JP5897865B2 - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の発光素子の駆動装置に関する。

近年、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やプラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）に代表されるようにディスプレイの薄型化が進んできている。

ところで液晶ディスプレイにおいては、液晶パネル自体は発光しないため光源装置、いわゆるバックライトが必要である。従来において液晶ディスプレイのバックライトの多くは蛍光管を用いたＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）タイプが主流であった。しかしながら、近年では、環境的側面から水銀を必要とするＣＣＦＬよりも、水銀を使用しないＬＥＤを光源として用いることが望まれている。また、ＬＥＤをバックライトとして用いることにより、寿命の長期化、省電力化、薄膜化を実現することが可能となる。

さらに、ＬＥＤをバックライトとして用いることのメリットとして、複数のＬＥＤの輝度を個別に調整することが可能となる、いわゆるエリアアクティブ方式のバックライトが可能になることが挙げられる。エリアアクティブ方式は液晶表示装置の表示画像に応じてバックライトの光の強度を変化させるものであり、例えば黒色に近い画像を表示する箇所ではその領域のバックライトの光強度を弱くし、白色や明るい色の画像を表示する箇所ではその領域のバックライトの光強度を強くすることで高コントラストの画像表示を実現することが可能となる。

しかし、ＬＥＤは生産時における順方向電圧（以下、「順方向電圧」を「Ｖｆ」という場合もある。）のばらつきや温度依存が大きく、ＬＥＤのアノードに印加する電圧をＶｆの値に応じて決定することが必要となる。そして、ある一定電圧を常にＬＥＤのアノードに印加する場合には、生産上考慮されるべき最も高いＶｆをもつＬＥＤを想定してアノード電圧が設定される。このような高いアノード電圧が、Ｖｆが低いＬＥＤのアノードに印加されると、消費電力の増大、発熱量の増加、輝度の低下が顕著になる。

また、一般的にＬＥＤは複数個直列に接続されて列が形成され、列ごとに点灯及び消灯を制御することが多く、この場合、各列のＶｆのばらつきは、複数個のＬＥＤを直列接続しない場合に比べて大きくなり、さらなる消費電力の増大、発熱量の増加が懸念されることになる。なお、本明細書においてＶｆは、各発光素子（ＬＥＤ）の順方向電圧のみを指すものではなく、複数個の発光素子（ＬＥＤ）を直列接続した場合において、各発光素子の順方向電圧の和（すなわち、複数個の発光素子（ＬＥＤ）を直列接続してなる発光素子列（ＬＥＤ列）の順方向電圧）も指すものとする。

そこで使用されるＬＥＤのＶｆのばらつきに応じて各ＬＥＤ又はＬＥＤ列のアノードに印加する電圧を変化することで、消費電力の増大や発熱量の増加を抑えることが望ましい。しかし、各ＬＥＤ又はＬＥＤ列のアノードに印加する電圧を同一の電源から生成している場合には、各ＬＥＤやＬＥＤ列の個々のＶｆのばらつきに対応することができず、消費電力の増大や発熱量の増加を抑えることが困難である。

そこで特許文献１には、ＬＥＤ列のうちＶｆが最も大きいＬＥＤ列では設定された規定電流を連続的に流し、それ以外のＬＥＤ列では設定された規定電流より多くの電流を断続的に流すことで、ＬＥＤの輝度を変化させずに消費電力の増大を抑える発光素子駆動回路が開示されている。すなわち、ＬＥＤは、ＬＥＤに流れる電流が大きくなるとＶｆが大きくなる性質を有するので、Ｖｆが小さなＬＥＤ列において、規定電流よりも大きな電流を流すことでＶｆを、Ｖｆが最も大きいＬＥＤ列のＶｆに近づけることで消費電力の増大を防ぐことができる。また、規定電流よりも大きな電流を流すことでＬＥＤの輝度が上昇するが、規定電流より大きな電流を断続的に流すことで平均電流を規定電流と同一とし、輝度を調整することができる。

また特許文献２には、１個または複数個の発光素子を含み、液晶パネルに光を照射する複数個の光源回路を備え、１フィールド期間において発光期間及び消灯期間を設けるインパルス型点灯方式を実現することで、動画画質劣化を改善する発光装置が開示されている。

また特許文献３には、電圧検出回路の検出信号に基づいて電流の電力を発光素子群の駆動電力に変換して発光素子群に供給可能な電力変換回路を備える発光装置が開示されている。すなわち、複数の発光素子群を異なる電流駆動回路で各々駆動する構成において、共通の電圧変換部で適切な駆動電圧に変換することで、各発光素子群のＶｆにばらつきがあっても適切な駆動電力を印加できるので発熱量の増加を抑えることができる。加えて、複数の電流駆動回路において共通の電力変換回路を使用しているため消費電力の増大を抑えることができる。

