JP3767286B2 - 発光素子用電源装置、照明装置および液晶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構成を簡略化するとともに、消費電力を低く抑えた発光素子用電源装置、照明装置、および、液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯用の電子機器には、各種の情報をユーザに示すために表示装置が設けられる。そして、この種の表示装置としては、消費電力が極めて小さい反射型の液晶装置が広く用いられている。ただし、反射型の液晶装置は、外光を利用するため、暗い場所では表示を読み取ることができない、という欠点がある。そこで、透過型のように内部に照明装置を持たせて、暗い場所では、当該照明装置を点灯させることにより透過型として用いて、その照射光により表示を視認する一方、明るい場所では、当該照明装置を非点灯とすることにより反射型として用いて、外光により表示を視認する、いわゆる半透過型（半反射型）の液晶装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、照明装置の光源には、一般的に冷陰極蛍光管が用いられるために、点灯速度が遅い。このため、半透過型の液晶装置の照明装置として用いると、反射型から透過型への切り替わり時に一時的に表示が視認しにくくなる、という問題があった。一方、携帯用の電子機器における電源は一般的に電池であるため、低消費電力であることが強く求められるが、消費電力の大きい冷陰極蛍光管は、この点でも不利である。
【０００４】
そこで、本発明は、照明装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）のような発光素子を用いることにより点灯の高速化を図り、さらに、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、発光素子を用いたこと以上の低消費電力化を可能とする発光素子用電源装置、照明装置、および、これを用いた液晶装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本件第１の発明にあっては、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように、発光素子と直列接続されてなる第２のスイッチング素子と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、比較器による判別結果のフィードバックにより、保持素子に保持される電圧が制御されるので、発光素子に印加される電圧を安定化させることが可能となる。この際、発光素子と抵抗素子との分圧電圧が比較の対象となるので、比較器の電源電圧が低く抑えられるとともに、分圧のための抵抗素子は１つだけで済む結果、構成の簡略化・小型化がそれだけ容易となる。さらに、発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、直列回路の電流経路が第２のスイッチング素子によって遮断されるので、インダクタを介して発光素子に電流が流れるのが防止される結果、その分、低消費電力化が可能となる。
【０００７】
ここで第１の発明において、前記第２のスイッチング素子はトランジスタであって、そのオン抵抗を、前記発光素子と共に前記分圧電圧を生成する抵抗素子の一部または全部として用いる構成が望ましい。特に、オン抵抗を抵抗素子として用いれば、分圧のための抵抗素子が不要となるので、さらに、構成の簡略化・小型化を図ることが可能となる。
【０００８】
また、第１の発明において、前記発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、前記比較器は、比較動作を停止する構成が望ましい。これにより、不要な比較動作が抑えられるので、その分、消費電力を抑えることができる。
また、前記発光素子はＬＥＤであり、当該ＬＥＤを流れる電流は前記第２のスイッチング素子のみを経由することを特徴とする。
【０００９】
一方、第１の発明において、第１のスイッチング素子に接続されたインダクタであって、前記第２のスイッチング素子がオンしたときにエネルギーを蓄積する一方、前記第１のスイッチング素子がオフしたときにエネルギーを放出するインダクタを備えて、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子をオンオフさせることにより、前記保持素子により保持される電圧の絶対値を大きくさせる構成が望ましい。これにより、安定化した昇圧電圧を用いることが可能となる。
【００１０】
この構成において、前記発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子のオンオフを禁止させることが望ましい。これにより、不要なオンオフ動作が抑えられるので、その分、消費電力を抑えることができる。
【００１１】
次に、上記目的を達成するために本件第２の発明は、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴としている。この構成によれば、上記第１の発明と同様に、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するために本件第３の発明は、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、互いに対向する基板間に液晶が挟持されてなり、前記発光素子により照射される光の透過率または反射率を変化させる液晶パネルと、を備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴としている。この構成によっても、上記第１の発明と同様に、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
＜バックライト＞
まず、本発明の実施形態に係るバックライトについて説明する。図１は、このバックライトの電気的な構成を示すブロック図である。この図に示されるように、バックライトは、単一の電圧「Ｖdd−ＧＮＤ」を電源回路によって昇圧するとともに、この昇圧電圧「Ｖout−ＧＮＤ」を用いて、発光素子たるＬＥＤ１およびＬＥＤ２を点灯させるものである。
【００１５】
さて、図１において、トランジスタ４１２は、そのゲートに供給されている信号ＣＴＲがＨレベルである場合にオンするものであり、そのドレインは、インダクタ（コイル）４１４の一端に接続され、そのソースは、基準電位ＧＮＤの接地ラインに接続されている。インダクタ４１４の他端は、高位側の電圧Ｖddが印加される給電ラインに接続されている。また、インダクタ４１４の他端（トランジスタ４１２のソース）は、ダイオード４１６の順方向を介して、コンデンサの４１８の一端に接続されている。ここで、コンデンサ４１８の他端は接地ラインに接続されている。そして、このコンデンサ４１８の両端電圧が出力電圧「Ｖout−ＧＮＤ」として出力される構成となっている。
【００１６】
次に、コンデンサ４１８には、負荷として、発光素子たるＬＥＤ１、ＬＥＤ２、抵抗４２０およびトランジスタ４２２からなる直列回路が接続されている。このうち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２は、白色の光を発するものであり、それぞれ後述するようにバックライトの光源として用いられる。また、トランジスタ４２２は、そのゲートに供給されている信号ＥＮＢがＨレベルである場合にオンするものである。ここで、信号ＥＮＢは、信号生成回路（図１では省略）から供給される信号であり、Ｈレベルの場合にはＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯を、Ｌレベルの場合にはその非点灯を、それぞれ指示する。さらに、この直列回路のうち、ＬＥＤ２および抵抗４２０の接続点Ｂにおける分圧電圧Ｖdivが、コンパレータ４２４の負入力端に印加される一方、ＧＮＤ＜Ｖref＜Ｖddの範囲において予め固定された参照電圧Ｖrefが、コンパレータ４２４の正入力端に印加されている。
【００１７】
ここで、コンパレータ４２４は、信号ＥＮＢがＨレベルの場合において、負入力端に印加されている分圧電圧Ｖdivと、正入力端に印加されている参照電圧Ｖrefとの比較動作が許可されるものである。詳細には、コンパレータ４２４は、比較動作が許可されている場合に、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回るとき、Ｌレベルの信号Ｃmpを出力する一方、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも下回るとき、Ｈレベルの信号Ｃmpを出力する。なお、参照電圧Ｖrefは、図１では固定化されているが、温度などの環境変数に応じて可変設定される場合もある。
【００１８】
