JP2013233033A - バックライト用ｌｅｄストリングの駆動回路および駆動方法、ならびにそれを用いたバックライト装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画面のちらつきを抑制しつつ、高コントラスト比を実現可能なバックライト用ＬＥＤの駆動技術を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路１００は、ディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリング１０を駆動する。電流ドライバ２０は、ＬＥＤストリング１０と直列に設けられ、ＬＥＤストリング１０に対して、大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅が調節可能なパルス状、あるいは直流の駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給する。調光制御部４０は、調光信号ＰＷＭが指示する目標輝度が所定の第１しきい値より高い第１範囲において、スイッチング周波数を所定の第１周波数に固定した状態で、パルス幅および大きさの組み合わせを変化させ、（２）目標輝度が第１しきい値より低い第２範囲において、パルス幅および大きさを固定した状態で、スイッチング周波数を目標輝度に応じて低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードの駆動技術に関する。

液晶パネルのバックライトとして、従来のＣＣＦＬ(Cold Cathode Fluorescent Lamp)やＥＥＦＬ（External Electrode Fluorescent Lamp）に代えて、長寿命化、低消費電力化、広色域化の観点で優れた特性を有する白色発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）が用いられている。

特開２００４−３２８７５号公報 特開２００２−２５２９７１号公報 特開２００７−０２８７８４号公報 特開２００７−１７３８１３号公報 特開２００３−１５７９８６号公報

バックライトの輝度は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に応じてＬＥＤに流す電流を高速にスイッチングし、ＬＥＤの明滅を時分割的に繰り返すことにより制御される。すなわちＰＷＭ信号のデューティ比が高いほど輝度が高く、デューティ比が低いほど輝度は低くなる。これをＰＷＭ調光と称する。

ＰＷＭ調光は、直列に接続された複数のＬＥＤ（以下、ＬＥＤストリング）の駆動経路上に定電流回路を設け、定電流回路が生成する駆動電流をＰＷＭ信号に応じてスイッチングすることにより実現される。たとえば近年のバックライト用のＬＥＤには、１：１０００以上の高コントラスト比が要求される。１：１０００のコントラスト比をＰＷＭ調光のみで実現する場合、デューティ比は、０．１％〜１００％の範囲で変化させることになる。

本出願人は、ＰＷＭ信号の周波数として１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の低い周波数を選択した場合、液晶パネルの走査周波数と近いため、ＰＷＭ調光に伴うＬＥＤストリングの明滅が画面のちらつきとなって現れてしまうという課題を認識するに至った。

この問題を解決するためにはＰＷＭ信号の周波数を、画像のちらつきとして認識されない程度、スイッチング周波数をたとえば１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度まで高めればよい。しかしながら、スイッチング周波数を高くするほど、最小デューティ比時の駆動電流のパルス幅が短くなる。たとえば１０ｋＨｚでＰＷＭ調光を行う場合、デューティ比を０．１％まで低下させたときに、パルス幅１００ｎｓの駆動電流を生成する必要がある。このような高速に遷移する駆動電流を、アナログ回路で実現することは困難である。

本発明は、かか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、画面のちらつきを抑制しつつ、高コントラスト比を実現可能なバックライト用ＬＥＤの駆動技術の提供にある。

本発明のある態様は、直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、外部からＬＥＤストリングの目標輝度を指示する調光信号を受ける調光制御端子と、ＬＥＤストリングと直列に設けられ、ＬＥＤストリングに対して、大きさ（電流量すなわち振幅）、スイッチング周波数およびパルス幅が調節可能なパルス状、あるいは直流の駆動電流を供給する電流ドライバと、調光信号が指示する目標輝度に応じて、電流ドライバに対して、駆動電流の大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅を指示する調光制御部と、を備える。調光制御部は、（１）目標輝度が所定の第１しきい値より高い第１範囲において、スイッチング周波数を所定の第１周波数に固定した状態で、パルス幅および大きさの組み合わせを変化させ、（２）目標輝度が前記第１しきい値より低い第２範囲において、パルス幅および大きさを固定した状態で、スイッチング周波数を目標輝度に応じて低下させる。

