JP2010524221A - 発光ダイオードの駆動方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、直列接続の発光ダイオードD1i,D2i,D3iのストリングSTiに関する駆動装置であって、前記発光ダイオードのうちの少なくとも2つが異なるスペクトルを有する、駆動装置に関する。前記駆動装置は、主電流IAiをストリングSTiへ供給するための、ストリングSTiの両端に結合される出力部を有する主電源供給源PAiを含む。二次電源供給源PBiは、ストリングSTiにおける連続する発光ダイオードD1i,D2i間における接合部J1iのうちの少なくとも1つに結合され、接合部J1iから連続するデルタ電流IBiを供給する又は引き出す。デルタ電流IBiは、主電流IAiより少なくとも因数5ほど小さい。制御器COは、ストリングSTiによって放射される前記混合光の所望なスペクトル組成を得るようにデルタ電流IBiを生成するために、二次電源供給源PBiを制御する。

Description

本発明は、直列接続発光ダイオードのストリングに関する駆動装置、駆動装置及び前記直列接続発光ダイオードのストリングのシステム、表示パネルを照らすバックライトユニット、前記バックライトユニット及び前記表示パネルを含むシステム、並びに、前記バックライトユニット及び前記表示パネルを含む表示装置、に関する。
国際特許出願公開第02/076150A1号は、所定の色の光を得るために光が混合される多重光源を制御する装置を開示する。処理器は、光源のそれぞれの検出された光の量を所望の量と比較し、光源の駆動装置を、光源が所望の光のレベルを生成するように、制御する。光源は、赤色、青色、及び緑色発光ダイオード(更には、LEDとも呼ばれる)のそれぞれの3つのストリングである。LEDの各ストリングは、個別切り替えモード電源供給源(更にはSMPSとも呼ばれる)によって駆動される。混合光の色は、3つの切り替えモード電源供給源によって供給される電源を制御することによって制御される。ある実施例において、切り替えモード電源供給源は、異なる色のLEDストリングを駆動させる3つの切り替えモード電源供給源の前に配置される。色点が制御され得るように異なる色のLEDストリングを駆動させることを可能にするために3つの切り替えモード電源供給源が必要であることは、従来技術の装置の不利な点である。
本発明の目的は、異なる色のLEDを駆動させるのに必要とされる主電源供給源の数を最小化させる一方で、それでもなお、生じる混合光のスペクトル組成を調整することが可能であるようにすることである。
本発明の第1の態様は、請求項1に記載の直列接続の発光ダイオードのストリングに関する駆動装置を提供する。本発明の第2の態様は、請求項6に記載の発光ダイオードのストリング及び駆動装置のシステムを提供する。本発明の第3の態様は、請求項9に記載の、表示パネルを照らすバックライトユニットを提供する。本発明の第4の態様は、請求項10に記載の、表示パネル及びバックライトユニットを含むシステムを提供する。本発明の第5の態様は、請求項11に記載の表示装置を提供する。有利な実施例は、従属項に規定される。
本発明の第1の態様に従う駆動装置は、直列接続の発光ダイオードのストリングを駆動させる。ストリングの少なくとも2つのLEDは、異なるスペクトルを有する光を放射する。例えば、ストリングは、1つのLEDが赤色の光を放射する一方で、他方のLEDが青色の光を放射する2つのLEDを有し得る。LEDは、その色により参照もされ得、すなわち、赤色LEDは赤色の光を放射するLEDを意味される。ストリングは、LEDの少なくとも2つのサブストリングも有し得、このサブストリングのそれぞれのうちのLEDは、同一の色又はスペクトルを有する。例えば、ストリングは、2つの赤色LED及び4つの青色LEDの直列接続を有し得る。代替的に、ストリングは、青色、赤色及び緑色の光を放射する3つの種類のLEDを有し得る。このようなストリングを用いると、白色光を作成する事が可能である。代替的に、ストリングは、広色域ディスプレイにおいて一般的であるように、3つ以上の種類のLEDを含み得る。
