JP4525287B2 - 発光素子駆動装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ等、流れる電流に応じた輝度で発光する発光素子駆動装置、およびそれを用いた、たとえば非発光の透過型の表示部を有する表示装置に関するものである。

液晶パネルのバックライトは、蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）タイプが主流であるが、環境的に水銀レスが要求されてきている。
このことから、近年、ＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が有望視されている。
特に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの各原色を個別に使用し、光学的に合成加法混色して白色を得る方法は、色のバランスがとりやすいため、テレビジョン用途として用いることが盛んに検討されている。

ＬＥＤは、基本的に電流に応じて輝度が変化する特性を持ち、また順方向電圧は個体差のバラツキや温度で変動する。
したがって、ＬＥＤを液晶パネル（LCD等）のバックライトとして使う際には、一定の均一な輝度を得るため、その駆動装置には定電流特性が求められる。

簡易的には、図１に示すように、定電圧電源１の出力にＬＥＤ２と抵抗素子３を直列に接続することによって電流を制限する方法が知られている。
しかし、図１の装置では、大電流の流れる高輝度ＬＥＤではこの抵抗素子３による損失が問題となる。

この問題を解決する方法として、図２に示すように、駆動装置として定電流電源４を用いる方法がある。
この駆動装置においては、ＬＥＤ２の輝度の調整は、電流値を絞る（小さくする）ことによって可能ではある。電流値の可変は、ＬＥＤ２に直列に抵抗素子５を挿入し、その両端の電位差で電流値を検出しフィードバック制御をかけて電流値を目的値に制御する方法が一般的である。
しかし、電流が小さくなるほど電位差も小さくなるため精度も悪くなり、ノイズ等の影響も受けやすくなる。また小電流でも十分な電圧が得られる様に抵抗値を大きくすると、大電流の際には損失が大きくなるという不利益がある。

そこで、広いダイナミックレンジで安定して輝度を調整するため、ＬＥＤに流れる電流を一定のタイミングでオン／オフし、そのオン／オフ期間の比率によって輝度を調整するＰＷＭ制御方式を採用した駆動装置が知られている。
この方式を実現する方法の一つとして、図３に示すように、ＬＥＤ２と直列にスイッチ素子６を挿入して、ある決められたタイミングでオン／オフする方法が採用される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−２７２９３８号公報 特開２００１−１６６２７８号公報

ＬＣＤのバックライトや照明等の駆動装置において、輝度を調整するために発光素子を時間的にオン／オフし、このオン／オフの比率によって輝度調整をおこなうＰＷＭ制御方式は、安定して広い範囲で輝度を調整することが可能である。
このＰＷＭ制御の周波数は通常、フリッカーを避けるために６０Ｈｚ以上の周波数が選ばれる。

しかし、電源に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタは、原理的に印加される電流・電圧の周波数で振動する性質があり、６０Ｈｚ以上の周波数は人間の可聴域になるので、人間の聞こえる異音がしばしば発生するという不利益がある。

この異音の問題を解消するように構成したＣＣＦＬの駆動装置が提案されている（上記特許文献２参照）。
このＣＣＦＬの駆動装置は、ＰＷＭ発生部より出力される調光用のＰＷＭパルスのオン期間に発振部で発生する可聴音領域側のパルスを重畳して可聴音を軽減するように構成されている。
すなわち、特許文献２に記載された駆動装置は、あくまでもＣＣＦＬ用であり、基本的にＰＷＭ制御は可聴音領域の周波数で行い、そのＰＷＭ制御を行うスイッチ素子を駆動する信号を、可聴音領域外の周波数で変調することによって、発生する可聴音を軽減するものである。
そして、特許文献２に記載された駆動装置においては、ＣＣＦＬに流れる電流は従来どおり可聴音領域の周波数でＰＷＭ制御されることになる。
したがって、特許文献２に記載されたＣＣＦＬの駆動装置を、図３に示すようなＬＥＤ駆動装置に適用したとしても、電源に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタは、印加される電流・電圧の周波数で振動し、人間の聞こえる異音がしばしば発生するという不利益がある。

また、ＰＷＭ制御方式を採用した駆動装置として定電流電源を用いた場合、オフ期間は電流が流れないにもかかわらず定電流電源としては一定の電流を流そうとするため、制御が異常状態となってしまい、正しく定電流制御ができなくなるおそれがある。その結果、安定した輝度調整を行うことができないという不利益がある。