この態様によると、駆動電流の大きさを変化させるアナログ調光、パルス幅を変化させるＰＷＭ調光およびスイッチング周波数を変化させるパルス周波数調光を組み合わせることにより、高コントラスト比を実現できる。第１範囲では、第１周波数を高く設定することにより、ちらつきを防止できる。また第２範囲ではスイッチング周波数が低下にともなうちらつきが発生しうるが、輝度が低い範囲であるためちらつきがユーザに知覚されにくい。このようにして、画面のちらつきを抑制しつつ、高コントラスト比を実現できる。

第１範囲は、目標輝度が第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、目標輝度が第２しきい値より低い第４範囲を含んでもよい。調光制御部は、（１ａ）第３範囲において、大きさを最大値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、パルス幅をその最小値に向かって低下させ、（１ｂ）第４範囲において、パルス幅をその最小値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、大きさをその最小値に向かって低下させてもよい。
この態様では、目標輝度が最大値より低くなると直ちに、ＬＥＤストリングには間欠的なスイッチング電流が流れることになり、ＬＥＤストリングの実効的な点灯時間が短くなる。したがってＬＥＤストリングの寿命の観点で有利である。

第１範囲は、目標輝度が第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、目標輝度が第２しきい値より低い第４範囲を含んでもよい。調光制御部は、（１ｃ）第３範囲において、パルス幅をその最大値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、大きさをその最小値に向かって低下させ、（１ｄ）第４範囲において、大きさを最小値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、パルス幅をその最小値に向かって低下させてもよい。
この態様では、目標輝度が最大値より低くなってもしばらくの間は、ＬＥＤストリングには直流電流が供給される。したがってスイッチングノイズの観点で有利である。

第１範囲は、目標輝度が第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、目標輝度が第２しきい値より低い第４範囲を含んでもよい。調光制御部は、第１モードと第２モードが切りかえ可能に構成され、第１モードにおいて、調光制御部は、（１ａ）第３範囲において、大きさを最大値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、パルス幅をその最小値に向かって低下させ、（１ｂ）第４範囲において、パルス幅をその最小値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、大きさをその最小値に向かって低下させ、第２モードにおいて、調光制御部は、（１ｃ）第３範囲において、パルス幅をその最大値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、大きさをその最小値に向かって低下させ、（１ｄ）第４範囲において、大きさを最小値に固定した状態で、目標輝度が低下するにしたがって、パルス幅をその最小値に向かって低下させてもよい。

第１周波数は、外部から設定可能であってもよい。これにより、ＬＣＤパネルモジュールの設計者、あるいは電子機器の設計者に対して、設計の柔軟性を提供できる。

第２範囲における目標輝度とスイッチング周波数の対応は、駆動回路内であらかじめ定められていてもよい。

第１周波数は、外部から設定可能であり、第２範囲における目標輝度とスイッチング周波数の対応は、駆動回路内であらかじめ定められてもよい。第２範囲におけるパルス幅および大きさの少なくとも一方は、第１周波数に応じて計算されてもよい。

第１周波数は、外部から設定可能であってもよい。第２範囲において、スイッチング周波数は、第１周波数に対して相対的に定められてもよい。

パルス幅の最小値は、数μｓであってもよい。これにより、アナログの電流ドライバによって、パルス幅を高精度に制御できる。

駆動回路は、複数チャンネルのＬＥＤストリングを駆動可能に構成され、チャンネルごとに電流ドライバを備えてもよい。調光制御部は、複数チャンネルの電流ドライバそれぞれに対して、駆動電流の大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅を指示してもよい。

調光制御部は、複数チャンネルの電流ドライバを同相で駆動する同相モードと、複数チャンネルの電流ドライバを、所定の位相差で駆動するフェーズシフトモードと、が切りかえ可能に構成されてもよい。

駆動回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
駆動回路を１つのＩＣとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

本発明の別の態様は、バックライト装置に関する。バックライト装置は、直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングと、ＬＥＤストリングを駆動する上述のいずれかの駆動回路と、ＬＥＤストリングに駆動電圧を供給する電源と、を備える。

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、液晶ディスプレイパネルと、液晶ディスプレイパネルの背面に配置されているＬＥＤストリングを有する上述のバックライト装置と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、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、バックライトのＰＷＭ調光にともなう画面のちらつきを抑制しつつ、高コントラスト比を実現できる。

