WO2011055533A1

WO2011055533A1 - バックライト用ｌｅｄストリングの駆動回路および駆動方法、ならびにそれを用いたバックライトおよびディスプレイ装置

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Publication number: WO2011055533A1
Application number: PCT/JP2010/006464
Authority: WO
Inventors: 義和佐々木; 福本　憲一
Original assignee: ローム株式会社
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-05-12
Also published as: US20120274877A1; CN102598315B; JPWO2011055533A1; CN102598315A; US8599333B2

Abstract

　ＬＥＤ駆動回路１００は、直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用のＬＥＤストリング１０を駆動する。電源２０はその出力端子ＰｏからＬＥＤストリング１０の第１端子に駆動電圧Ｖｏｕｔを供給する。検出抵抗Ｒ１はＬＥＤストリング１０の第２端子と固定電圧端子の間に設けられる。ＬＥＤ駆動回路１００は、輝度に応じたデューティ比を有するパルス変調信号ＰＤＩＭを受け、ＰＤＩＭ信号が第１レベルであるオン期間において、検出抵抗Ｒ１の電圧降下が所定の目標値に近づくように、電源２０を制御する。ＬＥＤ駆動回路１００はＰＤＩＭ信号が第２レベルであるオフ期間において、電源２０の制御を停止する。

Description

バックライト用ＬＥＤストリングの駆動回路および駆動方法、ならびにそれを用いたバックライトおよびディスプレイ装置

　本発明は、発光ダイオードの駆動技術に関する。

　液晶パネルのバックライトとして、従来のＣＣＦＬ(Cold Cathode Fluorescent Lamp)やＥＥＦＬ（External Electrode Fluorescent Lamp）に代えて、長寿命化、低消費電力化、広色域化の観点で優れた特性を有する白色発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）が用いられている。

特開２００４－３２８７５号公報特開２００２－２５２９７１号公報特開２００７－０２８７８４号公報特開２００７－１７３８１３号公報

　バックライトの輝度は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に応じてＬＥＤに流す電流を高速にスイッチングし、ＬＥＤの明滅を時分割的に繰り返すことにより制御される。すなわちＰＷＭ信号のデューティ比が高いほど輝度が高く、デューティ比が低いほど輝度は低くなる。これをＰＷＭ調光と称する。

　ＰＷＭ調光は、直列に接続された複数のＬＥＤ（以下、ＬＥＤストリング）の駆動経路上に定電流回路を設け、定電流回路が生成する駆動電流をＰＷＭ信号に応じてスイッチングすることにより実現される。

　本出願人は、ＰＷＭ信号の周波数として１００Ｈｚ～５００Ｈｚ程度の低い周波数を選択した場合、液晶パネルの走査周波数と近いため、ＰＷＭ調光に伴うＬＥＤストリングの明滅が画面のちらつきとなって現れてしまうという課題を認識するに至った。

　この問題を解決するためにはＰＷＭ信号の周波数を、画像のちらつきとして認識されない程度、たとえば１０ｋＨｚ～５０ｋＨｚ程度まで高めればよいが、この場合、ＬＥＤストリングに駆動電圧を供給する電源に高い能力（低出力インピーダンス）が要求される。電源としてスイッチングレギュレータを用いる場合、そのスイッチング周波数を高めなければならず、設計上の制約が大きくなる。具体的には（i）コイルの熱容量による制約、（ii）スイッチング周波数増加による効率の低下、（ii）入力電圧や出力電圧の範囲の制約が生じてしまう。

　本発明は、かかる状況におい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、画面のちらつきを抑制することが可能なバックライト用ＬＥＤの駆動技術の提供にある。

　本発明のある態様は、直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路に関する。この駆動回路は、その出力端子からＬＥＤストリングの第１端子に駆動電圧を供給する電源であって、その出力端子と固定電圧端子の間に設けられた出力キャパシタを有する電源と、ＬＥＤストリングの第２端子と固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗と、輝度に応じたデューティ比を有するパルス変調信号を受け、パルス変調信号が第１レベルであるオン期間において、検出抵抗の電圧降下が所定の目標値に近づくように、電源を制御し、パルス変調信号が第１レベルと異なる第２レベルであるオフ期間において、電源の制御を停止する制御部と、を備える。

　この態様によると、オン期間においては、ＬＥＤストリングに正常な駆動電圧が供給され、ＬＥＤストリングには、輝度に応じた駆動電流が流れる。オフ期間に切り替わると、電源の制御が停止するため、電源から出力キャパシタへの電荷の供給が停止する。その結果、出力キャパシタの電荷が、ＬＥＤストリングおよび検出抵抗を介して固定電圧端子に流出するため、駆動電圧が時間とともに緩やかに低下していき、その結果ＬＥＤストリングが、発光状態から非発光状態へと緩やかに遷移する。この態様の駆動回路によれば、オン期間とオフ期間を交互に繰り返すＰＷＭ調光に際し、ＬＥＤストリングに流れる電流が急峻に低下するのを防止することができるため、ＰＷＭ調光に伴う画面のちらつきを抑制することができる。