さて、コンパレータ４２４による信号Ｃmpは、制御回路たるラッチ回路４２６の入力端Ｄに供給されている。このラッチ回路４２６は、信号生成回路（図１では省略）からのクロック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいて、入力端Ｄに供給される信号Ｃmpをラッチして、出力端Ｑから信号Ｑ１として出力するものである。ただし、ラッチ回路４２６のリセット入力端Ｒｓｔには、インバータ４２８による信号ＥＮＢの反転信号が供給されているので、信号ＥＮＢがＬレベルの場合には、信号Ｑ１がリセットされる構成となっている。また、ラッチ回路４２６のプリセット入力端Ｐｒｓｔには、インバータ４３０によりＨレベルの反転信号が供給されているので、リセット後における信号Ｑ１の初期値はＬレベルである。そして、アンド回路４３２は、信号Ｑ１とクロック信号ＣＬＫとの論理積信号を求めて、これをトランジスタ４１２へのゲートに信号ＣＴＲとして供給するものである。
【００１９】
次に、このバックライトの動作について説明する。まず、説明の便宜上、信号ＥＮＢがＨレベルである場合、すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯が指示されている場合の動作について説明する。
【００２０】
この場合に、スイッチ４１２がオンすると、インダクタ４１４には、電流Ｉonが電圧Ｖddの給電ラインから接地ライン方向に流れるので、エネルギーが蓄積されることとなる。この後、スイッチ４１２がオフすると、インダクタ４１４にはオフ電流Ｉoffが流れるので、蓄積されたエネルギーは、ダイオード４１６を介し、かつ、電圧Ｖddを基準に底上げされてコンデンサ４１８に移動することとなる。このため、コンデンサ４１８の両端電圧Ｖoutは、電圧Ｖddよりも高くなる。なお、インダクタ４１４に蓄積されたエネルギーが全てコンデンサ４１８に移動すると、ダイオード４１６は逆バイアスとなるので、コンデンサ４１８に蓄積されたエネルギーがダイオード４１６を逆流することはない。
【００２１】
さて、コンデンサ４１８に蓄積されたエネルギーは負荷により消費されるため、出力電圧Ｖoutは徐々に低下することになる。そして、図２に示されるように、出力電圧Ｖoutの分圧電圧Ｖdivが、参照電圧Ｖrefよりも下回ると、コンパレータ４２４の出力信号Ｃmpは、ＬレベルからＨレベルに遷移する。これに伴って、ラッチ回路４２６は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいてＨレベルの信号Ｃmpをラッチするので、その出力信号Ｑ１もＨレベルとなる。このため、アンド回路４３２は開いて、クロック信号ＣＬＫがそのまま信号ＣＴＲとしてトランジスタ４１２のゲートに供給される。したがって、スイッチ４１２がオンしてインダクタ４１４にエネルギーが蓄積された後に、スイッチ４１２がオフしてエネルギーがコンデンサ４１８に移動するので、出力電圧Ｖoutが上昇することとなる。すなわち、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも下回ると、出力電圧Ｖoutを上昇させる方向への制御が行われることとなる。なお、図２において、Ｂ点の分圧電圧を示すＶdiv（参照電圧Ｖrefを含む）の縦スケールと、それ以外の信号波形の縦スケールとは、説明の便宜上、異なっている。すなわち、分圧電圧Ｖdivも参照電圧Ｖrefも、実際にはＧＮＤからＶddまでの範囲内にある。
【００２２】
一方、出力電圧Ｖoutが高くなって、図２に示されるように、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回ると、コンパレータ４２４の出力信号ＣmpはＬレベルとなるので、ラッチ回路４２６による信号Ｑ１もＬレベルとなる。このため、アンド回路４３２が閉じるので、トランジスタ４１２はオンオフしない。したがって、コンデンサ４１８が負荷に応じて放電するので、出力電圧Ｖoutは、徐々に低下することとなる。すなわち、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回ると、出力電圧Ｖoutを低下させる方向への制御がコンデンサ４１８の放電により行われることとなる。
【００２３】
結局、全体でみれば、出力電圧Ｖoutは、両方向への制御が均衡する地点、すなわち、電圧Ｖdivイコール参照電圧Ｖrefとなる近辺で安定化することとなる。ここで、電圧Ｖdivは、出力電圧Ｖoutを、ＬＥＤ１・ＬＥＤ２の抵抗分と抵抗４２２・トランジスタ４２４の抵抗分とで分圧した電圧であるから、前者に係る抵抗分をＲ１とし、後者に係る抵抗分をＲ２とすれば、Ｖdiv＝Ｖout・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）が成立する。そして、この電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefで均衡するので、電圧Ｖddを昇圧した電圧Ｖoutは、Ｖref（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２で安定化することになる。したがって、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の両端には、電圧（Ｖdd−Ｖdiv）が印加されるので、安定した点灯を得ることができる。
【００２４】
次に、信号ＥＮＢがＬレベルである場合、すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の非点灯が指示されている場合、トランジスタ４２２がオフする結果、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２に流れる電流経路が遮断される。また、この場合、比較器４２４の比較動作が停止する一方、ラッチ回路４２６はリセットされるので、電圧Ｖdivと参照電圧Ｖrefとの大小関係にかかわらず、ゲート回路４３２は閉じる結果、トランジスタ４１２のオンオフが禁止される。したがって、信号ＥＮＢがＬレベルである場合には、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２は非点灯となるとともに、トランジスタ４１２のオンオフに伴って消費される電力のほか、比較器４２４、ラッチ回路４２６で消費される電力も抑えられることとなる。
【００２５】
ところで、このバックライトにあっては、出力電圧Ｖoutと目標電圧とを直接的に比較せずに、これを分圧した電圧Ｖdivと参照電圧Ｖrefとを間接的に比較する構成となっている。この理由は、比較器４２４の電源として「Ｖin−ＧＮＤ」を用いているため、比較器４２４においては、比較の対象となる電圧も「Ｖdd−ＧＮＤ」の範囲内になければならないからである。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第１に、電圧Ｖddを昇圧した電圧Ｖoutを、一種の抵抗分割により分圧して、この分圧電圧Ｖdivを比較器４２４において比較の対象としているのである。
【００２６】
ここで、出力電圧Ｖoutを分圧するためには、少なくとも抵抗素子を２つ設けなければならないが、このことは、構成の小型化や部品点数の極少化の要求とは、相反するものである。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第２に、電圧Ｖoutを分圧する２つの抵抗素子のうち、一方をＬＥＤ１およびＬＥＤ２に置換して、そのオン抵抗を等価的に用いている。
【００２７】
ただし、トランジスタ４２２を設けない構成を想定した場合、電流が、分圧のための素子を介して常に流れてしまうので、バックライトの消費電力が大きくなってしまうだけでなく、電流が常に流れる結果、バックライトを非点灯とさせるときでも、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２が薄暗い状態で点灯してしまうことにもなる。特に、入力電圧「Ｖdd−ＧＮＤ」に、リチウム電池などの電圧幅が広いもの（例えば2.2〜5.5ボルト）を用いた場合に、その電池の電圧が高い（例えば5.5ボルト）とき、トランジスタ４１２がオフしていても、トランジスタ４２２がなければ、電流が、インダクタ４１４→ダイオード４１６→ＬＥＤ１→ＬＥＤ２→抵抗４２０という経路で流れてしまう。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第３に、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流経路に、トランジスタ４２２を設けるとともに、バックライトを非点灯とするときには、当該トランジスタ４２２をオフさせることにより、電流がＬＥＤ１、ＬＥＤ２に流れるのを防止して、消費電力の低減化とともに、バックライトの完全非点灯を図っているのである。
【００２８】