実施の形態に係る電子機器の構成を示す回路図である。 第１モードにおける、目標輝度ＬＵＭと、駆動電流ＩＬＥＤのパルス幅τ、大きさＩｃ、スイッチング周波数ｆｓｗの関係を示す図である。 第２モードにおける、目標輝度ＬＵＭと、駆動電流ＩＬＥＤのパルス幅τ、大きさＩｃ、スイッチング周波数ｆｓｗの関係を示す図である。 ＬＥＤ駆動回路の具体的な構成を示す回路図である。 目標輝度ＬＵＭとスイッチング周波数ｆｓｗの例示的な関係を示すテーブルである。 図６（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の第１モードの動作を示す波形図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の第２モードの動作を示す波形図である。 図８（ａ）は、図１のバックライトを備える電子機器の一例を示す図である。

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や、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。

図１は、実施の形態に係る電子機器２の構成を示す回路図である。電子機器２は、液晶パネル４、液晶ドライバ６、バックライト８を備える。

液晶パネル４は、マトリクス状に配置された複数の画素を備える。各画素は、複数のデータ線と、複数の走査線の交点に配置されている。液晶ドライバ６は、液晶パネル４に表示すべき画像データを受ける。液晶ドライバ６は、複数のデータ線に輝度に応じた駆動電圧を印加するデータドライバと、複数の走査線を順に選択するゲートドライバを含む。

液晶パネル４の背面にはバックライト８が配置される。バックライト８は、電源９、ＬＥＤストリング１０、駆動回路１００を備える。

複数チャンネルのＬＥＤストリング１０のアノードは共通に接続される。電源９は、たとえばスイッチング電源であり、ＬＥＤストリング１０のアノードに、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。

ＬＥＤ駆動回路１００は、外部からの調光信号ＰＷＭを受け、調光信号ＰＷＭに応じた駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１〜Ｉ_ＬＥＤｎを生成し、対応するＬＥＤストリング１０＿１〜１０＿ｎに供給する。

ＬＥＤ駆動回路１００は、調光制御端子Ｐ１、スイッチング端子Ｐ２、ＬＥＤ端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ、チャンネルごとの電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎと、調光制御部４０、電源９の制御回路６０を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化される。

調光制御端子ＰＷＭには、外部からＬＥＤストリング１０の目標輝度ＬＵＭを指示する調光信号ＰＷＭが入力される。ＬＥＤ端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには、対応するＬＥＤストリング１０＿１〜１０＿ｎのカソードが接続される。
複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎはそれぞれ、対応するＬＥＤストリング１０＿１〜１０＿ｎと直列に設けられ、対応するＬＥＤストリング１０＿１〜１０＿ｎに対して、パルス状あるいは直流の駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１〜Ｉ_ＬＥＤｎを供給する。複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎはそれぞれ、駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１〜Ｉ_ＬＥＤｎそれぞれの大きさ（電流量）Ｉｃ１〜Ｉｃｎ、スイッチング周波数ｆｓｗ１〜ｆｓｗｎおよびパルス幅τ１〜τｎを調節可能に構成される。

調光制御部４０は、調光信号ＰＷＭを受ける。たとえば調光信号ＰＷＭは、目標輝度ＬＵＭに応じたデューティ比を有するパルス幅変調された信号である。調光制御部４０は、調光信号ＰＷＭが指示する目標輝度ＬＵＭに応じて、複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎに対して、駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１〜Ｉ_ＬＥＤｎの大きさＩｃ１〜Ｉｃｎ、スイッチング周波数ｆｓｗ１〜ｆｓｗｎおよびパルス幅τ１〜τｎを指示する。複数チャンネルの大きさＩｃ１〜Ｉｃｎ、スイッチング周波数ｆｓｗ１〜ｆｓｗｎおよびパルス幅τ１〜τｎは等しく設定されるため、大きさを単にＩｃ、スイッチング周波数をｆｓｗ、パルス幅をτと表記する。

調光制御部４０は、（１）目標輝度ＬＵＭが所定の第１しきい値ＴＨ１より高い第１範囲ＲＮＧ１において、スイッチング周波数ｆｓｗを所定の第１周波数ｆ１に固定した状態で、パルス幅τおよび大きさＩｃの組み合わせを変化させる。つまり第１範囲ＲＮＧ１においては、アナログ調光（電流調光）およびＰＷＭ調光によって、輝度が制御される。
また調光制御部４０は、（２）目標輝度ＬＵＭが第１しきい値ＴＨ１より低い第２範囲ＲＮＧ２において、パルス幅τおよび大きさＩｃを固定した状態で、スイッチング周波数ｆｓｗを目標輝度に応じて低下させる。つまり、第２範囲ＲＮＧ２においては、周波数変調によって輝度が制御される。