本発明の目的は、ＰＷＭ制御を異音を発生させることなく行うことが可能で、また、定電流制御とＰＷＭ制御を同時に行うことが可能で、広いダイナミックレンジで安定した輝度調整が可能な発光素子駆動回路および表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点は、流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部と、出力電圧が調整可能で、出力電圧を上記発光部の発光素子に供給する定電圧電源と、上記定電圧電源の出力をＰＷＭ信号に従ったタイミングでオン／オフし、当該オン／オフの比率によって上記発光素子の発光輝度の調整を行うスイッチ手段と、上記発光素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、上記スイッチ手段がオンのときの上記電流検出手段の出力の値を維持するサンプルホールド手段と、上記サンプルホールド手段の出力値が決められた値になるように上記定電圧電源の出力電圧を調整する制御手段と、を有し、上記制御手段は、定電流用基準電圧源と、上記サンプルホールド手段の出力と上記定電流用基準電圧源による定電流用基準電圧とを比較する定電流制御用エラーアンプと、上記定電流制御用エラーアンプの出力に応じて定電圧用基準電圧を変更して出力する可変電圧源である定電圧用基準電圧源と、上記定電圧電源の出力電圧と上記定電圧用基準電圧源による定電圧用基準電圧とを比較する定電圧制御用エラーアンプと、を含み、上記定電圧制御用エラーアンプの比較結果に応じて、上記定電圧電源の出力を定電圧用基準電圧で定められた値になるように制御する。

好適には、上記ＰＷＭ信号の周波数が人間の可聴帯域の上限以上に設定されている。
好適には、上記ＰＷＭ信号の周波数が２０ｋＨｚ以上に設定されている。

好適には、上記定電流用基準電圧源は、外部からの電流調整信号に応じて出力基準電圧を調整可能である。
好適には、上記定電圧電源は、チョークコイル、キャパシタ、およびスイッチ素子を含み、当該スイッチ素子をオン／オフすることにより出力電圧が調整されるスイッチング電源により構成され、上記制御手段は、上記スイッチング電源の出力電圧が、上記定電圧用基準電圧源が定める値になるように上記スイッチ素子のオン／オフ制御を行う。

本発明の第２の観点の表示装置は、非発光の透過型の表示部と、上記表示部の背面側に設けられ、流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部を有する照明ユニットと、上記発光部における発光素子を駆動する発光素子駆動装置と、を有し、上記発光素子駆動装置は、流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部と、出力電圧が調整可能で、出力電圧を上記発光部の発光素子に供給する定電圧電源と、上記定電圧電源の出力をＰＷＭ信号に従ったタイミングでオン／オフし、当該オン／オフの比率によって上記発光素子の発光輝度の調整を行うスイッチ手段と、上記発光素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、上記スイッチ手段がオンのときの上記電流検出手段の出力の値を維持するサンプルホールド手段と、上記サンプルホールド手段の出力値が決められた値になるように上記定電圧電源の出力電圧を調整する制御手段と、を有し、上記制御手段は、定電流用基準電圧源と、上記サンプルホールド手段の出力と上記定電流用基準電圧源による定電流用基準電圧とを比較する定電流制御用エラーアンプと、上記定電流制御用エラーアンプの出力に応じて定電圧用基準電圧を変更して出力する可変電圧源である定電圧用基準電圧源と、上記定電圧電源の出力電圧と上記定電圧用基準電圧源による定電圧用基準電圧とを比較する定電圧制御用エラーアンプと、を含み、上記定電圧制御用エラーアンプの比較結果に応じて、上記定電圧電源の出力を定電圧用基準電圧で定められた値になるように制御する。

好適には、上記発光部は、複数の発光素子が直列に接続されている。

本発明によれば、たとえば定電圧電源が電圧を出力し、スイッチ手段により、定電圧電源の出力を、周波数が人間の可聴帯域の上限以上に設定されているＰＷＭ信号に従ったタイミングでオン／オフする。スイッチ手段がオン／オフすると発光素子にたとえば方形波状の電流が流れ、発光素子が点灯する。
このとき、発光素子に流れる電流が電流検出手段によって検出され、検出結果がサンプルホールド手段に供給される。
サンプルホールド手段において、スイッチ手段がオンのときの値だけが制御手段に入力される。
そして、制御手段によって、スイッチ手段がオンのときに発光素子に流れる電流はあらかじめ定められた設定値と同じ値になるように出力電圧が安定に制御される。
この出力電圧調整によって発光素子に流れる電流が一定に保たれる。
また、ＰＷＭ制御において、電源に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタに発生する振動が、人間の可聴帯域の上限以上たとえば２０ｋＨｚ以上となり、その結果人間に聞こえる異音が取り除かれる。

本発明によれば、ＰＷＭ制御を異音を発生させることなく行うことが可能となる。
また、定電流制御とＰＷＭ制御が同時に可能になり、広いダイナミックレンジで安定した輝度調整が可能になる。
さらに定電流制御の際の電流値を可変することで、さらに広いダイナミックレンジの輝度調整が可能になる。
また、定電流制御に電流制限抵抗素子を用いておらず、電流検出抵抗素子も低抵抗のものを使用することができることから、高効率なＬＥＤ駆動が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に関連付けて説明する。