また、バックライトを非点灯とする場合、そもそも、トランジスタ４１２をスイッチングのほか、ラッチ回路４２６による信号Ｃmpのラッチや、比較器４２４における分圧電圧Ｖdivと参照電圧との比較は不要である。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第４に、信号ＥＮＢがＬレベルである場合、すなわち、バックライトの非点灯を指示する場合には、ラッチ回路４２６をリセットする一方、比較器４２４の比較を禁止して、これらにおいて消費される電力をも抑えているのである。
【００２９】
なお、上述したバックライトにおいては、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の抵抗分と、抵抗４２０およびトランジスタ４２２の抵抗分とによって、電圧Ｖoutを分圧する構成としたが、トランジスタ４２２のオン抵抗を調整すれば、抵抗４２０が不要となるので、構成の小型化や部品点数の極少化に、大いに寄与することができる。また、このバックライトにおいては、入力電圧Ｖddを昇圧したが、入力電圧よりも低い電圧を出力する降圧型や、入力電圧の極性を反転して出力する反転型にも適用可能である。
【００３０】
＜液晶装置＞
次に、本発明の実施形態に係るバックライトを適用した液晶装置について説明する。図３は、この液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。この図において、液晶パネル１００には、行（Ｘ）方向に形成された複数ｍ本の走査線３１２と、列（Ｙ）方向に形成された複数ｎ本のデータ線２１２との各交差点において画素１１６が形成されている。そして、各画素１１６は、液晶表示要素（液晶層）１１８とＴＦＤ（Thin Film Diode）２２０とが直列に接続された構成となっている。
【００３１】
ここで、液晶パネル１００の詳細構成について説明する。図４は、この液晶パネルの要部構成を摸式的に示す部分破断斜視図である。この図に示されるように、液晶パネル１００は、素子基板２００と、これに対向配置される対向基板３００とを備えている。このうち、素子基板２００の上面には、半透過反射層２０２、保護絶縁層２０４が順に形成されて、さらに、この表面にデータ線２１２や、ＴＦＤ２２０、画素電極２３４などが形成されている。
【００３２】
このうち、半透過反射層２０２は、アルミニウムなどの反射性金属の薄膜や、複数のスリットを有する反射性金属層などからなり、図において下側からの入射光を透過して上側に出射する一方、上側からの入射光を反射して出射するものである。また、保護絶縁層２０４は、ＳｉＯ2などの透明性を有するものであり、その上面に形成される画素電極２３４等と、その下面に形成される半透過反射層２０２との絶縁を図るものである。
【００３３】
また、画素電極２３４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明金属からなり、ＸＹ方向に対してマトリクス状に複数配列している。ここで、同一列に配列する画素電極２３４は、列方向に短冊状に延在するデータ線２１２の１本に、それぞれＴＦＤ２２０を介して接続されている。また、ＴＦＤ２２０は、基板側からみると、データ線２１２から分岐した第１金属膜２２２と、この第１金属膜２２２を陽極酸化した酸化膜２２４と、第２金属膜２２６とから構成されて、金属／絶縁体／金属のサンドイッチ構造を採る。このため、ＴＦＤ２２０は、正負双方向にわたるダイオードスイッチング特性を有することになる。
【００３４】
一方、対向基板３００の対抗面には、ＩＴＯなどからなる走査線３１２が、データ線２１２とは直交する行方向に延在し、かつ、画素電極２３４の対向する位置に配列している。すなわち、走査線３１２は、画素電極２３４の対向電極となっている。
【００３５】
そして、このような素子基板２００と対向基板３００とは、基板周辺に沿って塗布されるシール剤（図示省略）と、適切に散布されたスペーサ（図示省略）とによって、一定の間隙を保っており、この閉空間に例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶１０５が封入されている。したがって、図３における液晶層１１８は、データ線２１２と走査線３１２との交差部分において、当該走査線３１２と、画素電極２３４と、両者の間に位置する液晶１０５とで構成されることになる。
【００３６】
ほかに、対向基板３００には、液晶パネル１００の用途に応じて、例えば、ストライプ状や、モザイク状、トライアングル状等に配列されたカラーフィルタが設けられ、それ以外の領域には遮光のためブラックマトリクスが設けられる。くわえて、素子基板２００および対向基板３００の各対向面には、それぞれ所定の方向にラビング処理された配向膜などが設けられる一方、各基板の背面には配向方向に応じた偏光子や、色補償板、位相板などがそれぞれ設けられる（いずれも図示省略、後述する図５においても同じ）。
【００３７】
説明を再び図３に戻す。Ｙドライバ３５０は、一般には走査線駆動回路と呼ばれ、走査信号Ｙ１〜Ｙｍを対応する走査線３１２に供給するものであって、詳細には、走査線３１２を１本毎に順次選択して、その選択期間に選択電圧を印加する一方、それ以外の非選択期間に非選択電圧を印加するものである。また、Ｘドライバ２５０は、一般にはデータ線駆動回路と呼ばれ、Ｙドライバ３５０により選択された走査線３１２との交差部に位置する画素１１６に対し、表示内容に応じたデータ信号Ｘ１〜Ｘｎを、それぞれ対応するデータ線２１２を介して供給するものである。
【００３８】
また、バックライト４００は、液晶パネル１００の背面側から光を照射するものであり、その電気的な構成については、すでに述べた通りである。信号生成回路５００は、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０に対しては、その動作のために必要なクロック信号や制御信号などを供給する一方、バックライト４００に対しては、上述したクロック信号ＣＬＫおよび信号ＥＮＢを供給して、各部を制御するものである。なお、信号生成回路５００が、信号ＥＮＢのレベルを規定する（すなわち、バックライト４００の点灯・非点灯を指示する）際の判断の基準としては、例えば、▲１▼別途スイッチを設けて、当該スイッチをユーザが操作したか否かを判別する、▲２▼外光の強度を検出して、当該強度が十分であるか否かを判別する、▲３▼電圧Ｖddを検出して、電池残量が十分であるかを否かを判別する、などが考えられる。
【００３９】
次に、液晶装置の全体構成について簡単に説明する。図５は、この液晶装置の構成について、バックライト４００の構成を含めて示す斜視図である。この図に示されるように、バックライト４００は、素子基板２００の背面側（図において下側）に、シリコンゴムなどの緩衝材（図示省略）を介して設けられる。
【００４０】
そして、バックライト４００にあっては、上述したＬＥＤ１およびＬＥＤ２が、取付基板４０２に並設されて、それらの照射光が導光板４０４における一方の側面４０４ａに入射する構成となっている。ここで、導光板４０４における一方の側面４０４ａは厚く、他方の側面４０４ｂは薄くなっている。また、導光板４０４の背面には、反射板４０６が密着している一方、導光板４０４の上面たる出射面には、拡散板４０８が密着している。このため、側面４０４ａからの入射した光は、反射板４０６により図において上方向に反射するとともに、拡散板４０８により散乱して、液晶パネル１００に対して均一に入射することとなる。
【００４１】
ここで、液晶パネルは、信号ＥＮＢがＨレベルである場合（すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯が指示されている場合）には、バックライトユニット４００からの光が半透過反射層２０２（図４参照）を透過することによって、透過型として機能する一方、信号ＥＮＢがＬレベルである場合（ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の非点灯が指示されている場合）には、対向基板３００の側からの入射した光が半透過反射層２０２で反射することによって反射型として機能することになる。
【００４２】
一方、液晶パネル１００にあっては、素子基板２００の対向面において対向基板３００から張り出した端子部分には、ベアチップのＸドライバ２５０がＣＯＧ（Chip On Glass）技術により実装されるとともに、Ｘドライバ２５０に各種信号を供給するためにＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）基板２６０が接続される。同様に、対向基板３００の対向面において素子基板２００から張り出した端子部分には、ベアチップのＹドライバ３５０がＣＯＧ技術により実装されるとともに、Ｙドライバ３５０に各種信号を供給するためにＦＰＣ基板３６０が接続される。なお、ＦＰＣ基板２６０、３６０の他端には、信号生成回路５００（図３参照）が接続される。