調光制御部４０は、第１範囲ＲＮＧ１において、第１モードと第２モードが切りかえ可能に構成される。第１範囲ＲＮＧ１内には、第１しきい値ＴＨよりも高い第２しきい値ＴＨが定められる。目標輝度ＬＵＭが第２しきい値ＴＨ２より高い範囲を第３範囲ＲＮＧ３、目標輝度ＬＵＭが第２しきい値ＴＨ２より低く、第１しきい値ＴＨ１より高い範囲を第４範囲ＲＮＧ４と称する。

第１モードにおいて、調光制御部４０は、（１ａ）第３範囲ＲＮＧ３において、大きさＩｃを最大値Ｉ_ＭＡＸに固定した状態で、目標輝度ＬＵＭが低下するにしたがって、パルス幅τをその最小値τ_ＭＩＮに向かって低下させ、（１ｂ）第４範囲ＲＮＧ４において、パルス幅τをその最小値τ_ＭＩＮに固定した状態で、目標輝度ＬＵＭが低下するにしたがって、大きさＩｃをその最小値Ｉ_ＭＩＮに向かって低下させる。

図２は、第１モードにおける、目標輝度ＬＵＭと、駆動電流Ｉ_ＬＥＤのパルス幅τ、大きさＩｃ、スイッチング周波数ｆｓｗの関係を示す図である。目標輝度ＬＵＭは、相対値（％）で示され、これは調光信号ＰＷＭのデューティ比に対応する。

第２モードにおいて、調光制御部４０は、（１ｃ）第３範囲ＲＮＧ３において、パルス幅τをその最大値τ_ＭＡＸに固定した状態で、目標輝度ＬＵＭが低下するにしたがって、大きさＩｃをその最小値Ｉ_ＭＩＮに向かって低下させ、（１ｄ）第４範囲ＲＮＧ４において、大きさＩｃを最小値Ｉ_ＭＩＮに固定した状態で、目標輝度ＬＵＭが低下するにしたがって、パルス幅τをその最小値τ_ＭＩＮに向かって低下させる。

パルス幅τの最小値τ_ＭＩＮは、電流ドライバ２０が高い精度でパルス幅を制御可能な範囲で定められることが望ましく、たとえば１〜１０μｓ、具体的には３μｓ程度に設定される。

図３は、第２モードにおける、目標輝度ＬＵＭと、駆動電流Ｉ_ＬＥＤのパルス幅τ、大きさＩｃ、スイッチング周波数ｆｓｗの関係を示す図である。

図１に戻る。制御回路６０は、電源９のコントローラである。制御回路６０は、複数チャンネルのＬＥＤ端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎそれぞれの電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤｎのうち最も低い電圧が、所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するように、電源９の出力電圧Ｖ_ＯＵＴをフィードバック制御する。

制御回路６０および電源９の構成は特に限定されるものではなく、公知の技術を用いればよい。本実施の形態において、電源９は、昇圧型スイッチングレギュレータである。制御回路６０は、電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤｎのうち最も低い電圧が、所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するように、デューティ比が調節されるスイッチング信号ＳＷを生成し、電源９のスイッチングトランジスタ（不図示）を駆動する。

制御回路６０は、誤差増幅器６２、パルス変調器６４、ドライバ６６を含む。誤差増幅器６２は、電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤｎのうち最も低い電圧と、所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差に応じたフィードバック電圧Ｖ_ＦＢを生成する。パルス変調器６４は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する。パルス変調器６４は、パルス幅変調器、パルス周波数変調器などの公知の回路を用いて構成される。ドライバ６６は、パルス変調器６４からのパルス信号にもとづいて、スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタをスイッチングする。