　電源は、スイッチング素子を含むスイッチングレギュレータであってもよい。制御部は、オフ期間においてスイッチング素子のスイッチングを停止してもよい。

　容量値Ｃを縦軸、抵抗値Ｒを横軸とする両対数グラフに、座標Ｒ＝２．５Ω、Ｃ＝１００μＦと、座標Ｒ＝５００Ω、Ｃ＝１μＦを通過する直線の関数Ｃ＝ｆ（Ｒ）をプロットするとき、出力キャパシタの容量値Ｃおよび検出抵抗の抵抗値Ｒは、
　２．５Ω≦Ｒ≦５００Ω
　０．０１μＦ≦Ｃ≦ｆ（Ｒ）
を満たすように決められてもよい。オフ期間において駆動電圧が低下する傾き（速度）は、主に検出抵抗の抵抗値Ｒ、ＬＥＤストリングのインピーダンスＺおよび出力キャパシタの容量値Ｃの時定数で定まる。したがって抵抗値Ｒと容量値Ｃを適切に選択することにより、好適にちらつきを防止することができる。

　本発明の別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、その出力端子からＬＥＤストリングの第１端子に駆動電圧を供給する電源であって、その出力端子と固定電圧端子の間に設けられた出力キャパシタを有する電源と、ＬＥＤストリングの第２端子と固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗と、輝度に応じたデューティ比を有するパルス変調信号を受け、パルス変調信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの一方を契機として第１の目標値に向けて第１の傾きで遷移し、パルス変調信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの他方を契機として第２の目標値に向けて第２の傾きで遷移する基準電圧を生成するパターン信号発生部と、検出抵抗の電圧降下が基準電圧に近づくように、電源を制御する制御部と、を備える。

　ＬＥＤストリングには、検出抵抗の電圧降下に比例した駆動電流が流れる。したがって、この態様によれば検出抵抗の電圧降下の波形を制御することにより、駆動電流の波形をなまらせ、ちらつきを防止することができる。

　本発明のさらに別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、ＬＥＤストリングに流れる電流を、輝度に応じたデューティ比でスイッチングするスイッチング部を備える。スイッチング部は、ＬＥＤストリングに流れる駆動電流の波形のポジティブエッジまたはネガティブエッジの少なくとも一方をなまらせる。

　この態様によると、ＬＥＤストリングの駆動電流、すなわち発光輝度がゆるやかに変化するため、ＰＷＭ調光に伴うちらつきを防止することができる。

　本発明のさらに別の態様は、バックライト装置である。このバックライト装置は、直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングと、ＬＥＤストリングを駆動する上述の駆動回路と、を備える。

　本発明のさらに別の態様は、ディスプレイ装置である。ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイパネルと、そのＬＥＤストリングが液晶ディスプレイパネルの背面に配置されているバックライト装置と、を備える。

　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、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。

　本発明のある態様によれば、バックライト用ＬＥＤのＰＷＭ調光に伴うちらつきを防止することができる。

第１の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。図１のバックライトの動作を示すタイムチャートである。出力キャパシタの容量値と検出抵抗の抵抗値の好適な範囲を示す図である。実施の形態に係るバックライトの詳細な構成例を示すブロック図である。図４のＬＥＤ制御ＩＣの構成例を示すブロック図である。図４のバックライトの動作を示す動作波形である。図４のバックライトにおける、ＰＤＩＭ信号のデューティ比と、周期ごとの駆動電流の平均値との関係を示す図である。変形例に係る制御部の一部を示す回路図である。第２の実施の形態に係るバックライトの構成を示すブロック図である。図９のバックライトの動作を示すタイムチャートである。

　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と接続された状態」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。

（第１の実施の形態）
　図１は、第１の実施の形態に係るディスプレイ装置２の構成を示す回路図である。ディスプレイ装置２は、液晶パネル４、液晶ドライバ６、バックライト８を備える。

　液晶パネル４は、マトリクス状に配置された複数の画素を備える。各画素は、複数のデータ線と、複数の走査線の交点に配置されている。液晶ドライバ６は、液晶パネル４に表示すべき画像データを受ける。液晶ドライバ６は、複数のデータ線に輝度に応じた駆動電圧を印加するデータドライバと、複数の走査線を順に選択するゲートドライバを含む。

　液晶パネル４の背面にはバックライト８が配置される。バックライト８は、ＬＥＤストリング１０と、ＬＥＤストリング１０を駆動するための駆動回路１００と、を備える。

　バックライト８は、アナログ調光（電流調光）とＰＷＭ調光の２つの方式によってＬＥＤストリング１０の発光輝度を制御する。アナログ調光は、ＬＥＤストリング１０に流れる駆動電流ＩＬＥＤの直流的な電流量を制御する。ＰＷＭ調光は、駆動電流ＩＬＥＤを、輝度に応じたデューティ比でスイッチング（遮断・導通）することにより、駆動電流ＩＬＥＤが流れる時間を変化させる。

