JP7111504B2 - Ｌｅｄモジュールおよびバックライト装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤモジュールおよび該ＬＥＤモジュールを備えたバックライト装置に関する。

近年ではＬＥＤ（Light Emitting Diode）の発光効率が向上してきたため、液晶等のバックライトにＬＥＤが良く用いられるようになってきている。

ＬＥＤは電流駆動デバイスであるが、ＬＥＤ間の製造ばらつきのため、指定された電流レベルを維持するのに必要なＬＥＤ両端の電圧（ＶＦ）はかなり変化する。このため、複数のＬＥＤ列を同一の電源電圧で駆動する場合、ＬＥＤ列の中から最大のＶＦを持つ列を検出して、電源電圧を最適に調整することが行われている（特許文献１参照）。

また、上記で最適な電源電圧を検出した後、最大のＶＦを持つ列以外のＶＦを最適化するために、負荷抵抗に流れる電流を変更して、電流の変更により発生する輝度のずれを、ＬＥＤのオンとオフの時間で調整するＰＷＭ_Ｄｕｔｙ駆動で補正することが行われている（特許文献１参照）。

ＬＥＤのアノードを共通の電源として、複数のＬＥＤを並列に駆動する場合、ＬＥＤのＶＦにはバラツキがあるため、各々のＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバに印加される電圧にバラツキが生じる。特にＬＥＤを直列に接続した場合、各ＬＥＤのバラツキが重畳して上記バラツキの電圧差が大きくなる。

印加される電圧が大きくなったＬＥＤドライバは、電力損失が大きくなるため、発熱が大きくなり、その条件で放熱設計を行う必要があるため、放熱対策でコストアップになる。

そこで、放熱設計を簡単にしてシステムのコストダウンを図る為に、ＬＥＤ電流を調整してＶＦを揃えることでＬＥＤドライバの発熱の均一化を図り、ＬＥＤドライバでの電力損失のバラツキを低減する事が行われている。

特開２０１２－１９５２９１公報（２０１２年１０月１１日公開）

特許文献１のように、各ＬＥＤのＶＦを最適化するためには、ＬＥＤ電流を十分流せるカソード電圧が残るところまでＬＥＤ電流を段階的に増やす手段と、増やした電流に応じてＬＥＤのオンオフ期間（ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ）を調整して、輝度は変化しないように制御する手段が必要である。

例えば、負荷抵抗に流れる電流を３０％増まで２％単位の調整比率で変化させた場合における、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率を図１７に記載する。電流の調整比率と、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率の対応を取る必要があるが、同図を参照するとわかるように、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙの補正率は一定ではなく規則性もない。

このため、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの設定値はテーブルで記憶させておく等の措置を講ずる必要がある。また、ＬＥＤ電流の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率の積が一定になるように調整するためには、複雑な演算処理が必要である。

例えば、ＬＥＤ電流の調整比率を任意の等間隔の値で増加させ、輝度を一定に保つようにＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率の補正計算を行うと計算が複雑になるので、演算回路の規模が大きくなってしまうという問題点がある。

本発明の一態様は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、デューティ比の補正を行う演算回路の規模を小さくすることができるＬＥＤモジュールなどを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るＬＥＤモジュールは、ＬＥＤに流れる電流、および上記ＬＥＤのデューティ比のそれぞれを調整するＬＥＤモジュールであって、１ビット変化する毎に上記デューティ比を一定の割合で変化させるデューティ比調整部と、上記デューティ比調整部による上記デューティ比の変化に対応付けて、当該デューティ比の補正率と上記電流の電流値の調整比の積が一定になるように、当該電流値を変化させる電流値調整部と、を備えている構成である。

本発明の一態様によれば、デューティ比の補正を行う演算回路の規模を小さくすることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るバックライト装置の概要構成を示す回路図である。 上記バックライト装置の動作を示すタイミングチャートの前半部分である。 上記バックライト装置の動作を示すタイミングチャートの後半部分である。 上記バックライト装置が備えるＬＥＤドライバの構成を示す回路図である。 ＬＥＤに流れる電流の電流値の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率との関係を示す図である。 本発明の実施形態２に係るバックライト装置の概要構成を示す回路図である。 上記バックライト装置が備えるＬＥＤドライバの構成を示す回路図である。 本発明の実施形態３に係るバックライト装置の概要構成を示す回路図である。 上記バックライト装置が備えるＬＥＤドライバの動作の流れを示す状態遷移図である。 本発明の実施形態４に係るバックライト装置の動作を示すタイミングチャートである。 アドレスデータおよび輝度データの書込み手順を説明するための図である。 上記バックライト装置の動作を示すタイミングチャートである。 上記バックライト装置が備えるＬＥＤドライバの動作の流れを示す状態遷移図である。 上記バックライト装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態５に係るバックライト装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態６に係るバックライト装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来技術におけるＬＥＤに流れる電流の電流値の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率との関係を示す図である。

〔実施形態１〕
図１に示すように、バックライト装置（ＬＥＤモジュール）１は、バックライトパネル４０、コントローラ７０、および電源８０を備えている。バックライトパネル４０には、３つのＬＥＤ５０を駆動するＬＥＤドライバ（ドライバ）６０が設けられている。バックライトパネル４０は、表示パネル（不図示）の背後から表示パネルに光を照射する。ＬＥＤドライバ６０は、ＬＥＤ５０の点灯輝度を制御情報に基づいて制御する。

