JP4707400B2 - 電源装置、発光装置ならびに表示装置 - Google Patents
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Description
この態様によれば、液晶パネルが黒を表示する遮光状態において、バックライトを消灯することになるため、表示装置を低消費電力化することができる。さらに、バックライトを消灯することにより、より正確な黒を表示することができる。
はじめに、本発明の第1の実施の形態に係る電源装置の概要について説明する。この電源装置は、液晶パネルのバックライトとして使用されるRGB3色に対応したLEDを駆動するためのLED駆動回路である。このLED駆動回路は、電池から出力される電池電圧を、LEDを駆動するために必要な電圧に昇圧し、また、各LEDに流れる電流を制御し、所望の輝度で発光させる。LED駆動回路は、フィールドシーケンシャル方式によって各LEDを時分割して発光させる。
図1は、第1の実施の形態に係る発光装置1000の構成を示す回路図である。この発光装置1000は、発光素子である発光ダイオード300R〜300Bと、その発光ダイオード300R〜300Bを駆動するための電源装置100を含む。発光装置1000は、電池200により駆動される情報端末に搭載され、電源装置100は、電池200から出力される電池電圧Vbatを昇圧して発光ダイオード300R〜300Bを駆動するために必要な駆動電圧Voutを生成する。以下、各色に対応づけて各構成要素に付された添え字R、G、Bは、特に各色を区別する必要のないときは省略する。
昇圧回路10は、入力端子102から入力された電池電圧Vbatを昇圧し、出力端子104から出力電圧Voutを出力する。この昇圧回路10は、スイッチングレギュレータやチャージポンプ回路などのスイッチング素子を含むスイッチング電源として構成される。この昇圧回路10は、イネーブル端子ENを備えており、イネーブル端子ENに入力されるイネーブル信号SIG12がハイレベルのとき、スイッチング動作を行って電池電圧Vbatを昇圧し、ローレベルのときスイッチング動作を停止する。
発光パターン発生器32は、メモリに記憶されたデータまたは外部から入力されたデータにもとづいて、各発光ダイオード300R〜300Bの発光および停止を制御する。この発光パターン発生器32は、各色に対応した発光制御信号SIG10R〜SIG10Bを生成する。発光制御信号SIG10がハイレベルのとき、対応する発光ダイオード300は発光し、ローレベルのとき発光ダイオード300は発光が停止する。本実施の形態に係る発光装置1000においては、各発光ダイオード300R〜300Bを、時分割してR、G、Bの順番に交互に発光させるため、発光制御信号SIG10R、SIG10G、SIG10Bは順番にハイレベルに設定される。各発光制御信号SIG10R〜SIG10Gは、210Hzごとにハイレベルとなり、70Hzの周期で同色の発光ダイオード300が点灯する。
図1において、スイッチ24は発光ダイオード300の電流経路上に設けられているが、電流生成を停止することができれば他の位置に設けられてもよい。
図2の定電流回路は、各発光ダイオード300R〜300Bそれぞれに接続されるトランジスタM1R〜M1B、抵抗R10、演算増幅器50、基準電圧源52、スイッチ24R〜24B、プルダウン抵抗R12R〜R12Bを含む。この定電流回路22は、図1の定電流回路22R〜22Bが共通の抵抗R10、演算増幅器50を用いて構成される。
基準電圧源52は、各色ごとに異なる基準電圧V10を生成し、演算増幅器50の非反転入力端子に出力する。演算増幅器50の出力は、スイッチ24を介してトランジスタM1のゲート端子に印加される。
定電流回路22がLED端子106Rに接続される発光ダイオード300Rに定電流IcRを流す電流を生成する定電流回路22Rとして動作するとき、基準電圧源52は基準電圧V10Rを生成する。スイッチ24Rがオンすると、演算増幅器50の出力によってトランジスタM1Rがオンし、トランジスタM1Rには電流IcRが流れる。この電流IcRが抵抗R10に流れることによって抵抗R10には電圧Vc=IcR×R10が現れる。演算増幅器50の出力、すなわちトランジスタM1Rのゲート電圧は、非反転入力端子に印加される基準電圧V10Rと、抵抗R10から帰還される電圧Vcが等しくなるように帰還がかかる。その結果、V10R=IcR×R10が成り立ち、トランジスタM1Rに流れる電流はIcR=V10R/R10となり、発光ダイオード300Rが定電流駆動される。
スイッチ24Rがオフするとき、トランジスタM1Rのゲート端子はプルダウン抵抗R12Rにより接地され、トランジスタM1Rはオフするため、定電流IcR=0となり、定電流の生成が停止する。
図3は、発光装置1000の動作状態を示すタイムチャートである。発光パターン発生器32により生成される発光制御信号SIG10R、SIG10G、SIG10Bは、それぞれ、70Hz周期でハイレベルとローレベルを繰り返す。また、各発光制御信号SIG10R〜SIG10Bは、210Hzの周期で順番にハイレベルとなる。
時刻T0に赤色の発光ダイオード300Rの発光を指示する発光制御信号SIG10Rがハイレベルとなると、昇圧回路10のイネーブル端子に入力されるイネーブル信号SIG12もハイレベルとなるため、昇圧回路10はスイッチング動作、すなわち電池電圧Vbatの昇圧を開始し、出力電圧Voutが上昇する。
時刻T1から時刻T2までの期間、発光制御信号SIG10R〜SIG10Bはいずれもローレベルであるため、昇圧回路10に入力されるイネーブル信号SIG12もローレベルとなり、スイッチング動作が停止し、昇圧動作も停止する。この間、昇圧回路10内部の各回路ブロックは各電流経路を遮断することによって、低消費電流モードとなる。尚、この間の破線は、出力電圧Voutが不定であることを示している。
第2の実施の形態に係る発光装置も、第1の実施の形態と同様に、液晶パネルのバックライトとして使用される発光ダイオード300とその駆動回路である。本実施の形態に係る発光装置は、発光ダイオード300R〜300Bを所望の輝度でより安定に発光させるものである。