　ＰＷＭ調光にともなう駆動電流ＩＬＥＤのスイッチング周波数が１００～５００Ｈｚ程度の場合、ＬＥＤストリング１０を直接見た人間は、その明滅を知覚することができない。ところが、液晶パネル４は光シャッターデバイスとみなすことができるところ、あるフレームレートと同期して走査される液晶パネル４を介してＬＥＤストリング１０を見ると、ＬＥＤストリング１０の明滅が、液晶パネル４のちらつきとなって現れてしまう。実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００は、この問題を好適に解消する。

　バックライト８は、ＬＥＤストリング１０およびＬＥＤ駆動回路１００を備える。ＬＥＤストリング１０は、直列に接続された複数のダイオードを含む。ＬＥＤ駆動回路１００は、ＬＥＤストリング１０に駆動電圧Ｖｏｕｔを供給し、ＬＥＤストリング１０に流れる電流（駆動電流ＩＬＥＤ）を制御することにより、ＬＥＤストリング１０の輝度を制御する。

　ＬＥＤ駆動回路１００は、電源２０、検出抵抗Ｒ１および制御部３０を備える。
　電源２０は、その出力端子ＰｏからＬＥＤストリング１０の第１端子に駆動電圧Ｖｏｕｔを供給する。電源２０は、その出力端子Ｐｏと固定電圧端子（接地端子）の間に設けられた出力キャパシタＣ１を有する。電源２０の構成は特に限定されるものではなく、コイルあるいはトランスを用いたスイッチングレギュレータであってもよいし、チャージポンプ回路であってもよいし、あるいはリニアレギュレータであってもよく、駆動対象のＬＥＤストリング１０の電気的状態に応じて、その出力電圧Ｖｏｕｔを帰還により調節可能な電源を利用することができる。

　検出抵抗Ｒ１は、ＬＥＤストリング１０の第２端子と接地端子ＰＧＮＤの間、つまりＬＥＤストリング１０を流れる駆動電流ＩＬＥＤの経路上に設けられる。検出抵抗Ｒ１には、駆動電流ＩＬＥＤに比例した電圧降下（電流検出信号）Ｖ_ＩＳが発生する。
　Ｖ_ＩＳ＝Ｒ１×ＩＬＥＤ　　…（１）
　この電流検出信号Ｖ_ＩＳは、制御部３０のフィードバック端子（ＩＬＥＤ端子）へとフィードバックされる。必要に応じて、検出抵抗Ｒ１と並列にキャパシタＣ４を設けてもよい。キャパシタＣ４を設けることにより、電流検出信号Ｖ_ＩＳのノイズを除去することができる。

　制御部３０は、そのＰＷＭ端子にＰＷＭ調光信号ＰＤＩＭ（以下、ＰＤＩＭ信号）を受ける。ＰＤＩＭ信号は、ＬＥＤストリング１０の目標とする発光輝度に応じたデューティ比を有するようにパルス幅変調されている。ＰＤＩＭ信号の周波数は、１００～５００Ｈｚの範囲で、ある値に設定されている。

　制御部３０はＰＤＩＭ信号が第１レベル（たとえばハイレベル）であるオン期間Ｔｏｎにおいて、検出抵抗Ｒ１の電圧降下つまり電流検出信号Ｖ_ＩＳが目標となる基準電圧Ｖｒｅｆに近づくように、電源２０をフィードバック制御する。ＬＥＤストリング１０の両端間の電圧（電圧降下）をＶＦと書くとき、
　Ｖｏｕｔ＝Ｖ_ＩＳ＋ＶＦ　　…（２）
が成り立つ。ＬＥＤストリング１０を構成するＬＥＤの個数をｎと書くとき、ＶＦは以下の式で与えられる。ＶｆはＬＥＤの順方向電圧である。
　ＶＦ＝Ｖｆ×ｎ　　…（３）
　したがって制御部３０によるフィードバック制御の結果、電源２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、
　Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋ＶＦ　　…（４）
を満たすように安定化される。なおフィードバックの方式は、電源２０の種類やトポロジーに応じた公知の技術を利用すればよいため、ここでは説明を省略する。

　フィードバックの結果、駆動電流ＩＬＥＤは、
　ＩＬＥＤ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１　　…（５）
に安定化される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることにより、駆動電流ＩＬＥＤを変化させることができ、ＬＥＤストリング１０の輝度を制御できる。これが上述のアナログ調光である。

　制御部３０は、ＰＤＩＭ信号が第１レベル（ハイレベル）と異なる第２レベル（ローレベル）であるオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、電源２０のフィードバック制御を停止する。フィードバック制御の停止とは、電源２０に対する制御信号を停止し、あるいは制御信号のレベルを固定すること、あるいは電源２０の動作を停止させることを含む。

