JP4934508B2 - Ledを備えたlcdバックライトの駆動システム - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトの駆動システムに係り、より詳細には、複数の発光ダイオードを光源とする液晶表示装置のバックライトを駆動するための、発光ダイオードを備えた液晶表示装置の駆動システムに関する。
一般の液晶表示装置(Liquid Crystal Display:以下、'LCD'という。)のバックライトの光源として使われてきた冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp:以下'CCFL'という。)は、水銀ガスの使用によって環境汚染を招く恐れがある他、遅い応答速度及び低い色再現性という欠点と、LCDパネルの軽薄短小化に応えられないという欠点があった。
これに対して、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、'LED'という。)は、環境親和的であるほか、応答速度が数ナノ秒と高速応答が可能なためビデオ信号ストリームに効果的であり、インパルシブ(Impulsive)駆動が可能なため、色再現性が100%以上であり、かつ、赤色、緑色、青色LEDの光量を調整して輝度、色温度などを任意に変更できるだけでなく、LCDパネルの軽薄短小化に向いているという点から、LCDパネルなどのバックライト用光源として積極的に採用されている現状である。
このように、LEDを採用したLCDバックライトにおいて、複数個のLEDを直列連結してLEDアレイを形成して使用する場合、このLEDアレイに一定の定電流を提供できる駆動システムが必要とされる。
図1は、従来のLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムを示す構成図である。
図1を参照すると、従来のLCDバックライトの駆動システムは、外部から供給される交流電圧を直流電圧に変換するSMPS部11;該SMPS部11で変換された直流電圧を、各色のLEDアレイを駆動するのに適切な直流電圧に変換する複数の赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部121,122,123と、これらの赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部121,122,123で変換された直流電圧を制御することによって、各色のLEDアレイに提供される電流を一定に維持させる赤色、緑色、青色LED用定電流制御部124,125,126とを有する駆動ボード部12;及び、赤色、緑色、青色LEDアレイと、これらから放出される光が混合されて白色光を放出できるように各色のLEDアレイが適切に配置されている基板131とを有する光源部13;を備える。従来のLCDバックライトの駆動システムは、光源部13から放出される光の輝度及び/または色を検出するセンサー部14をさらに備え、駆動ボード部12は、センサー部14より検出された光の輝度及び/または色が、既設定された光の輝度及び色と一致するように、赤色、緑色、青色LEDの出力を決定するマイクロコントローラ127をさらに備える。
このような従来のLCDバックライトの駆動システムについて説明すると、SMPS部11では交流−直流変換部111が交流電圧を直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を直流−直流変換部112が所定の値の直流電圧に再び変換し、続いて、SMPS部11の直流−直流変換部112から出力される直流電圧は、各色のLED用直流−直流変換部121,122,123で該当する色のLEDアレイの駆動に適合する電圧に昇圧または降圧される。したがって、従来のLCD駆動システムでは、直流電圧を直流電圧に変換する類似な動作が重複されるため、システム構成が非効率的となる他、その分だけ回路部品が増加するという不具合があった。なお、駆動ボード部12には、各LEDアレイにつき1つの直流−直流変換部が備えられなければならないため部品数が増加し、回路具現のための空間を増加させなければならず、LCDバックライトの小型化に応えられないという問題点があった。
本発明は上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、LCDバックライトの駆動システムの回路効率を向上させ、それに必要な部品数を減少させることによって、低費用及び小型化が可能な、LEDを備えたLCDバックライトの駆動システムを提供することにある。
上記目的を達成するための技術的構成として本発明は、
赤色光を発光する複数の赤色LEDが直列連結された複数の赤色LEDアレイ、緑色光を発光する複数の緑色LEDが直列連結された複数の緑色LEDアレイ、青色光を発光する複数の青色LEDが直列連結された複数の青色LEDアレイ、及びこれらのLEDから放出される光が混合されて白色光を放出できるような配置構造に前記複数の赤色、緑色、青色LEDアレイが配置された基板を有する光源部と、
