JP6008715B2 - バックライトの調光制御装置および調光制御方法 - Google Patents

バックライトの調光制御装置および調光制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、バックライトの調光制御装置および調光制御方法に関し、特に、バックライト光源としてLED(発光ダイオード)を用いたLCD(液晶表示装置)の調光制御技術に関するものである。
従来、水銀を使わない環境配慮型のLCDのバックライトとして、光源にLEDを用いたものが提供されている。バックライトの光源にLEDを用いた場合、色度の変化を最小にするために、LEDを定電流で駆動する必要がある。LEDを定電流で駆動するための方式として、昇圧定電流駆動方式、降圧定電流駆動方式、昇降圧定電流駆動方式が存在する。
バックライト光源に使用するLEDの数は、LCDの表示サイズや求められる輝度等に応じて異なる。例えば、中小型サイズに分類される車載LCDの場合は、5〜36個のLEDがバックライト光源として使用される。これら複数のLEDはマトリクス状に配置されるが、その並列数は1〜4列、直列数は5〜9個とするのが主流となっている。
図9は、昇降圧定電流駆動方式による従来のLEDドライバ回路の構成例を示す図である。図9において、51は定電流駆動IC、52は降圧回路、53昇圧回路、54はLEDマトリクスである。LEDマトリクス54は、並列数が3、直列数が8の合計24個のLEDにより構成されている。1列(8個)のLEDは、同一規格のLEDを直列接続したモジュールにより構成されており、3つのモジュール(LED列)54−1〜54−3を並列接続することによりLEDマトリクス54が構成される。
定電流駆動IC51は、その機能構成として、降圧制御部61と昇圧制御部62とを備えた制御回路60、内部電源63、過電圧検出部64、過電流検出部65、異常検出/通知部66、電流設定部67、PWM設定部68、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3を備えている。降圧回路52は、降圧駆動用トランジスタTr1、ダイオードD1およびコイルLを備えている。また、昇圧回路53は、降圧回路52と兼用のコイルL、昇圧駆動用トランジスタTr2およびダイオードD2を備えている。昇圧回路53の出力側には、リップル平滑用の出力平滑コンデンサCおよび分圧抵抗R1,R2が備えられている。
定電流駆動IC51は内部電源63より電力を得て動作し、降圧回路52の降圧駆動用トランジスタTr1を制御することにより、入力電圧VINをそれより低い電圧に降圧する。または、定電流駆動IC51は、昇圧回路53の昇圧駆動用トランジスタTr2を制御することにより、入力電圧VINをそれより高い電圧に昇圧してLEDマトリクス54に印加する。このとき、出力段に設けられた出力平滑コンデンサCにより、印加電圧のリップルが抑制される。
定電流駆動IC51は、過電圧や過電流によって深刻なダメージがかからないようにするための保護機能を内蔵している。過電圧に対する保護機能は、以下のように実現されている。すなわち、昇圧回路53の出力電圧VOUTが分圧抵抗R1,R2を介して定電流駆動IC51の過電圧検出部64にフィードバックされる。過電圧検出部64はフィードバック電圧を監視し、フィードバック電圧が所定の閾値より大きいこと(過電圧)を検出すると、その旨を異常検出/通知部66に通知する。
また、過電流の検出は、降圧駆動用トランジスタTr1に流れる電流を検出することによって行う。具体的には、降圧駆動用トランジスタTr1のソースに接続した抵抗R0を用いて、この抵抗R0に発生する電圧値を定電流駆動IC51の過電流検出部65にて監視する。過電流検出部65は、監視した電圧値が所定の閾値より大きいこと(過電流)を検出すると、その旨を異常検出/通知部66に通知する。
異常検出/通知部66は、過電圧検出部64または過電流検出部65から過電圧の検出または過電流の検出が通知された場合、異常が発生したことを定電流駆動IC51の外部に通知する。また、異常検出/通知部66は、過電圧検出部64または過電流検出部65から過電圧の検出または過電流の検出が通知された場合、制御回路60を制御して過電圧または過電流の状態を抑制する。
異常検出/通知部66は、上述した過電圧および過電流の異常判定に加えて、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3を通じてLEDマトリクス54の異常判定も行う。すなわち、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、LEDマトリクス54の点灯(調光ON)開始時点から所定の異常検出期間において、それぞれにかかる電圧VLED1〜VLED3を検出し、検出した電圧を異常検出/通知部66に通知する。異常検出/通知部66は、定電流/調光制御部69−1〜69−3からの通知に基づいて、電圧VLED1〜VLED3が定電流駆動IC51の閾値電圧(例えば、0.4[V])未満であることを検知したときに、LED列54−1〜54−3のカソード側がグランドに接触していると判定し、定電流駆動IC51の外部に異常を通知する。
LEDマトリクス54の調光は、電流設定部67、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3によって行う。PWM設定部68は、電流設定部67により設定された定電流のパルス波であって、調光率に応じた時間的割合でデューティ比を設定したパルス波を発生し、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3で電流を引き込む。
第1の定電流/調光制御部69−1は、PWM設定部68により発生される定電流のパルス波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第1のLED列54−1に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第1のLED列54−1の調光を制御する。
