JP6332726B2 - Led駆動回路および液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置等に設けられたバックライトの駆動制御技術に係り、特に、LEDバックライトの動作を調整するLED駆動回路,LED駆動方法、および液晶表示装置に関する。
近年、LCD(Liquid Crystal Display)のバックライトとしては、長寿命,低消費電力,環境負荷軽減(水銀レス)といった観点から、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)が広く用いられている。
このLEDを実装したLED駆動回路では、点灯時に、昇圧回路による出力電圧をアノード‐カソード間に供給し、定電流回路にて調整された電流をLEDへと供給するという方式が一般に知られている。かかる方式において、昇圧回路は定電流回路と連動しており、すなわち、定電流回路による電流監視の結果を昇圧回路へと帰還(フィードバック)させることによって出力電圧のコントロールを実行している。
また、LEDの調光方式としては、電流変化によるLEDの色味変化を避けるという目的や、調光と輝度との関係の相関性を保ちやすいといった理由から、PWM(pulse width modulation)による電流パルス調光(PWM調光方式)が一般的に用いられている。
このPWM調光方式にかかる技術分野では、パルスがLow,すなわちLEDがOFF状態の間に昇圧動作を禁止する機能を備えた制御回路が知られている。この制御回路は、LEDがOFF状態の期間中に、定電流回路に電流が流れないため、フィードバックコントロールによりLEDに電流を流そうと昇圧回路が上昇を続けることで該昇圧回路が過電圧となり、電力を余分に消費するといった問題を避けるための構成である。
しかし、この制御回路では、PWMのデューティーが低い場合に、昇圧回路動作期間が短いことで、駆動回路の特性や表示品質に与える影響が大きくなる。
こうした制御回路に関連する課題を解決する技術やとしては特許文献1と2が知られている。
特許文献1の技術では、PWM調光時にLED列が点灯している期間(PWM-ON期間)における出力電圧を基準電圧として記憶すると共に、このLED列が消灯している期間(PWM-OFF期間)中においても該基準電圧を保持し、これを元に昇圧動作を行うことで、アノード‐カソード間への印加電圧の降下を抑制し、電圧変化に起因するLEDのチラつきを抑制するという技術内容が開示されている。
特許文献2の技術では、PWM調光のデューティー比が小さいときに電源を起動する場合、昇圧回路が動作する時間が非常に短いことから、アノード‐カソード間を最適な電圧まで昇圧するのに長い時間が必要となるという問題を回避するために、LED回路に加えてバイパス回路を設け、電源起動直後はLED回路には接続せず、このバイパス回路を介して、あらかじめ設定されたプレデューティー比で昇圧回路(スイッチング電源)を動作させ、所望の電圧上昇後にLED回路に切り替えることで、電源投入からLED点灯開始までの時間を短縮すると技術内容が開示されている。
また、PWM調光時に電源を起動する場合で点灯開始時の閃光を回避する技術として、特許文献3の技術がある。
特許文献3に開示された調光信号発生装置は、PWM信号を発生させる回路(調光信号発生回路)が動作を始めるまでの間に交流電源を元にした擬似PWM信号を生成できる回路を設けたことにより、電源投入直後にLEDがデューティー比100%で調光されることを回避するという技術内容が開示されている。
特開2011−228063号公報 特開2009−238633号公報 特開2012−243688号公報
しかしながら、特許文献1にかかる調光回路は、直前のON期間に保持された基準電圧をもとにOFF期間中に一定昇圧の動作を行うため、OFF期間に直前のON期間の電圧を維持することはできるが、直前のON期間より電圧を上げることはできない。すなわち、電源起動時のような、アノード電圧を徐々に上昇させる動作を行いたい場合には、昇圧時間の大幅な短縮を図ることができない。
特許文献2におけるLED駆動回路は、アノード電圧の上昇時間を短縮させることができるが、バイパス回路にかかる構成がLEDの並列数ごとに電流を迂回(バイパス)させる必要があり、かつ直列数ごとにバイパスする電力も異なることから、LEDの個数が増えるほど回路構成が複雑・大規模となり、回路の共用化が難しいという不都合がある。
また、ここでのバイパス回路には、LED回路と同等の電流容量や電圧定格が必要であるため、LED回路の種類ごとにバイパス回路も必要となり、このため、回路規模が大きくなるという問題がある。
さらに、該LED駆動回路は、LEDが点灯していない期間においても電流を流すように構成されているため、この非点灯期間に余分な消費電力が発生するという問題があり、これに加えて、LED側と迂回路側(バイパス側)とが双方共にONとなっている移行期間があることから、この移行期間において更なる電力の過剰消費が発生し得る。
また、ここでは、LEDが点灯する電圧/電流状態でバイパス回路とLED回路とを切り替えるという構成を採っているため、切り替え時や切り替え直後に発生する回路の電流リップルや電圧ノイズが原因でチラつき等が視認される恐れがあり、すなわち、表示品質が悪化するという不都合が生じ得る。
さらに、特許文献3に開示された技術内容は、装置LED点灯開始時の閃光やチラつきを回避するために起動時にAC電源を元に擬似PWM信号を発生させるというものである。この場合、擬似信号は外部電源に依存して固定であり、信号発生装置の調光デューティー比が固定でかつ、擬似PWM信号よりも高いのであれば閃光の回避に有効であるが、LED駆動回路として、PWMを外部信号として入力し、デューティー比を可変させたい場合においては不都合である。
(発明の目的)
本発明は、上記LED駆動回路関連技術の有する不都合を改善するものであり、特に、LEDバックライトの起動に要する時間を有効に短縮し且つその駆動動作を安定させ、チラツキなど表示品質の低下を防止するLED駆動回路、LED駆動方法,およびそれを用いた液晶表示装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明にかかるLED駆動回路は、1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路を制御するLED駆動回路であって、外部入力されるPWM調光信号をもとに前記LED回路の駆動調整用の調整信号を生成し出力するデューティー比調整回路部と、このデューティー比調整回路部から出力される前記調整信号に従って前記LED回路に駆動用の電圧を印加する昇圧回路部と、前記LED回路のアノード電圧を監視すると共に、この電圧監視に基づく信号を前記デューティー比調整回路部に出力する電圧監視回路部と、を有し、前記デューティー比調整回路部が、電源投入後から前記電圧監視回路部にて監視する前記アノード電圧が予め設けられた閾値電圧に到達するまでの期間である調整期間内は、前記調整信号を、前記外部入力されるPWM調光信号よりも大きなデューティー比とし、前記電圧監視回路部にて監視する前記アノード電圧が前記閾値電圧に到達してからの一定期間内に、前記生成する調整信号のデューティー比を段階的に低下させていくことにより前記PWM調光信号のデューティー比に近づけ、前記昇圧回路部は、前記調整期間内において、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比に応じて電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記LED回路に印加するという構成を採っている。
