JP5214047B1

JP5214047B1 - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP5214047B1
Application number: JP2012164303A
Authority: JP
Inventors: 章吾福田; 智之市座; 利正小川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2013157310A

Abstract

【課題】ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にする。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１は、少なくとも１つのＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５と、ＬＥＤ（１〜５）と並列に挿入されたバイパス手段６と、ＬＥＤ（１〜５）およびバイパス手段６にデューティ制御により電流を供給するＬＥＤドライバ４とを備える。ＬＥＤドライバ４は、ＬＥＤ回路５に所定の電流を流す場合、この電流にバイパス手段６に流れる電流分を加算した電流を供給する。この加算した電流は、ＬＥＤ回路５に直列に接続されたスイッチング素子ＴＲ１によって制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関し、より詳細には、液晶表示装置のバックライト光源などに用いられるＬＥＤ(Light Emitting Diode)を点灯させるためのＬＥＤ点灯装置に関する。

近年、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)をバックライト光源とした液晶表示装置が各メーカから発売されている。このＬＥＤは、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であり、アノードに正、カソードに負の電圧をかけると、数ボルトの電圧で電流が流れ、発光する。ＬＥＤをバックライト光源として用いることで、バックライトの点灯／消灯の制御や、明るさの制御を領域ごとに行うことができるため、コントラストを大きく改善することができる。また、ＬＥＤは、従来の蛍光管と比べて、長寿命であり、消費電力が小さいため、省エネ効果も高いという利点もある。

ＬＥＤをバックライト光源、特に大画面ディスプレイのバックライト光源として用いる場合には、多数のＬＥＤに対して電流を供給する必要があるため、ＬＥＤ電源をスイッチング電源とし、ＬＥＤに流れる電流を一定にするようフィードバック制御（電流フィードバック）が行われている（例えば、特許文献１を参照）。

図３は、従来のＬＥＤ点灯装置の構成を示す図で、図中、１００はＬＥＤ点灯装置を示す。ＬＥＤ点灯装置１００は、スイッチング電源３を含むコンバータ回路２と、ＬＥＤ回路５の各ＬＥＤ（１〜５）を駆動させるためのＬＥＤドライバ４と、複数のＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５とを備えている。ＬＥＤドライバ４は、例えば、周知のマイクロコンピュータおよび周辺回路を含むＩＣ(Integrated Circuit)チップとして実装される。ＬＥＤドライバ４から外部回路への信号の出力はマイクロコンピュータにより制御される。

ＬＥＤドライバ４は、図示しないメイン制御部から、所定の調光用デューティ比に制御するための調光制御信号を受信する。そして、ＬＥＤドライバ４は、調光用デューティ比に基づくデューティ信号をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１を生成させる。また、ＬＥＤドライバ４は、このデューティ信号に基づいて、ＬＥＤ回路５と接地線ＧＮＤとの間に挿入されたスイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動させ、ＬＥＤ回路５に対して電圧Ｖ１の印加を継続して行うことで、ＬＥＤ（１〜５）を点灯させる。スイッチング素子ＴＲ１は、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ)で構成される。

コンバータ回路２は、例えば、バッテリ等の電源電圧（＋Ｂ）から生成される基準電圧Ｖに基づきＬＥＤ回路５に含まれるＬＥＤ（１〜５）を点灯させるための電圧Ｖ１を生成する。コンバータ回路２は、コンデンサＣを含む所謂降圧型のコンバータとして構成されるが、降圧型、昇圧型、昇降圧型のいずれであってもよい。

ＬＥＤ回路５は、１つ以上のＬＥＤを含んで構成される。図示の例では、ＬＥＤ（１〜５）の５個のＬＥＤを含んでいる。また、ＬＥＤ回路５を流れる電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ１により電流−電圧変換され、その電圧がＬＥＤドライバ４の電流検出端子に入力される。ＬＥＤドライバ４は、電流検出端子に入力された電圧の値をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、コンバータ回路２によりＬＥＤ（１〜５）を定電流駆動させる。

ここで、最近の液晶表示装置は、益々高画質化され、より鮮明な画質を得るためにコントラスト比をできるだけ大きくしたいという要求がある。ＬＥＤをバックライト光源とした場合には、このコントラスト比は、ＬＥＤの最大輝度と最小輝度との比で決まる。すなわち、コントラスト比を大きくすることは、ＬＥＤを流れる最大電流（定格電流）と最小電流との比を大きくすることと同義である。

