JP2018073716A - 光源駆動装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示画像の明るさに応じたバックライト光源の輝度調節を簡単な回路構成で実現する。【解決手段】昇圧回路14は、液晶表示パネル16のバックライト光源18に印加すべき電圧を電池10の出力電圧から生成する。バックライト光源18は、スイッチ28及びモニタ抵抗30を介してアースに接続する。比較回路44はモニタ抵抗30の端子間電圧を基準電圧Vrefと比較し、電源制御回路46は、比較回路44の出力に従い昇圧回路14の出力電圧を制御する。PWM発生回路32は、液晶表示パネル16の表示画像の輝度を示すデューティ比のPWM信号を発生する。このPWM信号は平滑化回路38で平滑化され、アンプ40及び可変抵抗42を介してモニタ抵抗30に印加される。電源制御回路46は、基準電圧Vrefの電圧値と可変抵抗42の抵抗値を一定の関係式の下で変更する。【選択図】 図1
Description
本発明は、液晶表示装置のバックライト光源を駆動する光源駆動装置及び方法に関する。
デジタルカメラ及び携帯電話などの携帯電子機器は、電池を電源とすることから、省電力を求められる。これらの携帯電子機器は表示手段として、液晶表示パネル等のフラットディスプレイを採用する。液晶表示パネルのバックライトとなる発光ダイオード(LED)の輝度を調節する方法としてPWM(パルス幅変調)信号を使うことは知られている。
特許文献1には、発光ダイオード(LED)をPWM信号で駆動する照明装置において、PWM信号のオン時のLEDへの印加電圧を保持し、オフ時のLEDへの印加電圧をオン時の印加電圧に帰還制御する技術が記載されている。これにより、PWM信号のデューティ比が小さい場合でも、LEDの発光強度を適切に制御できる。
特許文献2には、表示画像の輝度値を拡張するホワイトマジック処理において、この処理を施した画像を透過型液晶表示装置で表示する場合、バックライトを拡張率に相当する割合で暗くすることで、表示輝度を維持することが記載されている。
液晶表示装置のバックライト光源に特許文献1に記載される技術を適用する場合、PWM信号のオン時の光源への印加電圧を保持し、オフ時の光源への印加電圧をオン時の印加電圧に帰還制御する回路構成を追加する必要があり、コストが上昇する。
また、バックライト光源の駆動に使用されるような最近の電源ICは、出力電圧を決定する基準電圧を外部から変更する手段を有しないものがある。このような電源ICを採用する場合、特許文献1に記載される技術を適用できない。
本発明は、より簡単な構成で表示画像の明るさに応じてバックライト光源の輝度制御を実現する光源駆動装置及び方法を提示することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る光源駆動装置は、液晶表示手段のバックライト光源を駆動する光源駆動装置であって、前記バックライト光源に印加すべき印加電圧を生成する電圧生成手段と、前記バックライト光源の駆動電流をモニタするモニタ抵抗と、前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示す電気信号の入力手段と、前記電気信号を電流信号に変換して前記モニタ抵抗に入力する変換手段と、前記モニタ抵抗の端子間電圧を基準電圧と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に従い、前記モニタ抵抗の端子間電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記電圧生成手段により前記印加電圧を制御する制御手段
とを具備し、前記制御手段は、前記基準電圧の変更に応じて、前記変換手段における前記電流信号への変換率を変更することを特徴とする。
とを具備し、前記制御手段は、前記基準電圧の変更に応じて、前記変換手段における前記電流信号への変換率を変更することを特徴とする。
本発明に係る光源駆動方法は、液晶表示手段のバックライト光源を駆動する光源駆動方法であって、電圧生成手段により前記バックライト光源に印加すべき印加電圧を生成する電圧生成ステップと、前記バックライト光源に直列に接続するモニタ抵抗により前記バックライト光源の駆動電流をモニタするモニタステップと、前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示す電気信号を入力する入力ステップと、前記電気信号を電流信号に変換して前記モニタ抵抗に入力する変換ステップと、前記モニタ抵抗の端子間電圧を基準電圧と比較する比較ステップと、前記比較ステップの比較結果に従い、前記モニタ抵抗の端子間電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記印加電圧を制御する制御ステップと、前記基準電圧の変更に応じて前記変換ステップにおける前記電流信号への変換率を変更する変更ステップとを有することを特徴とする。