以上がＬＥＤ駆動回路１００の構成である。続いてその具体的な構成を説明する。

図４は、ＬＥＤ駆動回路１００の具体的な構成を示す回路図である。図４では、電流ドライバ２０は１チャンネル分のみが示されており、また制御回路６０は省略されている。

調光制御部４０は、デューティ比検出部４２、ロジック部４４、テーブル４６、オシレータ４８、パルス信号生成部５０、Ｄ／Ａコンバータ５２、を備える。
デューティ比検出部４２は、調光信号ＰＷＭのデューティ比、すなわち目標輝度ＬＵＭを検出する。たとえばデューティ比検出部４２は、調光信号ＰＷＭよりも高い周波数を有するクロック信号ＣＬＫを利用して、調光信号ＰＷＭのパルス幅を測定するカウンタで構成される。調光信号ＰＷＭの周波数が既知であるとき、パルス幅からデューティ比を計算できる。

ロジック部４４は、目標輝度ＬＵＭに応じて、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの大きさＩｃ、パルス幅τおよびスイッチング周波数ｆｓｗを制御する。テーブル４６には、目標輝度ＬＵＭと、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの大きさＩｃ、パルス幅τおよびスイッチング周波数ｆｓｗの関係を示すデータが格納される。この関係は上述した通りであり、第１モードと第２モードの２通りのデータが格納される。

ＬＥＤ駆動回路１００の周波数設定端子（ＦＳＥＴ端子ともいう）には、周波数設定抵抗Ｒ_ＦＳＥＴが外付けされる。ロジック部４４によって第１範囲ＲＮＧ１が検出されると、オシレータ４８は、周波数設定抵抗Ｒ_ＦＳＥＴに応じた周波数で発振する。つまり周波数設定抵抗Ｒ_ＦＳＥＴの抵抗値に応じて、第１周波数ｆ１が設定可能となっている。パルス信号生成部５０は、オシレータ４８に設定された周波数ｆｓｗを有し、かつロジック部４４により設定されたパルス幅τを有するパルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。

調光制御部４０は、同相モードと、フェーズシフトモードが切りかえ可能に構成される。同相モードにおいて、パルス信号生成部５０は、全チャンネルの電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎに対して同相のパルス信号Ｓ_ＰＷＭ１〜Ｓ_ＰＷＭｎを出力する。フェーズシフトモードでは、パルス信号生成部５０は、各チャンネルの電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎに対して、所定間隔で位相シフトされたパルス信号Ｓ_ＰＷＭ１〜Ｓ_ＰＷＭｎを出力する。

ロジック部４４は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの大きさＩｃを指示するアナログ調光データＤ_ＡＤＩＭを生成する。Ｄ／Ａコンバータ５２は、アナログ調光データＤ_ＡＤＩＭを電圧Ｖ１に変換する。Ｖ／Ｉ変換器５４は、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力電圧Ｖ１を電流Ｉ１に変換する。電流設定端子（ＩＳＥＴ端子ともいう）には、電流設定抵抗Ｒ_ＩＳＥＴが外付けされる。電流設定抵抗Ｒ_ＩＳＥＴには、Ｖ／Ｉ変換器５４の出力電流Ｉ１に比例した電圧降下Ｖ_ＡＤＩＭが発生する。電圧降下であるアナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭはバッファ５６を介して電流ドライバ２０＿１〜２０＿ｎに供給される。

電流ドライバ２０は、調光制御部４０からのアナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭと、パルス信号Ｓ_ＰＷＭを受ける。電流ドライバ２０は、出力トランジスタ２２、抵抗Ｒｓ、誤差増幅器２６、スイッチ２８、ドライバ３０を備える。

出力トランジスタ２２および抵抗Ｒｓは、ＬＥＤ端子ＬＥＤと接地端子の間、すなわち駆動電流Ｉ_ＬＥＤの経路上に順に直列に設けられる。出力トランジスタ２２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であってもよいし、バイポーラトランジスタであってもよい。誤差増幅器２６の出力端子は、出力トランジスタ２２の制御端子と接続され、その第１入力端子（非反転入力端子）には、調光制御部４０からのアナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭが入力され、その第２入力端子（反転入力端子）は、出力トランジスタ２２と抵抗Ｒｓの接続点Ｎ１と接続される。駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１は、式（１）で与えられる。
Ｉ_ＬＥＤ１＝Ｖ_ＡＤＩＭ／Ｒｓ …（１）

アナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭは、電流設定抵抗Ｒ_ＩＳＥＴの抵抗値に比例する。したがって抵抗設定抵抗Ｒ_ＩＳＥＴに応じて駆動電流Ｉ_ＬＥＤの大きさＩｃの基準値が設定可能となっている。