さらに、本発明にかかる液晶表示装置では、外部に向けて映像を表示する液晶表示パネルと、1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路を装備し且つ前記液晶表示パネルを背面から照らすバックライトと、外部入力される電源電圧及びPWM調光信号を用いて前記LED回路を駆動するLED駆動回路と、を有するという構成を採っている。
また、本発明にかかる映像信号処理方法では、1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路に駆動用の電圧を印加する昇圧回路部と、当該LED回路の駆動調整用の調整信号を生成して出力するデューティー比調整回路部と、を有するLED駆動回路にあって、外部から前記LED回路の動作制御に用いるPWM調光信号を前記デューティー比調整回路部に入力し、電源投入後から前記LED回路の導通開始までの間に予め設定された調整期間中は、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比を有する前記調整信号を前記デューティー比調整回路部が生成して出力し、このデューティー比調整回路部から出力される前記調整信号に従って前記昇圧回路部が前記LED回路に電圧を印加することを特徴とする。
本発明によれば、特に、LEDバックライトの起動に要する時間を有効に短縮し且つその駆動動作を安定させ、チラツキなどの表示品質の低下を防止することができるLED駆動回路,LED駆動方法,および液晶表示装置の提供が可能となる。
本発明の第1実施形態におけるLED駆動回路及びその周辺の構成を示すブロック図である。 図1に開示したLED駆動回路を備えた本第1実施形態における液晶表示装置の概略図である。 図1に開示したLED駆動回路にて送受信される信号等の様子を示すタイムチャートである。 図1に開示したLED駆動回路の動作を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態におけるLED駆動回路及びその周辺の構成を示すブロック図である。 図5に開示したLED駆動回路にて送受信される信号等の様子を示すタイムチャートである。 図5に開示したLED駆動回路の動作を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態におけるLED駆動回路及びその周辺の構成を示すブロック図である。 図8に開示したLED駆動回路にて送受信される信号等の様子を示すタイムチャートである。 本発明の第4実施形態におけるLED駆動回路及びその周辺の構成を示すブロック図である。 図10に開示したLED駆動回路にて送受信される信号等の様子を示すタイムチャートである。 図10に開示したLED駆動回路の動作を示すフローチャートである。
〔第1実施形態〕
本発明にかかるLED駆動回路の第1実施形態を、図1乃至図4に基づいて説明する。
(全体的構成)
図1に示すように、本第1実施形態における液晶表示装置(映像表示装置)101は、液晶パネル等の表示パネル(図示せず)を背面から照らすLEDバックライト70と、このLEDバックライト70にかかる駆動制御を行うLED駆動回路11と、を有している。
この図1で例示するLEDバックライト70は、複数のLEDを直列に接続したLED群80Aを含んで構成されたLED回路80を有している。
LED群80Aとしては、2つ以上のLEDを、並列に接続した構成や直列接続と並列接続とを多様に組み合わせた構成等を採用するようにしてもよい。もっとも、LED群80Aに代えて、1つのLEDを採用するようにしてもよい。
すなわち、1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路80を駆動するLED駆動回路11は、LED回路80のアノード‐カソード間に、外部から入力される電源電圧91を用いて駆動用の電圧を印加する昇圧回路部20と、LED回路80に流れる電流であるLED電流96が一定量となるように調整する定電流回路部30と、外部入力されるPWM調光信号92をもとにLED回路80の駆動調整用の調整信号(Duty調整信号)98を生成してこれを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信するデューティー比調整回路部41と、を有している。
デューティー比調整回路部41は、電源投入後からLED回路80に電流が流れはじめるまでの間に予め設定された調整期間(Duty調整期間)内には、PWM調光信号92より大きなデューティー比(Duty比)を有する信号(Hi調整信号)を調整信号98として生成するように構成されている。
すなわち、電源投入後から前記LED回路の導通(点灯)開始までの間に設定される調整期間内においてデューティー比調整回路部41は、調整信号98を、PWM調光信号92よりも大きなデューティー比として送信し、昇圧回路部20は、デューティー比調整回路部41から送信される調整信号98に従ってLED回路80への電圧の印加を実行するという構成を採っている。
また、LED駆動回路11は、LED回路80のアノード電圧93を監視(モニタ)すると共に、この電圧監視に基づく信号(デューティー制御信号97)をデューティー比調整回路部41に送信する電圧監視回路部51をさらに有している。
ここで、本第1実施形態における上記調整期間は、電源電圧91が入力された直後から、電圧監視回路部51にて監視するアノード電圧93が予め設けられた閾値電圧に到達するまでの期間となるように構成されている。
すなわち、電圧監視回路部51は、電源電圧91及びPWM調光信号92が入力された際(電源電圧起動時:電源投入時)に、LED回路80におけるアノード側の電位を示すアノード電圧93の常時監視を開始し、当該監視の結果であるアノード電圧93が上記閾値電圧に到達するまでの間は、PWM調光信号92より大きなデューティー比であるデューティー制御信号97をデューティー比調整回路部41に送信するように構成されている。