【００４３】
ここで、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０における実装は、それぞれ、第１に、基板との所定位置において、接着材中に導電性微粒子を均一に分散させたフィルム状の異方性導電膜を挟持し、第２に、ベアチップたるドライバを基板に加圧・加熱することにより行われる。ＦＰＣ基板２６０、３６０の接続も同様にして行われる。なお、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０を、それぞれ素子基板２００および対向基板３００に実装する替わりに、例えば、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術を用いて、ドライバが実装されたＴＣＰ（Tape Carrier Package）を、基板の所定位置に設けられる異方性導電膜により電気的および機械的に接続する構成としても良い。
【００４４】
このような構成において、ある走査線３１２が選択されて、その選択期間において選択電圧が印加されると、対応するＴＦＤ２２０が導通状態となる。この導通状態の際に、データ線２１２を介してデータ信号が印加されると、当該ＴＦＤ２２０に接続された液晶層１１８に所定の電荷が蓄積される。電荷蓄積後、非選択電圧が印加されて、当該ＴＦＤ２２０が非導通状態となっても、当該ＴＦＤ２２０のリーク（オフリーク）が少なく、かつ、液晶層１１８の抵抗が十分に高ければ、当該液晶層１１８における電荷の蓄積が維持される。このように、各ＴＦＤ２２０を駆動して蓄積させる電荷の量を制御すると、画素毎に液晶の配向状態が変化して、透過型でも反射型でも所定の情報を表示することが可能となる。すなわち、透過型では画素毎に透過率が変化し、反射型では画素毎に反射率が変化することになる。
【００４５】
なお、上述した液晶パネル１００については半透過型としたが、透過型をとしても良い。透過型とする場合には、画像信号のないときや、電源オンまたはオフ直後のとき、なんら操作が加えられないで一定時間経過したときなどに、信号ＥＮＢをＬレベルにして、バックライト４００を非点灯とする構成とすれば良い。また、上述したバックライト４００にあっては、液晶パネル１００の背面側に設けられたが、液晶パネル１００を反射型として、液晶パネル１００の前面側に設けても良い。すなわち、いわゆるフロントライトとして用いても良い。
【００４６】
また、図３にあっては、ＴＦＤ２２０がデータ線２１２の側に接続され、液晶層１１８が走査線３１２の側に接続されているが、これとは逆に、ＴＦＤ２２０が走査線３１２の側に、液晶層１１８がデータ線２１２の側に、それぞれ接続される構成でも同じことである。
【００４７】
一方、上述した液晶パネル１００におけるＴＦＤ２２０は、二端子型非線形素子の一例であり、他に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）バリスタや、ＭＳＩ（Metal Semi-Insulator）などを用いた素子や、これら素子を２つ逆向きに直列接続または並列接続したものなどが適用可能である。さらに、これらの二端子型非線形素子のほかに、三端子型非線形素子、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を用いても良い。ただし、ＴＦＴを用いる場合には、一方の基板において走査線、データ線を設けるとともに、それらの各交差点においてゲートが走査線に、ソースがデータ線に、ドレインが画素電極に、それぞれ接続される構成となる。くわえて、これら非線形素子を用いずに、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶を用いたパッシィブ型液晶などにも適用可能である。
【００４８】
＜電子機器＞
次に、上述した液晶装置を具体的な電子機器に用いた例のいくつかについて説明する。
【００４９】
＜その１：モバイル型コンピュータ＞
次に、上述した液晶装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータの表示部に適用した例について説明する。図６は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図において、コンピュータ２２００は、キーボード２２０２を備えた本体部２２０４と、表示部として用いられる液晶パネル１００とを備えている。なお、この液晶パネル１００の背面には、視認性を高めるためのバックライト４００が上述したように設けられるが、外観には表れないので、図６では省略している。
【００５０】
＜その２：携帯電話＞
さらに、上述した液晶装置を、携帯電話の表示部に適用した例について説明する。図７は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。図において、携帯電話２３００は、複数の操作ボタン２３０２のほか、受話口２３０４、送話口２３０６とともに、上述した液晶パネル１００を備えるものである。なお、この液晶パネル１００の背面にも、視認性を高めるためのバックライトが設けられるが、外観には表れないので、図７では省略している。
【００５１】
なお、電子機器としては、図６および図７を参照して説明した他にも、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、上述した液晶装置が適用可能なのは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、照明装置において、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るバックライトの電気的な構成を示す回路図である。
【図２】 同バックライトの動作を説明するための図である。
【図３】 同バックライトを適用した液晶装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 同液晶装置のうち、液晶パネルの要部構成を摸式的に示す部分破断斜視図である。
【図５】 同液晶装置の構成を説明するための斜視図である。
【図６】 同液晶装置を適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図７】 同液晶装置を適用した電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２……ＬＥＤ
１００……液晶パネル
１０５……液晶
１１８……液晶層
２００……素子基板
２０２……半透過反射層
２０４……保護絶縁層
２１２……データ線
２２０……ＴＦＤ
２３４……画素電極
２５０……Ｘドライバ
３００……対向基板
３１２……走査線
３５０……Ｙドライバ
４００……バックライト
４１２、４２２……トランジスタ
４１４……インダクタ
４１６……ダイオード
４１８……コンデンサ
４２０……抵抗
４２４……比較器
４２６……ラッチ回路
５００……信号生成回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、構成を簡略化するとともに、消費電力を低く抑えた発光素子用電源装置、照明装置、および、液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯用の電子機器には、各種の情報をユーザに示すために表示装置が設けられる。そして、この種の表示装置としては、消費電力が極めて小さい反射型の液晶装置が広く用いられている。ただし、反射型の液晶装置は、外光を利用するため、暗い場所では表示を読み取ることができない、という欠点がある。そこで、透過型のように内部に照明装置を持たせて、暗い場所では、当該照明装置を点灯させることにより透過型として用いて、その照射光により表示を視認する一方、明るい場所では、当該照明装置を非点灯とすることにより反射型として用いて、外光により表示を視認する、いわゆる半透過型（半反射型）の液晶装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、照明装置の光源には、一般的に冷陰極蛍光管が用いられるために、点灯速度が遅い。このため、半透過型の液晶装置の照明装置として用いると、反射型から透過型への切り替わり時に一時的に表示が視認しにくくなる、という問題があった。一方、携帯用の電子機器における電源は一般的に電池であるため、低消費電力であることが強く求められるが、消費電力の大きい冷陰極蛍光管は、この点でも不利である。
【０００４】