スイッチ２８は、出力トランジスタ２２の制御端子（ゲート）と固定電圧端子（たとえば接地端子）の間に、駆動電流Ｉ_ＬＥＤをスイッチング（ＰＷＭ制御）するために設けられる。ドライバ３０は、調光制御部４０からのパルス信号Ｓ_ＰＷＭ１に応じて、スイッチ２８をスイッチングする。スイッチ２８がオンのとき出力トランジスタ２２がオフとなり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１が遮断され、スイッチ２８がオフのとき出力トランジスタ２２には、駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１が流れる。

続いて、第２範囲ＲＮＧ２におけるスイッチング周波数ｆｓｗおよびパルス幅τ、電流量Ｉｃの制御方法について説明する。

上述のように、第１範囲ＲＮＧ１におけるスイッチング周波数ｆｓｗである第１周波数ｆ１は、外部から設定可能である。一方、第２範囲ＲＮＧ２における目標輝度ＬＵＭとスイッチング周波数ｆｓｗの対応は、第１周波数ｆ１に依存せずに、駆動回路１００内であらかじめ定められている。図５は、目標輝度ＬＵＭとスイッチング周波数ｆｓｗの例示的な関係を示すテーブルである。第１しきい値ＴＨ１は、目標輝度ＬＵＭの１％である。このとき、ＬＵＭ＝０．９％、０．８％、０．７％、・・・０．１％それぞれについて、スイッチング周波数ｆ２、ｆ３、ｆ４・・・ｆ１０とあらかじめ定められている。最小輝度に対応するスイッチング周波数ｆ１０は、３００Ｈｚ程度に設定される。

ＬＥＤストリング１０の実効的な輝度、言い換えれば時間平均値は、
ｆｓｗ×τ×Ｉｃ
に比例する。第１範囲ＲＮＧ１と第２範囲ＲＮＧ２において、スイッチング周波数ｆｓｗが不連続に変化する場合に、第２範囲ＲＮＧ２のパルス幅τを最小値τ_ＭＩＮに設定し、大きさＩｃを最小値Ｉ_ＭＩＮに設定すると、第２範囲ＲＮＧ２における目標輝度ＬＵＭと実効的な輝度の比例関係が損なわれる可能性がある。そこでロジック部４４は、第２範囲ＲＮＧ２においても、目標輝度ＬＵＭと実効的な輝度の間に比例関係が成り立つように、第２範囲ＲＮＧ２における駆動電流Ｉ_ＬＥＤのパルス幅τおよび大きさＩｃの少なくとも一方を、第１周波数ｆ１に応じて計算する。

以上がＬＥＤ駆動回路１００の具体的な構成例である。続いてその動作を説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００の第１モードの動作を示す波形図である。図６（ａ）は、第３範囲ＲＮＧ３の動作を、図６（ｂ）は、第４範囲ＲＮＧ４の動作を、図６（ｃ）は、第２範囲ＲＮＧ２の動作を示す。

図７（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００の第２モードの動作を示す波形図である。図７（ａ）は、第３範囲ＲＮＧ３の動作を、図７（ｂ）は、第４範囲ＲＮＧ４の動作を、図７（ｃ）は、第２範囲ＲＮＧ２の動作を示す。

以上がＬＥＤ駆動回路１００の動作である。
ＬＥＤ駆動回路１００によれば、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの大きさ（電流量）を変化させるアナログ調光、パルス幅τを変化させるＰＷＭ調光およびスイッチング周波数ｆｓｗを変化させるパルス周波数調光を組み合わせることにより、１：１０００を超える高コントラスト比を実現できる。

第１範囲ＲＮＧ１では、第１周波数ｆ１を高く設定することにより、ちらつきを防止できる。また第２範囲ＲＮＧ２ではスイッチング周波数ｆｓｗを低下させるため、それにともなうちらつきが発生しうるが、輝度が低い範囲であるためちらつきがユーザに知覚されにくい。

また、パルス幅τの最小値を適切な範囲、具体的には数μｓ以上に設定することにより、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの波形歪みを抑制でき、これによりデューティ比を正確に制御でき、調光精度を高めることができる。

このようにして、実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００によれば、画面のちらつきを抑制しつつ、高コントラスト比を実現できる。