当該駆動装置は、主電流を前記ストリングへ供給するための、LEDのストリングの両端に結合される出力部を有する主電源供給源を有する。二次電源供給源は、前記ストリングにおける連続する発光ダイオード間における接合部のうちの少なくとも1つに結合され、前記接合部からデルタ電流を供給する又は引き出すようにされる。制御器は、前記ストリングによって放射される前記混合光の所望なスペクトル組成を得るように前記デルタ電流の値を生成するために、前記二次電源供給源を制御する。デルタ電流は、主電流より小さいように選択される。結果として、直列接続のLEDを通ずる電流の大部分は、主電源供給源によって供給される。二次電源供給源は、より小さいデルタ電流を供給し、そして、異なる色のLEDを通ずる電流間の差を生成することが可能である。したがって、各異なった色のLEDのストリングに対して主電源供給源が必要とされるような従来技術とは対照的に、本発明においては、異なる色を有する(又はより一般的にいうと、異なるスペクトルを有する光を発する)LEDに対して、単一の主電源供給源のみが必要とされる。そうであるにもかかわらず、光のスペクトルは、なお、時間とともに変化される又は一定を維持され得、これにより、混合光の所望なスペクトル組成が、相対的に小さいに小さい二次電源供給源によって供給される又は引かれる電流を制御することによって、得られるようにされる。
ストリングの全てのLEDを通ずるベース電流を提供する主電源供給源は、全体光レベルを制御することが可能である一方で、二次電源供給源は、ストリングによって放射される光のスペクトル組成を制御することが可能である。
一つの実施例において、主電源供給源は、SMPSを含む又はSMPSである。結果的に、LEDを通ずる電流の大部分は、高効率で生成される。かさばり、高価であり、遅く、そして出力電圧においてリップルを有するこのようなSMPSの不利な点は、二次電源供給源によって緩和される。線形電源供給源であり得る二次電源供給源は、相対的に小さい電力を供給する必要があり、安価及び高速であり得、そして、SMPSのリップルを補償し得る。
一つの実施例において、駆動装置は、前記ストリングに直列に接続されるセンサ抵抗器と、前記センサ抵抗器の両端における検出電圧を参照電圧と比較する比較器と、を更に有する。前記比較器の出力信号は、前記主電流が所定のレベルで安定化されるように、前記切り替えモード電源供給源の主スイッチを制御する制御信号を得るために使用される。所定のレベルは、異なる色のLEDを通ずる電流の差に依存するが、その理由は共通の電流が切り替えモード電源供給源によって供給され得るからである。
一つの実施例において、前記二次電源供給源が、制御可能な線形電源供給源を含む。二次電源供給源によって供給される又は引かれる電流が第1電源供給源によって供給される電流より大幅に少ないので、線形電源供給源の低効率は問題ではない。線形電源供給源の使用は、供給される電流の素早い且つ十分に規定された変動が可能であるという有利な点を有する。更に、線形電源供給源のリップルは切り替えモード電源供給源のリップルより大幅に低い。したがって、線形電源供給源の使用は、異なる色のLEDを通ずる電流の差によって支配的に決定されるスペクトル組成の制御が、非常に正確に制御され得るという有利な点を有する。
一つの実施例において、前記線形電源供給源が、制御可能な電流供給源を含む。このような電流供給源は、電流ミラーによって集積回路において実施化され得る。
一つの実施例において、前記ストリングは、白色光を含む色域を覆うための少なくとも3つの異なる色の発光ダイオードを含む。前記制御器は、所定の白色色点を得るように前記デルタ電流を変更するために、前記二次電源供給源を制御する。白色点を制御することにおける完全な自由度を有するために、全ての3つの異なる色のLEDを通ずる全ての3つの電流の比率は、制御可能であるべきである。したがって、上述の接合部以外の接合部へ接続される更なる二次電源供給源が加えられている。白色点は変動される又は一定に維持される必要があるので、二次電源供給源によって生成される電流は、主電源供給源を通ずる電流より大幅に小さくあり得る。