本実施形態においては、駆動対象である、流れる電流によって輝度が変化する電気光学素子である発光素子としてＬＥＤ（light Emitting Diode: 発光ダイオード）を採用している。
また、本実施形態の駆動装置においては、ＬＥＤの輝度調整をＰＷＭ制御方式で行っている。そして、ＰＷＭ信号の周波数を人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上に設定することによって、駆動装置の電源に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタに発生する振動を２０ｋＨｚ以上にし、その結果人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能に構成される。

第１実施形態
図４は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第１の実施形態を示す回路図である。

図４のＬＥＤ駆動装置１０は、定電圧電源１１、発光部を形成するＬＥＤ１２、スイッチ手段としてのスイッチ回路１３、電流検出部１４、およびサンプルホールド回路１５を有する。

定電圧電源１１は、制御手段としての出力電圧調整部１１１を有し、外部からの信号によって出力電圧を変化させることが可能である。
出力電圧調整部１１１は、サンプルホールド回路１５の出力、つまりスイッチ回路１３がオン時の電流値が入力され、この値があらかじめ定められた設定値になるように定電圧電源１１の出力を調整する。具体的には、出力電圧調整部１１１は、電流値が設定値よりも小さい場合は電圧を上げる方向、設定値よりも大きい場合は電圧を下げる方向に働くようになっている。
定電圧電源１１の正極（＋）端子がＬＥＤ１２のアノードに接続されている。

スイッチ回路１３は、作動接点ａがＬＥＤ１２のカソードに接続され、固定接点ｂが電流検出部１４の入力に接続されており、外部からのＰＷＭ信号に応じてオン／オフ制御される。

本実施形態においては、定電圧電源１１と、駆動対象するＬＥＤ１２と、外部からのＰＷＭ信号に合わせてオン／オフするスイッチ回路１３を主構成素子として有している。上述したように、定電圧電源１１によって発生した電圧をＬＥＤ１２に印加して発光させるが、ＬＥＤ１２に直列に挿入されたスイッチ回路１３を外部からのＰＷＭ信号に合わせてオン／オフすることにより、ＰＷＭ制御を行って輝度の調整している。
そして、ＰＷＭ信号の周波数は人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上の周波数になっており、定電圧電源１１に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタに発生する振動も２０ｋＨｚ以上の周波数になるため、人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能になっている。

電流検出部１４は、回路に流れる電流を検出し、検出電流値を定電圧電源１１の−端子、およびサンプルホールド回路１５に供給する。

サンプルホールド回路１５は、電流検出部１４による電流入力値を一定期間維持する。
サンプルホールド回路１５は、スイッチ回路１３に入力されるＰＷＭ信号も入力されており、このＰＷＭ信号がオンのときの入力値をＰＷＭ信号がオフのときにも維持して出力し続けるように構成されている。

このような構成において、定電圧電源１１が電圧を出力し、ＰＷＭ信号によってスイッチ回路１３がオン／オフすると、ＬＥＤ１２に方形波状の電流が流れ、ＬＥ１２が点灯する。
このとき、ＬＥＤ１２に流れる電流が電流検出部１４によって検出され、検出結果がサンプルホールド回路１５および定電圧電源１１の負極（−）端子に供給される。
サンプルホールド回路１５において、ＰＷＭ信号がオンのときの値だけが定電圧電源１１の出力電圧調整部１１１に入力される。
その結果、ＰＷＭ信号がオンのときにＬＥＤ１２に流れる電流はあらかじめ定められた設定値と同じ値になるように出力電圧が安定に制御される。

以上説明したように、本第１の実施形態によれば、定電圧電源１１と、駆動対象するＬＥＤ１２と、外部からのＰＷＭ信号に合わせてオン／オフするスイッチ回路１３を主構成素子として有し、定電圧電源１１によって発生した電圧をＬＥＤ１２に印加して発光させるが、ＬＥＤ１２に直列に挿入されたスイッチ回路１３を外部からのＰＷＭ信号に合わせてオン／オフすることにより、ＰＷＭ制御を行って輝度の調整し、かつ、ＰＷＭ信号の周波数を人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上の周波数に設定したことから、定電圧電源１１に使われているトランスやチョークコイル等の磁性部品やキャパシタに発生する振動も２０ｋＨｚ以上の周波数になるため、人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能である。

また、本第１の実施形態によれば、出力電圧調整部１１１を有し、外部からの信号によって出力電圧を変化させることが可能である定電圧電源１１と、ＬＥＤのカソード側に接続され、外部からのＰＷＭ信号に応じてオン／オフ制御されるスイッチ回路１３と、回路に流れる電流を検出する電流検出部１４と、電流検出部１４による電流入力値を一定期間維持するサンプルホールド回路１５と、を有し、出力電圧調整部１１１は、サンプルホールド回路１５の出力、つまりスイッチ回路１３がオン時の電流値が入力され、この値があらかじめ定められた設定値になるように定電圧電源１１の出力を調整するので、ＰＷＭ制御と定電流制御が同時に行われ、広いダイナミックレンジで安定した輝度調整が可能になる利点がある。
また定電流制御に電流制限抵抗素子を用いておらず、電流検出抵抗素子も低抵抗のものを使用することができるので、高効率なＬＥＤ駆動が可能になる。