ここで、上記閾値電圧は、LED回路80を構成する全てのLEDが点灯するのに要する電圧値(アノード電圧93)よりも小さな電圧値に設定される(LED回路80に電流が流れ始める際のアノード電圧93よりも小さく設定される)。
閾値電圧はアノード電圧93に限りなく近いことが望ましいが、アノード電圧93は温度条件などで変化するため、LEDの特性・使用条件を加味した上で、LED回路80に電流が流れない任意の電圧をあらかじめ設定する。
デューティー比調整回路部41は、電圧監視回路部51から受け取ったデューティー制御信号97と外部入力されたPWM調光信号92とに基づいて調整信号98のデューティー比を変化させるように構成され、より具体的に、デューティー比調整回路部41が生成する調整信号98は、電圧監視回路部51から送信されるデューティー制御信号97を外部入力されたPWM調光信号92に同期させた信号である。
すなわち、デューティー比調整回路部41は、デューティー制御信号97に基づいてデューティー比を調整制御すると共にPWM調光信号92に同期させて調整信号98を生成し、この生成した調整信号98を昇圧回路部20および定電流回路部30に送信するという構成を採っている。これにより、昇圧回路部20による昇圧動作を短縮することができ、かつLED回路80の起動に要する時間を安定させることが可能となる。
また、電源電圧起動時からアノード電圧93が閾値電圧に達するまでの期間である調整期間において、デューティー比調整回路部41は、PWM調光信号92よりもON期間が長い、ある一定のデューティー比を有する調整信号98をデューティー制御信号97に基づいて生成するという構成を採っている。
LED回路80のアノードとカソードとはそれぞれ、LED駆動回路11の昇圧回路部20と定電流回路部30とに接続線60を介して接続されている。すなわち、昇圧回路部20の出力端子はLED回路80のアノード側に接続され、LED回路80のカソード側は定電流回路部30に接続されるという構成を採っている。
接続線60としては、FFC(Flexible Flat Cable:フレキシブルフラットケーブル)などのケーブルやFPC(Flexible printed circuits:フレキシブルプリント基板)等を採用することができる。
また、LED回路80のアノード側は、図1に示す通り、電圧監視回路部51にも接続されている。
このように、電圧監視回路部51は、アノード電圧93を監視するように構成されていることから、昇圧回路部20の動作に対応するデューティー制御信号97を生成することができ、かつ昇圧回路部20の動作に応じて上記調整期間を決定することができる。
LEDには、アノード‐カソード間の電圧がある一定電圧に達してから電流が流れ始めるという性質があり、このアノード‐カソード間の電圧は、一般に順電圧(VF)と称される。すなわち、LEDは、順電圧が上記一定電圧に達するまで電流を通さず、その間は起動しないという特性がある。
以下、この順電圧をVF95と称する。VF95は、図1に示すアノード電圧93とLED回路80におけるカソード側の電位を示すカソード電圧94との電位差である。
本第1実施形態では、LEDが有する上記特性を踏まえて、LED駆動回路11に、電源投入後からLED群80Aが起動(点灯)を始めるまでの期間を有効に活用する構成を採用した。
すなわち、電源電圧投入時からLED群80Aが点灯を始める固有の電圧値に順電圧VF95が到達するまでの期間内に上記調整期間を設定し、この調整期間においてはデューティー比調整回路部41が、PWM調光信号92を、相対的に大きなデューティー比を有する調整信号98に変換すると共にこれを後段に設けられた昇圧回路部20に受け渡すという構成により、昇圧回路部20による昇圧動作を早めることができ、LED群80Aが起動(点灯)を開始するまでの時間(LED回路80の起動に要する時間)を早めることが可能となる。
ここで、昇圧回路部20は、LED回路80にVF95を印加するための構成であり、定電流回路部30は、LEDバックライト70を所望の輝度で点灯させるために一定のLED電流96を流し、また、調光制御を行うためにPWM信号98のDutyに基づいて、電流のON/OFFを行う構成である。さらに、定電流回路部30は、LED電流96を監視し、その結果をフィードバック信号99として昇圧回路部20に送ることで、VF95が最適な電圧になるよう昇圧動作を行う。
昇圧回路部20及び定電流回路部30は、LEDの輝度を変化させるための制御をPWM信号で行うように構成されているため、デューティー比調整回路部41から受け取ったPWM信号である調整信号98に応じたON/OFF動作を実行することができる。
昇圧回路部20は、余分な電力消費を防ぐために、通常PWM制御時においてパルスがOFF状態の時は、昇圧動作を停止するという構成を採っている。したがって、昇圧回路部20に入力されるPWM信号については、そのデューティー比が低いほど一定電圧へ昇圧させる時間(昇圧時間)が長くなり、そのデューティー比が高いほど昇圧時間が短くなるように構成されている。
本第1実施形態では、上記調整期間において、PWM調光信号92よりもON期間が長い調整信号98(ここではデューティー比100%と仮定する。以下同様)に従って昇圧回路部20が駆動することから、PWM調光信号92のデューティー比が低ければ低いほど、PWM調光信号92と調整信号98とのデューティー比の差が顕著となる。このため、調整信号98のOFF時間(=昇圧休止時間)が相対的に短くなることから、所望の電圧に昇圧するまでに要する時間を短縮することが可能となる。
ここで、LEDに流れる電流値は、そのアノード‐カソード間に印加した順電圧(VF)に応じて変化し、一般的なLEDは、順電圧が高いほど多くの電流を流すという性質を示す。また、LEDは、前述の通り、順電圧がある一定の値に達してから電流を流し始めるという性質を有する。
かかるLEDの性質に鑑みて、本第1実施形態では、電源電圧起動時に定電流回路部30が電流の常時監視を開始すると共に、この監視の結果である電流値が、所望の電流値に到達するまでの間に定電流回路部30は、昇圧回路部20を制御することにより電圧を上昇させ、所望の電流値に達すると定電流回路部30は、それまでの昇圧動作を止めるよう昇圧回路部20に対してフィードバック制御を行う、という構成を採っている。
このため、LED電流96が流れ始めてから(LED群80Aが点灯を開始してから)の昇圧回路部20による昇圧動作を有意に抑制することができることから、点灯時の明るさをより自然に上昇させることができる。
また、図2に示す通り、本第1実施形態における液晶表示装置101は、LEDバックライト70の発光面側に、画素が一定の規則に従って配列された液晶表示パネル90と、外部から投入された電源電圧110により動作し、外部入力される映像信号120をもとに生成した駆動信号130を液晶表示パネル90に出力するパネル駆動回路90Aと、を有している。