第2の定電流/調光制御部69−2は、PWM設定部68により発生される定電流のパルス波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第2のLED列54−2に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第2のLED列54−2の調光を制御する。
第3の定電流/調光制御部69−3は、PWM設定部68により発生される定電流のパルス波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第3のLED列54−3に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第3のLED列54−3の調光を制御する。
第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の調光をONにしてLEDマトリクス54を点灯させる場合、昇圧制御部62によって昇圧駆動用トランジスタTr2を駆動することにより、昇圧回路53を動作させる。このとき昇圧制御部62は、オシレータより発生する固定周期のパルス波を利用して、PWM設定部68により発生される調光PWM波がONとなる期間中に昇圧駆動用トランジスタTr2のON/OFFをPWM制御することにより、入力電圧VINを所定の出力電圧VOUTに昇圧する。
例えば、入力電圧VINは、車両に搭載された図示しないヘッドユニット(LCDの駆動を制御するコントローラ)から供給される電源電圧であり、例えば8.0[V]であるとする。また、第1のLED列54−1に使用しているLEDに80[mA]の定電流を流したときの順方向電圧が3.0[V]だとすると、第1のLED列54−1の全体では、3.0×8=24.0[V]の順方向電圧となる。
電流が80[mA]になる帰還電圧を1.0[V]とすると、昇圧回路53の出力電圧VOUTは、24.0+1.0=25.0[V]となる。この場合、第1の定電流/調光制御部69−1にかかる電圧VLED1は、25.0−24.0=1.0[V]となる。第2の定電流/調光制御部69−2にかかる電圧VLED2、第3の定電流/調光制御部69−3にかかる電圧VLED3も同様である。
一方、調光をOFFにしてLEDマトリクス54を消灯させる場合、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を停止させるとともに、昇圧駆動用トランジスタTr2をOFFとすることにより、昇圧回路53の動作を停止させる。ここで、昇圧回路53のダイオードD2の順方向電圧を0.5[V]とすると、昇圧動作停止時における出力平滑コンデンサCの端子電圧は、8.0−0.5=7.5[V]となる。そのため、調光ON時の25.0[V]から調光OFF時の7.5[V]まで、分圧抵抗R1,R2および過電圧検出部64を通じて出力平滑コンデンサCの蓄積電荷が放電される。
ところで、現状のLEDドライバ回路は、夜間やトンネル内など周囲の照度が低い環境下でLCDを起動するときには、PWM設定部68で発生するPWM波のデューティ比を小さく(数%以下)設定して、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3を低調光率で駆動するように成されている。しかしながら、この場合は、LEDマトリクス54に流れる電流が徐々に上昇していって定電流(80[mA])に達するまでの時間が長くなってしまうという問題があった。
図10は、従来のLEDドライバ回路における起動時の動作を示す図である。図10(a)に示す昇圧PWMのパルス波は、昇圧制御部62から昇圧駆動用トランジスタTr2に供給されるPWM波である。ヘッドユニットから定電流駆動IC51に調光ONの指令が出されると、昇圧制御部62は、図10(a)の昇圧PWM波を昇圧駆動用トランジスタTr2に供給する。
図10(b)に示す調光PWMのパルス波は、PWM設定部68より出力されるPWM波である。調光PWM波のデューティ比は、ヘッドユニットから定電流駆動IC51に供給される調光率に応じて決められる。昇圧制御部62は、調光PWM波がONとなる期間において図10(a)の昇圧PWM波を昇圧駆動用トランジスタTr2に供給する。また、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、調光PWM波がONとなる期間においてLEDマトリクス54から電流を引き込む。
図10(c)に示すように、昇圧回路53の出力電圧VOUT(=出力平滑コンデンサCの端子電圧)は、調光PWM波が間欠的にONとなる度に階段状に徐々に上昇し、25.0[V]に達したところで安定する。出力電圧VOUTが徐々に上昇することにより、図10(d)(e)のように第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の電圧VLED1〜VLED3および電流ILED1〜ILED3も階段状に徐々に上昇していく。
最終的に、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、LEDに80[mA]の定電流ILED1〜ILED3を流すことにより、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の電圧VLED1〜VLED3が1.0[V]となるように制御する。しかし、図10(e)に示すように、LEDに流れる電流ILED1〜ILED3が定電流に達するまでの時間が長くなってしまっている。
これに対して、図11に示すように、ヘッドユニットから定電流駆動IC51に調光ONの指令が出されたときに最初に出力される調光PWM波に応じて、80[mA]の定電流に達するまで一気にLEDに電流を連続的に流すようにした技術が存在する。なお、NPNトランジスタのコレクタ端子とベース端子とを短絡することにより、電解コンデンサに急速に電荷を伝達して、短時間でベース電流を増大させ、エミッタ端子を介して、負荷に伝達される電源電圧を短時間で収束させる技術も提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、LEDドライバ回路を図11に示すように動作させた場合、連続的に電流が流れている時間が長くなるため、LCDが一瞬強く光って見えてしまうという問題を生じる。周囲の照度が低いときの低調光による発光動作時では、このように一瞬強く光る状態が目立ってしまうため、ユーザに違和感や不快感を与えてしまうことになる。
