JP2017509101A - 表示装置における単一列の過電力保護装置及び光源駆動回路 - Google Patents

表示装置における単一列の過電力保護装置及び光源駆動回路 Download PDF

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Abstract

本発明は、表示装置における単一列の過電力保護装置及び光源駆動回路を提供する。この装置は、入力端が単一列のライトバー回路における抵抗の両端に接続されて端電圧を取得する電圧検出ユニットと、一方の入力端が電圧検出ユニットの出力端に接続されて取得した端電圧に対して積分変換する積分ユニットと、積分ユニットに接続されて積分変換された電圧を基準電圧と比較し、積分変換された電圧が基準電圧よりも大きいときには有効の過電圧信号を出力する比較ユニットと、比較ユニットに接続され、有効の過電圧信号に基づいて出力する待機信号をクランプするクランプユニットとを備える。この保護装置によれば、単一列のライトバー回路における過電流による過熱により、バックライトモジュール全体に影響を与える問題を回避することができ、LCD表示装置をより効果的に保護することができる。

Description

本発明は、表示技術分野に関し、具体的には、表示装置における単一列の過電力保護装置及び光源駆動回路に関するものである。
液晶表示装置(LCD)のバックライトモジュールにおいて、ライトバー(Light Bar)は重要な部材である。従来のLCDバックライトモジュールには、複数列のライトバーを多く採用している。複数個の発光ダイオード(LED)をバー状の基板に規則的に配列してLEDライトバーを構成する。また、従来のライトバーは、一般に液晶表示装置の上下両側または左右両側または四周に対称に設けられる。
しかし、バックライト駆動の昇圧型コンバータ(Converter)において、ライトバーの単一列回路に対しては過電力保護回路が設けられておらず、入力全体に対する過電流または過電圧保護回路のみが設けられている。図1a及び図1bに示したように、これらの回路には所定のリスクがある。MOSFET(図1a)またはBJT(図1b)が絶縁破壊(breakdown)された場合、ライトバーの電流は制御されなくてトランジスタが損壊された一列の電流がかなり大きくなってしまう。また、従来の設定においては正常動作の電流よりも少し大きいので、単一列のみに異常が発生した場合にはその問題を検出することができなかった。
また、ライトバーにおいて、過電力の一列は、その領域の輝度の過大、ライトバーの温度の過大、基板の焼損等の問題をもたらすおそれがある。
従って、毎列の発光ダイオード回路に対して合理的に過電力保護を行うことができる技術が必要である。
本発明の目的は、単一列のライトバーが過電流または過電流になったときに別の部材を保護することができる装置を提供することにある。
上述した問題を解決するため、本発明は、入力端が単一列のライトバー回路における電圧採集素子の両端に接続されて端電圧を取得する電圧検出ユニットと、一方の入力端が前記電圧検出ユニットの出力端に接続されて取得した端電圧に対して積分変換する積分ユニットと、前記積分ユニットに接続されて積分変換された電圧をシステムのパラメータによって確定された基準電圧と比較し、積分変換された電圧が前記基準電圧よりも大きいときには有効の過電圧信号を出力する比較ユニットと、前記比較ユニットに接続され、前記有効の過電圧信号に基づいて出力する待機信号をクランプするクランプユニットと、を備える、単一列のLEDライトバーに用いられる過電力保護装置を提供する。
また、前記積分ユニットは、差動入力型の積分ユニットであり、他方の入力端が積分基準電圧発生ユニットに接続されて積分基準電圧に基づいて取得した端電圧に対して積分変換し、前記積分基準電圧発生ユニットは、取得した端電圧に対して比例増幅を行うための比例増幅ユニットを備える。
また、前記比例増幅ユニットの出力端には第1及び第2のスイッチングユニットが接続されており、前記第1のスイッチングユニットと前記第2のスイッチングユニットとは同一の時間周期内で異なる開閉状態になる。
また、前記第1のスイッチングユニットと前記第2のスイッチングユニットとは、MOS型電界効果トランジスタであり、それぞれの制御端には周波数が同じかつ高低レベル状態が相反であるパルス系列が入力される。
また、前記パルス信号の周波数は調光周波数と関係される。