そして、ＬＥＤを流れる電流は、図３で説明したようにＬＥＤドライバにより供給される電流によって決まる。液晶表示装置の各メーカは、所望のコントラスト比を実現するために、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とに対して目標の比率を設定している。例えば、この目標比率を２０００：１に設定している。具体的には、ＬＥＤドライバにより供給される最大電流が２５０ｍＡであれば、最小電流の目標値は０．１２５ｍＡとなる。

特開２００９−２３８６３３号公報

上記したＬＥＤに流す最小電流（以下、ＬＥＤ最小電流という）を実現するために、従来２つの方法が用いられている。第１の方法として、メイン制御部側で調光制御信号（調光用デューティ）を調整し、調整後の調光用デューティに基づきＬＥＤドライバによりＬＥＤ最小電流を生成する方法がある。しかし、この場合、メイン制御部側での複雑な信号調整が必要とされ、さらに、ＬＥＤドライバの性能、すなわち、ＬＥＤドライバが対応できる調光用デューティの範囲によってＬＥＤ最小電流が制限されてしまうという問題がある。これについて以下の図４に基づき説明する。

図４は、ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの関係を示す図で、図中、縦軸はＬＥＤに流れる電流（単位：ｍＡ）、横軸は調光用デューティ（％）を示す。グラフＬ１は、調光用デューティとＬＥＤに流れる電流（すなわち、ＬＥＤドライバにより供給される電流）との対応関係を示すものである。図４に示すように、調光用デューティが０．１％以下の場合（図中、Ｘの範囲の場合）には、ＬＥＤドライバの性能により動作が保証されず、目標の０．１２５ｍＡを達成できないことが分かる。すなわち、このＬＥＤドライバの性能では、調光用デューティが０．１％のときにＬＥＤに流れる電流（最小電流）が０．２００ｍＡとなるため、目標の０．１２５ｍＡを達成することができない。

また、第２の方法として、ＬＥＤドライバの外部回路によりＬＥＤ最小電流を実現する方法がある。しかし、この場合、ＬＥＤドライバを停止させて外部回路によりＬＥＤ最小電流を生成するため、ＬＥＤドライバの動作復帰時に誤動作する恐れがある。具体的には、停止状態にあるＬＥＤドライバを急峻に動作復帰させると、ＬＥＤ電圧が上昇する。このため、ＬＥＤ電圧の上昇を過電圧エラーとして誤検出してしまう。

なお、特許文献１に記載の技術では、ＬＥＤ回路と並列にバイパス手段が挿入されているが、これは、ＬＥＤが点灯するために要する時間を短縮することを目的とし、プレデューティ比でスイッチング電源を駆動する場合にはバイパス手段に電力を供給してＬＥＤの点灯を防止し、調光用デューティ比でスイッチング電源を駆動する場合にはＬＥＤに電力を供給してバイパス手段を動作させないようにしたものである。従って、特許文献１に記載の技術は、所望のコントラスト比を得るために、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にできるものではない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、該ＬＥＤ回路と並列に挿入されたバイパス手段と、前記ＬＥＤ回路および前記バイパス手段に電流を供給するＬＥＤドライバとを備え、前記ＬＥＤドライバは、前記ＬＥＤ回路に所定の電流を流す場合、該所定の電流に前記バイパス手段に流れる電流分を加算した電流を供給し、前記加算した電流は、前記ＬＥＤ回路に直列に接続されたスイッチング手段によって制御されることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記バイパス手段は、抵抗であることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記ＬＥＤドライバは、デューティ制御により電流を供給することを特徴としたものである。

本発明によれば、ＬＥＤと並列にバイパス手段を挿入し、ＬＥＤに流す電流が目標の最小電流になるように、ＬＥＤドライバにより供給される電流をバイパス手段に分岐させることができるため、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、ＬＥＤドライバを停止させることがないため、誤動作することがなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができる。

本発明によるＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの対応関係の一例を示す図である。従来のＬＥＤ点灯装置の構成を示す図である。ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のＬＥＤ点灯装置に係る好適な実施の形態について説明する。このＬＥＤ点灯装置は、例えば、バックライト光源としてＬＥＤを用いた液晶表示装置に内蔵され、ＬＥＤの点灯制御を行うものである。