米国特許第７７７７７０４号公報 特開２００８−０９６９０２号公報 特開２００７−２４２４７７号公報

しかしながら、上記特許文献のように、各ＬＥＤ又はＬＥＤ列毎に電源回路を設けることで各ＬＥＤやＬＥＤ列の個々のＶｆのばらつきに対応することは、コストの増大を招くことになるため望ましくない。また、各ＬＥＤ又はＬＥＤ列のＶｆのばらつきのみに基づいて各ＬＥＤ又はＬＥＤ列に流す電流と各ＬＥＤ又はＬＥＤ列の消灯点灯制御が決定されるため、画像表示装置の表示画像や動作特性要求に応じた電流を流すこと及び消灯点灯制御ができなくなり、所望の画質や動作性能が得られないという問題があった。

本発明は、上述した問題点に鑑み、複数の発光素子列のＶｆにばらつきが生じた場合であっても、消費電力の低減を実現しつつ、画像表示装置の表示画像に応じた所望の画質及び動画性能を得ることができる発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、１の発光素子又は直列に接続される複数の発光素子からなる複数の発光素子列と、前記複数の発光素子列に電圧を供給する電源回路と、各発光素子列に定電流を供給する複数の定電流駆動回路と、各定電流駆動回路内のパラメーターに基づいて各発光素子列の順方向電圧の差を検出する順方向電圧差分回路と、画像データから求められる標準電流量及び標準デューティー値と、各発光素子列の順方向電圧の差とに基づいて、各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を制御する制御回路と、を備えることを特徴としている。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路は、各発光素子列の順方向電圧の差を縮小するように各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を制御することが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路は、各発光素子列の順方向電圧の差に基づいて電流比及びデューティー比を算出し、当該電流比及びデューティー比と、表示装置に所望の画像を表示するときの電流量及びデューティー値とを乗ずることによって各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を算出し、制御することが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路は、各発光素子列の点灯及び消灯をパルス幅変調信号により制御することが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記パルス幅変調信号の周期は、前記画像表示装置の垂直同期信号の周期に同期することが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記パルス幅変調信号の周期は、前記画像表示装置の垂直同期信号の周期よりも短いことが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路は、前記画像表示装置の画像切り替え期間において、各発光素子列を消灯することが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路によって制御された各発光素子列の点灯タイミングが等しいことが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路によって制御された各発光素子列の消灯タイミングが等しいことが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記制御回路によって制御された各発光素子列の点灯タイミングと消灯タイミングとの中心が等しいことが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は前記制御回路によって点灯消灯制御された各発光素子列において、前記標準電流量及び前記標準デューティー値で駆動するＬＥＤ列の点灯回数と消灯回数よりも、前記標準電流量以外の電流量及び前記標準デューティー値以外のデューティー値で駆動するＬＥＤ列の点灯回数と消灯回数のほうが多いことが望ましい。

上記目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、前記電源回路が出力する電圧は、各発光素子列の順方向電圧に応じて可変であることが望ましい。

本発明によれば、複数の発光素子列のＶｆにばらつきが生じた場合であっても、消費電力の低減を実現しつつ、画像表示装置の表示画像に応じた所望の画質及び動画性能を得ることができる。

は、本発明の一実施形態による液晶表示装置のバックライト（バックライトの内部）を示した平面図である。 は、本発明の一実施形態による発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。 は、本発明の一実施形態におけるＬＥＤ列の特性を示す図である。 は、第１実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第１の模式図である。 は、第１実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第２の模式図である。 は、第１実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第３の模式図である。 は、第１実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。 は、第２実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。 は、第３実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。 は、第４実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。

以下の説明においては、本発明の発光素子駆動装置を備える画像表示装置として、液晶パネルを備え、ＬＥＤをバックライトとして用いた画像表示装置を例に説明する。図１に示すように液晶パネル２００はその表示範囲が５個のエリア（２０１〜２０５）に分割され、各エリアに対応するように５列のＬＥＤ列（図示せず）が割り当てられており、ＬＥＤ列毎に電流量と点灯消灯タイミングが制御される。つまり、以下の実施形態における画像表示装置はエリアアクティブ方式の画像表示装置である。なお、分割された液晶パネルの表示範囲のエリアの数とＬＥＤ列の数は必ずしも同数である必要はなく、異なる数としてもよい。また、液晶表示パネルの表示範囲を５個のエリアに分割する場合を例に説明するが、エリアの分割個数は２以上であれば特に限定されるものではない。

[第１実施形態]
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために本発明の発光素子駆動装置を示すものであって、本発明をこの発光素子駆動装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態の発光素子駆動装置にも等しく適応し得るものである。また、本実施形態及び以降の実施形態においてはＬＥＤ（発光ダイオード）を発光素子として使用することとするが、発光素子はＬＥＤに限られるものではなく、例えばレーザダイオード（ＬＤ）やエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等の半導体発光素子やその他の発光素子であっても良い。