そこで、本発明は、照明装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）のような発光素子を用いることにより点灯の高速化を図り、さらに、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、発光素子を用いたこと以上の低消費電力化を可能とする発光素子用電源装置、照明装置、および、これを用いた液晶装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本件第１の発明にあっては、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように、発光素子と直列接続されてなる第２のスイッチング素子と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、比較器による判別結果のフィードバックにより、保持素子に保持される電圧が制御されるので、発光素子に印加される電圧を安定化させることが可能となる。この際、発光素子と抵抗素子との分圧電圧が比較の対象となるので、比較器の電源電圧が低く抑えられるとともに、分圧のための抵抗素子は１つだけで済む結果、構成の簡略化・小型化がそれだけ容易となる。さらに、発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、直列回路の電流経路が第２のスイッチング素子によって遮断されるので、インダクタを介して発光素子に電流が流れるのが防止される結果、その分、低消費電力化が可能となる。
【０００７】
ここで第１の発明において、前記第２のスイッチング素子はトランジスタであって、そのオン抵抗を、前記発光素子と共に前記分圧電圧を生成する抵抗素子の一部または全部として用いる構成が望ましい。特に、オン抵抗を抵抗素子として用いれば、分圧のための抵抗素子が不要となるので、さらに、構成の簡略化・小型化を図ることが可能となる。
【０００８】
また、第１の発明において、前記発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、前記比較器は、比較動作を停止する構成が望ましい。これにより、不要な比較動作が抑えられるので、その分、消費電力を抑えることができる。
また、前記発光素子はＬＥＤであり、当該ＬＥＤを流れる電流は前記第２のスイッチング素子のみを経由することを特徴とする。
【０００９】
一方、第１の発明において、第１のスイッチング素子に接続されたインダクタであって、前記第２のスイッチング素子がオンしたときにエネルギーを蓄積する一方、前記第１のスイッチング素子がオフしたときにエネルギーを放出するインダクタを備えて、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子をオンオフさせることにより、前記保持素子により保持される電圧の絶対値を大きくさせる構成が望ましい。これにより、安定化した昇圧電圧を用いることが可能となる。
【００１０】
この構成において、前記発光素子を消灯させる旨の信号を入力すると、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子のオンオフを禁止させることが望ましい。これにより、不要なオンオフ動作が抑えられるので、その分、消費電力を抑えることができる。
【００１１】
次に、上記目的を達成するために本件第２の発明は、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴としている。この構成によれば、上記第１の発明と同様に、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するために本件第３の発明は、クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、互いに対向する基板間に液晶が挟持されてなり、前記発光素子により照射される光の透過率または反射率を変化させる液晶パネルと、を備え、前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされることを特徴としている。この構成によっても、上記第１の発明と同様に、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
＜バックライト＞
まず、本発明の実施形態に係るバックライトについて説明する。図１は、このバックライトの電気的な構成を示すブロック図である。この図に示されるように、バックライトは、単一の電圧「Ｖdd−ＧＮＤ」を電源回路によって昇圧するとともに、この昇圧電圧「Ｖout−ＧＮＤ」を用いて、発光素子たるＬＥＤ１およびＬＥＤ２を点灯させるものである。
【００１５】
さて、図１において、トランジスタ４１２は、そのゲートに供給されている信号ＣＴＲがＨレベルである場合にオンするものであり、そのドレインは、インダクタ（コイル）４１４の一端に接続され、そのソースは、基準電位ＧＮＤの接地ラインに接続されている。インダクタ４１４の他端は、高位側の電圧Ｖddが印加される給電ラインに接続されている。また、インダクタ４１４の他端（トランジスタ４１２のソース）は、ダイオード４１６の順方向を介して、コンデンサの４１８の一端に接続されている。ここで、コンデンサ４１８の他端は接地ラインに接続されている。そして、このコンデンサ４１８の両端電圧が出力電圧「Ｖout−ＧＮＤ」として出力される構成となっている。
【００１６】
次に、コンデンサ４１８には、負荷として、発光素子たるＬＥＤ１、ＬＥＤ２、抵抗４２０およびトランジスタ４２２からなる直列回路が接続されている。このうち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２は、白色の光を発するものであり、それぞれ後述するようにバックライトの光源として用いられる。また、トランジスタ４２２は、そのゲートに供給されている信号ＥＮＢがＨレベルである場合にオンするものである。ここで、信号ＥＮＢは、信号生成回路（図１では省略）から供給される信号であり、Ｈレベルの場合にはＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯を、Ｌレベルの場合にはその非点灯を、それぞれ指示する。さらに、この直列回路のうち、ＬＥＤ２および抵抗４２０の接続点Ｂにおける分圧電圧Ｖdivが、コンパレータ４２４の負入力端に印加される一方、ＧＮＤ＜Ｖref＜Ｖddの範囲において予め固定された参照電圧Ｖrefが、コンパレータ４２４の正入力端に印加されている。
【００１７】
ここで、コンパレータ４２４は、信号ＥＮＢがＨレベルの場合において、負入力端に印加されている分圧電圧Ｖdivと、正入力端に印加されている参照電圧Ｖrefとの比較動作が許可されるものである。詳細には、コンパレータ４２４は、比較動作が許可されている場合に、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回るとき、Ｌレベルの信号Ｃmpを出力する一方、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも下回るとき、Ｈレベルの信号Ｃmpを出力する。なお、参照電圧Ｖrefは、図１では固定化されているが、温度などの環境変数に応じて可変設定される場合もある。
【００１８】
さて、コンパレータ４２４による信号Ｃmpは、制御回路たるラッチ回路４２６の入力端Ｄに供給されている。このラッチ回路４２６は、信号生成回路（図１では省略）からのクロック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいて、入力端Ｄに供給される信号Ｃmpをラッチして、出力端Ｑから信号Ｑ１として出力するものである。ただし、ラッチ回路４２６のリセット入力端Ｒｓｔには、インバータ４２８による信号ＥＮＢの反転信号が供給されているので、信号ＥＮＢがＬレベルの場合には、信号Ｑ１がリセットされる構成となっている。また、ラッチ回路４２６のプリセット入力端Ｐｒｓｔには、インバータ４３０によりＨレベルの反転信号が供給されているので、リセット後における信号Ｑ１の初期値はＬレベルである。そして、アンド回路４３２は、信号Ｑ１とクロック信号ＣＬＫとの論理積信号を求めて、これをトランジスタ４１２へのゲートに信号ＣＴＲとして供給するものである。
【００１９】
次に、このバックライトの動作について説明する。まず、説明の便宜上、信号ＥＮＢがＨレベルである場合、すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯が指示されている場合の動作について説明する。
【００２０】
この場合に、スイッチ４１２がオンすると、インダクタ４１４には、電流Ｉonが電圧Ｖddの給電ラインから接地ライン方向に流れるので、エネルギーが蓄積されることとなる。この後、スイッチ４１２がオフすると、インダクタ４１４にはオフ電流Ｉoffが流れるので、蓄積されたエネルギーは、ダイオード４１６を介し、かつ、電圧Ｖddを基準に底上げされてコンデンサ４１８に移動することとなる。このため、コンデンサ４１８の両端電圧Ｖoutは、電圧Ｖddよりも高くなる。なお、インダクタ４１４に蓄積されたエネルギーが全てコンデンサ４１８に移動すると、ダイオード４１６は逆バイアスとなるので、コンデンサ４１８に蓄積されたエネルギーがダイオード４１６を逆流することはない。