図１は、本発明によるＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図で、図中、１はＬＥＤ点灯装置を示す。ＬＥＤ点灯装置１は、前述の図３に示したＬＥＤ点灯装置１００と比較して、ＬＥＤ回路５と並列に挿入されたバイパス手段６を備える点が異なる。なお、図１において、図３で示した構成要素と同じ符号を付した構成要素は同じ機能を有する。以下ではＬＥＤ点灯装置１の動作例について簡単に説明する。

前述したように、ＬＥＤドライバ４は、図示しないメイン制御部から、所定の調光用デューティ比に制御するための調光制御信号を受信する。そして、ＬＥＤドライバ４は、調光用デューティ比に基づくデューティ信号をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１を生成させる。また、ＬＥＤドライバ４は、このデューティ信号に基づいて、ＬＥＤ回路５と接地線ＧＮＤとの間に挿入されたスイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動させ、ＬＥＤ回路５に対して電圧Ｖ１の印加を継続して行うことで、ＬＥＤ（１〜５）を点灯させる。スイッチング素子ＴＲ１は、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)で構成される。

ＬＥＤ回路５は、少なくとも１つのＬＥＤを含んで構成される。図示の例では、ＬＥＤ（１〜５）の５個のＬＥＤを含んでいる。また、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流ｉ_ＬＥＤとバイパス手段６を流れる電流ｉ_Ｒとを加算した電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ１により電流−電圧変換され、その電圧がＬＥＤドライバ４の電流検出端子に入力される。ＬＥＤドライバ４は、電流検出端子に入力された電圧の値をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、コンバータ回路２によりＬＥＤ（１〜５）を定電流駆動させる。

本発明の主たる目的は、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることにある、このための構成として、ＬＥＤ点灯装置１は、ＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５と、ＬＥＤ回路５と並列に挿入されたバイパス手段６と、ＬＥＤ回路５およびバイパス手段６に例えばデューティ制御により電流を供給するＬＥＤドライバ４とを備える。ＬＥＤドライバ４は、ＬＥＤ回路５に所定の最小電流を流す場合、この最小電流にバイパス手段６に流れる電流分を加算した電流を供給する。つまり、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流とが所定の比率（目標比率ともいう）になるときの最小電流を目標値とし、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流が目標値になるように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流をバイパス手段６に分岐させる。この目標比率は、実現したいコントラスト比やＬＥＤの仕様などに応じて定めればよく、特に限定されるものではないが、例えば、２０００：１とすることができる。

上記において、ＬＥＤドライバ４は、外部から入力される調光制御信号（調光用デューティ比）に基づいて、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１に基づく電流ｉを供給する。この電流ｉは、ＬＥＤ（１〜５）と抵抗Ｒ２との接続点で分岐され、ＬＥＤ（１〜５）に電流ｉ_ＬＥＤが、抵抗Ｒ２に電流ｉ_Ｒがそれぞれ流れる。なお、ここでは、ＬＥＤドライバ４がデューティ制御により電流を供給する場合を例示して説明するが、このデューティ制御に限らず、例えば、電流制御を適用した場合でも同様の制御を行うことができる。

本例の場合、バイパス手段６の一例として、抵抗Ｒ２がＬＥＤ（１〜５）と並列に挿入されている。バイパス手段６は、抵抗Ｒ２に限らず、インピーダンス成分を持つものであればよく、例えば、サーミスタやトランジスタなどを用いるようにしてもよい。

図１において、例えば、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流との目標比率が２０００：１で、最大電流（定格電流）が２５０ｍＡである場合について想定する。この場合、最小電流の目標値は０．１２５ｍＡとなる。本例のＬＥＤドライバ４の性能は、図４に示したように、調光用デューティが０．１％以下の場合には、動作が保証されておらず、調光用デューティが例えば０．１％のときにはＬＥＤ（１〜５）には０．２００ｍＡが供給される。つまりこのＬＥＤドライバ４の性能では、最小電流の目標値である０．１２５ｍＡを達成することができない。