コントローラ７０は、複数のＬＥＤドライバ６０を制御する。ＬＥＤドライバ６０は、コントローラ７０からの輝度データＤＡＴＡおよび制御信号に基づいて、３つのＬＥＤ５０を駆動する。なお、ＬＥＤドライバ６０が駆動するＬＥＤ５０の数は、３つに限定されない。また、ＬＥＤドライバ６０は、複数のＬＥＤ５０がアレイ状に配置された単一のＬＥＤ列または複数のＬＥＤ列を駆動しても良い。

コントローラ７０には、コントローラ７０から出力されるデータ信号を受信するタイミングを示すイネーブル信号を伝達するイネーブル信号線（ＥＮＡＢＬＥ）が接続されている。また、イネーブル信号線は、複数のＬＥＤドライバ６０のそれぞれにカスケード接続されている。

コントローラ７０には、少なくとも輝度データＤＡＴＡ（輝度情報）を含むデータ信号を出力するデータ線（ＤＡＴＡ）が接続されている。また、データ線は、複数のＬＥＤドライバ６０にパラレル接続されている。

コントローラ７０には、クロック信号を出力するクロック信号線（ＣＬＫ）が接続されている。また、クロック信号線は、複数のＬＥＤドライバ６０にパラレル接続されている。

次に、図２～４に基づき、初段のＬＥＤドライバ６０Ａ（複数のＬＥＤドライバ６０のうち初段のドライバをＬＥＤドライバ６０Ａと称する）および第２段のＬＥＤドライバ６０Ｂ（ＬＥＤドライバ６０Ａの次段のドライバをＬＥＤドライバ６０Ｂと称する）の動作について説明する。

図２に示すように、輝度データＤＡＴＡ、クロックＣＬＫおよびスタートパルスＳＰ（ＳＰ１）は、コントローラから同期して送出される。まず、ＬＥＤドライバ６０Ａにおいて、ＳＰカウンタ６２は、入力されるスタートパルスＳＰ１をカウントしたカウント値が、設定値である“１”となるので、スタートパルスＳＰ１をイネーブル信号ＥＮＢとして出力する。

次に、データラッチ回路６３は、イネーブル信号ＥＮＢ（スタートパルスＳＰ１）を受けると、輝度データＤＡＴＡのサンプリングを開始して、入力されたシリアルの輝度データＤＡＴＡ（ｄ０～ｄ１１）を１ビットずつサンプリングしてパラレルのビットデータＤ０１～Ｄ１１１に変換する。

データラッチ回路６３は、クロックＣＬＫのタイミングでスタートパルスＳＰ１を１２ビットのシフトレジスタによってシフトしていくことで、ラッチパルスＤ０（Ｌａｔ１）～Ｄ１１（Ｌａｔ１）を発生する。データラッチ回路６３は、ラッチパルスＤ０（Ｌａｔ１）～Ｄ１１（Ｌａｔ１）に同期して、ビットデータＤ０１～Ｄ１１１を順次１ビットずつ取り込んで保持する。

次に、図３に示すように、ＳＰカウンタ６２は、ラッチパルスＤ１１（Ｌａｔ１）が出力される次のタイミングでスタートパルスＳＰｏｕｔ（ＳＰ２）を出力する。スタートパルスＳＰｏｕｔの出力により、ＬＥＤドライバ６０Ａにおけるデータサンプリングの終了が次段のＬＥＤドライバ６０Ｂに伝えられる。

次段のＬＥＤドライバ６０Ｂでは、スタートパルスＳＰｏｕｔがスタートパルスＳＰ２として入力されると、ＳＰカウンタ６２がスタートパルスＳＰ２を設定値で定められた１つカウントすることにより、スタートパルスＳＰ２をイネーブル信号ＥＮＢとして出力する。

データラッチ回路６３は、イネーブル信号ＥＮＢ（スタートパルスＳＰ２）を受けると、入力されたシリアルの輝度データＤＡＴＡ（ｄ０～ｄ１１）を１ビットずつサンプリングしてパラレルのビットデータＤ０２～Ｄ１１２に変換する。データラッチ回路６３は、スタートパルスＳＰ２に基づいて発生したラッチパルスＤ０（Ｌａｔ２）～Ｄ１１（Ｌａｔ２）に同期して、ビットデータＤ０２～Ｄ１１２を順次１ビットずつ取り込んで保持する。

以上のように、カスケード接続されたＬＥＤドライバ６０（６０Ａ，６０Ｂ・・・）の間でスタートパルスＳＰを順次伝達することにより、それぞれのＬＥＤドライバ６０がシリアルの輝度データＤＡＴＡを順次取り込むことができる。したがって、多数のＬＥＤドライバ６０が配置されたバックライトパネル４０において、ＬＥＤドライバとしてＬＥＤドライバ６０を適用すると、バックライトパネル４０に形成される配線を少なくすることができる。

なお、図２および図３に示すように、輝度データＤＡＴＡの最終ビット値ｄ１１と、次の輝度データＤＡＴＡの先頭ビット値ｄ０との間には、スタートパルスＳＰｏｕｔを出力する都合上、１クロック分の間隔を設ける必要がある。

上記輝度データＤＡＴＡには、階調を表すデータのほか、周囲の明るさから全体の輝度を調整するデータ、消費電流優先度を示すデータなどを含んでいる。本実施形態では、便宜上１２ビットでの構成を記載している。

次に、図４に基づき、ＬＥＤドライバ６０の構成について説明する。同図に示すように、ＬＥＤドライバ６０は、ＳＰカウンタ６２、データラッチ回路６３、データ処理部６５、ＰＷＭ信号生成部（デューティ比調整部）６６、カウンタ＆セレクタ６７、電圧判定部６８、電流設定部（電流値調整部）６９を備える。