第２実施形態
図５は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第２の実施形態を示す回路図である。

図５のＬＥＤ駆動装置２０は、図４のＬＥＤ駆動装置をより具体的な回路とした構成を有する。
具体的には、定電圧電源として降圧チョッパータイプのスイッチング電源（スイッチングレギュレータ）２１を、スイッチ回路としてｎチャンネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ：以下、単にＦＥＴ）２３を、電圧検出部として抵抗素子２４を、サンプルホールド回路としてピークホールド回路２５を、制御部（出力電圧調整部を含む）として定電流用基準電圧源２６と定電流制御用エラーアンプ２７、および外部より出力電圧を可変する機能を持った定電圧用基準電圧源２８と定電圧制御用エラーアンプ２９を用いた実施形態である。

スイッチング電源２１は、図５に示すように、入力キャパシタ２１１、スイッチ素子２１２、チョークコイル２１３、出力キャパシタ２１４、ダイオード２１５、および制御回路２１６を有する。

入力キャパシタ２１１の第１電極、出力キャパシタ２１４の第１電極、およびダイオード２１５のアノードが共通の−端子に接続されている。
スイッチ素子２１２の作動接点ａが入力キャパシタ２１１の第２電極に接続され、固定接点ｂがチョークコイル２１３の一端に接続されている。
チョークコイル２１３の他端がダイオード２１５のカソード、出力キャパシタ２１４の第２電極２１４、および正極（＋）端子に接続されている。
制御回路２１６は、定電圧制御用エラーアンプ２９の出力がフィードバックされ、この信号に基づいて、スイッチ素子２１２のオン／オフを制御することによって、出力電圧を変化させて出力電圧を定電圧用基準電圧源２８が定める値になるように制御する。

ＦＥＴ２３のドレインがＬＥＤ２２のカソードに接続され、ソースが電流検出抵抗素子２４の一端およびピークホールド回路２５の入力に接続されている。
そして、ＦＥＴ２３のゲートに、周波数を人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上に設定したＰＷＭ信号が外部から供給される。
したがって、本第２の実施形態においても、定電圧電源２１に使われているチョークコイル２１３等の磁性部品やキャパシタ２１１，２１４に発生する振動も２０ｋＨｚ以上の周波数になるため、人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能である。

電流検出抵抗素子２４の他端、定電流用基準電圧源２６の負極、および定電圧用基準電圧源２８の負極がスイッチング電源２１の負極（−）端子に共通に接続されている。

ピークホールド回路２５は、あらかじめ決められたＰＷＭ周期の期間、入力された電圧値のピーク値を定電流制御用エラーアンプ２７に出力する。

定電流制御用エラーアンプ２７は、ピークホールド回路２５の出力Ｓ２５と定電流用基準電圧源２６の出力基準電圧Ｖref1とを比較し、その結果を信号Ｓ２７として定電圧用基準電圧源２８に供給する。
具体的には、定電流制御用エラーアンプ２７は、ピークホールド回路２５の出力信号Ｓ２５が定電流用基準電圧源２６の出力基準電圧Ｖref1よりも小さい場合は定電圧用基準電圧源２８の出力基準電圧Ｖref2を上げる方向、ピークホールド回路２５の出力信号Ｓ２５が定電流用基準電圧源２６の出力基準電圧Ｖref1よりも大きい場合は定電圧用基準電圧源２８の出力基準電圧Ｖref2を下げる方向に作用するように構成されている。

定電圧用基準電圧源２８は、可変電圧源であり、定電流制御用エラーアンプ２７の出力信号Ｓ２７に応じた基準電圧Ｖref2を定電圧制御用エラーアンプ２９に供給する。

定電圧制御用エラーアンプ２９は、スイッチング電源２１の+出力の電圧と定電圧用基準電圧源２８の出力基準電圧Ｖref2を比較し、その結果をスイッチング電源２１の制御回路２１６にフィードバックし、スイッチング電源２１のスイッチ素子２１２のオン／オフを制御することによって、その出力電圧を変化させて出力電圧を定電圧用基準電圧源２８が定める値になるように制御する。

次に、上記構成による動作を、図６（Ａ）〜（Ｄ）の波形図に関連付けて説明する。
図６（Ａ）はＰＷＭ信号を示し、図６（Ｂ）はＬＥＤ２３に流れるＬＥＤ電流ＩLED を示し、図６（Ｃ）は電流検出抵抗素子２４の電流検出出力Ｓ２４を示し、図６（Ｄ）は定電圧用基準電圧源２８による基準電圧Ｖref2を示している。