一つの実施例において、前記システムは、更に、異なるスペクトルを有する少なくとも2つの発光ダイオードの直列接続を含む更なるストリングを有する。更なる主電源供給源は、前記更なるストリングへ更なる主電流を供給するための、前記更なるストリングの両端に結合される出力部を有する。更なる二次電源供給源は、前記ストリングにおける連続する発光ダイオード間における接合部のうちの少なくとも1つに結合され、前記接合部から更なるデルタ電流を供給する又は引き出すようにされる。前記更なるデルタ電流は、前記更なる主電流より少なくとも因数10ほど小さい。前記制御器は、前記更なるストリングによって放射される前記混合光の所定のスペクトル組成を得るように、前記更なるデルタ電流を変更するために前記更なる二次電源供給源をも制御する。したがって、各ストリングに関して、3つの主電源供給源の代わりに、1つの主電源供給源が必要とされる。特に、多数のストリングが存在する場合に、本発明のこの実施例に従う電源供給システムは大幅に簡素である。例えば、直列接続のLEDの300個の(各色に関して100個の)ストリングがLCDに関する従来技術のバックライトに存在する場合、300個の相対的に大きい制御可能な切り替えモード電源供給源が必要とされる。本発明に従う実施例において、100個の相対的に大きい切り替えモード電源供給源のみ及び200個の相対的に小さい二次電源供給源が必要とされる。
本発明は、例えばLCD(液晶ディスプレイ)などのディスプレイパネルを照らすバックライトユニットにおいて有利に実施化され得る。このようなバックライトユニット及びディスプレイパネルの組み合わせは、ディスプレイ装置において実施化され得る。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
異なる図面において同一の参照符号を有する項目は、同一の構造特徴部及び同一の機能を有する、又は同一の信号であることを特記されるべきである。このような項目の機能及び/又は構造が説明される場合、詳細な説明において繰り返して説明される必要性はない。
図1は、LEDの複数のストリング及び前記ストリングを駆動させる複数の電源供給源を含むバックライトユニットのブロック図を概略的に示す。 図2は、3つのLEDのストリングが、切り替えモード電源供給源及び2つの電流供給源によって駆動されるバックライトユニットを概略的に示す。 図3は、バックライトユニットを有するディスプレイ装置を概略的に示す。
図1は、LEDの複数のストリング及び前記ストリングを駆動させる複数の電源供給源を含むバックライトユニットのブロック図を概略的に示す。n個のストリングSTiのそれぞれは、例えば、3つの異なる色のLED(D1i、D2i、D3i)を含む。第1のストリングST1は、3つのLED(D11、D21、D31)の直列接続を含み、ここで、第i番目のストリングSTiは3つのLED(D1i、D2i、D3i)の直列接続を含み、第n番目のストリングSTnは3つのLED(D1n、D2n、D3n)の直列接続を含む。以下において、指数1ないしn個の項目のうちの一つを示すために使用される。しかし、指数iは、一般的な項目を示すようにも使用される。したがって、「LEDのD1i」は、LEDのD11からD1nを一般的に意味し、又は異なって言及される場合、「LEDのD1i」は、LEDのD11からD1nのうちの任意の1つを意味し、更に、「LEDのD11」は、特定のLEDのD11を意味する。
3つの電源供給源PAi、PBi、PCiは、ストリングSTiのそれぞれと関連付けられている。主電源供給源PAiは、ストリングSTiと直列に接続され、LEDのD3iを通ずる主電流IAiを生成する。二次電源供給源PBiは、LEDのD1i及びD2i間における接合部J1iへ接続されており、二次電源供給源PCiは、LEDのD2i及びD3i間における接合部J2iへ接続されている。制御器COは、制御情報CIを受け取り、二次電源供給源PBi及びPCiの対応する制御入力部へ接続されている。制御情報CIは、ストリングSTi全体によって放射される光の所望な色(又はスペクトル)を示し得る。制御器COは、所望なスペクトルが得られるように、接合部J1i及びJ2iのそれぞれへ供給される又はそれらから引かれる電流IBi及びICiを制御する。LEDのD2iを通ずる電流は、主電流IAi及び電流ICiの合計であり、LEDのD1iを通ずる電流は、主電流IAi及び電流ICi及びIBiの合計である。制御器COは、主電源供給源PAiの主電流IAiも制御し得る。