本発明によれば、バックライトLEの駆動電流をモニタするモニタ抵抗を利用して表示画像の明るさに応じたバックライト光源の輝度調節を実現するので、簡略な回路構成で済む。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る光源駆動装置の一実施例の回路図を示す。
電池10は、3.0〜4.2Vの電圧を出力する。電池10の出力電圧は、電源IC12をスルーして、DC−DCコンバータ方式の昇圧回路14に印加される。昇圧回路14の出力電圧は、液晶表示パネル16のバックライト光源18の一端に印加される。昇圧回路14は、電池10の出力電圧からバックライト光源18の駆動に必要な電圧を生成する電圧生成回路である。バックライト光源18は、通常、4ないし6個のLEDを直列接続した構成からなり、その駆動には10〜15Vの電圧が必要である。昇圧回路14が、電池10の出力電圧をこの電圧に昇圧する。なお、本実施例では、バックライト光源にLEDを用いた場合を例示するが、レーザー光源や、有機EL(Electro Luminescence)光源を用いてもよい。
昇圧回路14は、インダクタンス20、順方向のダイオード22及びコンデンサ24の直列回路と、インダクタンス20とダイオード22の接続点をアースに接続するスイッチ26からなる。スイッチ26は、電源IC12に内蔵され、電界効果トランジスタにより実現される。ダイオード22のカソードとコンデンサ24の接続点の電圧が、昇圧回路14の出力電圧となる。
昇圧回路14は、スイッチ26をオン・オフする周波数及びそのデューティ比により、昇圧回路14の昇圧比、すなわち、昇圧回路14の出力電圧を制御できる。すなわち、インダクタンス20は、スイッチ26がオンの間に、電池10の出力によりエネルギーを蓄積し、スイッチ26がオフになると、そのエネルギーをダイオード22を介してコンデンサ24に放出してコンデンサ24に電荷を蓄積させる。スイッチ26のオン・オフを繰り返すことで、コンデンサ24の端子間電圧として、電池10の出力電圧よりも高い直流電圧を得ることができる。図1に示す昇圧回路14の構成は一例であり、その他のDC−DCコンバータ構成を採用できることはいうまでもない。
バックライト光源18の他端は、電界効果トランジスタからなるスイッチ28及びモニタ抵抗30を介してアースに接続する。すなわち、昇圧回路14から出力される駆動電流は、バックライト光源18、スイッチ28及びモニタ抵抗30を介してアースに流れる。バックライト光源18の駆動電流のオン時の電流値は、昇圧回路14の出力電圧と、モニタ抵抗30の抵抗値により決定される。モニタ抵抗30は、バックライト光源18の駆動電流をモニタする手段と、駆動電流の電流量を決定する手段を兼用する。
スイッチ28は、バックライト光源18をオン(点灯)とオフ(非点灯)との間で切り替えるために使用可能である。周知の通り、スイッチ28を周期的にオンにし、オン期間とオフ期間の比率(デューティ比)を制御することで、バックライト光源18の輝度を調節できる。
液晶表示パネル16はまた、表示画像の輝度値、すなわち液晶表示パネル16に印加される画像データの輝度値を示すデューティ比のPWM信号を発生するPWM発生回路32を具備する。PWM発生回路32から出力されるPWM信号は、シリアルに接続された抵抗34とコンデンサ36からなる平滑化回路(または積分回路)38に入力し、平滑化される。図1に示す平滑化回路38の回路構成は一例であり、その他の回路構成を採用しても良い。アンプ40は、平滑化回路38から出力される電圧信号を電流増幅する。PWM発生回路32、平滑化回路38及びアンプ40に代えて、表示画像の輝度値を示す電圧値または電流値の電気信号を生成する回路を採用してもよい。
アンプ40の出力は、可変抵抗42を介してスイッチ28とモニタ抵抗30の接続点に接続する。これにより、モニタ抵抗30の端子間電圧は、バックライト光源18の駆動信号と、PWM発生回路32の出力するPWM信号が示す表示画像の輝度を示す電流とを加味した大きさを示す。詳細は後述するが、本実施例では、可変抵抗42の抵抗値を変更することで、バックライト光源18の印加電圧(昇圧回路14の出力電圧)の制御に対する、表示画像の輝度の影響度を調節する。すなわち、可変抵抗42は、アンプ40から出力される電圧信号を電流信号に変換してモニタ抵抗30に供給する変換手段であり、可変抵抗42の抵抗値が電圧を電流に変換する変換率を決定する。