図２は本発明の一実施形態による発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。一実施形態による発光素子駆動装置は、図２に示すように、発光ダイオード列（ＬＥＤ列）１１〜１５と、ＬＥＤ列１１〜１５に夫々定電流を供給する定電流駆動回路２１〜２５と、ＬＥＤ列１１〜１５に電圧を供給する電源回路３０と、定電流駆動回路２１〜２５内のパラメーターに基づいてＬＥＤ列１１〜１５の夫々の順方向電圧（Ｖｆ）の差を検出する順方向電圧差分検出回路４０と、ＬＥＤ列１１〜１５の夫々に供給する電流量とＬＥＤ列の点灯消灯タイミングとを制御する制御回路５０と、を備えている。

ＬＥＤ列１１〜１５は夫々少なくとも２以上のＬＥＤを直列接続して構成されている。そしてこのようなＬＥＤ列をバックライトとして使用する際には、十分な明るさを確保するために各ＬＥＤ列をさらに並列に接続し、ＬＥＤの集合体１０として画像表示装置内に配置される。ＬＥＤ列１１〜１５夫々のアノード側入力端には、電源回路３０の出力端が接続されることで、出力電圧Ｖｏｕｔが供給されている。一方、ＬＥＤ列１１〜１５カソード側出力端には、各ＬＥＤ列に対応して配置されている定電流駆動回路２１〜２５の入力端に接続されている。

定電流駆動回路２１〜２５は後述する制御回路５０が設定する定電流値でＬＥＤ列１１〜１５を駆動する。定電流駆動回路２１〜２５の一端は上述したようにＬＥＤ列１１〜１５のカソード側出力端に接続されている。

電源回路３０は交流電源ＡＣ若しくは直流電源ＤＣから入力した電力をＬＥＤ列１１〜１５（ＬＥＤの集合体１０）に供給する電力に変換する。ＬＥＤ列１１〜１５は電源回路３０が変換した電力の供給を受けて点灯する。

順方向電圧差分検出回路４０は定電流駆動回路２１〜２５内のパラメーターに基づいてＬＥＤ列１１〜１５の夫々の順方向電圧（Ｖｆ）の差（差分）を検出する。本実施形態においては、ＬＥＤ列１１〜１５の夫々のカソード側出力端に接続されている定電流駆動回路２１〜２５の電流シンク端子電圧をパラメーターとしてＶｆの差を検出しているが、検出方法はこれに限られるものではない。

以下に本実施形態におけるＬＥＤ列１１〜１５の夫々の順方向電圧（Ｖｆ）の差を検出する方法について詳細に説明する。ＬＥＤ列１１〜１５の夫々のＶｆの差は順方向電圧差分検出回路４０によって検出される。順方向電圧差分検出回路４０がＶｆの差を検出するタイミングは特に限定されるものではなく、例えば画像表示装置の電源投入時（発光素子駆動装置の立ち上がり時）や、画像表示装置の動作中において常時或いは一定の間隔毎に検出することとしてもよい。但し、ＬＥＤ列の温度変化等によるＶｆの変化に対応するために画像表示装置（発光素子駆動装置）の動作中において常時検出することが望ましい。

発光素子駆動装置の立ち上がり時における順方向電圧差分検出回路４０によるＬＥＤ列１１〜１５のＶｆの差の検出動作の一例について以下に説明する。発光素子駆動装置の立ち上がり時において、まず、電源回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔを予め設定された規定値まで変化させる。次に、定電流駆動回路２１〜２５により、ＬＥＤ列１１〜１５に電流を供給する。この時、定電流駆動回路２１〜２５からＬＥＤ列１１〜１５に供給される電流量は同一量となるように制御される。すなわち言い換えれば定電流駆動回路２１〜２５はそれぞれ同一量の電流量をＬＥＤ列１１〜１５に供給し、ＬＥＤ列１１〜１５を点灯させる。なお、定電流駆動回路２１〜２５からＬＥＤ列１１〜１５に供給される電流量は特に限定されるものではなく、ＬＥＤ列のＶｆの差分を検出するのに適した値であれば適宜設定することができる。

なお、電源回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔを予め設定された規定値まで変化させるまでの期間に、定電流駆動回路２１〜２５からＬＥＤ列１１〜１５に電流を供給することとしてもよい（すなわち、ＬＥＤ列１１〜１５が点灯していてもよい）。また、電源回路３０の出力電圧ＶｏｕｔはＬＥＤ列１１〜１５を点灯させるためにＬＥＤ列１１〜１５の順方向電圧よりも高い電圧とする必要があるが、出力電圧Ｖｏｕｔは予め設定されたものでなくてもよく、例えば複数のＬＥＤ列のカソード電圧等を検出し、各ＬＥＤに所望の電流を流すことができるアノード電圧まで電源回路３０の出力を調整することとしてもよい。

このように同一量の電流量によって全てのＬＥＤ列が点灯している状態において、定電流駆動回路２１〜２５における電流シンク端子電圧は、ＬＥＤ列１１〜１５の順方向電圧のばらつきに応じて異なる。そこで順方向電圧差分検出回路４０は、電流シンク端子電圧の差異に基づいてＬＥＤ列１１〜１５の順方向電圧の差を検出することができる。