したがって、ストリングSTiを通ずる電流IAiの大部分は、主電源供給源PAiによって供給される。二次電源供給源PBi及びPCiは、ストリングSTiによって発される光のスペクトルの制御を可能にするために、デルタ電流IBi及びICiを生成する必要があるだけである。二次電源供給源PBi及びPCiのそれぞれによって生成される電流IBi及びICiの量を制限することによって、これらの二次電源供給源PBi及びPCiは、それぞれ小さく且つ安価であり得る。しかし、特定のストリングSTiの混合光のスペクトルは、それでも、時間の経過に対して制御され得る、又は一定に維持され得る。例えば、二次電源供給源は、経年変化又は温度効果を補償し、且つ、混合光のスペクトルをほぼ一定に維持ための限定された範囲のみにおいて制御される必要がある。
主電源供給源PAi並びに二次電源供給源PBi及びPCiは、整流主電圧又はいずれかの他の直流又は交流電圧であり得る主電圧VMから供給される。
図2は、3つのLEDのストリングが、切り替えモード電源供給源(SMPS)及び2つの電流供給源によって駆動されるバックライトユニットを概略的に示す。ストリングSTiは、直列に接続されている3つのLEDのD1i、D2i、D3iを含む。3つのLEDのD1i、D2i、D3iのうちの少なくとも2つは、異なるスペクトルを放射し、異なる色を有する。主電源供給源PAiは、切り替えモード電源供給源(SMPS)であり、この場合、主電流IAiをストリングSTiのダイオードD1iへ供給する。検出抵抗器RSiは、ダイオードD3iを通ずる電流を検出するために、ストリングSTiのダイオードD3iに直列に接続される。
切り替えモード電源供給源(SMPS)は、例証のみとして、主電圧VMへストリングSTiを間欠的に接続するように構成される主スイッチSMSiを含むバックコンバータである。バックコンバータPAiは、主スイッチSMSiがストリングSTiへ接続される接合部及び接地の間において配置されるインダクタLを更に含む。切り替えモード電源供給源(SMPS)PAiは、更に、検出抵抗器RSiの両端の検出電圧VSiを受け取るSMPS制御器SMCiを含む。制御器SMCiは、検出電圧VSiを参照値VRiと比較し、制御信号CSiを生成する。制御信号CSiは、主スイッチSMSiのオン及び/又はオフ期間を制御するために、主スイッチSMSiの制御入力へ供給され、これにより、検出電圧VSiとこれによりLEDのD3iを通ずる電流とを安定化させるようにする。代替的に、バックコンバータの代わりに、例えば、ブースト−バックコンバータ、ブースト−コンバータ、バックコンバータ、共振コンバータ、又はフライバックコンバータなどの、いずれかの他のSMPSトポロジーが使用され得る。
二次電源供給源PBi及びPCiは、それぞれ電流ミラーTR11、TR21、R1及びTR12、TR22、R2によって形成される。電流ミラーは、接合部J1i及びJ2iのそれぞれへ接続される。接合部J1iはLEDのD1i及びD2i間における接合部である。接合部J2iは、LEDのD2i及びD3i間における接合部である。
電流ミラーPBiは、制御器COからの制御電圧V1を受け取る入力部を含む。この制御電圧V1は、抵抗器R1へ供給され、抵抗器R1の他端はダイオード接続トランジスタTR21のベース/コレクタへ接続され、ダイオード接続トランジスタTR21は、トランジスタTR11とともに電流ミラーを形成する。したがって、抵抗器R1を通ずる電流は、接合部J1iから引き出される電流IBiを得るために、トランジスタTR11によってミラーされる。
電流ミラーPCiは、制御器COからの制御電圧V2を受け取るための入力部を含む。この制御電圧V2は、抵抗器R2へ供給され、抵抗器R2の他端はダイオード接続トランジスタTR22のベース/コレクタへ接続され、ダイオード接続トランジスタTR22は、トランジスタTR12とともに電流ミラーを形成する。したがって、抵抗器R2を通ずる電流は、接合部J2iから引き出される電流ICiを得るために、トランジスタTR12によってミラーされる。
