JP5859368B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
小型の液晶表示装置では、バックライトの光源として白色発光ダイオードが使用される。バックライトの光源として白色発光ダイオードを使用する液晶表示装置において、白色発光ダイオードを駆動するLED駆動回路では、主昇圧回路で昇圧された電圧で、白色発光ダイオードを定電流駆動している。
また、バックライトの光源として白色発光ダイオードを使用する液晶表示装置では、通常、PWM(Pulse Wide Modulation)制御により、白色発光ダイオードのオン/オフ期間のデューティ比を可変して、バックライトの輝度を調整している。
PWM制御によりバックライトの輝度を調整した場合には、白色発光ダイオードを流れる電流が、0%と100%で変動するので、LED駆動回路における主昇圧回路の平滑コンデンサとして、セラミックコンデンサを使用した場合には、セラミックコンデンサの両端電圧が変動することになり、セラミックコンデンサが発音するという問題点があった。
この問題点を解決するために、主昇圧回路の平滑コンデンサとして、従来は、セラミックコンデンサに代えて、アルミ電解コンデンサや機能性高分子コンデンサを使用している。
しかしながら、アルミ電解コンデンサや機能性高分子コンデンサは、(1)寿命がセラミックコンデンサより短い、(2)内部抵抗が高い、(3)部品形状が大きい、(4)使用温度範囲が狭いなどの問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、液晶表示装置のバックライトの主昇圧回路の平滑コンデンサとして、セラミックコンデンサを使用することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
(1)液晶表示パネルと、少なくとも1個の発光ダイオードを有するバックライトと、電源電圧を昇圧し、当該昇圧した電圧を前記少なくとも1個の発光ダイオードに印加する主昇圧回路とを備える液晶表示装置であって、前記主昇圧回路は、出力端に、セラミックコンデンサから成る平滑コンデンサを有し、前記主昇圧回路がオフ状態の時にオンとなり、前記平滑コンデンサの電位変動を補償する補助昇圧回路を有する。
(2)液晶表示パネルと、少なくとも1個の発光ダイオードを有するバックライトと、電源電圧を昇圧し、当該昇圧した電圧を前記少なくとも1個の発光ダイオードに印加する主昇圧回路と、前記主昇圧回路を制御・駆動する主制御回路とを備える液晶表示装置であって、前記主昇圧回路は、一端が電源に接続されるコイルと、前記コイルの他端と接地電位との間に接続され、前記主制御回路によりオン・オフが制御される主スイッチング素子と、前記コイルの他端に接続されるダイオードと、前記ダイオードに接続される平滑コンデンサとを有し、前記平滑コンデンサは、セラミックコンデンサであり、前記コイルの他端と前記ダイオードとの接続点に接続され、前記主昇圧回路がオフ状態の時にオンとなり、前記平滑コンデンサの電位変動を補償する補助昇圧回路を有し、前記補助昇圧回路は、前記コイルの他端と接地電位との間に接続される副スイッチング素子と、前記副スイッチング素子のオン・オフが制御する副制御回路とを有する。
(4)(2)において、前記主制御回路は、外部から入力されるPWM信号が第1電圧レベルの時に、前記主昇圧回路をオン状態、前記PWM信号が前記第1電圧レベルとは異なる第2電圧レベルの時に前記主昇圧回路をオフ状態となし、前記副制御回路は、発振器と、前記発振器の出力が入力される微分回路と、前記微分回路の出力端と接地電位との間に接続される抵抗素子と、前記微分回路の出力端と接地電位との間に接続される第3スイッチング素子とを有し、前記副スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とは、スイッチングトランジスタであり、前記副スイッチング素子を構成するスイッチングトランジスタの制御電極は、前記微分回路の出力端に接続され、前記第3スイッチング素子を構成するスイッチングトランジスタは、前記PWM信号が前記第1電圧レベルの時にオンとなり、前記PWM信号が前記第2電圧レベルの時にオフとなる。
本発明によれば、液晶表示装置のバックライトの主昇圧回路の平滑コンデンサとして、アルミ電解コンデンサ等と比較し、安価で小型のセラミックコンデンサを使用することが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、バックライト(BL)とを有する。液晶表示パネルは、第1基板(SUB1)と第2基板(SUB2)とを有し、第1基板(SUB1)には、薄膜トランジスタ、画素電極などが形成され、第2基板(SUB2)には、遮光膜、カラーフィルタなどが形成される。なお、対向電極は、IPS方式などの横電界方式の液晶表示パネルであれば、第1基板(SUB1)に形成され、VA方式などの縦電界方式の液晶表示パネルであれば、第2基板(SUB2)に形成される。