また、駆動回路がLEDに供給する電流値を検出し、その電流値が所定のレベルとなった状態でFETをオンとしてLEDに通電させるようにした技術も提案されている(特許文献2参照)。さらに、出力電圧の分圧電圧と基準電圧とを比較増幅する出力電圧検出回路の出力を制御回路で受けてパルス幅制御を行い、制御回路の制御出力により入力電圧を変圧して出力電圧を出力するようにした技術も存在する(特許文献3参照)。
特開平11−69622号公報 特開2012−49179号公報 特開平11−266581号公報
上記特許文献2に記載の技術によれば、LEDに流れる電流値の立ち上がり特性を十分に急峻なものとして、高速応答性に優れた発光駆動を行うことが可能となる。また、LEDが一瞬強く光る現象も回避することができる。しかしながら、この特許文献2では、LEDに流れる電流値を検出するために、電流値を電圧値に置換するための抵抗(特許文献2の図1に示された抵抗18)を接続する必要がある。そして、この抵抗がLEDとグランドとの間にあるため、グランドの電圧が正確に0[V]でなくなってしまい、LEDの光度に狂いが生じてしまうという問題があった。
また、特許文献2に記載の技術では、インダクタ電流を検出しているため、リップルが大きくなって検出値が安定しない(特許文献2の図2(D)参照)。そのため、LEDに流れる電流値を正確に検出することができず、FETをオンとしてLEDへの通電を開始するタイミングを正しく特定することができないという問題もあった。つまり、実際には定電流に達していないタイミングでLEDへの通電を開始してしまうことがあり、これによってLEDの光度に狂いが生じてしまうという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、低調光起動時にLEDが一瞬強く光ったり光度に狂いが生じたりしてしまう不都合を生じさせることなく、LEDに定電流を流すまでの時間を短くできるようにすることを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、発光ダイオードを点灯させる指令が出されたときに、昇圧制御部が昇圧用のパルス波に基づいて昇圧回路を動作させ、昇圧回路の出力電圧が所定値になったことがプリ電圧検出部により検出された後、動作開始制御部が調光制御部の動作を開始させ、調光用のパルス波に基づいて複数の発光ダイオードの調光を制御するようにしている。
本発明の他の態様では、昇圧回路の出力側に、昇圧回路の出力電圧に生じるリップルを平滑化させる出力平滑コンデンサを備え、出力平滑コンデンサにより平滑化された電圧をプリ電圧検出部により検出するようにしている。
上記のように構成した本発明によれば、低調光率による低いデューティ比に従い間欠的にオンとなる調光用のパルス波ではなく、昇圧用のパルス波に基づいて昇圧回路が動作することにより出力電圧が短時間のうちに所定値に達する。昇圧回路の出力電圧が所定値に達した状態で、調光用のパルス波に基づいて発光ダイオードの調光が開始されるので、調光用のパルス波が最初にオンとなるタイミングから、発光ダイオードに流れる電流を目的の定電流とすることができる。これにより、発光ダイオードに定電流を流すまでの時間を短くすることができる。
また、本発明によれば、昇圧回路の出力電圧が所定値に達するまでの間は、発光ダイオードに電流が流れないので、昇圧回路の出力電圧が短時間のうちに所定値に達する状態であっても、発光ダイオードが一瞬強く光ってしまう不都合を回避することができる。さらに、本発明によれば、発光ダイオードに流れる電流値を検出しているわけではないので、電流値を電圧値に置換するための抵抗が不要である。そのため、グランド電圧として0[V]を確保することができ、発光ダイオードの光度に狂いが生じてしまうという不都合を回避することもできる。
また、本発明の他の態様によれば、昇圧回路の出力電圧に生じるリップルが出力平滑コンデンサにより平滑化され、その平滑化された出力電圧がプリ電圧検出部により検出されるので、リップルの少ない安定した状態で昇圧回路の出力電圧を正確に検出することができる。よって、調光用のパルス波に基づいて発光ダイオードの調光を開始するタイミングを正しく特定することができ、調光用のパルス波が最初にオンとなるタイミングから、発光ダイオードに流れる電流を目的の定電流に合わせることができる。これにより、発光ダイオードの光度に狂いが生じてしまう不都合を回避することができる。
昇降圧定電流駆動方式による第1の実施形態によるLEDドライバ回路の構成例を示す図である。 第1の実施形態によるプリ電圧検出部の構成例を示す図である。 第1の実施形態による過電圧検出部の構成例を示す図である。 第1の実施形態によるLEDドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。 昇降圧定電流駆動方式による第2の実施形態によるLEDドライバ回路の構成例を示す図である。 第2の実施形態によるLEDドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。 降圧定電流駆動方式による第1の実施形態によるLEDドライバ回路の構成例を示す図である。 図7に示したLEDドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。 昇降圧定電流駆動方式による従来のLEDドライバ回路の構成例を示す図である。 従来のLEDドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。 従来のLEDドライバ回路の別の動作例を示すタイミングチャートである。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明によるバックライトの調光制御装置を備えた第1の実施形態によるLEDドライバ回路の構成例を示す図である。