スイッチング電源２１が電圧を出力し、図６（Ａ）に示すようなＰＷＭ信号によってＦＥＴ２３がオン／オフすると、ＬＥＤ２２に、図６（Ｂ）に示すような、方形波状の電流が流れ、ＬＥＤ２２が点灯する。
このとき、ＬＥＤ２２に流れる電流が電流検出抵抗素子２４によって検出され、そのＦＥＴ２３が接続された側の端子の電圧が信号Ｓ２４としてピークホールド回路２５に入力される。
ピークホールド回路２５はＰＷＭ周期の期間、その入力電圧のピーク値を維持するので、ピークホールド回路２５の出力はＰＷＭ信号がオンのときにＬＥＤ２２に流れる電流値と等しくなる。ピークホールド回路２５の出力は、定電流制御用エラーアンプ２７に入力される。

定電流制御用エラーアンプ２７においては、ピークホールド回路２５の出力Ｓ２５と、定電流用基準電圧源２６の出力基準電圧Ｖref1と比較され、その比較結果が信号２７として定電圧用基準電圧源２８に供給される。
定電圧用基準電圧源２８においては、定電流制御用エラーアンプ２７の出力信号Ｓ２７に応じて出力基準電圧Ｖref2を変化させる。
定電圧制御用エラーアンプ２９においては、定電圧用基準電圧源２８の出力基準電圧Ｖref2とスイッチング電源２１の出力電圧とが比較されて、その比較結果がスイッチング電源２１の制御回路２１６にフィードバックされる。制御回路２１６は、スイッチング電源２１の出力電圧が定電圧用基準電圧源２８が定める値になるようにスイッチ素子２１２のオン／オフ制御を行う。
その結果、ＰＷＭ信号がオンのときにＬＥＤ２２に流れる電流は定電流用基準電圧源２６と電流検出抵抗素子２４によってあらかじめ決められた値に安定に制御され、ＰＷＭ制御と定電流制御が同時に行われる。
その結果、広いダイナミックレンジで安定した輝度調整が可能になる。

なお、定電流用基準電圧源２６は、図５の構成に限定されるものではなく、たとえば外部から基準電圧Ｖref1の値を調整可能に構成し、ＦＥＴ２３がオンのときの電流値を変更することによってＬＥＤ２２に流れる電流値を変更可能で、ＬＥＤ２２の発光輝度を調整可能に構成することも可能である。

図７は、調整機能を備えた定電流用基準電圧源の構成例を示す回路図である。

この定電流用基準電圧源２６Ａは、図７に示すように、基準電圧源２６１、および抵抗素子２６２〜２６４を有する。
基準電圧源２６１の負極および抵抗素子２６２に一端がスイッチング電源２１の−端子に接続され、基準電圧源２６１の正極が抵抗素子２６３の一端に接続されている。抵抗素子２６２と２６３の他端同士が接続されてノードＮＤ２６が構成されている。そして、抵抗素子２６４の一端がノードＮＤ２６に接続され、抵抗素子２６４の他端が外部からの電流調整信号ＳＩＡの入力ラインに接続されている。

このような構成を有する定電流用基準電圧源２６Ａは、外部から電流調整信号ＳＩＡに応じて基準電圧源２６１の出力電圧を所望の値に調整してノードＮＤ２６から所望の値の基準電圧Ｖref1を定電流制御用エラーアンプ２７に供給する。
このように、図７の定電流用基準電圧源２６Ａは、外部からの電流調整信号ＳＩＡにより出力基準電圧Ｖref1を調整可能であることから、ＰＷＭ信号がオンのときにＬＥＤ２２に流れる電流は、調整後の定電流用基準電圧源２６の基準電圧Ｖref1と電流検出抵抗素子２４によってあらかじめ決められた値に安定に制御され、ＰＷＭ制御と定電流制御が同時に行われる。

すなわち、外部からの電流調整信号ＳＩＡにより定電流用基準電圧源２６Ａの出力基準電圧Ｖref1を任意の値に調整することにより、ＬＥＤ２２に流れる電流値を調整でき、その結果、ＬＥＤ２２の発光輝度を調整できる。したがって、さらに広いダイナミックレンジの輝度調整が可能になる。

なお、上述した実施形態において、スイッチング電源２１の負極（−）端子とＬＥＤ２２のカソードとの間のラインにスイッチ手段としてｎチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、たとえばｎｐｎ型バイポーラトランジスタにより置換することも可能である。
また、ｎチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴに代えてｐチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴを用いる場合には、スイッチング電源２１の正極（＋）端子とＬＥＤ２２のアノードとの間に接続される。この場合も、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタにより置換することも可能である。

第３実施形態
図８は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第３の実施形態を示す回路図である。

本第３の実施形態のＬＥＤ駆動装置２０Ａは、図５に示す第２の実施形態のピークホールド回路２５、定電流制御用エラーアンプ２７、定電流用基準電圧源２６、および定電圧用基準電圧源２８をマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３０によって置き換えた例である。
また、本第３の実施形態では、ＰＷＭ信号も同じマイコン３０から出力するようになっている。
この場合も、ＦＥＴ２３のゲートに、周波数を人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上に設定したＰＷＭ信号がマイコン３０から供給される。
したがって、本第３の実施形態においても、定電圧電源２１に使われているチョークコイル２１３等の磁性部品やキャパシタ２１１，２１４に発生する振動も２０ｋＨｚ以上の周波数になるため、人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能である。