ＳＰカウンタ６２は、スタートパルスＳＰをカウントするカウンタである。ＳＰカウンタ６２は、スタートパルスＳＰを所定の設定値までカウントすると、イネーブル信号ＥＮＢをイネーブル端子ＥＮから出力する。イネーブル信号は、データラッチ回路６３がデータ取り込みを開始するために必要な信号である。

ＳＰカウンタ６２は、入力されるスタートパルスＳＰをシリアルの輝度データＤＡＴＡの末尾のタイミングまで遅延させてスタートパルスＳＰｏｕｔとして出力する。ＳＰカウンタ６２は、スタートパルスＳＰを遅延させるために、例えば、クロックＣＬＫに同期してスタートパルスＳＰをシフトさせるシフトレジスタを有していてもよい。

データラッチ回路６３は、入力されるシリアルの輝度データＤＡＴＡをサンプリングしてパラレルに変換するとともに、変換されたパラレルの輝度データＤＡＴＡをラッチする回路である。データラッチ回路６３は、イネーブル端子ＥＮを有しており、ＳＰカウンタ６２から供給されるイネーブル信号ＥＮＢをイネーブル端子ＥＮで受けると、輝度データＤＡＴＡのサンプリングを開始する。データラッチ回路６３は、例えば輝度データＤＡＴＡが８ビットで構成されていれば、サンプリングを８回行う事により、８ビットの輝度データＤＡＴＡを取得する。

データ処理部６５は、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を設定し、ＰＷＭ信号生成部６６に与える。また、データ処理部６５は、設定電流値を設定し、カウンタ＆セレクタ６７に与える。

ＰＷＭ信号生成部６６は、データ処理部６５から供給されるＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値に基づいてＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、ＰＷＭ信号生成部６６は、１ビット変化する毎にＰＷＭ_Ｄｕｔｙ（デューティ比）を一定の割合で変化させる。なお、デューティ比とは、図１に示すＬＥＤ５０のオンオフ期間に関し、一定周期の中でオンにしている期間の比率のことである。また、上記一定周期は、図２に示すクロックの周期の整数倍であり、上記一定周期は、例えば、４０９６クロックである。

カウンタ＆セレクタ６７は、データ処理部６５から供給される設定電流値に基づいて、電流設定部６９の動作を制御する。具体的には、電流設定部６９のスイッチＳＷ１～ＳＷｎを選択する制御などを行う。

電圧判定部６８は、ＬＥＤ５０の動作を確認するため、ＬＥＤ５０のカソード電圧（ａ点電圧）と参照電圧ＶＲＥＦを比較する。

電流設定部６９は、ＬＥＤの駆動電流を段階的に増加させたり、段階的に減少させたりする設定を行う。

より具体的には、電圧判定部６８は、ＬＥＤ５０のカソード電圧が参照電圧ＶＲＥＦより高い電圧の時に、ＬＥＤのＶＦが他のＬＥＤのＶＦより小さい、すなわち、一定の電流を流す為にＬＥＤドライバで損失させている電力が他より大きいと判断する。

電流設定部６９は、ＬＥＤ電流を多く流すように補正して、ＬＥＤ５０のカソード電圧を下げ、他のＬＥＤのＶＦと同等にし、ＬＥＤドライバ６０で損失する電力を小さくする。ＰＷＭ信号生成部６６は、ＬＥＤ電流を補正しても輝度が変わらないようにＰＷＭ_Ｄｕｔｙを補正する。

これにより、電流値の調整比率が一定にならないものの、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率は一定になる。また、ＬＥＤ電流の電流値の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率との積が一定になるように調整するための演算処理が簡単になる。このため、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正を行う演算回路の規模を小さくすることができる。

また、電流設定部６９は、スイッチＳＷ１～ＳＷｎを選択することで、トランジスタのサイズを調整する。なお、図４において電流設定部６９の範囲に記載されたＷ＝１００μｍやＷ＝１．６μｍなどの数値は、トランジスタのサイズを示している。

データ処理部６５が取得した輝度データＤＡＴＡから電流設定部６９の基準電流Ｉｒｅｆが設定され、ＰＷＭ信号生成部６６によりＬＥＤ５０のオンオフを規定するＰＷＭ信号が生成される。基準電流Ｉｒｅｆにより、ＬＥＤ５０の階調が規定される。

ここで、輝度データＤＡＴＡは、“ＬＥＤ電流値”と“ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値”から構成されている。このＬＥＤ電流値により基準電流Ｉｒｅｆが決まる。

ＬＥＤ電流値を１００ｍＡに設定した場合、ＳＷは全てＯＦＦして、Ｗ=１００μｍのトランジスタだけでＬＥＤ電流を流している状態で１００ｍＡが流れる。ＬＥＤ電流値を５０ｍＡにした場合は、Ｉｒｅｆｆを半分の値にしてやると、Ｗ＝１００μｍのトランジスタだけが接続されている状態でＬＥＤ電流は５０ｍＡになる。

ＳＷ１～ＳＷｎを接続する行為はＬＥＤ電流を調整することに繋がる。ＳＷ１をＯＮするとＬＥＤ電流は１．６％増える（ＬＥＤ電流設定１００ｍＡの時は１０１．６ｍＡに、５０ｍＡ設定の時は５０．８ｍＡになる）。