液晶表示パネルは、第1基板(SUB1)と第2基板(SUB2)とをシール材を介して貼り合わせ、第1基板(SUB1)と第2基板(SUB2)との間に液晶を注入・封止して構成される。また、第1基板(SUB1)と第2基板(SUB2)の外側にはそれぞれ偏光板(図示せず)が設けられる。なお、本発明は、液晶表示パネルの構造とは直には関係がないので、液晶表示パネルの構造については省略する。
映像線駆動回路(DRD)と走査線駆動回路(DRG)とは、表示制御回路(タイミングコントローラ)30により、制御・駆動される。
なお、図1では、映像線駆動回路(DRD)と走査線駆動回路(DRG)とは、それぞれ2個の半導体チップで構成される場合について説明したが、映像線駆動回路(DRD)と走査線駆動回路(DRG)とは、1個の半導体チップで構成してもよい。
バックライト(BL)は光源として白色発光ダイオード(図示せず)を有し、この白色発光ダイオードは、LED駆動回路50で駆動される。
電源回路40は、映像線駆動回路(DRD)と走査線駆動回路(DRG)に対して、各画素を駆動するための電圧を供給する。
図5に示す従来のLED駆動回路50は、主昇圧回路10と、LEDドライバ制御IC(11)とで構成される。
主昇圧回路10は、コイル(L1)と、ダイオード(D1)と、平滑コンデンサ(C1)と、主スイッチング素子を構成するn型MOSトランジスタ(M1)とで構成される。主昇圧回路10は、スイッチング方式(チョッパ方式)のDC−DCコンバータで構成されており、電源回路40から供給される12Vの電圧を、複数の白色発光ダイオード列(LED)を駆動するのに適した駆動電圧(例えば50V)に変換して出力する。
ここで、n型MOSトランジスタ(M1)は、LEDドライバ制御IC(11)により、オン・オフが制御される。
また、LEDドライバ制御IC(11)は、平滑コンデンサ(C1)の電圧が異常か否かをモニタする電圧モニタ部(13)と、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード列(LED)に流れる電流を一定の電流に維持する定電流回路部12を有する。
また、LEDドライバ制御IC(11)には、外部からPWM(Pulse Wide Modulation)信号が入力され、このPWM信号がHighレベル(以下、Hレベル)の場合に、LEDドライバ制御IC(11)は、n型MOSトランジスタ(M1)のオン、オフを制御して、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14を定電流で駆動する。
また、PWM信号がLowレベル(以下、Lレベル)の場合に、LEDドライバ制御IC(11)は、n型MOSトランジスタ(M1)を常時オフ状態として、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14に流れる電流を0とする。
これにより、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14の発光時間を制御して、バックライトの輝度を調整(以下、PWM調光という)している。
図6(c)に示すように、PWM信号により、バックライトの輝度を調整する場合、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14に流れる電流は、0%、100%との間で変動することになる。
この時、図6(a)、(b)に示すように、主昇圧回路10は、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14に電流が流れている時(即ち、PWM信号がHレベルの時)に昇圧動作を行い、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14に電流が流れていない時(即ち、PWM信号がLレベルの時)に、昇圧動作を停止する。
主昇圧回路10が、昇圧動作を停止している時は、平滑コンデンサ(C1)の電荷は、平滑コンデンサ(C1)自身のリーク電流(図5の点線Aに示す電流)、および、電圧モニタ部13を介するリーク電流(図5の点線Bに示す電流)により外部に流出するので、図6(d)に示すように、平滑コンデンサ(C1)の両端の電圧(即ち、図5のP点の電圧)は低下することになる。