同様に、ストリングSTiを通ずる主電流IAiは、SMPS(PAi)によって生成される一方で、3つのLEDのD1i、D2i、D3iの混合光のスペクトルは、依然として、電流ミラーPBi及びPCiのそれぞれによって引かれる電流IBi及びICiを変化させることによって調整され得る。3つの代わりに1つのSMPS(PAi)のみが必要とされ、別の電流供給源PBi及びPCiは、例えば制御器COにおいて統合され得る。図2に示される例において、3つの全てのLEDのD1i、D2i、D3iは、異なるスペクトルを有し、全てのこれらの電流IAi、IBi、ICiは制御され得る。代替的に、1つの電流のみ(例えば、IBi又はICi)が制御され得る。代替的に、ダイオードD1i、D2i、D3iのうちの2つは同一のスペクトルを有し得、同様に、電流IBi及びICiの両方、又はこれらの電流のうちの1つのみが制御され得る。
LEDのD1i、D2i、D3iのそれぞれ又はサブセットは、直列接続のLEDのサブストリングを含み得る。例えば、単一の緑色LEDのD1iは、3つの緑色のLEDを含むことによって置換され、単一の赤色LEDのD2iは、2つの赤色LEDを含むサブストリングによって置換され、LEDのD3iは単一の青色LEDであり得る。
代替的に、ストリングSTiは、3つ以上のLED、又は同一のスペクトルを有するLEDのサブストリングを含み得る。全ての個別のLED又は異なるストリングのLEDは、異なる色又は異なるスペクトルを放射し得る。例えば、アンバ、黄色、又は白色のLEDが、赤色、緑色及び青色のLEDへ加えられ得る。代替的に、ストリングSTiは、異なる色を有する2つのLEDのみ、又はLEDサブストリングを含み得、例えば、LEDのうちの1つは広いスペクトルのLEDを有し、他のLEDは単一の色を有する。1つの実施例において、広いスペクトルのLEDは、白色光を発し得、他のLEDは赤色光を発する。二次電源供給源SBi及びSCiは、白色LEDの白色点を調整するために、赤色LEDを通ずるデルタ電流を制御している。別の例において、ストリングSTiは、赤っぽい白色光を発するウォームホワイトLEDと青っぽい白色光を発するクールホワイトLEDを含む。
図3は、バックライトユニットを有する表示装置を概略的に示す。表示装置は、バックライトユニットBLU、表示パネルDP、処理ユニットPRを含む。バックライトユニットは、直列接続のストリングSTiを含む。直列接続のLEDの異なるスペクトルは同一であり得、全てのストリングSTiにおいて同一の順序を有し得る。ストリングSTiによって発される光は、表示パネルDPを照らす。表示パネルDPは、LCD又はDMDであり得る。代替的に、異なるストリングSTiは、異なる色のLEDを含み得るが、LCDに関して使用される場合、異なるストリングの光は、表示パネルDPの均一な照射を提供するために混合されるべきである。
処理ユニットは、画像信号ISを受信し、制御信号BLCをバックライトユニットBLUへ、及び、データ信号DPIを表示パネルDPへ供給する。この制御信号BLCは、二次電源供給源PBi及びPCiによって生成されるデルタ電流IBi及びICiを決定する制御信号(図1におけるCI、図2におけるV1及びV2)を生成するために制御器CO(図1及び2を参照)によって使用される。他の応用例において、例えば、暗い場面が表示される場合に電力消費を最小化させるために、主電源供給源PAiによって供給される主電流IAiを制御することも所望であり得る。このような応用例において、制御器COは、更に、制御信号を主電源供給源PAiへ供給する出力部を有する。例えば、図2に示される実施例において、制御器COは、参照電圧VRiを制御し得る。表示パネルDPへ供給されるデータ信号DPIは、表示されるべき画像情報を含み、且つ、同期情報を含み得る。
上述の実施例は、本発明を制限するものよりもむしろ例証するものであり、当業者が、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多数の代わりの実施例を設計することが可能であることを注意しなければならない。
例えば、本発明は、バックライトユニットにおける使用に制限されず、少なくとも2つのスペクトルの異なる種類のLEDからなるLEDのストリングが使用されるような一般照明応用例に関しても適切である。