ＰＷＭ_Ｄuｔｙ値は、全体のＬＥＤ輝度を調整するものであり、例えば、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値が５０％であれば、ＬＥＤ５０のオンとオフを同じ時間で繰り返して、輝度を半分にし、半分になった輝度の中で輝度データＤＡＴＡを使用して階調を表現する。なお、ＰＷＭ_Ｄuｔｙ値も輝度データの一部である。基本の輝度調整は、ＬＥＤ電流は変化させずに、ＰＷＭ_Ｄuｔｙ値を変化させて輝度を調整する。

次に、ＬＥＤドライバ６０が駆動するＬＥＤ５０のＶＦ（ＬＥＤ５０の両端の電圧）を最適化する方法を説明する。

ａ点が一定の電圧（基準電流Ｉｒｅｆの値によって変わる）より高い場合は、設定した電流通りのＬＥＤ電流が流せるが、ａ点が一定の電圧を下回ってくると、徐々にＬＥＤ電流を流せなくなっていく。設定電流通りに流れる状態になる様、一定の電圧（下記の説明の場合は０．５Ｖ）以上をキープさせるようにする。

ＬＥＤ５０の動作を確認するため、電圧判定部６８でＬＥＤ５０のカソード電圧（ａ点電圧）と参照電圧ＶＲＥＦを比較する。

参照電圧ＶＲＥＦがＬＥＤ５０のＶＦを超えて、設定した電流通りのＬＥＤ電流が流せない場合、電圧判定部６８の出力がＬＯＷになるように、例えば０．５Ｖの固定電圧に設定されている。参照電圧ＶＲＥＦは、基準電流Ｉｒｅｆに合わせて可変に設定できるようにしても良い。

電圧判定部６８の出力がＨｉｇｈの場合、ＬＥＤ５０の駆動電流を増加させ、電流増加による輝度増加をＬＥＤ５０のオンオフ期間（ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ）の調整により減少させる。電圧判定部６８の出力がＬＯＷになった場合、ＬＥＤ５０の駆動電流を減少させて電流減少による輝度減少をＬＥＤ５０のオンオフ期間の調整により増加させる。この制御により、ＶＦを最適にしてＬＥＤ５０の発光を行うことができる。

次に、ＬＥＤ５０の駆動電流の増減と、ＬＥＤ５０のオンオフ期間の調整の方法を説明する。電流設定部６９において、上記基準電流Ｉｒｅｆを定電流源の電流とし、カレントミラー回路で伝達して、ＬＥＤ駆動電流とする。

カレントミラーの基準電流側とＬＥＤ駆動電流側のトランジスタサイズが同じであれば、ＬＥＤ駆動電流は輝度データで規定される階調で点灯されるが、本実施形態の回路では、ＬＥＤ駆動電流側のトランジスタを変更して、駆動電流を変更する。すなわち、ＬＥＤ５０に流れる電流をトランジスタサイズの変更により調整する。

これは、ａ点の電圧を下げること（ＬＥＤドライバで消費される電力を減らす）で、余分な消費電力を抑えるためである。

ＬＥＤのアノードは全てのＬＥＤに共通に供給されているので、アノード電圧はＶＦが大きいＬＥＤでもａ点の電圧が確保できる電圧まで上げてやる必要がある。ＶＦが小さいＬＥＤのａ点の電圧を下げるためには、そのＬＥＤだけＬＥＤ電流を増やしてＶＦを大きくしてやることで実現する。

図４に示すように、ＬＥＤ駆動電流側のトランジスタにスイッチＳＷ１からＳＷｎでトランジスタを追加できるようにしてある。追加するトランジスタのサイズは、駆動電流増加により発生する輝度増加を相殺するために減少させるＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値が一定に減少するように設定している。

本実施形態では、図５に示すように、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率が１．５６％ずつ減少するようにしている。ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を０．０２％程度の精度で制御するためには１２ビット（４０９６）の分解能が必要であるが、１２ビット中４ビットのみ変化するように変化領域を設定している。このことにより追加するトランジスタを選択するスイッチＳＷ１からＳＷｎを選択するカウンタ＆セレクタ６７は４ビットで構成することができる。

これにより、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正テーブルを簡素化することができ、該補正テーブルが簡素化できたことで、電流値の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率を掛け算する演算回路を簡素化することができる。

例えば、４ビットが“１１１０”の場合１．６％電流が増加するトランジスタを追加する。また、例えば、カレントミラーのトランジスタサイズが１００であれば、１．６のサイズのトランジスタを追加すればよい。トランジスタを追加すると共にＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を１．５６％減少させるように、輝度データＤＡＴＡで設定されたＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値に９８．４４％を掛ける。また、例えば、設定が５０％であれば９８．４４％を掛けて４９．２２％のＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値でＬＥＤ５０のオンオフ期間を制御する。

なお、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値の減少値も上記カウンタ＆セレクタ６７の４ビットに対応して設定することができる。４ビットが“１１０１”の場合３．２％電流が増加するトランジスタを追加する。３．２サイズのトランジスタを追加しても良いし、“１１１０”の場合で選択する１．６サイズのトランジスタと１．６サイズのトランジスタとを加え合わせて３．２サイズにすることも可能である。このときも同様にＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を９６．８７％に設定する。

上記の様に、トランジスタの追加による電流の増加とＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値の調整を４ビットの値で設定を行い、駆動電流の増減と、ＬＥＤ５０のオンオフ期間の調整を行う。