【００２１】
さて、コンデンサ４１８に蓄積されたエネルギーは負荷により消費されるため、出力電圧Ｖoutは徐々に低下することになる。そして、図２に示されるように、出力電圧Ｖoutの分圧電圧Ｖdivが、参照電圧Ｖrefよりも下回ると、コンパレータ４２４の出力信号Ｃmpは、ＬレベルからＨレベルに遷移する。これに伴って、ラッチ回路４２６は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいてＨレベルの信号Ｃmpをラッチするので、その出力信号Ｑ１もＨレベルとなる。このため、アンド回路４３２は開いて、クロック信号ＣＬＫがそのまま信号ＣＴＲとしてトランジスタ４１２のゲートに供給される。したがって、スイッチ４１２がオンしてインダクタ４１４にエネルギーが蓄積された後に、スイッチ４１２がオフしてエネルギーがコンデンサ４１８に移動するので、出力電圧Ｖoutが上昇することとなる。すなわち、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも下回ると、出力電圧Ｖoutを上昇させる方向への制御が行われることとなる。なお、図２において、Ｂ点の分圧電圧を示すＶdiv（参照電圧Ｖrefを含む）の縦スケールと、それ以外の信号波形の縦スケールとは、説明の便宜上、異なっている。すなわち、分圧電圧Ｖdivも参照電圧Ｖrefも、実際にはＧＮＤからＶddまでの範囲内にある。
【００２２】
一方、出力電圧Ｖoutが高くなって、図２に示されるように、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回ると、コンパレータ４２４の出力信号ＣmpはＬレベルとなるので、ラッチ回路４２６による信号Ｑ１もＬレベルとなる。このため、アンド回路４３２が閉じるので、トランジスタ４１２はオンオフしない。したがって、コンデンサ４１８が負荷に応じて放電するので、出力電圧Ｖoutは、徐々に低下することとなる。すなわち、分圧電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefよりも上回ると、出力電圧Ｖoutを低下させる方向への制御がコンデンサ４１８の放電により行われることとなる。
【００２３】
結局、全体でみれば、出力電圧Ｖoutは、両方向への制御が均衡する地点、すなわち、電圧Ｖdivイコール参照電圧Ｖrefとなる近辺で安定化することとなる。ここで、電圧Ｖdivは、出力電圧Ｖoutを、ＬＥＤ１・ＬＥＤ２の抵抗分と抵抗４２２・トランジスタ４２４の抵抗分とで分圧した電圧であるから、前者に係る抵抗分をＲ１とし、後者に係る抵抗分をＲ２とすれば、Ｖdiv＝Ｖout・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）が成立する。そして、この電圧Ｖdivが参照電圧Ｖrefで均衡するので、電圧Ｖddを昇圧した電圧Ｖoutは、Ｖref（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２で安定化することになる。したがって、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の両端には、電圧（Ｖdd−Ｖdiv）が印加されるので、安定した点灯を得ることができる。
【００２４】
次に、信号ＥＮＢがＬレベルである場合、すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の非点灯が指示されている場合、トランジスタ４２２がオフする結果、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２に流れる電流経路が遮断される。また、この場合、比較器４２４の比較動作が停止する一方、ラッチ回路４２６はリセットされるので、電圧Ｖdivと参照電圧Ｖrefとの大小関係にかかわらず、ゲート回路４３２は閉じる結果、トランジスタ４１２のオンオフが禁止される。したがって、信号ＥＮＢがＬレベルである場合には、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２は非点灯となるとともに、トランジスタ４１２のオンオフに伴って消費される電力のほか、比較器４２４、ラッチ回路４２６で消費される電力も抑えられることとなる。
【００２５】
ところで、このバックライトにあっては、出力電圧Ｖoutと目標電圧とを直接的に比較せずに、これを分圧した電圧Ｖdivと参照電圧Ｖrefとを間接的に比較する構成となっている。この理由は、比較器４２４の電源として「Ｖin−ＧＮＤ」を用いているため、比較器４２４においては、比較の対象となる電圧も「Ｖdd−ＧＮＤ」の範囲内になければならないからである。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第１に、電圧Ｖddを昇圧した電圧Ｖoutを、一種の抵抗分割により分圧して、この分圧電圧Ｖdivを比較器４２４において比較の対象としているのである。
【００２６】
ここで、出力電圧Ｖoutを分圧するためには、少なくとも抵抗素子を２つ設けなければならないが、このことは、構成の小型化や部品点数の極少化の要求とは、相反するものである。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第２に、電圧Ｖoutを分圧する２つの抵抗素子のうち、一方をＬＥＤ１およびＬＥＤ２に置換して、そのオン抵抗を等価的に用いている。
【００２７】
ただし、トランジスタ４２２を設けない構成を想定した場合、電流が、分圧のための素子を介して常に流れてしまうので、バックライトの消費電力が大きくなってしまうだけでなく、電流が常に流れる結果、バックライトを非点灯とさせるときでも、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２が薄暗い状態で点灯してしまうことにもなる。特に、入力電圧「Ｖdd−ＧＮＤ」に、リチウム電池などの電圧幅が広いもの（例えば2.2〜5.5ボルト）を用いた場合に、その電池の電圧が高い（例えば5.5ボルト）とき、トランジスタ４１２がオフしていても、トランジスタ４２２がなければ、電流が、インダクタ４１４→ダイオード４１６→ＬＥＤ１→ＬＥＤ２→抵抗４２０という経路で流れてしまう。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第３に、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流経路に、トランジスタ４２２を設けるとともに、バックライトを非点灯とするときには、当該トランジスタ４２２をオフさせることにより、電流がＬＥＤ１、ＬＥＤ２に流れるのを防止して、消費電力の低減化とともに、バックライトの完全非点灯を図っているのである。
【００２８】
また、バックライトを非点灯とする場合、そもそも、トランジスタ４１２をスイッチングのほか、ラッチ回路４２６による信号Ｃmpのラッチや、比較器４２４における分圧電圧Ｖdivと参照電圧との比較は不要である。そこで、本実施形態に係るバックライトでは、第４に、信号ＥＮＢがＬレベルである場合、すなわち、バックライトの非点灯を指示する場合には、ラッチ回路４２６をリセットする一方、比較器４２４の比較を禁止して、これらにおいて消費される電力をも抑えているのである。
【００２９】
なお、上述したバックライトにおいては、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の抵抗分と、抵抗４２０およびトランジスタ４２２の抵抗分とによって、電圧Ｖoutを分圧する構成としたが、トランジスタ４２２のオン抵抗を調整すれば、抵抗４２０が不要となるので、構成の小型化や部品点数の極少化に、大いに寄与することができる。また、このバックライトにおいては、入力電圧Ｖddを昇圧したが、入力電圧よりも低い電圧を出力する降圧型や、入力電圧の極性を反転して出力する反転型にも適用可能である。
【００３０】
＜液晶装置＞
次に、本発明の実施形態に係るバックライトを適用した液晶装置について説明する。図３は、この液晶装置の電気的構成を示すブロック図である。この図において、液晶パネル１００には、行（Ｘ）方向に形成された複数ｍ本の走査線３１２と、列（Ｙ）方向に形成された複数ｎ本のデータ線２１２との各交差点において画素１１６が形成されている。そして、各画素１１６は、液晶表示要素（液晶層）１１８とＴＦＤ（Thin Film Diode）２２０とが直列に接続された構成となっている。
【００３１】
ここで、液晶パネル１００の詳細構成について説明する。図４は、この液晶パネルの要部構成を摸式的に示す部分破断斜視図である。この図に示されるように、液晶パネル１００は、素子基板２００と、これに対向配置される対向基板３００とを備えている。このうち、素子基板２００の上面には、半透過反射層２０２、保護絶縁層２０４が順に形成されて、さらに、この表面にデータ線２１２や、ＴＦＤ２２０、画素電極２３４などが形成されている。