即ち、PWM調光を行うと、主昇圧回路10の昇圧動作と、昇圧動作の停止とが繰り返されるので、平滑コンデンサ(C1)の両端の電圧も変動する。
平滑コンデンサ(C1)に、セラミックコンデンサを用いた場合は、電位変動が、セラミックコンデンサの形状変化となり発音する問題がある。そのため、平滑コンデンサ(C1)としては、従来、アルミ電解コンデンサや機能性高分子コンデンサ等を用いていた。そして、前述したように、アルミ電解コンデンサや機能性高分子コンデンサを、平滑コンデンサ(C1)として使用すると、(1)寿命がセラミックコンデンサより短い、(2)内部抵抗が高い、(3)部品形状が大きい、(4)使用温度範囲が狭い、という問題点があった。
図2に示すように、本実施例のLED駆動回路50は、コイル(L1)とダイオード(D1)との接続点に、補助昇圧回路20を接続した点で、図5に示すLED駆動回路50と異なっている。
本実施例の補助昇圧回路20は、図3(b)、(d)に示すように、PWMがLレベルで主昇圧回路10がオフ状態の時にオンとなり、平滑コンデンサ(C1)の電位変動を補償する。ここで、主昇圧回路10がオフ状態の時には、主スイッチング素子を構成するn型MOSトランジスタ(M1)が常時オフで、複数の白色発光ダイオード列(LED)のそれぞれの白色発光ダイオード14には電流が流れていない。
図2に示すように、本実施例では、補助昇圧回路20は、クロック発振器(クロックジェネレータ;OC)と、クロック発振器(OC)の出力と、インバータ(INV1)で反転された反転PWM信号とが入力されるアンド回路(AND)と、アンド回路(AND)の出力がゲートに入力されるn型MOSトランジスタ(M2)とで構成される。
即ち、n型MOSトランジスタ(M2)は、図3(e)に示すように、PWM信号がLレベルの時に、間欠的にオンとなり、コイル(L1)に流れる電流をオン・オフして、平滑コンデンサ(C1)を充電し、図3(f)に示すように、平滑コンデンサ(C1)の両端の電圧(即ち、図2のP点の電圧)の電位変動を少なくする。
これにより、平滑コンデンサ(C1)の電圧(図3のP点の電圧)が安定化し、主昇圧回路10の平滑コンデンサ(C1)として、セラミックコンデンサを使用しても、セラミックコンデンサの形状変化がなくなり、発音もなくなる。
また、セラミックコンデンサは、アルミ電解コンデンサや機能性高分子コンデンサ等と比較して、安価で小型のため、主昇圧回路を含むLED駆動回路全体を小型化ができるとともに、長寿命を図ることが可能となる。
図4は、本発明の実施例2の液晶表示装置のLED駆動回路の補助昇圧回路の回路構成を示す回路図である。
図4に示すように、本実施例では、補助昇圧回路20は、クロック発振器(クロックジェネレータ;OC)と、微分回路21と、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)と、微分回路21とNPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)との接続点にゲートが接続されるn型MOSトランジスタ(M2)とで構成される。また、n型MOSトランジスタ(M2)のゲートと接地電位との間には抵抗素子(R3)が接続されている。
なお、クロック発振器(OC)は、インバータ(INV2)と、インバータ(INV2)の両端に接続される抵抗素子(R1)と、インバータ(INV2)の入力端と接地電位との間に接続される平滑コンデンサ(C2)とで構成される。
また、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)のベースとエミッタとの間には、抵抗素子(R5)が接続され、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)のベースには、抵抗素子(R4)を介してPWM信号が入力される。
したがって、PWM信号がHレベルの時に、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)はオンとなり、n型MOSトランジスタ(M2)のゲートに接地電位を入力し、n型MOSトランジスタ(M2)を常時オフとする。
また、PWM信号がLレベルの時に、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)はオフとなり、NPN型バイポーラトランジスタ(Tr1)は、微分回路21の出力により間欠的にオンとなり、コイル(L1)に流れる電流をオン・オフして、平滑コンデンサ(C1)を充電する。
このリーク電流分を供給するために、n型MOSトランジスタ(M2)がオンする期間(Ton)は、
リーク電流1=10μA
リーク電流2=250μA
入力電圧(Vi)=12V