制御回路５０は上述したようにＬＥＤ列１１〜１５に供給する定電流を設定する。また、画像表示装置が備える、例えば画像処理部（図示せず）から出力される画像データを取得し、標準電流量及び標準デューティー値を算出する。標準電流量及び標準デューティー値とは、表示画面に表示される画像や画像の切り替えに応じて算出されるＬＥＤ列に供給されるべき標準の電流量及び標準のデューティー値（所定のＰＷＭ周期中における点灯期間の割合を定める値であり、オンデューティー値と言い換えることとしてもよい）である。なお、画像処理部に入力される画像信号は、たとえば、チューナによる受信信号や、光ディスク装置などからの映像信号などである。

さらに、制御回路５０は順方向電圧差分検出回路４０によって検出されたＬＥＤ列１１〜１５の順方向電圧の差を取得する。そして、標準電流量と、標準デューティー値と、順方向電圧の差とに基づいてＬＥＤ列１１〜１５の電流量とデューティー値を制御する。

以下に、ＬＥＤ列１１〜１５の電流量とデューティー値の制御について図３を用いて詳説する。図３は本発明の一実施形態におけるＬＥＤ列の特性を示す図であり、各ＬＥＤ列１１〜１５に例えば６０ｍＡの電流を供給したときの順方向電圧は、ばらつきがない場合（Ｔｙｐｉｃａｌ Ｃａｓｅ）には６．１５Ｖ、ばらつきがある場合において最小値は６Ｖ、最大値は６．３０Ｖとなっている。

ここで、６０ｍＡの電流を供給したときのＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧がそれぞれ６．１５Ｖであり、ＬＥＤ列１５の順方向電圧が６．３０Ｖであり、また、この場合において、電源回路３０からＬＥＤ列１１〜１５に７Ｖの電圧を供給すると、ＬＥＤ列１１〜１４に接続される定電流駆動回路２１〜２４における電流シンク端子電圧は０．８５Ｖになるのに対して、ＬＥＤ列１５に接続される定電流駆動回路２５における電流シンク端子電圧は０．７０Ｖとなるものとして説明する。

上述のように、同一量の電流を複数のＬＥＤ列に供給したときにおいて順方向電圧にばらつきがある場合には、順方向電圧の差を縮小するための制御を行う必要がある。ここで図３を参照すると、順方向がＴｙｐｉｃａｌ ＣａｓｅであるＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧を、６０ｍＡの電流を供給したときのＬＥＤ列１５の順方向電圧（すなわち６．３０Ｖ）とするには、ＬＥＤ列１１〜１４に８０ｍＡの電流を供給すればよいことが分かる。従って、ＬＥＤ列１１〜１４に供給される電流量において、順方向電圧の差に応じた割合は１．３３３・・・・（８０ｍＡ／６０ｍＡ）である。

一方、電流量を増加させると、ＬＥＤ列の輝度が上昇することとなるため、ＬＥＤ列１１〜１５を同じ輝度で光らせる場合には、電流量の増加に反比例してデューティー値を減少させることで輝度を調整する必要がある。従って、ＬＥＤ列１１〜１４のデューティー値において、順方向電圧の差に応じた割合は０．７５（６０ｍＡ／８０ｍＡ）である。制御回路５０は、このようにして、ＬＥＤ列１１〜１５の順方向電圧の差に応じて電流比とデューティー比（オンデューティー比）を算出し、ＬＥＤ列１１〜１５の電流量とデューティー値を制御する。すなわち表示画像装置の１フレームの間において、ＬＥＤ列１１〜１５を同じ輝度で光らせる場合には、後述する、制御後のＬＥＤ列１１〜１４の電流量αＩ_LEDと制御後のＬＥＤ列１１〜１４の点灯時間βＴ_LEDにおいてα×β＝１の式が成立し、また、Ｉ_LED×Ｔ_LED＝αＩ_LED×βＴ_LEDの式が成立する。

なお、上述のようにＬＥＤ列１１〜１５の電流量とデューティー値を制御するか否か（順方向電圧の差を縮小させるか否か）による消費電力を比較すると、順方向電圧の差を縮小させる前において、定電流駆動回路２１〜２５で消費される電力は、ＬＥＤ列１１〜１５のディーティー比が１００％の場合、（０．０６０Ａ×０．８５Ｖ）×１×４＋（０．０６０Ａ×０．７０Ｖ）×１×１＝０．２４６Ｗであるのに対し、順方向電圧の差を縮小させるようにＬＥＤ列１１〜１５（本実施形態ではＬＥＤ列１１〜１４）の電流量とデューティー値を制御した後において、定電流駆動回路２１〜２５で消費される電力は、（０．０６０Ａ×１．３３３・・・×０．８５Ｖ）×１×４＋（０．０６０Ａ×０．７０Ｖ）×１×１＝０．２１０Ｗとなり、定電流駆動回路２１〜２５で消費される電力が低減していることが分かる。