また、前記クランプユニットは、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを備え、前記第1のトランジスタはNPN型であり、前記第2のトランジスタはPNP型であり、前記第1のトランジスタのベース電極は、前記比較ユニットの出力端に接続されるとともに前記第2のトランジスタのコレクター電極に接続され、前記第1のトランジスタのコレクター電極は、前記第2のトランジスタのベース電極に接続され、前記第2のトランジスタのエミッター電極は、プルアップ抵抗を介して電源に接続されている。
また、前記クランプユニットは、第3及び第4のスイッチングユニットをさらに備え、前記第3のスイッチングユニットの制御端は、前記第2のトランジスタのエミッター電極に接続されてその開閉状態がエミッター電極での信号の制御を受けるようにし、前記第3のスイッチングユニットの2つの出力端は、それぞれ電源及びグランドに接続され、前記第4のスイッチングユニットの制御端は、前記第3のスイッチングユニットの、電源に接続された出力端に接続され、前記第4のスイッチングユニットの出力端は、それぞれ昇圧コンバーターのイネーブル端及びグランドに接続され、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が低レベルであるときには昇圧コンバーターを待機状態にし、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が高レベルであるときには昇圧コンバーターを正常に動作させる。
また、前記比例増幅ユニットは、入力される端電圧を二倍にするように配置される。
また、前記パルス信号の周波数を調光周波数と同じにして、前記積分変換回路は入力される積分基準電圧に基づいて積分結果を零とする。
また、上述した問題を解決するため、本発明は、複数のライトバーと、前記複数のライトバーのうちのライトバー毎における電圧採集ユニットに接続されて電圧を検出し、その電圧値に基づいて出力する待機信号をクランプする上記のような単一列の過電力保護装置と、前記ライトバーの入力端に接続されて前記ライトバーに駆動電圧を提供し、前記単一列の過電力保護装置が出力した待機信号を受信して自身を待機状態にするかを確定する昇圧コンバーター及び駆動ICと、を備える表示装置における光源駆動回路を提供する。
本発明の他の特徴及びメリットは、後述の明細書で説明によって自明になる、または、本発明の実施から了解することができる。本発明の他の目的及び他のメリットは、明細書、特許請求の範囲及び図面に指摘された構成により実現かつ獲得することができる。
図面は、本発明を容易に理解させるための明細書の一部分であり、かつ本発明の実施例と共に本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するためのものではない。
(a)及び(b)は、従来のLEDライトバーの回路を示す図である。 本発明の実施例に係る単一列のライトバーに用いられる過電力保護回路の原理図である。 本発明の実施例による端電圧、積分基準電圧及び積分電圧のシーケンス図である。 本発明の実施例に係る過電力保護回路におけるクランプユニットを詳細に示した回路原理図である。
以下、図面と実施例とを組み合わせながら本発明の実施形態ついて詳細に説明し、これにより、本発明の技術問題を解決するための技術手段及びその効果の実現過程に対して十分に了解及び実施することができる。また、矛盾しない限り、本発明における各実施例及び各実施例における各特徴の組み合わせによって形成された技術事項も本発明の保護範囲に属すべきである。
図2は、本発明の実施例に係る単一列のライトバーに用いられる過電力保護回路の原理図である。この過電力保護回路は、電圧検出ユニット201、積分ユニット202、比較ユニット203及びクランプユニット204を備える。
電圧検出ユニット201の入力端は、単一列のライトバー回路で直列接続されている抵抗(例えば、図1aまたは図1bにおけるR1・・・R2N+1)の両端に接続されてその両端での端電圧V1−V2を取得する。抵抗R1・・・R2N+1の既知の抵抗値によって単一列のライトバー回路を流れる電流を求めることができる。
本実施例において、電圧検出ユニット201は、増幅器1及び相応の抵抗で構成された減算回路を備える。この増幅器の両差動入力端及びフィードバック回路には、同抵抗値(即ち、R2N1=R2N2=R2N3=R2N4)の抵抗が設けられている。演算増幅(operational amplifier)の公式によれば、増幅器1の出力V2N+5がV1−V2となるようにできる。単一列のライトバー回路において、端電圧V1−V2のシーケンス図は図3に示した通りである。