　以上がバックライト８の構成である。続いてその動作を説明する。図２は、図１のバックライト８の動作を示すタイムチャートである。

　時刻ｔ０～ｔ１のオン期間Ｔｏｎの間、出力電圧Ｖｏｕｔは式（４）を満たすように安定化され、駆動電流ＩＬＥＤは式（５）に安定化される。時刻ｔ１にＰＤＩＭ信号がローレベルに遷移すると、オフ期間Ｔｏｆｆに切り替わり、電源２０の制御が停止し、電源２０の出力キャパシタＣ１に対する電荷の供給が停止する。その結果、出力キャパシタＣ１の電荷が、ＬＥＤストリング１０および検出抵抗Ｒ１を介して接地端子ＰＧＮＤに対して放電されることにより、駆動電圧Ｖｏｕｔが時間とともに緩やかに低下する。駆動電圧Ｖｏｕｔが低下の速度する時定数は、主に検出抵抗Ｒ１の抵抗値と、出力キャパシタＣ１の容量値に依存する。

　駆動電圧Ｖｏｕｔが低下するに従い、ＬＥＤストリング１０の駆動電流ＩＬＥＤが時間とともに緩やかに減少し、発光輝度が緩やかに低下する。

　図１のバックライト８によれば、駆動電流ＩＬＥＤのオン、オフを、ＰＤＩＭ信号に対して高速に追従させるのではなく、意図的に緩やかに追従させることにより、輝度の急峻な変化が抑制される。バックライト８の輝度が緩やかに変化することにより、液晶パネル４によるシャッター効果に起因するちらつきを防止することができる。

　図１のバックライト８によれば、ＰＷＭ調光の周波数を、液晶パネル４の走査周波数とは無関係に設定することができるため、１００～５００Ｈｚ程度の、映像のフレームレートに近いような比較的低い範囲でＰＷＭ調光が可能となる。ちらつきを防止するための別のアプローチとしてＰＷＭ調光の周波数を高める必要がないため、その他の回路ブロックに与える設計の制約を緩和できる。

　上述したように、駆動電圧Ｖｏｕｔが低下する速度は、出力キャパシタＣ１の容量値および検出抵抗Ｒ１の抵抗値に応じて調節することができ、したがって駆動電流ＩＬＥＤの波形も、Ｃ１とＲ１の組み合わせによって調節することができる。
　図３は、出力キャパシタＣ１の容量値と検出抵抗Ｒ１の抵抗値の好適な範囲を示す図である。図３は、縦軸が容量値を、横軸が抵抗値を示す両対数グラフであり、斜線を付した領域が、ちらつきを好適に防止できる範囲を示す。

　図３には、第１座標Ｐ１と第２座標Ｐ２がプロットされており、その２点を結ぶ関数ｆ（Ｒ）が描かれている。第１座標は、座標Ｒ＝２．５Ω、Ｃ＝１００μＦであり、第２座標は、Ｒ＝５００Ω、Ｃ＝１μＦである。

　図３から、好ましい抵抗値と容量値として、
　２．５Ω≦Ｒ≦５００Ω　　　…（６）
　０．０１μＦ≦Ｃ≦ｆ（Ｒ）　　…（７）
を得ることができる。

　不等式（６）、（７）を満たすように抵抗値、容量値を決めることで、ちらつきを好適に防止できる。

　続いてバックライト８のより具体的な回路構成を説明する。図４は、実施の形態に係るバックライト８の詳細な構成例を示すブロック図である。図４は、３チャンネルのＬＥＤストリング１０が設けられる場合を示しており、各部材を示す符号の添え字は、その部材が属するチャンネルを示す。なおチャンネル数は３に限定されず任意でよい。

　ＬＥＤ駆動回路１００は、チャンネルごとに設けられた、複数の電源２０_１～２０_３と、複数の検出抵抗Ｒ１_１～Ｒ１_３と、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０を備えており、各チャンネルは同様に構成される。各チャンネルに対する図１の制御部３０が、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０として包括的に示されていると考えてよい。以下、第１チャンネルに着目してＬＥＤ駆動回路１００の構成を説明する。

　ＬＥＤ駆動回路１００には、入力電圧Ｖｉｎ、電源電圧Ｖｃｃ、接地電圧ＧＮＤが与えられる。電源電圧Ｖｃｃと入力電圧Ｖｉｎは同じであってもよい。入力キャパシタＣ２は入力電圧Ｖｉｎを平滑化する。

　電源２０_１は、その出力端子Ｐｏから対応するＬＥＤストリング１０_１の第１端子に、駆動電圧Ｖｏｕｔ_１を供給する。電源２０_１はその出力端子Ｐｏと固定電圧端子（接地端子）との間に設けられた出力キャパシタＣ１_１を有する。上述のように電源２０_１の構成は特に限定されないが、たとえば図４に示すようなスイッチングレギュレータが好適である。

　スイッチングレギュレータ２０_１は、主としてインダクタＬ１、スイッチング素子Ｍ１、出力ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１を備え、公知の回路であるから詳細な説明は省略する。スイッチング素子Ｍ１をスイッチングさせることにより、入力電圧Ｖｉｎが昇圧されて駆動電圧Ｖｏｕｔ_１が生成される。

　駆動電圧Ｖｏｕｔ_１は、分圧抵抗Ｒ２_１、Ｒ３_１によって分圧され、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０の過電圧保護端子ＯＶＰ１に入力される。