なお、本実施形態では、順方向電圧の差に基づいて、順方向電圧の差を縮小するための電流量を特定し、定電流駆動回路２１〜２５の立ち上げ時における電流量（標準電流量）と、順方向電圧の差を縮小するための電流（両者の電流量）の比に基づいて電流比とデューティー比を算出しているが、電流比とデューティー比を算出する方法はこれに限られず、例えば順方向電圧の差に応じた算出テーブルをメモリ等に記憶しておき、当該算出テーブルを参照してもよい。また、実際に電流量を増加或いは減少させて、順方向電圧の差が縮小する電流量を検出し、電流比とデューティー比を算出し、或いは標準電流量と当該検出された順方向電圧の差が縮小する電流量に基づいてデューティー比を算出することとしてもよい。

また、本実施形態では順方向電圧が最も大きいＬＥＤ列１５の順方向電圧を基準とし、その他のＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧がＬＥＤ列１５の順方向電圧と同一となるように制御したが、順方向電圧の差を縮小させるために供給される電流量がＬＥＤ列に許容される電流量である限り、順方向電圧の差を縮小させるものであれば、複数のＬＥＤ列のうちどのＬＥＤ列の順方向電圧を基準として制御するかは特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、発光素子駆動装置の立ち上がり時に順方向電圧の差に応じた電流比とデューティー比を算出し、電流量とデューティー値を制御することとしたが、上述したように、ＬＥＤ列の温度変化等によるＶｆの変化に対応するために発光素子駆動装置の動作中に、定電流駆動回路２１〜２５の電流シンク端子電圧を順方向電圧差分検出回路４０で検出して順方向電圧の差に応じた電流比とデューティー比を算出し、電流量とデューティー値を制御することとしてもよい。これによって常に低消費電力動作可能な発光素子駆動装置を実現することができる。

次に、ＬＥＤ列の点灯及び消灯制御について説明する。上述のように制御回路５０は複数のＬＥＤ列において順方向電圧の差を縮小するために１又は２以上のＬＥＤ列のデューティー値を制御することとしているが、その際、点灯及び消灯をパルス幅変調信号により制御することが望ましい。これによって、画像表示装置の１フレーム毎の画像切り替えにあわせてＬＥＤ列の点灯及び消灯制御を行うことができ、画質の低下を防ぐことができる。

また、ＬＥＤ列の点灯及び消灯制御を行うパルス幅変調信号と、画像表示装置の表示タイミングを規定する垂直同期信号とを同期化し、ＬＥＤ列の点灯及び消灯タイミングを画像表示装置の１フレーム毎の画像切り替えタイミングに合致させることで、画質を高画質化することができる。

図４は、本実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第１の模式図である。図４（ａ）は画像表示装置の表示フレームを示し、図４（ｂ）は画像表示装置の垂直同期信号を示し、図４（ｃ）はＬＥＤ列の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示している。図４に示すように、ＬＥＤ列のパルス幅変調信号と画像表示装置の垂直同期信号とを同期化することで、画質を高画質化することができる。なお、図４においてＬＥＤ列の点灯タイミング（ＬＥＤ列に電流が流れ始めるタイミング）は、画像表示装置の１フレームの後半となっているが、所望の画質が得られる限りにおいてこれに限定されるものではない。また、図４において画像表示装置の１フレームの開始タイミングとＬＥＤ列のパルス幅変調信号の開始タイミングとが同一であるが、両者の開始タイミングは一致しなくてもよい。

図５は、本実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第２の模式図である。図５（ａ）は画像表示装置の表示フレームを示し、図５（ｂ）は画像表示装置の垂直同期信号を示し、図５（ｃ）はＬＥＤ列の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示している。図５に示すように、ＬＥＤ列のパルス幅変調信号の周期を画像表示装置の垂直同期信号の周期よりも短くすることとしてもよい。このように制御することにより、より確実に表示画像や画像の切り替え内容に沿ったバックライトの制御が可能となり、また、ホールド型表示方式である画像表示装置においてはインパルス型表示方式に近づけることが可能となるので、画質の高画質化、動画性能向上を実現することができる。なお、図５において画像表示装置の１フレーム周期に対して、ＬＥＤ列のパルス幅変調信号の周期を２倍としているが、所望の画質が得られる限りにおいてこれに限定されるものではなく、任意の倍数とすることができる。

図６は、本実施形態の発光素子駆動装置が備えるＬＥＤ列の電流量及び点灯消灯制御を示す第３の模式図である。図６（ａ）は画像表示装置の表示フレームを示し、図６（ｂ）はＬＥＤ列の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示している。図６に示すように、画像表示装置の画像切り替わり期間Ｔ₁においてはＬＥＤ列を消灯制御することが望ましい。特に液晶パネルでは、液晶の光学応答時間が比較的遅く、その期間にバックライトを点灯させると画質のぼけや動作表示時の輪郭ぼけが見えるためである。なお、図６において画像表示装置の画像切り替わり期間Ｔ₁の全期間においてＬＥＤ列を消灯制御することとしているが、画質のぼけや動作表示時の輪郭ぼけを防ぐことができる限り画像切り替わり期間Ｔ₁の少なくとも一部の期間において消灯制御することとしてもよい。