従来の技術では、ＬＥＤ電流を十分流せるカソード電圧が残るところまでＬＥＤ電流を段階的に増やす。増やした電流に応じてＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を短くして、輝度は変化しないように制御している。

ＬＥＤ電流を増やした分に応じてＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を短くする割合を２進数で表記する。ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値の設定を１２ｂｉｔで行っている場合、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を短くする割合の表記も２進数で１２ｂｉｔ程度は必要になる。

ＬＥＤ電流を３０％アップまで一定間隔で増やしたときに、ＬＥＤ電流の電流値の調整比率とＰＷＭ_Ｄｕｔｙの補正率の積が一定になるようにＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を調整したときのテーブルは図１７に示すようになる。１２ｂｉｔのうち、下位１０ｂｉｔは不規則にデータが変化しているので、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの設定値はテーブルで記憶させておく必要がある。

本実施形態では、図５に示すように、ＬＥＤ電流の値を一定の割合で増えるようにするのではなく、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値（デューティ比）が一定の割合で減るように設定する。

デューティ比を１／２^６の割合で調整する補正テーブルは図５のように、ＭＳＢ（Most Significant Bit）から６ｂｉｔ目が１ずつ減っていくシンプルなテーブルになる。また、１／２^５の割合で調整するテーブルであれば、ＭＳＢから５ｂｉｔ目が１ずつ減っていくようなシンプルなテーブルになる。

デューティ比の補正演算回路を簡単にするために補正テーブルをシンプルにする。その為には、補正の割合を２ｂｉｔ表記でシンプルにする。その為には、１／２^ｎ刻みで補正するようにする。

これにより、デューティ比を補正しても輝度を一定に保つにはＬＥＤ電流を補正する必要があるが、ＬＥＤ電流は一定割合での変化にならないので、あえて非線形なＬＥＤ電流補正回路にする。

本実施形態では、ｎを自然数とした場合に、ＰＷＭ信号生成部６６は、上記デューティ比を１／２^ｎずつの割合で変化させる。すなわち、本実施形態では、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙが減る割合を１／２^ｎとすることで、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を減らすテーブルが規則的に変わっていくので、１／２^ｎずつカウントアップ／ダウンさせるだけでよくなる。

実施形態で示したように、１２ｂｉｔのデータを１／２^６ずつ変化させる必要はなく、１／２^５ずつ変化させても構わない（電流の調整刻みがもっと大きくなる）し、１／２^７ずつ変化させても構わない。

ＬＥＤ電流の刻みを非線形にあえてする事で（ＬＥＤ電流を増加させる回路は複雑になる）、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ補正回路をシンプルにしてＬＥＤドライバ側に回路を組み込んで、コントローラ側にＬＥＤ電流補正状態をフィードバックさせる必要を無くしてシステムをシンプルにする。

ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの調整値も４ｂｉｔ分しか変化しなくなるので、演算する際の回路規模も小さくできる。ＬＥＤ電流の増加値が一定間隔にならなくなるが、出力トランジスタに追加するトランジスタのサイズを増やしたい電流値に合わせたトランジスタを次々に追加してく回路とすれば、大きな回路増加にならない。

ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの調整値が１０ｂｉｔ幅で変化するのに対して、４ｂｉｔ幅だけが変化する場合はＰＷＭ_Ｄｕｔｙを演算する回路も小さくなる。また、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙの演算は、減少させる値を計算してから、その値を元の設定値から引くことになる。減少させる値の計算は、１２ｂｉｔ幅のデータ×調整値幅（１０ｂｉｔ／４ｂｉｔ）で行うので、調整値が４ｂｉｔ幅でしか変化しなくなるので、演算回路も小さくなる。

以上の方法によれば、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値の補正を行う演算回路がシンプルになってチップサイズが小さくなる。

なお、ＬＥＤのエリア分割数が増えると、それに伴ってＬＥＤドライバ６０の数が増え、ＬＥＤ電流が十分流せるかという情報をコントローラ７０にフィードバックさせると、コントローラ７０の負荷が大きくなる。

そこで、ＬＥＤドライバ６０の内部で、ＬＥＤ電流を十分流せるかの検出と、その検出結果からＬＥＤ電流を増やして、それに合わせてＰＷＭ_Ｄｕｔｙを短くするフィードバックを完結させるようにしても良い。そうすることで、コントローラ７０へＬＥＤ電流を十分流せるかという情報をフィードバックさせる必要がなくなるので、システムがシンプルになる。

ＬＥＤ５０を並列に接続している場合、ＬＥＤ５０の順方向バラつきにより、カソードの残り電圧がばらつく。カソードの残り電圧が必要最低限電圧より高い場合はＬＥＤ電流を増やすことで、順方向電圧が大きくなって、残り電圧を減らすことができる。

ＬＥＤ電流を増やすとＬＥＤの輝度が上がるので、平均輝度を変化させない為にはＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を短くするとよい。

上述したように、ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ値を短くする調整をＬＥＤドライバ６０自身で行うと、ＬＥＤ電流を調整した情報をコントローラ７０に返す必要がなくなるので、システムがシンプルになって、システムのコストダウンになる。

〔実施形態２〕
次に、図６および図７に基づき、本発明の実施形態２に係るバックライト装置（ＬＥＤモジュール）２について説明する。

本実施形態のバックライト装置２は、上述したバックライト装置１と比較して、ＬＥＤドライバ６０ａからエラー信号ＸＥＲＯＲをコントローラ７０へ返す機能が追加されている点で異なっている。具体的には、ＬＥＤドライバ６０ａのそれぞれにＸＥＲＲ端子が設けられ、それぞれのＸＥＲＲ端子は、コントローラ７０にパラレル接続されている。