図1において、10は定電流駆動IC、52は降圧回路、53昇圧回路、54はLEDマトリクス(特許請求の範囲における複数の発光ダイオードに相当する)である。LEDマトリクス54は、並列数が3、直列数が8の合計24個のLEDにより構成されている。24個のLEDがマトリクス状に配置されてLCDのバックライトが構成される。
降圧回路52は、入力電圧VINを所定の出力電圧VOUTに降圧し、降圧した出力電圧VOUTをLEDマトリクス54に印加する。この降圧回路52の入力側には、過電流検出用に電流値を電圧値に置換するための抵抗R0が接続されている。
昇圧回路53は、入力電圧VINを所定の出力電圧VOUTに昇圧し、昇圧した出力電圧VOUTをLEDマトリクス54に印加する。この昇圧回路53の出力側には、昇圧回路53の出力電圧VOUTに生じるリップルを平滑化させる出力平滑コンデンサCと、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧する2組の分圧抵抗(R1,R2)、(R3,R4)とが備えられている。
定電流駆動IC10以外の構成のうち、降圧回路52、昇圧回路53、LEDマトリクス54、抵抗R0、出力平滑コンデンサCおよび1組の分圧抵抗R1,R2は、図9に示したものと同じである。本実施形態では、これ以外に、もう1組の分圧抵抗R3,R4を分圧抵抗R1,R2と並列に設けている。
定電流駆動IC10は、その機能構成として、降圧制御部1と昇圧制御部2とを備えた制御回路6、プリ電圧検出部7、内部電源63、過電圧検出部64、過電流検出部65、異常検出/通知部66、電流設定部67、PWM設定部68、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3を備えている。定電流駆動IC10の機能構成において、制御回路6およびプリ電圧検出部7以外の構成は、図9に示したものと同じである。
上述した降圧回路52の動作は、降圧制御部1が制御する。すなわち、降圧制御部1は、図示しないオシレータより発生する降圧用の固定周期のパルス波を利用して、降圧回路52が備える降圧駆動用トランジスタTr1のON/OFFをPWM制御する。これにより、降圧回路52が入力電圧VINを所定の出力電圧に降圧するよう制御する。
また、昇圧回路53の動作は、昇圧制御部2が制御する。すなわち、昇圧制御部2は、図示しないオシレータより発生する昇圧用の固定周期のパルス波を利用して、昇圧回路53が備える昇圧駆動用トランジスタTr2のON/OFFをPWM制御する。これにより、昇圧回路53が入力電圧を所定の出力電圧VOUTに昇圧するよう制御する。本実施形態では、昇圧制御部2は、バックライトの起動時に、PWM設定部68により発生される調光用のPWM波とは無関係に、昇圧用のPWM波に基づいて昇圧回路53を動作させる。
LEDマトリクス54の調光は、電流設定部67、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3によって行う。PWM設定部68は、特許請求の範囲の調光パルス発生部に相当するものであり、電流設定部67により設定された定電流のパルス波であって、調光率に応じた時間的割合でデューティ比を設定した調光用のPWM波を発生し、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3で電流を引き込む。
第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、特許請求の範囲の調光制御部に相当するものであって、PWM設定部68により発生される調光用のPWM波に基づいてLEDマトリクス54の調光を制御する。
すなわち、第1の定電流/調光制御部69−1は、PWM設定部68により発生される定電流のPWM波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第1のLED列54−1に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第1のLED列54−1の調光を制御する。
第2の定電流/調光制御部69−2は、PWM設定部68により発生される定電流のPWM波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第2のLED列54−2に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第2のLED列54−2の調光を制御する。
第3の定電流/調光制御部69−3は、PWM設定部68により発生される定電流のPWM波に基づいて、LEDマトリクス54を構成する第3のLED列54−3に対してパルス波のデューティ比に従って断続的に定電流を引き込むことにより、第3のLED列54−3の調光を制御する。
なお、以上のように第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の調光をONにしてLEDマトリクス54を点灯させる場合、昇圧制御部2によって昇圧駆動用トランジスタTr2を駆動することにより、昇圧回路53を動作させる。
ここで、入力電圧VINが8.0[V]、電流設定部67により設定される定電流が80[mA]であるとする。また、第1〜第3のLED列54−1〜54−3に使用しているLEDに80[mA]の定電流を流したときの順方向電圧が3.0[V]であり、電流が80[mA]になる帰還電圧を1.0[V]とすると、昇圧回路53の出力電圧VOUT(出力平滑コンデンサCの端子電圧)は、25.0[V]となる。
プリ電圧検出部7は、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R3,R4で分圧した値が所定値になったか否かを検出する。本実施形態では、分圧抵抗R3,R4は出力平滑コンデンサCの出力側に接続されている。したがって、プリ電圧検出部7は、出力平滑コンデンサCにより平滑化された昇圧回路53の出力電圧VOUTを更に分圧抵抗R3,R4で分圧した値を検出している。