次に順方向電圧の差に基づくＬＥＤ列の電流量とデューティー値の制御について説明する。図７は、本実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。図７（ａ）画像表示装置の表示フレームを示し、図７（ｂ）は順方向電圧が最も高いＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１５）の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示し、図７（ｃ）はその他のＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１１〜１４）の電流量（αＩ_LED）及び点灯期間（βＴ_LED）を示している（詳細は後述）。

以下の説明において、上述したように順方向電圧が最も大きいＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の順方向電圧を基準とし、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の順方向電圧が最も大きいＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の順方向電圧と同一となるように制御する場合を例に説明する。なお、表示装置に表示される画像や画像の切り替えに応じて算出されるＬＥＤ列の電流量（標準電流量）をＩ_LED、ＬＥＤ列の点灯時間（標準デューティー値に基づいて算出される点灯時間）をＴ_LEDとし、説明の便宜上、Ｔ_LEDは画像表示装置の１フレームの後半としている。

よって、複数のＬＥＤ列において、全てのＬＥＤ列の順方向電圧が同一であれば（順方向電圧の差がなければ）電流量Ｉ_LED、点灯時間Ｔ_LEDで各ＬＥＤ列を点灯させることとなる。一方、複数のＬＥＤ列において全てのＬＥＤ列の順方向電圧が同一でなければ（順方向電圧の差があれば）順方向電圧の差を縮小するために、順方向電圧の差に基づいて電流比とデューティー比を算出する。ここで、電流比がα、デューティー比がβとすると、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の電流量とデューティー値にそれぞれα、βを乗じて算出される電流量αＩ_LED、点灯時間βＴ_LEDでその他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）を点灯させるように制御する。

具体的には図７に示すように、順方向電圧が高いＬＥＤ列１５に供給される電流量（Ｉ_LED）よりも、その他のＬＥＤ列１１〜１４に供給される電流量（αＩ_LED）を多くすることによってＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧をＬＥＤ列１５の順方向電圧に近づけると共に、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯時間（βＴ_LED）をＬＥＤ列１５の点灯時間（Ｔ_LED）よりも所定時間（（１−β）Ｔ_LED）短くすることで輝度を調整している。

また、図７に示すように順方向電圧が高いＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の点灯タイミングは、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の点灯タイミング、及び、表示される画像や画像の切り替え時に応じて設定されているＬＥＤ列の点灯（発光）タイミングと等しくなるように設定されており、その他のＬＥＤ列のデューティー値を制御する場合には消灯タイミングを変更することとしているので、所望の画質を得ることができる。特に、画像表示装置において、画像切り替え応答時間が完了した後に素早くバックライトを点灯することで画像の画質が向上するような特性を有する場合には本実施形態のように制御することが望ましい。

本実施形態によれば、複数の発光素子列のＶｆにばらつきが生じた場合であっても、消費電力の低減を実現しつつ、画像表示装置の表示画像に応じた所望の画質及び動画性能を得ることができる。

[第２実施形態]
上記第１実施形態では、順方向電圧の差に基づくＬＥＤ列の電流量とデューティー値の制御において特にデューティー値の制御に関し、各ＬＥＤ列の点灯タイミングを同一とした状態でデューティー値を制御する（言い換えれば消灯タイミングを制御する）こととしたが、本実施形態では、各ＬＥＤ列の消灯タイミングを同一とした状態でデューティー値を制御することとする。

図８は本実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。図８（ａ）画像表示装置の表示フレームを示し、図８（ｂ）は順方向電圧が最も高いＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１５）の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示し、図８（ｃ）はその他のＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１１〜１４）の電流量（αＩ_LED）及び点灯期間（βＴ_LED）を示している。

本実施形態による電流量及びデューティー値の制御は第１実施形態と同様に、順方向電圧が高いＬＥＤ列１５に供給される電流量（Ｉ_LED）よりも、その他のＬＥＤ列１１〜１４に供給される電流量（αＩ_LED）を多くすることによってＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧をＬＥＤ列１５の順方向電圧に近づけると共に、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯時間（βＴ_LED）をＬＥＤ列１５の点灯時間（Ｔ_LED）よりも所定時間（（１−β）Ｔ_LED）短くすることで輝度を調整している。

一方、順方向電圧が高いＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の消灯タイミングは、図８に示すように、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の消灯タイミング、及び、表示される画像や画像の切り替え時に応じて設定されているＬＥＤ列の消灯タイミングと等しくなるように設定されており、その他のＬＥＤ列のデューティー値を制御する場合には点灯（発光）タイミングを変更することとしているので、所望の画質を得ることができる。特に、画像表示装置において、あるフレームから次のフレームへ移行する際に素早くバックライトを消灯することで画質のぼけや動作表示時の輪郭ぼけが軽減されるような特性を有する場合には本実施形態のように制御することが望ましい。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