図７に示すように、本実施形態のＬＥＤドライバ６０ａは、上述したＬＥＤドライバ６０と比較して、データ処理部６５ａでエラー信号ＸＥＲＲＯＲを出力するようにしている点で異なっている。同図に示すＸＥＲＲＯＲ信号は、ＬＥＤ５０のアノード電圧が減少し、ＬＥＤ５０の点灯ができない状態になったときに出力される。

上記の機能はＬＥＤドライバ６０ａ全体に共通に与えられるアノード電圧の調整時に使用される。以下でアノード電圧の調整方法について説明する。

まず、設定電流値を設定する。設定電流値は、図７に記載の各ＬＥＤドライバ６０ａに設置された電流設定部６９の定電流源で設定する（例えばＩｒｅｆ＝４０ｍＡ）。電源８０を調整し、アノード電圧を徐々に下げ、基準設定電流を流すことができなくなくなったＬＥＤドライバ６０ａを検出する。検出は、実施形態１で説明したと同様に、図７に示す各ＬＥＤドライバ６０ａの電圧判定部６８で検出する。

このとき、電圧判定部６８の出力はＬＯＷになり、実施形態１で説明したように、ＬＥＤ電流を減らす機能が働くが、アノード電圧が低くなっているのでＬＥＤ５０を点灯できるＶＦにできない。したがって、電圧判定部６８の出力はＬＯＷのままである。このように電圧判定部６８の出力が一定期間、ＬＯＷの状態である場合、データ処理部６５ａはエラー信号ＸＥＲＲＯＲを出力する。図６に示す例ではＬＯＷを出力するようにしている。

図６において、各ＬＥＤドライバ６０ａのＸＥＲＲＯＲ端子は共通に接続されプルアップされている。１つのＬＥＤドライバ６０ａのＸＥＲＲＯＲ端子がＬＯＷになれば、コントローラ７０の入力ＸＥＲＲがＬＯＷになり、コントローラ７０は、設定電流を流せなくなったＬＥＤドライバ６０ａがあると判断する。

次に、コントローラ７０は電源を調整し、アノード電圧を徐々に上げていき、ＸＥＲＲが再びＨｉｇｈになった時点でアノード電圧の変更を停止してアノード電圧を決定する。上記のように、コントローラ７０は、ＬＥＤ５０のアノード電圧を変更し、ＬＥＤドライバ６０ａは、変更した上記アノード電圧でＬＥＤ５０のカソード電圧が所定の電圧以上と判定された場合、コントローラ７０に上記アノード電圧の現在の電圧を維持させ、上記カソード電圧が上記所定の電圧未満と判定された場合、コントローラ７０に上記アノード電圧を現在の電圧から上昇させても良い。上記の動作により、ＬＥＤドライバ６０ａ全体で必要な最小のアノード電圧を設定できるため、小電力化を実現できる。

〔実施形態３〕
次に、図８および図９に基づき、本発明の実施形態２に係るバックライト装置（ＬＥＤモジュール）３について説明する。

上述した実施形態２では、設定電流を流せなくなったＬＥＤドライバ６０ａが信号を出力する端子ＸＥＲＲＯＲを設けたていた。しかしながら、本実施形態では、コントローラ７０から出力されるデータ信号を受信するタイミングを示すイネーブル信号を伝達するイネーブル信号線を介して、ＬＥＤドライバ６０が、自身のエラー状態を示すエラー信号を送信する構成である点で異なっている。なお、複数のＬＥＤドライバ６０のそれぞれには、上記イネーブル信号線がカスケード接続されている。

上記構成によれば、エラー信号を送信する信号線をイネーブル信号線で共用できるため、エラー信号を送信する信号線やその端子を別途設ける必要がない。このため、配線数とＬＥＤドライバ６０の端子数とを削減することでコストを低減させることができる。

ＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）には、輝度データＤＡＴＡを取り込むタイミングが入力され、ＳＰカウンタ６２により次段の輝度データＤＡＴＡの取り込みタイミングを作成してＳＰＯＵＴ（ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴ）から次段へ出力する機能を備える。

次に、図９に基づき、上記の輝度データＤＡＴＡの取り込み機能と、エラー信号をコントローラ７０へ返す機能の両方を備える方式について説明する。

図９の（ａ）は、待機状態を示している。ＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）もＳＰＯＵＴ（ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴ）も入力状態で待機している。

図９の（ｂ）は、輝度データＤＡＴＡを取り込んでいる状態を示す。ＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）の入力により、図２および図３で説明したようにシリアルで入力される輝度データＤＡＴＡをパラレルで取り込む。

図９の（ｃ）は、輝度データＤＡＴＡを取り込んだ後の状態を示す。ＳＰＯＵＴ（ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴ）へ次段のイネーブル信号を出力すると共に、エラーの判断があれば、ＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）から前段のＬＥＤドライバ６０へ、エラー信号を戻す。

図９の（ｄ）は、ＳＰＯＵＴ（ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴ）へ次段のイネーブル信号を出力した後の状態を示す。ＳＰＯＵＴ（ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴ）からＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）に接続する。これにより、次段以降のＬＥＤドライバ６０で、ＳＰ（ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮ）へ返されたエラー信号をリレーすることができ、コントローラ７０までエラー信号を返す。

次に、図１０に示すように、各ＬＥＤドライバ６０で次段へのイネーブル信号が出力されるタイミングで、エラー信号が返されるため、コントローラ７０はどのＬＥＤドライバ６０でエラー信号が返されたかを把握することができる。