　検出抵抗Ｒ１_１は、対応するＬＥＤストリング１０_１の第２端子と固定電圧端子（接地端子）の間に、言い換えればＬＥＤストリング１０_１に流れる駆動電流ＩＬＥＤ_１の経路上に設けられる。検出電圧Ｖ_ＩＳ１は、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＬＥＤ１に帰還される。

　検出抵抗Ｒ４は、スイッチング素子Ｍ１のソースと接地端子ＰＧＮＤの間に設けられる。検出抵抗Ｒ４には、スイッチング素子Ｍ１に流れる電流に比例した電圧降下Ｖｏｃｐが発生する。電圧Ｖｏｃｐは、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０の過電流保護端子ＯＣＰ１に入力される。

　ＬＥＤ制御ＩＣ１１０のスイッチング出力端子Ｎ１は、対応する電源２０_１のスイッチング素子Ｍ１_１のゲートと接続される。ＬＥＤ制御ＩＣ１１０は、スイッチング素子Ｍ１_１のゲートにスイッチング信号ＳＷＯＵＴ_１を供給し、スイッチング素子Ｍ１をスイッチングさせ、電源２０の昇圧動作を制御することにより、駆動電圧Ｖｏｕｔを調節する。

　図５は、図４のＬＥＤ制御ＩＣ１１０の構成例を示すブロック図である。図５では、各チャンネルの制御部３０をまとめて示しているが、実際にはチャンネルごとの制御部３０が別々に設けられる。

　基準電圧生成部５０には外部から電源電圧ＶＣＣが供給されている。電源電圧ＶＣＣは、７～１５Ｖ程度である。基準電圧生成部５０は、スタンバイ端子ＳＴＢに入力されるスタンバイ信号ＳＴＢがアサートされると起動し、基準電圧ＶＲＥＧを発生する。基準電圧ＶＲＥＧは、ＬＥＤ制御ＩＣ１１０の各ブロックに供給されるとともに、ＶＲＥＧ端子から外部に出力される。

　ＵＶＬＯ（Under Voltage Lock Out）端子には、外付けの抵抗によって分圧された入力電圧Ｖｉｎが入力される。ＵＶＬＯ回路５２は、ＵＶＬＯ端子の電位を監視し、入力電圧Ｖｉｎが低いとき、ＵＶＬＯ信号をアサートする。ＵＶＬＯ信号は制御部３０へと入力される。

　オシレータ５４は所定の周波数で発振し、周期信号を生成する。この周期信号の周波数はＲＴ端子に外付けされる抵抗により調節可能である。この周波数は、スイッチングレギュレータのスイッチング素子Ｍ１のスイッチング周波数に相当し、たとえば３００ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度に設定される。

　複数のチャンネルは個別にイネーブル、ディスイネーブルが切りかえ可能となっている。チャンネルセレクト回路５６は、セレクト端子ＳＥＬに入力されるセレクト信号にもとづいて、イネーブル状態とするチャンネルを選択する。チャンネルセレクト回路５６には、液晶パネルに応じた固有の論理が入力される。この論理設定によって必要なストリングのみを点灯することができる。スイッチ５８は、イネーブル状態に設定されたチャンネルの制御部３０に対して導通し、電源電圧を供給する。チャンネルセレクト回路５６には、ＰＷＭ端子に入力されたＰＤＩＭ信号が入力されている。チャンネルセレクト回路５６は、イネーブル状態のチャンネルに対応するスイッチ５８を、ＰＤＩＭ信号に応じてスイッチングする。その結果、選択信号ＳＥＬによってイネーブル状態に設定されたチャンネルは、アクティブな状態と非アクティブな状態を交互に繰り返す。

　過電圧検出コンパレータ４０は、過電圧保護端子ＯＶＰの電圧を所定のしきい値電圧と比較し、電源２０の出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態か否かを判定する。短絡検出コンパレータ４２は、過電圧保護端子ＯＶＰの電圧を所定のしきい値電圧と比較し、電源２０の出力端子ＰｏあるいはＬＥＤストリング１０の第１端子が短絡しているか否かを判定する。過電圧検出コンパレータ４０および短絡検出コンパレータ４２による判定結果を示す信号は、フェイル検出回路６４および制御ロジック部３８へと出力される。

　フェイル検出回路６４は、過電圧検出コンパレータ４０および短絡検出コンパレータ４２からの信号を受け、異常状態と判定したときにアサートされるフェイル信号ＦＡＩＬを外部へと出力する。また制御ロジック部３８は、過電圧検出コンパレータ４０または短絡検出コンパレータ４２により異常状態が検出されたとき、スイッチング素子Ｍ１のスイッチングを停止する。

　電流検出部３３は、ＯＣＰ端子の信号Ｖｏｃｐを受け、インダクタＬ１に流れるコイル電流が所定値を越えないように監視する。周期信号発生部３４は、オシレータ５４からの周期信号と、電流検出部３３からの信号にもとづき、のこぎり波もしくは三角波の周期信号Ｖｓａｗを生成する。

