JP5878129B2 - 電源回路およびそれを用いたディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルの駆動技術に関する。

図１は、液晶パネルを備えるディスプレイ装置１００１の構成示す回路図である。液晶パネル２は、複数のデータ線Ｌ_Ｄと、データ線Ｌ_Ｄと直交するように配置される複数の走査線Ｌ_Ｓと、データ線Ｌ_Ｄおよび走査線Ｌ_Ｓの交点にマトリクス状に配置された複数の画素回路ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を備える。

液晶パネル２の背面には、バックライトとして発光ダイオードのアレイもしくはストリング（以下、ＬＥＤアレイという）８が設けられる。ゲートドライバ４は、複数の走査線Ｌ_Ｓを順に選択する。ソースドライバ６は、各データ線Ｌ_Ｄに、対応する画素の輝度に応じた駆動電圧を印加する。

ＬＥＤ駆動回路１０１０は、ＬＥＤアレイ８を駆動する。ＬＥＤ駆動回路１０１０は、ＬＥＤアレイ８の一端（アノード）に、２５Ｖ程度の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ１を供給するスイッチング電源１０１２と、ＬＥＤアレイ８に流れる駆動電流を制御する電流ドライバ１０１４と、を備える。スイッチング電源１０２０は、ソースドライバ６に１０Ｖ程度の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ２を供給する。

特開平８−３２０６７４号公報

たとえば１０インチの液晶パネルの場合、ＬＥＤアレイ８に流れる電流は２０ｍＡ程度、ソースドライバ６に流れる電流は４０ｍＡ程度となる。ここで、ＬＥＤアレイ８に流れる駆動電流は、スイッチング電源１０１２から供給され、ソースドライバ６に流れる電流はスイッチング電源１０２０から供給される。したがって、スイッチング電源１０１２およびスイッチング電源１０２０それぞれの電流能力は、負荷であるＬＥＤアレイ８およびソースドライバ６それぞれに流れる電流に応じて設計する必要がある。つまり、数十ｍＡの駆動能力を有するスイッチング電源が２系統必要となり、システムが複雑となっている。

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、液晶パネルの駆動システムの簡素化にある。

本発明のある態様は、液晶パネルの背面に設けられた、少なくともひとつの発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイを駆動するとともに、液晶パネルを駆動する液晶ドライバに電力を供給する電源回路に関する。電源回路は、液晶ドライバおよび発光ダイオードアレイは、それぞれの電源電流が同一経路に流れるように縦積みされている。電源回路は、発光ダイオードアレイの経路上に設けられ、駆動電流を生成する電流ドライバと、発光ダイオードアレイ、電流ドライバおよび液晶ドライバが縦積みされて形成される負荷回路の両端間に電力を供給する第１電源回路と、液晶ドライバの両端間に電力を供給する第２電源回路と、を備える。

この態様によると、発光ダイオードアレイに流れる電流を回収して、液晶ドライバに供給するため、第２電源回路の負荷電流を従来のシステムに比べて低減することができる。その結果、第２電源回路を簡素化することができる。

ある態様において、発光ダイオードアレイは、直列に設けられた複数の発光ダイオードを含む発光ダイオードストリングを含む。発光ダイオードストリングのアノードは、負荷回路の一端であり、電流ドライバの一端は、発光ダイオードストリングのカソードと接続され、電流ドライバの他端は、液晶ドライバの上側電源端子に接続され、液晶ドライバの下側電源端子は、負荷回路の他端であり、かつ接地されてもよい。

電流ドライバは、発光ダイオードストリングの経路上に設けられ、発光ダイオードストリングの目標輝度に応じた駆動電流を生成する定電流回路を含んでもよい。第１電源回路は、定電流回路の電圧降下が所定レベルとなるように、発光ダイオードストリングのアノードの電圧を安定化するスイッチングレギュレータを含んでもよい。

発光ダイオードアレイは、直列に設けられた複数の発光ダイオードを含む発光ダイオードストリングを含んでもよい。電流ドライバは、発光ダイオードストリングの経路上に設けられた抵抗を含んでもよい。第１電源回路は、抵抗の電圧降下が、発光ダイオードストリングの輝度の目標値に応じた所定レベルとなるように、発光ダイオードアレイのアノードの電圧を生成するスイッチングレギュレータを含んでもよい。

第２電源回路は、チャージポンプ回路を含んでもよい。この場合、スイッチングレギュレータを用いる場合に比べてコストを下げることができる。

液晶ドライバは、液晶パネルのデータ線を駆動するソースドライバであってもよい。

本発明の別の態様は、ディスプレイ装置である。このディスプレイ装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面に設けられた発光ダイオードアレイと、液晶パネルを駆動する液晶ドライバと、発光ダイオードアレイを駆動するとともに、液晶ドライバに電力を供給する上述のいずれかの態様の電源回路と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、液晶パネルの駆動システムを簡略化できる。