積分ユニット202の一方の入力端は、電圧検出ユニット201の出力端に接続されて取得した端電圧V1−V2に対して積分変換し、積分後の電圧出力V2N+4を得る。図3に示したように、回路におけるコンデンサの作用により、積分ユニットの出力はある値まで徐々に上昇する。ここで、積分ユニットの設置はV1−V2におけるピークを除去することに有利するので、直接過電流を保護することで生じる誤操作を回避することができる。例えば、V1−V2の値または単一列のライトバー回路の電流に短時間内での急変があった(例えば、3D走査、全部点灯、PWM調光)ときに、積分ユニット202の出力にはそのような急変はない。従って、例えば3D走査のときには、本過電力保護装置では誤操作が生じない。
本発明の実施例では、図2に示したように、積分ユニット202は差動入力型の積分ユニットであり、他方の入力端は、積分基準電圧発生ユニット205に接続されて積分基準電圧V2N+1に基づいて、取得した端電圧V1−V2に対して周期的に積分変換する。積分基準電圧発生ユニット205は、比例増幅ユニット205aを備える。比例増幅ユニット205aは、取得した端電圧に対して比例増幅を行う。
比例増幅ユニット205aの出力端には第1及び第2のスイッチングユニットQN1、QN2が接続されている。第1のスイッチングユニットQN1の一端は比例増幅ユニット205aの出力端に接続され、第2のスイッチングユニットQN2の一端は接地されている。第1のスイッチングユニットQN1の他端と第2のスイッチングユニットQN2の他端とは共に積分ユニット202に接続されている。第1のスイッチングユニットQN1と第2のスイッチングユニットQN2とは同一の時間周期内で異なる開閉状態になる。すなわち、同一の時間内で、第1のスイッチングユニットQN1と第2のスイッチングユニットQN2とのうち1つのみが導通される。出力した積分基準電圧V2N+1の波形は図3に示した通りである。
第1のスイッチングユニットQN1と第2のスイッチングユニットQN2とは、MOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)であり、それぞれの制御端には周波数が同じかつ状態が相反であるパルス系列が入力される。ここで、パルス信号の周波数は調光周波数と関係される。
図2に示したように、比例増幅ユニット205aは、入力される端電圧を二倍(V2N+2=2(V1−V2))にするように配置されている。2周期内でV2N+4の積分を零とするために、第1のスイッチングユニットQN1と第2のスイッチングユニットQN2との制御端に提供されるパルス信号の周波数を調光周波数と同じにする。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、比例増幅ユニット205aの増幅倍数は実際応用によって異なることができ、これに応じて、第1のスイッチングユニットQN1と第2のスイッチングユニットQN2との制御端に提供されるパルス信号の周波数を調光周波数と同じ、または、関係されるようにすることができる。
このような構成により、規定時間内で、積分結果はシステムに設定された基準電圧Vrefを超えることができない。
再度図2を参照すれば、比較ユニット203は、積分ユニット202に接続されて積分変換された電圧をシステムのパラメータによって確定された基準電圧Vrefと比較し、積分変換された電圧が基準電圧Vrefよりも大きいときには有効の過電圧信号を出力する。図面では、有効の過電圧信号をV2N+3と表し、この有効の過電圧信号が例えば高レベルになったとき、単一列のライトバーにおける電流が定格値を超えたことを表す。
このとき、比較ユニット203に接続されたクランプユニット204は、その有効の過電圧信号に基づいて出力する待機信号VLON1をクランプする。操作周期中、有効の過電圧信号(例えば、高レベルのV2N+3)が一旦出現したら、クランプユニット204は再起動されるときまで待機信号VLON1を保持する。
