JP2011181378A - 発光素子の駆動回路およびそれを用いた発光装置、ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子のショートを確実に検出可能なLEDの駆動回路を提供する。
【解決手段】LED端子P3は発光ユニット4ごとに設けられ、それぞれが対応する発光ユニット4の一端と接続される。電流源30は、LED端子P3ごとに設けられ、それぞれが対応するLED端子P3を介して対応する発光ユニット4に調節可能な駆動電流ILEDを供給する。ショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対応する電流源30が、当該発光ユニット4に第1の検査電流ITEST1を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第1検出電圧VDET1と、当該発光ユニット4に第2の検査電流ITEST2を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第2検出電圧VDET2と、の差分ΔVにもとづいて、その発光ユニット4のショートを検出する。
【選択図】図2
【解決手段】LED端子P3は発光ユニット4ごとに設けられ、それぞれが対応する発光ユニット4の一端と接続される。電流源30は、LED端子P3ごとに設けられ、それぞれが対応するLED端子P3を介して対応する発光ユニット4に調節可能な駆動電流ILEDを供給する。ショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対応する電流源30が、当該発光ユニット4に第1の検査電流ITEST1を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第1検出電圧VDET1と、当該発光ユニット4に第2の検査電流ITEST2を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第2検出電圧VDET2と、の差分ΔVにもとづいて、その発光ユニット4のショートを検出する。
【選択図】図2
Description
本発明は、発光素子の駆動回路に関する。
液晶パネルのバックライトや携帯電話端末の着信表示のための光源、あるいは蛍光灯に変わる照明機器として、発光ダイオード(LED)が利用される。LEDを所望の輝度で発光させるためには、駆動回路によって、DC/DCコンバータを制御してLEDに十分な駆動電圧を供給するとともに、LEDに対して輝度に応じた駆動電流を供給する必要がある。
特許文献1には、LEDを高効率にて駆動するための回路が開示されている。特許文献1の技術では、DC/DCコンバータの出力端子と固定電圧端子の間に、発光ユニット(LEDストリング)と定電流源とを直列に接続する。この定電流源の電流を調整することができる可変電流型とし、また、DC/DCコンバータは、所定の基準電圧Vrefと、定電流源の降下電圧である検出電圧Vdetとが等しくなるように、その出力電圧を制御する。
LED駆動回路には、発光ユニットを構成するLEDのショートを検出する機能が設けられる(特許文献2、3)。図1は、LEDのショート検出回路を示す回路図である。ショート検出回路270は、発光ユニット4a〜4cごとに設けられた複数のコンパレータCMPa〜CMPcおよびORゲート272を備える。ORゲート272は、複数のコンパレータCMPa〜CMPcの論理和を出力する。
発光ユニット4のアノード側に駆動電圧Voutが印加されるとき、LED端子P3a〜P3cには、
VLED=Vout−Vf×n
なる電圧が発生する。VfはLEDの順方向電圧、nは発光ユニット4に含まれる有効なLEDの個数である。LEDがショートすると、個数nが変化し、LED端子P3の電位VLEDが変化する。図1には、発光ユニット4aの3番目のLEDがショートした状態が示される。
VLED=Vout−Vf×n
なる電圧が発生する。VfはLEDの順方向電圧、nは発光ユニット4に含まれる有効なLEDの個数である。LEDがショートすると、個数nが変化し、LED端子P3の電位VLEDが変化する。図1には、発光ユニット4aの3番目のLEDがショートした状態が示される。
そこでコンパレータCMPは、対応するLED端子P3の電位VLEDを所定のしきい値電圧Vshrtと比較し、VLED>Vshrtのときに、ショート状態が検出される。
Vshrt=3V、Vout=16V、Vf=3Vとすると、すべてのLEDが正常なとき、LED端子P3の電位は、
VLED=16−3×5=1V
となり、Vshrt=3Vより低いため正常と判定される。もし、ひとつのLEDがショートすると、