すなわち、この図2は、LEDバックライト70からの光を背面に受けて、パネル駆動回路90Aからの駆動信号130に基づく映像を外部に向けて表示する液晶表示パネル90を明示した概略図である。また、図1に示した各構成部材については一部簡略化しており、各図にて共通する構成内容には同一の符号を付している。
次に、図3に示すタイムチャートに基づいて、図1に開示した液晶表示装置101にて送受信される信号等の様子を説明する。
ここでは、電圧監視回路部51がアノード電圧93の監視に際して参照する閾値電圧を、閾値電圧(Vmsk)と表記する。本第1実施形態では、アノード電圧93からカソード電圧94を引いた電圧値とVF95とが同値となる回路構成を採っている。
図3に示すように、上記調整期間において電圧監視回路部51が生成するデューティー制御信号97(デューティー比調整回路部41が生成する調整信号98)として、デューティー比100%(Duty100%)のPWM信号を採用した。
一定の電圧値を示す電源電圧91及び矩形パルス波形を示すPWM調光信号92が外部から入力されると(電源が投入されると)、電圧監視回路部51が、アノード電圧93の常時監視を開始すると共に、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に達していないことから、PWM調光信号92よりもデューティー比の大きなデューティー制御信号97をデューティー比調整回路部41に送信するように構成されている。
これを受けたデューティー比調整回路部41が、当該デューティー制御信号97をPWM調光信号92に同期させた調整信号98(Hi調整信号)を生成する共に、これを出力端(DUTY-out)から送信するという構成を採っている。
本第1実施形態では、図3に示す通り、デューティー比100%であるデューティー制御信号97を、電圧監視回路部51がデューティー比調整回路部41に送信し、このデューティー制御信号97をPWM調光信号92に同期させた、同じくデューティー比100%の調整信号98を生成したデューティー比調整回路部41が、出力端(DUTY-out)からこれを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信するという構成を採っている。
すなわち、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達したか否かを判定する機能を有する電圧監視回路部51は、アノード電圧93(VF95)が閾値電圧(Vmsk)に達するまでの期間(調整期間)において、デューティー比100%のデューティー制御信号97を送信するように構成され、これを受けたデューティー比調整回路部41も同様に、デューティー比100%の調整信号98を送信するという構成を採っている。
デューティー比調整回路部41からHi調整信号が入力されている間は、これに基づく昇圧動作を昇圧回路部20が継続的に実行するという構成を採っているため、アノード‐カソード間の順電圧であるVF95を通常よりも早く上昇させることが可能となる。
すなわち、本第1実施形態において昇圧回路部20は、図3に示す通り、デューティー比100%の制御信号に基づいて昇圧動作を実行し、間欠動作を実行しないように構成されている。
次いで、VF95が閾値電圧(Vmsk)に達した際に電圧監視回路部51は、デューティー比0%であるデューティー制御信号97の送信を開始し、これを継続するように構成されている。
ここで、VF95が閾値電圧(Vmsk)に達した瞬間に電圧監視回路部51が送信するデューティー比0%のデューティー制御信号97を、特にVmsk信号と指称する。
VF95が閾値電圧(Vmsk)に達したことにより、電圧監視回路部51からVmsk信号を受け取ったデューティー比調整回路部41は、それ以降において、PWM調光信号92と同じデューティー比である調整信号98を送信し、これに基づいて昇圧回路20がVF95を上昇させるという構成を採っている。
すなわち、LED群80Aが点灯を開始する際には、PWM調光信号92に基づく調整信号98により輝度が制御されるように構成されている。
ここで、VF95が閾値電圧(Vmsk)に到達した以降における動作を通常動作と称し、この通常動作を行う期間を通常動作期間と称する。
定電流回路30に電流が流れ始め、すなわちLED電流96が流れ始め、図3に示すように、VF95の上昇に伴ってLED電流96が大きくなっていくと、これに従ってLEDの輝度及びLEDの見かけの明るさが上昇するように構成されている。
その後、LED電流96が通常動作電流であるImaxに到達すると、LED群80Aの安定した点灯状態が維持されるという構成を採っている。
(動作説明)
図1に開示したLED駆動回路11にかかる動作を、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、特に、電圧監視回路部51及びデューティー比調整回路部41にかかる動作内容を説明する。
電源電圧91とPWM調光信号92とが入力されると、すなわち電源が投入されると(図4:S101)、電圧監視回路部51はアノード電圧93の常時監視を開始する(図4:S102)。
すなわち、以降において電圧監視回路部51は、経時的な電圧監視を行うと共に、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達したか否かを判定する(図4:S103)。
ここで、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達するまでの間(調整期間)において電圧監視回路部51は(図4:S103/いいえ)、デューティー比100%のデューティー制御信号97を送信し、これを受けたデューティー比調整回路部41は、同じくデューティー比100%であり且つPWM調光信号92に同期した調整信号98を生成すると共に、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図4:S104)。
そして、電圧監視回路部51は、アノード電圧93の常時監視及び閾値電圧(Vmsk)に到達したか否かの判定を継続して実行する(図4:S102,S103)。
一方で、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達した以降において電圧監視回路部51は(図4:S103/はい)、デューティー比0%のデューティー制御信号97を送信し、これを受けたデューティー比調整回路部41は、PWM調光信号92と等しいデューティー比であり且つPWM調光信号92に同期した調整信号98を生成すると共に、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図4:S105)。