本発明の実施例では、図2に示したように、クランプユニット204は、第1のトランジスタT6及び第2のトランジスタT10を備え、第1のトランジスタT6はNPN型であり、第2のトランジスタT10はPNP型である。第1のトランジスタT6のベース電極は、比較ユニット203の出力端に接続されるとともに第2のトランジスタT10のコレクター電極に接続され、第1のトランジスタT6のコレクター電極は、第2のトランジスタT10のベース電極に接続され、第2のトランジスタT10のエミッター電極は、プルアップ抵抗R2N11を介して電源Vccに接続されている。
クランプユニット204は、第3及び第4のスイッチングユニットQN3、QN4をさらに備える。第3のスイッチングユニットQN3の制御端は、第2のトランジスタT10のエミッター電極に接続されてその開閉状態がエミッター電極での信号の制御を受けるようにし、第3のスイッチングユニットQN3の2つの出力端は、それぞれ電源Vcc及びグランドに接続され、第4のスイッチングユニットQN4の制御端は、第3のスイッチングユニットQN3の、電源Vccに接続された出力端に接続され、第4のスイッチングユニットQN4の出力端は、それぞれ昇圧コンバーターのイネーブル端(enable terminal)及びグランドに接続され、昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された待機信号BLON1が低レベルであるときには昇圧コンバーターを待機状態にする。昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された待機信号BLON1が高レベルであるときには昇圧コンバーターを正常に動作させる。
具体的には、図4に示したように、第3及び第4のスイッチングユニットQN3、QN4をMOS型電界効果トランジスタ(MOS管)とする。V2N+3が高レベルになった(即ち、V1−V2の積分値V2N+4が基準電圧Vrefを超えた)ときに、トランジスタT6とトランジスタT10とは導通され、第3のスイッチングユニットQN3のゲート電極の電圧がクランプ回路によって低レベルにクランプされるので、増強型MOS管の特徴によれば、第3のスイッチングユニットQN3が遮断状態を保持し、第4のスイッチングユニットQN4が導通状態になることにより、待機信号BLON1は低レベルになる。待機信号BLON1が昇圧コンバーターのイネーブル端に伝送されることにより、昇圧コンバーターは待機状態になる。
しかし、V1−V2の値が基準電圧の値を一旦超えたら、第1のトランジスタT6と第2のトランジスタT10とで構成されたクランプ回路が比較ユニット203の出力を有効の過電圧状態に保持させるので、その後V1−V2の積分値V2N+4が基準電圧よりも小さい値になったとしても、このクランプ回路の出力は待機信号BLON1が始終低レベルの状態になるようにする。昇圧コンバーターは、再起動したときのみが正常に動作することができる。上記のような構成によれば、過電力保護装置は、LEDライトバーを安定的に保護する機能を提供する。
本発明は、表示装置における光源駆動回路をさらに提供し、該光源駆動回路は、複数のライトバーと、前記複数のライトバーのうちのライトバー毎における電圧採集ユニットに接続されて電圧を検出し、その電圧値に基づいて出力する待機信号をクランプする上記のような単一列の過電力保護装置と、前記ライトバーの入力端に接続されて前記ライトバーに駆動電圧を提供し、前記単一列の過電力保護装置が出力した待機信号を受信して自身を待機状態にするかを確定する昇圧コンバーター及び駆動ICと、を備える。
本発明の実施形態は上記の通りであるが、上記の内容は本発明を了解させるための実施形態であり、本発明を限定するためのものではない。当業者ならば、この発明の要旨を逸脱しない範囲での設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、本発明の保護範囲は、特許の請求範囲の記載を基準とすべきである。

Claims (18)

  1. 入力端が単一列のライトバー回路における電圧採集素子の両端に接続されて端電圧を取得する電圧検出ユニット(201)と、
    一方の入力端が前記電圧検出ユニット(201)の出力端に接続されて取得した端電圧に対して積分変換する積分ユニット(202)と、
    前記積分ユニット(202)に接続されて積分変換された電圧をシステムのパラメータによって確定された基準電圧と比較し、積分変換された電圧が前記基準電圧よりも大きいときには有効の過電圧信号を出力する比較ユニット(203)と、
    前記比較ユニット(203)に接続され、前記有効の過電圧信号に基づいて出力する待機信号をクランプするクランプユニット(204)とを備えることを特徴とする表示装置における単一列の過電力保護装置。