発光パターン発生器32により生成される発光制御信号SIG10R、SIG10G、SIG10Bは、それぞれ、70Hz周期でハイレベルとローレベルを繰り返す。また、各発光制御信号SIG10R〜SIG10Bは、210Hzの周期で順番にハイレベルとなる。各発光制御信号SIG10R〜SIG10Bがハイレベルとなる期間は、図3のタイムチャートに示される期間より長く設定される。時刻T0に、発光制御信号SIG10Rがハイレベルとなり、時刻T0から時間τが経過した時刻T1に、スイッチ24Rがオンオフ動作を開始し、定電流IcRの生成が開始される。
出力電圧Voutが安定した時刻T1にANDゲート26Rに入力される信号SIG10R’がハイレベルとなり、定電流回路22Rによる定電流IcRの生成が開始される。このとき、発光ダイオード300Rのアノード端子には出力電圧Voutが安定して印加されているため、所望の輝度で発光させることができる。時刻T2に発光制御信号SIG10Rがローレベルとなると、昇圧回路10の出力電圧Voutが低下するため、発光ダイオード300Rに駆動電圧が印加されず、定電流IcRが流れなくなり、発光ダイオード300Rの発光が停止する。その後、時刻T3に遅延回路60の出力信号SIG10R’がローレベルとなる。
第2の実施の形態に係る発光装置2000では、この問題を解決するために、定電流回路22による定電流の生成に先立って、昇圧回路10の昇圧動作を開始し、出力電圧Voutが安定してから発光ダイオード300を定電流駆動するため、より正確な輝度で発光させることができる。
輝度調整用PWM発振器30は、発振器42、カウンタ回路62、セレクタ54、セレクタ制御回路56、ラッチ回路58を含む。
発振器42はクロック信号CLKを生成し、カウンタ回路62に出力する。カウンタ回路62は、発振器42から出力されるクロック信号CLKをカウントし、カウント値CNTをセレクタ制御回路56に出力する。
セレクタ54の入力端子には、デジタル値の0,1とともに、PWM信号SIG14が入力される。
このように輝度調整用PWM発振器30をデジタル回路により構成した場合、パルス幅変調の精度、特にリニアリティを向上することができる。
また、発光ダイオードはRGB3色に限られるものではなく、RGB3色にエメラルド(Bluish Green)を加えた4色の発光ダイオードであってもよい。
Claims (10)
- 少なくとも第1の発光色の第1発光素子およびこれとは異なる第2の発光色の第2発光素子を含む複数の発光素子に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、
フィールドシーケンシャル方式により、各発光素子に第1周期で時分割的に駆動電流を供給することにより順次発光させ、かつある発光素子の駆動期間と次の発光素子の駆動期間の間にいずれの発光素子も発光しない非発光期間を挿入するとともに、各発光素子の駆動期間において、各発光素子に供給する駆動電流を前記第1周期より短い第2周期で目標輝度に応じたデューティ比にてオン、オフさせる駆動制御部と、を備え、
前記スイッチング電源は、前記非発光期間において、スイッチング動作を停止するとともに、各発光素子の駆動期間においては、前記駆動電流がオフであってもスイッチングをオフしないことを特徴とする電源装置。 - 前記複数の発光素子は、前記第1発光素子および前記第2発光素子に加えて、前記第1、第2の発光色とは異なる第3の発光色の第3発光素子を含み、カラー表示を行うことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記スイッチング電源は、前記駆動制御部において各発光素子の駆動期間を指示する発光制御信号を論理演算する論理ゲートを含み、すべての発光制御信号が駆動期間を示さないとき、スイッチング動作を停止することを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。
- 前記スイッチング電源は、スイッチング動作を停止する際に、その内部回路に対する電力供給を抑制することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電源装置。
- 前記駆動制御部は、前記複数の発光素子にそれぞれ接続され、対応する発光素子に流れる駆動電流を制御する複数の定電流回路を含み、各定電流駆動回路に対して駆動期間を指示する発光制御信号を出力し、
前記スイッチング電源は、すべての定電流回路に対する前記発光制御信号が駆動期間を示さないとき、スイッチング動作を停止す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電源装置。 - 前記スイッチング電源は、前記複数の発光素子の駆動開始に先立ち、スイッチング動作を開始す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電源装置。
- 前記スイッチング電源は、前記複数の発光素子に供給する駆動電圧が発光開始時刻に所定の駆動電圧に達するように前記発光開始時刻に先立ちスイッチング動作を開始することを特徴とする請求項6に記載の電源装置。
- 前記駆動制御部は、前記スイッチング電源のスイッチング動作の開始を指示する信号に所定の遅延時間を与えた信号にもとづいて各発光素子に対する駆動電流の供給を開始を指示することを特徴とする請求項6または7に記載の電源装置。
- 請求項1から8のいずれかに記載の電源装置と、
前記電源装置により駆動される複数の発光素子と、
を含むことを特徴とする発光装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の電源装置と、
前記電源装置により駆動される複数の発光素子と、
前記発光素子をバックライトとして動作する液晶パネルを含む表示パネルと、を備え、
前記液晶パネルが遮光状態となる際に、前記電源装置の前記スイッチング電源は、スイッチング動作を停止することを特徴とする表示装置。
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