外部から入力された交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換部、前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の赤色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの赤色LED用直流−直流変換部、前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の緑色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの緑色LED用直流−直流変換部、及び前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の青色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの青色LED用直流−直流変換部を有するSMPS部と、
前記赤色、緑色、青色LEDが一定の出力を維持するように前記赤色、緑色、青色LEDアレイに流れる電流を制御する少なくとも1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部を有する制御ボード部と、
を備え、
前記基板は、複数の分割領域を含み、前記複数の分割領域当たりに1つの赤色、緑色、及び青色LEDアレイを備え、前記複数の分割領域全体に対して1つの前記赤色、緑色、及び青色LED用直流−直流変換部が適用される、LEDを備えたLCDバックライトの駆動システムを提供する。
本発明の好ましい実施形態において、前記LCDバックライトの駆動システムは、前記光源部から放出される光の輝度及び/または色を検出するセンサー部をさらに備えることができ、且つ、前記制御ボード部は、前記センサー部から検出された光の輝度及び/または色が、既設定された光の輝度及び色と一致するように、前記赤色、緑色、青色LEDの出力を決定するマイクロコントローラをさらに備えることができる。本実施形態において、前記少なくとも1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部は、前記赤色、緑色、青色LEDが前記マイクロコントローラによって決定された出力を維持するように、前記赤色、緑色、青色LEDアレイに流れる電流を制御して、前記赤色、緑色、青色LEDアレイに提供される電流を一定に維持するようにする。
また、本発明の好ましい実施形態において、前記赤色、緑色、青色LED用定電流制御部は、1つの前記赤色、緑色、青色LEDアレイにつき1つずつそれぞれ備えられて、該当する赤色、緑色、青色LEDアレイに定電流を提供する。
また、本発明は、SMPS部内に1つずつの赤色LED用直流−直流変換部、緑色LED用直流−直流変換部及び青色LED用直流−直流変換部を備えるもので、各直流−直流変換部から出力される駆動電圧が全てのLEDアレイに同一に適用されなければならないという点に鑑み、前記複数の赤色LEDアレイのそれぞれに含まれた赤色LEDの個数はいずれも同一であり、前記複数の緑色LEDアレイのそれぞれに含まれた緑色LEDの個数はいずれも同一であり、前記複数の青色LEDアレイのそれぞれに含まれた青色LEDの個数はいずれも同一でなければならない。
本発明によれば、各色のLEDを駆動するための直流−直流変換器がSMPSの内部に備えられるため、従来のSMPSにおける余分な直流−直流変換過程が省かれ、回路効率を向上させることが可能になる。なお、従来の駆動ボード内に複数個備えられていた各色のLED用直流−直流変換器を1つに統合してSMPS内に組み込むことによって、部品の個数及び消耗電力を著しく低減させ、且つ、駆動ボードのサイズを減少させるという効果が得られる。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態についてより詳細に説明する。ただし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に説明される実施形態に限定されることはない。すなわち、本発明の実施形態は、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面上の構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張して示され、図面上で実質的に同一の構成と機能を持つ構成要素については同一の参照符号を共通使用するものとする。
図2は、本発明によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムを示す構成図である。
図2を参照すると、本発明によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムは、大きく、SMPS部21、制御ボード部22、及び光源部23を備えてなり、センサー部24をさらに備える。
SMPS部21は、外部から入力される交流電圧を、所定大きさの直流電圧に変換する交流−直流変換部211と、交流−直流変換部211で変換されて出力される直流電圧を、赤色光を発光する複数の赤色LEDが直列連結された少なくとも1つの赤色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する赤色LED用直流−直流変換部212と、交流−直流変換部211で変換されて出力される直流電圧を、緑色光を発光する複数の緑色LEDが直列連結された少なくとも1つの緑色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する緑色LED用直流−直流変換部213と、交流−直流変換部211で変換されて出力される直流電圧を、青色光を発光する複数の青色LEDが直列連結された少なくとも1つの青色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する青色LED用直流−直流変換部214と、を備える。これらの赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部212,213,214には、スイッチング素子のオン−オフデューティを制御することによって、入力された直流電圧を所望の大きさの直流電圧に変換するPWM(Pulse Width Modulation)制御方式の昇圧式または降圧式直流−直流変換器を適用することができる。