[第３実施形態]
上記第１実施形態及び第２実施形態では、順方向電圧の差に基づくＬＥＤ列の電流量とデューティー値の制御において特にデューティー値の制御に関し、各ＬＥＤ列の点灯タイミング又は消灯タイミングを同一とした状態でデューティー値を制御することとしたが、本実施形態では、各ＬＥＤ列の点灯タイミング及び消灯タイミングのいずれもが同一とならないようにデューティー値を制御することとする。

図９は本実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。図９（ａ）画像表示装置の表示フレームを示し、図９（ｂ）は順方向電圧が最も高いＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１５）の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示し、図９（ｃ）はその他のＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１１〜１４）の電流量（αＩ_LED）及び点灯期間（βＴ_LED）を示している。

本実施形態による電流量及びデューティー値の制御は第１実施形態と同様に、順方向電圧が高いＬＥＤ列１５に供給される電流量（Ｉ_LED）よりも、その他のＬＥＤ列１１〜１４に供給される電流量（αＩ_LED）を多くすることによってＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧をＬＥＤ列１５の順方向電圧に近づけると共に、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯時間（βＴ_LED）をＬＥＤ列１５の点灯時間（Ｔ_LED）よりも所定時間（（１−β）Ｔ_LED／２×２＝（１−β）Ｔ_LED）短くすることで輝度を調整している。

一方、順方向電圧が高いＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の点灯タイミングと消灯タイミングとの中心（中心線Ｌ１）は、図９に示すように、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の点灯タイミングと消灯タイミングとの中心（中心線Ｌ１）、及び、表示される画像や画像の切り替え時に応じて設定されているＬＥＤ列の点灯タイミングと消灯タイミングとの中心（中心線Ｌ１）と等しくなるように設定されており、その他のＬＥＤ列のデューティー値を制御する場合には点灯タイミングと消灯タイミングを変更することとしているので、所望の画質を得ることができる。特に、画像表示装置において、複数のＬＥＤ列の順方向電圧のばらつきに基づいて、複数のＬＥＤ列の少なくとも１以上のＬＥＤ列について電流量及びデューティー値を制御する場合に、その制御による電流量及びデューティー値の変化を極力低減することで画質の劣化が低減されるような特性を有する場合には本実施形態のように制御することが望ましい。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

[第４実施形態]
上記第１実施形態〜第３実施形態では、順方向電圧の差に基づくＬＥＤ列の電流量とデューティー値の制御において特にデューティー値の制御に関し、各ＬＥＤ列の少なくとも点灯タイミング又は消灯タイミングのいずれかを変更するようにデューティー値を制御することとしたが、本実施形態では、全てのＬＥＤ列において点灯タイミング及び消灯タイミングを変更することなくデューティー値を制御することとする。

図１０は本実施形態の発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を示す模式図である。図１０（ａ）画像表示装置の表示フレームを示し、図１０（ｂ）は順方向電圧が最も高いＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１５）の電流量（Ｉ_LED）及び点灯期間（Ｔ_LED）を示し、図１０（ｃ）はその他のＬＥＤ列（本実施形態におけるＬＥＤ列１１〜１４）の電流量（αＩ_LED）及び点灯期間（βＴ_LED）を示している。

本実施形態による電流量及びデューティー値の制御は第１実施形態と同様に、順方向電圧が高いＬＥＤ列１５に供給される電流量（Ｉ_LED）よりも、その他のＬＥＤ列１１〜１４に供給される電流量（αＩ_LED）を多くすることによってＬＥＤ列１１〜１４の順方向電圧をＬＥＤ列１５の順方向電圧に近づけると共に、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯時間（βＴ_LED1＋βＴ_LED2＋βＴ_LED3＝βＴ_LED）をＬＥＤ列１５の点灯時間（Ｔ_LED）よりも所定時間（ｒＴ_LED1＋ｒＴ_LED2＝（１−β）Ｔ_LED）短くすることで輝度を調整している。

一方、本実施形態では図１０に示すように、その他のＬＥＤ列の点灯回数及び消灯回数が１フレームあたり複数回（本実施形態では３回ずつ）あり、１フレームにおける順方向電圧が高いＬＥＤ列（ＬＥＤ列１５）の点灯タイミングと消灯タイミングとは、その他のＬＥＤ列（ＬＥＤ列１１〜１４）の最初の点灯タイミングと最後の消灯タイミング、及び、表示される画像や画像の切り替え時に応じて設定されているＬＥＤ列の点灯タイミングと消灯タイミングと等しくなるように設定されており、その他のＬＥＤ列のデューティー値を制御する場合には点灯回数と消灯回数を変更することとしているので、所望の画質を得ることができる。特に、上記第３実施形態と同様に、画像表示装置において、複数のＬＥＤ列の順方向電圧のばらつきに基づいて、複数のＬＥＤ列の少なくとも１以上のＬＥＤ列について電流量及びデューティー値を制御する場合に、その制御による電流量及びデューティー値の変化を極力低減することで画質の劣化が低減されるような特性を有する場合には本実施形態のように制御することが望ましい。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