この場合、電流検出抵抗素子２４による検出電圧がマイコン３０に入力される。マイコン３０は、図示しないアナログ・デジタルコンバータでアナログからデジタルへの変換処理を行い、マイコン３０自身で発生させているＰＷＭ信号に合わせてサンプルホールドし、ソフトウェアによってあらかじめ定められた電流設定値と比較してその結果に応じた出力を図示しないデジタル・アナログコンバータを通じてアナログ値に変換して定電圧制御用エラーアンプ２９に出力することで、図６の第２の実施形態と同様の動作が可能になる。
またさらには、電流設定値をソフトウェアで変化させることで、ＰＷＭ制御だけの場合よりさらに広いダイナミックレンジの輝度調整が可能になる。

第４実施形態
図９は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第４の実施形態を示す回路図である。

本第４の実施形態のＬＥＤ駆動装置１０Ａは、図４に示す第１の実施形態のＬＥＤ駆動装置１０の発光部をＬＥＤアレイ１２Ａに置き換えた例である。

ＬＥＤアレイ１２Ａは、複数個のＬＥＤを直列に接続したものであり、その分印加する電圧が大きくなる。
たとえば、ｎ個のＬＥＤ１２−１〜１２−ｎを直列に接続したＬＥＤアレイ１２Ａの場合は、ｎ倍の電圧が必要になるので、定電圧電源１１やスイッチ回路１３もその電圧に応じた出力電圧、遮断電圧のもが必要になるが、この条件を満たせば、図４とＬＥＤ駆動装置１０と同じ構成で同様の動作が可能となる。

たとえば、ＬＥＤを液晶パネルのバックライトの光源として用いる場合、現実的なコストの観点から１つの１つのＬＥＤを個別に駆動するようなことはできない。
そのために、ＬＥＤをバックラインとの光源として用いる場合には、あるまとまった数のＬＥＤを直列接続して一括して駆動する方式が採用される。
したがって、図９のＬＥＤ駆動装置１０Ａは、バックライト装置を有する透過型液晶表示装置に好適である。

第５実施形態
図１０は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第５の実施形態を示す回路図である。

本第５の実施形態のＬＥＤ駆動装置２０Ｂは、図５に示す第２の実施形態のＬＥＤ駆動装置２０の発光部を、ＬＥＤアレイ２２Ａに置き換えた例である。

ＬＥＤアレイ２２Ａは、複数個のＬＥＤを直列に接続したものであり、その分印加する電圧が大きくなる。
たとえば、ｎ個のＬＥＤ２２−１〜２２−ｎを直列に接続したＬＥＤアレイ２２Ａの場合は、ｎ倍の電圧が必要になるので、定電圧電源２１やＦＥＴ２３もその電圧に応じた出力電圧、遮断電圧のもが必要になるが、この条件を満たせば、図５とＬＥＤ駆動装置２０と同じ構成で同様の動作が可能となる。

図１０のＬＥＤ駆動装置２０Ｂは、バックライト装置を有する透過型液晶表示装置に好適である。

第６実施形態
図１１は、本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第６の実施形態を示す回路図である。

本第６の実施形態のＬＥＤ駆動装置２０Ｃは、図８に示す第３の実施形態のＬＥＤ駆動装置２０Ａの発光部を、ＬＥＤアレイ２２Ｂに置き換えた例である。

ＬＥＤアレイ２２Ｂは、複数個のＬＥＤを直列に接続したものであり、その分印加する電圧が大きくなる。
たとえば、ｎ個のＬＥＤ２２−１〜２２−ｎを直列に接続したＬＥＤアレイ２２Ｃの場合は、ｎ倍の電圧が必要になるので、定電圧電源２１やＦＥＴ２３もその電圧に応じた出力電圧、遮断電圧のもが必要になるが、この条件を満たせば、図５とＬＥＤ駆動装置２０と同じ構成で同様の動作が可能となる。

図１１のＬＥＤ駆動装置２０Ｃは、バックライト装置を有する透過型液晶表示装置に好適である。

第７実施形態
以下、本発明の第７の実施形態として、図９〜図１１のＬＥＤ駆動装置が適用可能なＬＥＤバックライトを用いた液晶表示装置について説明する。

図１２は、本発明に係る第７の実施形態の液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。

液晶表示装置１００は、図１２に示すように、透過型液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）１１０、ＬＣＤパネル１１０の背面側に設けられた照明ユニットとしてのバックライト装置１２０、ＬＥＤ駆動装置１３０、パネル駆動回路１４０、信号処理回路１５０、および電源回路１６０を有する。