制御ボード部22は、赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部212,213,214の出力電圧をそれぞれ制御することによって、赤色、緑色、青色LEDアレイに提供される電流を一定に維持させる少なくとも1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223を備える。これに加えて、制御ボード部22は、本発明のLCDバックライトの駆動システムが光源部から放出される光の輝度及び/または色を検出するセンサー部24をさらに備える場合、センサー部24より検出された光の輝度及び/または色が、既設定された光の輝度及び色と一致するように赤色、緑色、青色LEDの出力を決定するマイクロコントローラ224をさらに備える。
光源部23は、少なくとも1つの赤色LEDアレイと、少なくとも1つの緑色LEDアレイと、少なくとも1つの青色LEDアレイと、これらのLEDから放出される光が混合されて白色光を放出できるような配置構造に赤色、緑色、青色LEDアレイが配置されている基板231とを備えてなる。図2で、参照符号'232'はLEDを表し、図面をより簡潔にするためにLEDアレイの詳細図示は省略する。
好ましくは、光源部23の基板231は、複数の分割領域231a〜231dを有し、各分割領域231a〜231dにつき、1つの赤色LEDアレイ、1つの緑色LEDアレイ及び1つの青色LEDアレイが配置される。また、1つの赤色LEDアレイにつき1つずつの赤色LED用定電流制御部221が制御ボード部22に備えられ、1つの緑色LEDアレイにつき1つずつの緑色LED用定電流制御部222が制御ボード部22に備えられ、同様に1つの青色LEDアレイにつき1つの青色LED用定電流制御部223が制御ボード部22に備えられる。すなわち、基板231の分割領域231a〜231dの個数、赤色、緑色、青色LEDアレイのそれぞれの個数、及び赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223のそれぞれの個数は一致する。
図2では、基板231が4個の分割領域231a〜231dを有するとしたが、光源部が適用されるLCDパネルの大きさ及び応用形態によって分割領域の個数は可変すれば良い。
センサー部24は、光源部23から出力される光の輝度及び/または色を検出する。センサー部24は、光源部23の全体から出力される光の輝度及び/または色を検出する1つのセンサーからなっても良く、基板231の各分割領域231a〜231dごとに出力される光の輝度及び/または色をそれぞれ検出するための複数のセンサーからなっても良い。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の作用及び効果について詳細に説明する。
図2に示すように、本発明によるバックライトの駆動システムは、光源部23のLEDを駆動するための電源として外部から交流電圧が提供される。外部から入力される交流電圧は、SMPS部21で適切な形態の直流電圧に変換される。
まず、外部から入力される交流電圧は、交流−直流変換部211によって所定大きさの直流電圧に変換される。この交流−直流変換部211は当業界に知られたように、EMIフィルタ、整流器、力率補正器などとすれば良い。
続いて、赤色LED用直流−直流変換部212、緑色LED用直流−直流変換部213及び青色LED用直流−直流変換部214のそれぞれは、交流−直流変換部211から出力される所定大きさの直流電圧を、赤色LEDアレイ、緑色LEDアレイ及び青色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの電圧に変換する。
例えば、交流−直流変換部211の出力直流電圧の大きさが380Vであり、赤色のLEDアレイは、直列連結された30個の赤色LEDからなり、各赤色LEDの駆動電圧が3.3Vである場合、赤色LED用直流−直流変換部212は、380Vの直流電圧を、直列連結された30個の赤色LEDを駆動するのに必要な100Vの電圧に変換する。同様に、緑色及び青色LED用直流−直流変換部213,214も、380Vの電圧を、該当のLEDアレイに含まれたLEDを全て駆動できるような大きさの電圧に変換して出力する。赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部212,213,214で変換されて提供される駆動電圧は、複数のLEDアレイに同一に適用されるので、各色のLEDアレイに直列連結されたLEDの個数は、各色別にいずれも同一でなければならない。