上記によりデューティー比調整回路部41から調整信号98を受信した昇圧回路部20は(図4:S104,S105)、これに従ってアノード‐カソード間の順電圧であるVF95を上昇させる。
上記各ステップS101〜S105(図4)における各工程の実行内容の一部又は全部をプログラム化すると共に、当該一連の各制御プログラムをコンピュータによって実現するように構成してもよい。
(第1実施形態の効果等)
本第1実施形態では、電源電圧起動時に、LED回路80の駆動に用いるPWM調光信号92よりもON期間が長いデューティー比を有する調整信号98に従って駆動を開始するという構成を採ったため、これに基づく昇圧回路部20の昇圧動作により、LED群80Aの点灯に要する電圧値にVF95が到達するまでの時間が短縮されることから、LED群80Aの点灯までの時間を早めることができる。
また、PWM調光信号92のデューティー比の大きさ如何にかかわらず、電源投入時においては、予め設定された一定のデューティー比を有するPWM信号に基づいて昇圧動作を行うため、起動時間の条件がほぼ一定に保たれることから、初動作の安定化を図ることが可能となる。
さらに、本第1実施形態におけるLED駆動回路11の前段に設けられたデューティー比調整回路部41及び電圧監視回路部51が、アノード電圧93の監視結果に基づく有意なデューティー制御を行うことにより、LED回路80の電力負荷に依存しない回路構成を維持することができ、すなわち、本第1実施形態にかかる構成部材は、既存の回路に容易に追加することが可能であり、かつ既存のLEDバックライトに装備されたLEDの数にかかわらず、回路の共用化を実現することができる。
また、LED回路80は、LEDのみを主として構成されているため、昇圧回路部20及び定電流回路部30は、前述した関連技術におけるバイパス回路の様なLED以外の負荷を駆動する必要がないことから、余分な電力の発生を抑制することができる。
さらに、LED回路80のアノード電圧93を常時監視(常時モニタ)する電圧監視回路部51を採用したため、温度環境,電源電圧立ち上がり条件,又は周辺回路の特性ばらつき等に起因して昇圧時間に変化が生じた場合でも、LEDが点灯するまでの期間内に有意な一定動作を行うことができる。
また、本第1実施形態にかかるLED駆動回路では、特に、LEDが点灯を開始する前の昇圧動作に係り、このため、点灯開始時のみ表示画面が一瞬だけ明るくなる、あるいは点滅するなどの表示の品質低下を招くような不都合を招来することなく、LEDの点灯までに要する時間を短縮し且つ落ち着かせることができる。
さらに、デューティー比調整回路部41がVmsk信号を電圧監視回路部51から受け取るまでの期間(調整期間)におけるPWM信号(デューティー制御信号97,調整信号98)については、そのデューティー比を任意に設定するようにしてもよい。
すなわち、例えば、LED回路80を遅く起動させたい場合や、アノードが2系統以上のLED回路を備えた液晶表示装置において、各系統の起動時間に差をつけたい場合又は各系統を同時に起動させたい場合等、液晶表示装置に求められるバックライトの点灯時間に応じて、任意に設定した周期やデューティー比を有するPWM信号を用いるようにしてもよい。
〔第2実施形態〕
本発明にかかるLED駆動回路及び液晶表示装置(102)の第2実施形態を、図5乃至図7に基づいて説明する。前述した第1実施形態と同一の構成部材については、同一の符号を用いるものとする。
(全体的構成)
図5に示すように、本第2実施形態におけるLED駆動回路12は、前述した第1実施形態におけるLED回路80のカソード側から流出するLED電流96(順電流)を監視(モニタ)すると共に、この監視電流に基づく信号(第2デューティー制御信号97B)をデューティー比調整回路部42に送信する電流監視回路部52を有するという構成を採っている。
また、便宜上、前述した第1実施形態と同様の構成である電圧監視回路部51が、アノード電圧93の監視結果に基づいてデューティー比調整回路部42に送信する信号を、ここでは第1デューティー制御信号(第1Duty制御信号)97Aと称する。
すなわち、デューティー比調整回路部42は、電圧監視回路部51から送信される第1デューティー制御信号97A及び電流監視回路部52から送信される第2デューティー制御信号(第2Duty制御信号)97Bに基づいて、PWM調光信号92に同期させた調整信号98を生成し、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信するように構成されている。
より具体的には、図6に示すように、VF95が閾値電圧(Vmsk)に到達するまでの間(調整期間:電圧モニタ期間)は、電圧監視回路部51のみによる常時監視の結果をもとに、前述した第1実施形態と同様、任意に設定された一定デューティー比に基づくLED回路80の駆動制御を行い、VF95が閾値電圧(Vmsk)に到達した直後からの一定期間(電流モニタ期間)内は、電流監視回路部52が、LED電流96(電流値)の常時監視を行うように構成されている。
すなわち、電流監視回路部52は、当該電流値の常時監視を、LED電流96が通常動作電流値であるImaxに達するまでの期間(電流モニタ期間)において継続して実行すると共に、この監視結果に基づいてパルス幅を任意に調整した第2デューティー制御信号97Bをデューティー比調整回路部42に送信するように構成されている。
この第2デューティー制御信号97Bに基づいて生成した調整信号98をデューティー比調整回路部42から取得した昇圧回路20が、これに従ってVF95の昇圧動作を行うように構成されているため、LEDの点灯タイミングにおける見た目の明るさを任意に制御することができる。
本第2実施形態では、図6に例示するように、電流監視回路部52が第2Duty制御信号97Bを生成するに際して、そのデューティー比(出力電流パルス幅)をLED電流96の値に応じて変則的に変化させるという方法を採用した。
すなわち、電流監視回路部52から送信される第2デューティー制御信号97Bに応じて調整信号98の出力電流パルス幅を調整するように構成されたデューティー比調整回路部40は、電流監視回路部52にて監視する順電流が流れ始めた直後からの一定期間内に、調整信号98のデューティー比(出力電流パルス幅)を段階的に低下させることによりPWM調光信号92のデューティー比に近づけるという構成を採っている。
より具体的に電流監視回路部52には、LED電流96とImaxとの差が大きいうちはデューティー比を高くし、この差が縮まるにつれて(LED電流96がImaxに近づくにつれて)通常動作時のデューティー比に近づけるよう徐々に変化させて第2Duty制御信号97Bを生成・出力するという構成を採っている。
これにより、見かけ上の明るさを同じにすることや、明るさの変化を軽減することが可能となり、表示品質の低下を防止し、さらに、所望の輝度に達するまでの時間を短縮することができる。