請求項における如何なる参照符号も請求項の範囲を制限するように解釈されてはならない。「有する・備える」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除しない。単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの個別の構成要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされた計算機を用いて実施され得る。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、これらの手段のいくつかは1つの同じハードウェアの項目によって、実施化することが可能である。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。

Claims (11)

  1. 直列接続の発光ダイオードのストリングに関する駆動装置であって、前記発光ダイオードのうちの少なくとも2つが異なるスペクトルを有し、当該駆動装置が、
    −主電流を前記ストリングへ供給するための、前記ストリングの両端に結合される出力部を有する主電源供給源と、
    −前記ストリングにおける連続する発光ダイオード間における接合部のうちの少なくとも1つに結合され、前記接合部からデルタ電流を供給する又は引き出す、二次電源供給源であって、前記デルタ電流が前記主電流より小さい、二次電源供給源と、
    −前記ストリングによって放射される前記混合光の所望なスペクトル組成を得るように前記デルタ電流を生成するために、前記二次電源供給源を制御する制御器と、
    を有する、駆動装置。
  2. 請求項1に記載の駆動装置であって、前記主電源供給源が、切り替えモード電源供給源を含む、駆動装置。
  3. 請求項2に記載の駆動装置であって、前記ストリングに直列に接続されるセンサ抵抗器と、前記主電流を安定化させるように前記主電源供給源の主スイッチを制御する制御信号を得るために、前記センサ抵抗器の両端の検出される電圧を参照電圧と比較する比較器と、を更に有する、駆動装置。
  4. 請求項1又は2に記載の駆動装置であって、前記二次電源供給源が、制御可能な線形電源供給源を含む、駆動装置。
  5. 請求項4に記載の駆動装置であって、前記線形電源供給源が、制御可能な電流供給源を含む、駆動装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の駆動装置、及び、前記直列接続の発光ダイオードのストリング、のシステム。
  7. 請求項6に記載のシステムであって、前記ストリングが、白色光を含む色域を覆うための少なくとも3つの異なる色の発光ダイオードを含み、前記制御器は、所定の白色色点を得るように、前記デルタ電流を変更するために前記二次電源供給源を制御するように構成される、システム。
  8. 請求項6に記載のシステムであって、更に、
    −異なるスペクトルを有する少なくとも2つの発光ダイオードの直列接続を含む更なるストリングと、
    −前記更なるストリングへ更なる主電流を供給するための、前記更なるストリングの両端に結合される出力部を有する更なる主電源供給源と、
    −前記更なるストリングにおける連続する発光ダイオード間における接合部のうちの少なくとも1つに結合され、前記接合部から更なるデルタ電流を供給する又は引き出す、更なる二次電源供給源であって、前記更なるデルタ電流が前記更なる主電流より小さい、更なる二次電源供給源と、
    を有し、
    −前記制御器は、前記更なるストリングによって放射される前記混合光の所定のスペクトル組成を得るように、前記更なるデルタ電流を変更するために前記更なる二次電源供給源を制御するようにも構成される、
    システム。
  9. 請求項6乃至8のいずれか一項に記載のシステムを含む表示パネルに関するバックライトユニットであって、前記ストリング、又は前記ストリング及び前記更なるストリングによって放射される光が、前記表示パネルを照らすように前記バックライトユニットによって方向付けされる、バックライトユニット。
  10. 請求項9に記載の前記バックライトユニットと前記表示パネルを含むシステム。
  11. 請求項10に記載のシステムを含む表示装置。
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