また第１モードを選択した場合、目標輝度が最大値より低くなると直ちに、つまり最大輝度を除くすべての調光範囲において、ＬＥＤストリング１０に流れる電流は、間欠的なスイッチング電流となる。したがってＬＥＤストリング１０の実効的な点灯時間が短くなるため、第２モードに比べてＬＥＤストリング１０の寿命の観点で有利である。

一方、第２モードを選択した場合、目標輝度が最大値より低くなっても、第３範囲においてはＬＥＤストリング１０に直流電流が供給される。したがってスイッチングノイズの観点で第１モードよりも有利である。

さらにＬＥＤ駆動回路１００を第１モードと第２モードを切りかえ可能に構成することにより、ＬＥＤ駆動回路１００が使用される用途に応じて、長寿命性と、低ノイズ性のいずれかを優先すべきかをユーザが選択することができる。

続いてバックライト８の用途を説明する。
図８（ａ）は、図１のバックライト８を備える電子機器の一例を示す図である。図８（ａ）の電子機器２はテレビ、カーナビゲーションシステム、ＰＣなどのディスプレイ装置である。図８（ｂ）は、電子機器２は、タブレットＰＣ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯電話端末などである。電子機器２は、筐体７０２および液晶パネル７０４を備える。図１のＬＥＤストリング１０は、液晶パネル７０４の背面にバックライトとして配置される。

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２範囲におけるスイッチング周波数が、第１周波数に依存せずにあらかじめ定められる場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。たとえば調光制御部４０は、第２範囲ＲＮＧ２におけるスイッチング周波数ｆｓｗを、第１周波数ｆ１に対して相対的に定めてもよい。
たとえばＴＨ１＝１％であるときに、ＬＵＭ＝０．９％における周波数ｆ２を、ｆ２＝ｆ１×０．９のように計算してもよい。一般化すれば、ｆｓｗ＝ＬＵＭ／ＴＨ１×ｆ１にしたがって計算してもよい。この場合、第２範囲ＲＮＧ２におけるパルス幅τ、電流量Ｉｃを計算する必要がなくなる。

実施の形態にもとづき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ないことはいうまでもなく、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ことはいうまでもない。

２…電子機器、４…液晶パネル、６…液晶ドライバ、８…バックライト、９…電源、１０…ＬＥＤストリング、２０…電流ドライバ、２２…出力トランジスタ、Ｒｓ…抵抗、２６…誤差増幅器、２８…スイッチ、３０…ドライバ、４０…調光制御部、４２…デューティ比検出部、４４…ロジック部、４６…テーブル、４８…オシレータ、５０…パルス信号生成部、５２…Ｄ／Ａコンバータ、５４…Ｖ／Ｉ変換器、５６…バッファ、６０…制御回路、６２…誤差増幅器、６４…パルス変調器、６６…ドライバ、１００…ＬＥＤ駆動回路、Ｐ１…調光制御端子、Ｐ２…スイッチング端子、ＬＥＤ…ＬＥＤ端子。

Claims (18)