また、本第2実施形態におけるLED駆動回路12も、LED電流96が通常動作電流値であるImaxに到達した以降の期間である通常動作期間において、前述した第1実施形態にかかるLED駆動回路11と同様の通常動作を実行するように構成されている。
他の構成内容については、前述した第1実施形態におけるLED駆動回路11の構成部材と同様である。
(動作説明)
図5に開示したLED駆動回路12にかかる動作を、図7に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、特に、電圧監視回路部51,電流監視回路部52,及びデューティー比調整回路部42にかかる動作内容を説明する。
電源電圧91及びPWM調光信号92が入力されると(図7:S201)電圧監視回路部51は、アノード電圧93の常時監視を開始する(図7:S202)。
アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達するまでの間(調整期間)において電圧監視回路部51は(図7:S203/いいえ)、デューティー比100%の第1デューティー制御信号97Aを送信し、これを受けたデューティー比調整回路部42は、同じくデューティー比100%であり且つPWM調光信号92に同期した調整信号98を生成すると共に、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図7:S204)。
そして、電圧監視回路部51は、アノード電圧93の常時監視及び閾値電圧(Vmsk)に到達したか否かの判定を継続して実行する(図7:S202,S203)。
一方で、アノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)に到達すると(図7:S203/はい)、電流監視回路部52がLED電流96の常時監視を開始する(図7:S205)。
この電流監視に際して電流監視回路部52は、LED電流96が通常動作電流であるImaxと等しいか否かを判定する(図7:S206)。
すなわち、LED電流96がImaxより小さい間において電流監視回路部51は(図7:S206/いいえ)、当該監視により得たLED電流96の値に応じてデューティー比を変化させた第2デューティー制御信号97Bを生成して送信し、これを受けたデューティー比調整回路部42は、この第2デューティー制御信号97BをPWM調光信号92に同期させて生成した調整信号98を昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図7:S207)。
一方で、LED電流96がImaxに到達すると(図7:S206/はい)、それ以降において電圧監視回路部52は、デューティー比0%の第2デューティー制御信号97Bを送信し、これを受けたデューティー比調整回路部41は、PWM調光信号92と等しいデューティー比であり且つPWM調光信号92に同期した調整信号98を生成すると共に、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図7:S208)。
上記によりデューティー比調整回路部42から調整信号98を受信した昇圧回路部20は(図7:S204,S207,S208)、これに従ってアノード‐カソード間の順電圧であるVF95を上昇させる。
上記各ステップS201〜S208(図7)における各工程の実行内容の一部又は全部をプログラム化すると共に、当該一連の各制御プログラムをコンピュータによって実現するように構成してもよい。
(第2実施形態の効果等)
本第2実施形態では、LED回路80のカソード側から流出するLED電流96を監視する電流監視回路部52を採用すると共に、この電流監視回路部52が、LED電流96と通常動作電流であるImaxとの差分に対応づけて第2デューティー制御信号97Bを生成し、これに基づく調整信号98に従って昇圧回路部20が昇圧動作を実行するという構成を採ったため、これにより、LED回路80の駆動動作が安定することから、見かけ上の違和感がなくなり、明るさの変化やチラツキを軽減し、表示品質の低下を防止することが可能となる。
また、上述した電流モニタ期間におけるPWM制御としては、電流監視回路部52にて電流を監視すると共に、この監視結果に応じた制御を行うという構成を採用した。しかし、閾値電圧Vmskに達した直後からの一定期間において、電流監視回路部を採用せず、単にデューティー比を高から低へと徐々に(段階的に)変化させるという構成を採ってもよい。
すなわち、電圧監視回路部52にて監視するアノード電圧が閾値電圧に到達した直後からの一定期間内に、デューティー比調整回路部42が、調整信号98のデューティー比を段階的に低下させていくことによりPWM調光信号92のデューティー比に近づけるという構成を採ってもよい。
このようにしても、見た目の輝度変化を軽減した上で、所望の輝度に達するまでの時間を短縮することができ、且つ、かかる構成によれば、電流監視回路部52が不要となるため、構成の簡素化を図ることが可能となる。
また、PWM調光信号92とは異なる任意のデューティー比を予め設定しておくことで、流れはじめたLED電流96がImaxよりも低い間は、当該設定したデューティー比を有するPWM信号に基づいてLED回路80の駆動を制御する、といった一定期間内における一定制御を実現する構成を採用してもよい。
他の効果等については、前述した第1実施形態と同様である。
〔第3実施形態〕
本発明にかかるLED駆動回路及び液晶表示装置の第3実施形態を、図8及び図9に基づいて説明する。前述した第1及び第2実施形態と同一の構成部材については、同一の符号を用いるものとする。
(全体的構成)
本第3実施形態では、図8に示すように、前述した第1及び第2実施形態におけるLED回路80に代えて、アノード電圧が共通となるように構成された2系統以上のLED群を有するLED回路83を採用した。この図8においては、便宜上、2系統のLED群を装備した場合を例示する。
ここでのLED群としても、前述した第1及び第2実施形態におけるLED群80Aと同様に、複数のLEDを直列接続した構成や並列接続した構成,直列接続と並列接続とを多様に組み合わせた構成等を採用するようにしてもよい。もっとも、LED群ではなく、1つのLEDを各系統に採用するようにしてもよい。
すなわち、本第3実施形態にかかる液晶表示装置103は、1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路83を装備するバックライト73と、外部入力される電源電圧91及びPWM調光信号92を用いてLED回路83を駆動するLED駆動回路13と、を有し、LED回路83は、直列接続,並列接続,又はその組み合わせにより接続されたアノード電圧を同じくする2系統以上のLED群を有するという構成を採っている。