  2. 前記積分ユニット(202)は、差動入力型の積分ユニットであり、他方の入力端が積分基準電圧発生ユニット(205)に接続されて積分基準電圧に基づいて取得した端電圧に対して積分変換し、前記積分基準電圧発生ユニット(205)は、取得した端電圧に対して比例増幅を行うための比例増幅ユニット(205a)を備えることを特徴とする請求項1に記載の単一列の過電力保護装置。
  3. 前記比例増幅ユニット(205a)の出力端には第1及び第2のスイッチングユニット(QN1、QN2)が接続されており、前記第1のスイッチングユニット(QN1)と前記第2のスイッチングユニット(QN2)とは同一の時間周期内で異なる開閉状態になることを特徴とする請求項2に記載の単一列の過電力保護装置。
  4. 前記第1のスイッチングユニット(QN1)と前記第2のスイッチングユニット(QN2)とは、MOS型電界効果トランジスタであり、それぞれの制御端には周波数が同じかつ高低レベル状態が相反であるパルス系列が入力されることを特徴とする請求項3に記載の単一列の過電力保護装置。
  5. 前記パルス信号の周波数は調光周波数と関係されることを特徴とする請求項4に記載の単一列の過電力保護装置。
  6. 前記クランプユニット(204)は、第1のトランジスタ(T6)及び第2のトランジスタ(T10)を備え、前記第1のトランジスタ(T6)はNPN型であり、前記第2のトランジスタ(T10)はPNP型であり、前記第1のトランジスタ(T6)のベース電極は、前記比較ユニット(203)の出力端に接続されるとともに前記第2のトランジスタ(T10)のコレクター電極に接続され、前記第1のトランジスタ(T6)のコレクター電極は、前記第2のトランジスタ(T10)のベース電極に接続され、前記第2のトランジスタ(T10)のエミッター電極は、プルアップ抵抗(R2N11)を介して電源(Vcc)に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の単一列の過電力保護装置。
  7. 前記クランプユニット(204)は、第3及び第4のスイッチングユニット(QN3、QN4)をさらに備え、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の制御端は、前記第2のトランジスタ(T10)のエミッター電極に接続されてその開閉状態がエミッター電極での信号の制御を受けるようにし、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の2つの出力端は、それぞれ電源(Vcc)及びグランドに接続され、前記第4のスイッチングユニット(QN4)の制御端は、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の、電源(Vcc)に接続された出力端に接続され、前記第4のスイッチングユニット(QN4)の出力端は、それぞれ昇圧コンバーターのイネーブル端及びグランドに接続され、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が低レベルであるときには昇圧コンバーターを待機状態にし、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が高レベルであるときには昇圧コンバーターを正常に動作させることを特徴とする請求項6に記載の単一列の過電力保護装置。
  8. 前記比例増幅ユニットは、入力される端電圧を二倍にするように配置され、前記パルス信号の周波数を調光周波数と同じにして、前記積分変換回路は入力される積分基準電圧に基づいて積分結果を零とすることを特徴とする請求項5に記載の単一列の過電力保護装置。
  9. 操作周期中、有効の過電圧信号が一旦出現したら、前記クランプユニット(204)は再起動されるときまで前記待機信号を保持することを特徴とする請求項6に記載の単一列の過電力保護装置。
  10. 複数のライトバーと、
    前記複数のライトバーのうちのライトバー毎における電圧採集ユニットに接続されて電圧を検出し、その電圧値に基づいて出力する待機信号をクランプし、入力端が単一列のライトバー回路における電圧採集素子の両端に接続されて端電圧を取得する電圧検出ユニット(201)と、一方の入力端が前記電圧検出ユニット(201)の出力端に接続されて取得した端電圧に対して積分変換する積分ユニット(202)と、前記積分ユニット(202)に接続されて積分変換された電圧をシステムのパラメータによって確定された基準電圧と比較し、積分変換された電圧が前記基準電圧よりも大きいときには有効の過電圧信号を出力する比較ユニット(203)と、前記比較ユニット(203)に接続され、前記有効の過電圧信号に基づいて出力する待機信号をクランプするクランプユニット(204)と、を備える単一列の過電力保護装置と、