VLED=16−3×4=4V
となり、VLED>Vshrtとなるため、ショート検出される。
VLED=16−3×5=1V
となり、Vshrt=3Vより低いため正常と判定される。もし、ひとつのLEDがショートすると、
VLED=16−3×4=4V
となり、VLED>Vshrtとなるため、ショート検出される。
この検出回路は、各LEDの順方向電圧Vfのばらつきが小さいときには有効である。ところが、ばらつきによって順方向電圧Vfが小さくなると、ショートを誤検出するおそれがある。たとえばVf=2.5Vのとき、すべてのLEDが正常であるとすると、
VLED=16−2.5×5=3.5V
となり、VLED>Vshrtとなるため、ショートが誤検出される。
VLED=16−2.5×5=3.5V
となり、VLED>Vshrtとなるため、ショートが誤検出される。
反対に順方向電圧Vfが大きくなると、ショートであるにもかかわらず正常と判定される場合がある。たとえばVf=3.5Vで、ひとつのLEDがショートしているとき、
VLED=16−3.5×4=2V
であるから、VLED<Vshrtとなり、正常判定されてしまう。
VLED=16−3.5×4=2V
であるから、VLED<Vshrtとなり、正常判定されてしまう。
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、発光素子のショートを確実に検出可能なLEDの駆動回路の提供にある。
本発明のある態様は、少なくともひとつの発光ユニットそれぞれに駆動電流を供給する駆動回路に関する。この駆動回路は、少なくともひとつの発光ユニットごとに設けられ、それぞれが対応する発光ユニットの一端と接続されるべき、少なくともひとつの駆動端子と、少なくともひとつの駆動端子ごとに設けられ、それぞれが対応する駆動端子を介して対応する発光ユニットに調節可能な駆動電流を供給する、少なくともひとつの電流源と、検査対象の発光ユニットに対応する電流源が、当該発光ユニットに第1の検査電流を供給した状態において、対応する駆動端子に発生する第1検出電圧と、当該発光ユニットに第1の検査電流とは異なる電流値の第2の検査電流を供給した状態において、対応する駆動端子に発生する第2検出電圧と、の差分にもとづいて、その発光ユニットのショートを検出するショート検出回路と、を備える。
この態様によれば、第1電圧と第2電圧の差分が順方向電圧のばらつきの影響を受けないように第1検査電流と第2検査電流の電流値を決めることにより、発光素子のショートを確実に検出することができる。
ショート検出回路は、差分が所定のしきい値より小さいとき、ショート状態と判定してもよい。
ショート検出回路は、駆動端子に発生する第1、第2電圧を、デジタルの第1データ、第2データに変換するA/Dコンバータと、第1データと第2データの差分を所定のしきい値と比較するロジック部と、を含んでもよい。
本発明の別の態様は、発光装置である。この装置は、少なくともひとつの発光ユニットと、少なくともひとつの発光ユニットそれぞれに駆動電流を供給する上述の駆動回路と、を備える。
本発明のさらに別の態様は、ディスプレイ装置である。この装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面に、その発光ユニットがバックライトとして設けられている上述の発光装置と、を備える。
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、発光素子のショートを確実に検出できる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図2は、実施の形態に係る駆動IC102を備えるディスプレイ装置1の構成を示す回路図である。ディスプレイ装置1は、バックライトとして設けられた発光装置2と、液晶パネル3を備える。
発光装置2は、複数の発光ユニット4a〜4cと、DC/DCコンバータ104と、駆動IC102と、を備える。発光ユニット4a〜4cはそれぞれ、ひとつのLED、または直列に接続された複数のLEDを含むLEDストリングである。図1では、3つの発光ユニット4が示されるが、発光ユニット4の個数は任意であり、少なくともひとつ設けられていればよい。発光ユニット4a〜4cは、液晶パネル3の背面にバックライトとして設けられる。
DC/DCコンバータ104は、入力電圧Vinを昇圧し、発光ユニット4a〜4cの共通に接続された一端(第1端子)に駆動電圧Voutを供給する。DC/DCコンバータ104は、インダクタL1、ダイオードD1、キャパシタC1を備える。DC/DCコンバータ104のトポロジーは一般的なものであるため、説明を省略する。