液晶パネルを備えるディスプレイ装置の構成示す回路図である。 実施の形態に係るディスプレイ装置の構成を示す回路図である。 第１の変形例に係るディスプレイ装置の構成を示す回路図である。 第２の変形例に係るディスプレイ装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係るディスプレイ装置１の構成を示す回路図である。ディスプレイ装置１は、液晶パネル２、ゲートドライバ４、ソースドライバ６、ＬＥＤアレイ８、および電源回路１００を備える。

ゲートドライバ４は、液晶パネル２の複数の走査線Ｌ_Ｓを順に選択する。ソースドライバ６は、ソースドライバ６は、データ線Ｌ_Ｄに、対応する画素の輝度に応じた駆動電圧を印加する。ＬＥＤアレイ８は、液晶パネル２の背面にバックライトとして配置される。ＬＥＤアレイ８は、複数のＬＥＤが直列に接続されて形成されるＬＥＤストリングを複数備える。複数のＬＥＤストリング８_１〜８_ｎのアノードは共通に接続される。

実施の形態に係る電源回路１００は、ＬＥＤアレイ８を駆動するとともに、ソースドライバ６に電力を供給する。本実施の形態において、ソースドライバ６およびＬＥＤアレイ８は、それぞれの電源電流が同一経路に流れるように縦積み（スタック）されている。

電源回路１００は、電流ドライバ１６、第１電源回路１０、第２電源回路２０を備える。電流ドライバ１６_１〜１６_ｎは、ＬＥＤストリング８_１〜８_ｎごとに設けられる。具体的には、ｉ番目の電流ドライバ１６_ｉは、対応するＬＥＤストリング８_ｉの経路上に設けられ、ＬＥＤストリング８_ｉに流れる駆動電流ＩＤＲＶ_ｉを生成する。

すなわち、ＬＥＤアレイ８、電流ドライバ１６、ソースドライバ６は縦積みされて負荷回路７を形成する。ＬＥＤストリング８_１〜８_ｎの共通に接続されたアノードは、負荷回路７の一端Ｐ１である。複数の電流ドライバ１６_１〜１６_ｎそれぞれの一端は、対応するＬＥＤストリング８_１〜８_ｎのカソードと接続される。複数の電流ドライバ１６_１〜１６_ｎの他端は、共通に接続され、ソースドライバ６の上側電源端子ＰＶＤＤに接続される。ソースドライバ６の下側電源端子ＰＶＳＳは、負荷回路７の他端Ｐ２であり、かつ接地される。

第１電源回路１０は、負荷回路７の両端間（Ｐ１−Ｐ２）に電力を供給する。具体的には、負荷回路７の一端Ｐ１に、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ１を供給する。第１電源回路１０は、スイッチングレギュレータ１２および制御回路１４を含む。スイッチングレギュレータ１２のトポロジーは一般的なものであるため、説明は省略する。制御回路１４はフィードバックによってスイッチングレギュレータ１２のスイッチングトランジスタＭ１のオン、オフのデューティ比を調節し、ＬＥＤアレイ８のアノードの電圧Ｖ_ＯＵＴ１を安定化させる。

第２電源回路２０は、ソースドライバ６の両端間（ＰＶＤＤ−ＰＶＳＳ）に電力を供給する。具体的には、ソースドライバ６の上側電源端子ＰＶＤＤの電位Ｖ_ＯＵＴ２を安定化する。

ＬＥＤアレイ８および電流ドライバ１６の両端間に供給すべき電圧をＶ_１、ソースドライバ６を動作させるために必要な電圧をＶ_２とする。たとえばＶ_１＝２５Ｖ、Ｖ_２＝１０Ｖである。このとき第１電源回路１０は、負荷回路７の両端間に、Ｖ_１＋Ｖ_２＝３５Ｖの駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ１を発生する。第２電源回路２０は、ソースドライバ６の両端間に、Ｖ_２＝１０Ｖの駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ２を発生する。

たとえば電流ドライバ１６_ｉは、対応するＬＥＤストリング８_ｉの目標輝度に応じた駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉを生成する定電流回路を含む。定電流回路の構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。定電流回路は、その両端間の電位差が、あるレベルより小さくなると、意図した駆動電流を生成することができなくなる。そこで制御回路１４は、電流ドライバ１６_ｉの両端間の電圧が所定レベルと一致するように、スイッチングレギュレータ１２のスイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比を調節する。ＬＥＤストリング８が複数の場合、複数の電流ドライバ１６_１〜１６_ｎそれぞれの両端間の電圧を監視し、それらのうち最も低い電圧が、所定レベルと一致するようにフィードバック制御を行ってもよい。このフィードバックによって、電圧Ｖ_ＯＵＴ１が、ＬＥＤアレイ８を所望の輝度で発光しうるレベルに安定化できる。