本実施形態において、分圧抵抗R3,R4の値は、例えば24[kΩ]、1[kΩ]にそれぞれ設定している。上述したように、LEDに80[mA]の定電流を流したときにおける昇圧回路53の出力電圧VOUTは25.0[V]となる。よって、このとき分圧抵抗R3,R4により分圧された電圧値は1.0[V]となる。この電圧値は、LEDに流れる電流が80[mA]になるときの帰還電圧の値と同じである。つまり、本実施形態のプリ電圧検出部7は、分圧抵抗R3,R4により分圧された電圧が、LEDに定電流が流れるときの帰還電圧と同じ電圧になったか否かを検出している。
図2は、プリ電圧検出部7の構成例を示す図である。図2(a)に示すように、プリ電圧検出部7は、オペアンプを用いた同位相/逆位相コンパレータ回路で構成される。これにより、図2(b)に示すように、入力電圧(分圧抵抗R3,R4により分圧された電圧)がオペアンプの基準電圧VREF1(本実施形態ではこれを1.0[V]に設定する)を上回ると出力がHighとなり、入力電圧がオペアンプの基準電圧VREF1を下回ると出力がLowとなる。
図3は、過電圧検出部64の構成例を示す図である。図3(a)に示すように、過電圧検出部64は、オペアンプを用いたヒステリシスコンパレータ回路で構成される。これにより、図3(b)に示すように、入力電圧(分圧抵抗R1,R2により分圧された電圧)がオペアンプの基準電圧VREF2上回ったタイミングから少し遅れて出力がHighとなり、入力電圧がオペアンプの基準電圧VREF2を下回ったタイミングから少し遅れて出力がLowとなる。
制御回路6は、特許請求の範囲の動作開始制御部に相当するものであり、プリ電圧検出部7により検出された電圧が所定値(1.0[V])になったことが検出された後、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させる。
具体的には、LEDを点灯させる指令が出されたときに、まずは昇圧制御部2が昇圧回路53を動作させる。そして、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R3,R4で分圧した電圧値が所定値になったことがプリ電圧検出部7により検出された後、制御回路6がPWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させる。
図4は、第1の実施形態によるLEDドライバ回路における起動時の動作を示す図である。図4(a)に示す昇圧PWMのパルス波は、昇圧制御部2から昇圧駆動用トランジスタTr2に供給される昇圧用のPWM波である。ヘッドユニットから定電流駆動IC10に調光ONの指令が出されると、昇圧制御部2は、図4(a)の昇圧PWM波を昇圧駆動用トランジスタTr2に供給する。
本実施形態では、昇圧制御部2は、PWM設定部68により発生される低調光率の調光PWM波とは無関係に、図4(a)に示す固定周期(調光PWM波より周期が短い)の昇圧PWM波を利用して昇圧回路53を動作させている。これにより、昇圧回路53の出力電圧VOUTは、図4(c)に示すように、調光ONの指令が出された直後から連続的に上昇していき、短時間のうちに25.0[V]に達する。これに伴い、プリ電圧検出部7により検出される電圧値も、図4(d)に示すように、調光ONの指令が出された直後から連続的に上昇していき、短時間のうちに1.0[V]に達する。この間、PWM設定部68から調光PWM波は出力されていない。
図4(b)に示す調光PWMのパルス波は、PWM設定部68より出力されるPWM波である。調光PWM波のデューティ比は、ヘッドユニットから定電流駆動IC10に供給される調光率に応じて決められる。第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、調光PWM波がONとなる期間においてLEDマトリクス54から電流を引き込む。
本実施形態では、図4(b)に示すように、制御回路6は、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R3,R4により分圧した電圧が1.0[V]になったことがプリ電圧検出部7により検出された後、PWM設定部68を動作させて調光PWM波の出力を開始させる。これと同時に、制御回路6は第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作も開始させる。
制御回路6が第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させたとき、昇圧回路53の出力電圧VOUTは既に25.0[V]に達している。したがって、図4(e)のように、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3にかかる電圧VLED1〜VLED3は、最初に調光PWM波が出力されたときから1.0[V]となる。また、図4(f)のように、第1〜第3のLED列54−1〜54−3に流れる電流ILED1〜ILED3は、最初に調光PWM波が出力されたときから定電流の80[mA]となり、LEDは所望の光度となる。
以上詳しく説明したように、第1の実施形態では、LEDマトリクス54を点灯させる指令(調光ONの指令)が出されたときに、昇圧制御部2が昇圧PWM波に基づいて昇圧回路53を動作させる。そして、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R3,R4により分圧した電圧が所定値(第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の帰還電圧=1.0[V])になったことがプリ電圧検出部7により検出された後、制御回路6がPWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させ、調光PWM波に基づいてLEDマトリクス54の調光を制御するようにしている。