PWM発生回路32は、例えば、ホワイトマジック処理において、表示画像の輝度値の拡張度に応じてバックライト光源18を暗くするために設けられる。また、周囲光の明るさに応じてバックライトの輝度を制御することがある。この目的に、PWM発生回路32、平滑化回路38及びアンプ40からなる回路、またはこれに類似する回路を、液晶表示パネル16の周囲光の明るさをバックライト光源18の制御回路に通知する手段として設けても良い。
電源IC12の比較回路44は、スイッチ28とモニタ抵抗30の接続点の電圧、すなわち、モニタ抵抗30の端子間電圧を所定の基準電圧Vrefと比較し、比較結果を電源制御回路46に印加する。電源制御回路46は、モニタ抵抗30の端子間電圧がVrefに収束するように、スイッチ26のデューティ比(及び周波数)を帰還制御する。すなわち、電源制御回路46は、スイッチ26による昇圧回路14の出力電圧の制御を通じて、バックライト光源18の駆動電流値を制御する。
電源制御回路46は、I2C(アイツーシー)またはSDI(シリアルデジタルインターフェイス)等の通信方式で外部の制御回路48と通信する。比較回路44の出力による制御とは別に、電源制御回路46は、制御回路48からの指示された駆動電流値を内蔵するレジスタに記憶し、昇圧回路14の基本出力電圧値をその駆動電流値に対応する電圧値に制御する。
例えば、モニタ抵抗30の抵抗値はおよそ10〜20Ωであり、基準電圧Vrefは250mV程度である。この基準電圧Vrefを変更することで、バックライト光源18の点灯時の輝度、すなわち、液晶表示パネル16の輝度を変更できる。例えば、電源制御回路46は、ユーザの設定操作に従い、基準電圧Vrefを250mV以外に、200mVまたは150mV等に変更可能である。基準電圧Vrefが低くなると、電源制御回路46は、昇圧回路14の出力電圧の制御を通じて、バックライト光源18の駆動電流をより小さな電流値に制御する。
電源IC12は、電池10の出力電圧から、バックライト光源18以外のデバイスまたは回路に供給されるべき電圧も生成する。例えば、電源IC12は、1.8V及び3.3Vなどの出力端子を具備する。電源IC12は、各出力端子からの出力電流を所定値、例えば、15mA、16mA及び17mA等にデジタル制御できる。
本実施例の特徴的な制御動作を説明する。表示画像の明るさを示す電流値の電流が可変抵抗42からモニタ抵抗30に流れる。その結果、電源制御回路46は、表示画像が明るいときには、バックライト光源18の駆動電流値を下げる方向に昇圧回路14を制御する。逆に、表示画像が暗いとき、電源制御回路46は、相対的に、バックライト光源18の駆動電流値を増やす方向に昇圧回路14を制御する。
図2は、PWM発生回路32から出力されるPWM信号と、平滑化回路38の出力電圧(平均値)との対応を示す模式図である。図2(A1),(B1),(C1)は、異なるデューティ比のPWM信号の波形例を示す。図2(A2)、(B2)、(C2)はそれぞれ図2(A1),(B1),(C1)に対応する、平滑化回路38の出力電圧値(平均値)を示す。PWM信号のデューティ比が大きいほど、平滑化回路38の出力電圧(平均値)が高くなり、デューティ比が小さいほど、平滑化回路38の出力電圧(平均値)が低くなる。
電源制御回路46は、下記式(1)に従うように、バックライト光源18を流れる駆動電流Idを制御する。すなわち、
Id=Vref/Rs−(VPMW×D/100−Vref)/Ra (1)
ただし、Rsはモニタ抵抗30の抵抗値を示す。VPMWはPWM信号の電圧値を示す。Dは、PWM発生回路32から出力されるPWM信号のデューティ比(0〜100%)を示す。Raは、可変抵抗42の抵抗値を示す。電源制御回路46はまた、
Ra=((VPMW−Vref)×Rs/Vref (2)
に従い、可変抵抗42の抵抗値Raを基準電圧Vrefに応じて調整する。
Id=Vref/Rs−(VPMW×D/100−Vref)/Ra (1)
ただし、Rsはモニタ抵抗30の抵抗値を示す。VPMWはPWM信号の電圧値を示す。Dは、PWM発生回路32から出力されるPWM信号のデューティ比(0〜100%)を示す。Raは、可変抵抗42の抵抗値を示す。電源制御回路46はまた、
Ra=((VPMW−Vref)×Rs/Vref (2)
に従い、可変抵抗42の抵抗値Raを基準電圧Vrefに応じて調整する。
図3は、式(1)の特性図を示す。横軸は、デューティ比Dを示し、縦軸は駆動電流Idを示す。デューティ比Dが大きいほど、(VPMW×D/100−Vref)/Raが大きくなるので、駆動電流Idが小さくなる。逆に、デューティ比Dが小さいと、(VPMW×D/100−Vref)/Raが小さくなり、駆動電流Idが大きくなる。図3に示す特性線301は、この関係を示す。図3では、デューティ比Dが0%のとき、駆動電流Idが25mAになり、デューティ比Dが100%のとき、駆動電流Idが0mAになるように各定数が設定されている。