すなわち、コントローラ７０は、上記エラー信号を受け取るタイミングにより、上記複数のＬＥＤドライバ６０のうち、どのＬＥＤドライバ６０がエラー状態にあるかを判定する。これにより、複数のＬＥＤドライバ６０のうち、どのＬＥＤドライバ６０がエラー状態にあるかを認識することができる。

なお、本実施形態では、実施形態２の動作を行い、ＬＥＤ５０のアノード電圧を調整する形態を説明したが、上記エラー信号ＸＥＲＲＯＲは、実施形態２の形態以外にも使用できる。例えば、ＬＥＤドライバ６０内に温度センサを設けて、一定以上の温度になった場合、エラー信号ＸＥＲＲＯＲを出力して、冷却回路の動作を開始させる。その他、回路不具合の発生を知らせる等、種々の使用方法が考えられる。

〔実施形態４〕
上述した実施形態１に示したデータ転送方法（図２、３参照）では、輝度データＤＡＴＡを送る際に、イネーブル信号のリレーが途中に入るため、データの途中にウェイト時間を入れる必要があった。

以下で説明する本実施形態のデータ取得方法では、図１２に示すように、輝度データＤＡＴＡを送る際に、イネーブル信号のリレーが途中に入らないので、データの途中にウェイト時間を入れる必要がない。このためデータ通信がシンプルになるので、データの転送速度が速くすることができる。

図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、パラレルに接続しているデータ線をイネーブル信号にして、カスケード接続したアドレスデータ線を使って全ＬＥＤドライバ６０にアドレスデータを書き込む。

アドレスデータは輝度データＤＡＴＡを認識する順番となるので、カスケード接続した手前のＬＥＤドライバ６０から順に、アドレス１、アドレス２・・・・と設定する。

アドレスデータを送り終わってパラレルに接続しているイネーブル信号をＬｏｗにすると、書き込まれたアドレスデータをラッチして、アドレスデータ設定モードを終了する。

アドレスデータ設定モードが終了すると、カスケード接続した信号線をイネーブル信号とし、パラレルに接続した信号を輝度データ線とするコントローラ７０がイネーブル信号をＨｉｇｈにすると、そのまま全てのＬＥＤドライバ６０にイネーブル信号が入力される。

コントローラ７０が次々と輝度データＤＡＴＡを送っていくと、アドレスデータで設定したアドレスの順番で送られてきたデータを各ＬＥＤドライバ６０が認識していく。

次に、上記のデータ転送方式でエラーをコントローラへ返す方法について説明する。図１３の（ａ）に示す初期状態では、ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮもＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴも入力状態で待機している。

図１３の（ｂ）に示す状態では、ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮにＨＩＧＨが入力されると、ＬＥＤドライバ６０は、自分のアドレスデータの順で送られてきた輝度データＤＡＴＡを取り込む。

データ転送が終わってＥＮＡＢＬＥ_ＩＮにＬＯＷが入力されると、ＥＮＡＢＬＥ_ＯＵＴの入力を、ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮから出力する状態になり、エラーを判定している場合は手前のＬＥＤドライバ６０にエラー信号を戻す。

図１３の（ｃ）に示すように、エラーを判定していない場合でも、次のＬＥＤドライバ６０からエラー信号が戻ってくると、さらに手前のＬＥＤドライバ６０にエラー信号をリレーする。次に、クロック信号を入力することにより、初期状態に戻る。

図１４に全体のタイミングを示す。同図に示すように、イネーブル信号をＬＯＷにすると全てのＬＥＤドライバ（ドライバＡ～Ｄ）にＬＯＷが伝わる。また、エラーを判定したＬＥＤドライバがあると、そのドライバをスタートにしてエラー信号がコントローラ７０に戻ってくる。

〔実施形態５〕
上述した実施形態４ではＥＮＡＢＬＥ_ＩＮにＬＯＷを入力したあと、エラー信号が帰るまでの遅延時間でどのＬＥＤドライバでエラーが起こっているかをコントローラ７０が認識することができる。

しかしながら、どのＬＥＤドライバでエラーが起こっているかの情報は必要ではなく、エラーの有無を早く知りたい場合は図１５に示すようにエラー信号の取得を行う（破線の四角参照）。

ＥＮＡＢＬＥ_ＩＮをＨＩＧＨにした後にデータ線を使用してＬＥＤドライバからのエラー信号を取得する。すなわち、ＬＥＤドライバは、自身のエラー状態を示すエラー信号を、上記データ線を介してコントローラ７０に送信するようにしても良い。なお、複数のＬＥＤドライバには、コントローラ７０から出力される、少なくとも輝度データＤＡＴＡ（輝度情報）を含むデータ信号を伝達するデータ線が接続されている。

すなわち、本実施形態では、イネーブル信号がＨＩＧＨになったときにデータ線をＨＩＧＨにすることで、コントローラ７０にエラーを返す。これにより、どのＬＥＤドライバがエラーになっているのは分からないが、エラーを返す時間が短くて済む。

上記構成によれば、エラー信号を送信する信号線をデータ線で共用できるため、エラー信号を送信する信号線やその端子を別途設ける必要がない。このため、配線数とドライバの端子数とを削減することでコストを低減させることができる。