駆動IC102は、発光ユニット4a〜4cそれぞれに、駆動電流ILEDa〜ILEDcを供給するとともに、DC/DCコンバータ104を制御して駆動電圧Voutを調節する機能ICであり、ひとつの半導体チップに集積化されている。以下、駆動IC102の構成を説明する。
駆動IC102は、複数の駆動端子(以下、LED端子)P3a〜P3cと、複数の電流源30a〜30cと、制御回路40と、ショート検出回路70と、を備える。
LED端子P3a〜P3cは、発光ユニット4a〜4cごとに設けられる。LED端子P3a〜P3cはそれぞれ、対応する発光ユニット4の第2端子と接続される。電流源30a〜30cは、LED端子P3a〜P3cごとに設けられ、それぞれが対応するLED端子P3a〜P3cを介して対応する発光ユニット4a〜4cに、調節可能な駆動電流ILEDa〜ILEDcを供給する。
制御回路40は、LED端子P3a〜P3cそれぞれの電圧VLEDa〜VLEDcのうち最も低い電圧が、基準電圧Vxと一致するように、DC/DCコンバータ104を制御する。制御回路40は、誤差増幅器42、オシレータ44、PWMコンパレータ46、ドライバ48、スイッチングトランジスタ50を備える。
スイッチングトランジスタ50は、DC/DCコンバータ104のインダクタL1の経路上に設けられる。誤差増幅器42、オシレータ44、PWMコンパレータ46は、いわゆるパルス幅変調器を構成する。誤差増幅器42は、電圧VLEDa〜VLEDcのうち最も低い電圧と、基準電圧Vxの誤差に応じた誤差電圧Verrを生成する。オシレータ44は、三角波もしくはのこぎり波の周期信号Voscを発生する。PWMコンパレータ46は、誤差電圧Verrと周期信号Voscを比較し、パルス幅変調されたパルス信号Spwmを生成する。ドライバ48はパルス信号Spwmにもとづいてスイッチングトランジスタ50をスイッチングする。なお制御回路40の構成は図2のそれには限定されず、その他の形式で構成されてもよい。
この駆動IC102は、所定のタイミングで検査モードに移行し、駆動対象の発光ユニット4a〜4cがショートしていないかどうかを検出する。所定のタイミングは、たとえば駆動IC102の起動タイミングである。
ショート検出回路70は、駆動IC102が駆動対象とする発光ユニット4a〜4cのショートを検出するために設けられる。ショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対応する電流源30が、当該発光ユニット4に第1の検査電流ITEST1を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第1検出電圧VDET1と、当該発光ユニット4に第1検査電流ITEST1とは異なる電流値の第2の検査電流ITEST2を供給した状態において、対応するLED端子P3に発生する第2検出電圧VDET2と、の差分ΔV(=V1−V2)にもとづいて、その発光ユニット4のショートを検出する。好ましくはショート検出回路70は、差分ΔVが所定のしきい値より小さいとき、検査対象の発光ユニット4がショート状態であると判定する。
具体的にはショート検出回路70は、A/Dコンバータ72と、ロジック部74と、を備える。A/Dコンバータ72は、対応するLED端子P3に発生する第1検出電圧VDET1、第2検出電圧VDET2を受け、それらをデジタル値の第1データDDET1と第2データDDET2に変換する。ロジック部74は、第1データDDET1と第2データDDET2の差分を所定のしきい値と比較し、ショートの有無を示す検出信号S4を生成する。またロジック部74は、電流源30a〜30cが発生すべき駆動電流ILEDや、検査電流ITESTを制御する。
以上が駆動IC102の構成である。続いてその動作を説明する。
図3は、図2のショート検出回路70の動作原理を説明するための図である。図3には発光ユニット4の電流電圧特性が示されており、横軸は駆動電流(検査電流)を、縦軸は発光ユニット4全体の電圧降下VFを示す。
図3は、図2のショート検出回路70の動作原理を説明するための図である。図3には発光ユニット4の電流電圧特性が示されており、横軸は駆動電流(検査電流)を、縦軸は発光ユニット4全体の電圧降下VFを示す。
単一のLEDの電流電圧特性は、
If=Is×exp(Vf/VT−1) …(1)
で与えられる。VTは(kT/q)で与えられる熱電圧である。kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷量である。
If=Is×exp(Vf/VT−1) …(1)