このように構成した第1の実施形態によれば、低調光率による低いデューティ比に従い間欠的にオンとなる調光PWM波ではなく、昇圧PWM波に基づいて昇圧回路53が動作することにより、出力電圧VOUTが短時間のうちに25.0[V]に達する。そして、昇圧回路53の出力電圧VOUTが25.0[V]に達した状態で、調光PWM波に基づいてLEDマトリクス54の調光が開始されるので、調光PWM波が最初にオンとなるタイミングから、LEDマトリクス54に流れる電流を目的の定電流とすることができる。これにより、LEDマトリクス54に定電流を流すまでの時間を短くすることができる。
しかも、第1の実施形態によれば、昇圧回路53の出力電圧VOUTが25.0[V]に達するまでの間は、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3が動作しておらず、LEDマトリクス54には電流が流れない。そのため、昇圧回路53の出力電圧VOUTが短時間のうちに25.0[V]に達する状態であっても、LEDが一瞬強く光ってしまう不都合を回避することができる。
さらに、第1の実施形態によれば、LEDマトリクス54に流れる電流値を検出しているわけではないので、電流値を電圧値に置換するための抵抗をLEDマトリクス54とグランドとの間に設けることは不要である。そのため、グランド電圧として0[V]を確保することができ、LEDの光度に狂いが生じてしまうという不都合を回避することもできる。
また、第1の実施形態では、昇圧回路53の出力側に出力平滑コンデンサCを備え、更にその出力側に分圧抵抗R3,R4を備え、その分圧抵抗R3,R4により分圧された電圧をプリ電圧検出部7により検出するようにしている。そのため、リップルの少ない安定した状態で昇圧回路53の出力電圧VOUTの分圧を正確に検出することができる。
したがって、調光PWM波に基づいてLEDマトリクス54の調光を開始するタイミングを正しく特定することができ、調光PWM波が最初にオンとなるタイミングから、LEDマトリクス54に流れる電流を目的の定電流に合わせることができる。これにより、LEDの光度に狂いが生じてしまう不都合を回避することができる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態を図面に基づいて説明する。図5は、本発明によるバックライトの調光制御装置を備えた第2の実施形態によるLEDドライバ回路の構成例を示す図である。なお、この図5において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図5に示すように、第2の実施形態では、2組の分圧抵抗(R1,R2)、(R3,R4)の代わりに、1組の分圧抵抗R5,R6を備えている。この分圧抵抗R5,R6の抵抗値は、例えば190[kΩ]、10[kΩ]にそれぞれ設定する。
また、第2の実施形態では、プリ電圧検出部7および過電圧検出部64の代わりにA/Dコンバータ11およびDSP12を備えている。A/Dコンバータ11は、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R5,R6により分圧した電圧をアナログ値からデジタル値に変換する。
DSP12は、第1の実施形態で説明したプリ電圧検出部7の機能を備えており、A/Dコンバータ11によりデジタル値に変換された出力電圧VOUTの分圧が所定値になったか否かを検出する。また、DSP12は、第1の実施形態で説明した過電圧検出部64の機能も兼用しており、昇圧回路53の出力電圧VOUTの分圧が過電圧になっているか否かも検出する。
図6は、A/Dコンバータ11およびDSP12の動作を説明するための図である。図6(a)は昇圧回路53の出力電圧VOUTを示し、図6(b)はA/Dコンバータ11の入力電圧(分圧抵抗R5,R6により分圧された電圧)を示している。
図6(a)に示すように、昇圧回路53の出力電圧VOUTは、LEDマトリクス54を点灯させる指令が出されたときから連続的に上昇していき、短時間のうちに25.0[V]に達する。このとき、A/Dコンバータ11の入力電圧は、図6(b)に示すように、10k/(10k+190k)*25[V]=1.25[V]となる。また、A/Dコンバータ11の電源を5.0[V]、分解能を8ビット(0〜255[HEX])、A/Dコンバータ11の入力が5.0[V]ときの出力値をFF[HEX]とすると、A/Dコンバータ11が1.25[V]の入力電圧をA/D変換した値は、40[HEX]となる。
DSP12は、A/Dコンバータ11より入力されるデジタルの電圧値が40[HEX]となったか否かを検出し、40[HEX]になった場合はそのことを制御回路6に通知する。制御回路6は、この通知を受けて、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させるように制御する。
また、図6(a)に示すように、昇圧回路53の出力電圧VOUTが40[V]になると、DSP12はこれを過電圧として検出する。すなわち、昇圧回路53の出力電圧VOUTが40[V]のとき、A/Dコンバータ11の入力電圧は、図6(b)に示すように、10k/(10k+190k)*40[V]=2.0[V]となる。また、A/Dコンバータ11がこれをA/D変換した値は、66[HEX]となる。
DSP12は、A/Dコンバータ11より入力されるデジタルの電圧値が66[HEX]となったか否かを検出し、66[HEX]になった場合はそのことを制御回路6に通知する。制御回路6は、この通知を受けて、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を停止させるように制御する。
PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を停止させると、昇圧回路53の出力電圧VOUTは、図6(a)に示すように一定時間の経過後に低下し始める。そして、昇圧回路53の出力電圧VOUTが16[V]まで低下したら、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を再開させる。