ＬＥＤストリングが１本の場合、電流ドライバ１６を抵抗としてもよい。この場合、制御回路１４は、抵抗の電圧降下が輝度に応じた目標レベルと一致するように、ＬＥＤアレイ８のアノードの電圧Ｖ_ＯＵＴ１を安定化してもよい。

第２電源回路２０は、たとえばチャージポンプ回路、あるいはチャージポンプ回路とリニアレギュレータの組み合わせで構成される。あるいは第２電源回路２０は、第１電源回路１０と同様にスイッチングレギュレータであってもよい。

以上がディスプレイ装置１の構成である。続いてその動作を説明する。
制御回路１４によって電流ドライバ１６が発生する駆動電流Ｉ_ＤＲＶが調節され、ＬＥＤアレイ８の輝度が制御される。この駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、第１電源回路１０から供給される。

ＬＥＤアレイ８に流れる駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、ソースドライバ６の上側電源端子ＰＶＤＤに流れ込む。つまり、駆動電流Ｉ_ＤＲＶが、ソースドライバ６の動作電流Ｉ_ＤＤの一部として利用される。

図２の電源回路１００の利点は、図１のシステムとの対比によって明確となる。いまＩ_ＤＲＶ＝２０ｍＡ、Ｉ_ＤＤ＝４０ｍＡとする。図１のシステムでは、ＬＥＤアレイ８の駆動電流Ｉ_ＤＲＶはスイッチング電源１０１２から供給され、ソースドライバ６の動作電流Ｉ_ＤＤはスイッチング電源１０２０から供給される。したがって、スイッチング電源１０１２の駆動能力は２０ｍＡ必要であり、スイッチング電源１０２０の駆動能力は４０ｍＡ必要となる。

一方、図２の電源回路１００では、第１電源回路１０の駆動能力は２０ｍＡであり、図１のスイッチング電源１０１２と同じである。また、第２電源回路２０の駆動能力は２０ｍＡで足り、これは図１のスイッチング電源１０２０の１／２である。すなわち、図２の電源回路１００では、第２電源回路２０をチャージポンプ回路などを用いて低コストで構成することができ、システム全体を簡素化できる。第２電源回路２０をスイッチングレギュレータを用いて構成する場合でも、図１のシステムに比べて、インダクタやスイッチングトランジスタのサイズを小さくできるという利点がある。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、ＬＥＤアレイ８とソースドライバ６をスタックする場合を説明したが、ＬＥＤアレイ８とゲートドライバ４をスタックしてもよいし、あるいはＬＥＤアレイ８とタイミングコントローラをスタックしてもよい。

図３は、第１の変形例に係るディスプレイ装置１ａの構成を示す回路図である。図３のディスプレイ装置１ａでは、ＬＥＤアレイ８とゲートドライバ４がスタックされ、電源回路１００ａは、ＬＥＤアレイ８およびゲートドライバ４に対して電源電圧を供給する。

電源回路１００ａは、図２の電源回路１００ａに加えて、第３電源回路２２を備える。第２電源回路２０ａは、ゲートドライバ４の上側の電源電圧ＰＶＤＤ＿Ｇを生成する。上側の電源電圧ＰＶＤＤ＿Ｇは、ソースドライバ６の上側電源電圧ＰＶＤＤ＿Ｓの３倍程度の電圧である。第３電源回路２２は、ゲートドライバ４の下側の電源電圧ＰＶＳＳ＿Ｇを生成する。電源電圧ＰＶＳＳ＿Ｇは、ＰＶＤＤ＿Ｓの（−２）倍の負電圧である。第２電源回路２０ａは、チャージポンプ回路とリニアレギュレータの組み合わせ、あるいはスイッチングレギュレータで構成してもよい。第３電源回路２２は、負電圧を生成する反転チャージポンプ回路とリニアレギュレータで構成してもよい。

図４は、第２の変形例に係るディスプレイ装置１ｂの構成を示す回路図である。図４のディスプレイ装置１ｂでは、ＬＥＤアレイ８とタイミングコントローラ５がスタックされ、電源回路１００ｂは、図２の電源回路１００と同様に構成され、スタックされたＬＥＤアレイ８およびタイミングコントローラ５に対して電源電圧ＰＶＤＤ＿Ｔを供給する。タイミングコントローラ５の上側電源電圧ＰＶＤＤ＿Ｔは、たとえば１．５Ｖ程度である。