図１５に示す方法の場合、エラーがあるＬＥＤドライバはデータ線をＨＩＧＨにする。コントローラ７０はデータ線がＨＩＧＨになればエラーが起こっていることを認識する。

次に、クロック信号（ＣＬＫ）を、ＬＥＤドライバへ入力することにより、ＬＥＤドライバはデータ取得状態になり、次のクロックからデータの転送が開始可能になる。

〔実施形態６〕
次に、実施形態５のようにデータ線でエラー信号を返し、さらにどのＬＥＤドライバ（ドライバＡ～Ｄ）でエラーが起こったかを認識するためには、図１６に示すようにエラー信号の取得を行う（破線の四角参照）。

コントローラ７０は一つのＬＥＤドライバに対応する輝度データＤＡＴＡを送付したあと、クロックを停止して、データ線を使用してＬＥＤドライバからの信号を取得する。図１６に示すように、輝度データＤＡＴＡが転送されたＬＥＤドライバはエラーが有ればデータ線をＨＩＧＨにして、エラーがあることを知らせる。

すなわち、本実施形態では、各ＬＥＤドライバが、自分のデータを受け取った時にエラーを判定している場合は、データ線をＨＩＧＨにすることでコントローラ７０にエラーを返す。これにより、どのＬＥＤドライバがエラーになっているかが分かる。

コントローラ７０はドライバからの信号を取得後、クロック信号を出力することにより、エラー信号を出力していたＬＥＤドライバは出力を停止し、次のドライバのデータ転送ができる状態になる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るＬＥＤモジュールは、ＬＥＤに流れる電流、および上記ＬＥＤのデューティ比のそれぞれを調整するＬＥＤモジュールであって、１ビット変化する毎に上記デューティ比を一定の割合で変化させるデューティ比調整部（ＰＷＭ信号生成部６６）と、上記デューティ比調整部による上記デューティ比の変化に対応付けて、当該デューティ比の補正率と上記電流の電流値の調整比率の積が一定になるように、当該電流値を変化させる電流値調整部（電流設定部６９）と、を備えている構成である。

上記構成によれば、電流値の調整の割合が一定にならないものの、デューティ比の補正率は一定になる。このため、ＬＥＤ電流の電流値の調整比率とデューティ比の補正率との積が一定になるように補正するための演算処理が簡単になる。これにより、デューティ比の補正に関係する演算回路、すなわちデューティ比調整部および電流値調整部の規模を小さくすることができる。

本発明の態様２に係るＬＥＤモジュールは、上記態様１において、ｎを自然数とした場合に、上記デューティ比調整部は、上記デューティ比を１／２^ｎずつの割合で変化させても良い。上記構成によれば、例えば、デューティ比を補正するための補正テーブルの変化が規則的になり、１／２^ｎずつカウントアップまたはカウントダウンさせるだけでよくなる。このため、デューティ比の補正に関係する演算回路の規模を小さくすることができる。

また、ＬＥＤ電流の刻みを非線形にあえてする事で（ＬＥＤ電流を増加させる回路は複雑になる）、デューティ比の補正回路をシンプルにしてＬＥＤドライバ側に回路を組み込んで、コントローラ側にＬＥＤ電流補正状態をフィードバックさせる必要を無くしてシステムをシンプルにする。

本発明の態様３に係るＬＥＤモジュールは、上記態様１または２において、上記電流値調整部は、上記ＬＥＤに流れる電流をトランジスタサイズの変更により調整することが好ましい。

本発明の態様４に係るバックライト装置は、上記態様１～３の何れかのＬＥＤモジュールを備えていることが好ましい。上記構成によれば、上記態様１と同様の効果を得ることができる。

〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のように表現することもできる。

すなわち、本発明の一態様に係るＬＥＤ駆動回路モジュールは、発光ダイオードに流れる電流と、発光ダイオードの点灯、非点灯のデューティ比とを調節して、定められた発光輝度を確保すると共に、発光ダイオード両端電圧の低減を行い、発光ダイオードを点灯する回路であって、上記調整を、１ビットの変化と上記デューティ比の一定割合変化が対応するデューティ比調整手段と、上記デューティ比の一定割合変化に対応する不定割合変化の電流調整手段とで行っても良い。

また、本発明のＬＥＤバックライトは、上記ＬＥＤ駆動回路モジュールが、平面上に間隔をあけて複数配置されていても良い。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１～３ バックライト装置（ＬＥＤモジュール）
６６ ＰＷＭ信号生成部（デューティ比調整部）
６９ 電流設定部（電流値調整部）
６０，６０ａ ＬＥＤドライバ（ドライバ）
７０，７０ａ コントローラ

Claims (3)

1. ＬＥＤに流れる電流、および上記ＬＥＤのオンオフを規定するＰＷＭ信号のデューティ比のそれぞれを調整するＬＥＤモジュールであって、
   上記ＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号のデューティ比を１／２ ^ｎ （ｎは自然数）刻みで調整するデューティ比調整部と、
   上記ＬＥＤに流れる電流の電流値を調整する電流値調整部と、を備え、
   上記デューティ比調整部は、上記電流値調整部による上記ＬＥＤに流れる電流の電流値の調整に伴って上記ＬＥＤの輝度が変化しないように、上記デューティ比の調整後の上記ＰＷＭ信号のデューティ比を補正し、
   上記電流値調整部は、上記ＬＥＤを流れる電流の電流値の調整比率と上記デューティ比調整部による上記デューティ比の補正率との積が一定になるように、上記ＬＥＤを流れる電流の電流値を調整することを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 上記電流値調整部は、上記ＬＥＤに流れる電流をトランジスタサイズの変更により調整することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤモジュールを備えていることを特徴とするバックライト装置。

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