すなわち、昇圧回路53の出力電圧VOUTが16[V]のとき、A/Dコンバータ11の入力電圧は、図6(b)に示すように、10k/(10k+190k)*16[V]=0.8[V]となる。また、A/Dコンバータ11がこれをA/D変換した値は、29[HEX]となる。
DSP12は、A/Dコンバータ11より入力されるデジタルの電圧値が29[HEX]となったか否かを検出し、29[HEX]になった場合はそのことを制御回路6に通知する。制御回路6は、この通知を受けて、PWM設定部68および第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させるように制御する。
上記のように構成した第2の実施形態によれば、第1の実施形態と比べて回路構成を簡素化することができるというメリットを有する。すなわち、第1の実施形態では、プリ電圧検出部7および過電圧検出部64を備えているが、これらは共にコンパレータ回路で構成されるため、回路に冗長が生じている。第2の実施形態では、これをA/Dコンバータ11およびDSP12に置き換えることにより、回路の冗長性を回避している。
また、第1の実施形態では、プリ電圧検出部7および過電圧検出部64のそれぞれに対して2組の分圧抵抗(R1,R2)、(R3,R4)を備えている。これに対して、第2の実施形態では、A/Dコンバータ11に対して1組の分圧抵抗R5,R6を備えればよく、分圧抵抗の冗長性も回避している。
このように、第2の実施形態によれば、コンパレータ回路や分圧抵抗の冗長性を回避して、回路構成を簡素化することができる。また、第2の実施形態によれば、調光を開始する際の電圧値、過電圧により調光を停止する際の電圧値、過電圧による調光停止後に調光を再開させる際の電圧値など、複数の閾値をソフトウェアで任意に設定することができるというメリットも有する。
なお、上記第1および第2の実施形態では、昇降圧定電流駆動方式のLEDドライバ回路の構成例について説明したが、昇圧定電流駆動方式、降圧定電流駆動方式のLEDドライバ回路に本発明を適用することも可能である。昇圧定電流駆動方式の場合、LEDドライバ回路の構成は図1または図5とほぼ同様であるが、降圧回路52および降圧制御部1は存在しない。一方、降圧定電流駆動方式の場合、LEDドライバ回路の構成は図1または図5とほぼ同様であるが、昇圧回路53および昇圧制御部2は存在しない。
図7は、本発明によるバックライトの調光制御装置を適用した降圧定電流駆動方式のLEDドライバ回路の構成例を示す図である。なお、この図7において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図7に示す例において、LEDマトリクス54は、並列数が3、直列数が4の合計12個のLEDにより構成されている。この場合、LEDに80[mA]の定電流を流したときの順方向電圧が3.0[V]であり、電流が80[mA]になる帰還電圧を1.0[V]とすると、降圧回路52の出力電圧VOUTは13.0[V]となる。すなわち、降圧回路52は、入力電圧VIN(例えば、16.0[V])を所定の出力電圧VOUT(13.0[V])に降圧し、降圧した出力電圧VOUTをLEDマトリクス54に印加する。
プリ電圧検出部7は、降圧回路52の出力電圧VOUTを分圧抵抗R7,R8で分圧した値が所定値になったか否かを検出する。図7の例において、分圧抵抗R7,R8の値は、例えば12[kΩ]、1[kΩ]にそれぞれ設定している。よって、このとき分圧抵抗R7,R8により分圧された電圧値は1.0[V]となる。つまり、図7の例においてもプリ電圧検出部7は、分圧抵抗R7,R8により分圧された電圧が、LEDに定電流が流れるときの帰還電圧と同じ電圧になったか否かを検出している。
図8は、図7に示した降圧定電流駆動方式のLEDドライバ回路における起動時の動作例を示す図である。図8(a)に示す降圧PWMのパルス波は、降圧制御部1から降圧回路52の降圧駆動用トランジスタTr1に供給されるPWM波である。ヘッドユニットから定電流駆動IC10に調光ONの指令が出されると、降圧制御部1は、図8(a)に示す降圧PWM波を降圧駆動用トランジスタTr1に供給し、降圧回路52を動作させる。
ここで、降圧制御部1は、PWM設定部68により発生される調光PWM波とは無関係に、図8(a)に示す固定周期の降圧PWM波を利用して降圧回路52を動作させている。これにより、降圧回路52の出力電圧VOUTは、図8(c)に示すように、調光ONの指令が出された直後から連続的に下降していき、短時間のうちに13.0[V]に達する。これに伴い、プリ電圧検出部7により検出される電圧値も、図8(d)に示すように、調光ONの指令が出された直後から連続的に下降していき、短時間のうちに1.0[V]に達する。この間、PWM設定部68から調光PWM波は出力されていない。
図8(b)に示す調光PWMのパルス波は、PWM設定部68より出力されるPWM波である。調光PWM波のデューティ比は、ヘッドユニットから定電流駆動IC10に供給される調光率に応じて決められる。第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3は、調光PWM波がONとなる期間においてLEDマトリクス54から電流を引き込む。
本実施形態では、図8(b)に示すように、制御回路6は、降圧回路52の出力電圧VOUTを分圧抵抗R7,R8により分圧した電圧が1.0[V]になったことがプリ電圧検出部7により検出された後、PWM設定部68を動作させて調光PWM波の出力を開始させる。これと同時に、制御回路6は第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作も開始させる。