図１３は、透過型ＬＣＤパネル１１０の構成例を示す図である。

この透過型ＬＣＤパネル１１０は、ＴＦＴ基板１１１と対向電極基板１１２とを互いに対向配置させ、その間隙に、たとえばツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１１にはマトリクス状に配置された信号線１１４と走査線１１５、並びにこれらの交点に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１１６と画素電極１１７が形成されている。薄膜トランジスタ１１６は走査線１１５により順次選択されると共に、信号線１１４から供給される映像信号を対応する画素電極１１７に書き込む。一方、対向電極基板１１２の内表面には対向電極１８およびカラーフィルタ１１９が形成されている。

液晶表示装置１００においては、このような構成の透過型ＬＣＤパネル１１０を２枚の偏光板で挟み、バックライト装置１２０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリクス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像表示が得られる。

バックライト装置１２０は、光源１２１と波長選択フィルタ２２とを備えている。バックライト装置１２０は、光源１２１から発光された光を、波長選択フィルタ１２２を介してＬＣＤパネル１１０を背面側から照明する。

バックライト装置１２０は、透過型ＬＣＤパネル１１０を背面に配設され、ＬＣＤパネル１１０の背面直下から照明する直下型タイプである。
バックライト装置１２０の光源（発光部）１２１は、直列接続した複数のＬＥＤを発光源としている。
バックライト装置１２０の光源１２１は、画面水平方向に並んだ発光ダイオードが直列接続され、水平方向に直列接続された複数の発光ダイオード群が、複数個形成される。

このような構成を有するバックライト装置１２０は、ＬＥＤ駆動装置１３０により駆動される。
ＬＥＤ駆動装置１３０としては、前述した図９〜図１１のＬＥＤ駆動装置が適用可能である。
図１２においては、ＬＥＤ駆動装置１３０により光源１２１全体が駆動されるように示されているが、実際には、水平方向に直列接続した発光ダイオード群３０の一つ一つに独立したＬＥＤ駆動装置が設けられている。
また、ＬＥＤ駆動装置１３０は、前述したように、ＰＷＭ制御方式を採用しているが、そのＰＷＭ信号はたとえば信号処理回路１５０により供給される。

パネル駆動回路１４０は、Ｘドライバ回路、Ｙドライバ回路等を含み、信号処理回路１５０によりＸドライバ回路およびＹドライバ回路供給されるたとえばＲＧＢセパレート信号でＬＣＤパネル１１０を駆動することにより、ＲＧＢセパレート信号に応じた映像を表示する。

信号処理回路１５０は、入力された映像信号に対してクロマ処理等の信号処理を行い、さらに、コンポジット信号からＬＣＤパネル１１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換して、パネル駆動回路１４０に供給する。
また、信号処理回路１５０は、ＬＥＤ駆動装置１３０に対して所定のタイミングでＰＷＭ信号を供給する。
この場合も、信号処理回路１５０は、周波数を人間の可聴域の上限である２０ｋＨｚ以上の設定したＰＷＭ信号をＬＥＤ駆動装置１３０に供給する。
したがって、本第７の実施形態においても、電源に使われているチョークコイル等の磁性部品やキャパシタに発生する振動も２０ｋＨｚ以上の周波数になるため、人間に聞こえる異音を完全に取り除くことが可能である。

このような構成を有する液晶表示装置１００は、図９〜図１１のＬＥＤ駆動装置が適用されることから、環境の優しいＬＥＤを用いたバックラインと用いたとして、定電流制御とＰＷＭ制御が同時に可能になり、広いダイナミックレンジで安定した輝度調整が可能になる。
さらに定電流制御の際の電流値を可変することで、さらに広いダイナミックレンジの輝度調整が可能になる。
また、定電流制御に電流制限抵抗素子を用いておらず、電流検出抵抗素子も低抵抗のものを使用することができることから、高効率なＬＥＤ駆動が可能になる利点がある。

発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第１の関連技術を説明するための図である。 発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第２の関連技術を説明するための図である。 発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第３の関連技術を説明するための図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第１の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第２の実施形態を示す回路図である。 図５のＬＥＤ駆動装置の要部波形を示す図である。 調整機能を備えた定電流用基準電圧源の構成例を示す回路図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第３の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第４の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第５の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る発光素子（ＬＥＤ）駆動装置の第６の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る第７の実施形態の液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。 透過型ＬＣＤパネルの構成例を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ…ＬＥＤ駆動装置、１１…定電圧電源、１１１…出力電圧調整部、１２…ＬＥＤ、１３…スイッチ回路、１４…電流検出部、１５…サンプルホールド回路、２０，２０Ａ〜２０Ｃ…ＬＥＤ（発光素子）駆動装置、２１…スイッチング電源、２１１…入力側キャパシタ、２１２…スイッチ素子、２１３…チョークコイル、２１４…出力キャパシタ、２１５…ダイオード、２１６…制御回路、２２，２１−１〜２２−ｎ…ＬＥＤ、２２Ａ…ＬＥＤアレイ、２３…ＭＯＳ−ＦＥＴ、２４…電流検出抵抗素子、２５…ピークホールド回路、２６，２６Ａ…定電流用基準電圧源、２６１…基準電圧源、２６２〜２６４…抵抗素子、２７…定電流制御用エラーアンプ、２８…定電圧用基準電圧源、２９…定電圧制御用エラーアンプ。