1. 直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路であって、
   外部から前記ＬＥＤストリングの目標輝度を指示する調光信号を受ける調光制御端子と、
   前記ＬＥＤストリングと直列に設けられ、前記ＬＥＤストリングに対して、大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅が調節可能なパルス状、あるいは直流の駆動電流を供給する電流ドライバと、
   前記調光信号が指示する目標輝度に応じて、前記電流ドライバに対して、前記駆動電流の大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅を指示する調光制御部と、
   を備え、
   前記調光制御部は、（１）前記目標輝度が所定の第１しきい値より高い第１範囲において、前記スイッチング周波数を所定の第１周波数に固定した状態で、前記パルス幅および前記大きさの組み合わせを変化させ、（２）前記目標輝度が前記第１しきい値より低い第２範囲において、前記パルス幅および前記大きさを固定した状態で、前記スイッチング周波数を前記目標輝度に応じて低下させることを特徴とする駆動回路。
2. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
   前記調光制御部は、（１ａ）前記第３範囲において、前記大きさを最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させ、
   （１ｂ）前記第４範囲において、前記パルス幅をその最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
   前記調光制御部は、（１ｃ）前記第３範囲において、前記パルス幅をその最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
   （１ｄ）前記第４範囲において、前記大きさを前記最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
4. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
   前記調光制御部は、第１モードと第２モードが切りかえ可能に構成され、
   前記第１モードにおいて、前記調光制御部は、
   （１ａ）前記第３範囲において、前記大きさを最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させ、
   （１ｂ）前記第４範囲において、前記パルス幅をその最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
   前記第２モードにおいて、前記調光制御部は、
   （１ｃ）前記第３範囲において、前記パルス幅をその最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
   （１ｄ）前記第４範囲において、前記大きさを前記最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
5. 前記第１周波数は、外部から設定可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動回路。
6. 前記第２範囲における前記目標輝度と前記スイッチング周波数の対応は、前記駆動回路内であらかじめ定められてい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駆動回路。
7. 前記第１周波数は、外部から設定可能であり、
   前記第２範囲における前記目標輝度と前記スイッチング周波数の対応は、前記駆動回路内であらかじめ定められており、
   前記第２範囲における前記パルス幅および前記大きさの少なくとも一方は、前記第１周波数に応じて計算されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動回路。
8. 前記第１周波数は、外部から設定可能であり、
   前記第２範囲において、前記スイッチング周波数は、前記第１周波数に対して相対的に定められることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動回路。
9. 前記パルス幅の最小値は、数μｓであ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駆動回路。
10. 前記駆動回路は、複数チャンネルのＬＥＤストリングを駆動可能に構成され、チャンネルごとに前記電流ドライバを備えており、
    前記調光制御部は、複数チャンネルの前記電流ドライバそれぞれに対して、前記駆動電流の大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅を指示することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の駆動回路。
11. 前記調光制御部は、
    前記複数チャンネルの前記電流ドライバを同相で駆動する同相モードと、
    前記複数チャンネルの前記電流ドライバを、所定の位相差で駆動するフェーズシフトモードと、が切りかえ可能に構成されることを特徴とする請求項１０に記載の駆動回路。
12. ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の駆動回路。
13. 直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングと、
    前記ＬＥＤストリングを駆動する請求項１から１２のいずれかに記載の駆動回路と、
    前記ＬＥＤストリングに駆動電圧を供給する電源と、
    を備えることを特徴とするバックライト装置。
14. 液晶ディスプレイパネルと、
    前記液晶ディスプレイパネルの背面に配置されているＬＥＤストリングを有する請求項１３に記載のバックライト装置と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
15. 直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動方法であって、
    前記ＬＥＤストリングの目標輝度を指示する調光信号を生成するステップと、
    前記ＬＥＤストリングに対して、前記調光信号が指示する目標輝度に応じて、大きさ、スイッチング周波数およびパルス幅が調節可能なパルス状、あるいは直流の駆動電流を供給するステップと、
    を備え、
    （１）前記目標輝度が所定の第１しきい値より高い第１範囲において、前記スイッチング周波数を所定の第１周波数に固定した状態で、前記パルス幅および前記大きさの組み合わせを変化させ、（２）前記目標輝度が前記第１しきい値より低い第２範囲において、前記パルス幅および前記大きさを固定した状態で、前記スイッチング周波数を前記目標輝度に応じて低下させることを特徴とする駆動方法。
16. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
    （１ａ）前記第３範囲において、前記大きさを最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させ、
    （１ｂ）前記第４範囲において、前記パルス幅をその最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１５に記載の駆動方法。
17. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
    （１ｃ）前記第３範囲において、前記パルス幅をその最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
    （１ｄ）前記第４範囲において、前記大きさを前記最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１５に記載の駆動方法。
18. 前記第１範囲は、前記目標輝度が前記第１しきい値に対して高く定められた第２しきい値より高い第３範囲と、前記目標輝度が前記第２しきい値より低い第４範囲を含み、
    前記駆動方法は、第１モードと第２モードを切りかえるステップをさらに備え、
    前記第１モードにおいて、
    （１ａ）前記第３範囲において、前記大きさを最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させ、
    （１ｂ）前記第４範囲において、前記パルス幅をその最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
    前記第２モードにおいて、
    （１ｃ）前記第３範囲において、前記パルス幅をその最大値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記大きさをその最小値に向かって低下させ、
    （１ｄ）前記第４範囲において、前記大きさを前記最小値に固定した状態で、前記目標輝度が低下するにしたがって、前記パルス幅をその最小値に向かって低下させることを特徴とする請求項１５に記載の駆動方法。

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