電流監視回路部53は、電圧監視回路部51にて監視するアノード電圧93が閾値電圧(Vmsk)到達した直後から、上記各LED群のカソード側から流出するそれぞれの順電流(第1LED電流96A,第2LED電流96B)を監視すると共に、これら各監視電流に基づく信号(第2デューティー制御信号97C)をデューティー比調整回路部43に送信する系統別監視処理手段(図示せず)を有している。
デューティー比調整回路部43は、調整信号の出力電流パルス幅を上記各監視電流に基づく信号(第2デューティー制御信号97C)に応じて調整するという構成を採っている。
本第3実施形態における上記各構成は、特に、LEDのVF特性のばらつき等に起因して、各系統ごとに点灯開始のタイミングが異なるような場合に有効に機能する。
すなわち、かかる構成によれば、各系統に流れる電流を電流監視回路53にて監視すると共に、この監視結果に基づいて、電流モニタ期間の昇圧動作にかかるPWM信号のデューティー比を有意に制御することができるため、点灯開始時における見かけの明るさの変化をより円滑に調整することが可能となる。
ここで、図8では、アノード電圧93と第1カソード電圧94Aとの電位差を示す順電圧を第1VF95A,アノード電圧93と第1カソード電圧94Bとの電位差を示す順電圧を第2VF95Bと表記したが、本第3実施形態では、アノード電圧93と第1VF95A及び第2VF95Bとが共通の電圧値となるように構成したことを前提として、これらを図9のタイムチャートに示している。
第2デューティー制御信号97Cについては、図9のタイムチャートに示すように、第1LED電流96Aのみが流れている間はデューティー比を高くし、第2LED電流96Bが流れ始めた直後からデューティー比を低くするという構成を採ったため、これにより、点灯開始時の見かけの明るさをより均一化することができる。
本第3実施形態におけるLED駆動回路13も、第1LED電流96A及び第2LED電流96Bの双方が通常動作電流であるImaxに到達するまでの期間(電流モニタ期間)を超えてからの通常動作期間においては、前述した第1実施形態にかかるLED駆動回路11と同様の通常動作を実行するように構成されている。
他の構成内容については、前述した第1及び第2実施形態における各構成部材と同様である。
(第3実施形態の効果等)
2系統以上のLED群から流出する各電流を個別に監視すると共に、これらの監視結果に応じてデューティー比調整回路部43に送信する第2デューティー制御信号97Cのデューティー比を調整する電流監視回路部53を設けたため、これにより、点灯開始時の見かけの明るさをより均一化することができる。
また、定電流回路33に、系統ごとのデューティー制御を行うという構成を採用するようにしてもよい。このようにすれば、電流モニタ期間でのデューティー比を系統ごとに変化させることが可能となり、このため、見た目の明るさの均一化をより精度よく行うことができる。
本第3実施形態における動作内容は、前述した第2実施形態において図7をもとに説明した内容と同様である。
他の効果等については、前述した第1及び第2実施形態と同様である。
〔第4実施形態〕
本発明にかかるLED駆動回路及び液晶表示装置(104)の第4実施形態を、図10乃至図12に基づいて説明する。前述した第1乃至第3実施形態と同一の構成部材については、同一の符号を用いるものとする。
(全体的構成)
本第4実施形態では、PWM調光信号92と昇圧回路部20の動作特性情報とに基づいて調整期間(Duty調整期間:T1)を算出し設定するという構成を採ったデューティー比調整回路部44を、前述した第1実施形態におけるデューティー比調整回路部41に代えて採用した。
このため、図10に示すように、アノード電圧93の監視及びこの監視結果に基づく信号を生成・送信する電圧監視回路部51を設けることなく、電源投入直後からの一定期間である調整期間(T1:図11参照)を設定することが可能となり、この調整期間(T1)においては、任意に設定したデューティー比に基づくLED回路80の駆動制御を行うことができる。
ここで、調整期間(T1)は、以下のような関係式1を満たすように設定される。
動作開始時間(A)とは、電源投入から昇圧回路20が動作を開始するまでの時間のことであり、100%時の昇圧時間(B)とは、デューティー比調整回路部44から送信される調整信号98のデューティー比が100%の時に、昇圧回路20がLED回路80の順電圧であるVF95を所望の電圧まで上昇させるのに要する時間である。また、PWM-Duty(C)とは、外部調光信号のデューティー比である。
〔数1〕調整期間(T1)≧動作開始時間(A)+100%時の昇圧時間(B)/PWM-Duty(C) … (1)
この式1における(A)及び(B)は、温度条件や電源電圧の起動条件,回路部品の特性によるばらつき等により若干の変動をきたすものである。
そこで、本第4実施形態では、使用条件等に応じた昇圧回路部20の動作特性情報である(A)及び(B)の値を予め内部メモリ等(図示せず)に記憶させておくことにより、PWM-Duty(C)に応じた調整期間(T1)の時間設定を、デューティー比調整回路部44が上記式1に基づいて行うという構成を採った。
したがって、PWM-Duty(C)に応じた調整期間(T1)においてデューティー比調整回路部44は、調整信号98のON期間をコントロールすることができるため、これにより、低デューティー比の時よりも起動時間を短縮することが可能となり、かつ電源電圧起動時からLED点灯開始までの時間を任意に設定することができる。
本第4実施形態におけるLED駆動回路14も、図11に示す通常動作期間(T2)において、前述した第1実施形態にかかるLED駆動回路11と同様の通常動作を実行するように構成されている。
他の構成内容については、前述した第1実施形態における各構成部材と同様である。
(動作説明)
図10に開示したLED駆動回路14にかかる動作を、図12に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、特に、デューティー比調整回路部44にかかる動作内容を説明する。
電源電圧91とPWM調光信号92とが入力されると(図12:S401)、デューティー比調整回路部44は、PWM調光信号92と昇圧回路部20の動作特性情報とに基づいて調整期間(T1)を算出し設定すると共に(図12:S402)、PWM調光信号92よりも大きなデューティー比(ここではデューティー比100%)を有する調整信号98を生成して、これを昇圧回路部20及び定電流回路部30に送信する(図12:S403)。
また、電源投入後においてデューティー比調整回路部44は、上記により設定した調整期間(T1)が終了したか否かを判定する(図12:S404)。