Claims (10)

1. 流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部と、
   出力電圧が調整可能で、出力電圧を上記発光部の発光素子に供給する定電圧電源と、
   上記定電圧電源の出力をＰＷＭ信号に従ったタイミングでオン／オフし、当該オン／オフの比率によって上記発光素子の発光輝度の調整を行うスイッチ手段と、
   上記発光素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   上記スイッチ手段がオンのときの上記電流検出手段の出力の値を維持するサンプルホールド手段と、
   上記サンプルホールド手段の出力値が決められた値になるように上記定電圧電源の出力電圧を調整する制御手段と、を有し、
   上記制御手段は、
   定電流用基準電圧源と、
   上記サンプルホールド手段の出力と上記定電流用基準電圧源による定電流用基準電圧とを比較する定電流制御用エラーアンプと、
   上記定電流制御用エラーアンプの出力に応じて定電圧用基準電圧を変更して出力する可変電圧源である定電圧用基準電圧源と、
   上記定電圧電源の出力電圧と上記定電圧用基準電圧源による定電圧用基準電圧とを比較する定電圧制御用エラーアンプと、を含み、
   上記定電圧制御用エラーアンプの比較結果に応じて、上記定電圧電源の出力を定電圧用基準電圧で定められた値になるように制御する
   発光素子駆動装置。
2. 上記定電流用基準電圧源は、
   外部からの電流調整信号に応じて出力基準電圧を調整可能である
   請求項１記載の発光素子駆動装置。
3. 上記定電圧電源は、
   チョークコイル、キャパシタ、およびスイッチ素子を含み、当該スイッチ素子をオン／オフすることにより出力電圧が調整されるスイッチング電源により構成され、
   上記制御手段は、
   上記スイッチング電源の出力電圧が、上記定電圧用基準電圧源が定める値になるように上記スイッチ素子のオン／オフ制御を行う
   請求項１または２記載の発光素子駆動装置。
4. 上記ＰＷＭ信号の周波数が人間の可聴帯域の上限以上に設定されている
   請求項１から３のいずれか一に記載の発光素子駆動装置。
5. 上記発光部は、複数の発光素子が直列に接続されている
   請求項１から４のいずれか一に記載の発光素子駆動装置。
6. 非発光の透過型の表示部と、
   上記表示部の背面側に設けられ、流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部を有する照明ユニットと、
   上記発光部における発光素子を駆動する発光素子駆動装置と、を有し、
   上記発光素子駆動装置は、
   流れる電流に応じた輝度で発光する少なくとも一つの発光素子を含む発光部と、
   出力電圧が調整可能で、出力電圧を上記発光部の発光素子に供給する定電圧電源と、
   上記定電圧電源の出力をＰＷＭ信号に従ったタイミングでオン／オフし、当該オン／オフの比率によって上記発光素子の発光輝度の調整を行うスイッチ手段と、
   上記発光素子に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   上記スイッチ手段がオンのときの上記電流検出手段の出力の値を維持するサンプルホールド手段と、
   上記サンプルホールド手段の出力値が決められた値になるように上記定電圧電源の出力電圧を調整する制御手段と、を有し、
   上記制御手段は、
   定電流用基準電圧源と、
   上記サンプルホールド手段の出力と上記定電流用基準電圧源による定電流用基準電圧とを比較する定電流制御用エラーアンプと、
   上記定電流制御用エラーアンプの出力に応じて定電圧用基準電圧を変更して出力する可変電圧源である定電圧用基準電圧源と、
   上記定電圧電源の出力電圧と上記定電圧用基準電圧源による定電圧用基準電圧とを比較する定電圧制御用エラーアンプと、を含み、
   上記定電圧制御用エラーアンプの比較結果に応じて、上記定電圧電源の出力を定電圧用基準電圧で定められた値になるように制御する
   表示装置。
7. 上記定電流用基準電圧源は、
   外部からの電流調整信号に応じて出力基準電圧を調整可能である
   請求項６記載の表示装置。
8. 上記定電圧電源は、
   チョークコイル、キャパシタ、およびスイッチ素子を含み、当該スイッチ素子をオン／オフすることにより出力電圧が調整されるスイッチング電源により構成され、
   上記制御手段は、
   上記スイッチング電源の出力電圧が、上記定電圧用基準電圧源が定める値になるように上記スイッチ素子のオン／オフ制御を行う
   請求項６または７記載の表示装置。
9. 上記ＰＷＭ信号の周波数が人間の可聴帯域の上限以上に設定されている
   請求項６から８のいずれか一に記載の表示装置。
10. 上記発光部は、複数の発光素子が直列に接続されている
    請求項６から９のいずれか一に記載の表示装置。

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