可変抵抗42の抵抗値Raを、基準電圧Vrefに関わらず一定とした場合、式(1)に示す特性は、基準電圧Vrefが変更されたとしても、傾きが抵抗値Raにより規定されるので、特性302,303のように、特性301を平行移動したものとなる。特性302,303では、デューティ比Dが高い部分では、駆動電流Idが早期に0mAになってしまい、デューティ比に比例した駆動電流制御を実現できない。すなわち、0%から100%のデューティ比の範囲で、駆動電流のダイナミックレンジを確保できない。
これに対して、本実施例では、可変抵抗42の抵抗値Raを基準電圧Vrefに応じて式(2)に示すように変更するので、基準電圧Vrefが変更されても、駆動電流Idのダイナミックレンジを確保できる。特性312,313は、式(2)に従い可変抵抗42の抵抗値Raを基準電圧Vrefに応じて変更した場合の特性を示す。特性312,313に模式的に示すように、デューティ比Dが100%になったときに、駆動電流Idが0mAとなるように制御される。特性302,303と対比すると分かるように、本実施例では、駆動電流Idのダイナミックレンジを確保できる。
図3に示す特性で、デューティ比が100%の場合に駆動電流Idを0mAとしているのは例示であり、非ゼロの電流量であってもよい。例えば、デューティ比が0%の駆動電流量よりは少ないが、ゼロよりは大きな一定の駆動電流量をデューティ比100%に対して設定する。換言すると、駆動電流の制御範囲において、下限の駆動電流がどの基準電圧Vrefに対しても同じ電流量になるように、基準電圧Vrefの変更に連動して可変抵抗42の抵抗値を変更する。
図4は、可変抵抗42の抵抗値Raを基準電圧Vrefに応じて変更する処理のフローチャートである。電源オンにより、電源制御回路46は、図4に示す処理を実行する。
S401で、電源制御回路46は、基準電圧Vrefを初期設定する。このとき基準電圧Vrefに設定される電圧値は、直前の電源オフ時の電圧値である。
S402で、電源制御回路46は、制御回路48から基準電圧Vrefの設定変更に関する指示があるかどうかを判断する。例えば、ユーザは、図示しない操作部により、液晶表示パネル16(のバックライト光源18)の輝度変更を制御回路48に指示できる。制御回路48は、指示された輝度に応じた基準電圧値への設定変更を電源制御回路46に通知する。
設定変更の指示がある場合(S402)、S403で、電源制御回路46は、制御回路48かの指示に対応する電圧値に基準電圧Vrefを変更し、同時に、可変抵抗42の抵抗値Raを式(2)に従い変更する。基準電圧Vrefの電圧値及び可変抵抗42の抵抗値Raを変更した後、電源制御回路46は、図4に示す処理を終了する。
設定変更の指示がない場合(S402)、電源制御回路46は、基準電圧Vrefの電圧値及び可変抵抗42の抵抗値Raをそのままに維持して、図4に示す処理を終了する。
図4に示す制御により、基準電圧Vrefの電圧値の変更に対して、特性312,313を実現できる。すなわち、0%から100%の間でデューティ比に比例した電流制御が可能になる。
電源制御回路46は、スイッチ28のオン/オフを所定周波数及びデューティ比で繰り返すことで、バックライト光源18をPWM駆動してもよい。このPWM駆動において、電源制御回路46は、スイッチ26による昇圧回路14の出力電圧の制御を通じて、バックライト光源18の駆動電流値を制御できる。また、電源制御回路46は、スイッチ28のデューティ比及び周波数の制御、則ちPWM制御により、バックライト光源18の平均的な輝度を制御できる。なお、スイッチ28を制御するPWM信号のデューティ比が100%のとき、バックライト光源18は常時点灯し、デューティ比が0のとき、バックライト光源18は消灯する。
このようにして、バックライト光源18の平均的な輝度が、制御回路48により指示された輝度に制御され、液晶表示モジュールからのPWM信号のデューティ比の広い範囲で安定した輝度を実現できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
Claims (15)
- 液晶表示手段のバックライト光源を駆動する光源駆動装置であって、
前記バックライト光源に印加すべき印加電圧を生成する電圧生成手段と、
前記バックライト光源の駆動電流をモニタするモニタ抵抗と、
前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示す電気信号の入力手段と、
前記電気信号を電流信号に変換して前記モニタ抵抗に入力する変換手段と、
前記モニタ抵抗の端子間電圧を基準電圧と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に従い、前記モニタ抵抗の端子間電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記電圧生成手段により前記印加電圧を制御する制御手段