　基準電圧調節部６０は、外部からのアナログ調光用の基準電圧ＶＲＥＦを受け、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。誤差増幅器３２は、基準電圧ＶｒｅｆとＩＬＥＤ端子にフィードバックされた検出信号Ｖ_ＩＳの誤差を増幅し、誤差信号Ｖｅｒｒを発生する。ソフトスタート回路６２は、起動時において緩やかに上昇するソフトスタート電圧Ｖｓｓを発生する。ＰＷＭコンパレータ３６は、誤差電圧Ｖｅｒｒとソフトスタート電圧Ｖｓｓのうち低い方と、周期信号発生部３４から出力される周期信号Ｖｓａｗを比較する。ＰＷＭコンパレータ３６からは、パルス幅変調されたＰＷＭ信号Ｓ１が出力される。制御ロジック部３８は、パルス幅変調されたＰＷＭ信号Ｓ１をドライバ３９へと出力する。ドライバ３９は、ＰＷＭ信号Ｓ１にもとづいてスイッチングアウト端子に接続されるスイッチング素子Ｍ１を駆動する。

　以上がＬＥＤ制御ＩＣ１１０の詳細な構成の説明である。続いてその動作を説明する。図６は、図４のバックライト８の動作を示す動作波形である。図６の動作波形は、Ｃ１＝２．２μＦ、Ｒ１＝２５Ω、Ｌ１＝２２μＨ、Ｉ_ＬＥＤ＝６０ｍＡ（ピーク）を示す。ＰＤＩＭ信号の周波数は５００Ｈｚ（つまり２ｍｓ周期）である。図６には、異なるデューティ比のＰＤＩＭ信号を与えた場合の波形が示される。

　イネーブル状態のチャンネルに着目する。ＰＤＩＭ信号は、輝度に応じたデューティ比でハイレベルとローレベルを交互に繰り返しており、したがってイネーブルなチャンネルの制御部３０には、電源電圧が間欠的に供給される。オン期間Ｔｏｎにおいて電源電圧が供給される間、制御部３０は対応する電源２０の出力電圧Ｖｏｕｔを、式（４）を満たすように安定化し、駆動電流ＩＬＥＤを、式（５）を満たすようにアナログ調光する。

　電源電圧が供給されないオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、制御部３０は対応するスイッチング素子Ｍ１のスイッチングさせることができないため、電源２０に対するフィードバック制御が停止状態となる。

　図６を参照すると、時刻ｔ＝２．０ｍｓ以降に、ＰＤＩＭ信号によってＰＷＭ調光が開始される。時刻＝４．０ｍｓ以降、電源２０によって十分な駆動電圧Ｖｏｕｔが生成されている。この状態では、ＰＤＩＭ信号のデューティ比に応じて、駆動電流ＩＬＥＤ（Ｖ_ＩＳ）が流れる期間が変化し、それによってＬＥＤストリング１０の輝度が変化することが確認できる。

　また、いずれのデューティ比においても、駆動電流ＩＬＥＤの波形は、そのトレイリングエッジ（ネガティブエッジ）において緩やかに変化しており、その結果ちらつきが好適に防止される。

　図７は、図４のバックライト８における、ＰＤＩＭ信号のデューティ比と、周期ごとの駆動電流ＩＬＥＤの平均値との関係を示す図である。図７には、ＰＤＩＭ信号の周波数が５００Ｈｚの場合と１００Ｈｚの場合の関係が示される。駆動電流ＩＬＥＤの波形をなまらせずに急峻にスイッチングさせた場合（理想）、駆動電流ＩＬＥＤの平均値は、ＰＤＩＭ信号のデューティ比に比例する。これに対して図４のバックライト８では駆動電流ＩＬＥＤの波形がなまるため、急峻にスイッチングさせた場合とは異なる関係が得られる。また、ＰＤＩＭ信号の周波数ごとに異なる関係が得られるため、ＰＤＩＭ信号のデューティ比のみでなく、その周波数によっても調光することが可能となる。図７に示すＰＤＩＭ信号と平均電流の関係はあらかじめ取得することができるため、バックライト８の設計者は図７の関係にもとづいてＰＤＩＭ信号のデューティ比を制御すればよい。

　図８は、変形例に係る制御部の一部を示す回路図である。図８の制御部３０ａは、ＰＷＭ信号Ｓ１を、ＰＤＩＭ信号によってマスクするためのマスク回路３７を備える。最も簡易には、マスク回路３７はＡＮＤゲートで構成することができる。図８の制御部３０ａによっても、ＰＤＩＭ信号がローレベルのオフ期間Ｔｏｆｆにおいてスイッチング素子Ｍ１のスイッチングを停止することができる。

（第２の実施の形態）
　図９は、第２の実施の形態に係るバックライト８の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態では、出力キャパシタＣ１の放電を利用して、駆動電流ＩＬＥＤの波形をなまらせた。これに対して第２の実施の形態では、駆動電流ＩＬＥＤ（電流検出信号Ｖ_ＩＳ）の波形をダイレクトに制御する。