制御回路6が第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3の動作を開始させたとき、降圧回路52の出力電圧VOUTは既に13.0[V]に達している。したがって、図8(e)のように、第1〜第3の定電流/調光制御部69−1〜69−3にかかる電圧VLED1〜VLED3は、最初に調光PWM波が出力されたときから1.0[V]となる。また、図8(f)のように、第1〜第3のLED列54−1〜54−3に流れる電流ILED1〜ILED3は、最初に調光PWM波が出力されたときから定電流の80[mA]となり、LEDは所望の光度となる。
また、上記第1および第2の実施形態では、昇圧回路53の出力電圧VOUTを分圧抵抗R3,R4または分圧抵抗R5,R6により分圧し、その分圧した電圧をプリ電圧検出部7またはA/Dコンバータ11により検出する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、分圧抵抗R3,R4や分圧抵抗R5,R6を設けず、昇圧回路53の出力電圧VOUTが所定値になったか否かを検出するようにしてもよい。
その他、上記第1および第2の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
1 降圧制御部
2 昇圧制御部
6 制御回路
7 プリ電圧検出部
11 A/Dコンバータ
12 DSP
52 降圧回路
53 昇圧回路
54 LEDマトリクス
68 PWM設定部
69−1〜69−3 第1〜第3の定電流/調光制御部
R3,R4 分圧抵抗
R5,R6 分圧抵抗
R7,R8 分圧抵抗

Claims (8)

  1. 複数の発光ダイオードがマトリクス状に配置されて成るバックライトの調光を制御する調光制御装置であって、
    入力電圧を所定の出力電圧に昇圧し、昇圧した出力電圧を上記複数の発光ダイオードに印加する昇圧回路と、
    昇圧用のパルス波に基づいて上記昇圧回路を動作させる昇圧制御部と、
    調光率に応じてデューティ比を設定した調光用のパルス波を発生する調光パルス発生部と、
    上記調光パルス発生部により発生される上記調光用のパルス波に基づいて上記複数の発光ダイオードの調光を制御する調光制御部と、
    上記昇圧回路の出力電圧またはその分圧電圧が所定値になったか否かを検出するプリ電圧検出部と、
    上記プリ電圧検出部により上記昇圧回路の出力電圧が上記所定値になったことが検出された後、上記調光制御部の動作を開始させる動作開始制御部とを備え、
    上記発光ダイオードを点灯させる指令が出されたときに、上記昇圧制御部が上記昇圧回路を動作させ、上記昇圧回路の出力電圧が上記所定値になったことが上記プリ電圧検出部により検出された後、上記動作開始制御部が上記調光制御部の動作を開始させるようにしたことを特徴とするバックライトの調光制御装置。
  2. 上記昇圧回路の出力側に、上記出力電圧のリップルを平滑化させる出力平滑コンデンサを更に備え、
    上記プリ電圧検出部は、上記出力平滑コンデンサにより平滑化された上記昇圧回路の出力電圧またはその分圧電圧を検出することを特徴とする請求項1に記載のバックライトの調光制御装置。
  3. 上記昇圧回路の出力側に、上記昇圧回路の出力電圧を分圧する分圧抵抗を更に備え、
    上記プリ電圧検出部は、上記分圧抵抗により分圧された電圧が、上記発光ダイオードに定電流が流れるときの帰還電圧と同じ電圧になったか否かを検出し、
    上記動作開始制御部は、上記分圧抵抗により分圧された電圧が上記帰還電圧と同じ電圧になったことが上記プリ電圧検出部により検出された後、上記調光制御部の動作を開始させることを特徴とする請求項1に記載のバックライトの調光制御装置。
  4. 上記動作開始制御部は、上記昇圧回路の出力電圧またはその分圧電圧が上記所定値になったことが上記プリ電圧検出部により検出された後、上記調光パルス発生部を動作させて上記調光用のパルス波の出力を開始させたタイミングで、上記調光制御部の動作を開始させることを特徴とする請求項1に記載のバックライトの調光制御装置。
  5. 上記昇圧回路の出力電圧またはその分圧電圧をアナログ値からデジタル値に変換するA/Dコンバータを備え、
    上記プリ電圧検出部は、上記A/Dコンバータにより上記デジタル値に変換された電圧が上記所定値になったか否かを検出することを特徴とする請求項1に記載のバックライトの調光制御装置。
  6. 上記プリ電圧検出部はDSPにより構成され、上記DSPは、上記A/Dコンバータにより上記デジタル値に変換された電圧が上記所定値になったか否かに加え、上記デジタル値に変換された電圧が過電圧になっているか否かを検出することを特徴とする請求項5に記載のバックライトの調光制御装置。
  7. 複数の発光ダイオードがマトリクス状に配置されて成るバックライトの調光を制御する調光制御装置であって、
    入力電圧を所定の出力電圧に降圧し、降圧した出力電圧を上記複数の発光ダイオードに印加する降圧回路と、
    降圧用のパルス波に基づいて上記降圧回路を動作させる降圧制御部と、
    調光率に応じてデューティ比を設定した調光用のパルス波を発生する調光パルス発生部と、
    上記調光パルス発生部により発生される上記調光用のパルス波に基づいて上記複数の発光ダイオードの調光を制御する調光制御部と、
    上記降圧回路の出力電圧またはその分圧電圧が所定値になったか否かを検出するプリ電圧検出部と、
    上記プリ電圧検出部により上記降圧回路の出力電圧が上記所定値になったことが検出された後、上記調光制御部の動作を開始させる動作開始制御部とを備え、
    上記発光ダイオードを点灯させる指令が出されたときに、上記降圧制御部が上記降圧回路を動作させ、上記降圧回路の出力電圧が上記所定値になったことが上記プリ電圧検出部により検出された後、上記動作開始制御部が上記調光制御部の動作を開始させるようにしたことを特徴とするバックライトの調光制御装置。
  8. 上記降圧回路の出力側に、上記出力電圧のリップルを平滑化させる出力平滑コンデンサを更に備え、
    上記プリ電圧検出部は、上記出力平滑コンデンサにより平滑化された上記降圧回路の出力電圧またはその分圧電圧を検出することを特徴とする請求項7に記載のバックライトの調光制御装置。
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