出力電圧(Vo)=50V
補助昇圧回路の周期(T)=10μsec(動作周波数100kHz)
コイル(L1)=10μHとすると、
となり、Dutyは、1.34%である。
このTonの期間になるように、図4に示すC2の平滑コンデンサの値、R2、R3の抵抗素子の値を設定する。例えば、平滑コンデンサ(C2)が100pF、抵抗素子(R2)が1.5KΩ、抵抗素子(R3)が100KΩの時に、図4に示す補助昇圧回路20は、図2に示すリーク電流1(図2の点線Aに示す電流)と、リーク電流2(図2の点線Bに示す電流)を供給して、平滑コンデンサ(C1)の電位変動を軽減することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
11 LEDドライバ制御IC
12 定電流回路部
13 電圧モニタ部
14 白色発光ダイオード
20 補助昇圧回路
21 微分回路
30 表示制御回路(タイミングコントローラ)
40 電源回路
50 LED駆動回路
OC クロック発振器(クロックジェネレータ)
AND アンド回路
R1〜R5 抵抗素子
L1 コイル
D1 ダイオード
C1,C2 平滑コンデンサ
INV1,INV2 インバータ
LED 白色発光ダイオード列
M1,M2 n型MOSトランジスタ
Tr1 NPN型バイポーラトランジスタ
SUB1 第1基板
SUB2 第2基板
BL バックライト
DRD 映像線駆動回路
DRG 走査線駆動回路
PCB プリント配線基板
Claims (5)
- 液晶表示パネルと、
少なくとも1個の発光ダイオードを有するバックライトと、
電源電圧を昇圧し、当該昇圧した電圧を前記少なくとも1個の発光ダイオードに印加する主昇圧回路と、
前記主昇圧回路を制御・駆動する主制御回路とを備える液晶表示装置であって、
前記主昇圧回路は、一端が電源に接続されるコイルと、
前記コイルの他端と接地電位との間に接続され、前記主制御回路によりオン・オフが制御される主スイッチング素子と、
前記コイルの他端に接続されるダイオードと、
前記ダイオードに接続される平滑コンデンサとを有し、
前記平滑コンデンサは、セラミックコンデンサであり、
前記コイルの他端と前記ダイオードとの接続点に接続され、前記主昇圧回路がオフ状態の時にオンとなり、前記平滑コンデンサの電位変動を補償する補助昇圧回路を有し、
前記補助昇圧回路は、前記コイルの他端と接地電位との間に接続される副スイッチング素子と、
前記副スイッチング素子のオン・オフが制御する副制御回路とを有することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記主制御回路は、外部から入力されるPWM信号に基づき、前記主昇圧回路のオン・オフを制御し、
前記副スイッチング素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記副制御回路は、発振器と、
前記スイッチングトランジスタの制御電極に接続され、前記発振器の出力と、前記PWM信号の反転信号との論理積を取るアンド回路とで構成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記主制御回路は、外部から入力されるPWM信号が第1電圧レベルの時に、前記主昇圧回路をオン状態、前記PWM信号が前記第1電圧レベルとは異なる第2電圧レベルの時に前記主昇圧回路をオフ状態となし、
前記副制御回路は、発振器と、
前記発振器の出力が入力される微分回路と、
前記微分回路の出力端と接地電位との間に接続される抵抗素子と、
前記微分回路の出力端と接地電位との間に接続される第3スイッチング素子とを有し、
前記副スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とは、スイッチングトランジスタであり、
前記副スイッチング素子を構成するスイッチングトランジスタの制御電極は、前記微分回路の出力端に接続され、
前記第3スイッチング素子を構成するスイッチングトランジスタは、前記PWM信号が前記第1電圧レベルの時にオンとなり、前記PWM信号が前記第2電圧レベルの時にオフとなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記副スイッチング素子は、MOSトランジスタであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記第3スイッチング素子は、NPN型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
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