　ＬＥＤ制御ＩＣ１１０ａは、パターン信号発生回路７０、制御部３０ａを備える。パターン信号発生回路７０は、輝度に応じたデューティ比を有するＰＤＩＭ信号を受ける。そしてＰＤＩＭ信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの一方を契機として第１の目標値に向けて第１の傾きで遷移し、ＰＤＩＭ信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの他方を契機として第２の目標値に向けて第２の傾きで遷移する基準電圧ＶＡを生成する。たとえば基準電圧ＶＡは、ＰＤＩＭ信号のポジティブエッジを契機として、第１の傾き（速度）で上昇し、ＰＤＩＭ信号のネガティブエッジを契機として第２の傾きで低下し始める信号である。

　パターン信号発生回路７０は、キャパシタＣ３、放電回路７２、充電回路７４、インバータ７６を含む。キャパシタＣ３の第１端子は接地されてその電位が固定されている。放電回路７２はたとえば電流源であり、キャパシタＣ３から一定の電流Ｉｃを引き抜いて放電させる。電流源に代えて抵抗を用いてもよい。充電回路７４はたとえばトランジスタスイッチであり、その一端がキャパシタＣ３に接続され、他端に所定のバイアス電圧Ｖｂが印加されている。このバイアス電圧Ｖｂは、図５の基準電圧Ｖｒｅｆに相当する電圧である。充電回路７４がオンするとキャパシタＣ３が充電される。トランジスタスイッチに代えて、電流源を充電回路７４として用いてもよい。インバータ７６はＰＤＩＭ信号を反転し、充電回路７４のオン、オフを切りかえる。キャパシタＣ３に生ずる電圧が、基準電圧ＶＡとして出力される。

　制御部３０ａの誤差増幅器３２ａは、基準電圧ＶＡと電流検出信号Ｖ_ＩＳの誤差を増幅する。誤差増幅器３２ａ以降は、図５と同様に構成することができるため省略する。あるいは図５と別の方式でスイッチング素子Ｍ１を制御してもよい。つまり制御部３０ａは、検出抵抗Ｒ１の電圧降下Ｖ_ＩＳが基準電圧ＶＡに近づくように、電源２０を制御する。

　続いて図９のバックライト８ａの動作を説明する。図１０は、図９のバックライト８ａの動作を示すタイムチャートである。ＰＤＩＭ信号がハイレベルのとき（オン期間Ｔｏｎ）、充電回路７４はオンし、キャパシタＣ３が第１の傾きで充電され、やがて基準電圧ＶＡはバイアス電圧Ｖｂと等しくなる。ＰＤＩＭ信号がローレベルとなると（オフ期間Ｔｏｆｆ）、充電回路７４はオフし、キャパシタＣ３の電荷は放電回路７２が生成する電流Ｉｃによって放電され、基準電圧ＶＡは接地電圧０Ｖに向けて第２の傾きで低下する。

　第１の傾きは充電回路７４の能力（オン抵抗）によって調節することができ、第２の傾きは放電回路７２の能力（電流値Ｉｃ）によって調節することができる。

　パターン信号発生回路７０によって、ＰＤＩＭ信号のポジティブエッジを契機として急峻に立ち上がり、そのネガティブエッジを契機として、電流Ｉｃに応じて緩やかに低下する基準電圧ＶＡが生成される。そして制御部３０によって、駆動電流ＩＬＥＤの波形が基準電圧ＶＡに追従するようにフィードバック制御される。

　第２の実施の形態に係るバックライト８ａによれば、第１の実施の形態に係るバックライト８と同様に、ちらつきを低減することができる。

　以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この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み合わ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。以下、こうした変形例について説明する。

　第１、第２の実施の形態では、ＬＥＤストリング１０の駆動電流ＩＬＥＤのトレイリングエッジをなまらせる場合を説明したが、反対にリーディングエッジをなまらせてもよいし、あるいはその両方をなまらせてもよい。第１の実施の形態は、トレイリングエッジを簡易な構成でなまらせることができる。第２の実施の形態は、リーディングエッジとトレイリングエッジ両方の傾きを独立に調節することができる。また第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせてもよい。

　第１、第２の実施の形態に開示されるＬＥＤ駆動回路１００を包括的に見ると以下の技術思想が導かれる。すなわちＬＥＤ駆動回路１００は、ＬＥＤストリング１０に流れる電流ＩＬＥＤを、輝度に応じたデューティ比でスイッチングする。そしてスイッチングに際して、ＬＥＤストリング１０に流れる駆動電流ＩＬＥＤの波形のポジティブエッジ（リーディングエッジ）またはネガティブエッジ（トレイリングエッジ）の少なくとも一方をなまらせる。その結果、ちらつきを低減することができる。

　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逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められることはいうまでもない。