[その他]
上記各実施形態の発光素子駆動装置において電源回路３０からＬＥＤ列に供給される電圧は、複数のＬＥＤ列の順方向電圧に応じて可変であることが望ましい。これにより、低消費電力化が可能となる。

また、上記各実施形態において、発光素子駆動装置が備える複数のＬＥＤ列においてＬＥＤ列毎の電流量及び点灯消灯制御を説明するにあたり、説明の便宜上、全てのＬＥＤ列について、表示装置に表示される画像や画像の切り替えに応じて算出されるＬＥＤ列の電流量をＩ_LED、ＬＥＤ列の点灯時間をＴ_LEDとしたが、ＬＥＤ列毎に異なる場合にも本発明を適用することができる。すなわち、複数のＬＥＤ列において順方向電圧が同一でない場合に、電流比及びデューティー比を算出し、算出された電流量及びデューティー値で制御を行ったときに、低消費電力動作が可能であって、且つ、所望の画質が得られるものであればよい。

また、上記各実施形態において、ＬＥＤ列１１〜１５は夫々少なくとも２以上のＬＥＤを直列接続して構成されることとしているが、２以上のＬＥＤを夫々単一のＬＥＤに置き換え、ＬＥＤ列１１〜１５は夫々単一のＬＥＤからなることとしてもよく、それらＬＥＤ（ＬＥＤ列１１〜１５）を並列接続してＬＥＤの集合体１０として画像表示装置内に配置することとしてもよい。

また、上記第１実施形態〜第３実施形態（図７〜図９）において、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯タイミング及び／又は消灯タイミングと、ＬＥＤ列１５の点灯タイミング及び／消灯タイミングとの関係について説明しているが、各実施形態においてＬＥＤ列１１〜１４は標準電流量及び標準デューティー値を駆動されており（すなわち電流比及びデューティー比が１）、そのような場合には、ＬＥＤ列１１〜１４の点灯タイミング及び／又は消灯タイミングは、標準電流量及び標準デューティー値で駆動されるＬＥＤ列の点灯タイミング及び／又は消灯タイミングと言い換えることができる。

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子の駆動装置に利用できる。

１１〜１５ ＬＥＤ（発光ダイオード）列
２１〜２５ 定電流駆動回路
３０ 電源回路
４０ 順方向電圧（Ｖｆ）差分検出回路
５０ 制御回路

Claims (12)

1. １の発光素子又は直列に接続される複数の発光素子からなる複数の発光素子列と、
   前記複数の発光素子列に電圧を供給する電源回路と、
   各発光素子列に定電流を供給する複数の定電流駆動回路と、
   各定電流駆動回路内のパラメーターに基づいて各発光素子列の順方向電圧の差を検出する順方向電圧差分回路と、
   画像データから求められる標準電流量及び標準デューティー値と、各発光素子列の順方向電圧の差とに基づいて、各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を異なる値に制御することが可能な制御回路と、
   を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
2. 前記制御回路は、各発光素子列の順方向電圧の差を縮小するように各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を制御することを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動装置。
3. 前記制御回路は、各発光素子列の順方向電圧の差に基づいて電流比及びデューティー比を算出し、当該電流比及びデューティー比と、表示装置に所望の画像を表示するときの電流量及びデューティー値とを乗ずることによって各発光素子列に供給する電流量及びデューティー値を算出し、制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子駆動装置。
4. 前記制御回路は、各発光素子列の点灯及び消灯をパルス幅変調信号により制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
5. 前記パルス幅変調信号の周期は、前記画像表示装置の垂直同期信号の周期に同期することを特徴とする請求項４に記載の発光素子駆動装置。
6. 前記パルス幅変調信号の周期は、前記画像表示装置の垂直同期信号の周期よりも短いことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の発光素子駆動装置。
7. 前記制御回路は、前記画像表示装置の画像切り替え期間において、各発光素子列を消灯することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
8. 前記制御回路によって制御された各発光素子列の点灯タイミングが等しいことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
9. 前記制御回路によって制御された各発光素子列の消灯タイミングが等しいことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
10. 前記制御回路によって制御された各発光素子列の点灯タイミングと消灯タイミングとの中心が等しいことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
11. 前記制御回路によって点灯消灯制御された各発光素子列において、前記標準電流量及び前記標準デューティー値で駆動するＬＥＤ列の点灯回数と消灯回数よりも、前記標準電流量以外の電流量及び前記標準デューティー値以外のデューティー値で駆動するＬＥＤ列の点灯回数と消灯回数のほうが多いことを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
12. 前記電源回路が出力する電圧は、各発光素子列の順方向電圧に応じて可変であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。

Images