    前記ライトバーの入力端に接続されて前記ライトバーに駆動電圧を提供し、前記単一列の過電力保護装置が出力した待機信号を受信して自身を待機状態にするかを確定する昇圧コンバーター及び駆動ICとを備えることを特徴とする表示装置における光源駆動回路。
  11. 前記積分ユニット(202)は、差動入力型の積分ユニットであり、他方の入力端が積分基準電圧発生ユニット(205)に接続されて積分基準電圧に基づいて取得した端電圧に対して積分変換し、前記積分基準電圧発生ユニット(205)は、取得した端電圧に対して比例増幅を行うための比例増幅ユニット(205a)を備えることを特徴とする請求項10に記載の光源駆動回路。
  12. 前記比例増幅ユニット(205a)の出力端には第1及び第2のスイッチングユニット(QN1、QN2)が接続されており、前記第1のスイッチングユニット(QN1)と前記第2のスイッチングユニット(QN2)とは同一の時間周期内で異なる開閉状態になることを特徴とする請求項11に記載の光源駆動回路。
  13. 前記第1のスイッチングユニット(QN1)と前記第2のスイッチングユニット(QN2)とは、MOS型電界効果トランジスタであり、それぞれの制御端には周波数が同じかつ高低レベル状態が相反であるパルス系列が入力されることを特徴とする請求項12に記載の光源駆動回路。
  14. 前記パルス信号の周波数は調光周波数と関係されることを特徴とする請求項13に記載の光源駆動回路。
  15. 前記クランプユニット(204)は、第1のトランジスタ(T6)及び第2のトランジスタ(T10)を備え、前記第1のトランジスタ(T6)はNPN型であり、前記第2のトランジスタ(T10)はPNP型であり、前記第1のトランジスタ(T6)のベース電極は、前記比較ユニット(203)の出力端に接続されるとともに前記第2のトランジスタ(T10)のコレクター電極に接続され、前記第1のトランジスタ(T6)のコレクター電極は、前記第2のトランジスタ(T10)のベース電極に接続され、前記第2のトランジスタ(T10)のエミッター電極は、プルアップ抵抗(R2N11)を介して電源(Vcc)に接続されていることを特徴とする請求項10に記載の光源駆動回路。
  16. 前記クランプユニット(204)は、第3及び第4のスイッチングユニット(QN3、QN4)をさらに備え、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の制御端は、前記第2のトランジスタ(T10)のエミッター電極に接続されてその開閉状態がエミッター電極での信号の制御を受けるようにし、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の2つの出力端は、それぞれ電源(Vcc)及びグランドに接続され、前記第4のスイッチングユニット(QN4)の制御端は、前記第3のスイッチングユニット(QN3)の、電源(Vcc)に接続された出力端に接続され、前記第4のスイッチングユニット(QN4)の出力端は、それぞれ昇圧コンバーターのイネーブル端及びグランドに接続され、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が低レベルであるときには昇圧コンバーターを待機状態にし、前記昇圧コンバーターのイネーブル端に入力された信号が高レベルであるときには昇圧コンバーターを正常に動作させることを特徴とする請求項15に記載の光源駆動回路。
  17. 前記比例増幅ユニットは、入力される端電圧を二倍にするように配置され、前記パルス信号の周波数を調光周波数と同じにして、前記積分変換回路が入力される積分基準電圧に基づいて積分結果を零とすることを特徴とする請求項14に記載の光源駆動回路。
  18. 操作周期中、有効の過電圧信号が一旦出現したら、前記クランプユニット(204)は再起動されるときまで前記待機信号を保持することを特徴とする請求項15に記載の光源駆動回路。
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