タイミングコントローラ５は、映像信号Ｓ１を受け、ゲートドライバ４に同期信号を出力し、ソースドライバ６には同期信号と各画素の輝度データを出力する。ゲートドライバ４は、タイミングコントローラ５からの同期信号と同期して、複数の走査線Ｌ_Ｓを順に選択する。ソースドライバ６は、タイミングコントローラ５からの同期信号と同期して、各画素の輝度データをＤ／Ａ変換して駆動電圧を生成し、対応するデータ線Ｌ_Ｄに印加する。

また、負荷回路７のスタックする順序は、限定されない。ＬＥＤアレイ８の消費電流の方がソースドライバ６（ゲートドライバ、タイミングコントローラ）の消費電流より大きい場合、ソースドライバ６（ゲートドライバ、タイミングコントローラ）を高電位側に、ＬＥＤアレイ８を低電位側に配置してもよい。

実施の形態では、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ１、Ｖ_ＯＵＴ２がともに正の電圧である場合を説明したが本発明はそれに限定されない。図２の構成を天地反転し、負荷回路７の一端に負の駆動電圧を印加し、負荷回路７の他端に接地電圧を印加するトポロジーも本発明の範囲に含まれる。この場合、第１電源回路１０および第２電源回路２０を負電源に置換すればよい。

以上、実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

１…ディスプレイ装置、２…液晶パネル、Ｌ_Ｄ…データ線、Ｌ_Ｓ…走査線、４…ゲートドライバ、６…ソースドライバ、７…負荷回路、８…ＬＥＤアレイ、１０…第１電源回路、１２…スイッチングレギュレータ、１４…制御回路、１６…電流ドライバ、２０…第２電源回路、１００…電源回路。

本発明は、液晶パネルの駆動回路に利用できる。

Claims (10)

1. 液晶パネルの背面に設けられた、ｎ本（ｎは自然数）の発光ダイオードストリングを駆動するとともに、前記液晶パネルを駆動する液晶ドライバに電力を供給する電源回路であって、
   前記ｎ本の発光ダイオードストリングの一端は第１ラインに接続されており、
   前記電源回路は、
   前記ｎ本の発光ダイオードストリングに対応するｎ個の電流ドライバであり、各電流ドライバの電流の流入端は、対応する前記発光ダイオードストリングの他端と接続され、各電流ドライバの電流の流出端は、第２ラインを経て前記液晶ドライバの上側電源端子と接続されている、ｎ個の電流ドライバと、
   前記第１ラインに、正の第１駆動電圧を供給する第１電源回路と、
   前記第２ラインに、正でありかつ前記第１駆動電圧より低い第２駆動電圧を供給する第２電源回路と、
   を備え、
   前記ｎ個の電流ドライバが生成する駆動電流の合計電流は、前記液晶ドライバの前記上側電源端子に流れ込んで前記液晶ドライバの動作電流の一部として利用されることを特徴とする電源回路。
2. 前記液晶ドライバの下側電源端子は接地されることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. ｎ≧２であり、
   各電流ドライバは、対応する前記発光ダイオードストリングと直列に設けられ、前記発光ダイオードストリングの目標輝度に応じた駆動電流を生成する定電流回路を含み、
   前記第１電源回路は、前記ｎ個の電流ドライバの定電流回路の電圧降下のうち最も低い電圧が所定レベルとなるように、前記第１ラインの前記第１駆動電圧を安定化するスイッチングレギュレータを含むことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
4. ｎ＝１であり、
   前記電流ドライバは、対応する前記発光ダイオードストリングの経路上に設けられた抵抗を含み、
   前記第１電源回路は、
   前記抵抗の電圧降下が、前記発光ダイオードストリングの輝度の目標値に応じた所定レベルとなるように、前記第１ラインの前記第１駆動電圧を安定化するスイッチングレギュレータを含むことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
5. 前記第２電源回路は、チャージポンプ回路を含む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回路。
6. 前記液晶ドライバは、前記液晶パネルのデータ線を駆動するソースドライバであ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回路。
7. 前記液晶ドライバは、前記液晶パネルのゲート線を駆動するゲートドライバであ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回路。
8. 前記液晶ドライバは、タイミングコントローラであ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回路。
9. 前記液晶ドライバは、前記液晶パネルのゲート線を駆動するゲートドライバであり、
   前記液晶ドライバである前記ゲートドライバの下側電源端子に、負の第３駆動電圧を供給する第３電源回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
10. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面に設けられたｎ本（ｎは自然数）の発光ダイオードストリングと、
    前記液晶パネルを駆動する液晶ドライバと、
    前記ｎ本の発光ダイオードストリングを駆動するとともに、前記液晶ドライバに電力を供給する請求項１から９のいずれかに記載の電源回路と、
    を備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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