電力を低減することができる。
さらに、電圧変換部11は、基準電圧素子111によって、基準電圧が生成され、さらに、前記基準電圧を入力する第1端子と、帰還電圧印加端子14に接続される第2端子と、出力端子13に接続される第3端子とを有する演算増幅器112によって、前記第2端子から入力される帰還電圧が前記第1端子から入力される前記基準電圧より低い場合に前記第3端子から出力される出力電圧が高くされ、前記第2端子から入力される帰還電圧が前記第1端子から入力される前記基準電圧より高い場合に前記第3端子から出力される出力電圧が低くされる。したがって、基準電圧素子111および演算増幅器112などの従来の技術による回路構成で電圧変換部11を実現することができる。
さらに、電圧生成部である抵抗素子15は、流れる電流に比例した電圧を生成するので、流れる電流の電流値に比例する電圧を生成することができる。
さらに、電圧生成部は、抵抗素子15によって構成されるので、簡単な回路素子を用いて電圧生成部を実現することができる。
さらに、抵抗素子15は、一端が前記光源接続部に接続され、他端がグランドに接続されるので、流れる電流に応じた電圧を、前記光源接続部に接続される一端に生じさせることができる。
さらに、電圧降下部である抵抗素子16は、流れる電流に比例して電圧降下するので、流れる電流の電流値に比例する電圧降下を生じさせることができる。
さらに、前記電圧降下部は、抵抗素子16によって構成されるので、簡単な回路素子を用いて電圧生成部を実現することができる。
さらに、電圧生成部が抵抗素子15によって構成される場合において、電圧降下部を構成する抵抗素子16の抵抗値は、電圧生成部を構成する抵抗素子15の抵抗値より大きいので、同じ電流値の電流でも、電圧降下部の抵抗素子16による電圧降下のほうが、電圧生成部の抵抗素子15による電圧降下よりも大きくすることができる。したがって、光源素子20を流れる電流を制御するための電流値をより小さい電流値にすることができる。
さらに、前記電流入力端子に接続され、抵抗素子16に入力する電流を供給する調光用電流源17をさらに備えるので、調光用電流源17を外部の電流源として接続することができる。
さらに、調光用電流源17は、外部から入力されるデジタル信号を直流電流に変換するDAコンバータ17aを含んでなるので、従来の技術によるDAコンバータなどによって電流入力源を実現することができる。
さらに、電圧変換部11の入力端子12および出力端子13の少なくとも一方に接続される平滑コンデンサ、たとえばコンデンサ113,114をさらに備えるので、入力電圧あるいは出力電圧のノイズによる変動を低減することができる。
図3は、本発明の実施の一形態である表示装置30の概略の構成を示す断面図である。表示装置30は、光源装置31、液晶表示パネル32および筐体33を備えている。光源装置31は、複数の光源部311、導光体312、光拡散体313、反射体314、拡散板315およびプリズム316を備えている。各光源部311は、図1に示した光源装置1によって構成され、導光体312の一端面に配列されて設けられている。光源装置31は、底面側から、光を反射する反射体314、光を拡散する光拡散体313、導光体312、光を拡散する拡散板315およびプリズム316の順に積層されて構成される。
液晶表示パネル32は、透明な2枚の基体の間に液晶から成る液晶層を形成したパネルである。光源装置31は、バックライトとして液晶表示パネル32の背後に重ねられて、液晶表示パネル32とともに筐体33に収容される。表示装置30は、光源装置31の消費電流が明るさを暗くしたとき大幅に低減されるので、明るさを暗くしたときの消費電流を大きく低減することができる。
このように、光源装置31は、複数の光源装置1、すなわち光源駆動回路10と光源素子20とを備える複数の光源装置1を含んで構成される。したがって、光源素子20を流れる電流が小さい電流値の電流によって制御されるので、明るさを暗くしたときの光源装置31の消費電力を大幅に低減することができる。
さらに、光源素子20は、発光ダイオードであるので、従来の技術による光源を光源素子として用いることができる。
さらに、表示装置30は、光源装置31を備えるので、明るさを暗くしたときの消費電流を大幅に低減することができる。
本発明の実施の一形態である光源装置1の回路構成を示すブロック図である。 光源装置1の詳細な構成を示す回路図である。 本発明の実施の一形態である表示装置30の概略の構成を示す断面図である。 従来の技術による光源駆動回路90の構成例を示す図である。 明るさの調節を可能とした従来の技術による光源駆動回路91の構成例を示す図である。