で与えられる。VTは(kT/q)で与えられる熱電圧である。kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷量である。
式(1)を変形すると、
Vf=VT・ln(If/Is) …(2)
を得る。
Vf=VT・ln(If/Is) …(2)
を得る。
検査モードにおいてショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対して第1検査電流ITEST1が供給されるように電流源30を制御する。LEDに検査電流ITEST1が流れているときのi番目のLEDの電圧降下Vf1iは、
Vf1i=VT・ln(ITEST1/Isi) …(2a)
で与えられる。続いてショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対して第2検査電流ITEST2が供給されるように電流源30を制御する。i番目のLEDに検査電流ITEST2が流れているときのLEDの電圧降下Vf2iは、
Vf2i=VT・ln(ITEST2/Isi) …(2b)
となる。
Vf1i=VT・ln(ITEST1/Isi) …(2a)
で与えられる。続いてショート検出回路70は、検査対象の発光ユニット4に対して第2検査電流ITEST2が供給されるように電流源30を制御する。i番目のLEDに検査電流ITEST2が流れているときのLEDの電圧降下Vf2iは、
Vf2i=VT・ln(ITEST2/Isi) …(2b)
となる。
検査電流ITEST1、ITEST2それぞれが流れるときの発光ユニット4全体の電圧降下VFは、ショートされていない有効なLEDの電圧降下の総和であるから、
VF1=Σi=1:M・Vf1i …(3a)
VF2=Σi=1:M・Vf2i …(3b)
となる。ここでMは、ショートされていないLEDの個数である。
VF1=Σi=1:M・Vf1i …(3a)
VF2=Σi=1:M・Vf2i …(3b)
となる。ここでMは、ショートされていないLEDの個数である。
各LEDの電圧降下Vfiのばらつきは、逆方向飽和電流Isiのばらつきに起因して発生する。よってLED端子P3に発生する検出電圧VDET1、VDET2はそれぞれ、
VDET1=Vout−VF1
=Vout−Σi=1:M・Vf1i
=Vout−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST1/Isi)}…(4a)
VDET2=Vout−VF2
=Vout−Σi=1:M・Vf2i
=Vout−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST2/Isi)}…(4b)
となる。
VDET1=Vout−VF1
=Vout−Σi=1:M・Vf1i
=Vout−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST1/Isi)}…(4a)
VDET2=Vout−VF2
=Vout−Σi=1:M・Vf2i
=Vout−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST2/Isi)}…(4b)
となる。
したがって、異なる検査電流ITESTを流したときの第1検出電圧VDET1と第2検出電圧VDET2の差分電圧ΔVは、
ΔV=VDET1−VDET2=VF2−VF1
=Σi=1:M・{VT・ln(ITEST2/Isi)}−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST1/Isi)}
=VT・Σi=1:M{ln(ITEST2/ITEST1)} …(5)
で与えられる。逆方向飽和電流ISiが同様にばらつく場合には、
ΔV=M×VT・ln(ITEST2/ITEST1) …(5a)
が成り立ち、電位差ΔVは、有効なLEDの個数Mに実質的に比例することがわかる。
ΔV=VDET1−VDET2=VF2−VF1
=Σi=1:M・{VT・ln(ITEST2/Isi)}−Σi=1:M・{VT・ln(ITEST1/Isi)}
=VT・Σi=1:M{ln(ITEST2/ITEST1)} …(5)
で与えられる。逆方向飽和電流ISiが同様にばらつく場合には、
ΔV=M×VT・ln(ITEST2/ITEST1) …(5a)
が成り立ち、電位差ΔVは、有効なLEDの個数Mに実質的に比例することがわかる。
したがって図2のショート検出回路70によれば、第1検出電圧VDET1と第2検出電圧VDET2の差分電圧ΔVにもとづいて、発光ユニット4にショートが発生しているか否かを検出することができる。
この検出方法によれば、検査電流ITEST1、ITEST2の電流値を適切に設定することにより、差分電圧ΔVがLEDの製造ばらつきの影響を受けにくくなるため、確実なショート検出が実現できる。