すなわち、調整期間(T1)が終了するまでの間においてデューティー比調整回路部44は(図12:S404/いいえ)、デューティー比100%の調整信号98を送信し、調整期間(T1)が終了した以降においてデューティー比調整回路部44は(図12:S404/はい)、PWM調光信号92と等しいデューティー比であり且つPWM調光信号92に同期した調整信号98を生成して送信する(図12:S405)。
上記によりデューティー比調整回路部44から調整信号98を受信した昇圧回路部20は(図12:S403,S405)、これに従ってアノード‐カソード間の順電圧であるVF95を上昇させる。
上記各ステップS401〜S405(図12)における各工程の実行内容の一部又は全部をプログラム化すると共に、当該一連の各制御プログラムをコンピュータによって実現するように構成してもよい。
(第4実施形態の効果等)
本第4実施形態におけるLED駆動回路14では、アノード電圧93を監視する電圧監視回路部51を設けることなく、デューティー比調整回路部44が、外部入力されるPWM調光信号92のデューティー比と昇圧回路部20の動作特性情報とに基づいて調整期間(T1)を算出・設定すると共に、この調整期間(T1)における調整信号98のデューティー比を有意に増加させるという構成を採用したため、回路構成の簡素化を図った上で、LED群80Aの点灯開始時刻を有意に早めることができる。
また、上記式1にかかる係数等を調整することによりデューティー比調整回路部44は、使用環境等に対応した調整期間(T1)を有意に設定することができるため、LEDバックライトの起動に要する時間を有効に短縮し且つ安定させることが可能となる。
さらに、外部から入力された調整期間(T1)を内部メモリ等に記憶処理すると共に、これに基づいてデューティー比調整回路部44が、昇圧回路部20等に送信する調整信号98のデューティー比を変化させるという構成を採ってもよい。
他の効果等については、前述した第1実施形態と同様である。
なお、上述した各実施形態は、LED駆動回路,LED駆動方法,及び液晶表示装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もある。しかし、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。
本発明は、LEDバックライトを用いた液晶表示装置等に適用することが可能である。
11,12,13,14 LED駆動回路
20 昇圧回路部
30,33 定電流回路部
41,42,43,44 デューティー比調整回路部
51 電圧監視回路部
52,53 電流監視回路部
60,63 接続線
70,73 LEDバックライト(バックライト)
80,83 LED回路
80A LED群
90 液晶表示パネル
90A パネル駆動回路
101,102,103,104 液晶表示装置

Claims (5)

  1. 1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路を制御するLED駆動回路であって、
    外部入力されるPWM調光信号をもとに前記LED回路の駆動調整用の調整信号を生成し出力するデューティー比調整回路部と、
    このデューティー比調整回路部から出力される前記調整信号に従って前記LED回路に駆動用の電圧を印加する昇圧回路部と、
    前記LED回路のアノード電圧を監視すると共に、この電圧監視に基づく信号を前記デューティー比調整回路部に出力する電圧監視回路部と、を有し、
    前記デューティー比調整回路部は、電源投入後から前記電圧監視回路部にて監視する前記アノード電圧が予め設けられた閾値電圧に到達するまでの期間である調整期間内では、前記調整信号を、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比とし、前記電圧監視回路部にて監視する前記アノード電圧が前記閾値電圧に到達してからの一定期間内に、前記生成する調整信号のデューティー比を段階的に低下させていくことにより前記PWM調光信号のデューティー比に近づけ、
    前記昇圧回路部は、前記調整期間内において、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比に応じて電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記LED回路に印加することを特徴としたLED駆動回路。
  2. 前記請求項に記載のLED駆動回路において、
    前記デューティー比調整回路部は、前記電圧監視に基づく信号を前記PWM調光信号に同期させることにより前記調整信号を生成することを特徴としたLED駆動回路。
  3. 前記請求項に記載のLED駆動回路において、
    前記閾値電圧は、前記LED回路を構成する全てのLEDが点灯するのに要する電圧よりも小さな値に設定されることを特徴としたLED駆動回路。
  4. 1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路を制御するLED駆動回路であって、
    外部入力されるPWM調光信号をもとに前記LED回路の駆動調整用の調整信号を生成し出力するデューティー比調整回路部と、
    このデューティー比調整回路部から出力される前記調整信号に従って前記LED回路に駆動用の電圧を印加する昇圧回路部と、
    前記LED回路のカソード側から流出する順電流を監視すると共に、この監視電流に基づく信号をデューティー比調整回路部に出力する電流監視回路部と、を有し、
    前記デューティー比調整回路部は、電源投入後から前記電圧監視回路部にて監視する前記アノード電圧が予め設けられた閾値電圧に到達するまでの期間である調整期間内では、前記調整信号を、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比とし、前記電流監視回路部にて監視する順電流が流れ始めてからの一定期間内に、前記生成する調整信号のデューティー比を段階的に低下させていくことにより前記PWM調光信号のデューティー比に近づけ、
    前記昇圧回路部は、前記調整期間内において、前記PWM調光信号よりも大きなデューティー比に応じて電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記LED回路に印加することを特徴としたLED駆動回路。
  5. 外部に向けて映像を表示する液晶表示パネルと、
    1又は2以上のLEDを含んで構成されたLED回路を装備し且つ前記液晶表示パネルを背面から照らすバックライトと、
    前記請求項1乃至に記載のLED駆動回路と、を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
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