【００３２】
このうち、半透過反射層２０２は、アルミニウムなどの反射性金属の薄膜や、複数のスリットを有する反射性金属層などからなり、図において下側からの入射光を透過して上側に出射する一方、上側からの入射光を反射して出射するものである。また、保護絶縁層２０４は、ＳｉＯ2などの透明性を有するものであり、その上面に形成される画素電極２３４等と、その下面に形成される半透過反射層２０２との絶縁を図るものである。
【００３３】
また、画素電極２３４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明金属からなり、ＸＹ方向に対してマトリクス状に複数配列している。ここで、同一列に配列する画素電極２３４は、列方向に短冊状に延在するデータ線２１２の１本に、それぞれＴＦＤ２２０を介して接続されている。また、ＴＦＤ２２０は、基板側からみると、データ線２１２から分岐した第１金属膜２２２と、この第１金属膜２２２を陽極酸化した酸化膜２２４と、第２金属膜２２６とから構成されて、金属／絶縁体／金属のサンドイッチ構造を採る。このため、ＴＦＤ２２０は、正負双方向にわたるダイオードスイッチング特性を有することになる。
【００３４】
一方、対向基板３００の対抗面には、ＩＴＯなどからなる走査線３１２が、データ線２１２とは直交する行方向に延在し、かつ、画素電極２３４の対向する位置に配列している。すなわち、走査線３１２は、画素電極２３４の対向電極となっている。
【００３５】
そして、このような素子基板２００と対向基板３００とは、基板周辺に沿って塗布されるシール剤（図示省略）と、適切に散布されたスペーサ（図示省略）とによって、一定の間隙を保っており、この閉空間に例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶１０５が封入されている。したがって、図３における液晶層１１８は、データ線２１２と走査線３１２との交差部分において、当該走査線３１２と、画素電極２３４と、両者の間に位置する液晶１０５とで構成されることになる。
【００３６】
ほかに、対向基板３００には、液晶パネル１００の用途に応じて、例えば、ストライプ状や、モザイク状、トライアングル状等に配列されたカラーフィルタが設けられ、それ以外の領域には遮光のためブラックマトリクスが設けられる。くわえて、素子基板２００および対向基板３００の各対向面には、それぞれ所定の方向にラビング処理された配向膜などが設けられる一方、各基板の背面には配向方向に応じた偏光子や、色補償板、位相板などがそれぞれ設けられる（いずれも図示省略、後述する図５においても同じ）。
【００３７】
説明を再び図３に戻す。Ｙドライバ３５０は、一般には走査線駆動回路と呼ばれ、走査信号Ｙ１〜Ｙｍを対応する走査線３１２に供給するものであって、詳細には、走査線３１２を１本毎に順次選択して、その選択期間に選択電圧を印加する一方、それ以外の非選択期間に非選択電圧を印加するものである。また、Ｘドライバ２５０は、一般にはデータ線駆動回路と呼ばれ、Ｙドライバ３５０により選択された走査線３１２との交差部に位置する画素１１６に対し、表示内容に応じたデータ信号Ｘ１〜Ｘｎを、それぞれ対応するデータ線２１２を介して供給するものである。
【００３８】
また、バックライト４００は、液晶パネル１００の背面側から光を照射するものであり、その電気的な構成については、すでに述べた通りである。信号生成回路５００は、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０に対しては、その動作のために必要なクロック信号や制御信号などを供給する一方、バックライト４００に対しては、上述したクロック信号ＣＬＫおよび信号ＥＮＢを供給して、各部を制御するものである。なお、信号生成回路５００が、信号ＥＮＢのレベルを規定する（すなわち、バックライト４００の点灯・非点灯を指示する）際の判断の基準としては、例えば、▲１▼別途スイッチを設けて、当該スイッチをユーザが操作したか否かを判別する、▲２▼外光の強度を検出して、当該強度が十分であるか否かを判別する、▲３▼電圧Ｖddを検出して、電池残量が十分であるかを否かを判別する、などが考えられる。
【００３９】
次に、液晶装置の全体構成について簡単に説明する。図５は、この液晶装置の構成について、バックライト４００の構成を含めて示す斜視図である。この図に示されるように、バックライト４００は、素子基板２００の背面側（図において下側）に、シリコンゴムなどの緩衝材（図示省略）を介して設けられる。
【００４０】
そして、バックライト４００にあっては、上述したＬＥＤ１およびＬＥＤ２が、取付基板４０２に並設されて、それらの照射光が導光板４０４における一方の側面４０４ａに入射する構成となっている。ここで、導光板４０４における一方の側面４０４ａは厚く、他方の側面４０４ｂは薄くなっている。また、導光板４０４の背面には、反射板４０６が密着している一方、導光板４０４の上面たる出射面には、拡散板４０８が密着している。このため、側面４０４ａからの入射した光は、反射板４０６により図において上方向に反射するとともに、拡散板４０８により散乱して、液晶パネル１００に対して均一に入射することとなる。
【００４１】
ここで、液晶パネルは、信号ＥＮＢがＨレベルである場合（すなわち、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の点灯が指示されている場合）には、バックライトユニット４００からの光が半透過反射層２０２（図４参照）を透過することによって、透過型として機能する一方、信号ＥＮＢがＬレベルである場合（ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の非点灯が指示されている場合）には、対向基板３００の側からの入射した光が半透過反射層２０２で反射することによって反射型として機能することになる。
【００４２】
一方、液晶パネル１００にあっては、素子基板２００の対向面において対向基板３００から張り出した端子部分には、ベアチップのＸドライバ２５０がＣＯＧ（Chip On Glass）技術により実装されるとともに、Ｘドライバ２５０に各種信号を供給するためにＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）基板２６０が接続される。同様に、対向基板３００の対向面において素子基板２００から張り出した端子部分には、ベアチップのＹドライバ３５０がＣＯＧ技術により実装されるとともに、Ｙドライバ３５０に各種信号を供給するためにＦＰＣ基板３６０が接続される。なお、ＦＰＣ基板２６０、３６０の他端には、信号生成回路５００（図３参照）が接続される。
【００４３】
ここで、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０における実装は、それぞれ、第１に、基板との所定位置において、接着材中に導電性微粒子を均一に分散させたフィルム状の異方性導電膜を挟持し、第２に、ベアチップたるドライバを基板に加圧・加熱することにより行われる。ＦＰＣ基板２６０、３６０の接続も同様にして行われる。なお、Ｘドライバ２５０およびＹドライバ３５０を、それぞれ素子基板２００および対向基板３００に実装する替わりに、例えば、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術を用いて、ドライバが実装されたＴＣＰ（Tape Carrier Package）を、基板の所定位置に設けられる異方性導電膜により電気的および機械的に接続する構成としても良い。
【００４４】
このような構成において、ある走査線３１２が選択されて、その選択期間において選択電圧が印加されると、対応するＴＦＤ２２０が導通状態となる。この導通状態の際に、データ線２１２を介してデータ信号が印加されると、当該ＴＦＤ２２０に接続された液晶層１１８に所定の電荷が蓄積される。電荷蓄積後、非選択電圧が印加されて、当該ＴＦＤ２２０が非導通状態となっても、当該ＴＦＤ２２０のリーク（オフリーク）が少なく、かつ、液晶層１１８の抵抗が十分に高ければ、当該液晶層１１８における電荷の蓄積が維持される。このように、各ＴＦＤ２２０を駆動して蓄積させる電荷の量を制御すると、画素毎に液晶の配向状態が変化して、透過型でも反射型でも所定の情報を表示することが可能となる。すなわち、透過型では画素毎に透過率が変化し、反射型では画素毎に反射率が変化することになる。
【００４５】
なお、上述した液晶パネル１００については半透過型としたが、透過型をとしても良い。透過型とする場合には、画像信号のないときや、電源オンまたはオフ直後のとき、なんら操作が加えられないで一定時間経過したときなどに、信号ＥＮＢをＬレベルにして、バックライト４００を非点灯とする構成とすれば良い。また、上述したバックライト４００にあっては、液晶パネル１００の背面側に設けられたが、液晶パネル１００を反射型として、液晶パネル１００の前面側に設けても良い。すなわち、いわゆるフロントライトとして用いても良い。