本発明は、従来SMPS部内に組み込まれていた直流−直流変換器を省略し、その代わりに、各色のLEDアレイを駆動するための複数の直流−直流変換器をSMPS部内に組み込むことによって、余分の直流−直流変換過程を省略して駆動システムの効率を向上させる他、部品数を低減させた。なお、従来駆動ボード内に組み込まれていた各色のLED用直流−直流変換器をSMPS部内に組み込むことによって、駆動ボードの占める面積を減少させ、かつ、各色別に1つの直流−直流変換器のみを適用することによって部品数を顕著に減少させることが可能になった。
SMPS部21内に備えられている赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部212,213,214から提供される駆動電圧は、制御ボード部22内の赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223によって一定の電流としてそれぞれ制御された状態でそれぞれ赤色、緑色、青色LEDアレイに提供される。赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223はそれぞれ、赤色、緑色、青色LEDアレイの数と同一に備えられ、1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223につき1つの赤色、緑色、青色LEDアレイが連結されて駆動される。
また、光源部23において各色のLEDから放出される光が混合されて放出される混合光の輝度及び/または色をセンサー部24より検出する場合、センサー部24より検出された光の輝度及び/または色に関する情報が、制御ボード部22内のマイクロコントローラ224に伝達され、このマイクロコントローラ224は、既設定された光の輝度及び色と一致するように、赤色、緑色、青色LEDの出力を決定し、この決定された出力を維持できるように赤色、緑色、青色LED用定電流制御部221,222,223は、入力される駆動電圧を制御することによって、各色のLEDアレイに一定の大きさの電流が提供されるようにする。
一方、光源部23の基板231は、複数の分割領域231a〜231dに区分され、各分割領域に赤色LEDアレイ、緑色LEDアレイ、青色LEDアレイが1つずつ配置されることができる。このような分割領域231a〜231dは、1つの定電流制御部221,222,223によって制御される1つのLEDアレイを区分するための機能を担うと同時に、各分割領域から放出される混合光の輝度及び/または色をそれぞれ検出するために複数のセンサー部が備えられた場合、分割領域別に輝度及び/または色を個別に制御するローカルジミングを行うための領域を区分する機能を担当することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の様々な実施形態を具体的に説明する。
図3は、本発明の一実施形態によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの細部回路構成図である。図3は、LEDアレイ332に流れる電流をフィードバックして、SMPS部31内のLED用直流−直流変換部312の出力電圧を制御する実施形態を示すものである。この実施形態は、LEDアレイ332の電流によって、SMPS部31内に存在する1つのLED用直流−直流変換部312の出力を制御する形態で、赤色、緑色、青色LEDアレイがそれぞれ1つずつ備えられた形態の光源にのみ適用されることができる。一方、説明の便宜上、図3には、1色のLEDアレイが適用された形態を示しているが、各色別に同じ構造のLEDアレイと定電流制御部及び直流−直流変換部が適用されることができる。
図3に示すように、この実施形態には、ダイオードDとインダクタLが連結されたバックタイプ(Buck type)の直流−直流変換部312が適用される。LEDアレイ332から出力される光が、センサー部34より検出され、その結果が制御ボード部32のマイクロコントローラ324に伝達される。マイクロコントローラ324は、検出された光出力によって、既設定された一定の出力を維持するように制御ボード部32内の定電流制御部321の電流増幅部3211に適切な制御電流を伝達する。この電流増幅部3211は、マイクロコントローラ324からの制御電流を増幅し、これを、LEDアレイの出力端にコレクタが連結されるとともに直流−直流変換部312のダイオードDのアノードにエミッタが連結されたトランジスタTRのベース端に提供することによって、直流−直流変換部312の出力を制御する。これで、LEDアレイ332に対する定電流制御がなされる。
一方、定電流制御部321は、各種検出抵抗R1,R2と、この検出抵抗R1,R2から検出される電圧値によって、スイッチS1のオン/オフ時間を制御するようにデューティが制御されたパルス信号を出力するPWM IC 3212と、検出抵抗R1,R2から検出される電圧値によって過電圧を遮断するようにPWM IC 3212を駆動する保護回路部3213などをさらに備えることができる。
図4は、本発明の他の実施形態によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの細部回路構成図である。図4は、フライバックタイプ(Flyback type)直流−直流変換部412を適用した実施形態を示すもので、LEDアレイ432から出力される電流を、定電流制御部421で直接制御する。図4に示す実施形態は、LEDアレイごとに定電流制御部が備えられるので、各色別に複数のLEDアレイを有する光源に適用されることができる。一方、図4は、説明の便宜上、1つのLEDアレイのみを示しているが、各色別の複数のLEDアレイごとに同じ構造の定電流制御部が備えられることができる。