これに対して、本発明の回路構成では、ＬＥＤ（１〜５）と並列に抵抗Ｒ２が挿入されている。そして、ＬＥＤドライバ４から出力される電流をｉ、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流をｉ_ＬＥＤ、抵抗Ｒ２を流れる電流をｉ_Ｒとすると、以下の式が成り立つ。
ｉ＝ｉ_ＬＥＤ＋ｉ_Ｒ …式（１）

上記（１）において、ｉ＝０．２００ｍＡ、ｉ_ＬＥＤ＝０．１２５ｍＡとすると、抵抗Ｒ２に流れるべき電流ｉ_Ｒは、０．０７５ｍＡとなる。これより抵抗Ｒ２の抵抗値は、Ｖ１／ｉ_Ｒにより求めることができる。ここで、電圧Ｖ１は抵抗Ｒ２（およびＬＥＤ回路５）に印加される電圧で既知である。このようにして、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉ（＝０．２００ｍＡ）のうち、抵抗Ｒ２に電流ｉ_Ｒ（＝０．０７５ｍＡ）だけ分岐させることができるため、ＬＥＤ（１〜５）には目標の最小電流ｉ_ＬＥＤ（＝０．１２５ｍＡ）を流すことができる。

なお、ＬＥＤドライバ４は、ＬＥＤ（１〜５）に最大電流（例えば、２５０ｍＡ）を流す場合、最大電流に抵抗Ｒ２に流す電流ｉ_Ｒ分を加算した電流を供給すればよい。ここで、抵抗Ｒ２の抵抗値は上記により定めることができる。この抵抗Ｒ２を含む回路構成において、ＬＥＤ（１〜５）に最大電流（２５０ｍＡ）を流すために必要な電圧Ｖ１′（調光用デューティ比）を予め求めておく。そして、これらの抵抗Ｒ２と電圧Ｖ１′から電流ｉ_Ｒを定めることができる。これにより、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉ（＝（２５０＋ｉ_Ｒ）ｍＡ）のうち、抵抗Ｒ２に電流ｉ_Ｒだけ分岐され、ＬＥＤ（１〜５）には目標の最大電流ｉ_ＬＥＤ（＝２５０ｍＡ）が流れることになる。

図２は、ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの対応関係の一例を示す図で、図中、縦軸はＬＥＤに流れる電流（単位：ｍＡ）、横軸は調光用デューティ（％）を示す。グラフＬ１は、前述の図４に示した従来のものと同様である。グラフＬ２は、本発明の回路構成におけるＬＥＤ（１〜５）に流れる電流と調光用デューティとの対応関係を示すもので、グラフＬ１を電流ｉ_Ｒ分だけ低くシフトさせたものである。本発明の回路構成によれば、上記で説明したように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉのうち、抵抗Ｒ２に電流ｉ_Ｒだけ分岐させることができる。このため、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流ｉ_ＬＥＤの最大電流と最小電流の比率を目標比率（例えば、２０００：１）にすることができる。

このように本発明によれば、ＬＥＤ（１〜５）と並列にバイパス手段６を挿入することで、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流ｉ_ＬＥＤが目標の最小電流になるように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉをバイパス手段６に分岐させることができる。このため、ＬＥＤドライバ４の性能によらず、また、ＬＥＤドライバ４を停止させることがないため、誤動作することがなく、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができる。

また、バイパス手段６として抵抗Ｒ２を用いた場合には、この抵抗Ｒ２が異常時に放電抵抗としても機能するため、回路を保護し、ＬＥＤ点灯装置１あるいはＬＥＤ点灯装置１を内蔵する液晶表示装置の安全性を確保することができる。

１，１００…ＬＥＤ点灯装置、２…コンバータ回路、３…スイッチング電源、４…ＬＥＤドライバ、５…ＬＥＤ回路、６…バイパス手段。

Claims

少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、該ＬＥＤ回路と並列に挿入されたバイパス手段と、前記ＬＥＤ回路および前記バイパス手段に電流を供給するＬＥＤドライバとを備え、
前記ＬＥＤドライバは、前記ＬＥＤ回路に所定の電流を流す場合、該所定の電流に前記バイパス手段に流れる電流分を加算した電流を供給し、
前記加算した電流は、前記ＬＥＤ回路に直列に接続されたスイッチング手段によって制御されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記バイパス手段は、抵抗であることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
請求項１または２に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記ＬＥＤドライバは、デューティ制御により電流を供給することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。