【００４６】
また、図３にあっては、ＴＦＤ２２０がデータ線２１２の側に接続され、液晶層１１８が走査線３１２の側に接続されているが、これとは逆に、ＴＦＤ２２０が走査線３１２の側に、液晶層１１８がデータ線２１２の側に、それぞれ接続される構成でも同じことである。
【００４７】
一方、上述した液晶パネル１００におけるＴＦＤ２２０は、二端子型非線形素子の一例であり、他に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）バリスタや、ＭＳＩ（Metal Semi-Insulator）などを用いた素子や、これら素子を２つ逆向きに直列接続または並列接続したものなどが適用可能である。さらに、これらの二端子型非線形素子のほかに、三端子型非線形素子、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を用いても良い。ただし、ＴＦＴを用いる場合には、一方の基板において走査線、データ線を設けるとともに、それらの各交差点においてゲートが走査線に、ソースがデータ線に、ドレインが画素電極に、それぞれ接続される構成となる。くわえて、これら非線形素子を用いずに、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶を用いたパッシィブ型液晶などにも適用可能である。
【００４８】
＜電子機器＞
次に、上述した液晶装置を具体的な電子機器に用いた例のいくつかについて説明する。
【００４９】
＜その１：モバイル型コンピュータ＞
次に、上述した液晶装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータの表示部に適用した例について説明する。図６は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図において、コンピュータ２２００は、キーボード２２０２を備えた本体部２２０４と、表示部として用いられる液晶パネル１００とを備えている。なお、この液晶パネル１００の背面には、視認性を高めるためのバックライト４００が上述したように設けられるが、外観には表れないので、図６では省略している。
【００５０】
＜その２：携帯電話＞
さらに、上述した液晶装置を、携帯電話の表示部に適用した例について説明する。図７は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。図において、携帯電話２３００は、複数の操作ボタン２３０２のほか、受話口２３０４、送話口２３０６とともに、上述した液晶パネル１００を備えるものである。なお、この液晶パネル１００の背面にも、視認性を高めるためのバックライトが設けられるが、外観には表れないので、図７では省略している。
【００５１】
なお、電子機器としては、図６および図７を参照して説明した他にも、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、上述した液晶装置が適用可能なのは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、照明装置において、広い電圧範囲での安定動作、構成の簡略化・小型化、さらには低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るバックライトの電気的な構成を示す回路図である。
【図２】 同バックライトの動作を説明するための図である。
【図３】 同バックライトを適用した液晶装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 同液晶装置のうち、液晶パネルの要部構成を摸式的に示す部分破断斜視図である。
【図５】 同液晶装置の構成を説明するための斜視図である。
【図６】 同液晶装置を適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図７】 同液晶装置を適用した電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２……ＬＥＤ
１００……液晶パネル
１０５……液晶
１１８……液晶層
２００……素子基板
２０２……半透過反射層
２０４……保護絶縁層
２１２……データ線
２２０……ＴＦＤ
２３４……画素電極
２５０……Ｘドライバ
３００……対向基板
３１２……走査線
３５０……Ｙドライバ
４００……バックライト
４１２、４２２……トランジスタ
４１４……インダクタ
４１６……ダイオード
４１８……コンデンサ
４２０……抵抗
４２４……比較器
４２６……ラッチ回路
５００……信号生成回路
Claims (7)
- クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、
前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、
前記保持素子の保持する電圧を分圧するように、発光素子と直列接続されてなる第２のスイッチング素子と、
前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、
前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、
前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされる
ことを特徴とする発光素子用電源装置。 - 前記第２のスイッチング素子はトランジスタであって、そのオン抵抗を、前記発光素子と共に前記分圧電圧を生成する抵抗素子の一部または全部として用いることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用電源装置。
- 前記発光素子を消灯する場合には、前記比較器は比較動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の発光素子用電源装置。
- 前記発光素子はＬＥＤであり、当該ＬＥＤを流れる電流は前記第２のスイッチング素子のみを経由することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子用電源装置。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子用電源装置と前記発光素子を備えることを特徴とする照明装置。
- クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、
前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、
前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されてなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、
前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、
前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、
前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされる
ことを特徴とする照明装置。 - クロック信号に基づいてオンオフされる第１のスイッチング素子と接続されるインダクタと、
前記インダクタから放出されたエネルギーを吸収し、電圧として保持する保持素子と、
前記保持素子が保持する電圧を分圧するように互いに直列接続されてなる発光素子と第２のスイッチング素子の直列回路と、
前記発光素子と前記第２のスイッチング素子の間に位置する前記直列回路の接続点における分圧電圧と参照電圧とを比較する比較器と、
前記クロック信号および前記比較器の比較結果に基づき、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、
互いに対向する基板間に液晶が挟持されてなり、前記発光素子により照射される光の透過率または反射率を変化させる液晶パネルと、を備え、
前記制御回路は、前記分圧電圧が前記参照電圧より低いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオンオフし、前記分圧電圧が前記参照電圧より高いと判別された場合に前記第１のスイッチング素子をオフし、
前記発光素子の消灯時には、前記発光素子に流れる電流の経路を遮断するように前記第２のスイッチング素子がオフすると共に前記制御回路により前記第１のスイッチング素子がオフされる
ことを特徴とする液晶装置。
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