図4に示すように、この実施形態は、変圧コイルが適用されたフライバックタイプの直流−直流変換部412が適用される。LEDアレイ432から出力される光が、センサー部44より検出され、その結果が制御ボード部42のマイクロコントローラ424に伝達される。マイクロコントローラ424は、検出された光出力によって、既設定された一定の出力を維持するための電流の大きさを決定し、定電流制御部421は、LEDアレイ432に流れる電流が、マイクロコントローラ424によって決定された電流の大きさを一定に維持するように制御する。
一方、フライバックタイプの直流−直流変換器412は、その出力電圧を基準電圧Vrefと比較する比較器4121と、この比較器4121の比較結果によって1次側コイルの電圧をPWM制御するPWM IC 4122とを備えることができる。
従来のLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの構成図である。 本発明によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの構成図である。 本発明の一実施形態によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの細部回路構成図である。 本発明の他の実施形態によるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システムの細部回路構成図である。
符号の説明
21 SMPS部
211 交流−直流変換部
212,213,214 赤色、緑色、青色LED用直流−直流変換部
22 制御ボード部
221,222,223 赤色、緑色、青色LED用定電流制御部
224 マイクロコントローラ
23 光源部
231 基板
232 LED
24 センサー部

Claims (4)

  1. 赤色光を発光する複数の赤色LEDが直列連結された複数の赤色LEDアレイ、緑色光を発光する複数の緑色LEDが直列連結された複数の緑色LEDアレイ、青色光を発光する複数の青色LEDが直列連結された複数の青色LEDアレイ、及びこれらのLEDから放出される光が混合されて白色光を放出できるような配置構造に前記複数の赤色、緑色、青色LEDアレイが配置された基板を有する光源部と、
    外部から入力された交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換部、前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の赤色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの赤色LED用直流−直流変換部、前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の緑色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの緑色LED用直流−直流変換部、及び前記交流−直流変換部で変換された直流電圧を、前記複数の青色LEDアレイを駆動するのに適切な大きさの直流電圧に変換する1つの青色LED用直流−直流変換部を有するSMPS部と、
    前記赤色、緑色、青色LEDが一定の出力を維持するように前記赤色、緑色、青色LEDアレイに流れる電流を制御する少なくとも1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部を有する制御ボード部と、
    を備え
    前記基板は、複数の分割領域を含み、前記複数の分割領域当たりに1つの赤色、緑色、及び青色LEDアレイを備え、前記複数の分割領域全体に対して1つの前記赤色、緑色、及び青色LED用直流−直流変換部が適用されるLEDを備えたLCDバックライトの駆動システム。
  2. 前記LCDバックライトの駆動システムは、前記光源部から放出される光の輝度及び/または色を検出するセンサー部をさらに備え、
    前記制御ボード部は、前記センサー部より検出された光の輝度及び/または色が、既設定された光の輝度及び色と一致するように、前記赤色、緑色、青色LEDの出力を決定するマイクロコントローラをさらに備え、
    前記少なくとも1つの赤色、緑色、青色LED用定電流制御部は、前記赤色、緑色、青色LEDが前記マイクロコントローラによって決定された出力を維持するように、前記赤色、緑色、青色LEDアレイに流れる電流を制御することを特徴とする、請求項1に記載のLEDを備えたLCDバックライトの駆動システム。
  3. 記赤色、緑色、青色LED用定電流制御部は、1つの前記赤色、緑色、青色LEDアレイにつき1つずつそれぞれ備えられたことを特徴とする、請求項1に記載のLEDを備えたLCDバックライトの駆動システム。
  4. 前記複数の赤色LEDアレイのそれぞれに含まれた赤色LEDの個数はいずれも同一であり、前記複数の緑色LEDアレイのそれぞれに含まれた緑色LEDの個数はいずれも同一であり、前記複数の青色LEDアレイのそれぞれに含まれた青色LEDの個数はいずれも同一であることを特徴とする、請求項1に記載のLEDを備えたLCDバックライトの駆動システム。
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