とを具備し、
前記制御手段は、前記基準電圧の変更に応じて、前記変換手段における前記電流信号への変換率を変更する
ことを特徴とする光源駆動装置。 - 前記電気信号が、デューティ比により前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示すPWM信号であることを特徴とする請求項1に記載の光源駆動装置。
- 前記入力手段は、前記PWM信号を平滑化する平滑化手段を含み、
前記電気信号が電圧信号である
ことを特徴とする請求項2に記載の光源駆動装置。 - 前記変換手段は、前記電圧信号を前記モニタ抵抗に接続する可変抵抗を含むことを特徴とする請求項3に記載の光源駆動装置。
- 前記制御手段は、前記基準電圧の変更に応じて前記可変抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項4に記載の光源駆動装置。
- 前記制御手段は、下記式に従い、前記可変抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項5に記載の光源駆動装置。
Ra=((VPMW−Vref)×Rs/Vref
ただし、Rsはモニタ抵抗の抵抗値、VPMWは前記電気信号の電圧値、Vrefは前記基準電圧の電圧値である。 - 前記制御手段は、前記駆動電流の制御範囲において、下限の駆動電流が前記基準電圧のどの電圧値に対しても同じ電流量になるように、前記基準電圧の変更に連動して可変抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項5に記載の光源駆動装置。
- 前記電圧生成手段は、電池の出力電圧をDC−DCコンバータ方式で昇圧する昇圧回路であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光源駆動装置。
- 液晶表示手段のバックライト光源を駆動する光源駆動方法であって、
電圧生成手段により前記バックライト光源に印加すべき印加電圧を生成する電圧生成ステップと、
前記バックライト光源に直列に接続するモニタ抵抗により前記バックライト光源の駆動電流をモニタするモニタステップと、
前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示す電気信号を入力する入力ステップと、
前記電気信号を電流信号に変換して前記モニタ抵抗に入力する変換ステップと、
前記モニタ抵抗の端子間電圧を基準電圧と比較する比較ステップと、
前記比較ステップの比較結果に従い、前記モニタ抵抗の端子間電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記印加電圧を制御する制御ステップと、
前記基準電圧の変更に応じて前記変換ステップにおける前記電流信号への変換率を変更する変更ステップ
とを有することを特徴とする光源駆動方法。 - 前記電気信号が、デューティ比により前記液晶表示手段の表示画像の輝度値を示すPWM信号であることを特徴とする請求項9に記載の光源駆動方法。
- 前記入力ステップは、平滑化手段により前記PWM信号を平滑化する平滑化ステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の光源駆動方法。
- 前記変換ステップは、前記変更ステップにより抵抗値を変更される可変抵抗により前記電気信号を電流信号に変換して前記モニタ抵抗に入力ことを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の光源駆動方法。
- 前記変更ステップは、下記式に従い、前記可変抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項12に記載の光源駆動方法。
Ra=((VPMW−Vref)×Rs/Vref
ただし、Rsはモニタ抵抗の抵抗値、VPMWは前記電気信号の電圧値、Vrefは前記基準電圧の電圧値である。 - 前記変更ステップは、前記駆動電流の制御範囲において、下限の駆動電流が前記基準電圧のどの電圧値に対しても同じ電流量になるように、前記基準電圧の変更に連動して前記可変抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項12に記載の光源駆動方法。
- 前記電圧生成ステップは、電池の出力電圧をDC−DCコンバータ方式で昇圧することを特徴とする請求項9から13のいずれか1項に記載の光源駆動方法。
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