符号の説明
1,31 光源装置
10,90,91 光源駆動回路
11,901 電圧変換部
12,902 入力端子
13,904 出力端子
14,903 帰還電圧印加端子
15,16,19,905 抵抗素子
17,916 調光用電流源
17a DAコンバータ
18 電流制御信号入力端子
20,99 光源素子
30 表示装置
32 液晶表示パネル
33 筐体
111 基準電圧素子
112 演算比較器
113,114 コンデンサ
311 光源部
312 導光体
313 光拡散体
314 反射体
315 拡散板
316 プリズム

Claims (14)

  1. 入力端子、出力端子、および帰還電圧印加端子を有し、基準電圧に基づいて前記入力端子から入力される入力電圧を前記出力端子から出力される出力電圧に変換する電圧変換部と、
    流れる電流に応じて電圧を生成する電圧生成部と、
    前記電圧変換部の前記出力端子と前記電圧生成部との間に位置し、光源素子が接続される光源接続部と、
    前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧生成部および前記光源接続部との間に接続される電圧降下部と、
    前記電圧変換部の前記帰還電圧印加端子と前記電圧降下部との間に接続され、該電圧降下部に電流を入力する電流入力端子とを備えることを特徴とする光源駆動回路。
  2. 前記電圧変換部は、
    前記基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
    前記基準電圧を入力する第1端子と、前記帰還電圧印加端子に接続される第2端子と、前記出力端子に接続される第3端子とを有し、前記第2端子から入力される帰還電圧が前記第1端子から入力される前記基準電圧より低い場合に前記第3端子から出力される出力電圧を高くし、前記第2端子から入力される帰還電圧が前記第1端子から入力される前記基準電圧より高い場合に前記第3端子から出力される出力電圧を低くする比較増幅部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の光源駆動回路。
  3. 前記電圧生成部は、流れる電流に比例した電圧を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の光源駆動回路。
  4. 前記電圧生成部は、抵抗素子によって構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光源駆動回路。
  5. 前記抵抗素子は、一端が前記光源接続部に接続され、他端がグランドに接続されることを特徴とする請求項4に記載の光源駆動回路。
  6. 前記電圧降下部は、流れる電流に比例して電圧降下することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光源駆動回路。
  7. 前記電圧降下部は、抵抗素子によって構成されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光源駆動回路。
  8. 前記電圧生成部が抵抗素子によって構成される場合において、前記電圧降下部を構成する抵抗素子の抵抗値は、前記電圧生成部を構成する抵抗素子の抵抗値より大きいことを特徴とする請求項7に記載の光源駆動回路。
  9. 前記電流入力端子に接続され、前記電圧降下部に入力する電流を供給する電流入力源を更に備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の光源駆動回路。
  10. 前記電流入力源は、外部から入力されるデジタル信号を直流電流に変換するデジタル−アナログコンバータを含んでなることを特徴とする請求項9に記載の光源駆動回路。
  11. 前記電圧変換部の前記入力端子および前記出力端子の少なくとも一方に接続される平滑コンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の光源駆動回路。
  12. 請求項1から11のいずれかに記載の光源駆動回路と、
    前記光源接続部に接続される光源素子とを備えることを特徴とする光源装置。
  13. 前記光源素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項12に記載の光源装置。
  14. 請求項12または13に記載の光源装置を備えることを特徴とする表示装置。
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