また図1の構成では、検査モードにおいて、駆動電圧Voutが変動するとLED端子の電位が変動するため、駆動電圧Voutが所定値に安定化される必要があるが、図2の駆動IC102によれば、駆動電圧Voutの変動は、検出結果に影響を及ぼさないという利点がある。
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
実施の形態では、第1検出電圧VDET1と第2検出電圧VDET2の差分電圧ΔVを所定のしきい値(絶対的な基準値)と比較することにより、発光ユニット4のショートの有無を検出したが、本発明はそれに限定されない。図2のように複数チャンネルの発光ユニット4が設けられる場合には、検査対象のチャンネルの差分電圧ΔVを、その他のチャンネルの差分電圧ΔVと比較することにより、相対的な比較によって、ショートの有無を検出してもよい。複数チャンネルの発光ユニット4に同時にショートが発生することはまれであるため、アプリケーションによっては相対比較で十分な場合もあろう。
図2においてA/Dコンバータ72やロジック部74は、駆動IC102の内部に設けられる場合を説明したが、これらの少なくとも一方を駆動IC102の外部に設けてもよい。たとえばロジック部74の機能は、ディスプレイ装置1もしくは発光装置2を統括的に制御するCPUによって実現してもよい。
図2では、LED端子P3a〜P3cごとにA/Dコンバータ72が設けられているが、ひとつのA/Dコンバータ72を複数のLED端子P3a〜P3cで共有してもよい。
また、A/Dコンバータ72を用いずに、アナログ信号処理によって、図2のショート検出回路70の機能を実現することも可能であり、そうした変形例も本発明の範囲に含まれる。
実施の形態では、ディスプレイ装置1の発光ユニット4を駆動する駆動IC102を説明したが、本発明の用途はそれに限定されない。たとえば本発明は、LEDを用いた照明(発光装置)にも利用できる。
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
1…ディスプレイ装置、2…発光装置、3…液晶パネル、4…発光ユニット、P3…LED端子、30…電流源、40…制御回路、42…誤差増幅器、44…オシレータ、46…PWMコンパレータ、48…ドライバ、50…スイッチングトランジスタ、70…ショート検出回路、72…A/Dコンバータ、74…ロジック部、102…駆動IC、104…DC/DCコンバータ。
Claims (5)
- 少なくともひとつの発光ユニットそれぞれに駆動電流を供給する駆動回路であって、
前記少なくともひとつの発光ユニットごとに設けられ、それぞれが対応する前記発光ユニットの一端と接続されるべき、少なくともひとつの駆動端子と、
前記少なくともひとつの駆動端子ごとに設けられ、それぞれが対応する前記駆動端子を介して対応する前記発光ユニットに調節可能な前記駆動電流を供給する、少なくともひとつの電流源と、
検査対象の発光ユニットに対応する電流源が、当該発光ユニットに第1の検査電流を供給した状態において、対応する前記駆動端子に発生する第1検出電圧と、当該発光ユニットに前記第1の検査電流とは異なる電流値の第2の検査電流を供給した状態において、対応する前記駆動端子に発生する第2検出電圧と、の差分にもとづいて、その発光ユニットのショートを検出するショート検出回路と、
を備えることを特徴とする駆動回路。 - 前記ショート検出回路は、前記差分が所定のしきい値より小さいとき、ショート状態と判定することを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。
- 前記ショート検出回路は、
前記駆動端子に発生する第1、第2検出電圧を、デジタルの第1データ、第2データに変換するA/Dコンバータと、
前記第1データと前記第2データの差分を所定のしきい値と比較するロジック部と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の駆動回路。 - 少なくともひとつの発光ユニットと、
前記少なくともひとつの発光ユニットそれぞれに駆動電流を供給する請求項1から3のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面に、その発光ユニットがバックライトとして設けられている請求項4に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
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