２…ディスプレイ装置、４…液晶パネル、６…液晶ドライバ、８…バックライト、１０…ＬＥＤストリング、Ｒ１…検出抵抗、Ｒ２，Ｒ３…分圧抵抗、Ｒ４…検出抵抗、Ｄ１…出力ダイオード、Ｍ１…スイッチング素子、Ｌ１…インダクタ、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｃ２…入力キャパシタ、２０…電源、３０…制御部、３２…誤差増幅器、３３…電流検出部、３４…周期信号発生部、３６…ＰＷＭコンパレータ、３８…制御ロジック部、３９…ドライバ、４０…過電圧検出コンパレータ、４２…短絡検出コンパレータ、５０…基準電圧生成部、５２…ＵＶＬＯ回路、５４…オシレータ、５６…チャンネルセレクト回路、５８…スイッチ、６０…基準電圧調節部、６２…ソフトスタート回路、６４…フェイル検出回路、７０…パターン信号発生回路、Ｃ３…キャパシタ、７２…放電回路、７４…充電回路、７６…インバータ、１００…ＬＥＤ駆動回路、１１０…ＬＥＤ制御ＩＣ。

　本発明は、発光ダイオードの駆動技術に関する。

Claims

　直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路であって、
　その出力端子から前記ＬＥＤストリングの第１端子に駆動電圧を供給する電源であって、その出力端子と固定電圧端子の間に設けられた出力キャパシタを有する電源と、
　前記ＬＥＤストリングの第２端子と固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗と、
　輝度に応じたデューティ比を有するパルス変調信号を受け、前記パルス変調信号が第１レベルであるオン期間において、前記検出抵抗の電圧降下が所定の目標値に近づくように、前記電源を制御し、前記パルス変調信号が前記第１レベルと異なる第２レベルであるオフ期間において、前記電源の制御を停止する制御部と、
　を備えることを特徴とする駆動回路。
　前記電源は、スイッチング素子を含むスイッチングレギュレータであり、前記制御部は、前記オフ期間において前記スイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
　容量値Ｃを縦軸、抵抗値Ｒを横軸とする両対数グラフに、座標Ｒ＝２．５Ω、Ｃ＝１００μＦと、座標Ｒ＝５００Ω、Ｃ＝１μＦを通過する直線の関数Ｃ＝ｆ（Ｒ）をプロットするとき、前記出力キャパシタの容量値Ｃおよび前記検出抵抗の抵抗値Ｒは、
　２．５Ω≦Ｒ≦５００Ω
　０．０１μＦ≦Ｃ≦ｆ（Ｒ）
　を満たすように決められることを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
　直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路であって、
　その出力端子から前記ＬＥＤストリングの第１端子に駆動電圧を供給する電源であって、その出力端子と固定電圧端子の間に設けられた出力キャパシタを有する電源と、
　前記ＬＥＤストリングの第２端子と固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗と、
　輝度に応じたデューティ比を有するパルス変調信号を受け、前記パルス変調信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの一方を契機として第１の目標値に向けて第１の傾きで遷移し、前記パルス変調信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジの他方を契機として第２の目標値に向けて第２の傾きで遷移する基準電圧を生成するパターン信号発生部と、
　前記検出抵抗の電圧降下が前記基準電圧に近づくように、前記電源を制御する制御部と、
　を備えることを特徴とする駆動回路。
　前記電源は、スイッチング素子を含むスイッチングレギュレータであり、
　前記制御部は、前記パルス変調信号が前記ＬＥＤストリングの消灯を指示するオフ期間において、前記スイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
　前記制御部は、
　前記検出抵抗の電圧降下が前記基準電圧に近づくようにデューティ比が調節されるスイッチング信号を生成するコンパレータと、
　前記スイッチング信号を、前記パルス変調信号を用いてマスクするマスク回路と、
　を備え、前記マスク回路の出力信号に応じて、前記スイッチングト素子をスイッチングすることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
　前記パターン信号発生部は、
　一端の電位が固定されたキャパシタと、
　前記キャパシタを前記第１の傾きに応じた速度で充電する充電回路と、
　前記キャパシタを前記第２の傾きに応じた速度で放電する放電回路と、
　前記パルス変調信号に応じて前記充電回路と前記放電回路による充電、放電動作を制御する制御部と、
　を含み前記キャパシタの電圧を前記基準電圧として出力することを特徴とする請求項４に記載の駆動回路。
　直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する駆動回路であって、
　前記ＬＥＤストリングに流れる電流を、輝度に応じたデューティ比でスイッチングするスイッチング部を備え、
　前記スイッチング部は、前記ＬＥＤストリングに流れる駆動電流の波形のポジティブエッジまたはネガティブエッジの少なくとも一方をなまらせることを特徴とする駆動回路。
　直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングを駆動する方法であって、
　前記ＬＥＤストリングに流れる電流を、輝度に応じたデューティ比でスイッチングするステップを備え、スイッチングするステップにおいて、前記ＬＥＤストリングに流れる駆動電流の波形のポジティブエッジまたはネガティブエッジの少なくとも一方をなまらせることを特徴とする方法。
　直列に接続された複数のＬＥＤを含むディスプレイのバックライト用ＬＥＤストリングと、
　前記ＬＥＤストリングを駆動する請求項１から６のいずれかに記載の駆動回路と、
　を備えることを特徴とするバックライト装置。
　液晶ディスプレイパネルと、
　前記ＬＥＤストリングが前記液晶ディスプレイパネルの背面に配置されている請求項８に記載のバックライト装置と、
　を備えることを特徴とするディスプレイ装置。